NEDO正在开展“清洁能源领域创新技术国际联合研究开发项目”（以下简称“项目”），最近与米乐m6官方网站合作开发了高精度热电器件转换效率评价装置（以下简称“本装置”）。
为了高精度地评估热电装置的转换效率，需要精确测量输入到热电装置的热流量。然而，由于没有测量从热电装置侧面流出的损失热流，因此存在高估或低估转换效率的问题。
使用此设备，可以通过在热电设备周围安装针对热特性进行优化的保护环来最大限度地减少侧面的热损失。这证实了热电装置的输入热流和通过热电装置的热流在测量不确定度内匹配，并在建立热电装置发电性能测试国际标准方面取得了进展。
未来该项目我们将与海外研究机构合作，对热电器件转换效率评估设备进行对比评估，努力统一国际评估方法。这将为发电性能测试的国际标准化活动铺平道路，并有助于创建和扩大热电发电新市场。
这项研究成果的详细信息将于2023年9月19日至23日在熊本县熊本市举行的第84届日本应用物理学会秋季学术会议上公布。
图1热电器件转换效率评价设备中心示意图
引入太阳能、风能、地热能等可再生能源，彻底追求节能，是实现脱碳社会的必要努力。特别是工厂和汽车余热的有效利用是节能措施的重要支柱之一。为此，热电装置※1通过将废热转化为电能热电发电※2寄予厚望，全球范围内正在努力提高热电发电效率。另一方面，国际上尚无评估转换效率的标准化标准，结果可能不符，因此无法准确评估热电器件的转换效率一直是热电发电发展和普及的难题。
在此背景下，NEDO（国家研究开发公司新能源和产业技术开发组织）将从 2020 财年起实施以下措施这个项目※3，我们一直与米乐m6官方网站 (AIST) 合作，推进热电器件的评估技术。
输入热电器件的转换效率热流※4之间的比率和产生的电力。为了高精度评估转换效率，关键是准确确定输入热流量。另一方面，如果产生输入热流的加热器与其周围环境之间存在温差，则热辐射※5影响输入热流的测量精度。因此，守卫※6使用加热器或测量受热辐射影响较小的低温侧通过的热流来代替输入热流的方法。然而，即使使用这些方法，也没有测量从热电装置侧面流出的损失热流，这造成高估或低估转换效率的问题。
NEDO 和 AIST 最近开发了这种设备，该设备在热电设备周围有一个保护环，可最大限度地减少设备侧面的热损失（图 2）。通过根据所评估的热电器件调整保护环的厚度热阻※7可以优化。这使得热电装置及其周围环境的温度均衡，从而最大限度地减少热辐射引起的热损失。
图2热电器件转换效率评价设备总体图
为了评估该器件的性能，我们测量了标准面积和厚度（30 mm x 30 mm x 6 mm）的热电器件的输入热流和通过热流，并计算它们之间的差值，以确定从器件侧面流出的热量。此时，我们将热电装置正上方（高温侧）的温度控制为550开尔文（K）（约277℃）、600K（约327℃）、650K（约377℃）和700K（约427℃），假设使用中低温余热在工业领域。另一方面，通过将热电装置正下方（低温侧）的温度保持在300 K（约27℃）恒定，我们调整了热电装置两侧的温差。
当在没有保护环的情况下进行测量时，如图 3 左侧所示，随着温差增大，输入热流与通过热流之间的差异增大。这被认为是由于随着加热器温度的升高，热电装置侧面的热损失增加，并且当温差约为400 K时，输入热流和通过热流之间的差异达到约5瓦(W)。
当在热电器件周围放置保护环进行类似测量时，在所有温差区域，输入热流和通过热流之间的差异均降至小于 1 W，如图 3 右侧所示。这使我们在确定热电器件的转换效率时可以为低温侧做好准备。热流量计※8测量不确定度※9范围内没有问题。
图3热电器件输入热流与通过热流测量结果对比
AIST 将于 2023 年 9 月 19 日至 23 日在熊本县熊本市举办的活动中详细介绍该技术在第 84 届日本应用物理学会秋季学术会议上发表※10
在该项目中，NEDO和AIST将与海外研究机构合作，对热电器件的转换效率评估设备进行比较评估，以协调国际评估方法。这将为发电性能测试的国际标准化活动铺平道路，并有助于创建和扩大热电发电新市场。