효율적인 폐열 회수를 위한 기하학적 열전소자 다리 설계

Geometric Thermoelectric Generator Leg Shape Design for Efficient Waste Heat Recovery

열전 발전기(TEG)는 일반적으로 열 변환 효율이 높지 않다. 열전 발전기 모듈의 성능은 재료의 특성, 다리의 개수 외에도 다리의 형상에 따라 달라진다. 본 연구에서는 폐열을 효율적으로 수확할 수 있도록 열전소자의 다리 형상을 원통형, 큐브형 등 다양한 기하학적 구조로 모델링하여 전기적 특성을 수치상으로 비교하였다. 다리 형상에 따른 온도분포 및 발전량을 비교하였고 기존 Cube 모양이 가장 높게 나타났다. 냉각효과를 적용한 발전량을 비교한 결과 자연대류에서는 Cone, 강제대류에서는 Hourglass 모양이 가장 높았다. 본 연구 결과에 따르면 기하학적 구조가 열전 발전기의 효율에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.

Thermoelectric generator (TEG) generally do not have high heat conversion efficiencies. The performance of a thermoelectric generator module depends on the shape of the legs as well as the properties of the material and the number of legs. In this study, the leg shapes of thermoelectric elements are modeled into various geometric structures such as cylinder and cube shaped to efficiently harvest waste heat, and the electrical characteristics are compared numerically. The temperature gradient and power generation according to the bridge shape are found to be highest at the existing Cube shape. As a result of comparing the power generation using the cooling effect, the Cone shape was the highest in natural convection and the Hourglass shape was highest in forced convection. Research results confirm that geometry can affect the efficiency of thermoelectric generators.