평행유동에서 공랭식 열전모듈 냉각시스템의 성능에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 실험 및 해석을 통하여 평행유동에서 공랭식 열전모듈 냉각시스템의 냉각성능에 관하여 알아보았다. 작동온도가 열전모듈의 물리적 특성에 대하여 미치는 영향을 알아보기 위하여 물성치 측정실험을 수행하였으며, 측정데이터를 시스템의 해석에 적용하였다. 시스템의 원활한 흡열 및 발열을 위하여 열전모듈의 고온부와 저온부에 평판핀 히트싱크를 부착하였으며, 히트싱크의 열저항을 냉각시스템 설계의 중요변수로 선정하였다. 해석모델을 통하여 얻은 결과는 실험데이터와의 일치를 통하여 검증되었으며, 그 타당성을 확인하였다. 검증된 해석모델을 이용하여 시스템의 열저항과 입력전압, 그리고 표면온도의 관계를 확인하였다. 입력전압의 증가와 열저항의 감소에 따라 시스템의 흡열량은 증가하였으며, 각 열저항에 따른 최적입력전압이 존재함을 확인하였다. 작동온도에 대한 물성치 변화에 기인하여 열전모듈의 입력전압은 작동온도의 1차함수로 나타낼 수 있으며, 냉각성능을 나타내는 성능계수 또한 작동온도와 열저항의 함수로 표현된다. 다음으로 열전모듈 기저부와 동일한 기저부 면적을 가지는 평판핀, 루버핀 히트싱크의 열적성능을 해석, 비교하였다. 팬 커브와 임피던스 커브를 이용하여 운전점을 계산하였고, 이를 바탕으로 기존의 연구된 상관식을 사용하여 최소 열저항을 가지는 히트싱크를 구하였다. 히트싱크 해석결과, 동일한 형상에서 루버핀이 평판핀보다 낮은 열저항을 가짐으로써 열전모듈 냉각시스템에 적용시 더 우수한 냉각성능을 나타내는 것을 확인하였다.