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KR101449309B1 - 열전발전시스템 - Google Patents

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KR101449309B1
KR101449309B1 KR1020130077875A KR20130077875A KR101449309B1 KR 101449309 B1 KR101449309 B1 KR 101449309B1 KR 1020130077875 A KR1020130077875 A KR 1020130077875A KR 20130077875 A KR20130077875 A KR 20130077875A KR 101449309 B1 KR101449309 B1 KR 101449309B1
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KR
South Korea
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working medium
heat
thermoelectric
high temperature
branch
Prior art date
Application number
KR1020130077875A
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English (en)
Inventor
강덕홍
김영일
조길원
이민영
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 작동매체 저장부와 상기 작동매체 저장부와 연결되고, 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 열교환부와 상기 작동매체 저장부와 상기 열교환부사이에 설치되고, 작동매체의 유량을 조절하도록 제공되는 유량조절부 및 상기 열교환부와 상기 작동매체 저장부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 열전모듈부를 포함하되, 상기 열전모듈부의 고온부를 통과하는 작동매체의 유량은 상기 유량조절부에 의해 주기적인 맥동이 부여되는 것을 특징으로 하는 열전발전시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 용융염 열저장 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하여 폐열을 흡수하고 열전모듈에서 고온부를 형성하도록 하며, 일정 온도를 유지하는 저온부와의 온도차로 고효율의 열전발전을 일으키도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

열전발전시스템{System for thermoelectric generation}
본 발명은 열전발전시스템에 관한 것으로, 구체적으로 용융염 열저장 작동매체를 이용한 열전발전시스템에 관한 것이다.
폐열 회수 열전발전 시스템은 폐열원으로부터 열을 회수하여 열전소자의 고온부로 열을 유입시켜 저온부와의 온도차를 통해 발전을 일으키는 장치이다. 이는 제벡효과(seebeck effect)를 이용한 것으로서, 2종류의 금속 또는 반도체 양단간의 온도차를 주어 열기전력을 발생시켜 동력을 생산하는 것이다.
폐열원으로 배가스를 이용하는 경우에는 배가스가 흐르는 배관상에 열전소자의 고온부를 장착하여 배가스에 함유된 폐열이 고온부를 통과하도록 함으로써, 폐열을 전기적인 에너지로 변화시키게 된다.
그런데 배가스는 통상 기체상태를 유지하고 있고, 기체상태에서는 열용량이 높지 않아, 실제로 열전소자의 고온부를 통과하면서 접촉을 통한 열회수율은 상당히 낮은 편이다.
그리고 제철설비 등의 공장에 배치된 스택(stack) 등을 통해 배출되는 배가스의 유량을 조절할 수 있는 것이 아니어서, 배가스를 특정시간동안 유동을 억제하여 열전소자의 고온부로 더 많은 폐열이 전달되도록 하는 것은 현실적인 어려움이 있다.
이에 당해 기술분야에서는 배가스와 같이 폐열을 함유한 대상이 기체상태일 때, 보다 안정적으로 열을 회수 및 저장하고 열전소자의 효율 특성에 맞는 주기적인 유량 조절을 통해 고효율의 열전발전이 가능한 시스템이 요구되고 있는 실정이다.
배가스 등으로부터 폐열을 회수하는 관련 종래 기술로는 특허공개번호 제10-2012-0102188호가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 용융염 열저장 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하여 폐열을 흡수하고 열전모듈에서 고온부를 형성하도록 하며, 일정 온도를 유지하는 저온부와의 온도차로 고효율의 열전발전을 일으키도록 하는 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 열전발전시스템을 제공한다.
본 발명의 첫번째 실시예에서는 작동매체 저장부와 상기 작동매체 저장부와 연결되고, 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 열교환부와 상기 작동매체 저장부와 상기 열교환부사이에 설치되고, 작동매체의 유량을 조절하도록 제공되는 유량조절부 및 상기 열교환부와 상기 작동매체 저장부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 열전모듈부를 포함하되, 상기 열전모듈부의 고온부를 통과하는 작동매체의 유량은 상기 유량조절부에 의해 주기적인 맥동이 부여되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 두번째 실시예에서는 작동매체의 유량을 소정 비율로 분기시키도록 제공되는 분기유량조절부와 상기 분기유량조절부의 일측과 연결되고, 폐열배출부와 열교환하며 동력을 발생시키는 제1 열전발전부와 상기 분기유량조절부의 타측과 연결되고, 폐열배출부와 열교환하며 동력을 발생시키는 제2 열전발전부와 상기 제1 열전발전부와 상기 제2 열전발전부간에 연결되며, 작동매체가 혼합되며 상기 분기유량조절부로 유입되도록 제공되는 작동매체 혼합부를 포함하되, 상기 제1,2 열전발전부로 유입되는 작동매체는 상기 분기유량조절부에 의해 주기적인 맥동이 부여되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 제1 열전발전부는, 상기 분기유량조절부의 일측과 연결되고, 상기 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 제1 분기열교환부 및 상기 제1 분기열교환부와 상기 혼합부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제1 분기열전모듈부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 제2 열전발전부는, 상기 분기유량조절부의 타측과 연결되고, 상기 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 제2 분기열교환부 및 상기 제2 분기열교환부와 상기 혼합부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제2 분기열전모듈부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 분기유량조절부에서 상기 제1,2 열전발전부로 각각 유입되는 작동매체의 유량에 관한 맥동은 서로 대향되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 작동매체는 KNO3 ; NaNO3 ; LiNO3 가 1 : 0.33 ~ 0.35 : 0.56 ~ 0.59 의 비율로 혼합된 유체일 수 있다.
본 발명인 열전발전시스템의 실시예는 열저장 능력이 우수한 용융염 작동매체를 이용함에 따라 일반적인 물보다 많은 폐열에너지를 흡수하고 열전모듈의 고온부로 전달할 수 있다.
또한 열전모듈의 효율이 고온부와 저온부간에 온도차의 제곱승에 비례함에 따라 용융염 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하여, 상대적으로 많은 작동매체가 공급되는 영역, 즉 고온부에 많은 열량이 인가되는 영역에서 높은 효율이 발생되도록 함으로써, 상대적으로 적은 작동매체가 공급되어 고온부에 적은 열량이 인가되는 영역, 즉 1K 미만의 온도차가 발생되는 구간에서의 낮은 효율을 커버하며 전반적인 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명인 열전발전시스템의 실시예에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 개략구조도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발명에서 용융염 작동매체에 대한 맥동주기와 질량, 열량, 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 고온부에 대한 맥동주기와 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 고온부와 저온부간의 온도차에 대한 맥동주기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명인 열전발전시스템의 두번째 실시예에 대한 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 발명에서 분기유량조절부의 개략구조도이다.
도 8은 도 6에 도시된 발명에서 제1,2열전발전부에서 흡수되는 열량과 맥동주기간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 6에 도시된 발명에서 제1,2분기열전모듈부의 고온부와 저온부간의 온도차에 대한 맥동주기를 나타낸 그래프이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 열전발전시스템에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 용융염 열저장 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하여 폐열을 흡수하고 열전모듈에서 고온부를 형성하도록 하며, 일정 온도를 유지하는 저온부와의 온도차로 고효율의 열전발전을 일으키도록 하는 것을 기초로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명인 열전발전시스템의 첫번째 실시예에 대한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 개략구조도이며, 도 3은 도 1에 도시된 발명에서 용융염 작동매체에 대한 맥동주기와 질량, 열량, 온도와의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 고온부에 대한 맥동주기와 온도와의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 5는 도 1에 도시된 발명에서 열전모듈부의 고온부와 저온부간의 온도차에 대한 맥동주기를 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명인 열전발전시스템의 첫번째 실시예(100)는 작동매체 저장부(110), 열교환부(120), 유량조절부(130) 및 열전모듈부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 작동매체 저장부(110)는 본 발명에서 사용되는 용융염 열저장 작동매체가 저장되는 공간을 수 있다. 이는 밀폐된 저장탱크 형태로 제공될 수 있으며, 내부에는 작동매체가 항시 일정량이 채워진 상태로 있을 수 있다.
상기 작동매체 저장부(110)에는 작동매체를 공급하는 작동매체 공급부(170)와 작동매체를 배출하는 작동매체 배출부(180)가 연결되어 있을 수 있다. 만약 상기 작동매체 저장부(110)가 저장탱크 형태로 제공될 경우에는 상기 작동매체 공급부(170)와 상기 작동매체 배출부(180)는 각각 저장탱크의 하단에 연결되어, 내부로 작동매체를 공급하거나 배출하도록 구현될 수 있다.
이때 상기 작동매체 공급부(170)와 상기 작동매체 저장부(110)간에는 유량조절밸브(173)와 펌핑부재(171)이 설치될 수 있으며, 이는 상기 작동매체 저장부(110)로 공급되는 작동매체의 유량을 조절할 수 있다. 마찬가지로 상기 작동매체 배출부(180)와 상기 작동매체 저장부(110)간에도 유량조절밸브(183)과 펌핑부재(181)이 설치될 수 있으며, 이 또한 상기 작동매체 저장부(110)에서 배출되는 작동매체의 유량을 조절할 수 있다.
다음으로 상기 열교환부(120)는 상기 작동매체 저장부(110)와 배관으로 연결될 수 있으며, 펌핑부재(111)에 의해 작동매체를 공급받고, 폐열배출부(10)와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공될 수 있다. 여기서 상기 폐열배출부(10)는 제철설비에서 배가스가 배출되는 스택(stack) 등일 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니고 폐열을 함유한 유체가 배출되는 모든 설비가 해당될 수 있다.
상기 열교환부(120)는 상기 폐열배출부(10)상에서 폐열을 함유한 유체가 배출되는 라인에 연결되어 배치될 수 있으며, 이때 폐열을 함유한 유체에서 방출되는 열이 상기 열교환부(120) 내부로 지나가는 작동매체에 전달되도록 하여 간접접촉으로 폐열을 흡수하도록 할 수 있다.
그리고 상기 열전모듈부(140)는 상기 열교환부(120)와 상기 작동매체 저장부(110)간에 배관으로 연결될 수 있으며, 상기 열교환부(120)에서 작동매체가 전달받은 폐열을 고온부(141)에 전달되도록 하여 고온부(141)와 저온부(20)간의 온도차로 동력을 발생시키도록 제공될 수 있다.
도 2를 참고하면, 이러한 상기 열전모듈부(140)는 n형 반도체와 p형 반도체가 교대로 배치된 열전소자(thermoelement) 등으로 구현될 수 있으며, 물론 이에 한정되는 것은 아니고, 고온부(141)와 저온부(20)간의 온도차로 발전을 하는 다양한 형태의 열전소자로도 구현될 수 있다.
상기 열전모듈부(140)로 유입되는 작동매체가 상기 열교환부(120)로부터 단위시간당 Q1 만큼의 열량(ΔQ1/Δt)을 흡수하고 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)로 공급하며 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)는 단위시간당 T3 만큼의 온도(ΔT3/Δt)가 형성되게 된다. 이때 상기 열전모듈부(140)의 저온부(20)는 저온 형성부로부터 공급되는 냉각수에 의해 일정온도 T2 를 형성하게 된다.
즉 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)와 저온부간의 온도차(ΔT=T3-T2), 즉 2 종류의 반도체 또는 금속 양단의 온도차를 주어 열기전력을 발생시키는 제벡 효과(seebeck effect)를 통해 열전발전을 하게 된다.
여기서 열전발전의 효율(η)은 하기 관계식으로 표현될 수 있다.
Figure 112013059939722-pat00001
즉 열전발전의 효율(η)은 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)로 유입된 열량(Q1) 대비 발전량(Win)의 비에 비례하는데, 이때 발전량(Win)은 전류의 제곱승(I2)과 부하저항(RL)의 곱에 비례하고, 이는 여기서 전류(I)는 제벡(seebeck)계수 σ와 온도차의 제곱승(ΔT2)간의 곱을 열전소자의 내부저항(R)과 부하저항(RL)의 합으로 나눈 식으로 표현될 수 있다.
상기 관계식을 간단히 정리하면 궁극적으로 열전발전의 효율(η)은 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)와 저온부(20)간에 온도차의 제곱승(ΔT2)에 비례하게 된다.
다음으로 상기 유량조절부(130)는 상기 작동매체 저장부(110)와 상기 열교환부(120)사이에 설치될 수 있으며, 상기 열교환부(120)로 유입되는 작동매체의 유량을 조절하도록 제공될 수 있다. 상기 유량조절부(130)는 전기적인 신호로 유량을 조절할 수 있는 솔레로이드 밸브 형태로 제공될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다.
이때 상기 작동매체 저장부(110)에서 상기 열교환부(120)로 유동하는 작동매체의 유량을 측정하도록 유량측정부(131)가 상기 유량조절부(130)와 상기 열교환부(120)사이의 배관상에 장착될 수 있다.
한편, 상기 열전모듈부(140)의 효율(η)은 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)와 저온부(20)간에 온도차의 제곱승(ΔT2)에 비례하므로, 온도차가 클수록 상기 열전모듈부(140)의 효율(η)은 단순 온도차(ΔT)에 비례하는 것에 비해 더욱 증가하게 된다. 이때 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)로 유입되는 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하게 되면, 이러한 효율 향상 효과는 더욱 증대되게 된다.
도 3를 참고하면, 작업자가 상기 유량조절부(130)를 통해 작동매체의 유량에 주기적인 맥동을 부여하여 특정시간(Δt)간격으로 유량m1max~ m1min사이에서 공급되도록 하면, 작동매체는 상기 열교환부(120)에서 주기적인 맥동에 의한 유량변화에 따라 열량Q1max~ Q1min를 폐열로부터 흡수하게 된다.
이는 하기 관계식에 의해 성립될 수 있다.
Figure 112013059939722-pat00002
이때 작동매체는 유량변화에 따라 흡수되는 열량에만 차이가 있으므로, 온도는 전체적으로 일정한 온도(T1av)를 유지하게 될 것이다.
다음 도 4를 참고하면 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)는 작동매체로부터 열량을 흡수함에 따라 온도(T3)도 역시 주기적인 맥동을 가지면 변화를 하게 된다.
이는 하기 관계식에 의해 성립될 수 있다.
Figure 112013059939722-pat00003
따라서 도 5를 참고하면, 상기 열전모듈부(140)의 고온부(141)와 저온부(20)간의 온도차(ΔT)=(T3-T2)임에 따라 역시 주기적인 맥동이 부여되게 된다.
이때 상기 열전모듈부(140)의 효율(η)은 온도차의 제곱승(ΔT2)에 비례하므로 1K의 온도차를 기준으로 볼 때 1K초과의 온도차에서는 더욱 큰 효율이 발생될 것이며, 1K이하의 온도차에서는 효율은 상대적으로 더 작아질 것이다.
그러나, 도 5(b)의 그래프 면적을 통해 알 수 있듯이, 1K초과의 온도차에서의 제곱값은 1K이하의 온도차에서의 제곱값보다 상당히 큰 값을 가지므로, 상대적으로 낮아진 효율을 상쇄하고 단순 온도차(ΔT)에 비례하는 효율보다는 향상된 효과를 발휘할 수 있게 된다.
한편, 도 6은 본 발명인 열전발전시스템의 두번째 실시예에 대한 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 발명에서 분기유량조절부의 개략구조도이며, 도 8은 도 6에 도시된 발명에서 제1,2열전발전부에서 흡수되는 열량과 맥동주기간의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 9는 도 6에 도시된 발명에서 제1,2 분기열전모듈부의 고온부와 저온부간의 온도차에 대한 맥동주기를 나타낸 그래프이다.
도 6 내지 도 9를 참고하면, 본 발명인 열전발전시스템의 두번째 실시예(200)는 분기유량조절부(210), 제1,2 열전발전부(220,230), 혼합부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 분기유량조절부(210)는 상기 제1,2 열전발전부(220,230)로 공급되는 작동매체의 유량을 소정 비율로 분기시키도록 제공될 수 있다. 상기 분기유량조절부(210)는 도 7를 참고하면, 하나의 작동매체 유입구(214)와 각각 제1,2 열전발전부(220,230)로 흐르도록 하는 서로 반대방향으로 배치된 한 쌍의 개폐유로(215,216)를 포함할 수 있다.
이때 각각의 개폐유로(215,216)에는 솔레로이드 밸브(211,212)가 장착되어 전기 신호에 의해 코일부(211b,212b)에 전류가 인가되면 코일부(211b,212b) 중앙에 배치된 작동자(211c,212c)가 하강하며 상기 개폐유로(215,216)의 면적을 좁히게 된다. 이때 전류 인가가 중지되면 리턴스프링(211d,212d)에 의해 작동자(211c,212c)가 다시 상승하면 개폐유로(215,216)의 면적을 넓히게 된다.
이러한 원리로 상기 분기유량조절부(210)는 상기 제1,2 열전발전부(220,230)로 유입되는 작동매체의 유량을 조절할 수 있다. 이때 한 쌍의 솔레로이드 밸브(211,212)에 주기적인 전기 신호를 주어 상기 제1,2 열전발전부(220,230)로 유입되는 작동매체에 주기적인 맥동을 부여할 수 있다. 다만 상기 분기유량조절부(210)의 맥동부여 방식은 한 쌍의 솔레로이드 밸브 방식에 국한될 것은 아니다.
그리고 상기 제1 열전발전부(220)는 상기 분기유량조절부(210)의 일측과 배관으로 연결되고, 상기 분기유량조절부(210)로부터 유입된 작동매체가 폐열배출부(10)와 열교환토록 제공되는 제1 분기열교환부(222)와 상기 제1 분기열교환부(222)와 상기 혼합부(240)간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부(223a)에 전달되도록 하여 고온부(223a)와 저온부(20)와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제1 분기열전모듈부(223) 및 상기 제1 열전발전부(220)로 유입되는 작동매체의 유량을 측정하는 제1 분기유량측정부(221)를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 열전발전부(230)는 상기 분기유량조절부(210)의 타측과 배관으로 연결되고, 상기 분기유량조절부(210)로부터 유입된 작동매체가 폐열배출부(10)와 열교환토록 제공되는 제2 분기열교환부(232)와 상기 제2 분기열교환부(232)와 상기 혼합부(240)간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부(233a)에 전달되도록 하여 고온부(233a)와 저온부(20)와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제2 분기열전모듈부(233) 및 상기 제2 열전발전부(230)로 유입되는 작동매체의 유량을 측정하는 제2 분기유량측정부(231)를 포함할 수 있다.
이때 상기 분기유량조절부(210)에서는 상기된 본 발명의 첫번째 실시예와 같이 주기적인 맥동을 양측에 부여하여 상기 제1,2 분기열전모듈부(220,230)에서의 온도차를 통한 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편 상기 제1,2 분기열전모듈부(220,230)의 고온부(223a,233a)로 폐열을 전달하고 통과한 작동매체는 상기 혼합부(240)에서 모아진 뒤 펌핑부재(250)에 의해 추진되어 다시 상기 분기유량조절부(210)의 유입구(214)로 공급되게 된다.
본 발명의 두번째 실시예는 열전소자를 한 쌍으로 배치하고 작동매체의 전량은 변화가 없으면서도, 양측으로 주기적인 맥동으로 분기되도록 하여 동시에 상기 제1,2 분기열전모듈부(220,230)에서의 온도차를 유도하여 동력을 생산하게 되는 것이다.
따라서 도 8를 참고하면, 상기 분기유량조절부(210)에서 상기 제1,2 열전발전부(220,230)로 각각 유입되는 작동매체의 유량에 관한 맥동은 서로 대향되게 된다. 즉 도 8(a)에 도시된 제1 분기열전모듈부(223)로 공급되는 열량(Qa)와 도 8(b)에 도시된 제2 분기열전모듈부(233)로 공급되는 열량(Qb)는 서로 반대 형상의 열량 변화 그래프를 그리게 된다.
이에 따라 도 9를 참고하면, 도 9(a)에 도시된 제1 분기열전모듈부(223)에서의 온도차(ΔT2)a와 도 9(b)에 도시된 제2 분기열전모듈부(233)에서의 온도차(ΔT2)b는 서로 반대 형상의 온도차 변화 그래프를 그리게 된다.
이는 작동매체 1순환을 통해 2번의 열전발전을 하게 되므로, 본 발명의 첫번째 실시예에서 비해 향상된 효율을 창출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 사용되는 작동매체는 KNO3 ; NaNO3 ; LiNO3 가 1 : 0.33 ~ 0.35 : 0.56 ~ 0.59 의 비율로 혼합된 용융염 상태의 유체일 수 있다.
구체적으로 문헌 Russ. J. Inorg. Chem. vol9(6), 1964, p771~773 를 참고하면, 상기 혼합된 유체는 녹는점은 120℃ 정도가 되고 500℃ 정도까지는 액상을 유지할 수 있으며, 열용량은 2.32J/g.K 가 되고, 밀도는 1.72g/cc 인 물성치를 가질 수 있다. 바람직하게는 KNO3 : NaNO3 : LiNO3 가 52% : 18% : 30% 의 비율로 혼합될 수 있다.
일반적인 물인 경우에는 통상 100℃ 정도에서 증발하게 되므로, 100℃ 이상의 폐열인 경우에는 열저장 능력이 현저히 낮아지게 되나, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 작동매체는 녹는점이 120℃이며, 용융염 상태로 폐열을 흡수하게 되므로, 보다 고온 영역에서 효율적인 작동이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 구성 및 작동원리를 통해 용융염 열저장 작동매체에 주기적인 맥동을 부여하여 폐열을 흡수하고 열전모듈에서 고온부를 형성하도록 하며, 일정 온도를 유지하는 저온부와의 온도차로 고효율의 열전발전을 일으키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이상의 사항은 열전발전시스템의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10...폐열배출부 20...저온부
110...작동매체 저장부 120...열교환부
130...유량조절부 140...열전모듈부
210...분기유량조절부 211,212...솔레로이드 밸브
211a,212a...하우징 211b,212b...코일부
211c,212c...작동자 211d,212d...리턴스프링
215,216...개폐유로 220...제1 열전발전부
222...제1 분기열교환부 223...제1 분기열전모듈부
230...제2 열전발전부 232...제2 분기열교환부
233...제2 분기열전모듈부 240...혼합부

Claims (6)

  1. 작동매체 저장부;
    상기 작동매체 저장부와 연결되고, 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 열교환부;
    상기 작동매체 저장부와 상기 열교환부사이에 설치되고, 작동매체의 유량을 조절하도록 제공되는 유량조절부; 및
    상기 열교환부와 상기 작동매체 저장부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 열전모듈부;
    를 포함하되, 상기 열전모듈부의 고온부를 통과하는 작동매체의 유량은 상기 유량조절부에 의해 주기적인 맥동이 부여되는 것을 특징으로 하는 열전발전시스템.
  2. 작동매체의 유량을 소정 비율로 분기시키도록 제공되는 분기유량조절부;
    상기 분기유량조절부의 일측과 연결되고, 폐열배출부와 열교환하며 동력을 발생시키는 제1 열전발전부;
    상기 분기유량조절부의 타측과 연결되고, 폐열배출부와 열교환하며 동력을 발생시키는 제2 열전발전부;
    상기 제1 열전발전부와 상기 제2 열전발전부간에 연결되며, 작동매체가 혼합되며 상기 분기유량조절부로 유입되도록 제공되는 작동매체 혼합부;
    를 포함하되, 상기 제1,2 열전발전부로 유입되는 작동매체는 상기 분기유량조절부에 의해 주기적인 맥동이 부여되는 것을 특징으로 하는 열전발전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 열전발전부는,
    상기 분기유량조절부의 일측과 연결되고, 상기 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 제1 분기열교환부; 및
    상기 제1 분기열교환부와 상기 혼합부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제1 분기열전모듈부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 열전발전부는,
    상기 분기유량조절부의 타측과 연결되고, 상기 폐열배출부와 작동매체간에 열교환이 발생하도록 제공되는 제2 분기열교환부; 및
    상기 제2 분기열교환부와 상기 혼합부간에 연결되고, 작동매체에 함유된 열이 고온부에 전달되도록 하여 고온부와 저온부와간의 온도차로 동력을 발생시키는 제2 분기열전모듈부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분기유량조절부에서 상기 제1,2 열전발전부로 각각 유입되는 작동매체의 유량에 관한 맥동은 서로 대향되는 것을 특징으로 하는 열전발전 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동매체는 KNO3 ; NaNO3 ; LiNO3 가 1 : 0.33 ~ 0.35 : 0.56 ~ 0.59 의 비율로 혼합된 유체인 것을 특징으로 하는 열전발전시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1141959A (ja) * 1997-07-17 1999-02-12 Kubota Corp 熱電発電システム
JPH11274574A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Kubota Corp 熱電発電装置用熱交換ブロックの作製方法
JP2011226483A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 IFP Energies Nouvelles ランキンサイクルに従って動作する閉回路と該閉回路を使用する方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1141959A (ja) * 1997-07-17 1999-02-12 Kubota Corp 熱電発電システム
JPH11274574A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Kubota Corp 熱電発電装置用熱交換ブロックの作製方法
JP2011226483A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 IFP Energies Nouvelles ランキンサイクルに従って動作する閉回路と該閉回路を使用する方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102559956B1 (ko) * 2022-10-13 2023-07-27 주식회사 수광테크 폐열을 이용한 열전발전장치

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