KR102672183B1 - 밴드 고정형 열전발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밴드 고정형 열전발전장치에 관한 것으로, 폐열배관; 상기 폐열배관의 외주면에 구비되어 고온부를 형성하는 흡열블록; 상기 흡열블록의 외부에 구비 되어 저온부를 형성하는 방열블록; 상기 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되어 발전하는 열전소자; 상기 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록; 상기 가이드블록에 결합되어 상기 폐열배관을 향해 상기 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하는 가이드밴드; 및 상기 가이드밴드의 외부면에 결합되어 상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 열전소자 커넥팅보드;를 포함함으로써, 폐열배관에 열전소자모듈의 밀착력을 증가시켜 열전발전성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트 고정으로 인한 모듈손상을 미연에 방지할 수 있다.

Description

밴드 고정형 열전발전장치{BAND CLAMPING TYPE THERMOELECTRIC GENERATOR}
본 발명은 폐열배관의 외주면에 고온부를 형성하는 흡열블록이 구비되고, 흡열블록의 외부에 저온부를 형성하는 방열블록이 구비되며, 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되는 열전소자를 통해 열전 발전하되, 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록에 결합되는 가이드밴드를 통해 폐열배관을 향해 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하여 폐열배관에 밀착시킴으로써, 폐열배관에 열전소자모듈의 밀착력을 증가시켜 열전발전성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트 고정으로 인한 모듈손상을 미연에 방지할 수 있는 밴드 고정형 열전발전장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 최근 지구 온난화 기상 이변 등으로 인한 자연재해를 방지하고자 이산화탄소의 배출 규제가 강화되고 있고, 이와 함께 청정에너지의 수요가 증가하면서 열전발전장치 등이 연구 개발되고 있다.
여기에서, 열전발전장치는 무공해 에너지 재생이 가능하고, 기존 발전기에서 필연적으로 발생하는 소음이 없으며, 기계 접촉에 의한 부품마멸이 없어 수명이 길고, 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 각종 산업의 폐열과 자연에너지를 이용하여 전기를 얻을 수 있기 때문에, 유지비가 거의 들지 않고 환경을 해치지 않으면서 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 것으로 알려져 있다.
상술한 바와 같은 열전발전장치는 열전소자(thermoelement)의 제벡효과를 이용하여 열에너지로부터 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 주로 자동차의 배기관, 보일러의 튜브, 전기로의 배관, 로체 벽면 등과 같이 폐열이 외부로 배출되는 배관 또는 벽면에 설치될 수 있다.
이러한 열전발전장치는 배관을 통해 배출되는 폐열을 열전소자의 고온부 측으로 전달시키고, 열전소자의 저온부 측을 인위적으로 냉각시킴으로써, 열전소자의 고온부 측과 저온부 측 온도차에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
한편, 열전발전장치는 폐열배관을 감싸는 형태로 설치될 수 있는데, 그 열전발전성능을 향상시키기 위해서 폐열배관의 표면에 공극없이 밀착하여 부착하여야 하며, 이를 위해 종래에는 곡면표면을 갖는 모듈을 폐열배관의 외주면에 배치한 후에, 그 끝부분을 볼트로 체결하여 폐열배관에 밀착 및 고정시킬 수 있다.
하지만, 볼트를 이용하여 고정시키는 방식의 경우 각 모듈간에 서로 잡아당기는 힘으로만 폐열배관의 외주면에 밀착시키는 것으로, 원하는 만큼의 밀착력을 확보하기 어려운 문제점이 있고, 일정 토크 이상의 횡방향 인장력으로 볼트를 체결할 경우 경첩의 변형 등과 같은 모듈의 손상이 발생하는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-2245102호(2021.04.21.등록)
본 발명은 폐열배관의 외주면에 고온부를 형성하는 흡열블록이 구비되고, 흡열블록의 외부에 저온부를 형성하는 방열블록이 구비되며, 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되는 열전소자를 통해 열전 발전하되, 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록에 결합되는 가이드밴드를 통해 폐열배관을 향해 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하여 폐열배관에 밀착시킴으로써, 폐열배관에 열전소자모듈의 밀착력을 증가시켜 열전발전성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트 고정으로 인한 모듈손상을 미연에 방지할 수 있는 밴드 고정형 열전발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 폐열배관; 상기 폐열배관의 외주면에 구비되어 고온부를 형성하는 흡열블록; 상기 흡열블록의 외부에 구비되어 저온부를 형성하는 방열블록; 상기 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되어 발전하는 열전소자; 상기 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록; 상기 가이드블록에 결합되어 상기 폐열배관을 향해 상기 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하는 가이드밴드; 및 상기 가이드밴드의 외부면에 결합되어 상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 열전소자 커넥팅보드;를 포함하는 밴드 고정형 열전발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 흡열블록은, 상기 폐열배관의 외주면 길이방향으로 복수개가 구비되되, 내주면이 상기 폐열배관의 외주면 곡률에 대응하여 오목한 형태로 형성되는 밴드 고정형 열전발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방열블록은, 하나의 상기 흡열블록에 적어도 하나가 구비되되, 내부에 냉각채널이 구비되는 밴드 고정형 열전발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가이드블록은, 상기 방열블록의 외부면에 구비되되, 상기 가이드밴드가 결합되는 두 개의 결합홈이 외부면에 형성되는 가이드베이스; 및 상기 가이드베이스의 외부면에 구비되는 커버플레이트;를 포함하는 밴드 고정형 열전발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열전소자 커넥팅보드는, 일단부가 결합되면서 타단부가 상기 가이드블록에 삽입 결합되는 포지션핀을 통해 상기 가이드블록의 외측면에서 기 설정된 거리만큼 이격되는 밴드 고정형 열전발전장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 폐열배관의 외주면에 고온부를 형성하는 흡열블록이 구비되고, 흡열블록의 외부에 저온부를 형성하는 방열블록이 구비되며, 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되는 열전소자를 통해 열전 발전하되, 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록에 결합되는 가이드밴드를 통해 폐열배관을 향해 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하여 폐열배관에 밀착시킴으로써, 폐열배관에 열전소자모듈의 밀착력을 증가시켜 열전발전성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트 고정으로 인한 모듈손상을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밴드 고정형 열전발전장치를 예시한 도면이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밴드 고정형 열전발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밴드 고정형 열전발전장치를 예시한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밴드 고정형 열전발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밴드 고정형 열전발전장치는 폐열배관(110), 흡열블록(120), 방열블록(130), 열전소자(140), 가이드블록(150), 가이드밴드(160), 열전소자 커넥팅보드(170), 포지션핀(180) 등을 포함할 수 있다.
폐열배관(110)은 예를 들면, 자동차의 배기관, 보일러의 튜브, 전기로의 배관, 로체 벽면 등과 같이 폐열이 외부로 배출되는 배관을 의미할 수 있다.
이러한 폐열배관(110)은 고온의 압축공기가 이송될 수 있으며, 배관 표면으로 폐열이 방사될 수 있다.
흡열블록(120)은 폐열배관(110)의 외주면에 구비되어 고온부를 형성하는 블록으로, 폐열배관(110)으로부터 폐열을 흡수하여 열전소자(140) 방향으로 전달할 수 있는데, 폐열배관(110)의 외주면 길이방향으로 복수개가 구비되되, 내주면이 폐열배관(110)의 외주면 곡률에 대응하여 오목한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들면, 흡열블록(120)은 예를 들면, 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 등의 재질로 제공될 수 있고, 폐열배관(110)의 외주면에 길이방향으로 복수개가 폐열배관(110)의 중심축을 기준으로 기 설정된 각도만큼 이격되어 구비될 수 있으며, 그 내주면은 폐열배관(110)의 외주면에 밀착 접촉될 수 있도록 오목하게 형성될 수 있다.
방열블록(130)은 흡열블록(120)의 외부에 구비되어 저온부를 형성하는 블록으로, 하나의 흡열블록(120)에 적어도 하나가 구비되되, 내부에 냉각채널이 구비될 수 있다.
예를 들면, 방열블록(130)은 흡열블록(120)으로부터 열전소자(140) 방향으로 전달되는 폐열을 방출할 수 있는데, 내측면에 열전소자(140)가 배치될 수 있는 안착홈(131)이 형성될 수 있고, 내측면에 열전소자(140)가 배치된 상태로 흡열블록(120)의 외측면에 밀착 접촉되어 구비될 수 있다.
이러한 방열블록(130)은 하나의 흡열블록(120)에 기 설정된 길이만큼 이격되어 적어도 하나가 구비될 수 있으며, 일단부에 냉각채널로 냉매(예를 들면, 물 등)가 유입되는 유입구(132)가 구비될 수 있고, 타단부에 냉각채널로부처 냉매가 토출되는 토출구(133)가 구비될 수 있다.
열전소자(140)는 흡열블록(120) 및 방열블록(130)의 사이에 구비되어 발전하는 소자로, 흡열블록(120)을 통해 흡수되는 폐열이 방열블록(130)을 통해 방출되는 과정에서 열에너지를 전기에너지로 변환하여 발전될 수 있으며, 이러한 열전소자(140)에 대해서는 종래에 다양하게 개시되어 있으므로, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
가이드블록(150)은 방열블록(130)의 외부면에 구비되는 블록으로, 가이드베이스(151), 커버플레이트(152) 등을 포함할 수 있다.
가이드베이스(151)는 방열블록(130)의 외부면에 구비되되, 가이드밴드(160)가 결합되는 두 개의 결합홈(152)이 외부면에 형성될 수 있고, 커버플레이트(153)는 가이드베이스(151)의 외부면에 구비될 수 있다.
예를 들면, 가이드블록(150)은 방열블록(130)의 외측면에 밀착 구비될 수 있으며, 외측면에 길이방향으로 이격된 두 개의 결합홈(152)이 형성되어 가이드밴드(160)가 삽입 결합될 수 있다.
또한, 가이드밴드(160)가 삽입 결합된 상태에서 가이드베이스(151)의 외측면에 커버플레이트(153)가 가이드밴드(160)를 외측면에서 보호하도록 결합될 수 있으며, 이러한 커버플레이트(153)는 포지션핀(180)을 통해 가이드베이스(151)에 결합 및 고정될 수 있다.
가이드밴드(160)는 가이드블록(150)에 결합되어 폐열배관(110)을 향해 흡열블록(120), 열전소자(140) 및 방열블록(130)을 가압하는 밴드로, 예를 들어 플렉서블한 재질로 제공될 수 있는데, 가이드베이스(151)에 형성된 결합홈(152)에 삽입 결합되어 패열배관(110)의 외주면을 향해 가압함으로써, 흡열블록(120), 열전소자(140) 및 방열블록(130)을 패열배관(110) 방향으로 가압 및 밀착시킬 수 있다.
이러한 가이드밴드(160)를 이용하여 흡열블록(120), 열전소자(140) 및 방열블록(130)을 패열배관(110) 방향으로 가압 및 밀착시킴으로써, 열전소자(140)의 열전발전성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 가이드밴드(160)를 이용한 체결 방식에서는 흡열블록(120), 열전소자(140) 및 방열블록(130)을 감싸는 구조로 폐열배관(110)에 수직 방향으로 직접 밀착시키는 역할을 수행하여 밀착력을 향상시킴으로써, 열전발전성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 가이드밴드(160)를 이용한 체결 방식에서는 과도한 인장력 체결로 인한 경첩부분 등에 발생하는 제품변형을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 설치 시에도 순차적인 결합 과정을 통해 원형의 폐열배관(110) 외측부에 열전발전장치를 쉽게 설치할 수 있는 장점이 있다.
열전소자 커넥팅보드(170)는 가이드밴드(160)의 외부면에 결합되어 열전소자(140)와 전기적으로 연결되는 보드로, 열전소자(140)의 전선이 연결될 수 있도록 커넥터(171)가 복수개 구비될 수 있다.
이러한 열전소자 커넥팅보드(170)는 포지션핀(180)을 통해 가이드블록(150)의 외측면에서 기 설정된 거리만큼 이격될 수 있으며, 내측면에 맞대어진 포직션핀(180)에 결합볼트(172)를 외측면에서 결합시키는 방식으로 고정시킬 수 있다.
포지션핀(180)은 일단부가 열전소자 커넥팅보드(170)에 결합되면서 타단부가 가이드블록(150)에 삽입 결합되는 핀으로, 예를 들면, 기 설정된 간격만큼 이격되어 두 개가 구비될 수 있으며, 가이드블록(150)에 구비되는 가이드베이스(151)와 커버플레이트(153)를 결합 및 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가이드밴드(160)가 결합되는 가이드블록(150)에서 일정 거리 이격시킴으로써, 커넥팅보드(170)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 폐열배관의 외주면에 고온부를 형성하는 흡열블록이 구비되고, 흡열블록의 외부에 저온부를 형성하는 방열블록이 구비되며, 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되는 열전소자를 통해 열전 발전하되, 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록에 결합되는 가이드밴드를 통해 폐열배관을 향해 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하여 폐열배관에 밀착시킴으로써, 폐열배관에 열전소자모듈의 밀착력을 증가시켜 열전발전성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트 고정으로 인한 모듈손상을 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
110 : 폐열배관
120 : 흡열블록
130 : 방열블록
140 : 열전소자
150 : 가이드블록
160 : 가이드밴드
170 : 열전소자 커넥팅보드
180 : 포지션핀

Claims (5)

  1. 폐열배관;
    상기 폐열배관의 외주면에 구비되어 고온부를 형성하는 흡열블록;
    상기 흡열블록의 외부에 구비되어 저온부를 형성하는 방열블록;
    상기 흡열블록 및 방열블록의 사이에 구비되어 발전하는 열전소자;
    상기 방열블록의 외부면에 구비되는 가이드블록;
    상기 가이드블록에 결합되어 상기 폐열배관을 향해 상기 흡열블록, 열전소자 및 방열블록을 가압하는 가이드밴드; 및
    상기 가이드밴드의 외부면에 결합되어 상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 열전소자 커넥팅보드;를 포함하며,
    상기 가이드블록은,
    상기 방열블록의 외부면에 구비되되, 상기 가이드밴드가 결합되는 두 개의 결합홈이 외부면에 형성되는 가이드베이스; 및
    상기 가이드베이스의 외부면에 구비되는 커버플레이트;
    를 포함하는 밴드 고정형 열전발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열블록은,
    상기 폐열배관의 외주면 길이방향으로 복수개가 구비되되, 내주면이 상기 폐열배관의 외주면 곡률에 대응하여 오목한 형태로 형성되는
    밴드 고정형 열전발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 방열블록은,
    하나의 상기 흡열블록에 적어도 하나가 구비되되, 내부에 냉각채널이 구비되는
    밴드 고정형 열전발전장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전소자 커넥팅보드는,
    일단부가 결합되면서 타단부가 상기 가이드블록에 삽입 결합되는 포지션핀을 통해 상기 가이드블록의 외측면에서 기 설정된 거리만큼 이격되는
    밴드 고정형 열전발전장치.
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