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Jun 01, 2023

유니레그 N 매립형 열전콘크리트 벽돌 제작 및 열전변환

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 916(2023) 이 기사 인용 1392 액세스 2 인용 지표 세부 정보 단열재와 열 손실 감소 효과를 조사합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 916(2023) 이 기사 인용

1392 액세스

2 인용

측정항목 세부정보

열전소자의 효율을 향상시키기 위한 다층구조에 의한 단열재에 의한 열손실 감소 및 열계면저항 효과를 알아보기 위해 내부에 unileg n형 CaMnO3 열전모듈을 이용하여 열전콘크리트 벽돌을 제작하였다. CaMnO3 열전재료는 CaCO3와 MnO2를 출발물질로 합성하여 단방향 n형 CaMnO3 모듈을 제작하였다. 열전콘크리트 벽돌은 I층 벽돌(콘크리트 단열재 1층)과 III층 벽돌(서로 다른 콘크리트 단열재 3층)의 두 가지 유형으로 구성됩니다. CaMnO3 모듈과 열전콘크리트 벽돌에서 발생하는 온도차, 전류, 전압을 폐회로와 개방회로에서 측정하였다. 100, 200, 400°C의 일정한 온도를 적용했을 때의 온도차, 열 분포, 출력 전압을 측정했습니다. 실험 결과와 비교하기 위해 유한요소법(FEM)의 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 온도차와 출력 전압의 추세는 잘 일치했습니다. 더 뜨거운 쪽 온도 200°C 동안의 온도차를 분석한 결과, III층 벽돌 172°C와 I층 벽돌 132°C 두 가지 유형 모두 열전콘크리트 벽돌의 수직방향에 따른 온도차를 나타내었다. C는 108°C의 단열 콘크리트 단열재를 사용하지 않은 CaMnO3 TEG 모듈의 값보다 큽니다. III층 벽돌 유형의 열전 콘크리트 벽돌은 27.70mV로 I층 벽돌의 26.57mV와 단열 콘크리트를 사용하지 않은 CaMnO3 TEG 모듈의 24.35mV보다 높은 출력 전압 결과를 나타냈다. III층 벽돌 형태의 열전콘크리트 벽돌은 I층 벽돌과 CaMnO3 TEG 모듈에 비해 높은 발전전력을 나타냈다. 또한 온도차에 따른 발전전력용 III층 벽돌모델에서 열전콘크리트 벽돌의 성능을 나타내었다. 단일형 n형 CaMnO3 모듈 120개의 직병렬 조합회로를 덮는 I층 콘크리트의 TEG 콘크리트 벽돌을 제작한 후 로 외부 표면에 매설하였다. 콘크리트 벽돌의 최고 뜨거운 쪽 온도인 580°C 동안 벽돌의 뜨거운 쪽과 차가운 쪽의 온도차는 365°C로 발생했고, 최대 출력 전압은 581.7mV로 나타났다.

열전 발전기(TEG)는 열 에너지로부터 직접 전력을 생성하는 장치입니다. TEG의 장점은 오염이 없고 소음이 없다는 점1이므로 기계적으로 움직이는 부품이나 비화학적 반응 없이 작동할 수 있습니다. TEG의 응용 분야에는 우주 및 원격 지역의 발전, 자동차 및 산업의 폐열 회수, 마이크로 전자 공학 및 센서2, 바이오매스 스토브3,4, 태양열 열전 발전기(STEG)5, 섬유6, 페인트7 및 웨어러블 열전 장치8,9,10,11가 포함됩니다. .

TEG의 열전 변환 효율(θ)은 다음 방정식을 사용하여 부하에 전달된 전기 출력(P)과 TEG의 열간 접합에서 흡수된 열 입력 속도(Q̇h) 사이의 비율로 정의됩니다. \eta = \frac{P}{{\dot{Q}_{h} }}\)12: TEG 효율은 다음과 같이 재료 성능 지수 형태로 계산됩니다.

여기서 ZT는 무차원 성능 지수입니다. \(T_{H}\) 및 \(T_{C}\)는 각각 더 뜨거운 쪽과 차가운 쪽의 온도입니다. 식에서 볼 수 있듯이. (1) TEG 모듈의 효율은 ZT에 따라 달라지며 TEG 작동 중에 온도 차이가 유지됩니다. 지난 20년 동안 열전(TE) 재료의 ZT 성능 개선에 상당한 진전이 있었습니다. 그러나 TE 모듈의 성능은 TEG 모듈 구조의 비효율적인 최적화, 열 손실 및 전기 손실로 인해 이론적인 효율보다 훨씬 낮습니다.