議事概要 - 三重県

第 ３ 回省エネ／ システム技術 分科会 議事概要
◆本 分科 会 の概 要
三 重県 工 業研 究所 で は県 内企 業 と省 エネ ／ シス テム 関 連の 研究 開 発を 行っ て いま す。
今回の分科会では、高効率熱電発電のための材料及びシステムの開発をされている名
古屋大学
伊藤
孝至
准教授と、スターリングエンジンを用いた工場廃熱回収の取組
をさ れて い る (株)LIXIL
藤中
恵都 子 様 を お招 きし て ご講 演い た だき まし た 。
◆日時
平 成 26 年 1 月 15 日（ 水）13 時 30 分～16 時 30 分
◆場所
三 重県 工業 研 究所
◆出 席者
大 会 議室
民間 企 業 10 名、 団 体 2 名、 教 育 ・研 究機 関 1 名
◆ 議 事概 要
◇ 開 催挨 拶
三重 県工 業 研究 所
プ ロジ ェク ト 研究 課
課長
西村
正彦
◇「 三重 県 の環 境・ エ ネル ギー に 対す る取 組 につ いて 」
三重 県工 業 研究 所
プ ロジ ェク ト 研究 課
主 任研 究員
谷澤
之彦
◇ 講 演「 廃 熱回 収の た めの 熱電 変 換技 術お よ び材 料」
講師 ：名 古 屋大 学大 学 院工 学研 究 科
准教 授
伊藤
孝至
マテ リ アル 理工 学 専攻
材 料 工学 分野
様
熱電 変換 技 術の 歴史 に つい ては 、 1800 年代 に 3 つの 効果 （ゼ ー ベ ック 効果 、 ペル チェ
効果 、ト ム ソン 効果 ） の発 見 が あ り、 その 後 しば らく 経 って 、1900 年代 に 実用 化が 進 ん
だ。ただし、トムソン効果（トムソン＝絶対温度の単位となっている“ケルビン卿”の
本名 ）だけ は 今の とこ ろ応 用例 が ない 。ペル チェ 効果 は ほと んど が 冷却 に使 わ れ て いる 。
ゼーベック効果に基づく熱電発電は、廃熱利用による省エネに期待が持て、実際に 1 W
以下 ～ 100 kW と、 大 きな 幅の あ る規 模で 使 われ て お り 、こ れは ス ケー ル効 果 が 小 さい と
いう 特長 を 活か して い る と いえ る 。
熱電 材料 の 性能 指 数 Z が変 換効 率 η に 及ぼ す関 係式 よ り、Z な ら び に ΔT の 増大 が η
の向 上に 有 効と 分か る 。Z は温 度 によ り変 化 し 、最 適温 度 が存 在す るた め 、用 途 に応 じた
各温 度領 域 にお いて 、 各種 の材 料 が研 究開 発 され てい る 。
無次 元 量 ZT > 1 を 満 たす こと が 実用 上の 一 つの 目安 。 コス トも 重 要で 、 100 円/W が目
標。 材料 お よび 製造 方 法の 両面 か らコ スト 低 減の 可能 性 があ る。
研究 事例 を 紹介。CoSb 3 系材 料は 、熱 伝 導が 比較 的高 い のが 課題 。メカ ニカ ル アロ イン
グ （ MA） に よ り 合 成 し た 後 、 ナ ノ 物 質 を 添 加 す る こ と で フ ォ ノ ン 散 乱 を 増 大 さ せ 、 改 善
を図 った 。
シリ サイ ド 系は 資源 量 が豊 富で 毒 性も なく 、中温 域で 有 望。p 型 マ ンガ ンリ ッ チシ リサ
イド （HMS）は 、Mn と Si の ミル ポッ トへ の 付着 挙動 が 異な るの で 、別 々に メ カニ カル グ
ライ ンデ ィ ング（MG）する 手法 で 作製。n 型 Mg 2 Si は 比重 が 小さ く 、軽 量モ ジュ ール に 向
く。Mg と Si の 沸点 差 が大 きく 、溶融 合 成が 難し いた め 、液 相 固相 反応（LSPR）法－ パル
ス放 電焼 結 （PDS）法 で合 成 。Mg 源 に Mg 合 金（AZ61） を使 うこ と で性 能が 向 上し た。
上述のように、熱電材料はピーク性能を示す最適温度領域が狭いため、低温型と高温
型を積層して使うとよい。温度分布に応じ、各部材の長さを調整する。熱膨張係数の差
で接合面にクラックが入るのを防ぐべく、界面で組成グラデーションすることで複合素
子を 作製 し た 。
◇ 講 演「（ 株）LIXIL にお ける 工 場廃 熱回 収 の取 組」
講師 ：（株 ）LIXIL 総 合研 究所
藤中
恵 都子
新事 業創 造 部
資源 ・ 省エ ネ設 備 G
様
タイル工場（伊賀上野工場）にスターリングエンジンを用いた廃熱回収、発電設備を
設置。スターリングエンジンは外燃機関であるため、熱源を選ばないことが特長。共同
研究 先 の e スタ ー（ パ ナソ ニッ ク の社 内ベ ン チャ ー発 。現 在 の親 会 社は ヤン マ ー）社製 。
作動 ガス は 、気 体分 子 が小 さく 熱 伝導 率の 良 い He を用い て いる 。 効率 は約 20％ だが 、
その 前段 で 9 割 が排 ガス 損失 に なる （エ ン ジン 入熱 効 率は 1 割 しか ない 。 その 1 割 の入
熱 の 2 割 （ 全体 の 2％ 程度 ）が 電 力に 変換 さ れる ）。
環境 省委 託 事業 で実 証 試験 。ロ ー ラー ハー ス キル ンに 投 入し た熱 量 の 33％ を占 める 廃
熱を 有効 利 用す べく 、 出力 5 kW のス ター リ ング エン ジ ン ×2 基を 設置 。 2 年目 に 系統 連
系を 行っ た が、 売電 は せず に工 場 内で 有効 利 用を 図る 。 現在 3 年 目（ 最終 年 度） で、 同
様な 窯業 業 界で の有 効 利用 可能 性 ・採 算性 を 調査 中。
キル ン消 費 電力の 17%に相 当す る 2,219 kWh/月の 発電 量を 回 収。 コス トは イ ニシ ャル
が大 きい が 、1 基 2 千 万円 のエ ン ジン は普 及 が進 めば 下 がる と考 え られ る。技 術の 波及 性
については、窯業業界全体が縮小傾向であることから、鉄鋼・金属業界も併せて調査。
しか しな が ら、 スタ ー リン グエ ン ジン に適 し た 600～700℃ の廃 熱 は、 すで に ボイ ラー 等
で回収されている。硫酸処理の工程で廃熱があり、耐酸性のあるシステムなら可能性が
あ る との こ と 。 また 、 アル ミ業 界 はま だま だ 廃熱 の未 利 用多 く有 望 か。
結論として、廃熱回収システムを設置しても、キルン（及び最終製品）に影響が出な
い こ とを 確 認 す るこ と でき た。 課 題は コス ト 。
◇ 情 報提 供
補 助金 公 募情 報の 紹 介
三重 県工 業 研究 所
プ ロジ ェク ト 研究 課
主 幹研 究員
増田
峰知