低温ゼ-ベック効果発電の基礎的研究

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温度300℃以下の低温エネルギーから巨大電力発電方式として、鉄基固溶体熱電変換素子による循環空気多段熱交換式熱電発電システムを考究してきた。まず、変換材料として量産性のあるFe(p)-Fe12%Al(n)及びFe12%Al12%Si(p)-Fe12%Al(n)の2種類の低温導電性p-n接合素子の開発を行った。前者のゼ-ベック係数は38μV/K,後者は70μV/Kの大きな値を示した。これらのp-n接合素子は合金液体からの鋳造・液相拡散接合により、界面無抵抗の直列結合素子群として形成しうることを予備実験により確認することができた。さらに各素子エレメントの導電度、熱伝導度など熱電特性を700K以下の温度で測定した。次に、Fe(p)-Fe12%Al(n)素子による小型熱電発電装置の試作を行った。すなわち、厚さ0.3mmの冷延鋼板をタンザク状に切断、n型要素部にアルミニウム箔を巻き付け、アルゴン中900℃で熱処理を施してFe12%Al合金とした。これをアコ-デオン状に折り曲げ、2000対のp-n直列接合熱電パネルを作製した。パネル両側に温度の異なる熱空気を送風し、熱電パネルの外部負荷への出力を測定した。最後に、熱空気強制循環多段熱交換式熱電発電システムのコンセプトを理論的に考究した。このシステムは一次熱源に対する電力回収率が80%(大気温度基準)を目的とする発電システムであり、数値計算によりその可能性を推論しえた。