熱電対を用いた熱電池について

質問

まったくの趣味的な範囲ですがポータブル（無電源）のファンヒーターを作っているのですが、燃焼器関係と熱交換器（排気のみパイプを使って屋外に排気）関係は、とりあえず問題なく動作するところまで来ています。燃料はガソリンもしくは灯油（燃料ノズルの交換で対応）を使用しアウトドアストーブで良くある気化器方式のブンゼンバーナーを使用した方式です。以前製作したものはスターリングエンジンを用いて燃料の加圧と送風を行っていたのですが、私の未熟な工作では精度が不十分なこともあり、どうしても騒音が消せません。それと、スターリングエンジンのヒーターが温まった後で起動させる必用があるなど操作が煩雑なことも悩みの種（バイメタルを用いてクランクをはじいて起動させる方式も考えましたが、安定度が今一で起動に失敗すると燃焼自体の安定にかかわります）です。そこで熱電対を用いてＰＣなどの冷却用のブラシレスファンを回せないかと考えたわけです。現在はＤＣ１２Ｖ　０．１５Ａのファン２台を外部電源で動作させることで安定して動作することの確認は出来ています。燃料の加圧も燃料タンク下部に設けたチャンバーにバーナーからの熱を導（ガソリン用と灯油用で熱伝導をする部分の断面積を変えています）くことで、燃料の蒸気圧を使うことで機械式のポンプを廃止することには成功しています。ここまでは問題ないのですが、出来ればＤＣ15Ｖ　０．4Ａ程度の電源を熱電対で確保できないかと考えたわけです。冷却用に用いるペルチェ素子では素子自体の耐熱温度低く温度制御に難があるので、計測用などに用いられるＫ型熱電対が使えないかと考えたのですが、この種の素子に関しては恥ずかしながらまったく無知なので、Ｋ型熱電対に詳しい方のご助力を願えればと考えた次第です。発生する電圧については安定化などのスキルはありますので問題なく対処できると思います。一般的なＫ型熱電対で得られる電力はどの程度なのか（温度は５００℃程度は安定して確保できます）出来れば温度と電流・電圧の特性がわかると、設計する上で非常にたすかります。複数を直列ないし並列接続することなるので温度分布等も考慮しなければならないので・・・

測定用の熱電対の特性を見ても温度。電圧の特性はあっても。電流がどの程度取れるかがわからず難儀しています。また、安価で熱電対が購入可能な店舗などありましたら、あわせてお願いします。

回答No.5

tance · ベストアンサー

もう一度tanceです。
熱電対を電源にするというアイデアは奇抜ですが、あり得ないことでは
ないと思います。

筋からするとペルチェですが、ほとんどのものが半田で接続されて
いるので、500℃には耐えません。

また、あの薄い表裏の間に500℃の温度差を持たせるのは冷却（放熱）が
大変です。

普通に熱電対を買うと高くつくので、不要なガスコンロをばらして使うのが良いかも
しれません。ガスコンロで使われている熱電対は炎の温度で0.5Vくらい
出るようです。

お礼

再びの投稿ありがとうございます。
他の方からの投稿で、ペルチェの利用を再考してみることにしました、現物で試してみると使えそうな手ごたえがあり、以前、ペルチェの使用を考えて候補から外した一番の理由である最高使用温度の問題も、熱交換器を上手く設計すれば物になりそうな手ごたえもありますので、今回はまずペルチェでやってみたいと思います。さすがに大きな温度差を維持するのは難しそうなのですが、１つあたりの起電力が大きいので、冗長度の高い設計をすればと思っています。なにせ、趣味で作っているものですから、コストはある程度度外視できますので・・・
度々ありがとうございました。

回答No.4

gn_drive

ゼーベック効果の逆がペルチェ効果なのでペルチェ素子を使いましょう。
原理的には同じですが、
温度に対してなるべくリニアになるようセンサとしえ選ばれているものと、
熱エネルギから電気を多く得ようと選ばれているものとでは違います。
コストを気にするならペルチェ素子を選ぶべきと思います。

K型熱電対は500℃で約20mVです。

お礼

お礼が遅くなったことをお詫びします。
秋葉原に行って熱電対を買って来て実験したところ、やはり無理だというのがわかりました。ついでにペルチェも買って来て試したのですが、出力に関してはかなり手ごたえを感じました。後はペルチェの裏と表の温度差を維持する方法と、ペルチェの限界温度を超えないように抑える工夫が必要ですが、こちらは熱交換器の改良でどうにかできるかと思います。
ありがとうございました。

回答No.3

mtaka2

熱電対は、センサとして電圧を取り出すための素子ですから、
電流の形でエネルギーを取り出すのは無理でしょう。

エネルギーを取り出すのなら、ペルチェ素子を使うのはどうでしょうか。
ペルチェ素子は電気エネルギーから温度差を生み出す素子ですが、その原理であるペルチェ効果は、熱電対の原理であるゼーベック効果と対になっており、ペルチェ素子の構造は、大雑把に言えば熱電対を数百個直列にしたような形になってます。
ペルチェ効果とゼーベック効果は対になった可逆な反応ですので、ペルチェ素子に温度差を与えれば電気エネルギーを取り出すことが可能です。

個人での入手は難しいと思いますが、発電専用のモジュールなら、温度差250度から最大24Wを取り出すモジュールもあります。
http://www.kelk.co.jp/news/090128.html

市販のペルチェ素子を使った場合、
http://www.lec21.com/1/index.htm
こちらの実験例では、バーナーで炙ることで3.8V280mAが取り出せているようです。

お礼

お礼が遅くなったことをお詫びします。
秋葉原に行って熱電対を買って来て実験したところ、やはり無理だというのがわかりました。ついでにペルチェも買って来て試したのですが、出力に関してはかなり手ごたえを感じました。後はペルチェの裏と表の温度差を維持する方法と、ペルチェの限界温度を超えないように抑える工夫が必要ですが、こちらは熱交換器の改良でどうにかできるかと思います。
ありがとうございました。

回答No.2

tance

熱電対が発生する電圧（起電力）は非常に小さいので、所望の電圧を得るには
多数直列にしなくてはなりません。K型熱電対では温度差が500℃のときに約
20mVの電圧が発生します。15Vを得るには750個直列にする必要があります。

取り出せる電流は、内部抵抗が小さいのでそれなりの電流がとれると思います。
１本の熱電対の内部抵抗は10cmで0.1Ωくらいのものが普通ですので
750本では75Ωとなります。これに15V 0.15Aの負荷をつなぐと、86mAくらい
しか流れません。電圧も8.6Vくらいに落ちてしまいます。

太い熱電対を使えば内部抵抗を1/10くらいにはできます。
直径3mmくらいのものだと750本で8Ωくらいになるでしょう。

ガスレンジには似たような仕組みが組み込まれているものがあるらしいです。
ガスに火がつくとその熱で熱電対が発電し、プランジャを引きます。
これにより、ノブから手を離してもガスが出続けるようになっています。
もし火が消えると熱電対の起電力もなくなるのでプランジャを引けずに
ガスが止まる、というものです。

ですが、普通は熱電対を動力源にするような使い方はしないですね。

お礼

お礼が遅くなったことをお詫びします。
やはり熱電対では厳しいようです。
実は秋葉原に行ってテスター用の熱電対を１０本ばかり買って来て、起電力の試験してみたのですがこれは無理だという結果でした。ありがとうございました。

回答No.1

佐藤 志緒（@g4330）

http://www.tonetsu.co.jp/ti_004.html
熱電対の起電力一覧表です。

お礼

お礼が遅くなった事をお詫びします。
熱電対ではやはり起電力不足のようなので他の方法を考えて見ます。

ありがとうございました。