KR101490632B1 - 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법 - Google Patents

열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는, 단위 스택을 흐르는 전류인 스택 전류, 단위 스택 양 단의 전압인 스택 전압, 복수 개의 열전 모듈 패키지들 각각에 흐르는 전류인 복수 개의 패키지 전류들, 복수 개의 열전 모듈들 각각의 양단 전압인 복수 개의 모듈 전압들을 측정하는 측정부와, 스택 전류 및 스택 전압을 이용하여 단위 스택의 오류 발생 여부를 파악하고, 복수 개의 패키지 전류들 및 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하는 검출부를 포함하며, 검출부는, 복수 개의 열전 모듈 패키지들 중 기 설정된 기준 전류값과 상이한 패키지 전류가 흐르는 열전 모듈 패키지를 검출하고, 검출된 열전 모듈 패키지에 흐르는 패키지 전류 및 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 검출한 열전 모듈 패키지에 포함된 열전 모듈들 각각의 발전량인 모듈별 발전량을 연산하여, 모듈별 발전량이 기 설정된 모듈 기준 발전량과 상이한 열전 모듈을 검출할 수 있다.

Description

열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법{Apparatus for monitoring thermoelectric power generation system and Method for the same}
본 출원은 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법에 관한 것으로서, 열전 발전 시스템에 문제가 발생한 경우, 이를 감지하고 문제가 발생한 부분을 찾아낼 수 있는 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법에 관한 것이다.
열전 발전이란 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 기술을 말한다. 열전 발전에서는 고온 부분과 저온 부분 사이의 온도 차에 의해 발생하는 열이 이동하려는 에너지를 전기에너지로 변환하게 된다. 열전 발전 시스템 중 단위 스택형 열전 발전 시스템은 열전 모듈을 단위 스택으로 형성하여 열전 발전을 하는 시스템이다. 이 경우, 상기 단위 스택은 출력에 따라 다수의 열전 모듈 패키지로 구성된다. 또한, 상기 열전 모듈 패키지는 다수의 열전 모듈로 구성된다. 이 때, 상기 열전 모듈 패키지 내의 열전 모듈은 직렬로 구성되고, 상기 열전 모듈 패키지는 병렬로 구성된다.
단위 스택형 열전 발전 시스템에서 단위 스택의 총 발전량은 하나의 값으로 나타나게 된다. 다만, 단위 스택형 열전 발전 시스템을 가동시에 어느 하나의 열전 모듈에 접촉 불량 또는 누전 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 단위 스택형 열전 발전 시스템은 정상적으로 전기를 공급하지 못하게 된다. 따라서, 문제가 발생한 열전 모듈을 신속히 찾아서 교체 또는 수리해야 한다. 다만, 종래에는 눈으로 열전 발전 시스템의 발전량에 문제가 발생한 것을 확인한 후, 단위 스택을 모두 분해하여 하나 하나의 열전 모듈을 직접 점검해야만 했다. 따라서, 열전 발전 시스템의 점검 및 수리에 장시간의 시간 소모가 발생하고, 수리시의 발전 중지와 같은 많은 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0077492호 (2011.07.07.)
본 출원은 열전 발전 시스템에 문제가 발생한 경우, 이를 감지하고 문제가 발생한 부분을 찾아낼 수 있는 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는, 복수 개의 열전 모듈로 구성된 열전 모듈 패키지 및 복수 개의 상기 열전 모듈 패키지로 구성된 단위 스택을 구비하는 열전 발전 시스템을 점검하는 열전 발전 시스템 점검 장치에 있어서, 상기 단위 스택을 흐르는 전류인 스택 전류, 상기 단위 스택 양 단의 전압인 스택 전압, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 각각에 흐르는 전류인 복수 개의 패키지 전류들, 상기 복수 개의 열전 모듈들 각각의 양단 전압인 복수 개의 모듈 전압들을 측정하는 측정부; 및 상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 상기 단위 스택의 오류 발생 여부를 파악하고, 상기 복수 개의 패키지 전류들 및 상기 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하는 검출부를 포함하며, 상기 검출부는, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 중 기 설정된 기준 전류값과 상이한 패키지 전류가 흐르는 열전 모듈 패키지를 검출하고, 상기 검출된 열전 모듈 패키지에 흐르는 패키지 전류 및 상기 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 상기 검출한 열전 모듈 패키지에 포함된 열전 모듈들 각각의 발전량인 모듈별 발전량을 연산하여, 상기 모듈별 발전량이 기 설정된 모듈 기준 발전량과 상이한 열전 모듈을 검출할 수 있다.
여기서, 상기 검출부는 상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 상기 단위 스택에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량이 기 설정된 기준 전력량과 비교하여 상기 단위 스택의 오류 발생 여부를 파악할 수 있다.
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여기서, 상기 측정부는 상기 단위 스택이 열을 공급 받는 부분의 온도인 고온부 온도 및 상기 단위 스택이 냉기를 공급 받는 부분의 온도인 저온부 온도를 더 측정할 수 있다.
여기서, 상기 검출부는 상기 고온부 온도 및 상기 저온부 온도의 차이값인 온도 편차를 연산하고, 온도 편차에 따른 상기 열전 모듈의 기준 발전량 값을 정리한 모듈 발전량 데이터에서 상기 온도 편차에 대응되는 모듈 기준 발전량을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는, 오류가 발생한 열전 모듈 패키지 및 오류가 발생한 열전 모듈을 포함하는 점검 결과를 외부에 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법은, 복수 개의 열전 모듈로 구성된 열전 모듈 패키지 및 복수 개의 상기 열전 모듈 패키지로 구성된 단위 스택을 구비하는 열전 발전 시스템을 점검하는 열전 발전 시스템 점검 방법에 있어서, 상기 단위 스택을 흐르는 전류인 스택 전류, 상기 단위 스택 양 단의 전압인 스택 전압, 복수 개의 열전 모듈 패키지들 각각에 흐르는 전류인 패키지 전류들 및 복수 개의 열전 모듈 각각의 양단 전압인 모듈 전압들을 측정하는 단위 스택 측정 단계; 상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인하는 오류 발생 확인단계; 및 오류가 발생하면, 상기 패키지 전류 및 상기 모듈 전압을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하는 오류 위치 검출단계를 포함하며, 상기 오류 위치 검출단계는, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 중에서 기준 전류값과 상이한 패키지 전류가 흐르는 열전 모듈 패키지를 검출하는 오류 패키지 검출단계; 및 상기 검출한 열전 모듈 패키지에 포함된 열전 모듈들의 모듈 전압들 중에서 기준 전압값과 상이한 모듈 전압을 갖는 열전 모듈을 검출하는 오류 모듈 검출단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오류 발생 확인단계에서는 상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 단위 스택에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량을 기준 전력량과 비교하여 상기 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인할 수 있다.
삭제
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법에 의하면, 열전 발전 시스템에 문제가 발생한 경우, 문제가 발생한 모듈을 신속히 찾을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법에 의하면, 열전 발전 시스템을 점검하고 수리하는데 소모되는 시간 및 노력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치 및 점검 방법에 의하면, 열전 발전 시스템의 발전이 중지되는 시간을 줄임으로써, 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1a는, 열전 발전 시스템에서 사용하는 단위 스택의 일 예시에 있어서, 열전 모듈 페키지들의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는, 열전 발전 시스템에서 사용하는 단위 스택을 이루는 열전 모듈 패키지의 일 예시를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1a는, 열전 발전 시스템에서 사용하는 단위 스택(100)의 일 예시에 있어서, 열전 모듈 패키지들(130)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 단위 스택(100)은 복수 개의 열전 모듈 패키지(130)로 구성될 수 있다. 상기 단위 스택(100)을 이루는 열전 모듈 패키지들(130) 양 단에는 열을 공급 받는 고온부와 냉기를 공급 받는 저온부가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 단위 스택(100)에서는 상기 열 또는 냉기가 서로 교차되어 방출됨으로써, 열교환이 이뤄질 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 스택(100)의 한 쪽 끝단에서 공급 받은 열 또는 냉기가 상기 단위 스택(100)의 반대쪽 끝단으로 방출될 수 있다. 이 경우, 상기 단위 스택(100)은 열과 냉기의 열교환을 통하여 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있다.
상기 단위 스택(100)은 복수 개의 상기 열전 모듈 패키지(130)가 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 단위 스택(100)을 구성하는 열전 모듈 패키지(130)의 개수는 고정된 것이 아니고, 사용되는 열전 발전 시스템마다 상이할 수 있다.
도 1b는, 열전 발전 시스템에서 사용하는 단위 스택(100)을 이루는 열전 모듈 패키지(130)의 일 예시를 나타낸 것이다.
도 1b를 참조하면, 상기 열전 모듈 패키지(130)는 복수 개의 열전 모듈(150)로 구성될 수 있다. 도 1b를 보면 상기 열전 모듈 패키지(130)는 인쇄 회로 기판(PCB 기판)에 복수 개의 열전 모듈들(150)이 배치된 것일 수 있다. 도 1b를 보면 상기 열전 모듈 패키지(130)에는 6개의 열전 모듈(150)이 2줄로 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈(150)의 개수 및 열전 모듈들의 배치 모양은 도 1b의 경우로 한정되는 것이 아니라, 열전 모듈 패키지(130)에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 열전 모듈 패키지(130)는 복수개의 열전 모듈들(150)이 배치된 복수개의 모듈 기판들을 구비할 수도 있다. 또한, 상기 열전 모듈 패키지(130)는 복수 개의 열전 모듈들(150)이 서로 직렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.
상기 열전 모듈 패키지(130)는 상기 인쇄 회로 기판의 양단에 열교환을 위한 열교환기를 구비할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는 측정부(200), 검출부(300)를 포함할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치를 설명한다.
측정부(200)는 상기 단위 스택(100)을 흐르는 전류인 스택 전류(i_s), 상기 단위 스택(100) 양 단의 전압인 스택 전압(v_s), 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지(130)들 각각에 흐르는 전류인 복수 개의 패키지 전류들(i_p), 상기 복수 개의 열전 모듈들(150) 각각의 양단 전압인 복수 개의 모듈 전압들(v_m)을 측정할 수 있다. 상기 측정부(200)는 상기 스택 전류(i_s), 상기 스택 전압(v_s), 상기 패키지 전류(i_p) 및 상기 모듈 전압(v_m)을 측정하기 위한 전류계 및 전압계를 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 전압계 및 전류계는 전압 및 전류를 측정할 수 있는 주지의 전압계 및 전류계라면 어떠한 것이라도 가능하다. 상기 측정부(200)는 측정한 상기 스택 전압(v_s), 상기 스택 전류(i_s), 상기 패키지 전류들(i_p) 및 상기 모듈 전압들(v_m)을 검출부(300)로 전송할 수 있다.
상기 측정부(200)는 상기 열전 모듈 패키지(130)가 열을 공급 받는 부분의 온도인 고온부 온도(T_h) 및 상기 열전 모듈 패키지(130)가 냉기를 공급 받는 부분의 온도인 저온부 온도(T_l)를 측정할 수 있다. 상기 측정부(200)는 상기 고온부 온도(T_h) 및 저온부 온도(T_l)를 측정하기 위한 온도 센서를 구비할 수 있다. 상기 측정부(200)는 상기 고온부 온도(T_h) 및 저온부 온도(T_l)를 검출부(300)로 전송할 수 있다.
검출부(300)는 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 스택 전압(v_s)을 이용하여 상기 단위 스택(100)의 오류 발생 여부를 파악하고, 상기 복수 개의 패키지 전류들(i_p) 및 상기 복수 개의 모듈 전압들(v_m)을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 검출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 검출부(300)는 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 스택 전압(v_s)을 이용하여 상기 단위 스택(100)에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량이 기 설정된 기준 전력량과 비교하여 상기 단위 스택(100)의 오류 발생 여부를 파악할 수 있다. 상기 기준 전력량은 열전 발전 시스템을 동작시켜 얻은 전력량의 평균값으로 미리 저장되어 있을 수 있다. 상기 검출부(300)는 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 스택 전압(v_s)을 곱하여 상기 스택 전력량을 구할 수 있다.
열전 발전 시스템에서 어느 하나의 열전 모듈(150)에 접촉 불량 또는 누전 등을 이유로 오류가 발생하면, 상기 열전 발전 시스템의 총 발전량은 0이 될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치에서, 상기 검출부(300)는 열전 발전 시스템에서 생산하는 총 발전량을 확인하여 오류를 감지하고, 오류가 발생한 정확한 위치를 검출하기 위해 단위 스택(100), 열전 모듈 패키지(130) 및 열전 모듈(150)을 단계적으로 검사할 수 있다.
상기 검출부(300)는 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들(130) 중 기 설정된 기준 전류값과 상이한 패키지 전류(i_p)가 흐르는 열전 모듈 패키지(130)를 오류가 발생한 열전 모듈 패키지(130)로 검출할 수 있다. 구체적으로, 단위 스택(100)을 구성하는 열전 모듈 패키지(130)는 서로 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 이 경우, 각각의 열전 모듈 패키지(130)별로 패키지 전류(i_p)가 흐를 수 있다. 따라서, 상기 검출부(300)는 상기 패키지 전류들(i_p)을 확인하여 기 설정된 기준 전류값과 상이한 전류값이 검출되는 곳의 열전 모듈 패키지(130)에 문제가 발생한 것을 검출할 수 있다. 여기서, 상기 기준 전류값은 사용자가 미리 설정한 값일 수 있다. 상기 기준 전류값은 열전 모듈 패키지(130)가 정상 동작 중인 경우에, 상기 열전 모듈 패키지(130)들 각각에 흐르는 패키지 전류들(i_p)을 주기적으로 측정한 이후, 측정한 패키지 전류들(i_p)의 평균을 구한 값일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 검출부(300)는 검출한 열전 모듈 패키지(130)에 포함된 열전 모듈들(150)의 모듈 전압(v_m)을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 검출할 수 있다. 구체적으로, 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈들(150)은 서로 직렬로 연결되어 있을 수 있다. 따라서, 하나의 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈들(150)에는 동일한 전류가 흐르게 되지만, 각각의 열전 모듈들(150)의 양 단 전압은 서로 상이할 수 있다. 따라서, 상기 검출부(300)는 상기 열전 모듈들(150) 중에서 모듈 전압(v_m)이 기 설정된 기준 전압값보다 낮은 값을 가지는 열전 모듈(150)을 오류가 발생한 열전 모듈로 검출할 수 있다. 여기서, 상기 기준 전압값은 상기 열전 모듈(150)이 정상적으로 동작 중인 경우의 모듈 전압 평균값을 구하여 일정 비율 이내의 오차 범위를 미리 설정한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 검출부(300)는 모듈 전압(v_m)이 열전 모듈(150)이 정상 동작 중인 경우의 평균 전압값의 20% 이상 오차가 발생한 열전 모듈(150)을 검출하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 오차 비율은 사용자가 임의대로 설정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 검출부(300)는 검출한 열전 모듈 패키지(130)에 포함된 열전 모듈들(150) 각각의 발전량인 모듈별 발전량을 연산하여, 상기 모듈별 발전량이 기 설정된 모듈 기준 발전량과 상이한 열전 모듈(150)을 오류가 발생한 열전 모듈(150)로 검출할 수 있다. 구체적으로, 상기 검출부(300)는 상기 검출한 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈들(150)의 모듈 전압(v_m) 및 상기 검출한 열전 모듈 패키지(130)에 흐르는 패키지 전류(i_p)를 이용하여 열전 모듈들(150) 각각의 모듈별 발전량을 연산할 수 있다. 상기 검출부(300)는 상기 모듈별 발전량이 상기 모듈 기준 발전량보다 일정량 이상 작은 열전 모듈(150)을 오류가 발생한 열전 모듈(150)로 검출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 검출부(300)는 상기 고온부 온도(T_h) 및 상기 저온부 온도(T_l)의 차이값인 온도 편차를 연산하고, 온도 편차에 따른 상기 열전 모듈(150)의 기준 발전량 값을 정리한 모듈 발전량 데이터에서 상기 온도 편차에 대응되는 기준 발전량 값을 상기 모듈 기준 발전량으로 설정할 수 있다. 구체적으로, 열전 발전 시스템은 온도 차에 따른 열에너지를 전기에너지로 변환하는 발전 시스템으로 고온부 온도(T_h) 및 저온부 온도(T_l)의 온도 편차에 따라 발전량이 달라질 수 있다. 따라서, 상기 열전 모듈(150) 각각의 발전량 또한 상기 온도 편차에 영향을 받을 수 있다. 상기 모듈 발전량 데이터는 사용하는 열전 모듈(150)에 따라서 고온부 및 저온부의 온도 편차에 따라 평균적으로 발생하는 발전량을 정리한 데이터일 수 있다. 상기 모듈 발전량 데이터는 온도 편차별로 열전 발전 시스템의 구동 결과 경험적으로 얻어진 발전량들을 이용하여 사용자가 미리 저장해 놓은 것일 수 있다. 즉, 상기 검출부(300)는 상기 모듈 기준 발전량을 설정한 후 상기 모듈 기준 발전량과 상기 모듈별 발전량을 비교하여 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는 전송부(400)를 더 포함할 수 있다.
전송부(400)는 오류가 발생한 열전 모듈 패키지(130) 및 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 포함하는 점검 결과를 외부에 전송할 수 있다. 구체적으로, 상기 전송부(400)는 유무선 통신을 이용하여 상기 점검 결과를 외부의 열전 발전 시스템 서버 또는 별도의 저장 공간으로 전송할 수 있다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 3 및 도 4를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치의 동작을 설명한다,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치가 오류가 발생한 열전 모듈 패키지(130)를 검출하기 위한 동작을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 열전 발전 시스템에서 사용하는 단위 스택(100)은 출력부(110), 패키지 연결 기판(120), 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139)을 포함할 수 있다.
출력부(110)는 상기 단위 스택(100)에서 생산한 전력을 외부로 출력할 수 있다. 상기 출력부(110)는 부하와 연결되어 상기 부하에 전력을 공급할 수 있다. 상기 출력부(110)는 패키지 연결 기판(120)과 연결될 수 있다.
패키지 연결 기판(120)에는 전력을 생산하는 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139)이 장착될 수 있으며, 이를 위해 상기 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139) 각각이 장착될 수 있는 슬롯 등을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 열전 모듈 패키지들은 상기 패키지 연결 기판(120)에 병렬로 연결될 수 있다. 상기 패키지 연결 기판(120)은 전기적 소자들을 연결하는 인쇄 회로 기판일 수 있다.
열전 모듈 패키지(131, 132, …, 139)들 각각은 복수 개의 열전 모듈들(150)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 복수 개의 열전 모듈들(150)은 직렬로 연결될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 상기 열전 모듈 패키지(131, 132, …, 139)들 각각은 2개씩의 모듈 기판(140_1 및 140_2, 140_3 및 140_4, …, 140_17 및 140_18)이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 모듈 기판들(140_1, 140_2, …, 140_18) 각각은 전기적 소자들을 연결하는 인쇄 회로 기판일 수 있다. 상기 모듈 기판들(140_1, 140_2, …, 140_18) 각각에는 6개의 열전 모듈(150)이 직렬로 연결되어 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 모듈 기판들(140_1, 140_2, …, 140_18) 중 2개씩이 연결되어 구성된 열전 모듈 패키지(131, 132, …, 139) 9개가 상기 패키지 연결 기판(120)에 병렬로 연결된 것을 도시하고 있다. 다만, 상기 패키지 연결 기판(120)에 연결된 열전 모듈 패키지(130)의 개수, 상기 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 모듈 기판(140_1, 140_2, …, 140_18)의 개수 또는 상기 모듈 기판(140_1, 140_2, …, 140_18)에 배치된 열전 모듈(150)의 개수는 도 3에 도시된 것에 한정되지 않고, 다양하게 변경될 수 있다.
도 3을 참조하면, 측정부(200)는 상기 출력부(110)에서 스택 전압(v_s)을 측정할 수 있다. 상기 측정부(200)는 상기 출력부(110)와 상기 패키지 연결 기판(120) 사이 또는 상기 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139)이 연결되는 위치에서 상기 단위 스택(100)에 흐르는 총 전류인 스택 전류(i_s)를 측정할 수 있다. 상기 측정부(200)는 상기 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139) 각각을 흐르는 패키지 전류들(i_p)을 측정할 수 있다. 상기 측정부(200)는 측정한 상기 스택 전압(v_s), 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 패키지 전류들(i_p)을 검출부(300)로 전송할 수 있다.
도 3을 참조하면, 검출부(300)는 스택 전압 분석부(310), 스택 전류 분석부(320), 패키지 전류 분석부(330) 및 전력 분석부(340)를 포함할 수 있다.
스택 전압 분석부(310)는 상기 스택 전압(v_s)을 이용하여 상기 단위 스택(100)에서 출력하는 전압값이 적정한지 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 스택 전압 분석부(310)는 상기 스택 전압(v_s)이 미리 설정한 기준 범위 내인지 확인할 수 있다. 상기 기준 범위는 사용자가 단위 스택(100)에서 출력하기 원하는 전압 범위를 미리 설정해 둔 것일 수 있다. 상기 스택 전압 분석부(310)는 상기 스택 전압(v_s)이 상기 기준 범위와 차이 나는 정도를 계산하여 전력 분석부(340)로 전송할 수 있다. 또한, 상기 스택 전압 분석부(310)는 상기 스택 전압(v_s) 값을 전력 분석부(340)에 전송할 수 있다.
스택 전류 분석부(320)는 상기 스택 전류(i_s)를 이용하여 상기 단위 스택(100)에 흐르는 전류가 적정한지 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 스택(100)에는 안전 또는 효율을 위하여 전류 허용치가 별도로 설정되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 스택 전류 분석부(320)는 상기 스택 전류(i_s)가 상기 전류 허용치 내인지 확인할 수 있다. 상기 스택 전류 분석부(320)는 상기 스택 전류(i_s)가 적정한지 확인한 결과 및 스택 전류(i_s) 값을 전력 분석부(340)로 전송할 수 있다.
패키지 전류 분석부(330)는 열전 모듈에 이상이 발생한 경우, 상기 패키지 전류들(i_p)을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈 패키지를 검출할 수 있다. 구체적으로, 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139)이 모두 병렬로 연결되어 있기 때문에, 각각의 열전 모듈 패키지들(131, 132, …, 139)에 흐르는 패키지 전류들(i_p)은 전부 상이할 수 있다. 예를 들어, 열전 모듈 패키지(131)에 오류가 발생한 경우, 상기 열전 모듈 패키지(131)에 흐르는 패키지 전류(i_p)는 다른 열전 모듈 패키지들(132, …, 139)에 흐르는 패키지 전류들(i_p)과 큰 차이가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 패키지 전류 분석부(330)는 패키지 전류들(i_p)을 분석하여 패키지 전류들(i_p)의 평균값과 크게 차이 나는 패키지 전류(i_p)가 흐르는 열전 모듈 패키지(131)를 오류가 발생한 것으로 검출할 수 있다. 또는, 상기 패키지 전류 분석부(330)는 상기 패키지 전류들(i_p) 중에서 미리 설정한 기준 전류값과 상이한 값을 가지는 패키지 전류(i_p)가 흐르는 열전 모듈 패키지(131)를 검출할 수 있다. 이 경우에, 상기 전류 기준값은 상기 단위 스택(100)이 정상적으로 동작하는 경우의 패키지 전류들(i_p)의 평균값일 수 있다.
전력 분석부(340)는 상기 스택 전압(v_s) 및 상기 스택 전류(i_s)를 이용하여 단위 스택(100)에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 계산할 수 있다. 이 경우, 상기 전력 분석부(340)는 상기 스택 전력량이 기 설정된 기준 전력량보다 낮은 경우, 상기 단위 스택(100)에 오류가 발생한 것을 확인할 수 있다. 상기 전력 분석부(340)는 상기 단위 스택(100)의 오류 발생 여부를 분석하여 전송부(400)로 전송할 수 있다. 상기 전력 분석부(340)는 단위 스택(100)에 오류 발생시 오류가 발생한 열전 모듈 패키지를 찾도록 상기 패키지 전류 분석부(330)에 분석 결과를 전송할 수 있다.
전송부(400)는 상기 검출부(300)가 분석한 분석 결과(예를 들면, 스택 전압(v_s), 스택 전류(i_s), 패키지 전류들(i_p), 오류 발생 여부 및 오류가 발생한 열전 모듈 패키지 등)를 외부 별도의 관리 시스템 또는 열전 발전 시스템의 제어부로 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치가 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하기 위한 동작을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 열전 모듈 패키지(130)는 12개의 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12)은 서로 직렬로 연결되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12)을 흐르는 패키지 전류(i_p)는 동일하지만, 각각의 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12)의 모듈 전압(v_m)은 상이할 수 있다. 여기서, 하나의 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12)의 개수는 도 4에 도시된 것에 한정되지 않고, 변경될 수 있다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 열전 모듈 패키지(130)는 복수 개의 열전 모듈들(150)이 배치된 복수 개의 모듈 기판을 구비할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 측정부(200)는 상기 열전 모듈 패키지(130)가 열을 공급 받는 부분의 온도인 고온부 온도(T_h) 및 냉기를 공급 받는 부분의 온도인 저온부 온도(T_l)를 더 측정하여 검출부(300)로 전송할 수 있다.
도 4를 참조하면, 검출부(300)는 모듈 전압 분석부(350), 패키지 전류 분석부(330) 및 온도 분석부(360)를 포함할 수 있다.
모듈 전압 분석부(350)는 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12) 각각의 모듈 전압(v_m)을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출할 수 있다. 상기 모듈 전압 분석부(350)는 상기 모듈 전압들(v_m)이 적정한 전압값인지 분석할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12) 중에서 기준 전압값과 상이한 모듈 전압(v_m)을 갖는 열전 모듈을 오류가 발생한 열전 모듈로 검출할 수 있다. 여기서, 상기 기준 전압값은 열전 발전 시스템이 정상 동작중에 측정한 모듈 전압들(v_m)의 평균값일 수 있다. 이 경우, 상기 모듈 전압 분석부(350)는 상기 검출한 열전 모듈의 정보를 전송부(400)에 전송할 수 있다. 또한, 상기 모듈 전압 분석부(350)는 자체적으로 오류가 발생한 모듈을 검출하지 않고, 상기 모듈 전압들(v_m)을 전력 분석부(340)로 바로 전달할 수도 있다.
패키지 전류 분석부(330)는 측정부(200)가 측정한 패키지 전류(i_p)를 전력 분석부(340)로 전달할 수 있다.
온도 분석부(360)는 상기 고온부 온도(T_h) 및 저온부 온도(T_l)의 온도 편차를 계산할 수 있다. 상기 온도 분석부(360)는 상기 온도 편차를 전력 분석부(340)에 전송할 수 있다.
전력 분석부(340)는 상기 모듈 전압들(v_m) 및 상기 패키지 전류(i_p)를 이용하여 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12) 각각의 모듈별 발전량을 연산할 수 있다. 상기 모듈별 발전량은 상기 열전 모듈들(150_1, 150_2, …, 150_12) 각각이 생산하는 전력량일 수 있다. 상기 전력 분석부(340)는 상기 모듈별 발전량이 기 설정된 모듈 기준 발전량과 상이한 열전 모듈을 오류가 발생한 것으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 열전 모듈1(150_1)에 오류가 발생한 경우, 상기 전력 분석부(340)는 상기 열전 모듈들(150_1 내지 150_12)의 모듈별 발전량 중 상기 열전 모듈1(150_1)의 모듈별 발전량만 0이 되거나, 또는 상기 모듈 기준 발전량보다 크게 작은 값이 나타날 수 있다. 따라서, 상기 전력 분석부(340)는 상기 열전 모듈(150_1)을 오류가 발생한 열전 모듈로 검출할 수 있다. 상기 전력 분석부(340)는 상기 검출한 열전 모듈(150_1) 및 모듈별 발전량을 전송부(400)로 전송할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 장치는, 온도 편차에 따른 상기 열전 모듈의 기준 발전량 값을 정리한 모듈 발전량 데이터가 미리 저장되어 있을 수 있다. 이 경우에, 상기 전력 분석부(340)는 상기 모듈 발전량 데이터에서 상기 온도 분석부(360)가 연산한 온도 편차에 대응되는 기준 발전량 값을 상기 모듈 기준 발전량으로 설정할 수 있다.
전송부(400)는 상기 검출부(300)가 분석한 결과들(검출한 열전 모듈 정보, 모듈 전압들(v_m) 및 모듈별 발전량 등)을 외부의 별도 시스템 또는 열전 발전 시스템의 제어부로 전송할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법은 단위 스택 측정단계(S10), 오류 발생 확인단계(S20) 및 오류 위치 검출단계(S30)를 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법을 설명한다.
단위 스택 측정단계(S10)에서는, 상기 단위 스택(100)을 흐르는 전류인 스택 전류(i_s), 상기 단위 스택(100) 양 단의 전압인 스택 전압(v_s), 복수 개의 열전 모듈 패키지(130)들 각각에 흐르는 전류인 패키지 전류들(i_p) 및 복수 개의 열전 모듈(150) 각각의 양단 전압인 모듈 전압들(v_m)을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 스택 측정단계(S10)에서는, 측정부(200)가 상기 스택 전류(i_s), 상기 스택 전압(v_s), 상기 패키지 전류들(i_p) 및 상기 모듈 전압들(v_m)을 측정하여 검출부(300)로 전송할 수 있다.
상기 단위 스택 측정단계(S10)에서는, 측정한 전압 및 전류들을 별도의 저장 공간에 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 저장한 전압 및 전류들은 단위 스택(100), 열전 모듈 패키지 및 열전 모듈에서의 평균 전류, 평균 전압 및 평균 발전량을 파악하는데 사용될 수 있다.
오류 발생 확인단계(S20)에서는 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 스택 전압(v_s)을 이용하여 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 오류 발생 확인단계(S20)에서는 상기 스택 전류(i_s) 및 상기 스택 전압(v_s)을 이용하여 단위 스택(100)에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량을 기준 전력량과 비교하여 상기 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인할 수 있다. 상기 기준 전력량은 미리 설정된 값일 수 있다. 또한, 상기 오류 발생 확인단계(S20)에서는, 상기 기준 전력량과 비교하지 않고 상기 스택 전력량을 통하여 바로 열전 발전 시스템의 오류 발생을 확인할 수도 있다. 구체적으로, 열전 발전 시스템에서는 내부 열전 모듈(150) 중 하나에 이상이 있는 경우에 총 발전량이 0이 될 수 있다. 이 경우, 상기 오류 발생 확인단계(S20)에서는, 검출부(300)가 상기 스택 전력량이 0이 되는 것을 확인하고 상기 단위 스택(100) 내부에 오류가 발생한 것을 파악할 수 있다.
오류 위치 검출단계(S30)에서는 오류가 발생하면, 상기 패키지 전류(i_p) 및 상기 모듈 전압(v_m)을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 검출할 수 있다. 구체적으로, 상기 오류 위치 검출단계(S30)에서는 검출부(300)가 먼저 오류가 발생한 열전 모듈 패키지(130)를 검출하고, 이후에 검출한 열전 모듈 패키지(130)를 구성하는 열전 모듈들(150) 중에서 오류가 발생한 열전 모듈(150)을 검출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법 중 오류 위치 검출단계(S30)는 오류 패키지 검출단계(S31) 및 오류 모듈 검출단계(S32)를 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 발전 시스템 점검 방법 중 오류 위치 검출단계(S30)를 설명한다.
오류 패키지 검출단계(S31)에서는 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들(130) 중에서 기준 전류값과 상이한 패키지 전류(i_p)가 흐르는 열전 모듈 패키지(130)를 오류가 발생한 열전 모듈 패키지(130)로 검출할 수 있다. 상기 기준 전류값은 정상 동작 중에 측정한 패키지 전류들(i_p)의 평균값일 수 있다. 여기서, 상기 기준 전류값은 상기 패키지 전류들(i_p)의 평균값 이외에도, 사용자가 임의대로 설정 또는 변경할 수 있다.
오류 모듈 검출단계(S32)에서는 상기 검출한 열전 모듈 패키지(130)에 포함된 열전 모듈들(150)의 모듈 전압들(v_m) 중에서 기준 전압값과 상이한 모듈 전압(v_m)을 갖는 열전 모듈(150)을 오류가 발생한 열전 모듈(150)로 검출할 수 있다.
또는, 상기 오류 모듈 검출단계(S32)에서는, 검출부(300)가 상기 패키지 전류(i_p) 및 모듈 전압(v_m)을 이용하여 복수 개의 열전 모듈들(150) 각각마다 모듈별 발전량을 연산할 수 있다. 상기 오류 모듈 검출단계(S32)에서는, 상기 검출부(300)가 단위 스택(100)의 고온부 온도(T_h) 및 저온부 온도(T_l)의 차이값인 온도 편차를 연산할 수 있다. 상기 오류 모듈 검출단계(S32)에서는, 상기 검출부(300)가 기 저장된 온도 편차에 따른 열전 모듈(150)의 기준 발전량 값을 정리한 모듈 발전량 데이터에서 상기 연산한 온도 편차를 이용하여 상기 모듈 기준 발전량을 추출할 수 있다. 이 경우, 상기 오류 모듈 검출단계(S32)에서는, 상기 검출부(300)가 상기 모듈별 발전량을 상기 모듈 기준 발전량과 비교하여 일정 오차 범위 이상 차이가 나는 모듈별 발전량을 갖는 열전 모듈(150)을 오류가 발생한 것으로 검출할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
100: 단위 스택 110: 출력부
120: 패키지 연결 기판
130(131, 132, …, 139): 열전 모듈 패키지
140(140_1, 140_2, …, 140_18): 모듈 기판
150(150_1, 150_2, …, 150_12): 열전 모듈
200: 측정부 300: 검출부
310: 스택 전압 분석부 320: 스택 전류 분석부
330: 패키지 전류 분석부 340: 전력 분석부
350: 모듈 전압 분석부 360: 온도 분석부
400: 전송부
v_s: 스택 전압 i_s: 스택 전류
i_p: 패키지 전류 v_m: 모듈 전압
T_h: 고온부 온도 T_l: 저온부 온도
S10: 단위 스택 측정단계
S20: 오류 발생 확인단계
S30: 오류 위치 검출단계
S31: 오류 패키지 검출단계
S32: 오류 모듈 검출단계

Claims (8)

  1. 복수 개의 열전 모듈로 구성된 열전 모듈 패키지 및 복수 개의 상기 열전 모듈 패키지로 구성된 단위 스택을 구비하는 열전 발전 시스템을 점검하는 열전 발전 시스템 점검 장치에 있어서,
    상기 단위 스택을 흐르는 전류인 스택 전류, 상기 단위 스택 양 단의 전압인 스택 전압, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 각각에 흐르는 전류인 복수 개의 패키지 전류들, 상기 복수 개의 열전 모듈들 각각의 양단 전압인 복수 개의 모듈 전압들을 측정하는 측정부; 및
    상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 상기 단위 스택의 오류 발생 여부를 파악하고, 상기 복수 개의 패키지 전류들 및 상기 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하는 검출부를 포함하며,
    상기 검출부는, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 중 기 설정된 기준 전류값과 상이한 패키지 전류가 흐르는 열전 모듈 패키지를 검출하고, 상기 검출된 열전 모듈 패키지에 흐르는 패키지 전류 및 상기 복수 개의 모듈 전압들을 이용하여 상기 검출한 열전 모듈 패키지에 포함된 열전 모듈들 각각의 발전량인 모듈별 발전량을 연산하여, 상기 모듈별 발전량이 기 설정된 모듈 기준 발전량과 상이한 열전 모듈을 검출하는 열전 발전 시스템 점검 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출부는
    상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 상기 단위 스택에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량이 기 설정된 기준 전력량과 비교하여 상기 단위 스택의 오류 발생 여부를 파악하는 열전 발전 시스템 점검 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정부는
    상기 단위 스택이 열을 공급 받는 부분의 온도인 고온부 온도 및 상기 단위 스택이 냉기를 공급 받는 부분의 온도인 저온부 온도를 더 측정하고,
    상기 검출부는 상기 고온부 온도 및 상기 저온부 온도의 차이값인 온도 편차를 연산하고, 상기 온도 편차에 따른 상기 열전 모듈의 기준 발전량 값을 정리한 모듈 발전량 데이터에서 상기 온도 편차에 대응되는 기준 발전량 값을 상기 모듈 기준 발전량으로 설정하는 열전 발전 시스템 점검 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    오류가 발생한 열전 모듈 패키지 및 오류가 발생한 열전 모듈을 포함하는 점검 결과를 외부에 전송하는 전송부를 더 포함하는 열전 발전 시스템 점검 장치.
  6. 복수 개의 열전 모듈로 구성된 열전 모듈 패키지 및 복수 개의 상기 열전 모듈 패키지로 구성된 단위 스택을 구비하는 열전 발전 시스템을 점검하는 열전 발전 시스템 점검 방법에 있어서,
    상기 단위 스택을 흐르는 전류인 스택 전류, 상기 단위 스택 양 단의 전압인 스택 전압, 복수 개의 열전 모듈 패키지들 각각에 흐르는 전류인 패키지 전류들 및 복수 개의 열전 모듈 각각의 양단 전압인 모듈 전압들을 측정하는 단위 스택 측정 단계;
    상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인하는 오류 발생 확인단계; 및
    오류가 발생하면, 상기 패키지 전류 및 상기 모듈 전압을 이용하여 오류가 발생한 열전 모듈을 검출하는 오류 위치 검출단계를 포함하며,
    상기 오류 위치 검출단계는, 상기 복수 개의 열전 모듈 패키지들 중에서 기준 전류값과 상이한 패키지 전류가 흐르는 열전 모듈 패키지를 검출하는 오류 패키지 검출단계; 및 상기 검출한 열전 모듈 패키지에 포함된 열전 모듈들의 모듈 전압들 중에서 기준 전압값과 상이한 모듈 전압을 갖는 열전 모듈을 검출하는 오류 모듈 검출단계를 포함하는 열전 발전 시스템 점검 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오류 발생 확인단계는
    상기 스택 전류 및 상기 스택 전압을 이용하여 단위 스택에서 생산하는 전력량인 스택 전력량을 연산하고, 상기 스택 전력량을 기준 전력량과 비교하여 상기 열전 발전 시스템의 오류 발생 여부를 확인하는 열전 발전 시스템 점검 방법.
  8. 삭제
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