ガス排気エネルギー掃気のための高性能シリコンゲルマニウム基熱電モジュール

ROMANJEK K.; ROMANJEK K.; VESIN S.; VESIN S.; AIXALA L.; AIXALA L.; BAFFIE T.; BAFFIE T.; BERNARD-GRANGER G.; BERNARD-GRANGER G.; DUFOURCQ J.

文献

J-GLOBAL ID：201502294560136504 整理番号：15A0564686

ガス排気エネルギー掃気のための高性能シリコンゲルマニウム基熱電モジュール

High-Performance Silicon-Germanium-Based Thermoelectric Modules for Gas Exhaust Energy Scavenging

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資料名：
巻： 44 号： 6 ページ： 2192-2202 発行年： 2015年06月
JST資料番号： D0277B ISSN： 0361-5235 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

輸送や産業で使用されるエネルギーの一部は,変換プロセスの間に多くの場合高温の熱の形で失われる。熱電流は熱の電気への直接変換を可能にし,例えばタービンや他の型の熱力学サイクルで現在使われている廃熱回収技術に代わるものである。熱電(TE)材料やモジュールの性能は,ここ数十年間,継続的に向上している。高温域(T<sub>HOT</sub>>500°C)においては,シリコンゲルマニウム(SiGe)合金が文献に報告されている最良のTE材料の1つである。この材料は,非毒性の元素をベースにしている。CEA(原子力・代替エネルギー庁)の熱電研究所は,n型及びp型SiGeペレットを合成,TEモジュールを製造し,これらを熱電発電機(TEG)に搭載してホットエアを熱源とした専用ベンチで試験した。直径60mmのSiGeのTEサンプルを放電プラズマ焼結によって作製した。リンをドープしたn型SiGeでは700°Cでピークの熱電性能指数がZT=1.0に達したのに対して,ホウ素をドープしたp型SiGeでは700°CでピークはZT=0.75であった。このように最先端の変換効率が得られ,競合するプロセスよりも高い生産スループット能力が達成できた。両方の型の10ペレットのバッチの電気抵抗の標準偏差は4%より小さく,高い再現性を示した。銀ペーストベースのろう付技術を用いて,TE素子をモジュールに組み込んだ。このアセンブリ技術により,低くて再現性の良い接触電気抵抗(<3nΩm<sup>2</sup>)が得られた。高温(600°Cまで)でのTEモジュールの性能を測定するためにテストベンチを開発し,30個の20mm角のTEモジュールを作製して試験した。結果は,性能は再現性があり,370°Cの温度差で1.9±0.2Wに達する出力が得られることを示した。温度差を500°Cに広げると,出力は3.6Wを超えた。空気対水熱交換器を開発し,30個のTEモジュールを固定して電気的に接続した。このTEGを,ホットエアテストベンチ上で真空下で試験した。測定出力は,750°Cで16g/sの空気流において45Wであった。TEモジュールの高温面は,これらの条件下で550°Cに達した。テルル化ビスマス基の市販のモジュールは400°Cが限界であるのに対して,シリコンゲルマニウムTEモジュールはこのような温度に耐えることができる。Copyright 2015 The Minerals, Metals & Materials Society. Translated from English into Japanese by JST.

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熱電発電,熱電子発電 , エネルギー変換装置

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