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1 김일호한국교통대학교신소재공학과 Thermoelectric Energy Conversion Technology Il-Ho Kim Department of Materials Science and Engineering, Korea National University of Transportation, Chungbuk , Korea Abstract: 열전현상은고체상태에서열과전기사이의가역적, 직접적인에너지변환현상이다. 은전기에너지를열에너지로변환시키는열전냉각과열에너지를전기에너지로변환시키는열전발전으로대별된다. 산업고도화에따른정밀온도제어및친환경냉각기술수요가급증하고있으며, 통신산업의급속한발전과확대에따른마이크로냉각및다양한전원장치개발이요구되고있다. 또한에너지자원고갈과유가급증, 다양한에너지수요증가에따른새로운에너지자원의확보방안으로서배 폐열에너지의재활용과기존발전시스템과의복합화를위해에대한관심이증대되고있다. 본기술논문에서는열전현상과변환모듈을살펴보고, 최근관심이증폭되고있는차량용열전발전기에대하여소개하고자한다. Keywords: thermoelectric, energy conversion, Seebeck, Peltier, TEG 1. 서론 1) 열전재료는전기를통하면, 그양단에온도차를발생하거나 (Peltier 효과 ), 역으로그양단에온도차이를부여하면전기를발생하는 (Seebeck 효과 ) 재료를말한다. 열전재료는냉매를사용하지않는열전냉각 (thermoelectric cooling) 이나, 열을직접전기로변환하는열전발전 (thermoelectric generation) 에사용되며이러한기술을이라한다. 열전냉각기술은소형으로전류제어가가능한특성을이용하여국소정밀온도제어와냉매를이용하지않는청정냉각을목적으로사용된다. 그용도는매우다양하여냉정수기, 자동차용냉 온장고, 컴퓨터 CPU 칩의냉각기, 광통신용레이저다이오드모듈레이터, 잉크젯프린터헤드의항온제어, 이동통신무인기지국, 통신용전자부품캐비닛, 과학계측기기, 의료기기등에다 저자 ( ihkim@ut.ac.kr) 양하게이용된다. 열전발전기술을우주선이나핵잠수함의동력공급장치와같은우주용및군사용의특수용도로서발전해왔다. 열전발전시스템은무공해로에너지재생이가능하고, 소음이없으며, 기계적접촉에의한부품마멸이없어시스템수명이길고신뢰성이높으며, 유지비가거의들지않고, 환경을해치지않으면서에너지를효율적으로이용할수있는장점을가진다. 따라서각종산업폐열과태양열등의자연에너지를이용한발전설비개발이시도되나아직산업용으로는단가가높다는문제점을안고있다. 열전변환기술은최근 10년간새로운열전재료의출현과그제조기술의발전으로성능이빠르게향상되었다. 온도구간에따라사용가능한열전재료가다르며약 200 이하에서는 BiTe계가우수하고, 약 500 까지는 PbTe계가쓰이며그이상의온도에서는 SiGe계가가장우수한성능을갖는다고알려졌다. 열전현상이란열-전기변환이서로 18 공업화학전망, 제 16 권제 4 호, 2013

2 가역적으로일어나는현상으로, 19세기초 Seebeck, Peltier, Thomson에의해발견된이래, 냉각과발전분야에응용하려는연구가지속적으로진행되어왔다. Altenkirch는열전재료의성능을평가하기위해 Seebeck 계수, 전기전도도및열전도도를연관시킨, 소위열전성능지수 (thermoelectric figure of merit) 의개념을도입하여금속계재료의열전특성을조사하였다. 그러나금속계열전재료의성능지수가매우작아열전소자의작동효율이 1% 정도에불과하였다. 1930년대후반부터 Ioffe 등에의해 Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅵ, Ⅴ-Ⅵ 족의화합물반도체재료가연구되었으며, 그결과 100 µv/k 이상의 Seebeck 계수를갖는물질이개발되어 5% 이상의효율을갖는열전소자를만들수있었다. 현재열전특성이우수하여실용화되고있는재료로는 (Bi,Sb) 2 (Te,Se) 3 계, PbTe계및 SiGe계등 chalcogenide계와 silicide계가주종을이루고있다. 최근고체물리학과재료과학의발달과더불어우수한열전특성을갖는신물질 ( 신소재 ) 개발에박차를가한결과, skutterudite, clathrate, half-heusler 등의결정구조를갖는물질이열전특성향상에획기적으로기여할수있다는가능성이제시되어, 이에대한연구가활발히진행되고있다. 본논문에서는열전모듈의에너지변환특성을살펴보고, 응용분야중최근관심이집중되고있는차량용열전발전기 (TEG, thermoelectric generator) 에대하여소개하고자한다. 2. 열전현상및변환모듈 2.1. 열전현상 1821년 Seebeck은이종금속을접합시킨폐회로내에자침을두고, 접합부에온도차를주면자침이회전하는현상을발견하여, 각종금속의접합에대해그효과를정리하였다. 이현상은온도차에의해열기전력 (thermal emf) 이발생하여폐회로내에서전류가흐르기때문에일어나는것으로, 소위 Seebeck 효과로알려져있다. 서로다른두재료 a와 b에온도차 (ΔT) 가존재하면열기전 력 (V ab) 은식 (1) 과같다. V ab ab ΔT (1) 여기서비례상수 α ab 를상대 Seebeck 계수라한다. 이때저온접합부에서재료 a로부터 b로전류가흐르도록열기전력이발생하는경우, α ab 는양 (+) 의값을갖는다고정의하고, 이러한재료는주전하운반자 (major charge carrier) 가정공인 p 형의성질을나타낸다. 반대로전류의방향이재료 b에서 a로흐를경우 α ab 는음 (-) 의값을갖고, 주운반자가전자인 n형의성질을나타낸다. 주어진온도에서모든전기전도체는물질고유의 Seebeck 계수, 즉절대 Seebeck 계수를갖고상대 Seebeck 계수와 α ab = α a-α b 의관계가있다. 여기서 α a 와 α b 는각각재료 a와 b의절대 Seebeck 계수이다. 1834년 Peltier는이종금속을연결한회로에직류를흘리면, 전류의방향에따라접합부에서흡열또는발열이일어나는것을발견하였고이를 Peltier 효과라부른다. 두재료의접합부에직류 (I) 를흘릴때 Peltier 효과에의해발생하는흡 발열량 (Q p) 은식 (2) 와같다. Q P ab I (2) 여기서비례상수 π ab 는 Peltier 계수로서 Seebeck 계수와 π ab = α abt의관계가있으며, 이를제1 Kelvin 관계식이라한다. α ab 가양의값을가질때전류가재료 b에서 a로흐르면접합부에서흡열이, a에서 b로흐르면발열이일어난다. 1851년 Thomson은온도기울기가있는조성이균일한도체에전류가흐르면, 도체내에서열이흡수또는방출되는것을열역학제2법칙으로부터예측하였고, 이후이현상이실험적으로증명되어 Thomson 효과라부른다. 만약조성이균질한물질에온도기울기 (dt/dl) 가존재하고동시에직류 (I) 가흐르면, 물질내부에서발생하는흡 발열량 (Q T) 은식 (3) 과같다. KIC News, Volume 16, No. 4,

n형전극에 (+), p형전극에 (-) 전압을걸어전류를 n형에서 p형으로흘리면, Peltier 효과에의해 pn 접합에서열이흡수되고각단자전극에서는열이발생한다. 이때각단자전극에적당한방열기를밀착시켜열을외부로방출시키면, pn 접합에서온도 T C 의냉각대상물로부터열을계속흡수할수있다. 한편, 전류의방향을바꾸면 pn 접합에서발열이일어나대상물을가열할수있다.

3 Figure 1. 열전냉각모듈의작동원리. Figure 2. 열전냉각모듈. Q T I dtdl (3) 있다. 여기서 τ는 Thomson 계수로서 Seebeck 계수와 τ =T(dα/dT) 의관계가있으며, 이를제2 Kelvin 관계식이라한다. 따라서열전에너지변환효율이우수한열전소재를위해서는 Seebeck 계수, Peltier 계수및 Thomson 계수가큰소재를개발하는것이중요하다. 열전계수들, 즉 Peltier 계수와 Thomson 계수는각각제1 및제2 Kelvin 관계식으로부터 Seebeck 계수와관련이있으므로열전재료의특성중 Seebeck 계수를측정하여평가하는것이용이하고중요한방법이다 냉각모듈 Figure 1은열전냉각모듈의작동원리를보여준다. n형전극에 (+), p형전극에 (-) 전압을걸어전류를 n형에서 p형으로흘리면, Peltier 효과에의해 pn 접합에서열이흡수되고각단자전극에서는열이발생한다. 이때각단자전극에적당한방열기를밀착시켜열을외부로방출시키면, pn 접합에서온도 T C 의냉각대상물로부터열을계속흡수할수있다. 한편, 전류의방향을바꾸면 pn 접합에서발열이일어나대상물을가열할수있다. 열전가열은가해준전력보다큰에너지를이용할수있기때문에일반전기저항열을이용한가열보다효율이우수하다. 이때흡열량 (Q C ) 과발열량 (Q H ) 은각각식 (4) 및 (5) 가되며, pn 쌍 (couple) 의 Seebeck 계수 (α pn ), 전기저항 (R), 열전도 (K) 에의존한다. 일반적으로열전냉각 가열은여러쌍의 pn 접합을전기적으로직렬접속하여사용하고 Q C pn T C I RI KΔT (4) Q H pn T H I RI KΔT (5) 열전냉각모듈은다른기기의전자회로와전기적연결이가능하고, 원격조정과보수가용이하다는장점때문에, 적외선센서, 레이저다이오드, 전하결합소자 (CCD: charge coupled device), 전계효과트랜지스터 (FET: field effect transistor), 중앙처리장치 (CPU: central processing unit) 등의전자부품분야에서열에의한잡음, 수명단축, 출력불안정등의문제를해결할수있다. 또한국소냉각및정밀온도제어가가능하고, 응답속도가빠르므로 0 기준접점계, 열류계, 항온조, 정수기용냉각 가열기, 휴대용소형냉 온장고등의전자 의료 생활기기에도이용되고있다. Figure 2에상용화되고있는냉각모듈의예를나타내었다 발전모듈모듈의 pn 접합을가열하고각단자전극을저온으로유지하여온도차를발생시키면, Seebeck 효과에의해 p형전극에 (+), n형전극에 (-) 전압이발생한다. 이전극에외부부하 (R L) 를연결하면전류가흐르므로전력이발생된다. 소자의내부저항과부하저항이같을경우최대의출력을발휘하고, 그때발생하는최대전압과전류는각각 20 공업화학전망, 제 16 권제 4 호, 2013

Figure 3. 열전발전모듈의구성 : (a) 분할형, (b) 적층형. Figure 5. RTG 가장착된우주탐사선. Figure 4. 미국 NASA 에서개발한 RTG.

열전발전모듈을전원으로이용하기위해서는열전냉각모듈과같이다수의 pn 쌍을직렬로연결하지만, 큰전류가필요한경우에는병렬로연결하여사용한다.

을사용하기도한다. 열전발전모듈은태양열, 해수온도차, 폐열등저급에너지의이용을통한발전과이동 ( 휴대용 ) 발전이가능하다는측면에서가스나화석연료등을이용한군사용전원으로사용된다.

4 Figure 3. 열전발전모듈의구성 : (a) 분할형, (b) 적층형. Figure 5. RTG 가장착된우주탐사선. Figure 4. 미국 NASA 에서개발한 RTG. V=(½)α pn ΔT 와 I=½(α pn ΔT/R L ) 이므로최대출 력 (P max ) 은식 (6) 이된다. P max Δ (6) Figure 6. 일본에서개발한열전발전모듈. 열전발전모듈을전원으로이용하기위해서는열전냉각모듈과같이다수의 pn 쌍을직렬로연결하지만, 큰전류가필요한경우에는병렬로연결하여사용한다. 열전발전모듈은고온접합부의온도, 즉동작온도가높을수록효율이높아지므로각온도영역에서성능지수가큰이종열전재료를접합하는 Figure 3(a) 의분할형 (segmented type) 또는이종재료의소자를적층하는 Figure 3(b) 의적층형 (cascaded type) 을사용하기도한다. 열전발전모듈은태양열, 해수온도차, 폐열등저급에너지의이용을통한발전과이동 ( 휴대용 ) 발전이가능하다는측면에서가스나화석연료등을이용한군사용전원으로사용된다. 또한가동부위가없어진동과마모가없으므로신뢰성이높 고, 무중력하에서도작동이가능하므로우주 ( 탐사 ) 선, 인공위성, 인체용특수전원등에사용할목적으로방사선동위원소의붕괴에너지를이용한발전 (RTG: radioisotope thermoelectric generator) 등에사용되고있다. Figures 4와 5는현재미국 NASA 에서사용하고있는 RTG의모습을, Figure 6은일본의 KELK, Hitachi Chemical, Showa KDE에서개발한열전발전모듈의예를나타낸것이다 에너지변환효율열전모듈의작동효율에관한이론적접근은 Altenkirch에의해이루어졌고, 그결과최대작동효율은 Carnot 효율과물질상수에의존하는것으 KIC News, Volume 16, No. 4,

5 로밝혀졌다. 열전냉각 가열모듈의최대작동효율 Φ C max와 Φ H max는각각식 (7) 및 (8) 과같이표현되고, 작동효율을 COP (coefficient of performance) 라부른다. max (7) max max (8) Figure 7. 대표적인열전재료의성능지수 [13]. 한편, 열전발전모듈의최대변환효율 η max 는식 (9) 이며, 식 (7), (8) 및 (9) 에서 T H 와 T C 는각각고온과저온접합부의온도이고, ΔT = T H -T C, T 는평균온도이다. max (9) ( 전자또는정공 ) 의유효질량과진공중에서의질 량을나타내고, μ 는운반자의이동도를의미한다. ~ (11) (12) 또한 Z pn 는 pn 쌍의열전성능지수로서식 (10) 으로표현되며, 물질상수 α pn, σ pn, κ pn 은각각 pn 쌍의 Seebeck 계수, 전기전도도및열전도도이 다. 소자를구성하는각열전재료의형상을최적 으로할경우, 성능지수는열전재료고유의물성 즉, Seebeck 계수 (α), 전기전도도 (σ) 및열전도 도 (κ) 에의해좌우된다. (10) 즉, 열전재료의성능지수 Z 는식 (11) 이된다. 여기서성능지수에절대온도를곱한 ZT 를무차원 열전성능지수 (dimensionless thermoelectric figure of merit) 라하고, 서로다른사용온도에서최대의 성능을나타내는열전재료들의특성을비교 평 가하는데주요지표로사용되며, 식 (12) 와같이 재료인자 (material parameter, β) 와정비례하는관 계가있다. 여기서 m * 와 m o 는각각전하운반자 Seebeck 계수와전기전도도는운반자의농도와산란에만의존하고, 열전도도는격자진동에의한열전도도 (κ L ) 가주된기여를하지만, 운반자농도가큰열전반도체에서는운반자에의한열전도도 (κ E ) 의기여도무시할수없다. 한편운반자의농도가낮거나고온의진성전도영역에서는열여기 (thermal excitation) 에의해생성된정공과전자의쌍이동시에열전도에참여하게되므로, 이에따른양극성전도 (κ bi ) 가 Seebeck 계수와전기전도도뿐만아니라열전도도에도중요하게된다. 따라서열전반도체의열전도도는일반적으로식 (13) 으로나타낼수있다. 그러나운반자가한종류인불순물반도체에서는 κ bi 를고려할필요가없다. (13) 열전재료의밴드갭에너지 ( 진성천이 ), 운반자농도 ( 도핑 ), 화학적안정성, 상변태등에따라재료물성이변하기때문에성능지수가온도에따라 22 공업화학전망, 제 16 권제 4 호, 2013

Figure 8. 자동차연료의효율 [13]. 변한다. Figure 7 에대표적인열전재료의성능지 수를나타내었다. Figure 9. 차량용 TEG 개발. 3. 차량용열전발전기 (Automotive TEG) 차량용내연기관의열효율은최대 35% 를넘지못하며연료의약 1/3만이동력에너지로변환되고나머지는모두엔진의냉각수와배기가스등으로손실된다.

자동차배기열회수발전을위한열전재료및 TEG 개발은미국의 GM, Caterpillar, Visteon, BSST 등과독일의 BMW, VW, 일본의 Toyota 등에서연구진행하고있다.

유럽은 EU 주도로경차에배기열회수전기재생시스템을적용하여연비향상용 HeatReCar Project를추진중이며 Siemens, ROM Innovation, Bosch, Valeo 등에서 alternator의부하경감또는하이브리드차 Figure 10. GM에서개발한차량용 TEG.

6 Figure 8. 자동차연료의효율 [13]. 변한다. Figure 7 에대표적인열전재료의성능지 수를나타내었다. Figure 9. 차량용 TEG 개발. 3. 차량용열전발전기 (Automotive TEG) 차량용내연기관의열효율은최대 35% 를넘지못하며연료의약 1/3만이동력에너지로변환되고나머지는모두엔진의냉각수와배기가스등으로손실된다. 이중배기가스로버려지는에너지만가솔린및디젤차량모두 33% 가넘고있다 (Figure 8). 배기열에너지회수기술로가장주목받는 TEG 기술은배기열에너지로부터 Seebeck 효과를이용하여전기에너지를재생하는기술이다 (Figure 9). TEG 기술을이용하여버려지는배기열에너지로부터전기에너지재생을극대화함으로써자동차연비향상과 CO 2 배출저감등의효과가기대된다. 자동차배기열회수발전을위한열전재료및 TEG 개발은미국의 GM, Caterpillar, Visteon, BSST 등과독일의 BMW, VW, 일본의 Toyota 등에서연구진행하고있다. 미국 DOE (Department of Energy) 가지원하는 Freedom CAR and Vehicle Technologies Program 의일부로 2005년부터진행되고있으며, 2014년까지자동차의연료효율 10% 향상을위해저온 / 중온 / 고온 3-zonal cascaded TEG (1 kw급 ) 를개발목표로하고있다. 유럽은 EU 주도로경차에배기열회수전기재생시스템을적용하여연비향상용 HeatReCar Project를추진중이며 Siemens, ROM Innovation, Bosch, Valeo 등에서 alternator의부하경감또는하이브리드차 Figure 10. GM에서개발한차량용 TEG. 의구동지원용 full load시 3 kw, partial load시 1 2 kw TEG를개발하고있다. GM은공랭식 121 W급, 수냉식 290 W급, 복합형 600 W급 TEG를개발하였으며, 출력향상을위한중고온용 TEG와의 cascaded TEG 및시스템설계연구를진행중이다 (Figure 10). BSST는기존의 BiTe계열전재료를이용하여열전모듈구조및열전발전기형태에대한다양한시도를통해적절한모듈및 TEG 형태를개발하였다. 6기통 3000 cc의 BMW 530i 모델에 1 kw급 TEG 시스템을직접적용하는것을목표로고효율열전재료및모듈제작방법에대한연구를진행하고있으며, 2008년연비 5% 가향상된자동차를시운전하였다 (Figure 11). 미국의 Hi-Z Technology는 BiTe계열전재료로구성한 Hybrid SUV용 180 W급 TEG, GM Sierria Pickup 트럭용 330 W급 TEG 및대형트럭용 1 kw급 TEG를제작하여 2004년실차적용시험을 KIC News, Volume 16, No. 4,

Figure 11. BSST 에서개발한차량용 TEG. Figure 13. MSU 에서개발한차량용 TEG. Figure 12. Hi-Z에서개발한차량용 TEG. 통해중저온용 TEG의자동차응용가능성을검토한바있다 (Figure 12).

중고온용열전재료로서는 skutterudite계와 silicide계재료가주목받고있으며, MSU에서 skutterudite계모듈로 200 W급 TEG를개발하였다 (Figure 13). 자동차용 TEG의효율증대를위해서는중고온 TEG와저온 TEG 개발과더불어각모듈을복합화한케스케이드형 TEG 기술개발이필수적이다.

자동차배 폐열로부터발생되는최종전기에너지의출력을위해서는가장근본적인열전발전모듈의확보와함께모듈의최적스텍화, 생산전력의최적화, 열원이용률향상, 온도차확보, 내구성확보, 성능평가기술들과같은시스템화기술이총체적으로요구된다.

7 Figure 11. BSST 에서개발한차량용 TEG. Figure 13. MSU 에서개발한차량용 TEG. Figure 12. Hi-Z에서개발한차량용 TEG. 통해중저온용 TEG의자동차응용가능성을검토한바있다 (Figure 12). 자동차배기가스온도는 이며, 엔진의실린더부분이나머플러부분에 TEG 시스템을적용하는경우, 자동차총에너지중 3.3% 의회수가가능 ( 변환효율 10% 가정 ) 하므로중고온영역의열전모듈개발이필수적이다. 중고온용열전재료로서는 skutterudite계와 silicide계재료가주목받고있으며, MSU에서 skutterudite계모듈로 200 W급 TEG를개발하였다 (Figure 13). 자동차용 TEG의효율증대를위해서는중고온 TEG와저온 TEG 개발과더불어각모듈을복합화한케스케이드형 TEG 기술개발이필수적이다. BSST 에서는케스케이드형과더불어세그먼트형복합 TEG에대한개발이진행중이다. Table 1은 TEG 적용에따른차량별고려사항, 장착조건및장 단점을정리한것이다. 연료가가솔린, 디젤및전기자동차와의하이브리드도고 려해야하며, 승용차, SUV 및대형트럭에장착할경우장단점도비교해야한다. 자동차배 폐열로부터발생되는최종전기에너지의출력을위해서는가장근본적인열전발전모듈의확보와함께모듈의최적스텍화, 생산전력의최적화, 열원이용률향상, 온도차확보, 내구성확보, 성능평가기술들과같은시스템화기술이총체적으로요구된다. TEG 시스템은차종에따라각기최적화된형태를띠게되는데핵심은폐열을발전에이용하는효율을높이기위한구조적열유동및전달의최적화를기본으로하고있으며이기술은열전모듈의설계에도영향을미친다. 열전발전모듈을통해발생한전력은태양전지와같이적정의부하상태에서최대의출력을생산하게될뿐만아니라차량의운행조건에의존하는배기열발생상태에따라수시로전기출력이변화하기때문에적절한전력매칭과제어및축전기술도개발되어야한다. 4. 향후전망열전발전효과를응용한 TEG는현재일부산업분야에국한되어응용되고있으나수송분야에적용될경우삶의질향상과친환경에너지를강하게요구하는미래산업사회에서 IT, BT, ST, 가전산업등다양한분야로확대되어국가첨단산업의한축이될것이다. 차량용 TEG 기술을기존내연기관차량 ( 승용가솔린차, 승용디젤차, 상용차 ) 은물론미래형자동차인하이브리드차량에도적용이가능한기술로 CO 2 배출규정을만족시키며연비가좋은자동차를생산하여해외시장경쟁력확 24 공업화학전망, 제 16 권제 4 호, 2013

8 Table 1. 차량별 TEG 비교 구분 가솔린디젤 HEV/RE-EV FCEV 대형디젤 승용 SUV 승용 /SUV 승용 /SUV 상용차및대형차 고려사항및장학조건 - 장착위치 1) 배기가스정화장치뒤쪽 2) 약 800mm 의직선거리확보가능 - 배기온도 ( 촉매후단 ) 중저부하 : 고부하 : 촉매시스템 (DOC, DP F, SCR 혹은 LNT 등 ) - SCR 혹은 LNT 등센터머플러대용설계 - 배기온도 ( 촉매후단 ) 중저부하 : 고부하 : 후처리시스템혹은 EGR 과연계설계필수 - 대용량 storage - 엔진운전조건이한정 - 새로운후처리시스템고려 - RE-EV 의경우특정운전조건의설정가능 - 대용량 storage - 엔진운전조건이한정 - FC Stack 의냉각이필요 - Stack 온도 장착위치 1) 배기가스정화장치뒤쪽 2) 약 800 mm 의직선거리확보가능 - 배기온도 ( 촉매후단 ) 중저부하 : 고부하 : 700 장점 단점 - 엔진열효율 (35% 수준 ) 이낮음 ( 엔진배기가스온도가높음 ) - 센터머플러 TEG 대체가능 - 후처리장치가디젤에비해컴팩트함 - 배기온도가높음 - 향후배기규제대응을위해후처리시스템변경 (GDI 의경우 PN 규제적용예정 ) - 대용량의 storage 가없음 - 배기유량이가솔린에비해큼 - EGR 시스템등에열전모듈사용가능 - 후처리시스템연계설계가능 - 배기온도낮음 - 엔진열효율이가솔린에비해높음 (~42%) - 후처리시스템이복잡 - 배기가스 OBD 규제강화에따른부담증가 : 후처리시스템연계설계어려움 - 대용량의 storage 가없음 - 대용량 storage 존재 - 후처리시스템의콤팩트화 - 엔진의배기온도상승및설계점근처운전조건활용가능 - 전장부하의증가 ( 많은부품의전정화 ) - 대용량 storage 에의한공간협소 - 다양한고전력전장부품 - 엔진과모터배터리등과의연계복잡 - 대용량 storage 존재 - 레이아웃개발용이 ( 규정되지않은차종이므로변경가능성높음 ) - 전장부하의증가 ( 많은부품의전장화 ) - 대용량 storage 에의한공간협소 - 다양한고전력전장부품 - 모터배터리등과의연계복잡 - 상대적으로낮은온도영역 : 레이아웃개발용이 - 설치공간적인제한이작다 - 정속주행이대부분인차량이므로배기가스온도구배가작다 - 상용화가능성높다 - 중량증가부담이적다 - 배기가스온도가낮아발전용량이작다 - 엔진진동이크다 - 내구성확보가어렵다 - 추가되는무게가많다 출처 : 산업융합원천기술개발사업기획보고서, 2011 보도가능하다. 또한저온부터중고온영역의폐열이발생하고있는발전소, 철강, 석유화학등기간산업분야의폐열회수시스템에활용함으로써 에너지사용효율을획기적으로증대시키고 CO 2 배출을감소시킴으로서환경문제의해결에적극적으로기여할수있다. 인공위성 우주선용보조전원, 군사용, 휴대용, 극지전원공급용, 인공장기용전원등일반적인발전시스템의적용이불가능하거나장기간안정적인전원공급이요구되는특수발전분야에활용하여우주항공분야, 국가안보관련분야, 모바일기기관련분야및의료기기분야등의기술발전에크게기여할것으로전망된다 (Figure 14). 이를위해서는소재를연구하는재료공학은물론물리 화학 전자 기계분야의 Figure 14. 의응용 ( 출처 : 소재원천기술개발사업기획보고서 2008). 학제간연구가필요하고, 소재의응용측면에서연 KIC News, Volume 16, No. 4,

구소와기업체의적극적인참여가요구된다. 참고문헌 1. D. M. Rowe, Thermoelectric Handbook, CRC Press, Boca Raton, FL (2006). 2. D. M. Rowe, Thermoelectrics and Its Energy Harvesting: Materials, Preparation, and Characterization in Thermoelectrics, CRC Press, Boca Raton, FL (2012).

9 구소와기업체의적극적인참여가요구된다. 참고문헌 1. D. M. Rowe, Thermoelectric Handbook, CRC Press, Boca Raton, FL (2006). 2. D. M. Rowe, Thermoelectrics and Its Energy Harvesting: Materials, Preparation, and Characterization in Thermoelectrics, CRC Press, Boca Raton, FL (2012). 3. D. M. Rowe, Thermoelectrics and Its Energy Harvesting: Modules, Systems, and Applications in Thermoelectrics, CRC Press, Boca Raton, FL (2012). 4. R. R. Heikes and R. W. Ure, Jr., Thermoelectricity: Science and Engineering, Interscience Pub., New York-London (1961). 5. A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling, Infosearch Ltd., London (1957). 6. H. J. Goldsmid, Thermoelectric Refrigeration, Plenum Press, New York (1964). 7. 上村欣一, 西田勳夫, 熱電半導體とその應用, 日刊工業新聞社, 東京 (1988). 8. 西田勳夫, 熱發電素子の現狀, 自動車硏究 6, 79 (1980). 9. 김일호, (Bi,Sb) 2(Te,Se) 3 계열전소자의박막화및작동특성에관한연구, 연세대학교대학원박사학위논문 (1996). 10. 지식경제부산업융합원천기술개발사업기획보고서 (2011). 11. 지식경제부소재원천기술개발사업기획보고서 (2008). 12. 지식경제부에너지자원기술개발사업기획보고서 (2008). 김일호 1990 연세대학교금속공학과공학사 1992 연세대학교금속공학과공학석사 1996 연세대학교금속공학과공학박사 1998 한국전자통신연구원화합물반도체연구부 Post-Doc 현재한국교통대학교신소재공학과교수 2007 국제열전학회편집위원장 한국재료학회편집위원 / 편집이사 26 공업화학전망, 제 16 권제 4 호, 2013

Microsoft PowerPoint - Ch13

Microsoft PowerPoint - Ch13 Ch. 13 Basic OP-AMP Circuits 비교기 (Comparator) 하나의전압을다른전압 ( 기준전압, reference) 와비교하기위한비선형장치 영전위검출 in > 기준전압 out = out(max) in < 기준전압 out = out(min) 비교기 영이아닌전위검출 기준배터리 기준전압분배기 기준전압제너다이오드 비교기 예제 13-1: out(max)