効率よく熱を電気に変換できませんか？

原発や火力、恐らくは将来発明されるであろう核融合についても水を沸騰させてタービンを回す、余った熱でバイナリ発電や熱電素子で回収という感じかと思います。

ロスが非常に多いようですが、もっと効率よく熱を電気に変換することは物理的に不可能なのでしょうか？

No.7 回答者： mimazoku_3 回答日時： 2017/05/18 21:43

現在、熱音響発電という手法が生まれています。

http://www.ed.u-tokai.ac.jp/thermoacoustic/resea …

現在はテスト段階ですが、企業の協力を得て進行中です。

また、温度を利用しスターリングエンジンを動かす方法もありますね。
一部では、ロータリーエンジンを用いた発電システムもありますが、どれも小型です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
スターリングエンジンは聞いたことがありましたが、それ以外の物は初耳でした。
特に、熱音響発電のURLありがとうございます面白いですね。

お礼日時：2017/05/20 13:03

No.6 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/05/16 10:05

タービンまわすことがなぜ前時代的と決めつけるのかがまったくわかりません。

原理が普遍的なら、その工業、商業利用を極めていくっていうのが普通の流れであり文明ですよ。情報通信だ、IOTだいったって、いまだにマクスウエルの、古典論を極めているだけ。原理が変わって革新が起こることと、原理は普遍で利用方法が研ぎ澄まされることは、同等なことです。

この回答へのお礼

例えば古典的な話で言えばコイルを巻いた変圧器があります。これなど一件完成された物に見えると思いますが、近年のパワー半導体の進歩はめざましく従来では考えられなかった高電圧の物にも置き換わったりしています。タービンについてもマクスウェルの古典論をあと四半世紀や半世紀極めるとどのように変化するでしょうかね？

お礼日時：2017/05/16 16:59

No.5 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/05/16 01:35

全然違いますよ。

マクスウエルの方程式が、もともとこの世の根源にたどり着いた仕掛けだからこそ、100年たっても変わらないのです。トランジスタが回路に使われているのは、デジタルスイッチとしてであり、まったく話が違いますよ。そこまで理解していないなら、回答する気もなくなりますが。

この回答へのお礼

ということは、あと100年経ってもエネルギーを取り出すにはタービンを回す事しかしないということでしょうか？
全ての物理の法則は、全て物理の法則の範疇で動いていますのでその意味では根源的と言えるかと思います。ただ、熱を電気に変換する作業にタービン方式が今も未来も最適とは正直思えないところがあります。タービン部分だけであれば効率はそれなりでしょうが、コイルの代わりに他の構造を作るなり、そもそも熱を水蒸気に変換せず他の方法で電気に変えることもできるかと・・・
特に、タービンを動かす場合には燃料を熱に変え、それを水蒸気に変え、動作後はその水蒸気をもう一度液体に変えるわけです。タービン方式が如何に非効率化分かりますでしょうか？コイル部分のみ最適は理論値かなり高いはずですがそれでも膨大な熱ロスがありますしもっと効率的なメカニズムな無いものかと思うところもあります。
なお、トランジスタを持ち出したのは若干ペルチェ素子を意識したり、燃料電池なども出していますが、この辺り、タービン方式とは異なる進歩を遂げる可能性があるように思うのです。

お礼日時：2017/05/16 09:23

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2017/05/15 09:42

同じ「エネルギー」なので等価かつ可逆のように思えますが、そもそも「熱」と「電気」あるいは「運動」などは別個のもので、その変化過程には方向性があるということなのでしょう。

「電気→熱」の変換は簡単だが、「熱→電気」への変換は難しい、という一種の不可逆の関係。「熱」は、あらゆるエネルギー形態の中で、最終的に行き着く先なので。
そういうエネルギー形態の方向性を表わす「エントロピー」のようなものがあるのでしょうね。
「熱→電気」は、本来不可逆で起こりにくいことを、人為的に行わせています。（「雷」などは自然の中でも起こりますが）
「熱→運動」という「蒸気機関」も、それまでに自然の「可逆過程」の中には存在しないことを人為的に制御可能な形で行えるようになったことが、画期的なことだったのでしょう。

なお、電気には「エネルギー」としての側面と、「信号」（情報）としての側面があり、「熱電素子」はどちらかというと「信号」の方に近い位置づけでしょう。真空管、トランジスター、ICなどの仲間。

この回答へのお礼

火力にしても原子力にしても、熱が発生する前には酸化反応や核崩壊であったりしますし、これを熱に変換せずにそのまま電力にならない物かと思うのです。
エントロピーについては分かりますが、理論上その差を限りなく小さくすることは不可能ではないともう訳です。確かに蒸気機関などは画期的だと思いますが物理的に動く装置など直感的に考えて今の時代どう考えても時代遅れに思います。
また、マクスウェルの悪魔だったと思いますが、情報とエネルギーは同じ物かも知れません。

お礼日時：2017/05/15 11:47

No.3 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/05/15 08:39

タービンさえ回せば、ある程度の効率が担保されている。

なのでタービンを回す方法を色々考えた方が、現実感があるからでしょうね。熱電素子もあるでしょうが、コスト的にも、容量的にも、既存装置に勝てないってことかと。
タービンまわす発電機は古めかしく聞こえますが全然違います。磁石の近くでコイルを動かす、この電磁誘導という単純なしかけは、発見されて100年以上たった今でも現役。この世の力と、物質とエネルギーの根源につながる原理に基づいているわけで、実はこれ以上のしかけはなかなかないかもしれませんね。
真空管からトランジスタは弱電の世界。大容量の電力とは少し違う気がします。

この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。そうですか・・・？流石に1世紀以上昔から変わらないというのは酷すぎる気がします。また、トランジスタが弱電の世界とのことですが、最近では電子レンジ、列車や電気自動車などで使われたりその研究は加速していますし、もう弱電だけには留まらないレベルになっています。仮に、半導体に移行せず真空管でしたら、ここまで発展することはなかったように思うのです。
動力についても、蒸気、燃料電池という感じで大きく形を変えながら発展しているような気がします。

お礼日時：2017/05/15 11:58

No.2 回答者： 漂浪の火星人 回答日時： 2017/05/15 00:23

＞燃料電池も60%らしく極めて効率が良いそうです。

ですよね。ただ、燃料電池に食わせる燃料はほとんど火力発電で作るそうなので、単純計算、効率 0.58x0.6 とすると熱効率３５％以下。エネルギー変換するたびにロスするわけですな。

熱電素子はそのものが高価な上に、熱電素子のエネルギーロスも大きく、また発電には結構な温度差が必要です。
昔、海表面と深海の海水の温度差、それと熱電素子と組み合わせれば永遠に膨大なエネルギーが得られる！なんて言ってた時代が懐かしいです。

ですんで、あくまでも私の妄想ですけど、多少発電効率は下がってもいいから、熱電素子、それから太陽電池の新素材が発見されて価格が死ぬほど下がれば、「超エネルギー時代到来！」みたいなことにならないかなーとは思ったりします。

いかがでしょ、そういうのを発明すれば自分の独立国が作れるくらいの大金持ちになれますよ。

この回答へのお礼

現状コストに見合わないのでしょうが、燃料電池の燃料について火力で使う予定の燃料を精製したり改質したりすれば火力よりも効率が良いのではないでしょうか？
熱電素子については現状火力などで余った熱をすこしでも回収する程度ですが将来性という意味では挙げています。熱をそのまま電力に変えられるのはこのくらいしか思いつかなかったので・・・
http://j-net21.smrj.go.jp/develop/energy/company …
辺り見ると大昔とくらべると、すこしずつではありますが進歩しているように思います。

なお、海水の温度差発電ですが、研究は続けられており、
http://otecokinawa.com/jp/OTEC/index.htm
10円/kWhくらいまで来ている？ようです。ただ、タービンを回すというのは変わっていませんし残念に思うのです。同じ頃ソーラーについても言われていましたがこちらは驚くほど普及しましたね。

お礼日時：2017/05/15 12:11

No.1 回答者： 漂浪の火星人 回答日時： 2017/05/14 23:46

私の子供の頃は、火力発電の熱効率は「３０％」と言われてました。

ガソリン自動車の熱効率は５％、蒸気機関車で３％などと。
（えー、４０年前とかです笑）
で、先程検索してみたら、今はなんと「５８％」、発生した熱エネルギーの半分以上を電気エネルギーに変えれるようになったんですね。

ですので日々、電力会社様は熱効率の向上にのために必死になって研究開発してるわけですな。
もちろん、油少量で同じ電力が出せれば電力会社の儲けに直結しますしね。

問題は、次の「核融合」に関しては、研究は長いことやっているけれど、今は「自己発生したエネルギーで自分で核融合状態を保つ」ための実験にやっと取り掛かっている状態。

まだまだ外にエネルギーを取り出せる状態にはならないくらいなので（核融合を保つために電力エネルギーを大量に投入している現状）、
もしかして商用実用化は世代を超えた長い道のりになるかもしれませんね。

この回答へのお礼

火力もですが、実は、燃料電池も60%らしく極めて効率が良いそうです。更に、余った熱での発電も考えられるとか・・・
新しい技術は産まれていますし、タービンを回すという方法について、何か実験的な物でも良いので新しく開発される兆しはない物か気になっています。
真空管など1世紀を待たずしてトランジスタになりました。電力も真空管同様、現代の社会では無くてはならない物ですがタービンの次がなぜでないのだろうと思っています。

お礼日時：2017/05/14 23:58