2016 Fiscal Year Annual Research Report
異種金属薄板および細線系の伝熱問題の深化と極低温度差発電への応用
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15H03886
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
燈明 泰成 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50374955)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 異種金属 / 伝熱問題 / ジュール熱 / 極低温度差発電 / 薄板型熱発電機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．マイクロスケール電位差法とWiedemann-Franz則 直径100umのPt、Fe、Al細線を対象とし、顕微鏡観察下で実施するマイクロスケール電位差法において、細線長に比べて極めて短い電位差測定端子間隔で表面電位差を測定すると共に、端子間の温度を試算することにより、当該細線の電気伝導率の温度依存性を実測することに成功した。さらに直径0.8umと極めて細いPt細線の電気伝導率を実測したところ、直径100umのそれと温度に対する挙動が一致し、測定した値の妥当性を確認した。また電位差測定端子間隔を長くして測定した表面電位差と、先に実測した電気伝導率の温度依存性より、細線内部の温度分布を予測することに成功した。
２．性能係数の測定 材料の熱電変換能力は性能係数で評価され、特にゼーベック係数は重要である。対象とする金属細線と、異なる異種金属細線とをジュール熱により接合した熱電回路を構築すると共に、異種金属接点を細線ヒーターにより局所的に加熱し、回路内に発生した熱起電力を測定することにより、直径100umのFe/Al異種金属接点におけるゼーベック係数を測定することに成功した。
３．薄板型熱発電機の設計と性能予測 熱発電効率の飛躍的な向上を目指し、薄板型熱発電機を積層した、新しい積層型熱発電機を提案すると共に、当該熱発電機の出力を算出する理論モデルを構築した。異種金属界面、および積層接点に接触抵抗が含まれることを考慮して理論モデルを構築すると共に、これまでに実測した諸物性値も用いて最大出力を算出した。その結果、接触抵抗がある値以上となった場合に最大出力を実現する最適積層数が存在することが明らかとなり、この最適積層数を増大させることが高出力化の鍵であることがわかった。このためには、積層する薄板型熱発電機の寸法の最適化が極めて重要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載のとおり、申請時に計画した研究を遂行し、薄板型熱発電機の設計に不可欠な諸物性値を実測することに成功すると共に、高出力化のために当該薄板型熱発電機を積層した積層型熱発電機を着想した。さらに当該熱発電機の最大出力を試算する理論モデルを構築すると共に、薄板型熱発電機に存在する接触抵抗を低減するために当該熱発電機の寸法を最適化することが有効であることを見出すなど、進展は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの知見に基づき設計した積層型熱発電機を試作し、さらに構築した理論モデルを駆使して高効率化を図り、最終的に体温から安定的に生体センサを駆動することを目指す。
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