熱電発電機 、熱を直接電気に変換するか、電気エネルギーを火力に変換して加熱または冷却するソリッドステートデバイスのクラスのいずれか。このようなデバイスは、固体を通る熱の流れと電気の流れの間の相互作用を含む熱電効果に基づいています。
すべての熱電発電機は、に示すように、同じ基本構成を持っています。熱源が高温を提供し、熱は熱電変換器を通ってヒートシンクに流れます。ヒートシンクは、熱源の温度よりも低い温度に維持されます。コンバータの両端の温度差により、負荷に直流（DC）が発生します（ R L ）端子電圧（ V ）および端子電流（ 私 ）。中間体はありません エネルギー変換 処理する。このため、熱電発電は直接電力変換に分類されます。発電量は次の式で与えられます。 私 二 R L 、または V 私 。
熱電発電機のコンポーネント。ブリタニカ百科事典
熱電エネルギー変換のユニークな側面は、エネルギーの流れの方向が可逆的であることです。したがって、たとえば、負荷抵抗を取り外してDC電源に置き換えると、図に示す熱電デバイスを使用して、熱源要素から熱を引き出し、その温度を下げることができます。この構成では、熱電デバイスの逆エネルギー変換プロセスは次のようになります。 呼び出された 、電力を使用して熱を送り、冷凍を生成します。
この可逆性により、熱電エネルギー変換器は、熱電子電力変換器などの他の多くの変換システムと区別されます。電気入力電力は、暖房または冷蔵用のポンプ式火力に直接変換できます。または、熱入力電力は、照明、電気機器の操作、およびその他の作業用の電力に直接変換できます。特定のデバイスの設計は通常、特定の目的に合わせて最適化されていますが、どの熱電デバイスもどちらの動作モードでも適用できます。
1885年から1910年頃に熱電に関する体系的な研究が始まりました。1910年までに、ドイツの科学者であるエドマンドアルテンキルヒはそのポテンシャルを十分に計算しました。 効率 熱電発電機の 描写 インクルード パラメーター 実用的なデバイスを構築するために必要な材料の。残念ながら、メタリック 指揮者 当時入手可能な唯一の材料であり、約0.5パーセントを超える効率の熱電発電機を構築することは不可能でした。 1940年までに、変換効率が4％の半導体ベースの発電機が開発されました。 1950年以降、研究開発が進んだにもかかわらず、熱電発電効率の向上は比較的小さく、 効率 1980年代後半までに10パーセント以下の。この性能レベルをはるかに超えるには、より優れた熱電材料が必要になります。それにもかかわらず、いくつかの低電力の種類の熱電発電機は、かなり実用的に重要であることが証明されています。放射性同位元素を燃料とするものは、宇宙からのデータの記録や送信など、隔離されたサイトや遠隔地で最も用途が広く、信頼性が高く、一般的に使用されている電源です。
熱電発電機は、熱源とヒートシンクのタイプ、電力要件、および使用目的に応じて、形状が異なります。中 第二次世界大戦 、いくつかの熱電発電機は、ポータブル通信送信機に電力を供給するために使用されました。 1955年から1965年にかけて、半導体材料と電気接点が大幅に改善され、実用的なアプリケーションの範囲が広がりました。実際には、多くのユニットは、発電機の出力を使用可能な電圧に変換するためにパワーコンディショナーを必要とします。
発電機は、いくつかの熱源を挙げれば、天然ガス、プロパン、ブタン、灯油、ジェット燃料、および木材を使用するように構築されています。商用ユニットは通常、10〜100ワットの出力電力範囲にあります。これらは、航法援助施設、データ収集および通信システム、電気分解による金属パイプラインや海洋構造物の腐食を防ぐ陰極防食法などのアプリケーションの遠隔地で使用するためのものです。
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太陽熱電発電機は、世界の遠隔地や未開発地域で小型灌漑ポンプに電力を供給するためにある程度の成功を収めて使用されてきました。暖かい表面の海水を熱源として使用し、冷たい海洋深層水をヒートシンクとして使用する実験システムが説明されています。太陽熱電発電機は、シリコンと競合することはできませんでしたが、軌道を回る宇宙船に電力を供給するように設計されています 太陽電池 、より良い効率とより軽い単位重量を持っています。しかしながら、軌道を回る宇宙船の熱制御のためにヒートポンプと発電の両方を特徴とするシステムが考慮されてきた。熱電装置は、宇宙船の太陽指向側からの太陽熱を利用して、宇宙船の暗い領域で他の熱電装置が使用し、車両から熱を放散するための電力を生成することができます。
放射性同位元素の崩壊生成物は、熱電発電機に高温熱源を提供するために使用できます。熱電デバイスの材料は核放射に対して比較的耐性があり、ソースを長期間持続させることができるため、このようなジェネレータは、多くの無人のリモートアプリケーションに有用な電源を提供します。たとえば、放射性同位元素熱電発電機は、孤立した気象監視ステーション、深海データ収集、さまざまな警告および通信システム、および宇宙船に電力を供給します。さらに、低出力の放射性同位元素熱電発電機が1970年に開発され、心臓ペースメーカーに電力を供給するために使用されました。放射性同位元素熱電発電機の出力範囲は一般に10の間です−6と100ワット。
