클라스 레이트 소결 바디 U 자형 요소의 세계 최초 개발 중간 온도 범위에서 열전 전환 실현
-폐 열의 효과적인 활용을위한 고전력 열전 생성 모듈을 실현하려는 목표-

2017 년 11 월 17 일

새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직
열 관리 자료 및 기술 연구 협회
Furukawa Electric Co, Ltd

Nedo, Thermal Management Materials and Technology Research Association (Thermat) 및 Furukawa Electric Co Ltd는 세계 최초의 클라스 트레이트 소결 바디 u 자형 요소를 개발하여 중간 높이 온도 범위에서 열전 생성을 실현하고 랜치와 같은 작은 불꽃으로 전기를 생성하는 데 성공했습니다
이 개발에 기초하여, 우리는 중간 높이 200 ~ 800 ° C 온도 범위, 전력 및 가계 부문과 같은 다른 지역의 적용을 위해 산업 용광로 및 자동차 엔진과 같은 활용되지 않은 열 에너지를 전환하는 고전력 열전 발전 모듈을 실현하는 것을 목표로합니다
1조달 정책 / 책임있는 광물 소싱 정책

그림 1 클라스 레이트 소결 U 자형 토토 놀이터 놀이터와 기존 장치 구성 비교

그림 1 클라스 레이트 소결 U 자형 요소와 기존 장치 구성 비교

1 개요

현재 운송, 산업 및 가계 부문에서 1 차 에너지의 절반 이상이 사용되지 않고 폐 열이됩니다 이러한 배경에서 Nedo는 사용하지 않고 환경에 방출되는 막대한 양의 활용되지 않은 열에 중점을두고 있으며, 2015 년부터 "혁신적인 열 관리 재료 및 기술을위한 연구 개발 프로젝트"(주 1)그것은 "기본 기술의 혁신을 목표로하고 시스템을"줄이고, 재사용하고 재사용 "할 수있게하는 것을 목표로합니다
이제 NEDO 프로젝트에서 Furukawa Electric Co, Ltd (이하 Furukawa Electric) (Furukawa Electric)의 회원 인 Furukawa Electric Co, Ltd(주 2)환경 친화적 인 실리콘 클라스 트레이트 화합물로 구성(주 3)(그림 3) 이러한 발달에 기초하여, 내구성은 요소의 고온 측면에서 사용하기 위해 개선되며 (도 1의 오른쪽), 우리는 산업 용광로에서 폐열과 같은 폐열 및 중간 높이 200 ° C 온도 범위의 전기 전력으로의 전력을 전기 전력으로 전환하는 고전력 열전 에너지를 실현하는 것을 목표로하고있다
그 결과는 11 월 20 일부터 22 일까지 도쿄 빅 시력에서 개최되는 "Incem Tokyo 2017"의 일환으로 "2017 NEDO Energy Conservation Technology Forum"에서 전시 될 예정이며, 이는 최신 에너지 절약 기술 개발 및 노력의 결과를 소개합니다 자세한 내용은 아래 URL을 참조하십시오

“2017 Nedo Energy Conservation Technology Forum”의 개최 :
http : //wwwnedogojp/english/news/aa5en_100300html

2 개발 결과

열전 전환 기술은 솔리드 스테이트 시브 효과를 통해 폐 열에서 직접 전력을 얻을 수있는 기술입니다(주 4), 공장 및 자동차 엔진의 폐 열과 같은 소위 중간 높이의 온도 범위에서 사용하지 않은 200 ~ 800 ° C 열을 효과적으로 활용함으로써 에너지 절약에 기여할 것으로 예상됩니다 그러나 중간 높이 온도 범위에서 열전 전기 성능이 높은 재료는 주로 납, 텔 루륨, 안티몬, 셀레늄 및 탈륨과 같은 독성이 높고 희귀 및 낮은 용융물로 구성됩니다 이들 요소로 구성된 열전 교환기 재료는 공기에 사용하기 위해 독창성이 필요하기 때문에 널리 사용되지 않았다
여기에서 개발 된 환경 친화적 인 실리콘 클라스 트레이트 화합물로 만들어진 P- 타입 및 N 형 소결 바디와 통합 된 고온 전극이없는 U 자형 요소 (그림 1)는 주로 실리콘으로 구성되며, 지구상에서 가장 풍부한 요소이며, P- 타입과 N- 유형이 있기 때문에 N- 유형은 Silicon Clate입니다 열 팽창의 핵심과 같은 물리적 특성의 가치에 큰 차이는 없습니다 또한, 고온 측에서 금속 전극을 제거하고 기존 모듈로부터 절연 기판을 제거함으로써, 고온 저항이 달성되었다 이 요소를 촛불과 같은 불꽃 위에 고정하면 50mV의 전압이 생성됩니다 8 개의 요소를 사용하여, 우리는 금속 전극이 저온 측 (오른쪽)에 직렬로 전기적으로 및 열이 병렬로 열리고, 모듈이 캔들 불꽃 위로 고정 된 실험을 수행하는 데 8 쌍의 반 스켈레톤 모듈을 개발했으며,이 모듈이 캔들 불꽃 위에 고정 된 실험을 수행하는 데 작은 모터를 회전시키는 데 성공했습니다 (그림 2- qr 코드) 이것으로부터 열 수집, 소산 또는 대기 노출을위한 특수 보조 구성 요소가 없더라도 전기가 생성 될 수 있음을 발견했습니다

16회사 | 토토 핫 Electric Co., Ltd

그림 3 사용 가능한 토토 놀이터 놀이터 범위의 이미지

그림 3 사용 가능한 온도 범위의 이미지

3 미래 계획

여기에서 개발 된 기술은 자동차 배기 열과 산업용 폐열뿐만 아니라 다른 분야에도 적용될 수 있습니다 우리는 추가 에너지 절약을위한 추가 개발을 고려할 것입니다 예를 들어, 그림 4는 스토브에 설치된 제안 된 소형 발전 시스템을 보여줍니다 권장 재난 대비 비축 품목 인 휴대용 스토브와 함께 기술은 스마트 폰과 같은 소형 전자 장치를 충전하는 수단으로 사용될 수있을 것으로 예상됩니다 또한,이 개발에 기초하여, 우리는 중간 높이 200 ~ 800 ° C 온도 범위의 전기 전력으로 산업 용광로 및 자동차 엔진과 같은 활용되지 않은 열 에너지를 변환하는 고전력 열전 발전 모듈을 실현하는 것을 목표로합니다
재료 개발에서, 우리는 나노 구조로 인한 전기 저항성의 상승을 억제하기위한 기술을 확립하는 것을 목표로합니다
우리는 소결 신체 시험 제조 및 측정에 의해 새로운 재료의 특성 개선을 실험적으로 확인할 것이다 열 사이클 특성을 더 잘 이해하는 것 외에도, 우리는 소결 바디를 고밀도로 장착하는 기술을 개발할 것입니다

그림 4 원주 배열 및 적용 예제 (스토브)가있는 반 골격 모듈 (스토브)

그림 4 원주 배열 및 적용 예제 (스토브)가있는 반 골수 모듈 (스토브)

용어집

(주 1)혁신적인 열 관리 재료 및 기술을위한 연구 및 개발 프로젝트
1비즈니스 세그먼트 검색

(주 2)P 형 및 N- 타입 소결 바디
양성 (또는 음의) 온도 차이가 주어지면 양의 (또는 음의) 전압을 생성하는 재료는 p- 타입 (또는 n- 타입)이라고하며, 각각은 소결 체로 만들어집니다

(주 3)클라스 트레이트 화합물
기본 화학식 BA8GA16GE30을 갖는 케이지 형 결정 구조를 갖는 금속 간 화합물 케이지와 같은 다면체 캡슐화 요소는 평면을 공유하면서 입방 결정을 형성함으로써 열전 교환 재료로 가장 이상적인 결정 구조를 갖는 것으로 간주됩니다 그들은 독성 요소를 포함하지 않는 새로운 고성능 재료로 관심을 끌고 있습니다

(주 4)Seebeck 효과
온도 차이가 고체에 적용될 때 전압이 생성되는 현상 온도 차이의 1 ° C 당 EMF를 SeeBeck Core라고합니다

Furukawa Electric Group 소개

Furukawa Electric (TSE; 5801, ISIN; JP3827200001) 그룹은 1884 년에 구리 흡연 시설 및 와이어 제조 공장이 설립 된 사업을 시작했습니다 그 이후로 Furukawa Electric은 다이버 기술 문제를 해결함으로써 최신 기술의 개척자가되었습니다 Furukawa Electric은 통신, 전자 제품, 자동차 및 건설을 포함한 여러 지역에서 제품을 출시했으며, 세 가지 유형의 재료, 즉 광학, 플라스틱 및 금속에서 작동합니다 이러한 제품 중 다수는 세계 최고의 시장 점유율을 첨부했으며 모든 제품은 수많은 비즈니스 분야에서 사회에 기여했습니다 Furukawa Electric은 2017 년 3 월 31 일에 끝나는 회계 연도의 JPY 8433 억 (약 USD 78B)의 공개를보고했습니다