次ページに当該事業の推進部室及び研究実施者から提出された事業原簿を示す。
「高効率熱電変換システムの開発のプロジェクト」
事 業 原 簿
［公開版］
担当部 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 ナノテクノロジー・材料技術開発部
目 次
概要
...
ⅰ 省エネルギー技術開発プログラム基本計画...
ⅷ 地球温暖化防止新技術プログラム基本計画...
xx「高効率熱電変換システムの開発」基本計画
...
xxxⅶ プロジェクト用語集...
xxxⅸ 研究開発計画：自主目標...
xliⅠ．事業の位置づけ･必要性
１．NEDO 技術開発機構の関与の必要性・制度への適合性... 1 1.1 NEDO 技術開発機構が関与することの意義 ... 1 1.2 実施の効果（費用対効果） ... 2 ２．事業の背景･目的･位置付け ... 3 2.1 事業の背景・目的 ... 3 2.2 事業の位置づけ ... 3
Ⅱ．研究マネジメントについて
１．事業の目標 ... 4 1.1 事業全体の目標 ... 4 1.2 目標の設定理由 ... 8 ２．事業の計画内容 ... 9 2.1 全体のスケジュール ... 9 2.2 開発予算 ... 9 2.3 研究開発の内容 ... 9 2.4 研究開発の実施体制 ... 11 2.5 研究の運営管理 ... 16 ３．情勢変化への対応 ... 20 ４．中間評価結果への対応 ... 20 ５．評価に関する事項 ... 20
Ⅲ．研究開発の成果
１．事業全体の成果 ... 28 ２．個別研究開発テーマの成果 ... 29 ３．個別研究開発テーマの成果の詳細 ... 31
3.1 熱電変換モジュールの開発
（１） 高温域熱電変換モジュール＆カスケード型熱電変換モジュール
①高温域 Zn-Sb 系、低温域 Bi-Te 系材料を用いたｶｽｹｰﾄﾞﾓｼﾞｭｰﾙの開発 ... 32
③高温域ｼﾘｻｲﾄﾞ系、低温域 Bi-Te 系材料を用いたｶｽｹｰﾄﾞﾓｼﾞｭｰﾙの開発 ... 34
（２） 低温域熱電変換モジュール
①ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾀｰ光源等の低温域排熱利用熱電変換ﾓｼﾞｭｰﾙの開発 ... 36
②低温排熱（変圧器用等）熱電変換ﾓｼﾞｭｰﾙの開発... 38
（３） 熱電変換モジュール性能評価技術 ... 42 3.2 熱電変換システムの開発
（１） 産業用熱電変換システム
①抵抗加熱式工業炉用熱電変換システムの開発... 46
②ディーゼルエンジンコージェネレーション向け高効率熱電変換システムの開発 ... 48
③低温排熱（変圧器用等）熱電変換システムの開発... 50
（２） 民生用熱電変換システム
①プロジェクター光源等の低温域排熱利用熱電変換システムの開発 ... 52
（３） 熱電変換システム用途調査
①多用な適用に関する分析・まとめ... 54
②コージェネレーションシステム(CGS)の検討... 56
Ⅳ．実用化、事業化の見通しについて
１．実用化対象商品 ... 58 ２．各社の実用化、事業化の見通し ... 58
（１） ヤマハ ... 59
・ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾀｰ光源等の低温域排熱利用熱電変換モジュールの開発
・ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾀｰ光源等の低温域排熱利用熱電変換システムの開発
（２） 東芝 ... 61
・低温排熱（変圧器用等）熱電変換モジュールの開発
・低温排熱（変圧器用等）熱電変換システムの開発
（３） 宇部興産 ... 63
・高温域 Zn-Sb 系、低温域 Bi-Te 系材料を用いたｶｽｹｰﾄﾞﾓｼﾞｭｰﾙの開発
（４） IHI ... 64
・抵抗加熱式工業炉用熱電変換システムの開発
（５） コマツ ... 65
・高温域ｼﾘｻｲﾄﾞ系、低温域 Bi-Te 系材料を用いたｶｽｹｰﾄﾞﾓｼﾞｭｰﾙの開発
・ディーゼルエンジンコージェネレーション向け高効率熱電変換システムの開発
【別添資料１】研究連携体の活動実績 ... 66
【別添資料２】特許・論文、新聞発表 ... 71
概要
作成日 平成 19 年 6 月 15 日 制度・施策
（プログラム名）
省エネルギー技術開発プログラム
（Ⅷ.地球温暖化防止新技術プログラム）
事業名 (プロジェクト名)
「高効率熱電変換システムの開発」
プロジェクト プロジェクト番号 P02022 担当推進部/担当者 ナノテクノロジー・材料技術開発部 主査 尾白 仁志
０．事業の概要
エネルギー有効利用等の観点から、民生および産業分野から発生する未利 用熱エネルギーを熱電変換素子によって電気エネルギーに変換して活用す る目的で、熱電変換モジュールおよび熱電変換システムの実用化を目指し た以下の研究項目を実施する。
１．高効率熱電変換モジュールの開発 ２．高効率熱電変換システムの開発
【NEDO技術開発機構が関与する意義】
地球温暖化対策推進大綱（平成14 年 3 月 19 日地球温暖化対策推進本 部決定）において、革新的なエネルギー・環境技術と国民各界・各層のさ らなる努力によって、我が国の2008～12 年における温室効果ガス排出量 の 1990 年比 2%削減を達成することが定められている（うち「革新的な エネルギー・環境技術」では0.6%を目標）。
本プロジェクトは、この「革新的なエネルギー・環境技術」の開発・導 入を目指して実施する「地球温暖化防止新技術プログラム」の一環として 実施するものであり、先端の材料技術を用い、これまで熱として排出され ていた未利用エネルギーを有用な電気エネルギーに変換し、温室効果ガス の排出を低減する革新的な技術の開発を行うものである。なお、実施に当 たっては、技術開発のリスクが高いこと等により民間企業独自での取り組 みには限界があること、また、京都議定書上の目標達成は我が国の国際的 公約であることから、国及び NEDO 技術開発機構として強力なイニシア ティブを発揮して総合的に推進べき課題である。
「地球温暖化防止新技術プログラム」の中の「革新的エネルギー消費削 減技術開発」は、平成 18 年度に「省エネルギー技術開発プログラム」に 移行し、それに伴い、本事業は「省エネルギー技術開発プログラム」に移 行した。本事業の目的は移行による変更は無い。
本プロジェクトは、実用化を目指した技術開発であり、課題設定型助成 事業（補助率2/3）で実施するものである。
【実施の効果（費用対効果）】
（１）費用：18.1億円（助成額）
（２）省エネルギー効果
[発電量] [二酸化炭素削減量] [原油削減量]
（2010年）[ 57 GWh/年] 2.1万t-CO2/年 2.7万kl/年
（2020年）[1,629 GWh/年] 60.3万t-CO2/年 33.0万kl/年
（2030年）[5,590 GWh/年] 206.8万t-CO2/年 117.2万kl/年
（３）民間需要創出効果：72億円
Ⅰ ． 事 業 の 位 置 づ け ・ 必 要 性 に つ い て
【事業の背景・目的・位置づけ】
地球温暖化問題は、我々の社会に与える影響の大きさや深刻さから、喫 緊に対応すべき課題であり、大気中への温室効果ガス、特にその大宗を占 める二酸化炭素の排出抑制が求められている。しかし、二酸化炭素の発生 は人類の経済活動に伴うエネルギー消費に起因するところが大きいため、
地球温暖化問題は、持続的な経済成長やエネルギーの安定供給という課題 にも同時に配慮し、取り組む必要がある。
そのため、エネルギーの消費を抜本的に改善することにより二酸化炭素 の排出抑制に資する技術開発を、総合的、効率的かつ加速的に推進し、そ
i
の導入・普及を促進することにより、環境・エネルギー・経済のバランス のとれた持続可能な社会の構築を図ることを目的とした「省エネルギー技 術開発プログラム（Ⅷ．地球温暖化防止新技術プログラム）」の一環とし て本プロジェクトを実施する。
本プロジェクトでは、排熱エネルギーを高効率に利用する目的で、熱エ ネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電変換モジュールおよび熱電 変換システムを開発する。高効率な熱電変換システムを開発・導入・普及 することにより、産業部門、民生部門等の小規模・分散型排熱のエネル ギー有効利用に資するものである。
Ⅱ．研究開発マネジメントについて
1.事業の目標
本プロジェクトの目標は、熱電変換効15％の高効率熱電変換モジュー ル（モジュール両端の温度差は550Kを基準）の目処を確立することと、
高効率熱電変換モジュールを用いたシステムを実証し、実用化技術を確立 することである。
モジュール放熱量 （％）
量 モジュールの発電電力
量 モジュールの発電電力
熱電変換効率
= +
事業目標達成にあたり、本プロジェクトでは2010年までに実用化を実 施する。このため、下表に示すように、高温域Zn-Sb系／低温域Bi-Te 系、高温域Co-Sb系／低温域Bi-Te系および高温域シリサイド系／低温 域Bi-Te系の各カスケードモジュール、低温域排熱利用Bi-Te系モ ジュールの開発を行うこととした。
＜高効率熱電変換モジュールの開発目標＞
＜高効率熱電変換システムの開発目標＞
使用温度域
Th～Tc（ΔT） 効率[%] ΔT=550K 相当効率[%]
①
高温域Zn-Sb/Co-Sb系、低温域 Bi-Te系材料を用いたカスケード モジュールの開発
50～450℃
323～723K（400K) 11 15.0※
②
高温域Co-Sb系、低温域Bi-Te系 材料を用いたカスケードモジュー ルの開発
27～427℃
300～700K（400K) 11.5 15.0※
③
高温域シリサイド系、低温域Bi-Te系材料を用いたカスケードモ ジュールの開発
30～580℃
303～853K（550K) 15.0※ 15.0※
① プロジェクター光源等の低温域排 熱利用熱電変換モジュールの開
50～200℃
323～473K（150K) 5.3 ―
② 低温排熱（変圧器用等）回収熱電
変換モジュールの開発 30～130℃
303～403K（100K)
4.2※ ―
（２）
低温域熱電変換モジュール 分類
高効率熱電変換 目標値 モジュール
（１）
高温域熱電変換モジュール
＆カスケード型熱電変換モ ジュール
分類 目標値
① 抵抗加熱式工業炉用熱電変換シ ステムの開発
温度差550Kでのモジュール効率15％相当の実現を前提として、モジュー ル端温度600℃[873K]～50℃[323K]の輻射伝熱環境下で、ユニット効率 10%を与えうるユニットの開発を行う
②
ディーゼルエンジンコージェネ レーション向け高効率熱電変換 システムの開発
熱交換器効率 77%
高温源500℃[773K]～低温源50℃[323K]の条件下で、システム効率4.3%
発電出力3kW級の確立を行う
③ 低温排熱（変圧器用等）回収熱 電変換システムの開発
30℃[303K]～130℃[403K]で効率4.2%のモジュール使用時に、社会イン フラ関連機器への適用システムとして、システム効率3.0%の目処を得 る。コスト面では低温の排熱回収システム89万円／kW（温度差100℃）
の目処を得る 民生用 ① プロジェクター光源排熱利用熱
電変換システムの開発
高温源150℃[423K]～低温源50℃[323K]の条件下で、システム効率3.2%
高温源200℃[473K]～低温源50℃[323K]の条件下で、システム効率4.5%
産業用
高効率熱電変換システム
ii