KR20210090996A - 발전장치 - Google Patents

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KR20210090996A
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안상훈
김정호
전지환
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치는 내부에 유로를 포함하는 냉각부; 및 상기 냉각부의 일면 상에 배치되는 열전 모듈을 포함하고, 상기 유로는 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 제1 유로부, 상기 제1 방향에 대하여 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 복수의 제2 유로부, 및 상기 제1 유로부와 상기 제2 유로부를 연결하는 복수의 벤딩부를 포함하고, 상기 복수의 제2 유로부는 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 곧게 배치되는 제1 직선부, 제2 직선부, 및 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부 사이에 배치된다.

Description

발전장치{HEAT CONVERSION DEVICE}
본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 저온부와 고온부의 온도 차를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 고온의 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이때, 열전소자의 저온부 측에 제1 유체가 통과하는 덕트가 배치되고, 열전소자의 고온부 측에 방열핀이 배치되며, 제1 유체보다 온도가 높은 제2 유체가 방열핀을 통과할 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차에 의하여 전기가 생성될 수 있으며, 발전장치의 구조에 따라 발전 성능이 달라질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자의 저온부와 고온부의 온도 차를 이용하여 전기를 발생시키는 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치는 내부에 유로를 포함하는 냉각부; 및 상기 냉각부의 일면 상에 배치되는 열전 모듈을 포함하고, 상기 유로는 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 제1 유로부, 상기 제1 방향에 대하여 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 복수의 제2 유로부, 및 상기 제1 유로부와 상기 제2 유로부를 연결하는 복수의 벤딩부를 포함하고, 상기 복수의 제2 유로부는 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 곧게 배치되는 제1 직선부, 제2 직선부, 및 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부 사이에 배치된다.
상기 냉각부는 상기 유로와 연결되고, 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 복수의 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 냉각부는 상기 열전모듈이 배치된 일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 관통하는 복수의 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 냉각부와 상기 열전모듈을 결합하는 복수의 결합부재를 포함하고, 상기 결합부재는 상기 복수의 관통홀에 배치될 수 있다.
상기 복수의 관통홀은 상기 요철부와 상기 돌출부 사이에 배치되는 복수의 제1 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 유로는 상기 복수의 제1 관통홀과 상기 돌출부 사이에 배치된 굴곡부를 포함하고, 상기 제1 직선부는 상기 굴곡부와 요철부 사이에 배치될 수 있다.
상기 요철부는 곡률이 서로 같은 복수의 곡률부가 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 굴곡부는 곡률이 서로 다른 복수의 곡률을 갖는 영역을 포함할 수 있다.
상기 냉각부는 상기 복수의 돌출부가 위치한 제1 측면, 및 상기 제1 측면과 마주보는 제2 측면을 포함하고, 상기 복수의 관통홀은 상기 요철부와 상기 제2 측면 사이에 배치되는 복수의 제2 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 관통홀, 및 상기 복수의 제2 관통홀은 상기 유로와 상기 제1 방향으로 중첩되고, 상기 복수의 관통홀은 상기 유로와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않는 복수의 제3 관통홀을 포함하고, 상기 복수의 제3 관통홀은 상기 복수의 제1 관통홀보다 상기 제1 측면에 더 인접한 제3-1 관통홀, 및 상기 복수의 제2 관통홀보다 상기 제2 측면에 더 인접한 제3-2 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 냉각부는, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 배치되는 제3 측면, 및 상기 제3 측면과 마주보는 제4 측면을 포함하고, 상기 유로와 상기 제2 방향으로 중첩되는 중첩부, 상기 중첩부와 상기 제3 측면 사이에 위치한 제1 영역, 및 상기 중첩부와 상기 제4 측면 사이에 위치한 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역의 상기 제2 방향의 폭은 상기 제1 영역의 상기 제2 방향의 폭보다 클 수 있다.
상기 복수의 제3 관통홀은 상기 제2 영역에 위치할 수 있다.
상기 제2 영역에는 커넥터가 위치할 수 있다.
상기 열전모듈은 상기 냉각부와 결합부재를 통해 결합되고, 상기 결합부재는 상기 복수의 관통홀에 배치될 수 있다.
상기 냉각부의 일면에서 타면을 향하는 제3 방향을 따라 상기 결합부재와 상기 유로가 중첩되지 않을 수 있다.
상기 복수의 돌출부는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 복수의 제3 관통홀과 상기 제1 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
상기 복수의 돌출부는 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부와 상기 제2 방향으로 이격된 제3 돌출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발전장치는 내부에 유로를 포함하고, 상기 유로와 연결되는 복수의 돌출부를 포함하는 냉각부; 및 상기 냉각부와 결합되는 열전 모듈을 포함하고, 상기 복수의 돌출부는 상기 냉각부의 제1 외측면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격되는 제1 돌출부, 및 제2 돌출부를 포함하고, 상기 유로는 제1 돌출부에서 상기 냉각부의 중심부를 향하여 나선형으로 연장되는 제1 유로, 및 상기 중심부에서 상기 제2 돌출부를 향하여 나선형으로 연장되는 제2 유로를 포함하고, 상기 제1 유로는 상기 제1 외측면에 인접하게 배치되고 비규칙적인 제1 요철부, 및 상기 중심부에 인접하게 배치되고 규칙적인 주기를 갖는 제2 요철부를 포함한다.
상기 냉각부는 상기 제1 외측면과 마주보는 제2 외측면을 더 포함하고, 상기 제1 유로는 상기 제1 방향을 따라 연장되는 제1 직선부를 포함하고, 상기 제2 유로는 상기 제1 방향을 따라 연장되는 제2 직선부, 제3 직선부, 및 제4 직선부를 포함하고, 상기 제3 직선부는 상기 제2 직선부와 상기 제2 외측면 사이에 배치되고, 상기 제4 직선부는 상기 제2 직선부와 상기 제1 외측면 사이에 배치되고, 상기 제2 요철부는 상기 제2 직선부와 상기 제4 직선부 사이에 배치될 수 있다.
상기 냉각부는, 제1 외측면과 제2 외측면 사이에 서로 마주보며 배치되는 제3 외측면, 및 제4 외측면을 포함하고, 상기 열전모듈이 배치되는 일면, 및 상기 일면과 마주보는 타면을 포함하고, 상기 일면과 타면을 관통하는 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 복수의 관통홀은 상기 제1 요철부와 제4 직선부 사이에 배치되는 제1 관통홀, 상기 제2 직선부와 상기 제3 직선부 사이에 배치되는 제2 관통홀, 및 상기 유로와 상기 제4 외측면 사이에 배치되는 복수의 제3 관통홀을 포함하고, 상기 복수의 제3 관통홀은 상기 제1 관통홀보다 상기 제1 외측면에 더 인접하게 배치되는 제3-1 관통홀, 및 상기 제2 관통홀보다 상기 제2 외측면에 더 인접하게 배치되는 제3-2 관통홀을 더 포함하고, 상기 유로와 상기 제4 외측면 사이의 제1 수평거리는 상기 유로와 상기 제3 외측면 사이의 제2 수평거리보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발전성능이 우수한 발전장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자로의 열전달 효율이 개선된 발전장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전장치의 냉각부를 통과하는 유로를 개선하여 면적 대비 높은 냉각 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템 내에 포함된 발전장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치에 포함된 발전모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 일부 확대도이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈에 포함되는 열전소자의 단면도 및 사시도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 상면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각부의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전시스템을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전시스템을 나타낸다.
도 17 및 도 18은 유체 유입부 및 유체 배출부의 위치에 따른 효과 차이를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 19는 도 14의 실시예에 따른 유로관 형상의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 20은 유로관의 직경에 따른 냉각 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전시스템 내에 포함된 발전장치의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치의 분해도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치에 포함된 발전모듈의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 분해사시도이다. 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 일부 확대도이고, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈에 포함되는 열전소자의 단면도 및 사시도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 발전시스템(10)은 발전장치(1000) 및 유체관(2000)을 포함한다.
유체관(2000)으로 유입되는 유체는 자동차, 선박 등의 엔진이나 또는 발전소, 제철소 등에서 발생되는 열원일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 유체관(2000)으로부터 배출되는 유체의 온도는 유체관(2000)으로 유입되는 유체의 온도보다 낮다. 예를 들어, 유체관(2000)으로 유입되는 유체의 온도는 100℃ 이상, 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 220℃ 내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 열전소자의 저온부 및 고온부 간 온도 차에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
유체관(2000)은 유체 유입부(2100), 유체 통과부(2200) 및 유체 배출부(2300)를 포함한다. 유체 유입부(2100)를 통하여 유입된 유체는 유체 통과부(2200)를 통과하며 유체 배출부(2300)를 통해 배출된다. 이때, 유체 통과부(2200)에는 본 발명의 실시예에 따른 발전장치(1000)가 배치되며, 발전장치(1000)는 발전장치(1000)를 통과하는 제1 유체와 유체 통과부(2200)를 통과하는 제2 유체 간 온도 차이를 이용하여 전기를 생성한다. 여기서, 제1 유체는 냉각용 유체일 수 있고, 제2 유체는 제1 유체보다 온도가 높은 고온의 유체일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 발전장치(1000)는 열전소자의 한 면에 흐르는 제1 유체와 열전소자의 다른 면에 흐르는 제2 유체 간 온도 차를 이용하여 전기를 생성할 수 있다.
유체 유입부(2100) 및 유체 배출부(2300)의 단면 형상이 유체 통과부(2200)의 단면 형상과 상이할 경우, 유체관(2000)은 유체 유입부(2100)와 유체 통과부(2200)를 연결하는 제1 연결부(2400) 및 유체 통과부(2200)와 유체 배출부(2300)를 연결하는 제2 연결부(2500)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일반적인 유체 유입부(2100) 및 유체 배출부(2300)는 원통 형상일 수 있다. 이에 반해, 발전장치(1000)가 배치되는 유체 통과부(2200)는 사각통 또는 다각통 형상일 수 있다. 이에 따라, 한 말단은 원통 형상이고, 다른 말단은 사각통 형상인 제1 연결부(2400)과 제2 연결부(2500)을 매개로 유체 유입부(2100) 및 유체 통과부(2200)의 한 말단이 연결되고, 유체 배출부(2300) 및 유체 통과부(2200)의 다른 말단이 연결될 수 있다.
이때, 유체 유입부(2100)와 제1 연결부(2400), 제1 연결부(2400)와 유체 통과부(2200), 유체 통과부(2200)와 제2 연결부(2500) 및 제2 연결부(2500)와 유체 배출부(2300) 등은 체결 부재에 의하여 서로 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치(1000)는 유체 통과부(2200) 내에 배치될 수 있다. 발전시스템(10)의 조립을 용이하게 하기 위하여, 유체 통과부(2200)의 한 면은 개폐가 가능한 구조로 설계될 수 있다. 유체 통과부(2200)의 한 면(2210)을 개방한 후, 발전장치(1000)를 유체 통과부(2200) 내에 수용하고, 유체 통과부(2200)의 오픈된 한 면(2210)을 커버(2220)로 덮을 수 있다. 이때, 커버(2220)는 유체 통과부(2200)의 오픈된 한 면(2210)과 복수의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
제1 유체가 외부로부터 발전장치(1000)로 공급된 후 다시 외부로 배출되며, 발전장치(1000)에 연결된 배선은 외부로 인출되는 경우, 제1 유체의 유입 및 배출과 배선 인출을 위하여, 커버(2220)에는 복수의 홀(2222)이 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발전장치(1000)는 덕트(1100), 제1 열전모듈(1200), 제2 열전모듈(1300), 분기부(1400), 이격부재(1500), 쉴드 부재(1600) 및 단열부재(1700)를 포함한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 발전장치(1000)는 가이드 플레이트(1800) 및 지지프레임(1900)을 더 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 덕트(1100), 제1 열전모듈(1200), 제2 열전모듈(1300), 분기부(1400), 이격부재(1500), 쉴드 부재(1600) 및 단열부재(1700)는 하나의 모듈로 조립될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발전장치(1000)는 덕트(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체 및 덕트(1100)의 외부에 배치된 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)의 히트싱크(1220, 1320)를 통과하는 제2 유체 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
본 명세서에서, 덕트(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 덕트(1100)의 외부에 배치된 열전모듈(1200, 1300)의 히트싱크(1220, 1320)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 낮을 수 있다. 본 명세서에서, 제1 유체는 냉각용일 수 있다. 이를 위하여, 제1 열전모듈(1200)은 덕트(1100)의 한 표면에 배치되고, 제2 열전모듈(1300)은 덕트(1100)의 다른 표면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 열전모듈(1200)과 제2 열전모듈(1300) 각각의 양면 중 덕트(1100)를 향하도록 배치되는 면이 저온부가 되며, 저온부와 고온부 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서, 덕트(1100)는 냉각부라 지칭될 수 있다.
덕트(1100)로 유입되는 제1 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 덕트(1100)로 유입되는 제1 유체의 온도는 100℃미만, 바람직하게는 50℃미만, 더욱 바람직하게는 40℃미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 덕트(1100)를 통과한 후 배출되는 제1 유체의 온도는 덕트(1100)로 유입되는 제1 유체의 온도보다 높을 수 있다. 각 덕트(1100)는 제1 표면(1110), 제1 표면(1110)에 대향하며 제1 표면(1110)과 평행하게 배치된 제2 표면(1120), 제1 표면(1110)과 제2 표면(1120) 사이에 배치된 제3 표면(1130) 및 제1 표면(1110)과 제2 표면(1120) 사이에서 제3 표면(1130)에 수직하도록 배치된 제4 표면(1140), 제3 표면(1130)에 대향하도록 배치된 제5 표면(1150) 및 제4 표면(1140)에 대향하도록 배치된 제6 표면(1160)을 포함하며, 덕트 내부로 제1 유체가 통과한다. 덕트(1100)의 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120) 각각에 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치된 경우, 제3 표면(1130)은 제2 유체가 유입되는 방향에 배치된 표면이고, 제4 표면(1140)은 제1 유체가 유입 및 배출되는 방향에 배치된 표면일 수 있다. 이를 위하여, 덕트(1100)의 제4 표면(1140)에는 제1 유체 유입구(1142) 및 제1 유체 배출구(1144)가 형성될 수 있다. 제1 유체 유입구(1142) 및 제1 유체 배출구(1144)는 덕트(1100) 내 유체 수용부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 유체 유입구(1142)로부터 유입된 제1 유체는 유체 수용부를 통과한 후 제1 유체 배출구(1144)로부터 배출될 수 있다.
도시되지 않았으나, 덕트(1100)의 내벽에는 방열핀이 배치될 수도 있다. 방열핀의 형상, 개수 및 덕트(1100)의 내벽을 차지하는 면적 등은 제1 유체의 온도, 폐열의 온도, 요구되는 발전 용량 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 방열핀이 덕트(1100)의 내벽을 차지하는 면적은, 예를 들어 덕트(1100)의 단면적의 1 내지 40%일 수 있다. 이에 따르면, 제1 유체의 유동에 방해를 주지 않으면서도, 높은 열전변환 효율을 얻는 것이 가능하다. 이때, 방열핀은 제1 유체의 유동에 방해를 주지 않는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 방열핀은 제1 유체가 흐르는 방향을 따라 형성될 수 있다. 즉, 방열핀은 제1 유체 유입구로부터 제1 유체 배출구를 향하는 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있으며, 복수의 방열핀은 소정의 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 방열핀은 덕트(1100)의 내벽과 일체로 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체 통과부(2200)를 통해 흐르는 제2 유체의 방향과 덕트(1100)를 통해 흐르는 제1 유체의 유입/배출 방향은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체의 유입/배출 방향과 제2 유체의 통과 방향은 약 90°상이할 수 있다. 이에 따르면, 전 영역에서 고른 열변환 성능을 얻는 것이 가능하다.
한편, 제1 열전모듈(1200)은 덕트(1100)의 제1 표면(1110) 상에 배치되고, 제2 열전모듈(1300)은 덕트(1100)의 제2 표면(1120) 상에서 제1 열전모듈(1200)에 대칭하도록 배치될 수 있다.
제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)은 스크류 또는 코일 스프링을 이용하여 덕트(1100)와 체결될 수 있다. 이에 따라, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)은 덕트(1100)의 표면에 안정적으로 결합할 수 있다. 또는, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300) 중 적어도 하나는 열전달물질(thermal interface material, TIM)을 이용하여 덕트(1100)의 표면에 접착될 수도 있다. 코일 스프링 및/또는 열전달물질(thermal interface material, TIM) 및/또는 스크류를 이용함으로써 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)에 인가되는 열의 균일도를 고온에서도 균일하게 제어할 수 있다.
한편, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300) 각각은 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120) 각각에 배치된 열전소자(1210, 1310) 및 열전소자(1210, 1310)에 배치된 히트싱크(1220, 1320)를 포함한다. 이와 같이, 열전소자(1210, 1310)의 양면 중 한 면에 제1 유체가 흐르는 덕트(1100)가 배치되고, 다른 면에 히트싱크(1220, 1320)가 배치되며, 히트싱크(1220, 1320)를 통하여 제2 유체가 통과하면, 열전소자(1210, 1310)의 흡열면과 방열면 간 온도 차를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 열전변환 효율을 높일 수 있다. 이때, 제1 표면(1110)으로부터 열전소자(1210) 및 히트싱크(1220)를 향하는 방향을 제1 방향으로 정의할 경우, 히트싱크(1220)의 제1 방향 길이는 열전소자(1210)의 제1 방향 길이보다 길 수 있다. 이에 따르면, 제2 유체와 히트싱크(1220) 간 접촉 면적이 늘어나므로, 열전소자(1210)의 흡열면의 온도가 높아질 수 있다.
이때, 도 7(b)를 참조하면, 히트싱크(1220, 1320)와 열전소자(1210, 1310)는 복수의 체결부재(1230, 1330)에 의하여 체결될 수 있다. 여기서, 체결부재(1230, 1330)는 코일 스프링 또는 스크류 등일 수 있다. 이를 위하여, 방열핀(1220, 1320)과 열전소자(1210, 1310)의 적어도 일부에는 체결부재(1230, 1330)가 관통하는 관통홀(S)이 형성될 수 있다. 여기서, 관통홀(S)과 체결부재(1230, 1330) 사이에는 별도의 절연체(1240, 1340)가 더 배치될 수 있다. 별도의 절연체(1240, 1340)는 체결부재(1230, 1330)의 외주면을 둘러싸는 절연체 또는 관통홀(S)의 벽면을 둘러싸는 절연체일 수 있다. 예를 들어, 절연체(1240, 1340)는 링 형상일 수 있다. 링 형상을 가지는 절연체(1240, 1340)의 내주면은 체결부재(1230, 1330)의 외주면에 배치되고, 절연체(1240, 1340)의 외주면은 관통홀(S)의 내주면에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 체결부재(1230, 1330)와 히트싱크(1220, 1320) 및 열전소자(1210, 1310) 사이가 절연될 수 있다.
이때, 열전소자(1210, 1310)의 구조는 도 8 내지 9에 예시된 열전소자(100)의 구조를 가질 수 있다. 도 8 내지 도 9를 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부전극(120) 및 상부전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다. 이때, 절연층(170)은 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나와 무기물을 포함하는 수지 조성물이거나, 실리콘과 무기물을 포함하는 실리콘 복합체로 이루어진 층이거나, 산화알루미늄층일 수 있다. 여기서, 무기물은 알루미늄, 붕소, 규소 등의 산화물, 질화물 및 탄화물 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 여기서, 두께는 하부 기판(110)으로부터 상부 기판(160)을 향하는 방향에 대한 두께일 수 있으며, 면적은 기판(110)으로부터 상부 기판(160)을 향하는 방향에 수직하는 방향에 대한 면적일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 바람직하게는, 하부기판(110)의 체적, 두께 또는 면적은 상부기판(160)의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나 보다 더 크게 형성될 수 있다. 이때, 하부기판(110)은 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되는 경우, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되는 경우 또는 후술할 열전소자의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 하부기판(110) 상에 배치되는 경우에 상부기판(160) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 하부기판(110)의 면적은 상부기판(160)의 면적대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 하부기판(110)의 면적이 상부기판(160)에 비해 1.2배 미만으로 형성되는 경우, 열전달 효율 향상에 미치는 영향은 높지 않으며, 5배를 초과하는 경우에는 오히려 열전달 효율이 현저하게 떨어지며, 열전모듈의 기본 형상을 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. 열전소자(100)는 하부기판(110), 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부전극(150) 및 상부기판(160)을 포함한다.
도시되지 않았으나, 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 실링부재는 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에서 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
이때, 덕트(1100) 상에 배치되는 하부 기판(110)은 알루미늄 기판일 수 있으며, 알루미늄 기판은 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120) 각각과 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착될 수 있다. 알루미늄 기판은 열전달 성능이 우수하므로, 열전소자(1210, 1310)의 양면 중 한 면과 제1 유체가 흐르는 덕트(1100) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 알루미늄 기판과 제1 유체가 흐르는 덕트(1100)가 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 알루미늄 기판과 제1 유체가 흐르는 덕트(1100) 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. 여기서, 열전달물질(TIM)은 열전달 성능 및 접착 성능을 가지는 물질이며, 예를 들어 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나 및 무기물을 포함하는 수지 조성물일 수 있다. 여기서, 무기물은 알루미늄, 붕소, 규소 등의 산화물, 탄화물 또는 질화물일 수 있다.
다시 도 3 내지 도 7을 참조하면, 제1 열전모듈(1200), 덕트(1100) 및 제2 열전모듈(1300) 간의 실링 및 단열 효과를 높이기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 발전모듈은 실드 부재(1600) 및 단열 부재(1700)를 더 포함할 수 있다. 단열부재(1700)는, 예를 들어 덕트(1100)의 표면 중 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치된 영역을 제외한 표면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 유체 및 제2 유체의 열손실을 방지할 수 있으며, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300) 각각의 저온부 및 고온부 간 온도 차를 크게 하여 발전 성능을 높일 수 있다. 또한, 실드 부재(1600)는 덕트(1100)의 표면 중 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치된 영역을 제외한 표면에 배치될 수 있다. 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)에 연결된 배선 및 커넥터를 외부 습기 또는 오염으로부터 보호할 수 있다.
한편, 가이드 플레이트(1800)는 유체 통과부(2200) 내에서 제2 유체의 흐름을 가이드하는 플레이트이며, 유체 통과부(2200) 내로 유입된 제2 유체는 가이드 플레이트(1800)를 따라 흐른 후 배출될 수 있다.
제1 가이드 플레이트(1800-1)는 제1 열전모듈(1200)과 마주보도록 배치되고, 제2 가이드 플레이트(1800-2)는 제2 열전모듈(1300)과 마주보도록 배치될 수 있고, 제2 유체는 제1 열전모듈(1200)과 제1 가이드 플레이트(1800-1) 사이 및 제2 열전모듈(1300)과 제2 가이드 플레이트(1800-2) 사이를 통과할 수 있다.
이때, 가이드 플레이트(1800-1, 1800-2)의 양측은 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2) 및 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)로 연장될 수 있다. 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2)는 유체 통과부(2200)의 입구, 즉 제1 연결부(2400)를 향하여 연장되는 플레이트이고, 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)는 유체 통과부(2200)의 출구, 즉 제2 연결부(2500)를 향하여 연장되는 플레이트를 의미할 수 있다. 이때, 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2), 가이드 플레이트(1800-1, 1800-2) 및 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)는 일체로 연결된 플레이트일 수 있다. 제1 열전모듈(1200)에 마주보며 배치된 제1 가이드 플레이트(1800-1) 및 제2 열전모듈(1300)에 마주보며 배치된 제2 가이드 플레이트(1800-2)는 일정한 거리를 유지하며 대칭하여 배치될 수 있다. 여기서, 제1 가이드 플레이트(1800-1) 및 제2 가이드 플레이트(1800-2) 간의 거리는 제1 가이드 플레이트(1800-1)로부터 제2 가이드 플레이트(1800-2)를 향하는 수평 방향의 거리일 수 있다. 이에 따르면, 제2 유체가 제1 열전모듈(1200) 및 제1 가이드 플레이트(1800-1) 사이 및 제2 열전모듈(1300) 및 제2 가이드 플레이트(1800-2) 사이를 일정한 유속으로 통과할 수 있으므로, 균일한 열전 성능을 얻을 수 있다. 이에 반해, 제1 가이드 플레이트(1800-1)로부터 연장된 제1 유체 수집 플레이트(1810-1) 및 제2 가이드 플레이트(1800-2)로부터 연장된 제2 유체 수집 플레이트(1810-2) 사이의 거리는 유체 통과부(2200)의 입구에 가까워질수록 멀어지도록 대칭하여 배치될 수 있다. 여기서, 제1 유체 수집 플레이트(1810-1) 및 제2 유체 수집 플레이트(1810-2) 사이의 거리는 제1 유체 수집 플레이트(1810-1)로부터 제2 유체 수집 플레이트(1810-2)를 향하는 수평 방향의 거리일 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 가이드 플레이트(1800-1)로부터 연장된 제1 유체 확산 플레이트(1820-1) 및 제2 가이드 플레이트(1800-2)로부터 연장된 제2 유체 확산 플레이트(1820-2) 사이의 거리도 유체 통과부(2200)의 출구에 가까워질수록 멀어지도록 대칭하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 유체 통과부(2200)의 입구를 통하여 유입된 제2 유체는 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2)에서 모아진 후 열전모듈(1200, 1300)과 가이드 플레이트(1800) 사이를 통과하고, 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)에서 확산된 후 유체 통과부(2200)의 출구를 통하여 배출될 수 있다. 이에 따르면, 제2 유체가 열전모듈(1200, 1300)과 가이드 플레이트(1800) 사이를 통과하기 전과 통과한 후의 제2 유체의 압력 차를 최소화할 수 있으므로, 제2 유체가 유체 통과부(2200)의 입구 방향으로 역류하는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 지지 프레임(1900)은 제1 내지 제2 가이드 플레이트(1800-1, 1800-2), 제1 내지 제2 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2) 및 제1 내지 제2 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)를 지지한다. 즉, 지지 프레임(1900)은 제1 지지프레임(1900-1) 및 제2 지지 프레임(1900-2)을 포함하고, 제1 지지프레임(1900-1) 및 제2 지지 프레임(1900-2) 사이에 제1 내지 제2 가이드 플레이트(1800-1, 1800-2), 제1 내지 제2 유체 수집 플레이트(1810-1, 1810-2) 및 제1 내지 제2 유체 확산 플레이트(1820-1, 1820-2)가 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 분기부(1400)는 유체 통과부(2200)로 유입되는 제2 유체를 분기할 수 있다. 분기부(1400)에 의하여 분기된 제2 유체는 제1 열전모듈(1200)과 제1 가이드 플레이트(1800-1) 사이 및 제2 열전모듈(1300)과 제2 가이드 플레이트(1800-2) 사이를 통과할 수 있다.
분기부(1400)는 덕트(1100)의 제1 표면(1110)과 제2 표면(1120) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 덕트(1100)의 제3 표면(1130)이 제2 유체가 유입되는 방향을 향하도록 배치되는 경우, 분기부(1400)는 덕트(1100)의 제3 표면(1130) 측에 배치될 수 있다. 또는, 분기부(1400)는 공기 역학적 원리에 의하여 덕트(1100)의 제3 표면(1130)에 대향하는 제5 표면(1150) 측에도 배치될 수 있다.
분기부(1400)는 덕트(1100)의 제3 표면(1130) 상에서 제3 표면(1130)의 양단으로부터 제3 표면(1130)의 양단 사이의 중심으로 갈수록 제3 표면(1130)과의 거리가 멀어지는 형상을 가질 수 있다. 즉, 분기부(1400)가 배치되는 제3 표면(1130)은 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120)과 거의 수직하며, 분기부(1400)는 덕트(1100)의 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120)에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 분기부(1400)는 우산 형상 또는 지붕 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 유체, 예를 들어 폐열이 분기부(1400)를 통하여 분기되며 발전장치의 양면에 배치된 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)에 접촉하도록 가이드될 수 있다. 즉, 제2 유체는 분기부(1400)를 통하여 분기되어, 제1 열전모듈(1200)과 제1 가이드 플레이트(1800-1) 사이 및 제2 열전모듈(1300)과 제2 가이드 플레이트(1800-2) 사이를 통과할 수 있다.
한편, 제1 열전모듈(1200)의 제1 히트싱크(1220) 외측과 제2 열전모듈(1300)의 제2 히트싱크(1320) 외측 사이의 폭(W1)은 분기부(1400)의 폭(W2)보다 클 수 있다. 여기서, 제1 히트싱크(1220) 외측과 제2 히트싱크(1320) 외측 각각은 덕트(1100)를 향하는 측의 반대 측을 의미할 수 있다. 여기서, 제1 히트싱크(1220) 및 제2 히트싱크(1320) 각각은 복수의 방열핀을 포함할 수 있고, 복수의 방열핀은 기체의 흐름을 방해하지 않는 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방열핀은 기체가 흐르는 제2 방향을 따라 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또는, 복수의 방열핀은 기체가 흐르는 제2 방향을 따라 유로가 형성되도록 폴딩되어 있는 형상을 가질 수도 있다. 이때, 제1 열전모듈(1200)의 제1 히트싱크(1220)와 제2 열전모듈(1300)의 제2 히트싱크(1320) 사이의 최대 폭(W1)은 덕트(1100)를 기준으로 제1 히트싱크(1220)의 가장 먼 지점으로부터 제2 히트싱크(1320)의 가장 먼 지점까지의 거리를 의미할 수 있으며, 분기부(1400)의 최대 폭(W2)은 덕트(1100)의 제3 표면(1130)과 가장 가까운 영역에서의 분기부(1400)의 폭을 의미할 수 있다. 이에 따르면, 제2 유체의 흐름이 분기부(1400)에 의하여 방해 받지 않고, 제1 히트싱크(1220) 및 제2 히트싱크(1320)로 직접 전달될 수 있다. 이에 따라, 제2 유체와 제1 히트싱크(1220) 및 제2 히트싱크(1320) 간의 접촉 면적이 커지게 되어, 제1 히트싱크(1220) 및 제2 히트싱크(1320)가 제2 유체로부터 받는 열량이 늘어나며, 발전 효율이 높아질 수 있다.
한편, 제1 가이드 플레이트(1800-1)는 제1 열전모듈(1200)의 제1 히트싱크(1220)와 소정 간격 이격되도록 대칭으로 배치되고, 제2 가이드 플레이트(1800-2)는 제2 열전모듈(1300)의 제2 히트싱크(1320)와 소정 간격 이격되도록 대칭으로 배치될 수 있다. 여기서, 가이드 플레이트(1800-1, 1800-2)와 각 열전모듈의 히트싱크 간 간격은 각 열전모듈의 히트싱크와 접촉하는 제2 유체의 유량 및 제2 유체의 차압에 영향을 미칠 수 있으며, 이에 따라 발전 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 덕트의 표면에 열전모듈이 배치되는 발전장치에서, 덕트의 내부를 통과하는 제1 유체와 열전모듈의 히트싱크를 통과하는 제2 유체 간 온도 차를 이용하여 전기를 발생시키고자 한다. 이때, 덕트의 내부를 통과하는 제1 유체의 유로는 열전모듈의 열전레그가 배치된 영역에 형성될 필요가 있다. 이에 따라, 면적 대비 높은 냉각 효율을 얻기 위한 유로의 설계가 필요하다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈의 상면도이고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각부의 단면도이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이며, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발전모듈은 냉각부(1100) 및 냉각부(1100)의 제1 표면(1110)에 배치된 제1 열전모듈(1200)을 포함한다. 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 냉각부(1100)는 본 명세서에서 덕트(1100)와 혼용될 수 있다. 냉각부(1100)의 제1 표면(1110)에 대향하는 제2 표면(1120)에는 제2 열전모듈(1300)이 더 배치될 수 있다.
냉각부(1100)의 제1 표면(1110)에 수직하는 다른 표면, 즉 제4 표면(1140)에는 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)가 이격되어 배치되며, 냉각부(1100)의 한 영역(A1)에는 유체 수용부(300)가 배치된다. 본 명세서에서, 냉각부(1100)의 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120)에는 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치되므로, 냉각부(1100)의 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120)은 냉각부(1100)의 일면 및 타면이라 지칭될 수 있다. 또한, 냉각부(1100)의 제1 표면(1110) 및 제2 표면(1120) 사이의 제3 내지 제6 표면(1130 내지 1160)은 냉각부(1100)의 측면 또는 외측면이라 지칭될 수 있다. 또는, 본 명세서에서, 냉각부(1100)의 제1 표면(1110) 내지 제6 표면(1160)은 각각 제1 면(1110) 내지 제6 면(1160)이라 지칭될 수도 있다. 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체는 유체 수용부(300)를 통과한 후 유체 배출부(1144)를 통하여 배출될 수 있다. 여기서, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)의 배치 순서가 도시된 바와 같이 제한되는 것은 아니며, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)의 위치가 반대일 수도 있다. 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)는 냉각부(1100)의 제4 표면(1140)에 돌출하여 형성된다. 이에 따라, 본 명세서에서, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)는 돌출부라 지칭될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 냉각부(1100)의 한 영역(A1)의 표면에는 제1 열전모듈(1200)이 배치된다. 이에 따라, 유체 수용부(300)가 배치된 영역에 제1 열전모듈(1200)의 열전 레그가 배치될 수 있다. 냉각부(1100)를 통과하는 제1 유체보다 높은 온도를 가지는 제2 유체는 냉각부(1100)의 제3 표면(1130)으로부터 이에 대향하는 제5 표면(1150)을 향하는 방향으로 열전모듈(1200)의 히트싱크를 통과할 수 있다.
한편, 냉각부(1100)와 제1 열전모듈(1200) 간 결합을 위하여 결합부재(400)가 이용될 수 있다. 냉각부(1100)의 양 표면에 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)을 대칭으로 배치하기 위하여, 결합부재(400)는 제1 열전모듈(1200), 냉각부(1100) 및 제2 열전모듈(1300)을 통과하도록 배치될 수 있으며, 이를 위하여, 냉각부(1100)에는 결합부재(400)가 통과하기 위한 복수의 관통홀(S1~S4)이 형성될 수 있다. 복수의 관통홀(S1~S4)은 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치되는 냉각부(1100)의 양면을 관통하도록 배치될 수 있다.
이때, 복수의 관통홀(S1~S4)은 유체 수용부(300)가 배치되는 영역인 냉각부(1100)의 한 영역(A1) 내에서 유체 수용부(300)와 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(S1~S4)은 유체 수용부(300)와 독립하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 유체 수용부(300)를 통과하는 제1 유체가 복수의 관통홀(S1~S4)을 통하여 외부로 유출되는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 냉각부(1100)의 한 영역(A1)의 측면에 배치된 냉각부(1100)의 다른 영역(A2)의 제1 표면(1110)에는 제1 열전모듈(1200)에 연결되는 배선부(미도시) 및 배선부를 커버하는 쉴드 부재(1600)가 더 배치될 수 있다. 냉각부(1100)와 쉴드 부재(1600) 간 결합을 위하여 결합부재(500)가 이용될 수 있으며, 냉각부(1100)의 다른 영역(A2)에는 냉각부(1100)와 쉴드 부재(1600) 간 결합을 위한 결합부재(500)가 통과하기 위한 복수의 관통홀(S5~S6)이 형성될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(S5~S6)은 유체 수용부(300)가 배치되는 영역인 냉각부(1100)의 한 영역(A1) 밖에 유체 수용부(300)와 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 이때, 복수의 관통홀(S5~S6)은 배선부의 위치를 고려하여 배치될 수 있다. 즉, 열전모듈에 연결되는 배선부는 열전모듈의 열전소자에 연결되는 연결전극(미도시), 연결전극 상에 배치되는 커넥터(600) 및 커넥터(600)에 연결되는 전선(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 관통홀(S5~S6)은 커넥터(600)의 위치를 피하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 관통홀(S5)은 복수의 관통홀(S1, S2)보다 제4 표면(1140)에 더 인접하게 배치될 수 있고, 관통홀(S6)은 복수의 관통홀(S3, S4)보다 제6 표면(1160)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
여기서, 복수의 관통홀(S1~S6)의 위치 및 개수는 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예가 이로 제한되는 것은 아니다.
이하, 도 11 내지 도 14를 이용하여 냉각부의 유체 수용부의 형상 및 관통홀의 배치 관계에 관한 다양한 실시예를 설명하고자 한다. 이하, 유체 수용부는 유체 유입부(1142)로부터 유체 배출부(1144)까지의 유로를 형성할 수 있으므로, 유로라고 지칭될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 냉각부(1100) 내의 유체 수용부(300)는 열전모듈(1200, 1300)이 배치되는 영역에 대응하는 영역인 냉각부(1100)의 A1 영역에 배치되며, 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체는 유체 수용부(300)를 통과한 후 유체 배출부(1144)로부터 배출될 수 있다.
여기서, 유체 수용부(300)는 별도의 유로관을 형성하지 않고 있으며, 유체 수용부(300)와 이격되도록 복수의 관통홀(S1~S4)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 이에 따르면, 유체 수용부(300)가 배치된 영역과 열전모듈(1200, 1300)이 배치된 영역이 대응하므로, 열전모듈의 저온부는 높은 냉각 성능을 얻을 수 있다. 또한, 냉각부(1100)의 제1 영역(A1) 내에 관통홀(S1~S4)이 형성되므로, 제1 열전모듈(1200) 냉각부(1100) 및 제2 열전모듈(1300)은 결합부재(400)를 통하여 직접 결합될 수 있으면서도, 관통홀(S1~S4)이 유체 수용부(300)와 이격되어 독립적으로 형성되므로, 관통홀((S1~S4)을 통하여 유체 수용부(300) 내 제1 유체가 외부로 유출되는 문제를 방지할 수 있다.
또는, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 유체 수용부(300)는 유체 유입부(1142)로부터 유체 배출부(1144)까지 연결되는 유로의 형태를 가질 수 있으며, 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체는 유로를 따라 흐른 후 유체 배출부(1144)를 통하여 배출될 수 있다. 이와 같이, 유체 수용부(300)가 유로의 형태를 가질 경우, 유로의 배치 구조에 따라 최소한의 유량으로 제1 유체가 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)이 배치된 A1 영역을 전체적으로 통과할 수 있다. 이때, 유로의 직경은 유체 유입부(1142)의 직경 및 유체 배출부(1144)의 직경의 0.3 내지 0.9배, 바람직하게는 0.4 내지 0.8배, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.7배일 수 있다. 이에 따르면, 유로를 통과하는 제1 유체의 유속을 빠르게 하여 열전모듈의 냉각 성능을 높일 수 있다.
이때, 유로는 복수의 관통홀(S1~S4)과 이격되며, 복수의 관통홀(S1~S4) 중 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 관통홀((S1~S4)을 통하여 유체 수용부(300) 내 제1 유체가 외부로 유출되는 문제를 방지할 수 있다.
예를 들어, 도 12를 참조하면, 유체 수용부(300)는 유체 유입부(1142) 또는 유체 배출부(1144)에서 유로를 향하는 방향, 즉 X1 방향으로 평행하게 배치되는 복수의 제1 유로부(310-1, ..., 310-n)를 포함할 수 있으며, 평행하게 배치되는 복수의 제1 유로부(310-1, ...310-n)는 복수의 벤딩부(330-1, ..., 330-l)를 통하여 연결될 수 있다.
여기서, 복수의 제1 유로부(310-1, ..., 310-n)는 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)가 배치된 제4 표면(1140)으로부터 제4 표면(1140)에 대향하는 제6 표면(1160)을 향하는 X1 방향으로 연장될 수 있다. 이때, 복수의 제1 유로부(310-1, ..., 310-n) 중 적어도 하나는 제1 방향을 따라 곧게 배치되는 직선부일 수 있다.
이때, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격들 중 일부는 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격들 중 다른 일부와 상이할 수 있다.
예를 들어, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 제1 유로부(310-1, 310-2) 간 간격은 제1 간격(d1)이고, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 제1 유로부(310-3, 310-4) 간 간격은 제1 간격(d1)보다 큰 제2 간격(d2)일 수 있다.
한편, 복수의 유로부 사이의 한 영역에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 배치될 수 있고, 복수의 유로부 사이의 다른 영역에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 배치되지 않을 수 있다.
이때, 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되는 영역에서 두 개의 제1 유로부 사이의 X1 방향에 수직하는 X2 방향의 폭은 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되지 않는 영역에서 두 개의 제1 유로부 사이의 X1 방향에 수직하는 X2 방향의 폭보다 클 수 있다. 즉, 제2 간격(d2)을 이루는 두 개의 제1 유로부(310-3, 310-4) 사이에는 복수의 관통홀(S1~S4) 중 적어도 일부(S1, S3)가 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제1 유로부(310)는 복수의 관통홀(S1~S4)이 형성된 영역과 겹치지 않도록 복수의 관통홀(S1~S4)을 회피하여 배치될 수 있다.
그리고, 평행하게 배치된 복수의 제1 유로부(310-1, ..., 310-n) 중 가장자리에 배치된 두 개의 제1 유로부(310-1, 310-2) 및 두 개의 제1 유로부(310-n-1, 310-n) 간 간격은 제1 간격(d1)일 수 있다. 이에 따르면, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전 성능을 얻을 수 있다. 특히, 유체 배출부(1144)로부터 배출되는 제1 유체의 온도는 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체의 온도보다 높아질 수 있으므로, 유체 배출부(1144)와 가까워질수록 제1 유체의 냉각 성능은 낮아질 수 있다. 이에 따라, 유체 배출부(1144)와 가까워질수록 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격을 좁게 배치하면, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전성능을 얻는 것이 가능하다.
도 13을 참조하면, 유체 수용부(300)는 평행하게 배치되는 복수의 제2 유로부(320-1, ..., 320-m)를 포함할 수 있으며, 평행하게 배치되는 복수의 제2 유로부(320-1, ..., 320-m)는 복수의 벤딩부(330-1, ..., 330-l)를 통하여 연결될 수 있다.
복수의 제2 유로부(320-1, ..., 320-m)는 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)가 배치된 제4 표면(1140)에 수평하는 X2 방향에 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제2 유로부(320-1, ..., 320-m) 중 적어도 하나는 제2 방향을 따라 곧게 배치되는 직선부일 수 있다.
이때, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격들 중 일부는 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격들 중 다른 일부와 상이할 수 있다.
예를 들어, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 제2 유로부(320-1, 320-2) 간 간격은 제2 간격(d2)이고, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 제2 유로부(320-m-1, 320-m) 간 간격은 제2 간격(d2)보다 좁은 제1 간격(d1)일 수 있다.
한편, 복수의 유로부 사이의 한 영역에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 배치될 수 있고, 복수의 유로부 사이의 다른 영역에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 배치되지 않을 수 있다.
이때, 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되는 영역에서 두 개의 제2 유로부 사이의 X2 방향에 수직하는 X1 방향의 폭은 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되지 않는 영역에서 두 개의 제2 유로부 사이의 X2 방향에 수직하는 X1 방향의 폭보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 두 개의 유로부(320-1, 320-2) 사이에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되고, 두 개의 유로부(320-2, 320-3) 사이에는 결합부재(400)가 배치되기 위한 관통홀(S1~S4)이 형성되지 않을 수 있다. 이때, 두 개의 유로부(320-1, 320-2) 사이의 간격은 d2이며, 두 개의 유로부(320-2, 320-3) 사이의 간격인 d3보다 작을 수 있다.
이에 따르면, 유로(320)는 복수의 관통홀(S1~S4)이 형성된 영역과 겹치지 않도록 복수의 관통홀(S1~S4)을 회피하여 배치될 수 있다.
그리고, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)가 배치된 제4 표면(1140)으로부터 멀어질수록 평행하게 이웃하여 배치된 유로부 간의 간격이 좁아질 수도 있다. 예를 들어, 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 제2 유로부(320-m-1, 320-m) 간 간격은 제2 간격(d2)보다 작은 제1 간격(d1)일 수 있다. 이에 따르면, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전 성능을 얻을 수 있다. 특히, 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체의 온도는 유체 유입부(1142)로부터 멀어질수록 높아질 수 있다. 이에 따라, 유체 유입부(1142)와 멀어질수록 평행하게 이웃하여 배치되는 두 개의 유로부 간 간격을 좁게 배치하면, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전성능을 얻는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유로의 일부는 X1 방향에 평행하게 배치되고, 다른 일부는 X2 방향에 평행하게 배치되되, 구불구불한 복수의 곡률 유로를 포함할 수도 있다. 유로가 복수의 곡률 유로를 포함하는 경우, 단위 면적 당 배치되는 유로의 길이가 길어질 수 있으므로, 열전모듈의 저온부 측의 냉각 성능이 개선될 수 있다.
도 14를 참조하면, 냉각부(1100)는 제4 표면(1140)으로부터 제4 표면(1140)에 대향하는 제6 표면(1160)까지 동일한 높이를 가지도록 순차적으로 배치된 제1 영역(B1), 제2 영역(B2) 및 제3 영역(B3)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 관통홀(S1~S4) 중 일부(S1, S2)는 다른 일부(S3, S4)보다 제4 표면(1140)에 더 가깝게 배치될 수 있으며, 관통홀(S1) 및 관통홀(S2) 각각과 제4 표면(1140) 간 거리는 동일할 수 있다. 예를 들어, 복수의 관통홀(S1~S4) 중 일부(S1, S2)는 제1 영역(B1)에 배치되고, 다른 일부(S3, S4)는 제3 영역(B3)에 배치될 수 있다.
여기서, 복수의 관통홀(S1~S4)에 배치되는 결합부재(400)는 냉각부(1100)의 제1 표면(1110)에서 제2 표면(1120)을 향하는 방향을 따라 유로와 중첩되지 않을 수 있다. 이에 따라, 유로를 따라 흐르는 제1 유체가 관통홀(S1~S4)을 통하여 외부로 유출되는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 복수의 관통홀(S1~S2) 및 복수의 관통홀(S3~S4)은 유로와 X1 방향으로 중첩될 수 있다. 그리고, 복수의 관통홀(S5~S6)은 유로와 X1 방향으로 중첩되지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 복수의 관통홀(S5~S6)은 유로가 배치된 영역이 아닌 배선부가 배치되는 영역에 위치하는 것으로, 배선부의 커넥터 위치를 고려하여 관통홀(S5)은 복수의 관통홀(S1, S2)보다 제4 표면(1140)에 더 인접하게 배치될 수 있고, 관통홀(S6)은 복수의 관통홀(S3, S4)보다 제6 표면(1160)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
한편, 냉각부(1100)를 유로와 X2 방향으로 중첩되는 R1 영역, R1 영역과 제3 표면(1130) 사이에 위치한 R2 영역 및 R1 영역과 제5 표면(1150) 사이에 위치한 R3 영역으로 구분할 수도 있다. 도시된 바와 같이, R3 영역의 X2 방향의 폭은 R2 영역의 X2 방향의 폭보다 클 수 있으며, 결합부재(500)가 배치되기 위한 복수의 관통홀(S5~S6)은 R3 영역에 형성될 수 있다. 즉, 유로와 제5 표면(1150) 간의 수평 거리는 유로와 제3 표면(1130) 간의 수평 거리보다 클 수 있으며, 이에 따라, 커넥터(C)를 포함하는 배선부는 R3 영역에 배치될 수 있으며, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)는 복수의 관통홀(S5~S6)과 X1 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
유로는 냉각부(1100)의 R1 영역 내에서 X1 방향에 평행하게 배치된 복수의 제1 유로(310-1, ..., 310-n) 및 X1 방향에 수직하는 X2 방향에 평행하게 배치된 복수의 제2 유로(320-1, ..., 320-m), 복수의 제1 유로(310-1, ..., 310-n) 중 하나 및 복수의 제2 유로(320-1, ..., 320-m) 중 하나를 연결하거나, 복수의 제1 유로(310-1, ..., 310-n)들을 연결하거나, 복수의 제2 유로(320-1, ..., 320-m)들을 연결하는 복수의 벤딩부(330-1, ..., 330-l)를 포함하되, 구불구불한 유로를 더 포함할 수 있다. X1 방향을 따라 배치된 유로와 X2 방향을 따라 배치된 유로가 교대로 배치되어 나선 형상을 이룰 수도 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 냉각부(1100)의 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이를 순환하는 제1 유체는 나선 형상을 가질 수 있다. 즉, 유로는 냉각부(1100)의 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 중 하나에서 냉각부(1100)의 중심부(C)를 향하여 연장되는 제1 나선형 유로 및 중심부(C)에서 냉각부(1100)의 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 중 다른 하나를 향하여 연장되는 제2 나선형 유로를 포함할 수 있다. 이때, 제4 표면(1140)에 인접하게 배치되며 비규칙적인 유로를 가지는 제3 유로부(340) 및 냉각부(1100)의 중심부(C)에 인접하게 배치되고 규칙적인 주기를 갖는 제4 유로부(350)는 제1 나선형 유로에 포함될 수 있다. 그리고, 제1 나선형 유로는 X4 방향을 따라 연장되는 제2 유로부(320-4)를 포함하고, 제2 나선형 유로는 복수의 제2 유로부(320-1, 320-2, 320-3, 320-m)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 유로부(320-3, 320-5)는 제2 유로부(320-2)와 제6 표면(1160) 사이에 배치되고, 제2 유로부(320-1)는 제2 유로부(320-2)와 제4 표면(1140) 사이에 배치되며, 제4 유로부(350)는 제2 유로부(320-1)와 제2 유로부(320-2) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 관통홀(S3, S4)은 제2 유로부(320-2) 및 제2 유로부(320-3) 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이, 유로가 냉각부에서 열전모듈의 열전레그가 배치된 영역에서 나선형으로 순환하고, 곡률을 가지는 제3 유로부(340) 및 제4 유로부(350)가 본 발명의 실시예와 같이 배치될 경우, 열전모듈의 저온부 측의 냉각 성능을 최대화할 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 유로는 X2 방향을 따라 구불구불하게 연장되는 복수의 곡률 유로인 제3 유로부(340)를 포함할 수 있다. 제3 유로부(340)는 복수의 관통홀(S1, S3)과 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이에 배치될 수 있으며, 굴곡부라 지칭될 수 있다. 제3 유로부(340)의 총 길이(l)는 제3 유로(340)가 배치된 영역에서 X2 방향의 직선거리(l')보다 길 수 있다. 제3 유로부(340)는 냉각부(1100)의 제1 영역(B1)에 배치될 수 있다.
제1 영역(B1)은 제1 영역(B1) 내지 제3 영역(B3) 가운데 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)에 가장 가까운 영역이다. 유체 유입부(1142)로 유입된 제1 유체는 X1 방향으로 유체 수용부(300)로 유입되며, 유체 수용부(300)를 순환한 제1 유체는 X1 방향의 반대 방향인 X2 방향을 따라 유체 배출부(1144)로부터 배출될 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(B1) 내 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이에 유로를 별도로 배치하지 않을 경우, 제1 유체가 도달하지 않는 데드존이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예와 같이, 제1 영역(B1)에 복수의 곡률 유로인 제3 유로부(340)가 배치되면, 데드존의 면적이 최소화될 수 있으며, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전성능을 얻는 것이 가능하다.
더욱 구체적으로, 제3 유로부(340)는 곡률이 서로 다른 복수의 곡률을 갖는 영역을 포함하는 변곡 유로일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제3 유로부(340)는 X2 방향을 따라 배열된 X2 방향으로 볼록한 제1 볼록부(343-1~343-3) 및 제1 볼록부(343-1~343-3)와 반대 방향으로 볼록한 제2 볼록부(343-3~343-5)를 포함할 수 있으며, 제1 볼록부(343-1~343-3)와 제2 볼록부(343-3~343-5)는 X1 방향으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 제1 볼록부(343-1~343-3)와 제2 볼록부(343-3~343-5)는 제4 표면(1140)과 관통홀(S1, S2) 사이, 더욱 구체적으로는 제4 표면(1140)과 관통홀(S1, S2) 사이에서 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제4 표면(1140)에 가까우며, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이에 배치된 영역을 제1 유체가 통과하므로, 데드존의 면적이 최소화될 수 있으며, 열전모듈의 전체 영역에서 고른 열전성능을 얻는 것이 가능하다.
이때, 제3 유로부(340)는 서로 이격되도록 배치된 제1 관통홀(S1) 및 제2 관통홀(S2)과의 관계에서, 제1 관통홀(S1) 상에 배치된 제1 구역(341), 제2 관통홀(S2) 상에 배치된 제2 구역(341) 및 제1 구역(341) 및 제2 구역(342)을 연결하는 제3 구역(343)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 구역(341)은 제4 표면(1140)으로부터 제6 표면(1160)을 향하는 X1 방향(X1)으로 연장된 제1-1 서브구역(341-1), 제4 표면(1140)에 평행한 X2 방항으로 연장된 제1-2 서브 구역(341-2) 및 X1 방향의 반대 방향인 X2 방향을 향하여 X2 방향으로 연장된 제1-3 서브 구역(341-3)이 순차적으로 연결될 수 있다. 특히, 제1-3 서브 구역(341-1)에 따르면, 유체 유입부(1142)에서 유입되어 제1-1 서브구역(341-1)을 따라 X1 방향으로 내려온 유체가 다시 제4 표면(1140)을 향하여 흐를 수 있으므로, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144) 사이의 데드존의 면적을 최소화할 수 있다.
그리고, 제2 구역(342)은 제2 관통홀(S2)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 구역(342)은 제2 관통홀(S2)의 측면에서 X3 방향으로 연장된 제2-1 서브 구역(342-1), X2 방향으로 연장된 제2-2 서브 구역(342-2) 및 X1 방향을 향하여 X2 방향으로 연장된 제2-3 서브 구역(342-3)이 순차적으로 연결될 수 있다.
그리고, 제3 구역(343)은 제1 구역(341) 및 제2 구역(342) 사이에서 배치되며, 제1-3 서브 구역(341-3)으로부터 X2 방향으로 연장된 제3-1 서브 구역(343-1), X1 방향으로 연장된 제3-2 서브 구역(343-2), X2 방향의 반대 방향인 X4 방향으로 연장된 제3-3 서브 구역(343-3), X1 방향으로 연장된 제3-4 서브 구역(343-4) 및 X2 방향(X2)으로 제2-1 서브 구역(342-1)까지 연장된 제3-5 서브 구역(343-5)이 순차적으로 연결될 수 있다. 이때, 제3 구역(343)은 전술한 제1 볼록부(343-1~343-3)와 제2 볼록부(343-3~343-5)일 수 있다.
제1 내지 제3 구역(341, 342, 343)이 이와 같이 배치되면, 유체 유입부(1142) 및 유체 배출구(1144) 사이에서 제1 유체가 통과하는 유로가 길어지므로, 데드존의 면적을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유로는 소정 패턴이 반복하는 제4 유로부(350)를 더 포함할 수 있다. 제4 유로부(350)는 곡률이 서로 같은 복수의 곡률부가 주기적으로 배치되는 복수의 곡률 유로를 포함할 수 있으며, 요철 형상을 가지므로 요철부라 지칭될 수 있다. 제4 유로부(350)는 X1 방향으로 오목한 오목부(351)와 볼록한 볼록부(352)가 교번 배열된 형상일 수 있다.
즉, 제4 유로부(350)는 X1 방향 및 X3 방향을 교대로 향하며 X2 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다.
이에 따르면, 제4 유로부(350)가 복수의 유로(320-1, ..., 320-m)와 평행한 직선 형상으로 배치되는 경우에 비하여, 단위 면적 당 유로의 길이가 길어질 수 있으므로, 열전모듈의 저온부 측의 냉각 성능이 높아질 수 있다.
이때, 제4 유로부(350)는 X1 방향으로 서로 이격되어 곧게 배치된 하나의 제2 유로부(320-1) 및 다른 하나의 제2 유로부(320-2) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제4 유로부(350)는 냉각부(1100)의 제2 영역(B2)에 배치될 수 있다. 즉, 복수의 관통홀(S1, S2)은 제4 유로부(350)와 유체 유입부(1142) 및 유체 배출부(1144)가 배치되는 제4 표면(1140) 사이에 배치될 수 있으며, 관통홀(S3, S4)은 제4 유로부(350)와 제6 표면(1160) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 냉각부(1100)의 직선 형상의 유로부와 벤딩부만으로 유로를 구성할 경우 제1 유체가 도달하기 어려운 가운데 영역에서도 제1 유체가 머무는 시간을 연장할 수 있으므로, 열전모듈의 저온부 측의 냉각 성능을 높일 수 있다.
특히, 하나의 제2 유로부(320-1)는 제4 유로부(350)와 제3 유로부(340) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 유로를 형성할 경우 제1 유체가 도달하기 어려운 영역에서 제1 유체가 머무는 시간이 연장될 수 있으므로, 냉각부(1100) 내 전 영역에서 제1 유체가 고르게 순환할 수 있으며, 이에 따라 열전모듈의 저온부 측의 냉각 성능이 높아질 수 있다.
표 1은 도 11 내지 도 14의 실시예에 따른 유로 형상을 가지는 경우, 열전모듈의 온도 차를 시뮬레이션한 결과이다.
실시예 면적(mm2) 면적 감소율(%) 부피(mm3) 부피 감소율(%) 고온부 온도(K) 저온부 온도(K) 온도 차(K) 개선율(%)
실시예 1 8,804 0 43,909 0 433 318 115 0
실시예 2 4,229 52 20,782 52.7 432 314 117 2.1
실시예 3 4,229 52 20,783 52.7 432 314 117 2.1
실시예 4 3,773 57 183467 57.9 434 313 120 4.5
표 1을 참조하면, 실시예 1은 도 11에 도시된 유체 수용부 형상이고, 실시예 2는 도 12에 도시된 유로 형상이며, 실시예 3은 도 13에 따른 유로 형상이고, 실시예 4는 도 14에 따른 유로 형상이다. 실시예 1에 비하여 실시예 2 내지 실시예 4에서는 유로의 면적 및 부피가 감소하였음에도, 열전모듈의 온도 차가 개선되었음을 알 수 있다. 특히, 실시예 2 내지 실시예 3에 비하면, 실시예 4에서는 유로의 면적 및 부피가 더욱 감소하였음에도, 열전모듈의 온도 차가 더욱 개선되었음을 알 수 있다. 이는 제1 유체가 냉각부(1100)의 한 영역(A1) 내에서 스파이럴 형상으로 순환하며, 제1 유체가 도달하지 않는 데드존을 최소화하기 때문이다.
한편, 하나의 발전장치를 중심으로 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 하나의 유체 통과부(2200) 내에는 복수의 발전장치가 배치될 수도 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전시스템을 나타내고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전시스템을 나타낸다.
도 15 내지 도 16을 참조하면, 발전시스템은 복수의 발전장치를 포함할 수 있고, 각 발전장치는 도 1 내지 도 14를 이용하여 설명한 발전장치와 동일할 수 있다.
도 15를 참조하면, 복수의 발전장치(1000-1, 1000-2)는 유체 통과부(2200) 내에서 제2 유체가 흘러가는 방향을 따라 배치될 수 있다.
또는, 도 16을 참조하면, 복수의 발전장치(1000-1, 1000-2, 1000-3)는 유체 통과부(2200) 내에서 서로 이격되어 병렬적으로 배치될 수도 있다.
복수의 발전장치의 배치 구조 및 개수는 발전량 등에 따라 달라질 수 있다.
도 17 및 도 18은 유체 유입부 및 유체 배출부의 위치에 따른 효과 차이를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 적색에 가까울수록 온도가 높고, 청색에 가까울수록 온도가 낮은 것을 의미한다.
도 17(a)는 도 14에 따른 유로의 형상에서 유체 유입부가 유체 배출부보다 쉴드 부재에 더 가깝게 배치되는 경우의 냉각수의 온도 변화를 나타내고, 도 17(b)는 도 14에 따른 유로의 형상에서 유체 유입부가 유체 배출부보다 쉴드 부재에 더 가깝게 배치되는 경우의 열전모듈의 저온부의 온도 분포를 나타낸다. 도 18(a)는 도 14에 따른 유로의 형상에서 유체 배출부가 유체 유입부보다 쉴드 부재에 더 가깝게 배치되는 경우의 냉각수의 온도 변화를 나타내고, 도 18(b)는 도 14에 따른 유로의 형상에서 유체 배출부가 유체 유입부보다 쉴드 부재에 더 가깝게 배치되는 경우의 열전모듈의 저온부의 온도 분포를 나타낸다.
도 17 및 도 18의 케이스에서 유입되는 냉각수의 온도는 25℃이고, 배출되는 냉각수의 온도는 28.52℃로 설정하였다. 이때, 도 18의 케이스에서의 열전모듈의 저온부 측 평균 온도는 30.408℃로, 도 17의 케이스에서의 열전모듈의 저온부 측 평균 온도인 30.441℃에 비하여 낮게 나타나며, 특히, 도 18의 케이스에서의 열전모듈의 저온부 측 온도 분포는 도 17의 케이스에서의 열전모듈의 저온부 측 온도 분포에 비하여 고르게 나타남을 알 수 있다.
도 19는 도 14의 실시예에 따른 유로 형상의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 적색에 가까울수록 온도가 높고, 청색에 가까울수록 온도가 낮은 것을 의미한다.
도 19(a)는 도 14의 실시예에 따른 유로 형상과 동일하고, 도 19(b)는 도 14의 실시예에 따른 유로 형상에서 제3 유로, 즉 복수의 변곡 유로가 배치되는 영역을 단순화하였다. 도 19(a) 및 도 19(b)를 비교하면, 도 19(b)에서는 도 19(a)에 비하여 온도 분포가 균일하지 않음을 알 수 있다. 특히, 유체 유입부 및 유체 배출부 사이에 데드존이 형성됨을 알 수 있다.
도 20은 유로관의 직경에 따른 냉각 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 20(a)는 도 10의 실시예에 따른 구조에서 유체 수용부의 두께가 24mm인 경우 열전모듈의 히트싱크에 고온의 기체를 통과시켰을 때 열전모듈의 저온부 측 온도 분포를 나타내고, 도 20(b)는 도 14의 실시예에 따른 구조에서 유로의 직경이 11mm인 경우 열전모듈의 히트싱크에 고온의 기체를 통과시켰을 때 열전모듈의 저온부 측 온도 분포를 나타내며, 도 20(c)는 도 14의 실시예에 따른 구조에서 유로의 직경이 11mm인 경우 열전모듈의 히트싱크에 고온의 기체를 통과시키고 유로에 냉각수를 통과시켰을 때의 열전모듈의 저온부 측 온도 분포를 나타낸다. 여기서, 유체 수용부의 두께는 냉각부의 양 표면, 즉 제1 열전모듈(1200)이 배치되는 제1 표면(1110)으로부터 제2 열전모듈(1300)이 배치되는 제2 표면(1120)까지의 거리를 의미하고, 유로의 직경은 유로의 외주면을 포함하는 직경을 의미한다. 도 20(a) 내지 도 20(c)를 참고하면, 도 14의 실시예에 따른 구조에서 열전모듈의 저온부 측 냉각 성능이 도 10의 실시예에 따른 구조에서 열전모듈의 저온부 측 냉각 성능보다 우수함을 알 수 있다.
발전 시스템은 선박, 자동차, 발전소, 지열, 등에서 발생하는 열원을 통해 발전할 수 있고, 열원을 효율적으로 수렴하기 위해 복수의 발전 장치를 배열할 수 있다. 이때, 각 발전 장치는 냉각부 내 유로를 개선하여 열전소자의 저온부의 냉각 성능을 개선할 수 있으며, 이에 따라 발전 장치의 효율 및 신뢰성을 개선할 수 있으므로, 선박이나 차량 등의 운송 장치의 연료 효율을 개선할 수 있다. 따라서 해운업, 운송업에서는 운송비 절감과 친환경 산업 환경을 조성할 수 있고, 제철소 등 제조업에 적용되는 경우 재료비 등을 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 내부에 유로를 포함하는 냉각부; 및
    상기 냉각부의 일면 상에 배치되는 열전 모듈을 포함하고,
    상기 유로는 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 제1 유로부, 상기 제1 방향에 대하여 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 복수의 제2 유로부, 및 상기 제1 유로부와 상기 제2 유로부를 연결하는 복수의 벤딩부를 포함하고,
    상기 복수의 제2 유로부는 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 곧게 배치되는 제1 직선부, 제2 직선부, 및 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부 사이에 배치되는 발전장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 유로와 연결되고, 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 복수의 돌출부를 포함하는 발전장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 열전모듈이 배치된 일면과 상기 일면과 마주보는 타면을 관통하는 복수의 관통홀을 포함하는 발전장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 열전모듈을 결합하는 복수의 결합부재를 포함하고,
    상기 결합부재는 상기 복수의 관통홀에 배치되는 발전장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 상기 요철부와 상기 돌출부 사이에 배치되는 복수의 제1 관통홀을 포함하는 발전장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 유로는 상기 복수의 제1 관통홀과 상기 돌출부 사이에 배치된 굴곡부를 포함하고,
    상기 제1 직선부는 상기 굴곡부와 요철부 사이에 배치되는 발전장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 요철부는 곡률이 서로 같은 복수의 곡률부가 주기적으로 배치되는 발전장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 곡률이 서로 다른 복수의 곡률을 갖는 영역을 포함하는 발전장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 복수의 돌출부가 위치한 제1 측면, 및 상기 제1 측면과 마주보는 제2 측면을 포함하고,
    상기 복수의 관통홀은 상기 요철부와 상기 제2 측면 사이에 배치되는 복수의 제2 관통홀을 포함하는 발전장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 관통홀, 및 상기 복수의 제2 관통홀은 상기 유로와 상기 제1 방향으로 중첩되고,
    상기 복수의 관통홀은 상기 유로와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않는 복수의 제3 관통홀을 포함하고,
    상기 복수의 제3 관통홀은 상기 복수의 제1 관통홀보다 상기 제1 측면에 더 인접한 제3-1 관통홀, 및 상기 복수의 제2 관통홀보다 상기 제2 측면에 더 인접한 제3-2 관통홀을 포함하는 발전장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 배치되는 제3 측면, 및 상기 제3 측면과 마주보는 제4 측면을 포함하고,
    상기 유로와 상기 제2 방향으로 중첩되는 중첩부, 상기 중첩부와 상기 제3 측면 사이에 위치한 제1 영역, 및 상기 중첩부와 상기 제4 측면 사이에 위치한 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역의 상기 제2 방향의 폭은 상기 제1 영역의 상기 제2 방향의 폭보다 큰 발전장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 제3 관통홀은 상기 제2 영역에 위치한 발전장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 영역에는 커넥터가 위치하는 발전장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 열전모듈은 상기 냉각부와 결합부재를 통해 결합되고,
    상기 결합부재는 상기 복수의 관통홀에 배치되는 발전장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 냉각부의 일면에서 타면을 향하는 제3 방향을 따라 상기 결합부재와 상기 유로가 중첩되지 않는 발전장치.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 복수의 제3 관통홀과 상기 제1 방향으로 중첩되지 않는 발전장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부는 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부와 상기 제2 방향으로 이격된 제3 돌출부를 포함하는 발전장치.
  18. 내부에 유로를 포함하고, 상기 유로와 연결되는 복수의 돌출부를 포함하는 냉각부; 및
    상기 냉각부와 결합되는 열전 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 돌출부는 상기 냉각부의 제1 외측면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격되는 제1 돌출부, 및 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 유로는 제1 돌출부에서 상기 냉각부의 중심부를 향하여 나선형으로 연장되는 제1 유로, 및 상기 중심부에서 상기 제2 돌출부를 향하여 나선형으로 연장되는 제2 유로를 포함하고,
    상기 제1 유로는 상기 제1 외측면에 인접하게 배치되고 비규칙적인 제1 요철부, 및 상기 중심부에 인접하게 배치되고 규칙적인 주기를 갖는 제2 요철부를 포함하는 발전장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 제1 외측면과 마주보는 제2 외측면을 더 포함하고,
    상기 제1 유로는 상기 제1 방향을 따라 연장되는 제1 직선부를 포함하고,
    상기 제2 유로는 상기 제1 방향을 따라 연장되는 제2 직선부, 제3 직선부, 및 제4 직선부를 포함하고,
    상기 제3 직선부는 상기 제2 직선부와 상기 제2 외측면 사이에 배치되고,
    상기 제4 직선부는 상기 제2 직선부와 상기 제1 외측면 사이에 배치되고,
    상기 제2 요철부는 상기 제2 직선부와 상기 제4 직선부 사이에 배치되는 발전장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    제1 외측면과 제2 외측면 사이에 서로 마주보며 배치되는 제3 외측면, 및 제4 외측면을 포함하고,
    상기 열전모듈이 배치되는 일면, 및 상기 일면과 마주보는 타면을 포함하고,
    상기 일면과 타면을 관통하는 복수의 관통홀을 포함하고,
    상기 복수의 관통홀은 상기 제1 요철부와 제4 직선부 사이에 배치되는 제1 관통홀, 상기 제2 직선부와 상기 제3 직선부 사이에 배치되는 제2 관통홀, 및 상기 유로와 상기 제4 외측면 사이에 배치되는 복수의 제3 관통홀을 포함하고,
    상기 복수의 제3 관통홀은 상기 제1 관통홀보다 상기 제1 외측면에 더 인접하게 배치되는 제3-1 관통홀, 및 상기 제2 관통홀보다 상기 제2 외측면에 더 인접하게 배치되는 제3-2 관통홀을 더 포함하고,
    상기 유로와 상기 제4 외측면 사이의 제1 수평거리는 상기 유로와 상기 제3 외측면 사이의 제2 수평거리보다 큰 발전장치.
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