成果報告書詳細
管理番号20120000000442
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 先導研究(事前研究一体型) 自立型システムのための熱発電デバイスの研究開発
公開日2012/6/8
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人大阪大学 パナソニック株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
(1)積層界面形成技術の開発
チューブ型の熱発電デバイスは熱電材料と金属の傾斜積層構造を有しており、その作製には異種材料の成型および接合のプロセスが含まれる。BiTe等の熱電材料は脆性材料で、切削加工が困難である。本研究開始前の予備検討では、鋳造で作製した構成材料のリング状部品を積層し、はんだペーストで接合していた。この方法では、積層界面での接合抵抗などによる発電特性の低下が課題となっていた。したがって、より性能の高いデバイスを実現するために、異種材料の成型と接合を同時に行うような新たなプロセス開発が必要となる。そこで平成23年度は、粉末焼結プロセスにより傾斜積層構造を有する外径φ14 mm、肉厚2 mmのチューブ構造体を作製すること、およびこのサイズのチューブ型熱発電デバイスで長さ100 mm当たり0.5 W以上の発電性能を達成することを目標に開発を行った。
英文要約Title: Research and Development Program for Innovative Energy Conservation Technology / Leading Research Project (Pre-Research Combined) / Research and Development of Thermoelectric Devices for Independent Systems (FY2011-FY2013) FY2011 Annual Report

With a view to improving energy efficiency by recovering waste thermal energy from fluid heat sources, we investigated and developed thermoelectric generating devices in a tubular shape. Thermoelectric BiTe is very brittle and difficult to machine. As an alternative technique, we successfully developed a fabrication process to construct the tubular BiTe/Ni laminates by spark plasma sintering (SPS) method. Microscopy and element mapping confirmed chemically and mechanically robust BiTe/Ni interface. Fabricated thermoelectric generating devices under test (14 mm in outer diameter, 2 mm in thickness, and 100 mm in length) verified power generating performance of 0.6 W (80 deg. C for hot water and 10 deg. C for cold water), which passed the target figure for FY2011 (0.5 W). In terms of material improvement, exploiting porous Ni was found to be beneficial. Generation performance was estimated to double compared with the case that dense Ni was used. Here we assume that the product of electrical resistivity and thermal conductivity is unchanged through increasing porosity rate. Pseudo-porous material made of Ni/ZrO2 was fabricated and thermoelectric properties were measured in order to assess that assumption. Thermal conductivity reduced by a factor of 1/7, while electrical resistivity increased by a factor of 10, compared with values of dense Ni. Although the result was not fully satisfactory, a simulation verified that it still boost the power generation by a factor of 1.6. To improve performance for arbitrarily given thermal sources, we explored possibility of optimization in terms of device design and flow geometry. Reducing relative composition of BiTe and diameter of the devices were found to yield enhanced power generation. We also instrumented a prototype unit equipped with several devices and confirmed power generation.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る