熱輸送デバイス/熱電エンジンによる熱回収システム化技術

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13852008
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西尾 茂文 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00111568)
• 研究分担者: 相澤 龍彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (10134660)
• キーワード: エネルギー有効利用 / 低温排熱 / ヒートパイプ / 熱電素子 / ソフトエンジン

研究概要

本年度は、「環境に廃棄されているエネルギーの温度別の量統計の作成」、「細径SEMOS Heat Pipeの管路作成法の開発と細径SEMOS Heat Pipeの作動確認」、「熱電素子については最適プロセス設計の基礎データを得ること」を目標とした。
本年度の第一の目的とした「環境に廃棄されているエネルギーの温度別の量統計の作成」については、民生分野をのぞいて代表的フローを示した。これによれば、我が国の全一次エネルギーに占める自動車の排熱の割合は、排気ガス6%、冷却水6%であり極めて高い。特に排気ガスはエンジン出口では500℃程度の温度にあり、有効利用を図るべきであることが明瞭となった。熱輸送デバイス用のパイプ線材化に関しては、既存のCuパイプを用いたヒートパイプ成形・デイバス化の技術を開発してきており、外径0.2mm程度までのパイプ成形に関しては、本年度までの技術でハンドリング可能である。また、R141bを作動流体とする内径0.5mmのSEMOS heat pipeを銅管により作成し、熱輸送デバイスとして機能することを確認するとともに、細経化することによりTOP-heatモードでも動作する可能性を見いだした。
熱電材料の薄膜化・高機能化ならびに熱輸送デバイス用パイプ線材成形加工に関する研究開発を中心に計画を遂行した。Bi-Te系素子に関してはバルクメカニカルアロイング(BMA)+ホットプレス(HP)/薄板せん断押し出し成形(SE)により、ZT=1程度の高性能化の可能性が見えてきた。特に、BMA+HPでは固相創製によるp型ならびにn型素子の創成ができ、モジュール化も視野に入っている。方、BMA+SEでは、プロセス技術の最適化に関するさらなる研究は必要ではあるが、冷却モジュール化のための基盤技術は見えてきた。

研究成果

• [文献書誌] 西尾茂文, 永田真一, 馬場史朗: "SEMOS Heat Pipeに関する研究"日本機械学会論文集. (掲載予定). (2002)
• [文献書誌] J.Ye.Yang, T.Aizawa, A.Yamamoto, T.Ohta: "Effect of processing parameters on thermoelectric properties of p-type (Bi_2Te_3)_<0.25> (Sb_2Te_3)_<0.75> prepared via BMA-HP method"Materials Chemistry and Physics. 70. 90-94 (2001)
• [文献書誌] T.Aizawa, K.Kondoh: "Nano-structured materials via bulk mechanical alloying"Scipta Mater. 44. 1751-1755 (2001)
• [文献書誌] J.Ye.Yang, T.Aizawa, A.Tamamoto, T.Ohta: "Preparation of p and n type materials for one-step consolidation of thermoelectric pn junction"Proc. 2000 Powder Metallurgy World Comgress. Jpn. Powder and Powder Metallurgy. 1381-1384 (2001)