エンジンの冷却にペルチェ素子なんかは使えないんですかね？

Question

ふと！思いついただけなんですけど、
車のインタークーラーとか、ラジエーターの変わりに、
冷却水（空気）のパイプのまわりに、ヒートシンクつきのペルチェ素子を超多層でべたべたとつけとけば結構冷えるのでは？
とほんまにふと！思ったんですが・・・。
今のままの方が効率がいいんでしょうかね？

sailor · Accepted Answer

ペルチェ素子は素子自体が抵抗体として熱を発生しますので、放熱しなければならない熱量が通常ラジエーターなどを使用する場合よりもはるかに大きくなってしまいます。これは、もともとの熱量プラス素子の発生した熱量を放熱する必要が出ることを意味し、使用しない場合より大きな放熱器が必要になることを意味します。また、エンジンなどの場合はその適温が外気温度よりも十分に高いので特にヒートポンプによる熱の移動を起こさなくても十分な放熱ができるので、わざわざペルチェ素子を用いる利点があるとは思えませんし、熱源の温度が高いためペルチェ素子自体の耐熱温度にも問題があるでしょう。場合によっては熱源の温度で破壊されてしまう可能性もあるでしょうし、そこで吸熱動作をすれば放熱側はさらに高温になることになるので確実に破損してしまうでしょう。

エンジンの適正動作温度がもっと低い温度であるならば、メリットがあるかもしれませんが・・・

余談ですが、以前インタークーラーを機械式の冷凍機（要するにエアコンですね）で冷却しかなり高い過給圧にしてもノッキングが起きないようにしたシステムがありました。インタークーラー部分を氷点下に冷却して吸気温度を劇的に下げる効果があり、冷凍機運転に必要なパワーを差し引いても出力の向上が望めるものでした、これなどもペルチェ素子では効率の面と温度の面の両面で問題があるでしょうね。ペルチェ素子の効率が十分に高ければエアコンなどの用途に利用できるのです（オゾン層破壊で問題になっているフロンガスは使いませんし、機械的な動作部分がないのでメンテナンスも容易でしょう）が、残念ながら現時点では効率が低すぎるようです。

twin_ring009 · Answer

ちょっと雑談・・・（汗）

＞お金のかかっても良いレーシングカーとか・・・

基本的にレーシングでは、なるべく重いバッテリーは
使わないようにしています。
制御のためのCPUと電磁弁はありますが、モーターの類は
使わず、コンプレッサーによる油圧と気圧によって、
駆動させるようにしています。
良くレースシーンで、車体の後方にオイルの煙を
吹き上げてリタイアする車両がありますが、
あれはエンジンの損傷というよりも、高圧で駆動する
油圧の可動部分の漏れが発生したものなのです。
変速なんて、15気圧ぐらいの油圧で動かしていますから（汗）

で、インタークーラーなんですが・・・・
もともとは過給器による高温高圧のために、ガソリンの
大気充填濃度（空燃比）が悪くなってしまい、連続使用で
出力が低下する（熱ダレ）ことを防ぐためのものなので、
ラジエターのように厳密に、冷却効率が必要なもの
ではありません。
また、どんどん冷やしたとしても、それで出力が
大きく変化するわけでもありません（笑）

特に公道走行などでは、いつも過給され続くようなことは
まずありませんので、そんな深刻なものではないのです。

ついでにエンジンは、内部が85～90℃で駆動しているときが
もっとも安定した運転になるようしてあります。
わざわざラジエターは、この温度を超過したぶんだけを
冷却して循環させていますので、充分に冷却能力には
余裕を持たせているのです。
ほら、エアコンのラジエターの熱を、一緒に冷却しても
オーバーヒートなんて、なかなか発生しないでしょ（笑）

old98best · Answer

ベルチエ素子での問題点は、
１．効率が悪いです
２．構造的にエンジンには向かない

ベルチェ素子は、水冷ラジエーターと同じで熱の吸収は出来なくて熱の移動しかできませんから、放熱の部分が必要になります。
理論的に、エンジンの発熱＋ベルチェ素子の発熱を冷やすだけのラジエーターが必要になりますから、今の水冷のラジエーターよりも大きくなってしまいます。

そもそも、ベルチェ素子を動作させるエネルギーとしての電力が必要ですが、これは移動させる熱の４０以上が必要となると言われています。
２０００ｃｃクラスのエンジンだと、別に５キロワットクラスの発電器が必要だと思います。
エンジンパワーの３０％程度かな？

また、ベルチェ素子は原理的に熱を吸収する部分と熱を放出する部分を分離するのは非常に困難です。
分離すると製造コストが非常に高くなる上に、振動などによる電線の切断などの故障が非常に多くなります。
分離しないで、熱の吸収と放出が１枚の板の背中合わせになっていれば故障は少ないですけど、それではエンジンのすぐ横にラジエーターをつけなければならないので、構造的に車には向きません。

シリンダーにベルチェ素子を貼り付けて、ベルチェ素子の放熱部は水冷にして、別の場所にラジエーターを付けるという方補もありますが、それでは水冷のラジエーターだけの方が効率は良いです。

エンジンのように８０度以上に上がる部分を冷却するならば、水冷がもっとも効率が良いでしょう。
マイナスの温度以下に冷却するのでしたら、ベルチェ素子で冷却をして、ベルチェ素子の放熱部を水冷にするというシステムもあるのですけど。

adjective · Answer

＞・・・もしかして、エンジンって冷やしすぎると駄目な
＞んですか？
だめですね。エンジンの性能にあった一定温度を保つのがいいです。
オーバークールで調子が悪くなることもあります。

engelrina · Answer

フリーピストン型スターリング冷却方式（FPSC）の方が全然効率が高いからどうせやるならこっちの方が良いのでは。DC１２ボルトで動作しますよ。

参考URL
ツインバード工業　FPSC
http://www.twinbird.jp/

参考URL：http://www.twinbird.jp/

twin_ring009 · Answer

まさか、そんな高価な部品なんて使えないでしょう（笑）

昔の空冷エンジンのバイクなどでは、エンジンの空冷フィンに、
「アルミ製、せんたくバサミ」をいっぱいつけて、
表面積を上げて、冷却効率を改善したようです（笑）

また、レースなどではインタークーラーの上に、
「氷の塊」を乗せて、走らせたらしいですよ。
まあすぐに溶けて、ただの水になって流れてしまいますけど（汗）

いまでも「ウォータースプレー」などを装備して、
必要に応じて、水冷を併用させているものもありますね。

TT250SP · Answer

吸気していない（車が移動していない）場合でもペルチェ素子は熱移動を行っているので、強制冷却装置が必要になるのでは？
ダクト内側に発生するであろう結露にも対処が…

車速に応じてペルチェ素子に送る電圧を調整すればうまくいくかも知れませんけど、「費用」とか「労力」とか考えると「そこまで…」とは思いますね

昔、聴いたんですが、ランクル60のエアコンは強力なので、パイプをインタークーラーの周りに配置してやるだけで吸気温度が下がったそうです。

エンジンの冷却にペルチェ素子なんかは使えないんですかね？

ペルチェ素子は素子自体が抵抗体として熱を発生しますので、放熱しなければならない熱量が通常ラジエーターなどを使用する場合よりもはるかに大きくなってしまいます。

ちょっと雑談・・・（汗）

ベルチエ素子での問題点は、

この回答への補足

＞・・・もしかして、エンジンって冷やしすぎると駄目な

フリーピストン型スターリング冷却方式（FPSC）の方が全然効率が高いからどうせやるならこっちの方が良いのでは。

まさか、そんな高価な部品なんて使えないでしょう（笑）

吸気していない（車が移動していない）場合でもペルチェ素子は熱移動を行っているので、強制冷却装置が必要になるのでは？

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