【エネルギー工学】熱電変換

仕事で使うかもしれないのでエネルギー工学入門の本を図書館で借りて読んでます。
読んでは見たものの身についている気がしない…

(1)ゼーベック効果による熱電変換の原理

・2つの異なった導電体(金属)で閉回路を作ったときに2つの接合部に異なった温度を与えるとその温度差に応じて起電力が発生する。

・起電力は物質によって決まるゼーベック係数と接合部の温度差によって決まる。
・ゼーベック係数をa、電圧をEとすると以下の式で求めることができる。
　　　　　　　　　　　　　　E＝a(TH-TL)

・ゼーベック現象は熱を与えて電圧を発生させる現象だが、逆に電流を流すとジュール熱以外の、電流の大きさに比例した熱の発生や吸収が見られる。これはペルチェ効果と言って、ゼーベック効果の逆現象となる。その時の熱量をQPとして、ペルチェ係数をπとすると、以下の式が成り立つ。
　　　　　　　　　　　　　　QP=πI
　　　　　　　　　　　　　　π＝aT
Iは電流、Tは接合部温度。


(2)熱電半導体
・これらの現象に使われる導体は一般に半導体が用いられることが多く、熱電半導体と呼ばれる。

・この半導体は”大きな電力を得るため、ゼーベック係数(熱電率)aと電気伝導率(導電率)σが大きく、しかも絶縁体のように熱伝導率xが小さいという物理的性質を持つ半導体”であり、キャリア濃度が10の25乗m-3程度の金属に近い材料が熱電半導体となる。

・熱電変換における指標は、熱電性能指数Zと呼ばれ、その中身は以下の式で構成されている。　　　　　　　　　　　　Z＝a²σ/x
このZを最大にすることが必要であり、発電効率に影響してくる。