KR20170036885A - 열전 발전 장치 - Google Patents

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KR20170036885A
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thermoelectric
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강덕홍
최상균
송정순
이상래
조찬용
최경성
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재단법인 포항산업과학연구원
주식회사 이노윌
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 설치구조를 간단하게 할 수 있고, 폐열의 흐름을 원활하게 유지할 수 있도록 개선하여 발전효율 및 냉각효율이 향상되는 열전 발전 장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 열전 발전 장치는 열원이동통로에 제공되어 열을 흡수하여 전달하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제1부재; 상기 제1부재의 외측으로 소정 간격 이격되어 외기와 접하며 열을 방열하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제2부재; 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이에 제공되며 온도 차이를 이용하여 전기를 생성하는 적어도 하나의 열전소자를 갖는 발전모듈; 및 상기 발전모듈과 접촉되지 않는 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이의 틈을 단열하도록 제공되는 단열부재;를 포함한다.

Description

열전 발전 장치 {THERMOELECTRIC GENERATION APPARATUS}
본 발명은 폐열(waste heat)을 이용하여 전기를 발생하는 열전 발전 장치에 관한 것이다.
오늘날 전 세계적으로 석유, 석탄, 천연가스 등 매장량이 한정된 에너지 자원의 무분별한 사용으로 인하여 자원 부족, 지구온난화, 대기오염, 생태계 불균형 등이 심화되고 있으며, 이에 따라 에너지 절약 기술과 함께 화석 연료를 대신할 대체에너지 기술의 중요성이 부각되고 있다.
이에 따라 최근에는 청정 에너지 기술로 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 열전발전이 대표적으로 사용되고 있다.
열전발전은 집적화된 열전반도체를 이용하여 열을 전기로 변환하는 것으로 소각로나 각종 산업 설비에서 발생하는 폐열이나 태양열, 지열, 하천수열과 같은 자연열에서도 직접 전력을 생산해 낼 수 있으며, 전기를 생산하는 과정에서 환경유해 가스를 배출하지 않을 뿐만 아니라 소음도 발생하지 않으며, 수명도 반영구적인 청정 전기 발생장치로 최근에 각광받고 있는 실정이다.
이러한 열전발전기술로, 한국 등록특허 제10-1307518호 '열전발전 장치'와 한국 등록특허 제10-1321010호 '산업용 폐열을 이용한 열전발전형 독립 전원 공급장치' 등이 개발되었으나, 설치구조가 복잡할 뿐만 아니라 설치구조에 제약이 있고, 폐열의 흐름을 원활하게 유지할 수 없어 아직까지는 많은 개선의 여지가 있다.
국내 등록특허 제10-1307518호 (2012.12.07) 국내 등록특허 제10-1321010호 (2012.01.06)
본 발명의 일 실시예는 설치구조를 간단하게 할 수 있고, 폐열의 흐름을 원활하게 유지할 수 있도록 개선하여 발전효율 및 냉각효율이 향상되는 열전 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 열전 발전 장치는 열원이동통로에 제공되어 열을 흡수하여 전달하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제1부재; 상기 제1부재의 외측으로 소정 간격 이격되어 외기와 접하며 열을 방열하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제2부재; 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이에 제공되며 온도 차이를 이용하여 전기를 생성하는 적어도 하나의 열전소자를 갖는 발전모듈; 및 상기 발전모듈과 접촉되지 않는 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이의 틈을 단열하도록 제공되는 단열부재;를 포함한다.
상기 제1부재는 상기 열원이동통로 중 적어도 일부를 형성하거나, 상기 열원이동통로와 접하도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 열원이동통로는 도관 사이를 연결하도록 제공되고, 상기 도관과 상기 열원이동통로의 입구 사이에 제공되어 상기 열원의 이동 단면적을 확장하며 연결되는 입구도관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열원이동통로의 출구와 상기 도관 사이에 제공되어 상기 열원의 이동단면적을 수축시키며 연결되는 출구도관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1부재의 내측 표면에 형성되는 흡열핀과, 상기 제2부재의 외측 표면에 제공되는 방열핀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열원이동통로의 내측에 제공되며 상기 제1부재와 접촉되어 열을 전달하도록 제공되는 열전도성 코어와, 상기 제2부재의 외측 표면에 제공되는 방열핀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 코어는 상기 제1부재의 내측면에 접하도록 배치되는 다수의 칸막이에 의해 상기 열원이동통로를 다수의 셀로 구획하도록 연계되는 칸막이 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각종 폐열 등을 수송하는 도관에 간편하게 설치할 수 있고, 폐열을 원활하게 수송하는 과정 중에서 폐열로부터 최대한 열을 회수할 수 있으며, 이에 따라 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 전기를 발전하는 발전모듈의 열전소자를 효과적으로 냉각하여 내구성 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 열전소자를 확대하여 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치의 열전소자(156)를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예의 열전 발전 장치(100A)는 열원으로부터 열을 회수하여 발전하는 장치이다. 이러한 열전 발전 장치(100A)는 열원이동통로에 제공될 수 있으며, 바람직하게는 공장, 산업장 소각로 등에서 발생한 폐열이 이동하는 도관(10), 일례로 굴뚝, 연통, 파이프 등을 통하여 수송 및 배출되는 폐열을 이용하여 발전하는데 활용될 수 있다.
본 실시예의 열전 발전 장치(100A)는 열원이동통로에 제공되는 제1부재(110)를 포함할 수 있으며, 여기서 제1부재(110)는 열원이동통로를 통과하는 열원으로부터 열을 흡수하여 전달할 수 있다. 이러한 제1부재(110)는 열전도성(thermal conductivity)이 우수한 소재, 예를 들면 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 제1부재(110)는 열원이동통로의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
즉, 제1부재(110)는 폐열 등의 열원이 이동하는 열원이동통로인 도관(10) 사이에서 열원의 주위에 배치되어 열원이 이동하는 통로의 역할을 할 수 있다.
또한, 제1부재(110)는 사각 파이프 형태로 형성될 수 있으며, 이때 제1부재(110)는 다수로 제공되어 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 결합될 수 있다.
바람직하게는, 제1부재(110)에 의해 형성되는 열원이동통로는 도관(10)의 단면적보다 크게 형성될 수 있으며, 이에 따라 도관(10)으로 이동하는 폐열의 배출이 원활해질 수 있다.
한편, 본 실시예에서 제1부재(110)는 전체적으로 사각형 파이프 형태로 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 제1부재(110)의 형태는 한정되지 않으며 원형 파이프 형태로 제공되거나, 반호형, 원호형으로 구성되어 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 원형 파이프 형태로 결합되는 것도 가능하다.
또한, 제1부재(110)에는 폐열과 접촉하는 표면에서 흡열 효율을 높일 수 있도록 내측 표면에 다수의 흡열핀(heat absorption fin)(112)이 설치될 수 있다.
바람직하게는, 내측 표면에 제공되는 흡열핀(112)은 도관(10)을 따라 이동하는 폐열의 진행방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 열전 발전 장치(100A)는 제1부재(110)의 외측으로 소정 간격 이격되어 제공되는 제2부재(120)를 포함할 수 있다. 제2부재(120)는 외기와 접하도록 제공되며, 열을 외기로 쉽게 방열할 수 있다. 이러한 제2부재(120)는 열전도성(thermal conductivity)이 우수한 소재, 예를 들면 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.
제2부재(120)는 제1부재(110)의 형태에 따라 사각 파이프 등의 대응하는 형태로 제공될 수 있고, 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 결합되며 다양한 형태로 제공될 있다.
또한, 제2부재(120)에는 외기와 접촉하는 표면에서 방열 효율을 높일 수 있도록 외측 표면에 다수의 방열핀(cooling fin)(122)이 설치될 수 있다.
더불어, 제2부재(120)에는 냉각효율의 향상을 위해, 방열핀(122)의 외측에 공기를 강제로 순환시키는 냉각 팬(cooling fan)이 설치될 수 있고, 냉각수가 순환되는 냉각 재킷(cooling jacket) 등을 설치하여 수냉 방식으로 강제 냉각하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 본 실시예의 열전 발전 장치(100A)는 제1부재(110)와 접촉되는 열원으로 온수가 사용될 경우, 제2부재(120)는 수냉에 의해 냉각되도록 제공되는 것이 바람직하며, 이때 제2부재(120)를 냉각하도록 제공된 냉각수는 열교환에 의해 열에너지를 회수하도록 연계될 수 있다.
열전 발전 장치(100A)는 제1부재(110) 및 제2부재(120)의 각각의 단면적, 길이 등을 쉽게 변경하여 제작할 수 있어 설계 자유도를 높일 수 있으며, 결합방법도 다양하게 적용할 수 있어 조립을 용이하게 할 수 있다.
한편, 도관(10) 및 도관(10)과 연결되는 열원이동통로, 즉 제1부재(110)의 입구 사이에는 열원의 이동 단면적을 확장하며 연결되는 입구도관(130)이 제공될 수 있다.
입구도관(130)은, 출구의 형상이 제1부재(110)의 결합된 형태에 대응하게 형성될 수 있으며, 예컨대 제1부재(110)가 사각형 파이프로 형성될 경우 입구도관(130)의 각 부재들도 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 사각형태로 결합될 수 있다. 또한, 입구도관(130)은 제1부재(110)와 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 일체로 결합될 수 있다.
입구도관(130)은, 도관(10)의 출구와 연통되는 입구 통로(132a)가 형성된 입구판(132)을 갖고, 이 입구판(132)에는 도관(10)에 결합되는 방향으로 단관부(134)가 형성되며, 입구판(132)에는 제1부재(110)와 연결되는 방향으로 단면적이 확장되며 제1부재(110)의 입구와 연결되는 확대관부(136)가 형성될 수 있다. 이러한 입구도관(130)은 전체적으로 상부의 단면적이 넓은 사각뿔통 형태로 형성될 수 있다.
또한, 입구도관(130)은, 도관(10)으로부터 배출되는 폐열 등의 열원의 통과 단면적이 확장됨에 따라 감압현상이 발생하게 되어 폐열 등의 열원이 원활하게 유입될 수 있다.
한편, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에는 제1부재(110)와 제2부재(120)의 온도차를 이용하여 발전하는 발전모듈(150)이 제공될 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참고하면, 발전모듈(150)은 제1부재(110)와 접촉되는 흡열부(152)와, 제2부재(120)와 접촉되는 방열부(154) 및 흡열부(152) 및 방열부(154)와 접촉하도록 제공되며, 온도차이에 의해 전기를 생성하는 적어도 하나의 열전소자(156)를 포함할 수 있다.
열전소자(156)는 흡열부(152)와 방열부(154)의 온도차에 의해 발생하는 기전력(electromotive force)이 발생하는 열전 재료(thermoelectric materials, TEM)로서, 제백효과(Seeback effect, 또는 시드백 효과)를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
열전소자(156)는 N형 소자(156a)와 P형 소자(156b)의 양쪽을 전기전도판(158a, 159b)에 의해 접속하여 전류를 흐르게 하면, N형 소자(156b)의 전자는 전류의 방향과 반대로 흐르고, P형 소자(156b)의 정공은 전류와 같은 방향으로 흐른다.
따라서 전자와 정공이 떠나는 부분은 열을 흡수하고, 전자와 정공이 모이는 부분은 열을 방출한다.
한편, 도 4에서 열전소자(156)는 N형 소자(156a)와 P형 소자(156b)가 분할형으로 구성된 것으로 개시되어 있으나, 열전소자(156)는 이종 재료의 소자를 적층하는 적층형으로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 발전모듈(150)은 열전소자(156)의 외측으로 제1부재(110)와 접촉되며 열을 흡수하는 흡열부(152)와, 제2부재(120)와 접촉되며 제1부재(110)로부터 흡수된 열을 방열하는 방열부(154)를 포함할 수 있다.
흡열부(152)와 방열부(154)는 절연체(electrical insulator)로 제공될 수 있으며, 대표적으로 세라믹(ceramic)을 포함할 수 있다.
한편, 흡열부(152)와 방열부(154)는 제외되는 것도 가능하며, 이때 제1부재(110)와 접하는 전기전도판(158a)과 제2부재(120)와 접하는 전기전도판(158b)이 각각 흡열부(152)와 방열부(154)로 활용될 수 있다.
또한, 각각의 전기전도판(158a, 158b)은 양극 및 음극도선(159a, 159b)을 통해 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)으로 충방전기(160)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 열전소자(156)는 흡열부(152)와 방열부(154) 또는 흡열부(152)와 방열부(154)에 각각 접촉하는 전기전도판과 접촉시 접촉 열저항(thermal contact resistance)을 줄이기 위해 접촉면에 열전도성 접착제(thermally conductive adhesive)가 도포될 수 있다.
또한, 발전모듈(150)은 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 설치된 상태에서 발전모듈(150)과 접촉하지 않는 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 틈이 있을 수 있으며, 이러한 틈에는 단열부재(170)가 제공될 수 있다.
단열부재(170)는 제1부재(110)에서 흡열된 열이 제2부재(120)로 전달되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 열손실을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 발전모듈(150)은 흡열부(152)와 방열부(154) 사이에 열전소자(156)가 격자 형태로 다수로 배열될 수 있고, 단열부재(170)는 발전모듈(150)이 제1부재(110) 및 제2부재(120)와 접촉하도록 설치되는 부분이 따내기로 제거된 형태로 제공될 수 있다.
발전모듈(150)은 적어도 하나로 제공되거나, 다수로 제공될 수 있고, 발전모듈(150)의 형상이나 배열 형태에 따라 단열부재(170)의 따내기된 형태도 이와 대응되게 형성될 수 있다.
전술된 열전 발전 장치(100A)는, 도관(10)의 단부에 제공될 수 있으며, 도관(10)으로부터 수송된 폐열 등의 열원이 제1부재(110)를 통해 열전소자(156)로 전달되고, 제2부재(120)를 통해 방열되는 과정에서 전기를 생산할 수 있다. 또한, 열전 발전 장치(100A)에서 전기 생산에 활용된 폐열 등의 열원은 제1부재(110)의 출구를 통해 대기 등을 방출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도이다.
본 실시예의 열전 발전 장치(100B)는 도관(10)의 단부에 제공되는 것으로 설명하고 있으나, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 도관(10, 20) 사이에 제공되는 것도 가능하다.
이를 위해, 열전 발전 장치(100B)는 제1부재(110)의 입구와 도관(10) 사이에 열원의 이동 단면적을 확장하며 연결되는 입구도관(130)이 제공될 수 있다. 또한, 열전 발전 장치(100B)는 제1부재(110)의 출구와 도관(10) 사이에 열원의 이동단면적을 수축시키며 연결되는 출구도관(140)이 제공될 수 있다.
출구도관(140)은 입구도관(130)과 제1부재(110)를 사이에 두고 대칭으로 동일한 크기와 형태로 제공될 수 있다.
여기서, 입구도관(130) 및 출구도관(140)은, 출구의 형상이 제1부재(110)의 결합된 형태에 대응하게 형성될 수 있으며, 예컨대 제1부재(110)가 사각형 파이프로 형성될 경우 입구도관(130) 및 출구도관(140)의 각 부재들도 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 사각형태의 출구를 갖도록 결합될 수 있다. 또한, 입구도관(130) 및 출구도관(140)은 제1부재(110)와 용접(welding), 볼팅(bolting), 리벳팅(reveting) 등에 의해 일체로 결합될 수 있다.
입구도관(130)은, 도관(10)의 출구와 연통되는 입구 통로가 형성된 입구판(132)을 갖고, 이 입구판(132)에는 도관(10)에 결합되는 방향으로 단관부(134)가 형성되며, 입구판(132)에는 제1부재(110)와 연결되는 방향으로 단면적이 확장되며 제1부재(110)의 입구와 연결되는 확대관부(136)가 형성될 수 있다. 이러한 입구도관(130)은 전체적으로 상부의 단면적이 넓은 사각뿔통 형태로 형성될 수 있다.
또한, 입구도관(130)은, 도관(10)으로부터 배출되는 폐열 등의 열원의 통과 단면적이 확장됨에 따라 감압현상이 발생하게 되어 폐열 등의 열원이 원활하게 유입될 수 있다.
또한, 출구도관(140)은 다른 도관(10)의 입구와 연통되는 출구 통로가 형성된 출구판(142)을 갖고, 이 출구판(142)에는 다른 도관(10)에 결합되는 방향으로 단관부(144)가 형성되며, 출구판(142)에는 다른 도관(10)과 연결되는 방향으로 단면적이 수축되며 다른 도관(10)의 입구와 연결되는 수축관부(146)가 형성될 수 있다. 이러한 출구도관(140)은 전체적으로 하부의 단면적이 넓은 사각뿔통 형태로 형성될 수 있다.
또한, 출구도관(140)은, 제1부재(110)로부터 배출되는 폐열 등의 열원의 통과 단면적이 수축됨에 따라 강압현상이 발생하게 되어 폐열 등의 열원이 열전소자(156)와 충분한 시간 동안 접촉할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 열전 발전 장치(100B)는, 서로 간격을 두고 배치되는 두 개의 도관(10, 20) 사이에 설치될 수 있으며, 이때 두 개의 도관(10)은 동일한 단면적으로 제공되는 것이 바람직하다.
열전 발전 장치(100B)는, 도관(10)으로부터 수송되는 폐열 등의 열원이 입구도관(130)을 통해 유입될 수 있고, 이후 폐열 등의 열원이 제1부재(110)를 통해 열전소자(156)로 전달되고, 제2부재(120)를 통해 방열되는 과정에서 전기를 생산할 수 있다. 또한, 열전 발전 장치(100B)에서 전기 생산에 활용된 폐열 등의 열원은 제1부재(110)의 출구에 마련된 출구도관(140)을 통해 다른 도관(20)으로 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 열전 발전 장치(100B)는 도관(10, 20) 사이에 간편하게 설치될 수 있으며, 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도이다.
도 7과 도 8을 참고하면, 본 실시예의 열전 발전 장치(100C)는, 열원이동통로인 제1부재(110)의 내측에 제1부재(110)와 접촉되며 열을 전달하는 열전도성 코어(115)가 제공될 수 있다.
즉, 열전도성 코어(115)는, 제1부재(110)의 내측 주변부 및 중앙부를 통해 이동하는 폐열 등의 열원으로부터 열을 흡수하여 제1부재(110)로 전달하도록 제공될 수 있다.
열전도성 코어(115)는 열을 흡수하여 제1부재(110)를 통해 열전소자(156)로 전달할 수 있도록 열전도성(thermal conductivity)이 우수한 소재, 예를 들면 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 제조될 수 있다.
또한, 열전소자(156)를 사이에 두고 제1부재(110)와 이격되어 배치되는 제2부재(120)에는 외측 표면에 방열핀(122)이 제공될 수 있다. 방열핀(122)은 열전도성 코어(115)를 통해 제1부재(110)로 흡수된 열을 열전소자(156)와 접촉되어 있는 제2부재(120)를 통해 흡수하여 외기로 방열하도록 제공될 수 있다.
열전소자(156)는 각각 흡열부(152) 및 방열부(154)와 접촉하며 열전달이 이루어지는 제1부재(110)와 제2부재(120)의 온도차이를 이용하여 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 열전도성 코어(115)는 제1부재(110)의 내측면에 접하도록 배치되는 다수의 칸막이를 포함할 수 있다. 여기서 다수의 칸막이는 서로 교차하며 연결되어 열원이동통로의 내측을 각각의 독립된 다수의 셀로 구획하는 칸막이 구조체(116)로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 칸막이 구조체(116)는 다수의 칸막이가 직교하여 교차하며 사각형의 셀로 구획되는 것으로 설명하고 있으나, 칸막이 구조체(116)의 배치 형태는 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 칸막이 구조체(116)는 다수의 칸막이가 배치된 형태가 삼각형, 육각형, 원형, 정육각형 등의 셀을 형성하는 것도 가능하며, 특히 셀의 형태가 정육각형으로 형성된 허니컴 코어(honeycomb core)가 대표적으로 널리 알려져 있다.
전술된 열전 발전 장치(100C)는 폐열 등의 열원이 도관(10)을 통해 제1부재(110)의 내부 공간으로 유입된 후, 제1부재(110)의 내부공간에 마련된 칸막이 구조체(116)에서 각 칸막이에 의해 흡열된 후 제1부재(110)로 전달되며, 이후 제1부재(110)와 접촉되는 열전소자(156)의 흡열부(152)로 전달될 수 있다.
따라서, 열전 발전 장치(100C)는 폐열의 흐름을 원활하게 유지하면서도 열원이동통로의 전체 구역에 대해 흡열이 가능하므로 폐열 등의 열원을 이용한 열전 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 열전 발전 장치(100A, 100B, 100C)는, 제1부재(110)가 도관(10, 20)에 연결되어 열원이동통로의 기능을 하도록 제공되고 있으나, 열전 발전 장치(100D)는 도관(30)의 주위에 발전 가능토록 설치되는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 분해사시도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 발전 장치의 단면도이다.
도 9와 도 10을 참고하면, 본 실시예의 열전 발전 장치(100D)는 열원이동통로인 도관(10)의 주위에 제1부재(110)가 직접 접촉되도록 제공될 수 있다. 이때, 제1부재(110)는 볼트 또는 클램프 등을 매개로 도관(10)의 주위에 고정될 수 있다.
또한, 열전 발전 장치(100D)는 도관(10)을 통과하는 폐열 등의 열원으로부터 제1부재(110)를 통해 흡수된 열이 열전소자(156)로 전달됨에 따라 열전소자(156)에서 제2부재(120)와의 온도차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 또한, 제2부재(120)에서는 제1부재(110)로부터 흡수된 열을 외기로 방열하며 열전소자(156)를 냉각할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 폐열 등의 열원이 수송되는 도관(30)은 사각 파이프 형태로 형성된 것으로 설명하고 있으나, 공장 등의 산업시설로부터 배출되는 폐열, 폐온수 및 소각로로부터 배출되는 폐가스를 수송하는 도관(30)은 통상 원형 파이프 형태가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라 열전 발전 장치(100D)의 제1부재(110)도 원형 또는 반원형 등과 같이 도관의 형태에 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100A, 100B, 100C, 100D: 열전 발전 장치
110: 제1부재 112: 흡열핀
120: 제2부재 122: 방열핀
130: 입구도관 150: 발전모듈
156: 열전소자 170: 단열부재

Claims (7)

  1. 열원이동통로에 제공되어 열을 흡수하여 전달하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제1부재;
    상기 제1부재의 외측으로 소정 간격 이격되어 외기와 접하며 열을 방열하도록 제공되는 열전도성을 갖는 제2부재;
    상기 제1부재와 상기 제2부재 사이에 제공되며 온도 차이를 이용하여 전기를 생성하는 적어도 하나의 열전소자를 갖는 발전모듈; 및
    상기 발전모듈과 접촉되지 않는 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이의 틈을 단열하도록 제공되는 단열부재;
    를 포함하는 열전 발전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 열원이동통로 중 적어도 일부를 형성하거나, 상기 열원이동통로와 접하도록 제공되는 열전 발전 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열원이동통로는 도관 사이를 연결하도록 제공되고,
    상기 도관과 상기 열원이동통로의 입구 사이에 제공되어 상기 열원의 이동 단면적을 확장하며 연결되는 입구도관을 더 포함하는 열전 발전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열원이동통로의 출구와 상기 도관 사이에 제공되어 상기 열원의 이동단면적을 수축시키며 연결되는 출구도관을 더 포함하는 열전 발전 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1부재의 내측 표면에 형성되는 흡열핀과,
    상기 제2부재의 외측 표면에 제공되는 방열핀을 더 포함하는 열전 발전 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원이동통로의 내측에 제공되며 상기 제1부재와 접촉되어 열을 전달하도록 제공되는 열전도성 코어와,
    상기 제2부재의 외측 표면에 제공되는 방열핀을 더 포함하는 열전 발전 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열전도성 코어는
    상기 제1부재의 내측면에 접하도록 배치되는 다수의 칸막이에 의해 상기 열원이동통로를 다수의 셀로 구획하도록 연계되는 칸막이 구조체를 포함하는 열전 발전 장치.
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