KR102394001B1 - Gas heat exchanger for thermoelectric power generation - Google Patents

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KR102394001B1 KR1020190050101A KR20190050101A KR102394001B1 KR 102394001 B1 KR102394001 B1 KR 102394001B1 KR 1020190050101 A KR1020190050101 A KR 1020190050101A KR 20190050101 A KR20190050101 A KR 20190050101A KR 102394001 B1 KR102394001 B1 KR 102394001B1
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Abstract

본 발명은 열전발전용 가스열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스열교환기의 고온순환체와 접하는 열전소자에 열이 균일하게 분산되도록 열교환기 내부에 고온순환유도벽을 형성하여 열전발전 효율을 향상시키는 열전발전용 가스열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas heat exchanger for thermoelectric power generation, and more particularly, to improve thermoelectric power generation efficiency by forming a high-temperature circulation induction wall inside the heat exchanger so that heat is uniformly distributed to thermoelectric elements in contact with a high-temperature circulating body of the gas heat exchanger. It relates to a gas heat exchanger for thermoelectric power generation.

Description

열전발전용 가스열교환기{Gas heat exchanger for thermoelectric power generation}Gas heat exchanger for thermoelectric power generation

본 발명은 열전발전용 가스열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스열교환기의 고온순환체와 접하는 열전소자에 열이 균일하게 분산되도록 열교환기 내부에 고온순환유도벽을 형성하여 열전발전 효율을 향상시키는 열전발전용 가스열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas heat exchanger for thermoelectric power generation, and more particularly, to improve thermoelectric power generation efficiency by forming a high-temperature circulation induction wall inside the heat exchanger so that heat is uniformly distributed to thermoelectric elements in contact with a high-temperature circulating body of the gas heat exchanger. It relates to a gas heat exchanger for thermoelectric power generation.

열전소자(Thermoelectric Element)란 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자를 총칭하는 것으로서, 온도가 높아짐에 따라 전기저항이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지는 소자인 서미스터(thermistor), 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에(Peltier) 효과를 이용한 소자 등이 있다. 특히, 제베크 효과는 서로 다른 두 금속선 양쪽 끝을 접합하여 폐회로를 구성하고 한 접점에 열을 가하게 되면 두 접점에 온도차로 인해 생기는 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 현상이다. Thermoelectric element is a generic term for devices that use various effects caused by the interaction of heat and electricity. There are devices using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a car, and devices using the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat is absorbed (or generated) by electric current. In particular, the Seebeck effect is a phenomenon in which a closed circuit is formed by joining both ends of two different metal wires, and when heat is applied to one contact, current flows through the two contact points due to a potential difference caused by a temperature difference.

제베크 효과를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열전소자는 가스열교환기를 이용하여 열전발전 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 가스열교환기의 고온순환체와 저온순환체 사이에 열전소자를 배치하며, 고온순환체의 열이 열전소자의 고온부로 전달되도록 하여 전력을 얻을 수 있게 된다.A thermoelectric device that converts thermal energy into electrical energy using the Seebeck effect can improve thermoelectric power generation efficiency by using a gas heat exchanger. At this time, the thermoelectric element is disposed between the high-temperature circulating body and the low-temperature circulating body of the gas heat exchanger, and the heat of the high-temperature circulating body is transferred to the high-temperature part of the thermoelectric element to obtain power.

대한민국등록특허공보 제10-1717930호 "열전소자를 이용한 열교환기"가 게시되어 있다. 여기서 하기 특허문헌은 냉각수와 질소가스를 이용하여 냉방성능을 향상시키는 것으로, 열전소자에 열을 전달하는 방열튜브가 열을 충분히 전달할 수 있는 구조로 형성되어 있지 않아 열이 균일하게 전달되지 못하는 문제점이 발생하였다. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1717930 "heat exchanger using a thermoelectric element" has been published. Here, the following patent document is to improve cooling performance by using cooling water and nitrogen gas, and the heat dissipation tube that transmits heat to the thermoelectric element is not formed in a structure that can sufficiently transmit heat. occurred.

또한, 하기 특허문헌은 열교환기와 열전소자의 결합구조가 복잡하며, 전력량에 따라 장치의 크기가 커져 별도의 설치공간의 확보가 요구되었다.In addition, in the following patent documents, the coupling structure of the heat exchanger and the thermoelectric element is complicated, and the size of the device increases according to the amount of power, so that it is required to secure a separate installation space.

대한민국등록특허공보 제10-17017930호Republic of Korea Patent Publication No. 10-17017930

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가스열교환기의 고온순환체 내부에 고온순환유도벽을 형성하여 열이 오랫동안 머무를 수 있도록 하며, 가스열교환기의 고온순환체와 접하는 열전소자에 열이 균일하게 분산되도록 하는데 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and a high-temperature circulation induction wall is formed inside the high-temperature circulation body of a gas heat exchanger so that heat can stay for a long time, and a thermoelectric element in contact with the high-temperature circulation body of a gas heat exchanger The purpose is to ensure that the heat is evenly distributed in the

또한, 고온순환유도벽에 복수의 슬릿을 형성하여, 고온가스가 슬릿을 통해 다방향으로 분산될 수 있도록 하는데 목적이 있다.In addition, by forming a plurality of slits in the high-temperature circulation induction wall, the purpose is to allow the high-temperature gas to be dispersed in multiple directions through the slits.

또한, 고온순환체의 배출구 측에 보조유도벽을 형성하여 고온가스의 배출경로를 확장시켜 열전소자로 열전달을 향상시키는데 목적이 있다.In addition, an auxiliary induction wall is formed on the outlet side of the high-temperature circulation body to expand the discharge path of the high-temperature gas, thereby improving heat transfer to the thermoelectric element.

또한, 고온순환체 내부에 열확장유도핀을 장착하여 내부간격이 유지되게 하고, 고온가스와 접촉면적을 확장시켜 고온가스의 분산을 균일하게 유도하는데 목적이 있다.In addition, the purpose is to uniformly induce the dispersion of the high-temperature gas by installing the thermal expansion guide fins inside the high-temperature circulation body to maintain the internal spacing, and to expand the contact area with the high-temperature gas.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복수의 열전소자가 수직평면상에 전기적으로 연결되어 배치되는 단위발전체; 상기 단위발전체의 후면에 배치되며, 상기 단위발전체의 후면으로 저온을 전달하는 저온순환체; 상기 단위발전체의 전면에 배치되며, 고온가스가 상부 일측의 유입구에서 유입되어 상부 타측의 배출구로 배출되고, 고온가스의 유동방향에 따라 상기 단위발전체의 전면으로 고온을 전달하는 고온순환체; 상기 고온순환체의 내부에 배치되며, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성되어 고온가스의 순환을 유도하는 고온순환유도벽;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a unit power generation unit in which a plurality of thermoelectric elements are electrically connected and disposed on a vertical plane; a low-temperature circulation body disposed on the rear surface of the unit power generation body and transmitting a low temperature to the rear surface of the unit power generation body; a high-temperature circulation body disposed on the front surface of the unit power generation body, the high-temperature gas is introduced from the inlet of one side of the upper side and discharged to the outlet of the other side of the upper side, and the high-temperature circulation body transmits the high temperature to the front surface of the unit power generation body according to the flow direction of the high-temperature gas; and a high-temperature circulation inducing wall disposed inside the high-temperature circulating body and having a wall formed to separate the upper space to induce circulation of the high-temperature gas.

또한, 상기 저온순환체의 내부에 배치되며, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성되어 저온유체의 순환을 유도하는 저온순환유도벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further comprises a; low-temperature circulation inducing wall disposed inside the low-temperature circulation body, a wall is formed to separate the upper space to induce circulation of the low-temperature fluid.

또한, 상기 저온순환유도벽은, 중앙에 수직되게 세워지고, 상기 저온순환체의 상부공간이 분리되며 하부공간이 연통되도록 배치되고, 저온유체가 벽을 따라 하방향으로 이동되어 순환되게 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the low-temperature circulation inducing wall is vertically erected in the center, the upper space of the low-temperature circulation body is separated and the lower space is communicated, and the low-temperature fluid is moved downward along the wall to be circulated. do it with

또한, 상기 고온순환유도벽은, 스파이럴 형상의 이중벽이 형성되고, 상기 고온순환체의 유입구에서 하부 중앙으로 배치되며, 고온가스가 이중벽 사이를 따라 하부 중앙으로 이동되어 순환되게 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-temperature circulation inducing wall is characterized in that a spiral-shaped double wall is formed, and is disposed from the inlet of the high-temperature circulation body to the lower center, and the hot gas is moved to the lower center along between the double walls to be circulated.

또한, 상기 고온순환유도벽은, 설정간격으로 복수의 슬릿이 형성되어, 상기 슬릿을 통해 고온가스의 분산을 유도하는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-temperature circulation inducing wall is characterized in that a plurality of slits are formed at set intervals to induce dispersion of the high-temperature gas through the slits.

또한, 상기 고온순환체의 내부 중앙에서 상기 배출구측으로 하향 기울어지게 배치되어, 고온가스의 배출 경로를 확장시키는 보조유도벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further comprises a; is arranged to be inclined downward from the inner center of the high-temperature circulation body toward the outlet, the auxiliary induction wall to expand the discharge path of the high-temperature gas.

또한, 핀 형상으로 형성되며, 상기 고온순환체의 설정지점에 복수 개가 수직 배치되어 상기 고온순환체의 내부공간 간격이 유지되게 하고, 고온가스와 접촉면적을 확장시켜 고온가스의 분산을 균일하게 유도하는 열확장유도핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is formed in a fin shape, and a plurality of them are vertically arranged at the set point of the high-temperature circulating body to maintain the interval between the internal spaces of the high-temperature circulating body, and to expand the contact area with the high-temperature gas to uniformly induce the dispersion of the high-temperature gas It characterized in that it further comprises a; thermal expansion guide fins.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기는 고온순환체 내부에 스파이럴 형상의 고온순환유도벽을 형성하여 열이 오랫동안 머물러 열전소자에 열전달이 향상되는 효과가 있다. The gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention by means of a means for solving the above problems has an effect of improving heat transfer to the thermoelectric element by forming a spiral-shaped high-temperature circulation inducing wall inside the high-temperature circulation body so that heat stays for a long time.

또한, 고온순환유도벽에 형성된 복수의 슬릿을 통해 고온가스가 다방향으로 분산되면서 고온순환체와 접하는 열전소자의 열이 균일하게 분산되도록 하여 열전발전의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the heat of the thermoelectric element in contact with the high-temperature circulation body is uniformly dispersed while the high-temperature gas is dispersed in multiple directions through the plurality of slits formed in the high-temperature circulation inducing wall, thereby improving the efficiency of thermoelectric power generation.

또한, 고온순환체의 배출구 측에 보조유도벽을 형성하여 고온가스의 배출경로를 확장시켜 열전달을 향상시키는데 목적이 있다.In addition, an auxiliary induction wall is formed on the outlet side of the high-temperature circulation body to expand the discharge path of the high-temperature gas, thereby improving heat transfer.

또한, 고온순환체 내부에 열확장유도핀을 장착하여 내부공간의 간격이 유지되게 하고, 고온가스와 접촉면적을 확장시켜 고온가스의 분산을 균일하게 유도하는데 목적이 있다.In addition, the purpose is to uniformly induce the dispersion of the high-temperature gas by installing a thermal expansion guide fin inside the high-temperature circulation body to maintain the interval of the internal space, and to expand the contact area with the high-temperature gas.

도 1은 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전발전용 가스열교환기의 단위발전체에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전발전용 가스열교환기의 저온순환체에 대한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전발전용 가스열교환기의 고온순환체에 대한 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기의 고온순환체에 대한 일실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기의 고온순환체에 대한 다른 실시예이다.
도 8은 본 발명에 따른 열전발전용 가스열교환기의 고온순환체에 대한 또 다른 실시예이다. 1 is a conceptual diagram of a gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention.
2 is a view of a unit power unit of a gas heat exchanger for thermoelectric power according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention.
4 is a configuration diagram of a low-temperature circulation body of a gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a high-temperature circulating body of a gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
6 is an embodiment of a high-temperature circulating body of a gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention.
7 is another embodiment of the high-temperature circulation body of the gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention.
8 is another embodiment of the high-temperature circulation body of the gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.In addition, in describing the present invention, the terms indicating the direction are those described so that those skilled in the art can clearly understand the present invention, and since they indicate a relative direction, it will be said that the scope of rights is not limited thereby.

도 1 내지 8를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전발전용 가스열교환기는 단위발전체(100), 저온순환체(200), 저온순환유도벽(300), 고온순환체(400), 고온순환유도벽(500), 보조유도벽(600), 열확장유도핀(700)을 포함하는 구성으로 이루어진다.1 to 8, the gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention includes a unit power unit 100, a low temperature circulation body 200, a low temperature circulation guide wall 300, a high temperature circulation body 400, It consists of a configuration including a high temperature circulation guide wall 500 , an auxiliary guide wall 600 , and a thermal expansion guide fin 700 .

단위발전체(100)는 복수의 열전소자(10)가 직렬로 연결된 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 요구되는 전력량에 따라 수직평면상에 2열로 복수 개의 열전소자(10)가 직렬 연결되어 하나의 단위발전체(100)로 이루어질 수 있다. 이러한 단위발전체(100)는 전력 효율을 향상시키기 위하여 전력 열전소자(10)를 직렬연결시 고온부에 열이 균일하게 전달될 수 있도록 요구된다. The unit power generation unit 100 is a plurality of thermoelectric elements 10 connected in series, and as shown in FIG. 2 , a plurality of thermoelectric elements 10 are connected in series in two rows on a vertical plane according to the amount of power required. It may be made of a unit power generation body 100 of. The unit power unit 100 is required so that heat can be uniformly transferred to a high temperature part when the power thermoelectric element 10 is connected in series in order to improve power efficiency.

이때, 단위발전체(100)를 이루는 열전소자(10)는 N형 열전반도체(N), P형 열전반도체(P), 열전기판(11)으로 이루어진다. 열전기판(11)은 고온부와 저온부에 대응되도록 배치된다. 그리고 복수의 N형 열전반도체(N)와 P형 열전반도체(P)가 열전기판(11) 사이에 교번되게 배치된다. 여기서 N형 열전반도체(N)와 P형 열전반도체(P)는 열전기판(11) 내측면에 양단을 연결하는 금속판이 형성되어 전기적으로 연결된다. 특히, 열전소자(10) 내 전류가 일방향으로 연결되어 흐를 수 있도록 N형 열전반도체(N)와 P형 열전반도체(P)가 금속판에 의해 순차적으로 연결되는 구조로 이루어진다.At this time, the thermoelectric element 10 constituting the unit power generation body 100 is composed of an N-type thermoelectric semiconductor (N), a P-type thermoelectric semiconductor (P), and a thermoelectric substrate (11). The thermoelectric substrate 11 is disposed to correspond to the high temperature portion and the low temperature portion. And a plurality of N-type thermoelectric semiconductors (N) and P-type thermoelectric semiconductors (P) are alternately disposed between the thermoelectric substrate (11). Here, the N-type thermoelectric semiconductor (N) and the P-type thermoelectric semiconductor (P) are electrically connected to each other by forming a metal plate connecting both ends on the inner surface of the thermoelectric substrate 11 . In particular, the N-type thermoelectric semiconductor (N) and the P-type thermoelectric semiconductor (P) are sequentially connected by a metal plate so that the current in the thermoelectric element 10 is connected in one direction to flow.

이러한 단위발전체(100)는 저온순환체(200)와 고온순환체(400) 사이에 삽입되어 압착되는 구조로, 단위발전체(100)의 양면이 저온순환체(200)와 고온순환체(400)에 각각 밀착되어 저온순환체(200)와 고온순환체(400)의 온도가 단위발전체(100)에 전달된다. 여기서 전달받은 고온과 저온에 의해 단위발전체(100)의 양면에 온도 차이가 발생하게 되며, 기전력이 발생하여 전류가 흐를 수 있게 된다. This unit power generation body 100 is inserted between the low-temperature circulating body 200 and the high-temperature circulating body 400 and having a compressed structure, and both sides of the unit power generating body 100 are the low-temperature circulating body 200 and the high-temperature circulating body (400). 400), the temperature of the low-temperature circulating body 200 and the high-temperature circulating body 400 is transmitted to the unit power generation body 100, respectively. Here, a temperature difference is generated on both sides of the unit power generation body 100 by the received high temperature and low temperature, and an electromotive force is generated so that a current can flow.

저온순환체(200)는 단위발전체(100)의 후면에 배치되어 단위발전체(100)의 저온부로 저온유체(A)의 온도를 전달하기 위한 것으로, 내부에 저온유체(A)가 순환되는 구조를 갖는다. 이러한 저온순환체(200)는 내부가 비어있는 박스의 형상으로 형성되어, 내부에 저온유체(A)가 유동할 수 있게 된다. 또한, 저온순환체(200)의 상부 타측에 유입구(201)와 상부 일측에 배출구(202)가 형성되어, 저온유체(A)의 유량과 온도 및 압력에 의해 저온유체(A)가 유입구(201)에서 배출구(202)로 이동하게 된다. The low-temperature circulation body 200 is disposed on the rear surface of the unit power generation body 100 to transfer the temperature of the low-temperature fluid A to the low-temperature part of the unit power generation body 100, and the low-temperature fluid A is circulated therein. have a structure The low-temperature circulation body 200 is formed in the shape of a box with an empty inside, so that the low-temperature fluid A can flow therein. In addition, an inlet 201 and an outlet 202 are formed on the other side of the upper side of the low-temperature circulation body 200, and the low-temperature fluid A is transferred to the inlet 201 by the flow rate, temperature and pressure of the low-temperature fluid A. ) is moved to the outlet 202 .

특히, 저온유체(A)의 유속이 빠른 경우에는 저온유체(A)가 단위발전체(100)의 내부를 순환하지 않고, 유입구(201)에서 배출구(202)방향으로 바로 배출되어 단위발전체(100)에 저온이 전달되지 않게 된다. 이러한 저온순환체(200)의 내부에서 저온유체(A)가 순환될 수 있도록 저온순환유도벽(300)이 갖추어진다. In particular, when the flow velocity of the low-temperature fluid A is high, the low-temperature fluid A does not circulate inside the unit power generation body 100, but is directly discharged from the inlet 201 to the outlet 202 in the direction of the unit power generation body ( 100), the low temperature is not transmitted. A low-temperature circulation guide wall 300 is provided so that the low-temperature fluid A can be circulated inside the low-temperature circulation body 200 .

저온순환유도벽(300)은 저온순환체(200)의 내부에 배치되어 저온유체(A)의 이동을 유도하는 것으로, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성된다. 이러한 저온순환유도벽(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 저온순환체(200)의 중앙에 수직되게 세워지고, 저온순환체(200)의 상부공간이 분리되게 하며, 하부공간이 연통되도록 배치된다. 이와 같은 저온순환유도벽(300)의 배치구조에 의해 저온유체(A)가 유입구(201)를 통해 상부 타측에서 유입되어 하방향으로 이동하고, 다시 상부 일측으로 이동하여 배출구(202)를 통해 배출된다. The low-temperature circulation guide wall 300 is disposed inside the low-temperature circulation body 200 to induce the movement of the low-temperature fluid A, and the wall is formed to separate the upper space. The low-temperature circulation inducing wall 300 is vertically erected in the center of the low-temperature circulation body 200 as shown in FIG. 4, allows the upper space of the low-temperature circulation body 200 to be separated, and is disposed so that the lower space communicates with it. do. Due to the arrangement structure of the low-temperature circulation induction wall 300 as described above, the low-temperature fluid A is introduced from the other side of the upper side through the inlet 201, moves downward, moves to the upper side again, and is discharged through the outlet 202. do.

고온순환체(400)는 단위발전체(100)의 전면에 배치되어 단위발전체(100)의 고온부로 고온가스(B)의 온도를 전달하기 위한 것으로, 내부에 고온가스(B)가 순환되는 구조를 갖는다. 이러한 고온순환체(400)는 내부가 비어있는 박스의 형상으로 형성되어, 상부 일측에 유입구(401)와 상부 타측에 배출구(402)가 갖추어질 수 있다. The high temperature circulation body 400 is disposed on the front side of the unit power generation body 100 to transfer the temperature of the high temperature gas (B) to the high temperature part of the unit power generation body 100, and the high temperature gas (B) is circulated therein. have a structure The high-temperature circulation body 400 is formed in the shape of a box with an empty inside, and an inlet 401 at one upper side and an outlet 402 at the other upper side may be provided.

특히, 고온순환체(400)의 내부를 유동하는 고온가스(B)는 저온순환체(200) 내부를 유동하는 저온유체(A)와 위치별 온도차가 일정하도록 저온유체(A)의 이동방향과 반대로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 고온순환체(400)와 단위발전체(100)가 맞닿는 전체면으로 고온가스(B)의 온도가 균일하게 분산될 수 있도록 고온가스(B)가 고온순환체(400)의 내부를 순환하면서 오랫동안 머무를 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. In particular, the high-temperature gas (B) flowing inside the high-temperature circulating body (400) and the low-temperature fluid (A) flowing inside the low-temperature circulating body (200) and the moving direction of the low-temperature fluid (A) so that the temperature difference by location is constant and Conversely, it is preferably formed. In addition, the high-temperature gas (B) circulates inside the high-temperature circulation body (400) so that the temperature of the high-temperature gas (B) can be uniformly distributed over the entire surface where the high-temperature circulation body 400 and the unit power generation body 100 are in contact. It is desirable to be formed so that it can stay for a long time while doing so.

고온순환유도벽(500)은 고온순환체(400)의 내부에 배치되어 고온가스(B)의 이동을 유도하는 것으로, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성된다. 이러한 고온순환유도벽(500)은 도 5에 도시된 바와 같이 스파이럴 형상의 이중벽이 형성되고, 고온순환체(400)의 유입구(401)에서 하부 중앙으로 배치된다. 이때, 고온가스(B)는 이중벽 사이를 따라 유입구(401)에서 하부 중앙으로 이동되면서 회전하여 유동하게 된다. 이러한 고온순환유도벽(500)은 스파이럴 형상 구조에 의해 고온가스(B)의 유동경로가 확장되어 오랫동안 고온순환체(400)의 내부에 머무를 수 있게 되며, 단위발전체(100)측으로 열전달을 향상시킬 수 있게 된다.The high temperature circulation guide wall 500 is disposed inside the high temperature circulation body 400 to induce the movement of the high temperature gas B, and the wall is formed to separate the upper space. As shown in FIG. 5 , the high-temperature circulation induction wall 500 is formed with a spiral-shaped double wall, and is disposed in the lower center at the inlet 401 of the high-temperature circulation body 400 . At this time, the hot gas (B) rotates and flows while moving from the inlet 401 to the lower center along the double wall. The high-temperature circulation inducing wall 500 has a spiral-shaped structure to expand the flow path of the high-temperature gas B so that it can stay inside the high-temperature circulation body 400 for a long time, and heat transfer to the unit power unit 100 is improved. be able to do

도 6을 참고하면, 고온순환유도벽(500)은 설정간격으로 관통된 복수의 슬릿(501)이 형성될 수 있다. 이러한 고온순환유도벽(500)의 슬릿(501)을 통해 고온가스(B)의 분산을 유도할 수 있게 된다. 이에 따라 고온가스(B)가 유동하지 않는 영역으로 고온가스(B)가 분산되어 균질성을 유지하도록 고온순환유도벽(500)의 해당 위치에 슬릿(501)을 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 6 , the high temperature circulation induction wall 500 may be formed with a plurality of slits 501 penetrating at set intervals. It is possible to induce the dispersion of the high-temperature gas (B) through the slit 501 of the high-temperature circulation inducing wall (500). Accordingly, it is preferable to form the slit 501 at the corresponding position of the high-temperature circulation induction wall 500 so that the high-temperature gas B is dispersed to a region where the high-temperature gas B does not flow to maintain homogeneity.

도 7을 참고하면, 보조유도벽(600)은 고온순환체(400)의 내부 중앙에서 고온순환체(400)의 배출구(402) 측으로 하향 기울어지게 배치되어, 고온가스(B)의 배출 경로를 확장시킨다. 이러한 보조유도벽(600)은 고온가스(B)가 고온순환유도벽(500)의 스파이럴 형상을 따라 순환한 후 배출구(402) 측으로 이동할 때 바로 배출되지 않고, 고온순환체(400)의 배출구(402) 측에 좀더 오래 머무를 수 있도록 유도한다. Referring to Figure 7, the auxiliary induction wall 600 is arranged to be inclined downward from the inner center of the high-temperature circulation body 400 toward the outlet 402 of the high-temperature circulation body 400, the discharge path of the high-temperature gas (B). expand This auxiliary induction wall 600 is not immediately discharged when the high-temperature gas B circulates along the spiral shape of the high-temperature circulation induction wall 500 and then moves to the outlet 402 side, but the outlet of the high-temperature circulation body 400 ( 402) to induce a longer stay on the side.

특히, 보조유도벽(600)은 고온순환체(400)의 배출구(402) 측과 대응되는 위치인 저온순환체(200)의 유입구(201) 측과의 온도 차이와, 고온순환체(400)의 유입구(401) 측과 대응되는 위치인 저온순환체(200)의 배출구(202) 측과의 온도 차이가 균일하도록 배출 이동경로를 유도하여 열전발전의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. In particular, the auxiliary induction wall 600 has a temperature difference with the inlet 201 side of the low-temperature circulation body 200, which is a position corresponding to the outlet 402 side of the high-temperature circulation body 400, and the high-temperature circulation body 400. It is possible to improve the efficiency of thermoelectric power generation by inducing an exhaust movement path so that the temperature difference with the outlet 202 side of the low-temperature circulation body 200, which is a position corresponding to the inlet 401 side of the , is uniform.

도 8을 참고하면, 열확장유도핀(700)은 핀 형상으로 형성되며, 고온순환체(400)의 내부에 복수 개가 수직 배치되어, 고온가스(B)와 접촉면적을 확장시켜 고온가스(B)의 분산을 유도하여 열을 균일하게 한다. 이때, 열확장유도핀(700)은 금속으로 이루어질 수 있으며, 고온가스(B)의 열이 열확장유도핀(700)에 전달되어 온도가 유지될 수 있도록 한다. Referring to FIG. 8 , the thermal expansion induction fin 700 is formed in a fin shape, and a plurality of them are vertically disposed inside the high-temperature circulation body 400 , to expand the contact area with the high-temperature gas B to expand the contact area with the high-temperature gas B ) to make the heat uniform by inducing the dispersion. At this time, the thermal expansion induction fin 700 may be made of metal, and the heat of the high temperature gas B is transferred to the thermal expansion induction fin 700 so that the temperature can be maintained.

열확장유도핀(700)은 고온순환유도벽(500)의 스파이럴 형상 구조에서 열이 균일하지 못한 영역에 보완하기 위해 설치될 수 있으며, 단위발전체(100)의 활용면적에 따라 열확장유도핀(700)의 갯수를 조절하여 선택적으로 장착할 수 있다. The thermal expansion guiding fin 700 may be installed to compensate for an area where heat is not uniform in the spiral-shaped structure of the high temperature circulation guiding wall 500 , and the thermal expansion guiding fins according to the utilization area of the unit power unit 100 . By adjusting the number of 700, it can be selectively installed.

이러한 열확장유도핀(700)은 보조유도벽(600)을 대체하여 배출구(402) 측으로 복수 개가 배치될 수 있으며, 고온가스(B) 배출시 접촉면적을 확장시킬 수 있다. 또한, 고온순환체(400)의 하부 양측에 열확장유도핀(700)을 배치하여, 고온가스(B)가 고온순환체(400)의 내부 가장자리까지 순환될 수 있도록 유도할 수 있다. A plurality of these thermal expansion guide fins 700 may be disposed toward the outlet 402 to replace the auxiliary guide wall 600, and the contact area may be expanded when the hot gas (B) is discharged. In addition, by disposing the thermal expansion guide fins 700 on both lower sides of the high-temperature circulation body 400, it is possible to induce the high-temperature gas (B) to circulate to the inner edge of the high-temperature circulation body 400 .

한편, 열확장유도핀(700)은 고온순환체(400)와 저온순환체(200)의 전체면에 균일하게 배치될 수 있으며, 고온순환체(400)와 저온순환체(200)의 내부간격이 유지되게 한다. 그리고 열전발전용 가스열교환기를 제작시 저온순환체(200)와 고온순환체(400) 사이에 단위발전체(100)를 삽입하여 압착하는 과정에서 압착강도를 견딜 수 있도록 하여, 고온순환체(400)의 구조적 강도를 향상시킬 수 있게 된다. On the other hand, the thermal expansion guide fin 700 may be uniformly disposed on the entire surface of the high-temperature circulating body 400 and the low-temperature circulating body 200 , and the internal spacing between the high-temperature circulating body 400 and the low-temperature circulating body 200 . to keep this In addition, when manufacturing a gas heat exchanger for thermoelectric power generation, the unit power generation body 100 is inserted between the low-temperature circulating body 200 and the high-temperature circulating body 400 to withstand the compression strength in the process of compression, and the high-temperature circulating body 400 is ) to improve the structural strength of the

이상과 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상은 가스열교환기의 고온순환체와 접하는 열전소자에 열이 균일하게 분산되도록 열교환기 내부에 고온순환유도벽을 형성하여 열전발전 효율을 향상시키는 열전발전용 가스열교환기를 제공하는 것임을 알 수 있다.As described above, the basic technical idea of the present invention is gas heat exchange for thermoelectric power generation that improves thermoelectric power generation efficiency by forming a high-temperature circulation inducing wall inside the heat exchanger so that heat is uniformly distributed to the thermoelectric elements in contact with the high-temperature circulating body of the gas heat exchanger. It can be seen that it provides a

이러한 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 따라서 본 발명의 범주는 다양한 변형 예들을 포함하도록 작성된 특허청구범위 내에서 해석되어야 할 것이다. Various modifications are possible by those of ordinary skill in the art within the scope of the basic technical spirit of the present invention, and therefore, the scope of the present invention should be interpreted within the claims prepared to include various modifications. will be.

A : 저온유체
B : 고온가스
N : N형 열전반도체
P : P형 열전반도체
10 : 열전소자
11 : 열전기판
100 : 단위발전체
200 : 저온순환체
201 : 유입구
202 : 배출구
300 : 저온순환유도벽
400 : 고온순환체
401 : 유입구
402 : 배출구
500 : 고온순환유도벽
501 : 슬릿
600 : 보조유도벽
700 : 열확장유도핀A : low temperature fluid
B: hot gas
N: N-type thermoelectric semiconductor
P : P-type thermoelectric semiconductor
10: thermoelectric element
11: thermoelectric board
100: unit power unit
200: low-temperature circulation body
201: inlet
202: outlet
300: low-temperature circulation guide wall
400: high-temperature circulation body
401: inlet
402: outlet
500: high temperature circulation guide wall
501: slit
600: auxiliary guide wall
700: thermal expansion guide fin

Claims (7)

복수의 열전소자가 수직평면상에 전기적으로 연결되어 배치되는 단위발전체;
상기 단위발전체의 후면에 배치되며, 상기 단위발전체의 후면으로 저온을 전달하는 저온순환체;
상기 단위발전체의 전면에 배치되며, 고온가스가 상부 일측의 유입구에서 유입되어 상부 타측의 배출구로 배출되고, 고온가스의 유동방향에 따라 상기 단위발전체의 전면으로 고온을 전달하는 고온순환체;
상기 고온순환체의 내부에 배치되며, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성되어 고온가스의 순환을 유도하는 고온순환유도벽;을 포함하되,
상기 고온순환유도벽은 스파이럴 형상의 이중벽이 형성되고, 상기 고온순환체의 유입구에서 하부 중앙으로 배치되며, 고온가스가 이중벽 사이를 따라 하부 중앙으로 이동되어 순환되게 하고,
상기 고온순환유도벽은 설정간격으로 복수의 슬릿이 형성되어, 상기 슬릿을 통해 고온가스의 분산을 유도하되,
상기 고온순환체의 내부 중앙에서 상기 고온순환체의 배출구측으로 하향 기울어지게 배치되어, 고온가스의 배출 경로를 확장시키는 보조유도벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전용 가스열교환기.a unit power unit in which a plurality of thermoelectric elements are electrically connected and disposed on a vertical plane;
a low-temperature circulation body disposed on the rear surface of the unit power generation body and transmitting a low temperature to the rear surface of the unit power generation body;
a high-temperature circulation body disposed on the front surface of the unit power generation body, the high-temperature gas is introduced from the inlet of one side of the upper side and discharged to the outlet of the other side of the upper side, and the high-temperature circulation body transmits the high temperature to the front surface of the unit power generation body according to the flow direction of the high-temperature gas;
A high-temperature circulation inducing wall is disposed inside the high-temperature circulation body, and a wall is formed to separate the upper space to induce circulation of the high-temperature gas;
The high-temperature circulation inducing wall has a spiral-shaped double wall, is disposed at the lower center at the inlet of the high-temperature circulation body, and moves the hot gas to the lower center along between the double walls to circulate,
The high-temperature circulation inducing wall is formed with a plurality of slits at set intervals to induce dispersion of the high-temperature gas through the slits,
The gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to claim 1, further comprising: an auxiliary induction wall which is inclined downwardly from the inner center of the high-temperature circulating body toward the outlet of the high-temperature circulating body to expand the discharge path of the high-temperature gas. 제1항에 있어서,
상기 저온순환체의 내부에 배치되며, 상부공간을 분리하도록 벽이 형성되어 저온유체의 순환을 유도하는 저온순환유도벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전용 가스열교환기.According to claim 1,
The gas heat exchanger for thermoelectric power generation according to claim 1, further comprising a low-temperature circulation inducing wall disposed inside the low-temperature circulation body and having a wall formed to separate the upper space to induce circulation of the low-temperature fluid. 제2항에 있어서,
상기 저온순환유도벽은,
중앙에 수직되게 세워지고, 상기 저온순환체의 상부공간이 분리되며 하부공간이 연통되도록 배치되고, 저온유체가 벽을 따라 하방향으로 이동되어 순환되게 하는 것을 특징으로 하는 열전발전용 가스열교환기.3. The method of claim 2,
The low-temperature circulation induction wall,
A gas heat exchanger for thermoelectric power generation, characterized in that it is erected vertically in the center, the upper space of the low-temperature circulating body is separated and the lower space is communicated, and the low-temperature fluid is moved downward along the wall to be circulated. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
핀 형상으로 형성되며, 상기 고온순환체의 설정지점에 복수 개가 수직 배치되어 상기 고온순환체의 내부공간 간격이 유지되게 하고, 고온가스와 접촉면적을 확장시켜 고온가스의 분산을 균일하게 유도하는 열확장유도핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전용 가스열교환기.According to claim 1,
It is formed in a fin shape, and a plurality of them are vertically arranged at the set point of the high-temperature circulating body to maintain the interval between the internal spaces of the high-temperature circulating body, and to expand the contact area with the high-temperature gas to uniformly induce the dispersion of the high-temperature gas. Gas heat exchanger for thermoelectric power generation, characterized in that it further comprises; expansion guide fins.
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