KR101381432B1 - 압전소자를 구비한 배기밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압전소자를 구비한 배기밸브는, 인렛파이프와 아웃렛파이프가 결합된 하우징;과 상기 하우징 내에서 활주가능하도록 장착되며 로드가 결합된 게이트; 및 인렛파이프를 향하는 방향으로 상기 게이트를 탄성가압하는 스프링;과 상기 로드에 의해 가압될 수 있도록 하우징 내에 배치되며, 압력이 인가되면 전기를 생산하는 압전소자;를 포함하고, 상기 인렛파이프에서 유입된 배기가스는 스프링의 탄성력을 극복하고 게이트를 활주시키며 아웃렛파이프로 배출되되, 게이트의 활주에 따라 상기 로드가 압전소자를 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 배기밸브는 차량의 주행 동안에 외부로 배출되어 버려지는 배기가스의 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로서 차량의 에너지 효용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

압전소자를 구비한 배기밸브{EXHAUST VALVE HAVING PIEZOELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 압전소자를 구비한 배기밸브에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 차량 외부로 배출되는 배기가스의 운동에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 구성된 차량용 배기밸브에 관한 것이다.

에너지 하베스팅(energy harvesting)은 사용되지 않고 버려지는 에너지를 다른 형태의 에너지로서 재활용하는 것으로서, 에너지 효율을 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 궁극적으로는 추가적인 에너지의 공급 없이도 주변의 에너지를 이용하여 독립적으로 구동이 가능하게 하는 기술이다.

차량에 있어서도 연비를 향상하고 유해물질의 배출을 최소화하기 위하여 에너지 하베스팅 기술이 도입되고 있다.

차량에 도입된 에너지 하베스팅의 일례로서 차량에서 발생하는 진동에너지를 전기에너지로 변환하여 연비향상을 도모하는 기술이 개발된 바 있다.

한편, 차량의 연료에서 생성되는 에너지는 전술한 바와 같은 차량의 진동 뿐만 아니라 열에너지 및 운동에너지 등으로 소모되고 있으며 차량의 연비절감을 위해서 이러한 불필요한 에너지 소모를 억제하고 재활용할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같이 차량의 주행을 위한 에너지로 소모되지 않고 버려지는 에너지를 재활용하여 차량의 에너지 효용성을 더욱 향상시키고자 발명된 것으로서, 엔진에서 배출되어 버려지는 배기가스의 압력을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 압전소자를 구비한 배기밸브를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인렛파이프와 아웃렛파이프가 결합된 하우징;과 상기 하우징 내에서 활주가능하도록 장착되며 로드가 결합된 게이트; 및 인렛파이프를 향하는 방향으로 상기 게이트를 탄성가압하는 스프링;과 상기 로드에 의해 가압될 수 있도록 하우징 내에 배치되며, 압력이 인가되면 전기를 생산하는 압전소자;를 포함하고, 상기 인렛파이프에서 유입된 배기가스는 스프링의 탄성력을 극복하고 게이트를 활주시키며 아웃렛파이프로 배출되되, 게이트의 활주에 따라 상기 로드가 압전소자를 가압하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 로드의 활주에 따라서 회전하는 기어부를 포함하여 구성되며, 상기 기어부의 외주면에는 다수 개의 기어치들이 방사형으로 돌출되고 이웃하는 기어치들 사이로 각각의 압전소자가 위치하도록 배치된다.

그리고, 상기 로드의 외주면에는 길이방향을 따라 나선형의 스크류홈이 형성되고, 상기 기어부의 내주면에는 스크류홈에 끼워지는 물림부가 형성된다.

또한, 상기 기어부와 압전소자는 로드가 끼워지는 삽입홀이 형성된 통 형상의 케이스 내부에 장착되고, 상기 스프링은 케이스와 게이트 사이에 장착된다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 배기밸브는 차량의 주행 동안에 외부로 배출되어 버려지는 배기가스의 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로서 차량의 에너지 효용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 배기밸브는 기어부의 회전에 따라서 다수 개의 압전소자들이 비틀려지는 구조로서 전기생산효율을 증대시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기밸브의 하우징 내부 모습을 투시하여 점선으로 표시한 사시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트, 스프링 및 케이스가 분리된 모습을 도시한 사시도,
도 3 은 케이스가 분해된 모습을 도시한 사시도,
도 4 는 배기가스가 하우징 내부로 도달하기 전에 배기밸브의 내부 단면 모습을 도시한 도면,
도 5 는 배기가스가 하우징을 경유해 유동하는 동안의 배기밸브 내부 단면 모습을 도시한 도면,
도 6 은 로드의 활주에 따른 기어부의 회동에 따라 압전소자에 하중이 발생하는 모습을 도시한 도면.

본 발명의 배기밸브는 배기가스의 운동에너지를 전기에너지로 전환하도록 배기가스가 생성되는 엔진과 연결되는 인렛파이프(1);와 배기가스를 차량 후미로 배출하는 엔드파이프와 연결되는 아웃렛파이프(2); 사이에 장착된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 압전소자를 구비한 배기밸브를 더욱 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3 을 참조하면, 본 발명의 배기밸브는 내부가 빈 원통 모양의 하우징(10)을 갖되 인렛파이프(1) 및 아웃렛파이프(2) 각각과 결합된다. 상기 인렛파이프(1)는 하우징(10)의 종방향(길이방향)을 따라 일측 끝단에 결합되며 상기 아웃렛파이프(2)는 인렛파이프(1)과 수직으로 배치되도록 하우징(10)의 외주면에 결합된다.

상기 하우징(10) 내에는 로드(21)가 결합된 게이트(20)가 활주가능하도록 장착된다. 상기 게이트(20)는 인렛파이프(1)와 아웃렛파이프(2) 사이의 공간을 분리시킬 수 있도록(즉, 인렛파이프의 입구측을 닫을 수 있도록) 원판모양을 가지며 중앙에서 소정의 길이를 갖는 로드(21)가 돌출되도록 구성된다.

상기 로드(21)에는 (게이트와 케이스 사이에 위치하도록) 스프링(30)이 결합되어 장착된다. 상기 스프링(30)은 게이트(20)가 인렛파이프(1)의 입구측을 닫도록 탄성력이 작용한다.

상기 로드(21)의 끝단이 진입하게 되는 케이스(60)는 하우징(10) 내에 고정장착되며 원통형 형상을 갖되 삽입홀(61)이 형성되고, 앞판부(60a), 중앙부(60b), 뒷판부(60c)가 결합되어 구성된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 중앙부(60b)에는 판 모양의 압전소자들(40)이 서로 일정한 거리를 두고 내주면의 둘레를 따라서 일측 끝단이 중앙을 향하도록 방사형으로 배치된다.

각각의 압전소자들(40)은 표면에 소정의 압력이 인가되면 전기를 생산하며 (도 1 에 도시된 바와 같이 외부와 와이어링으로 연결되어) 차량의 배터리 또는 별도의 배터리로 전기를 충전하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 로드(21)의 외주면에는 길이방향을 따라 나선형의 스크류홈(22)이 형성된다. 그리고, 상기 케이스(60)에는 스크류홈(22)에 끼워질 수 있는 물림부(52)가 내주면에 형성된 기어부(50)가 장착된다.

따라서, 물림부(52)가 스크류홈(22)에 끼워진 상태에서 상기 로드(21)가 활주하면 기어부(50)는 회전하게 된다. 상기 기어부(50)는 외주면에 다수 개의 기어치들(gear teeth)(51)이 방사형으로 돌출된다. 상기 기어치들(51)은 이웃하는 기어치들(51) 사이로 각각의 압전소자(40)의 끝단이 위치하도록 케이스(60) 내에 장착된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 배기밸브는 도 4 에 도시된 바와 같이 결합이 이뤄진다(참고적으로, 도 4 와 도 5 에서는 스크류홈이 형성된 로드와 스프링이 도면 상에 겹쳐져 지저분해지는 것을 피하도록 스프링은 생략되었다).

엔진으로 부터 배기가스가 배출되지 않는 경우, 스프링(30)의 탄성력에 의하여 게이트(20)는 인렛파이프(1)의 입구측을 닫은 상태로 위치하게 된다.

그러나, 배기가스가 배출되는 경우에는 도 5 에 도시된 바와 같이 배기가스의 유동압력이 스프링(30)의 탄성력을 극복하고 게이트(20)를 활주시키게 된다. 즉, 상기 배기가스는 게이트(20)를 활주시키며 아웃렛파이프(2)로 배출되되, 물림부(52)가 스크류홈(22)에 끼워지므로 상기 로드(21)의 활주에 따라 기어부(50)가 회전하게 된다.

상기 기어부(50)의 회전에 따라서, 기어치들(51) 사이에 끝단이 위치하도록 배치된 판 형상의 압전소자들(40)은 도 6 에 도시된 바와 같이, 기어치들(51)에 의해 가압되며 전기를 생산하게 된다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 하우징
20 : 게이트
21 : 로드
22 : 스크류홈
30 : 스프링
40 : 압전소자
50 : 기어부
51 : 기어치
52 : 물림부

Claims (4)

1. 인렛파이프와 아웃렛파이프가 결합된 하우징;과
   상기 하우징 내에서 활주가능하도록 장착되며 로드가 결합된 게이트; 및
   인렛파이프를 향하는 방향으로 상기 게이트를 탄성가압하는 스프링;과
   상기 로드에 의해 가압될 수 있도록 하우징 내에 배치되며, 압력이 인가되면 전기를 생산하는 압전소자;를 포함하고,
   상기 인렛파이프에서 유입된 배기가스는 스프링의 탄성력을 극복하고 게이트를 활주시키며 아웃렛파이프로 배출되되, 게이트의 활주에 따라 상기 로드가 압전소자를 가압하고,
   상기 로드의 활주에 따라서 회전하는 기어부를 포함하여 구성되며, 상기 기어부의 외주면에는 다수 개의 기어치들이 방사형으로 돌출되고 이웃하는 기어치들 사이로 각각의 압전소자가 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 압전소자를 구비한 배기밸브.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 로드의 외주면에는 길이방향을 따라 나선형의 스크류홈이 형성되고, 상기 기어부의 내주면에는 스크류홈에 끼워지는 물림부가 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 구비한 배기밸브.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기어부와 압전소자는 로드가 끼워지는 삽입홀이 형성된 통 형상의 케이스 내부에 장착되고, 상기 스프링은 케이스와 게이트 사이에 장착된 것을 특징으로 하는 압전소자를 구비한 배기밸브.

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