KR100812797B1 - 휴대용 열전발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 열전발전기에 관한 것으로 열전발전기의 발전능력을 향상시키고 휴대가 간편하도록 하기 위해 열을 전달받는 집열판과 열을 방출하는 냉각판과 상기 집열판과 냉각판 사이에 결합되며 상기 집열판과 냉각판의 온도차이에 의해 전기를 생산하게 되는 열전발전모듈로 이루어진 열전발전기에 있어서, 상기 냉각판의 표면에 다수개의 히트파이프를 부설하게 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기를 그 기술적 구성으로 하게되며 이에따라 냉각판의 열을 신속하게 이동시켜 냉각판을 냉각시켜 발전 효율이 증가하게되며 별도의 냉각장치가 구비되지 않아 휴대가 간편하다는 효과가 있다.

열전발전기 히트파이프 냉각 전력 휴대

Description

휴대용 열전발전기{Portable Thermoelectrocity Generator}

도1 : 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대용 열전발전기의 사시도

도2 : 휴대용 열전발전기의 출력특성(전류-출력전력)

도3 : 휴대용 간이 열전발전기의 출력특성(저항-출력전력)

도4 : 휴대용 간이 열전발전기의 출력전압특성(양단온도차-출력전압)

도5 : 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대용 열전발전기의 정면도

본 발명은 휴대용 열전발전기에 관한 것으로 보다 상세하게는 열전발전기의 냉각판에 히트파이프를 다수개 설치하여 냉각판을 신속하게 냉각시키도록 구성한 휴대용 열전발전기에 관한 것이다.

야외에서 전기,전자제품을 사용하기 위해서는 휴대용 발전기를 구비하거나 1차전지 또는 2차전지를 구비하여야 한다. 종래의 휴대용 발전기는 원료인 오일을 연소시켜 발전기를 구동하도록 구성되어 있어 부피가 크며 소음과 진동이 발생하게된다는 문제점이 있다. 그리고 1차전지 또는 2차전지의 경우 각 셀의 용량이 적으므로 다수 개를 구비하여야 하므로 부피가 크고 무거워 장기간의 사용이 곤란하다 는 문제점이 있다.

상기의 소음등을 해결한 발전방법으로 열전발전이 있다. 상기 열전발전은 양측면의 온도차에 의해 전류가 흐르게 되는 반도체를 다수 개 직렬로 연결하고 그 양측에 일측은 열을 받게 되는 집열판을 설치하고 타측면에는 열을 발산하는 냉각판을 구비하여 상기 집열판을 가열하여 발전을 하는 것으로 양측면의 온도차가 클수록 발전이 더욱 잘 일어난다. 따라서 냉각을 하게 되는 냉각판 측에 물을 흘려보내 냉각을 하는 등의 냉각방법이 필요하게 된다. 그런데 종래의 열전발전기는 냉각을 위한 장치가 부설되어 있으므로 부피와 무게가 커지게 되어 휴대가 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 열전발전기의 효율을 높이고 부피를 최소화하여 휴대가 용이한 휴대용 열전발전기를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 열을 전달받는 집열판과 열을 방출하는 냉각판과 상기 집열판과 냉각판 사이에 결합되며 상기 집열판과 냉각판의 온도차이에 의해 전기를 생산하게 되는 열전발전모듈로 이루어진 열전발전기에 있어서, 상기 냉각판의 표면에 다수개의 직선형의 히트파이프를 부설하게 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기를 기술적 요지로 한다.

바람직하게는 상기 히트파이프들의 말단에는 금속재의 방열판이 부설되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 방열판의 상부는 액체를 수용할 수 있도록 오목한 수용부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 히트파이프는 판형상을 이루며 금속으로 이루어진 방열핀이 서로 이격되어 다수개 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 열을 전달받는 집열판과 열을 방출하는 냉각판과 상기 집열판과 냉각판 사이에 결합되며 상기 집열판과 냉각판의 온도차이에 의해 전기를 생산하게 되는 열전발전모듈로 이루어진 열전발전기에 있어서, 상기 냉각판의 표면에 다수개의 절곡된 히트파이프를 부설하게 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기를 또 다른 기술적 요지로 한다.

바람직하게는 상기 히트파이프들의 말단에는 지면 또는 벽면에 접촉하여 열을 전달하게되는 판형상의 방열부재가 부설되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 히트파이프는 판형상을 이루게되며 다수개의 관통공이 형성되어 상기 히트파이프가 상기 관통공을 통과하도록 구성된 냉각핀이 다수개 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 휴대용 열전발전기를 상세히 설명하기로 한다.

<제1실시예>

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대용 발전기의 사시도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대용 열전발전기는 크게 열전발전기와 히트파이프(20)와 방열판(30) 그리고 방열핀(40)으로 나눌 수 있다.

먼저 열전발전기에 대해 설명하기로 한다. 상기 열전발전기는 집열판(10)과 냉각판(12) 사이에 온도차에 의해 전류가 흐르는 반도체로 이루어진 열전발전모듈(11)을 설치한 것으로 상기 집열판(10)이 가열되어 상기 냉각판(12)과 온도차이가 발생하게되면 전류가 흘러 발전이 되도록 한 것이다.

다음으로 히트파이프(20)에 대해 설명하기로 한다. 상기 히트파이프(20)는 상기 열전발전기의 냉각판(12)에 부설되어 상기 냉각판(12)의 열을 신속하게 이동시켜 냉각판(12)의 온도를 낮추게된다. 상기 히트파이프(20)는 파이프 내부에 소량의 액체를 넣고 밀봉한 것으로 내부의 액체가 기체로 증발하거나 증발한 기체가 액체로 응축될 때 흡수하거나 발생하게 되는 잠열을 이용하여 대량의 열을 이동시키는 열전달기구이다. 본 발명의 제1실시예에서는 상기 히트파이프(20)은 직선형으로 형성되어 상기 냉각판(12)에 수직으로 부설되어 냉각판의 열을 신속하게 상측으로 전달하도록 구성된다.

다음으로 방열판(30)에 대해 설명하기로 한다. 상기 방열판(30)은 열을 잘 전도시키는 판형상의 금속으로 상기 히트파이프(20)의 말단에 결합되는 것이다. 상기 방열판(30)의 일측면에는 냉각수 등이 담길 수 있는 수용부(31)를 형성하여 상기 히트파이프(20)로부터 전달된 열을 상기 냉각수에 전달하도록 구성하게 된다. 그러나 상기와 같이 수용부(31)를 형성하는 대신 방열판(30)만으로 상기 히트파이프(20)를 통해 전달된 열을 공기중으로 방출하도록 구성하거나 상기 방열판(30) 상부에 물을 담을 냄비등을 올려놓아 전달되는 열로 상기 냄비 내의 물을 가열하도록 구성하는 것도 고려해볼 만하다.

다음으로 방열핀(40)에 대해 설명하기로 한다. 상기 방열핀(40)은 두께가 얇은 판형상을 이루게되며 상기 히트파이프(20)가 통과할 수 있도록 다수개의 관통공이 형성된 것으로 냉각판(12)과 방열판(30)사이에 다수개가 서로 이격되어 설치되어 공기와 접촉면적을 넓혀 히트파이프(20)를 통해 전달되는 열이 용이하게 배출될 수 있도록 한다. 열을 보다 잘 전달시키기위해 상기 방열핀(40)은 열을 잘 전달하는 구리등의 금속으로 제조된다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대용 열전발전기의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다. 도1에 도시된 본 발명의 휴대용 열전발전기의 상부 방열판(30)의 수용부(31)에는 상온의 물을 채워두고 집열판(10)의 하부에 휴대용 가스버너를 위치시키고 불을 켜 가열하게 된다. 이에따라 상기 집열판(10)은 온도가 올라가게되며 상기 열은 중간의 열전발전모듈(11)을 통과하여 상측의 냉각판(12)측으로 전달된다. 이때 직접 가열되는 집열판(10)측면의 온도가 냉각판(12)측면의 온도보다 높으므로 상기 열전발전모듈(11)에는 전류가 흐르기 시작한다. 상기 냉각판(12) 측으로 전달되는 열은 상기 냉각판(12)에 부설된 다수개의 히트파이프(20)를 따라 상측으로 이동하게되며 상기 히트파이프(20)의 측면에 부설된 다수개의 방열핀(40)에 의해 공기와 접촉하여 열을 배출하게 된다. 상기와 같이 방열 핀(40)을 통해 배출되고 남은 열은 계속 상측으로 이동하여 상부의 방열판(30)에 전달된다. 상기와 같이 방열판(30)측으로 전달된 열은 수용부(31)내의 물을 가열하여 증발시키게되므로 외부로 방출되어 상기 냉각판(12)의 온도 상승을 최대한 억제하게된다.

본 발명의 제실시예와 같이 구성된 열전발전기는 도2에 도시된 바와 같이 0.75암페어에서 약 20와트의 전력을 생산하게 된다. 또한 도3에 도시된 바와 같이 외부저항이 7옴인 상태에서 약 20와트의 출력특성을 나타낸다. 도2와 도3의 열전발전기는 상기 집열판(10)과 냉각판(12)의 온도차이가 120도씨를 유지하고 있는 경우이다. 또한 상기 열전발전기는 도4에 도시된 바와 같이 집열판(10)과 냉각판(12)의 온도차이가 커질수록 전압이 높아진다는 특성을 가짐을 알 수 있다.

<제2실시예>

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대용 열전발전기의 정면도이다. 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와는 달리 히트파이프(20)를 "ㄱ" 자형태 또는 "∩"자 형태로 절곡하여 설치하게된다. 상기와 같이 히트파이프를 절곡하는 이유는 상대적으로 온도가 낮은 지면(70)이나 벽면등에 상기 히트파이프(20)의 말단을 접촉시켜 공기중에서 열이 배출되도록 하는 제1실시예에 비해 열을 신속하게 배출하기 위한 것이다.

상기와 같이 절곡된 히트파이프(20)는 말단에 지면(70)이나 벽면과 접촉시키기위한 방열부재가 부설된다. 상기 방열부재(50)는 알루미늄이나 구리등의 금속재 로 이루어지며 상기 히트파이프(20)들의 말단이 상기 방열부재(50)의 일측면에 결합되며 열전발전기의 작동시 지면이나 벽면에 상기 방열부재(50)가 닿을 수 있도록 한다. 상기와 같이 방열부재(50)를 사용한 것은 지면이나 벽면에 닿는 면적을 넓혀 최대한 열을 신속하게 전달하기 위함이다.

그리고 상기 히트파이프에는 제1실시예의 방열핀과 같은 역할을 하는 냉각핀(60)이 부설된다. 상기 냉각핀(60)은 도2와 같이 "∩"자형으로 절곡된 경우에는 평행을 이루는 부분은 일정한 간격을 이루면서 평행을 이루도록 설치되나 말단의 절곡부위나 "ㄱ"자로 절곡된 경우에는 서로 일정한 각도를 이루면서 설치하게 된다.

상기와 같이 구성된 휴대용 열전발전기는 도5에 도시된 바와 같이 집열판은 휴대용 버너의 상부에 올려지며 방열부재는 지면에 닿도록 설치한 후 버너를 작동시켜 집열판을 가열하게되고 이에따라 발전이 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명의 휴대용 열전발전기에 의하면 냉각을 위한 별도의 장치가 없으므로 부피와 무게가 적어 휴대가 간편하며 소음과 진동이 전혀 없이 전력을 용이하게 얻을 수 있다는 효과가 있다. 또한 집열판과 냉각판의 온도차를 크게 할 수 있어 충분한 전력을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 열을 전달받는 집열판과 열을 방출하는 냉각판과 상기 집열판과 냉각판 사이에 결합되며 상기 집열판과 냉각판의 온도차이에 의해 전기를 생산하게 되는 열전발전모듈로 이루어진 열전발전기에 있어서,

   상기 냉각판의 표면에 다수개의 직선형의 히트파이프를 부설하게 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기.
2. 제1항에 있어서

   상기 히트파이프들의 말단에는 금속재의 방열판이 부설되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기.
3. 제2항에 있어서

   상기 방열판의 상부는 액체를 수용할 수 있도록 오목한 수용부가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서

   상기 히트파이프는 판형상을 이루며 금속으로 이루어진 방열핀이 서로 이격되어 다수개 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기.
5. 열을 전달받는 집열판과 열을 방출하는 냉각판과 상기 집열판과 냉각판 사이에 결합되며 상기 집열판과 냉각판의 온도차이에 의해 전기를 생산하게 되는 열전발전모듈로 이루어진 열전발전기에 있어서,

   상기 냉각판의 표면에 다수개의 절곡된 히트파이프를 부설하게 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전발전기.
6. 제5항에 있어서

   상기 히트파이프들의 말단에는 지면 또는 벽면에 접촉하여 열을 전달하게되는 판형상의 방열부재가 부설되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전 발전기
7. 제5항 또는 제6항에 있어서

   상기 히트파이프는 판형상을 이루게되며 다수개의 관통공이 형성되어 상기 히트파이프가 상기 관통공을 통과하도록 구성된 냉각핀이 다수개 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열전 발전기

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