KR20190120909A - Thermophotovoltaic device - Google Patents

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KR20190120909A
KR20190120909A KR1020180044288A KR20180044288A KR20190120909A KR 20190120909 A KR20190120909 A KR 20190120909A KR 1020180044288 A KR1020180044288 A KR 1020180044288A KR 20180044288 A KR20180044288 A KR 20180044288A KR 20190120909 A KR20190120909 A KR 20190120909A
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combustion
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power generation
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KR1020180044288A
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나원산
박진표
한보현
임정빈
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주식회사 아모센스
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Abstract

The present invention provides a thermophotovoltaic device which arranges a reflection plate in an upper part and a lower part of a combustion module so as to maximize light collection efficiency of a thermophotovoltaic element. The thermophotovoltaic device comprises: a combustion module combusting fuel to generate light; a power generation module arranged along an outer circumference of the combustion module and converting the light generated from the combustion module into electric energy; an upper reflection plate arranged in an upper part of the combustion module and reflecting the light generated from the combustion module to the power generation module; and a lower reflection plate arranged in a lower part of the combustion module and reflecting the light generated from the combustion module to the power generation module.

Description

열광 발전 장치{THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE}Photovoltaic device {THERMOPHOTOVOLTAIC DEVICE}

본 발명은 열광 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 휴대 기기 및 이동형 군용 장비 등에 전원을 공급하는 열광 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly, to a photovoltaic device for supplying power to small portable devices and mobile military equipment.

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.As the development and dissemination of small portable devices and mobile military equipment increases, various devices such as secondary batteries and small generators for power supply thereof are being developed.

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.In general, 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. However, secondary batteries used in the present invention have a long charging time because they are composed of lithium-ion. There is a problem that the use time is short.

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.Recently, in order to solve the problem of the secondary battery, research / development of a small power generation device has been actively conducted, and research on a small heat engine (engine) power generator such as a micro gas turbine and a micro reciprocating engine is being conducted. have.

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.However, 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.

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.Accordingly, development of a small power generation apparatus capable of directly converting energy without including a dynamic device such as a miniature thermoelectric system and a miniature photovoltaic (TPV) converter, is being conducted.

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.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.

열광발전기(ThermoPhotoVoltaic; TPV)는 열에 의해 발생된 광자(photon)를 직접 에너지로 변환하는 시스템으로 보통 열방사체(thermal emitter)와 열광 소자(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.ThermoPhotoVoltaic (TPV) 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.

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.Since 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.

일반적으로, 종래의 열광발전기는 연소기(이미터(emitter)) 및 열광 소자 어레이를 포함하여 구성된다. 이때, 열광 소자 어레이는 내부가 빈 원통 형상으로 형성된 베이스 기재의 내부면(즉, 연소기 방향)에 복수의 열광 소자들이 배치되어 구성된다. 열광 소자 어레이는 연소기의 외주와 소정 간격 이격되어 배치되어, 연소기에서 연료의 연소에 따라 발생하는 광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다.In general, conventional thermoelectric generators comprise a combustor (emitter) and a thermoluminescent element array. In this case, the thermoelectric element array is configured by arranging a plurality of thermoluminescent 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 collects the light generated by the combustion of the fuel in the combustor and converts it into electrical energy.

하지만, 종래의 열광발전기는 다른 발전기에 비해 발전 효율이 낮은 문제점이 있다. 이에, 열광 발전기의 발전 효율을 높이기 위한 다양한 구조가 연구되고 있다.However, the conventional thermoelectric generator has a problem of low power generation efficiency than other generators. Therefore, various structures for improving the power generation efficiency of the heat generating generator have been studied.

한국등록특허 제10-1304102호(명칭: 초소형 열광전변환 시스템)Korea Patent Registration No. 10-1304102 (Name: Ultra-small thermoelectric photoelectric conversion system)

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 제안된 것으로, 연소 모듈의 상부 및 하부에 반사판을 배치하여 열광 소자의 집광 효율을 최대화하도록 한 열광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a photovoltaic device in which reflecting plates are disposed on upper and lower portions of a combustion module to maximize the light collecting efficiency of the thermoelectric element.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치는 연료를 연소시켜 광을 발생하는 연소 모듈, 연소 모듈의 외주를 따라 배치되고, 연소 모듈에서 발생한 광을 전기 에너지로 변환하는 발전 모듈, 연소 모듈의 상부에 배치되고, 연소 모듈에서 발생하는 광을 발전 모듈로 반사시키는 상부 반사판 및 연소 모듈의 하부에 배치되고, 연소 모듈에서 발생하는 광을 발전 모듈로 반사시키는 상부 반사판을 포함한다.In order to achieve the above object, a photovoltaic device according to an exemplary embodiment of the present invention is a combustion module that generates light by burning fuel, and is disposed along an outer circumference of the combustion module, and generates power that converts light generated by the combustion module into electrical energy. The module includes an upper reflector disposed above the combustion module and reflecting light generated by the combustion module to the power generation module, and an upper reflector disposed below the combustion module and reflecting light generated by the combustion module to the power generation module. .

상부 반사판은 하부로 볼록한 반사면을 포함할 수 있다. 상부 반사판은 연소 모듈이 관통하는 관통 홀이 형성될 수 있다.The upper reflector may include a lower reflective surface. The upper reflector may have a through hole through which the combustion module passes.

하부 반사판은 상부로 볼록한 반사면을 포함하고, 연소 모듈로 연료를 공급하는 연료 관이 관통하는 홀이 형성될 수 있다. 하부 반사판은 연소 모듈이 관통하는 관통 홀이 형성될 수 있다.The lower reflector may include a reflective surface that is convex upward, and a hole through which the fuel pipe for supplying fuel to the combustion module may be formed. The lower reflector may have a through hole through which the combustion module passes.

상부 반사판 및 하부 반사판은 스테인레스를 포함할 수 있다.The upper reflector plate and the lower reflector plate may comprise stainless steel.

발전 모듈은 연소 모듈에서 직접 출력되는 광, 상부 반사판에서 반사된 광 및 하부 반사판에서 반사된 광 중 적어도 하나의 광을 전기 에너지로 변환할 수 있다.The power generation module may convert at least one of light directly output from the combustion module, light reflected from the upper reflector, and light reflected from the lower reflector to electrical energy.

발전 모듈은 연소 모듈과 이격되어 연소 모듈의 외주를 따라 배치된 베이스 기재, 연소 모듈과 마주하는 베이스 기재의 일면에 행렬 배치된 복수의 열광 소자; 및 베이스 기재의 타면에 형성된 히트 싱크를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 열광 소자는 연소 모듈의 외주를 따라 배치되고, 연소 모듈에서 직접 출력되는 광, 상부 반사판에서 반사된 광 및 하부 반사판에서 반사된 광 중 적어도 하나의 광을 전기 에너지로 변환할 수 있다.The power generation module may include: a base substrate disposed along an outer circumference of the combustion module and spaced apart from the combustion module, and a plurality of thermoelectric elements arranged on one surface of the base substrate facing the combustion module; And it may include a heat sink formed on the other surface of the base substrate. In this case, the plurality of thermoelectric elements may be disposed along the outer circumference of the combustion module, and may convert at least one of light directly output from the combustion module, light reflected from the upper reflector, and light reflected from the lower reflector into electrical energy. .

본 발명에 의하면, 열광 발전 장치는 연소 모듈의 상부 및 하부에 반사판을 배치함으로써, 연소 모듈의 상부 및 하부로 방출되는 광을 열광 소자로 집중시켜 열광 소자의 집광 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 열광 발전 장치는 연료 연소시 발생하는 광(빛)의 손실을 최소화하기 위해서 연소 모듈의 상부 및 하부에 반사판을 배치하고, 반사판을 통해 종래의 열광 발전 장치 구조에서 손실되는 광을 열광 소자로 집중시킨다.According to the present invention, the photovoltaic device has an effect of maximizing condensing efficiency of the photovoltaic device by arranging reflectors on the upper and lower portions of the combustion module, thereby concentrating the light emitted to the upper and lower portions of the combustion module to the thermoelectric device. . That is, in order to minimize the loss of light generated during fuel combustion, the thermoelectric generator is disposed with reflectors on the upper and lower portions of the combustion module, and the light lost in the conventional thermoelectric generator structure through the reflector is converted into the thermoelectric element. Focus.

또한, 열광 발전 장치는 연소 모듈의 상부 및 하부에 반사판을 배치하여 열광 소자의 집광 효율을 최대화함으로써, 동일한 연료를 투입한 경우 종래의 열광발전기에 비해 발전 효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, the thermoelectric generator is arranged to reflect the upper and lower portions of the combustion module to maximize the light collecting efficiency of the thermoelectric element, when the same fuel is injected there is an effect that the power generation efficiency is improved compared to the conventional thermoelectric generator.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 연소 모듈을 설명하기 위한 수평 단면도.
도 4 내지 도 7은 도 2의 발전 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 8 내지 도 12는 도 2의 상부 반사판을 설명하기 위한 수직 단면도.
도 13 내지 도17는 도 2의 하부 반사판을 설명하기 위한 수직 단면도.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 열광 발전 장치를 설명하기 위한 도면.1 and 2 are views for explaining a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
3 is a horizontal cross-sectional view for explaining the combustion module of FIG.
4 to 7 are views for explaining the power generation module of FIG.
8 to 12 are vertical cross-sectional views for explaining the upper reflector of FIG.
13 to 17 are vertical sectional views for explaining the lower reflector of FIG.
18 is a view for explaining a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.

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 실시 예를 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.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. . First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1을 참조하면, 열광 발전 장치(100)는 연료 투입구(110)를 통해 내부로 투입된 연료를 연소시킨다. 열광 발전 장치(100)는 연료의 연소시 발생하는 광(光)을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산한다.Referring to FIG. 1, the photovoltaic device 100 burns fuel introduced into the fuel cell through the fuel inlet 110. The photovoltaic device 100 generates electric power by converting light generated during combustion of fuel into electrical energy.

도 2를 참조하면, 열광 발전 장치(100)는 공급 모듈(120), 연소 모듈(130), 발전 모듈(140), 상부 반사판(150) 및 하부 반사판(160)을 포함하여 구성된다. 이때, 공급 모듈(120), 연소 모듈(130), 발전 모듈(140), 상부 반사판(150) 및 하부 반사판(160)은 하우징(미도시)의 내부에 배치된다.Referring to FIG. 2, the photovoltaic device 100 includes a supply module 120, a combustion module 130, a power generation module 140, an upper reflector 150, and a lower reflector 160. In this case, the supply module 120, the combustion module 130, the power generation module 140, the upper reflector 150, and the lower reflector 160 are disposed inside the housing (not shown).

공급 모듈(120)은 하우징의 내부에 배치된다. 공급 모듈(120)은 연료 투입구(110)를 통해 투입된 연료를 연소 모듈(130)로 공급한다. 공급 모듈(120)은 연료와 함께 공기를 연소 모듈(130)로 공급한다. 공급 모듈(120)은 연소 모듈(130)의 연료 연소시 발생하는 배기 가스를 외부로 배출한다.The supply module 120 is disposed inside the housing. The supply module 120 supplies the fuel injected through the fuel inlet 110 to the combustion module 130. The supply module 120 supplies air together with the fuel to the combustion module 130. The supply module 120 discharges the exhaust gas generated during the fuel combustion of the combustion module 130 to the outside.

연소 모듈(130)은 하우징의 내부에 배치된다. 연소 모듈(130)은 공급 모듈(120)의 상부에 배치된다. 연소 모듈(130)은 공급 모듈(120)로부터 연료 및 산호를 공급받는다. 연소 모듈(130)은 공급받은 연료 및 산소를 혼합한다. 연소 모듈(130)은 혼합 연료(즉, 산소가 혼합된 연료)를 연소시켜 광(빛)과 열을 발생시킨다.The combustion module 130 is disposed inside the housing. The combustion module 130 is disposed on top of the supply module 120. The combustion module 130 receives fuel and coral from the supply module 120. The combustion module 130 mixes the supplied fuel and oxygen. The combustion module 130 burns a mixed fuel (ie, a fuel mixed with oxygen) to generate light (light) and heat.

도 3을 참조하면, 연소 모듈(130)은 인젝션(131), 이미터(133), 배기 홀(134), 차단 윈도우(135)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the combustion module 130 includes an injection 131, an emitter 133, an exhaust hole 134, and a blocking window 135.

인젝션(131)은 공급 모듈(120)로부터 공급받은 연료 및 공기를 분사하는 복수의 인젝션 홀(132)이 형성된다. 인젝션(131)은 연료 및 공기가 혼합된 혼합 연료를 분사한다. 인젝션(131)은 연료 및 공기 중 하나를 선택적으로 분사할 수도 있다. 인젝션(131)은 차단 윈도우(135)의 내부 공간으로 연료 및 공기를 분사한다.The injection 131 is formed with a plurality of injection holes 132 for injecting fuel and air supplied from the supply module 120. The injection 131 injects a mixed fuel in which fuel and air are mixed. Injection 131 may selectively inject one of fuel and air. The injection 131 injects fuel and air into the interior space of the blocking window 135.

이미터(133)는 인젝션(131)의 외주에 배치된다. 이미터(133)는 차단 윈도우(135)의 내부 공간에서 혼합 연료가 연소됨에 따라 발생하는 열이 외부로 전달되는 것을 차단한다. 이미터(133)는 연소시 발생하는 광(빛) 중에서 열을 발생하는 파장의 광을 차단하여 열이 외부로 전달되는 것을 차단한다.The emitter 133 is disposed on the outer circumference of the injection 131. The emitter 133 prevents heat generated as the mixed fuel combusts in the internal space of the blocking window 135 from being transferred to the outside. The emitter 133 blocks light of a wavelength that generates heat among light (light) generated during combustion to block heat from being transferred to the outside.

이미터(133)는 연소시 발생하는 광(빛) 중에서 유효 파장의 광을 외부로 통과시킨다. 여기서, 유효 파장의 광은 발전을 위해 사용할 수 있는 광을 의미한다. 유효 파장은 대략 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 파장인 것을 일례로 한다. The emitter 133 passes light having an effective wavelength out of light (light) generated during combustion. Here, light having an effective wavelength means light that can be used for power generation. As an example, the effective wavelength is a wavelength of about 1 µm to 2 µm.

배기 홀(134)은 이미터(133)의 외주에 배치된다. 배기 홀(134)은 혼합 연료가 연소됨에 따라 발생하는 가스를 외부로 배출한다. 배기 홀(134)은 연소시 발생하는 가스를 공급 모듈(120)을 통해 외부로 배출한다. The exhaust hole 134 is disposed on the outer circumference of the emitter 133. The exhaust hole 134 discharges gas generated as the mixed fuel is burned to the outside. The exhaust hole 134 discharges gas generated during combustion to the outside through the supply module 120.

차단 윈도우(135)는 내부에 수용 홀이 형성되어 인젝션(131), 이미터(133) 및 배기 홀(134)을 수용한다. 차단 윈도우(135)는 내부 공간(즉, 수용 홀)을 통해 챔버를 구성한다. 차단 윈도우(135)는 열 투과성이 낮은 투명 재질로 형성된다. 차단 윈도우(135)는 혼합 연료의 연소시 발생하는 열을 차단한다. 차단 윈도우(135)는 혼합 연료의 연소시 발생하는 광을 외부로 통과시킨다.The blocking window 135 has a receiving hole formed therein to accommodate the injection 131, the emitter 133, and the exhaust hole 134. The blocking window 135 constitutes a chamber through an inner space (ie, a receiving hole). The blocking window 135 is formed of a transparent material having low heat permeability. The blocking window 135 blocks heat generated during combustion of the mixed fuel. The blocking window 135 passes the light generated when the mixed fuel is burned to the outside.

발전 모듈(140)은 하우징의 내부에 배치된다. 발전 모듈(140)은 연소 모듈(130)의 외주를 따라 배치된다. 발전 모듈(140)은 연소 모듈(130)에서 발생하는 광을 이용하여 전력을 생산한다. 발전 모듈(140)은 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성을 갖는 열과 소자를 통해 전력을 생산하기 때문에 연소 모듈(130)과 소정 간격 이격되어 배치된다.The power generation module 140 is disposed inside the housing. The power generation module 140 is disposed along the outer circumference of the combustion module 130. The power generation module 140 uses the light generated by the combustion module 130 to generate power. The power generation module 140 is disposed at a predetermined interval apart from the combustion module 130 because the power generation unit generates power through heat and elements having good power generation efficiency when the temperature is low.

도 4를 참조하면, 발전 모듈(140)은 베이스 기재(142), 복수의 열광 소자(144) 및 히트 싱크(146)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4, the power generation module 140 includes a base substrate 142, a plurality of thermoelectric elements 144, and a heat sink 146.

베이스 기재(142)는 직사각형 형상의 평판으로 구성된다. 이때, 베이스 기재(142)는 금속 재질의 금속 기판으로 형성된다. 베이스 기재(142)는 일반적인 회로기판에 사용되는 수지 재질로 형성될 수도 있다. The base substrate 142 is composed of a rectangular flat plate. At this time, the base substrate 142 is formed of a metal substrate of a metal material. The base substrate 142 may be formed of a resin material used for a general circuit board.

복수의 열광 소자(144)는 베이스 기재(142)의 일면에 행렬 배치된다. 즉, 복수의 열광 소자(144)는 연소 모듈(130) 방향으로 배치되는 베이스 기재(142)의 일면에 행렬 배치된다. 복수의 열광 소자(144)는 연소 모듈(130)에서 연료의 연소에 따라 발생하는 광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다.The plurality of light emitting elements 144 are arranged in a matrix on one surface of the base substrate 142. That is, the plurality of light emitting elements 144 are arranged in a matrix on one surface of the base substrate 142 disposed in the direction of the combustion module 130. The plurality of thermoelectric elements 144 collect light generated by the combustion of the fuel in the combustion module 130 and convert the light into electrical energy.

히트 싱크(146)는 베이스 기재(142)의 타면에 배치된다. 히트 싱크(146)는 열 전도를 통해 복수의 열광 소자(144)로부터 열을 흡수하여 외부로 방출한다. 즉, 열광 소자(144)는 온도가 낮을 때 발전효율이 좋은 특성이 있기 때문에, 히트 싱크(146)는 열광 소자(144)가 형성된 베이스 기재(142)의 일면에 대향되는 타면에 배치되어 열광 소자(144)에서 발생하는 열을 방출시킨다.The heat sink 146 is disposed on the other surface of the base substrate 142. The heat sink 146 absorbs heat from the plurality of light emitting elements 144 through heat conduction and releases the heat to the outside. That is, since the thermal element 144 has a good power generation efficiency when the temperature is low, the heat sink 146 is disposed on the other surface opposite to one surface of the base substrate 142 on which the thermal element 144 is formed. Emit heat generated at 144.

히트 싱크(146)는 열 방출 효율을 높이기 위해서 판상의 방열 판 및 방열 핀을 포함하여 구성될 수 있다. 방열 핀은 방열 판에 수직으로 결합된다. 방열 핀은 공기와의 접촉 면적을 최대화할 수 있는 구조라면 어떠한 형상을 갖더라도 무방하다. 방열 핀은 방열 판에 수직으로 결합된 판상, 침(針)상 등인 것을 일례로 한다.The heat sink 146 may include a plate-shaped heat sink and heat radiation fins to increase heat dissipation efficiency. The heat dissipation fins are vertically coupled to the heat dissipation plate. The heat dissipation fin may have any shape as long as the structure can maximize the contact area with air. For example, the heat dissipation fin may be a plate, a needle, or the like that is vertically coupled to the heat dissipation plate.

이를 통해, 발전 모듈(140)은 내부에 관통 홀이 형성된 원통 형상으로 형성되고, 상부 반사판(150) 및 하부 반사판(160)은 관통 홀의 내부에 삽입 배치될 수 있다.Through this, the power generation module 140 may be formed in a cylindrical shape having a through hole therein, and the upper reflector 150 and the lower reflector 160 may be inserted into the through hole.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 발전 모듈(140)은 베이스 기재(142)의 일면에 형성되는 단열 부재(148)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 도 6 및 도 7은 단열 부재(148)의 형성 위치를 용이하게 설명하기 위해 베이스 시트가 평판 상태인 것으로 도시한다.5 to 7, the power generation module 140 may further include a heat insulating member 148 formed on one surface of the base substrate 142. 6 and 7 show that the base sheet is in a flat state in order to easily explain the formation position of the heat insulating member 148.

단열 부재(148)가 열광 소자(144)의 표면에 배치되면 단열 부재(148)에 의한 광의 굴절, 흡수 또는 반사되기 때문에 열광 소자(144)의 집광 효율이 저하된다.When the heat insulating member 148 is disposed on the surface of the light emitting element 144, the light collecting efficiency of the light emitting element 144 is lowered because the light is refracted, absorbed or reflected by the heat insulating member 148.

이에, 단열 부재(148)는 베이스 기재(142)의 일면에 형성되되, 베이스 기재(142)의 일면에 배치된 열광 소자(144)의 표면을 덮지 않도록 형성된다. 즉, 단열 부재(148)는 베이스 기재(142)의 일면에 형성되되, 복수의 열광 소자(144)가 형성되지 않은 영역에만 형성된다.Thus, the heat insulating member 148 is formed on one surface of the base substrate 142, but is not formed to cover the surface of the light emitting element 144 disposed on one surface of the base substrate 142. That is, the heat insulating member 148 is formed on one surface of the base substrate 142 and is formed only in an area where the plurality of light emitting elements 144 are not formed.

단열 부재(148)는 은 에폭시(Ag Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같이, 연성을 가지면서 고열에 변형이 없는 수지 재질인 것을 일례로 한다.For example, the heat insulating member 148 may be a resin material having a ductility and no deformation at high temperature, such as silver epoxy or polyimide.

단열 부재(148)는 은 페이스트의 인쇄를 통해 베이스 기재(142)에 형성된 후, 열광 소자(144)가 배치되는 영역을 식각하여 형성되는 것을 일례로 한다. 이때, 열광 소자(144)는 단열 부재(148)가 형성된 베이스 기재(142)에 배치된다.The heat insulating member 148 is formed on the base substrate 142 through printing of silver paste, and then formed by etching an area in which the light emitting element 144 is disposed. In this case, the thermoelectric element 144 is disposed on the base substrate 142 on which the heat insulating member 148 is formed.

물론, 단열 부재(148)는 열광 소자(144)가 배치된 베이스 기재(142)에 은 페이스트를 인쇄하여 형성될 수도 있다.Of course, the heat insulating member 148 may be formed by printing a silver paste on the base substrate 142 on which the light emitting element 144 is disposed.

단열 부재(148)는 열광 소자(144) 이외의 영역으로 흡수 또는 방사되는 열을 차단하여 열광 손실을 최소화할 수 있다.The heat insulating member 148 may minimize heat light loss by blocking heat absorbed or radiated to a region other than the heat light emitting device 144.

또한, 단열 부재(148)는 연소 모듈(130)에서 발생하는 열을 연소 모듈(130) 방향으로 반사시켜 연소 모듈(130) 내의 온도를 높여 연소 모듈(130)의 연소 효율을 최대화할 수 있다.In addition, the heat insulating member 148 may reflect the heat generated from the combustion module 130 in the direction of the combustion module 130 to increase the temperature in the combustion module 130 to maximize the combustion efficiency of the combustion module 130.

발전 모듈(140)은 베이스 기재(142)의 변형을 통해 원통 형상으로 형성된다. 이때, 발전 모듈(140)은 내부가 빈 원통 형상으로 형성된 베이스 기재(142)의 내부면(즉, 연소 모듈(130) 방향)에 복수의 열광 소자(144)들이 배치되어 구성된다. 발전 모듈(140)은 연소기의 외주와 소정 간격 이격되어 배치된다.The power generation module 140 is formed in a cylindrical shape through deformation of the base substrate 142. In this case, the power generation module 140 includes a plurality of light emitting elements 144 disposed on an inner surface of the base substrate 142 (ie, in the direction of the combustion module 130) having a hollow cylindrical shape. The power generation module 140 is disposed spaced apart from the outer circumference of the combustor by a predetermined interval.

상부 반사판(150)은 소정 형상을 갖는 판상으로 형성된다. 상부 반사판(150)은 하우징의 내부에 배치된다. 상부 반사판(150)은 연소 모듈(130)의 상부에 배치된다. 상부 반사판(150)은 베이스 기재(142)가 형성된 빈 원통 형상의 내부에 배치될 수도 있다.The upper reflector 150 is formed in a plate shape having a predetermined shape. The upper reflector 150 is disposed inside the housing. The upper reflector 150 is disposed above the combustion module 130. The upper reflector 150 may be disposed inside an empty cylindrical shape in which the base substrate 142 is formed.

상부 반사판(150)은 연소 모듈(130)에서 배출되는 광을 반사시킨다. 상부 반사판(150)은 연소 모듈(130)에서 배출되는 광을 발전 모듈(140)의 열광 소자(144) 방향으로 반사(굴절)시킨다. The upper reflector 150 reflects the light emitted from the combustion module 130. The upper reflector 150 reflects (reflects) light emitted from the combustion module 130 in the direction of the thermoelectric element 144 of the power generation module 140.

상부 반사판(150)은 열에 의한 변형이 없고, 빛을 반사(굴절)시킬 수 있는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상부 반사판(150)을 스테인레스로 형성된 것을 일례로 한다.The upper reflector 150 may be formed of a metal material that does not deform due to heat and may reflect (refract) light. As an example, the upper reflector 150 is formed of stainless steel.

도 8을 참조하면, 상부 반사판은(150)은 원형의 판상으로 형성될 수 있다. 상부 반사판(150)은 연소 모듈(130)의 상부가 삽입되는 홀(152)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the upper reflector 150 may be formed in a circular plate shape. The upper reflector 150 may have a hole 152 into which the upper portion of the combustion module 130 is inserted.

도 8를 참조하면, 상부 반사판(150)은 소정 높이(두께)를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 연소 모듈(130)과 마주하는 상부 반사판(150)의 하부는 라운드 형상의 홈을 형성하여 상부 방향으로 오목한 제1 반사면(154)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the upper reflector 150 may be formed in a plate shape having a predetermined height (thickness). A lower portion of the upper reflective plate 150 facing the combustion module 130 may form a groove having a round shape to form a first reflective surface 154 concave upward.

도 10을 참조하면, 상부 반사판(150)은 상부 방향으로 볼록한 판상으로 형성될 수 있다. 상부 반사판(150)은 연소 모듈(130)과 마주하는 하면에 상부 방향으로 오목한 제1 반사면(154)을 갖는다.Referring to FIG. 10, the upper reflector 150 may be formed in a convex plate shape in an upward direction. The upper reflector 150 has a first reflective surface 154 that is concave upward in a lower surface facing the combustion module 130.

도 11 및 도 12를 참조하면, 상부 반사판(150)은 하부 방향으로 볼록한 판상으로 형성될 수 있다. 이때, 연소 모듈(130)과 마주하는 상부 반사판(150)의 하부는 라운드 형상으로 돌출되어 하부 방향으로 볼록한 제1 반사면(154)이 형성될 수 있다.11 and 12, the upper reflector 150 may be formed in a convex plate shape in a downward direction. In this case, a lower portion of the upper reflector 150 facing the combustion module 130 may protrude in a round shape to form a first reflective surface 154 convex in the lower direction.

하부 반사판(160)은 소정 형상을 갖는 판상으로 형성된다. 하부 반사판(160)은 하우징의 내부에 배치된다. 하부 반사판(160)은 연소 모듈(130)의 하부에 배치된다. 하부 반사판(160)은 베이스 기재(142)가 형성된 빈 원통 형상의 내부에 배치될 수도 있다.The lower reflector 160 is formed in a plate shape having a predetermined shape. The lower reflector 160 is disposed inside the housing. The lower reflector 160 is disposed under the combustion module 130. The lower reflector 160 may be disposed inside an empty cylindrical shape in which the base substrate 142 is formed.

하부 반사판(160)은 연소 모듈(130)에서 배출되는 광을 반사시킨다. 하부 반사판(160)은 연소 모듈(130)에서 배출되는 광을 발전 모듈(140)의 열광 소자(144) 방향으로 반사(굴절)시킨다. The lower reflector 160 reflects the light emitted from the combustion module 130. The lower reflector 160 reflects (refracts) the light emitted from the combustion module 130 in the direction of the thermoelectric element 144 of the power generation module 140.

하부 반사판(160)은 열에 의한 변형이 없고, 빛을 반사(굴절)시킬 수 있는 금속 재질로 형성될 수 있다. 하부 반사판(160)을 스테인레스로 형성된 것을 일례로 한다.The lower reflector 160 may be formed of a metal material that does not deform due to heat and may reflect (refract) light. As an example, the lower reflector 160 is formed of stainless steel.

도 13을 참조하면, 하부 반사판은(160)은 원형의 판상으로 형성될 수 있다. 하부 반사판(160)은 연소 모듈(130)의 하부가 삽입되는 홀(162)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 13, the lower reflector 160 may be formed in a circular plate shape. The lower reflector 160 may have a hole 162 in which a lower portion of the combustion module 130 is inserted.

도 14 및 도 15를 참조하면, 하부 반사판(160)은 상부 방향으로 볼록한 판상으로 형성될 수 있다. 이때, 연소 모듈(130)과 마주하는 하부 반사판(150)의 상부는 라운드 형상으로 돌출되어 상부 방향으로 볼록한 제2 반사면(154)이 형성될 수 있다.14 and 15, the lower reflector 160 may be formed in a convex plate shape in an upward direction. In this case, an upper portion of the lower reflective plate 150 facing the combustion module 130 may protrude in a round shape to form a second reflective surface 154 that is convex in an upward direction.

도 16을 참조하면, 하부 반사판(160)은 소정 높이(두께)를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 연소 모듈(130)과 마주하는 하부 반사판(160)의 상부는 라운드 형상의 홈을 형성하여 하부 방향으로 오목한 제2 반사면(164)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 16, the lower reflector 160 may be formed in a plate shape having a predetermined height (thickness). An upper portion of the lower reflective plate 160 facing the combustion module 130 may form a groove having a round shape to form a second reflective surface 164 concave downward.

도 17을 참조하면, 하부 반사판(160)은 하부 방향으로 볼록한 판상으로 형성될 수 있다. 하부 반사판(150)은 연소 모듈(130)과 마주하는 상면에 하부 방향으로 오목한 제2 반사면(164)을 갖는다.Referring to FIG. 17, the lower reflection plate 160 may be formed in a convex plate shape in a downward direction. The lower reflector 150 has a second reflective surface 164 concave downward in an upper surface facing the combustion module 130.

이때, 도 18을 참조하면, 열광 발전 장치(100)는 열광 소자(144)가 연소 모듈(130)의 외주에 배치되므로 하부 방향으로 볼록한 제1 반사면(154)을 갖는 상부 반사판(150) 및 상부 방향으로 볼록한 제2 반사면(164)을 갖는 하부 반사판(160)으로 구성될 경우 집광 효율이 가장 높다.In this case, referring to FIG. 18, the thermoelectric generator 100 includes the upper reflector 150 having the first reflective surface 154 convex in the downward direction since the thermoelectric element 144 is disposed on the outer circumference of the combustion module 130. The condensing efficiency is the highest when the lower reflector 160 has the second reflective surface 164 convex upward.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.Although a preferred embodiment according to the present invention has been described above, modifications can be made in various forms, and those skilled in the art may make various modifications and modifications without departing from the scope of the claims of the present invention. It is understood that it may be practiced.

100: 열광 발전 장치 110: 연료 투입구
120: 공급 모듈 130: 연소 모듈
131: 인젝션 132: 인젝션 홀
133: 이미터 134: 배기 홀
135: 차단 윈도우 140: 발전 모듈
142: 베이스 기재 144: 열광 소자
146: 히트 싱크 148: 단열 부재
150: 상부 반사판 152: 반사면
160: 하부 반사판 162: 반사면100: photovoltaic device 110: fuel inlet
120: supply module 130: combustion module
131: injection 132: injection hole
133: emitter 134: exhaust hole
135: blocking Windows 140: power generation module
142: base substrate 144: thermal element
146: heat sink 148: heat insulating member
150: upper reflector 152: reflective surface
160: lower reflector 162: reflective surface

Claims (10)

연료를 연소시켜 광을 발생하는 연소 모듈;
상기 연소 모듈의 외주를 따라 배치되고, 상기 연소 모듈에서 발생한 광을 전기 에너지로 변환하는 발전 모듈;
상기 연소 모듈의 상부에 배치되고, 상기 연소 모듈에서 발생하는 광을 상기 발전 모듈로 반사시키는 상부 반사판; 및
상기 연소 모듈의 하부에 배치되고, 상기 연소 모듈에서 발생하는 광을 상기 발전 모듈로 반사시키는 상부 반사판을 포함하는 열광 발전 장치.A combustion module that burns fuel to generate light;
A power generation module disposed along an outer circumference of the combustion module and converting light generated from the combustion module into electrical energy;
An upper reflector disposed above the combustion module and reflecting light generated from the combustion module to the power generation module; And
And a top reflector disposed under the combustion module and reflecting light generated by the combustion module to the power generation module. 제1항에 있어서,
상기 상부 반사판은 상기 하부로 볼록한 반사면을 포함하는 열광 발전 장치.The method of claim 1,
The upper reflector includes a lower convex reflective surface. 제1항에 있어서,
상기 상부 반사판은 상기 연소 모듈이 관통하는 관통 홀이 형성된 열광 발전 장치.The method of claim 1,
The upper reflector has a through hole through which the combustion module is formed. 제1항에 있어서,
상기 하부 반사판은 상기 상부로 볼록한 반사면을 포함하는 열광 발전 장치.The method of claim 1,
And the lower reflector includes a reflective surface that is convex upward. 제1항에 있어서,
상기 하부 반사판은 상기 연소 모듈로 연료를 공급하는 연료 관이 관통하는 홀이 형성된 열광 발전 장치.The method of claim 1,
And the lower reflector is formed with a hole through which a fuel pipe for supplying fuel to the combustion module passes. 제1항에 있어서,
상기 하부 반사판은 상기 연소 모듈이 관통하는 관통 홀이 형성된 열광 발전 장치.The method of claim 1,
The lower reflector has a through hole through which the combustion module is formed. 제1항에 있어서,
상기 상부 반사판 및 하부 반사판은 스테인레스로 형성된 열광 발전 장치.The method of claim 1,
And the upper reflector and the lower reflector are made of stainless steel. 제1항에 있어서,
상기 발전 모듈은 상기 연소 모듈에서 직접 출력되는 광, 상기 상부 반사판에서 반사된 광 및 상기 하부 반사판에서 반사된 광 중 적어도 하나의 광을 전기 에너지로 변환하는 열광 발전 장치.The method of claim 1,
The power generation module converts at least one of light directly output from the combustion module, light reflected from the upper reflector and light reflected from the lower reflector into electrical energy. 제1항에 있어서,
상기 발전 모듈은,
상기 연소 모듈과 이격되어 상기 연소 모듈의 외주를 따라 배치된 베이스 기재;
상기 연소 모듈과 마주하는 상기 베이스 기재의 일면에 행렬 배치된 복수의 열광 소자; 및
상기 베이스 기재의 타면에 형성된 히트 싱크를 포함하는 열광 발전 장치.The method of claim 1,
The power generation module,
A base substrate spaced apart from the combustion module and disposed along an outer circumference of the combustion module;
A plurality of thermoelectric elements arranged in a matrix on one surface of the base substrate facing the combustion module; And
And a heat sink formed on the other surface of the base substrate. 제9항에 있어서,
상기 복수의 열광 소자는 상기 연소 모듈의 외주를 따라 배치되고, 상기 연소 모듈에서 직접 출력되는 광, 상기 상부 반사판에서 반사된 광 및 상기 하부 반사판에서 반사된 광 중 적어도 하나의 광을 전기 에너지로 변환하는 열광 발전 장치.The method of claim 9,
The plurality of thermoelectric elements are disposed along an outer circumference of the combustion module and convert at least one of light directly output from the combustion module, light reflected from the upper reflector, and light reflected from the lower reflector into electrical energy. Photovoltaic device.
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KR101304102B1 (en) 2012-01-27 2013-09-05 성균관대학교산학협력단 Micro-thermophotovoltaic system

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