KR101784989B1 - 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템 - Google Patents

태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전발전 시스템에 관한 것으로서, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및 상기 열순환 매체 및 냉각수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉각수의 온도 차이에 의해 전기에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되, 상기 열전 발전모듈은, 열전소자; 상기 냉각수를 수용하며 상기 열전소자의 저온 면과 접하는 저온면 냉각부; 및 상기 열순환 매체를 수용하며 상기 열전소자의 고온 면과 접하는 열순환 매체 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템을 제공한다.

Description

태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템{THERMOELECTRIC GENERATION SYSTEM USING SOLAR HEAT COLLECTOR}
본 발명은 열전발전 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템에 관한 것이다.
열전소자(Thermoelectric element)는 제에벡 효과(Seebeck effect)를 통해 발전을 가능하게 하는 소자이다. 제에벡 효과란 두 개의 접점을 가진 서로 다른 금속으로 만들어진 폐회로상에서 양 금속간에 온도차가 만들어지면 이 두 금속간에 전위차가 생성된다는 원리이다.
열전소자를 이용한 모듈(Thermoelectric module; TEM)은 위로부터 절연층, 전도체, 반도체, 전도체, 절연층의 다층 구조를 이루고 있다. 이러한 열전소자를 이용하여 발전을 하기 위해서는 내구성이 허용하는 범위 내에서 온도차를 가급적 크게 유지하는 것이 중요하다.
이를 위해 특허등록 제1296234호에서는 부유식 발전 장치를 개시하고 있으며, 특허등록 제1296234호는 열전소자 모듈의 하부열을 수상 부유를 통해 신속하게 배출시킨다. 이러한 수상 부유식 발전 장치와 달리 열전소자 모듈을 지상에 설치할 경우, 별도의 열전소자 하부의 열을 신속하게 방출 및 냉각시키기 위한 별도의 냉각 부재를 구비해야 하는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1296234호 (2013. 08. 07), "부유식 발전장치" 한국등록특허 제10-1211947호 (2012.12.07), "태양전지와 열전소자를 이용한 온수 가열 기능을 갖는 발전 시스템"
본 발명은 태양열 집열기를 이용하여 온수 생성과 발전을 수행하는 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및 상기 열순환 매체 및 냉각수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉각수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되, 상기 열전 발전모듈은, 열전소자; 상기 냉각수를 수용하며 상기 열전소자의 저온 면과 접하는 저온면 냉각부; 및 상기 열순환 매체를 수용하며 상기 열전소자의 고온 면과 접하는 열순환 매체 수용부를 포함한다.
이때, 상기 저온면 냉각부로부터 생성되는 저온 온수를 공급받고, 상기 열순환 매체 수용부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 저온 온수를 가열하여 저장하는 온수 저장탱크; 및 상기 저온면 냉각부에 냉각수를 공급하는 제1 냉각수 공급라인을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 저온면 냉각부는, 상기 열전소자에서 방출되는 열을 발산 시키는 방열판; 및 상기 제1 냉각수 공급라인으로부터 냉각수를 공급받아 수용하는 냉각수조를 포함할 수 있다.
이때, 상기 저온면 냉각부는, 일측은 상기 방열판에 결합되고 타측은 상기 냉각수조 내부로 연장되는 히트파이프를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 저온면 냉각부는, 상기 방열판과 상기 냉각수조가 일체형으로 구비되되, 상기 방열판은 상기 냉각수조 내부에 배치되어 수용된 냉각수로 열을 발산시킬 수 있다.
이때, 상기 냉각수조에 배치되어, 상기 냉각수조에 수용된 물의 온도를 검출하는 제1 온도센서; 상기 냉각수조에 연결되어 상기 냉각수조에서 생성되는 저온 온수를 배출하는 제1 온수 배출라인; 상기 제1 냉각수 공급라인에 구비되고, 상기 제1 냉각수 공급라인으로부터 상기 냉각수조로 공급되는 냉각수의 양을 조절하는 제1 조절밸브; 상기 제1 온수 배출라인에 구비되고, 배출되는 저온 온수의 양을 조절하는 제2 조절밸브; 및 상기 제1 온도센서와 연결되고, 상기 제1 온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제1 및 제2 조절밸브의 개폐를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 냉각수 공급라인에 연결되고, 상기 제1 냉각수 공급라인으로부터 냉각수를 공급받아 상기 온수 저장 탱크에 제공하는 제2 냉각수 공급라인; 상기 온수 저장 탱크에 구비되고, 상기 온수 저장 탱크에 저장된 온수의 온도를 검출하는 제2 온도 센서; 및 상기 제2 냉각수 공급라인에 구비되고, 상기 온수 저장 탱크로 공급되는 냉각수를 조절하는 제3 조절밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 온도 센서의 온도 검출값에 따라 상기 제3 조절밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
이때, 상기 온수 저장 탱크에 연결되어 상기 온수 저장 탱크에 저장된 물을 상기 냉각수조에 제공하는 순환 라인; 상기 순환 라인에 설치되고, 상기 순환 라인을 흐르는 물을 냉각시키는 공냉쿨러; 및 상기 순환 라인에 설치되어 상기 냉각수조로 제공되는 물을 조절하는 순환밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 온도 센서의 온도 검출값에 따라 상기 순환밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
한편, 상기 열순환 매체 수용부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온면의 온도를 검출하는 제3 온도센서; 상기 열순환 매체 수용부로 열순환 매체를 공급하는 제1 열순환 매체 순환라인; 상기 열순환 매체 수용부와 상기 온수 저장탱크 내에 배치되는 열교환기를 연결하는 제2 열순환 매체 순환라인; 상기 열교환기를 통과한 열순환 매체를 상기 태양열 집열기로 회수하는 제3 열순환 매체 순환라인; 및 상기 제2 열순환 매체 순환라인과 상기 제3 열순환 매체 순환라인을 연결하는 제4 열순환 매체 순환라인을 더 포함할 수 있으며,
또한, 상기 제4 열순환 매체 순환라인이 상기 제2 열순환 매체 순환라인과 제3 열순환 매체 순환라인이 연결되는 분기점에는 각각 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제1 삼방 밸브 및 상기 제2 삼방 밸브를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템에 따르면,
첫째, 냉각수와 방열판 간의 열교환을 통해 열전소자의 열을 신속하게 방출하고 동시에 온수를 생성할 수 있으므로, 시스템 효율과 전기 에너지 생산량을 향상시키고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으며, 온수 생성 비용을 절감할 수 있다.
둘째, 히트파이프를 통해 방열판과 냉각수 간의 열교환이 간접적으로 이루어질 수 있으므로, 열전발전 모듈의 형태를 변형실시 하는데 유리한 구조를 가진다.
셋째, 방열판과 냉각수조를 일체형으로 구비할 수 있으므로 시스템의 소형화가 가능하다.
넷째, 제1 온도센서에서 검출한 냉각 수조 안의 물 온도에 따라 냉각 수조로의 냉각수 공급과 온수 배출이 조절되므로, 계절에 따라 냉각 수조에 저장된 물의 온도를 적정 온도 범위 내로 유지시킬 수 있다.
다섯째, 제2 온도센서에서 검출한 온수 저장 탱크 안의 물 온도에 따라 온수 저장 탱크로의 온수 공급과 냉각수 공급이 조절되므로, 계절에 따라 온수 저장 탱크에 저장된 온수를 적정 온도로 유지시킬 수 있다.
여섯째, 열교환기를 통해 냉각 수조로부터 공급된 저온 온수를 가열하므로 효율적으로 고온의 온수를 생성할 수 있다.
일곱째, 순환 라인과 공냉쿨러를 이용하여 온수 저장탱크에 저장된 물을 다시 냉각시켜 냉각 수조에 제공하므로, 온수 저장 탱크에서 식어 적정 온도 이하로 냉각된 물을 열전소자의 열을 방출하기 위한 냉각수로 재이용할 수 있고, 온수 저장 탱크의 물을 적정 온도로 유지시킬 수 있다.
여덟째, 제1 내지 제4 열순환 매체 순환라인과, 제1 및 제2 삼방 밸브를 통해 계절에 따른 열순환 매체의 선택적인 사용이 가능하다. 즉, 온수 사용량이 적은 계절에는 열순환 매체를 열전 발전모듈로만 순환시키는 제어를 통해 효율적인 전력 생산을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열전 발전모듈을 나타내는 부분 분해 시시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 다른 예에 따른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템(1000)은 열전 발전모듈(100), 태양열 집열기(200), 제1 냉각수 공급라인(310), 제어부(500) 및 온수 저장탱크(600)를 포함한다.
열전 발전모듈(100)은 태양열을 이용하여 전기 에너지를 생성한다. 구체적으로, 열전 발전모듈(100)을 이루는 열전소자(110)는 태양열 집열기(200)에서 가열된 고온 상태의 열순환 매체 및 제1 냉각수 공급라인(310)에서 공급되는 냉각수와 접한다. 즉, 열순환 매체의 온도와 냉각수의 온도 차이를 이용하여 전기 에너지를 생성한다.
열전 발전모듈(100)은 열전소자(110), 저온면 냉각부(120) 및 열순환 매체 수용부(140)를 포함한다. 열전 발전모듈(100)에 대해서는 도 3 내지 도 5에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
태양열 집열기(200)는 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 내부에 수용된 열순환 매체를 가열한다. 도 2는 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다. 도 2에 도시된 태양열 집열기(200)는 통상적인 태양열 집열기로서, 상단부는 일사광선을 투과시키고 열손실을 방지할 수 있는 투과체(transparent cover)가 구비되고, 하단부에는 투과된 일사광선을 흡수해 열에너지로 변환시키는 흡수판(absorber plate)이 구비되고, 바닥면은 단열재가 구비된다. 흡수판에는 집열을 위한 열순환 매체가 지나갈 수 있는 관이 부착되어 있다. 가열된 열순환 매체는 열전발전 시스템(1000)에서 필요한 장치(즉, 열전 발전모듈(100)))로 순환 이송된다.
필요에 따라, 태양열 집열기(200)는 집열온도를 보다 높이기 위해 프레넬 렌즈(fresnel lens)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 열전 발전모듈을 나타내는 부분 분해 시시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈을 나타내는 단면도이다. 도 3 및 도4를 참조하면, 열전 발전모듈(100)은 열전소자(110), 저온면 냉각부(120) 및 열순환 매체 수용부(140)를 포함한다.
열전소자(110)는 제에벡 효과(Seebeck effect)를 통해 전기 에너지를 생성하는 소자이다. 열전소자(110)는 한 개의 열전소자(Thermoelectric element)로 이루어질 수 있으나, 제조의 효율성 내지 유지 보수의 효율성 등을 고려하여 도시된 바와 같이 복수 개의 열전소자의 배열로 구성함이 바람직하다.
저온면 냉각부(120)는 열전소자(110)의 저온면과 접하며 내부에 냉각수를 수용하여 열전소자(110)의 저온면을 저온 상태로 유지시킨다.
저온면 냉각부(120)는 방열몸체(121), 방열판(122), 방열커버(124), 냉각수조(125) 및 히트 파이프(123)를 포함한다.
방열 몸체(121)는 도시된 것처럼 육면체 형상으로 구비되고, 방열 몸체(121)의 상면에 열전소자(110)가 배치된다. 방열 몸체(121)는 내부에 수납공간이 형성되고, 방열 몸체(121)의 수납공간에는 방열판(122)이 구비된다.
방열판(122)은 방열 몸체(121)의 하면에 결합되고, 복수의 열전소자(110)로부터 발생된 열을 방출시킨다. 방열판(122)은 도시된 것처럼 판 형상으로 구비되며, 방열 몸체(121)에 대해 수직하는 형태로 배치될 수 있다. 이때, 방열 몸체(121)와 방열판(122)은 열전소자(110)와의 열전도 효율을 위해 금속 재질로 이루어질 수 있다.
히트파이프(123)는 서로 나란하게 병렬 배치되며, 방열판(122)에 결합되어 방열판(122)의 열을 신속하게 방출시킨다. 방열판(122)은 히트파이프(123)가 끼워지는 삽입홀(미도시)을 구비하여. 하나의 히트파이프(123)가 히트파이프(123)의 길이 방향으로 서로 나란하게 배치된 방열판들에 결합될 수 있다. 이러한 결합을 통해 히트파이프(123)는 복수의 방열판(122)으로부터 흡수한 열을 냉각부(130)로 전달한다.
방열커버(124)는 방열 몸체(121) 하부를 밀폐시키는 덮개로서, 외부 온도에 따라 방열 효율을 높이기 위해 방열 몸체(121)로부터 계폐 될 수 있도록 구비된다.
저온면 냉각부(120)는 냉각수(CW)를 저장하는 냉각 수조(125)를 구비하고, 방열판(122)을 냉각시키며, 방열판(122)으로부터 방출된 열을 전달받아 온수를 생성한다.
냉각 수조(125)는 제1 냉각수 공급라인(310)과 연결되어 제1 냉각수 공급라인(310)으로부터 냉각수(CW)를 공급받는다. 여기서, 냉각 수조(125)는 단열 커버에 의해 단열 된다.
냉각 수조(125) 안에는 히트 파이프(123)의 연장된 일측이 구비된다. 도시된 바와 같이 히트파이프(123)는 일측이 냉각 수조(1225) 내부에 배치되어 냉각수에 잠기게 구비되고, 타측은 방열판(122)에 결합된다. 이에 따라, 열전소자(110)의 저온면과 냉각수조(125) 간의 열 교환이 히트파이프(123)에 의해 이루어진다.
즉, 히트파이프(123)가 열전소자(110)의 저온면과 접촉한 방열판(122)들로부터 흡수한 열은 냉각 수조(125) 안에 위치하는 히트파이프(123)로 이동되고, 이동한 열은 냉각수(CW)에 흡수되어 냉각 수조(125) 안의 냉각수(CW) 온도를 상승시킨다.
이러한 과정에 의해 냉각 수조(125) 안의 냉각수(CW) 온도가 상승하여 냉각 수조(125) 안에서 온수가 생성된다. 냉각 수조(125)에서 생성된 온수는 제1 온수 배출 라인(320)을 통해 배출된다. 이때, 생성되는 온수의 온도는 열전소자(110)의 효율적인 전력 생산을 고려하여 (즉, 고온면과 저온면의 온도 차이를 유지시키기 위해) 40℃ 이하로 생성하는 것이 바람직하다.
열순환 매체 수용부(140)는 열전소자(110)의 상면, 즉 열전소자(110)의 고온면과 접하도록 배치된다. 열순환 매체 수용부(140)는 제1 열순환 매체 순환 라인(210)을 통해 고온 상태의 열순환 매체(CO)를 공급받아 수용하여, 열전소자(110)의 고온면을 고온 상태로 유지시킨다. 통상적인 태양열 집열기(200)의 경우 일사 조건에 따라 차이는 있으나 프레넬 렌즈를 결합할 경우 열순환 매체 수용부(140)에 200℃ 이상으로 가열된 열순환 매체(CO)를 공급하는 것이 가능하다.
도시된 바에 의하면, 열순환 매체 수용부(140)는 열전소자(110)의 상면에 배치되고, 저온면 냉각부(120)는 열전소자(110)의 하면에 배치되는 것으로 되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 예를 든 것으로서, 열순환 매체 수용부(140)와 저온면 냉각부(120)의 배치 관계는 실시자에 따라 적절히 변형 가능하다.
열순환 매체 수용부(140)에 수용된 고온 상태의 열순환 매체(CO)는 제2 열순환 매체 순환 라인(220)을 통해 온수 저장탱크(600)로 열순환 매체를 공급한다. 구체적으로는 제2 열순환 매체 순환 라인(220)은 온수 저장탱크(600) 내부에 배치되는 열교환기(280)와 연결된다. 고온 상태의 열순환 매체(CO)는 열교환기(280)에서 열교을 통해 온수 저장탱크(600)에 저장된 온수를 가열한다.
도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 다른 예에 따른 단면도이다.
도 5를 참조하면, 열전 발전모듈(100)의 저온면 냉각부(120)는 방열판(122)과 냉각수조(125)가 일체로 구비된 형태를 가지며, 방열판(122)이 냉각수조(125) 내부에 배치되어 수용된 냉각수로 열을 직접 발산 시키는 형태를 가진다.
냉각 수조(125)는 제1 냉각수 공급라인(310, 도 1 참조)으로부터 냉각수(CW)를 공급받아 저장하며, 냉각 수조(125) 상면은 열전소자(110)의 저온면과 접한다.
방열판(122)는 냉각수조(125) 내부에 구비되어 냉각수조(125) 상면의 하측에 결합된다. 방열판(122)은 판 형상으로 구비되며, 냉각 수조(125) 상면에 대해 수직하게 배치된다. 방열판(122)은 냉각수(CW)에 잠기도록 구비되어 열전소자(110)의 저온면을 냉각시킨다. 방열판(122)은 냉각수(CW)에 의해 냉각되며, 냉각수(CW)는 방열판(122)으로부터 흡수한 열에 의해 온도가 상승한다. 그 결과, 방열판(122)으로부터 방출된 열에 의해 냉각수조(125)에서 저온의 온수가 생성된다.
본 실시예에 의한 발전모듈(100)은 냉각수(CW)를 이용하여 열전소자(110)의 저온면을 신속하게 냉각시키고, 동시에 열전소자(110)로부터 방출된 열을 이용하여 온수를 생성할 수 있으므로, 별도의 온수를 생성하기 위한 부재를 구비할 필요 없이 효율적으로 전기 에너지와 온수를 생성할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의해 시스템의 소형화를 가능하게 한다.
다시 도 1 및 도 3을 참조하여, 열전발전 시스템(1000)의 동작에 대해서 설명하기로 한다.
열전 발전모듈(100)은 제1 온도센서(150)를 더 구비하고, 열전발전 시스템(1000)은 제1 및 제2 조절밸브(410, 420), 온수 조절밸브(440), 및 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 온도센서(150)는 냉각 수조(125)에 구비되고, 냉각 수조에 저장된 물의 온도를 검출한다.
제1 조절밸브(410)는 제1 냉각수 공급라인(310)에 구비되고, 제1 냉각수 공급라인(310)으로부터 냉각 수조(125)로 공급되는 냉각수의 양을 조절한다.
제2 조절밸브(420)는 제1 온수 배출라인(320)에 구비되고, 냉각 수조(125)로부터 배출되는 온수의 양을 조절한다.
제어부(500)는 제1 온도센서(150)와 연결되고, 제1 온도센서(150)로부터 수검출된 온도 검출값에 따라 제1 및 제2 조절밸브(410, 420)의 개폐를 조절하여 냉각 수조(125)에 저장된 물의 온도를 적정 온도 범위, 예를 들어 40℃ 이하로 유지시킨다.
열전발전 시스템(1000)은 제1 냉각수 공급라인(310)에 연결되고, 제1 냉각수 공급라인(310)으로부터 냉각수를 공급받아 온수 저장 탱크(600)에 제공하는 제2 냉각수 공급라인(350), 온수 저장 탱크(600)에 구비되고, 온수 저장 탱크(600)에 저장된 온수의 온도를 검출하는 제2 온도 센서(620) 및 제2 냉각수 공급라인(350)에 구비되고, 온수 저장 탱크(600)로 공급되는 냉각수를 조절하는 제3 조절밸브(450)를 더 포함할 수 있다.
이때, 제어부(500)는 제2 온도 센서(620)의 온도 검출값에 따라 제3 조절밸브(450)의 개폐를 조절할 수 있다.
또한, 열전발전 시스템(1000)은 온수 저장 탱크(600)에 연결되어 온수 저장 탱크(600)에 저장된 물을 냉각수조(125)에 제공하는 순환 라인(360)과 순환 라인(360)에 설치되고, 순환 라인(360)을 흐르는 물을 냉각시키는 공냉쿨러(640)와 순환 라인(360)에 설치되어 냉각수조(125)로 제공되는 물을 조절하는 순환밸브(460)를 더 포함할 수 있다.
이때, 제어부(500)는 제2 온도 센서(620)의 온도 검출값에 따라 순환밸브(460)의 개폐를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 열전발전 시스템(1000)은 미온수 저장탱크(도시하지 않음)을 더 구비할 수 있다. 미온수 저장탱크는 온수 사용량이 많지 않은 여름철에 냉각수를 지속적으로 제공하기 위한 목적으로 구비될 수 있다. 미온수 저장탱크는 냉각수조(125)에서 생성되는 저온 냉각수를 공급받아 냉각시켜 다시 냉각수조(125)로 공급한다. 미온수 저장탱크 및 미온수 저장탱크와 냉각수조(125)를 연결하는 냉각수(저온 온수) 순환 라인에는 방열을 위한 방열 재킷이 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의하면, 열전발전 시스템(1000)은 열순환 매체 수용부(140)에 배치되고, 열전소자(110)의 고온면의 온도를 검출하는 제3 온도센서(290), 열순환 매체 수용부로 열순환 매체를 공급하는 제1 열순환 매체 순환라인(210)과, 열순환 매체 수용부(140)와 온수 저장탱크 내에 배치되는 열교환기(280)를 연결하는 제2 열순환 매체 순환라인(220)과, 열교환기(280)를 통과한 열순환 매체를 태양열 집열기(200)로 회수하는 제3 열순환 매체 순환라인(240)과, 제2 열순환 매체 순환라인(220)과 제3 열순환 매체 순환라인(240)을 연결하는 제4 열순환 매체 순환라인(230)을 더 포함할 수 있다.
또한, 열전발전 시스템(1000)은 제4 열순환 매체 순환라인(230)이 제2 열순환 매체 순환라인(220)과 제3 열순환 매체 순환라인(240)이 연결되는 분기점에 각각 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)을 포함할 수 있다.
이때, 제어부(500)는 제2 온도센서(220) 및 제3 온도센서(290)의 온도 검출값에 따라 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 조절할 수 있다. 예를 들어 온수 사용량이 많은 계절에는 열순환 매체가 태양열 집열기(200), 제1 열순환 매체 순환라인(210), 열순환 매체 수용부(140), 제2 열순환 매체 순환라인(200), 열교환기(280), 제3 열순환 매체 순환라인(240)으로만 순환하도록 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 조절할 수도 있으며, 온수 사용량이 적은 계절에는 열순환 매체가 태양열 집열기(200), 제1 열순환 매체 순환라인(210), 열순환 매체 수용부(140), 제2 열순환 매체 순환라인(200), 제4 열순환 매체 순환라인(230), 제3 열순환 매체 순환라인(240)으로만 순환하도록 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 조절할 수도 있다. 즉, 집열된 열이 열전소자(110)의 고온면으로면 전달되도록 순환 시켜 전력생산량에 집열된 열을 집중시킬 수 있다.
필요에 따라 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 적절히 조절하여 온수 생산과 전력 생산의 벨런스를 적당히 조절하는 것도 가능하다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000 : 열전발전 시스템 100 : 열전 발전모듈
110 : 열전소자 120 : 저온면 냉각부
122 : 방열판 123 : 히트파이프
125 : 냉각수조 140 : 열순환 매체 수용부
200 : 태양열집열기 500 : 제어부
600 : 온수 저장탱크

Claims (10)

  1. 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및
    상기 열순환 매체 및 냉각수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉각수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
    상기 열전 발전모듈은,
    열전소자;
    상기 냉각수를 수용하며 상기 열전소자의 저온 면과 접하는 저온면 냉각부; 및
    상기 열순환 매체를 수용하며 상기 열전소자의 고온 면과 접하는 열순환 매체 수용부를 포함하고,
    상기 저온면 냉각부로부터 생성되는 저온 온수를 공급받고, 상기 열순환 매체 수용부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 저온 온수를 가열하여 저장하는 온수 저장탱크; 및
    상기 저온면 냉각부에 냉각수를 공급하는 제1 냉각수 공급라인을 더 포함하며,
    상기 저온면 냉각부는,
    상기 열전소자에서 방출되는 열을 발산 시키는 방열판; 및
    상기 제1 냉각수 공급라인으로부터 냉각수를 공급받아 수용하는 냉각수조를 포함하고,
    상기 냉각수조에 배치되어, 상기 냉각수조에 수용된 물의 온도를 검출하는 제1 온도센서;
    상기 냉각수조에 연결되어 상기 냉각수조에서 생성되는 저온 온수를 배출하는 제1 온수 배출라인;
    상기 제1 냉각수 공급라인에 구비되고, 상기 제1 냉각수 공급라인으로부터 상기 냉각수조로 공급되는 냉각수의 양을 조절하는 제1 조절밸브;
    상기 제1 온수 배출라인에 구비되고, 배출되는 저온 온수의 양을 조절하는 제2 조절밸브; 및
    상기 제1 온도센서와 연결되고, 상기 제1 온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제1 및 제2 조절밸브의 개폐를 조절하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제1 냉각수 공급라인에 연결되고, 상기 제1 냉각수 공급라인으로부터
    냉각수를 공급받아 상기 온수 저장 탱크에 제공하는 제2 냉각수 공급라인;
    상기 온수 저장 탱크에 구비되고, 상기 온수 저장 탱크에 저장된 온수의 온도를 검출하는 제2 온도 센서; 및
    상기 제2 냉각수 공급라인에 구비되고, 상기 온수 저장 탱크로 공급되는 냉각수를 조절하는 제3 조절밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 온도 센서의 온도 검출값에 따라 상기 제3 조절밸브의 개폐를 조절하며,
    상기 온수 저장 탱크에 연결되어 상기 온수 저장 탱크에 저장된 물을 상기 냉각수조에 제공하는 순환 라인;
    상기 순환 라인에 설치되고, 상기 순환 라인을 흐르는 물을 냉각시키는 공냉쿨러; 및
    상기 순환 라인에 설치되어 상기 냉각수조로 제공되는 물을 조절하는 순환밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 온도 센서의 온도 검출값에 따라 상기 순환밸브의 개폐를 조절하며,
    상기 열순환 매체 수용부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온면의 온도를 검출하는 제3 온도센서;
    상기 열순환 매체 수용부로 열순환 매체를 공급하는 제1 열순환 매체 순환라인;
    상기 열순환 매체 수용부와 상기 온수 저장탱크 내에 배치되는 열교환기를 연결하는 제2 열순환 매체 순환라인;
    상기 열교환기를 통과한 열순환 매체를 상기 태양열 집열기로 회수하는 제3 열순환 매체 순환라인; 및
    상기 제2 열순환 매체 순환라인과 상기 제3 열순환 매체 순환라인을 연결하는 제4 열순환 매체 순환라인을 더 포함하며,
    상기 제4 열순환 매체 순환라인이 상기 제2 열순환 매체 순환라인과 제3 열순환 매체 순환라인이 연결되는 분기점에는 각각 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브가 구비되고,
    상기 제어부는 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제1 삼방 밸브 및 상기 제2 삼방 밸브를 조절하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템.
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