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문제 정의
- 열을 내부로 전달하면서 시간의 흐름이 발생하고 깊이에 따라 온도의 변화도 다르게 된다. 결국 파이프의 매입깊이에 따라 회수할 수 있는 열 온도는 다르기 때문에 매입깊이에 따른 온도를 알아보기 위한 실험을 수행하였다. 실험은 10cm두께의 아스팔트 포장도로 시험체를 제작하고, 그 속에 2cm~7cm의 깊이마다 13mm관경의 구리파이프를 1cm간격으로 매입한 후, 열을 공급하고 제거함에 따라 변하는 아스팔트 포장도로의 표면온도와 매입깊이에 따른 파이프의 회수가능한 온도를 측정하였다.
- 또한 이러한 열을 활용함으로써 탄소배출의 절감 및 도로의 내구성능 향상 등의 효과도 기대할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 아스팔트 도로 및 주차장에서 발생하는 열에너지를 활용하기 위하여 열전현상을 이용한 열전소자를 적용하여 전기에너지로 변환함으로써 그 가능성을 검증하고자 하였다.
- 이제 우리는 이러한 화석연료의 의존성을 변화시켜야 하며, 새로운 에너지원의 활용이 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 변화에 대응하고자 열전현상을 이용하여 녹색도로망 구축을 위한 열 에너지 하베스팅 시스템을 제안하고자 하였다. 아스팔트 포장 도로에서 발생하는 열은 지속가능한 에너지원으로서 이를 활용하여 전기에너지로 변환하여 그 가능성을 검증하고 효율적인 활용방안을 검토하기 위한 실험을 수행한 후 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 일차적으로 열전소자의 열-전기 변환의 가능성을 검증하고 전기적 특성을 알아보기 위하여 열전소자의 양단의 온도차와 변환면적에 따라 발생되는 전류, 전압 및 전력량을 측정하였고, 아스팔트 콘크리트 포장도로에서 열전소자를 적용할 수 있는 방안들을 검토 한 후 아스팔트 콘크리트 포장도로 시험체를 제작하여, 아스팔트 포장도로 표면을 실제 도로와 유사한 온도로 가열하고 그 깊이에 따른 온도차를 측정하였다. 또한 실제 열전소자의 발전 모듈에 접촉하여 발생되는 전력량을 측정하고 분석하고 검토함으로써 미래 사회기반시설 및 녹색도로의 열에너지 회수를 통해 신재생에너지를 위한 녹색융합기술의 구축방안을 제시하고자 하였다.
- 본 논문에서는 그림 2에서와 같이 현재까지 상온에서 가장 효율이 높은 것으로 알려진 Bi-Te계열의 열전소자를 이용하여 열전기변환을 위한 실험을 수행하였다.
- 본 논문에서는 이 두가지 활용방법을 고려하여 시험체를 제작 후, 온도변화 및 열전소자에서 발생하는 전력량을 측정하고 분석하였다.
- 본 실험에서는 이러한 열에너지를 회수한 후 열전현상을 이용하여 전기에너지로 변환하는데 중점을 두고, 가장 효율적으로 열 에너지를 회수하기 위한 방안을 찾고자 하였다. 실험은 그림 10과 같이 아스팔트 포장도로에서 파이프를 통해 회수된 열을 열저장 탱크에 저장할 수 있으며 상황에 따라 바로 열전모듈의 발전부로 공급할 수 있도록 구성하고 열전모듈의 냉각부는 별도의 파이프를 설치하였다.
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