＊1：實(shí)證試驗(yàn)預(yù)定作為新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的委托業(yè)務(wù)“節(jié)能革新技術(shù)開發(fā)業(yè)務(wù)”在2013年度底之前實(shí)施。
這款會發(fā)電的配管“熱發(fā)電管”將鉍碲（Bi-Te）類熱電轉(zhuǎn)換材料和鎳（Ni）沿著軸方向交替層疊并形成管狀（圖1）。在管內(nèi)流過熱水、外側(cè)用冷水冷卻后，就可以通過內(nèi)外的溫差來發(fā)電。特點(diǎn)是將Bi-Te和Ni傾斜層疊，軸方向會產(chǎn)生電動勢。
圖1：熱發(fā)電管
將Bi-Te類熱電轉(zhuǎn)換材料和Ni層疊，形成管狀。照片中試制品的長度為100mm，外徑為14mm，內(nèi)徑為10mm。要想有效利用熱量，這款熱發(fā)電管最合適。
此次實(shí)證試驗(yàn)在東北部清潔中心設(shè)置了由多根熱發(fā)電管構(gòu)成的熱發(fā)電單元（圖2）。利用此前在該中心沒有用處的140℃左右蒸汽生成約90℃的熱水，然后使其流入該單元內(nèi)的熱發(fā)電管里。而冷水則采用了該中心冷卻塔中使用的10℃純水。
圖2：驗(yàn)證試驗(yàn)中使用的熱發(fā)電單元
溫差為80℃時，內(nèi)置10根200mm長熱發(fā)電管的一個熱發(fā)電單元，估計(jì)可產(chǎn)生50W左右的電力（a ）。（b）中是該單元的模型。構(gòu)造簡潔、沒有驅(qū)動部分等，因此易于維護(hù)。
該單元可最多內(nèi)置10根外徑14×內(nèi)徑10×長200mm的熱發(fā)電管，單位體積的發(fā)電能力在400W/m3以上，高達(dá)π型熱電轉(zhuǎn)換元件＊2的八倍左右。驗(yàn)證試驗(yàn)中嘗試連接多個熱發(fā)電單元，共產(chǎn)生了100～200W左右的電力。
＊2：π型熱電轉(zhuǎn)換元件 將p型和n型熱電轉(zhuǎn)換材料大量交替排列后連接而成。
密度提高，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化
目前熱發(fā)電管的發(fā)電能力與發(fā)布這項(xiàng)技術(shù)的2011年6月時相比已經(jīng)大幅提高。長度為200mm的熱發(fā)電管，每根可通過80℃的溫差輸出5W左右的電力。以前只能輸出2.6W左右的電力。
發(fā)電能力提高近一倍的原因是改進(jìn)了制造方法。以前是將Bi-Te和Ni分別鑄造成環(huán)狀，然后通過焊錫膏將其接合。而現(xiàn)在則是將Bi-Te和Ni的粉末材料分別壓縮并預(yù)制成環(huán)狀，然后通過放電等離子燒結(jié)法＊3進(jìn)行燒制。邊施加壓力邊在500℃的溫度下燒結(jié)約20分鐘，由此兩種材料緊密貼合，從而制造出尺寸精度出色的配管。除了材料密度得到提高外，還實(shí)現(xiàn)了均質(zhì)化，因此發(fā)電能力得到提高。
＊3：放電等離子燒結(jié)法 將粉末或固體放入模子里施加壓力，同時流過脈沖狀的直流電流，通過壓力和焦耳熱進(jìn)行加熱并燒結(jié)的方法。（《日經(jīng)制造》記者：吉田勝）
