KR20210155110A - 발전장치 - Google Patents

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KR20210155110A
KR20210155110A KR1020200072192A KR20200072192A KR20210155110A KR 20210155110 A KR20210155110 A KR 20210155110A KR 1020200072192 A KR1020200072192 A KR 1020200072192A KR 20200072192 A KR20200072192 A KR 20200072192A KR 20210155110 A KR20210155110 A KR 20210155110A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 발전장치는 덕트, 및 상기 덕트의 적어도 일면에 배치된 복수의 열전모듈을 포함하는 열전변환부; 및 상기 열전변환부가 배치되는 내부 공간 및 상기 열전변환부와 결합되는 결합부를 포함하는 챔버;를 포함하고, 상기 결합부는, 상기 내부 공간에 대향하는 외측면에 배치된 제1 리세스(recess)를 포함한다.

Description

발전장치{POWER GENERATING APPARATUS}
본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하여 발전시키는 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 유체유동부가 배치되고, 열전소자의 고온부 측에 히트싱크(heatsink)가 배치되며, 제2 유체가 히트싱크를 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 고온부 간 온도 차를 이용하여 발전시키는 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 발전장치는 덕트, 및 상기 덕트의 적어도 일면에 배치된 복수의 열전모듈을 포함하는 열전변환부; 및 상기 열전변환부가 배치되는 내부 공간 및 상기 열전변환부와 결합되는 결합부를 포함하는 챔버;를 포함하고, 상기 결합부는, 상기 내부 공간에 대향하는 외측면에 배치된 제1 리세스(recess)를 포함한다.
상기 제1 리세스에 배치되는 제1 용접 비드;를 포함할 수 있다.
상기 제1 리세스는, 상기 결합부의 외측면에서 내측면 방향으로 경사가 형성될 수 있다.
상기 제1 용접 비드는, 상기 덕트의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다.
상기 제1 용접 비드의 일부는, 상기 챔버의 외측면으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다.
상기 제1 용접 비드는, 상기 챔버의 외측면을 기준으로 미돌출되도록 배치될 수 있다.
상기 결합부는, 내측면에 배치된 제2 리세스를 포함할 수 있다.
상기 제1 용접 비드는, 상기 제2 리세스에 배치될 수 있다.
상기 덕트는, 복수의 단위 덕트를 포함하고, 상기 복수의 단위 덕트는, 인접한 단위 덕트와 일면이 접촉하며, 상기 일면이 접촉하여 형성된 이음부를 따라 제2 용접 비드가 배치될 수 있다.
단위 덕트는, 복수의 체결홀을 포함하며, 인접한 단위 덕트와 접촉하는 제1 결합면과 복수의 체결홀 중 상기 제1 결합면에 최인접한 체결홀 사이의 거리는 복수의 체결홀 사이의 거리보다 작을 수 있다.
인접한 단위 덕트와 접촉하는 제2 결합면과 복수의 체결홀 중 상기 제2 결합면에 최인접한 체결홀 사이의 거리는 상기 복수의 체결홀 사이의 거리보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 밀폐력이 우수한 발전장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈을 포함하는 열전변환부와 발전장치의 챔버 사이의 결합력이 높은 발전장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전장치의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환부의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 배치 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트의 부분 사시도이다.
도 9는 제1 플레이트의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이다.
도 10은 제1 플레이트의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트와 열전변환부의 부분 사시도이다.
도 12는 제1 플레이트와 열전변환부의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이다.
도 13은 제1 플레이트와 열전변환부의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 부분 사시도이다.
도 15는 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이다.
도 16은 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 덕트를 나타낸 도면이다.
도 18은 단위 덕트 사이의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 단위 덕트, 열전 모듈 및 실드 부재의 결합 평면도를 나타낸 도면이다.
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 실시예에 따른 발전장치의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전장치의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발전장치는 열전변환부(100), 챔버(200), 가이드 부재(300), 배선튜브(400), 채널커버(500) 및 정션박스(600)를 포함할 수 있다.
열전변환부(100)는 챔버(200) 내에 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 복수일 수 있으며, 복수의 열전변환부(100)는 챔버(200) 내에 배치될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 챔버(200)의 결합부에 결합될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 챔버(200)의 홀에 삽입됨으로써 결합될 수 있다. 챔버(200)의 결합부에 삽입된 열전변환부(100)의 일부와 챔버(200) 사이에 용접 비드가 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 용접 부재에 의해 챔버(200)에 고정될 수 있으며, 용접 부재에 의해 챔버(200) 내부와 챔버(200) 외부가 밀폐될 수 있다.
열전변환부(100)는 덕트 및 복수의 열전모듈을 포함할 수 있다. 덕트는 유체 유입구, 유체 배출구 및 유체 통과 관을 포함할 수 있다. 유체 유입구, 유체 배출구 및 유체 통과 관은 복수일 수 있다. 덕트의 적어도 일면에는 유체 유입구가 배치될 수 있고, 덕트의 적어도 일면에는 유체 배출구가 배치될 수 있다. 유체 유입구 및 유체 배출구는 유체 통과 관과 연통될 수 있다. 덕트의 적어도 일면에는 복수의 열전모듈이 배치될 수 있다. 덕트의 제1면 또는 제1면에 대향하는 제2면 중 적어도 일면에는 복수의 열전 모듈이 배치될 수 있다. 열전 모듈은 기판 상에 배치된 복수의 열전 소자를 포함할 수 있다. 복수의 열전 모듈은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 열전 모듈은 와이어를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
챔버(200)는 복수의 플레이트를 통해 형성된 내부 공간을 포함할 수 있다. 챔버(200)의 내부 공간에는 열전변환부(100)가 배치될 수 있다. 챔버(200)는 열전변환부(100)가 결합되는 결합부를 포함할 수 있다. 챔버(200)의 내부 공간에는 복수의 열전변환부(100)가 배치될 수 있으므로, 결합부는 복수일 수 있다. 결합부는 제1 홀과 리세스(recess)를 포함할 수 있다.
챔버(200)는 복수의 플레이트(plate)를 포함할 수 있다. 플레이트는 복수일 수 있다. 플레이트는 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)는 서로 대향하여 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)는 제2 플레이트(230)에 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(230)의 이격 거리는 열전변환부(100)의 길이보다 작을 수 있다.
제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)에는 결합부가 배치될 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)에는 제1 홀과 리세스가 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)에 형성된 제1 홀과 제2 플레이트(230)에 형성된 제1 홀은 서로 대향하여 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)에 형성된 제1 홀의 개수와 제2 플레이트(230)에 형성된 제1 홀의 개수는 같을 수 있다. 제1 플레이트(210)에 형성된 제1 홀에는 열전변환부(100)의 일단이 삽입될 수 있고, 제1 플레이트(210)에 형성된 홀에 대향하여 배치된 제2 플레이트(230)의 제1 홀에는 열전변환부(100)의 타단이 삽입될 수 있다. 제1 홀에 열전변환부가 삽입된 후 리세스에 용접 비드가 배치될 수 있다.
플레이트는 제3 플레이트(250) 및 제4 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 제3 플레이트(250) 및 제4 플레이트(270)는 서로 대향하여 배치될 수 있다. 제3 플레이트(250)는 제4 플레이트(270)에 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 플레이트(250)는 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)와 결합될 수 있다. 제4 플레이트(270)는 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)와 결합될 수 있다. 제1 플레이트(210), 제2 플레이트(230), 제3 플레이트(250) 및 제4 플레이트(270)가 결합됨으로써 내부 공간이 형성될 수 있다. 제3 플레이트(250) 및 제4 플레이트(270)는 열전변환부(100)가 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)의 제1 홀에 삽입된 후 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)와 결합될 수 있다.
가이드 부재(300)는 챔버(200)와 결합할 수 있다. 가이드 부재(300)는 챔버(200)의 제1 플레이트에 형성된 제2 홀과 결합될 수 있다. 가이드 부재(300)는 열전변환부(100)의 일측 상부면에 배치될 수 있다.
가이드 부재(300)는 케이스(310)와 커버(350)를 포함할 수 있다. 케이스(310)에는 몰딩제를 수용할 수 있는 내구 공간이 형성될 수 있다. 케이스(310)의 상부면은 개방될 수 있다. 케이스(310)의 하부면에는 열전변환부(100)로부터 연장된 배선이 통과할 수 있는 배선홀이 배치될 수 있다. 케이스(310)의 일측면에는 파이프가 배치될 수 있다. 파이프는 제1 플레이트에 형성된 제2 홀에 삽입될 수 있다. 파이프의 내부로 배선홀을 통과한 배선이 통과할 수 있다. 커버(350)는 케이스(310)의 상부면에 배치될 수 있다. 커버(350)는 케이스(310)의 내부 공간에 몰딩 부재가 채워진 후 케이스(310)의 상부면에 결합될 수 있다.
채널커버(500)는 챔버(200)의 외측면에 배치될 수 있다. 채널커버(500)는 챔버(200)의 제1 플레이트 외측면에 배치될 수 있다. 채널커버(500)의 일측에는 가이드 부재(300)의 파이프가 배치될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
배선튜브(400)는 가이드 부재(300)와 정션박스(600) 사이에 배치될 수 있다. 가이드 부재(300)의 파이프를 통과한 와이어가 배선튜브(400) 내부를 통과할 수 있다. 배선튜브(400)를 통과한 와이어는 정션박스(600)로 연결될 수 있다.
정션박스(600)는 채널커버(500)의 일면에 배치될 수 있다. 정션박스(600)는 채널 커버의 외측면에 배치될 수 있다. 정션박스(600)는 튜브를 통과한 와이어와 연결될 수 있다. 정션박스(600)는 와이어를 통해 열전변환부(100)의 열전모듈과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환부의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환부의 분해사시도이다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 배치 개념도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 열전변환부(100)는 덕트(110) 및 덕트(110)의 표면에 배치된 열전모듈(120)을 포함한다. 도시되지 않았으나, 복수의 열전변환부(100)는 소정 간격으로 이격되도록 평행하게 배치되어 발전 시스템을 이룰 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전변환부(100)는, 덕트(110)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체 및 덕트(110)의 외부를 통과하는 제2 유체 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
덕트(110) 내로 유입되는 제1 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 덕트(110)로 유입되는 제1 유체의 온도는 100℃미만, 바람직하게는 50℃미만, 더욱 바람직하게는 40℃미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 덕트(110)를 통과한 후 배출되는 제1 유체의 온도는 덕트(110)로 유입되는 제1 유체의 온도보다 높을 수 있다.
제1 유체는 덕트(110)의 유체 유입구로부터 유입되어 유체 배출구를 통하여 배출된다. 제1 유체의 유입 및 배출을 용이하게 하고, 덕트(110)를 지지하기 위하여, 덕트(110)의 유체 유입구 측 및 유체 배출구 측에는 각각 유입구 플랜지(미도시) 및 배출구 플랜지(미도시)가 더 배치될 수 있다. 또는, 덕트(110)의 제1 면(111), 제1 면(111)에 대향하는 제2 면(112) 및 제1 면(111)과 제2 면(112) 사이의 제3 면(113)에 수직하도록 배치된 제5 면(115)에는 복수의 유체 유입구(미도시)가 형성되고, 제5 면(115)에 대향하는 제6 면(116)에는 복수의 유체 배출구(116-2)가 형성될 수 있다. 복수의 유체 유입구(미도시) 및 복수의 유체 배출구(116-2)는 덕트(110) 내 복수의 유체 통과 관(미도시)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 각 유체 유입구로 유입된 제1 유체는 각 유체 통과 관을 통과한 후 각 유체 배출구(116-2)로부터 배출될 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것이며, 유체 유입구 및 유체 배출구의 개수, 위치, 형상 등이 이로 제한되는 것은 아니다. 덕트(110)에는 하나의 유체 유입구, 하나의 유체 배출구 및 이를 연결하는 유체 통과 관이 형성될 수도 있다.
한편, 제2 유체는 덕트(110)의 외부, 예를 들어 덕트(110)의 외부에 배치된 열전모듈(120)의 히트싱크(122)를 통과한다. 제2 유체는 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생하는 폐열일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 유체의 온도는 100℃이상, 바람직하게는 200℃이상, 더욱 바람직하게는 220℃내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 덕트(110)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 덕트(110)의 외부에 배치된 열전모듈(120)의 히트싱크(122)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 낮은 것을 예로 들어 설명한다. 이에 따라, 본 명세서에서, 덕트(110)는 냉각부라 지칭될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예는 이로 제한되는 것은 아니며, 덕트(110)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 덕트(110)의 외부에 배치된 열전모듈(120)의 히트싱크(122)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 높을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(120)은 열전소자(121) 및 열전소자(121) 상에 배치된 히트싱크(122)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(121)는 도 5 내지 6에 예시된 열전소자(10)의 구조를 가질 수 있다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 열전소자(10)는 제1 기판(11), 제1 전극(12), P형 열전 레그(13), N형 열전 레그(14), 제2 전극(15) 및 제2 기판(16)을 포함한다.
제1 전극(12)은 제1 기판(11)과 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극(15)은 제2 기판(16)과 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(13) 및 복수의 N형 열전 레그(14)는 제1 전극(12) 및 제2 전극(15)에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 전극(12)과 제2 전극(15) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(18-1, 18-2)을 통하여 제1 전극(12) 및 제2 전극(15)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(13)로부터 N형 열전 레그(14)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(14)로부터 P형 열전 레그(13)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 제1 전극(12) 및 제2 전극(15) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(13)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(13)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(14)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(14)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(13) 및 N형 열전 레그(14)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(13) 또는 벌크형 N형 열전 레그(14)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(13) 및 N형 열전 레그(14)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(13) 또는 적층형 N형 열전 레그(14)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(13) 및 N형 열전 레그(14)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(13)와 N형 열전 레그(14)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(14)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(13)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 열전 레그(13) 또는 N형 열전 레그(14)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 명세서에서, 열전 레그는 열전 구조물, 반도체 소자, 반도체 구조물 등으로 지칭될 수도 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, 제1 기판(11)과 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14) 사이에 배치되는 제1 전극(12), 그리고 제2 기판(16)과 P형 열전 레그(13) 및 N형 열전 레그(14) 사이에 배치되는 제2 전극(15)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(12) 또는 제2 전극(15)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 제1 기판(11)과 제2 기판(16)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, 제1 기판(11)과 제2 기판(16)이 금속 기판인 경우, 제1 기판(11)과 제1 전극(12) 사이 및 제2 기판(16)과 제2 전극(15) 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, 제1 기판(11)과 제2 기판(16)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 제1 기판(11)과 제2 기판(16) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 여기서, 두께는 제1 기판(11)으로부터 제2 기판(16)을 향하는 방향에 대한 두께일 수 있으며, 면적은 제1 기판(11)으로부터 제2 기판(16)을 향하는 방향에 수직하는 방향에 대한 면적일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 바람직하게는, 제1 기판(11)의 체적, 두께 또는 면적은 제2 기판(16)의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나 보다 더 크게 형성될 수 있다. 이때, 제1 기판(11)은 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되는 경우, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되는 경우 또는 후술할 열전소자의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 제1 기판(11) 상에 배치되는 경우에 제2 기판(16) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 제1 기판(11)의 면적은 제2 기판(16)의 면적 대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 제1 기판(11)의 면적이 제2 기판(16)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, 제1 기판(11)과 제2 기판(16) 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(13) 또는 N형 열전 레그(14)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 기판(11)과 제2 기판(16) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 실링부재는 제1 기판(11)과 제2 기판(16) 사이에서 제1 전극(12), P형 열전 레그(13), N형 열전 레그(14) 및 제2 전극(15)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(12), P형 열전 레그(13), N형 열전 레그(14) 및 제2 전극(15)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
다시 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전모듈(120)은 열전소자(121) 및 열전소자(121) 상에 배치된 히트싱크(122)를 포함한다. 도 3 내지 도 4에서 덕트(110)의 제1 면(111)에 2개의 열전모듈(120-1, 120-2)이 배치되고, 제2 면(112)에도 2개의 열전모듈(120-3, 120-4)이 배치되는 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 한 표면에 2개 이상의 열전모듈이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 열전소자(121)는 덕트(110)의 표면과 접촉하도록 배치된 제1 기판(11), 제1 기판(11) 상에 배치된 복수의 제1 전극(12), 복수의 제1 전극(12) 상에 배치된 복수의 열전레그(13, 14), 복수의 열전레그(13, 14) 상에 배치된 복수의 제2 전극(15) 및 복수의 제2 전극(15) 상에 배치된 제2 기판(16)을 포함하며, 제2 기판(16) 상에 히트싱크(122)가 배치된다. 그리고, 제1 기판(11)과 복수의 제1 전극(12) 사이 및 복수의 제2 전극(15)과 제2 기판(16) 사이에는 각각 절연층(17)이 더 배치될 수 있다.
이때, 덕트(110) 상에 배치되는 열전소자(121)의 제1 기판은 금속 기판일 수 있고, 금속 기판은 덕트(110)의 표면과 열전달물질(thermal interface material, TIM, 미도시)에 의하여 접착될 수 있다. 금속 기판은 열전달 성능이 우수하므로, 열전소자와 덕트(110) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 금속 기판과 덕트(110)가 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 금속 기판과 덕트(110) 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. 여기서, 금속 기판은 구리 기판, 알루미늄 기판 및 구리-알루미늄 기판 중 하나일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 덕트(110)의 표면에는 복수의 열전모듈(120)이 배치된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 지지부를 이용하여 열전모듈(120)과 덕트(110) 간 접합력을 균일하게 유지하고자 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트의 사시도이다. 도 7은 챔버에 포함된 복수의 플레이트 중 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 도시한 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 챔버는 복수의 플레이트를 포함할 수 있다. 복수의 플레이트는 제1 플레이트(210) 및 제2 플레이트(230)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(210)는 챔버의 전면에 배치되고, 제2 플레이트(230)는 챔버의 후면에 배치될 수 있다. 챔버의 전면이란 본 발명의 실시예에 따른 발전장치를 기준으로 정션박스가 배치되는 방향을 의미할 수 있고, 챔버의 후면이란 전면에 대향하는 방향을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(230)는 서로 대향하여 배치될 수 있다.
제1 플레이트(210)는 결합부를 포함할 수 있다. 결합부는 제1 홀(212) 및 리세스를 포함할 수 있다.
제1 홀(212)은 일방향으로 긴 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(212)은 챔버의 상부면에서 하부면 방향으로 형성된 막대 형상일 수 있다. 제1 홀(212)은 제1 플레이트(210)의 제1면에서 제2면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제1 홀(212)은 제1 플레이트(210)의 제2면에서 제1면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 제1면은 챔버의 외측면을 의미할 수 있고, 제1 플레이트(210)의 제2면은 챔버의 내측면을 의미할 수 있다.
리세스는 제1 홀(212)의 에지를 따라 배치될 수 있다. 리세스는 제1 리세스 및 제2 리세스를 포함할 수 있다. 제1 리세스는 제1 홀(212)의 에지 중 제1 플레이트(210)의 제1면에 배치될 수 있다. 제2 리세스는 제1 홀(212)의 에지 중 제1 플레이트(210)의 제2면에 배치될 수 있다. 즉, 제1 리세스는 챔버의 외측면에 배치될 수 있고, 제2 리세스는 챔버의 내측면에 배치될 수 있다.
제1 홀(212)에는 열전변환부가 삽입될 수 있다. 제1 홀(212)에는 열전변환부의 일부가 삽입될 수 있다. 제1 홀(212)은 복수일 수 있다. 복수의 제1 홀(212)은 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다.
제1 플레이트(210)는 제2 홀(214) 및 제3 홀(216)을 포함할 수 있다.
제2 홀(214)은 원 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 홀(214)은 제1 플레이트(210)의 제1면에서 제2면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제2 홀(214)은 제1 플레이트(210)의 제2면에서 제1면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 제1면은 챔버의 외측면을 의미할 수 있고, 제1 플레이트(210)의 제2면은 챔버의 내측면을 의미할 수 있다. 제2 홀(214)에는 가이드 부재에 포함된 파이프가 삽입될 수 있다. 제2 홀(214)은 복수일 수 있다. 복수의 제2 홀(214)은 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다.
제3 홀(216)은 원 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제3 홀(216)은 제1 플레이트(210)의 제1면에서 제2면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제3 홀(216)은 제1 플레이트(210)의 제2면에서 제1면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 제1면은 챔버의 외측면을 의미할 수 있고, 제1 플레이트(210)의 제2면은 챔버의 내측면을 의미할 수 있다. 제3 홀(216)에는 채널 커버, 챔버 및 가이드 부재를 결합하는 나사가 삽입될 수 있다. 제3 홀(216)은 복수일 수 있다. 복수의 제3 홀(216)은 소정의 견격으로 이격 배치될 수 있다.
제2 플레이트(230)는 결합부를 포함할 수 있다. 결합부는 제1 홀(232) 및 리세스를 포함할 수 있다. 결합부는 제1 홀(232) 및 리세스를 포함할 수 있다.
제1 홀(232)을 포함할 수 있다. 제1 홀(232)은 일방향으로 긴 형상일 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(232)은 챔버의 상부면에서 하부면 방향으로 형성된 막대 형상일 수 있다. 제1 홀(232)은 제2 플레이트(230)의 제1면에서 제2면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제1 홀(232)은 제2 플레이트(230)의 제2면에서 제1면으로 관통하여 형성될 수 있다. 제2 플레이트(230)의 제1면은 챔버의 외측면을 의미할 수 있고, 제2 플레이트(230)의 제2면은 챔버의 내측면을 의미할 수 있다.
리세스는 제1 홀(232)의 에지를 따라 배치될 수 있다. 리세스는 제1 리세스 및 제2 리세스를 포함할 수 있다. 제1 리세스는 제1 홀(232)의 에지 중 제1 플레이트(210)의 제1면에 배치될 수 있다. 제2 리세스는 제1 홀(232)의 에지 중 제1 플레이트(210)의 제2면에 배치될 수 있다. 즉, 제1 리세스는 챔버의 외측면에 배치될 수 있고, 제2 리세스는 챔버의 내측면에 배치될 수 있다.
제1 홀(232)에는 열전변환부가 삽입될 수 있다. 제1 홀(232)에는 열전변환부의 일부가 삽입될 수 있다. 제1 홀(232)은 복수일 수 있다. 복수의 제1 홀(232)은 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다.
제2 플레이트(230)의 제1 홀(232)은 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 대향하여 배치될 수 있다. 제2 플레이트(230)에 배치된 복수의 제1 홀(232)은 제1 플레이트(210)에 배치된 복수의 제1 홀(212)에 대응하여 배치될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 통해 본 발명의 실시예에 따른 결합부를 상세하게 살펴보도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 결합부의 사시도이고, 도 9는 결합부의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이고, 도 10은 결합부의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 8에 도시된 제1 플레이트(210)를 제1 방향(A-A’)에 따라 절단한 경우, 결합부는 도 9와 같이 도시될 수 있다. 여기서, 제1 방향(A-A’)은 챔버의 하단면에 수평한 방향일 수 있다. 제1 방향(A-A’)은 발전장치의 하단면에 수평한 방향일 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제1 방향(A-A’)에 따라 절단하여 결합부(211)를 살펴보면, 결합부(211)는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제1 홀(212)과 제1 리세스(213-1)가 배치될 수 있다. 제1 영역(211-1)은 제1 홀(212)의 측면을 따라 제1 리세스(213-1)가 배치될 수 있다. 제1 리세스(213-1)는 소정의 형상을 가질 수 있다. 도 9에서, 제1 리세스(213-1)는 직선면의 형상으로 표현되었으나 이에 한정되지 않는다. 제1 리세스(213-1)는 곡선면의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 제1 리세스(213-1)는 요철 형상을 가질 수도 있다. 제1 영역(211-1)은 제1 방향(A-A’)으로 제1 폭(w1)을 가진 제1 개구(open1) 및 제1 방향(A-A’) 으로 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 제1면에 배치될 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 외측면에 배치될 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제1 홀(212)이 배치될 수 있다. 제2 영역(211-2)은 제1 방향(A-A’)으로 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)와 제1 방향(A-A’)으로 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제2 개구(open2)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제1 홀(212)과 제2 리세스(213-2)가 배치될 수 있다. 제3 영역(211-3)은 제1 홀(212)의 측면을 따라 제2 리세스(213-2)가 배치될 수 있다. 제2 리세스(213-2)는 소정의 형상을 가질 수 있다. 도 9에서, 제2 리세스(213-2)는 직선면의 형상으로 표현되었으나 이에 한정되지 않는다. 제2 리세스(213-2)는 곡선면의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 제2 리세스(213-2)는 요철 형상을 가질 수도 있다. 제3 영역(211-3)은 제1 방향(A-A’)으로 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)와 제1 방향(A-A’)으로 제1 폭(w1)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제4 개구(open4)는 제1 플레이트(210)의 제2면에 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 제2면은 제1 플레이트(210)의 제1면에 대향하는 면일 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 내측면에 배치될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제1 방향(A-A’)으로 제1 영역(211-1)의 평균 폭은 제1 방향(A-A’)으로 제2 영역(211-2)의 평균 폭보다 클 수 있다. 제2 영역(211-2)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭은 제1 영역(211-1)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭보다 작을 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭은 제2 영역(211-2)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭보다 클 수 있다. 제2 영역(211-2)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭은 제3 영역(211-3)의 제1 방향(A-A’)으로의 평균 폭보다 작을 수 있다.
제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 경사는 직선면의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 곡선면의 형태일 수도 있다. 제1 영역(211-1)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제2 방향(B-B’)에 따라 절단하여 결합부를 살펴보면, 결합부는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제1 홀(212)과 제1 리세스(213-1)가 배치될 수 있다. 제1 영역(211-1)은 제1 홀(212)의 측면을 따라 제1 리세스(213-1)가 배치될 수 있다. 제1 리세스(213-1)는 소정의 형상을 가질 수 있다. 도 9에서, 제1 리세스(213-1)는 직선면의 형상으로 표현되었으나 이에 한정되지 않는다. 제1 리세스(213-1)는 곡선면의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 제1 리세스(213-1)는 요철 형상을 가질 수도 있다. 제1 영역(211-1)은 제2 방향(B-B’)으로 제3 폭(w3)을 가진 제1 개구(open1) 및 2 방향으로 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 제1면에 배치될 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 외측면에 배치될 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제1 홀(212)이 배치될 수 있다. 제2 영역(211-2)은 제2 방향(B-B’)으로 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)와 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제2 개구(open2)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제1 홀(212)과 제2 리세스(213-2)가 배치될 수 있다. 제3 영역(211-3)은 제1 홀(212)의 측면을 따라 제2 리세스(213-2)가 배치될 수 있다. 제2 리세스(213-2)는 소정의 형상을 가질 수 있다. 도 9에서, 제2 리세스(213-2)는 직선면의 형상으로 표현되었으나 이에 한정되지 않는다. 제2 리세스(213-2)는 곡선면의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 제2 리세스(213-2)는 요철 형상을 가질 수도 있다. 제3 영역(211-3)은 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)와 제2 방향(B-B’)으로의 제3 폭(w3)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제4 개구(open4)는 제1 플레이트(210)의 제2면에 배치될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 제2면은 제1 플레이트(210)의 제1면에 대향하는 면일 수 있다. 제1 개구(open1)는 제1 플레이트(210)의 내측면에 배치될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제1 영역(211-1)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭은 제2 영역(211-2)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭보다 클 수 있다. 제2 영역(211-2)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭은 제1 영역(211-1)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭보다 작을 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭은 제2 영역(211-2)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭보다 클 수 있다. 제2 영역(211-2)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭은 제3 영역(211-3)의 제2 방향(B-B’)으로의 평균 폭보다 작을 수 있다.
제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제1 영역(211-1)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다.
제2 플레이트의 경우에도 상기 설명한 제1 플레이트와 동일할 수 있는바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 11 내지 도 13을 통해 결합부와 열전변환부의 결합 형태를 살펴보도록 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트와 열전변환부의 부분 사시도이고, 도 12는 제1 플레이트와 열전변환부의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이고, 도 13은 제1 플레이트와 열전변환부의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 11에 도시된 것처럼, 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 열전변환부(100)의 일부가 삽입된 상태에서 제1 방향(A-A’)에 따라 절단한 경우, 결합부와 열전변환부(100)는 도 12와 같이 도시될 수 있다. 여기서, 제1 방향(A-A’)은 챔버의 하단면에 수평한 방향일 수 있다. 제1 방향(A-A’)은 발전장치의 하단면에 수평한 방향일 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제1 방향(A-A’)에 따라 절단한 경우, 결합부는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 구체적으로 열전변환부(100)에 포함된 덕트(110)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 열전변환부(100)에 포함된 열전모듈(120)은 결합부에 삽입되지 않을 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제1 방향(A-A’)으로 제1 폭(w1)을 가진 제1 개구(open1) 및 제1 방향(A-A’)으로 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다. 제1 영역(211-1)에는 열전변환부(100)가 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 삽입되므로, 열전변환부(100)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2)과 같을 수 있다.
제1 개구(open1)의 제1 폭(w1)과 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2)이 서로 상이하므로, 제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제1 영역(211-1)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 제1 홀(212)의 제1 영역(211-1)에 열전변환부(100)가 배치되더라도 제1 리세스(a1, a2)에는 빈 공간이 형성될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)와 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제1 개구(open1)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 열전변환부(100)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2) 및 제3 개구(open3)의 제2 폭(w2)과 같을 수 있고, 제2 영역(211-2)의 측벽은 경사가 없을 수 있으므로, 제2 영역(211-2)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에는 제1 영역(211-1)과 달리 홈이 없을 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)와 제1 방향(A-A’)으로의 제1 폭(w1)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제4 개구(open4)의 제1 폭(w1)과 제3 개구(open3)의 제2 폭(w2)이 서로 상이하므로, 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 제1 홀(212)의 제3 영역(211-3)에 열전변환부(100)가 배치되더라도 제3 영역(211-3)의 제2 리세스(b1, b2)에는 빈 공간이 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 것처럼, 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 열전변환부(100)의 일부가 삽입된 상태에서 제2 방향(B-B’)에 따라 절단한 경우, 제1 플레이트(210)와 열전변환부(100)는 도 13과 같이 도시될 수 있다. 여기서, 제2 방향(B-B’)은 제1 방향(A-A’)에 수직한 방향일 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제2 방향(B-B’)에 따라 절단한 경우, 결합부는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 구체적으로 열전변환부(100)에 포함된 덕트(110)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제2 방향(B-B’)으로 제3 폭(w3)을 가진 제1 개구(open1) 및 제2 방향(B-B’)으로 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다. 제1 영역(211-1)에는 열전변환부(100)가 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 결합부의 제1 홀(212)에 삽입되므로, 열전변환부(100)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4)과 같을 수 있다.
제1 개구(open1)의 제3 폭(w3)과 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4)이 서로 상이하므로, 제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제1 영역(211-1)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 결합부의 제1 영역(211-1)에 열전변환부(100)가 배치되더라도 제2 방향(B-B’)으로 제1 영역(211-1)의 측벽과 열전변환부(100) 사이의 제1 리세스(c1, c2)에는 빈 공간이 형성될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)와 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제1 개구(open1)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 열전변환부(100)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4) 및 제3 개구(open3)의 제3 폭(w3)과 같을 수 있고, 제2 영역(211-2)의 측벽은 경사가 없을 수 있으므로, 제2 영역(211-2)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에는 제1 영역(211-1)과 달리 홈이 없을 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)와 제2 방향(B-B’)으로의 제3 폭(w3)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제4 개구(open4)의 제3 폭(w3)과 제3 개구(open3)의 제4 폭(w4)이 서로 상이하므로, 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 결합부의 제3 영역(211-3)에 열전변환부(100)가 배치되더라도 제3 영역(211-3)의 측벽과 열전변환부(100) 사이의 제2 리세스(d1, d2)에는 빈 공간이 형성될 수 있다.
제2 플레이트의 경우에도 상기 설명한 제1 플레이트와 동일할 수 있는바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 14 내지 도 16을 통해 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 결합 형태를 살펴보도록 한다.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 부분 사시도이고, 도 15는 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 제1 방향(A-A’)에 따른 부분 단면도이고, 도 16은 제1 플레이트, 열전변환부 및 용접 비드의 제2 방향(B-B’)에 따른 부분 단면도이다.
도 14에 도시된 것처럼, 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 열전변환부(100)의 일부가 삽입된 상태에서 제1 방향(A-A’)에 따라 절단한 경우, 제1 플레이트(210)와 열전변환부(100)는 도 15와 같이 도시될 수 있다. 여기서, 제1 방향(A-A’)은 챔버의 하단면에 수평한 방향일 수 있다. 제1 방향(A-A’)은 발전장치의 하단면에 수평한 방향일 수 있다.
도 15를 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제1 방향(A-A’)에 따라 절단한 경우, 결합부는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 구체적으로 열전변환부(100)에 포함된 덕트(110)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 열전변환부(100)에 포함된 열전모듈(120)은 제1 홀(212)에 삽입되지 않을 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제1 방향(A-A’)으로 제1 폭(w1)을 가진 제1 개구(open1) 및 제1 방향(A-A’)으로 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다. 제1 영역(211-1)에는 열전변환부(100)가 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 삽입되므로, 열전변환부(100)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2)과 같을 수 있다.
제1 개구(open1)의 제1 폭(w1)과 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2)이 서로 상이하므로, 제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제1 영역(211-1)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다.
제1 영역(211-1)의 측벽과 열전변환부(100) 사이의 제1 리세스에는 제1 용접 비드(220)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 용접 비드(220)는 덕트의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 제1 용접 비드(220)가 제1 영역(211-1)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에 형성된 홈에 배치됨에 따라, 제1 용접 비드(220)는 제1 플레이트(210) 및 열전변환부(100)와의 접촉 면적이 넓어질 수 있다. 이로 인해 제1 플레이트(210)와 열전변환부(100) 사이의 결합력이 향상될 수 있으며, 챔버의 내부와 외부 사이의 밀폐력이 향상될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 용접 비드(220)는 챔버의 외측면으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스 뿐만 아니라 제1 리세스의 외부로 돌출되도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 용접 비드9220)는 챔버의 외측면을 기준으로 미돌출되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스의 외부로 돌출되지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스 내에만 배치될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제2 개구(open2)와 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제1 개구(open1)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 열전변환부(100)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제2 폭(w2) 및 제3 개구(open3)의 제2 폭(w2)과 같을 수 있고, 제2 영역(211-2)의 측벽은 경사가 없을 수 있으므로, 제2 영역(211-2)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에는 제1 영역(211-1)과 달리 홈이 없을 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제1 방향(A-A’)으로의 제2 폭(w2)을 가진 제3 개구(open3)와 제1 방향(A-A’)으로의 제1 폭(w1)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제4 개구(open4)의 제1 폭(w1)과 제3 개구(open3)의 제2 폭(w2)이 서로 상이하므로, 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제1 방향(A-A’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 리세스와 달리 제3 리세스(b1, b2)에는 제1 용접 비드(220)가 배치되지 않을 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 따르면, 제2 리세스(b1, b2)에도 제1 용접 비드(220)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(211-2)에서 제1 플레이트의 측벽과 덕트의 측면 사이에 소정의 간격이 형성되어 있는 경우, 제1 리세스에 제1 용접 비드(220)가 배치되는 과정에서 상기 소정의 간격을 통해 제2 리세스로 제1 용접 비드(220)가 배치될 수도 있다.
도 14에 도시된 것처럼, 제1 플레이트(210)의 제1 홀(212)에 열전변환부(100)의 일부가 삽입된 상태에서 제2 방향(B-B’)에 따라 절단한 경우, 제1 플레이트(210)와 열전변환부(100)는 도 16과 같이 도시될 수 있다. 여기서, 제2 방향(B-B’)은 제1 방향(A-A’)에 수직한 방향일 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 플레이트(210)를 제2 방향(B-B’)에 따라 절단한 경우, 결합부는 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)으로 구분될 수 있다. 열전변환부(100)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 구체적으로 열전변환부(100)에 포함된 덕트(110)의 일부는 결합부의 제1 영역(211-1), 제2 영역(211-2) 및 제3 영역(211-3)에 배치될 수 있다. 열전변환부(100)에 포함된 열전모듈(120)은 제1 홀(212)에 삽입되지 않을 수 있다.
제1 영역(211-1)은 제2 방향(B-B’)으로 제3 폭(w3)을 가진 제1 개구(open1) 및 제2 방향(B-B’)으로 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)를 포함할 수 있다. 제1 개구(open1)와 제2 개구(open2)는 서로 연통될 수 있다. 제1 영역(211-1)에는 열전변환부(100)가 배치될 수 있다. 열전변환부(100)는 결합부의 제1 홀(212)에 삽입되므로, 열전변환부(100)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4)과 같을 수 있다.
제1 개구(open1)의 제3 폭(w3)과 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4)이 서로 상이하므로, 제1 영역(211-1)을 둘러싼 측벽은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제1 영역(211-1)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제1 개구(open1)에서 제2 개구(open2)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 제1 홀(212)의 제1 영역(211-1)에 열전변환부(100)가 배치되더라도 제2 방향(B-B’)으로 제1 영역(211-1)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에 홈이 형성될 수 있다. 제2 방향(B-B’)에서 제1 영역(211-1)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에 형성된 홈에는 제1 용접 비드(220)가 배치될 수 있다. 용접 비드(220)가 제1 리세스에 배치됨에 따라, 제1 용접 비드(220)는 제1 플레이트(210) 및 열전변환부(100)와의 접촉 면적이 넓어질 수 있다. 이로 인해 제1 플레이트(210)와 열전변환부(100) 사이의 결합력이 향상될 수 있으며, 챔버의 내부와 외부 사이의 밀폐력이 향상될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 용접 비드(220)는 챔버의 외측면으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스 뿐만 아니라 제1 리세스의 외부로 돌출되도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 용접 비드(220)는 챔버의 외측면을 기준으로 미돌출되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스의 외부로 돌출되지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 용접 비드(220)는 제1 리세스 내에만 배치될 수 있다.
제2 영역(211-2)은 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제2 개구(open2)와 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)를 포함할 수 있다. 제2 영역(211-2)에 포함된 제2 개구(open2)는 제1 영역(211-1)에 포함된 제1 개구(open1)일 수 있다. 따라서, 제2 영역(211-2)은 제1 영역(211-1)으로부터 연장될 수 있다. 제2 개구(open2)와 제3 개구(open3)는 서로 연통될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 열전변환부(100)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제2 개구(open2)의 제4 폭(w4) 및 제3 개구(open3)의 제3 폭(w3)과 같을 수 있고, 제2 영역(211-2)의 측벽은 경사가 없을 수 있으므로, 제2 영역(211-2)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에는 제1 영역(211-1)과 달리 홈이 없을 수 있다.
제3 영역(211-3)은 제2 방향(B-B’)으로의 제4 폭(w4)을 가진 제3 개구(open3)와 제2 방향(B-B’)으로의 제3 폭(w3)을 가진 제4 개구(open4)를 포함할 수 있다. 제3 영역(211-3)에 포함된 제3 개구(open3)는 제2 영역(211-2)에 포함된 제3 개구(open3)일 수 있다. 따라서, 제3 영역(211-3)은 제2 영역(211-2)으로부터 연장될 수 있다. 제3 개구(open3)와 제4 개구(open4)는 서로 연통될 수 있다.
제4 개구(open4)의 제3 폭(w3)과 제3 개구(open3)의 제4 폭(w4)이 서로 상이하므로, 제3 영역(211-3)을 둘러싼 측벽은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 경사가 형성될 수 있다. 제3 영역(211-3)의 제2 방향(B-B’)으로의 폭은 제4 개구(open4)에서 제3 개구(open3)로 향하는 방향으로 작아질 수 있다. 제1 리세스와 달리 제3 영역(211-3)의 측벽과 열전변환부(100) 사이에 형성된 제2 리세스(d1, d2)에는 제1 용접 비드(220)가 배치되지 않을 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 따르면, 제2 리세스(b1, b2)에도 제1 용접 비드(220)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(211-2)에서 제1 플레이트의 측벽과 덕트의 측면 사이에 소정의 간격이 형성되어 있는 경우, 제1 리세스에 제1 용접 비드가 배치되는 과정에서 상기 소정의 간격을 통해 제2 리세스로 제1 용접 비드가 배치될 수도 있다.
제2 플레이트의 경우에도 상기 설명한 제1 플레이트와 동일할 수 있는바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 덕트를 나타낸 도면이고, 도 18은 단위 덕트 사이의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 덕트(110)는 복수의 단위 덕트를 포함할 수 있다. 복수의 단위 덕트는 인접한 단위 덕트와 일면이 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 덕트(110-1)와 제2 단위 덕트(110-2)는 일면이 접촉하고, 제2 단위 덕트(110-2)와 제3 단위 덕트(110-3)는 일면이 접촉하고, 제3 단위 덕트(110-3)와 제4 단위 덕트(110-4)는 일면이 접촉할 수 있다. 복수의 단위 덕트 중 최외각에 배치된 단위 덕트는 챔버의 결합부에 결합될 수 있다.
복수의 단위 덕트는 인접한 단위 덕트와 접촉하는 일면에 요철 형상이 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 덕트(110-1)는 제2 단위 덕트(110-2)와 결합하는 일면에 요철 형상이 구현될 수 있다. 제2 단위 덕트(110-2)는 제3 단위 덕트(110-3)와 결합하는 일면 및 제1 단위 덕트(110-1)와 결합하는 일면에 요철 형상이 구현될 수 있다.
복수의 단위 덕트는 인접한 단위 덕트와 결합하기 위하여 일면에 형성된 요철 형상이 서로 맞물리도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 덕트(110-1)에서 제2 단위 덕트(110-2)와 결합되는 일면의 요철 형상은 제2 단위 덕트(110-2)에서 제1 단위 덕트(110-1)와 결합되는 일면의 요철 형상과 서로 맞물리도록 구현될 수 있다. 이를 통해, 단위 덕트간 조립의 편의성 및 정확성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 단위 덕트간 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 단위 덕트는 일면이 접촉하여 형성된 이음부를 따라 제2 용접 비드(222)가 배치될 수 있다. 제2 용접 비드(222)는 단위 덕트 사이의 이음부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 18을 참조하면, 제2 용접 비드(222)는 제2 단위 덕트(110-2)와 제3 단위 덕트(110-3)가 결합됨에 따라 형성된 이음부에 배치될 수 있다. 제2 용접 비드(222)는 이음부 및 이음부에 인접한 단위 덕트의 표면에 배치될 수 있다. 제2 용접 비드(222)는 이음부를 따라 배치되되 이음부에 인접한 단위 덕트의 표면까지 연장될 수 있다. 단위 덕트들이 요철 형상의 맞물림을 통해 결합되더라도 덕트 내 유체 통과 관의 유체가 압력에 의해 덕트 외부로 유출될 수 있는바, 단위 덕트 간 이음부의 결합력을 높일 필요가 있다. 본 발명은 이음부를 제2 용접 비드(222)로 둘러쌈으로서 상기 문제점을 해결할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 단위 덕트, 열전 모듈 및 실드 부재의 결합 평면도를 나타낸 도면이다.
도 19에 도시된 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 단위 덕트의 일면에는 복수의 열전소자(120-1 내지 120-6) 및 실드 부재(130)가 배치될 수 있다. 단위 덕트의 전면에는 복수의 열전소자(120-1 내지 120-6) 및 실드 부재(130)가 배치될 수 있다. 단위 덕트의 후면에는 복수의 열전소자(120-1 내지 120-6) 및 실드 부재(130)가 배치될 수 있다. 실드 부재(130)는 단위 덕트와 동일한 길이를 가질 수 있으며, 복수의 열전소자(120-1 내지 120-6)가 노출될 수 있도록 대응하는 위치에 개구가 형성될 수 있다.
실드 부재(130)에는 복수의 체결홀이 형성될 수 있으며, 실드 부재(130)의 체결홀은 단위 덕트 일면에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7)과 대응할 수 있다. 즉, 단위 덕트 전면 및 후면 각각에 복수의 체결홀(h1 내지 h7)이 배치될 수 있다. 실드 부재(130)의 복수의 체결홀과 단위 덕트의 복수의 체결홀(h1 내지 h7)을 관통하는 나사를 통해 실드 부재(130)와 단위 덕트가 결합될 수 있다.
단위 덕트에 형성된 복수의 체결홀(h1 내지 h7)은 서로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 체결홀(h1)과 제2 체결홀(h2) 사이의 거리는 제2 체결홀(h2)과 제3 체결홀(h3) 사이의 거리와 동일할 수 있다.
단위 덕트에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7) 중 단위 덕트의 제1 결합면에 최인접한 체결홀(h1)과 제1 결합면 사이의 거리(w6)는 복수의 체결홀(h1 내지 h7) 사이의 간격(w5)보다 작을 수 있다(w6<w5). 단위 덕트에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7) 중 단위 덕트의 제2 결합면에 최인접한 체결홀(h7)과 제2 결합면 사이의 거리(w7)는 복수의 체결홀(h1 내지 h7) 사이의 간격(w5)보다 클 수 있다(w7>w5). 즉, 단위 덕트의 일면에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7)은 단위 덕트의 길이 방향으로 서로 비대칭적으로 배치될 수 있다. 이와 같이, 단위 덕트의 일면에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7)은 단위 덕트의 길이 방향으로 서로 비대칭적으로 배치됨에 따라, 단위 덕트의 전면과 후면에 배치된 복수의 체결홀(h1 내지 h7) 또한 비대칭적으로 배치될 수 있다. 이를 통해, 단위 덕트의 두께가 얇더라도 실드 부재(130)와 단위 덕트 간의 결합력을 강화시킬 수 있는 장점이 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 열전모듈과 유체유동부 간 접합력을 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.
100 : 열전변환부
200 : 챔버
300 : 가이드 부재
400 : 배선튜브
500 : 채널커버
600 : 정션박스

Claims (11)

  1. 덕트, 및 상기 덕트의 적어도 일면에 배치된 복수의 열전모듈을 포함하는 열전변환부; 및
    상기 열전변환부가 배치되는 내부 공간 및 상기 열전변환부와 결합되는 결합부를 포함하는 챔버;를 포함하고,
    상기 결합부는,
    상기 내부 공간에 대향하는 외측면에 배치된 제1 리세스(recess)를 포함하는 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리세스에 배치되는 제1 용접 비드;를 포함하는 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 리세스는,
    상기 결합부의 외측면에서 내측면 방향으로 경사가 형성되는 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 용접 비드는,
    상기 덕트의 측면을 감싸도록 배치되는 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 용접 비드의 일부는,
    상기 챔버의 외측면으로부터 돌출되도록 배치되는 발전장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 용접 비드는,
    상기 챔버의 외측면을 기준으로 미돌출되도록 배치되는 발전장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 결합부는,
    내측면에 배치된 제2 리세스를 포함하는 발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 용접 비드는,
    상기 제2 리세스에 배치되는 발전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 덕트는,
    복수의 단위 덕트를 포함하고,
    상기 복수의 단위 덕트는,
    인접한 단위 덕트와 일면이 접촉하며, 상기 일면이 접촉하여 형성된 이음부를 따라 제2 용접 비드가 배치되는 발전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    단위 덕트는, 복수의 체결홀을 포함하며,
    인접한 단위 덕트와 접촉하는 제1 결합면과 복수의 체결홀 중 상기 제1 결합면에 최인접한 체결홀 사이의 거리는 복수의 체결홀 사이의 거리보다 작은 발전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    인접한 단위 덕트와 접촉하는 제2 결합면과 복수의 체결홀 중 상기 제2 결합면에 최인접한 체결홀 사이의 거리는 상기 복수의 체결홀 사이의 거리보다 작은 발전장치.
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