冷卻源能夠以較 小的損失向熱電轉(zhuǎn)換模塊傳熱，能夠提高熱電轉(zhuǎn)換模塊的發(fā)電效率。
[0063]圖3是表示將圖2所示的熱電轉(zhuǎn)換模塊2封入到真空包裝131內(nèi)的熱電轉(zhuǎn)換模塊 3的結(jié)構(gòu)例的示意圖。圖3的中央上圖表示俯視圖，圖3的中央中圖表示A'-B'線截面圖， 圖3的中央下圖表示仰視圖，圖3的右圖表示C' -D'線截面圖，圖3的左圖表示E' -F'線 截面圖。通過高導(dǎo)熱率絕緣材料與包裝接觸，能夠把與包裝的表面接觸的熱源、冷卻源的熱 高效地向模塊進行導(dǎo)熱。此外，通過封入到真空包裝內(nèi)，能夠抑制向大氣的輻射熱導(dǎo)致的熱 擴散，能夠有效地向熱電轉(zhuǎn)換模塊輸入輸出熱能。對在本實施例中使用的包裝材料使用了 SUS或銅，但也可以使用其他導(dǎo)熱率大且耐熱性優(yōu)越的材料。此外，希望將包裝內(nèi)的真空度 密封成l(r4Pa以下。另外，符號132是熱電轉(zhuǎn)換模塊端部電極，符號133是引出電極。
[0064] 圖4表示使圖1~3所示的熱電轉(zhuǎn)換模塊（1~3)與熱源和冷卻源相鄰的熱電轉(zhuǎn) 換裝置的結(jié)構(gòu)例。圖4的右上圖為主視圖，圖4的右下圖為俯視圖，圖4的左圖為側(cè)視圖。 在本實施例中，對熱源和冷卻源應(yīng)用流過溫水和冷水的一對配管。201是溫水配管，202是 冷水配管，在其之間并列配置多個熱電轉(zhuǎn)換模塊（1~3)。將溫水配管和冷水配管配置成溫 水、冷水大體平行地流過，在其流動方向上配置了熱電轉(zhuǎn)換模塊配置。被溫水配管201和冷 水配管202包夾，在熱電轉(zhuǎn)換模塊（1~3)的上下方向產(chǎn)生溫度差，由此各個熱電轉(zhuǎn)換模塊 發(fā)電，根據(jù)熱電轉(zhuǎn)換模塊的個數(shù)決定熱電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電輸出。
[0065]圖5是表示具有通過隔熱材料301覆蓋了圖4所示的熱電轉(zhuǎn)換裝置的周圍的結(jié)構(gòu) 的熱電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例。圖5的右上圖為主視圖，圖5的右下圖為俯視圖，圖5的左圖為 側(cè)視圖。通過應(yīng)用隔熱材料301，能夠抑制從溫水配管201、冷水配管202向大氣的熱擴散， 實現(xiàn)穩(wěn)定的熱源和冷卻源。
[0066] 接著，說明構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換模塊或熱電轉(zhuǎn)換裝置的熱電轉(zhuǎn)換材料。作為熱電轉(zhuǎn)換材 料可以舉例以下的材料作為代表例。
[0067]Bi-Te系、Pb-Te系、Si-Ge、Mg_Si系等化合物半導(dǎo)體，
[0068] (2)NaxCo02 (0? 3 彡x彡 0? 8)、（ZnO)mln203 (1 彡m彡 19)系的氧化物材料
[0069] (3)Zn-Sb系、Co-Sb系、Fe-Sb系等方鈷礦化合物
[0070] (4)由Fe2VAI、ZrNiSn等金屬間化合物構(gòu)成的哈斯勒合金
[0071] 在這樣的材料組中，影響熱電轉(zhuǎn)換模塊或熱電轉(zhuǎn)換裝置的輸出的無量綱性能指數(shù) ZT(T為溫度）最大為1左右，但期待無毒、低成本等在環(huán)境和資源方面優(yōu)越的材料的高性能 化。
[0072] 本實施例的熱電轉(zhuǎn)換裝置中使用的熱電轉(zhuǎn)換材料是哈斯勒合金，可以應(yīng)用通過 Fe2XY表述的材料。以性能指數(shù)ZT變大的方式選擇元素X、Y。具體而言，希望選擇表1所 示的元素。
[0073]表1
[0074]表1
[0075]
[0076] 各元素組成可以比Fe2XY稍多或稍少。具體而言，使Fe收斂于2±0.3的范圍，使 X收斂于1±0. 2的范圍，使Y收斂于1±0. 2的范圍，將所有的組成（原子量）比加起來成 為4。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)塞貝克系數(shù)的最大化，得到高的ZT。此外，關(guān)于元素X和元素Y，可以 在表1中記載的元素中選擇2個種類以上的元素。例如，作為元素X可以選擇TiV，作為元 素Y可以選擇AlSi，能夠選擇由Fe2(TiV) (AlSi)這5個元素構(gòu)成的哈斯勒合金。
[0077] 在此，敘述將能夠?qū)崿F(xiàn)高ZT的FeJiSn用于熱電轉(zhuǎn)換材料時的例子。首先，敘述 該材料的制造過程。對Fe、Ti、Sn或使用這些元素中的至少一個的金屬間化合物的粉末進 行適當(dāng)組成量秤量，通過機械合金化方法進行粉末合金化。在此，關(guān)于機械合金化的時間， 直到粉末的結(jié)晶粒徑成為1ym以下為止執(zhí)行機械合金化。結(jié)晶粒徑越小結(jié)晶粒界的聲子 散射越大，導(dǎo)熱率可降低ZT上升。有時實施數(shù)小時至數(shù)百小時。將這樣制造的細微粉末通 過高速燒結(jié)爐形成燒結(jié)體。例如在l〇〇〇°C維持10分鐘，并以通過急速冷卻不會促進結(jié)晶 粒徑的成長的條件實施燒結(jié)，控制溫度、維持時間、加熱升溫時間、冷卻降溫時間采用具有 1ym以下的粒徑的燒結(jié)材料。此外，可以通過條件控制制作非晶體材料并將其應(yīng)用于熱電 轉(zhuǎn)換元件。通過形成1ym以下的細微的結(jié)晶?；蚍蔷w材料，由此通過在結(jié)晶粒界的聲子 散射，能夠防止晶格振動引起的導(dǎo)熱，降低FeJiSn系的導(dǎo)熱率。與數(shù)十微米等級的材料的 導(dǎo)熱率相比，降低至1/10程度。在FeJiSn的非晶體中，能夠?qū)崿F(xiàn)2W/m?!(的導(dǎo)熱率。這樣 的FeTiSn材料的塞貝克系數(shù)是200yV/K，比電阻是1. 5yQm程度，能夠?qū)崿F(xiàn)ZT> 1。此 外，通過將Si置換Sn，塞貝克系數(shù)最大能夠得到200yV/K，能夠?qū)崿F(xiàn)ZT> 2。通過將該材 料應(yīng)用于本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換裝置，在導(dǎo)入了不到l〇〇°C的溫水和20°C的冷水的情況下，能 夠穩(wěn)定地得到1kW/m2以上的輸出。
[0078] 接著，使用圖10(b)，對本實施例的熱電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的一例進行說明。具 有希望的特性的熱電轉(zhuǎn)換材料的合成（步驟S101)，電極的形成（步驟S102)，制作高導(dǎo)熱 率絕緣材料等構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換模塊的周圍部件（步驟S103)。將它們配置形成圖1~圖3所 示的結(jié)構(gòu)（步驟S104)。之后，在液媒（溫水、冷水等）的配管設(shè)置具有根據(jù)配管的各處的 溫度差決定的熱電轉(zhuǎn)換材料的厚度的熱電轉(zhuǎn)換模塊，并進行接觸以便不會產(chǎn)生從配管向熱 電轉(zhuǎn)換模塊的導(dǎo)熱的損失（步驟S105)。最后，對熱電轉(zhuǎn)換模塊和液媒配管進行真空包裝而 完成熱電轉(zhuǎn)換裝置（步驟S106)。
[0079]通過上述方法制作了熱電轉(zhuǎn)換裝置時，能夠得到500W/m2的輸出，與以往相比能夠 實現(xiàn)50%以上的輸出的增大。
[0080] 如以上所述，根據(jù)本實施例，能夠提供一種熱電轉(zhuǎn)換裝置，即使在熱源的溫度在熱 電轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)變化，構(gòu)成該熱電轉(zhuǎn)換裝置的多個熱電轉(zhuǎn)換模塊中的熱源與冷卻源的溫度差 各自不同的情況下，也可實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換效率高的發(fā)電。
[0081] 實施例2
[0082] 使用圖6和圖7說明本發(fā)明的第2實施例。另外，在沒有特別事情的情況下，在實 施例1所記載的在本實施例中未記載的事項也可以應(yīng)用于本實施例。
[0083] 圖6表示一種熱電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例，該熱電轉(zhuǎn)換裝置具有如下的結(jié)構(gòu)：在平面 上大致平行地并列配置了多個具備實施例1所示的通過1對的溫水和冷水配管包夾了多個 熱電轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)的熱電轉(zhuǎn)換裝置。圖6的右上圖為俯視圖，圖6的右下圖為A' -B'線 截面圖，圖6的左圖為C' -D'線截面圖。將溫水、冷水分離地注入各個溫水配管和冷水配 管。如截面A'-B'圖中的箭頭所示，以溫水和冷水相互反方向流動的方式注水。由此，與從 相同方向流動時相比溫度差的梯度變小，能夠?qū)崿F(xiàn)更高輸出的熱電轉(zhuǎn)換裝置。此外，通過這 樣的結(jié)構(gòu)，能夠容易地安裝在可設(shè)置平面形狀的空間的場所，能夠按照熱電轉(zhuǎn)換裝置數(shù)量 獲得電力。
[0084] 圖7是表示相對于圖6所示的熱電轉(zhuǎn)換裝置，具有能夠以溫水和冷水向大致相互 正交的方向流動的方式進行注水的結(jié)構(gòu)的熱電轉(zhuǎn)換裝置。圖7的右上圖為俯視圖，圖7的右 下圖為A' -B'線截面圖，圖7的左圖為C' -D'線截面圖。將溫水配管201和冷水配管202 配置成相互直行，在其交點配置熱電轉(zhuǎn)換模塊（1~3)。在設(shè)定了截面A'-B'圖中的箭頭 所示的溫水的流動時，冷水向401方向或向其反方向流動。由此，與圖6所示的結(jié)構(gòu)相比， 向各個熱電轉(zhuǎn)換模塊賦予的溫度差變大，能夠提供更大輸出的熱電轉(zhuǎn)換裝置。
[0085] 通過制造圖6或圖7所示的結(jié)構(gòu)的熱電轉(zhuǎn)換裝置，能夠獲得600W/m2以上的輸出， 與以往相比能夠?qū)崿F(xiàn)50%以上的輸出的增大。
[0086] 如以上所述，根據(jù)本實施例，能夠提供一種熱電轉(zhuǎn)換裝置，即使在熱源的溫度在熱 電轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)變化，構(gòu)成該熱電轉(zhuǎn)換裝置的多個熱電轉(zhuǎn)換模塊中的熱源與冷卻源的溫度差 各自不同的情況下，也能夠進行熱電轉(zhuǎn)換效率的高的發(fā)電。
[0087] 實施例3
[0088] 使用圖8和圖9說明本發(fā)明的第3實施例。另外，在沒有特別事情的情況下，在實 施例1所記載的在本實施例中未記載的事項也