[发明专利]热电转换材料及使用其的热电转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换材料及使用其的热电转换模块。

背景技术

近年来，国际上对被认为是全球变暖现象的诱因物质的CO₂的减排的关注不断增多，推进了从大量排放CO₂的资源能源转移到自然能源或热能的再利用等下一代能源的技术革新。作为下一代能源技术的候选，可以考虑利用太阳光、风力等自然能源的技术、对利用资源能源排出的热或振动等一次能源的损耗部分进行再利用的技术。

以往的资源能源为以大规模发电设施为主体的集中型能源，与此相对，下一代能源的特征为采用分布在自然能源、再利用能源两者中的形式。在现代的能源利用中，未被利用而排出的能源高达一次能源的约60％，其形式主要为余热(排热)。因此，在增加一次能源中下一代能源所占的比例的同时，需求能源的再利用技术的改善，特别是将余热能源转换成电力的技术的改善。

在考虑余热的能源利用时，由于余热在各种不同的情况产生，需要设置方式上通用性高的发电系统。作为它的一个有力的候选技术，提出了热电转换技术。

热电转换技术的基础部分为热电转换模块。热电转换模块邻近热源配置，通过在模块内产生温差而发电。热电转换材料采用交替地排列相对于温度梯度从高温侧向低温侧产生电动势的n型热电转换材料和电动势方向与n型相反的p型热电转换材料的结构。

热电转换模块的最大输出(功率)P由流入模块的热流量Q与热电转换材料的转换效率η的乘积决定。热流量Q依赖于适合热电转换材料的模块结构。此外，转换效率η依赖于由材料的塞贝克(Seebeck)系数S、电阻率ρ、热导率κ所决定的无量纲的变量ZT。因此，为了提高转换效率，需要提高热电转换材料的物性值。

对于上述技术问题，到目前为止已进行了热电转换材料的大量研究。作为实用化的热电转换材料有BiTe合金。该材料虽然转换效率高，但Bi和Te都昂贵，Te毒性极强，所以难以大量生产、低成本化、减轻环境负担。因此在寻找替代BiTe合金的高效率的热电转换材料。下述专利文献1、2中记载了采用具有赫斯勒(Heusler)合金型的晶体结构的材料的热电转换材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第WO2003/019681号

专利文献2：国际公开第WO2013/093967号

发明内容

发明想要解决的技术问题

以往的赫斯勒合金虽然毒性比Te低，但未必能获得与BiTe相当的特性。

本发明的目的在于提供由比Te毒性低的元素构成且具有与BiTe相当的塞贝克系数的热电转换材料、以及通过使用它而具有与使用BiTe时相当的热电转换效率的热电转换模块。

用于解决问题的技术方案

作为达成上述的本发明的目的的一个实施方式，为一种热电转换材料，其特征在于：上述热电转换材料为全赫斯勒合金，由组成式Fe_2+σTi_1+ySi_1+z表示，并具有如下的σ、y、z：使得在Fe-Ti-Si的三元合金状态图中，以at％计，(Fe，Ti，Si)＝(50，37，13)、(50，14，36)、(45，30，25)、(39.5，25，35.5)、(54，21，25)、(55.5，25，19.5)所包围的区域内{(50，25，25)除外}。

或者，为一种热电转换材料，其特征在于：上述热电转换材料为全赫斯勒合金，由组成式Fe_2+σTi_1+ySn_1+z表示，并具有如下的σ、y、z：使得在Fe-Ti-Sn的三元合金状态图中，以at％计，(Fe，Ti，Sn)＝(50，37，13)、(50，14，36)、(45，30，25)、(39.5，25，35.5)、(54，21，25)、(55.5，25，19.5)所包围的区域内{(50，25，25)除外}。

或者，为一种热电转换模块，其特征在于：具有p型热电转换部和n型热电转换部，上述p型热电转换部和上述n型热电转换部都为全赫斯勒合金，由组成式Fe_2+σTi_1+ySi_1+z表示，并具有如下的σ、y、z：使得在Fe-Ti-Si的三元合金状态图中，以at％计，(Fe，Ti，Si)＝(50，37，13)、(50，14，36)、(45，30，25)、(39.5，25，35.5)、(54，21，25)、(55.5，25，19.5)所包围的区域内{(50，25，25)除外}。