KR20070026940A - Car 3 derivation(electric, coolant, evacuation heat)heating system - Google Patents

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KR20070026940A
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Abstract

A heat supplying apparatus using 3 elements(electric, coolant, exhaust heat storage) of a vehicle is provided to supply heat from the engine coolant and engine exhaust as the initial heat source by using the heat stored in a heat exchanger, and to supply stable heat source in a sustained heating situation by using phase transitional latent heat stored in the conductive hydro-gel. A heat supplying apparatus using 3 elements(electric, coolant, exhaust heat storage) of a vehicle has a heat exchanger(8) in a staggered angle through which electric energy and waste heat of the vehicle are recovered. The path which feed and exhaust pipe passes is longitudinally divided in two equal parts, and at the center of the divided area, heat exchange plates having an internal angle of 120 degrees are evenly installed. The heat exchanger is operated in an initial vehicle starting situation, and a vehicle driving situation. In the initial vehicle starting situation, the moment electric power is supplied, the stored heat of the heat exchanger passes through series of auto-dampers(141,142), and are supplied as the heat source for heating the interior of a vehicle. In a vehicle driving situation, the heat exchanger first stores heat by recovering and storing heat from the engine exhaust heat by letting engine exhaust heat which passed through the heat exchanger via a turbo charger exhaust through a muffler. When the heat storing tub sensor of the heat exchanger detects temperature to be over the preset temperature, the heat is fed into interior of a vehicle from an auto-damper to summer direction via the auto-damper. Secondly, the heat exchanger stores heat from the coolant having high heat from the engine by passing the coolant from the auto-valve(143) to the radiating pipes, and then to the heat coil.

Description

자동차 3원(전기, 냉각수, 배기열축열) 난방 공급 장치 {Car 3 Derivation(Electric, Coolant, Evacuation Heat)Heating System}Car 3 Derivation (Electric, Coolant, Evacuation Heat) Heating System}

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 자동차 3원 축열 난방 공급 장치 주요 구성도 이다.1 is a main configuration of an automobile three-way heat storage heating supply apparatus according to a first embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

1. 전극 2. 온도 센서 포트1. Electrode 2. Temperature sensor port

3. 엇갈린 경사각 열 교환판 4. 방열관(연료용) 3. Staggered inclined heat exchanger plate 4. Heat dissipation pipe (for fuel)

41. 방열관(냉각수용)41. Heat sink (for cooling water)

5. uv램프 6. 보온재5. uv lamp 6. insulation

7. 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재 8. 열교환기7. Conductive hydrogel phase change latent heat storage material 8. Heat exchanger

9. 광촉매 코팅 영역 14. 3방향 오토 댐퍼9. Photocatalyst Coating Area 14. Three-way Auto Damper

141. 3방향 오토 댐퍼 142. 3방향 오토 댐퍼141. 3-way auto damper 142. 3-way auto damper

143. 3방향 오토 밸브 144. 3방향 오토 밸브143. 3-way auto valve 144. 3-way auto valve

15. 배터리 축열 커버15. Battery heat storage cover

본 발명은 자동차운전 시의 축, 발전 전기와 엔진 냉각수 및 터보차저에서 배기되는 배기 열을 전도성 하이드로 겔 상변환 축열재(7)를 이용하여 상시 축열 저장 하였다가 동절기의 자동차 전원 입력과 동시에 축열 열을 차내로 공급 하며, 자동차 냉 시동을 방지 하는 축열 식 난방 장치에 관한 것이다. According to the present invention, heat is stored at all times by using a conductive hydrogel phase change heat storage material (7), and the heat storage exhausted from the shaft, power generation, engine coolant, and turbocharger during driving of the vehicle is stored at the same time as the power input of the vehicle in winter. It supplies to the car, and relates to a heat storage heating device to prevent cold start of the car.

종래의 자동차 냉 시동과 관련한 디젤 차량의 경우 첫 번째 전기 계통에 있어서 배터리 온도가 낮아지면 성능이 떨어지고 필요한 출력을 내기위해 충전되는 능력 역시 감소한다. 이러한 배터리 출력 저하가 겨울철에 엔진 크랭킹 부하가 증가하는 것과 복합적으로 작용하여 엔진 시동이 잘 안 걸리는 원인이 된다.In diesel vehicles associated with conventional cold start, lower battery temperatures in the first electrical system reduce performance and also reduce the ability to charge to produce the required output. This decrease in battery output, combined with an increase in engine cranking load in winter, causes engine start-ups.

두 번째 연료계통에 있어서 디젤 연료의 흐름은 연료의 유동점(pour point)과 운점(cloud point)에 의해 결정된다. 연료가 겨울철에 굳어지는 것을 흔히 왁싱(waxing)현상이라 부른다. 연료의 왁싱이 나타나는 온도는 연료의 기본원료에 따라 달라진다. 엔진이 연료의 운점 이하에서 운전되는 경우, 왁스 결정체가 연료와 함께 순환하며, 스크린과 필터를 막게되고 급격하게 굽은 연료라인과 피팅 등에 저항이 걸리게 한다. 설사 유동점 첨가제를 사용한다 하더라도, 연료 내의 왁싱 결정체의 크기를 줄일 수 있을 뿐이고, 왁싱 결정체가 생성되는 온도를 변경하지는 못한다. 연료의 왁싱을 막는 유일한 방법은 유동점이 낮은 연료를 사용하거나 연료의 온도를 유동점 이상으로 유지하는 방법 뿐이다. 이를 위해서 엔진의 운전 여부 와 관계없이 연료히터를 사용하는 방법이 있다.In the second fuel system, the flow of diesel fuel is determined by the fuel's pour point and cloud point. Fuel hardening in winter is often called waxing. The temperature at which the waxing of the fuel appears depends on the basic raw material of the fuel. When the engine runs below the cloud's cloud point, the wax crystals circulate with the fuel, clogging the screen and filter and causing resistance to sharply curved fuel lines and fittings. Even with the use of pour point additives, it is only possible to reduce the size of the waxing crystals in the fuel and not to change the temperature at which the waxing crystals are produced. The only way to prevent waxing of the fuel is to use fuel with a low pour point or to keep the temperature of the fuel above the pour point. To this end, there is a method of using a fuel heater regardless of whether the engine is running.

세 번째로 윤활유 계통에 있어서 겨울철 운전과 관련하여, 엔진에 사용되는 윤활유의 두 가지 중요한 물리적 특성은 유동점(pour point)과 점도인데, 점도가 무엇보다 중요하다. 우선, 오일은 오일 팬 내에서 자유롭게 흐를 수 있어야 하고 다음으로 엔진을 자유롭게 순환할 수 있어야 한다. 크랭크 케이스 내의 오일이 고체화 된 상태에서 엔진 시동을 한다면 윤활유 부족에 의해 중대한 하자가 발생할 것이다. 오일은 충분하게 낮은 유동점을 유지해야 하며 그럼으로써 낮은 온도에서도 항상 액체 상태로 유지되어야 한다.Third, with regard to winter operation in the lubricating oil system, two important physical properties of the lubricating oil used in the engine are the pour point and the viscosity. First, the oil must be able to flow freely in the oil pan and then freely circulate the engine. If the engine is started with the oil in the crankcase solidified, a serious defect will occur due to lack of lubricant. The oil must maintain a sufficiently low pour point so that it always remains liquid even at low temperatures.

네 번째로 흡입 공기 계통과 관련하여 공기 밀도와 공기 온도 두 가지 측면을 고려하여야 한다. 대기 온도가 낮아지면 공기 밀도는 증가한다. 그 결과 터보차저 엔진의 경우 실린더 최고 압력이 증가하게 된다. 실린더 압력의 증가는 다음 유형의 문제를 발생시킬 수 있다. ① 블록 깨짐 ②헤드가스켓의 누설 ③크랭크축 베어링의 과도한 응력 ④유압 엔진 브레이크 사용 시 캠축 손상 ⑤헤드 볼트의 이완 또는 파손 ⑥피스톤링의 찌그러짐 ⑦피스톤 파손흡기 온도와 연소 온도와는 직접적인 관계가 있다. 차가운 흡기 공기가 유입되는 경우 연소 온도는 낮게될 것이다. 연소 온도가 낮게되면, 디젤 연료의 일부가 미연소 된다. 이렇게 미 연소된 타르(tar)유형의 물질은 밸브 가이드와 밸브 스템에 퇴적되어 밸브가 열린 상태에서 고착되는 원인이 되며닫히지 않는 밸브와 피스톤이 부딪혀 중대한 하자가 발생하게 된다. 도한 저온의 흡기공기는 엔진의 이상폭발(detonation) 및 피스톤 소손의 원인이 된다. 또한 LPG 차는 연료펌프를 사용하지 않고 연료탱크(봄베)내의 가 스 자체 압력으로만 연료를 공급하기 때문에 온도 저하로 인해 연료탱크 내 압력이 낮아지면 시동이 어려워진다. - 특히 겨울철에는 프로판 20%, 부탄 70%로 사용하기 때문에 엔진의 기화기(Vaporizer)가 작동하려면 약 0.3㎏/㎠의 연료 압력이 필요하다. 그러나 외기 온도가 약 -15℃ 이하로 되면 프로판 30%의 증기압이 0.3㎏/㎠ 이하로 되기 때문에 기화기의 원활한 작동이 불가능해 시동이 어려워지게 된다. 기타 관련 장치로 미국'센토 서멀 시스템'사가 개발한'쾌속 난방(Rapid Heat)'으로 이름 붙여진 열기구 히팅 시스템은 차 시동을 건지 10초 이내에 온도가 오르기 시작, 20초내에 섭씨 30도까지 차 내부를 덥힐 수 있다. 승용차가 달리는 동안의 뜨거워진 냉각수가 이 원통으로 보내져 저장되며, 시동이 걸리면 아직은 차가운 엔진 속의 냉각수는 이 통속으로 들어가는 대신, 이미 통속에 저장됐던 뜨거운 물이 흘러나오면서 히터의 온도를 삽시간에 올려버린다는 원리이다. 개당 단가는 500∼700달러선이며, 이 장치는 비교적 소형의 크기와 간단하게 설치 운용 된다는 장점은 있으나 장치보유열/외부의 온도 편차 클 경우 일정한 온도 유지 및 장시간의 안정된 열원 공급에는 무리가 따른다. 또한 동절기의 급강하된 온도로 인하여 자동차가 냉 시동이 발생할 경우는 실질 적인 운용에 한계가 있다. Fourth, in terms of intake air systems, two aspects of air density and air temperature should be considered. As the air temperature drops, the air density increases. The result is an increase in cylinder maximum pressure for turbocharged engines. Increasing the cylinder pressure can cause the following types of problems. ① Block breakage ② Leakage of head gasket ③ Excessive stress on crankshaft bearing ④ Camshaft damage when hydraulic engine brake is used ⑤ Head bolt loosening or breakage ⑥Distortion of piston ring ⑦Piston breakage There is a direct relationship between intake temperature and combustion temperature. The combustion temperature will be lower when cold intake air is introduced. When the combustion temperature is low, part of the diesel fuel is unburned. This unburned tar-type material is deposited on the valve guide and the valve stem, causing the valve to stick in the open state, and a serious defect occurs due to the valve and piston not closing. Low temperature intake air also causes engine detonation and piston burnout. In addition, since LPG cars supply fuel only at the gas pressure in the fuel tank (bomb) without using a fuel pump, it is difficult to start when the pressure in the fuel tank is lowered due to the temperature drop. -Especially in winter, it uses 20% propane and 70% butane, so a fuel pressure of about 0.3 kg / ㎠ is required for the engine's vaporizer to operate. However, when the outside air temperature is about -15 ℃ or less, the vapor pressure of the propane 30% is less than 0.3kg / ㎠ it is difficult to start the carburetor is difficult to start. The hot air heating system, named Rapid Heat, developed by Sento Thermal Systems, Inc., started to rise within 10 seconds of starting the car, and then opened up to 30 degrees Celsius within 20 seconds. It can be warmed. The hot coolant in the car is sent to and stored in this cylinder, and when the engine is started, the coolant in the still-cooled engine does not go into this barrel, but instead the hot water already stored in the barrel flows out, raising the temperature of the heater in an instant. It is a principle. The unit price is about $ 500-700, and the device has the advantages of relatively small size and simple installation. However, when the heat of the device / external temperature is large, it is difficult to maintain a constant temperature and supply a stable heat source for a long time. In addition, there is a limit to the practical operation when the cold start of the car occurs due to the dripped temperature of the winter season.

따라서 본 자동차 3원(전기, 냉각수, 배기열)축열 난방 공급 장치는 상시의 자동차 운전시의 엔진 열을 흡열한 냉각수와 엔진의 배기열이 터보차저 가동 후의 열교환기(8)를 경유하면서 축열 저장 되어 자동차의 초기 난방 공급열원으로 제공 되고, 이러한 축열 난방 공급이 장시간에 걸 처 이루지는 경우 열교환기(8)의 축열 부에 설치되는 온도 센서의 하한 신호에 의해 축전지로부터 전원이 공급되어 전도성 하이드로겔의 상변환 잠열 축열을 이용하여 안정적인 난방 열원을 공급과 동시에 전기계통, 연료계통, 윤활유 계통, 공기 흡입 계통에 걸 처 냉 시동 방지 시스템으로 운용 된다. Therefore, the three-element (electric, coolant, exhaust heat) heat storage supply device of the automobile is heat-reduced and stored while passing through the heat exchanger (8) after the turbocharger coolant and the exhaust heat of the engine absorbs the engine heat during normal driving. Is supplied as an initial heating supply heat source, and when the regenerative heating supply is performed for a long time, power is supplied from the storage battery by the lower limit signal of the temperature sensor installed in the heat storage section of the heat exchanger 8 to supply the phase of the conductive hydrogel. By converting latent heat storage, it supplies stable heating heat source and operates as a cold start prevention system for electric system, fuel system, lubricating oil system and air intake system.

자동차 3원(전기, 냉각수, 배기열)축열 난방 공급 장치는 엇갈린 경사각의 열 교환기(8)를 통하여 자동차의 전기 에너지 및 폐열을 회수함에 있어, 열교환기(8)의 설계는 급, 배기가 통과하는 경로의 세로방향을 2등분한 면적의 중심에 내각 120도의 엇갈린 경사각을 가진 열 교환 판을 균등 배치하고 급, 배기 간 엇갈린 경사각의 열판(3)이 접하는 열교환면에 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)충진 축열조를 설치한다. 열교환기(8)의 재질은 SUS316*0.6T로 도면의 형상을 가지고 브레이징 공법에 의해 기밀 합체 제작되며 급, 배기가 경유하는 관로의 표면인 광촉매 코팅 영역(9)은 아나타제계 이산화티탄 도막을 형성하여 열 교환판과 대향되는 열교환관의 직진 면에 설치되는 UV램프(5) 에서 조사 되는 자외선(386nm)에 의한 광촉매 효과로 급기경로는 외기공기에 포함된 오염물질을 분해 살균함과 동시에 배기경로는 연소 폐가스를 분해하여 배출함으로서 급, 배기 공기를 동시에 청정하는 효과를 가진다. 또한 열교환기(8)의 열 교환 특징은 각각의 급, 배기 관로로 이동되어진 기체가 열교환기 내로 진입 되어 엇갈린 경사각 (내각120도)에 의해 전단의 경사각에 대향하는 유선과 기체 진행방향과 일직선으로 직진 하려는 유선 분리가 일어나고 직진하는 유선은 주 흐름을 앞으로 진행하는 역할을 수행하며, 경사각에 대향 압축되었던 유선은 경사각의 꼭지 점에서 작은 소용돌이(eddy)로 분산되고, 경사각을 따라 내리며 더욱 작은 소용돌이로 쪼개짐을 반복 하면서 수많은 작은 소용돌이(와류=eddy)를 발생 시켜 주위로부터 열과 물질은 끌어 모아 분산 하여 열 교환 판을 사이로 비가역적 현상을 극대화한다. 아울러 열교환기(8)의 방열관은 엔진 냉각수 순환용 열 교환 방열 관(4)과 연료 순환 방열 관(41)이 구분 되어 매입 된다. 또한 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)는 시약용망초 또는 공업용 망초 또는 무수 망초 (Na2SO4)에 일정량에 보락스와 결정수를 첨가한 후 가열하여 용액을 만들고, 용융액 중의 결정수에 보락스가 완전히 용해되도록 상기 혼합물을 10분 동안 교반하여 보락스가 완전히 용해된 후, 전도성 물질인 천연 인상 흑연(Natural Crystalline Graphite)또는 탄소 나노 섬유(Graphite Nano Fiber)또는 CNT(Carbon Nano Tube)또는 탄화규소 (Carborundum)분말을 첨가하여 다시 10분 동안 교반하여 전도성 물질이 용액에 완전히 분산된 상태에서 폴리비닐알코올-폴리아크릴산-폴리아크릴산나트륨 공중합체 고흡수성 고분자를 혼합 후 충분히 교반하여 고 흡수성 고분자 및 전도성 물질이 용액 내에 고르게 분산될 수 있게 하였다. 고흡수성 고분자를 혼합할수록 용액의 점도가 높아져 마침내는 용액이 유동성을 상실하면서 전도성 하이드로 겔 타입 난방용 잠열 축열재가 형성되고, 전도성 하이드로 겔이 형성되면 고 흡수성 고분자의 혼합이 어려워지므로, 이러한 불균일한 혼합을 방지하기 위해 30분 동안 충분히 교반하였다. 그 결과, 분산된 전도성 물질이 3차원 고 흡성 고분자 그물망에 갇혀진 상태로 분산되어 하이드로겔 축열재의 상변환 시 전도성 물질의 비중에 따른 침강이 발생하지 않는 전도성 하이드로 겔 상변환 축열재(7)를 제조하였다. 이와 같은 열 교환기(8)의 운용은 동, 하절기와 구분되어 운용 되며, 동절기 자동차 초기 가동 시와 동절기 운행 중인 경우로 구분 된다. 동절기 초기 자동차 가동 시는 전원이 입력되는 순간에 열 교환기(8)의 축열 열이 오토댐퍼 (141)을 경유, 오토 댐퍼(142), 오토 댐퍼(14)를 경유 하여 차내 난방 열원으로 공급 된다. 동시에 냉 시동 방지 시스템 운용에 있어서 전기 계통은 배터리 전해액 부분을 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)가 감싸고 단열재가 외부를 감싼 배터리 보온 박스를 제공하여 동절기 온도 급강하에 따른 배터리 출력 저하가 엔진 크랭킹 부하의 증가요인을 방지한다. 또한 연료 계통에 있어서 오토 밸브(144)를 경유한 연료가 방열관(4)를 거치면서 연료의 왁싱(waxing)현상을 방지 하며, LPG차량의 경우, 방열관(4)를 경유하여 연료가 기화 하면서 기화기(Vaporizer)의 작동력을 원활하게 한다. 공기 흡입 계통을 위해서는 열교환기(8)를 거친 따뜻한 공기가 오토 댐퍼(142)를 경유하여 터보차저로 흡입 된다. 이와 같은 장치의 단계별 운용을 위해 자량 운행 중의 열 교환기(8)의 축열 방법은 첫 번째로 터보차저를 거친 엔진 연소 배기열을 열 교환기(8)를 경유하여 머플러로 배기하여 엔진 연소열을 회수 축열 하고, 열 교환기(8)의 축열조 센서가 설정 이상의 온도를 감지할 경우 오토 뎀퍼(141)에서 하절기 방향으로 오토 뎀퍼(14)를 경유하여 차내로 급기 된다. 두 번째로 엔진으로부터 고온을 흡열한 냉각수가 오토 밸브 (143)에서 방열관(41)을 경유하여 축열 하고 히트 코일로 공급된다. 이때 역시 열교환기(8)축열조 온도가 설정 이상 시는 방열관(41)을 경유치 않 으며 히트 코일로 직접 공급된다. 세 번째로 전기 에너지는 자동차 The three-element automotive (electric, coolant, exhaust heat) heat storage heating device recovers the electric energy and waste heat of the vehicle through the heat exchanger 8 having the inclined angles. Evenly arrange the heat exchanger plate with the inclined angle of 120 degrees inside the center of the area divided into two longitudinal directions of the path, and conduct the hydrogel phase conversion latent heat storage material on the heat exchange surface where the hot plate (3) with the inclined angle between the exhaust and the exhaust is in contact. (7) Install a filling heat storage tank. The material of the heat exchanger 8 is SUS316 * 0.6T, which has the shape shown in the drawing, is hermetically integrated by the brazing method, and the photocatalyst coating region 9, which is the surface of the pipeline passing through the supply and exhaust, forms an anatase-based titanium dioxide coating film. As a result of the photocatalytic effect of ultraviolet light (386 nm) irradiated from the UV lamp 5 installed on the straight side of the heat exchanger tube facing the heat exchanger plate, the air supply path decomposes and sterilizes the contaminants contained in the outside air, Has the effect of simultaneously cleaning the supply and exhaust air by decomposing and discharging the combustion waste gas. In addition, the heat exchange feature of the heat exchanger 8 is in line with the flow direction and the gas traveling direction facing the inclination angle of the front end by the inclined angle (120 degrees) of the gas moved into each heat and exhaust pipe into the heat exchanger. The streamline is going to go straight and the streamline going forward plays the main flow forward, and the streamline which has been compressed against the inclination angle is dispersed into a small eddy at the vertex of the inclination angle, falling along the inclination angle and into a smaller vortex. Repeated splitting generates numerous small vortices (vortices = eddy) that attract and disperse heat and matter from the surroundings, maximizing irreversible phenomena between heat exchange plates. In addition, the heat dissipation tube of the heat exchanger 8 is embedded in the heat exchange heat dissipation tube 4 and the fuel circulation heat dissipation tube 41 for circulation of the engine coolant. In addition, the conductive hydrogel phase change heat storage material (7) is added to borax and crystalline water in reagent manganese, industrial manganese or anhydrous manganese (Na2SO4), and then heated to make a solution, and borax is completely dissolved in the crystalline water in the melt. After the mixture was stirred for 10 minutes to dissolve, the borax was completely dissolved, and then natural conductive graphite (CNT) or carbon nanofiber (CNT) or carbon carbide (Carborundum), a conductive material, was dissolved. After the powder is added and stirred for another 10 minutes, the polyvinyl alcohol-polyacrylic acid-sodium polyacrylate copolymer is mixed with the superabsorbent polymer in a state where the conductive material is completely dispersed in the solution. To be evenly dispersed within. As the superabsorbent polymer is mixed, the viscosity of the solution becomes higher, and finally, the solution loses fluidity, and thus, a latent heat storage material for conductive hydrogel type heating is formed, and when the conductive hydrogel is formed, it is difficult to mix the superabsorbent polymer. Stir well for 30 minutes to prevent. As a result, the dispersed conductive material is dispersed in the state trapped in the three-dimensional high-absorptive polymer mesh, so that the conductive hydrogel phase change heat storage material (7) that does not occur due to the specific gravity of the conductive material during phase conversion of the hydrogel heat storage material is produced. Prepared. The operation of the heat exchanger 8 is divided into the winter and summer seasons, and is divided into the case of the initial operation of the winter car and the case of the winter operation. During the initial winter operation of the vehicle, the heat storage heat of the heat exchanger 8 is supplied to the heating heat source in the vehicle via the auto damper 141 and the auto damper 142 and the auto damper 14 at the instant of power input. At the same time, in the operation of the cold start prevention system, the electric system provides a battery insulation box in which the battery electrolyte is wrapped with the conductive hydrogel phase conversion heat storage material (7) and the insulation material is wrapped around the outside, so that the battery output decreases due to the winter temperature drop. Prevent the increase factor of load. In addition, in the fuel system, fuel passing through the auto valve 144 passes through the heat dissipation tube 4 to prevent waxing of the fuel.In the case of an LPG vehicle, fuel is vaporized via the heat dissipation tube 4. While working with the Vaporizer. For the air intake system, warm air passing through the heat exchanger 8 is sucked into the turbocharger via the auto damper 142. For the step-by-step operation of such a device, the heat storage method of the heat exchanger 8 during autonomous operation is first exhausted from the engine combustion exhaust heat through the turbocharger to the muffler via the heat exchanger 8 to recover and store the engine combustion heat. When the heat storage tank sensor of the heat exchanger 8 detects a temperature higher than a set value, the heat exchanger 8 is supplied into the vehicle via the auto damper 14 in the summer damping direction from the auto damper 141. Secondly, the coolant that absorbed the high temperature from the engine is stored in the auto valve 143 via the heat radiating pipe 41 and supplied to the heat coil. At this time, when the heat exchanger (8) heat storage tank temperature is set abnormally, it is supplied directly to the heat coil without passing through the heat radiating pipe (41). Third, electric energy is the car

토탈 파워 PW = PW1+PW2+50Watt(총 축열재 순간 소비 전기에너지30%)가 고려된 발전기와 배터리가 선정 되어야 하며, 본 장치가 장착된 상시 운용중인 차량이 축열을 위해 전기 에너지가 사용되는 경우는 없으나 차량이 장시간 주차되어 열교환기(8)의 축열이 저하 된 경우 1분 이내에 냉 시동 시스템 가동을 위한 소비 전기 에너지다.Generator and battery should be selected considering total power PW = PW1 + PW2 + 50Watt (total heat storage instantaneous electricity consumption 30%). In case that the regular vehicle equipped with this device uses electric energy for heat storage However, when the vehicle is parked for a long time and the heat storage of the heat exchanger 8 is lowered, it is consumed electric energy for operating the cold start system within 1 minute.

이상과 같이 본 발명에 따라 동절기 차량 탑승과 동시에 따뜻한 공기를 공급함으로서 쾌적하고 안전한 운전을 위하고, 냉 시동과 관련하여 최근 소형 트럭, 승용차, 소형 건설기계 등의 분야에 있어서도 고속 디젤기관을 널리 이용하게 되었고 앞으로 디젤 연료의 중질화 및 세탄가 저하의 경향 등을 고려할 경우 시동성의 확보는 더욱 중요한 문제가 된다. 또한 환경오염 문제와 관련하여 자동차 배기가스 배출 규제가 나날이 강화되고 있으며, 이 규제를 만족시키기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 배기가스 저감 기술은 크게 전처리 기술과 후처리 기술로 나눌 수 있으며, 전처리 기술은 엔진의 정밀한 공연비제어와 실린더 내의 연소조건 개선에 의하여 상당한 발전을 이루었다. 후처리 기술 또한 촉매의 등장으로 상당한 효과를 거두었다. 그러나 FTP-75 모드 주행시 자동차As described above, in order to provide comfortable and safe driving by supplying warm air at the same time as boarding a winter vehicle, the high speed diesel engine is widely used in the fields of small trucks, passenger cars, small construction machines, etc. in recent years. In consideration of the tendency of diesel fuel neutralization and lowered cetane value, securing startability becomes a more important problem. In addition, with regard to the environmental pollution problem, car exhaust emission regulations are being strengthened day by day, and various studies are being conducted to satisfy the regulations. Exhaust gas reduction technology can be largely divided into pretreatment technology and post-treatment technology. The pretreatment technology has been developed by precise control of the air-fuel ratio of the engine and improved combustion conditions in the cylinder. Post-treatment techniques also have had significant effects with the advent of catalysts. But when driving in FTP-75 mode

유해배출가스의 50~80%가 냉시동 초기에 배출되며, 이는 촉매가 활성화 온도(Light-offTemperature )에 도달하기 전에 배출된 유해배기 성분이 변환되지 않은 상태로 배출되기 때문이다. 이와 같이, 촉매변환기의 배기가스 변환능력은 촉매 온 도에 가장 큰 지배를 받는 함수이며, 촉매의 변환능력을 향상시키는 일반적인 방법은 촉매를 빠른 시간내에 가열하여 활성화 온도에 도달하는데 걸리는 시간(Light-off Time)을 줄이는 것이다. 이를 위한 한 방안으로 촉매를 배기다기관에 바로 부착하여 배기가스의 폐열을 이용하여 가열하는 근접부착식 촉매 장치 (CCC)가 있으나, 촉매가 배기다기관에 바로 부착되어 담체의 특정부위에 배기 유동이 집중될 수 있으며, 이로 인한 촉매의 부분적 열화나 내부의 온도분포 등 여러 가지 고려사항들이 해결과제로 남아있다. 따라서 본 발명은 차량의 냉 시동 관련 요소를 전도성 하이드로겔 축열재를 이용한 열교환기를 통하여 안정적인 열원을 공급 함으로서 차량 각 부위의 냉 시동으로 인한 부품 소손의 방지와 자동차 효율 상승을 통한 에너지 절약 효과가 있다. 50 to 80% of the noxious emissions are released at the beginning of cold start because the noxious exhaust components emitted before the catalyst reaches the activation temperature (Light-offTemperature) are unconverted. As such, the exhaust gas converting capacity of the catalytic converter is the most governed function of the catalyst temperature, and a general method of improving the converting capacity of the catalyst is a time required for heating the catalyst to reach the activation temperature quickly. off time). One approach is to attach a catalyst directly to the exhaust manifold and to heat it using the waste heat of the exhaust gas. However, the catalyst is attached directly to the exhaust manifold so that the exhaust flow is concentrated on a specific part of the carrier. As a result, several considerations remain, such as partial degradation of the catalyst and internal temperature distribution. Therefore, the present invention provides a stable heat source to the cold start-related elements of the vehicle through a heat exchanger using a conductive hydrogel heat storage material, thereby preventing energy damage and increasing energy efficiency of the vehicle.

Claims (1)

자동차 3원(전기, 냉각수, 배기열)축열 난방 공급 장치는 엇갈린 경사각의 열 교환기(8)를 통하여 자동차의 전기 에너지 및 폐열을 회수함에 있어, 열교환기(8)의 설계는 급,배기가 통과하는 경로의 세로방향을 2등분한 면적의 중심에 내각 120도의 엇갈린 경사각을 가진 열 교환 판을 균등 배치하고 급,배기간 엇갈린 경사각의 열판이 접하는 열교환면에 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)충진 축열조를 설치한다. 열교환기(8)의 재질은 SUS316*0.6T로 도면의 형상을 가지고 브레이징 공법에 의해 기밀 합체 제작되며 표면은 아나타제계 이산화티탄 도막을 형성하여 열 교환판과 대향되는 열교환관의 직진 면에 설치되는 UV램프 에서 조사 되는 자외선(386nm)에 의한 광촉매 효과로 급기경로는 외기공기에 포함된 오염물질을 분해 살균함과 동시에 배기경로는 연소 폐가스를 분해하여 배출함으로서 급,배기 공기를 동시에 청정하는 효과를 가진다. 또한 열교환기(8)의 열 교환 특징은 각각의 급,배기 관로로 이동되어진 기체가 열교환기 내로 진입 되어 엇갈린 경사각 (내각120도)에 의해 전단의 경사각에 대향하는 유선과 기체 진행방향과 일직선으로 직진 하려는 유선 분리가 일어나고 직진하는 유선은 주 흐름을 앞으로 진행하는 역할을 수행하며, 경사각에 대향 압축되었던 유선은 경사각의 꼭지 점에서 작은 소용돌이(eddy)로 분산되고, 경사각을 따라 내리며 더욱 작은 소용돌이로 쪼개짐을 반복 하면서 수많은 에디를 발생 시켜 주위로부터 열과 물질은 끌어 모아 분산 하여 열교환 판을 사이로 비가역적 현상을 극대화한다. 아울러 열교환기(8)의 방열관(4)는 엔진 냉각수 순환용 열 교환 방열 관과 연료 순환 방열 관이 구분 되어 매입 된다. 또한 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)는 시약용망초 또는 공업용 망초 외 무수 망초 (Na2SO4)와 보락스를 사용하여 결정수를 첨가한 후 가열하여 용액을 만들고, 용융액 중의 결정수에 보락스가 완전히 용해되도록 상기 혼합물을 10분 동안 교반하여 보락스가 완전히 용해된 후, 전도성을 가지는 천연 인상 흑연(Natural Crystalline Graphite)또는 탄소 나노 섬유(Graphite Nano Fiber)또는 CNT(Carbon Nano Tube)또는 탄화규소 (Carborundum)분말을 첨가하여 다시 10분 동안 교반하여 전도성 물질이 용액에 완전히 분산된 상태에서 폴리비닐알코올-폴리아크릴산-폴리아크릴산나트륨 공중합체 고흡수성 고분자를 혼합 후 충분히 교반하여 고 흡수성 고분자 및 전도성 물질이 용액 내에 고르게 분산될 수 있게 하였다. 고흡수성 고분자를 혼합할수록 용액의 점도가 높아져 마침내는 용액이 유동성을 상실하면서 전도성 하이드로 겔 타입 난방용 잠열 축열재가 형성되고, 전도성 하이드로 겔이 형성되면 고 흡수성 고분자의 혼합이 어려워지므로, 이러한 불균일한 혼합을 방지하기 위해 30분 동안 충분히 교반하였다. 그 결과, 분산된 전도성 물질이 3차원 고 흡성 고분자 그물망에 갇혀진 상태로 분산되어 하이드로겔 축열재의 상변환 시 전도성 물질의 비중에 따른 침강이 발생하지 않는 전도성 하이드로 겔 상변환 축열재(7)를 제조하였다. 이와 같은 열 교환기(8)의 운용은 동, 하절기와 구분되어 운용 되며, 동절기 초기 자동차 가동 시와 동절기 운행 중인 경우로 구분 된다. 동절기 초기 자동차 가동 시는 전원이 입력되는 순간에 열 교환기(8)의 축열 열이 오토댐퍼 (141)을 경유, 오토 댐퍼(142), 오토 댐퍼(14)를 경유 하여 차 내 난방 열원으로 공급 된다. 동시에 냉 시동 방지 시스템 운용에 있어서 전기 계통은 배터리 전해액 부분을 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)가 감싸고 단열재가 외부를 감싼 배터리 보온 박스를 제공하여 동절기 온도 급강하에 따른 배터리 출력 저하가 엔진 크랭킹 부하의 증가요인을 방지한다. 또한 연료 계통에 있어서 오토 밸브(144)를 경유한 연료가 방열관(4)를 거치면서 연료의 왁싱(waxing)현상을 방지 하며, LPG차량의 경우, 방열관(4)를 경유하여 연료가 기화 하면서 기화기(Vaporizer)의 작동력을 원활하게 한다. 공기 흡입 계통을 위해서는 열교환기(8)를 거친 따뜻한 공기가 오토 댐퍼(142)를 경유하여 터보차저로 흡입 된다. 이와 같은 장치의 단계별 운용을 위해 자량 운행 중의 열 교환기(8)의 축열 방법은 첫 번째로 터보차저를 거친 엔진 연소 배기열을 열 교환기(8)를 경유하여 머플러로 배기하여 엔진 연소열을 회수 축열 하고, 열 교환기(8)의 축열조 센서가 설정 이상의 온도를 감지할 경우 오토 뎀터(141)에서 하절기 방향으로 오토 뎀퍼(14)를 경유하여 차내로 급기 된다. 두 번째로 엔진으로부터 고온을 흡열한 냉각수가 오토 밸브 (143)에서 방열관(41)을 경유하여 축열하고 히트 코일로 공급된다. 이때 역시 열교환기(8)축열조 온도가 설정 이상시는 방열관(41)을 경유치 않으며 히트 코일로 직접 공급된다. 세 번째로 전기 에너지는 자동차 토탈 파워 PW = PW1+PW2+50WattThe three-element automotive (electric, cooling water, exhaust heat) heat storage heating device recovers the electric energy and waste heat of the vehicle through the heat exchanger 8 having the inclined angles. The design of the heat exchanger 8 allows the supply and exhaust of air to pass through. Conducting hydrogel phase-translated latent heat storage material on the heat-exchanging surface where the heat exchanger plates with the inclined angle of 120 degrees are equally arranged at the center of the area bisected by the lengthwise direction of the path, and the hot plate with the inclined angles of the steep and double periods is in contact. Install a filling heat storage tank. The material of the heat exchanger 8 is SUS316 * 0.6T, which has the shape of the drawing and is airtightly manufactured by the brazing method, and the surface is formed on the straight side of the heat exchanger tube facing the heat exchanger plate by forming an anatase-based titanium dioxide coating film. The photocatalytic effect of ultraviolet light (386nm) irradiated from the UV lamp makes the air supply path decompose and sterilize pollutants contained in the outside air, and the exhaust path decomposes and discharges the combustion waste gas to clean the air supply and exhaust air at the same time. Have In addition, the heat exchange feature of the heat exchanger 8 is characterized by the fact that the gas moved to each supply and exhaust line enters the heat exchanger and is in line with the streamline and the gas traveling direction facing the inclination angle of the front end by the inclined angle (120 degrees). The streamline is going to go straight and the streamline going forward plays the main flow forward, and the streamline which has been compressed against the inclination angle is dispersed into a small eddy at the vertex of the inclination angle, falling along the inclination angle and into a smaller vortex. Repeated splitting generates a lot of eddies, attracting and dispersing heat and materials from the surroundings to maximize the irreversible phenomenon between the heat exchanger plates. In addition, the heat dissipation tube 4 of the heat exchanger 8 is embedded by dividing the heat exchange heat dissipation tube and the fuel circulation heat dissipation tube for engine coolant circulation. In addition, the conductive hydrogel phase conversion heat storage material (7) is made of a solution for the solution or by heating the addition of the crystallized forage or industrial manganese (Na2SO4) and borax, followed by heating to form a solution, and borax in the crystallized water in the melt After the mixture is stirred for 10 minutes to completely dissolve, the borax is completely dissolved, and then conductive natural natural graphite (CNT) or carbon nanofiber (CNT) or carbon nanotube (CNT) or silicon carbide ( After adding the powder and stirring for another 10 minutes, the polyvinyl alcohol-polyacrylic acid-sodium polyacrylate copolymer superabsorbent polymer is mixed in a state where the conductive material is completely dispersed in the solution. It was allowed to be evenly dispersed in the solution. As the superabsorbent polymer is mixed, the viscosity of the solution becomes higher, and finally, the solution loses fluidity, and thus, a latent heat storage material for conductive hydrogel type heating is formed, and when the conductive hydrogel is formed, it is difficult to mix the superabsorbent polymer. Stir well for 30 minutes to prevent. As a result, the dispersed conductive material is dispersed in the state trapped in the three-dimensional high-absorptive polymer mesh, so that the conductive hydrogel phase change heat storage material (7) that does not occur due to the specific gravity of the conductive material during phase conversion of the hydrogel heat storage material is produced. Prepared. The operation of the heat exchanger 8 is divided into the winter and summer seasons, and is divided into the case of the initial car operation in winter and the case of winter operation. During the initial winter operation, the heat storage heat of the heat exchanger 8 is supplied to the heating heat source in the car via the auto damper 141 and the auto damper 142 and the auto damper 14 at the moment the power is turned on. . At the same time, in the operation of the cold start prevention system, the electric system provides a battery insulation box in which the battery electrolyte is wrapped with the conductive hydrogel phase conversion heat storage material (7) and the insulation material is wrapped around the outside, so that the battery output decreases due to the winter temperature drop. Prevent the increase factor of load. In addition, in the fuel system, fuel passing through the auto valve 144 passes through the heat dissipation tube 4 to prevent waxing of the fuel.In the case of an LPG vehicle, fuel is vaporized via the heat dissipation tube 4. While working with the Vaporizer. For the air intake system, warm air passing through the heat exchanger 8 is sucked into the turbocharger via the auto damper 142. For the step-by-step operation of such a device, the heat storage method of the heat exchanger 8 during autonomous operation is first exhausted from the engine combustion exhaust heat through the turbocharger to the muffler via the heat exchanger 8 to recover and store the engine combustion heat. When the heat storage tank sensor of the heat exchanger 8 detects a temperature higher than the set value, the heat exchanger 8 is supplied into the vehicle via the auto damper 14 in the summer direction from the auto damper 141. Secondly, the coolant that has absorbed the high temperature from the engine is stored in the auto valve 143 via the heat radiating pipe 41 and supplied to the heat coil. At this time, when the heat exchanger 8 heat storage tank temperature is abnormally set, it is supplied directly to the heat coil without passing through the heat radiating pipe 41. Third, electrical energy is the total power of the car PW = PW1 + PW2 + 50Watt ( 총 축열재 순간 소비 전기에너지30%)가 고려된 발전기와 배터리가 선정 되어야 하며, 본 장치가 장착된 상시 운용중인 차량이 축열을 위해 전기 에너지가 사용되는 경우는 없으나 차량이 장시간 주차되어 열교환기(8)의 축열이 저하 된 경우 1분 이내에 냉 시동 시스템 가동을 위한 소비 전기 에너지를 가지는 자동차 3원(전 기, 냉각수, 배기열)축열 난방 공급 장치The generator and battery should be selected considering (30% of total heat storage instantaneous energy consumption), and the electric vehicle is equipped with this device in which no electric energy is used for heat storage. Three-element car (electric, cooling water, exhaust heat) regenerative heating supply having consumption electrical energy for cold start system operation within one minute when the heat storage in (8) is reduced
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108973595A (en) * 2018-09-03 2018-12-11 辽宁工业大学 A kind of utilizing exhaust gas from coach residual heat heating device and its control method
CN111691954A (en) * 2019-03-11 2020-09-22 广州汽车集团股份有限公司 Novel exhaust waste heat recovery device
KR20230064166A (en) * 2021-11-03 2023-05-10 (주) 세라컴 Mobile system for regenerating voc

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