接触熱コンダクタンスの改善および形状付与による熱電モジュールの高変換効率化

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熱電発電は、地球温暖化の原因となるCO_2ガスや、大気汚染となるNOxやSOxなどのガス排出のないクリーンな発電システムであり、未利用の低位熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる手段として期待されているが、その変換効率の低さが問題であり、実用化の障害となっている。そこで本研究では、熱電発電におけるエネルギー変換効率を向上させるための要素技術を開発することを目的として、次の二点に焦点を絞り研究を実施した。A)熱電モジュールの高性能化の方法として、モジュールに特殊な形状を付与することによって、モジュール内部における熱分布や熱伝導および電気伝導などの特性をコントロールする方法を検討し、その効果を検証する。B)熱電モジュール両端における熱コンダクタンスの増大化と熱応力の緩和を図るための方策を検討する。本研究の目的を達成するために実施した研究実績は、以下の通りである。(1)想定する熱電材料を積層化して、パルス通電焼結装置を用いてそのバルク体を一体焼結によって作製した。作製した熱電モジュールの電力を測定し、エネルギー変換効率を求めて形状付与の効果を調査・検討した。その成果の一部を論文発表した。(2)作成したプログラムにより、熱電モジュール内の熱分布、熱伝導および電気伝導等の特性に及ぼす付与した形状の影響を調査・検討した。(3)熱電モジュール端に接触させる熱媒体を選択し、熱電モジュールの熱媒体との界面における反応物の有無を、SEMや光学顕微鏡にて観察した。反応物が観察された場合に、EPMAやEDXを用いてその反応物を同定した。(4)目的温度にある熱媒体と熱電モジュール端を接触させて電力の測定を実施した。その成果の一部を論文発表した。