车辆的发电装置的制作方法

本发明涉及车辆的发电装置，特别涉及利用热电变换元件的车辆的发电装置。

背景技术：

已知有利用塞贝克效应(seebeckeffect)的各种热电变换元件。为了使用该热电变换元件而得到电动势，在构成该热电变换元件的2种金属或者半导体之间需要温度差。因此，为了利用该热电变换元件进行发电，需要用于维持温度差的冷却装置等。对此，在专利文献1中，公开了可用作无需温度差就能进行发电的热电变换元件的半导体单晶。

专利文献1记载的半导体单晶具体而言具有n型半导体部、p型半导体部以及位于n型半导体部与p型半导体部之间的本征半导体部，并构成为本征半导体部的带隙能量比n型半导体部以及p型半导体部的带隙能量低。在对具有这样的结构的半导体单晶进行加热以使得收敛于预定的温度范围时，即使在n型半导体部与p型半导体部之间未产生温度差，在本征半导体部中，电子也从价带激发到导带。激发到导带的电子向能量低的n型半导体部移动，在价带产生的空穴向能量高的p型半导体部移动。由于通过这些移动而产生的载流子(电子以及空穴)偏移，上述半导体单晶成为以p型半导体部为正极、以n型半导体部为负极的发电材料。因此，通过将具有上述结构的半导体单晶用作热电变换元件，即使在n型半导体部与p型半导体部之间未产生温度差，在热电变换元件的温度处于预定的温度范围内时也能够发电。

现有技术文献

专利文献1：国际公开第2015/125823号

专利文献2：日本特开2004-011512号公报

技术实现要素：

为了有效利用汽车等车辆的结构零件释放的热，考虑将作为热电变换元件具备上述专利文献1记载的半导体单晶的发电装置应用于车辆的各种部位。在该情况下，期望能够着眼于上述热电变换元件的特性来高效地发电。

本发明是鉴于上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种车辆的发电装置，该车辆的发电装置具备构成为位于n型半导体部与p型半导体部之间的本征半导体部的带隙能量比n型半导体部以及p型半导体部的带隙能量低的热电变换元件，并且能够以高效地发电的方式将热电变换元件搭载于车辆。

本发明的车辆的发电装置具备热电变换元件，该热电变换元件具有n型半导体部、p型半导体部以及位于所述n型半导体部与所述p型半导体部之间的本征半导体部，所述热电变换元件构成为所述本征半导体部的带隙能量比所述n型半导体部以及所述p型半导体部的带隙能量低。所述发电装置应用于具有对所述热电变换元件供给热的热供给体的车辆。在所述发电装置中，从热供给面对所述热电变换元件供给热，所述热供给面相当于所述热供给体的表面、或者相当于在所述热电变换元件与所述热供给体之间介有中间部件的情况下的所述中间部件的表面。所述热电变换元件被设置成所述热电变换元件的表面中的至少所述本征半导体部的表面的一部分或者全部与所述热供给面接触。

所述热电变换元件也可以包括第1热电变换元件和第2热电变换元件。所述发电装置还可以具备将所述第1热电变换元件和所述第2热电变换元件电连接的电极。另外，所述第1热电变换元件的表面中的至少所述本征半导体部的表面的一部分或者全部也可以与所述热供给面的第1部位接触。另外，所述第2热电变换元件的表面中的至少所述本征半导体部的表面的一部分或者全部也可以与所述热供给面中的与所述第1部位不同的第2部位接触。

所述电极也可以将所述第1热电变换元件的所述n型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部和所述第2热电变换元件的所述p型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部进行连接。

所述电极也可以包括：正极，将所述第1热电变换元件的所述n型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部和所述第2热电变换元件的所述n型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部进行连接；以及负极，将所述第1热电变换元件的所述p型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部和所述第2热电变换元件的所述p型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部进行连接。

所述发电装置也可以构成为所述热供给面侧的所述电极的表面从所述热供给面接受的热通量小于所述第1热电变换元件以及所述第2热电变换元件各自的所述本征半导体部的表面从所述热供给面接受的热通量。

所述电极也可以被设置成隔着气层而与所述热供给面相对置。

所述发电装置还可以具备介于所述电极的表面与所述热供给面之间的绝热材料。

所述发电装置还可以具备绝热材料，该绝热材料被设置成介于所述热电变换元件的所述n型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部、或者所述热电变换元件的所述p型半导体部中的与所述本征半导体部相反侧的端部与所述热供给面之间。

所述发电装置也可以具备所述热电变换元件作为热电变换模块。所述热电变换模块也可以是将电连接多个所述热电变换元件而得到的元件层叠体容纳于壳体而得到的。也可以是，所述壳体相当于所述中间部件，或者在所述壳体与所述热电变换元件之间介有绝缘部件的情况下所述壳体以及所述绝缘部件相当于所述中间部件。另外，构成所述元件层叠体的多个所述热电变换元件中的至少一部分的所述热电变换元件的所述热供给面也可以是所述壳体的内表面或者所述绝缘部件中的所述热电变换元件侧的表面。

所述热电变换模块也可以被设置成位于作为所述热供给面发挥功能的所述内表面的背侧的所述壳体的外表面与所述热供给体的表面接触。

所述热供给面也可以包括第1热供给面和第2热供给面。另外，也可以是，所述热电变换元件的表面当中，所述本征半导体部的表面的第1部位与所述第1热供给面接触，所述本征半导体部的表面的第2部位与所述第2热供给面接触。

所述热供给体也可以具有多个热供给体。另外，所述热电变换元件的表面中的至少所述本征半导体部的表面的一部分或者全部也可以接触到与多个所述热供给体的各个有关的所述热供给面。

所述热供给体也可以是搭载于所述车辆的内燃机的排气管。补充而言，在具有多个所述热供给体的情况下，也可以是多个所述热供给体中的一个是搭载于所述车辆的内燃机的排气管。

根据本发明，构成为位于n型半导体部与p型半导体部之间的本征半导体部的带隙能量比n型半导体部以及p型半导体部的带隙能量低的热电变换元件被设置成至少本征半导体部的表面的一部分或者全部与热供给面接触。在此，具有上述结构的热电变换元件产生带隙能量相对高的n型半导体部或者p型半导体部的温度比本征半导体部的温度高这样的方式下的温度差时，难以高效地确保热电变换元件的电动势。根据本发明中的上述设置手法，能够以确保向本征半导体部输入热的方式将热电变换元件设置于车辆。由此，不易产生上述方式下的温度差，所以能够高效地确保热电变换元件的电动势。因此，能够进行效率良好的发电。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的车辆的发电装置的应用例的图。

图2是示意地示出图1所示的发电装置具备的热电变换元件的结构的立体图。

图3是示出图2所示的热电变换元件的带隙能量的状态的概念图。

图4是表示热电变换元件的电动势与温度的关系的图。

图5是示意地表示本发明的实施方式1中的发电装置的具体的结构的图。

图6是用于说明实施方式1中的热电变换元件的设置手法的效果的图。

图7是用于说明实施方式1中的热电变换元件的层叠手法的效果的图。

图8是示意地表示本发明的实施方式2的车辆的发电装置的整体结构的立体图。

图9是表示图8所示的热电变换模块的内部构造的部分透视图。

图10是示出用图8所示的a-a线切断的热电变换模块以及排气管的剖面的图。

图11是着眼于各个热电变换元件并且用于说明实施方式2中的热电变换元件的设置手法的效果的图。

图12是用于说明实施方式2中的热电变换元件的层叠手法的效果的图。

图13是示意地表示本发明的实施方式3的车辆的发电装置的整体结构的图。

图14是用于说明实施方式3中的与电极有关的结构的效果的图。

图15是用于说明本发明的实施方式4的车辆的发电装置中的与电极有关的结构的图。

图16是示意地表示本发明的实施方式5的车辆的发电装置的整体结构的图。

图17是用于说明实施方式5中的与电极有关的结构的效果的图。

图18是用于说明本发明的实施方式6的车辆的发电装置中的与电极有关的结构的图。

图19是用于说明图2所示的热电变换元件的其它设置手法的图。

图20是用于说明图2所示的热电变换元件的其它设置手法的图。

图21是用于说明图2所示的热电变换元件的其它设置手法的图。

图22是用于说明图2所示的热电变换元件的其它层叠手法的图。

图23是用于说明图2所示的热电变换元件的其它设置手法的图。

附图标记说明

1：内燃机；2、82、92：排气管；10、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120：发电装置；12：热电变换元件；12a：n型半导体部；12b：p型半导体部；12c：本征半导体部；14、42、64：元件层叠体；16、44、66、112、114：电极；18：绝缘部件；20：电路；22：开关；24：电气零件；26：电子控制单元(ecu)；32、62：热电变换模块；32a：壳体；32a1、32a2：壳体的壁部；46、68、116：气层；52、72、84：绝热材料；82a、92b：排气管主体部；82b：排气管的散热片部；92b：排气管的突起部；102：中间部件；102a：中间部件的贯通孔；122：蓄电池；124：冷却水软管。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的各实施方式。此外，在各附图中，对同一或者类似的构成要素附加同一符号。

实施方式1.

首先，参照图1～图7，说明本发明的实施方式1。图1是表示本发明的实施方式1的车辆的发电装置10的应用例的图。图2是示意地示出图1所示的发电装置10具备的热电变换元件12的结构的立体图。

[车辆中的发电装置的应用部位]

本实施方式的发电装置10的应用部位没有特别限定，而作为一个例子，如图1所示，发电装置10能够应用于来自车辆搭载的内燃机1的排放气体流过的排气管2。在图1所示的例子中，在排气管2中流过的排放气体的热经由排气管2被供给到热电变换元件12。这样，在该例子中，排气管2相当于本发明中的“热供给体”。作为车辆的结构部件且对热电变换元件12供给热的热供给体的例子，除了排气管2以外，还可以举出内燃机1的气缸体以及气缸盖、使内燃机1冷却的发动机冷却水流通的冷却水软管、用于使发动机冷却水冷却的散热器、与内燃机组合的变速器以及积蓄车辆使用的电力的蓄电池等。进一步补充而言，供给热时的热供给体的温度比热电变换元件12的环境空气(在本实施方式中为大气)的温度高。此外，关于发电装置10的具体的结构，参照图5而后述，本实施方式的发电装置10具备将多个热电变换元件12电连接而得到的元件层叠体14。

[热电变换元件的结构]

在图2所示的一个例子中，热电变换元件12以棱柱形状形成。热电变换元件12在一端侧具备n型半导体部12a，在另一端侧具备p型半导体部12b。另外，热电变换元件12在n型半导体部12a与p型半导体部12b之间，具备本征半导体部12c。

图3(a)以及图3(b)是示出图2所示的热电变换元件12的带隙能量的状态的概念图。图3(a)以及图3(b)的纵轴是电子的能量，横轴是从热电变换元件12中的n型半导体部12a侧的端面12aes起的距离l(参照图2)。

如图3(a)以及图3(b)所示，n型半导体部12a是费米能级f处于导带侧的部位，p型半导体部12b是费米能级f处于价带侧的部位。本征半导体部12c是费米能级f处于导带与价带之间的禁带的中央的部位。带隙能量相当于价带的最上部和导带的最下部的能量差。如从这些图可知，在热电变换元件12中，本征半导体部12c中的带隙能量比n型半导体部12a以及p型半导体部12b中的带隙能量低。此外，在图3(a)以及图3(b)中示出的n型半导体部12a、p型半导体部12b以及本征半导体部12c的长度的比例是一个例子，该比例根据热电变换元件(半导体单晶)12的形成方法而变化。另外，n型半导体部12a、p型半导体部12b以及本征半导体部12c中的带隙能量能够通过例如逆光电子光谱法来测量。

具有上述特性(即本征半导体部12c中的带隙能量比n型半导体部12a以及p型半导体部12b中的带隙能量低)的热电变换元件(半导体单晶)12例如能够由包合物的化合物(包合化合物)构成。作为这样的包合物的化合物的一个例子，能够使用硅包合物ba8au8si38。

本实施方式的热电变换元件12的制造方法只要能够使热电变换元件12具有上述特性，则没有特别限定。在热电变换元件12作为一个例子是硅包合物ba8au8si38的情况下，能够使用例如在国际专利申请的国际公开第2015/125823号中详述的制造方法。其概要如下所述。即，以ba、au和s的比(摩尔比)为8：8：38的方式，称量ba粉末、au粉末以及si粉末。利用电弧熔融法将称量出的粉末熔融。通过对得到的融液进行冷却，得到硅包合物ba8au8si38的锭。将这样调制出的硅包合物ba8au8si38的锭粉碎为粒状。通过利用提拉法(czochralskimethod)在坩埚内将粉碎的硅包合物ba8au8si38熔融，得到硅包合物ba8au8si38的单晶。图2所示的热电变换元件12是将通过这样的手法得到的硅包合物ba8au8si38的单晶切断为棱柱形状(更具体而言为长方体形状)而得到的。关于热电变换元件的形状，不限于将上述单晶切断为长方体形状，能够将上述单晶切断为立方体形状、圆柱形状或者其它期望的形状从而任意地选择。

[发电原理]

图3(a)是示出将热电变换元件12加热到预定的温度时的热激发的状态的概念图。在将热电变换元件12加热到温度t0(参照后述的图4)以上时，如图3(a)所示，价带的电子(黑圆)热激发到导带。更具体而言，在由于热的供给而超过带隙能量的能量被提供到位于价带的最上部的电子时，电子激发到导带。在热电变换元件12的温度上升的过程中，得到仅在带隙能量相对低的本征半导体部12c中产生这样的热所致的电子的激发的状态。图3(a)示出将热电变换元件12加热到得到这样的状态的预定的温度(例如温度t0)的状态。在该状态下，在带隙能量相对高的n型半导体部12a以及p型半导体部12b中电子不被热激发。

图3(b)是示出将热电变换元件12加热到上述预定的温度时的电子(黑圆)以及空穴(白圆)的移动的概念图。如图3(b)所示，激发到导带的电子朝能量低的一方、即n型半导体部12a侧移动。另一方面，由于电子的激发而在价带产生的空穴朝能量高的一方、即p型半导体部12b移动。通过这样的载流子的偏移，n型半导体部12a带负电，p型半导体部12b带正电，所以在n型半导体部12a与p型半导体部12b之间产生电动势。因此，根据热电变换元件12，即使在n型半导体部12a与p型半导体部12b之间无温度差，也能够发电。这样的发电原理与根据温度差产生电动势的塞贝克效应不同。利用热电变换元件12的发电装置10不是必须设置温度差，所以不需要用于设置温度差的冷却部，所以能够简化装置结构。

图4是表示热电变换元件12的电动势与温度的关系的图。此处所称的热电变换元件12的电动势是指作为正极发挥功能的p型半导体部12b侧的端部与作为负极发挥功能的n型半导体部12a侧的端部的电位差。更具体而言，图4所示的关系表示以在n型半导体部12a与p型半导体部12b之间不产生温度差的方式对热电变换元件12进行加热时产生的电动势的温度特性。此外，产生电动势的温度范围是根据热电变换元件的组成而不同的。

如图4所示，通过将热电变换元件12加热到温度t0以上，产生电动势。更具体而言，随着热电变换元件12的温度变高，电动势上升。如图4所示由于升温而电动势变高的理由被认为是由于供给热量的增加而在带隙能量相对低的本征半导体部12c中可激发的电子以及空穴的数量增加的缘故。另外，如图4所示，电动势在某个温度t1下呈现峰值，在使热电变换元件12相比于温度t1进一步升温时，电动势降低。认为其理由是如下情况造成了影响：在热电变换元件12的温度变高时，不仅在本征半导体部12c中产生电子以及空穴的热激发，而且在n型半导体部12a以及p型半导体部12b中也产生电子以及空穴的热激发。

[热电变换元件(元件层叠体)针对排气管的设置手法以及发电装置的整体结构]

从上述图4也可知，如果能够将热电变换元件12的温度设为预定的温度范围内，则能够进行利用热电变换元件12的发电。可以说更优选的是，如果能够将热电变换元件12的温度设为图4中的电动势达到峰值的温度t1附近的温度，则能够进行效率良好的发电。因此，为了在车辆上利用热电变换元件12高效地进行发电，可以说首先从车辆的结构部件中选择能够对热电变换元件12供给热以使得热电变换元件12的温度成为适合于发电的温度的热供给体，并对选择的热供给体设置热电变换元件12即可。具体而言，排气管2内的排放气体的温度随着朝向下游而变低，所以关于排气管2的壁面温度，排放气体的下游侧这一方也变低。因此，可以说如本实施方式那样，在热供给体是排气管2的情况下，为了得到能够进行效率良好的发电的热源，在排放气体的流动方向上确定热电变换元件12针对排气管2的设置部位即可。

(在想要高效地进行发电的情况下的课题)

如已述那样，热电变换元件12构成为在接受来自热供给体的热的供给时，利用随着本征半导体部12c中的电子的热激发而产生的电子以及空穴的移动来得到电动势。在此，在热电变换元件12中，如果是以本征半导体部12c的温度比n型半导体部12a以及p型半导体部12b的温度高的方式产生温度差的情况，则相比于n型半导体部12a以及p型半导体部12b中的电子的热激发，本征半导体部12c中的电子的热激发被促进，所以可以说没问题，反倒可以说是优选。另一方面，根据热电变换元件12的设置的方式，还可能存在以n型半导体部12a以及p型半导体部12b的一方或者双方的温度比本征半导体部12c的温度高的方式产生温度差的情况。当该方式下的温度差变大时，在n型半导体部12a以及p型半导体部12b的一方或者双方中易于产生电子的热激发。作为其结果，有可能难以确保热电变换元件12的电动势。为了能够利用热电变换元件12进行效率良好的发电，使得难以产生后者的方式下的温度差是有效的。而且，为此，热电变换元件12(元件层叠体14)针对热供给体的设置方式优选是能够可靠地向本征半导体部12c输入热。

(实施方式1的热电变换元件(元件层叠体)的设置手法)

于是，在本实施方式中，按照以下的图5所示的结构，将作为热电变换元件12的层叠体的元件层叠体14设置于排气管2的外表面之上。

图5是示意地表示本发明的实施方式1中的发电装置10的具体的结构的图。此外，在图5等中，为了易于理解地图示热电变换元件12的配置，将热电变换元件12分成n型半导体部12a侧和p型半导体部12b侧表示。位于两者之间的本征半导体部12c存在于划分n型半导体部12a和p型半导体部12b的边界线的附近。此外，在图5所示的一个例子中，元件层叠体14设置于排气管2具有的平面部之上。其中，元件层叠体14也可以在排气管2的圆管部之上沿着该圆管部的外表面而设置。

如图5所示，在元件层叠体14中，相邻的热电变换元件12经由电极16串联地连接。这样，元件层叠体14构成为以热电变换元件12和电极16作为构成要素。作为电极16，能够使用例如电阻率低的铜等金属材料。根据已述的热电变换元件12的发电原理，p型半导体部12b作为正极发挥功能，n型半导体部12a作为负极发挥功能。因此，由于通过发电产生的电动势而引起的电流的流动方向为从p型到n型。在本实施方式中，为了尽可能确保电极16的两端的电位差并且使电流平滑地流过，电极16构成为连接一个热电变换元件12(相当于本发明中的“第1热电变换元件”)的n型半导体部12a中的与本征半导体部12c相反侧的端部12ae(参照图2)和另一个热电变换元件12(相当于本发明中的“第2热电变换元件”)的p型半导体部12b中的与本征半导体部12c相反侧的端部12be(参照图2)(即带隙能量最高的部位彼此)。

更具体而言，n型半导体部12a的端部12ae的表面包括端面12aes和n型半导体部12a的侧面中的端面12aes的附近的部位。同样地，p型半导体部12b的端部12be的表面包括端面12bes和p型半导体部12b的侧面中的端面12bes的附近的部位。在图5所示的一个例子中，电极16连接有端面12aes和端面12bes。然而，本发明中的电极连接相邻的热电变换元件的端部之间(n型半导体部中的与本征半导体部相反侧的端部和p型半导体部中的与本征半导体部相反侧的端部之间)即可。因此，代替上述一个例子，电极16也可以构成为连接端面12aes的附近的n型半导体部12a的侧面和端面12bes的附近的p型半导体部12b的侧面。

热电变换元件12的层叠的方式没有特别限定，但在图5所示的一个例子中，元件层叠体14以按照蛇形(serpentine)形状叠回这样的方式串联地层叠了热电变换元件12。根据元件层叠体14，通过适合地决定层叠的热电变换元件12的数量，从而能够通过来自排气管2的热供给，在设想的热电变换元件12的温度条件下得到期望的大小的电动势。

本实施方式的发电装置10具有如下特征：以如下那样的方式在排气管2之上设置有构成元件层叠体14的各热电变换元件12。即，如图5所示，各热电变换元件12的本征半导体部12c的表面的一部分隔着绝缘部件18设置于排气管2的表面(更具体而言是外表面)之上。在图5所示的热电变换元件12的形状的例子中，本征半导体部12c的表面的上述一部分对应于与排气管2(绝缘部件18)相对置的热电变换元件12的侧面所包含的本征半导体部12c的表面。

绝缘部件18是为了抑制从热电变换元件12向排气管2(金属部件)的电流泄漏而设置的。因此，绝缘部件18不仅介于热电变换元件12与排气管2之间，还介于电极16与排气管2之间。在本发电装置10中，要求将作为热源的排放气体(更追溯而言为内燃机1)的热从作为热供给体的排气管2经由绝缘部件18传递给各热电变换元件12。因此，作为绝缘部件18，使用电阻率比电极16高且热传导率优良的部件。作为这样的部件，可以举出例如氮化硅、氮化铝、氧化铝或者氮化硼。

根据图5所示的结构，介于各热电变换元件12与排气管2之间的绝缘部件18相当于本发明中的“中间部件”。而且，热电变换元件12侧的绝缘部件18的表面相当于本发明中的“热供给面”。此外，如果是热供给体的表面与热电变换元件直接接触的情况，则该热供给体的表面相当于本发明中的“热供给面”。

进一步补充而言，本实施方式中的各热电变换元件12设置为如下：以与排气管2(绝缘部件18)相对置的热电变换元件12的侧面的整体(即，不仅包括本征半导体部12c的侧面而且还包括n型半导体部12a以及p型半导体部12b的侧面的整体)与绝缘部件18的表面(热供给面)接触的方式，本征半导体部12c的表面的一部分与热供给面接触。

(发电装置的整体结构)

发电装置10具备：构成为通过导线连接元件层叠体14的两端的电路20；以及开闭该电路20的开关22。在电路20中连接有搭载于车辆的电气零件(例如灯光类)24。开关22的开闭是通过搭载于车辆的电子控制单元(ecu)26控制的。

根据如上所述构成的发电装置10，在车辆系统的启动中，在通过经由排气管2以及绝缘部件18的来自排放气体的热供给而热电变换元件12的温度成为适合于发电的温度的状态下，闭合开关22，从而元件层叠体14能够进行发电。在本实施方式中，热源是排放气体，所以能够通过该发电进行内燃机1的排热回收。而且，能够将通过元件层叠体14的发电而得到的电力供给到电气零件24。此外，也可以代替开关22而具备可变电阻。由此，能够通过可变电阻的电阻值的调整，更详细地控制从元件层叠体14供给到电气零件24的电力。另外，接受电力的供给的车辆零件不限于电气零件24，例如，也可以代替电气零件24或者与其一起，将积蓄电力的蓄电池连接于电路20。

此外，虽然在图5中省略图示，但元件层叠体14被保护罩覆盖。另外，元件层叠体14通过省略图示的安装工具固定于排气管2。

[实施方式1的热电变换元件(元件层叠体)的设置手法的效果]

首先，图6(a)以及图6(b)是用于说明实施方式1中的热电变换元件12的设置手法的效果的图。图6(a)与图5所示的结构同样地，表示按照本实施方式的手法来设置的热电变换元件12。另一方面，图6(b)示出按照不利用本发明的设置手法的手法来设置的热电变换元件。也就是说，在图6(b)的设置手法的情况下，不是以本征半导体部的表面与热供给面接触的方式而是以带隙能量最高的n型半导体部的端面与热供给面接触这样的方式，在热供给体之上设置热电变换元件。

在以图6(b)所示的方式设置热电变换元件时，相比于本征半导体部，向n型半导体部的热的供给被促进。其结果，产生本征半导体部的温度比n型半导体部的温度低这样的方式下的温度差。因此，如已述那样，难以高效地确保热电变换元件的电动势。相对于此，根据图6(a)所示的本实施方式的设置手法，本征半导体部12c的表面与热供给面(绝缘部件18的表面)接触，所以能够对带隙能量相对低的本征半导体部12c可靠地输入热。由此，不易产生带隙能量相对高的n型半导体部12a或者p型半导体部12b的温度比本征半导体部12c的温度高这样的方式下的温度差，所以能够高效地确保热电变换元件12的电动势。另外，能够向本征半导体部12c可靠地输入热，从而即使在仅能够以比理想的程度低的程度接受来自热供给体的热的供给的情况下，也能够易于从这样的热供给体对本征半导体部12c供给尽可能多的热。

接下来，图7(a)以及图7(b)是用于说明实施方式1中的热电变换元件12的层叠手法的效果的图。图7(a)表示与图5所示的结构同样地按照本实施方式的手法层叠的热电变换元件12。另一方面，图7(b)表示按照其它手法层叠的热电变换元件。也就是说，在图7(b)的层叠手法的情况下，不论在左右哪个结构中，都是最下层的热电变换元件的本征半导体部的表面与热供给面直接接触，其它热电变换元件在与热供给面之间介有下方侧的热电变换元件以及电极。另外，在这些结构中，对带隙能量相对低的本征半导体部配置有电极。

在按照图7(b)所示的方式层叠热电变换元件时，针对最下层的热电变换元件以外的热电变换元件，不经由其它热电变换元件以及电极就无法供给来自排放气体(热源)的热。相对于此，根据图7(a)所示的本实施方式的层叠手法，元件层叠体14的各热电变换元件12的本征半导体部12c的表面的一部分与热供给面(绝缘部件18的表面)中的相互不同的部位(相当于本发明中的“热供给面的第1部位”以及“热供给面的第2部位”)接触。根据这样的结构，与图7(b)的结构不同，能够使构成元件层叠体14的所有热电变换元件12的本征半导体部12c的表面不经由其它热电变换元件12而与热供给面接触。因此，能够使各个热电变换元件12的本征半导体部12c从热供给面接受的热通量(在每单位时间内通过单位面积的热量)近乎均等。

另外，根据图7(a)所示的本实施方式的层叠手法，电极16构成为连接一个热电变换元件12的n型半导体部12a的端面12aes和另一个热电变换元件12的p型半导体部12b的端面12bes。这样，通过以将带隙能量最高的部位彼此电连接的方式配置电极16，能够高效地确保电动势，并且向各本征半导体部12c可靠地输入热。

实施方式2.

接下来，参照图8～图12，说明本发明的实施方式2。

图8是示意地表示本发明的实施方式2的车辆的发电装置30的整体结构的立体图。本实施方式的发电装置30具备多个热电变换元件12作为热电变换模块32的构成要素。在本实施方式中，也与实施方式1同样地，作为对热电变换元件12供给热的热供给体的一个例子，利用排气管2。热电变换模块32设置于排气管2之上。以下，更具体地说明热电变换模块32的设置手法。

图9是表示图8所示的热电变换模块32的内部构造的部分透视图。图10是示出由图8所示的a-a线切断的热电变换模块32以及排气管2的剖面的图。如这些图所示，热电变换模块32具备：层叠多个热电变换元件12而构成的元件层叠体14；以及容纳元件层叠体14的壳体32a。壳体32a形成为包围元件层叠体14。壳体32a使用省略图示的安装工具被安装于排气管2的平面部。作为壳体32a的材质，优选为热传导率高的部件，例如，能够使用铝等金属。

壳体32a具备在设置时与排气管2相对置的第1壁部32a1。第1壁部32a1以沿着排气管2的外表面的形状(在本实施方式的一个例子中为平面状)形成。在对排气管2进行设置时，该第1壁部32a1的外表面与排气管2的外表面直接接触。元件层叠体14的一侧面隔着绝缘部件18配置在第1壁部32a1的内表面上。

另外，壳体32a具备第2壁部32a2，该第2壁部32a2具有与第1壁部32a1的内表面相对置的内表面。元件层叠体14中的与第1壁部32a1侧的上述一侧面相反侧的侧面隔着绝缘部件18配置在第2壁部32a2上。

根据这样的构造，排放气体的热经由排气管2、壳体32a以及绝缘部件18被传递给元件层叠体14。更具体而言，排放气体的热经由位于第1壁部32a1的内表面的背侧的第1壁部32a1的外表面传递到壳体32a。而且，元件层叠体14的各热电变换元件12从第1壁部32a1侧的内表面经由绝缘部件18接受热的供给，并且从第2壁部32a2侧的内表面也经由绝缘部件18接受热的供给。这样，在本实施方式中，也按照与实施方式1同样的思想，各热电变换元件12被设置成本征半导体部12c与热供给面(绝缘部件18的表面)接触。因此，能够从2个方向(第1壁部32a1以及第2壁部32a2)对各热电变换元件12的本征半导体部12c供给热。

此外，在本实施方式中，介于各热电变换元件12与排气管2之间的壳体32a(壁部32a1、壁部32a2)以及绝缘部件18相当于本发明中的“中间部件”。而且，与第1壁部32a1以及第2壁部32a2分别接触的双方的绝缘部件18中的热电变换元件12侧的各个表面相当于本发明中的“热供给面”(更具体而言分别为“第1热供给面”以及“第2热供给面”)。另外，本征半导体部12c的表面中的、与相当于上述第1以及第2热供给面的绝缘部件18的各个表面接触的本征半导体部12c的部位分别相当于本发明中的“第1部位”以及“第2部位”。

接下来，说明本实施方式的热电变换元件(元件层叠体)的设置手法的效果。首先，图11(a)以及图11(b)是着眼于各个热电变换元件12并且用于说明实施方式2中的热电变换元件12的设置手法的效果的图。图11(b)表示在从2个方向(从第1壁部以及第2壁部)接受热供给的情况下按照不利用本发明的手法的手法来设置的热电变换元件。也就是说，在图11(b)的设置手法的情况下，本征半导体部的表面与处于2个方向的2个热供给面中的哪一个都不接触，带隙能量最高的n型半导体部以及p型半导体部各自的端面与各自相对置的热供给面接触。在该结构中，相比于本征半导体部，向n型半导体部以及p型半导体部的热供给被促进。

另一方面，图11(a)与图8～图10所示的结构同样地，表示按照本实施方式的手法来设置的热电变换元件12。根据本实施方式的结构，如图11(a)所示，针对本征半导体部12c能够从第1壁部32a1以及第2壁部32a2这双方侧经由绝缘部件18可靠地供给热。另外，相比于从1个方向供给热的实施方式1的结构，能够对各个热电变换元件12的内部更均匀地输入热。

接下来，图12(a)以及图12(b)是用于说明实施方式2中的热电变换元件12的层叠手法的效果的图。图12(b)表示在从2个方向接受热供给的情况下所考虑的热电变换元件的层叠手法的一个例子。这些例子中的热电变换元件的层叠的做法本身与图7(b)所示的做法相同。在图12(b)的层叠手法的情况下，不论在左右哪个结构中，都是处于与壳体的第1壁部以及第2壁部最接近的位置的2个热电变换元件的本征半导体部的表面与2个热供给面直接接触。

相对于此，图12(a)与图8～图10所示的结构同样地，表示按照本实施方式的手法层叠的热电变换元件12。根据本层叠手法，在第1壁部32a1以及第2壁部32a2各自侧，元件层叠体14的各热电变换元件12的本征半导体部12c的表面与各热供给面中的相互不同的部位接触。因此，能够使各个热电变换元件12的本征半导体部12c从2个热供给面接受的热通量近乎均等。

另外，根据图12(a)所示的本实施方式的层叠手法，带隙能量最高的部位彼此通过电极16电连接。由此，即使在从2个方向接受热供给的情况下，也能够高效地确保电动势，并且向各本征半导体部12c可靠地输入热。

另外，在本实施方式的发电装置30中，以如下那样的方式对热电发电的主要构件进行模块化。即，具备热电变换模块32，该热电变换模块32具有：元件层叠体14，是多个热电变换元件12的层叠体；以及壳体32a，该壳体不仅具有将元件层叠体14容纳的功能和保护的功能，还具有作为使热从排气管2传导到元件层叠体14的中间部件的功能。根据本发电装置30，仅通过将这样模块化的热电变换模块32设置于排气管2之上且构成电路20，就能够简便地进行利用热电变换元件12的热电发电。

另外，在热电变换模块32中的元件层叠体14中，在以沿着排气管2的外表面的方式设置的壳体32a的第1壁部32a1上，以按照蛇形形状横亘的方式层叠热电变换元件12。在以这样的方式层叠热电变换元件12的情况下，可以说如上所述以第1壁部32a1沿着排气管2的外表面的方式(或者以第2壁部32a2沿着排气管2的外表面的方式)配置热电变换模块32在能够充分地确保壳体32a针对排气管2的传热面积这点上是优选的。其中，在层叠热电变换元件12的情况下的层叠图案只要满足各热电变换元件12的本征半导体部12c的表面的一部分或者全部与“热供给面”接触这样的条件，则不限于上述例子。另外，容纳元件层叠体的壳体的形状根据层叠图案而变化。因此，根据层叠图案以及壳体的形状适当决定热电变换模块针对排气管2的设置方向以使得能够高效地进行向元件层叠体的传热即可。

但是，在上述实施方式2中，说明了各热电变换元件12从2个热供给面(从2个方向)接受热的供给的例子。然而，本发明中的热电变换元件的表面中的本征半导体部的表面所接触的热供给面也可以是3个以上。例如，在将形成为长方体形状的热电变换元件层叠为棒状而构成元件层叠体并将该元件层叠体容纳于长方体形状的壳体内的结构中，也可以是壳体的4个内侧面中的3个或者4个内侧面与本征半导体部的表面接触。将上述内侧面的4个内侧面(即全部侧面)用作热供给面的结构亦如在后述的图21所示的结构那样，相当于本征半导体部的全部表面与热供给面接触的例子。

另外，在上述实施方式2中，以构成元件层叠体14的所有热电变换元件12的热供给面为绝缘部件18中的热电变换元件12侧的表面的结构为例进行了说明。然而，在本发明中的容纳于热电变换模块的壳体的元件层叠体中，也可以是构成元件层叠体的多个热电变换元件中的一部分的热电变换元件的热供给面是绝缘部件中的热电变换元件侧的表面。另外，如果是在壳体与热电变换元件之间无需隔着绝缘部件的结构，则构成元件层叠体的多个热电变换元件中的至少一部分的热电变换元件的热供给面也可以是壳体的内表面。这对后述的元件层叠体42、64也是相同的。

实施方式3.

接下来，参照图13以及图14，说明本发明的实施方式3。

图13是示意地表示本发明的实施方式3的车辆的发电装置40的整体结构的图。本实施方式的发电装置40具备元件层叠体42。构成元件层叠体42的多个热电变换元件12如图13所示，经由电极44串联地连接。作为元件层叠体42的层叠图案，作为一个例子，设为与实施方式1的元件层叠体14相同。发电装置40在与电极44有关的结构中与实施方式1的发电装置10不同。因此，以该不同点为中心，如以下那样进行说明。

如图13所示，连接2个热电变换元件12之间的电极44的各个被配置成与作为对元件层叠体42供给热的热供给体的排气管2以及作为传导该热的中间部件的绝缘部件18中的任意一个都不接触。换言之，在电极44的表面与排气管2的表面(热供给面)之间，设置有气层46。

图14(a)以及图14(b)是用于说明实施方式3中的与电极44有关的结构的效果的图。图14(b)表示实施方式1中的电极16的配置。在该配置的情况下，电极16的表面与作为热供给面的绝缘部件18的表面直接接触。金属的电极16的热传导率基本上比热电变换元件12的热传导率高。因此，在图14(b)的结构的情况下，相比于热电变换元件12，电极16这一方易于接受热的供给。其结果，经由绝缘部件18供给到电极16的热易于传递到与电极16接触的热电变换元件12的部位(带隙能量最高的n型半导体部12a以及p型半导体部12b的端面12aes、12bes)。

另一方面，如图14(a)所示，构成为在本实施方式的电极44与排气管2的表面之间介有气层46，电极44的表面不与排气管2的表面接触。根据这样的结构，从排气管2的表面(热供给面)向排气管2侧的电极44的表面的热的移动成为经由气层46的热移动。因此，电极44的上述表面通过上述热移动而从排气管2的表面接受的热通量小于热电变换元件12的本征半导体部12c的表面通过热传导而从绝缘部件18的表面(热供给面)接受的热通量。由此，能够抑制从电极44向n型半导体部12a以及p型半导体部12b输入热。其结果，不易产生带隙能量相对高的n型半导体部12a或者p型半导体部12b的温度比本征半导体部12c的温度高这样的方式下的温度差，所以能够进行高效的发电。

实施方式4.

接下来，参照图15，说明本发明的实施方式4。在上述实施方式3中，说明了在电极44的表面与排气管2的表面(热供给面)之间设置有气层46的发电装置40。然而，在本发明中，用于使热供给面侧的电极的表面从热供给面接受的热通量小于热电变换元件的本征半导体部12c的表面从热供给面接受的热通量的具体的结构不限于上述例子，例如，也可以是以下参照图15说明的结构例。

图15是用于说明本发明的实施方式4的车辆的发电装置50中的与电极44有关的结构的图。在图15所示的发电装置50中，在电极44的表面与排气管2的表面(热供给面)之间，代替气层46而配置有绝热材料52(相当于本发明中的“绝热材料”)。更具体而言，绝热材料52由具有比电极44的热传导率低的热传导率的部件(例如陶瓷)构成。这样通过利用绝热材料52的结构，也能够抑制从排气管2向电极44的热移动。其结果，不易产生上述方式下的温度差，所以能够进行高效的发电。此外，绝热材料52例如既可以是在电极44的表面组装的其它部件，也可以是涂覆于电极44的表面的涂层。

实施方式5.

接下来，参照图16以及图17，说明本发明的实施方式5。

图16是示意地表示本发明的实施方式5的车辆的发电装置60的整体结构的图。本实施方式的发电装置60具备热电变换模块62。热电变换模块62具备元件层叠体64和在实施方式2中说明的壳体32a。构成元件层叠体64的多个热电变换元件12如图16所示经由电极66串联地连接。关于与电极66有关的结构以外的点，元件层叠体64的结构与已述的元件层叠体14等相同。

本实施方式的与电极66有关的结构相当于将与实施方式3的电极44同样的思想应用于从2个方向对各热电变换元件12进行热供给的结构而得到的结构。也就是说，如图16所示，连接2个热电变换元件12之间的电极66的各个被配置成与作为使热传导到元件层叠体64的中间部件的壳体32a的壁部32a1、32a2以及绝缘部件18中的任意一个都不接触。换言之，在电极66的表面与第1壁部32a1的表面(热供给面)之间以及电极66的表面与第2壁部32a2的表面(热供给面)之间，分别设置有气层68。

图17(a)以及图17(b)是用于说明实施方式5中的与电极66有关的结构的效果的图。图17(b)表示实施方式2中的电极16的配置。在图17(b)所示的结构的情况下，电极16在第1壁部32a1侧以及第2壁部32a2侧这双方，与作为热供给面的绝缘部件18的表面直接接触。

相对于此，如图17(a)所示，在本实施方式的电极66的表面与壁部32a1、32a2的表面(热供给面)之间，在第1壁部32a1侧以及第2壁部32a2侧中的哪一侧都介有气层68，构成为电极66不与壁部32a1、32a2接触。根据这样的结构，壁部32a1、32a2各自一侧的电极66的表面从壁部32a1、32a2(热供给面)接受的热通量小于热电变换元件12的本征半导体部12c的表面从绝缘部件18的表面(热供给面)接受的热通量。由此，能够抑制从电极66向n型半导体部12a以及p型半导体部12b输入热，能够进行高效的发电。

实施方式6.

接下来，参照图18，说明本发明的实施方式6。与实施方式3的图14(a)所示的结构和实施方式4的图15所示的结构的关系同样地，实施方式5的图17(a)所示的结构能够变形为如图18所示的以下的结构。

图18是用于说明本发明的实施方式6的车辆的发电装置70中的与电极66有关的结构的图。在图18所示的发电装置70中，在壳体32a的壁部32a1、32a2各自的表面(热供给面)与电极66的表面之间，代替气层68而配置有具有与绝热材料52同样的结构的绝热材料72。通过这样的利用绝热材料72的结构，也能够抑制从壁部32a1、32a2向电极66的热移动。其结果，能够抑制从电极66向n型半导体部12a以及p型半导体部12b输入热，能够进行高效的发电。

但是，在上述实施方式1～实施方式6中，说明了具备多个热电变换元件12的元件层叠体14等的发电装置10等。然而，本发明的发电装置未必限定于具备多个热电变换元件作为元件层叠体的发电装置，也可以是具备1个热电变换元件的发电装置。

另外，图19是用于说明图2所示的热电变换元件12的其它设置手法的图。应用图19所示的发电装置80的车辆的排气管82具备排气管主体部82a。在排气管主体部82a的外表面，具备沿着与排气管82的流路方向垂直的方向延伸的散热片(fin)部82b。发电装置80具备的热电变换元件12隔着绝缘部件18设置于散热片部82b之上。另外，在排气管主体部82a的表面(热供给面)与n型半导体部12a的端部12ae(更具体而言为端面12aes)之间，介有绝热材料84(相当于本发明中的“绝热材料”)。绝热材料84由具有比热电变换元件12的热传导率低的热传导率的部件(例如陶瓷)构成。根据这样的结构，在n型半导体部12a的端部12ae、即带隙能量最高的部位接近热供给面的配置结构中，能够抑制向该部位输入热。另外，绝热材料84也可以代替图19所示的结构而配置成介于p型半导体部12b的端部12be与热供给面之间。通过这些结构，也能够在不易产生带隙能量相对高的n型半导体部12a或者p型半导体部12b的温度比本征半导体部12c的温度高这样的方式下的温度差的同时对热电变换元件12供给热。

另外，图20是用于说明图2所示的热电变换元件12的其它设置手法的图。应用图20所示的发电装置90的车辆的排气管92具备排气管主体部92a。在排气管主体部92a的外表面，具备沿与排气管92的流路方向垂直的方向突出的突起部92b。发电装置90具备的热电变换元件12隔着绝缘部件18设置于突起部92b之上。如图20所示，热电变换元件12不是排气管92侧的侧面的整体与热供给面(绝缘部件18的表面)接触，而是只有该侧面中的本征半导体部12c的表面及其附近的部位与热供给面(绝缘部件18的表面)接触。根据这样的结构，相比于n型半导体部12a以及p型半导体部12b，能够对带隙能量相对低的本征半导体部12c集中地输入热。因此，通过该结构，也能够使上述方式下的温度差不易产生。此外，上述突起部92b也可以是与排气管92分体且是使热从排气管92传导到热电变换元件12的中间部件。包括图20所示的例子，本发明中的热电变换元件的设置手法也可以如下：使热电变换元件的表面中的至少本征半导体部的表面的一部分(例如在棱柱形状的情况下为一个侧面)或者全部与热供给面接触。

另外，图21(a)以及图21(b)是用于说明图2所示的热电变换元件12的其它设置手法的图。在图21(a)所示的发电装置100中，热电变换元件12隔着中间部件102以及绝缘部件18设置于排气管2之上。图21(b)是用图21(a)中的b-b线将热电变换元件12周围的结构切断而示出的剖面图。如从这些图可知，热电变换元件12被插入到在中间部件102形成的贯通孔102a，隔着绝缘部件18通过中间部件102覆盖本征半导体部12c及其附近的表面。在贯通孔102a的内部，热电变换元件12的所有侧面与绝缘部件18的表面(热供给面)接触。也就是说，在本结构中，与只有本征半导体部12c的表面的一部分与热供给面接触的图5等的例子不同，本征半导体部12c的全部表面与绝缘部件18的表面(热供给面)接触。根据本结构，排放气体的热从排气管2经由中间部件102以及绝缘部件18被供给到热电变换元件12。通过这样的结构，也能够对带隙能量相对低的本征半导体部12c集中地输入热。

另外，图22(a)以及图22(b)是用于说明图2所示的热电变换元件12的其它层叠手法的图。在图22(a)所示的发电装置110中，也是各热电变换元件12隔着绝缘部件18设置于排气管2之上。当然，各热电变换元件12与其它例子同样地，在确保本征半导体部12c与热供给面(绝缘部件18的表面)的接触的状态下进行配置。

图22(b)是从图22(a)中的箭头c的方向俯视热电变换元件12的图。如从这些图可知，在相邻的热电变换元件12(相当于本发明中的“第1热电变换元件”以及“第2热电变换元件”)中，作为正极发挥功能的p型半导体部12b的端面12bes彼此通过电极112(相当于本发明中的“正极”)电连接，作为负极发挥功能的n型半导体部12a的端面12aes彼此通过电极114(相当于本发明中的“负极”)电连接。在层叠多个热电变换元件12而形成元件层叠体的情况下，不限于如上述其它例子那样将热电变换元件12串联地连接，也可以如图22(a)以及图22(b)所示的结构那样将热电变换元件12并联地连接。此外，本发明中的元件层叠体也可以代替已述的例子，构成为将多个热电变换元件12的串联连接和并联连接进行组合。而且，该组合不仅可以以热电变换元件为单位进行，也可以是例如以下的方式。即，也可以是，具备多个具有以获得期望的电动势的方式串联连接而构成的元件层叠体的热电变换模块，并将多个热电变换模块之间并联地连接。

进一步补充而言，在图22(a)以及图22(b)所示的结构中，与实施方式3的结构同样地，在排气管2侧的电极114的表面与排气管2的表面(热供给面)之间，设置有气层116。另外，也可以代替这样的结构，与实施方式4的结构同样地，在排气管2侧的电极114的表面与排气管2的表面(热供给面)之间，介有绝热材料52。

另外，图23是用于说明图2所示的热电变换元件12的其它设置手法的图。在图23所示的发电装置120中，从车辆具备的2个热供给体、更具体而言从蓄电池122的框体和冷却水软管124对各个热电变换元件12供给热。在该结构中，各热电变换元件12的本征半导体部12c与蓄电池122的表面以及冷却水软管124的表面(即与2个热供给体的各个有关的热供给面)接触。另外，蓄电池122的框体由树脂构成，冷却水软管124由橡胶构成。这样，这些热供给体由绝缘性高的材质构成。因此，本结构相当于未隔着作为中间部件的绝缘部件18而热供给体的表面成为与热电变换元件12接触的热供给面的例子。

此外，在本发明中，对某热电变换元件供给热的热供给体的数量也可以代替图23所示的例子而可以为3个以上。进一步补充而言，在图23所示的结构中，蓄电池122的框体的热源是蓄电池122本身，冷却水软管的热源是发动机冷却水(更追溯而言为内燃机1)。本发明中的多个热供给体不限于如图23所示的例子那样热源不同的多个热供给体，例如，也可以如散热器和冷却水软管那样共用热源(发动机冷却水)。

但是，以上说明的各实施方式的例子以及其它各变形例除了明示的组合以外也可以在可能的范围内适当地组合，并且，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。