1821年、ヨハンゼーベックという有名な科学者が、2つのさまざまな導体の間に開発された、電気を生成できる温度勾配の概念を復活させました。熱電効果に関連して、熱を生成する導電性物質の温度勾配と呼ばれる概念があり、この結果が電荷キャリアの拡散になります。発生した高温物質と低温物質の間のこの熱流 電圧 差。したがって、このシナリオでは、デバイスの熱電が発見されました 発生器 、そして今日、私たちの記事は、その動作、利点、制限、および関連する概念についてです。
熱電発電機とは何ですか？
熱電は、電気と熱という言葉を組み合わせた名前です。そのため、この名前は、熱が熱エネルギーに対応し、電気が電気エネルギーに対応することを意味します。そして、熱電発電機は、2つのセクション間で生成された温度差をに変換するために実装されるデバイスです。 エネルギーの電気的形態 。これが基本です 熱電発電機の定義 。
これらのデバイスは、熱流と固体コンポーネントを通る電気との間で発生するインターフェースを含む熱電効果に依存しています。
建設
熱電発電機は、p型とn型の2つの必須接合部で構成されたソリッドステート熱コンポーネントであるデバイスです。 P型接合では+ ve電荷の濃度が高くなり、n型接合では-ve電荷元素の濃度が高くなります。
ｐ型成分は、より正に帯電したキャリアまたは正孔を有するように条件でドープされ、したがって正のゼーベック係数を提供する。同様の方法で、n型成分は、より多くの負に帯電したキャリアを持つようにドープされ、負のタイプのゼーベック係数を提供します。
熱電発電機の動作
2つの接合部間の電気的接続が通過すると、すべての正に帯電したキャリアはn接合に移動し、同様に負に帯電したキャリアはp接合に移動します。の中に 熱電発電機の構造 、最も実装されている要素はテルル化鉛です。
テルルと鉛で構成され、ナトリウムまたはビスマスの量が最小限である成分です。これに加えて、このデバイス構造で使用される他の要素は、硫化ビスマス、テルル化スズ、テルル化ビスマス、ヒ化インジウム、テルル化ゲルマニウム、および他の多くです。これらの材料で、 熱電発電機の設計 行うことができます。
熱電発電機の動作原理
ザ・ 熱電発電機の動作 シーバック効果に依存しています。この効果では、2つのさまざまな金属の間に形成されるループは、金属接合部がさまざまな温度レベルに維持されているときに起電力を生成します。このシナリオのため、これらはシーバック発電機とも呼ばれます。ザ・ 熱電発電機のブロック図 次のように表示されます：
ブロック図
熱電発電機は、一般に、高い温度値に維持される熱源に含まれ、ヒートシンクも含まれています。ここで、ヒートシンクの温度は熱源の温度よりも低くなければなりません。熱源とヒートシンクの温度値の変化により、負荷セクションに電流が流れるようになります。
この種のエネルギー変換では、他のタイプのエネルギー変換とは異なる遷移エネルギー変換は存在しません。このため、直接エネルギー変換と呼ばれます。このシーバック効果による発電電力は単相DCタイプであり、Iとして表されます。二RLここで、RLは負荷時の抵抗値に対応します。
出力電圧と電力の値は、2つの方法で増やすことができます。 1つは、ホットエッジとコールドエッジの間で上昇する温度変化を増加させることによるものであり、もう1つは、熱電発電機との直列接続を形成することです。
このTEGデバイスの電圧はV =αΔTで与えられます。
ここで、「α」はゼーベック係数に対応し、「Δ」は2つの接合部間の温度変化です。これにより、電流は次の式で与えられます。
I =（V / R + RL）
このことから、電圧方程式は次のようになります。
V =αΔT/ R + RL
このことから、負荷セクションを横切る電力の流れは次のようになります。
負荷時のP =（αΔT/ R + RL）二（RL）
RがRに達すると、電力定格は大きくなりますL、その後
Pmax =（αΔT）二/（4R）
ホットエッジへの熱供給とコールドエッジからの熱の除去が行われるまで、電流が流れます。そして、発生した電流はDC形式であり、それを介してACタイプに変換することができます インバーター 。電圧値は、変圧器の実装によってさらに増強することができます。
この種のエネルギー変換は、エネルギー流路を元に戻すことができる場合にも可逆的である可能性があります。 DC電源と負荷の両方がエッジから取り除かれると、熱電発電機から熱を簡単に引き出すことができます。だから、これは 熱電発電機理論 仕事の後ろ。
熱電発電機の効率方程式
このデバイスの効率は、負荷セクションの抵抗で生成された電力と、負荷抵抗の両端の熱流の比率として表されます。この比率は次のように表されます。
効率=（RLでの発電電力）/（熱流「Q」）
=（I二RL）/ Q
効率=（αΔT/ R + RL）二（RL）/ Q
これは、熱電発電機の効率を計算する方法です。
熱電発電機の種類
TEGデバイスのサイズ、熱源の種類とヒートシンクのソース、電力能力、およびアプリケーションの目的に基づいて、TEGは主に3つのタイプに分類されます。
- 化石燃料発電機
- 原子力発電機
- 太陽 ソースジェネレータ
化石燃料発電機
このタイプの発電機は、灯油、天然ガス、ブタン、木材、プロパン、およびジェット燃料を熱源として利用するように設計されています。商用アプリケーションの場合、出力電力は10〜100ワットの範囲です。これらの種類の熱電発電機は、ナビゲーション支援、情報収集、通信ネットワーク、および陰極安全などの遠隔地で使用されているため、電気分解による金属パイプや海洋システムの破壊を防ぎます。
原子力発電機
放射性同位元素の分解された成分は、TEGデバイスに高温の熱源を提供するために利用される可能性があります。これらのデバイスはそれに応じて核放出に敏感であり、熱源要素は長期間使用できるため、これらの核燃料熱電発電機はリモートアプリケーションに適用されます。
ソーラーソースジェネレーター
太陽熱電発電機は、遠隔地や未開発地域で最小サイズの灌漑ポンプに電力を供給するためにほとんど成果を上げずに採用されてきました。太陽熱電発電機は、軌道を回る宇宙船に電力を供給するために作られています。
熱電発電機の長所と短所
ザ・ 熱電発電機の利点 は：
- このTEGデバイスで使用されるすべてのコンポーネントはソリッドステートであるため、信頼性が向上しています。
- 極端な範囲の燃料源
- TEGデバイスは、最小ではなくmWからKWを超える電力を提供するように構築されているため、スケーラビリティが非常に高くなります。
- これらは直接エネルギー変換デバイスです
- サイレントオペレーション
- 最小サイズ
- これらは、重力の極端なゼロ範囲でも機能します
ザ・ 熱電発電機のデメリット は：
- これらは他の種類の発電機と比較すると少し高価です
- これらの効率は最小限です
- 最小限の熱特性
- これらのデバイスには、より多くの出力抵抗が必要です
熱電発電機の用途
- 自動車の燃料性能を高めるために、TEG装置が主に採用されています。これらの発電機は、車両の運転時に発生する熱を利用します。
- Seebeck Power Generationは、宇宙船に電力を供給するために利用されます。
- 実装する熱電発電機は、気象システム、リレーネットワークなどのリモートステーションに電力を供給します
だから、これはすべて熱電発電機の詳細な概念についてです。全体として、ジェネレーターは非常に目立つため、多くのドメインの多くのアプリケーションで広く使用されています。これらの関連する概念とは別に、ここで明確に知られている他の概念は何ですか
