主題：ゼーベック効果による発電装置 　
副題１：ペルチェ素子による温度差発電
副題２：ゼーベック電池　　　　　　　　　　
最終更新日２０１３年９月２５日
Last update 9,1,2000

株式会社レック制御

熱発電による非常用電源装置の開発。

＜コンセプト＞
燃えるものを燃やして電気を作り、充電し、必要に応じて電気を使用する。

　　
↑ 概観　　　　　　　　　　　　　　　↑ 水冷


　　
↑ 熱源（写真は撮影用に炭を使用）　　　　　　↑ 熱源はマキなどの木材でもＯＫ
　　効率よく発電　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　燃やせる物ならなんでも発電可能


　　
↑ 発電した電気は、バッテリーに充電　　　　↑ 交流変換(ＡＣ１００Ｖ)


↑ コンセントにて家庭用機器が使用できます。


　　
　　↑ ４０Ｗの蛍光灯も点灯します。昼間に充電しておいて夜間に使用することが可能。

　　　その他、携帯電話の充電やテレビやラジオ、パソコンなどを作動させる電源として使用可能。


問い合わせ先
株式会社レック制御
大阪府岸和田市田治米町６３
ｔｅｌ：０７２４−４３−０８４５
e_mail: my@lec21.com

★　ペルチェ素子を使って、ゼーベック電池を作るホームページです。　★
★　ダイレクトに「火」を使います。熱湯と氷水は使いません。特許出願中　★

ペルチェ素子で発光ダイオード（ＬＥＤ）と電球を点灯させてみる。

★画面サイズは１０２４＊７６８以上を推奨。　画像を豊富にしています。全ロードには２分程度かかります。

↓ペルチェ素子　　　　　　　　↓白色発光ダイオード５個と電球２個　　　　↓ＬＥＤ点灯

←電球も点灯するハイパワー。

ペルチェ素子は、パソコンのＣＰＵクーラーなどの汎用品を使います。
この素子の裏と表の表面に温度差を与えると、
ペルチェ素子はゼーベック効果にて起電力が発生します。
この起電力を応用した物には古くから熱電対（サーモカップル）が知られていますが、
起電力は極めて微弱で、発光ダイオード（ＬＥＤ）1個ですらも作動できません。
今回は上記写真のように、十分な電力で発光させることに成功しました。

問い合わせ先　　　　　　　　　ＨＯＭＥ（レック制御の総合ＨＰ）
株式会社レック制御
大阪府岸和田市田治米町６３
ｔｅｌ：０７２４−４３−０８４５
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キーワード

　　ペルチェ素子について

　　壱号機 ／ ゼーベック電池 ／ の製作

　　　　／ ゼーベック電池 ／ の計測

　　　　パソコンで計測

　　　　パソコン計測ソフト

　　　　エクセルで実験結果を見る

　　　　壱号機の ／ 効率 ／ を考える

　　　　／ 温度差 ／ を考える

　　弐号機 ／ ゼーベック電池 ／ の製作（ＮＥＷ）



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ペルチェ素子について　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

２種の半導体（Ｎ型とＰ型）の接合面を電流が流れると、
熱の発生または吸収が起こり、この現象をペルチェ効果といいます。
これはゼーベック効果の逆効果といえます。
Ｎ型からＰ型へ電流が流れるときに、
発生または吸収される熱量は電流に比例します。
したがって図の加熱面と冷却面に熱を与え温度勾配を作ると、
ゼーベック効果にて電流が発生するのです。


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壱号機 ／ ゼーベック電池 ／ の製作　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

�@ペルチェ素子　Ｓ.Ｉ.Ｓ.製　Ｔ１５０−６０−１２７型 を３個用意する。




�A厚さ１．５ｍｍ、１０ｃｍ角の銅板を２枚用意し、四隅と中央に３．２ｍｍの穴を開ける。

サーミスタはアロンアルファで銅板に接着し、サーミスタの上には厚み１ｍｍ程度の紙を接着しておきます。
（紙と接する銅板が冷却側になります。また温度測定をしない場合は、サーミスタは不要です。）
シリコングリスをペルチェ素子に塗り、図のように並べ、もう１枚の銅板をかぶせて、３ｍｍのネジ５本で固定します。
配線は、直列接続にします。
注意：下記�B、�Cから順序を考慮する。


�B冷却側の銅板には、厚さ０．５ｍｍの銅板を半田付けして、水が蓄えられるようにします。



�C加熱面には、厚さ１ｍｍのアルミ板で、スカートを付けます。

銅板には３ｍｍでタップ穴を切り、アルミ板を図のように３ｍｍのネジで取り付けます。


�D出来上がり。



�Eコールマンのバーナー（５０８Ａ型）を用意する。　�Fバーナーと製作した ゼーベック電池 をセットする。

�G白色発光ダイオード５個を適当なラグ板に半田付けし、ゼーベック電池 に配線する。



�Hバーナーに１００ｃｃの専用ガソリンを入れ、点火します。　　　　↓コールマンのホワイトガソリン。

�I炎が青白くなったらバルブを絞って、このくらいの微弱な炎にします。

ゼーベック電池 には水を入れ、火にかけます。　�Jしばらくすると、白色発光ダイオード５個は、直視できない程に明るく輝きます。

この時の電圧と電流は３．８Ｖ２８０ｍＡでした。
水はそのうち沸騰しますが、問題ありません。
ただし、水が蒸発してなくなってしまうと、熱破壊を起こすので注意が必要です。
火の強さは、最大、大、中、やや弱い中、小、微弱、と６段階に分けた場合、
「やや弱い中」までです。これ以上の火力を与えると壊れてしまいます。
「微弱」で十分発光し、
また燃料が満タンであれば６時間程度 炎が維持でき、発光ダイオードは点灯し続けます。
ゼーベック電池の寿命に関してはまだ正確なデータをつかんでいませんが、
「微弱」でトータル４８時間 実験を行いましたが、全く衰えを生じていません。


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／ ゼーベック電池 ／ の計測　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る
単に発光ダイオードを点灯させるだけでも十分に面白いのですが、
さらに高度な事をしてみましょう。

ゼーベック電池の各要素（電圧、電流、電力、積算電力、効率、加熱面の温度、冷却面の温度、稼動時間）を計測し、
実用性を考えてみます。


�@私は、用途に応じた計測機器を作るのが得意で、これを事業にしています。　　　　キーワードに戻る
↓今回は、電圧、電流、電力、積算電力、加熱面の温度、冷却面の温度、を計測する機器を製作してみました。
　　　（電圧は０〜１０Ｖ、電流は０〜２Ａ、温度は２０〜１８０℃、電力と積算電力は計算によります。）
　　　実験用に作った物なので、あえて筐体には入れてません。

計測された情報は、ＲＳ２３２Ｃにてパソコンに伝送。　　　　　　　　　　↑ＤＳＵＢ９ｐｉｎコネクタでパソコンに直結できる。

↑パソコン側は、計測ソフトにて受信された情報を加工して、表示と記録を行う。
　（使用したパソコンは、ＩＢＭ互換機Ｐ１３３ＭＨｚ）


�Aゼーベック電池とバーナーを脚立にセットし、配線を行う。

↑脚立は便利です。特にこうした実験には。


�Bホワイトガソリンを正確に１００ｃｃ計量して、バーナーに入れます。
←ホワイトガソリンは青く着色？してある。


�Cバーナーに点火して実験開始です。



�D計測ソフトについて。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

電圧：０．０００〜９．９９９Ｖ　　電流：０．０〜２０００．０ｍＡ　　電力：０．０〜１９９９９．９ｍＷ　積算電力：0.0〜999999.9ｍＷｈ
温度：２０〜１８０℃
Ｍｅｍｏ１、２：実験状況のメモ用　　設定：メモ内容の記憶
積算リセット：積算電力を０にリセット
１７０℃以上アラーム音：下部温度が１７０度以上でＢＥＥＰ音
１５分タイマーアラーム音：１５分経過するとＢＥＥＰ音
ＲＳＴ：１５分タイマーのリセット
記録開始：電圧、電流、電力、積算電力、上部温度、下部温度、をＣＳＶ形式で１秒毎に保存
記録中断：保存の一時中断
記録終了：保存の決定


�Eエクセルで実験結果を見る。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

ＣＳＶ形式で保存できるので、エクセルで直接開いて加工できます。
この図は、電流・電力・積算電力をグラフ化した例です。
周期的な突出は、水を補給した時に生じています。
（冷却面の温度が急激に下がり、加熱面との温度差が大きくなった為）

１００ｃｃの燃料は、６０００秒で使い切りました。
火力が「微弱」の時で電流２８０ｍＡであったのに対して、
今回は火力を「小」で実験し、４００ｍＡを少し下回る程度です。
後半は火力が落ちてきて、３３０ｍＡ程度になっています。
電力は１５００mW程度です。
積算電力は直線的に増加し、最終２４８０mWhです。


↑温度に関しては、常時 約６０℃の差であることがわかります。


↑電圧は約４Ｖを維持しています。（開放電圧は約１２Ｖ）


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壱号機の／ 効率 ／ を考える　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

燃焼エネルギーと効率について考えてみましょう。
今回燃料として使ったホワイトガソリンの標準燃焼熱のデータがわからなかったので、
探せたデータの中で最も近そうなベンゼンで換算してみます。
ベンゼン１００ｇを燃やした時にでるエネルギーは、
ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）の分子量は７８．１１ｇ／ｍｏｌで、
標準燃焼熱ΔＨ＾ＯＣ（ｇ）は、−３３０１．５ＫＪ／ｍｏｌなので、
１００ｇ／７８．１１ｇから、１．２８ｍｏｌであることがわかり、
−３３０１．５ＫＪ＊１．２８ｍｏｌで、４２２６ＫＪになります。
これをカロリーに換算すると、１Ｋｃａｌ＝４１８６．５Ｊなので、１００９Ｋｃａｌになり、
１Ｋｃａｌ＝１ＫＷｈ／８６０なので、
効率１００％であれば、１．１７ＫＷｈの電気が得られることになります。
今回の実験では２４８０mWhしか取り出せなかったので、
０．２１２％の効率。となります。（わずかに４７２分の１）

しかし考え方次第では、
試作のゼーベック電池としては、上出来なのかもしれません。
なぜならバーナーから出る熱はスカートの部分から逃げていますし、
素子も３枚しか使っていないので水の沸騰と蒸発もはやく、
熱損失は多く発生しています。
もし効率を１％にできたとすると、１１．７Ｗhになり、
これは電流に換算すると２．９３Ａ（電圧は４Ｖ）にもなります。
この次元になると、用途も見えてきます。


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／ 温度差 ／ を考える　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　キーワードに戻る

ゼーベック電池に水を滴下し、強制的に冷却して見ましょう。

�@空き瓶を脚立に吊り下げ、サイフォンの原理で水が出るようにします。　�A水は、図のようにゼーベック電池上部に落ちます。

�B熱せられた水は、同じくサイフォンの原理で下のカップに落ちます。

上部水槽に水が適量残るように、
２つの流量を調整（チューブをクリップで押さえて調整）します。

�Cホワイトガソリンを１００ｃｃ計量し、バーナーに入れ実験開始です。

�Dエクセルで実験結果を見る。



↑温度に関しては、常時 約７０℃の差であることがわかります。


↑電圧は約４．５Ｖを維持しています。

効率は前章から、
ホワイトガソリン１００ｃｃ＝１．１７ＫＷｈとし、
今回は３１２０ｍＷｈが取り出せたので、
０．２６７％の効率。となりました。
前章は０．２１２％だったので２６％向上したことになります。

しかし構造が複雑で水を３Ｌも使用した割には、
効率の向上はわずかで、実用的とはいえません。


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