　ヤンマーホールディングスは、「ENEX2025（第49回地球環境とエネルギーの調和展）」において、工場などで排出される高温ガスの熱エネルギーに独自の熱電変換技術を適用してCO₂フリーで発電する熱電発電システムを展示した。既に技術開発に一定のめどを付けており、グループ傘下のヤンマーeスターによる商用展開を進める方針だ。

　展示したのは熱電発電ユニット1台分で、350～800℃の高温ガスの配管に組み込む蒸発部と、熱媒体の水が蒸発部で気化した水蒸気を冷却して再び水に液化する凝縮部から構成される。蒸発部は、高温ガスの熱エネルギーにより水から水蒸気に気化して熱交換する熱交換器となっている。凝縮部には、蒸発部から水蒸気によって輸送される熱と冷却水の温度差により発電する熱電変換素子が組み込まれている。

ヤンマーホールディングスが展示した熱電発電ユニットの展示。左側が蒸発部で、右側が凝縮部［クリックで拡大］

　新たに開発した熱電発電システムでは、熱媒体の一部分が加熱され沸騰し、別の一部分が冷却され凝縮することによって自然に循環するサーモサイフォン現象を利用して、廃熱からの熱エネルギーを熱電モジュールに輸送している。「このため、熱媒体である水を送出するポンプやモーターなどの可動部が原理的に不要だ。可動部が存在しないので、振動や騒音も発生せず、それらの定期メンテナンスを行う必要もない」（ヤンマーホールディングスの説明員）。

熱電発電システムの仕組み。サーモサイフォン現象により廃熱からの熱エネルギーを熱電モジュールに輸送している［クリックで拡大］出所：ヤンマーホールディングス

　また、熱電変換素子は、凝縮部のヒーターに接するように設置されている。2つのヒーターをそれぞれ挟み込むように総計8枚の熱電変換モジュールを用いており、1枚当たり4×6＝24個の素子を組み込んでいるので、熱電変換ユニット1台につき192個もの熱電変換素子を使用していることになる。これら多数の熱電変換素子に対して、ヒーターからの熱を均一に伝えるとともに、熱応力による素子破壊などが起こらないように最適な設計を図るのも重要な取り組みになったという。

　熱電発電システムの基本構成としては、4台の熱電変換ユニットと、熱電変換素子で発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナー、制御盤、装置保護のためのリリーフユニットから構成される。熱媒体は水を使用しており、毎分224リットルの流量が運転条件となっている。熱電変換ユニット4台分で最大発電出力は9.5kWに達し、1年当たり30トンのCO₂排出量削減の効果がある。「廃熱からkW級の発電ができるシステムはあまりない。さらに省スペースで設置でき、メンテンナンスフリーでもある」（同説明員）。