KR20190056662A - Stacked-type alkali metal thermoelectric converter - Google Patents

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KR20190056662A
KR20190056662A KR1020170153852A KR20170153852A KR20190056662A KR 20190056662 A KR20190056662 A KR 20190056662A KR 1020170153852 A KR1020170153852 A KR 1020170153852A KR 20170153852 A KR20170153852 A KR 20170153852A KR 20190056662 A KR20190056662 A KR 20190056662A
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서민수
최종원
이욱현
김정근
이계중
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한국에너지기술연구원
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Abstract

According to one aspect of the present invention, a stacked-type alkali metal thermoelectric converter, configured to convert heat energy into electric energy, comprises: an evaporation unit for receiving heat energy from an external side and converting metal fluid therein into steam; a thermoelectric conversion unit for introducing the metal fluid while being communicated with the evaporation unit, generating electric energy by using the metal fluid as charge carriers, and discharging the metal fluid; and a condensing unit for collecting and condensing the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit while being communicated with the thermoelectric conversion unit. Herein, the thermoelectric conversion unit comprises: a predetermined volume of space unit transferring the metal fluid; and a thermoelectric conversion unit having flat type structures stacked thereon to generate electricity as the metal fluid passes therethrough. According to the present invention, it is possible to remarkably increase output efficiency per unit volume and per unit area.

Description

적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치{STACKED-TYPE ALKALI METAL THERMOELECTRIC CONVERTER}STACKED-TYPE ALKALI METAL THERMOELECTRIC CONVERTER

본 발명은 열전 변환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알칼리 금속 유체를 작동 유체로 하여 발전할 수 있는 알칼리 금속 열전 변환 장치(AMTEC, ALKALI METAL THERMOELECTRIC CONVERTER)의 설계 구조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion device, and more particularly, to a design structure of an alkali metal thermoelectric converter (AMTEC) capable of generating electricity using an alkali metal fluid as a working fluid.

알칼리 금속을 작동 유체로 하여 발전하는 알칼리 금속 열전 변환 장치(AMTEC)는 열 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전 장치로, 미국 포드사에 의해 제안된 이래 초기에는 전기자동차의 전원공급장치로 연구되었고, 이후에는 우주용 발전장치로 각광받아 미국 NASA에 의해서 개발이 주도되었다. The alkali metal thermoelectric conversion unit (AMTEC), which is powered by an alkali metal as a working fluid, is a power unit that converts thermal energy into electrical energy. Since it was proposed by Ford of America, Was developed by NASA in the United States as a space power generator.

AMTEC은 터빈이나 모터와 같은 구동부 없이 전기를 생산할 수 있는 발전 장치로서, 단위 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하는 경우 수kW에서 수백MW 규모의 대용량 발전이 가능함에 따라 미래지향적인 신발전기술로 평가받고 있다. AMTEC is a power generation system that can produce electricity without driving parts such as turbine or motor. When unit cells are connected in series or in parallel, large capacity of several hundred MW can be generated from several kW to several hundreds of MW. have.

AMTEC의 기본적인 동작 원리는 다음과 같다. 우선, Na 증기가 열원에 의해 고온 고압 영역인 증발부에서 증기상태로 변하며 Na+ 이온이 베타" 알루미나 고체전해질(Beta"-Alumina Solid Electrolyte: BASE)로 통과한다. 즉, 이온전도성을 갖는 베타" 알루미나 고체전해질(BASE)의 양단에 온도차(ΔT)를 주면 AMTEC 셀 내부에 충전된 액체 Na의 증기압 차가 추진력이 되어 느슨하게 결합하고 있는 격자산소 틈새 층으로 Na+ 이온의 이동이 일어나게 된다. 여기에서, 자유전자들은 음극(anode)으로부터 전기부하로 통과하여 양극(cathode)으로 돌아와, 저온 저압 영역의 베타" 알루미나 고체전해질(BASE)의 표면에서 나오는 Na+ 이온과 재결합하여 중성화(Neutralization)되며, 이러한 과정에서 전기를 발생하게 된다. The basic operating principle of AMTEC is as follows. First, the Na vapor is transformed into a vapor state by the heat source, which is a high-temperature and high-pressure region, and the Na + ions pass through the beta "Alumina Solid Electrolyte (BASE)". That is, when a temperature difference (? T) is given to both ends of a beta "alumina solid electrolyte (BASE) having ion conductivity, the vapor pressure difference of the liquid Na filled in the AMTEC cell becomes a propelling force, Where free electrons pass from the anode to the electrical load and return to the cathode to recombine with Na + ions from the surface of the beta "alumina solid electrolyte (BASE) in the low-temperature and low-pressure region to neutralize Neutralization occurs, and electricity is generated in this process.

AMTEC에 있어서 전기를 발생시키는 에너지원 또는 원동력(driving force)은 AMTEC 내부의 Na 증기압이 가장 크게 작용하고, 또한 작용유체의 농도 차이, 온도 차이로 인해 Na이 고체전해질을 통과하는 과정에서 발생하는 자유전자들을 전극을 통해 집전함으로써 발전이 가능하게 된다. 이때 출력은 저전압, 대전류의 특성이 나타나며, 단위셀들을 모듈화하여 연결하는 경우 대용량 발전이 가능하다. 또한, AMTEC은 고온(약 600℃ 이상)의 열원에 적용될 수 있어, 고온의 폐열이 발생될 수 있는 산업 시설, 원자력 발전, 태양열 발전, 자동차, 보일러 등에 적용이 가능하고, 수집된 전력은 분산형 발전 장치로 활용이 가능하다. In AMTEC, the energy source or driving force that generates electricity is the one in which the vapor pressure of Na in AMTEC is the largest, and the difference in concentration of working fluid and the temperature Electricity can be generated by collecting electrons through an electrode. At this time, the output shows characteristics of low voltage and high current, and it is possible to generate large capacity when modularized unit cells are connected. In addition, AMTEC can be applied to high temperature (about 600 ℃ or more) heat source, and it can be applied to industrial facilities, nuclear power generation, solar power generation, automobile, boiler etc. where high temperature waste heat can be generated. It can be used as a power generation device.

도 1은 종래의 AMTEC 장치(10)를 설명하기 위한 설명도이다. 도 1을 참조하면, 종래AMTEC 기술은 대부분 튜브형(tubular) 구조를 가지며, Na 증기가 열원(1)에 의해 고압영역인 증발부에서 증기상태로 변하여 Na+ 이온이 튜브형 단위 셀에 형성된 베타" 알루미나 고체전해질(2)을 통과하게 된다. 이때, 자유전자들은 음극(4)으로부터 집전되어 집전선로(7)를 따라 외부로 나가 전기부하에 따른 일을 한 후 양극(3)으로 돌아와서 저압영역의 BASE 표면에서 나오는 Na+ 이온과 재결합함으로써 전기를 발생하게 된다. 중성의 Na 증기는 저압영역의 응축부(5)에서 응축되며 응축된 NA는 모세관윅(6)에 의해 증발부로 귀환하여 사이클을 완료하게 된다.FIG. 1 is an explanatory view for explaining a conventional AMTEC apparatus 10. FIG. Referring to FIG. 1, the conventional AMTEC technology has a tubular structure in which most of the Na vapor is transformed into a vapor state in the high pressure region by the heat source 1, and the Na + Free electrons are collected from the negative electrode 4 and flow out to the outside along the current collecting path 7 to work on the electric load and then return to the positive electrode 3 to form a BASE The neutral Na vapor is condensed in the condensation section 5 in the low pressure region and the condensed NA is returned to the evaporation section by the capillary wick 6 to complete the cycle .

종래 튜브형 AMTEC의 경우, AMTEC 시스템의 체적에 비하여 단위 셀들의 집적도가 낮아 단위면적당 출력에 한계가 있으며, 또한, AMTEC 시스템에서 금속 유체의 순환이 원활하게 이루어지지 않아 전체 출력에 한계가 있어, 열전 소자를 이용한 열전발전 장치를 대체하는데 어려움이 있다. 이러한 문제점으로 인하여 AMTEC은 상용화 및 응용 기술 분야의 적용에 어려움이 있으며, 타 열전 발전 장치와 비교하여 전세계적으로 연구가 활발하지 못한 실정이다. In the conventional tube type AMTEC, the integration density of the unit cells is lower than the volume of the AMTEC system, so there is a limit in the output per unit area. Also, since the circulation of the metal fluid is not smooth in the AMTEC system, There is a difficulty in replacing the thermoelectric generator using the thermoelectric generator. Due to these problems, AMTEC has difficulties in commercialization and application of the technology, and researches are not active in the world compared to other thermoelectric generators.

현재, 종래의 튜브형 AMTEC의 출력 한계를 극복하기 위한 새로운 AMTEC 설계 구조의 개발이 절실하다 할 것이다. At present, it is urgent to develop a new AMTEC design structure to overcome the output limit of the conventional tubular AMTEC.

한국등록특허 제1,584,617호Korean Patent No. 1,584,617

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단위 체적 및 단위 면적당 출력 효율을 향상시킬 수 있는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a laminated alkali metal thermoelectric conversion device capable of improving the unit volume and the output efficiency per unit area.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열에너지를 전기에너지로 변환하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치는 외부에서 열에너지를 공급받아 내부의 금속 유체를 증기로 변환시키는 증발부; 상기 증발부와 연통되어 상기 금속 유체를 유입시키며, 상기 금속 유체를 전하 운반체로 사용하여 전기 에너지를 발생시키고, 상기 금속 유체를 배출시키는 열전 변환부; 및 상기 열전 변환부와 연통되어 상기 열전 변환부에서 배출된 금속 유체를 포집하여 응축시키는 응축부;를 포함한다. 여기에서, 열전 변환부는 상기 금속 유체를 이송시키기 위한 일정 체적의 공간부와, 상기 금속 유체의 투과에 의해 전기를 발생시키는 평판형 구조체가 적층되어 구성되는 열전 변환 모듈을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a stacked-type alkali metal electrothermal transducer for converting heat energy into electric energy, comprising: an evaporator for receiving heat energy from the outside and converting an internal metal fluid into steam; A thermoelectric conversion unit connected to the evaporation unit to introduce the metal fluid, generate electric energy by using the metal fluid as a charge carrier, and discharge the metal fluid; And a condenser communicating with the thermoelectric conversion unit to collect and condense the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit. Here, the thermoelectric conversion unit includes a thermoelectric conversion module in which a space portion having a constant volume for transferring the metal fluid and a planar structure for generating electricity by the permeation of the metal fluid are stacked.

일 실시예에서, 상기 공간부는 상기 증발부로부터 유입되는 금속 유체를 수용하는 유입부; 및 상기 평판형 구조체를 투과한 금속 유체를 수용하여 상기 응축부로 배출시키는 배출부;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the space portion includes an inlet portion for receiving the metal fluid introduced from the evaporator portion; And a discharge part for receiving the metal fluid permeated through the planar structure and discharging the metal fluid to the condenser part.

일 실시예에서, 상기 평판형 구조체는 평판형 전해질 구조체; 및 상기 유입부와 대면하는 상기 평판형 전해질 구조체의 일면에 형성되는 음극(anode)과, 상기 배출부와 대면하는 상기 평판형 전해질 구조체의 타면에 형성되는 양극(cathode)으로 구성되는 전극;을 포함하여 구성될 수 있다. In one embodiment, the planar structure includes a planar electrolyte structure; And an electrode composed of an anode formed on one surface of the planar electrolyte structure facing the inflow portion and a cathode formed on the other surface of the planar electrolyte structure facing the discharge portion, .

일 실시예에서, 상기 열전 변환 모듈은 상기 금속 유체가 이송되는 방향을 기준으로, 상기 유입부, 평판형 구조체 및 배출부가 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion module may be configured such that the inlet, the plate-like structure, and the discharge portion are sequentially stacked on the basis of a direction in which the metal fluid is conveyed.

일 실시예에서, 상기 열전 변환 모듈은 상기 유입부, 평판형 구조체 및 배출부가 적층되는 영역에 기밀 구조로 결합하며, 상기 유입부 및 배출부를 전기적으로 분리시키는 절연 구조체;를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion module may further include an insulating structure, which is hermetically coupled to an area where the inflow part, the planar structure and the discharge part are stacked, and electrically isolates the inflow part and the discharge part.

일 실시예에서, 상기 배출부의 체적은 상기 유입부의 체적보다 크게 형성될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 유입부에는 상기 증발부와 연통되기 위한 유입 홀이 형성되고, 상기 배출부에는 상기 응축부와 연통되기 위한 배출 홀이 형성되며, 상기 배출 홀의 크기는 상기 유입 홀의 크기보다 크게 형성될 수 있다. In one embodiment, the volume of the discharge portion may be formed larger than the volume of the inlet portion. According to another embodiment of the present invention, an inlet hole for communicating with the evaporator is formed in the inlet, and a discharge hole for communicating with the condenser is formed in the outlet. The size of the outlet hole is larger than the size of the inlet hole. Can be largely formed.

일 실시예에서, 상기 열전 변환 모듈은 상기 공간부의 내부에 형성되며, 상기 공간부와 상기 전극을 전기적으로 연결하는 집전 구조체;를 더 포함하되, 상기 집전 구조체는 상기 유입부의 내부에 형성되며, 상기 유입부와 상기 음극을 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및 상기 배출부의 내부에 형성되며, 상기 배출부와 상기 양극을 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion module further includes a current collecting structure formed inside the space portion and electrically connecting the space portion and the electrode, wherein the current collecting structure is formed inside the inflow portion, A first current collecting structure for electrically connecting the inlet and the cathode; A second current collecting structure formed inside the discharging portion, the second current collecting structure electrically connecting the discharging portion and the anode; Or the like.

일 실시예에서, 상기 집전 구조체는 탄성체로 형성되어 상기 공간부의 내부에 억지 끼움 방식으로 결합되어 구성될 수 있다. In one embodiment, the current collecting structure may be formed of an elastic body, and may be configured to be coupled to the inside of the space portion in an interference fit manner.

일 실시예에서, 상기 제1 집전 구조체는 전도성 폼(form) 구조체로 형성되며, 상기 유입부의 내면 중 적어도 일부의 표면과 상기 음극 각각을 접촉하도록 구성될 수 있다. In one embodiment, the first current collector structure is formed of a conductive form structure, and may be configured to contact each of the cathodes with a surface of at least a part of the inner surface of the inlet portion.

일 실시예에서, 상기 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치는 이송되는 금속 유체가 외부로 누출되지 않도록 상기 열전 변환 모듈을 기밀하게 감싸며, 상기 열전 변환 모듈과 증발부 및 응축부 각각을 전기적으로 분리시키는 밀폐 절연 구조체;를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the laminated alkali metal electrothermal transducer hermetically surrounds the thermoelectric conversion module so that the metal fluid to be transferred does not leak to the outside, and the hermetically sealed insulation Structure; < / RTI >

일 실시예에서, 상기 열전 변환부는 복수 개의 열전 변환 모듈들이 적층되어 구성되며, 상기 열전 변환 모듈들은 전기적으로 연결될 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion unit is formed by stacking a plurality of thermoelectric conversion modules, and the thermoelectric conversion modules may be electrically connected.

일 실시예에서, 하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부와, 상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부가 일체형 구조체로 형성될 수 있다. In one embodiment, the discharge portion of the thermoelectric conversion module located on the lower layer and the inflow portion of the thermoelectric conversion module located on the upper layer may be formed as an integral structure.

일 실시예에서, 상기 열전 변환부는 최하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부가 배치되고, 그 위로 상기 일체형 구조체가 순차적으로 적층되며, 그 위로 최상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부가 적층되는 구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion unit has a structure in which the inflow portion of the thermoelectric conversion module located at the lowermost layer is disposed, the integrated structure is sequentially stacked thereon, and the discharge portion of the thermoelectric module located at the uppermost layer is stacked thereon .

일 실시예에서, 상기 응축부는 상기 열전 변환부에서 배출된 금속 유체를 냉각하여 응축시키는 냉각부; 및 응축된 금속 유체를 상기 증발부로 순환시키는 순환부;를 포함하여 구성될 수 있다.In one embodiment, the condenser includes a cooling unit for cooling and condensing the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit; And a circulation unit circulating the condensed metal fluid to the evaporator.

일 실시예에서, 상기 증발부는 상기 열전 변환부의 일면과 접하여 구성되고, 상기 냉각부는 상기 열전 변환부의 타면과 접하여 구성되며, 상기 순환부는 상기 냉각부에 응축된 금속 유체를 상기 증발부로 이송시키는 적어도 하나의 윅(wick)을 포함하여 구성될 수 있다. In one embodiment, the evaporator is configured to be in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit, the cooling unit is configured to be in contact with the other surface of the thermoelectric conversion unit, and the circulation unit is configured to transfer the condensed metal fluid to the evaporator, And a wick of a wrist.

일 실시예에서, 상기 증발부는 상기 열전 변환부의 일면과 접하여 구성되고, 상기 냉각부는 열전 변환부와 분리되어 구성되며, 상기 순환부는 상기 열전 변환부로부터 배출되는 금속 유체가 상기 냉각부를 경유하여 상기 증발부로 순환되도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the evaporator is configured to be in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit, the cooling unit is configured to be separated from the thermoelectric conversion unit, and the circulation unit is configured such that the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit flows through the cooling unit, / RTI >

일 실시예에서, 상기 순환부는 상기 증발부와의 접합 영역에, 일정 길이의 역류 방지용 다공 구조체 또는 모세관 윅이 형성될 수 있다. In one embodiment, the circulation portion may have a capillary wick or a porous structure for preventing backflow of a predetermined length formed in the region where the vaporization portion is joined.

일 실시예에서, 상기 증발부는 내부에 금속 유체의 순환을 위한 다공 금속 구조체를 구성할 수 있다. In one embodiment, the evaporator may comprise a porous metal structure for circulation of a metallic fluid therein.

일 실시예에서, 상기 다공 금속 구조체는 상기 금속 유체가 순환되는 방향을 따라 기공율이 점차 커지도록 형성될 수 있다.In one embodiment, the porous metal structure may be formed such that the porosity gradually increases along the direction in which the metal fluid is circulated.

본 발명은, 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치를 구성하는 열전 변환 모듈(단위 셀)들 각각에 금속 유체를 순환시키기 위한 공간부를 형성시키고, 전해질 구조체 및 전극(음극 및 양극)을 평판형으로 구성하여 적층시키며, 단위 셀들 각각을 순차적으로 적층시켜 전기적으로 연결될 수 있도록 구성함으로써, 단위 체적 및 단위 면적당 출력 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.The present invention is characterized in that a space for circulating a metal fluid is formed in each of the thermoelectric conversion modules (unit cells) constituting the laminated alkali metal thermoelectric conversion device, and the electrolyte structure and electrodes (cathode and anode) And the unit cells can be sequentially stacked and electrically connected to each other, so that the output efficiency per unit volume and the unit area can be greatly improved.

도 1은 종래 기술에 따른 튜브형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 외부 사시도이다.
도 3 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 내부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 열전 변환 모듈을 설명하기 위한 내부 사시도이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치를 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 1 is a reference diagram for explaining the operation of a tubular alkali metal thermoelectric conversion device according to the prior art.
2 is an external perspective view of a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.
3 and 5 are internal perspective views of a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an internal perspective view illustrating a thermoelectric conversion module of a stack-type alkali metal thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are sectional views of a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.
10 is a reference view for explaining the operation of the stacked type alkali metal electrothermal transducer according to one embodiment of the present invention.
11 is a reference diagram for explaining a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

본 발명은 종래 튜브형 알칼리 금속 열전 변환 장치와 비교하여 단위 체적 및 단위 면적당 출력 효율을 향상시킬 수 있는 알칼리 금속 열전 변환 장치의 설계 구조에 관한 것이다. The present invention relates to a design structure of an alkali metal thermoelectric conversion device which can improve the output efficiency per unit volume and unit area as compared with a conventional tubular alkali metal thermoelectric conversion device.

본 발명자들은 상기에서 설명한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 알칼리 금속 열전 변환 장치에 구성되는 열전 변환 모듈(단위 셀) 각각에 금속 유체를 순환시키기 위한 공간부를 형성시키고, 열전 변환 모듈 각각에 구성되는 음극 및 전해질 구조체 및 양극을 평판형으로 구성하여 순차적으로 적층시키며, 열전 변환 모듈 각각을 순차적으로 적층시켜 전기적으로 연결할 수 있도록 구성하면, 단위 체적 및 단위 면적당 출력 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 나타남을 확인하여 본 발명을 완성하였다. As a result of intensive efforts to solve the above problems, the present inventors have found that a space for circulating a metal fluid is formed in each of the thermoelectric conversion modules (unit cells) constituting the alkali metal thermoelectric conversion device, The anode and the electrolyte structure constituting the anode and the anode and the anode are laminated in the form of a plate and sequentially stacked and the thermoelectric conversion modules are sequentially stacked to be electrically connected to each other to improve the output efficiency per unit volume and unit area And thus the present invention has been completed.

이하, 본 발명에 따른 알칼리 금속 열전 변환 장치와 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the alkali metal thermoelectric conversion device according to the present invention and various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 외부 사시도이며, 도 3 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 내부 사시도이다.FIG. 2 is an external perspective view of a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 5 are internal perspective views of a stacked alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.

우선 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)는 내부에 증발부(후술), 열전 변환부(후술) 및 응축부(후술)를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 2, a stacked-type alkali metal electrothermal transducer 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing accommodating therein an evaporation portion (described later), a thermoelectric conversion portion (described later), and a condensation portion (described later) .

본 발명의 일 실시예에 따른 하우징은 증발부, 열전 변환부 및 응축부를 수용하는 구조체로, 일 실시예에서, 측면 구조체(111), 상면 구조체(112) 및 하면 구조체(113)를 포함할 수 있다. 여기에서, 측면 구조체(111), 상면 구조체(112) 및 하면 구조체(113)는 일체형으로 형성되거나, 각각 분리형으로 형성된 후 접합 또는 기밀하게 조립될 수 있다. The housing according to an embodiment of the present invention may include a side structure 111, a top structure 112 and a bottom structure 113 in an embodiment, which houses the evaporator, the thermoelectric conversion unit, and the condenser. have. Here, the side structure 111, the top structure 112 and the bottom structure 113 may be integrally formed, or may be separately formed and then joined or airtightly assembled.

일 실시예에서, 상면 구조체(112) 및 하면 구조체(113)는 고정 구조체 및 체결 유닛을 통해 상호 견고하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 고정 구조체(121)는 일정한 길이를 가지는 바(bar)로 형성되어 상면 구조체(112) 및 하면 구조체(113) 각각에 형성된 체결 홀에 삽입되며, 체결 유닛(122)은 고정 구조체(121)의 상단 및 하단에 나사 방식으로 결합됨으로써, 상면 구조체(112) 및 하면 구조체(113)가 상호 견고하게 결합될 수 있다. In one embodiment, the topsheet structure 112 and bottom structure 113 can be tightly coupled to one another via the fastening structure and the fastening unit. 2, the stationary structure 121 is formed into a bar having a predetermined length and is inserted into a fastening hole formed in each of the upper surface structure 112 and the lower surface structure 113, and a fastening unit (not shown) 122 are screwed to the upper and lower ends of the fixing structure 121 so that the upper surface structure 112 and the lower surface structure 113 can be firmly coupled to each other.

일 실시예에서, 하우징에 구성되는 적어도 하나의 구성은 SUS 소재로 형성될 수 있다.In one embodiment, at least one configuration configured in the housing may be formed of SUS material.

한편, 도 2 는 본 발명에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 외부 구조를 설명하기 위한 참고도로서 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 증발부, 열전 변환부 및 응축부를 수용하는 하우징은 공지의 다양한 구조로 형성될 수 있음은 물론이다. 2 is a view for explaining the external structure of the laminated alkali metal electrothermal transducer according to the present invention. It is not intended to limit the scope of the present invention, and the housing for accommodating the evaporator, the thermoelectric conversion unit, It is needless to say that various known structures can be formed.

일 실시예에서, 하우징은 내부에 수용된 열전 변환부(후술)와 전기적으로 연결되는 집전 선로가 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 열전 변환부(후술)는 알칼리 금속을 작동 유체로 하여 발전하며, 여기에서, 열전 변환부(후술)에서 발생된 전기를 외부의 전기적 장치와 연결하기 위한 집전 선로(예 : 와이어 리드선)가 하우징에 구성될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 집전 선로는 소재, 구조, 길이 등에 한정되지 않으며, 하우징의 구조에 따라 유연하게 설계될 수 있을 것이다.In one embodiment, the housing may be constituted by a current collecting line electrically connected to the thermoelectric conversion unit (described later) accommodated therein. More specifically, the thermoelectric conversion unit (to be described later) generates electric power using an alkali metal as a working fluid. Here, a current collecting line (e.g., a wire lead wire) for connecting the electricity generated in the thermoelectric conversion unit May be configured in the housing. Meanwhile, the current collecting line according to the present invention is not limited to the material, structure, length, and the like, and may be designed to be flexible according to the structure of the housing.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)는 증발부(130), 열전 변환부(140) 및 응축부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the stacked type alkali metal electrothermal transducer 100 includes an evaporator 130, a thermoelectric conversion unit 140, and a condenser 150.

증발부(130)는 외부에서 열에너지를 공급받아 내부의 금속 유체를 증기로 변환시킨다. 열에너지를 공급하는 열원(약 1000K 이상)은 증발부(130)의 일면 외부(예 : 도 2 내지 5에서 -y 방향)에 위치할 수 있으며, 증발부(130)는 열원으로부터 열에너지를 공급받아, 내부의 금속 유체를 증기 상태로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에서, 증발부(130)는 금속 유체를 내부에 수용할 수 있는 일정 체적의 공간을 가지는 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 증발부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 금속 유체를 수용하는 공간이 형성되는 다면 구조체를 포함할 수 있다.The evaporator 130 receives heat energy from the outside to convert the metal fluid into steam. 2 to 5), and the evaporator 130 receives heat energy from the heat source, and the evaporator 130 receives the heat energy from the heat source, The internal metal fluid can be converted into a vapor state. In one embodiment, the evaporator 130 may include a structure having a volume of volume that can accommodate the metal fluid therein. For example, as shown in FIG. 3, the evaporator 130 may include a multi-faced structure in which a space for receiving a metallic fluid is formed.

한편, 본 발명에 따른 금속 유체는 알칼리 금속 유체에 해당하며, Na, K 및 Li 중 어느 하나에 해당할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 명확한 설명을 위하여 금속 유체가 NA에 해당하는 것을 예시로 설명하나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다.Meanwhile, the metal fluid according to the present invention corresponds to an alkali metal fluid, and may be any one of Na, K, and Li. Hereinafter, for clarification of the present invention, it is exemplified that the metallic fluid corresponds to NA, but the scope of the present invention is not limited thereto.

열전 변환부(140)는 증발부(130)와 연통되어 금속 유체를 유입시키며, 금속 유체를 전하 운반체로 사용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 여기에서, 열전 변환부(140)는 음극(anode), 전해질 구조체 및 양극(cathode)을 포함하며, 증발부(130)로부터 유입되는 금속 유체를 작동 유체로 하여 발전할 수 있다. 열전 변환부(140)는 발전 사이클을 완료한 금속 유체를 응축부(150)로 배출한다. 일 실시예에서, 열전 변환부(140)는 금속 유체를 내부에 수용할 수 있는 일정 체적의 공간을 가지는 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열전 변환부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 금속 유체를 수용하는 공간이 형성되는 다면 구조체를 포함할 수 있다. The thermoelectric conversion unit 140 communicates with the evaporation unit 130 to introduce the metal fluid, and uses the metal fluid as a charge carrier to generate electric energy. Here, the thermoelectric conversion unit 140 includes a cathode, an anode, an electrolyte structure, and a cathode. The thermoelectric conversion unit 140 may generate electricity by using the metallic fluid flowing from the evaporator 130 as a working fluid. The thermoelectric conversion unit 140 discharges the metal fluid, which has completed the power generation cycle, to the condenser 150. In one embodiment, the thermoelectric conversion unit 140 may include a structure having a predetermined volume of space for accommodating the metal fluid therein. For example, as shown in FIG. 3, the thermoelectric conversion unit 140 may include a multi-layer structure in which a space for receiving a metallic fluid is formed.

일 실시예에서, 열전 변환부(140)는 적어도 하나의 열전 변환 모듈을 포함할 수 있다. 도 4 및 5는 총 20개의 열전 변환 모듈들이 5행 4열로 적층되어 구성된 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치를 도시한 것으로, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 열전 변환부(140)는 복수의 열전 변환 모듈들(141, 142, 143, 144, 145 등)을 포함할 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion unit 140 may include at least one thermoelectric conversion module. 4 and 5 illustrate a laminated alkali metal thermoelectric conversion device in which twenty thermoelectric conversion modules in total are stacked in five rows and four columns. As shown in FIGS. 4 and 5, the thermoelectric conversion section 140 includes a plurality of thermoelectric conversion elements Conversion modules 141, 142, 143, 144, 145, and so on.

일 실시예에서, 열전 변환 모듈들(141, 142, 143, 144, 145 등) 각각은, 내부에 음극(anode), 전해질 구조체 및 양극(cathode)을 포함하고, 증발부(130)와 연통되어 금속 유체를 유입시키며, 금속 유체를 전하 운반체로 사용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 단위 셀에 해당할 수 있다. 여기에서, 복수의 열전 변환 모듈들은 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 열전 변환 모듈들의 전기적 연결 구조는 발전 시스템의 출력 조건에 따라 직렬 및 병렬 연결 방식을 선택 또는 조합하여 설계 가능하므로, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다. In one embodiment, each of the thermoelectric conversion modules 141, 142, 143, 144, 145, etc. includes an anode, an electrolyte structure, and a cathode, And may be a unit cell capable of generating electrical energy by using a metal fluid as a charge carrier. Here, the plurality of thermoelectric conversion modules may be electrically connected. On the other hand, the electrical connection structure of the thermoelectric conversion modules can be designed by selecting or combining serial and parallel connection methods according to the output condition of the power generation system, and therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

응축부(150)는 열전 변환부(140)와 연통되며, 열전 변환부(140)로부터 배출된 금속 유체를 포집하여 응축시킨다. 응축부(150)의 외측(도 2 내지 5에서 +y 방향)에는, 증발부(130)에 열에너지를 공급하는 열원과 비교하여 상대적으로 저온 상태인 저온 매체(약 500K 이하)가 위치할 수 있으며, 응축부(150)는 저온 매체와의 열교환을 통해 내부의 금속 유체를 응축시킬 수 있다. The condenser 150 communicates with the thermoelectric conversion unit 140 and collects and condenses the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit 140. A relatively low temperature medium (about 500K or less) may be located on the outside of the condenser 150 (in the + y direction in FIGS. 2 to 5) as compared with a heat source for supplying heat energy to the evaporator 130 , The condenser 150 can condense the metal fluid inside through heat exchange with the low temperature medium.

일 실시예에서, 응축부(150)는 열전 변환부(140)에서 배출된 금속 유체를 냉각하여 응축시키는 냉각부와, 금속 유체를 증발부(130)로 순환시키는 순환부를 포함할 수 있다. 여기에서, 냉각부는 열전 변환부(140)에서 배출된 금속 유체를 응축시키기 위한 구조체를 포함할 수 있고, 순환부는 열전 변환부(140)로부터 배출되는 금속 유체가 냉각부를 경유하여 증발부(130)로 순환시키기 위한 구조체를 포함할 수 있다. In one embodiment, the condenser 150 may include a cooling unit for cooling and condensing the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit 140, and a circulation unit for circulating the metal fluid to the evaporation unit 130. Here, the cooling unit may include a structure for condensing the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit 140, and the circulation unit may include a structure in which the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit 140 flows to the evaporation unit 130 via the cooling unit, As shown in FIG.

예를 들어, 도 4 및 5를 참조하면, 증발부(130)는 열전 변환부(140)의 일면과 접하여 구성되고, 응축부(150)는 열전 변환부(140)의 타면과 접하여 구성될 수 있다. 여기에서, 응축부(150)의 냉각부는 열전 변환부(140)에서 배출된 금속 유체를 수용하는 일정 체적의 다면 구조체(152)와, 다면 구조체의 일면에 접하여 구성되는 방열판(153)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 응축부(150)의 순환부는, 냉각부의 다면 구조체(152) 하부에 응축되어 수집되는(고이는) 금속 유체를 증발부(130)로 순환시키기 위한 적어도 하나의 윅(wick, 151)을 포함하여 구성될 수 있다. 4 and 5, the evaporator 130 may be in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit 140, and the condenser 150 may be formed in contact with the other surface of the thermoelectric conversion unit 140. [ have. Here, the cooling section of the condenser 150 includes a multi-faced structure 152 having a constant volume for receiving the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit 140, and a heat sink 153 formed in contact with one surface of the multi- Lt; / RTI > The circulation part of the condensing part 150 includes at least one wick 151 for circulating the metallic fluid condensed and accumulated in the lower part of the multi-side structure 152 of the cooling part to the evaporator 130 .

한편, 도 4 및 5에서는 순환부의 윅(151)이 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 하부에 구성되는 것을 도시하고 있으나, 이는 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 예시이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 순환부는 냉각부에 의하여 응축된 금속 유체를 증발부(130)로 순환시키는 구성으로서, 형상, 구조, 소재, 구성 위치 등에 한정되지 않는 것으로 해석되어야 할 것이다. 4 and 5 illustrate that the wick 151 in the circulation part is formed at the lower part of the laminated alkali metal electrothermal transducer 100. However, this is an example for clearly explaining the present invention, The present invention is not limited thereto. That is, the circulation unit according to the present invention is configured to circulate the metal fluid condensed by the cooling unit to the evaporation unit 130, and it should be construed that it is not limited to the shape, structure, material, configuration position and the like.

이상에서, 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 구조에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 6 내지 11을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다. The structure of the laminated alkali metal electrothermal transducer according to one embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. Hereinafter, the laminated alkali metal electrothermal transducer according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 11. FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치에 구성되는 열전 변환 모듈(200)을 설명하기 위한 내부 사시도이다. 6 is an internal perspective view for explaining a thermoelectric conversion module 200 constructed in a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 열전 변환 모듈(200)은 금속 유체를 이송시키기 위한 일정 체적의 공간부(210, 220)와, 금속 유체의 투과에 의해 전기를 발생시키는 평판형 구조체(230)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the thermoelectric conversion module 200 includes a space portion 210 and 220 having a predetermined volume for transporting a metal fluid, and a flat plate-like structure 230 generating electricity by permeation of a metal fluid .

일 실시예에서, 공간부(210, 220)는 증발부(130)로부터 유입되는 금속 유체를 수용하는 유입부(210)와, 평판형 구조체(230)를 투과한 금속 유체를 수용하여 응축부(150)로 배출시키는 배출부(220)를 포함할 수 있다. 여기에서, 유입부(210) 및 배출부(220)는 각각 분리된 구조체로 구성될 수 있다. The space portions 210 and 220 may include an inlet portion 210 for receiving a metal fluid flowing from the evaporator 130 and a condenser portion 230 for receiving the metal fluid that has permeated through the planar structure 230. [ And a discharge unit 220 for discharging the gas to the outside. Here, the inflow portion 210 and the discharge portion 220 may each be configured as a separated structure.

일 실시예에서, 유입부(210) 및 배출부(220)는 전기 전도성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 몰리브덴(Mo) 또는 네오디뮴(Nd)으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다. In one embodiment, the inlet 210 and the outlet 220 may be formed of an electrically conductive material, for example, of molybdenum (Mo) or neodymium (Nd) The present invention is not limited thereto.

일 실시예에서, 유입부(210)는 증발부(130)와 연통되기 위한 적어도 하나의 유입 홀(211)이 형성될 수 있고, 배출부(220)는 응축부(150)와 연통되기 위한 적어도 하나의 배출 홀(221)이 형성될 수 있다. 여기에서, 증발부(130) 및 응축부(150)는 각각 유입 홀(211) 및 배출 홀(221)과 대면하는 영역에 관통 홀이 형성되어 유입부(210) 및 배출부(220) 각각과 연통될 수 있다.The inlet 210 may be formed with at least one inlet hole 211 for communicating with the evaporator 130 and the outlet 220 may include at least one inlet for communicating with the condenser 150, One discharge hole 221 may be formed. Here, the evaporator 130 and the condenser 150 have through holes in the areas facing the inlet holes 211 and the outlet holes 221, respectively, and the inlet portions 210 and the outlet portions 220, Can be communicated.

일 실시예에서, 평판형 구조체(230)는 평판형 전해질 구조체(232)와, 음극(anode, 231) 및 양극(cathode, 233)으로 구성되는 전극을 포함할 수 있다. 여기에서, 음극(231)은 유입부(210)와 대면하는 평판형 전해질 구조체(232)의 일면에 형성되고, 양극(233)은 배출부(220)와 대면하는 평판형 전해질 구조체(232)의 타면에 형성될 수 있다. 즉, 평판형 구조체(230)는 음극(231), 평판형 전해질 구조체(232) 및 양극(233)이 금속 유체가 이송되는 방향을 기준으로 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the plate-like structure 230 may include a plate-like electrolyte structure 232 and an electrode composed of a cathode 233 and a cathode 233. The cathode 231 is formed on one surface of the plate-like electrolyte structure 232 facing the inlet 210 and the anode 233 is formed on the surface of the plate-like electrolyte structure 232 facing the outlet 220 Can be formed on the other surface. That is, the plate-like structure 230 may have a structure in which the cathode 231, the plate-like electrolyte structure 232, and the anode 233 are sequentially stacked on the basis of the direction in which the metal fluid is transported.

본 발명에 따른 평판형 전해질 구조체(232)는 베타-알루미나(β"-Al2O3) 또는 나시콘(Na super-ionic conductor: NASICON)계의 고체 전해질로 구성될 수 있으며, 전극(양극 및 음극)은 PtW, RhW, TiC, TiN, SiN, RuO, Ru2O, Rh2W, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 니켈-철 합금, 스테인리스, 철(Fe), 청동 중 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리 범위는 평판형 구조체(230)의 소재에 한정되지 않는 것으로 해석되어야 할 것이다. Plate-like electrolyte structure 232 according to the present invention is a beta-alumina (β "-Al 2 O 3) or tank top cone: may be composed of a solid electrolyte (Na super-ionic conductor NASICON) system, an electrode (anode and a cathode) is PtW, RhW, TiC, TiN, SiN, RuO, Ru 2 O, Rh 2 W, molybdenum (Mo), titanium (Ti), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), nickel- Iron alloy, stainless steel, iron (Fe), and bronze. However, the scope of the present invention should be construed as not limited to the material of the planar structure 230.

일 실시예에서, 열전 변환 모듈(200)은 금속 유체가 이송되는 방향을 기준으로, 유입부(210), 평판형 구조체(230) 및 배출부(220)가 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 유입부(210) 및 배출부(220)는 각각 분리된 구조체로 구성되며, 금속 유체가 이송되는 방향(도 11 참조, +z축 방향)을 기준으로 유입부(210), 평판형 구조체(230) 및 배출부(220)가 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion module 200 may include an inlet 210, a plate-like structure 230, and a discharge unit 220, which are sequentially stacked on the basis of a direction in which the metal fluid is conveyed. For example, as shown in FIG. 6, the inlet portion 210 and the outlet portion 220 are each formed of a separated structure, and the direction in which the metal fluid is fed (see FIG. 11, + z- A structure in which the inlet 210, the plate-like structure 230, and the outlet 220 are sequentially stacked.

한편, 도 2 내지 도 11는 열전 변환 모듈(200)에 구성되는 유입부(210), 평판형 구조체(230) 및 배출부(220)가 수직 방향(+z축 방향)을 따라 순차적으로 적층되는 구조를 도시하고 있으나, 이는 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 따르면, 열전 변환 모듈(200)는 유입부(210), 평판형 구조체(230) 및 배출부(220)가 수평 방향(+y축 방향)을 따라 순차적으로 적층되는 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우, 증발부(130)에서 유입되는 금속 유체 증기는 수평 방향(+y축 방향)을 따라 이송될 수 있을 것이다.2 to 11 illustrate a case where the inlet 210, the plate-like structure 230 and the outlet 220 of the thermoelectric conversion module 200 are sequentially stacked along the vertical direction (+ z-axis direction) However, the present invention is not intended to limit the scope of the present invention. That is, according to another embodiment of the present invention, the thermoelectric conversion module 200 is configured such that the inflow portion 210, the planar structure 230, and the discharge portion 220 are sequentially stacked along the horizontal direction (+ y-axis direction) As shown in FIG. In this case, the metal fluid vapor introduced from the evaporator 130 may be transported along the horizontal direction (+ y axis direction).

일 실시예에서, 열전 변환 모듈(200)은 유입부(210), 평판형 구조체(230) 및 배출부(220)가 적층되는 영역에 기밀 구조로 결합하며, 유입부(210) 및 배출부(220)를 전기적으로 분리시키는 절연 구조체(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 절연 구조체(240)는 절연성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알파-알루미나(α-Al2O3)로 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the thermoelectric conversion module 200 is hermetically coupled to a region where the inlet 210, the plate-like structure 230, and the outlet 220 are stacked, and the inlet 210 and the outlet 220 for electrically isolating the insulated gate structure. Here, the isolation structure 240 may be formed of an insulating material, e.g., alpha-may be formed of alumina (α-Al 2 O 3) , the scope of the present invention is not limited to this.

도 6을 참조하면, 절연 구조체(240)는 평판형 구조체(230)의 평판형 전해질 구조체(232)의 양 단부 각각에 접하여 구성되고, 평판형 전해질 구조체(232)의 단부측 적어도 일부 영역과 절연 구조체(240)는 유입부(210) 및 배출부(220) 사이에 적층될 수 있다. 여기에서, 절연 구조체(240)는 유입부(210) 및 배출부(220)와 접합됨으로써 적층 영역을 기밀하게 감쌀 수 있다. 한편, 절연 구조체(240)는 유입부(210) 및 배출부(220)와 접합제를 통해 접합되거나, 브레이징 방식을 통해 접합될 수 있다. 6, the insulating structure 240 is in contact with both ends of the planar electrolyte structure 232 of the planar structure 230, and at least a part of the end side of the planar electrolytic structure 232 The structure 240 may be deposited between the inlet 210 and the outlet 220. Here, the insulating structure 240 is sealed with the inlet portion 210 and the outlet portion 220 to seal the lamination region hermetically. Meanwhile, the insulating structure 240 may be bonded to the inlet 210 and the outlet 220 through a bonding agent, or may be bonded through a brazing method.

일 실시예에서, 배출부(220)의 체적은 유입부(210)의 체적보다 크게 형성될 수 있다. 본 실시예는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 출력을 향상시키기 위한 구성으로서, 이하에서 보다 상세하게 설명한다. In one embodiment, the volume of the outlet 220 may be greater than the volume of the inlet 210. The present embodiment is a structure for improving the output of the stack-type alkali metal electrothermal transducer, and will be described in more detail below.

알칼리 금속 열전 변환 장치의 출력 전압은 하기의 수학식 1(Nernst eq.)에 따른다. The output voltage of the alkali metal thermoelectric conversion device is given by the following equation (1) (Nernst eq.).

Figure pat00001
Figure pat00001

Voc : open-circuit voltageV oc : open-circuit voltage

R : 가스상수R: Gas constant

Tb : 전해질 구조체 온도T b : electrolyte structure temperature

F : Faraday수F: Faraday number

Ph : anode pressureP h : anode pressure

Pc : cathode pressureP c : cathode pressure

상기 수학식 1에 따르면, 전해질 구조체 전후의 압력 차이(Ph 및 Pc 의 압력 차이)가 출력에 직접적인 영향을 미치며, 압력 차이가 클수록 출력 전압(Voc)이 높아질 수 있다. According to Equation 1, the pressure difference between the front and rear portions of the electrolyte structure (pressure difference between P h and P c ) directly affects the output, and the larger the pressure difference, the higher the output voltage V oc can be.

여기에서, 평판형 전해질 구조체(232)의 전후 압력 차이를 크게 하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 배출부(220)의 체적은 유입부(210)의 체적보다 크게 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 유입부의(210)의 체적이 상대적으로 작게 형성되어 음극(231) 측의 압력(Ph)이 커지고, 배출부(220)의 체적이 상대적으로 크게 형성되어 양극(233) 측의 압력(Pc)이 작아지게 됨으로써, 열전 변환 모듈(200)의 출력 전압(Voc)이 높아질 수 있다.Here, the volume of the discharge portion 220 may be formed to be larger than the volume of the inlet portion 210 in order to increase the pressure difference between the front and back of the plate-like electrolyte structure 232, according to an embodiment of the present invention. The volume of the inlet portion 210 is relatively small and the pressure P h of the cathode 231 side is increased and the volume of the outlet portion 220 is relatively increased. the pressure side (P c), can be high and the output voltage (V oc) of being made smaller, the thermoelectric conversion module 200.

다른 실시예에서, 배출부(220)에 형성되는 배출 홀(221)의 크기는 유입부(210)에 형성되는 유입 홀(211)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 유입 홀(211)의 크기가 배출 홀(221)의 크기와 비교하여 상대적으로 작게 형성되어, 음극(231) 측의 압력(Ph)이 커지고 양극(233) 측의 압력(Pc)이 작아지게 됨으로써, 열전 변환 모듈(200)의 출력 전압(Voc)이 높아질 수 있다.The size of the discharge hole 221 formed in the discharge part 220 may be larger than the size of the inlet hole 211 formed in the inlet part 210. [ The size of the inlet hole 211 is formed to be relatively small in comparison with the size of the discharge hole 221 so that the pressure P h on the side of the cathode 231 increases and the pressure on the side of the anode 233 increases, (P c), can increase the output voltage (V oc) of being made smaller, the thermoelectric conversion module 200.

일 실시예에서, 열전 변환 모듈(200)은 공간부(210, 220)의 내부에 형성되며, 공간부(210, 220)와 전극을 전기적으로 연결하는 집전 구조체를 포함할 수 있다. In one embodiment, the thermoelectric conversion module 200 may include a current collecting structure formed inside the space portions 210 and 220 and electrically connecting the space portions 210 and 220 to the electrodes.

일 실시예에서, 집전 구조체는 유입부(210)의 내부에 형성되며 유입부(210)와 음극(231)을 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체(212)를 포함할 수 있으며, 배출부(220)의 내부에 형성되며 배출부(220)와 양극(233)을 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체(222)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 집전 구조체(212)는 전기 전도성 소재로 형성되는 유입부(210)와 음극(231)을 전기적으로 연결하여, 음극(231)으로부터 전자를 수집하여 유입부(210)로 전달할 수 있다. 또한, 제2 집전 구조체(222)는 전기 전도성 소재로 형성되는 배출부(220)와 양극(233)을 전기적으로 연결하여, 배출부(220)로부터 전달되는 전자를 양극(233)에 공급할 수 있다. The current collecting structure may include a first current collecting structure 212 formed inside the inlet 210 and electrically connecting the inlet 210 and the cathode 231 and the outlet 220 And a second current collecting structure 222 which is formed in the inside of the anode 220 and electrically connects the discharging unit 220 and the anode 233. The first current collecting structure 212 may collect electrons from the cathode 231 and transfer the collected electrons to the inlet 210 by electrically connecting the inlet 210 formed of an electrically conductive material to the cathode 231 have. The second current collector structure 222 may electrically connect the discharge portion 220 formed of an electrically conductive material to the anode 233 and supply electrons delivered from the discharge portion 220 to the anode 233. [ .

본 실시예에 따르면, 복수의 열전 변환 모듈(200)들이 적층 구조를 가지는 경우(도 4 및 5 참조), 상층의 열전 변환 모듈(예 : 142)과 하층의 열전 변환 모듈(예 : 141)은 전기적 연결을 위한 별도의 배선(예 : 와이어)을 구성하지 않고도 전기적으로 직렬 연결이 가능하며, 이에 전체 시스템의 구성이 단순해 지고 용이하게 제작될 수 있다.According to the present embodiment, when a plurality of thermoelectric conversion modules 200 have a laminated structure (see FIGS. 4 and 5), the upper thermoelectric conversion module (for example, 142) and the lower thermoelectric conversion module It is possible to electrically connect in series without constructing a separate wiring (e.g., wire) for electrical connection, so that the entire system configuration can be simplified and easily manufactured.

일 실시예에서, 집전 구조체는 탄성체로 형성되어 공간부(210, 220)의 내부에 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제1 집전 구조체(212) 및 제2 집전 구조체(222)는 탄성의 와이어로 형성되고, 각각 유입부(210) 및 배출부(220)의 내부에 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다. 여기에서, 유입부(210)의 하면 및 배출부(220)의 상면에는 제1 집전 구조체(212) 및 제2 집전 구조체(222)의 단부가 수용될 수 있는 고정 홈(미도시)이 형성될 수 있다. In one embodiment, the current collecting structure may be formed of an elastic body and coupled to the interior of the space portions 210 and 220 in an interference fit manner. 6, the first current collecting structure 212 and the second current collecting structure 222 are formed of elastic wires, and the first current collecting structure 212 and the second current collecting structure 222 are formed of elastic wires, . ≪ / RTI > A fixing groove (not shown) is formed on the lower surface of the inflow portion 210 and the upper surface of the discharge portion 220 to accommodate the ends of the first current collector structure 212 and the second current collector structure 222 .

본 실시예에 따르면, 열전 변환 모듈(200)은 다음과 같이 제작될 수 있다. 우선, 유입부(210)를 하층에 배치한 후 제1 집전 구조체(212)를 구부려 양단부를 고정 홈에 끼우고, 이후 평판형 구조체(230) 및 절연 구조체(240)를 적층하여 제1 집전 구조체(212)가 유입부(210)의 내부에 억지 끼움 방식으로 결합되도록 한다. 다음으로, 제2 집전 구조체(222)를 구부려 양단부를 배출부(220)의 상면에 형성된 고정 홈에 끼우고, 이후 배출부(220)를 평판형 구조체(230) 및 절연 구조체(240) 상부에 적층하여 제2 집전 구조체(222)가 배출부(220) 내부에 억지 끼움 방식으로 결합되도록 한다. According to the present embodiment, the thermoelectric conversion module 200 can be manufactured as follows. First, the first current collecting structure 212 is bent and the both ends are inserted into the fixing grooves after the inflow part 210 is disposed on the lower layer. Then, the plate-like structure 230 and the insulating structure 240 are laminated, (212) is coupled to the interior of the inlet (210) in an interference fit manner. Next, the second current collector structure 222 is bent so as to sandwich the opposite ends of the second current collector structure 222 in the fixing grooves formed on the upper surface of the discharge unit 220, and then the discharge unit 220 is placed on the planar structure 230 and the insulating structure 240 So that the second current collector structure 222 is coupled to the discharge portion 220 in an interference fit manner.

한편, 도 6는 제1 및 제2 집전 구조체(212, 222)가 분리된 포물형 와이어로 구성되는 것을 예시로 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 집전 구조체(212) 또는 제2 집전 구조체(222)는 분리된 원형, 연결된 원형(스프링형) 또는 메시형으로 형성될 수 있으며, 유입부(210) 및 배출부(220) 각각의 내부에는 제1 및 제2 집전 구조체(212)의 단부와 대응되는 형상의 고정 홈이 형성될 수 있다.Meanwhile, FIG. 6 illustrates that the first and second current collecting structures 212 and 222 are formed of separate parabolic wires, but the scope of the present invention is not limited thereto. For example, the first current collecting structure 212 or the second current collecting structure 222 may be formed as a separate circular, connected circular (spring type) or mesh type, and the inlet 210 and the outlet 220, Fixing grooves having shapes corresponding to the ends of the first and second current collecting structures 212 may be formed in the respective internal parts.

일 실시예에서, 집전 구조체는 전도성 폼(form) 구조체로 형성될 수 있다. 여기에서, 집전 구조체는 공간부의 내면 중 적어도 일부의 표면과 전극을 각각 접촉하도록 구성될 수 있다. In one embodiment, the current collector structure may be formed of a conductive foam structure. Here, the current collecting structure may be configured to contact the electrode and the surface of at least a part of the inner surface of the space portion.

예를 들어, 유입부(210)의 내부에 형성되는 제1 집전 구조체는 유입부(210)의 하면 중 적어도 일부의 표면과 음극(231) 각각을 접촉하도록 구성되어, 유입부(210) 및 음극(231)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 배출부(220)의 내부에 형성되는 제2 집전 구조체는 배출부(220)의 상면 중 적어도 일부의 표면과 양극(233) 각각을 접촉하도록 구성되어, 배출부(220) 및 양극(233)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. For example, the first current collecting structure formed inside the inlet 210 is configured to contact the surface of at least a part of the lower surface of the inlet 210 with the cathode 231, so that the inlet 210 and the cathode (231) can be electrically connected. The second current collecting structure formed inside the discharging portion 220 may be configured to contact each of the surfaces of at least a part of the upper surface of the discharging portion 220 and the anode 233, The anode 233 can be electrically connected.

일 실시예에서, 제1 집전 구조체는 전도성 폼(form) 구조체로 형성되고, 제2 구조체는 전도성 탄성체로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 열전 변환 모듈(200)의 출력 전압은 양극(233) 측의 압력(Pc)이 음극(231) 측의 압력(Ph)보다 작을수록 높아지게 된다. 만약 제2 집전 구조체를 폼 구조체로 형성하는 경우 양극(233) 측의 압력(Pc)이 상대적으로 높아지게 되므로, 열전 변환 모듈(200)의 출력 전압이 낮아지게 된다. 이에, 본 실시예에 따라 제1 집전 구조체가 전도성 폼(form) 구조체로 형성되는 경우에는, 제2 구조체는 전도성 탄성체로 형성되는 것이 바람직하다. In one embodiment, the first current collector structure may be formed of a conductive foam structure, and the second structure may be formed of a conductive elastomer. As described above, the output voltage of the thermoelectric conversion module 200 becomes higher as the pressure P c on the anode 233 side becomes smaller than the pressure P h on the cathode 231 side. If the second current collector structure is formed of a foam structure, the pressure P c on the anode 233 side becomes relatively high, so that the output voltage of the thermoelectric conversion module 200 becomes low. Accordingly, when the first current collector structure is formed of a conductive structure according to this embodiment, it is preferable that the second structure is formed of a conductive elastic material.

도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100) 전체의 단면도이고, 도 8은 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 최상층 열전 변환 모듈을 포함하는 상부 단면도이며, 도 9는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 최하층 열전 변환 모듈을 포함하는 하부 단면도이다. 7 to 9 are sectional views of a laminated alkali metal electrothermal transducer 100 according to an embodiment of the present invention. 7 is a cross-sectional view of an entire stacked-type alkali metal electrothermal transducer 100 according to an embodiment of the present invention, and Fig. 8 is a cross-sectional view of a stacked alkali metal electrothermal transducer 100 And Fig. 9 is a bottom cross-sectional view including the lowest-layer thermoelectric conversion module of the laminated alkali metal electrothermal transducer 100. Fig.

일 실시예에서, 증발부(130)는 내부에 금속 유체의 순환을 위한 다공 금속 구조체(131)를 구성할 수 있다. 여기에서, 다공 금속 구조체(131)는 금속 유체가 순환되는 방향을 따라 기공율이 점차 커지도록 형성될 수 있다.In one embodiment, the evaporator 130 may comprise a porous metal structure 131 for circulation of the metal fluid therein. Here, the porous metal structure 131 may be formed so that the porosity gradually increases along the direction in which the metal fluid is circulated.

도 7을 참조하면, 응축부(150)에 형성되는 다면 구조체(152)는 열전 변환 모듈의 배출부(220)에서 배출되는 Na 증기를 수용하여 응축시킨다. 응축된 Na 액체는 다면 구조체(152) 하부에 고일 수 있으며, 적층형 열전 변환 장치(100)의 하부에 형성되는 윅(151)은 다면 구조체(152) 하부에 고인 Na 액체를 증발부(130)로 이송시킬 수 있다. 이 때, 증발부(130)의 하부에 고이는 Na 액체는 외부의 열원(-y 방향에 위치)에 의하여 열을 공급받아 Na 증기로 변환되어 적층된 복수의 열전 변환 모듈들로 공급될 수 있다. 여기에서, 본 실시예에 따라, 금속 유체가 순환되는 방향(+z 방향)을 따라 기공율이 점차 커지도록 형성되는 다공 금속 구조체(131)를 증발부(130)의 내부에 구성시키는 경우, 증발부(130)의 하부에 고이는 Na 액체가 다공 금속 구조체(131)를 따라 상부로 이송될 수 있다. 이에, 다공 금속 구조체(131)에 수용된 Na 액체는 외부의 열원(-y 방향에 위치)으로부터 고르게 열 에너지를 전달받아 증기 상태로 변환되어, Na 증기는 상층부터 하층까지의 열전 변환 모듈들에 균일하게 공급될 수 있다. Referring to FIG. 7, the multi-faced structure 152 formed in the condenser 150 receives and condenses the Na vapor discharged from the discharge unit 220 of the thermoelectric conversion module. The condensed Na liquid may be present in the lower portion of the multi-layer structure 152. The wick 151 formed in the lower portion of the multi-layered thermoelectric conversion device 100 may be filled with Na liquid, . At this time, the Na liquid accumulated in the lower part of the evaporator 130 can be supplied to a plurality of stacked thermoelectric conversion modules that are supplied with heat by an external heat source (positioned in the -y direction) and converted into Na vapor. According to the present embodiment, when the porous metal structure 131 is formed inside the evaporator 130 so that the porosity gradually increases along the direction (+ z direction) in which the metal fluid circulates, The Na liquid accumulated in the lower portion of the porous metal structure 131 may be transported upward along the porous metal structure 131. Accordingly, the Na liquid contained in the porous metal structure 131 is uniformly transferred from the external heat source (located in the -y direction) to the vapor state, and the Na vapor is uniformly supplied to the thermoelectric conversion modules from the upper layer to the lower layer .

일 실시예에서, 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)는 금속 유체가 외부로 누출되지 않도록 열전 변환 모듈(200)을 기밀하게 감싸며, 열전 변환 모듈과 증발부(130) 및 응축부(150) 각각을 전기적으로 분리시키는 밀폐 절연 구조체(160)를 포함할 수 있다. 여기에서, 밀폐 절연 구조체(160)는 절연성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알파-알루미나(α-Al2O3)로 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the laminated alkali metal electrothermal transducer 100 hermetically surrounds the thermoelectric conversion module 200 so that the metal fluid does not leak to the outside, and the thermoelectric conversion module, the evaporator 130 and the condenser 150 (Not shown). Here, the hermetic insulating structure 160 may be formed of an insulating material and may be formed of, for example, alpha-alumina (alpha -Al 2 O 3 ), but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 7 내지 9를 참조하면, 밀폐 절연 구조체(160)는 열전 변환부(140)에 포함되는 열전 변환 모듈들을 기밀하게 감싸도록 구성될 수 있다. 여기에서, 밀폐 절연 구조체(160)는 절연성 소재로 형성되어 열전 변환 모듈과 증발부(130) 및 응축부(150) 각각을 전기적으로 분리시킬 수 있으며, 동시에 열전 변환 모듈들의 유입부(210) 및 배출부(220) 내부에서 이송되는 금속 유체가 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 외부로 누출되지 않도록 기능한다. 7 to 9, the hermetic insulating structure 160 may be configured to airtightly enclose the thermoelectric conversion modules included in the thermoelectric conversion unit 140. Here, the hermetic insulating structure 160 may be formed of an insulating material to electrically isolate the thermoelectric conversion module from the evaporator 130 and the condenser 150, and at the same time, So that the metal fluid conveyed inside the discharge part 220 is prevented from leaking to the outside of the laminated alkali metal electrothermal transducer 100.

일 실시예에서, 밀폐 절연 구조체(160)는 열전 변환 모듈에 형성되는 유입 홀(211)및 배출 홀(221) 각각과 대면하는 영역에 관통 홀이 형성되어, 열전 변환 모듈이 증발부(130) 및 응축부(150)와 연통되도록 할 수 있다. The thermoelectric conversion module includes the evaporation portion 130 and the thermoelectric conversion module 130. The thermoelectric conversion module includes a through hole formed in a region facing the inflow hole 211 and the discharge hole 221 formed in the thermoelectric conversion module, And the condenser 150, as shown in FIG.

일 실시예에서, 하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부와, 상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부는 일체형 구조체로 형성될 수 있다. 여기에서, 열전 변환부는 최하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부가 배치되고, 그 위로 일체형 구조체가 순차적으로 적층되며, 그 위로 최상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부가 적층되는 구조를 가질 수 있다.In one embodiment, the discharge portion of the thermoelectric conversion module located on the lower layer and the inflow portion of the thermoelectric conversion module located on the upper layer may be formed as an integral structure. Here, the thermoelectric conversion unit may have a structure in which the inflow portion of the thermoelectric conversion module located at the lowermost layer, the integrated structure sequentially stacked thereon, and the discharge portion of the thermoelectric module located at the uppermost layer are stacked thereon.

본 실시예에 대하여 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. This embodiment will be described in more detail with reference to Fig.

도 7을 참조하면, 열전 변환부는 5층의 열전 변환 모듈(200-1 ~ 200-5)이 적층되어 구성될 수 있으며, 각 열전 변환 모듈들(200-1 ~ 200-5)은 각각 유입부(210-1 ~ 210-5) 및 배출부(220-1 ~ 220-5)를 포함할 수 있다. 여기에서, 하층에 위치하는 열전 변환 모듈(예 : 200-4)의 배출부(예 : 220-4)는 상층에 위치하는 열전 변환 모듈(예 : 200-5)의 유입부(예 : 200-5)와 일체형 구조체로 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)는 총 4개의 일체형 구조체(220-1 및 210-2의 일체형 구조체, 220-2 및 210-3의 일체형 구조체, 220-3 및 210-4의 일체형 구조체, 220-4 및 210-5의 일체형 구조체)를 포함한다. 여기에서, 열전 변환부는 최하층에 위치하는 열전 변환 모듈(200-1)의 유입부(210-1)가 배치되고, 그 위로 일체형 구조체(220-1 및 210-2의 일체형 구조체, 220-2 및 210-3의 일체형 구조체, 220-3 및 210-4의 일체형 구조체, 220-4 및 210-5의 일체형 구조체)가 순차적으로 적층되며, 그 위로 최상층에 위치하는 열전 변환 모듈(200-5)의 배출부(220-5)가 적층되는 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 7, the thermoelectric conversion unit may include five thermoelectric conversion modules 200-1 through 200-5. The thermoelectric conversion modules 200-1 through 200-5 may include a plurality of thermoelectric conversion modules 200-1 through 200-5, (210-1 to 210-5) and discharge units (220-1 to 220-5). Here, the discharge portion (for example, 220-4) of the thermoelectric conversion module (for example, 200-4) located in the lower layer is connected to the inlet portion (for example, 200- 5 and an integral structure. That is, the stacked-type alkali metal electrothermal transducer 100 shown in FIG. 7 includes four integral structures 220-1 and 210-2, an integral structure 220-2 and 210-3, 220-3 and 210-3, -4, an integral structure of 220-4 and 210-5). Here, in the thermoelectric conversion part, the inflow part 210-1 of the thermoelectric conversion module 200-1 located at the lowermost layer is arranged, and the integrated structure 220-2 and the integrated structure 220-2 of the integrated structure 220-2 210-3, the integral structure of 220-3 and 210-4, the integral structure of 220-4 and 210-5) are successively stacked, and the thermoelectric conversion module 200-5 And the discharging portion 220-5 may be stacked.

본 실시예에 따르면, 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 열전 변환부의 제작 공정은 다음과 같이 용이하게 수행될 수 있다. 우선, 증발부(130) 및 응축부(150) 사이에 열전 변환부(140)가 형성되는 공간을 준비하고, 준비된 공간의 하단부에 최하층에 위치하는 열전 변환 모듈(200-1)의 유입부(210-1)를 배치한다. 이후, 배치된 유입부(210-1)의 상부에 평판형 구조체 및 절연 구조체를 적층(및 접합)하고, 그 상부에 일체형 구조체(220-1 및 210-2의 일체형 구조체)를 적층(및 접합)한다. 그 이후, 동일한 방식으로 평판형 구조체 및 절연 구조체와 일체형 구조체(220-2 및 210-3의 일체형 구조체, 220-3 및 210-4의 일체형 구조체, 220-4 및 210-5의 일체형 구조체)를 순차적으로 적층(및 접합)한다. 그 이후, 최상층에 위치하는 열전 변환 모듈(200-5)의 배출부(220-5)를 적층(및 접합)한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 열전 변환 모듈들(200-1 ~ 200-5) 각각에 구성되는 유입부(210-1 ~ 210-5) 및 배출부(220-1 ~ 220-5)를 별도로 형성시키지 않고, 하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부와 상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부는 일체형 구조체로 형성하여 순차적으로 적층시킴으로써, 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 동시에 열전 변환 모듈들(200-1 ~ 200-5)은 전기적 연결을 위한 별도의 배선(예 : 와이어)을 구성하지 않고도 전기적으로 직렬 연결이 가능하게 된다. According to the present embodiment, the manufacturing process of the thermoelectric conversion unit of the laminated alkali metal electrothermal transducer 100 can be easily performed as follows. First, a space in which the thermoelectric conversion unit 140 is formed between the evaporator 130 and the condenser 150 is prepared, and the space between the inlet and the outlet of the thermoelectric conversion module 200-1 located in the lowermost layer 210-1. Thereafter, the flat plate-like structure and the insulating structure are laminated (and bonded) on the upper part of the arranged inlet 210-1, and the laminated structure (integrated structure of the integral structures 220-1 and 210-2) )do. Thereafter, the planar structure and the insulating structure and the integral structure of integral structures 220-2 and 210-3, the integral structure of 220-3 and 210-4, the integral structure of 220-4 and 210-5, Sequentially laminated (and bonded). Thereafter, the discharging portion 220-5 of the thermoelectric conversion module 200-5 located on the uppermost layer is laminated (and bonded). That is, according to the present embodiment, the inflow portions 210-1 to 210-5 and the discharge portions 220-1 to 220-5, which are formed in each of the thermoelectric conversion modules 200-1 to 200-5, The discharge part of the thermoelectric conversion module located in the lower layer and the inflow part of the thermoelectric conversion module located in the upper layer are formed as an integral structure and sequentially laminated so as to simplify the manufacturing process and at the same time the thermoelectric conversion modules 200 -1 to 200-5 can be electrically connected in series without constructing separate wires (for example, wires) for electrical connection.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 참고도이다. 이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 동작 상태를 설명하나, 이하 설명은 본 발명의 동작을 명확하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.10 is a reference view for explaining the operation of the stacked type alkali metal electrothermal transducer according to one embodiment of the present invention. The operation of the stacked type alkali metal electrothermal transducer according to one embodiment of the present invention will be described below, but the following description is for the purpose of clearly illustrating the operation of the present invention and is not intended to limit the scope of the present invention.

도 10을 참조하면, 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 증발부(130)는 열전 변환부(140)의 일면과 접하여 구성되고, 응축부(150)는 열전 변환부(140)의 타면과 접하여 구성될 수 있다. 증발부(130)는 외부에 위치(-y 방향)하는 열원으로부터 열에너지를 공급받아 내부의 금속 유체를 증기로 변환시킨다. 여기에서, 증발부(130) 내부에 금속 유체가 순환되는 방향(+z 방향)을 따라 기공율이 점차 커지도록 형성되는 다공 금속 구조체(131)가 구성되어, 증발부(130)의 하부에 고이는 Na 액체가 다공 금속 구조체(131)를 따라 상부로 이송될 수 있다. 이에, 다공 금속 구조체(131)에 수용된 Na 액체는 외부의 열원으로부터 고르게 열 에너지를 전달받을 수 있으며, Na 증기가 상층부터 하층까지의 열전 변환 모듈들에 균일하게 공급될 수 있다. 10, the evaporator 130 of the laminated alkali metal electrothermal transducer 100 is in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit 140, and the condenser 150 is connected to the other surface of the thermoelectric conversion unit 140 And can be configured in contact with each other. The evaporator 130 receives thermal energy from a heat source located outside (-y direction) and converts the internal metal fluid into steam. Here, the porous metal structure 131 is formed so that the porosity gradually increases along the direction (+ z direction) in which the metal fluid is circulated in the evaporator 130, so that the Na The liquid may be transported upward along the porous metal structure 131. [ Accordingly, the Na liquid contained in the porous metal structure 131 can receive heat energy evenly from the external heat source, and the Na vapor can be uniformly supplied to the thermoelectric conversion modules from the upper layer to the lower layer.

열전 변환부(140)에 포함되는 열전 변환 모듈들 각각은 유입 홀을 통해 유입부로 Na 증기를 유입시킬 수 있다. 유입된 Na 증기가 열전 변환 모듈들 각각에 포함된 평판형 구조체(음극, 평판형 전해질 구조체 및 양극)를 통과하는 과정에서 발전되며, 평판형 구조체를 통과한 Na 증기는 열전 변환 모듈들 각각에 포함되는 배출부로 이동되며, 이후 배출 홀을 통해 응축부(150)로 이동될 수 있다. Each of the thermoelectric conversion modules included in the thermoelectric conversion unit 140 may introduce Na vapor into the inlet through the inlet hole. The introduced Na vapor is generated in the course of passing through the planar structure (cathode, flat plate-like electrolyte structure and anode) included in each of the thermoelectric conversion modules, and the Na vapor passing through the planar structure is included in each of the thermoelectric conversion modules And then to the condenser 150 through the discharge hole.

응축부(150)에 형성되는 다면 구조체(152)는 배출부(220)에서 배출되는 Na 증기를 수용하며, 응축부(150)의 외측(+y 방향)에 위치하는 저온 매체와의 열교환을 통해 내부의 금속 유체를 응축시킬 수 있다. 응축된 Na 액체는 다면 구조체(152) 하부에 고일 수 있으며, 적층형 열전 변환 장치(100)의 하부에 형성되는 윅(151)은 다면 구조체(152) 하부에 고인 Na 액체를 증발부(130)로 이송시킬 수 있다. The multi-planar structure 152 formed in the condenser 150 receives the Na vapor discharged from the discharge unit 220 and performs heat exchange with the low temperature medium located on the outer side (+ y direction) of the condenser 150 The metallic fluid inside can be condensed. The condensed Na liquid may be present in the lower portion of the multi-layer structure 152. The wick 151 formed in the lower portion of the multi-layered thermoelectric conversion device 100 may be filled with Na liquid, .

증발부(130)의 하부에 고이는 Na 액체는 다공 금속 구조체(131)를 따라 상부로 이송되며 열 에너지를 전달받아 Na 증기로 변환되어 열전 변환 모듈들에 공급됨으로써, 발전 사이클을 순차적으로 반복할 수 있다.The Na liquid accumulated in the lower portion of the evaporator 130 is transferred to the upper portion along the porous metal structure 131 and is converted into Na vapor by receiving thermal energy and supplied to the thermoelectric conversion modules so that the power generation cycle can be repeated have.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치를 설명하기 위한 참고도이다. 11 is a reference diagram for explaining a stacked type alkali metal electrothermal transducer according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치(100)의 증발부(130)는 열전 변환부(140)의 일면과 접하여 구성되되, 응축부(150)에 구성되는 냉각부(155)는 열전 변환부(140)와 분리되어 구성될 수 있다. 여기에서, 응축부(150)에 구성되는 순환부(154, 156, 157)는 열전 변환부(140)로부터 배출되는 금속 유체가 냉각부(155)를 경유하여 증발부(130)로 순환되도록 구성될 수 있다. 즉, 본 실시예는 냉각부(155)가 열전 변환부(140)와 분리되는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 구조로서, 도 7에 도시된 냉각부(152, 153)가 열전 변환부(140)와 접하여 구성되는 구조와 대비된다.11, the evaporator 130 of the stacked type alkali metal electrothermal transducer 100 is configured to be in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit 140, and the cooling unit 155 formed in the condenser 150 has a thermoelectric And may be configured separately from the conversion unit 140. The circulation units 154, 156, and 157 configured in the condensing unit 150 are configured such that the metal fluids discharged from the thermoelectric conversion unit 140 are circulated to the evaporation unit 130 via the cooling unit 155 . That is, this embodiment is a structure of the laminated type alkali metal thermoelectric conversion device in which the cooling part 155 is separated from the thermoelectric conversion part 140, and the cooling parts 152 and 153 shown in FIG. In comparison with the structure constituted by being brought into contact with the contact surface.

본 실시예에서, 저온 매체는 냉각부(155)의 외부에 위치하거나 냉각부(155)의 외부를 순환하도록 구성될 수 있으며, 냉각부(155)는 저온 매체와의 열교환을 통해 내부의 Na 증기를 응축시킬 수 있다. In this embodiment, the low-temperature medium may be located outside the cooling section 155 or may be configured to circulate outside the cooling section 155, and the cooling section 155 may heat the inside Na vapor Can be condensed.

도 11(A)는 냉각부(155)가 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 상부에 배치되는 구조를 도식화 것이며, 도 11(B)는 냉각부(155)가 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 하부에 배치되는 구조를 도식화한 것이다.11 (A) is a schematic diagram showing a structure in which the cooling section 155 is disposed on the upper side of the laminated alkali metal electrothermal transducer, and Fig. 11 (B) The structure of which is shown in Fig.

우선, 도 11(A)를 참조하면, 냉각부(155)가 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 상부에 배치되는 경우, 냉각부(155)에서 응축된 Na 액체는 하부에 위치하는 증발부(130)로 이송될 수 있다. 다만, 증발부(130)의 압력(P1), 응축부(150)의 압력(P2), 냉각부(155)의 압력(P3) 및 냉각부(155)의 일단부(증발부 측 단부)의 압력(P4)을 비교하면, P1>>P2>P3>P4의 관계를 나타내게 되어, 냉각부(155)에서 응축된 Na 액체는 증발부(130)로 이송되지 않고 역류할 수 있다. 이러한 역류를 방지하기 위하여, 냉각부(155)와 증발부(130)의 접합 영역에 일정 길이의 역류 방지용 다공 구조체(156)가 형성될 수 있다. (도 11(A)에서 순환부는 다면 구조체(154) 및 역류 방지용 다공 구조체(156)를 포함함)11 (A), when the cooling unit 155 is disposed on the upper portion of the stacked type alkali metal electrothermal transducer, the Na liquid condensed in the cooling unit 155 flows into the evaporator 130 located below, Lt; / RTI > The pressure P1 of the evaporator 130, the pressure P2 of the condenser 150, the pressure P3 of the cooling unit 155 and the pressure P3 of the one end (evaporator side end) of the cooling unit 155 When the pressure P4 is compared, the relation of P1 >> P2> P3> P4 is shown, so that the Na liquid condensed in the cooling part 155 can flow back without being transferred to the evaporator 130. In order to prevent this backflow, a backflow preventive porous structure 156 having a certain length may be formed in the region where the cooling part 155 and the evaporator 130 are joined. (The circulating part in Fig. 11 (A) includes the multi-faced structure 154 and the backflow preventing porous structure 156)

여기에서, 역류 방지용 다공 구조체(156)의 기공 크기 또는 기공율은, P1>>P2>P3>P4 일 때 최대 온도차에 의한 압력차가 발생되는 조건인 dP(=P1-P4) 보다 다공체에서의 압력손실이 더 높도록 설계되는 것이 바람직하다. Here, the pore size or porosity of the backflow preventive porous structure 156 is smaller than dP (= P1-P4) in which pressure difference due to the maximum temperature difference occurs when P1 >> P2> P3> Is designed to be higher.

다음으로, 도 11(B)를 참조하면, 냉각부(155)가 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 하부에 배치되는 경우, 냉각부(155)에서 응축된 Na 액체는 상부에 위치하는 증발부(130)로 이송될 수 있다. 다만, 증발부(130)의 압력(P1)은 냉각부(155)의 일단부(증발부 측 단부)의 압력(P4)보다 크며(P1>>P4) Na 액체에 중력이 작용함에 따라, 냉각부(155)에서 응축된 Na 액체는 증발부(130)로 이송되지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 냉각부(155)와 증발부(130)의 접합 영역에 일정 길이의 모세관 윅(157)이 형성될 수 있다. (도 11(B)에서 순환부는 다면 구조체(154) 및 모세관 윅(157)을 포함함)Next, referring to FIG. 11 (B), when the cooling section 155 is disposed below the laminated alkali metal electrothermal transducer, the Na liquid condensed in the cooling section 155 flows into the evaporator 130 Lt; / RTI > However, since the pressure P1 of the evaporator 130 is larger than the pressure P4 of the one end (evaporator side end) of the cooling unit 155 (P1 >> P4), gravity acts on the Na liquid, The Na liquid condensed in the portion 155 may not be transferred to the evaporator 130. In order to prevent this, a capillary wick 157 having a predetermined length may be formed in a region where the cooling unit 155 and the evaporator 130 are joined. (The circulating part in Fig. 11 (B) includes the multi-faced structure 154 and the capillary wick 157)

상기에서, 본 발명에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치에 대한 다양한 실시예에 대하여 설명하였다. 다만, 도 2 내지 도 11에 도시된 다면체 구조의 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 다면체 이외의 다양한 구조로 구현이 가능하다. Various embodiments of the laminated alkali metal thermoelectric conversion device according to the present invention have been described above. However, the multi-layer type alkali metal electrothermal transducer of FIGS. 2 to 11 is merely an embodiment of the present invention, and the technical idea of the present invention can be implemented in various structures other than the polyhedron.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치는 중공의 원통형 구조로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 열원은 중공의 원통형 구조로 형성되는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치의 중심부(중공부)에 위치할 수 있으며, 열원에 근접한 원통의 내측에는 증발부가, 원통의 외측에는 응축부가 배치되며, 증발부 및 응축부의 사이에 열전 변환부가 구성될 수 있다. 이 경우, 평판형 구조체는 도 6에 도시된 평판형 구조체(230)의 형상(평면형 사각 구조)이 아닌, 평판형 도넛 구조로 형성될 수 있으며, 열전 변환 모듈은 평판형 구조체의 형상에 대응하여 설계될 수 있다. In one embodiment, the laminated alkali metal thermoelectric conversion device according to the present invention may be formed into a hollow cylindrical structure. According to the present embodiment, the heat source can be located in the central portion (hollow portion) of the laminated alkali metal electrothermal transducer formed in the hollow cylindrical structure, and the evaporation portion is disposed inside the cylinder close to the heat source, And a thermoelectric conversion section may be formed between the evaporation section and the condensation section. In this case, the flat plate-like structure may be formed in a plate-like donut structure rather than the shape (flat rectangular structure) of the plate-like structure 230 shown in FIG. 6, and the thermoelectric conversion module may be formed in correspondence with the shape of the flat plate- Can be designed.

즉, 본 발명에 따른 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치 및 각 구성요소의 형상은 열원의 형태, 종류, 크기 등 다양한 조건에 대응하여 설계될 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 본 발명의 도면에 도시된 형상으로 한정 해석되어서는 안된다. That is, since the laminated alkali metal electrothermal transducer according to the present invention and the shapes of the respective components can be designed in accordance with various conditions such as the shape, type, size, and the like of the heat source, It should not be construed as a shape.

상기한 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Should be regarded as belonging to the following claims.

10 : 종래의 AMTEC 장치
100 : 알칼리 금속 열전 변환 장치
111 : 측면 구조체
112 : 상면 구조체
113 : 하면 구조체
121 : 고정 구조체
122 : 체결 유닛
130 : 증발부
131 : 다공 금속 구조체
140 : 열전 변환부
141 ~ 145 : 열전 변환 모듈
150 : 응축부
151 : 윅
152 : 다면 구조체
153 : 방열판
154 : 다면 구조체
155 : 냉각부
156 : 역류 방지용 다공 구조체
157 : 모세관 윅
160 : 밀폐 절연 구조체
200 : 열전 변환 모듈
210 : 유입부
211 : 유입홀
212 : 제1 집전 구조체
220 : 배출부
221 : 배출홀
222 : 제2 집전 구조체
230 : 평판형 구조체
231 : 음극
232 : 평판형 전해질 구조체
233 : 양극
240 : 절연 구조체10: Conventional AMTEC device
100: Alkali metal thermoelectric conversion device
111: side structure
112: upper surface structure
113: lower structure
121: Fixed structure
122: fastening unit
130: evaporator
131: Perforated metal structure
140: thermoelectric conversion unit
141 to 145: Thermoelectric conversion module
150: condenser
151: Wick
152: multi-faced structure
153: Heat sink
154: multi-faced structure
155:
156: Perforated structure for preventing backflow
157: capillary wick
160: Enclosed insulation structure
200: thermoelectric conversion module
210: inlet
211: inlet hole
212: first collecting structure
220:
221: discharge hole
222: Second collecting structure
230: Plate-like structure
231: cathode
232: Plate-like electrolyte structure
233: anode
240: Insulation structure

Claims (20)

열에너지를 전기에너지로 변환하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치에 있어서,
외부에서 열에너지를 공급받아 내부의 금속 유체를 증기로 변환시키는 증발부;
상기 증발부와 연통되어 상기 금속 유체를 유입시키며, 상기 금속 유체를 전하 운반체로 사용하여 전기 에너지를 발생시키고, 상기 금속 유체를 배출시키는 열전 변환부; 및
상기 열전 변환부와 연통되어 상기 열전 변환부에서 배출된 금속 유체를 포집하여 응축시키는 응축부;
를 포함하고,
상기 열전 변환부는
상기 금속 유체를 이송시키기 위한 일정 체적의 공간부와, 상기 금속 유체의 투과에 의해 전기를 발생시키는 평판형 구조체가 적층되어 구성되는 열전 변환 모듈을 포함하는
적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
1. A laminated alkali metal thermoelectric conversion device for converting heat energy into electric energy,
An evaporator for receiving heat energy from the outside and converting the metal fluid into steam;
A thermoelectric conversion unit connected to the evaporation unit to introduce the metal fluid, generate electric energy by using the metal fluid as a charge carrier, and discharge the metal fluid; And
A condenser communicating with the thermoelectric conversion unit to collect and condense the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit;
Lt; / RTI >
The thermoelectric conversion unit
And a thermoelectric conversion module in which a flat-plate-like structure for generating electricity by permeation of the metal fluid is stacked,
Laminated alkali metal thermoelectric conversion device.
제1항에 있어서, 상기 공간부는
상기 증발부로부터 유입되는 금속 유체를 수용하는 유입부; 및
상기 평판형 구조체를 투과한 금속 유체를 수용하여 상기 응축부로 배출시키는 배출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The apparatus according to claim 1, wherein the space portion
An inlet for receiving the metal fluid flowing from the evaporator; And
A discharge unit for receiving the metal fluid permeated through the planar structure and discharging the metal fluid to the condenser;
Wherein the laminated alkali metal thermoelectric conversion device comprises:
제2항에 있어서, 상기 평판형 구조체는
평판형 전해질 구조체; 및
상기 유입부와 대면하는 상기 평판형 전해질 구조체의 일면에 형성되는 음극(anode)과, 상기 배출부와 대면하는 상기 평판형 전해질 구조체의 타면에 형성되는 양극(cathode)으로 구성되는 전극;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The flat panel display according to claim 2,
A flat plate type electrolyte structure; And
An electrode formed on one surface of the planar electrolyte structure facing the inflow portion and an anode formed on the other surface of the planar electrolyte structure facing the discharge portion;
Wherein the thermoelectric conversion element is formed of a thermosetting resin.
제3항에 있어서, 상기 열전 변환 모듈은
상기 금속 유체가 이송되는 방향을 기준으로, 상기 유입부, 평판형 구조체 및 배출부가 순차적으로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는
적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
4. The apparatus of claim 3, wherein the thermoelectric conversion module
Wherein the inlet, the plate-like structure, and the outlet are sequentially stacked on the basis of a direction in which the metal fluid is conveyed.
Laminated alkali metal thermoelectric conversion device.
제4항에 있어서, 상기 열전 변환 모듈은
상기 유입부, 평판형 구조체 및 배출부가 적층되는 영역에 기밀 구조로 결합하며, 상기 유입부 및 배출부를 전기적으로 분리시키는 절연 구조체;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
5. The thermoelectric conversion module according to claim 4,
An insulating structure which is hermetically coupled to an area where the inflow part, the planar structure and the discharge part are stacked, and which electrically isolates the inflow part and the discharge part;
Further comprising a thermoelectric conversion element disposed between the thermoelectric conversion element and the thermoelectric conversion element.
제4항에 있어서,
상기 배출부의 체적은 상기 유입부의 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the volume of the discharge portion is formed to be larger than the volume of the inflow portion.
제4항에 있어서,
상기 유입부에는 상기 증발부와 연통되기 위한 유입 홀이 형성되고,
상기 배출부에는 상기 응축부와 연통되기 위한 배출 홀이 형성되며,
상기 배출 홀의 크기는 상기 유입 홀의 크기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the inflow portion is formed with an inflow hole for communicating with the evaporation portion,
Wherein the discharge portion is formed with a discharge hole for communicating with the condensing portion,
Wherein the size of the discharge hole is larger than the size of the inlet hole.
제4항에 있어서, 상기 열전 변환 모듈은
상기 공간부의 내부에 형성되며, 상기 공간부와 상기 전극을 전기적으로 연결하는 집전 구조체;를 더 포함하되,
상기 집전 구조체는
상기 유입부의 내부에 형성되며, 상기 유입부와 상기 음극을 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및
상기 배출부의 내부에 형성되며, 상기 배출부와 상기 양극을 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체;
중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
5. The thermoelectric conversion module according to claim 4,
And a current collecting structure formed inside the space part and electrically connecting the space part and the electrode,
The current collector
A first current collecting structure formed inside the inlet portion and electrically connecting the inlet portion and the cathode; And
A second current collecting structure formed inside the discharging portion, the second current collecting structure electrically connecting the discharging portion and the anode;
Wherein the thermoelectric conversion element comprises at least one of the thermoelectric conversion elements of the laminated type.
제8항에 있어서, 상기 집전 구조체는
탄성체로 형성되어 상기 공간부의 내부에 억지 끼움 방식으로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
9. The device according to claim 8, wherein the current collecting structure
Wherein the thermoelectric conversion element is formed as an elastic body and is coupled to the space portion in an interference fit manner.
제8항에 있어서, 상기 제1 집전 구조체는
전도성 폼(form) 구조체로 형성되며, 상기 유입부의 내면 중 적어도 일부의 표면과 상기 음극 각각을 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The semiconductor device according to claim 8, wherein the first current collector structure
Wherein the cathode is formed of a conductive foam structure and is configured to contact the surface of at least a part of the inner surface of the inlet with each of the cathodes.
제4항에 있어서, 상기 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치는
이송되는 금속 유체가 외부로 누출되지 않도록 상기 열전 변환 모듈을 기밀하게 감싸며, 상기 열전 변환 모듈과 증발부 및 응축부 각각을 전기적으로 분리시키는 밀폐 절연 구조체;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The laminated type alkali metal electrothermal transducer according to claim 4,
An airtight insulation structure that hermetically surrounds the thermoelectric conversion module so as to prevent the metal fluid from being leaked to the outside, and electrically isolates each of the thermoelectric conversion module, the evaporator and the condenser;
Further comprising a thermoelectric conversion element disposed between the thermoelectric conversion element and the thermoelectric conversion element.
제4항에 있어서, 상기 열전 변환부는
복수 개의 열전 변환 모듈들이 적층되어 구성되며, 상기 열전 변환 모듈들은 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
5. The apparatus of claim 4, wherein the thermoelectric conversion unit
Wherein the plurality of thermoelectric conversion modules are stacked, and the thermoelectric conversion modules are electrically connected to each other.
제12항에 있어서,
하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부와, 상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부가 일체형 구조체로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the discharge portion of the thermoelectric conversion module located in the lower layer and the inflow portion of the thermoelectric conversion module located in the upper layer are formed as an integral structure.
제13항에 있어서, 상기 열전 변환부는
최하층에 위치하는 열전 변환 모듈의 유입부가 배치되고, 그 위로 상기 일체형 구조체가 순차적으로 적층되며, 그 위로 최상층에 위치하는 열전 변환 모듈의 배출부가 적층되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
14. The apparatus as claimed in claim 13, wherein the thermoelectric conversion unit
Wherein the laminated alkali metal thermoelectric conversion module has a structure in which the inlet portion of the thermoelectric conversion module located at the lowermost layer is disposed, the integral structure is sequentially stacked thereon, and the discharging portion of the thermoelectric module located at the uppermost layer is stacked thereon. Device.
제1항에 있어서, 상기 응축부는
상기 열전 변환부에서 배출된 금속 유체를 냉각하여 응축시키는 냉각부; 및
응축된 금속 유체를 상기 증발부로 순환시키는 순환부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the condenser
A cooling unit for cooling and condensing the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit; And
A circulation unit circulating the condensed metal fluid to the evaporator;
Wherein the thermoelectric conversion element comprises a laminated type alkali metal thermoelectric conversion element.
제15항에 있어서,
상기 증발부는 상기 열전 변환부의 일면과 접하여 구성되고,
상기 냉각부는 상기 열전 변환부의 타면과 접하여 구성되며,
상기 순환부는 상기 냉각부에 응축된 금속 유체를 상기 증발부로 이송시키는 적어도 하나의 윅(wick)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the evaporator is in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit,
The cooling unit is configured to be in contact with the other surface of the thermoelectric conversion unit,
Wherein the circulation unit comprises at least one wick for transferring the metal fluid condensed in the cooling unit to the evaporator.
제15항에 있어서,
상기 증발부는 상기 열전 변환부의 일면과 접하여 구성되고,
상기 냉각부는 열전 변환부와 분리되어 구성되며,
상기 순환부는 상기 열전 변환부로부터 배출되는 금속 유체가 상기 냉각부를 경유하여 상기 증발부로 순환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the evaporator is in contact with one surface of the thermoelectric conversion unit,
Wherein the cooling unit is configured separately from the thermoelectric conversion unit,
Wherein the circulation unit is configured such that the metal fluid discharged from the thermoelectric conversion unit is circulated to the evaporation unit via the cooling unit.
제17항에 있어서, 상기 순환부는
상기 증발부와의 접합 영역에, 일정 길이의 역류 방지용 다공 구조체 또는 모세관 윅이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
18. The apparatus of claim 17, wherein the circulation unit
Characterized in that a backflow preventing porous structure or capillary wick having a predetermined length is formed in the region where the vaporizing portion is joined to the vaporizing portion.
제1항에 있어서, 상기 증발부는
내부에 금속 유체의 순환을 위한 다공 금속 구조체를 구성하는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치.
The apparatus according to claim 1, wherein the evaporator
Wherein a porous metal structure for circulation of a metal fluid is formed inside the thermoelectric conversion element.
제19항에 있어서, 상기 다공 금속 구조체는
상기 금속 유체가 순환되는 방향을 따라 기공율이 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 알칼리 금속 열전 변환 장치. 20. The method of claim 19, wherein the porous metal structure comprises
And the porosity is gradually increased along the direction in which the metal fluid is circulated.
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JP2016524438A (en) * 2013-07-11 2016-08-12 バーン グリーン パワー ソリューションズ，エルエルシー Thermoelectric device

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