KR102472313B1 - 배기열 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는, 배기열이 배출되는 배기관로와 연결되어 배치되는 열 흡수관로; 상기 열 흡수관로와 적층 구조를 이루되, 대기 중의 공기가 유입되어 상기 열 흡수관로를 통과하는 배기열을 흡수하여 배출되도록 배치되는 열 회수관로; 상기 열 흡수관로와 상기 열 회수관로 사이에 배치되어 상기 배기열을 흡수하여 전류로 변환하도록 병렬 배치되는 복수 개의 열전소자; 상기 복수 개의 열전소자에 일대일로 대응 연결되어 배치되는 복수 개의 컨버터; 상기 복수 개의 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부 및 상기 복수 개의 열전소자로부터 상기 복수 개의 컨버터를 거쳐 상기 전류를 제공받아 전기 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 배기열 발전 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 배기열 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기열이 배출되는 배기관로와 연결되어 배기열을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 배기열 발전 장치에 관한 것이다.
난로 등의 난방 장치에서 배출되는 배기열은 일반적으로 폐열로 버려진다. 그러나 배기열은 상당한 열 에너지를 가지고 있으므로 에너지의 낭비를 막고 효율성을 높이기 위해서 이를 활용할 수 있는 방안이 요구된다.
근래에는 캠핑, 아웃도어 문화의 발전에 따라 기온이 낮은 겨울에도 캠핑, 차박 등을 즐기기 위한 각종 난방 장치에 대한 수요가 증가하고 있는데, 특히 차량의 시동을 걸지 않고도 난방을 가능하게 하는 무시동 히터 제품이 큰 인기를 얻고 있다. 상용차, 화물트럭, 버스 등에도 무시동 히터가 장착되는 경우도 늘어나고 있다.
일반적으로 무시동 히터는 차량의 연료를 난방 열원으로 사용하지만 구동을 위한 전원으로 차량의 배터리를 사용하게 된다. 다시 말하면, 무시동 히터를 작동시킬 경우 차량에 포함된 배터리의 전원을 지속적으로 소모하게 된다. 그러므로 무시동 히터를 장시간 사용할 경우 배터리의 과방전으로 인해 수명이 저하되고, 시동성이 나빠지게 된다.
이러한 상황 속에서 난로, 무시동 히터 등과 같은 난방 장치에서 배출되는 배기열의 열 에너지를 전기 에너지로 회수하는 방안이 고려될 수 있다. 구체적으로 양쪽 단부의 열 에너지의 차이가 있으면 전류가 흐르는 제백 효과(Seeback effect)를 이용한 발전이 고려될 수 있다.
이와 관련하여 열전소자를 이용한 전기 생산 장치가 제시되기도 한다. 그러나 열전소자를 이용한 종래의 전기 생산 장치의 경우 대부분 효율이 매우 낮고 열 에너지로부터 회수되는 전기 에너지가 미미하여 실질적으로 거의 활용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 난로, 무시동 히터 등과 같은 난방 장치에서 배출되는 배기열의 열 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 회수할 수 있는 배기열 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공간 효율성이 우수하고, 배선이 간편한 배기열 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 에너지의 생성에 사용되고 남은 배기열의 열 에너지를 난방에 재사용할 수 있게 해주는 배기열 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기열이 배출되는 배기관로와 연결되어 배치되는 열 흡수관로; 상기 열 흡수관로와 적층 구조를 이루되, 대기 중의 공기가 유입되어 상기 열 흡수관로를 통과하는 배기열을 흡수하여 배출되도록 배치되는 열 회수관로; 상기 열 흡수관로와 상기 열 회수관로 사이에 배치되어 상기 배기열을 흡수하여 전류로 변환하도록 병렬 배치되는 복수 개의 열전소자; 상기 복수 개의 열전소자에 일대일로 대응 연결되어 배치되는 복수 개의 컨버터; 상기 복수 개의 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부 및 상기 복수 개의 열전소자로부터 상기 복수 개의 컨버터를 거쳐 상기 전류를 제공받아 전기 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 배기열 발전 장치가 제공된다.
이때, 상기 열 흡수관로의 하부에 상기 열 회수관로가 배치되고, 상기 복수 개의 열전소자는 상기 열 흡수관로와 상기 열 회수관로 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 열 흡수관로의 하부 및 상기 열 회수관로의 상부는 평평하게 형성되고, 상기 복수 개의 열전소자는 상면이 상기 열 흡수관로의 하부에 접하고 하면이 상기 열 회수관로의 상부에 접하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 열전소자는 상기 열 흡수관로 및 상기 열 회수관로의 종방향을 따라 2열로 나란히 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 컨버터 및 상기 컨버터 제어부는 상기 열 회수관로의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 컨버터는 상기 컨버터 제어부의 제어에 따라 전압을 부스팅할 수 있다.
또한, 상기 컨버터 제어부는 각 상기 열전소자로부터 상기 에너지 저장부로 최대의 전류가 제공되도록 각 상기 컨버터를 제어하되, 각 상기 컨버터가 소정의 임계 전압 이상을 유지하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 배기열 발전 장치는, 상기 열 흡수관로의 유입구 측에 배치되는 배기 조절 벤트 및 상기 배기 조절 벤트를 제어하여 상기 열 흡수관로로 유입되는 배기열의 양을 조절하는 열 흡수 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기열 발전 장치는, 상기 배기관로를 통해 배출되는 배기열과 외부의 대기를 믹싱하는 믹싱 팬을 더 포함하고, 상기 열 흡수 제어부는 상기 배기 조절 벤트와 더불어 상기 믹싱 팬을 제어할 수 있다.
또한, 상기 배기열 발전 장치는, 상기 열 회수관로의 유입구 측에 배치되는 대류 팬 및 상기 대류 팬을 제어하여 상기 열 회수관로 내 공기 유동량 및 배출량을 조절하는 대류 팬 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배기열 발전 장치는 열 흡수관로와 열 회수관로 사이에 배치되어 열 흡수관로를 통과하는 배기열을 흡수하여 전류로 변환하도록 병렬 배치되는 복수 개의 열전소자 및 복수 개의 열전소자에 일대일로 대응 연결되어 배치되는 복수 개의 컨버터를 통해 배기열을 이용한 전기 에너지의 생산 및 저장이 효율적으로 이루어질 있게 해준다.
본 발명에 따른 배기열 발전 장치는 열 흡수관로, 열 회수관로 및 복수 개의 열전소자의 적층 구조를 통해 우수한 공간 효율성 및 배선의 간편함을 제공한다.
본 발명에 따른 배기열 발전 장치는 열 회수관로를 통과하며 데워진 공기를 난방에 재활용할 수 있게 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 분해 사시도를 다른 각도에서 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 A-A'단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 분해 사시도를 다른 각도에서 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 A-A'단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 도면에 도시된 구성 요소들과의 상관 관계를 설명하기 위해 공간적으로 상대적인 용어인 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부" 등이 사용될 수 있다. 이들은 도면 상 도시된 것을 기준으로 정하여진 상대적인 용어들로서 배향에 따라 위치 관계는 반대로 해석될 수도 있다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치의 일부 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 도 2의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 분해 사시도를 다른 각도에서 나타낸 도면이다. 한편, 도 5는 도 2의 A-A'단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 난로, 무시동 히터 등과 같은 난방 장치의 배기관로에 연결되어 난방 장치에서 배출되는 배기열을 에너지원으로 사용하여 전기 에너지를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치에 의할 경우 종래 난방 장치에서 배출되어 폐열로 버려지던 배기열을 활용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 열 흡수관로(10), 열 회수관로(20), 복수 개의 열전소자(30), 복수 개의 컨버터(40), 컨버터 제어부(50) 및 에너지 저장부(60)를 포함한다.
열 흡수관로(10)는 배기열이 배출되는 배기관로와 연결되어 배치된다. 이때, 배기관로는 난로, 무시동 히터 등과 같은 난방 장치에서 배기열을 배출하는 관로를 의미할 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 열 흡수관로(10)는 전체적으로 사각의 블록 형상을 가질 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 배기열이 유입되는 측을 전방으로 할 때, 열 흡수관로(10)는 전방으로 유입된 배기열이 내부를 유동하여 후방으로 배출되도록 내부에 유로가 형성되되 상부가 개방된 형태를 가지는 열 흡수관로 본체(11)와, 열 흡수관로 본체(11)의 개방된 상부를 커버하는 열 흡수관로 커버(12)를 포함할 수 있다.
열 흡수관로 본체(11)는 상기 배기관로와 연통되어 상기 배기열이 유입되도록 전방에 형성된 유입구(111), 유입구(111)로 유입된 배기열이 유동하도록 형성된 유로부(112) 및 유로부(112)를 통과한 배기열이 외부로 배출되도록 후방에 형성된 유출구(113)를 포함한다.
유로부(112)는 상기 배기열이 전방에서 후방으로 이동하되 좌우측 방향을 교번하여 진행하며 우회하도록 형성되어 있다. 또한, 유로부(112)는 유입구(111)를 통해 진입한 배기열의 경로가 2개로 분지되도록 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 유로부(112)가 이와 같이 이루어짐으로써 열 흡수관로 본체(11)의 하부면으로 상기 배기열의 열 에너지가 균일하게 분산되어 전달될 수 있다.
열 회수관로(20)는 열 흡수관로(10)와 적층 구조를 이루되, 대기 중의 공기가 유입되어 열 흡수관로(10)를 통과하는 배기열을 흡수하여 배출되도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 열 회수관로(20)는 열 흡수관로(10)의 하부에 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 열 회수관로(20)는 전체적으로 사각의 블록 형상을 가질 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 배기열이 유입되는 측을 전방으로 할 때, 열 회수관로(20)는 후방으로 유입된 공기가 내부를 유동하여 전방으로 배출되도록 내부에 유로가 형성되되 하부가 개방된 형태를 가지는 열 회수관로 본체(21)와, 열 회수관로 본체(21)의 개방된 하부를 커버하는 열 회수관로 커버(22)를 포함할 수 있다.
열 회수관로 본체(21)는 대기 중의 공기가 유입되도록 후방에 형성된 유입구(211), 유입구(211)로 유입된 공기가 유동하도록 형성된 유로부(212) 및 유로부(212)를 통과하며 데워진 공기가 외부로 배출되도록 전방에 형성된 유출구(213)를 포함한다.
유로부(212)는 상기 공기가 후방에서 전방으로 이동하되 좌우측 방향을 교번하여 진행하며 우회하도록 형성되어 있다. 또한, 유로부(212)는 유입구(211)를 통해 진입한 공기의 경로가 2개로 분지되도록 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 유로부(212)가 이와 같이 이루어짐으로써 유로부(212) 내를 유동하는 공기가 균일하게 열 에너지를 전달받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 열 회수관로 본체(21)는 열 흡수관로 본체(11)와 동일한 형상으로 이루어지되, 열 흡수관로 본체(11)와 상하 대칭을 이루며 배치될 수 있다.
이와 같은 배치를 통하여 열 흡수관로(10)를 통과하는 배기열은 열 회수관로(20)의 하부로 균일하게 열 에너지를 전달하고, 열 회수관로(20)를 통과하는 공기는 열 흡수관로(10)의 하부로 전달되는 열 에너지를 열 회수관로(20)의 상부를 통해 균일하게 전달받을 수 있다.
한편, 열 회수관로 커버(22)는 열 회수관로(20)의 개방된 하부를 폐쇄한다. 본 발명의 일 실시예에서, 열 회수관로 커버(22)는 열 회수관로(20)의 개방된 하부를 커버하는 형상으로 형성된 플레이트(221)와, 플레이트(221)의 하면에서 하부로 연장된 측벽(222)을 포함한다.
복수 개의 열전소자(30)는 열 흡수관로(10)와 열 회수관로(20) 사이에 배치되어 상기 배기열을 흡수하여 전류로 변환하도록 병렬 배치된다. 열전소자(30)는 양쪽 단부의 열 에너지의 차이가 있으면 전류가 흐르는 제백 효과(Seeback effect)를 통해 전류를 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수 개의 열전소자(30)는 열 흡수관로(10)와 열 회수관로(20) 사이에 배치될 수 있다. 더욱 상세하게, 열 흡수관로(10)의 하부 및 열 회수관로(20)의 상부는 평평하게 형성되고, 복수 개의 열전소자(30)는 상면이 열 흡수관로(10)의 하부에 접하고 하면이 열 회수관로(20)의 상부에 접하여 배치될 수 있다.
이때, 열전소자(30)는 사각의 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 각 열전소자(30)의 상면과 하면은 열 흡수관로(10)의 하부 및 열 회수관로(20)의 상부에 각각 최대의 접촉 면적을 확보하며 배치될 수 있으며, 복수 개의 열전소자(30)를 최대한 조밀하게 배치할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수 개의 열전소자(30)는 열 흡수관로(10) 및 열 회수관로(20)의 종방향을 따라 2열로 나란히 배치되어 있다. 더욱 상세하게, 열전소자(30)는 4개씩 나란히 총 8개가 배치되어 있다. 물론, 열전소자(30)의 배치 형태 및 개수는 예시적인 것이며, 열전소자(30)와 열 흡수관로(10) 및 열 회수관로(20) 사이의 접촉 면적 및 열전소자(30)의 크기 등에 따라 열전소자(30)의 배치 형태 및 개수는 달라질 수 있다.
복수 개의 컨버터(40)는 복수 개의 열전소자(30)에 일대일로 대응 연결되어 배치된다. 복수 개의 컨버터(40)는 컨버터 제어부(50)의 제어에 따라 전압을 부스팅할 수 있다. 각 컨버터(40)는 DC 컨버터로 이루어질 수 있다. 복수 개의 컨버터(40)를 통해 전압이 부스팅됨으로써 에너지 저장부(60)에 전기 에너지의 저장이 원활히 이루어질 수 있다.
각 컨버터(40)는 컨버터 제어부(50)의 제어에 따라 자신과 일대일로 대응 연결된 열전소자(30)로부터 에너지 저장부(60)로 최대의 전류가 제공되도록 작동한다. 이때, 각 컨버터(40)는 소정의 임계 전압 이상을 유지할 수 있다.
여기서, 소정의 임계 전압은 에너지 저장부(60)로의 전류의 흐름 및 전기 에너지의 저장이 가능하게 하는 최소한의 전위차를 의미할 수 있다. 소정의 임계 전압은 에너지 저장부(60)의 전기 에너지 저장이 누적되는 과정에서 얻어지는 데이터를 학습하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 소정의 임계 전압은 0.7V~1.2V 사이에서 결정될 수 있다.
컨버터 제어부(50)는 복수 개의 컨버터(40)를 제어한다. 컨버터 제어부(50)는 복수 개의 컨버터(40) 각각을 개별적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 컨버터 제어부(50)는 각 열전소자(30)로부터 에너지 저장부(60)로 최대의 전류가 제공되도록 각 컨버터(40)를 제어하되, 각 컨버터(40)가 소정의 임계 전압 이상을 유지하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수 개의 열전소자(30)는 직렬로 연결되지 않고 병렬로 배치된다. 이를 통해 에너지 저장부(60)로 유입되는 전류의 양을 늘릴 수 있다. 다만, 복수 개의 열전소자(30)가 병렬 연결될 경우 에너지 저장부(60)로의 전류 유입 및 전기 에너지 저장을 위한 전위차 형성이 어려울 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 의할 경우 복수 개의 컨버터(40)가 복수 개의 열전소자(30)에 일대일로 대응되어 배치되어 전압 부스팅을 수행함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50)는 열 회수관로(20)의 하부에 배치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50)는 열 회수관로 커버(22)의 하부에 형성된 수용 공간 내에 배치될 수 있다. 더 나아가 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50)는 상기 수용 공간에 배치되는 인쇄회로기판(미도시) 상에 구비될 수 있다.
에너지 저장부(60)는 복수 개의 열전소자로부터 상기 복수 개의 컨버터를 거쳐 상기 전류를 제공받아 전기 에너지로 저장한다. 에너지 저장부(60)는 전기 에너지를 저장하는 전지(예를 들면, 2차 전지)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 에너지 저장부(60)는 전지와 더불어 전류 센서 및 DC-DC 컨버터 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 복수 개의 열전소자(30)와 연결된 전압/전류 센서(70)를 더 포함할 수 있다. 전압/전류 센서(70)는 복수 개의 열전소자(30)에서 발생하는 전류 및/또는 전압을 센싱한다. 전압/전류 센서(70)에 의해 센싱된 열전소자(30)의 전류 및/또는 전압은 컨버터 제어부(50)로 전달되어 제어를 위한 자료로 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 앞서 살펴본 구성들 외에 열 회수관로(20) 내 공기 유동량 및 배출량을 조절하기 위해, 대류 팬(80), 대류 팬 제어부(90), 유입구측 온도 센서(100), 유출구측 온도 센서(110) 및 대기 온도 센서(120)를 더 포함할 수 있다.
대류 팬(80)은 열 회수관로(20)의 유입구(211) 측에 배치된다. 대류 팬(80)은 대류 팬 제어부(90)의 제어에 따라 회전 속도가 조절된다. 대류 팬(80)의 회전 속도에 따라 열 회수관로(20) 내로 유입되어 유동하는 공기 유동량, 열 회수관로(20)의 외부로 배출되는 공기의 배출량이 달라진다.
열 회수관로(20) 내로 유입된 공기는 열 흡수관로(10)로 유입된 배기열 가운데 복수 개의 열전소자(30)로 전달되어 전력 생산에 활용된 열을 제외하고 나머지를 전달받을 수 있다. 열 회수관로(20) 내로 유입된 공기는 전달되는 배기열을 통해 데워져서 외부로 배출되며, 난방 용도로 재활용될 수 있다.
대류 팬 제어부(90)는 대류 팬(80)을 제어하여 열 회수관로(20) 내 공기 유동량 및 배출량을 조절한다. 대류 팬 제어부(90)는 설정된 난방 온도 등에 맞추어 대류 팬(80)을 제어할 수 있다.
유입구측 온도 센서(100)는 열 회수관로(20)의 유입구(211)측에 배치되어 유입구(211)측의 온도를 측정한다. 유출구측 온도 센서(110)는 열 회수관로(20)의 유출구(213)측에 배치되어 유출구(213)측의 온도를 측정한다. 또한, 대기 온도 센서(120)는 열 회수관로(20)의 외부에 배치되어 열 회수관로(20) 주변의 대기 온도를 측정할 수 있다.
유입구측 온도 센서(100), 유출구측 온도 센서(110) 및 대기 온도 센서(120)에 의해 측정된 온도 정보는 대류 팬 제어부(90)로 전달될 수 있다. 다시 말하면, 대류 팬 제어부(90)는 유입구측 온도 센서(100), 유출구측 온도 센서(110) 및 대기 온도 센서(120)에 의해 측정된 온도 정보를 대류 팬(80)의 제어에 활용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 전술한 구성들 외에 열 흡수관로(10)로 유입되는 배기열의 양을 조절하기 위해, 배기 조절 벤트(130), 믹싱 팬(140), 열 흡수 제어부(150), 유입구측 온도 센서(160) 및 유출구측 온도 센서(170)를 더 포함할 수 있다.
배기 조절 벤트(130)는 열 흡수관로(10)의 유입구(111)측에 배치된다. 배기 조절 벤트(130)는 열 흡수 제어부(150)의 제어에 따라서 유입구(111)의 단면적을 조절하여 배기관로를 통해 열 흡수관로(10)로 유입되는 배기열의 양을 조절할 수 있다.
믹싱 팬(140)은 배기관로를 통해 배출되는 배기열과 외부의 대기를 믹싱한다. 믹싱 팬(140)은 열 흡수관로(10)의 주변에 배치될 수 있다. 믹싱 팬(140)은 열 흡수 제어부(150)의 제어에 따라서 배기관로를 통해 배출되는 배기열과 외부의 대기를 믹싱함으로써 열 흡수관로(10)로 유입되는 배기열의 양을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에서, 믹싱 팬(140)은 배기 조절 벤트(130)만으로 열 흡수관로(10)로 유입되는 배기열의 조절이 어려울 때 보조적으로 작동하도록 구비될 수 있다.
열 흡수 제어부(150)는 배기 조절 벤트(130)를 제어하여 열 흡수관로(10)로 유입되는 배기열의 양을 조절한다. 또한, 열 흡수 제어부(150)는 배기 조절 벤트(130)와 더불어 믹싱 팬(140)을 제어할 수 있다.
유입구측 온도 센서(160)는 열 흡수관로(10)의 유입구(111)측에 배치되어 유입구(111)측의 온도를 측정한다. 유출구측 온도 센서(170)는 열 흡수관로(10)의 유출구(113)측에 배치되어 유출구(113)측의 온도를 측정한다.
유입구측 온도 센서(160) 및 유출구측 온도 센서(170)에 의해 측정된 온도 정보는 열 흡수 제어부(150)로 전달될 수 있다. 즉, 열 흡수 제어부(150)는 유입구측 온도 센서(160) 및 유출구측 온도 센서(170)에 의해 측정된 온도 정보를 배기 조절 벤트(130) 및/또는 믹싱 팬(140)의 제어에 활용할 수 있다.
도 2 내지 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 발전 장치는 열 흡수관로(10), 열 회수관로(20) 및 복수 개의 열전소자(30)를 적층 배치하고, 외부의 충격, 습기, 이물질 등으로부터 보호하는 케이스(1000)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 케이스(1000)는 하부 케이스(1100) 및 상부 케이스(1200)를 포함할 수 있다. 하부 케이스(1100)는 상부가 개방된 용기로 형성되고, 상부 케이스(1200)는 하부가 개방된 용기로 형성되어 하부 케이스(1100)와 상부 케이스(1200)가 결합된 상태에서 내부에 배치 공간이 형성된다.
케이스(1000) 내부에 형성되는 배치 공간에는 열 흡수관로(10), 열 회수관로(20) 및 복수 개의 열전소자(30)가 적층 구조를 이루며 배치될 수 있다. 더욱 상세하게, 배치 공간의 바닥면에서 일정 높이 이격된 위치에 열 회수관로(20)가 배치되고, 열 회수관로(20) 상면에 복수 개의 열전소자(30)가 배치되며, 복수 개의 열전소자(30) 위에 열 흡수관로(10)가 배치된다.
하부 케이스(1100)는 전방과 후방에 하측으로 만입된 만입부(1110)를 포함하고, 상부 케이스(1200)는 전방과 후방에 상측으로 만입된 만입부(1210)를 포함한다. 하부 케이스(1100)와 상부 케이스(1200)가 결합된 상태에서 만입부(1110, 1210)는 열 흡수관로(10)의 유입구(111) 및 유출구(113), 열 회수관로(20)의 유입구(211) 및 유출구(213)가 노출되는 장공을 형성한다.
한편, 하부 케이스(1100)는 바닥면에서 상부로 돌출된 격벽(1130)을 포함한다. 격벽(1130)에 의해 둘러싸인 공간의 상부에는 열 회수관로 커버(22)가 배치될 수 있다. 즉, 하부 케이스(1100)의 내부에는 격벽(1130)에 의해 둘러싸인 별도의 수용 공간이 구획될 수 있으며, 상기 수용 공간의 상부에 열 회수관로(20)가 배치될 수 있다.
상기 수용 공간에는 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50) 등의 구성이 배치될 수 있다. 더욱 상세하게, 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50) 등은 상기 수용 공간에 배치되는 인쇄회로기판(미도시) 상에 구비될 수 있다.
상기 수용 공간 내에 복수 개의 컨버터(40) 및 컨버터 제어부(50) 등의 구성이 배치될 경우 복수 개의 열전소자(30) 등과의 연결을 위한 배선이 상기 수용 공간 외부로 인출될 필요가 있다. 이러한 배선을 위하여 상기 수용 공간을 구획하는 격벽(1130)은 하측으로 함입 형성된 하나 이상의 만입부(1140)를 가질 수 있다.
또한, 상기 수용 공간을 구획하는 격벽(1130)의 상단에는 열 회수관로 커버(22)의 측벽(222)이 삽입될 수 있도록 삽입홈(1150)이 구비될 수 있다. 열 회수관로 커버(22)의 측벽(222)이 삽입홈(1150)에 삽입되어 고정될 경우 열 회수관로(20)가 케이스(1000) 내에서 안정적으로 고정될 수 있으며, 이에 따라 열 회수관로(20), 복수 개의 열전소자(30) 및 열 흡수관로(10)의 적층 구조가 안정적으로 유지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상부 케이스(1200)는 상면에 통공(1220)을 구비한다. 통공(1220)에는 믹싱 팬(140)이 삽입 배치될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열을 흡수하여 전류로 변환하는 열전소자(30) 복수개를 병렬 배치하되 복수 개의 열전소자(30)와 일대일로 대응되어 배치되는 컨버터(40)를 통해 배기열을 이용한 전기 에너지의 생산이 효율적으로 이루어질 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이스(1000) 내에 열 흡수관로(10), 열 회수관로(20) 및 복수 개의 열전소자(30)의 적층 구조를 용이하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라 컨버터(40) 및 컨터버 제어부(50) 등의 배치 및 배선을 효율적으로 구현할 수 있다. 더 나아가 케이스(1000)를 통해 외부 충격, 수분, 이물질 등으로부터 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 열 흡수관로 20: 열 회수관로
30: 열전소자 40: 복수 개의 컨버터
50: 컨버터 제어부
30: 열전소자 40: 복수 개의 컨버터
50: 컨버터 제어부
Claims (10)
- 배기열이 배출되는 배기관로와 연결되어 배치되는 열 흡수관로;
상기 열 흡수관로와 적층 구조를 이루되, 대기 중의 공기가 유입되어 상기 열 흡수관로를 통과하는 배기열을 흡수하여 배출되도록 배치되는 열 회수관로;
상기 열 흡수관로와 상기 열 회수관로 사이에 배치되어 상기 배기열을 흡수하여 전류로 변환하도록 병렬 배치되는 복수 개의 열전소자;
상기 복수 개의 열전소자에 일대일로 대응 연결되어 배치되는 복수 개의 컨버터;
상기 복수 개의 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부;
상기 복수 개의 열전소자로부터 상기 복수 개의 컨버터를 거쳐 상기 전류를 제공받아 전기 에너지로 저장하는 에너지 저장부;
상기 열 흡수관로의 유입구 측에 배치되는 배기 조절 벤트;
상기 배기 조절 벤트를 제어하여 상기 열 흡수관로로 유입되는 배기열의 양을 조절하는 열 흡수 제어부 및
상기 배기관로를 통해 배출되는 배기열과 외부의 대기를 믹싱하는 믹싱 팬을 포함하고,
상기 열 흡수 제어부는 상기 배기 조절 벤트와 더불어 상기 믹싱 팬을 제어하는 배기열 발전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 흡수관로의 하부에 상기 열 회수관로가 배치되고, 상기 복수 개의 열전소자는 상기 열 흡수관로와 상기 열 회수관로 사이에 배치되는 배기열 발전 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 열 흡수관로의 하부 및 상기 열 회수관로의 상부는 평평하게 형성되고, 상기 복수 개의 열전소자는 상면이 상기 열 흡수관로의 하부에 접하고 하면이 상기 열 회수관로의 상부에 접하여 배치되는 배기열 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 복수 개의 열전소자는 상기 열 흡수관로 및 상기 열 회수관로의 종방향을 따라 2열로 나란히 배치되는 배기열 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 복수 개의 컨버터 및 상기 컨버터 제어부는 상기 열 회수관로의 하부에 배치되는 배기열 발전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 컨버터는 상기 컨버터 제어부의 제어에 따라 전압을 부스팅하는 배기열 발전 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는 각 상기 열전소자로부터 상기 에너지 저장부로 최대의 전류가 제공되도록 각 상기 컨버터를 제어하되, 각 상기 컨버터가 소정의 임계 전압 이상을 유지하도록 제어하는 배기열 발전 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열 회수관로의 유입구 측에 배치되는 대류 팬 및
상기 대류 팬을 제어하여 상기 열 회수관로 내 공기 유동량 및 배출량을 조절하는 대류 팬 제어부를 더 포함하는 배기열 발전 장치.
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