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多様な熱源に対応する熱電発電システム技術    
[コードNo.13STA097]

■監修/ 梶川武信(湘南工科大学名誉教授)
■体裁/ B5判上製本 256ページ
■発行/ 2013年7月10日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-907002-20-6
 
熱電学シリーズ3 熱電発電の最先端システム技術をまとめました。


趣旨

 本書は、エネルギー有効利用技術として、また、従来未利用であったエネルギーを電力に直接変換することで新たなエネルギー資源とする創エネルギー技術のひとつである熱電発電技術の中のシステム化技術に焦点を当てて、高温熱源の質・量によって大きくその展開が異なるため、それぞれの熱源の熱電発電システムの現状と将来展望について体系的に詳述した技術専門書である。本書は、熱電学シリーズとして2009年7月の「熱電学総論」、2012年6月の「熱電材料と製造プロセス技術」に続く、熱電学-3として上梓される。
 熱電発電システムは熱電材料、熱電モジュール(熱電デバイス)、熱交換器、電力コンディショナを総合して完成されて、初めて負荷に電力を供給することができる発電器となる。それ故、熱電発電技術の総合力が問われることになる。その現状と将来展望を個別の熱源を対象として詳述されている。特に、潜在的市場が大きく、社会へのインパクトの大きい自動車廃熱利用熱電発電技術を日本とアメリカなど競争的環境の中でのアプローチの相違と進捗を総覧できるようにまとめることができたことは、本書の特徴の一つである。また、従来の廃熱利用熱電発電システムに加えて、自然エネルギーの太宗ともいうべき太陽エネルギーを究極の熱源とした熱電発電の適用可能性・多様性を見通すと共に、我々の生活や経済活動における安全・安心・健康・快適を支えるセンサーなど広義の診断といった多数分散した電子デバイスを「その場にある熱エネルギー」で駆動するエネルギーハーベスト利用までも網羅している。更に、熱電発電システムを取り巻く技術的進展、社会的環境について、適宜概説して将来への展望の一助としている。

(「はじめに」より一部抜粋 梶川武信)

翻訳

梶川武信湘南工科大学名誉教授

著者

梶川武信湘南工科大学名誉教授
海部宏昌(株)KELK
末森浩司(独)産業技術総合研究所
永吉浩東京工業高等専門学校
長谷周一(株)三五
James R. SalvadorGM
Gregory MeisnerGM
Michael G. ReynoldsGM
Jihui YangUniv. of Washington
Douglas CraneGENTHERM
三上祐史(独)産業技術総合研究所
内山直樹(株)アツミテック
西野洋一名古屋工業大学
舟橋良次(独)産業技術総合研究所
Reja AmatyaMassachusetts Institute of Technology
堀田善治東京工業大学
Harald BottnerFraunhofer IPMT
Joachim NurnusMicropelt
中村孝則(株)村田製作所

目次

はじめに
第1章熱電発電の要素技術
第1節熱電発電システムの構成と設計指針
1熱電発電システムの構成と要素技術
2熱電発電システム設計の指針
3変動熱源に対するシステム設計の事例
第2節発電用モジュール化技術
〔1〕高温度域熱電発電モジュール
1シリサイドモジュール
2Pb-Teモジュール
3スクッテルダイトモジュール
4ホイスラーモジュール
〔2〕印刷作製フレキシブル熱電変換モジュール
1背景
2希少資源を含まない新規フレキシブル熱電変換材料
3ステンシル印刷法により作製したフィルム状熱電変換素子
〔3〕信頼性試験
1素子/金属電極界面の熱電特性の経時変化
2熱電発電モジュールの熱サイクル試験
3熱応力解析の有用性
4発電モジュールの信頼性確立
第3節熱電電力マネージメント
1熱電パワーコンディショナの基本構成とMPPT制御
2熱電パワーコンディショナの開発動向
3課題と展望
第2章自動車廃熱利用熱電発電
第1節自動車における排熱利用と熱電発電
1自動車の排気熱エネルギーと排気熱利用技術
1.1排気熱エネルギー
1.2排気熱利用技術
2熱エネルギー利用
2.1排熱回収による暖機促進
2.2蓄熱技術
2.3熱エネルギー利用のまとめ
3電力や動力としての利用
3.1自動車への応用
3.2ランキンサイクル
3.3熱電発電
4熱電発電の自動車向け実用化
第2節フルサイズトラックの排熱を用いた熱電発電システムの開発
1システムの開発
1.1熱交換器、モジュール、発電器モデル
1.2出力の最適化と制御
1.3電気負荷制御
2熱電材料とモジュールの開発
2.1熱電材料開発
2.2n型スクッテルダイトの開発
2.3p型スクッテルダイト材料の開発
3スクッテルダイトとPbTeモジュールの開発
4発電器の組み立て、自動車への組み込み、実装試験
第3節熱電発電器を用いた自動車廃熱利用
1廃熱回収
2熱電発電による廃熱回収
3自動車に組み込まれた熱電発電システムの目的と制約
4自動車排ガス利用熱電発電の従来の開発
第4節自動二輪車廃熱利用熱電発電システム
1ホイスラー型Fe2VAl熱電モジュールの開発
1.1ホイスラー型Fe2VAl合金
1.2ホイスラー型Fe2VAl合金の熱電モジュール化技術の開発
1.3Fe2VAl熱電モジュールの発電性能
2自動二輪車への熱電発電ユニットの搭載
2.1自動車における廃熱回収
2.2自動二輪車への熱電発電ユニットの搭載
2.3Fe2VAl熱電モジュールの実車搭載による発電試験
3自動車への熱電発電の応用に向けて
第3章産業廃熱利用熱電発電システム
第1節Bi-Te系熱電発電システムの開発
1熱電発電モジュールの発電特性
2熱電発電システム
結論
第2節広い温度域に対応する熱電発電技術の開発
1熱電材料
2酸化物モジュール
3酸化物/Bi2Te3カスケードモジュール
4中温域材料
5熱電発電ユニット
5.1炉壁型ユニットの実証試験
5.2ボックス型ユニットの実証試験
第4章可燃性廃棄物焼却熱熱電発電システム
1可燃性廃棄物焼却熱の特性
1.1エネルギー資源としての可燃性廃棄物
1.2物理的および化学的性状
2焼却熱利用熱電発電の開発
2.1システム検討
2.2炉壁組込型熱電発電システムの開発事例
3将来展望
3.1技術的課題
3.2経済性と将来展望
第5章太陽熱利用熱電発電システム
第1節太陽エネルギー利用熱電発電システム
1太陽熱電発電技術
2熱力学的モデル
3モジュールの設計と最適化
第2節熱電発電を組み込んだ太陽熱利用淡水化システム
1世界の水事情
2従来の海水淡水化技術
3太陽エネルギー活用の必要性
4太陽熱利用淡水化システム
5熱電発電を組込んだ太陽熱活用淡水化システム
6熱電発電組込みの発想
7システムの特長
8経済性比較
9太陽熱活用海水淡水化システムの将来需要
第6章熱電エネルギーハーベスト技術
第1節ミニチュア熱電変換器:技術と応用システム
1ミニチュア熱電デバイスの分類
2ミニチュア熱電プロセス技術
2.1研究開発
2.2製品化技術
3応用システム
3.1熱管理
3.2熱電駆動センサーシステム
4薄膜マイクロデバイスを使った実用システム
おわりに:展望と市場に対する見解
第2節MLCC(Multi-Layer Co-fired Ceramics)プロセスを利用した積層型熱電モジュールの作製とエネルギーハーベスティング応用
1エネルギーハーベスト
2MLCC(Multi-Layer Co-fired Ceramics)プロセスを利用した熱電モジュールの作製
2.1積層型熱電モジュール
2.2熱電材料の選択
2.3作製プロセス
2.4積層型モジュールの試作例
3積層型熱電モジュールのエネルギーハーベスティング応用
3.1センサネットワークノードへの応用
3.2積層型熱電モジュールの適用例
第7章熱電発電技術の将来展望
1熱電を取り巻く社会状況の変化
2熱電材料および素子化技術の進展
3市場化への展望
3.1社会での熱電発電の運用
3.2社会への導入シナリオ



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