• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.129-129
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• 2017

열전재료는 열에너지를 전기에너지로 또는 전기에너지를 열에너지로 직접 변환하는데 가장 널리 사용되는 재료이다. $Bi_2Te_3$계 열전 재료는 400K 이하의 비교적 저온 영역에서 높은 성능지수(Dimensionless Figure of merit, ZT($={\alpha}2{\sigma}T/{\kappa}$, ${\alpha}$: 제백계수, ${\sigma}$: 전기전도도, T: 절대온도, ${\kappa}$: 열전도도))를 나타내는 열전재료이며 자동차 시트나 정수기 등에 응용되고 있다. 열전모듈은 제조시 수십 개에서 수백 개 이상의 n형 및 p형 열전소자를 알루미나($Al_2O_3$)와 같은 세라믹 기판(substrate) 상에 접합된 동 전극 위에 전기적으로 서로 직렬로 접합시켜 제조한다. 기존의 열전모듈의 제조방법에는 동 전극 위에 위에 Sn합금 분말과 플럭스(flux)의 혼합물인 솔더페이스트를 스크린 인쇄법을 사용하여 동 전극에 도포한 다음, 그 위에 열전소자를 얹고 약 520K의 열풍을 가하여 솔더를 용융시켜 열전소자와 동 전극을 접합시킨다. 스크린 인쇄법에서는 인쇄 압력이 일정하지 않으면, 솔더페이스트 층의 두께가 균일하지 않게 되어 열전소자 접합부의 불량을 유발시킨다. 그러나 열모듈은 단 하나의 접합 불량이 모듈 전체의 열전변환성능에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문에 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 솔더페이스트를 도포하지 않고 열전소자를 직접 동 전극과 접합할 수 있는 방법을 고안하였다. 무전해도금을 이용한 니켈층을 형성시킨 $Bi_2Te_3$계 열전소자 표면에 약 $50{\mu}m$의 주석도금층을 전기도금법을 구사하여 형성시켰다. 그 후, wire cutting을 통하여 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$의 크기로 절단한 주석도금된 열전소자를 동 전극에 얹고 1.1KPa의 압력을 가하면서 523K의 핫플레이트 위에서 3분간 방치하여 직접(direct) 열압착 접합을 실시하였다. 접합부의 단면을 SEM을 이용하여 관찰한 결과, 동 전극과 열전소자 사이의 계면에 용융 후 응고된 주석층이 결함없이 균일하게 형성된 양호한 접합부를 관찰할 수 있었다. 따라서, 솔더페이스트를 이용하지 않고, 열전소자 표면에 주석도금을 실시한 후, 동 전극과 직접 열압착 본딩을 실시하는 방법은 균일한 접합계면을 얻을 수 있는 새로운 공정으로 기대된다.

• 설비공학논문집
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• 제19권2호
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• pp.162-168
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• 2007

This paper presents the effects of thermoelectric module arrangement on the cooling performance of an air conditioner using thermoelectric module. A prototype of air cooling system, employing several thermoelectric modules, has been designed and built. The evaporative cooling technique is adopted for hot side of the module. The number of thermoelectric module in the system has been varied in the range of $2{\sim}8$. The optimal operation conditions, such as input power to the thermoelectric module, fans and pump, have been determined for each arrangement of the system and the cooling performance has been compared under the optimal operation. It is found that both cooling capacity and COP are increased as the number of thermoelectric module increased. It is also found that cooling capacity can be improved by connecting the thermoelectric modules in series than in parallel, while the COP is little affected.

• 설비공학논문집
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• 제15권11호
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• pp.889-894
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• 2003

The objectives of this study are to present a proper mathematical model for a thermoelectric cooler equipped with the spacer and to investigate the effect of its geometries by heat transfer analysis. In order to enhance the efficiency of the thermoelectric cooler, the spacer is inserted between TEM (thermoelectric module) and cold plate. The theoretical results show that the COP (coefficient of performance) increases nonlinearly as high as 0.63 with increasing the depth of spacer and the depth of TEM and with decreasing the area of insulator.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.1-7
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• 2020

To provide a design direction for high efficiency thermoelectric module(TEM) dehumidifiers, the effects of design factors of TEM dehumidifiers on dehumidification energy efficiency and performance were numerically investigated. The design factors considered in this study are the TEM capacity, the performance of heat exchangers on the heating and cooling surfaces of the TEM. The higher capacity of the TEM results the higher dehumidification energy efficiency and performance at some operating voltage. The enhanced performance of the heat exchanger on heating surface increased the dehumidification energy efficiency and performance at all the operating voltage. The enhanced performance of the heat exchanger on cooling surface decreased the dehumidification energy efficiency and performance at all operating voltage.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.277-284
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• 2012

타워형 태양열 발전용 체적식 공기흡수기의 열전달 성능 해석을 수행하였다. 타당한 관련문헌에 기초하여 채널 한 개의 벽과 공기 온도분포를 지정된 기하학적 크기와 입력조건에서 예측 할 수 있는 계산과정들이 제시되었다. 더 나아가서 흡수기 유용도의 수학적 모델이 온도프로파일 해석을 통해 유일하게 제시되었다. 흡수기 재질은 실리콘 카바이드이다. 공기 흐름을 유도하는 정사각형 직선채널 크기는 $2mm(W){\times}2mm(H){\times}0.2mm(t){\times}320mm(L)$이며, 모듈 한 개에는 225 개의 채널이 성형되었다. 일정한 일사량 및 공기유량 가정하에서 채널과 모듈 수의 변화에 따른 열전달량, 온도분포 및 유용도 추이가 제시되었다. 태양열 발전에 응용하기 위해서는 흡수기 출구 공기온도가 $700^{\circ}C$ 이상에 도달하여야 한다. 본 수치모델은 200 kW 급 타워형 태양열 공기흡수기의 설계에 사용되었으며, 지정된 기하학적 조건과 입력조건에서 요구되는 열전달 성능을을 만족하는 모듈 수를 얻을 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권5호
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• pp.29-36
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• 2017

본 연구에서는 수치해석을 통해 장기체공 무인기(HALE UAV)에 사용되는 태양전지에 대해 유동 및 열전달 해석을 수행하였다. 무인기가 운용되는 성층권에서는 강한 태양복사에너지가 유입되며, 자연대류에 의한 열전달이 감소하고 주위 유동에 의한 강제대류의 지배를 받는다. 이러한 환경에서의 태양전지 온도범위를 예측하기 위해 주익에 부착되어 있는 태양전지모듈을 대상으로 복합열전달 해석을 수행하였으며, 성층권 환경에서 시간에 따른 태양복사에너지, 비행속도, 밀도, 온도 등의 외기환경이 태양전지의 온도분포와 열전달 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.210-215
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• 2004

: A DNA analysis system based on fluorescence analysis has to have a DNA amplifying thermal cycle system. DNA amplification is executed by the temperature control. Accuracy of fluorescence analysis is influenced by the temperature control technology. For that reason, the temperature control is core technology in developing the DNA analysis system. Therefore, the objective of this paper is to develop the hardware to apply thermoelectric module to the DNA amplifying thermal cycle system. In order to verify the developed hardware for controlling the temperature of thermoelectric module, a DNA amplifying thermal cycle test was performed. From the test, the developed hardware controlled the temperature of thermoelectric module successfully. Therefore, it is expected that the developed hardware can be applied to the DNA amplifying thermal cycle system.

• 청정기술
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• 제14권4호
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• pp.265-270
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• 2008

본 연구는 전자기기 모듈의 공기 냉각용 정렬 배열된 핀-휜 열교환기에서 휜 형상의 변화가 유동 및 열전달에 미치는 영향을 수치적으로 해석하였다. 휜 단면의 기하학적 형상은 세 가지로서 원형, 타원형, 그리고 날개형이었다. 취급된 모든 휜의 단면적과 높이는 서로 동일하지만, 그 표면적만은 서로 달랐다. 그 결과, 휜의 표면적, 열전달계수, 그리고 열전달 성능은 휜의 형상에 크게 의존하였다. 적절한 형상을 갖는 휜의 열전달 성능은 세 가지 형태의 핀-휜 중에서 날개형 핀-휜이 가장 우수하였다. 이러한 결과로부터 공기의 유량증가측은 휜의 밀도증가 없이 적절한 핀-휜의 형상변화만으로도 핀-휜 열교환기의 냉각성능을 크게 향상 시킬 수 있음을 알 수 있었다.

• 설비공학논문집
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• 제18권1호
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• pp.66-72
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• 2006

This article presents the optimal operation of an air conditioner using thermoelectric modules. A prototype of air conditioner using four thermoelectric modules has been designed and built. The system performance with evaporative cooling for hot side of the module are studied in detail for several operating parameters, such as input power to the thermoelectric module, fans and pump. It is found that the optimal input voltage to the thermoelectric module and pump is selected for the best system performance based on the cooling capacity and the COP at a given operating condition. It is also found that both the cooling capacity and COP of a system is increased with an increase in the input power to fans. The cooling performance could be improved when the ambient temperature is increased and the relative humidity is decreased since the evaporative cooling at the hot side has been increased.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.50-50
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• 2010

Seebeck 효과를 이용한 열발전 소자는 에너지 절약에 대한 사회적인 필요성이 크게 대두됨에 따라 산업폐열 등 저급의 열에너지를 이용한 발전과 무인 작동이 가능하다는 점에서 군사 의료용 및 인공위성의 보조전원의 특수 목적용 전원등으로 사용하고 있다. 또한 Peltier 효과를 이용한 열전냉각 소자는 전자 광학기의 냉각 및 항온유지 등에 이용되고 있다. 이러한 열전소자 중 Bismuth Telluride계 열전소자는 상온부근에서 작동효율이 우수한 것으로, 단결정 또는 소결재를 이용하고 있다. 박막형 열전재료 및 이를 이용한 열전박막소자의 제조와 특성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Bi-Te계 열전박막을 기상 증착법으로 제조하였고, 이에 사용되는 다양한 전구체 ($Bi(Me)_3$, $Bi(Et)_3$, $Te(iPr)_2$, $Te(Et)_2$, $Te(t-Bu)_2$)에 대한 증기압, 순도 측정 및 기상 분해특성 평가를 진행하였다. 전구체의 증기압 및 순도 측정을 위해선 자체적으로 제작한 시스템을 활용하였고, 기상 분해특성 평가를 위해선 특별히 제작된 플라즈마 열처리 모듈을 활용하였다. 이러한 연구는 열전박막소자의 제조를 위한 전구체의 선별조건을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다.