부산대학교 도서관

본 논문은 일상생활과 관련된 동작을 지지하는 의료용 시스템 적용을 위한 수소저장합금 모듈 형상 설계에 관한 고찰로써, 3가지의 수소저장합금 모듈을 설계하였고, 열원(Heat source)으로부터 전달받는 수소저장합금 모듈의 열전달 특성 분석을 수행하였다. 또한, 수소저장합금 모듈을 이용한 수소저장합금 엑추에이터 구동부를 개발하였고, 의료용 시스템의 기초 구동 테스트를 진행하였다.수소저장합금 모듈의 열전달 능력을 향상시키기 위하여 기존의 선 접촉 열전달 방식 수소저장합금 모듈을 면 접촉 방식으로 새롭게 설계하고, 이에 관한 열전달 해석을 수행함으로써 기존의 방식에 비하여 효율적인 수소저장합금 모듈을 개발하였다. 수소저장합금은 재료의 종류 및 혼합 비율에 따라 압력(Pressure), 농도(Concentration), 온도(Temperature)의 특성이 달라진다. 본 실험에서는 3가지의 ‘가열-냉각’ 온도 조건을 달리 하여 3가지 유형의 수소저장합금 모듈의 열전달 능력에 대한 시뮬레이션 테스트를 진행하였다. 열전달 시뮬레이션은 Abaqus software를 이용하여 분석하였으며, 분석 결과 면 접촉 방식의 수소저장합금 모듈의 3가지 온도 조건 도달 시간이 선 접촉 방식에 비하여 가열과 냉각 모두 약 19초에서 약 4초로 감소하여 면 접촉 방식의 열전달 효율이 선 접촉 방식에 비해 약 4.4배 정도 높은 것으로 판단된다.수소저장합금 엑추에이터의 구동 실험에서는 새롭게 개발한 면 접촉 방식의 수소저장합금 모듈을 이용하여 수소저장합금 엑추에이터를 제작하고, 그 구동을 위한 실험 환경을 구성하였다. 열전소자의 정확한 온도 제어를 위하여 수소저장합금 모듈의 수소가스 압력 및 표면 온도를 측정하였으며 온도 제어를 위하여 LabVIEW 소프트웨어(NI Inc.)를 사용하였다. 수소저장합금 엑추에이터의 구동 성능을 확인하기 위하여, ‘-2A∼2A’ 범위의 정현파(Sine wave)를 인가시켜 열전소자의 온도를 제어하였다. 열전소자는 2A의 전류 신호를 인가시킬 시 가열되었고, -2A의 전류 신호를 인가시킬 시 냉각되었다. 열전소자의 냉각 시, 냉각 효율을 높이는 수단으로 냉각팬을 구동하였다. 전류 제어 신호는 50초, 100초, 200초의 3가지 조건으로 나누어 인가시켰으며, 수소저장합금 모듈 안의 수소가스 압력 모니터링을 통해 열전소자를 가열 및 냉각될 경우의 수소저장합금 엑추에이터의 구동 성능을 확인하였다. 구동 테스트 결과 3가지 실험 환경 모두 열전소자의 가열 시 수소저장합금 모듈 표면의 온도상승과 수소가스의 압력증가 경향을 확인했고, 냉각 시에는 표면의 온도 하강과 수소 가스의 압력 감소 경향을 확인했으며 열전소자 제어를 위한 전류 인가 시간 증가에 따라 수소저장합금 모듈 안의 수소가스의 압력 또한 증가하는 경향을 보였다.