KR101721151B1 - Thermo-electric power generating Apparatus based on expansion materials - Google Patents

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문지홍
정수화
김범종
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 열전소자(10)를 이용하여 열전발전을 수행하는 장치에 있어서: 외면에서 고온열원(15)과 접촉되고, 밀폐공간(25)을 지니는 용기(20); 상기 용기(20)의 밀폐공간(25)에 팽창 가능하게 수용되고, 외면에 다수의 열전소자(10)를 지니는 냉각자켓(30); 및 상기 냉각자켓(30)의 내부압력을 유지하면서 냉각수의 순환유량을 제어하여 저온열원으로 작용하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 열전발전장치의 모듈에서 열전소자와 열원 사이에 유연성을 지닌 소재를 개재하여 최적 구동조건에 필요한 균일 접촉 상태를 유지하여 열전발전의 효율을 높이는 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus for performing thermoelectric generation using a thermoelectric element (10), comprising: a container (20) in contact with a high temperature heat source (15) at an outer surface and having a closed space (25); A cooling jacket 30 inflated in a closed space 25 of the container 20 and having a plurality of thermoelectric elements 10 on its outer surface; And a controller (40) controlling the circulation flow rate of the cooling water while maintaining the internal pressure of the cooling jacket (30) to function as a low temperature heat source.
Accordingly, the module of the thermoelectric generator has the effect of increasing the efficiency of the thermoelectric generator by maintaining a uniform contact state necessary for optimum driving conditions through a material having flexibility between the thermoelectric element and the heat source.

Description

팽창소재 기반의 열전발전장치{Thermo-electric power generating Apparatus based on expansion materials}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric power generating device based on expansion materials,

본 발명은 열전발전장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 최적 구동조건에 필요한 열전소자 고온부와 열원 및 열전소자 저온부와 냉각부와의 접촉 효율을 개선시켜 열전발전의 효율을 높이는 팽창소재 기반의 열전발전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly, to a thermoelectric generator based on an expansion material that improves efficiency of contact between a thermoelectric element high temperature part and a heat source, a low temperature part of the thermoelectric element, ≪ / RTI >

일반적으로 열전소자는 수십도에서 수백도에 해당하는 중저온 영역에서 구동하여 열원의 고온부에서 저온부로 열이 이동하는 과정에서 제벡(Seebeck), 펠티어(Peltier) 효과 등에 의해 전력을 생성하는 시스템으로 대상 열원의 다양성과 더불어 친환경성이 높은 반면 최적 운전에 필요한 고온부 및 저온부 범위가 매우 제한적이다. 보통 저온부는 대기 또는 냉각수와의 열교환을 통해 쉽게 조건설정이 가능하나 고온부의 온도조절이 어려운 경우가 많다.Generally, a thermoelectric device is a system that generates power by the effect of Seebeck and Peltier in the process of heat transfer from the high temperature part to the low temperature part of the heat source driven in the middle and low temperature range corresponding to several tens to several hundred degrees. In addition to the diversity of heat sources, they are highly environmentally friendly, while the range of high temperature and low temperature required for optimum operation is very limited. Usually, the low temperature part can easily set the condition through heat exchange with air or cooling water, but it is often difficult to control the temperature of the high temperature part.

종래의 경우 폐열을 이용한 열전발전에 있어서 보편적으로 폐열원 벽면에 열전소자의 고온부를 물리적으로 접촉시키고 소자 반대편으로 열을 방출시켜야 하므로 열전소자를 활용하는데 있어 공간적이나 열적인 조건을 맞추는데 많은 제약이 따른다. 이때 수백도에 달하는 폐열원 측으로 열전소자의 고온부를 밀착하는 동시에 열전소자의 저온부도 냉각수 측으로 밀착시켜 열전소자와 열원의 균일한 접촉 상태를 유지하는 것은 열전발전 시스템의 효율을 제고하는 측면에서 중요한 설계요소의 하나이다.In the conventional case, thermoelectric power generation using waste heat is required to physically contact the high temperature part of the thermoelectric element on the wall surface of the waste heat source and to discharge the heat to the opposite side of the device, so that there are many restrictions on adjusting the spatial and thermal conditions in utilizing the thermoelectric element . At this time, maintaining the uniform contact state of the thermoelectric element and the heat source by closely contacting the high temperature part of the thermoelectric element with the waste heat source side of several hundred degrees and bringing the low temperature part of the thermoelectric element to the cooling water side is important in terms of improving the efficiency of the thermoelectric power generation system It is one of the elements.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 유럽 공개특허공보 제2854191호(선행문헌 1), 미국 공개특허공보 제2004-0031515호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.European Patent Publication No. 2854191 (Prior Art 1), United States Patent Application Publication No. 2004-0031515 (Prior Art 2), etc. are known as prior art documents which can be referred to in this connection.

선행문헌1은 상 변화 물질을 포함하는 용기(container)와 열에 노출되는 표면 사이에 열전 발전기가 배열되는 것으로서, 용기의 최소한 일부의 벽이 탄성적으로 팽창되는 구조를 채용하여 열전효율을 향상하는 기술을 제안한다.Prior Art 1 discloses a technique of arranging a thermoelectric generator between a container containing a phase change material and a surface exposed to heat and adopting a structure in which at least a part of the walls of the container are elastically expanded to improve thermoelectric efficiency .

선행문헌 2은 소정의 열팽창율을 갖는 실리콘 기반의 열전변환 재료가 전극과 접촉되어 있는 것으로, P형 열전 변환 재료와 N형 열전 변환 재료의 양호한 전극 접촉을 위해 열 팽챵율을 10ppm/K 이하로 세팅하는 기술을 제안한다.In the prior art document 2, a silicon-based thermoelectric conversion material having a predetermined thermal expansion coefficient is in contact with an electrode. In order to ensure good electrode contact between the P-type thermoelectric conversion material and the N-type thermoelectric conversion material, a thermal expansion coefficient of 10 ppm / K or less We propose a setting technique.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 열전 발전기나 열전변환 재료가 열원과 접촉하는 면에서 고른 압력을 유지하는 측면의 설계요소가 반영되지 않으므로 접촉면이 불균일하고 접착제 등을 사용하는 경우 열전달 효율의 감소를 초래하여 발전효율 향상에 한계성을 보인다.However, according to the above-mentioned prior art, since the side of the thermoelectric generator or the side where the thermoelectric conversion material comes into contact with the heat source is not reflected in the design element maintaining the uniform pressure, the contact surface is uneven and the heat transfer efficiency is decreased when the adhesive etc. is used Thereby limiting the improvement of power generation efficiency.

1. 유럽 공개특허공보 제2854191호 "Thermoelectric Generator with Expandable Container" (공개일자 : 2004.07.09.)1. European Patent Publication No. 2854191 entitled "Thermoelectric Generator with Expandable Container" 2. 미국 공개특허공보 제2004-0031515호 "Thermoelectric conversion element" (공개일자 : 2014.10.31.)2. US Patent Application Publication No. 2004-0031515 entitled "Thermoelectric conversion element" (published on October 31, 2014).

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 열전소자모듈에서 열전소자와 열원 사이에 유연성을 지닌 소재를 개재하여 최적 구동조건에 필요한 균일 접촉 상태를 유지하여 열전발전의 효율을 높이는 팽창소재 기반의 열전발전장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems in the prior art by providing a thermoelectric module in which a material having flexibility between a thermoelectric element and a heat source is interposed to maintain a uniform contact state required for optimum driving conditions, And to provide a thermoelectric generator based on an expansion material.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열전소자를 이용하여 열전발전을 수행하는 장치에 있어서: 외면에서 고온열원과 접촉되고, 밀폐공간을 지니는 용기; 상기 용기의 밀폐공간에 팽창 가능하게 수용되고, 외면에 다수의 열전소자를 지니는 냉각자켓; 및 상기 냉각자켓의 내부압력을 유지하면서 냉각수의 순환유량을 제어하여 저온열원으로 작용하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for performing thermoelectric generation using a thermoelectric element, comprising: a container in contact with a high-temperature heat source at an outer surface thereof and having a sealed space; A cooling jacket expandably received in a sealed space of the container and having a plurality of thermoelectric elements on an outer surface thereof; And a controller controlling the circulation flow rate of the cooling water while maintaining the internal pressure of the cooling jacket and acting as a low-temperature heat source.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각자켓은 신축성과 열전도성이 양호한 소재로 형성되고, 외면에서 열전소자를 제외한 영역에 단열재를 구비하는 것을 특징으로 한다.The cooling jacket of the present invention is characterized in that the cooling jacket is formed of a material having good stretchability and thermal conductivity, and has a heat insulating material in an area excluding the thermoelectric elements on the outer surface.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각자켓은 냉각수 온도의 균일한 분포를 위해 다수의 입수관에 의한 냉각수 투입 영역과 출수관에 의한 냉각수 배출 영역을 분리하는 것을 특징으로 한다.The cooling jacket is characterized by separating the cooling water input area by the plurality of water inlet pipes and the cooling water outlet area by the water outlet pipe for uniform distribution of the cooling water temperature.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 압력센서와 온도센서의 신호를 입력하고 펌프와 밸브에 출력을 인가하여 열전소자의 접촉압력과 저온열원의 안정성을 유지하는 것을 특징으로 한다.In the detailed construction of the present invention, the controller inputs signals from a pressure sensor and a temperature sensor, and applies an output to the pump and the valve to maintain contact pressure of the thermoelectric element and stability of a low-temperature heat source.

본 발명의 변형예로서, 상기 냉각자켓은 팽창력을 부가하여 내부압력의 변동성을 축소하도록 골격재를 적어도 부분적으로 더 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modification of the present invention, the cooling jacket is characterized in that it further comprises at least partly a skeleton so as to reduce the fluctuation of the internal pressure by adding an expansion force.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 열전발전장치의 모듈에서 열전소자와 열원 사이에 유연성을 지닌 소재를 개재하여 최적 구동조건에 필요한 균일 접촉 상태를 유지하여 열전발전의 효율을 높이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in the module of the thermoelectric generator, there is an effect of increasing the efficiency of the thermoelectric generator by maintaining a uniform contact state necessary for optimum driving conditions through a material having flexibility between the thermoelectric element and the heat source.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 사용전 상태를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 사용 상태를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요부를 확대하여 나타내는 구성도1 is a schematic view showing a state before use of the device according to the present invention;
2 is a schematic diagram showing a use state of the apparatus according to the present invention.
3 is an enlarged view of a main part of an apparatus according to the present invention;

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 열전소자(10)를 이용하여 열전발전을 수행하는 장치에 관하여 제안한다. 열전발전은 고온열원과 저온열원 사이에 설치되는 열전소자(10)의 제벡(Seebeck), 펠티어(Peltier) 효과 등에 의해 전력을 생성한다. 종래의 경우 열전소자(10)가 고온부와 저온부(냉각부) 사이에 볼트프레싱 등으로 압착되는 구조를 이루므로 접촉면 불균일성에 의하여 최적화된 모드에서 작동이 어려울 뿐더러 접착제의 열화로 내구성이 저하되는 경우가 많다. 또한 여러 열전소자중 하나에 문제가 생겼을 때 이를 개별적으로 교체하기가 힘든 경우가 많다.The present invention proposes an apparatus for performing thermoelectric generation using a thermoelectric element (10). The thermoelectric power generates electric power by a Seebeck effect, a Peltier effect, etc. of the thermoelectric element 10 provided between the high temperature heat source and the low temperature heat source. Since the thermoelectric element 10 is pressed between the high temperature part and the low temperature part (cooling part) by the bolt pressing or the like in the related art, it is difficult to operate in the optimized mode due to the nonuniform contact surface and the durability is deteriorated due to deterioration of the adhesive many. Also, when one of the thermoelectric elements fails, it is often difficult to replace them individually.

본 발명에 따르면 밀폐공간(25)을 지니는 용기(20)가 외면에서 고온열원(15)과 접촉되는 구조이다. 용기(20)는 개폐 가능한 덮개를 지닌 금속제 상자 구조로 형성하며, 적어도 2개의 면에서 고온열원(15)과 긴밀하게 접촉되는 형태로 구성한다. 고온열원(15)은 가정용/산업용 발전장치의 보일러 연소실, 보일러에서 스팀/온수 생산 후 폐열을 배출하는 배가스관, 자동차 엔진 및 배가스 폐열 발생부, 캠핑장의 스토브 또는 바비큐 그릴 등을 활용할 수 있다. 고온열원(15)은 상기 폐열 배출부에 직접 부착할 수도 있지만 열매유 등의 열전달 매체를 통해 열전소자 고온부에 열을 전달하는 형태가 바람직하다. 밀폐공간(25)은 내부공기를 배출시켜 진공압 상태로 유지하는 것이 좋다. 용기(20)의 내면에서 열전소자(10)를 제외한 영역은 단열재(35)를 부착한다.According to the present invention, the container 20 having the closed space 25 is in contact with the high-temperature heat source 15 on the outer surface. The container 20 is formed in a metal box structure having a cover that can be opened and closed, and is configured to be in tight contact with the high-temperature heat source 15 on at least two surfaces. The high-temperature heat source 15 may utilize a boiler combustion chamber of a domestic / industrial power generation apparatus, an exhaust gas pipe for discharging waste heat after steam / hot water production in a boiler, a waste heat generator for an automobile engine and exhaust gas, a stove or a barbecue grill for a camping site. The high-temperature heat source 15 may be directly attached to the waste heat discharging portion, but is preferably configured to transfer heat to the high-temperature portion of the thermoelectric element through a heat transfer medium such as thermal oil. It is preferable that the closed space 25 is kept in a pneumatic state by discharging the inside air. A region of the inner surface of the container 20 excluding the thermoelectric elements 10 is attached with a heat insulating material 35.

또, 본 발명에 따르면 외면에 다수의 열전소자(10)를 지니는 냉각자켓(30)이 상기 용기(20)의 밀폐공간(25)에 팽창 가능하게 수용되는 구조이다. 냉각자켓(30)은 냉각수가 저장되고 순환되는 부분으로서 고온열원(15)에 대응하는 저온열원(16)의 기능을 수행한다. 도 1은 냉각자켓(30)이 팽창되기 전의 수축된 상태로서 용기(20)에 투입하거나 인출하기 용이하다. 이에 발전장치 제작의 편의성과 유지보수의 용이성을 확보하는 동시에 내구성을 향상할 수도 있다. 열전소자(10)의 용량, 수량, 간격은 발전장치의 규격, 열전달 접촉면 등을 고려하여 설정한다.According to the present invention, a cooling jacket 30 having a plurality of thermoelectric elements 10 on its outer surface is accommodated in the enclosed space 25 of the container 20 in an expandable manner. The cooling jacket 30 functions as a low-temperature heat source 16 corresponding to the high-temperature heat source 15 as a part where the cooling water is stored and circulated. 1 is a state in which the cooling jacket 30 is in a contracted state before it is inflated, and it is easy to put in or out the container 20. Therefore, it is possible to improve the durability while securing the convenience of the power generation device and the ease of maintenance. The capacity, quantity and spacing of the thermoelectric elements 10 are set in consideration of the specification of the power generation apparatus, the heat transfer contact surfaces, and the like.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각자켓(30)은 신축성과 열전도성이 양호한 소재로 형성되고, 외면에서 열전소자(10)를 제외한 영역에 단열재(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 냉각자켓(30)의 소재는 테프론이나 비닐류를 사용할 수 있으며, 경우에 따라 열전도율이 높은 에폭시 수지를 병용할 수도 있다. 신축성을 위해서는 폴리우레탄(PU)계, 아크릴계, 실리콘계, 불소수지계, 멜라민수지계 수지를 부가할 수 있다. The cooling jacket 30 is formed of a material having good stretchability and thermal conductivity and is provided with a heat insulating material 35 in an area excluding the thermoelectric elements 10 on the outer surface. The material of the cooling jacket 30 may be Teflon or Vinyl, and in some cases, an epoxy resin having a high thermal conductivity may be used in combination. Polyurethane (PU) -based, acrylic-based, silicone-based, fluororesin-based, and melamine resin-based resins can be added for elasticity.

이때, 냉각자켓(30)에서 열전도성이 요구되는 부분은 열전소자(10)와 접촉되는 영역이다. 이외의 영역에는 용기(20)와 같은 방식으로 단열재(35)를 부가하는 것이 좋다. 상기한 제반 설계요소를 고려하여 냉각자켓(30)은 영역에 따라 2종의 다른 물성을 지닌 소재로 구성하는 것도 가능하다.At this time, the portion of the cooling jacket 30 where thermal conductivity is required is a region in contact with the thermoelectric element 10. [ It is preferable to add the heat insulating material 35 to the other area in the same manner as the container 20. The cooling jacket 30 may be made of two kinds of materials having different physical properties depending on the areas in consideration of all the above-mentioned design elements.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각자켓(30)은 냉각수 온도의 균일한 분포를 위해 다수의 입수관(31)에 의한 냉각수 투입 영역과 출수관(32)에 의한 냉각수 배출 영역을 분리하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 2개의 입수관(31)이 냉각자켓(30)의 중앙과 하측 영역으로 도달되고 1개의 출수관(32)이 냉각자켓(30)의 상측 영역으로 도달된 상태를 예시한다. 물론 장치의 규격에 따라 입수관(31)과 출수관(32)의 수량은 증가된다. 입수관(31)과 출수관(32)의 유량을 조절하면 냉각자켓(30)의 내부압력이 설정된 범위로 유지되고 이에 열전소자(10)의 접촉압력도 안정적으로 유지된다. 냉각자켓(30)의 냉각수에 의한 내부압력과 더불어 냉각수의 온도가 균일하게 유지되어야 한다.As a detailed configuration of the present invention, the cooling jacket 30 is characterized by separating the cooling water input area by the plurality of water inlet pipes 31 and the cooling water outlet area by the water outlet pipe 32 for uniform distribution of the cooling water temperature . 2 illustrates a state in which the two water intake pipes 31 reach the center and the lower region of the cooling jacket 30 and one water pipe 32 reaches the upper region of the cooling jacket 30. [ Of course, the quantity of the water inlet pipe 31 and the water outlet pipe 32 is increased according to the standard of the apparatus. The inner pressure of the cooling jacket 30 is maintained within a set range and the contact pressure of the thermoelectric element 10 is also stably maintained by adjusting the flow rate of the water inlet pipe 31 and the water outlet pipe 32. [ The temperature of the cooling water must be kept uniform along with the internal pressure by the cooling water of the cooling jacket 30.

또, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 냉각자켓(30)의 내부압력을 유지하면서 냉각수의 순환유량을 제어하여 저온열원으로 작용하는 구조를 지닌다. 제어기(40)는 냉각자켓(30)을 열전소자(10)에 대한 안정적인 저온열원(16)으로 유지한다. 이는 입수관(31)과 출수관(32)에 연계된 배관시스템을 기반으로 실제 작동과정에 획득되는 정보를 갱신하는 방식으로 수행된다.According to the present invention, the controller 40 controls the circulating flow rate of the cooling water while maintaining the internal pressure of the cooling jacket 30, so that the controller 40 functions as a low-temperature heat source. The controller 40 maintains the cooling jacket 30 in a stable low-temperature heat source 16 for the thermoelectric element 10. This is performed in such a manner that the information obtained in the actual operation process is updated based on the piping system connected to the water inlet pipe 31 and the water outlet pipe 32.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 압력센서(41)와 온도센서(42)의 신호를 입력하고 펌프(44)와 밸브(46)에 출력을 인가하여 열전소자(10)의 접촉압력과 저온열원의 안정성을 유지하는 것을 특징으로 한다. 압력센서(41)는 용기(20)의 내면에 열전소자(10)와 접촉하도록 설치된다. 물론 반드시 직접적인 접촉이 아닌 브라켓(도시 생략)을 사용한 간접적인 접촉이 선호된다. 온도센서(42)는 냉각자켓(30)의 내면에서 복수의 지점에 설치된다. 펌프(44)는 기본적으로 입수관(31)에 설치되나 출수관(32)에도 설치할 수 있다. 밸브(46)는 기본적으로 출수관(32)에 설치되나 각각의 입수관(31)에도 설치할 수 있다.The controller 40 inputs the signals of the pressure sensor 41 and the temperature sensor 42 and applies an output to the pump 44 and the valve 46 so that the contact of the thermoelectric element 10 And the stability of the pressure and the low-temperature heat source is maintained. The pressure sensor 41 is installed in contact with the thermoelectric element 10 on the inner surface of the container 20. Of course, indirect contact with brackets (not shown) is preferred rather than direct contact. The temperature sensor 42 is installed at a plurality of points on the inner surface of the cooling jacket 30. The pump 44 is basically provided in the water inlet pipe 31, but can also be installed in the water outlet pipe 32. The valve 46 is basically provided in the water pipe 32, but it can also be installed in each water pipe 31.

이에, 제어기(40)는 열전소자(10)의 접촉압력과 냉각수의 유량 및 온도를 최적의 상태로 유지한다, 열전소자(10)의 접촉압력이 적정치를 초과하면 효율증대에 비하여 동력소모가 커질 수 있다. 냉각수는 현재의 온도에 대응하여 유량을 제어하는 방식으로 조절한다. 이외에 경우에 따라 용기(20)의 밀폐공간(25)에 대한 진공압을 조절할 수도 있다.Accordingly, the controller 40 keeps the contact pressure of the thermoelectric element 10, the flow rate of the cooling water, and the temperature at an optimal state. If the contact pressure of the thermoelectric element 10 exceeds the appropriate value, Can be large. The cooling water is adjusted in such a manner that the flow rate is controlled in accordance with the current temperature. In addition, the vacuum pressure of the container 20 with respect to the closed space 25 may be adjusted in some cases.

열전소자의 발전효율을 높이기 위해서는 고온열원(15)과 저온열원(16)의 온도조건이 열전소자(10)의 요구치를 얼마나 만족시키는가도 중요하지만 궁극적으로는 정해진 고온열원(15) 및 저온열원(16) 조건에서 열전달 기구의 제어를 통해 열전소자(10)로 어느 만큼의 열을 전달시키는가가 중요하다. 도 2와 같은 구성은 열전소자의 기전력을 측정하여 고온열원(15)과 저온열원(16) 사이의 열전달의 능동적인 제어를 가능하게 한다. 즉 고온열원(15)이 최적조건보다 높을 경우 냉각수의 유량을 조절하여 열전소자의 접촉압력을 줄여 열전달 양을 제어하고, 최적조건보다 낮을 경우는 열전소자의 접촉압력을 최대화 하는 방식을 사용할 수 있다. 저온열원(16)의 온도 변화에 대해서도 비슷한 제어가 가능한데, 예를 들어 저온열원의 온도가 너무 높아져 열전소자의 발전효율이 저하될 경우 열전소자의 접촉압력을 줄여 고온열원(15)으로 부터의 열전달 양을 감소시켜 저온열원(16)의 온도 상승을 억제하는 형태로 작동시킬 수 있다. 이는 고온열원(15)과 저온열원(16)의 온도가 최적조건에서 벗어나게 되는 경우라도 열전소자 고온부의 접촉특성을 변화시켜 열전달 양을 조절하여 제2의 최적화 조건을 찾는 형태로 열전발전 효율을 능동적으로 제어 가능함을 의미한다.In order to increase the power generation efficiency of the thermoelectric element, it is important how much the temperature conditions of the high-temperature heat source 15 and the low-temperature heat source 16 satisfy the requirement of the thermoelectric element 10, but ultimately, 16), it is important to determine how much heat is transferred to the thermoelectric element 10 through the control of the heat transfer mechanism. The configuration as shown in FIG. 2 enables the active control of the heat transfer between the high-temperature heat source 15 and the low-temperature heat source 16 by measuring the electromotive force of the thermoelectric element. That is, when the high temperature heat source 15 is higher than the optimal condition, the flow rate of the cooling water is controlled to reduce the contact pressure of the thermoelectric element to control the amount of heat transfer, and when it is lower than the optimal condition, the contact pressure of the thermoelectric element can be maximized . For example, when the temperature of the low temperature heat source is too high to lower the power generation efficiency of the thermoelectric element, the contact pressure of the thermoelectric element is reduced to reduce the heat transfer from the high temperature heat source 15 It is possible to operate in such a manner as to suppress the temperature rise of the low-temperature heat source 16 by reducing the amount. This is because, even when the temperatures of the high-temperature heat source 15 and the low-temperature heat source 16 deviate from the optimal conditions, the contact characteristics of the thermoelectric-element high-temperature section are changed to adjust the amount of heat transfer to find the second optimum condition. As shown in FIG.

본 발명의 변형예로서, 상기 냉각자켓(30)은 팽창력을 부가하여 내부압력의 변동성을 축소하도록 골격재(37)를 적어도 부분적으로 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 냉각자켓(30)은 신축성을 지닌 소재이므로 펌프(44)와 밸브(46)의 작동과정에서 내부압력 변동이 초래된다. 골격재(37)는 냉각자켓(30)의 일부에 설치되어 냉각자켓(30)의 변동을 댐핑하는 역할을 한다. 골격재(37)로서 수분을 흡수하여 팽창하는 소재, 설정된 온도에서 펼쳐지는 형상기억합금 등을 적용할 수 있다. As a modification of the present invention, the cooling jacket 30 is characterized in that it further comprises at least partly a skeleton material 37 so as to reduce the fluctuation of the internal pressure by adding an expansion force. Since the cooling jacket 30 is a stretchable material, internal pressure fluctuations are caused in the operation of the pump 44 and the valve 46. The skeleton material 37 is provided on a part of the cooling jacket 30 and serves to damp the fluctuation of the cooling jacket 30. [ As the skeleton material 37, a material that absorbs moisture and expands, a shape memory alloy that expands at a set temperature, and the like can be applied.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10: 열전소자 15, 16: 열원
20: 용기 25: 밀폐공간
30: 냉각자켓 31: 입수관
32: 출수관 35: 단열재
37: 골격재 40: 제어기
41: 압력센서 42: 온도센서
44: 펌프 46: 밸브10: thermoelectric element 15, 16: heat source
20: container 25: sealed space
30: cooling jacket 31: inlet pipe
32: Water pipe 35: Insulation
37: skeletal member 40: controller
41: pressure sensor 42: temperature sensor
44: pump 46: valve

Claims (5)

열전소자(10)를 이용하여 열전발전을 수행하는 장치에 있어서:
외면에서 고온열원(15)과 접촉되고, 밀폐공간(25)과 개폐 가능한 덮개를 지니는 용기(20);
상기 용기(20)의 밀폐공간(25)에 팽창 가능하게 수용되고, 외면에 다수의 열전소자(10)를 지니는 냉각자켓(30); 및
상기 냉각자켓(30)의 내부압력을 유지하면서 냉각수의 순환유량을 제어하여 저온열원으로 작용하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지되,
상기 냉각자켓(30)은 신축성과 열전도성이 양호한 소재로 형성되고, 외면에서 열전소자(10)를 제외한 영역에 단열재(35)를 구비하고,
상기 냉각자켓(30)은 냉각수 온도의 균일한 분포를 위해 다수의 입수관(31)에 의한 냉각수 투입 영역과 출수관(32)에 의한 냉각수 배출 영역을 분리하는 것을 특징으로 하는 팽창소재 기반의 열전발전장치.An apparatus for performing thermoelectric generation using a thermoelectric element (10), comprising:
A container 20 in contact with the hot heat source 15 at the outer surface and having a closed space 25 and a cover capable of opening and closing;
A cooling jacket 30 inflated in a closed space 25 of the container 20 and having a plurality of thermoelectric elements 10 on its outer surface; And
And a controller (40) controlling the circulating flow rate of the cooling water while maintaining the internal pressure of the cooling jacket (30) to function as a low temperature heat source,
The cooling jacket 30 is made of a material having good stretchability and thermal conductivity and has a heat insulating material 35 in an area excluding the thermoelectric elements 10 on the outer surface,
Characterized in that the cooling jacket (30) separates the cooling water input area by the plurality of water inlet pipes (31) and the cooling water outlet area by the water outlet pipe (32) for uniform distribution of the cooling water temperature. Generator. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어기(40)는 압력센서(41)와 온도센서(42)의 신호를 입력하고 펌프(44)와 밸브(46)에 출력을 인가하여 열전소자(10)의 접촉압력과 저온열원의 안정성을 유지하는 것을 특징으로 하는 팽창소재 기반의 열전발전장치.The method according to claim 1,
The controller 40 receives signals from the pressure sensor 41 and the temperature sensor 42 and applies an output to the pump 44 and the valve 46 to adjust the contact pressure of the thermoelectric element 10 and the stability of the low- Wherein the thermoelectric generator is a thermoelectric generator based on an expansion material. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각자켓(30)은 팽창력을 부가하여 내부압력의 변동성을 축소하도록 골격재(37)를 적어도 부분적으로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창소재 기반의 열전발전장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the cooling jacket (30) at least partially further comprises a skeleton (37) to reduce the variability of the internal pressure by adding an inflation force.
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