KR100925906B1

KR100925906B1 - 열전 모듈을 포함하는 가열장치

Info

Publication number: KR100925906B1
Application number: KR1020077029574A
Authority: KR
Inventors: 조른 부드데; 젠스 바아데
Original assignee: 베바스토 아게
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2009-11-09
Also published as: DE502006008771D1; WO2006136148A1; ATE495925T1; US20100065098A1; CN101203395B; EP1919725B1; JP4706983B2; CN101203395A; DE102005029182A1; CA2613299A1; EP1919725A1; CA2613299C; US7964785B2; JP2008546977A; KR20080017042A

Abstract

본 발명은 탄성 연결들(26)(40)(42)을 통해 제1 하우징(12)에 안착되는 열전 모듈(100)에 관한 것이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기계적 연결은 제1 하우징(12)과 열교환기(26) 사이에 단열재(50)를 사용한다. 덧붙여, 열전 모듈(100)과 제1 하우징(12)의 사이 및/또는 열전 모듈(100)과 열교환기(26) 사이에 열전달 매체가 대안적으로 또는 추가적으로 제공된다.

열교환기, 가열장치, 탄성 연결, 열전 모듈, 하우징

Description

열전 모듈을 포함하는 가열장치{Heating apparatus comprising a thermoelectric module}

본 발명은 가열장치에 관한 것으로서, 가열장치는 뜨거운 배기 가스를 순환시키기 위한 영역을 그 내부에 인접하여 갖는 제1 하우징, 제1 하우징을 적어도 부분적으로 감싸며, 제1 하우징과 제2 하우징 사이의 사이 공간(interspace)을 통하여 가열되는 매체가 흐르는 제2 하우징, 및 사이 공간에 설치되며, 배기 가스와 가열되는 매체 사이의 온도차를 이용하여 전압을 발생시키기에 적합한 열전 모듈(thermoelectric module, TEM)을 포함하며, 열전 모듈은 바람직하게는 제1 하우징(12)과 열교환기 사이에 설치된다.

이러한 형태의 장치는 독일 특허 DE　102　35　601　A1로부터 알려져 있다. 이러한 형태의 장치를 이용하여 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 능력은 가열장치 자체의 운전에서, 예를 들어, 송풍기 및 제어기 등을 위한, 가열장치를 가동시키기 위해 필요한 전기 에너지 발생을 가능하게 한다. 예를 들어, 자동차에 있어서, 이렇게 발생된 전기 에너지는, 예를 들면 자동차의 전원장치에 공급함으로써, 자동차의 다른 장치들에게도 사용될 수 있다. 독일 특허 DE 102　35　601　AI에 개시된 장치는 "고온측(hot side)"을 형성하는 제1 하우징부와 "저온측(cold side)"을 형성하는 열교환기 사이에 설치되는 열전 모듈 형태의 열전 장치를 가진다. 상기 가열장치가 작동할 때, 열전 모듈에 전압이 생성될 수 있으나, 가능한 한 온도차를 높게 유지해야 한다는 점, 열전 모듈과 하우징 또는 열교환기 사이에서 발생되는 열전도도의 부족 및 열팽창으로 인하여 문제가 발생 될 수 있다.

본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 상기 선행 기술의 문제점들을 개선하는 것이며, 그리고 동시에 특히 장치의 열적 및 기계적인 조건을 개선하기 위한 것이다.

이러한 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명의 유익한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.

제1 양상에 의하면, 본 발명은 열전 모듈이 탄성 연결을 통하여 제2 하우징 상에 지지되는 특유의(generic) 가열장치에 기초를 두고 있다. 이렇게 열전 모듈을 설치함으로써, 열에 의해 발생되는 팽창의 상쇄(compensation)에 있어서의 개선이 이루어질 수 있다. 따라서, 열전 모듈은 안정되게 지지 되며, 탄성적인 설치로서 충분한 유연성을 확보할 수가 있다.

예를 들어, 열전 모듈이 열교환기와 탄성 수단을 통하여 제2 하우징 상에 지지 될 수 있도록 실행될 수가 있다. 따라서, 액체 또는 기체 열전달 매체가 주위로 흐르는 열교환기는 탄성적 연결을 제공하는 역할을 할 수 있다.

이러한 아이디어의 개발에 있어서, 열전 모듈은 열교환기와, 탄성 수단을 가지며 열교환기를 지지하는 판을 통하여 제2 하우징 상에 지지될 수 있게 되어 있다.

여기서, 열교환기와 탄성 수단을 가진 판은 일체형으로 제작될 수 있다.

열팽창을 상쇄하는 이러한 장치를 간단하고 효과적으로 실행하기 위해, 탄성 연결은 컵 스프링들(cup springs)을 포함한다.

제2 양상에 의하면, 본 발명은 제1 하우징과 열교환기 사이의 기계적 연결이 단열재를 가지는 특유의 가열장치에 기초를 두고 있다. 따라서, 제1 하우징과 열교환기 사이의 온도의 불필요한 상쇄를 피할 수 있으며, 열전 장치는 고효율로 운전될 수 있다.

예를 들어, 단열재는 산화 알루미늄이나 멀라이트(mullite)를 함유하게 되어 있다.

또한, 제1 하우징과 열교환기 사이의 기계적 연결이 가열되는 매체에 대하여 열전 모듈을 밀봉하고 열에 의한 팽창을 상쇄하기에 적합한 밀봉 장치를 갖도록 하는 것이 유익하다. 기계적 연결은 특히, 두 개의 부품을 가질 수 있다. 한 가지 부품은 단열을 위하여 최적화되어 있으며, 다른 한 가지 부품은 열팽창을 상쇄하기 위한 탄성을 제공하도록 작용한다. 적절한 재료를 선택함으로써, 이 두 가지 부품은 단일 형태의 부품으로 제작할 수 있다. 즉, 높은 단열성과 탄성을 갖는 밀봉재(seal)로서 제작할 수 있다.

이와 유사하게, 제 1 하우징, 단열재, 및/또는 밀봉 장치를 일체형으로 제작할 수도 있다.

유사한 방법으로서, 열교환기, 단열재, 및/또는 밀봉 장치를 일체형으로 제작할 수 있다. 이러한 일체형 부품의 제작은 사용되는 구성 부품의 재료를 적절히 선택함으로써 가능하다.

제3 양상에 의하면, 본 발명은 열전 모듈과 제1 하우징 사이 및/또는 열전 모듈과 열교환기 사이에 열전도 수단이 사용되는 특유의 가열장치에 기초를 두고 있다. 이러한 열전도 수단을 사용함으로써, 열 소자들(thermal elements)은 열원과 히트 싱크(heat sink)에 대하여 향상된 방법으로 열적으로 연결한다.

예를 들어, 열전도 수단은 열전도 페이스트(paste)를 가질 수 있도록 이는 실행될 수 있다.

또는, 열전도 수단은 열전도 포일(foil)을 가지는 것이 가능하다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 의하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 가열장치의 부분 단면도이다.

<도면의 참조부호의 간단한 설명>

10...가열장치(Heating apparatus)

12...제1 하우징(First housing)

14...영역(Region)

16...제2 하우징(Second housing)

18...사이 공간(Interspace)

24...열접촉부(Heat contact portion)

26...열교환기(Heat exchanger)

28...화염 튜브(Flame tube)

32...사이 공간(Interspace)

40...판(Plate)

42...컵 스프링(Cup spring)

44...연결(Connection)

50...단열재(Heat-insulating material)

52...밀봉 장치(Sealing device)

100...열전 모듈(Thermoelectric module)

도 1은 본 발명에 따른 가열장치의 부분 단면도이다. 가열장치(heating apparatus)(10)는 특히 도시된 열교환기(heat exchanger)로 설명되며, 실질적으로 축에 대해 대칭인 구조를 가지며, 내부에 형성된 제1 하우징(housing)(12)과 외부에 형성된 제2 하우징(16)을 포함한다. 하우징들(12)(16)의 안에는 화염 튜브(flame tube)(28)가 설치되어 있으며, 화염 튜브(28)로부터 분출되어 나오는 배기 가스는 제1 하우징(12)의 내부를 가열한다. 제1 하우징(12)과 제2 하우징(16)의 사이에는 사이 공간(interspace)(18)이 형성되어 있으며 이를 통하여 물과 같은 열전달 매체가 흐르도록 되어 있으며, 제1 하우징(12)은 연소 열을 열전달 매체에 전달하는 열교환기로서의 기능을 수행한다. 제1 하우징(12)의 바닥에는 열전 모듈(thermoelectric module)(100)이 설치되어 있으며, 바닥은 열접촉부(heat contact portion)(24)로서 형성되어 있다. 열전 모듈(100)은 페이스트(paste)나 포 일(foil) 등의 열전달 매체를 통하여 제1 하우징(12)의 열접촉부(24)에 연결된다. 열전 모듈(100)의 다른 한쪽은 제1 하우징(12)과 제2 하우징(16)의 사이 공간(18)에 형성된 열교환기(26)로 연결된다. 열교환기(26)는 단열 링(heat-insulating ring; 50)을 통하여 제1 하우징(12)에 연결된다. 후자는 예를 들어, 산화 알루미늄이나 멀라이트(mullite)로서 구성될 수 있다. 제1 하우징(12)과 열교환기(26)의 사이 공간(32)으로 열전달 매체가 침투하는 것을 방지하기 위하여, 단열 링(50)의 양면에는 밀봉 링(sealing ring)(52)이 설치된다. 적절한 재료를 선택함으로써, 단열 링과 밀봉 장치는 일체형으로 제작할 수가 있다. 열교환기(26)는 컵 스프링(cup springs)(42)을 가진 판(plate)(40)을 통하여 제2 하우징(16) 위에 지지 된다. 따라서, 안정된 정착을 할 수 있으며, 스프링의 힘을 적절히 조절함으로써 열전 모듈(100), 제1 하우징(12), 및 열교환기(26) 사이에서 신뢰성 있는 열접촉을 이룰 수가 있다. 열교환기(26)는 전기적 연결(44) 영역에서 제2 하우징(16)에도 연결되며, 후자에 의해 지지 된다. 연결은 밀봉(46)을 통하여 이루어진다.

상기 명세서, 도면 및 청구항에서 기재된 본 발명의 특징들은 개별적으로 또는 원하는 조합으로서 본 발명을 수행하는데 필수적인 것이다.

Claims

가열장치(10)에 있어서,

뜨거운 배기 가스를 순환시키기 위한 영역(14)을 그 내부에 인접하여 갖는 제1 하우징(12);

적어도 상기 제1 하우징(12)을 부분적으로 감싸며, 상기 제1 하우징(12)과 제2 하우징(16) 사이의 사이 공간(18)을 통하여 가열되는 매체가 흐르는 제2 하우징(16); 및

상기 사이 공간(18)에 설치되며, 상기 배기 가스와 가열되는 상기 매체 사이의 온도차를 이용하여 전압을 발생시키는 열전 모듈(TEM)(100);을 포함하며,

열전 모듈(100)은 제1 하우징(12)과 열교환기(26) 사이에 설치되고,

열전 모듈(TEM)(100)은 열교환기(26)와 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되고, 열교환기(26)는 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되며, 탄성수단(42)은 제2 하우징(16) 상에서 지지되면서 열교환기(26)에 대하여 열전모듈(100)을 향한 가압력을 제공하고, 상기 가압력에 의해서 열교환기(26)가 열전모듈(100)을 가압하고 상기 가압력에 의해서 열전모듈(100)이 제1 하우징(12)을 가압하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 열교환기(26)는 열교환기(26)를 지지하는 판(40)을 통하여 상기 제2 하우징(16) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제3항에 있어서,

판(40)과 상기 열교환기(26)는 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제1항에 있어서,

상기 탄성수단(42)은 컵 스프링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
뜨거운 배기 가스를 순환시키기 위한 영역(14)을 그 내부에 인접하여 갖는 제1 하우징(12);

적어도 상기 제1 하우징(12)을 부분적으로 감싸며, 상기 제1 하우징(12)과 제2 하우징(16) 사이의 사이 공간(18)을 통하여 가열되는 매체가 흐르는 제2 하우징(16); 및

상기 사이 공간(18)에 설치되며, 상기 배기 가스와 가열되는 매체 사이의 온도차를 이용하여 전압을 발생시키는 열전 모듈(TEM)(100);을 포함하며,

상기 열전 모듈(100)은 제1 하우징(12)과 열교환기(26) 사이에 설치되며,

열전 모듈(TEM)(100)은 열교환기(26)와 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되고, 열교환기(26)는 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되며, 탄성수단(42)은 제2 하우징(16) 상에서 지지되면서 열교환기(26)에 대하여 열전모듈(100)을 향한 가압력을 제공하고, 상기 가압력에 의해서 열교환기(26)가 열전모듈(100)을 가압하고 상기 가압력에 의해서 열전모듈(100)이 제1 하우징(12)을 가압하며,

상기 제1 하우징(12)과 열교환기(26) 사이의 기계적 연결은 단열재(50)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제6항에 있어서,

상기 단열재는 산화 알루미늄 및 멀라이트(mullite)를 함유하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 하우징(12)과 상기 열교환기(26) 사이의 기계적 연결은 가열되는 매체에 대하여 상기 열전 모듈(100)을 밀봉하고 열에 의한 팽창을 상쇄하기에 적합한 밀봉 장치(52)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제8항에 있어서,

상기 단열재(50)와 상기 밀봉 장치(52) 중 적어도 어느 하나와 제1 하우징(12)은 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 열교환기(26), 상기 단열재 (50) 및 상기 밀봉 장치(52)는 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
뜨거운 배기 가스를 순환시키기 위한 영역(14)을 그 내부에 인접하여 갖는 제1 하우징(12);

적어도 상기 제1 하우징(12)을 부분적으로 감싸며, 상기 제1 하우징(12)과 제2 하우징(16) 간의 사이 공간(18)을 통하여 가열되는 매체가 흐르는 제2 하우징(16); 및

상기 사이 공간(18)에 설치되며, 상기 배기 가스와 가열되는 매체 사이의 온도차를 이용하여 전압을 발생시키는 열전 모듈(TEM)(100);을 포함하며,

열전 모듈(100)은 제1 하우징(12)과 열교환기(26) 사이에 설치되고,

열전 모듈(TEM)(100)은 열교환기(26)와 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되고, 열교환기(26)는 탄성수단(42)에 의해서 제2 하우징(16) 상에서 지지되며, 탄성수단(42)은 제2 하우징(16) 상에서 지지되면서 열교환기(26)에 대하여 열전모듈(100)을 향한 가압력을 제공하고, 상기 가압력에 의해서 열교환기(26)가 열전모듈(100)을 가압하고 상기 가압력에 의해서 열전모듈(100)이 제1 하우징(12)을 가압하며,

상기 열전 모듈(100)과 제1 하우징(12) 사이 및, 상기 열전 모듈(100)과 열교환기(26) 사이 중 적어도 어느 한 곳에는 열전도 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제11항에 있어서,

상기 열전도 수단은 열전도 페이스트(paste)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 열전도 수단은 열전도 포일(foil)을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장 치.