東京 熱 学 熱電 対
- 大規模プロジェクト型 ｜未来社会創造事業
- 東京 熱 学 熱電
- 共同発表：カーボンナノチューブが、熱を電気エネルギーに変換する 優れた性能を持つことを発見
- 機械系基礎実験（熱工学）
- 東洋熱工業株式会社
- 一般社団法人 日本熱電学会 TSJ
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大規模プロジェクト型 ｜未来社会創造事業
9964 I 0. 0036 )を、 n型 の素子として用いた。一つの素子のサイズは縦2. 0 mm×横2. 0 mm×高さ4. 2 mmで、熱電変換モジュールは8個のpn素子対から構成される。なお、n型PbTeの ZT の温度依存性は図1 (c)に示す通りで、510 ℃で最大値(1. 3)に達する。p型素子とn型素子の拡散防止層には、それぞれ、鉄(Fe)、Feとコバルト(Co)を主成分とした材料を用いた。低温側を10 ℃に固定して、高温側を300 ℃から600 ℃まで変化させて、出力電力と変換効率を測定した。これらは温度差と共に増加し、高温側が600 ℃のときに、最大出力電力は2. 2 W、最大変換効率は8. 5%に達した(表1)。 有限要素法 を用いて、p型とn型PbTe焼結体の熱電特性から、一段型熱電変換モジュールの性能をシミュレーションしたところ、最大変換効率は11%となった。これよりも、実測の変換効率が低いのは、各種部材間の界面に電気抵抗や熱損失が存在しているためである。今後、これらを改善することで、8. 5%を超える変換効率を実現できる可能性がある。 今回開発した一段型熱電変換モジュールに用いたp型とn型PbTe焼結体は、どちらも300 ℃から650 ℃の温度範囲では高い ZT を示すが、300 ℃以下では ZT が低くなる(図1 (c))。そこで、100 ℃程度の温度で高い ZT (1. 0程度)を示す一般的なテルル化ビスマス(Bi 2 Te 3 )系材料を用いて、8個のpn素子対から構成される熱電変換モジュールを作製した。素子サイズは縦2. 0 mm×高さ2. 0 mmである。このBi 2 Te 3 系熱電変換モジュールをPbTe熱電変換モジュールの低温側に配置して、二段カスケード型熱電変換モジュールを開発した(図2 (b))。ここで、変換効率を向上させるため、Bi 2 Te 3 系熱電変換モジュールの高温側温度が200 ℃になるように、両モジュールのサイズを有限要素法により求めた。二段カスケード型にしたことにより、低温での効率が改善され、高温側600 ℃、低温側10 ℃のときに、最大出力電力1.
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0 はあらゆる情報をセンサによって取得し、AI によって解析することで、新たな価値を創造していく社会となる。今後、膨大な数のセンサが設置されることが予想されるが、その電源として、環境中の熱源(排熱や体温等)を直接電力に変換する熱電変換モジュールが注目されている。 本課題では、200年来待望の熱電発電の実用化に向けて、従来の限界を打ち破る効果として、パラマグノンドラグなどの磁性を活用した熱電増強新原理や薄膜効果を活用することにより、前人未踏の超高性能熱電材料を開発する。一方で、これまで成し得なかった産業プロセス・低コスト大量生産に適したモジュール化(多素子に利がある半導体薄膜モジュールおよびフレキシブル大面積熱電発電シートなど)にも取り組む。 世界をリードする熱電研究チームを構築し、将来社会を支えると言われる無数のIoTセンサー・デバイスのための自立電源(熱電池)など、新規産業の創出と市場の開拓を目指す。 研究開発実施体制 〈代表者グループ〉 物質・材料研究機構 〈共同研究グループ〉 NIMS、AIST、ウィーン工科大学、筑波大学、東京大学、東京理科大学、 豊田工業大学、九州工業大学、デバイス関連企業/素材・材料関連企業/モジュール要素技術関連企業等
共同発表：カーボンナノチューブが、熱を電気エネルギーに変換する 優れた性能を持つことを発見
機械系基礎実験(熱工学) 本実験では,熱力学 [1-3] および伝熱工学 [4-6] の一部の知識を必要とする. 必要に応じて文献や関連講義のテキストを参照すると良い. 実験テキストは こちら . 目次 熱サイクルによるエネルギ変換 サイクルによらないエネルギ変換 ある系の内部エネルギと熱的・機械的仕事の総和は常に一定である(熱力学の第一法則=エネルギの保存). 内部エネルギ(あるいは全エネルギ)は熱的・機械的仕事に変換できる. これを「エネルギ変換」という. 工学的なエネルギ変換の例: 熱機関:熱エネルギ(内部エネルギ+熱の授受) → 機械的仕事 熱ポンプ:機械的仕事+熱の授受 → 熱移動 原動機(エンジン)に代表される熱機関は,「機械的仕事を得る」ことを目的とする. 一方,空調機・冷蔵庫などの熱ポンプは,「熱の移動」を目的とする. 熱効率と成績係数 熱効率: 熱機関において,与えた熱量 $Q_1$ に対しどれだけの機械的仕事 $L$ を得たかを示す. 1 を超えることはない. \begin{align} \eta &= \frac{L}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1} \end{align} 成績係数: 熱ポンプにおいて,与えた機械的仕事 $L$ に対しどれだけの熱量 $Q_2$ を移動させることができたかを示す. 実用的には,1以上で用いられる. Coefficient of Performance,COP(またはc. p. )とも呼ばれる. \varepsilon &= \frac{Q_2}{L}=\frac{Q_2}{Q_1-Q_2} 熱力学の第2法則 熱機関においては,与えた熱量すべてを機械的仕事に変換することはできない. この原則を熱力学の第2法則という. 熱力学の第2法則のいろいろな表現 (a) 熱が低温度の物体から高温度の物体へ自然に移動することはない(Clausiusの原理). (b) 熱源からの熱をすべて機械的仕事に変換することはできない(Thomsonの原理). (c) 第2種の永久機関の否定. これらは物理的に同じことを意味する. 熱サイクル 熱機関にせよ熱ポンプにせよ,ある系で 定常的にエネルギ変換を行う ためには,仕事や熱を取り出す前後で系の状態が同じでなければならない. このときの系の状態変化の様子を,同じ状態変化が順次繰り返されることから「サイクル」という.
機械系基礎実験（熱工学）
Phys. Expr., Vol. 7 No2(2014年1月29日オンライン掲載予定)
doi: 10. 7567/APEX. 7. 025103
<関連情報>
○奈良先端大プレスリリース(2013.11.18):
しなやかな材料による温度差発電
~世界初の熱電発電シートを開発 身の回りの排熱の利用やウェアラブルデバイスの電源に~
○産総研プレスリリース(2011.9.30):
印刷して作る柔らかい熱電変換素子
<お問い合わせ先>
<研究に関すること>
首都大学東京 理工学研究科 物理学専攻 真庭 豊、中井 祐介
Tel:042-677-2490, 2498
E-mail:
東京理科大学 工学部 山本 貴博
Tel:03-5876-1486
産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 片浦 弘道
Tel:029-861-2551
東洋熱工業株式会社
15度)に近い、極めて低い温度。ふつう、 ヘリウム の 沸点 である4K(セ氏零下約268度)以下をいい、0. 01K以下をさらに 超低温 とよぶことがある。 超伝導 や 超流動 現象などが現れる。 出典 小学館 デジタル大辞泉について 情報 | 凡例 化学辞典 第2版 「極低温」の解説 極低温 キョクテイオン very low temperature きわめて低い温度領域をさすが,はっきりした限界は決まっていない.10 K 以下の温度をいうこともあれば,液体ヘリウム温度(約5 K 以下)をさすこともある.20 K 以下の温度はヘリウムガスを用いた冷凍機によって得られる.4. 2 K 以下の温度は液体ヘリウムの蒸気圧を減圧することによって得られる. 4 He では0. 7 K, 3 He では0. 3 K までの温度が得られる.それ以下の温度は断熱消磁法(電子断熱消磁法(3×10 -3 K まで)と核断熱消磁法(5×10 -6 K まで)),あるいは液体 4 He 中へ液体 3 He を希釈する方法で得られる.最近,10 m K 以下の温度を超低温とよぶようになった.100 K から約0. 3 K までの温度測定には,カーボン抵抗体(ラジオ用)あるいはヒ素をドープしたゲルマニウム抵抗体が用いられる.これらの抵抗体の抵抗値に温度の目盛をつけるには,液体 4 He および液体 3 He の飽和蒸気圧-温度の関係(1954年 4 He 目盛,1962年 3 He 目盛)が用いられる.1 K 以下の温度測定は常磁性塩の磁化率が温度に反比例してかわることを利用する. [別用語参照] キュリー温度 , 磁化率温度測定 出典 森北出版「化学辞典(第2版)」 化学辞典 第2版について 情報 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「極低温」の解説 極低温 きょくていおん very low temperature 絶対零度 にきわめて近い低温。その温度範囲は明確ではないが,通常は 液体ヘリウム 4 (沸点 4. 2K) 以下の温度をいう。実験室規模で低温を得るには,80K程度は 液体窒素 ,10K程度は液体 水素 ,1K程度は液体ヘリウム4,0.
一般社団法人 日本熱電学会 TSJ
2種類の異種金属の一端を溶接したもので、温度変化と一定の関係にある熱起電力を利用して温度を測定するセンサーです。
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渡辺電機工業株式会社は本年1月24日、株式会社東京熱学(東京都狛江市)の知的財産権、営業権を含む一切の権利を 取得いたしました。 これを受けて、 2017年2月22日 以降、当該事業を「 渡辺電機工業株式会社・東京熱学事業部 」として運営してまいります。 お取引先様におかれましては、本件に対するご理解と、なお一層のご指導とご支援を賜りますようお願い申し上げます。 ■ 東京熱学事業部取扱い製品 熱電対・測温抵抗体・風速検出器・圧力トランスミッター・CO2センサ など ■ 東京熱学事業部 連絡先 東京都狛江市岩戸北3-11-7 TEL:03-5497-5131 渡辺電機工業株式会社・東京熱学事業部発足のお知らせ、組織図、お取引に関してのご案内 本件の経緯と展望については News Relese をご覧ください