KR20090130910A - Seebeck geothermal generation system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A seebeck geothermal generation system is provided to generate electricity using the temperature difference of first and second heat source parts and to supply electricity while heating and cooling an indoor. CONSTITUTION: A seebeck geothermal generation system comprises a first heat source part, a second heat source part, a thermoelectric module, a seebeck geothermal power generator, an electricity accumulator, a power supply control part. The first heat source is buried in the ground and the second heat source is installed on the ground. The thermoelectric module is formed between the first heat source part and the second heat source part. One side of the thermoelectric module is connected to the seebeck geothermal power generator through the first heat source part and conductive material. The other side of the thermoelectric module is connected to the seebeck geothermal power generator through the second heat source part and conductive material. A seeback device of the thermoelectric module generates the electricity by the temperature difference of the first heat source part and the second heat source part. The seeback geothermal power generator is installed in the ground with a fixed pattern.

Description

제벡 지열발전시스템 {Seebeck Geothermal Generation System}Seebeck Geothermal Generation System

본 발명은 지열발전에 관한 것으로, 특히 제벡소자라는 열전반도체의 특성과 히트파이프의 높은 열전도율을 응용하여 지구 내부의 높은 온도와 지상의 상온과의 온도차를 이용하여 전기를 얻으려는 것이다.The present invention relates to geothermal power generation, and particularly, to obtain electricity by using a temperature difference between a high temperature inside the earth and a room temperature on the ground by applying the characteristics of a heat conducting semiconductor called Seebeck element and a high heat conductivity of a heat pipe.

제벡소자 양쪽에 찬물과 더운물을 넣어 주면 전류가 발생하여 흐르는 현상이 일어난다. 그것을 제벡효과(Seebeck Effect)라 한다. 뜨거운 것[+]과 찬 것[-]이 만날 때 서로의 온도 차이만큼 전력이 발생하는 것이다. 그리고 히트파이프는 구리보다 열전도율이 1,000배 이상 빠르다. 히트파이프는 동관 속에 냉매가 들어 있는데 열을 받으면 순식간에 냉매가 기화하며 열을 전도하는 특성이 있다.If cold water and hot water are put on both sides of the Seebeck element, a current is generated and flows. That is called the Seebeck Effect. When hot [+] and cold [-] meet, power is generated by the temperature difference of each other. Heat pipes are 1,000 times faster than copper. The heat pipe contains a refrigerant in the copper tube, and when heat is received, the refrigerant vaporizes and conducts heat in an instant.

지구 내부의 중심 온도는 6000℃이며 지표 근처의 마그마는 2000℃에 달한다. 유럽에서는 땅속 2km까지 구멍을 뚫어 75℃ 정도의 지하수를 끌어 올려 지역 난방에 사용하는 곳이 몇 군데 있다. 또 지하수가 없는 곳은 구멍을 여러 개 뚫고 한 곳에 강제로 물을 강한 압력으로 밀어 넣고 다른 구멍으로 밀려나오는 열수를 이용하기도 한다. 그런가 하면 땅속 5km까지 구멍을 뚫어 200℃에 달하는 수증기를 뽑아내어 터빈을 돌려 전기를 얻는 기술도 개발되고 있다. 이러한 기존의 방법들은 대규모 공사로 물을 강한 압력으로 밀어 넣거나 뽑아 올려 강제로 순환시키는 관계로, 별도의 컴프레서나 대규모의 발전 설비 및 전력 공급 장치가 부가적으로 뒤따르게 마련이다.The central temperature inside the Earth is 6000 degrees Celsius, and the magma near Earth's surface reaches 2000 degrees Celsius. In Europe, there are several places where holes are drilled up to 2 km in the ground and used to heat the ground water at 75 ℃. In places where there is no groundwater, hot water is used to drill several holes and forcibly push water at one place and push it out to other holes. In addition, a technology is being developed for drilling electricity up to 5km in the ground, extracting water vapor reaching 200 ° C, and rotating the turbine to obtain electricity. These existing methods are forced to circulate water by forcing or extracting water at a high pressure in large-scale construction, and additional compressors, large-scale power generation facilities, and power supplies are additionally followed.

종래 기술에 따른 지열발전은 별도의 컴프레서나 대규모의 발전 설비 등을 필요로 하는데 본 발명은 열원과 연결된 열전도체(이하 전도체라 한다.)에 열전반도체를 연결하는 개념으로 별도의 부가 시스템이 추가되지 않는다. 물을 끌어올릴 필요도 강제로 밀어 넣을 필요도 없다. 땅속에 물이 있거나 없거나 상관없다. 필요한 열만을 빠르게 전달시켜 난방도 하고 발전기 없이 곧바로 전기를 얻을 수도 있는 것이다.Geothermal power generation according to the prior art requires a separate compressor or a large-scale power generation equipment, etc. The present invention is a concept of connecting a thermoconductor to a heat conductor (hereinafter referred to as a conductor) connected to a heat source. Do not. No need to pull water up or force it in. It doesn't matter if there's water in the ground. You can quickly transfer only the heat you need to heat it up and get electricity right away without a generator.

그러나 땅속의 열원과 지상 발전부까지 열이 전달되는 과정에서 열이 외부로 새어나가는 것을 막는 것이 중요하며 또한 가능한 빠르게 열을 전도시키는 게 어려운 과제라 할 수 있다. 그리고 하나의 발전기에서 생산되는 전력을 효율적으로 관리하는 것도 중요할 것이다.However, it is important to prevent heat from leaking out in the process of transferring heat to the heat source in the ground and the ground power generation section, and it is a difficult task to conduct heat as quickly as possible. It will also be important to efficiently manage the power produced by a single generator.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하고 반영구적인 난방과 함께 청정 전기에너지를 얻을 수가 있는 제벡 지열발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a Seebeck geothermal power generation system capable of obtaining clean electric energy with semi-permanent heating.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제벡소자의 제벡효과(Seebeck Effect)를 이용한 지열발전에 관한 것으로, 제 1 열원부를 땅속으로 하고 제 2 열원부를 지상으로 하며, 상기 제 1 열원부와 제 2 열원부 사이에 제벡소자가 들어있는 열전모듈이 있으며, 상기 열전모듈의 한쪽 면이 땅속의 제 1 열원부와 전도체를 통하여 이어지고, 다른 쪽 면이 지상의 제 2 열원부와 전도체를 통하여 이어지는 것으로서, 제 1 열원부와 제 2 열원부의 온도 차에 의해 열전모듈의 제벡소자에서 전기가 발생하도록 하는 제벡 지열발전기 및, 그 제벡 지열발전기 복수개를 소정의 패턴으로 땅에 설치하고 각각의 제벡 지열발전기에서 발생하는 전기들을 모아 충전하는 축전부와 전력공급 제어부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a geothermal power generation using the Seebeck effect of the Seebeck element, the first heat source to the ground and the second heat source to the ground, the first heat source and the first There is a thermoelectric module containing Seebeck element between two heat source parts, one side of the thermoelectric module is connected through the first heat source and the conductor in the ground, the other side is connected through the second heat source and the conductor on the ground. And a Seebeck geothermal generator for generating electricity in the Seebeck element of the thermoelectric module by the temperature difference between the first heat source unit and the second heat source unit, and a plurality of Seebeck geothermal generators are installed on the ground in a predetermined pattern, and each Seebeck geothermal generator The present invention provides a Seebeck geothermal power generation system, characterized in that the storage unit and the power supply control unit for collecting the generated electricity.

본 발명에 따른 제벡 지열발전시스템은 별도의 컴프레서나 대규모의 발전 설비 등 별도의 부가 시스템이 추가되지 않는다. 필요한 열만을 빠르게 전달시켜 난방도하고 발전기 없이 곧바로 전기를 얻을 수도 있는 것이다.Seebeck geothermal power system according to the present invention does not add a separate additional system such as a separate compressor or large-scale power generation equipment. You can quickly transfer only the heat you need to heat up and get electricity right away without a generator.

그리고 제 1 열원부로 땅속의 지열, 지하수, 온천수, 마그마 등을 이용할 수 있으며, 지상의 제 2 열원부로 대기(공기), 건물 또는 건물의 부속 설비, 특히 건물의 내부, 덕트, 보일러, 에어컨 냉장고의 라디에이터, 건물의 외벽, 지붕, 굴뚝, 건물의 냉각탑, 냉각수, 도로 아스팔트, 유류저장 탱크, 냉동 창고 방열기, 발전소 폐열 등을 이용할 수 있다.Geothermal heat in the ground, groundwater, hot spring water, magma, etc. can be used as the first heat source, and the second heat source on the ground can be used for air (air), building or building accessories, especially inside the building, ducts, boilers, air conditioners and refrigerators. Radiators, outer walls of buildings, roofs, chimneys, cooling towers of buildings, cooling water, road asphalt, oil storage tanks, refrigerated warehouse radiators, and power plant waste heat can be used.

또한 제 1 열원부로 땅속 이외에 호수, 강물, 바다 등을 포함하며, 제 2 열원부로 지상의 대기, 건축물, 선박 등을 포함하는 것도 기대할 수 있다.In addition, the first heat source unit may include a lake, river water, sea, etc. in addition to the ground, and the second heat source unit may be expected to include the ground atmosphere, buildings, ships, and the like.

그리고 지상과 지하의 작은 온도 차이를 이용하여 소규모로 지열을 이용하는 방법도 생각할 수 있다. 땅속은 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻하게 느껴진다. 가령 땅속 수십 미터까지 전도체를 묻어 지상의 외기나 보일러 배기구 등에 연결해 놓는다면 땅속의 온도가 바로 지상으로 전달될 것이다. 그리고 전도체의 중간을 열전모듈로 연결시키면 온도 차이만큼 전기를 얻을 수 있으므로 냉난방과 함께 전력공급이 가능할 것이다.You can also think of how to use geothermal energy on a small scale by using small temperature differences between above and below ground. The ground feels cool in summer and warm in winter. For example, if you bury a conductor up to tens of meters in the ground and connect it to the outside air or the boiler exhaust, the temperature in the ground will be transferred directly to the ground. If the middle of the conductor is connected to the thermoelectric module, electricity can be obtained by the temperature difference, so that the power can be supplied with cooling and heating.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 제벡 지열발전시스템의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the Seebeck geothermal power system according to the present invention.

설명의 편의를 위해 건물에 적용하는 제벡 지열발전시스템을 예로 들어 설명한다.For convenience of explanation, the Seebeck geothermal power system applied to a building will be described as an example.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or custom.

그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전시스템을 나타낸 개념도이고 도 2는 본 발명에 따른 제벡 지열발전기이다.1 is a conceptual view showing a Seebeck geothermal power system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a Seebeck geothermal power generator according to the present invention.

본 발명은 제벡소자의 제벡효과를 이용한 지열발전에 관한 것으로, 제 1 열원부를 땅속으로 하고 제 2 열원부를 지상으로 하며, 상기 제 1 열원부와 제 2 열 원부 사이에 제벡소자가 들어있는 열전모듈이 있으며, 상기 열전모듈의 한쪽 면이 땅속의 제 1 열원부와 전도체를 통하여 이어지고, 다른 쪽 면이 지상의 제 2 열원부와 전도체를 통하여 이어지는 것으로서, 제 1 열원부와 제 2 열원부의 온도 차에 의해 열전모듈의 제벡소자에서 전기가 발생하도록 하는 제벡 지열발전기 및, 그 제벡 지열발전기 복수개를 소정의 패턴으로 땅에 설치하고 각각의 제벡 지열발전기에서 발생하는 전기들을 모아 충전하는 축전부와 전력공급 제어부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템이다.The present invention relates to a geothermal power generation using the Seebeck effect of the Seebeck element. The thermoelectric module includes a first heat source in the ground, a second heat source in the ground, and a Seebeck element between the first heat source and the second heat source. One side of the thermoelectric module is connected through the first heat source and the conductor in the ground, and the other side is connected through the ground and the second heat source and the conductor, the temperature difference between the first heat source and the second heat source. The Seebeck geothermal generator, which generates electricity in the Seebeck element of the thermoelectric module, and a plurality of Seebeck geothermal generators are installed on the ground in a predetermined pattern, and a power storage unit for collecting and charging electricity generated from each Seebeck geothermal generator and supplying power. Seebeck geothermal power system, characterized in that the control unit is provided.

그리고 상기 전도체를 금속재로 하는 것으로 구리 또는 알루미늄으로 된 것과 특히 전도체가 히트파이프로 된 것은 열전도율을 극대화 할 수 있다.In addition, the conductor is made of metal and copper or aluminum, and in particular, the conductor is a heat pipe, thereby maximizing thermal conductivity.

그리고 상기 열전모듈 내부에 복수개의 제벡소자들을 소정의 패턴으로 배열하고 직렬, 병렬, 직병렬 혼합방식 등 다양하게 전력을 얻을 수 있으며,In addition, a plurality of Seebeck elements may be arranged in a predetermined pattern inside the thermoelectric module, and various powers may be obtained, such as a series, parallel, series-parallel mixing method, and the like.

상기 땅속과 지상의 두 열원부로부터 전도체를 통하여 열전모듈에까지 열이 전도되는 과정에서 각 열원의 온도가 손실되지 않도록 하여 두 열원의 온도차가 가능한 크게 유지될 수 있도록 전도체의 일부를 단열재로 코팅하거나 피복하는 것,A part of the conductor is coated or coated with a heat insulating material so that the temperature difference between the two heat sources can be maintained as large as possible in the process of conducting heat from the two heat sources in the ground and above the ground to the thermoelectric module through the conductors. Doing,

상기 두 열원부와 접해있는 전도체의 표면적을 넓게 하기 위하여 전도체에 방열핀 또는 흡열핀이 형성되어 있는 것 등을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템이 구성될 수 있다.The Seebeck geothermal power generation system may be configured such that heat dissipation fins or heat sink fins are formed on the conductors to widen the surface area of the conductors in contact with the two heat sources.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, it is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible from those skilled in the art. I will understand.

또한, 지상의 건물과 관련된 제벡 지열발전시스템을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 다양한 구성의 제벡 지열발전시스템이 디자인 될 수 있다.In addition, the Seebeck geothermal power generation system related to the ground building has been described as an example, but this is merely illustrative, and the Seebeck geothermal power generation system of various configurations may be designed.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a Seebeck geothermal power system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전기를 도시한 도면이다.2 is a view showing a Seebeck geothermal generator according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전시스템의 제벡소자가 들어 있는 열전모듈의 상세도이다.Figure 3 is a detailed view of the thermoelectric module containing the Seebeck element of the Seebeck geothermal power system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전시스템의 개념도이다.4 is a conceptual diagram of a Seebeck geothermal power system according to an embodiment of the present invention.

도 5 ∼ 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제벡 지열발전시스템의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.5 to 7 are views illustrating various embodiments of the Seebeck geothermal power generation system according to an embodiment of the present invention.

Claims (9)

제벡소자의 제벡효과(Seebeck Effect)를 이용한 지열발전에 관한 것으로,Geothermal power generation using the Seebeck effect of the Seebeck element, 제 1 열원부를 땅속으로 하고 제 2 열원부를 지상으로 하며,The first heat source under the ground, the second heat source under the ground, 상기 제 1 열원부와 제 2 열원부 사이에 제벡소자가 들어있는 열전모듈이 있으며,There is a thermoelectric module containing a Seebeck element between the first heat source and the second heat source, 상기 열전모듈의 한쪽 면이 땅속의 제 1 열원부와 전도체를 통하여 이어지고, 다른 쪽 면이 지상의 제 2 열원부와 전도체를 통하여 이어지는 것으로서, 제 1 열원부와 제 2 열원부의 온도 차에 의해 열전모듈의 제벡소자에서 전기가 발생하도록 하는 제벡 지열발전기 및,One side of the thermoelectric module extends through the first heat source portion and the conductor in the ground, and the other side extends through the second heat source portion and the conductor in the ground, and the thermoelectric is caused by the temperature difference of the first heat source portion and the second heat source portion. Seebeck geothermal generator for generating electricity in the Seebeck element of the module, 그 제벡 지열발전기 복수개를 소정의 패턴으로 땅에 설치하고 각각의 제벡 지열발전기에서 발생하는 전기들을 모아 충전하는 축전부와 전력공급 제어부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.A Seebeck geothermal power system comprising a plurality of Seebeck geothermal generators installed on the ground in a predetermined pattern, and a power storage unit and a power supply control unit for collecting and charging electricity generated from each Seebeck geothermal generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도체를 금속재로 하는 것으로 특히 구리 또는 알루미늄으로 된 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Seebeck geothermal power system, characterized in that the conductor is made of metal, in particular made of copper or aluminum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도체가 히트파이프로 된 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Seebeck geothermal power system, characterized in that the conductor is a heat pipe. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전모듈 내부에 복수개의 제벡소자들을 소정의 패턴으로 배열하고 직렬, 병렬, 직병렬 혼합방식 등 다양하게 전력을 얻을 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Seebeck geothermal power generation system characterized in that a plurality of Seebeck elements arranged in a predetermined pattern inside the thermoelectric module to obtain a variety of power, such as series, parallel, series-parallel mixing. 제 1 항 ∼ 제 4 항에 있어서,The method according to claim 1 to 4, 상기 땅속과 지상의 두 열원부로부터 전도체를 통하여 열전모듈에까지 열이 전도되는 과정에서 각 열원의 온도가 손실되지 않도록 하여 두 열원의 온도차가 가능한 크게 유지될 수 있도록 전도체의 일부를 단열재로 코팅하거나 피복하는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.A part of the conductor is coated or coated with a heat insulating material so that the temperature difference between the two heat sources can be maintained as large as possible in the process of conducting heat from the two heat sources in the ground and above the ground to the thermoelectric module through the conductors. Seebeck geothermal power system, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 두 열원부와 접해있는 전도체의 표면적을 넓게 하기 위하여 전도체에 방열핀 또는 흡열핀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Seebeck geothermal power generation system, characterized in that the heat radiation fin or the heat absorbing fin is formed in the conductor in order to widen the surface area of the conductor in contact with the two heat source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 열원부로 땅속의 지열, 지하수, 온천수, 마그마 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Seebeck geothermal power generation system comprising geothermal heat, groundwater, hot spring water, magma and the like as the first heat source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지상의 제 2 열원부로 대기(공기), 건물 또는 건물의 부속 설비, 특히 건물의 내부, 덕트, 보일러, 에어컨 냉장고의 라디에이터, 건물의 외벽, 지붕, 굴뚝, 건물의 냉각탑, 냉각수, 도로 아스팔트, 유류저장 탱크, 냉동 창고 방열기, 발전소 폐열 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.Air (air) to the second source of heat on the ground, the building or ancillary equipment of the building, in particular the radiator of the interior of the building, ducts, boilers, air conditioning refrigerators, exterior walls of the building, roofs, chimneys, cooling towers of buildings, cooling water, road asphalt, Seebeck geothermal power system comprising an oil storage tank, a refrigerated warehouse radiator, power plant waste heat and the like. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 열원부로 땅속 이외에 호수, 강물, 바다 등을 포함하며, 제 2 열원부로 지상의 대기, 건축물, 선박 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 제벡 지열발전시스템.The Seebeck geothermal power generation system includes a lake, a river, an ocean, etc. in addition to the ground as the first heat source unit, and includes an atmosphere on the ground, a building, a ship, and the like as the second heat source unit.
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