KR20220070856A

KR20220070856A - 고효율 열전발전모듈

Info

Publication number: KR20220070856A
Application number: KR1020200157852A
Authority: KR
Inventors: 권택율; 권용재
Original assignee: 주식회사 리빙케어
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2022-05-31
Also published as: WO2022107958A1

Abstract

본 발명은 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자; 상기 열전소자들이 단위셀로서 적어도 2개가 서로 병렬 연결된 단위모듈; 및 상기 단위모듈들이 적어도 2개가 서로 직렬 연결된 열전모듈을 포함하는 고효율 열전발전모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 열전발전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 단순한 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 추가적인 부하조절 장치 등의 설치가 없어도 열전발전모듈의 최대 발전출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

고효율 열전발전모듈{High Efficiency Thermoelectric Power Generation Module}

본 발명은 고효율 열전발전모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전발전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 단순한 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 추가적인 부하조절 장치 등의 설치가 없어도 최대 발전출력을 얻을 수 있는 고효율 열전발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 산업통상자원부 및 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 20172010000760, 과제명: 비철산업 용해주조공정의 미활용 폐열을 이용한 10kW급 열전발전시스템 개발].

열전(Thermoelectric) 기술은 열에너지를 전기에너지로 변환하는 Seebeck 효과와 전기에너지를 열에너지로 변환 하는 Peltier 효과를 활용하여 열과 전기를 자유롭게 변환할 수 있는 친환경 에너지 기술이다.

도 1에는 열전소자에 의해 냉각(Peltier 효과)과 발전(Seebeck 효과)에 대한 기본원리를 나타낸 모식도가 개시되어 있다. 두 가지 모두 전자(electron)와 홀(hole)이 전하(charge)를 이동시키느냐 아니면 열(heat)을 이동시키느냐에 따라 그 응용범위가 결정된다.

물성치가 서로 다른 도체 또는 반도체 A와 B를 접합시키고 접합부에 일정한 온도를 유지시켰을 경우 두 물질 A와 B의 양단에 일정한 기전력이 발생하는데, 이를 Seebeck 효과라 한다. 또한, 서로 다른 두 물질의 접합부에 전류를 흘렸을 경우 접합부에서 열의 흡수 및 방출이 일어나게 되는 데 이러한 현상을 Peltier 효과라 한다. 열전에너지 변환은 직렬로 연결된 n형 및 p형의 반도체 열전소재와 전극으로 구성된 모듈의 형태로 구현되는 것이다.

열전발전(Thermolectric Generation)은 모듈의 양단에 인가된 온도 차이에 의해 기전력이 발생되는 현상이며, 열전냉각(Thermoelectric Cooling)은 인가된 전류에 의해 열의 흐름이 발생하는 현상을 이용하는 것이다.

최근 열전발전장치는 가스버너, 스토브, 또는 가열소자 등과 같은 생활용 기구나 장치에도 다양하게 적용되고 있다. 가스버너는 최근 아파트 및 가정에서 난방을 위해 사용되거나, 실내 외에서 요리를 하기 위해 널리 사용되고 있다. 특히 전력공급원이 제한되어 있는 경우 많은 장소에서 가스버너를 이용한 난방 및 조리방법이 선호된다. 이때 가스버너의 열교환기를 가열한 후 남은 폐열은 외부로 그대로 배출되어 낭비된다. 이와 같이 낭비되는 가스의 열에너지는 사람들의 일상생활을 위한 발전 및 에너지 절약을 위하여 열전발전장치에 의해 전기로 변환되어 전기 팬, 조명, TV, 충전기 등의 소비전력으로 유용하게 사용할 수 있다.

일반적인 열전발전장치의 핵심적인 구성은 Bi₂Te₃ 계 반도체소자의 배열을 포함한 밀봉된 열전모듈(열전퇴, thermopile)이다. 이러한 모듈의 구성은 열전재료에 화학적으로 안정한 환경을 제공하여 긴 수명을 보장한다. 이러한 열전모듈을 가스버너에 적용할 경우, 가스버너는 열전퇴의 한 쪽에 설치하고, 반대쪽은 알루미늄 냉각핀 또는 히트파이프 부품으로 차갑게 유지한다. 이때 열전모듈은 열전발전기로서 작용하여 고온 측에 약 540℃ 저온 측에 약 140℃의 온도를 유지함으로써 작동하게 된다. 열전퇴를 통한 열의 흐름은 기계적인 운동 없이 안정적인 DC 전력을 만들어낼 수 있다.

이러한 열전소자의 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용하는 열전발전장치는 최근의 환경 오염 문제와 에너지 절약 이슈와 맞물려 그 수요와 필요성이 계속 증가하고 있다. 즉, 각종 배기가스와 폐열(waste heat)을 에너지 원으로 활용할 수 있어서 자동차 엔진 및 배기장치, 쓰레기 소각장, 제철소 폐열, 인체 열을 이용한 인체 내 의료기기의 전원 등 에너지의 효율을 높이거나 폐열을 수거하여 사용하는 다양한 분야에 응용할 수 있다.

그러나, 이러한, 열전발전장치의 주요한 문제는 상대적으로 낮은 변환효율(일반적으로 약 5%)이다. 이러한 문제점은 열전발전장치가 특히 신뢰성이 중요한 고려사항이 되는 많은 분야에서 전력발전장치로 이용되는 것에 제약이 되고 있다. 또한, 종래 열전발전 소자 모듈은 폐열을 발열원으로 사용하는 경우, 폐열의 온도가 균일하지 않고, 상당폭의 편차가 존재하는데 이러한 발열원으로 온도 변화에 능동적으로 대응하지 못해 발전 성능이 균일하지 못하고, 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.

KR 10-1327735 US 5,892,656

본 발명의 목적은 열전발전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 단순한 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 추가적인 부하조절 장치 등의 설치가 없어도 최대 발전출력을 얻을 수 있는 고효율 열전발전장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자, 상기 열전소자들이 단위셀로서 적어도 2개가 서로 병렬 연결된 단위모듈 및 상기 단위모듈들이 적어도 2개가 서로 직렬 연결된 열전모듈을 포함하는 고효율 열전발전모듈을 통해 달성된다.

상기 열전모듈은 저온부에 워터재킷이 구비되어 일체화된 모듈로 형성될 수 있다.

상기 열전모듈 또는 워터재킷의 외면에는 온도센서가 더 구비될 수 있다.

상기 열전모듈은 적어도 3개 이상의 단위모듈들이 서로 직렬 연결된 구조로 형성될 수 있다.

상기 열전모듈의 고온부에는 세라믹 패널이 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 열전발전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 단순한 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 추가적인 부하조절 장치 등의 설치가 없어도 열전발전모듈의 최대 발전출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 열전소자에 의한 Peltier 효과와 Seebeck 효과의 기본원리를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 전체적인 모습을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 정면 모습을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 고온부의 슬릿이 형성된 세라믹 패널의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 열전소자가 설치된 상하 기판 및 종래 열전소자가 배치된 상하 기판 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 상하 기판이 결합된 상태의 모듈 구조 및 종래 열전발전모듈의 상하 기판이 결합된 상태의 모듈 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 발전출력 변화를 종래 구조의 열전모듈의 발전출력 변화와 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 전체적인 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 정면 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 고온부의 슬릿이 형성된 세라믹 패널의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 열전소자가 설치된 상하 기판 및 종래 열전소자가 배치된 상하 기판 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 상하 기판이 결합된 상태의 모듈 구조 및 종래 열전발전모듈의 상하 기판이 결합된 상태의 모듈 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 열전발전모듈의 발전출력 변화를 종래 구조의 열전모듈의 발전출력 변화와 비교하여 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 열전발전모듈은 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자(111), 상기 열전소자(111)들이 단위셀로서 적어도 2개가 서로 병렬 연결된 단위모듈(110) 및 상기 단위모듈(110)들이 적어도 2개가 서로 직렬 연결된 열전모듈(100)을 포함하는 것으로 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 고효율 열전발전모듈은 열전소자(111)들이 단위셀로서 적어도 2개가 서로 병렬 연결된 단위모듈(110)과 이러한 단위모듈(110)들이 적어도 2개가 서로 직렬 연결된 열전모듈(100) 구성을 통해 열전발전장치를 용이하게 구현할 수 있고, 단순한 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 추가적인 부하조절 장치 등의 설치가 없어도 열전발전모듈의 최대 발전출력을 얻을 수 있다.

참고로, 열전발전모듈(TEG)은 발전출력 향상방안으로써, 실장밀도 및 모듈 양단의 온도차 증가 등을 통한 발전출력 향상이 일반적으로 사용되고 있다. 즉, 실장밀도(모듈 내 실장되는 반도체 칩의 단위면적당 수량) 와 발전출력은 비례 관계에 있으며, 온도차와 발전출력은 비례 관계에 있다고 할 수 있다.

그러나, 열전발전모듈의 외부환경(온도차, 실장밀도 등)이 동일한 상황에서도, 열전발전모듈의 내부 및 외부저항 매칭을 통해서도 열전발전모듈의 발전출력을 향상시킬 수 있다.

즉, 열전발전모듈의 발전출력은 고온측의 입열량 대비한 저온측의 방열량의 차이에 해당하므로, 열전발전모듈의 최대출력(Pmax)은 외부 조건이 동일한 조건(모듈양단의 온도차)에서는 Ri = R, 즉 내부저항(Ri)와 외부저항(R)이 같을 때 얻어지게 된다.

한편, 기존의 기술(열전모듈의 구조)에서는 모듈의 저항은 고정된 상황에서 외부부하(저항)을 조정할 수밖에 없었으며, 모듈 내부 회로구조가 모두 직렬연결로 이루어져 있기 때문에 모듈의 내부저항을 조정하는 것이 불가능했다. 또한 열전발전시스템에 연결되는 부하(저항)이 고정되어 외부저항을 조정할 수 없는 경우가 대부분이며, 고가의 부하조정 장치를 연결할 수 있지만, 추가적 고가의 부담 비용이 발생하는 문제가 있다.

즉, 기존 상용 열전모듈(냉각 및 발전모듈 동일)의 회로 구성 및 특징은 열전발전모듈의 내부 회로구성 방식이 전기적 직렬 연결로 회로 구성되어 있어서 열전발전모듈의 저항은 열전모듈 내부에 심겨지는 반도체 칩(엘리먼트 또는 레그)의 숫자에 비례하게 되며, 열전(발전)모듈의 발전량도 내부에 심겨지는(실장되는) 소자(엘리먼트)의 숫자 및 형상에 비례하게 되므로, 발전출력의 증가를 위해 소자(엘리먼트)의 실장 수량을 증가시키면서 높이를 낮추는 방법을 적용하고 있다.

따라서 기존의 열전발전모듈 구조에서는 모듈 내부에서 직렬 연결된 소자 개수를 증가시켜 발전 출력을 향상을 도모하게 되므로, 모듈의 무게와 부피가 증가하고 모듈 구조가 복잡해는 문제점 등이 있다.

한편, 본원발명의 고효율 열전발전모듈이 적용되는 열전발전장치의 구성을 열전발전의 측면에서 하부에서부터 상부로 올라가면서 순차적으로 살펴보면, 먼저 맨 하단부에는 발열원이 배치되어 있고, 이러한 발열원의 상부에 흡열판 및 열전소자가 배치된다. 따라서, 발열원에서 발생된 열에너지가 상부로 이동하면서 열전소자의 고온부 기판의 온도는 높게 하고, 저온부 기판은 외부 공기 등에 의해 냉각되어 열전소자의 상부와 하부에서 상당한 온도차가 발생하도록 함으로써, 열전소자는 제벡 효과(Seebeck effect)에 의한 전류를 발생시키게 된다. 이와 같이 발생된 전류는 열전소자에 연결된 전극 연결선에 의해 외부로 전달된다.

상기 열전소자(111)의 최적 발전 온도 및 고온부와 저온부의 온도차이(△t)는 사용된 열전소자의 종류에 따라 다르게 나타나는데, 예를 들어 Bi-Te 계 합금으로 만든 열전소자의 경우, △t 200~250℃수준에서 최대 발전량을 만들어 낼 수 있다. 또한 SKD나 H-H계 열전소자의 경우 500~600℃에서 최대 발전량이 발생된다.

열전발전시스템은 열전소자의 고온부의 온도와 저온부의 온도차인 △t에 의해서 발전량이 비례적 또는 선형적으로 증가하게 되기 때문에 가급적이면 큰 △t를 얻는 것이 유리하며, 반대로 고온부의 온도가 너무 높아질 경우, 큰 △t 확보는 가능하나 열전발전시스템의 신뢰성, 즉 내구성은 기하 급수적으로 떨어질 수 있다. 따라서, 발열원의 양태에 따라 열전발전시스템을 유동적으로 적용하여 최적 수준의 발전량을 도출하는 조치가 필요한데, 본 발명에 따른 열전발전장치는 이러한 필요를 효과적으로 충족시킬 수 있다.

상기 열전소자(111)의 고온부 기판과 저온부 기판 사이에는 각각 고온부 전극과 저온부 전극이 각각 배치되어 있으며 이러한 전극들 사이에 p형 반도체와 n형 반도체들로 이루어진 열전반도체들이 배치되어 고온부 기판에서 흡수한 열을 저온부 기판로 전달하는 과정에서 전류가 발생하게 된다. 즉, 열전소자(110)에서 고온부 기판과 저온부 기판의 온도차에 의해 p형 반도체에서는 정공(hole)이 고온부 기판로부터 저온부 기판 방향으로 움직이게 되고, n형 반도체에서는 전자(electron)가 고온부 기판으로부터 저온부 기판 방향으로 움직이게 되며, 이러한 정공과 전자의 움직임에 따라 반 시계방향으로 전류가 흐르게 되어, 전극 연결선에 의해 외부로 전달된다.

여기서, 상기 고온부 기판과 전극 사이 및 상기 저온부 기판과 전극에는 각각 전기 절연 성능을 갖는 절연 수지층이 더 형성될 수 있다. 이러한 절연 수지층은 고온 영역(≥300℃)에서 지속적인 열전 성능을 발휘할 수 있도록 유리전이온도(Tg)가 250℃이상, 바람직하게는 250 내지 300℃ 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 절연 수지층은 열경화성 수지(resin) 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지의 비제한적인 예로는, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 식물성유 변성 페놀수지, 크실렌 수지, 구아나민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 푸란 수지, 폴리이미드 수지, 시아네이트 수지, 말레이미드 수지 및 벤조시클로부텐 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 요소 수지로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 열전소자(111)는 저온부에 워터재킷(200)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)로 형성될 수 있다. 이와 같이 저온부에 워터재킷(200)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)은 수냉 방식의 열전모듈로서, 워터재킷(200)에 방열수를 공급하도록 구비된 관에 방열수 제어 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 또한, 감입밸브(도시하지 않음)를 추가로 구비하여 방열수 제어 밸브에 의해 공급되는 방열수의 압력을 조절하여 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 워터재킷(200)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)은 상기 열전소자(111)의 고온부와 저온부 사이의 온도차를 더욱 크게 함으로써, 제벡 효과(Seebeck effect)에 의한 전류를 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 열전소자(111) 또는 워터재킷(200)의 외면에는 온도센서(210)가 더 구비될 수 있다. 상기 온도센서(210)는 상기 발열원이 구조에 따라 설치의 편의성과 열전소자(111) 온도 측정의 정확성 등을 고려하여 열전모듈(100) 주변과 워터재킷(200)등에 적절히 설치될 수 있다.

상기 열전발전장치가 적용되는 상기 발열원의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 평면형 발열원, 원기둥형 발열원 및 화염형 발열원으로 이루어진 군에서 선택된 발열원일 수 있다. 여기서, 상기 화염형 발열원은 직접 흡열판에 사용하지는 않고 복사, 전도, 대류열을 이용하기 위하여 화염주위에 평면 또는 원기둥형태의 구조물을 덮어 사용하므로 결국, 화염형 발열원에도 평면형 발열원이나 원기둥형 발열원을 적용하여 사용할 수 있다.

또한, 발열원의 소재는 금속 바(Bar) 등 고체형태, 용융된 금속 등의 액체형태등도 적용할 수 있으며, 상기 흡열판과 접촉하는 최종형태는 열기(熱氣)의 형태인 기체상태가 되도록 구현하는 것이 바람직하다.

상기 열전모듈(100)은 적어도 3개 이상의 단위모듈(110)들이 서로 직렬 연결된 구조로 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 일반적인 열전발전모듈의 내부저항은 각 구역에서 직렬 연결된 열전소자(엘리먼트)의 저항의 합에서, 개별 구역의 병렬 연결된 저항의 계산을 통해서 얻어진다. 이 때, 기존의 열전발전모듈에서 내부 저항 10옴의 직렬 회로를 2구역으로 분할된 병렬 구조로 회로 설계 시, 대략 2.5옴의 저항값이 도출되므로, 직병렬 구역의 조절에 따라 기존 열전발전모듈의 내부저항을 자유롭게 조절하여 설계할 수 있다.

또한, 기존의 일반적인 열전발전모듈에서 예를 들어, 391쌍의 열전소자(엘리먼트)가 직렬 연결된 구조로 회로 구조를 구현할 경우, 모듈의 저항값은 2.8옴 정도로 측정된다.

그러나, 본 발명에 따른 고효율 열전발전모듈의 경우, 391쌍의 열전소자(엘리먼트)를 2개의 단위모듈로 그룹화하여 각 단위모듈의 열전소자들은 서로 병렬로 연결하고, 단위모듈들 사이는 서로 직렬로 연결하여 모듈을 구현할 경우, 모듈의 저항값은 0.73 옴의 저항이 측정되고, 391쌍의 열전소자(엘리먼트)를 3개의 단위모듈로 그룹화하여 각 단위모듈의 열전소자들은 서로 병렬로 연결하고, 단위모듈들 사이는 서로 직렬로 연결하여 모듈을 구현할 경우, 모듈의 저항값은 0.32 옴의 저항이 측정된다.

즉, 상기 고효율 열전발전모듈은 기존의 열전발전모듈과 비교했을 경우, 모듈 내부의 직병렬 혼합 구조를 통해 내부 저항값을 현저히 축소시켜 열전발전모듈의 최대 발전출력을 효과적으로 얻을 수 있으며, 열전소자(111)들이 서로 병렬로 연결된 단위모듈(110)들을 3개 이상 서로 직렬로 연결하는 것으로 모듈을 구성함으로써, 발전출력 향상 효과를 더욱 극대화할 수 있다.

한편, 상기 열전모듈(100)의 고온부에는 세라믹 패널(300)이 더 배치될 수 있다. 즉, 상기 고효율 열전발전모듈은 저온부에 비해 열팽창률이 크고, 온도변화에 의한 수축과 이완 현상이 빈번히 발생하여 열응력으로 인한 스트레스로 인해 모듈의 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키는 열전모듈(100)의 고온부에 세라믹 패널(300)을 설치함으로써, 다수의 열전모듈들이 사용되고 부피가 큰 열전발전장치 등에 적용될 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있다.

여기서 상기 세라믹 패널(300)의 표면에는 슬릿(310, 320)이 형성되어 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈(100)의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 열전모듈
110: 단위모듈
111: 열전소자(단위셀)
200: 워터 재킷
300: 세라믹 패널

Claims

고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자;
상기 열전소자들이 단위셀로서 적어도 2개가 서로 병렬 연결된 단위모듈; 및
상기 단위모듈들이 적어도 2개가 서로 직렬 연결된 열전모듈;
을 포함하는 고효율 열전발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 열전모듈은 저온부에 워터재킷이 구비되어 일체화된 모듈로 형성되는 고효율 열전발전모듈.
제2항에 있어서,
상기 열전모듈 또는 워터재킷의 외면에는 온도센서가 더 구비되는 고효율 열전발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 열전모듈은 적어도 3개 이상의 단위모듈들이 서로 직렬 연결된 구조로 형성되는 고효율 열전발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 열전모듈의 고온부에는 세라믹 패널이 배치되는 고효율 열전발전모듈.