報告書番号

W97032

タイトル（和文）

熱電発電モジュールの熱・機械的性能に関わる要因の解明

タイトル（英文）

ANALYSIS ON THERMO-MECHANICAL S TRESS OF THERMOELECTRIC MODULE

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

２００～６００度の温度域の熱源に対して，発電効率を向上させるためには２００度およびそれ以上の温度で良好な発電性能を有する素子を２段に積んだカスケード構造にすることが有望であると考えられる。また熱源の起動・停止にともない温度が変動する場合，モジュールの対ヒートサイクル対策を講じる必要がある。そこで，２段カスケード構造の低温段の熱電発電モジュールの熱・機械的な性能に関わる要因を把握するためにヒートサイクル試験を実施した。その結果，発電性能の急激な低下（（以下破損）がみられるヒートサイクル回数は，モジュールの接合面積が大きいほど多くなる傾向にあった。また，破損時の回路電流が一定であるのに対し，破損後にモジュール端子間電圧が低下していることから，破損後の発電性能の低下要因は，モジュールの内部抵抗の増加によるものといえる。また，内部抵抗の増加の要因を検討するために，有限要素法を用いてモジュール内部に発生する熱応力について解析した結果，高温側ハンダ部および熱電素子部で各構造材の強度に対して大きな応力が発生していることがわかった。さらに，試験後のモジュールの接合強度について検討した結果，ハンダ部の劣化が確認された。以上の検討結果から総合的に判断して，モジュールの発電性能低下は，ヒートサイクルによる高温側ハンダ部の劣化に起因することが明らかとなり，接

概要 （英文）

TO USE WASTE-HEAT ENERGY EFFEC TIVELY, A THERMOELECTRIC GENERA TION SYSTEM THAT CAN DIRECTLY C ONVERT THE HEAT ENERGY INTO ELE CTRIC POWER HAS MUCH POSSIBILIT Y. IN ORDER TO DEVELOP 200-600 DEGREE CLASS THERMOELECTRIC GEN ERATION SYSTEM, IT IS NECESSARY TO IMPROVE THE PERFORMANCE OF THE THERMOELECTRIC ELEMENT AND TO IMPROVE THE SYSTEM IS EFFICI ENCY. THE THERMOELECTRIC MODULE S IN THE SYSTEM ARE DAMAGED BY THE HEAT CYCLE, SINCE THE WASTE HEAT IS NOT GENERALLY STABLE. WE HAVE PERFORMED A STUDY ON T HE THERMO-MECHANICAL STRESS OF THERMOELECTRIC MODULES, AND HEA T CYCLE TESTS FOR THREE TYPES O F THERMOELECTRIC MODULES. IN AL L TYPES, THE ELECTRICAL OUTPUT POWER DECREASED WITH INCREASING HEAT CYCLES. IT IS CONSIDERED THAT THE REAS ON OF THE DECREASE OF ELECTRICA L POWER IS THE INCREASE OF THE INTERNAL ELECTRICAL RESISTANCE OF THE MODULES. AND, THE INCREA SE OF INTERNAL ELECTRICAL RESIS TANCE IS CAUSED BY THE ABNORMAL ITY ON THE CONTACT BETWEEN THE THERMOELEMENT AND THE CU ELECTR ODE WITH THE INCREASE OF THE HE AT CYCLE.

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