新熱電変換システムによる未利用温度差熱エネルギーの有効資源化システムの開発

• Project/Area Number: 20656154
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Energy engineering
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 近藤 義臣 Gunma University, 大学院・工学研究科, 教授 (10008518)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2008: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 自然エネルギー / 熱電変換 / 温度差エネルギー / 再生可能エネルギー / 新熱電変換システム / 新エネルギー / 太陽光発電 / 省エネルギー / 二酸化炭素排出削減

Research Abstract

未利用の最も豊富な環境内のエネルギーは、太陽光由来及び地球内熱由来の低温から百数十度の温度差熱エネルギーである。本研究の新熱電変換システムによる未利用温度差熱エネルギーの有効資源化を実証する為に、メーカー特注で新熱電変換モジュールセットを購入して従来型システムとの比較実証実験を行い、以下の新しい実験結果を得た。1)BiTe系の2つの半導体間にほぼ同じ断面積で長さ1.0cmの銅線を直列接続した新熱電変換システムは、半導体単体で使う従来型システムよりもインピーダンス整合した負荷回路への供給電力が約68%大きくなる。2)銅線の長さ1.0cm,2.0cm,4.0cm,10cmの4種類の新型システムの印加温度差と出力電圧の実験により、同じメーカーの同じロッドによる半導体にも拘らず、半導体単体で使う従来型システムに比べて、新熱電変換システムで銅線を挿入する効果としてゼーベック係数をの値を約1.2倍に増幅する効果が表れる。この増幅幅は銅線の長さに依存しない。この実験結果は、エネルギーバンド図を使った定性的理論に一致する。3)この研究の比較実証実験の分析から構築した半導体間に金属導体の挿入によるゼーベック係数増幅効果の理論化から導ける結論は、更に厚さの薄い複数個の半導体間を金属導体で連結した構造を持つ多数連結ゼーベック係数増幅熱電変換素子を実現する事により、ゼーベック係数を更に大きく増幅出来る事である。この新しく見出した熱電変換材を金属等の導体で連結する事によるゼーベック係数増幅効果は、BiTe系以外で物性研究により得られる全ての高機能熱電変換材に適用出来る効果である。本研究成果の一つであるゼーベック係数増幅効果の発見と理論は、熱電変換技術の開発方法に対するパラダイムシフトを促し、未利用温度差熱エネルギーの有効資源化の早期実現へ大きく寄与する本研究成果の重要性は計り知れない。