JP6315357B2 - Thermoelectric material manufacturing method and thermoelectric element - Google Patents
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本発明は、熱電材料の製造方法及び熱電素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric material and a thermoelectric element.
近年、再生可能エネルギー開発の重要性が増し、エネルギー素子の高性能化が必要となっている。特に余剰な熱から電気を生みだすことが可能な熱電素子の高性能化が必要とされている。400-600℃の温度では、熱電材料に優れた特性が見られ、また熱電素子として十分な安定動作が期待できるために、この領域の熱エネルギーの再生が考えられて来た。これまで、熱電材料として、金属系(Bi2Te3等)、Si系(FeSi2等)などで基礎データの蓄積がなされているが、約10年前からは酸化物(NaCoO2, SrTiO3)の優れた特性が見出されるようになり、注目されている。これらの材料群は、無次元性能指数(ZT)に基づいた評価がなされている。 In recent years, the importance of developing renewable energy has increased, and it has become necessary to improve the performance of energy devices. In particular, there is a need for higher performance thermoelectric elements that can generate electricity from excess heat. At temperatures of 400-600 ° C, the thermoelectric materials have excellent characteristics and can be expected to have a stable operation as a thermoelectric element. Up to now, basic data has been accumulated for thermoelectric materials such as metals (Bi 2 Te 3 etc.), Si (FeSi 2 etc.), but oxides (NaCoO 2 , SrTiO 3 etc.) have been used for about 10 years. ) Has been found and is attracting attention. These material groups are evaluated based on a dimensionless figure of merit (ZT).
Sb系、Si系に比べ、酸化物材料は安定性が高く、特にNaCoO2(NCO: p型)熱電材料の発見以降、多くの関心が寄せられている。最近、還元したタングステンブロンズ型酸化物SrxBa1-xNb2O6 (SBN: n型)単結晶により高い熱電特性が報告されている（非特許文献１）。 Oxide materials are more stable than Sb-based and Si-based materials, and have attracted much attention since the discovery of NaCoO 2 (NCO: p-type) thermoelectric materials. Recently, high thermoelectric properties have been reported for reduced tungsten bronze oxide Sr x Ba 1-x Nb 2 O 6 (SBN: n-type) single crystal (Non-patent Document 1).
熱電素子を用いた発電方式は、熱源に依存はするものの、恒久的な発電が望める数少ない方式である。また温度差が100-200℃であるような用途は、潜在的な需要があるにも関わらず、開発例は少ない。 The power generation method using a thermoelectric element is one of the few methods that can generate permanent power generation, although it depends on the heat source. In addition, there are few development examples for applications where the temperature difference is 100-200 ° C, despite potential demand.
この温度差領域においては、カルノー効率で試算される発電効率は、原理的に10-15%であり、試算で使われているモデル(単純な温度勾配)では、発電効率は十分ではない。しかし先進的な排熱利用システムに見られるように、熱源からの排熱を複数回段階的に循環させる方式に、温度領域に合わせて有用な熱電素子を活用することができれば実用性はあると考えられる。さらに新しい熱源とのマッチングを模索することで、的確な経済性が得られると思われる。 In this temperature difference region, the power generation efficiency calculated by Carnot efficiency is 10-15% in principle, and the power generation efficiency is not sufficient in the model (simple temperature gradient) used in the calculation. However, as seen in advanced waste heat utilization systems, it is practical to use a useful thermoelectric element in accordance with the temperature range in a system that circulates waste heat from a heat source multiple times in stages. Conceivable. Furthermore, by searching for a match with a new heat source, it seems that accurate economics can be obtained.
本発明はそのような背景でなされたものであり、100-200℃の温度差領域での適用が可能な熱電材料の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in such a background, and provides a method for producing a thermoelectric material that can be applied in a temperature difference region of 100 to 200 ° C.
素子への応用のためにSBNを多結晶とすると、SBNのキュリー温度(Tc: 組成により60-200℃)近傍で、試料内部粒界でのPTCR（正の比抵抗温度係数：Positive Temperature Coefficient of Resistivity）効果による導電率が低下するという問題が予想される。 When SBN is polycrystalline for device applications, PTCR (Positive Temperature Coefficient: Positive Specific Temperature Coefficient) at the grain boundary inside the sample near the Curie temperature of SBN (T c : 60-200 ° C depending on the composition) The problem of a decrease in conductivity due to the effect of (Resistivity) effect is expected.
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、比較的高い温度領域においても高い導電率を有する熱電材料の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is for solving such problems, and an object thereof is to provide a method for producing a thermoelectric material having high conductivity even in a relatively high temperature region.
本発明の熱電材料の製造方法は、複数の炭酸金属の粉末を混合し固相反応により焼結して焼結体を作製する工程と、黒鉛とともに1000度以上の温度で処理することにより前記焼結体を還元して還元焼結体を作製する工程とを備えたことを特徴とする。 The method for producing a thermoelectric material of the present invention comprises a step of mixing a plurality of metal carbonate powders and sintering them by solid-phase reaction to produce a sintered body, and the sintering is performed at a temperature of 1000 ° C. or more together with graphite. And a step of producing a reduced sintered body by reducing the bonded body.
また、本発明の熱電材料の他の製造方法は、複数の酸化金属の仮焼粉を作製する工程と、配向した結晶構造を有するテンプレートとなる酸化金属を固相反応により作製する工程と、前記複数の酸化金属の仮焼粉と前記テンプレートとなる酸化金属とを混合してスラリーを作製する工程と、前記スラリーを成形し熱処理を行うことにより前記複数の酸化金属に含まれる金属の酸化金属焼結体を作製する工程を備えたことを特徴とする。 In addition, another method for producing the thermoelectric material of the present invention includes a step of producing a plurality of metal oxide calcined powders, a step of producing a metal oxide serving as a template having an oriented crystal structure by a solid-phase reaction, A step of preparing a slurry by mixing a plurality of calcined powders of metal oxide and the metal oxide serving as the template, and metal oxide firing of the metal contained in the plurality of metal oxides by forming the slurry and performing a heat treatment It is characterized by comprising a step of producing a ligated body.
本発明によれば、比較的高い温度領域においても高い導電率を有する熱電材料の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thermoelectric material which has high electrical conductivity also in a comparatively high temperature range can be provided.
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明に用いた材料は、結晶構造がタングステンブロンズ型結晶構造を有する材料である。たとえばBa2NaNb5O15 (以下BNNという)であり、強誘電性を示す材料として広く知られている。 The material used in the present invention is a material whose crystal structure has a tungsten bronze type crystal structure. For example, Ba 2 NaNb 5 O 15 (hereinafter referred to as BNN), which is widely known as a material exhibiting ferroelectricity.
本発明によれば、高密度なタングステンブロンズ型結晶構造を有する材料、例えばBNNの焼結体に対して約1000℃で還元処理を行うことで、熱電特性を発現し、良好なパワーファクタを得ることができる。以下、BNNを用いた例について説明する。 According to the present invention, a material having a high-density tungsten bronze-type crystal structure, for example, a BNN sintered body is subjected to reduction treatment at about 1000 ° C., thereby expressing thermoelectric characteristics and obtaining a good power factor. be able to. Hereinafter, an example using BNN will be described.
ゼーベック係数の増強、特に100μV/K以上のゼーベック係数の発現には、温度勾配によるバンド湾曲に加えd電子を用いたホッピング伝導を利用する方法が効果的である。本発明は、最も簡単な遷移の一つである酸素8面体内のNb4+、Nb5+間のホッピングを選択した。Nb4+、Nb5+はBNNを還元することで実現可能である。このホッピングによる伝導は、Nb内殻電子間を移動し、最終的に負極に到達し熱起電力となる。結果として大きなゼーベック係数(=dV/dT)を発現する。この遷移は複雑ではないため、再現性が高い。 In order to enhance the Seebeck coefficient, particularly to develop a Seebeck coefficient of 100 μV / K or more, a method using hopping conduction using d electrons in addition to band bending due to a temperature gradient is effective. The present invention has selected one of the simplest transitions, hopping between Nb 4+ and Nb 5+ in the oxygen octahedron. Nb 4+ and Nb 5+ can be realized by reducing BNN. The conduction by this hopping moves between the Nb core electrons and finally reaches the negative electrode to become a thermoelectromotive force. As a result, a large Seebeck coefficient (= dV / dT) is expressed. Since this transition is not complicated, the reproducibility is high.
以下、熱電材料として、タングステンブロンズ構造を有し、高温でキュリー温度(Tc)を持つBa2NaNb5O15(BNN:Tc=560℃)を用いた例について説明する。 Hereinafter, an example using Ba 2 NaNb 5 O 15 (BNN: T c = 560 ° C.) having a tungsten bronze structure and having a Curie temperature (T c ) at a high temperature will be described as a thermoelectric material.
BNNはSBNに比べ、高温(560℃)で構造相転移を生じる。従って使用目的の温度(100-200℃)で、PTCR効果による導電率低下を回避することができる。 BNN causes a structural phase transition at a higher temperature (560 ° C) than SBN. Therefore, it is possible to avoid a decrease in conductivity due to the PTCR effect at the intended use temperature (100-200 ° C.).
本発明によれば、BNN焼結体を作製し、還元処理を行う。最適な還元条件においては、ゼーベック係数(|S|)は186μV/K以上、n型、導電率(σ)は16.3 S/cm以上、パワーファクタ(S2σ)は0.3896×10-4 W/mKの特性が得られる。 According to the present invention, a BNN sintered body is produced and subjected to a reduction treatment. Under optimal reduction conditions, Seebeck coefficient (| S |) is 186 μV / K or more, n-type, conductivity (σ) is 16.3 S / cm or more, and power factor (S 2 σ) is 0.3896 × 10 −4 W / The characteristic of mK is obtained.
BNNは熱伝導率が酸化物の中でも極めて低く、無次元性能指数(ZT)の向上に有利である。また無配向焼結体なので、結晶育成の必要がなく、その分、安価に市場に供給できる。 BNN has an extremely low thermal conductivity among oxides and is advantageous for improving the dimensionless figure of merit (ZT). Further, since it is a non-oriented sintered body, there is no need for crystal growth, and it can be supplied to the market at that low cost.
以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に本実施例のBNN焼結体の外形を示す。BNN焼結体の大きさは、size: 2×1×12 mm3、相対密度95%以上である。 FIG. 1 shows the outer shape of the BNN sintered body of this example. The size of the BNN sintered body is size: 2 × 1 × 12 mm 3 and a relative density of 95% or more.
本実施例１による熱電材料であるBNN焼結体の製法フローを図２に示す。 FIG. 2 shows a manufacturing flow of a BNN sintered body that is a thermoelectric material according to the first embodiment.
まず、BaCO3、Na2CO3、Nb2O5の粉末を用いて、固相反応法(1350℃、12h)により、焼結体を作製する。 First, using a powder of BaCO 3 , Na 2 CO 3 , and Nb 2 O 5, a sintered body is produced by a solid phase reaction method (1350 ° C., 12 h).
次に、固体(黒鉛)を元にBNN焼結体の還元を行う。表1に示す条件の還元温度と還元時間により、作製が可能である。 Next, the BNN sintered body is reduced based on the solid (graphite). Fabrication is possible depending on the reduction temperature and reduction time under the conditions shown in Table 1.
得られたBNN焼結体の表面上に電極: Au、Ni、Agをそれぞれ堆積、塗布することで、特性の測定を行うことができる。粉末X線回折(XRD)測定、ゼーベック係数(S,Yokogawa
7263)、導電率(σ, Agilent E5273A)の温度依存測定(室温-230℃)を行った結果を以下に示す。
The characteristics can be measured by depositing and applying electrodes: Au, Ni, and Ag, respectively, on the surface of the obtained BNN sintered body. X-ray powder diffraction (XRD) measurement, Seebeck coefficient (S, Yokogawa
7263) and the temperature dependence measurement (room temperature-230 ° C.) of conductivity (σ, Agilent E5273A) are shown below.
図３にBNN焼結体のゼーベック係数(|S|)の温度依存特性を示す。熱起電力は高温側端子が正の値を示し、n型の特性を示した。表1の還元条件に従い、|S|の値は増加した。(Sの特性が系統的でないのは、還元が固体ソースであるため、均一ではなく、内部で特性が分布するからであると考えている。) また|S|は還元条件Cによって最大で|S|=186μV/Kを示した。 FIG. 3 shows the temperature dependence characteristics of the Seebeck coefficient (| S |) of the BNN sintered body. As for the thermoelectromotive force, the high-temperature side terminal showed a positive value and exhibited n-type characteristics. According to the reduction conditions in Table 1, the value of | S | increased. (The property of S is not systematic because it is not uniform because the reduction is a solid source, and the properties are distributed internally.) | S | S | = 186 μV / K was shown.
図４にBNN焼結体の導電率(σ)の温度依存特性を示す。表1の還元条件３、４、５に亘って、金属的な特性から半導体的な特性へと変化した。また180℃で、σは8.2-16.3S/cmと変化し、中でも条件３でσは、最大16.35S/cmを示した。 FIG. 4 shows the temperature dependence characteristics of the conductivity (σ) of the BNN sintered body. Over the reduction conditions 3, 4, and 5 in Table 1, the characteristics changed from metallic to semiconductive. Also, at 180 ° C., σ varied from 8.2-16.3 S / cm. Above all, in condition 3, σ showed a maximum of 16.35 S / cm.
図３、４より、還元による活性化エネルギー(Ea、Eσ)は、S=σ(kB/e)[Ea/kBT+A]、σ=σoexp[-Eσ/kBT]よりフィッテングしたところ、-10-4eVと得られた。今回の良好なSの値(熱起電力)は、SBN同様、Nb5+とNb4+イオン間のホッピング伝導よることを支持するものと思われる。これに対して、電気伝導は酸素欠陥により行われ、σは表1の条件３の条件が最も適している。 3 and 4, the activation energy (E a , E σ ) by reduction is S = σ (k B / e) [E a / k B T + A], σ = σ o exp [−Eσ / k When fitting from B T], -10 -4 eV was obtained. This good S value (thermoelectromotive force) seems to support the hopping conduction between Nb 5+ and Nb 4+ ions, similar to SBN. On the other hand, the electric conduction is performed by oxygen defects, and the condition 3 in Table 1 is most suitable for σ.
以上より、条件３のパワーファクタ(P.F.=S2σ)は、130℃で、P.F.=0.3896E-04 W/mKを示している。また、一般にタングステンブロンズ型酸化物は、低い熱伝導率(κ)が報告されており、高い性能指数(ZT>1)が実現可能である。 From the above, the power factor (PF = S 2 σ) in Condition 3 is 130 ° C and PF = 0.3896E-04 W / mK is shown. In general, tungsten bronze type oxides have been reported to have low thermal conductivity (κ), and a high figure of merit (ZT> 1) can be realized.
還元を施さないBNNを、試料外皮に形成することで、酸化を防止することも可能である。 Oxidation can also be prevented by forming BNN that does not undergo reduction in the sample skin.
以下に、本発明による実施例２について詳細に説明する。本実施例２では、焼結体の結晶を配向させている。 Hereinafter, Example 2 according to the present invention will be described in detail. In Example 2, crystals of the sintered body are oriented.
SBN単結晶の熱電特性は異方性が報告されており、それによりゼーベック係数は最大で400μV/Kと大きな値を示していると考えられる。実施例１の焼結体は無配向であるので、試料内部で平均化していると考えられる。SBN単結晶に比べて、BNN焼結体で、約70.5%のゼーベック係数の値が試料から現われており、これは組成が異なることによるが、配向化を実現することで、より高い特性が得られる可能性があると考えられた。 Anisotropy has been reported in the thermoelectric properties of SBN single crystals, and it is considered that the Seebeck coefficient is as large as 400 μV / K. Since the sintered body of Example 1 is non-oriented, it is considered that it is averaged inside the sample. Compared to SBN single crystal, the BNN sintered body shows a value of Seebeck coefficient of about 70.5% from the sample. This is because the composition is different, but by realizing orientation, higher characteristics can be obtained. It was thought that there was a possibility.
図５に本実施例２によるBNN焼結体の製法フローを示す。以下に工程を説明する。 FIG. 5 shows a flow of manufacturing a BNN sintered body according to the second embodiment. The process will be described below.
ボールミルを用いた湿式混合を行った後、1050℃、5時間の処理により、BaNb2O6
(以下BNという)、NaNbO3 (以下NNという) それぞれの仮焼粉3gを作製する。
After wet mixing using a ball mill, BaNb 2 O 6
3 g of each calcined powder (hereinafter referred to as BN) and NaNbO 3 (hereinafter referred to as NN) are prepared.
テンプレートとなるNaBa2Nb5O15 (BNN)の作製のため、NaCl、BaCO3、Nb2O5を乳鉢で乾式混合(30分)する。混合粉を坩堝に投入し、アルミナセメントで坩堝と蓋を固定し、1200℃、4hで処理を行いテンプレート種粒子となるBNNの作製を行う。 In order to produce NaBa 2 Nb 5 O 15 (BNN) as a template, NaCl, BaCO 3 , and Nb 2 O 5 are dry-mixed in a mortar (30 minutes). The mixed powder is put into a crucible, the crucible and the lid are fixed with alumina cement, and processing is performed at 1200 ° C. for 4 hours to produce BNN as template seed particles.
ここではテンプレートにBNNを用いたが、KBa2Nb5O15(BKN)を用いることも可能であり、その場合は、NaClに変えて、KClを用いることができる。その場合はKCl、BaCO3、Nb2O5を乳鉢で乾式混合(30分)し、混合粉を坩堝に投入し、アルミナセメントで坩堝と蓋を固定し、1100℃、4hで処理を行いテンプレート種粒子となるBKNの作製を行う。 Although BNN is used here as the template, KBa 2 Nb 5 O 15 (BKN) can also be used. In that case, KCl can be used instead of NaCl. In that case, KCl, BaCO 3 and Nb 2 O 5 are dry-mixed in a mortar (30 minutes), the mixed powder is put into a crucible, the crucible and lid are fixed with alumina cement, processed at 1100 ° C for 4 hours, and template Produces BKN as seed particles.
ビーカーに投入、純水に浸し70℃を保持して、BaCl2を抜く。 Put in a beaker, soak in pure water, hold at 70 ° C, and remove BaCl 2 .
BN、NNにテンプレート種粒子NBNを加え(15wt%)、さらにV2O5(0.5wt%)を加えて湿式混合し(ジルコニア・ボールなし、24h)、スラリーとする。 Template seed particles NBN are added to BN and NN (15 wt%), and V 2 O 5 (0.5 wt%) is further added and wet-mixed (without zirconia balls, 24 h) to form a slurry.
スラリーを手製治具によるドクターブレード法で、ガラス基板上にテープ成型する。 The slurry is tape-molded on a glass substrate by a doctor blade method using a hand-made jig.
さらに、固めのビニールシート上に、テープ成型、乾燥後に一軸プレスを行う(1ton)。 Furthermore, uniaxial pressing is performed after tape molding and drying on a hard vinyl sheet (1 ton).
ビニールシートから取り外した試料をアルミナ板2枚で挟み、500℃、2hで仮焼を行う。 The sample removed from the vinyl sheet is sandwiched between two alumina plates and calcined at 500 ° C for 2 hours.
図6にテンプレート種粒子NBNのXRDパターンを示す。図6より、NBN試料の結晶性が高く、配向していることが分かる。 FIG. 6 shows the XRD pattern of the template seed particle NBN. FIG. 6 shows that the crystallinity of the NBN sample is high and oriented.
図7に、500℃、2hで仮焼を行った後の写真を示す(マッフル炉内部で撮影)。厚さ200-500mm、最大10mm2角のテープ形成された薄層試料が得られている。 FIG. 7 shows a photograph after calcining at 500 ° C. for 2 hours (taken inside the muffle furnace). The thickness 200-500Mm, thin layer sample is obtained which is a tape formed of up to 10 mm 2 square.
図８に本実施例２による配向したBNN焼結体のゼーベック係数、導電率とパワーファクタの温度依存性を、無配向のものと比較して示す。ゼーベック係数が250μV/K以上、導電率は20 S/cm近く、パワーファクターは1.0〜1.5E-04 W/mKを得ることができた。 FIG. 8 shows the temperature dependence of the Seebeck coefficient, conductivity, and power factor of the oriented BNN sintered body according to Example 2 in comparison with the non-oriented one. Seebeck coefficient of 250μV / K or more, conductivity is close to 20 S / cm, power factor is 1.0 to 1.5E-04 W / mK could be obtained.
本発明による熱電素子は、その使用温度領域から、大規模集中発電機関よりも、スマートグリット(賢い電力網)に見られる家庭用・分散型発電機器への用途に適している。 The thermoelectric element according to the present invention is more suitable for use in household / distributed power generation equipment found in smart grids (smart power grids) than in large-scale concentrated power generation engines because of its operating temperature range.
別の用途として、緊急用・熱電デバイスにも利用が可能である。NCOを用いた例ではガスコンロや焚火の熱から携帯電話器等への5V発電が迅速に可能であり、震災など非常時の用途としての有用性が非常に高いことは明らかである。以上の観点から、熱電デバイスは今後も市場開拓性は十二分に有しており、今回の発明が熱電素子として応用された場合、上記の用途への有用性は非常に高いと思われる。 As another application, it can be used for emergency and thermoelectric devices. In an example using NCO, it is clear that 5V power generation from a gas stove or bonfire heat to a mobile phone is possible quickly, and it is clear that it is very useful for emergency use such as an earthquake disaster. From the above viewpoints, thermoelectric devices have sufficient market exploration potential in the future, and when the present invention is applied as a thermoelectric element, the usefulness for the above uses is considered to be very high.
個人用自動車の市場の推移は、やはりエネルギーの使用効率(燃費)の向上であるが、急速にエンジン(20%)から完全電動モータ(60%)に切り替えることは社会環境から難しい。このため、内燃機関(エンジン)と電動モータとのハイブリッド化(ハイブリッド自動車)が行われている。ハイブリッド自動車は、速度に応じてエンジンと電動モータを切り替えて走行している。動力の切り替えは、パワートランジスタ(インバータ)によるが、より高出力化が求められパワートランジスタの発熱(100-200℃)が増大している。大気へ排熱を行うと当然ながら効率が落ちてしまう。ハイブリッド自動車の将来は、やはり排熱を電気エネルギーとして再生することであり、このため高度な熱エネルギー再利用が求められている。本発明の有用性(100-200℃の熱発電)が認識された際には、勿論、カルノー効率を20%近くにするための排熱発電のための高度な循環システムの構築が必要となるが、本発明はハイブリッド自動車の効率を向上させるための主要な要素となる可能性を有している。 The trend in the personal automobile market is to improve energy use efficiency (fuel consumption), but it is difficult to quickly switch from the engine (20%) to the fully electric motor (60%) due to the social environment. For this reason, a hybrid (hybrid vehicle) of an internal combustion engine (engine) and an electric motor has been performed. A hybrid vehicle travels by switching between an engine and an electric motor according to speed. Switching of power depends on the power transistor (inverter), but higher power is required and heat generation (100-200 ° C.) of the power transistor is increasing. If exhaust heat is exhausted to the atmosphere, the efficiency will naturally drop. The future of hybrid vehicles is to regenerate exhaust heat as electrical energy, and therefore, advanced thermal energy reuse is required. When the usefulness of the present invention (thermoelectric power generation at 100-200 ° C.) is recognized, it is of course necessary to construct an advanced circulation system for exhaust heat power generation to bring the Carnot efficiency close to 20%. However, the present invention has the potential to become a key element for improving the efficiency of hybrid vehicles.
次の可能性として、企業では、空調およびパーソナルコンピュータ(PC)の使用が高い。PCは特に中央演算処理装置(CPU)の高速演算による高性能化により発熱量が増大している。周知のとおり、その放熱が依然課題となっている。放熱はアルミ製の放熱板とファンによって構成されている。通常の放熱方式に加えて、水冷による熱循環システムも見られて、今後も新しいデバイスや方式を盛んに取り込んでゆく分野である。水冷以外にも、これまで導入されて来たペルチェ素子による冷却に加えて、本発明による熱電素子も試験的に組み込まれる可能性は十分に考えられる。 The next possibility is that companies use air conditioning and personal computers (PCs). In particular, the amount of heat generated by PCs is increasing due to the high performance of the central processing unit (CPU) through high-speed computation. As is well known, the heat dissipation remains a problem. Heat dissipation is made up of an aluminum heat sink and a fan. In addition to the usual heat dissipation method, a water-cooling heat circulation system is also seen, and it is an area where new devices and methods will be actively incorporated in the future. In addition to water cooling, in addition to the cooling by the Peltier element that has been introduced so far, the possibility of incorporating the thermoelectric element according to the present invention on a trial basis is sufficiently conceivable.
次の可能性として一般家庭においては、電力の消費は、暖房(効率から今後は空調機器による可能性が高い)、給湯(風呂)が大部分を占めている。暖房(空調)機器は、熱源として発生する十分高くはないので、不向きである。しかし、給湯器と風呂の湯の循環部分は、本発明による熱電素子にとっては、理想的な熱源として考えられる。この発明の適用が期待される。また湯沸かし器、調理器具、効率を問わなければ、あらゆる熱源に付属させて発電することが出来る。非常時の携帯電話の充電も、震災時の課題であった。 As the next possibility, in general households, heating (most likely due to air conditioning equipment in the future from the efficiency) and hot water supply (bath) will occupy most of the power consumption. Heating (air conditioning) equipment is not suitable because it is not high enough to generate as a heat source. However, the circulating portion of the water heater and the hot water of the bath is considered as an ideal heat source for the thermoelectric element according to the present invention. Application of the present invention is expected. In addition, it can be attached to any heat source to generate electricity, regardless of whether it is a water heater, cooking utensil, or efficiency. Charging mobile phones during emergencies was also an issue during the earthquake.
今後は、家庭用電気機器はIT化により、遠隔管理、稼働制御される可能性があるが、そのための電力需要が生じる。機器内部のマイコン電源の電力供給として、排熱エネルギー発電が発展する可能性がある。その際には、熱電素子は充電器と併せてモジュール化することで、外部電源から切り離して使用されることになれば、IT電力需要を一部分支えることも期待される。 In the future, home appliances may be remotely managed and controlled by IT, but there will be demand for electricity. There is a possibility that exhaust heat energy power generation will develop as power supply for the microcomputer power supply inside the equipment. In that case, it is expected that the thermoelectric element will be partly supported by the IT power demand if it is modularized with the charger and used separately from the external power supply.
本発明は、民生機器で発生する熱を電気に変換する材料なので、熱電素子として発展した場合、いわゆる創エネルギー素子としてだけ構成されるだけではなく、高度省エネルギーシステムの内蔵する発電素子としても発展する可能性を有している。 Since the present invention is a material that converts heat generated in consumer equipment into electricity, when it is developed as a thermoelectric element, it is not only configured as a so-called energy creation element, but also develops as a power generation element incorporated in an advanced energy saving system. It has a possibility.
Claims (7)
前記配向した結晶構造を有するテンプレートとなる酸化金属を固相反応により作製する工程は、
ＮａＣｌ、ＢａＣＯ ３ 、Ｎｂ ２ Ｏ ５ 、あるいは、ＫＣｌ、ＢａＣＯ ３ 、Ｎｂ ２ Ｏ ５ を混合し第２の熱処理した後、ＢａＣｌ ２ を抜くことにより前記テンプレートを作成する工程を備える
ことを特徴とする熱電材料の製造方法。 A step of producing a plurality of metal oxide calcined powders, a step of producing a metal oxide serving as a template having an oriented crystal structure by a solid phase reaction, a plurality of metal oxide calcined powders and an oxidation serving as the template comprising a step of preparing a slurry by mixing a metal, a step of preparing a metal oxide sintered body of the metal contained in said plurality of metal oxide by performing molding heat treating the slurry,
The step of producing a metal oxide serving as a template having the oriented crystal structure by solid phase reaction,
A step of preparing the template by removing BaCl 2 after mixing NaCl, BaCO 3 , Nb 2 O 5 , or KCl, BaCO 3 , Nb 2 O 5 and performing a second heat treatment. A method for producing a thermoelectric material.
The manufacturing method of the thermoelectric element which manufactures the said thermoelectric material by the manufacturing method of the said thermoelectric material as described in any one of Claims 1-6, and manufactures a thermoelectric element using the manufactured thermoelectric material .
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