JP2005237171A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長を抑制することができ、ひいては抵抗値の変化を抑制でき、信頼性を更に向上させることができる熱電変換装置１を提供することを課題とする。
【解決手段】熱電変換装置１は、相対的に高温側に配置される第１基部２と、相対的に低温側に配置される第２基部３と、第１基部２と第２基部３との間に配置され熱電材料を母材とする熱電体４と、第１基部２及び第２基部３のそれぞれから熱電体４に向けて順に配置された電極層５及びバリア層６とを備える。第１基部２側及び第２基部３側のうち少なくとも第１基部２側について、電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は熱電材料を母材とする熱電体を搭載する熱電変換装置に関する。

従来、特許文献１には、高温側接合部と低温側接合部との温度差によりゼーベック効果により熱電発電を行う熱電発電装置が開示されている。また特許文献２には、集熱板と、放熱板と、集熱板と放熱板との間に配置された熱電材料を母材とする熱電体とをもつ熱電発電モジュールが開示されている。高温側の電極と集熱板との間に超塑性材料が介在している。このものによれば、高温側から低温側に熱流が流れるとき、熱電体は熱膨張するが、超塑性材料は、自身の超塑性効果により厚みが薄くなり、密着性を確保しつつ良好な熱伝達を図ることができると記載されている。
特開平５−１６７１０４号公報 特開平６−２７５８７１号公報

上記した技術によれば、熱電変換装置が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されるとき、電極層とバリア層との間においてワレが生成及び／または成長するおそれがある。この場合、熱電変換装置の目標性能を確保するためには不利である。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、熱電変換装置が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されたとしても、電極層とバリア層との間におけるワレの生成及び／または成長を抑制することができ、ひいては抵抗値の変化を抑制でき、信頼性を更に向上させることができる熱電変換装置を提供することを課題とする。

本発明に係る熱電変換装置は、相対的に高温側に配置される第１基部と、第１基部よりも相対的に低温側に配置される第２基部と、第１基部と第２基部との間に配置され熱電材料を母材とする熱電体と、第１基部及び第２基部のそれぞれから熱電体に向けて順に配置された電極層及びバリア層とを具備する熱電変換装置において、
第１基部側及び第２基部側のうち少なくとも第１基部側について、
電極層及びバリア層は、電極層とバリア層との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されていることを特徴とするものである。

このように電極層及びバリア層は、電極層とバリア層との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため、熱電変換装置が熱的に厳しい環境で使用されたとしても、電極層とバリア層との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。

本発明に係る熱電変換装置によれば、電極層及びバリア層は、電極層とバリア層との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料で形成されている。このため熱電変換装置が熱的に厳しい環境で使用されたとしても、電極層とバリア層との間におけるワレの生成が抑制される。このため使用期間が長期化したとしても、熱電変換装置の端子の抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

本発明に係る熱電材料としては、第１基部と第２基部との間の温度差に基づくゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電材料とすることができる。あるいは、本発明に係る熱電材料としては、電気エネルギにより、第１基部と第２基部との間に温度差を形成するペルチェ効果を有する熱電材料とすることもできる。

第１基部は、他の熱源により形成された高温側の雰囲気に対面するように、または、発熱作用により高温側となるように配置される。第２基部は、第１基部よりも相対的に低温側の雰囲気に対面するように、または、吸熱作用により低温側となるように配置される。ここで『高温』及び『低温』は相対的な温度であり、高温側は低温側よりも相対的に高い温度であれば良く、低温側は高温側よりも相対的に低い温度であれば良い。第１基部及び第２基部は熱電体を搭載するものであり、形状及び構造を問わないが、基板形状とすることができる。第１基部及び第２基部の材質としては、無機系、有機系等の電気絶縁性をもつ材料が好ましい。無機系としては特に限定されるものではなく、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等を例示することができる。第１基部及び第２基部に電気絶縁処理を施せば、金属とすることもできる。

本発明によれば、熱電材料としては、使用温度領域におけるゼーベック係数等を考慮すると、クラスレート化合物（包接化合物）を採用することができる。クラスレート化合物としては、ゲルマニウム系のクラスレート化合物、バリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物とすることができる。この場合、Ｐ型半導体としてはＢａ₈Ｇａ₂₂Ｇｅ₂₈を例示することができる。Ｎ型半導体としてはＢａ₈Ｇａ₁₆Ｇｅ₃₁を例示することができる。場合によってはクラスレート化合物としては、シリコン系のクラスレート化合物でも良い。本発明によれば、線膨張係数が（１１〜１５）×１０^-6／Ｋのクラスレート化合物を例示することができる。

本発明によれば、バリア層は、熱電体の材質等にもよるが、鉄系、タングステン系、モリブデン系、銀系のうちの何れかを例示することができる。電極層としては、熱電体及びバリア層の材質等にもよるが、鉄系、モリデブン系、タングステン系、銀系、銅系を例示することができる。

従って本発明によれば、電極層の母材−バリア層の母材の組み合わせとしては、双方共に同系材料（同一材料も含む）とすることができる。従って電極層の母材−バリア層の母材としては、鉄系−鉄系、タングステン系−タングステン系、モリブデン系−モリブデン系のいずれかの組み合わせで形成されている形態を採用することができる。更に、電極層の母材−バリア層の母材の組み合わせとしては、タングステン系−モリブデン系、モリブデン系−タングステン系、銅系−銀系、銀系−銅系のいずれかの組み合わせで形成されている形態を採用することができる。

『系』は純金属でも、合金でも良いという意味である。従って、電極層の母材−バリア層の母材としては、純金属として、鉄−鉄、タングステン−モリブデン、モリブデン−タングステン、モリブデン−モリブデン、タングステン−タングステン、銅−銀、銀−銅のうちのいずれかの組み合わせで形成されている形態を採用することができる。

また電極層の母材−バリア層の母材としては、鉄合金−鉄合金、タングステン合金−モリブデン合金、モリブデン合金−タングステン合金、モリブデン合金−モリブデン合金、タングステン合金−タングステン合金、銅合金−銀合金、銀合金−銅合金のうちのいずれかの組み合わせで形成されている形態を採用することもできる。

上記したように電極層の母材−バリア層の母材としては双方共に同系材料（同一材料も含む）としたときには、基本的には、バリヤ層及び電極層の双方の本来の機能を確保しつつ、電極層とバリア層との間の熱膨張差を低減または解消するのに有利である。このため、電極層の厚み及びバリア層の厚みを、用途に適合した製法に応じて選択する自由度を高めることができる。故に電極層の厚み＞バリア層の厚み、電極層の厚み＜バリア層の厚み、電極層の厚み≒バリア層の厚み、電極層の厚み=バリア層の厚みとする形態を適宜採用することができる。バリア層がメッキで形成されるときには、一般的にはバリア層の厚みは相対的に薄い。バリア層が焼結体で形成されるときには、一般的にはバリア層の厚みは相対的に厚い。

文献によれば、線膨張係数は鉄が１２．６×１０^-6／Ｋ、モリブデンが４．９×１０^-6／Ｋ、タングステンが４．６×１０^-6／Ｋ、銅が１６．４×１０^-6／Ｋ、銀が１９．７×１０^-6／Ｋである。熱電材料がクラスレート化合物である場合には、その線膨張係数に鉄または鉄系合金が対処し易いといえる。

表１及び表２は上記した組み合わせについての評価を示す。表１に示すように、電極層の母材−バリア層の母材としては、銀−銅の組み合わせ、銅−銀の組み合わせは良好（評価：○）である。更に電極層の母材−バリア層の母材としては、鉄−鉄の組み合わせ、モリブデン−タングステンの組み合わせ、タングステン−モリブデンの組み合わせは、更に良好（評価：◎）である。

熱電材料がバリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物である場合には、その線膨張係数は一般的には（１１〜１５）×１０^-6／Ｋ、殊に（１２〜１４）×１０^-6／Ｋである。従って、熱電材料がバリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物である場合には、熱電材料の線膨張係数とバリア層の線膨張係数とを対応させるべく、バリア層としては鉄系とすることができる。バリア層として鉄系が選択されると、バリア層と電極層との間の熱膨張差を低減させるためには、電極層として鉄系を選択することが好ましい。電極層が鉄系であれば、電極層自体の高温強度が高くなり、電極層の耐久性の向上に有利である。

本発明によれば、（電極層の線膨張係数／バリア層の線膨張係数）をαとしたとき、０．８０≦α≦１．２５の関係に設定されている形態を採用することができる。この場合、０．８０≦α≦１．２０の関係、０．９０≦α≦１．１０の関係、０．９５≦α≦１．０５の関係に設定されている形態を採用することができる。

本発明によれば、一般的には、電極層とバリア層との間には、両者を接合する接合層が介在している。接合層の母材としては、銀ろう、アルミろう等のろう材、半田、伝導性接着材等が例示される。バリア層の厚みはその目的を達成すれば電極層の厚みよりも薄くすることができる。

本発明によれば、少なくとも電極層及びバリア層の露出部分はシール材で覆われている形態を採用することができる。この場合、使用環境が厳しいときであっても、あるいは、電極層及びバリア層の耐食性が必ずしも充分でないときであっても、電極層及びバリア層の腐食劣化が抑制される。シール材としては無機系を採用することができる。この場合、無機系のスラリーに所定時間浸漬させた後に乾燥または焼成させることができる。

以下、本発明の実施例１を図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１は熱電変換装置１の全体の側面図を示す。図２は熱電変換装置１の要部の拡大側面図を示す。図１に示すように、本実施例に係る本実施例に係る熱電変換装置１は、相対的に高温側に配置される第１基部としての第１基板２と、相対的に低温側に配置される第２基部としての第２基板３と、第１基板２の搭載面２０と第２基板３の搭載面３０との間に複数個配置された熱電材料を母材とする熱電体４と、第１基板２及び第２基板３の厚み方向において第１基板２及び第２基板３の搭載面２０,３０のそれぞれから熱電体４の搭載面４０ａ，４０ｂに向けて順に配置された電極層５及びバリア層６とを備えている。熱電体４は熱エネルギを電気エネルギに変換する。

第１基板２は窒化珪素を母材として形成されている。第２基板３は窒化珪素を母材として形成されている。使用の際に、一般的には、相対的に高温側の第１基板２は４００〜７００℃、４５０〜６００℃の雰囲気に設置される。相対的に低温側の第２基板３は２００〜３８０℃、３００〜３５０℃の雰囲気に設置される。

本実施例によれば、電極層５とバリア層６との間には、両者を接合するための接合層７が介在している。この熱電変換装置１は、複数個の熱電体４を搭載している熱電モジュールとされている。

熱電体４を構成する熱電材料はバリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物とされている。高温側に設置される第１基板２の使用温度領域を考慮したものである。このクラスレート化合物の線膨張係数は一般的には（１１〜１５）×１０^-6／Ｋ、殊に（１２〜１４）×１０^-6／Ｋとされている。熱電体４を構成する熱電材料としては、Ｐ型半導体とＮ型半導体とがある。そしてＰ型半導体とＮ型半導体とが交互に直列に電極層５を介して電気的に接続されている。Ｐ型半導体はＢａ₈Ｇａ₂₂Ｇｅ₂₈とされている。Ｎ型半導体はＢａ₈Ｇａ₁₆Ｇｅ₃₁とされている。上記した熱電材料で形成された熱電体４は、相対的に高温側に曝される第１基板２と相対的に低温側に曝される第２基板３との間の温度差に基づくゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換する。

本実施例によれば、（電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数）をαとしたとき、０．８０≦α≦１．２５の関係、殊に０．８０≦α≦１．２０の関係を満たすように設定されている。線膨張係数は熱膨張係数を意味する。

更に説明を加える。バリア層６は接合層７の成分が熱電体４へ拡散することを防止したり、熱電体４の構成成分が接合層７に拡散したりすることを防止するバリア機能を有するものである。バリア層６は鉄で形成されている。バリア層６を鉄とした主な理由としては、上記した拡散を防止するバリア能力を考慮する他に、上記したクラスレート化合物の線膨張係数とバリア層６の線膨張係数とを近づけることを考慮したためである。

第１基板２及び第２基板３に積層されている電極層５は、鉄で形成されている。電極層５を鉄で形成した主な理由としては、上記した鉄で形成したバリア層６の線膨張係数に電極層５の線膨張係数を近づけることを考慮したためである。

従って本実施例によれば、電極層５の母材−バリア層６の母材は、鉄−鉄の組み合わせとされている。よって、（電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数）をαとしたとき、α=１またはα≒１の関係とされている。換言すると本実施例によれば、電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため本実施例に係る熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されるときであっても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。このため本実施例に係る熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されるときであっても、熱電変換装置１の電気抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

熱電変換装置１を組み付けるときには、図３に示すように、熱電体４の搭載面４０ａ、４０ｂに鉄のバリア層６を無電解メッキを用いて形成する。また第１基板２の搭載面２０及び第２基板３の搭載面３０に鉄の電極層５をろう付けを用いて積層しておく。その後、バリア層６と電極層５との間に、接合材料（銀ろう）を介在させる。この状態で不活性雰囲気の電気炉により、接合材料（銀ろう）を約７５０〜８５０℃で溶融させた後に凝固させ、ろう材を基材とする接合層７をバリア層６と電極層５との間に形成する。この結果、複数個の熱電体４が第１基板２及び第２基板３間に接合される。

以上説明したように本実施例によれば、相対的に高温側となる第１基板２側及び相対的に低温側となる第２基板３側の双方について、電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせ（鉄−鉄の組み合わせ）で形成されている。このため熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。このため長期にわたり使用されたとしても、熱電変換装置１の電気抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

（試験例）
上記した実施例に基づいた試験例として、熱電変換装置１を作製し、試験を行った。この場合、熱電体４のチップのサイズとしては、高さ寸法Ｈ１が４ｍｍ、幅Ｌ１が４ｍｍ、奥行き寸法が４ｍｍとした。図３に示すように、熱電体４の搭載面４０ａ、４０ｂの双方に、厚み１０μｍ以下の鉄の薄膜状をなすバリア層６（平均厚み３μｍ）を無電解メッキにより形成した。

また第１基板２（平均厚み６３５μｍ）の搭載面２０及び第２基板３（平均厚み６３５μｍ）の搭載面３０に鉄の膜状をなす電極層５（平均厚み３５０μｍ）をろう付けにより積層した。バリア層６の厚みは電極層５の厚みよりも薄い。

その後、バリア層６と電極層５との間に、接合材料（銀ろう）を介在させた。この状態で、不活性雰囲気の電気炉により接合材料（銀ろう）を約７５０〜８５０℃で溶融させて凝固させ、ろう材を基材とする接合層７（平均厚み１０μｍ）を形成した。第１基板２と第２基板３との間の高さＨ２としては５．５ｍｍとした。

比較例も同様に作製した。比較例は、上記した試験例と基本的には同様に作製した。即ち、熱電体４の搭載面４０ａ、４０ｂに鉄のバリア層６を無電解メッキにより積層すると共に、第１基板２及び第２基板３に銅の電極層５をろう付けにより積層した。その後、バリア層６と電極層５との間に、接合材料（銀ろう）を介在させた。この状態で実施例と同様に接合材料（銀ろう）を溶融凝固させて接合層７を形成した。

実施例１に相当する試験例に係る熱電変換装置１を用い、作動前の電気抵抗を測定した後、高温側の第１基板２の温度を２００℃から６００℃まで変化させ、約１時間作動させた後、熱電変換装置１の端子間の電気抵抗を測定した。相対的に低温となる第２基板３の温度は約２００℃程度とした。測定条件としては室温（約２５℃）とした。比較例に係る熱電変換装置１についても同様に測定した。

図４は測定結果を示す。図４の横軸は作動時の第１基板２が配置される高温側の温度を示し、縦軸は作動前後での抵抗変化率（作動後の抵抗／作動前の抵抗−１）×１００％）を示す。図４の特性線Ｗ１に示すように、実施例１によれば、作動時の第１基板２の温度が上昇したとしても、抵抗変化率の増加は小さい。高温側が６００℃であっても、抵抗変化率は１．５％以下と小さかった。

これに対して比較例によれば、図４の特性線Ｗ２に示すように、作動時の第１基板２の温度が上昇するにつれて、抵抗変化率はかなり増加する。殊に４５０℃〜５００℃を越えた温度領域において、抵抗変化率はかなり大きく増加する。具体的には比較例によれば、高温側の温度が６００℃のとき、抵抗変化率は３．５％であり、実施例１に相当する試験例の抵抗変化率に対して２５０％であった（３．５／１．４×１００％≒２５０％）。

実施例２は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏するため、図１及び図２を準用することができる。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。バリア層６はタングステンで形成されている。電極層５はモリブデンで形成されている。従って、（電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数）をαとしたとき、α≒１．０７の関係とされている。このように電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。このため熱電変換装置１の抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

実施例３は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏するため、図１及び図２を準用することができる。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。バリア層６はモリブデンで形成されている。電極層５はタングステンで形成されている。従って、（電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数）をαとしたとき、α≒０．９４の関係とされている。このように電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。このため抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

図５は実施例４を示す。実施例４は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、この熱電体４は、バリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物の粉末を固めた圧粉成形体を焼結して形成されている。バリア層６は鉄の焼結体で形成されている。この場合、熱電体４の圧粉成形体を成形するとき、鉄粉末を熱電体４の圧粉成形体と一体的に圧縮成形し、熱電体４の焼結と同時に鉄粉末を焼結することにより、バリア層６は鉄の焼結体として熱電体４と一体的に形成されている。なお、バリア層６の平均厚みは１ｍｍとされている。電極層５の平均厚みは３００〜４００μｍとされている。熱電体４のチップのサイズとしては、高さ寸法Ｈ１が２ｍｍ、幅Ｌ１が４ｍｍ、奥行き寸法が４ｍｍとされている。第１基板２と第２基板３との間の高さＨ２としては５．５ｍｍとされている。

電極層５はろう付けを用いて鉄で形成されている。従って、（電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数）をαとしたとき、基本的には、α=１またはα≒１の関係とされている。このように電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で長期にわたり使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間におけるワレの生成及び／または成長が抑制される。このため抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

実施例５は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏するため、図１及び図２を準用することができる。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。熱電体４を構成する熱電材料はビスマス−テルル系とされている。この場合、Ｐ型半導体はＢｉ_0.5Ｓｂ_1.5Ｔｅ_3.0とされている。Ｎ型半導体はＢｉ₁₂Ｔｅ_2.85Ｓｅ_0.15とされている。

上記した熱電材料で形成された熱電体４は、第１基板２と第２基板３との間の温度差に基づくゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換する。この熱電体４の線膨張係数は２２．２×１０^-6／Ｋである。電極層５は銀で形成されている。バリア層６は銅で形成されている。従って、電極層５の線膨張係数／バリア層６の線膨張係数をαとしたとき、α≒１．２０の関係とされている。このように電極層５及びバリア層６は、電極層５とバリア層６との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されている。このため係る熱電変換装置１が熱的に厳しい環境で使用されたとしても、電極層５とバリア層６との間にはワレの生成及び／または成長が抑制される。このため抵抗値の変化が抑制され、信頼性が向上する。

図６は実施例６を示す。実施例６は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、熱電体４、電極層５及びバリア層６の露出部分は、シール材８で覆われてシールされている。電極層５及びバリア層６は、鉄−鉄の組み合わせとされている。

シール材８は無機系（ガラスを含む）の薄膜状をなすコート材で形成されている。第１基板２及び第２基板３は、マスキングを施して必要部分のみシール材８で被覆するようにしている。この場合、熱電体４、電極層５及びバリア層６等を搭載する熱電変換装置１を、無機系のスラリーに所定時間浸漬させた後に乾燥または焼成させて形成されている。上記したように鉄系の電極層５及び鉄系のバリア層６の露出部分はシール材８で覆われてシールされているため、耐食劣化が抑制されている。

（他の例）
上記した実施例によれば、熱電体４は熱エネルギを電気エネルギに変換するが、電気エネルギを熱エネルギに変換する形態に使用することもできる。上記した実施例によれば、高温側の第１基板２側及び低温側の第２基板３側の双方について、電極層５及びバリア層６は、熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されているが、これに限らず、高温側の第１基板２側のみとすることもできる。上記した熱電体４、第１基板２、第２基板３等の各要素のサイズは上記した値に限定されるものではない。更に、熱電体４、第１基板２、第２基板３等の材質等は上記したものに限定されるものではない。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は熱電材料を母材とする熱電体を搭載する熱電変換装置に利用することができる。

実施例１に係る全体の概念を示す側面図である。 実施例１に係る組み付け後の要部の概念を示す拡大側面図である。 実施例１に係る組み付け前の要部の概念を示す拡大側面図である。 試験例に係り、高温側温度と抵抗変化率との関係を示すグラフである。 実施例４に係る組み付け後の要部の概念を示す拡大側面図である。 実施例６に係る組み付け後の要部の概念を示す拡大側面図である。

符号の説明

図中、１は熱電変換装置、２は第１基板（第１基部）、３は第２基板（第２基部）、４は熱電体、５は電極層、６はバリア層、７は接合層、８はシール材を示す。

Claims (5)

1. 相対的に高温側に配置される第１基部と、
   前記第１基部よりも相対的に低温側に配置される第２基部と、
   前記第１基部と前記第２基部との間に配置され熱電材料を母材とする熱電体と、
   前記第１基部及び前記第２基部のそれぞれから前記熱電体に向けて順に配置された電極層及びバリア層とを具備する熱電変換装置において、
   前記第１基部側及び前記第２基部側のうち少なくとも前記第１基部側について、
   前記電極層及び前記バリア層は、前記電極層と前記バリア層との間における熱膨張による引張応力の発生を抑える材料の組み合わせで形成されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 請求項１において、前記熱電材料はバリウム−ガリウム−ゲルマニウム系のクラスレート化合物であることを特徴とする熱電変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記電極層の母材−前記バリア層の母材は、鉄系−鉄系、タングステン系−モリブデン系、モリブデン系−タングステン系、モリブデン系−モリブデン系、タングステン系−タングステン系、銅系−銀系、銀系−銅系のいずれかの組み合わせで形成されており、且つ、
   前記熱電材料は、前記第１基部と前記第２基部との間の温度差に基づくゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換する材料であることを特徴とする熱電変換装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、（前記電極層の線膨張係数／前記バリア層の線膨張係数）をαとしたとき、０．８０≦α≦１．２５の関係に設定されていることを特徴とする熱電変換装置。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、少なくとも前記電極層及び前記バリア層の露出部分はシール材で覆われていることを特徴とする熱電変換装置。

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