열전 발전기는 고체 열 엔진입니다. 그것들은 p- 타입 및 N- 타입 요소로 알려진 두 가지 1 차 접합으로 만들어집니다. 현재 세대의 효율은 약 5-8%입니다. 구형 장치는 열을 통해 전력을 잃어버린 바이메탈 적 접합을 사용했습니다.
우리는 발전기가 전기 생산에 사용된다는 것을 알고 있으며, 대부분의 발전기의 그림은 자기장이있는 거대한 기계와 전기를 생성하기위한 기계적 힘의 도움으로 그것을 자르는 로터라는 것입니다. 그러나 전기 생성이 항상 회전 부품이있는 기계가 필요하지 않다고 말하면 어떻게해야합니까? 일반적으로 열전 발전기로 알려진 그러한 장치 중 하나를 자세히 살펴 보겠습니다.
열전 발전기의 뜨거운면 (사진 크레디트 :Gerardtv/Wikimedia Commons)
원리
열전 효과는 열을 전기로 직접 변환하는 것입니다. Joules Law에 따르면, 현재 운반 전도체는 도체의 저항성과이를 통과하는 전류의 제곱에 비례 한 열을 생성합니다. 1820 년대에 Thomas J. Seebeck 은이 법을 다르게 해석 하여이 법을 테스트했습니다. 그는 금속이 터치하는 접점이 온도가 다르기 때문에 두 개의 다른 금속을 가져 왔습니다. 그는 열의 차이에 비례하여 접합부 사이에서 전압이 발생한다는 것을 알았습니다. 두 개의 다른 금속의 접합에서 온도 차이로 인해 생성 된 전류는 seebeck 효과 로 알려져 있습니다. Seebeck 효과는 측정 가능한 양의 전압 및 전류를 생성합니다. 열전 발전기에 의해 생성 된 전류 밀도는 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.
전자 유전자 필드의 강도는 Seebeck 계수를 사용하여 계산할 수 있으며, 이는 본질적으로 사용되는 재료에 고유 한 반면 델타 T는 온도 그라디언트입니다. 열전 효과를 설명하는 데 도움이되는 또 다른 효과는 Peltier Effect 입니다. .
펠티에 효과는 전도성 재료의 연결시 열 소산 또는 흡수를 설명하는 데 도움이됩니다. 전류의 흐름 방향에 따라, 열은 재료의 해당 지점에 의해 소산되거나 흡수됩니다.
메커니즘
Seebeck 효과는 다른 금속이 온도의 차이에 노출 될 때 전류를 생성합니다. Seebeck Effect Applications는 열을 에너지로 변환하는 열전 발전기 (TEG) 또는 Seebeck 생성기의 기초입니다. TEGS 또는 SEEBECK 발전기에 의해 생성 된 전압은 두 금속 접합의 온도 차이에 비례합니다.
열전 발전기는 P- 타입 (고농도의 양전하) 및 N- 타입 (고농도의 음전하) 요소로 알려진 2 개의 1 차 접합으로 만들어진 고형 상태 열 엔진입니다. P- 타입 요소는 양의 양전하 또는 구멍을 갖는 방식으로 도핑되어 양성 시각 계수를 제공합니다. N 형 요소는 도핑되어 고농도의 음전하 또는 전자를 함유하여 음의 시끄러운 계수를 제공합니다.
N- 타입 재료로 이동하는 모든 구멍에 대해 P 형 요소와 N 형 요소 사이에 전기 연결이 발생하면 N- 타입의 전자가 P- 타입 재료로 이동합니다.
재료
현재까지는 열전 재료로 확인되었습니다. 두 개의 중요한 열전 재료는 실온 9k (콜드 쪽 역할을하는)와 리드 텔 루리드 (PBTE)에서 Bismuth Telluride (BI 2TE 3)이며 500K ~ 600K (뜨거운면으로 작용)입니다. 이 열전 재료는 재료의 열전 특성을 평가하는 데 도움이되는 측정 기준을 가지고 있습니다. 이 측정은 공로의 수치로 알려져 있습니다. Bismuth Telluride (BI 2TE 3) 및 납 텔루 라이드 (PBTE)에 대한 공로의 수치는 앞서 언급 한 온도에 있습니다. 신뢰할 수있는 힘의 실행 가능한 원천이 되려면 공로의 수치는 2 ~ 3이어야합니다.
열전 재료를 선택할 때 고려해야 할 다른 많은 요인이 있습니다. 이상적으로는 열전 재료에 온도 구배가 넓어 야합니다. 온도 구배가 넓지 않으면 열 유발 응력에 취약하여 재료의 골절로 이어질 수 있습니다. 재료의 기계적 특성을 고려해야하며 N- 타입 및 P 형 재료의 열 팽창 계수는 합리적으로 잘 일치해야합니다.
열전 발전기에서 현재 생성의 효율은 약 5-8%입니다. 구형 장치는 바이메탈 교차점을 사용하여 열을 통한 전력의 심각한 손실을 초래하기 때문에 훨씬 덜 효율적이었습니다. 더 현대적인 장치에는 납 텔루 라이드 (PBTE), 비스무트 텔 루 라이드 (BISTHUTH TELURIDE) 및 산화 칼슘 또는 이들 물질의 조합과 같은 도핑 된 반도체 재료가 있습니다.
열전 전력은 주류 전력을 보상 할 수는 없지만 시스템에서 유용한 에너지로 손실 된 잠복 에너지를 유용한 에너지로 사용하는 것이 어느 정도 도움이됩니다. 그리 많지는 않지만 오랜 시간 동안 제공되는 작은 에너지는 먼 길을 갈 수 있습니다!
