CO2 포집 과정을 적용한 방열판 성능개선 연구 (Performance Improvement of Heatsinks Through the Application of a CO2 Capture Process)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 37권 / 4호 / 167 ~ 174페이지
· 저자명 : 김보라, 신봉규, 이재원

초록

본 연구에서는 CO2 포집 물질이 도포된 MWCNT-PEI가 도포된 LED 방열판의 열관리 성능과 CO2 포집 물질의 성능을 평가하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
(1) 화학적 흡착 물질인 아민 계열의 PEI에 물리적 흡착 물질인 MWCNT를 함침시켜서 나노 스케일의 다공성 물질을 방열판에 도포하여 MWCNT-PEI 방열판을 제작하였으며, 저압과 대기 중에서 포집 성능을 향상 및 표면적 증가로 인한 방열판 열성능 관리가 가능한 기능성 방열판을 제작하였다.
(2) CO2가 포함된 16 wt% MWCNT-PEI 방열판은 기본 방열판 대비 9.99% 낮은 최고 온도를 가지며 가장 우수한 열관리 성능을 보였다. CO2 탈착 과정에서 흡열 효과가 발생하여 CO2를 흡착한 방열판이 흡착하지 않은 방열판보다 온도 상승폭이 낮고 CO2가 탈착 과정에서 방열판의 열을 흡수하는 흡열 과정이 일어나 방열판 냉각 효과가 상승함을 알 수 있다.
(3) CO2의 탈착 과정은 80℃ 이상의 온도에서 활성화되며, 초기 방열판의 온도 상승을 억제해 냉각성능을 향상시키는 효과를 가진다. 이는 발열 성능 평가 실험에서 약 4분 이후부터 시작되었으며, CO2를 흡착한 방열판이 흡착하지 않은 방열판에 비해 온도 상승률이 감소하였으며, 8분 이후에는 대부분의 CO2가 탈착 완료되며 흡열 효과가 감소하였을 것으로 해석된다.
(4) CO2 흡착 용량은 흡착 시간과 압력 조건에 따라 영향을 받으며, 초기 단계에서는 CO2의 흡착 속도가 빠르게 증가하였으나, 시간이 경과함에 따라 약 1시간 동안 압력 변화가 0.001 bar 이내로 유지될 때 포화 상태에 도달하여 평형상태에 도달하였다고 판단하였다.
(5) 초기 CO2 포집 용량은 12 wt%에서 4.25 mmol g-1 포집 용량은 우수하였으나 반복적인 탈착 과정에서는 성능 저하가 관찰되어, 장기적인 성능 유지 및 내구성 향상 필요성이 있다.


제조된 흡착제를 LED 방열판 상부에 도포하여 CO2 포집 물질 제조를 통한 방열판의 효율적인 열관리 성능 향상 가능성을 제기하였다. LED의 발열을 이용해 대기에서 포집한 CO2를 탈착시키고, 그 과정에서 흡열 반응이 발생하여 LED의 발열량을 줄이는 효과를 제공하며 탈착된 CO2는 식물에 공급되어 최적의 생장 조건을 조성하는 데 기여할 수 있다.

영어초록

This study evaluated the thermal management and CO2 capture performance of LED heatsinks coated with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and polyethyleneimine (PEI), demonstrating their potential for enhancing heatsink efficiency. By combining MWCNT, a physical adsorbent, with PEI, a chemical adsorbent, a porous material was created and applied to the heatsink surfaces. The heatsink containing 16 wt% MWCNT showed a maximum temperature 9.99% lower than that of an uncoated heatsink, indicating improved thermal management capabilities. The endothermic effect during CO2 desorption significantly mitigated temperature increases, further enhancing the cooling effect. The heatsink with 12 wt% MWCNT-PEI achieved the highest CO2 capture capacity at 4.25 mmol g⁻¹. This material effectively utilized heat from the LEDs to promote CO2 desorption, reducing heat generation from the LEDs. The released CO2 can be applied in areas such as indoor agriculture to optimize plant growth. These findings underscore the potential for integrating LED heatsink technology with CO2 capture systems to enhance environmental sustainability and energy efficiency.

참고자료

· 없음