ペルチェ素子の応用。あまり知られていない様々な活用法

「ペルチェ素子」という言葉を聞いたことがあるでしょうか。これは、直流電流を流すことにより、一方の面から他方の面に熱を移動させる効果のある熱電変換デバイスの事で、冷却と加熱、温度制御を行う事が出来る半導体素子の事を言います。ペルチェ素子は、2枚の金属が張り合わされた構造をしています。2つの異なる金属を電気的に直列接合し、直流電流を流した場合、その接合部分にジュール熱以外の吸熱及び発熱が発生する現象の事は「ペルチェ効果」と言われています。

電源の極性を逆にすると、熱の移動方向も逆になるため、冷却・加熱を逆転させることも可能です。これだけ聞くと、私達の生活には特に関係の無いところの話を言う印象を受けますが、実は私達の生活に欠かせないものにも使用されています。

例えば、コンピューターのCPUを冷却するために使用されていたり、ワインクーラーに使用されていたりします。騒音を出さない静かな冷却装置であるという特徴があります。また、他には自動車用の冷温庫、小型の除湿機、小型のブランケットなど知らないだけで、既に多くの身近な製品で使用されているのです。

さらに、将来電気を作り出すことが出来る素子であるということでも注目を集めています。環境に優しい自然エネルギーとして注目を集めている太陽光発電と比べても、安価な再生エネルギーになると言われています。工場などから常に排出されている廃熱を利用して発電しようと研究されています。ちなみに、ペルチェとは発見者の名前から名付けられたものです。

 

小型化できるペルチェ素子の将来性と日本企業・大学・行政の研究

ペルチェ素子の用途は主に2つあります。ひとつは冷却分野、もうひとつは発電分野です。冷却分野として最も有名なのがパソコンhttp://xn--hck8bxd2c.biz/に使用されるCPU、GPUの冷却装置であり、その他にも自動車や寝室・ビジネスホテル等にある小型の保冷庫、医療用の冷却機器などが含まれます。発電分野として無線センサー、携帯型の通信機器、照明光、家庭用機器、地熱を利用した発電などに利用されており、さらに工場・焼却炉・自動車・太陽光発電との組み合わせ、体温で動く医療用のマイクロマシーンなどが研究されています。

このペルチェ素子は、大型の冷却装置(冷蔵庫・エアコン)や大型の発電システムなどには向かないが、小型化できるという特徴を備えています。

そのため、熱源と装置の温度差が1度ほどあれば発電することができ、装置の大きさは数ミリ~数センチ四方であるため日常生活により身近な場所で使用することができるのです。

このペルチェ素子を使った研究は日米欧で盛んに行われています。気になる日本企業や行政・大学の研究としては工場、ボイラー、船舶、焼却炉、自動車の排熱、温泉熱発電、センサーネットワークのセンサーの送信用電源、ワイヤレス送信回路、体内埋め込み型・ウエアラブル型医療機器の電源、カーボンナノチューブの光発熱特性を熱電変換素子に組み入れた光熱発電素子など、が挙げられます。この小型化が容易であるという特徴を持ったペルチェ素子は、冷却装置だけでなく発電装置としての将来性が期待されているのです。

 

加熱も冷却もすぐにOKのウォーターサーバー

最近ウォーターサーバーを利用しているのですが、私が使っているのはコスモウォーターという会社のものです。今までウォーターサーバーの存在は知っていたんですが、いまいちよく分からなかったので使っていなかったんです。そんな時に、友達から紹介されたのが、このコスモウォーターでした。

実際使ってみると、本当に即戦力になってくれます。まず一番良いのは、何と言ってもミネラルウォーターを購入する手間が省けるっていう事です。今までは水がなくなるたびに、スーパーなどに買いに行っていました。水ってすごく重いですし、これが結構手間なんです。かさばるので、なかなか家にまとめて置いとくという事も出来ないので、頻繁に買いに行く必要がありました。でもコスモウォーターの場合、定期的に家まで運んでくれるので、この手間が一切ないです。

使う前に気になっていた費用の面ですが、このコスモウォーターはサーバーレンタル代が無料なので、本当にお得です。普通に水を買うのとそれほど変わらないので、それでここまで便利な面があるなら十分です。サーバーを設置すれば、すぐにいつでもおいしい水、そしてお湯まで使えるという即戦力です。今ではもう、手放せなくなっています。

 

ペルチェ冷却とワインセラー

フランス人物理学者ジャン・シャルル・ペルティエによって発見されたペルチェ効果は、異なる2つの金属の接合部に電流を流すと熱が伝わり吸収されるという現象です。この効果は古くから冷却装置として利用されています。その特徴は冷却装置であるコンプレッサが必要ないことから小型軽量化できる、振動が発生しないためデリケートな電子製品などに使用されています。使用されている製品としてパソコンのCPUやGPU、医療用冷却装置、自動車や寝室に置くことのできる小さな保冷庫などがそれに当たります。

また、それ以外にも一般的に使用されているものとして、ワインセラー、ノンフロン冷蔵庫、ノンフロンクーラー、またペルチェ効果を学ぶためのキットなど数多くの物があります。

この中でワイン好きなたまらないのがこの効果を利用したワインセラーです。ワインは非常にデリケートなお酒として知られています。適切な環境で管理しておくとゆっくりと時間をかげ熟成し、そうでなければ早期に劣化し台無しとなるのです。そんなワインセラーにもペルチェ効果が利用されています。

ワイン保存のためには人工的な冷たさより、自然で涼しい環境が最適であることかが理由となっています。そのため、ワインセラーにもこの効果が利用されているのです。また、ノンフロンをアピールされることもある製品であるノンフロン冷蔵庫、ノンフロンクーラーなどにも利用されています。これらはオゾン層を破壊すると言われるフロンガスを使用しないことが特徴です。ペルチェ冷却は金属の間を熱が移動する原理を利用したもので、小型の装置に向いているのです。