KR20240052206A - 폐열 회수 발전 장치 - Google Patents

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김재관
곽기곤
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 폐열 회수 발전 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치는 배기가스가 배기되는 배기관에 연결되고, 배기가스가 유동할 수 있는 제1 가스 유로가 내부에 형성되는 하우징; 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로를 두르도록 하우징의 내부에서 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 열전 발전 모듈; 및 제1 가스 유로와 제2 가스 유로 사이를 유동하는 배기가스의 흐름을 안내하기 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 제2 가스 유로와 배기관 사이를 선택적으로 연통시키기 위한 바이패스 유로를 제공하는 가이드 부재를 포함한다.

Description

폐열 회수 발전 장치{WASTE HEAT RECOVERY POWER GENERATION APPARATUS}
본 발명은 폐열 회수 발전 장치에 대한 것이다.
일반적으로, 선박의 추진용 엔진이나 선박의 발전용 엔진에서 연료가 연소되면서 발생하는 열 에너지 중 대략 50% 정도는 각각 추진이나 발전에 사용되지만, 나머지는 거의 대부분 배기가스의 형태로 소비된다.
이와 같이 배기가스의 형태로 배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려지는 열에 해당하는 바, 배기가스의 폐열이라고 일컬어진다. 그러므로, 외부로 배출되는 배기가스의 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면, 그 만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로, 선박에서 소모되는 전체 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다.
한편, 최근 유가 상승 및 환경 규제 강화에 따라, 친환경 선박 개발의 필요성이 부각되고 있다. 이에 따라, 기존에 버려지던 배기가스의 폐열을 회수함으로써, 선박의 연비를 향상시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 열역학 사이클 방식이나 열전발전 방식을 이용하여 배기가스의 폐열을 회수하고, 회수된 배기가스의 폐열로 전기를 생산하는 기술이 개발된 바 있다.
하지만, 열역학 사이클 방식의 경우, 배기가스의 폐열 회수율을 높일 수 있는 반면, 장치가 복잡해지고 규모가 대형화됨에 따라, 공간적 제약이 크다는 문제가 있다. 반면, 열전발전 방식의 경우, 공간적 제약은 작지만, 배기가스의 폐열 회수율이 낮다는 문제가 있다.
따라서, 공간적 제약없이 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 기술에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 공간적 제약없이 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 회수된 배기가스의 폐열을 이용하여 발전을 수행할 수 있는 폐열 회수 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스가 배기되는 배기관에 연결되고, 상기 배기가스가 유동할 수 있는 제1 가스 유로가 내부에 형성되는 하우징; 상기 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로를 두르도록 상기 하우징의 내부에서 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 열전 발전 모듈; 및 상기 제1 가스 유로와 상기 제2 가스 유로 사이를 유동하는 상기 배기가스의 흐름을 안내하기 위해, 상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 제2 가스 유로와 상기 배기관 사이를 선택적으로 연통시키기 위한 바이패스 유로를 제공하는 가이드 부재를 포함하는, 폐열 회수 발전 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는 상기 제2 가스 유로의 유로 중심에 위치되는 꼭지점부; 상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 바이패스 유로를 제공하도록 상기 제2 가스 유로의 외경 라인을 따라 연장 형성되는 가이드 지지부; 및 상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 슬로프면을 제공하고, 상기 가이드 지지부에 폴딩 가능하게 장착되어, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개폐하는 폴딩 도어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는 상기 제2 가스 유로의 유로 중심에 위치되는 꼭지점부; 상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 바이패스 유로를 제공하도록 상기 제2 가스 유로의 외경 라인을 따라 연장 형성되는 가이드 지지부; 상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공하고, 상기 가이드 지지부의 적어도 일부에 장착되는 고정 도어부; 및 상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공하고, 상기 가이드 지지부를 따라 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 가이드 지지부의 나머지 일부에 장착되어, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개폐하는 슬라이딩 도어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는 상기 폴딩 도어부의 적어도 일면에 굴곡지거나 요철형상 또는 볼텍스 제너레이터(vortex generator) 형상으로 형성되는 볼텍스 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단위 열전 발전 모듈은, 일 방향으로 연장 형성되고, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로가 내측에 구비되는 발전 몸체; 및 상기 발전 몸체의 외측에 결합되고, 상기 발전 몸체의 연장 방향을 따라 이격 배치되는 복수의 열전 소자를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 상기 단위 열전 발전 모듈은, 상기 제2 가스 유로를 형성하는 제1 단위 열전 발전부; 및 상기 제1 단위 열전 발전부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 적어도 하나의 제2 단위 열전 발전부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공간적 제약없이 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 회수된 배기가스의 폐열을 이용하여 발전을 수행할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하우징에서 입출되는 유동을 부드럽게 유도하여 배압을 줄일 수 있고, 하우징 내 배기가스의 유입시, 난류를 유도함으로써, 발전효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배기가스를 바이패스시킬 수 있는 바이패스 유로를 제공함으로써, 배기가스의 바이패스를 위한 별도의 바이패스 장치가 불필요하고, 배기관 내 배기가스의 안정적인 배기를 구현할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 폐열 회수 발전 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 가이드 부재를 도시한 사시도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 부재의 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 변형예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 8은 도 1의 폐열 회수 발전 장치의 단위 열전 발전 모듈을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치를 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10의 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 가이드 부재를 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가이드 부재의 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치를 도시한 사시도이다.
도 16은 도 15의 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 17는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 내부를 도시한 정면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 폐열 회수 발전 장치의 단위 열전 발전 모듈의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 20는 도 19의 "B-B" 선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 일측, 타측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀 둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 배기가스의 온도와 냉각매체의 온도의 차이를 이용하여 전기를 생산하는 열전 발전이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 이를 위해, 하우징(10)은 배기가스가 배기되는 배기관(2)에 설치될 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 배기관(2)을 통해 배기되는 배기가스가 선박의 연소기관에서 연료가 연소되면서 발생하는 배기가스인 경우를 일 예로 들어 설명하나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 배기관(2)을 따라 유동하는 가스는 선박의 연소기관에서 연료가 연소되면서 발생하는 배기가스에 한정되는 것이 아니라, 소정 온도의 폐열이 발생하는 설비에서 배출되는 다양한 종류의 폐가스일 수도 있다.
하우징(10)은 내부가 비어 있는 통 형상으로 구비될 수 있다. 하우징(10)의 비어 있는 내부 공간은 배기관(2)을 따라 유동하는 배기가스가 유입되어 유동하는 공간으로 활용되거나, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 배치되는 공간으로도 활용될 수 있다.
배기관(2)의 배기가스는 하우징(10)의 하부를 통해 유입되어 하우징(10)의 상부를 통해 배출될 수 있다. 하우징(10)의 하부로 유입된 배기가스는 하우징(10)의 내부에 열을 방출한 후, 하우징(10)의 상부로 배출될 수 있다. 배기가스에서 방출된 열은 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)로 전달되어 열전 발전을 수행하는데 활용될 수 있다.
하우징(10)의 단면적은 배기관(2)의 단면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에, 배기관(2)으로부터 하우징(10)의 내부로 유입된 배기가스의 유동 속도가 감소할 수 있다. 달리 말하면, 배기가스가 통과하는 하우징(10)의 단면적이 배기관(2)의 단면적보다 크기 때문에, 배기관(2)을 유동하는 배기가스의 유동 속도에 비해 하우징(10)의 내부를 유동하는 배기가스의 유동 속도가 느려질 수 있다. 이렇게 하우징(10)의 내부에서 배기가스의 유동 속도가 감소됨으로써, 배기가스에서 방출된 열에 대한 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 열 흡수율이 높아질 수 있다.
하우징(10)의 하측에는 제1 가이드(12)가 제공될 수 있다. 제1 가이드(12)는 후술할 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 배열에 의해 형성되는 내부 공간인 제2 가스 유로(21)와 배기관(2)을 연통시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 가이드(12)는 배기관(2)과 실질적으로 동일한 단면 형상으로 구비될 수 있다. 제1 가이드(12)에 의해 배기관(2)과 제2 가스 유로(21)가 연통되면, 배기관(2)을 따라 유동하는 배기가스가 하우징(10)의 내부에 형성되는 제2 가스 유로(21)로 유입되는 것이 제1 가이드(12)에 의해 가이드될 수 있다. 달리 말해서, 배기관(2)의 배기가스가 제1 가스 유로(11)로 유입되는 것이 아니라 제1 가이드(12)에 의해 후술할 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 형성하는 제2 가스 유로(21)로 바로 유입될 수 있다.
하우징(10)의 상측에는 제2 가이드(13)가 제공될 수 있다. 제2 가이드(13)는 배기관(2)과 실질적으로 동일한 단면 형상으로 구비되어 제1 가스 유로(11)와 배기관(2)을 연통시킬 수 있다. 다만, 단면적이 서로 다른 하우징(10)의 상부와 연결되는 제2 가이드(13)의 연결부위는 경사지게 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(10)의 상부에 연결되는 제2 가이드(13)의 하부 단면적은, 하우징(10)의 상부의 단면적과 동일할 수 있고, 배기관(2)에 연결되는 가이드(13)의 상부 단면적은 배기관의 단면적과 동일할 수 있으며, 가이드(13)의 상부 및 하부를 연결하는 중간부는 상부로 갈수록 단면적이 줄어들게 형성될 수 있다. 제2 가이드(13)에 의해 배기관(2)과 제1 가스 유로(11)가 연통되면, 제2 가스 유로(21)로부터 배출되어 제1 가스 유로(11)를 유동하는 배기가스가 배기관(2)을 통해 배출되는 것이 제2 가이드(13)에 의해 가이드될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로(21)가 내부에 형성되도록 상호 이격 배치될 수 있다. 예컨대, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로(21)를 두르도록 하우징의 내부에서 폭방향으로 상호 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 중 이웃하는 두 개의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스가 제1 가스 유로(11)로 이동할 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 폐곡선 형상으로 배치될 수 있으며, 이러한 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 배치에 의해 폐곡선의 내부에서 외부로 배기가스가 흐를 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 폐곡선 형상으로 배치된 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 사각형 배열을 이룰 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스의 배기 방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 여기서, 배기가스의 배기 방향과 평행한 방향은 배기가스가 유동하는 방향과 평행하게 연장되는 방향을 의미하고, 본 실시예에서, 배기가스의 배기 방향과 평행한 방향은 배기가스가 하우징(10)의 상하방향으로 이동될 때, 배기가스의 배기방향과 대응될 수 있다.
단위 열전 발전 모듈(20)은 일 방향으로 연장 형성되고, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로(221)가 내측에 구비되는 발전 몸체(22), 발전 몸체(22)의 외측에 결합되고, 발전 몸체(22)의 연장 방향을 따라 이격 배치되는 복수의 열전 소자(23) 및 열전 소자(23)의 외측에 결합되는 복수의 열 전달 부재(24)를 포함할 수 있다.
발전 몸체(22)는 복수의 열전 소자(23)가 부착될 수 있는 부착면을 제공할 수 있으며, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로(221)가 내삽될 수 있는 내부 공간을 제공하는 바 형상의 부재로 구비될 수 있다. 발전 몸체(22)의 일 단부는 하우징(10)의 하부 측에 배치되어 하우징(10)의 하부 내측면에 연결될 수 있고, 발전 몸체(22)의 타 단부는 하우징(10)의 상부 측에 배치되어 가이드 부재(30)와 연결될 수 있다.
냉각매체 유로(221)는 발전 몸체(22)의 연장 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 연장 형성될 수 있다. 냉각매체 유로(221)를 따라 유동하는 냉각매체의 배기 방향은 배기가스의 배기 방향과 실질적으로 평행한 방향일 수 있다. 냉각매체는 냉각매체 유로(221) 내에서 배기가스의 배기 방향과 실질적으로 동일한 방향이나 반대 방향으로 유동할 수 있다.
냉각매체 유로(221)를 따라 유동하는 냉각매체에 의해 후술할 열전 소자(23)의 제2 면(232)의 온도가 낮아질 수 있다. 예를 들어, 냉각매체는 냉각수일 수 있으나, 냉각매체의 종류에 이에 한정되는 것은 아니다. 후술할 열전 소자(23)의 제2 면(232)의 온도를 감소시킬 수 있는 다양한 냉각매체가 적용될 수도 있다.
복수의 열전 소자(23)는 발전 몸체(22)의 양면에 구비될 수 있다. 복수의 열전 소자(23)는 서로 직렬 연결되거나, 병렬 연결될 수 있다. 열전 소자(23)는 배기가스와 접하는 제1 면(231) 및 발전 몸체(22)와 접하는 제2 면(232)을 구비할 수 있다.
열전 소자(23)는 일 예로 N형 반도체 소자와 P형 반도체 소자로 이루어질 수 있다. 열전 소자(23)에 전류가 통전된 상태에서 배기가스의 폐열이 제1 면(231)에 전달되고, 냉각매체의 냉열이 제2 면(232)에 전달될 때, 열전 소자(23)는 제백 효과를 통해 전기를 생산할 수 있다.
열전 소자(23)에서 생산되는 전기는 축전지(미도시)에 직류 전기 형태로 저장되었다가 메인 스위치 보드(미도시)로 공급되어 메인 스위치 보드에서 교류 전기로 변환될 수 있다. 본 실시예에서는 5 개의 열전 소자(23)가 발전 몸체(22)의 양면에 각각 부착되고, 발전 몸체(22)의 양면에서 5 개의 열전 소자(23)가 각각 발전 몸체(22)의 연장 방향을 따라 등간격으로 이격 배치되는 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 발전 몸체(22)의 양면에 각각 부착되는 열전 소자(23)의 개수는 발전량을 고려하여 적절하게 변경될 수 있다.
복수의 열 전달 부재(24)는 배기가스의 폐열을 흡수하여 열전 소자(23)의 제1 면(231)에 전달할 수 있다. 복수의 열 전달 부재(24)는 열전 소자(23)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치될 수 있으며, 각각의 열 전달 부재(24)는 열전 소자(23)의 폭 방향으로 연장 형성될 수 있다. 여기서, 방향에 대한 용어를 정의하면, 열전 소자(23)의 길이 방향은 도 8의 y축 방향을 의미하고, 열전 소자(23)의 폭 방향은 도 85의 x축 방향을 의미한다.
열 전달 부재(24)는 구리(Cu)와 같이 열 전달 효율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 편평한 판 형상을 갖는 방열 부재로 구비될 수 있다. 이에, 열 전달 부재(24)와 배기가스와의 접촉 면적이 증대됨에 따라, 열 전달 부재(24)의 열 전달 효율이 향상될 뿐만 아니라, 열 전달 부재(24)에 흡수되는 배기가스의 열 에너지 흡수량도 증가될 수 있다. 열 전달 부재(24)에 의해 열전 소자(23)의 제1 면(231)으로 열이 전달될수록 제1 면(231)과 제2 면(232) 사이의 온도 차가 더욱 커짐에 따라, 열전 소자(23)에서 발생하는 발전 전류량이 극대화될 수 있다.
가이드 부재(30)는 배기관(2)으로부터 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스가 제1 가스 유로(11)로 흐르도록 배기가스를 유도할 수 있다. 달리 말하면, 가이드 부재(30)는 제1 가이드(12)를 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스가 제2 가이드(13) 측으로 바로 배출되지 않도록 하는 배리어의 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 가이드 부재(30)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 형성하는 제2 가스 유로(21)의 상측, 보다 자세하게는, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 상단부에 구비될 수 있다. 여기서, '상측'은 배기가스가 하방에서 상방으로 유동하는 경우를 기준으로 정의된 것으로서, '상측'은 배기가스가 하우징(10)으로부터 배출되는 측이나 이와 연결된 부분을 의미한다.
가이드 부재(30)는 꼭지점부(31), 가이드 지지부(32) 및 폴딩 도어부(33)를 포함할 수 있다. 이러한 가이드 부재(30)는 밑면이 개방된 사면체 형상일 수 있다. 꼭지점부(31)는 폴딩 도어부(33)가 수렴되는 포인트부일 수 있다. 가이드 부재(30)가 단위 열전 발전 모듈(20)의 상단부에 설치될 때, 꼭지점부(31)는 가이드 부재(30)의 상단에 위치될 수 있다.
가이드 지지부(32)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 단부에 설치될 수 있다. 가이드 지지부(32)는 바이패스 유로(를 제공하도록 제2 가스 유로(21)의 외경 라인을 따라 연장 형성될 수 있다. 가이드 지지부(32)에는 폴딩 도어부(33)가 장착될 수 있다.
폴딩 도어부(33)는 꼭지점부를 중심으로 단위 열전 발전 모듈(20)의 단부를 향해 연장되는 슬로프면(33a)을 제공할 수 있다. 슬로프면(33a)은 배기가스의 배기 방향을 향해 경사지게 안내함으로써, 배기가스의 유동 저항을 감소시켜, 배압을 감소시키거나 유동하는 배기가스와 단위 열전 발전 모듈(20) 간의 열전달을 촉진시킬 수 있다.
폴딩 도어부(33)는 가이드 지지부에 폴딩 가능하게 장착됨으로써, 바이패스 유로(를 선택적으로 개폐할 수 있다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 폴딩 도어부(33)는 가이드 지지부(32)를 회전축으로 하여 상하방향으로 회전될 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 폴딩 도어부(33)는 꼭지점부(31)와 바이패스 유로(를 가장 짧은 거리로 연결하는 가상의 연장선을 회전축으로 하여 좌우방향으로 회전될 수 있다. 바이패스 유로(가 폴딩 도어부(33)의 회전에 의해 개방되도록 가이드 부재(30)가 배치될 때, 배기가스의 바이패스를 위한 별도의 바이패스 장치가 불필요하고, 배기관 내 배기가스의 안정적인 배기를 구현할 수 있다. 폴딩 도어부(33)는 별도의 모터에 의해 작동될 수 있다.
그리고 가이드 부재(30)에 의해 제2 가스 유로(21)의 상측이 완전히 커버되게 배치될 때, 제2 가스 유로(21)의 하측으로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)의 상측으로 배출되지 못하고, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 유동될 수 있다.
제2 가스 유로(21)에서 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 배출된 배기가스는 제1 가스 유로(11)로 유입될 수 있다. 제1 가스 유로(11)로 유입된 배기가스는 다시 상방으로 유동하여 제2 가이드(13)를 통해 배기관(2)으로 배출될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 변형예로, 가이드 부재(30)는 볼텍스 돌출부를 더 포함할 수 있다. 볼텍스 돌출부는 슬로프면(33a)에서 굴곡지거나 요철형상 또는 볼텍스 제너레이터(vortex generator) 형상으로 형성될 수 있다. 요철형상의 돌출 구조는 볼텍스 제너레이터 형상의 돌출 구조보다 방열 플레이트부(210) 표면의 파울링(Fouling)이 더 적게 될 수 있고, 볼텍스 제너레이터 형상의 돌출 구조는 요철형상의 돌출 구조보다 볼텍스 제너레이터(vortex generator) 효과가 더 좋을 수 있다. 또한, 볼텍스 돌출부는 슬로프면(33a)에서 수직되는 방향으로 돌출되는 돌기 형상일 수도 있다. 본 실시예에서, 볼텍스 돌출부는 굴곡지거나 요철형상 또는 볼텍스 제너레이터 형상 또는 돌출 형상으로 형성될 수 있지만, 이외에도, 볼텍스 돌출부는 열전도율을 증가시킬 수 있다는 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 폐열 회수 발전 장치(1)는 배기가스가 유동하는 배기가스 배기 경로 상에 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)을 배기가스의 배기 방향과 평행한 방향으로 배치되게 설치함에 따라, 배기가스의 온도 저하 및 배압 감소를 최소화하면서 열전 발전을 수행할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 배기가스의 폐열과 냉각매체 사이의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산함에 따라, 배기가스의 폐열이 효율적으로 회수될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 기존의 배기관에 폐열 회수 발전 장치(1)가 설치되므로, 간소화된 장치가 구현될 수 있고, 공간 활용도가 증대될 수 있으며, 폐열 회수 발전 장치(1)의 설치를 위한 공간 상의 제약이 최소화되는 효과가 있다.
또한, 배기가스를 바이패스시킬 수 있는 바이패스 유로(를 선택적으로 제공할 수 있으므로, 배기가스의 바이패스를 위한 별도의 바이패스 장치가 불필요하고, 배기관 내 배기가스의 안정적인 배기를 구현할 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는, 도 10 및 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다. 도 10 내지 도 13에 도시된 폐열 회수 발전 장치(1)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 제외하면 도 1 내지 도 9을 참조하여 설명한 폐열 회수 발전 장치(1)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로(21)가 내부에 형성되도록 상호 이격 배치될 수 있다. 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 중 이웃하는 두 개의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스가 제1 가스 유로(11)로 이동할 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 폐곡선 형상으로 배치될 수 있으며, 이러한 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 배치에 의해 폐곡선의 내부에서 외부로 배기가스가 흐를 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 폐곡선 형상으로 배치된 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 원형 배열을 이룰 수 있다.
가이드 부재(30)는 꼭지점부(31), 가이드 지지부(32), 고정 도어부(35) 및 슬라이딩 도어부(36)를 포함할 수 있다. 이 가이드 부재(30)는 밑면이 개방된 원뿔 형상일 수 있다.
꼭지점부(31)는 폴딩 도어부(33)가 수렴되는 포인트부일 수 있다. 가이드 부재(30)가 단위 열전 발전 모듈(20)의 상단부에 설치될 때, 꼭지점부(31)는 가이드 부재(30)의 상단에 위치될 수 있다.
가이드 지지부(32)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 단부에 설치될 수 있다. 가이드 지지부(32)는 바이패스 유로(를 제공하도록 제2 가스 유로(21)의 외경 라인을 따라 연장 형성될 수 있다. 가이드 지지부(32)에는 폴딩 도어부(33)가 장착될 수 있다.
고정 도어부(35)는 꼭지점부(31)를 중심으로 단위 열전 발전 모듈(20)의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공할 수 있다. 고정 도어부(35)는 가이드 지지부(32)의 적어도 일부에 장착되어 고정될 수 있다.
슬라이딩 도어부(36)는 꼭지점부를 중심으로 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공할 수 있다. 슬라이딩 도어부(36)는 가이드 지지부(32)를 따라 슬라이딩 이동이 가능하도록 가이드 지지부(32)의 나머지 일부에 장착될 수 있다. 슬라이딩 도어부(36)가 가이드 지지부(32)를 따라 슬라이딩 이동될 때, 바이패스 유로(는 개방될 수 있다. 슬라이딩 도어부(36)는 별도의 모터에 의해 작동될 수 있다.
가이드 부재(30)의 고정 도어부(35) 및 슬라이딩 도어부(36)가 제2 가스 유로(21)의 상측을 완전히 커버할 때, 제2 가스 유로(21)의 하측으로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)의 상측으로 배출되지 못하고, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이사이의 틈을 통해 배출될 수 있다.
제2 가스 유로(21)에서 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 배출된 배기가스는 제1 가스 유로(11)로 유입될 수 있다. 제1 가스 유로(11)로 유입된 배기가스는 다시 상방으로 유동하여 제2 가이드(13)를 통해 배기관(2)으로 배출될 수 있다.
이하에서는, 도 14를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 폐열 회수 발전 장치(1)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 제외하면 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 폐열 회수 발전 장치(1)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 다단으로 배치될 수 있다. 달리 말해서, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 제2 가스 유로(21)를 형성하는 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제1 단위 열전 발전부(201)의 외측을 둘러싸도록 배치되는 적어도 하나의 제2 단위 열전 발전부(202)로 구분될 수 있다.
제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)는 각각 발전 몸체(22), 복수의 열전 소자(23) 및 복수의 열 전달 부재(24)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)로 구분되고, 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)가 제2 가스 유로(21)를 중심으로 순차적으로 다단 배치되면, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 폐열 흡수량이 증대되어 열전 발전 효율이 극대화될 수 있다.
가이드 부재(30)는 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)의 상측에 배치될 수 있다. 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)의 상측에 배치된 가이드 부재(30)는 하우징(10)의 하측에 구비된 제1 가이드(12)를 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스가 상방으로 유동하는 것을 차단할 수 있다.
제2 가스 유로(21)에서 상방으로 유동하는 배기가스의 흐름이 가이드 부재(30)에 의해 차단되면, 제1 단위 열전 발전부(201)의 발전 몸체(22)들 사이사이의 틈을 통해 배기가스가 배출되어 제1 가스 유로(11)로 흐르게 된다. 제1 가스 유로(11)를 따라 상방으로 유동하는 배기가스는 하우징(10)의 상측에 제공되는 제2 가이드(13)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 폐곡선 형상으로 배치되고, 폐곡선 형상으로 배치된 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 사각형 배열을 이루는 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 폐곡선 형상으로 배치되되, 원형 배열을 이루도록 배치될 수도 있다.
이하에서는, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16에 도시된 폐열 회수 발전 장치(1)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 제외하면 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 폐열 회수 발전 장치(1)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기관(2)을 유동하는 배기가스의 배기 방향과 평행한 방향으로 구비될 수 있다. 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로(21)가 내부에 형성되도록 상호 이격 배치될 수 있다. 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 중 이웃하는 두 개의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 제1 가스 유로(11)를 유동하는 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 유입될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 폐곡선 형상으로 배치될 수 있으며, 이러한 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 배치에 의해 폐곡선의 내부에서 외부로 배기가스가 흐를 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 폐곡선 형상으로 배치된 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 사각형 배열을 이룰 수 있다.
단위 열전 발전 모듈(20)은 일 방향으로 연장 형성되고, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로(221)가 내측에 구비되는 발전 몸체(22), 발전 몸체(22)의 외측에 결합되고, 발전 몸체(22)의 연장 방향을 따라 이격 배치되는 복수의 열전 소자(23) 및 열전 소자(23)의 외측에 결합되는 복수의 열 전달 부재(24)를 포함할 수 있다.
가이드 부재(30)는 배기관(2)으로부터 제1 가스 유로(11)로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 흐르도록 유도할 수 있다. 달리 말하면, 가이드 부재(30)는 제2 가이드(13)를 통해 하우징(10)의 내부로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 바로 유입되지 않도록 하는 배리어의 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 가이드 부재(30)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 형성하는 제2 가스 유로(21)의 하측에 구비될 수 있다. 여기서, '하측'은 배기가스가 하방에서 상방으로 유동하는 경우를 기준으로 정의된 것으로서, '하측'은 배기가스가 하우징(10)으로 유입되는 측이나 이와 연결된 부분을 의미한다.
가이드 부재(30)의 슬라이딩 도어부(36)가 가이드 지지부(32)를 따라 슬라이딩 이동될 때, 바이패스 유로(는 개방될 수 있다. 바이패스 유로(의 개방시, 배기관 내 배기가스의 안정적인 배기를 구현할 수 있다.
그리고 가이드 부재(30)의 고정 도어부(35) 및 슬라이딩 도어부(36)가 제2 가스 유로(21)의 상측을 완전히 커버할 때, 제2 가스 유로(21)의 하측으로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)의 상측으로 배출되지 못하고, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이사이의 틈을 통해 배출될 수 있다.
이에, 하우징(10)의 하측에 구비된 제2 가이드(13)를 통해 하우징(10)의 내부로 유입되는 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 공급되지 못하고, 제1 가스 유로(11)를 유동할 수 있다. 제1 가스 유로(11)를 유동하는 배기가스는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이사이의 틈을 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 다음, 제2 가스 유로(21)의 상측을 통해 배출될 수 있다. 제2 가스 유로(21)의 상측으로 배출된 배기가스는 하우징(10)의 상측에 구비된 제1 가이드(!2)를 통해 배기관(2)으로 배출될 수 있다.
이하에서는, 도 17을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 17를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 폐열 회수 발전 장치(1)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 제외하면 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명한 폐열 회수 발전 장치(1)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로(21)가 내부에 형성되도록 상호 이격 배치될 수 있다. 하우징(10)의 하측에 구비된 제2 가이드(13)를 통해 제1 가스 유로(11)로 유입된 배기가스가 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 중 이웃하는 두 개의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 제2 가스 유로(21)로 이동할 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 폐곡선 형상으로 배치될 수 있으며, 이러한 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 배치에 의해 폐곡선의 내부에서 외부로 배기가스가 흐를 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 폐곡선 형상으로 배치된 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 원형 배열을 이룰 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 사이의 틈을 통해 제2 가스 유로(21)로 유입된 배기가스는 다시 상방으로 유동하여 하우징(10)의 상측에 구비된 제1 가이드(12)를 통해 배기관(2)으로 배출될 수 있다.
이하에서는, 도 18을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)에 대하여 설명한다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 발전 장치(1)는 하우징(10), 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 폐열 회수 발전 장치(1)는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 제외하면 도 14를 참조하여 설명한 폐열 회수 발전 장치(1)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 복수의 단위 열전 발전 모듈(20) 및 가이드 부재(30)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 배기가스와 냉각매체의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 하우징(10)의 내부에 구비될 수 있다.
복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 다단으로 배치될 수 있다. 달리 말해서, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)은 제2 가스 유로(21)를 형성하는 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제1 단위 열전 발전부(201)의 외측을 둘러싸도록 배치되는 적어도 하나의 제2 단위 열전 발전부(202)로 구분될 수 있다.
제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)는 각각 발전 몸체(22), 복수의 열전 소자(23) 및 복수의 열 전달 부재(24)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)이 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)로 구분되고, 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)가 제2 가스 유로(21)를 중심으로 순차적으로 다단 배치되면, 복수의 단위 열전 발전 모듈(20)의 폐열 흡수량이 증대되어 열전 발전 효율이 극대화될 수 있다.
가이드 부재(30)는 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)의 하측에 배치될 수 있다. 제1 단위 열전 발전부(201) 및 제2 단위 열전 발전부(202)의 하측에 배치된 가이드 부재(30)는 하우징(10)의 하측에 구비된 제2 가이드(13)를 통해 하우징(10)의 내부로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 바로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
하우징(10)의 하측에 구비된 제2 가이드(13)를 통해 하우징(10)의 내부로 유입된 배기가스가 제2 가스 유로(21)로 바로 유입되는 것이 차단되면, 제1 가스 유로(11)를 유동하는 배기가스가 제1 단위 열전 발전부(201)의 발전 몸체(22)들 사이사이의 틈을 통해 배기가스가 유입되어 제2 가스 유로(21)로 유동하게 된다. 제2 가스 유로(21)를 따라 상방으로 유동하는 배기가스는 하우징(10)의 상측에 제공되는 제1 가이드(12)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 도 19 및 도 20에는 본 발명의 실시예들에 따른 폐열 회수 발전 장치의 단위 열전 발전 모듈에 대한 변형예가 도시되어 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 단위 열전 발전 모듈(20)은 일 방향으로 연장 형성되고, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로(221)가 내측에 구비되는 발전 몸체(22), 발전 몸체(22)의 외측에 결합되고, 발전 몸체(22)의 연장 방향을 따라 이격 배치되는 복수의 열전 소자(23), 열전 소자(23)의 외측에 결합되는 복수의 열 전달 부재(24) 및 열 전달 부재(24)의 적어도 일부가 외부로 돌출되도록 발전 몸체(22)의 외측을 둘러싸도록 배치되는 단열 커버(25)를 포함할 수 있다.
다만, 도 19 및 도 20에 도시된 단위 열전 발전 모듈(20)은 상술한 단위 열전 발전 모듈(20)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 단열 커버(25)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
단열 커버(25)는 열 전달 부재(24)로부터 열전 소자(23)의 제1 면(231)으로 전달되는 배기가스의 폐열 및 발전 몸체(22)로부터 열전 소자(23)의 제2 면(231)으로 전달되는 냉각매체의 냉열 중 적어도 하나가 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 단열 커버(25)는 발전 몸체(22)의 형상과 실질적으로 동일한 형상으로 구비될 수 있으며, 일 예로 내부가 비어 있는 사각 기둥 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 단열 커버(25)는 열 전달 부재(24)로부터 열전 소자(23)의 제1 면(231)으로 전달되는 배기가스의 폐열 및 발전 몸체(22)로부터 열전 소자(23)의 제2 면(231)으로 전달되는 냉각매체의 냉열 중 적어도 하나를 단열시킬 수 있는 단열 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 단열 커버(25)의 비어 있는 내부 공간에는 외측면에 복수의 열전 소자(23)가 부착된 발전 몸체(22)가 배치될 수 있다. 이러한 단열 커버(25)에 의해 복수의 열전 소자(23) 및 발전 몸체(22)가 외부로 노출되지 않도록 커버될 수 있다. 이 경우, 열 전달 부재(24)로부터 배기가스의 폐열을 전달받는 열전 소자(23)의 제1 면(231)이 단열 커버(25)에 의해 모두 둘러싸임에 따라, 열 전달 부재(24)로부터 열전 소자(23)의 제1 면(231)으로 전달된 배기가스의 폐열이 외부로 손실되는 것이 억제될 수 있다. 이에, 열전 소자(23)의 제1 면(231)과 제2 면(232) 간의 온도 차가 더욱 극대화됨에 따라, 열전 소자(23)의 발전량이 증대될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 폐열 회수 발전 장치 2: 배기관
10: 하우징 11: 제1 가스 유로
12: 제1 가이드 13: 제2 가이드
20: 단위 열전 발전 모듈 21: 제2 가스 유로
22: 발전 몸체 23: 열전 소자
24: 열 전달 부재 30: 가이드 부재
31: 꼭지점부 32: 가이드 지지부
33: 폴딩 도어부 33a: 슬로프면
35: 고정 도어부 36: 슬라이딩 도어부
201: 제1 단위 열전 발전부 202: 제2 단위 열전 발전부
221: 냉각매체 유로 231: 제1 면
232: 제2 면

Claims (6)

  1. 배기가스가 배기되는 배기관에 연결되고, 상기 배기가스가 유동할 수 있는 제1 가스 유로가 내부에 형성되는 하우징;
    상기 배기가스가 유동할 수 있는 제2 가스 유로를 두르도록 상기 하우징의 내부에서 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 열전 발전 모듈; 및
    상기 제1 가스 유로와 상기 제2 가스 유로 사이를 유동하는 상기 배기가스의 흐름을 안내하기 위해, 상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 제2 가스 유로와 상기 배기관 사이를 선택적으로 연통시키기 위한 바이패스 유로를 제공하는 가이드 부재를 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는
    상기 제2 가스 유로의 유로 중심에 위치되는 꼭지점부;
    상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 바이패스 유로를 제공하도록 상기 제2 가스 유로의 외경 라인을 따라 연장 형성되는 가이드 지지부; 및
    상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 슬로프면을 제공하고, 상기 가이드 지지부에 폴딩 가능하게 장착되어, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개폐하는 폴딩 도어부를 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는
    상기 제2 가스 유로의 유로 중심에 위치되는 꼭지점부;
    상기 복수의 단위 열전 발전 모듈의 단부에 설치되고, 상기 바이패스 유로를 제공하도록 상기 제2 가스 유로의 외경 라인을 따라 연장 형성되는 가이드 지지부;
    상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공하고, 상기 가이드 지지부의 적어도 일부에 장착되는 고정 도어부; 및
    상기 꼭지점부를 중심으로 상기 단위 열전 발전 모듈의 단부를 향해 연장되는 곡률면을 제공하고, 상기 가이드 지지부를 따라 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 가이드 지지부의 나머지 일부에 장착되어, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개폐하는 슬라이딩 도어부를 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는
    상기 폴딩 도어부의 적어도 일면에 굴곡지거나 요철형상 또는 볼텍스 제너레이터(vortex generator) 형상으로 형성되는 볼텍스 돌출부를 더 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 열전 발전 모듈은,
    일 방향으로 연장 형성되고, 냉각매체가 유동하는 냉각매체 유로가 내측에 구비되는 발전 몸체; 및
    상기 발전 몸체의 외측에 결합되고, 상기 발전 몸체의 연장 방향을 따라 이격 배치되는 복수의 열전 소자를 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    복수의 상기 단위 열전 발전 모듈은,
    상기 제2 가스 유로를 형성하는 제1 단위 열전 발전부; 및
    상기 제1 단위 열전 발전부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 적어도 하나의 제2 단위 열전 발전부를 포함하는,
    폐열 회수 발전 장치.
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