| 研究課題/領域番号 |
17H03399
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
複合材料・表界面工学
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
池田 輝之 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40314421)
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| 研究分担者 |
篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
永野 隆敏 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (70343621)
鵜殿 治彦 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10282279)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2017年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
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| キーワード | 多孔質熱電材料 / 一方向凝固 / 粒子法シミュレーション / フェーズフィールド法 / 粒子法 / 拡散接合 / 熱電変換 / 多孔質材料 / ポロシティ / 孔径 / 接合界面 / 多孔質 / ドーピング / 熱伝達係数 / 構造・機能材料 / デバイス設計 |
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| 研究成果の概要 |
多孔質熱電材料を用いて熱流体との熱交換効率を高めた新しい熱電変換デバイスの可能性を検討した．シリコンをはじめとするいくつかの熱電材料において，水素雰囲気中での一方向凝固により多孔質化が可能であることが確認された．この方法による多孔質材料の孔の直径や体積分率は雰囲気の圧力，凝固速度等により制御可能である．フェーズフィールドシミュレーションでは，一方向に伸びた孔の形成が再現され，長く伸ばすための条件を明らかにした．また，粒子法シミュレーションでは多孔質化により熱流体/熱電材料間の実効的な熱伝達率が高まることが分かった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
世界で生産されるエネルギーの 60% 以上が，「廃熱」として捨てられている．熱電変換は熱エネルギーから電気エネルギーを取り出すという他に類を見ない優れた機能をもち，持続可能な社会の実現に必要な環境維持のために中心的役割を果たすべき要素である．本研究では，熱電材料を多孔質化することにより，熱電材料と熱流体の界面を立体化し，界面熱流束を飛躍的に増大させ，出力を高めた熱電変換システムが構築できることを明らかにした．日本における重要な未利用熱源として知られる産業における温水廃熱や熱排気，温泉，燃料，LNPプラントの冷熱等の流体を熱源に想定したエネルギー回収，発電応用が期待される．
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