KR20040024196A - Apparatus for cooling engine using thermoelectric element in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 배기가스 폐열을 전기에너지로 변환하여 라디에터 팬을 구동시키기 위한 전원으로서 활용함에 의해 불필요한 라디에이터 풀리의 삭제가 가능하도록 하는 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an engine cooling apparatus using a thermoelectric element of a vehicle, and more particularly, to remove unnecessary radiator pulleys by converting waste heat of a vehicle into electric energy and using it as a power source for driving a radiator fan. It relates to an engine cooling device using a thermoelectric element of a vehicle.
주지된 바와 같이, 상용 트럭이나 버스 등과 같은 대형 차량의 경우에는 인-라인 타입(In-Line Type)의 엔진 라디에이터 시스템이 적용되거나, 엔진과 병렬로 장착된 라디에이터가 벨트 풀리에 의해 연결되어 구동되도록 되어 있다.As is well known, in the case of a large vehicle such as a commercial truck or a bus, an in-line type engine radiator system is applied, or a radiator mounted in parallel with the engine is connected and driven by a belt pulley. It is.
이러한 대형 차량의 라디에이터 시스템에서는 엔진의 크랭크 샤프트로부터 발생되는 구동력을 벨트 풀리의 연결상태에 의해 라디에이터 풀리로 전달시키도록 되어 있다.In the radiator system of such a large vehicle, the driving force generated from the crankshaft of the engine is transmitted to the radiator pulley by the connection state of the belt pulley.
그러나, 이러한 대형 차량의 라디에이터 시스템의 경우에는 해당 차량이 악조건의 열대지역이나 여름에 운행되는 상태에서 라디에이터에 의한 엔진의 냉각효율이 중요하게 대두되지만, 엔진 크랭크 샤프트와 라디에이터를 연결하는 벨트 풀리의 내구력이 짧기 때문에 반복적으로 교체해야 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라, 라디에이터의 냉각효율을 향상시키기 위해 그 크기를 증가시켜서 장착시키고자 하더라도 엔진과의 구동역학상 어려움이 있을 뿐만 아니라 벨트풀리를 통한 연결공간의 확보가 어렵다는 문제점이 있다.However, in the radiator system of such a large vehicle, the cooling efficiency of the engine by the radiator is important while the vehicle is operated in a tropic tropical or summer condition, but the durability of the belt pulley connecting the engine crankshaft and the radiator is important. Due to this shortness, it is not only inconvenient to replace it repeatedly, but also to increase the size of the radiator to improve its cooling efficiency. There is a problem that it is difficult to secure.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 엔진의 배기계에 다수의 열전소자를 설치함에 의해, 배기가스의 폐열을 전기에너지로 변환하여 엔진의 라디에이터를 구동시킬 수 있도록 하는 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and by installing a plurality of thermoelectric elements in an exhaust system of an engine, the waste heat of the exhaust gas is converted into electrical energy so as to drive a radiator of the engine. It is to provide an engine cooling device using a thermoelectric element.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치에 대한 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing a configuration for an engine cooling apparatus using a thermoelectric element of a vehicle according to the present invention;
도 2는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.,2 is a flowchart for explaining the operation of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
2:엔진 배기계, 4:축전지,2: engine exhaust system, 4: storage battery,
6:전압 레귤레이터, 8:수온센서,6: voltage regulator, 8: water temperature sensor,
10:입력 인터페이스, 12:마이컴,10: input interface, 12: microcomputer,
14:출력 인터페이스, 16:릴레이 스위치,14: output interface, 16: relay switch,
22:구동모터, 24:라디에이터 팬,22: drive motor, 24: radiator fan,
26:라디에이터, TE1∼TEn:열전소자.26: radiator, TE1-TEn: thermoelectric element.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 엔진의 배기계 내부에 다수개가 설치되어 배기가스의 폐열을 전기에너지로 변환하는 열전소자와, 상기 열전소자에서 변환된 전기에너지를 축전시키는 축전지, 상기 축전지에 축전된 전압을 일정전압으로 조정하는 전압 조정부, 엔진의 냉각수 온도를 감지하여 수온감지신호를 발생하는 수온센서, 상기 수온센서의 수온감지신호에 의해 엔진 냉각수온이 미리 설정된 일정 온도 이상으로 상승한 것을 파악하게 되면 상기 열전소자로부터 생성된 전기에너지에 의해 라디에이터를 작동시키기 위한 제어를 수행하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 의해 스위칭동작되어 상기 전압 조정부에 의해 전압 조정된 구동전압을 통과시키는 스위칭부 및, 상기 스위칭부를 매개로 전압 조정부로부터의 구동전압을 인가받아 구동되어 라디에이터 팬을 회전동작시키는 구동모터로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of thermoelectric elements are installed in the exhaust system of the engine to convert the waste heat of the exhaust gas into electrical energy, and a storage battery for storing the electrical energy converted in the thermoelectric element, the storage battery A voltage adjusting unit for adjusting the stored voltage to a constant voltage, a water temperature sensor for detecting a coolant temperature of the engine to generate a water temperature detection signal, and an increase of the engine coolant temperature above a predetermined temperature by a water temperature detection signal of the water temperature sensor. The control unit performs a control for operating the radiator by the electric energy generated from the thermoelectric element, the switching unit for switching by the control of the control unit to pass the driving voltage voltage adjusted by the voltage adjusting unit; The driving voltage from the voltage adjusting unit is checked through the switching unit. It receives and provides an engine cooling device using a thermoelectric module of a vehicle, characterized in that consisting of a drive motor for the rotating drive operation of the radiator fan.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
즉, 도 1은 본 발명에 따른 차량의 열전소자를 이용한 엔진냉각 장치에 대한 구성을 나타낸 도면이다.That is, Figure 1 is a view showing the configuration of the engine cooling apparatus using a thermoelectric element of a vehicle according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진냉각 장치는 다수의 열전소자(TE1∼TEn)와, 축전지(4), 전압 레귤레이터(6), 수온센서(8), 입력 인터페이스(10), 마이컴(12), 출력 인터페이스(14), 릴레이 스위치(16), 구동모터(22), 라디에이터 팬(24) 및, 라디에이터(26)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the engine cooling apparatus according to the present invention includes a plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn, a storage battery 4, a voltage regulator 6, a water temperature sensor 8, an input interface 10, It consists of the microcomputer 12, the output interface 14, the relay switch 16, the drive motor 22, the radiator fan 24, and the radiator 26. As shown in FIG.
동 도면에서, 상기 다수의 열전소자(TE1∼TEn)는 엔진의 배기계(2) 내부에 다수개가 고정적으로 설치되고서, 그 엔진 배기계(2)로부터 바생되는 배기가스에 의한 폐열에 의해 두 금속 간에 발생되는 온도차에 의한 전위차 즉, Seebeck 전압을 이용하여 전기에너지로 변환시키기 위한 것이다.In the figure, a plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn are fixedly installed inside the exhaust system 2 of the engine, and are separated between the two metals by waste heat generated by exhaust gas generated from the engine exhaust system 2. It is for converting into electric energy by using the potential difference, that is, Seebeck voltage, due to the temperature difference generated.
상기 축전지(4)는 상기 다수의 열전소자(TE1∼TEn)의 전기 변환에 의해 발생되는 전기에너지를 축전시키게 되고, 상기 전압 레귤에이터(6)는 상기 축전지(4)로부터의 축전 전압을 상기 구동모터(22)를 구동시킬 수 있는 구동전압으로 조정하기 위한 것이다.The battery 4 stores electric energy generated by electrical conversion of the plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn, and the voltage regulator 6 drives the storage voltage from the battery 4 to the drive. It is for adjusting to the drive voltage which can drive the motor 22. FIG.
상기 수온센서(8)는 엔진의 냉각수 온도를 측정하여 수온감지신호를 발생하게 되고, 상기 입력 인터페이스(10)는 상기 수온센서(8)로부터의 아날로그 형태의 수온감지신호를 디지털 변환시키기 위한 것이다.The water temperature sensor 8 measures the coolant temperature of the engine to generate a water temperature detection signal, and the input interface 10 is for digitally converting an analog type water temperature detection signal from the water temperature sensor 8.
상기 마이컴(12)은 상기 입력 인터페이스(10)를 통해 수온센서(8)로부터의 수온감지신호를 입력받아 엔진 냉각수의 온도가 미리 설정된 일정온도 예컨대 80℃ 이상으로 상승하는 상태가 감지되면, 상기 열전소자(TE1∼TEn)에 의해 변환된 전기에너지를 이용하여 라디에이터 팬(22)을 가동시키기 위한 제어를 수행하게 되고, 상기 출력 인터페이스(14)는 상기 마이컴(12)으로부터의 제어신호를 아날로그 변환시키기 위한 것이다.The microcomputer 12 receives the water temperature detection signal from the water temperature sensor 8 through the input interface 10 and detects a state in which the temperature of the engine coolant rises above a predetermined temperature such as 80 ° C. or higher. Control of operating the radiator fan 22 is performed by using the electric energy converted by the elements TE1 to TEn, and the output interface 14 performs analog conversion of the control signal from the microcomputer 12. It is for.
상기 릴레이 스위치(16)는 그 릴레이코일(18)이 상기 출력 인터페이스(14)를 통한 마이컴(12)으로부터의 제어신호에 의해 여자되어 그 스위칭단자(20)를 스위칭 동작시킴에 따라 상기 전압 레귤레이터(6)로부터 전압조정된 구동전압이 상기 구동모터(22)에 인가되도록 한다.The relay switch 16 is energized by a control signal from the microcomputer 12 through the output interface 14 to switch the switching terminal 20 to the voltage regulator ( The driving voltage adjusted from 6) is applied to the driving motor 22.
상기 구동모터(22)는 상기 릴레이 스위치(16)의 스위칭동작에 의해 상기 전압 레귤레이터(6)를 통해서 전압이 조정된 축전지(4)로부터의 축전 전압 즉, 상기 다수의 열전소자(TE1∼TEn)에 의해 배기가스의 폐열로부터 변환된 전기에너지에 의해 구동되어 상기 라디에이터 팬(24)을 회전시켜서 라디에이터(26)를 냉각시키게 된다.The driving motor 22 is a power storage voltage from the storage battery 4 whose voltage is adjusted through the voltage regulator 6 by the switching operation of the relay switch 16, that is, the plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn. By driving the electric energy converted from the waste heat of the exhaust gas by rotating the radiator fan 24 to cool the radiator 26.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 동작에 대해 도 2의 플로우차트를 참조하여 상세히 설명한다.Next, the operation of the present invention made as described above will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 2.
먼저, 차량의 엔진이 가동되어 주행하고 있는 상태에서(단계 S10), 엔진 배기계(2)의 내부에 설치된 다수의 열전소자(TE1∼TEn)에서는 그 엔진 배기계(2)에서 발생되는 배기가스에 의한 폐열에 의한 두 금속 간의 온도차로 전기에너지를 형성하게 되고, 상기 다수의 열전소자(TE1∼TEn)로부터 발생되는 전기에너지는 축전지(4)에 축전되어 진다(단계 S11).First, in a state in which the engine of the vehicle is running and running (step S10), in the plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn provided inside the engine exhaust system 2, the exhaust gas generated by the engine exhaust system 2 is generated. Electrical energy is formed by the temperature difference between the two metals due to the waste heat, and electrical energy generated from the plurality of thermoelectric elements TE1 to TEn is stored in the storage battery 4 (step S11).
그 상태에서, 마이컴(12)은 엔진 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서(8)로부터의 수온감지신호를 입력 인터페이스(10)를 통해 입력받아 엔진 냉각수온이 미리 설정된 예컨대 80℃와 같은 일정온도 이상으로 상승되었는 지의 여부를 판단한다(단계 S12).In this state, the microcomputer 12 receives a water temperature detection signal from the water temperature sensor 8 that detects the temperature of the engine coolant through the input interface 10, and the engine coolant temperature is set to a predetermined temperature or more, for example, 80 ° C. or more. It is determined whether or not it has risen to (step S12).
상기 판단 결과, 상기 마이컴(12)은 상기 수온센서(8)로부터 감지되는 엔진 냉각수온이 미리 설정된 일정 온도 이상으로 상승되었다고 판단되면, 전압 레귤레이터(6)에서 상기 축전지(4)로부터의 축전 전압을 일정한 구동전압으로 조정하는상태에서(단계 S13), 출력 인터페이스(14)를 통해 제어신호를 릴레이 스위치(16)의 여자코일(18)에 인가함에 따라, 그 릴레이 스위치(16)의 스위칭단자(20)가 스위칭 동작되면서 전압 레귤레이터(6)로부터의 조정 전압이 구동모터(22)에 인가되어 라디에이터 팬(24)을 회전구동시키도록 한다(단계 S14).As a result of the determination, when the microcomputer 12 determines that the engine cooling water temperature sensed by the water temperature sensor 8 has risen above a predetermined temperature, the voltage regulator 6 adjusts the storage voltage from the storage battery 4. In the state of adjusting to a constant driving voltage (step S13), a control signal is applied to the exciting coil 18 of the relay switch 16 via the output interface 14, so that the switching terminal 20 of the relay switch 16 is applied. The switching voltage is applied to the driving motor 22 so that the radiator fan 24 is rotated while the switching operation is performed (step S14).
그 다음에, 상기 마이컴(12)은 상기 수온센서(8)로부터 감지되는 엔진 냉각수온이 미리 설정된 일정온도 이하로 하강하는 지의 여부를 판단한다(단계 S15).Next, the microcomputer 12 determines whether the engine coolant temperature detected by the water temperature sensor 8 falls below a predetermined predetermined temperature (step S15).
상기 판단 결과, 상기 수온센서(8)에 의해 감지되는 엔진 냉각수온이 미리 설정된 일정 온도 이하로 하강하였다고 판단되면, 상기 릴레이 스위치(16)의 여자코일(18)에 인가하는 제어신호의 발생을 중지하여 그 릴레이 스위치(16)를 스위칭 오프시킴에 의해, 상기 구동모터(22)가 전압 레귤레이터(6)로부터의 구동전압의 공급이 중단되어 라디에이터 팬(24)의 작동이 중지되도록 한다(단계 S16).As a result of the determination, when it is determined that the engine cooling water temperature sensed by the water temperature sensor 8 falls below a predetermined predetermined temperature, generation of a control signal applied to the excitation coil 18 of the relay switch 16 is stopped. By switching off the relay switch 16, the drive motor 22 stops the supply of the drive voltage from the voltage regulator 6 to stop the operation of the radiator fan 24 (step S16). .
상기한 실시예를 갖는 본 발명은 그 실시양태에 구애받지 않고 그 기술적 요지를 벗어나지 않는 한도 내에서 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있도록 되어 있음은 물론이다.It is a matter of course that the present invention having the above-described embodiments can be variously modified and implemented without departing from the technical spirit of the present invention without departing from the embodiments.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 대형 차량의 엔진 배기계에서 발생되는 배기가스의 폐열을 이용하여 다수의 열전소자가 전기에너지를 생산할 수 있도록 함과 더불어, 그 열전소자로부터 형성된 전기에너지에 의해 엔진의 라디에이터 팬을 작동시킬 수 있도록 함에 따라, 엔진과 라디에이터를 연결하는 벨트 풀리가 불필요하게 되면서 차량 부품이 줄어들게 되어 원가의 절감과 더불어 정비 공간의 확보가용이하게 되고, 라디에이터의 크기를 용이하게 증가시킬 수 있는 공간의 확보가 가능하다는 효과를 갖게 된다.As described above, according to the present invention, a plurality of thermoelectric elements are capable of producing electrical energy by using waste heat of exhaust gas generated in an engine exhaust system of a large vehicle, and the radiator of the engine by the electrical energy formed from the thermoelectric elements. As the fan can be operated, the belt pulley connecting the engine and the radiator becomes unnecessary, and the vehicle parts are reduced, thereby reducing the cost and securing the maintenance space, and the size of the radiator can be easily increased. It is effective to secure space.
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