(57)【要約】      （修正有）【課題】可撓性（柔軟性）を有するとともに、製造が容易である熱電発電素子及び熱電発電装置を提供する。【解決手段】熱電変換素子２１０は、複数の帯状の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂと、帯状の接続部材２４０Ｃとにより構成され、可撓性を有している。単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂは、帯状のｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂと、ｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂを有している。ｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂは、帯状の電極部２２１Ａ、２２１Ｂとｎ型熱電変換膜２２３Ａ、２２３Ｂを有している。ｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂは、帯状の電極部２３１Ａ、２３１Ｂとｐ型熱電変換膜２３３Ａ、２３３Ｂを有している。ｎ型熱電変換膜２２３Ａ、２２３Ｂとｐ型熱電変換膜２３３Ａ、２３３Ｂが、接続部材２４０Ａ、２４０Ｂにより接続され、電極部２３１Ａと電極部２２１Ｂが、接続部材２４０Ｃにより接続されている。【選択図】図７
2008091539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電変換素子であって、
帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する帯状の接続部材とを備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記帯状の接続部材の長手方向に直交する方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が並列に配設されているとともに、可撓性を有している、
ことを特徴とする熱電変換素子。
【請求項２】
熱電変換素子であって、
帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する帯状の接続部材とを備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されているとともに、可撓性を有している、
ことを特徴とする熱電変換素子。
【請求項３】
熱電変換素子であって、
ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の帯状の単位熱電変換素子と、ｎ個（ｎは１以上の正の整数）の第１の帯状の接続部材とにより構成され、
前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、それぞれ、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する第２の帯状の接続部材を備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記第２の帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記第２の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記第２の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されており、
前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、長手方向に沿って、隣接して配置される帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材と他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材が対向するように配置され、
前記ｎ個の第１の接続部材は、それぞれ、導電性を有し、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面と、他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面を接続しており、
隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子と他方の帯状の単位熱電変換素子が、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子それぞれの長手方向が当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子が直列に配設されているとともに、可撓性を有している、
ことを特徴とする熱電変換素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱電変換素子であって、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部は、配向金属基板あるいは配向酸化物基板であり、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部は、ａ軸配向膜であることを特徴とする熱電変換素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱電変換素子であって、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部は、導電性金属により形成されており、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｐ型熱電変換部の間及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｎ型熱電変換部の間には、帯状の電極部を形成する導電性金属の抵抗率より小さい抵抗率を有する導電性金属により形成された抵抗低減部が配設されていることを特徴とする熱電変換素子。
【請求項６】
熱電変換装置であって、
熱電変換素子と、第１のリード線と、第２のリード線を備え、
前記熱電変換素子は、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する帯状の接続部材を備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記帯状の接続部材の長手方向に直交する方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が並列に配設されているとともに、可撓性を有しており、
前記第１のリード線は、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記第２のリード線は、前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と前記帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と前記帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設されている、
ことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項７】
熱電変換装置であって、
熱電変換素子と、第１のリード線と、第２のリード線を備え、
前記熱電変換素子は、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する帯状の接続部材を備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部材と、当該帯状の電極部材の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部材と、当該帯状の電極部材の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されているとともに、可撓性を有しており、
前記第１のリード線は、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記第２のリード線は、前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と前記帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、前記帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び前記帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と前記帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設されている、
ことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項８】
熱電変換装置であって、
熱電変換素子と、第１のリード線と、第２のリード線を備え、
前記熱電変換素子は、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の帯状の単位熱電変換素子と、ｎ個（ｎは１以上の正の整数）の第１の帯状の接続部材とにより構成され、
前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、それぞれ、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材を接続する第２の帯状の接続部材を備え、
前記帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有し、
前記帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有し、
前記第２の帯状の接続部材は、導電性を有し、前記帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、前記帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続しており、
前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材が前記第２の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、前記帯状のｐ型熱電変換部材と前記帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が前記第２の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記帯状のｐ型熱電変換部材及び前記帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されており、
前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、長手方向に沿って、隣接して配置される帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材と他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材が対向するように配置され、
前記ｎ個の第１の接続部材は、それぞれ、導電性を有し、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面と、他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面を接続しており、
隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子と他方の帯状の単位熱電変換素子が、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子それぞれの長手方向が当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子が直列に配設されているとともに、可撓性を有しており、
前記第１のリード線は、長手方向に沿った一方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記第２のリード線は、長手方向に沿った他方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、
前記第１のリード線が導電接続されている電極部、前記第２のリード線が導電接続されている電極部及び前記第１の帯状の接続部材と前記第２の帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、前記第１のリード線が導電接続されている電極部、前記第２のリード線が導電接続されている電極部及び前記第１の帯状の接続部材と前記第２の帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設されている、
ことを特徴とする熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換しあるいは電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電変換素子及び熱電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属や半導体は、両側に温度差を与えると、その両側に電位差（電圧）が発生する（「ゼーベック効果」という）。この金属や半導体のゼーベック効果を利用することにより、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。そこで、廃棄熱エネルギーの有効利用を図るために、熱電変換素子が開発されている。通常、熱電変換素子は、両側に温度差を加えることによって高温側から低温側に電子を送る（高温側が高電位となる）熱電変換部材（「ｎ型熱電変換部材」という）と、両側に温度差を与えることによって高温側から低温側に正孔を送る（低温側が高電位となる）熱電変換部材（「ｐ型熱電変換部材」という）を組み合わせて構成される。
熱電変換素子モジュールが、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の熱電変換素子モジュールは、複数個の熱電変換部材の側面を柔軟で絶縁性を有する保持部材により機械的に接続するとともに、モジュール内に空間を形成し、複数の熱電変換部材を電気的に接続する電極の表面を絶縁用の薄膜で覆っている。これにより、特許文献１に記載の熱電変換素子モジュールは、柔軟性（可撓性）を有しており、曲面への密着が可能である。
なお、金属や半導体は、前記とは逆に、両側に電圧を印加すると、一方側で放熱（加熱）し、他方側で吸熱（冷却）する（「ペルチェ効果」という）。このため、熱電変換素子は、冷却素子や加熱素子として用いることもできる。
【特許文献１】特許第２８９６４９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の熱電変換素子は、柔軟性（可撓性）を有しているため、曲面等の種々の配設箇所に配設することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の熱電変換素子は、バルク状材料を機械的に接続して形成している。このため、熱電変換素子を製造するのが容易でなく、時間も要する。また、バルク状材料を機械的に接続する構成を用いながら柔軟性を持たせると、機械的な接続箇所が損傷する虞がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、可撓性（柔軟性）を有するとともに、製造が容易である熱電変換素子及び熱電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書では、特に断りがない限り、「熱電変換素子」は、熱エネルギー（高温エネルギーや低温エネルギー）を電気エネルギーに変換する熱電変換素子（発電素子）及び電気エネルギーを熱エネルギー（冷却エネルギーや加熱エネルギー）に変換する熱電変換素子（冷却素子や加熱素子）の双方を包含するものとして用いている。
また、「熱電変換装置」も、特に断りがない限り、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換装置（発電装置）及び電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電変換装置（冷却装置や加熱装置）の双方を包含するものとして用いている。
また、「可撓性を有している」という記載は、配置箇所の曲面形状（例えば、配管の外周面形状）に対応して形状を変形可能である特性を有していることを表している。好適には、厚さが０．３ｍｍ以下である帯状（テープ状）に形成される。
【０００５】
本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの熱電変換素子である。
本発明の熱電変換素子は、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、帯状の接続部材を備えている。
帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有している。帯状の電極部としては、例えば、耐熱性合金であるハステロイ等の導電性金属材料により形成された金属製の基材テープが用いられる。ｐ型熱電変換部としては、例えば、帯状の電極部の一方の面に、ｐ型熱電変換材料により形成されたｐ型熱電変換膜が用いられる。ｐ型熱電変換膜は、好適には、帯状の電極部の一方の面の全面に形成される。ｐ型熱電変換材料としては、公知の種々のｐ型熱電変換材料（例えば、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９、ＮａＣｏ２Ｏ４等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料）を用いることができる。
帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有している。帯状の電極部としては、ｐ型熱電変換部材の帯状の電極部と同様の電極部を用いることができる。ｎ型熱電変換部としては、例えば、帯状の電極部の一方の面に、ｎ型熱電変換材料により形成されたｎ型熱電変換膜が用いられる。ｎ型熱電変換膜は、好適には、帯状の電極部の一方の面の全面に形成される。ｎ型熱電変換材料としては、公知の種々のｎ型熱電変換材料（例えば、ＬａＮｉＯ３等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料）を用いることができる。
帯状の接続部材は、導電性を有し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する。帯状の接続部材としては、例えば、導電性の金属材料により形成された金属テープが用いられる。帯状の電極部材と、帯状のｐ型熱電変換部材帯状のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する方法としては、例えば、接続面の間に接着用の薄い金属層を挿入して接着する方法、接続面を加圧・加熱し、接続部材を形成している導電性材料を拡散させることによって拡散接合する方法、真空中で接続面をイオンビーム等により清浄化し、活性表面同士を接着する方法等を用いることができる。
そして、本発明の熱電変換素子では、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材が帯状の接続部材の長手方向に直交する方向に離れた位置に配置され、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、帯状のｐ型熱電変換部材及び帯状のｎ型熱電変換部材が並列に配設されている。
また、本発明の熱電変換素子は、熱源である廃棄ガス配管の外周面等に取り付けることができる可撓性（柔軟性）を有している。例えば、帯状のｐ型熱電変換部材、帯状のｎ型熱電変換部材、帯状の接続部材それぞれが０．３ｍｍ以下の厚さの帯状体（テープ）として形成される。そして、好適には、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面の全面が帯状の接続部材の面に接続される。
本発明の熱電変換素子は、帯状の電極部の一方の面にｐ型熱電変換部を配設することによって帯状のｐ型熱電変換部材を形成し、帯状の電極部の一方の面にｎ型熱電変換部を配設することによって帯状のｎ型熱電変換部材を形成し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部を帯状の接続部材により接続している。
これにより、広い有効面積を有する熱電変換素子を容易に製造することができる。また、可撓性を有しているため、種々の形状の設置箇所に容易に設置することができる。さらに、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。
また、広い有効面積を有するため、出力電力あるいは吸熱量や発熱量が増大する。
【０００６】
本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの熱電変換素子である。
本発明の熱電変換素子は、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、帯状の接続部材を備えている。
帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有している。帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有している。帯状のｐ型熱電変換部材及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部としては、例えば、前述した帯状の電極部を用いることができる。また、ｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部としては、例えば、前述したｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部を用いることができる。
帯状の接続部材は、導電性を有し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する。帯状の接続部材としては、例えば、前述した接続部材を用いることができる。また、帯状の接続部材と、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する方法としては、例えば、前述した方法を用いることができる。
そして、本発明の熱電変換素子では、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材が帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、帯状のｐ型熱電変換部材及び帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されている。
また、本発明の熱電変換素子は、熱源である廃棄ガス配管の外周面等に取り付けることができる可撓性（柔軟性）を有している。可撓性を持たせるための構成としては、例えば、前述した構成を用いることができる。
本発明の熱電変換素子は、帯状の電極部の一方の面にｐ型熱電変換部を配設することによって帯状のｐ型熱電変換部材を形成し、帯状の電極部の一方の面にｎ型熱電変換部を配設することによって帯状のｎ型熱電変換部材を形成し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部を帯状の接続部材により接続している。
これにより、広い有効面積を有する熱電変換素子を容易に製造することができる。また、可撓性を有しているため、種々の形状の設置箇所に容易に設置することができる。さらに、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。
また、広い有効面積を有するため、出力電力あるいは吸熱量や発熱量が増大する。
【０００７】
本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの熱電変換素子である。
本発明の熱電変換素子は、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の帯状の単位熱電変換素子と、ｎ個（ｎは１以上の正の整数）の第１の帯状の接続部材とにより構成されている。
ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、それぞれ、帯状のｐ型熱電変換部材と、帯状のｎ型熱電変換部材と、第２の帯状の接続部材とを備えている。
帯状のｐ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部を有している。帯状のｎ型熱電変換部材は、帯状の電極部と、当該帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部を有している。帯状のｐ型熱電変換部材及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部としては、例えば、前述した帯状の電極部を用いることができる。また、ｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部としては、例えば、前述したｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部を用いることができる。第２の帯状の接続部材は、導電性を有し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面と、帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する。第２の帯状の接続部材としては、例えば、前述した接続部材を用いることができる。また、第２の帯状の接続部材と、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面を接続する方法としては、例えば、前述した方法を用いることができる。
そして、本発明の帯状の単位熱電変換素子では、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材が第２の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材それぞれの長手方向が第２の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、帯状のｐ型熱電変換部材及び帯状のｎ型熱電変換部材が直列に配設されている。
また、本発明の熱電変換素子では、ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、長手方向に沿って配置され、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子は、ｎ個の第１の帯状の接続部材により接続されている。ここで、ｍ個の帯状の単位熱電変換素子は、各帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材と帯状のｎ型熱電変換部材の配置関係が同じになるように、すなわち、隣接する帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材と他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材が対向するように配置されている。ｎ個の第１の帯状の接続部材は、それぞれ、導電性を有し、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面と、他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面を接続している。第１の帯状の接続部材としては、例えば、前述した接続部材を用いることができる。また、第１の帯状の接続部材と、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面を接続する方法としては、例えば、前述した方法を用いることができる。
そして、本発明の熱電変換素子では、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子の一方の帯状の単位熱電変換素子と他方の帯状の単位熱電変換素子が、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向に離れた位置に配置され、当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子それぞれの長手方向が当該一方の帯状の単位熱電変換素子と当該他方の帯状の単位熱電変換素子を接続する第１の帯状の接続部材の長手方向と平行になるように、前記ｍ個の帯状の単位熱電変換素子が直列に配設されている。
帯状の単位熱電変換素子の個数ｍは、例えば、熱電変換素子から出力する電圧の値に応じて決定される。また、通常、第１の帯状の接続部材の個数ｎは、帯状の単位熱電変換素子の個数より１個少ない（ｎ＝ｍ−１）。
また、本発明の熱電変換素子は、熱源である廃棄ガス配管の外周面等に取り付けることができる可撓性（柔軟性）を有している。例えば、帯状のｐ型熱電変換部材、帯状のｎ型熱電変換部材、第１の帯状の接続部材、第２の帯状の接続部材それぞれが０．３ｍｍ以下の厚さの帯状体（テープ）として形成される。そして、好適には、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部の、電極部が配設されている側の面と反対側の面の全面が第２の帯状の接続部材の面に接続され、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の他方の面の前面が第１の帯状の接続部材の面に接続される。
本発明の熱電変換素子は、帯状の電極部の一方の面にｐ型熱電変換部を配設することによって帯状のｐ型熱電変換部材を形成し、帯状の電極部の一方の面にｎ型熱電変換部を配設することによって帯状のｎ型熱電変換部材を形成し、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部を第２の帯状の接続部材により接続することによって帯状の単位熱電変換素子を形成し、さらに、複数の単位熱電変換素子を長手方向に配置し、隣接する一方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部と、他方の帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部を第１の帯状の接続部材により接続している。
これにより、広い有効面積を有する熱電変換素子を容易に製造することができる。また、可撓性を有しているため、種々の形状の設置箇所に容易に設置することができる。また、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。さらに、所望の電圧を出力する熱電変換素子を、帯状の単位熱電変換素子の数を変更するのみで容易に得ることができる。
また、広い有効面積を有するため、出力電力あるいは吸熱量や発熱量が増大する。
【０００８】
本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの熱電変換素子である。
本発明では、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部として、配向金属基板あるいは配向酸化物基板を用いている。また、帯状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換部として、ａ軸配向膜を用いている。
配向金属基板は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ等を含む金属材料を、圧延等により一定の方向に原子の並びを制御した基板が対応する。配向酸化物基板は、金属基板の上に酸化物膜を形成すると同時に、イオンビーム等の物理的手段で不要な方位の結晶を除去しながら特定方向の結晶を成長させたものである。
ａ軸配向膜は、電極部の面に配設されている膜を構成する化合物の結晶構造のａ軸が、電極部の面と直交する方向（垂直方向）に配向されている状態を意味する。すなわち、帯状のｐ型熱電変換部及び帯状のｎ型熱電変換部として、ｐ型熱電変換材料により形成されたｐ型熱電変換膜及びｎ型熱電変換材料により形成されたｎ型熱電変換膜を用いるとともに、ｐ型熱電変換材料及びｎ型熱電変換材料を構成する化合物の結晶構造のａ軸が電極部の面と直交する方向に配向されている状態を意味する。ここで、全ての化合物の結晶構造のａ軸が電極部の面と直交する方向に配向されてなくてもよく、例えば、ａ軸方向の電気伝導性がｃ軸方向の電気伝導性より５〜２０倍程度よい場合には、５％程度の化合物の結晶構造のａ軸が電極部の面と直交する方向に配向されていればよい。
本発明では、ｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部を形成するｐ型熱電変換材料及びｎ型熱電変換材料の化合物の結晶構造のａ軸が電極部の面に直交する方向に配向されている。化合物の結晶構造のａ軸は、ｃ軸に比べて電気伝導性が良い。すなわち、ａ軸方向の抵抗値は、ｃ軸方向の抵抗値より小さい。このため、ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材内での損失を低減することができ、効率を高めることができる。
【０００９】
本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの熱電変換素子である。
本発明では、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｐ型熱電変換部の間及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｎ型熱電変換部の間に、電極部を形成する導電性金属の抵抗率より小さい抵抗率を有する導電性金属により形成された抵抗低減部が配設されている。
抵抗低減部としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ等の、電極部を構成する導電性金属より抵抗率が小さい金属材料により形成される低抵抗層を用いることができる。抵抗低減部は、好ましくは、電極部の一方の面の全面に形成される。
本発明では、ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材内での損失を低減することができ、効率を高めることができる。
【００１０】
本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの熱電変換装置である。
本発明の熱電変換装置は、熱電変換素子と、第１のリード線と、第２のリード線を備えている。
本発明の熱電変換素子は、第１発明の熱電変換素子と同様の構成である。そして、第１のリード線は、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続され、第２のリード線は、帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部に導電接続されている。
なお、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｐ型熱電変換部の間及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｎ型熱電変換部の間に抵抗低減部が配設されている場合には、帯状のｐ型熱電変換部材の抵抗低減部に第１のリード線を導電接続し、帯状のｎ型熱電変換部材の抵抗低減部に第２のリード線を導電接続するのが好ましい。この場合には、ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材での損失を低減することができる。
そして、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設される。被温度制御体には、被加熱部材や被冷却部材、被加熱部材を加熱する加熱媒体や被冷却部材を冷却する冷却媒体が包含される。帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子を配設する態様としては、典型的には、一方と熱源あるいは被温度制御体との間の距離が他方と熱源あるいは被温度制御体との間の距離より短くなるように熱電変換素子を配設する態様が用いられる。
本発明の熱電変換装置を発電装置として用いる場合には、例えば、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の一方が、熱源である配管の外周面に接触するように、熱電変換素子を配管に巻き付ける。なお、配管と熱電変換素子との間に介在物が配設されていてもよい。
また、本発明の熱電変換装置を冷却装置として用いる場合には、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材のうちの吸熱動作を行う側が、放熱動作を行う側より被冷却体に接近して配置されるように熱電変換素子を配設する。本発明の熱電変換装置を加熱装置として用いる場合には、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材のうちの放熱動作を行う側が、吸熱動作を行う側より被加熱体に接近して配置されるように熱電変換素子を配設する。帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材のいずれが吸熱動作あるいは放熱動作を行うかは、第１のリード線と第２のリード線の間に供給される電圧の極性によって決定される。
本発明は、第１発明と同様の効果を有している。
【００１１】
本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの熱電変換装置である。
本発明の熱電変換装置は、熱電変換素子と、第１のリード線と、第２のリード線を備えている。
本発明の熱電変換素子は、第２発明の熱電変換素子と同様の構成である。そして、第１のリード線は、帯状のｐ型熱電変換部材の電極部に導電接続され、第２のリード線は、帯状のｎ型熱電変換部材の電極部に導電接続されている。
なお、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面とｐ型熱電変換部の間及び帯状のｎ型熱電変換部材の電極部の一方の面とｎ型熱電変換部の間に抵抗低減部が配設されている場合には、帯状のｐ型熱電変換部材の抵抗低減部に第１のリード線を導電接続し、帯状のｎ型熱電変換部材の抵抗低減部に第２のリード線を導電接続するのが好ましい。この場合には、ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材での損失を低減することができる。
そして、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設される。帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部及び帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部と帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子を配設する態様としては、前述した態様と同様の態様を用いることができる。
本発明は、第２発明と同様の効果を有している。
【００１２】
本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりの熱電変換装置である。
本発明の熱電変換装置は、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の帯状の単位熱電変換素子と、ｎ個（ｎは１以上の正の整数）の第１の帯状の接続部材とにより構成されている。
本発明の帯状の単位熱電変換素子は、第３発明の帯状の単位熱電変換素子と同様の構成であり、第３発明の帯状の単位熱電変換素子と同様の態様で配置されている。また、本発明の第１の帯状の接続部材は、第３発明の第１の帯状の接続部材と同様に構成され、第３発明の第１の帯状の接続部材と同様の態様で、隣接して配置されている帯状の単位熱電変換素子を接続している。
そして、第１のリード線は、長手方向に沿った一方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の電極部に導電接続され、第２のリード線は、長手方向に沿った他方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の電極部に導電接続されている。
なお、帯状のｐ型熱電変換部材の電極部の一方の面とｐ型熱電変換部の間及び帯状のｎ型熱電変換部材の電極部の一方の面とｎ型熱電変換部の間に抵抗低減部が配設されている場合には、一方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｐ型熱電変換部材の抵抗低減部に第１のリード線を導電接続し、他方端に配置されている帯状の単位熱電変換素子の帯状のｎ型熱電変換部材の抵抗低減部に第２のリード線を導電接続するのが好ましい。この場合には、ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材での損失を低減することができる。
そして、第１のリード線が導電接続されている電極部、第２のリード線が導電接続されている電極部及び第１の帯状の接続部材と第２の帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、第１のリード線が導電接続されている電極部、第２のリード線が導電接続されている電極部及び第１の帯状の接続部材と第２の帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子が配設される。第１のリード線が導電接続されている電極部、第２のリード線が導電接続されている電極部及び第１の帯状の接続部材と第２の帯状の接続部材の一方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率が、第１のリード線が導電接続されている電極部、第２のリード線が導電接続されている電極部及び第１の帯状の接続部材と第２の帯状の接続部材の他方と熱源あるいは被温度制御体との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子を配設する態様としては、前述した態様と同様の態様を用いることができる。
本発明は、第３発明と同様の効果を有している。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜５に記載の熱電変換素子及び請求項６〜８に記載の熱電変換装置を用いることにより、可撓性（柔軟性）を有するとともに、製造が容易である熱電変換素子及び熱電変換装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
第１の実施の形態の熱電変換装置１００を、図１及び図２に示す。なお、図１は、第１の実施の形態の熱電変換装置１００の概略図であり、図２は、図１のＩＩ線矢視図である。第１の実施の形態の熱電変換装置１００は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として構成されている。
本実施の形態の熱電変換装置１００は、熱電変換素子１１０と、第１のリード線１７１、第２のリード線１７２を備えている。
【００１５】
熱電変換素子１１０は、ｎ型熱電変換部材１２０と、ｐ型熱電変換部材１３０と、金属テープ１４０を有している。
ｎ型熱電変換部材１２０は、基材テープ１２１とｎ型熱電変換膜１２３を有している。
基材テープ１２１は、導電性材料、好適には、導電性金属材料により形成され、ｎ型熱電変換部材１２０の電極として用いられる。基材テープ１２１は、例えば、耐熱性合金であるハステロイＣ−２７６により形成される。また、基材テープ１２１は、可撓性（柔軟性）を有するように、厚さが０．３ｍｍ以下、例えば、０．１ｍｍのテープ状に形成される。基材テープの幅や長さは適宜設定可能である。
ｎ型熱電変換膜１２３は、基材テープ１２１の一方の面（図１及び図２の上方側の面）に、ｎ型熱電変換材料により形成される。本実施の形態では、基材テープ１２１の一方の面の全面にｎ型熱電変換膜１２３が形成されている。ｎ型熱電変換材料としては、公知の種々のｎ型熱電変換材料を用いることができる。例えば、ＬａＮｉＯ３等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料を用いることができる。ｎ型熱電変換膜１２３は、適切な熱電変換特性を得ることができる厚さに形成される。例えば、１０μｍ程度の厚さに形成される。
ｐ型熱電変換部材１３０は、基材テープ１３１とｐ型熱電変換膜１３３を有している。
基材テープ１３１は、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１と同様の導電性材料、例えば、ハステロイＣ−２７６により形成され、ｐ型熱電変換部材１３０の電極として用いられる。また、基材テープ１３１は、可撓性（柔軟性）を有するように、厚さが０．３ｍｍ以下、例えば、０．１ｍｍのテープ状に形成される。
ｐ型熱電変換膜１３３は、基材テープ１３１の一方の面（図１及び図２の上方側の面）に、ｐ型熱電変換材料により形成される。本実施の形態では、基材テープ１３１の一方の面の全面にｐ型熱電変換膜１３３が形成されている。ｐ型熱電変換材料としては、公知の種々のｐ型熱電変換材料を用いることができる。例えば、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９、ＮａＣｏ２Ｏ４等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料を用いることができる。ｐ型熱電変換膜１３３は、適切な熱電変換特性を得ることができる厚さに形成される。例えば、１０μｍ程度の厚さに形成される。
【００１６】
金属テープ１４０は、導電性材料、例えば、導電性金属材料により形成され、ｎ型熱電変換部材１２０とｐ型熱電変換部材１３０を接続する。本実施の形態では、金属テープ１４０は、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３の、基材テープ１２１が配設されている側の面と反対側の面（図１及び図２の上方側の面）と、ｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３の、基材テープ１３１が配設されている側の面と反対側の面（図１及び図２の上方側の面）を接続する。また、本実施の形態では、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３の、基材テープ１２１が配設されている側の面と反対側の面の全面と、ｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３の、基材テープ１３１が配設されている側の面と反対側の面の全面が、金属テープ１４０の面に接続されている。金属テープ１４０は、例えば、導電性金属材料であるＣｕにより形成される。また、金属テープ１４０は、可撓性（柔軟性）を有するように、厚さが０．３ｍｍ以下、例えば、０．１ｍｍのテープ状に形成される。金属テープ１４０の幅や長さは適宜設定可能である。
金属テープ１４０の面とｎ型熱電変換膜１２３の面及びｐ型熱電変換膜１３３の面を接続する方法としては、例えば、接続面の間に接着用の薄い金属層を挿入して接着する方法、接続面を加圧・加熱し、金属テープ１４０を形成している導電性材料を拡散させることによって拡散接合する方法、真空中で接着面をイオンビーム等により清浄化し、活性表面同士を接着する方法等を用いることができる。
この時、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０が金属テープ１４０の長手方向（図２の前後方向）に直交する方向（図２の左右方向）に離れて配置され、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０それぞれの長手方向が金属テープ１４０の長手方向と平行になるように、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０が並列に配設される。そして、金属テープ１４０をｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０に接続した状態では、熱電変換素子１１０は、可撓性（柔軟性）を有するテープ状（帯状）に形成される。
このように、ｎ型熱電変換部材１２０、ｐ型熱電変換部材１３０及び金属テープ１４０を、金属テープ１４０の長手方向に対して並列に配設することにより、発電面積（有効面積）を広くすることができ、出力電力が増大する。
なお、金属テープ１４０とｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０との接続は、金属テープ１４０とｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０の間を電流が流れることができればよく、必ずしも接続面を直接接続する必要はない。
【００１７】
ｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１には第１のリード線１７１の一端が導電接続され、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１には第２のリード線１７２の一端が導電接続される。
第１のリード線１７１の他端と第２のリード線１７２の他端は、負荷１６０に接続される。第１のリード線１７１及び第２のリード線１７２と負荷１６０との間に他の回路が接続されていてもよい。
【００１８】
そして、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３の両側に温度差が加わるように熱電変換素子１１０を配設する。図１及び図２では、ｎ型熱電変換膜１２３の金属テープ１４０側が高温、基材テープ１２１側が低温となり、ｐ型熱電変換膜１３３の金属テープ１４０側が高温、基材テープ１３１側が低温となるように、金属テープ１４０を高温部側に配置し、基材テープ１２１及び１３１を低温部側に配置している。すなわち、金属テープ１４０と高温部との間の熱伝達率が、基材テープ１２１及び１３１と高温部との間の熱伝達率より高くなるように熱電変換素子１１０を配設している。
ここで、高温部として高温の流体（廃棄ガスや蒸気）が流れる配管が用いられ、低温部として大気が用いられる場合には、金属テープ１４０が配管の外周面側に配置されるように（好適には、金属テープ１４０が配管の外周面に接触するように）、熱電変換素子１１０を配管に巻き付けるのが好ましい。このように、熱電変換素子１１０を配管に巻き付けることにより、配管内を流れる流体の温度の利用効率が向上する。
この場合、ｎ型熱電変換膜１２３では、電子が高温側から低温側に移動し、ｐ型熱電変換膜１３３では、正孔が高温側から低温側に移動する。図１及び図２では、金属テープ１４０側を高温、基材テープ１２１及び１３１側を低温にしているため、第１のリード線１７１側が正、第２のリード線１７２側が負となり、負荷１６０には矢印の方向に負荷電流Ｉが流れる。
なお、ｎ型熱電変換膜１２３の金属テープ１４０側が低温、基材テープ１２１側が高温となり、ｐ型熱電変換膜１３３の金属テープ１４０側が低温、基材テープ１３１側が高温となるように、金属テープ１４０を低温部側に配置し、基材テープ１２１及び１３１を高温部側に配置することもできる。
【００１９】
本実施の形態では、ｎ型熱電変換部材１２０が本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材」に対応し、基材テープ１２１が本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部」に対応し、ｎ型熱電変換膜１２３が本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部」に対応し、ｐ型熱電変換部材１３０が本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材」に対応し、基材テープ１３１が本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部」に対応し、ｐ型熱電変換膜１３３が本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部」に対応し、金属テープ１４０が本発明の「帯状の接続部材」に対応する。
【００２０】
以上のように、本実施の形態では、基材テープ１２１の一方の面側にｎ型熱電変換材料によってｎ型熱電変換膜１２３を形成してテープ状のｎ型熱電変換部材１２０を製造し、また、基材テープ１３１の一方の面側にｐ型熱電変換材料によってｐ型熱電変換膜１３３を形成してテープ状のｐ型熱電変換部材１３０を製造している。そして、テープ状のｎ型熱電変換部材１２０とテープ状のｐ型熱電変換部材１３０を金属テープによって接続することによって、テープ状の熱電変換素子１１０を製造している。
これにより、広い発電面積（有効面積）を有する帯状の熱電変換素子を容易に製造することができる。また、可撓性を持たせることができるため、種々の形状の設置箇所に容易に設置することができる。さらに、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。
また、発電面積（有効面積）を広くすることができるため、出力電力が増大する。
【００２１】
ところで、基材テープ１２１や１３１の一方の面側にｎ型熱電変換膜１２３やｐ型熱電変換膜１３３を配設する場合、ｎ型熱電変換膜１２３の基材テープ１２１に直交する方向の電気伝導性やｐ型熱電変換膜１３３の基材テープ１３１に直交する方向の電気伝導性が良い方が、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３での損失が少ない。
ここで、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３の化合物の結晶構造は、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸等の軸を有している。ａ軸方向の電気伝導性は、他の軸方向の電気伝導性より良い。このため、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３の化合物の結晶構造のａ軸を、基材テープ１２１及び１３１に直交する方向に配向させることによって、すなわち、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３をａ軸配向膜とすることによって、損失を低減することができ、熱電変換効率を高めることができる。例えば、ｐ型熱電変換材料としてＣａ３Ｃｏ４Ｏ９を用いる場合には、図３に示すように、ｐ型熱電変換膜１３３を、ｐ型熱電変換膜１３３の化合物の結晶構造のａ軸を基材テープ１３１に直交する方向に配向させたａ軸配向膜とすることによって熱電変換効率を高めることができる。
ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３の化合物の結晶構造の配向方向を制御する方法としては、例えば、基材テープ１２１及び１３１として配向金属基板あるいは配向酸化物基板を用いる方法が考えられる。配向金属基板は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ等を含む金属材料を、圧延等によって、原子の並びを一定の方向に制御した基板である。配向酸化物基板は、金属基板の上に酸化物膜を形成すると同時にイオンビーム等の物理的手段を用いて不要な方向の結晶を除去しながら特定の方向の結晶を成長させたものである。配向金属基板あるいは配向酸化物基板の面内（ａ−ｂ軸面）配向度△φを評価する指標としては、Ｘ線回折の極点図(pole figure)が用いられる。本実施の形態では、面内（ａ−ｂ軸面）配向度△φが１５°程度以下である配向金属基板あるいは配向酸化物基板を用いている。
なお、ａ軸配向は、Ｘ線回折による（Ｌ００）ピークの有無から存在を確認することができる。ａ軸方向の電気伝導性がｃ軸方向の電気伝導性より５〜２０倍程度良いことを考慮すると、化合物の結晶構造の５％以上がａ軸配向されていれば、化合物の結晶構造がｃ軸配向されている場合と同等以上の特性を得ることができる。これは、Ｘ線回折ピーク強度比［Ｉ（Ｌ００）／{Ｉ（Ｌ００）＋Ｉ（００Ｌ）}］が５％程度以上であることで確認できる。例えば、ｐ型熱電変換材料としてＣａ３Ｃｏ４Ｏ９を用いる場合、Ｘ線回折（θ−２θスキャン）パターンの１６°付近に現れる（００２）ピークと３７°付近に現れる（２００）ピークの強度比［Ｉ（２００）／{Ｉ（２００）＋Ｉ（００２）}］を比較して５％以上になっているか否かを確認すればよい。
【００２２】
以上のように、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１及びｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１として配向金属基板あるいは配向酸化物基板を用い、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２０の一方の面側に配設されるｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１の一方の面側に配設されるｐ型熱電変換膜１３３をａ軸配向膜とする技術を用いることによって、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３での損失を低減することができる。
したがって、第１の実施の形態の熱電変換素子１１０にこのような技術を用いることによって、熱電変換素子１１０の熱電変換効率を高めることができる。この技術は、他の実施の形態にも用いることができる。
【００２３】
次に、ｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換膜及びｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換膜の形状と、熱電変換素子の熱電変換効率との関係を説明する。
いま、図４に示すように、ｎ型熱電変換部材１２０とｐ型熱電変換部材１３０が、金属テープ１４０の長手方向に直交する方向に離れて配置されている（金属テープ１４０の長手方向に対して並列に配置されている）熱電変換素子１１０を例にして説明する。
ここで、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３、ｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３のゼーベック係数をＳｎ、Ｓｐ、導電率をσｎ、σｐ、熱伝導率をκｎ、κｐ、高さ（厚さ）をＬｎ、Ｌｐ、断面積（金属テープ１３０と対向する面の面積）をＡｎ、Ａｐとする。また、負荷抵抗をＲ、負荷電流をＩとする。また、金属テープ１４０（高温側）の温度をＴｈ、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１及びｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１（低温側）の温度をＴｃとする。
【００２４】
図４に示す熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηは、金属テープ１４０（高温側）に流入する（吸熱する）熱流をＱｈ、熱電変換素子１１０の発電電力Ｐを用いて［１式］で表される。
【数１】
2008091539.tif 000003
［１式］
【００２５】
ここで、ゼーベック効果により熱電変換素子１１０に発生する起電力（電圧）Ｖは、［２式］で表される。
【数２】
2008091539.tif 000004
［２式］
負荷抵抗をＲ、熱電変換素子１１０の内部抵抗をｒとすると、負荷に流れる負荷電流Ｉは、［３式］で表される。
【数３】
2008091539.tif 000005
［３式］
熱電変換素子１１０の発電電力Ｐは、[２式]と[３式]を用いて［４式］で表される。
【数４】
2008091539.tif 000006
［４式］
ここで、ゼーベック係数、導電率、熱伝導率が温度に依存しないとした場合には、金属テープ１４０（高温側）に流入する熱流Ｑｈは、［５式］で表される。
【数５】
2008091539.tif 000007
［５式］
【００２６】
［４式］と［５式］により、効率ηは、［６式］で表される。
【数６】
2008091539.tif 000008
［６式］
［６式］に［３式］を代入すると、［７式］が得られる。
【数７】
2008091539.tif 000009
［７式］
【００２７】
［７式］から、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηは、ｎ型熱電変換膜１２３とｐ型熱電変換膜１３３の形状寸法に関連するＫとｒの積［Ｋｒ］（Ｋｒ積）に依存することがわかる。すなわち、［Ｋｒ］が小さい程熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηは高くなる。
［Ｋｒ］は、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３の形状寸法である断面積、高さ（厚さ）等によって変化する。
【００２８】
先ず、ｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎとｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐとの比［断面積比＝Ａｐ／Ａｎ］と熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηとの関係について検討する。
ここで、断面積比［Ａｐ／Ａｎ］をｘとすると、［Ｋｒ（ｘ）］は［８式］で表される。
【数８】
2008091539.tif 000010
［８式］
断面積比ｘで表された［Ｋｒ（ｘ）］は、［ｄＫｒ（ｘ）／ｄｘ＝０］の時に極小値［Ｋｒ（ｘ）min］となる。
［Ｋｒ（ｘ）min］が極小値となる断面積比ｘは、［９式］で表される。
【数９】
2008091539.tif 000011
［９式］
【００２９】
ここで、［断面積比ｘ＝１］（ｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎとｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐが同じ）である時の［Ｋｒ（１）］は、［Ｋｒ（ｘ）］の最小値［Ｋｒ（ｘ）min］より大きくなる［Ｋｒ（１）＞Ｋｒ（ｘ）min］ため、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηは低下する。
さらに、［Ｋｒ（１）＝Ｋｒ（ｘ）］となるｘは、［１０式］により算出される。
【数１０】
2008091539.tif 000012
［１０式］
［１０式］から、［１１式］が導かれる。
【数１１】
2008091539.tif 000013
［１１式］
［式１１］から、［Ｋｒ（１）＝Ｋｒ（ｘ）］となる断面積比ｘは、［１２式］により表される。
【数１２】
2008091539.tif 000014
［１２式］
したがって、熱電変換効率ηが、［断面積比ｘ＝１］の時の熱電変換効率ηより高くなる断面積比ｘの範囲は、［１３式］で表される。
【数１３】
2008091539.tif 000015
［１３式］
【００３０】
ここで、ｎ型熱電変換膜１２３の高さ（厚さ）Ｌｎとｐ型熱電変換膜１３３の高さ（厚さ）Ｌｐが同じ［Ｌｎ＝Ｌｐ］場合には、断面積比ｘが［１４式］で示される範囲で、［断面積比ｘ＝１］の時の熱電変換効率ηより高くなる。
【数１４】
2008091539.tif 000016
［１４式］
【００３１】
例えば、κｎ＝２０（Ｗ／ｍＫ）、σｎ＝１．０（Ω−１ｃｍ−１）、κｐ＝３（Ｗ／ｍＫ）、σｐ＝０．５（Ω−１ｃｍ−１）である場合には、［１＜ｘ＜（４０／３）］の範囲において、すなわち、ｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐがｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎの（４０／３倍）より小さい範囲において、ｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎがｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐと同じ時の熱電変換効率ηより高くなる。
なお、熱電変換効率ηが最大となる断面積比ｘは、［１４式］で表される。
【数１５】
2008091539.tif 000017
［１５式］
すなわち、ｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐがｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎの［約３．６倍］の時に、熱電変換効率ηが最大となる。
【００３２】
次に、ｎ型熱電変換膜１２３の高さ（厚さ）Ｌｎとｐ型熱電変換膜１３３の高さ（厚さ）Ｌｐとの比［高さ比＝Ｌｐ／Ｌｎ］と熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηとの関係について検討する。
ここで、高さ比［Ｌｐ／Ｌｎ］をｙとすると、［Ｋｒ（ｙ）］は［１６式］で表される。
【数１６】
2008091539.tif 000018
［１６式］
高さ比ｙで表された［Ｋｒ（ｙ）］は、［ｄＫｒ（ｙ）／ｄｙ＝０］の時に極小値［Ｋｒ（ｙ）min］となる。
［Ｋｒ（ｙ）min］が極小値となる高さ比ｙは、［１７式］で表される。
【数１７】
2008091539.tif 000019
［１７式］
【００３３】
ここで、［高さ比ｙ＝１］（ｎ型熱電変換膜１２３の高さＬｎとｐ型熱電変換膜１３３の高さＬｐが同じ）である時の［Ｋｒ（１）］は、［Ｋｒ（ｙ）］の最小値［Ｋｒ（ｙ）min］より大きくなる［Ｋｒ（１）＞Ｋｒ（ｙ）min］ため、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηは低下する。
さらに、［Ｋｒ（１）＝Ｋｒ（ｙ）］となるｙは、［１８式］により算出される。
【数１８】
2008091539.tif 000020
［１８式］
［１８式］から、［１９式］が導かれる。
【数１９】
2008091539.tif 000021
［１９式］
［式１９］から、［Ｋｒ（１）＝Ｋｒ（ｙ）］となる高さ比ｙは、［２０式］により表される。
【数２０】
2008091539.tif 000022
［２０式］
したがって、熱電変換効率ηが、［高さ比ｙ＝１］の時の熱電変換効率ηより高くなる高さ比ｙの範囲は、［２１式］で表される。
【数２１】
2008091539.tif 000023
［２１式］
【００３４】
ここで、ｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎとｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐが同じ［Ａｎ＝Ａｐ］場合には、高さ比ｙが［２２式］で示される範囲で、［高さ比ｙ＝１］の時の熱電変換効率ηより高くなる。
【数２２】
2008091539.tif 000024
［２２式］
【００３５】
例えば、κｎ＝２０（Ｗ／ｍＫ）、σｎ＝１．０（Ω−１ｃｍ−１）、κｐ＝３（Ｗ／ｍＫ）、σｐ＝０．５（Ω−１ｃｍ−１）である場合には、［０．０７５＜ｙ＜１］の範囲において、すなわち、ｐ型熱電変換膜１３３の高さＬｐがｎ型熱電変換膜１２３の高さＬｎの（０．０７５倍）より大きい範囲において、ｎ型熱電変換膜１２３の高さＬｎがｐ型熱電変換膜１３３の高さＬｐと同じ時の熱電変換効率ηより高くなる。
なお、熱電変換効率ηが最大となる高さ比ｙは、［２３式］で表される。
【数２３】
2008091539.tif 000025
［２３式］
すなわち、ｐ型熱電変換膜１３３の高さＬｐがｎ型熱電変換膜１２３の高さＬｎの［約０．２７倍］の時に、熱電変換効率ηが最大となる。
【００３６】
以上のように、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３の形状寸法、例えば、断面積や高さ（厚さ）を設定することによって、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηを高めることができる。例えば、ｎ型熱電変換膜１２３の断面積Ａｎとｐ型熱電変換膜１３３の断面積Ａｐを、断面積比ｘ（＝Ａｐ／Ａｎ）が［１４式］を満足するように設定することによって、あるいは、ｎ型熱電変換膜１２３の高さ（厚さ）Ｌｎとｐ型熱電変換膜１３３の高さ（厚さ）Ｌｐを、高さ比ｙ（＝Ｌｐ／Ｌｎ）が［２１式］を満足するように設定することによって、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηを高めることができる。
なお、ｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３の導電率や熱伝導率を選択することによっても、熱電変換素子１１０の熱電変換効率ηを高めることができる。
したがって、第１の実施の形態の熱電変換素子１１０にこのような技術を用いることによって、熱電変換素子１１０の熱電変換効率を高めることができる。この技術は、他の実施の形態にも用いることができる。
【００３７】
ところで、電流が流れる基材テープ（例えば、熱電変換素子１１０のｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１やｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１）の抵抗値（ｎ型熱電変換部材１２０やｐ型熱電変換部材１３０の内部抵抗の抵抗値）は、電力損失の観点からは小さい方が好ましい。しかしながら、抵抗値が大きい基材テープ１２１や１３１を使用する場合がある。
そこで、抵抗値が大きい基材テープ１２１や１３１を用いた場合でも、電力損失を低減することができる第２の実施の形態を、図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は、第２の実施の形態の熱電変換装置１００の概略図であり、図６は、図５のＶＩ線矢視図である。
第２の実施の形態の熱電変換装置１００は、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０の構成が図１及び図２に示した第１の実施の形態の熱電変換装置１００と異なるだけである。以下では、第１の実施の形態と異なる構成を主に説明する。
【００３８】
本実施の形態の熱電変換装置１００は、熱電変換素子１１０と、第１のリード線１７１、第２のリード線１７２を備えている。
熱電変換素子１１０は、ｎ型熱電変換部材１２０と、ｐ型熱電変換部材１３０と、金属テープ１４０を有している。
ｎ型熱電変換部材１２０は、基材テープ１２１と、抵抗低減層１２２と、ｎ型熱電変換膜１２３を有している。基材テープ１２１、ｎ型熱電変換膜１２３は、第１の実施の形態と同様の構成である。
抵抗低減層１２２は、基材テープ１２１を構成する導電性金属材料（例えば、ハステロイ）の抵抗率より小さい抵抗率を有する導電性金属材料（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ等）（低抵抗金属材料）によって形成される。
抵抗低減層１２２は、基材テープ１２１の一方の面（図５及び図６の上方側の面）に、前述した低抵抗金属材料によって形成される。本実施の形態では、基材テープ１２１の一方の面の全面に抵抗低減層１２２が形成されている。抵抗低減層１２２は、例えば、３０〜５０μｍの厚さで形成される。
そして、抵抗低減層１２２の、基材テープ１２１が配設されている側の面と反対側の面（図５及び図６の上方側の面）に、ｎ型熱電変換材料によってｎ型熱電変換膜１２３が形成される。本実施の形態では、抵抗低減層１２２の、基材テープ１２１が配設されている側と反対側の面の全面にｎ型熱電変換膜１２３が形成されている。
【００３９】
ｐ型熱電変換部材１３０も同様に、基材テープ１３１と、抵抗低減層１３２と、ｐ型熱電変換膜１３３を有している。基材テープ１３１、ｐ型熱電変換膜１３３は、第１の実施の形態と同様の構成である。
抵抗低減層１３２は、基材テープ１３１を構成する導電性金属材料（例えば、ハステロイ）の抵抗率より小さい抵抗率を有する導電性金属材料（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ等）（低抵抗金属材料）によって形成される。
抵抗低減層１３２は、基材テープ１３１の一方の面（図５及び図６の上方側の面）に、前述した低抵抗金属材料によって形成される。本実施の形態では、基材テープ１３１の一方の面の全面に抵抗低減層１３２が形成されている。抵抗低減層１３２は、例えば、３０〜５０μｍの厚さで形成される。
そして、抵抗低減層１３２の、基材テープ１３１が配設されている側の面と反対側の面（図５及び図６の上方側の面）に、ｐ型熱電変換材料によってｐ型熱電変換膜１３３が形成される。本実施の形態では、抵抗低減層１３２の、基材テープ１３１が配設されている側と反対側の面の全面にｐ型熱電変換膜１３３が形成されている。
抵抗低減層１２２及び１３２は、本発明の「抵抗低減部」に対応する。
【００４０】
金属テープ１４０は、ｎ型熱電変換部材１２０のｎ型熱電変換膜１２３の、抵抗低減層１２２が配設されている側の面と反対側の面（図１及び図２の上方側の面）と、ｐ型熱電変換部材１３０のｐ型熱電変換膜１３３の、抵抗低減層１３２がが配設されている側の面と反対側の面（図１及び図２の上方側の面）を接続する。金属テープ１４０の構成、金属テープ１４０をｎ型熱電変換膜１２３及びｐ型熱電変換膜１３３と接続する態様は、第１の実施の形態と同様である。
この時、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０が金属テープ１４０の長手方向（図２の前後方向）に直交する方向（図６の左右方向）に離れて配置され、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０それぞれの長手方向が金属テープ１４０の長手方向と平行になるように、ｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０が並列に配設される。また、金属テープ１４０をｎ型熱電変換部材１２０及びｐ型熱電変換部材１３０に接続した状態では、熱電変換素子１１０は、可撓性（柔軟性）を有するテープ状に形成される。
そして、熱電変換素子１１０に第１のリード線１７１及び第２のリード線１７２が導電接続される。本実施の形態では、ｐ型熱電変換部材１３０の抵抗低減層１３２に第１のリード線１７１の一端が導電接続され、ｎ型熱電変換部材１２０の抵抗低減層１２２に第２のリード線１７２の一端が導電接続される。第１のリード線１７１の他端と第２のリード線１７２の他端は、負荷１６０に接続される。なお、第１のリード線１７１は、抵抗低減層１３２と基材テープ１３１に跨って接続されてもよい。同様に、第２のリード線１７２は、抵抗低減層１２２と基材テープ１２１に跨って接続されてもよい。
【００４１】
例えば、抵抗率が１３０×１０−６Ω・ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍのハステロイテープで形成された基材テープの両端抵抗値は、１３Ωである。
そして、抵抗率が１．５９×１０−６Ω・ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ０．０５ｍｍ、長さ１０ｍのＡｇの抵抗低減層の両端抵抗値は、３．１８×１０−２Ωである。
この場合、抵抗低減層を設けることによって、熱電変換部材の内部抵抗が約１／４００となり、電力損失を大幅に低減することができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、ｎ型熱電変換部材１２０の基材テープ１２１とｎ型熱電変換膜１２３との間に抵抗低減層１２２を配設するとともに、ｐ型熱電変換部材１３０の基材テープ１３１とｐ型熱電変換膜１３３との間に抵抗低減層１３２を配設している。また、第１及び第２のリード線を、ｐ型熱電変換部材１３０の抵抗低減層１３２及びｎ型熱電変換部材１２０の抵抗低減層１２２に接続している。
これにより、抵抗率が大きい材料によって形成されている基材テープ１２１及び１３１を用いる場合には、基材テープ１２１及び１３１を流れる電流が低減される。したがって、基材テープ１２１及び１３１による電力損失を低減することができ、熱電変換素子の熱電変換効率を向上させることができる。
この技術は、他の実施の形態にも用いることができる。
【００４３】
第１及び第２の実施の形態では、ｎ型熱電変換部材とｐ型熱電変換部材を、金属テープの長手方向に直交する方向に離して配設した（金属テープの長手方向に対して並列に配設した）が、ｎ型熱電変換部材とｐ型熱電変換部材を、金属テープの長手方向に離して配設する（金属テープの長手方向に対して直列に配設する）こともできる。
ｎ型熱電変換部材とｐ型熱電変換部材を、金属テープの長手方向に離して配設した第３の実施の形態を図７及び図８に示す。なお、図７は、第３の実施の形態の熱電変換装置２００の概略図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ線矢視図である。
【００４４】
本実施の形態の熱電変換装置２００は、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂと、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを接続する金属テープ２４０Ｃを備えている。
なお、図７及び図８では、２個の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂと、１個の金属テープ２４０Ｃを有しているが、単位熱電変換素子の個数ｍは、２以上の正の整数の中から選択可能であり、単位熱電変換素子を接続する金属テープの個数ｎは、１以上の正の整数の中から選択可能である。通常、単位熱電変換素子を接続する金属テープの個数ｎは、単位熱電変換素子の個数ｍより１個少ない（ｎ＝ｍ−１）。
図７及び図８に示す熱電変換装置２００では、［ｍ＝２］、［ｎ＝１］である。
【００４５】
単位熱電変換素子２５０Ａは、ｎ型熱電変換部材２２０Ａと、ｐ型熱電変換部材２３０Ａ、金属テープ２４０Ａを有している。
ｎ型熱電変換部材２２０Ａは、基材テープ２２１Ａとｎ型熱電変換膜２２３Ａを有している。ｐ型熱電変換部材２３０Ａは、基材テープ２３１Ａとｐ型熱電変換膜２３３Ａを有している。
基材テープ２２１Ａ、２３１Ａは、第１の実施の形態の基材テープ１２１、１３１と同様に、導電性材料、好適には、導電性金属材料（例えば、ハステロイＣ−２７６）により形成され、それぞれｎ型熱電変換部材２２０Ａ、ｐ型熱電変換部材２３０Ａの電極として用いられる。また、可撓性（柔軟性）を有するように、厚さが０．３ｍｍ以下、例えば、０．１ｍｍのテープ状に形成される。
ｎ型熱電変換膜２２３Ａ、ｐ型熱電変換膜２３３Ａは、第１の実施の形態のｎ型熱電変換膜１２３、ｐ型熱電変換膜１３３と同様に、それぞれ基材テープ２２１Ａ、２３１Ａの一方の面（図７及び図８の上方側の面）に、ｎ型熱電変換材料（例えば、ＬａＮｉＯ３等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料）、ｐ型熱電変換材料（例えば、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９、ＮａＣｏ２Ｏ４等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｃｏ−Ｓｂ系等の金属系材料）により形成される。本実施の形態では、基材テープ２２１Ａ、２３１Ａの一方の面の全面にｎ型熱電変換膜２２３Ａ、ｐ型熱電変換膜２３３Ａが形成されている。ｎ型熱電変換膜２２３Ａ、ｐ型熱電変換膜２３３Ａは、適切な熱電変換特性を得ることができる厚さ、例えば、１０μｍ程度の厚さに形成される。
金属テープ２４０Ａは、第１の実施の形態の金属テープ１４０と同様に、導電性材料、例えば、導電性金属材料（例えば、Ｃｕ）により形成され、ｎ型熱電変換部材２２０Ａとｐ型熱電変換部材２３０Ａを接続する。本実施の形態では、金属テープ１４０Ａは、ｎ型熱電変換部材２２０Ａのｎ型熱電変換膜２２３Ａの、基材テープ２２１Ａが配設されている側の面と反対側の面（図７及び図８の上方側の面）と、ｐ型熱電変換部材２３０Ａのｐ型熱電変換膜２３３Ａの、基材テープ２３１Ａが配設されている側の面と反対側の面（図７及び図８の上方側の面）を接続する。また、本実施の形態では、ｎ型熱電変換膜２２３Ａの、基材テープ２２１Ａが配設されている側の面と反対側の面の全面と、ｐ型熱電変換膜２３３Ａの、基材テープ２３１Ａが配設されている側の面と反対側の面の全面が、金属テープ２４０Ａの面に接続されている。また、金属テープ１４０は、可撓性（柔軟性）を有するように、厚さが０．３ｍｍ以下、例えば、０．１ｍｍのテープ状に形成される。金属テープ２４０Ａの面とｎ型熱電変換膜２２３Ａの面及びｐ型熱電変換膜２３３Ａの面を接続する方法としては、例えば、前述した方法を用いることができる。
本実施の形態では、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ及びｐ型熱電変換部材２３０Ａが金属テープ２４０Ａの長手方向（図７及び図８の左右方向）に離れて配置され、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ及びｐ型熱電変換部材２３０Ａそれぞれの長手方向が金属テープ２４０Ａの長手方向と平行になるように、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ及びｐ型熱電変換部材２３０Ａが直列に配設されている。そして、金属テープ２４０Ａをｎ型熱電変換部材２２０Ａ及びｐ型熱電変換部材２３０Ａに接続した状態では、単位熱電変換素子２５０Ａは、可撓性（柔軟性）を有するテープ状（帯状）に形成される。
【００４６】
単位熱電変換素子２５０Ｂは、単位熱電変換素子２５０Ａと同様に、ｎ型熱電変換部材２２０Ｂと、ｐ型熱電変換部材２３０Ｂ、金属テープ２４０Ｂを有している。
ｎ型熱電変換部材２２０Ｂは、ｎ型熱電変換部材２２０Ａと同様に、基材テープ２２１Ｂとｎ型熱電変換膜２２３Ｂを有している。ｐ型熱電変換部材２３０Ｂは、ｐ型熱電変換部材２３０Ａと同様に、基材テープ２３１Ｂとｐ型熱電変換膜２３３Ｂを有している。
そして、単位熱電変換素子２５０Ｂは、単位熱電変換素子２５０Ａと同様に、ｎ型熱電変換部材２２０Ｂ及びｐ型熱電変換部材２３０Ｂが金属テープ２４０Ｂの長手方向（図７及び図８の左右方向）に離れて配置され、ｎ型熱電変換部材２２０Ｂ及びｐ型熱電変換部材２３０Ｂそれぞれの長手方向が金属テープ２４０Ｂの長手方向と平行になるように、ｎ型熱電変換部材２２０Ｂ及びｐ型熱電変換部材２３０Ｂが直列に配設されている。そして、金属テープ２４０Ｂをｎ型熱電変換部材２２０Ｂ及びｐ型熱電変換部材２３０Ｂに接続した状態では、単位熱電変換素子２５０Ｂは、可撓性（柔軟性）を有するテープ状（帯状）に形成される。
【００４７】
また、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂは長手方向に沿って、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂのｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂとｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂの配置関係が同じになるように配置される。図７及び図８では、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂが左側、ｐ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂが右側に位置するように配置されている。この場合、単位熱電変換素子２５０Ａのｐ型熱電変換部材２３０Ａと他方の単位熱電変換素子２５０Ｂのｎ型熱電変換部材２２０Ｂが対向する。勿論、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂは、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂとｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂの配置関係が逆になるように（ｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂが右側、ｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂが左側に位置するように）配置することもできる。すなわち、複数の単位熱電変換素子は、隣接して配置されている単位熱電変換素子の一方の単位熱電変換素子のｐ型熱電変換部材と他方の単位熱電変換素子のｎ型熱電変換部材が対向するように、長手方向に沿って配置される。
そして、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂは、金属テープ２４０Ｃによって接続される。図７及び図８では、金属テープ２４０Ｃは、単位熱電変換素子２５０Ａのｐ型熱電変換部材２３０Ａの基材テープ２３１Ａの他方の面（ｐ型熱電変化膜２３３Ａが配設されている側の面と反対側の面）と、単位熱電変換素子２５０Ｂのｎ型熱電変換部材２２０Ｂの基材テープ２２１Ｂの他方の面（ｎ型熱電変化膜２２３Ｂが配設されている側の面と反対側の面）を接続している。すなわち、金属テープ２４０Ｃは、隣接して配置されている一方の単位熱電変換素子のｐ型熱電変換部材の基材テープの他方の面と、他方の単位熱電変換素子のｎ型熱電変換部材の基材テープの他方の面を接続している。
金属テープ２４０Ｃは、金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂと同様に構成することができる。また、金属テープ２４０Ｃと、ｐ型熱電変換部材２３０Ａの基材テープ２３１Ａの他方の面及びｎ型熱電変換部材２２０Ｂの基材テープ２２１Ｂの他方の面を接続する方法としては、例えば、前述した方法を用いることができる。
本実施の形態では、単位熱電変換素子２５０Ａと２５０Ｂが金属テープ２４０Ｃの長手方向に離れた位置に配置され、単位熱電変換素子２５０Ａと２５０Ｂそれぞれの長手方向が金属テープ２４０Ｃの長手方向と平行になるように、単位熱電変換素子２５０Ａ及び２５０Ｂが直列に配設されている。すなわち、隣接して配置されている一方の単位熱電変換素子と他方の単位熱電変換素子が、当該一方の単位熱電変換素子と当該他方の単位熱電変換素子を接続する金属テープの長手方向に離れた位置に配置され、当該一方の単位熱電変換素子と当該他方の単位熱電変換素子それぞれの長手方向が当該一方の単位熱電変換素子と当該他方の単位熱電変換素子を接続する金属テープの長手方向と平行になるように、単位熱電変換素子が直列に配設されている。
そして、金属テープ２４０Ｃを単位熱電変換素子２５０Ａ及び２５０Ｂに接続した状態では、熱電変換装置２００は、可撓性（柔軟性）を有するテープ状（帯状）に形成される。
【００４８】
そして、第１のリード線２７１は、単位熱電変換素子２５０Ｂのｐ型熱電変換部材２３０Ｂの基材テープ２３１Ｂに導電接続され、第２のリード線２７２は、単位熱電変換素子２５０Ａのｎ型熱電変換部材２２０Ａの基材テープ２２１Ａに導電接続されている。すなわち、第１のリード線２７１は、長手方向に配置されている単位熱電変換素子のうち一方端に配置されている単位熱電変換素子のｐ型熱電変換部材の基材テープに導電接続され、第２のリード線２７２は、他方端に配置されている単位熱電変換素子のｎ型熱電変換部材の基材テープに導電接続される。
さらに、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂのｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂとｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂを接続している金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂと、隣接して配置されている単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを接続している金属テープ２４０Ｃの一方が高温側に配置され、他方が低温側に配置されるように、熱電変換素子２１０（単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂ）が配設されている。
ここで、高温部として高温の流体（廃棄ガスや蒸気）が流れる配管が用いられ、低温部として大気が用いられる場合には、金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂと金属テープ２４０Ｃの一方が配管の外周面側に配置されるように（好適には、配管の外周面に接触するように）、熱電変換素子２１０（単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂ）を配管に巻き付けるのが好ましい。
なお、長手方向に沿った一方端に配置されている単位熱電変換素子の基材テープのうち、隣接して配置されている単位熱電変換素子を接続する金属テープが接続されていない基材テープ、すなわち、第１のリード線２７１が接続されているｐ型熱電変換部材２３０Ｂの基材テープ２３１Ｂと、長手方向に沿った他方端に配置されている単位熱電変換素子の基材テープのうち、隣接して配置されている単位熱電変換素子を接続する金属テープが接続されていない基材テープ、すなわち、第２のリード線２７２が接続されているｎ型熱電変換部材２２０Ａの基材テープ２２１Ａが、隣接して配置されている単位熱電変換素子を接続する金属テープ２４０Ｃと同様の熱伝達状態となるように熱電変換素子２１０（単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂ）を配設するのが好ましい。
本実施の形態では、単位熱電変換素子２５０Ａ及び２５０Ｂを長手方向に沿って直列に接続して熱電変換素子２１０を構成しているため、熱電変換装置２００の出力電圧は、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂそれぞれの出力電圧を加算した値となる。
【００４９】
本実施の形態では、単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂが本発明の「単位熱電変換素子」に対応し、金属テープ２４０Ｃが本発明の「第１の帯状の接続部材」に対応し、ｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂが本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材」に対応し、基材テープ２２１Ａ、２２１Ｂが本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部」に対応し、ｎ型熱電変換膜２２３Ａ、２２３Ｂが本発明の「帯状のｎ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面側に配設されているｎ型熱電変換部」に対応し、ｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂが本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材」に対応し、基材テープ２３１Ａ、２３１Ｂが本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部」に対応し、ｐ型熱電変換膜２３３Ａ、２３３Ｂが本発明の「帯状のｐ型熱電変換部材の帯状の電極部の一方の面側に配設されているｐ型熱電変換部」に対応し、金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂが本発明の「第２の帯状の接続部材」に対応する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態では、基材テープ２２１Ａ、２２１Ｂの一方の面側にｎ型熱電変換材料によってｎ型熱電変換膜２２３Ａ、２２３Ｂを形成してテープ状のｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂを製造し、基材テープ２３１Ａ、２３１Ｂの一方の面側にｐ型熱電変換材料によってｐ型熱電変換膜２３３Ａ、２３３Ｂを形成してテープ状のｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂを製造し、そして、テープ状のｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂとテープ状のｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂを金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂによって接続することによって、テープ状の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを製造している。さらに、複数のテープ状の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを長手方向に配置し、隣接して配置されている単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを金属テープ２４０Ｃによって接続してテープ状の熱電変換素子２１０を製造している。
これにより、広い有効面積を有する帯状の熱電変換素子を容易に製造することができる。また、可撓性を持たせることができるため、種々の形状の設置箇所に容易に設置することができる。さらに、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。
また、テープ状のｎ型熱電変換部材２２０Ａ、２２０Ｂ、テープ状のｐ型熱電変換部材２３０Ａ、２３０Ｂ及び金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂを、金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂの長手方向に対して直列に接続してテープ状の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを製造し、さらに、複数のテープ状の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを、金属テープ２４０Ｃの長手方向に対して直列に接続してテープ状の熱電変換素子を製造している。これにより、出力電圧を増大することができるとともに、単位熱電変換素子の数によって出力電圧を調整することができる。
【００５１】
なお、第３の実施の形態では複数個の単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを用いて熱電変換素子２１０（熱電変換装置２００）を構成したが、１個の単位熱電変換素子を用いて熱電変換装置を構成することもできる。
また、第３の実施の形態に、前述した、ｎ型熱電変換部材の基材テープとｎ型熱電変換膜の間及びｐ型熱電変換部材の基材テープとｐ型熱電変換膜の間に抵抗低減層を配設する技術を用いることもできる。この場合には、第１のリード線及び第２のリード線を、一方端に配置されている単位熱電変換素子のｐ型熱電変換部材の抵抗低減層及び他方端に配置されている単位熱電変換素子のｎ型熱電変換部材の抵抗低減層に導電接続するのが好ましい。また、第１の帯状の接続部材（図７の金属テープ２４０Ｃ）を、図７に示すように、隣接して配置されている一方のテープ状の単位熱電変換素子のテープ状のｐ型熱電変換部材の基材テープと他方のテープ状の単位熱電変換素子のテープ状のｎ型熱電変換部材の基材テープ（例えば、図７の基材テープ２３１Ａと２２１Ｂ）に接続してもよいが、隣接して配置されている一方のテープ状の単位熱電変換素子のテープ状のｐ型熱電変換部材の抵抗低減層と他方のテープ状の単位熱電変換素子のテープ状のｎ型熱電変換部材の抵抗低減層に接続するのが好ましい。このように構成することにより、電力損失を低減することができる。
また、第３の実施の形態に、前述した、ｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換膜及びｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換膜の形状寸法を設定することによって、単位熱電変換素子の熱電変換効率ηを高める技術を用いることもできる。
【００５２】
本発明の熱電変換素子は、可撓性（柔軟性）を有するテープ状に形成されているため、配管の外周面等の種々の形状の設置箇所に設置することができる。
本発明の熱電変換素子、例えば、第３の実施の形態の熱電変換装置２００を排気ガスや蒸気等の高温の流体が流れる配管（熱源配管）の外周面に巻き付けた状態を図９に示す。この場合、高温とする側（例えば、隣接して配置されている単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂに設けられている金属テープ２４０Ａ、２４０Ｂ）が、低温とする側（例えば、隣接して配置されている単位熱電変換素子２５０Ａ、２５０Ｂを接続している金属テープ２４０Ｃ、更に、好ましくは、一方端に配置されている単位熱電変換素子２５０Ｂのｐ型熱電変換部材２３０Ｂの基材テープ２３１Ｂ、他方端に配置されている単位熱電変換素子２５０Ａのｎ型熱電変換部材２２０Ａの基材テープ２２１Ａ）より配管の外周面から近い位置に配置されるように、すなわち、高温とする側と配管との間の熱伝達率が、低温とする側と配管との間の熱伝達率より大きくなるように熱電変換素子２１０を配管に巻き付ける。熱電変換素子２１０の高温とする側が配管の外周面に接するように熱電変換素子を配管に巻き付けるのが好ましいが、熱電変換素子と配管の外周面との間に他の部材が介在されていてもよい。
【００５３】
図９に示すように、熱電変換素子を配管の外周面に沿って巻きつけた場合、熱電変換素子には、実線で示す張力Ｆが発生する。この張力Ｆは、配管の長手方向に沿った長手方向張力Ｆａ（＝Ｆ・ｃｏｓθ）と、配管の周方向に沿った周方向張力Ｆｒ（＝Ｆ・ｓｉｎθ）の和である。なお、θは、配管の長手方向と、配管の外周面に巻き付けられた熱電変換素子２１０の長手方向との間の角度である。
ここで、熱電変換素子２１０を配管に安定に巻き付けることができる条件は［Ｆｒ＞Ｆａ］である。すなわち、［θ＞４５°］の時である。
また、熱電変換素子２１０の幅をＷ、配管の最小巻付け管径を２ｒとした場合、［θ＞４５°］を満足しながら、熱電変換素子を重なりが発生することなく配管に巻き付けることができるための臨界点は、［２４式］で表される。
【数２４】
2008091539.tif 000026
［２４式］
すなわち、幅がＷである熱電変換素子は、［２４式］を満足する管径より小さい管径を有する配管には安定に巻き付けることができない。
【００５４】
次に、テープ状の熱電変換素子を構成するテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材を製造する方法について説明する。
前述した実施の形態では、テープ状のｎ型熱電変換部材は、基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜が形成され、あるいは、基材テープの一方の面に抵抗低減層とｎ型熱電変換膜が順次重ねて形成され、テープ状のｐ型熱電変換部材は、基材テープの一方の面にｐ型熱電変換膜が形成され、あるいは、基材テープの一方の面に抵抗低減層とｐ型熱電変換膜が順次重ねて形成されている。
基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜あるいは抵抗低減層とｎ型熱電変換膜を形成する方法、また、基材テープの一方の面にｐ型熱電変換膜あるいは抵抗低減層とｐ型熱電変換膜を形成する方法としては種々の方法を用いることができる。ここで、テープ状のｎ型熱電変換部材、テープ状のｐ型熱電変換部材の製造効率を高める観点からは、基材テープを走行させながら、当該基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜、ｐ型熱電変換膜等を形成することができる成膜装置を用いるのが好ましい。
【００５５】
以下に、基材テープを走行させながら基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜、ｐ型熱電変換膜を形成することができる成膜装置について説明する。
この成膜装置は、基材テープを巻き出す巻出リールが設けられている巻出室、基材テープを巻き取る巻取リールが設けられている巻取室、巻出室と巻取室の間に設けられ、基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜、ｐ型熱電変換膜等を形成する成膜室を有している。巻出室内、巻取室内、成膜室内は、真空ポンプにより真空に減圧することが可能である。
成膜室には、基材テープをらせん状に配置した状態で走行させるための複数のローラが設けられている。また、成膜室には、走行中の基材テープを加熱するヒータ、膜を形成する原料を蒸発させる気化器が設けられている。気化器としては、膜を形成する方法（例えば、スパッタ法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、ＣＶＤ法）等に応じた気化器（例えば、スパッタ法ではターゲットと放電用電源、抵抗加熱蒸着法では原料るつぼと通電用直流電源、電子ビーム加熱蒸着法では原料ハースと電子銃ユニット、ＣＤＶ法では加熱蒸発ユニット）が用いられる。
そして、基材テープを成膜室に設けられている複数のローラにらせん状に配置した状態で周回走行させながらヒータや気化器を用いて、基材テープの一方の面にｎ型熱電変換膜、ｐ型熱電変換膜等を形成する。
【００５６】
次に、本発明の熱電変換素子及び熱電変換装置で使用する熱電変換部材の実施例を以下に説明する。
[実施例１]
耐熱性合金であるハステロイＣ−２７６（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍ）の一方の面にＡｇ膜が３０μｍの厚さで形成されたテープを、熱電変換部材の基材テープとして用いる。基材テープの表面は、膜を形成する前に有機溶剤（エタノール）で脱脂して巻取リールに巻き付け、巻出室内にセットする。
真空ポンプを用いて巻出室、巻取室および成膜室を１×１０−３Ｐａ程度以下まで減圧し、基材テープを加熱するヒータを所望温度（６００〜８００℃の温度範囲）に設定する。
ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着：Metalorganic  Chemical  Vapor  Deposition）原料としてＣａ(ＤＰＭ)２［カルシウムジピバロイルメタナート：Calcium  Dipivaloylmethanate、化学式Ｃａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］及びＣｏ(ＤＰＭ)３［コバルトジピバロイルメタナート：Cobalt  Dipivaloylmethanate、化学式Ｃｏ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］を所定量秤量し、有機溶剤中に溶解する。得られた溶液を気化器によりガス化し、反応ガス（酸素ガス等）と共に基材テープの表面に供給する。
その後、速度１０ｍ／ｈで基材テープの巻き取りを開始し、ｐ型熱電変換材料であるＣａ３Ｃｏ４Ｏ９膜の成膜を開始し、搬送方向を正逆転させながら、膜厚が１０μｍになるまで成膜を繰り返した。
以上の方法で取得した熱電変換部材のゼーベック係数および抵抗率を、市販の評価装置を用いて測定した。その結果、測定温度８００Ｋにおいて、ゼーベック係数は１５０μＶ／Ｋ、抵抗率は５．２ｍΩ・ｃｍを示し、性能指標となるパワーファクター（ＰＦ＝Ｓ２／ρ、Ｓ：ゼーベック係数、ρ：抵抗率）は４３×１０−５（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００５７】
[実施例２]
耐熱性合金であるハステロイＣ−２７６（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍ）の一方の面にＡｇ膜が３０μｍの厚さで形成されたテープを、熱電変換部材の基材テープとして用いる。基材テープの表面は、膜を形成する前に有機溶剤（エタノール）で脱脂して巻取リールに巻き付け、巻出室内にセットする。
真空ポンプを用いて巻出室、巻取室および成膜室を１×１０−３Ｐａ程度以下まで減圧し、基材テープを加熱するヒータを所望温度（６００〜８００℃の温度範囲）に設定する。
ｎ型熱電変換材料であるＬａＮｉＯ３をスパッタリング用ターゲットとし、ＲＦ（高周波）電源で５００Ｗの電力を投入し、スパッタ法により基材テープの表面に供給する。
その後、速度１０ｍ／ｈで基材テープの巻き取りを開始し、ｎ型熱電変換材料であるＬａＮｉＯ３膜の成膜を開始し、搬送方向を正逆転させながら、膜厚が１０μｍになるまで成膜を繰り返した。
以上の方法で取得した熱電変換部材のゼーベック係数および抵抗率を、市販の評価装置を用いて測定した。その結果、測定温度８００Ｋにおいて、ゼーベック係数はマイナス３５μＶ／Ｋ、抵抗率は１．２ｍΩ・ｃｍを示し、性能指標となるパワーファクターＰＦは１０．２×１０−５（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００５８】
[実施例３]
基材テープとして、Ｎｉ−Ｗ（３％）配向金属基板（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍ）を用いる。配向金属基板としては、面内配向度△φが△φ＝６°のものを用いた。基材テープとして配向金属基板を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で熱電変換部材を取得した。
Ｘ線回折装置を用いて結晶構造を評価したところ、大部分はｃ軸配向しているものの、一部にａ軸配向している結晶構造が確認できた。（００２）回折ピークと（２００）回折ピークの強度比［Ｉ（２００）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（００２）｝］は、約１２％であった。
得られた熱電変換部材のゼーベック係数および抵抗率を、市販の評価装置を用いて測定した。その結果、測定温度８００Ｋにおいて、ゼーベック係数は１３５μＶ／Ｋ、抵抗率は１．７ｍΩ・ｃｍを示し、性能指標となるパワーファクターＰＦは１０７×１０−５（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００５９】
[実施例４]
基材テープとして、Ｎｉ−Ｗ（３％）配向金属基板（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍ）を用いた。配向金属基板としては、面内配向度△φが△φ＝６°のものを用いた。基材テープとして配向金属基板を用いたこと以外は、実施例２と同様の方法で熱電変換部材を取得した。
Ｘ線回折装置を用いて結晶構造を評価したところ、大部分はｃ軸配向しているものの、一部にａ軸配向している結晶構造が確認できた。（００２）回折ピークと（２００）回折ピークの強度比［Ｉ（２００）／｛Ｉ（２００）＋Ｉ（００２）｝］は、約９％であった。
得られた熱電変換部材のゼーベック係数および抵抗率を、市販の評価装置を用いて測定した。その結果、測定温度８００Ｋにおいて、ゼーベック係数はマイナス５５μＶ／Ｋ、抵抗率は０．７ｍΩ・ｃｍを示し、性能指標となるパワーファクターＰＦは４３×１０−５（Ｗ／ｍＫ２）であった。
【００６０】
[実施例５]
実施例３および実施例４で得られたｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材を、ｐ型熱電変換膜およびｎ型熱電変換膜の、基材テープが配設されている側の面と反対側の面同士をＣｕテープ（幅２５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍ）で接続することによって、熱電変換素子を作製した。得られた熱電変換素子を、アルミナ製の直管状パイプに巻付け、アルミナ管の温度を８００Ｋに保持した。
ｐ型熱電変換部材及びｎ型熱電変換部材それぞれの電極を兼ねた基材テープの端に電流計を接続し、閉回路を形成した。測定した電流値と負荷抵抗値から算出した発電電力は３４０Ｗであった。
【００６１】
以上のように、基材テープ（帯状の電極部）と、基材テープの一方の面に配設されている、ｎ型熱電変換材料により形成されたｎ型熱電変換膜（ｎ型熱電変換部）によりテープ状のｎ型熱電変換部材（帯状のｎ型熱電変換部材）を構成し、基材テープと、基材テープの一方の面に配設されている、ｐ型熱電変換材料により形成されたｐ型熱電変換膜（ｐ型熱電変換部）によりテープ状のｐ型熱電変換部材（帯状のｐ型熱電変換部材）を構成している。このため、テープ状のｎ型熱電変換部材（帯状のｎ型熱電変換部材）やテープ状のｐ型熱電変換部材（帯状のｐ型熱電変換部材）の製造が容易である。
この時、基材テープとｎ型熱電変換膜との間、あるいは、基材テープとｐ型熱電変換膜との間に、基材テープを構成する導電性材料の抵抗率より小さい抵抗率を有する導電性金属により形成された抵抗低減層（抵抗低減部）を配設することにより、電力損失の少ないテープ状のｎ型熱電変換部材やテープ状のｐ型熱電変換部材を得ることができる。
また、基材テープとして配向金属基板あるいは配向酸化物基板を用い、ｎ型熱電変換膜やｐ型熱電変換膜をａ軸配向膜とすることにより、電力損失の少ないテープ状のｎ型熱電変換部材やテープ状のｐ型熱電変換部材を得ることができる。
【００６２】
そして、このようなテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材と、金属テープ（帯状の接続部材）を用いることによってテープ状の熱電変換素子（帯状の熱電変換素子）あるいはテープ状の単位熱電変換素子（帯状の単位熱電変換素子）を構成している。例えば、テープ状のｎ型熱電変換部材のｎ型熱電変換膜の、基材テープが配設されている側の面と反対側の面と、テープ状のｐ型熱電変換部材のｐ型熱電変換膜の、基材テープが配設されている側と反対側の面を金属テープによって接続することによってテープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を構成することができる。この場合、金属テープをテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材に接続するだけでよいため、テープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を容易に製造することができる。
また、テープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子に可撓性を持たせることができる。
また、機械的な接続を必要としないため、十分な強度を有している。
また、金属テープに対するテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材の配設態様を変えることによって、異なる特性を有するテープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を構成することができる。
また、複数のテープ状の単位熱電変換素子を長手方向に沿って配置するとともに、隣接して配置されているテープ状の単位熱電変換素子を金属テープによって接続することにより、所望の電圧を発生するテープ状の熱電変換素子を得ることができる。この場合、金属テープを、テープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材に接続する作業や、金属テープを、隣接して配置されている一方のテープ状の単位熱電変換素子のｐ型熱電変換部材の基材テープと他方のテープ状の単位熱電変換部材のｎ型熱電変換部材の基材テープを接続する作業だけでよいため、所望の電圧を発生する熱電変換素子を容易に製造することができる。
【００６３】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、熱電変換部材は両側に温度差が与えられると、その両側に電圧を発生する。このため、両側のいずれを高温側あるいは低温側に設定するかは適宜選択することができる。
また、金属テープ（帯状の接続部材）をテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材に接続してテープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を構成したが、テープ状のｎ型熱電変換部材あるいはテープ状のｐ型熱電変換部材を単独で用いることもできる。
また、厚さを薄くすることによってテープ状の熱電変換部材、テープ状の熱電変換素子あるいは単位熱電変換素子に可撓性を持たせたが、熱電変換材料や導電性材料を選択することによって可撓性を持たせるようにしてもよい。
また、基材テープにｎ型熱電変換膜を形成したテープ状のｎ型熱電変換部材、基材テープにｐ型熱電変換膜を形成したテープ状のｐ型熱電変換部材を構成し、金属テープ（帯状の接続部材）をテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材に接続してテープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を構成したが、共通の基材テープにｎ型熱電変換膜とｐ型熱電変換膜を形成してテープ状の熱電変換素子あるいはテープ状の単位熱電変換素子を構成することもできる。この場合には、金属テープをテープ状のｎ型熱電変換部材及びテープ状のｐ型熱電変換部材に接続する作業が不要となる。
また、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として使用する場合について説明したが、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、被温度制御体の温度を制御する温度制御装置（加熱装置あるいは冷却装置）として使用することもできる。被温度制御体には、被加熱部材や被冷却部材、被加熱部材を加熱する加熱媒体や被冷却体を冷却する冷却媒体が包含される。ここで、第１のリード線と第２のリード線の間に供給する電圧の極性によって吸熱動作を行う側と放熱動作を行う側が決定される。冷却装置として使用する場合には、吸熱動作を行う側と被冷却体との間の熱伝達率が放熱動作を行う側と被冷却体との間の熱伝達率より高くなるように（例えば、吸熱動作を行う側が放熱動作を行う側より被冷却体に接近して配置されるように）熱電変換素子を配置する。加熱装置として使用する場合には、放熱動作を行う側と被加熱体との間の熱伝達率が吸熱動作を行う側と被加熱体との間の熱伝達率より高くなるように（例えば、放熱動作を行う側が吸熱動作を行う側より被加熱体に接近して配置されるように）熱電変換素子を配置する。このように構成する場合、広い有効面積を有する帯状の熱電変換素子を用いることができるため、吸熱量あるいは放熱量が増大する。
本明細書に記載されている種々の技術は、単独で用いることもできるし、複数を組み合わせて用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施の形態の熱電変換装置の概略図である。
【図２】図1のＩＩ線矢視図である。
【図３】ａ軸配向膜を説明する図である。
【図４】熱電変換素子のｎ型熱電変換膜とｐ型熱電変換膜のパラメータを示す図である。
【図５】第２の実施の形態の熱電変換装置の概略図である。
【図６】図５のＶＩ線矢視図である。
【図７】第３の実施の形態の熱電変換装置の概略図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ線矢視図である。
【図９】本発明の熱電変換装置を配管に取り付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００、２００  熱電変換装置
１１０、２１０  熱電変換素子
１２０、２２０Ａ、２２０Ｂ  ｎ型熱電変換部材
１２１、２２１Ａ、２２１Ｂ  基材テープ（電極部）
１２２  抵抗低減層（抵抗低減部）
１２３、２２３Ａ、２２３Ｂ  ｎ型熱電変換膜（ｎ型熱電変換部）
１３０、２３０Ａ、２３０Ｂ  ｐ型熱電変換部材
１３１、２３１Ａ、２３３Ｂ  基材テープ（電極部）
１３２  抵抗低減層（抵抗低減部）
１３３、２３１Ａ、２３３Ｂ  ｐ型熱電変換膜（ｐ型熱電変換部）
１４０、２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ  金属テープ（接続部材）
１６０、２６０  負荷
１７１、１７２、２７１、２７２  リード線
２５０Ａ、２５０Ｂ  単位熱電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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