KR101673693B1 - 차량용 열전 발전 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 열전 발전 구조에 관한 것으로서, 특히 배기가스가 유입되는 배기매니폴더(100)와; 상기 배기매니폴더(100)에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널(210)이 장착된 커버(200)와; 상기 커버(200)와 상기 배기매니폴더(100) 사이에 장착되어 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)로 구성되어, 차량의 배기매니폴더에 크기와 형상 조절이 자유로운 자성열전소재를 장착하여 열전 발전 장치로 사용함으로써 무게와 부피를 최소화시킬 수 있게 하여 상품성을 향상시키는 동시에 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 통해 자성열전소재로 전기 발생이 가능하게 하여 연비를 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

차량용 열전 발전 구조{Thermoelectric generation structure for vehicle}

본 발명은 차량용 열전 발전 구조에 관한 것으로서, 특히 차량의 배기계 및 엔진부와 같은 고온 열원부에 냉각시스템과 함께 장착하여 온도구배에 의해 전자가 이동되는 열전소자를 이용하여 전기를 발생시켜 연비를 향상시키고, 크기와 형상 조절이 자유롭게 하기 위한 차량용 열전 발전 구조에 관한 것이다.

일반적으로 현재 개발되고 있는 대부분의 차량용 열전발전시스템은 배기 파이프에 적용되고 있으며 저온의 배기가스열을 이용해 높은 출력값을 내고 있지 못하고 있다.

한편, 열전소자의 경우 고온부와 저온부간 온도차를 크게 가져갈수록 출력이 커진다.

그러나, 종래의 상용 열전 발전 소자는 n/p타입의 반도체 펠렛이 모듈 내 다수 필요하기 때문에 소자 크기와 형상이 거의 정해져 있어 곡선형태의 배기매니폴더에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

즉, 곡면의 매니폴더부와 평면의 상용소자 형상차이로 장착이 어렵고, 고출력을 위해 상용소자를 여러 개 장착해야 하지만 매니폴더부의 한정된 공간으로 장착에 한계가 있었다.

또한, 종래의 비자성체를 이용한 열전 발전 소자의 경우 소자를 구성하는 n/p 타입 반도체 펠렛의 크기와 개수가 출력향상에 큰 영향이 있기 때문에 소자 크기와 형상을 변화시키는 것이 불가능하며, 소자와 매니폴더가 접촉하는 면적이 고르게 장착되어야 출력을 제대로 얻을 수 있어 장착이 어려운 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2014-0086290

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 차량용 열전 발전 구조에 관한 것으로서, 특히 차량의 배기계 및 엔진부와 같은 고온 열원부에 냉각시스템과 함께 장착하여 온도구배에 의해 전자가 이동되는 열전소자를 이용하여 전기를 발생시켜 연비를 향상시키고, 크기와 형상 조절이 자유롭게 하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와; 상기 배기매니폴더에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널이 장착된 커버와; 상기 커버와 상기 배기매니폴더 사이에 장착되어 전기를 발생시키는 자성열전소재;를 포함함으로써 달성된다.

상기 자성열전소재와 상기 커버는 솔더링을 통해 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 자성열전소재는 전기 발생이 가능한 전극층을 포함하며, 상기 전극층은 차량의 전원부와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극층은 상기 자성열전소재의 하부 측에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되며, 상기 솔더링과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와; 상기 배기매니폴더에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널이 장착되고, 홈이 형성된 커버와; 상기 홈에 삽입되어 상기 커버와 상기 배기매니폴더 사이에 장착되며, 전기를 발생시키는 자성열전소재;를 포함함으로써 달성된다.

상기 홈과 상기 자성열전소재는 솔더링을 통해 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 자성열전소재는 전기 발생이 가능한 전극층을 포함하며, 상기 전극층은 차량의 전원부와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극층은 상기 자성열전소재의 하부 측에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되며, 상기 솔더링과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와; 상기 배기매니폴더에 구비되며, 홈이 형성된 커버와; 상기 홈에 삽입되며, 전기를 발생시키는 자성열전소재;를 포함함으로써 달성된다.

상기 자성열전소재 상부 측에 전기 발생이 가능한 전극층이 구비되며, 상기 전극층은 차량의 전원부와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와; 상기 배기매니폴더에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널이 장착된 커버와; 상기 커버 저면에 장착되어 전기를 발생시키는 자성열전소재와; 상기 자성열전소재 하부에 구비되며, 차량의 전원부와 연결되어 전기 발생이 가능하게 하는 전극층;을 포함함으로써 달성된다.

또한, 본 발명은 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와; 냉각이 가능하도록 저면에 수냉층이 형성된 커버와; 상기 배기매니폴더에 장착되어 전기를 발생시키는 자성열전소재와; 상기 자성열전소재와 상기 수냉층 사이에 구비되며, 차량의 전원부와 연결되어 전기 발생이 가능하게 하는 전극층;을 포함함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 차량의 배기매니폴더에 크기와 형상 조절이 자유로운 자성열전소재를 장착하여 열전 발전 장치로 사용함으로써 무게와 부피를 최소화시킬 수 있게 하여 상품성을 향상시키는 동시에 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 통해 자성열전소재로 전기 발생이 가능하게 하여 연비를 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조를 도시하는 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예를 도시하는 단면도,
도 4는 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예에서 전극층을 도시하는 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예에서 전극층의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 7은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예에서 전극층의 다른 예를 도시하는 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예에서 전극층의 또 다른 예를 도시하는 단면도,
도 10은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제1실시예에서 전극층의 또 다른 예를 도시하는 도면,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제2실시예를 도시하는 단면도,
도 14 내지 도 16은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제2실시예에서 전극층의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 17 내지 도 19는 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제3실시예를 도시하는 단면도,
도 20 및 도 21은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제4실시예를 도시하는 단면도,
도 22 내지 도 23은 본 발명의 차량용 열전 발전 구조의 제5실시예를 도시하는 단면도,
도 24는 본 발명의 차량용 열전 발전 구조에서 자성열전소재의 타입별 실시예를 도시하는 단면도.

본 발명의 제1실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 열전 발전 구조는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)와, 냉각수 마이크로채널(210)이 구비된 커버(200)와, 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)를 포함한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)는 배기가스가 유입되는 차량의 고온 열원부로, 배기매니폴더(100)뿐만 아니라 엔진부에도 본 발명이 적용될 수 있다.

커버(200)는 배기매니폴더(100)에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널(210)이 장착된다.

이때, 냉각수 마이크로채널(210)은 복수 개 구비되어 소정 간격을 두고 커버(200)에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

자성열전소재(300)는 커버(200)와 배기매니폴더(100) 사이에 장착되어 자성체의 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 이용하여 전기를 발생시켜 열전 발전이 가능하게 한다.

한편, 본 발명은 자성열전소재(300)의 구성이 n/p타입 반도체가 아닌 단일물질로 구성되기 때문에 소자의 크기와 형상을 조절할 수 있으며, 온도 차에 의한 자성열전소재(300) 내부의 스핀지벡 현상은 자성체 만의 고유한 성질로 다양한 자성체를 응용할 수 있다.

이때, 자성열전소재(300)와 커버(200)는 솔더링(S)을 통해 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 자성열전소재(300)는 전기 발생이 가능한 전극층(310)을 포함하며, 전극층(310)은 차량의 전원부(v)와 연결되도록 하여 자성열전소재(300)에서 전기를 발생시킬 수 있게 한다.

이때, 전극층(310)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 자성열전소재(300)의 하부 측이자 배기매니폴더(100)에 근접한 hot side부에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 전극층(310)이 자성열전소재(300)의 상부 측에 장착되어 배기매니폴더(100)로부터 이격되어 cold side부에 장착될 수도 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 전극층(310)의 일단은 자성열전소재(300)의 상부 측에 장착되며, 타단은 솔더링(S)과 연결되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 열전 발전 구조는 도 11 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)와, 냉각수 마이크로채널(210)이 구비되며 홈(220)이 형성된 커버(200)와, 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)를 포함한다.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)는 배기가스가 유입되는 차량의 고온 열원부로, 배기매니폴더(100)뿐만 아니라 엔진부에도 본 발명이 적용될 수 있다.

커버(200)는 배기매니폴더(100)에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널(210)이 장착되고, 하부에 복수의 홈(220)이 형성된다.

이때, 냉각수 마이크로채널(210)은 복수 개 구비되어 소정 간격을 두고 커버(200)에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

자성열전소재(300)는 커버(200)의 홈(220)에 삽입되어 커버(200)와 배기매니폴더(100) 사이에 장착되며, 자성체의 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 이용하여 전기를 발생시켜 열전 발전이 가능하게 한다.

이때, 커버(200)에 형성된 홈(220)과 자성열전소재(300)는 솔더링(S)을 통해 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 자성열전소재(300)는 전기 발생이 가능한 전극층(310)을 포함하며, 전극층(310)은 차량의 전원부(v)와 연결되도록 하여 자성열전소재(300)에서 전기를 발생시킬 수 있게 한다.

이때, 전극층(310)은 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 자성열전소재(300)의 하부 측이자 배기매니폴더(100)에 근접한 hot side부에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 전극층(310)이 자성열전소재(300)의 상부 측에 장착되어 배기매니폴더(100)로부터 이격되어 cold side부에 장착될 수도 있게 하는 동시에 솔더링(S)과 연결되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 열전 발전 구조는 도 17 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)와, 홈(220)이 형성된 커버(200)와, 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)를 포함한다.

도 17 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)는 배기가스가 유입되는 차량의 고온 열원부로, 배기매니폴더(100)뿐만 아니라 엔진부에도 본 발명이 적용될 수 있다.

커버(200)는 배기매니폴더(100)에 구비되며, 복수의 홈(220)이 관통 형성된다.

자성열전소재(300)는 커버(200)의 홈(220)에 관통 삽입되어 커버(200)와 배기매니폴더(100)를 연결하며, 자성체의 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 이용하여 전기를 발생시켜 열전 발전이 가능하게 한다.

이때, 제3실시예에서는 커버(200)에 형성된 홈(220)을 통해 자연공냉에 의한 냉각이 가능하게 한다.

또한, 자성열전소재(300)는 상부 측에 전기 발생이 가능한 전극층(310)이 구비되며, 전극층(310)은 차량의 전원부(v)와 연결되도록 하여 자성열전소재(300)에서 전기를 발생시킬 수 있게 한다.

본 발명의 제4실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 열전 발전 구조는 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)와, 냉각수 마이크로채널(210)이 구비된 커버(200)와, 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)와, 전기 발생이 가능하게 하는 전극층(310)을 포함한다.

도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)는 배기가스가 유입되는 차량의 고온 열원부로, 배기매니폴더(100)뿐만 아니라 엔진부에도 본 발명이 적용될 수 있다.

커버(200)는 배기매니폴더(100)에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널(210)이 장착된다.

이때, 냉각수 마이크로채널(210)은 복수 개 구비되어 소정 간격을 두고 커버(200)에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

자성열전소재(300)는 커버(200) 저면에 장착되어 자성체의 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 이용하여 전기를 발생시켜 열전 발전이 가능하게 한다.

전극층(310)은 자성열전소재(300) 하부에 구비되며, 차량의 전원부(v)와 연결되도록 하여 자성열전소재(300)에서 전기를 발생시킬 수 있게 한다.

본 발명의 제5실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 열전 발전 구조는 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)와, 수냉층(230)이 형성된 커버(200)와, 전기를 발생시키는 자성열전소재(300)와, 전기 발생이 가능하게 하는 전극층(310)을 포함한다.

도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 배기매니폴더(100)는 배기가스가 유입되는 차량의 고온 열원부로, 배기매니폴더(100)뿐만 아니라 엔진부에도 본 발명이 적용될 수 있다.

커버(200)는 배기매니폴더(100)에 구비되며, 냉각이 가능하도록 저면에 수냉층(230)이 형성된다.

이때, 수냉층(230)은 곡면 형상으로 이루어져 배기매니폴더(100)에 대응될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

자성열전소재(300)는 커버(200) 저면에 장착되어 자성체의 스핀지벡(spin seebeck) 현상을 이용하여 전기를 발생시켜 열전 발전이 가능하게 한다.

전극층(310)은 자성열전소재(300)와 수냉층(230) 사이에 구비되며, 차량의 전원부(v)와 연결되도록 하여 자성열전소재(300)에서 전기를 발생시킬 수 있게 한다.

한편, 본 발명의 제1실시예 내지 제5실시예에서 도 24에 도시된 바와 같이 자성열전소재(300)는 적용 분야에 따라 플렉서블한 타입의 자성열전소재(300a)가 구비될 수도 있고, 벌크 타입의 자성열전소재(300b)가 구비될 수도 있으며, 와이어 타입의 자성열전소재(300c)가 구비될 수도 있게 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 배기매니폴더 200 : 커버
210 : 냉각수 마이크로채널 220 : 홈
230 : 수냉층 300 : 자성열전소재
310 : 전극층

Claims (15)

1. 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와;
   상기 배기매니폴더에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널이 장착된 커버와;
   자성체로 이루어져 상기 커버와 상기 배기매니폴더 사이에 장착되어 자성체의 스핀지벡 현상을 통해 전기를 발생시켜 열전발전이 가능하게 하는 자성열전소재를 포함하되;
   상기 자성열전소재와 상기 커버는 솔더링을 통해 결합되고,
   상기 자성열전소재는 전기 발생이 가능한 전극층을 포함하며, 상기 전극층은 차량의 전원부와 연결되어 상기 자성열전소재에서 전기를 발생시키고,
   상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되며, 상기 솔더링과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전 발전 구조.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전 발전 구조.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극층은 상기 자성열전소재의 하부 측에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전 발전 구조.
   
6. 삭제
7. 배기가스가 유입되는 배기매니폴더와;
   상기 배기매니폴더에 구비되며, 냉각이 가능하도록 냉각수 마이크로채널이 장착되고, 홈이 형성된 커버와;
   자성체로 이루어져 상기 홈에 삽입되어 상기 커버와 상기 배기매니폴더 사이에 장착되며, 자성체의 스핀지벡 현상을 통해 전기를 발생시켜 열전발전이 가능하게 하는 자성열전소재를 포함하되;
   상기 홈과 상기 자성열전소재는 솔더링을 통해 결합되고,
   상기 자성열전소재는 전기 발생이 가능한 전극층을 포함하며, 상기 전극층은 차량의 전원부와 연결되어 상기 자성열전소재에서 전기를 발생시키고,
   상기 전극층은 상기 자성열전소재의 상부 측에 장착되며, 상기 솔더링과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전 발전 구조.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 전극층은 상기 자성열전소재의 하부 측에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전 발전 구조.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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