KR101877844B1

KR101877844B1 - Amtec apparatus having detachable amtec cell

Info

Publication number: KR101877844B1
Application number: KR1020160148335A
Authority: KR
Inventors: 서민수; 김선동; 우상국; 이욱현
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: KR20180051743A

Abstract

본 발명은 알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하는 열전발전장치(AMTEC ; Alkali Metal Thermal to Electiric Convertor)에 있어서, 복수의 열전발전 셀을 착탈식으로 수용하는 수용체를 가진 열전발전장치 및 그 수용체의 구조에 관한 발명이다. 본 발명은 열전발전 셀을 수용체에 착탈 방식으로 조립할 수 있도록 하여 조립이 간편하고 열전발전장치의 유지 및 보수가 용이하다. 또한, 본 발명은 열전발전 셀을 수용하는 수용체의 구조를 개선함으로써 외부의 열을 열전발전 셀로 효율적으로 전달하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있다. [0001] The present invention relates to a thermoelectric generator (AMTEC) using an alkali metal as a carrier for electric charge, a thermoelectric generator having a receptacle for removably accommodating a plurality of thermoelectric generators, . INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to assemble a thermoelectric power generation cell to a receiver in a detachable manner, thereby facilitating assembly and facilitating maintenance and repair of the thermoelectric generator. In addition, the present invention improves the structure of a receiver for accommodating a thermoelectric generator cell, thereby efficiently transferring external heat to the thermoelectric generator cell, thereby increasing power generation efficiency and efficiency.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric generator including a detachable thermoelectric power generating cell,

본 발명은 알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하는 열전발전장치(AMTEC ; Alkali Metal Thermal to Electiric Convertor)에 있어서, 복수의 열전발전 셀을 착탈식으로 수용하는 수용체를 가진 열전발전장치 및 그 수용체의 구조에 관한 발명이다. [0001] The present invention relates to a thermoelectric generator (AMTEC) using an alkali metal as a carrier for electric charge, a thermoelectric generator having a receptacle for removably accommodating a plurality of thermoelectric generators, .

알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하는 열전발전장치(이하 간략히 '열전발전장치'라고 함)은 알칼리금속을 전하의 운반체로 사용하여 열 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 열변환 전기발생장치이다. 열전발전장치는 열전소자를 이용하는 열전발전 시스템을 대체하기 위해 개발이 시작된 기술이며, 이론적으로는 단위면적당 높은 전력밀도와 고효율, 저가격 그리고 사용중에는 안정성이 유지될 수 있는 장점을 가지고 있다. 열전발전장치는 미국 포드사에 의해 시스템의 개념이 제안된 이래 초기에는 전기자동차의 전원공급장치로 연구가 시작되었고, 이후에는 우주용 발전시스템으로 각광받아서 미국 NASA에 의해서 개발이 주도되었다. 현재는 우주용의 전력원으로 반도체식의 열전발전시스템이 사용되고 있으나 아직 효율이 낮고, 발전시스템이 무거운 단점이 있다. 또한, 최근에는 원자력 연구소의 폐열을 활용하기 위해 원자력 발전소의 냉각부에 장치하는 2차 발전장치로도 활용이 모색되고 있다. 열전발전장치의 열원은 태양에너지, 화석연료, 폐열, 지열, 원자로 등 다양한 열원을 사용할 수 있는 장점이 있다. 현재 폐열을 회수하는 기술은 열교환기나 폐열 보일러를 사용하여 열수나 연소용 공기 등의 형태로 회수하고 있으나, 이에 대하여 열전발전장치는 고품질의 전기를 직접 생산하여 효율을 높일 수 있어 기존의 기술을 대체할 수 있는 유망한 기술로 대두되고 있다. A thermoelectric generator (hereinafter simply referred to as a " thermoelectric generator ") using an alkali metal as a carrier of charge is a thermoelectric generator for converting thermal energy directly into electric energy by using alkali metal as a carrier of charge. The thermoelectric power generation device has been developed to replace the thermoelectric power generation system using a thermoelectric element, and theoretically has a high power density per unit area, high efficiency, low cost, and stability during use. Since the concept of the system was suggested by Ford of America, the thermoelectric generator was originally studied as a power supply for an electric vehicle, and then developed as a space power generation system and developed by NASA in the United States. Currently, a semiconductor type thermoelectric power generation system is used as a space power source, but the efficiency is still low and the power generation system is heavy. In recent years, the utilization of the waste heat of the nuclear power research institute has been sought as a secondary power generation device installed in a cooling section of a nuclear power plant. The heat source of the thermoelectric generator is advantageous in that it can use various heat sources such as solar energy, fossil fuel, waste heat, geothermal heat, and reactor. Currently, waste heat recovery technology uses heat exchangers and waste heat boilers to recover hot water or combustion air. However, thermoelectric power generators can produce high quality electricity directly to improve efficiency. And it is emerging as a promising technology.

또한, 열전발전장치는 종래의 발전방식과는 달리 터빈이나 모터와 같은 구동부 없이 전기를 생산할 수 있는 방식으로서 열과 접촉되는 부위에서 직접 전기를 생산할 수 있으며, 직렬 또는 병렬로 모듈화하는 경우 수 kW에서 수 백 MW 규모의 대용량 발전이 가능하여 미래지향적인 신발전기술로 평가받고 있다. 특히 단위질량당 출력밀도가 태양광 발전, 스터링 엔진에 약 2~3배까지 가능하다고 알려져 있으므로 우주용, 군사용 및 고온폐열을 이용한 전원기술에 광범위하게 응용이 가능하고 액체금속의 순환을 위해 모세관 원리나 중력을 이용하는 순환윅을 채용함으로써 기계적인 요소가 불필요하므로 장치의 안정성이 크다는 장점을 갖고 있다.Unlike conventional power generation systems, thermoelectric power generation systems can produce electricity without driving parts such as a turbine or a motor. They can produce electricity directly from heat-contacting parts. In the case of modularization in series or parallel, It is rated as a futuristic footwear technology capable of mass production of 100 MW. Especially, it is known that power density per unit mass is about 2 ~ 3 times as high as solar power generation and stuttering engine. Therefore, it can be widely applied to power technology using space, military, and high temperature waste heat, and capillary principle By adopting a circulating wick utilizing gravity, there is an advantage that the stability of the apparatus is high because mechanical elements are unnecessary.

이와 같이, 열전발전장치는 큰 잠재적인 장점을 가지고 있고 향후 발전 가능성이 큰 기술이다. 그러나 종래의 열전발전장치는 열전발전 셀을 수용체에 착탈 방식으로 용이하게 조립할 수 있는 장치가 제시된 바 없어 하나의 열전발전 셀이 고장나는 경우 열전발전장치 전체를 교체하는 등 유지 및 보수에 비효율적인 방식이 사용되고 있었다. 또한, 종래의 열전발전장치는 외부의 열을 열전발전 셀로 전달하는 수용체와 관련하여 어떻게 효율적으로 열을 전달하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있는가에 대한 방안이 제시된 바가 없어 이 분야에 대한 연구도 시급한 실정이다. As such, thermoelectric generators have great potential advantages and are likely to develop in the future. However, in the conventional thermoelectric generator, there is no apparatus that can easily assemble the thermoelectric generator cell to the receiver in a detachable manner. Therefore, when one thermoelectric generator cell fails, the entire thermoelectric generator is replaced, Has been used. In addition, the conventional thermoelectric power generator has not proposed a method for efficiently transmitting heat to increase the power generation efficiency and efficiency with respect to the receiver for transferring external heat to the thermoelectric power generation cell. It is true.

공개특허공보 제10-2011-0135291호Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0135291

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 열전발전 셀을 수용체에 착탈 방식으로 용이하게 조립할 수 있도록 하여 열전발전장치의 유지 및 보수가 용이한 열전발전장치를 제공하는 것이다. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric generator which is easy to assemble and detach the thermoelectric generator cell to and from a receiver, thereby facilitating maintenance and repair of the thermo generator.

또한, 본 발명의 목적은, 외부의 열을 열전발전 셀로 효율적으로 전달하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있는 수용체를 가진 열전발전장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a thermoelectric generator having a receptor capable of efficiently transferring external heat to a thermoelectric generator cell to increase power generation efficiency and efficiency.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 알칼리금속을 전하운반체로 사용하여 열을 전기로 변환하여 출력하는 열전발전 셀; 및 상기 열전발전 셀을 착탈식으로 수용하면서 외부의 열을 흡수하여 상기 열전발전 셀로 전달하는 수용체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전장치이다. In order to accomplish the above object, in one aspect, the present invention provides a thermoelectric generator, comprising: a thermoelectric generator cell for converting heat into electricity using an alkali metal as a charge carrier; And a receiver for receiving the thermoelectric power generation cell in a detachable manner and absorbing external heat and transferring the heat to the thermoelectric power generation cell.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 수용체는 상기 열전발전 셀을 수용하기 위한 수용홈을 포함하고, 상기 수용홈에는 상기 열전발전 셀을 지지하기 위한 걸림턱이 형성될 수 있다. In the thermoelectric generator, the receptacle may include a receiving groove for receiving the thermoelectric generator cell, and the receiving groove may be formed with a catch for supporting the thermoelectric generator cell.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은, 상기 전하운반체를 증발시키기 위한 가열부; 상기 전하운반체를 선택적으로 투과시키며 전기를 생산하는 BASE 튜브; 상기 증발된 전하운반체를 응축시키는 응축부; 상기 응축된 전하운반체가 상기 응축부로부터 상기 가열부로 이동하는 통로가 되는 순환윅; 및 상기 알칼리금속이 충전되어 있는 알칼리금속 충전부;를 포함할 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric generator cell may include: a heating unit for evaporating the charge carrier; A BASE tube for selectively transmitting the charge carriers to produce electricity; A condenser for condensing the evaporated charge carrier; A circulating wick in which the condensed charge carrier is a passage for moving from the condensing portion to the heating portion; And an alkali metal charging part filled with the alkali metal.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은, 상기 BASE 튜브와 상기 순환윅을 일체로 체결하기 위한 튜브 체결부; 상기 BASE 튜브와 상기 순환윅을 내부에 수용하는 하우징 본체; 및 상기 하우징 본체에 결합되는 하우징 덮개;를 포함할 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric power generating cell may include: a tube fastening part for fastening the BASE tube and the circulating wick together; A housing body accommodating the BASE tube and the circulating wick therein; And a housing cover coupled to the housing body.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 하우징 본체는 상기 수용체의 걸림턱에 의해 지지될 수 있도록 확장부가 형성될 수 있다. In the thermoelectric generator, the housing main body may be formed with an extension portion so as to be supported by a latching jaw of the receptor.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 하우징 본체와 상기 하우징 덮개는 고온 고압을 유지할 수 있도록 개스킷을 사이에 두고 결합될 수 있다. In the thermoelectric generator, the housing main body and the housing cover may be coupled with a gasket interposed therebetween so as to maintain high temperature and high pressure.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 BASE 튜브의 하면은 상기 수용체의 하면과 그 높이가 실질적으로 동일하고, 상기 순환윅은 상기 수용체를 관통하여 돌출되도록 형성될 수 있다. In the thermoelectric generator, the bottom surface of the BASE tube may have substantially the same height as the lower surface of the receiver, and the circulating wick may protrude through the receiver.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 BASE 튜브는, 상기 전하운반체로부터 전자를 제공받는 애노드; 상기 전하운반체로 전자를 제공하는 캐소드; 및 상기 애노드 및 캐소드 사이에 위치하며 이온화된 상기 전하운반체를 투과시키는 전해질;을 포함할 수 있다.In the thermoelectric generator, the BASE tube may include: an anode that receives electrons from the charge carrier; A cathode for providing electrons to the charge carrier; And an electrolyte positioned between the anode and the cathode and permeable to the ionized charge carrier.

본 발명의 다른 측면은, 알칼리금속을 전하운반체로 사용하여 열을 전기로 변환하여 출력하는 열전발전 셀; 및 상기 열전발전 셀이 그 내부로 삽입되는 형태로 상기 열전발전 셀을 수용하면서 외부의 열을 흡수하여 상기 열전발전 셀로 전달하는 수용체;를 포함하되, 상기 열전발전 셀은 상기 수용체를 관통하여 상기 열전발전 셀의 하부 일부가 상기 수용체로부터 돌출되는 형태로 상기 수용체에 수용되는 것을 특징으로 하는 열전발전장치이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric generator including: a thermoelectric generator cell for converting heat into electricity using an alkali metal as a charge carrier and outputting the converted electricity; And a receiver for receiving the thermoelectric power generation cell and absorbing external heat and transmitting the thermoelectric power generation cell to the thermoelectric power generation cell so that the thermoelectric power generation cell is inserted into the thermoelectric power generation cell, And a portion of the lower portion of the power generation cell protrudes from the receiver.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은 BASE 튜브를 포함하고, 상기 수용체의 하면은 상기 BASE 튜브의 하면과 그 높이가 실질적으로 동일할 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric power generation cell may include a base tube, and a lower surface of the receptor may have substantially the same height as a bottom surface of the base tube.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은 순환윅을 포함하고, 상기 순환윅은 상기 수용체의 하면을 관통하여 돌출되도록 형성될 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric generator cell may include a circulating wick, and the circulating wick may protrude through the lower surface of the receiver.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 수용체는 외곽에 열 차단부를 포함할 수 있다. In the thermoelectric generator, the receptacle may include a thermal shut-off portion at an outer periphery thereof.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은 확장부를 포함하고, 상기 확장부가 상기 수용체의 걸림턱에 의해 지지될 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric generator cell includes an extension portion, and the extension portion can be supported by the engagement protrusion of the receptor.

본 발명의 또 다른 측면은, 알칼리금속을 전하운반체로 사용하여 열을 전기로 변환하여 출력하는 열전발전 셀; 및 상기 열전발전 셀이 그 내부로 삽입되는 형태로 상기 열전발전 셀을 수용하면서 외부의 열을 흡수하여 상기 열전발전 셀로 전달하는 수용체;를 포함하되, 상기 수용체의 내부에는 상기 수용체의 열이 상기 열전발전 셀의 저압부로 전달되는 양을 줄이기 위한 단열부가 포함된 것을 특징으로 하는 열전발전장치이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric generator including: a thermoelectric generator cell for converting heat into electricity using an alkali metal as a charge carrier and outputting the converted electricity; And a receiver for receiving the thermoelectric generator cell and absorbing external heat to transfer the thermoelectric generator cell to the thermoelectric generator cell in such a manner that the thermoelectric generator cell is inserted into the thermoelectric generator cell, And a heat insulating portion for reducing an amount of heat transferred to the low-pressure portion of the power generation cell.

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은 BASE 튜브를 포함하고, 상기 단열부는, 상기 열전발전 셀에 인접한 상기 수용체 측벽의 상기 BASE 튜브와 실질적으로 동일한 높이에서 출발하여 상기 수용체의 하면까지 형성될 수 있다. In the thermoelectric generator, the thermoelectric generator cell includes a BASE tube, which is formed to start from a substantially same height as the BASE tube of the side wall of the receiver adjacent to the thermoelectric generator cell to the lower surface of the receiver .

상기 열전발전장치에 있어서, 상기 열전발전 셀은 BASE 튜브를 포함하고, 상기 단열부는, 상기 열전발전 셀의 상기 BASE 튜브의 하면보다 낮은 부분을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.In the thermoelectric generator, the thermoelectric power generating cell may include a base tube, and the heat insulating portion may surround the lower portion of the bottom surface of the thermoelectric power generating cell.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 열전발전 셀을 수용체에 착탈 방식으로 조립할 수 있도록 하여 조립이 간편하고 열전발전장치의 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to assemble the thermoelectric power generation cell to the receiver in a detachable manner, thereby facilitating assembly and facilitating maintenance and repair of the thermoelectric generator.

또한, 본 발명에 의하면 열전발전 셀을 수용하는 수용체가 외부의 열을 열전발전 셀로 효율적으로 전달하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that a receiver for accommodating a thermoelectric generator cell efficiently transfers external heat to a thermoelectric generator cell, thereby increasing power generation efficiency and efficiency.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전발전 셀의 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 예에 따른 열전발전 셀의 내부 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 BASE 튜브 내부에서 전기를 생산하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 종래의 수용체 구조를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 착탈식 열전발전장치이다.
도 6은 도 5의 실시 예에 따른 열전발전 셀과 수용체의 결합 구조를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수용체 구조를 설명하는 도면이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수용체 구조를 설명하는 도면이다. 1 is a perspective view of a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the internal operation of the thermoelectric generator according to the embodiment of FIG.
Fig. 3 is a view for explaining the principle of producing electricity inside the BASE tube.
4 is a diagram illustrating a conventional receptor structure.
5 is a detachable thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a coupling structure of a thermoelectric generator cell and a receiver according to the embodiment of FIG.
7 is a view for explaining a receptor structure according to another embodiment of the present invention.
8 and 9 are views illustrating a structure of a receptor according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전발전 셀(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시 예에 따른 열전발전 셀(100)의 내부 동작을 설명하는 도면이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 열전발전 셀(100)에 대해 설명한다.FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric generator cell 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining an internal operation of the thermoelectric generator cell 100 according to the embodiment of FIG. Hereinafter, a thermoelectric power generating cell 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

열전발전 셀(100)은, 전하운반체로서의 알칼리금속이 충전되어 있는 알칼리금속 충전부(110), 전하운반체를 증발시키기 위한 가열부(120), 전하운반체를 선택적으로 투과시키며 전기를 생산하는 BASE 튜브(130), 증발된 전하운반체를 응축시키는 응축부(140), 응축된 전하운반체가 응축부(140)로부터 가열부(120)로 이동하는 통로가 되는 순환윅(150), BASE 튜브(130)에서 생산된 전기를 외부로 공급하기 위한 단자(160, 170) 및 하우징(180)을 포함할 수 있다.The thermoelectric power generation cell 100 includes an alkali metal charging part 110 filled with alkali metal as a charge carrier, a heating part 120 for evaporating the charge carrier, a BASE tube (not shown) for selectively transmitting the charge carrier, A circulation wick 150 serving as a passage through which the condensed charge carrier moves from the condenser 140 to the heating unit 120, a condenser 140 for condensing the evaporated charge carrier, A terminal 160 and a housing 180 for supplying the generated electricity to the outside.

알칼리금속 충전부(110)에는 알칼리금속이 충전되어 있다. 알칼리 금속은 전하를 운반하는 전하운반체로 기능하는 금속으로서, 나트륨(Na), 칼륨(K), 리튬(Li) 중 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 나트륨(Na)을 적용한다. The alkali metal charging portion 110 is filled with an alkali metal. The alkali metal is a metal that functions as a charge carrier for transporting electric charge and may be at least one material selected from among sodium (Na), potassium (K) and lithium (Li), preferably sodium (Na).

가열부(120)는 알칼리금속 충전부(110)에 인접하여 위치하고, 전하운반체를 가열하여 기체 상태로 증발시키는 기능을 한다. 가열부(120)의 열원으로는 태양에너지, 화석연료, 폐열, 지열, 원자로 등 다양한 열원을 사용할 수 있다. 열전발전 셀(100)는 이러한 다양한 열원으로부터 고품질의 전기를 직접 생산하여 효율을 높일 수 있다.The heating unit 120 is located adjacent to the alkali metal charging unit 110 and functions to heat the charge carrier to evaporate in a gaseous state. As the heat source of the heating unit 120, various heat sources such as solar energy, fossil fuel, waste heat, geothermal heat, and a reactor can be used. The thermoelectric power generation cell 100 can directly produce high-quality electricity from these various heat sources to increase efficiency.

전하운반체가 Na인 경우는 일반적으로 가열부(120)의 온도가 1100K, 응축부(140)의 온도가 650K 부근에 이르게 된다. 용융점이 더 낮은 칼륨(K)을 적용하는 경우는 가열부과 응축의 구동온도를 각각 120K 정도 낮출 수 있다는 장점이 있어 열역학적인 이론효율은 칼륨을 구동유체로 사용하는 것이 더 높다. 그러나 실제 적용상의 문제로 인해서 Na을 구동유체로 이용하는 시스템이 일반적으로 적용되고 있다. When the charge carrier is Na, the temperature of the heating unit 120 is generally 1100 K and the temperature of the condenser 140 is 650 K. When potassium (K) having a lower melting point is used, the driving temperature for heating and condensation can be lowered by about 120K, respectively. Therefore, the thermodynamic theoretical efficiency is higher by using potassium as the driving fluid. However, due to practical application problems, systems using Na as the driving fluid are generally applied.

BASE 튜브(130)는 전하운반체를 투과시키며 전기를 생산하는 기능을 한다. 가열부(120)의 가열에 의해 증발된 전하운반체는 BASE 튜브(130) 내로 이동하고 BASE 튜브(130) 내부와 외부의 압력차에 의해 증발된 전하운반체는 BASE 튜브(130)를 통과하며 전기를 생산한다. BASE 튜브는(130)는 전하운반체로부터 전자를 제공받는 애노드(131), 전하운반체로 전자를 제공하는 캐소드(132), 및 애노드(131)와 캐소드(132) 사이에 위치하며 이온화된 상기 전하운반체를 투과시키는 전해질(133)을 포함할 수 있다. The BASE tube 130 transmits the charge carrier and functions to produce electricity. The charge carrier evaporated by the heating of the heating unit 120 moves into the BASE tube 130 and the charge carrier evaporated by the pressure difference between the inside and the outside of the BASE tube 130 passes through the BASE tube 130, Production. The BASE tube 130 includes an anode 131 that receives electrons from a charge carrier, a cathode 132 that provides electrons to the charge carrier, and a cathode 132 that is positioned between the anode 131 and the cathode 132, And an electrolyte 133 for permeating the electrolyte.

BASE 튜브(130)가 전기를 생산하는 원리를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 BASE 튜브(130)의 a 부분의 요부 확대 단면도이다. 전하운반체가 가열부(120)에서 증발되면 전하운반체는 BASE 튜브(130) 내벽의 애노드(131)에서 전자(e-)를 내어 놓으면서 이온화된다. 이온화된 전하운반체(예, Na+)는 전해질(133)을 통과한 후 캐소드(132)에서 전자를 받아들여 중성화되는 과정을 거친다. 애노드(131)에서 전하운반체로부터 분리된 전자는 단자(160)를 통해 외부로 공급된 후 단자(170)을 통해 BASE 튜브(130)로 돌아와서 캐소드(132)에서 전하운반체 이온과 결합하는 과정을 거친다. The principle by which the BASE tube 130 produces electricity will be described with reference to FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a portion of the BASE tube 130 of FIG. When the charge carrier is evaporated in the heating unit 120, the charge carrier is ionized while emitting electrons (e-) from the anode 131 on the inner wall of the BASE tube 130. The ionized charge carriers (e.g., Na +) pass electrons through the electrolyte 133 and then receive electrons from the cathode 132 to be neutralized. Electrons separated from the charge carrier in the anode 131 are supplied to the outside through the terminal 160 and then returned to the BASE tube 130 through the terminal 170 to be coupled with the charge carrier ions in the cathode 132 .

즉, 전하운반체가 가열부(120)의 열원에 의해 고온 고압인 증기상태로 변하여 전자를 내어 놓고 전하운반체 이온이 전해질(133)을 통과한다. 이온 전도성을 갖는 전해질(133)의 양단에 온도차(ΔT)를 주면 BASE 튜브(130) 내부의 전하운반체 증기의 압력과 BASE 튜브(130) 외부의 압력의 차이가 추진력이 되어 전하운반체 이온의 이동이 일어나게 된다. 자유전자들은 애노드(131)로부터 전기 부하를 통과하여 캐소드(132)로 돌아와서 저온저압영역의 전해질(133)의 표면에서 나오는 전하운반체 이온과 재결합하여 중성화(Neutralization)되는 과정에서 전기를 발생하게 되며, 이 경우, 단일 BASE 튜브(130)에서 1.6V이상의 OCV(open circuit voltage)가 얻어질 수 있다. That is, the charge carrier turns into a vapor state of high temperature and high pressure by the heat source of the heating unit 120, discharges electrons, and the charge carrier ions pass through the electrolyte 133. If the temperature difference DELTA T is applied to both ends of the ion-conductive electrolyte 133, the difference between the pressure of the carrier carrier vapor in the BASE tube 130 and the pressure outside the BASE tube 130 becomes the driving force, It happens. The free electrons pass through the electrical load from the anode 131 and return to the cathode 132 to recombine with the charge carrier ions from the surface of the electrolyte 133 in the low temperature and low pressure region to generate electricity in the process of neutralization, In this case, OCV (open circuit voltage) of 1.6 V or more can be obtained in the single BASE tube 130.

전해질(133)은 이온화된 전하운반체(예, Na+)를 투과시키며 전기를 발생시키는 소재로서, 높은 이온전도도와 강도 및 치밀한 미세구조에 의한 고내구성을 지녀야 하며, 이온화된 전하운반체가 잘 통과할 수 있는 층상구조를 갖는 재료가 적용되어야 한다. 이에 따라 전해질(133)은 베타 알루미나(β˝-Al₂O₃; Beta" alumina) 또는 나시콘(Na super-ionic conductor:NASICON) 계의 고체전해질인 것이 바람직하다. 베타 알루미나에는 Beta'-alumina 와 Beta''-alumina 두가지 종류가 있다. Beta''-alumina가 층상구조가 더욱 발전되어 있어 더욱 양호한 Na+이온의 전도성을 갖기 때문에 일반적으로 사용되고 있다. The electrolyte 133 is a material for generating electricity by transmitting an ionized charge carrier (for example, Na +). The electrolyte 133 must have high ionic conductivity, high strength and high durability due to a dense microstructure, and an ionized charge carrier A material having a layered structure should be applied. Accordingly, the electrolyte 133 is a beta-alumina _{_{(β˝-Al 2 O 3;}} Beta "alumina) or tank top cone: it is preferable that the solid electrolyte (Na super-ionic conductor NASICON) based beta alumina, the alumina-Beta' And Beta '' - alumina Beta '' - alumina is commonly used because it has better conductivity of Na + ions because of its more developed layered structure.

애노드(131) 및 캐소드(132)는 PtW, RhW, TiC, TiN, SiN, RuO, Ru₂O, Rh₂W, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 니켈-철 합금, 스테인리스, 철(Fe), 청동 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 애노드(131) 및 캐소드(132)는 발전 효율과 관계되는 출력 밀도(power density)와 밀접한 관련이 있다. 애노드(131) 및 캐소드(132)는 전해질(133)에 보통 ㎛ 단위의 두께로 코팅되며 기공을 함유한다. 코팅된 금속 위에 금속망, 다시 그 위에 와이어 리드선이 접속되는 방식으로 애노드(131) 및 캐소드(132)가 형성될 수 있다. 따라서 접촉하는 각 재료와의 열팽창계수 차이 등 특성 차이를 고려하여야 하며 애노드(131) 및 캐소드(132)의 두께 등의 변수도 정밀히 제어 되어야 한다. The anode 131 and the cathode 132 is PtW, RhW, TiC, TiN, SiN, RuO, Ru 2 O, Rh 2 W, molybdenum (Mo), titanium (Ti), tungsten (W), copper (Cu), And at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), nickel-iron alloy, stainless steel, iron (Fe), and bronze. The anode 131 and the cathode 132 are closely related to the power density related to power generation efficiency. The anode 131 and the cathode 132 are coated on the electrolyte 133 in a thickness of usually 탆 and contain pores. The anode 131 and the cathode 132 may be formed in such a manner that a metal mesh is formed on the coated metal, and a wire lead is further formed thereon. Therefore, it is necessary to consider the difference in characteristics such as the difference in thermal expansion coefficient between the material and the material to be contacted, and the parameters such as the thickness of the anode 131 and the cathode 132 should be precisely controlled.

이와 같이, 열전발전 셀(100)이 전기를 발생하는 에너지원 또는 원동력(driving force)은 열전발전 셀(100) 내부와 외부의 압력의 차이가 가장 크게 작용하고, 압력의 차이는 온도 차이와도 밀접한 관련이 있다. 또한, BASE 튜브(130)의 두께에 따라 전력 밀도가 상이하게 나타날 수 있으며, 전력밀도를 높이기 위해서는 BASE 튜브(130)의 두께를 가능한 줄이는 것이 바람직하지만, 두께가 줄었을 경우에도 고온에서 내구성을 유지할 수 있는 강도 등을 가져야 한다. 또한 BASE 튜브(130)의 길이가 길수록 전력은 많이 생산할 수 있으나 설계 구조에 따라 열손실이 커질 수 있다.As described above, the energy source or the driving force for generating electricity by the thermoelectric power generation cell 100 has the largest difference in pressure between the inside and the outside of the thermoelectric power generation cell 100, It is closely related. Also, the power density may vary depending on the thickness of the BASE tube 130, and it is desirable to reduce the thickness of the BASE tube 130 as much as possible to increase the power density. However, even if the thickness is reduced, The strength to be able to do so. Also, the longer the length of the BASE tube 130, the more power can be produced, but the heat loss may increase depending on the design structure.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 응축부(140)는 증발된 전하운반체를 냉각시켜 액체로 응축시키는 기능을 한다. 응축부(140)는 증발되어 BASE 튜브(130)를 통과한 전하운반체를 응축시켜 하우징(180)의 내벽에 형성된 순환윅(150)으로 이동할 수 있도록 한다. 응축부(140)는 선택적 투과성 멤브레인, 다공성물질, 메쉬 등으로 제조될 수 있다.Referring again to Figures 1 and 2, the condenser 140 functions to cool the evaporated charge carriers and condense them into liquid. The condenser 140 is evaporated to condense the charge carrier that has passed through the BASE tube 130 to move to the circulating wick 150 formed on the inner wall of the housing 180. The condenser 140 may be made of a selectively permeable membrane, a porous material, a mesh, or the like.

순환윅(150)은 모세관 현상 또는 중력 등을 이용하여 응축된 전하운반체가 응축부(140)로부터 가열부(120)로 이동하는 통로가 된다. 순환윅(150)은 하우징(180)의 내벽에 증착 및 코팅되어 형성될 수 있다. 순환되는 전하운반체의 양에 따라 순환윅(150)의 단면적을 조절하거나 두께를 조절할 수 있다. 순환윅(150)이 수송하는 전하운반체의 양을 늘리는 다른 방법으로는 하우징(180)의 내측벽에 순환윅(150)을 복수 개 설치하는 방법도 가능하다.The circulating wick 150 is a passage through which the charge carrier condensed by capillary phenomenon or gravity moves from the condenser 140 to the heating unit 120. The circulating wick 150 may be formed on the inner wall of the housing 180 by vapor deposition and coating. The cross-sectional area of the circulating wick 150 may be adjusted or the thickness thereof may be adjusted according to the amount of the charge carriers to be circulated. As another method for increasing the amount of the charge carrier carried by the circulating wick 150, a plurality of circulating wicks 150 may be provided on the inner wall of the housing 180.

단자(160, 170)는 BASE 튜브(130)에서 생산된 전기를 외부로 공급하기 위한 구성이다. 단자(160, 170)은 BASE 튜브(130)의 애노드(131) 및 캐소드(132)에 각각 연결된다. 도 2에서는 단자(160)가 BASE 튜브(130)의 상면을 관통하여 내부의 애노드와 연결되고 단자(170)는 BASE 튜브(130) 외벽의 캐소드와 연결되는 것으로 예시하였으나, 이러한 형태로 한정되는 것은 아니고 BASE 튜브(130)의 애노드와 캐소드를 외부로 인출하기 위한 다양한 형태가 가능할 것이다.The terminals 160 and 170 are configured to supply electricity generated by the BASE tube 130 to the outside. The terminals 160 and 170 are connected to the anode 131 and the cathode 132 of the BASE tube 130, respectively. 2, the terminal 160 is connected to the anode on the upper surface of the BASE tube 130 and the terminal 170 is connected to the cathode on the outer wall of the BASE tube 130. However, But it is also possible to take various forms for drawing the anode and the cathode of the BASE tube 130 to the outside.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 열전발전 셀(100)은 알칼리금속인 전하운반체(예, Na)가 열원에 의해 고압영역인 가열부(120)에서 증기 상태로 변하여 전하운반체 이온(예, Na+ 이온)이 BASE 튜브의 전해질(133)을 통과하게 된다. 이때, 자유전자들은 애노드(131)으로부터 집전되어 단자(160, 170)를 따라 외부로 나가 전기부하에 따른 일을 한 후 캐소드(132)으로 돌아와서 저압영역의 BASE 튜브(130) 표면에서 나오는 이온과 재결합함으로써 전기를 발생하는 것이다. 중성의 전하운반체 증기는 저압영역의 응축부(140)에서 냉각에 의해 응축되어 액체 상태로 변한 후 응축액은 순환윅(150)에 의해 가열부(120)로 귀환하여 하나의 사이클을 완료하게 되고, 이러한 사이클이 계속 반복되면서 전기를 생산한다.The thermoelectric power generating cell 100 according to the embodiment of the present invention can be formed by a charge carrier (e.g., Na) that is an alkali metal converted into a vapor state in the heating unit 120, which is a high pressure region, , Na + ions) pass through the electrolyte 133 of the BASE tube. At this time, the free electrons are collected from the anode 131, travel to the outside along the terminals 160 and 170, work according to the electric load, and return to the cathode 132 to remove ions from the surface of the base tube 130 in the low- Electricity is generated by recombination. The neutral charge carrier vapor is condensed by cooling in the low-pressure region condenser 140 to be liquid, and then the condensate is returned to the heating unit 120 by the circulating wick 150 to complete one cycle, This cycle is repeated and produces electricity.

지금까지 설명한 열전발전 셀(100)은 수용체에 수용되어 열전발전장치를 구성할 수 있다. 도 4는 종래의 수용체 구조를 사용한 열전발전장치(10)를 예시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 열전발전장치(10)는 열전발전 셀(100) 및 열전발전 셀(100)을 둘러싸는 수용체(410)을 포함한다. 외부로부터 열이 공급되면 수용체(410)는 흡수한 열을 열전발전 셀(100)로 전달하고, 열전발전 셀(100)은 그 열을 이용하여 전기를 생산한다. 앞서 설명한 바와 같이 열전발전 셀(100)의 BASE 튜브(130) 내부는 고온 고압이고 BASE 튜브(130)의 외부는 상대적으로 저온 저압이다. 이하 열전발전 셀(100)에서 고온 고압인 부분을 고압부(420)라고 지칭하고, 상대적으로 저온 저압인 부분을 저압부(430)라고 지칭한다. The thermoelectric power generation cell 100 described so far can be accommodated in a receiver and constitute a thermoelectric generator. 4 is a diagram illustrating a thermoelectric generator 10 using a conventional receiver structure. Referring to FIG. 4, the thermoelectric generator 10 includes a thermoelectric generator 100 and a receptor 410 surrounding the thermoelectric generator 100. When heat is supplied from the outside, the receiver 410 transfers the absorbed heat to the thermoelectric power generation cell 100, and the thermoelectric power generation cell 100 generates electricity using the heat. As described above, the inside of the BASE tube 130 of the thermoelectric power generation cell 100 is high temperature and high pressure, and the outside of the BASE tube 130 is relatively low temperature and low pressure. The portion of the thermoelectric power generation cell 100 at high temperature and high pressure is referred to as a high pressure portion 420 and the portion at a relatively low temperature and low pressure is referred to as a low pressure portion 430. [

도 4에 예시된 종래의 수용체(410) 구조에 의하면, 수용체(410)는 외부로부터 열을 공급받으면 열전발전 셀(100)의 고압부(420)와 저압부(430)을 구분하지 않고 열전발전 셀(100)에 전체적으로 열을 공급한다. 열전발전 셀(100)은 고압부(420)와 저압부(430)의 온도 및 압력차가 원동력이 되어 전기를 생산하므로, 도 4의 수용체(410)의 구조에 의해 고압부(420)와 저압부(430)의 온도 및 압력 차이가 적어지게 되면 발전 전력 및 효율이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 종래의 열전발전장치(10)는 하나의 순환윅을 복수의 BASE 튜브가 공유하는 멀티셀 방식이 사용되고 있어 어느 하나의 BASE 튜브 혹은 순환윅이 고장이 나면 전체 장치를 교체해야 하는 등의 문제가 있었다. 4, when the receiver 410 receives heat from the outside, it does not distinguish between the high-pressure section 420 and the low-pressure section 430 of the thermoelectric generator cell 100, (100). The thermoelectric power generation cell 100 generates electricity by using the temperature and pressure difference between the high pressure portion 420 and the low pressure portion 430. The high pressure portion 420 and the low pressure portion 430 ), There is a problem that power generation efficiency and efficiency are lowered. In addition, the conventional thermoelectric generator 10 uses a multi-cell system in which one circulation wick is shared by a plurality of BASE tubes, so that if one of the BASE tubes or the circulating wick fails, .

본 발명은 이러한 종래 수용체 구조의 문제를 해결하기 위해, 열전발전 셀을 용이하게 착탈하여 조립 및 유지보수가 간편할 뿐만 아니라, 외부의 열을 열전발전 셀로 효율적으로 전달하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있는 수용체 구조를 제시하고자 한다.In order to solve the problem of the conventional receiver structure, the present invention can easily attach and detach a thermoelectric power generation cell to easily assemble and maintain the thermoelectric power generation cell, efficiently transfer external heat to the thermoelectric power generation cell, Receptor structures.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 착탈식 열전발전장치(10)이다. 도 5를 참조하면, 열전발전장치(10)는 다수의 열전발전 셀(100) 및 다수의 열전발전 셀(100)을 착탈식으로 수용하는 수용체(410)를 포함한다. 도 5에서 열전발전 셀(100)의 고압부(420)는 수용체(410)의 내부에 수용되어 있고 저압부(430)는 수용체(410)의 아래로 돌출되어 있다. 이러한 구조에 의하면 열전발전 셀(100)은 수용체(410)에 용이하게 착탈이 가능할 뿐만 아니라 수용체(410)의 열이 열전발전 셀(100)의 고압부(420)로 주로 전달되고 저압부(430)로 전달되는 열을 최소화함으로써 열전발전 셀(100)의 고압부(420)와 저압부(430)의 압력 차이를 극대화하여 발전 전력을 크게 하고 발전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 참고로 도 5에서 열전발전 셀(100)은 도 1과는 상하가 바뀌어 응축부가 아래에 배치된 형태이다. 5 is a detachable thermoelectric generator 10 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the thermoelectric generator 10 includes a plurality of thermoelectric power generation cells 100 and a plurality of thermoelectric power generation cells 100 in a detachable manner. 5, the high-voltage section 420 of the thermoelectric power generation cell 100 is accommodated in the receiver 410 and the low-pressure section 430 is protruded downward from the receptor 410. The thermoelectric power generation cell 100 can be easily attached to and detached from the receptor 410 and the heat of the receptor 410 is mainly transferred to the high pressure portion 420 of the thermoelectric power generation cell 100, It is possible to maximize the pressure difference between the high-pressure section 420 and the low-pressure section 430 of the thermoelectric power generation cell 100, thereby increasing the power generation power and increasing the power generation efficiency. For reference, the thermoelectric power generation cell 100 in FIG. 5 has a shape in which the condensation portion is disposed below the upper portion of FIG. 1.

도 6은 도 5의 실시 예에 따른 열전발전 셀(100)과 수용체(410)의 결합 구조를 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 열전발전 셀(100)은 하우징 본체(681)와, 하우징 본체(681)와 결합되는 하우징 덮개(682)를 포함하고, BASE 튜브(130)와 순환윅(150)은 튜브 체결부(610)에 의해 일체로 결합된 상태로 하우징 본체(681) 내부에 수용되어 있다. 하우징 본체(681)와 하우징 덮개(682)가 체결되는 내부 공간은 고압부에 해당하므로 고온 고압을 유지할 수 있도록 개스킷(도면 미도시)을 사이에 두고 결합될 수 있다. 또한, 튜브 체결부(610)의 하면은 하우징 본체(681)의 확장부(684)의 내면과 밀착되어 저압부(430)의 증기가 튜브 체결부(610)와 확장부(684)의 틈새를 통해 이동할 수 없도록 밀착되어 형성되거나 혹은 튜브 체결부(610)의 하면과 하우징 본체(681)의 확장부(684)의 내면 사이에 증기의 이동을 방지하기 위한 밀폐 수단을 구비하여 고압부와 저압부의 압력 차이를 유지할 수 있다.FIG. 6 is a view for explaining a coupling structure of the thermoelectric generator 100 and the receptor 410 according to the embodiment of FIG. 6, the thermoelectric power generating cell 100 includes a housing main body 681 and a housing cover 682 coupled to the housing main body 681. The BASE tube 130 and the circulating wick 150 form a tube And is housed inside the housing main body 681 in a state of being integrally joined by the fastening portions 610. Since the inner space in which the housing main body 681 and the housing cover 682 are fastened corresponds to the high pressure portion, the inner space can be coupled with the gasket (not shown) interposed therebetween so as to maintain the high temperature and high pressure. The lower surface of the tube fastening portion 610 is brought into close contact with the inner surface of the enlarged portion 684 of the housing main body 681 so that the steam of the low pressure portion 430 can pass through the gap between the tube fastening portion 610 and the extending portion 684 Or a sealing means for preventing the movement of steam between the lower surface of the tube fastening portion 610 and the inner surface of the extension portion 684 of the housing main body 681 so as to prevent the pressure of the high pressure portion and the pressure of the low pressure portion The difference can be maintained.

수용체(410)에는 열전발전 셀(100)을 착탈식으로 수용하기 위한 수용홈(611)이 적어도 하나 이상 형성되고 수용홈(611)에는 열전발전 셀(100)을 지지하기 위한 걸림턱(612)이 형성되어 있다. 열전발전 셀(100)의 하우징 본체(681)에는 수용체(410)의 걸림턱(612)에 의해 지지될 수 있도록 T자 형태로 확장되는 확장부(684)가 형성되어 있다. 이로써 열전발전 셀(100)이 수용체(410)를 관통하는 형태로 삽입되더라도 열전발전 셀(100)은 안정적으로 고정될 수 있다.At least one receiving groove 611 for detachably receiving the thermoelectric generator cell 100 is formed in the receiver 410 and a holding jaw 612 for supporting the thermoelectric generator cell 100 is formed in the receiving groove 611 Respectively. The housing body 681 of the thermoelectric power generating cell 100 is formed with an extension portion 684 extending in a T shape so as to be supported by the engagement protrusions 612 of the receiver 410. Thus, the thermoelectric power generation cell 100 can be stably fixed even if the thermoelectric generation cell 100 is inserted through the receptor 410.

BASE 튜브(130)의 하면(631)은 수용체(410)의 하면(614)과 그 높이가 실질적으로 동일하도록 하고, 순환윅(150)은 그 하면이 하우징 본체(681)의 하면에 인접하도록 BASE 튜브(130) 보다 더 길게 형성되어 수용체(410)를 관통하여 돌출되도록 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 수용체(410)의 측면으로부터 공급되는 열이 열전발전 셀(100)의 고압부(420)에 해당하는 BASE 튜브(130)에 집중적으로 전달되고 저압부(430)로 전달되는 열을 최소화함으로써 열전발전 셀(100)의 고압부(420)와 저압부(430)의 압력 차이를 극대화하여 발전 전력을 크게 하고 발전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.The lower surface 631 of the base tube 130 is substantially equal in height to the lower surface 614 of the receiver 410 and the bottom surface of the circulating wick 150 is positioned on the lower surface of the housing body 681 May be formed to be longer than the tube (130) and protrude through the receptor (410). According to this structure, the heat supplied from the side surface of the receiver 410 is intensively transmitted to the BASE tube 130 corresponding to the high-pressure portion 420 of the thermoelectric power generating cell 100 and the heat transmitted to the low-pressure portion 430 is minimized Thereby maximizing the pressure difference between the high-pressure section 420 and the low-pressure section 430 of the thermoelectric power generation cell 100, thereby increasing the power generation power and increasing the power generation efficiency.

도 5 및 도 6에 예시된 구조에 의하면, 하나의 수용체(410)에 복수의 열전발전 셀(100) 각각이 순환윅(150)을 구비하고 모듈 형태로 착탈이 가능하므로 어느 하나의 열전발전 셀(100)이 고장난 경우에 그 열전발전 셀(100)만 교체하면 되므로 유지, 보수가 용이하다는 장점이 있다.According to the structure illustrated in FIGS. 5 and 6, each of the plurality of thermoelectric power generation cells 100 is provided with a circulating wick 150 on a single receiver 410, It is easy to maintain and repair the thermoelectric power generation cell 100 only when the thermoelectric power generation cell 100 fails.

도 6은 본 발명에 따른 열전발전 셀(100)과 수용체(410)의 체결 구조를 이해하기 쉽도록 관련된 구성만을 개념적으로 도시한 것이므로, 본 발명에 따른 열전발전 셀(100)과 수용체(410)가 도 6에 도시된 구성만을 포함하는 것으로 이해되어서는 안될 것이다. 또한, 도 6에 예시된 각 구성의 크기와 비율은 실제와는 다를 수 있음도 이해되어야 할 것이다.6 is a conceptual view only showing a related structure for easy understanding of the fastening structure between the thermoelectric power generation cell 100 and the receptor 410 according to the present invention. Therefore, the thermoelectric power generation cell 100 and the receptacle 410 according to the present invention, Should not be understood to include only the configuration shown in FIG. It should also be appreciated that the sizes and ratios of each of the configurations illustrated in FIG. 6 may differ from the actual.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수용체 구조를 설명하는 도면이다. 도 7의 수용체(410)는 도 6의 수용체에 비해 수용체(410) 외곽에 열 차단부(710)을 더 포함하고 있다는 점에서 차이가 있다. 도 6과 같은 수용체(410) 구조에서는 수용체(410)로 흡수된 외부의 열은 열전발전 셀(100)의 고압부(420) 측으로 주로 전달되지만, 수용체(410)의 측면으로부터 입사하는 외부의 열이 열전발전 셀(100)의 하부에 있는 저압부(430)로 바로 공급될 가능성이 있고, 이 경우 열전발전 셀(100)의 고압부(420)과 저압부(430)의 압력 차이가 줄어 발전 전력 및 효율이 감소할 우려가 있다. 도 7의 열 차단부(710)는 측면으로부터 입사하는 외부의 열이 저압부(430)에 바로 공급되는 것을 줄여줌으로써 고압부(420)와 저압부(430)의 온도 및 압력 차이를 증가시키는 장점이 있다. 7 is a view for explaining a receptor structure according to another embodiment of the present invention. The receptor 410 of FIG. 7 differs from the receptor of FIG. 6 in that it further includes a heat interceptor 710 outside the receptor 410. 6, the external heat absorbed by the receptor 410 is mainly transmitted to the high-pressure portion 420 of the thermoelectric generator 100, but the external heat incident from the side of the receptor 410 The pressure difference between the high pressure portion 420 and the low pressure portion 430 of the thermoelectric power generating cell 100 is reduced and the generated power and the pressure difference between the high pressure portion 420 and the low pressure portion 430 of the thermoelectric power generation cell 100 are reduced. There is a fear that the efficiency decreases. 7 has the advantage of increasing the difference in temperature and pressure between the high pressure portion 420 and the low pressure portion 430 by reducing the direct supply of external heat from the side to the low pressure portion 430 have.

열 차단부(710)는 외부의 열을 반사시키는 재료를 사용하여 저압부(430)로 열이 공급되지 않도록 하는 것도 가능하지만, 열을 흡수하면서 열 전도성이 좋은 재료를 사용하면 열 차단부(710)를 통해 흡수한 열을 수용체(410)를 통해 열전발전 셀(100)의 고압부(420)로 공급하여 고압부(420)와 저압부(430)의 압력 차이를 더 크게 할 수 있다는 장점이 있다. Although it is possible to prevent heat from being supplied to the low-pressure portion 430 by using a material that reflects external heat, when the material that has good thermal conductivity while absorbing heat is used, the heat intercepting portion 710 The pressure difference between the high pressure part 420 and the low pressure part 430 can be increased by supplying the heat absorbed through the heat transfer part 410 to the high pressure part 420 of the thermoelectric power generation cell 100 through the receiver 410. [

또한, 도 7에서는 열 차단부(710)가 수용체(410)의 외곽에만 형성된 것으로 예시되어 있지만, 열 차단부(710)를 수용체(410)의 하면에도 형성하면 수용체(410)의 하부로부터 입사하는 열이 저압부(430)로 공급되는 것을 방지하면서 그 열을 고압부(420)로 공급할 수 있으므로 더욱 효과적으로 발전 전력 및 효율을 높일 수 있다. 7, the thermal cut-off portion 710 is formed only on the outer periphery of the receiver 410. However, when the thermal cut-off portion 710 is formed on the lower surface of the receiver 410, The heat can be supplied to the high-pressure portion 420 while preventing the heat from being supplied to the low-pressure portion 430, so that the generated power and efficiency can be more effectively increased.

도 8과 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수용체(410) 구조를 설명하는 도면이다. 도 8을 참조하면, 수용체(410)의 내부에는 수용체(410)가 외부로부터 흡수한 열이 열전발전 셀(100)의 저압부(430)로 전달되는 양을 줄이기 위한 단열부(810)가 포함되어 있다. 단열부(810)는 BASE 튜브(130)의 하면보다 낮은 부분을 둘러싸는 형태로 수용체(410)에 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 수용체(410)로 흡수된 열이 열전발전 셀(100)의 저압부(430)로 공급되는 양을 최소화하면서 대부분의 열을 고압부(420)로 전달할 수 있으므로 발전 전력과 효율을 높일 수 있다. 8 and 9 are views for explaining the structure of the receptor 410 according to another embodiment of the present invention. 8, a heat insulating part 810 for reducing the amount of heat absorbed from the outside of the receiver 410 to the low pressure part 430 of the thermoelectric power generating cell 100 is included in the inside of the receiving part 410 . The heat insulating portion 810 may be formed in the receiver 410 in a form surrounding the lower portion of the bottom surface of the BASE tube 130. According to this structure, most heat can be transferred to the high-pressure portion 420 while minimizing the amount of heat absorbed by the receiver 410 to be supplied to the low-pressure portion 430 of the thermoelectric power generation cell 100, .

도 9를 참조하면, 단열부(810)는 열전발전 셀(100)에 인접한 수용체(410) 측벽의 BASE 튜브(130)와 실질적으로 동일한 높이에서 출발하여 수용체(410)의 하면까지 형성되어 있다. 수용체(410)의 하부로부터 공급되는 열이 많지 않은 경우라면 도 9의 단열부(810)와 같은 좀 더 간단한 형태로 열전발전 셀(100)의 저압부(430)로 열이 공급되는 것을 효과적으로 차단하는 것이 가능하다.9, the heat insulating portion 810 is formed from the substantially same height as the BASE tube 130 on the side wall of the receptor 410 adjacent to the thermoelectric power generating cell 100 to the lower surface of the receptor 410. It is possible to effectively prevent the heat from being supplied to the low-pressure portion 430 of the thermoelectric power generation cell 100 in a simpler form as in the case of the heat insulating portion 810 of FIG. 9 It is possible to do.

도 8 및 도 9의 실시 예를 통해 설명된 수용체(410) 내부에 단열부(810)를 배치하는 방식은 열전발전 셀(100)이 착탈식으로 수용체(410)에 수용되는 구조뿐만 아니라 착탈식이 아닌 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.The method of disposing the heat insulating portion 810 inside the receptacle 410 described in the embodiments of FIGS. 8 and 9 is not limited to the structure in which the thermoelectric power generating cell 100 is detachably received in the receptacle 410, The present invention is not limited thereto.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 열전발전 셀을 수용체에 착탈 방식으로 조립할 수 있는 구조를 제시함으로써 조립이 간편하고 열전발전장치의 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 열전발전 셀을 수용하는 수용체가 외부의 열을 열전발전 셀의 고압부로 주로 전달되도록 하고 저압부로는 열이 전달되는 것을 효과적으로 차단하기 위한 다양한 수단을 제시함으로써 고압부와 저압부의 압력 차이를 크게 하여 발전 전력 및 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention has a merit that it is easy to assemble and maintenance and repair of the thermoelectric generator is easy by suggesting a structure in which the thermoelectric generator cell can be assembled to the receiver in a detachable manner. In addition, the present invention provides various means for effectively preventing external heat from being transmitted to the high-pressure portion of the thermoelectric power generation cell and heat from being transmitted to the low-pressure portion of the receiver accommodating the thermoelectric power generation cell, The power generation efficiency and the power generation efficiency can be increased.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10 : 열전발전장치
100 : 열전발전 셀
110 : 알칼리금속 충전부
120 : 가열부
130 : BASE 튜브
131 : 애노드
132 : 캐소드
133 : 전해질
140 : 응축부
150 : 순환윅
160, 170 : 단자
180 : 하우징
410 : 수용체
420 : 고압부
430 : 저압부
610 : 튜브 체결부
611 : 수용홈
612 : 걸림턱
681 : 하우징 본체
682 : 하우징 덮개
684 : 확장부
710 : 열 차단부
810 : 단열부10: Thermoelectric generator
100: thermoelectric power generation cell
110: alkali metal live part
120:
130: BASE tube
131: anode
132: cathode
133: electrolyte
140: condenser
150: Circular Wick
160, 170: terminal
180: Housing
410: receptor
420:
430: Low pressure part
610: tube fastening portion
611: Receiving groove
612:
681:
682: housing cover
684: Extension
710:
810:

Claims

A thermoelectric power generating cell for converting heat into electricity using an alkali metal as a charge carrier and outputting the converted electricity; And
And a receiver for receiving the thermoelectric power generation cell in a detachable manner while absorbing external heat and transferring the heat to the thermoelectric power generation cell,
Wherein the receptacle includes a receiving groove for receiving the thermoelectric generator cell, wherein the receiving groove is formed with a latching jaw for supporting the thermoelectric generator cell,
The thermoelectric generator cell includes a heating portion for evaporating the charge carrier, a BASE tube for selectively transmitting the charge carrier to produce electricity, a condenser for condensing the evaporated charge carrier, a condenser for condensing the condensed charge carrier, An alkali metal charging part filled with the alkali metal; a tube fastening part for fastening the BASE tube and the circulating wick integrally; and a sealing part for sealing the BASE tube and the circulating wick inside And a housing cover coupled to the housing body,
Wherein the housing main body and the housing cover are coupled with each other with a gasket interposed therebetween so as to maintain high temperature and high pressure.

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[2] The thermoelectric generator of claim 1, wherein the housing body is formed with an extension portion so that it can be supported by a latching jaw of the receptor.

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The thermoelectric generator according to claim 1, wherein a bottom surface of the BASE tube is substantially the same as a bottom surface of the receiver, and the circulating wick is formed to protrude through the receiver.

[2] The apparatus of claim 1,
An anode receiving electrons from the charge carrier;
A cathode for providing electrons to the charge carrier; And
And an electrolyte positioned between the anode and the cathode and permeable to the ionized charge carrier.

A thermoelectric power generating cell for converting heat into electricity using an alkali metal as a charge carrier and outputting the converted electricity; And
And a receiver for receiving the thermoelectric power generation cell and absorbing external heat to transfer the thermoelectric power generation cell to the thermoelectric power generation cell,
The thermoelectric power generation cell is housed in the receptacle in such a manner that a part of a lower portion of the thermoelectric power generation cell protrudes from the receptacle through the receptacle,
Wherein the thermoelectric power generation cell includes a base tube and a bottom surface of the base is substantially equal in height to a bottom surface of the base tube.

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[12] The thermoelectric generator according to claim 9, wherein the thermoelectric generator cell includes a circulating wick, and the circulating wick protrudes through the lower surface of the receiver.

12. The thermoelectric generator of claim 11, wherein the receptacle comprises a thermal cut-out at the outer periphery.

The thermoelectric generator according to claim 9, wherein the thermoelectric generator cell includes an expansion part, and the expansion part is supported by a retaining jaw of the receiver.

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