C/C複合材料を使用した小型熱電発電システムに関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650778
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 新井 紀男 名古屋大学, 高温エネルギー変換研究センター, 教授 (40089842)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 創太 名古屋大学, 高温エネルギー変換研究センター, 非常勤研究員 ; 古畑 朋彦 名古屋大学, 高温エネルギー変換研究センター, 助手 (80261585) ; 末松 良一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80023232) ; 津島 栄樹 先端材料株式会社, 技術部長(研究職)
• Keywords: SiC含有UDC / Cコンポジット材 / ゼーベック効果 / 熱電特性

Research Abstract

焼成温度3000℃で作製したUDC/Cコンポジット材およびマトリックス中にSiCを10wt%含有したUDC/Cコンポジット材について、繊維に水平方向と垂直方向のゼーベック係数S、電気抵抗Rの測定を行い、熱電特性を評価した。
UDC/Cコンポジット材の繊維水平方向のゼーベック係数は100-700℃においてほぼ一定であり-30±2μVK^<-1>であった。垂直方向のゼーベック係数は100℃で-20μVK^<-1>を示したが、温度上昇とともに値は増加し700℃では-14μVK^<-1>であった。繊維垂直方向のゼーベック係数は従来の炭素材料と同様にかなり低い値であるが、水平方向の値は炭素繊維のゼーベック係数を反映して、絶対値にして10μVK^<-1>程度高い値を示した。またUDC/Cコンポジット材の100,400,700℃における電気抵抗は繊維水平方向では4.1×10^<-4>,2.3×10^<-4>,1.8×10^<-4>Ωcm,垂直方向では3.8×10^<-3>,2.9×10^<-3>,2.6×10^<-3>Ωcmであり、繊維水平方向のほうが低く炭素繊維の電気伝導性を反映する結果となった。これらの値より算出したUDC/Cコンポジット材の繊維水平方向および垂直方向の700℃における出力因子S^3/Rはそれぞれ5.0×10^<-4>,7.5×10^<-6>Wm^<-1>K^<-2>であった。
SiC含有UDC/Cコンポジット材の繊維水平方向および垂直方向のゼーベック係数は100-700℃において両者ともほぼ一定であり、それぞれ-33±2,-28±2μVK^<-1>であった。また100-700℃における電気抵抗は繊維水平方向および垂直方向ともにほぼ一定値を示し、それぞれ2.8±0.2×10^<-4>Ωcm,2.0±0.1×10^<-3>Ωcmであった。SiCの熱電特性が加わることにより、マトリックスの特性が反映される繊維垂直方向においてゼーベック係数が増加し、繊維水平方向と同程度になった。繊維垂直方向における電気抵抗はわずかに減少した。これらの値より算出したSiC含有UDC/Cコンポジット材の繊維水平方向および垂直方向の出力因子S^3/Rはそれぞれ3.3×10^<-4>,4.1×10^<-5>Wm^<-1>K^<-2>であり、SiCにより繊維垂直方向の熱電特性は一桁向上したことがわかる。
次にUDC/Cコンポジット材について繊維水平方向および垂直方向の熱伝導率を測定したところ、700℃においてそれぞれ250,8W/mKであり、繊維水平方向の熱伝導率が30倍ほど高いことがわかった。SiC含有UDC/Cコンポジット材の熱伝導率については現在測定中であるが、同様の熱伝導性が期待できる。これらの材料の熱電特性は低い値であるが、繊維垂直方向の熱伝導率を低く保ったままゼーベック係数を増加させることが可能であり、熱電特性を向上させる可能性が示された。