중요한 에너지 변환 기술로서 펠티에 온도 조절·제벡 발전에 주목

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-28

- 펠티에(Peltier) 온도 조절 및 제벡(Seebeck) 발전 기술에 주목 / 배열의 유효 이용, 정밀한 온도 제어 - 일본에서 에너지의 유효 이용이 요구되는 가운데 온도차에 의해서 발전하는 ′제벡 효과′와 그 역작용으로 전류를 흘리는 것으로 열을 이동시키는 ′펠티에 효과′는 중요한 에너지 변환 기술로서 주목받고 있다. 제벡 효과는 온도차 발전 소자에 이용되고 있다. 한편 펠티에 효과를 이용한 온도 조절 기술은 진동의 발생도 없고 국소적인 온도 조정을 할 수 있다. 배열 에너지로부터의 직접 발전이나 고밀도 실장 기기의 방열 대책 등에서의 활약이 기대되고 있다. 1821년 독일 과학자 제벡은 두 가지 다른 금속을 사용한 회로로 양쪽 모두의 접점에 온도차를 주면 금속 사이에 전압이 발생하여 전류가 흐르는 것을 발견하였다. 발견자의 이름을 따 제벡 효과라고 부른다. 그 후 1834년 프랑스 과학자 펠티에는 두 종류의 금속을 접합하여 직류를 흘리면 다른 쪽 접합부에서 흡열, 또 다른 쪽에서 발열해 전류의 방향을 반대로 하면 흡열부・발열부도 바뀌는 것을 발견했다. 이것이 펠티에 효과이다. 현재 선진국에서 소비되고 있는 에너지의 약 3분의 2가 미이용인 채 배열로서 방출되고 있다. 그 1%라도 낭비 없게 회수할 수 있으면 지구 온난화 억제나 에너지 절약에 큰 효과를 전망할 수 있다. 따라서 배열 에너지를 효율적으로 이용 가능한 에너지 형태로 변환하는 기술 개발이 강하게 요구되고 있다. 제벡 효과를 이용한 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전 변환 기술이 주목받고 있다. 온도차가 있는 한 전력을 얻을 수 있기 때문에 배터리 교환이나 배전, 정전의 시기를 의식하지 않아도 된다. 가동부를 가지고 있지 않기 때문에 소음이 없고 지진에 대해서도 강고하다. 배출 가스가 없기 때문에 깨끗한 전기 에너지를 얻을 수 있다. 예를 들면 가볍고 튼튼한 카본 나노튜브(CNT)를 이용한 열전 교환 소자가 유연하게 실온 근처에서 동작 가능하다는 것이 실증되고 있어 실용 레벨을 목표로 한 보다 고성능인 소자의 개발이 계속되고 있다. 펠티에 효과를 이용한 온조는 콤팩트하고 진동이 없는 냉각 유닛을 구성할 수 있고 고정밀도로 응답이 빠른 온도 제어를 할 수 있으며 냉매가 불필요하고 심플한 구조 등이 특징이다. 공간에 제한이 있지만 소리나 진동을 피하고 싶은 용도나 정밀한 온도 제어가 요구되는 용도로 활용되고 있다. 응용 예로는 레이저 다이오드의 정밀 온도 제어나 반도체 제조 장치의 칠러(냉각수 순환 장치), 의학・바이오 공학의 생체 시료 분석 장치, 숙박시설의 소형 냉장고 등에 사용되고 있다. 자동차에서는 펠티에 효과를 이용한 열전 교환 모듈이 스폿 공조, 부분 온조의 용도로 좌석 부분 등에 채용되고 있다. 높은 냉각 성능이나 고 내구 특성, 고 신뢰성을 발휘하고 있다. http://www.nikkan.co.jp/adv/gyoukai/2015/150119a.html