成果報告書詳細
管理番号20120000000408
タイトル*平成23年度中間年報 「省エネルギー革新技術開発事業/挑戦研究(事前研究一体型)/メゾスコピック材料を用いた電力光無損失変換技術の研究開発」
公開日2012/6/1
報告書年度2011 - 2011
委託先名スタンレー電気株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約「和文要約等以下本編抜粋」
(1)研究開発の背景,目的,目標
本研究開発は,電力を可視光に95 %以上の効率で変換することが可能な効率400 lm/Wを有する白熱電球を実現するための道筋を付けることを目標とする。
これまでにニッケル,クロム等軽原子量金属微粒子のプラズモン効果を利用することにより1100 Kの温度領域での長波長の赤外放射(3 μm以上)を抑制することに成功している。図1に900 Kにおける放射強度スペクトルを示す。青線は黒体から放射される光のスペクトルであり,黒体放射の理論式に則ったスペクトルとなる。これに対して赤線は放射率制御を施した基板から放射される光のスペクトルであり,放射のピーク波長が3 μmから2 μmに短波長側にシフトし,3 μm以上の長波長の赤外放射が抑制されていることを示している。
しかしながら,効率400 lm/Wを有する白熱電球を実現するためには, 2500 Kの温度で放射制御をおこなうことが可能な高温耐熱性放射制御材料を見出す必要がある。
そこで2500 Kの高温でも安定に放射制御をおこなうことが可能な高温耐熱性を有する放射制御材料の開発を実施する。更に理論的な設計をおこなってより高効率な電球を実現できることを示す。
英文要約The purpose of this project is to show the design of incandescent lamps with luminous efficiencies exceeding 400 lm/W. As well as the theoretical research, this project involves the fabrication of a heat resistant selective emitter beyond 2500 K in order to realize the luminous efficiencies.

1. Theoretical Design
High temperature stable materials such as metals, dielectrics, semiconductors and its compositions were theoretically designed whether they have the selective emissivity exceeding 60 lm/W. The emissivity was analyzed by using a finite difference time domain analysis. Our analyses show that a single-layer structure has the luminous efficiency exceeding 60 lm/W and that a multi-layer structure has the luminous efficiency exceeding 120 lm/W. Different types of novel structures were also theoretically designed and shown to have the luminous efficiency exceeding 400 lm/W.

2. Selective Emitter Fabrication
We employ a dc arc discharge ion plating method for the fabrication of thin-film selective emitters because dc arc discharge has a plasma density that is three orders of magnitude higher than other deposition methods such as glow discharge and sputtering. Therefore, this method is suitable for the fabrication of heatproof selective emitters (thin films). We fabricated thin-film selective emitters by using this method and found that several kinds of the films show the selective emissivity beyond 2500 K.

3. FY2012 Research Plans
We will obtain higher plasma density beyond 10^13 cm^3 in order to fabricate heat proof selective emitters. Furthermore, we will study the emissivity spectrum beyond 2500 K by the construction of in-situ spectral emissivity measurement system in order to confirm the theoretical design.
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