철도차량 차축 베어링 발열부의 열전발전 적용에 대한 기초연구

국문 초록 (Abstract)

철도차량의 안정성과 신뢰성을 위해 상시 자가진단 시스템의 필요성이 높아지고 있다. 통상적으로 이러한 모니터링 시스템에는 유선 센서가 쓰여 왔는데, 설치 장소의 제약이 적은 무선 센서의 활용과 유지보수의 문제를 위해서는 무선 센서의 전원 문제를 해결하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 고속으로 주행하는 차량 주변의 에너지를 활용하여 친환경적이면서 반영구적인 자가 발전의 방편으로 열전 발전의 적용성을 검토하였다. 차량의 주행 조건에 따라 열전 발전 모듈이 설치될 차축 베어링 커버의 온도 차이에 대한 측정이 먼저 이루어졌고, 여기에 상용 열전 소자 모듈을 장착하여 그 성능을 테스트하였다. 주어진 조건에서 출력을 높이기 위해 부하 저항 및 열전 소자 전용 회로를 적용하여 효과를 분석한 결과, 저온부의 효과적인 냉각 및 열손실의 최소화를 통해 열전 발전을 통한 무선 센서 전원 공급이 가능할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There has been intense research on self-diagnosis systems in railway applications, since stability and reliability have become more and more significant issues. Wired sensors have been widely used in the railway vehicles, but because of the difficulty in their maintenance and accessibility, they ar not considered for self-diagnosis systems. To have a self-monitoring system, wireless data transmission and self-powered sensors are required. For this purpose, a thermoelectric energy harvesting module that can generate electricity from temperature gradient between the bogie axle box and ambient environment was introduced in this work. The temperature gradient was measured under actual operation conditions, and the behavior of the thermoelectric module with an external load resistance and booster circuits was studied. The proposed energy harvesting system can be applied for wireless sensor nodes in railroad vehicles with optimization of thermal management.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 본론
• 3. 결론
• 참고문헌(References)

참고문헌 (Reference)

1 김정국, "철도차량 차축 재료의 파괴특성 적외선열화상 모니터링" 한국비파괴검사학회 30 (30): 116-120, 2010

2 김재훈, "철도차량 모니터링 시스템 개발을 위한 자가발전 기술 연구" 대한기계학회 35 (35): 955-960, 2011

3 한순우, "철도 레일의 결함 검출을 위한 비파괴탐상 기술" 한국비파괴검사학회 31 (31): 398-413, 2011

4 김영덕, "지하철 역사에서 실시간 안전 모니터링 위한 비컨 기반의 무선 센서 네트워크 설계 및 구현" 한국철도학회 11 (11): 364-370, 2008

5 이대웅, "자동차 배기폐열 회수용 열전발전 시스템의 성능에 관한 연구" 대한설비공학회 26 (26): 287-293, 2014

6 정재훈, "소규모 산업 폐열회수용 열전발전시스템의 출력 특성에 관한 실험적 연구" 대한기계학회 34 (34): 383-390, 2010

7 "http://www.micropelt.com/downloads/datasheet_thermogenerator_package.pdf"

8 "http://www.micropelt.com/down/datasheet_mpgd751. pdf"

9 Snyder, G. J., "Thermoelectric Efficiency and Compatibility" 91 (91): 148301-, 2003

10 Stevens, J. W., "Optimal Design of Small ΔT Thermoelectric Generation Systems" 42 : 709-720, 2001

11 정지영, "LED터널등 모듈의 폐열활용을 위한 열전소자의 발전 성능 분석" 한국조명.전기설비학회 29 (29): 1-6, 2015

12 Harb, A., "Energy Harvesting: State-ofthe-art" 30 : 1-14, 2010

13 Kure, G., "Condition Monitoring: the Apotheosis of Maintenance" 42-43, 2009