ペルチェ素子は冷却に利用されるだけではありません

ペルチェ素子とは、耳慣れない言葉ですが、実は凄い特質を持った物質です。その特質とは、電圧をかけると冷却作用を発現するというものです。 効率自体はそれ程高くないため、家庭用の冷蔵庫やエアコンで使用されることはありませんが、小型化が可能なためコンピューターのCPU冷却、車載用小型冷温庫、医療用冷却装置など幅広い分野で使用されています。

ペルチェ方式は、従来のフロンガスや温暖化係数の高いガスを使用する方式に比較して多くの利点があり、人にも地球にもやさしい技術として注目を集めています。 このように素晴らしい特質をもったペルチェ素子ですが、最近になって違う使用方法も開発されています。それは、電圧を加えると冷却するのだから、逆のサイクルを考えたらどうなるのだろうという発想に基づいています。

つまり、従来とは逆の熱を加えると発電するという使用方法も開発されているのです。それが、ペルチェ発電です。再生可能エネルギーとしては太陽光発電や風力発電がポピュラーですが、人間は様々な生産活動を通じて膨大な熱を排出しています。この排熱を再生可能エネルギーとして利用しない手はありません。

工場やゴミ焼却場では、恒常的に膨大な熱が排出されているので、これを利用して発電することができれば、従来の再生可能エネルギーより遥かに安価な電力が得られことはほぼ確実です。この技術は、まだ開発されたばかりで、産業用として一部に導入されているだけです。しかし、これから技術開発が進みコスト低下が実現すれば、私たちが家庭で使えるような製品も近い将来にはきっと登場することでしょう。

 

ウォーターサーバーの決定的ランキング

テレビのゴールデンタイムのCMや折込チラシなどで、よく見かけるようになった「ウォーターサーバー」ご存知でない方はもういらっしゃらないかと思います。そこで、数十社とある中からランキングを作ってみました。

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「以前は某社のRO水を利用していましたが、12Lものボトルを持ち上げてセットするのが大変で、足元ボトルのコチラにしました。天然水にしたのでお値段がやや高めになり、尚且つ美味しいので以前よりも消費量が増えましたが、満足です^^」by60代女性

2位クリクラCMで有名なクリクラ!二年連続顧客満足度No.1毎月1,312円 レンタル料無料、500mlあたり54.67円
「クリクラママというものに申し込みました。ママは6本無料でお水が貰えるというキャンペーンで、6本飲み終わった後の使うも使わないも自由なので、とても気が楽です。」by30代女性

3位フレシャス毎月4,400円 レンタル料無料、500mlあたり76.92円「かわいい!パステルカラーのサーバーがかわいくて、部屋のインテリアにもばっっちり♪です!」by20代女性

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5位アクアクララ宅配水・法人水共にシェアNo.1!毎月2,100円 レンタル料無料、500mlあたり65.63円
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ペルチェ素子に対する認識の変化について

ペルチェ素子に対する認識が変わりつつあります。その理由は、ペルチェ素子を利用した電子部品の技術が進歩したことで、熱から電力への変換効率が10%を超えたこと、稼働電力が約10分の1になったことが挙げられます。この2つは大きな意味があります。

例えば、熱から電力への変換効率が10%になることは「発電装置」としての機能を証明する基準となっており、また装置が稼働するための電力が10分の1になったことと合わせて考えるとこの装置を使った発電が期待できるのです。この装置を使ってできる発電システムは水力・火力・原発などの大型発電を代替できるものとは考えられておらず、主に家庭・企業・地域など、今まで利用できなかった場所でも発電ができるという特徴があります。

この小型発電は、再生エネルギーや省エネ、持続可能でムダの少ない生活・産業・生産などに応用が期待されていますが、将来利用されると考えられるものは地熱・温泉熱発電、体温発電、太陽光発電との組み合わせ、焼却炉や工場などの排熱発電、自動車の廃熱発電など熱が発生する場所での発電システムや装置が挙げられます。

現在はドイツを中心としたヨーロッパ、アメリカ、そして日本が研究開発をこなっています。このペルチェ素子は、フラス人科学者が異なる金属の接合部に電流を流し、熱が発生することと熱が吸収されることを発見したことから、冷却装置としてパソコン、車用小型冷蔵庫、医療用冷却器として使用されてきましたが、更なる可能性として発電機能が注目されています。

 

ペルチェ素子の原理と応用

ペリチェ素子は、ペルティエ素子とも呼ばれる熱電素子の1種で、熱エネルギーと電力を直接に交換することができる電子部品です。これは、その原理を発明した物理学者のジャン=シャルル・ペルティエに因んで名付けられ、この原理とは、2つの金属に電流を流すと片方の金属から他方の金属に熱が移動するペリティエ効果を利用して、板状の半導体素子とし、直流電流を流した場合には片方では発熱し他方では吸熱します。

そして、電流の極性を変えればこの逆の熱の流れも可能ですので温度制御が可能で、また温度差により電圧を発生させることもできます。更に、この板を重ねて使用することもできますので、その分だけ大きな熱の量を移動させることも可能です。

このペルチェ素子の特徴は、何といってもそのサイズが数ミリから数センチの角の微小サイズであることにあり、加えて温度差が1℃程度の熱源とこのペルチェ素子さえあれば、発電が可能なことも挙げられます。そして、サイズが小さいことから、騒音や振動が少ないという利点があり、現在ではコンピュータのCPU冷却や車用の小型冷温庫などに応用されて、また変わりどころとしては、子犬用の犬小屋に熱中症対策としてのエアコンとしても応用されています。

ちなみに、ペルチェを使った組立キッドも販売されており、家庭で簡単に組み立てられますので、子供と一緒にその仕組みを学ぶも良し、また実際に冷却装置として使用可能でもありますので、何か小さいものや狭い所のちょっとした冷却装置などを自作してみるのも良いかもしれません。

 

ペルチェ素子を利用した冷却装置とその利用例

ペルチェ素子という熱電素子を用いた冷却機構があります。この素子は2つの金属の接合部に電流を流すことで電荷を移動、片方の金属から吸熱しもう片方の金属を発熱させることで熱を移動させることができます。この原理を用いて、吸熱側の金属を対象に接触させ、その熱を発熱側金属に移動し空冷ファンや水冷ラジエータ等で冷却します。ペルチェ素子・サーモモジュール販売はすでに実現しています。

電流制御で吸熱と発熱を入れ替えることができるため、高精度な温度制御にも適しています。ただし、電流を流すことで素子自体も発熱するため、素子にかけられる最大電圧の約50~60%が最適電圧といわれています。素子の名前の由来はこの原理を発見したフランスの物理学者、ジャン=シャルル・ペルティエに因んだものです。

他の方式、例えば一般的なエアコンに用いられているヒートポンプ方式と比較して、ペルチェ素子を用いた装置は構造が簡単・小型化が容易で騒音や振動を発生しないというメリットがあります。また、フロン等の冷媒を用いないため環境負荷も低く抑えられます。具体的な利用例として、コンピュータのCPUの冷却や小型の冷蔵庫・冷温庫、恒温水槽、医療用冷却装置や分析装置などがあります。

CPUクーラーとしては、他の空冷・水冷クーラーと比較して周辺気温よりも低い温度まで下げることができるメリットがあります。ただし、それによる結露には十分な対策が必要です。小型の冷温庫もペルチェ素子をうまく利用している例です。通常の冷やすという機能を逆に用いることで温度を上げて保温庫としても活用しています。

 

フレシャスが持つ魅力

東日本大震災後、ペットボトルの水を購入し続けることに不安を感じ、いい方法はないかいろいろ調べていたところ、ウォーターサーバーが一番便利で安心して利用できると思い、ウォーターサーバー探しを始めました。ウォーターサーバーのレンタル料金がかからず、どこも低料金で利用できるところに魅力を感じたのですが、「フレシャス」のデザインに一目惚れして購入を決めました。

使い始めて一番便利だと思ったのは、エコモードが搭載されているところです。使用していない時は自動でエコモードになってくれるので、電気代を節約することができて助かっています。毎月電気代が1000円を切っているので、負担が少なくて助かってます。水を使い切れなかった場合、翌月の注文を停止することができるので、使用量を気にせず、いつでも安心して利用することができます。

フレシャスは低料金で利用することができ、必要なものがすべて揃っているので、ウォーターサーバーを初めて利用する方にもオススメです。フレシャスを使い始めて一年近くたちますが、故障や水漏れもなく、メリットが大きいので、利用して本当に良かったです。おしゃれなサーバーなので、これからも長く使い続けられそうです。