プロジェクト活動

共同技術開発ワーキンググループ (WG)

コンソーシアムメンバー間でのバリューチェーン創出
に向けた、国プロ・外部ファンド等による
実用化開発を積極的に推進しています。

 
 
排熱発電コンソーシアム内には、産学公コンソーシアム参画メンバー間での技術バリューチェーン構築とプロジェクト役割分担型共同実施による自立分散的なパートナーシップ構築取り組みを実践する枠組みとして「共同技術開発WG」が随時設置され、戦略的競争資金など公的予算による技術開発助成事業・補助事業や委託事業プロジェクトへの共同申請や研究開発事業、実証事業等の推進を行っています。

 



 

廃棄蒸気回収用蒸気熱電発電システムWG

2021〜2023

産業分野から発生する廃棄蒸気回収を目的とした
ハイアベイラビリティ熱電発電システムの開発
(プロジェクト代表)
「脱炭素社会実現に向けた省エネルギー技術の研究開発・
社会実装促進プログラム
ファンディング機関:新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)
参画コンソーシアムメンバー数: 4



環境調和型熱電変換材料を用いて、産業分野から発生する廃棄蒸気の再資源化ニーズに応える「廃棄蒸気回収用蒸気熱電発電システム」を実用・商品化する取組みであり、熱を電力に変換して再利用する技術を2023年度までに要素技術を確立し2024年度以降に実証試験を行い、2030年を目処に本格的な普及を目指します。本技術の普及より2050年のカーボンニュートラル達成に向けた省エネルギー技術として寄与することが期待されます。
また、環境調和型熱電材料の使用により排熱発電システム全体のCO2排出量ライフサイクルアセスメント(LCALife Cycle Assessment)の大幅な低減化に資することに加え、事業者へのシステム導入ではアドオン方式が主流となる点に鑑みた、廃棄蒸気熱源ごとの可採熱量評価ツールの製作と廃棄蒸気排熱発電システム事業採算性評価手法の構築にも取り組みます。
 
参加メンバー:()白山、()アルテックス、石川県工業試験場、東京理科大学

 
 
 
 
 

IoTセンサ電源発電モジュールWG

2019〜2029(予定)

磁性を活用した革新的熱電材料・デバイスの開発
(大型プロジェクトの分担)
「未来社会創造事業:大規模プロジェクト型」
技術テーマ:センサ用独立電源として活用可能な革新的熱電変換技術
ファンディング機関:科学技術振興機構(JST)
参画コンソーシアムメンバー数: 7



IoTセンサ電源用として多様な熱発電境界条件に適応し、サーマルインピーダンスおよび熱伝達の整合を実現するサーマルコンディショニング機構とIoTセンサ電源専用の微小電圧、高変換効率、高昇圧DC-DCコンバータの開発を分担担当しています。
 
現在の熱発電技術開発では、高性能材料が開発されても性能を活かしきれない高損失システム化開発環境となっていることが多い点に着目し、高性能熱電発電材料の性能を最大限引き出し、高発電効率を実現するシステム化要素部品、すなわち、熱電発電デバイスを熱源へシステムインテグレートする際に必要となる熱導入・熱交換機構、および熱発電デバイス基板構造について、最適な熱印加環境および低損失熱伝達特性を実現する要素技術について、企業とともに熱発電システム実用化への下支えとなる技術開発を実施しています。
 
参加メンバー:東京理科大学、岡山理科大学、他企業メンバー

車載排気系排熱発電WG

2018〜2020

エンジンを有する電動車両におけるCO2排出量を改善する排気熱発電機構の実装実証
(プロジェクト代表)
「CO2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業」
技術テーマ:交通低炭素化技術開発分野
ファンディング機関:環境省
参画コンソーシアムメンバー数: 5

 
 
エンジンを搭載する電動車(ストロング/マイルド・ハイブリッド系、発電機搭載EV系)の未利用排気熱から熱電発電方式で回生電力化を行い、電動車において需要が逼迫している車載電力を補うことで、エンジン搭載電動自動車における燃費改善(CO2削減) に資する取組みを実施しています。先進工業国では急進的な低炭素目標(カーボンニュートラル)の設定に伴い、今後EREVやPHEVエンジンが主流となりますが、車載排気系排熱発電システムに関する実装関連の複合的な技術課題の解決が行われていないため、CO2削減に資する技術であると認識されながら実用化できていない点に対する実装実証面での技術開発を推進します。

参加メンバー:(株)三五、三菱電機(株)、アドバンスドナレッジ研究所、三重県工業研究所、東京理科大学、岡山理科大学、他公的機関・企業メンバー

 
 
 
 

フェイルセーフ熱電池WG

2016〜2018

軽量かつ環境低負荷な熱電材料による
フェイルセーフ熱電池の開発
(プロジェクト代表)
「安全保障技術研究推進制度」
技術テーマ:再生エネルギー小型発電に関する基礎技術
ファンディング機関:防衛装備庁(ATLA)
参画コンソーシアムメンバー数: 4



本WGにおける研究開発課題は、熱電発電型「熱電池」および「熱電池特性に整合したDC-DC電力変換器」の開発を目的としています。将来的な応用技術範囲であるエンジン搭載車両への熱電池導入による燃費向上、ならびにCO2排出削減、及び動力用電池電源搭載車両における電源制御の簡易化と安定動作化に資する取組みを実施します。これらの対象目的への基礎技術開発要素である「フェイルセーフ熱電池モジュール構造実用化への基礎要素技術開発」と「熱電池専用DC-DC電力変換器実用化への基礎要素技術開発」の2項目について実施しました。具体的には、
「フェイルセーフ熱電池モジュール構造実用化への基礎要素技術」に関して、
  ① 環境低負荷型Mg2Si熱電発電材料の熱的高耐久化
  ② 発電用に最適化した高耐久新型ユニレグ構造モジュールの開発
  ③ 発電環境下振動試験機により実環境に近い状態での発電特性評価
「熱電池専用DC-DC電力変換器(コンバータ)実用化への基礎要素技術」に関して、
  ④ スイッチング方式マルチノード入力電力パイルアップ型DC-DCコンバータ開発
  ⑤ コンデンサ・パイルアップ型コンバータの開発
を実施しました。

参加メンバー:東京理科大学、岡山理科大学、他公的機関・企業メンバー

熱発電独立給電型センシングモジュールWG

2015〜2016

熱発電デバイスによる中温度域独立給電型
センシングモジュールの用途開拓
(プロジェクト代表)
「クリーンデバイス社会実装推進事業」
ファンディング機関:新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)
参画コンソーシアムメンバー数: 9



本WGでは、中温度域熱発電デバイスを活用して、自動車エンジン排熱、次世代ゼロエミッションボイラー排熱における熱発電デバイスユースケースの創出に向けた事業への実装実証に向けた最適化開発を実施しました。熱発電デバイスを用いた「クリーン熱電池」をコアデバイスとした中温度域独立給電型センシングモジュールの用途開拓を参画メンバーで推進しました。
 
デバイスの実装および実証評価事業推進に当たっては、中温度域熱源(300℃~600℃)に環境低負荷型熱発電デバイスを実装して電源とする「熱電池デバイス」として導入し、自動車エンジン排気系製造会社、ボイラー製造会社と連携して
  ① ユースケース:自動車分野
    自動車エンジン排気系への実装・排熱発電センシングシステム実証
  ② ユースケース:社会・産業インフラ分野(次世代ボイラー系)
    ゼロエミッション・チップボイラー熱発電センシングシステム実証
における熱源に「熱電池デバイス」をコアとする独立給電型センシングモジュールを実装し、エンジンおよびボイラーの高効率制御化に必要な稼働パラメータのモニタリングシステムの実証を行いました。
 
さらに、熱発電デバイスの将来的な実用化拡大を見据えた「信頼性・安全」や「標準化・共通化」の観点から、本WGを母体として本邦における熱発電に関係するデバイスメーカー・計測機メーカー・システム系メーカー・研究開発法人を参画を依頼して、電子情報技術産業協会(JEITA)様ご支援の下で国際標準規格化活動の「熱電発電デバイスPJおよびTC47/WG7国内委員会」設置に貢献いたしました。
 
 
参加メンバー:昭和電線ケーブルシステム(株)、(株)三五、(株)巴商会、三菱電機(株)、産業技術総合研究所、三重県工業研究所、東京理科大学、岡山理科大学、他公的機関・企業メンバー

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

革新的燃焼技術WG

2014〜2018

熱的・機械的に高耐久な実用熱電排熱発電システム開発
(プロジェクト代表)
「SIP:戦略的イノベーション創造プログラム」
技術テーマ:革新的燃焼技術
ファンディング機関:内閣府・科学技術振興機構(JST)
参画コンソーシアムメンバー数: 3



自動車の電動化が進む中で、ストロング/マイルド・ハイブリッド車や発電機搭載電気自動車(EV)などでは今後もエンジンが仕様される見通しですが、
乗用車用エンジンの熱効率は30%後半にとどまっており、将来的には50%超の熱効率実現が求められています。実際のエンジンでは、
 ●冷却損失(燃焼ガスの熱エネルギーが、燃焼室の壁から放出されるエネルギー損失)
  ●排気損失(燃焼ガスの熱エネルギーが、排出ガスで失われるエネルギー損失)
  ●機械摩擦損失(エンジンの摺動部分の摩擦によって失われるエネルギー損失)
などのエネルギー損失が生じており、投入された燃料のエネルギー変換効率を極限まで高め、CO2削減に寄与する取り組みが必要です。

本WGでは、戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)で実施された「革新的燃焼技術」プロジェクトの「損失低減チーム」において、上記の「排気損失」を熱発電により熱効率を向上させる以下に示す技術開発を実施しました。


①高靭性化Mg2Si素材で高耐久かつ高出力密度を有する発電素子開発
熱発電材料の複合材料化および微粉末化と粒度分布制御で、機械特性(破壊靭性)と熱電特性の両立手法を新規に確立


②熱電発電モジュールの性能評価と熱効率寄与評価 (GT-POWERシミュレーター)
中低温度域熱電モジュールを開発しエンジン排気系ベンチでの実証試験・伝熱精密解析によるエンジンシミュレーション環境のGT-POWERモデルを構築
排気系熱発電システムの新規解析法を明確化し、自動車の開発で多用されているモデルベース開発(MBD)に対応した熱電発電のシミュレーション環境を構築

最終的に、発電温度域を中低温に拡大できる、新たな素子およびモジュールを開発。排気熱との熱交換システムを含めて、最大1.3%程度の熱効率相当の性能があることを実証し、プロジェクト目標のガソリン燃焼およびディーゼル燃焼での熱効率50%の達成に寄与しました。


参加メンバー:東京理科大学、他企業メンバー