2017 Fiscal Year Annual Research Report
Deep Understanding of the Heat Conduction Problems for Bi-Metal Plate and Wire Systems and Its Application for Thermoelectric Power Generation from a Small Temperature Difference
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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．薄板型熱発電機の試作と極低温度差発電 厚さ0.1mmのFe薄板の一部を局所的に酸化させ、後に異種金属界面とするところをマスクして絶縁層を形成した。その後、マスクを除去してAl層を成膜することで、長さ30mm、幅20mmの薄板型熱発電機を実現した。試作した薄板型熱発電機は長さ方向の温度勾配に起因して薄板の両面に電位差が発生するものであり、これを含む開回路において測定した当該発電機のゼーベック係数は酸化させないそれのおよそ3倍であった。また閉回路により発電特性を評価し、40Kなる低温度差においておよそ0.3uWの出力を得た。
２．薄板型熱発電機の高効率化 長さ15mm、幅5mmの薄板型熱発電機を試作したところ、ゼーベック係数の値は変わらず、形成される温度勾配を保持したまま小型化に成功した。さらに小型化した薄板型熱発電機を熱電素子板として厚さ方向に積層することにより、温度勾配と電位勾配とが直交する独自の積層薄板型熱発電機を実現した。積層枚数の異なる熱発電機を試作して性能を評価することにより、当該積層薄板型熱発電機においては性能が最適となる積層枚数が存在することを明らかにした。またT型の薄板型熱発電機を試作して評価することにより、異種金属界面の電気抵抗の低減が、さらにCu層を成膜した薄板型熱発電機を試作して評価することにより、第2金属層の元素の選択が、それぞれ性能向上に有用であることを明らかにした。
３．体温を利用した生体センサの駆動 実現した薄板型熱発電機を用い、体温と外環境との極低温度差から発電して各種センサを駆動するための仕様について検討した。通常、各種センサは駆動時に大きな電力を必要とすることから昇圧回路を用いることとし、また各種センサの消費電力に応じて積層枚数を決定した積層薄板型熱発電機を用いることで、無電源環境下において連続的に生体情報を取得できる見通しを得た。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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