KR102680068B1 - 열에너지를 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 폐열이 발생되는 열원부에서 열량을 전달받아 해당 열량을 축열시키는 축열부, 상기 열원부의 열량을 상기 축열부로 전달하는 열전달 매개체, 상기 축열부에 일면이 장착되어 열에너지를 이용하여 유도 기전력을 발생시키는 펠티에소자부, 상기 펠티에 소자부의 타면에 장착되어 상기 펠티에 소자부의 타면을 냉각시키는 방열부를 포함하여 일상 생활환경에서 발생되는 폐열을 효과적으로 축열하고, 축열된 열량을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있어 에너지 비용을 최소화하고, 지구 온난화 등의 환경문제를 해소하는 효과가 있다.

Description

열에너지를 이용한 발전장치{POWER GENERATION APPARATUS USING THERMALENERGY}
본 발명은 열에너지를 이용한 발전장치에 관한 것으로 더 상세하게는 낮은 열량을 축적하여 전기 에너지를 발생시키는 열에너지를 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 사회 전반에 걸쳐 사람들이 생활에 사용하고 버려지는 열에너지들이 다수 존재한다.
일 예로, 근래에 들어 수요가 크게 증가한 엘이디 조명에서 발생되어 버려지는 열이 있고, 이외에도 겨울철 각 가정에서 난방에 사용하면서 버려지는 열 등 많은 폐열이 존재한다.
이렇게 사회적으로 버려지는 열에너지는 에너지원으로 사용하기에 부족한 온도인 대부분 30℃ ~ 50℃에 분포한다.
이러한 버려지는 열에너지에 의해 지구 온난화, 에너지 낭비등 사회 비용으로 많은 지출이 발생되고 있는 상황이다.
사회적으로 버려지는 열에너지 즉, 폐열에 대한 열량을 이용하여 전기에너지를 생성하는 선행특허로 한국특허 제10-1191076호 "배기가스 열전 발전장치"가 제안된 바 있다.
한국특허 제10-1191076호 "배기가스 열전 발전장치"는 자동차의 배기가스의 고온 열을 이용하는 열전 발전장치를 개시하고 있다.
그러나, 한국특허 제10-1191076호 "배기가스 열전 발전장치"는 고온 배기가스를 이용한 열전 발전장치로 일상 생활환경에서 발생되는 30℃ ~ 50℃의 폐열에 대한 발전을 수행하기 실질적으로 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 일상 생활에서 대부분 발생되는 30℃ ~ 50℃의 열에너지는 재활용되지 못해 에너지 비용을 크게 증대시키며, 이에 따른 환경문제를 유발하는 문제점이 있었다.
한국특허 제10-1191076호 "배기가스 열전 발전장치"(2012.10.09.등록.)
본 발명의 목적은 일상 생활환경에서 발생되는 폐열을 효과적으로 축열하고, 축열된 열량을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 열에너지를 이용한 발전장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 폐열이 발생되는 열원부에서 열량을 전달받아 해당 열량을 축열시키는 축열부, 상기 열원부의 열량을 상기 축열부로 전달하는 열전달 매개체, 상기 축열부에 일면이 장착되어 열에너지를 이용하여 유도 기전력을 발생시키는 펠티에소자부, 상기 펠티에 소자부의 타면에 장착되어 상기 펠티에 소자부의 타면을 냉각시키는 방열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 내부에 상기 축열부, 상기 열전달 매개체, 상기 펠티에소자부 및 상기 방열부가 위치되는 발전용 하우징부 및 상기 발전용 하우징부의 내부 공간을 상기 축열부가 위치되는 축열 공간부와 상기 방열부가 위치되는 냉각 공간부로 구분하되, 상기 축열 공간부를 밀폐시키는 밀폐용 단열부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 펠티에소자부는 상기 축열부의 상면에 일면이 안착되어 상기 축열부의 상면에 돌출되게 위치되고, 타면에 상기 방열부가 안착되고, 상기 밀폐용 단열부재는 외측 둘레가 상기 발전용 하우징부의 내측 둘레에 밀착되고, 상기 축열부 상에서 상기 펠티에소자부를 제외한 부분을 커버하여 상기 축열 공간부를 밀폐시킬수 있다.
본 발명에서 상기 방열부는 상기 펠티에소자부의 타면에 안착되는 소자 안착부재, 상기 소자 안착부재 상에 이격되게 위치되는 복수의 방열패널부재 및 상기 소자 안착부재 상에 세워져 위치되어 복수의 상기 방열패널부재가 장착되는 복수의 패널지지용 막대부를 포함하며, 상기 소자 안착부재는 하부면에 상기 펠티에소자부의 일부가 삽입되는 소자 삽입부가 위치되고, 상기 펠티에소자부는 상기 밀폐용 단열부재 상에 돌출되게 위치되어 돌출된 부분이 상기 소자 삽입부 내로 삽입되어 위치될 수 있다.
본 발명에서 상기 방열패널부재는 복수의 방열용 구멍과 돌출된 복수의 방열핀부를 구비하며, 상기 방열핀부는 상기 방열용 구멍의 양 측단에서 각각 돌출되게 위치되는 구조를 가지며 상기 방열용 구멍을 형성하기 위해 절단되는 부분을 절개한 후 꺾어 세워진 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 열전달 매개체는 열을 효율적으로 전달하는 히트파이프부이고, 상기 축열부는 상기 히트파이프부가 삽입될 수 있는 파이프 삽입부가 길이 방향으로 관통되어 위치되며, 상기 파이프 삽입부는 상기 히트파이프부의 직경에 대응되는 곡률로 형성되어 상기 히트파이프부의 외주면에 밀착될 수 있다.
상기 발전용 하우징부는 상기 냉각 공간부의 내부로 외부공기를 유입시키고, 유입된 공기를 외부로 배출하기 위한 복수의 공기 통과용 개방부가 구비되며, 복수의 상기 공기 통과용 개방부는 상기 발전용 하우징부의 양 측면부에서 서로 마주보게 위치되는 제1개방부와 제2개방부 및 상기 방열부의 상부 측에 상기 방열부와 마주보고 위치되는 제3개방부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 상기 발전용 하우징의 제1개방부와 제2개방부 중 적어도 어느 한 측에 위치되어 냉각 공간부 내로 공기의 유입을 안내하거나 냉각 공간부 내의 공기의 배출을 안내하는 공기 송풍용 덕트부를 더 포함하고, 상기 공기 송풍용 덕트부는 상기 제1개방부와 상기 제2개방부 중 적어도 어느 한 측에 연결되는 직선 유로를 가지는 직선 덕트부 및 상기 직선 덕트부에 연결되고 상기 직선 덕트부와 연결된 단부 측에서부터 점차 유로 직경이 커지는 콘형상의 유로를 가지는 콘덕트부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 상기 펠티에소자부와 전선 또는 케이블로 전기적으로 연결되어 상기 펠티에소자부에서 발생된 유도 기전력을 전력 사용기기로 전달하며, 상기 전력 사용기기에 사용 전력을 공급하는 주전원부와 연결되어 상기 전력 사용기기의 전력 공급을 제어하는 전원 공급 제어부를 더 포함하고, 상기 전원 공급 제어부는 상기 전력 사용기기의 사용 전력을 전력 사용기기로 공급하되, 상기 주전원부에서 공급받는 전력에서 상기 펠티에소자부에서 전달받은 전력값을 차감하여 공급받아 상기 주전원부를 통해 공급받는 실사용 전력을 낮출 수 있다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 상기 축열부와 상기 발전용 하우징부의 내측면 사이에 위치되는 하우징 단열부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 발전용 하우징부는 상기 축열부가 위치되며 상기 밀폐용 단열부재에 의해 밀폐되는 축열 공간부를 형성하며 단열재질로 제조되는 제1하우징부재 및 열전도율이 높은 재질로 제조되며 상기 밀폐용 단열부재에 의해 구분되는 냉각 공간부가 내부에 위치되는 제2하우징부재를 포함할 수 있다.
본 발명은 일상 생활환경에서 발생되는 폐열을 효과적으로 축열하고, 축열된 열량을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있어 에너지 비용을 최소화하고, 지구 온난화 등의 환경문제를 해소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 펠티에 소자부의 양면에 대한 온도 차이를 극대화하여 적은 열량으로도 효율적으로 전기 에너지를 발생시켜 일상 생활환경에서 발생되는 폐열의 재활용율을 크게 높이고, 에너지 효율을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 축열부를 예시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 방열부의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 제베크효과를 설명하기 위한 개략도.
도 5 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 축열부(100)를 예시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 히트 싱크부의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 폐열이 발생되는 열원부(10)에서 열량을 전달받아 해당 열량을 축열시키는 축열부(100), 열원부(10)의 열량을 상기 축열부(100)로 전달하는 열전달 매개체(200)를 포함한다.
그리고, 축열부(100)에는 펠티에소자부(300)가 장착되고, 펠티에소자부(300)는 일면이 축열부(100)에 장착되고, 타면에 방열부(400)가 장착된다.
방열부(400)는 펠티에소자부(300)의 타면에 장착되어 펠티에소자부(300)의 타면을 냉각시킨다.
또한, 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 내부에 축열부(100), 열전달 매개체(200), 펠티에소자부(300) 및 방열부(400)가 위치되는 발전용 하우징부(500)를 더 포함한다.
발전용 하우징부(500)는 축열부(100), 열전달 매개체(200), 펠티에소자부(300) 및 방열부(400)가 위치된다.
열전달 매개체(200)는 열을 효율적으로 전달하는 히트파이프부(210)인 것을 일 예로 하고, 히트파이프부(210)는 금속관 내부에 진공처리되어 있고, 내부에 작동유체가 채워진 구조의 열전도체로 열량을 전달하는 공지의 히트파이프 구조로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
열원부(10)는 엘이디(LED)조명장치인 것을 일 예로 하고, 히트파이프부(210)는 엘이디(LED)조명장치의 기판과 히트싱크부의 사이 및 히트싱크부에 장착되어 엘이디(LED)조명장치의 작동 중 기판에서 발생되는 열과 히트싱크부에서 방열되는 열을 흡수하여 축열부(100)로 전달하는 것을 일 예로 한다.
열원부(10)는 엘이디(LED)조명장치 이외에도 일상생활에서 사용되어 버려지는 폐열이 발생되는 공지의 다양한 열원으로 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
열전달 매개체(200)는 히트파이프부(210)의 외측둘레를 감싸 히트파이프부(210)의 열손실을 차단하는 파이프 단열부재(220)를 더 포함한다.
파이프 단열부재(220)는 열원부(10)에서 축열부(100) 사이에서 히트파이프부(210)가 외부로 노출되는 부분을 감싸 위치되어 히트파이프부(210)를 통해 축열부(100)로 열이 전달될 때 열손실을 최소화할 수 있다.
축열부(100)는 금속 또는 비금속 복합재질의 축열소재로 제조된 블럭 형상의 몸체를 가지며, 공지의 축열 소재로 다양하게 제조될 수 있는 바 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
축열부(100)는 히트파이프부(210)가 삽입될 수 있는 파이프 삽입부(110)가 길이 방향으로 관통되어 위치되고, 파이프 삽입부(110)는 히트파이프부(210)의 직경에 대응되는 곡률로 형성되어 히트파이프부(210)의 외주면에 밀착될 수 있다.
파이프 삽입부(110)는 축열부(100)의 길이방향에서 축열부(100)를 관통하도록 형성되고, 히트파이프부(210)는 축열부(100)를 관통하여 길이 방향 전체에서 축열부(100)의 몸체와 직접적으로 밀착되게 위치되어 축열부(100)로 열량을 효율적으로 전달한다.
파이프 삽입부(110)는 복수로 구비되어 복수의 히트파이프부(210)가 삽입되어 복수의 히트파이프부(210)를 통해 전달되는 열을 축열할 수 있다.
방열부(400)는 펠티에소자부(300)의 타면에 안착되는 소자 안착부재(410), 소자 안착부재(410) 상에 이격되게 위치되는 복수의 방열패널부재(420), 소자 안착부재(410) 상에 세워져 위치되어 복수의 방열패널부재(420)가 장착되는 복수의 패널지지용 막대부(430)를 포함한다.
방열부(400)는 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질로 공지의 히트 싱크를 제조하는 재질로 제조될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략한다.
소자 안착부재(410)는 하부면에 펠티에소자부(300)의 일부가 삽입되는 소자 삽입부(411)가 위치되고, 소자 삽입부(411)의 상면 전체가 펠티에소자부(300)의 타면 전체와 일착되어 펠티세소자부의 타면을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
또한, 방열패널부재(420)는 복수의 방열용 구멍(421)과 돌출된 복수의 방열핀부(422)를 구비하여 공기와의 접촉면적이 증대되어 방열 효과가 증대된다.
방열핀부(422)는 방열용 구멍(421)의 양 측단에서 각각 돌출되게 위치되는 구조를 가지며 방열용 구멍(421)을 형성하기 위해 절단되는 부분을 절개한 후 꺾어 세워진 형태로 형성된다.
방열핀부(422)는 방열용 구멍(421)을 형성하기 위해 절단되는 부분을 2개의 부분을 분리하여 방열용 구멍(421)의 양측단에서 세워진 형태로 형성되어 원가를 절감할 수 있고, 방열효과를 극대화할 수 있다.
펠티에소자부(300)는 복수로 구비되고, 방열부(400)는 복수의 펠티에소자부(300)의 타면에 각각 밀착되게 복수로 구비된다.
펠티에소자부(300)는 양면 즉, 일면이 축열부(100)에 밀착되어 축열부(100)의 열량을 전달받아 가열되는 가열면이고, 타면이 방열부(400)에 의해 냉각되는 방열면이 되어 일면과 타면의 온도 차이에 의해 유도기전력을 발생시키는 소자이다.
펠티에소자부(300)는 양면의 온도 차이에 의해 유도 기전력을 발생시키는 공지의 펠티에소자로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또한, 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일실시예는 펠티에소자부(300)와 전선 또는 케이블로 전기적으로 연결되어 펠티에소자부(300)에서 발생된 유도 기전력을 전력 사용기기(20)로 전달하며, 전력 사용기기(20)에 사용 전력을 공급하는 주전원부(30)와 연결되어 전력 사용기기(20)의 전력 공급을 제어하는 전원 공급 제어부(310)를 더 포함하고, 전원 공급 제어부(310)는 전력 사용기기(20)의 사용 전력을 전력 사용기기(20)로 공급하되, 펠티에소자부(300)에서 전달받은 전력값을 차감하여 주전원부(30)에서 전력을 공급받아 주전원부(30)를 통해 공급받는 실사용 전력을 낮춘다.
일 예로, 펠티에소자부(300)에서 전원 공급 제어부(310)로 2W의 유도 기전력이 입력되면 전원 공급 제어부(310)에서 전력 사용기기(20)로 출력전력은 동일하게 나가면서 주전원부(30)로 입력되는 사용 전력이 2W가 낮아진다.
전력 사용기기(20)는 열원부(10)가 엘이디(LED)조명장치인 경우 열원부(10)인 엘이디(LED)조명장치일 수도 있고, 열원부(10)와 다른 기기일 수도 있고, 전기전원을 사용해서 작동되는 공지의 다양한 기기로 실시가 가능한 바 더 상세한 설명은 생략한다.
전원 공급 제어부(310)는 SMPS(switched mode power supply)인 것을 일 예로 하며, 전력 사용기기(20)로 사용 전력을 공급하는 주전원부(30)와 펠티에소자부(300)와 전기적으로 연결되어 펠티에소자부(300)에서 발생된 유도 기전력의 크기만큼 주전원부(30)를 통해 전력 사용기기(20)로 공급되는 사용 전력을 적게 공급하여 전력 사용기기(20)의 실사용 전력을 낮추고 전기료를 절감할 수 있다.
그리고, 방열부(400)는 펠티에소자부(300)의 개수와 동일한 개수로 구비되어 각 펠티에소자부(300)의 타면에 장착되어 펠티에소자부(300)의 타면을 개별적으로 냉각시킨다.
한편, 발전용 하우징부(500)의 내부는 축열부(100)가 위치되는 축열 공간부(500a)와 방열부(400)가 위치되는 냉각 공간부(500b)가 펠티에소자부(300)를 기준으로 서로 간섭되지 않도록 완전히 분리된다.
축열 공간부(500a)와 냉각 공간부(500b)의 사이에는 축열 공간부(500a)를 밀폐시키는 밀폐용 단열부재(510)가 위치되어 축열 공간부(500a)를 냉각 공간부(500b)와 차단되게 밀폐시킨다.
더 상세하게, 펠티에소자부(300)는 축열부(100)의 상면에 일면이 안착되어 축열부(100)의 상면에 돌출되게 위치되고, 타면에 방열부(400)가 안착된다.
그리고, 밀폐용 단열부재(510)는 펠티에소자부(300)와 외측둘레로 발전용 하우징부(500)의 내측면에 밀착되어 축열부(100)가 위치되는 축열 공간부(500a)를 밀폐시킨다.
밀폐용 단열부재(510)는 펠티에소자부(300)의 상면 즉, 방열부(400)가 안착되는 펠티에소자부(300)의 타면만 노출시키고, 축열부(100)의 상면에서 펠티에소자부(300)를 제외한 나머지 부분을 커버하여 축열부(100)가 위치되는 축열 공간부(500a)를 방열부(400)가 위치되는 냉각 공간부(500b)와 완전히 차단된 밀폐공간으로 형성한다.
밀폐용 단열부재(510)는 단열용 실리콘 재질로 제조되고, 외측 둘레가 발전용 하우징부(500)의 내측 둘레에 밀착되고, 축열부(100) 상에서 펠티에소자부(300)를 제외한 부분을 커버하여 축열 공간부(500a)를 밀폐시킨다.
축열부(100)는 축열 공간부(500a)의 전체 크기에 대응되는 크기를 가져 최대한 열을 효율적으로 축열할 수 있도록 형성되고, 축열부(100)의 상면 중 복수의 펠티에소자부(300)가 안착되는 부분을 제외한 부분에서 밀폐용 단열부재(510)로 커버하여 축열 공간부(500a)를 밀폐시킨다.
펠티에소자부(300)는 밀폐용 단열부재(510) 상에 돌출되게 위치되어 돌출된 부분이 소자 삽입부(411) 내로 삽입되어 위치되어 소자 삽입부(411)의 상면 전체가 펠티에소자부(300)의 타면 전체와 일착되어 펠티에소자부(300)의 타면을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
또한, 축열부(100)와 발전용 하우징부(500)의 내측면 사이에는 하우징 단열부재(600)가 위치되어 축열부(100)에서 축열되는 열량의 손실을 최소화하고, 축열부(100)를 통한 축열 효과를 향상시킬 수 있다.
그리고, 발전용 하우징부(500)에는 냉각 공간부(500b)의 내부로 외부공기를 유입시키고, 유입된 공기를 외부로 배출하기 위한 복수의 공기 통과용 개방부가 구비된다.
복수의 공기 통과용 개방부는 발전용 하우징부(500)의 측면부에서 서로 마주보게 위치되는 제1개방부(520)와 제2개방부(530), 방열부(400)의 상부 측에 방열부(400)와 마주보고 위치되는 제3개방부(540)를 포함한다.
제3개방부(540)는 방열부(400)의 개수에 맞게 즉, 펠티에소자부(300)의 개수에 대응되게 위치되고, 각 방열부(400)와 마주보게 위치되어 각 방열부(400)에서 방열이 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다.
더 상세하게 제3개방부(540)는 방열패널부재(420)와 마부보게 위치되고, 적어도 방열패널부재(420)보다 크게 형성되고, 방열패널부재(420)의 전체가 겹쳐지게 위치되어 방열패널부재(420)에서 방열되는 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있고, 방열부(400)의 방열효율을 향상시킬 수 있다.
발전용 하우징부(500)는 서로 마주보는 제1개방부(520)와 제2개방부(530) 및 방열부(400)와 마주보는 제3개방부(540)를 통해 냉각 공간부(500b)의 내부로 외부 공기를 원활하게 유입시키고 배출시킬 수 있어 방열부(400)에 의한 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예에서 제베크효과를 설명하기 위한 개략도이고, 도 4를 참고하면 펠티에소자부(300)는 축적된 고온의 열량을 이용하여 유도 기전력을 발생시키며, 더 상세하게 제베크 효과를 이용하여 일면과 타면에서 발생되는 온도 차이에 의해 전기를 발생시키는 소자이다.
제베크 효과는 효과는 양쪽끝에 온도차를 주면 기전력이 생기는 효과를 말하며 이를 수식으로 ε(유도기전력)= -S×△T로 표현된다. 여기서 S는 물질 고유의 비례 상수로 제베크 계수 혹은 열전력이라고 하고, △T는 양쪽의 온도 차이값이다.
즉, 펠티에소자부(300)에서 발생되는 유도기전력은 축열부(100)와 밀착되어 축열부(100)에서 고열을 전달받는 일면과 방열부(400)가 장착되어 방열부(400)에 의해 냉각되는 타면의 온도차이 즉, △T에 의해 발생되는 유도 기전력이 비례적으로 증가한다.
펠티에소자부(300)에서 발생되는 유도기전력은 펠티에소자부(300)의 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 다른 실시예는 즉, 온도차에 의해 기전력은 비례적으로 증가한다. 즉 온도차가 클수록 기전력 발생이 커진다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 발전용 하우징부(500) 내에서 축열부(100)가 위치되는 축열 공간부(500a)를 밀폐용 단열부재(510)로 냉각 공간부(500b)와 완전히 차단된 상태로 밀폐시켜 축열부(100)에 의해 가열되는 펠티에소자부(300)의 일면인 가열면과 방열부(400)에 의해 냉각되는 타면인 방열면의 온도차이를 극대화한다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 발전용 하우징부(500) 내 축열부(100)의 상부 측에서 펠티에소자부(300)를 제외한 부분을 밀폐용 단열부재(510)로 완전히 커버하여 축열부(100)가 내부에 위치되는 축열 공간부(500a)를 펠티에소자부(300)의 타면인 방열면이 위치되는 냉각 공간부(500b)와 완전히 분리한다.
즉, 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 펠티에소자부(300)에서 가열이 이루어지는 가열면이 밀폐된 공간 내에 위치되고, 냉각이 이루어지는 방열면이 위치되는 냉각 공간부(500b)와 완전히 분리되어 펠티에소자부(300)의 가열면과 방열면 사이의 온도 차이를 크게 할 수 있고, 이로써 펠티에소자부(300)의 발전 효율을 높여 30℃ ~ 50℃의 폐열을 축적하여 유도기전력을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 펠티에소자부(300)의 타면에 각각 장착되는 방열부(400)에 의해 펠티에소자부(300)의 타면을 효과적으로 냉각시키고, 발전용 하우징부(500)에서 서로 마주보게 위치된 제1개방부(520)와 제2개방부(530), 방열부(400)와 마주보게 위치된 제3개방부(540)를 통해 공기의 흐름을 원활하게 하여 냉각 공간부(500b) 내에서 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 방열부(400)는 복수의 방열용 구멍(421)과 돌출된 복수의 방열핀부(422)를 구비한 복수의 방열패널부재(420)가 적층된 구조를 가져 방열 효과가 극대화될 수 있다.
방열핀부(422)는 방열용 구멍(421)을 형성하기 위해 절단되는 부분을 절개한 후 꺾어 세워진 형태로 형성되되, 제3개방부(540)를 향해 세워져 위치된다.
이에 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 일 실시예는 냉각 공간부(500b)에서 방열효과를 향상시켜 펠티에소자부(300)의 가열면과 방열면 사이의 온도 차이를 더 크게 할 수 있고, 이로써 펠티에소자부(300)의 발전 효율을 높여 30℃ ~ 50℃의 폐열을 축적하여 유도기전력을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
도 5 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 다른 실시예를 도시한 단면도이고, 도 5를 참고하여 본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 다른 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 열에너지를 이용한 발전장치의 다른 실시예는 발전용 하우징의 제1개방부(520)와 제2개방부(530) 중 적어도 어느 한 측에 위치되어 냉각 공간부(500b) 내로 공기의 유입을 안내하거나 냉각 공간부(500b) 내의 공기의 배출을 안내하는 공기 송풍용 덕트부(550)를 더 포함한다.
공기 송풍용 덕트부(550)는 제1개방부(520)와 제2개방부(530) 중 적어도 어느 한 측에 연결되는 직선 유로를 가지는 직선 덕트부(552), 직선 덕트부(552)에 연결되고 직선 덕트부(552)와 연결된 단부 측에서부터 점차 유로 직경이 커지는 콘형상의 유로를 가지는 콘덕트부(551)를 포함한다.
공기 송풍용 덕트부(550)는 연결된 단부 측에서부터 점차 유로 직경이 커지는 콘형상의 유로를 가지는 콘덕트부(551)를 포함하고, 콘덕트부(551)는 직선 덕트부(552)를 통해 발전용 하우징부(500) 내로 유입되는 공기의 유속을 증대시켜 냉각 공간부(500b) 내로의 공기 유입을 원활하게 하고, 이로써 냉각 공간부(500b) 내에서 방열부(400)에 의한 방열효율을 향상시켜 펠티에소자부(300)의 가열면과 방열면 사이의 온도 차이를 더 크게 할 수 있다.
또한, 발전용 하우징부(500)는 축열부(100)가 위치되며 밀폐용 단열부재(510)에 의해 밀폐되는 축열 공간부(500a)를 형성하며 단열재질로 제조되는 제1하우징부재(501)와 열전도율이 높은 재질로 제조되며, 밀폐용 단열부재(510)에 의해 구분되는 냉각 공간부(500b)가 내부에 위치되는 제2하우징부재(502)를 포함할 수 있다.
제1하우징부재(501)는 세라믹 재질 등 공지의 단열재질로 제조되어 축열부(100)에서 축열되는 열량의 열손실을 최소화할 수 있고, 제2하우징부재(502)는 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질로 제조되어 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
발전용 하우징부(500)는 축열부(100)가 위치되고 밀폐된 축열 공간부(500a)를 감싸는 제1하우징부재(501)를 단열재질로 제조하고, 방열부(400)가 위치되는 냉각 공간부(500b)를 감싸는 제2하우징부재(502)를 구리 또는 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재질로 제조하여 축열부(100)에서 발생되는 열손실을 최소화하고, 방열부(400)에서 발생되는 방열 효과를 향상시켜 펠티에소자부(300)의 가열면과 방열면 사이의 온도 차이를 더 크게 할 수 있다.
이로써 펠티에소자부(300)의 발전 효율을 높여 30℃ ~ 50℃의 폐열을 축적하여 유도기전력을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
본 발명은 일상 생활환경에서 발생되는 폐열을 효과적으로 축열하고, 축열된 열량을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있어 에너지 비용을 최소화하고, 지구 온난화 등의 환경문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 펠티에 소자부의 양면에 대한 온도 차이를 극대화하여 적은 열량으로도 효율적으로 전기 에너지를 발생시켜 일상 생활환경에서 발생되는 폐열의 재활용율을 크게 높이고, 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 열원부 100 : 축열부
110 : 파이프 삽입부 200 : 열전달 매개체
210 : 히트파이프부 220 : 파이프 단열부재
300 : 펠티에소자부 400 : 방열부
410 : 소자 안착부재 411 : 소자 삽입부
420 : 방열패널부재 421 : 방열용 구멍
422 : 방열핀부 430 : 패널지지용 막대부
500 : 발전용 하우징부 501 : 제1하우징부재
502 : 제2하우징부재 500a : 축열 공간부
500b : 냉각 공간부 510 : 밀폐용 단열부재
520 : 제1개방부 530 : 제2개방부
540 : 제3개방부 550 : 공기 송풍용 덕트부
551 : 콘덕트부 552 : 직선 덕트부
600 : 하우징 단열부재

Claims (11)

  1. 폐열이 발생되는 열원부에서 열량을 전달받아 해당 열량을 축열시키는 축열부;
    상기 열원부의 열량을 상기 축열부로 전달하는 열전달 매개체;
    상기 축열부에 일면이 장착되어 열에너지를 이용하여 유도 기전력을 발생시키는 펠티에소자부;
    상기 펠티에 소자부의 타면에 장착되어 상기 펠티에 소자부의 타면을 냉각시키는 방열부;
    내부에 상기 축열부, 상기 열전달 매개체, 상기 펠티에소자부 및 상기 방열부가 위치되는 발전용 하우징부;
    상기 발전용 하우징부의 내부 공간을 상기 축열부가 위치되는 축열 공간부와 상기 방열부가 위치되는 냉각 공간부로 구분하되, 상기 축열 공간부를 밀폐시키는 밀폐용 단열부재; 및
    상기 축열부와 상기 발전용 하우징부의 내측면 사이에 위치되는 하우징 단열부재를 포함하고,
    상기 방열부는,
    상기 펠티에소자부의 타면에 안착되는 소자 안착부재;
    상기 소자 안착부재 상에 이격되게 위치되는 복수의 방열패널부재; 및
    상기 소자 안착부재 상에 세워져 위치되어 복수의 상기 방열패널부재가 장착되는 복수의 패널지지용 막대부를 포함하며,
    상기 소자 안착부재는 하부면에 상기 펠티에소자부의 일부가 삽입되는 소자 삽입부가 위치되고,
    상기 펠티에소자부는 상기 밀폐용 단열부재 상에 돌출되게 위치되어 돌출된 부분이 상기 소자 삽입부 내로 삽입되어 위치되며,
    상기 밀폐용 단열부재는 외측 둘레가 상기 발전용 하우징부의 내측 둘레에 밀착되고, 상기 축열부 상에서 상기 펠티에소자부를 제외한 부분을 모두 커버하여 상기 축열 공간부를 완전히 밀폐시키고,
    상기 발전용 하우징부는,
    상기 축열부가 위치되며 상기 밀폐용 단열부재에 의해 밀폐되는 축열 공간부를 형성하며 단열재질로 제조되는 제1하우징부재; 및
    상기 밀폐용 단열부재에 의해 구분되는 냉각 공간부가 내부에 위치되며, 구리 또는 알루미늄 재질로 제조되는 제2하우징부재를 포함하며,
    상기 제2하우징부재는 상기 냉각 공간부의 내부로 외부공기를 유입시키고, 유입된 공기를 외부로 배출하기 위한 복수의 공기 통과용 개방부가 구비되며,
    복수의 상기 공기 통과용 개방부는 상기 제2하우징부재의 양 측면부에서 서로 마주보게 위치되는 제1개방부와 제2개방부; 및
    상기 방열부의 상부 측에 상기 방열부와 마주보고 위치되는 제3개방부를 포함하고,
    상기 방열패널부재는 복수의 방열용 구멍과 돌출된 복수의 방열핀부를 구비하며,
    상기 방열핀부는 상기 방열용 구멍의 양 측단에서 각각 돌출되게 위치되는 구조를 가지며 상기 방열용 구멍을 형성하기 위해 절단되는 부분을 절개한 후 꺾어 세워진 형태로 형성되되, 상기 제3개방부를 향해 세워져 위치되는 것을 특징으로 하는 열에너지를 이용한 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전달 매개체는 열을 효율적으로 전달하는 히트파이프부이고,
    상기 축열부는 상기 히트파이프부가 삽입될 수 있는 파이프 삽입부가 길이 방향으로 관통되어 위치되고,
    상기 파이프 삽입부는 상기 히트파이프부의 직경에 대응되는 곡률로 형성되어 상기 히트파이프부의 외주면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 열에너지를 이용한 발전장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전용 하우징의 제1개방부와 제2개방부 중 적어도 어느 한 측에 위치되어 냉각 공간부 내로 공기의 유입을 안내하거나 냉각 공간부 내의 공기의 배출을 안내하는 공기 송풍용 덕트부를 더 포함하고,
    상기 공기 송풍용 덕트부는,
    상기 제1개방부와 상기 제2개방부 중 적어도 어느 한 측에 연결되는 직선 유로를 가지는 직선 덕트부; 및
    상기 직선 덕트부에 연결되고 상기 직선 덕트부와 연결된 단부 측에서부터 점차 유로 직경이 커지는 콘형상의 유로를 가지는 콘덕트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 이용한 발전장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 펠티에소자부와 전선 또는 케이블로 전기적으로 연결되어 상기 펠티에소자부에서 발생된 유도 기전력을 전력 사용기기로 전달하며, 상기 전력 사용기기에 사용 전력을 공급하는 주전원부와 연결되어 상기 전력 사용기기의 전력 공급을 제어하는 전원 공급 제어부를 더 포함하고,
    상기 전원 공급 제어부는 상기 전력 사용기기의 사용 전력을 전력 사용기기로 공급하되, 상기 주전원부에서 공급받는 전력에서 상기 펠티에소자부에서 전달받은 전력값을 차감하여 공급받아 상기 주전원부를 통해 공급받는 실사용 전력을 낮추는 것을 특징으로 하는 열에너지를 이용한 발전장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
KR1020230029981A 2023-03-07 열에너지를 이용한 발전장치 KR102680068B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101167084B1 (ko) * 2011-02-10 2012-07-20 이아론 방열 기능이 우수한 히트 파이프
JP2013090526A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Toshiba Corp 熱電併給装置および熱電併給方法
KR101385493B1 (ko) * 2013-10-14 2014-04-15 한국기계연구원 태양에너지 열전발전 장치

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