電気エネルギーの熱電発電機 TEG
この資料では、熱電発電機の動作原理とその応用分野について説明します。
現在、電力の大部分は火力発電所によって生産されています。化石燃料を燃焼させることにより、中間熱媒体 (過熱蒸気) を利用して発電機のタービンが発電所で作動します。エネルギー生産チェーンは複雑で、危険で、高価です。ただし、高効率（効率）で電気エネルギーを生成する強力なユニットを作成することができます。
熱を電気に簡単に変換する代替手段はありますか?物理学はそうです。技術者は「まだです」と言います。この記事の内容である、熱をエネルギーに変換する過程で誰が正しいのか、何が困難なのかについて。熱を電流に直接変換する方法は、今日ゼーベコフ効果として知られる熱電気現象が発見された 1821 年以来知られていました。
2 つの異なる金属の接触が加熱されると、ワイヤの端に電位差が生じ、ワイヤが閉じると、回路に電流が流れ始めます。物理学者は、電流の大きさが材料の種類、金属の冷接点と熱接点の温度差、金属の熱伝導率と抵抗に直接依存することをすぐに認識しました。温度差が大きく、伝導率が高いと電流が増加しますが、熱伝導率が高いと効果が弱まります。
貴金属を含む金属を使用して熱電発電機 (TEG) を作成する長い試みの後、このアイデアは放棄されました。金属は抵抗が低いため、空間的な冷接点と熱接点を分離することができますが、熱伝導率が高いため、外部からの熱の流れが要素の効率を低下させます。金属で作られた TEG 素子の効率は 1 ～ 2% を超えません。この効果は長い間忘れられており、異種金属の接合は測定技術にのみ使用されていました。これらは温度測定用としてよく知られている熱電対です。
現在、最初の発電機の子孫は、地質学者、観光客、そして遠隔地の住民にサービスを提供しています。このような発電機の電力は 2 ～ 20 ワットと小さいです。より強力な (25 ～ 500 W) 発電機が、電動工具やパイプの陰極防食への主要ガス パイプラインに設置されています。 1 kW 以上の気象観測所機器の発電機ですが、ガスなどの高温熱源が必要です。
放射性崩壊熱を直接電気に変換する珍しい発電機については、あまりにも範囲が狭く機密情報であるため、多くを語る必要はありません。宇宙の個々の衛星には、機器に継続的に電力を供給するためのそのような設備が装備されていることだけが知られています。
最新の製品の例として、サーモジェネレータータイプB25-12のパラメータを考えてみましょう...その出力電力は、12Vの電圧で25Wです。ホットゾーンの動作温度は400度以下、重量は最大8.5kg、価格は約15,000ルーブルです。このような発電機（通常は少なくとも 2 台）は、暖房用のガスボイラーと一緒に使用されます。
同じ原理に従って、200 ワットの電力を備えたより強力な TEG モデル。コテージ暖房用のガスボイラーと連携して、ボイラーや水循環ポンプの自動化だけでなく、家電製品や照明にも電力を供給します。
TEG はそのシンプルさと信頼性 (可動部品がない) にもかかわらず、広く採用されていません。その理由は、効率が非常に低く、半導体材料を使用しても 5 ～ 7% を超えないためです。このような発電機を開発する企業は、注文に応じて少量ずつ製造します。大量需要の欠如は製品価格の高騰につながります。
熱変換器用の新しい材料の出現により、状況は変わるかもしれません...しかし、これまでのところ、科学が誇ることは何もありません。最高の TEG サンプルは、効率係数 20% をなんとかクリアできていません。このような状況において、効率が 90% 以上であると宣言されている TEG の広告パンフレットは、いくぶん滑稽に見えます。おそらく、科学者が熱心なマーケティング担当者から学ぶ時期が来たのではないでしょうか?