KR101977042B1 - Thermophotovoltaic device - Google Patents

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Abstract

연소기에서 발생하는 열에 의한 열광 소자 어레이의 변형을 방지하여 발전 효율 유지하면서 제품 수명을 최대화하도록 한 열광 발전 장치를 제시한다. 제시된 열광 발전 장치는 연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기 및 연소기의 외주를 따라 배치되고, 연소기에서 발생하는 빛을 전기에너지로 변환하는 열광 소자 어레이를 포함하고, 열광 소자 어레이는 베이스 기재, 베이스 기재의 일면에 행렬 배치된 복수의 열광 소자 및 베이스 기재의 일면에 형성된 단열 부재를 포함한다.A thermoelectric power generation device that prevents deformation of a heat element array due to heat generated in a combustor and maximizes a product life while maintaining power generation efficiency is proposed. The proposed thermoelectric power generation device includes a combustor for burning fuel to generate heat and light, and a thermoelement element array disposed along the outer periphery of the combustor for converting light generated in the combustor into electrical energy. The thermoelement element array includes a base substrate, A plurality of light-emitting elements arranged in a matrix on one surface of the substrate, and a heat insulating member formed on one surface of the base substrate.

Description

열광 발전 장치{THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE}{THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE}

본 발명은 열광 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비 등에 전원을 공급하는 열광 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly, to a thermoelectric generator for supplying power to small portable equipment and mobile equipment.

소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비의 개발 및 보급이 증가함에 따라 이들의 전원 공급을 위한 이차 전지, 소형 발전기 등과 같이 다양한 장치들이 개발되고 있다.2. Description of the Related Art [0002] As the development and dissemination of small-sized portable equipment and portable military equipment have been increasing, various devices such as a secondary battery and a small generator for supplying power have been developed.

일반적으로, 소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비 등의 소형 이동전자기기는 휴대성 확보를 위해 소형으로 제작되기 때문에 이차 전지가 사용되고 있지만, 현재 사용되는 이차 전지는 리튬-이온으로 구성되기 때문에 충전시간이 길고, 사용시간이 짧은 문제점이 있다.2. Description of the Related Art [0002] In general, small-sized mobile electronic devices such as small-sized portable devices and portable type military equipment are manufactured in a compact size in order to ensure portability, and thus secondary batteries are used. However, since currently used secondary batteries are composed of lithium ions, , And the use time is short.

최근에는 이러한 이차전지의 문제점을 해결하기 위해, 소형 발전 장치에 관한 연구/개발이 활발하게 진행되고 있으며, 마이크로 가스터빈, 마이크로 왕복기관 등의 초소형 열기관(엔진) 동력발생장치에 대한 연구가 진행되고 있다.In recent years, in order to solve the problems of such a secondary battery, research and development of a miniature power generation device has been actively carried out, and studies have been made on a micro power generation device for a micro-gas turbine and a micro- have.

하지만, 초소형 열기관(엔진) 동력발생장치는 열을 전기로 변환하기 위한 고속의 동적 장치(moving parts)를 포함하고 있어 과도한 열 및 마찰손실의 발생과 미세제작의 어려움이 발생하는 문제점이 있다.However, there is a problem in that a small-sized heat engine (engine) power generating device includes high-speed dynamic parts for converting heat into electricity, resulting in excessive heat and friction loss and difficulty in micro-fabrication.

이에, 초소형 열전(thermoelectric) 시스템, 초소형 열광전(thermophotovoltaic, TPV) 변환 장치 등과 같이 동적 장치를 포함하지 않고, 직접 에너지 변환이 가능한 방식의 소형 발전 장치에 대한 개발이 진행되고 있다.Accordingly, development of a miniature power generation apparatus that does not include a dynamic device such as a micro-thermoelectric system, a micro-thermophotolytic (TPV) converter, and the like is possible.

초소형 열광전 변환 장치는 초소형 이미터(emitter, 연소기)에서 발생하는 열복사에너지를 유전필터를 통해 광전셀에 전달하여 전기를 획득하고, 장치를 냉각하는 과정을 포함하는 단순한 구성으로 되어있으며 제작의 용이성 때문에 소형 이동전자기기의 전원으로 편리성과 저렴한 유지비 등의 장점이 있다.The ultra-small photodetector has a simple structure including a process of transferring heat radiation energy generated from a small-sized emitter to a photoelectric cell through a dielectric filter to obtain electricity, and cooling the device. Therefore, there are advantages such as convenience and low maintenance cost as a power source for small mobile electronic devices.

열광발전기(ThermoPhotoVoltaic; TPV)는 열에 의해 발생된 광자(photon)를 직접 에너지로 변환하는 시스템으로 보통 열방사체(thermal emitter)와 열광 소자(photovoltaic diode cell)로 구성된 발전부와 전력을 공급하기 위한 전기제어부로 구성된다. 열광 발전기는 열을 이용해 열방사체에 해당 열을 가하고 이를 통해 열방사체에서 발생되는 흑체 복사(black body radiation)를 통해 낮은 에너지 밴드갭을 가지는 photovoltic cell(PV)에 주사시켜 전기 에너지를 형성한다.ThermoPhotoVoltaic (TPV) is a system that converts photons generated by heat into direct energy. It is composed of a power generator consisting of a thermal emitter and a photovoltaic diode cell, And a control unit. Thermal generators use heat to apply heat to a thermal body, which in turn injects electricity into a photovoltic cell (PV) with a low energy bandgap through blackbody radiation from a thermal body.

열광발전기는 고에너지밀도(리튬이온 전지대비 단위질량당 에너지 밀도 100배 이상), 즉각적인 충전 및 충분한 충전수명, 비동력계이므로 무소음, 환경 친화성, 비상시 응용성 등 장점을 갖는 탑재형 발전기의 개발이 가능하여 기존 이차전지를 대체할 차세대 이동전원장치의 강력한 후보로 대두되고 있다.The development of onboard generators with advantages of high energy density (energy density more than 100 times per unit mass of lithium ion battery), instant charging and sufficient charge life, non-dynamometer, noise free, environmental friendliness and emergency application Making it a strong candidate for next-generation mobile power systems to replace existing secondary batteries.

일반적으로, 종래의 열광발전기는 연소기(이미터(emitter)) 및 열광 소자 어레이를 포함하여 구성된다. 이때, 열광 소자 어레이는 내부가 빈 원통 형상으로 형성된 베이스 기재의 내부면(즉, 연소기 방향)에 복수의 열광 소자들이 배치되어 구성된다. 열광 소자 어레이는 연소기의 외주와 소정 간격 이격되어 배치되어, 연소기에서 연료의 연소에 따라 발생하는 광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다.Generally, a conventional thermoelectric generator includes a combustor (emitter) and a light-emitting element array. At this time, the light-emitting element array is constituted by arranging a plurality of light-emitting elements in the inner surface (that is, the direction of the combustor) of the base substrate having an inner hollow cylindrical shape. The light-emitting element array is disposed at a predetermined distance from the outer periphery of the combustor so as to condense light generated by the combustion of the fuel in the combustor and convert it into electric energy.

종래의 열광발전기는 연료 연소시 사용되는 외부 공기(즉, 산소)의 공급을 위한 공기 팬이 연료 주입구 방향의 일측 단부에 배치된다. 공기 팬에 의해 흡입된 외부 공기는 연료 주입구를 통해 주입된 연료와 혼합되어 연소기로 공급된다.In the conventional thermoelectric generator, an air fan for supplying outside air (i.e., oxygen) used in fuel combustion is disposed at one end of the fuel inlet. The outside air sucked by the air fan is mixed with the fuel injected through the fuel inlet and supplied to the combustor.

이때, 종래의 열광발전기는 외부 온도가 낮은 경우 공기 팬에 의해 흡입된 외부 공기가 환열기에서 요구 온도까지 예열되지 않은 상태에서 연료와 혼합되어 연소기에서의 원활하게 연소가 이루어지지 않아 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.At this time, in the conventional thermoelectric generator, when the external temperature is low, the external air sucked by the air fan is mixed with the fuel in a state where it is not preheated from the heating to the required temperature so that the combustion is not smoothly performed in the combustor, .

또한, 종래의 열광발전기는 열광 소자 어레이의 외주에 배치된 방열 핀에서 발생하는 열에 의해 가열된 공기를 외부로 배출하는 방열 팬이 연소기 방향의 타측 단부에 설치된다.In the conventional thermoelectric generator, a heat-radiating fan for discharging the air heated by the heat generated from the heat-radiating fins disposed on the outer periphery of the heat-radiating element array to the outside is provided at the other end in the direction of the combustor.

이때, 종래의 열광발전기는 열광 소자 어레이에서 변환된 전기 에너지를 공기 팬 및 방열 팬의 구동 전원을 공급하기 때문에 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.At this time, since the conventional thermoelectric generator supplies the driving power of the air fan and the heat-dissipating fan to the electric energy converted from the heat element array, power generation efficiency is lowered.

또한, 종래의 열광발전기는 양단에 공기 팬 및 방열 팬이 배치되기 때문에 제조 단가가 증가하고, 소형화가 어려운 문제점이 있다.In addition, since the conventional hot-water generating power generator is provided with the air fan and the heat-radiating fan at both ends thereof, there is a problem that the manufacturing cost increases and it is difficult to downsize.

한편, 종래의 열광발전기는 연소기의 외부에 열광 소자 어레이가 배치되기 때문에, 장시가 발전시 연소기에서 발생하는 고온에 의해 열광 소자 어레이가 변형되어 발전 효율 및 제품 수명이 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, in the conventional thermo-electric generator, since the thermo-light element array is disposed outside the combustor, the thermo-light element array is deformed due to the high temperature generated in the combustor during the long time of power generation.

한국등록특허 제10-1304102호(명칭: 초소형 열광전변환 시스템)Korean Patent No. 10-1304102 (entitled " Ultra miniature pre-conversion system "

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 연소기에서 발생하는 열에 의한 열광 소자 어레이의 변형을 방지하여 발전 효율 유지하면서 제품 수명을 최대화하도록 한 열광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thermoelectric generator for preventing the deformation of a thermoelectric element array caused by heat generated in a combustor and maximizing a product life while maintaining power generation efficiency .

또한, 본 발명은 연소기 방향의 단부에 배치된 순환 팬을 통해 방열 핀에 의해 예열된 산소(공기)를 연소기로 순환시켜 발전 효율을 증대시키면서 소형화 및 저비용 제조가 가능하도록 한 열광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Also, the present invention provides a thermoelectric generator that enables miniaturization and low cost manufacturing while increasing power generation efficiency by circulating oxygen (air) preheated by a heat radiating fin through a circulating fan disposed at an end in the direction of the combustor to a combustor .

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치는 연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기 및 연소기의 외주를 따라 배치되고, 연소기에서 발생하는 빛을 전기에너지로 변환하는 열광 소자 어레이를 포함하고, 열광 소자 어레이는 베이스 기재, 베이스 기재의 일면에 행렬 배치된 복수의 열광 소자 및 베이스 기재의 일면에 형성된 단열 부재를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric generator including a combustor for generating heat and light by burning a fuel, Array, and the light-emitting element array includes a base substrate, a plurality of light-emitting elements arranged in a matrix on one surface of the base substrate, and a heat insulating member formed on one surface of the base substrate.

단열 부재는 연소기의 방향으로 배치된 베이스 기재의 일면에 형성되고, 복수의 열광 소자가 형성된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다. 이때, 단열 부재는 은(Ag) 에폭시 및 폴리이미드 중 선택된 하나일 수 있다. The heat insulating member is formed on one surface of the base substrate arranged in the direction of the combustor, and may be formed in an area excluding a region where a plurality of light emitting elements are formed. At this time, the heat insulating member may be a selected one of silver (Ag) epoxy and polyimide.

열광 소자 어레이는 베이스 기재의 타면에 배치된 방열 핀을 더 포함할 수 있다.The light-emitting element array may further include a heat-radiating fin disposed on the other surface of the base substrate.

본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치는 연료가 투입되는 연료 투입구, 산소가 투입되는 산소 투입구, 연료 투입구로 투입된 연료 및 산소 투입구로 투입된 산소를 이송하는 제1 이송 라인, 열광 소자 어레이에서 전도된 열에 의해 예열된 산소를 송풍하여 산소 투입구로 투입하는 순환 팬 및 연소기, 예열기 및 열광 소자 어레이의 외주에 배치되어 순환 팬에 의해 송풍된 산소를 산소 투입구로 이송하는 제2 이송 라인을 더 포함할 수 있다. 이때, 순환 팬은 방열 핀이 배치된 공간의 산소를 제2 이송 라인을 통해 산소 투입구로 투입하되, 산소 투입구로 투입된 산소는 방열 핀에 의해 1차 예열될 수 있다.The thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention includes a fuel feed port into which fuel is injected, an oxygen feed port into which oxygen is fed, a fuel feed into the fuel feed port, and a first feed line that feeds oxygen fed into the oxygen feed port, A circulation fan for blowing the oxygen preheated by the heat and inputting the oxygen to the oxygen inlet, and a second transfer line disposed on the outer periphery of the combustor, the preheater, and the heat element array to transfer the oxygen blown by the circulation fan to the oxygen inlet have. At this time, oxygen in the space where the heat-radiating fins are disposed is supplied to the oxygen inlet through the second transfer line, and the oxygen introduced into the oxygen inlet can be preheated by the heat-radiating fins.

본 발명에 의하면, 열광 발전 장치는 방열 핀에 의해 1차 예열된 산소를 순환 팬을 통해 산소 투입구로 투입함으로써, 연료 연소시 사용되는 산소의 온도를 높여 연소 특성을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 열광 발전 장치는 방열 핀에 의해 1차 예열되고, 예열기에 의해 2차 예열되는 산소를 연소기(즉, 이미터)로 공급함으로써, 연소기의 온도를 높여 연소 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, in the thermoelectric generator, the oxygen preliminarily preheated by the heat-radiating fins is injected into the oxygen inlet through the circulation fan, thereby increasing the temperature of oxygen used in the combustion of the fuel, thereby maximizing the combustion characteristic. That is, the thermoelectric power generation device is preheated by the heat dissipation fin first, and oxygen that is secondly preheated by the preheater is supplied to the combustor (i.e., the emitter) so that the temperature of the combustor is raised to maximize the combustion efficiency .

또한, 열광 발전 장치는 방열 및 산소 투입을 하나의 팬(즉, 순환 팬)을 통해 수행함으로써, 방열을 위한 방열 팬 및 산소 투입을 위한 공기 팬을 구비하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 제품을 소형화하면서 제조 단가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Further, in the thermoelectric power generation device, since the heat dissipation and the introduction of oxygen are performed through one fan (i.e., a circulating fan), compared with the conventional thermoelectric power generation device including the heat dissipation fan for heat dissipation and the air fan for oxygen introduction, So that the manufacturing cost can be minimized.

또한, 열광 발전 장치는 방열 및 산소 투입을 하나의 팬(즉, 순환 팬)을 통해 수행함으로써, 방열 팬 및 공기 팬을 구비하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 열광 발전 장치의 전력 소모를 최소화하여 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 열광 발전 장치는 발전한 전력을 이용하여 순환 팬만을 구동시키기 때문에, 발전한 전력을 이용하여 방열 팬 및 공기 팬을 구동시키기 종래의 열광 발전 장치에 비해 전력 소모를 최소화하여 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the heat generation device performs heat dissipation and oxygen introduction through one fan (i.e., a circulation fan), thereby minimizing power consumption of the heat generation device as compared with the conventional heat generation device including a heat dissipation fan and an air fan, The efficiency can be maximized. That is, since the thermoelectric power generator drives only the circulation fan using the generated power, the power consumption can be minimized and the power generation efficiency can be maximized as compared with the conventional thermoelectric power generator for driving the heat radiating fan and the air fan using the generated power It is effective.

또한, 열광 발전 장치는 베이스 기재의 일면에 단열 부재를 배치함으로써, 연소기에 발생하는 고온에 의한 열광 소자 어레이의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.Further, the thermoelectric power generator has the effect of preventing deformation of the heat element array due to the high temperature generated in the combustor by disposing the heat insulating member on one surface of the base substrate.

또한, 열광 발전 장치는 베이스 기재의 일면에 단열 부재를 배치하여 열광 소자 어레이의 변형을 방지함으로써, 열광 소자의 집광 효율 저하를 방지하여 발전 효율이 저하를 최소화하면서 제품 수명을 최대화할 수 있다.Further, in the thermoelectric power generation device, a heat insulating member is disposed on one side of the base substrate to prevent deformation of the light emitting device array, thereby preventing degradation of light condensing efficiency of the light emitting device, thereby maximizing the life of the product while minimizing degradation of power generation efficiency.

또한, 열광 발전 장치는 베이스 기재의 일면에 단열 부재를 형성함으로써, 열광 소자 이외의 영역으로 흡수 또는 방사되는 열을 차단하여 열광 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.Further, the thermoelectric power generator has the effect of minimizing heat loss by blocking the heat absorbed or radiated to the region other than the light-emitting element by forming the heat insulating member on one surface of the base substrate.

또한, 열광 발전 장치는 베이스 기재의 일면에 단열 부재를 형성하여 연소기에서 발생하는 열을 연소기 방향으로 반사시킴으로써, 연소기 내의 온도를 높여 연소기의 연소 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the thermoelectric power generator has an effect of maximizing the combustion efficiency of the combustor by increasing the temperature in the combustor by forming a heat insulating member on one surface of the base substrate and reflecting the heat generated in the combustor in the direction of the combustor.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 배출 라인을 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 6은 도 2의 열광 소자 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 2의 순환 팬을 설명하기 위한 도면.
1 and 2 are views for explaining a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view for explaining a discharge line of Fig. 2; Fig.
FIGS. 4 to 6 are diagrams for explaining the light-emitting element array of FIG. 2; FIG.
FIG. 7 is a view for explaining the circulating fan of FIG. 2. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. . In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1 및 도 2를 참조하면, 열광 발전 장치(100)는 연료 투입구(110), 산소 투입구(120), 제1 이송 라인(130), 예열기(140), 연소기(150), 배출 라인(160), 열광 소자 어레이(170), 순환 팬(180) 및 제2 이송 라인(190)을 포함하여 구성된다. 이때, 열광 발전 장치(100)는 연료 투입구(110), 산소 투입구(120), 제1 이송 라인(130)의 일부, 예열기(140), 배출 라인(160)의 일부 및 제2 이송 라인(190)의 일부를 포함하는 제1 본체(200), 및 연소기(150), 배출라인의 나머지 일부, 열광 소자 어레이(170), 순환 팬(180) 및 제2 이송 라인(190)의 나머지 일부를 포함하는 제2 본체(300)로 구분될 수 있다. 여기서, 도 1 및 도 2에서는 열광 발전 장치(100)를 용이하게 설명하기 위해서 제1 본체(200) 및 제2 본체(300)로 분리 형성된 후 결합되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 본체(200) 및 제2 본체(300)가 일체로 형성될 수 있다.1 and 2, the thermoelectric generator 100 includes a fuel inlet 110, an oxygen inlet 120, a first transfer line 130, a preheater 140, a combustor 150, a discharge line 160 A heat element array 170, a circulation fan 180, and a second transfer line 190. The heat transfer element array 170 is a heat transfer element. At this time, the photovoltaic power generation apparatus 100 includes a fuel inlet 110, an oxygen inlet 120, a part of the first conveyance line 130, a preheater 140, a part of the discharge line 160 and a part of the second conveyance line 190 And a remaining portion of the combustor 150, the remainder of the discharge line, the array of heat elements 170, the circulating fan 180 and the second transfer line 190, The second main body 300 may be divided into a first main body 300 and a second main body 300. Although FIGS. 1 and 2 illustrate that the thermoelectric generator 100 is separately formed and joined to the first body 200 and the second body 300, the present invention is not limited thereto, The first body 200 and the second body 300 may be integrally formed.

연료 투입구(110)는 열광 발전원인 광원 생성을 위한 연료가 투입된다. 연료 투입구(110)는 파이프 형태로 형성되며, 일단이 외부 연료 공급원(미도시)과 연결된다. 연료 투입구(110)를 통해 연료 공급원으로부터 투입된 연료는 연료 투입구(110)의 타단에 연결된 제1 이송 라인(130)으로 투입된다. 여기서, 연료 투입구(110)는 H2, NH 등의 연료를 투입받는 것을 일례로 한다.The fuel inlet 110 is filled with fuel for generating a light source that generates heat. The fuel inlet 110 is formed in the shape of a pipe, and one end is connected to an external fuel supply source (not shown). The fuel injected from the fuel supply source through the fuel inlet 110 is injected into the first transfer line 130 connected to the other end of the fuel inlet 110. Here, the fuel inlet 110 receives fuel such as H2 or NH as an example.

산소 투입구(120)는 제2 이송 라인(190)을 통해 이송된 산소가 투입된다. 이때, 산소 투입구(120)는 방열 핀(176)에서 1차 예열되어 제2 이송 라인(190)을 통해 이송된 산소를 투입받는다.The oxygen inlet port 120 is filled with oxygen transferred through the second transfer line 190. At this time, the oxygen inlet 120 is firstly preheated by the heat dissipation fin 176, and the oxygen transferred through the second transfer line 190 is supplied.

제1 이송 라인(130)은 투입된 연료 및 산소를 연소기(150)로 이송한다. 즉, 제1 이송 라인(130)은 파이프 형태로 형성되어 일단이 연료 투입구(110) 및 산소 투입구(120)와 연결되고, 타단이 연소기(150)와 연결된다. 제1 이송 라인(130)은 연료 투입구(110) 및 산소 투입구(120)를 통해 투입된 연료 및 산소를 연소기(150)로 이송한다.The first transfer line 130 transfers the injected fuel and oxygen to the combustor 150. That is, the first transfer line 130 is formed in a pipe shape, one end is connected to the fuel inlet 110 and the oxygen inlet 120, and the other end is connected to the combustor 150. The first transfer line 130 transfers fuel and oxygen introduced through the fuel inlet 110 and the oxygen inlet 120 to the combustor 150.

예열기(140)는 제1 이송 라인(130)을 통해 이송되는 연료 및 산소를 2차 예열한다. 즉, 예열기(140)는 제1 이송 라인(130)의 외주에 배치되어, 제1 이송 라인(130)을 통해 이송되는 연료 및 산소를 예열한다. 이때, 예열기(140)는 2차 예열을 통해 방열 핀(176)에 의해 1차 예열된 산소의 온도를 상승시켜 연소기(150)로 이송한다. 여기서, 예열기(140)는 환열기(Recuperator)인 것을 일례로 한다.The preheater 140 secondarily preheats the fuel and oxygen carried through the first transfer line 130. That is, the preheater 140 is disposed on the outer periphery of the first conveyance line 130 to preheat the fuel and oxygen conveyed through the first conveyance line 130. At this time, the preheater 140 raises the temperature of the first preheated oxygen by the heat dissipation fin 176 through the secondary preheating and transfers it to the combustor 150. Here, the preheater 140 is an example of a recuperator.

연소기(150)는 제1 이송 라인(130)을 통해 공급된 연료를 연소하여 광(빛)과 열을 발생시킨다. 이를 위해, 연소기(150)는 제1 이송 라인(130)을 통해 이송된 연료 및 산소를 혼합한다. 연소기(150)는 혼합 연료(즉, 산소가 혼합된 연료)를 연소시켜 광(빛) 및 열을 발생시킨다.The combustor 150 burns the fuel supplied through the first transfer line 130 to generate light (light) and heat. To this end, the combustor 150 mixes the transferred fuel and oxygen through the first transfer line 130. The combustor 150 burns the mixed fuel (that is, fuel mixed with oxygen) to generate light (light) and heat.

일례로, 연소기(150)는 제1 이송 라인(130)에 연결된 연료 및 산소를 혼합하는 혼합기(미도시), 혼합기에서 혼합된 혼합 연료가 유입되는 챔버(미도시) 및 챔버 내에 배치되는 연소바(미도시)로 구성될 수 있다.In one example, the combustor 150 includes a mixer (not shown) for mixing fuel and oxygen connected to the first transfer line 130, a chamber (not shown) into which the mixed fuel mixed in the mixer flows, (Not shown).

배출 라인(160)은 연소기(150)에서 혼합 연료의 연소시 발생하는 배기가스를 열광 발전 장치(100)의 외부로 배출한다. 일례로, 도 3을 참조하면, 배출 라인(160)은 연소기(150), 예열기(140) 및 제1 이송 라인(130)의 외주를 따라 형성되는 파이프 형상으로 형성되어, 연소기(150)에서 발생하는 배기가스(A)를 이송하여 배출구로 배출한다. 여기서, 도 2에서는 배출 라인(160) 내부에 예열기(140)가 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 예열기(140)의 외주를 따라 배출 라인(160)이 형성될 수도 있다.The exhaust line 160 discharges the exhaust gas generated when the mixed fuel is combusted in the combustor 150 to the outside of the thermoelectric generator 100. 3, the discharge line 160 is formed in the shape of a pipe along the periphery of the combustor 150, the preheater 140, and the first transfer line 130, and is generated in the combustor 150 And discharges the exhaust gas A to the discharge port. 2, the preheater 140 is disposed in the discharge line 160, but the present invention is not limited thereto. The discharge line 160 may be formed along the outer circumference of the preheater 140.

열광 소자 어레이(170)는 연소기(150) 외주를 따라 배치되어, 연소기(150)에서 발생하는 광을 이용하여 전력을 생성한다. 이때, 열광 소자(174)는 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성이 있기 때문에, 열광 소자 어레이(170)는 연소기(150)와 소정 간격 이격되어 배치된다.The light-emitting device array 170 is disposed along the outer periphery of the combustor 150, and generates electric power using light generated in the combustor 150. At this time, since the light emitting element 174 has a good power generation efficiency when the temperature is low, the light emitting element array 170 is disposed at a predetermined distance from the combustor 150.

도 4를 참조하면, 열광 소자 어레이(170)는 베이스 기재(172), 복수의 열광 소자(174) 및 방열 핀(176)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4, the light-emitting array 170 includes a base substrate 172, a plurality of light-emitting elements 174, and a heat-dissipating fin 176.

베이스 기재(172)는 직사각형 형상의 판상으로 구성된다. 이때, 베이스 기재(172)는 금속 재질의 금속 기판 또는 일반적인 회로기판에 사용되는 수지 재질로 형성될 수 있다.The base substrate 172 is formed in the shape of a rectangular plate. At this time, the base substrate 172 may be formed of a metal substrate made of a metal or a resin material used for a general circuit board.

복수의 열광 소자(174)는 베이스 기재(172)의 일면에 행렬 배치된다. 즉, 복수의 열광 소자(174)는 연소기(150) 방향으로 배치되는 베이스 기재(172)의 일면에 행렬 배치되어, 연소기(150)에서 연료의 연소에 따라 발생하는 광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다. 여기서, 열광 소자(174)는 TPV(Thermophotovoltaic)인 것을 일례로 한다.The plurality of light-emitting elements 174 are arranged in a matrix on one surface of the base substrate 172. That is, the plurality of light entry devices 174 are arranged in a matrix on one surface of the base substrate 172 arranged in the direction of the combustor 150, and the light generated by the combustion of the fuel in the combustor 150 is condensed into electric energy do. Here, the light-emitting device 174 is an example of TPV (Thermophotolytic).

방열 핀(176)은 베이스 기재(172)의 타면에 배치된다. 방열 핀(176)은 열 전도를 통해 복수의 열광 소자(174)로부터 열을 흡수하여 외부로 방출한다. 즉, 열광 소자(174)는 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성이 있기 때문에, 방열 핀(176)은 열광 소자(174)가 형성된 베이스 기재(172)의 일면에 대향되는 타면에 배치되어 열광 소자(174)에서 발생하는 열을 방출시킨다.The heat dissipation fin 176 is disposed on the other surface of the base substrate 172. The heat dissipation fins 176 absorb heat from the plurality of heat dissipation elements 174 through heat conduction and discharge the heat to the outside. That is, since the light-emitting element 174 has a good power generation efficiency when the temperature is low, the heat-dissipating fin 176 is disposed on the other surface opposite to the one surface of the base substrate 172 on which the light-emitting element 174 is formed, (174). ≪ / RTI >

베이스 기재(172)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성되기 때문에 연소기의 연료 연소시 발생하는 고온에 의해 변형(예를 들면, 수축, 팽창)이 발생하여 평탄도가 저하된다.Since the base substrate 172 is formed of a metal material or a resin material, the base substrate 172 is deformed (e.g., shrunk or expanded) due to the high temperature generated in the combustion of the fuel in the combustor.

열광 소자(174)는 베이스 기재(1720)의 일면에 배치되므로, 베이스 기재(172)의 평탄도가 저하되면 집광 효율이 저하된다. 즉, 열광 소자(174)는 베이스 기재(172)의 변형에 따라 대면하는 방향이 틀어져 연소기(150)에서 발생하는 광(光) 중에서 수집할 수 있는 광량이 저하된다.Since the light-emitting element 174 is disposed on one side of the base substrate 1720, the light-condensing efficiency is lowered when the flatness of the base substrate 172 is lowered. That is, the direction of facing the light guide element 174 is changed according to the deformation of the base substrate 172, and the amount of light that can be collected in the light generated in the combustor 150 is reduced.

열광 소자(174)의 집광 효율이 저하되면 열광 발전 장치(100)의 발전 효율이 저하되기 된다.When the light condensing efficiency of the light emitting element 174 is lowered, the power generation efficiency of the thermoelectric generator 100 is lowered.

따라서, 열광 발전 장치(100)의 발전 효율을 일정하게 유지하면서 제품 수명을 증가시키기 위해서는 연소기(150)에서 발생하는 열에 의한 베이스 기재(172)의 변형을 방지해야 한다.Therefore, in order to increase the product lifetime while maintaining the power generation efficiency of the thermoelectric generator 100 constant, it is necessary to prevent deformation of the base substrate 172 due to heat generated in the combustor 150.

도 5 및 도 6을 참조하면, 열광 소자 어레이(170)는 베이스 기재(172)의 일면에 형성되는 단열 부재(178)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 도 5 및 도 6은 단열 부재(178)의 형성 위치를 용이하게 설명하기 위해 베이스 시트(172)가 평판 상태인 것으로 도시한다.5 and 6, the light emitting device array 170 may further include a heat insulating member 178 formed on one surface of the base substrate 172. Here, FIGS. 5 and 6 show that the base sheet 172 is in a flat state in order to easily explain the formation position of the heat insulating member 178. FIG.

단열 부재(178)가 열광 소자(174)의 표면에 배치되면 단열 부재(178)에 의한 광의 굴절, 흡수 또는 반사되기 때문에 열광 소자(174)의 집광 효율이 저하된다.When the heat insulating member 178 is disposed on the surface of the light emitting device 174, the light condensing efficiency of the light emitting device 174 is lowered because the heat is refracted, absorbed or reflected by the heat insulating member 178.

이에, 단열 부재(178)는 베이스 기재(172)의 일면에 형성되되, 베이스 기재의 일면에 배치된 열광 소자(174)의 표면을 덮지 않도록 형성된다. 즉, 단열 부재(178)는 베이스 기재(178)의 일면에 형성되되, 복수의 열광 소자(174)가 형성되지 않은 영역에만 형성된다.The heat insulating member 178 is formed on one surface of the base substrate 172 and is formed so as not to cover the surface of the light emitting device 174 disposed on one surface of the base substrate. That is, the heat insulating member 178 is formed on one surface of the base substrate 178, and is formed only in a region where a plurality of light emitting elements 174 are not formed.

단열 부재(178)는 은 에폭시(Ag Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같이, 연성을 가지면서 고열에 변형이 없는 수지 재질인 것을 일례로 한다.The heat insulating member 178 is made of a resin material such as silver epoxy, polyimide, etc., which is flexible and has high heat and no deformation.

단열 부재(178)는 은 페이스트의 인쇄를 통해 베이스 기재(172)에 형성된 후, 열광 소자(174)가 배치되는 영역을 식각하여 형성되는 것을 일례로 한다. 이때, 열광 소자(174)는 단열 부재(178)가 형성된 베이스 기재(172)에 배치된다.The heat insulating member 178 is formed on the base substrate 172 through printing of a silver paste, and is formed by etching the region where the light emitting device 174 is disposed. At this time, the light-emitting element 174 is disposed on the base substrate 172 on which the heat insulating member 178 is formed.

물론, 단열 부재(178)는 열광 소자(174)가 배치된 베이스 기재(172)에 은 페이스트를 인쇄하여 형성될 수도 있다.Of course, the heat insulating member 178 may be formed by printing a silver paste on the base substrate 172 on which the light emitting elements 174 are disposed.

단열 부재(178)는 열광 소자(174) 이외의 영역으로 흡수 또는 방사되는 열을 차단하여 열광 손실을 최소화할 수 있다.The heat insulating member 178 can block the heat absorbed or radiated to the region other than the light emitting device 174, thereby minimizing the heat loss.

또한, 단열 부재(178)는 연소기(150)에서 발생하는 열을 연소기(150) 방향으로 반사시켜 연소기(150) 내의 온도를 높여 연소기(150)의 연소 효율을 최대화할 수 있다.The heat insulating member 178 may reflect heat generated in the combustor 150 toward the combustor 150 to increase the temperature in the combustor 150 to maximize the combustion efficiency of the combustor 150.

열광 소자 어레이(170)는 베이스 기재(172)의 변형을 통해 원통 형상으로 형성된다. 열광 소자 어레이(170)는 내부가 빈 원통 형상으로 형성된 베이스 기재(172)의 내부면(즉, 연소기(150) 방향)에 복수의 열광 소자(174)들이 배치된다. 이때, 열광 소자 어레이(170)는 연소기(150)의 외주와 소정 간격 이격되어 배치된다.The light-emitting element array 170 is formed into a cylindrical shape through deformation of the base substrate 172. The plurality of light emitting devices 174 are disposed on the inner surface of the base substrate 172 (i.e., in the direction of the combustor 150). At this time, the heat element array 170 is spaced apart from the outer circumference of the combustor 150 by a predetermined distance.

열광 소자 어레이(170)는 베이스 기재(172)의 내부면(즉, 연소기(150) 방향)에 단열 부재(178)가 배치된다. 이때, 단열 부재(178)는 열광 소자(174) 사이의 이격 공간에 형성되어 연소기(150)에 발생하는 고온에 의한 베이스 기재(172)의 변형을 방지한다.The heat element array 170 is provided with the heat insulating member 178 in the inner surface of the base substrate 172 (i.e., in the direction of the combustor 150). At this time, the heat insulating member 178 is formed in the space between the light emitting devices 174 to prevent deformation of the base substrate 172 due to the high temperature generated in the combustor 150.

순환 팬(180)은 방열 핀(176) 외주의 공간에 위치한 산소(즉, 공기)를 제2 이송 라인(190)을 통해 산소 투입구(120)로 순환시킨다. 즉, 도 7을 참조하면, 순환 팬(180)은 연소기(150)의 타측 방향에 배치되어 연소기(150) 방향으로 산소(C)를 송풍한다. 이때, 순환 팬(180)은 회전 구동하여 방열 핀(176)에서 방출되는 열에 의해 1차 예열된 산소(C; 즉, 공기)를 제2 이송 라인(190)을 통해 산소 투입구(120)로 순환시킨다. 이를 통해, 연료 투입구(110)로 투입된 연료(B)와 산소(C)가 제1 이송 라인(130)을 통해 연소기(150)로 공급된다.The circulating fan 180 circulates oxygen (i.e., air) located in the outer circumference of the heat dissipating fin 176 to the oxygen inlet 120 through the second transfer line 190. 7, the circulating fan 180 is disposed in the other direction of the combustor 150 and blows the oxygen C toward the combustor 150. At this time, the circulating fan 180 is rotationally driven to circulate oxygen (C) (i.e., air), which has been preheated by the heat radiated from the radiator fins 176, to the oxygen inlet 120 through the second transfer line 190 . The fuel B and the oxygen C introduced into the fuel inlet 110 are supplied to the combustor 150 through the first transfer line 130.

이때, 방열 핀(176)에 의해 1차 예열된 산소(즉, 공기)는 순환 팬(180)에 의해 제2 이송 라인(190)을 통해 산소 투입구(120)로 투입된다.At this time, the oxygen (i.e., air) that has been preheated by the heat dissipation fin 176 is introduced into the oxygen inlet 120 through the second transfer line 190 by the circulation fan 180.

이처럼, 열광 발전 장치(100)는 방열 핀(176)에 의해 1차 예열된 산소를 순환 팬(180)을 통해 산소 투입구(120)로 투입함으로써, 연료 연소시 사용되는 산소의 온도를 높여 연소 특성을 최대화할 수 있는 효과가 있다.As described above, the thermoelectric power generation apparatus 100 increases the temperature of oxygen used for fuel combustion by injecting the oxygen preliminarily preheated by the heat dissipation fin 176 to the oxygen inlet 120 through the circulation fan 180, Can be maximized.

즉, 열광 발전 장치(100)는 방열 핀(176)에 의해 1차 예열되고, 예열기(140)에 의해 2차 예열되는 산소를 연소기(150; 즉, 이미터)로 공급함으로써, 연소기(150)의 온도를 높여 연소 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.That is, the thermoelectric generator 100 is firstly preheated by the heat sink fins 176 and supplied to the combustor 150 (i.e., the emitter) by supplying oxygen, which is second preheated by the preheater 140, So that the combustion efficiency can be maximized.

또한, 열광 발전 장치(100)는 방열 및 산소 투입을 하나의 팬(즉, 순환 팬(180))을 통해 수행함으로써, 방열을 위한 방열 팬 및 산소 투입을 위한 공기 팬을 구비하는 종래의 열광 발전 장치(100)에 비해 제품을 소형화하면서 제조 단가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the thermoelectric power generation apparatus 100 is configured to perform the heat dissipation and the oxygen input through one fan (i.e., the circulation fan 180), thereby generating heat dissipation for heat dissipation and air dissipation There is an effect that the manufacturing cost can be minimized while reducing the size of the product as compared with the device 100. [

또한, 열광 발전 장치(100)는 방열 및 산소 투입을 하나의 팬(즉, 순환 팬(180))을 통해 수행함으로써, 방열 팬 및 공기 팬을 구비하는 종래의 열광 발전 장치(100)에 비해 열광 발전 장치(100)의 전력 소모를 최소화하여 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the thermoelectric power generation apparatus 100 performs heat dissipation and oxygen injection through one fan (i.e., the circulation fan 180), so that compared to the conventional thermoelectric power generation apparatus 100 having a heat dissipation fan and an air fan, Power consumption of the power generation apparatus 100 can be minimized and the power generation efficiency can be maximized.

즉, 열광 발전 장치(100)는 발전한 전력을 이용하여 순환 팬(180)만을 구동시키기 때문에, 발전한 전력을 이용하여 방열 팬 및 공기 팬을 구동시키기 종래의 열광 발전 장치(100)에 비해 전력 소모를 최소화하여 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.That is, since the thermoelectric generator 100 drives only the circulation fan 180 using the generated power, the power consumption of the conventional thermoelectric power generator 100 is lower than that of the conventional thermoelectric power generator 100 for driving the heat- The power generation efficiency can be maximized.

제2 이송 라인(190)은 방열 핀(176)과 예열기(140)의 외주를 따라 형성되어, 순환 팬(180)에 의해 송풍된 산소를 산소 투입구(120)로 이송시킨다. 즉, 도 4를 참조하면, 방열 핀(176)에 의해 1차 예열된 산소는 순환 팬(180)에 의해 연소기(150) 방향으로 송풍되어 제2 이송 라인(190)으로 투입되고, 제2 이송 라인(190)을 통해 산소 투입구(120)로 이송된다.The second transfer line 190 is formed along the outer periphery of the heat dissipation fin 176 and the preheater 140 to transfer the oxygen blown by the circulation fan 180 to the oxygen inlet 120. 4, the oxygen preliminarily preheated by the heat dissipation fin 176 is blown toward the combustor 150 by the circulation fan 180 and is introduced into the second conveyance line 190, And is transferred to the oxygen inlet 120 through the line 190.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It will be understood that the invention may be practiced.

100: 열광 발전 장치 110: 연료 투입구
120: 산소 투입구 130: 제1 이송 라인
140: 예열기 150: 연소기
160: 배출 라인 170: 열광 소자 어레이
172: 베이스 기재 174: 열광 소자
176: 방열 핀 178: 단열 부재
180: 순환 팬 190: 제2 이송 라인
200: 제1 본체 300: 제2 본체
100: thermoelectric generator 110: fuel inlet
120: oxygen inlet port 130: first transfer line
140: preheater 150: combustor
160: discharge line 170: heat element array
172: base substrate 174:
176: heat dissipation pin 178:
180: circulating fan 190: second conveying line
200: first main body 300: second main body

Claims (6)

연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기; 및
상기 연소기의 외주를 따라 배치되고, 상기 연소기에서 발생하는 빛을 전기에너지로 변환하는 열광 소자 어레이를 포함하고,
상기 열광 소자 어레이는,
베이스 기재;
상기 베이스 기재의 일면에 행렬 배치된 복수의 열광 소자; 및
상기 베이스 기재의 일면에 형성된 단열 부재를 포함하고,
상기 단열 부재는
상기 연소기의 방향으로 배치된 상기 베이스 기재의 일면에 형성되고,
상기 복수의 열광 소자가 형성된 영역을 제외한 영역에 형성된 열광 발전 장치.
A combustor for combusting fuel to generate heat and light; And
And a light emitting device array disposed along the outer periphery of the combustor and converting light generated in the combustor into electric energy,
The light-emitting element array includes:
A base substrate;
A plurality of light emitting elements arranged in a matrix on one surface of the base substrate; And
And a heat insulating member formed on one surface of the base substrate,
The heat insulating member
A plurality of heaters arranged on one surface of the base substrate arranged in the direction of the combustor,
Wherein the plurality of thermions are formed in a region except for the region where the plurality of thermions are formed.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단열 부재는 은(Ag) 에폭시 및 폴리이미드 중 선택된 하나인 열광 발전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat insulating member is one selected from silver (Ag) epoxy and polyimide.
제1항에 있어서,
상기 열광 소자 어레이는 상기 베이스 기재의 타면에 배치된 방열 핀을 더 포함하는 열광 발전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat element array further comprises a heat dissipation fin disposed on the other surface of the base substrate.
제1항에 있어서,
연료가 투입되는 연료 투입구;
산소가 투입되는 산소 투입구;
상기 연료 투입구로 투입된 연료 및 상기 산소 투입구로 투입된 산소를 이송하는 제1 이송 라인;
상기 열광 소자 어레이에서 전도된 열에 의해 예열된 산소를 송풍하여 상기 산소 투입구로 투입하는 순환 팬; 및
상기 연소기 및 상기 열광 소자 어레이의 외주에 배치되어 상기 순환 팬에 의해 송풍된 산소를 상기 산소 투입구로 이송하는 제2 이송 라인을 더 포함하는 열광 발전 장치.
The method according to claim 1,
A fuel inlet through which fuel is injected;
An oxygen inlet through which oxygen is introduced;
A first transfer line for transferring the fuel introduced into the fuel inlet and the oxygen introduced into the oxygen inlet;
A circulation fan for blowing oxygen preheated by the heat conducted in the heat element array and injecting oxygen into the oxygen inlet; And
And a second transfer line disposed on the outer periphery of the combustor and the heat element array for transferring the oxygen blown by the circulation fan to the oxygen inlet.
제5항에 있어서,
상기 순환 팬은
상기 베이스 기재의 타면에 배치된 방열 핀이 배치된 공간의 산소를 제2 이송 라인을 통해 상기 산소 투입구로 투입하되,
상기 산소 투입구로 투입된 산소는 상기 방열 핀에 의해 1차 예열된 열광 발전 장치.
6. The method of claim 5,
The circulating fan
The oxygen in the space in which the heat-radiating fins disposed on the other surface of the base substrate are disposed is injected into the oxygen inlet through the second transfer line,
Wherein the oxygen injected into the oxygen inlet is first preheated by the heat dissipation fin.
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