[發(fā)明專利]堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280035840.0
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN103688380B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舟橋良次;浦田沙織;野村哲雄
• 申請（專利權(quán)）人: 獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/14;H01L35/16;H01L35/22;H02N11/00
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司11219
• 代理人: 王海川,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊。

背景技術(shù)

從工業(yè)爐、廢物焚燒爐或汽車排出的廢熱顯示高達400℃以上的溫度。預(yù)期將廢熱用于基于塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)通過電動勢產(chǎn)生電力的熱電發(fā)電有助于解決能量問題。先前開發(fā)的熱電發(fā)電材料的轉(zhuǎn)換效率在很大程度上取決于溫度，但還沒有在寬溫度范圍內(nèi)如低溫側(cè)100℃以下且高溫側(cè)400℃以上顯示良好性能的材料。此外，除某些材料如氧化物基熱電材料以外，大部分材料會在約300℃～約400℃下在空氣中被氧化；因此，可使用一種熱電發(fā)電材料的溫度范圍受到限制。因此，為了在合適的溫度范圍內(nèi)使用熱電發(fā)電材料，已開發(fā)堆疊型模塊，其中將由不同熱電發(fā)電材料形成的構(gòu)成模塊分別配置在高溫測和低溫側(cè)(非專利文獻1)。特別地，在高溫側(cè)使用即使在空氣中也具有高耐久性的氧化物型熱電模塊，并且在低溫側(cè)使用在室溫至200℃下顯示高轉(zhuǎn)換效率的鉍-碲型熱電模塊的堆疊型熱電模塊可使用在300℃～1100℃的寬溫度范圍內(nèi)的廢熱產(chǎn)生電力。

然而，當堆疊多個熱電轉(zhuǎn)換模塊并且將這種堆疊型模塊放在集熱構(gòu)件和冷卻構(gòu)件之間時，各模塊的表面粗糙度或由熱應(yīng)力造成的變形會在模塊之間或在熱電轉(zhuǎn)換模塊和冷卻構(gòu)件之間產(chǎn)生間隙(空隙)。空氣的熱阻率是超過40mK(米開爾文)/W的大值，并且所述間隙防止到熱電模塊中的熱流入，這是熱電發(fā)電效率下降的主要原因之一。所述問題在可用于寬溫度范圍內(nèi)的包含以下的堆疊型熱電單元中尤其顯著：使用金屬氧化物或硅基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊，以及使用鉍-碲基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

非專利文獻

非專利文獻1：梶川武信，熱電發(fā)電論壇論文集，第5-8頁(2005)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀而做出的，并且本發(fā)明的主要目的是提供一種具有其中多個熱電轉(zhuǎn)換模塊堆疊的結(jié)構(gòu)的新型堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中排除了導(dǎo)致熱電發(fā)電效率下降的因素，從而使得可實現(xiàn)有效的熱電發(fā)電。

解決問題的手段

本發(fā)明人進行了廣泛的研究以實現(xiàn)上述目的。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，當將使用金屬氧化物或硅基合金作為在高溫下顯示優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊與使用鉍-碲基合金作為在比較低的溫度氣氛下顯示優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊組合使用，并且將這些模塊堆疊時，可獲得在寬溫度范圍內(nèi)顯示優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的堆疊型模塊。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在模塊之間設(shè)置柔性傳熱材料和任選的金屬板可填充高溫部用模塊和低溫部用模塊之間的間隙而改善傳熱性能，并且防止由變形造成的破裂，由此提供具有優(yōu)異的耐久性和熱電轉(zhuǎn)換性能的熱電轉(zhuǎn)換模塊。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在低溫部用模塊和冷卻構(gòu)件之間設(shè)置柔性傳熱材料也可以改善傳熱性能，由此提供具有優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的熱電轉(zhuǎn)換模塊。作為基于這些發(fā)現(xiàn)的進一步研究的結(jié)果而實現(xiàn)了本發(fā)明。

更具體地，本發(fā)明提供下述堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊。

1.一種堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，其具有其中高溫部用模塊和低溫部用模塊堆疊的結(jié)構(gòu)，

所述高溫部用模塊為包含金屬氧化物作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊或者包含硅基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊，

所述低溫部用模塊為包含鉍-碲基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊，并且

在所述高溫部用模塊和所述低溫部用模塊之間配置有柔性傳熱材料。

2.一種堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，其具有其中高溫部用模塊和低溫部用模塊堆疊的結(jié)構(gòu)，

所述高溫部用模塊為包含金屬氧化物作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊或者包含硅基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊，

所述低溫部用模塊為包含鉍-碲基合金作為各熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換模塊，

所述堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊還包含配置在所述低溫部用模塊的冷卻表面?zhèn)鹊睦鋮s構(gòu)件，并且

在所述低溫部用模塊和所述冷卻構(gòu)件之間配置有柔性傳熱材料。

3.根據(jù)項1的堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，在所述低溫部用模塊的冷卻表面?zhèn)扰渲糜欣鋮s構(gòu)件，并且在所述低溫部用模塊和所述冷卻構(gòu)件之間配置有柔性傳熱材料。

4.根據(jù)項1或3的堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，在所述高溫部用模塊和所述低溫部用模塊之間除了所述柔性傳熱材料以外還配置有金屬板。

5.根據(jù)項1至4中任一項所述的堆疊型熱電轉(zhuǎn)換模塊，