KR20100133590A - 열전소자를 이용한 폐열발전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철을 가열하고 가공하는 열간 단조 공정에서, 프레스 가공 작업이 완료된 가공품은 작업중 발생된 열을 지속적으로 지니고 있다. 이 열을 식히기 위하여, 대기중에 노출시켜 열을 식히는데, 이러하게 대기중으로 소실되는 열을 열전소자를 이용하여 발전하고, 발전된 전기를 필요로 하는 부하에 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

개시된 본 고안은 열간 단조 공정에서 유도 가열기를 통과하여 가열된 철재 가공품은 1200도 정도의 온도로 가열되어, 프레스 공정과 콘베어 라인을 돌면서 최종적으로 적재대에 모아진다. 적재대에 모아진 철 가공품은 대략 960도의 온도를 지니고 있으며, 대기중에 노출시켜 대기 온도까지 낮추어 공냉 시키는데 약 3시간 정도의 시간이 소요된다. 이러한 장시간 대기 시간에 대기 중으로 소실되는 다량의 열을 본 고안에서 제시하는 발전소자를 이용하여 전기로 전환하고 이 전기를 저장하여 부하에 공급하기 위함이다.

열전소자, 열변환장치, 폐열발전,

Description

열전소자를 이용한 폐열발전장치 {waste heat generation equipment using a temperature conversion device}

본 발명은 열간 가공 공정에서 고온으로 가열된 철 가공품을 대기 온도로 공냉 시키면서 소실되는 열을 모아, 열전소자를 이용하여 전기로 변환시켜 저장하고, 전력으로 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.

열전소자는 열전발전으로 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 소자로, 고온부분과 저온부분 사이의 온도차에 의해 발생하는 열의 이동에너지를 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성시키는 열전소자이다.

기존의 열간 가공 공정에서는 단단한 철을 쉽게 가공하기 위하여 높은 온도로 가열하여 가공한다. 이렇게 만들어진 철 가공품은 한곳으로 모아져, 대기 중에서 대기 온도까지 공냉 시키고, 식어진 철 가공품은 다음 공정으로 보내진다. 이렇게 대기 중에 노출되는 가공품은 통상 960도 정도의 고온을 유지하고 있으며, 이 고온을 대 기 온도까지 낮추는데 3시간 정도의 시간이 필요하게 된다. 이러한 과정이 반복해서 이루어지면서, 고온의 열이 지속적으로 대기 중으로 소실되어 에너지가 낭비되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 다량으로 소실되어 낭비되는 고온의 열을 열전소자를 이용하여 직류(DC) 전원을 만들고, 만들어진 직류(DC) 전원을 저장매체인 축전지로 보내고, 축전지에 모아진 전기를 교류로 변환시켜 전력을 공급함을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서는, 고온에서 가공된 가공품을 공냉시키는 과정에서, 가공품을 직접 대기중 노출시키지 않고, 본 발명품인 열변환장치(1) 내부에 넣어 공냉시킴으로써, 가공품에서 발생되는 열을 열변환장치(1) 벽면(4)에 취부된 열전소자인 열전 발전소자(6)에 모아, 열 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전력을 발생시키는 폐열발전장치(1)(2)(3) 수단으로 에너지 낭비를 해결할 수 있다.

종래에는 가공품의 고온의 열을 대기 중으로 소실시켜 폐기하였지만, 본 발명품인 열변환장치(1)로 전력을 만들면, 폐기되는 에너지를 전력으로 사용함으로써 국가적인 에너지 절감정책에 기여하게 된다. 또한 화석연료의 사용으로 환경오염 문제가 심각한 현실에서, ‘녹색 저탄소 성장’ 국가정책에도 부응한다. 지금도 국내에는 열간가공하는 단조공장, 형강공장, 주물공장, 제철소, 열처리 공장 등이 무수히 많으므로 본 특허의 활용도가 매우 높다고 본다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작동원리에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

도1은 폐열발전장치의 전체 구성도로써, 고열에 가열된 가공품을 담은 공냉용기를 열변환장치(1)의 내부에 투입 안치하면, 고열의 가공품에서 나오는 열이 열변환장치(1)의 내부로 전달되고, 전달된 열은 열변환장치(1)의 내벽(4)에 고열을 전달하고, 내벽 (4)에 전달된 고열은 내벽(4) 표면에 취부된 열전소자(6)로 전달되고, 열을 전달 받은 열전소자(6)는 전기를 발생시켜 축전지(3)로 보내는 구조로 되어있다.

열전소자의 전력 생산 효율이 제일 높은 온도는 200도(℃) 인데, 고열에 가열된 가공품은 900도(℃)가 넘는다. 열전소자(6)는 900도(℃)가 넘는 고열에서는 소자의 파손이 우려되므로 직접적인 고열에 노출되지 않는 구조를 가지고 있어야 하므로, 열변환장치(1)의 내벽(4) 밑에 설치되어 열전소자를 열차단막으로 덮어 열전 발전소자(6)와 고열의 직접적인 접촉이 이루어 지지 않는 구조를 가지고 있다.

또한, 열변환장치(1)의 내벽(4)은 열과 닿는 면적을 최대한 늘리기 위하여, 내벽(4) 표면은 삼각형 주름벽(도2)의 구조를 가지며, 이 주름벽의 내벽(4)에 열전 발전소자(6)를 내장하는 구조를 가지고 있다.

도1은 본 발명 장치인 열변환 장치의 전체 구성도

도2는 열변환장치의 내벽을 상세하게 기술한 도면

도3은 열변환장치의 내벽 밑에 장착된 발전소자의 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 열전소자를 내장한 열변환 장치

2. 열변환장치의 내벽 밑에 장착된 열전소자로 부터 나오는

전선을 한 곳으로 모아서 외부로 보내기 위한 단자대 함

3. 축전지

4. 열변환장치 내부의 열 흡수면적을 높이기 위한 삼각형의 주름벽

5. 고열이 열전소자(6)에 직접적으로 전달되지 않게 부분 차단하는 표면벽

6. 열전 발전 소자

Claims (1)

1. 고열로 가열된 가공품을 담은 용기를 넣을 수 있는 구조로 내벽을 가지는 박스형 열변환장치(1)의 내벽(4)은 열을 최대한 받아들이기 위한 삼각형의 주름벽(4);

   고열이 열전소자(6)에 직접적으로 전달되지 않게 부분 차단하는 표면벽(5);

   표면벽(5) 밑에 내장되는 열전 발전소자(6);

   열전 발전소자(6)로 부터 생성되는 전기를 외부로 전달하기 위한 열변환장치(1)의 외벽에 설치되는 단자함(2);

   단자함(2)으로 부터 전기를 공급받아 축전시키는 축전지(3)로 이루어지는 구조

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