すべてのカテゴリ. Wirkungsgrad der Kohleförderung: Wie viele Tonnen Braun- bzw. 出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/05/20 09:15 UTC 版), 求める出力とそれを得る為に消費した入力との割合である。熱機関におけるエネルギー効率は熱効率とも称され、高温熱源から入る熱量を 熱電変換とは--はじめに--熱電変換は電気と熱との相互作用を利用したエネルギー変換現象です。 電気を通す物質は自由に動けるイオンや電子といった担体(キャリア)を多く含みますが、キャリアは電荷だけでなく、熱エネルギーも同時に運びます。 Gesamtwirkungsgrad, d. h. auch einschließlich Energie, die zur Bereitstellung der Reaktionsmoleküle erforderlich ist. 熱から電気を生み出す熱電発電。省エネ社会を構築する基盤技術として、長年にわたり研究が行われているが、現状の熱電材料(熱エネルギーを電気エネルギーに変換する、熱電発電の核となる材料)では幅広い利用を可能にするほどの性能を実現できていなかった。しかしことし1月、日本の研究グループが従来比180倍という飛躍的な高性能化に成功したと発表。熱電発電の可能性を広げる最新技術の詳細をお届けする。, 廃熱や未使用熱から電力エネルギーを直接回収する技術である熱電発電。可動部がないので、振動などが発生せず長寿命化でき、設置も省スペースで済むという利点がある。これらの特徴から、維持作業が困難な人工衛星、熱を発生する変圧器から野球場の小さな照明まで、さまざまな場所での活用が期待され、世界中で研究開発が進められている発電方法だ。しかし、未使用熱を有効活用できる一方で、現状では熱電材料の性能が追い付いておらず、幅広い産業での利用が可能になるにはまだまだ時間が掛かると考えられていた。そうした中、豊田工業大学の竹内恒博教授らのグループは住友電気工業との共同研究で、銅とカメラの露出計やガラスの着色剤などに用いられているセレンを掛け合わせて、発電効率を大幅に向上させる新たな熱電材料を開発したと発表した。, そもそも金属や半導体など電気を通しやすい物質(導体)に温度差を与えると、物質の両端には電圧(熱起電力)が発生する。この熱エネルギーと電気エネルギーが相互に影響し合うのが熱電効果で、そのうちの一つに「ゼーベック効果」と呼ばれる物体の温度差が直接電圧に変換される現象がある。この仕組みを用いて発電するのが熱電発電だ。, 温度差がない場合の電子量は一定だが、加熱や冷却によって温度勾配を与えると加熱側付近にある電子が活性化(活性化電子)し、低温側へと移動。移動した電子は冷却されて熱エネルギーを失うと低温側で再び不活性電子となり、電圧が生じる, 熱電発電によって熱から電気を効率的に生み出すポイントは2つ。まず、一定の温度差で大きな出力が得られること。そして、熱エネルギーをできるだけ逃さないことだ。熱電材料は出力因子(1℃の温度差で得られる電力)や無次元性能指数(エネルギー変換効率を決定する要素)で性能が左右され、無次元性能指数の数値が大きい熱電材料ほど熱から電気へのエネルギー変換効率が高くなる。つまり熱電発電においては、熱電材料の電気の流れやすさ(電気伝導度)と熱の流れやすさ(熱伝導度)が重要なファクターといえる。今回開発された銅とセレンからなる熱電材料は、一定の温度領域において最大無次元性能指数が約470になることが確認された。これはセレン化スズが記録していた従来の最高数値2.6の約180倍に相当する圧倒的なものだという。, 今回開発された熱電材料を測定した結果。無次元性能指数の最大値は従来値の180倍となる470に到達していることが分かる, では、一体なぜこのような大幅な数値向上をいきなり達成できたのか。その秘密は、独自の温度勾配方法にあった。銅とセレンの化合物は電圧が上がりやすいという特徴を備えている。一方で電圧の発生方向にのみ温度勾配を与える従来の手法では、熱電材料に電圧の上がりやすい低温結晶相と電気抵抗の低い高温結晶相を共存させることは難しく、十分な性能を得ることができていなかった。そこで今回、電圧方向に加えて直角に交わる方向から温度に変化を与える温度勾配方法を試したところ、電圧が上がりやすくかつ電気抵抗の低い特徴を備えた熱電材料の開発に成功。これは高温と低温の結晶相が共存していることを意味する。これにより、異なる2つの結晶相間においてイオンや電子の活発な移動が可能になったことで熱電材料の高性能化へとつながった。, 開発された熱電材料の構造。2つの相が共存することで一般的な材料の500~1000倍という巨大な出力因子を実現している, 現状では、今回開発された熱電材料の応用は超高感度センサーや微小温度差発電の利用などに限られると研究グループは見ている。これは高性能を発揮する温度領域の拡大や表面から逃げる熱対策など越えるべきハードルがまだ存在しているためだ。しかし、わずかな温度差からも発電できる熱電材料の開発とその実体が明らかになった意義は大きく、今後、関連研究の活性化と熱電発電技術の飛躍的な進展に期待できそうだ。クリーン社会の実現に向けて、さらなる研究の加速に期待したい。, FCV技術を鉄道に! 水素がエネルギー源のハイブリッド(燃料電池)試験車両開発が加速度UP. this approach, but additional costs of reprocessing the fuel rods to be factored in the case. ナノ発電, 熱電変換について J. The efficiency of nuclear power plants, according to official methods (IEA, EUROSTAT: efficiency approach) with 33% (= efficiency of an average thermal power plant) is fictitious, because the nuclear fuel (eg uranium) is not a simple way a kind of energy value (as with fossil fuels) is assigned can be, ie there is physical / chemical no clearly defined primary energy. これだけは知っておきたい電気設備の基礎知識をご紹介します。このページでは「電力量と発熱量」について、維持管理や保全などを行う電気技術者の方が、知っておくとためになる電気の基礎知識を解説しています。, 単位時間になす仕事のことを仕事率といいますが、その場合の仕事が電気エネルギーによってなされたときの仕事率を電力といい、単位にはワット〔W〕を用います。, つまり、電力 $1$〔W〕とは、仕事率 $1$〔J/s〕のことで、$1$ 秒間に $1$ ジュールの仕事をする電気エネルギーを表わしています。なお、電力の単位として、ワットの $10^3$倍 のkW、$10^6$倍 のMWが用いられます。 (重力単位系では、$1$ kg重の力で $1$ m変位を生じたときの仕事は $1$〔kg・m〕で表わされ、この仕事が $1$ 秒間で行われたとき仕事率は $1$〔kg・ m/s〕であり、, $1$ 〔kg・ m/s〕$=g$〔N・m/s〕$=9.8$〔N・m/s〕 $=9.8$〔J/s〕$=9.8$〔W〕, 電力量は、単位時間当りの仕事である電力と時間の積で表わされ、仕事量を表わします。電力量の単位はワット秒〔W・S〕ですが、実際に電力を使用する場合、ワット秒ではエネルギー単位が小 さすぎるので、時間の単位として1時間〔H〕をとり、電力量をワットアワー 〔WH〕、キロワッ トアワー〔kWH〕で表わすのが普通です。$1$〔kWH〕とは、$1$〔kW〕の電力を $1$ 時間使用したときの電力量であり、, $1$〔kWH〕$=1$〔kW〕$×1$〔H〕$= 1000$〔W〕$×3600$〔s〕$=3.6×10^6$〔ws〕=$3.6×10^6$〔J〕, つまり、$1$〔kWH〕は $3.6×10^6$〔J〕の電気エネルギーに相当します。電力と電力量は同じようなことばですが、内容的には大きな違 いがあるので注意が必要です。, 第1図に示すような抵抗回路に交流電圧 $V$〔V〕 (実効値)を加えると、回路には $I=\displaystyle \frac{V}{R}$〔A〕 (実効値)の電流が流れ、抵抗 $R$ にはジュールの法則により、$1$ 秒間に $I^2R$〔J〕のジュール熱が発生します。これは、電気エネルギーが抵抗 $R$ において $I^2R$〔J/s〕の熱として消費された、つまり単位時間に $I^2R$〔J〕の仕事をしたことを意味しています。 したがって、電力の定義から、抵抗 $R$ で消費される電力は、 $P$ は、, となります。この電力 $P$ を $t$ 秒間使用する、つまり電流 $I$ を $t$ 秒間流し続けると、$P$ の消費電力量は、, となり、この電力量は抵抗 $R$ において $I^2Rt$〔J〕のジュール熱になります。, $P=I^2R=(IR)I=VI=\displaystyle \frac{V^2}{R}$ 〔W〕, なお、熱の単位としてカロリー〔cal〕が使われることがありますが、$1$〔cal〕は $4.186$〔J〕に相当し、これを熱の仕事当量といいます。したがって、$1$〔W〕$=1$〔J/s〕は $\displaystyle \frac{1}{4.186}= 0.24$〔ca1/s〕の熱に相当し、$1$〔WS〕は $0.24$〔cal〕の発熱量となります。 $1$〔kWH〕の電力量を使用した場合の発生熱量を計算すると、, $1$〔kWH〕$=\displaystyle \frac{3.6×10^6}{4.186}=860×10^3=860$〔kcal〕, となり、$P$〔kW〕の電力を $1$ 時間使用すると $860P$〔kcal〕の熱量となります。, 抵抗の場合、電力は $I^2R$〔J/s〕の熱エネルギーになりますが、電動機の場合はどうなるかを説明します。, 第2図において、電動機の界磁巻線に電流が流れ、磁界が発生し、この磁界により回転子はトルク $T$ を生じて、$n$〔rps〕の回転速度で回転します。このときの電動機軸出力 $Po$ (電動力)は, $Po=FVs=2πnFR=ωT$〔 kg・m/s〕$=9.8ωT$〔Nm/s〕$=9.8ωT$〔J/s〕$=9.8ωT$〔W〕 $R$:回転半径〔m〕、$F$:回転体に働く力〔kg〕、$Vs$:回転体線速度〔m/s〕、 $2πn=ω$:角速度 〔rad/s〕, で表わされます。これは、$Pi$〔W〕の電力すなわち、電気エネルギーが、磁界を媒介として $Po=9.8ωT$〔W〕の機械的エネルギーに変換されたのであり、電動機効率を無視すれば $Pi=Po$ です。また、電動機軸出力 $1$〔kW〕$=1000/9.8$〔kgm/s〕で $1$ 時間運転するときの、機械エネルギーは、電力と同様、$860$〔kcal〕の熱量に相当します。, 第3図に示すような一室があり、電熱器を用いて部屋の温度を24〔 ℃〕に暖房する場合の、電熱器容量を次の条件の場合について求めてみます (その他の条件は無視する)。, 蛍光灯:40〔W〕× 30〔灯〕×1=1200〔kcal/h〕事務機械:1〔kW〕×860=860〔kcal/h〕電熱器:860P〔kcal/h〕作業者:20×100=2000〔kcal/h〕, 外壁 ,内壁 ,窓ガラス:{4×(3×15)×(24-3)} +{3×(30×3)×(24-20)}+{6×(1.2×4×5)×(24-3)}=3780+1080+3024=7884〔kcal/h〕部屋の換気:100×1.2×0.24×(24-3)≒605〔kcal/h〕, 4060+860P=8489∴ P=(8489-4060)/860≒ 5.15〔kW〕, したがって、5.15〔kW〕の電熱器を用いればいいことになります。 上記の計算に用いた、電気機器類の発熱量ですが、例えば、40Wの蛍光灯であれば、第4図に示すように、入力電力の約20%が照明に有効な光エネルギーとなるだけで、約32Wの電力は熱損失となり、これに安定器の損失が加わり、蛍光灯1kW、1時間当たり約 1000〔kcal 〕の熱が発生します。, 照明器具に限らず、電気機器には損失がありますので、熱が発生し、一般に効率を $η$ とすれば $η=出力/(出力十損失)$ ですから、$損失=出力×{(1-η)/η }$ で表わされ、発生熱は $860×損失$ (kW)〔kcal/h〕となります。, 実際の冷暖房計算においては、白熱灯 860〔kcal/kW〕、小容量電動機を含む事務機器等は 860〔kcal/kW〕 として計算します。, 次に、同一の部屋を24〔℃〕に冷房する場合を計算してみます。条件は外気温30〔℃〕、窓ガラスの日射量400〔kcal/㎥・h・deg〕、 廊下の温度28〔℃〕とし、その他の条件は暖房の場合 と同一とする。, {4×(3×15)×(30-24)}+{3×(30×3)×(28-24)}+{6×(1.2×4×5)×(30-24)}+{400×(1.2×4×5)}=1080+1080+864+9600=12624〔kcal/h〕, 蛍光灯:40〔W〕× 30〔灯〕×1=1200〔kcal/h〕事務機械:1〔kW〕×860=860〔kcal/h〕作業者:20×100=2000〔kcal/h〕, したがって、室内を24℃に冷房するには毎時16684〔kcal〕の熱を外部に取り出す必要があります。, 外気温3℃ ,空気の密度:1.2〔kg/㎥〕 , 空気の比熱 :0.24〔kcal/kg・deg〕. エンジニアの経験から、理科の内容と身近な現象に結び付けるのが得意。 Steinkohle muss ich fördern und für die Produktionsanlagen verstromen, um eine Tonne verkaufen zu können? {\displaystyle Q_{1}}, 効率は前工程・機器等での消費や損失は考慮していない。エネルギー変換工程・機器への直近に投入されるエネルギーと出力との比較であり、総合効率より高い数値を示す。例えば電気機器の場合発電自体の効率が33%(2008年度実績)[注 1]なので総合効率は以下の数値の三分の一となる。, エネルギー供給事業者による非化石エネルギー源の利用及び化石エネルギー原料の有効な利用の促進に関する法律, エネルギー効率のページの著作権Weblio 辞書情報提供元は参加元一覧にて確認できます。, ビジネス|業界用語|コンピュータ|電車|自動車・バイク|船|工学|建築・不動産|学問文化|生活|ヘルスケア|趣味|スポーツ|生物|食品|人名|方言|辞書・百科事典.

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