KR101428615B1 - 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온부, 열전소자, 저온부, 상기 저온부 내부에 길이방향으로 설치되고 양단이 상기 배기관에 연결되어 있으며 내부로 고온의 배기가스가 통과하여 냉각수를 가열시키는 제 1 배기가스 통로, 상기 배기관의 내주면에 부착되며 상기 제 1 배기가스 통로의 일단을 개폐 가능하도록 형성되는 제 1 밸브, 상기 배기관의 내주면과 바이패스 통로의 외주면 사이 공간에 형성된 제 2 배기가스 통로, 상기 바이패스 통로의 후단에 배치되며 상기 바이패스 통로의 측면에 결합된 밸브축에 결합되어 밸브축을 기준으로 회전 가능하도록 설치되는 제 2 밸브 및 일단이 상기 제 1 밸브에 연결되고 타단은 모터 및 밸브축에 연결되어 상기 모터의 회전에 의해 제 1 밸브가 전후방향으로 이동되고 제 2 밸브가 밸브축을 기준으로 회전되도록 하는 작동부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 배기열 회수장치 및 열전발전장치의 기능을 통합하고 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 하나의 모터에 의해 작동되도록 구성함으로써 모터 장착 공간을 축소하며 생산 원가를 절감하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에 관한 것이다.
Description
본 발명은 차량의 배기열 활용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이패스 통로, 저온부 내부에 설치되는 제 1 배기가스 통로 및 배기관과 바이패스 통로 사이에 형성되는 제 2 배기가스 통로를 포함하여 차량의 초기 시동 상태부터 과부하 주행 상태까지 모두 활용 가능한 차량의 배기열 활용 시스템을 작동시키기 위해 하나의 모터로 바이패스 통로, 제 1 배기가스 통로 및 제 2 배기가스 통로를 모두 개폐시키는 구동부를 구비하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 주행 상태에 따라 초기 시동시 엔진 웜업(warm up) 및 난방 단계가 이루어지고, 차량의 주행시 열전발전 단계가 이루어지며, 차량이 경사진 곳을 올라가거나 과부하 주행시 바이패스 단계가 이루어진다.
차량의 초기 시동시 배기열 회수장치를 이용하여 냉각수를 가열함으로써 엔진의 예열시간(웜업 시간)을 단축하여 차량의 연비향상 및 배기가스 저감의 효과를 얻을 수 있으며 엔진 내부 및 변속기 내부의 마찰을 저감시켜 주고 겨울철 빠른 실내 난방의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 차량의 주행시 차량의 배기열은 열전발전장치의 열전소자를 거치며 전기를 발생시킨다. 여기서 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 배기열 활용 시스템에 설치되는 열전발전기에 사용된다.
나아가, 차량이 경사진 곳을 올라가거나 차량의 과속에 따른 과부하 주행시 차량의 배기열은 바이패스 통로를 통해 차량의 외부로 빠르게 배출되고 상기 배기열 회수장치나 열전발전장치는 작동하지 않게 된다.
그러나 종래 차량의 배기열 활용 시스템은 차량의 각 상태별로 배기열 회수장치 또는 열전발전장치의 미작동 구간이 존재하여 시스템 전체의 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
즉, 배기열 회수장치는 차량의 초기 시동시에만 작동되고, 열전발전장치는 배기가스 온도가 어느 정도 상승된 이후 차량의 주행시에만 작동되며, 차량의 과부하 주행시에는 배기열 회수장치와 열전발전장치가 모두 미작동하게 된다.
또한, 배기열 회수장치와 열전발전장치 및 바이패스 통로를 모두 구비하는 차량의 배기열 활용 시스템을 이용하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있으나, 이를 작동시키기 위해서는 적어도 2개의 밸브 및 2개의 개별적인 모터가 필요하고 이로 인해 공간상의 문제, 원가의 문제 또는 차체 중량의 문제 등이 여전히 남아있게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배기열 회수장치 및 열전발전장치를 통합하여 차량의 초기 시동시부터 과부하 주행시까지 모두 활용가능하며, 하나의 모터에 의해 이를 모두 작동시킬 수 있는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조를 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관 및 상기 배기관 내부에 설치되며 배기가스가 바이패스되는 바이패스 통로를 포함하는 고온부, 상기 배기관의 외부에 부착되며 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전소자, 상기 열전소자의 외부에 길이방향으로 부착되며 내부로 냉각수가 흐르는 저온부, 상기 저온부 내부에 길이방향으로 설치되고, 양단이 상기 배기관에 연결되어 있으며, 내부로 고온의 배기가스가 통과하여 냉각수를 가열시키는 제 1 배기가스 통로, 상기 배기관의 내주면에 부착되며, 상기 제 1 배기가스 통로의 일단을 개폐 가능하도록 형성되는 제 1 밸브, 상기 배기관의 내주면과 바이패스 통로의 외주면 사이 공간에 형성된 제 2 배기가스 통로, 상기 바이패스 통로의 후단에 배치되며, 상기 바이패스 통로의 측면에 결합된 밸브축에 결합되어 밸브축을 기준으로 회전 가능하도록 설치되는 제 2 밸브 및 일단이 상기 제 1 밸브에 연결되고 타단은 모터 및 밸브축에 연결되어 상기 모터의 회전에 의해 제 1 밸브가 전후방향으로 이동되고 제 2 밸브가 밸브축을 기준으로 회전되도록 하는 작동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동부는, 상기 제 1 밸브의 측면에서 후방으로 연장되며, 내부에 상하방향으로 형성된 슬릿을 구비하는 연장부, 일단이 상기 슬릿에 수용되어 상하방향으로 슬라이딩 가능하며, 후방으로 연장된 제 1 링크, 일단이 상기 제 1 링크의 타단에 회전 가능하도록 연결되는 제 2 링크 및 상기 제 2 링크의 타단에 결합되어 있으며 모터와 제 2 링크 사이를 연결하여 모터의 회전에 의해 제 2 링크가 회전되도록 하는 모터 구동축을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조는, 상기 밸브축의 끝단에서 길이방향으로 돌출되어 형성되며, 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지는 밸브축 돌출부, 상기 모터 구동축의 끝단에서 상기 밸브축 돌출부를 수용할 수 있도록 함몰되어 형성되는 모터 구동축 함몰부 및 상기 모터 구동축 함몰부의 내부에 돌출되어 형성되며, 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지는 모터 구동축 돌출부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 차량의 주행시, 상기 제 1 링크는 슬릿의 하단에 배치되어 제 1 밸브가 제 1 배기가스 통로의 일단을 폐쇄하도록 하고, 상기 밸브축 돌출부 및 모터 구동축 돌출부는 모터 구동축 함몰부 내에서 서로 마주보는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 차량의 초기 시동시, 상기 모터 구동축은 모터에 의해 차량 주행시 모터 위치를 기준으로 시계방향으로 90°회전되어 제 1 링크가 슬릿의 중앙에 배치되도록 하고, 상기 제 1 링크의 위치에 따라 제 1 밸브는 전방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로의 일단을 개방하며, 상기 밸브축 돌출부 및 모터 구동축 돌출부는 모터 구동축 함몰부의 상부에 서로 측면이 접촉된 상태로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 차량의 과부하 주행시, 상기 모터 구동축은 모터에 의해 차량 주행시 모터 위치를 기준으로 시계방향으로 180°회전되어 제 1 링크가 슬릿의 상단에 배치되도록 하고, 상기 제 1 링크의 위치에 따라 제 1 밸브는 제 1 배기가스 통로의 일단을 폐쇄하며, 상기 밸브축 돌출부는 모터 구동축 돌출부의 회전에 의해 모터 구동축 돌출부와 접촉된 상태로 시계방향으로 90°회전되어 제 2 밸브를 회전시키는 것이 좋다.
나아가, 상기 저온부는, 상기 열전소자 외측면에 결합되며, 내부로 냉각수가 유동되어 열전소자와 접촉하는 면을 냉각시키는 냉각수 통로, 상기 냉각수 통로의 일측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구를 구비하는 냉각수 분배기 및 상기 냉각수 통로의 타측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 토출되는 냉각수 토출구를 구비하는 냉각수 집수기를 포함하며, 상기 냉각수 통로, 냉각수 분배기 및 냉각수 집수기는 길이방향으로 배치되어 서로 연통된 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 저온부 내부에 길이방향으로 설치되고 내부로 고온의 배기가스가 통과하여 냉각수를 가열시키는 제 1 배기가스 통로, 제 1 배기가스 통로의 일단을 개폐 가능하도록 형성되는 제 1 밸브, 배기관의 내주면과 바이패스 통로의 외주면 사이 공간에 형성된 제 2 배기가스 통로 및 바이패스 통로의 후단에 회전 가능하도록 설치되는 제 2 밸브를 포함함으로써, 배기열 회수장치 및 열전발전장치를 통합하여 차량의 초기 시동시와 차량의 주행시 및 차량의 과부하 주행시 모두 활용가능하도록 하는 것이다.
또한, 하나의 모터의 회전에 의해 제 1 밸브가 전후방향으로 이동되고 제 2 밸브가 밸브축을 기준으로 회전되도록 하는 작동부를 포함하여 모터 장착 공간을 축소하고 생산 원가를 절감하며 차체의 중량을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 작동부는 내부에 상하방향으로 형성된 슬릿을 구비하는 연장부, 슬릿에 수용되어 상하방향으로 슬라이딩 가능하며 후방으로 연장된 제 1 링크, 일단이 상기 제 1 링크의 타단에 회전 가능하도록 연결되는 제 2 링크 및 모터와 제 2 링크 사이를 연결하여 모터의 회전에 의해 제 2 링크가 회전되도록 하는 모터 구동축을 포함하여 차량의 초기 시동시에는 제 1 배기가스 통로를 개방하고 차량의 주행시 및 과부하 주행시에는 제 1 배기가스 통로를 폐쇄하도록 제 1 밸브를 전후방향으로 이동시키는 효과가 있다.
또한, 밸브축의 끝단에서 길이방향으로 돌출되어 형성되는 밸브축 돌출부, 밸브축 돌출부를 수용할 수 있도록 함몰되어 형성되는 모터 구동축 함몰부 및 모터 구동축 함몰부의 내부에 돌출되어 형성되는 모터 구동축 돌출부를 더 포함하여 하나의 모터에 의해 밸브축 돌출부 및 모터 구동축 돌출부의 위치가 상호 연계되어 변경되도록 함으로써, 차량의 주행 상태에 따라 제 1 밸브 또는 제 2 밸브를 이동 또는 회전시키는 효과가 있다.
나아가, 저온부는 냉각수 통로, 냉각수 분배기 및 냉각수 집수기를 포함하고 냉각수 통로, 냉각수 분배기 및 냉각수 집수기를 길이방향으로 배치하여 서로 연통되도록 일체형으로 형성함으로써 차량의 배기열 활용 시스템의 효율을 극대화시키는 효과가 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조는 배기열 회수장치 및 열전발전장치의 기능을 동시에 수행하여 종래 2개의 장치로 나눠져있던 시스템을 하나로 통합함으로써 차량의 중량을 절감하고 부품 생산 원가를 절감하며, 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 하나의 모터에 의해 작동되도록 구성함으로써 모터 장착 공간을 축소하고 생산 원가를 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조를 외부에서 본 모습을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 구성요소 간의 관계를 나타내기 위해 내부가 투시된 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 작동부의 모습을 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 주행시 모습을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 주행시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 초기 시동시 모습을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 초기 시동시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 과부하 주행시 모습을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 과부하 주행시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 구성요소 간의 관계를 나타내기 위해 내부가 투시된 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 작동부의 모습을 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 주행시 모습을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 주행시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 초기 시동시 모습을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 초기 시동시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 과부하 주행시 모습을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조에서 차량의 과부하 주행시 모터 구동축 함몰부, 모터 구동축 돌출부 및 밸브축 돌출부의 모습을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조는, 내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관(12) 및 상기 배기관(12) 내부에 설치되며 배기가스가 바이패스되는 바이패스 통로(14)를 포함하는 고온부(10), 상기 배기관(12)의 외부에 부착되며 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전소자(20), 상기 열전소자(20)의 외부에 길이방향으로 부착되며 내부로 냉각수가 흐르는 저온부(30), 상기 저온부(30) 내부에 길이방향으로 설치되고, 양단이 상기 배기관(12)에 연결되어 있으며, 내부로 고온의 배기가스가 통과하여 냉각수를 가열시키는 제 1 배기가스 통로(40), 상기 배기관(12)의 내주면에 부착되며, 상기 제 1 배기가스 통로(40)의 일단을 개폐 가능하도록 형성되는 제 1 밸브(42), 상기 배기관(12)의 내주면과 바이패스 통로(14)의 외주면 사이 공간에 형성된 제 2 배기가스 통로(16), 상기 바이패스 통로(14)의 후단에 배치되며, 상기 바이패스 통로(14)의 측면에 결합된 밸브축(52)에 결합되어 밸브축(52)을 기준으로 회전 가능하도록 설치되는 제 2 밸브(50) 및 일단이 상기 제 1 밸브(42)에 연결되고 타단은 모터 및 밸브축(52)에 연결되어 상기 모터의 회전에 의해 제 1 밸브(42)가 전후방향으로 이동되고 제 2 밸브(50)가 밸브축(52)을 기준으로 회전되도록 하는 작동부(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(12)은 내부에 고온의 배기가스가 통과하며 도시된 실시예에서 배기관(12)의 입구 및 출구는 원통 형상으로 이루어지고 입구와 출구 사이는 단면의 형상이 사각형인 사각형통의 형태로 이루어져 있으나, 상기 배기관(12)은 차량의 종류, 차량의 배기열 활용 시스템 구성 등에 따라 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 바이패스 통로(14)는 배기관(12) 내부에 설치되며 통상의 바이패스 통로와 마찬가지로 원통 형태로 형성되어 차량의 과부하 주행시 배기가스가 바이패스 될 수 있도록 한다.
상기 바이패스 통로(14)의 상류에는 후술되는 제 1 배기가스 통로(40) 및 제 2 배기가스 통로(16)를 통해 배기가스가 유동되도록 하는 다수의 타공으로 이루어진 배기홀(15)이 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열전소자(20)는 P-형 반도체와 N-형 반도체를 접합하여 이루어지고 배기관(12)의 외부에 부착되며 서로 전기적으로 연결된 상태에서 차량의 배터리(미도시)에 전기적으로 연결된다.
상기 열전소자(20)가 배기관(12)과 접촉되는 부분은 배기가스에 의해 가열되고, 저온부(30)와 접촉되는 부분은 냉각수에 의해 냉각되며, 이에 따라 상기 열전소자(20)의 양측면에 온도차가 발생되고 이 온도차에 의해 열전소자(20) 내부에서는 열전현상이 발생되어 전기가 생산된다.
이렇게 생산된 전기는 상기 열전소자(20)와 전기적으로 연결된 차량의 배터리를 충전시키게 된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열전소자(20)의 외부에는 내부에 냉각수가 흐르는 저온부(30)가 부착되고, 상기 저온부(30)의 내부에는 길이방향을 따라 제 1 배기가스 통로(40)가 배치된다.
도시된 실시예에서 상기 제 1 배기가스 통로(40)는 저온부(30)의 내부에 일렬로 다수개가 배치되며, 양끝단이 배기관(12) 방향으로 굴곡되어 있는 파이프의 형태로 이루어진다.
차량의 초기 시동시 상기 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 유입되는 배기가스에 의해 냉각수는 가열되고 제 1 배기가스 통로(40)는 차량의 배기열 회수장치로써 기능하게 된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(12)과 제 1 배기가스 통로(40) 사이에는 제 1 밸브(42)가 제 1 배기가스 통로(40)를 개폐 가능하도록 슬라이딩 가능하게 설치된다.
바람직한 실시예에서 상기 제 1 밸브(42)는 배기관(12)의 내주면에 결합되는 링 형태의 밴드로 형성되며, 일단이 상기 제 1 밸브(42)에 연결되고 타단은 모터(미도시) 및 밸브축(52)에 연결되는 작동부(60)에 의해 배기관(12)의 길이방향을 따라 전후로 슬라이딩 되어 제 1 배기가스 통로(40)를 개폐한다.
즉, 차량의 초기 시동시 상기 제 1 밸브(42)는 전방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로(40)를 개방하고 배기가스가 제 1 배기가스 통로(40)를 통과하여 냉각수를 가열시킨다.
차량의 주행시 또는 차량의 과부하 주행시 상기 제 1 밸브(42)는 후방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로(40)를 폐쇄하고 배기가스는 제 2 배기가스 통로(16) 또는 바이패스 통로(14)를 통과하며 열전소자(20)와 열전발전 또는 바이패스하게 된다.
도시된 실시예에서는 상기 제 1 밸브(42)는 링과 같은 형태로 형성되었지만 차량의 배기열 활용 구조의 변경, 제 1 배기가스 통로의 형태 변경 또는 차량 전체의 배기열 활용도 등을 고려하여 상기 제 1 배기가스 통로(40) 입구에 일자형태의 판으로 형성되어 회전하는 형태 또는 상기 배기관(12)에서 캡이 돌출되어 제 1 배기가스 통로(40)를 개폐하는 형태 등 다양하게 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고온부(10)는 배기관(12)과 바이패스 통로(14) 사이에 배기가스가 통과하도록 형성된 제 2 배기가스 통로(16) 및 바이패스 통로(14) 후단에 회전 가능하도록 설치되어 바이패스 되는 배기가스의 양을 조절하는 제 2 밸브(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 밸브(42)에 의해 제 1 배기가스 통로(40)가 폐쇄되고 제 2 밸브(50)에 의해 바이패스 통로(14)가 폐쇄되었을 때 배기가스는 상기 제 2 배기가스 통로(16)를 통과하며 열전소자(20)의 일측면을 가열시키고 이에 따라 열전소자(20)에서 열전발전현상이 발생하게 된다.
또한, 차량이 경사진 곳을 올라가거나 고속으로 주행시 즉, 엔진의 부하가 증가하여 배기관(12)이 가열되는 것을 방지하기 위해 차량의 과부하 주행시 상기 제 2 밸브(50)는 개방되고 고온의 배기가스가 바이패스 통로(14)를 통해 대부분 배기되도록 하여 바이패스 통로(14)와 배기관(12) 사이를 흐르는 배기가스의 양을 조절한다.
도시된 실시예에서, 상기 제 2 밸브(50)는 원판 형태로 형성되고 바이패스 통로(14)의 측면에 결합된 밸브축(52)에 연결되어 작동부(60)에 의해 밸브축(52)을 기준으로 회전된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저온부(30)는 상기 열전소자(20) 외부에 접촉되어 결합되며, 내부로 흐르는 냉각수에 의해 열전소자(20)와 접촉하는 면을 냉각시키는 냉각수 통로(32), 상기 냉각수 통로(32)의 일측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(35)를 구비하는 냉각수 분배기(34) 및 상기 냉각수 통로(32)의 타측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 토출되는 냉각수 토출구(37)를 구비하는 냉각수 집수기(36)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도시된 실시예에서 상기 냉각수 통로(32)는, 냉각수가 흐를 수 있도록 내부가 비어있는 4개의 사각형판으로 이루어져 사각형통의 형태로 형성된 배기관(12)의 외측면에 각각 결합된다.
상기 냉각수 통로(32)의 후방에는 냉각수 분배기(34)가 장착되어 있으며, 도시된 실시예에서 배기관(12)의 좌측 하단에 냉각수 유입구(35)를 구비하여 냉각수 분배기(34)로 냉각수가 유입된다.
상기 냉각수 통로(32)의 전방에는 냉각수 집수기(36)가 장착되어 있으며, 도시된 실시예에서 배기관(12)의 우측 상단에 냉각수 토출구(37)를 구비하여 냉각수 집수기(36)를 통해 냉각수가 토출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 통로(32)를 통해 유동되는 냉각수와 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 유동되는 배기가스는 서로 반대방향으로 유동하며, 이 과정에서 고온의 배기가스가 냉각수를 가열하게 된다.
또한, 상기 냉각수 집수기(36), 냉각수 통로(32) 및 냉각수 분배기(34)는 배기관(12)의 길이방향을 따라 차례차례 배치되는 일체형으로 형성되고, 각각의 냉각수 집수기(36) 사이 및 각각의 냉각수 분배기(34) 사이는 골곡된 파이프로 연결되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 작동부(60)는, 상기 제 1 밸브(42)의 측면에서 후방으로 연장되며, 내부에 상하방향으로 형성된 슬릿(62)을 구비하는 연장부(61), 일단이 상기 슬릿(62)에 수용되어 상하방향으로 슬라이딩 가능하며 후방으로 연장된 제 1 링크(63), 일단이 상기 제 1 링크(63)의 타단에 회전 가능하도록 연결되는 제 2 링크(64) 및 상기 제 2 링크(64)의 타단에 결합되어 있으며 모터와 제 2 링크(64) 사이를 연결하여 모터의 회전에 의해 제 2 링크(64)가 회전되도록 하는 모터 구동축(65)을 포함하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연장부(61)는 내부에 상하방향으로 길게 형성된 슬릿(62)을 구비하며 상기 연장부(61)의 전체적인 형상도 슬릿(62)과 같이 상하방향으로 길게 형성되어 제 1 밸브(42)의 측면에서 후방으로 연장되어 있다.
상기 연장부(61)는 제 1 밸브(42)에 부착되며 연장부(61)의 전후방향 움직임에 따라 제 1 밸브(42)도 전후방향으로 이동되도록 한다.
상기 연장부(61)의 슬릿(62)에는 제 1 링크(63)의 일단이 수용되어 있으며, 구체적으로 상기 제 1 링크(63)는 제 1 링크(63)의 일단에 부착되거나 또는 제 1 링크(63)의 일단이 슬릿(62) 방향으로 돌출되어 형성되는 슬라이딩부(미도시)를 구비하여 슬릿(62)을 따라 상하방향으로 이동된다.
상기 제 1 링크(63)의 슬라이딩부는 슬릿(62) 내주면의 직경과 동일하거나 조금 작은 직경을 가지는 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1 링크(63)의 타단에는 바 형태로 형성된 제 2 링크(64)의 일단이 피벗 회전 가능하게 결합되어 있으며, 상기 제 2 링크(64)는 제 1 링크(63)와 모터 구동축(65)을 연결하는 역할을 한다.
상기 제 2 링크(64)의 타단에는 모터(미도시)와 제 2 링크(64)를 연결시켜 주는 모터 구동축(65)이 결합되어 있으며, 모터에 연결된 모터 구동축(65)의 회전에 따라 제 2 링크(64)가 회전되고 제 2 링크(64)의 회전에 따라 제 1 링크(63)가 슬릿(62)을 따라 상하방향으로 이동된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 차량의 주행시 모터(미도시)는 회전하지 않고 상기 모터 구동축(65)도 회전되지 않으며 제 1 링크(63)는 슬릿(62)의 하단에 수평방향으로 배치되고 제 2 링크(64)는 모터 구동축(65)과 제 1 링크(63) 사이에 수직방향으로 배치되어 있다.
상기와 같은 배치에 따라, 상기 제 1 밸브(42)는 제 1 배기가스 통로(40)의 일단을 폐쇄하여 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 배기가스가 유동되지 않도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 차량의 초기 시동시 모터는 시계방향으로 90°회전되고 모터 구동축(65)도 시계방향으로 90°회전되며 모터 구동축(65)의 회전에 따라 제 2 링크(64) 역시 시계방향으로 90°회전되어 수평방향으로 배치되고 제 2 링크(64)의 회전에 따라 제 1 링크(63)는 슬릿(62)을 따라 상방으로 이동되어 슬릿(62)의 중앙에 수평방향으로 배치된다.
상기와 같은 배치에 따라, 상기 제 1 밸브(42)는 전체적으로 전방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로(40)의 일단을 개방시키고 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 배기기스가 유동되도록 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 차량의 과부하 주행시 모터는 시계방향으로 180°회전되고 모터 구동축(65)도 시계방향으로 180°회전되며 모터 구동축(65)의 회전에 따라 제 2 링크(64) 역시 시계방향으로 180°회전되어 상방으로 수직하게 배치되고 제 2 링크(64)의 회전에 따라 제 1 링크(63)는 슬릿(62)을 따라 상방으로 이동되어 슬릿(62)의 상단에 수평방향으로 배치된다.
상기와 같은 배치에 따라, 상기 제 1 밸브(42)는 다시 제 1 배기가스 통로(40)의 일단을 폐쇄시키고, 이에 따라 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 배기가스가 유동되지 않도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 밸브축(52)의 끝단에는 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지며 밸브축(52)의 길이방향으로 돌출된 밸브축 돌출부(54)가 형성된다.
즉, 상기 밸브축(52)은 일단에 제 2 밸브(50)가 연결되고 타단(제 2 링크(64)와 연결되는 끝단 부분)에 밸브축 돌출부(54)가 형성된다.
상기 밸브축 돌출부(54)의 반경은 밸브축(52)의 원형 단면 반경과 동일하고 밸브축 돌출부(54)의 호의 길이는 밸브축(52)의 원형 단면 원주의 1/4이 되도록 하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터 구동축(65)은 일단에 모터가 연결되고 타단(상기 제 2 링크(64)와 연결되는 끝단 부분)에 밸브축 돌출부(54)를 수용할 수 있도록 모터 구동축 함몰부(66)가 형성된다.
상기 모터 구동축 함몰부(66)는 모터 구동축(65)의 끝단이 내부로 함몰되어 형성되고 원형의 단면을 가지며, 모터 구동축 함몰부(66)의 직경은 밸브축(52)의 직경과 동일하거나 조금 크게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 밸브축 돌출부(54)는 모터 구동축 함몰부(66) 내부에 회전 가능하도록 수용되며, 밸브축 돌출부(54)가 회전됨에 따라 밸브축(52)이 회전되어 밸브축(52)과 연결된 제 2 밸브(50)를 회전시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터 구동축 함몰부(66)의 내부에는 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지며 돌출되는 모터 구동축 돌출부(67)가 형성된다.
상기 모터 구동축 돌출부(67)의 반경은 모터 구동축 함몰부(66)의 원형 단면 반경과 동일하고 모터 구동축 돌출부(67)의 호의 길이는 모터 구동축 함몰부(66)의 원형 단면 원주의 길이의 1/4이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터 구동축 돌출부(67)와 밸브축 돌출부(54)는 동일한 크기의 반경, 호의 길이 및 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 모터 구동축 돌출부(67)와 밸브축 돌출부(54)는 모터 구동축 함몰부(66) 내에서 정확히 1/4의 영역을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 주행시 모터(미도시)는 회전하지 않고 상기 모터 구동축(65)도 회전되지 않으며 모터 구동축 돌출부(67)는 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 전방 하단에 배치되고 밸브축 돌출부(54)는 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 후방 상단에 배치된다.
상기와 같은 배치에 따라, 상기 제 2 밸브(50)는 회전되지 않아 바이패스 통로(14)를 폐쇄하며 바이패스 통로(14)를 통해 배기가스가 유동되지 않도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 차량의 초기 시동시 모터는 시계방향으로 90°회전되고 모터 구동축(65)도 시계방향으로 90°회전되며 모터 구동축(65)의 회전에 따라 모터 구동축 돌출부(67) 역시 시계방향으로 90°회전되어 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 전방 상단에 배치되나 밸브축 돌출부(54)는 모터의 회전에 아무런 영향을 받지 않아 여전히 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 후방 상단에 배치된다.
상기와 같은 배치에서, 상기 밸브축 돌출부(54)는 모터의 회전에 아무런 영향을 받지 않았으므로 제 2 밸브(50)는 여전히 회전되지 않고 바이패스 통로(14)를 폐쇄하여 바이패스 통로(14)를 통해 배기가스가 유동되지 않도록 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 차량의 과부하 주행시 모터는 시계방향으로 180°회전되고 모터 구동축(65)도 시계방향으로 180°회전되며, 모터 구동축(65)의 회전에 따라 모터 구동축 돌출부(67) 역시 시계방향으로 180°회전되어 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 후방 상단에 배치되고, 모터 구동축 함몰부(66)의 회전에 따라 밸브축 돌출부(54)는 밀려서 시계방향으로 90°회전되어 도시된 실시예에서 모터 구동축 함몰부(66)의 후방 하단으로 이동된다.
상기와 같은 배치에서, 상기 밸브축 돌출부(54)는 시계방향으로 90° 회전되고 이에 따라 제 2 밸브(50)는 시계방향으로 90° 회전되어 바이패스 통로(14)를 개방하며 바이패스 통로(14)를 통해 배기가스가 유동되도록 한다.
상기 제 2 밸브(50)가 개방된 상태에서 다시 폐쇄된 상태로 돌아오기 위해서는 복원력이 필요하고 도시되지는 않았지만 상기 바이패스 통로(14)의 측면과 밸브축(52) 사이의 결합부분은 탄성부재로 구성되어 모터가 밸브축(52)을 반시계방향으로 90° 회전시켜 다시 초기 상태로 복귀하면 제 2 밸브(50)도 탄성력에 의해 초기 상태 즉, 폐쇄된 상태로 돌아오도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 차량의 초기 시동시 모터는 시계방향으로 90° 회전하며 제 1 링크(63) 및 제 2 링크(64)를 슬릿(62)의 중앙 부분에 수평방향으로 배치되도록 하고, 모터 구동축 돌출부(67)는 모터 구동축 함몰부(66)의 전방 상단에 오도록 한다.
이때, 상기 제 1 밸브(42)는 전방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로(40)를 개방하고 제 2 밸브(50)는 폐쇄되어 있으며, 배기가스는 제 1 배기가스 통로(40)를 통해 이동되며 냉각수 통로(32)를 유동하는 냉각수를 직접 가열시켜 차량의 배기열 회수장치 역할을 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 주행시 모터는 회전되지 않고 제 1 링크(63)는 슬릿(62)의 하단부에 수평방향으로 배치되며 모터 구동축 돌출부(67)는 모터 구동축 함몰부(66)의 전방 하단에 배치된다.
이때, 상기 제 1 밸브(42)는 이동되지 않고 제 1 배기가스 통로(40)를 폐쇄하며 제 2 밸브(50) 역시 회전되지 않고 바이패스 통로(14)를 폐쇄하여 배기가스는 제 2 배기가스 통로(16)를 통해 이동하며 열전소자(20)의 일측면을 가열시킨다.
이에 따라, 상기 열전소자(20)의 양측면 사이에는 온도차가 발생되고, 이러한 온도차에 의해 열전소자(20) 내부에 전기가 발생되며 열전소자(20)에 의해 생산된 전기는 열전소자(20)에 전기적으로 연결되어 있는 배터리를 충전함으로써, 열전발전장치 역할을 하게 된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 차량의 과부하 주행시 모터는 시계방향으로 180° 회전하고 제 1 링크(63)는 슬릿(62)의 상단부에 수평방향으로 배치되며, 밸브축 돌출부(54)는 모터 구동축 돌출부(67)에 의해 밀려 모터 구동축 함몰부(66)의 후방 하단으로 회전된다.
이때, 상기 제 1 밸브(42)는 제 1 배기가스 통로(40)를 폐쇄하고 제 2 밸브(50)는 시계방향으로 90°회전하여 바이패스 통로(14)를 개방하고 있으며, 배기가스는 상기 제 2 배기가스 통로(16)로 소량 유동되고 바이패스 통로(14)로 대부분 유동되며 차량의 과열을 방지하는 역할을 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 고온부
12 : 배기관
14 : 바이패스 통로
15 : 배기홀
16 : 제 2 배기가스 통로
20 : 열전소자
30 : 저온부
32 : 냉각수 통로
34 : 냉각수 분배기
35 : 냉각수 유입구
36 : 냉각수 집수기
37 : 냉각수 토출구
40 : 제 1 배기가스 통로
42 : 제 1 밸브
50 : 제 2 밸브
52 : 밸브축
54 : 밸브축 돌출부
60 : 작동부
61 : 연장부
62 : 슬릿
63 : 제 1 링크
64 : 제 2 링크
65 : 모터 구동축
66 : 모터 구동축 함몰부
67 : 모터 구동축 돌출부
12 : 배기관
14 : 바이패스 통로
15 : 배기홀
16 : 제 2 배기가스 통로
20 : 열전소자
30 : 저온부
32 : 냉각수 통로
34 : 냉각수 분배기
35 : 냉각수 유입구
36 : 냉각수 집수기
37 : 냉각수 토출구
40 : 제 1 배기가스 통로
42 : 제 1 밸브
50 : 제 2 밸브
52 : 밸브축
54 : 밸브축 돌출부
60 : 작동부
61 : 연장부
62 : 슬릿
63 : 제 1 링크
64 : 제 2 링크
65 : 모터 구동축
66 : 모터 구동축 함몰부
67 : 모터 구동축 돌출부
Claims (7)
- 내부로 고온의 배기가스가 통과하는 배기관 및 상기 배기관 내부에 설치되며 배기가스가 바이패스되는 바이패스 통로를 포함하는 고온부;
상기 배기관의 외부에 부착되며 열전현상을 이용하여 전기를 발생시키는 열전소자;
상기 열전소자의 외부에 길이방향으로 부착되며 내부로 냉각수가 흐르는 저온부;
상기 저온부 내부에 길이방향으로 설치되고, 양단이 상기 배기관에 연결되어 있으며, 내부로 고온의 배기가스가 통과하여 냉각수를 가열시키는 제 1 배기가스 통로;
상기 배기관의 내주면에 부착되며, 상기 제 1 배기가스 통로의 일단을 개폐 가능하도록 형성되는 제 1 밸브;
상기 배기관의 내주면과 바이패스 통로의 외주면 사이 공간에 형성된 제 2 배기가스 통로;
상기 바이패스 통로의 후단에 배치되며, 상기 바이패스 통로의 측면에 결합된 밸브축에 결합되어 밸브축을 기준으로 회전 가능하도록 설치되는 제 2 밸브; 및
일단이 상기 제 1 밸브에 연결되고 타단은 모터 및 밸브축에 연결되어 상기 모터의 회전에 의해 제 1 밸브가 전후방향으로 이동되고 제 2 밸브가 밸브축을 기준으로 회전되도록 하는 작동부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작동부는,
상기 제 1 밸브의 측면에서 후방으로 연장되며, 내부에 상하방향으로 형성된 슬릿을 구비하는 연장부;
일단이 상기 슬릿에 수용되어 상하방향으로 슬라이딩 가능하며, 후방으로 연장된 제 1 링크;
일단이 상기 제 1 링크의 타단에 회전 가능하도록 연결되는 제 2 링크; 및
상기 제 2 링크의 타단에 결합되어 있으며 모터와 제 2 링크 사이를 연결하여 모터의 회전에 의해 제 2 링크가 회전되도록 하는 모터 구동축; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 2 항에 있어서,
상기 밸브축의 끝단에서 길이방향으로 돌출되어 형성되며, 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지는 밸브축 돌출부;
상기 모터 구동축의 끝단에서 상기 밸브축 돌출부를 수용할 수 있도록 함몰되어 형성되는 모터 구동축 함몰부; 및
상기 모터 구동축 함몰부의 내부에 돌출되어 형성되며, 중심각의 크기가 90°인 부채꼴 형태의 단면을 가지는 모터 구동축 돌출부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 3 항에 있어서, 차량의 주행시,
상기 제 1 링크는 슬릿의 하단에 배치되어 제 1 밸브가 제 1 배기가스 통로의 일단을 폐쇄하도록 하고,
상기 밸브축 돌출부 및 모터 구동축 돌출부는 모터 구동축 함몰부 내에서 서로 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 4 항에 있어서, 차량의 초기 시동시,
상기 모터 구동축은 모터에 의해 차량 주행시 모터 위치를 기준으로 시계방향으로 90°회전되어 제 1 링크가 슬릿의 중앙에 배치되도록 하고,
상기 제 1 링크의 위치에 따라 제 1 밸브는 전방으로 이동되어 제 1 배기가스 통로의 일단을 개방하며,
상기 밸브축 돌출부 및 모터 구동축 돌출부는 모터 구동축 함몰부의 상부에 서로 측면이 접촉된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 4 항에 있어서, 차량의 과부하 주행시,
상기 모터 구동축은 모터에 의해 차량 주행시 모터 위치를 기준으로 시계방향으로 180°회전되어 제 1 링크가 슬릿의 상단에 배치되도록 하고,
상기 제 1 링크의 위치에 따라 제 1 밸브는 제 1 배기가스 통로의 일단을 폐쇄하며,
상기 밸브축 돌출부는 모터 구동축 돌출부의 회전에 의해 모터 구동축 돌출부와 접촉된 상태로 시계방향으로 90°회전되어 제 2 밸브를 회전시키는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저온부는,
상기 열전소자 외측면에 결합되며, 내부로 냉각수가 유동되어 열전소자와 접촉하는 면을 냉각시키는 냉각수 통로;
상기 냉각수 통로의 일측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구를 구비하는 냉각수 분배기; 및
상기 냉각수 통로의 타측에 장착되어 연통되며, 냉각수가 토출되는 냉각수 토출구를 구비하는 냉각수 집수기; 를 포함하며,
상기 냉각수 통로, 냉각수 분배기 및 냉각수 집수기는 길이방향으로 배치되어 서로 연통된 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조.
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