KR20170083682A - 열전 발전기 - Google Patents

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KR20170083682A
KR20170083682A KR1020160002714A KR20160002714A KR20170083682A KR 20170083682 A KR20170083682 A KR 20170083682A KR 1020160002714 A KR1020160002714 A KR 1020160002714A KR 20160002714 A KR20160002714 A KR 20160002714A KR 20170083682 A KR20170083682 A KR 20170083682A
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thermoelectric generator
thermoelectric
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temperature
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강성원
오광일
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한국전자통신연구원
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Abstract

열전 발전기는 연탄을 연료로 이용하는 난로 및 난로의 외측벽 상에 배치되는 열전 발전부를 포함하며, 난로는 열 전도성(thermal conductive) 물질을 포함하며, 열전 발전부는 제1 도전형의 반도체 제1 도전형의 반도체로부터 이격되고, 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 반도체 및 제1 도전형의 반도체 및 제2 도전형의 반도체를 전기적으로 연결하는 제1 도전체를 포함하며, 제1 도전체는 난로의 외측벽에 인접한다.

Description

열전 발전기{THERMOELECTRIC GENERATOR}
본 발명은 열전 발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 연탄을 연료로 이용하는 난로 및/또는 보일러를 포함하는 열전 발전기에 관한 것이다.
열전 소자는 반도체 소자에 인가된 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력해주는 발전 장치이다. 열전 소자의 특징을 이용하여 종래 다수 분야에서 전기 에너지를 생성하는 장지가 고안되었다. 열에너지를 포집하는 방법은 다양한 방법이 있을 수 있는데, 대표적으로 산업 용 로(爐, furnace) 내부에 연료를 주입하여 연로의 연소열을 이용한 방법과 태양열을 이용한 방법 등이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 난방과 함께 전기를 생산하는 열전 발전기를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 에너지 생산 효율이 높은 열전 발전기를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 난방으로 쓰여지고 남은 연탄 난로 및/또는 연탄 보일러의 손실열을 재활용하여 전기를 생산하는 열전 발전기를 제공하는 것에 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 열전 발전기는 연탄을 연료로 이용하는 난로; 및 상기 난로의 외측벽 상에 배치되는 열전 발전부를 포함하며, 상기 난로는 열 전도성(thermal conductive) 물질을 포함하며, 상기 열전 발전부는 제1 도전형의 반도체; 상기 제1 도전형의 반도체로부터 이격되고, 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 반도체; 및 상기 제1 도전형의 반도체 및 상기 제2 도전형의 반도체를 전기적으로 연결하는 제1 도전체를 포함하며, 상기 제1 도전체는 상기 난로의 외측벽에 인접할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 열 전도성 물질은 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 열전 발전부는 난로와 접하는 고온 접합부; 상기 고온 접합부의 반대편에 배치되는 저온 접합부; 및 상기 저온 접합부에 접하는 방열판을 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 방열판에 인접하는 냉각팬을 더 포함하며, 상기 냉각팬은 상기 방열판의 열을 방출할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉각팬은 상기 열전 발전부의 상기 연탄 난로측 온도와 상기 열전 발전부의 상기 방열판측 온도의 차이가 작을수록 빠르게 회전할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 열전 발전부는 상기 난로와 접하는 고온 접합부; 상기 고온 접합부의 반대편에 배치되는 저온 접합부; 및 상기 저온 접합부에 접하는 냉매관을 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매관 내부에 물이 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매관은 관의 양 끝에 냉매 유입구와 냉매 배출구를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매 배출구는 온수를 배출하는 수도꼭지일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매관은 관의 양끝이 서로 이어진 링 형상을 가지고, 상기 냉매관 속에서 냉매가 순환할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매관은 순환 펌프를 더 포함하며, 상기 순환 펌프는 상기 냉매를 상기 냉매관 속에서 순환시킬 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 냉매관은 라디에이터(radiator) 내부의 온수관이며, 상기 냉매는 물일 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 냉매관은 집의 내부에 배치되는 보일러관이며, 상기 냉매는 물일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연탄의 연소로 난방과 전력 생산을 할 수 있는 열전 발전기가 제공될 수 있다. 이에 따라, 연탄 난로 및/또는 연탄 보일러의 손실열을 재활용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소자의 저온부의 열을 더 방출할 수 있는 열전 발전기가 제공될 수 있다. 이에 따라, 열전 발전기가 생산하는 에너지 효율이 높아질 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 열전 소자를 복수 개 포함하는 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 확대도로서, 도 3의 A 부분에 따른다.
도 5는 방열판을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 확대도로서, 도 3의 A 부분에 대응된다.
도 6은 냉각팬을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 냉매관을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 열전 발전기가 가옥에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 확대도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 열전 발전기(10)가 제공될 수 있다. 열전 발전기(10)는 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전기다. 일 예에서, 열전 발전기(10)는 서로 다른 도전형의 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열전 발전기(10)는 N형 반도체(12)와 P형 반도체(14)를 포함할 수 있다. N형 반도체(12)와 P형 반도체(14)는 서로 이격되어 제공될 수 있다. N형 반도체(12)의 제1 측면(N1)은 P형 반도체(14)의 제1 측면(P1)과 제1 도전체(16)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 제1 도전체(16)는 금속판일 수 있다. N형 반도체(12)의 제1 측면(N1)과 P형 반도체(14)의 제1 측면(P1)은 금속판의 서로 다른 부분에 접합될 수 있다.
N형 반도체(12)의 제2 측면(N2)이 전자 소자(R)와 전기적으로 연결될 수 있다. N형 반도체(12)의 제2 측면(N2)은 제1 측면(N1)의 반대편 측면일 수 있다. 일 예에서, N형 반도체(12)의 제2 측면(N2)은 제2 도전체(17)(예를 들어, 금속판)를 통하여 전자 소자(R)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 도전체(17)와 전자 소자(R)은 도선(L)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 전자 소자(R)는 전력을 소비하거나 저장하는 소자일 수 있으며, 전자 소자(R)의 종류는 한정되지 않는다. P형 반도체(14)의 제2 측면(P2)은 전자 소자(R)와 전기적으로 연결될 수 있다. P형 반도체(14)의 제2 측면(P2)은 제1 측면(P1)의 반대편에 측면일 수 있다. 일 예에서, P형 반도체(14)의 제2 측면(P2)은 제3 도전체(18)(예를 들어, 금속판)를 이용하여 전자 소자(R)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 도전체(18)와 전자 소자(R)는 도선(L)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전체(16) 상에 고온 접합부(22)가 제공될 수 있다. 고온 접합부(22)의 서로 반대되는 두 면에 각각 제1 도전체(16)와 열원(heat source)이 접합될 수 있다. 고온 접합부(22)는 열 전도성 물질(예를 들어, 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동 등)을 포함할 수 있다. 제2 도전체(17) 및 제3 도전체(18) 상에 저온 접합부(24)가 제공될 수 있다. 저온 접합부(24)의 일면은 제2 도전체(17) 및 제3 도전체(18)와 접합될 수 있다. 저온 접합부(24)의 상기 일면과 반대되는 면은 공기 중에 노출되거나 열을 방출하는 요소가 제공될 수 있다. 저온 접합부(24)는 열 전도성 물질(예를 들어, 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동 등)을 포함할 수 있다. N형 반도체(12), P형 반도체(14), 제1 내지 제3 도전체(16 내지 18)는 열전 소자(TE)로 지칭될 수 있다. 이하, 열전 발전기(10)의 동작이 설명된다.
열전 발전기(10)는 열전 소자(TE)의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 열전 소자(TE)의 온도 차이는 고온 접합부(22)에 인접한 열전 소자의 일 부분의 제1 온도(T1)와 저온 접합부(24)에 인접한 열전 소자의 일 부분의 제2 온도(T2)의 차이일 수 있다. 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)가 동일한 경우, 열전 발전기(10)에서 전기가 생산되지 않는다. 제1 온도(T1)가 제2 온도(T2)보다 높은 경우, 열전 소자(TE)에 전류가 흐르도록 기전력이 발생될 수 있다. 이에 따라, 순차적으로 N형 반도체(12)의 제2 측면(N2), N형 반도체(12)의 제1 측면(N1), P형 반도체(14)의 제1 측면(P1), 및 P형 반도체(14)의 제2 측면(P2)을 통과하여 전류가 흐를 수 있다. 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 차이가 클수록 열전 소자(TE)에 생성되는 기전력이 커지고, 발생되는 전기 에너지의 양이 많을 수 있다.
도 2는 복수 개의 열전 소자를 포함하는 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 간결함을 위하여 도 1에서 설명한 바와 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않는다. 열전 소자들이 직렬로 연결된 경우만 설명되지만, 이는 예시적인 것이다. 다른 예에서, 열전 소자들은 병렬로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 열전 소자(TE)와 제2 열전 소자(TE')가 제공될 수 있다. 제1 및 제2 열전 소자(TE, TE')는 도 1을 참조하여 설명된 열전 소자와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 열전 소자(TE)와 제2 열전 소자(TE')는 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 제1 열전 소자(TE)의 N형 반도체(12)의 제2 측면(N2)이 제2 열전 소자(TE’)의 P형 반도체(14’)의 제2 측면(P2’)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 측면들(N2, P2')은 금속판(19)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 금속판(19)은 제1 열전 소자(TE)와 제2 열전 소자(TE') 사이에 제공될 수 있다. 제1 열전 소자(TE)의 N형 반도체(12)의 제2 측면(N2)은 금속판(19)에 접합될 수 있다. 제2 열전 소자(TE')의 P형 반도체(14)의 제2 측면(P2')은 제1 열전 소자(TE)와 이격되어 금속판(19)에 접합될 수 있다. 두 개의 열전 소자들(TE, TE')가 도시되었지만, 더 많은 열전 소자들이 연결될 수 있다. 열전 소자들은 위에서 설명한 바와 실질적으로 동일하게 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 직렬로 연결되는 복수의 열전 소자들을 포함하는 열전 발전기(10’)가 제공될 수 있다. 이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 열전 발전기들(10, 10‘)을 응용한 본 발명의 열전 발전기가 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 확대도로서, 도 3의 A 부분에 따른다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것에 대한 설명은 생략된다. 또한, 열전 발전부는 도 3에서 육면체로 간략히 도시되고, 도 4에서 상세히 도시되었다. 난로가 연탄 난로인 경우에 대해 설명되지만, 이는 예시적인 것이다. 다른 예에서, 난로는 기름 난로, 가스 난로 등일 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 열전 발전부(100)가 연탄 난로(200)의 외측벽(212) 상에 배치된 열전 발전기가 제공될 수 있다. 열전 발전부(100)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 열전 발전기들(10, 10‘)과 실질적으로 동일할 수 있다. 연탄 난로(200)는 측판(210)을 포함하는 드럼(drum) 형상을 가질 수 있다. 도시되지 않았지만, 연탄 난로(200)는 바닥판을 가지며, 상부는 커버에 의해 덮일 수 있다. 연탄 난로(200)는 내부에 연탄(BR)이 삽입될 수 있는 연소실(220)을 포함할 수 있다. 연탄 난로(200)의 측판(210)은 열 전도성(Thermal conductive) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측판(210)은 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동을 포함할 수 있다. 연소실(220)에서 연소되는 연탄(BR)에 의해 발생된 열은 측판(210)을 통해 전도되어 연탄 난로(200) 외부로 방출될 수 있다.
열전 발전부(100)는 연탄 난로(200)의 외측벽(212)에 접할 수 있다. 구체적으로, 열전 발전부(100)의 고온 접합부(122)는 연탄 난로(200)의 외측벽(212)에 접하고, 저온 접합부(124)는 외부로 노출될 수 있다. 연탄(BR)이 연소되는 경우, 고온 접합부(122)에 인접한 열전 소자(TE)의 일 부분의 온도(T1)이 저온 접합부(124)에 인접한 열전 소자(TE)의 일 부분의 온도(T2)보다 높을 수 있다. 열전 소자(TE)가 온도 차이를 가지게 되므로, 전기가 생산될 수 있다. 이에 따라, 연탄 난로(200)에서 생산된 열이 난방뿐만 아니라 전기 생산에도 사용되는 열전 발전기가 형성될 수 있다. 전기 생산에 사용되는 열은 난방용으로 쓰여지고 남은 손실열이므로, 에너지 재활용(에너지 하베스팅, Energy Harvesting) 효과를 얻을 수 있다. 열전 발전부(100)는 복수 개일 수 있다. 복수의 열전 발전부들(100)은 서로 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 설명의 간결함을 위하여, 복수의 열전부들(100) 사이를 연결하는 전기적 통로(예를 들면, 도선)는 도시되지 않았다. 이에 따라, 전기가 더 많이 생산될 수 있는 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 5는 방열판을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 확대도로서, 도 3의 A 부분에 대응된다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것에 대한 설명은 생략된다.
도 5를 참조하면, 측판(210), 측판(210)의 외측벽(212)에 접하는 열전 발전부(100), 및 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)에 접하는 방열판(300)이 제공될 수 있다. 본 실시예의 열전 발전기는 방열판(300)을 제외하고, 도 4의 열전 발전기와 실질적으로 동일할 수 있다. 방열판(300)은 저온 접합부(124)에 가까운 열전 소자(TE)의 일 부분의 열을 방출하는 기능을 할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(TE)는 고온 접합부(122)에 인접한 부분과 저온 접합부(124)에 인접한 부분의 온도 차이를 가질 수 있다. 방열판(300)은 방열핀(310)을 포함할 수 있다. 저온 접합부(124)의 면에 수직한 방열핀들(310)이 도시되었지만, 방열핀들(310)의 모양 및 개수는 필요에 따라 다를 수 있다. 방열판(300)은 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방열판(300)은 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동을 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전 효율이 높은 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 6은 냉각팬을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것에 대한 설명은 생략된다.
도 6을 참조하면, 측판(210), 측판(210)의 외측벽(212)에 접하는 열전 발전부(100), 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)에 접하는 방열판(300), 및 방열판(300) 상의 냉각팬(400)이 제공될 수 있다. 본 실시예의 열전 발전기는 냉각팬(400)을 제외하고 도 5의 열전 발전기와 실질적으로 동일할 수 있다. 냉각팬(400)은 방열판(300)의 열을 방출할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(TE)의 저온 접합부(124)와 가까운 부분의 열이 방출될 수 있다. 냉각팬(400)의 회전 속도는 제어부(410)에 의해 조절될 수 있다. 제어부(410)는 고온 접합부(122) 및 저온 접합부(124)에 각각 부착되는 온도 센서들(TS)로부터 온도 정보를 수신할 수 있다. 제어부(410)는 수신된 온도 정보들로부터 고온 접합부(122)와 저온 접합부(124)의 온도 차이 값을 연산할 수 있다. 제어부(410)는 고온 접합부(122)와 저온 접합부(124)의 온도 차이 값이 작을수록 냉각팬(400)의 회전을 빠르게 할 수 있다. 냉각팬(400) 및 제어부(410)는 열전 발전부(100)에서 생산된 전력으로 구동될 수 있다. 이에 따라, 발전 효율이 높은 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 냉매관을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 열전 발전기를 설명하기 위한 단면도들이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것에 대한 설명은 생략된다.
도 7을 참조하면, 측판(210), 측판(210)의 외측벽(212)에 접하는 열전 발전부(100), 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)에 접하는 냉매관(500)이 제공될 수 있다. 냉매관(500)은 냉매 유입구(510)와 냉매 배출구(520)를 가질 수 있다. 냉매관(500) 내에 냉매(미도시)가 제공되어, 저온 접합부(124)에 인접한 열전 소자(TE)의 일 부분의 열을 방출할 수 있다. 일 예에서, 냉매는 물일 수 있다. 물이 저온 접합부(124)에서 열을 전달 받으므로써, 물은 온수가 될 수 있다. 이에 따라, 냉매관(500)은 온수 공급관이 될 수 있다. 본 실시예의 연탄 난로는 연탄 보일러일 수 있다. 냉매관(500)은 열전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉매관(500)은 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동을 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전 효율이 높은 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 냉매가 순환하는 구조를 가지는 냉매관(600)이 제공될 수 있다. 냉매관(600)은 도 7을 참조하여 설명된 냉매관(500)에서 냉매 유입구(510)와 냉매 배출구(520)가 이어진 형태일 수 있다. 즉, 냉매관(500) 내부가 이어진 고리 형태을 가질 수 있다. 냉매관(600)의 두께와 길이는 설명을 위하여 간략하게 도시되었다. 냉매가 열전 소자(TE)에 인접한 부분을 지날 때, 냉매는 열전 소자(TE)로부터 열을 받을 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(TE)를 지나기 전보다 높은 온도를 가질 수 있다. 냉매는 냉매관(600)을 순화하면서 냉매관(600) 외부로 열을 방출하고, 다시 냉각될 수 있다. 냉매관(600)은 순환 펌프(610)를 포함할 수 있다. 순환 펌프(610)는 냉매가 냉매관(600) 내부를 순환하도록 할 수 있다. 순환 펌프(610)는 열전 발전부(100)에서 발생된 전력을 통해 구동될 수 있다. 냉매관(600)의 내부를 순환하는 냉매는 물일 수 있다. 물은 저온 접합부(124)로부터 열을 전달 받아 온수가 될 수 있다. 일 예에서, 냉매관(600)은 온수 난방 배관일 수 있다. 예를 들어, 냉매관(600)은 주택의 방에 배치될 수 있다. 온수는 냉매관(600)을 순환하면서 방의 온도를 높일 수 있다. 본 실시예의 연탄 난로는 연탄 보일러일 수 있다. 이에 따라, 연탄의 연소열을 이용하여 난방뿐만 아니라 전기를 생산할 수 있고, 발전 효율이 높은 열전 발전기가 형성될 수 있다. 전기 생산에 사용되는 열은 난방용 및/또는 온수 공급용으로 쓰여지고 남은 손실열이므로, 에너지 재활용 효과를 얻을 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 열전 발전기가 가옥에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것을 설명되지 않는다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1, 2, 4 내지 8의 도선(L)과 전자 소자(R)는 도시되지 않았다.
도 9를 참조하면, 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)에 접하는 수도관(1000)이 제공될 수 있다. 수도관(1000)은 도 7을 참조하여 설명된 냉매관과 실질적으로 동일할 수 있다. 수도관(1000)은 양 끝에 유입구(510)와 배출구를 포함할 수 있다. 물이 유입구(510)를 통과하여 수도관(1000)으로 들어올 수 있다. 물은 저온 접합부(124)를 통해 열을 전달받고, 온수가 될 수 있다. 물은 수도관(1000)의 수도꼭지를 통해 외부로 배출될 수 있다. 수도관(1000)의 수도꼭지는 수도관(1000)의 유입구(510) 반대편에 위치하는 개구부일 수 있다. 수도꼭지는 온수가 배출되는 수도꼭지일 수 있다. 이에 따라, 저온 접합부(124)의 열로 집에 온수를 공급할 수 있는 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)에 접하는 라디에이터(radiator)(2000)가 제공될 수 있다. 라디에이터(2000)는 라디에이터(2000)가 설치된 공간의 난방을 위한 장치일 수 있다. 라디에이터(2000)는 외피 및 내부의 온수관을 포함할 수 있다. 설명의 간결함을 위하여, 라디에이터(2000)의 외피는 도시되지 않았다. 라디에이터(2000)의 온수관은 도 8을 참조하여 설명된 냉매관과 실질적으로 동일할 수 있다. 라디에이터(2000)의 온수관은 내부가 이어지는 고리 형상을 가질 수 있다. 라디에이터(2000)의 온수관 내에서 물이 순환될 수 있다. 물은 열전 발전부(100)의 저온 접합부(124)를 통해 열을 공급받고, 온수가 될 수 있다. 물은 라디에이터(2000)의 온수관을 순환하면서, 라디에이터(2000)의 외피로 열을 전달할 수 있다. 라디에이터(2000)의 외피는 라디에이터(2000)의 외부로 열을 방사할 수 있다. 일 예에서, 라디에이터(2000)의 온수관을 따라 물을 순환시키는 순환 펌프(610)가 제공될 수 있다. 순환 펌프(610)는 라디에이터(2000)의 내부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 저온 접합부(124)의 열로 라디에이터(2000) 내부의 물의 온도를 높일 수 있는 열전 발전기가 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 열전 발전부(100)가 제공될 수 있다. 설명의 간결함을 위하여, 열전 발전부(100)는 육면체로 간략히 도시될 수 있다. 열전 발전부(100)와 연결되는 보일러관(3100)이 집(3000)의 내부에 제공될 수 있다. 일 예에서, 보일러관(3100)은 집(3000)의 바닥면에 제공될 수 있다. 보일러관(3100)은 도 8을 참조하여 설명된 냉매관과 실질적으로 동일할 수 있다. 보일러관(3100)은 내부가 이어지는 고리 형상을 가질 수 있다. 도시되지 않았지만, 보일러관(3100)은 열전 발전부(100)의 저온 접합부(미도시)에 접할 수 있다. 물은 저온 접합부를 통해 열을 공급받고, 온수가 될 수 있다. 물은 보일러관(3100)의 내부를 따라 순환될 수 있다. 도시되지 않았지만, 물이 보일러관(3100)의 내부를 순환하도록하는 순환 펌프가 제공될 수 있다. 순환 펌프는 보일러관(3100)에 인접하여 배치될 수 있다. 물이 보일러관(3100)의 내부를 순환하므로써, 보일러관(3100)이 배치된 공간(예를 들어, 집(3000))이 난방될 수 있다. 이에 따라, 저온 접합부(미도시)의 열로 보일러관(3100) 내부의 물의 온도를 높일 수 있는 열전 발전기가 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10, 10‘: 열전 발전기 12 : N형 반도체
14 : P형 반도체 16, 17, 18 : 제1 내지 제3 도전체
19 : 금속판 22, 122 : 고온 접합부
24, 124 : 저온 접합부 N1, N2, P1, P2 : 제1, 제2 측면들
100 : 열전 발전부 200 : 연탄 난로
210 : 측판 212 : 외측벽
220 : 연소실 BR : 연탄
TE : 열전 소자 R : 전자 소자
L : 도선 300 : 방열판
310 : 방열핀 400 : 냉각팬
410 : 제어부 500, 600 : 냉매관
510 : 냉매 유입구 520 : 냉매 배출구
610 : 순환 펌프 1000 : 수도관
2000 : 라디에이터 3000 : 집
3100 : 보일러관

Claims (13)

  1. 연탄을 연료로 이용하는 난로; 및
    상기 난로의 외측벽 상에 배치되는 열전 발전부를 포함하며,
    상기 난로는 열 전도성(thermal conductive) 물질을 포함하며,
    상기 열전 발전부는:
    제1 도전형의 반도체;
    상기 제1 도전형의 반도체로부터 이격되고, 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 반도체; 및
    상기 제1 도전형의 반도체 및 상기 제2 도전형의 반도체를 전기적으로 연결하는 제1 도전체를 포함하며,
    상기 제1 도전체는 상기 난로의 외측벽에 인접하는 열전 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 물질은 철(Fe), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 황동인 열전 발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전 발전부는:
    상기 난로와 접하는 고온 접합부;
    상기 고온 접합부의 반대편에 배치되는 저온 접합부; 및
    상기 저온 접합부에 접하는 방열판을 더 포함하는 열전 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방열판에 인접하는 냉각팬을 더 포함하며,
    상기 냉각팬은 상기 방열판의 열을 방출하는 열전 발전기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각팬은 상기 열전 발전부의 상기 연탄 난로측 온도와 상기 열전 발전부의 상기 방열판측 온도의 차이가 작을수록 빠르게 회전하는 열전 발전기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전 발전부는:
    상기 난로와 접하는 고온 접합부;
    상기 고온 접합부의 반대편에 배치되는 저온 접합부; 및
    상기 저온 접합부에 접하는 냉매관을 더 포함하는 열전 발전기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉매관 내부에 물이 제공되는 열전 발전기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉매관은 관의 양 끝에 냉매 유입구와 냉매 배출구를 포함하는 열전 발전기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉매 배출구는 온수를 배출하는 수도꼭지인 열전 발전기.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉매관은 관의 양끝이 서로 이어진 고리 형상을 가지고,
    상기 냉매관 속에서 냉매가 순환하는 열전 발전기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉매관은 순환 펌프를 더 포함하며,
    상기 순환 펌프는 상기 냉매를 상기 냉매관 속에서 순환시키는 열전 발전기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉매관은 라디에이터(radiator) 내부의 온수관이며,
    상기 냉매는 물인 열전 발전기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉매관은 집의 내부에 배치되는 보일러관이며,
    상기 냉매는 물인 열전 발전기.
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KR20220076851A (ko) * 2020-12-01 2022-06-08 박진원 발전형 스토브 장치

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