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일방향 응고 초내열합금 CM247LC의 방향성에 따른 열물성에 관한 연구
김교민(Kyomin Kim),김우철(Woochul Kim) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.10
가스터빈 블레이드 소재로 사용되는 Ni계 초내열합금은 고온, 고압의 환경에서 사용하기 위해 다양한 방법으로 개발되어 왔다. CM247LC는 터빈 가동 중 응력을 감소시키기 위해 원심력 방향과 수직한 방향의 결정립계의 성장을 최소화하는 일방향 응고로 사용된다. 본 연구에서는 일방향 응고 CM247LC의 방향성에 따른 열물성을 연구하기 위해 온도에 따른 열확산도와 비열을 측정하여 열전도도를 도출하였으며, 이 열전도도는 전자의 영향과 포논의 영향으로 나누었을 때 전자의 영향이 우세한 것을 확인하였다. 또한, 초내열합금의 평균 자유행로 1Å는 300μm 이상의 결정립 크기에 의해 결정립계가 열전도도에 영향을 미치지 못한 것으로 판단되며 이로 인해 방향성에 의한 열전도도의 차이는 없는 것으로 확인되었다. Nickel-based superalloys, which are used as gas turbine blade materials, have been produced using various methods for use in high-temperature and high-pressure environments. CM247LC is used in directional solidification (DS) to minimize the growth of grain boundaries in a direction perpendicular to the centrifugal force, to reduce stress during turbine operation. In this study, thermal conductivity was derived by measuring the thermal diffusivity and the specific heat as functions of temperature to study the thermal properties according to the directionality of DS CM247LC. Because the grain size was more than 300 μm, it was confirmed that the thermal conductivity of the superalloy with a mean free path of 1 Å was not affected by the grain boundaries.
홈 형태의 전극을 이용한 열전소자의 기계적인 강도 개선
김교민(Kyomin Kim),김훈(Hoon Kim),김우철(Woochul Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.4
열전소자는 에너지 변환장치의 한 종류로 특히 폐열을 이용하여 전기를 생산해 낼 수 있는 장치로 각광받고 있다. 열전소자는 열전성능지수가 높음과 동시에 기계적인 강도가 높을수록 좋은 성능을 낼 수 있다. 본 연구에서는 열전소자의 기계적인 강도를 개선하기 위해 접착 강도에 취약한 기존의 평판 형태의 전극이 아닌 홈 형태의 전극을 소개한다. 평판 형태의 전극과 홈 형태의 전극은 Ag 페이스트를 이용하여 열전소재와 부착하였다. 각각의 열전소재가 부착된 전극은 인장 강도와 전단 강도를 만능시험기로 접착 강도를 측정하였다. 이를 통해 기존의 평판 형태의 전극보다 홈 형태의 전극을 사용하였을 때 더 높은 접착 강도를 나타내는 것을 확인하였다. 또한 열-전기 수치해석 프로그램을 이용하여 기존 평판 형태의 전극과 홈 형태의 전극을 사용하여 모델링 한 소자의 성능 차이를 확인하였다. Thermoelectric modules are energy conversion devices. They are attracting attention as a devices capable of producing electricity by utilizing waste heat. Thermoelectric modules require a high zT, and mechanical stability for reliable operation. In this research, we introduce the groove-type electrode to improve mechanical stability. Each electrode is attached to the thermoelectric element using a silver paste. The tensile and the shear strength of the thermoelectric materials’ electrodes are measured using a universal testing machine. Results show that the groove-type electrode has higher bonding strength than the flat-type electrode. We also confirmed the difference in the performance of the element modeled using flat- and groove-type electrodes for thermo-electric numerical analysis.
열전소자를 이용한 적외선 방사량 감소 기술에 관한 연구
김훈(Hoon Kim),김교민(Kyomin Kim),김우철(Woochul Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.3
열전소자를 이용하여 고온의 표면을 능동적으로 냉각하여 적외선 방사량을 줄이는 기술을 소개한다. 공력가열이나 자체 발열 등에 의한 고온 표면 환경을 구현하였고, 여기에 열전소자를 설치하여 냉각하였을 때의 표면 온도와 적외선 방사량을 상용 수치해석 소프트웨어를 사용하여 계산하였다. 이를 통해 특정 환경에서 열전냉각소자를 이용하여 고온 표면에 있어 외부 환경과 비교했을 때의 적외선 방사량 대비를 이론적으로 완전히 제거할 수 있음을 확인하였다. We introduced a technology for reducing infrared radiation through the active cooling of hot surfaces by using a thermoelectric refrigerator. Certain surfaces were heated by aerodynamic heating, and the heat generation processes are proposed here. We calculated the temperatures and radiations from surfaces, while using thermoelectric refrigerators to cool the surfaces. The results showed that the contrast between the radiations of certain surfaces and the ambient environments can be removed using thermoelectric refrigerators.