JP2008147304A - Thermoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
【課題】素子全体における構造の簡素化、ひいてはその製造工程の簡略化を図ることのできる熱電変換素子を提供する。
【解決手段】熱電変換素子15は、スクッテルダイト型結晶構造を有する熱電材料16と、熱電材料16を挟んで対向するように配設される一対の永久磁石17,18と、永久磁石17,18により生じる磁界B2の方向と直交する方向の温度勾配ΔT3を熱電材料16に生じせしめる手段と、磁界B2の方向及び温度勾配ΔT3の方向にそれぞれ直交する周方向nにおいて離間して熱電材料16に配設される一対の電極19,20とを備える。
【選択図】図4Provided is a thermoelectric conversion element capable of simplifying the structure of the entire element and thus simplifying the manufacturing process.
A thermoelectric conversion element 15 includes a thermoelectric material 16 having a skutterudite crystal structure, a pair of permanent magnets 17 and 18 disposed so as to face each other with the thermoelectric material 16 interposed therebetween, Means for generating a temperature gradient ΔT3 in the direction perpendicular to the direction of the magnetic field B2 generated by the thermoelectric material 16, and the thermoelectric material 16 spaced apart in the circumferential direction n orthogonal to the direction of the magnetic field B2 and the direction of the temperature gradient ΔT3, respectively. A pair of electrodes 19 and 20 are provided.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、ネルンスト効果、並びに同ネルンスト効果とゼーベック効果とを併せて利用する熱電変換素子及びこれを具備する内燃機関の排気熱回収装置に関する。 The present invention relates to a Nernst effect, a thermoelectric conversion element that uses both the Nernst effect and the Seebeck effect, and an exhaust heat recovery device for an internal combustion engine including the thermoelectric conversion element.
近年、熱エネルギを電気エネルギに変換するためのデバイスとしてゼーベック効果を利用した熱電変換素子が知られている。ここでゼーベック効果とは、半導体の両端に温度差を与えると、高温側の端部と低温側の端部との間に生じる電子の移動により半導体の両端に電位差が生じる現象である。 In recent years, thermoelectric conversion elements using the Seebeck effect are known as devices for converting thermal energy into electrical energy. Here, the Seebeck effect is a phenomenon in which when a temperature difference is applied to both ends of a semiconductor, a potential difference is generated between both ends of the semiconductor due to the movement of electrons generated between the high-temperature end and the low-temperature end.
このような素子としては、例えばn型熱電半導体及びp型熱電半導体の2種類の半導体から構成される素子がある。図6に示されるように、この素子は、n型半導体からなるn型熱電材料100とp型半導体からなるp型熱電材料101とからなる。そして、n型熱電材料100の一端100aとp型熱電材料101の一端101aとが集熱電極板102を介して連結されるとともに、両熱電材料100,101の他端100b,101bにはそれぞれ放熱電極板103,104が取り付けられている。この素子では、熱源からの熱により集熱電極板102が加熱されると、同集熱電極板102からn型熱電材料100及びp型熱電材料101を介して放熱電極板103,104に伝達された熱が同放熱電極板103,104で放熱される。このとき、上記ゼーベック効果により、n型熱電材料100の放熱電極板103には負の電位が生じるとともに、p型熱電材料101の放熱電極板104には正の電位が生じ、これら電極板103,104間における発生電圧を電力として取り出すことができる。
As such an element, for example, there is an element composed of two types of semiconductors, an n-type thermoelectric semiconductor and a p-type thermoelectric semiconductor. As shown in FIG. 6, this element includes an n-type
一方、近年は、熱電変換素子における発電電圧や発電効率といった電気特性を向上させるべく、例えば特許文献1に記載される熱電変換素子が周知である。この素子は、図7に示されるように、n型熱電材料110とp型熱電材料111とが集熱電極板112を介して接合されたΠ型構造を基本素子とし、放熱電極板113を介して複数の基本素子を直列的に連結した構造からなる。このように複数の基本素子を放熱電極板113を介して直列的に連結することにより、n型熱電材料110及びp型熱電材料111の総数が増加するため、素子の電気特性を向上させることができる。さらに、この素子では、n型熱電材料110及びp型熱電材料111を平面状に配設することができるため、素子の全体構造を薄型にすることができる。
ところで、特許文献1に記載されるような熱電変換素子のように、複数の基本素子を放熱電極板を介して直列的に連結した構造を採用すると、以下のような問題が無視できないものとなる。 By the way, when a structure in which a plurality of basic elements are connected in series via a heat dissipation electrode plate, such as a thermoelectric conversion element described in Patent Document 1, the following problems cannot be ignored. .
すなわち、素子全体における構造が複雑になり、これを製造するための工程についてもその複雑化を招くこととなる。特に、流体管等、外周が曲面を有するものに特許文献1に記載の素子を配設しようとした場合にこうした傾向は顕著となる。すなわち、図8に示されるように、外周が曲成された部材120の外周に熱電変換素子121を配設しようとすると、同素子の熱電材料及び電極を同部材120の外周形状に合わせてそれぞれ加工する必要があるため、上記素子を製造するための工程が更に複雑になる。
That is, the structure of the entire element becomes complicated, and the process for manufacturing the element also becomes complicated. In particular, such a tendency becomes conspicuous when an element described in Patent Document 1 is arranged on a fluid pipe or the like having a curved outer periphery. That is, as shown in FIG. 8, when the
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、素子全体における構造の簡素化、ひいてはその製造工程の簡略化を図ることのできる熱電変換素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion element capable of simplifying the structure of the entire element and thus simplifying the manufacturing process.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、スクッテルダイト型結晶構造を有する熱電材料と、当該熱電材料を挟んで対向するように配設される一対の永久磁石と、当該永久磁石により生じる磁界方向と交わる方向の温度勾配を前記熱電材料に生じせしめる手段と、前記磁界方向及び温度勾配の方向にそれぞれ交わる方向において離間して前記熱電材料に配設される一対の電極とを備えることを要旨としている。
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
The invention according to claim 1 intersects a thermoelectric material having a skutterudite crystal structure, a pair of permanent magnets disposed so as to face each other with the thermoelectric material interposed therebetween, and a magnetic field direction generated by the permanent magnet. The gist is provided with a means for generating a temperature gradient in the direction in the thermoelectric material, and a pair of electrodes disposed on the thermoelectric material apart from each other in the direction intersecting the magnetic field direction and the temperature gradient direction.
同構成によれば、ネルンスト効果を利用し、磁界方向及び温度勾配の方向に交わる方向における熱電材料及び永久磁石の長さを長くすることにより各電極間に発生する電圧を大きくすることができる。またここで、熱電材料を磁場中におくと同熱電材料の電気特性に変化が生じるが、この変化に対しては、熱電材料の有する電子よりもホールの方が影響を与え易い。したがって、高いホール移動度を有する熱電材料ほど高いネルンスト効果を得ることができる。この点、上記構成によれば、熱電材料としてホール移動度が電子移動度よりも高いスクッテルダイト型結晶構造を有するものを採用するようにしているため、上記ネルンスト効果を高めることができ、発電電圧の更なる増大を図ることができるようになる。その結果、熱電材料を含めた素子を複数に分割することにより発生電圧を大きくさせるようにした構成と比較して、素子全体における構造の簡素化、ひいてはその製造工程の簡略化を図ることができるようになる。なおこの場合、一対の電極は磁界方向及び温度勾配の方向にそれぞれ交わる方向において離間配置されていればよいが、これら電極を磁界方向及び温度勾配の方向にそれぞれ直交する方向に離間配置するのがネルンスト効果を高める上で望ましい。 According to the configuration, the voltage generated between the electrodes can be increased by using the Nernst effect and increasing the lengths of the thermoelectric material and the permanent magnet in the direction intersecting the magnetic field direction and the temperature gradient direction. Here, when the thermoelectric material is placed in a magnetic field, the electrical characteristics of the thermoelectric material change, but holes are more likely to affect the change than the electrons of the thermoelectric material. Therefore, a higher Nernst effect can be obtained with a thermoelectric material having a higher hole mobility. In this regard, according to the above configuration, since the thermoelectric material has a skutterudite-type crystal structure in which the hole mobility is higher than the electron mobility, the Nernst effect can be enhanced, and power generation The voltage can be further increased. As a result, the structure of the entire element can be simplified, and the manufacturing process thereof can be simplified as compared with a configuration in which the generated voltage is increased by dividing the element including the thermoelectric material into a plurality of parts. It becomes like this. In this case, the pair of electrodes may be spaced apart in the direction intersecting with the magnetic field direction and the temperature gradient direction, respectively, but these electrodes are spaced apart in directions orthogonal to the magnetic field direction and the temperature gradient direction, respectively. It is desirable for enhancing the Nernst effect.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱電変換素子において、前記一対の電極は前記磁界方向に交わる方向における前記熱電材料の各側面に配設されることを要旨としている。 The invention according to claim 2 is summarized in that, in the thermoelectric conversion element according to claim 1, the pair of electrodes is disposed on each side surface of the thermoelectric material in a direction intersecting the magnetic field direction.
同構成によれば、各電極を極力離間させることができるため、ネルンスト効果により各電極間に発生する電圧を更に大きくすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の熱電変換素子において、前記一対の電極は前記温度勾配の方向に離間して前記熱電材料に配設されることを要旨としている。
According to this configuration, since the electrodes can be separated as much as possible, the voltage generated between the electrodes can be further increased by the Nernst effect.
The gist of the invention according to
同構成によれば、ネルンスト効果に加えてゼーベック効果を利用することにより、各電極間の発生電圧を更に大きくすることができる。
また、こうした熱電変換素子として、請求項4に記載されるように、CoSb3を含む熱電材料を採用することができる。
更に、こうした素子構造を有することにより、例えば、請求項5に記載されるように、熱電材料が有端円筒状とされる素子であっても、これを容易に製造することができるようになる。
According to this configuration, the generated voltage between the electrodes can be further increased by using the Seebeck effect in addition to the Nernst effect.
Further, as such a thermoelectric conversion element, a thermoelectric material containing CoSb 3 can be employed as described in
Furthermore, by having such an element structure, for example, as described in
また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱電変換素子を具備し、前記熱電材料はその温度勾配が生じる方向における側面が内燃機関の排気管の外周面に接触するように配設されることを要旨としている。
The invention according to
同構成によれば、内燃機関の排気管から外部に排出される熱エネルギを電気エネルギとして回収することができ、内燃機関の燃費向上を図ることができるようになる。また、スクッテルダイト型結晶構造を有する熱電材料の発電効率が大きくなる約300℃〜600℃の温度域は内燃機関の運転中における排気管の温度変化域と略等しいため、この点においても熱エネルギから電気エネルギへのより高い変換効率を確保することができる。 According to this configuration, the heat energy discharged to the outside from the exhaust pipe of the internal combustion engine can be recovered as electric energy, and the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved. Further, the temperature range of about 300 ° C. to 600 ° C. at which the power generation efficiency of the thermoelectric material having a skutterudite crystal structure is large is substantially equal to the temperature change range of the exhaust pipe during operation of the internal combustion engine. A higher conversion efficiency from energy to electrical energy can be ensured.
なお、こうした回収効率を高める上では、請求項5に記載されるような有端円筒状をなす熱電材料を具備し、該熱電材料を排気管の外周面に接触してこれを覆うようにして配設される構成を採用することが好ましい。
In order to increase the recovery efficiency, a thermoelectric material having a cylindrical shape as described in
以下、本発明に係る熱電変換素子並びに同熱電変換素子を用いた内燃機関の排気熱回収装置について図1〜4を参照して説明する。以下ではまず、図1〜3を参照して熱電変換素子の発電原理について説明し、次に図4を参照して同熱電変換素子を用いた内燃機関の排気熱回収装置について説明する。 Hereinafter, a thermoelectric conversion element and an exhaust heat recovery apparatus for an internal combustion engine using the thermoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, first, the principle of power generation of the thermoelectric conversion element will be described with reference to FIGS. 1 to 3, and then an exhaust heat recovery apparatus for an internal combustion engine using the thermoelectric conversion element will be described with reference to FIG.
まず、図1を参照して、ゼーベック効果による発電原理について説明する。なおここでは熱電変換素子が直方体状に形成されている。図1に示されるように、熱電材料1には、その一側面1a及び同側面1aの反対側に位置する側面1bにそれぞれ電極2,3が配設されている。こうした熱電変換素子において、上記各側面1a,1bの一方を高温にするとともに他方を低温に保持することにより、その温度勾配ΔT1に応じた大きさのゼーベック電圧Vsが各電極2,3間に発生する。
First, the principle of power generation by the Seebeck effect will be described with reference to FIG. Here, the thermoelectric conversion element is formed in a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 1, the thermoelectric material 1 is provided with
次に、図2を参照して、ネルンスト効果による発電原理について説明する。図2に示されるように、熱電材料4には、その一側面4a及び同側面4aの反対側の側面4bを覆うようにしてそれぞれ永久磁石5,6が配設されている。また、熱電材料4において、上記各側面4a,4bと直交するとともに互いに平行な位置関係にある各側面4c,4dには熱電材料4を挟んで対向する位置にそれぞれ電極7,8が配設されている。こうした熱電材料4において、上記各側面4a〜4dに対し直交する各側面4e,4fの一方を高温に、他方を低温に保持することにより、その温度勾配ΔT2に応じた大きさのネルンスト電圧Vnが各電極7,8間に発生する。なおここで、永久磁石5,6により生じる磁界B1の方向、温度勾配ΔT2の生じる方向、並びに各電極7,8が配設される方向mは互いに垂直な関係にある。
Next, the principle of power generation by the Nernst effect will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the
続いて、図3を参照して、先に説明したゼーベック効果及びネルンスト効果の双方を利用した熱電変換素子の構造について説明する。なお、以下の説明において図2に示される熱電変換素子と同様の機能を奏する部材については同一の符号を付すとともにその説明を割愛する。図2に示される熱電変換素子では、熱電材料4において、電極7,8は熱電材料4を挟んで対向する位置にそれぞれ配設されていたが、図3に示される熱電変換素子では、これら電極9,10が温度勾配ΔT2の生じる方向において離間して配置されている。具体的には、温度勾配ΔT2の生じる方向における各電極9,10間の距離が最も長くなるように、各電極9,10はそれらが配設された各側面4c,4dにおける反対側の端部にそれぞれ配設されている。
Subsequently, the structure of the thermoelectric conversion element using both the Seebeck effect and the Nernst effect described above will be described with reference to FIG. In the following description, members having the same functions as those of the thermoelectric conversion element shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the thermoelectric conversion element shown in FIG. 2, in the
更に、この熱電材料4は、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb3によって形成されている。スクッテルダイト型結晶構造を有する材料は、ホール移動度よりも電子移動度の方が高い材料特性を有している。この熱電変換素子では、各電極9,10が温度勾配ΔT2の方向に離間しているため、各電極9,10間にゼーベック電圧Vsが生じることとなる。またこの熱電変換素子では、各電極9,10が、磁界B1の方向及び温度勾配ΔT2の方向にそれぞれ直交する方向mに離間して配設されているため、各電極9,10間にネルンスト電圧Vnが生じることとなる。すなわち、図3に示される熱電変換素子では、ゼーベック効果及びネルンスト効果を合わせた効果を得ることができ、上記ゼーベック電圧Vsとネルンスト電圧Vnとを加算した電圧Vs+Vnが発生することとなる。この熱電変換素子では、磁界B1の方向及び温度勾配ΔT2の生じる方向にそれぞれ直交する方向mにおける熱電材料4、電極9、及び電極10の長さを長くすることにより、上記電圧Vs+Vnを大きくすることができる。
Further, the
次に、図4を参照して、図3に示される熱電変換素子を、内燃機関の排気熱回収装置に用いた実施形態について説明する。
同図4に示されるように、内燃機関の排気管14の外周面には、有端円筒状に形成される熱電変換素子15が接触するように配設されている。熱電変換素子15は、大きくは、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb3からなる熱電材料16と、同熱電材料16において排気管14の長手方向における各端部16a,16bにそれぞれ配設された永久磁石17,18とによって構成されている。これら永久磁石17,18により排気管14の長手方向には磁界B2が生じている。排気管14は、排気熱により加熱されて上昇した高温となった状態においても非磁性の特性を有する材料、例えばアルミニウムにより形成されている。これにより、磁石17,18の磁束が排気管14を通過し、その通過分だけ熱電材料16を通過する磁束が減少することにより磁界強度が低下することを抑制するようにしている。なお、排気管14と熱電変換素子15との間には絶縁部材、例えばシリコンや雲母等が介在されており、排気管14と熱電変換素子15とは電気的に遮断されている。
Next, an embodiment in which the thermoelectric conversion element shown in FIG. 3 is used in an exhaust heat recovery device for an internal combustion engine will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, a
また、排気管14と永久磁石17,18との間には断熱部材、例えばグラスウールやセラミックウール等の無機質繊維が介在されており、排気管14から永久磁石17,18への熱伝達を抑制するようにしている。一般に、永久磁石17,18のような磁性部材はその温度が高くなるほど磁場が弱くなるといった特性がある。このため、排気管14から熱電変換素子15に伝達される熱により永久磁石17,18の温度が上昇すると熱電変換素子15のネルンスト効果が低下するおそれがある。したがって、上述のように排気管14と永久磁石17,18との間に断熱部材を介在させることにより、このようなネルンスト効果の低下を抑制するようにしている。
Further, a heat insulating member such as glass wool or ceramic wool is interposed between the
さらに、図4の拡大図に示されるように、熱電材料16の周方向の一方の端面16cには、同熱電材料16における径方向の最も外側に電極19が配設されている。また、熱電材料16の周方向の他方の端面16dには、同熱電材料16における径方向の最も内側に電極20が配設されている。
Furthermore, as shown in the enlarged view of FIG. 4, an
このような熱電変換素子によれば、内燃機関が運転されることによって排気管14に排気が流れこむと排気管14の外周面に接触している熱電材料16の内周面は、外気に曝されて冷却される外周面と比較して高温になる。したがって、熱電材料16の径方向において温度勾配ΔT3が生じるようになる。そして、各電極19,20がこの温度勾配ΔT3の生じる方向に離間して配置されているため、それら電極19,20間にゼーベック電圧Vsが生じることとなる。更に、この熱電変換素子では、各電極19,20が、磁界B2の方向及び温度勾配ΔT3の生じる方向にそれぞれ直交する周方向nに沿って離間して配設されているため、各電極19,20間にネルンスト電圧Vnが生じることとなる。すなわち、熱電変換素子15では、ゼーベック効果及びネルンスト効果を合わせた効果を得ることができ、上記ゼーベック電圧とネルンスト電圧とを加算した電圧Vs+Vnが発生することとなる。この熱電変換素子15では、磁界B2方向及び温度勾配ΔT3の方向に直交する周方向nにおける熱電材料16及び永久磁石17,18の長さを長くすることにより発生電圧を大きくするようにしている。
According to such a thermoelectric conversion element, when exhaust gas flows into the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に列記する作用効果が得られる。
(1)熱電材料16を挟んで対向するように配設される一対の永久磁石17,18と、永久磁石17,18により生じる磁界B2の方向と直交する方向の温度勾配ΔT3を熱電材料16に生じせしめる手段とを備えるため、ネルンスト効果を利用し、磁界B2の方向及び温度勾配ΔT3の方向に直交する周方向nにおける熱電材料16及び永久磁石17,18の長さを長くすることにより各電極19,20間に発生する電圧を大きくすることができる。またここで、熱電材料16を磁場中におくと同熱電材料16の電気特性に変化が生じるが、この変化に対しては、熱電材料16の有する電子よりもホールの方が影響を与え易い。したがって、高いホール移動度を有する熱電材料ほど高いネルンスト効果を得ることができる。この点、熱電変換素子15では、熱電材料16としてホール移動度が電子移動度よりも高いスクッテルダイト型結晶構造を有するもの、具体的にはCoSb3を採用するようにしているため、上記ネルンスト効果を高めることができ、発電電圧の更なる増大を図ることができるようになる。その結果、熱電材料16を含めた素子を複数に分割することにより発生電圧を大きくさせるようした構成と比較して、素子全体における構造の簡素化、ひいてはその製造工程の簡略化を図ることができるようになる。なおこの場合、一対の電極19,20は磁界B2の方向及び温度勾配ΔT3の方向にそれぞれ交わる方向において離間配置されていればよいが、これら電極19,20を磁界B2の方向及び温度勾配ΔT3の方向にそれぞれに直交する周方向nに離間配置するのがネルンスト効果を高める上で望ましい。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A pair of
(2)一対の電極19,20は磁界B2の方向に直交する周方向nにおける熱電材料16の端面16c,16dに配設されているため、ネルンスト効果により各電極19,20間に発生する電圧を更に大きくすることができる。
(2) Since the pair of
(3)一対の電極19,20は温度勾配ΔT3の方向に離間して熱電材料16に配設されているため、ネルンスト効果に加えてゼーベック効果を利用することにより、各電極19,20間の発生電圧を更に大きくすることができる。
(3) Since the pair of
(4)熱電変換素子15のように、熱電材料16が有端円筒状とされる素子であっても、これを容易に製造することができるようになる。
(5)内燃機関の排気管14に熱電変換素子15を配設することにより、同排気管14から外部に排出される熱エネルギを電気エネルギとして回収することができ、内燃機関の燃費向上を図ることができるようになる。また、スクッテルダイト型結晶構造を有する熱電材料16の発電効率が大きくなる約300℃〜600℃の温度域は内燃機関の運転中における排気管14の温度変化域と略等しいため、この点においても熱エネルギから電気エネルギへのより高い変換効率を確保することができる。
(4) Even if the
(5) By disposing the
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・図5に示されるように、複数の熱電材料31,32と磁石33,34,35とを順に積層した積層構造を有する熱電変換素子30を採用するようにしてもよい。こうした積層構造を採用することにより発電電圧を更に大きくすることができる。
In addition, the said embodiment can also be implemented as the following forms which changed this suitably, for example.
As shown in FIG. 5, a
・上記実施形態では、排気管14が非磁性の特性を有する材料から形成されていが、磁性を有する材料、例えば磁性ステンレス鋼から形成されていてもよい。またこの場合には、同排気管14と熱電変換素子15との間に非磁性の特性を有する材料を介在させることにより、永久磁石17,18の磁束が排気管14を通過することによる磁界強度の低下を抑制することが望ましい。
In the above embodiment, the
また、熱電変換素子15を保護するために、例えばこの熱電変換素子を覆う部材を配設する場合には、磁界強度の低下を極力抑制する上で、同部材についてもこれを非磁性材料によって形成することが磁界強度の低下を抑制する上では望ましい。
In order to protect the
・上記実施形態では、永久磁石17,18と排気管14との間に断熱部材を介在させるようにしたが、永久磁石17,18の温度上昇を抑制するために熱電変換素子15の内周面全体と排気管14との間に断熱部材を配設する構成を採用することもできる。ただし、この場合には温度勾配ΔT3が小さくなることに起因してゼーベック効果が低下することが懸念される。このため、熱電変換素子15におけるネルンスト効果とゼーベック効果とのバランスを考慮して断熱部材の材質や形状等々を設定することが望ましい。
In the above embodiment, the heat insulating member is interposed between the
・上記実施形態では、熱電材料16の周方向の端面16c,16dにおいて、その径方向の最も外側及び最も内側にそれぞれ電極19及び電極20を配設するようにしたが、熱電材料の有する温度勾配の方向に対して一対の電極が離間した位置に配設されていればゼーベック効果による発電を行うことはできる。また、それら電極19,20が径方向において同じ位置に配設される構成であっても、ネルンスト効果による発電を行うことはできる。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、熱電材料16としてCoSb3を採用するようにしていたが、同CoSb3に加えて他のものを含む材料、あるいは例えばRhSb3やIrSb3等々、他のスクッテルダイト型結晶構造を有する材料を採用することもできる。
In the above embodiment, CoSb 3 is adopted as the
・上記実施形態では、熱電素子を加熱しこれに温度勾配を生じせしめる手段として排気管を例示したが、EGR管等の他の熱回収装置を適用してもよい。 In the above embodiment, the exhaust pipe is exemplified as a means for heating the thermoelectric element and generating a temperature gradient in the thermoelectric element, but other heat recovery devices such as an EGR pipe may be applied.
1,4,16,31,32,100,101…熱電材料、1a,1b,4a〜4f…側面、2,3,7〜10,19,20…電極、5,6,17,18,21,33,34,35…永久磁石、14…排気管、15,30,121…熱電変換素子、16a,16b…端部、16c,16d…端面、100,110…n型熱電材料、100a,101a…一端、100b,101b…他端、101,111…p型熱電材料、102,112…集熱電極板、103,104,113…放熱電極板、120…部材。 1, 4, 16, 31, 32, 100, 101 ... thermoelectric material, 1a, 1b, 4a-4f ... side face, 2, 3, 7-10, 19, 20 ... electrode, 5, 6, 17, 18, 21 , 33, 34, 35 ... permanent magnet, 14 ... exhaust pipe, 15, 30, 121 ... thermoelectric conversion element, 16a, 16b ... end, 16c, 16d ... end face, 100, 110 ... n-type thermoelectric material, 100a, 101a ... one end, 100b, 101b ... the other end, 101, 111 ... p-type thermoelectric material, 102, 112 ... heat collecting electrode plate, 103, 104, 113 ... heat radiation electrode plate, 120 ... member.
Claims (6)
当該熱電材料を挟んで対向するように配設される一対の永久磁石と、
当該永久磁石により生じる磁界方向と交わる方向の温度勾配を前記熱電材料に生じせしめる手段と、
前記磁界方向及び温度勾配の方向にそれぞれ交わる方向において離間して前記熱電材料に配設される一対の電極とを備える
熱電変換素子。 A thermoelectric material having a skutterudite-type crystal structure;
A pair of permanent magnets arranged to face each other with the thermoelectric material interposed therebetween;
Means for causing the thermoelectric material to generate a temperature gradient in a direction intersecting with the direction of the magnetic field generated by the permanent magnet;
A thermoelectric conversion element comprising: a pair of electrodes disposed in the thermoelectric material apart from each other in a direction intersecting with the magnetic field direction and the temperature gradient direction.
前記一対の電極は前記磁界方向に交わる方向における前記熱電材料の各側面に配設される
ことを特徴とする熱電変換素子。 In the thermoelectric conversion element according to claim 1,
The pair of electrodes is disposed on each side surface of the thermoelectric material in a direction intersecting the magnetic field direction.
前記一対の電極は前記温度勾配の方向に離間して前記熱電材料に配設される
ことを特徴とする熱電変換素子。 In the thermoelectric conversion element according to claim 1 or 2,
The pair of electrodes are disposed on the thermoelectric material so as to be separated from each other in the temperature gradient direction.
前記熱電材料はCoSb3を含む
ことを特徴とする熱電変換素子。 In the thermoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-3,
The thermoelectric conversion element, wherein the thermoelectric material contains CoSb 3 .
前記熱電材料は有端円筒状に形成されてなる
ことを特徴とする熱電変換素子。 In the thermoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-4,
The thermoelectric conversion element is characterized in that the thermoelectric material is formed in a cylindrical shape with ends.
前記熱電材料はその温度勾配が生じる方向における側面が内燃機関の排気管の外周面に接触するように配設される
内燃機関の排気熱回収装置。 Comprising the thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5,
An exhaust heat recovery device for an internal combustion engine, wherein the thermoelectric material is disposed such that a side surface in a direction in which the temperature gradient is generated contacts an outer peripheral surface of an exhaust pipe of the internal combustion engine.
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