ペルチェ＆ゼーベック

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　電流が流れることで熱が移動し、素子の両端（両面）で温度差が生じる「ペルチェ効果」、素子の両端に温度差が生じることで起電力が発生し電流が流れる「ゼーベック効果」は、熱半導体による熱電変換現象だ。これらの現象は冷却・温調技術、温度差発電技術に基づいている。ペルチェ効果は局所的な精密温調などで、ゼーベック効果は環境発電（エネルギーハーベスト、ＥＨ）や排熱回収などで活躍が期待されている。

ペルチェ　精密温調 ／ ゼーベック　排熱回収　

ペルチェ／産業・研究—最先端で活用

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　ペルチェ式冷却技術はフロンなどの冷媒やコンプレッサーを用いないので、配管やラジエーターなどが不要となる。機械的には可動部のないシンプルな構造で、運転に伴う振動や騒音が発生しないという利点を持つ。電流の向きを切り替えることで冷却にも加熱にも使用でき、応答性がよく高精度の温度制御が可能だ。

　これらの特徴から、ペルチェ式冷却・温調は装置にコンパクトさが要求され、かつ①音や振動を避けたい用途②精密な温度制御が要求される用途—などで活用されている。とりわけ局所的な冷却・温調を得意としている。

　民生分野ではホテル客室や病室の小型冷蔵庫・保冷庫、車載用クーラーボックス、高級乗用車のシート温調、ワインセラーなどで用いられている。産業・研究用途では半導体製造装置の温度制御、医学・バイオ工学の生体試料分析装置、コンピューターやレーザー発振器の冷却など、先端分野で活躍している。

　光通信分野では通信データの高速化・大容量化が進み、データ送受信モジュールの発熱量が増大。データ変換を担う小型トランシーバーユニットの冷却に微小なペルチェモジュールが組み込まれている。

　ペルチェモジュールは温度ギャップや熱の移送量などの仕様を、目的に合わせて柔軟に設定できる。温度ギャップを大きくしたい場合は個々の素子を長く（モジュールを厚く）し、熱の移動量を増やしたい場合は素子を短く（モジュールを薄く）することで対応する。性能設計の自由度が高いため、研究用の特殊な装置に適用するための専用設計にも適している。

ゼーベック／カーボンニュートラルに貢献

　温度差によって起電力が発生する現象であるゼーベック効果は、環境中の未利用エネルギーから電力を取り出すＥＨ技術の一つとして、広く知られている。機械装置からの排熱と雰囲気温度との温度差、直射日光を受ける部分と陰になる部分との温度差などで発電が可能だ。

　生産ラインの機械やプラント設備などでは、状態監視などを目的としたＩｏＴ（モノのインターネット）システムの提案が活発になっている。ＩｏＴの実装が広がる中、膨大な数のセンサーを用いる際に、センサーと通信モジュールの電源に何を選ぶかは重要なテーマだ。

　小型電池で対応するとしても、電池には寿命がある。ゼーベック効果の利用は、配管内部など光のない環境でも温度差があれば発電できるため、電力線の配線や電池交換が不要というメリットを生かすことができる。

　また、カーボンニュートラル（温室効果ガス排出量実質ゼロ）に貢献するエネルギー源のニーズが高まる中、熱電発電における発電効率の向上や安全で安価な材料の研究も活発に行われている。

　センサー駆動などの微小な電力利用ではなく、より高い温度の排熱をエネルギー（電力）回収するモジュールの開発も進んでいる。高温域での耐久性、冷却面での結露対策など、課題の解決が進められ、実用的な製品も登場してきた。ゼーベック発電への期待はますます高まっている。