![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
最近、
また暑くなりましたね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
本当に、
暑いですよね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
作業しやすいように
暑さ対策をしようと
思っているんですよ。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
いいですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
工場扇とか
スポットクーラーとか
ですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/cool-fan2-160x90.jpg)
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2021/10/oiler-160x90.jpg)
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
一人一人に渡したいので
「ネックファンにしようかな?」
と思っています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
でも、色んな種類があって
迷っています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
あー、確かに色々
種類ありますもんね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
しかも最近では、
『ペルチェ冷却装置搭載』
とか良く分からない
ものもあります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
あー、確かに
最近増えた気がしますね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そもそも
『ペルチェ冷却』自体
良く分からないですし。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『ペルチェ冷却』とは
『ペルチェ効果』を利用した
冷却方法のことです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
写真を見た感じだと、
冷却プレートが付いてる
ネックファンという理解で
大丈夫ですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
厳密には違いますが、
現状ではそれで
大丈夫です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ただ、
『ペルチェ冷却装置』が
数十分で自動OFFする
ネックファンが多いので
よく確認して下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
えっ!
そうなんですか。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
確認してみます。
という、やりとりがありました。
今回は、『ペルチェ素子』
について簡単にわかりやすく
紹介していきたいと思います。
ペルチェ効果とは?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そもそも、
『ペルチェ効果』って
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
私の分かる範囲での
説明になりますが
大丈夫ですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
よろしくお願いします。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
まず、『ペルチェ効果』
ですが、JIS規格で
3-5-13 ペルチェ効果
異種の導体(又は半導体)の
接点に電流を通すとき、接点で
ジュール熱以外に熱の発生
又は吸収が起こる現象。
引用:JIS C 5600-電子技術基本用語
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
と定義されています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
どういうことですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
簡単に説明すると、
2種類の異種金属や半導体の接触面に
直流電流を流すと、接触面に冷却面と
発熱面が発生する現象のことです。
第一話「ゼーベックとペルチェは、どちらが有名?」
参考: 熱電おもしろ話-株式会社KELK
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
2種類の導体に電流を
流すと冷却面と発熱面に
分かれるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
でも、なんで
『ペルチェ』なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『ペルチェ』の由来は、
フランスの物理学者
ジャン・シャルル・ペルチェに
よって発見された現象だからです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『ペルチェ』は発見者の
名前なんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ちなみに、
直流電流の方向を変えると、
冷却面と発熱面が反転します。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
へー。
すごいですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
何と何の金属を使うと
効率が高いんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
実は、
現在実用化されている効率の良い
『ペルチェ素子』は、金属ではなく
- p型半導体
- n型半導体
- 金属電極
の3種類で作られています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
素子ってなんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
電気回路に使う部品だと
思ってもらえば
十分だと思います。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
金属の代わりに半導体を
使っているんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『ペルチェ素子』は、他にも
『サーモモジュール』
『ペルチェモジュール』
などとも呼ばれています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
色んな呼び名が
あるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ところで、p型や
n型とはどういう
意味なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
p型半導体のpは、
positive(ポジティブ)で
n型半導体のnは、negative
(ネガティブ)の頭文字です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
へー。
そうなんですね。
-
2種類の異種金属や半導体に
直流電流を流すと、冷却面と
発熱面が発生する現象のこと。 -
フランスの物理学者
ジャン・シャルル・ペルチェに
よって発見された現象。 -
直流電流の方向を変えると、
冷却面と発熱面が反転する。 -
実用化されている効率の良い
『ペルチェ素子』は、
p型半導体とn型半導体・
金属電極の3種類で作られている。 - p型半導体のpは、positive
n型半導体のnは、negative
の頭文字。
ペルチェ素子と原理
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
では、『ペルチェ素子』の
p型半導体やn型半導体に
ついて詳しく教えて下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『ペルチェ素子』に使う
p型半導体は、シリコン単結晶の
半導体に、ホウ酸やインジウム
といった不純物を添加したものです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ホウ酸のような
不純物を添加すると
どうなるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
シリコンの単結晶に
ホウ酸を添加すると一ヵ所電子が
入っていない『ホール』と呼ばれる
空席ができます。
p型半導体
参考:第1章 半導体の基礎-
東芝デバイス&ストレージ株式会社
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
はぁ・・・。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
次はn型半導体ですが、
これもシリコン単結晶にリンや
ヒ素・アンチモンといった
不純物を添加したものです。
n型半導体
参考:第1章 半導体の基礎-
東芝デバイス&ストレージ株式会社
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
リンのような
不純物を添加すると
どうなるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
シリコンの単結晶に
リンを添加するとリンが持っている
電子の内の1個が余ってしまい、
自由電子ができます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
自由電子って確か、
物質の中を
自由に動き回れる
電子のことですよね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そして、
電圧をかけると、この自由電子が
+極に引き寄せられ、移動することで
電流が流れます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なぜ電流が流れると
冷却面と発熱面が
できるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
まず、
『ペルチェ素子』に電流を流すと、
n型半導体の下側から上側の電極を
通り、p型半導体の下側に流れます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ふむふむ。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そして、
電流が流れると、自由電子は
エネルギーとともに、
電流の逆方向へ移動します。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ふむふむ。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そして、
この自由電子が
n型半導体の上側から下側へ
移動すると、上側のエネルギーが
不足するので温度が下がり、
反対に下側は、温度を放出するので
温度が上がります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2022/05/pelche2-300x169.jpg)
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
p型半導体は、
どうなんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
p型半導体は、
『ホール』が同様の
働きをします。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
だから、電流を流すと
冷却面と発熱面に
分かれるんですね。
-
『ペルチェ素子』に使う
p型半導体は、シリコン単結晶に、
ホウ酸やインジウムといった
不純物を添加したもの。 -
ホウ酸を添加すると一ヵ所
電子が入ってない『ホール』
と呼ばれる空席ができる。 -
n型半導体は、シリコン単結晶に、
リンやヒ素・アンチモンといった
不純物を添加したもの。 -
リンを添加すると電子が1個
余ってしまい、自由電子ができる。 -
電圧をかけると、自由電子が
+極に引き寄せられ、移動する
ことで電流が流れる。 -
『ペルチェ素子』に電流を流すと
n型半導体の下側から上側の電極を
通り、p型半導体の下側に流れる。 -
電流が流れると、
自由電子はエネルギーとともに
電流の逆方向へ移動する。 -
電子がn型半導体の上側から下側へ
移動すると、上側のエネルギーが
不足するので温度が下がり、下側は
温度を放出するので温度が上がる。
ペルチェ素子の特徴と注意点
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『ペルチェ素子』の
特徴について
教えて下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
一般的に、
『ペルチェ素子』の特徴は、
- 温室効果ガスが発生しない
- 構造が簡単
- 小型軽量
- 振動騒音がない
- 冷却と加熱の両方ができる
- 温度調整が簡単
などがあります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
どんな用途で使用されて
いるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
色々ありますが、
ホテルや病院の冷蔵庫・レジャー用の
クーラーボックスやCPUの冷却とか
半導体分野では、精密温度調整装置・
除湿器や赤外線センサーの冷却など
様々な分野で使用されています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
主に冷却に使用されて
いるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『ペルチェ素子』って
どれくらいまで
冷却できるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
実は『ペルチェ素子』は、
注意が必要で
冷却面と発熱面の温度差は一定で、
熱エネルギーを移動するだけなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
どういうことですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
簡単に説明すると
冷却面と発熱面の温度差が20℃MAXの
『ペルチェ素子』の場合だと、冷却面を
20℃にすると発熱面は40℃になります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ということは、
冷却面を0℃にしたい場合、
発熱面を20℃にする
必要があるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そのとおりです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
発熱面を室温より
低い温度にするのは
簡単じゃないですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
なので、
『ペルチェ素子』の発熱面を
ファンやヒートシンク・チラーなどを
使って冷却してあげないと、
きちんと冷却することができません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
また、
『ペルチェ素子』は、かける電圧や
電流を単純に大きくすれば
冷たくなるものではありません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
決められた温度差以上に
することは無理なんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかも、
電圧・電流の値を大きくしすぎると、
発熱量が放熱量を上回ってしまい、
冷却面の温度が、逆に上昇して
しまいます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
単純に、
電流値を大きくすれば、
冷たくなるわけでは
ないんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ネックファンについている
ペルチェ素子の放熱方法も
調べてみます。
-
『ペルチェ素子』は、
温室効果ガスが発生しない・
構造が簡単・小型軽量・
振動騒音がない・
冷却と加熱の両方ができる・
温度調整が簡単などの特徴がある。 -
ホテルや病院の冷蔵庫やCPU冷却
とか精密温度調整装置・除湿器や
赤外線センサーの冷却など
様々な分野で使用されている。 -
『ペルチェ素子』の冷却面と
発熱面の温度差は一定で、
熱エネルギーが移動するだけ。 -
『ペルチェ素子』の発熱面を
ファンやヒートシンク・
チラーなどで冷却しないと、
きちんと冷却できない。 -
電圧・電流の値を大きく
しすぎると、発熱量が放熱量を
上回ってしまい、冷却面の
温度が、逆に上昇してしまう。
ペルチェ冷却とコンプレッサ冷却の違い
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
先ほども話に出たように、
最近『ペルチェ冷却方式』の
冷蔵庫とか増えましたよね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
確かに多くなった
気がしますね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
一般的な冷蔵庫とは
何が違うんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
まず、
一般家庭で使用されている冷蔵庫は、
エネルギー効率が高く、
冷却スピードが早い
『コンプレッサー冷却方式』
が主流なんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ということは、
『ペルチェ冷却方式』
の方が、冷却能力は
低いということですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
『コンプレッサー冷却方式』に比べ、
『ペルチェ冷却方式』は冷却能力が
低いので、冷蔵庫のドアを一度
開けてしまうと、再び冷やすのに
相当なエネルギーが必要になります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ということは、
必然的に小型の冷蔵庫
しかないということですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
その通りで、今は
容量が70Lまでしか
ありません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
大きいと電気代が
かかりすぎるので
容量が70Lまでの小型
冷蔵庫が多いんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかも、
庫内温度が5℃までしか下げられず、
冷凍庫もありません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
冷凍庫ないんですか!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
しかも、5℃って
野菜室ぐらいの
温度じゃないですか!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ただ、
『ペルチェ冷却方式』の冷蔵庫は、
運転音が静かなので、ホテルや
旅館の客室などで保冷庫として
多く使われています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
確かに、ホテルの
冷蔵庫は、キンキンに
冷えない気がします。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
でも、
『ペルチェ冷却方式』の
冷蔵庫は静かだから
ホテルや旅館の寝室で
使われているんですね。。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
でも中には
使用している排熱ファンの
種類によって、うるさく感じる
冷蔵庫もあるようなので
注意して下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
排熱ファンの音の
大きさまでは
気が付きませんでした。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
他にも、
『ペルチェ素子』の品質によって
冷却能力が変わるので、
よく確認してから購入することを
お勧めします。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
分かりました。
-
一般家庭で使用されている
冷蔵庫は、冷却スピードが早い
『コンプレッサー冷却方式』
が主流。 -
『ペルチェ冷却方式』の方が
冷却能力が低いので、冷蔵庫の
ドアを一度開けてしまうと、
再び冷やすのに相当な
エネルギーが必要。 -
『ペルチェ冷却方式』
の冷蔵庫は、庫内温度が5℃まで
しか下げられず、冷凍庫もない。 -
『ペルチェ冷却方式』の冷蔵庫は、
運転音が静かなのでホテルや
旅館の客室などで保冷庫として
多く使われている。 -
使用されている排熱ファンの
種類によって、うるさく感じる
冷蔵庫があるので注意が必要。 -
『ペルチェ素子』の品質によって
冷却能力が変わるので、
よく確認してから使用する。
まとめ
『ペルチェ素子』は、『ペルチェ効果』を
利用した半導体素子です。
冷却能力は、まだまだ
『コンプレッサー冷却能力』
に及ばないですが、
特定フロンや代替フロンなど温室効果ガスの
発生や人体への有害性が無いことから
冷却及び発電向けの研究が活発化しており、
今後の展開が注目の電子部品です。