고장메커니즘 개선을 통한 열전모듈식 정수기의 신뢰도 향상

Abstract

이 논문은 최근 정수기 업계에서 활발히 개발이 이루어지고 있는 열전모듈을 이용한 냉정수기의 신뢰도 향상에 관한 연구이다. 기존 냉정수기에 사용되던 냉매 압축식 냉동기를 대체하기 위한 열전모듈은 최근 4인 이하 가구가 늘어나 큰 냉수 용량의 필요성이 줄어들면서 수요가 급증하기 시작하였다. 그러나 시장의 형성 시기가 오래되지 않아 고장 유형 분석 및 신뢰성 검증 기법은 상대적으로 발달하지못한 것이 현실이다. 기존의 열전소자를 이용하는 가전제품은 주로 공기를 냉각시키는 화장품 냉장고, 음식물 저장고 및 회로의 열을 냉각시키는 냉각기 등이 대부분이었으나, 냉정수기는 상대적으로 부하량이 큰 물을 냉각시키기 위한 제품으로서 기존의 열전모듈 적용 환경보다 가혹하여 더 높은 신뢰도가 요구되고 있다. 본 논문에서는 열전모듈에 대한 고장메커니즘을 분석하여 소자의 흡열부와 발열부간의 온도 차이에 의한 shear stress로 피로파괴가 일어나는 것과 제조공정 관리 소홀 및 몰딩의 파괴로 소자 내부로 침투한 습기에 의해 부식되는 것이 주원인임을 알아냈다. 이에 대한 개선안으로 sealing 재료의 변경과 방부식 도금 처리를 제안하고 가속수명시험을 통해 수명을 예측하는 신뢰성 분석 기법을 제안하였으며, 제품의 설계조건에 따라 열전모듈에 가해지는 stress의 수준이 달라짐을 반영하여 stress 조건별로도 수명의 예측이 가능하도록 관계식을 유도하였다. 이는 본 논문에서 제시한 고장메커니즘 개선안 이외의 다른 안이 도출되었을 때에도 stress 유형이 동일하다면 적용이 가능하다.