本研究では直流四端子法を用いた接触抵抗測定装置を作製した. 熱電発電モジュール全体を万力を用いて挟み込み固定した. 万力は加工が容易な黄銅を用いて作製し,表面に絶縁テープを利用して,電極部と絶縁した. 熱電発電モジュール内部に電圧端子を設置し,一方の電圧端子を可動式の針端子とした.針端子はマイクロメータが附属されたステージに設置し,その値を読んで測定位置を把握した.電流値および電圧値は, 直流電源およびマルチメータより読み取り,その値をプロットして, オーミック測定を行い抵抗値を算出した. また日本熱電学会,応用物理学会に所属し,最新の最新の熱電発電変換効率測定装置のノウハウを学んだ.

本研究は, 熱電発電モジュールの熱サイクルシステムの開発を目的としました. 熱電発電モジュールは, 上端を高温(600～800℃)で加熱, 下端を冷却することで電気を得ることができます. その実用化には, 加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを加えて, 高い変換効率を得られることが必要です. 研究代表者が開発した熱電発電モジュール熱サイクル試験装置では, 加熱部を100℃から100℃刻みに800℃まで昇温・降温する熱サイクルを加え, 発電効率を測定することができますが, ねらった温度差ΔTが得られないこと, また, 輻射熱により入力熱量Qに損失が発生する為, 正確な発電効率の値を求めることができませんでした. 当初の方針では, 設定温度に依らず加熱時間を一定にできる熱サイクルプログラムを作成し, 温度制御を行って加熱時間の一定化を図ろうと考えていましたが, 研究代表者が所属する研究機関で熱サイクルプログラムを実行できる温調器を導入することとなり, それを使用した熱サイクルシステムの構築を行いました. ヒータ下部に輻射熱を発生しないヒータを開発するために, その形状と熱応力を、「Solidworks Simulation」を用いて計算しました. そこで、割れを生じない形状を設計したところ, 従来の形状よりもヒータ部に対して母材のマセライト部分が小さいヒータを作製することができました. 輻射熱を防ぐアルミナ板をヒータ面に設置できるようにして, ヒータ面よりも小さなモジュールの測定を可能にしました. 研究代表者が所属する研究機関で開発している熱電発電モジュールを用いて熱サイクル試験を実施し, 変換効率を測定して評価装置の有用性を実証しました. その成果は, 日本熱電学会, ECT2018, 核融合科学研究所技術研究会にて発表しました.

本研究は、熱電発電モジュールの熱サイクル試験装置を開発することを目的としました。熱電発電モジュールは、上端を自動車や工場の廃熱(600～800℃)で加熱、下端を冷却すると電気を発生する発電モジュールです。熱電発電モジュールの実用化にあたっては、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを加えて高い変換効率を得ることができる発電システムであることが必要です。しかし熱サイクルを加えると、熱電発電モジュールの高温部において、熱膨張率の異なる熱電素子と電極端子が熱膨張により剥離してしまいます。このため、熱電発電モジュール上部から荷重をかけ熱サイクル試験を実施する必要があります。しかし荷重をかけて上部を固定すると、熱膨張により熱電素子が割れてしまいます。報告されている一定荷重をかける機構では電気を必要とするため、加圧部を含めた熱電発電モジュールの変換効率の評価が必要となり実用に適していません。そこでおもりとばねをもちいた加圧機構を設置し、電気不要で一定荷重を加えることができる熱サイクル試験装置を開発しました。 熱電発電モジュールに10kPaの荷重をかけるために、おもりとはねを用いた加圧機構を作製しました。加熱時には熱膨張による体積の増加を、ばねの縮みで吸収し、冷却時の収縮にはばねの伸びにより荷重を一定に保つことができます。作製に当たっては、加熱時の熱応力による破損が生じないように、熱流体解析ソフト「Solid Works Simulation」を用いて変換効率測定装置にかかる熱応力を解析し、破損が生じない材質、加圧機構の形状を設計しました。加圧機構の材質には真鍮を、ばねにはSUSを、おもりにはマセライトを用いました。 作製した熱サイクル試験装置を使用して、申請者が所属する研究機関で開発している熱電発電モジュールを用いて熱サイクル試験を実施し、変換効率を測定して評価装置の有用性を実証しました。 さらに、熱サイクル試験装置の作製過程とその効果について、東京大学総合技術研究会2017にて発表しました。また、最新の熱電発電変換効率測定装置のノウハウを学ぶため、日本熱電学会に参加しました。

本研究は、高温熱電発電モジュールの変換効率を600℃以上の高温域で評価できる装置の開発を目的としました。熱電発電モジュールは、温度差を与えることで電気を発生する発電モジュールです。自動車や工場等から放出される廃熱(600℃～800℃)を直接電気に変換できます。熱電発電モジュールの開発を推進するには、熱を電気に変換する変換効率η=P/Q(P : 発電電力、Q : 入力熱量)の評価が必要です。従来の評価方法では、ヒーター部で輻射熱による熱損失が生じるため、モジュールへの入力熱量Qを精確に求めることが困難でした。本研究では外部ヒーターを設けて、輻射熱による熱損失を補うことができるダブルヒーター法を使用しました。しかし、報告されているダブルヒーターの構造のままでは、600℃以上の高温域で使用できないため、ヒーター内部の熱応力を解析し、高温域で使用可能なダブルヒーターの最適な構造を設計・作製しました。 ダブルヒーターの作製にあたり、熱応力解析ソフト「Solid Works Simulation」を用いて破損箇所を特定し、その場所にあらかじめ緩衝材や間隙を設けて熱応力によるヒーターの破損を防ぎました。高温域で動作させるため、ヒーター最大出力が1000℃で、加工が容易な白金線をヒーター線材に、マセライト(フッ素金雲母)をヒーター母材に使用しました。10^<-1>Pa以下の真空度を保つために、SUS304製の円筒型の真空チャンバーを作製しました。「LabVIEW」で計測ソフトを作成し、申請者が所属する研究機関で開発している高温熱電発電モジュールの変換効率を測定し、評価装置の有用性を実証しました。 本研究で初めて開発される変換効率評価装置は、高温熱電発電モジュールの開発を加速し、エネルギーの有効利用に寄与すると期待されます。