열전퇴

열전퇴(thermopile) 또는 열전대열은 열에너지를 전력량으로 변환하는 장치이다.^[1] 일반적으로 직렬로, 덜 일반적으로는 병렬로 연결된 여러 열전대로 구성된다. 이러한 장치는 열전 효과, 즉 서로 다른 금속(열전대)이 온도 차이에 노출될 때 전압을 생성하는 원리에 따라 작동한다.^[1]

작동

열전대는 접점부터 열전대 출력 전압이 측정되는 지점까지의 온도 차이를 측정하여 작동한다. 하나 이상의 금속으로 폐회로가 구성되고 접점과 한 금속에서 다른 금속으로의 전환 지점 사이에 온도 차이가 있으면, 뜨거운 접점과 차가운 접점 사이의 전위 차이로 인해 전류가 생성된다.^[2]

직렬로 연결된 여러 열전대로 구성된 열전퇴. 오른쪽과 왼쪽 접점의 온도가 같으면 전압이 상쇄되어 0이 된다. 그러나 접점 측면 사이에 온도 차이가 있으면 결과 출력 전압은 접점 전압 차이의 합과 같다.

열전퇴를 사용하여 열유속을 측정하는 열유속 센서 사진. 모델은 FluxTeq PHFS-01이다. 출력은 수동적으로 유도되며 열전퇴의 온도 차이와 직렬로 구성된 열전대 수에 비례한다.

열전퇴는 일반적으로 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결된 여러 열전대로 구성되며, 접점은 두 등온 영역 사이에 분포한다. 각 열전대는 뜨거운 접점과 차가운 접점 사이의 온도 차이에 비례하는 작은 전압을 생성한다. 많은 열전대를 연결하면 전압이 합산되어 온도 기울기와 접점 수에 비례하는 출력을 얻을 수 있다. 수동 작동 덕분에 열전퇴는 비접촉식 적외선 온도계, 에너지 수확 및 공정 모니터링 애플리케이션에 널리 사용된다.^[3][4][5]

열전퇴는 절대 온도에 반응하지 않고, 국부적인 온도 차이나 온도 기울기에 비례하는 출력 전압을 생성한다. 전압과 전력량은 매우 작으며, 이러한 목적을 위해 특별히 설계된 제어 장치를 사용하여 밀리와트 및 밀리볼트 단위로 측정된다.^[6]

응용 분야

열전퇴는 의료 전문가가 체온을 측정하기 위해 널리 사용하는 적외선 온도계와 같은 온도 측정 장치의 일부로 온도에 반응하여 출력을 제공하는 데 사용되거나, 센서의 밀봉된 공동 내부의 온도 프로파일을 측정하기 위한 열 가속도계에 사용된다.^[7] 또한 열유속 센서, 피르헬리오미터^[8][9] 및 가스 버너 안전 제어에도 사용된다. 열전퇴의 출력은 일반적으로 수십 또는 수백 밀리볼트 범위이다.^[10] 신호 레벨을 높이는 것 외에도 장치는 공간적 온도 평균을 제공하는 데 사용될 수 있다.^[11]

열전퇴는 또한 전기 부품, 태양풍, 방사성 물질, 레이저 복사 또는 연소열에서 전기 에너지를 생성하는 데 사용된다. 이 과정은 또한 펠티에 효과의 한 예인데, 뜨거운 접점에서 차가운 접점으로 열을 전달하기 때문이다.

또한 열전퇴 센서라고 불리는 전력계도 있는데, 이는 광학 또는 레이저 전력이 열로 변환되고 그 결과로 증가하는 온도가 열전퇴에 의해 측정되는 원리를 기반으로 한다.^[12]

같이 보기

• 제베크 효과, 열전퇴에서 전압 생성을 담당하는 물리적 효과
• 열전 재료, 높은 전력을 전달하는 소형 열전퇴를 구성하는 데 사용할 수 있는 고성능 재료