KR20160126592A - 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조 - Google Patents

고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조 Download PDF

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KR20160126592A
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김태영
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Abstract

본 발명은 온도차에 따라 전기를 발생시키는 열전발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기관에 구비된 열전발전 시스템에 배기가스의 열에너지를 효율적으로 전달하여 열전발전 시스템의 발전 효율을 향상시킨 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조에 관한 것이다.

Description

고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조{Structure of Exhaust Gas Pipe for High efficiency thermoelectric generation system}
본 발명은 온도차에 따라 전기를 발생시키는 열전발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기관에 구비된 열전발전 시스템에 배기가스의 열에너지를 효율적으로 전달하여 열전발전 시스템의 발전 효율을 향상시킨 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조에 관한 것이다.
열전소자를 사용하여 어떤 물질을 가열 또는 냉각시키거나, 열전소자의 양단에 존재하는 온도차를 이용하여 전기적 발전을 통해 전류를 생산해내는 것은, 새로운 청정에너지 개발에 있어 최근 각광을 받고 있다.
한편, 자동차의 내연기관에 공급되는 총 에너지 중 고온의 배기가스를 통해 버려지는 에너지양은 전체의 30~40%에 달하고 있고, 실제 동력에 사용되는 량 역시 20~32%정도에 불과하다. 따라서 배기가스의 열을 이용하여 차량의 전기에너지를 생산하는 열전발전시스템이 개발되고 있다. 이는 물질에 가해지는 열차이(온도차)에 의한 전기에너지 발생현상(Zeebeck effect) 또는 이 현상을 역으로 하여 외부에서 부하되는 전기에너지에 의해 발생하는 물질의 발열 또는 흡열(Peltier effect)을 총칭하는 열전변환기술을 이용하는 것이다.
도 1에는 종래의 배기가스의 열을 이용한 열전발전장치의 개략 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 열전발전장치(10)는 열전소자(1)의 일면이 고온의 배기가스가 유동하는 배기관(2)의 외면에 부착된 형태를 이루며, 열전소자(1)의 타면은 냉각을 위한 방열핀(3)이 구비되거나 별도의 수냉식 냉각수단이 구비될 수 있다. 따라서 열전소자(1)의 일면은 배기가스에 의해 가열되고, 타면은 방열핀(3)을 통해 냉각되어 열전소자(1)의 일면과 타면의 온도차에 따라 발전하도록 구성된다.
상기와 같은 구성의 종래의 열전발전장치는 열전발전량을 늘리기 위해 일반적으로 열전소자를 배기관의 길이 방향을 따라 복수 개 부착하게 되는데, 열전소자를 통하여 배기가스의 열에너지가 전달되므로 열전소자가 부착된 배기관의 표면에서 배기가스의 열손실이 발생하게 된다. 따라서 배기관의 상류에서 하류로 갈수록 배기관 표면 부근의 온도가 크게 떨어지게 된다.
즉 배기관의 상류에 위치한 열전소자는 고온의 배기가스로부터 많은 에너지를 생산할 수 있지만, 복수 개의 열전소자를 거치며 배기가스의 열손실이 많아지면, 배기관의 하류에 위치한 열전소자는 발전효율이 떨어지게 된다.
복수개의 열전소자를 배기관의 외면에 부착하게 되는 경우 배기관 표면 부근의 배기가스 온도는 길이 방향을 따라 매우 급격하게 감소하지만 배기관의 중심부를 유동하는 배기가스의 온도는 비교적 높은 상태를 유지하기 때문에 배기가스의 열에너지를 효율적으로 사용하여 열전발전 시스템의 발전 효율을 향상시키기 위한 기술의 개발이 요구된다.
한국공개특허 제2015-0000305호(2015.01.02. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 다양한 배기관의 형상 및 구조를 통해 배기관에 구비된 복수 개의 열전발전 시스템에 각각 전달되는 배기가스의 온도를 동일하게 유지시켜 열전발전 시스템의 발전 효율을 향상시킨 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조는, 배기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서, 상기 열전발전 시스템은, 상기 배기관 상에 연통되며, 복수 개의 배기라인이 병렬로 배치된 매니폴드; 를 포함하고, 상기 복수 개의 열전소자는 각각이 상기 배기라인 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 매니폴드는, 가솔린 기관의 배기관에 적용될 경우, 상기 배기관의 상류단에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 매니폴드는, 디젤 기관의 배기관에 적용될 경우, 상기 배기관의 하류단에 형성되되, 상기 배기관이 매연저감장치를 포함하는 경우 상기 매연저감장치의 후단에 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조는, 기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서, 상기 열전발전 시스템은, 상기 배기관의 단면이 다각형으로 이루어지며, 상기 열전소자는 상기 다각형 각각의 변에 대응되도록 복수 개가 구비된다.
이때, 상기 배기관은, 단면이 직사각형으로 이루어지며, 상기 열전소자는, 두 쌍의 마주보는 변 중 길이가 긴 한 쌍의 마주보는 변에 대응되도록 복수 개가 구비되되, 상기 배기관의 폭 방향을 따라 이격 배치된다.
또한, 상기 배기관은, 내면에서 내측으로 돌출되는 단수 또는 복수 개의 배플이 형성되며, 상기 배플은, 상기 배기관의 둘레 방향 또는 길이 방향을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배기관은, 내부가 핀붙이 관 또는 크로스 컷 구조로 이루어진다.
본 발명의 또다른 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조는, 배기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서, 상기 열전발전 시스템은, 상기 열전소자가 구비되는 배기관의 내부가 다공성 구조, 허니컴 구조, 소결 구조 또는 복수 개의 원형관으로 이루어진다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조는, 배기가스에서 복수 개의 열전소자 각각으로 전달되는 열의 손실을 최소화하여 복수 개의 열전소자 각각의 발전성능이 동일하게 유지됨에 따라 전체적인 열전발전 시스템의 발전 효율이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 종래의 열전발전 시스템 개략 단면도
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예의 열전발전 시스템 개략 단면도
도 2b는 본 발명의 제1 실시 예의 열전발전 시스템 부분사시도
도 3a는 본 발명의 제2 실시 예의 열전발전 시스템 개략 단면도
도 3b는 본 발명의 제2 실시 예의 열전발전 시스템 부분사시도
도 4는 본 발명의 제3 실시 예의 열전발전 시스템 단면 사시도
도 5는 본 발명의 제4 실시 예의 열전발전 시스템 단면 사시도
도 6은 본 발명의 제5 실시 예의 열전발전 시스템 단면 사시도
도 7은 본 발명의 제6 실시 예의 열전발전 시스템 단면 사시도
도 8은 본 발명의 제6 실시 예의 열전발전 시스템 개략 단면도
본 발명의 다양한 실시 예를 설명하기에 앞서 열전발전 시스템에 대하여 간단히 설명하면, 열전발전 시스템은 가열수단에 부착되는 열전소자 및 냉각수단을 포함하여 구성된다. 가열수단은 일예로 내부에 고온의 배기가스가 유동하는 배기관일 수 있다. 냉각수단은 일예로 입구파이프로부터 냉매를 유입 받아 내부에 냉매(냉각유체)가 저장되고, 열전소자와 열교환된 냉매를 유출하는 수냉식 냉각장치일 수 있다.
열전소자는 흡열판과 냉각판의 온도차에 의해 열전 발전하는 통상의 열전소자가 적용될 수 있는 바 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 즉 열전소자는 일측 기판과 타측 기판의 온도차에 따라 기전력이 발생하는 통상의 열전소자 기판과, 열전소자 기판에 전기적으로 연결되어 열전소자 기판에서 생산된 전기를 외부에 공급하는 와이어를 포함하여 이루어진다.
따라서 열전소자는 타측면(흡열판)이 가열수단과 맞닿아 열을 공급받고, 일측면(방열판)이 냉각수단과 맞닿아 열을 방출함으로써 일측과 타측의 온도차에 의해 발전하도록 구성된다.
이하, 상기와 같은 열전발전 시스템의 발전 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예 1 (상류단 배기 매니폴드 형)
도 2a에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(100)의 개략 단면도가 도시되어 있고, 도 2b에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(100)의 부분사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(100)는 배기관(110), 제1 매니폴드(120) 및 열전발전모듈(T1, T2, T3, T4)을 포함하여 구성된다.
제1 매니폴드(120)는 배기관(110)의 상류단에 구비되며, 엔진의 각 실린더에서 연소된 배기가스를 각각 유입 받도록 다수의 배기라인(121, 122, 123, 124)이 병렬적으로 연결된 통상의 배기 매니폴드 형태를 이룬다.
이때 제1 배기라인(121) 상에는 제1 열전발전모듈(T1)이 구비되며, 제2 배기라인(122) 상에는 제2 열전발전모듈(T2)이 구비된다. 마찬가지로 제3 배기라인(123) 상에는 제3 열전발전모듈(T3)이 구비되고, 제4 배기라인(124) 상에는 제4 열전발전모듈(T4)이 구비된다.
상기와 같이 복수의 열전발전모듈(T1, T2, T3, T4)이 배기관(110) 또는 배기라인(120) 상에 길이 방향을 따라 설치되지 않고 각각의 배기라인(121 or 122 or 123 or 124)에 독립적으로 배치되어 배기가스의 열손실을 최소화하게 되고, 이에 따라 발전효율이 향상되게 된다.
이때 본 발명의 배기관 구조(100)는, 보다 발전 효율을 향상시키기 위해 도시된 바와 같이 각각의 배기라인(121, 122, 123, 124)의 단면을 사각형으로 구성하고 위 사각형의 각 변마다 열전발전모듈(T11, T12)이 구비된 예를 도시하였다. 도면 상에는 제1 배기라인(121) 상에 구비된 제1 열전발전모듈(T11, T12)의 예를 도시하였다. 도면상에는 제1 배기라인(121)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 오각형 또는 육각형 등의 다각형으로 이루어질 수 있다. 제1 열전발전모듈(T11, T12)은 제1 배기라인(121)의 상측에 구비된 제1-1 열전발전모듈(T11)과 제1 배기라인(121)의 측면에 구비된 제1-2 열전발전모듈(T12)이 도시되어 있으나, 제1-1 열전발전모듈(T11)의 대향측에 제1-3 열전발전모듈(미도시)이 구비될 수 있고, 제1-2 열전발전모듈(T12)의 대향측에 제4 열전발전모듈(미도시)이 구비될 수 있다.
이때, 제1-1 열전발전모듈(T11)은 제1 배기라인(121)의 상측에 구비된 열전소자(E1)와, 열전소자(E1)의 상측에 결합되어 열전소자(E1)를 냉각시키기 위한 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 냉각유체 유입구(C1-1) 및 열교환된 냉각유체의 유출을 위한 냉각유체 유출구(C1-2)가 형성될 수 있다. 또한, 제1-2 열전발전모듈(T12)은 제1 배기라인(121)의 측면에 구비된 열전소자(E2)와, 열전소자(E2)의 상측에 결합되어 열전소자(E2)를 냉각시키기 위한 냉각수단(C2)을 포함하여 구성된다. 냉각수단(C2)에는 냉각유체의 유입을 위한 냉각유체 유입구(C2-1) 및 열교환된 냉각유체의 유출을 위한 냉각유체 유출구(C2-2)가 형성될 수 있다.
위와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(100)는 엔진 연소온도가 고온인 가솔린 엔진을 사용하는 배기관 구조에 적용될 수 있다.
- 실시 예 2 (하류단 배기 매니폴드 형)
도 3a에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(200)의 개략 단면도가 도시되어 있고, 도 3b에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(200)의 부분사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(200)는 배기관(210), 매연저감장치(220), 제2 매니폴드(230) 및 열전발전모듈(T1, T2, T3, T4)을 포함하여 구성된다.
디젤 엔진과 같이 배기관(210) 상에 매연저감장치(220)가 구비되고, 배기관(210)의 상류단에 열전발전모듈을 구비하여 열전발전모듈로 인해 배기가스의 온도가 낮아질 경우 온도가 낮아진 배기가스를 유입 받는 매연저감장치(220)의 매연저감효율이 저하될 수 있으므로, 본 발명은 다음과 같은 실시 예를 제안하고자 한다.
제2 매니폴드(230)는 배기관(210)의 하류단 특히 매연저감장치(220)의 후단에 구비되며, 다수의 배기라인(231, 232, 233, 234)이 병렬적으로 연결된 형태를 이룬다.
이때 제1 배기라인(231) 상에는 제1 열전발전모듈(T1)이 구비되며, 제2 배기라인(232) 상에는 제2 열전발전모듈(T2)이 구비된다. 마찬가지로 제3 배기라인(233) 상에는 제3 열전발전모듈(T3)이 구비되고, 제4 배기라인(234) 상에는 제4 열전발전모듈(T4)이 구비된다.
상기와 같이 복수의 열전발전모듈(T1, T2, T3, T4)이 배기관(210) 또는 배기라인(220) 상에 길이 방향을 따라 설치되지 않고 각각의 배기라인(221 or 222 or 223 or 224)에 독립적으로 배치되어 배기가스의 열손실을 최소화하게 되고, 이에 따라 발전효율이 향상되게 된다.
이때 본 발명의 배기관 구조(200)는, 보다 발전 효율을 향상시키기 위해 도시된 바와 같이 각각의 배기라인(231, 232, 233, 234)의 단면을 사각형으로 구성하고 위 사각형의 각 변마다 열전발전모듈(T11, T12)이 구비된 예를 도시하였다. 도면 상에는 제1 배기라인(231) 상에 구비된 제1 열전발전모듈(T11, T12)의 예를 도시하였다. 도면상에는 제1 배기라인(231)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 오각형 또는 육각형 등의 다각형으로 이루어질 수 있다. 제1 열전발전모듈(T11, T12)은 제1 배기라인(231)의 상측에 구비된 제1-1 열전발전모듈(T11)과 제1 배기라인(121)의 측면에 구비된 제1-2 열전발전모듈(T12)이 도시되어 있으나, 제1-1 열전발전모듈(T11)의 대향측에 제1-3 열전발전모듈(미도시)이 구비될 수 있고, 제1-2 열전발전모듈(T12)의 대향측에 제1-4 열전발전모듈(미도시)이 구비될 수 있다.
이때, 제1-1 열전발전모듈(T11)은 제1 배기라인(231)의 상측에 구비된 열전소자(E1)와, 열전소자(E1)의 상측에 결합되어 열전소자(E1)를 냉각시키기 위한 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 냉각유체 유입구(C1-1) 및 열교환된 냉각유체의 유출을 위한 냉각유체 유출구(C1-2)가 형성될 수 있다. 또한, 제1-2 열전발전모듈(T12)은 제1 배기라인(231)의 측면에 구비된 열전소자(E2)와, 열전소자(E2)의 상측에 결합되어 열전소자(E2)를 냉각시키기 위한 냉각수단(C2)을 포함하여 구성된다. 냉각수단(C2)에는 냉각유체의 유입을 위한 냉각유체 유입구(C2-1) 및 열교환된 냉각유체의 유출을 위한 냉각유체 유출구(C2-2)가 형성될 수 있다.
위와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(200)는 상술한 바와 같이 DPF와 같은 매연저감장치를 사용하는 디젤엔진의 배기관 구조에 적용될 수 있다.
- 실시 예 3 (다수의 원형 배기관 형)
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(300)는 배기관(310), 다수의 원형관(320) 및 열전발전모듈(T1, T2)을 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이 배기관(310)의 단면을 사각형으로 구성하고 위 사각형의 각 변마다 열전발전모듈(T1, T2)이 구비된 예를 도시하였다. 도면상에는 배기관(310)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 오각형 또는 육각형 등의 다각형으로 이루어질 수 있다. 열전발전모듈(T1, T2)은 배기관(310)의 상측에 구비된 제1 열전발전모듈(T1)과 배기관(310)의 측면에 구비된 제2 열전발전모듈(T2)이 도시되어 있으나, 제1 열전발전모듈(T1)의 대향측에 제3 열전발전모듈이 구비될 수 있고, 제2 열전발전모듈(T2)의 대향측에 제4 열전발전모듈이 구비될 수 있다.
이때, 제1 열전발전모듈(T1)은 배기관(310)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제1 열전소자(E1-1, E1-2)와, 각각의 제1 열전소자(E1-1, E1-2)의 상측에 결합되어 제1 열전소자(E1-1, E1-2)를 냉각시키기 위한 제1 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 제1 냉각수단(C1)은 단일로 구성되며, 배기관(310)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제1 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 제1 냉각유체 유입구(C1-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 열전발전모듈(T2)은 배기관(310)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제2 열전소자(E2-1, E2-2)와, 각각의 제2 열전소자(E2-1, E2-2)의 상측에 결합되어 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 냉각시키기 위한 제2 냉각수단(C2)을 포함하여 구성된다. 제2 냉각수단(C2)은 단일로 구성되며, 배기관(310)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제2 냉각수단(C2)에는 냉각유체의 유입을 위한 제2 냉각유체 유입구(C2-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
따라서 배기관(310)의 외면에 구비된 열전발전모듈(T1, T2)을 보다 효율적으로 배치하여 발전량을 더욱 늘릴 수 있다.
특히 배기관(310)의 길이 방향을 따라 제1 열전소자(E1-1, E1-2) 및 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 설치 시 상류단의 열전소자(E1-1 or E2-1)에 의해 배기가스의 열손실이 발생되는 것을 최소화하도록 배기관(310)은 내부에 다수의 원형관(320)을 포함하여 구성될 수 있다. 위와 같이 다수의 원형관(320)으로 배기관(310)을 형성할 경우 배기관(310)의 중심을 유동하는 배기가스의 열이 배기관(310)의 표면으로 쉽게 전달되기 때문에 배기관(310) 표면의 열손실을 최소하여 배기가스의 열이 후단으로 쉽게 전달되도록 한다.
즉 배기관(310)의 하류단에 구비된 열전소자(E1-2, E2-2)에도 고온의 배기가스가 전달되도록 하여 열전발전5모듈(T1, T2)의 발전효율이 저감되지 않게 된다.
- 실시 예 4 (매쉬 또는 다공성 배기관 형)
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(400)는 배기관(410), 매쉬(420) 및 열전발전모듈(T1, T2)을 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이 배기관(410)의 단면을 사각형으로 구성하고 위 사각형의 각 변마다 열전발전모듈(T1, T2)이 구비된 예를 도시하였다. 도면상에는 배기관(410)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 오각형 또는 육각형 등의 다각형으로 이루어질 수 있다. 열전발전모듈(T1, T2)은 배기관(410)의 상측에 구비된 제1 열전발전모듈(T1)과 배기관(410)의 측면에 구비된 제2 열전발전모듈(T2)이 도시되어 있으나, 제1 열전발전모듈(T1)의 대향측에 제3 열전발전모듈이 구비될 수 있고, 제2 열전발전모듈(T2)의 대향측에 제4 열전발전모듈이 구비될 수 있다.
이때, 제1 열전발전모듈(T1)은 배기관(410)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제1 열전소자(E1-1, E1-2)와, 각각의 제1 열전소자(E1-1, E1-2)의 상측에 결합되어 제1 열전소자(E1-1, E1-2)를 냉각시키기 위한 제1 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 제1 냉각수단(C1)은 단일로 구성되며, 배기관(410)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제1 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 제1 냉각유체 유입구(C1-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 열전발전모듈(T2)은 배기관(410)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제2 열전소자(E2-1, E2-2)와, 각각의 제2 열전소자(E2-1, E2-2)의 상측에 결합되어 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 냉각시키기 위한 제2 냉각수단(C2)을 포함하여 구성된다. 제2 냉각수단(C2)은 단일로 구성되며, 배기관(410)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제2 냉각수단(C2)에는 냉각유체의 유입을 위한 제2 냉각유체 유입구(C2-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
따라서 배기관(410)의 외면에 열전발전모듈(T1, T2)을 보다 효율적으로 배치하여 발전량을 더욱 늘릴 수 있다.
특히 배기관(410)의 길이 방향을 따라 제1 열전소자(E1-1, E1-2) 및 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 설치 시 상류단의 열전소자(E1-1 or E2-1)에 의해 배기가스의 열손실이 발생되는 것을 최소화하도록 배기관(410)은 내부가 매쉬(420) 구조로 이루어지거나, 다공성 구조, 허니컴 구조 또는 소결구조로 이루어질 수 있다. 위와 같이 배기관(410)의 내부를 매쉬(420)로 형성할 경우 배기관(410)의 중심을 유동하는 배기가스의 열이 배기관(410)의 표면으로 쉽게 전달되기 때문에 배기관(410) 표면의 열손실을 최소하여 배기가스의 열이 후단으로 쉽게 전달되도록 한다.
즉 배기관(410)의 하류단에 구비된 열전소자(E1-2, E2-2)에도 고온의 배기가스가 전달되도록 하여 열전발전모듈(T1, T2)의 발전효율이 저감되지 않게 된다.
- 실시 예 5 (직사각형 배기관 형)
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(500)는 배기관(510) 및 열전발전모듈(T1)을 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이 배기관(510)의 단면을 직사각형으로 구성하고 상측 변과 하측 변의 길이를 양측 변의 길이보다 길게 형성할 경우 배기관(510)의 상측 변과 하측 변에 배기관(510)의 폭방향을 따라 다수 개의 열전소자(E1, E2, E3)의 설치가 가능해진다.
즉 배기관(510)의 길이 방향을 따라 열전발전모듈을 설치하지 않아도 배기관(510)의 폭 방향을 따라 열전발전모듈(T1)의 설치가 가능하기 때문에 배기관(510)이 하류단의 배기가스 열손실을 고려할 필요 없이 필요한 발전량을 생산할 수 있게 된다.
이때, 열전발전모듈(T1)은 배기관(510)의 폭 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 열전소자군(E1, E2, E3)과, 각각의 열전소자(E1, E2, E3)의 상측에 결합되어 열전소자군(E1, E2, E3)을 냉각시키기 위한 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 냉각수단(C1)은 단일로 구성되며, 배기관(510)의 폭 방향을 따라 형성될 수 있다. 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 냉각유체 유입구(C1-1) 및 열교환된 냉각유체의 유출을 위한 냉각유체 유출구(C1-2)가 형성될 수 있다.
- 실시 예 6 (배플 배기관 형)
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시 예에 따른 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조(600)는 배기관(610), 배플(620) 및 열전발전모듈(T1, T2)을 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이 배기관(610)의 단면을 사각형으로 구성하고 위 사각형의 각 변마다 열전발전모듈(T1, T2)이 구비된 예를 도시하였다. 도면상에는 배기관(610)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 오각형 또는 육각형 등의 다각형으로 이루어질 수 있다. 열전발전모듈(T1, T2)은 배기관(610)의 상측에 구비된 제1 열전발전모듈(T1)과 배기관(610)의 측면에 구비된 제2 열전발전모듈(T2)이 도시되어 있으나, 제1 열전발전모듈(T1)의 대향측에 제3 열전발전모듈이 구비될 수 있고, 제2 열전발전모듈(T2)의 대향측에 제4 열전발전모듈이 구비될 수 있다.
이때, 제1 열전발전모듈(T1)은 배기관(610)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제1 열전소자(E1-1, E1-2)와, 각각의 제1 열전소자(E1-1, E1-2)의 상측에 결합되어 제1 열전소자(E1-1, E1-2)를 냉각시키기 위한 제1 냉각수단(C1)을 포함하여 구성된다. 제1 냉각수단(C1)은 단일로 구성되며, 배기관(610)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제1 냉각수단(C1)에는 냉각유체의 유입을 위한 제1 냉각유체 유입구(C1-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 열전발전모듈(T2)은 배기관(610)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 제2 열전소자(E2-1, E2-2)와, 각각의 제2 열전소자(E2-1, E2-2)의 상측에 결합되어 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 냉각시키기 위한 제2 냉각수단(C2)을 포함하여 구성된다. 제2 냉각수단(C2)은 단일로 구성되며, 배기관(610)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제2 냉각수단(C2)에는 냉각유체의 유입을 위한 제2 냉각유체 유입구(C2-1) 및 도시되지는 않았으나, 열전소자와 열교환된 열교환 유체가 유출되는 제1 냉각유체 유출구가 형성될 수 있다.
따라서 배기관(610)의 외면에 열전발전모듈(T1, T2)을 보다 효율적으로 배치하여 발전량을 더욱 늘릴 수 있다.
특히 배기관(610)의 길이 방향을 따라 제1 열전소자(E1-1, E1-2) 및 제2 열전소자(E2-1, E2-2)를 설치 시 상류단의 열전소자(E1-1 or E2-1)에 의해 배기가스의 열손실이 발생되는 것을 최소화하도록 배기관(610)은 내부면에서 내측으로 돌출되는 배플(620)을 포함하여 이루어질 수 있다. 배플(621, 622)은 복수 개가 배기관(610)의 내주면 둘레를 따라 방사상으로 배치될 수 있고, 배기관(610)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치될 수 있다. 위와 같이 배기관(310)의 내부에 배플(620)을 형성할 경우 배기관(410) 내부를 유동하는 배기가스가 배플(620)로 인해 와류화 되어 배기관(610)의 중심을 유동하는 배기가스의 열이 배기관(610)의 표면으로 쉽게 전달되기 때문에 배기관(610) 표면의 열손실을 최소하여 배기가스의 열이 후단으로 쉽게 전달되도록 한다.
즉 배기관(610)의 하류단에 구비된 열전소자(E1-2, E2-2)에도 고온의 배기가스가 전달되도록 하여 열전발전모듈(T1, T2)의 발전효율이 저감되지 않게 된다.
배플(620) 외에도 배기관(610)의 내부를 유동하는 배기가스를 와류화 시킬 수 있는 구성이면 다양한 실시 예가 적용될 수 있다. 일예로 배기관은, 내부가 핀붙이 관 또는 크로스 컷 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 배기관 구조
110, 210, 310, 410, 510, 610 : 배기관
T1, T2, T3, T4, T5, T6 : 열전발전모듈
E1, E2, E3 : 열전소자
C1, C2 : 냉각수단
120, 230 : 매니폴드
220 : 매연저감장치
320 : 원형관
420 : 매쉬
620 : 배플

Claims (8)

  1. 배기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서,
    상기 열전발전 시스템은,
    상기 배기관 상에 연통되며, 복수 개의 배기라인이 병렬로 배치된 매니폴드; 를 포함하고,
    상기 복수 개의 열전소자는 각각이 상기 배기라인 상에 구비되는 것을 특징으로 하는, 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 매니폴드는,
    가솔린 기관의 배기관에 적용될 경우,
    상기 배기관의 상류단에 형성되는 것을 특징으로 하는, 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 매니폴드는,
    디젤 기관의 배기관에 적용될 경우,
    상기 배기관의 하류단에 형성되되, 상기 배기관이 매연저감장치를 포함하는 경우 상기 매연저감장치의 후단에 구비되는 것을 특징으로 하는, 고효율 열전발전 시스템의 배기관 구조.
  4. 배기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서,
    상기 열전발전 시스템은,
    상기 배기관의 단면이 다각형으로 이루어지며, 상기 열전소자는 상기 다각형 각각의 변에 대응되도록 복수 개가 구비되는, 고효율 열전발전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배기관은, 단면이 직사각형으로 이루어지며, 상기 열전소자는, 두 쌍의 마주보는 변 중 길이가 긴 한 쌍의 마주보는 변에 대응되도록 복수 개가 구비되되, 상기 배기관의 폭 방향을 따라 이격 배치되는, 고효율 열전발전 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배기관은, 내면에서 내측으로 돌출되는 단수 또는 복수 개의 배플이 형성되며, 상기 배플은, 상기 배기관의 둘레 방향 또는 길이 방향을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 하는, 고효율 열전발전 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 배기관은, 내부가 핀붙이 관 또는 크로스 컷 구조로 이루어진, 고효율 열전발전 시스템.
  8. 배기관의 외면에 복수 개의 열전소자가 이격 구비되는 열전발전 시스템에 있어서,
    상기 열전발전 시스템은,
    상기 열전소자가 구비되는 배기관의 내부가 다공성 구조, 허니컴 구조, 소결 구조 또는 복수 개의 원형관으로 이루어진, 고효율 열전발전 시스템.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150000305A (ko) 2013-06-24 2015-01-02 현대중공업 주식회사 엔진의 배기가스 폐열을 이용한 열전발전 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107769617A (zh) * 2017-09-28 2018-03-06 珠海格力电器股份有限公司 温差发电系统及燃气灶
CN107769617B (zh) * 2017-09-28 2019-08-13 珠海格力电器股份有限公司 温差发电系统及燃气灶
KR20230004246A (ko) 2021-06-30 2023-01-06 한국전기연구원 냉각 강화형 단위 열전발전 소자 모듈과 이를 포함한 냉각 강화형 열전발전 소자 어셈블리

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