5 cm角)の従来モジュールと比べ、2. 2倍高い4. 1 Wとなった(図2)。 図2 今回の開発技術と従来技術で作製したp型熱電材料の出力因子(左)とモジュールの発電出力(右)の比較 2)高温耐久性の改善 従来の酸化物熱電モジュールでは、800 ℃の一定温度で、一ヶ月間連続して発電しても出力は劣化しなかった。しかし、加熱と冷却を繰り返すサイクル試験では発電出力が最大で20%減少する場合があった。原因は加熱・冷却サイクル中にn型熱電素子に発生する微細なひびであった。今回、n型熱電素子に添加物を加えると、加熱・冷却サイクルによるひびの発生が抑制できることを発見した。このn型熱電素子を用いた熱電モジュールでは、高温側の加熱温度が600 ℃と100 ℃の間で、加熱・冷却サイクルを200回以上繰り返しても、発電出力の劣化は見られなかった。 3)高出力発電を可能にする空冷技術 空冷式は水冷式よりもモジュールの高温側と低温側の温度差が小さくなるため、発電出力が低くなる。そこで、空冷でも水冷並みに効率良く冷却するために、作動液体の蒸発潜熱を利用するヒートパイプを用いた。作動液体の蒸発により、熱電モジュールを効率良く冷却できる。ヒートパイプ、放熱フィン、空冷ファンで冷却用ラジエーターを構成し、熱電モジュールと組み合わせて、空冷式熱電発電装置を製造した(図3)。なお、空冷ファンは、この装置が発電する電力で駆動(約0. 5 W~0. 8 W)するため、外部の電源や、電池などは不要である。この装置は、加熱温度が500 ℃の場合、2. 東京 熱 学 熱電. 3 Wを出力できる。同じ熱電モジュールの水冷時の出力は、同じ条件では2.
Phys. Expr., Vol. 7 No2(2014年1月29日オンライン掲載予定) doi: 10. 7567/APEX. 7. 東京熱学 熱電対no:17043. 025103 <関連情報> ○奈良先端大プレスリリース(2013.11.18): しなやかな材料による温度差発電 ~世界初の熱電発電シートを開発 身の回りの排熱の利用やウェアラブルデバイスの電源に~ ○産総研プレスリリース(2011.9.30): 印刷して作る柔らかい熱電変換素子 <お問い合わせ先> <研究に関すること> 首都大学東京 理工学研究科 物理学専攻 真庭 豊、中井 祐介 Tel:042-677-2490, 2498 E-mail: 東京理科大学 工学部 山本 貴博 Tel:03-5876-1486 産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 片浦 弘道 Tel:029-861-2551
古川 雅士(フルカワ マサシ) 独立行政法人 科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ 〒102-0076 東京都千代田区五番町7 K's五番町 Tel:03-3512-3531 Fax:03-3222-2066 <報道担当> 独立行政法人 科学技術振興機構 広報課 〒102-8666 東京都千代田区四番町5番地3 Tel:03-5214-8404 Fax:03-5214-8432
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