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上下面の温度差を利用して発電する熱電モジュールの開発について

2004年3月29日

世界最高*1の発電能力を発揮する熱電モジュール

東芝 温度差で発電する発電モジュール「GIGA  TOPAZ(TM)」
 
東芝 温度差で発電する発電モジュール「GIGA  TOPAZ(TM)」

 当社は、世界最高*1の耐熱性と発電能力をあわせ持つ熱電モジュールを開発しました。熱電モジュールは上面と下面の温度差により発電するモジュールです。
 本開発品は、現在市販されている熱電モジュールに比べ、約2倍の温度(500degree)で使用することができ、最大出力密度は約3倍(1W/cm2以上)を達成しています。本開発品は、従来の熱電モジュールでは困難とされていた自動車や工場などの高温の廃熱を利用することができます。
 また、当社は国内向けに、2004年7月から開発品を「GIGA TOPAZTM*2という商品名でサンプル出荷する予定です。2005年度からの量産化を目指し、さらに開発をすすめ、自動車や工場などの廃熱利用ができる分野に製品を投入していく予定です。

 熱電モジュールは、熱を電気に変換する原理を利用して、発電する半導体(熱電変換素子)を使用しています。熱電変換素子の上面と下面に温度差が生じると、それぞれ、プラス極、マイナス極となります。この電位差により熱電モジュールは発電します。
 このため熱電モジュールには駆動部分がなく、静かで、故障が少ないというメリットがあり、新しい発電手段として期待されています。しかしながら市販の熱電モジュールは、耐熱性が低く、300degree以上では使用できないため、高温では発電デバイスとしてほとんど実用化されていませんでした。

 今回当社は、世界最高*1の耐熱性と発電能力を併せ持つ熱電モジュールを開発しました。開発した熱電モジュール「GIGA TOPAZTM」の技術的なポイントは以下の通りです。

(1) 500degreeで使用できるため、対象分野が広い。(従来は300degree以下)
(2) 最大出力密度が1W/cm2以上であるため、省スペース化が可能。(従来の3倍)
(3) モジュール1個で15Wの発電が可能。(大きさ:14.4cm2
(4) 複数利用により大型システムを構築することも可能。
*1: 3月29日 当社調査による。
*2: GIGA TOPAZTMは日本における商標です。

背景とねらい

 近年、エネルギー市場においては省エネルギー化や、地球温暖化防止に伴うCO2の削減などの問題があります。このような中、現状では自動車排気ガスの熱や工場廃熱などは利用されないまま大気に放出されています。
 一方、熱電モジュールについては、300degree以下の比較的低温度でのみ使用可能な商品例はありますが、エンジン、ボイラーなどからの300degreeを超える廃熱が利用できるモジュールは実用レベルに達していませんでした。
 今回開発した、熱に強く、高い出力密度を備えた新しい熱電モジュールを使うことにより、これまでそのまま大気に放出していた熱を電気エネルギーとして回収・利用できます。

開発品の主な特長

1. 熱電モジュールについて
 熱電モジュールは、熱を電気に変換する原理を利用して、発電する半導体(熱電変換素子)を使用しています。熱電変換素子の上面と下面に温度差が生じると、それぞれ、プラス極、マイナス極となります。この電位差により熱電モジュールは発電します。
 
2. 従来の熱電モジュールとの違い
 当社が開発した熱電モジュールは、現在市販されている熱電モジュールに比べ、耐熱性が高く、高出力が得られます。従来の約2倍の高温(500degree)で使用できるため、幅広い分野で利用することが可能です。また、最大出力密度が従来の約3倍(1W/cm2以上)となっているため、省スペース化が可能です。
 
3. 機器性能(実例)
 14.4平方cm2のブロック状で、高温側温度が500degree、低温側温度が20degreeの場合、最大で15ワットの電気出力を得ることができます。これを1 cm2当たりの出力に換算すると1ワット強で、熱電モジュールとしては世界最高*1の出力密度となります。
*1: 3月29日 当社調査による。
 
4. 幅広い分野での利用が可能
 モジュールを複数枚、組み合わせて利用することができるため、設置環境あわせて、自動車のエンジン、工場設備、大型プラントなど、広い分野での熱発電が可能です。

製品の主な仕様

製品の主な仕様

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