KR102515283B1 - 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템 - Google Patents

유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102515283B1
KR102515283B1 KR1020210076291A KR20210076291A KR102515283B1 KR 102515283 B1 KR102515283 B1 KR 102515283B1 KR 1020210076291 A KR1020210076291 A KR 1020210076291A KR 20210076291 A KR20210076291 A KR 20210076291A KR 102515283 B1 KR102515283 B1 KR 102515283B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
thermoelectric element
pipe
base plate
power
Prior art date
Application number
KR1020210076291A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220167136A (ko
Inventor
김재학
주기철
Original Assignee
주식회사 신안정보통신
주기철
김재학
주식회사 쎄텍
주식회사 스카이허브
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 신안정보통신, 주기철, 김재학, 주식회사 쎄텍, 주식회사 스카이허브 filed Critical 주식회사 신안정보통신
Priority to KR1020210076291A priority Critical patent/KR102515283B1/ko
Publication of KR20220167136A publication Critical patent/KR20220167136A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102515283B1 publication Critical patent/KR102515283B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치 및 시스템이 개시되며, 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치는, 유체가 흐르는 배관의 외주면을 따라 배치되는 복수의 열전 소자 모듈을 포함하고, 상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은, 상기 유체의 열이 전달되도록 상기 배관의 중심축을 향하는 일측 방향으로 배치되는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트로부터 상기 배관의 중심축으로부터 멀어지는 타측 방향을 향하여 연장되고, 상기 베이스 플레이트에 대하여 상대적으로 저온 상태인 복수의 방열판을 포함할 수 있다.

Description

유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템{MODULAR THERMOELECTRIC POWER GENERATION DEVICE WITH CHAIN STRUCTURE FOR EASY MAINTENANCE AND SYSTEM FOR THERMOELECTRIC POWER GENERATION INCLUDING THE SAME}
본원은 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치 및 시스템에 관한 것이다.
본 연구는 2019년도 제3차 경기도기술개발사업(경기도)의 연구과제명 "유지보수가 용이한 체인 구조의 소형 열전 발전 시스템 개발" 과제의 연구비에 의해 지원되었다(연구관리전문기관: 경기도경제과학진흥원, 과제고유번호: D202027, 주관기관: ㈜신안정보통신, 연구기간: 2020.02.01 ~ 2021.05.31).
전기와 열이 일련의 반도체 결합만으로 직접 변환되어 직류전원을 생산할 수 있는 현상인 ‘열전(Thermoelectric) 변환기술'은 최근 들어 고비용의 전기에너지 의존성이 지속적으로 커지고 있는 추세에 힘입어, 친환경적인 전기 생산 기법의 개발 필요성 및 열에너지 등의 재사용 필요성이 점차 커짐에 따라 그 관심도가 높아지고 있다.
이와 관련하여, 열전 발전 장치는 구체적으로 서로 다른 두 금속을 접합하여 전기회로 구성 시 뜨거운 금속과 차가운 금속 사이 온도차로 인해 회로에 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상인 제베크 효과(Seebeck Effect)를 통해 폐열로부터 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 이러한 열전 발전 장치는 폐열이 배출되는 배관 등을 따라 다수의 열전 모듈을 밀착되게 배치하고, 고온부와 저온부 간의 온도차를 확보하게 된다.
그러나, 종래의 열전 발전 장치는 다양한 직경으로 구비되는 폐열이 배출되는 열배관 등에 폭넓게 대응할 수 없었으며, 배관에 대한 설치 과정 및 배관으로부터의 분리 과정이 다소 복잡하여 유지 보수가 어려운 한계가 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1860628호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 열배관 직경에 능동적으로 대응할 수 있고, 열전 소자 모듈 간의 결합 및 분리가 쉽게 이루어질 수 있어 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치 및 시스템을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치는, 유체가 흐르는 배관의 외주면을 따라 배치되는 복수의 열전 소자 모듈을 포함하고, 상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은, 상기 유체의 열이 전달되도록 상기 배관의 중심축을 향하는 일측 방향으로 배치되는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트로부터 상기 배관의 중심축으로부터 멀어지는 타측 방향을 향하여 연장되고, 상기 베이스 플레이트에 대하여 상대적으로 저온 상태인 복수의 방열판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은, 상기 베이스 플레이트와 상기 복수의 방열판 사이의 온도차를 통하여 전력을 생산할 수 있다.
또한, 상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은, 상기 배관의 외주면을 따라 양방향으로 이웃하는 이웃 열전 소자 모듈과의 결합을 위한 접속부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 접속부는, 상기 베이스 플레이트와 상기 배관 사이에 개재될 수 있다.
또한, 상기 접속부는, 상기 베이스 플레이트 및 상기 복수의 방열판의 결합체와 나사 결합을 통해 체결될 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치는, 상기 복수의 열전 소자 모듈이 상기 배관의 직경에 대응하는 체인 형상으로 연결되도록 한 쌍의 열전 소자 모듈에 대한 한 쌍의 상기 접속부를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 방열판의 면적 및 적층 수 중 적어도 하나는, 상기 배관의 직경에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 복수의 열전 소자 모듈 중 적어도 하나에는, 상기 복수의 열전 소자 모듈 중 적어도 일부를 상호 접속하거나 상기 열전 발전 장치에 의해 생산된 전력을 외부로 전달하기 위한 케이블이 접속되는 케이블 접속부가 형성될 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템은, 상기 열전 발전 장치, 상기 열전 발전 장치로부터 생산된 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하는 전력조절장치 및 상기 전력을 교류 전원으로 변환하여 소정의 부하로 전달하는 인버터를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 다양한 열배관 직경에 능동적으로 대응할 수 있고, 열전 소자 모듈 간의 결합 및 분리가 쉽게 이루어질 수 있어 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템의 회로도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 사시도이다.
도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치에 포함되는 열전 소자 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 4c는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 고정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 세부 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 케이블 접속부를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
참고로, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치에 관련된 용어(일측 방향, 타측 방향, 전후 방향, 수평 방향 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설명한 것이다. 예를 들면, 도 4a에서 보았을 때 일측 방향은 도 4a에 도시된 점선에 따른 방향 중 내측을 향하는 방향이고, 도 4a에서 보았을 때 타측 방향은 도 4a에 도시된 점선에 따른 방향 중 외측을 향하는 방향일 수 있다. 또한, 도 4a에서 보았을 때, 수평 방향은 도 4a 기준 3시에서 9시방향일 수 있다. 또한, 도 4a에서 보았을 때 전후 방향은 도면의 법선 방향일 수 있다.
다만, 이러한 방향 설정은 본원 장치의 배치 상태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 필요에 따라서는 도 4a 기준 도면의 법선 방향이 일측 방향 또는 타측 방향을 향하도록 본원 장치가 배치될 수 있고, 다른 예로 도 4a 기준 일측 방향 또는 타측 방향이 비스듬한 경사 방향을 향하도록 본원 장치가 배치될 수 있다.
본원은 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 장치 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 열전 발전 시스템(10)은, 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치(100)(이하, '열전 발전 장치(100)'라 한다.), 전력조절장치(200), 에너지 저장 시스템(210), 인버터(300), 모니터링 시스템(310) 및 사용자 단말(400)을 포함할 수 있다.
열전 발전 장치(100), 전력조절장치(200), 에너지 저장 시스템(210), 인버터(300), 모니터링 시스템(310) 및 사용자 단말(400) 상호간은 네트워크(20)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(미도시)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(미도시)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
사용자 단말(400)은 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.
본원의 실시예에 관한 설명에서, 전력조절장치(200)는 열전 발전 장치(100)로부터 생산된 전력을 에너지 저장 시스템(210)에 저장하거나 인버터(300)로 전달하기 위한 전력 디바이스일 수 있다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명에서, 인버터(300)는 열전 발전 장치(100) 또는 전력조절장치(200)로부터 전달된 전력을 교류 전원으로 변환하여 소정의 부하로 전달하는 디바이스일 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 열전 발전 장치(100)에 의해 생산된 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템(210)은 Energy Storage System(ESS), Electric Power Storage System, 배터리 뱅크(Battery bank) 등으로 달리 지칭될 수 있다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명에서, 모니터링 시스템(310)은 열전 발전 시스템(10)을 이루는 하위 구성인 열전 발전 장치(100), 전력조절장치(200), 에너지 저장 시스템(210), 인버터(300) 등의 발전 정보, 저장 전력 정보, 고장 이력 정보, 전류/전압/전력 센싱 정보, 구동 환경 정보 등을 포함하는 각종 상태 정보를 획득하여 열전 발전 시스템(10)의 정상 구동 여부를 모니터링 하기 위한 관제 디바이스일 수 있다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명에서 사용자 단말(400)은 열전 발전 시스템(10)과 연계된 관리자/작업자 등이 보유한 단말로서, 모니터링 시스템(310)이 보유한 각종 상태 정보와 상태 정보에 따른 경고 알람 등을 출력하여 관리자/작업자 등이 열전 발전 시스템(10)의 상태에 따른 적절한 조치를 취할 수 있도록 소정의 정보를 출력하는 디바이스일 수 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템의 회로도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 열전 발전 시스템(10)은 이하에서 상세히 후술하는 열전 발전 장치(100) 또는 열전 발전 장치(100)에 포함된 하위 모듈인 열전 소자 모듈(1)을 복수 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 목적하는 전류 수준 및 전압 수준에 따른 전력을 생산하는 것일 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 열전 발전 장치(100)에 의해 목적하는 전류 수준 및 전압 수준에 부합하도록 생산된 전력은 인버터(300)를 통해 DC/AC 변환되고, 에너지 저장 시스템(210)에 저장되거나 소정의 부하로 전달되는 것일 수 있다.
한편, 본원의 일시예에 따르면, 열전 발전 장치(100)를 통해 생산되는 전력의 출력 레벨은, 각각의 열전 소자 모듈(1)마다 적용되는 제1임계 전력 및 각각의 열전 발전 장치(100)마다 적용되는 제2임계 전력을 포함하는 복수의 레벨로 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 본원의 일 실시예에 따르면, 제1임계 전력은 1.7W로 설정되고, 제2임계 전력은 12W로 설정되는 것일 수 있으나, 이는 예시적인 수치로 이해됨이 바람직하며, 본원의 구현예에 따라 복수의 레벨로 설정되는 임계 전력은 열전 발전 장치(100)의 규격 또는 열전 발전 장치(100)가 배치되는 배관(2)의 규격, 열전 발전 장치(100)에 포함된 열전 소자 모듈(1)의 수 등에 기초하여 상이한 값으로 설정되는 것일 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 열전 발전 장치(100)의 구조 및 기능에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 사시도이고, 도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 개략적인 구성도이고, 도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치에 포함되는 열전 소자 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3 내지 도 4b를 참조하면, 열전 발전 장치(100)는 유체가 흐르는 배관(2)의 외주면을 따라 배치되는 복수의 열전 소자 모듈(1)을 포함할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 4b를 참조하면, 복수의 열전 소자 모듈(1) 각각은, 베이스 플레이트(110), 복수의 방열판(120), 접속부(130) 및 고정부(150)를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(110)는 배관(2) 내측을 흐르는 유체의 열이 전달되도록 배관(2)의 중심축을 향하는 일측 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 복수의 방열판(120)은 베이스 플레이트(110)로부터 배관(2)의 중심축으로부터 멀어지는 타측 방향을 향하여 연장되고, 베이스 플레이트(110)에 비하여 상대적으로 저온인 상태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방열판(120)은 배관(2)의 중심축 또는 베이스 플레이트(110)로부터 멀어지는 타측 방향을 따라서 나란히 적층되는 것일 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따르면, 베이스 플레이트(110)는 배관(2)을 흐르는 유체로부터 전달되는 열을 배관(2)의 외주면에 대한 물리적인 접촉을 통해 효율적으로 전달받을 수 있도록 열전도도가 높은 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(110)는 열전도도가 높은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 및 구리가 혼합된 합금 등의 소재(재질)로 구비되는 것일 수 있다.
또한, 복수의 방열판(120)은 열전 발전 장치(100)의 외부 공기와의 접촉을 통해 베이스 플레이트(110)에 비하여 상대적으로 용이하게 저온 상태가 될 수 있도록 열전도도가 높은 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방열판(120) 각각은 열전도도가 높은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 및 구리가 혼합된 합금 등의 소재(재질)로 구비되는 것일 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 베이스 플레이트(110)와 복수의 방열판(120)은 일체로 구비되되, 배관(2)에 대한 상대적인 위치 차이, 온도 차이 등을 기준으로 개념적으로 구분하여 지칭되는 것일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 복수의 열전 소자 모듈(1) 각각은 베이스 플레이트(110)와 복수의 방열판(120) 사이의 온도차를 통하여 제백 효과(Seebeck Effect)에 의해 전력을 생산하는 것일 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따르면, 복수의 방열판(120) 각각의 면적 및 적층 수 중 적어도 하나는, 배관(2)의 직경에 기초하여 결정되는 것일 수 있다.
예를 들어, 상대적으로 직경이 큰 배관(2)에 대응하여 설치되는 열전 소자 모듈(1)의 방열판(120)은 각각의 면적 또는 적층 수가 상대적으로 직경이 작은 배관(2)에 대응하여 설치되는 열전 소자 모듈(1)의 방열판(120)의 타측 방향으로의 각각의 면적 또는 적층 수 대비 크게 설정되는 것일 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 열전 소자 모듈(1)에 포함된 복수의 방열판(120) 각각은 배관(2)의 직경에 대응하여 방열판(120)의 배치 수가 가변되도록 베이스 플레이트(110)로부터 일부가 분리되거나 베이스 플레이트(110)에 대하여 추가로 배치되도록 베이스 플레이트(110)에 대하여 착탈식으로 구비될 수 있다. 또한, 이에 대응하여, 베이스 플레이트(110)는 배관(2)의 직경에 대응하여 배관(2)의 외주면에 보다 밀착할 수 있는 다각 형상에 부합하도록 복수의 열전 소자 모듈(1)이 배치될 수 있도록 수평 방향 길이가 가변되도록 설계될 수 있다.
접속부(130)는 소정의 열전 소자 모듈(1)이 배관(2)의 외주면을 따라 양방향으로 이웃하는 이웃 열전 소자 모듈(1)과 결합할 수 있도록 구비되는 구성일 수 있다. 보다 구체적으로, 본원의 일 실시예에 따른 접속부(130)는 베이스 플레이트(110)와 배관(2) 사이에 개재되고, 한 쌍의 체결 부재(미도시)가 양단에 각각 관통 삽입되는 방식으로 이웃 열전 소자 모듈(1)과 결합되도록 하는 홀(13a, 13b)이 배관(2)의 외주면에 대응하는 양단에 형성된 형태로 구비될 수 있다.
달리 말해, 접속부(130)는 베이스 플레이트(110)의 하면에 배치되고, 수평 방향을 기준으로 양단에 홀이 형성됨으로써, 소정의 열전 소자 모듈(1)의 접속부(130)의 수평 방향 일방향 단부에 형성된 홀(13a)과 해당 열전 소자 모듈(1)과 배관(2)의 외주면을 따라 이웃한 이웃 열전 소자 모듈(1)의 접속부(130)의 수평 방향 타방향 단부에 형성된 홀(13b)이 상호 중첩된 상태에서 체결 부재(미도시)가 두 홀(13a, 13b)을 관통하도록 삽입됨으로써 두 열전 소자 모듈(1)이 상호 연결되는 것일 수 있다.
또한, 접속부(130)는 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체와 나사 결합을 통해 체결되는 것일 수 있다. 예를 들어, 접속부(130)에는 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체에 형성된 체결 홀(미도시)에 삽입 가능한 핀 부재(142)가 형성되고, 핀 부재(142)에 전술한 체결 홀(미도시)을 통해 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체가 결합된 상태에서 나사 부재(141)를 핀 부재(142)의 단부에 나사 결합(Screw 결합)시키는 방식으로 접속부(130)와 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체가 상호 체결되는 것일 수 있다.
한편, 전술한 열전 소자 모듈(1) 간의 결합을 위한 체결 부재(미도시)가 삽입되는 홀(13a, 13b)이 전후 방향(달리 말해, 도 4a의 법선 방향)을 따라 관통 형성되는 것에 비해, 핀 부재(미도시) 및 나사 부재(141)를 통하여 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체와 접속부(130)를 상호 결합하도록 베이스 플레이트(110) 및 복수의 방열판(120)의 결합체에 형성되는 체결 홀(미도시)은 배관(2)의 중심축을 향하는 방향(달리 말해, 도 4a에 표시된 점선에 대응되는 방향)을 따라 관통 형성되는 홀일 수 있다.
도 4c는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 고정부를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 4c의 (a)는 고정부(150)를 이루는 한 쌍의 열전 소자 모듈(1)이 상호 연결되기 전 상태를 나타내고, 도 4c의 (b)는 한 쌍의 열전 소자 모듈(1)이 고정부(150)에 의해 상호 연결되어 복수의 열전 소자 모듈(1)이 전체적으로 배관(2)의 직경에 대응하는 다각 형상의 체인 형태를 이룬 상태를 나타낸 것이다.
도 4c를 참조하면, 고정부(150)는 열전 발전 장치(100)를 이루는 복수의 열전 소자 모듈(1)이 배관(2)의 직경에 대응하는 다각 형상의 체인 형태로 상호 연결되도록 한 쌍의 열전 소자 모듈(1)에 대한 한 쌍의 접속부(130)를 고정할 수 있다.
구체적으로, 도 4c를 참조하면, 고정부(150)를 이루는 한 쌍의 열전 소자 모듈(1) 중 어느 하나의 열전 소자 모듈(1)에는 고리 부재(151)가 형성되고, 나머지 하나의 열전 소자 모듈(1)에는 후크 부재(152)가 형성되는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 고정부(150)의 후크 부재(152)를 고리 부재(151)에 걸림 체결하는 방식으로 복수의 열전 소자 모듈(1)이 전체적으로 다각 형상의 체인 형태로 상호 연결되는 것일 수 있다.
또한, 도 4c를 참조하면, 고리 부재(151) 및 후크 부재(152) 각각이 열전 소자 모듈(1)의 전후 방향 양단에 각각 구비됨으로써 전후 방향 양단에 한 쌍의 고정부(150)가 구비됨으로써 한 쌍의 열전 소자 모듈(1)을 보다 견고하게 접속시키는 것일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 본원의 구현예에 따라 고정부(150)는 전후 방향을 따라 2개 이상의 위치에 복수 개로 마련되는 것일 수 있다.
한편, 서로 다른 직경을 가지는 배관(2)에 대응하여 복수의 열전 소자 모듈(1)이 체인 형상으로 배치될 수 있도록 고정부(150)의 후크 부재(152)가 소정의 허용 범위 내에서 회전하거나 길이가 신장되면서 고리 부재(151)에 연결 가능하도록 후크 부재(152)에는 스프링 등의 탄성 부재가 구비될 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 배관(2)의 외주면을 감싸도록 체인 형태로 연결되어 기 배치된 열전 발전 장치(100)의 고정부(150)의 고리 부재(151) 및 후크 부재(152)를 분리시킴으로써, 열전 발전 장치(100)는 각 열전 소자 모듈(1)의 분리가 가능한 상태에 놓일 수 있으며, 이에 따라 작업자 등의 열전 발전 장치(100)에 대한 유지 보수 작업이 용이해지는 것일 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 세부 구성도이다.
도 5를 참조하면, 열전 발전 장치(100)의 복수의 열전 소자 모듈(1) 중 적어도 하나에는 복수의 열전 소자 모듈(1) 중 적어도 일부를 상호 접속하거나 열전 발전 장치(100)에 의해 생산된 전력을 외부로 전달하기 위한 케이블(160)이 접속되는 케이블 접속부(170)가 형성될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 복수의 열전 소자 모듈(1) 각각에는 복수의 방열판(120)을 감싸도록 배치되는 방열팬(180)이 구비될 수 있다. 이와 관련하여, 방열팬(180)은 복수의 방열판(120)에 대하여 접촉되는 외부 공기가 보다 증가하도록 열전 소자 모듈(1) 주변부에 공기 흐름을 형성하는 구성일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치의 열전 소자 모듈의 케이블 접속부를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 6a의 (a)는 고정부(150)가 구비되지 않는 일반적인 형태의 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)를 나타내고, 도 6a의 (b)는 고정부(150)가 구비되는 케이블 접속부(170)를 나타낸 것이다.
도 6a를 참조하면, 케이블 접속부(170)는 케이블(160)의 일단부가 전기적으로 접속될 수 있도록 접속부(130)의 외면으로부터 전후 방향 외측으로 돌출 형성되고, 양(+)극 출력 및 음(-)극 출력을 각각 담당하는 한 쌍의 커넥터를 구비하되, 도 6a의 (a)에 도시된 바와 같이 고정부(150)가 구비되지 않는 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)에 대하여는 접속부(130)의 후면에서 동일하게 후방으로 돌출되어 상호 나란하게 배치되는 한 쌍의 커넥터(170a)가 마련되는 반면, 도 6a의 (b)에 도시된 바와 같이 고정부(150)가 구비되는 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)에 대하여는 접속부(130)의 후면에서 후방으로 돌출되는 제1커넥터(170a)와, 이와 반대로 접속부(130)의 전면에서 전방으로 돌출되는 제2커텍터(170b)가 형성되는 것일 수 있다.
달리 말해, 고정부(150)가 구비되지 않는 일반적인 형태의 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)에는 양극 및 음극 출력을 위한 한 쌍의 커넥터가 동일한 방향으로 설치되되, 고정부(150)가 구비되는 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)에는 양극 출력을 위한 커넥터와 음극 출력을 위한 커넥터가 상호 반대 방향으로 설치될 수 있다.
다른 예로, 케이블 접속부(170)는 케이블(160)의 일단부가 열전 소자 모듈(1)의 내측으로 삽입되어 전기적으로 접속될 수 있도록 열전 소자 모듈(1)의 내측 방향으로 함몰된 접속구 형태일 수 있다.
또한, 도 6b의 (a)는 케이블(160)이 연결되지 않은 상태를 도시하고, 도 6b의 (b)는 케이블(160)이 각 열전 소자 모듈(1)의 케이블 접속부(170)에 구비되는 커넥터를 통해 상호 접속되어 열전 소자 모듈(1) 상호간이 직렬 연결된 상태를 도시한 것일 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 본원에서 개시하는 열전 소자 모듈(1) 각각에는 복수의 방열판(120) 각각의 온도, 베이스 플레이트(110)의 온도, 열전 소자 모듈(1)에서 생산된 전력 레벨, 전류 값, 전압 값 등을 측정하는 센서(미도시)가 구비될 수 있다.
이와 관련하여, 모니터링 시스템(310)은 열전 소자 모듈(1) 각각에 구비된 센서(미도시)로부터 전술한 온도 정보 및 전력 상태 정보를 포함하는 열전 소자 모듈(1) 각각의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보에 기초하여 열전 발전 장치(100) 내의 열전 소자 모듈(1) 각각의 발전 수준 평가 및 환경 평가를 수행할 수 있다.
또한, 이와 관련하여, 모니터링 시스템(310)은 열전 소자 모듈(1) 각각에 대하여 도출된 발전 수준 평가 및 환경 평가 결과에 기초하여 열전 발전 장치(10)에 포함된 복수의 열전 소자 모듈(1) 중 점검 또는 보수가 요구되는 열전 소자 모듈(1)을 특정하고, 해당 열전 소자 모듈(1)에 대한 정보(예를 들면, 해당 열전 소자 모듈(1)에 대하여 할당된 식별 정보(식별 번호, ID 태그 등), 해당 열전 소자 모듈(1)로부터 획득된 상태 정보 중 이상치에 해당하는 것으로 판단된 상태 정보 및 해당 상태 정보의 획득 시점 정보 등) 등)를 사용자 단말(400)로 전송할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 모니터링 시스템(310)은 열전 발전 시스템(10)에 포함된 적어도 하나의 열전 발전 장치(100)와 관련하여, 획득한 상태 정보에 기초하여 기 설정된 제1임계 전력에 미달하는 전력 수준을 출력하는 열전 소자 모듈(1)이 사용자(작업자)에게 식별되도록 제1임계 전력에 미달하는 전력 수준을 출력하는 열전 소자 모듈(1)에 대한 식별 정보 또는 해당 열전 소자 모듈(1)의 위치 정보를 사용자 단말(400)로 전송할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 모니터링 시스템(310)은 획득한 상태 정보에 기초하여 기 설정된 제2임계 전력에 미달하는 전력 수준을 출력하는 열전 발전 장치(100)가 사용자(작업자)에게 식별되도록 제2임계 전력에 미달하는 전력 수준을 출력하는 열전 발전 장치(100)에 대한 식별 정보 또는 해당 열전 발전 장치(100)의 위치 정보를 사용자 단말(400)로 전송할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 열전 발전 시스템
100: 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치
1: 열전 소자 모듈
110: 베이스 플레이트
120: 방열판
130: 접속부
141: 나사 부재
142: 핀 부재
150: 고정부
160: 케이블
170: 케이블 접속부
180: 방열팬
200: 전력조절장치
210: 에너지 저장 시스템
300: 인버터
310: 모니터링 시스템
400: 사용자 단말
2: 배관

Claims (9)

  1. 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치에 있어서,
    유체가 흐르는 배관의 외주면을 따라 배치되는 복수의 열전 소자 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은,
    상기 유체의 열이 전달되도록 상기 배관의 중심축을 향하는 일측 방향으로 배치되는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트로부터 상기 배관의 중심축으로부터 멀어지는 타측 방향을 향하여 연장되고, 상기 베이스 플레이트에 대하여 상대적으로 저온 상태인 복수의 방열판; 및
    상기 베이스 플레이트와 상기 배관 사이에 개재되고, 상기 배관의 외주면을 따라 양방향으로 이웃하는 이웃 열전 소자 모듈과의 결합을 위한 접속부,
    를 포함하고,
    상기 접속부는,
    상기 베이스 플레이트 및 상기 복수의 방열판의 결합체와 나사 결합을 통해 체결되도록 상기 결합체에 형성된 체결 홀에 삽입되는 핀 부재를 구비하고, 상기 이웃 열전 소자 모듈과 결합을 위한 체결 부재가 삽입되는 삽입 홀이 형성되되,
    상기 삽입 홀은 전후 방향을 따라 관통 형성되고, 상기 체결 홀은 상기 배관의 중심축을 향하는 방향을 따라 관통 형성되는 것인, 열전 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 열전 소자 모듈 각각은,
    상기 베이스 플레이트와 상기 복수의 방열판 사이의 온도차를 통하여 전력을 생산하는 것인, 열전 발전 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 열전 소자 모듈이 상기 배관의 직경에 대응하는 체인 형상으로 연결되도록 한 쌍의 열전 소자 모듈에 대한 한 쌍의 상기 접속부를 고정하는 고정부,
    를 더 포함하는 것인, 열전 발전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 방열판의 면적 및 적층 수 중 적어도 하나는, 상기 배관의 직경에 기초하여 결정되는 것인, 열전 발전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 열전 소자 모듈 중 적어도 하나에는,
    상기 복수의 열전 소자 모듈 중 적어도 일부를 상호 접속하거나 상기 열전 발전 장치에 의해 생산된 전력을 외부로 전달하기 위한 케이블이 접속되는 케이블 접속부가 형성되는 것인, 열전 발전 장치.
  9. 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치를 포함하는 열전 발전 시스템에 있어서,
    제1항, 제2항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열전 발전 장치;
    상기 열전 발전 장치로부터 생산된 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하는 전력조절장치; 및
    상기 전력을 교류 전원으로 변환하여 소정의 부하로 전달하는 인버터,
    를 포함하는, 열전 발전 시스템.
KR1020210076291A 2021-06-11 2021-06-11 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템 KR102515283B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210076291A KR102515283B1 (ko) 2021-06-11 2021-06-11 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210076291A KR102515283B1 (ko) 2021-06-11 2021-06-11 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220167136A KR20220167136A (ko) 2022-12-20
KR102515283B1 true KR102515283B1 (ko) 2023-03-29

Family

ID=84538956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210076291A KR102515283B1 (ko) 2021-06-11 2021-06-11 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102515283B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180129290A (ko) * 2017-05-26 2018-12-05 경북대학교 산학협력단 전력 케이블용 열전에너지 하베스터
KR102013325B1 (ko) * 2018-01-29 2019-10-21 주식회사 에프에스티 실린더형 가스봄베의 온도제어장치
KR102062630B1 (ko) * 2018-02-12 2020-01-06 주식회사 경원이앤씨 온도 조건 적응형 열전 발전 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220167136A (ko) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10361582B2 (en) Power metering and control system adaptable to multi-standard device
US9166138B2 (en) Thermoelectric transducer and heat exchange pipe
US20230402967A1 (en) Heat Dissipation for a Photovoltaic Junction Box
US20110036384A1 (en) Thermoelectric device
Abdal-Kadhim et al. Application of thermal energy harvesting in powering WSN node with event-priority-driven dissemination algorithm for IOT applications
KR20110073166A (ko) 플렉서블 열전소자, 이를 포함하는 무선 센서 노드 및 그 제조 방법
KR102515283B1 (ko) 유지보수가 용이한 체인 구조의 모듈형 열전 발전 장치 및 시스템
CN206865206U (zh) 一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端
JP2006086210A (ja) 熱電変換システム
Aragonés et al. Autonomous battery-less vibration IIoT powered by waste heat for chemical plants using NB-IoT
US8823316B1 (en) Thermal effluent to electric energy harvesting system
CN104602484A (zh) 便携式设备及其散热装置
JP2014146675A (ja) 熱電発電システム
CN106328800A (zh) 热电模块组件
US20140293849A1 (en) Powering a network device with converted electrical power
TW201931761A (zh) 電力佈線裝置
CN108322094A (zh) 用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点
US11211540B1 (en) Thermoelectric generator sleeve
CN207678164U (zh) 用于储备系统的散热结构及储备系统
US20220404211A1 (en) Monitors for pressurized systems
CN115208239A (zh) 一种热量处理装置和温差发电器
KR20140092606A (ko) 의류 내부와 외부의 온도차를 이용한 발전장치
KR20170088496A (ko) 열전소자가 형성된 스마트폰 커버 케이스
TW201931719A (zh) 電力佈線裝置
CN204117037U (zh) 一种废弃热量可利用的硬盘

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant