WO2011002191A2 - 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템 - Google Patents

냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템 Download PDF

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WO2011002191A2
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fluid transfer
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신상용
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Shin Sang Yong
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system using waste heat of a cooling fluid. More specifically, the present invention relates to a power generation system using waste heat of a cooling fluid that generates electric energy by supplying waste heat generated during operation of a power unit to a thermoelectric module.
  • the power unit is a device that obtains the power available by using a power source such as petroleum, coal, electricity or nuclear power, and since heat is inevitably generated when it is used, a cooling system must be installed to enable smooth operation of the power unit.
  • a power source such as petroleum, coal, electricity or nuclear power
  • the conventional cooling system has a structure that absorbs heat from the power unit and dissipates it into the atmosphere, which raises a problem in terms of efficiency of energy supplied to the power unit.
  • Thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention aims to solve the following problems.
  • thermoelectric module that generates electrical energy by using the temperature difference of the fluid after absorbing the heat of the power unit flowed in to cool the power unit and the fluid radiating heat from the radiator to cool the power unit.
  • thermoelectric module installation area Third, to increase power generation efficiency by expanding the thermal contact area between the fluid flowing into the power unit and the discharged fluid and the thermoelectric module installation area.
  • thermoelectric power generation system using waste heat of the cooling fluid includes a power unit, a heat exchange unit formed in the power unit to radiate heat from the power unit, and a low temperature fluid transfer channel communicating with one side of the heat exchange unit to introduce a low temperature fluid. And a fluid transfer channel portion formed by a high temperature fluid transfer channel communicating with the other side of the heat exchanger to discharge a high temperature fluid absorbing heat from the power unit, and one side communicating with the high temperature fluid transfer channel, and the other side being connected with the low temperature fluid transfer channel.
  • a radiator that communicates with the radiator to dissipate high-temperature cooling fluid from the high-temperature fluid transfer channel and discharges it into the low-temperature fluid transfer channel, and one side is in thermal contact with the low temperature fluid transfer channel, and the other side is in thermal contact with the high temperature fluid transfer channel. It is preferable to include a thermoelectric module to produce.
  • a high temperature panel having a heat insulation panel on one side is formed outside the high temperature fluid transfer channel of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention.
  • a high temperature transfer channel insert is formed corresponding to the shape of the high temperature fluid transfer channel so that the high temperature fluid transfer channel can be inserted and coupled.
  • At least one of the high temperature fluid transfer channel or the low temperature fluid transfer channel of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention partitions the inside so as to be in communication with one side into which the fluid is introduced and the other side into which the fluid is discharged to the outside. It is preferable that the diaphragm to be spaced apart.
  • thermoelectric module is preferably in thermal contact with the outer wall of the high temperature transfer channel connected to the diaphragm.
  • thermoelectric module is preferably in thermal contact with the outer wall of the low temperature transfer channel connected to the diaphragm.
  • thermoelectric module is preferably in thermal contact with the outer wall of the low temperature transfer channel connected to the diaphragm.
  • At least one of the low-temperature fluid transfer channel or the high-temperature fluid transfer channel of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention is formed higher than the other end of the fluid flow out of the other end of the fluid flow to transfer the fluid by gravity It is preferable.
  • a low temperature panel having a plurality of cooling fins formed in one direction is formed outside the low temperature fluid transfer channel of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention.
  • a low temperature transfer channel insert is formed to correspond to the shape of the low temperature fluid transfer channel so that the low temperature fluid transfer channel can be inserted and coupled.
  • thermoelectric module of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention is tightly coupled to the low temperature panel on the other side of the low temperature panel, the high temperature panel is preferably tightly coupled to the other side of the low temperature panel on one side of the thermoelectric module.
  • a plurality of transfer channels having a capillary structure are formed in the heat exchange part of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention.
  • At least one battery of the main battery and the sub battery is electrically connected to the thermoelectric module of the thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention, and the main battery and the sub battery are electrically connected to each other through a control unit. .
  • the control unit electrically connects the sub-battery and the main battery when the main battery is completely charged, thereby overcharging the electric energy of the main battery. It is preferable to charge the sub-battery using.
  • the control unit electrically connects the sub-battery and the main battery when the sub-battery is completed, thereby overcharging electrical energy of the sub-battery. It is preferable to charge the main battery using.
  • the control unit electrically connects the one battery and the thermoelectric module when one of the main battery and the sub-battery is charged. It is preferable to cut off and maintain the electrical connection between the other battery and the thermoelectric module that is not completed charging.
  • thermoelectric power generation system using waste heat of the cooling fluid includes a power unit, a lubrication unit formed in the power unit to radiate heat from the power unit, and a low temperature lubricating oil transfer channel communicating with one side of the lubrication unit to introduce low temperature lubricating oil.
  • a lubricating oil transfer channel consisting of a low temperature lubricating oil transfer channel communicating with the other side of the lubricating part and discharging the high temperature fluid absorbing heat from the power unit, and one side communicating with the high temperature lubricating oil transfer channel, and the other side communicating with the low temperature lubricating oil transfer channel.
  • Heat radiator to dissipate the high temperature cooling fluid flowing from the high temperature lubrication oil transfer channel and discharge it to the low temperature lubrication oil transfer channel, and one side is in thermal contact with the low temperature lubrication oil transfer channel, and the other side is in thermal contact with the high temperature lubrication oil transfer channel to produce electrical energy. It includes a thermoelectric module.
  • Thermoelectric power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention has an effect that can use the waste heat discarded by operating the thermoelectric module using the temperature difference between the low temperature fluid transfer channel and the high temperature fluid transfer channel formed between the power unit and the radiator. have.
  • the power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention can increase the temperature difference between the low-temperature fluid flowing into the power unit and the high-temperature fluid discharged from the power unit by the amount of electrical energy generated from the thermoelectric module There is an effect that can increase.
  • the power generation system using the waste heat of the cooling fluid increases the heat exchange area of the low temperature fluid transfer channel and the high temperature fluid transfer channel to increase the power generation efficiency of the thermoelectric module, thereby effectively using the waste heat. .
  • the power generation system using the waste heat of the cooling fluid according to the present invention by installing a plurality of diaphragms in the low temperature fluid transfer channel and the high temperature fluid transfer channel to increase the heat exchange area to increase the power generation efficiency of the thermoelectric module to increase the waste heat
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a power generation system using waste heat of a cooling fluid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel portion according to another embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module 5 is a plan view according to an embodiment of the thermoelectric module and the fluid transfer channel unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a power generation system using waste heat of a cooling fluid in which a battery unit of the present invention is shown.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a power generation system using waste heat of a cooling fluid according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a front sectional view according to an embodiment of the thermoelectric module and the lubricating oil transfer channel according to an embodiment of the present invention.
  • lubrication part 200 fluid transfer channel part
  • 200a lube oil transfer channel 210: low temperature fluid transfer channel
  • 210a low temperature lubricating oil transfer channel 210: low temperature panel
  • cooling fin 2112 low temperature transfer channel insert
  • high temperature fluid transfer channel 220a high temperature lubrication oil transfer channel
  • radiator 400 thermoelectric module
  • thermoelectric module 410 low temperature part
  • sub-battery 500 control unit
  • thermoelectric power generation system (hereinafter, referred to as a 'power generation system') using waste heat of a cooling fluid according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the power generation system includes a power unit 100, a fluid transfer channel unit 200, a radiator 300, and a thermoelectric module 400.
  • the power unit 100 converts energy sources such as coal, petroleum, electricity, nuclear power into mechanical and electrical energy in nature, and converts electrical energy as well as internal combustion engines used for transportation such as ships, cars, and trains. And a motor for converting the mechanical energy into mechanical energy. It also includes hydro, wind and nuclear generators for generating power.
  • the power unit 100 is formed with a heat exchange unit 110 to dissipate heat generated during operation of the power unit.
  • the heat exchanger 110 radiates heat generated when the power unit 100 is driven, and is discharged from the heat exchanger 110 by radiating heat to the fluid flowing in and out through the fluid transfer channel 200 to be described later. Raise the temperature of the fluid.
  • the heat exchange unit 110 has a space (not shown) in communication with the fluid transfer channel 200 inside the power unit 100, the power unit to the fluid flowing through the fluid transfer channel unit 200 Heat dissipation.
  • the shape of the space part may be formed in various shapes according to the shape of the power device 100, but the space according to the present embodiment forms a plurality of transfer channels (not shown) of the capillary structure therein, and thus the power device 100 It is formed in the form of increasing the cross-sectional area in contact with).
  • the fluid transfer channel unit 200 is a channel for introducing and discharging fluid to dissipate heat of the power unit 100 as described above, and is connected to one side of the heat exchange unit 110 to induce low temperature fluid.
  • the transfer channel 210 and the other side of the heat exchange unit 110 is made of a high temperature fluid transfer channel 220 for discharging the high-temperature fluid absorbed heat from the power unit 100.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 is formed between the radiator and the heat exchanger, and is a channel through which the low temperature fluid that radiates heat is moved to the heat exchanger 110.
  • the high temperature fluid transfer channel 220 is a heat exchanger. It is formed between the 110 and the radiator 300 is a channel through which the high-temperature fluid absorbed the heat of the power unit in the heat exchange unit 110 is moved to the radiator 300.
  • One side of the low temperature fluid transfer channel 210 is in thermal contact with the low temperature fluid transfer channel 210, the other side is in thermal contact with the high temperature fluid transfer channel 220 is coupled to the thermoelectric module 400 for producing electrical energy.
  • thermoelectric module 400 is formed with the high temperature unit 410 and the low temperature unit 420 to generate electrical energy when a temperature difference occurs between the high temperature unit 410 and the low temperature unit 420.
  • 410 is in thermal contact with the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature portion 410 is in thermal contact with the high temperature fluid transfer channel 220.
  • thermoelectric module 400 generates electric energy when there is a difference in temperature between the high temperature unit 410 and the low temperature unit 420, so that the thermoelectric module 400 is in contact with the fluid transfer channel unit 200 in thermal contact with the power unit.
  • a heat radiator 300 is installed to radiate a fluid that is heated to receive high temperature from the heat, thereby generating a temperature difference between the high temperature fluid transfer channel 220 and the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the radiator 300 passes through the heat exchange unit 110 of the power unit 100 and releases the heat of the fluid supplied with heat from the power unit 100.
  • the radiator 300 bends a tube through which the fluid flows to contact the air. It is formed in increasing form.
  • the radiator 300 may be formed in various shapes such as a spiral, a zigzag shape.
  • a heat dissipation fin (not shown) may be formed on the outer circumferential surface of the tube forming the heat dissipator 300 to increase an area of contact with the surrounding air, and a heat dissipation fan (not shown) to forcibly transfer ambient air. ) May be formed.
  • radiator 300 is to make the cooling of the fluid faster, and the radiator may be formed in various shapes as long as it meets this purpose.
  • thermoelectric module 400 when there is a temperature difference between the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 to which the thermoelectric module 400 is coupled, electrical energy is generated in the thermoelectric module.
  • thermoelectric module for generating the maximum electric energy is used.
  • the temperature between the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 in thermal contact with the thermoelectric module 400 used in this embodiment is about 100 ° C.
  • a high temperature panel 221 is formed outside the high temperature fluid transfer channel 220 of the present embodiment.
  • the high temperature panel 221 wraps the outside of the high temperature fluid transfer channel 220 to prevent heat exchange from occurring, and may be formed in various shapes meeting the purpose, and the thermoelectric module and the fluid transfer channel of the present invention. As shown in FIG. 4, which is another side cross-sectional view of the part, the high temperature panel having the high temperature transfer channel inserting portion 2212 corresponding to the shape of the high temperature fluid transfer channel 220 so that the high temperature fluid transfer channel 220 can be inserted and coupled thereto ( 221 is formed.
  • One side of the high temperature panel 221 may be combined with a high temperature fluid flowing in the high temperature fluid transfer channel 220 and the heat insulating panel 2211 to reduce the heat exchange with the surroundings of the high temperature panel 221.
  • At least one of the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 is spaced apart from the diaphragm 212 and 222 so as to communicate with one side into which the fluid is introduced and the other side from which the fluid is discharged. .
  • FIG. 3 which is a front sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 which is a side sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel unit according to another embodiment
  • the present embodiment is implemented.
  • both the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 are disposed with the diaphragms 212 and 222 therein, the fluid temperature, the low temperature transfer channel 210 and the length of the high temperature transfer channel 220 are disposed.
  • the diaphragms 212 and 222 may be disposed only in any one of the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220.
  • the diaphragms 212 and 222 are partitioned and arranged so as to communicate with one side where the fluid flows in the inside of the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 and the other side where the fluid flows out. Since the fluid is transported between the 110 and the radiator 300 to increase the contact area, the heat exchange with the outside of the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 may be increased.
  • thermoelectric module 400 facilitates heat exchange with the fluid through the diaphragms 212 and 222. It is more preferable that the low temperature fluid transfer channel 210 and the outer wall of the high temperature fluid transfer channel 220 connected to the diaphragms 212 and 222 are in thermal contact.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 may be formed to have a flow of the fluid horizontal to the ground between the power unit 100 and the radiator 300, but having such a flow flow, The problem is that the fluid cannot be smoothly transferred to one side.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 are preferably formed to be higher than the other end from which the fluid flows out so that the fluid can be transferred by gravity.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 are preferably formed in a tilted state with respect to the ground so that the fluid can flow by gravity.
  • the tilting angle of the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 may be variously changed according to the performance of the power unit 100 and the radiator 300.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 according to an embodiment of the present invention, the thermoelectric module and the fluid transfer channel portion of the front end of Figure 2, side cross-sectional view of Figure 3 and one embodiment of the thermoelectric module and the fluid transfer channel of the present invention 5, a low temperature panel 211 having a plurality of cooling fins 2111 formed in one direction is formed outside the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the cooling fin 2111 may be a cooling fin having a variety of cross-sections, such as circular or elliptical, but in this embodiment, a fin-fin type cooling fin 2111 having a rectangular cross section is used. It became.
  • the cooling fins 2111 increase the area in contact with the surroundings of the low temperature fluid transfer channel 210, thereby smoothly dissipating heat around the plurality of cooling fins 2111 along the outer circumferential surface of the low temperature fluid transfer channel 210. It may be formed by.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 itself since the thermal contact with the low temperature fluid transfer channel 210 through the cooling fins 2111 when the thermal contact with the thermoelectric module 400 is performed.
  • the heat dissipation of the thermoelectric module 400 may be smoother, but the temperature of the low temperature portion 410 of the thermoelectric module 400 is higher than the direct contact with the low temperature fluid transfer channel 210.
  • a low temperature panel 211 having a plurality of cooling fins 2111 formed in one direction is formed outside the low temperature fluid transfer channel 210, and the thermoelectric module 400 is a low temperature panel 211 at the other side of the low temperature panel 211. It is preferable that it is formed to be in close contact with).
  • the low temperature panel 211 is a low temperature fluid transfer channel (2) so that the low temperature fluid transfer channel 210 can be inserted as shown in Figure 4 the side cross-sectional view of the thermoelectric module and the fluid transfer channel according to an embodiment of the present invention ( It is preferable that the low temperature transfer channel inserting portion 2112 corresponding to the shape of 210 is formed.
  • the low temperature transfer channel inserting portion 2112 is for the low temperature fluid transfer channel 210 to be tightly coupled to the low temperature panel 211 and is formed to correspond to the cross-sectional shape of the outer circumferential surface of the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the low temperature transfer channel inserting portion 2112 is formed to have a circular cross section.
  • the low temperature fluid transfer channel inserting portion 2112 is formed to have a rectangular or hexagonal cross section according to the shape of the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the low temperature fluid transfer channel 210 shown in FIG. 2, which is an embodiment of the present invention, is tightly coupled at the bottom of the low temperature panel 211 and is a straight line between the heat exchanger 110 and the radiator 300 of the power unit 100. Although it is arranged in a shape, the low temperature fluid transfer channel 210 smoothly exchanges heat with the surroundings, and various shapes such as a straight line or a spiral shape such that a plurality of thermoelectric modules 400 may be installed at the bottom of the low temperature panel 211. It may be formed and disposed.
  • the high temperature fluid transfer channel 220 may be formed in a shape corresponding to each other as shown in FIG. 2 or 3 of an embodiment of the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the high temperature fluid transfer channel 220 When the high temperature fluid transfer channel 220 is formed in a shape corresponding to the low temperature fluid transfer channel 210, the low temperature portion 410 of the thermoelectric module 400 between the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220. ) And the high temperature portion 420 are in direct contact with the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220 may cause a greater temperature difference.
  • the high temperature fluid transfer channel 220 is preferably formed in a shape corresponding to the low temperature fluid transfer channel 210.
  • the high temperature fluid transfer channel 220 does not necessarily have to be formed in a shape corresponding to the low temperature fluid transfer channel 210, and the installation position, the number of installations, and the low temperature panel 211 and the high temperature panel 221 of the thermoelectric module 400 are not necessarily formed. It may be formed by deforming in various shapes according to the shape of).
  • the fluid used in such a power generation system preferably absorbs more heat energy from the power unit, and a fluid having a property of dissipating heat faster than the radiator 300 is preferably used.
  • Cooling water was used as the fluid used in the present embodiment, but a fluid having a different operating temperature range such as heat transfer oil may be selected and used according to the operating temperature of the power unit 100.
  • the power generation system may include a low temperature panel 211 and a high temperature panel 221 as described above, and a diagram of a power generation system in which a battery unit according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the main battery 430 may be connected to the thermoelectric module 400, and the main battery 430 may be electrically connected to the sub battery 440 via the control unit 500.
  • the main battery 430 and the sub-battery 440 stores the electrical energy generated by the thermoelectric module 400.
  • the electrical energy generated by the thermoelectric module 400 is directly connected to the electrical device to operate the electrical device. You can also
  • thermoelectric module 400 continuously generates electric energy when there is a temperature difference between the low temperature fluid transfer channel 210 and the high temperature fluid transfer channel 220, the thermoelectric module 400 is not used continuously. It is preferable that a battery for storing electrical energy generated at 400 is connected.
  • the main battery 430 electrically connected to the thermoelectric module, and the controller 500 for controlling the electrical connection between the main battery 430 and the sub-battery 440.
  • a battery for storing electrical energy of the thermoelectric module 400 was installed.
  • the main battery 430 is directly connected to the thermoelectric module 400 to store electrical energy generated by the thermoelectric module as a primary, and the sub-battery 440 is overcharged when the main battery 430 is fully charged. Receives and charges the electrical energy of the main battery 430.
  • the controller 500 electrically connects the sub battery 440 and the main battery 430 to generate a sub battery using the overcharged electric energy of the main battery 430. Function to charge.
  • the main battery 430 and the sub-battery 440 is provided with a measuring sensor (not shown) to measure the amount of stored electrical energy and transmit it to the control unit 500.
  • the electrical device (not shown) is generally preferably electrically connected to the sub-battery 440 and the main battery 430 in order to receive a stable electrical energy from the battery, the electrical connection requires an electrical device It may be modified in various shapes according to the voltage, current, and power.
  • thermoelectric module 400 is not limited to the main battery 430 and the sub-battery 440 as in an exemplary embodiment of the present invention, and various types of thermoelectric modules 400 may be used. You can configure the battery.
  • thermoelectric module 400 only the main battery 430 is electrically connected to the thermoelectric module 400, but the sub-battery 440 may be electrically connected to the thermoelectric module 400 through the control unit 500.
  • This power generation system is not only applicable to the cooling system using the cooling water or the thermal oil, etc. described above, it is also applicable to the lubrication system of the power unit 100 for reducing the wear of the power unit 100.
  • Such a system is a power unit 100, a lubrication unit 110a formed in the power unit 100, a lubricating oil transfer channel 200a, as shown in FIG. 7 of the conceptual diagram of a power generation system according to another embodiment of the present invention. It consists of a radiator 300a and a thermoelectric module 400a.
  • the power unit 100, the radiator 300a and the thermoelectric module 400a will be described below with reference to the lubrication unit 110a and the lubricating oil in order to avoid duplication as described above.
  • the lubrication unit 110a is a space in which the lubricating oil moving along the inside of the power unit 100 is collected.
  • the lubrication unit 110a is generally formed at the bottom of the engine block, but is not necessarily formed at the bottom thereof. Depending on the characteristics of the lubrication system, it can be carried out in various positions.
  • the lubricating oil collected in the lubrication unit 110a functions to reduce frictional force generated on the friction surface of the power unit 100 or to dissipate heat generated from the friction surface.
  • the lubricating oil receives heat from the power unit, and the supplied heat is discharged to the outside of the power unit 100 through the lubricating oil transfer channel 200a.
  • the power unit 100 generates a certain level of cooling.
  • the lubricating oil transfer channel 200a communicating with the lubricating part 110a includes a low temperature lubricating oil transfer channel 210a and a high temperature lubricating oil transfer channel 220a as shown in FIG. 8, which is an embodiment of the present invention. It functions as a passage that circulates between 300a and power unit 100.
  • thermoelectric module 400a which is in thermal contact with the lubricating oil transfer channel 210a and the other side is in thermal contact with the high temperature lubricating oil transfer channel 220a, generates electrical energy.
  • Such a power generation system can produce electric energy using waste heat of the power unit discharged as lubricating oil.

Abstract

본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 동력장치와, 동력장치에 형성되어 동력장치의 열을 방열시키는 열교환부와, 열교환부의 일측에 연통되어 저온의 유체를 유입시키는 저온유체이송채널과, 열교환부의 타측에 연통되어 동력장치로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 고온유체이송채널로 이루어진 유체이송채널부와, 일측이 고온유체이송채널과 연통되고, 타측이 저온유체이송채널과 연통되어 고온유체이송채널로부터 유입되는 고온의 냉각유체를 방열시켜 저온유체이송채널로 배출시키는 방열기와, 일측이 저온유체이송채널에 열 접촉되며, 타측이 고온유체이송채널에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈로 이루어진다. 본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 동력장치와 방열기 사이에서 형성된 저온유체이송채널과 고온유체이송채널의 온도차이를 이용하여 열전모듈을 작동시킴으로써 버려지는 폐열을 이용할 수 있는 효과가 있다.

Description

냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템
본 발명은 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 동력장치의 작동시 발생되는 폐열을 열전모듈에 공급하여 전기 에너지를 발생시키는 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
동력장치는 석유, 석탄, 전기 또는 원자력 등과 같은 동력원을 이용하여 이용가능한 동력을 얻는 장치로 사용시 열이 필연적으로 발생되므로 동력 장치의 원활한 작동이 가능케 하기 위해서는 냉각장치가 반드시 설치되어야 한다.
그러나 종래의 냉각장치는 동력장치에서 열을 흡수하여 대기중으로 소산시키는 구조로 이루어져 있어, 동력장치에 공급되는 에너지의 효율면에서 문제가 제기되었다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 동력장치를 냉각시키기 위해 방열장치에서 열을 발산한 유체와 동력장치를 냉각시키기 위해 유입되어 동력장치의 열을 흡수한 뒤 유체의 온도 차이를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 열전모듈을 설치하여 에너지 효율을 높이고자 한다.
둘째, 동력장치를 냉각시키기 위해 동력장치로 유입되는 유체의 열을 효과적으로 방열시킴으로써 동력장치로 유입되는 유체와 동력장치에서 열을 흡수하고 배출되는 유체 사이에 온도 차이를 증가시켜 보다 많은 전기 에너지를 발생시키고자 한다.
셋째, 동력장치로 유입되는 유체와 배출되는 유체와의 열 접촉 면적을 확대시키고 열전모듈 설치면적을 확대시켜 발전효율을 높이고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 동력장치와, 동력장치에 형성되어 동력장치의 열을 방열시키는 열교환부와, 열교환부의 일측에 연통되어 저온의 유체를 유입시키는 저온유체이송채널과, 열교환부의 타측에 연통되어 동력장치로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 고온유체이송채널로 이루어진 유체이송채널부와, 일측이 고온유체이송채널과 연통되고, 타측이 저온유체이송채널과 연통되어 고온유체이송채널로부터 유입되는 고온의 냉각유체를 방열시켜 저온유체이송채널로 배출시키는 방열기와, 일측이 저온유체이송채널에 열 접촉되며, 타측이 고온유체이송채널에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 고온유체이송채널의 외부에는 일측에 단열패널이 구비된 고온패널이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 고온패널은 고온유체이송채널이 삽입결합될 수 있도록 고온유체이송채널의 형상에 대응되는 고온이송채널삽입부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 고온유체이송채널 또는 저온유체이송채널 중 적어도 어느 하나에는 내부로 유체가 유입되는 일측과, 외부로 유체가 유출되는 타측에 연통되도록 내부를 구획하는 격막이 이격 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 고온유체이송채널에 격막이 형성되는 경우, 열전모듈은 격막과 연접된 고온이송채널의 외측벽에 열 접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 저온유체이송채널에 격막이 배치되는 경우, 열전모듈은 격막과 연접된 저온이송채널의 외측벽에 열 접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 저온유체이송채널에 격막이 배치되는 경우, 열전모듈은 격막과 연접된 저온이송채널의 외측벽에 열 접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 저온유체이송채널 또는 고온유체이송채널 중 적어도 어느 하나는 유체가 유입되는 일단이 유체가 유출되는 타단 보다 높게 형성되어 중력에 의해 유체를 이송시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 저온유체이송채널의 외부에는 일측 방향으로 복수 개의 냉각핀이 형성된 저온패널이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 저온패널은 저온유체이송채널이 삽입결합될 수 있도록 저온유체이송채널의 형상에 대응되는 저온이송채널삽입부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열전모듈은 저온패널의 타측에서 저온패널에 밀착결합되며, 고온패널은 열전모듈의 일측에서 저온패널의 타측면과 밀착결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열교환부에는 모세관 구조의 복수 개의 이송채널이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열전모듈에는 메인배터리와 서브배터리 중 적어도 하나의 배터리가 전기적으로 연결되고, 메인배터리와 서브배터리는 제어부를 통해 전기적으로 상호 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열전모듈이 메인배터리에만 연결된 경우, 제어부는 메인배터리가 충전이 완료되면, 서브배터리와 메인배터리를 전기적으로 연결하여 메인배터리의 과충전된 전기 에너지를 이용하여 서브배터리를 충전시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열전모듈이 서브배터리에만 연결된 경우, 제어부는 서브배터리가 충전이 완료되면, 서브배터리와 메인배터리를 전기적으로 연결하여 서브배터리의 과충전된 전기 에너지를 이용하여 메인배터리를 충전시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템의 열전모듈이 메인배터리와 서브배터리 모두에 연결된 경우, 제어부는 메인배터리와 서브배터리 중 일 배터리가 충전이 완료되면 일 배터리와 열전모듈의 전기적 연결을 차단하고, 충전이 완료되지 못한 타 배터리와 열전모듈의 전기적 연결을 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 동력장치와, 동력장치에 형성되어 동력장치의 열을 방열시키는 윤활부와, 윤활부의 일측에 연통되어 저온의 윤활유를 유입시키는 저온윤활유이송채널과, 윤활부의 타측에 연통되어 동력장치로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 저온윤활유이송채널로 이루어진 윤활유이송채널과, 일측이 고온윤활유이송채널과 연통되고, 타측이 저온윤활유이송채널과 연통되어 고온윤활유이송채널로부터 유입되는 고온의 냉각유체를 방열시켜 저온윤활유이송채널로 배출시키는 방열기와, 일측이 저온윤활유이송채널에 열 접촉되며, 타측이 고온윤활유이송채널에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템은 동력장치와 방열기 사이에서 형성된 저온유체이송채널과 고온유체이송채널의 온도차이를 이용하여 열전모듈을 작동시킴으로써 버려지는 폐열을 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템은 동력장치에 유입되는 저온의 유체와 동력장치에서 배출되는 고온의 유체의 온도 차이를 증가시킬 수 있도록 함으로써 열전모듈에서 발생되는 전기 에너지의 양을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템은 저온유체이송채널과 고온유체이송채널의 열 교환 면적을 증가시킴으로써 열전모듈의 발전효율을 증가시켜 폐열을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템은 저온유체이송채널과 고온유체이송채널의 내부에 복수 개의 격막을 설치하여 열 교환 면적을 증가시킴으로써 열전모듈의 발전효율을 증가시켜 폐열을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 일 실시예에 의한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 배터리부가 도시된 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 냉각유체의 폐열을 이용한 발전시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 윤활유이송채널의 일 실시예에 의한 정단면도이다.
<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명>
100 : 동력장치 110 : 열교환부
110a : 윤활부 200 : 유체이송채널부
200a : 윤활유이송채널부 210 : 저온유체이송채널
210a : 저온윤활유이송채널 210 : 저온패널
2111 : 냉각핀 2112 : 저온이송채널삽입부
220 : 고온유체이송채널 220a: 고온윤활유이송채널
221 : 고온패널 2211 : 단열패널
2212 : 고온이송채널삽입부 300 : 방열기
300a : 방열기 400 : 열전모듈
400a : 열전모듈 410 : 저온부
420 : 고온부 430 : 메인배터리
440 : 서브배터리 500 : 제어부
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템(이하 '발전시스템'이라 함)에 대하여 구체적으로 설명하겠다.
발전시스템은 본 발명의 바람직한 일 실시예의 개념도인 도 1에 도시된 바와 같이, 동력장치(100)와, 유체이송채널부(200), 방열기(300) 및 열전모듈(400)로 이루어진다.
동력장치(100)는 자연에 있는 석탄, 석유, 전기, 원자력 등의 에너지원을 기계·전기 에너지로 변환시키는 장치로, 선박, 자동차, 기차 등과 같은 교통수단에 사용되는 내연기관뿐만 아니라 전기 에너지를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키는 모터 등을 포함한다. 또한, 전력을 발생시키기 위한 수력, 풍력 및 원자력 발전기를 포함한다.
이러한 동력장치(100)에는 동력장치의 작동시 발생되는 열을 방열시키기 위하여 열교환부(110)가 형성된다.
열교환부(110)는 동력장치(100)의 구동시 발생되는 열을 방열시키는 것으로서 후술할 유체이송채널부(200)을 통해 유입, 유출되는 유체에 열을 방열함으로써 열교환부(110)에서 유출되는 유체의 온도를 상승시킨다.
따라서, 유입되는 열교환부(110)로 유입되는 유체와 열교환부(110)에서 유출되는 유체에 온도차이가 형성된다.
이러한 열교환부(110)는 동력장치(100) 내부에 유체이송채널부(200)과 연통 된 공간부(도면 미도시)를 갖고 있어, 유체이송채널부(200)을 통해 유입되는 유체에 동력장치의 열을 방열시킨다.
이러한 공간부의 형상은 동력장치(100)의 형상에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 본 실시 예에 따른 공간부는 내부에 모세관 구조의 복수 개의 이송채널(도면 미도시)을 형성하여 동력장치(100)와 접하는 단면적을 증가시키는 형태로 형성된다.
유체이송채널부(200)은 앞에서 살펴본 바와 같이 동력장치(100)의 열을 방열시키기 위해 유체를 유입시키고 유출시키는 채널로, 열교환부(110)의 일측에 연통되어 저온의 유체를 유입시키는 저온유체이송채널(210)과, 열교환부(110)의 타측에 연통되어 동력장치(100)로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 고온유체이송채널(220)으로 이루어진다.
저온유체이송채널(210)은 방열기와 열교환부 사이에 형성되어 방열기를 통과하며 열을 방열시킨 저온의 유체가 열교환부(110)로 이동되는 채널이며, 고온유체이송채널(220)은 열교환부(110)와 방열기(300) 사이에 형성되어 열교환부(110)에서 동력장치의 열을 흡수한 고온의 유체가 방열기(300)로 이동되는 채널이다.
이러한 저온유체이송채널(210)에는 일측이 저온유체이송채널(210)에 열 접촉되며, 타측이 고온유체이송채널(220)에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈(400)이 결합된다.
열전모듈(400)은 고온부(410)과 저온부(420)를 갖고 형성되어 고온부(410)와 저온부(420) 사이에 온도 차이가 발생되는 경우, 전기 에너지를 발생시키는 것으로 열전모듈(400)의 저온부(410)는 저온유체이송채널(210)과 열 접촉하며 고온부(410)는 고온유체이송채널(220)에 열 접촉한다.
이러한 열전모듈(400)은 고온부(410)와 저온부(420) 사이의 온도에 차이가 있는 경우, 전기 에너지를 발생시키게 되므로 열전모듈(400)이 열 접촉하는 유체이송채널부(200)에는 동력장치로부터 열을 공급받아 고온이 되는 유체를 방열시켜 고온유체이송채널(220)과 저온유체이송채널(210)의 온도차이를 발생시키는 방열기(300)가 설치된다.
방열기(300)는 동력장치(100)의 열교환부(110)를 통과하며 동력장치(100)로부터 열을 공급받은 유체의 열을 방출시키는 것으로 일반적으로 유체가 흐르는 관을 절곡시켜 공기와 맞닿는 면적을 증가시키는 형태로 형성된다.
이러한 방열기(300)는 나선형, 지그재그 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 방열기(300)를 형성하는 관의 외주면에는 주위의 공기와 맞닿는 면적을 증가시키기 위해 방열핀(도면 미도시)이 형성될 수도 있으며, 주위의 공기를 강제로 이송시키기 위해 방열팬(도면 미도시)이 형성될 수도 있다.
방열기(300)의 이러한 다양한 형상은 및 구조는 유체의 냉각을 보다 신속하게 하기 위한 것으로, 이러한 목적에 부합되는 한 방열기는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
앞에서 살펴본 바와 같이 열전모듈(400)이 결합되는 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 사이에 온도차이가 있는 경우 열전모듈에서 전기 에너지가 발생된다.
이러한 온도차이는 열전모듈의 종류에 따라 차이가 있으나 본 실시예에서는 약 100℃ 정도의 온도차이가 있는 경우, 최대의 전기 에너지를 발생시키는 열전모듈이 사용되었다.
따라서 본 실시예에서 사용되는 열전모듈(400)과 열 접촉되는 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 사이의 온도는 약100℃ 정도의 차이가 있는 것이 바람직하다.
이러한 온도차이를 발생시키기 위해서 본 실시예의 고온유체이송채널(220)의 외부에는 고온패널(221)이 형성된다.
고온패널(221)은 고온유체이송채널(220)의 외부를 감싸 주위로 열 교환이 발생되는 것을 방지하는 것으로 이러한 목적에 부합되는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 열전모듈과 유체이송채널부의 다른 측단면도인 도 4에 도시된 바와 같이 고온유체이송채널(220)이 삽입결합될 수 있도록 고온유체이송채널(220)의 형상에 대응되는 고온이송채널삽입부(2212)가 형성된 고온패널(221)이 형성된다.
이러한 고온패널(221)의 일측에는 고온유체이송채널(220) 내부에서 유동하는 고온의 유체와 고온패널(221)의 주위와 열 교환을 감소시키는 단열패널(2211)이 결합될 수도 있다.
저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 중 적어도 어느 하나에는 내부로 유체가 유입되는 일측과 유체가 유출되는 타측에 연통되도록 내부를 구획하는 격막(212, 222)이 이격 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 정단면도인 도 3 및 본 발명이 다른 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 측단면도인 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 모두에는 내부에 격막(212, 222)이 배치되었으나, 유체의 온도, 저온이송채널(210) 및 고온이송채널(220)의 길이 등에 따라 저온유체이송채널(210) 또는 고온유체이송채널(220) 중 어느 하나에만 격막(212, 222)이 배치될 수 있다.
저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 내부에 배치된 격막(212, 222)은 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 내부를 구획하여, 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 내부에서 유동하는 유체의 양에 저항을 받지 않을 정도로 충분한 유체의 단면적을 형성한다.
이러한 격막(212, 222)은 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 내부에서 유체가 유입되는 일측과 유체가 유출되는 타측에 연통되도록 내부를 구획하며 배치되어, 열교환부(110)와 방열기(300)로부터 사이에 유체가 이송되어 접하는 면적을 증가시키므로 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220)의 외부와 열 교환을 증가시킬 수 있다.
저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 내부에 격막(212, 222)이 배치된 경우, 열전모듈(400)은 격막(212, 222)을 통해 유체와 열 교환을 보다 용이하게 하기 위해 격막(212, 222)과 연접된 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 외측벽에 열 접촉되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)은 동력장치(100)와 방열기(300) 사이에서 지면과 수평한 유체의 흐름을 갖도록 형성될 수도 있으나 이러한 유동흐름을 갖는 경우, 유체는 일측면으로 원활하게 이송될 수 없는 문제가 발생된다.
따라서 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)은 유체가 유입되는 일단이 유체가 유출되는 타단 보다 높게 형성되어 중력에 의해 유체를 이송시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)은 유체가 중력에 의해 유동할 수 있도록 지면에 대해 틸팅된 상태로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 저온유체이송채널(210) 및 고온유체이송채널(220)의 틸팅 각도는 동력장치(100)와 방열기(300)의 성능 등에 따라 다양하게 변화시켜 실시할 수 있다.
또한, 저온유체이송채널(210)에는 본 발명의 일 실시예에 의한 열전모듈과 유체이송채널부의 정단면인 도 2, 측단면도인 도 3 및 본 발명의 열전모듈과 유체이송채널부의 일 실시예를 도시한 평면도인 도 5에 도시된 바와 같이 저온유체이송채널(210)의 외부에는 일측 방향으로 복수 개의 냉각핀(2111)형성된 저온패널(211)이 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 냉각핀(2111)은 원형, 타원형 등 다양한 단면을 갖는 형태의 냉각핀이 사용될 수도 있으나 본 실시예에 있어서는 사각형 단면을 갖는 핀-휜 타입(pin-fin type)의 냉각핀(2111)이 사용되었다.
냉각핀(2111)은 저온유체이송채널(210) 주위와 접하는 면적을 증대시켜, 주위로 방열을 원활하게 일으키는 것으로 저온유체이송채널(210)의 외주면을 따라 복수 개의 냉각핀(2111)이 서로 이격하여 형성될 수도 있다.
그러나 이러한 형상의 냉각핀(2111)이 형성된 경우, 열전모듈(400)과 열 접촉시 냉각핀(2111)을 매개로 저온유체이송채널(210)과 열 접촉되므로, 저온유체이송채널(210) 자체의 방열은 원활하게 될 수 있으나 열전모듈(400)의 저온부(410)의 온도는 저온유체이송채널(210)과 직접 맞닿는 것보다 높게 형성되는 문제가 있다.
따라서, 저온유체이송채널(210) 외부에는 일측 방향으로 복수 개의 냉각핀(2111)이 형성된 저온패널(211)이 형성되고, 열전모듈(400)은 저온패널(211)의 타측에서 저온패널(211)에 밀착결합될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 저온패널(211)은 본 발명이 다른 일 실시예에 의한 열전모듈과유체이송채널부의 측단면도가 도시된 도 4와 같이 저온유체이송채널(210)이 삽입결합될 수 있도록 저온유체이송채널(210)의 형상에 대응되는 저온이송채널삽입부(2112)가 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 저온이송채널삽입부(2112)는 저온유체이송채널(210)이 저온패널(211)에 밀착결합되기 위한 것으로, 저온유체이송채널(210)의 외주면의 단면 형상에 대응되도록 형성된다.
본 실시 예에서 저온유체이송채널(210)은 외주면은 원형의 단면을 갖고 형성되어 있으므로 저온이송채널삽입부(2112)는 원형의 단면을 갖고 형성된다.
따라서 저온유체이송채널(210)이 사각형 또는 육각형 등의 단면을 갖고 형성되는 경우 저온유체이송채널삽입부(2112)는 저온유체이송채널(210)의 형상에 따라 사각형 또는 육각형 단면을 갖고 형성된다.
본 발명의 일실시예인 도 2에 도시된 저온유체이송채널(210)은 저온패널(211)의 하부에서 밀착결합이 되고 동력장치(100)의 열교환부(110)와 방열기(300) 사이에서 직선형상으로 배되었으나, 저온유체이송채널(210)은 주위와 열 교환이 원활하게 되며, 저온패널(211)의 하부에서 복수 개의 열전모듈(400)이 설치될 수 있도록 직선, 또는 나선형 형상 등 다양한 형상으로 형성되어 배치될 수 있다.
또한, 고온유체이송채널(220)은 저온유체이송채널(210)의 일실시예인 도 2 또는 도 3과 같이 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
고온유체이송채널(220)이 저온유체이송채널(210)과 대응되는 형상으로 형성되는 경우, 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 사이의 열전모듈(400)의 저온부(410)와 고온부(420)은 직접 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220)과 접하게 되므로 온도차이가 보다 크게 나타날 수 있다.
따라서 고온유체이송채널(220)은 저온유체이송채널(210)과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
그러나 반드시 고온유체이송채널(220)이 저온유체이송채널(210)과 대응되는 형상으로 형성될 필요는 없으며, 열전모듈(400)의 설치위치, 설치개수 및 저온패널(211)과 고온패널(221)의 형상에 따라 다양한 형상으로 변형하여 형성될 수도 있다.
이러한 발전시스템에서 사용되는 유체는 동력장치로부터 열 에너지를 보다 많이 흡수하고, 방열기(300)에서 보다 빠르게 열을 방출시키는 성질을 갖는 유체가 사용되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 사용되는 유체로는 냉각수가 이용되었으나, 동력장치(100)의 사용 온도에 따라 열매체유(heat transfer oil)와 같은 사용 온도범위가 다양한 유체를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전시스템은 앞에서 설명한 바와 같이 저온패널(211)과 고온패널(221)을 구비할 수도 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리부가 도시된 발전시스템의 개념도인 도 6에 도시된 바와 같이 열전모듈(400)에 메인배터리(430)가 연결될 수 있으며, 또한 메인배터리(430)가 제어부(500)를 매개로 서브배터리(440)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
이러한 메인배터리(430)와 서브배터리(440)는 열전모듈(400)에서 발생되는 전기 에너지를 저장하는 것으로 열전모듈(400)에서 발생되는 전기 에너지는 직접 전기장치에 전기적으로 연결되어 전기장치를 작동시킬 수도 있다.
그러나 열전모듈(400)은 저온유체이송채널(210)과 고온유체이송채널(220) 사이에 온도 차이가 있는 경우, 계속하여 전기 에너지를 발생시키므로 전기장치가 계속 적으로 사용되지 않는 경우, 열전모듈(400)에서 발생되는 전기 에너지를 저장하는 배터리가 연결되는 것이 바람직하다.
따라서 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 열전모듈에 전기적으로 연결되는 메인배터리(430)와, 메인배터리(430)와 서브배터리(440) 사이의 전기적 연결을 제어하는 제어부(500)를 이용하여 열전모듈(400)의 전기 에너지를 저장하는 배터리를 설치하였다.
메인배터리(430)는 열전모듈(400)에 직접 연결되어 열전모듈에서 발생되는 전기 에너지를 1차로 저장하는 기능을 하며, 서브배터리(440)는 메인배터리(430)가 충전이 완료된 경우, 과충전된 메인배터리(430)의 전기 에너지를 전달받아 충전하는 기능을 한다.
이때, 제어부(500)는 메인배터리(430)가 충전이 완료된 경우, 서브배터리(440)와 메인배터리(430)를 전기적으로 연결하여 메인배터리(430)의 과충전된 전기 에너지를 이용하여 서브배터리를 충전시키는 기능을 한다.
이때 메인배터리(430)와 서브배터리(440)에는 저장된 전기 에너지의 양을 측정하여 제어부(500)로 전달하는 측정센서(도면 미도시)가 설치된다.
이때, 전기장치(도면 미도시)는 배터리로부터 안정적인 전기 에너지를 공급받기 위해 일반적으로 서브배터리(440)와 메인배터리(430)에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하나, 이러한 전기적 연결은 전기장치가 필요로 하는 전압, 전류, 전력에 따라 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
또한, 열전모듈(400)에 연결되는 배터리도 본 발명의 일 실시예와 같이 메인배터리(430)와 서브배터리(440)에 한정되지 않으며, 열전모듈(400)의 종류, 개수 등에 따라 다양한 형태의 배터리를 구성할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 메인배터리(430)만이 열전모듈(400)에 전기적으로 연결이 되었으나, 제어부(500)를 통해 서브배터리(440)를 열전모듈과(400)과 전기적으로 연결시킬 수도 있다.
이러한 발전시스템은 앞에서 살펴본 냉각수 또는 열매체유 등을 이용한 냉각시스템에만 적용될 수 있는 것은 아니며, 동력장치(100) 내부의 마모를 줄이기 위한 동력장치(100)의 윤활시스템에도 적용이 가능하다.
이러한 시스템은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 발전시스템의 개념도가 도시된 도 7과 같이 동력장치(100), 동력장치(100)에 형성되는 윤활부(110a), 윤활유이송채널(200a), 방열기(300a) 및 열전모듈(400a)로 이루어진다.
동력장치(100), 방열기(300a) 및 열전모듈(400a)은 앞에서 설명된바 중복을 피하기 위하여 윤활부(110a) 및 윤활유를 중심으로 살펴보면 다음과 같다.
윤활부(110a)는 동력장치(100)의 내부를 따라 이동되는 윤활유가 수집되는 공간으로 자동차의 엔진과 같은 내연기관의 경우, 일반적으로 엔진블록의 하부에 형성 되나, 반드시 하부에 형성되는 것은 아니며 윤활시스템의 특성에 따라 다양한 위치로 변형하여 실시될 수 있다.
이러한 윤활부(110a)에 수집되는 윤활유는 동력장치(100)의 마찰면에 생기는 마찰력을 감소시키거나 마찰면에서 발생되는 열을 분산시키는 기능을 한다.
따라서 동력장치(100)의 작동시 윤활유는 동력장치로부터 열을 공급받게 되며, 공급된 열은 윤활유이송채널(200a)을 통해 동력장치(100)의 외부로 배출되게 시키게 된다.
이러한 과정에서 동력장치(100)는 일정수준의 냉각이 발생된다.
윤활부(110a)에 연통되는 윤활유이송채널(200a)은 본 발명의 일 실시예인 도 8에 도시된 바와 같이 저온윤활유이송채널(210a)과 고온윤활유이송채널(220a)으로 이루어지며, 윤활유를 방열기(300a)와 동력장치(100) 사이에서 순환시키는 통로의 기능을 한다.
이러한 저온윤활유이송채널(210a)과 고온윤활유이송채널(220a)은 동력장치(100)에서 열을 흡수한 윤활유와 방열기(300a)에서 열을 방열한 윤활유로 인해 온도차이를 갖게 되므로, 일측이 저온윤활유이송채널(210a)에 열 접촉되며, 타측이 고온윤활유이송채널(220a)에 열 접촉되는 열전모듈(400a)은 전기 에너지를 발생시키게 된다.
따라서, 이러한 발전시스템은 윤활유로 배출되는 동력장치의 폐열을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위하나 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 동력장치;
    동력장치에 형성되어 동력장치의 열을 방열시키는 열교환부;
    상기 열교환부의 일측에 연통되어 저온의 유체를 유입시키는 저온유체이송채널과, 상기 열교환부의 타측에 연통되어 동력장치로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 고온유체이송채널로 이루어진 유체이송채널부;
    일측이 상기 고온유체이송채널과 연통되고, 타측이 상기 저온유체이송채널과 연통되어 상기 고온유체이송채널로부터 유입되는 고온의 냉각유체를 방열시켜 상기 저온유체이송채널로 배출시키는 방열기; 및
    일측이 저온유체이송채널에 열 접촉되며, 타측이 고온유체이송채널에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온유체이송채널의 외부에는 일측에 단열패널이 구비된 고온패널이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고온패널은 상기 고온유체이송채널이 삽입결합될 수 있도록 상기 고온유체이송채널의 형상에 대응되는 고온이송채널삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고온유체이송채널 또는 저온유체이송채널 중 적어도 어느 하나에는 내부로 유체가 유입되는 일측과, 외부로 유체가 유출되는 타측에 연통되도록 내부를 구획하는 격막이 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고온유체이송채널에 상기 격막이 형성되는 경우,
    상기 열전모듈은 상기 격막과 연접된 상기 고온이송채널의 외측벽에 열 접촉되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 저온유체이송채널에 상기 격막이 배치되는 경우,
    상기 열전모듈은 상기 격막과 연접된 상기 저온이송채널의 외측벽에 열 접촉되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저온유체이송채널 또는 상기 고온유체이송채널 중 적어도 어느 하나는 유체가 유입되는 일단이 유체가 유출되는 타단 보다 높게 형성되어 중력에 의해 유체를 이송시키는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 저온유체이송채널의 외부에는 일측 방향으로 복수 개의 냉각핀이 형성된 저온패널이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저온패널은 상기 저온유체이송채널이 삽입결합될 수 있도록 상기 저온유체이송채널의 형상에 대응되는 저온이송채널삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 열전모듈은 상기 저온패널의 타측에서 상기 저온패널에 밀착결합되며, 상기 고온패널은 상기 열전모듈의 일측에서 상기 저온패널의 타측면과 밀착결합되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부에는 모세관 구조의 복수 개의 이송채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열전모듈에는 메인배터리와 서브배터리 중 적어도 하나의 배터리가 전기적으로 연결되고,
    상기 메인배터리와 상기 서브배터리는 제어부를 통해 전기적으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    열전모듈이 메인배터리에만 연결된 경우,
    상기 제어부는 상기 메인배터리가 충전이 완료되면, 상기 서브배터리와 상기 메인배터리를 전기적으로 연결하여 상기 메인배터리의 과충전된 전기 에너지를 이용하여 상기 서브배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    열전모듈이 서브배터리에만 연결된 경우,
    상기 제어부는 상기 서브배터리가 충전이 완료되면, 상기 서브배터리와 상기 메인배터리를 전기적으로 연결하여 상기 서브배터리의 과충전된 전기 에너지를 이용하여 상기 메인배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    열전모듈이 메인배터리와 서브배터리 모두에 연결된 경우,
    상기 제어부는 메인배터리와 서브배터리 중 일 배터리가 충전이 완료되면 일 배터리와 열전모듈의 전기적 연결을 차단하고, 충전이 완료되지 못한 타 배터리와 열전모듈의 전기적 연결을 유지하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
  16. 동력장치;
    동력장치에 형성되어 동력장치의 열을 방열시키는 윤활부;
    상기 윤활부의 일측에 연통되어 저온의 윤활유를 유입시키는 저온윤활유이송채널과, 상기 윤활부의 타측에 연통되어 동력장치로부터 열을 흡수한 고온의 유체를 배출시키는 저온윤활유이송채널로 이루어진 윤활유이송채널;
    일측이 상기 고온윤활유이송채널과 연통되고, 타측이 상기 저온윤활유이송채널과 연통되어 상기 고온윤활유이송채널로부터 유입되는 고온의 냉각유체를 방열시켜 상기 저온윤활유이송채널로 배출시키는 방열기; 및
    일측이 상기 저온윤활유이송채널에 열 접촉되며, 타측이 상기 고온윤활유이송채널에 열 접촉되어 전기적 에너지를 생산하는 열전모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 폐열을 이용한 열전발전시스템.
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