熱電変換セラミックスのモジュール化技術に関する研究
■化学食品部 豊田丈紫 佐々木直哉 嶋田一裕
熱負荷耐久性に優れるセラミックス用熱電発電モジュールを設計するために材料構成の検討や発電素子内の熱応力分布解析を行い、モジュール化のための要素技術の開発を行った。その結果，p型材料としてCa2.7La0.3Co4O9，n型材料としてCa0.9La0.1MnO3で構成することで熱膨張率の整合性が高いことがわかった。更に，p型, n型素子を結線する絶縁基板にスリット機構を導入し，熱応力緩和を図った12対発電素子を試作した。発電特性評価の結果，素子の高温面が699℃で温度差649℃において最大251mWの出力が確認された。発電特性の数値解析の結果，素子―電極間の接触抵抗の低減化が重要であることがわかった。
キーワード:熱電変換セラミックス, 熱電モジュール, 有限要素法, 熱膨張係数
Study on fabrication techniques of ceramics thermoelectric device
Takeshi TOYODA, Naoya SASAKI and Kazuhiro SHIMADA
For the purpose of developing a thermoelectric module with high durability, p-type ceramic with low thermal stress for a device design was investigated by means of thermal stress distribution analysis in a thermoelectric uni-couple using finite-element analysis. The analysis demonstrated that thermal expansion of Ca3Co4O9-type ceramic was highly consistent with that of n-type. Furthermore, a thermoelectric module was fabricated using 12 pairs of Ca2.7La0.3Co4O9 for p-type legs and Ca0.9La0.1MnO3 for n-type legs on an alumina substrate. For reducing thermal stress, a slit structure was adopted for higher temperature side of the alumina substrate. The maximum output power of this module reached 251mW when the temperature on the higher side was 972 K and the temperature gap was 649 K. The simulation analysis showed that it is important to reduce the electrical contact resistance between thermoelectric legs and an electrode.
Keywords : Thermoelectric ceramics ,Thermoelectric module, Finite element method, Thermal expansion coefficient
全文（PDFファイル：153KB、4ページ）