KR101321010B1 - Independent power supply device use thermoelectric generation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에 관한 것으로, 본 발명은, 연료를 연소시키는 버너장치; 상기 버너장치에 연결되어 연소 가스가 배기되는 연통; 상기 연통 표면에 가열측이 접하도록 다수 구비되어, 상기 가열측과 냉각측과의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 열전발전모듈; 상기 열전발전모듈의 냉각측을 냉각시키는 냉각장치; 및 상기 열전발전모듈에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 변환시키는 전력 변환 장치;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 고온의 연소가스를 통해 열전발전모듈의 가열측을 가열시키고, 상기 열전발전모듈의 냉각측을 별도의 냉각장치를 통해 냉각시켜 큰 온도차에 따라 기전력의 출력을 증대시킴에 따라 독립전원이나 비상전원으로 사용이 가능하고, 간단한 구조에 의해 유지보수 비용이 저렴하며, 대체 에너지로 사용할 수 있고, 보일러에 의한 인위적인 열원 이외에 배열 및 폐열을 회수하여 재사용함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an independent power supply using thermoelectric power generation, the present invention comprises a burner device for burning fuel; A communication connected to the burner device to exhaust combustion gas; A thermoelectric generator module provided on the communication surface with a plurality of heating sides to generate an electromotive force by a temperature difference between the heating side and the cooling side; A cooling device for cooling the cooling side of the thermoelectric power module; And a power converter electrically connected to the thermoelectric generator module to convert output power.
According to the present invention, the heating side of the thermoelectric generator module is heated by the combustion gas of high temperature, and the cooling side of the thermoelectric generator module is cooled by a separate cooling device to increase the output of the electromotive force according to a large temperature difference. It can be used as a power source or an emergency power source, has a low cost of maintenance due to its simple structure, can be used as an alternative energy, and maximizes energy efficiency by recovering and reusing waste and waste heat in addition to artificial heat sources by a boiler. There is.
Description
본 발명은 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제백(Seebeck)의 원리를 이용하여 열전발전하는 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to an independent power supply using thermoelectric power generation, and more particularly, to an independent power supply using thermoelectric power generation using thermoelectric power generation using Seebeck's principle.
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, 하천수열과 같은 자연열에서도 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 by using integrated thermoelectric semiconductors, which can produce electricity directly from natural heat such as waste heat, solar heat, geothermal heat, and river water generated in incinerators and various industrial facilities. In addition to the emission of environmentally harmful gases, noise does not occur, and has been in the spotlight recently as a semi-permanent clean electricity 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
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
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온의 연소가스를 통해 열전발전모듈의 가열측을 가열시키고, 상기 열전발전모듈의 냉각측을 별도의 냉각장치를 통해 냉각시켜 큰 온도차에 따라 기전력의 출력을 증대시킴에 따라 독립전원이나 비상전원으로 사용이 가능하고, 간단한 구조에 의해 유지보수 비용이 저렴하며, 대체 에너지로 사용할 수 있는 열전발전을 이용한 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 of the thermoelectric power module through a high temperature combustion gas, and cooling the cooling side of the thermoelectric power module through a separate cooling device By increasing the output of electromotive force according to a large temperature difference, it can be used as an independent power source or an emergency power source, and its simple structure makes maintenance cost low and uses an independent power supply device using thermoelectric power generation that can be used as alternative energy. To provide.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보일러에 의한 인위적인 열원 이외에 배열 및 폐열을 회수하여 재사용함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있게 한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an independent power supply using a thermoelectric power to maximize the energy efficiency by recovering and reusing the heat and waste heat in addition to the artificial heat source by the boiler.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 연료를 연소시키는 버너장치; 상기 버너장치에 연결되어 연소 가스가 배기되는 연통; 상기 연통 표면에 가열측이 접하도록 다수 구비되어, 상기 가열측과 냉각측과의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 열전발전모듈; 상기 열전발전모듈의 냉각측을 냉각시키는 냉각장치; 및 상기 열전발전모듈에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 변환시키는 전력 변환 장치;를 포함하는 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치를 통해 달성된다.According to a feature of the invention for achieving the above object, the present invention, a burner device for burning fuel; A communication connected to the burner device to exhaust combustion gas; A thermoelectric generator module provided on the communication surface with a plurality of heating sides to generate an electromotive force by a temperature difference between the heating side and the cooling side; A cooling device for cooling the cooling side of the thermoelectric power module; And a power conversion device electrically connected to the thermoelectric power generation module to convert output power.
또한, 상기 열전발전모듈의 가열측과 근접한 상기 연통의 내벽에 열전달부가 다수 구비될 수 있다.In addition, a plurality of heat transfer parts may be provided on an inner wall of the communication adjacent to the heating side of the thermoelectric power module.
또한, 상기 열전달부는 히트 파이프(Heat pipe), 히트 리시버(Heat receiver) 및 히트 싱크(Heat sink) 중 어느 하나로 구비될 수 있다.In addition, the heat transfer unit may be provided as any one of a heat pipe, a heat receiver, and a heat sink.
또한, 상기 열전발전모듈과 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 power module and the power conversion device may be further provided.
또한, 상기 연통은 단면 형상이 다각형으로 형성되어, 각각의 면마다 상기 열전발전모듈 및 상기 냉각장치가 배치될 수 있다.In addition, the communication has a polygonal cross-sectional shape, the thermoelectric power module and the cooling device may be disposed on each surface.
본 발명에 의하면, 고온의 연소가스를 통해 열전발전모듈의 가열측을 가열시키고, 상기 열전발전모듈의 냉각측을 별도의 냉각장치를 통해 냉각시켜 큰 온도차에 따라 기전력의 출력을 증대시킴에 따라 독립전원이나 비상전원으로 사용이 가능하고, 간단한 구조에 의해 유지보수 비용이 저렴하며, 대체 에너지로 사용할 수 있고, 보일러에 의한 인위적인 열원 이외에 배열 및 폐열을 회수하여 재사용함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the heating side of the thermoelectric generator module is heated by the combustion gas of high temperature, and the cooling side of the thermoelectric generator module is cooled by a separate cooling device to increase the output of the electromotive force according to a large temperature difference. It can be used as a power source or an emergency power source, has a low cost of maintenance due to its simple structure, can be used as an alternative energy, and maximizes energy efficiency by recovering and reusing waste and waste heat in addition to artificial heat sources by a boiler. There is.
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 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에서 각형 연통에 열전발전모듈과 냉각장치가 구비된 상태를 도시한 종단면도이다.
도 5는 도 3의 "A"의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에서 원형 연통에 열전발전모듈과 냉각장치가 구비된 상태를 도시한 종단면도이다.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
3 is a schematic configuration diagram of an independent power supply using thermoelectric power generation according to the present invention.
Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view showing a state in which the thermoelectric power module and the cooling device is provided in the square communication in the independent power supply using the thermoelectric power generation according to the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view of “A” of FIG. 3.
6 is a longitudinal sectional view showing a state in which a thermoelectric power module and a cooling device are provided in a circular communication in the independent power supply using the thermoelectric power generation 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 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치의 실시예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a configuration of an embodiment of an independent power supply using thermoelectric power generation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치의 개략적인 구성이 개략도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치에서 각형 연통에 열전발전모듈과 냉각장치가 구비된 상태가 종단면도로 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 "A"가 확대도로 도시되어 있다.Figure 3 is a schematic configuration of the independent power supply using the thermoelectric power generation according to the present invention is shown in schematic diagram, Figure 4 is a thermoelectric power module and cooling in the rectangular communication in the independent power supply using the thermoelectric power generation according to the present invention. A state in which the device is provided is shown in longitudinal section, and in FIG. 5, "A" in FIG. 3 is shown in an enlarged view.
이들 도면에 의하면, 본 실시 예에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치(100)는 버너장치(110), 연통(120), 열전발전모듈(130), 냉각장치(140), 전력 조정 장치(150), 전력 변환 장치(160) 및 충/방전장치(170)를 포함하며, 기능별 또는 용량별로 모듈화가 가능하다.According to these drawings, the independent
버너장치(110)는 연소열에 의해 열원가스를 연소시키는 기능을 하며, 연소실(112a), 버너실(112b), 버너(114), 점화장치(116) 및 온도센서(118)를 포함한다.The
연소실(112a)은 연료로 연소된 가스가 생성되는 공간으로, 버너(114), 점화장치(116) 및 온도센서(118)가 구비된다. 그리고 버너실(112b)은 연소실(112a)과 연결되어 있으며, 버너(114)에 연료를 공급하도록 연료 공급관이 구비된다.The
버너(114)는 연소실(112a)의 내부에서 연료 공급관을 통해 공급되는 연료를 연소시키는 기구로, 공급 연료가 점화장치(116)에 의해 점화되면서 연소가스가 생성되게 한다.The
온도센서(118)는 연소실(112a)의 내부 온도를 감지하여 상기 내부 온도가 설정 온도 이상으로 상승하는 경우 제어부(도면에 미도시)에 신호를 출력하여 연료의 공급 여부 또는 버너(114)의 작동 여부 등을 제어하도록 한다.The
한편, 버너장치(110)에 의한 열원 이외의 에너지원으로 산업배열 및 폐열을 회수하여 재사용할 수 있으며, 이외에도 자동차 배기가스, 소각열, 파이프 배관열, 지열, 온수, 난방, 조리용 열 등을 이용할 수 있다.On the other hand, the industrial arrangement and waste heat can be recovered and reused as an energy source other than the heat source by the
연통(120)은 연소실(112a)의 벽면에 연결되어 버너장치(110)에 의해 생성되는 연소가스가 유동하면서 배기되는 통로이다. 이때, 연통(120)은 지그재그 형태로 형성되면서 단면 형상이 다각형으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 다른 형상으로도 변경 실시가 가능하다. 다른 실시예로는 연통(120)의 양 끝단이 연소실(112a)의 양단에 연결되어 연소가스가 상기 연통(120)을 통해 순환하는 방식을 채택할 수도 있다.The
한편, 연통(120)의 단면 형상이 다각형으로 형성되는 경우, 각각의 면마다 열전발전모듈(130) 및 냉각장치(140)가 배치된다. 즉, 상기 연통(120)의 단면이 본 실시예에서와 같이 4각형으로 형성되면, 각각의 면마다 다수개의 열전발전모듈(130)이 설치되고, 상기 다수개의 열전발전모듈(130)을 하나의 냉각장치(140)로 밀착하면서 덮게 된다.On the other hand, when the cross-sectional shape of the
더욱이, 연통(120)의 내벽면에는 열전발전모듈(130)에 열전달율을 높일 수 있도록 열전달부가 구비되며, 상기 열전달부는 히트 파이프(Heat pipe), 흡열 면적을 더 향상시킬 수 있는 히트 리시버(Heat receiver), 히트 싱크(Heat sink) 및 라디에이터(radiator) 형태 등이 선택적으로 구비될 수 있다.In addition, the inner wall surface of the
이때, 본 실시예에서는 열전달부가 히트 리시버인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 열전달부의 일종인 히트 리시버(122)는 흡열 접촉면적을 향상시킬 수 있도록 연통(120)의 내벽면을 따라 다수 구비된다. 이렇게 히트 리시버(122)가 연통(120)의 내벽면을 따라 다수 구비되므로 열전발전모듈(130)에 온도 분포를 균질화시킬 수 있다. In this case, the heat transfer unit will be described as an example of the heat receiver. That is, the
그리고 열전달부가 히트 파이프인 경우, 연통(120)의 내측에 흡열부가 위치되게 하고, 발열부가 상기 연통(120)의 내벽면에 접촉하도록 위치시켜 상기 연통(120)의 내부에 유동하는 연소가스의 열을 상기 흡열부에서 흡열한 후 상기 발열부 쪽으로 전달하게 된다.When the heat transfer part is a heat pipe, the heat absorbing part is positioned inside the
여기서, 히트 파이프란, 도면에는 도시하지 않았지만 금속관의 내부를 진공으로 한 뒤에 증류수 또는 액체 등의 작동 유체를 삽입하여 한쪽 끝에 뜨거운 온수나 전기를 접촉하면 금속관 내부에서 작동 유체가 증기 상태로 변해 열을 가하지 않은 다른 방향으로 이동하면서 금속관 전체에 열을 전달하는 방식이다. 즉, 반복적으로 액체가 기체로 바뀌는 기화와 기체가 액체로 응축되는 과정에서 흡수 및 방출되는 높은 잠열(latent heat)을 이용하여 순간적으로 대량의 열을 이동시키는 열 전달 물체를 말한다. Here, although not shown in the drawing, when the inside of the metal tube is vacuumed and a working fluid such as distilled water or a liquid is inserted, and hot water or electricity is contacted at one end, the working fluid turns into a vapor state inside the metal tube to generate heat. It transfers heat to the entire metal tube while moving in the other direction. In other words, it refers to a heat transfer object that instantaneously transfers a large amount of heat using vaporization, in which a liquid is repeatedly turned into a gas, and high latent heat absorbed and released in the process of condensing a gas into a liquid.
그리고 도면에는 도시하지 않았지만 열전달부가 라디에이터 형태인 경우, 한 쌍의 코어 플레이트의 사이에 다수의 코어(core)로 연결한 구조로 형성된다. Although not shown in the drawings, the heat transfer part has a radiator shape, and is formed in a structure in which a plurality of cores are connected between a pair of core plates.
다르게는, 한 쌍의 코어 플레이트의 사이를 코어 대신 히트 파이프로 연결할 수 있으며, 이 경우, 상기 히트 파이프의 발열부가 연통(120)의 내벽면에 접하도록 구비하는 것이 바람직하다. Alternatively, the pair of core plates may be connected to each other by a heat pipe instead of a core, and in this case, the heat generating unit of the heat pipe may be provided to be in contact with the inner wall surface of the
또한, 도면에는 도시하지 않았지만 열전달부를 열전달이 가능한 재질(구리 등)의 플레이트를 격자 형태의 구조물로 제작한 후 격자 형태의 구조물 단부를 연통(120)의 내벽면에 접촉시킨 상태에서 사용할 수도 있다.In addition, although not shown in the drawings, the heat transfer part may be used in a state in which a plate made of a material (copper, etc.) capable of heat transfer may be manufactured in a grid-like structure, and then the end portion of the grid-shaped structure is in contact with the inner wall surface of the
열전발전모듈(130)은 연통(120) 표면에 접하도록 구비되는 가열측(H)과 후술할 냉각장치(140)와 접하도록 냉각측(C)으로 구성되며, 제백(Seebeck)의 원리를 이용하여 가열측(H)과 냉각측(C)의 금속 양단면에 열의 차이를 주면 기전력의 차이로 인해서 전류가 발생되는 현상을 이용하여 발전을 이루는 모듈을 말한다.The
여기서, 열전발전모듈(130)은 상부전극(131a)과, 양극과 음극이 연결되는 하부전극(131b)과, 상기 상부 및 하부전극(132a)(132b)의 사이에 설치하고 상기 상부 및 하부전극(132a)(132b)에 의해 통전되게 π형으로 직렬로 연결한 복수의 P형 열전반도체(134a) 및 N형 열전반도체(134b)를 포함한다. 또한, 상기 상부 및 하부 전극 상에는 절연층(134)이 각각 형성된다. 이때, 열전발전모듈(130)은 전류의 발생량을 극대화하기 위하여 가열측(H)과 냉각측(C)의 온도차를 크게 하는 것이 바람직하다.Here, the
냉각장치(140)는 열전발전모듈(130)에 의한 전류의 발생량을 극대화하기 위하여 상기 열전발전모듈(130)의 냉각측(C)을 수냉 방식 등을 통해 냉각시키는 기능을 하며, 워터 재킷(Water jacket: 142) 및 냉수 공급부(144)를 포함한다. 이렇게 상기 냉각장치(140)는 열전발전모듈(130)의 적절한 온도를 유지하게 하면서 급격한 온도 변화에 따른 제어가 가능하다. 결국, 냉각장치(140)는 열전발전모듈(130)에서의 가열측(H)과 냉각측(C)에 대한 온도 차이를 정밀 제어할 수 있다. The
워터 재킷(142)은 지그재그 형태의 연통(120)에서 직선부의 길이와 대응되는 블록 형태로 형성되어 상기 연통(120)의 상하좌우에 각각 배치되며, 일측벽에 냉수가 유입되고 배출되는 유입구(142a) 및 배출구(142b)가 구비된다. 여기서, 워터 재킷(142)에는 냉수 공급부(144)와 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있다.The
냉수 공급부(144)는 워터 재킷(142)의 유입구 및 배출구와 연결되어 설정 온도의 냉각수를 상기 워터 재킷(142)에 공급하고, 사용한 후 설정 온도 이하로 저하된 냉수를 펌프(도면에 미도시) 등을 통해 회수하게 된다.Cold
전력 조정 장치(150)는 열전발전모듈(130)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.The
전력 변환 장치(160)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
충/방전장치(170)는 전력 조정 장치(150)와 전력 변환 장치(160)의 사이에 전기적으로 연결되어, 열전발전 시 전력부하가 자주 급격하게 변동하는 현상과, 방전 밀도의 커짐 현상을 방지하므로 축전기(도면에 미도시)의 충방전의 밀도를 감소시켜 장기간 동안 축전지의 내구성을 향상시키고, 상기 축전지의 물을 자동적으로 최적의 레벨로 보충함으로써, 시간을 절약함과 동시에 내구성을 향상시킨다. 이때, 축전기는 충/방전장치(170)에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
The charging / discharging
그러므로 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치의 작동 순서를 설명하면 다음과 같다.Therefore, the operation sequence of the independent power supply using the thermoelectric power generation according to the present invention will be described.
우선, 연소실(112a) 내에 위치된 버너(114)에 연료를 공급하면 점화장치(116)에 의해 점화된 후 연소가 시작되면서 연소가스가 발생한다.First, when fuel is supplied to the
다음으로, 연소실(112a)의 벽면에 연결된 연통(120)을 통해 고온의 연소가스가 배기된다. 이때, 고온의 연소가스가 배기되는 연통(120)의 상하좌우 벽면마다 다수 열전발전모듈(130)의 가열측(H)이 각각 접촉되면서, 상기 열전발전모듈(130)의 냉각측(C)에는 냉각장치(140)의 워터 재킷(142)이 접촉된 상태이다.Next, the high temperature combustion gas is exhausted through the
다음으로, 고온의 연소가스가 배기되는 연통(120) 표면에 접촉된 열전발전모듈(130)의 가열측(H)에 고온의 열기가 전달되고, 냉각장치(140)의 워터 재킷(142)에 접촉된 상기 열전발전모듈(130)의 냉각측(C)에 순환되는 냉수를 통해 저온의 냉기가 전달되므로 상기 가열측(H)과 냉각측(C)의 큰 온도차에 따른 기전력의 차이로 상기 열전발전모듈(130)에서 전류가 발생된다.Next, high temperature heat is transmitted to the heating side H of the
다음으로, 열전발전모듈(130)에서 발전된 전류는 전력 조정 장치(150)를 통해 상기 열전발전모듈(130)에서 발전되는 발전전류를 안정화시키고, 전력 변환 장치(160)를 통해 상기 전력 조정 장치(150)에서 조정된 전력을 소비자의 필요에 따라 직류 및 교류전원으로 즉시 활용가능토록 한다.Next, the electric current generated by the
여기서, 전력 조정 장치(150)와 전력 변환 장치(160)의 사이에 충/방전장치(170)가 구비되므로 축전기에 전기를 축전하면서 열전발전 시 전력부하가 자주 급격하게 변동하는 현상과, 방전 밀도의 커짐 현상을 방지하게 된다.
Here, since the charge /
한편, 본 발명에 의한 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치는 도 6에 도시된 바와 같이 연통(120')이 원형인 경우도 적용 가능하며, 이 경우 냉각장치의 워터 재킷(142')도 반원(1/2원) 또는 1/4원 형태 또는 1/4원 이상으로 분할한 후 이를 조합하여 원형 형태를 유지하게 된다. On the other hand, the independent power supply using the thermoelectric power generation according to the present invention is also applicable to the case in which the communication (120 ') is circular, as shown in Figure 6, in this case the water jacket 142' of the cooling device is also semicircle ( 1/2 circle) or 1/4 circle or 1/4 circle or more, and combine them to maintain a circular shape.
이때, 냉각장치의 워터 재킷(142')에는 냉수가 유입되고 배출되는 유입구(142a') 및 배출구(142b')가 구비된다. 그리고 원형인 원통(120')의 내주면에도 흡열 접촉면적을 향상시킬 수 있도록 열전달부의 일 예인 방사상의 히트 리시버(122')가 다수 구비된다. In this case, the
특히, 상기 연통(120')이 원형인 경우, 열전발전모듈(130')의 상, 하면도 연통(120') 및 워터 재킷(142')과의 밀착 면적이 상승되도록 대응되는 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 워터 재킷(142')에는 냉수 공급부와 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있다.
Particularly, when the communication 120 'is circular, the upper and lower surfaces of the thermoelectric power module 130' are formed to have corresponding curved surfaces so that the contact area between the communication 120 'and the water jacket 142' is increased. It is preferable. Here, 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: 본 발명의 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치
110: 버너장치 120: 연통
130: 열전발전모듈 140: 냉각장치
150: 전력 조정 장치 160: 전력 변환 장치
170: 충/방전장치100: independent power supply using the thermoelectric power generation of the present invention
110: burner device 120: communication
130: thermoelectric generation module 140: cooling device
150: power regulator 160: power converter
170: charge / discharge device
Claims (5)
상기 버너장치에 지그재그 형태로 연결되어 연소 가스가 배기되는 연통;
상기 연통 표면에 가열측이 접하도록 다수 구비되어, 상기 가열측과 냉각측과의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 열전발전모듈;
상기 열전발전모듈의 냉각측을 냉각시킬 수 있도록 상기 지그재그 형태의 연통에서 직선부의 길이와 대응되는 블록 형태로 형성된 워터 재킷을 포함하는 냉각장치;
상기 열전발전모듈에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 변환시키는 전력 변환 장치;
상기 열전발전모듈과 상기 전력 변환 장치 사이에 발전전류의 안정화를 위한 전력 조정 장치; 및
상기 전력 조정 장치와 전력 변환 장치의 사이에 전기적으로 연결되며, 축전기에 전기를 축전하면서 상기 축전기의 물을 자동적으로 보충하는 충/방전장치를 포함하는 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치.
A burner device for burning fuel;
A communication in which a combustion gas is exhausted by being connected in a zigzag form to the burner device;
A thermoelectric generator module provided on the communication surface with a plurality of heating sides to generate an electromotive force by a temperature difference between the heating side and the cooling side;
A cooling device including a water jacket formed in a block shape corresponding to the length of the straight portion in the zigzag communication so as to cool the cooling side of the thermoelectric power module;
A power conversion device electrically connected to the thermoelectric generation module to convert output power;
A power adjusting device for stabilizing a generated current between the thermoelectric generator module and the power converter; And
And a charge / discharge device electrically connected between the power control device and the power converter, and automatically replenishing water in the capacitor while accumulating electricity in the capacitor.
상기 열전발전모듈의 가열측과 근접한 상기 연통의 내벽에 열전달부가 다수 구비되는 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치.
The method of claim 1,
Independent power supply using a thermoelectric power generation is provided with a plurality of heat transfer on the inner wall of the communication in close proximity to the heating side of the thermoelectric power module.
상기 열전달부는 히트 파이프(Heat pipe), 히트 리시버(Heat receiver) 및 히트 싱크(Heat sink) 중 어느 하나인 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치.
3. The method of claim 2,
The heat transfer unit is an independent power supply using a thermoelectric power generation any one of a heat pipe, a heat receiver and a heat sink.
상기 연통은 단면 형상이 다각형으로 형성되어, 각각의 면마다 상기 열전발전모듈 및 상기 냉각장치가 배치되는 열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치.
The method of claim 1,
The communication is formed of a polygonal cross-sectional shape, the independent power supply using a thermoelectric power generating the thermoelectric power module and the cooling device for each surface.
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