KR20140043197A - Warm water apparatus for use of thermoelectric generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전발전 겸용 온수공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온수를 공급하면서 냉수와의 열적 차이를 이용해 열전발전을 겸하는 온수공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric power combined hot water supply device, and more particularly, to a hot water supply device that combines thermoelectric power by using a thermal difference with cold water while supplying hot water.
열전발전(Thermoelectric Generation)이란 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 기술로서, 고온 부분과 저온 부분 사이의 온도차에 의해 발생하는 열이 이동하려는 에너지를 전기에너지로 변환하는 개념이다. 두 종류의 서로 다른 금속을 접속한 재료(소자)의 양단에 온다차를 주면 기전력이 발생하는 제벡(Seebeck)효과를 이용하여 p,n 반도체 재료의 양단에 온도차가 존재할 때 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술이다.Thermoelectric Generation is a technology that converts heat energy directly into electric energy. It is a concept that the heat generated by the difference in temperature between the high temperature part and the low temperature part is converted into electric energy. By using the Seebeck effect, which generates an electromotive force by applying an electric current to both ends of a material (device) connected with two different metals, thermal energy is converted into electric energy when there is a temperature difference between both ends of the semiconductor material Technology.
이러한 열전발전은 날씨나 일조량에 영향을 받는 태양전지에 비해 안정적인 열원을 확보할 수만 있다면 24시간 안정적으로 발전이 가능하다. 특히 고체 전자회로를 이용하는 것이므로 작동부분이 없어 구조가 간단하고, 이용할 수 있는 열원이 다양해 지구온난화와 고유가에 대한 대응으로서 새로운 대체에너지 기술로 각광받고 있다.Such a thermoelectric power generation can be stably produced for 24 hours if a stable heat source can be secured as compared with a solar cell influenced by the weather or the amount of sunshine. In particular, because it uses solid-state electronic circuits, there is no operating part, and the structure is simple and the available heat sources are varied, and it is attracting attention as a new alternative energy technology as a response to global warming and high oil prices.
근래 들어서는 산업시설에서 방출되는 열기, 자동차의 배기가스열, 태양열 등을 열전발전의 발전원으로 사용하고 있다.In recent years, heat generated from industrial facilities, exhaust gas heat from automobiles, and solar heat are used as power generation sources for thermoelectric power generation.
그러나, 산업시설이나 특수시설이 아닌 곳에서도 열전발전을 위한 고온의 열이 발생함에도 불구하고 이를 제대로 이용하고 있지 못하고 있다.However, even though it is not industrial facilities or special facilities, even though high temperature heat is generated for thermoelectric power generation, it is not properly used.
특히, 일반 가정이나 숙박 업소 등에서 사용되는 고온의 온수에서 상당량의 열이 발생하지만 이를 열전발전에 제대로 응용하고 있지 못한 실정이다.In particular, a large amount of heat is generated from the hot water of a high temperature used in a general home or lodging establishment, but the situation is not properly applied to thermoelectric power generation.
따라서, 본 발명의 목적은, 일반 가정이나 숙박 업소 등에서 사용되는 고온의 온수를 통해 열전발전하여 전력을 생산함으로써 가정이나 업소에서 다양하게 활용될 수 있는 열전발전 겸용 온수공급장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoelectric power combined hot water supply apparatus that can be utilized in a variety of homes and businesses by producing electric power by thermoelectric power generation through hot water of a high temperature used in a general home or accommodation.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 냉수관으로부터 상온 상태의 냉수를 제공받아 가열한 후 일정 온도 이상으로 가열하여 온수관을 통해 온수를 공급하는 온수공급부와, 상기 냉수관과 상기 온수관 사이에 개재되어 온도차에 의한 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열전모듈을 포함하는 열전발전 겸용 온수공급장치에 있어서, 상기 열전모듈은, 상기 냉수관 사이에 마련되어 냉수가 흐르는 통로를 형성하되, 상기 냉수관보다 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 저온단과; 상기 온수관 사이에 마련되어 온수가 흐르는 통로를 형성하되, 상기 온수관보다 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 고온단; 및 상기 저온단과 상기 고온단 사이에 접합되어 온도차에 의한 기전력을 발생하는 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전 겸용 온수공급장치에 의해 달성된다.The above object is, according to an embodiment of the present invention, the hot water supply unit for supplying hot water through a hot water pipe by receiving the cold water in the room temperature state from the cold water pipe and heating it to a predetermined temperature or more, and the cold water pipe and the hot water In the thermoelectric power generation hot water supply apparatus including a thermoelectric module interposed between the tube to convert the thermal energy by the temperature difference into electrical energy, the thermoelectric module is provided between the cold water pipes to form a passage through which cold water flows, the cold water A low temperature end made of a material having a higher thermal conductivity than the tube; A high temperature end provided between the hot water pipes to form a passage through which hot water flows, the hot end being made of a material having a relatively higher thermal conductivity than the hot water pipe; And a thermoelectric element joined between the low temperature end and the high temperature end to generate an electromotive force due to a temperature difference.
바람직하게는, 상기 열전모듈은 복수개로 배치되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 열전모듈은 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 열전모듈 간에는 열전도성 구리스가 개재될 수 있다.Preferably, the thermoelectric module is characterized in that a plurality arranged. Here, the thermoelectric modules are arranged at a predetermined interval, the thermal conductive grease may be interposed between the thermoelectric modules.
상기한 바와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의하면, 냉수관과 온수관 사이의 온도차를 이용해 열전발전하여 전력을 생산함으로써 가정이나 업소에서 다양하게 활용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured and functioning as described above, there is an effect that can be utilized in a variety of homes and businesses by producing electric power by thermoelectric power generation using the temperature difference between the cold water pipe and the hot water pipe.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 열전발전 겸용 온수공급장치를 설명하기 위한 개념도이고,
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전발전 겸용 온수공급장치를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a thermoelectric power generation hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a conceptual diagram illustrating a thermoelectric power generation hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 열전발전 겸용 온수공급장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 크게 온수공급부(200)와, 열전모듈(400)과, 전력변환부(600) 및 부하부(800)를 포함한다.The thermoelectric power combined hot water supply apparatus according to the embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, largely the hot
먼저, 온수공급부(200)는 냉수관(320)으로부터 상온 상태의 냉수를 제공받아 가열한 후 일정 온도 이상으로 가열하여 온수관(340)을 통해 온수를 공급한다. 이러한 온수공급부(200)로는 석유나 가스를 사용하여 온수를 가열하는 통상의 보일러뿐만 아니라 전기나 열교환을 이용하여 온수를 가열하는 히터 등을 모두 포함한다. 그리고, 상기 냉수관(320)으로부터 제공되는 냉수는 상수원이나 이미 저장된 물탱크 등에서 공급받는다.First, the hot
다음으로, 열전모듈(400)은 상기 냉수관(320)과 상기 온수관(340) 사이에 개재되어 온도차에 의한 열에너지를 전기에너지로 변환시킨다. 이러한 열전모듈(400)은 상기 냉수관(320) 사이에 마련되어 냉수가 흐르는 통로를 형성하는 저온단(420)과, 상기 온수관(340) 사이에 마련되어 온수가 흐르는 통로를 형성하는 고온단(460)과, 상기 저온단(420)과 상기 고온단(460) 사이에 접합되어 온도차에 의한 기전력을 발생하는 열전소자(440)를 포함한다.Next, the
여기서, 상기 저온단(420) 및 고온단(460)의 열전도율은 냉수관(320) 및 온수관(340)보다 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 열전발전을 효율을 높이는 데 바람직하다. 예를 들어, 금속 중에서도 열전도율이 우수한 알루미늄 구리 등이나 열전도율의 향상을 위해 제작된 합성금속으로 이루어질 수 있다.Here, the thermal conductivity of the low-
그리고, 상기 열전소자(440)는 P-타입의 P형 반도체와 N-타입의 N형 반도체를 포함할 수 있으며, 이는 동일한 평면상에 임의의 간격만큼 이격되어 교대로 배치될 수 있다. 이러한 열전소자(440)는 알루미나 등과 같은 세라믹(Ceramics) 재질의 절연판 사이에 N형과 P형의 열전소자들을 배열시켜 형성할 수 있으며, 상기 열전소자(440)의 양단에 일정 온도차를 형성시키면 제백효과에 의해 직류전압이 발생하여 전기에너지를 얻을 수 있게 된다.In addition, the
다음으로, 전력변환부(600)는 상기 열전소자()에서 출력되는 전원을 스위칭하여 배터리 충전에 적합한 충전전압으로 승압하는 스위칭부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 스위칭부는 제어부로부터 입력받는 신호에 따라 상기 열전소자에서 출력되는 전원을 스위칭하는데, 상기 제어부는 상기 열전소자의 출력전압 등의 출력값에 기초하여 상기 스위칭부를 제어할 신호를 결정한다. 또한, 상기 전력변환부(600)에는 상기 스위칭부에서 승압된 전압을 정류하여 배터리로 전달하는 정류부가 구비될 수 있다. Next, the
다음으로, 부하부(800)는 상기 전력변환부(600)와 전기적으로 연결되어 열전발전으로 생성된 직류전압을 외부로 제공한다. 이러한 부하부(800)는 각종 전자기기나 배터리를 충전하기 위한 충전단자를 구비한다. 상기 충전단자의 규격은 휴대기기의 종류에 따라 당업자에 의해 다양하게 선택될 수 있으며, 변환젠더 등을 별도로 구비할 수 있다. 이에 따라, 가정이나 숙박업소에서는 저전력 전자기기를 충전하여 전기요금을 절감할 수 있다.Next, the
그리고, 상기 부하부(800)에는 LED와 같은 장식용 발광소자를 연결하여 가정이나 숙박업소의 욕실 등에서 온수 공급 중에 미려함을 향상시키고, 고온수를 자주 사용하는 목용탕이나 음식점 등에는 경고용 발광소자를 연결하여 사람이 화상을 입을 수 있는 고온수에 대해 주의를 요하는 시인성을 부각시킬 수 있다.In addition, the
본 발명의 다른 실시예에 따른 열전발전 겸용 온수공급장치는, 도2에 도시된 바와 같이, 온수공급장치(200)와 연결되는 열전모듈(400)이 일정 간격을 두고 복수개로 배치된다. 이에 따라, 하나의 온수공급장치(200)를 통해 복수개의 열전모듈(400)을 발전시킴으로써 발전량을 증대할 수 있다.In the thermoelectric power generation hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, the
여기서, 상기 열전모듈(400)은 저온단(420)과 고온단(460)이 서로 마주하도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 열전모듈(400) 간에는 절연층을 개재하여 상기 저온단과 상기 고온단 간에 열교환을 차단함으로써 열전발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Here, the
반대로, 상기 열전모듈(400)은 저온단(420)은 저온단(420)과 마주하고 고온단(460)은 고온단(460)과 서로 마주하도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 열전모듈(400) 간에는 열전도성 구리스(500)를 개재하여 저온단(420)과 저온단(420), 고온단(460)과 고온단(460)이 열교환 되도록 함으로써 개별로 분리된 열전모듈들의 저온단과 고온단 간의 열적 차이를 일정하게 유지되도록 한다.On the contrary, the
설명하지 않은 다른 구성은 앞선 실시예에서 설명한 구성과 동일 또는 극히 유사하므로 생략하기로 한다.Other components that are not described are the same or very similar to those described in the above embodiments, and thus will be omitted.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the claims of the invention to be described below may be better understood. The embodiments described above are susceptible to various modifications and changes within the technical scope of the present invention by those skilled in the art. These various modifications and changes are also within the scope of the technical idea of the present invention, and will be included in the claims of the present invention described below.
200: 온수공급부 320: 냉수관
340: 온수관 400: 열전모듈
420: 저온단 440: 열전소자
460: 고온단 500: 열전도성 구리스
600: 전력변환부 800: 부하부200: hot water supply unit 320: cold water pipe
340: hot water pipe 400: thermoelectric module
420: low temperature stage 440: thermoelectric element
460: high temperature stage 500: thermal conductive grease
600: power conversion unit 800: load unit
Claims (3)
상기 열전모듈은,
상기 냉수관 사이에 마련되어 냉수가 흐르는 통로를 형성하되, 상기 냉수관보다 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 저온단;
상기 온수관 사이에 마련되어 온수가 흐르는 통로를 형성하되, 상기 온수관보다 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 고온단; 및
상기 저온단과 상기 고온단 사이에 접합되어 온도차에 의한 기전력을 발생하는 열전소자;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전 겸용 온수공급장치.The hot water supply unit receives cold water at room temperature from the cold water pipe and heats it, and then heats it to a predetermined temperature to supply hot water through the hot water pipe, and is interposed between the cold water pipe and the hot water pipe to convert thermal energy due to a temperature difference into electrical energy. In the thermoelectric power generation hot water supply apparatus including a thermoelectric module for converting,
The thermoelectric module includes:
A cold end formed between the cold water pipes to form a passage through which cold water flows, and having a relatively higher thermal conductivity than the cold water pipes;
A high temperature end provided between the hot water pipes to form a passage through which hot water flows, the hot end being made of a material having a relatively higher thermal conductivity than the hot water pipe; And
A thermoelectric element bonded between the low temperature end and the high temperature end to generate an electromotive force due to a temperature difference;
Combined thermoelectric power generation hot water supply device comprising a.
상기 열전모듈은 복수개로 배치되는 것을 특징으로 하는 열전발전 겸용 온수공급장치.The method of claim 1,
The thermoelectric module combined hot water supply apparatus, characterized in that arranged in plurality.
상기 열전모듈은 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 열전모듈 간에는 열전도성 구리스가 개재되는 것을 특징으로 하는 열전발전 겸용 온수공급장치.3. The method of claim 2,
The thermoelectric module is disposed at a predetermined interval, the thermoelectric power combined hot water supply device, characterized in that the thermal conductive grease is interposed between the thermoelectric modules.
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