冷却水を用いずに発電可能

1次エネルギーで有効に利用できるのは約30％、70％近くは排熱として大気中に捨てられる――。この莫大な排熱など、未利用熱を有効活用するための技術開発が進められている。特にゼーベック効果を用いる熱電発電は、変換効率が排熱量に依存せず一定で発電できるため、分散した希薄な排熱を用いた発電の実現が期待されている。

産業技術総合研究所（産総研）は2017年3月、工業炉や焼却炉、エンジンなどの排熱から発電できる空冷式のポータブル熱電発電装置を開発したと発表した。200〜800℃の熱源があれば、発電装置の集熱部を高温の場所にかざすだけで発電可能という。冷却水を用いず発電でき、複雑な設置工事を必要としないのも特長だ。工場や焼却場の排熱から容易に発電できるだけでなく、災害時の緊急電源などにも利用可能である。

この熱電発電装置は、産総研が独自に開発した800℃の高温でも安定して発電する酸化物熱電モジュールと、空冷部分にヒートパイプを用いることで実現。人体に無毒なカルシウム、コバルト、マンガンの酸化物素材で作られ、回転系や引火性の部品もないため、安全である。製造時に消費したエネルギーも、約5カ月の発電で回収可能とする。

冷却水を用いないポータブル空冷式装置を

産総研は、熱電発電に関するさまざまな材料の製造技術を開発し、産業排熱利用を目的とした熱電モジュールや熱電発電装置を開発してきた。工業炉や焼却炉の排熱で発電できる水冷式熱電発電装置、湯沸かしと同時に発電する発電鍋などである。

工業炉や焼却炉を用いる工場で、水冷式熱電発電装置の試験を行い、200〜700Wの発電とその電力を用いた場内照明や冷却用ファンなどの作動も実証してきた。産総研によると、ユーザーから要望されたのは「温度差を得るための冷却水を使わない発電装置」だった。そこで、冷却水を用いないポータブル空冷式装置の開発を目指したという。

従来の酸化物モジュールは、低温側に放熱フィンを取り付けると、加熱温度650℃において、自然放熱で熱電発電したときの出力は水冷時の約35％まで減少する。産総研は、空冷でも高出力で発電できる熱電発電装置を開発するため、酸化物熱電モジュールの発電出力の向上、高温耐久性の改善、高出力発電を可能にする空冷技術を開発した。

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