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ペルチェ素子と白金触媒式のカイロで発電をやってみた

 秋月で買っておいたペルチェ素子を使って遊んでみました。

▼秋月のペルチェ素子
40×40mmのペルチェ素子
 ペルチェ素子 8Aタイプ(40x40mm) TEC1-12708

 まずは本当に冷えるのかやってみた。

▼発熱/吸熱の実験
ペルチェを試す
 手持ちの電源の関係で6V/2.8Aくらいまでしか通電できませんが、でもおー、ちゃんと冷える!。連続動作させると、低温側が結露でべちゃべちゃになります。

 それにしても発熱もすごい。ご覧のようにCPUのクーリングファンを使って冷却しないとやばいです。下側にちょっと見えている黒い部品が冷却ファンです。

 で、ここからが今回の記事の本題。ペルチェ素子は温度差を与えると発電素子になります。ちなみにこの写真のように通電しておいて、オシロで端子電圧をモニタしながら電源OFFにするとゼーベック効果による電圧が観察できます。この実験の電源電圧は6Vですが、電源OFFにした直後は1.5Vの電圧が発生しています。この1.5Vはゼーベック効果により発生した電圧。もちろん熱の供給が無いのでこの電圧はすぐに下がってしまいます。
 ちなみに、6Vと1.5Vの差の4.5Vはオーミックな抵抗成分ということでロスになるわけですが、これ結構大きな値。

 おっと、話がそれたので元に戻して。

 そうかー、ペルチェで1.5Vも出るなら発電やってみよう! ということでまずは熱源が必要。

 ペルチェ素子による発電でよく使われるのは熱湯と氷水。しかしこの組み合わせは大きな出力を得ることが出来ますが長時間の運転は無理です。ならば、ということで熱源は触媒式のカイロ、冷熱源は大きなヒートシンクを使うことにします。

▼熱源はZIPPOハンディウォーマー
ジッポーの白金触媒式カイロ(ZHW)
 白金触媒を使ったカイロです。以前このカイロのことを書いた記事。

 と言っても知らない人も多いと思うので少し説明すると。

▼火口
白金カイロの発熱部
 下のタンクに入っている燃料が蒸発したガスが上がってきて、ここにある触媒で酸化されて熱が発生します。反応を開始させるためには、最初にライターの炎などを使って触媒の温度を上げてやる必要があります。

 その熱をペルチェ素子で受けるために、

▼放熱フィンにペルチェを取り付け
放熱フィンにペルチェを取り付け

 熱を受けているだけではすぐにあっちっちになって熱流が発生しないので、ペルチェの裏側(この写真では下側)には放熱フィンを接着。また、熱を受けるペルチェの表面は均熱化を狙って厚さ1mmのアルミ板を接着。
 接着といっても適当なものが無かったので、はんだ付け用の液体フラックスを使いました。つまり松ヤニ接着。汗;

▼発電開始
ペルチェとカイロの発電機

 なんだかかっこいい。

 カイロの周囲はキッチンタオルで保温。こうするとカイロのタンクの温度が上がって熱出力が増えるはず。

▼発電中の火口
カイロの熱でペルチェを温める

 カイロの熱を受ける板の表面に水滴が付着してます。炭化水素を分解すると、二酸化炭素と水になるってことです。

▼こんな感じで発電できた
ペルチェとカイロで発電中

 出力電圧170mV、出力の短絡電流は40mA程度。ということは電源としての等価内部抵抗は4.25Ω。最大負荷電力は, (0.5*0.170)^2/4.25 で1.7mWということになります。

 内部抵抗が低いのはいいですが、電圧が微妙な値。500mVくらい出ればDDコンバーターで5Vまで昇圧するのは簡単なんですが、、

 でも、リニアテクノロジーのこんな石を使えば20mVから昇圧して5Vが得られるので結構いけるかもしれないです。また、ストロベリーリナックスからもこの石を使った超低電圧昇圧コンバーターが発売されてます。
 そういえば、トラ技の2012年3月号にも解説がありました。

 ということで何とか落とし所が見つかったのでこれで良しとします。

▼もっとスマートにやるなら
こんなふうにシンプルになると良い
 ペルチェ素子をカイロのフリースの袋に突っ込んだだけでも20mVくらいの電圧が出てきます。

 熱の流れを良くして効率を上げ、LTC3108のような石を使えばこんなスマートなやり方も成立するような気もします。
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No title

こんにちは~
ペルチェ素子って思っていたほど発電しないんですね。反対側を氷冷やせば2倍ぐらい発電するのでしょうか?
素直に電気流して冷却に使うのがいいのかな。

oink!さん、今晩は

そうですね~、触媒式のカイロの発熱量はけっこう大きいと思ってたのですが、期待したほどの電力を得ることは出来なかったです。

それと、氷は試しました。小さなカケラを置くとアルミのフィンにどんどんめり込んでいって、出力が3割くらい増えます。あと、熱板をライターの炎であぶると1Vくらいは出ます。
でもこの状態を長時間続けるのは難しいんですよね。

アルコールか灯油のランプの炎で安全に加熱できる方法があればもっと大きな出力が得られると思うんですけど、いい方法を思いつかないです。

No title

ごぶさたしてます。。

昨日、会社のPP○の集まりで、この話題で盛り上がっていました。200度以上の温度差で30Wぐらいでるものもあるようですね。

エネルギーハーベストっていうんですか。

hongさん、今晩は

お久しぶりです、コメントありがとうございます。

エネルギーハベスティングという言葉。自分なりに成功したと思える事例が出来れば記事の中に書きたいのですが、いまだ結果が出ないので封印してますです。汗;

PPなんたら活動の方はXoopsで拝見してます。突然コメント入れるかもです
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