KR101612897B1 - 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템 - Google Patents

열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템 Download PDF

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강덕홍
이재영
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 다음과 같은 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템은 보일러에 의해 가열된 난방수를 온수 공급처에 공급하는 제1온수공급라인;과, 상기 난방수를 회수하는 온수회수라인;과, 상기 보일러의 연소 후 가스가 배출되고 열교환기를 구비하는 가스배출라인;과, 상기 온수회수라인에 저온부가 연결되어 상기 난방수를 저온부로 유입하고, 상기 저온부를 통과한 난방수를 상기 열교환기에 공급하게 구비되는 TEG(Thermo Electric Generators) 모듈; 및 상기 가스배출라인에 연계되어, 열교환된 난방수를 상기 제1온수공급라인 또는 온수 공급처에 공급하는 제2온수공급라인;을 포함하되, 상기 TEG 모듈은, 고온부에 열매체를 포함하고, 상기 열매체는 상기 열교환기에 의해 상기 보일러의 연소 후 가스와 열교환되게 구비될 수 있다.

Description

열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템{Combined Heat and Power Co-generation System}
본 발명은 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.
근래 새로운 에너지원의 발굴에 대한 관심이 높아지면서 중,저온의 배기가스 또는 냉각수의 잠열을 회수하여 축 동력으로 전환하는 기술에 대한 중요성이 커지고 있다.
통상적으로 중, 저온의 열에너지를 고급 에너지인 축 동력으로 전환하기 위하여, 물보다 증기압이 높은 유기 열 매체를 작동유체로 사용함으로써 낮은 온도의 열원 조건하에서도 상대적으로 높은 열효율로 축 동력을 얻을 수 있는 유기 랭킨 사이클이 적용될 수 있다.
유기 랭킨 사이클은 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기 등의 독립된 구성 장치를 상호 연관구성한 것으로서, 작동유체가 증발기에서 기화된 후 터빈에서 팽창하면서 축동력을 발생시키며, 응축기에서 다시 액화된 다음 펌프에 의해서 증발기로 다시 공급되는 폐순환 사이클로 구성되게 된다.
그러나 이와 같이 알려진 유기 랭킨 사이클은 장치의 구성이 복잡하고 다량의 유기 열 매체가 소요되는 것은 물론, 각 요소 장치에 대한 정밀한 제어가 요구되는 단점이 있어, 이를 개선하기 위해 최근에는 스털링 엔진(stirling Engine)을 사용한 기술이 사용되고 있다. 스털링 엔진은 작동유체로써 공기와 같은 기체를 사용하고, 동력사이클을 이루는 각 구성 요소가 하나의 엔진으로 집합되어 있다. 최근에는 가정에서도 스털링 엔진을 사용하여 전기와 열을 동시에 생산하는 Micro CHP(Combined Heat and Power)를 적용한 발전방식이 널리 사용되고 있다.
그러나 이와 같이 스털링 엔진을 사용하여 전기적 출력을 얻기 위해서는 가정의 난방용 이외에도 많은 양의 열이 필요하기 때문에, 이 많은 양의 열을 발생시키기 위하여 버너와 같은 추가적인 장치들이 필요하다.
따라서, 보일러의 구성이 복잡해지고 사이즈가 커지게 되며, 복잡한 구성으로 인하여 관련 장치들의 유지 보수가 어렵게 된다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0568753호 (2006.03.31.등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 체적 발전형의 열병합 발전 시스템를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 관련 설비들을 간소화하여 유지 보수가 용이하고, 구축비용이 저렴한 발전 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
더하여, 열효율 및 전기 출력밀도를 증가시키고, 불필요한 부하를 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템을 제공한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템은 보일러에 의해 가열된 난방수를 온수 공급처에 공급하는 제1온수공급라인;과, 상기 난방수를 회수하는 온수회수라인;과, 상기 보일러의 연소 후 가스가 배출되고 열교환기를 구비하는 가스배출라인;과, 상기 온수회수라인에 저온부가 연결되어 상기 난방수를 저온부로 유입하고, 상기 저온부를 통과한 난방수를 상기 열교환기에 공급하게 구비되는 TEG(Thermo Electric Generators) 모듈; 및 상기 가스배출라인에 연계되어, 열교환된 난방수를 상기 제1온수공급라인 또는 온수 공급처에 공급하는 제2온수공급라인;을 포함하되, 상기 TEG 모듈은, 고온부에 열매체를 포함하고, 상기 열매체는 상기 열교환기에 의해 상기 보일러의 연소 후 가스와 열교환되게 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 가스배출라인은, 상기 보일러에 근접하게 위치하고, 상기 보일러의 연소 후 가스와 최초 열교환이 수행되는 배출고온영역;과, 상기 배출고온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출고온영역 이후의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하여 2차 열교환이 수행되는 배출중온영역; 및 상기 배출중온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출중온영역의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하여 3차 열교환이 수행되는 배출저온영역;으로 구분될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 TEG 모듈의 고온부는 상기 배출저온영역에 연결될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 TEG 모듈의 고온부는 상기 배출고온영역에 연결될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 가스배출라인을 통과한 상기 열매체가 내부를 통과하도록 상기 배출고온영역, 상기 배출중온영역 및 상기 배출저온영역 중 적어도 하나에 연결되고, 내부를 통과한 상기 열매체를 상기 TEG 모듈의 고온부에 공급하도록 상기 TEG 모듈에 연결되는 축열조;와, 유체를 공급받게 제공되고, 상기 축열조에 연결되어 상기 축열조에 의해 상기 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기;와, 상기 증기발생기와 발전기에 연결되어, 상기 증기발생기로부터 공급받은 증기에 의해 전기에너지를 생성하는 팽창기; 및 상기 팽창기에 의해 생성된 전기에너지를 공급받도록 제공되는 출력기;를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 출력기는, 상기 TEG 모듈 고온부의 열매체를 상기 가스배출라인과 상기 축열조 및 상기 TEG 모듈의 고온부를 따라 순환시키도록 제공될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 가스배출라인을 통과한 상기 열매체가 내부를 통과하도록 상기 가스배출라인 중 적어도 하나의 영역에 연결되고, 내부를 통과한 상기 열매체를 상기 TEG 모듈의 고온부에 공급하도록 상기 TEG 모듈에 연결되는 축열조;와, 유체를 공급받게 제공되고, 상기 축열조에 연결되어 상기 축열조에 의해 상기 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기; 및 상기 증기발생기에 연결되어 동력을 공급받아 상기 TEG 모듈 고온부의 열매체를 상기 가스배출라인과 상기 축열조 및 상기 TEG 모듈의 고온부를 따라 순환시키는 스팀드리븐펌프;를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 TEG 모듈은, 내부에 고온유로를 구비하는 고온부;와, 내부에 저온유로를 구비하는 저온부; 및 상기 고온부와 상기 저온부를 연결하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자부;를 포함하되, 상기 고온유로에는 상기 열매체가 흐르고, 상기 저온유로에는 상기 온수회수라인을 통과한 난방수가 흐르도록 제공될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 TEG 모듈은, 상기 고온부, 상기 저온부 및 상기 열전소자부를 하나의 단위 모듈로 하고, 단위 모듈이 복수개 적층된 구조로 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템에 의하면 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 전기 출력밀도가 높은 열병합 발전 시스템을 구축할 수 있다.
또한, 순출력이 높은 발전 시스템을 초소형으로 구비함으로써, 한정된 공간에서도 용이하게 사용할 수 있다.
아울러, 한정된 열원을 효과적으로 사용하여 발전 시스템의 기생부하를 줄일 수 있어 발전 효율이 더욱 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 TEG 모듈의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템의 출력을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템의 개념도이다.
먼저, TEG란 열전력발전장치(TEG, Thermo Electric Generators)를 말하는 것으로서, P형 반도체와 N형 반도체의 접합인 P-N접합으로 이루어진 두 개의 판에서 어느 한쪽으로 열을 가하면 두개의 판의 온도차이만큼의 기전력이 발생하는데, 이를 이용하여 발전을 수행하는 것을 의미한다.
본 발명에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템(100)은 도 1에 보이는 것처럼, 보일러(1)에 의해 가열된 난방수를 온수 공급처에 공급하는 제1온수공급라인(10)과, 온수 공급처를 통과하고 배출되는 상기 난방수를 회수하는 온수회수라인(20)과, 상기 보일러(1)의 연소 후 가스가 배출되는 가스배출라인(30)과, 상기 온수회수라인(20)에 저온부(41)가 연결되어 상기 난방수를 저온부로 유입하고, 상기 저온부를 통과한 난방수를 상기 가스배출라인(30)에 공급하도록 상기 가스배출라인에 연결되는 TEG 모듈(40) 및 상기 가스배출라인(30)으로부터 상기 제1온수공급라인(10) 또는 온수 공급처까지 연결하고, 상기 TEG모듈에 의해 상기 가스배출라인에 공급되어 가열된 난방수를 공급하는 제2온수공급라인(50);을 포함하되, 상기 TEG 모듈은, 고온부(42)에 열매체를 포함하고, 상기 고온부는 상기 가스배출라인에 연결되어, 상기 열매체가 상기 가스배출라인에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보일러(1)의 연소 후 가스가 배출되는 가스배출라인(30)은 도 1에 보이는 것처럼, 온도에 따라 그 영역이 구분되며, 복수개의 열교환기(미도시)를 구비하여 상기 열교환기는 각각의 영역별로 설치될 수 있다.
상기 가스배출라인(30)은 연소 후 가스가 배출되는 방향으로 최 선단, 즉, 보일러(1)에 가장 가까운 측에 구비되는 배출고온영역(31)과, 상기 배출고온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출고온영역의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하는 배출중온영역(32) 및 상기 배출중온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출중온영역의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하는 배출저온영역(33)으로 구분된다.
여기서, 상기 가스배출라인(30)의 영역을 구분하는 온도 및 구분되는 영역의 개수는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다. 즉, 연소에 사용되는 연료의 종류, 배관의 길이, 보일러가 사용되는 환경 등에 의해 상기 배출고온영역, 배출중온영역 및 배출저온영역의 온도는 달라질 수 있으며 본 발명에 의한 발전 시스템이 구비되는 환경에 의해 적절히 변경될 수 있는 사항이다.
다만, 상기와 같이 가스배출라인(30)에서 일정 온도를 기준으로 고온, 중온, 저온영역을 구분하여 특정영역을 통과하는 연소 후 가스와 열교환이 이루어지도록 하게 되면, 필요한 영역에서 필요한 온도로 열교환을 실시할 수 있으므로 효율적인 온도관리가 가능하며, 가스배출라인(30) 전체의 온도손실을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 필요한 온도 영역만 사용할 수 있기 때문에 부수적인 설비들의 필요성을 배제할 수 있고, 장비의 간소화를 실현할 수 있게 된다.
한편, 온수 공급처에서 난방을 마치고 온도가 떨어져 회귀하는 난방수가 들어있는 온수회수라인(20)은 TEG 모듈(40)에 연결된다. TEG 모듈은 저온부(40)와 고온부(42)의 온도차이를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치로서, 구체적인 원리는 후술하도록 한다.
즉, 온도가 떨어져 회귀하는 난방수를 TEG 모듈의 저온부(40)로 유입하기 위해 상기 온수회수라인(20)은 TEG 모듈의 저온부(41)의 저온부 유입구(41a)에 연결된다. 그리고 TEG 모듈의 저온부(40) 내부에 형성된 저온유로를 통과하여 저온부 배출구(41b)를 통해 배출된다.
저온부 배출구(41b)는 이렇게 배출된 난방수가 다시 예열될 수 있도록, 보일러(1)의 연소 후 가스가 배출되는 가스배출라인(30)까지 배관에 의해 연결된다. 이때, 일측이 상기 저온부 배출구(41b)에 연결된 배관의 타단은 상기 가스배출라인(30)에서 배출저온영역(33)에 연결될 수 있고, 상기 배출저온영역(33)에서 1차 예열된 난방수는 다시 상기 배출저온영역(33)에서부터 상기 고온배출영역(31)까지 연결된 배관에 의해 고온배출영역(31)으로 공급되어 2차 예열될 수 있다.
한편, 도 2에 보이는 것처럼, TEG 모듈(40)의 저온부 배출구(41b)에 일단이 연결된 배관의 타단은 곧바로 가스배출라인(30)의 고온배출영역(31)에 연결되어 고온배출영역(31)에서 일정 온도로 존재하는 연소 후 가스와 열교환을 일으킬 수도 있다.
다만, 이는 작업자 및 작업환경에 의해 적절히 변경 적용 가능한 사항이며 본 발명에 의해 한정되지 않는다.
선술한 TEG 모듈(40)은 도 3에 보이는 것처럼, 내부에 고온유로(미도시)를 구비하는 고온부(42)와, 내부에 저온유로(미도시)를 구비하는 저온부(41) 및 상기 고온부와 상기 저온부를 연결하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자부(43)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 고온부(42)의 고온유로(미도시)에는 상기 열매체가 흐르고, 상기 저온부($1)의 저온유로(미도시)에는 선술한 방법으로 상기 온수회수라인(20)을 통과한 저온의 난방수가 흐르게 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 고온부(42)를 흐르는 열매체는 물로써 구비될 수 있으나 이 또한 본 발명에 의해 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.
TEG 모듈(40)의 저온부(41)는 난방을 마치고 회귀하는 저온부의 난방수에 의해 형성될 수 있고, 이제 고온부(42)를 형성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템은 도 1 및 도 2에 보이는 것처럼 축열조(60)와, 증기발생기(70)와, 팽창기(80) 및 출력기(90)를 더 포함할 수 있다.
고온부(42)를 흐르는 열매체가 고온으로 가열될 수 있도록, 고온부 배출구(42b)에는 순환라인(46)의 일단이 연결되고, 상기 순환라인(46)의 타단은 가스배출라인(30)에 연결될 수 있다.
이는 보일러(1)의 연소 후 가스에 남아있는 열을 회수하여 상기 열매체를 가열하기 위함이며, 바람직하게, 상기 순환라인(46)의 타단은 가스배출라인(30)의 중온배출영역(32)에 연결될 수 있다.
그리하여, 순환라인(46)을 타고 공급되는 상기 열매체가 가스배출라인(30)의 중온배출영역(32)의 순환유입구(32a)로 유입되어 가열되고, 가열이 완료된 상기 열매체는 중온배출영역(32)의 순환배출구(32b)를 통해 배출된다.
이렇게 중온배출영역(32)에서 열교환을 일으킨 상기 열매체가 TEG 모듈(40)의 고온부로 유입될 수 있는 온도에 미달된 경우를 위하여, 본 발명에서는 상기 순환배출구(32b) 이후의 순환라인(26)에 연결되는 축열조(60)를 제공한다.
축열조(60)의 내부에는 다수의 축열체(미도시)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 축열조(60)의 일측에는 상기 축열조(60)에서 저장한 열을 가지고 유체를 가열하여 스팀(증기)을 형성하는 증기발생기(70)가 연결된다.
상기 증기발생기(70)는 유체 공급라인(71)을 통해 외부로부터 유체, 바람직하게는 물을 공급받을 수 있고, 이 물을 축열조(60)의 열을 통해 가열하여 일정량의 증기를 생산할 수 있다.
그리고 상기 증기발생기(70)에는 터빈과 같은 팽창기(80)가 연결될 수 있다. 그러면 상기 팽창기(80)에 의해 생산된 전기에너지는 상기 팽창기(80) 일측에 구비된 출력기(90)를 구동시키게 되고, 상기 출력기(90)는 순환라인(46)에 연결되어, 상기 순환라인 내부에서 열매체를 순환시키게 된다.
즉, 상기 TEG 모듈 고온부의 열매체를 순환라인(46)이 설치된 가스배출라인(30)과 상기 축열조(60) 및 상기 TEG 모듈의 고온부(42)를 따라 순환시키는 동력을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 의하면, 선술한 팽창기(80)의 구성을 생략할 수도 있다. 즉, 선술한 출력기(90)를 스팀드리븐펌프(미도시)로 구비하면, 증기발생기(70)에서 생성된 증기가 곧바로 스팀드리븐펌프를 작동시키고, 순환라인(46)에 연결된 스팀드리븐펌프가 직접 열매체를 순환시키기 때문에 추가적인 설비의 생략이 가능하여 설비의 간소화 및 유지보수의 편리함을 실현할 수 있는 효과가 있다.
다만, 이와 같은 출력기(90)는 선술한 스팀드리븐펌프 이외에도 모터로 구비될 수 있으며 이는 당업자에 의해 적절히 변경 적용 가능한 사항이다.
이와 같이 축열조(60)를 설치하고, 축열조의 열로부터 증기를 발생시키는 증기발생기(70)를 설치함으로써, TEG 모듈(40)의 고온부를 통과하여 순환라인(46)을 따라 순환하는 열매체의 순환동력을 충당할 수 있기 때문에, 발전 시스템의 전기 출력밀도를 더욱 향상시키고 기생부하를 감소하는 효과가 있음은 물론이다.
한편, 상기 TEG 모듈(40)은 도 3에 보이는 것처럼, 열교환판으로 제공되는 고온부(42) 및 저온부(41), 그리고, 상기 고온부와 상기 저온부를 연결하며 상기 고온부와 저온부의 온도차이에 의해 기전력을 생성하는 열전소자부(43)를 하나의 단위 모듈(45)로 하고, 상기 단위 모듈이 복수개 적층된 구조로 구비될 수 있다. 적층되는 형태 및 고온부, 저온부, 열전소자부의 개수는 사용 환경에 의해 적절히 변경 적용될 수 있는 사항이다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 위와 같이 구성되는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템(100)에서 출력되는 전기를 제어하기 위한 전기출력제어 장치(미도시)가 추가로 구비될 수 있고, 보일러(1)의 연소를 가능하게 하기 위한 연소버너(미도시)가 추가로 구비될 수 있음은 당업자에 자명한 사항일 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 구성에 의한 본 발명의 동작에 대한 일예를 설명하도록 한다.
먼저, 도 1에 보이는 것처럼, 보일러(1)에 의해 약 70℃~80℃로 가열된 온수는 제1온수공급라인(10)을 따라 온수 공급처에 공급된다. 그리고 온수 공급처를 통과하여 25℃~30℃의 저온으로 된 온수는 온수회수라인(20)을 따라 회수되어 TEG모듈(40)의 저온부(41)의 열교환판으로 유입된다. 그리고, 고온부(42)로 유입된 열을 가지고 1차적으로 약 30℃~35℃로 예열된다.
그리고, 저온부 배출구(41b)에 연결된 제2온수공급라인(50)에 의해 가스배출라인(30)으로 공급된다. 일예로는 도 1에 보이는 것처럼 가스배출라인(30)의 배출저온영역(33)으로 공급될 수 있고, 도 2에 보이는 것처럼, 가스배출라인(30)의 배출고온영역(31)으로 곧바로 공급될 수도 있다.
그러면, 상기 가스배출라인(30)에서 각 온도영역별로 마련된 연소 후 가스의 잠열 회수용 열교환기로 공급된 온수는 가스배출라인(30)에서 2차적으로 예열된다. 특히, 배출고온영역(31)을 통과한 온수는 다시 70℃~80℃의 온수가 되고, 제2온수공급라인(50)에 의해 온수 공급처로 재공급될 수 있다.
이후, TEG모듈(40)의 고온부(42)를 형성하는 열매체는 고온부 배출구(42b)에 연결된 순환라인(46)을 통해 배출중온영역(32)의 순환유입구(32a)로 공급된다. 이때, 약 170℃~180℃의 온도를 띄는 열매체는 배출중온영역(32)에 구비된 현열회수용 열교환기를 거쳐 약 190℃~200℃로 가열된다. 그러면, 순환배출구(32b)로 배출되어 축열조(60)를 통과하여 TEG 모듈(40)의 고온부 유입구(42a)로 다시 유입되는 순환 사이클을 거치게 된다.
여기서, 상기 열매체가 순환라인(46)을 따라 순환하는 동력은 축열조(60)에 의해 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기(70)에 의해 동작하는 출력기(90)가 충당하게 되므로, 전체 발전 시스템의 전기 출력밀도에 부하를 가하지 않게 되는 것이다.
그러므로, 도 4에 보이는 것처럼, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템(100)에 의하면 100%의 연료를 사용하였을 때, 약 87%의 열 에너지와, 약 3.5%의 전기에너지를 생성할 수 있게 되므로 높은 발전 효율을 얻을 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 보일러 10 : 제1온수공급라인
20 : 온수회수라인 30 : 가스배출라인
40 : TEG모듈 50 : 제2온수공급라인
60 : 축열조 70 : 증기발생기
80 : 팽창기 90 : 출력기
100 : 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템

Claims (9)

  1. 보일러에 의해 가열된 난방수를 온수 공급처에 공급하는 제1온수공급라인;
    상기 난방수를 회수하는 온수회수라인;
    상기 보일러의 연소 후 가스가 배출되고 열교환기를 구비하는 가스배출라인;
    상기 온수회수라인에 저온부가 연결되어 상기 난방수를 저온부로 유입하고, 상기 저온부를 통과한 난방수를 상기 열교환기에 공급하게 구비되는 TEG(Thermo Electric Generators) 모듈; 및
    상기 가스배출라인에 연계되어, 열교환된 난방수를 상기 제1온수공급라인 또는 온수 공급처에 공급하는 제2온수공급라인;을 포함하되,
    상기 TEG 모듈은,
    고온부에 열매체를 포함하고, 상기 열매체는 상기 열교환기에 의해 상기 보일러의 연소 후 가스와 열교환되는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출라인은,
    상기 보일러에 근접하게 위치하고, 상기 보일러의 연소 후 가스와 최초 열교환이 수행되는 배출고온영역;
    상기 배출고온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출고온영역 이후의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하여 2차 열교환이 수행되는 배출중온영역; 및
    상기 배출중온영역에 후행되게 배치되고, 상기 배출중온영역의 가스보다 낮은 온도의 가스가 존재하여 3차 열교환이 수행되는 배출저온영역;
    으로 구분되는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 TEG 모듈의 고온부는 상기 배출저온영역에 연결되는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 TEG 모듈의 고온부는 상기 배출고온영역에 연결되는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 가스배출라인을 통과한 상기 열매체가 내부를 통과하도록 상기 배출고온영역, 상기 배출중온영역 및 상기 배출저온영역 중 적어도 하나에 연결되고, 내부를 통과한 상기 열매체를 상기 TEG 모듈의 고온부에 공급하도록 상기 TEG 모듈에 연결되는 축열조;
    유체를 공급받게 제공되고, 상기 축열조에 연결되어 상기 축열조에 의해 상기 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기;
    상기 증기발생기와 발전기에 연결되어, 상기 증기발생기로부터 공급받은 증기에 의해 전기에너지를 생성하는 팽창기; 및
    상기 팽창기에 의해 생성된 전기에너지를 공급받도록 제공되는 출력기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출력기는,
    상기 TEG 모듈 고온부의 열매체를 상기 가스배출라인과 상기 축열조 및 상기 TEG 모듈의 고온부를 따라 순환시키는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 가스배출라인을 통과한 상기 열매체가 내부를 통과하도록 상기 가스배출라인 중 적어도 하나의 영역에 연결되고, 내부를 통과한 상기 열매체를 상기 TEG 모듈의 고온부에 공급하도록 상기 TEG 모듈에 연결되는 축열조;
    유체를 공급받게 제공되고, 상기 축열조에 연결되어 상기 축열조에 의해 상기 유체를 가열하여 증기를 발생시키는 증기발생기; 및
    상기 증기발생기에 연결되어 동력을 공급받아 상기 TEG 모듈 고온부의 열매체를 상기 가스배출라인과 상기 축열조 및 상기 TEG 모듈의 고온부를 따라 순환시키는 스팀드리븐펌프;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 TEG 모듈은,
    내부에 고온유로를 구비하는 고온부;
    내부에 저온유로를 구비하는 저온부; 및
    상기 고온부와 상기 저온부를 연결하고, 상기 고온부와 상기 저온부의 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자부;를 포함하되,
    상기 고온유로에는 상기 열매체가 흐르고,
    상기 저온유로에는 상기 온수회수라인을 통과한 난방수가 흐르는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 TEG 모듈은,
    상기 고온부, 상기 저온부 및 상기 열전소자부를 하나의 단위 모듈로 하고, 단위 모듈이 복수개 적층된 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템.

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