WO2017191992A1 - 열광 발전 장치 - Google Patents

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light
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fuel
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나원산
박진표
한보현
한철승
김나연
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Amosense Co Ltd
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • thermoelectric generator BACKGROUND OF THE INVENTION 1.
  • the present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly, to a thermoelectric generator (THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE) for minimizing damage of an optical device configured for thermoelectric conversion.
  • small mobile electronic devices such as small portable devices and mobile military equipment, are used because they are made small in order to ensure portability.
  • secondary batteries used in the present invention have a long charging time because they are composed of lithium-ion. There is a problem of short use time.
  • the ultra-small heat engine (engine) power generator includes a high speed moving part for converting heat into electricity, which causes excessive heat and friction loss and difficulty in microfabrication.
  • the micro thermoelectric conversion device has a simple configuration including transferring heat radiation energy generated from an ultra small emitter to a photovoltaic cell through a dielectric filter to acquire electricity and cooling the device, and is easy to manufacture. Therefore, there are advantages such as convenience and low maintenance cost as power source for small mobile electronic devices.
  • ThermoPhotoVoltaic is a system that directly converts photons generated by heat into energy. It is usually composed of a thermal emitter and a photovoltaic diode cell to supply electricity and electricity. It consists of a control unit.
  • the photovoltaic generator applies heat to a heat radiator using heat, and then, through black body radiation generated from the heat radiator, scans a photovoltic cell (PV) having a low energy band gap to form electrical energy.
  • thermoelectric generators have high energy density (more than 100 times the energy density per unit mass compared to lithium-ion batteries), instant charging and sufficient charging life, and non-power dynamometers, development of on-board generators with noise, environmental friendliness and emergency application As a result, it is emerging as a strong candidate for the next generation mobile power supply that will replace the existing secondary battery.
  • thermoelectric generators comprise a combustor (emitter) and a thermoelectric array.
  • the thermoelectric element array is configured by arranging a plurality of thermoelectric elements on an inner surface (that is, a combustor direction) of a base substrate having a hollow cylindrical shape.
  • the thermoluminescent element array is disposed spaced apart from the outer circumference of the combustor by a predetermined interval, and condenses the light generated by the combustion of the fuel in the combustor to convert it into electrical energy.
  • thermoelectric element array is disposed as close as possible to the outer periphery of the combustor, there is a problem that the thermoelectric elements are damaged due to the high heat generated during the combustion of the fuel in the combustor. .
  • thermoelectric generators can prevent breakage of the thermo-element array by separating the combustor and the thermo-element array more than a certain distance, but as the separation distance between the combustor and the thermo-element array increases, the collection efficiency is lowered and the power generation efficiency is lowered. have.
  • the present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a photovoltaic device for maximizing power generation efficiency while preventing breakage of the thermal device array.
  • a photovoltaic device is a combustor that generates heat and light by burning fuel supplied through a fuel supply line, and is disposed to be spaced apart from an upper part of a combustor, and light generated from a combustor And a first insertion hole into which the combustor is inserted, and a light converging member reflecting light generated from the combustor to the thermoelectric element array.
  • the combustor may include a mixing unit for mixing the fuel supplied from the fuel supply line with air and a combustion unit for burning the fuel supplied from the mixing unit.
  • the combustion unit includes a chamber into which the fuel is introduced from the mixing unit and a combustion bar for burning the fuel introduced into the chamber.
  • the light collecting member may be disposed on the outer circumference of the combustion unit, and the heat dissipation member may be disposed on the outer circumference of the mixing unit.
  • the thermoelectric element array may include a base substrate formed of a heat dissipating material and formed in a flat plate shape or an arch shape, and a plurality of thermoelectric elements arranged on one surface of the base substrate.
  • the light collecting member may have a first insertion hole in which a combustor is inserted in a central portion thereof, and an inclined surface may be formed around the first insertion hole.
  • the inclined surface may have an inclination in the direction of the first insertion hole from the upper outer side of the light collecting member, and a reflecting material for reflecting light generated by the combustor may be formed on the inclined surface of the light collecting member.
  • the photovoltaic device may further include a heat dissipation member having a second insertion hole into which a combustor is inserted and disposed under the light collecting member to discharge heat of the combustor to the outside.
  • the heat dissipation member may include a heat dissipation body having a second insertion hole formed at a central portion thereof, and a plurality of protrusions extending from the heat dissipation body.
  • thermoelectric generator is arranged in the upper direction of the combustor, and arranged on the outer periphery of the combustor by reflecting the reflector reflecting the heat generated by the combustor to the thermoelectric element array, while preventing damage to the thermoelement array There is an effect that can maximize the power generation efficiency.
  • thermoelectric generator since the thermoelectric generator is configured in a planar form, the thermoelectric generator may be easier to design than the conventional thermoelectric generator that configures the thermoelectric array in a cylindrical form, thereby increasing productivity.
  • the photovoltaic device reflects (refracts) the light (light) generated by the combustor through a light collecting member to a thermoelectric element array positioned above the combustor, thereby minimizing scattering of light (light) generated in the combustor, thereby reducing condensing degree. There is an effect that can be maximized.
  • the photovoltaic device has a side effect of maximizing the concentration of light, thereby maximizing the power generation efficiency of the photovoltaic device array.
  • the heat photovoltaic device has an effect of maximizing the combustion efficiency by maintaining the temperature of the mixing portion below a predetermined temperature by disposing a heat radiating member on the outer circumference of the mixing portion of the combustor.
  • FIG. 1 is a view for explaining a photovoltaic device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the combustor of FIG.
  • 3 to 5 are views for explaining the light collecting member of FIG.
  • 6 to 8 are diagrams for explaining the thermo-optic array of FIG.
  • FIG. 9 is a view for explaining a photovoltaic device according to a second embodiment of the present invention.
  • 10 to 12 are views for explaining the light collecting member of FIG.
  • FIG. 13 is a view for explaining the heat dissipation member of FIG. 9.
  • thermoelectric generator according to a first embodiment of the present invention includes a combustor 100, a light collecting member 200, and a thermoluminescent element array 300.
  • the combustor 100 is inserted into an insertion groove formed in the light collecting member 200, and the thermoluminescent element array 300 is spaced apart from the upper portion of the combustor 100 by a predetermined interval.
  • the thermoluminescent device array 300 is illustrated as separated for convenience of description, but may be spaced apart from the combustor 100 through a separate fixing member.
  • the combustor 100 burns fuel supplied through the fuel supply line 10 to generate light and heat. To this end, the combustor 100 is mixed with air in the mixing unit 120 and the mixing unit 120 for mixing the air (for example, H2, NH3, etc.) and air supplied through the fuel supply line 10. It is configured to include a combustion unit 140 for receiving the combustion fuel.
  • the combustor 100 may include a mixing unit 120 in which a fuel supply line connection unit 122 and an exhaust port 124 are formed, and fuel mixed with air in the mixing unit 120. It is provided with a combustion chamber 140 composed of a cylindrical chamber 142 and a combustion bar 144 disposed in the chamber 142. At this time, the chamber 142 is composed of a resin material or a glass material having high heat resistance and high light transmittance.
  • the mixing unit 120 mixes air and fuel to supply the chamber 142.
  • the combustion bar 144 generates sparks when fuel is introduced into the chamber 142 to combust the fuel to generate light and heat.
  • the light collecting member 200 reflects (refracts) the light (light) generated when the fuel is combusted in the combustor 100 to the thermoelectric element array 300. To this end, as shown in FIG. 3, the light collecting member 200 has a first insertion hole 220 into which a combustor 100 is inserted.
  • the light collecting member 200 is formed of a high heat resistant material, and an inclined surface is formed around the first insertion hole 220.
  • the inclined surface is formed to have a linear inclination in the direction of the first insertion hole 220 from the upper outer side of the light collecting member 200, the reflector 240 having high heat resistance and high reflectance (for example, gold, platinum, etc.) ) Is formed by plating.
  • the inclination angle of the inclined surface may be changed according to the separation distance, position, etc. of the thermal element array 300 and the combustor 100, and thus specific limitations are omitted.
  • the light collecting member 200 may be formed in any shape as long as only the first insertion hole 220 and an inclined surface are formed therein, and the inclined surface may be formed to have a curved slope. .
  • the light collecting member 200 transmits light (light) generated by the combustion of fuel in the combustor 100 inserted into the insertion groove (ie, the upper direction of the combustor 100). Reflected (refractive) toward the thermo-optic array 300.
  • the light collecting member 200 may maximize the light collecting degree by minimizing scattering of light (light) generated from the combustor 100.
  • the photoelectric element array 300 is disposed above the combustor 100. That is, the thermoelectric element array 300 is disposed in the upper direction of the combustor 100. At this time, since the thermal device 340 has a good power generation efficiency when the temperature is low, the thermal device array 300 is formed spaced apart from the combustor 100 by a predetermined interval.
  • the thermoelectric element array 300 includes a base substrate 320 formed of a flat plate having a predetermined shape and a plurality of thermoelectric elements 340 arranged in a matrix on the base substrate 320.
  • the base substrate 320 may be made of a metal material having a high heat dissipation performance in order to improve the power generation efficiency of the thermal light emitting elements 340. That is, the base substrate 320 emits heat applied to the plurality of thermal light emitting devices 340 to the outside by the heat generated from the combustor 100 to lower the temperature of the thermal light emitting devices 340, thereby reducing the temperature of the thermal light emitting devices 340. Increase power generation efficiency
  • thermoelectric element array 300 includes a plurality of thermoelectric elements 340 arranged in a matrix on a base substrate 320 formed of a circular flat plate.
  • thermoelectric element array 300 includes a plurality of thermoelectric elements 340 arranged in a matrix on a base substrate 320 formed of a flat plate having rounded corners.
  • the photovoltaic device is a conventional photovoltaic power generating the thermoelectric element array 300 in a cylindrical form by arranging the thermoelectric element array 300 by arranging the thermal element 340 on the base substrate 320 of the flat form.
  • the design is easier to increase the productivity.
  • thermoluminescent element array 300 may be configured by a plurality of thermoluminescent elements 340 arranged in a matrix on the base substrate 320 having a curved shape in a flat plate. That is, as shown in FIG. 8, as the curvature is formed, a plurality of hot light devices 340 are arranged in a matrix on the base substrate 320 having an arcuate cut surface.
  • thermoelectric generator is arranged in the upper direction of the combustor, by arranging a reflector (condensing member) for reflecting heat generated in the combustor to the thermoelectric element array on the outer periphery of the combustor, It is effective to maximize power generation efficiency while preventing breakage.
  • thermoelectric generator since the thermoelectric generator is configured in a planar form, the thermoelectric generator may be easier to design than the conventional thermoelectric generator that configures the thermoelectric array in a cylindrical form, thereby increasing productivity.
  • the photovoltaic device reflects (refracts) the light (light) generated by the combustor through a light collecting member to a thermoelectric element array positioned above the combustor, thereby minimizing scattering of light (light) generated in the combustor, thereby reducing condensing degree. There is an effect that can be maximized.
  • the photovoltaic device has a side effect of maximizing the concentration of light, thereby maximizing the power generation efficiency of the photovoltaic device array.
  • the thermoelectric power generation apparatus includes a combustor 100, a light collecting member 200, a thermoelectric element array 300, and a heat radiating member 400.
  • the combustor 100 is inserted into an insertion hole formed in the light collecting member 200 and the heat dissipation member 400, and the thermoluminescent element array 300 is spaced apart from the upper portion of the combustor 100 by a predetermined interval.
  • the thermo-optic array 300 is illustrated as separated for convenience of description, but may be spaced apart from the combustor 100 through a separate fixing member.
  • the combustor 100 burns fuel supplied through the fuel supply line 10 to generate light and heat. To this end, the combustor 100 is mixed with air in the mixing unit 120 and the mixing unit 120 for mixing the air (for example, H2, NH3, etc.) and air supplied through the fuel supply line 10. It is configured to include a combustion unit 140 for receiving the combustion fuel.
  • the combustor 100 may include a mixing unit 120 in which a fuel supply line connection unit 122 and an exhaust port 124 are formed, and a cylindrical chamber 142 into which fuel mixed with air is introduced from the mixing unit 120. It consists of the combustion part 140 which consists of the combustion bar 144 arrange
  • the mixing unit 120 mixes air and fuel to supply the chamber 142.
  • the combustion bar 144 generates sparks when fuel is introduced into the chamber 142 to combust the fuel to generate light and heat.
  • the heat dissipation member 400 is disposed on the outer circumference of the mixing unit 120, and the light collecting member 200 is disposed on the outer circumference of the combustion unit 140 (see FIG. 5). That is, since the mixing unit 120 improves the performance of the mixing of fuel and air as the temperature is lower, the heat dissipation member 400 is disposed around to discharge heat applied from the combustion unit 140 to the outside. Through this, by maintaining the temperature of the mixing unit 120 or less than a predetermined temperature to improve the mixing performance of fuel and air, the combustion efficiency in the combustion unit 140 is improved.
  • the light collecting member 200 reflects (refracts) the light (light) generated when the fuel is combusted in the combustor 100 to the thermoelectric element array 300. To this end, as shown in FIG. 10, the light collecting member 200 has a first insertion hole 220 into which the combustor 100 is inserted.
  • the light collecting member 200 is formed of a high heat resistant material, and an inclined surface is formed around the first insertion hole 220.
  • the inclined surface is formed to have a linear inclination in the direction of the first insertion hole 220 from the upper outer side of the light collecting member 200, the reflector 240 having high heat resistance and high reflectance (for example, gold, platinum, etc.) ) Is formed by plating.
  • the inclination angle of the inclined surface may be changed according to the separation distance, position, etc. of the thermal element array 300 and the combustor 100, and thus specific limitations are omitted.
  • the light collecting member 200 may be formed in any shape as long as only the first insertion hole 220 and an inclined surface are formed therein, and the inclined surface may be formed to have a curved slope. .
  • the light collecting member 200 generates light (light) generated by the combustion of fuel from the combustor 100 inserted into the first insertion hole 220. It is reflected (refractive) in the upper direction (ie, the direction of the thermo-element array 300).
  • the light collecting member 200 may maximize the light collecting degree by minimizing scattering of light (light) generated from the combustor 100.
  • the photoelectric element array 300 is disposed above the combustor 100. That is, the thermoelectric element array 300 is disposed in the upper direction of the combustor 100. At this time, since the thermal device 340 has a good power generation efficiency when the temperature is low, the thermal device array 300 is formed spaced apart from the combustor 100 by a predetermined interval.
  • the thermoelectric element array 300 includes a base substrate 320 composed of a flat plate having a predetermined shape and a plurality of thermoelectric elements 340 arranged in a matrix on the base substrate 320 (see FIG. 1).
  • the 320 may be made of a metal material having high heat dissipation performance in order to improve power generation efficiency of the thermoelectric elements 340. That is, the base substrate 320 emits heat applied to the plurality of thermal light emitting devices 340 to the outside by the heat generated from the combustor 100 to lower the temperature of the thermal light emitting devices 340, thereby reducing the temperature of the thermal light emitting devices 340. Increase power generation efficiency
  • thermoelectric element array 300 may include a plurality of thermoelectric elements 340 arranged in a matrix on a base substrate 320 formed of a circular flat plate, or a base substrate 320 composed of a rectangular flat plate having rounded corners.
  • a plurality of thermoelectric elements 340 may be arranged in a matrix.
  • the photovoltaic device is a conventional photovoltaic power generating the thermoelectric element array 300 in a cylindrical form by arranging the thermoelectric element array 300 by arranging the thermal element 340 on the base substrate 320 of the flat form.
  • the design is easier to increase the productivity.
  • thermoluminescent element array 300 may be configured by a plurality of thermoluminescent elements 340 arranged in a matrix on the base substrate 320 having a curved shape in a flat plate. That is, as shown in FIG. 8, as the curvature is formed, a plurality of hot light devices 340 are arranged in a matrix on the base substrate 320 having an arcuate cut surface.
  • the heat dissipation member 400 is disposed under the light collecting member 200, and a second insertion hole 420 into which the combustor 100 is inserted is formed at the center thereof.
  • the second insertion hole 420 forms an insertion hole into which the first insertion hole 220 and the combustor 100 are inserted together as the light collecting member 200 is disposed on the heat dissipation member 400.
  • the light collecting member 200 is disposed on the outer circumference of the combustion unit 140 of the combustor 100
  • the heat dissipation member 400 is formed on the outer circumference of the mixing unit 120 of the combustor 100. Is placed on.
  • the heat dissipation member 400 discharges the heat of the mixing unit 120 of the combustor 100 to the outside to maintain the temperature of the mixing unit 120 below a predetermined temperature. That is, in the mixing unit 120, the lower the temperature, the better the performance of mixing the fuel and air. Since the mixing part 120 is in contact with the combustion part 140, the temperature rises due to heat generated during combustion. Thus, the heat dissipation member 400 is disposed around the mixing part 120 to discharge heat of the mixing part 120 to the outside. As a result, the heat dissipation member 400 maintains the temperature of the mixing unit 120 below a predetermined temperature to improve the mixing performance of the fuel and air, thereby improving the combustion efficiency in the combustion unit 140.
  • the heat dissipation member 400 includes a cylindrical heat dissipation body 440 and a plurality of protrusions 460 extending and protruding from a lower surface of the heat dissipation body 400.
  • the heat dissipation body 440 is formed with a second insertion hole 420 into which the combustor 100 is inserted.
  • thermo-electric power generation apparatus has an effect of maximizing combustion efficiency by maintaining the temperature of the mixing portion below a predetermined temperature by disposing a heat dissipation member on the outer circumference of the mixing portion of the combustor.

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Abstract

열광소자 어레이의 파손을 방지하면서 발전 효율을 최대화하도록 한 열광 발전 장치를 제시한다. 제시된 열광 발전 장치는 연료공급라인을 통해 공급되는 연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기, 연소기의 상부에 이격되어 배치되고, 연소기에서 발생하는 빛을 전기 에너지로 변환하는 열광소자 어레이 및 연소기가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 연소기에서 발생하는 빛을 열광소자 어레이로 반사시키는 집광 부재를 포함한다.

Description

열광 발전 장치
본 발명은 열광 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열광전 변환을 위해 구성되는 광소자의 파손을 최소화하는 열광 발전 장치(THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE)에 관한 것이다.
소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비의 개발 및 보급이 증가함에 따라 이들의 전원 공급을 위한 이차 전지, 소형 발전기 등과 같이 다양한 장치들이 개발되고 있다.
일반적으로, 소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비 등의 소형 이동전자기기는 휴대성 확보를 위해 소형으로 제작되기 때문에 이차 전지가 사용되고 있지만, 현재 사용되는 이차 전지는 리튬-이온으로 구성되기 때문에 충전시간이 길고, 사용시간이 짧은 문제점이 있다.
최근에는 이러한 이차전지의 문제점을 해결하기 위해, 소형 발전 장치에 관한 연구/개발이 활발하게 진행되고 있으며, 마이크로 가스터빈, 마이크로 왕복기관 등의 초소형 열기관(엔진) 동력발생장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
하지만, 초소형 열기관(엔진) 동력발생장치는 열을 전기로 변환하기 위한 고속의 동적 장치(moving parts)를 포함하고 있어 과도한 열 및 마찰손실의 발생과 미세제작의 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
이에, 초소형 열전(thermoelectric) 시스템, 초소형 열광전(thermophotovoltaic, TPV) 변환 장치 등과 같이 동적 장치를 포함하지 않고, 직접 에너지 변환이 가능한 방식의 소형 발전 장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
초소형 열광전 변환 장치는 초소형 이미터(emitter, 연소기)에서 발생하는 열복사에너지를 유전필터를 통해 광전셀에 전달하여 전기를 획득하고, 장치를 냉각하는 과정을 포함하는 단순한 구성으로 되어있으며 제작의 용이성 때문에 소형 이동전자기기의 전원으로 편리성과 저렴한 유지비 등의 장점이 있다.
열광발전기(ThermoPhotoVoltaic : TPV)는 열에 의해 발생된 광자(photon)를 직접 에너지로 변환하는 시스템으로 보통 열방사체(thermal emitter)와 열광소자(photovoltaic diode cell)로 구성된 발전부와 전력을 공급하기 위한 전기제어부로 구성된다. 열광 발전기는 열을 이용해 열방사체에 해당 열을 가하고 이를 통해 열방사체에서 발생되는 흑체 복사(black body radiation)를 통해 낮은 에너지 밴드갭을 가지는 photovoltic cell(PV)에 주사시켜 전기 에너지를 형성한다.
열광발전기는 고에너지밀도(리튬이온 전지대비 단위질량당 에너지 밀도 100배 이상), 즉각적인 충전 및 충분한 충전수명, 비동력계이므로 무소음, 환경 친화성, 비상시 응용성 등 장점을 갖는 탑재형 발전기의 개발이 가능하여 기존 이차전지를 대체할 차세대 이동전원장치의 강력한 후보로 대두되고 있다.
일반적으로, 종래의 열광발전기는 연소기(이미터(emitter)) 및 열광소자 어레이를 포함하여 구성된다. 이때, 열광소자 어레이는 내부가 빈 원통 형상으로 형성된 베이스 기재의 내부면(즉, 연소기 방향)에 복수의 열광소자들이 배치되어 구성된다. 열광소자 어레이는 연소기의 외주와 소정 간격 이격되어 배치되어, 연소기에서 연료의 연소에 따라 발생하는 광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다.
이때, 종래의 열광발전기는 발전 효율을 최대화하기 위해서 연소기의 외주와 최대한 가까운 위치에 열광소자 어레이를 배치하기 때문에, 연소기에서 연료를 연소하는 과정에서 발생하는 고열로 인해 열광소자들이 파손되는 문제점이 있다.
종래의 열광발전기는 연소기와 열광소자 어레이를 일정 거리 이상 이격시켜 열광소자 어레이의 파손은 방지할 수 있지만, 연소기와 열광소자 어레이의 이격 거리가 증가할수록 집광 효율이 저하되어 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 열광소자 어레이의 파손을 방지하면서 발전 효율을 최대화하도록 한 열광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 열광 발전 장치는 연료공급라인을 통해 공급되는 연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기, 연소기의 상부에 이격되어 배치되고, 연소기에서 발생하는 빛을 전기 에너지로 변환하는 열광소자 어레이 및 연소기가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 연소기에서 발생하는 빛을 열광소자 어레이로 반사시키는 집광 부재를 포함한다.
연소기는 연료공급라인으로부터 공급되는 연료를 공기와 혼합하는 혼합부 및 혼합부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 연소부를 포함할 수 있다. 이때, 연소부는 혼합부로부터 연료가 유입되는 챔버 및 챔버로 유입된 연료를 연소시키는 연소바를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치. 여기서, 집광 부재는 연소부의 외주에 배치되고, 방열 부재는 혼합부의 외주에 배치될 수 있다.
열광소자 어레이는 방열 재질로 구성되어 평판 형상 또는 아치 형상으로 형성되는 베이스 기재 및 베이스 기재의 일면에 행렬배치되는 복수의 열광소자를 포함할 수 있다.
집광 부재는 중앙부에 연소기가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 제1 삽입홀을 중심으로 경사면이 형성될 수 있다. 이때, 경사면은 집광 부재의 상부 외측에서 제1 삽입홀 방향으로 경사를 갖고, 집광 부재의 경사면에는 연소기에서 발생하는 빛을 반사시키는 반사재가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열광 발전 장치는 연소기가 삽입되는 제2 삽입홀이 형성되고, 집광 부재의 하부에 배치되어 연소기의 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 방열 부재는 중앙부에 제2 삽입홀이 형성되는 방열 본체 및 방열 본체에서 연장되어 돌출되는 복수의 돌기부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열광 발전 장치는 열광소자 어레이를 연소기의 상부 방향에 배치하고, 연소기의 외주에 연소기에서 발생하는 열을 열광소자 어레이로 반사시키는 리플렉터를 배치함으로써, 열광소자 어레이의 파손을 방지하면서 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 열광소자 어레이를 평면 형태로 구성함으로써, 원통 형태로 열광소자 어레이를 구성하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 설계가 용이하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 집광 부재를 통해 연소기에서 발생하는 빛(광)을 연소기 상부에 위치하는 열광소자 어레이로 반사(굴절)시킴으로써, 연소기에서 발생하는 빛(광)의 산란을 최소화하여 집광도를 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 집광도를 최대화함으로써, 열광소자 어레이의 발전 효율을 최대화할 수 있는 부수적인 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 연소기의 혼합부 외주에 방열 부재를 배치함으로써, 혼합부의 온도를 소정 온도 이하로 유지하여 연소 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열광 발전 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 연소기를 설명하기 위한 도면.
도 3 내지 도 5는 도 1의 집광 부재를 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 8은 도 1의 열광소자 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열광 발전 장치를 설명하기 위한 도면.
도 10 내지 도 12는 도 9의 집광 부재를 설명하기 위한 도면.
도 13은 도 9의 방열 부재를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열광 발전 장치는 연소기(100), 집광 부재(200) 및 열광소자 어레이(300)를 포함하여 구성된다. 열광 발전 장치는 연소기(100)가 집광 부재(200)에 형성된 삽입홈에 삽입되고, 열광소자 어레이(300)가 연소기(100)의 상부와 소정 간격 이격되어 배치된다. 여기서, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 열광소자 어레이(300)가 분리된 것으로 도시하였으나, 별도의 고정부재를 통해 연소기(100)와 이격되어 배치될 수 있다.
연소기(100)는 연료공급라인(10)을 통해 공급되는 연료를 연소하여 광(빛)과 열을 발생시킨다. 이를 위해, 연소기(100)는 연료공급라인(10)을 통해 공급되는 연료(예를 들면, H2, NH3 등)와 공기를 혼합하는 혼합부(120) 및 혼합부(120)에서 공기와 혼합된 연료를 공급받아 연소시키는 연소부(140)를 포함하여 구성된다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 연소기(100)는 연료공급라인 연결부(122)와 배기구(124)가 형성된 혼합부(120), 및 혼합부(120)에서 공기와 혼합된 연료가 유입되는 원통형의 챔버(142)와 챔버(142) 내에 배치되는 연소바(144)로 구성되는 연소부(140)를 구비한다. 이때, 챔버(142)는 고내열성 및 고투광성을 갖는 수지재질 또는 유리재질로 구성된다.
이러한 구성에서, 혼합부(120)는 연료공급라인(10)을 통해 연료가 공급되면 공기와 연료를 혼합하여 챔버(142)로 공급한다. 연소바(144)는 챔버(142) 내에 연료가 유입되면 스파크를 발생하여 연료를 연소시켜 빛(광)과 열을 발생시킨다.
집광 부재(200)는 연소기(100)에서 연료의 연소시 발생하는 광(빛)을 열광소자 어레이(300)로 반사(굴절)시킨다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 중앙부에 연소기(100)기 삽입되는 제1 삽입홀(220)이 형성된다. 집광 부재(200)는 고내열성 재질로 형성되고, 제1 삽입홀(220)을 중심으로 경사면이 형성된다.
이때, 경사면은 집광 부재(200)의 상부 외측에서 제1 삽입홀(220) 방향으로 직선형태의 경사를 갖도록 형성되며, 고내열성 및 고반사율을 갖는 반사재(240; 예를 들면, 금, 백금 등)를 도금하여 형성된다. 여기서, 경사면의 경사 각도는 열광소자 어레이(300)와 연소기(100)의 이격 거리, 위치 등에 따라 변경될 수 있으므로 구체적인 한정을 생략한다.
물론, 도 4에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 내부에 제1 삽입홀(220)과 경사면만 형성된다면 어떠한 형상으로 구성되어도 무방하며, 경사면은 곡선 형태의 경사를 갖도록 형성될 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 삽입홈에 삽입된 연소기(100)에서 연료 연소에 따라 발생하는 빛(광)을 연소기(100)의 상부 방향(즉, 열광소자 어레이(300) 방향)으로 반사(굴절)시킨다.
이를 통해, 집광 부재(200)는 연소기(100)에서 발생하는 빛(광)의 산란을 최소화하여 집광도를 최대화할 수 있다.
열광소자 어레이(300)는 연소기(100)의 상부에 배치된다. 즉, 열광소자 어레이(300)는 연소기(100)의 상부 방향에 배치된다. 이때, 열광소자(340)는 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성을 갖기 때문에, 열광소자 어레이(300)는 연소기(100)와 소정 간격 이격되어 형성된다.
열광소자 어레이(300)는 소정 형상의 평판으로 구성되는 베이스 기재(320)와 베이스 기재(320)에 행렬배치되는 복수의 열광소자(340)를 포함하여 구성된다. 이때, 베이스 기재(320)는 열광소자(340)들의 발전효율 향상을 위해 방열 성능이 높은 금속 재질로 구성될 수 있다. 즉, 베이스 기재(320)는 연소기(100)에서 발생하는 열에 의해 복수의 열광소자(340)에 인가되는 열을 외부로 방출하여 열광소자(340)들의 온도를 낮춤으로써, 열광소자(340)들의 발전효율을 증가시킨다.
일례로, 도 6에 도시된 바와 같이, 열광소자 어레이(300)는 원형 형상의 평판으로 구성된 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성된다.
다른 일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 열광소자 어레이(300)는 각 모서리가 둥근 사각형 형상의 평판으로 구성된 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성된다.
이를 통해, 열광 발전 장치는 평판 형태의 베이스 기재(320)에 열광소자(340)를 배치하여 열광소자 어레이(300)를 구성함으로써, 원통 형태로 열광소자 어레이(300)를 구성하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 설계가 용이하여 생산성을 높일 수 있다.
이때, 열광소자 어레이(300)는 소정 형상의 평판에 굴곡을 형성한 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성될 수도 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 열광소자 어레이(300)는 굴곡이 형성됨에 따라 절단면이 아치형태로 형성되는 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성된다.
상술한 바와 같이, 열광 발전 장치는 열광소자 어레이를 연소기의 상부 방향에 배치하고, 연소기의 외주에 연소기에서 발생하는 열을 열광소자 어레이로 반사시키는 리플렉터(집광 부재)를 배치함으로써, 열광소자 어레이의 파손을 방지하면서 발전 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 열광소자 어레이를 평면 형태로 구성함으로써, 원통 형태로 열광소자 어레이를 구성하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 설계가 용이하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 집광 부재를 통해 연소기에서 발생하는 빛(광)을 연소기 상부에 위치하는 열광소자 어레이로 반사(굴절)시킴으로써, 연소기에서 발생하는 빛(광)의 산란을 최소화하여 집광도를 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열광 발전 장치는 집광도를 최대화함으로써, 열광소자 어레이의 발전 효율을 최대화할 수 있는 부수적인 효과가 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열광 발전 장치는 연소기(100), 집광 부재(200), 열광소자 어레이(300) 및 방열 부재(400)를 포함하여 구성된다. 열광 발전 장치는 연소기(100)가 집광 부재(200) 및 방열 부재(400)에 형성된 삽입홀에 삽입되고, 열광소자 어레이(300)가 연소기(100)의 상부와 소정 간격 이격되어 배치된다. 여기서, 도 9에서는 설명의 편의를 위해 열광소자 어레이(300)가 분리된 것으로 도시하였으나, 별도의 고정부재를 통해 연소기(100)와 이격되어 배치될 수 있다.
연소기(100)는 연료공급라인(10)을 통해 공급되는 연료를 연소하여 광(빛)과 열을 발생시킨다. 이를 위해, 연소기(100)는 연료공급라인(10)을 통해 공급되는 연료(예를 들면, H2, NH3 등)와 공기를 혼합하는 혼합부(120) 및 혼합부(120)에서 공기와 혼합된 연료를 공급받아 연소시키는 연소부(140)를 포함하여 구성된다.
일례로, 연소기(100)는 연료공급라인 연결부(122)와 배기구(124)가 형성된 혼합부(120), 및 혼합부(120)에서 공기와 혼합된 연료가 유입되는 원통형의 챔버(142)와 챔버(142) 내에 배치되는 연소바(144)로 구성되는 연소부(140)로 구성된다(도 2 참조). 이때, 챔버(142)는 고내열성 및 고투광성을 갖는 수지재질 또는 유리재질로 구성된다.
이러한 구성에서, 혼합부(120)는 연료공급라인(10)을 통해 연료가 공급되면 공기와 연료를 혼합하여 챔버(142)로 공급한다. 연소바(144)는 챔버(142) 내에 연료가 유입되면 스파크를 발생하여 연료를 연소시켜 빛(광)과 열을 발생시킨다.
이때, 혼합부(120)의 외주에는 방열 부재(400)가 배치되고, 연소부(140)의 외주에는 집광 부재(200)가 배치된다(도 5 참조). 즉, 혼합부(120)는 온도가 낮을 수록 연료와 공기의 혼합이 성능이 향상되기 때문에, 주변에 방열 부재(400)를 배치하여 연소부(140)로부터 인가되는 열을 외부로 방출한다. 이를 통해, 혼합부(120)의 온도를 소정 온도 이하로 유지하여 연료와 공기의 혼합 성능을 향상시킴으로써, 연소부(140)에서의 연소 효율이 향상된다.
집광 부재(200)는 연소기(100)에서 연료의 연소시 발생하는 광(빛)을 열광소자 어레이(300)로 반사(굴절)시킨다. 이를 위해, 도 10에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 중앙부에 연소기(100)기 삽입되는 제1 삽입홀(220)이 형성된다. 집광 부재(200)는 고내열성 재질로 형성되고, 제1 삽입홀(220)을 중심으로 경사면이 형성된다.
이때, 경사면은 집광 부재(200)의 상부 외측에서 제1 삽입홀(220) 방향으로 직선형태의 경사를 갖도록 형성되며, 고내열성 및 고반사율을 갖는 반사재(240; 예를 들면, 금, 백금 등)를 도금하여 형성된다. 여기서, 경사면의 경사 각도는 열광소자 어레이(300)와 연소기(100)의 이격 거리, 위치 등에 따라 변경될 수 있으므로 구체적인 한정을 생략한다.
물론, 도 11에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 내부에 제1 삽입홀(220)과 경사면만 형성된다면 어떠한 형상으로 구성되어도 무방하며, 경사면은 곡선 형태의 경사를 갖도록 형성될 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 도 12에 도시된 바와 같이, 집광 부재(200)는 제1 삽입홀(220)에 삽입된 연소기(100)에서 연료 연소에 따라 발생하는 빛(광)을 연소기(100)의 상부 방향(즉, 열광소자 어레이(300) 방향)으로 반사(굴절)시킨다.
이를 통해, 집광 부재(200)는 연소기(100)에서 발생하는 빛(광)의 산란을 최소화하여 집광도를 최대화할 수 있다.
열광소자 어레이(300)는 연소기(100)의 상부에 배치된다. 즉, 열광소자 어레이(300)는 연소기(100)의 상부 방향에 배치된다. 이때, 열광소자(340)는 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성을 갖기 때문에, 열광소자 어레이(300)는 연소기(100)와 소정 간격 이격되어 형성된다.
열광소자 어레이(300)는 소정 형상의 평판으로 구성되는 베이스 기재(320)와 베이스 기재(320)에 행렬배치되는 복수의 열광소자(340)를 포함하여 구성된다(도 1 참조)이때, 베이스 기재(320)는 열광소자(340)들의 발전효율 향상을 위해 방열 성능이 높은 금속 재질로 구성될 수 있다. 즉, 베이스 기재(320)는 연소기(100)에서 발생하는 열에 의해 복수의 열광소자(340)에 인가되는 열을 외부로 방출하여 열광소자(340)들의 온도를 낮춤으로써, 열광소자(340)들의 발전효율을 증가시킨다.
일례로, 열광소자 어레이(300)는 원형 형상의 평판으로 구성된 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되거나, 각 모서리가 둥근 사각형 형상의 평판으로 구성된 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성될 수 있다.
이를 통해, 열광 발전 장치는 평판 형태의 베이스 기재(320)에 열광소자(340)를 배치하여 열광소자 어레이(300)를 구성함으로써, 원통 형태로 열광소자 어레이(300)를 구성하는 종래의 열광 발전 장치에 비해 설계가 용이하여 생산성을 높일 수 있다.
이때, 열광소자 어레이(300)는 소정 형상의 평판에 굴곡을 형성한 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성될 수도 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 열광소자 어레이(300)는 굴곡이 형성됨에 따라 절단면이 아치형태로 형성되는 베이스 기재(320)에 복수의 열광소자(340)가 행렬배치되어 구성된다.
방열 부재(400)는 집광 부재(200)의 하부에 배치되고, 중앙부에 연소기(100)가 삽입되는 제2 삽입홀(420)이 형성된다. 이때, 제2 삽입홀(420)은 방열 부재(400)의 상부에 집광 부재(200)가 배치됨에 따라 제1 삽입홀(220)과 연소기(100)가 함께 삽입되는 삽입홀을 형성한다. 삽입홀에 연소기(100)가 삽입됨에 따라, 집광 부재(200)는 연소기(100)의 연소부(140) 외주에 배치되고, 방열 부재(400)는 연소기(100)의 혼합부(120) 외주에 배치된다.
방열 부재(400)는 연소기(100)의 혼합부(120)의 열을 외부로 배출하여 혼합부(120)의 온도를 소정 온도 이하로 유지한다. 즉, 혼합부(120)는 온도가 낮을 수록 연료와 공기의 혼합이 성능이 향상된다. 혼합부(120)는 연소부(140)와 접해 있기 때문에 연소시 발행하는 열에 의해 온도가 상승한다. 이에, 방열 부재(400)는 혼합부(120)의 주변에 배치되어 혼합부(120)의 열을 외부로 방출한다. 이를 통해, 방열 부재(400)는 혼합부(120)의 온도를 소정 온도 이하로 유지하여 연료와 공기의 혼합 성능을 향상시킴으로써, 연소부(140)에서의 연소 효율이 향상된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 방열 부재(400)는 원통형상의 방열 본체(440) 및 방열 본체(400)의 하부면에서 연장되어 돌출되는 복수의 돌기부(460)를 포함하여 구성된다. 이때, 방열 본체(440)는 중앙부에 연소기(100)가 삽입되는 제2 삽입홀(420)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 열광 발전 장치는 연소기의 혼합부 외주에 방열 부재를 배치함으로써, 혼합부의 온도를 소정 온도 이하로 유지하여 연소 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (10)

  1. 연료공급라인을 통해 공급되는 연료를 연소하여 열과 빛을 발생하는 연소기;
    상기 연소기의 상부에 이격되어 배치되고, 상기 연소기에서 발생하는 빛을 전기 에너지로 변환하는 열광소자 어레이; 및
    상기 연소기가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 상기 연소기에서 발생하는 빛을 상기 열광소자 어레이로 반사시키는 집광 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소기는,
    상기 연료공급라인으로부터 공급되는 연료를 공기와 혼합하는 혼합부; 및
    상기 혼합부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 연소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연소부는,
    상기 혼합부로부터 연료가 유입되는 챔버; 및
    상기 챔버로 유입된 연료를 연소시키는 연소바를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 집광 부재는 상기 연소부의 외주에 배치되고, 상기 방열 부재는 상기 혼합부의 외주에 배치되는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열광소자 어레이는,
    방열 재질로 구성되어 평판 형상 또는 아치 형상으로 형성되는 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재의 일면에 행렬배치되는 복수의 열광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집광 부재는,
    중앙부에 상기 연소기가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 상기 제1 삽입홀을 중심으로 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 집광 부재의 상부 외측에서 상기 제1 삽입홀 방향으로 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집광 부재의 상기 경사면에는 상기 연소기에서 발생하는 빛을 반사시키는 반사재가 형성되는 하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연소기가 삽입되는 제2 삽입홀이 형성되고, 상기 집광 부재의 하부에 배치되어 상기 연소기의 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열 부재는,
    중앙부에 상기 제2 삽입홀이 형성되는 방열 본체; 및
    상기 방열 본체에서 연장되어 돌출되는 복수의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광 발전 장치.
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