KR20150007686A - Thermoelectric property measurement system - Google Patents

Thermoelectric property measurement system Download PDF

Info

Publication number
KR20150007686A
KR20150007686A KR1020130081993A KR20130081993A KR20150007686A KR 20150007686 A KR20150007686 A KR 20150007686A KR 1020130081993 A KR1020130081993 A KR 1020130081993A KR 20130081993 A KR20130081993 A KR 20130081993A KR 20150007686 A KR20150007686 A KR 20150007686A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
measuring
sample
temperature
thermoelectric performance
Prior art date
Application number
KR1020130081993A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박찬
윤세진
조준영
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020130081993A priority Critical patent/KR20150007686A/en
Publication of KR20150007686A publication Critical patent/KR20150007686A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Provided is a thermoelectric performance measuring apparatus capable of measuring the thermoelectric performance and the output power of a thermoelectric material or a thermoelectric module while maintaining a large temperature difference of 300°C or greater between both ends of the thermoelectric material or the thermoelectric module. According to the present invention, the thermoelectric performance measuring apparatus comprises: a vacuum chamber wherein a measurement is performed; a heater to directly heat the top of the specimen of the thermoelectric material; a cooling block to directly cool the bottom of the specimen; an insulating material surrounding the specimen; a temperature measuring unit measuring and indicating temperatures on the top and bottom of the specimen; and a current-voltage measuring unit measuring the currents and voltages applied to the top and bottom of the specimen. Compared with an existing thermoelectric performance measuring apparatus, the thermoelectric performance measuring apparatus in accordance to the present invention is capable of measuring the thermoelectric performance of the thermoelectric material in an environment similar that of an actual environment in use, thereby acquiring data useful for the actual application of the thermoelectric material.

Description

열전성능 측정 장치 {Thermoelectric property measurement system}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoelectric property measurement system,

본 발명은 열전재료와 열전모듈의 열전성능 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring thermoelectric performance of a thermoelectric material and a thermoelectric module.

고체 상태인 소재의 양단에 존재하는 온도차에 의해 열 의존성을 갖는 전자(혹은 홀)는 양단에서 농도차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상으로 나타난다. 이러한 열전현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전냉각/가열로 구분할 수 있다. 열전재료는 발전과 냉각 과정에서 오염물질의 배출이 없어 친환경적이고 지속가능한 장점을 가지고 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 고열의 엔진, 화력발전, 소각장 등의 환경에서 발생하는 배기열과 폐열을 이용하여 열전발전을 하여 에너지 하베스팅(energy harvesting)을 할 수 있는 신재생 에너지 관련 분야에 대한 관심이 높다. Due to the temperature difference at both ends of the solid state material, the electrons (or holes) having a thermal dependence cause a difference in concentration at both ends, which is an electrical phenomenon of heat transfer. Such a thermoelectric phenomenon can be classified into a thermoelectric power generating electric energy and a thermoelectric cooling / heating which causes a temperature difference at both ends by electric power supply. Many researches have been made on thermoelectric materials because they have environmental and sustainable advantages because they do not emit pollutants during power generation and cooling process. Especially, there is a high interest in renewable energy related fields that can generate energy by heat generation using exhaust heat and waste heat generated from high temperature engine, thermal power generation, and incinerator environment.

열전재료의 열전변환 특성을 평가하는 경우, 주로 열전재료의 전기저항(σ), 열기전력(α), 및 열전도율(κ)의 값을 측정하고, ZT=σα2/κ로 정의되는 열전변환 성능지수(ZT)를 구해 성능의 평가를 하고 있다. 도 1은 현재까지 개발된 n형 열전재료들의 온도에 따른 열전성능을 보여주는 그래프이다. 도 1을 참조하면, 열원의 온도에 따라 열전재료의 성능지수(ZT)가 변화하는 것을 볼 수 있으며, 특히 특정 온도에서 높은 값을 가지며 그 온도를 벗어나면 열전성능이 감소함을 알 수 있다. When evaluating the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric material, mainly thermoelectric material the electrical resistance (σ), thermo-electromotive force (α), and the value of the thermal conductivity (κ) and measure, ZT = σα thermoelectric conversion performance which is defined as 2 / κ of And the performance (ZT) is evaluated. FIG. 1 is a graph showing the thermoelectric performance of the n-type thermoelectric materials developed up to now according to the temperature. Referring to FIG. 1, it can be seen that the figure of merit (ZT) of the thermoelectric material changes according to the temperature of the heat source. In particular, it has a high value at a certain temperature.

열전발전은 열전재료의 양단의 온도차가 크면 클수록 많은 전기에너지가 나오기 때문에, 열전 냉각 및 열전 발전의 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 가능한 한 고온 열원을 이용해 온도차를 크게 취하는 것이 유리하다. 그러나, 종래의 열전변환 기술에 이용되고 있는 균질인 재료로부터 되는 열전재료는, 그 열전성능이 위와 같이 온도에 의존하므로, 특정의 온도 범위에 변환 효율의 피크를 가지기 위해서 전체 온도 영역에 걸쳐 변환 효율을 향상시키는 것에는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하고자, 본 발명자들은 각 온도 영역에서 가장 높은 성능 지수를 가지는 복수의 열전 소자 재료를 복합화해, 저온으로부터 고온까지의 넓은 온도 영역에 걸쳐 높은 열전변환 효율을 얻을 수 있는 다층 접합 구조의 열전소자를 제안하여 최대의 열전변환 효율을 얻을 수 있도록 한 바 있다. In the thermoelectric power generation, as the temperature difference between both ends of the thermoelectric material is larger, a larger amount of electric energy is generated. Therefore, in order to improve the conversion efficiency of the thermoelectric cooling and the thermoelectric power generation, it is advantageous to use a high temperature heat source as large as possible. However, since the thermoelectric material made of a homogeneous material used in the conventional thermoelectric conversion technology has a thermoelectric performance depending on the temperature as described above, in order to have a peak of the conversion efficiency in a specific temperature range, There is a limit in improving the quality of the image. In order to overcome these limitations, the inventors of the present invention have proposed a multilayer bonding structure capable of obtaining a high thermoelectric conversion efficiency over a wide temperature range from a low temperature to a high temperature by complexing a plurality of thermoelectric element materials having the highest figure of merit A thermoelectric element has been proposed so that the maximum thermoelectric conversion efficiency can be obtained.

기존의 열전재료의 열전성능 측정 장치는 특정한 온도에서의 전기저항(σ), 열기전력(α), 및 열전도율(κ)을 측정하여 성능지수(ZT)값을 계산하도록 하는 것인데, 이는 단일 재료 자체의 온도에 따른 성능을 평가하는 데는 적합하나 실제로 열전재료가 사용될 때 어떠한 성능을 나타낼지를 정확하게 예측하기에는 한계가 있다. 또한 열전재료가 단일물질이 아닌 복합적인 구조와 재료로 이루어진 경우 매우 부정확한 결과를 나타낼 수 있다. The conventional thermoelectric performance thermoelectric performance measuring device is to calculate the figure of merit (ZT) by measuring the electric resistance (), thermoelectric power () and thermal conductivity (K) at a specific temperature, Is suitable for evaluating the performance depending on the temperature of the thermoelectric material. However, there is a limit to precisely predict the performance when the thermoelectric material is actually used. In addition, it can be very inaccurate if the thermoelectric material is composed of a complex structure and material rather than a single material.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 열전재료가 실제 사용되는 환경과 유사한 환경에서 열전성능을 측정할 필요성이 있다. 열전재료가 실제로 사용되는 환경은 양단의 온도차가 작게는 수십℃, 크게는 수백℃의 차이가 발생하게 된다. 하지만 현재 주로 사용되고 있는 열전성능 측정 장치는 챔버 전체를 가열하는 구조이므로 구조상 30℃ 이상의 온도차를 양단에 적용하기 힘들다. To solve these problems, it is necessary to measure the thermoelectric performance in an environment similar to the environment in which the thermoelectric material is actually used. In the environment where the thermoelectric material is actually used, there is a difference of several tens of degrees Celsius, and a few hundreds of degrees Celsius, when the temperature difference at both ends is small. However, since the thermoelectric performance measuring device, which is mainly used now, is a structure that heats the entire chamber, it is difficult to apply a temperature difference of 30 ° C or more to both ends in structure.

열전재료의 연구를 위해서는 열전성능의 평가가 필수적이며, 현재의 열전성능 측정 방법으로는 새로운 구조의 열전재료와 열전모듈 자체의 성능 평가에는 한계가 있다. 따라서, 보다 정확하고, 실제 사용 환경과 비슷한 환경에서 열전성능을 측정할 수 있는 열전성능 측정 장치에 대한 요구가 존재한다. In order to study thermoelectric materials, evaluation of thermoelectric performance is essential, and current methods for measuring thermoelectric performance have limitations in performance evaluation of thermoelectric materials and thermoelectric modules themselves. Therefore, there is a need for a thermoelectric performance measuring device that can measure the thermoelectric performance more accurately and in an environment similar to an actual use environment.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실제 사용 환경과 비슷한 환경에서 열전재료의 열전성능을 측정할 수 있으며, 특히 300℃ 이상의 큰 온도차를 유지시키며 열전성능을 측정할 수 있는 열전성능 측정 장치를 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric performance measuring device capable of measuring a thermoelectric performance of a thermoelectric material in an environment similar to an actual use environment and capable of measuring a thermoelectric performance while maintaining a large temperature difference of 300 ° C or more .

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 열전성능 측정 장치는 측정이 이루어지는 진공 챔버, 열전재료 시료 상단을 직접 가열하기 위한 히터, 상기 시료 하단을 직접 냉각하기 위한 냉각 블록, 상기 시료 둘레를 포위하는 단열재, 상기 시료 상단과 하단의 온도를 측정하여 표기하여 주는 온도측정 장치, 및 상기 시료 상단과 하단에 흐르는 전류와 전압을 측정하는 전류전압측정 장치를 포함한다.In order to solve the above problems, a thermoelectric performance measuring apparatus according to the present invention is characterized by comprising a vacuum chamber for measurement, a heater for directly heating the upper end of the thermoelectric material sample, a cooling block for directly cooling the lower end of the sample, A temperature measuring device for measuring the temperature of the upper and lower ends of the sample, and a current voltage measuring device for measuring the current and voltage flowing at the upper and lower ends of the sample.

본 발명에 있어서, 상기 히터의 온도를 제어하는 온도제어장치를 더 포함할 수 있다. 상기 시료 상단과 하단의 온도, 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정 단자가 부착되어 상기 시료 상단과 하단에 도입되는 절연체를 더 포함할 수도 있다. 상기 절연체는 직사각 플레이트 타입이고 그 상면에 ㄷ자 형태로 전극이 부착되어 있으며, 그 가운데로 상기 전극과 동일한 두께의 열전대의 끝단이 부착되어 중심부의 온도를 측정하게 되어 있는 것일 수 있다. In the present invention, the apparatus may further include a temperature control device for controlling the temperature of the heater. And an insulator having measurement terminals for measuring temperature, current, and voltage at the upper and lower ends of the sample and being introduced into the upper and lower ends of the sample. The insulator may be a rectangular plate type electrode having a U-shape on the upper surface thereof, and an end of a thermocouple having the same thickness as the electrode may be attached to the electrode to measure the temperature of the center portion.

상기 시료 상단과 하단의 온도차가 300℃ 이상일 수 있다. The temperature difference between the upper end and the lower end of the sample may be 300 ° C or more.

상기 시료의 개방회로전압(open circuit voltage)과 출력 파워(output power)를 측정하여 열전성능을 평가한다. The open circuit voltage and the output power of the sample are measured to evaluate the thermoelectric performance.

상기 히터는 열선이고 상기 쿨링 블록은 냉각수 또는 공기 순환을 이용하는 것일 수 있다. The heater may be a hot wire and the cooling block may be one that utilizes cooling water or air circulation.

본 발명에 따른 열전성능 측정 장치는 열전재료 또는 열전모듈의 양단에 300℃ 이상의 큰 온도차를 유지시키며 열전성능 및 출력전력을 측정할 수 있다. 종래의 열전성능 측정 장치에 비해 열전재료의 실제 사용환경과 유사한 환경에서 열전성능을 측정하기 때문에 열전재료의 실제 응용에 더욱 도움이 되는 데이터를 얻을 수 있다. 이를 이용하여 열전재료가 어떤 조건에서 가장 높은 성능을 나타내는지도 구할 수 있게 된다. The thermoelectric performance measuring apparatus according to the present invention can measure a thermoelectric performance and an output power while maintaining a large temperature difference of 300 ° C or more at both ends of a thermoelectric material or a thermoelectric module. Since the thermoelectric performance is measured in an environment similar to the actual use environment of the thermoelectric material as compared with the conventional thermoelectric performance measurement device, data that is more useful for actual application of the thermoelectric material can be obtained. Using this, it is possible to obtain the highest performance of a thermoelectric material under certain conditions.

열전재료에 대한 연구는 지금까지는 단일재료 자체에 대한 연구가 주를 이루었지만 점차적으로 실제 사용될 모듈에 대한 연구가 많아지고 있고, 효율을 높일 수 있는 다양한 구조와 복합재료에 대한 연구가 증가하고 있다. 이러한 복합적인 재료 및 구조를 가지는 열전재료의 성능평가는 기존의 방법으로는 한계가 있으므로, 본 발명에서 제시하는 측정 장치를 이용하여 측정하는 것이 더욱 정확한 결과를 도출 할 수 있다. Although research on thermoelectric materials has been mainly focused on single materials themselves, researches on modules to be used gradually have been increasing, and studies on various structures and composites for increasing efficiency have been increasing. Since the performance evaluation of the thermoelectric material having such a complex material and structure is limited by the existing methods, it is possible to obtain a more accurate result by measuring using the measuring apparatus proposed in the present invention.

기존의 열전성능 측정 장치는 열전모듈에 대한 성능평가는 하기 힘든 구조를 가지고 있지만 본 발명에서 제시하는 열전성능 측정 장치는 열전재료뿐만 아니라 다양한 형태의 열전모듈의 성능평가를 할 수 있다. Although the conventional thermoelectric performance measuring device has a structure that is difficult to evaluate the performance of the thermoelectric module, the thermoelectric performance measuring device proposed in the present invention can evaluate the performance of various types of thermoelectric modules as well as the thermoelectric material.

도 1은 현재까지 개발된 n형 열전재료들의 온도에 따른 열전성능을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전성능 측정 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전성능 측정 장치에 포함될 수 있는 절연체의 개략적인 상면도이다. FIG. 1 is a graph showing the thermoelectric performance of the n-type thermoelectric materials developed up to now according to the temperature.
2 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric performance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic top view of an insulator that may be included in a thermoelectric performance measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명에 따른 열전성능 측정 장치의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric performance measuring apparatus according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열전성능 측정 장치(100)는 측정이 이루어지는 진공 챔버(10), 열전재료 시료(20) 상단을 직접 가열하기 위한 히터(30), 상기 시료(20) 하단을 직접 냉각하기 위한 냉각 블록(40), 상기 시료(20) 둘레를 포위하는 단열재(50), 상기 시료(20) 상단과 하단의 온도를 측정하여 표기하여 주는 온도측정 장치(60), 및 상기 시료(20) 상단과 하단에 흐르는 전류와 전압을 측정하는 전류전압측정 장치(70)를 포함한다.2, a thermoelectric performance measuring apparatus 100 according to the present invention includes a vacuum chamber 10 for measurement, a heater 30 for directly heating the upper end of the thermoelectric material sample 20, A cooling unit 40 for directly cooling the sample 20, a heat insulating material 50 surrounding the sample 20, a temperature measuring unit 60 for measuring the temperature of the upper and lower ends of the sample 20, And a current and voltage measuring device 70 for measuring current and voltage flowing at the top and bottom of the sample 20.

기존 측정 장치의 가열방식은 챔버 전체를 측정할 온도로 가열하는 것이다. 이와는 다르게, 본 발명에 따른 열전성능 측정 장치(100)에서는 챔버(10) 내부에서 시료(20)의 양단을 직접적으로 가열/냉각시켜주는 방식을 사용한다. 가열을 위한 히터(30)로는 열선을 이용하고, 냉각 블록(40)은 냉각수 또는 공기의 순환을 이용하여 지속적으로 식혀주는 방식을 이용할 수 있다. 히터(30)의 온도를 제어하는 온도제어장치(35)를 더 포함할 수 있다. The conventional heating method of the measuring apparatus is to heat the entire chamber to a temperature to be measured. Alternatively, in the apparatus for measuring thermoelectric performance 100 according to the present invention, a method of directly heating / cooling both ends of the sample 20 in the chamber 10 is used. As the heater 30 for heating, hot wire may be used, and the cooling block 40 may be cooled continuously by using circulation of cooling water or air. And a temperature control device (35) for controlling the temperature of the heater (30).

시료(20) 양단의 큰 온도차(ΔT > 300℃)를 형성해 주기 위하여, 시료(20) 상단인 고온부에서 시료(20) 하단인 저온부로 열의 이동을 차단해 주어야 하며, 이를 위하여 진공펌프(15)를 이용해 챔버(10) 내부에 진공을 형성하여 주고, 시료(20)를 제외한 부분은 단열재(50)를 삽입시켜 시료 둘레를 포위하도록 한다. 열전재료 시료(20)의 열전성능은 개방회로전압(open circuit voltage)과 출력 파워(output power)를 측정하여 평가하게 된다. It is necessary to block the movement of heat from the high temperature portion at the upper end of the sample 20 to the low temperature portion at the lower end of the sample 20 in order to form a large temperature difference (? T> 300 ° C) at both ends of the sample 20. For this, A vacuum is formed inside the chamber 10 by using the heat insulating material 50, and a portion excluding the sample 20 is surrounded by the heat insulating material 50 to surround the sample. The thermoelectric performance of the thermoelectric material sample 20 is evaluated by measuring an open circuit voltage and an output power.

이와 같이 시료(20) 양단에 큰 온도차를 주기 위한 히터(30)와 냉각 블록(40)이 있고, 얇은 절연체(25)가 그 위아래에 접하도록 도입될 수 있다. 절연체(25)에는 시료(20) 상단과 하단의 온도, 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정 단자가 부착되어 있는데, 예를 들어, 시료(20) 상단과 하단의 온도 측정을 위해서는 열전대의 끝단이, 시료(20) 상단과 하단에 흐르는 전류와 전압 측정을 위해서는 전극이 부착된 형태일 수 있다. 즉, 측정할 시료(20)는 두 개의 절연체(25) 사이에 위치하게 된다. 절연체(25)에 부착되어 있는 열전대를 통하여 온도측정 장치(60)를 이용해 고온부와 저온부의 온도를 측정하고, 전극에 전선을 연결하여 전류전압측정 장치(70)를 이용해 전류와 전압을 측정한다.As described above, there are the heater 30 and the cooling block 40 for giving a large temperature difference to both ends of the sample 20, and the thin insulator 25 can be introduced so as to be in contact with the upper and lower portions thereof. For example, in order to measure the temperature of the upper end and the lower end of the sample 20, the end of the thermocouple is connected to the insulator 25, and the temperature of the upper end and the lower end of the sample 20 are measured. For measuring the current and voltage flowing at the upper and lower ends of the sample 20, an electrode may be attached. That is, the sample 20 to be measured is positioned between the two insulators 25. The temperature of the high temperature part and the low temperature part is measured using the temperature measuring device 60 through the thermocouple attached to the insulator 25 and the electric wire is connected to the electrode and the current and voltage are measured using the current voltage measuring device 70.

절연체(25)를 위에서 내려다보았을 때의 구조는 도 3과 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전성능 측정 장치(100)에 포함될 수 있는 절연체(25)의 개략적인 상면도이다. The structure when the insulator 25 is viewed from above is shown in Fig. 3 and the following. 3 is a schematic top view of an insulator 25 that may be included in the apparatus for measuring thermoelectric performance 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 절연체(25)는 직사각 플레이트 타입이고 그 상면에 두꺼운 'ㄷ' 자 형태로 전극(25a)이 부착되어 있고, 그 가운데로 전극(25a)과 동일한 두께의 열전대의 끝단(25b)이 부착되어 중심부의 온도를 측정하게 되어있다. 측정할 시료(20)가 접촉되는 면은 우측 도면의 점선 영역이 된다. 3, the insulator 25 is of a rectangular plate type and has an electrode 25a in the form of a thick 'C' shape on its upper surface. The thermocouple 25b having the same thickness as the electrode 25a ) Is attached to measure the temperature of the central portion. The surface on which the sample 20 to be measured comes into contact is the dotted line area in the right drawing.

기존의 열전성능 측정 장치는 열전재료의 양단에 큰 온도차를 주지 못하지만 본 발명은 열전재료의 양단에 히터(30)와 냉각 블록(40)이 존재하여 300℃ 이상의 큰 온도차를 줄 수 있으며, 이를 통하여 실제 사용환경과 유사한 환경에서 열전성능을 측정할 수 있다. 특히 다양한 열전재료를 접합한 구조에 대하여 정확한 성능평가를 할 수 있다. 본 발명은 고열의 엔진, 화력발전, 소각장 등의 환경에서 발생되는 배기열과 폐열을 이용하여 열전발전을 하여 에너지 하베스팅을 할 수 있는 신재생에너지 관련 분야에서 열전재료의 보다 정확한 열전성능 평가를 할 수 있도록 한다.Although the conventional thermoelectric performance measuring device does not give a large temperature difference between the both ends of the thermoelectric material, the present invention has a heater 30 and a cooling block 40 at both ends of the thermoelectric material to give a large temperature difference of 300 ° C or more. Thermoelectric performance can be measured in an environment similar to the actual operating environment. Especially, it is possible to perform accurate performance evaluation of structures bonded with various thermoelectric materials. The present invention relates to a method for evaluating thermoelectric performance of a thermoelectric material in a renewable energy related field capable of performing energy harvesting by using thermoelectric power generation using exhaust heat and waste heat generated in an environment of a high temperature engine, a thermal power plant, .

또한 기존의 측정 장치는 열전모듈에 대한 성능평가는 하기 힘든 구조를 가지고 있지만 본 발명에서 제시하는 열전성능 측정 장치는 열전재료뿐만 아니라 다양한 형태의 열전모듈의 성능평가도 할 수 있다. In addition, although the conventional measuring apparatus has a structure which is difficult to evaluate the performance of the thermoelectric module, the thermoelectric performance measuring apparatus proposed in the present invention can evaluate the performance of various types of thermoelectric modules as well as the thermoelectric material.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications can be made by those skilled in the art within the technical scope of the present invention. Is obvious. The embodiments of the present invention are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and it is intended to cover in the appended claims rather than the detailed description thereto, the scope of the invention being indicated by the appended claims, .

Claims (7)

측정이 이루어지는 진공 챔버;
열전재료 시료 상단을 직접 가열하기 위한 히터;
상기 시료 하단을 직접 냉각하기 위한 냉각 블록;
상기 시료 둘레를 포위하는 단열재;
상기 시료 상단과 하단의 온도를 측정하여 표기하여 주는 온도측정 장치; 및
상기 시료 상단과 하단에 흐르는 전류와 전압을 측정하는 전류전압측정 장치를 포함하는 열전성능 측정 장치. A vacuum chamber in which measurement is performed;
A heater for directly heating the top of the thermoelectric material sample;
A cooling block for directly cooling the bottom of the sample;
A heat insulating material surrounding the sample;
A temperature measuring device for measuring and indicating the temperature of the upper and lower ends of the sample; And
And a current voltage measuring device for measuring a current and a voltage flowing in the upper and lower ends of the sample. 제1항에 있어서, 상기 히터의 온도를 제어하는 온도제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The apparatus according to claim 1, further comprising a temperature control device for controlling a temperature of the heater. 제1항에 있어서, 상기 시료 상단과 하단의 온도, 상기 시료 상단과 하단 사이에 흐르는 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정 단자가 부착되어 상기 시료 상단과 하단에 도입되는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The apparatus of claim 1, further comprising: an insulator having a measurement terminal for measuring a temperature of the upper and lower ends of the sample, a current flowing between the upper and lower ends of the sample, and a voltage, Thermoelectric performance measuring device. 제1항에 있어서, 상기 시료 상단과 하단의 온도차가 300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The thermoelectric performance measuring apparatus according to claim 1, wherein the temperature difference between the upper end and the lower end of the sample is 300 ° C or more. 제1항에 있어서, 상기 시료의 개방회로전압(open circuit voltage)과 출력 파워(output power)를 측정하여 열전성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The thermoelectric performance measuring apparatus according to claim 1, wherein the thermoelectric performance is evaluated by measuring an open circuit voltage and an output power of the sample. 제3항에 있어서, 상기 절연체는 직사각 플레이트 타입이고 그 상면에 ㄷ자 형태로 전극이 부착되어 있으며, 그 가운데로 상기 전극과 동일한 두께의 열전대의 끝단이 부착되어 중심부의 온도를 측정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The insulator according to claim 3, wherein the insulator is a rectangular plate type, and an electrode is attached to the upper surface of the insulator in the shape of a letter U, and an end of a thermocouple having the same thickness as the electrode is attached to the insulator, And the thermoelectric performance measuring device. 제1항에 있어서, 상기 히터는 열선이고 상기 쿨링 블록은 냉각수 또는 공기 순환을 이용하는 것을 특징으로 하는 열전성능 측정 장치. The thermoelectric performance measuring apparatus according to claim 1, wherein the heater is a hot wire and the cooling block uses cooling water or air circulation.
KR1020130081993A 2013-07-12 2013-07-12 Thermoelectric property measurement system KR20150007686A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130081993A KR20150007686A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Thermoelectric property measurement system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130081993A KR20150007686A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Thermoelectric property measurement system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150007686A true KR20150007686A (en) 2015-01-21

Family

ID=52570538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130081993A KR20150007686A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Thermoelectric property measurement system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150007686A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101690427B1 (en) * 2015-09-17 2016-12-27 울산대학교 산학협력단 Seebeck coefficient and electrical resistance measurement system
KR101695569B1 (en) * 2015-10-12 2017-01-12 한국기계연구원 Thermoelectric property measurement system
KR20170008073A (en) * 2015-07-13 2017-01-23 (주)선한엠엔티 Apparatus for measuring thermal conductivity using hot-wire
KR101706251B1 (en) * 2015-11-09 2017-02-14 부산대학교 산학협력단 Apparatus and method for measuring thermal conductivity
KR20170090351A (en) 2016-01-28 2017-08-07 한국에너지기술연구원 High temperature structure for measuring of properties of curved thermoelectric device, system for measuring of properties of curved thermoelectric device using the same and method thereof
KR20180125314A (en) * 2017-05-15 2018-11-23 주식회사 엘지화학 Apparatus and system for evaluating performance of thermoelectric modules
KR101956820B1 (en) 2017-10-27 2019-03-13 한국에너지기술연구원 Assessment method of thermoelectric module properties and assessment device for the method
CN110108930A (en) * 2019-05-23 2019-08-09 深港产学研基地（北京大学香港科技大学深圳研修院） Micro-nano microwave power detector and measurement method based on suspension low dimensional material
US10928255B2 (en) 2016-10-19 2021-02-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Device for measuring thermoelectric performance

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170008073A (en) * 2015-07-13 2017-01-23 (주)선한엠엔티 Apparatus for measuring thermal conductivity using hot-wire
KR101690427B1 (en) * 2015-09-17 2016-12-27 울산대학교 산학협력단 Seebeck coefficient and electrical resistance measurement system
KR101695569B1 (en) * 2015-10-12 2017-01-12 한국기계연구원 Thermoelectric property measurement system
KR101706251B1 (en) * 2015-11-09 2017-02-14 부산대학교 산학협력단 Apparatus and method for measuring thermal conductivity
KR20170090351A (en) 2016-01-28 2017-08-07 한국에너지기술연구원 High temperature structure for measuring of properties of curved thermoelectric device, system for measuring of properties of curved thermoelectric device using the same and method thereof
US10247685B2 (en) 2016-01-28 2019-04-02 Korea Institute Of Energy Research High-temperature structure for measuring properties of curved thermoelectric device, and system and method for measuring properties of curved thermoelectric device using the same
US10928255B2 (en) 2016-10-19 2021-02-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Device for measuring thermoelectric performance
KR20180125314A (en) * 2017-05-15 2018-11-23 주식회사 엘지화학 Apparatus and system for evaluating performance of thermoelectric modules
KR101956820B1 (en) 2017-10-27 2019-03-13 한국에너지기술연구원 Assessment method of thermoelectric module properties and assessment device for the method
CN110108930A (en) * 2019-05-23 2019-08-09 深港产学研基地（北京大学香港科技大学深圳研修院） Micro-nano microwave power detector and measurement method based on suspension low dimensional material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20150007686A (en) Thermoelectric property measurement system
Zhu et al. Realizing high conversion efficiency of Mg3Sb2-based thermoelectric materials
JP5062753B2 (en) Method and apparatus for measuring the Seebeck coefficient and thermal conductivity of thin film samples
Zhao et al. An integrated H-type method to measure thermoelectric properties of two-dimensional materials
JP2011185697A (en) Thermoelectric material evaluation device and thermoelectric characteristic evaluation method
JP4234475B2 (en) Thermoelectric element performance evaluation apparatus and thermoelectric element performance evaluation method
CN109916960A (en) A kind of dual temperature control measurement method of micro Nano material thermoelectricity capability
Skwarek et al. High temperature thermogenerators made on DBC substrate using vapour phase soldering
Bobean et al. The study and modeling of a thermoelectric generator module
Narjis et al. Design of a simple apparatus for the measurement of the seebeck coefficient
CN102818820A (en) System for measuring heat conductivity coefficient of nano materials based on vanadium dioxide nano wires
KR102024679B1 (en) Seebeck coefficient and electrical conductivity measurement device made of quartz tube and method thereof
JP7232513B2 (en) Seebeck coefficient measuring device and its measuring method
CN107255650A (en) One kind is on thermoelectric material Seebeck coefficient testing methods
Ziolkowski et al. Interlaboratory Testing for High‐Temperature Power Generation Characteristics of a Ni‐Based Alloy Thermoelectric Module
Takazawa et al. Efficiency measurement of thermoelectric modules operating in the temperature difference of up to 550K
Lenz et al. Traceable measurements of electrical conductivity and Seebeck coefficient of β‐Fe0. 95Co0. 05Si2 and Ge in the temperature range from 300 K to 850 K
Ider et al. A Robust System for Thermoelectric Device Characterization
Ling et al. Thermal conductivity measurement of thermoelectric films using transient Photo-Electro-Thermal technique
KR100791829B1 (en) Temperature measuring adapter for thermoelectric module
CN104749213A (en) Potential determination device of film thermoelectric material
Patel et al. Automated instrumentation for the determination of the high-temperature thermoelectric figure-of-merit
Hakim et al. The effect of temperature mismatch on interconnected thermoelectric module for power generation
Miao et al. Ac heating–dc detecting method for seebeck coefficient measurement of the thermoelectric micro/nano devices
KR101848012B1 (en) A method for measuring thermal conductivity and figure-of-merit of thermoelectric materials

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application