KR101736784B1 - 열전소자를 이용하는 모듈화된 발전장치 - Google Patents

Abstract

발전장치를 개시한다. 개시된 발전장치는 내측에 유체가 흐르는 제1 유로를 구비하는 고온블록; 상기 고온블록의 일측에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 저온블록; 상기 고온블록 및 상기 저온블록 사이에 배치되는 열전모듈; 을 포함하며, 상기 고온블록과 상기 저온블록은 연결부재를 통해 상호 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전소자를 이용하는 모듈화된 발전장치{Modular Electricity Generator using Thermoelectric Elements}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모듈화가 용이하고 효율이 증가한 열전소자를 이용하는 모듈화된 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 열전소자는 열전소자의 양단에 온도차를 부여할 경우 기전력이 발생하는 제백(Seebeck) 효과를 기대할 수 있는 발전장치 또는 열전소자에 직류를 인가할 경우 고온부가 발열하고 저온부가 흡열하는 펠티어(Peltier) 효과를 이용하는 냉각장치로 이용될 수 있다.

이러한 열전소자를 이용하는 발전장치는 내부에 유로가 형성된 기판을 열전소자의 고온부 및 저온부에 각각 배치시킨 후, 열전소자의 고온부에 배치된 기판에는 고온의 유체가 흐르게 하여 열전소자의 고온부가 가열되게 하고, 열전소자의 저온부에 배치된 기판에는 저온의 유체가 흐르게 하여 열전소자의 저온부가 냉각되게 하여 기전력을 발생시킨다.

그런데 종래의 발전장치는 고온부 기판과 저온부 기판을 열전소자와 결합시켜 하나의 모듈로 사용하기 위해서는 고온부 기판과 저온부 기판을 연결하게 하는 별도의 복잡한 장치가 요구되는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 발전장치는 필요에 따라 열전소자를 추가로 적층 하여 모듈의 용량을 확장하기 위해서는 각각의 기판에 유체를 공급하는 별도의 유로가 추가로 요구되므로 모듈 확장성이 현저히 낮아지고, 추가되는 유로와 기판 내측에 형성된 유로간의 상호 연결지점에서 유로가 급격하게 절곡 형성됨에 따라 유속이 감소하여 효율이 감소하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 열전모듈과 열전모듈의 양측에 배치되는 고온블록 및 저온블록 간의 결합이 용이한 발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 유로의 추가 설치 없이 제1 및 제2 추가 열전모듈과 추가 고온블록 및 추가 저온블록을 추가하여 발전용량을 증가시킬 수 있는 발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각의 유로가 연결되어 단일한 유로가 형성되는 발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내측에 유체가 흐르는 제1 유로를 구비하는 고온블록; 상기 고온블록의 일측에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 저온블록; 상기 고온블록 및 상기 저온블록 사이에 배치되는 열전모듈; 을 포함하며, 상기 고온블록과 상기 저온블록은 연결부재를 통해 상호 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치를 제공한다.

상기 고온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되는 제1 몸체부; 상기 제1 몸체부의 일단부에 일체로 형성되는 제1 돌출부; 및 상기 제1 몸체부의 타단부에 형성되는 제1 연결부;를 포함하며, 상기 저온블록은 상기 열전모듈의 타측에 배치되는 제2 몸체부; 상기 제2 몸체부의 일단부에 일체로 형성되고, 상기 제1 연결부에 연결되는 제2 돌출부; 및 상기 제2 몸체부의 타단부에 형성되고, 상기 제1 돌출부에 연결되는 제2 연결부;를 포함할 수 있다.

상기 연결부재는 케이블로 이루어지며, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 연결부는 상기 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성되며, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 돌출부는 상기 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성될 수 있다.

상기 제1 유로는 상기 제1 몸체부의 내측에 구비되어 상기 열전모듈을 가열하는 제1 가열유로; 상기 제1 돌출부의 내측에 구비되어 유체를 상기 제1 가열유로로 유입시키는 제1 유입유로; 유체를 상기 제1 가열유로로부터 배출시키는 제1 배출유로;를 포함하며, 상기 제2 유로는 상기 제2 몸체부의 내측에 구비되어 상기 열전모듈을 냉각하는 제1 냉각유로; 상기 제2 돌출부의 내측에 구비되어 유체를 상기 제2 가열유로로 유입시키는 제2 유입유로; 유체를 상기 제2 가열유로로부터 배출시키는 제2 배출유로;를 포함하며, 상기 제1 유입유로 및 상기 제1 배출유로와 상기 제2 유입유로 및 상기 제2 배출유로는 미리 설정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다.

상기 저온블록과 상기 열전 모듈 사이에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제3 유로를 구비하는 추가 고온블록; 상기 고온블록과 상기 열전 모듈 사이에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제4 유로를 구비하는 추가 저온블록; 상기 고온블록과 상기 추가 저온블록 사이에 배치되는 제1 추가 열전모듈; 및 상기 저온블록과 상기 추가 고온블록 사이에 배치되는 제2 추가 열전모듈;을 더 포함할 수 있다.

상기 추가 고온블록은 상기 연결부재를 통해 상기 고온블록 및 상기 저온블록과 분리 가능하게 연결되며, 상기 추가 저온블록은 상기 연결부재를 통해 상기 고온블록 및 상기 저온블록과 분리 가능하게 연결될 수 있다.

상기 고온블록은 상기 추가 고온블록과 직렬 연결되며, 상기 저온블록은 상기 추가 저온블록과 직렬 연결될 수 있다.

상기 추가 고온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되는 제3 몸체부; 상기 제3 몸체부의 일단부에 일체로 형성되는 제3 돌출부; 를 포함하며, 상기 추가 저온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되는 제4 몸체부; 상기 제4 몸체부의 일단부에 일체로 형성되는 제4 돌출부; 를 포함할 수 있다.

상기 제3 유로는 상기 제3 몸체부의 내측에 구비되고 상기 열전모듈을 가열하는 제2 가열유로; 상기 제3 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 가열유로의 일단에 연결되는 제3 유입유로; 및 상기 제3 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 가열유로의 타단에 연결되는 제3 배출유로;를 포함하며, 상기 제4 유로는 상기 제4 몸체부의 내측에 구비되고 상기 열전모듈을 냉각하는 제2 냉각유로; 상기 제4 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 냉각유로의 일단에 연결되는 제4 유입유로; 및 상기 제4 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 냉각유로의 타단에 연결되는 제4 배출유로;를 포함하며, 상기 제3 유입유로 및 상기 제3 배출유로와 상기 제4 유입유로 및 제4 배출유로는 미리 설정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다.

상기 제3 유로는 상기 제1 유로와 단일한 유로를 형성하도록 상기 제3 유입유로가 상기 제1 배출유로와 연결되며, 상기 제4 유로는 상기 제2 유로와 단일한 유로를 형성하도록 상기 제4 유입유로가 상기 제2 배출유로와 연결될 수 있다.

상기 연결부재는 제1 및 제2 케이블로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 돌출부, 상기 제3 돌출부 및 상기 제2 연결부는 상기 제1 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성되며, 상기 제1 연결부, 상기 제4 도출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 제2 케이블이 관통공이 각각 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치는 단일한 층의 열전소자와 결합시켜 하나의 모듈로 사용하기 위해서는 연결부재 이외의 별도의 복잡한 장치가 요구되지 않으므로 비용이 절감되고 사용자의 편의성이 증가할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치는 필요에 따라 열전소자를 추가로 적층 하여 모듈의 용량을 확장하기 위해서 별도의 유로가 추가로 요구되지 않으므로 모듈 확장성이 현저히 우수하며 유로를 완만하게 만곡되도록 형성함에 따라 유속이 감소하는 것이 방지되어 효율이 증가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 고온블록을 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 고온블록을 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1에서 도시된 저온블록을 나타내는 정면도이다.
도 5는 도 1에서 도시된 저온블록을 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 1에서 도시된 발전장치의 작동원리를 설명하는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에서 도시된 추가 고온블록을 나타내는 정면도이다.
도 9는 도 7에서 도시된 추가 고온블록을 나타내는 측면도이다.
도 10은 도 7에서 도시된 추가 저온블록을 나타내는 정면도이다.
도 11은 도 7에서 도시된 추가 저온블록을 나타내는 측면도이다.
도 12는 도 7에서 도시된 발전장치의 작동원리를 설명하는 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)는 단일한 층의 열전모듈(300)의 고온부를 가열하고 저온부를 냉각하여 기전력을 생성할 수 있는 장치이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)는 고온블록(100), 저온블록(200) 및 열전모듈(300)을 포함할 수 있다.

이하, 고온블록(100)에 대해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 도 1에서 도시된 고온블록(100)을 나타내는 정면도이며, 도 3은 도 1에서 도시된 고온블록(100)을 나타내는 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 고온블록(100)은 내측에 유체가 흐르는 제1 유로(106)가 구비되도록 형성되며, 제1 몸체부(120), 제1 돌출부(130) 및 제1 연결부(110)를 포함 할 수 있다.

제1 몸체부(120)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 후술하게 될 열전모듈(300)의 일측에 배치될 수 있다. 또한, 제1 몸체부(120)는 내측에 고온의 유체가 흐르도록 제1 가열유로(106a)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 몸체부(120)는 열전모듈(300)의 고온부를 가열할 수 있다.

제1 돌출부(130)는 제1 몸체부(120)의 일단부에 후술하게 될 저온블록(200)을 바라보는 방향으로 돌출되어 일체로 형성될 수 있다.

제1 돌출부(130)는 유체를 외부로부터 제1 가열유로(106a)로 유입시키는 제1 유입유로(106b)와 제1 가열유로(106a)상의 유체를 제1 가열유로(106a)로부터 외부로 배출시키는 제1 배출유로(106c)가 형성될 수 있다. 이와 같은 유체의 흐름을 달성하기 위하여 제1 유입유로(106b)는 제1 가열유로(106a)의 일단에 연결되고, 제1 배출유로(106c)는 제1 가열유로(106a)의 타단에 연결될 수 있다. 이에 따라 제1 유로(106)는 제1 가열유로(106a), 제1 가열유로(106a)의 일단에 연결되는 제1 유입유로(106b) 및 제1 가열유로(106a)의 타단에 연결되는 제1 배출유로(106c)로 이루어질 수 있다.

여기서, 제1 유입유로(106b) 및 제1 배출유로(106c)는 일정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 제1 유입유로(106b)를 통해 제1 가열유로(106a)로 가이드되는 고온의 유체는 제1 유입유로(106b)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경됨에 의한 유속의 감속이 최대한 방지되며, 제1 가열유로(106a)로부터 제1 배출유로(106c)를 통해 외부로 가이드되는 고온의 유체 역시 제1 배출유로(106c)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경됨에 의한 유속의 감속이 최대한 방지되므로, 제1 가열유로(106a)에서 일정한 유속을 유지할 수 있다. 따라서, 제1 몸체부(120)는 일정한 고온을 유지한 상태에서 열전모듈(300)을 계속해서 가열할 수 있으므로 일정한 기전력을 계속해서 생산할 수 있다.

또한, 제1 돌출부(130)는 돌출되는 방향으로 형성되는 제1 배수구(102)와 돌출되는 방향과 대략 반대되는 방향으로 형성되는 제1 흡수구(101)가 형성될 수 있다. 상기 제1 흡수구(101)가 제1 유입유로(106b)와 연결되도록 형성됨에 따라 외부의 유체는 제1 흡수구(101)을 통하여 상기 제1 유입유로(106b)를 거쳐 제1 가열유로(106a)로 유입될 수 있다. 또한, 상기 제1 배수구(102)가 제1 배출유로와 연결됨에 따라 제1 가열유로(106a)의 유체는 제1 배출유로(106c)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다.

한편, 제1 돌출부(130)는 연결부재, 예를 들면 케이블(미도시) 또는 스터드볼트(미도시) 등에 의해 후술하게 될 제2 연결부(210)와 분리 가능하게 연결되도록 제1 고온관통공(103)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 돌출부(130)는 제1 고온관통공(103)을 관통하는 연결부재에 의해 제2 연결부(210)재와 분리 가능하게 연결될 수 있다.

제1 연결부(110)는 대략 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며 제1 몸체부(120)의 타단부의 일부분에 도면상 하측으로 돌출되어 일체로 형성될 수 있다. 제1 연결부(110)는 연결부재, 예를 들면 케이블 또는 스터드볼트 등에 의해 후술하게 될 제2 돌출부(230)와 분리 가능하게 연결되도록 제2 고온관통공(203)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 연결부(110)는 제2 고온관통공(203)을 관통하는 연결부재에 의해 제2 돌출부(230)와 분리 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제1 연결부(110)는 고온의 열이 저온블록(200)의 제2 돌출부(230)에 전달되지 않도록 제2 돌출부(230)를 바라보는 방향으로 제1 단열부재(112)가 부착될 수 있다.

한편, 제1 연결부(110)는 고온블록(100)에 분리 가능하게 연결될 저온블록(200) 및 후술하게 될 추가 저온블록(500)에 각각 형성되는 제2 및 제4 흡수구(201, 501)를 통해 유체가 유입되도록 제1 몸체부(120)의 폭보다 작은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 연결부(110)는 저온블록(200) 및 추가 저온블록(500)에 각각 형성되는 제2 및 제4 흡수구(201, 501)를 가로막지 않게 된다.

상술한 구성에 의하면 고온블록(100)은 제1 몸체부(120)와 제1 돌출부(130)에 의해 열전모듈(300)이 수용될 수 있는 열전모듈 수용부(104)가 형성될 수 있다.

이하, 저온블록(200)에 대해, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는 도 1에서 도시된 저온블록(200)을 나타내는 정면도이며, 도 5는 도 1에서 도시된 저온블록(200)을 나타내는 측면도이다.

도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 저온블록(200)은 내측에 유체가 흐르는 제2 유로(206)가 구비되도록 형성되며, 제2 몸체부(220), 제2 돌출부(230) 및 제2 연결부(210)를 포함할 수 있다.

제2 몸체부(220)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 후술하게 될 열전모듈(300)의 일측에 배치될 수 있다. 또한, 제2 몸체부(220)는 내측에 저온의 유체가 흐르도록 제1 냉각유로(206a)가 구비되어 열전모듈(300)의 저온부를 냉각할 수 있다.

제2 돌출부(230)는 제2 몸체부(220)의 일단부에 상술한 고온블록(100)을 바라보는 방향으로 돌출되어 일체로 형성될 수 있다.

제2 돌출부(230)는 유체를 외부로부터 제1 냉각유로(206a)로 유입시키는 제2 유입유로(206b)와 제1 냉각유로(206a)상의 유체를 제1 냉각유로(206a)로부터 외부로 배출시키는 제2 배출유로(206c)가 형성될 수 있다. 이와 같은 유체의 흐름을 달성하기 위하여 상기 제2 유입유로(206b)는 제1 냉각유로(206a)의 일단에 연결되고, 상기 제2 배출유로(206c)는 제1 냉각유로(206a)의 타단에 연결될 수 있다. 이에 따라 제2 유로(206)는 제1 냉각유로(206a), 제1 냉각유로(206a)의 일단에 연결되는 제2 유입유로(206b) 및 제1 냉각유로(206a)의 타단에 연결되는 제2 배출유로(206c)로 이루어질 수 있다.

여기서, 제2 유입유로(206b) 및 제2 배출유로(206c)는 일정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 제2 유입유로(206b)를 통해 제1 냉각유로(206a)로 가이드되는 저온의 유체는 제2 유입유로(206b)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경됨에 의한 유속의 감속이 최대한 방지되며, 제1 냉각유로(206a)로부터 제2 배출유로(206c)를 통해 외부로 가이드되는 저온의 유체 역시 제2 배출유로(206c)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경됨에 의한 유속의 감속이 최대한 방지되므로, 제1 냉각유로(206a)에서 일정한 유속을 유지할 수 있다. 따라서, 제2 몸체부(220)는 일정한 고온을 유지한 상태에서 열전모듈(300)을 계속해서 냉각할 수 있으므로 일정한 기전력을 계속해서 생산할 수 있다.

또한, 제2 돌출부(230)는 돌출되는 방향으로 형성되는 제2 배수구(202)와 돌출되는 방향과 대략 반대되는 방향으로 형성되는 제2 흡수구(201)가 형성될 수 있다. 상기 제2 흡수구(201)가 제2 유입유로(206b)와 연결되도록 형성됨에 따라 외부의 유체는 제2 흡수구(201)을 통하여 상기 제2 유입유로(206b)를 거쳐 제1 냉각유로(206a)로 유입될 수 있다. 또한, 상기 제2 배수구(202)가 제2 배출유로(206c)와 연결됨에 따라 제1 냉각유로(206a)의 유체는 제2 배출유로(206c)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다.

한편, 제2 돌출부(230)는 연결부재, 예를 들면 케이블 또는 스터드볼트 등에 의해 상술한 제1 연결부(110)와 분리 가능하게 연결되도록 제1 저온관통공(203)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 돌출부(130)는 제1 저온관통공(203)을 관통하는 연결부재에 의해 제2 연결부(210)재와 분리 가능하게 연결될 수 있다.

제2 연결부(210)는 대략 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며 제2 몸체부(220)의 타단부의 일부분에 도면상 하측으로 돌출되어 일체로 형성될 수 있다. 제2 연결부(210)는 연결부재, 예를 들면 케이블 또는 스터드볼트 등에 의해 상술한 제1 돌출부(130)와 분리 가능하게 연결되도록 제2 저온관통공(211)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 연결부(210)는 제2 저온관통공(211)을 관통하는 연결부재에 의해 제1 돌출부(130)와 분리 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제2 연결부(210)는 제1 돌출부(130)로부터 열이 저온블록(200)으로 전달되지 않도록 제1 돌출부(130)를 바라보는 방향으로 제2 단열부재(212)가 부착될 수 있다.

한편, 제2 연결부(210)는 저온블록(200)에 분리 가능하게 연결될 고온블록(100) 또는 후술하게 될 추가 고온블록(400)에 각각 형성되는 제1 및 제3 배수구(102, 502)를 통해 유체가 배출되도록 제2 몸체부(220)의 폭보다 작은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 연결부(110)는 고온블록(100) 및 추가 고온블록(400)(100)에 형성되는 제1 및 제3 배수구(102, 502)를 가로막지 않게 된다.

상술한 구성에 의하면 고온블록(100)은 제2 몸체부(220)와 제2 돌출부(230)에 의해 열전모듈(300)이 수용될 수 있는 열전모듈 수용부(204)가 형성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 열전모듈(300)은 한 쌍의 절연층(310) 및 한 쌍의 절연층(310) 사이에 배치된 적어도 하나의 열전소자(320)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 절연층(310)은 적어도 하나의 열전소자(320)의 내부전극의 절연을 위하여 적어도 하나의 열전소자(320)의 고온부 및 저온부에 각각 배치될 수 있다. 여기서 한 쌍의 절연층(310)은 Al2O3, ZnO 및 NiO 중 어느 하나의 절연성 산화물로 도포된 형태일 수 있다. 또한, 한 쌍의 절연층(310)은 열전도도가 높아 열에너지의 교환시 효율이 감소 되지 않는다.

적어도 하나의 열전소자(320)는 적어도 하나가 한 쌍의 절연층(310) 사이에 배치될 수 있다. 여기서 적어도 하나의 열전소자(320)는 P-타입의 P형 반도체과 N-타입의 N형 반도체를 포함할 수 있으며, 이는 동일한 평면상에 임의의 간격만큼 이격되어 교대로 배치될 수 있다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)의 작동원리에 대해 설명한다. 도 6은 도 1에서 도시된 발전장치(1)의 작동원리를 설명하는 측면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)는 제1 흡수구(101)를 통하여 고온의 유체를 화살표(H1) 방향으로 유입하고 제2 흡수구(201)를 통하여 저온의 유체를 화살표(C) 방향으로 유입한다. 제1 흡수구(101)를 통하여 유입된 고온의 유체는 화살표 방향으로 제1 유입유로(106b)로 가이드되어 제1 가열유로(106a)를 따라 화살표 방향으로 순환하면서 제1 몸체부(120)를 가열시킨다. 이에 따라, 가열된 제1 몸체부(120)는 열전모듈(300)의 고온부를 가열하게 된다. 제1 가열유로(106a)을 순환한 고온의 유체는 화살표 따라 제1 배출유로(106c)로 가이드된다. 제1 배출유로(106c)로 가이드된 고온의 유체는 화살표(H2)를 따라 외부로 배출된다.

한편, 제2 흡수구(201)를 통하여 유입된 저온의 유체는 화살표 방향(C1)으로 제2 유입유로(206b)를 통하여 제1 냉각유로(206a)로 가이드 되어 제1 냉각유로(206a)를 따라 화살표 방향으로 순환하면서 제2 몸체부(220)를 냉각시킨다. 이에 따라, 냉각된 제2 몸체부(220)는 열전모듈(300)의 저온부를 냉각하게 된다. 제1 냉각유로(206a)를 순환한 저온의 유체는 화살표를 따라 제2 배출유로(206c)로 가이드된다. 제2 배출유로(206c)로 가이드된 저온의 유체는 화살표(C2)를 따라 외부로 배출된다.

이에 따라, 열전소자(300)는 양단에 온도차가 유지될 수 있으며 제백(Seebeck) 효과에 의하여 기전력이 발생할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치(2)에 대해, 도 7 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 앞선 발전장치와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치(2)를 나타내는 분해 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치(2)는 순차적으로 배열되는 고온블록(100), 제1 추가 열전모듈(300a), 추가 저온블록(500), 열전모듈(300), 추가 고온블록(400), 제2 추가 열전모듈(300b) 및 저온블록(200)을 포함할 수 있다. 여기서 고온블록(100), 저온블록(200), 열전모듈(300), 제1 추가 열전모듈(300a) 및 제2 추가 열전모듈(300b)은 상술한 일 실시예에 따른 발전장치(1)와 구성이 동일하므로 설명을 생략한다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 추가 고온블록(400)에 대해 설명한다. 도 8은 도 7에서 도시된 추가 고온블록(400)을 나타내는 정면도이며, 도 9는 도 7에서 도시된 추가 고온블록(400)을 나타내는 측면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 추가 고온블록(400)은 상술한 바와 같이 열전모듈(300)과 후술하게 될 제2 추가 열전모듈(300b) 사이에 배치되고, 여기서 제2 추가 열전모듈(300b)은 추가 고온블록(400)과 저온블록(200) 사이에 배치될 수 있다.

추가 고온블록(400)은 내측에 유체가 흐르는 제3 유로(410)가 구비되도록 형성되며, 제3 몸체부(420) 및 제3 돌출부(430)를 포함할 수 있다.

제3 몸체부(420)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 일면(408)과 일면(408)에 반대편에 위치하는 타면(409)을 포함할 수 있다. 제3 몸체부(420)는 일면(408)이 열전모듈(300)에 접촉하고 타면(409)이 추가 고온블록(400)과 저온블록(200) 사이에 배치되는 제2 추가 열전모듈(300b)에 접촉할 수 있다. 또한, 제3 몸체부(420)는 내측에 고온의 유체가 흐르도록 제2 가열유로(510)가 구비되어 열전모듈(300)의 고온부 및 제2 추가 열전모듈(300b)의 고온부를 가열할 수 있다.

제3 돌출부(430)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 제3 몸체부(420)의 일단부에 일체로 형성될 수 있다. 제3 돌출부(430)는 유체를 외부로부터 제2 가열유로(510)로 유입시키는 제3 유입유로(510b)와 제2 가열유로(510)상의 유체를 제2 가열유로(510)로부터 외부로 배출시키는 제3 배출유로(510c)가 형성될 수 있다. 이와 같은 유체의 흐름을 달성하기 위하여 상기 제3 유입유로(510b)는 제2 가열유로(510)의 일단에 연결되고, 상기 제3 배출유로(510c)는 제2 가열유로(510)의 타단에 연결될 수 있다. 이에 따라 제3 유로(410)는 제2 가열유로(510), 제2 가열유로(510)의 일단에 연결되는 제3 유입유로(510b) 및 제2 가열유로(510)의 타단에 연결되는 제3 배출유로(510c)로이루어질 수 있다.

여기서, 제3 유입유로(510b) 및 제3 배출유로(510c)는 일정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 제3 유입유로(510b)를 통해 제2 가열유로(510)로 가이드되는 고온의 유체는 제3 유입유로(510b)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경되어 발생하는 유속의 감속이 최대한 방지되며, 제2 가열유로(510)로부터 제3 배출유로(510c)를 통해 외부로 가이드되는 고온의 유체 역시 제3 배출유로(510c)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경되어 발생하는 유속의 감속이 최대한 방지되므로, 제2 가열유로(510)에서 일정한 유속을 유지할 수 있다. 따라서, 제3 몸체부(420)는 일정한 고온을 유지한 상태에서 열전모듈(300) 및 제2 추가 열전모듈(300b)을 계속해서 가열할 수 있으므로 일정한 기전력을 계속해서 생산할 수 있다.

한편, 제3 돌출부(430)는 고온블록(100)을 바라보는 제1 면(406) 및 저온블록(200)을 바라보는 제2 면(407)을 포함할 수 있다. 제3 돌출부(430)는 제1 면(406)이 제3 몸체부(420)의 일면(408)보다 고온블록(100)측으로 더 돌출되며 제2 면(407)이 제3 몸체부(420)의 타면(409)보다 저온블록(200)측으로 더 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 제3 돌출부(430)는 제1 면(406)에 제3 흡수구(401)가 형성되고 제2 면(407)에 제3 배수구(402)가 형성되며, 제3 유입유로(510b)가 상기 제3 흡수구(401)에 연결되고 제3 배출유로(510c)가 상기 제3 배수구(402)에 연결되도록 형성될 수 있다. 여기서 제3 흡수구(401)는 고온블록(100)의 제1 배수구(102)에 연결되며 이에 따라 제3 돌출부(430)는 고온블록(100)으로부터 고온의 유체를 공급받을 수 있으며, 제3 배수구(402)는 제3 배출유로(510c)상의 고온의 유체가 배출되도록 할 수 있다.

이에 따라, 고온블록(100)과 추가 고온블록(400)은 직렬연결될 수 있으며, 제1 유로(106)와 제3 유로(410)는 단일한 유로를 형성할 수 있다. 제1 유로(106) 및 제3 유로(410)가 단일한 유로를 형성함에 따라 제1 유로(106) 및 제3 유로(410)에서 흐르는 고온 유체가 정체하는 구간이 발생하지 않으며, 고온블록(100)과 추가 고온블록(400)은 일정한 유속의 고온 유체로부터 일정한 비율로 열을 공급받을 수 있으므로, 각각 제1 몸체부(120) 및 제3 몸체부(420)가 일정한 고온상태에 있도록 할 수 있다.

추가 고온블록(400)은 제3 몸체부(420) 및 제3 돌출부(430)에 의해 열전모듈(300) 및 제2 추가 열전모듈(300b)이 수용될 수 있는 한 쌍의 수용부(404, 405)가 형성될 수 있다.

한편, 제3 돌출부(430)는 연결부재, 예를 들면 케이블 또는 스터드볼트 등에 의해 상술한 제1 돌출부(130) 및 제2 연결부(210)와 분리 가능하게 연결되도록 제3 고온관통공(403)이 형성될 수 있다. 이에 따라 추가 고온블록(400)은 고온블록 및 저온블록(200)과 분리 가능하게 연결될 수 있다.

이하, 도 7, 도 10 및 도 11을 참조하여 추가 저온블록(500)에 대해 설명한다. 도 10은 도 7에서 도시된 추가 저온블록(500)을 나타내는 정면도이며, 도 11은 도 7에서 도시된 추가 저온블록(500)을 나타내는 측면도이다.

도 7, 도 10 및 도 11을 참조하면, 추가 저온블록(500)은 상술한 바와 같이 열전모듈(300)과 후술하게 될 제1 추가 열전모듈(300a) 사이에 배치되고, 여기서 제1 추가 열전모듈(300a)은 고온블록(100)과 추가 저온블록(500) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 추가 저온블록(500)은 내측에 유체가 흐르는 제4 유로(510)가 구비되도록 형성되며, 제4 몸체부(520) 및 제4 돌출부(530)를 포함할 수 있다.

제4 몸체부(520)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 일면(508)과 일면(508)에 반대편에 위치하는 타면(509)을 포함할 수 있다. 제4 몸체부(520)는 일면(508)이 열전모듈에 접촉하고 타면(509)이 추가 고온블록(400)과 저온블록(200) 사이에 배치되는 제1 추가 열전모듈(300a)에 접촉할 수 있다. 또한, 제4 몸체부(520)는 내측에 고온의 유체가 흐르도록 제4 가열유로(510a)가 구비되어 열전모듈(300)의 고온부 및 제1 추가 열전모듈(300a)의 고온부를 가열할 수 있다.

제4 돌출부(530)는 대략 육면체의 형상으로 형성되며, 제4 몸체부(520)의 일단부에 일체로 형성될 수 있다. 제4 돌출부(530)는 유체를 외부로부터 제4 가열유로(510a)로 유입시키는 제4 유입유로(510b)와 제4 가열유로(510a)상의 유체를 외부로 배출시키는 제4 배출유로(510c)가 형성될 수 있다. 이와 같은 유체의 흐름을 달성하기 위하여 상기 제4 유입유로(510b)는 제4 가열유로(510a)의 일단에 연결되고, 상기 제4 배출유로(510c)는 제4 가열유로(510a)의 타단에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제4 유로(510)는 제4 가열유로(510a), 제4 가열유로(510a)의 일단에 연결되는 제4 유입유로(510b) 및 제4 가열유로(510a)의 타단에 연결되는 제4 배출유로(510c)로 이루어질 수 있다.

여기서, 제4 유입유로(510b) 및 제4 배출유로(510c)는 일정한 곡률로 만곡되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 제4 유입유로(510b)를 통해 제4 가열유로(510a)로 가이드되는 고온의 유체는 제4 유입유로(510b)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경되어 발생하는 유속의 감속이 최대한 방지되며, 제4 가열유로(510a)로부터 제4 배출유로(510c)를 통해 외부로 가이드되는 고온의 유체 역시 제4 배출유로(510c)에서 유체가 흐르는 방향이 급격하게 변경되어 발생하는 유속의 감속이 최대한 방지되므로, 제4 가열유로(510a)에서 일정한 유속을 유지할 수 있다. 따라서, 제4 몸체부(520)는 일정한 고온을 유지한 상태에서 열전모듈(300) 및 제2 추가 열전모듈(300b)을 계속해서 가열할 수 있으므로 일정한 기전력을 계속해서 생산할 수 있다.

한편, 제4 돌출부(530)는 고온블록(100)을 바라보는 제1 면(506) 및 저온블록(200)을 바라보는 제2 면(507)을 포함할 수 있다. 제4 돌출부(530)는 제1 면(506)이 제4 몸체부(520)의 일면(508)보다 고온블록(100)측으로 더 돌출되며 제2 면(507)이 제4 몸체부(520)의 타면(509)보다 저온블록(200)측으로 더 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 제4 돌출부(530)는 제1 면(506)에 제4 흡수구(501)가 형성되고 제2 면(507)에 제4 배수구(502)가 형성되며, 제4 유입유로(510b)가 제4 흡수구(501)에 연결되고 제4 배출유로(510c)가 제4 배수구(502)에 연결되도록 형성될 수 있다. 여기서 제4 흡수구(501)는 외부에 노출되고 이에 따라 제4 돌출부(530)는 외부로부터 고온의 유체를 공급받을 수 있으며, 제4 배수구(502)는 제2 흡수구(201)에 연결되어 저온의 유체를 저온블록(200)으로 공급할 수 있다.

이에 따라, 저온블록(200)과 추가 저온블록(500)은 직렬연결될 수 있으며, 제2 유로(206)와 제4 유로(510)는 단일한 유로를 형성할 수 있다. 제2 유로(206) 및 제4 유로(510)가 단일한 유로를 형성함에 따라 제2 유로(206) 및 제4 유로(510)에서 흐르는 저온 유체가 정체하는 구간 발생이 방지될 수 있으며, 저온블록(200)과 추가 저온블록(500)은 일정한 유속의 저온 유체로부터 일정한 비율로 냉각될 수 있으므로 각각 제2 몸체부(220) 및 제4 몸체부(520)가 일정한 저온상태에 있도록 할 수 있다.

추가 저온블록(500)은 제4 몸체부(520) 및 제4 돌출부(530)에 의해 제1 추가 열전모듈(300a) 및 열전모듈(300)이 수용될 수 있는 한 쌍의 수용부(504, 505)가 형성될 수 있다.

한편, 제4 돌출부(530)는 연결부재, 예를 들면 케이블 또는 스터드볼트 등에 의해 상술한 제2 돌출부(230) 및 제1 연결부(110)와 분리 가능하게 연결되도록 제4 저온관통공(503)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 추가 저온블록(500)은 저온블록(200) 및 저온블록(200)과 분리 가능하게 연결될 수 있다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치(2)의 작동원리에 대해 설명한다. 도 12는 도 7에서 도시된 발전장치의 작동원리를 설명하는 측면도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치(2)는 제1 흡수구(101)를 통하여 고온의 유체를 화살표(H1) 방향으로 유입하고 제2 흡수구(201)를 통하여 저온의 유체를 화살표(C1) 방향으로 유입한다.

제1 흡수구(101)를 통하여 유입된 고온의 유체는 화살표 방향으로 제1 유로(106)를 따라 순환한 후 제1 배수구(102) 및 제3 흡수구(401)를 통하여 제3 유로(410)로 가이드되어 화살표 방향으로 제3 유로(410)를 따라 순환한 후 제3 배수구(402)를 통하여 화살표(H2)를 따라 외부로 배출된다. 이에 따라, 고온 유체는 제1 추가 열전모듈(300a), 열전모듈(300) 및 제2 추가 열전모듈(300b)의 고온부를 가열시킨다.

제2 흡수구(201)를 통하여 유입된 저온의 유체는 화살표 방향으로 제2 유로(206)를 따라 순환한 후 제2 배수구(202) 및 제4 흡수구(501)를 통하여 제4 유로(510)로 가이드되어 화살표 방향으로 제4 유로(510)를 따라 순환한 후 제4 배수구(502)를 통하여 화살표(C2)를 따라 외부로 배출된다. 이에 따라, 저온 유체는 제1 추가 열전모듈(300a), 열전모듈(300) 및 제2 추가 열전모듈(300b)의 저온부를 가열시킨다.

이에 따라, 열전소자는 양단에 온도차가 유지될 수 있으며 제백(Seebeck) 효과에 의하여 기전력이 발생할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)는 단일한 층의 열전소자와 결합시켜 하나의 모듈로 사용하기 위해서는 연결부재 이외의 별도의 복잡한 장치가 요구되지 않으므로 비용이 절감되고 사용자의 편의성이 증가할 수 있다.

아울러, 종래의 발전장치는 필요에 따라 열전소자를 추가로 적층 하여 모듈의 용량을 확장하기 위해서 별도의 유로가 추가로 요구되지 않으므로 모듈 확장성이 현저히 우수하며 유로를 완만하게 만곡되도록 형성함에 따라 유속이 감소하는 것이 방지되어 효율이 증가할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100: 고온블록 106: 제1 유로
110: 제1 연결부 120: 제1 몸체부
130: 제1 돌출부 200: 저온블록
206: 제2 유로 210: 제2 연결부
220: 제2 몸체부 230: 제2 돌출부
300: 열전모듈 300a: 제1 열전모듈
300b: 제2 열전모듈 400: 추가 고온블록
410: 제3 유로 420: 제3 몸체부
430: 제3 돌출부 500: 추가 저온블록
510: 제4 유로 520: 제4 몸체부
530: 제4 돌출부

Claims (11)

1. 내측에 유체가 흐르는 제1 유로를 구비하는 고온블록;
   상기 고온블록의 일측에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제2 유로를 구비하는 저온블록;
   상기 고온블록 및 상기 저온블록 사이에 배치되는 열전모듈; 을 포함하며,
   상기 고온블록과 상기 저온블록은 연결부재를 통해 상호 분리 가능하게 연결되고,
   상기 제1 유로는 상기 열전모듈을 가열하는 제1 가열유로; 유체를 상기 제1 가열유로로 유입시키는 제1 유입유로; 유체를 상기 제1 가열유로로부터 배출시키는 제1 배출유로;를 포함하며,
   상기 제2 유로는 상기 열전모듈을 냉각하는 제1 냉각유로; 상기 유체를 상기 제1 냉각유로로 유입시키는 제2 유입유로; 유체를 상기 제1 냉각유로로부터 배출시키는 제2 배출유로;를 포함하며,
   상기 제1 유입유로 및 상기 제1 배출유로는 고온블록에 매립되며, 미리 설정한 곡률로 만곡되고,
   상기 제1 유입유로 및 상기 제1 배출유로의 끝단은 고온블록 측면과 일치하고, 상기 제1 유입유로는 추가 고온블록의 측면에 형성된 배출유로와 직접 결합 가능하고, 상기 제1 배출유로는 추가 고온블록의 유입유로의 끝단과 직접 결합 가능하며,
   상기 제2 유입유로 및 상기 제2 배출유로는 저온블록에 매립되며, 미리 설정한 곡률로 만곡되고,
   상기 제2 유입유로 및 상기 제2 배출유로의 끝단은 저온블록 측면과 일치하고, 상기 제2 유입유로는 추가 저온블록의 측면에 형성된 배출유로와 직접 결합 가능하고, 상기 제2 배출유로는 추가 저온블록의 측면에 형성된 유입유로의 끝단과 직접 결합 가능한 것을 특징으로 하는 발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되고 상기 제1 가열유로가 내측에 구비되는 제1 몸체부; 상기 제1 몸체부의 일단부에 일체로 형성되고, 내측에 상기 제1 유입유로 및 상기 제1 배출유로가 구비되는 제1 돌출부; 및 상기 제1 몸체부의 타단부에 형성되는 제1 연결부;를 포함하며,
   상기 저온블록은 상기 열전모듈의 타측에 배치되고 상기 제1 냉각유로가 내측에 구비되는 제2 몸체부; 상기 제2 몸체부의 일단부에 일체로 형성되고, 상기 제1 연결부에 연결되고, 내측에 상기 제2 유입유로 및 상기 제2 배출유로가 구비되는 제2 돌출부; 및 상기 제2 몸체부의 타단부에 형성되고, 상기 제1 돌출부에 연결되는 제2 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 연결부재는 케이블로 이루어지며,
   상기 제1 돌출부 및 상기 제2 연결부는 상기 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성되며,
   상기 제1 연결부 및 상기 제2 돌출부는 상기 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 저온블록과 상기 열전 모듈 사이에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제3 유로를 구비하는 추가 고온블록;
   상기 고온블록과 상기 열전 모듈 사이에 배치되며, 내측에 유체가 흐르는 제4 유로를 구비하는 추가 저온블록;
   상기 고온블록과 상기 추가 저온블록 사이에 배치되는 제1 추가 열전모듈; 및
   상기 저온블록과 상기 추가 고온블록 사이에 배치되는 제2 추가 열전모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 추가 고온블록은 상기 연결부재를 통해 상기 고온블록 및 상기 저온블록과 분리 가능하게 연결되며,
   상기 추가 저온블록은 상기 연결부재를 통해 상기 고온블록 및 상기 저온블록과 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 고온블록은 상기 추가 고온블록과 직렬 연결되며,
   상기 저온블록은 상기 추가 저온블록과 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 추가 고온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되는 제3 몸체부; 상기 제3 몸체부의 일단부에 일체로 형성되는 제3 돌출부; 를 포함하며,
   상기 추가 저온블록은 상기 열전모듈의 일측에 배치되는 제4 몸체부; 상기 제4 몸체부의 일단부에 일체로 형성되는 제4 돌출부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제3 유로는 상기 제3 몸체부의 내측에 구비되고 상기 열전모듈을 가열하는 제2 가열유로; 상기 제3 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 가열유로의 일단에 연결되는 제3 유입유로; 및 상기 제3 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 가열유로의 타단에 연결되는 제3 배출유로;를 포함하며,
   상기 제4 유로는 상기 제4 몸체부의 내측에 구비되고 상기 열전모듈을 냉각하는 제2 냉각유로; 상기 제4 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 냉각유로의 일단에 연결되는 제4 유입유로; 및 상기 제4 돌출부의 내측에 구비되고 상기 제2 냉각유로의 타단에 연결되는 제4 배출유로;를 포함하며,
   상기 제3 유입유로 및 상기 제3 배출유로와 상기 제4 유입유로 및 제4 배출유로는 미리 설정한 곡률로 만곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 유로는 상기 제1 유로와 단일한 유로를 형성하도록 상기 제3 유입유로가 상기 제1 배출유로와 연결되며,
    상기 제4 유로는 상기 제2 유로와 단일한 유로를 형성하도록 상기 제4 유입유로가 상기 제2 배출유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 연결부재는 제1 및 제2 케이블로 이루어질 수 있으며,
    상기 제1 돌출부, 상기 제3 돌출부 및 상기 제2 연결부는 상기 제1 케이블이 관통하는 관통공이 각각 형성되며,
    상기 제1 연결부, 상기 제4 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 제2 케이블이 관통공이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 발전장치.

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