WO2017115980A1 - 파력 및 온도차 발전장치 - Google Patents

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WO2017115980A1
WO2017115980A1 PCT/KR2016/010847 KR2016010847W WO2017115980A1 WO 2017115980 A1 WO2017115980 A1 WO 2017115980A1 KR 2016010847 W KR2016010847 W KR 2016010847W WO 2017115980 A1 WO2017115980 A1 WO 2017115980A1
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thermoelectric element
buoyancy
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power generation
electrical energy
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박평서
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(주)이엘텍
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
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    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a wave power and temperature difference generator, and more particularly, is installed in the ocean or river to use the vertical motion of the wave and tidal force, as well as generating electrical energy by using the temperature difference of sea water or precipitation, greatly improving the power generation efficiency
  • the present invention relates to a wave power generation device and a temperature difference generator that can be improved in practicality.
  • electrical energy includes thermal power generation using heat generated by combustion of fossil fuels, nuclear power generation using heat generated by nuclear reactions of radioactive materials, solar power generation using solar heat, and hydropower generation using gravity of water stored in dams. It is developed by wind power generation using wind.
  • hydroelectric power generation has almost no pollution and low power generation cost.
  • location limitation and high construction cost.
  • Thermal power generation is cheaper than hydroelectric power and is advantageous for location selection, but it is good for exhaust gas. Pollution caused was a serious problem.
  • nuclear power can obtain a large amount of energy as an environmentally friendly energy, it can be expensive to operate and exposed to radiation, and solar power or wind power can obtain energy without consuming energy resources.
  • efficiency tablet is significantly lowered because it is affected by time.
  • the power generation is an eco-friendly environment without pollutant emissions because it generates electricity by using the digging and tidal power of the ocean or river, but due to the problem of lack of economic feasibility due to the high installation place and facility cost, and difficult to maintain and manage. Significantly, the situation is delayed commercial use.
  • Patent Registration No. 10-1232975 (Registration Date: February 06, 2013) is connected to a floating body, a floating body that can be moved up and down by wave force with a buoyancy of a certain size, floating body Wave power generation system including an eccentric rotational motion conversion unit for converting the up and down motion of the eccentric rotational motion, and a generator connected to the eccentric rotational motion conversion unit and generating electricity by the rotational force transmitted from the eccentric rotational motion conversion unit Is published.
  • the wave power generation system has a problem in that the power generation efficiency is lowered because it generates electric energy only by digging and tidal power.
  • the power generation efficiency is significantly lowered when a wave is not generated, and thus it is not practically used.
  • the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a wave power and temperature difference generator that generates electric energy using not only the vertical motion of waves and tides of the ocean or river, but also the temperature difference between sea water and precipitation. have.
  • Wave power and temperature difference generator for achieving the above object, having a buoyancy to be exposed to the surface of the buoyancy portion 10 to move vertically by waves and tidal force, and connected to the buoyancy portion 10
  • the buoyancy unit 10 In the power generation device comprising a dot line 30 and a power generation unit 40 connected to the dot line 30 to generate or store electrical energy, the buoyancy unit 10 is floating on the water surface and the water surface
  • An inlet 13 is formed at a portion that is in contact with the first buoyancy body 11 having a predetermined volume and is spaced apart surrounding the first buoyancy body 11 while being vacuumed between the first buoyancy body 11.
  • thermoelectric element heat dissipation unit 24 for cooling heat in the state of being immersed in the water surface, and the thermoelectric element heat dissipation unit 21 and the thermoelectric element heat dissipation unit 24 are mounted between the thermoelectric element heat dissipation unit 21 and It includes a thermoelectric module unit 20 including a thermoelectric element 22 for generating electrical energy by the temperature difference of the thermoelectric element heat dissipation unit 24, the thermoelectric element heat dissipating unit 24, the thermoelectric element heat absorbing unit ( 21 is formed into a tapered conical shape, the thermoelectric element 23 which is an electrode of the thermoelectric element 22 is built-in, and the generated electric energy is transferred to the power generation unit 40 through
  • the control unit 44 for controlling 43, the electric generator 45 for being driven by the motor 43 to generate electric energy, the electric energy generated by the electric generator 45 and the dot It is connected to the 30 is characterized in that it comprises an electrical storage unit 46 for storing the electrical energy generated by the thermoelectric module unit 20.
  • the present invention is installed in the ocean or river to generate electric energy by using the vertical motion of waves and tidal waves, as well as by using the temperature difference of sea water or precipitation, so that digging and tidal wave occur irregularly according to the strength of wind. Electric energy can be generated even in the weather, so the amount of power generation is increased, thereby greatly improving the power generation efficiency.
  • thermoelectric module unit of the wave power and the temperature difference generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a thermoelectric element of the wave power and the temperature difference generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a wave power and temperature difference generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a buoyancy portion of the wave power and temperature difference generator according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module unit of a wave power and temperature difference generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a thermoelectric device of the wave power and temperature difference generator according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module unit 20 mounted on the buoyancy unit 10 to generate electricity using a thermoelectric phenomenon, and the thermoelectric module unit 20 connected to the thermoelectric module unit 20 according to the height of sea level changed by waves and tidal forces. It comprises a dot line 30 receives the vertical movement of the buoyancy unit 10, and the power generation unit 40 is connected to the dot line 30 for generating or storing electricity.
  • the buoyancy portion 10 has a buoyancy of a certain size and is formed in a spherical shape so as to form a space therein, preferably made of transparent glass or silicon material.
  • the buoyancy portion 10 includes a first buoyancy body 11 having a constant volume and a second buoyancy body 12 larger than the volume of the first buoyancy body 11. It consists of.
  • the second buoyancy body 12 is configured to surround the first buoyancy body 11 at a predetermined interval from the first buoyancy body 11.
  • the separation space formed between the first buoyancy body 11 and the second buoyancy body 12 should be maintained in a vacuum state.
  • the vacuum between the first buoyancy body 11 and the second buoyancy body 12 is a vacuum state to minimize the discharge of the internal heat of the first buoyancy body 11 to the outside of the first buoyancy body 11
  • the internal air temperature is raised.
  • the first buoyancy body 11 is preferably a DBR coating (Duted Bragg Reflection Coating) to transmit visible light and to block infrared rays.
  • DBR coating Duted Bragg Reflection Coating
  • the infrared rays are converted into thermal energy forms so as to stay as thermal energy inside the first buoyancy body 11 to increase the temperature of the air inside the first buoyancy body 11.
  • the inlet 13 is formed to allow the thermoelectric module unit 20 to be inserted into and positioned inside the first buoyancy body 11 at a portion contacting the sea surface of the buoyancy unit 10 having a dual structure.
  • the separation space between the first buoyancy body 11 and the second buoyancy body 12 is not sealed so that the vacuum state cannot be maintained, but is finished with silicon, which is a heat resistant material.
  • the vacuum state is maintained in the spaced space between the first buoyancy body 11 and the second buoyancy body 12.
  • thermoelectric module unit 20 introduced into the inlet 13 is drawn into the buoyancy unit 10 to receive the internal heat of the buoyancy unit 10.
  • a thermoelectric element heat dissipation unit 24 mounted on the outside symmetrically with the thermoelectric element heat absorbing unit 21 and cooled by sea water, and the thermoelectric element heat absorbing unit 21 and the thermoelectric element heat dissipating unit 24 It is configured to include a thermoelectric element 22 disposed between and generating electricity using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference.
  • thermoelectric element heat absorbing portion 21 is preferably formed in a regular cube shape, preferably formed of aluminum or copper plate.
  • thermoelectric element heat absorbing portion 21 may be easily transferred to the heat of the internal air of the buoyancy portion 10 having a high temperature by using an aluminum or copper plate excellent in thermal conductivity.
  • thermoelectric element heat absorbing portion 21 One surface and the side surface of the thermoelectric element heat absorbing portion 21 as described above is introduced into the buoyancy portion 10, the other surface is installed to be exposed to the outside. The heat of the internal air having a high temperature of the buoyancy portion 10 is transferred to the thermoelectric element heat absorbing portion 21 due to being introduced into the buoyancy portion 10.
  • thermoelectric element heat absorbing portion 21 is introduced into the buoyancy portion 10 and the silicon is a heat resistant material to fix the thermoelectric element heat absorbing portion 21 while sealing the inner space of the buoyancy portion 10. It is desirable to finish the process using, for example. Since the internal air of the buoyancy portion 10 is a high temperature, it is preferable to use a material resistant to heat because the finishing treatment cannot be continued when a material weak in heat is used.
  • thermoelectric element heat dissipation part 24 is mounted on the other surface exposed to the outside from the thermoelectric element heat absorbing part 21.
  • thermoelectric element heat dissipation unit 24 is preferably formed in a conical shape tapered gradually from one side to the other side, one side is mounted to the thermoelectric element heat absorbing portion (21).
  • thermoelectric element heat dissipation part 24 is fixed in a state mounted on the thermoelectric element heat absorbing part 21, it is preferable to finish using a material that can be firmly fixed without being corroded.
  • thermoelectric element heat dissipation part 24 is not accommodated into the buoyancy part 10 and is immersed in sea water or precipitation. That is, the thermoelectric element heat absorbing portion 21 is introduced into the buoyancy portion 10 and positioned above the sea level, but the thermoelectric element heat dissipating portion 24 is positioned to be immersed in seawater or precipitation.
  • thermoelectric element radiator 24 By submerging the thermoelectric element radiator 24 in seawater or precipitation, the heat can be cooled using seawater or precipitation.
  • thermoelectric element 22 is positioned between the thermoelectric element heat dissipation part 24 and the thermoelectric element heat absorbing part 21 to generate electrical energy.
  • thermoelectric element 22 is an element that generates electrical energy using a Seebeck effect, and p-type and n-type semiconductors are connected in a ⁇ -type, connected in series, and zig-zag.
  • the upper and lower portions of the semiconductor are joined to each other by a metal plate, which is an electrically conductive plate and a ceramic substrate.
  • a metal plate which is an electrically conductive plate and a ceramic substrate.
  • thermoelectric element 22 has a predetermined area and is fixed between the thermoelectric element heat absorbing portion 21 and the thermoelectric element heat dissipating portion 24. That is, one surface of the thermoelectric element 22 is mounted with the thermoelectric element heat absorbing portion 21, and the other surface is equipped with the thermoelectric element radiating portion 24.
  • thermoelectric element 22 is heated by the thermoelectric element heat absorbing portion 21 and the other surface is cooled through the thermoelectric element heat dissipating portion 24 to generate electrical energy by this temperature difference.
  • thermoelectric element 22 receives heat of internal air, which is a high temperature of the buoyancy portion 10, from the thermoelectric element heat absorbing portion 21, and the other surface of the thermoelectric element 22 is transferred through the thermoelectric element radiating portion 24.
  • heat of internal air which is a high temperature of the buoyancy portion 10
  • thermoelectric element heat absorbing portion 21 the other surface of the thermoelectric element 22 is transferred through the thermoelectric element radiating portion 24.
  • thermoelectric element 23 which is the + and-electrodes of the thermoelectric element 22, is embedded in the thermoelectric element radiator 24 and drawn into the dot line 30.
  • the dot line 30 is preferably formed integrally on the other side of the thermoelectric element radiating portion 24. Since the thermoelectric element heat dissipation unit 24 and the dot line 30 should be immersed in seawater or precipitation, it is preferable that the thermoelectric element radiator 24 and the dot line 30 are integrally formed to prevent water from entering.
  • the dot line 30 can reduce the weight and improve the thermal conductivity while improving the tensile strength by using a carbon fiber alloy.
  • the dot line 30 formed as described above not only transfers the electric energy generated from the thermoelectric element 22 to the power generation unit 40 but is also connected to the buoyancy unit 10 and thus is vertically moved due to waves and tides. It becomes possible to transfer the movement of the buoyancy unit 10 to the power generation unit 40.
  • the power generation unit 40 is fixed to the bottom of the seabed in a state connected to the dot line 30, is connected to the submarine cable 50 for transmitting the generated electrical energy.
  • the power generation unit 40 fixed to the bottom of the seam winds up the dot line 30 to wind the winding means 41 for adjusting the movement of the buoyancy portion 10 and the winding means 41 is connected to the buoyancy force A cylinder 42 moving according to the movement of the unit 10, a motor 43 driven by the cylinder, a controller 44 for controlling the motor 43, and driven by the motor 43 Electricity generation unit 45 for generating electricity, electricity generated by the electricity generation unit 45, and electricity connected to the dot 30 to store electricity generated by the thermoelectric module unit 20. And a storage unit 46.
  • the winding means 41 further includes a motor (not shown) or the like connected to the shaft of the motor 43 to control the movement of the buoyancy part 10 by winding the dot line 30.
  • the dot line 30 may be wound by rotating by the driving force that 43 is rotated.
  • the motor 43 may be controlled by the controller 44, and the controller 44 may control the buoyancy unit 10 to be positioned above the sea surface while tightening the dot 30 according to a non-uniform wave height. Will be.
  • the electric generator 45 is driven according to whether the motor 43 is driven to generate electric energy, and transmits the generated electric energy through the submarine cable 50.
  • the electrical storage unit 46 is connected to the dot line 30, and in this case, is connected to the thermoelectric element 23 introduced into the dot line 30 to store electricity generated from the thermoelectric element 22. , Transmits the stored electrical energy through the submarine cable (50).
  • the power generation unit 40 configured as described above may further include a support so as to be supported on the bottom of the sea floor.
  • the present invention constituted as described above can be connected to a plurality of efficiently to generate electrical energy, and thus can be suitably used in large power plants.
  • the height of the buoyancy part 10 floating on the sea surface is also used to generate electric energy as well as to generate the electrical energy of the buoyancy part 10.
  • Electric energy can be generated by the temperature difference between the internal temperature and the seawater or the precipitation, so it can be used regardless of climate change, which can greatly improve the practicality.
  • the conventional wave power generation device does not generate electric energy without a change in the height of the wave and tidal power, the amount of power generation is significantly reduced and the power generation efficiency is not practical, but there is a problem that the present invention changes the height of the wave and tidal power Even without the use of the difference between the temperature of the buoyancy unit 10 and the temperature of the sea water or precipitation, it is possible to generate electrical energy, the power generation amount is increased, the power generation efficiency is improved, the practicality is greatly improved.

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Abstract

본 발명은 해양이나 강에 설치되어 파도 및 조력의 수직운동을 이용할 뿐만 아니라 해수나 강수의 온도차를 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있으며 실용성이 향상된 파력 및 온도차 발전장치에 관한 것이다.

Description

파력 및 온도차 발전장치
본 발명은 파력 및 온도차 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양이나 강에 설치되어 파도 및 조력의 수직운동을 이용할 뿐만 아니라 해수나 강수의 온도차를 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있으며 실용성이 향상된 파력 및 온도차 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기에너지는 화석연료의 연소에 의해 발생하는 열을 이용하는 화력 발전, 방사능 물질의 핵반응에 의해 발생하는 열을 이용하는 원자력 발전, 태양열을 이용하는 태양광 발전, 댐에 저장된 물의 중력을 이용하는 수력 발전, 바람을 이용하는 풍력 발전 등에 의해 발전된다.
그러나, 수력 발전은 오염이 거의 없고 발전 단가가 싼 장점이 있지만 입지 선정 조건의 제약이 크고 건설비가 많이 드는 단점이 있으며, 화력 발전은 수력 발전에 비하여 건설비가 싸고 위치의 선정에도 유리하지만 배기가스로 인한 공해가 심각한 문제점이 있었다.
또한, 원자력 발전은 친환경 에너지로 많은 양의 에너지를 얻을 수 있지만, 운영비용이 많이 들고 방사능이 노출될 수 있으며, 태양열 발전이나 풍력 발전은 에너지자원의 소비 없이 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있지만 날씨 및 시간에 따른 영향을 많이 받기 때문에 효율정이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 따라 최근에는 에너지자원의 소비 없이 에너지를 얻으면서 공해물질을 배출시키지 않아 친환경적으로 전기를 발전하는 파력 발전에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다.
상기 파력 발전은 해양이나 강의 파고 및 조력을 사용하여 전기를 발생시키기 때문에 공해물질이 배출되지 않으면서 친환경적이지만 설치장소와 시설비용이 많이 들고 유지시키고 관리하기 어렵기 때문에 경제성이 부족한 문제점으로 인해 실용성이 현저하게 떨어져 상용이 지연되고 있는 실정이다.
상기 문제점을 해소하기 위해 특허등록 제10-1232975호(등록일자: 2013년 02 월 06일)는 일정한 크기의 부력을 가지고 파력에 의해 상하로 이동할 수 있는 부유체, 부유체에 연결되고, 부유체의 상하 운동을 편심회전 운동으로 변환하는 편심회전운동 변환부, 및 편심회전운동 변환부에 연결되고, 편심회전운동 변환부로부터 전달되는 회전력에 의해 전기를 발전하는 발전기를 포함하여 구성되는 파력 발전시스템이 게재되어 있다.
그러나, 상기 파력 발전시스템은 파고 및 조력에만 의존하여 전기에너지를 발생시키기 때문에 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 해일, 태풍과 같이 바람의 세기가 강한 기상이 악화된 경우에는 사용이 어려워지며 바람의 세기가 너무 약해 파고가 발생하지 않을 경우 발전효율이 현저하게 떨어지기 때문에 현실적으로 실용화되지 못하고 있다.
따라서, 발전효율이 대폭 향상되면서 실용성을 향상시켜 실용화될 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 해양이나 강의 파도 및 조력의 수직운동을 이용할 뿐만 아니라 해수나 강수의 온도차를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 파력 및 온도차 발전장치를 제공하는 목적이 있다.
또한, 구조가 간단하면서 다수개 연결하여 사용하여 손실을 최소화하여 효율적으로 전기에너지를 발전할 수 있는 파력 및 온도차 발전장치를 제공하는 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 파력 및 온도차 발전장치는, 수면에 노출되기 위한 부력을 가지면서 파도 및 조력에 의해 수직운동하는 부력부(10)와, 상기 부력부(10)에 연결되는 닷줄(30)과, 상기 닷줄(30)과 연결되어 전기에너지를 발생시키거나 저장하기 위한 발전부(40)를 포함하는 발전장치에 있어서, 상기 부력부(10)는, 수면에 부유하고 수면에 맞닿는 부분에 인입구(13)가 형성되고 일정한 부피를 갖는 제1부력체(11)와, 상기 제1부력체(11)를 감싸면서 이격되어 상기 제1부력체(11)와의 사이에 진공상태를 유지하기 위한 제2부력체(12)의 이중구조로 구성되고, 상기 인입구(13)에 일면과 측면이 인입되도록 장착되어 상기 부력부(10)의 내측에서 가온된 공기의 열을 전달받기 위한 열전소자 흡열부(21)와, 상기 열전소자 흡열부(21)의 타면에 장착되어 상기 수면에 잠긴 상태에서 열을 냉각하는 열전소자 방열부(24)와, 상기 열전소자 흡열부(21)와 열전소자 방열부(24) 사이에 장착되어 상기 열전소자 흡열부(21)와 상기 열전소자 방열부(24)의 온도차에 의해 전기에너지를 발생시키는 열전소자(22)를 포함하는 열전모듈부(20)를 포함하며, 상기 열전소자 방열부(24)는, 상기 열전소자 흡열부(21)로부터 점점 가늘어지는 원뿔형으로 형성되고, 상기 열전소자(22)의 전극인 열전소자 전극(23)을 내장하여 상기 닷줄(30)을 통해 상기 발전부(40)로 상기 발생된 전기에너지를 전달하고, 상기 발전부(40)는, 상기 닷줄(30)을 권취하여 상기 부력부(10)의 움직임을 조절하기 위한 권취수단(41)과, 상기 권취수단(41)과 연결되어 상기 부력부(10)에 따라 움직이는 실린더(42)와, 상기 실린더로 인해 구동되는 모터(43)와, 상기 모터(43)를 제어하기 위한 제어부(44)와, 상기 모터(43)로 인해 구동되어 전기에너지를 발생시키기 위한 전기발생부(45)와, 상기 전기발생부(45)에서 발생된 전기에너지와 상기 닷줄(30)과 연결되어 상기 열전모듈부(20)에서 발생된 전기에너지를 저장하기 위한 전기저장부(46)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 해양이나 강에 설치되어 파도 및 조력의 수직운동을 이용할 뿐만 아니라 해수나 강수의 온도차를 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 바람의 세기 등에 따라 파고 및 조력이 불규칙적으로 발생하는 기상에도 전기에너지를 발생시킬 수 있어 발전량이 증가되어 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 구조가 간단하면서 다수개 연결하여 손실을 최소화하여 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있기 때문에 실용성과 경제성이 대폭 향상될 수 있으며 대형 발전플랜트에도 적합하게 이용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 부력부,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 열전모듈부,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 열전소자.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 파력 및 온도차 발전장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 부력부이다.
또한, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 열전모듈부이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치의 열전소자이다.
상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 파력 및 온도차 발전장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 해수면에 노출되도록 일정한 크기의 부력을 가지면서 상기 해수면의 파도 및 조력에 의해 수직운동하는 부력부(10)와, 상기 부력부(10)에 장착되어 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전모듈부(20)와, 상기 열전모듈부(20)에 연결되어 파도 및 조력에 의해 변하는 해수면의 높이에 따라 상기 부력부(10)의 수직운동을 전달받는 닷줄(30)과, 상기 닷줄(30)과 연결되어 전기를 발생시키거나 저장하기 위한 발전부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 부력부(10)는 일정한 크기의 부력을 가지며 내부에 공간이 형성되도록 구형으로 형성되고 투명한 유리나 실리콘재질로 이루어는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 부력부(10)의 내부 공간에 존재하는 공기의 온도를 상승시키기 위해 이중구조로 구성된다.
다시 말해, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부력부(10)는 일정한 부피의 제1부력체(11)와, 상기 제1부력체(11)의 부피보다 큰 제2부력체(12)로 구성된다.
상기 제2부력체(12)는 상기 제1부력체(11)에서 일정간격 이격되어 상기 제1부력체(11)를 감싸도록 구성된다.
상기 제1부력체(11)와 제2부력체(12) 사이에 이격되어 형성된 이격공간은 진공된 상태로 유지되어야 한다.
상기 제1부력체(11)와 제2부력체(12)의 사이가 진공상태가 됨으로써 상기 제1부력체(11)의 내부열이 외부로 배출되는 것을 최소화하여 상기 제1부력체(11)의 내부 공기의 온도를 상승시키게 된다.
또한, 상기 제1부력체(11)는 DBR코팅(Duted Bragg Reflection Coating)을 하여 가시광선이 투과되고 적외선은 차단할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 적외선 반사 코팅인 DBR코팅을 함으로써 적외선이 열에너지 형태로 바뀌어 상기 제1부력체(11)의 내부에 열에너지로 머물게 하여 상기 제1부력체(11)의 내부 공기의 온도를 상승시키게 된다.
상기와 같이 이중구조인 부력부(10)의 해수면과 맞닿는 부분에 상기 제1부력체(11)의 내부에 상기 열전모듈부(20)가 인입되어 위치될 수 있도록 인입구(13)를 형성한다.
여기서 상기 인입구(13)가 형성됨으로 인해 상기 제1부력체(11)와 제2부력체(12) 사이의 이격공간이 밀폐되지 않아 진공상태를 유지시킬 수 없지만, 열에 강한 재질인 실리콘 등으로 마감을 하여 상기 제1부력체(11)와 제2부력체(12) 사이의 이격공간에 진공상태가 유지될 수 있도록 한다.
상기 인입구(13)에 인입되는 열전모듈부(20)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부력부(10)의 내부로 인입되어 상기 부력부(10)의 내부열을 전달받는 열전소자 흡열부(21)와, 상기 열전소자 흡열부(21)와 대칭되게 외측에 장착되어 해수를 통해 냉각되는 열전소자 방열부(24)와, 상기 열전소자 흡열부(21)와 열전소자 방열부(24) 사이에 위치되어 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전소자(22)를 포함하여 구성된다.
상기 열전소자 흡열부(21)는 일정크기의 정육면체형으로 형성되는 것이 바람직하며, 알루미늄이나 구리판으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열전소자 흡열부(21)는 열전도도가 우수한 알루미늄이나 구리판을 사용하여, 높은 온도를 갖는 상기 부력부(10)의 내부공기의 열을 쉽게 전달받을 수 있을 것이다.
상기와 같은 열전소자 흡열부(21)의 일면과 측면은 상기 부력부(10)의 내부로 인입되고, 타면은 외부로 노출되도록 설치된다. 상기 부력부(10)에 인입됨으로 인해 열전소자 흡열부(21)에는 상기 부력부(10)의 높은 온도를 갖는 내부공기의 열이 전달되게 된다.
이때, 상기 부력부(10)에 상기 열전소자 흡열부(21)를 인입한 후 상기 부력부(10)의 내부공간을 밀폐시키면서 상기 열전소자 흡열부(21)를 고정시키기 위해 열에 강한 소재인 실리콘 등을 사용하여 마감처리를 하는 것이 바람직하다. 상기 부력부(10)의 내부 공기는 고온이기 때문에 열에 약한 소재를 사용할 경우 마감처리를 지속시킬 수 없게 되기 때문에 열에 강한 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열전소자 흡열부(21)에서 외부로 노출되어 있는 타면에 열전소자 방열부(24)가 장착된다.
상기 열전소자 방열부(24)는 일측에서 타측으로 점점 가늘어지는 원뿔형으로 형성되는 것이 바람직하며, 일측은 상기 열전소자 흡열부(21)에 장착된다.
상기 열전소자 방열부(24)는 상기 열전소자 흡열부(21)에 장착된 상태로 고정되고, 부식이 되지 않으면서 견고하게 고정시킬 수 있는 소재를 사용하여 마감처리 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 열전소자 방열부(24)는 상기 부력부(10)의 내부로 수용되지 않으며, 해수나 강수에 잠기게 된다. 즉, 상기 열전소자 흡열부(21)는 상기 부력부(10)에 인입되어 해수면의 위에 위치되지만, 상기 열전소자 방열부(24)는 해수나 강수에 잠기도록 위치된다.
상기 열전소자 방열부(24)를 해수나 강수에 잠기게 함으로써 해수나 강수를 이용하여 열을 냉각시킬 수 있게 된다.
상기 열전소자 방열부(24)와 상기 열전소자 흡열부(21) 사이에는 열전소자(22)가 위치하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 열전소자(22)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제벡효과(Seebeck Effect)를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 소자이며, p형 및 n형 반도체를 π형으로 접합하고 직렬로 연결하고 지그재그로 배치하여 이들 반도체 상부와 하부를 전기 전도판과 세라믹 기판인 금속판으로 결합하여 형성되어 있다. 여기서, 상기 제벡효과는 2종류의 금속 또는 반도체가 연결된 회로 양단에 일정 온도차를 유지하면 열에너지를 포함한 전자의 이동으로 인하여 접점 간에 전위차가 생겨 전기에너지를 발생한다.
상기 열전소자(22)는 일정 면적을 갖고 상기 열전소자 흡열부(21)와 열전소자 방열부(24)의 사이에 위치된 후 고정된다. 즉, 상기 열전소자(22)의 일면은 상기 열전소자 흡열부(21)가 장착되고, 타면은 상기 열전소자 방열부(24)가 장착된다.
따라서, 상기 열전소자(22)의 일면은 상기 열전소자 흡열부(21)에 의해 가열되고 타면은 상기 열전소자 방열부(24)를 통해 냉각되고, 이러한 온도차에 의해 전기에너지를 생성하게 된다.
다시 말해, 상기 열전소자(22)의 일면은 상기 부력부(10)의 고온인 내부공기의 열을 상기 열전소자 흡열부(21)로부터 전달받고, 타면은 상기 열전소자 방열부(24)를 통해 차가운 해수나 강수를 이용하여 열을 식혀 냉각되게 하여 상기 열전소자(22)의 일면과 타면에 온도차가 발생되도록 하여, 제벡효과로 인하여 전기에너지를 발생하게 된다.
이때, 상기 열전소자(22)의 +, -전극인 열전소자 전극(23)은 상기 열전소자 방열부(24)에 내장되어 닷줄(30)에 인입된다.
상기 닷줄(30)은 상기 열전소자 방열부(24)의 타측에 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 열전소자 방열부(24)와 닷줄(30)은 해수나 강수에 잠겨있어야 하기 때문에 일체형으로 형성되어 내부로 물이 들어가는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 닷줄(30)은 탄소섬유 합금을 사용함으로써 인장강도를 향상시키면서 무게를 줄이고 열전도성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 닷줄(30)의 길이가 길어질수록 방열계수는 향상되어 해수나 강수로 열을 효과적으로 방열할 수 있게 된다.
상기와 같이 형성되는 닷줄(30)은 상기 열전소자(22)에서 발생된 전기에너지를 상기 발전부(40)로 전달할 뿐만 아니라 상기 부력부(10)와 연결되어 있기 때문에 파도 및 조력에 의해 수직운동되는 상기 부력부(10)의 움직임을 상기 발전부(40)로 전달할 수 있게 된다.
상기 발전부(40)는 상기 닷줄(30)과 연결된 상태로 해저 바닥에 고정되고, 발생된 전기에너지를 전송하기 위한 해저케이블(50)과 연결되어 있다.
상기 해저 바닥에 고정된 발전부(40)는 상기 닷줄(30)을 권취하여 상기 부력부(10)의 움직임을 조절하기 위한 권취수단(41)과, 상기 권취수단(41)과 연결되어 상기 부력부(10)의 움직임에 따라 움직이는 실린더(42)와, 상기 실린더로 인해 구동되는 모터(43)와, 상기 모터(43)를 제어하기 위한 제어부(44)와, 상기 모터(43)로 인해 구동되어 전기를 발생시키기 위한 전기발생부(45)와, 상기 전기발생부(45)에서 발생된 전기와 상기 닷줄(30)과 연결되어 상기 열전모듈부(20)에서 발생된 전기를 저장하기 위한 전기저장부(46)를 포함하여 구성된다.
상기 권취수단(41)은 상기 닷줄(30)을 권취하여 상기 부력부(10)의 움직임을 조절하기 위해 모터(미도시) 등을 추가로 내장하거나 상기 모터(43)의 축에 연결되고 상기 모터(43)가 회전하는 구동력에 의해 회전하여 상기 닷줄(30)을 권취할 수 있다.
상기 모터(43)는 제어부(44)에서 제어할 수 있으며, 상기 제어부(44)는 일정하지 않는 파도 높이에 따라 닷줄(30)을 팽팽하게 하면서 부력부(10)가 해수면 위에 위치하도록 제어할 수 있게 된다.
상기 전기발생부(45)는 상기 모터(43)의 구동여부에 따라 구동되어 전기에너지를 발생시키고, 발생된 전기에너지를 상기 해저케이블(50)을 통해 전송한다.
상기 전기저장부(46)는 상기 닷줄(30)과 연결되는데, 이때, 상기 닷줄(30)에 인입된 상기 열전소자 전극(23)과 연결되어 상기 열전소자(22)에서 발생된 전기를 저장하고, 저장된 전기에너지를 상기 해저케이블(50)을 통해 전송한다.
상기와 같이 구성된 발전부(40)는 해저 바닥에 지지될 수 있도록 지주를 더 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명은 다수개 연결되어 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있으며, 이로 인해 대형 발전플랜트에도 적합하게 이용될 수 있다.
또한, 파도 및 조력의 변화에 의하여 해수면의 높이가 계속 변화하기 때문에 해수면에 떠 있는 상기 부력부(10)의 높이도 함께 변화하는 것을 이용하여 전기에너지를 발생시킬 뿐만 아니라 상기 부력부(10)의 내부온도와 해수나 강수의 온도차이로 전기에너지를 발생시킬 수 있어 기후 변화에 관계없이 사용이 가능하기 때문에 실용성을 대폭 향상시킬 수 있다.
다시 말해, 종래의 파력발전장치는 파도 및 조력의 높이 변화가 없으면 전기에너지를 발생시키지 않아 발전량이 현저히 감소하며 발전효율이 낮기 때문에 실용화되지 못하는 문제점이 있었지만, 본 발명은 파도 및 조력의 높이 변화가 없어도 상기 부력부(10)의 온도와 해수나 강수의 온도의 차이를 이용하여 전기에너지를 발생시킬 수 있기 때문에 발전량이 증가하며 발전효율이 향상되기 때문에 실용성이 대폭 향상된다.
또한, 구조가 간단하면서 손실 없이 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있기 때문에 실용성과 경제성이 대폭 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 해일, 태풍 등 기상이 악화된 상황일 경우, 손상 및 파손을 방지할 수 있도록 수거하기 위해 소형으로 제작될 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (1)

  1. 수면에 노출되기 위한 부력을 가지면서 파도 및 조력에 의해 수직운동하는 부력부(10)와, 상기 부력부(10)에 연결되는 닷줄(30)과, 상기 닷줄(30)과 연결되어 전기에너지를 발생시키거나 저장하기 위한 발전부(40)를 포함하는 발전장치에 있어서,
    상기 부력부(10)는, 수면에 부유하고 수면에 맞닿는 부분에 인입구(13)가 형성되고 일정한 부피를 갖는 제1부력체(11)와, 상기 제1부력체(11)를 감싸면서 이격되어 상기 제1부력체(11)와의 사이에 진공상태를 유지하기 위한 제2부력체(12)의 이중구조로 구성되고,
    상기 인입구(13)에 일면과 측면이 인입되도록 장착되어 상기 부력부(10)의 내측에서 가온된 공기의 열을 전달받기 위한 열전소자 흡열부(21)와, 상기 열전소자 흡열부(21)의 타면에 장착되어 상기 수면에 잠긴 상태에서 열을 냉각하는 열전소자 방열부(24)와, 상기 열전소자 흡열부(21)와 열전소자 방열부(24) 사이에 장착되어 상기 열전소자 흡열부(21)와 상기 열전소자 방열부(24)의 온도차에 의해 전기에너지를 발생시키는 열전소자(22)를 포함하는 열전모듈부(20)를 포함하며,
    상기 열전소자 방열부(24)는, 상기 열전소자 흡열부(21)로부터 점점 가늘어지는 원뿔형으로 형성되고, 상기 열전소자(22)의 전극인 열전소자 전극(23)을 내장하여 상기 닷줄(30)을 통해 상기 발전부(40)로 상기 발생된 전기에너지를 전달하고,
    상기 발전부(40)는, 상기 닷줄(30)을 권취하여 상기 부력부(10)의 움직임을 조절하기 위한 권취수단(41)과, 상기 권취수단(41)과 연결되어 상기 부력부(10)에 따라 움직이는 실린더(42)와, 상기 실린더로 인해 구동되는 모터(43)와, 상기 모터(43)를 제어하기 위한 제어부(44)와, 상기 모터(43)로 인해 구동되어 전기에너지를 발생시키기 위한 전기발생부(45)와, 상기 전기발생부(45)에서 발생된 전기에너지와 상기 닷줄(30)과 연결되어 상기 열전모듈부(20)에서 발생된 전기에너지를 저장하기 위한 전기저장부(46)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 및 온도차 발전장치.
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