°Cの一定温度で、一ヶ月間連続して発電しても出力は劣化しなかった。%減少する場合があった。原因は加熱・冷却サイクル中にn型熱電素子に発生する微細なひびであった。今回、n型熱電素子に添加物を加えると、加熱・冷却サイクルによるひびの発生が抑制できることを発見した。°Cの間で、加熱・冷却サイクルを200回以上繰り返しても、発電出力の劣化は見られなかった。空冷式は水冷式よりもモジュールの高温側と低温側の温度差が小さくなるため、発電出力が低くなる。そこで、空冷でも水冷並みに効率良く冷却するために、作動液体の蒸発潜熱を利用するヒートパイプを用いた。作動液体の蒸発により、熱電モジュールを効率良く冷却できる。W)するため、外部の電源や、電池などは不要である。%の発電出力を持つ空冷式発電装置が開発できた。Wの発電出力が得られる。°Cになれば測温センサーによる計測とデータのワイヤレス送信、Webカメラによる動画撮影とワイヤレス転送、スマートフォンの充電を行うことができた。°Cで加熱すればワンセグテレビを充電、視聴することもできた。この熱電発電装置を使えば、工場や焼却場の照明、遠隔での炉内温度などの管理が可能となる(図4)。災害時の炊き出しや暖を取るためのかまどベンチの普及が進んでいるが、薪の燃焼による熱エネルギーを用いる非常用電源としても利用できる。今回開発した発電装置の実証試験を行い、工業炉や焼却炉からの排熱回収用や非常用電源として、2年以内に実用化する。削減、そして新産業創出に貢献する。導体の両端に温度差をつけると、温度差に比例した電位差(電圧)が生じる。この現象は発見者の名前にちなみゼーベック効果(下記参照)と呼ばれている。熱電発電はこの効果を利用し、温度差(熱エネルギー)から直接電力を得る発電方法である。[参照元へ戻る]◆熱電モジュール一本の熱電材料では大きな温度差を付けても、発生電圧は低く、電源として用いることはできない。電圧を高めるため、複数の熱電材料を直列接続したデバイスが熱電モジュールである。そのため、一般の熱電モジュールは高温側がプラス(+)極になるn型熱電材料と、マイナス(-)極になるp型熱電材料を、電極を介して交互に直列接した構造を有する。[参照元へ戻る]◆ヒートパイプ熱の移動効率を向上させるデバイス。作動液をパイプ内に封入して、加熱により作動液が蒸発すると、蒸発潜熱に相当する多量の熱エネルギーを吸収する。作業液には、一般的に代替フロンや水が用いられる。kcal/kgである。kcal/kg・°Cと比べると、少量の水でも多量の熱を蒸発により吸収するため、効率の良い冷却効果が得られる。気体は低温側で放熱により液化され、高温側へと戻る。そのため、作動液の外部からの供給は不要であり、水管が不要な空冷が可能となる。[参照元へ戻る]◆ゼーベック効果ゼーベック効果のメカニズムは加熱により熱活性された電荷担体(電子、正孔)の拡散である。温度差のない導体の内部では電荷担体(図は電子の場合)は均等に分布している。ところが導体の一端を加熱することで、加熱された付近にある電子は活性化され(運動エネルギーが増え)、低温側へと拡散していく。低温では熱エネルギーを奪われ、再び不活性になり、そこに留まる。温度差がある限り、この電荷担体の分布不均一は維持され、電圧が発生する。°Cの時の電圧をゼーベック係数と呼び、この数値が大きい方が、同じ温度差ならば高い電圧を得ることができる。導体中には電気を流す役割を持つ電荷担体が二種類ある。一つがマイナス(-)の電荷を持つ電子であり、もう一つがプラス(+)の電荷を持つ正孔である。導体中の電子および正孔の数は物質により異なる。正孔数が電子数より多い物質では、一端を加熱することで正孔が低温側へ拡散していく。その結果、低温側が高電位(+極)になる。このような材料をp型熱電材料と呼ぶ。電子数が正孔数よりも多い場合、低温側に電子が拡散で集まってくるため、高温側が高電位となる。このような材料はn型熱電材料と呼ばれる。ゼーベック係数と電気抵抗率で計算できる発電出力に関係する材料の特性値。以下の式で定義され、大きい方が良い熱電材料である。