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

背景技術(shù)：

已知利用了塞貝克效應(yīng)的各種熱電變換元件。為了使用該熱電變換元件得到電動勢，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。相對于此，在專利文獻(xiàn)1中，公開了可用作不需要溫度差就能夠進(jìn)行發(fā)電的熱電變換元件的半導(dǎo)體單晶。

專利文獻(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，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。如果對具有這樣的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體單晶進(jìn)行加熱以收斂于預(yù)定的溫度范圍，則即使在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，電子也從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶。激發(fā)到導(dǎo)帶的電子移動到能量低的n型半導(dǎo)體部，在價帶中產(chǎn)生的空穴移動到能量高的p型半導(dǎo)體部。由于通過這些移動產(chǎn)生的載流子(電子以及空穴)的偏移，上述半導(dǎo)體單晶成為將p型半導(dǎo)體部作為正極、將n型半導(dǎo)體部作為負(fù)極的發(fā)電材料。因此，通過將具有上述結(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，也能夠在熱電變換元件的溫度處于預(yù)定的溫度范圍內(nèi)時發(fā)電。

專利文獻(xiàn)1：國際公開第2015/125823號

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-011512號公報

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了有效利用在汽車等車輛中產(chǎn)生的熱，考慮在車輛的各種流路內(nèi)流過的流體中，將上述專利文獻(xiàn)1記載的半導(dǎo)體單晶設(shè)置為熱電變換元件。在此，該流體的流速或者溫度可能會根據(jù)來自駕駛員的要求或者其它各種要求而過渡性地變化。在根據(jù)來自駕駛員的要求等而流體的流速或者溫度過渡性地變化的狀況下，向n型半導(dǎo)體部、p型半導(dǎo)體部以及本征半導(dǎo)體部的各部位的熱的傳導(dǎo)方式不均勻，作為其結(jié)果，認(rèn)為在這些部位之間產(chǎn)生溫度差。如果在這樣的情況下產(chǎn)生的溫度差是帶隙能量相對高的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，則難以高效地確保具有上述專利文獻(xiàn)1記載的結(jié)構(gòu)的熱電變換元件的電動勢。其結(jié)果，存在難以利用該熱電變換元件高效地發(fā)電的可能性。

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的車輛的發(fā)電裝置、并且以高效地發(fā)電的方式將熱電變換元件設(shè)置于車輛的流路內(nèi)的發(fā)電裝置。

本發(fā)明的車輛的發(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，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)用于具有對所述熱電變換元件供給熱的流體所流經(jīng)的流路的車輛。所述熱電變換元件以所述本征半導(dǎo)體部的表面與所述流體的流動相向的方式，設(shè)置于所述流路內(nèi)。

所述發(fā)電裝置也可以還具備以覆蓋所述熱電變換元件中的高帶隙能量部的表面中的至少所述流體的流動方向的上游側(cè)的部位的方式設(shè)置的高帶隙能量護(hù)罩。另外，所述高帶隙能量部也可以是不包括所述本征半導(dǎo)體部、并且包括所述n型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部以及所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部的部位。

所述熱電變換元件也可以具有多個熱電變換元件。所述多個熱電變換元件也可以經(jīng)由電極電連接而構(gòu)成為元件層疊體。在將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)的端部稱為第1端部，將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)的端部稱為第2端部的情況下，所述電極也可以將相鄰的一個所述熱電變換元件的所述第1端部和相鄰的另一個所述熱電變換元件的所述第2端部進(jìn)行電連接。另外，所述發(fā)電裝置也可以還具備以覆蓋所述電極的表面中的至少所述流體的流動方向的上游側(cè)的部位的方式設(shè)置的電極護(hù)罩。

所述電極護(hù)罩也可以構(gòu)成為以與所述電極接觸的方式覆蓋該電極、并且具有比所述電極的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率。

所述發(fā)電裝置也可以還具備以覆蓋所述熱電變換元件中的高帶隙能量部的表面中的至少所述流體的流動方向的上游側(cè)的部位的方式設(shè)置的高帶隙能量護(hù)罩。另外，所述高帶隙能量部也可以是不包括所述本征半導(dǎo)體部、并且包括所述第1端部以及所述第2端部的部位。

所述高帶隙能量護(hù)罩也可以構(gòu)成為以與所述高帶隙能量部接觸的方式覆蓋該高帶隙能量部，使所述本征半導(dǎo)體部的表面露出在所述流體中，并且具有比所述熱電變換元件的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率。

所述元件層疊體也可以包括多個將所述多個熱電變換元件隔著所述電極進(jìn)行層疊而得到的單位層疊體。多個所述單位層疊體也可以被設(shè)置成各個所述單位層疊體中包含的所述熱電變換元件的層疊方向?yàn)榕c所述流體的流動方向正交的第1正交方向。多個所述單位層疊體也可以隔開預(yù)定間隔而配置。另外，在將與所述流體的流動方向以及所述第1正交方向這雙方正交的方向稱為第2正交方向的情況下，所述高帶隙能量護(hù)罩也可以構(gòu)成為在所述流體的流動方向以及所述第2正交方向中的至少一個方向上按照板狀延伸、并且覆蓋處于與該高帶隙能量護(hù)罩重疊的位置的所述熱電變換元件的所述高帶隙能量部。

所述電極護(hù)罩和所述高帶隙能量護(hù)罩也可以一體地形成。

所述熱電變換元件也可以具有由包括所述本征半導(dǎo)體部的表面的側(cè)面、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)的端面以及所述p型半導(dǎo)體部中的與所述本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端面構(gòu)成的棱柱形狀或者圓柱形狀。另外，所述熱電變換元件也可以以所述側(cè)面從所述流體接受的熱流束比所述n型半導(dǎo)體部的所述端面以及所述p型半導(dǎo)體部的所述端面的各個從所述流體接受的熱流束大的方式，設(shè)置于所述流路內(nèi)。

也可以是，所述流路是搭載于所述車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣管的流路，所述流體是在所述排氣管中流動的排放氣體。

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以本征半導(dǎo)體部的表面與流體的流動相向的方式設(shè)置于流路內(nèi)。在熱電變換元件的表面中的與流體的流動相向的表面的周圍中，起因于流體向該表面的碰撞而流體的流動增大，所以促進(jìn)從流體向熱電變換元件的熱傳遞。根據(jù)本發(fā)明中的設(shè)置手法，在這樣的表面中包括本征半導(dǎo)體部的表面。由此，難以產(chǎn)生帶隙能量相對高的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的溫度差，所以能夠高效地確保熱電變換元件的電動勢。因此，能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的車輛的發(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1所示的熱電變換元件的帶隙能量的狀態(tài)的概念圖。

圖4是示出熱電變換元件的電動勢與溫度的關(guān)系的圖。

圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的元件層疊體的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖6是用于說明圖5所示的元件層疊體相對排放氣體流的設(shè)置手法的示意圖。

圖7是用于補(bǔ)充地說明熱電變換元件的表面s的解釋的圖。

圖8是用于說明實(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9是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的車輛的發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖10是用于說明實(shí)施方式2中的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。

圖11是用于說明本發(fā)明的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的變形例的圖。

圖12是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的車輛的發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖13是示意地示出圖12所示的元件層疊體周圍的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖14是用于說明與本發(fā)明的高帶隙能量護(hù)罩有關(guān)的結(jié)構(gòu)的第1變形例的圖。

圖15是用于說明與本發(fā)明的高帶隙能量護(hù)罩有關(guān)的結(jié)構(gòu)的第1變形例的圖。

圖16是用于說明與本發(fā)明的高帶隙能量護(hù)罩有關(guān)的結(jié)構(gòu)的第2變形例的圖。

圖17是用于說明圖2所示的熱電變換元件的其它層疊手法的圖。

(符號說明)

1：內(nèi)燃機(jī)；2：排氣管；10、30、50、60、70：發(fā)電裝置；12、62：熱電變換元件；12a：n型半導(dǎo)體部；12ae：n型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部；12aes：n型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端面；12b：p型半導(dǎo)體部；12be：p型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部；12bes：p型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端面；12c、62c：本征半導(dǎo)體部；12d、62d：高帶隙能量部(高be部)；14、32、64、80：元件層疊體；14a、32a、64a：元件層疊體的單位層疊體；16：電路；18：開關(guān)；20：電氣零件；22：電子控制單元(ecu)；24、34、68、82、84：電極；36、38、40、52、66、72：護(hù)罩。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，說明本發(fā)明的各實(shí)施方式。此外，在各附圖中，對同一或者類似的構(gòu)成要素附加同一符號。

實(shí)施方式1.

首先，參照圖1～圖8，說明本發(fā)明的實(shí)施方式1。圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的車輛的發(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具備的熱電變換元件12的設(shè)置部位只要是車輛的各種流路內(nèi)則沒有特別限定。在實(shí)施方式1中，作為一個例子，熱電變換元件12如圖1所示，配置于搭載在車輛的內(nèi)燃機(jī)1具備的排氣管2內(nèi)流過的排放氣體中。即，在圖1所示的例子中，在內(nèi)燃機(jī)1的燃燒室內(nèi)燃燒之后的高溫的排放氣體的熱被供給到熱電變換元件12。作為在車輛的流路內(nèi)流過的流體并且對熱電變換元件12供給熱的流體，除了排放氣體以外，還可以舉出例如用于內(nèi)燃機(jī)1的冷卻的冷卻水流路內(nèi)流過的發(fā)動機(jī)冷卻水以及用于內(nèi)燃機(jī)1的潤滑的油流路內(nèi)流過的發(fā)動機(jī)油。

在本實(shí)施方式的發(fā)電裝置10中，以將多個熱電變換元件12電連接而得到的元件層疊體14這樣的方式，將熱電變換元件12設(shè)置于排放氣體中。關(guān)于元件層疊體14的具體的結(jié)構(gòu)例，參照圖5后述。發(fā)電裝置10具備：將元件層疊體14的兩端通過導(dǎo)線連接而構(gòu)成的電路16；和使該電路16開閉的開關(guān)18。對電路16，連接了搭載于車輛的電氣零件(例如燈火類)20。通過搭載于車輛的電子控制單元(ecu)22，控制開關(guān)18的開閉。

根據(jù)如上所述構(gòu)成的發(fā)電裝置10，在車輛系統(tǒng)的啟動中，在通過來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)下使開關(guān)18閉合，從而能夠使元件層疊體14進(jìn)行發(fā)電。在本實(shí)施方式中，供給熱的流體是排放氣體，所以通過該發(fā)電，能夠進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)1的廢熱回收。而且，能夠?qū)⑼ㄟ^元件層疊體14的發(fā)電而得到的電力供給給電氣零件20。此外，也可以代替開關(guān)18而具備可變電阻。由此，能夠通過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供給給電氣零件20的電力。另外，接受電力的供給的車輛零件不限于電氣零件20，也可以例如代替電氣零件20或者與該電氣零件20一起將積蓄車輛使用的電力的蓄電池連接到電路16。

[熱電變換元件的結(jié)構(gòu)]

在圖2所示的一個例子中，熱電變換元件12按照棱柱形狀形成。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1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，橫軸是熱電變換元件12中的從n型半導(dǎo)體部12a側(cè)的端面12aes起的距離l(參照圖2)。

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f處于價帶側(cè)的部位。本征半導(dǎo)體部12c是費(fèi)米能級f處于導(dǎo)帶與價帶之間的禁帶的中央的部位。帶隙能量相當(dāng)于價帶的最上部與導(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的長度的比例是一個例子，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中的帶隙能量例如能夠通過逆光電子光譜法來測定。

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，則沒有特別限定。在熱電變換元件12作為一個例子是硅包合物ba8au8si38的情況下，能夠使用例如在國際專利申請的國際公開第2015/125823號中詳述的制造方法。其概要如下所述。即，以ba、au和si的比(摩爾比)為8：8：38的方式，稱量ba粉末、au粉末以及si粉末。利用電弧熔融法將稱量出的粉末熔融。通過對得到的融液進(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)定的溫度時的熱激發(fā)的狀態(tài)的概念圖。如果將熱電變換元件12加熱到溫度t0(參照后述圖4)以上，則如圖3(a)所示，價帶的電子(黑圓)熱激發(fā)到導(dǎo)帶。更具體而言，如果由于熱的供給而超過帶隙能量的能量提供到位于價帶的最上部的電子，則電子激發(fā)到導(dǎo)帶。在熱電變換元件12的溫度上升的過程中，得到僅在帶隙能量相對低的本征半導(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)定的溫度時的電子(黑圓)以及空穴(白圓)的移動的概念圖。如圖3(b)所示，激發(fā)到導(dǎo)帶的電子移動到能量低的一方、即n型半導(dǎo)體部12a側(cè)。另一方面，通過電子的激發(fā)而在價帶中產(chǎn)生的空穴移動到能量高的一方、即p型半導(dǎo)體部12b。通過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)生電動勢。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)生電動勢的塞貝克效應(yīng)不同。利用了熱電變換元件12的發(fā)電裝置10無需一定設(shè)置溫度差，所以不需要用于設(shè)置溫度差的冷卻部，所以能夠簡化裝置結(jié)構(gòu)。

圖4是示出熱電變換元件12的電動勢與溫度的關(guān)系的圖。此處所稱的熱電變換元件12的電動勢是指作為正極發(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)生溫度差的方式對熱電變換元件12進(jìn)行加熱時產(chǎn)生的電動勢的溫度特性。此外，產(chǎn)生電動勢的溫度范圍是根據(jù)熱電變換元件的組成而不同。

如圖4所示，通過將熱電變換元件12加熱到溫度t0以上，產(chǎn)生電動勢。更具體而言，隨著熱電變換元件12的溫度變高，電動勢上升。如圖4所示隨著升溫而電動勢變高的理由在于，通過供給熱量的增加，在帶隙能量相對低的本征半導(dǎo)體部12c中可激發(fā)的電子以及空穴的數(shù)量增加。另外，如圖4所示，電動勢在某個溫度t1下呈現(xiàn)峰值，如果使熱電變換元件12比溫度t1進(jìn)一步升溫，則電動勢降低。其理由是如下情況造成了影響：如果熱電變換元件12的溫度變高，則不僅在本征半導(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)相對排放氣體的流動方向的設(shè)置手法]

如從上述圖4也可知，只要能夠?qū)犭娮儞Q元件12的溫度設(shè)為預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，就能夠進(jìn)行利用了熱電變換元件12的發(fā)電。更優(yōu)選為，只要能夠?qū)犭娮儞Q元件12的溫度設(shè)為圖4中的電動勢達(dá)到峰值的溫度t1附近的溫度，就能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電。因此，為了在車輛上利用熱電變換元件12高效地進(jìn)行發(fā)電，首先，從車輛的各種流路中選擇能夠?qū)犭娮儞Q元件12供給熱的流體以使熱電變換元件12成為適合于發(fā)電的溫度，在選擇的流體中設(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。因此，如本實(shí)施方式那樣，在作為熱源發(fā)揮功能的流體是排放氣體的情況下，為了得到能夠進(jìn)行效率良好的發(fā)電的熱源，在排放氣體的流動方向上確定排氣管2內(nèi)的熱電變換元件12的設(shè)置部位即可。

(想要高效地進(jìn)行發(fā)電的情況下的課題)

如上述那樣，熱電變換元件12是在接受到來自流體的熱的供給時，利用本征半導(dǎo)體部12c中的與電子的熱激發(fā)相伴的電子以及空穴的移動來得到電動勢這樣的結(jié)構(gòu)。為了能夠利用熱電變換元件12進(jìn)行效率良好的發(fā)電，關(guān)于熱電變換元件12(元件層疊體14)相對排放氣體的流動方向的設(shè)置，期望滿足以下的要求。

如果是作為熱源發(fā)揮功能的流體(在本實(shí)施方式中是排放氣體)的流速以及溫度穩(wěn)定地恒定的穩(wěn)定的熱流下，則接受來自該流體的熱的供給的熱電變換元件12的各部位的溫度隨著時間經(jīng)過而均勻地接近。然而，車輛的流體的流速或者溫度可能會根據(jù)來自駕駛員的要求或者其它各種要求而過渡性地變化。在這樣流體的流速或者溫度過渡性地變化的狀況下，向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的各部位的熱的傳導(dǎo)方式不均勻，作為其結(jié)果，認(rèn)為在這些部位之間產(chǎn)生溫度差。假設(shè)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)更被促進(jìn)，所以可以說沒問題，反倒可以說是優(yōu)選的。另一方面，根據(jù)熱電變換元件12相對流體的設(shè)置方式，還可能存在如下情況：易于產(chǎn)生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的溫度高的方式的溫度差。如果該方式的溫度差變大，則在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，存在難以確保熱電變換元件12的電動勢的可能性。這樣的話，難以進(jìn)行效率良好的發(fā)電。

根據(jù)以上的理由，期望不僅在穩(wěn)定的熱流下，而且如上所述在流體的流速或者溫度變化的熱流下，也能夠高效地進(jìn)行實(shí)際的車輛環(huán)境中的利用熱電變換元件的發(fā)電以及與其相伴的熱回收。而且，為此，使得不易產(chǎn)生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的溫度高的方式的溫度差是有效的。

(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以及圖6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內(nèi)(即排放氣體流中)。

圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的元件層疊體14的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖6是用于說明圖5所示的元件層疊體14相對排放氣體流的設(shè)置手法的示意圖。此外，在圖5等中，為了易于理解地圖示熱電變換元件12(后述的熱電變換元件62也同樣)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)而表示。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，雖然在圖6中省略了圖示，但元件層疊體14是通過省略圖示的安裝工具固定于排氣管2的內(nèi)壁。

如圖5所示，構(gòu)成元件層疊體14的多個熱電變換元件12經(jīng)由電極24串聯(lián)地連接。這樣，元件層疊體14將熱電變換元件12和電極24構(gòu)成為構(gòu)成要素。作為電極24，能夠使用例如電氣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，通過發(fā)電而產(chǎn)生的電動勢所致的電流的流動方向f從p型到n型。在本實(shí)施方式中，為了在盡可能確保電極24的兩端的電位差的同時使電流平滑地流過，電極24構(gòu)成為將一個熱電變換元件12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(參照圖2)和另一個熱電變換元件12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(參照圖2)(即，帶隙能量最高的部位彼此)進(jìn)行連接。

更具體而言，n型半導(dǎo)體部12a的端部12ae的表面由端面12aes和n型半導(dǎo)體部12a的側(cè)面中的端面12aes的附近的部位構(gòu)成。同樣地，p型半導(dǎo)體部12b的端部12be的表面由端面12bes和p型半導(dǎo)體部12b的側(cè)面中的端面12bes的附近的部位構(gòu)成。在圖5所示的一個例子中，電極24連接了端面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(即第1端部(n型半導(dǎo)體部中的與本征半導(dǎo)體部相反側(cè)的端部)與第2端部(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，電極24也可以代替上述一個例子，而構(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。

在此，將元件層疊體14中的各個棒狀的部位稱為單位層疊體14a。多個(在圖5所示的例子中是9個)單位層疊體14a被設(shè)置成各個單位層疊體14a中包含的熱電變換元件12的層疊方向成為與排放氣體的流動方向f正交的第1正交方向d1。另外，隔開預(yù)定間隔(作為一個例子是等間隔)配置了多個單位層疊體14a。更具體而言，關(guān)于相鄰的單位層疊體14a彼此，將正極以及負(fù)極的朝向變更為相互不同，并且隔開預(yù)定間隔經(jīng)由電極24連接。為了對設(shè)置于排放氣體流的下游側(cè)的單位層疊體14a盡可能多地供給排放氣體的熱，優(yōu)選使排放氣體流入到在排放氣體的流動方向f上按照縱列排列的單位層疊體14a之間。因此，上述預(yù)定間隔被設(shè)定為滿足能夠確保這樣的排放氣體流入的間隔。

進(jìn)一步附加而言，在圖5以及圖6所示的例子中，單位層疊體14a在排放氣體的流動方向f上按照縱列(在本實(shí)施方式的一個例子中是3列)設(shè)置，并且，在與排放氣體的流動方向f以及上述第1正交方向d1正交的第2正交方向d2上也作為一個例子設(shè)置3列。熱電變換元件12的層疊方式?jīng)]有特別限定，但在元件層疊體14中，以如圖5所示單位層疊體14a經(jīng)由電極24按照蛇形狀折回這樣的方式，串聯(lián)地層疊了熱電變換元件12。此外，根據(jù)元件層疊體14，適當(dāng)?shù)貨Q定所層疊的熱電變換元件12的數(shù)量，由此能夠通過來自排氣管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勢。

根據(jù)如圖5以及圖6所示那樣設(shè)置的元件層疊體14，各熱電變換元件12以本征半導(dǎo)體部12c的表面與排放氣體流相向的方式(更具體而言，熱電變換元件12的表面中的與排放氣體流相向的表面s中包括本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分的方式)設(shè)置于排氣管2內(nèi)。在本實(shí)施方式中，如上述那樣，熱電變換元件12作為一個例子以棱柱形狀(長方體形狀)形成。因此，熱電變換元件12中面向排放氣體的上游側(cè)的側(cè)面(參照后述圖7(a))相當(dāng)于本熱電變換元件12中的表面s。

圖7(a)～圖7(e)是用于補(bǔ)充地說明熱電變換元件的表面s的解釋的圖。圖7(a)～圖7(e)的各圖中的粗線以及陰影線部表示與排放氣體流相向的表面s的相應(yīng)部分。首先，圖7(a)是表示與圖6相同的配置的熱電變換元件12的側(cè)面圖以及立體圖。在該例子中，在表面s中，包括本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分s1。

接下來，圖7(b)是示出n型半導(dǎo)體部12a的端面12aes與排放氣體的流動方向f相向的設(shè)置例的側(cè)面圖以及立體圖。端面12aes相當(dāng)于該例子中的表面s，所以本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分不包含于表面s。這在p型半導(dǎo)體部12b的端面12bes與排放氣體的流動方向f相向的情況下也是同樣的。

接下來，圖7(c)是示出以相對排放氣體的流動方向f傾斜的狀態(tài)(以第2正交方向d2的軸線為中心，相對圖7(a)所示的設(shè)置狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài))設(shè)置了熱電變換元件12的一個例子的側(cè)面圖以及立體圖。在該例子中，熱電變換元件12的1個側(cè)面和1個端面12aes相當(dāng)于表面s。因此，在該例子中也是本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分s1包含于表面s。此外，在n型半導(dǎo)體部12a和p型半導(dǎo)體部12b的配置與圖7(c)所示的一個例子相反的情況下，熱電變換元件12的1個側(cè)面和1個端面12bes相當(dāng)于表面s。

接下來，圖7(d)是示出以相對排放氣體的流動方向f傾斜的狀態(tài)(以第1正交方向的軸線為中心，相對圖7(a)所示的設(shè)置狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài))設(shè)置了熱電變換元件12的其它例的圖(更具體而言，從與端面12bes垂直的方向觀察的圖和立體圖)。在該例子中，熱電變換元件12中的排放氣體的流動方向f的上游側(cè)的2個側(cè)面相當(dāng)于表面s。因此，在該例子中也是本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分s1包含于表面s。

接下來，圖7(e)是示出以與圖7(a)相同的朝向設(shè)置了按照圓柱形狀形成的熱電變換元件的例子的圖(更具體而言，從與n型半導(dǎo)體部或者p型半導(dǎo)體部的端面垂直的方向觀察的圖和從排放氣體的流動方向f觀察的圖)。熱電變換元件中的與排放氣體流相向的一側(cè)的半圓柱部相當(dāng)于該例子中的表面s。因此，在該例子中也是本征半導(dǎo)體部的表面的一部分s1包含于表面s。

返回到圖6的說明，繼續(xù)說明本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。與排放氣體流相向的表面s是熱電變換元件12在暴露于溫度比自身高的排放氣體的情況下易于變熱的部位。其理由在于，在與排放氣體相向的表面s的周圍中，由于排放氣體向表面s碰撞，排放氣體的紊流(流動)增大，伴隨該紊流(流動)的增大，從排放氣體向熱電變換元件12的熱傳遞被促進(jìn)。該效果不限于排放氣體的上游側(cè)的第1列的單位層疊體14a具有的熱電變換元件12，在第2列以及第3列的單位層疊體14a具有的熱電變換元件12中也能得到。其理由是因?yàn)橛型ㄟ^了第1列的單位層疊體14a的周圍的排放氣體朝向第2列以及第3列的單位層疊體14a的各表面s流入這樣的排放氣體流。因此，在考慮了熱電變換元件12的各部位從排放氣體接受的熱流束(在每單位時間通過單位面積的熱量)的情況下，本實(shí)施方式的各熱電變換元件12的設(shè)置方式可以說是使與表面s相當(dāng)?shù)臒犭娮儞Q元件12的側(cè)面從排放氣體接受的熱流束比帶隙能量最高的n型半導(dǎo)體部12a的端面12aes以及p型半導(dǎo)體部12b的端面12bes的各個從排放氣體接受的熱流束大的方式。這不限于如本實(shí)施方式那樣以長方體形狀形成熱電變換元件12的情況，在熱電變換元件以作為棱柱形狀的其它方式的立方體形狀或者圓柱形狀等形成的情況下也是相同的。

(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)

圖8(a)以及圖8(b)是用于說明實(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8(b)示出按照未利用本發(fā)明的設(shè)置手法的手法來設(shè)置的熱電變換元件。即，在圖8(b)的設(shè)置手法的情況下，與圖7(b)所示的例子同樣地，本征半導(dǎo)體部的表面不包含于作為易于變熱的部位(熱傳遞系數(shù)最高的部位)的表面s。在圖8(b)所示的例子中與表面s相當(dāng)?shù)牟课皇菐赌芰孔罡叩牟课?在該例子中是n型半導(dǎo)體部的端面)。因此，帶隙能量相對低的本征半導(dǎo)體部的表面相比于帶隙能量最高的上述端面，難以促進(jìn)來自排放氣體的熱傳遞。其結(jié)果，易于產(chǎn)生帶隙能量相對高的n型半導(dǎo)體部的溫度比本征半導(dǎo)體部的溫度高這樣的樣式的溫度差，存在難以高效地確保熱電變換元件的電動勢的可能性。

相對于此，圖8(a)與圖6所示的結(jié)構(gòu)同樣地，示出按照本實(shí)施方式的手法設(shè)置的熱電變換元件12。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在作為易于變熱的部位(熱傳遞系數(shù)最高的部位)的表面s中包括本征半導(dǎo)體部12c的表面的一部分，所以能夠易于在本征半導(dǎo)體部12c的表面中促進(jìn)來自排放氣體的熱傳遞。由此，不易產(chǎn)生上述方式的溫度差，所以能夠高效地確保熱電變換元件12的電動勢。因此，即使在作為熱源的排放氣體的流速或者溫度根據(jù)駕駛員的要求等而過渡性地變化那樣的情況下，也能夠高效地進(jìn)行利用了熱電變換元件12的發(fā)電。

但是，排放氣體的流動中的熱電變換元件12的設(shè)置朝向也可以代替上述實(shí)施方式1的圖7(a)所示的例子，而是圖7(c)或者圖7(d)所示的例子。另外，本發(fā)明中的熱電變換元件的形狀如上述那樣不限于長方體形狀，也可以是例如立方體形狀或者圓柱形狀。即使在立方體形狀的熱電變換元件的情況下，也與圖7(a)、圖7(c)或者圖7(d)所示的例子同樣地考慮設(shè)置的朝向即可。另外，在圓柱形狀的熱電變換元件的情況下，如圖7(e)所示的例子那樣考慮設(shè)置的朝向即可，也可以與圖7(c)所示的例子同樣地以相對排放氣體的流動方向f傾斜的方式設(shè)置。

實(shí)施方式2.

接下來，參照圖9以及圖10，說明本發(fā)明的實(shí)施方式2。

圖9是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的車輛的發(fā)電裝置30的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。本實(shí)施方式的發(fā)電裝置30具備具有多個單位層疊體32a的元件層疊體32。構(gòu)成各單位層疊體32a的多個熱電變換元件12如圖9所示經(jīng)由電極34串聯(lián)地連接。作為元件層疊體32的層疊圖案，作為一個例子，與實(shí)施方式1的元件層疊體14同樣。發(fā)電裝置30在與電極34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)行說明。

如圖9所示，發(fā)電裝置30針對將相鄰的熱電變換元件12之間進(jìn)行連接的各個電極34，配備護(hù)罩36，該護(hù)罩36是以不僅覆蓋電極34中的排放氣體的上游側(cè)的部位的表面而且還整體地覆蓋電極34的表面這樣的方式設(shè)置的。更具體而言，在圖9所示的一個例子中，護(hù)罩36以護(hù)罩36的所有內(nèi)表面接觸到與其對應(yīng)的電極34的所有表面這樣的方式覆蓋該電極34。護(hù)罩36構(gòu)成為具有比電極34以及熱電變換元件12各自的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率。具體而言，作為護(hù)罩36的材質(zhì)，使用能夠例如陶瓷。即，本實(shí)施方式的護(hù)罩36構(gòu)成為絕熱材料。

圖10(a)以及圖10(b)是用于說明實(shí)施方式2中的與電極34有關(guān)的結(jié)構(gòu)的效果的圖。圖10(b)示出實(shí)施方式1中的電極24的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)的情況下，電極24與排放氣體直接接觸。因此，在該結(jié)構(gòu)中，電極24的表面也構(gòu)成上述表面s(易于變熱的部位)的一部分。在此，作為金屬的電極24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10(b)的結(jié)構(gòu)的情況下，相比于熱電變換元件12，電極24這一方更易于受到來自排放氣體的熱供給。其結(jié)果，在隨著排放氣體的溫度的上升而向元件層疊體14的供給熱量增加的狀況下，相比于熱電變換元件12的溫度，電極24的溫度更易于先上升。其結(jié)果，供給到電極24的熱易于傳遞到與電極24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以及12bes)。

另一方面，如圖10(a)所示，在本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，護(hù)罩36介于電極34與排放氣體之間。根據(jù)這樣的護(hù)罩36，覆蓋了排放氣體的上游側(cè)的電極34的表面，所以能夠避免由于排放氣體流碰撞到電極34而促進(jìn)從排放氣體向電極34的熱傳遞的現(xiàn)象。

而且，本實(shí)施方式的護(hù)罩36以護(hù)罩36的所有內(nèi)表面接觸到與其對應(yīng)的電極34的所有表面這樣的方式覆蓋了該電極34。與該結(jié)構(gòu)不同，如果護(hù)罩36和電極34隔開，則存在由于排放氣體流入到護(hù)罩36與電極34之間而排放氣體的熱被傳遞到電極34的可能性。然而，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，還能夠抑制這樣的方式的熱傳遞。進(jìn)而，護(hù)罩36的熱傳導(dǎo)率低于電極34的熱傳導(dǎo)率。因此，還能夠抑制從護(hù)罩36向電極34的熱傳導(dǎo)。由此，能夠抑制從電極34向n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的熱輸入。其結(jié)果，能夠抑制產(chǎn)生上述方式的溫度差，所以能夠進(jìn)行高效的發(fā)電。進(jìn)一步附加而言，在本實(shí)施方式中，護(hù)罩36的熱傳導(dǎo)率低于熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率。因此，還能夠抑制從護(hù)罩36向熱電變換元件12的熱輸入。

但是，用于抑制向電極34的熱輸入的護(hù)罩(相當(dāng)于本發(fā)明中的“電極護(hù)罩”)的結(jié)構(gòu)除了上述實(shí)施方式2的護(hù)罩36的結(jié)構(gòu)以外，也可以是例如以下那樣的結(jié)構(gòu)。圖11(a)以及圖11(b)是用于說明本發(fā)明的與電極有關(guān)的結(jié)構(gòu)的變形例的圖。

首先，在圖11(a)所示的結(jié)構(gòu)中，護(hù)罩38并不是整體地覆蓋電極34的表面，而是設(shè)置成在由于與排放氣體流相向而易于變熱的部位的排放氣體的上游側(cè)(按照不與電極34接觸的方式)覆蓋電極34的表面。如該護(hù)罩38那樣，本發(fā)明中的電極護(hù)罩也可以設(shè)置成僅覆蓋電極的表面中的流體的流動方向的上游側(cè)的部位。通過這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制排放氣體流直接碰撞到電極34，所以能夠抑制由于這樣的排放氣體的碰撞而促進(jìn)從排放氣體向電極34的熱傳遞的現(xiàn)象。此外，護(hù)罩38是使用省略圖示的安裝工具安裝于熱電變換元件12或者排氣管2。

另外，圖11(b)所示的護(hù)罩40也是僅在排放氣體的上游側(cè)覆蓋電極34的表面，但是，護(hù)罩40以與電極34接觸的方式覆蓋電極34。因此，在該護(hù)罩40的情況下，與圖11(a)所示的護(hù)罩38不同，為了抑制從護(hù)罩40向電極34的熱傳導(dǎo)，與實(shí)施方式2的護(hù)罩36同樣地構(gòu)成為絕熱材料。根據(jù)圖11(b)所示的結(jié)構(gòu)，相比于圖11(a)所示的結(jié)構(gòu)，能夠避免排放氣體流入護(hù)罩40與電極34之間所致的向電極34的熱輸入，并且，還能夠抑制從護(hù)罩40向電極34的熱傳導(dǎo)。因此，相比于圖11(a)所示的結(jié)構(gòu)，能夠抑制向電極34的熱輸入。

實(shí)施方式3.

接下來，參照圖12以及圖13，說明本發(fā)明的實(shí)施方式3。

圖12是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的車輛的發(fā)電裝置50的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖13是示意地示出圖12所示的元件層疊體14周圍的結(jié)構(gòu)的立體圖。本實(shí)施方式的發(fā)電裝置50與實(shí)施方式1同樣地具備元件層疊體14。

在此，圖12所示，將以不包括本征半導(dǎo)體部12c、并且包括n型半導(dǎo)體部12a的端部12ae以及p型半導(dǎo)體部12b的端部12be(都是帶隙能量最高的部位)的方式確定的部位稱為各熱電變換元件12的高帶隙能量部(以下主要簡稱為“高be部”)12d。

單位層疊體14a是多個(作為一個例子是2個)熱電變換元件12的層疊體。單位層疊體14a作為一個例子具備9個，這些單位層疊體14a如圖12以及圖13所示，在排放氣體的流動方向f以及第2正交方向d2各自的方向上隔開預(yù)定間隔配置。另外，元件層疊體14構(gòu)成為這些單位層疊體14a的各個具有的熱電變換元件12(以及電極24)的位置在第1正交方向d1上對齊。

本實(shí)施方式的發(fā)電裝置50中的元件層疊體14具備護(hù)罩52。為了具有上述結(jié)構(gòu)的元件層疊體14，護(hù)罩52構(gòu)成為在排放氣體的流動方向f以及第2正交方向d2這雙方上按照板狀延伸、并且在第1正交方向d1上覆蓋處于與該護(hù)罩52重疊的位置的熱電變換元件12各自的高be部12d。更具體而言，與如上所述構(gòu)成的元件層疊體14的結(jié)構(gòu)對應(yīng)地，護(hù)罩52按照以與排放氣體的流動方向f以及第2正交方向d2分別平行地延伸的方式進(jìn)行了3分割的樣式構(gòu)成。

元件層疊體14的各熱電變換元件12具有的高be部12d被如上所述構(gòu)成的護(hù)罩52的各個不僅覆蓋高be部12d中的排放氣體的上游側(cè)的部位的表面，而且還整體地覆蓋高be部12d的表面。更具體而言，護(hù)罩52的各個以與高be部12d的表面接觸的方式覆蓋高be部12d的整個面、并且使本征半導(dǎo)體部12c和其附近的部位(即高be部12d以外的部位)露出在排放氣體中。另外，護(hù)罩52與高be部12d接觸，所以構(gòu)成為具有比熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率。具體而言，作為護(hù)罩52的材質(zhì)，例如能夠使用陶瓷。

進(jìn)而，在上述實(shí)施方式2中，只有電極34被護(hù)罩36覆蓋，相對于此，本實(shí)施方式的護(hù)罩52將各熱電變換元件12的高be部12d和各電極24一起覆蓋。即，在本實(shí)施方式中，用于電極24的電極護(hù)罩和用于高be部12d的高帶隙能量護(hù)罩(相當(dāng)于本發(fā)明中的“高帶隙能量護(hù)罩”)一體地形成。

在更詳細(xì)地說明時，護(hù)罩52覆蓋了電極24和與其連接的n型半導(dǎo)體部12a以及p型半導(dǎo)體部12b的高be部12d。關(guān)于電極24，護(hù)罩52也以與電極24接觸的方式覆蓋。因此，護(hù)罩52由不僅比熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率低而且還比電極24的熱傳導(dǎo)率低的部件(作為一個例子是如上所述陶瓷)構(gòu)成。

通過具有以上說明的結(jié)構(gòu)的護(hù)罩52，堵住排氣管2的流路的一部分，排氣管2的流路剖面積變小。如上所述，本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位不被護(hù)罩52覆蓋而露出在排放氣體中。即，以本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位的周圍被確保為排放氣體的流路這樣的方式，通過護(hù)罩52，閉塞了排氣管2的流路的一部分。

根據(jù)具備護(hù)罩52的本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，能夠防止排放氣體碰撞到高be部12d。由此，能夠抑制高be部12d的周圍處的排放氣體的紊流(流動)所致的熱傳遞促進(jìn)。另外，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，針對帶隙能量相對低的本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位，能夠使由于通過采用護(hù)罩52來縮小流路剖面積而提高了流速的排放氣體碰撞。由此，能夠在本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位的周圍處產(chǎn)生流速高的排放氣體的流動，所以能夠促進(jìn)本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位處的熱傳遞。這樣，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，能夠在本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位處，集中地進(jìn)行來自排放氣體的熱傳遞。因此，相比于實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)，能夠更可靠地抑制產(chǎn)生上述方式的溫度差。

另外，本實(shí)施方式的護(hù)罩52以與高be部12d接觸的方式覆蓋高be部12d。因此，能夠防止由于排放氣體流入護(hù)罩52與高be部12d之間而排放氣體的熱被傳遞到高be部12d的現(xiàn)象。這關(guān)于護(hù)罩52與電極24的關(guān)系也是同樣的。另外，構(gòu)成為護(hù)罩52的熱傳導(dǎo)率低于熱電變換元件12以及電極24各自的熱傳導(dǎo)率。由此，還能夠抑制從護(hù)罩52向高be部12d以及電極24的熱傳導(dǎo)。

但是，用于抑制流體向高be部的碰撞并且促進(jìn)本征半導(dǎo)體部12c和流速高的流體的碰撞的高帶隙能量護(hù)罩除了上述實(shí)施方式3的護(hù)罩52以外，也可以例如構(gòu)成為如以下說明的護(hù)罩66或者護(hù)罩72。

圖14以及圖15是用于說明與本發(fā)明的高帶隙能量護(hù)罩有關(guān)的結(jié)構(gòu)的第1變形例的圖。圖14是從與圖12相同的方向觀察了第1變形例的發(fā)電裝置60的結(jié)構(gòu)的圖，圖15是從排放氣體的流動方向f觀察了圖14所示的元件層疊體64的一部分的圖。

關(guān)于護(hù)罩的結(jié)構(gòu)以外的第1變形例和實(shí)施方式3的主要的區(qū)別點(diǎn)是熱電變換元件的形狀。即，構(gòu)成發(fā)電裝置60具備的元件層疊體64的熱電變換元件62如從圖14以及圖15可知那樣形成為正八面體。熱電變換元件62的本征半導(dǎo)體部62c位于2個四棱錐的接合部。

設(shè)為元件層疊體64的層疊圖案作為一個例子與元件層疊體14相同。發(fā)電裝置60具備多個護(hù)罩66。其中的一部分護(hù)罩66針對每個單位層疊體64a分割而配備，并形成為在單位層疊體64a的層疊方向(即第1正交方向d1)上延伸。另外，剩余的護(hù)罩66以與上述護(hù)罩52同樣的結(jié)構(gòu)，配置于元件層疊體64中的第1正交方向d1的端部。該第1變形例的結(jié)構(gòu)中的護(hù)罩66也與上述護(hù)罩52同樣地，構(gòu)成為以與高be部62d接觸的方式覆蓋高be部62d、并且使本征半導(dǎo)體部62c的表面露出在排放氣體中。另外，護(hù)罩66構(gòu)成為不僅覆蓋高be部62d，而且還覆蓋電極68(以與電極68接觸的方式)。而且，護(hù)罩66構(gòu)成為具有比熱電變換元件62以及電極68各自的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率。具體而言，作為護(hù)罩66的材質(zhì)，例如能夠使用陶瓷。

在第1變形例的結(jié)構(gòu)中，也與實(shí)施方式1等的結(jié)構(gòu)同樣地，在作為易于變熱的部位(熱傳遞系數(shù)最高的部位)的表面s(參照圖15)中，包括本征半導(dǎo)體部62c的表面的一部分。而且，通過本結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)熱電變換元件62的形狀，與實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)同樣地，也能夠抑制排放氣體向高be部62d的碰撞，并且促進(jìn)本征半導(dǎo)體部62c和流速高的排放氣體的碰撞。

接下來，圖16是用于說明與本發(fā)明的高帶隙能量護(hù)罩有關(guān)的結(jié)構(gòu)的第2變形例的圖。圖16是從與圖12相同的方向觀察了第2變形例的發(fā)電裝置70的結(jié)構(gòu)的圖。該發(fā)電裝置70的結(jié)構(gòu)關(guān)于護(hù)罩的結(jié)構(gòu)以外基本上與實(shí)施方式2的發(fā)電裝置30相同。

在圖16所示的發(fā)電裝置70中，護(hù)罩72并不是整體地覆蓋高be部12d的表面，而是在由于與排放氣體流相向而成為易于變熱的部位的排放氣體的上游側(cè)以覆蓋高be部12d的表面(按照不與高be部12d接觸的方式)的方式設(shè)置。如該護(hù)罩72那樣，本發(fā)明中的高帶隙能量護(hù)罩也可以設(shè)置成僅覆蓋高帶隙能量部的表面中的流體的流動方向的上游側(cè)的部位。另外，也可以如本結(jié)構(gòu)那樣，電極護(hù)罩和高帶隙能量護(hù)罩是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，也可以在本發(fā)明中的熱電變換元件中，僅具備高帶隙能量護(hù)罩。

通過圖16所示的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制排放氣體流直接地碰撞到高be部12d，所以能夠抑制由于這樣的排放氣體的碰撞而從排放氣體向高be部12d的熱傳遞被促進(jìn)的現(xiàn)象。另外，通過設(shè)置護(hù)罩72，能夠促進(jìn)本征半導(dǎo)體部12c和流速高的排放氣體的碰撞。此外，護(hù)罩72是使用省略圖示的安裝工具而安裝到熱電變換元件12或者排氣管2。另外，與本結(jié)構(gòu)不同，護(hù)罩72也可以構(gòu)成為使用比熱電變換元件12的熱傳導(dǎo)率低的熱傳導(dǎo)率的部件，以與高be部12d接觸的方式覆蓋高be部12d。

另外，在上述實(shí)施方式3中，說明了作為除了高be部12d以外的部位，存在本征半導(dǎo)體部12c及其附近的部位的例子。然而，作為被高帶隙能量護(hù)罩覆蓋的對象的高be部也可以是除了本征半導(dǎo)體部以外的所有部位。

另外，在上述實(shí)施方式3中例示的元件層疊體14中，在排放氣體的流動方向f以及第2正交方向d2這雙方上，隔開預(yù)定間隔而配置了多個(作為一個例子是3個)單位層疊體14a。與這樣的結(jié)構(gòu)不同，在排放氣體的流動方向f以及第2正交方向d2中的某一方向上隔開預(yù)定間隔而配置多個單位層疊體的結(jié)構(gòu)的情況下，高帶隙能量護(hù)罩構(gòu)成為朝向流動方向f以及第2正交方向d2中的設(shè)置多個單位層疊體的方向延伸即可。

但是，在上述實(shí)施方式1～3以及它們的變形例中，說明了具備多個熱電變換元件12等元件層疊體14等的發(fā)電裝置10等。然而，本發(fā)明的發(fā)電裝置未必限定為具備多個熱電變換元件而作為元件層疊體，也可以具備以本征半導(dǎo)體部的表面與流體的流動相向的方式設(shè)置在流路內(nèi)的1個熱電變換元件。

另外，圖17是用于說明圖2所示的熱電變換元件12的其它層疊手法的圖。圖17是從排放氣體的流動方向f觀察了元件層疊體80的圖。在該圖17所示的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成元件層疊體80的各熱電變換元件12也以本征半導(dǎo)體部12c的表面與排放氣體流相向的方式設(shè)置于排氣管2內(nèi)。

在圖17所示的結(jié)構(gòu)中，作為正極發(fā)揮功能的p型半導(dǎo)體部12b的端面12bes彼此通過電極82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彼此通過電極84電連接。在層疊多個熱電變換元件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17所示的結(jié)構(gòu)那樣并聯(lián)地連接熱電變換元件12。另外，在層疊多個熱電變換元件12的情況下，也可以適當(dāng)?shù)亟M合串聯(lián)連接和并聯(lián)連接。

此外，根據(jù)在本發(fā)明中的設(shè)置熱電變換元件(例如熱電變換元件12)的流路內(nèi)流過的流體的種類，有時為了抑制從熱電變換元件向流體的電流泄漏，需要使熱電變換元件與流體之間絕緣。在該情況下，熱電變換元件的表面也可以與絕緣部件接觸。另外，針對熱電變換元件的表面，除了可以接觸絕緣部件以外，也可以接觸例如保護(hù)構(gòu)件(例如覆蓋熱電變換元件的罩)。即使在這樣的情況下，流體的熱也經(jīng)由絕緣部件以及保護(hù)部件中的某一方或者雙方傳遞到熱電變換元件。因此，即使在這樣的情況下，通過以本征半導(dǎo)體部與流體的流動相向的方式將熱電變換元件設(shè)置于流路內(nèi)，能夠促進(jìn)熱從流體移動到本征半導(dǎo)體部。此外，當(dāng)發(fā)電裝置具備收容熱電變換元件的殼體時，上述罩可以構(gòu)成該殼體的一部分。

另外，以上說明的各實(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)明的要旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。