KR20190019768A - 열전 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

열전 발전 장치가 개시된다. 열전 발전 장치는, 태양열 에너지가 집광되는 집광부와, 집광부에서 집광된 태양열 에너지를 이용하여 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부와, 열에너지 저장부에 저장된 열에너지를 공급받아 발전하는 열전 모듈이 설치된 열전 패널을 포함한다.

Description

열전 발전 장치{THERMOELECTRIC GENERATOR}
본 발명은 태양광을 이용한 열전 패널의 발전 작용이 효과적으로 이루어지는 열전 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열전 모듈은, 열전 재료(TE: thermoelectric element), 전극 재료와 접합 및 안정성을 위한 재료로 구성되는 것으로, 열전 재료에 가해지는 온도 차이를 이용하여 발전하는 것이 가능하다.
한편, 태양광의 태양열 에너지를 이용하여 발전을 하는 경우, 태양열 에너지가 열전 모듈의 고온부에 직접적으로 집광되어 열전 발전이 이루어진다.
또는, 열전 모듈이 태양열 에너지에 의해 가열된 스팀 또는 오일 등의 열전달 물질이 이동되는 파이프 라인에 설치되어 열전 발전이 이루어진다.
그러나, 전술한 바와 같이 열전 모듈에 태양열 에너지가 직접적으로 집광되거나 파이프 라인에 열전 모듈이 설치되어 열전 발전되는 것은, 열전 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 태양열 에너지를 집광하여 열전 모듈에 공급하여 열전 발전을 하는 경우, 열전 발전 효율을 향상시키는 것이 가능한 열전 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 태양열 에너지가 집광되는 집광부와, 집광부에서 집광된 태양열 에너지를 이용하여 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부와, 열에너지 저장부에 저장된 열에너지를 공급받아 발전하는 열전 모듈이 설치된 열전 패널을 포함한다.
열전 패널은, 열에너지 저장부로부터 열에너지를 공급받아 가열되는 고온부와, 고온부의 대향하는 양측에 각각 설치되는 열전 모듈과, 열전 모듈에서 고온부에 대향하는 측면에 설치되는 저온부와, 고온부와 열전 모듈과 저온부를 고정하는 클램핑부재와, 열전 모듈과 고온부의 사이와 열전 모듈과 저온부의 사이에 각각 설치되는 열전달부재를 포함할 수 있다.
고온부는, 열에너지 저장부와 제1 유로로 연결되어 상기 열에너지 저장부로부터 공급되는 열에너지를 공급받는 고온 블록일 수 있다.
저장부에서 저장되는 열에너지는 가열된 상태의 스팀, 오일 또는 용융염(molten salt) 중의 어느 하나일 수 있다.
저온부는, 냉각수가 저장된 냉각수 저장부에 제2 유로로 연결되어 저온 에너지를 공급받는 저온 블록일 수 있다.
클램핑부재는, 고온부와 열전 모듈과 저온부를 고정하는 고정 볼트와 고정 볼트의 외측에 삽입되는 스프링부재일 수 있다.
집광부는, 태양열 에너지를 반사하는 반사부와, 반사부에서 반사된 태양열 에너지를 수광하여 열에너지로 전환하는 수광부를 포함할 수 있다.
반사부는 태양열 에너지를 반사하는 편평면이 표면에 형성되며 복수개로 설치될 수 있다.
고온부와 저온부에는 열교환을 위한 핀부재가 포함될 수 있다.
열전패널은 진공 또는 비반응성 기체로 패키징되고, 비반응성 기체는 질소 또는 아르곤일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전 패널은 중심부에 설치된 고온 블록을 사이에 두고, 양측면에 열전 모듈을 각각 설치한 상태에서 집광부로부터 태양열 에너지에 의한 고온의 열을 전달받아 발전 작용이 이루어질 수 있다. 따라서, 태양광을 이용한 열전 패널의 발전 작용이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 발전 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 열전 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 열전 패널의 일부를 잘라서 본 요부 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 열전 패널의 일부를 잘라서 본 요부 측단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 발전 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 열전 패널을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 열전 패널의 일부를 잘라서 본 요부 측단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 발전 장치(100)는, 태양열 에너지가 집광되는 집광부(10)와, 집광부(10)에서 집광된 태양열 에너지를 이용하여 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부(20)와, 열에너지 저장부(20)에 저장된 열에너지를 공급받아 발전하는 열전 모듈(33)이 설치된 열전 패널(30)을 포함한다.
집광부(10)는 태양열 에너지를 수광하도록 설치되는 것으로, 본 실시예에서 태양열 에너지를 반사하는 반사부(11)와, 반사부(11)에서 반사된 상기 태양열 에너지를 수광하여 열에너지로 전환하는 수광부(13)를 포함할 수 있다.
반사부(11)는 설치 장소의 바닥면에 설치되는 것으로 태양으로부터 조사되는 태양열 에너지를 수광부(13) 방향으로 반사하도록 설치될 수 있다.
반사부(11)는 태양열 에너지(12)가 반사되는 편평면이 표면에 형성되는 것으로 적어도 2개 이상의 복수개로 설치될 수 있다.
반사부(11)는 본 실시예에서 서로간에 이격된 상태로 플레이트 형상의 반사 표면을 갖도록 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 반사 표면이 오목하게 형성되는 것으로 적절하게 변경 적용되는 것도 가능하다.
수광부(13)는 반사부(11)에서 반사되어 집광된 태양열 에너지를 열에너지로 전환하도록 설치될 수 있다. 이러한 수광부(13)에서 전환된 열에너지는 열에너지 저장부(20)에서 저장될 수 있다.
열에너지 저장부(20)는 수광부(13)에서 전환된 열에너지를 가열된 상태의 스팀, 오일 또는 용융염(molten salt) 중의 어느 하나의 형태로 저장할 수 있다.
이와 같이 열에너지 저장부(20)에 저장된 열에너지는 열전 패널(30)에 공급되어 발전 작용이 이루어질 수 있다.
열전 패널(30)은, 열에너지 저장부로부터 열에너지를 공급받아 가열되는 고온부(31)와, 고온부(31)의 대향하는 양측에 각각 설치되는 열전 모듈(33)과, 열전 모듈(33)에서 고온부(31)에 대향하는 측면에 설치되는 저온부(35)와, 고온부(31)와 열전 모듈(33)과 저온부(35)를 고정하는 클램핑부재(37)를 포함할 수 있다.
고온부(31)는, 열에너지 저장부(20)와 제1 유로(31a)로 연결되어 열에너지 저장부(20)로부터 공급되는 열에너지를 공급받는 고온 블록일 수 있다. 이하에서 고온부와 고온 블록은 동일 참조 번호를 사용한다.
고온 블록(31)은 열전 패널(30)의 내부에 설치되는 것으로 제1 유로(31a)와 연결되어 열에너지 저장부(20)로부터 열에너지를 공급받을 수 있다.
즉, 고온 블록(31)은 열에너지 저장부(20)와 제1 유로(31a)로 연결되는 바, 열에너지는 고온 블록(31)과 열에너지 저장부(20)의 사이를 순환하도록 설치될 수 있다.
이와 같이, 고온 블록(31)이 설치되는 것은 열전 모듈(33)에 발전을 위한 고온의 열을 전달하기 위한 것이다. 이러한 고온 블록(31)의 양측에는 열전 모듈(33)이 설치될 수 있다.
열전 모듈(33)은 고온 블록(31)의 측면에 서로 대향하는 위치에 각각 설치될 수 있다. 이러한 열전 모듈(33)은 고온 블록(31)을 사이에 두고 양측으로 설치되는 것으로 본 실시예에서 복수개로 설치되며 서로간에 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
이러한 열전 모듈(33)의 측면에는 고온 블록(31)의 대향하는 위치에 저온부(35)가 설치될 수 있다.
저온부(35)는 냉각수가 저장된 냉각수 저장부에 제2 유로로 연결되어 저온 에너지를 공급받는 저온 블록일 수 있다. 이하에서 저온부와 저온 블록은 동일 참조 번호를 사용한다.
저온 블록(35)은 열전 모듈(33)의 측면에서 고온 블록(31)의 대향하는 위치에서 열전 모듈(33)의 측면에 접촉된 상태로 설치되는 것으로, 저온 블록(35)이 설치되는 것은 열전 모듈(33)에 발전을 위한 저온의 열을 전달하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이, 열전 패널(30)은 중심부에 설치된 고온 블록(31)을 사이에 두고, 양측면에 열전 모듈(33)을 각각 설치한 상태에서 집광부(10)로부터 태양열 에너지에 의한 고온의 열을 전달받아 발전 작용이 이루어질 수 있다. 따라서, 태양광을 이용한 열전 패널(30)의 발전 작용이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
한편, 열전 패널(30)은 진공 상태 또는 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 비반응성기체로 패키징된 상태에서 클램핑부재(37)에 의해 견고하게 고정되는 것도 가능하다.
또한, 열전 패널(30)은, 열전 모듈(33)과 고온부(31)의 사이와, 열전 모듈(33)과 저온부(35)의 사이에 열저항을 최소화하기 위한 열전달 부재(TIM, thermal interface material)가 위치되는 것도 가능하다. 이러한 열전달부재는, 그래파이트(graphite), 써멀그리스(thermal grease) 등으로 적용될 수 있다
클램핑부재(37)는 열전 패널(30)의 가장자리에서 고온부(31)와 열전 모듈(33)과 저온부(35)를 함께 가압 고정하는 고정볼트로 적용될 수 있다. 이하에서 클램핑부재와 고정볼트는 동일 참조 번호를 사용한다.
고정볼트(37)는 고온부(31)와 열전 모듈(33)과 저온부(35)를 관통하면서 나사 결합으로 고정될 수 있다. 클램핑부재(37)는 본 실시예에서 고정 볼트로 적용되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 리벳 등의 소정의 체결 수단으로 대체되는 것도 가능하다.
여기서, 고정볼트(37)의 외측에는 스프링부재 등이 삽입되는 것도 가능하다. 따라서, 고정볼트(37)로 고정하는 균압을 용이하게 하여, 발전 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 패널을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 열전 패널의 일부를 잘라서 본 요부 측단면도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 발전 장치는, 열전 패널(130)의 측면에는 열교환을 위한 핀부재(131)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 핀부재(131)는 고온 블록과 저온 블록에 형성되는 바, 효율적인 열교환 작용에 의해 열전 패널(30)의 발전 작용이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10...집광부 11...반사부
13...수광부 20...열에너지 저장부
30...열전 패널 31...고온부
31a..제1 유로 33...열전 모듈
35...저온부 37...클램핑부재
131..핀부재

Claims (10)

  1. 태양열 에너지가 집광되는 집광부;
    상기 집광부에서 집광된 상기 태양열 에너지를 이용하여 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부; 및
    상기 열에너지 저장부에 저장된 열에너지를 공급받아 발전하는 열전 모듈이 설치된 열전 패널;
    을 포함하는 열전 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전 패널은,
    상기 열에너지 저장부로부터 열에너지를 공급받아 가열되는 고온부;
    상기 고온부의 대향하는 양측에 각각 설치되는 열전 모듈;
    상기 열전 모듈에서 상기 고온부에 대향하는 측면에 설치되는 저온부;
    상기 고온부와 상기 열전 모듈과 상기 저온부를 고정하는 클램핑부재; 및
    상기 열전 모듈과 상기 고온부의 사이와, 상기 열전 모듈과 상기 저온부의 사이에 각각 설치되는 열전달부재;
    를 포함하는 열전 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고온부는,
    상기 열에너지 저장부와 제1 유로로 연결되어 상기 열에너지 저장부로부터 공급되는 열에너지를 공급받는 고온 블록인 열전 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저장부에서 저장되는 상기 열에너지는 가열된 상태의 스팀, 오일 또는 용융염(molten salt) 중의 어느 하나인 열전 발전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 저온부는,
    냉각수가 저장된 냉각수 저장부에 제2 유로로 연결되어 저온 에너지를 공급받는 저온 블록인 열전 발전 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 클램핑부재는,
    상기 고온부와 상기 열전 모듈과 상기 저온부를 고정하는 고정 볼트와 상기고정 볼트의 외측에 삽입되는 스프링부재인 열전 발전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는,
    태양열 에너지를 반사하는 반사부; 및
    상기 반사부에서 반사된 상기 태양열 에너지를 수광하여 열에너지로 전환하는 수광부;
    를 포함하는 열전 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 태양열 에너지를 반사하는 편평면이 표면에 형성되며 복수개로 설치되는 열전 발전 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고온부와 상기 저온부에는 열교환을 위한 핀부재가 포함된 열전 발전 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 열전패널은, 진공 또는 비반응성 기체로 패키징되며,
    상기 비반응성 기체는, 질소 또는 아르곤인 열전 발전 장치.
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