ペルチェ素子について

西暦1834年のフランスでジャン=シャルル・ペルティエによって発見されたのがペルティエ効果です。このペルティエ効果は、異なる金属を接合した部分に電流を流すと熱の吸収や放熱をする現象のことをいい、今ではこのペルティエ効果を実現する電子部品としてペルチェ素子(ペルティエ素子、ペルチエ素子とも言う)が開発され利用されています。

このペルチェ素子は主にパソコンの心臓部といえるCPUの冷却など小規模な冷却装置とし使用されていて、家庭用の代表的な冷却装置であるエアコンや電気冷蔵庫などと比較すると冷却効率は劣ることが大きく劣りますが、装置の体積が小さく小型化に向いていることや騒音・振動防止効果が高いことが知られています

このペルチェ素子が改めて注目される理由として発電機能にあります。「異なる金属を接合した部分に電流を流すと熱を吸収したり熱を生じる」という特徴を応用することで、熱エネルギーを電力に直接的に変換することができるのです。

また、最近では照明や機器の発熱、人間の体温を利用した超微小発電に使用する素材として知られるようになっており、発電所などで行う発電方法と比較するとタービンを回転させる必要がないことが大きな違いです。

そのため、温度差が約1度の熱源と素子があれば発電できることから携帯型の通信機器などに使用される配線や電池が必要がなくなるため作業コストを下げることができるのです。

このペルチェ素子は、温度差を利用した小規模な発電に利用される電子部品です。

 

ペルチェ素子による熱電発電機について

ペルチェ素子とは、異なる金属の接合部に電流を流すと、一方の金属からもう一方の金属へ熱が移動する「ペルチェ効果」と呼ばれる現象を用いるための半導体素子です。主に冷却装置として使用されてきましたが、現在、環境にやさしい発電機としての用途が期待されています。

ペルチェ効果とは逆に、異なる金属間に温度差があると、金属間に電流も流れる「ゼーベック効果」というものがあります。この現象を利用して、素子の一方の金属だけに熱を与えることで温度差を作り、電力を得る「熱電発電」を利用した装置が研究され、人工衛星などに使用されています。

そして現在は、さまざまな排熱を利用して発電する装置が、実用化に向けて世界中で研究されています。

私たちの身の回りには非常にたくさんの熱源があります。例えばコンピュータにしても、そのハードディスクからは常に余剰となったエネルギーが熱として放出されています。それらの無駄な熱を電気に変えてしまえれば、大きな化石燃料の節約となります。

実際に実用化している会社では、工場の焼却炉の排熱を電気に変えて、工場の蛍光灯に割り当てています。残念ながら、現在の技術ではまだ無駄になる熱が多いため、多くの利用案がまだ実現には至っていないのが現状です。

しかし一方で近年に、金属ではなく絶縁体でもゼーベック効果に近い現象が起きることが新たに発見されています。研究が進むことで、あらゆる排熱を再利用できるようになれば、「必要な電気を自分で発電する」社会も夢ではありません。

 

熱を移動させるペルチェ冷却と冷媒を利用するコンプレッサー

2つの異なる金属の接合部に電流を流すと熱が発生し吸収される、このペルチェ効果を使った冷却装置のメリットは小型化でき、振動が無いためパソコンやサーバーなど特に電子製品に利用されることが多くなっています。

また、オゾン層破壊の原因として有名なフロンガスを使用しない冷蔵庫であるノンフロン冷蔵庫やノンフロンクーラなどに使用されています。

しかし、その問題点として冷却効果が弱いことがあります。

例えば一般的な冷蔵庫ではその効果を強くするためにコンプレッサが使用されています。このコンプレッサーは冷媒を圧縮するために使用されているもので、冷蔵庫やクーラーが有する強力な冷やす機能はこの装置に依拠していることが理由です。

このコンプレッサーで使用される冷媒は気体であり圧縮すると熱をもち、熱を放出すると冷やす効果があります。圧縮された際の熱は給湯や暖房として使用され、熱が放出されれば冷蔵・冷凍できることになり省エネ製品には欠かせないものとなっています。

ペルチェ効果による冷房器具とこのコンプレッサーを使用した機器ではコンプレッサーを使用した冷暖房機器に軍配が上がります。しかし、医療や電子製品の分野ではm小型である、振動を避ける必要がある、同時に多くを設置する必要がある、移動させる必要があるなどが理由となりペルチェ効果を利用した冷却が有効となるのです。

このペルチェ効果を利用した冷却と冷媒を利用したコンプレッサーはそれぞれの特徴に合わせて利用されています。

Writen by admin