• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.34 no.5
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• pp.293-300
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• 2021

In this study, the microstructure and thermal conductivity correlation was investigated for concrete materials used in concrete thermal energy storage (CTES) among real-time energy storage devices. Graphite was used as admixture to increase the thermal conductivity performance of the CTES. Concrete specimens of 10% and 15% substitution of cement by mass with graphite, as well as ordinary portland cement (OPC) specimens were prepared, and the microstructural changes and effects on thermal conductivity were analyzed. Porosities of OPC and concrete with graphite were compared using micro-CT, and the microstructural characteristics were quantified using probability functions. Three-dimensional virtual specimens were constructed for thermal analysis, to confirm the effect of microstructural characteristics on thermal conductivity, and the results were compared with the measured conductivity obtained using the hot-disc method. To identify thermal conductivity of graphite for thermal analysis, solid phase conductivity was inversely determined based on simulation and experimental results, and the effect of graphite on thermal conductivity was analyzed.

• Journal of IKEEE
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• v.25 no.4
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• pp.716-720
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• 2021

In this study, we examine the availability of a cooling patch to enhance the output power of a hybrid energy device (HED) comprising a photovoltaic cell (PVC) and a thermoelectric generator (TEG). The cooling patch attached on the back of the TEG drops the temperature of the PVC via the TEG and makes a large thermal gradient across the TEG under irradiances in a range of 200 to 1000 W/m². The cooling patch is more effective for the output power of the HED as the irradiance increases, and it enhances the maximum output power of the HED to 42.1 mW at an irradiance of 1000 W/m². The increment in the maximum output power reaches 27% owing to the attachment of the cooling patch that does not consume any power.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.60-60
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• 1999

단결정 다이아몬드의 열전도도는 약 22W/cm.K로 열전도도가 가장 큰 물질로 알려져 있으며, 비저항은 10$\Omega$.cm 이상의 높은 값을 갖는다. 대부분 열전도도가 큰 것으로 알려진 물질들은 Cu, Ag 등과 같이 전자의 흐름에 의하여 열이 전도되기 때문에 큰 전기전도도를 함께 갖는 것일 일반적이다, 그러나, 다이아몬드는 빠른 phonon의 이동에 의하여 열전도가 이루어지므로 전기적으로 절연 특성을 갖으면서도 큰 열전도가 가능하다. 단결정 다이아몬드는 고방열 절연체로서 이상적인 물질 특성을 보여준다. 전기절연성을 갖는 열전도층으로 다이아몬드를 이용하기 위해서는 저가로 제조가 용이한 화학기상증착법을 이용하여야 한다. 화학기상증착법으로 제조된 다결정 다이아몬드 박막의 열전도도는 약 21W/cm.K로 여전히 매우 높은 값을 갖는 것으로 알려져 있지만, 비저항 값은 인위적으로 도핑을 전혀 하지 않은 상태에서도 106$\Omega$.cm 정도의 낮은 값을 갖는다. 전혀 도핑을 하지 않았음에도 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여 주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기 전도성을 갖는 특이한 특성을 다결정 다이아몬드가 보여주고 있으므로 이에 대한 연구는 주로 전기전도성의 원인을 규명하는데 집중되고 있다. 아직 명확한 전도 기구는 제안되고 있지 못하지만 전도성의 원인은 수소와 관련이 있고 전도는 표면을 통하여 이루어진다는 것이다. 산(acid)을 이용하여 다결정 다이아몬드 박막을 세척하면 전기 전도성이 사라지고 높은 저항값을 갖는 박막을 얻게 되는데 박막을 세척하는 공정은 박막의 표면만을 변호시키므로 표면에 있던 전기전도층이 용액 처리를 통하여 제거되므로 전도성이 사라진다고 생각하는 것이다. 그러나, 본 연구에서는 두께가 두꺼울수록 저항값이 증가하는 것이 관찰되었고 기존의 측정방식인 수평적인 저항 측정법에 대하여 수직적 방향으로 저항을 측정하면 저항값이 1/2 정도 작게 측정되었다. 다결정 다이아몬드에서 표면을 통하여 전류가 흐른다면 박막의 두께에 따른 변화가 나타나지 않아야 하고 수직적인 전류 측정법이 오히려 더 큰 저항을 보여주어야 한다. 기존의 표면 전도 모델로는 설명되지 못하는 현상들이 관찰되었고 정확한 전기 전도 경로를 확인하기 위하여 전해 도금법으로 금속들이 석출되는 모습을 관찰하였다. 이 방법을 통하여 다결정 다이아몬드에서 전류는 결정입계를 통하여 전도됨을 알 수 있었다. 온도에 따른 다결정 다이아몬드의 전기전도도 변화를 관찰하였고 이로부터 활성화 에너지 값을 구할 수 있었다. 다결정 다이아몬드의 전도도는 온도에 따라서 0.049eV와 0.979eV의 두 개의 활성화 에너지를 갖는 구간으로 나뉘어졌다. 이로부터 다결정 다이아몬드에는 활성화 에너지 값이 다른 두 종류의 defect level이 형성되는 것으로 추정할 수 있고 이 낮은 defect level에 의하여 전도성을 갖는 것으로 생각된다.

• New & Renewable Energy
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• v.2 no.2 s.6
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• pp.86-93
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• 2006

유출지하수나 지표수를 열원으로 지열히트펌프의 지초자료로 활용하기 위하여 Pond Loop형 열교환기를 설계, 제작하여 유동이 없는 수조 내에서 수조의 온도가 변화함에 따라 일정한 열교환기 입구온도를 유지하면서 열전달량을 측정하였다. 그 결과 수조를 Heat Source로 사용하는 경우 $5,500{\sim}4,500kcal/h$의 열량이 전달되었고 수조를 Heat Sink로 사용할 경우 $5,200{\sim}3,500kcal/h$의 열량이 전달되었다. 또한 열교환기 관내 유속이 증가함에 따라 열전달량이 증가하는 경향성을 확인할 수 있었고 이는 동시에 열교환기 입출구의 차압을 증가시킴을 알 수 있었다. 열교환기의 설계단계에서 사용하였던 열전달관계식으로 구한 총괄열전달계수, U와 실험값을 통해 유추한 U값을 비교한 결과 실험에 의해 유추된 U값이 $24{\sim}27%$ 설계치보다 크게 나타났다. 본 연구를 통하여 유출지하수 뿐만 아니라 하수 및 하천수를 이용한 지열히트펌프의 기초자료를 확보할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.15-19
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• 2006

유출지하수나 지표수를 열원으로 하는 지열히트펌프의 Pond Loop형 열교환기를 개발하기 위하여 미국에서 상용화된 Slim-Jim 열교환기와 본 연구에서 자체설계, 제작한 Pond-loop type의 열교환기를 유동이 없는 유출수조 내에서 수조온도가 변화함에 따라 일정한 열교환기 입구온도를 유지하면서 열전달량의 변화를 측정하였다. 그 결과 유출수를 Heat Source로 사용하는 경우 Slim-Jim에서는 $8,000{\sim}11,000 kcal/hr$의 열량이 전달되었고, 자체 제작한 열교환기에서는 $11,000{\sim}16,000kcal/hr$의 열량이 전달되었다. 유출수를 Heat Sink로 사용할 경우 Slim-Jim에서는 $2,500{\sim}7,000 kcal/h$의 열량이 전달되었고, 자체제작한 열교환기의 경우, $6,800{\sim}14,00 kcal/hr$의 열량이 전달되었다. 측정된 열전달량을 바탕으로 총괄열전달계수를 구한 결과 Slim-Jim 열교환기의 경우 $210{\sim}340 kcal/hr\;m^2{\circ}C$, 자체개발한 열교환기의 경우 $350{\sim}590 kcal/hr\;m^2{\circ}C$로 나타나 자체 개발한 열교환기의 열전달 성능이 비교적 우수함을 입증하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.10 no.1
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• pp.24-32
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• 2001

본 축열탱크 열전달에 관한 실험적 연구는 국내에서 개발하고 있는 태양열 온수기용으로 현재 널리 이용되고 있는 탱크-코일 방식의 문제점을 해결하면서 열전달 효율이 높은 2중 축열탱크를 개발하기 위한 것이다. 2중 축열탱크의 용량은 100리터로서 수평 및 수직형으로 설치하여 실험이 가능하도록 설계.제작하였고 탱크내부의 온도는 길이방향 및 반지름 방향으로 각각 등간격으로 설치하여 측정하였고 집열매체의 입.출구온도를 동시에 측정하였다. 실험결과는 (1) 축열탱크의 형태에 관계없이 축열탱크와 열교환을 하는 열매체의 유량이 증가할수록 열전달량은 증가한다. (2) 축열탱크의 형태에 따른 탱크내부 물의 온도 상승속도는 수직형(b)인 경우가 가장 크고, 그 다음 수직형(a), 수평형의 순으로 나타났다. 따라서 이중탱크형의 축열탱크는 수평형 보다 수직형이 동일한 용량의 축열매체 온도를 신속히 상승시킬 수 있다. 아울러 열성층화에 의하여 고온의 축열매체를 이용할 경우 수직형 축열탱크가 더욱 우수한 결과를 나타낸다. (3) 축열탱크 열전달계수(UA) 값은 ( $T_{in}$ - $T_{out}$)/$\Delta$ $T_{m}$ 의 크기에 좌우되며, 열전달계수를 설치방법에 따라 비교하면 수직형(b)>수직형(a)>수평형의 순서로 나타났다.다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.445-450
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• 2006

유출지하수나 지표수를 열원으로 하는 지열히트펌프의 기초자료로 활용하기 위하여 Pond Loop형 열교환기를 설계, 제작하여 유동이 없는 수조 내에서 수조의 온도가 변화함에 따라 일정한 열교환기 입구온도를 유지하면서 열전달량을 측정하였다. 그 결과 수조를 Heat Source로 사용하는 경우 $5,500{\sim}4,500kcal/h$의 열량이 전달되었고, 수조를 Heat Sink로 사용할 경우 $5,200{\sim}3,500 kcal/h$의 열량이 전달되었다. 또한 열교환기 관내 유속이 증가함에 따라 열전달량이 증가하는 경향성을 확인할 수 있었고, 이는 동시에 열교환기 입출구의 차압을 증가시킴을 알 수 있었다. 열교환기의 설계단계에서 사용하였던 열전달관계식으로 구한총괄열전달계수, U와 실험값을 통해 유추한U값을 비교한 결과 실험에 의해 유추된 U값이 $24{\sim}27%$ 설계치보다 크게 나타났다. 본 연구를 통하여 유출지하수 뿐만 아니라 하수 및 하천수를 이용한 지열히트펌프의 기초자료를 확보할 수 있었다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.15 no.1 s.45
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• pp.35-44
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• 2006

This study experimentally investigates effect of boiling heat transfer when ultrasonic vibration was applied. Under the wall temperature condition, temperature distribution in a cavity was measured during the boiling process and heat transfer coefficient of convection, sub-tooled boiling and saturated boiling states were measured with and without ultrasonic vibration, respectively. Also, the profiles of the pressure distribution in acoustic field measured by a hydrophone were compared with the augmentation ratios of heat transfer calculated by local heat transfer coefficient. Result of this study, heat transfer coefficient and augmentation ratio of heat transfer is higher with ultrasonic waves than without one. Especially, augmentation ratio of heat transfer is more increased the convection state than sub-cooled boiling and saturated boiling states. Acoustic pressure is relatively higher near ultrasonic transducer than other points where is no installed it and affects the augmentation ratio of heat transfer.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.4
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• pp.540-545
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• 1999

The classical Fourier heat conduction equation is invalid at temperatures near absolute zero or at very early times in highly transient heat transfer processes. In such situations, a hyperbolic equation model for heat conduction based on the modified Fourier law is introduced because the wave nature of heat propagation becomes dominant. The Fourier model and the hyperbolic model for heat conduction are analyzed by using the Green's function technique together with the integral transform. Analytical expressions for the heat flux and temperature distributions in a finite slab subjected to a periodic surface heating at one of its surfaces are presented and the results obtained from each model are compared with each other. The thermal wave implied b the hyperbolic model is shown to travel through a medium and to reflect back toward the origin at the other insulated surface. On the other hand, the heat by the Fourier model propagates at an infinite speed instantaneously after a thermal disturbance is felt throughout the medium.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.24 no.7
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• pp.10-17
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• 2011

현재 개발 중인 Chalcogenide계 열전재료 중에서, 이방성 재료인 Thallium chalcogenide, Alkalimetal bismuth chalcogenide, Bismuth telluride와 등방성 재료인 Lead telluride, Silver antimony telluride, TAGS, LAST 및 SALT를 소개하였고, 이 재료들에 대한 연구 동향을 살펴보았다. Chalcogenide는 S, Se, Te 및 다른 원소와의 다양한 조합에 의해, 넓은 온도범위에서 열전재료로 응용하기 위한 밴드갭 에너지의 조절이 가능하다. 또한 합성공정에 따른 상변태, 석출 등 구조변화에 따른 열전특성의 변화를 기대할 수 있어 열전재료 개발 초기부터 활발한 연구가 진행되어 왔다. 과거의 전통적인 Chalcogenide계 열전재료뿐만 아니라, Chalcogenide계 열전 신소재에 대해서도 살펴보았다. Chalcogenide는 전자적, 광학적, 열적 성질 등 특성이 독특하고 변화가 무궁무진하여 아주 매력적이기 때문에, 앞으로도 계속 열전재료로서 각광받는 물질군으로 판단된다. 그림 11에 현재까지 ZT의 최댓값이 1이 넘는다고 보고된 열전재료의 성능지수를 요약하였다.