KR20190049971A

KR20190049971A - 다중 다열 배열식 열전 발전장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190049971A
Application number: KR1020170143534A
Authority: KR
Inventors: 김용규; 송재용; 전현구
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-10
Also published as: KR102021664B1

Abstract

본 발명은 열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서, 외부의 열원이 수용되는 본체 및 본체의 일부분에 설치되며 열전 소자를 구비하여 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛을 포함하고, 발전유닛은, 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 열전 소자의 동일 평면상에서 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며, 열전 발전장치는, 본체와 발전유닛의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈이 형성되고, 발전모듈들을 상하로 적층하여 중첩시키며, 발전유닛은, 일부분에 전극 연결용 전극부가 설치되는 기판과 기판에서 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재와 기판에 설치된 전극부의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재와 양극 부재에 대응하여 전극부의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재 및 기판의 일부분에 형성되며 양극과 음극에 각각 연결되어 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 다열 배열식 열전 발전장치 및 그 제조방법{MULTI-MULTI-ARRAY THEMOELETRIC GENERATOR AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 열전 발전장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다중 다열 배열식으로 제작하여 전압과 전류의 제어가 가능한 다중 다열 배열식 열전 발전장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

열전모듈은 펠티어(Peltier) 효과와 제벡(seebeck) 효과를 이용한 것으로, 냉각이나 가열을 동시에 수행할 수 있는 열과 전기의 교환시스템으로, 극전환을 통해 간편하게 냉각과 가열을 전환할 수 있다.

또한 제벡 효과에 의해 모듈 양단간의 온도 차이를 이용하여 전기에너지를 얻을 수 있는 장치이다.

이와 같은 열전모듈은 냉각용과 발전용이 있으며, 빠르고 우수한 냉각효과 또는 발전효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 부피가 매우 작기 때문에 차세대 냉각 및 발전소자로 각광받고 있다.

특히, 냉각용 전자소자와 같이 시스템의 안정성을 요하나 가동공간이 협소한 경우, 소음방지를 요하는 경우, 온도의 제어가 쉽게 가능해야 하는 경우에 사용되어지고 있다. 발전용은 배폐열을 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하는데 사용되어지고 있다.

이러한, 열전모듈을 이용하는 열전발전장치에 있어서, 차량, 보일러, 굴뚝 등의 배기가스 폐열을 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하는 기술들이 제안되고 있다.

이와 관련된 종래기술은 배기가스와 같은 고온의 기체를 이용하여 열전 발전을 하는데 있어서, 기체의 불규칙한 확산으로 인해 열전 모듈의 고온측의 표면 온도를 일정하게 유지하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

종래 기술에 따라서는 전술한 문제로 인해 열전 발전의 효율이 떨어진다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1349358호(발명의 명칭: 열전 발전 장치)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열전 소자의 온접점과 냉접점의 온도차의 유지가 가능한 기능 및 방법이 구비된 다중 다열 배열식 열전 발전장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전압과 전류의 증폭이나 제어가 가능한 기능 및 방법이 구비된 다중 다열 배열식 열전 발전장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서, 외부의 열원이 수용되는 본체; 및 상기 본체의 일부분에 설치되며 상기 열전 소자를 구비하여 상기 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛;을 포함하고, 상기 발전유닛은, 상기 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 상기 열전 소자의 동일 평면상에서 상기 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며, 상기 열전 발전장치는, 상기 본체와 상기 발전유닛의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈이 형성되고, 상기 발전모듈들을 상하로 적층하여 중첩시킬 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 일부분에 전극 연결용 전극부가 설치되는 기판; 상기 기판에서 상기 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재; 상기 기판에 설치된 전극부의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재; 상기 양극 부재에 대응하여 상기 전극부의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재; 및 상기 기판의 일부분에 형성되며 상기 양극과 음극에 각각 연결되어 상기 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전류소통부재는, 상기 기판 상에서 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 전기접점; 및 상기 양극, 음극 및 전기접점들에 각각 연결되면서 설치되어 전류를 통전하는 전력선;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 상기 양극과 상기 양극에 대응하는 상기 음극을 교대로 연결시켜서, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들을 직렬로 배치될 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 상기 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 상기 형성된 양극에 대응하여 상기 각각의 음극들을 연결하여 전체를 하나의 음극으로 형성시키기 위해, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 병렬로 배치될 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 일부분을 양극과 상기 양극에 대응하는 상기 음극을 교대로 연결시켜서, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 직렬로 배치되고, 타부분은 상기 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 상기 형성된 양극에 대응하여 상기 각각의 음극들이 연결되어 전체를 하나의 음극으로 형성시키기 위해, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 병렬로 배치되어 직렬배치와 병렬배치를 혼합될 수 있다.

또한, 상기 전극부는 구리나 금일 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 상기 기판의 일단부는 상기 양극 부재를 이용하여 양극의 전극부가 형성되고, 상기 양극에 대응하여 타단부는 상기 음극 부재를 이용하여 음극의 전극부가 형성되며, 상기 양극과 음극 사이에 적어도 하나의 상기 열전 소자들이 평행하게 배치되고, 상기 양극과 음극이 상기 전류소통부재를 통해서 연결되면서 상기 각각의 열전 소자에 직류 전류를 소통시킬 수 있다.

또한, 상기 발전유닛은, 상기 양극에 Ni-Cr합금(chromel)과 상기 음극에 Cu-Ni합금(constantan)을 사용한 E형 열전대;일 수 있다.

또한, 상기 본체에 설치되며 전송펌프와 축전지를 구비되어 상기 발전유닛을 통해서 생성된 전기를 전송받아 집전하는 집전부재;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전기절연재의 소재로는 합성수지인 폴리이미드;일 수 있다.

전술한 열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서, 외부의 열원이 수용되는 본체 및 상기 본체의 일부분에 설치되며 상기 열전 소자를 구비하여 상기 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛을 포함하고, 상기 발전유닛은, 상기 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 상기 열전 소자의 동일 평면상에서 상기 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며, 상기 본체와 상기 발전유닛의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈이 형성되고, 상기 발전모듈들을 상하로 적층하여 중첩시키며, 상기 발전유닛은, 일부분에 전극 연결용 전극부가 설치되는 기판과, 상기 기판에서 상기 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재와, 상기 기판에 설치된 전극부의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재와, 상기 양극 부재에 대응하여 상기 전극부의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재와, 상기 기판의 일부분에 형성되며 상기 양극과 음극에 각각 연결되어 상기 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재를 포함하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제작방법으로서, 상기 기판의 일부분에 상기 양극이나 상기 음극의 연결을 위해 상기 전극부를 설치하는 전극부 설치단계; 상기 기판에 상기 열전 소자가 접합될 영역을 제외한 부분을 전기절연재로 코팅하는 전기절연재 코팅단계; 상기 전극부의 일부분에 상기 양극 부재를 형성하여 양극을 이루는 양극 형성단계; 상기 전극부의 일부분에 상기 양극 부재에 대응하여 상기 음극 부재를 형성하여 음극을 이루는 음극 형성단계; 상기 기판의 일부분에 상기 양극과 음극을 연결하는 상기 전류소통부재의 전기접점들을 설치하는 전기접점 설치단계; 상기 양극, 음극 및 이에 대응하는 상기 전기접점들을 상기 전류소통부재의 전력선으로 연결하는 전력선 연결단계; 및 상기 전력선 연결단계를 통해서 상기 전력선이 연결된 적어도 하나의 상기 기판들을 상하로 적층하는 기판 적층단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 발전유닛의 열전발전용량을 증폭시키기 위하여 동일한 평면의 기판에 양극과 음극의 전극부를 길이방향으로 형성하여 접점간의 거리를 이격시키서, 지속적으로 온도차를 유지하여 발전효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 발전유닛에 형성되는 양극과 음극을 직렬이나 병렬 또는 직렬, 병렬을 혼합 배치하여 전류나 전압의 증폭 및 제어가 가능하여 열전발전 효율을 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 직렬배치 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 상기 열전 발전장치의 직렬배치 모습의 개념도이다.
도 3은 상기 열전 발전장치의 병렬배치 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 상기 열전 발전장치의 병렬배치 모습의 개면도이다.
도 5는 상기 열전 발전장치가 직렬배치된 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 상기 본체의 구성블럭도이다.
도 7은 상기 열전 발전장치가 다중으로 적층된 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일시시예에 따른 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제조 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 직렬배치 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 열전 발전장치의 직렬배치 모습의 개념도이다. 도 3은 상기 열전 발전장치의 병렬배치 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 열전 발전장치의 병렬배치 모습의 개면도이며, 도 5는 상기 열전 발전장치가 직렬배치된 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 6은 상기 본체의 구성블럭도이며, 도 7은 상기 열전 발전장치가 다중으로 적층된 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일시시예에 따른 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제조 순서도이다.

도 1내지 도 7에 도시된 바와 같이, 열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서, 본 발명은 본체(100)와 발전유닛(200)을 포함할 수 있다.

본체(100)는 외부의 열원이 수용될 수 있다.

여기서, 열전 소자[thermoelement, 熱電素子]란, 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 발열을 이용한 것으로, 비스무트와 테르르의 화합물(Bi2Te3) 등의 반도체로 만든 pn접합을 사용한다. 큰 용적에 사용할 때는 여러 개를 직렬로 하여 사용하며 단열재로 열절연하는 동시에 발열측에서는 날개(fin)를 부착하여 방열할 수 있다.

발전유닛(200)은 본체(100)의 일부분에 설치되며 열전 소자를 구비하여 열전 소자로 전기를 발전시킬 수 있다.

발전유닛(200)은 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 열전 소자의 동일 평면상에서 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치할 수 있다.

발전유닛(200)은 기판(210), 전기절연재(220), 양극 부재(230), 음극 부재(240) 및 전류소통부재(250)를 포함할 수 있다.

기판(210)은 일부분에 전극 연결용 전극부(20)가 설치될 수 있다. 전극부(20)는 구리나 금일 수 있다.

기판(210)은 폴리이미드와 같은 필름형 유연성 재료 혹은 전자회로 기판과 같은 고정형 기판을 적용할 수 있다.

전기절연재(220)는 기판(210)에서 열전 소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅될 수 있다.

전기절연재(220)의 소재로는 합성수지인 폴리이미드일 수 있다.

폴리이미드(polyimid)는 산 이미드 구조를 갖는 중합체의 총칭으로, 보통 방향족 이미드계를 지칭하지만 지방족의 말레이미드계 등을 포함하는 경우도 있다.

일반적으로, 방향족 테트라카르복시산 무수물과 방향족 디아민에서 축합으로 만들어지며 내열성이 매우 높다. 방향족 이미드의 올리고머의 말단에 이중결합과 삼중결합을 도입하여 열 가교하는 복합재료용의 열경화성 수지도 있다.

전기절연재(220)의 소재는 폴리이미드에 국한되지 않으며 상황에 따라 다양한 종류의 합성수지 중에서 최선의 것을 선택하여 사용할 수 있다.

양극 부재(230)는 기판(210)에 설치된 전극부(20)의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 구성요소이다.

음극 부재(240)는 양극 부재(230)에 대응하여 전극부(20)의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 구성요소이다.

전류소통부재(250)는 기판(210)의 일부분에 형성되며 양극과 음극에 각각 연결되어 양극과 음극에 전류를 소통시킬 수 있다.

전류소통부재(250)는 전기접점(250)과 전력선(260)을 포함할 수 있다.

전기접점(252)는 기판(210) 상에서 양극과 음극 사이에 배치되어 전류나 열의 유동방향에 따라 냉접점이나 온접점으로 작용하는 적어도 하나의 구성용소이다.

전력선(254)은 양극, 음극 및 전기접점(252)들에 각각 연결되면서 설치되어 전류를 통전할 수 있다.

발전유닛(200)의 구성요소의 구체적인 배치의 실시예들을 알아보면, 와이어 형태, 혹은 박막형태를 형성하면서 직렬로 전기접점(냉/온)(250)을 평면상에 배열시키고, 형성되는 전기접점(250)의 숫자는 기판(210)의 크기 및 발전유닛(100)의 크기에 의해 결정된다.

우선, 제 1열은 +/-/+/- ... 형태로 제작하고, 제 2열은 반대로 -/+/-/+... 형태로 제작한다. 그 이상의 열은 상기와 같이 반복적으로 제작하여 결과적으로 첫 번째 소자의 극성이 배열에 따라 +/-/+/-... 반복되는 구조가 된다.

기판(210) 하단부에 각 배열의 시작점과 끝점에서 연결되는 전극부(20)를 형성시킨다(P1 ~ N3). P1~P3는 양극에 연결되는 전극부(20)이며, N1~N3는 음극에 연결되는 전극부(20)이다.

열전 발전장치(10)의 최대전압 증폭을 유도하기 위해서, 발전유닛(200)은 양극과 양극에 대응하는 음극을 교대로 연결시켜서, 각각의 양극들과 각각의 음극들이 직렬로 배치될 수 있다.

구체적으로, 전압을 최대로 증폭시키고자 하는 경우 모든 회로를 직렬로 연결시키면 되는데, 도 1에서 보인바와 같이, 제 1열의 끝 전극과 제 2열의 끝 전극을 연결시키고(P3~N3), 제 2열의 시작전극과 제 3열의 시작전극을 연결시키며 (N1~P2), 최종적으로 외부에 연결되는 양극 전극은 P1과 N2가 되어, 다중 배열된 회로를 연결시키면 모든 열전회로가 직렬로 연결되는 구조를 갖게 된다.

또한, 열전 발전장치(10)의 최대전류 증폭을 유도하기 위해서, 발전유닛(200)은 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 형성된 양극에 대응하여 각각의 음극들을 연결하여 전체를 하나의 음극으로 형성시키키 위해, 각각의 양극들과 각각의 음극들이 병렬로 배치될 수 있다.

즉, 전류를 최대로 증폭시키고자 하는 경우에는 모든 회로를 병렬로 연결시키면 된다, 도 3에서 보인바와 같이, 각 배열의 양극 전극을 연결시켜(P1~P2~P3) 전체를 하나의 양극으로 사용하고, 각 음극전극을 연결시켜(N1~N2~N3) 전체를 하나의 음극으로 사용하면 된다.

발전유닛(200)은 일부분을 양극과 양극에 대응하는 음극을 교대로 연결시켜서, 각각의 양극들과 각각의 음극들이 직렬로 배치되고, 타부분은 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 형성된 양극에 대응하여 각각의 음극들을 연결하여 전체를 하나의 음극으로 형성시키기 위해, 각각의 양극들과 각각의 음극들이 병렬로 배치되어 직렬배치와 병렬배치가 혼합될 수 있다.

본 발명 열전 발전장치(10)는 본체(100)와 발전유닛(200)의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈(50)이 형성되고, 발전모듈(50)들을 상하로 적층하여 중첩시키는 구조일 수 있다.

또한, 본 발명 열전 발전장치(10)의 다른 실시예로서, 발전유닛(200)은 기판(210)의 일단부는 양극 부재(230)를 이용하여 양극의 전극부(20)가 형성되고, 양극에 대응하여 타단부는 음극 부재(240)를 이용하여 음극의 전극부가 형성되고, 양극과 음극 사이에 적어도 하나의 열전 소자들이 평행하게 배치되고, 양극과 음극이 전류소통부재(250)를 통해서 연결되면서 각각의 열전 소자에 직류 전류를 소통시킬 수 있다.

발전유닛(200)은 양극에 Ni-Cr합금(chromel)과 음극에 Cu-Ni합금(constantan)을 사용한 E형 열전대일 수 있다.

E형 열전대에 대해서 알아보면, E-Type 열전대(Chromel/Constantan)(-200∼900℃)는 +쪽에 Ni-Cr합금(chromel)과 -쪽에 Cu-Ni합금(constantan)을 사용한 열전대로서, 산업용 열전대중 기전력(EMF) 값 및 제백전압이 가장 크다.

E형 열전대 이외에도, K-Type 열전대 (Chromel/Alumel), J-Type 열전대(Iron/Constantan), T-Type 열전대 (Copper/Constantan), N-Type 열전대(Nicrosil/Nisil) 등이 있으며, 상황에 따라서 적당한 타입의 열전대를 사용할 수 있다.

본 발명 열전 발전장치(10)는 집전부재(260)를 더 포함할 수 있다.

집전부재(260)는 본체(100)에 설치되며 전송펌프와 축전지를 구비되어 발전유닛(200)을 통해서 생성된 전기를 전송받아 집전할 수 있다.

본 발명 열전 발전장치(10)는 일반적으로 전기로 작동되는 응용기기들에 연결하여 사용이 가능하다.

전술한 열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치(10)로서, 외부의 열원이 수용되는 본체(100) 및 본체(100)의 일부분에 설치되며 열전 소자를 구비하여 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛(200)을 포함하고, 발전유닛(200)은, 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 열전 소자의 동일 평면상에서 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며, 본체(100)와 발전유닛(200)의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈(50)이 형성되고, 발전모듈(50)들을 상하로 적층하여 중첩시키며, 발전유닛(200)은, 일부분에 전극 연결용 전극부(20)가 설치되는 기판(210)과, 기판(210)에서 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재(220)와, 기판(210)에 설치된 전극부(20)의 일부분에 형성되어 양의 전극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재(230)와, 양극 부재(230)에 대응하여 전극부(20)의 일부분에 형성되어 음의 전극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재(240)와, 기판(210)의 일부분에 형성되며 양극과 음극에 각각 연결되어 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재(250)를 포함하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제작방법으로서, 도 8의 제조 순서도에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전극부 설치단계(S100), 전기절연재 코팅단계(S200), 양극 형성단계(S300), 음극 형성단계(S400), 전기접점 설치단계(S500), 전력선 연결단계(S600) 및 기판 적층단계(S700)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전극부 설치단계(S100)는 기판(210)의 일부분에 양극 부재(230)나 음극 부재(240)의 연결을 위해 전극부(20)를 설치하는 단계이다.

전기절연재 코팅단계(S200)는 기판(20)에 열전 소자가 접합될 영역을 제외한 부분을 전기절연재(220)로 코팅하는 단계이다.

양극 형성단계(S300)는 전극부(20)의 일부분에 양극 부재(230)를 형성하여 양극을 이루는 단계이다.

음극 형성단계(S400)는 전극부(20)의 일부분에 양극 부재(230)에 대응하여 음극 부재(240)를 형성하여 음극을 이루는 단계이다.

전기접점 설치단계(S500)는 기판(210)의 일부분에 형성된 양극과 음극을 연결하는 전류소통부재(250)의 전기접점(250)들을 설치하는 단계이다.

전력선 연결단계(S600)는 양극, 음극 및 이에 대응하는 전기접점(250)들을 전류소통부재(250)의 전력선(260)으로 연결하는 단계이다.

기판 적층단계(S700)는 전력선 연결단계(S600)를 통해서 전력선(254)이 연결된 적어도 하나의 기판(210)들을 상하로 적층하는 단계이다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 열전 발전장치
20 : 전극부
50 : 발전모듈
100 :　본체
200 : 발전유닛
210 : 기판
220 :　전기절연재
230 : 양극 부재
240 : 음극 부재
250 : 전류소통부재
252 : 전기접점(냉/온)
254 : 전력선
260 : 집전부재
300 : E형 열전대

Claims

열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서,
외부의 열원이 수용되는 본체; 및
상기 본체의 일부분에 설치되며 상기 열전 소자를 구비하여 상기 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛;을 포함하고,
상기 발전유닛은,
상기 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 상기 열전 소자의 동일 평면상에서 상기 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며,
상기 열전 발전장치는,
상기 본체와 상기 발전유닛의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈이 형성되고, 상기 발전모듈들을 상하로 적층하여 중첩시키는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 1항에 있어서,
상기 발전유닛은,
일부분에 전극 연결용 전극부가 설치되는 기판;
상기 기판에서 상기 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재;
상기 기판에 설치된 전극부의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재;
상기 양극 부재에 대응하여 상기 전극부의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재; 및
상기 기판의 일부분에 형성되며 상기 양극과 음극에 각각 연결되어 상기 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전류소통부재는,
상기 기판 상에서 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 전기접점; 및
상기 양극, 음극 및 전기접점들에 각각 연결되면서 설치되어 전류를 통전하는 전력선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 발전유닛은,
상기 양극과 상기 양극에 대응하는 상기 음극을 교대로 연결시켜서, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 발전유닛은,
상기 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 상기 형성된 양극에 대응하여 상기 각각의 음극들을 연결하여 전체를 하나의 음극으로 형성시키기 위해, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 발전유닛은,
일부분을 양극과 상기 양극에 대응하는 상기 음극을 교대로 연결시켜서, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 직렬로 배치되고,
타부분은 상기 각각의 양극들을 연결하여 전체를 하나의 양극으로 형성하고, 상기 형성된 양극에 대응하여 상기 각각의 음극들이 연결되어 전체를 하나의 음극으로 형성시키기 위해, 상기 각각의 양극들과 상기 각각의 음극들이 병렬로 배치되어 직렬배치와 병렬배치가 혼합되는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전극부는 구리나 금인 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 발전유닛은,
상기 기판의 일단부는 상기 양극 부재를 이용하여 양극의 전극부가 형성되고, 상기 양극에 대응하여 타단부는 상기 음극 부재를 이용하여 음극의 전극부가 형성되며,
상기 양극과 음극 사이에 적어도 하나의 상기 열전 소자들이 평행하게 배치되고, 상기 양극과 음극이 상기 전류소통부재를 통해서 연결되면서 상기 각각의 열전 소자에 직류 전류를 소통시키는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 2 항에 있어서,
상기 발전유닛은,
상기 양극에 Ni-Cr합금(chromel)과 상기 음극에 Cu-Ni합금(constantan)을 사용한 E형 열전대;인 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 1 항에 있어서,
상기 본체에 설치되며 전송펌프와 축전지를 구비되어 상기 발전유닛을 통해서 생성된 전기를 전송받아 집전하는 집전부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기절연재의 소재로는 합성수지인 폴리이미드;인 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치.
열전 소자를 이용하여 전기에너지를 생성하는 열전 발전장치로서, 외부의 열원이 수용되는 본체 및 상기 본체의 일부분에 설치되며 상기 열전 소자를 구비하여 상기 열전 소자로 전기를 발전시키는 발전유닛을 포함하고, 상기 발전유닛은, 상기 열전 소자에 설치된 양극과 음극간의 온도차를 유지하기 위해, 상기 열전 소자의 동일 평면상에서 상기 양극과 음극을 길이방향을 따라 이격되게 배치하며, 상기 본체와 상기 발전유닛의 구성으로 적어도 하나의 발전모듈이 형성되고, 상기 발전모듈들을 상하로 적층하여 중첩시키며, 상기 발전유닛은, 일부분에 전극 연결용 전극부가 설치되는 기판과, 상기 기판에서 상기 열전소자가 접합될 영역을 제외한 부분에 코팅되는 전기절연재와, 상기 기판에 설치된 전극부의 일부분에 형성되어 양극을 이루는 적어도 하나의 양극 부재와, 상기 양극 부재에 대응하여 상기 전극부의 일부분에 형성되어 음극을 이루는 적어도 하나의 음극 부재와, 상기 기판의 일부분에 형성되며 상기 양극과 음극에 각각 연결되어 상기 양극과 음극에 전류를 소통시키는 전류소통부재를 포함하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제작방법으로서,
상기 기판의 일부분에 상기 양극이나 상기 음극의 연결을 위해 상기 전극부를 설치하는 전극부 설치단계;
상기 기판에 상기 열전 소자가 접합될 영역을 제외한 부분을 전기절연재로 코팅하는 전기절연재 코팅단계;
상기 전극부의 일부분에 상기 양극 부재를 형성하여 양극을 이루는 양극 형성단계;
상기 전극부의 일부분에 상기 양극 부재에 대응하여 상기 음극 부재를 형성하여 음극을 이루는 음극 형성단계;
상기 기판의 일부분에 상기 양극과 음극을 연결하는 상기 전류소통부재의 전기접점들을 설치하는 전기접점 설치단계;
상기 양극, 음극 및 이에 대응하는 상기 전기접점들을 상기 전류소통부재의 전력선으로 연결하는 전력선 연결단계; 및
상기 전력선 연결단계를 통해서 상기 전력선이 연결된 적어도 하나의 상기 기판들을 상하로 적층하는 기판 적층단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 다열 배열식 열전 발전장치의 제조방법.