• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.127-127
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• 2017

열전모듈이란 온도차를 기전력으로 바꾸거나, 반대로 기전력으로 온도 차이를 만들어내는 모듈이다. 열전발전의 경우, 고열 부분의 열이 빠르게 방출되지 못하면 소자와 기판의 손상을 가져올 수 있기 때문에 열전모듈 기판의 방열성능은 매우 중요하다. 따라서 열전모듈이 실제 발전용으로 사용되기 위해서는 방열성이 높은 기판, 즉 열전도도가 높은 기판이 적용되어야 한다. 그러나 현재 일반적으로 사용되는 알루미나는 그 열전도도가 30 w/mK 정도밖에 되지 않아 그 방열성능이 많이 떨어진다. 이를 해결하기 위해 열전도도가 높은 소재를 베이스 기판으로 한 모듈이 연구되어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 열전도도가 237 w/mk 정도로 높은 알루미늄을 기판으로 이용해 열전모듈 기판을 제조하고자 하였다. 이를 위해 알루미늄 베이스 기판 위에 전해에칭, 수화처리, 양극산화 및 전기동도금을 실시하였다. 알루미늄 상에 양극산화처리를 통하여 절연층 역할을 할 산화피막을 형성하고, 백금을 스퍼터링법으로 코팅해 전도성을 부여하였으며 그 이후 바로 전기 동 도금을 실시하였다. 또한 전처리 과정으로 전해에칭을 통해 표면의 조도를 증가시켰고 갈고리 효과를 통해 밀착력을 증가시키고자 하였다. 본 연구의 결과, 기판으로 사용하기 적합한 절연특성과 기판의 열전도도 측정을 통한 우수한 방열성능도 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 Cross Cut Adhesion Test를 통하여 밀착력도 우수하다는 것을 확인할 수 있었으며 표면과 단면관찰을 통해 목적대로 기판의 도금이 잘 이루어 졌다는 것을 알 수 있었다. 이러한 공정을 통해 제조된 열전모듈 기판은 우수한 방열성능을 통하여 열전모듈의 성능과 수명을 한층 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.93.2-93.2
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• 2018

최근 기후 변화 문제로 $CO_2$배출량 억제 정책에 따라 열전재료가 다양한 분야에 크게 주목 받고 있다. 열전 모듈은 전류를 흘려 온도차를 발생시키는 펠티어 효과와 온도차를 전력으로 변환하는 제백 효과를 이용한다. 열전발전용에 적용되는 상용 열전모듈의 경우, 열전소자의 접합부의 수는 수십 개 이상이다. 따라서 단 한 개의 접합 불량 열전소자가 모듈 전체의 열전성능에 큰 영향을 미친다. 현재 상용화 된 Bi-Te계 열전 모듈은 Bi-Te의 Te와 Sn계 솔더의 주성분인 Sn이 $250^{\circ}C$ 부근에서 취성의 Sn-Te계 금속 화합물을 형성한다고 알려져 있다. 이 때 생성된 Sn-Te 화합물은 열전모듈의 접합강도를 약화시키고 이로 인해 열전모듈의 접합 신뢰성을 크게 저하 시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 솔더와 소자 사이에 확산방지층이 적용되고 있으며, 이 중에서 니켈합금이 가장 널리 적용되고 있다. 니켈층을 형성시키는 방법 중에서, 무전해 도금법은 간단하게 열전소자 표면 위에 도금 층을 균일한 두께로 만들어 낼 수 있다. 하지만, 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 화학적 결함이 존재하지 않기 때문에, 무전해 니켈 도금층의 밀착성이 떨어진다. 이 때. 소자 표면에 거칠기 효과(anchor effect)를 부여하기 위해 물리적 샌딩법을 사용하는데 이 방법의 경우 소자에 크랙 같은 손상을 미쳐 열전모듈의 신뢰성 저하를 가져온다. 그러므로 거칠기 효과를 부여하면서 소자에 손상을 최소화하는 습식 식각법을 개발하여 Bi-Te계 열전소자의 표면 조도를 조절하고 무전해 Ni-P 도금을 실시하였다. 그리고 열처리 유무에 따른 열전모듈의 접합강도를 측정하였으며, 제작한 열전 모듈의 접합부 및 파단부의 계면 분석하여 무전해 Ni-P도금을 위한 습식식각법(wet etching법)에 대하여 검토하였다. N-type은 질산과 구연산의 혼합수용액에, P-type은 왕수에 습식 식각처리를 해서 적당히 표면 조도를 조절한 후에 EPMA로 분석을 해본 결과 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 anchor effect가 부여 된 것을 확인했다. 습식 식각에 의해서 제조된 열전모듈의 접합강도는 종래의 알루미나 샌딩법으로 제조한 열전모듈 보다 높은 접합강도를 나타내었다.

• Horticultural Science & Technology
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• v.31 no.4
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• pp.503-511
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• 2013

The purpose of this study was to evaluate temperature reduction and heat budget of extensive modular green roof planted with Sedum sarmentosum and Zoysia japonica. Plant height and green coverage were measured as plant growth. Temperature, net radiation and evapotranspiration of concrete surface, green roof surface, in-soil and bottom were measured from August 2 to August 3, 2012 (48 hours). On 3 P.M., August 3, 2012, when air temperature was the highest ($34.6^{\circ}C$), concrete surface temperature was highest ($57.5^{\circ}C$), followed by surface temperature of Sedum sarmentosum ($40.1^{\circ}C$) and Zoysia japonica ($38.3^{\circ}C$), which proved temperature reduction effect of green roof. Temperature reduction effect of green roof was also shown inside green roof soil, and bottom of green roof. It was found that Zoysia japonica was more effective in temperature reduction than Sedum sarmentosum. Compared with the case of concrete surface, the highest temperature of green roof surface was observed approximately 2 hours delayed. Plant species, temperature and soil moisture were found to have impact on surface temperature reduction. Plant species, air temperature, soil moisture and green roof surface temperature were found to have impact on temperature reduction in green roof bottom. As results of heat budget analysis, sensible heat was highest on concrete surface and was found to be reduced by green roof. Latent heat flux of Zoysia japonica was higher than that of Sedum sarmentosum, which implied that Zoysia japonica was more effective to improve thermal environment for green roof than Sedum sarmentosum.

• Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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• v.41 no.6
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• pp.107-116
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• 2013

This study was undertaken to investigate the characteristics of retention and evapotranspiration in the extensive greening module of sloped and flat rooftops for stormwater management and urban heat island mitigation. A series of 100mm depth's weighing lysimeters planted with Sedum kamtschaticum. were constructed on a 50% slope facing four orientations(north, east, south and west) and a flat rooftop. Thereafter the retention and evapotranspiration from the greening module and the surface temperature of nongreening and greening rooftop were recorded beginning in September 2012 for a period of 1 year. The characteristics of retention and evapotranspiration in the greening module were as follows. The water storage of the sloped and flat greening modules increased to 8.7~28.4mm and 10.6~31.8mm after rainfall except in the winter season, in which it decreased to 3.3mm and 3.9mm in the longer dry period. The maximum stormwater retention of the sloped and flat greening modules was 22.2mm and 23.1mm except in the winter season. Fitted stormwater retention function was [Stormwater Retention Ratio(%)=-18.42 ln(Precipitation)+107.9, $R^2$=0.80] for sloped greening modules, and that was [Stormwater Retention Ratio(%)=-22.64 ln(X)+130.8, $R^2$=0.81] for flat greening modules. The daily evapotranspiration(mm/day) from the greening modules after rainfall decreased rapidly with a power function type in summer, and with a log function type in spring and autumn. The daily evapotranspiration(mm/day) from the greening modules after rainfall was greater in summer > spring > autumn > winter by season. This may be due to the differences in water storage, solar radiation and air temperature. The daily evapotranspiration from the greening modules decreased rapidly from 2~7mm/day to less than 1mm/day for 3~5 days after rainfall, and that decreased slowly after 3~5 days. This indicates that Sedum kamtschaticum used water rapidly when it was available and conserved water when it was not. The albedo of the concrete rooftop and greening rooftop was 0.151 and 0.137 in summer, and 0.165 and 0.165 in winter respectively. The albedo of the concrete rooftop and greening rooftop was similar. The effect of the daily mean and highest surface temperature decrease by greening during the summer season showed $1.6{\sim}13.8^{\circ}C$(mean $9.7^{\circ}C$) and $6.2{\sim}17.6^{\circ}C$(mean $11.2^{\circ}C$). The difference of the daily mean and highest surface temperature between the greening rooftop and concrete rooftop during the winter season were small, measuring $-2.4{\sim}1.3^{\circ}C$(mean $-0.4^{\circ}C$) and $-4.2{\sim}2.6^{\circ}C$(mean $0.0^{\circ}C$). The difference in the highest daily surface temperature between the greening rooftop and concrete rooftop during the summer season increased with an evapotranspiration rate increase by a linear function type. The fitted function of the highest daily surface temperature decrease was [Temperature Decrease($^{\circ}C$)=$1.4361{\times}$(Evapotranspiration rate(mm/day))+8.83, $R^2$=0.59]. The decrease of the surface temperature by greening in the longer dry period was due to sun protection by the sedum canopy. The results of this study indicate that the extensive rooftop greening will assist in managing stormwater runoff and urban heat island through retention and evapotranspiration. Sedum kamtschaticum would be the ideal plant for a non-irrigated extensive green roof. The shading effects of Sedum kamtschaticum would be important as well as the evapotranspiration effects of that for the long-term mitigation effects of an urban heat island.

• Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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• v.14 no.3
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• pp.8-14
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• 2018

PV module power is calculated on PV module surface temperature adjustment by irradiation on the summer and autumn in NOCT(Nominal Operating Cell Temperature) conditions. The summer and autumn periods were selected because of large variation in outdoor air temperature and irradiation. This study was performed to understand relationship between PV module surface temperature and photovoltaic power using field measurement. As a results, it was determined that the amount of irradiation was proportional to the amount of photovoltaic power in the field measurement. However, it was also identified that the PV power generation decreased by increased PV module surface temperatures due to irradiation.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.104.1-104.1
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• 2018

열전소자는 열전현상을 이용한 재료로서 여기서 열전현상이란 열을 전기로 또는 전기를 열로 바꿀 수 있는 에너지 변환 현상을 의미한다. 그 중 Bi-Te계 열전소자는 $200^{\circ}C$이하의 온도에서 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 열전 모듈 제작시 Bi-Te 소자는 구리 기판에 접합하여 사용하게 되는데 이 때 솔더의 성분인 Sn과 기판의 Cu는 소자내로 확산하여 금속간 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 금속간 화합물은 접합강도를 저하시키는 원인뿐만 아니라 열전 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 접합강도와 열전성능의 저하를 막기 위해 BiTe 소자의 표면에 $4{\mu}m$두께의 Ni-P 도금 공정을 추가하여 Ni-P 도금층이 Cu와 Sn의 확산을 막는 방지층 역할을 하게 한다. 그리고 도금한 소자를 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$로 커팅하여 구리 기판에 접합하여 열전 모듈을 제작하였다. 제작된 열전모듈의 단면을 EPMA분석한 결과 Ni-P 도금층이 확산방지층으로 잘 작용되었음을 확인하였다. 또한 접합강도 측정결과 도금을 하지 않은 Bi-Te소자에 비해 접합강도가 향상되었음을 확인하였다. 따라서 Ni-P도금을 실시함으로서 금속간 화합물 형성을 억제하고 열전모듈의 성능과 접합강도를 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.312.1-312.1
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• 2013

PID (Potential Induced Degradation)는 높은 시스템 전압을 갖는 PV모듈에서 발생하는 현상으로 PV모듈의 출력을 급격하게 감소시키는 현상을 말한다. PV시스템의 높은 전압은 태양전지와 PV모듈의 프레임 사이에 전위차를 발생시키고 이로 인하여 누설전류가 흐르게 된다. 누설전류는 태양전지 표면에 전하를 축적 시켜 발전 효율을 감소시키게 된다. 이러한 누설전류는 온도와 습도가 높을수록 많이 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 PV모듈을 구성하는 재료가 PID에 의한 출력변화에 어떠한 영향을 주는지에 관한 연구를 수행하였다. PID가 쉽게 발생하는 태양전지를 이용하여 일반적으로 PV모듈을 제작 할 때 사용되는 전 후면 재료를 이용하여 각각의 출력변화에 대한 연구를 수행하였다. PV모듈의 전 후면 재료를 각각 다르게 하여 이에 따른 PID 발생 정도를 출력 변화로 확인하였으며 PID의 원인이 되는 누설전류에 어떠한 변화를 주는지 분석하였다. PV모듈의 후면 재료는 PV모듈 내부로의 수분 침투와 관련하여 PID 발생에 영향을 주고 전면재료인 저철분 강화유리는 PV모듈 내부에 전하를 공급하여 누설전류가 발생하게 하는 역할을 하는 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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• v.23 no.3
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• pp.25-34
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• 2018

This paper presents a heating source of carbon nanofibers for the efficiency and the drying performance of laundry dryer, and focuses on the applicability-evaluation of its source. To design the proposed heating module, experiments were conducted in terms of surface temperature and surface temperature distribution characteristics of carbon nanofiber lamps. The surface temperature of the lamps increased linearly with increment of a current to flow a lamp and revealing the increasing pattern as the length of the ramps is shorter. The proposed heating source was evaluated based on drying efficiency, moisture evaporation rate at laundry, and internal temperature of a drum during drying process. The drying efficiency satisfied a 45% which is specified in KS C 9319. The moisture evaporation rate and the internal temperature of the drum were respectively 98.88% and $61.1^{\circ}C$, which are similar to that of S's company dryer. From the evaluation and actual drying test results, the proposed carbon nanofiber lamp heating module is considered to be applicable as a heat source for laundry dryer in terms of drying efficiency and drying performance. it is possible to obtain a heat source at a high temperature, an excellent calorific value, an improvement in drying performance, and an effect of sterilizing laundry due to the emission of far-infrared rays. In addition to the applicability, the difference of the drying efficiency between the dryers was analyzed in detail based on the power consumption of the heat sources.

• Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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• v.35 no.8
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• pp.177-184
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• 2019

Recently, electric power usages and peak loads from buildings are increasing due to higher outdoor air temperatures and/or abnormal climate during the summer period. As one of the eco-friendly measures, a renewable energy system has been received much attention. Particularly, interest on a photovoltaic (PV) system using solar energy has been rapidly increasing in a building sector due to its broad applicability. In using the PV system, one of important factors is the PV efficiency. The normal PV efficiency is determined based on the STC(Standard Test Condition) and the NOCT(Nominal Operating Cell Temperature) performance test. However, the actual PV efficiency is affected by the temperature change at the module surface. Especially, higher module temperatures generally reduce the PV efficiency, and it leads to less power generation from the PV system. Therefore, the analysis of the relation between the module temperature and PV efficiency is required to evaluate the PV performance during the summer period. This study investigates existing algorithms for calculating module surface temperatures and analyzes resultant errors with the algorithms by comparing the measured module temperatures.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.15 no.4
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• pp.306-316
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• 2006

In this study, the effect of the shade level, water flow rate applied to the shades and the temperature of water on the greenhouse cooling was investigated depending on the shade level of 0, 35, 55, 75%, and water flow rate and water temperature by the test on the small wooden frames to find out the low cost cooling method. With increasing of the dry bulb temperature of outside air, the dry bulb temperature in the wooden frames increased. For the frames with the shade and water, inside temperatures of the frames were lower of -0.2$\sim$-1.2$^{\circ}C$ than the temperature of the outside air and higher than the water temperature. For the frames without water, inside temperatures of the frames were higher of 1.7$\sim$4$^{\circ}C$ than the outside and not affected by the shade level very much. The water flow rate and the temperature of the water were not the important factors to decrease the inside temperatures in the frames. The black globe temperature became lower with increasing of shade level. The shade frames with water curtain showed the best cooling effect because of reducing thermal radiation and cooling the plastic film cover. The surface temperatures of the plastic film cover for the water supplied modules became lower with increasing of the shade level. The relative humidity was decreased with the dry bulb temperature in the frame increasing and not affected by the dry bulb temperature of the outside air for the frames with the shade and water.