KR20150098797A - 배관용 열전발전모듈 - Google Patents

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KR20150098797A
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KR1020140020112A
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김용규
김재관
이동길
이호기
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삼성중공업 주식회사
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect

Abstract

배관용 열전발전모듈이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈은 유체가 흐르는 배관 및 상기 배관을 감싸며, 상기 유체와 외측의 공기의 온도차이에 의해 전력을 생산하는 열전발전부를 포함한다.

Description

배관용 열전발전모듈{Thermoelectric Generation Module for Pipe}
열전발전모듈에 관한 것으로, 보다 자세하게는 극저온의 유체가 흐르는 배관에 설치되는 열전발전모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체가 된 것을 의미한다. 여기서, 액화가스는 상온에서 기체를 압축하여 액체가 되는 가스뿐만 아니라 상온이 아닌 임계온도 이하로 냉각하여 액화되는 압축가스도 포함한다. 이러한 액화가스 중에서 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 액화된 천연 가스이다. 액화천연가스는 대략 -163도로 냉각되어 가스의 부피를 대략 600분의 1로 줄인 극저온 액체이다. 이러한 액화천연가스는 기체 상태일 때보다 부피가 작으므로, 저장 용기에 보관하여 장거리로 수송된다.
최근, 해양 오염을 방지하기 위하여 선박에서 사용되는 디젤 엔진 대신 액화천연가스를 연료로 사용하는 엔진에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 액화천연가스는 액화천연가스 저장용기에서 배관을 따라 엔진으로 공급된다. 이러한 액화천연가스를 공급하는 과정에서 발생되는 에너지를 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0036160호
본 출원은 극저온의 유체가 흐르는 배관을 이용하여 전력을 생산하기 위한 것으로서, 이러한 배관을 이용하여 에너지 소모를 절감하는 배관용 열전발전모듈을 제공하고자 한다.
본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 유체가 흐르는 배관 및 상기 배관을 감싸며, 상기 유체와 외측의 공기의 온도차이에 의해 전력을 생산하는 열전발전부를 포함하는 배관용 열전발전모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전발전부는 상기 배관의 외주면과 접하는 제1 쉘, 상기 제1 쉘과 일정 간격으로 이격되는 제2 쉘 및 상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이에 구비되는 복수 개의 열전소자부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 열전소자부는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이에 불활성가스가 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이의 압력은 상기 배관의 내부 압력과 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈은 유체와 공기의 온도차이에 의해 전력을 생산할 수 있다.
또한, 열전발전부는 배관의 외주면에 접하는 제1 쉘 및 제1 쉘과 이격되는 제1 쉘을 포함함으로써, 배관을 이중으로 보호할 수 있다.
또한, 제1 쉘과 제2 쉘 사이에 불활성가스가 포함됨으로써, 배관이 파손되는 경우 배관 내의 유체가 외부로 유출되는 것을 지연시킬 수 있다.
또한, 제1 쉘과 제2 쉘 사이의 압력이 배관의 내부 압력과 동일하게 됨에 따라, 배관이 파손되는 경우 배관 내의 유체가 외부로 유출되는 것을 지연시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배관의 둘레를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 배관을 길이방향으로 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈을 나타내는 사시도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 열전발전모듈의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 배관용 열전발전모듈의 둘레를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 배관을 길이방향으로 절단한 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(100)은 배관(110) 및 열전발전부(200)를 포함할 수 있다.
배관(110)는 유체가 흐를 수 있다. 여기서, 상기 유체는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 또는 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)일 수 있다. 또한, 상기 유체는 액화이산화탄소 등 상온보다 낮은 극저온의 유체일 수 있다.
상기 배관(110)은 단일관으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 배관(110)은 단일관에 한정되지 않고, 이중관 또는 삼중관 등 다중관으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 배관(110)은 극저온의 유체를 견딜 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 상기 배관(110)의 재질은 스테인레스강(Stainless Steel) 또는 알루미늄(Al)일 수 있다.
열전발전부(200)는 상기 배관을 감싸며, 상기 유체와 외측의 공기의 온도 차이에 의해 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 상기 유체가 대략 -163도의 액화천연가스이고 상기 외측의 공기가 대략 0~30도인 경우, 상기 유체와 상기 공기의 온도 차이를 전력으로 변환할 수 있다. 열전발전부(200)는 제1 쉘(210), 제2 쉘(220) 및 복수 개의 열전소자부(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1 쉘(210)은 상기 배관(110)의 외주면과 접할 수 있다. 또한, 상기 제1 쉘(210)은 상기 배관(110)의 외측을 전부 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제1 쉘(210)은 상기 배관(110)의 외측과 대응되도록 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 쉘(210)의 재질은 열을 전달하는 금속일 수 있다. 그리고, 상기 제1 쉘(210)은 상기 배관과 마찬가지로, 극저온의 유체를 견딜 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 쉘(210)의 재질은 스테인레스강(Stainless Steel) 또는 알루미늄(Al)일 수 있다. 또한, 상기 제1 쉘(210)의 재질은 상기 배관(210)의 내부 압력을 견딜 수 있는 금속일 수 있다.
상기 제1 쉘(220)은 상기 제1 쉘(210)과 일정 간격으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 쉘(210)이 원통 형상으로 이루어진 경우, 상기 제2 쉘(220)은 상기 제1 쉘(210)보다 외경이 큰 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 쉘(210)의 재질은 상기 제1 쉘(220)과 마찬가지로, 열을 전달하는 금속일 수 있다. 또한, 상기 제2 쉘(220)의 두께는 상기 제1 쉘(210)의 외부를 보호하도록 상기 제1 쉘(210)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 복수 개의 열전소자부(230)는 상기 제1 쉘(210)과 상기 제2 쉘(220) 사이에 구비될 수 있다. 상기 열전소자부(230)는 상기 제1 쉘(210)과 접하는 저온부와 상기 제2 쉘(220)과 접하는 고온부를 포함할 수 있다.
일반적으로, 열전소자부(Thermoelectric Element)는 엔, 피 타입 열전반도체(Thermoelectric Semiconductor)를 전기적으로 직렬연결하고, 열적으로 병렬연결하는 구조로써, 제베크 효과(Seebeck Effect)에 의해 열에너지를 이용하여 전력을 생산한다. 보다 구체적으로 열전소자부에서 엔타입(N-type) 열전반도체를 사용하는 경우 고온부가 양극화되고, 저온부가 음극화가 되어 고온부와 저온부 사이에 전위차가 발생하게 된다.
본 실시예에 따라 배관용 열전발전모듈이 작동되는 원리를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 배관(110)에 접하는 제1 쉘(210)의 온도는 상기 배관(110)에 저장된 유체와 온도에 동일할 수 있다. 그리고, 상기 제1 쉘(210)에 접하는 열전소자부(230)의 저온부의 온도는 상기 제1 쉘(210)의 온도와 동일해질 수 있다. 결과적으로, 상기 배관(110) 내의 유체의 온도와 상기 열전소자부9230)의 저온부의 온도가 동일해질 수 있다.
한편, 상기 제2 쉘(220)의 온도는 상기 제2 쉘(220)의 외측의 공기의 온도와 동일해질 수 있다. 그리고, 상기 제2 쉘(220)에 접하는 열전소자부(230)의 고온부의 온도는 상기 제2 쉘(220)과 동일해질 수 있다.
이에 따라, 상기 열전소자부(230)는 상기 고온부과 상기 저온부의 온도 차이에 의해 전력을 생산하게 된다.
한편, 상기 복수 개의 열전소자부(230)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 쉘(210)과 상기 제2 쉘(220) 사이에 공간(240)을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제1 쉘(210)과 상기 제2 쉘(220) 사이에 형성된 공간(240)에 불활성가스가 포함할 수 있다. 상기 불활성가스는 질소, 헬륨, 네온 등 상대적으로 반응성이 낮은 가스일 수 있다. 상기 불활성가스는 상기 제1 쉘(210)과 상기 제2 쉘(220) 사이의 열전달을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 불활성가스는 상기 배관(110)이 파손되는 경우, 상기 배관(110)의 내부(114)의 유체가 외부로 유출되는 것을 지연시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 쉘(210)과 상기 제2 쉘(220) 사이의 압력은 상기 배관(110)의 내부 압력과 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 배관(110)이 파손되는 경우에도 상기 배관의 내부(114)의 유체가 외부로 유출되는 것을 지연시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(100)은 상기 유체와 상기 외부의 공기와의 온도 차이를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 또한, 상기 배관용 열전발전모듈(100)이 해상구조물에 설치되는 경우, 해상구조물의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 화석에너지를 사용하지 않고 전력을 생산하게 됨에 따라 환경오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(100)은 상기 배관(110)이 단일관일 경우, 상기 열전발전부(200)가 상기 배관(110)을 감싸게 되어 상기 배관(100) 파손되더라도 상기 배관(110) 내부의 유체가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈을 나타내는 사시도이다. 여기서, 본 실시예에서 설명하지 않는 구성요소는 전술한 배관용 열전발전모듈(100)가 구성요소가 유사하므로, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 열전발전부(201)는 전술한 실시예와 달리, 복수 개로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 열전발전부(201)는 상기 배관(110)의 외주면의 일부를 감쌀 수 있다.
이에 따라, 복수 개의 상기 열전발전부(201) 각각이 상기 배관(110)의 외측에 설치되면, 상기 복수 개의 열전발전부(201)는 상기 배관(110)의 외측을 전부 감싸게 될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(101)에 적용되는 열전발전부(201)는 복수 개로 이루어지게 됨에 따라, 상기 배관(110)에 상기 열전발전부(201)를 설치하기 용이할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(101)은 전술한 실시예와 달리, 기존에 설치된 배관을 교체하지 않고 기존에 설치된 배관에 추가적으로 배관용 열전발전부(201)를 설치할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배관용 열전발전모듈(101)은 배관이 설치된 장소가 협소한 경우, 설치가 용이한 배관의 일부만 열전발전부(201)를 설치할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
110: 배관
114: 배관의 내부
200, 201: 열전발전부
210, 211: 제1 쉘
220, 221: 제2 쉘
230: 열전소자부
240: 공간

Claims (5)

  1. 유체가 흐르는 배관; 및
    상기 배관을 감싸며, 상기 유체와 외측의 공기의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전발전부를 포함하는 배관용 열전발전모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전발전부는
    상기 배관의 외주면과 접하는 제1 쉘;
    상기 제1 쉘과 일정 간격으로 이격되는 제2 쉘; 및
    상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이에 구비되는 복수 개의 열전소자부를 포함하는 배관용 열전발전모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수 개의 열전소자부는 서로 이격되어 배치되는 배관용 열전발전모듈.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이에 불활성가스가 포함되는 배관용 열전발전모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 쉘과 상기 제2 쉘 사이의 압력은 상기 배관의 내부 압력과 동일한 배관용 열전발전모듈.
KR1020140020112A 2014-02-21 2014-02-21 배관용 열전발전모듈 KR20150098797A (ko)

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WO2017030221A1 (ko) * 2015-08-20 2017-02-23 삼성중공업 주식회사 열전발전모듈, 이를 포함하는 열전발전장치와 결빙방지 기화장치 및 기화연료가스 액화공정 장치
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