KR101309554B1 - Thermoelectric generation for independent power supply device use industrial waste heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업용 폐열을 제백(Seebeck)의 원리를 이용하여 열전발전하는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric type independent power supply using industrial waste heat, and more particularly, to a thermoelectric type independent power supply using industrial waste heat to thermoelectrically generate industrial waste heat using the Seebeck principle. will be.
최근 지구 온난화와 기상 이변 등으로 인한 자연 재해를 방지하고자 이산화탄소의 배출 규제가 강화되고 있고, 이와 함께 청정 에너지의 수요가 증가하면서 연료전지 발전이나 열전발전 등이 도입되고 있다.In order to prevent natural disasters caused by global warming and extreme weather, the regulation of emission of carbon dioxide has been tightened, and along with the demand for clean energy, fuel cell power generation and thermoelectric power generation have been introduced.
열전발전은 집적화된 열전반도체를 이용하여 열을 전기로 변환하는 것으로 소각로나 각종 산업 설비에서 발생하는 폐열이나 태양열, 지열, 하천수 열과 같은 자연열을 통해서도 직접 전력을 생산해 낼 수 있으며, 전기를 생산하는 과정에서 환경유해 가스를 배출하지 않을 뿐만 아니라 소음도 발생하지 않으며, 수명도 반영구적인 청정 전기 발생장치로 최근에 각광받고 있는 실정이다.Thermoelectric power generation converts heat into electricity using an integrated thermoelectric semiconductor, which can directly generate electricity through natural heat such as waste heat, solar heat, geothermal heat, and river water generated in incinerators and various industrial facilities. In the process, it does not emit environmentally harmful gases, generates no noise, and has recently been spotlighted as a semi-permanent clean electric generator.
이러한 열전발전을 이용한 설비와 관련된 기술이 특허등록 제10-0138698호 및 특허등록 제10-0965715호에 제안된 바 있다.Techniques related to such a facility using thermoelectric power have been proposed in Patent Registration No. 10-0138698 and Patent Registration No. 10-0965715.
이하에서 종래기술로서 특허등록 제10-0138698호 및 특허등록 제10-0965715호에 개시된 지지 구조를 간략히 설명한다.Hereinafter, the supporting structures disclosed in Patent Registration No. 10-0138698 and Patent Registration No. 10-0965715 as prior arts will be briefly described.
도 1은 특허등록 제10-0138698호(이하 '종래기술 1'이라 함)의 연료전지 발전과 열전발전을 이용한 복합 발전 설비를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 종래기술 1은 연료전지 발전과 열전발전을 이용한 복합 발전 설비는 수소 또는 천연가스와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전류와 고온의 폐열을 발생시키는 연료전지(110)와, 상기 연료전지(110)에 연료를 공급하는 저온의 연료공급 배관(215), 및 상기 연료전지(110)에서 발생되는 고온의 배기가스를 이송하는 배기가스 배관(220)을 포함하는 연료전지 발전 설비; 및 상기 연료공급 배관(215)을 저열원 흡수부로 하고 상기 배기가스 배관(220)을 고열원 흡수부로 하는 제 1 열전발전 모듈(230)과, 상기 배기가스 배관(220)을 통과한 배기가스가 배출되는 연도(250)를 고열원 흡수부로 하고 대기를 저열원 흡수부로 하는 제 2 열전발전 모듈(240)을 포함하는 열전발전 설비;를 포함하여 구성된다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a combined power generation facility using fuel cell power generation and thermoelectric power generation of Patent Registration No. 10-0138698 (hereinafter, referred to as 'prior art 1'). As shown in FIG. 1, a conventional power generation system using fuel cell power generation and thermoelectric power generation includes a
그러나 종래기술 1에 의한 열전발전을 이용한 복합 발전 설비는, 연료공급 배관(215)을 저열원 흡수부로 하고, 상기 배기가스 배관(220)을 고열원 흡수부로 한 흡수부가 각각 구비됨에 따라 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.However, in the combined cycle power generation system using thermoelectric power generation according to the
도 2는 특허등록 제10-0965715호(이하 '종래기술 2'라 한다)의 열전발전 및 열발생장치의 조립도이다.2 is an assembly diagram of a thermoelectric power generation and heat generating apparatus of Patent Registration No. 10-0965715 (hereinafter referred to as 'prior art 2').
종래기술 2의 열전발전 및 열발생장치는 열전발전 및 열발생장치는 연료탱크(1), 블로워(2), 연료·공기혼합기(3), 연료의 연소를 위한 버너(4), 연소가 이루어지는 보일러의 내벽에 부착하여 고온의 연소열에 의해 발전을 하는 열전모듈(5), 열전모듈의 저온부의 냉각을 위한 워터자켓(6), 폐연소가스의 에너지를 2차로 회수하여 폐연소가스의 수증기를 응축회수하는 응축 열교환기(7), 온수 또는 온풍의 열에너지를 소비하는 온돌 또는 부하장치(8), 온수 순환펌프(9)로 구성되어 진다.In the thermoelectric power generation and heat generating apparatus of the prior art 2, the thermoelectric power generation and heat generating apparatus includes a fuel tank (1), a blower (2), a fuel / air mixer (3), a burner (4) for combustion of fuel, and combustion. The thermoelectric module 5, which is attached to the inner wall of the boiler to generate electricity by the high temperature combustion heat, the water jacket 6 for cooling the low temperature part of the thermoelectric module, and the energy of the waste combustion gas are recovered secondarily to recover the steam of the waste combustion gas. Condensation recovery condensation heat exchanger (7), hot water or hot air to consume the thermal energy of the ondol or load device (8), hot water circulation pump (9).
그러나 종래기술 2에 의한 열전발전 및 열발생장치는 연소실 내벽에 열전소자를 부착하여 구조는 간단하지만, 상기 연소실의 한정된 크기에 의해 열전발전 용량의 한계가 있는 문제점이 있었다.However, the thermoelectric power generation and heat generating apparatus according to the prior art 2 attaches a thermoelectric element to the inner wall of the combustion chamber, but the structure is simple. However, the thermoelectric power generation capacity is limited by the limited size of the combustion chamber.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배기되는 산업용 폐열을 통해 상기 폐열의 배기 방향과 나란하게 배치된 열전발전모듈의 방열판을 거쳐 가열측을 가열시키고, 상기 열전발전모듈의 냉각측을 별도의 냉각장치를 통해 냉각시켜 가열측과 냉각측의 큰 온도차에 따라 기전력의 출력을 증대시킴에 따라 독립전원이나 비상전원으로 사용이 가능하고, 간단한 구조에 의해 유지보수 비용이 저렴하며, 대체 에너지로 사용할 수 있는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by heating the heating side via the heat sink of the thermoelectric power module arranged in parallel with the exhaust direction of the waste heat through the industrial waste heat to be exhausted, the thermoelectric By cooling the cooling side of the power generation module through a separate cooling device, the output of the electromotive force increases according to the large temperature difference between the heating side and the cooling side, so it can be used as an independent power source or an emergency power source. To provide a low-cost, thermoelectric type independent power supply using industrial waste heat can be used as alternative energy.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 연통 중 열전 발전이 이루어지는 부분의 단면적을 이웃한 배기구의 단면적보다 크게 하여 연소 가스의 배기 속도를 상대적으로 낮춤에 따라 방열판을 통한 방열률을 향상시킬 수 있게 한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to increase the cross-sectional area of the portion in which the thermoelectric power generation during communication is larger than the cross-sectional area of the neighboring exhaust port to improve the heat dissipation rate through the heat sink in accordance with the relatively low exhaust rate of the combustion gas It is to provide a thermoelectric type independent power supply using waste heat.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 방열판의 핀을 빗살 모양으로 배열하여 열의 흡수에 따른 표면적을 넓힐 수 있게 한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a thermoelectric power generation independent power supply using industrial waste heat to arrange the fins of the heat sink in the shape of a comb to increase the surface area according to the absorption of heat.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 산업 기기의 폐열 배출구에 연결되어 폐열이 배기되며, 측벽에 우회 연통이 분기되는 연통; 상기 연통 내에서 적어도 하나가 상기 폐열의 배기방향과 평행하게 배치되어 상기 폐열에 의해 열전발전되는 열전발전부; 상기 열전발전부의 냉각측을 냉각시키는 냉각장치; 및 상기 열전발전부에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 변환시키는 전력 변환 장치;를 포함하는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치를 통해 달성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is connected to the waste heat outlet of the industrial equipment, the waste heat is exhausted, the communication in which the bypass communication is branched to the side wall; At least one thermoelectric power generation unit disposed in parallel with the exhaust direction of the waste heat and thermoelectrically generated by the waste heat; A cooling device for cooling the cooling side of the thermoelectric generator; And a power conversion device electrically connected to the thermoelectric generator and converting output power.
또한, 상기 열전발전부는, 상기 폐열을 흡수한 후 방출하는 한 쌍의 방열판과, 상기 방열판의 내측벽에 가열측이 각각 접촉하도록 구비되는 한 쌍의 열전모듈 및 상기 열전모듈의 이웃한 냉각측 사이에 양 측벽이 각각 접촉하도록 구비되며 상기 냉각장치와 냉각수관을 통해 연통되는 냉각부재를 포함할 수 있다.The thermoelectric generator may include a pair of heat sinks absorbing and dissipating the waste heat, and a pair of thermoelectric modules provided on the inner wall of the heat sink to contact each other, and a neighboring cooling side of the thermoelectric module. Both side walls may be provided in contact with each other and may include a cooling member communicating with the cooling apparatus and the cooling water pipe.
또한, 상기 방열판은 핀이 빗살 모양으로 배열될 수 있다.In addition, the heat sink may be arranged in the shape of a comb teeth.
또한, 상기 열전모듈과 상기 전력 변환 장치 사이에 발전전류의 안정화를 위한 전력 조정 장치가 더 구비될 수 있다.In addition, a power adjusting device for stabilizing the generated current between the thermoelectric module and the power converter may be further provided.
본 발명에 의하면, 배기되는 산업용 폐열을 통해 상기 폐열의 배기 방향과 나란하게 배치된 열전발전모듈의 방열판을 거쳐 가열측을 가열시키고, 상기 열전발전모듈의 냉각측을 별도의 냉각장치를 통해 냉각시켜 가열측과 냉각측의 큰 온도차에 따라 기전력의 출력을 증대시킴에 따라 독립전원이나 비상전원으로 사용이 가능하고, 간단한 구조에 의해 유지보수 비용이 저렴하며, 대체 에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the heating side is heated via a heat sink of a thermoelectric power module arranged in parallel with the exhaust direction of the waste heat through industrial waste heat to be exhausted, and the cooling side of the thermoelectric power module is cooled by a separate cooling device. By increasing the output of electromotive force according to the large temperature difference between the heating and cooling sides, it can be used as an independent power source or an emergency power source, and its simple structure has low maintenance cost and can be used as an alternative energy.
또한, 본 발명은, 연통 중 열전 발전이 이루어지는 부분의 단면적을 이웃한 배기구의 단면적보다 크게 하여 연소 가스의 배기 속도를 상대적으로 낮춤에 따라 방열판을 통한 방열률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that the heat dissipation rate through the heat sink can be improved by making the cross-sectional area of the portion where the thermoelectric power is generated during communication to be larger than the cross-sectional area of the neighboring exhaust port and lowering the exhaust velocity of the combustion gas relatively.
또한, 본 발명은, 방열판의 핀을 빗살 모양으로 배열하여 열의 흡수에 따른 표면적을 넓힐 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of increasing the surface area according to the absorption of heat by arranging the fin of the heat sink in the shape of a comb.
도 1은 종래기술 1에 의한 연료전지 발전과 열전발전을 이용한 복합 발전 설비를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래기술 2에 의한 열전발전 및 열발생장치의 조립도이다.
도 3은 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 연통을 부분 확대한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 열전발전부를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 5의 "A"의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 배전반을 도시한 평면도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a complex power generation facility using a fuel cell power generation and thermoelectric power generation according to the
Figure 2 is an assembly diagram of a thermoelectric power generation and heat generating apparatus according to the prior art 2.
Figure 3 is a perspective view of a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention.
Figure 4 is a perspective view partially enlarged the communication in the thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention.
5 is a side sectional view showing a thermoelectric generator in a thermoelectric power generation independent power supply using industrial waste heat according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of “A” of FIG. 5.
7 is a plan view showing a switchgear in a thermoelectric power generation independent power supply using industrial waste heat according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are intended to mean that the inventive concept of the present invention is in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain its invention in the best way Should be interpreted as a concept.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term " part "in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치의 실시예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail the configuration of an embodiment of a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention.
도 3에는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치가 사시도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 연통에 대해 부분 확대한 사시도로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 열전발전부가 측단면도로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 "A"가 확대도로 도시되어 있으며, 도 7에는 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치에서 배전반이 평면도로 도시되어 있다.
3 is a perspective view of a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention, Figure 4 is partially enlarged for communication in the thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention. It is shown in a perspective view, Figure 5 is a thermoelectric generator in a thermoelectric power generation type independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention is shown in a side cross-sectional view, Figure 6 "A" in Figure 5 is an enlarged view. 7 is a plan view of a switchboard in a thermoelectric power generation independent power supply using industrial waste heat according to the present invention.
이들 도면에 의하면, 본 실시 예에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치(100)는 프레임(110), 연통(120), 열전발전부(130), 냉각수관(140), 냉각장치, 배전반(150), 전력 조정 장치(152), 전력 변환 장치(154), 배터리(156) 및 컨트롤러 유닛(158)을 포함하며, 기능별 또는 용량별로 모듈화가 가능하다.According to these drawings, the thermoelectric power generation type independent
프레임(110)은 보일러, 소각기, 내연기관 등과 같은 산업 기기(도면의 미도시)의 폐열 배출구와 독립 전원 공급장치(100)의 유입구(122)의 높이를 맞출 수 있도록 설정 높이를 갖도록 구비한다. 그리고 프레임(110)의 하단에는 작업자가 열전발전형 독립 전원 공급장치(100)를 조작할 수 있는 높이로 배전반(150)이 설치된다.
연통(120)은 프레임(110)의 상단에 설치되어 산업 기기에서 폐열의 열원인 연소 가스가 유동하면서 배기되는 직선 형태의 통로이다. 이때, 연통(120)의 측벽에 우회 연통(126)을 분기시켜 상기 연통(120)이 막히거나 열전발전부(130)의 손상 및 고장 등의 문제점이 발생하면 상기 우회 연통(126)을 통해 연소 가스를 우회시키게 한다.The
여기서, 우회 연통(126)이 연통되는 연통(120)의 측벽에는 구동 수단에 의해 작동되는 개폐문이 구비되어 컨트롤러 유닛(158)의 제어를 통해 개폐될 수 있다.Here, the side wall of the
특히, 연통(120)의 내부에는 온도를 감지하는 온도센서(도면에 미도시)가 구비될 수 있다. 온도센서는 연통(120) 내부를 유동하는 폐열 온도를 감지한 후 컨트롤러 유닛(158)에 신호를 출력하는 것이다. 이렇게 온도센서를 통해 연통(120) 내부의 폐열 온도를 감지하므로 상기 폐열 온도가 설정 온도 이상으로 상승하는 경우 컨트롤러 유닛(158)의 제어를 통해 산업 기기의 구동을 정지시키게 하거나, 개폐문을 연통(120)의 배기구(124) 측이 아닌 우회 연통(126) 방향으로 개방시켜 연소 가스가 상기 우회 연통(126) 쪽으로 빠져나가게 한다. 이는 산업 기기에서 생성되는 폐열의 온도가 200~300℃ 범위를 초과할 경우 열전발전부(130)의 열전모듈(134)이 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위함이다.In particular, the inside of the
한편, 본 실시예에서는 연통(120)의 단면 형상이 직사각형으로 형성되는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 원형으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 열전발전부(130)가 연통의 내주면을 따라 설정 간격으로 배치될 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the
더욱이, 연통(120)은 열전발전부(130)가 구비된 위치에서의 단면적이 유입구(122)나 배기구(124) 위치에서의 단면적보다 크게 형성되어 상대적으로 상기 열전발전부(130)가 설치된 위치에서 연소 가스의 유동 속도가 감소하게 된다.In addition, the
이는 압력이 일정한 유체의 흐름에서 유체가 지나가는 단면적과 유체속도의 곱은 일정하다고 정의한 베르누이 정리에 따라, 유체가 지나는 통로가 좁아지면 유체속도가 빨라지고, 통로가 넓어지면 유체의 속도가 늦어지는 점을 이용하는 것이다. 결국, 연소가스의 이동 속도를 늦춤으로써 실질적으로 방열판(136)에서의 열 흡수율을 높일 수 있게 되고, 이를 통해 열전모듈(134)에서의 흡열률을 향상시키는 것이다.This is based on Bernoulli's theorem, which defines that the product of the fluid velocity and the cross-sectional area through which the fluid flows in a constant flow is constant. will be. As a result, by slowing the moving speed of the combustion gas, it is possible to substantially increase the heat absorption rate of the
열전발전부(130)는 연통(120) 내에서 적어도 하나가 폐열의 배기방향과 평행하게 배치되어 상기 폐열에 의해 열전발전하는 기능을 하며, 냉각부재(132), 열전모듈(134) 및 방열판(136)을 포함한다. 본 실시예에서는 열전발전부(130)가 연통(120) 내 상, 하벽에 각각 2개씩 2열로 배치되는 것으로 예시하였으나 배열 개수의 증감이 가능하다.The
냉각부재(132)는 양 측벽에 각각의 열전모듈(134)의 냉각측(C)이 접하도록 구비되어 외부의 냉각장치(도면에 미도시)와 냉각수관(140)을 통해 연통된다. 즉, 냉각부재(132)는 열전모듈(134)에 의한 전류의 발생량을 극대화하기 위하여 상기 열전모듈(134)의 냉각측(C)을 수냉 방식 등을 통해 냉각시키는 워터 재킷(Water jacket)인 것이다.The cooling
그리고 냉각부재(132)의 일측벽에 냉각수가 유입되고 배출되는 유입구 및 배출구가 구비된다. In addition, an inlet and an outlet through which coolant is introduced and discharged are provided at one side wall of the cooling
이렇게 냉각부재(132)는 열전모듈(134)의 적절한 온도를 유지하게 하면서 급격한 온도 변화에 따른 제어가 가능하다. 결국, 냉각부재(132)는 열전모듈(134)에서의 가열측(H)과 냉각측(C)에 대한 온도 차이를 정밀 제어할 수 있다. As such, the cooling
열전모듈(134)은 한 쌍이 구비되되, 냉각부재(132)의 양 측벽에 접촉하도록 구비되는 냉각측(C)과, 한 쌍으로 구비된 방열판(136)의 내측벽에 각각 접촉하도록 구비되는 가열측(H)으로 구성되며, 제백(Seebeck)의 원리를 이용하여 가열측(H)과 냉각측(C)의 금속 양 단면에 열의 차이를 주면 기전력의 차이로 인해서 전류가 발생되는 현상을 이용하여 발전을 이루는 모듈을 말한다.The
여기서, 열전모듈(134)은 상부전극(134a)과, 양극과 음극이 연결되는 하부전극(134b)과, 상기 상부 및 하부전극(134a)(134b)의 사이에 설치하고 상기 상부 및 하부전극(134a)(134b)에 의해 통전되게 π형으로 직렬로 연결한 복수의 P형 열전반도체(134c) 및 N형 열전반도체(134d)를 포함한다. 또한, 상기 상부 및 하부 전극 상에는 절연층(134e)이 각각 형성된다. 이때, 열전모듈(134)은 전류의 발생량을 극대화하기 위하여 가열측(H)과 냉각측(C)의 온도차를 크게 하는 것이 바람직하다.Here, the
방열판(136)은 한 쌍의 열전모듈(134)에 구비되는 가열측(H)에 각각 이면이 접하도록 구비되는 히트 싱크(heat sink)로, 열전달율이 우수한 재질로 제조되어 접하게 되며, 표면적을 넓힐 수 있도록 상부에 얇게 가공한 직립 핀이 다수 배열 형성된다. 이때, 방열판(136)의 핀은 수평 방향 또는 빗살 모양으로 배열될 수 있다. 이때, 방열판(136)의 핀을 빗살 모양으로 구비할 경우 최초 연소 가스가 상기 핀에 충돌한 후 상기 핀의 경사면을 따라 이동하므로 표면적을 넓게 해주는 효과가 있다. 이 밖에도 방열판(136)의 핀 형상은 지그재그, 파형 형상 등으로 변경 실시가 가능하다.The
냉각수관(140)은 외부의 냉각장치에서 공급되는 냉각수를 냉각부재(132)에 공급하고, 사용된 냉각수를 상기 냉각장치로 회수하는 통로 역할을 하며, 공급관(142)과 회수관(144)을 포함한다.The cooling
즉, 냉각수관(140)은 공급관(142)을 통해 설정 온도의 냉각수가 상기 냉각부재(132)로 공급되고, 상기 냉각부재(132)를 냉각시킨 후 사용된 냉각수를 펌프(도면에 미도시)가 설치된 회수관(144)을 통해 상기 냉각장치로 회수하게 된다.That is, the cooling
이때, 공급관(142)은 냉각장치에서 연통되는 수직 형태의 관에서 수평 방향으로 절곡되고, 절곡된 선단에서 연통(120)의 상하측으로 분기되어, 분기된 관마다 상, 하측 열전발전부(130)의 냉각부재(132)가 각각 연통된다. 이와 동일하게 회수관(144)은 냉각장치에서 연통되는 수직 형태의 관에서 수평 방향으로 절곡되고, 절곡된 선단에서 연통(120)의 상하측으로 분기되어, 분기된 관마다 상, 하측 열전발전부(130)의 냉각부재(132)가 각각 연통된다. At this time, the
배전반(150)은 프레임(110)의 하단에 설치되되, 내부에 전력 조정 장치(152), 전력 변환 장치(154), 배터리(156), 컨트롤러 유닛(158), 전압계 및 전류계 등이 구비된다.The
전력 조정 장치(152)는 열전모듈(134)에서 발전되는 발전전류의 안정화를 위해 직류를 일단 교류로 변환한 다음, 변압기(도면에 미도시)로 승압 또는 강압하여 정류함으로써 직류 전압의 변압시키는 직류/직류 컨터버(DC/DC CONVERTER)이다. 이때, 전력 조정 장치(152)는 각각의 열전모듈(134)마다 개별적으로 직렬 연결되거나 다수개의 열전모듈(134)을 일률적으로 병렬될 수 있다.The
전력 변환 장치(154)는 전력 조정 장치(150)에서 조정된 전력을 소비자의 필요에 따라 직류 및 교류전원으로 즉시 활용(수요) 가능토록 하는 직류/교류 인버터(DC/AC INVERTER)이다.The
배터리(170)는 전력 조정 장치(152)와 전력 변환 장치(154)의 사이에 전기적으로 연결되어, 열전발전 시 전력부하가 자주 급격하게 변동하는 현상과, 방전 밀도의 커짐 현상을 방지하므로 충,방전의 밀도를 감소시켜 장기간 동안 내구성을 향상시키고, 상기 배터리(170)의 물을 자동적으로 최적의 레벨로 보충함으로써, 시간을 절약함과 동시에 내구성을 향상시킨다. The battery 170 is electrically connected between the
컨트롤러 유닛(158)은 폐열의 온도가 설정 온도 이상으로 올라갈 경우, 온도 센서가 이를 감지한 후, 감지한 결과 값을 전달받아 연소 가스가 연통(120)으로 배기되지 않고 구동 수단에 의해 작동되는 개폐문을 통해 우회 연통(126)으로 배기되도록 제어한다. 이 밖에도 컨트롤러 유닛(158)은 전력 조정 장치(152), 전력 변환 장치(154), 배터리(156), 컨트롤러 유닛(158), 전압계 및 전류계 등의 작동을 제어하게 된다.
When the temperature of the waste heat rises above the set temperature, the
그러므로 본 발명에 의한 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치의 작동 순서를 설명하면 다음과 같다.Therefore, the operation sequence of the thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat according to the present invention will be described.
우선, 산업 기기의 폐열 배출구와 연통된 연통(120)의 유입구(122)를 통해 상기 산업 기기에서 폐열이 유입되면, 상기 연통(120)의 내부에서 폐열의 이동 방향과 평행하게 배치된 다수의 열전발전부(130)를 통과하게 된다.First, when waste heat is introduced from the industrial device through the
다음으로, 폐열이 열전발전부(130)의 방열판(136)에 흡수되면서 상기 방열판(136)과 접촉한 상태로 구비되는 열전모듈(134)의 가열측(H)에 고온의 열기가 전달되고, 냉각부재(132)에 접촉된 상기 열전모듈(134)의 냉각측(C)에 냉각수를 통해 저온의 냉기가 전달되므로 상기 가열측(H)과 냉각측(C)의 큰 온도차에 따른 기전력의 차이로 상기 열전모듈(134)에서 전류가 발생된다.Next, while the waste heat is absorbed by the
다음으로, 열전모듈(134)에서 발전된 전류는 전력 조정 장치(152)를 통해 상기 열전모듈(134)에서 발전되는 발전전류를 안정화시키고, 전력 변환 장치(154)를 통해 상기 전력 조정 장치(152)에서 조정된 전력을 소비자의 필요에 따라 직류 및 교류전원으로 즉시 활용가능토록 한다.Next, the current generated in the
여기서, 전력 조정 장치(152)와 전력 변환 장치(154)의 사이에 배터리(156)가 구비되므로, 상기 배터리(156)에 전기를 축전하면서 열전발전 시 전력부하가 자주 급격하게 변동하는 현상과, 방전 밀도의 커짐 현상을 방지하게 된다.
Here, since the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.
100: 열전발전형 독립 전원 공급장치
110: 프레임 120: 연통
130: 열전발전부 140: 냉각수관
150: 배전반 152: 전력 조정 장치
154: 전력 변환 장치 156: 배터리
158: 컨트롤러 유닛100: thermoelectric independent power supply
110: frame 120: communication
130: thermoelectric generator 140: cooling water pipe
150: switchboard 152: power regulator
154: power converter 156: battery
158: controller unit
Claims (4)
상기 연통 내에서 적어도 하나가 상기 폐열의 배기방향과 평행하게 배치되어 상기 폐열에 의해 열전발전되는 열전발전부;
상기 열전발전부의 냉각측을 냉각시키는 냉각장치; 및
상기 열전발전부에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 변환시키는 전력 변환 장치;를 포함하며,
상기 연통은 상기 열전발전부가 구비된 위치에서의 단면적이 유입구나 배기구 위치에서의 단면적보다 크게 형성되는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치.
A communication in which waste heat is exhausted by being connected to a waste heat outlet of the industrial device, and a bypass communication is branched to a side wall;
At least one thermoelectric power generation unit disposed in parallel with the exhaust direction of the waste heat and thermoelectrically generated by the waste heat;
A cooling device for cooling the cooling side of the thermoelectric generator; And
And a power converter electrically connected to the thermoelectric generator to convert output power.
The communication is a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat, the cross-sectional area at the position provided with the thermoelectric generator is formed larger than the cross-sectional area at the inlet or exhaust position.
상기 폐열을 흡수한 후 방출하는 한 쌍의 방열판과,
상기 방열판의 내측벽에 가열측이 각각 접촉하도록 구비되는 한 쌍의 열전모듈 및
상기 열전모듈의 이웃한 냉각측 사이에 양 측벽이 각각 접촉하도록 구비되며 상기 냉각장치와 냉각수관을 통해 연통되는 냉각부재를 포함하는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치.
The thermoelectric generator of claim 1,
A pair of heat sinks absorbing and dissipating the waste heat;
A pair of thermoelectric modules are provided so that the heating side is in contact with the inner wall of the heat sink;
Both sides of the thermoelectric module adjacent to each other between the side is provided with a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat including a cooling member and a communication member communicated through the cooling device and the cooling water pipe.
상기 방열판은 핀이 빗살 모양으로 배열되는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치.
The method of claim 2,
The heat sink is a thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat, the fins are arranged in the shape of a comb.
상기 열전발전부의 열전모듈과 상기 전력 변환 장치 사이에 발전전류의 안정화를 위한 전력 조정 장치가 더 구비되는 산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치.The method of claim 1,
The thermoelectric power generation independent power supply using the industrial waste heat is further provided with a power adjusting device for stabilizing the generation current between the thermoelectric module and the power conversion device of the thermoelectric generator.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105281607A (en) * | 2015-11-16 | 2016-01-27 | 滨州学院 | Hot waste water generator |
CN106452185A (en) * | 2016-10-08 | 2017-02-22 | 揭阳市永日科技有限公司 | Boost device for vehicle-mounted electric blower |
CN109997422A (en) * | 2015-05-07 | 2019-07-09 | Dhk存储有限责任公司 | Utilize the computer server thermal conditioning of integrated accurate air-flow |
KR102090695B1 (en) | 2018-11-16 | 2020-03-19 | 주식회사 성하에너지 | Chamber type waste recovery power generation module |
KR20210124613A (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-15 | 한국에너지기술연구원 | Control system of stand-alone energy production plant using coal resources with high temperature and high pressure process using energy harvesting |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09275692A (en) * | 1996-04-04 | 1997-10-21 | Hiroshi Ko | Thermal power generation system |
KR20030057985A (en) * | 2001-12-29 | 2003-07-07 | 한국동서발전(주) | Apparatus for generating thermoelectric semiconductor using of exhaust gas heat |
KR20090118306A (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 삼성전자주식회사 | A method and apparatus for electric power supply using thermoelectric |
-
2012
- 2012-05-02 KR KR1020120046096A patent/KR101309554B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09275692A (en) * | 1996-04-04 | 1997-10-21 | Hiroshi Ko | Thermal power generation system |
KR20030057985A (en) * | 2001-12-29 | 2003-07-07 | 한국동서발전(주) | Apparatus for generating thermoelectric semiconductor using of exhaust gas heat |
KR20090118306A (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-18 | 삼성전자주식회사 | A method and apparatus for electric power supply using thermoelectric |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109997422A (en) * | 2015-05-07 | 2019-07-09 | Dhk存储有限责任公司 | Utilize the computer server thermal conditioning of integrated accurate air-flow |
CN105281607A (en) * | 2015-11-16 | 2016-01-27 | 滨州学院 | Hot waste water generator |
CN106452185A (en) * | 2016-10-08 | 2017-02-22 | 揭阳市永日科技有限公司 | Boost device for vehicle-mounted electric blower |
KR102090695B1 (en) | 2018-11-16 | 2020-03-19 | 주식회사 성하에너지 | Chamber type waste recovery power generation module |
KR20210124613A (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-15 | 한국에너지기술연구원 | Control system of stand-alone energy production plant using coal resources with high temperature and high pressure process using energy harvesting |
KR102431111B1 (en) * | 2020-04-06 | 2022-08-12 | 한국에너지기술연구원 | Control system of stand-alone energy production plant using coal resources with high temperature and high pressure process using energy harvesting |
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