KR101327735B1 - 차량용 열전 발전기 - Google Patents

차량용 열전 발전기 Download PDF

Info

Publication number
KR101327735B1
KR101327735B1 KR1020110141241A KR20110141241A KR101327735B1 KR 101327735 B1 KR101327735 B1 KR 101327735B1 KR 1020110141241 A KR1020110141241 A KR 1020110141241A KR 20110141241 A KR20110141241 A KR 20110141241A KR 101327735 B1 KR101327735 B1 KR 101327735B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
heat transfer
coolant
exhaust gas
thermoelectric modules
Prior art date
Application number
KR1020110141241A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130073411A (ko
Inventor
황대길
안호찬
선종호
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110141241A priority Critical patent/KR101327735B1/ko
Publication of KR20130073411A publication Critical patent/KR20130073411A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101327735B1 publication Critical patent/KR101327735B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/36—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/02—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of high temperature, e.g. overheating of catalytic reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

열전현상을 이용하여 엔진의 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 차량용 열전발전기가 개시된다. 차량용 열전발전기는, 내부로 고온의 배기가스가 통과하며 상기 배기가스와 열교환하여 가열되는 배기관, 상기 배기관 내부에 설치되며 상기 배기가스가 바이패스되는 바이패스관, 그리고 상기 배기관 외주면에 장착되며 외주면상에 소정 각도마다 방사상으로 연장되고 길이방향으로 배열되는 다수의 제1열전달핀을 가지는 열전달관을 구비하는 고온부; P-형 반도체와 N-형 반도체을 접합하여 이루어지며, 상기 다수의 열교환핀의 양측면에 부착되어 열전현상을 이용하여 전기를 발생하며 서로 전기적으로 연결되는 다수의 열전모듈; 그리고 상기 다수의 열전모듈중 마주보는 각각의 쌍의 열전모듈 사이에 장착되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 상기 다수의 열전모듈의 서로 마주보는 면들을 냉각시키는 저온부;를 포함한다. 상기 다수의 열전모듈은 상기 제1열전달핀에 의해 가열되는 내측면들과 상기 저온부에 의해 냉각되는 외측면들 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생한다. 열전효율이 향상되며 작은 크기의 차량용 열전발전기를 실현할 수 있다.

Description

차량용 열전 발전기{Thermoelectric generator of vehicle}
본 발명은 열전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 배기가스의 열기를 이용하여 발전하는 차량용 열전 발전기에 관한 것이다.
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.
열전소자가 소규모 발전장치에 이용되는 것을 열전발전장치 또는 열전발전기라고 부른다. 이러한 열전발전기는 주로 무전통신기의 전원공급장치, 우주선의 전력공급장치, 핵잠수함의 동력공급장치, 그리고 차량의 배기시스템에 설치되는 열전발전기에 사용된다.
도 1은 차량의 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
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.
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.
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.
또한, 종래의 차량용 열전발전기는 냉각장치(30)가 많은 면적을 차지함에도 열교환 면적이 작아 열전달율이 낮아 크기에 비하여 열전발전효율이 낮은 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로, 작고 열전발전 효율이 향상되는 차량용 열전발전기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부로 고온의 배기가스가 통과하며 상기 배기가스와 열교환하여 가열되는 배기관, 상기 배기관 내부에 설치되며 상기 배기가스가 바이패스되는 바이패스관, 그리고 상기 배기관 외주면에 장착되며 외주면상에 소정 각도마다 방사상으로 연장되고 길이방향으로 배열되는 다수의 제1열전달핀을 가지는 열전달관을 구비하는 고온부; P-형 반도체와 N-형 반도체을 접합하여 이루어지며, 상기 다수의 열교환핀의 양측면에 부착되어 열전현상을 이용하여 전기를 발생하며 서로 전기적으로 연결되는 다수의 열전모듈; 그리고 상기 다수의 열전모듈중 마주보는 각각의 쌍의 열전모듈 사이에 장착되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 상기 다수의 열전모듈의 서로 마주보는 면들을 냉각시키는 저온부;를 포함하며, 상기 다수의 열전모듈은 상기 제1열전달핀에 의해 가열되는 내측면들과 상기 저온부에 의해 냉각되는 외측면들 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생하는 차량용 열전발전기를 제공한다.
상기 고온부는, 상기 바이패스관과 상기 배기관 사이에 개재되어 상기 배기가스에 의해 가열되는 열교환 메쉬; 상기 바이패스관의 말단에 설치되어 상기 바이패스되는 배기가스의 양을 조절하는 바이패스 밸브; 그리고 상기 바이패스 밸브를 상기 바이패스관의 말단에 탄성적으로 지지하는 스프링;을 더 포함할 수 있다.
상기 저온부는, 상기 배기관의 하류측에 장착되며, 일측에 형성되는 냉각수 유입구를 가지며, 상기 냉각수를 분배하는 냉각수 분배기; 상기 냉각수 분배기에 연통되며, 상기 다수의 열전모듈중 마주보는 각 쌍의 열전모듈 사이를 지나는 다수의 냉각수관; 상기 다수의 냉각수관에 의해 냉각되며 상기 다수의 열전모듈 중 마주보는 한 쌍의 외측면에 접촉되어 상기 외측면을 냉각시키는 다수의 제2열전달핀; 그리고 상기 배기관의 상류측에 장착되며, 상기 다수의 냉각수관과 연통되고, 일측에 형성되는 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 가지며, 상기 분배된 냉각수를 집수하는 냉각수 집수기;를 포함할 수 있다.
상기 제2열전달핀은 상면이 개방된 사다리꼴 단면을 가지며, 상기 다수의 열전모듈의 외측면과 접촉되는 양측면과 상기 냉각수 통로가 안착되는 냉각수 통로 안착홈이 중심부에 형성되는 저면을 가질 수 있다.
상기 제2열전달핀은 상면이 개방된 사다리꼴 단면을 가지며, 상기 다수의 열전모듈의 외측면과 접촉되는 양측면과 상기 양측면을 연결하는 저면을 구비하며, 상기 냉각수 통로는 상기 제2열전달핀의 상기 저면에 길이방향으로 형성될 수 있다.
상기 다수의 냉각수 통로는 역사다리꼴 단면을 가지며 상기 다수의 제2열전달핀은 상기 역사다리꼴 단면의 양측면일 수 있다.
상기 다수의 냉각수 통로는 대략 물받이 형태의 단면을 가지며 상기 단면의 양 외측면은 상기 다수의 제2열전달핀일 수 있다.
상기 다수의 냉각수 통로와 대략 반전된 물받이 형태의 단면을 가지며 상기 단면의 양 외측면은 상기 다수의 제2열전달핀일 수 있다.
본 발명의 차량용 열전발전기에 따르면, 배기가스가 열전모듈과 접촉하는 면적이 큼에도 전체 열전발전기의 크기는 작은 효과가 있다.
또한, 구조가 간단하고 부품수가 적어 제조비용이 감소되며 생산성이 향상된다.
본 발명의 차량용 열전발전기는 그 크기가 작아 차량 패키징에 장착이 용이하며 다양한 차량에 적용될 수 있다.
고온부와 열전모듈 사이에 열교환 메쉬가 설치되어 배기가스와의 접촉면적을 증가시킴으로써 배기가스의 열에너지가 열전모듈로 더욱 효율적으로 전달될 뿐 아니라 이를 통과하는 배기가스의 소음도 감소되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 열전발전기의 저온부와 열전모듈을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 선에 따라 취한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 열전발전기의 저온부와 열전모듈을 보여주는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 일 예를 보여주는 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 다른 예를 보여주는 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기에 적용되는 저온부와 열교환핀의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기(100)는 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스와 열교환하여 가열되는 고온부(110), 엔진의 냉각 시스템에 의해 순환되는 냉각수가 흐르며 상기 고온부(110) 외측에 설치되는 저온부(120), 그리고 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120)에 개재되어 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120) 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전모듈(130)을 포함한다.
상기 고온부(110)는 내부로 고온의 상기 배기가스가 통과하는 동안 가열되는 배기관(112), 상기 배기관 외주면에 설치되는 중공 원통형 열전달관(119), 상기 열전달관(119)와 일체로 형성되며 소정의 각도마다 방사상으로 연장되며 길이방향으로 배열되는 다수의 제1열교환 핀(117)을 포함한다. 상기 열전달관(119)는 상기 배기관(112)의 외주면에 억지끼워 맞춤된다.
상기 배기관(112)은 중공 원통형상을 가지며 내부를 흐르는 고온의 배기가스에 의해 가열된다. 이렇게 가열된 상기 배기관(112)은 그 외주면에 설치되는 상기 열전달관(119)을 가열하게 되고 상기 열전달관(119)에 의해 상기 열전달관(119)과 일체로 형성되는 상기 다수의 제1열전달핀(117)이 가열된다.
상기 배기관(112) 내부에는 상기 배기가스가 바이패스되는 바이패스관(114)이 설치된다. 상기 바이패스관(114)의 말단에는 엔진의 부하에 따라 상기 배기가스를 바이패스시키기 위해 상기 바이패스관(114) 말단을 개폐하는 바이패스 밸브(116)가 장착된다. 상기 바이패스 밸브(116)는 스프링(118)에 의해 상기 바이패스관(114)에 탄성적으로 지지된다. 상기 바이패스관(114)의 상류에는 상기 바이패스 밸브(116)이 폐쇄되는 경우 상기 배기가스가 유동하는 다수의 배기홀(113)이 형성된다.
상기 바이패스관(114)의 외주면과 상기 배기관(112)의 내주면 사이에는 열교환 메쉬(111)가 개재된다. 상기 열교환 메쉬(111)는 상기 고온의 배기가스와 열교환하여 상기 배기가스의 열에너지는 흡수하여 상기 배기관(112)으로 전달한다. 즉, 상기 열교환 메쉬(111)에 의해 상기 배기가스의 열에너지는 상기 배기관(112)으로 효율적으로 전달된다.
차량이 고속으로 운행할 때, 즉, 엔진의 부하가 증가되면 상기 배기관이 과열될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 엔진의 고부하시 상기 바이패스 밸브(116)는 개방되어 상기 고온의 배기가스는 상기 바이패스관(114)을 통하여 대부분 배기되어 상기 바이패스관(114)과 상기 배기관(112) 사이를 흐르는 배기가스의 양이 조절된다.
상기 고온부(110)의 상기 다수의 제1열전달핀(117)의 사이에는 상기 저온부(120)가 위치된다. 상기 저온부(120)는 상기 배기관(112)의 하류 외측에 설치되어 엔진의 냉각시스템(도시하지 않음)에 의해 순환되는 냉각수를 분배하는 냉각수 분배기(122), 상기 냉각수 분배기(122)와 연통되며 상기 냉각수가 흐르는 다수의 냉각수관(124), 상기 배기관(112)의 상류 외측에 설치되어 상기 냉각수를 수집하는 냉각수 수집기(126), 그리고 상기 다수의 냉각수관(124)과 상기 다수의 열전모듈(130)의 외측면을 연결하는 다수의 제2열전달핀(127)을 포함한다.
상기 냉각수 분배기(122)와 상기 냉각수 수집기(126)는, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 환형으로 형성되며 내측면에서 상기 다수의 냉각수관(124)과 연통된다. 상기 냉각수 분배기(122)는 외주면에 형성되어 상기 냉각수가 유입되는 냉각수 유입공(121)을 가지며 상기 냉각수 수집기(126)는 외주면에 형성되어 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(125)가 형성된다. 상기 냉각 시스템에 의해 순환되는 냉각수는 상기 냉각수 유입구(121)를 통하여 상기 냉각수 분배기(122)로 유입되어 상기 다수의 냉각수관(124)를 흐른뒤, 상기 냉각수 분배기(126)의 상기 냉각수 배출구(125)를 통하여 다시 상기 냉각 시스템으로 회수된다.
상기 다수의 제2열전달핀(127)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1열전달핀(117)에 부착되는 상기 열전모듈(130)의 내측면과 접촉되는 양측면과 상기 다수의 냉각수관(124)과 접촉되는 저면을 포함한다. 상기 저면에는 상기 냉각수관(124)이 안착되는 안착홈(129)이 형성된다.
상기 열전모듈(130)은 P-형 반도체와 N-형 반도체을 접합하여 이루어지며, 상기 고온부(110)의 상기 다수의 제1열전달핀(117)의 양측면에 부착된다. 상기 다수의 열전모듈(130)은 서로 전기적으로 연결된 상태에서 차량의 배터리(도시하지 않음)에 전기적으로 연결된다.
상기 다수의 열전모듈(130)의 외측면들은 상기 다수의 제2열전달핀(127)의 양측면과 접촉된다. 이렇게 설치됨으로써, 상기 열전모듈(130)의 내측면들은 상기 다수의 제1열전달핀(117)에 의해 가열되고 외측면들은 상기 다수의 제2열전달핀(127)에 의해 냉각된다. 따라서, 상기 열전모듈(130)의 양측면에 온도차가 발생되고 이 온도차에 의해 상기 다수의 열전모듈(130) 내부에서는 열전현상이 발생되어 전기가 생산된다. 이렇게 생산된 전기는 상기 다수의 열전모듈(130)과 전기적으로 연결되는 상기 배터리를 충전한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 열전발전기에서 적용되는 상기 저온부(120)의 여러 가지 예를 도시한다.
도 5에 도시된 상기 저온부(120)는 도 4의 저온부(120)와 달리 상기 냉각수관(124)과 상기 제2열전달핀(127)이 일체로 형성된다. 상기 냉각수관(124)은 상기 제2열전달핀(127)의 저면에 형성된다. 이때, 상기 제2열전달핀(127)의 양측면은 상기 냉각수관(124)에서 연장된 형태를 가진다. 이와 같이, 상기 냉각수관(124)과 상기 제2열전달핀(127)이 일체화됨으로써 냉각수관(124)과 제2열전달핀(127) 사이의 접촉에 의한 열손실이 줄어들고 따라서 상기 제2열전달핀(127)과 접촉하는 상기 열전모듈(130)의 외측면이 보다 효율적으로 냉각된다.
도 6에 도시된 저온부(120)는 반전된 사다리꼴 단면을 가진다. 상기 냉각수관(124)과 상기 제2열전달핀(127)은 상기 반전된 사다리꼴 형태로 일체로 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 저온부(120)의 양측면은 상기 제2열전달핀(127)으로 기능한다. 따라서, 상기 반전된 사다리꼴 단면의 상기 저온부(120) 내부를 흐르는 냉각수의 양이 증가됨으로써 상기 열전모듈(130)의 외측면은 보다 신속하게 냉각된다. 이에 따라 상기 열전모듈(130)의 양측면의 온도차가 커지고 따라서 열전 발전 효율도 향상된다.
도 7은 빗물받이 형태의 저온부(120)를 도시한다. 상기 저온부(120)는 상기 냉각수관(124)과 상기 제2열전달핀(127)이 빗물받이 형태로 일체화된다. 이 경우, 상기 저온부(120)의 상부는 오목하게 되며 양측면은 상기 열전모듈(130)의 외측면과 접촉한다.
도 8은 반전된 빗물받이 형태의 저온부(120)를 도시한다. 상기 저온부(120)는 상기 냉각수관(124)과 상기 제2열전달핀(127)이 반전된 빗물받이 형태로 일체화된다. 이 경우, 상기 저온부(120)의 상부는 평평하게 되며 하부는 오목하게 되며 양측면은 상기 열전모듈(130)의 외측면과 접촉한다.
위에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기(100)의 작용을 설명한다.
엔진이 구동되면, 엔진에서 배기가스가 배출되어 상기 배기관(112)의 내부로 흐르고 이때 상기 바이패스 밸브(116)는 상기 바이패스관(114)을 폐쇄한다. 한편, 엔진의 냉각시스템(도시하지 않음)에 의해 순환되는 냉각수는 상기 냉각수 유입구(121)로 유입되어 상기 냉각수 분배기(122)에 의해 상기 냉각수관(124)으로 분배된다.
상기 배기가스는 상기 배기관(112)의 내부를 유동하면서 상기 배기관(112)과 열교환하여 상기 배기관(112)은 가열된다. 상기 배기관(112)의 외주면에 설치되는 상기 제1열전단관(119)는 상기 가열된 배기관(112)에 의해 가열되고 상기 가열된 제1열전달관(119)에 의해 상기 배기가스의 열에너지는 상기 다수의 제1열전단핀(117)로 전달되어 상기 다수의 열전모듈(130)의 일측면이 가열된다.
한편, 상기 냉각수 유입구(121)로 유입된 상기 냉각수는 상기 냉각수 분배기(122)에 의해 상기 다수의 냉각수관(124)로 분배되어 상기 냉각수관(124)을 유동한다. 상기 유동하는 냉각수에 의해 상기 제2열전달핀(127)이 냉각된다. 상기 냉각된 다수의 제2열전달핀(127)과 접촉하는 상기 다수의 열전모듈(130)의 외측면은 냉각된다.
이와 같이 되어, 상기 방사상으로 배열되며 길이방향으로 연장되는 상기 다수의 열전모듈(130)의 양측면 사이에는 온도차가 발생된다. 상기 온도차에 의해 상기 다수의 열전모듈(130) 내부에서는 전기가 발생된다. 상기 다수의 열전모듈(130)에 의해 생산된 전기는 상기 다수의 열전모듈(130)에 전기적으로 연결되는 상기 배터리를 충전한다.
차량의 속도가 증가되면, 즉, 엔진의 부하가 증가되면, 상기 바이패스 밸브(116)가 상기 스프링(118)의 탄성력을 이기면서 상기 바이패스관(114)을 개방한다. 상기 바이패스관(114)이 개방됨으로써 상기 배기가스의 대부분은 상기 바이패스관(114)을 통하여 배기되고 나머지는 상기 바이패스관(114)과 상기 배기관(112) 사이를 유동한다. 상기 바이패스관(114)과 상기 배기관(112) 사이에 개재되는 상기 열교환 메쉬(111)는 상기 배기가스와 열교환하여 상기 배기관(112)을 가열하게 되고 이후의 작용은 상기 바이패스 밸브(116)가 폐쇄되는 경우와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 발명의 차량용 열전발전기에 따르면 그 구조가 간단하고 부품수가 적어 제조비용이 감소되며 생산성이 향상된다. 차량에 장착이 용이하고 다양한 차량에 적용이 가능하다.
100: 열전발전기 110: 고온부
112: 배기관 114: 바이패스관
116: 바이패스 밸브 118: 스프링
117: 제1열전달핀 119: 제1열전달관
120: 저온부 121: 냉각수 유입구
122: 냉각수 분배기 124: 냉각수관
125: 냉각수 배출구 126: 냉각수 수집기
127: 제2열전달핀 130: 열전모듈

Claims (8)

  1. 내부로 고온의 배기가스가 통과하며 상기 배기가스와 열교환하여 가열되는 배기관, 상기 배기관 내부에 설치되며 상기 배기가스가 바이패스되는 바이패스관, 그리고 상기 배기관 외주면에 장착되며 외주면상에 소정 각도마다 방사상으로 연장되고 길이방향으로 배열되는 다수의 제1열전달핀을 가지는 열전달관을 구비하는 고온부;
    P-형 반도체와 N-형 반도체을 접합하여 이루어지며, 상기 다수의 열교환핀의 양측면에 부착되어 열전현상을 이용하여 전기를 발생하며 서로 전기적으로 연결되는 다수의 열전모듈; 그리고
    상기 다수의 열전모듈중 마주보는 각각의 쌍의 열전모듈 사이에 장착되며 내부로 흐르는 냉각수에 의해 상기 다수의 열전모듈의 서로 마주보는 면들을 냉각시키는 저온부;를 포함하며,
    상기 저온부는,
    상기 배기관의 하류측에 장착되며, 일측에 형성되는 냉각수 유입구를 가지며, 상기 냉각수를 분배하는 냉각수 분배기;
    상기 냉각수 분배기에 연통되며, 상기 다수의 열전모듈중 마주보는 각 쌍의 열전모듈 사이를 지나는 다수의 냉각수 통로;
    상기 다수의 냉각수 통로에 의해 냉각되며 상기 다수의 열전모듈 중 마주보는 한 쌍의 외측면에 접촉되어 상기 외측면을 냉각시키는 다수의 제2열전달핀; 그리고
    상기 배기관의 상류측에 장착되며, 상기 다수의 냉각수 통로와 연통되고, 일측에 형성되는 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 가지며, 상기 분배된 냉각수를 집수하는 냉각수 집수기;를 포함하고,
    상기 다수의 열전모듈은 상기 제1열전달핀에 의해 가열되는 내측면들과 상기 저온부에 의해 냉각되는 외측면들 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생하며,
    상기 제2열전달핀은 상면이 개방된 사다리꼴 단면을 가지며, 상기 다수의 열전모듈의 외측면과 접촉되는 양측면과 상기 냉각수 통로가 안착되는 냉각수 통로 안착홈이 중심부에 형성되는 저면을 가지는 차량용 열전발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2열전달핀은 상면이 개방된 사다리꼴 단면을 가지며, 상기 다수의 열전모듈의 외측면과 접촉되는 양측면과 상기 양측면을 연결하는 저면을 구비하며,
    상기 냉각수 통로는 상기 제2열전달핀의 상기 저면에 길이방향으로 형성되는 차량용 열전발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 냉각수 통로는 역사다리꼴 단면을 가지며 상기 다수의 제2열전달핀은 상기 역사다리꼴 단면의 양측면인 차량용 열전발전기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 냉각수 통로는 대략 물받이 형태의 단면을 가지며 상기 단면의 양 외측면은 상기 다수의 제2열전달핀인 차량용 열전발전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 냉각수 통로와 대략 반전된 물받이 형태의 단면을 가지며 상기 단면의 양 외측면은 상기 다수의 제2열전달핀인 차량용 열전발전기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온부는,
    상기 바이패스관과 상기 배기관 사이에 개재되어 상기 배기가스에 의해 가열되는 열교환 메쉬;
    상기 바이패스관의 말단에 설치되어 상기 바이패스되는 배기가스의 양을 조절하는 바이패스 밸브; 그리고
    상기 바이패스 밸브를 상기 바이패스관의 말단에 탄성적으로 지지하는 스프링;을 더 포함하는 차량용 열전발전기.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020110141241A 2011-12-23 2011-12-23 차량용 열전 발전기 KR101327735B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110141241A KR101327735B1 (ko) 2011-12-23 2011-12-23 차량용 열전 발전기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110141241A KR101327735B1 (ko) 2011-12-23 2011-12-23 차량용 열전 발전기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130073411A KR20130073411A (ko) 2013-07-03
KR101327735B1 true KR101327735B1 (ko) 2013-11-11

Family

ID=48987871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110141241A KR101327735B1 (ko) 2011-12-23 2011-12-23 차량용 열전 발전기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101327735B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101462927B1 (ko) * 2013-12-06 2014-11-19 현대자동차주식회사 배기열 회수장치
KR20160008858A (ko) 2014-07-15 2016-01-25 한국전기연구원 복층 구조의 폐열 회수형 열전발전장치
KR20160077619A (ko) 2014-12-24 2016-07-04 한국전기연구원 폐열을 이용한 열전발전 장치
WO2018060613A1 (fr) 2016-09-28 2018-04-05 Valeo Systemes Thermiques Module tubulaire unitaire pour vehicule automobile a moteur thermique, et generateur thermoelectrique incorporant plusieurs de ces modules
KR20190110344A (ko) 2018-03-20 2019-09-30 서울시립대학교 산학협력단 열전발전장치
KR20210120557A (ko) 2020-03-27 2021-10-07 주식회사 리빙케어 신뢰성이 개선된 열전발전모듈
KR20220070856A (ko) 2020-11-23 2022-05-31 주식회사 리빙케어 고효율 열전발전모듈

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101421958B1 (ko) * 2013-08-06 2014-07-22 현대자동차주식회사 차량의 배기열 활용 구조
FR3027734B1 (fr) * 2014-10-24 2016-12-30 Valeo Systemes Thermiques Module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3027735B1 (fr) * 2014-10-24 2016-12-30 Valeo Systemes Thermiques Element, ensemble et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile.
KR20160134227A (ko) 2015-05-15 2016-11-23 세종공업 주식회사 열전소자 일체형 열전발전모듈을 구비한 배기시스템
GB2549123B (en) * 2016-04-06 2019-10-09 Jaguar Land Rover Ltd Energy recovery unit for vehicle use
KR20210003555A (ko) 2019-07-02 2021-01-12 김종배 체인형 열전 소자

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214350A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 熱電発電装置
US20110067742A1 (en) * 2009-07-24 2011-03-24 Bell Lon E Thermoelectric-based power generation systems and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214350A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 熱電発電装置
US20110067742A1 (en) * 2009-07-24 2011-03-24 Bell Lon E Thermoelectric-based power generation systems and methods

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101462927B1 (ko) * 2013-12-06 2014-11-19 현대자동차주식회사 배기열 회수장치
KR20160008858A (ko) 2014-07-15 2016-01-25 한국전기연구원 복층 구조의 폐열 회수형 열전발전장치
KR20160077619A (ko) 2014-12-24 2016-07-04 한국전기연구원 폐열을 이용한 열전발전 장치
WO2018060613A1 (fr) 2016-09-28 2018-04-05 Valeo Systemes Thermiques Module tubulaire unitaire pour vehicule automobile a moteur thermique, et generateur thermoelectrique incorporant plusieurs de ces modules
KR20190110344A (ko) 2018-03-20 2019-09-30 서울시립대학교 산학협력단 열전발전장치
KR20210120557A (ko) 2020-03-27 2021-10-07 주식회사 리빙케어 신뢰성이 개선된 열전발전모듈
KR20220070856A (ko) 2020-11-23 2022-05-31 주식회사 리빙케어 고효율 열전발전모듈

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130073411A (ko) 2013-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101327735B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101327732B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101340846B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101340848B1 (ko) 차량용 열전 발전기
JP6306863B2 (ja) 車両の排熱活用構造
US9306143B2 (en) High efficiency thermoelectric generation
JP6157908B2 (ja) 自動車用積層型熱電発電装置
JP6139865B2 (ja) 車両用熱電発電機
KR20100120339A (ko) 배기열 회수 열전발전 장치
JP6008315B2 (ja) 排熱回収熱電発電システム、及び排熱回収熱電発電システムを搭載した船舶
KR101401065B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101129197B1 (ko) 자동차의 배열회수용 열전발전 시스템
JP2014129809A (ja) 自動車用積層型熱電発電装置
KR101340849B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101327731B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101327733B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101327730B1 (ko) 차량용 열전 발전기
KR101746443B1 (ko) 차량용 열전 발전기
CN201789456U (zh) 金属流道双翼双发电集热器
CN102270949B (zh) 金属流道双翼太阳能温差发电集热器
KR101689379B1 (ko) 열전발전 및 배기열회수 통합 모듈 및 시스템
UA71651U (uk) Термоелектричний автомобільний генератор
UA84218C2 (ru) Секционный термоэлектрический генератор на органическом топливе

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171030

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181030

Year of fee payment: 6