高温熱電発電モジュール用のダブルヒーター法変換効率評価装置の作製

本研究は、高温熱電発電モジュールの変換効率を600℃以上の高温域で評価できる装置の開発を目的としました。熱電発電モジュールは、温度差を与えることで電気を発生する発電モジュールです。自動車や工場等から放出される廃熱(600℃～800℃)を直接電気に変換できます。熱電発電モジュールの開発を推進するには、熱を電気に変換する変換効率η=P/Q(P : 発電電力、Q : 入力熱量)の評価が必要です。従来の評価方法では、ヒーター部で輻射熱による熱損失が生じるため、モジュールへの入力熱量Qを精確に求めることが困難でした。本研究では外部ヒーターを設けて、輻射熱による熱損失を補うことができるダブルヒーター法を使用しました。しかし、報告されているダブルヒーターの構造のままでは、600℃以上の高温域で使用できないため、ヒーター内部の熱応力を解析し、高温域で使用可能なダブルヒーターの最適な構造を設計・作製しました。ダブルヒーターの作製にあたり、熱応力解析ソフト「Solid Works Simulation」を用いて破損箇所を特定し、その場所にあらかじめ緩衝材や間隙を設けて熱応力によるヒーターの破損を防ぎました。高温域で動作させるため、ヒーター最大出力が1000℃で、加工が容易な白金線をヒーター線材に、マセライト(フッ素金雲母)をヒーター母材に使用しました。10^<-1>Pa以下の真空度を保つために、SUS304製の円筒型の真空チャンバーを作製しました。「LabVIEW」で計測ソフトを作成し、申請者が所属する研究機関で開発している高温熱電発電モジュールの変換効率を測定し、評価装置の有用性を実証しました。本研究で初めて開発される変換効率評価装置は、高温熱電発電モジュールの開発を加速し、エネルギーの有効利用に寄与すると期待されます。

本研究は、高温熱電発電モジュールの変換効率を600℃以上の高温域で評価できる装置の開発を目的としました。熱電発電モジュールは、温度差を与えることで電気を発生する発電モジュールです。自動車や工場等から放出される廃熱(600℃～800℃)を直接電気に変換できます。熱電発電モジュールの開発を推進するには、熱を電気に変換する変換効率η=P/Q(P : 発電電力、Q : 入力熱量)の評価が必要です。従来の評価方法では、ヒーター部で輻射熱による熱損失が生じるため、モジュールへの入力熱量Qを精確に求めることが困難でした。本研究では外部ヒーターを設けて、輻射熱による熱損失を補うことができるダブルヒーター法を使用しました。しかし、報告されているダブルヒーターの構造のままでは、600℃以上の高温域で使用できないため、ヒーター内部の熱応力を解析し、高温域で使用可能なダブルヒーターの最適な構造を設計・作製しました。ダブルヒーターの作製にあたり、熱応力解析ソフト「Solid Works Simulation」を用いて破損箇所を特定し、その場所にあらかじめ緩衝材や間隙を設けて熱応力によるヒーターの破損を防ぎました。高温域で動作させるため、ヒーター最大出力が1000℃で、加工が容易な白金線をヒーター線材に、マセライト(フッ素金雲母)をヒーター母材に使用しました。10^<-1>Pa以下の真空度を保つために、SUS304製の円筒型の真空チャンバーを作製しました。「LabVIEW」で計測ソフトを作成し、申請者が所属する研究機関で開発している高温熱電発電モジュールの変換効率を測定し、評価装置の有用性を実証しました。本研究で初めて開発される変換効率評価装置は、高温熱電発電モジュールの開発を加速し、エネルギーの有効利用に寄与すると期待されます。