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排熱利用発電を目指したフレキシブル熱電変換素子
長岡技術科学大学 機械系准教授 武田雅敏
技術内容•未利用廃熱，特に２００!以下の廃熱を電力として回収することを目指したフレキシブル熱電変換素子
お湯で発電 パイプに貼り付けて発電 3cm角の素子でLED点灯
200!以下の低温廃熱 廃熱の大半を占める回収，有効利用が困難
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
100150
200250
300350 400 450 500
排熱温度（!）
食料繊維紙パルプ化学石油窯業鉄鋼非鉄機械電気輸送ガス電力清掃その他
業種別全国排熱量（ガス排熱） TCal/year
財団法人 省エネルギーセンターhttp://www.eecj.or.jp/wasteheat/3_2.html
熱電変換•
•
• p- n- ,
ゼーベック効果材料に温度差を与えると，電圧を発生1821年にT.J.Seebeckが発見
n-ty
pe
p-ty
pe
+-
＋ー
熱
温度差
熱電変換の特徴•
• •
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• •
•
•
従来技術とその問題点（ペルチェ素子）
機械的衝撃，熱衝撃，熱サイクルに弱い 水，水蒸気に弱い 大きなサイズの素子の作製が困難 量産化が困難 曲面への設置が困難
・・・
ブロック状の熱電材料がセラミックス板の間に半田で固定された構造
新技術の特徴•柔軟なシートを基板に用いる•熱電材料を薄膜化＝成膜プロセスの利用•シートを工夫し厚み方向の温度差を利用
（フレキシブル熱電素子）
薄膜熱電材料 (p-n 対)
熱
樹脂フィルム ＋金属フィルム
p-n 対
外部の温度勾配内部の温度勾配
フレキシブル素子による発電
フレキシブル熱電素子
体温でも発電フレキシブル熱電素子
発電の様子
3cm!3cm!0.2mmの素子で発光ダイオードが光る！
従来技術との比較 機械的・熱衝撃，熱サイクルに強い＝長寿命 水，水蒸気に強い＝耐環境性 大サイズの素子の作製が可能＝集熱不要 量産化が容易＝コスト削減 曲面への設置が容易＝利用範囲の拡大 軽量＝移動体での利用
・・・
更なる性能向上の可能性30x30mm の素子の実測値および，
コンピュータシミュレーション ("T~30K)
参考：太陽電池 ! 100W/m2
38W/m2
Out
put
Pow
er
100
100
10
0.1
10
想定される用途•２００!以下の廃熱から電力回収
•軽量であることを活かし，自動車などの移動体での廃熱利用
•ユビキタスデバイスへのオンサイト発電
想定される業界
•想定されるユーザー
•製鉄，化学プラント工場等
•自動車，船舶などメーカー
• LNG関連の業種
実用化に向けた課題•入手しやすい材料を用いて原理検証済み•集積化により特性向上を確認•シミュレーションとも一致•集積化，高い性能をもつ材料の利用，素子構造の最適化により，更なる特性向上を目指す
•実用化に向けて，信頼性の評価・向上を行う必要もあり
•電圧調整・蓄電システムとの整合性
企業への期待
•フィルム，パターニング関係の企業との連携
•熱交換に関する企業との連携
•印刷関連の企業との連携
本技術に関する知的財産
•発明の名称 ：熱電変換素子
•特許登録番号：特許第3981738号
•出願人 ：長岡技術科学大学
•発明者 ：武田雅敏，佐藤直之
