KR102062631B1 - Thermoelectric Generation Module - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 열전 발전 모듈은 내부에 고온의 유체가 유동되는 적어도 하나의 고온관, 상기 고온관의 상부면에 배치되는 제1축열판, 상기 고온관의 하부면에 배치되는 제2축열판, 상기 제1축열판의 상부면에 배치되는 제1냉각판, 상기 제2축열판의 하부면에 배치되는 제2냉각판, 상기 제1축열판과 제1냉각판 사이에 개재되는 제1열전소자, 상기 제2축열판과 제2냉각판 사이에 개재되는 제2열전소자를 포함하되, 상기 제1냉각판과 제2냉각판의 내부에는 각각 냉각수가 유동되는 적어도 하나의 냉각수 채널이 형성되고, 상기 냉각수 채널에는 냉각수 채널 내부에서 상기 냉각판과 열전소자가 접하는 면 방향으로 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동안내 장치가 설치된 것을 특징으로 한다.The thermoelectric power module according to the present invention includes at least one hot tube through which a high temperature fluid flows, a first heat storage plate disposed on an upper surface of the hot tube, a second heat storage plate disposed on a lower surface of the hot tube, A first cooling plate disposed on an upper surface of the first heat storage plate, a second cooling plate disposed on a lower surface of the second heat storage plate, and a first thermoelectric element interposed between the first heat storage plate and the first cooling plate. And a second thermoelectric element interposed between the second heat storage plate and the second cooling plate, wherein at least one coolant channel through which cooling water flows is formed in the first cooling plate and the second cooling plate, respectively. The cooling water channel is characterized in that the cooling water flow guide device for flowing the cooling water in a direction in which the cooling plate and the thermoelectric element in contact with the cooling water channel is installed.
Description
본 발명은 열전소자를 이용한 열전 발전 모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 고온측 열교환기와 열전소자 사이에 히트싱크 기능을 수행하는 축열판을 배치함으로써 상기 고온측 열교환기의 온도 변화에 따른 열전소자의 손상이나 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 방지하고, 저온측 열교환기 내부의 냉각수 채널에 냉각수 유동안내 장치를 설치하여 냉각수 채널 내부에서 냉각수가 중력이 작용하는 방향으로 치우쳐서 유동되는 현상을 최소화함으로써 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 더욱 방지할 수 있는 열전 발전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric power generation module using a thermoelectric element, and more particularly, by arranging a heat storage plate that performs a heat sinking function between a high temperature side heat exchanger and a thermoelectric element. The thermoelectric power module prevents damage or deteriorates the amount of generation of the thermoelectric power module and minimizes the flow of the coolant in the direction of gravity acting by installing a coolant flow guide device in the coolant channel inside the low-temperature heat exchanger. It relates to a thermoelectric power module that can further prevent a decrease in power generation.
근래 전세계적으로 화석연료의 무분별한 사용으로 인한 지구 온난화 문제와 화석연료의 고갈 문제를 해결하기 위하여 화석연료의 대체에너지로서 태양광, 풍력, 지열 등을 이용하는 신재생 에너지 자원의 개발이 요구되고 있다.Recently, in order to solve the problem of global warming caused by the indiscriminate use of fossil fuels and the depletion of fossil fuels, the development of renewable energy resources using solar energy, wind power and geothermal energy as fossil fuels is required.
그러나, 이러한 신재생 에너지의 경우 아직까지는 기술진보의 한계와 낮은 경제성으로 인하여 제한적인 사용에 그치고 있는 실정이기 때문에, 최근에는 기존 에너지원을 사용한 후에 버려지는 폐열이나 운동량 등의 폐에너지를 회수하여 재사용하는 에너지 하베스팅 기술에 관심이 집중되고 있다. However, since such renewable energy is still limited in use due to the limitation of technological progress and low economical efficiency, recently, the waste energy such as waste heat or momentum that is discarded after using an existing energy source is recovered and reused. Attention is focused on energy harvesting techniques.
이와 같은 에너지 하베스팅 기술 중 폐열을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 기술인 열전 발전(thermoelectric generation) 기술은 폐열이 발생되는 자동차, 우주, 항공, 반도체, 바이오, 철강 등 산업 전반에 광범위하게 적용될 수 있는 장점으로 인하여 현재 가장 활발하게 연구가 진행되고 있다.Among these energy harvesting technologies, thermoelectric generation, a technology that generates electric energy using waste heat, can be widely applied to industries such as automotive, aerospace, aviation, semiconductor, bio, and steel where waste heat is generated. Due to this, the research is being actively conducted.
상기 열전 발전 기술은 열전소자 양측의 온도차에 의해 기전력이 발생되는 Seebeck 효과를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 방식으로서, 열전소자의 일측면에는 폐열을 공급하고 타측면은 냉각수와 열교환시킴으로써 열전소자의 양측면에 온도차가 발생되도록 하는 것이 일반적인데, 이러한 열전 발전 기술을 적용한 열전 발전 모듈의 구체적인 구성은 하기 [문헌 1] 내지 [문헌 2] 등에 상세히 개시되어 있다.The thermoelectric power generation technology converts thermal energy into electrical energy using a Seebeck effect in which electromotive force is generated due to a temperature difference between both sides of the thermoelectric element. The thermoelectric element is supplied with waste heat to one side of the thermoelectric element and heat exchanged with cooling water on the other side. It is common to cause the temperature difference to occur on both sides of the, the specific configuration of the thermoelectric power module to which such a thermoelectric power generation technology is applied is disclosed in detail [Document 1] to [Document 2].
그러나, 하기 [문헌 1] 등에 따른 열전 발전 모듈의 경우 고온측 열교환기(또는 배관)에 열전소자가 직접 접촉되도록 구성되기 때문에 고온측의 온도변화에 따라 열전소자의 예기치 못한 손상이 발생되거나 열전 발전 모듈의 전체적인 발전량이 저하되는 문제점이 있었다.However, in the case of the thermoelectric power module according to the following [Document 1] and the like, since the thermoelectric element is directly contacted with the high temperature side heat exchanger (or the pipe), unexpected damage of the thermoelectric element occurs due to the temperature change on the high temperature side, or thermoelectric power generation. There was a problem that the overall power generation of the module is reduced.
또한, 하기 [문헌 1] 등에 따른 열전 발전 모듈의 경우 저온측 열교환기 내부에 설치된 냉각수 유동 채널에서 냉각수가 중력이 작용하는 방향으로 치우쳐서 유동하는 특성을 나타내기 때문에 열전 발전 모듈의 설치 위치나 방향에 따라 저온측 열교환기의 일부 영역에서는 냉각수에 의한 열전소자의 저온측 냉각이 제대로 이루어지기 않음으로써 열전 발전 모듈의 전체적인 발전량이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the thermoelectric power module according to the following [Document 1] etc., the cooling water flow channel installed inside the low temperature side heat exchanger exhibits the characteristic that the coolant flows in a direction in which gravity acts, so Accordingly, in some areas of the low-temperature side heat exchanger, the low-temperature side cooling of the thermoelectric element by the cooling water is not performed properly, which causes a problem that the total amount of power generation of the thermoelectric power module is reduced.
[문헌 1] 한국공개특허 제2017-0063817호(2017. 6. 8. 공개)[Patent 1] Korean Patent Publication No. 2017-0063817 (Published June 8, 2017)
[문헌 2] 한국등록특허 제1449285호(2014. 10. 13. 공고)[Document 2] Korean Registered Patent No. 1449285 (2014.10.13 notification)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고온측 열교환기와 열전소자 사이에 히트싱크 기능을 수행하는 축열판을 배치함으로써 상기 고온측 열교환기의 온도 변화에 따른 열전소자의 손상이나 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 방지할 수 있는 열전 발전 모듈을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a heat sink between the high temperature side heat exchanger and the thermoelectric element by performing a heat sink to the temperature change of the high temperature side heat exchanger It is to provide a thermoelectric power module that can prevent damage to the thermoelectric element or a decrease in power generation of the thermoelectric power module.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저온측 열교환기 내부에 형성된 냉각수 채널 내부에서 냉각수가 중력이 작용하는 방향으로 치우쳐서 유동되는 현상을 최소화함으로써 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 더욱 방지할 수 있는 열전 발전 모듈을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to minimize the phenomenon that the coolant flows in a direction in which gravity acts in the coolant channel formed inside the low-temperature side heat exchanger, the thermoelectric power module that can further prevent the reduction of the generation amount of the thermoelectric power module It is to provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열전 발전 모듈은 내부에 고온의 유체가 유동되는 적어도 하나의 고온관, 상기 고온관의 상부면에 배치되는 제1축열판, 상기 고온관의 하부면에 배치되는 제2축열판, 상기 제1축열판의 상부면에 배치되는 제1냉각판, 상기 제2축열판의 하부면에 배치되는 제2냉각판, 상기 제1축열판과 제1냉각판 사이에 개재되는 제1열전소자, 및 상기 제2축열판과 제2냉각판 사이에 개재되는 제2열전소자를 포함하되, 상기 제1냉각판과 제2냉각판의 내부에는 각각 냉각수가 유동되는 적어도 하나의 냉각수 채널이 형성되고, 상기 냉각수 채널에는 냉각수 채널 내부에서 상기 냉각판과 열전소자가 접하는 면 방향으로 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동안내 장치가 설치된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the thermoelectric power module according to the present invention includes at least one high temperature tube through which a high temperature fluid flows, a first heat storage plate disposed on an upper surface of the high temperature tube, and a lower surface of the high temperature tube. A second heat storage plate disposed in the first heat storage plate, a first cooling plate disposed on an upper surface of the first heat storage plate, a second cooling plate disposed on a lower surface of the second heat storage plate, and the first heat storage plate and the first cooling plate. A first thermoelectric element interposed therebetween, and a second thermoelectric element interposed between the second heat storage plate and the second cooling plate, wherein cooling water flows inside the first cooling plate and the second cooling plate, respectively. At least one coolant channel is formed, and the coolant channel is characterized in that the coolant flow guide device for flowing the coolant flows in the direction of the surface in contact with the cooling plate and the thermoelectric element inside the coolant channel.
또한, 상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 적어도 일부에 삽입된 나선형 유동 가이드인 것을 특징으로 한다.The coolant flow guide is also characterized in that it is a spiral flow guide inserted into at least part of the coolant channel.
또한, 상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 적어도 일부에 삽입된 금속 또는 합성수지 재질의 다공체인 것을 특징으로 한다.In addition, the cooling water flow guide device is characterized in that the porous body of a metal or synthetic resin material inserted into at least a portion of the cooling water channel.
또한, 상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 출구측에 설치되어 냉각수의 배출을 미리 정해진 방식에 따라 단속 제어하는 단속밸브인 것을 특징으로 한다.In addition, the coolant flow guide device is characterized in that the intermittent valve is installed on the outlet side of the coolant channel to control the discharge of the coolant in a predetermined manner.
또한, 상기 고온관은 길이가 긴 채널 형상이고, 상기 제1축열판은 각각의 하부면이 상기 고온관의 상부면에 접하도록 고온관의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치되고, 상기 제2축열판은 각각의 상부면이 상기 고온관의 하부면에 접하도록 고온관의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치되되, 상기 제1열전소자는 상하부면이 상기 제1축열판 각각의 상부면과 제1냉각판의 하부면에 접하도록 복수 개가 개재되고, 상기 제2열전소자는 상하부면이 상기 제2축열판 각각의 하부면과 제2냉각판의 상부면에 접하도록 복수 개가 개재되는 것을 특징으로 한다.In addition, the high temperature tube is a long channel shape, the first heat storage plate is disposed in a plurality of spaced apart from each other along the longitudinal direction of the high temperature tube so that each of the lower surface is in contact with the upper surface of the hot tube. A plurality of heat storage plates are disposed to be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the high temperature pipe such that the upper surface is in contact with the lower surface of the hot pipe, the first thermoelectric element is the upper and lower surfaces of each of the first heat storage plate A plurality of pieces are interposed so as to contact the surface and the lower surface of the first cooling plate, and the plurality of second thermoelectric elements are interposed so that the upper and lower surfaces thereof contact the lower surface of each of the second heat storage plates and the upper surface of the second cooling plate. It is characterized by.
또한, 상기 고온관은 복수 개가 고온관의 폭 방향으로 서로 이격되어 배치되되, 상기 복수 개의 제1축열판과 복수 개의 제1열전소자는 상기 고온관의 상부면에 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 복수 개의 제2축열판과 복수 개의 제2열전소자는 상기 고온관의 하부면에 매트릭스 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.The plurality of high temperature tubes may be spaced apart from each other in the width direction of the high temperature tube, and the plurality of first heat storage plates and the plurality of first thermoelectric elements may be arranged in a matrix form on an upper surface of the high temperature tube. The second heat storage plate and the plurality of second thermoelectric elements are arranged in a matrix form on the lower surface of the hot tube.
본 발명에 따른 열전 발전 모듈은 내부에 고온의 유체가 유동되는 고온관의 상부면과 하부면에 각각 히트싱크(또는 열적 버퍼) 기능을 수행하는 제1,2축열판을 배치함으로써 상기 고온 유체의 온도가 순간적으로 변화되는 경우에도 상기 고온관의 열이 축열판을 통해 열전소자의 고온측에 안정적으로 전달되도록 구성되기 때문에 상기 고온관 내부를 유동하는 유체의 온도 변화에 의하여 열전소자가 손상되거나 열전 발전 모듈의 발전량이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.In the thermoelectric power module according to the present invention, the first and second heat storage plates which perform a heat sink (or thermal buffer) function are respectively disposed on an upper surface and a lower surface of a hot tube through which a high temperature fluid flows. Since the heat of the hot tube is stably transmitted to the high temperature side of the thermoelectric element through the heat storage plate even when the temperature changes instantaneously, the thermoelectric element is damaged or the thermoelectric is changed by the temperature change of the fluid flowing inside the hot tube. There is an advantage that can prevent the power generation amount of the power generation module is lowered.
또한, 본 발명에 따른 열전 발전 모듈은 상기 열전소자의 저온측을 냉각하는 냉각판 내부에 형성된 냉각수 채널에 냉각수 유동안내 장치를 설치하여 상기 냉각수 채널의 내부에서 냉각수가 상기 냉각판과 열전소자가 접하는 면 방향으로 유동될 수 있도록 함으로써 상기 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 더욱 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, the thermoelectric power module according to the present invention is provided with a coolant flow guide device in the cooling water channel formed in the cooling plate for cooling the low temperature side of the thermoelectric element so that the cooling water in contact with the cooling plate and the thermoelectric element in the cooling water channel. By allowing it to flow in the plane direction, there is an advantage that can further prevent a decrease in power generation amount of the thermoelectric power module.
도1과 도2는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈의 전체 구성을 설명하기 위한 분해 사시도과 결합 사시도,
도3은 도2에 도시한 A-A부에 대한 단면도,
도4는 도3에 도시한 B-B부에 대한 단면도,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈의 냉각수 채널에 설치되는 냉각수 유동안내 장치를 설명하기 위한 도면,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈에 대한 열전소자의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면, 및
도7은 본 발명에 따른 열전 발전 모듈의 냉각수 채널에 설치되는 냉각수 유동안내 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are an exploded perspective view and a combined perspective view for explaining the overall configuration of the thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention, respectively;
3 is a cross-sectional view of the AA portion shown in FIG.
4 is a sectional view of the BB portion shown in FIG. 3;
5 is a view illustrating a coolant flow guide device installed in a coolant channel of a thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a view for explaining the electrical connection of the thermoelectric element to the thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention, and
7 is a view for explaining another embodiment of the coolant flow guide device installed in the coolant channel of the thermoelectric power module according to the present invention.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1과 도2는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈의 전체 구성을 설명하기 위한 분해 사시도과 결합 사시도이고, 도3과 도4는 각각 도2에 도시한 A-A부와 도3에 도시한 B-B부에 대한 단면도이다.1 and 2 are an exploded perspective view and a combined perspective view for explaining the overall configuration of the thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention, respectively, Figures 3 and 4 are shown in AA and Figure 3 shown in Figure 2, respectively It is sectional drawing about one BB part.
또한, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈의 냉각수 채널에 설치되는 냉각수 유동안내 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈에 대한 열전소자의 전기적 연결을 설명하기 위한 도면이며, 도7은 본 발명에 따른 열전 발전 모듈의 냉각수 채널에 설치되는 냉각수 유동안내 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a coolant flow guide device installed in a coolant channel of a thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a thermoelectric for a thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention 7 is a view for explaining the electrical connection of the device, Figure 7 is a view for explaining another embodiment of the coolant flow guide device installed in the coolant channel of the thermoelectric power module according to the present invention.
본 발명에 따른 열전 발전 모듈(1)은 고온관(10), 상기 고온관(10)의 상부면에 배치되는 제1축열판(20), 상기 고온관(10)의 하부면에 배치되는 제2축열판(30), 상기 제1축열판(20)의 상부면에 배치되는 제1냉각판(40), 상기 제2축열판(30)의 하부면에 배치되는 제2냉각판(50), 상기 제1축열판(20)과 제1냉각판(40) 사이에 개재되는 제1열전소자(60), 및 상기 제2축열판(30)과 제2냉각판(50) 사이에 개재되는 제2열전소자(70)를 포함하여 구성된다.The
이때, 상기 고온관(10)은 내부에 고온의 유체가 유동되는 길이가 긴 채널 형상으로 구성되는데, 본 실시예의 경우 후술하는 바와 같이 제1,2축열판(20,30)과의 접촉이 용이하게 이루어질 수 있도록 일예로서 단면이 직사각형 형태인 사각 채널 형상으로 구성하였다.At this time, the
또한, 상기 고온관(10)의 내부를 유동하는 고온의 유체는 제철소, 소각로, 자동차 배기구 등에서 배출되는 고온의 배가스일 수 있으며, 본 발명에 따른 열전 발전 모듈(1)은 상기 배가스의 폐열을 이용하여 전기를 발생시키는 장치로 적용될 수 있다.In addition, the high temperature fluid flowing inside the
따라서, 상기 고온관(10)은 고온 유체와의 열전달을 위하여 열전도성이 우수한 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하되, 외면은 열손실을 최소화하기 위하여 후술하는 바와 같이 축열판(20,30)과 열교환하는 면(즉, 축열판과 접촉하는 면)을 제외하고는 단열처리되는 것이 더욱 바람직하다.Therefore, the
또한, 상기 고온관(10)의 내부에는 고온 유체와의 열전달이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있도록 핀(fin)이 설치될 수도 있는데, 상기 핀의 형상, 배치, 및 배치 간격 등은 필요에 따라 여러 가지 다양한 방식으로 선택될 수 있다.In addition, a fin may be installed inside the
또한, 상기 고온관(10)은 하나 또는 복수 개로 이루어질 수 있는데, 본 실시예에서는 일예로서 동일한 형상의 고온관(10a,10b,10c,10d,10e) 5개가 고온관(10a)의 폭 방향으로 평행하게 서로 이격되어 배치되도록 구성하였다.In addition, one or a plurality of the
이때, 상기 5개의 고온관(10a,10b,10c,10d,10e) 상호간의 이격 거리는 후술하는 바와 같이 고온관(10)의 상하부에 각각 매트릭스 형태로 배치되는 제1,2열전소자(60,70)의 열적 안정성을 고려하여 결정되는 것이 바람직하며, 상기 5개의 고온관(10a,10b,10c,10d,10e)은 입구측과 출구측에 각각 결합되는 패널 형상의 제1지지판(11)과 제2지지판(12), 및 이들을 결합하는 지지판 체결수단(13)에 의하여 하나의 고온측 열교환기 모듈을 구성할 수 있다.In this case, the separation distance between the five
또한, 상기 제1축열판(20)은 상기 고온관(10)의 상부면에 직접 접촉하도록 배치되어 고온관(10)의 내부를 유동하는 유체의 열에너지를 후술하는 제1열전소자(60)의 고온측에 전달하게 된다.In addition, the first
상기 제1축열판(20)은 일예로서 열전도성이 우수하고 비열이 큰 금속 재질로 구성되거나 열전도성이 우수한 금속 재질의 하우징 내부에 상변화물질(PCM)이 수용되도록 구성될 수 있는데, 상기와 같은 구성에 의하여 상기 제1축열판(20)은 고온관(10)의 외면을 통해 전달되는 열에너지를 내부에 축열하는 히트싱크(heat sink)로서의 기능을 수행하게 된다.As an example, the first
일반적으로 열전소자는 다수의 P와 N형 반도체를 전기적으로 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결시킨 구조로 구성되는데, 이러한 열전소자의 출력 전력(P)은 아래의 [수식 1]에 의하여 산출될 수 있다.In general, a thermoelectric device is composed of a structure in which a plurality of P and N-type semiconductors are electrically connected in series and thermally connected in parallel. The output power P of the thermoelectric device is calculated by
[수식 1] [Equation 1]
이때, 상기 α와 ρ는 각각 열전소자를 구성하는 반도체인 펠렛(pellet)의 제벡 계수와 전기적 저항력, l과 A c 는 각각 펠렛의 길이와 단면적, T h 와 T c 는 각각 열전소자의 고온부 및 저온부 온도, m은 펠렛의 내부 저항과 외부 저항의 비를 나타낸다.Where α and ρ are the Seebeck coefficient and electrical resistivity of the pellet, the semiconductor constituting the thermoelectric element, l and A c are the length and cross-sectional area of the pellet, respectively, and T h and T c are the The cold zone temperature, m , represents the ratio of the internal and external resistance of the pellets.
따라서, 상기 [수식 1]에서 알 수 있는 바와 같이 단일 열전소자의 출력 전력은 고온 열원과 저온 열원에 각각 직접 접촉하고 있는 열전소자의 고온부와 저온부의 양단 온도차의 제곱에 비례함을 알 수 있다.Therefore, as can be seen in [Equation 1], the output power of a single thermoelectric element is proportional to the square of the temperature difference between the both ends of the high temperature part and the low temperature part of the thermoelectric element directly contacting the high temperature heat source and the low temperature heat source, respectively.
이와 같이 구성되는 단일 열전소자에서 발생되는 전기는 발전량이 작기 때문에 일반적인 열전 발전 모듈의 경우 고온의 배가스가 유동되는 방향을 따라 상술한 바와 같은 단일의 열전소자 복수 개를 배치하고 이들을 서로 전기적으로 연결하여 사용하게 된다.Since the electricity generated in the single thermoelectric device configured as described above is small in power generation, in the case of a general thermoelectric power module, a plurality of single thermoelectric elements as described above are disposed along the direction in which high-temperature exhaust gas flows, and they are electrically connected to each other. Will be used.
이 경우, 상기 고온의 배가스는 유동 방향을 따라 온도가 변화되기 때문에 상기 각각의 단일 열전 소자는 배치되는 위치에 따라 열전소자의 고온측과 저온측의 온도차이가 서로 달라지게 되어 각 열전소자의 발전량이 차이가 나게 되는데, 이를 무시하고 복수의 열전소자를 모두 직렬로 연결하는 경우에는 직렬연결의 특성상 전압은 높아지나 전류는 최소 발전이 이루어지는 열전소자의 전류값에 고정되기 때문에 전체적인 발전량이 저하되는 문제점이 발생된다.In this case, since the temperature of the high temperature flue gas varies along the flow direction, the temperature difference between the hot side and the cold side of the thermoelectric element is different from each other according to the position at which the single thermoelectric element is disposed, and thus the amount of power generated by each thermoelectric element. This difference is different. When ignoring this and connecting a plurality of thermoelectric elements in series, the voltage is increased due to the characteristics of the series connection, but the current is fixed to the current value of the thermoelectric element that generates the least power. Is generated.
반면에, 상기 복수의 단일 열전소자들을 모두 병렬로 연결하는 경우에는 전압은 동일하나 출력이 높은 열전소자가 낮은 열전소자의 전원 기능을 수행하게 됨으로써 순환전류의 발생으로 인하여 전체적인 발전량의 저하가 발생된다.On the other hand, when all of the plurality of single thermoelectric elements are connected in parallel, a thermoelectric element having the same voltage but having a high output performs a power supply function of a low thermoelectric element, and thus a decrease in the overall power generation amount occurs due to the generation of a circulating current. .
이러한 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 방지하기 위하여, 일반적인 열전 발전 모듈에서는 발전량이 최대가 될 수 있도록 열전소자 각각의 온도차에 따라 복수의 열전소자를 서로 직병렬로 연결하여 사용하게 되는데, 이러한 열전소자의 전기적 연결방식은 고온 열원과 저온 열원의 온도(또는 온도차), 각 열원의 위치에 따른 온도 변화와 각 열전소자의 배치 위치 등을 고려하여 결정하게 된다.In order to prevent a decrease in power generation of the thermoelectric power module, a plurality of thermoelectric devices are connected in series and parallel to each other according to the temperature difference of each thermoelectric device in order to maximize the amount of power generation. The electrical connection method is determined in consideration of the temperature (or temperature difference) of the high temperature heat source and the low temperature heat source, the temperature change according to the position of each heat source, and the arrangement position of each thermoelectric element.
따라서, 실제 배가스의 배출 도중(즉, 발전 도중)에 고온 열원 또는 저온 열원의 온도 조건이 열전소자의 전기적 연결방식을 결정하는 열전 발전 모듈의 설계시와 달라질 경우에는 해당 열전 발전 모듈의 발전량이 크게 저하되는 문제점이 발생된다.Therefore, when the temperature condition of the hot or cold heat source is different from the design of the thermoelectric power module that determines the electrical connection method of the thermoelectric element during the actual discharge of the exhaust gas (ie, during power generation), the amount of generation of the thermoelectric power module is greatly increased. The problem of deterioration arises.
또한, 종래 기술에 따른 열전 발전 모듈의 경우 대부분 열전소자의 고온측이 고온 열원에 직접 접촉되도록 구성되는데, 이 경우 고온 열원의 온도가 순간적으로 크게 상승하는 경우에는 고온 열원과 직접 접촉하고 있는 열전소자가 열충격에 의해 손상되는 문제점이 발생될 수도 있다.In addition, in the thermoelectric power generation module according to the prior art, the high temperature side of the thermoelectric element is configured to be in direct contact with the high temperature heat source. In this case, when the temperature of the high temperature heat source increases momentarily, the thermoelectric element is in direct contact with the high temperature heat source. There may be a problem that is damaged by the thermal shock.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 상기 제1축열판(20)을 사용하게 되는데, 상술한 바와 같이 상기 제1축열판(20)은 내부에 고온관(10)에서 전달되는 열에너지를 축열하는 히트싱크(또는 열적 버퍼)로서 기능하기 때문에 상대적으로 온도 제어가 곤란한 고온 열원의 온도가 수시로 및/또는 순간적으로 변화되는 경우에도 이를 열적으로 완충시켜 고온 열원의 열을 열전소자의 고온측에 안정적으로 전달함으로써 앞서 설명한 바와 같은 고온 열원의 온도 변화에 따른 열전 발전 모듈의 전체적인 발전량 저하 및/또는 열충격에 의한 열전소자의 손상을 방지할 수 있게 된다.The present invention is to use the first
본 실시예의 경우 상기 제1축열판(20)은 5개의 고온관(10a,10b,10c,10d,10e) 각각에 대하여 하부면이 고온관(10)의 상부면에 접하도록 고온관(10)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개가 배치되도록 구성되기 때문에 상기 제1축열판(20)은 후술하는 제1열전소자(60)와 함께 상기 고온관(10)의 상부면에 매트릭스 형태로 배치된다.In the present exemplary embodiment, the first
이때, 상기 복수의 제1축열판(20)은 제1연결플레이트(21)에 의하여 하부면이 서로 연결되어 하나의 모듈을 형성하게 되는데, 본 실시예에서는 일예로서 각 고온관(10)의 상부면에 배치된 제1축열판(20)은 고온관(10)의 길이 방향을 따라 직렬로 연결되고 이와 같이 직렬 연결된 제1축열판(20)들은 이웃하는 다른 고온관(10)의 상부면에 배치된 제1축열판(20)들과 병렬로 연결되도록 구성하였다.In this case, the plurality of first
또한, 상기 제2축열판(30)은 상기 고온관(10)의 하부면에 직접 접촉하도록 배치되어 고온관(10)의 내부를 유동하는 유체의 열에너지를 후술하는 제2열전소자(70)의 고온측에 전달하게 된다.In addition, the second
상기 제2축열판(30)의 구성은 앞서 설명한 제1축열판(20)과 동일하고, 다만 각각의 상부면이 고온관(10)의 하부면에 접하도록 구성되는 점과 제2연결플레이트(31)에 의하여 상부면이 서로 연결되도록 구성된 점에 있어서 차이가 있기 때문에 이하에서는 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The second
한편, 상기 제1냉각판(40)은 제1축열판(20)의 상부(또는 상부면)에 배치되어 후술하는 제1열전소자(60)의 저온측을 냉각시킴으로써 상기 제1열전소자(60)의 고온측과 저온측 사이에 온도차를 발생시켜 발전이 이루어지도록 한다. On the other hand, the
이를 위하여, 상기 제1냉각판(40)은 본 실시예의 경우 후술하는 바와 같이 5개의 고온관(10a,10b,10c,10d,10e)의 상부면에 매트릭스 형태로 배치되는 제1열전소자(60)의 저온측(즉, 본 실시예의 경우 제1열전소자의 상부면)에 하부면이 접촉할 수 있도록 사각 패널 형상으로 구성된다.To this end, the
또한, 상기 제1냉각판(40)의 내부에는 냉각수가 유동되는 적어도 하나의 냉각수 채널(42,43)이 형성되는데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 냉각수 채널(42,43)이 제1냉각판(40)의 테두리부에 형성된 제1냉각수 채널(42)과 제1냉각판(40)의 중앙부에 형성된 제2냉각수 채널(43)로 이루어지는 것으로 구성하였다.In addition, at least one
이때, 상기 제1냉각판(40)의 내부에 형성되는 냉각수 채널(42,43)의 갯수, 형상, 직경 등은 열전 발전 모듈(1)의 발전 용량, 크기, 설치 환경, 운전 조건 등을 고려하여 본 실시예와 다르게 구성될 수 있음은 물론이다.At this time, the number, shape, diameter, etc. of the
이와 같이 구성되는 상기 제1냉각판(40)은 제1,2냉각수 채널(42,43)의 입구측에 냉각수 공급관(44)이 각각 연결되고, 제1,2냉각수 채널(42,43)의 출구측에 냉각수 배출관(45)이 각각 연결됨으로써 냉각수가 냉각수 채널(42,43)을 통해 유동하게 되는데, 상기 냉각수의 유동은 미도시된 냉각수 펌프에 의하여 이루어질 수 있다.In the
또한, 상기 냉각수는 물이나 기타 냉매로 작용할 수 있는 유체가 될 수 있으며, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 '냉각수'라 함은 제1냉각판(40)을 냉각시키는 기능을 수행하는 범위내에서는 액상뿐만 아니라 기상의 냉각유체를 모두 포함하는 개념이다.In addition, the cooling water may be a fluid that can act as water or other refrigerant, the term 'cooling water' in the detailed description and claims of the present invention range to perform the function of cooling the
또한, 상기 제1,2냉각수 채널(42,43)을 통해 유동되는 냉각수의 냉열은 제1냉각판(40)을 통해 후술하는 제1열전소자(60)의 저온측에 전달되는데, 이를 위하여 상기 제1냉각판(40)은 열전도성이 우수한 금속 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 냉각 효율의 저하(즉, 냉열 손실)를 방지하기 위하여 상기 제1열전소자(60)와 접촉되지 않는 다른 외면은 단열 처리되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the cooling heat of the cooling water flowing through the first and second
또한, 상기 제2냉각판(50)은 제2축열판(30)의 하부(또는 하부면)에 배치되어 후술하는 제2열전소자(70)의 저온측(즉, 본 실시예의 경우 제2열전소자의 하부면)을 냉각시킴으로써 상기 제2열전소자(70)의 고온측과 저온측 사이에 온도차를 발생시켜 발전이 이루어지도록 한다. In addition, the
이 경우, 상기 제2냉각판(50)의 구체적인 구성은 앞서 설명한 제1냉각판(40)과 동일하기 때문에 이하에서는 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.In this case, since the specific configuration of the
한편, 상기 제1열전소자(60)는 제1축열판(20)과 제1냉각판(40) 사이에 개재되는데, 구체적으로는 고온측(즉, 본 실시예의 경우 제1열전소자의 하부면)이 상기 제1축열판(20)의 상부면에 접촉하고 저온측(즉, 본 실시예의 경우 제1열전소자의 상부면)이 상기 제1냉각판(40)의 하부면에 접촉하도록 구성된다.On the other hand, the first
따라서, 본 실시예의 경우 상기 제1열전소자(60)는 각각 제1축열판(20)의 상부면에 배치되도록 구성되기 때문에 앞서 설명한 제1축열판(20)과 마찬가지로 고온관(10)의 상부면(정확히는 제1축열판의 상부면)에 복수 개가 매트릭스 형태로 배치된다.Therefore, in the present exemplary embodiment, since the first
또한, 매트릭스 형태로 배치된 복수의 상기 제1열전소자(60)는 앞서 설명한 바와 같이 열전 발전 모듈(1)의 발전량 저하를 방지하기 위하여 전기적으로 서로 직병렬로 연결되는데, 본 실시예의 경우 상기 복수의 제1열전소자(60)들은 제1배선모듈(61)에 의하여 서로 전기적으로 연결되도록 구성된다.In addition, the plurality of first
이때, 상기 제1배선모듈(61)은 각 열전소자를 전기적으로 연결하는 기능을 수행하는 범위내에서는 여러 가지 다른 방식으로 이루어질 수 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 제1배선모듈(61)을 통상의 PCB로 구성하였다.In this case, the
본 실시예에서는 상기 제1열전소자(60)들의 구체적인 전기적 연결 방식을 도6에 도시하였는데, 먼저 고온관(10)의 길이 방향을 따라 배치된 제1열전소자(60)들 중 고온측과 저온측의 온도차(즉, 열전소자의 출력 또는 발전량)가 유사한 열전소자끼리 구분하여 그룹핑(본 실시예의 경우 I,Ⅱ,Ⅲ 그룹으로 구분)한 후 동일한 그룹에 속한 열전소자는 제1배선(61a)에 의해 서로 직렬로 연결되고 각 그룹은 제2배선(61b)에 의하여 축전지(미도시) 등에 연결되는 주배선인 제3배선(61c)에 서로 병렬로 연결되는 방식으로 구성하였다. In the present embodiment, a specific electrical connection method of the first
이때, 각 그룹은 앞서 설명한 바와 같이 순환전류에 의한 발전량 저하를 방지하기 위하여 서로 전압이 유사하도록 구성되는 것이 바람직하다.At this time, each group is preferably configured so that the voltage is similar to each other in order to prevent the power generation amount due to the circulating current as described above.
또한, 상기 제2열전소자(70)는 제2축열판(30)과 제2냉각판(50) 사이에 개재되는데, 구체적으로는 고온측(즉, 본 실시예의 경우 제2열전소자의 상부면)이 상기 제2축열판(30)의 하부면에 접촉하고 저온측(즉, 본 실시예의 경우 제2열전소자의 하부면)이 상기 제2냉각판(50)의 상부면에 접촉하도록 구성된다.In addition, the second
따라서, 본 실시예의 경우 상기 제2열전소자(70)는 각각 제2축열판(30)의 하부면에 배치되도록 구성되기 때문에 앞서 설명한 제2축열판(30)과 마찬가지로 고온관(10)의 하부면(정확히는 제2축열판의 하부면)에 복수 개가 매트릭스 형태로 배치된다. Therefore, in the present embodiment, since the second
또한, 매트릭스 형태로 배치된 복수의 상기 제2열전소자(70)는 앞서 설명한 바와 같이 열전 발전 모듈(1)의 발전량 저하를 방지하기 위하여 전기적으로 서로 직병렬로 연결되는데, 본 실시예의 경우 상기 복수의 제2열전소자(70)들은 제2배선모듈(71)에 의하여 서로 전기적으로 연결되도록 구성된다.In addition, the plurality of second
이때, 상기 제2배선모듈(71)의 구성 및 제2열전소자(70)들의 전기적 연결방식은 앞서 설명한 제1열전소자(60)의 경우와 동일한 방식으로 이루어지기 때문에 이하에서는 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.In this case, since the configuration of the
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열전 전달 모듈(1)은 제1냉각판(40)과 제2냉각판(50)을 연결하는 제1,2결합수단(80a,80b)에 의하여 각각의 구성요소들이 서로 결합되어 하나의 열전 발전 모듈(1)을 형성하게 되는데, 상기 제1,2결합수단(80a,80b)은 볼트-너트와 같은 통상의 결합수단 및/또는 접착부재 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.The
본 실시예에서는 일예로서 상기 제1,2결합수단(80a,80b)이 복수의 볼트-너트 쌍으로 이루어지는 것으로 구성하였는데, 이를 위하여 상기 제1냉각판(40)과 제2냉각판(50)에는 각각 복수의 제1결합공(41)과 제2결합공(51)이 형성된다.In the present embodiment, as an example, the first and second coupling means 80a and 80b are constituted by a plurality of bolt-nut pairs. For this purpose, the
이때, 상기 제1결합공(41)과 제2결합공(51)은 열전소자의 손상이나 고온관(10)의 열손실을 방지할 수 있도록 상기 고온관(10), 제1,2축열판(20,30), 제1,2열전소자(60,70)가 배치된 위치와 간섭이 발생되지 않도록 형성되는 것이 더욱 바람직하다.In this case, the
한편, 일반적인 배관 유동에 있어서 배관 내부에서 액상의 유체는 중력이 작용하는 방향으로 치우쳐서 유동을 하게 되는데, 이로 인하여 유량에 비해 배관의 직경이 클 경우에는 파형류(wavy flow), 성층류(strarified flow), 또는 슬러그류(slug flow) 형태의 기액 혼합유동의 형태를 나타내게 된다.On the other hand, in the general pipe flow, the fluid in the pipe flows in a direction biased by gravity, so that when the diameter of the pipe is larger than the flow rate, the wave (wavy flow), stratified flow (strarified flow) ), Or slug flow in the form of gas-liquid mixed flow.
일반적인 열전 발전 모듈의 경우 발전량 대비 작동부하를 저감하기 위하여(즉, 발전 효율을 향상시키기 위하여) 냉각수의 유동저항을 저감시킬 것이 요구되는데, 이를 위하여 냉각수 유량에 비하여 냉각수 채널의 직경이 크게 설계될 경우 열전 발전 모듈의 설치 위치나 방향에 따라 상기 냉각수 채널의 일부 영역에서는 중력의 작용으로 인하여 상술한 바와 같은 기액 혼합유동이 발생된다.In the case of a general thermoelectric power module, it is required to reduce the flow resistance of the coolant in order to reduce the operating load relative to the generation amount (ie, to improve the power generation efficiency). For this purpose, when the diameter of the coolant channel is designed to be larger than the flow rate of the coolant, According to the installation position or direction of the thermoelectric power module, the gas-liquid mixing flow as described above is generated in some regions of the cooling water channel due to the action of gravity.
본 실시예에 따른 열전 발전 모듈(1)의 경우 일예로서 도1 내지 도3에 도시한 형태로 설치될 경우 제1,2냉각판(40,50)의 경우 냉각수 채널 내부에서 냉각수가 중력이 작용하는 방향인 채널의 하부 방향으로 치우쳐서 유동을 하기 때문에 채널의 상부에는 냉각수가 직접적으로 유동하지 않게 되는 현상이 발생된다.As an example of the
이 경우, 상기 제1냉각판(40)은 하부면이 제1열전소자(60)의 저온측(즉, 제1열전소자의 상부면)과 접하기 때문에 별 문제가 발생되지 않지만, 제2냉각판(50)은 냉각수가 직접적으로 유동되지 않는 상부면이 제2열전소자(70)의 저온측(즉, 제2열전소자의 하부면)과 접하기 때문에 제2열전소자(70)의 저온측 냉각이 제대로 이루어지기 않음으로써 고온측과의 온도차 감소로 인한 발전량 저하를 야기하게 된다.In this case, since the lower surface of the
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 방지하기 위하여 상기 제1,2냉각판(40,50)에 형성된 냉각수 채널에, 상기 냉각수 채널의 내부에서 냉각판(40,50)과 열전소자(60,70)가 접하는 면 방향으로 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동안내 장치를 설치한 것을 특징으로 한다. Therefore, in the present invention, in order to prevent such a problem, the cooling
이를 위하여, 본 실시예에서는 일예로서 제1냉각판(40)의 냉각수 채널(42,43)의 적어도 일부에 나선형 유동 가이드(90)가 삽입되도록 구성하였는데, 제2냉각판(40)의 경우에도 마찬가지로 상기 나선형 유동 가이드가 삽입된다.To this end, in this embodiment, the
상기와 같은 나선형 유동 가이드(90)에 의하여 제1,2냉각판(40,50)에 형성된 냉각수 채널의 내부를 유동하는 냉각수는 나선형으로 유동하면서 냉각수 채널의 내부 전체를 직접적으로 유동할 수 있게 되기 때문에, 본 발명에 따른 열전 발전 모듈(1)은 도1에 도시한 바와 같은 방향으로 설치하는 경우, 직각 방향으로 세워서 설치하는 경우, 또는 상하부를 뒤집어서 설치하는 경우 등 설치 위치나 방향에 관계없이 항상 제1,2열전소자(60,70)의 저온측을 안정적으로 냉각시킬 수 있게 됨으로써 앞서 설명한 원인에 의한 열전 발전 모듈(1)의 발전량 저하를 방지할 수 있게 된다.The cooling water flowing in the cooling water channels formed in the first and
본 실시예에서는 일예로서 상기 냉각수 유동안내 장치가 나선형 유동 가이드(90)인 경우를 일예로서 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 상기 냉각수 유동안내 장치는 냉각수 채널의 적어도 일부에 삽입되는 금속 또는 합성수지 재질의 다공체(일예로서, 메탈폼(metal foam))일 수 있다.In this embodiment, as an example, the case where the coolant flow guide device is a
이 경우, 냉각수는 상기 다공체에 형성된 기공에 스며드는 형태로 유동되기 때문에 냉각수 채널의 내부 전체를 직접적으로 냉각하면서 유동할 수 있게 된다.In this case, since the cooling water flows into the pores formed in the porous body, the cooling water can flow while directly cooling the entire interior of the cooling water channel.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 출구측에 설치되어 냉각수의 배출을 미리 정해진 방식에 따라 단속 제어하는 단속밸브로 구성될 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, the coolant flow guide device may be configured as an intermittent valve installed at the outlet side of the coolant channel to control the discharge of the coolant in a predetermined manner.
이를 위하여, 본 발명에서는 도7에 도시한 바와 같이 제1냉각판(40)에 형성된 제1,2냉각수 채널(42,43)의 출구측에 연결된 냉각수 배출관(45)의 중도에 각각 제1단속밸브(91a)와 제2단속밸브(91b)를 설치하였다.To this end, in the present invention, as shown in FIG. 7, the first intermittence in the middle of the cooling
상기 제1,2단속밸브(91a,91b)는 메모리(미도시) 등에 미리 저장된 방식에 따라 주기적 또는 비주기적으로 냉각수의 배출을 단속하도록 작동하는데, 통상의 전자밸브 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.The first and
본 발명에서는 일예로서 상기 제1,2단속밸브(91a,91b)가 매우 짧은 시간 동안 순간적으로 냉각수의 배출을 차단하도록 작동될 수 있는데, 이 경우 냉각수가 냉각수 채널의 입구측 방향으로 역류되면서 냉각수 채널의 내부 중 앞서 설명한 바와 같은 이유에 의하여 냉각수가 직접 유동되지 않는 부분까지 유동될 수 있기 때문에 열전 발전 모듈(1)의 전체적인 발전량 저하를 방지할 수 있게 된다. In the present invention, as an example, the first and
따라서, 본 발명에 따른 열전 발전 모듈은 열전소자의 저온측을 냉각하는 냉각판의 내부에 형성된 냉각수 채널에 냉각수 유동안내 장치를 설치하여 상기 냉각수 채널의 내부에서 냉각수가 상기 냉각판과 열전소자가 접하는 면 방향으로 유동될 수 있도록 함으로써 상기 열전 발전 모듈의 발전량 저하를 더욱 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Accordingly, in the thermoelectric power module according to the present invention, a cooling water flow guide device is installed in a cooling water channel formed in a cooling plate for cooling a low temperature side of a thermoelectric element so that the cooling water contacts the cooling plate in the cooling water channel. By allowing it to flow in the plane direction, it is possible to obtain an effect that can further prevent a decrease in power generation amount of the thermoelectric power module.
10 : 고온관 20 : 제1축열판
30 : 제2축열판 40 : 제1냉각판
50 : 제2냉각판 60 : 제1열전소자
70 : 제2열전소자 90 : 나선형 유동 가이드
91a,91b : 제1,2단속밸브10: high temperature tube 20: first heat storage plate
30: second heat storage plate 40: first cooling plate
50: second cooling plate 60: first thermoelectric element
70: second thermoelectric element 90: spiral flow guide
91a, 91b: 1st, 2nd control valve
Claims (6)
상기 복수의 고온관 각각의 상부면에 고온관의 길이 방향을 따라 매트릭스 형태로 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1축열판;
상기 복수의 고온관 각각의 하부면에 고온관의 길이 방향을 따라 매트릭스 형태로 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2축열판;
상기 복수의 제1축열판의 상부면에 배치되는 제1냉각판;
상기 복수의 제2축열판의 하부면에 배치되는 제2냉각판;
상기 제1축열판 각각의 상부면과 상기 제1냉각판의 하부면에 접하도록 매트릭스 형태로 개재되는 복수의 제1열전소자; 및
상기 제2축열판 각각의 하부면과 상기 제2냉각판의 상부면에 접하도록 매트릭스 형태로 개재되는 복수의 제2열전소자를 포함하되,
상기 제1냉각판과 제2냉각판의 내부에는 각각 냉각수가 유동되는 적어도 하나의 냉각수 채널이 형성되고,
상기 냉각수 채널에는 냉각수 채널 내부에서 상기 냉각판과 열전소자가 접하는 면 방향으로 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동안내 장치가 설치되며,
상기 복수의 제1열전소자는 고온측과 저온측의 온도차가 유사한 열전소자끼리 그룹핑하여 복수의 그룹으로 구분한 후, 동일한 그룹에 속하는 온도차가 유사한 열전소자들끼리 서로 직렬로 연결되고, 각 그룹들은 서로 병렬로 연결되며,
상기 복수의 제2열전소자는 고온측과 저온측의 온도차가 유사한 열전소자끼리 그룹핑하여 복수의 그룹으로 구분한 후, 동일한 그룹에 속하는 온도차가 유사한 열전소자들끼리 서로 직렬로 연결되고, 각 그룹들은 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 열전 발전 모듈.A plurality of hot pipes having a rectangular channel shape having a rectangular cross section through which hot fluid flows and spaced apart from each other in a width direction;
A plurality of first heat storage plates spaced apart from each other in a matrix form on an upper surface of each of the plurality of hot tubes;
A plurality of second heat storage plates spaced apart from each other in a matrix form on a lower surface of each of the plurality of hot tubes;
A first cooling plate disposed on upper surfaces of the plurality of first heat storage plates;
A second cooling plate disposed on lower surfaces of the plurality of second heat storage plates;
A plurality of first thermoelectric elements interposed in a matrix so as to contact an upper surface of each of the first heat storage plates and a lower surface of the first cooling plate; And
It includes a plurality of second thermoelectric element which is interposed in a matrix form to contact the lower surface of each of the second heat storage plate and the upper surface of the second cooling plate,
At least one cooling water channel through which cooling water flows is formed in the first cooling plate and the second cooling plate, respectively.
The coolant channel is provided with a coolant flow guide device for flowing the coolant in a direction in which the cooling plate and the thermoelectric element are in contact with the coolant channel.
The plurality of first thermoelectric elements may be divided into a plurality of groups by grouping thermoelectric elements having similar temperature differences between a high temperature side and a low temperature side, and then thermocouples having similar temperature differences belonging to the same group may be connected in series with each other. Connected in parallel with each other,
The plurality of second thermoelectric elements are divided into a plurality of groups by grouping thermoelectric elements having similar temperature differences between a high temperature side and a low temperature side, and then thermocouples having similar temperature differences belonging to the same group are connected to each other in series. Thermoelectric power generation module characterized in that connected in parallel with each other.
상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 적어도 일부에 삽입된 나선형 유동 가이드인 것을 특징으로 하는 열전 발전 모듈.The method of claim 1,
And the coolant flow guide device is a helical flow guide inserted into at least a portion of the coolant channel.
상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 적어도 일부에 삽입된 금속 또는 합성수지 재질의 다공체인 것을 특징으로 하는 열전 발전 모듈.The method of claim 1,
The cooling water flow guide device is a thermoelectric power module, characterized in that the porous body of metal or synthetic resin material inserted into at least a portion of the cooling water channel.
상기 냉각수 유동 안내장치는 냉각수 채널의 출구측에 설치되어 냉각수의 배출을 미리 정해진 방식에 따라 단속 제어하는 단속밸브인 것을 특징으로 하는 열전 발전 모듈.The method of claim 1,
The cooling water flow guide device is a thermoelectric power module, characterized in that the intermittent valve is installed on the outlet side of the cooling water channel to control the discharge of the cooling water according to a predetermined method.
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| JP2012191043A (en) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Denso Corp | Heat transfer apparatus |
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