新☆エネルギーコンテストの５年間の参加報告
相馬岳

A Participation Report of the Alternative ☆ Energy Contests from 2016 to 2020
Takeshi SOUMA＊

Abstract
新☆エネルギーコンテストは日本機械学会技術と社会部門主催で開催されているものであり，近年は福島県郡山市が会場となっている．機械電子工学科の相馬研究室においては 2016 年度から 2020 年度の５年間連続して異なるテーマでエントリーし，多様な方式のエネルギー利用の研究成果をアピールすることができた．さらに本科５年生の発表に対して５年間連続して協賛企業の企業賞に入賞することができた．本論文においては，各年度における発表内容の概要をとりまとめ５年間の参加活動を総括するとともに今後のエネルギー関係の教育および研究に関する将来展望について考察する．

Keywords: エネルギー工学，熱電発電モジュール，再生可能エネルギー，コンテスト

1. 緒 言福島県をはじめとする東日本の太平洋沿岸に甚大な高専においてもロボットコンテスト（略称ロボコン），被害をもたらした 2011 年 3 月の東日本大震災から今年プログラムコンテスト（同プロコン），デザインコンペ

で 10 年が経過した．同震災を契機に日本のエネルギーティション（同デザコン）といった３大コンテストが政策やエネルギー供給体制について再考を迫られてい開催され，（独）国立高等専門学校機構本部のウエブペ

1)ージにも詳細に紹介される 3)等の全高専を挙げての取る ．しかしながら，同震災以降の日本の電力の８割2)以上が火力発電で占められており ，それらの燃料でり組みがなされている．しかしながら，著者は高専にある石油・石炭・天然ガスといった化石燃料の枯渇やおけるエネルギー関係のコンテストへの取り組みは活二酸化炭素排出量の増加が懸念されている．このよう発とは言えないと考えてきた．

な問題を解決するためには，新エネルギーの開発およエネルギー関係のコンテストの一つとして日本機械び実用化を担う次世代の技術者・研究者の養成が不可

学会の技術と社会部門が主催する「新☆エネルギーコ欠となる．以上のような背景から，高等専門学校（以ンテスト」があり，近年は毎年開催されている．著者

下高専）や大学等の高等教育機関においてもエネルギら（機械電子工学科相馬研究室）は 2016 年に開催されー教育の必然性がますます高まっていると考える．

た第9 回目の同コンテストに参加した 4)ことを契機に，コンテストを活用した工学教育は学生の主体性や創2020 年度開催の第 13 回まで５年間連続してエントリ造性を喚起でき，授業や実験・実習とは異なる能動的ーすることを試みた．本研究報告においては，同コンな学ぶ姿勢を育むことができる教育システムと考える． テストの５年間の参加を通して得られた実績に加え教育面および研究面における効果について考察すること＊

香川高等専門学校 機械電子工学科とした．

121

独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要12(2021)

３．５年間の発表内容の概要

２．新☆エネルギーコンテストの概要
2.1. コンテストの経緯

ここでは近年５年間において当研究室の学生が発表

新☆エネルギーコンテストとはエネルギーの工学利した内容の概要を説明する．いずれも「エネルギー工用に関する発表会であり，主催しているのは日本機械学」と「熱電発電」を両立できるテーマを選定した．

学会の一部門である「技術と社会部門」である．同コ

なお，本論文に掲載した出展作品およびその技術デー

ンテストは 2008 年（平成 20 年）を起点に毎年９～10

タについては，参考文献に記載したように同コンテス月頃に開催されている．参加対象としては大学院・大トにおけるポスターおよび口頭発表に用いたものであ

学・高専の学生であり，エネルギー利用に関して斬新る．

な発想をもとにアイディアを競うコンテストである．
3.1. エアコン室外機の廃熱利用（2016 年度）5)

近年は東日本大震災の復興の意味も含めて，福島県郡2016 年度においては機械電子工学科相馬研究室の山市に所在する日本大学工学部が開催会場となってい５年生が主体となったチームでコンテストにエントリる．

ーするスタイルを採用した．チームリーダーに選任さ
2.2. 2016～2020 年の開催状況

れた木内啓介君が主体となって「熱電発電モジュール近年５年間の新☆エネルギーコンテストの開催状況を利用したオフィス・家庭用空調機からの廃熱利用」

を表１に示す．開催場所については福島県郡山市に所のテーマで発表することを試みた．

在する日本大学工学部を予定していた．2016～2018 年

日本中に設置されているエアコンの室外機はかなりの３ヵ年については現地で問題無く開催されたが，の高温となるが，その熱は大気中に放出されているの2019 年度においては日本大学工学部の校舎が台風 19みである．この廃熱に対して熱電発電モジュールを用号で被災したため現地開催できず，事前に提出したアいて電力として回収できれば，一台あたりの電力は小イディアシートおよびポスター原稿を用いた書類審査

さくとも総量としては大きな電力になることが予想でで実施された．また，2020 年度においてはコロナ禍のきた．

ため現地開催できないことが事前に判明していたので，

図１に発電ユニットのコンセプト図を示す．下部の銅板に 20 個の熱電発電モジュールを貼り付け，その上Zoom を利用した遠隔で実施することとなった．にアルミ製ヒートシンクを乗せたユニットである．銅表１ 2016～2020 年度の新☆エネルギーコンテスト

板を室外機の上に乗せることで熱を吸収し，上部のヒートシンクで空冷する方式とした．の開催状況
開催年

月日

開催場所

2016

10/08

日本大学工学部（福島県郡山市）

2017

10/21

日本大学工学部（福島県郡山市）201809/07

日本大学工学部（福島県郡山市）

2019

10/19

台風19 号のため書類審査で実施

2020

10/17

コロナ禍のため遠隔で実施

2.3. 発表方式
2016～2018 年の通常開催における発表方式については，午前の 10:00～12:00 の２時間がポスター発表であり，午後の 13:00～15:00 の壇上で３分程度ショートプレゼンテーションを実施する２段階の形式であった．
2019 年は前述のように書類審査のみで実施し，2020
年は発表者午前と午後に分け，それぞれ２時間の持ち
図１ 発電ユニットのコンセプト図

時間でオンラインによりポスター内容を説明する形式で実施された．

発電ユニットに模擬熱源により温度差を印可した際の発電特性を図２に示す．同図より模擬熱源温度
50 ℃のときにユニットの高温部が 38.0 ℃，低温部が122

相馬岳：新☆エネルギーコンテストの５年間の参加報告

31.8 ℃となり，開放電圧 888 mV，最大電力 10.8 mWを得ることができた．この結果より，日本には 810 万台のルームエアコンが存在しているが，１台あたりに本発電ユニットを設置した場合，6～10 月の５ヶ月間の運転で回収できる電力は総計 315000 kWh と試算された．
Hot plate I−V40 ℃●▲50 ℃60 ℃■I−P○△□TH / TL
32.0 ℃ / 28.1 ℃
38.0 ℃ / 31.8 ℃
41.0 ℃ / 34.4 ℃

P max
3.44 mW
10.8 mW
21.1 mW

1200201000

16800
126008400

図３ 水素発生装置の概要図

Hot plate
100 ℃
150 ℃
200 ℃
12000

420000Power , P [ mW ]Voltage , V [ mV ]R16.4 Ω17.0 Ω
16.6 Ω

204060080I−V▲■●TH / TL
I−P
△ 61.5℃ / 35.6℃□ 89.1℃ / 42.3℃○ 116.3℃ / 48.5℃

Pmax
369.9 mW
1009.1 mW
2094.3 mW
2500

10000

Current , I [mA ]Voltage,V [mV]

3.2. 水素エネルギーの開発（2017 年度）6)2017 年度以降は機械電子工学科相馬研究室の５年生のうちの１名が，卒業研究として実施した実験研究

8000
1500
6000
1000
4000の内容の一部をコンテストで発表する形式に変更した．

500

2000

2017 年度のテーマ名は「熱電発電モジュールを用いたPower,P [mW]

図２ 発電ユニットの発電特性の一例

2000

水素エネルギーの開発」で枝木達実君がエントリーし00た．

200

400

600

800

1000

図３に水素発生装置の概要図を示す．廃熱を利用しCorrent, I [mA]た温度差によって熱電発電モジュールで電力を発生さ

図４ 水素発生装置の発電特性の一例

0

せ，それをダイレクトに水の電気分解に供するシステ3.3. 移動体からの廃熱回収（2018 年度）7)

ムである．廃熱は状況によって温度や熱量が変動するが，水素に変換することで貯蔵を容易することで，新2018 年度においては機械電子工学科相馬研究室５しいエネルギー回収方法に繋がることを提案した．

年生の石川翔大君が「熱電発電モジュールを応用した図４に製作した装置の発電ユニット部分にホットプ移動体からの排熱回収の試み」のテーマでエントリー

レートで廃熱を模擬した発電実験の結果を示す．ホッした．

トプレート温度が 200℃でヒートシンクを強制対流状移動体としては身近な乗り物であるオートバイを対態といたところ，最大出力（Pmax）が 2.1 W , 解放電圧象とし，そのマフラー（排気筒）からの廃熱を回収対（Vo） が 10.8 V と水素の電気分解に必要な 6 V 以上象とした．今回の実験研究の対象としたマフラーを図の出力を得ることができた.

５に示す．同マフラーは Kawasaki 製 KLX125 から取り外したものであり，ステンレス製で無塗装である
ことと構造上平面部分が多く熱電発電モジュールを貼り付けやすいことが選定理由である．廃熱回収装置の概要図を図６に示す．

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独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要12(2021)

太陽光は光エネルギーとして利用される太陽電池が主流であるが，太陽熱としての利用も研究されている．
図 8 に太陽熱回収システムの概要を示す．鏡を凹状に複数枚配置して太陽光を一点に集光させ熱電発電モジ
ュール上の銅板を加熱し，モジュールの反対側はアル
図５ オートバイのマフラー（Kawasaki 製 KLX125）

ミ製ヒートシンクを冷却源とすることで温度差を得た．

図８ 太陽熱回収システムの概要
図９に太陽熱回収システムを用いた発電特性の一例を示す．この測定においては開放電圧 426 mW，最大

図６ マフラーからの廃熱回収装置の概要図

出力 2.09 mW が得られた．同図が前年までの発電特廃熱回収装置に用いた熱電発電モジュール１個の単性（図２，４，７）と比較して電圧，電力ともに滑ら体での発電特性を図７に示す．同図より最も良い条件

かさに欠けるのは太陽光により温度が変動したためと下において解放電圧 0.5 V，最大出力 5.5 mW が得ら考えられる．

れた．実際の廃熱回収装置には 20 個の熱電発電モジ4502.2れた．単純に 20 倍にはならなかったのは，モジュー

4002ルを密集配置させたため，温度差が小さくなったためと考えられる．
0.6

V−I P−I Heat sink
Melcor 製 284−810
50mm ×50mm
TH/TL =61.1/47.7[ ℃]
TH/ TL =56.7/43.1[ ℃]
100mm ×100mm
TH/ TL =54.7/38.8[ ℃]
150mm ×150mm

0.47650.3

430.2

051.2

200

10.80.60.4

50000.2
51015200Electric Current, I [mA]

図９ 太陽熱回収システムの発電特性の一例（〇：電圧，△：電力）

101.4

250

100

20.1

1.6300150Power,P [mW]

Voltage,V [V]0.581.8350

Power, P [mW]

Voltage, V [mV]

ュールを用いたが，最大出力として 55.8 mW が得ら

010 15 20 25 30 35 40 45 50

3.5. LNG の冷熱利用（2020 年度）9)

Electric Current, I [mA]

昨年の 2020 年度においては機械電子工学科相馬研

図７ 熱電発電モジュール１個の発電特性究室５年生の松木輝雄君が「熱電発電モジュールを応用した LNG の冷熱回収」のテーマでエントリーした．
LNG とは液化天然ガスの略であり，主として外国

8)

3.4. 太陽光の熱利用（2019 年度）

４年目である 2019 年度においては機械電子工学科

で採掘された天然ガスは輸送効率を向上させるため液相馬研究室５年生の小銭勇太郎君が「熱電発電モジュ化して体積を大幅に減少させてからタンカー等で日本ールを応用した太陽光の熱回収システムの開発」のテに輸入される．天然ガスとして利用する際には再度気ーマでエントリーした．

化させるため，その際に冷熱が回収できる．

124相馬岳：新☆エネルギーコンテストの５年間の参加報告

図 10 に LNG 冷熱回収システムの概要を示す．箱と４．発表状況および受賞結果記述された空間に LNG 等の冷熱源を入れ低温側とし，4.1. ５年間の学校別発表数

アルミ製ヒートシンクによる空冷部分を高温側とする．
その間に熱電発電モジュールを挟み，得られた温度差

2016～2020年度の５年間における新☆エネルギーコ
ンテストにおける学校別発表件数を表２に示す．
なお，により発電を行い，冷熱を電力として回収するシステ

同表における学校の選別においては，各発表におけるムである．

ファーストオーサーの所属で分類した．また，エントリーしたものの発表をキャンセルしたケースについてはカウントしていない．
表２ ５年間の学校別発表数内訳

図 10 LNG 冷熱回収システムの概要

年度

高専

大学

大学院

高校

その他

2016

275202017

1172202018

1150702019

1110202020

112031LNG 冷熱回収システムによる発電特性の一例を図表２に示すように，最も多かったのは大学生であり，11 に示す．LNG は可燃性ガスであるため安全上の問

2016～2017 年には大学院生の発表も見られた．また，題を考慮し，ドライアイスで代用して測定実験を実施

各年度において近隣の高校からも数件のエントリーがした．LNG の温度である−162℃に比べドライアイスのあった．
高専については 2016 年に明石高専のエントリ

温度は−78.5 ℃であるため室温との温度差が小さくなーがあったが，2017 年以降は本校１校のみであった．

ったが，図 11 に示すように⊿T＝20～40℃程度の温度

今後のエネルギー教育の重要性を勘案すれば，より多差が確保できた．今回は熱電発電モジュール１個を用くの高専に参加して欲しいと考える．

いたため開放電圧が約 460 mV，最大出力が約 6.2 mWと小さい値に留まっている．これについては，モジュ4.2 受賞結果

ール数の増加により出力の向上が図れると考えられる．

５年間の発表に対する受賞結果を表３に示す．2016

また，ドライアイスに代わり液体窒素（−196℃）を用

年度に三菱重工冷熱賞を受賞したことを契機に５年間いることで，より LNG に近い条件で発電特性を測定連続で表３に示す企業賞を受賞することができた．コ

できることが期待される．

ンテストの大賞までには届かなかったものの，５年間続けて協賛企業の企業賞に入賞できたことは評価すべ600きと考える．

10000

表３ ５年間の受賞結果

400
5000
200

002040Power [μW]

Voltage [mV]:⊿T=20.5℃:⊿T=31.6℃:⊿T=39.1℃

060

学生名受賞

2016

木内 啓介

三菱重工冷熱賞

2017

枝木 達実

日本ピーマック賞

2018

石川 翔大

サンポット賞2019

小銭 勇太郎

日本ピーマック賞

2020

松木 輝雄

日本ピーマック賞

4.3 教育および研究面における効果

current [mA]

図 11

年度

初年度である 2016 年度の除く２年目以降は，前述のLNG 冷熱回収システムによる発電特性の一例

とおり相馬研究室に配属された５年生の卒業研究のテ（冷熱源としてドライアイスを用いた場合）ーマの一環として実験研究を実施してきた．10 月頃の125

独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要12(2021)

コンテスト発表に備えて早めに実験成果を出す必要が

６．謝辞あるため，卒業研究の進捗を促進させることができ，これまでの５年間の新☆エネルギーコンテストの参それが研究室内の他学生に良い影響を与えることがで

加においては，相馬研究室の本科５年の学生メンバーきたと考える．さらに，大学生が多数を占めるコンテには多大な協力をいただいた．感謝の意を表したい．

ストにおいて企業賞とはいえ受賞できたことが，コン

また，2016～2018 年の３ヵ年のコンテストにおいてはテスト以降の卒業研究においてもモチベーションの向参加学生と指導教員である相馬が遠方の会場である日上に繋がったと考える．

本大学工学部（福島県郡山市）まで出張した．出張を御許可下さった関係教職員の御理解と御協力に深く感

５．結論および今後の展望謝する．

今回は，2016～2020 年度の５年間連続で日本機械
７．参考文献学会の技術と社会部門が主催する新☆エネルギーコンテストへのエントリーについて報告した．発表テーマ

1) 公益財団法人化学工学緊急提言委員会編，ゼロかについても，エアコンの室外機の廃熱利用（2016），ら見直すエネルギー，pp.1-4，丸善出版，平成24

水素エネルギーの開発（2017），移動宝の廃熱回収

年．

（2018），太陽光の熱利用（2019），LNG からの冷熱

2) 原子力・エネルギー図面集，【1-2-7】 電源別回収（2020）と毎年異なる研究成果を発表した．その発受電電力量の推移，日本原子力文化財団 HP

結果，以下の３項目の成果が得られた．

より（https://www.ene100.jp/zumen/1-2-7）3) 以降の URL より閲覧可（2021 年 4 月 18 日）
https://www.kosen-k.go.jp/exam/event/hj_1-22eve(1) 2016 年度の参加を皮切りに５年連続して新☆エネルギーコンテストでエネルギー工学に関するnt.html

研究成果を発表することができた．毎年異なる

4) 相馬 岳，” 新☆エネルギーコンテストの参

テーマで発表したことにより香川高専のエネル

加報告”，香川高等専門学校研究紀要 8 (2017),
pp.93-97.

ギー研究のプレゼンスを向上させることができ

5) 木内啓介，熱電発電モジュールを利用したオた．

フィス・家庭用空調機からの廃熱利用，第９(2) 新☆エネルギーコンテストにおいて５年間連続して企業賞を獲得することができた．大学生が回新☆エネルギーコンテスト概要集，ポスター部門 P4．
6) 枝木達実，熱電発電モジュールを用いた水素多数を占めるコンテストでの発表において，高専５年生が連続して入賞できたことは特筆すべ

エネルギーの開発，第 10 回新☆エネルギーコ

きと考える．

ンテスト概要集，ポスター部門 P5．
7) 石川翔大，熱電発電モジュールを応用した移(3) 相馬研究室に配属された５年生に卒業研究の一動体からの排熱回収の試み，第 11 回新☆エネ環として新☆エネルギーコンテストに参加させることで，卒業研究の進捗を促進することがで

ルギーコンテスト概要集，ポスター部門 P9．
8) 小銭勇太郎，熱電発電モジュールを応用したき，かつモチベーション向上を図ることができ太陽光の熱回収システムの開発，第 12 回新☆
エネルギーコンテスト概要集，ポスター部門

た．

ボコン，デザコン，プロコンのような目に見える直接P5．
9) 松木輝雄，熱電発電モジュールを利用した的なアピールが難しいため，小規模なコンテストに留LNG の冷熱回収，第 13 回新☆エネルギーコまっているのが現状である．しかしながら，エネルギ

ンテスト概要集，ポスター部門 P04．

エネルギーに関するコンテストについては前出のロー問題は工学分野のみならず社会全体においても大きな課題である．今後も何らかの形でエネルギー工学における教育および研究に対する発展的な試みを継続したいと考える．

126