KR101910960B1

KR101910960B1 - 열전발전모듈

Info

Publication number: KR101910960B1
Application number: KR1020170021792A
Authority: KR
Inventors: 허성준; 노윤현
Original assignee: 주식회사 블루시스
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-10-23
Also published as: KR20180095378A

Abstract

본 발명은 폐열을 회수하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 열전발전모듈에 관한 것으로서, 워터 재킷과, 제1 히트싱크와, 제1 열전소자와, 제1 가압스프링과, 제1 고정부와, 제2 히트싱크와, 제2 열전소자와, 제2 가압스프링과, 제2 고정부를 포함한다. 워터 재킷은 냉각수가 유동되는 유로가 내부에 형성되며, 외부로부터 냉각수를 공급받는다. 제1 히트싱크는 워터 재킷의 상부에 배치된다. 제1 열전소자는 워터 재킷과 제1 히트싱크 사이에 배치되어 워터 재킷과 제1 히트싱크에 각각 면접촉된다. 제1 가압스프링은 제1 히트싱크와 제1 열전소자가 밀착되도록 제1 히트싱크에 압력을 가한다. 제1 고정부는 제1 가압스프링을 제1 히트싱크에 고정시킨다. 제2 히트싱크는 워터 재킷의 하부에 배치된다. 제2 열전소자는 워터 재킷과 제2 히트싱크 사이에 배치되어 워터 재킷과 제2 히트싱크에 각각 면접촉된다. 제2 가압스프링은 제2 히트싱크와 제2 열전소자가 밀착되도록 제2 히트싱크를 가압한다. 제2 고정부는 제2 가압스프링을 제2 히트싱크에 고정시킨다.

Description

열전발전모듈{THERMOELECTRIC GENERATION MODULE}

본 발명은 열전발전모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전발전모듈의 부피와 무게를 절감하면서도 발전량을 최대화할 수 있는 열전발전모듈에 관한 것이다.

최근 지구 온난화 기상 이변 등으로 인한 자연재해를 방지하고자 이산화탄소의 배출 규제가 강화되고 있고, 이와 함께 청정에너지의 수요가 증가하면서 열전발전장치 등이 개발되고 있다.

일반적으로, 열전발전장치는 무공해 에너지 재생이 가능하고 기존 발전기에서 필연적으로 발생하는 소음이 없으며, 기계 접촉에 의한 부품마멸이 없어 수명이 길고 신뢰성이 높을 뿐 아니라, 각종 산업의 폐열과 자연에너지를 이용하여 전기를 얻을 수 있기 때문에 유지비가 거의 들지 않고 환경을 해치지 않으면서 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

이와 같은 열전발전장치는 열전소자를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환시키며, 소각로나 각종 산업 설비, 자동차 등에서 발생하는 폐열이나 태양열, 지열과 같은 자연에너지 등을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

특히, 자동차는 연비 향상을 위해 방출되는 에너지의 재활용이 요구되는데, 열전발전장치는 자동차에서 방출되는 열에너지 중 수백 도의 높은 온도영역을 갖는 엔진의 배기관에 설치되어 배기열을 회수함으로써 에너지를 생산할 수 있다.

그러나, 엔진으로부터 방출되는 배기열을 회수하여 에너지를 발생시키기 위한 열전발전장치는 구조가 복잡하여 많은 제조비용이 소모되고, 협소한 엔진룸 내부에서 레이아웃이 복잡해지며 공간 활용성이 낮아지고, 부피와 무게가 커서 차량의 전체적인 중량이 상승되는 문제가 있다.

한국등록특허공보 제10-1494241호

본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전모듈은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

워터 재킷의 양면에 각각 히트싱크와 열전소자를 배치하여 양측 모두에서 전력을 생산함으로써, 열전발전모듈의 부피와 무게가 절감되어 공간 활용이 용이하면서도 발전량을 최대화할 수 있는 열전발전모듈을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열전발전모듈은 폐열을 회수하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 열전발전모듈에 관한 것으로서, 냉각수가 유동되는 유로가 내부에 형성되며, 외부로부터 상기 냉각수를 공급받는 워터 재킷; 상기 워터 재킷의 상부에 배치되는 제1 히트싱크; 상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크 사이에 배치되어 상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크에 각각 면접촉되는 제1 열전소자; 상기 제1 히트싱크와 상기 제1 열전소자가 밀착되도록 상기 제1 히트싱크에 압력을 가하는 제1 가압스프링; 상기 제1 가압스프링을 상기 제1 히트싱크에 고정시키기 위한 제1 고정부; 상기 워터 재킷의 하부에 배치되는 제2 히트싱크; 상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크 사이에 배치되어 상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크에 각각 면접촉되는 제2 열전소자; 상기 제2 히트싱크와 상기 제2 열전소자가 밀착되도록 상기 제2 히트싱크를 가압하는 제2 가압스프링; 및 상기 제2 가압스프링을 상기 제2 히트싱크에 고정시키기 위한 제2 고정부;를 포함하는 폐열을 이용한다.

상기 제1 열전소자는, 상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크 사이에 배치되어, 제1 냉각부면이 상기 워터 재킷에 면접촉되고 제1 흡열부면이 상기 제1 히트싱크에 면접촉될 수 있다.

상기 제1 히트싱크는, 상부커버; 및 상기 제1 흡열부면과 면접촉되는 제1 하부단면으로부터 상기 상부커버와 접촉되도록 제1 접촉요철부가 돌출형성되고, 상기 제1 흡열부면과 면접촉되지 않는 제2 하부단면으로부터 상기 상부커버와 소정 간격 이격되도록 제1 이격요철부가 돌출형성되는 하부프레임;을 포함할 수 있다.

상기 제1 히트싱크는, 상기 제1 접촉요철부와 상기 제1 이격요철부를 통과하여 상기 폐열이 유동되며, 상기 제1 접촉요철부와 상기 제1 이격요철부는 상기 하부프레임의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성될 수 있다.

상기 제1 가압스프링은, 상기 상부커버에 상기 제1 접촉요철부가 접촉되는 제1 접촉단부에 고정되며, 상기 제1 히트싱크와 상기 제1 흡열부면이 밀착되도록 상기 상부커버와 상기 제1 고정부가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 상기 제1 접촉단부를 가압할 수 있다.

상기 제2 열전소자는, 상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크 사이에 배치되어, 제2 냉각부면이 상기 워터 재킷에 면접촉되고 제2 흡열부면이 상기 제2 히트싱크에 면접촉될 수 있다.

상기 제2 히트싱크는, 하부커버; 및 상기 제2 흡열부면과 면접촉되는 제1 상부단면으로부터 상기 하부커버와 접촉되도록 제2 접촉요철부가 돌출형성되고, 상기 제2 흡열부면과 면접촉되지 않는 제2 상부단면으로부터 상기 하부커버와 소정 간격 이격되도록 제2 이격요철부가 돌출형성되는 상부프레임;을 포함할 수 있다.

상기 제2 히트싱크는, 상기 제2 접촉요철부와 상기 제2 이격요철부를 통과하여 상기 폐열이 유동되며, 상기 제2 접촉요철부와 상기 제2 이격요철부는 상기 상부프레임의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성될 수 있다.

상기 제2 가압스프링은, 상기 하부커버에 상기 제2 접촉요철부가 접촉되는 제2 접촉단부에 고정되며, 상기 제2 히트싱크와 상기 제2 흡열부면이 밀착되도록 상기 하부커버와 상기 제2 고정부가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 상기 제2 접촉단부를 가압할 수 있다.

본 발명에 따른 열전발전모듈은, 워터 재킷의 양측에 히트싱크와 열전소자가 각각 배치되어 에너지를 발생시킴으로써, 부피와 무게가 절감되면서 콤팩트화되어 공간 활용성이 증가하는 효과가 있다.

이에 따라, 열전발전모듈의 제조비용이 절감되면서 경제성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 워터 재킷의 양측에 배치되는 각각의 열전소자에 일정한 압력이 가해지므로, 열전소자 간에 발전 성능의 편차가 없고 균일한 발전 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전모듈을 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 열전발전모듈을 분해한 분해도이고,
도 3은 도 1의 열전발전모듈이 다수 개로 결합된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 열전발전모듈이 다수 개로 설치되어 에너지를 발생시키기 위하여 활용되는 일예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전모듈은 워터 재킷(110)과, 제1 히트싱크(120)와, 제1 열전소자(130)와, 제1 가압스프링(140)과, 제1 고정부(150)와, 제2 히트싱크(160)와, 제2 열전소자(170)와, 제2 가압스프링(180)과, 제2 고정부(190)를 포함한다.

워터 재킷(110)은 냉각수가 유동되는 유로(111)가 내부에 형성되며, 외부로부터 냉각수를 공급받는다.

워터 재킷(110)은 냉각수 배관(P)이 연결되어 외부로부터 냉각수를 공급받을 수 있으며, 양면에서 제1 열전소자(130)와 제2 열전소자(170)를 각각 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서, 워터 재킷(110)은 상부에 제1 히트싱크(120)와 제1 열전소자(130)가 배치되고, 하부에 제2 히트싱크(160)와 제2 열전소자(170)가 배치된다. 이에 따라, 워터 재킷(110)은 양면에서 발전을 구현할 수 있다.

제1 히트싱크(120)는 워터 재킷(110)의 상부에 배치된다.

구체적으로, 제1 히트싱크(120)는 상부커버(121)와, 하부프레임(122)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상부커버(121)는 하부프레임(122)의 상부에서 하부프레임(122)과 결합되며, 하부프레임(122)에 돌출형성되는 제1 접촉요철부(122a)와 제1 이격요철부(122b)를 커버한다.

하부프레임(122)은 제1 흡열부면(132)과 면접촉되는 제1 하부단면(122a')으로부터 상부커버(121)와 접촉되도록 제1 접촉요철부(122a)가 돌출형성되고, 제1 흡열부면(132)과 면접촉되지 않는 제2 하부단면(122b')으로부터 상부커버(121)와 소정 간격 이격되도록 제1 이격요철부(122b)가 돌출형성된다.

즉, 상부커버(121)와 하부프레임(122)이 결합되면 하부프레임(122)에 돌출형성된 제1 접촉요철부(122a)는 상부커버(121)에 접촉되고, 제1 이격요철부(122b)는 상부커버(121)로부터 소정 간격 이격된다.

여기서, 제1 접촉요철부(122a)와 제1 이격요철부(122b)는 하부프레임(122)의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성될 수 있다.

이와 같이 형성된 제1 히트싱크(120)는 제1 접촉요철부(122a)와 제2 접촉요철부(122b)를 통해 폐열이 원활하게 유동되며, 제1 접촉요철부(122a)와 제1 이격요철부(122b)를 통하여 유동되는 폐열로부터 열을 흡수할 수 있다.

제1 열전소자(130)는 워터 재킷(110)과 제1 히트싱크(120) 사이에 배치되어, 워터 재킷(110)과 제1 히트싱크(120)에 각각 면접촉된다.

구체적으로, 제1 열전소자(130)는 제1 냉각부면(131)이 워터 재킷(110)에 면접촉되고 제1 흡열부면(132)이 제1 히트싱크(120)에 면접촉된다. 즉, 제1 열전소자(130)는 제1 냉각부면(131)이 워터 재킷(110)으로부터 냉각되고, 제1 흡열부면(132)이 제1 히트싱크(120)로부터 가열된다.

여기서, 제1 열전소자(130)는 제1 흡열부면(132)이 제1 하부단면(122a')과 면접촉 될 수 있도록 하부프레임(122)에 돌출형성되는 제1 접촉요철부(122a)에 따라 다수 개가 구비될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 열전소자(130)는 제1 냉각부면(131)과 제1 흡열부면(132)의 온도차에 의해 기전력을 발생시킬 수 있으며, 이를 통해 폐열을 이용한 에너지 발전을 구현할 수 있다.

한편, 워터 재킷(110)과 제1 히트싱크(120) 사이에 배치되는 제1 열전소자(130)에 의해 제1 히트싱크(120)의 제2 하부단면(122b')과 워터 재킷(110) 사이에 소정 간격 유격된 공간이 생기는데, 여기에는 단열재(I)가 배치될 수 있다. 이와 같이 배치되는 단열재(I)는 제2 하부단면(122b')과 워터 재킷(110) 사이에 형성된 공간으로 폐열이 유동되는 것을 방지할 수 있다.

제1 가압스프링(140)은 제1 히트싱크(120)와 제1 열전소자(130)가 밀착되도록 제1 히트싱크(120)에 압력을 가한다.

구체적으로, 제1 가압스프링(140)은 상부커버(121)에 제1 접촉요철부(122a)가 접촉되는 제1 접촉단부(121a)에 고정되며, 제1 흡열부면(132)과 제1 하부단면(122a')이 밀착되도록 상부커버(121)와 제1 고정부(150)가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 제1 접촉단부(121a)를 가압한다.

즉, 제1 가압스프링(140)에 의해 제1 접촉단부(121a)에 압력이 가해지면, 상부커버(121)와 접촉된 제1 접촉요철부(122a)를 통해 제1 하부단면(122a')에 압력이 가해지며, 제1 열전소자(130)의 단면적에 해당되는 제1 히트싱크(120)의 제1 하부단면(122a')이 제1 흡열부면(132)에 밀착되게 된다.

결과적으로, 제1 가압스프링(140)의 압력이 제1 열전소자(130)에 직접적으로 전달되며, 이에 따라 제1 히트싱크(120)의 제1 하부단면(122a')과 제1 열전소자(130)의 제1 흡열부면(132)의 접촉 계면이 최대화될 수 있다.

여기서, 제1 가압스프링(140)은 다수 개로 구비되는 제1 열전소자(130)에 압력을 가할 수 있도록 제1 열전소자(130)에 따라 다수 개가 구비될 수 있다.

제1 고정부(150)는 제1 가압스프링(140)을 제1 히트싱크(110)에 고정시킨다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 고정부(150)는 상부커버(121)로부터 일정 간격 이격되게 배치되어 제1 가압스프링(140)을 상부커버(121)에 고정시키기 위한 제1 고정대(151)와, 제1 고정대(151)의 양단부에서 워터 재킷(110)측으로 연장형성되어 워터 재킷(110)과 결합되고 제1 고정대(151)를 지지하는 제1 고정지지대(152)로 구성된다.

이와 같은 제1 고정대(151)는 상부커버(121)로부터 일정 간격 이격되어 일정한 위치에서 제1 가압스프링(140)을 상부커버(121)에 고정시키며, 제1 고정지지대(152)는 제1 고정대(151)의 위치가 일정하게 유지될 수 있도록 제1 고정대(151)를 지지한다.

즉, 제1 고정부(150)에 의해, 제1 가압스프링(140)은 일정한 압력으로 상부커버(121)에 압력을 가할 수 있다.

제2 히트싱크(160)는 워터 재킷(110)의 하부에 배치된다.

구체적으로, 제2 히트싱크(160)는 하부커버(161)와, 상부프레임(162)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하부커버(161)는 상부프레임(162)의 하부에서 상부프레임(162)과 결합되며, 상부프레임(162)에 돌출형성되는 제2 접촉요철부(162a)와 제2 이격요철부(162b)를 커버한다.

상부프레임(162)은 제2 흡열부면(172)과 면접촉되는 제1 상부단면(162a')으로부터 하부커버(161)와 접촉되도록 제2 접촉요철부(162a)가 돌출형성되고, 제2 흡열부면(172)과 면접촉되지 않는 제2 상부단면(162b')으로부터 하부커버(161)와 소정 간격 이격되도록 제2 이격요철부(162b)가 돌출형성된다.

즉, 하부커버(161)와 상부프레임(162)이 결합되면 상부프레임(162)에 돌출형성된 제2 접촉요철부(162a)는 하부커버(161)에 접촉되고, 제2 이격요철부(162b)는 하부커버(161)로부터 소정 간격 이격된다.

여기서, 제2 접촉요철부(162a)와 제2 이격요철부(162b)는 상부프레임(162)의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성된다.

이와 같이 형성된 제2 히트싱크(160)는 제2 접촉요철부(162a)와 제2 이격요철부(162b)를 통해 폐열이 원활하게 유동되며, 제2 접촉요철부(162a)와 제2 이격요철부(162b)를 통하여 유동되는 폐열로부터 열을 흡수할 수 있다.

제2 열전소자(170)는 워터 재킷(110)과 제2 히트싱크(160) 사이에 배치되어, 워터 재킷(110)과 제2 히트싱크(160)에 각각 면접촉된다.

구체적으로, 제2 냉각부면(171)이 워터 재킷(110)에 면접촉되고 제2 흡열부면(172)이 제2 히트싱크(160)에 면접촉된다. 즉, 제2 열전소자(170)는 제2 냉각부면(171)이 워터 재킷(110)으로부터 냉각되고, 제2 흡열부면(172)이 제2 히트싱크(160)로부터 가열된다.

여기서, 제2 열전소자(170)는 제2 흡열부면(172)이 제1 상부단면(162a')과 면접촉될 수 있도록 상부프레임(162)에 돌출형성되는 제2 접촉요철부(162a)에 따라 다수 개가 구비될 수 있다.

본 실시예에서, 제2 열전소자(170)는 제2 냉각부면(171)과 제2 흡열부면(172)의 온도차에 의해 기전력을 발생시킬 수 있으며, 이를 통해 폐열을 이용한 에너지 발전을 구현할 수 있다.

한편, 워터 재킷(110)과 제2 히트싱크(160) 사이에 배치되는 제2 열전소자(170)에 의해 제2 히트싱크(160)의 제2 상부단면(162b')과 워터 재킷(110) 사이에 소정 간격 유격된 공간이 생기는데, 여기에는 단열재(I)가 배치될 수 있다. 이와 같이 배치되는 단열재(I)는 제2 상부단면(162b')과 워터 재킷(110) 사이에 형성된 공간으로 폐열이 유동되는 것을 방지할 수 있다.

제2 가압스프링(180)은 제2 히트싱크(160)와 제2 열전소자(170)가 밀착되도록 제2 히트싱크(160)를 가압한다.

구체적으로, 제2 가압스프링(180)은 하부커버(161)에 제2 접촉요철부(162a)가 접촉되는 제2 접촉단부(161a)에 고정되며, 제2 흡열부면(172)과 제1 상부단면(162a')이 밀착되도록 하부커버(161)와 제2 고정부(190)가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 제2 접촉단부(161a)를 가압한다.

즉, 제2 가압스프링(180)에 의해 제2 접촉단부(161a)에 압력이 가해지면, 하부커버(161)와 접촉된 제2 접촉요철부(162a)를 통해 제1 상부단면(162a')에 압력이 가해지며, 제2 열전소자(170)의 단면적에 해당되는 제2 히트싱크(160)의 제1 상부단면(162a')이 제2 흡열부면(172)에 밀착되게 된다.

결과적으로, 제2 가압스프링(180)의 압력이 제2 열전소자(170)에 직접적으로 전달되며, 이에 따라 제2 히트싱크(160)의 제1 상부단면(162a')과 제2 열전소자(170)의 제2 흡열부면(172)의 접촉 계면이 최대화될 수 있다.

여기서, 제2 가압스프링(180)은 다수 개로 구비되는 제2 열전소자(170)에 압력을 가할 수 있도록 제2 열전소자(170)에 따라 다수 개가 구비될 수 있다.

제2 고정부(190)는 제2 가압스프링(180)을 제2 히트싱크(160)에 고정시킨다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 고정부(190)는 하부커버(161)로부터 일정 간격 이격되게 배치되어 제2 가압스프링(180)을 하부커버(161)에 고정시키기 위한 제2 고정대(191)와, 제2 고정대(191)의 양단부에서 워터 재킷(110)측으로 연장형성되어 워터 재킷(110)과 결합되며 제2 고정대(191)를 지지하는 제2 고정지지대(192)로 구성된다.

이와 같은 제2 고정대(191)는 하부커버(161)로부터 일정 간격 이격되어 일정한 위치에서 제2 가압스프링(180)을 하부커버(161)에 고정시키며, 제2 고정지지대(192)는 제2 고정대(191)의 위치가 일정하게 유지될 수 있도록 제2 고정대(191)를 지지한다.

즉, 제2 고정부(190)에 의해, 제2 가압스프링(180)은 일정한 압력으로 하부커버(161)에 압력을 가할 수 있다.

결과적으로, 열전발전모듈(100)은 워터 재킷(110)의 상부에 제1 히트싱크(120)와 제1 열전소자(130)가 배치되고 워터 재킷(110)의 하부에 제2 히트싱크(160)와 제2 열전소자(170)가 배치되어 워터 재킷(110)의 양측에서 발전을 구현할 수 있으며, 이에 따라 열전발전모듈(100)은 부피와 무게가 절감되고 콤팩트화된다.

그리고, 제1 고정부(150)로부터 고정된 제1 가압스프링(140)을 통해 제1 열전소자(130)에 일정한 압력이 가해지고, 제2 고정부(190)로부터 고정된 제2 가압스프링(180)을 통해 제2 열전소자(170)에 일정한 압력이 가해지므로 열전소자 간에 발전 성능의 편차가 없고 균일한 발전 성능을 발휘할 수 있다.

본 실시예에서, 열전발전모듈(100)은 설치 장소나 용도에 따라 다수 개로 구비되어 에너지를 생산할 수 있다.

예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 열전발전모듈(100)은 다수 개가 결합된 상태에서 자동차의 내부에 설치되어 배기관으로부터 배출되는 배기가스를 통해 에너지를 생산할 수 있다.

이와 같은 열전발전모듈(100)은 콤팩트화되어 부피와 무게가 절감되며, 부피와 무게가 절감된 상태에서도 발전 성능이 일정하게 유지될 수 있다.

본 실시예에서는, 열전발전모듈(100)이 자동차 엔진의 폐열인 배기열을 통하여 에너지를 생산하는 것을 예로 들었지만, 열전발전모듈(100)은 각종 산업 설비의 폐열이나, 태양열, 지열과 같은 자연 에너지 등 열원이 발생하는 모든 곳에 설치되어 에너지를 생산할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 워터 재킷
120 : 제1 히트싱크
121 : 상부커버 121a : 제1 접촉단부
122 : 하부프레임 122a : 제1 접촉요철부
122a' : 제1 하부단면 122b : 제2 이격요철부
122b' : 제2 하부단면
130 : 제1 열전소자
131 : 제1 냉각부면 132 : 제1 흡열부면
140 : 제1 가압스프링
150 : 제1 고정부
160 : 제2 히트싱크
161 : 하부커버 161a : 제2 접촉단부
162 : 상부프레임 162a : 제2 접촉요철부
162a' : 제1 상부단면 162b : 제2 이격요철부
162b' : 제2 상부단면
170 : 제2 열전소자
171 : 제1 냉각부면 172 : 제2 흡열부면
180 : 제2 가압스프링
190 : 제2 고정부

Claims

폐열을 회수하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 열전발전모듈에 있어서,
냉각수가 유동되는 유로가 내부에 형성되며, 외부로부터 상기 냉각수를 공급받는 워터 재킷;
상기 워터 재킷의 상부에 배치되는 제1 히트싱크;
상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크 사이에 배치되어 상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크에 각각 면접촉되는 제1 열전소자;
상기 제1 히트싱크와 상기 제1 열전소자가 밀착되도록 상기 제1 히트싱크에 압력을 가하는 제1 가압스프링;
상기 제1 가압스프링을 상기 제1 히트싱크에 고정시키기 위한 제1 고정부;
상기 워터 재킷의 하부에 배치되는 제2 히트싱크;
상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크 사이에 배치되어 상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크에 각각 면접촉되는 제2 열전소자;
상기 제2 히트싱크와 상기 제2 열전소자가 밀착되도록 상기 제2 히트싱크를 가압하는 제2 가압스프링; 및
상기 제2 가압스프링을 상기 제2 히트싱크에 고정시키기 위한 제2 고정부;를 포함하는 열전발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 열전소자는,
상기 워터 재킷과 상기 제1 히트싱크 사이에 배치되어, 제1 냉각부면이 상기 워터 재킷에 면접촉되고 제1 흡열부면이 상기 제1 히트싱크에 면접촉되는 열전발전모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 히트싱크는,
상부커버; 및
상기 제1 흡열부면과 면접촉되는 제1 하부단면으로부터 상기 상부커버와 접촉되도록 제1 접촉요철부가 돌출형성되고, 상기 제1 흡열부면과 면접촉되지 않는 제2 하부단면으로부터 상기 상부커버와 소정 간격 이격되도록 제1 이격요철부가 돌출형성되는 하부프레임;을 포함하는 열전발전모듈.
제3항에 있어서,
상기 제1 히트싱크는,
상기 제1 접촉요철부와 상기 제1 이격요철부를 통과하여 상기 폐열이 유동되며,
상기 제1 접촉요철부와 상기 제1 이격요철부는 상기 하부프레임의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성되는 열전발전모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1 가압스프링은,
상기 상부커버에 상기 제1 접촉요철부가 접촉되는 제1 접촉단부에 고정되며,
상기 제1 히트싱크와 상기 제1 흡열부면이 밀착되도록 상기 상부커버와 상기 제1 고정부가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 상기 제1 접촉단부를 가압하는 열전발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 열전소자는,
상기 워터 재킷과 상기 제2 히트싱크 사이에 배치되어, 제2 냉각부면이 상기 워터 재킷에 면접촉되고 제2 흡열부면이 상기 제2 히트싱크에 면접촉되는 열전발전모듈.
제6항에 있어서,
상기 제2 히트싱크는,
하부커버; 및
상기 제2 흡열부면과 면접촉되는 제1 상부단면으로부터 상기 하부커버와 접촉되도록 제2 접촉요철부가 돌출형성되고, 상기 제2 흡열부면과 면접촉되지 않는 제2 상부단면으로부터 상기 하부커버와 소정 간격 이격되도록 제2 이격요철부가 돌출형성되는 상부프레임;을 포함하는 열전발전모듈.
제7항에 있어서,
상기 제2 히트싱크는,
상기 제2 접촉요철부와 상기 제2 이격요철부를 통과하여 상기 폐열이 유동되며,
상기 제2 접촉요철부와 상기 제2 이격요철부는 상기 상부프레임의 일면으로부터 다수가 서로 교차되면서 이웃하게 형성되는 열전발전모듈.
제8항에 있어서,
상기 제2 가압스프링은,
상기 하부커버에 상기 제2 접촉요철부가 접촉되는 제2 접촉단부에 고정되며,
상기 제2 히트싱크와 상기 제2 흡열부면이 밀착되도록 상기 하부커버와 상기 제2 고정부가 일정 간격으로 이격된 거리에 따라 일정한 압력으로 상기 제2 접촉단부를 가압하는 열전발전모듈.