KR20100118373A

KR20100118373A - 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치

Info

Publication number: KR20100118373A
Application number: KR1020090037176A
Authority: KR
Inventors: 정경오; 김기운
Original assignee: 목포도시가스(주)
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-05

Abstract

본 발명은 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 관한 것으로서 특히 휴대용 부탄가스를 이용하여 히팅블럭을 직접 가열하여 열전소자로 전달된 고온의 열에 의해 전기를 발생시키도록 하며 냉각을 위한 별도의 장치가 없으므로 부피와 무게가 적어 휴대가 간편하며 소음과 진동이 전혀 없이 전력을 용이하게 얻을 수 있는 특징이 있다.

Description

열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치{A portable power generating system using thermoelectric module}

본 발명은 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 관한 것으로서 특히 휴대용 부탄가스를 이용하여 히팅블럭을 직접 가열하여 열전소자로 전달된 고온의 열에 의해 전기를 발생시키도록 한 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 관한 것이다.

야외에서 전기,전자제품을 사용하기 위해서는 휴대용 발전기를 구비하거나 1차전지 또는 2차전지를 구비하여야 한다. 종래의 휴대용 발전기는 원료인 오일을 연소시켜 발전기를 구동하도록 구성되어 있어 부피가 크며 소음과 진동이 발생하게된다는 문제점이 있다. 그리고 1차전지 또는 2차전지의 경우 각 셀의 용량이 적으므로 다수 개를 구비하여야 하므로 부피가 크고 무거워 장기간의 사용이 곤란하다는 문제점이 있다.

상기의 소음등을 해결한 발전방법으로 열전발전이 있다. 상기 열전발전은 양측면의 온도차에 의해 전류가 흐르게 되는 반도체를 다수 개 직렬로 연결하고 그 양측에 일측은 열을 받게 되는 집열판을 설치하고 타측면에는 열을 발산하는 냉각판을 구비하여 상기 집열판을 가열하여 발전을 하는 것으로 양측면의 온도차가 클수록 발전이 더욱 잘 일어난다.

따라서 냉각을 하게 되는 냉각판 측에 물을 흘려보내 냉각을 하는 등의 냉각방법이 필요하게 된다. 그런데 종래의 열전발전기는 냉각을 위한 장치가 부설되어 있으므로 부피와 무게가 커지게 되어 휴대가 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 휴대용 부탄가스를 이용하여 히팅블럭을 직접 가열하여 열전소자로 전달된 고온의 열에 의해 전기를 발생시키도록 하여 열전발전기의 효율을 높이고 부피를 최소화하여 휴대가 용이하고 사용이 간편한 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기한 목적을 갖는 본 발명은 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 있어서, 가스를 연소시켜 고온의 열을 발생하는 휴대용 가열수단(100)을 이용하여 발전장치(200)를 가열하면 상기 발전장치(200)가 고온의 열에 의해 전기를 생산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈를 이용한 휴대용 발전장치에 의하여 달성된 다.

상기 발전장치(200)는 가열수단(100)의 고온에 의해 가열되어 고온의 열을 전달하는 히팅블럭(310)과; 상기 히팅블럭(310)에 연결 설치되어 고온의 열에 의해 전기를 생산하는 열전모듈(300)과; 상기 열전모듈(300)에 전달된 열을 냉각시키는 방열수단(400)과; 상기 방열수단(400)을 냉각시키도록 모터에 의하여 구동하는 휀부재(600)와; 상기 방열수단(400)에 고정 설치되어 화염이 외부로 나가거나 사용자를 화염으로부터 보호하는 하우징(700)과; 상기 하우징(700)과 방열수단(400)이 유동되지 않도록 고정시키면서 하부에 다리부재(810)가 구비된 받침수단(800)과; 상기 하우징(700)에 고정 설치되어 히팅블럭(310)을 고정 설치하는 홀더부재(900) 및 상기 하우징(700)의 측면에 설치되어 휴대용 가열수단(100)의 화염방사부재를 내측으로 집어 넣을 수 있는 통공이 구비된 보호플레이트(500)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전모듈를 이용한 휴대용 발전장치에 의하여 달성된다.

한편 상기 휴대용 가열수단(100)은 통상의 휴대용 부탄가스를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 열전모듈(300)은 중앙에 열전냉각소자(11)가 구비되고 상기 열전냉각소자(11)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(12)이 구비되어 있으며, 상기 열전냉각소자(11)의 타측면에는 상기 흡열 판(12)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(13)이 구비되어 이루어진 냉각부(1)와 중앙에 열전발전소자(31)가 구비되고 상기 열전발전소자(31)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(32)이 구비되어 있으며, 상기 열전발전소자(31)의 타측면에는 상기 흡열판(32)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(33)이 구비되어 이루어진 발전부(3)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열 전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명의 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치에 의하면 냉각을 위한 별도의 장치가 없으므로 부피와 무게가 적어 휴대가 간편하며 소음과 진동이 전혀 없이 전력을 용이하게 얻을 수 있다는 효과가 있다. 또한 집열판과 냉각판의 온도차를 크게 할 수 있어 충분한 전력을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치의 구조를 보여주는 분해사시도이며, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치의 구조를 보여주는 결합사시도로서 이에 따른 본 발명의 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치의 구조를 보여주는 가스를 연소시켜 고온의 열을 발생하는 휴대용 가열수단(100)을 이용하여 발전장치(200)를 가열하면 상기 발전장치(200)가 고온의 열에 의해 전기를 생산하도록 구성된 구조이다.

한편 상기 휴대용 가열수단(100)은 통상의 휴대용 부탄가스를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 발전장치(200)는 첨부도면 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 휴대용 가열수단(100)의 고온에 의해 가열되어 고온의 열을 전달하는 히팅블럭(310)이 설치되며 상기 히팅블럭(310)에는 고온의 열에 의해 전기를 생산하는 열전모듈(320)과 상기 열전모듈(320)에 전달된 열을 냉각시키는 방열수단(400)이 연결 설 치되며 상기 방열수단(400)과 히팅블럭(310)은 핀 구조로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가열시와 방열시에 열전도율을 높이기 위함이다.

이때 상기 열전모듈(320)은 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 중앙에 열전냉각소자(11)가 구비되고 상기 열전냉각소자(11)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(12)이 구비되어 있으며, 상기 열전냉각소자(11)의 타측면에는 상기 흡열 판(12)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(13)이 구비되어 이루어진 냉각부(1)와 중앙에 열전발전소자(31)가 구비되고 상기 열전발전소자(31)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(32)이 구비되어 있으며, 상기 열전발전소자(31)의 타측면에는 상기 흡열 판(32)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(33)이 구비되어 이루어진 발전부(3)로 이루어진 구조이다.

상기 냉각부(1)의 발열 판(13)과 발전부(3)의 흡열 판(32)은 열 전도성 그리스(5)를 통해 접착되는 것이 바람직하다. 상기 방열수단(400)의 일방향에는 모터에 의하여 구동하는 휀부재(600)가 설치되며 화염이 외부로 나가거나 사용자를 화염으로부터 보호하는 하우징(700)과 상기 방열수단(400)이 유동되지 않도록 하면서 하부에 다리부재(810)가 구비된 받침부재(800)에 고정 설치된다.

한편 상기 하우징(700)에는 히팅블럭(310)을 고정 설치하는 홀더부재(900) 및 상기 하우징(700)의 측면에 설치되어 휴대용 가열수단(100)에 있어서 불꽃이 방사되는 화염방사부재를 내측으로 집어 넣을 수 있는 통공(510)이 구비된 보호플레이트(500)가 설치되어 이루어진 구조이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명인 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장 치(200)의 작동은 휴대용 가열수단(100) 즉 통상의 휴대용 부탄가스에 불을 붙이고 불꽃이 방사되는 화염방사부재를 통공(510)으로 집어 넣으면 하우징(700)에 의하여 화염이 외부로 나가거나 사용자를 화염으로부터 보호되면서 휴대용 가열수단(100)은 히팅블럭(310)을 가열하게 된다.

상기 가열되는 히팅블럭(310)은 점진적으로 고온의 열을 발생시키게 되므로 상기 히팅블럭(310)에 연결 설치되어 고온의 열에 의해 전기를 생산하는 열전모듈(320)에 고온의 열을 전달하게 된다.

상기 고온이 열전모듈(320)에 전달되면 열전모듈(320)에서 전기가 생성된다. 상기 전기생성 방법은 열전냉각소자(11)가 구비된 냉각부(1)의 발열 판(13)과 열전발전소자(31)가 구비된 발전부(3)의 흡열 판(32)을 상호 밀착시켜 냉각부(1)를 통해 전자 장치 내부에서 발생하는 열을 흡열하여 그 내부를 냉각시키는 한편 발전부(3)를 통해 냉각부에서 발열된 열을 흡열하여 발전하게 된다.

즉 상기 냉각부(1)는 중앙에 열전냉각소자(11)가 구비되고 상기 열전냉각소자(11)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(12)이 구비되어 있으며, 상기 열전냉각소자(11)의 타측면에는 상기 흡열 판(12)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(13)이 구비되어 있다.

본 발명의 실시예에 있어서 상기 열전냉각소자(11)는 p형 소자와 n형 소자를 금속전극에 접합시킨 π형 직렬회로 p-n 열전쌍(Thermo couple) 양분지단의 전극을 각각 -, +로 되도록 전류를 n형에서 p형으로 흘리면 p형 소자내의 정공은 -극으로, n형 소자내의 전자는 +극으로 이동하게 되며, 이 때 정공과 전자 모두 상부의 p-n 접합부 전극으로부터 열을 갖고 하부 양분지단 전극으로 이동하기 때문에 상부의 접합부에서는 냉각되어 주위로부터 열을 흡수하고, 하부의 양분지단에서는 열을 방출하는 반도체 열전모듈이다.

한편 상기 발전부(3)는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로, 상기 냉각부의 발열 판(13)에 접착 수단(5)을 통해 접착되어 상기 발열 판(13)에서 발열되는 열을 흡열하는 흡열 판(32)이 구비되고, 상기 흡열 판(32)의 타측면에 상기 흡열 판(32)을 통해 흡열된 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 열전발전소자(31)가 구비되어 있으며, 상기 열전발전소자(31)의 타측면에 열을 발열하는 발열 판(33)이 구비되어 있다. 즉 상기 발전부(3)는 외부로부터 공급되는 열이 고온일수록 많은 양의 전기를 발전하게 된다.

본 발명의 실시예에 있어서 상기 열전발전소자(31)는 상술한 열전냉각소자와 마찬가지로 p형 소자와 n형 소자를 π형으로 금속접합한 반도체 열전소자로, 상부의 접합부에 열을 가하여 하부와의 온도차를 발생시키면, n형 소자내에서는 전자가, p형 소자내에서는 정공이 열 에너지를 받아 전체 에너지가 높아지기 때문에 저온측으로 이동하게 된다.

따라서 상기 열전발전소자는 n형 소자에서 전자가 유입된 저온측은 -로 대전되고, 고온측에서는 +로 대전되고, p형 소자에 있어서는 n형과 반대로 대전된다. 이로 인해 하부의 p형 소자에서는 +의 공간전하를 형성하고, n형 소자에서는 -극의 공간전하를 형성하여 전류가 흐르게 되는 것이다.

한편 본 발명의 실시예에 있어서 상기 냉각부(1)의 발열 판(13)과 발전부(3) 의 흡열 판(32)은 열 전도성 그리스(5)를 통해접착되어 있다. 이와 같이 열 전도성 그리스(5)를 이용하여 냉각부(1) 및 발전부(3)를 상호 밀착시킴으로써, 냉각부(1)의 발열 판(13)과 발전부(3)의 흡열판(32) 사이에 공기층이 형성되는 것을 방지할 수 있어 열 전달 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

따라서 상기와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 열전모듈(320)을 이용한 발전장치(200)는 발전부(3)로부터 발전된 전기를 장비에 공급되는 전력의 일부로 사용 가능함으로써, 장비 구동에 따른 전력 소비량을 절감할 수 있으며 특히 배터리를 사용하는 휴대용 전자 장치에 있어서 전자 장치의 사용에 따른 배터리의 사용 시간을 연장시킬 수 있게 된다.

상기 냉각부(1)에 전달된 고온은 냉각부(1)와 기계적 및 전기적으로 연결된 방열수단으로 전달되면 외부의 공기를 불어 전달하는 휀수단에 의해 방열수단이 공냉되어 고온의 열을 냉각시키게 된다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치의 구조를 보여주는 분해사시도

도 2는 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치의 구조를 보여주는 결합사시도

도 3은 본 발명의 구조를 보여주는 측단면도.

도 4는 본 발명의 구조를 보여주는 평단면도

도 5는 본 발명의 사용상태를 보여주는 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 휴대용 가열수단 200 : 발전장치

310 : 히팅블럭 320 : 열전모듈

400 : 방열수단 500 : 보호플레이트

600 : 휀부재 700 : 하우징

800 : 받침부재 810 : 다리부재

Claims

휴대용 발전장치에 있어서,

가스를 연소시켜 고온의 열을 발생하는 휴대용 가열수단(100)을 이용하여 발전장치(200)를 가열하면 상기 발전장치(200)가 고온의 열에 의해 전기를 생산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발전장치(200)는

가열수단(100)의 고온에 의해 가열되어 고온의 열을 전달하는 히팅블럭(310)과;

상기 히팅블럭(310)에 연결 설치되어 고온의 열에 의해 전기를 생산하는 열전모듈(320)과;

상기 열전모듈(320)에 전달된 열을 냉각시키는 방열수단(400)과;

상기 방열수단(400)을 냉각시키도록 모터에 의하여 구동하는 휀부재(600)와;

화염이 외부로 나가거나 사용자를 화염으로부터 보호하는 하우징(700)과;

상기 하우징(700)과 방열수단(400)이 유동되지 않도록 고정시키면서 하부에 다리부재(810)가 구비된 받침수단(800)과;

상기 하우징(700)에 고정 설치되어 히팅블럭(310)을 고정 설치하는 홀더부재(900) 및

상기 하우징(700)의 측면에 설치되어 휴대용 가열수단(100)의 화염방사부재를 내측으로 집어 넣을 수 있는 통공(510)이 구비된 보호플레이트(500)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 휴대용 가열수단(100)은 통상의 휴대용 부탄가스인 것을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치.
제 2 항에 있어서, 상기 열전모듈(320)은 중앙에 열전냉각소자(11)가 구비되고 상기 열전냉각소자(11)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(12)이 구비되어 있으며, 상기 열전냉각소자(11)의 타측면에는 상기 흡열 판(12)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(13)이 구비되어 이루어진 냉각부(1)와 중앙에 열전발전소자(31)가 구비되고 상기 열전발전소자(31)의 일측면에는 열을 흡열하는 흡열판(32)이 구비되어 있으며, 상기 열전발전소자(31)의 타측면에는 상기 흡열판(32)을 통해 흡열된 열을 발열하는 발열 판(33)이 구비되어 이루어진 발전부(3)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 냉각부(1)의 발열 판(13)과 발전부(3)의 흡열 판(32)은 열 전도성 그리스(5)를 통해접착되는 것을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 휴대용 발전장치.