KR101882839B1 - Generation system using solar heatcollector - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및
상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
상기 열전 발전모듈은,
복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부;
상기 열순환 매체를 수용하며, 한 쌍의 상기 열전소자부의 고온단자에 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및
상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자부의 저온단자 각각에 접하도록 배치되는 한 쌍의 냉각부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면 발열부 양측에 배치된 한 쌍의 열전소자부에 의해 전기 에너지 및 온수 생산량을 향상시킬 수 있고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으므로 온수 생성 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power generation system using a solar collector, including: a solar collector for collecting solar rays radiated from the sun to heat a heat circulation medium; And
And a thermoelectric module which is in contact with the thermo-circulating medium and the cold water, and generates electric energy by a temperature difference between the temperature of the thermo-circulation medium and the cold water,
The thermoelectric module includes:
A pair of thermoelectric elements including a plurality of thermoelectric elements;
A heating unit which receives the thermocycling medium and is disposed between a pair of the thermoelectric elements to contact the high temperature terminals of the pair of thermoelements; And
And a pair of cooling portions accommodating the cold water and arranged to contact the low temperature terminals of the pair of thermoelectric elements. According to the present invention, the pair of thermoelectric elements disposed on both sides of the heat generating part can improve the electric energy and hot water production, and it is not necessary to provide a separate member for generating hot water, It is economical.
Description
본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power generation system using a solar collector.
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 금속 간에 전위차가 생성된다는 원리이다.A thermoelectric element is a device that enables power generation through a Seebeck effect. The Ebeck effect is a principle that if a temperature difference is created between two metals on a closed circuit made of two different metals with two contacts, a potential difference is generated between the two metals.
열전소자를 이용한 모듈(Thermoelectric module; TEM)은 위로부터 절연층, 전도체, 반도체, 전도체, 절연층의 다층 구조를 이루고 있다. 이러한 열전 소자를 이용하여 발전을 하기 위해서는 내구성이 허용하는 범위 내에서 온도차를 가급적 크게 유지하는 것이 중요하다.A thermoelectric module (TEM) using a thermoelectric element has a multilayer structure of an insulating layer, a conductor, a semiconductor, a conductor and an insulating layer from above. In order to generate electricity by using such a thermoelectric element, it is important to keep the temperature difference as large as possible within the allowable range of durability.
본 발명의 목적은 태양열 집열기를 이용하여 온수 생성 및 발전을 동시에 수행하는 태양열 집열기를 이용한 발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a power generation system using a solar collector that simultaneously generates and generates hot water using a solar collector.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 및 상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되, 상기 열전 발전모듈은, 복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부; 상기 열순환 매체를 수용하며, 상기 열전소자부들의 고온단자와 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및 상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자의 저온단자와 접하는 한 쌍의 냉각부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power generation system using a solar collector, comprising: a solar collector for collecting a solar ray radiated from the sun to heat a heat circulation medium; And a thermoelectric power generation module which is in contact with the thermo-circulation medium and the cold water and generates electric energy by a temperature difference between the temperature of the thermo-circulation medium and the cold water, wherein the thermoelectric module includes a plurality of thermoelectric elements A pair of thermoelectric elements; A heat generating unit disposed between the pair of thermoelectric elements to receive the thermo-forming medium and to contact the high temperature terminal of the thermoelectric elements; And a pair of cooling units accommodating the cold water and contacting the low-temperature terminals of the pair of thermoelectric elements.
여기서, 상기 발열부는, 한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부재가 형성될 수 있다.Here, the heat generating portion may include a guide member protruding outwardly and corresponding to the size and number of the cross-sections of the thermoelectric elements so as to guide the positions of the plurality of thermoelectric elements on both sides contacting the pair of thermoelectric elements .
그리고, 상기 열전소자부는, 복수의 상기 열전소자가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 판 형상으로 구비되고, 상기 삽입홀 일부에 상기 가이드부재가 삽입되도록 상기 발열부의 측면에 배치되는 베이스판을 포함할 수 있다.The thermoelectric element part includes a base plate which is provided in a plate shape having a plurality of insertion holes into which the plurality of thermoelectric elements are inserted and which is disposed on the side of the heat generating part so that the guide member is inserted into a part of the insertion hole can do.
또한, 상기 베이스판은, 상기 열전소자의 두께와 상기 가이드부재의 두께를 합한 두께로 구비될 수 있다.The base plate may have a thickness that is a sum of the thickness of the thermoelectric element and the thickness of the guide member.
또한, 상기 열전소자부는, 복수의 상기 열전소자가 1행으로 배치되거나, 복수의 상기 열전소자가 2행으로 배치되거나, 복수의 상기 열전소자가 복수의 행으로 2열 배치될 수 있다.The plurality of thermoelectric elements may be arranged in one row, the plurality of thermoelectric elements may be arranged in two rows, or a plurality of the thermoelectric elements may be arranged in two rows in a plurality of rows.
또한, 한 쌍의 상기 냉각부로부터 생성되는 온수를 공급받고, 상기 발열부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 온수를 가열하여 저장하는 온수탱크; 냉수 및 온수를 이동시키는 유동라인; 상기 열순환 매체를 이동시키는 순환라인; 및 상기 유동라인 및 상기 순환라인의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.A hot water tank for receiving hot water generated from a pair of the cooling units and heating and storing the hot water through heat exchange with the heat circulation medium in connection with the heating unit; A flow line for moving cold water and hot water; A circulation line for moving the thermocycling medium; And a controller for controlling operations of the flow line and the circulation line.
여기서, 상기 유동라인은, 한 쌍의 상기 냉각부에 냉수를 공급하는 제1냉수공급라인; 상기 제1냉수공급라인에 연결되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 냉수를 공급받아 상기 온수탱크에 제공하는 제2냉수공급라인; 및 한 쌍의 상기 냉각부에서 생성된 온수를 배출하여 상기 온수탱크에 공급하는 제1온수배출라인을 포함할 수 있다.Here, the flow line may include: a first cold water supply line for supplying cold water to the pair of cooling units; A second cold water supply line connected to the first cold water supply line and supplying cold water to the hot water tank from the first cold water supply line; And a first hot water discharge line for discharging the hot water generated by the pair of cooling units and supplying the hot water to the hot water tank.
또한, 상기 유동라인은, 상기 온수탱크에 배치되어, 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 제1온도센서; 상기 제1냉수공급라인에 배치되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 한 쌍의 상기 냉각부로 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제1조절밸브; 상기 제1온수배출라인에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절하는 제2조절밸브; 상기 제2냉수배출라인에 배치되고 상기 제2냉수배출라인으로부터 상기 온수탱크에 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 제1온도센서와 연동되어 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도에 따라 상기 제1,제2 및 제3조절밸브의 개폐를 제어할 수 있다.The flow line may further include a first temperature sensor disposed in the hot water tank and measuring a temperature of water contained in the hot water tank; A first control valve disposed in the first cold water supply line and regulating the amount of cold water supplied from the first cold water supply line to the pair of cooling units; A second regulating valve disposed in the first hot water discharge line for regulating the amount of hot water to be discharged; And a third control valve disposed in the second cold water discharge line and controlling the amount of cold water supplied from the second cold water discharge line to the hot water tank, And the opening / closing of the first, second, and third control valves can be controlled according to the temperature of water contained in the hot water tank.
그리고, 상기 순환라인은, 유입부가 상기 태양열 집열기에 결합되고 배출부가 상기 발열부에 결합되어 상기 열순환 매체를 상기 발열부에 공급하는 제1순환라인; 유입부가 상기 발열부에 결합되고 배출부가 상기 온수탱크 내에 배치되는 열교환기에 결합되어 열순환 매체가 상기 발열부에서 상기 열교환기로 이동하는 제2순환라인; 유입부가 상기 열교환기에 결합되고 배출부가 상기 태양열 집열기에 결합되어 상기 열교환기를 통과한 열순환 매체가 상기 태양열 집열기로 이동하는 제3순환라인; 상기 제2순환라인 및 상기 제3순환라인 사이에 배치되는 제4순환라인; 및 상기 발열부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온단자의 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함할 수 있다.The circulation line may include a first circulation line connected to the solar collector and having an outlet coupled to the heat generating unit to supply the heat circulating medium to the heating unit; A second circulation line coupled to the heat-generating unit, the discharge unit coupled to the heat-exchanger disposed in the hot water tank, the heat-circulation medium moving from the heat-generating unit to the heat-exchanger; A third circulation line coupled to the heat exchanger and having a discharge portion coupled to the solar collector and having a heat circulation medium passed through the heat exchanger to the solar collector; A fourth circulation line disposed between the second circulation line and the third circulation line; And a second temperature sensor disposed in the heat generating unit and measuring a temperature of the high temperature terminal of the thermoelectric device.
또한, 상기 순환라인은, 상기 제1순환라인에 배치되고 상기 제1순환라인으로부터 상기 발열부에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절하는 제4조절밸브; 및 상기 제2순환라인 및 제3순환라인과 상기 제4순환라인이 연결되는 분기점 각각에 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제4조절밸브, 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 개폐를 제어할 수 있다.The circulation line may further include a fourth control valve disposed in the first circulation line and controlling an amount of the heat circulation medium supplied from the first circulation line to the heating unit; And a first three-way valve and a second three-way valve at each of the bifurcations to which the second circulation line, the third circulation line, and the fourth circulation line are connected, wherein the control unit controls the first temperature sensor and the second temperature sensor Closing of the fourth control valve, the first three-way valve, and the second three-way valve can be controlled according to the temperature detection value of the second control valve.
또한, 상기 유동라인은, 유입부가 상기 온수탱크에 결합되고, 배출부가 상기 제1냉수공급라인에 결합되어 상기 온수탱크의 물을 상기 제1냉수공급라인에 제공하며, 상기 물을 냉각시키는 쿨러를 포함하는 공냉라인; 및 상기 공냉라인에 배치되어 상기 공냉라인을 개폐하는 공냉밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 공냉밸브의 작동을 제어할 수 있다The flow line may further include a cooler for cooling the water, wherein the inlet portion is coupled to the hot water tank, the outlet portion is coupled to the first cold water supply line to provide water in the hot water tank to the first cold water supply line, Included air cooling line; And an air-cooling valve disposed in the air-cooling line for opening and closing the air-cooling line, wherein the control unit can control the operation of the air-cooling valve
본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템에 따르면,According to the power generation system using the solar collector according to the embodiment of the present invention,
첫째, 발열부 양측에 배치된 한 쌍의 열전소자부에 의해 전기 에너지 및 온수 생산량을 향상시킬 수 있고, 온수를 생성하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없으므로 온수 생성 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.First, since a pair of thermoelectric elements disposed on both sides of the heat generating part can improve the production of electric energy and hot water, and it is not necessary to provide a separate member for generating hot water, the cost of generating hot water can be reduced, to be.
둘째, 복수의 열전소자를 다양하게 배열할 수 있어 상황에 따라 적합한 배열을 적용하여 효율적으로 온수 및 전기 에너지를 생산할 수 있다.Second, a plurality of thermoelectric elements can be arranged in various ways, and hot water and electric energy can be efficiently produced by applying a suitable arrangement according to the situation.
셋째, 제1 온도센서에서 검출한 온수탱크 안의 물 온도에 따라 온수탱크로의 온수 공급과 냉각수 공급이 조절되므로, 계절에 따라 온수탱크에 저장된 온수를 적정 온도로 유지시킬 수 있다.Third, the hot water supply to the hot water tank and the cooling water supply are controlled according to the water temperature in the hot water tank detected by the first temperature sensor, so that the hot water stored in the hot water tank can be maintained at an appropriate temperature according to the season.
넷째, 열교환기를 통해 온수탱크에 수용된 온수를 가열하여 효율적으로 고온의 온수를 생성할 수 있다.Fourth, hot water stored in the hot water tank can be efficiently heated by the heat exchanger to generate hot water at a high temperature.
다섯째, 공냉라인에 의해 온수탱크에 저장된 물을 다시 냉각시켜 냉각부에 제공하므로, 온수탱크에서 식어 적정 온도 이하로 냉각된 물을 냉각수로 재이용할 수 있어 효과적이다.Fifth, since the water stored in the hot water tank is cooled again by the air cooling line and provided to the cooling unit, it is effective to reuse water cooled below the optimum temperature in the hot water tank as cooling water.
여섯째, 제1 내지 제4순환라인과, 제1 및 제2 삼방밸브를 통해 계절에 따른 열순환 매체의 선택적인 사용이 가능하여 효율적인 발전을 할 수 있다. 즉, 온수 사용량이 적은 계절에는 열순환 매체를 열전 발전모듈로만 순환시키는 제어를 통해 효율적인 전력 생산을 가능하게 한다.Sixth, the first circulation line and the fourth circulation line, and the first and second three-way valves can selectively use the thermocycling medium according to the season, thereby enabling efficient development. That is, in a season where hot water usage is low, efficient power generation can be achieved by controlling the circulation of the heat circulating medium only to the thermoelectric power generation module.
일곱째, 베이스판에 의해 복수의 열전소자들을 견고하게 고정할 수 있어 안정적으로 발전을 할 수 있다.Seventh, the plurality of thermoelectric elements can be firmly fixed by the base plate, and stable power generation can be achieved.
여덟째, 가이드부재에 의해 발열부와 열전소자부의 결합을 용이하게 할 수 있다.Eighth, it is possible to facilitate the coupling of the heat generating portion and the thermoelectric element portion by the guide member.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 온도센서들 및 밸브들과 제어부의 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예에 따른 분해 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예의 적용 예시도이다.
도 8은 도 5에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예의 적용 예시도이다.
도 9는 도 6에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예의 적용 예시도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a power generation system using a solar collector according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of temperature sensors and valves and controls.
3 is a sectional view of the solar collector shown in FIG.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the thermoelectric module shown in FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 5 is an exploded perspective view of the thermoelectric module shown in FIG. 1 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view of the thermoelectric module shown in FIG. 1 according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an application example of the first embodiment of the thermoelectric module shown in FIG.
FIG. 8 is an application example of the second embodiment of the thermoelectric module shown in FIG. 5; FIG.
FIG. 9 is an application example of the third embodiment of the thermoelectric module shown in FIG.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 집열기를 이용한 발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 온도센서들 및 밸브들과 제어부의 블럭도이며, 도 3은 도 1에 도시된 태양열 집열기의 단면도이다.2 is a block diagram of temperature sensors, valves, and a control unit, and FIG. 3 is a schematic diagram of a power generation system using a solar collector according to an embodiment of the present invention. Sectional view.
그리고, 도 4는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예에 따른 분해 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예에 따른 분해 사시도이며, 도 6은 도 1에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예에 따른 분해 사시도이다.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the thermoelectric module shown in FIG. 1 according to the first embodiment, FIG. 5 is an exploded perspective view according to the second embodiment of the thermoelectric module shown in FIG. 1, 1 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to a third embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 태양열 집열기를 이용한 발전시스템(1000)은 태양열 집열기(100), 열전 발전모듈(200), 온수탱크(300), 유동라인, 순환라인 및 제어부를 포함한다.1 to 6, a
태양열 집열기(100)는 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열한다.The
도 3을 참조하면, 태양열 집열기(100)는 통상적인 태양열 집열기로서, 상단Referring to FIG. 3, the
부는 일사광선을 투과시키고 열손실을 방지할 수 있는 투과체(transparent cover)를 구비하고, 하단부에는 투과된 일사광선을 흡수해 열에너지로 변환시키는 흡수판(absorber plate)을 구비하며, 바닥면에는 단열재를 구비한다. And a transparent cover which can transmit the sunlight and prevent heat loss and has an absorber plate which absorbs sunlight transmitted through the solar cell and converts it into thermal energy, Respectively.
여기서, 흡수판에는 집열을 위한 열순환 매체가 지나갈 수 있는 관이 배치되고, 이 관을 통해 가열된 열순환 매체가 다른 구성들로 이동한다.Here, the absorption plate is provided with a tube through which the heat circulation medium for collecting heat can pass, and the heat circulation medium heated through the tube moves to other structures.
나아가, 태양열 집열기(100)는 필요에 따라 집열 효율을 향상시키기 위해 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 더 포함할 수 있다.Further, the
그리고, 열전 발전모듈(200)은 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 열순환 매체의 온도와 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성한다.The thermoelectric
여기서, 열전 발전모듈(200)은 열전소자부(210), 발열부(220) 및 냉각부를 포함한다.Here, the
열전소자부(210)는 한 쌍으로 구비되고, 복수의 열전소자(211) 및 베이스판(212)를 포함한다.The
베이스판(212)은 판 형상으로 구비되고, 복수의 열전소자(211)가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀(213)이 형성되어 있다.The
그리고,베이스판(212)는 삽입홀(213)의 일부에 후술할 발열부(220)의 가이드부(221)가 삽입되도록 발열부(220)의 측면에 배치된다.The
또한, 베이스판(212)의 두께는 열전소자(211)의 두께와 가이드부재(221)의 두께를 합한 두께로 구비될 수 있다.The thickness of the
따라서, 후술할 냉각부(230)와 접하는 저온단자 측을 평면으로 유지할 수 있다.Therefore, the low-temperature terminal side in contact with the
여기서, 베이스판(212)은 복수의 열전소자(211)가 열교환을 효율적으로 수행할 수 있도록 열전도성이 높은 구리, 알루미늄 및 황동 등의 재질로 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the
또한, 발열부(220)는 열순환 매체를 수용하며 열전소자부(210)들의 고온단자와 접하도록 한 쌍의 열전소자부(210) 사이에 배치된다.The
그리고, 발열부(220)는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 양측면에 가이드부재(221)가 형성된다.The heat generating
가이드부재(221)는 한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.The
냉각부(230)는 한 쌍으로 구비되고, 냉수를 수용하며, 한 쌍의 열전소자부(210)의 저온단자와 접하도록 배치된다.The
나아가, 본 발명의 열전 발전모듈(200)의 열전소자부(210)는 복수의 열전소자(211)가 다양한 구조로 배치될 수 있다.Further, in the
도 3은 제1실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 1행으로 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.3 is an arrangement structure of the
도 4는 제2실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 2행으로 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.4 is an arrangement structure of the
추가적으로, 본 실시예에서는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 발열부(220)의 양측면에 베이스판(212)이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.In addition, in this embodiment, grooves may be formed on both sides of the
도 5는 제3실시예에 따른 열전소자(211)들의 배치구조로서, 열전소자(211)들이 복수의 행으로 2열 배치될 수 있고, 베이스판(212)에 형성된 삽입홀(213)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성되며, 발열부(220)의 가이드부재(221)도 열전소자(211)들의 배치와 대응되도록 형성될 수 있다.5 is an arrangement structure of the
추가적으로, 본 실시예에서는 한 쌍의 열전소자부(210)와 접하는 발열부(220)의 양측면에 베이스판(212)이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.In addition, in this embodiment, grooves may be formed on both sides of the
열전소자부(210)는 열전소자(211)들의 배치에 따라 각각의 실시예 별로 모두 다른 효과를 나타내기 때문에 상황에 따라 적합한 배열을 적용하여 효율적으로 온수 및 전기 에너지를 생산할 수 있다.Since the
추가적으로 본 실시예에서 열전소자(211)를 8개로 한정하여 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, although the number of the
예를들어, 위의 세 실시예 모두에서 동일한 시간동안 발전이 이루어질 경우, 제1실시예의 경우 열전소자(211)들이 8개가 1행으로 배치되기 때문에 한번에 하나의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.For example, when power generation is performed for the same period of time in all of the above three embodiments, since eight
그리고, 제2실시예의 경우 열전소자(211)들이 4개씩 2행으로 배치되므로 한번에 두 개의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.In the second embodiment, the four
마지막으로, 제3실시예의 경우 발전소자(211)들이 4개씩 2열로 배치되므로 한번에 네 개의 열전소자(211)에서 발전이 이루어진다.Finally, in the case of the third embodiment, four
따라서, 동일한 시간동안 제3실시예에서 가장 많은 양의 발전을 할 수 있으나 냉수 및 열순환 매체가 머무르는 시간이 가장 짧아 온수를 가장 적게 생성하게 되고,Therefore, the greatest amount of power generation can be performed in the third embodiment for the same time, but the cold water and the heat circulation medium stay in the shortest time,
제1실시예에서 가장 적은 양의 발전을 하나, 냉수 및 열순환 매체가 머무르는 시간이 가장 길어 온수를 가장 많이 생성하게 되며, In the first embodiment, the cold water and the heat circulation medium stay for the longest time, and the hot water is generated the most.
제2실시예에서는 발전과 온수 생성의 비율을 가장 적절하게 나타낼 수 있다.In the second embodiment, the ratio of generation to generation of hot water can be most appropriately represented.
따라서, 발전보다는 온수의 생성에 비중 크게 두고 싶은 경우 제1실시예를 적용하고, 발전에 비중을 크게 두고 싶음 경우 제3실시예를 적용하며, 평상시에는 제2실시예를 적용함으로써, 상황에 따라 적절히 적용할 수 있다.Therefore, in the case where the first embodiment is applied to a case where it is desired to increase the proportion of generation of hot water rather than electricity generation, and the third embodiment is applied when it is desired to increase the proportion of power generation, and the second embodiment is normally applied, And can be suitably applied.
온수탱크(300)는 한 쌍의 냉각부(230)로부터 생성되는 온수를 공급받고, 발열부(220)와 연결되어 열순환 매체와의 열교환을 통해 온수를 가열하여 저장한다.The
유동라인은 냉수 및 온수를 이동시킨다.The flow line moves cold water and hot water.
유동라인은 제1냉수공급라인(410), 제2냉수공급라인(420), 제1온수배출라인(430), 제1온도센서(440), 제1조절밸브(450), 제2조절밸브(460) 및 제3조절밸브(470)를 포함한다.The flow line includes a first cold
제1냉수공급라인(410)은 한 쌍의 냉각부(230)에 냉수를 공급하고, 제2냉수공급라인(420)은 제1냉수공급라인(410)에 연결되고, 제1냉수공급라인(420)으로부터 냉수를 공급받아 온수탱크(300)에 제공한다.The first cold
그리고, 제1온수배출라인(430)은 한 쌍의 냉각부(230)에서 생성된 온수를 배출하여 온수탱크(300)에 공급한다.The first hot
제1온도센서(440)는 온수탱크(300)에 배치되고, 온수탱크(300)에 수용된 물의 온도를 측정한다.The
그리고, 제1조절밸브(450)는 제1냉수공급라인(410)에 배치되고, 제1냉수공급라인(410)으로부터 한 쌍의 냉각부(230)로 공급되는 냉수의 양을 조절한다.The
제2조절밸브(460)는 제1온수배출라인(430)에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절한다.The
또한, 제3조절밸브(470)는 제2냉수배출라인(420)에 배치되고, 제2냉수배출라인(420)으로부터 온수탱크(300)에 공급되는 냉수의 양을 조절한다.+The
게다가, 유동라인은 공냉라인(480) 및 공냉밸브(490)를 더 포함한다.In addition, the flow line further includes an
공냉라인(480)은 유입부가 온수탱크(300)에 결합되고, 배출부가 제1냉수공급라인(410)에 결합되어 온수탱크(300)의 물을 제1냉수공급라인(410)에 제공하며, 물을 냉각시키는 쿨러(C)를 포함한다.The
그리고, 공냉밸브(490)는 공냉라인(480)에 배치되어 공냉라인(480)을 개폐한다.The
또한, 순환라인은 열순환 매체를 이동시킨다.Also, the circulation line moves the thermocycling medium.
여기서, 순환라인은 제1순환라인(510), 제2순환라인(520), 제3순환라인(530), 제4순환라인(540), 제2온도센서(550), 제4조절밸브(560), 제1삼방밸브(570) 및 제2삼방밸브(580)를 포함한다.Here, the circulation line includes a
제1순환라인(510)은 유입부가 태양열 집열기(100)에 결합되고 배출부가 발열부(220)에 결합되어 열순환 매체를 발열부(220)에 공급한다.The
제2순환라인(520)은 유입부가 발열부(220)에 결합되고 배출부가 온수탱크(300) 내에 배치된 열교환기(590)에 결합되어 열순환 매체가 발열부(220)에서 열교환기(590)로 이동한다.The
제3순환라인(530)은 유입부가 열교환기(590)에 결합되고 배출부가 태양열 집열기(100)에 결합되어 열교환기(590)를 통과한 열교환 매체가 태양열 집열기(100)로 이동한다.The
제4순환라인(540)은 제2순환라인(520) 및 제3순환라인(530) 사이에 배치된다.The
제2온도센서(550)는 발열부(220)에 배치되고, 열전소자(211)의 고온단자의 온도를 측정한다.The
그리고, 제4조절밸브(560)는 제1순환라인(510)에 배치되고, 제1순환라인(510)으로부터 발열부(220)에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절한다.The
또한, 제1삼방밸브(570)는 제2순환라인(520)과 제4순환라인(540)이 연결되는 분기점에 배치되고, 제2삼방밸브(580)는 제4순환라인(530)과 제4순환라인(540)이 연결되는 분기점에 배치된다.The first three-
제어부(600)는 유동라인 및 순환라인을 제어한다.The
제어부(600)는 유동라인의 제1온도센서(440)와 연동되어 온순탱크(3000에 수용된 물의 온도에 따라 제1조절밸브(450), 제2조절밸브(460), 제3조절밸브(470) 및 공냉밸브(490)의 개폐를 제어한다.The
또한, 제어부(600)는 순환라인의 제2온도센서(550)와 연동되고, 제1온도센서(440)에서 측정된 온수탱크(300)의 물 온도와 제2온도센서(550)에서 측정된 열전소자(211)의 고온단자의 온도 측정값에 따라 제4조절밸브(560), 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)의 개폐를 제어한다.The
이렇게, 제어부(600)가 제1온도센서(440)에서 검출한 온수탱크(300) 안의 물 온도에 따라 제1 내지 제3조절밸브(450, 460, 470)의 개폐를 제어하여 온수탱크(300)로의 온수와 냉수 공급을 조절할 수 있어, 계절에 따라 온수탱크(300)에 저장되는 온수를 적정 온도로 유지시킬 수 있다.The
또한, 제어부(600)는 공냉밸브(490)의 개폐를 제어하여 공냉라인(480)에 의해 온수탱크(300)에 저장된 물을 다시 냉각시켜 냉각부(220)에 제공할 수 있기 때문에, 온수탱크(300)에서 식어 적정 온도 이하로 냉각된 물을 냉수로 재이용할 수 있어 효과적이다.The
게다가, 제어부(600)는 제1 내지 제4순환라인(510, 520, 530, 540)과, 제1 및 제2삼방밸브(560, 570)를 통해 계절에 따라 열순환 매체를 선택적으로 사용할 수 있어 효율적인 발전을 할 수 있다. In addition, the
예를들어, 온수 사용량이 적은 계절에는 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)를 제어하여 제4순환라인(540)으로 열순환 매체가 흐르지 못하게 하여 열순환 매체를 열전 발전모듈로(200)만 순환시킬 수 있도록 하여 효율적인 전력 생산을 가능하게 한다.For example, in a season where hot water usage is low, the first three-
반면, 온수 사용량이 많은 계절에는 제1삼방밸브(560) 및 제2삼방밸브(570)를 제어하여 제4순환라인(540)으로 열순환 매체를 흐르게 하여 열교환기(590)로의 순환을 촉진할 수 있어 효율적인 온수 생성을 가능하게 한다.
On the other hand, when the hot water usage amount is high, the first three-
도 7은 도 4에 도시된 열전 발전모듈의 제1실시예의 적용 예시도이고, 도 8은 도 5에 도시된 열전 발전모듈의 제2실시예의 적용 예시도이며, 도 9는 도 6에 도시된 열전 발전모듈의 제3실시예의 적용 예시도이다.FIG. 7 is an application view of the first embodiment of the thermoelectric module shown in FIG. 4, FIG. 8 is an application example of the second embodiment of the thermoelectric module shown in FIG. 5, and FIG. 9 is a cross- Fig. 10 is an application example of the third embodiment of the thermoelectric power generation module. Fig.
도 7 내지 도 9는 본발명의 열전 발전모듈(200)의 제1 내지 제3실시예를 적용한 예시도로서, 발열부(220)가 한 쌍의 열전소자부(210) 사이에 열전소자(211)의 고온단자와 접하도록 배치되고, 한 쌍의 냉각부(230)가 한 쌍의 열전소자부(210)의 열전소자(211)의 저온단자와 접하도록 각각 배치된다.
7 to 9 are diagrams illustrating the first to third embodiments of the
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.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
100...태양열 집열기 200...열전 발전모듈
210...열전소자부 220...발열부
230...냉각부 300...온수탱크
410...제1냉수공급라인
420...제2냉수공급라인 430...제1온수배출라인
440...제1온도센서 450...제1조절밸브
460...제2조절밸브 470...제3조절밸브
480...공냉라인 490...공냉밸브
510...제1순환라인
520...제2순환라인 530...제3순환라인
540...제4순환라인 550...제2온도센서
560...제4조절밸브 570...제1삼방밸브
580...제2삼방밸브 600...제어부100 ...
210 ...
230 ...
410 ... first cold water supply line
420 ... second cold
440 ...
460 ... second regulating
480 ...
510 ... 1st circulation line
520 ...
540 ...
560 ...
580 ... second three-
Claims (13)
상기 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전기 에너지를 생성하는 열전 발전모듈을 포함하되,
상기 열전 발전모듈은,
복수의 열전소자를 포함하는 한 쌍의 열전소자부;
상기 열순환 매체를 수용하며, 한 쌍의 상기 열전소자부의 고온단자에 접하도록 한 쌍의 상기 열전소자부 사이에 배치되는 발열부; 및
상기 냉수를 수용하며 한 쌍의 상기 열전소자부의 저온단자 각각에 접하도록 배치되는 한 쌍의 냉각부를 포함하고,
상기 발열부는,
한 쌍의 상기 열전소자부와 접하는 양측면에 복수의 상기 열전소자의 위치를 가이드 할 수 있도록, 외부로 돌출되고 상기 열전소자의 단면의 크기 및 개수와 대응되는 가이드부재가 형성되며,
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 각각 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 판 형상으로 구비되고, 상기 삽입홀 일부에 상기 가이드부재가 삽입되도록 상기 발열부의 측면에 배치되는 베이스판을 포함하고,
상기 베이스판은,
상기 열전소자의 두께와 상기 가이드부재의 두께를 합한 두께로 구비되며,
한 쌍의 상기 냉각부로부터 생성되는 온수를 공급받고, 상기 발열부와 연결되어 상기 열순환 매체와의 열교환을 통해 상기 온수를 가열하여 저장하는 온수탱크;
냉수 및 온수를 이동시키는 유동라인;
상기 열순환 매체를 이동시키는 순환라인; 및
상기 유동라인 및 상기 순환라인의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 유동라인은,
한 쌍의 상기 냉각부에 냉수를 공급하는 제1냉수공급라인;
상기 제1냉수공급라인에 연결되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 냉수를 공급받아 상기 온수탱크에 제공하는 제2냉수공급라인; 및
한 쌍의 상기 냉각부에서 생성된 온수를 배출하여 상기 온수탱크에 공급하는 제1온수배출라인을 포함하며,
상기 유동라인은,
상기 온수탱크에 배치되어, 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 제1온도센서;
상기 제1냉수공급라인에 배치되고, 상기 제1냉수공급라인으로부터 한 쌍의 상기 냉각부로 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제1조절밸브;
상기 제1온수배출라인에 배치되고, 배출되는 온수의 양을 조절하는 제2조절밸브;
상기 제2냉수공급라인에 배치되고 상기 제2냉수공급라인으로부터 상기 온수탱크에 공급되는 냉수의 양을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1온도센서와 연동되어 상기 온수탱크에 수용된 물의 온도에 따라 상기 제1,제2 및 제3조절밸브의 개폐를 제어하며,
상기 순환라인은,
유입부가 상기 태양열 집열기에 결합되고 배출부가 상기 발열부에 결합되어 상기 열순환 매체를 상기 발열부에 공급하는 제1순환라인;
유입부가 상기 발열부에 결합되고 배출부가 상기 온수탱크 내에 배치되는 열교환기에 결합되어 열순환 매체가 상기 발열부에서 상기 열교환기로 이동하는 제2순환라인;
유입부가 상기 열교환기에 결합되고 배출부가 상기 태양열 집열기에 결합되어 상기 열교환기를 통과한 열순환 매체가 상기 태양열 집열기로 이동하는 제3순환라인;
상기 제2순환라인 및 상기 제3순환라인 사이에 배치되는 제4순환라인; 및
상기 발열부에 배치되고, 상기 열전소자의 고온단자의 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함하고,
상기 순환라인은,
상기 제1순환라인에 배치되고 상기 제1순환라인으로부터 상기 발열부에 공급되는 열순환 매체의 양을 조절하는 제4조절밸브; 및
상기 제2순환라인 및 제3순환라인과 상기 제4순환라인이 연결되는 분기점 각각에 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 검출값에 따라 상기 제4조절밸브, 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 개폐를 제어하고,
상기 유동라인은,
유입부가 상기 온수탱크에 결합되고, 배출부가 상기 제1냉수공급라인에 결합되어 상기 온수탱크의 물을 상기 제1냉수공급라인에 제공하며, 상기 물을 냉각시키는 쿨러를 포함하는 공냉라인; 및
상기 공냉라인에 배치되어 상기 공냉라인을 개폐하는 공냉밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 공냉밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.A solar collector for collecting solar rays radiated from the sun to heat the thermal circulation medium; And
And a thermoelectric module which is in contact with the thermo-circulating medium and the cold water, and generates electric energy by a temperature difference between the temperature of the thermo-circulation medium and the cold water,
The thermoelectric module includes:
A pair of thermoelectric elements including a plurality of thermoelectric elements;
A heating unit which receives the thermocycling medium and is disposed between a pair of the thermoelectric elements to contact the high temperature terminals of the pair of thermoelements; And
And a pair of cooling portions accommodating the cold water and arranged so as to contact the low temperature terminals of the pair of thermoelectric elements,
The heat-
A guide member protruding outward and corresponding to the size and number of the cross sections of the thermoelectric elements is formed on both sides of the pair of thermoelectric elements to guide the positions of the plurality of thermoelements,
The thermoelectric-
And a base plate which is provided in a plate shape having a plurality of insertion holes into which the plurality of thermoelectric elements are inserted and which is disposed on a side surface of the heat generating portion so that the guide members are inserted into a part of the insertion holes,
The base plate includes:
A thickness of the thermoelectric element and a thickness of the guide member,
A hot water tank that receives hot water generated from a pair of the cooling units and is connected to the heat generating unit to heat and store the hot water through heat exchange with the heat circulating medium;
A flow line for moving cold water and hot water;
A circulation line for moving the thermocycling medium; And
Further comprising a control unit for controlling operations of the flow line and the circulation line,
The flow line,
A first cold water supply line for supplying cold water to the pair of cooling units;
A second cold water supply line connected to the first cold water supply line and supplying cold water to the hot water tank from the first cold water supply line; And
And a first hot water discharge line for discharging the hot water generated by the pair of cooling units and supplying the hot water to the hot water tank,
The flow line,
A first temperature sensor disposed in the hot water tank for measuring a temperature of water contained in the hot water tank;
A first control valve disposed in the first cold water supply line and regulating the amount of cold water supplied from the first cold water supply line to the pair of cooling units;
A second regulating valve disposed in the first hot water discharge line for regulating the amount of hot water to be discharged;
Further comprising a third control valve disposed in the second cold water supply line and controlling an amount of cold water supplied from the second cold water supply line to the hot water tank,
The control unit controls the opening and closing of the first, second, and third control valves in accordance with the temperature of water contained in the hot water tank in cooperation with the first temperature sensor,
The circulation line may include:
A first circulation line coupled to the solar collector and having an inlet coupled to the heat generating unit to supply the heat circulating medium to the heating unit;
A second circulation line coupled to the heat-generating unit, the discharge unit coupled to the heat-exchanger disposed in the hot water tank, the heat-circulation medium moving from the heat-generating unit to the heat-exchanger;
A third circulation line coupled to the heat exchanger and having a discharge portion coupled to the solar collector and having a heat circulation medium passed through the heat exchanger to the solar collector;
A fourth circulation line disposed between the second circulation line and the third circulation line; And
And a second temperature sensor which is disposed in the heat generating portion and measures the temperature of the high temperature terminal of the thermoelectric element,
The circulation line may include:
A fourth control valve disposed in the first circulation line and controlling an amount of the heat circulation medium supplied from the first circulation line to the heating unit; And
Further comprising a first three-way valve and a second three-way valve at each of the bifurcations to which the second and third circulation lines and the fourth circulation line are connected,
Wherein the controller controls opening and closing of the fourth control valve, the first three-way valve, and the second three-way valve according to the temperature detection values of the first temperature sensor and the second temperature sensor,
The flow line,
An air cooling line including an inlet portion coupled to the hot water tank and a discharge portion coupled to the first cold water supply line to provide water in the hot water tank to the first cold water supply line and to cool the water; And
Further comprising an air-cooling valve disposed in the air-cooling line for opening and closing the air-cooling line,
Wherein the control unit controls the operation of the air-cooling valve.
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 1행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.The method according to claim 1,
The thermoelectric-
And a plurality of the thermoelectric elements are arranged in one row.
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 2행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템The method according to claim 1,
The thermoelectric-
And a plurality of the thermoelectric elements are arranged in two rows.
상기 열전소자부는,
복수의 상기 열전소자가 복수의 행으로 2열 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 발전시스템.The method according to claim 1,
The thermoelectric-
Wherein the plurality of thermoelectric elements are arranged in two rows in a plurality of rows.
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|---|---|---|---|
| KR1020160163219A KR101882839B1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Generation system using solar heatcollector |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2016-12-02 KR KR1020160163219A patent/KR101882839B1/en active IP Right Grant
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