KR101887951B1 - Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine - Google Patents

Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine Download PDF

Info

Publication number
KR101887951B1
KR101887951B1 KR1020160167957A KR20160167957A KR101887951B1 KR 101887951 B1 KR101887951 B1 KR 101887951B1 KR 1020160167957 A KR1020160167957 A KR 1020160167957A KR 20160167957 A KR20160167957 A KR 20160167957A KR 101887951 B1 KR101887951 B1 KR 101887951B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
turbine
rotational force
exhaust
blowing fan
exhaust pipe
Prior art date
Application number
KR1020160167957A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180066754A (en
Inventor
김한솔
Original Assignee
현대오트론 주식회사
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 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020160167957A priority Critical patent/KR101887951B1/en
Publication of KR20180066754A publication Critical patent/KR20180066754A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101887951B1 publication Critical patent/KR101887951B1/en

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 from exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from 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
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • 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
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F01N13/1827—Sealings specially adapted for exhaust systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/006—Motors
    • 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

Abstract

본 발명은 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법은, 엔진에 연통되어 배기 가스가 배출되는 배기관; 상기 배기관의 외부에 흡열부가 장착되어 있는 열전소자; 상기 배기관의 내부에 장착되어 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 터빈; 상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 전달하는 샤프트; 상기 샤프트에 연결되어 있고 대기로부터 냉각용 공기를 흡입하는 송풍팬; 및 상기 배기관을 외부에서 감싸는 외벽관을 포함하여 구성된다.A thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an engine exhaust pressure are disclosed. According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an engine exhaust pressure include: an exhaust pipe communicating with an engine to exhaust an exhaust gas; A thermoelectric element having a heat absorbing portion mounted on the outside of the exhaust pipe; A turbine mounted inside the exhaust pipe and generating a rotating force by exhaust gas at a high pressure; A shaft for transmitting rotational force generated from the turbine; A blowing fan connected to the shaft and sucking cooling air from the atmosphere; And an outer wall tube that surrounds the exhaust pipe from the outside.

Description

엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법 {THERMOELECTRIC ELEMENT COOLING APPARATUS AND METHOD USING EXHAUST GAS PRESSURE OF ENGINE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a cooling apparatus and a cooling method for a thermoelectric element using an engine exhaust pressure,

본 발명은 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 엔진 배기가스의 운동에너지를 이용하여 열전소자를 냉각시킬 수 있는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an engine exhaust pressure, and more particularly to a thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an engine exhaust pressure capable of cooling a thermoelectric element using kinetic energy of an engine exhaust gas And a cooling method.

일반적으로 자동차에 탑재되는 엔진은 투입된 연료에너지의 30% 정도만이 엔진 출력 에너지로 변환되고 나머지 에너지는 냉각손실, 복사손실, 마찰손실, 배기손실 등으로 소모된다. 이 중 배기손실은 대략 30% 정도에 달한다. 따라서, 고온 고압으로 배출되는 배기 에너지를 활용하려는 연구가 진행되고 있으며, 최근 배기 가스를 이용한 발전 장치도 소개되고 있다.Generally, an engine mounted on an automobile converts only about 30% of the fuel energy into engine output energy, and the remaining energy is consumed by cooling loss, radiation loss, friction loss, exhaust loss, and the like. Among them, the exhaust loss reaches about 30%. Therefore, studies are being conducted to utilize the exhaust energy discharged at a high temperature and a high pressure, and a power generation apparatus using exhaust gas has recently been introduced.

차량용 열전발전 장치에 관한 최근의 선행기술이 대한민국 공개특허출원 제 10-2016-0026396 호에 개시되어 있고, 도 1과 같은 해당 발명의 차량용 열전발전 장치를 나타낸 단면구성이 도시되어 있다.A recent prior art relating to a thermoelectric generator for a vehicle is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0026396, and shows a sectional configuration of a thermoelectric generator for a vehicle according to the present invention as shown in Fig.

도 1을 참조하면, 상기 발명의 차량용 열전발전 장치는 엔진(10)에서 발생하여 배기매니폴더(20)로 배출되는 엔진 폐열을 이용하는 것으로서, 엔진(10)과 배기매니폴더(20)의 선단부 사이에 고열전도성을 갖는 전도블럭(110)을 설치하고, 이 전도블럭(110)의 일측면에 열전소자 모듈(121)을 장착하여서, 엔진(10)에서 배출되는 폐열 가스(엔진에서 배출되는 폐열을 포함한 배기가스)의 열손실을 최소화하여 엔진(10)에서 배출하는 최고온의 폐열을 이용하여 고효율의 열전발전을 할 수 있도록 하는 구성임을 알 수 있다.The thermoelectric generator for a vehicle according to the present invention uses engine waste heat generated in the engine 10 and discharged to the exhaust manifold 20 and is used between the engine 10 and the front end portion of the exhaust manifold 20, And a thermoelectric module 121 is mounted on one side of the conduction block 110 so that waste heat gas discharged from the engine 10 It is possible to minimize the heat loss of the engine 10 and to perform high efficiency thermoelectric power generation using waste heat of the highest temperature discharged from the engine 10.

이와 같이, 엔진으로부터 배출되는 배기열을 이용하는 연구가 진행되고 있으나 엔진으로부터 배출되는 배기압을 이용하는 구성 및 방법은 연구되고 있지 않다.As described above, studies using exhaust heat emitted from an engine are underway, but a configuration and a method using an exhaust pressure exhausted from an engine have not been studied.

한편, 열전소자(Thermo Electric Module)는 흡열부와 냉각부 사이의 온도차에 의해 전력을 발생하게 되며, 기계적인 구동부 없이 열을 직접 전기로 변환할 수 있다는 특징이 있다.On the other hand, the thermoelectric module generates power by the temperature difference between the heat absorbing part and the cooling part, and is capable of directly converting heat into electricity without a mechanical driving part.

열전소자는 흡열부와 냉각부 사이의 온도차가 클수록 발전 효율이 높으므로 큰 온도차를 발생시키기 위해 고온부에 수냉이나 공냉의 방식을 적용하지만, 이러한 추가적인 냉각 방식을 도입하기 위해서는 냉각팬이나 냉각수 순환 펌프 등을 추가로 도입해야 하므로 별도의 전기에너지 투입이 요구되고, 따라서 전체 에너지 효율이 다시 낮아지게 되는 문제가 있다.In order to generate a large temperature difference, a water-cooling or air-cooling system is applied to a high-temperature part because a thermoelectric element has a higher power generation efficiency as the temperature difference between the heat-absorbing part and the cooling part becomes larger. However, in order to introduce this additional cooling method, There is a problem that the total energy efficiency is lowered again.

대한민국 공개특허출원 제 10-2016-0026396 호Korean Patent Application No. 10-2016-0026396

본 발명의 일 실시 예는, 자동차 엔진으로부터 그대로 배출되는 배기압을 이용하여 열전소자를 냉각시키기 위해 공랭 장치를 구성함으로써 새로운 방식의 엔진의 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an exhaust pressure of a new-type engine by constructing an air-cooling apparatus for cooling a thermoelectric element by using an exhaust pressure as it is discharged from an automobile engine.

본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진에 연통되어 배기 가스가 배출되는 배기관;According to an aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus comprising: an exhaust pipe communicating with an engine to exhaust exhaust gas;

상기 배기관의 외부에 흡열부가 장착되어 있는 열전소자;A thermoelectric element having a heat absorbing portion mounted on the outside of the exhaust pipe;

상기 배기관의 내부에 장착되어 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 터빈;A turbine mounted inside the exhaust pipe and generating a rotating force by exhaust gas at a high pressure;

상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 배기관 외부로 전달하는 샤프트;A shaft for transmitting rotational force generated from the turbine to the outside of the exhaust pipe;

상기 샤프트에 연결 및 회전되어 대기로부터 냉각용 공기를 흡입하는 송풍팬; 및A blowing fan connected to the shaft and rotated to suck cooling air from the atmosphere; And

상기 배기관을 외부에서 감싸는 외벽관;An outer wall tube which surrounds the exhaust pipe from outside;

을 포함하되, 상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 송풍팬으로 전달하는 샤프트 상에 주행풍으로 인해 송풍팬에서 생성되는 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 방지하는 원웨이 클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치을 제공한다.Further comprising a one-way clutch for preventing rotational force generated in the blowing fan from being transmitted to the turbine due to traveling wind on a shaft for transmitting the rotational force generated from the turbine to the blowing fan. A thermoelectric-element cooling apparatus using atmospheric pressure is provided.

본 발명은 또한 터빈으로부터 발생된 회전력을 송풍팬으로 전달하는 샤프트 상에 원웨이 클러치를 더 포함시켜 정방향 회전만이 가능하게 실시할 수도 있다.The present invention may also include a one-way clutch on the shaft for transmitting the rotational force generated from the turbine to the blowing fan so that only forward rotation is possible.

본 발명의 출력축에는 터빈으로부터 발생된 회전 출력의 토크를 증대시키는 감속기를 더 포함시킬 수 있다.The output shaft of the present invention may further include a speed reducer that increases the torque of the rotation output generated from the turbine.

본 발명의 일 실시 예로서 적용되는 열전소자에는 냉각부에 냉각핀을 포함하여 구성할 수 있다.The thermoelectric element applied as one embodiment of the present invention may include a cooling fin in the cooling section.

또한 바람직하게는 배기관을 단열하는 단열재를 더 포함할 수 있으며, 샤프트가 배기관을 관통하는 부위에 배기 가스의 누출을 방지하는 실링부를 더 포함할 수 있다.The exhaust pipe may further include a heat insulating material for insulating the exhaust pipe, and may further include a sealing portion for preventing leakage of the exhaust gas to a portion of the shaft through the exhaust pipe.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 방법으로서,According to another aspect of the present invention, there is provided a method of cooling a thermoelectric element using an engine exhaust pressure,

(a) 엔진으로부터 배출되는 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 터빈을 회전시키는 배기 가스 에너지 발생 단계;(a) an exhaust gas energy generating step of rotating a turbine generating a rotational force by a high-pressure exhaust gas discharged from an engine;

(b) 상기 터빈으로부터의 회전력을 샤프트를 통해 송풍팬에 전달하는 에너지 전달 단계; 및(b) an energy transferring step of transferring rotational force from the turbine to the blowing fan through the shaft; And

(c) 상기 송풍팬에 전달된 에너지로 송풍팬을 회전시키는 송풍팬 회전 단계;(c) a blowing fan rotating step of rotating the blowing fan with the energy transferred to the blowing fan;

를 포함하되, 상기 (b) 단계에서 주행풍으로 인해 송풍팬에서 생성되는 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 방지하는 원웨이 클러치에 의해, 터빈으로부터의 회전력의 역회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the reverse rotation of the rotational force from the turbine is prevented by the one-way clutch that prevents the rotational force generated in the blowing fan from being transmitted to the turbine due to the traveling wind in the step (b).

삭제delete

또한, (c) 단계에서, 감속기에 의해 터빈으로부터 전달되는 회전력을 증대시킬 수 있다.Further, in the step (c), the rotational force transmitted from the turbine by the reducer can be increased.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치 및 냉각 방법은, 자동차 엔진으로부터 배출되는 엔진 배기 가스의 압력 에너지를 이용하여 종래의 수냉 방식과 대비하여 구조가 간단하면서 별도의 냉매가 필요하지 않고 냉매를 순환시키기 위한 별도 전력이 필요하지 않으며, 종래의 대기온도에 의존하는 공냉 방식과 대비하여 송풍을 통해 큰 온도차를 발생시켜 발전 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric-element cooling apparatus and a cooling method using an engine exhaust pressure can be simplified as compared with a conventional water-cooling system using pressure energy of engine exhaust gas discharged from an automobile engine, It is possible to provide an effect of increasing the power generation efficiency by generating a large temperature difference through air blowing as compared with the air cooling method which is dependent on the conventional atmospheric temperature and does not require any additional power for circulating the coolant .

도 1은 종래의 차량용 열전발전 장치를 나타낸 단면구성도의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치의 모식도이다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도 및 일부 확대 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a sectional configuration diagram of a conventional thermoelectric generator for a vehicle.
2 is a schematic diagram of a thermoelectric-element cooling apparatus using an engine exhaust pressure according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view and partially enlarged schematic view taken along the line AA in Fig.

이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명한다. 후술되는 본 발명의 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시 예에 관련하여 다른 실시 예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.Various embodiments of the present invention will now be described by way of specific embodiments shown in the accompanying drawings. The differences between the embodiments of the present invention described below are to be understood as mutually exclusive. That is, the specific shapes, structures, and characteristics described may be embodied in other embodiments in accordance with one embodiment without departing from the spirit and scope of the present invention, It is to be understood that the arrangements may be altered, where like reference numerals refer to like or similar features throughout the several views, and length and area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 A-A선에 따른 단면도 및 일부 확대 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic view of a thermoelectric-element cooling apparatus using an engine exhaust pressure according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치는 배기관(110), 열전소자(120), 터빈(130), 샤프트(140), 송풍팬(150) 및 외벽관(160)을 포함하여 구성되어 있다.2 and 3, the thermoelectric-element cooling apparatus using the engine exhaust pressure includes an exhaust pipe 110, a thermoelectric element 120, a turbine 130, a shaft 140, a blowing fan 150, 160).

배기관(110)은 엔진에 연통되어 배기 가스가 배출되고, 외벽관(160)은 배기관(110)을 외부에서 감싼다. 배기관(110)은 동심축 방향으로 형성된 내부 파이프와 외부 파이프 형태이어도 좋다.The exhaust pipe 110 communicates with the engine to exhaust the exhaust gas, and the outer wall pipe 160 surrounds the exhaust pipe 110 from the outside. The exhaust pipe 110 may be in the form of an inner pipe and an outer pipe formed in a concentric axial direction.

열전소자(120)는 흡열부(121)가 배기관(110)의 외부에 장착되어 있고, 냉각부(122)에 냉각핀(125)이 접촉되어 있으며, 흡열부(121)와 냉각부(122) 사이에 열전 반도체(123)가 위치되어 있다.The thermoelectric element 120 includes a heat absorbing portion 121 and a cooling portion 122. The heat absorbing portion 121 is mounted on the outside of the exhaust pipe 110. The cooling fin 125 is in contact with the cooling portion 122, A thermoelectric semiconductor 123 is placed between the electrodes.

열전 반도체(123)는 다수 개의 P형 반도체 및 N형 반도체가 평면상에 교대로 배열되어 있으며, 상기 P형 반도체 및 N형 반도체의 상하에 각각 도체의 판상으로 된 흡열부(121)와 냉각부(122) 가 구비되어 있다.The thermoelectric semiconductor 123 includes a plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors alternately arranged on a plane, and a heat absorbing portion 121 formed on the upper and lower sides of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, (Not shown).

흡열부(121)와 냉각부(122)는 P형 반도체 및 N형 반도체를 상하에서 서로 엇갈리게 짝짓도록 배치되어 있다. 흡열부(121)와 냉각부(122)는 모두 절단 및 분리되어 있는 것처럼 도시되었으나, 각각 1개의 판상으로 각 부분들이 모두 연결되어 형성될 수도 있으며, 일부가 연결되어 형성될 수도 있고, 모두 분리되어 형성될 수도 있다.The heat absorbing portion 121 and the cooling portion 122 are arranged such that the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are offset from each other in the vertical direction. Although the heat absorbing part 121 and the cooling part 122 are shown as being cut and separated, they may be formed by connecting all the parts in a single plate shape, .

열전소자는 도 3에 나타낸 바와 같이 원주 방향으로 일정각도를 갖고 균일하게 다수개 배치될 수 있으며, 도 2에 나타낸 바와 같이 배기관 종 방향으로 또한 다수개 배치될 수 있다.As shown in FIG. 3, the thermoelectric elements may be uniformly arranged at a predetermined angle in the circumferential direction, and a plurality of thermoelectric elements may be arranged in the longitudinal direction of the exhaust pipe as shown in FIG.

다음으로 배기관 내에 설치된 샤프트의 후방 끝단에 장착된 터빈(130)은 배기관(110)의 내부에 장착되어 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 구성으로서, 축류 압축기에 사용되는 터빈 블레이드 구조나 임펠러 구조 등이 적용될 수 있다.Next, the turbine 130 mounted on the rear end of the shaft installed in the exhaust pipe is installed in the exhaust pipe 110 to generate rotational force by exhaust gas of high pressure. The turbine blade structure used in the axial compressor, the impeller structure Etc. may be applied.

샤프트(140)는 터빈(130)으로부터 발생된 회전력을 송풍팬(150)에 전달한다.The shaft 140 transmits the rotational force generated from the turbine 130 to the blowing fan 150.

샤프트(140)는 배기관 하류 방향 일단은 터빈(130)과 연결되어 있고 타단에는 송풍팬(150)이 연결되어 있다. 샤프트(140)는 배기관(110)의 외측으로 관통되어 송풍팬(150)에 연결되어 있다.One end of the shaft 140 downstream of the exhaust pipe is connected to the turbine 130, and the other end of the shaft 140 is connected to a blowing fan 150. The shaft 140 is penetrated to the outside of the exhaust pipe 110 and connected to the blowing fan 150.

샤프트(140)가 배기관(110)으로부터 관통되어 있는 부위에는 배기 가스의 누출을 방지하는 실링부(190)가 실링되어 있으며, 고온 고압의 배기 가스 누출을 방지할 수 있도록 바람직하게는 라비린스 씰 구조가 채택될 수 있다.A sealing portion 190 is sealed to prevent leakage of the exhaust gas to the portion where the shaft 140 is passed from the exhaust pipe 110. In order to prevent leakage of exhaust gas at high temperature and high pressure, a labyrinth seal structure Can be adopted.

다음으로 샤프트 상에 배치된 원웨이 클러치(170)는 터빈(130)으로부터 발생된 회전력을 송풍팬(150)으로 전달함에 있어서, 차량이 고속으로 주행할 때 발생하는 주행풍으로 인해 역방향 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 차단하고, 터빈의 정회전 회전력만을 송풍팬에 전달하는 기능을 갖는다.Next, the one-way clutch 170 disposed on the shaft transfers the rotational force generated from the turbine 130 to the blowing fan 150. Due to the running wind generated when the vehicle travels at a high speed, And transmits only the rotation torque of the turbine to the blower fan.

감속기(180)는 터빈(130)으로부터 발생된 회전 토크를 증대시키기 위해 설치될 수 있다.The speed reducer 180 may be installed to increase the rotational torque generated from the turbine 130.

냉각핀(125)은 열전소자(120)를 냉각하고 단열재(112)는 배기관(110)을 단열하는 역할을 한다.The cooling fin 125 cools the thermoelectric element 120 and the heat insulator 112 serves to insulate the exhaust pipe 110.

송풍팬(150)은 대기로부터 냉각용 공기를 흡입하고, 송풍팬(150)이 회전하면서 발생된 공기는 외벽관(160)을 통해 이동하여 열전소자(120)의 냉각부(122)에 접촉되어 있는 냉각핀(125)으로부터 열기를 방출시킨다.The air blowing fan 150 sucks the cooling air from the atmosphere and the air generated as the blowing fan 150 rotates moves through the outer wall tube 160 and contacts the cooling part 122 of the thermoelectric element 120 And radiates heat from the cooling fins 125 provided therein.

도 2 및 도 3을 함께 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 관계를 기술하면, 배기 가스가 배기관(110)을 통해 배출된다. 배기관(110)에는 터빈(130)이 장착되어 고압의 배기 가스에 의해 회전력이 발생되고 샤프트(140)를 통해 송풍팬(150)으로 전달된다. 원웨이 클러치(170)는 터빈(130)으로부터 발생된 회전력을 감속기(180)로 전달하며 주행풍으로 인해 송풍팬에서 생성되는 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 방지한다.2 and 3, the exhaust gas is exhausted through the exhaust pipe 110. As shown in FIG. A turbine 130 is installed in the exhaust pipe 110 to generate a rotational force by exhaust gas of high pressure and is transmitted to the blowing fan 150 through the shaft 140. The one-way clutch 170 transmits the rotational force generated from the turbine 130 to the speed reducer 180 and prevents the rotational force generated in the blowing fan due to the traveling wind from being transmitted to the turbine.

따라서, 본 발명에 따르면 자동차 엔진으로부터 배출되는 엔진 배기 가스의 압력 에너지를 이용하여 열전소자의 온도차를 발생시켜 발전 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to provide the effect of increasing the power generation efficiency by generating the temperature difference of the thermoelectric elements by using the pressure energy of the engine exhaust gas discharged from the automobile engine.

엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 방법으로서, (a) 엔진으로부터 배출되는 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키기 위해 터빈을 회전시킨다.A method for cooling a thermoelectric element using an engine exhaust pressure, the method comprising the steps of: (a) rotating the turbine to generate rotational force by high-pressure exhaust gas discharged from the engine;

(b) 터빈으로부터의 회전력을 샤프트를 통해 송풍팬에 전달한다. 이 때, 원웨이 클러치에 의해 터빈으로부터의 회전력의 역회전을 방지한다.(b) Transmits the rotational force from the turbine to the blower fan through the shaft. At this time, reverse rotation of the rotational force from the turbine is prevented by the one-way clutch.

(c) 송풍팬에 전달된 에너지로 송풍팬을 회전시키고, 송풍팬의 회전력을 증대시키기 위해 감속기가 구비되어 있다.(c) A reducer is provided to rotate the blowing fan with the energy delivered to the blowing fan and to increase the rotational force of the blowing fan.

이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Deletion, addition or the like of the present invention may be variously modified and changed within the scope of the present invention.

110: 배기관 120: 열전소자
121: 흡열부 122: 냉각부
123: 열전 반도체 125: 냉각핀
130: 터빈 140: 샤프트
150: 송풍팬 160: 외벽관
170: 원웨이 클러치 180: 감속기
190: 실링부110: exhaust pipe 120: thermoelectric element
121: heat absorbing portion 122: cooling portion
123: thermoelectric semiconductor 125: cooling pin
130: turbine 140: shaft
150: blower fan 160: outer wall tube
170: one-way clutch 180: speed reducer
190: sealing part

Claims (9)

엔진에 연통되어 배기 가스가 배출되는 배기관;
상기 배기관의 외부에 흡열부가 장착되어 있는 열전소자;
상기 배기관의 내부에 장착되어 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 터빈;
상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 배기관 외부로 전달하는 샤프트;
상기 샤프트에 연결 및 회전되어 대기로부터 냉각용 공기를 흡입하는 송풍팬; 및
상기 배기관을 외부에서 감싸는 외벽관;
을 포함하되,
상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 송풍팬으로 전달하는 샤프트 상에 주행풍으로 인해 송풍팬에서 생성되는 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 방지하는 원웨이 클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치.An exhaust pipe communicating with the engine to exhaust the exhaust gas;
A thermoelectric element having a heat absorbing portion mounted on the outside of the exhaust pipe;
A turbine mounted inside the exhaust pipe and generating a rotating force by exhaust gas at a high pressure;
A shaft for transmitting rotational force generated from the turbine to the outside of the exhaust pipe;
A blowing fan connected to the shaft and rotated to suck cooling air from the atmosphere; And
An outer wall tube which surrounds the exhaust pipe from outside;
≪ / RTI >
Further comprising a one-way clutch for preventing a rotational force generated in the blowing fan from being transmitted to the turbine due to the traveling wind on a shaft for transmitting the rotational force generated from the turbine to the blowing fan. Device cooling device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 터빈으로부터 발생된 회전력의 토크를 증대시키는 감속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치.The method according to claim 1,
Wherein the apparatus further comprises a speed reducer for increasing a torque of a rotational force generated from the turbine. 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 열전소자의 냉각부에 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치.The method according to claim 1,
Wherein the apparatus further comprises a cooling fin in a cooling section of the thermoelectric element. 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 배기관을 단열하는 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치.The method according to claim 1,
Wherein the apparatus further comprises a heat insulating material for insulating the exhaust pipe. 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 샤프트가 배기관을 관통하는 부위에 배기 가스의 누출을 방지하는 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 장치.The method according to claim 1,
Wherein the apparatus further comprises a sealing portion for preventing exhaust gas from leaking to a portion where the shaft passes through the exhaust pipe. 제 1 항에 따른 엔진 배기압을 이용한 열전소자 냉각 방법으로서,
(a) 엔진으로부터 배출되는 고압의 배기 가스에 의해 회전력을 발생시키는 터빈을 회전시키는 배기 가스 에너지 발생 단계;
(b) 상기 터빈으로부터의 회전력을 샤프트를 통해 송풍팬에 전달하는 에너지 전달 단계; 및
(c) 상기 송풍팬에 전달된 에너지로 송풍팬을 회전시키는 송풍팬 회전 단계;
를 포함하되,
상기 (b) 단계에서 주행풍으로 인해 송풍팬에서 생성되는 회전력이 터빈으로 전달되는 것을 방지하는 원웨이 클러치에 의해, 터빈으로부터의 회전력의 역회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.A method for cooling a thermoelectric element using an engine exhaust pressure according to claim 1,
(a) an exhaust gas energy generating step of rotating a turbine generating a rotational force by a high-pressure exhaust gas discharged from an engine;
(b) an energy transferring step of transferring rotational force from the turbine to the blowing fan through the shaft; And
(c) a blowing fan rotating step of rotating the blowing fan with the energy transferred to the blowing fan;
, ≪ / RTI &
Wherein the reverse rotation of the rotational force from the turbine is prevented by the one-way clutch that prevents the rotational force generated in the blowing fan due to traveling wind from being transmitted to the turbine in the step (b). 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 감속기에 의해 터빈으로부터의 회전력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7,
Wherein in the step (c), the rotational force from the turbine is increased by the speed reducer.
KR1020160167957A 2016-12-09 2016-12-09 Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine KR101887951B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167957A KR101887951B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167957A KR101887951B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180066754A KR20180066754A (en) 2018-06-19
KR101887951B1 true KR101887951B1 (en) 2018-08-13

Family

ID=62790353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160167957A KR101887951B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101887951B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112228188B (en) * 2020-10-27 2021-09-03 湖南德力重工有限公司 Excavator exhaust treatment device and using method thereof
CN114135382A (en) * 2021-11-26 2022-03-04 中国北方发动机研究所(天津) Exhaust gas energy recovery cooling fan for hybrid power

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009106112A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Toshiba Corp On-vehicle power generation system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101637674B1 (en) 2014-09-01 2016-07-07 현대자동차주식회사 Thermoelectric Generation Device for vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009106112A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Toshiba Corp On-vehicle power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180066754A (en) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4295067A (en) Cooling apparatus for electrical machinery
US20100148514A1 (en) Wind turbine generating apparatus
CN107493059A (en) Hybrid solar generator
KR101887951B1 (en) Thermoelectric element cooling apparatus and method using exhaust gas pressure of engine
CN103210195A (en) Thermal integration of thermoelectric device
CN104806458B (en) Cooling mechanism
CN108964317A (en) A kind of stator winding heat dissipation structure for unmanned plane driving motor
JP2015516528A (en) Wind turbine cooling system
CN102769354A (en) Cooled fractional-horsepower motor
CN104812213A (en) Sealed type frequency transformer cooling device
JP2009293390A (en) Gas turbine engine
CN110805567A (en) Heat insulation type vortex air pump
CN102446877A (en) Semiconductor cooling device
KR101138526B1 (en) Vehicle having thermoelectric generation system using waste heat
KR20110083415A (en) Generating system by heat transmission for withdrawing exhaust heat of automobile
JP6350297B2 (en) Thermoelectric generator
CN211296470U (en) Electric machine
KR101634875B1 (en) Micro gas turbine with bearing cooling part
JP5765363B2 (en) Thermoelectric generator
CN210889481U (en) Duct type cooling fan based on semiconductor refrigeration element
KR101637674B1 (en) Thermoelectric Generation Device for vehicle
KR20130039149A (en) Annular thermoelectric generator which surrounds external exhaust pipe
JPH07227092A (en) Thermoelectric type electricity generator
US9790844B2 (en) Intake-air cooling apparatus for vehicle
KR102116827B1 (en) Thermoelement power generation system and tank having the same

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