KR101295907B1 - Thermoelectric generator using exhaust heat and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 엔진으로부터 발생되는 배기가스 열을 이용하여 발전함으로써 폐열을 유용한 전기에너지로 변환 가능한 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat and a method for manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to thermoelectric power generation using vehicle exhaust heat that can convert waste heat into useful electric energy by generating power using exhaust gas heat generated from an engine. An apparatus and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 엔진으로부터 발생되는 배기가스 열을 이용하여 발전함으로써 폐열을 유용한 전기에너지로 변환 가능한 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat and a method for manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to thermoelectric power generation using vehicle exhaust heat that can convert waste heat into useful electric energy by generating power using exhaust gas heat generated from an engine. An apparatus and a method of manufacturing the same.
일반적으로 차량의 에너지 흐름을 살펴보면, 가솔린이 가진 화학에너지는 엔진에서 연소하여 기계에너지로 변환되며, 이때의 열효율은 높아도 30%정도에 불과하다.In general, when looking at the energy flow of a vehicle, the chemical energy of gasoline is converted into mechanical energy by burning it in an engine, and the thermal efficiency at this time is only about 30%.
나머지 에너지는 열의 형태로 방출되는 데, 특히, 엔진으로부터 발생되는 열은 냉각수에 의해 전달되어 라디에이터를 통해 방출되며, 열을 가진 배기가스의 형태로 배출된다. The remaining energy is released in the form of heat, in particular the heat generated from the engine is transferred by the coolant and released through the radiator and is released in the form of heat exhaust gas.
그 중 배기가스는 가장 높은 열원을 갖는 부분으로서, 일반적인 경우에는 배기관을 통해 외부로 배출된다.
Among them, the exhaust gas has the highest heat source, and in general, the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe.
한편, 열전소자(Thermoelectric Element)란 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자를 총칭하는 것으로서, 온도가 높아짐에 따라 전기저항이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지는 소자인 서미스터(thermistor), 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에(Peltier) 효과를 이용한 소자 등이 있다. A thermoelectric element is a generic term for a device using various effects caused by the interaction between heat and electricity.Thermistor, a device having a characteristic of negative resistance temperature coefficient, in which electrical resistance decreases with increasing temperature, is used. And a device using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated due to a temperature difference, and a device using the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption (or generation) is caused by current.
특히, 제베크 효과란 2종류의 금속선(또는 반도체) 양끝을 접합하고 그 양끝을 다른 온도로 유지할 때, 회로에 전류(열전류)가 흐르는 열전현상의 하나로서, 1821년 T. J. 제베크가 구리와 비스무트를 사용, 발견했다. 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 하나의 금속봉 양끝 A, B에 온도차를 주면, A, B 사이에는 열류에 따른 기전력이 나타난다. 이 기전력은 금속의 종류에 따라 다르기 때문에, 2종류의 금속 양끝 A, B를 접합했을 때 각 금속에 나타나는 A, B 사이의 기전력에 차가 생겨 회로에 전류가 흐른다. 한쪽 금속의 중간을 절단하면, 절단된 양 끝에 2종류 금속의 기전력의 차가 나타난다. 이것을 열기전력이라고 한다. 온도 측정에 사용되는 열전기쌍은 이 열기전력을 이용한 것이다.In particular, the Seebeck effect is one of thermoelectric phenomena in which current (thermal current) flows in a circuit when two ends of two kinds of metal wires (or semiconductors) are bonded to each other and kept at different temperatures. Found, used. Specifically, it is as follows. If a temperature difference is applied to both ends A and B of one metal rod, an electromotive force due to the heat flow appears between A and B. Since the electromotive force varies depending on the type of metal, a difference occurs in the electromotive force between A and B appearing in each metal when two types of metal ends A and B are joined, so that a current flows in the circuit. When the middle of one metal is cut off, the difference in electromotive force of two kinds of metals appears at both ends of the cut. This is called heat power. Thermocouples used for temperature measurements use this thermoelectric power.
상기 열기전력을 이용한 열전 발전은 금속 또는 반도체인 제백소자 양단에 온도차를 주는 경우, 열원부와 냉각부 사이에 전위차가 발생한다는 제백(Seebeck) 효과를 이용한 것으로서, 기계적인 구동부 없이, 열을 직접 전기로 변환할 수 있다는 특징이 있다.The thermoelectric power generation using the thermoelectric power is a Seebeck effect that a potential difference occurs between the heat source and the cooling unit when a temperature difference is applied across the Seebeck element, which is a metal or a semiconductor, and directly heats heat without a mechanical driving unit. Can be converted to.
그러나 상기 열기전력을 이용한 열전 발전은 에너지 생성 효율이 열원부와 냉각부의 온도차에 비례하므로, 양단의 온도차가 크지 않은 경우에는 에너지생성효율이 높지 않으며, 온도차가 큰 조건을 형성하는데 별도의 에너지가 소요될 수 있는 문제점이 있다.
However, the thermoelectric power generation using the thermoelectric power is energy generation efficiency is proportional to the temperature difference between the heat source and the cooling unit, so if the temperature difference between both ends is not large, the energy generation efficiency is not high, and separate energy is required to form a condition where the temperature difference is large. There is a problem that can be.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진으로부터 발생되는 배기가스의 열을 이용하여 발전함으로써 폐열을 유용한 전기에너지로 변환 가능한 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to generate electricity using the heat of the exhaust gas generated from the engine thermoelectric generator using a vehicle exhaust heat that can convert the waste heat into useful electric energy and The manufacturing method is provided.
특히, 본 발명의 목적은 열전발전모듈의 일측에 배기가스가 유동되며, 타측에 저온의 냉각수가 유동되어 온도 차이를 높임으로써 발전효율을 보다 향상할 수 있는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. In particular, an object of the present invention is the thermoelectric power generation device using a vehicle exhaust heat that can further improve the power generation efficiency by increasing the temperature difference by the exhaust gas flows to one side of the thermoelectric power module, the low temperature coolant flows to the other side and the manufacture thereof To provide a way.
또한, 본 발명의 목적은 배기가스가 스테인레스 재질로 형성되며, 내부에 이너핀이 구비된 제1튜브를 이용하여 고열의 조건에서도 내구성을 확보할 수 있으며, 배기가스의 열접촉 면적을 늘릴 수 있으며, 냉각수가 유동되는 제2튜브에 냉각수가 각각 분배되어 유동되도록 함으로써 열저항을 최소화하여 발전 효율을 향상할 수 있는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is that the exhaust gas is formed of a stainless material, by using a first tube provided with an inner pin therein can ensure durability even under high temperature conditions, it is possible to increase the thermal contact area of the exhaust gas The present invention provides a thermoelectric generator using a vehicle exhaust heat and a method of manufacturing the same, wherein the cooling water is distributed and flowed to the second tube through which the cooling water flows, thereby minimizing thermal resistance.
또, 본 발명의 목적은 전체 제1튜브, 열전발전모듈, 및 제2튜브 블록이 복수개 형성될 수 있으며, 브라켓에 의해 외측에서 체결됨으로써 배기가스 및 냉각수의 흐름에는 영향을 주지 않으면서도 전체 내구성을 높일 수 있으며, 브라켓 고정볼트의 체결부위에 탄성부재가 더 구비됨으로써 열변향에 의한 손상을 미연에 방지할 수 있는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
In addition, an object of the present invention may be formed of a plurality of the entire first tube, the thermoelectric generator module, and the second tube block, and is fastened from the outside by the bracket to improve the overall durability without affecting the flow of exhaust gas and cooling water. The present invention provides a thermoelectric generator using a vehicle exhaust heat and a method for manufacturing the same, which can be increased, and the elastic member is further provided at the fastening portion of the bracket fixing bolt.
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 배기가스가 유동되는 유로를 형성하는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 양 단부에 고정부(121)가 형성된 플랜지(120)가 형성되는 제1튜브(100)를 제조하는 제1튜브(100) 제조 단계(S10); 상기 제1튜브(100)의 양측 면에 열전발전모듈(200)을 구비하는 열전발전모듈(200) 고정 단계(S20); 상기 열전발전모듈(200) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되며, 냉각수가 유입되도록 제2유입부(310) 및 배출되도록 제2배출부(320)가 형성되어 내부에 냉각수 유로(301)를 형성하는 제2튜브(300)를 브라켓(400)을 이용하여 고정하는 브라켓(400) 체결 단계(S30); 상기 제1튜브(100)의 양단을 고정하도록 상기 고정부(121)에 대응하는 체결부(520)가 형성되며, 상기 제1튜브(100)와의 배기가스 연통을 위하여 중공홀(510)이 형성된 헤더(500)를 고정하는 헤더(500) 고정 단계(S40); 및 배기가스가 유입되는 제1유입부(710) 및 배출되는 제1배출부(720)가 형성되도록 상기 헤더(500)에 탱크(600)를 결합하는 탱크(600) 고정 단계(S50); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat according to the present invention, a
이 때, 상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10)는 몸체(110)를 형성하는 스테인레스강 재질의 두 판재(110')가 브레이징 결합되는 몸체(110) 형성 단계(S11); 및 상기 몸체(110)의 양 단에 플랜지(120)를 고정하는 플랜지(120) 고정 단계(S12); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. At this time, the first tube (100) manufacturing step (S10) is a body (110) forming step (S11) of the two plate material 110 'made of stainless steel forming the
또한, 상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10)는 상기 몸체(110) 형성 단계(S11)에서, 두 판재(110') 사이에 이너핀(130)이 구비되는 것을 특징으로 한다. In addition, the
또, 상기 몸체(110) 형성 단계(S11)는 상기 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)와, 상기 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)의 단부에서 서로 대향되게 내측으로 연장되어 다른 판재(110')와 서로 접합되는 접합부(114)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the forming of the body 110 (S11), the two
아울러, 상기 몸체(110) 형성 단계(S11)는 상기 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)를 포함하여 형성되되, 두 판재(110')의 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)가 내측면 또는 외측면에서 서로 맞닿게 접합되는 것을 특징으로 한다. In addition, the forming of the body 110 (S11) may include the
또한, 상기 헤더(500)는 상기 중공홀(510)을 통해 상기 제1튜브(100)로 배기가스가 안내되도록 경사지게 형성된 가이드부(530)가 형성된 것을 특징으로 한다. In addition, the
또, 상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)는 상ㆍ하 방향으로 "ㄷ"자 형태의 브라켓(400) 한 쌍이 상기 제1튜브(100), 열전발전모듈(200) 및 제2튜브(300) 블록에 밀착되며, 브라켓(400)의 양 단부가 전ㆍ후측 방향으로 연장되어 고정볼트(410)에 의해 체결되는 것을 특징으로 한다. In addition, the
아울러, 상기 브라켓(400)은 상기 고정볼트(410)의 체결부(520)위에 탄성부재(420)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. In addition, the
또, 상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)는 높이방향으로 상기 열전발전모듈(200)을 사이에 두고 상기 제1튜브(100) 및 제2튜브(300)가 교번되어 위치되도록 복수개 적층된 블록을 고정하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the fastening step (S30) of the
한편, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000)는 상술한 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
On the other hand, the
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법은 엔진으로부터 발생되는 배기가스의 열을 이용하여 발전함으로써 폐열을 유용한 전기에너지로 변환 가능한 장점이 있다. The thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention and a method of manufacturing the same have the advantage of converting waste heat into useful electric energy by generating power using heat of exhaust gas generated from an engine.
특히, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법은 열전발전모듈의 일측에 배기가스가 유동되며, 타측에 저온의 냉각수가 유동되어 온도 차이를 높임으로써 발전효율을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다. In particular, the thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention and a method of manufacturing the exhaust gas is flowed to one side of the thermoelectric power module, the low-temperature cooling water flows to the other side to increase the temperature difference can further improve the power generation efficiency There is an advantage.
또한, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법은 배기가스가 스테인레스 재질로 형성되며, 내부에 이너핀이 구비된 제1튜브를 이용하여 고열의 조건에서도 내구성을 확보할 수 있으며, 배기가스의 열접촉면적을 늘릴 수 있으며, 냉각수가 유동되는 제2튜브에 냉각수가 각각 분배되어 유동되도록 함으로써 열저항을 최소화하여 발전 효율을 향상할 수 있는 장점이 있다. In addition, the thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention and the method of manufacturing the exhaust gas is formed of a stainless material, it is possible to ensure durability even under high temperature conditions by using a first tube having an inner pin therein, The thermal contact area of the exhaust gas may be increased, and the cooling water may be distributed to each of the second tubes through which the cooling water flows, thereby minimizing thermal resistance, thereby improving power generation efficiency.
또, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법은 전체 제1튜브, 열전발전모듈, 및 제2튜브 블록이 복수개 형성될 수 있으며, 브라켓에 의해 외측에서 체결됨으로써 배기가스 및 냉각수의 흐름에는 영향을 주지 않으면서도 전체 내구성을 높일 수 있으며, 브라켓 고정볼트의 체결부위에 탄성부재가 더 구비됨으로써 열변향에 의한 손상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the thermoelectric generator and the manufacturing method using the vehicle exhaust heat of the present invention may be formed of a plurality of the entire first tube, the thermoelectric generator module, and the second tube block, by fastening from the outside by the bracket of the exhaust gas and cooling water The overall durability can be increased without affecting the flow, and the elastic member is further provided at the fastening portion of the bracket fixing bolt, thereby preventing the damage caused by the heat deflection in advance.
도 1은 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 단계도.
도 2는 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 제1튜브의 사시도.
도 3은 다양한 제1튜브의 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 제2튜브의 사시도.
도 5는 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 제2튜브의 다른 사시도.
도 6은 다양한 제2튜브 내부의 흐름을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 브라켓 체결 단계를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 헤더 고정 단계를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법에 따른 탱크 고정 단계를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치를 나타낸 사시도.
도 11은 상기 도 10의 열전발전장치 내부의 배기가스 흐름(a) 및 냉각수 흐름(b)을 나타낸 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치를 나타낸 다른 사시도 및 분해사시도. 1 is a step according to the manufacturing method of the thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention.
2 is a perspective view of a first tube according to a method of manufacturing a thermoelectric generator using exhaust heat of a vehicle according to the present invention;
3 is a cross-sectional view illustrating examples of various first tubes.
Figure 4 is a perspective view of a second tube according to the method for manufacturing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention.
5 is another perspective view of a second tube according to the method of manufacturing a thermoelectric generator using exhaust heat of a vehicle according to the present invention;
6 shows the flow inside the various second tubes.
7 is a diagram illustrating a bracket fastening step according to a method of manufacturing a thermoelectric generator using exhaust heat of a vehicle according to the present invention.
8 is a diagram illustrating a header fixing step according to a method of manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat according to the present invention.
9 is a view showing a tank fixing step according to the thermoelectric generator manufacturing method using the vehicle exhaust heat according to the present invention.
10 is a perspective view showing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat according to the present invention.
11 is a view showing the exhaust gas flow (a) and the coolant flow (b) inside the thermoelectric generator of FIG.
12 and 13 are another perspective view and an exploded perspective view showing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat according to the present invention.
이하, 상술한 바와 같은 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000) 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 제1튜브(100) 제조 단계(S10), 열전발전모듈(200) 고정 단계(S20), 브라켓(400) 체결 단계(S30), 헤더(500) 고정 단계(S40), 및 탱크(600) 고정 단계(S50)를 포함한다. Thermoelectric generator manufacturing method using the vehicle exhaust heat of the present invention, the
먼저, 제1튜브(100) 제조 단계(S10)는 내부에 배기가스가 유동되며, 상측 및 하측에 열전발전모듈(200)이 구비되는 제1튜브(100)를 제조하는 단계이다. First, the
상기 제1튜브(100)는 내부에 배기가스가 유동되는 유로를 형성하는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 양 단부에 고정부(121)가 형성된 플랜지(120)를 포함하여 형성된다. (도 2 참조)The
상기 제1튜브(100)는 고온의 배기가스가 유동되는 공간으로서, 내구성 및 내열성을 갖는 스테인레스강 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 스테인레스강 재질은 압출이 어려우므로 두 판재(110')를 브레이징 결합하여 상기 몸체(110)를 형성하고, 상기 몸체(110)에 플랜지(120)를 고정하는 것이 바람직하다. The
즉, 상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10)는 몸체(110) 형성 단계(S11)와 플랜지(120) 고정 단계(S12)를 포함한다. That is, the
먼저, 상기 몸체(110) 형성 단계(S11)는 다양한 형태의 판재(110')를 이용하여 형성될 수 있는데, 이를 도 3에 도시하였다. First, the
상기 도 3 (a)에 도시한 형태는 상기 몸체(110)를 형성하는 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)와, 상기 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)의 단부에서 서로 대향되게 내측으로 연장되어 다른 판재(110')와 서로 접합되는 접합부(114)를 포함하여 형성된 예를 도시하였다. 3 (a), the two
더욱 상세하게 설명하면, 상기 몸체(110)를 형성하는 두 판재(110')는 동일한 크기와 형태를 가지며, 상기 접합부(114)에 브레이징 용재(140)가 도포된 후, 서로 접합되며 접합부(114) 내측으로 공간을 형성하여 배기가스가 유동된다. In more detail, the two
이 때, 도 3 (d)는 상기 도 3 (a)에 도시한 형태와 동일하되, 그 내부에 이너핀(130)이 구비된 것을 나타낸 것으로서, 상기 이너핀(130)은 상기 몸체(110) 내부에 개재되어 배기가스의 열접촉면적을 늘림으로써 보다 배기가스의 열에 의한 열전 발전 효율을 높일 수 있다. At this time, Figure 3 (d) is the same as the shape shown in Figure 3 (a), but shows that the
상기 이너핀(130)은 상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10) 중 몸체(110) 형성 단계(S11)에서, 두 판재(110') 사이에 이너핀(130)이 구비된 후, 상기 두 판재(110')를 접합함으로써 몸체(110)를 형성하는 과정에서 일체로 제작된다. The
상기 도 3 (b)는 상기 도 3 (a)에 도시한 형태와는 다른 형태로서, 몸체(110) 형성 단계(S11)의 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)를 포함하여 형성되되, 두 판재(110')의 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)가 내측면 또는 외측면에서 서로 맞닿게 접합되는 예를 도시하였다. 3 (b) is different from the shape shown in FIG. 3 (a), the two
상기 도 3 (b)에 도시한 형태는 상측 판재(110')의 평면부(111) 길이가 하측 판재(110')의 평면부(111) 길이보다 길게 형성되어 상측 판재(110')의 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)의 내측면과, 하측 판재(110')의 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)의 외측면이 서로 접합되도록 한 예를 도시하였으며, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 상측 판재(110') 및 하측 판재(110')의 위치가 서로 반대로 형성되거나 접합부(114)의 위치가 반대로 형성되어도 무방하다. 3 (b), the length of the
또한, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 도 3 (b)에 도시한 형태의 판재(110')를 이용하되, 동일한 형태 및 크기를 갖는 두 판재(110')가 이용되어 좌측 부분은 상측 판재(110')의 내측면과 하측 판재(110')의 외측면이 접합되고, 우측 부분은 상측 판재(110')의 외측면과 하측 판재(110')의 내측면이 접합되도록 할 수도 있다.(도 3 (c) 참조)In addition, the method for manufacturing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat of the present invention uses a plate 110 'of the type shown in Figure 3 (b), the two plates (110') having the same shape and size are used to the left The part is bonded to the inner surface of the upper plate 110 'and the outer surface of the lower plate 110', and the right portion of the upper plate 110 'is bonded to the outer surface of the upper plate 110' and the inner surface of the lower plate 110 '. (See FIG. 3 (c)).
이 때, 상기 판재(110')는 평면부(111)를 갖는 형태로서, 상기 평면부(111) 부분은 열전발전모듈(200)이 고정되는 부분으로서, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 열전발전모듈(200)이 면접촉하게 됨으로써 체결력을 높이고 발전의 안정성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. At this time, the plate 110 'has a shape having a
상기 몸체(110) 형성 단계(S11)를 통해 제조된 몸체(110)는 양측면에 플랜지(120)가 고정되어 제1튜브(100)가 완성된다. The
상술한 바와 같이, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 스테인레스강 재질의 판재(110')를 이용하여 고온의 배기가스의 유동 및 온도 변화에도 내구성을 가지는 제1튜브(100)를 간단하게 제조할 수 있는 장점이 있으며, 필요에 따라 제1튜브(100) 내부에 배기가스의 열접촉 면적을 늘릴 수 있는 이너핀(130)이 구비됨으로써 열전 발전 효율을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. As described above, the method for manufacturing a thermoelectric generator using exhaust heat of a vehicle of the present invention uses a
상기 열전발전모듈(200) 고정 단계(S20)는 상기 제1튜브(100)의 양측 면에 열전발전모듈(200)을 구비하는 단계로서, 이 때, 상기 제1튜브(100)와 열전발전모듈(200)이 구비되는 사이에는 접촉저항을 줄이기 위한 물질(예, 그라파이트 시트 또는 고온용 방열 패드)이 구비될 수 있으며, 일정 압력으로 가압하여 체결되도록 하는 단계이다. The
상기 열전발전모듈(200)은 열전발전을 위한 복수개의 열전소자, 상기 열전소자의 상ㆍ하측에 구비되는 한 쌍의 전극, 상기 전극의 양측에 구비되는 절연층, 상기 열전소자로부터 연장되어 발생된 기전력이 전달되는 전선을 포함하여 형성될 수 있으며, 기본적인 기재는 종래기술에 기재되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. The
상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)는 상기 열전발전모듈(200) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되도록 제2튜브(300)를 구비한 후 브라켓(400)을 체결하여 고정하는 단계이다. The
먼저, 상기 제2튜브(300)는 내부에 냉각수가 유동되는 공간으로서, 상기 열전발전모듈(200)을 사이에 두고 일측에서 고온의 배기가스가 유동되고, 타측에서 저온의 냉각수가 유동됨으로써 열전발전모듈(200)은 두 온도차에 의해 발전된다. First, the
상기 제2튜브(300)는 열전달효율이 높으며 제조가 용이한 재질이 이용가능하며, 그 예로서, 알루미늄 재질이 이용될 수 있다. The
상기 제2튜브(300)는 냉각수가 유입되도록 제2유입부(310) 및 배출되도록 제2배출부(320)가 형성되어야 하는데, 상ㆍ하측 방향으로 다른 구성이 적층될 수 있으므로, 상기 제2유입부(310) 및 제2배출부(320)는 도면에서 전측 및 후측 방향으로 돌출되도록 형성되는 것이 바람직하다. The
상기 제2튜브(300)는 압출에 의해 제조될 수 있으며, 냉각수의 흐름을 보다 세분화할 수 있도록 도 4에 도시한 바와 같은 다채널 튜브(Multi-ported tube)가 이용될 수 있다. The
또한, 상기 제2튜브(300)는 두 개의 판재가 접합되어 형성될 수도 있으며, 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 내부에 냉각수 흐름을 조절하는 배플(330)이 구비될 수도 있다. In addition, the
도 6은 제2튜브(300) 내부의 다양한 냉각수의 흐름을 나타낸 도면으로, 도 6 (a)는 제2유입부(310)를 통해 유입된 냉각수가 제2튜브(300)의 길이방향으로(도면 우측에서 좌측 방향)이동한 후, 상기 제2배출부(320)를 통해 배출되는 예를 나타내었다. 6 is a view showing the flow of various cooling water in the
도 6 (b)에 도시한 형태는 하나의 배플(330)이 존재하는 예를 도 6 (c)에 도시한 예는 도면 상측 및 하측에 일정거리 이격되어 3개의 배플(330)이 존재하는 예를 도시하였다. 6 (b) is an example in which one
상기 제2튜브(300) 내부의 냉각수 흐름은 배플(330)의 형성 위치 및 개수 등을 조절하여 다양하게 조절할 수 있으며, 상기 제2유입부(310) 및 제2배출부(320)의 형성 위치 역시 조절가능하다. The coolant flow in the
상기 브라켓(400)은 상측 및 하측에 "ㄷ"자 형태의 한 쌍이 상기 제1튜브(100), 열전발전모듈(200) 및 제2튜브(300) 블록(높이방향으로 제1튜브(100), 열전발전모듈(200), 제2튜브(300), 열전발전모듈(200), 및 제1튜브(100)를 포함하는 구성)에 밀착되도록 구비되며, 브라켓(400)의 양단부가 도면 전측 및 후측방향으로 연장되어 고정볼트(410)에 의해 체결된다. The
즉, 상기 브라켓(400)은 상측 및 하측에서 상기 제1튜브(100), 열전발전모듈(200) 및 제2튜브(300) 블록을 지지하도록 한 쌍이 구비되며, 한 쌍의 브라켓(400)이 고정볼트(410)에 의해 체결됨으로써 그 고정이 유지된다. That is, the
이 때, 온도 차에 의한 변형을 수용할 수 있도록 상기 브라켓(400)은 고정볼트(410)의 체결부(520)위에 탄성부재(420)가 더 구비되는 것이 바람직하다. At this time, the
상기 헤더(500) 고정 단계(S40)는 상기 제1튜브(100)와 헤더(500)를 고정하는 단계로서, 상기 헤더(500)는 상기 튜브와 체결되어 배기가스가 유입되는 제1유입부(710) 또는 배출되는 제1배출부(720)를 형성하는 구성이다. Fixing the header 500 (S40) is a step of fixing the
상기 헤더(500)는 상기 제1튜브(100)로 배기가스를 안내하도록 상기 제1튜브(100)의 몸체(110)에 대응되도록 중공된 중공홀(510)이 형성되며, 상기 제1튜브(100) 플랜지(120)의 고정부(121)에 대응하는 체결부(520)가 형성된다. The
상기 체결부(520)는 상기 고정부(121)에 대응하는 홀(521) 및 용접볼트(522)에 의해 홀(521) 및 고정부(121)를 브레이징을 포함하는 용접 방법을 통해 헤더(500)와 제1튜브(100)를 고정할 수 있다. The
도 1에서 상기 제1헤더(500) 고정 단계(S40)가 브라켓(400) 체결 단계(S30) 이후에 수행된 예를 도시하였으나, 상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10) 이후에 수행될 수도 있다. In FIG. 1, an example in which the fixing of the first header 500 (S40) is performed after the fastening of the bracket 400 (S30) is illustrated, but may be performed after the manufacturing of the first tube 100 (S10). It may be.
상기 헤더(500)는 전체 면적이 상기 제1튜브(100), 열전발전모듈(200), 및 제2튜브(300) 블록의 측면에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 헤더(500)는 유입된 배기가스가 상기 중공홀(510)을 통해 제1튜브(100)로 용이하게 안내되도록 경사지게 형성된 가이드부(530)가 형성될 수 있다. The
도 8에 도시한 헤더(500)는 상기 가이드부(530)가 상기 중공홀(510)을 중심으로 양측으로 경사지게 형성된 예를 도시하였다. The
상기 가이드부(530)는 상기 헤더(500)에 복수개의 제1튜브(100)가 고정되는 경우에는 상기 중공홀(510) 하나에 하나의 가이드부(530)가 형성될 수 있다. In the
(도 13에 도시한 바와 같이, 상기 중공홀(510)에 인접하여 경사진 가이드부(530)가 상기 제1튜브(100)의 개수에 대응되도록 형성될 수 있다. 도 13에서 상기 중공홀(510)이 3곳에 형성되고, 상기 중공홀(510)의 하측 영역에 하측 방향으로 경사지게 각각의 가이드부(530)가 형성된 예를 도시하였다. 물론, 상기 도 13에 도시한 것과는 반대로 상기 가이드부(530)가 상기 중공홀(510)의 상측 영역에 상측 방향으로 경사지게 형성될 수도 있다.)13, the
상기 탱크(600) 고정 단계(S50)는 헤더(500)에 탱크(600)를 고정하여 제1유입부(710) 및 제1배출부(720)를 형성하는 단계이다. The
이 때, 상기 탱크(600)는 배기가스가 배출되는 배기관과 결합될 수 있는 형태를 갖는 것이 바람직하다.
At this time, the
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법은 상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)에서, 높이방향으로 상기 열전발전모듈(200)을 사이에 두고 상기 제1튜브(100) 및 제2튜브(300)가 교번되어 위치되도록 복수개 적층된 후 브라켓(400)이 체결될 수 있다. In the method of manufacturing a thermoelectric generator using exhaust heat of a vehicle of the present invention, in the fastening step (S30) of the
즉, 상기 제1튜브(100)가 둘 이상이 형성되며, 높이방향으로 제2튜브(300)-열전발전모듈(200)-제1튜브(100)-열전발전모듈(200)-제2튜브(300)-열전발전모듈(200)-제1튜브(100)....와 같이 제2튜브(300)-열전발전모듈(200)-제1튜브(100)-열전발전모듈(200)이 반복적으로 적층된 후, 브라켓(400)에 의해 상측 및 하측이 지지되도록 체결된다. That is, two or more
상기 제조 방법에 의해 제작된 형태를 도 12에 도시하였다.
The form manufactured by the said manufacturing method is shown in FIG.
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000)는 상술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조 되며, 도 10은 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000)의 사시도를 나타낸 것으로서, 도 11 (a)에 배기가스의 흐름을 실선으로 도시하였고, 도 11(b) 에 냉각수의 흐름을 점선으로 도시하였다. The
(도 11에서 원활하게 그 흐름을 표시하기 위하여 브라켓(400)의 구성은 도시하지 않았다.) (The configuration of the
상기 도 10 및 도 11에 도시한 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000)는 좌측의 제1유입부(710)를 통해 유입된 배기가스가 상기 제1튜브(100)를 따라 이동된 후, 우측의 제1배출부(720)를 통해 배출되며, 제2튜브(300) 각각에 형성된 우측의 제2유입부(310)를 통해 유입된 냉각수가 제2튜브(300)를 따라 이동된 후, 좌측의 제2배출부(320)를 통해 배출되는 예를 도시하였다. 10 and 11, in the
본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000)는 상기 배기가스 및 냉각수의 흐름은 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
In the
상술한 바와 같이, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000) 및 그 제조 방법은 엔진으로부터 발생되는 배기가스의 열을 이용하여 발전함으로써 폐열을 유용한 전기에너지로 변환 가능한 장점이 있다. As described above, the
특히, 본 발명의 차량 배기열을 이용한 열전발전장치(1000) 및 그 제조 방법은 열전발전모듈(200)의 일측에 배기가스가 유동되며, 타측에 저온의 냉각수가 유동되어 온도 차이를 높임으로써 발전효율을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다.
In particular, in the
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
S10 내지 S50 : 본 발명에 따른 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법의 각 단계
1000 : 차량 배기열을 이용한 열전발전장치
100 : 제1튜브 110 : 몸체
110' : 판재
111 : 제1평면부 112 : 제1연장부
113 : 제2연장부 114 : 접합부
120 : 플랜지 121 : 고정부
130 : 이너핀 140 : 브레이징 용재
200 : 열전발전모듈
300 : 제2튜브 301 : 냉각수 유로
310 : 제2유입부 320 : 제2배출부
330 : 배플
400 : 브라켓 410 : 고정볼트
420 : 탄성부재
500 : 헤더 510 : 중공홀
520 : 체결부 521 : 홀
522 : 용접볼트
530 : 가이드부
600 : 탱크
710 : 제1유입부 720 : 제1배출부S10 to S50: each step of the method for manufacturing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat according to the present invention
1000: thermoelectric generator using vehicle exhaust heat
100: first tube 110: body
110 ': plate
111: first plane portion 112: first extension portion
113: second extension portion 114: junction
120: flange 121: fixed part
130: inner pin 140: brazing material
200: thermoelectric generation module
300: second tube 301: cooling water flow path
310: second inlet 320: second outlet
330: baffle
400: bracket 410: fixing bolt
420: elastic member
500: header 510: hollow hole
520: fastening portion 521: hole
522: Welding Bolt
530: guide part
600: Tank
710: first inlet 720: first outlet
Claims (10)
상기 제1튜브(100)의 양측 면에 열전발전모듈(200)을 구비하는 열전발전모듈(200) 고정 단계(S20);
상기 열전발전모듈(200) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되며, 냉각수가 유입되도록 제2유입부(310) 및 배출되도록 제2배출부(320)가 형성되어 내부에 냉각수 유로(301)를 형성하는 제2튜브(300)를 브라켓(400)을 이용하여 고정하는 브라켓(400) 체결 단계(S30);
상기 제1튜브(100)의 양단을 고정하도록 상기 고정부(121)에 대응하는 체결부(520)가 형성되며, 상기 제1튜브(100)와의 배기가스 연통을 위하여 중공홀(510)이 형성된 헤더(500)를 고정하는 헤더(500) 고정 단계(S40); 및
배기가스가 유입되는 제1유입부(710) 및 배출되는 제1배출부(720)가 형성되도록 상기 헤더(500)에 탱크(600)를 결합하는 탱크(600) 고정 단계(S50); 를 포함하여 이루어지되,
상기 제1튜브(100) 제조 단계(S10)는
몸체(110)를 형성하는 스테인레스강 재질의 두 판재(110')사이에 이너핀(130)이 구비되며, 두 판재(110')가 브레이징 결합되는 몸체(110) 형성 단계(S11); 및
상기 몸체(110)의 양 단에 플랜지(120)를 고정하는 플랜지(120) 고정 단계(S12);
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
A first tube for manufacturing a first tube 100 is formed with a body 110 for forming a flow path through which the exhaust gas flows, and a flange 120 formed with fixing parts 121 at both ends of the body 110. (100) manufacturing step (S10);
Fixing the thermoelectric power module 200 having the thermoelectric power module 200 on both sides of the first tube 100 (S20);
The second inlet part 310 and the second inlet part 320 are formed to be in close contact with both outer sides of the layer of the thermoelectric power module 200, and the coolant flow path 301 is formed therein. Bracket 400 fastening step (S30) for fixing the second tube 300 using the bracket 400;
A fastening part 520 corresponding to the fixing part 121 is formed to fix both ends of the first tube 100, and a hollow hole 510 is formed to communicate exhaust gas with the first tube 100. A header 500 fixing step S40 for fixing the header 500; And
A tank 600 fixing step (S50) for coupling the tank 600 to the header 500 such that a first inlet 710 into which exhaust gas is introduced and a first discharge part 720 discharged are formed; , ≪ / RTI >
The first tube 100 manufacturing step (S10)
An inner pin 130 is provided between the two plate members 110 'made of stainless steel to form the body 110, and the body 110 forming the two plate members 110' is brazed and coupled (S11); And
A flange (120) fixing step (S12) for fixing the flange (120) at both ends of the body (110);
Method for manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat, characterized in that further comprises.
상기 몸체(110) 형성 단계(S11)는 상기 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)와, 상기 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)의 단부에서 서로 대향되게 내측으로 연장되어 다른 판재(110')와 서로 접합되는 접합부(114)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
The method of claim 1,
In the forming of the body 110 (S11), the two plate members 110 ′ have a flat portion 111 and a first extension portion 112 and a second extension extending perpendicular to the ends of the flat portion 111. And a portion 113 and a junction portion 114 extending inwardly opposite each other at ends of the first extension portion 112 and the second extension portion 113 and bonded to the other plate member 110 ′. Method for manufacturing a thermoelectric generator using the vehicle exhaust heat, characterized in that.
상기 몸체(110) 형성 단계(S11)는 상기 두 판재(110')가 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부에 수직하게 연장되는 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)를 포함하여 형성되되, 두 판재(110')의 제1연장부(112) 및 제2연장부(113)가 내측면 또는 외측면에서 서로 맞닿게 접합되는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
The method of claim 1,
In the forming of the body 110 (S11), the two plate members 110 ′ have a flat portion 111 and a first extension portion 112 and a second extension extending perpendicular to the ends of the flat portion 111. The vehicle exhaust heat is formed, including the portion 113, characterized in that the first extension portion 112 and the second extension portion 113 of the two plate (110 ') is in contact with each other on the inner side or the outer side. Thermoelectric generator manufacturing method using the.
상기 헤더(500)는 상기 중공홀(510)을 통해 상기 제1튜브(100)로 배기가스가 안내되도록 경사지게 형성된 가이드부(530)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
The method of claim 1,
The header (500) is a method of manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat, characterized in that the guide portion 530 is formed to be inclined to guide the exhaust gas to the first tube (100) through the hollow hole (510).
상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)는 상ㆍ하 방향으로 "ㄷ"자 형태의 브라켓(400) 한 쌍이 상기 제1튜브(100), 열전발전모듈(200) 및 제2튜브(300) 블록에 밀착되며, 브라켓(400)의 양 단부가 전ㆍ후측 방향으로 연장되어 고정볼트(410)에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전 발전장치 제조 방법.
The method of claim 1,
The bracket 400 fastening step (S30) is a pair of bracket 400 of the "C" shape in the vertical direction, the first tube 100, the thermoelectric generator module 200 and the second tube 300 block In close contact with the both ends of the bracket 400 extending in the front and rear directions and fastened by fixing bolts 410.
상기 브라켓(400)은 상기 고정볼트(410)의 체결부(520)위에 탄성부재(420)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The bracket 400 is a method of manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat, characterized in that the elastic member 420 is further provided on the fastening portion 520 of the fixing bolt (410).
상기 브라켓(400) 체결 단계(S30)는 높이방향으로 상기 열전발전모듈(200)을 사이에 두고 상기 제1튜브(100) 및 제2튜브(300)가 교번되어 위치되도록 복수개 적층된 블록을 고정하는 것을 특징으로 하는 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 제조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
In the fastening step S30 of the bracket 400, a plurality of stacked blocks are fixed such that the first tube 100 and the second tube 300 are alternately positioned with the thermoelectric generator module 200 interposed therebetween in a height direction. A method of manufacturing a thermoelectric generator using vehicle exhaust heat, characterized in that.
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