JP2008270410A - 熱電変換素子及び熱電変換モジュール並びに熱電変換モジュールの製造方法 - Google Patents
熱電変換素子及び熱電変換モジュール並びに熱電変換モジュールの製造方法 Download PDFInfo
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【解決手段】この熱電変換モジュールは、絶縁体(10)の上面に離隔して形成された複数個の第1の電極膜(11,12,13)と、この第1の電極膜の上面にp型とn型が交互に離隔して配置された複数個のp型及びn型熱電半導体素子膜(16,19)及び(17,18)と、この第1の電極膜の離隔位置をまたぐようにp型熱電半導体素子膜(19)とn型熱電半導体素子膜(18)とを接続する第2の電極膜(20)とを有し、端部に位置するp型及びn型熱電半導体素子膜(16,17)にそれぞれ端子電極が接続されている。
【選択図】図3
Description
すなわち、本発明によれば下記の熱電変換素子、熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造方法が提供される。
2.前記熱電変換材料が、合成された酸化物熱電半導体であり、前記酸化物熱電半導体の粉末の粒径を0.1〜10μmとし、前記酸化物熱電半導体の粉末に金属酸化物を結着材として前記熱電半導体に対し0.5〜50質量%の割合で加えて混合し、ペースト化したものを電極上面に薄膜状に硬化させた前項1に記載の熱電変換素子。
3.焼成硬化させた時の膜厚が1〜100μmであることを特徴とする前項1または前項2に記載の熱電変換素子。
4.焼成硬化させた時の膜厚が10〜20μmである前項3に記載の熱電変換素子。
5.絶縁体の上面に形成された第1の電極膜と、前記第1の電極膜の上面に互いに離隔して成膜されたp型及びn型熱電変換素子膜と、前記p型及びn型熱電変換素子膜の上面に形成された第2の電極膜とを有し、前記第1の電極膜と前記第2の電極のいずれか一方が前記p型及びn型熱電変換素子膜の間で離隔されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
6.絶縁体の上面に離隔して形成された複数個の第1の電極膜と、前記第1の電極膜の上面にp型とn型が交互に離隔して配置された複数個のp型及びn型熱電変換素子膜と、前記第1の電極膜の離隔位置をまたぐように前記p型熱電変換素子膜と前記n型熱電変換素子膜とを接続する第2の電極膜とを有し、端部に位置するp型及びn型熱電変換素子膜にそれぞれ端子電極膜が接続されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
7.前記第1の電極膜の離隔部分、及びこの離隔部分に臨む前記p型及びn型熱電変換素子膜の間にガラス膜が介在される前項6に記載の熱電変換モジュール。
8.前記p型及びn型熱電変換素子膜は、熱電変換材料の粉末に結着材を混合してペースト化したものを膜厚10〜20μmの薄膜状に硬化させた熱電変換素子膜である前項6または7に記載の熱電変換モジュール。
9.前記p型及びn型熱電変換素子膜は、熱電変換材料の粉末に結着材を混合してペースト化したものを膜厚10〜20μmの薄膜状に硬化させた熱電変換素子膜である前項8に記載の熱電変換モジュール。
10.絶縁体の上面に複数個の互いに離隔した第1の電極膜をスクリーン印刷により形成する工程と、
前記第1の電極膜の離隔部分にガラス膜を形成する工程と、
前記ガラス膜を挟んでp型及びn型熱電変換素子膜を前記第1の電極膜上にスクリーン印刷により形成する工程と、
前記ガラス膜をまたいで前記p型及びn型熱電変換素子膜の上面をスクリーン印刷により第2の電極膜で接続する工程と、
前記第2の電極膜で接続されていない端部位置の前記p型及びn型熱電変換素子膜に端子電極膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
その他、焼却炉をはじめとする熱処理炉における排ガス設備(通常100°C以上)の部材表面部位に設置し、内部の排ガス温度と外気温との温度差による発電が可能である。さらに、熱媒体として空気、水、アンモニアなどを利用して地温と外気温との温度差で発電、建築構造物の外壁に設置し、外気温度と構造物温度との温度差を利用した発電、建物や温室ハウスのガラス部分の内外面に設置し、その室内温度と外気に触れるガラス面との温度差を利用した発電が可能である。さらには、バイオマスエネルギーとしての堆肥施設における、発酵温度と外気温、あるいは用水との温度差による発電も可能となるなど、多くの応用が期待される。
図1(A),(B)は、本発明の1実施形態に係る熱電変換モジュールの平面図及び側部断面図である。熱伝導率の比較的良好な窒化物や炭化珪素などを含む絶縁性セラミック板(1)の上面に第1の電極膜(2)が形成され、この電極膜(2)の上面に熱電変換素子となるp型熱電半導体素子膜(3)及びn型熱電半導体素子膜(4)が互いに離隔して形成されている。また、基板(1)の両端上面には、それぞれp型熱電半導体素子膜(3)及びn型熱電半導体素子膜(4)に隣接してガラス膜(5)が貼着され、さらに、p型熱電半導体素子膜(3)の上面からガラス膜(5)の上面にかけて、及びn型熱電半導体素子膜(4)の上面からガラス膜(5)の上面にかけて、第2の電極膜(6,7)が形成されている。各々のガラス膜(5)上の電極膜(6,7)は基板(1)に設けた端子電極(図示省略)に接続される。この構成により、基板下面側と第2の電極膜側との温度差により、端子電極間に起電力が生じる。
図3(A),(B)を参照して、この実施形態の薄膜タイプ熱電変換モジュールを説明すれば、絶縁性セラミック基板(10)の上面に矩形状の3体の第1の電極膜(11,12,13)が形成され、また第1の電極膜(11,13)の外端部にそれぞれ断熱材となるガラス膜(14)が、さらに第1の電極膜(11,12)の離隔部分及び第1の電極膜(12,13)の離隔部分にそれぞれ同様のガラス膜(15)が、基板(10)に接して形成されている。
また、n型材料として、以下のようにしてカルシウム・マンガン系酸化物熱電材料(Ca0.9La0.1MnO3)を調製した。すなわち、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化ランタン(La2O3)及び酸化マンガン(MnO2)を所定の組成:Ca0.9La0.1MnO3となるように秤量し、混合・プレス成形後、800℃で大気フロー(200ml/min)にて1時間仮焼成した。次いでボールミルにて粉砕後、プレス成形・CIP成形(200MPa)し、1200℃大気中にて10時間本焼成した。
上記で合成したp、n型の酸化物半導体をボールミルにて18〜24時間粉砕して、粒径0.5〜3μmの微粉末を得た。
図6はこの場合の実施形態を示す平面図である。基板(31)上に、各列(横列)に3個のp型熱電半導体素子膜(27)と3個のn型熱電半導体素子膜(28)からなる熱電変換モジュール(30)を行方向に8体平行に配置し、1列目の端部に位置するp型熱電半導体素子膜(27)と2列目の端部に位置するn型熱電半導体素子膜(28)とを電極膜を介して接続し、同様に2列目の反対側端部に位置するp型熱電半導体素子膜(27)と3列目の端部に位置するn型熱電半導体素子膜(28)とを電極膜を介して接続し、以下このようにして各列のp型熱電半導体素子膜とn型熱電半導体素子膜とを各列の間で直列に接続し、また1列目の反対側端部に位置するn型熱電半導体素子膜(28)及び最後の行の熱電変換モジュールのp型熱電半導体素子膜(27)を基板(31)の端部で一対の端子電極(32,33)に接続する。
2,11,12,13,20 第1の電極膜
3,16,19,27 p型熱電半導体素子膜
4,17,18,28 n型熱電半導体素子膜
5,14,15 ガラス膜
6,7,8,20,21,23 第2の電極膜
22 水溶性樹脂コート紙(転写紙)
24 樹脂コート
25 積層体
30 熱電変換モジュール
32,33 端子電極
Claims (10)
- 熱電変換材料の粉末に結着材を混合してペースト化したものを電極上面に薄膜状に硬化させたことを特徴とする熱電変換素子。
- 前記熱電変換材料が、合成された酸化物熱電半導体であり、前記酸化物熱電半導体の粉末の粒径を0.1〜10μmとし、前記酸化物熱電半導体の粉末に金属酸化物を結着材として前記熱電半導体に対し0.5〜50質量%の割合で加えて混合し、ペースト化したものを電極上面に薄膜状に硬化させた請求項1に記載の熱電変換素子。
- 焼成硬化させた時の膜厚が1〜100μmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変換素子。
- 焼成硬化させた時の膜厚が10〜20μmである請求項3に記載の熱電変換素子。
- 絶縁体の上面に形成された第1の電極膜と、前記第1の電極膜の上面に互いに離隔して成膜されたp型及びn型熱電変換素子膜と、前記p型及びn型熱電変換素子膜の上面に形成された第2の電極膜とを有し、前記第1の電極膜と前記第2の電極のいずれか一方が前記p型及びn型熱電変換素子膜の間で離隔されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
- 絶縁体の上面に離隔して形成された複数個の第1の電極膜と、前記第1の電極膜の上面にp型とn型が交互に離隔して配置された複数個のp型及びn型熱電変換素子膜と、前記第1の電極膜の離隔位置をまたぐように前記p型熱電変換素子膜と前記n型熱電変換素子膜とを接続する第2の電極膜とを有し、端部に位置するp型及びn型熱電変換素子膜にそれぞれ端子電極膜が接続されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
- 前記第1の電極膜の離隔部分、及びこの離隔部分に臨む前記p型及びn型熱電変換素子膜の間にガラス膜が介在される請求項6に記載の熱電変換モジュール。
- 前記p型及びn型熱電変換素子膜は、熱電変換材料の粉末に結着材を混合してペースト化したものを膜厚1〜100μmの薄膜状に硬化させた熱電変換素子膜である請求項6または7に記載の熱電変換モジュール。
- 前記p型及びn型熱電変換素子膜は、熱電変換材料の粉末に結着材を混合してペースト化したものを膜厚10〜20μmの薄膜状に硬化させた熱電変換素子膜である請求項8に記載の熱電変換モジュール。
- 絶縁体の上面に複数個の互いに離隔した第1の電極膜をスクリーン印刷により形成する工程と、
前記第1の電極膜の離隔部分にガラス膜を形成する工程と、
前記ガラス膜を挟んでp型及びn型熱電変換素子膜を前記第1の電極膜上にスクリーン印刷により形成する工程と、
前記ガラス膜をまたいで前記p型及びn型熱電変換素子膜の上面をスクリーン印刷により第2の電極膜で接続する工程と、
前記第2の電極膜で接続されていない端部位置の前記p型及びn型熱電変換素子膜に端子電極膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
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