KR101340849B1 - Thermoelectric generator of vehicle - Google Patents

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현대자동차주식회사
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Abstract

열전현상을 이용하여 엔진의 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 차량용 열전발전기가 개시된다. 차량용 열전발전기는, 내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관, 중공 원통형 금속으로 제작되며 상기 배기관의 외측에 설치되어 상기 배기관과의 사이에 주행풍 통로를 형성하는 고온부 케이싱, 그리고 상기 배기관 외주면과 상기 고온부 케이싱 내주면에 접촉되도록 설치되어 상기 배기관의 열에너지를 상기 고온부 케이싱에 전달하는 다수의 열전달핀을 포함하는 고온부; 상기 고온부 케이싱보다 큰 직경을 가지며 상기 고온부 케이싱과 동심원으로 설치되어 내부에는 상기 주행풍의 흐름방향과 반대방향으로 냉각수가 흐르도록, 후단 일측에 냉각수 유입구가 형성되고 전단 일측에 냉각수 출구가 형성되는 냉각수 통로를 형성하는, 저온부; P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 이루어지며, 내주면은 상기 고온부 케이싱의 외주면과 접촉하고 외주면은 상기 저온부 내주면에 접촉되어 상기 내주면과 상기 외주면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전모듈; 그리고 상기 고온부 전단에 설치되어 상기 배기관의 온도에 따라 차량의 주행에 의해 발생되는 주행풍이 상기 주행풍 통로를 흐르도록 제어하여 상기 고온부의 온도를 조절하는 고온부 온도조절장치;를 포함한다. 구조가 간단하여 다양한 차량에 적용이 용이하다. 열전발전 효율이 향상되며 엔진의 연비를 향상시킨다. 열전모듈의 과열을 방지함으로써 균일한 전기를 생산할 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 thermoelectric generator for a vehicle includes an exhaust pipe through which a high temperature exhaust gas passes, a high temperature casing which is made of a hollow cylindrical metal and formed outside the exhaust pipe to form a traveling wind passage between the exhaust pipe, and an outer peripheral surface of the exhaust pipe and the exhaust pipe. A high temperature part installed to be in contact with an inner circumferential surface of a high temperature part casing and including a plurality of heat transfer fins to transfer heat energy of the exhaust pipe to the high temperature part casing; A coolant passage having a larger diameter than the high temperature casing and installed concentrically with the high temperature casing to allow the coolant to flow in a direction opposite to the flow direction of the traveling wind therein, and a coolant inlet is formed at one rear end and a coolant outlet is formed at one front end. Forming a low temperature portion; A P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded to each other, and an inner circumferential surface is in contact with an outer circumferential surface of the high temperature part casing, and an outer circumferential surface is in contact with the inner circumferential surface of the low temperature part, thereby utilizing electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface. Generating a plurality of thermoelectric modules; And a high temperature part temperature control device installed at the front end of the high temperature part to control the running wind generated by the driving of the vehicle according to the temperature of the exhaust pipe to flow the running wind passage. Simple structure makes it easy to apply to various vehicles. Improve thermoelectric efficiency and improve engine fuel economy. By preventing overheating of the thermoelectric module, it is possible to produce uniform electricity.

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 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 횡단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional vehicle thermoelectric generator.

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.

도 2는 종래의 차량용 열전발전기의 종단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 배기열 회수장치(40)는 차량의 배기관(도시하지 않음)에 연결되며 내부로 고온의 바이패스 가스가 통과하고 선단에 다수의 배기공(41)이 형성되는 바이패스관(42), 상기 바이패스관(42)보다 큰 직경을 가지며 상기 바이패스관(42)의 외측에 설치되는 배기관(44), 그리고 상기 바이패스관(42)의 말단에 설치되어 차량의 엔진 부하에 따라 상기 바이패스관(42)의 말단을 개폐하는 바이패스 밸브(46)를 구비한다.2 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional vehicle thermoelectric generator. As illustrated, the exhaust heat recovery device 40 is connected to an exhaust pipe (not shown) of the vehicle, and a bypass pipe through which a high temperature bypass gas passes and a plurality of exhaust holes 41 are formed at the front end ( 42), an exhaust pipe 44 having a diameter larger than that of the bypass pipe 42, and installed at an outer side of the bypass pipe 42, and installed at an end of the bypass pipe 42 so as to be applied to the engine load of the vehicle. Accordingly, a bypass valve 46 for opening and closing the end of the bypass pipe 42 is provided.

이와 같이 구성되는 종래의 차량용 열전발전기(10)에서, 엔진이 시동될 때, 상기 바이패스 밸브(46)는 닫히게 되어 상기 배기가스는 상기 배기공(41)을 통하여 상기 배기관(44)을 통과한다. 이때, 상기 배기가스의 열에너지는 상기 배기관(44)의 표면을 통하여 상기 다수의 열전모듈(20)으로 전달된다. 한편, 상기 다수의 열전모듈(20)의 타측에 접촉되는 상기 냉각장치(30) 내부로는 엔진의 냉각수가 흐르게 되어 상기 다수의 열전모듈(20)의 타측면은 냉각된다.In the conventional vehicle thermoelectric generator 10 configured as described above, when the engine is started, the bypass valve 46 is closed so that the exhaust gas passes through the exhaust pipe 44 through the exhaust hole 41. . At this time, the heat energy of the exhaust gas is transmitted to the plurality of thermoelectric modules 20 through the surface of the exhaust pipe (44). On the other hand, the coolant of the engine flows into the cooling device 30 which is in contact with the other side of the plurality of thermoelectric module 20 is cooled the other side of the plurality of thermoelectric module 20.

이와 같이, 상기 다수의 열전모듈(20)의 양측면의 온도차가 발생함으로써 상기 다수의 열전모듈(20)에서는 열전현상이 발생되어 전기가 생산된다. 이렇게 생산된 전기는 상기 다수의 열전모듈(20)에 전기적으로 연결되는 차량의 배터리를 충전한다.As such, the temperature difference between both sides of the plurality of thermoelectric modules 20 is generated, so that the thermoelectric phenomenon is generated in the plurality of thermoelectric modules 20 to produce electricity. The electricity thus produced charges a battery of a vehicle electrically connected to the plurality of thermoelectric modules 20.

차량이 계속 주행하여 차량의 엔진에 고부하가 걸리는 경우, 상기 엔진에서 배기되는 배기가스는 고온이 되어 상기 배기열 회수장치(40)는 과열될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 바이패스관(42)에 설치되는 상기 바이패스 밸프(46)가 개방되어 상기 고온의 배기가스는 상기 바이패스관(46)과 상기 배기관(44)를 통하여 흐르게 된다. 이렇게 함으로써 상기 배기열 회수장치(40)의 온도를 일정하게 유지하게 된다.
When the vehicle continues to run and a high load is applied to the engine of the vehicle, the exhaust gas exhausted from the engine becomes high temperature and the exhaust heat recovery device 40 may be overheated. In order to prevent this, the bypass valve 46 installed in the bypass pipe 42 is opened so that the high temperature exhaust gas flows through the bypass pipe 46 and the exhaust pipe 44. By doing so, the temperature of the exhaust heat recovery device 40 is kept constant.

열전발전기에서 많은 전기를 생산하기 위해서는, 즉 열전발전 효율을 높이기 위해서는 모든 열전모듈의 양측면의 온도차가 균일하여야 한다. 하지만, 도 5A에 도시한 바와 같이, 상기 바이패스 밸브(46)가 개방되더라도, 상기 바이패스 밸브(46)에 의한 배기가스의 유동 저항이 증가되어 배압이 상승되는 문제가 있다.In order to produce a lot of electricity in the thermoelectric generator, that is, to increase the thermoelectric generation efficiency, the temperature difference between both sides of all thermoelectric modules must be uniform. However, as shown in FIG. 5A, even when the bypass valve 46 is opened, there is a problem that the flow resistance of the exhaust gas by the bypass valve 46 is increased to increase the back pressure.

배압이 상승함으로써 상기 배기열 회수장치(40)의 온도가 균일하지 않게 된다. 이렇게 되면, 상기 다수의 열전모듈(20)의 양측면의 온도차가 균일하지 않게 되고 배기열 회수장치(40)의 온도제어가 불가능해져 열전발전 효율이 저하된다.As the back pressure rises, the temperature of the exhaust heat recovery device 40 is not uniform. In this case, the temperature difference between both sides of the plurality of thermoelectric modules 20 is not uniform, and the temperature control of the exhaust heat recovery device 40 is impossible, thereby reducing the thermoelectric power generation efficiency.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로, 모든 열전모듈에서의 온도차가 균일하도록 하여 열전발전 효율이 향상되는 차량용 열전발전기를 제공하는 것이다.
Therefore, the present invention is derived to solve the above problems of the prior art, to provide a thermoelectric generator for a vehicle in which the thermoelectric power generation efficiency is improved by making the temperature difference uniform in all the thermoelectric modules.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관, 중공 원통형 금속으로 제작되며 상기 배기관의 외측에 설치되어 상기 배기관과의 사이에 주행풍 통로를 형성하는 고온부 케이싱, 그리고 상기 배기관 외주면과 상기 고온부 케이싱 내주면에 접촉되도록 설치되어 상기 배기관의 열에너지를 상기 고온부 케이싱에 전달하는 다수의 열전달핀을 포함하는 고온부; 상기 고온부 케이싱보다 큰 직경을 가지며 상기 고온부 케이싱과 동심원으로 설치되어 내부에는 상기 주행풍의 흐름방향과 반대방향으로 냉각수가 흐르도록, 후단 일측에 냉각수 유입구가 형성되고 전단 일측에 냉각수 출구가 형성되는 냉각수 통로를 형성하는, 저온부; P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 이루어지며, 내주면은 상기 고온부 케이싱의 외주면과 접촉하고 외주면은 상기 저온부 내주면에 접촉되어 상기 내주면과 상기 외주면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전모듈; 그리고 상기 고온부 전단에 설치되어 상기 배기관의 온도에 따라 차량의 주행에 의해 발생되는 주행풍이 상기 주행풍 통로를 흐르도록 제어하여 상기 고온부의 온도를 조절하는 고온부 온도조절장치;를 포함하는 열전발전기를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is an exhaust pipe through which the high-temperature exhaust gas passes, made of a hollow cylindrical metal and installed outside the exhaust pipe to form a running wind passage between the exhaust pipe and the exhaust pipe. A high temperature part including a high temperature part casing and a plurality of heat transfer fins installed to contact the exhaust pipe outer circumferential surface and the high temperature part casing inner circumferential surface to transfer heat energy of the exhaust pipe to the high temperature part casing; A coolant passage having a larger diameter than the high temperature casing and installed concentrically with the high temperature casing to allow the coolant to flow in a direction opposite to the flow direction of the traveling wind therein, and a coolant inlet is formed at one rear end and a coolant outlet is formed at one front end. Forming a low temperature portion; A P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded to each other, and an inner circumferential surface is in contact with an outer circumferential surface of the high temperature part casing, and an outer circumferential surface is in contact with the inner circumferential surface of the low temperature part, thereby utilizing electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface. Generating a plurality of thermoelectric modules; And a high temperature part temperature control device installed at the front end of the high temperature part to control the running wind generated by the driving of the vehicle according to the temperature of the exhaust pipe to flow the running wind passage to adjust the temperature of the high temperature part. do.

상기 다수의 열전달핀은 상기 배기관의 외주면에 용접될 수 있다.The plurality of heat transfer fins may be welded to an outer circumferential surface of the exhaust pipe.

상기 고온부 온도조절장치는, 상기 배기관의 전단 외주면에 설치되는 원통형 소경부; 상기 고온부 케이싱의 전단 외주면에 설치되는 대경부; 상기 소경부와 상기 대경부를 연결하며 소정의 각도마다 형성되는 다수의 주행풍 유입구가 형성되는 연결부; 상기 소경부 외주면에 회전가능하게 설치되어 상기 다수의 주행풍 유입구를 개폐하는 다수의 에어 플랩; 상기 배기관에 설치되어 상기 배기관의 온도를 검출하는 온도센서; 그리고 액추에이터 로드에 의해 상기 에어 플랩과 연결되며 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 배기관의 온도에 따라 상기 에어 플랩을 구동하여 상기 주행풍 유입구의 개도를 조절하는 액추에이터를 포함할 수 있다.The high temperature unit temperature control device, the cylindrical small diameter portion is installed on the outer peripheral surface of the front end of the exhaust pipe; A large diameter part installed at an outer circumferential surface of the front end of the high temperature part casing; A connection part connecting the small diameter part and the large diameter part and having a plurality of driving wind inlets formed at predetermined angles; A plurality of air flaps rotatably installed on an outer circumferential surface of the small diameter part to open and close the plurality of driving wind inlets; A temperature sensor installed in the exhaust pipe and detecting a temperature of the exhaust pipe; And an actuator connected to the air flap by an actuator rod to adjust the opening degree of the driving wind inlet by driving the air flap according to the temperature of the exhaust pipe detected by the temperature sensor.

상기 다수의 열전모듈은 중공 원통형상으로 제작되어 서로 전기적으로 연결되고 차량의 배터리를 충전한다.
The plurality of thermoelectric modules are manufactured in a hollow cylindrical shape and electrically connected to each other to charge a battery of a vehicle.

본 발명의 차량용 열전발전기에 따르면, 바이패스관 말단에 설치되었던 종래의 바이패스 밸브를 제거함으로써 바이패스 밸브에 의해 배기가스의 유동저항이 없어지고 따라서 배압이 상승하는 문제가 해결된다.According to the vehicular thermoelectric generator of the present invention, by eliminating the conventional bypass valve installed at the end of the bypass tube, the flow resistance of the exhaust gas is eliminated by the bypass valve, and thus the problem of increasing the back pressure is solved.

차량이 주행함으로 발생되는 주행품을 이용하여 엔진의 고부하시 고온부를 냉각함으로써 열전모듈의 열화를 방지할 수 있다.It is possible to prevent deterioration of the thermoelectric module by cooling the high temperature part at high load of the engine by using the driving product generated by the driving of the vehicle.

아울로, 고온부 온도 조절장치를 이용하여 에어 플랩을 제어하여 주행풍 유입구의 개도를 제어함으로써 항상 균일한 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다.
In addition, by controlling the air flap by using a high temperature unit temperature control device has the advantage that can always produce a uniform electricity by controlling the opening degree of the driving wind inlet.

도 1은 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 보여주는 종 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 고온부 온도 조절장치의 작동을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7과 도 8은 종래기술과 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기의 온도분포를 보여주는 도면으로서, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기에서의 온도분포를 나타내고, 도 8은 종래의 차량용 열전발전기의 온도분포를 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional thermoelectric generator for a vehicle.
Figure 2 is a longitudinal sectional view showing a conventional vehicle thermoelectric generator.
Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view showing a vehicle thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 is a perspective view for explaining the operation of the high temperature part temperature control device.
7 and 8 are views showing the temperature distribution of the thermoelectric generator according to the prior art and the embodiment of the present invention, Figure 7 shows the temperature distribution in the thermoelectric generator for a vehicle according to an embodiment of the present invention, Figure 8 Is a diagram showing a temperature distribution of a conventional vehicle thermoelectric generator.

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 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 보여주는 종 단면도이다. 도 4 내지 도 6은 고온부 온도 조절장치의 작동을 설명하기 위한 사시도이다. 도 7과 도 8은 종래기술과 본 발명의 일실시예에 따른 열전발전기의 온도분포를 보여주는 도면으로서, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기에서의 온도분포를 나타내고, 도 8은 종래의 차량용 열전발전기의 온도분포를 나타내는 도면이다.Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view showing a vehicle thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention. 4 to 6 is a perspective view for explaining the operation of the high temperature part temperature control device. 7 and 8 are views showing the temperature distribution of the thermoelectric generator according to the prior art and the embodiment of the present invention, Figure 7 shows the temperature distribution in the thermoelectric generator for a vehicle according to an embodiment of the present invention, Figure 8 Is a diagram showing a temperature distribution of a conventional vehicle thermoelectric generator.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기(100)는 내부로 엔진의 배기가스가 흐르는 배기관(112)가 내부를 관통하는 고온부(110), 상기 고온부(110)의 외측에 설치되며 내부로 냉각수가 흐르는 저온부(120), 상기 고온부(110)의 외주면과 상기 저온부(120) 내주면에 접하도록 설치되어 상기 고온부(110)와 상기 저온부(120) 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 도넛 형상의 열전모듈(130), 그리고 엔진의 부하에 따라 상기 고온부(110)로 차량의 주행시 발생되는 주행풍을 흐르게 하는 고온부 온도조절장치(140)를 포함한다.As shown, the vehicle thermoelectric generator 100 according to an embodiment of the present invention is a hot portion 110 through which the exhaust pipe 112 through which the exhaust gas flows from the engine flows through the inside of the high temperature portion 110, the outside of the high temperature portion 110. It is installed to be in contact with the low temperature portion 120, the outer peripheral surface of the high temperature portion 110 and the inner peripheral surface of the low temperature portion 120, the cooling water flowing inside the thermoelectric phenomenon due to the temperature difference between the high temperature portion 110 and the low temperature portion 120. It includes a donut-shaped thermoelectric module 130 for generating electricity by using, and a high temperature portion temperature controller 140 for flowing the running wind generated when the vehicle travels to the high temperature portion 110 according to the load of the engine.

상기 고온부(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 중공 원통형 금속으로 제작되며 상기 배기관(112)의 외측에 설치되어 상기 배기관(112)과의 사이에 주행풍 통로(115)를 형성하는 고온부 케이싱(114)을 포함한다. The high temperature unit 110, as shown in Figure 3, is made of a hollow cylindrical metal and is installed on the outside of the exhaust pipe 112 to form a running wind passage 115 between the exhaust pipe 112 A casing 114.

상기 고온부 케이싱(114)과 상기 배기관(112)의 외주면 사이의 전단과 후단은 개방되어 전단은 차량이 주행할 때 발생되는 주행풍이 유입되는 주행풍 입구(111)를 형성하고 상기 후단은 상기 주행풍이 상기 주행풍 통로(115)를 빠져 나가는 주행풍 출구(113)를 형성한다.The front end and the rear end between the high temperature part casing 114 and the outer circumferential surface of the exhaust pipe 112 are opened so that the front end forms a driving wind inlet 111 into which the driving wind generated when the vehicle travels is introduced. A driving wind outlet 113 exiting the driving wind passage 115 is formed.

상기 고온부(110)는 상기 배기관(112)의 외주면과 상기 고온부 케이싱(114)의 내주면 사이에 설치되는 도넛 형상의 다수의 열전달핀(116)을 포함한다. 상기 다수의 열전달핀(116)은 구리 등의 열전도도가 높은 재질로 제작되며 상기 배기관(112)을 통과하는 고온의 배기가스에 의해 가열되어 상기 배기가스의 열에너지를 상기 고온부 케이싱(114)으로 전달한다. The high temperature unit 110 includes a plurality of donut-shaped heat transfer fins 116 installed between the outer circumferential surface of the exhaust pipe 112 and the inner circumferential surface of the high temperature portion casing 114. The plurality of heat transfer fins 116 are made of a material having high thermal conductivity such as copper, and are heated by high temperature exhaust gas passing through the exhaust pipe 112 to transfer thermal energy of the exhaust gas to the high temperature casing 114. do.

상기 다수의 열전달핀(116)은 상기 배기관(112)의 외주면에 용접된 상태에서 상기 고온부 케이싱(114)의 내주면에 삽입되거나 상기 고온부 케이싱(114)의 내주면에 용접된 상태에서 상기 배기관(112)이 내부로 삽입될 수 있다.The plurality of heat transfer fins 116 are inserted into the inner circumferential surface of the hot portion casing 114 in the state welded to the outer circumferential surface of the exhaust pipe 112 or the exhaust pipe 112 in the state welded to the inner circumferential surface of the hot portion casing 114. This can be inserted inside.

상기 저온부(120)는 엔진의 냉각수를 순환시키는 냉각 시스템(도시하지 않음)에 의해 냉각수가 내부를 흐른다. 상기 저온부(120)는 상기 냉각수가 그 내부를 유동하도록 직경이 다른 두 개의 중공 원통이 동심원으로 결합되어 양단이 폐쇄되어 내부에 상기 냉각수가 흐르는 냉각수 통로(122)가 형성된 형태를 가진다. The low temperature part 120 is a cooling water flows through the cooling system (not shown) for circulating the cooling water of the engine. The low temperature part 120 has two hollow cylinders of different diameters in concentric circles so that the coolant flows therein, and both ends thereof are closed to form a coolant passage 122 through which the coolant flows.

상기 저온부(120)의 일단 외주면에는 상기 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(121)이 형성되고 상기 냉각수 유입구(121)의 대각선 방향의 타단 외주면에는 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 출구(123)가 형성된다. Cooling water inlet 121 through which the coolant is introduced is formed at one outer circumferential surface of the low temperature part 120, and a coolant outlet 123 through which the coolant is discharged is formed at the other outer circumferential surface of the diagonal direction of the coolant inlet 121.

상기 냉각수 유입구(121)와 상기 냉각수 출구(123)는 상기 냉각수가 상기 저온부(120) 내부를 상기 배기가스와 반대방향으로 흐르도록 상기 배기관(112)의 하류측에 상기 냉각수 유입구(121)가 형성되고 상기 배기관(112)의 상류측에 상기 냉각수 출구(123)가 형성된다. 이렇게 함으로써 상기 저온부(120)에 의해 냉각되는 상기 열전모듈(130)의 외주면이 균일한 온도를 가지게 된다.The coolant inlet 121 and the coolant outlet 123 are provided with the coolant inlet 121 at a downstream side of the exhaust pipe 112 such that the coolant flows inside the low temperature portion 120 in a direction opposite to the exhaust gas. And the cooling water outlet 123 is formed upstream of the exhaust pipe 112. In this way, the outer circumferential surface of the thermoelectric module 130 cooled by the low temperature part 120 has a uniform temperature.

상기 열전모듈(130)은 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 제작되는 다수의 열전소자가 전기적으로 연결된 형태로 이루어지며 각각의 열전소자는 환형의 형상을 가진다. The thermoelectric module 130 has a shape in which a plurality of thermoelectric elements manufactured by joining a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are electrically connected, and each thermoelectric element has an annular shape.

상기 열전모듈(130)은 상기 고온부 케이싱(114)의 외주면과 상기 저온부(120)의 내주면에 밀착된다. 상기 열전모듈(130)의 외주면은 상기 저온부(120)에 의해 냉각되고 내주면은 상기 고온부(110)의 고온부 케이싱(114)에 의해 가열되어, 상기 외주면과 내주면 사이의 온도차가 발생된다. The thermoelectric module 130 is in close contact with the outer circumferential surface of the high temperature part casing 114 and the inner circumferential surface of the low temperature part 120. The outer circumferential surface of the thermoelectric module 130 is cooled by the low temperature part 120 and the inner circumferential surface is heated by the high temperature part casing 114 of the high temperature part 110 to generate a temperature difference between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface.

이와 같이, 상기 열전모듈(130)의 양면에서 온도차가 발생되면 그 내부에서는 열전현상에 의해 전기가 발생된다. 이렇게 발생된 전기는, 상기 열전모듈(130) 전기적으로 연결되는 차량의 배터리(도시하지 않음)을 충전하는데 사용된다. 상기 열전모듈(130)에 의해 생산된 전기가 상기 배터리를 충전하는데 사용됨으로써, 상기 배터리를 충전하기 위해 엔진에 가해지는 부하를 줄일 수 있다.As such, when a temperature difference occurs on both sides of the thermoelectric module 130, electricity is generated inside the thermoelectric phenomenon. The electricity generated in this way is used to charge a battery (not shown) of the vehicle electrically connected to the thermoelectric module 130. The electricity produced by the thermoelectric module 130 is used to charge the battery, thereby reducing the load on the engine to charge the battery.

엔진이 고속으로 회전하거나 부하가 증가되면, 상기 배기관(112)을 흐르는 배기가스의 양이 증가되고, 따라서 상기 배기관(112)이 과열될 수 있다. 상기 배기관(112)의 방지하기 위하여, 본 발명의 차량용 열전발전기(100)는 엔진의 부하의 정도에 따라 상기 주행풍 입구(111)를 개폐하여 상기 배기관(112)의 과열을 방지하고 열전모듈(130)의 발전효율을 증가시키는 고온부 온도조절장치(140)를 포함한다.When the engine rotates at high speed or the load is increased, the amount of exhaust gas flowing through the exhaust pipe 112 is increased, and thus the exhaust pipe 112 may be overheated. In order to prevent the exhaust pipe 112, the vehicle thermoelectric generator 100 of the present invention opens and closes the running wind inlet 111 in accordance with the degree of the load of the engine to prevent overheating of the exhaust pipe 112 and the thermoelectric module ( It includes a high temperature part temperature control device 140 to increase the power generation efficiency of 130.

상기 고온부 온도 조절장치(140)는, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 배기관(112)의 상류 외주면에 설치되는 원통형 소경부(142), 상기 고온부 케이싱(114)의 상기 주행풍 입구(111)의 외주면에 설치되는 대경부(144), 상기 소경부(142)와 상기 대경부(144)를 직경방향으로 연결하며 소정의 각도마다 주행풍이 상기 주행풍 통로(115)로 유입되는 다수의 주행풍 유입구(141)가 형성되는 연결부(143), 상기 소경부 외주면에 회전가능하게 설치되어 상기 다수의 주행풍 유입구를 개폐하는 에어 플랩(146), 상기 배기관(112)에 설치되어 상기 배기관(112)의 온도를 검출하는 온도센서(도시하지 않음), 그리고 상기 온도센서에 의해 검출된 상기 배기관(112)의 온도에 따라 상기 에어 플랩(146)을 제어하여 상기 다수의 주행풍 유입구(141)의 개도를 조절하는 액추에이터(148)를 구비한다.As shown in FIGS. 4 to 6, the high temperature part temperature regulating device 140 includes a cylindrical small diameter part 142 provided on an upstream outer circumferential surface of the exhaust pipe 112 and the running wind inlet of the high temperature part casing 114. The large diameter portion 144, the small diameter portion 142 and the large diameter portion 144, which are installed on the outer circumferential surface of the 111, are connected in the radial direction, and a plurality of driving winds flow into the driving wind passage 115 at predetermined angles. The connecting portion 143 is formed in the running wind inlet 141 of the small diameter portion is rotatably installed on the outer circumferential surface of the air flap 146 to open and close the plurality of running wind inlet, the exhaust pipe 112 is installed in the exhaust pipe A plurality of driving wind inlets 141 are controlled by controlling the air flap 146 according to a temperature sensor (not shown) for detecting a temperature of the 112, and the temperature of the exhaust pipe 112 detected by the temperature sensor. Actuator 148 to adjust the opening degree of The rain.

차량의 엔진이 시동되면, 상기 액추에이터(148)는 액추에이터 로드(147)에 의해 상기 에어 플랩(146)과 연결된다. 상기 액추에이터(148)는 상기 에어 플랩(146)을 구동하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 주행풍 입구(141)를 폐쇄한다. 상기 다수의 주행풍 입구(141)가 폐쇄되면, 배기가스는 배기관(112)를 통과하면서 그 외주면에 접촉하는 상기 다수의 열전달핀(116)을 가열함으로써 상기 열전모듈(130)이 가열된다.When the engine of the vehicle is started, the actuator 148 is connected to the air flap 146 by an actuator rod 147. The actuator 148 drives the air flap 146 to close the plurality of running wind inlets 141, as shown in FIG. 4. When the plurality of driving wind inlets 141 are closed, the thermoelectric module 130 is heated by heating the plurality of heat transfer fins 116 that are in contact with the outer circumferential surface of the exhaust gas while passing through the exhaust pipe 112.

엔진이 고속으로 회전하여 배기관(112)을 통과하는 배기가스의 양이 많아지면, 상기 배기관(112)과 상기 다수의 열전달핀(116)이 과열될 수 있다. 이때, 상기 온도센서에서 전송되는 상기 배기관(112)의 온도에 따라 상기 액추에이터(148)는 상기 에어 플랩(146)을 구동하여 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이 상기 주행풍 입구(141)의 개도를 조정한다. 이렇게 주행풍 입구(141)의 개도를 배기관(112)의 온도에 따라 조절함으로써 상기 다수의 열전달핀(116)과 상기 열전모듈(130)의 과열을 방지한다.When the engine rotates at high speed and the amount of exhaust gas passing through the exhaust pipe 112 increases, the exhaust pipe 112 and the plurality of heat transfer fins 116 may be overheated. In this case, the actuator 148 drives the air flap 146 according to the temperature of the exhaust pipe 112 transmitted from the temperature sensor, so that the driving wind inlet 141 may be Adjust the opening degree. The opening degree of the driving wind inlet 141 is adjusted according to the temperature of the exhaust pipe 112 to prevent overheating of the plurality of heat transfer fins 116 and the thermoelectric module 130.

도 8에 도시한 바와 같이, 배기관 말단에 밸브가 장착된 종래의 차량용 열전발전기에서의 배기관 주변의 온도분포를 보면, 배기관 주변의 온도분포가 균일하지 않은 것을 알 수 있다. 이와 같이 배기관 주변의 온도분포가 균일하지 않으면 열전모듈(130)의 내주면과 외주면의 온도가 균일하지 못하게 되어 열전모듈에 의한 전기가 균일하게 발생되지 못한다.As shown in Fig. 8, the temperature distribution around the exhaust pipe in the conventional vehicle thermoelectric generator equipped with a valve at the end of the exhaust pipe shows that the temperature distribution around the exhaust pipe is not uniform. As such, if the temperature distribution around the exhaust pipe is not uniform, the temperature of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the thermoelectric module 130 may not be uniform, and electricity by the thermoelectric module may not be generated uniformly.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기에서의 배기관 주변의 온도분포를 보면, 배기관의 주변의 온도가 균일한 것을 알 수 있다. 이와 같이, 배기관의 주변의 온도가 균일함으로써 열전모듈의 내주면과 외주면의 온도가 균일하게 되고 따라서, 상기 다수의 열전모듈에 의해 전기가 균일하게 생산될 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 7, the temperature distribution around the exhaust pipe in the vehicle thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the temperature around the exhaust pipe is uniform. As such, the temperature around the exhaust pipe is uniform, so that the temperature of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the thermoelectric module is uniform, and thus, electricity can be uniformly produced by the plurality of thermoelectric modules.

위에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기의 작용을 설명한다.The operation of the thermoelectric generator for a vehicle according to an embodiment of the present invention described above will be described.

엔진이 구동되면, 엔진에서 배기가스가 배출되어 상기 배기관(112) 내부를 관통하여 흐르고 이와 동시에 엔진의 냉각 시스템(도시하지 않음)에 의해 냉각수가 상기 냉각수 유입구(121)를 통하여 상기 저온부(120) 내부로 유입된다.When the engine is driven, exhaust gas is discharged from the engine and flows through the exhaust pipe 112, and at the same time, the coolant is cooled by the cooling system inlet 121 of the engine through the cooling water inlet 121. Flows inside.

상기 배기가스는 상기 배기관(112)을 유동하면서 상기 배기관(112)을 가열하게 되고 상기 가열된 배기관(112)에 의해 상기 열전달핀(116)이 상기 배기가스의 열에너지를 상기 열전모듈(130)로 전달한다. 이에 따라, 상기 열전달핀(116)과 접촉하는 상기 열전모듈(130)의 내주면은 고온이 된다.The exhaust gas flows through the exhaust pipe 112 and heats the exhaust pipe 112, and the heat transfer fin 116 transfers thermal energy of the exhaust gas to the thermoelectric module 130 by the heated exhaust pipe 112. To pass. Accordingly, the inner circumferential surface of the thermoelectric module 130 in contact with the heat transfer fin 116 becomes high temperature.

한편, 상기 냉각수 유입구(121)를 통하여 상기 저온부(130) 내부로 유입된 상기 냉각수에 의해 상기 저온부(130)는 냉각되고 이에 따라 상기 저온부(130)과 접촉하는 상기 열전모듈(120)의 외주면은 저온이 된다.On the other hand, the low temperature portion 130 is cooled by the coolant introduced into the low temperature portion 130 through the coolant inlet 121 and accordingly the outer peripheral surface of the thermoelectric module 120 in contact with the low temperature portion 130 is It becomes low temperature.

이에 따라, 상기 열전모듈(120)의 내주면과 외주면 사이에 온도차가 발생하고 이 온도차에 의해 상기 열전모듈(120) 내부에서는 전기가 발생된다. 발생된 전기를 열전모듈(120)과 전기적으로 연결되는 차량의 배터리(도시하지 않음)를 충전하는데 사용된다.Accordingly, a temperature difference is generated between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the thermoelectric module 120, and electricity is generated inside the thermoelectric module 120 by this temperature difference. The generated electricity is used to charge a battery (not shown) of a vehicle electrically connected to the thermoelectric module 120.

차량이 고속으로 주행하면, 엔진에서 배기되는 배기가스의 양이 증가하여 상기 배기관(112)의 온도가 상승한다. 이때, 상기 온도센서에 의해 측정되는 상기 배기가스의 온도에 따라 상기 액추에이터(148)는 상기 에어 플랩(146)을 구동하여 상기 주행풍 유입구(141)를 개방한다. When the vehicle travels at a high speed, the amount of exhaust gas exhausted from the engine is increased to increase the temperature of the exhaust pipe 112. In this case, the actuator 148 drives the air flap 146 to open the driving wind inlet 141 according to the temperature of the exhaust gas measured by the temperature sensor.

차량이 주행하면서 발생되는 주행풍은 상기 주행풍 유입구(141)를 통하여 상기 주행풍 통로(115)를 흐르게 되어 상기 열전달핀(116)을 냉각한다. 따라서, 배기가스에 의해 과열된 상기 열전달핀(116)이 냉각됨으로써 상기 열전달핀(116)과 접촉하는 상기 열전모듈(130)의 내주면의 온도가 하강하게 된다. 이와 같이 함으로써, 상기 열전모듈(130)의 내주면의 온도는 일정하게 유지되고, 상기 열전모듈(130))의 손상을 방지하며 균일하게 전기가 발생된다. The driving wind generated while the vehicle travels flows through the driving wind passage 115 through the driving wind inlet 141 to cool the heat transfer fin 116. Therefore, the temperature of the inner circumferential surface of the thermoelectric module 130 in contact with the heat transfer fin 116 is lowered by cooling the heat transfer fin 116 overheated by the exhaust gas. In this way, the temperature of the inner circumferential surface of the thermoelectric module 130 is kept constant, prevents damage to the thermoelectric module 130 and generates electricity uniformly.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기는 구조가 간단하여 차량에 적용이 용이하다. 또한, 배기가스의 열에너지가 열전모듈에 효율적으로 전달될 뿐 아니라 많은 양의 열전모듈이 적용가능하여 많은 양의 전기를 생산할 수 있다.
As described above, the vehicle thermoelectric generator according to the embodiment of the present invention has a simple structure and is easy to apply to a vehicle. In addition, not only the thermal energy of the exhaust gas is efficiently transferred to the thermoelectric module, but also a large amount of thermoelectric modules are applicable, thereby producing a large amount of electricity.

100: 열전발전기 112: 배기관
115: 주행풍 통로 116: 열전달핀
120: 저온부 121: 냉각수 유입구
123: 냉각수 출구 130: 열전모듈
140: 고온부 온도조절장치 141: 주행풍 유입구
142: 소경부 143: 연결부
144: 대경부 146: 에어 플랩
148: 액추에이터100: thermoelectric generator 112: exhaust pipe
115: running wind passage 116: heat transfer fin
120: low temperature portion 121: cooling water inlet
123: cooling water outlet 130: thermoelectric module
140: high temperature unit temperature control device 141: driving wind inlet
142: small diameter portion 143: connection portion
144: large diameter 146: air flap
148: actuator

Claims (4)

내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관, 중공 원통형 금속으로 제작되며 상기 배기관의 외측에 설치되어 상기 배기관과의 사이에 주행풍 통로를 형성하는 고온부 케이싱, 그리고 상기 배기관 외주면과 상기 고온부 케이싱 내주면에 접촉되도록 설치되어 상기 배기관의 열에너지를 상기 고온부 케이싱에 전달하는 다수의 열전달핀을 포함하는 고온부;
상기 고온부 케이싱보다 큰 직경을 가지며 상기 고온부 케이싱과 동심원으로 설치되어 내부에는 상기 주행풍의 흐름방향과 반대방향으로 냉각수가 흐르도록, 후단 일측에 냉각수 유입구가 형성되고 전단 일측에 냉각수 출구가 형성되는 냉각수 통로를 형성하는, 저온부;
P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 이루어지며, 내주면은 상기 고온부 케이싱의 외주면과 접촉하고 외주면은 상기 저온부 내주면에 접촉되어 상기 내주면과 상기 외주면 사이의 온도차에 의한 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 다수의 열전모듈; 그리고
상기 고온부 전단에 설치되어 상기 배기관의 온도에 따라 차량의 주행에 의해 발생되는 주행풍이 상기 주행풍 통로를 흐르도록 제어하여 상기 고온부의 온도를 조절하는 고온부 온도조절장치; 를 포함하되,
상기 고온부 온도조절장치는,
상기 배기관의 전단 외주면에 설치되는 원통형 소경부;
상기 고온부 케이싱의 전단 외주면에 설치되는 대경부;
상기 소경부와 상기 대경부를 연결하며 소정의 각도마다 형성되는 다수의 주행풍 유입구가 형성되는 연결부;
상기 소경부 외주면에 회전가능하게 설치되어 상기 다수의 주행풍 유입구를 개폐하는 다수의 에어 플랩;
상기 배기관에 설치되어 상기 배기관의 온도를 검출하는 온도센서; 그리고
액추에이터 로드에 의해 상기 에어 플랩과 연결되며 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 배기관의 온도에 따라 상기 에어 플랩을 구동하여 상기 주행풍 유입구의 개도를 조절하는 액추에이터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열전발전기.
An exhaust pipe through which high-temperature exhaust gas passes, a high temperature casing which is made of a hollow cylindrical metal and formed outside the exhaust pipe to form a traveling wind passage between the exhaust pipe, and contacts the exhaust pipe outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the hot part casing. A high temperature part including a plurality of heat transfer fins installed to be transmitted to the heat energy of the exhaust pipe to the high temperature part casing;
A coolant passage having a larger diameter than the high temperature casing and installed concentrically with the high temperature casing to allow the coolant to flow in a direction opposite to the flow direction of the traveling wind therein, and a coolant inlet is formed at one rear end and a coolant outlet is formed at one front end. Forming a low temperature portion;
A P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded to each other, and an inner circumferential surface is in contact with an outer circumferential surface of the high temperature part casing, and an outer circumferential surface is in contact with the inner circumferential surface of the low temperature part, thereby utilizing electricity by using a thermoelectric phenomenon caused by a temperature difference between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface. Generating a plurality of thermoelectric modules; And
A high temperature part temperature control device installed at the front end of the high temperature part to control the running wind generated by the running of the vehicle according to the temperature of the exhaust pipe to flow the running wind passage; , ≪ / RTI &
The high temperature unit temperature control device,
Cylindrical small diameter portion is installed on the outer peripheral surface of the front end of the exhaust pipe;
A large diameter part installed at an outer circumferential surface of the front end of the high temperature part casing;
A connection part connecting the small diameter part and the large diameter part and having a plurality of driving wind inlets formed at predetermined angles;
A plurality of air flaps rotatably installed on an outer circumferential surface of the small diameter part to open and close the plurality of driving wind inlets;
A temperature sensor installed in the exhaust pipe and detecting a temperature of the exhaust pipe; And
An actuator connected to the air flap by an actuator rod to drive the air flap according to the temperature of the exhaust pipe detected by the temperature sensor to adjust the opening degree of the traveling wind inlet; Vehicle thermoelectric generator comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 열전달핀은 상기 배기관의 외주면에 용접되는 차량용 열전발전기.
The method of claim 1,
The plurality of heat transfer fins are welded to the outer peripheral surface of the exhaust pipe vehicle thermoelectric generator.
삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 열전모듈은 중공 원통형상으로 제작되어 서로 전기적으로 연결되고 차량의 배터리를 충전하는 차량용 열전발전기.3. The method of claim 2,
The plurality of thermoelectric modules are manufactured in a hollow cylindrical shape is electrically connected to each other and the vehicle thermoelectric generator for charging the battery of the vehicle.
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