【エネルギー】発電も可能な熱電対、希少金属使わず熱にも強い

軌道電子カンタムφ ★

　半導体を組み合わせて作り、温度差から電気を起こす
「熱電変換素子」の大量生産につながる新たな製造法を、
長野県工業試験場と信州大学工学部の研究チームが開発した。
今年は実用化試験に向け、素子を組み合わせた複合部品の
試作を始める。希少元素を必要とする従来の素子と違って、
地球上にふんだんにある鉄やケイ素という安価な材料を使い、
高温に強いのが特徴。焼却炉に素子を設置し、炉の熱と外気の
温度差で発電するといった利用も想定され、
熱利用の発電を大きく広げる可能性がある。

　熱電変換素子は、電気特性が異なる二種類の半導体をＵ字型に
連結。素子の両端の温度差から半導体内の電子が移動し、
電気が起きる仕組みだ。素子は実用化されているが、
ビスマスやテルルという希少元素を使っており、産業面ではほとんど普及していない。

　新たな製法は、鉄とケイ素を主原料に、一方にコバルト、
もう一方にマンガンを加え、二種類の半導体の素材を作る。
この二つの素材を「放電プラズマ焼結」と呼ぶ特殊な方法で焼き固める。
従来、鉄とケイ素を使った素子の製造は溶解や鋳造など複雑な
工程だったが新製法は処理時間が20時間と従来の2/3に短縮。
製造コストも大きく削減できるという。

　研究チームは複合部品にしやすいよう二種類の半導体を交互に
重ねて四層にしたＷ型素子（厚さ四ミリ、長さ二十ミリ、幅十三ミリ）も開発した。

　素子の両端で400度の温度差をつけた測定試験では、
Ｗ型素子を10個並べると乾電池一本分の電力を生み出せる能力を確認。
希少元素を使った素子に比べ電力は1/10程度だが、800度（従来は約100度）の
高温にも耐えられる。火力発電所や焼却炉などの外壁に取り付ける
廃熱発電などが考えられている。

　県工業試験場は1997年から熱電変換素子の研究に着手、
2001年から信大工学部との研究協力により、素子の性能が向上してきた。

　チームのまとめ役、清水保雄信大教授（機械材料学）は「灯油を燃やした熱を
電気に換え、ファンを回す電源不要のファンヒーターなどが実現できそう。
廃熱をうまく活用できる」と評価。試験場の山本潤一研究員は「環境の時代、
新たな製造法を開発した意義は大きい。複合部品を作り、性能を向上させ、
県内企業とも協力して実用化を目指したい」と話している。

http://www.shinmai.co.jp/news/20050106/mm050106sha0022.htm