The purpose of this study is to minimize the heat transfer surface area and cold fluid exit temperature of heat exchanger which applied to the refrigeration and air-conditioning system by utilizing the thermoelectric principle. Both uniform and non-uniform current distribution methods which applied to the analysis of the TE elements that incorporates heat exchanger were investigated. The non-uniform current distribution method had the better coefficient of performance and had the lower cold fluid exit temperature of the TE cooling system than the uniform current distribution method. It was found that if a TE cooling system incorporates a heat exchanger, a non-uniform current distribution should guarantee to the lowest cold fluid exit temperature. Also, the hybrid method (combination of the uniform and non-uniform current distribution method) is investigated to achieve the best results by combining the uniform and non-uniform current distributions. The results show that it can lower the cold fluid exit temperature and reduce the heat transfer surface area for the parallel flow arrangement if we apply the constant current in some entry region and the non-uniform increasing current in the direction of the cold fluid flow afterwards.
Solar hot water system produces hot water using solar energy. If it is not used effectively, overheating occurs during the summer. Therefore, a lot of research is being done to solve this. This study develops thermoelectric power module applicable to solar hot water system. A thermoelectric material can directly convert thermal energy into electrical energy without additional power generation devices. If there is a temperature difference between high and low temperature, it generate power by Seebeck effect. The thermoelectric module generates electricity using temperature differences through the heat exchange of hot and cold water. The water used for cooling is heated and stored as hot water as it passes through the module. It can prevent overheating of Solar hot water system while producing power. The thermoelectric module consists of one absorption and two radiation part. There path is designed in the form of a water jacket. As a result, a temperature of the absorption part was $134.2^{\circ}C$ and the radiation part was $48.6^{\circ}C$. The temperature difference between the absorption and radiation was $85.6^{\circ}C$. Also, The Thermoelectric module produced about 122 W of irradiation at $708W/m^2$. At this time, power generation efficiency was 2.62% and hot water conversion efficiency was 62.46%.
This study is to experimentally evaluate the cooling performance of the Bonding type and Injection type of heat sink using three different kinds of industrial Peltier module by digital LabViewTM measurement. Injection type of heat sink could be more efficient for the heat transfer than Bonding type, even with 30% more radiating surface area. In addition, the experimental results revealed that the sufficient power supplied was able to show the better cooling performance of Peltier module. In order to verify the optimal cooling performance of the cooling device, two Peltier module, HMN 6040 and HMN 1550 with Bonding and Injection type of heat sink were used. The cooling performance with injection type of heat sink was 2.11% and 6.24% better than that with bonding type of heat sink under the HMN 6040 and HMN 1550, respectively.
The purpose of this study was to develop a cooler/heater using a thermoelectric module combined with a parallel flow type oscillating heat pipe with R-142b as a work ing fluid. The experiment was performed for 16 thermoelectric modules (6 A/15 V, size: 40${\times}$40${\times}$4 mm), varying design parameters of the heat pipe (inclination angle, working fluid charging ratio, etc) . Experimental results indicate that the optimum charging ratio and the inclination angle of the parallel flow type oscillating heat pipe were 30% by volume and 30%, respectively. The maximum cooler/heater capacity were 479W (COP : 0.47) and 630W (COP : 0.9), respectively.
This paper presents a mathematical model and simulation of the micro-actuator based on thermally induced liquid-vapor phase-change in a partially-filled closed cavity. The volume expansion by liquid-vapor Phase change can generate considerable forces and displacement $({\sim}50{\mu}m)$ required for commercial use. For optimum operation involving many cycles within the closed chamber, active(thermoelectric) heating and cooling is used. The optimization of the system is conducted according to the parameters such as input power and response time. The optimized performance of micro-actuator is reasonable compared to other actuators.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제21권6호
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pp.252-257
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2021
The application of the principle of trigeneration allows to simultaneously provide electricity to power electronic devices, as well as heat and cold to create the necessary microclimate of the premises and increase efficiency compared to separate cooling and heating systems. The use of Peltier thermoelectric modules (TEM) as part of trigenerative systems allows for smooth and precise control of the temperature regime, high manufacturability and reliability due to the absence of moving parts, resistance to shock and vibration, and small weight and size parameters of the system. One of the promising areas of improvement of trigenerative systems is their modeling and optimization based on the automatic control theory. A block diagram and functional model of an energy-saving trigenerative climate control system based on Peltier modules are developed, and the transfer functions of an open and closed system are obtained. The simulation of the transient characteristics of the system with varying parameters of the components is performed. The directions for improving the quality of transients in the climate control system are determined, as well as the prospects of the proposed methodology for modeling and analyzing control systems operating in substantially nonlinear modes.
A rigorous research is underway in our team, for the design and development of high figure of merits (ZT= 1.5${\sim}$2.0) micro-thermoelectric coolers. This paper discusses the fabrication process that we are using for developing the $Sb_2Te_3-Bi_2Te_3$ micro-thermoelectric cooling modules. It describes how to obtain the mechanical properties of the thin film TEC elements and reports the results of an equation-based multiphysics modeling of the micro-TEC modules. In this study the thermoelectric thin films were deposited on Si substrates using co-sputtering method. The physical mechanical properties of the prepared films were measured by nanoindentation testing method while the thermal and electrical properties required for modeling were obtained from existing literature. A finite element model was developed using an equation-based multiphysics modeling by the commercial finite element code FEMLAB. The model was solved for different operating conditions. The temperature and the stress distributions in the P and N elements of the TEC as well as in the metal connector were obtained. The temperature distributions of the system obtained from simulation results showed good agreement with the analytical results existing in literature. In addition, it was found that the maximum stress in the system occurs at the bonding part of the TEC i.e. between the metal connectors and TE elements of the module.
한국 천문연구원은 국내 관련 기업과 함께 열전냉각방식 (thermoelectric cooler, 이하 TEC)을 이용한 실용화 극미광 영상장비를 개발하였다. 개발한 모델을 구성하는 부품들은 Kodak사의 KAF-0401E($768{\times}512$ pixels, blue plus version) CCD 센서를 사용하였고, 국내 업체인 Thermotek의 TEC 모듈을 사용하여 $-25^{\circ}C$까지 냉각이 가능하다. 셔터는 Uniblitz사의 VS25S를 사용하여 최소 80ms의 노출을 할 수 있다. PC와의 인터페이스는 현재 한국 천문연구원에서 개발하여 사용중인 ISA 버스의 컨트롤러 보드를 사용하고 12bit 비디오 프로세서인 AD9816을 사용하여 영상을 얻는다. 암잡음은 $-10^{\circ}C$에서 $0.4e^-$/pixel/s이며 직선성은 $99.9{\pm}0.1%$, gain은 4.24e^-/ADU이고 전체 시스템 잡음은 $25.3e^-(rms)$이다. 실험한 모델은 측광이 가능할 정도 ($\pm$0.01등급)의 정밀도를 가지고 천문관측 뿐만 아니라 다른 분야의 영상획득에 유용하게 사용 할 수 있을 것이다.
We researched about a bulk metallic glass system as an additive to an Ag paste for high temperature thermoelectric modules. Bulk metallic glass (BMG) ribbons were produced by using a rapid solidification process (RSP) under a cooling rate condition higher than $10^{\circ}C/sec$. We investigated BMG characteristics of the ribbons by means of x-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) in order to evaluate the glass transition temperature ($T_g$) and the recrystallization temperature ($T_x$) lower than $400^{\circ}C$. A milling process was also developed to apply the BMG ribbons to a commercial Al paste as an additive for lower sintering temperature.
소자의 트랜지스터 밀도가 급속히 높아짐에 따라 소자 내부에서 발생하는 열 유속(heat flux) 또한 빠르게 증가하고 있다. 소자의 고열 문제는 소자의 성능과 신뢰성 감소에 크게 영향을 미친다. 기존의 냉각방법들은 이러한 고열문제를 해결하기 위해선 한계점에 다다랐고, 그 대안으로 liquid heat pipe, thermoelectric cooler, thermal Si via, 등 여러 냉각방법이 연구되고 있다. 본 실험에서는 직선형 마이크로채널과 TSV(through Si via)를 이용한 액체 냉각시스템을 연구하였다. 두 종류의 냉매(DI water와 ethylene glycol(70 wt%))와 3 종류의 금속 범프(Ag, Cu, Cr/Au/Cu)의 영향을 분석하였으며, 대류, 복사 및 액체 냉각으로 인한 총 열 유속을 계산하여 비교하였다. 냉각 전후의 냉각시스템의 표면온도는 적외선현미경을 통해 측정하였고, 마이크로채널 내 액체 흐름은 형광현미경을 이용하여 측정하였다. 총 열 유속은 ethylene glycol(70 wt%)의 경우 가열 온도 $200^{\circ}C$에서 $2.42W/cm^2$로 나타났으며 대부분 액체 냉각 효과에 의한 결과로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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