KR20220091940A - Structure of thermoelectric module for thermoelectric generator using wasted heat of fuel cell - Google Patents

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주성재
손지희
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Abstract

In accordance with a purpose of the present invention, provided is a thermoelectric module combination structure for a thermoelectric generation apparatus using waste heat of a fuel cell, capable of securing heat transfer characteristics as well as mechanical stability, and improving the amount of heat absorption in a high-temperature part. To achieve the purpose, in accordance with the present invention, the thermoelectric module combination structure for a thermoelectric generation apparatus using waste heat of a fuel cell comprises: a base including a polygonal hollow part therein; a plurality of thermoelectric modules including a low-temperature part and a high-temperature part, and having the low-temperature part attached to the inner surface of the hollow part of the base; and a plurality of pin parts placed in the hollow part, and attached to the high-temperature part of the thermoelectric modules. The waste heat of the fuel cell is introduced from an upper end of the hollow part to be discharged to a lower end thereof, and the low-temperature part of the thermoelectric modules and the inner surface of the hollow part of the base and the high-temperature part of the thermoelectric modules and the pin parts are individually attached to each other through binders.

Description

연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체{Structure of thermoelectric module for thermoelectric generator using wasted heat of fuel cell}Structure of thermoelectric module for thermoelectric generator using wasted heat of fuel cell

본 발명은 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체에 관한 것으로 더욱 상세하게는 열전달 특성이 우수한 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell, and more particularly, to a thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell having excellent heat transfer characteristics.

일반적으로 연료전지란 전기화학반응에 의해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 그 기본 원리는 화석연료를 개질하여 얻은 수소나, 별도로 제조된 순수한 수소를 촉매를 이용하여 공기중의 산소와 반응시켜 전기에너지를 생성하고, 추가하여 열과 수증기도 생성된다.In general, a fuel cell is a device that directly converts the chemical energy of a fuel into electrical energy through an electrochemical reaction. It reacts with oxygen in it to generate electrical energy, and in addition, heat and water vapor are also generated.

상기와 같은 특성을 갖는 연료전지는 현재 사용하는 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물형(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고체고분자형(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 등 크게 네 가지 방식으로 나눌 수 있다.The fuel cell having the above characteristics is a phosphoric acid type (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), a molten carbonate type (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), and a solid oxide type (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) depending on the type of electrolyte currently used. ) and solid polymer type (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell), it can be divided into four main methods.

상기의 연료전지는 전기 생성을 위해서 가동하는 경우에도 별도의 열이 발생하므로, 발생된 열을 활용하기 위한 다양한 방식들이 제안되었다.Since the fuel cell generates separate heat even when it is operated to generate electricity, various methods for utilizing the generated heat have been proposed.

예를 들면 공개특허 제2006-0066436호에는 연료전지 및 수소 개질기와; 하나 이상의 압축기, 사방밸브, 실외열교환기, 팽창 장치, 실내열교환기로 이루어진 히트 펌프식 냉동사이클을 이용한 냉난방 장치와; 상기 연료전지와 수소 개질기에서 회수된 폐열을 상기 냉난방 장치의 압축기의 흡입쪽 냉매 라인에 제공하여 냉매의 온도를 높이는 냉매 가열수단을 포함하여 구성되어 연료전지에서 발생된 폐열을 건물의 냉난방으로 활용하는 방식이 개시되어 있다.For example, Patent Publication No. 2006-0066436 discloses a fuel cell and a hydrogen reformer; a heating and cooling device using a heat pump type refrigeration cycle comprising at least one compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, an expansion device, and an indoor heat exchanger; It comprises a refrigerant heating means for increasing the temperature of the refrigerant by providing the waste heat recovered from the fuel cell and the hydrogen reformer to the refrigerant line on the suction side of the compressor of the cooling and heating device, so that the waste heat generated from the fuel cell is used for heating and cooling of the building. A method is disclosed.

한편, 상기 연료전지 방식 중 고체산화물형(SOFC) 연료전지는 건물용 또는 분사전원용으로 주로 활용되고 있으며, 높은 발전 효율을 갖는 장점이 있으며, 정상 작동 중에는 750℃ 이상의 반응열이 발생하고, 이로 인해 250~350℃의 반응폐열이 발생하여 복합발전으로 활용할 수 있는 추가적인 장점이 있다.On the other hand, among the fuel cell methods, the SOFC fuel cell is mainly used for buildings or injection power, has the advantage of high power generation efficiency, and generates reaction heat of 750° C. or more during normal operation. Reaction waste heat of ~350℃ is generated, which has an additional advantage that it can be used as a combined cycle power plant.

일반적인 고체산화물 연료전지의 폐열은 개질기와 유입공기 그리고 별도의 온수를 가열하는 용도로 활용된 후 외부로 배출되나, 외부로 배출되는 폐가스의 온도 역시 대략 150℃ 정도로 추가적으로 활용할 가능성이 있다.The waste heat of a general solid oxide fuel cell is used for heating the reformer, inlet air, and separate hot water and then discharged to the outside, but the temperature of the waste gas discharged to the outside is also likely to be additionally utilized at about 150°C.

한편, 열전발전 장치는 열전모듈의 제베크 효과를 통해 폐열로부터 전기에너지를 발생시키는 장치이다.On the other hand, the thermoelectric power generation device is a device for generating electrical energy from waste heat through the Seebeck effect of the thermoelectric module.

이러한 열전발전 장치는 폐열이 배출되는 폐열배출부를 따라 복수 개의 열전모듈의 고온부를 밀착시키고 열전모듈의 저온부의 온도를 외기 또는 냉각을 통하여 온도차를 유지하여 전기를 생성 시키는 방식이 적용된다.The thermoelectric power generation device uses a method of generating electricity by closely contacting the high-temperature parts of the plurality of thermoelectric modules along the waste heat discharging part from which the waste heat is discharged and maintaining the temperature difference of the low-temperature parts of the thermoelectric modules through external air or cooling.

따라서, 상기와 같은 연료전지에서 생성되어 버려지는 150℃ 가량의 폐열에 연전모듈에 의한 열전발전을 적용하는 경우, 연료전지의 높은 에너지 효율을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, it is expected that high energy efficiency of the fuel cell can be obtained when thermoelectric power generation by the fuel cell module is applied to the waste heat of about 150° C. generated and discarded by the fuel cell as described above.

한편, 열전발전 장치는 복수의 열전모듈을 포함하여 구성되며, 상기 열전모듈의 일면은 고온부와 접촉하고, 타면은 저온부와 접촉하여 양자의 온도차에 의하여 기전력을 발생시키며, 양자의 온도차를 열전발전 장치의 효율을 향상시키기 위한 핵심 요소 중 하나이다.On the other hand, the thermoelectric power generation device is configured to include a plurality of thermoelectric modules, and one surface of the thermoelectric module is in contact with a high temperature part, and the other surface is in contact with a low temperature part to generate an electromotive force by the temperature difference between the two, and the temperature difference between the thermoelectric power generation device It is one of the key factors to improve the efficiency of

그러나 열전모듈과 각 온도부는 통상 열전도 특성을 향상시키기 위하여 열전도성 수지를 도포된 상태에서 양자를 압착하여 접촉 결합이 수행되어 기계적인 파손이 발생할 우려가 있고, 또한 고온부에 도포된 열전도성 수지의 경우에는 일정시간이 지난 후에 열화되는 문제점이 있다.However, the thermoelectric module and each temperature part are usually contact-bonded by compressing them in a state in which a thermal conductive resin is applied to improve thermal conductivity properties, so that mechanical damage may occur. has a problem of deterioration after a certain period of time.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 열전달 특성뿐만 아니라 기계적 안정성을 확보하고, 고온부에서의 흡열량을 향상시킬 수 있는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised for the above needs, and to provide a thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat of a fuel cell that can secure mechanical stability as well as heat transfer characteristics and improve heat absorption at a high temperature part. for that purpose

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체에 있어서, 내부에 다각형 형상의 중공부를 포함하는 베이스; 저온부와 고온부를 포함하며, 상기 베이스 중공부 내면에 저온부가 부착되는 복수의 열전모듈; 및 상기 중공부 내부에 배치되며, 상기 열전모듈의 고온부에 부착되는 복수의 핀부를 포함하며, 연료전지의 폐열은 상기 중공부의 상단에서 유입되어 하단으로 배출되며, 상기 열전모듈의 저온부와 상기 베이스 중공부 내면 및 상기 열전모듈의 고온부와 상기 핀부는 각각 바인더를 매개로 서로 부착되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell, comprising: a base including a polygonal hollow part therein; a plurality of thermoelectric modules including a low-temperature part and a high-temperature part, wherein the low-temperature part is attached to an inner surface of the hollow base; and a plurality of fins disposed inside the hollow part and attached to the high temperature part of the thermoelectric module, wherein waste heat of the fuel cell is introduced from the upper end of the hollow part and discharged to the lower end, and the low temperature part of the thermoelectric module and the base hollow The inner surface of the sub, the high temperature part of the thermoelectric module, and the fin part are respectively attached to each other through a binder.

바람직하게는, 상기 바인더는 열전도성 수지가 함침된 그라파이트 시트인 것을 특징으로 한다.Preferably, the binder is a graphite sheet impregnated with a thermally conductive resin.

더욱 바람직하게는, 상기 베이스는 내부에 냉각수가 유동하는 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the base is characterized in that it includes a cooling passage through which the cooling water flows therein.

바람직하게는, 상기 핀부는 다각형 형상의 중공부의 각변에 개별적으로 부착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the pin part is characterized in that it is individually attached to each side of the hollow part of the polygonal shape.

더욱 바람직하게는, 상기 핀부는 평판 형태로 상기 열전모듈 고온부에 부착되는 핀저부와 상기 핀저부에 일정한 간격으로 연장 형성되는 복수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the fin part comprises a fin bottom part attached to the high temperature part of the thermoelectric module in a flat plate shape and a plurality of fins extending at regular intervals from the fin bottom part.

더욱 바람직하게는, 상기 핀부는 상기 핀저부에 연장되어 형성되는 사각형부와 상기 사각형부에 연장 형성되는 삼각형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the pin portion is characterized in that it comprises a rectangular portion formed extending from the bottom of the pin and a triangular portion extending and formed in the rectangular portion.

더욱 바람직하게는, 상기 핀부는 상기 베이스의 상단에서 하방향으로 진행될 수록 핀의 높이를 달리하는 경사면을 포함한는 것을 특징으로 한다.More preferably, the fin part is characterized in that it includes an inclined surface with a different height of the fin as it progresses downward from the upper end of the base.

바람직하게는, 상기 냉각유로의 끝단에는 각각의 냉각유로를 연통하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, an end of the cooling flow path further comprises a connection pipe communicating with each cooling flow path.

바람직하게는, 상기 외면부는 상기 중공부와 동일한 형태의 다각형인 것을 특징으로 한다.Preferably, the outer surface portion is characterized in that the polygon has the same shape as the hollow portion.

본 발명에 따른 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체는 다각형 형상의 중공을 갖는 베이스와 상기 베이스 내면에 일면이 부착되는 복수의 열전모듈과 상기 열전모듈의 타면에 부착되는 복수의 핀부를 포함하여 구성되며, 연료전지의 폐가스가 상기 핀부와 열교환되어 상기 핀부는 열전모듈의 고온부로 작용하고, 상기 베이스는 별도로 공급되는 냉각수에 의하여 냉각되어 열전모듈의 저온부로 작용하며, 상기 열전모듈과 핀부 및 베이스의 접촉 부분에 열전도성 수지를 함침한 그라파이트 시트를 적용하여 고온 열화특성 개선 및 기계적 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to the present invention includes a base having a hollow polygonal shape, a plurality of thermoelectric modules having one surface attached to the inner surface of the base, and a plurality of pins attached to the other surface of the thermoelectric module and a part, wherein waste gas of the fuel cell exchanges heat with the fin part, so that the fin part acts as a high temperature part of the thermoelectric module, and the base is cooled by cooling water supplied separately to act as a low temperature part of the thermoelectric module, and the thermoelectric module and By applying a graphite sheet impregnated with a thermally conductive resin to the contact portion of the fin and the base, there is an effect of improving the high-temperature deterioration characteristics and securing mechanical stability.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체가 적용되는 열전발전 장치의 외형을 나타내는 사시도이며,
도 2는 도 1에 열전모듈이 부착되는 부분의 절개도이며,
도 3은 도 1에 도시된 핀부를 나타내는 절개도이며,
도 4는 도 1에서 평면도이며,
도 5는 도 1에서 복수의 핀부가 배치되는 절개도이며,
도 6은 도 1의 핀부의 다른 실시예이며,
도 7은 도 2의 열전모듈의 부착 구조이며,
도 8은 시험을 위한 열전발전 장치의 실 제작품의 외형도이며,
도 9는 도 8의 시험 실시 상태의 설명도이며,
도 10은 도 8의 결과 그래프이다.1 is a perspective view showing the external appearance of a thermoelectric power generation device to which a thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power device using fuel cell waste heat according to the present invention is applied;
2 is a cutaway view of a part to which the thermoelectric module is attached in FIG. 1;
Figure 3 is a cut-away view showing the pin shown in Figure 1,
Figure 4 is a plan view in Figure 1,
5 is a cutaway view in which a plurality of pin parts are disposed in FIG. 1;
Figure 6 is another embodiment of the pin portion of Figure 1,
7 is an attachment structure of the thermoelectric module of FIG. 2;
8 is an external view of the actual product of the thermoelectric generator for the test,
9 is an explanatory view of the test implementation state of FIG.
FIG. 10 is a graph of the results of FIG. 8 .

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시예의 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 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but between each component another component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

본 발명에 따른 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체는 SOFC형태의 연료전지 장치에 적용되며, 특히 대략 150℃ 내외의 폐열을 이용하여 발전하는 것을 특징으로 한다. 필요한 경우, 150℃ 내외의 폐열이 발생하는 어떤 장치에도 적용 가능하다.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to the present invention is applied to an SOFC type fuel cell device, and in particular, it is characterized in that power is generated using waste heat of about 150° C. If necessary, it can be applied to any device that generates waste heat at around 150°C.

본 발명에 따른 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체가 적용되는 열전발전 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 중공의 기둥 형상의 베이스(10)와 상기 베이스(10) 내측에 일면이 부착되는 복수의 열전모듈(40), 상기 각 열전모듈(40)의 타면에 부착되는 복수의 핀부(60)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1 , the thermoelectric power generation device 100 to which the thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power device using fuel cell waste heat according to the present invention is applied has a hollow columnar base 10 and the base 10 , as shown in FIG. 1 . It is configured to include a plurality of thermoelectric modules 40 having one surface attached to the inside, and a plurality of fin parts 60 attached to the other surface of each thermoelectric module 40 .

먼저 상기 베이스(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 육각형의 중공부(11)와 육각형의 외면부(12)를 포함하여 구성된다.First, the base 10 is configured to include a hexagonal hollow part 11 and a hexagonal outer surface part 12, as shown in FIG.

물론 상기 육각형은 필요한 경우, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 다른 다각형 형태로 구성될 수 있다.Of course, the hexagon may be configured in a triangular, quadrangular, pentagonal or other polygonal shape, if necessary.

또한, 상기 중공부(11)는 다각형으로 구성되고 외면부(12)는 원형 형태로도 구성될 수 있다.In addition, the hollow part 11 may be configured in a polygonal shape and the outer surface part 12 may be configured in a circular shape.

또한, 상기 베이스(10)의 단면 형상은 높이 방향으로 동일한 형태로 구성되는 것이 제작 측면에서 유리하여 바람직하다.In addition, it is preferable in terms of manufacturing that the cross-sectional shape of the base 10 is configured to have the same shape in the height direction.

또한, 상기 베이스(10)는 열전달율이 우수한 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 필요한 경우, 제작의 편리를 위하여 각면이 분리되는 다수의 분리판을 사전에 제작한 후, 제조된 분리판들을 볼트 등을 이용하여 서로 조립하여 전체 베이스(10)를 제작하는 형태로 구현될 수 있다. 이때 상기 분리판들에는 볼트 결합을 위한 별도의 복수의 홀들을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, it is preferable that the base 10 is made of a metal material with excellent heat transfer rate, and if necessary, a plurality of separator plates each side of which are separated for convenience of manufacture are manufactured in advance, and then the manufactured separator plates are bolted or the like. It can be implemented in the form of manufacturing the entire base 10 by assembling each other using In this case, the separation plates may be configured to include a plurality of separate holes for bolting.

한편, 상기 베이스(10)의 내부에는 수직 방향으로 형성되는 복수의 냉각유로(20)가 형성되어 있으며, 상기 냉각유로(20)는 한면에 적어도 2개가 형성되어 내부의 냉각수가 서로 반대 방향으로 유동하도록 구성한다.On the other hand, a plurality of cooling passages 20 formed in a vertical direction are formed inside the base 10, and at least two cooling passages 20 are formed on one surface so that the cooling water therein flows in opposite directions. configure to do

또한 상기 냉각유로(20)의 상하 끝단에는 'U'자 형의 연결관(21)이 서로 결합하고, 이중 하나의 냉각유로(20)에는 냉각수가 유입되고, 또 다른 하나의 냉각유로(20)에는 냉각수가 배출된다.In addition, a 'U'-shaped connection pipe 21 is coupled to the upper and lower ends of the cooling passage 20, and cooling water flows into one of the cooling passages 20, and the other cooling passage 20 cooling water is discharged.

즉, 상기 베이스(10)에 냉각수가 유입되어 전체 베이스(10)를 순환한 후, 냉각수가 유출되도록 상기 냉각유로(20)와 연결관(21)을 배치하는 것이 바람직하다.That is, it is preferable to arrange the cooling passage 20 and the connection pipe 21 so that the cooling water flows into the base 10 and circulates through the entire base 10 , and then the cooling water flows out.

이때 유입되는 냉각수의 온도는 외기와 연동되며, 통상 10℃ 내지 25℃ 정도로 설정되는 것이 바람직하며, 냉각수의 유량은 유출되는 냉각수가 5℃ 내외로 상승할 정도로 설정하는 것이 바람직하며, 상기 냉각수의 온도 범위에서 상기 베이스(10)가 대략 25℃ 내외의 온도를 유지할 경우, 적절한 저온부 역할을 한다.At this time, the temperature of the incoming cooling water is interlocked with the outside air, and it is usually preferably set to about 10°C to 25°C, and the flow rate of the cooling water is preferably set to such a degree that the outgoing cooling water rises to around 5°C, and the temperature of the cooling water When the base 10 maintains a temperature of about 25° C. in the range, it serves as an appropriate low-temperature part.

여기서 연료전지의 폐열은 가스 형태이므로, 상기 베이스(10)의 중공부(11)의 상단에서 유입되어 하단으로 배출된다.Here, since waste heat of the fuel cell is in the form of gas, it is introduced from the upper end of the hollow part 11 of the base 10 and discharged to the lower end.

한편, 상기 베이스(10) 중공부(11) 내면에는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 열전모듈(40)이 부착된다.Meanwhile, as shown in FIG. 2 , a plurality of thermoelectric modules 40 are attached to the inner surface of the hollow part 11 of the base 10 .

상기 열전모듈(40)은 사각형 형상의 평판으로 구성되고, 일면은 저온부(41)이고 타면은 고온부(42) 역할을 한다.The thermoelectric module 40 is composed of a rectangular flat plate, one surface serving as a low-temperature portion 41 and the other surface serving as a high-temperature portion 42 .

즉, 상기 저온부(41)를 저온영역에 부착하고, 상기 고온부(42)를 고온 영역에 부착하는 경우, 상기 고온부와 저온부의 온도차에 의하여 기전력이 생성되며, 복수의 열전모듈(40)을 전기적으로 적절히 연결하여 필요한 전압을 얻는다.That is, when the low temperature part 41 is attached to the low temperature region and the high temperature part 42 is attached to the high temperature region, an electromotive force is generated by the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part, and the plurality of thermoelectric modules 40 are electrically connected to each other. Connect properly to obtain the required voltage.

한편, 상기 열전모듈(40)의 저온부(41)가 상기 베이스(10)의 내면에 부착되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(10)의 한면에 길이 방향으로 복수개 설치할 수 있으나, 다른 크기 또는 다른 면적의 열전모듈(40)의 경우에는 상기와 달리 배치할 수 있다. 이때는 적어도 상기 베이스(10)의 한면에 모두 배치될 수 있는 크기로 설정하는 것이 바람직하다.On the other hand, the low-temperature part 41 of the thermoelectric module 40 is attached to the inner surface of the base 10, and as shown in FIG. 2, a plurality of them may be installed on one side of the base 10 in the longitudinal direction, but different sizes Alternatively, the thermoelectric module 40 having a different area may be disposed differently from the above. In this case, it is preferable to set the size to be at least disposed on one side of the base 10 .

한편, 상기 열전모듈(40)의 고온부(42)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 핀부(60)가 부착된다.Meanwhile, as shown in FIG. 3 , a fin part 60 is attached to the high temperature part 42 of the thermoelectric module 40 .

상기 핀부(60)는 평판 형태의 핀저부(61)와 상기 핀저부(61)에서 수직으로 연장되는 복수의 핀(62)을 포함하여 구성된다.The pin part 60 is configured to include a flat pin bottom part 61 and a plurality of pins 62 extending vertically from the pin bottom part 61 .

상기 복수의 핀(62)은 사각형의 핀저부(61)에서 중앙선을 기준으로 대칭으로 구성되며, 양끝단이 가장 짧은 길이이고, 중앙이 가장 긴 길이이며, 나머지의 길이는 선형적으로 변하도록 구성하는 것이 바람직하다.The plurality of pins 62 are configured symmetrically with respect to the center line in the rectangular pin bottom portion 61, both ends having the shortest length, the center having the longest length, and the remaining lengths being linearly changed. It is preferable to do

즉, 핀(62)의 단면 형상은 사각형부(64)와 상기 사각형부(64)에 연장되는 삼각형부(65)를 포함하는 형태이며, 상기 핀(62)과 핀(62) 사이는 일정한 폭의 간격(66)을 가진다.That is, the cross-sectional shape of the pin 62 includes a rectangular portion 64 and a triangular portion 65 extending from the rectangular portion 64 , and there is a constant width between the pin 62 and the pin 62 . has an interval 66 of

상기 간격(66)을 통하여 고온의 배가스가 유동하고, 유동하는 배가스와 열교환에 의하여 상기 핀부(60) 전체가 가열된다.A high-temperature exhaust gas flows through the gap 66 , and the entire fin part 60 is heated by heat exchange with the flowing exhaust gas.

여기서 상기 핀부(60)는 열전달율이 높은 금속으로 구성되는 것이 바람직하며, 특히 알루미늄으로 구성하는 경우, 열전달율과 무게 측면에서 유리하다.Here, the fin part 60 is preferably made of a metal having a high heat transfer rate, and in particular, when made of aluminum, it is advantageous in terms of heat transfer rate and weight.

상기 핀부(60)는 상기 베이스(10) 중공부(11)의 한면에 폭 방향으로 하나가 배치되는 형태로 구성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the pin part 60 is configured in such a way that one is disposed on one side of the hollow part 11 of the base 10 in the width direction.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 육각형으로 상기 중공부(11)가 형성되는 경우 6개의 동일한 핀부(60)가 배치될 수 있다.That is, as shown in FIG. 4 , when the hollow part 11 is formed in a hexagonal shape, six identical fin parts 60 may be disposed.

만약 삼각형이나 사각형 형태로 상기 중공부(11)를 구성하는 경우 역시 3개의 핀부(60) 또는 4개의 핀부(60)가 배치될 수 있다.If the hollow portion 11 is formed in a triangular or quadrangular shape, three pin portions 60 or four pin portions 60 may also be disposed.

한편, 상기 핀부(60)는 베이스(10)의 높이 방향으로는 도 5에 도시된 바와 같이 복수개가 배치되도록 핀부(60)의 길이를 설정할 수 있다.Meanwhile, the length of the pin unit 60 may be set such that a plurality of the pin units 60 are disposed in the height direction of the base 10 as shown in FIG. 5 .

한편, 필요한 경우 상기 핀부(60)의 핀(62)은 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스(10)의 높이 방향에 따라 핀(62)의 높이를 선형적으로 변경하여 경사면(69)이 형성되는 형태로 구성할 수 있다.On the other hand, if necessary, the fin 62 of the fin part 60 linearly changes the height of the fin 62 according to the height direction of the base 10 to form an inclined surface 69 as shown in FIG. 6 . It can be configured in the form

즉, 상단에서 상기 핀(62)은 사각형부(64)와 일부의 삼각형부(65)만 형성되고, 하방향으로는 삼각형부(65)의 높이가 선형적으로 증가하는 형태로 구성될 수 있다.That is, at the top of the pin 62, only a rectangular portion 64 and a partial triangular portion 65 are formed, and the height of the triangular portion 65 may be linearly increased in the downward direction. .

상기와 같은 구성은 상단으로 유입되는 배가스가 하방향으로 이동할 수록 접촉 면적이 증가되므로, 베이스(10) 높이에 따른 핀부(60)의 온도 차이를 줄일 수 있는 효과를 제공하는 장점이 있다.The above configuration has the advantage of providing an effect of reducing the temperature difference of the fin part 60 according to the height of the base 10 because the contact area increases as the exhaust gas flowing into the top moves downward.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 열전모듈(40)의 고온부(42)와 상기 핀부(60)의 핀저부(61)의 일면은 별도의 바인더(50)에 의하여 서로 접촉 결합한다.Meanwhile, as shown in FIG. 7 , one surface of the high temperature part 42 of the thermoelectric module 40 and the fin bottom 61 of the fin part 60 are contact-coupled to each other by a separate binder 50 .

또한 상기 열전모듈(40)의 저온부(41)와 상기 베이스(10) 내면의 일면 역시 별도의 바인더(70)에 의하여 서로 접촉 결합한다.In addition, the low temperature part 41 of the thermoelectric module 40 and one surface of the inner surface of the base 10 are also contact-coupled to each other by a separate binder 70 .

상기 바인더(70)는 두 부재의 계면을 서로 접촉하여 연결하는 것으로, 열전도성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.The binder 70 connects the interface of the two members in contact with each other, and it is preferable to use a material having excellent thermal conductivity.

통상 열전달 특성 향상을 위해서는 열전도성 수지(thermal grease)를 주로 사용하나, 본 발명에서는 그라파이트 시트에 열전도성 수지를 함침하여 사용한다.In general, thermal grease is mainly used to improve heat transfer properties, but in the present invention, the graphite sheet is impregnated with the thermal conductive resin and used.

여기서 그라파이트 시트는 필요한 경우 복수의 층으로 사용할 수 있으며, 열전도성 수지가 함침된 상태에서 바인더(70)의 두께는 두 부재의 특성에 따라 적절히 선택할 수 있다.Here, the graphite sheet may be used in a plurality of layers if necessary, and the thickness of the binder 70 in the state in which the thermal conductive resin is impregnated may be appropriately selected according to the characteristics of the two members.

특히 그라파이트 시트는 높은 열전도성을 가지므로, 열전모듈(40)과 저온부 및 고온부와의 열전도 측면에서 매우 유리한 효과를 제공한다.In particular, since the graphite sheet has high thermal conductivity, it provides a very advantageous effect in terms of heat conduction between the thermoelectric module 40 and the low temperature part and the high temperature part.

한편, 도 8에 도시된 실제품에서 상기 바인더(70)를 열전도성 수지, 그라파이트 그리고 열정도성 수지가 함침된 그라파이트 시트로 각각 형성하여 도 9와 같이 동일한 온도 조건으로 발전하여 전력을 생산하였다.Meanwhile, in the actual product shown in FIG. 8 , the binder 70 was formed of a graphite sheet impregnated with a thermally conductive resin, graphite, and a thermally conductive resin, respectively, and power was generated under the same temperature condition as in FIG. 9 .

그 결과 도 10에 도시된 바와 같이, 열전도성 수지가 함침된 그라파이트 시트를 이용하여 바인더(70)를 구성한 예에서 가장 높은 발전 효율을 나타내었다.As a result, as shown in FIG. 10 , the highest power generation efficiency was exhibited in the example in which the binder 70 was formed using the graphite sheet impregnated with the thermally conductive resin.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only an embodiment for implementing the thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, but is claimed in the claims below. Without departing from the gist of the present invention, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that it can be implemented with various modifications by any person skilled in the art to which the present invention belongs.

10: 베이스 11: 중공부
12: 외면부 20: 냉각유로
21: 연결관 40: 열전모듈
41: 저온부 42: 고온부
60: 핀부 61: 핀저부
62: 핀 64: 사각형부
65: 삼각형부 66: 간격
69: 경사면 70: 바인더
100: 열전발전 장치10: Base 11: Hollow
12: outer surface 20: cooling passage
21: connector 40: thermoelectric module
41: low temperature part 42: high temperature part
60: pin portion 61: pin bottom portion
62: pin 64: square part
65: triangular part 66: gap
69: inclined surface 70: binder
100: thermoelectric generator

Claims (9)

연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체에 있어서,
내부에 다각형 형상의 중공부를 포함하는 베이스;
저온부와 고온부를 포함하며, 상기 베이스 중공부 내면에 저온부가 부착되는 복수의 열전모듈; 및
상기 중공부 내부에 배치되며, 상기 열전모듈의 고온부에 부착되는 복수의 핀부를 포함하며,
연료전지의 폐열은 상기 중공부의 상단에서 유입되어 하단으로 배출되며,
상기 열전모듈의 저온부와 상기 베이스 중공부 내면 및 상기 열전모듈의 고온부와 상기 핀부는 각각 바인더를 매개로 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.In the thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using fuel cell waste heat,
a base including a polygonal hollow part therein;
a plurality of thermoelectric modules including a low-temperature part and a high-temperature part, wherein the low-temperature part is attached to an inner surface of the hollow base; and
It is disposed inside the hollow part and includes a plurality of fin parts attached to the high temperature part of the thermoelectric module,
Waste heat of the fuel cell is introduced from the upper end of the hollow part and discharged to the lower end,
The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell, characterized in that the low temperature part of the thermoelectric module and the inner surface of the base hollow part, and the high temperature part and the fin part of the thermoelectric module are respectively attached to each other through a binder. 청구항 1에 있어서, 상기 바인더는 열전도성 수지가 함침된 그라파이트 시트인 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 1, wherein the binder is a graphite sheet impregnated with a thermal conductive resin. 청구항 2에 있어서, 상기 베이스는 내부에 냉각수가 유동하는 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 2, wherein the base includes a cooling passage through which coolant flows therein. 청구항 2에 있어서, 상기 핀부는 다각형 형상의 중공부의 각변에 개별적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 2, wherein the fin part is individually attached to each side of the polygonal hollow part. 청구항 4에 있어서, 상기 핀부는 평판 형태로 상기 열전모듈 고온부에 부착되는 핀저부와 상기 핀저부에 일정한 간격으로 연장 형성되는 복수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric power generation device using fuel cell waste heat according to claim 4, wherein the fin part comprises a fin bottom part attached to the high temperature part of the thermoelectric module in a flat plate shape, and a plurality of fins extending at regular intervals on the fin bottom part. Thermoelectric module coupling structure. 청구항 5에 있어서, 상기 핀부는 상기 핀저부에 연장되어 형성되는 사각형부와 상기 사각형부에 연장 형성되는 삼각형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 5, wherein the fin part includes a rectangular part extending from the bottom of the fin and a triangular part extending from the rectangular part. 청구항 6에 있어서, 상기 핀부는 상기 베이스의 상단에서 하방향으로 진행될 수록 핀의 높이를 달리하는 경사면을 포함한는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 6, wherein the fin part includes an inclined surface that has a different height of the fin as it progresses downward from the upper end of the base. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로의 끝단에는 각각의 냉각유로를 연통하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 1, further comprising a connection pipe communicating with each cooling passage at an end of the cooling passage. 청구항 1에 있어서, 상기 외면부는 상기 중공부와 동일한 형태의 다각형인 것을 특징으로 하는 연료전지 폐열을 이용한 열전발전 장치용 열전모듈 결합 구조체.The thermoelectric module coupling structure for a thermoelectric power generation device using waste heat from a fuel cell according to claim 1, wherein the outer surface portion has a polygonal shape having the same shape as that of the hollow portion.
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