모듈형 열전소자 적용 온도차발전 성능 실험

Abstract

본 논문에서는 태양열, 지열, 선박폐열, 발전소 온배수 등 다양한 미활용열을 증발기 열원으로 공급 하고, 해양심층수 등의 해수를 응축기 열침으로 사용하는 신재생 발전방식을 활용하여 열원 및 열침간 70℃(60~80℃)의 온도차를 이용하는 모듈형 열전소자 적용 온도차발전에 대한 기초 연구를 수행하였다. 열전소자는 200℃ 이상의 고온에서 그 효율이 높으나 현재는 소재 개발과 열회수 성능 증가를 통해서 태양광 및 폐열회수를 통한 발전방식의 개발이 이루어지고 있다. 저온열원을 회수하여 최대 성능 출력을 도출하기 위하여 최적 열전소자의 선정과 TIM을 이용한 열전도율 향상, 모듈 연결방식의 변화를 실험 하였다. 80℃ 열원에서의 최적 열전소자의 선정은 개별 모델의 성능비교를 통하여 TG12-8이 선정 되었으며, 접촉 고체면의 열전도율 향상을 위하여 열교접착제를 적용 최대 7 W/m*k로 향상된 모듈을 설계 하였다. 50W급 모델을 구축하기 위하여 96개의 열전소자를 적용하였으며, 소자의 연결 방식을 직렬구조로 구성하여 최대 성능을 도출 하였다. 50W 모듈형 열전소자 출력 성능 실험을 통해서 70, 75, 80℃의 열원 온도변화를 통한 성능 변화와 각 모듈의 TIM 미적용 모델과의 출력 특성을 비교 하였다. 75℃의 온도차에서 TIM 미적용 모델은 24.99W의 출력을 보였으며, 적용 모델의 경우 41.26W의 출력 확인하였다. 또한, TIM 적용 모델의 단계별 평균 출력은5.15W이며, 미적용 모델은 3.12W로 2.03W의 출력 차이가 발생하였다.