KR101327731B1 - Thermoelectric generator of vehicle - Google Patents

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KR101327731B1 KR1020110132733A KR20110132733A KR101327731B1 KR 101327731 B1 KR101327731 B1 KR 101327731B1 KR 1020110132733 A KR1020110132733 A KR 1020110132733A KR 20110132733 A KR20110132733 A KR 20110132733A KR 101327731 B1 KR101327731 B1 KR 101327731B1
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현대자동차주식회사
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Abstract

열전현상을 이용하여 엔진의 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 차량용 열전발전기가 개시된다. 차량용 열전발전기는, 엔진의 배기가스가 유입되는 내부를 유동하는 동안 배기가스의 소음이 감속되는 소음기로서 기능하는 고온부; 상기 고온부 내측에 설치되며 상기 고온부 내부를 흐르는 상기 배기가스의 유동경로 하류측에 형성되어 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구, 상기 배기가스의 유동경로 상류측에 형성되어 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하는 저온부; 그리고 각각 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 제작되며, 상기 고온부의 내측면과 상기 저온부의 외측면 사이에 개재되어 각각의 외측면은 상기 고온부에 의해 가열되고 각각의 내측면은 상기 저온부에 의해 냉각되어 상기 각각의 외측면과 상기 각각의 내측면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전소자를 포함하는 열전모듈;을 포함한다. 열전효율이 향상되며 작은 크기의 차량용 열전발전기를 실현할 수 있다.A vehicular thermoelectric generator for converting thermal energy of an exhaust gas of an engine into electric energy using a thermoelectric phenomenon. The vehicle thermoelectric generator may include: a high temperature unit functioning as a silencer in which noise of the exhaust gas is reduced while flowing inside an exhaust gas flow of the engine; A cooling water inlet formed in a flow path downstream of the exhaust gas flowing inside the high temperature part and flowing in the high temperature part, and having a cooling water inlet formed at an upstream side of the flow path of the exhaust gas to discharge the cooling water; Cold section; And a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are respectively bonded to each other, and interposed between the inner surface of the high temperature portion and the outer surface of the low temperature portion, each outer surface is heated by the high temperature portion, and each inner surface is the low temperature portion. And a thermoelectric module including a plurality of thermoelectric elements that are cooled by and generate electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between each of the outer side surfaces and the respective inner side surfaces. The thermoelectric efficiency is improved and a thermoelectric generator for a vehicle of a small size can be realized.

Description

차량용 열전 발전기{Thermoelectric generator of vehicle}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoelectric generator of a vehicle,

본 발명은 열전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 배기가스의 열기를 이용하여 발전하는 차량용 열전 발전기에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly, to a thermoelectric generator for a vehicle that generates electricity using heat of an exhaust gas of an automobile.

열전소자는, 소자 양단의 온도차를 전기로 변환함으로써 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 소자에 전기를 흐르게 함으로써 소자 양단에 온도차를 일으켜 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열전현상을 이용하는 소자를 말한다. 이러한 열전소자는 소규모 냉각장치, 소규모 가열장치, 또는 소규모 발전장치에 이용된다.A thermoelectric element refers to a device that uses a thermoelectric phenomenon that converts heat energy at both ends of a device into electricity to convert the thermal energy into electric energy, or causes electricity to flow through the device to cause a temperature difference across the device to convert electric energy into thermal energy. Such thermoelectric devices are used in small chillers, small heaters, or small power generators.

열전소자가 소규모 발전장치에 이용되는 것을 열전발전장치 또는 열전발전기라고 부른다. 이러한 열전발전기는 주로 무전통신기의 전원공급장치, 우주선의 전력공급장치, 핵잠수함의 동력공급장치, 그리고 차량의 배기시스템에 설치되는 열전발전기에 사용된다.The use of thermoelectric elements in small-scale power generation devices is called thermoelectric generators or thermoelectric generators. These thermoelectric generators are mainly used for power supply of radio communication equipment, power supply of spacecraft, power supply of nuclear submarine, and thermoelectric generators installed in vehicle exhaust system.

도 1은 차량의 열전발전기를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a thermoelectric generator of a vehicle.

도시한 바와 같이, 차량의 배기시스템에 설치되는 열전발전기(10)는 고온의 배기가스가 지나가는 6각형의 배기열 회수장치(40), 상기 배기열 회수장치(40) 외측에 설치되며 내부로 냉각수가 지나가는 상기 냉각장치(30), 그리고 상기 배기열 회수장치(40)의 외측과 상기 냉각장치(30) 내측에 접촉하여 양단의 온도차이에 의해 전기를 발생시키는 상기 다수의 열전모듈(20)을 포함한다.As shown, the thermoelectric generator 10 installed in the exhaust system of the vehicle is installed on the hexagonal exhaust heat recovery device 40 through which high-temperature exhaust gas passes, and the exhaust heat recovery device 40 outside, and the cooling water passes therein. The thermoelectric module 20 includes a plurality of thermoelectric modules 20 that generate electricity by contacting the outside of the cooling device 30 and the exhaust heat recovery device 40 and the inside of the cooling device 30 by a temperature difference between both ends.

상기 배기열 회수장치(40) 내부에는 고온의 배기가스가 흐르면서 열에너지가 상기 열전모듈(20)로 전달된다. 상기 냉각장치(30) 내부에는 냉각수가 흐르는 냉각 파이프(32)가 형성되어 상기 배기열 회수장치(40)와 접촉되는 상기 열전모듈(20)의 내측과 상기 냉각장치(30)와 접촉되는 상기 열전모듈(20)의 외측 사이의 온도차이를 증가시킨다. 이와 같이 상기 열전모듈(20)의 내측과 외측의 온도차이를 크게 함으로써 자동차의 배기시스템에 설치되는 열전발전기의 효율을 증가시키게 된다.
The high-temperature exhaust gas flows into the exhaust heat recovery apparatus 40, and heat energy is transferred to the thermoelectric module 20. A cooling pipe 32 through which cooling water flows is formed in the cooling device 30 so that the inside of the thermoelectric module 20 contacting the exhaust heat recovery device 40 and the inside of the thermoelectric module 20 contacting the cooling device 30, (20). As described above, by increasing the temperature difference between the inside and the outside of the thermoelectric module 20, the efficiency of the thermoelectric generator installed in the exhaust system of the automobile is increased.

열전발전기에서 많은 전기를 생산하기 위해서는, 즉 열전발전 효율을 높이기 위해서는 배기가스의 열에너지가 상기 열전모듈에 효율적으로 전달되어야 한다. 그러나 상기한 종래의 차량용 열전발전기에서는, 배기가스의 열에너지가 고온부로 충분히 전달되지 않아 배기가스의 열에너지 회수 능력이 떨어지고 따라서 열전발전기의 열전효율이 저하되는 문제를 안고 있다.In order to produce a large amount of electricity from the thermoelectric generator, that is, to increase the thermoelectric efficiency, the thermal energy of the exhaust gas must be efficiently transferred to the thermoelectric module. However, in the above-described conventional thermoelectric generator for a vehicle, thermal energy of the exhaust gas is not sufficiently transferred to the high-temperature portion, so that the heat-energy recovery capability of the exhaust gas is lowered and the thermoelectric efficiency of the thermoelectric generator is lowered.

또한, 종래의 차량용 열전발전기는 냉각장치(30)가 많은 면적을 차지함에도 열교환 면적이 작아 열전달율이 낮아 크기에 비하여 열전발전효율이 낮은 문제가 있다.In addition, although the conventional thermoelectric generator for a vehicle occupies a large area of the cooling device 30, there is a problem that the heat exchange area is small and the heat transfer rate is low and the thermoelectric generation efficiency is lower than the size.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로, 작고 열전발전 효율이 향상되는 차량용 열전발전기를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric generator for a vehicle which is small and has improved thermoelectric power generation efficiency.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진의 배기가스가 유입되는 내부를 유동하는 동안 배기가스의 소음이 감속되는 소음기로서 기능하는 고온부; 상기 고온부 내측에 설치되며 상기 고온부 내부를 흐르는 상기 배기가스의 유동경로 하류측에 형성되어 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구, 상기 배기가스의 유동경로 상류측에 형성되어 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하는 저온부; 그리고 각각 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 제작되며, 상기 고온부의 내측면과 상기 저온부의 외측면 사이에 개재되어 각각의 외측면은 상기 고온부에 의해 가열되고 각각의 내측면은 상기 저온부에 의해 냉각되어 상기 각각의 외측면과 상기 각각의 내측면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전소자를 포함하는 열전모듈;을 포함하는, 차량용 열전발전기를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention comprises a high temperature unit that functions as a silencer in which the noise of the exhaust gas is decelerated while flowing inside the engine exhaust gas flows; A cooling water inlet formed in a flow path downstream of the exhaust gas flowing inside the high temperature part and flowing in the high temperature part, and having a cooling water inlet formed at an upstream side of the flow path of the exhaust gas to discharge the cooling water; Cold section; And a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are respectively bonded to each other, and interposed between the inner surface of the high temperature portion and the outer surface of the low temperature portion, each outer surface is heated by the high temperature portion, and each inner surface is the low temperature portion. It is cooled by the thermoelectric module including a plurality of thermoelectric elements for generating electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by the temperature difference between each of the outer side and the respective inner side; provides a thermoelectric generator for a vehicle.

상기 고온부는, 상기 배기가스 유동경로의 상류측에 설치되며 차량의 배기관과 연통되어 상기 배기가스가 유입되는 유입 배기관; 상기 배기가스의 유동경로 하류측에 설치되어 상기 배기가스가 배출되는 배출 배기관; 상기 유입 배기관과 상기 배출 배기관을 연결하며 저면이 개방된 6각형 단면을 가지는 외측 케이싱; 상기 외측 케이싱의 내측에 상기 외측 케이싱과 일체로 형성되어 저면이 개방되는 6각 기둥 형상을 가지며, 상기 외측 케이싱과 수평한 배기가스 유동경로를 형성하는 내측 케이싱; 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱과 상기 유입 배기관을 연결하여 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱과 상기 유입 배기관 사이에 제1경사형 배기가스 유동경로를 형성하는 6각뿔 형상의 제1경사형 외측 케이싱; 그리고 상기 배출 배기관과 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱을 연결하여 상기 배출 배기관과 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱 사이에 제2경사형 배기가스 통로를 형성하는 6각뿔 형상의 제2경사형 외측 케이싱을 포함할 수 있다.The high temperature unit, the inlet exhaust pipe is installed on the upstream side of the exhaust gas flow path in communication with the exhaust pipe of the vehicle, the exhaust gas flows in; An exhaust exhaust pipe installed downstream of the flow path of the exhaust gas and configured to discharge the exhaust gas; An outer casing connecting the inlet exhaust pipe and the exhaust exhaust pipe and having a hexagonal cross section with an open bottom surface; An inner casing formed integrally with the outer casing inside the outer casing and having a hexagonal column shape in which a bottom surface thereof is opened, and forming a horizontal exhaust gas flow path with the outer casing; A first inclined outer casing having a hexagonal pyramid shape connecting the outer casing and the inner casing to the inlet exhaust pipe to form a first inclined exhaust gas flow path between the outer casing and the inner casing and the inlet exhaust pipe; And a hexagonal second inclined outer casing which connects the exhaust exhaust pipe with the outer casing and the inner casing to form a second inclined exhaust gas passage between the exhaust exhaust pipe and the outer casing and the inner casing. can do.

상기 저온부는 상기 내측 케이싱 내측에 장착되며, 6각 기둥형상을 가지며 내부를 흐르는 상기 냉각수에 의해 상기 열전모듈을 냉각시킬 수 있다.The low temperature part may be mounted inside the inner casing and have a hexagonal column shape to cool the thermoelectric module by the cooling water flowing therein.

상기 열전모듈은, 외측면이 상기 내측 케이싱의 표면과 접촉하고 내측면은 상기 저온부와 접촉하며 길이 방향으로 설치되는 다수의 제1열전소자들; 전면은 상기 내측 케이싱의 전면과 접촉하고 후면은 상기 저온부의 전면과 접촉하는 6각형 형상의 전면 열전소자; 그리고 전면은 상기 내측 케이싱의 후면과 접촉하고 후면은 상기 저온부의 후면과 접촉하는 6각형 형상의 후면 열전소자;를 포함할 수 있다.The thermoelectric module may include: a plurality of first thermoelectric elements having an outer surface in contact with a surface of the inner casing and an inner surface in contact with the low temperature portion and installed in a length direction; A front thermoelectric element having a hexagonal shape having a front surface in contact with a front surface of the inner casing and a rear surface in contact with a front surface of the low temperature portion; The front surface may contact the rear surface of the inner casing, and the rear surface thereof may include a hexagonal rear thermoelectric element contacting the rear surface of the low temperature portion.

상기 다수의 제1열전소자들과 상기 전후면 열전소자들은 상기 내측 케이싱의 내측면과 상기 저온부의 외측면에 용접 또는 전도성 테이프에 의해 부착되고, 각각의 외측면은 상기 고온부에 의해 가열되고 내측면은 상기 저온부에 의해 냉각되어, 상기 열전소자는 상기 외측면과 내측면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시킨다. 이렇게 발전된 전기를 차량의 배터리를 충전한다.
The plurality of first thermoelectric elements and the front and rear thermoelectric elements are attached to the inner side of the inner casing and the outer side of the low temperature portion by welding or conductive tape, and each outer side surface is heated by the high temperature portion and the inner side surface. Is cooled by the low temperature part, and the thermoelectric element generates electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between the outer side and the inner side. This generated electricity charges the battery of the vehicle.

본 발명의 차량용 열전발전기에 따르면, 소음기의 내벽과 접촉되도록 열전모듈이 설치됨으로써 배기가스의 열에너지가 열전모듈로 효율적으로 전달되어 열전모듈의 열전발전 효율이 향상되는 효과가 있다.According to the vehicle thermoelectric generator of the present invention, the thermoelectric module is installed to be in contact with the inner wall of the silencer, so that the heat energy of the exhaust gas is efficiently transferred to the thermoelectric module, thereby improving the thermoelectric power generation efficiency of the thermoelectric module.

본 발명의 차량용 열전발전기에서는, 열전모듈은 다수의 측면, 전면, 그리고 후면에서 소음기의 내벽 및 저온부와 접촉하기 때문에 배기가스와의 접촉면적이 크다. 이와 같이, 본 발명의 차량용 열전발전기는 열전모듈이 넓은 접촉면적을 가지게 됨으로써 열전발전량이 증가된다. 따라서, 열전모듈의 수가 감소됨에도 불구하고 열전효율을 증가하는 효과가 있다.In the thermoelectric generator for a vehicle of the present invention, the thermoelectric module contacts the inner wall and the low temperature part of the silencer at a plurality of side surfaces, front surfaces, and rear surfaces, so that the contact area with the exhaust gas is large. As described above, the vehicle thermoelectric generator of the present invention has a large contact area of the thermoelectric module, thereby increasing the amount of thermoelectric power generation. Therefore, although the number of thermoelectric modules is reduced, there is an effect of increasing the thermoelectric efficiency.

본 발명의 차량용 열전발전기는 차량용 소음기와 실질적으로 일체로 제작됨으로 패키징에 유리하고 그 구조가 단순해지는 이점이 있다. 따라서, 생산성이 향상되고 제작비용이 절감된다.
The thermoelectric generator for a vehicle of the present invention has an advantage in that the structure is simplified and the structure is advantageous because it is manufactured substantially integrally with the vehicle silencer. Therefore, productivity is improved and manufacturing cost is reduced.

도 1은 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 소음기에 장착되는 차량용 열전발전기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 차량용 열전발전기의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A 선에 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B 선에 따라 취한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional thermoelectric generator for a vehicle.
2 is a perspective view illustrating a thermoelectric generator for a vehicle mounted on a silencer of the vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of the vehicle thermoelectric generator of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 상세히 설명한다.Hereinafter, a thermoelectric generator for a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 소음기에 장착되는 차량용 열전발전기를 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2의 차량용 열전발전기의 분해사시도이다.2 is a perspective view illustrating a thermoelectric generator for a vehicle mounted on a silencer of the vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 is an exploded perspective view of the vehicle thermoelectric generator of FIG. 2.

도 4는 도 2의 A-A 선에 따라 취한 단면도이다. 도 5는 도 2의 B-B 선에 따라 취한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 2.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기(100)는 엔진의 배기관(112, 114)에 연통되며, 그 내부에 배기가스가 흐르고, 저면에 6각 기둥형태의 공간이 형성되는 고온부(110), 상기 내부 공간 내에 장착되며 내부로 냉각수가 흐르는 저온부(120), 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120) 사이에 개재되어 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120) 사이의 온도체에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전모듈(130)을 포함한다.As shown, the vehicle thermoelectric generator 100 according to an embodiment of the present invention communicates with the exhaust pipes 112 and 114 of the engine, the exhaust gas flows therein, and the hexagonal column-shaped space is formed on the bottom The high temperature unit 110, the low temperature unit 120 is mounted in the inner space and the cooling water flows therebetween, interposed between the high temperature unit 110 and the low temperature unit 120 between the high temperature unit 110 and the low temperature unit 120 It includes a thermoelectric module 130 for generating electricity by using a thermoelectric phenomenon by the temperature body.

상기 고온부(110)는 차량에 장착되어 배기가스의 소음을 감소시키는 소음기이며, 전방에 연통되며 배기가스가 유입되는 상기 유입 배기관(112)과 후방에 연통되며 상기 배기가스가 배출되는 상기 배출 배기관(112)을 포함한다. 상기 유입 배기관(112)은 엔진의 배기 다기관(도시하지 않음)에 연통되어 고온의 배기가스가 상기 고온부(110) 내부로 유입되는 통로를 제공한다. 상기 배출 배기관(114)은 상기 고온부(114) 후방에 연통된다.The high temperature unit 110 is a silencer mounted on a vehicle to reduce the noise of the exhaust gas, and communicates with the front and the intake exhaust pipe 112 through which the exhaust gas is introduced, and the exhaust exhaust pipe through which the exhaust gas is discharged. 112). The inlet exhaust pipe 112 communicates with an exhaust manifold (not shown) of the engine to provide a passage through which a high temperature exhaust gas flows into the high temperature unit 110. The exhaust exhaust pipe 114 communicates with the rear of the hot portion 114.

상기 고온부(110)는 상기 유입 배기관(112)과 상기 배출 배기관(114)을 연통시키는 외측 케이싱(116)과 내측 케이싱(118)을 포함한다. 상기 외측 케이싱(116)은 일면이 개방된 6각형 단면을 가진다. 상기 내외측 케이싱(118, 116)의 전방과 후방에는 6각뿔 형태의 제1경사형 외측 케이싱(113)과 제2경사형 외측 케이싱(115)이 연결된다. 상기 제1 및 제2경사형 외측 케이싱(113, 115)의 일측은 각각 상기 유입 배기관(112)과 상기 배출 배기관(114)에 연결되고 각각의 타측은 상기 내외측 케이싱(118, 116)에 연결되어 경사형 배기가스 통로를 형성한다.The high temperature unit 110 includes an outer casing 116 and an inner casing 118 that communicate the inlet exhaust pipe 112 and the exhaust exhaust pipe 114. The outer casing 116 has a hexagonal cross section with one side open. The first inclined outer casing 113 and the second inclined outer casing 115 are connected to the front and rear of the inner and outer casings 118 and 116. One side of the first and second inclined outer casings 113 and 115 is connected to the inlet exhaust pipe 112 and the exhaust exhaust pipe 114, respectively, and the other side thereof is connected to the inner and outer casings 118 and 116. To form an inclined exhaust gas passage.

상기 외측 케이싱(116)의 내측에는 내측 케이싱(118)이 연결된다. 상기 내측 케이싱(118)은 6각 기둥 형상을 가지며 일면이 개방된다. 상기 내측 케이싱(118)의 양측면은 상기 제1 및 제2경사형 외측 케이싱(113, 115)의 각각의 하측에 연결되고상기 경사형 배기가스 통로를 형성한다. 상기 내측 케이싱(118)의 길이 방향 측면은 상기 외측 케이싱(116)과 함께 수평한 배기가스 통로(도 5에서 도면 번호 116과 118 사이의 공간)를 형성한다.The inner casing 118 is connected to the inside of the outer casing 116. The inner casing 118 has a hexagonal pillar shape and one surface is opened. Both side surfaces of the inner casing 118 are connected to the lower sides of the first and second inclined outer casings 113 and 115, respectively, to form the inclined exhaust gas passage. The longitudinal side of the inner casing 118 together with the outer casing 116 forms a horizontal exhaust gas passageway (space between reference numerals 116 and 118 in FIG. 5).

즉, 엔진에서 배기되는 배기가스는 상기 유입 배기관(112)을 통하여 유입되어 상기 제1경사형 외측 케이싱(113)에 의해 형성된 경사형 배기가스 통로를 통하여 상기 고온부(110) 내부로 유입된다. 상기 고온부(110) 내부로 유입된 배기가스는 상기 외측 케이싱(116)과 상기 내측 케이싱(118)에 의해 형성되는 상기 수평한 배기가스 통로를 거쳐 상기 제2경사형 외측 케이싱(115)에 의해 형성되는 상기 경사형 배기가스 통로를 거쳐 상기 배출 배기관(114)을 통하여 배출된다. 상기 배기가스가 상기 고온부(110)을 통과하면서 상기 고온부(110)를 가열하면서 냉각된다.That is, the exhaust gas exhausted from the engine is introduced through the inlet exhaust pipe 112 and introduced into the hot portion 110 through the inclined exhaust gas passage formed by the first inclined outer casing 113. The exhaust gas introduced into the hot part 110 is formed by the second inclined outer casing 115 via the horizontal exhaust gas passage formed by the outer casing 116 and the inner casing 118. It is discharged through the exhaust pipe 114 through the inclined exhaust gas passage. The exhaust gas is cooled while heating the high temperature unit 110 while passing through the high temperature unit 110.

상기 고온부(110)의 상기 내측 케이싱(118) 내측에는 상기 저온부(120)가 설치된다. 상기 저온부(120)는 중공 6각 기둥형상을 가지며 길이방향 일면 일측에는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(122)가 형성되고 타측에는 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(124)가 형성된다. 상기 냉각수가 상기 냉각수 유입구(122)를 통하여 상기 저온부(120) 내부로 유입되어 후술하는 열전모듈(130)의 일면들을 냉각한 후 상기 냉각수 배출구(124)를 통하여 배출된다. 상기 냉각수 유입구(122)와 상기 냉각수 배출구(124)는 차량의 엔진 냉각시스템(도시하지 않음)에 연결된다.The low temperature part 120 is installed inside the inner casing 118 of the high temperature part 110. The low temperature part 120 has a hollow hexagonal columnar shape and has a coolant inlet 122 formed with a coolant inlet 122 at one side thereof in a longitudinal direction, and a coolant outlet 124 at which the coolant is discharged. The cooling water flows into the low temperature part 120 through the cooling water inlet 122, cools one surface of the thermoelectric module 130 to be described later, and is discharged through the cooling water outlet 124. The coolant inlet 122 and the coolant outlet 124 are connected to an engine cooling system (not shown) of the vehicle.

상기 고온부(110)와 상기 저온부(120) 사이에는 상기 열전모듈(130)이 개재된다. 상기 열전모듈(130)은 상기 내측 케이싱(118)과 상기 저온부(120)의 외주면에 대응하는 형상을 가진다. 즉, 상기 열전모듈(130)은 일면이 개방된 6각 기둥형상을 가진다.The thermoelectric module 130 is interposed between the high temperature unit 110 and the low temperature unit 120. The thermoelectric module 130 has a shape corresponding to the outer circumferential surface of the inner casing 118 and the low temperature portion 120. That is, the thermoelectric module 130 has a hexagonal pillar shape with one surface open.

상기 열전모듈(130)은 6각 기둥의 5개의 길이방향 측면을 형성하는 5개의 길이방향 열전소자(132)와 6각 기둥의 상면과 하면을 구성하는 6각형의 측면 열전소자(134, 136)를 포함한다. 상기 열전소자(132, 134, 136) 모두는 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 제작되며, 각각의 외측면은 상기 내측 케이싱(118)의 표면과 접촉하고 각각의 내측면은 상기 저온부(130)와 접촉한다. 상기 열전소자(132, 134, 136)는 상기 고온부(110)와 상기 저온부(130)의 내측면과 외측면에 용접, 또는 전도성 테이프로 부착된다. 상기 각각의 열전소자들(132, 134, 136)은 서로 전기적으로 연결되며 차량의 배터리에 전기적으로 연결된다.The thermoelectric module 130 has five longitudinal thermoelectric elements 132 forming five longitudinal side surfaces of the hexagonal pillars and hexagonal side thermoelectric elements 134 and 136 constituting the top and bottom surfaces of the hexagonal pillars. It includes. The thermoelectric elements 132, 134, and 136 are all manufactured by joining a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, each outer surface of which is in contact with the surface of the inner casing 118, and each inner surface of which is the low temperature portion. Contact 130. The thermoelectric elements 132, 134, and 136 are attached to the inner and outer surfaces of the high temperature unit 110 and the low temperature unit 130 by welding or conductive tape. Each of the thermocouples 132, 134, and 136 is electrically connected to each other and electrically connected to a battery of the vehicle.

상기 열전모듈(130)의 상기 길이방향 열전소자(132)와 상기 측면 열전소자(134, 136)의 외측면들은 상기 고온부(110)의 내부를 흐르는 상기 고온의 배기가스에 의해 가열된다. 한편, 상기 열전모듈(130)의 상기 길이방향 열전소자(132)와 상기 측면 열전소자(134, 136)의 내측면들은 상기 저온부(130)의 내부를 흐르는 상기 냉각수에 의해 냉각된다. 따라서, 상기 열전모듈(130)의 각각의 열전소자(132, 134, 136)의 외측면들과 내측면들 사이에는 온도차가 발생된다. 상기 열전소자(132, 134, 136)의 측면들에서 온도차가 발생되면 상기 열전소자(132, 134, 136)의 내부에서는 열전현상에 의해 전기가 발생된다.The outer surfaces of the longitudinal thermoelectric element 132 and the side thermoelectric elements 134 and 136 of the thermoelectric module 130 are heated by the high temperature exhaust gas flowing inside the high temperature portion 110. Meanwhile, the inner surfaces of the longitudinal thermoelectric element 132 and the side thermoelectric elements 134 and 136 of the thermoelectric module 130 are cooled by the cooling water flowing inside the low temperature part 130. Therefore, a temperature difference is generated between the outer and inner surfaces of the thermoelectric elements 132, 134, and 136 of the thermoelectric module 130. When a temperature difference occurs at the side surfaces of the thermoelectric elements 132, 134, and 136, electricity is generated inside the thermoelectric elements 132, 134, and 136 by thermoelectric phenomenon.

위에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기(100)의 작용을 설명한다.It describes the operation of the vehicle thermoelectric generator 100 according to an embodiment of the present invention described above.

엔진이 구동되면, 엔진에서 배기가스가 배출되고 이와 동시에 엔진과 상기 저온부(120) 내부로 냉각수가 흐르게 된다. 상기 배기가스는 상기 유입 배기관(112)을 통하여 상기 고온부(110) 내부로 유입된다. 상기 유입된 배기가스는 상기 제1경사형 외측 케이싱(113), 상기 내측 케이싱(118), 그리고 상기 제2경사형 외측 케이싱(115)에 의해 형성되는 배기가스 통로를 따라 유동한 후, 상기 배출 배기관(114)을 통하여 배출된다.When the engine is driven, exhaust gas is discharged from the engine and at the same time, coolant flows into the engine and the low temperature part 120. The exhaust gas is introduced into the hot part 110 through the inlet exhaust pipe 112. The introduced exhaust gas flows along an exhaust gas passage formed by the first inclined outer casing 113, the inner casing 118, and the second inclined outer casing 115, and then discharges. It is discharged through the exhaust pipe 114.

상기와 같이, 엔진에서 배기되는 고온의 배기가스가 상기 고온부(110)를 흐르면서 상기 고온부(110)의 내측 케이싱(118)과 접촉하는 상기 열전모듈(130)의 각각의 열전소자들(132, 134, 136)의 각각의 외측면을 가열한다.As described above, each of the thermoelectric elements 132 and 134 of the thermoelectric module 130 contacting the inner casing 118 of the high temperature part 110 while the high temperature exhaust gas exhausted from the engine flows through the high temperature part 110. 136, each of the outer side surfaces are heated.

한편, 상기 엔진의 냉각 시스템에 의해 엔진을 냉각하는 냉각수는 상기 냉각수 유입구(122)를 통하여 상기 저온부(120) 내부로 유입된다. 상기 저온부(120) 내부를 흐른 후 상기 냉각수는 상기 냉각수 배출구(124)를 통하여 상기 저온부(120)에서 배출되어 상기 냉각 시스템으로 되돌아 간다. 이와 같이, 냉각수가 상기 저온부(120)를 흐르는 동안 상기 열전모듈(130)의 상기 각각의 열전소자(132, 134, 136)의 내측면들을 냉각한다.Meanwhile, the coolant cooling the engine by the cooling system of the engine is introduced into the low temperature part 120 through the coolant inlet 122. After the inside of the low temperature unit 120 flows, the cooling water is discharged from the low temperature unit 120 through the coolant outlet 124 and returns to the cooling system. In this way, the inner surfaces of the respective thermoelectric elements 132, 134, and 136 of the thermoelectric module 130 are cooled while the coolant flows through the low temperature portion 120.

상기 냉각수 유입구(122)는 상기 배기가스 통로의 하류측에 형성되고 상기 냉각수 배출구(124)는 상기 배기가스 통로 상류측에 형성됨으로써 상기 저온부(120)에 형성되는 냉각수 유동 경로는 상기 배기가스 통로와 반대방향이 된다. 즉, 상기 냉각수는 상기 배기가스와 반대 방향으로 흐르게 된다. 이렇게 함으로써 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120)에 접촉되는 상기 열전모듈(130)의 각각의 열전소자들(132, 134, 136)의 온도분포가 균일하게 된다.The coolant inlet 122 is formed downstream of the exhaust gas passage and the coolant outlet 124 is formed upstream of the exhaust gas passage so that the coolant flow path formed in the low temperature portion 120 is connected to the exhaust gas passage. In the opposite direction. That is, the cooling water flows in the direction opposite to the exhaust gas. In this way, the temperature distribution of each of the thermoelectric elements 132, 134, and 136 of the thermoelectric module 130 in contact with the high temperature unit 110 and the low temperature unit 120 is uniform.

설명한 바와 같이, 상기 열전모듈(130)의 내외측과 접촉하는 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120)에 각각 고온의 배기가스와 저온의 냉각수가 흐름으로써 상기 열전소자들(132, 134, 136)의 양측면에는 온도차가 발생된다. 상기 열전소자들(132, 134, 136)의 각각의 양측면들에서 온도차가 발생되면, 각각 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 형성되는 각각의 열전소자들(132, 134, 136) 내부에서는 열에너지는 전기에너지로 변환하는 열전현상이 발생된다. 상기 각각의 열전소자들(132, 134, 136) 내부에서 발생되는 열전현상에 의해 전기가 발생된다.As described above, the high temperature exhaust gas and the low temperature cooling water flow through the high temperature unit 110 and the low temperature unit 120 in contact with the inside and the outside of the thermoelectric module 130, respectively. There is a temperature difference on both sides of the When a temperature difference occurs at both sides of each of the thermoelectric elements 132, 134, and 136, inside each of the thermoelectric elements 132, 134, and 136 formed by bonding a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, respectively. In thermal energy, thermoelectric phenomena are converted into electrical energy. Electricity is generated by the thermoelectric phenomenon generated inside each of the thermoelectric elements 132, 134, and 136.

상기 열전모듈(130)에서 발생되는 전기는 차량의 배터리(도시하지 않음)에 연결되어 상기 배터리를 충전한다. 이와 같이 함으로써, 배터리를 충전시키기 위해 엔진에 가해지는 부하가 감소되고 엔진의 연비가 향상될 수 있다.
The electricity generated by the thermoelectric module 130 is connected to a battery (not shown) of the vehicle to charge the battery. By doing so, the load on the engine to charge the battery can be reduced and the fuel economy of the engine can be improved.

100: 열전발전기 110: 고온부
112: 유입 배기관 114: 배출 배기관
116: 외측 케이싱 118: 내측 케이싱
120: 저온부 122: 냉각수 유입구
124: 냉각수 배출구 130: 열전모듈
132: 길이방향 열전소자 134, 136: 측면 열전소자100: thermoelectric generator 110: high temperature part
112: inlet exhaust pipe 114: exhaust exhaust pipe
116: outer casing 118: inner casing
120: low temperature portion 122: cooling water inlet
124: cooling water outlet 130: thermoelectric module
132: longitudinal thermoelectric element 134, 136: side thermoelectric element

Claims (4)

엔진의 배기가스가 유입되는 내부를 유동하는 동안 배기가스의 소음이 감속되는 소음기로서 기능하는 고온부;
상기 고온부 내측에 설치되며 상기 고온부 내부를 흐르는 상기 배기가스의 유동경로 하류측에 형성되어 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구, 상기 배기가스의 유동경로 상류측에 형성되어 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하는 저온부; 그리고
각각 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 제작되며, 상기 고온부의 내측면과 상기 저온부의 외측면 사이에 개재되어 각각의 외측면은 상기 고온부에 의해 가열되고 각각의 내측면은 상기 저온부에 의해 냉각되어 상기 각각의 외측면과 상기 각각의 내측면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전소자를 포함하는 열전모듈;을 포함하며,
상기 고온부는,
상기 배기가스 유동경로의 상류측에 설치되며 차량의 배기관과 연통되어 상기 배기가스가 유입되는 유입 배기관;
상기 배기가스의 유동경로 하류측에 설치되어 상기 배기가스가 배출되는 배출 배기관;
상기 유입 배기관과 상기 배출 배기관을 연결하며 저면이 개방된 6각형 단면을 가지는 외측 케이싱;
상기 외측 케이싱의 내측에 상기 외측 케이싱과 일체로 형성되어 저면이 개방되는 6각 기둥 형상을 가지며, 상기 외측 케이싱과 수평한 배기가스 유동경로를 형성하는 내측 케이싱;
상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱과 상기 유입 배기관을 연결하여 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱과 상기 유입 배기관 사이에 제1경사형 배기가스 유동경로를 형성하는 6각뿔 형상의 제1경사형 외측 케이싱; 그리고
상기 배출 배기관과 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱을 연결하여 상기 배출 배기관과 상기 외측 케이싱 및 상기 내측 케이싱 사이에 제2경사형 배기가스 통로를 형성하는 6각뿔 형상의 제2경사형 외측 케이싱을 포함하는 차량용 열전발전기.
A high temperature unit functioning as a silencer in which noise of the exhaust gas is decelerated while flowing inside the exhaust gas of the engine is introduced;
A cooling water inlet formed in a flow path downstream of the exhaust gas flowing inside the high temperature part and flowing in the high temperature part, and having a cooling water inlet formed at an upstream side of the flow path of the exhaust gas to discharge the cooling water; Cold section; And
The P-type semiconductor and the N-type semiconductor are respectively bonded to each other, and are interposed between the inner surface of the high temperature portion and the outer surface of the low temperature portion, and each outer surface is heated by the high temperature portion, and each inner surface is the low temperature portion. And a thermoelectric module including a plurality of thermoelectric elements that are cooled by and generate electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between each of the outer side surfaces and the respective inner side surfaces.
The high temperature portion,
An inlet exhaust pipe installed at an upstream side of the exhaust gas flow path and in communication with an exhaust pipe of the vehicle to introduce the exhaust gas;
An exhaust exhaust pipe installed downstream of the flow path of the exhaust gas and configured to discharge the exhaust gas;
An outer casing connecting the inlet exhaust pipe and the exhaust exhaust pipe and having a hexagonal cross section with an open bottom surface;
An inner casing formed integrally with the outer casing inside the outer casing and having a hexagonal column shape in which a bottom surface thereof is opened, and forming a horizontal exhaust gas flow path with the outer casing;
A first inclined outer casing having a hexagonal pyramid shape connecting the outer casing and the inner casing to the inlet exhaust pipe to form a first inclined exhaust gas flow path between the outer casing and the inner casing and the inlet exhaust pipe; And
And a hexagonal second inclined outer casing which connects the exhaust exhaust pipe with the outer casing and the inner casing to form a second inclined exhaust gas passage between the exhaust exhaust pipe and the outer casing and the inner casing. Automotive thermoelectric generators.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 저온부는 상기 내측 케이싱 내측에 장착되며, 6각 기둥형상을 가지며 내부를 흐르는 상기 냉각수에 의해 상기 열전모듈을 냉각시키는 차량용 열전발전기.
The method of claim 1,
The low temperature part is mounted inside the inner casing, the thermoelectric generator for a vehicle to cool the thermoelectric module by the cooling water flowing inside having a hexagonal column.
제 1 항에 있어서,
상기 열전모듈은
외측면이 상기 내측 케이싱의 표면과 접촉하고 내측면은 상기 저온부와 접촉하며 길이 방향으로 설치되는 다수의 제1열전소자들;
전면은 상기 내측 케이싱의 전면과 접촉하고 후면은 상기 저온부의 전면과 접촉하는 6각형 형상의 전면 열전소자; 그리고
전면은 상기 내측 케이싱의 후면과 접촉하고 후면은 상기 저온부의 후면과 접촉하는 6각형 형상의 후면 열전소자;를 포함하며,
상기 다수의 제1열전소자들과 상기 전후면 열전소자들은 상기 내측 케이싱의 내측면과 상기 저온부의 외측면에 용접 또는 전도성 테이프에 의해 부착되고, 각각의 외측면은 상기 고온부에 의해 가열되고 내측면은 상기 저온부에 의해 냉각되어 상기 외측면과 내측면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 차량용 열전발전기.The method of claim 1,
The thermoelectric module is
A plurality of first thermoelements having an outer side contacting the surface of the inner casing and the inner side contacting the low temperature part and installed in a longitudinal direction;
A front thermoelectric element having a hexagonal shape having a front surface in contact with a front surface of the inner casing and a rear surface in contact with a front surface of the low temperature portion; And
And a rear side thermoelectric element having a hexagonal shape in contact with a rear surface of the inner casing and a rear surface of the inner casing.
The plurality of first thermoelectric elements and the front and rear thermoelectric elements are attached to the inner side of the inner casing and the outer side of the low temperature portion by welding or conductive tape, and each outer side surface is heated by the high temperature portion and the inner side surface. Is cooled by the low temperature part to generate electricity using a thermoelectric phenomenon caused by the temperature difference between the outer surface and the inner surface.
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