本發(fā)明涉及車(chē)輛的發(fā)電裝置，特別涉及利用熱電變換元件的車(chē)輛的發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

已知有利用塞貝克效應(yīng)(seebeckeffect)的各種熱電變換元件。為了使用該熱電變換元件而得到電動(dòng)勢(shì)，在構(gòu)成該熱電變換元件的2種金屬或者半導(dǎo)體之間需要溫度差。因此，為了利用該熱電變換元件進(jìn)行發(fā)電，需要用于維持溫度差的冷卻裝置等。對(duì)此，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了可用作無(wú)需溫度差就能進(jìn)行發(fā)電的熱電變換元件的半導(dǎo)體單晶。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1記載的半導(dǎo)體單晶具體而言具有n型半導(dǎo)體部、p型半導(dǎo)體部以及位于n型半導(dǎo)體部與p型半導(dǎo)體部之間的本征半導(dǎo)體部，并構(gòu)成為本征半導(dǎo)體部的帶隙能量比n型半導(dǎo)體部以及p型半導(dǎo)體部的帶隙能量低。在對(duì)具有這樣的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體單晶進(jìn)行加熱以使得收斂于預(yù)定的溫度范圍時(shí)，即使在n型半導(dǎo)體部與p型半導(dǎo)體部之間未產(chǎn)生溫度差，在本征半導(dǎo)體部中，電子也從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶。激發(fā)到導(dǎo)帶的電子向能量低的n型半導(dǎo)體部移動(dòng)，在價(jià)帶產(chǎn)生的空穴向能量高的p型半導(dǎo)體部移動(dòng)。由于通過(guò)這些移動(dòng)而產(chǎn)生的載流子(電子以及空穴)偏移，上述半導(dǎo)體單晶成為以p型半導(dǎo)體部為正極、以n型半導(dǎo)體部為負(fù)極的發(fā)電材料。因此，通過(guò)將具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體單晶用作熱電變換元件，即使在n型半導(dǎo)體部與p型半導(dǎo)體部之間未產(chǎn)生溫度差，在熱電變換元件的溫度處于預(yù)定的溫度范圍內(nèi)時(shí)也能夠發(fā)電。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：國(guó)際公開(kāi)第2015/125823號(hào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2004-011512號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了有效利用汽車(chē)等車(chē)輛的結(jié)構(gòu)零件釋放的熱，考慮將作為熱電變換元件具備上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1記載的半導(dǎo)體單晶的發(fā)電裝置應(yīng)用于車(chē)輛的各種部位。在該情況下，期望能夠著眼于上述熱電變換元件的特性來(lái)高效地發(fā)電。

本發(fā)明是鑒于上述那樣的課題而完成的，其目的在于提供一種車(chē)輛的發(fā)電裝置，該車(chē)輛的發(fā)電裝置具備構(gòu)成為位于n型半導(dǎo)體部與p型半導(dǎo)體部之間的本征半導(dǎo)體部的帶隙能量比n型半導(dǎo)體部以及p型半導(dǎo)體部的帶隙能量低的熱電變換元件，并且能夠以高效地發(fā)電的方式將熱電變換元件搭載于車(chē)輛。

本發(fā)明的車(chē)輛的發(fā)電裝置具備熱電變換元件，該熱電變換元件具有n型半導(dǎo)體部、p型半導(dǎo)體部以及位于所述n型半導(dǎo)體部與所述p型半導(dǎo)體部之間的本征半導(dǎo)體部，所述熱電變換元件構(gòu)成為所述本征半導(dǎo)體部的帶隙能量比所述n型半導(dǎo)體部以及所述p型半導(dǎo)體部的帶隙能量低。所述發(fā)電裝置應(yīng)用于具有對(duì)所述熱電變換元件供給熱的熱供給體的車(chē)輛。在所述發(fā)電裝置中，從熱供給面對(duì)所述熱電變換元件供給熱，所述熱供給面相當(dāng)于所述熱供給體的表面、或者相當(dāng)于在所述熱電變換元件與所述熱供給體之間介有中間部件的情況下的所述中間部件的表面。所述熱電變換元件被設(shè)置成所述熱電變換元件的表面中的至少所述本征半導(dǎo)體部的表面的一部分或者全部與所述熱供給面接觸。

所述熱電變換元件也可以包括第1熱電變換元件和第2熱電變換元件。所述發(fā)電裝置還可以具備將所述第1熱電變換元件和所述第2熱電變換元件電連接的電極。另外，所述第1熱電變換元件的表面中的至少所述本征半導(dǎo)體部的表面的一部分或者全部也可以與所述熱供給面的第1部位接觸。另外，所述第2熱電變換元件的表面中的至少所述本征半導(dǎo)體部的表面的一部分或者全部也可以與所述熱供給面中的與所述第1部位不同的第2部位接觸。

所述電極也可以將所述第1熱電變換元件的所述n型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部和所述第2熱電變換元件的所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部進(jìn)行連接。

所述電極也可以包括：正極，將所述第1熱電變換元件的所述n型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部和所述第2熱電變換元件的所述n型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部進(jìn)行連接；以及負(fù)極，將所述第1熱電變換元件的所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部和所述第2熱電變換元件的所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部進(jìn)行連接。

所述發(fā)電裝置也可以構(gòu)成為所述熱供給面?zhèn)鹊乃鲭姌O的表面從所述熱供給面接受的熱通量小于所述第1熱電變換元件以及所述第2熱電變換元件各自的所述本征半導(dǎo)體部的表面從所述熱供給面接受的熱通量。

所述電極也可以被設(shè)置成隔著氣層而與所述熱供給面相對(duì)置。

所述發(fā)電裝置還可以具備介于所述電極的表面與所述熱供給面之間的絕熱材料。

所述發(fā)電裝置還可以具備絕熱材料，該絕熱材料被設(shè)置成介于所述熱電變換元件的所述n型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部、或者所述熱電變換元件的所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部與所述熱供給面之間。

所述發(fā)電裝置也可以具備所述熱電變換元件作為熱電變換模塊。所述熱電變換模塊也可以是將電連接多個(gè)所述熱電變換元件而得到的元件層疊體容納于殼體而得到的。也可以是，所述殼體相當(dāng)于所述中間部件，或者在所述殼體與所述熱電變換元件之間介有絕緣部件的情況下所述殼體以及所述絕緣部件相當(dāng)于所述中間部件。另外，構(gòu)成所述元件層疊體的多個(gè)所述熱電變換元件中的至少一部分的所述熱電變換元件的所述熱供給面也可以是所述殼體的內(nèi)表面或者所述絕緣部件中的所述熱電變換元件側(cè)的表面。

所述熱電變換模塊也可以被設(shè)置成位于作為所述熱供給面發(fā)揮功能的所述內(nèi)表面的背側(cè)的所述殼體的外表面與所述熱供給體的表面接觸。

所述熱供給面也可以包括第1熱供給面和第2熱供給面。另外，也可以是，所述熱電變換元件的表面當(dāng)中，所述本征半導(dǎo)體部的表面的第1部位與所述第1熱供給面接觸，所述本征半導(dǎo)體部的表面的第2部位與所述第2熱供給面接觸。

所述熱供給體也可以具有多個(gè)熱供給體。另外，所述熱電變換元件的表面中的至少所述本征半導(dǎo)體部的表面的一部分或者全部也可以接觸到與多個(gè)所述熱供給體的各個(gè)有關(guān)的所述熱供給面。

所述熱供給體也可以是搭載于所述車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣管。補(bǔ)充而言，在具有多個(gè)所述熱供給體的情況下，也可以是多個(gè)所述熱供給體中的一個(gè)是搭載于所述車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣管。

根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成為位于n型半導(dǎo)體部與p型半導(dǎo)體部之間的本征半導(dǎo)體部的帶隙能量比n型半導(dǎo)體部以及p型半導(dǎo)體部的帶隙能量低的熱電變換元件被設(shè)置成至少本征半導(dǎo)體部的表面的一部分或者全部與熱供給面接觸。在此，具有上述結(jié)構(gòu)的熱電變換元件產(chǎn)生帶隙能量相對(duì)高的n型半導(dǎo)體部或者p型半導(dǎo)體部的溫度比本征半導(dǎo)體部的溫度高這樣的方式下的溫度差時(shí)，難以高效地確保熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明中的上述設(shè)置手法，能夠以確保向本征半導(dǎo)體部輸入熱的方式將熱電變換元件設(shè)置于車(chē)輛。由此，不易產(chǎn)生上述方式下的溫度差，所以能夠高效地確保熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)。因此，能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的車(chē)輛的發(fā)電裝置的應(yīng)用例的圖。

圖2是示意地示出圖1所示的發(fā)電裝置具備的熱電變換元件的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖3是示出圖2所示的熱電變換元件的帶隙能量的狀態(tài)的概念圖。

圖4是表示熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系的圖。

圖5是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的發(fā)電裝置的具體的結(jié)構(gòu)的圖。

圖6是用于說(shuō)明實(shí)施方式1中的熱電變換元件的設(shè)置手法的效果的圖。

圖7是用于說(shuō)明實(shí)施方式1中的熱電變換元件的層疊手法的效果的圖。

圖8是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的車(chē)輛的發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖9是表示圖8所示的熱電變換模塊的內(nèi)部構(gòu)造的部分透視圖。

圖10是示出用圖8所示的a-a線切斷的熱電變換模塊以及排氣管的剖面的圖。

圖11是著眼于各個(gè)熱電變換元件并且用于說(shuō)明實(shí)施方式2中的熱電變換元件的設(shè)置手法的效果的圖。

圖12是用于說(shuō)明實(shí)施方式2中的熱電變換元件的層疊手法的效果的圖。

圖13是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的車(chē)輛的發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。

圖14是用于說(shuō)明實(shí)施方式3中的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。

圖15是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4的車(chē)輛的發(fā)電裝置中的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖16是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的車(chē)輛的發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。

圖17是用于說(shuō)明實(shí)施方式5中的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。

圖18是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式6的車(chē)輛的發(fā)電裝置中的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖19是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件的其它設(shè)置手法的圖。

圖20是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件的其它設(shè)置手法的圖。

圖21是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件的其它設(shè)置手法的圖。

圖22是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件的其它層疊手法的圖。

圖23是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件的其它設(shè)置手法的圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：內(nèi)燃機(jī)；2、82、92：排氣管；10、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120：發(fā)電裝置；12：熱電變換元件；12a：n型半導(dǎo)體部；12b：p型半導(dǎo)體部；12c：本征半導(dǎo)體部；14、42、64：元件層疊體；16、44、66、112、114：電極；18：絕緣部件；20：電路；22：開(kāi)關(guān)；24：電氣零件；26：電子控制單元(ecu)；32、62：熱電變換模塊；32a：殼體；32a1、32a2：殼體的壁部；46、68、116：氣層；52、72、84：絕熱材料；82a、92b：排氣管主體部；82b：排氣管的散熱片部；92b：排氣管的突起部；102：中間部件；102a：中間部件的貫通孔；122：蓄電池；124：冷卻水軟管。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的各實(shí)施方式。此外，在各附圖中，對(duì)同一或者類(lèi)似的構(gòu)成要素附加同一符號(hào)。

實(shí)施方式1.

首先，參照?qǐng)D1～圖7，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的車(chē)輛的發(fā)電裝置10的應(yīng)用例的圖。圖2是示意地示出圖1所示的發(fā)電裝置10具備的熱電變換元件12的結(jié)構(gòu)的立體圖。

[車(chē)輛中的發(fā)電裝置的應(yīng)用部位]

本實(shí)施方式的發(fā)電裝置10的應(yīng)用部位沒(méi)有特別限定，而作為一個(gè)例子，如圖1所示，發(fā)電裝置10能夠應(yīng)用于來(lái)自車(chē)輛搭載的內(nèi)燃機(jī)1的排放氣體流過(guò)的排氣管2。在圖1所示的例子中，在排氣管2中流過(guò)的排放氣體的熱經(jīng)由排氣管2被供給到熱電變換元件12。這樣，在該例子中，排氣管2相當(dāng)于本發(fā)明中的“熱供給體”。作為車(chē)輛的結(jié)構(gòu)部件且對(duì)熱電變換元件12供給熱的熱供給體的例子，除了排氣管2以外，還可以舉出內(nèi)燃機(jī)1的氣缸體以及氣缸蓋、使內(nèi)燃機(jī)1冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水流通的冷卻水軟管、用于使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水冷卻的散熱器、與內(nèi)燃機(jī)組合的變速器以及積蓄車(chē)輛使用的電力的蓄電池等。進(jìn)一步補(bǔ)充而言，供給熱時(shí)的熱供給體的溫度比熱電變換元件12的環(huán)境空氣(在本實(shí)施方式中為大氣)的溫度高。此外，關(guān)于發(fā)電裝置10的具體的結(jié)構(gòu)，參照?qǐng)D5而后述，本實(shí)施方式的發(fā)電裝置10具備將多個(gè)熱電變換元件12電連接而得到的元件層疊體14。

[熱電變換元件的結(jié)構(gòu)]

在圖2所示的一個(gè)例子中，熱電變換元件12以棱柱形狀形成。熱電變換元件12在一端側(cè)具備n型半導(dǎo)體部12a，在另一端側(cè)具備p型半導(dǎo)體部12b。另外，熱電變換元件12在n型半導(dǎo)體部12a與p型半導(dǎo)體部12b之間，具備本征半導(dǎo)體部12c。

圖3(a)以及圖3(b)是示出圖2所示的熱電變換元件12的帶隙能量的狀態(tài)的概念圖。圖3(a)以及圖3(b)的縱軸是電子的能量，橫軸是從熱電變換元件12中的n型半導(dǎo)體部12a側(cè)的端面12aes起的距離l(參照?qǐng)D2)。

如圖3(a)以及圖3(b)所示，n型半導(dǎo)體部12a是費(fèi)米能級(jí)f處于導(dǎo)帶側(cè)的部位，p型半導(dǎo)體部12b是費(fèi)米能級(jí)f處于價(jià)帶側(cè)的部位。本征半導(dǎo)體部12c是費(fèi)米能級(jí)f處于導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的禁帶的中央的部位。帶隙能量相當(dāng)于價(jià)帶的最上部和導(dǎo)帶的最下部的能量差。如從這些圖可知，在熱電變換元件12中，本征半導(dǎo)體部12c中的帶隙能量比n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b中的帶隙能量低。此外，在圖3(a)以及圖3(b)中示出的n型半導(dǎo)體部12a、p型半導(dǎo)體部12b以及本征半導(dǎo)體部12c的長(zhǎng)度的比例是一個(gè)例子，該比例根據(jù)熱電變換元件(半導(dǎo)體單晶)12的形成方法而變化。另外，n型半導(dǎo)體部12a、p型半導(dǎo)體部12b以及本征半導(dǎo)體部12c中的帶隙能量能夠通過(guò)例如逆光電子光譜法來(lái)測(cè)量。

具有上述特性(即本征半導(dǎo)體部12c中的帶隙能量比n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b中的帶隙能量低)的熱電變換元件(半導(dǎo)體單晶)12例如能夠由包合物的化合物(包合化合物)構(gòu)成。作為這樣的包合物的化合物的一個(gè)例子，能夠使用硅包合物ba8au8si38。

本實(shí)施方式的熱電變換元件12的制造方法只要能夠使熱電變換元件12具有上述特性，則沒(méi)有特別限定。在熱電變換元件12作為一個(gè)例子是硅包合物ba8au8si38的情況下，能夠使用例如在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)的國(guó)際公開(kāi)第2015/125823號(hào)中詳述的制造方法。其概要如下所述。即，以ba、au和s的比(摩爾比)為8：8：38的方式，稱(chēng)量ba粉末、au粉末以及si粉末。利用電弧熔融法將稱(chēng)量出的粉末熔融。通過(guò)對(duì)得到的融液進(jìn)行冷卻，得到硅包合物ba8au8si38的錠。將這樣調(diào)制出的硅包合物ba8au8si38的錠粉碎為粒狀。通過(guò)利用提拉法(czochralskimethod)在坩堝內(nèi)將粉碎的硅包合物ba8au8si38熔融，得到硅包合物ba8au8si38的單晶。圖2所示的熱電變換元件12是將通過(guò)這樣的手法得到的硅包合物ba8au8si38的單晶切斷為棱柱形狀(更具體而言為長(zhǎng)方體形狀)而得到的。關(guān)于熱電變換元件的形狀，不限于將上述單晶切斷為長(zhǎng)方體形狀，能夠?qū)⑸鲜鰡尉袛酁榱⒎襟w形狀、圓柱形狀或者其它期望的形狀從而任意地選擇。

[發(fā)電原理]

圖3(a)是示出將熱電變換元件12加熱到預(yù)定的溫度時(shí)的熱激發(fā)的狀態(tài)的概念圖。在將熱電變換元件12加熱到溫度t0(參照后述的圖4)以上時(shí)，如圖3(a)所示，價(jià)帶的電子(黑圓)熱激發(fā)到導(dǎo)帶。更具體而言，在由于熱的供給而超過(guò)帶隙能量的能量被提供到位于價(jià)帶的最上部的電子時(shí)，電子激發(fā)到導(dǎo)帶。在熱電變換元件12的溫度上升的過(guò)程中，得到僅在帶隙能量相對(duì)低的本征半導(dǎo)體部12c中產(chǎn)生這樣的熱所致的電子的激發(fā)的狀態(tài)。圖3(a)示出將熱電變換元件12加熱到得到這樣的狀態(tài)的預(yù)定的溫度(例如溫度t0)的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，在帶隙能量相對(duì)高的n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b中電子不被熱激發(fā)。

圖3(b)是示出將熱電變換元件12加熱到上述預(yù)定的溫度時(shí)的電子(黑圓)以及空穴(白圓)的移動(dòng)的概念圖。如圖3(b)所示，激發(fā)到導(dǎo)帶的電子朝能量低的一方、即n型半導(dǎo)體部12a側(cè)移動(dòng)。另一方面，由于電子的激發(fā)而在價(jià)帶產(chǎn)生的空穴朝能量高的一方、即p型半導(dǎo)體部12b移動(dòng)。通過(guò)這樣的載流子的偏移，n型半導(dǎo)體部12a帶負(fù)電，p型半導(dǎo)體部12b帶正電，所以在n型半導(dǎo)體部12a與p型半導(dǎo)體部12b之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。因此，根據(jù)熱電變換元件12，即使在n型半導(dǎo)體部12a與p型半導(dǎo)體部12b之間無(wú)溫度差，也能夠發(fā)電。這樣的發(fā)電原理與根據(jù)溫度差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的塞貝克效應(yīng)不同。利用熱電變換元件12的發(fā)電裝置10不是必須設(shè)置溫度差，所以不需要用于設(shè)置溫度差的冷卻部，所以能夠簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)。

圖4是表示熱電變換元件12的電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系的圖。此處所稱(chēng)的熱電變換元件12的電動(dòng)勢(shì)是指作為正極發(fā)揮功能的p型半導(dǎo)體部12b側(cè)的端部與作為負(fù)極發(fā)揮功能的n型半導(dǎo)體部12a側(cè)的端部的電位差。更具體而言，圖4所示的關(guān)系表示以在n型半導(dǎo)體部12a與p型半導(dǎo)體部12b之間不產(chǎn)生溫度差的方式對(duì)熱電變換元件12進(jìn)行加熱時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的溫度特性。此外，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的溫度范圍是根據(jù)熱電變換元件的組成而不同的。

如圖4所示，通過(guò)將熱電變換元件12加熱到溫度t0以上，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。更具體而言，隨著熱電變換元件12的溫度變高，電動(dòng)勢(shì)上升。如圖4所示由于升溫而電動(dòng)勢(shì)變高的理由被認(rèn)為是由于供給熱量的增加而在帶隙能量相對(duì)低的本征半導(dǎo)體部12c中可激發(fā)的電子以及空穴的數(shù)量增加的緣故。另外，如圖4所示，電動(dòng)勢(shì)在某個(gè)溫度t1下呈現(xiàn)峰值，在使熱電變換元件12相比于溫度t1進(jìn)一步升溫時(shí)，電動(dòng)勢(shì)降低。認(rèn)為其理由是如下情況造成了影響：在熱電變換元件12的溫度變高時(shí)，不僅在本征半導(dǎo)體部12c中產(chǎn)生電子以及空穴的熱激發(fā)，而且在n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b中也產(chǎn)生電子以及空穴的熱激發(fā)。

[熱電變換元件(元件層疊體)針對(duì)排氣管的設(shè)置手法以及發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)]

從上述圖4也可知，如果能夠?qū)犭娮儞Q元件12的溫度設(shè)為預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，則能夠進(jìn)行利用熱電變換元件12的發(fā)電?？梢哉f(shuō)更優(yōu)選的是，如果能夠?qū)犭娮儞Q元件12的溫度設(shè)為圖4中的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值的溫度t1附近的溫度，則能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電。因此，為了在車(chē)輛上利用熱電變換元件12高效地進(jìn)行發(fā)電，可以說(shuō)首先從車(chē)輛的結(jié)構(gòu)部件中選擇能夠?qū)犭娮儞Q元件12供給熱以使得熱電變換元件12的溫度成為適合于發(fā)電的溫度的熱供給體，并對(duì)選擇的熱供給體設(shè)置熱電變換元件12即可。具體而言，排氣管2內(nèi)的排放氣體的溫度隨著朝向下游而變低，所以關(guān)于排氣管2的壁面溫度，排放氣體的下游側(cè)這一方也變低。因此，可以說(shuō)如本實(shí)施方式那樣，在熱供給體是排氣管2的情況下，為了得到能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電的熱源，在排放氣體的流動(dòng)方向上確定熱電變換元件12針對(duì)排氣管2的設(shè)置部位即可。

(在想要高效地進(jìn)行發(fā)電的情況下的課題)

如已述那樣，熱電變換元件12構(gòu)成為在接受來(lái)自熱供給體的熱的供給時(shí)，利用隨著本征半導(dǎo)體部12c中的電子的熱激發(fā)而產(chǎn)生的電子以及空穴的移動(dòng)來(lái)得到電動(dòng)勢(shì)。在此，在熱電變換元件12中，如果是以本征半導(dǎo)體部12c的溫度比n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的溫度高的方式產(chǎn)生溫度差的情況，則相比于n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b中的電子的熱激發(fā)，本征半導(dǎo)體部12c中的電子的熱激發(fā)被促進(jìn)，所以可以說(shuō)沒(méi)問(wèn)題，反倒可以說(shuō)是優(yōu)選。另一方面，根據(jù)熱電變換元件12的設(shè)置的方式，還可能存在以n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的一方或者雙方的溫度比本征半導(dǎo)體部12c的溫度高的方式產(chǎn)生溫度差的情況。當(dāng)該方式下的溫度差變大時(shí)，在n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的一方或者雙方中易于產(chǎn)生電子的熱激發(fā)。作為其結(jié)果，有可能難以確保熱電變換元件12的電動(dòng)勢(shì)。為了能夠利用熱電變換元件12進(jìn)行效率良好的發(fā)電，使得難以產(chǎn)生后者的方式下的溫度差是有效的。而且，為此，熱電變換元件12(元件層疊體14)針對(duì)熱供給體的設(shè)置方式優(yōu)選是能夠可靠地向本征半導(dǎo)體部12c輸入熱。

(實(shí)施方式1的熱電變換元件(元件層疊體)的設(shè)置手法)

于是，在本實(shí)施方式中，按照以下的圖5所示的結(jié)構(gòu)，將作為熱電變換元件12的層疊體的元件層疊體14設(shè)置于排氣管2的外表面之上。

圖5是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的發(fā)電裝置10的具體的結(jié)構(gòu)的圖。此外，在圖5等中，為了易于理解地圖示熱電變換元件12的配置，將熱電變換元件12分成n型半導(dǎo)體部12a側(cè)和p型半導(dǎo)體部12b側(cè)表示。位于兩者之間的本征半導(dǎo)體部12c存在于劃分n型半導(dǎo)體部12a和p型半導(dǎo)體部12b的邊界線的附近。此外，在圖5所示的一個(gè)例子中，元件層疊體14設(shè)置于排氣管2具有的平面部之上。其中，元件層疊體14也可以在排氣管2的圓管部之上沿著該圓管部的外表面而設(shè)置。

如圖5所示，在元件層疊體14中，相鄰的熱電變換元件12經(jīng)由電極16串聯(lián)地連接。這樣，元件層疊體14構(gòu)成為以熱電變換元件12和電極16作為構(gòu)成要素。作為電極16，能夠使用例如電阻率低的銅等金屬材料。根據(jù)已述的熱電變換元件12的發(fā)電原理，p型半導(dǎo)體部12b作為正極發(fā)揮功能，n型半導(dǎo)體部12a作為負(fù)極發(fā)揮功能。因此，由于通過(guò)發(fā)電產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)而引起的電流的流動(dòng)方向?yàn)閺膒型到n型。在本實(shí)施方式中，為了盡可能確保電極16的兩端的電位差并且使電流平滑地流過(guò)，電極16構(gòu)成為連接一個(gè)熱電變換元件12(相當(dāng)于本發(fā)明中的“第1熱電變換元件”)的n型半導(dǎo)體部12a中的與本征半導(dǎo)體部12c相反側(cè)的端部12ae(參照?qǐng)D2)和另一個(gè)熱電變換元件12(相當(dāng)于本發(fā)明中的“第2熱電變換元件”)的p型半導(dǎo)體部12b中的與本征半導(dǎo)體部12c相反側(cè)的端部12be(參照?qǐng)D2)(即帶隙能量最高的部位彼此)。

更具體而言，n型半導(dǎo)體部12a的端部12ae的表面包括端面12aes和n型半導(dǎo)體部12a的側(cè)面中的端面12aes的附近的部位。同樣地，p型半導(dǎo)體部12b的端部12be的表面包括端面12bes和p型半導(dǎo)體部12b的側(cè)面中的端面12bes的附近的部位。在圖5所示的一個(gè)例子中，電極16連接有端面12aes和端面12bes。然而，本發(fā)明中的電極連接相鄰的熱電變換元件的端部之間(n型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部和p型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部之間)即可。因此，代替上述一個(gè)例子，電極16也可以構(gòu)成為連接端面12aes的附近的n型半導(dǎo)體部12a的側(cè)面和端面12bes的附近的p型半導(dǎo)體部12b的側(cè)面。

熱電變換元件12的層疊的方式?jīng)]有特別限定，但在圖5所示的一個(gè)例子中，元件層疊體14以按照蛇形(serpentine)形狀疊回這樣的方式串聯(lián)地層疊了熱電變換元件12。根據(jù)元件層疊體14，通過(guò)適合地決定層疊的熱電變換元件12的數(shù)量，從而能夠通過(guò)來(lái)自排氣管2的熱供給，在設(shè)想的熱電變換元件12的溫度條件下得到期望的大小的電動(dòng)勢(shì)。

本實(shí)施方式的發(fā)電裝置10具有如下特征：以如下那樣的方式在排氣管2之上設(shè)置有構(gòu)成元件層疊體14的各熱電變換元件12。即，如圖5所示，各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分隔著絕緣部件18設(shè)置于排氣管2的表面(更具體而言是外表面)之上。在圖5所示的熱電變換元件12的形狀的例子中，本征半導(dǎo)體部12c的表面的上述一部分對(duì)應(yīng)于與排氣管2(絕緣部件18)相對(duì)置的熱電變換元件12的側(cè)面所包含的本征半導(dǎo)體部12c的表面。

絕緣部件18是為了抑制從熱電變換元件12向排氣管2(金屬部件)的電流泄漏而設(shè)置的。因此，絕緣部件18不僅介于熱電變換元件12與排氣管2之間，還介于電極16與排氣管2之間。在本發(fā)電裝置10中，要求將作為熱源的排放氣體(更追溯而言為內(nèi)燃機(jī)1)的熱從作為熱供給體的排氣管2經(jīng)由絕緣部件18傳遞給各熱電變換元件12。因此，作為絕緣部件18，使用電阻率比電極16高且熱傳導(dǎo)率優(yōu)良的部件。作為這樣的部件，可以舉出例如氮化硅、氮化鋁、氧化鋁或者氮化硼。

根據(jù)圖5所示的結(jié)構(gòu)，介于各熱電變換元件12與排氣管2之間的絕緣部件18相當(dāng)于本發(fā)明中的“中間部件”。而且，熱電變換元件12側(cè)的絕緣部件18的表面相當(dāng)于本發(fā)明中的“熱供給面”。此外，如果是熱供給體的表面與熱電變換元件直接接觸的情況，則該熱供給體的表面相當(dāng)于本發(fā)明中的“熱供給面”。

進(jìn)一步補(bǔ)充而言，本實(shí)施方式中的各熱電變換元件12設(shè)置為如下：以與排氣管2(絕緣部件18)相對(duì)置的熱電變換元件12的側(cè)面的整體(即，不僅包括本征半導(dǎo)體部12c的側(cè)面而且還包括n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的側(cè)面的整體)與絕緣部件18的表面(熱供給面)接觸的方式，本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分與熱供給面接觸。

(發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu))

發(fā)電裝置10具備：構(gòu)成為通過(guò)導(dǎo)線連接元件層疊體14的兩端的電路20；以及開(kāi)閉該電路20的開(kāi)關(guān)22。在電路20中連接有搭載于車(chē)輛的電氣零件(例如燈光類(lèi))24。開(kāi)關(guān)22的開(kāi)閉是通過(guò)搭載于車(chē)輛的電子控制單元(ecu)26控制的。

根據(jù)如上所述構(gòu)成的發(fā)電裝置10，在車(chē)輛系統(tǒng)的啟動(dòng)中，在通過(guò)經(jīng)由排氣管2以及絕緣部件18的來(lái)自排放氣體的熱供給而熱電變換元件12的溫度成為適合于發(fā)電的溫度的狀態(tài)下，閉合開(kāi)關(guān)22，從而元件層疊體14能夠進(jìn)行發(fā)電。在本實(shí)施方式中，熱源是排放氣體，所以能夠通過(guò)該發(fā)電進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)1的排熱回收。而且，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)元件層疊體14的發(fā)電而得到的電力供給到電氣零件24。此外，也可以代替開(kāi)關(guān)22而具備可變電阻。由此，能夠通過(guò)可變電阻的電阻值的調(diào)整，更詳細(xì)地控制從元件層疊體14供給到電氣零件24的電力。另外，接受電力的供給的車(chē)輛零件不限于電氣零件24，例如，也可以代替電氣零件24或者與其一起，將積蓄電力的蓄電池連接于電路20。

此外，雖然在圖5中省略圖示，但元件層疊體14被保護(hù)罩覆蓋。另外，元件層疊體14通過(guò)省略圖示的安裝工具固定于排氣管2。

[實(shí)施方式1的熱電變換元件(元件層疊體)的設(shè)置手法的效果]

首先，圖6(a)以及圖6(b)是用于說(shuō)明實(shí)施方式1中的熱電變換元件12的設(shè)置手法的效果的圖。圖6(a)與圖5所示的結(jié)構(gòu)同樣地，表示按照本實(shí)施方式的手法來(lái)設(shè)置的熱電變換元件12。另一方面，圖6(b)示出按照不利用本發(fā)明的設(shè)置手法的手法來(lái)設(shè)置的熱電變換元件。也就是說(shuō)，在圖6(b)的設(shè)置手法的情況下，不是以本征半導(dǎo)體部的表面與熱供給面接觸的方式而是以帶隙能量最高的n型半導(dǎo)體部的端面與熱供給面接觸這樣的方式，在熱供給體之上設(shè)置熱電變換元件。

在以圖6(b)所示的方式設(shè)置熱電變換元件時(shí)，相比于本征半導(dǎo)體部，向n型半導(dǎo)體部的熱的供給被促進(jìn)。其結(jié)果，產(chǎn)生本征半導(dǎo)體部的溫度比n型半導(dǎo)體部的溫度低這樣的方式下的溫度差。因此，如已述那樣，難以高效地確保熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)。相對(duì)于此，根據(jù)圖6(a)所示的本實(shí)施方式的設(shè)置手法，本征半導(dǎo)體部12c的表面與熱供給面(絕緣部件18的表面)接觸，所以能夠?qū)赌芰肯鄬?duì)低的本征半導(dǎo)體部12c可靠地輸入熱。由此，不易產(chǎn)生帶隙能量相對(duì)高的n型半導(dǎo)體部12a或者p型半導(dǎo)體部12b的溫度比本征半導(dǎo)體部12c的溫度高這樣的方式下的溫度差，所以能夠高效地確保熱電變換元件12的電動(dòng)勢(shì)。另外，能夠向本征半導(dǎo)體部12c可靠地輸入熱，從而即使在僅能夠以比理想的程度低的程度接受來(lái)自熱供給體的熱的供給的情況下，也能夠易于從這樣的熱供給體對(duì)本征半導(dǎo)體部12c供給盡可能多的熱。

接下來(lái)，圖7(a)以及圖7(b)是用于說(shuō)明實(shí)施方式1中的熱電變換元件12的層疊手法的效果的圖。圖7(a)表示與圖5所示的結(jié)構(gòu)同樣地按照本實(shí)施方式的手法層疊的熱電變換元件12。另一方面，圖7(b)表示按照其它手法層疊的熱電變換元件。也就是說(shuō)，在圖7(b)的層疊手法的情況下，不論在左右哪個(gè)結(jié)構(gòu)中，都是最下層的熱電變換元件的本征半導(dǎo)體部的表面與熱供給面直接接觸，其它熱電變換元件在與熱供給面之間介有下方側(cè)的熱電變換元件以及電極。另外，在這些結(jié)構(gòu)中，對(duì)帶隙能量相對(duì)低的本征半導(dǎo)體部配置有電極。

在按照?qǐng)D7(b)所示的方式層疊熱電變換元件時(shí)，針對(duì)最下層的熱電變換元件以外的熱電變換元件，不經(jīng)由其它熱電變換元件以及電極就無(wú)法供給來(lái)自排放氣體(熱源)的熱。相對(duì)于此，根據(jù)圖7(a)所示的本實(shí)施方式的層疊手法，元件層疊體14的各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分與熱供給面(絕緣部件18的表面)中的相互不同的部位(相當(dāng)于本發(fā)明中的“熱供給面的第1部位”以及“熱供給面的第2部位”)接觸。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，與圖7(b)的結(jié)構(gòu)不同，能夠使構(gòu)成元件層疊體14的所有熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面不經(jīng)由其它熱電變換元件12而與熱供給面接觸。因此，能夠使各個(gè)熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c從熱供給面接受的熱通量(在每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量)近乎均等。

另外，根據(jù)圖7(a)所示的本實(shí)施方式的層疊手法，電極16構(gòu)成為連接一個(gè)熱電變換元件12的n型半導(dǎo)體部12a的端面12aes和另一個(gè)熱電變換元件12的p型半導(dǎo)體部12b的端面12bes。這樣，通過(guò)以將帶隙能量最高的部位彼此電連接的方式配置電極16，能夠高效地確保電動(dòng)勢(shì)，并且向各本征半導(dǎo)體部12c可靠地輸入熱。

實(shí)施方式2.

接下來(lái)，參照?qǐng)D8～圖12，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2。

圖8是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的車(chē)輛的發(fā)電裝置30的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。本實(shí)施方式的發(fā)電裝置30具備多個(gè)熱電變換元件12作為熱電變換模塊32的構(gòu)成要素。在本實(shí)施方式中，也與實(shí)施方式1同樣地，作為對(duì)熱電變換元件12供給熱的熱供給體的一個(gè)例子，利用排氣管2。熱電變換模塊32設(shè)置于排氣管2之上。以下，更具體地說(shuō)明熱電變換模塊32的設(shè)置手法。

圖9是表示圖8所示的熱電變換模塊32的內(nèi)部構(gòu)造的部分透視圖。圖10是示出由圖8所示的a-a線切斷的熱電變換模塊32以及排氣管2的剖面的圖。如這些圖所示，熱電變換模塊32具備：層疊多個(gè)熱電變換元件12而構(gòu)成的元件層疊體14；以及容納元件層疊體14的殼體32a。殼體32a形成為包圍元件層疊體14。殼體32a使用省略圖示的安裝工具被安裝于排氣管2的平面部。作為殼體32a的材質(zhì)，優(yōu)選為熱傳導(dǎo)率高的部件，例如，能夠使用鋁等金屬。

殼體32a具備在設(shè)置時(shí)與排氣管2相對(duì)置的第1壁部32a1。第1壁部32a1以沿著排氣管2的外表面的形狀(在本實(shí)施方式的一個(gè)例子中為平面狀)形成。在對(duì)排氣管2進(jìn)行設(shè)置時(shí)，該第1壁部32a1的外表面與排氣管2的外表面直接接觸。元件層疊體14的一側(cè)面隔著絕緣部件18配置在第1壁部32a1的內(nèi)表面上。

另外，殼體32a具備第2壁部32a2，該第2壁部32a2具有與第1壁部32a1的內(nèi)表面相對(duì)置的內(nèi)表面。元件層疊體14中的與第1壁部32a1側(cè)的上述一側(cè)面相反側(cè)的側(cè)面隔著絕緣部件18配置在第2壁部32a2上。

根據(jù)這樣的構(gòu)造，排放氣體的熱經(jīng)由排氣管2、殼體32a以及絕緣部件18被傳遞給元件層疊體14。更具體而言，排放氣體的熱經(jīng)由位于第1壁部32a1的內(nèi)表面的背側(cè)的第1壁部32a1的外表面?zhèn)鬟f到殼體32a。而且，元件層疊體14的各熱電變換元件12從第1壁部32a1側(cè)的內(nèi)表面經(jīng)由絕緣部件18接受熱的供給，并且從第2壁部32a2側(cè)的內(nèi)表面也經(jīng)由絕緣部件18接受熱的供給。這樣，在本實(shí)施方式中，也按照與實(shí)施方式1同樣的思想，各熱電變換元件12被設(shè)置成本征半導(dǎo)體部12c與熱供給面(絕緣部件18的表面)接觸。因此，能夠從2個(gè)方向(第1壁部32a1以及第2壁部32a2)對(duì)各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c供給熱。

此外，在本實(shí)施方式中，介于各熱電變換元件12與排氣管2之間的殼體32a(壁部32a1、壁部32a2)以及絕緣部件18相當(dāng)于本發(fā)明中的“中間部件”。而且，與第1壁部32a1以及第2壁部32a2分別接觸的雙方的絕緣部件18中的熱電變換元件12側(cè)的各個(gè)表面相當(dāng)于本發(fā)明中的“熱供給面”(更具體而言分別為“第1熱供給面”以及“第2熱供給面”)。另外，本征半導(dǎo)體部12c的表面中的、與相當(dāng)于上述第1以及第2熱供給面的絕緣部件18的各個(gè)表面接觸的本征半導(dǎo)體部12c的部位分別相當(dāng)于本發(fā)明中的“第1部位”以及“第2部位”。

接下來(lái)，說(shuō)明本實(shí)施方式的熱電變換元件(元件層疊體)的設(shè)置手法的效果。首先，圖11(a)以及圖11(b)是著眼于各個(gè)熱電變換元件12并且用于說(shuō)明實(shí)施方式2中的熱電變換元件12的設(shè)置手法的效果的圖。圖11(b)表示在從2個(gè)方向(從第1壁部以及第2壁部)接受熱供給的情況下按照不利用本發(fā)明的手法的手法來(lái)設(shè)置的熱電變換元件。也就是說(shuō)，在圖11(b)的設(shè)置手法的情況下，本征半導(dǎo)體部的表面與處于2個(gè)方向的2個(gè)熱供給面中的哪一個(gè)都不接觸，帶隙能量最高的n型半導(dǎo)體部以及p型半導(dǎo)體部各自的端面與各自相對(duì)置的熱供給面接觸。在該結(jié)構(gòu)中，相比于本征半導(dǎo)體部，向n型半導(dǎo)體部以及p型半導(dǎo)體部的熱供給被促進(jìn)。

另一方面，圖11(a)與圖8～圖10所示的結(jié)構(gòu)同樣地，表示按照本實(shí)施方式的手法來(lái)設(shè)置的熱電變換元件12。根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，如圖11(a)所示，針對(duì)本征半導(dǎo)體部12c能夠從第1壁部32a1以及第2壁部32a2這雙方側(cè)經(jīng)由絕緣部件18可靠地供給熱。另外，相比于從1個(gè)方向供給熱的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Ω鱾€(gè)熱電變換元件12的內(nèi)部更均勻地輸入熱。

接下來(lái)，圖12(a)以及圖12(b)是用于說(shuō)明實(shí)施方式2中的熱電變換元件12的層疊手法的效果的圖。圖12(b)表示在從2個(gè)方向接受熱供給的情況下所考慮的熱電變換元件的層疊手法的一個(gè)例子。這些例子中的熱電變換元件的層疊的做法本身與圖7(b)所示的做法相同。在圖12(b)的層疊手法的情況下，不論在左右哪個(gè)結(jié)構(gòu)中，都是處于與殼體的第1壁部以及第2壁部最接近的位置的2個(gè)熱電變換元件的本征半導(dǎo)體部的表面與2個(gè)熱供給面直接接觸。

相對(duì)于此，圖12(a)與圖8～圖10所示的結(jié)構(gòu)同樣地，表示按照本實(shí)施方式的手法層疊的熱電變換元件12。根據(jù)本層疊手法，在第1壁部32a1以及第2壁部32a2各自側(cè)，元件層疊體14的各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面與各熱供給面中的相互不同的部位接觸。因此，能夠使各個(gè)熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c從2個(gè)熱供給面接受的熱通量近乎均等。

另外，根據(jù)圖12(a)所示的本實(shí)施方式的層疊手法，帶隙能量最高的部位彼此通過(guò)電極16電連接。由此，即使在從2個(gè)方向接受熱供給的情況下，也能夠高效地確保電動(dòng)勢(shì)，并且向各本征半導(dǎo)體部12c可靠地輸入熱。

另外，在本實(shí)施方式的發(fā)電裝置30中，以如下那樣的方式對(duì)熱電發(fā)電的主要構(gòu)件進(jìn)行模塊化。即，具備熱電變換模塊32，該熱電變換模塊32具有：元件層疊體14，是多個(gè)熱電變換元件12的層疊體；以及殼體32a，該殼體不僅具有將元件層疊體14容納的功能和保護(hù)的功能，還具有作為使熱從排氣管2傳導(dǎo)到元件層疊體14的中間部件的功能。根據(jù)本發(fā)電裝置30，僅通過(guò)將這樣模塊化的熱電變換模塊32設(shè)置于排氣管2之上且構(gòu)成電路20，就能夠簡(jiǎn)便地進(jìn)行利用熱電變換元件12的熱電發(fā)電。

另外，在熱電變換模塊32中的元件層疊體14中，在以沿著排氣管2的外表面的方式設(shè)置的殼體32a的第1壁部32a1上，以按照蛇形形狀橫亙的方式層疊熱電變換元件12。在以這樣的方式層疊熱電變換元件12的情況下，可以說(shuō)如上所述以第1壁部32a1沿著排氣管2的外表面的方式(或者以第2壁部32a2沿著排氣管2的外表面的方式)配置熱電變換模塊32在能夠充分地確保殼體32a針對(duì)排氣管2的傳熱面積這點(diǎn)上是優(yōu)選的。其中，在層疊熱電變換元件12的情況下的層疊圖案只要滿足各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分或者全部與“熱供給面”接觸這樣的條件，則不限于上述例子。另外，容納元件層疊體的殼體的形狀根據(jù)層疊圖案而變化。因此，根據(jù)層疊圖案以及殼體的形狀適當(dāng)決定熱電變換模塊針對(duì)排氣管2的設(shè)置方向以使得能夠高效地進(jìn)行向元件層疊體的傳熱即可。

但是，在上述實(shí)施方式2中，說(shuō)明了各熱電變換元件12從2個(gè)熱供給面(從2個(gè)方向)接受熱的供給的例子。然而，本發(fā)明中的熱電變換元件的表面中的本征半導(dǎo)體部的表面所接觸的熱供給面也可以是3個(gè)以上。例如，在將形成為長(zhǎng)方體形狀的熱電變換元件層疊為棒狀而構(gòu)成元件層疊體并將該元件層疊體容納于長(zhǎng)方體形狀的殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)中，也可以是殼體的4個(gè)內(nèi)側(cè)面中的3個(gè)或者4個(gè)內(nèi)側(cè)面與本征半導(dǎo)體部的表面接觸。將上述內(nèi)側(cè)面的4個(gè)內(nèi)側(cè)面(即全部側(cè)面)用作熱供給面的結(jié)構(gòu)亦如在后述的圖21所示的結(jié)構(gòu)那樣，相當(dāng)于本征半導(dǎo)體部的全部表面與熱供給面接觸的例子。

另外，在上述實(shí)施方式2中，以構(gòu)成元件層疊體14的所有熱電變換元件12的熱供給面為絕緣部件18中的熱電變換元件12側(cè)的表面的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說(shuō)明。然而，在本發(fā)明中的容納于熱電變換模塊的殼體的元件層疊體中，也可以是構(gòu)成元件層疊體的多個(gè)熱電變換元件中的一部分的熱電變換元件的熱供給面是絕緣部件中的熱電變換元件側(cè)的表面。另外，如果是在殼體與熱電變換元件之間無(wú)需隔著絕緣部件的結(jié)構(gòu)，則構(gòu)成元件層疊體的多個(gè)熱電變換元件中的至少一部分的熱電變換元件的熱供給面也可以是殼體的內(nèi)表面。這對(duì)后述的元件層疊體42、64也是相同的。

實(shí)施方式3.

接下來(lái)，參照?qǐng)D13以及圖14，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3。

圖13是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的車(chē)輛的發(fā)電裝置40的整體結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的發(fā)電裝置40具備元件層疊體42。構(gòu)成元件層疊體42的多個(gè)熱電變換元件12如圖13所示，經(jīng)由電極44串聯(lián)地連接。作為元件層疊體42的層疊圖案，作為一個(gè)例子，設(shè)為與實(shí)施方式1的元件層疊體14相同。發(fā)電裝置40在與電極44有關(guān)的結(jié)構(gòu)中與實(shí)施方式1的發(fā)電裝置10不同。因此，以該不同點(diǎn)為中心，如以下那樣進(jìn)行說(shuō)明。

如圖13所示，連接2個(gè)熱電變換元件12之間的電極44的各個(gè)被配置成與作為對(duì)元件層疊體42供給熱的熱供給體的排氣管2以及作為傳導(dǎo)該熱的中間部件的絕緣部件18中的任意一個(gè)都不接觸。換言之，在電極44的表面與排氣管2的表面(熱供給面)之間，設(shè)置有氣層46。

圖14(a)以及圖14(b)是用于說(shuō)明實(shí)施方式3中的與電極44有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。圖14(b)表示實(shí)施方式1中的電極16的配置。在該配置的情況下，電極16的表面與作為熱供給面的絕緣部件18的表面直接接觸。金屬的電極16的熱傳導(dǎo)率基本上比熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率高。因此，在圖14(b)的結(jié)構(gòu)的情況下，相比于熱電變換元件12，電極16這一方易于接受熱的供給。其結(jié)果，經(jīng)由絕緣部件18供給到電極16的熱易于傳遞到與電極16接觸的熱電變換元件12的部位(帶隙能量最高的n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的端面12aes、12bes)。

另一方面，如圖14(a)所示，構(gòu)成為在本實(shí)施方式的電極44與排氣管2的表面之間介有氣層46，電極44的表面不與排氣管2的表面接觸。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，從排氣管2的表面(熱供給面)向排氣管2側(cè)的電極44的表面的熱的移動(dòng)成為經(jīng)由氣層46的熱移動(dòng)。因此，電極44的上述表面通過(guò)上述熱移動(dòng)而從排氣管2的表面接受的熱通量小于熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面通過(guò)熱傳導(dǎo)而從絕緣部件18的表面(熱供給面)接受的熱通量。由此，能夠抑制從電極44向n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b輸入熱。其結(jié)果，不易產(chǎn)生帶隙能量相對(duì)高的n型半導(dǎo)體部12a或者p型半導(dǎo)體部12b的溫度比本征半導(dǎo)體部12c的溫度高這樣的方式下的溫度差，所以能夠進(jìn)行高效的發(fā)電。

實(shí)施方式4.

接下來(lái)，參照?qǐng)D15，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4。在上述實(shí)施方式3中，說(shuō)明了在電極44的表面與排氣管2的表面(熱供給面)之間設(shè)置有氣層46的發(fā)電裝置40。然而，在本發(fā)明中，用于使熱供給面?zhèn)鹊碾姌O的表面從熱供給面接受的熱通量小于熱電變換元件的本征半導(dǎo)體部12c的表面從熱供給面接受的熱通量的具體的結(jié)構(gòu)不限于上述例子，例如，也可以是以下參照?qǐng)D15說(shuō)明的結(jié)構(gòu)例。

圖15是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4的車(chē)輛的發(fā)電裝置50中的與電極44有關(guān)的結(jié)構(gòu)的圖。在圖15所示的發(fā)電裝置50中，在電極44的表面與排氣管2的表面(熱供給面)之間，代替氣層46而配置有絕熱材料52(相當(dāng)于本發(fā)明中的“絕熱材料”)。更具體而言，絕熱材料52由具有比電極44的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率的部件(例如陶瓷)構(gòu)成。這樣通過(guò)利用絕熱材料52的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制從排氣管2向電極44的熱移動(dòng)。其結(jié)果，不易產(chǎn)生上述方式下的溫度差，所以能夠進(jìn)行高效的發(fā)電。此外，絕熱材料52例如既可以是在電極44的表面組裝的其它部件，也可以是涂覆于電極44的表面的涂層。

實(shí)施方式5.

接下來(lái)，參照?qǐng)D16以及圖17，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式5。

圖16是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的車(chē)輛的發(fā)電裝置60的整體結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的發(fā)電裝置60具備熱電變換模塊62。熱電變換模塊62具備元件層疊體64和在實(shí)施方式2中說(shuō)明的殼體32a。構(gòu)成元件層疊體64的多個(gè)熱電變換元件12如圖16所示經(jīng)由電極66串聯(lián)地連接。關(guān)于與電極66有關(guān)的結(jié)構(gòu)以外的點(diǎn)，元件層疊體64的結(jié)構(gòu)與已述的元件層疊體14等相同。

本實(shí)施方式的與電極66有關(guān)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將與實(shí)施方式3的電極44同樣的思想應(yīng)用于從2個(gè)方向?qū)Ω鳠犭娮儞Q元件12進(jìn)行熱供給的結(jié)構(gòu)而得到的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，如圖16所示，連接2個(gè)熱電變換元件12之間的電極66的各個(gè)被配置成與作為使熱傳導(dǎo)到元件層疊體64的中間部件的殼體32a的壁部32a1、32a2以及絕緣部件18中的任意一個(gè)都不接觸。換言之，在電極66的表面與第1壁部32a1的表面(熱供給面)之間以及電極66的表面與第2壁部32a2的表面(熱供給面)之間，分別設(shè)置有氣層68。

圖17(a)以及圖17(b)是用于說(shuō)明實(shí)施方式5中的與電極66有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。圖17(b)表示實(shí)施方式2中的電極16的配置。在圖17(b)所示的結(jié)構(gòu)的情況下，電極16在第1壁部32a1側(cè)以及第2壁部32a2側(cè)這雙方，與作為熱供給面的絕緣部件18的表面直接接觸。

相對(duì)于此，如圖17(a)所示，在本實(shí)施方式的電極66的表面與壁部32a1、32a2的表面(熱供給面)之間，在第1壁部32a1側(cè)以及第2壁部32a2側(cè)中的哪一側(cè)都介有氣層68，構(gòu)成為電極66不與壁部32a1、32a2接觸。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，壁部32a1、32a2各自一側(cè)的電極66的表面從壁部32a1、32a2(熱供給面)接受的熱通量小于熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c的表面從絕緣部件18的表面(熱供給面)接受的熱通量。由此，能夠抑制從電極66向n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b輸入熱，能夠進(jìn)行高效的發(fā)電。

實(shí)施方式6.

接下來(lái)，參照?qǐng)D18，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式6。與實(shí)施方式3的圖14(a)所示的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式4的圖15所示的結(jié)構(gòu)的關(guān)系同樣地，實(shí)施方式5的圖17(a)所示的結(jié)構(gòu)能夠變形為如圖18所示的以下的結(jié)構(gòu)。

圖18是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式6的車(chē)輛的發(fā)電裝置70中的與電極66有關(guān)的結(jié)構(gòu)的圖。在圖18所示的發(fā)電裝置70中，在殼體32a的壁部32a1、32a2各自的表面(熱供給面)與電極66的表面之間，代替氣層68而配置有具有與絕熱材料52同樣的結(jié)構(gòu)的絕熱材料72。通過(guò)這樣的利用絕熱材料72的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制從壁部32a1、32a2向電極66的熱移動(dòng)。其結(jié)果，能夠抑制從電極66向n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b輸入熱，能夠進(jìn)行高效的發(fā)電。

但是，在上述實(shí)施方式1～實(shí)施方式6中，說(shuō)明了具備多個(gè)熱電變換元件12的元件層疊體14等的發(fā)電裝置10等。然而，本發(fā)明的發(fā)電裝置未必限定于具備多個(gè)熱電變換元件作為元件層疊體的發(fā)電裝置，也可以是具備1個(gè)熱電變換元件的發(fā)電裝置。

另外，圖19是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件12的其它設(shè)置手法的圖。應(yīng)用圖19所示的發(fā)電裝置80的車(chē)輛的排氣管82具備排氣管主體部82a。在排氣管主體部82a的外表面，具備沿著與排氣管82的流路方向垂直的方向延伸的散熱片(fin)部82b。發(fā)電裝置80具備的熱電變換元件12隔著絕緣部件18設(shè)置于散熱片部82b之上。另外，在排氣管主體部82a的表面(熱供給面)與n型半導(dǎo)體部12a的端部12ae(更具體而言為端面12aes)之間，介有絕熱材料84(相當(dāng)于本發(fā)明中的“絕熱材料”)。絕熱材料84由具有比熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率的部件(例如陶瓷)構(gòu)成。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在n型半導(dǎo)體部12a的端部12ae、即帶隙能量最高的部位接近熱供給面的配置結(jié)構(gòu)中，能夠抑制向該部位輸入熱。另外，絕熱材料84也可以代替圖19所示的結(jié)構(gòu)而配置成介于p型半導(dǎo)體部12b的端部12be與熱供給面之間。通過(guò)這些結(jié)構(gòu)，也能夠在不易產(chǎn)生帶隙能量相對(duì)高的n型半導(dǎo)體部12a或者p型半導(dǎo)體部12b的溫度比本征半導(dǎo)體部12c的溫度高這樣的方式下的溫度差的同時(shí)對(duì)熱電變換元件12供給熱。

另外，圖20是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件12的其它設(shè)置手法的圖。應(yīng)用圖20所示的發(fā)電裝置90的車(chē)輛的排氣管92具備排氣管主體部92a。在排氣管主體部92a的外表面，具備沿與排氣管92的流路方向垂直的方向突出的突起部92b。發(fā)電裝置90具備的熱電變換元件12隔著絕緣部件18設(shè)置于突起部92b之上。如圖20所示，熱電變換元件12不是排氣管92側(cè)的側(cè)面的整體與熱供給面(絕緣部件18的表面)接觸，而是只有該側(cè)面中的本征半導(dǎo)體部12c的表面及其附近的部位與熱供給面(絕緣部件18的表面)接觸。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，相比于n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b，能夠?qū)赌芰肯鄬?duì)低的本征半導(dǎo)體部12c集中地輸入熱。因此，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，也能夠使上述方式下的溫度差不易產(chǎn)生。此外，上述突起部92b也可以是與排氣管92分體且是使熱從排氣管92傳導(dǎo)到熱電變換元件12的中間部件。包括圖20所示的例子，本發(fā)明中的熱電變換元件的設(shè)置手法也可以如下：使熱電變換元件的表面中的至少本征半導(dǎo)體部的表面的一部分(例如在棱柱形狀的情況下為一個(gè)側(cè)面)或者全部與熱供給面接觸。

另外，圖21(a)以及圖21(b)是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件12的其它設(shè)置手法的圖。在圖21(a)所示的發(fā)電裝置100中，熱電變換元件12隔著中間部件102以及絕緣部件18設(shè)置于排氣管2之上。圖21(b)是用圖21(a)中的b-b線將熱電變換元件12周?chē)慕Y(jié)構(gòu)切斷而示出的剖面圖。如從這些圖可知，熱電變換元件12被插入到在中間部件102形成的貫通孔102a，隔著絕緣部件18通過(guò)中間部件102覆蓋本征半導(dǎo)體部12c及其附近的表面。在貫通孔102a的內(nèi)部，熱電變換元件12的所有側(cè)面與絕緣部件18的表面(熱供給面)接觸。也就是說(shuō)，在本結(jié)構(gòu)中，與只有本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分與熱供給面接觸的圖5等的例子不同，本征半導(dǎo)體部12c的全部表面與絕緣部件18的表面(熱供給面)接觸。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，排放氣體的熱從排氣管2經(jīng)由中間部件102以及絕緣部件18被供給到熱電變換元件12。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)赌芰肯鄬?duì)低的本征半導(dǎo)體部12c集中地輸入熱。

另外，圖22(a)以及圖22(b)是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件12的其它層疊手法的圖。在圖22(a)所示的發(fā)電裝置110中，也是各熱電變換元件12隔著絕緣部件18設(shè)置于排氣管2之上。當(dāng)然，各熱電變換元件12與其它例子同樣地，在確保本征半導(dǎo)體部12c與熱供給面(絕緣部件18的表面)的接觸的狀態(tài)下進(jìn)行配置。

圖22(b)是從圖22(a)中的箭頭c的方向俯視熱電變換元件12的圖。如從這些圖可知，在相鄰的熱電變換元件12(相當(dāng)于本發(fā)明中的“第1熱電變換元件”以及“第2熱電變換元件”)中，作為正極發(fā)揮功能的p型半導(dǎo)體部12b的端面12bes彼此通過(guò)電極112(相當(dāng)于本發(fā)明中的“正極”)電連接，作為負(fù)極發(fā)揮功能的n型半導(dǎo)體部12a的端面12aes彼此通過(guò)電極114(相當(dāng)于本發(fā)明中的“負(fù)極”)電連接。在層疊多個(gè)熱電變換元件12而形成元件層疊體的情況下，不限于如上述其它例子那樣將熱電變換元件12串聯(lián)地連接，也可以如圖22(a)以及圖22(b)所示的結(jié)構(gòu)那樣將熱電變換元件12并聯(lián)地連接。此外，本發(fā)明中的元件層疊體也可以代替已述的例子，構(gòu)成為將多個(gè)熱電變換元件12的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接進(jìn)行組合。而且，該組合不僅可以以熱電變換元件為單位進(jìn)行，也可以是例如以下的方式。即，也可以是，具備多個(gè)具有以獲得期望的電動(dòng)勢(shì)的方式串聯(lián)連接而構(gòu)成的元件層疊體的熱電變換模塊，并將多個(gè)熱電變換模塊之間并聯(lián)地連接。

進(jìn)一步補(bǔ)充而言，在圖22(a)以及圖22(b)所示的結(jié)構(gòu)中，與實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)同樣地，在排氣管2側(cè)的電極114的表面與排氣管2的表面(熱供給面)之間，設(shè)置有氣層116。另外，也可以代替這樣的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施方式4的結(jié)構(gòu)同樣地，在排氣管2側(cè)的電極114的表面與排氣管2的表面(熱供給面)之間，介有絕熱材料52。

另外，圖23是用于說(shuō)明圖2所示的熱電變換元件12的其它設(shè)置手法的圖。在圖23所示的發(fā)電裝置120中，從車(chē)輛具備的2個(gè)熱供給體、更具體而言從蓄電池122的框體和冷卻水軟管124對(duì)各個(gè)熱電變換元件12供給熱。在該結(jié)構(gòu)中，各熱電變換元件12的本征半導(dǎo)體部12c與蓄電池122的表面以及冷卻水軟管124的表面(即與2個(gè)熱供給體的各個(gè)有關(guān)的熱供給面)接觸。另外，蓄電池122的框體由樹(shù)脂構(gòu)成，冷卻水軟管124由橡膠構(gòu)成。這樣，這些熱供給體由絕緣性高的材質(zhì)構(gòu)成。因此，本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于未隔著作為中間部件的絕緣部件18而熱供給體的表面成為與熱電變換元件12接觸的熱供給面的例子。

此外，在本發(fā)明中，對(duì)某熱電變換元件供給熱的熱供給體的數(shù)量也可以代替圖23所示的例子而可以為3個(gè)以上。進(jìn)一步補(bǔ)充而言，在圖23所示的結(jié)構(gòu)中，蓄電池122的框體的熱源是蓄電池122本身，冷卻水軟管的熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水(更追溯而言為內(nèi)燃機(jī)1)。本發(fā)明中的多個(gè)熱供給體不限于如圖23所示的例子那樣熱源不同的多個(gè)熱供給體，例如，也可以如散熱器和冷卻水軟管那樣共用熱源(發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水)。

但是，以上說(shuō)明的各實(shí)施方式的例子以及其它各變形例除了明示的組合以外也可以在可能的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)亟M合，并且，也可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。