KR20110077486A - 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치 - Google Patents

차량용 배기열 회수 열전 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 발전 성능 증대 및 배기가스 배압 저감을 동시에 달성할 수 있는 최적화된 구조 및 수치를 가지는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치는, 차량의 배기가스 통로(200) 상에 구비되어 배기가스 및 냉각수 간의 온도차를 이용하여 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 열전 발전 장치(100)에 있어서, 배기가스의 진행 방향에 따라 전단에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(111)가 구비되고, 후단에 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(112)가 구비되어 상기 배기가스 통로(200)에 연결 구비되는 케이스(110); 다수 개의 핀(121)이 판상에 수직 방향으로 연장되도록 배열되어 부착되는 형태로 이루어지며, 상기 케이스(110) 내부 방향으로 상기 핀(121)이 연장 배치되도록 상기 케이스(110)의 상단 및 하단에 각각 결합 구비되는 한 쌍의 핀 플레이트(120); 다수 개의 열전 발전 소자(131)들이 판상을 이루도록 배치되어 구성되며, 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120)의 상단 및 하단 외측에 각각 배치되어 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 한 쌍의 열전 발전 소자 층(130); 한 쌍의 상기 열전 발전 소자 층(130)의 상단 및 하단 외측에 각각 구비되며, 냉각수 유입구(141) 및 냉각수 배출구(142)가 구비되어 그 내부로 냉각수가 유통되는 한 쌍의 히트 싱크(140); 를 포함하여 이루어지되, 상기 핀(121)은 겹침 가능하도록 상하 방향으로 서로 마주보게 배치되는 것을 특징으로 한다.
배기가스, 냉각수, 온도차, 열전 발전, 배압

Description

차량용 배기열 회수 열전 발전 장치 {Thermoelectric Power Generation using Exhaustion Heat Recovery for Vehicle}
본 발명은 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치에 관한 것이다.
열전 소자(Thermoelectric Element)란 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자를 총칭하는 것으로서, 온도가 높아짐에 따라 전기저항이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지는 소자인 서미스터(thermistor), 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에(Peltier) 효과를 이용한 소자 등이 있다.
제베크 효과란 2종류의 금속선(또는 반도체) 양끝을 접합하고 그 양끝을 다른 온도로 유지할 때, 회로에 전류(열전류)가 흐르는 열전현상의 하나로서, 1821년 T. J. 제베크가 구리와 비스무트를 사용, 발견했다. 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 하나의 금속봉 양끝 A, B에 온도차를 주면, A, B 사이에는 열류에 따른 기전력이 나타난다. 이 기전력은 금속의 종류에 따라 다르기 때문에, 2종류의 금속 양끝 A, B를 접합했을 때 각 금속에 나타나는 A, B 사이의 기전력에 차가 생겨 회로 에 전류가 흐른다. 한쪽 금속의 중간을 절단하면, 절단된 양 끝에 2종류 금속의 기전력의 차가 나타난다. 이것을 열기전력이라고 한다. 온도 측정에 사용되는 열전기쌍은 이 열기전력을 이용한 것이다.
한편, 차량에 있어서 상술한 바와 같은 제베크 효과를 이용하여 배기가스의 열을 회수함으로써 전력을 발생시키는 열전 발전 장치에 대한 기술들이 개시되어 왔다.
도 1은 이와 같은 종래의 열전 발전 장치들을 도시하고 있다. 도 1(A)에 도시된 열전 발전 장치는, 일본실용공개 제1994-079168호("배기열 이용 발전 장치", 이하 선행기술1)에 개시된 것으로서, 배기관 내에 배기열의 전달을 위한 열교환기를 설치하고, 이 배기관 주위에 열전 소자를 설치하고, 외측에 워터 자켓을 설치하고, 이 워터 자켓으로 차량의 냉각수가 순환하도록 구성한 배기열 발전 장치이다. 또한, 도 1(B)에 도시된 열전 발전 장치는, 일본특허공개 제2007-149841호("열 발전 장치의 제조 방법", 이하 선행기술2)에 개시된 것으로서, 열전 반도체(16)와 접촉하는 고온측이 핀(20)으로 구성되고 외곽으로 저온측 열교환(14)을 할 수 있도록 형성하고 이들의 접촉을 좋게 하기 위하여 탄성체(45)로 구성된 열전 발전 시스템이다.
이와 같은 종래의 열전 발전 장치들은 고온인 배기가스와 상대적으로 저온인 냉각수가 밀접하게 유통되도록 구성하고, 배기가스와 냉각수에 의해 온도차가 생기 는 부분에 제베크 효과를 이용하는 열전 소자를 배치함으로써 발전을 하도록 되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 열전 발전 장치들의 경우 배기가스 폐열을 효과적으로 전달할 수 있는 구조를 가지지 못해 발전 성능이 그리 높지 않아 실용성이 별로 없다는 문제점을 가지고 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발전 성능 증대 및 배기가스 배압 저감을 동시에 달성할 수 있는 최적화된 구조 및 수치를 가지는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치는, 차량의 배기가스 통로(200) 상에 구비되어 배기가스 및 냉각수 간의 온도차를 이용하여 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 열전 발전 장치(100)에 있어서, 배기가스의 진행 방향에 따라 전단에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(111)가 구비되고, 후단에 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(112)가 구비되어 상기 배기가스 통로(200)에 연결 구비되는 케이스(110); 다수 개의 핀(121)이 판상에 수직 방향으로 연장되도록 배열되어 부착되는 형태로 이루어지며, 상기 케이스(110) 내부 방향으로 상기 핀(121)이 연장 배치되도록 상기 케이스(110)의 상단 및 하단에 각각 결합 구비되는 한 쌍의 핀 플레이트(120); 다수 개의 열전 발전 소자(131)들이 판상을 이루도록 배치되어 구성되며, 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120)의 상단 및 하단 외측에 각각 배치되어 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 한 쌍의 열전 발전 소자 층(130); 한 쌍의 상기 열전 발전 소자 층(130)의 상 단 및 하단 외측에 각각 구비되며, 냉각수 유입구(141) 및 냉각수 배출구(142)가 구비되어 그 내부로 냉각수가 유통되는 한 쌍의 히트 싱크(140); 를 포함하여 이루어지되, 상기 핀(121)은 겹침 가능하도록 상하 방향으로 서로 마주보게 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 핀(121)은 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120) 간 거리를 D, 상기 핀(121)의 길이를 d라 할 때, d/D 값이 0.4 내지 0.6의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전 발전 장치(100)는 상기 핀(121)을 통과하여 유동하는 배기가스와 상기 히트 싱크(140)를 통과하여 유동하는 냉각수가 대향류를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀(121)은 열전도율이 15W/mㆍK 이상 및 녹는점이 500℃ 이상인 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 핀(121)은 주철, 스테인리스 스틸, 구리, 황동, 알루미늄 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 고온의 배기가스와 저온의 냉각수 간의 온도차를 이용하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치에 있어서, 고온의 배기가스에서의 흡열이 높아질수록 열전 발전 장치에서의 발전 성능이 증가하는 반면, 흡열 성능이 높아질수록 배기가스 유동에서의 배압이 증가하여 엔진 출력에 악영향을 주는 문제점을 해소할 수 있도록, 최적의 열전 발전 장치 형상 및 수치를 제공함으로써 적절한 배압을 가지면서 흡열 성능을 최대화하는 효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 열전 발전 장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 열전 발전 장치의 분해 사시도이다. 이를 통해 본 발명의 열전 발전 장치(100)에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열전 발전 장치(100)는, 배기가스의 진행 방향에 따라 전단에 배기가스 유입구(111)가, 후단에 배기가스 배출구(112)가 구비되어, 배기가스 통로(200) 상에 연결 구비된다. 상기 배기가스 유입구(111) 및 상기 배기가스 배출구(112)는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임 형태로 형성되는 케이스(110)의 전단 및 후단에 각각 부착 구비되며, 이에 따라 상기 배기가스 통로(200)를 통과하는 배기가스가 중간에 상기 열전 발전 장치(100), 즉 상기 케이스(110)의 내부를 통과하여 유동하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열전 발전 장치(100)는, 상기 케이스(110), 한 쌍의 핀 플레이트(120), 한 쌍의 열전 발전 소자 층(130), 한 쌍의 히트 싱크(heat sink, 140)를 포함하여 이루어진다. 이하에서 각부에 대해 보다 상세 히 설명한다.
각각의 상기 핀 플레이트(120)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 다수 개의 핀(121)이 판상에 수직 방향으로 연장되도록 배열되어 부착되는 형태로 이루어진다. 이 때, 상기 핀(121)은 도시되어 있는 바와 같이 판형 핀으로 이루어지는 것이 바람직하나, 물론 도시된 바로 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 상기 핀(121)이 반드시 판형 핀이 아니더라도, 루버 핀 형태이거나, pin형 핀일 수도 있는 등 서로 겹쳐질 수 있는 형태라면 어떤 형태로 이루어져도 무방하다. 또한 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120)는 상기 케이스(110)의 상단 및 하단에 각각 결합 구비되는데, 상기 핀 플레이트(120)에 부착되어 있는 상기 핀(121)이 상기 케이스(110) 내부 방향으로 연장 배치되도록 결합된다. 즉 상기 케이스(110) 내부에는 상하 각각의 핀 플레이트(120)에 부착되어 있는 상기 핀(121)들이 서로 겹침 가능하도록 상하 방향으로 서로 마주보게 배치되어 있게 되며, 따라서 상기 배기가스 유입구(111)를 통해 상기 케이스(110) 내부로 유입된 배기가스는 상기 핀(121)들 사이를 통과하여 상기 배기가스 배출구(112)를 통해 배출되게 된다.
한 쌍의 상기 열전 발전 소자 층(130)은, 다수 개의 열전 발전 소자(131)들이 판상을 이루도록 배치되어 구성되며, 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120)의 상단 및 하단 외측에 각각 배치되어 제베크 효과에 의해 전력을 발생시킨다. 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
한 쌍의 상기 히트 싱크(140)는, 한 쌍의 상기 열전 발전 소자 층(130)의 상단 및 하단 외측에 각각 구비되며, 냉각수 유입구(141) 및 냉각수 배출구(142)가 구비되어 그 내부로 냉각수가 유통된다.
본 발명의 열전 발전 장치(100)의 작동 원리에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 보면, 각각의 상기 열전 발전 소자 층(130)은 상/하 또는 하/상으로 상기 핀 플레이트(120) 및 상기 히트 싱크(140)와 밀착되게 된다. 이 때, 고온의 배기가스가 통과하는 상기 케이스(110) 내부로 상기 핀(121)이 연장 형성되어 있기 때문에, 상기 핀(121)은 배기가스로부터 열을 흡수하게 되며, 따라서 상기 열전 발전 소자 층(130)에 있어서 상기 핀 플레이트(120) 측은 고온이 형성된다. 반대로, 상기 히트 싱크(140) 내부로는 배기가스에 비해 상대적으로 훨씬 저온인 냉각수가 통과하게 되는 바, 상기 열전 발전 소자 층(130)에 있어서 상기 히트 싱크(140) 측은 저온이 형성되게 된다.
이와 같이, 상기 열전 발전 소자 층(130)의 상/하 또는 하/상으로, 상기 핀 플레이트(120)는 고온을 형성하고 상기 히트 싱크(140)는 저온을 형성하게 되어, 상기 열전 발전 소자 층(130)의 양쪽 면의 온도차가 형성되게 된다. 이에 따라 상기 열전 발전 소자 층(130)을 이루는 각각의 상기 열전 발전 소자(131)들은 제베크 효과에 의하여 전력을 발생시키게 되는 것이다.
상기 열전 발전 장치(100)는 상기 핀(121)을 통과하여 유동하는 배기가스와 상기 히트 싱크(140)를 통과하여 유동하는 냉각수가 대향류를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 열전 발전 장치(100)에서 배기가스와 냉각수가 결국 열교환을 일으키게 되며, 따라서 고온의 배기가스는 상기 열전 발전 장치(100)를 통 과하면서 (상대적으로) 저온이 되고, 저온의 냉각수는 상기 열전 발전 장치(100)를 통과하면서 (상대적으로) 고온이 된다. 이 때, 상기 열전 발전 장치(100)는, 고온의 배기가스와 고온의 냉각수가 서로 가까이 위치하고, 저온의 배기가스와 저온의 냉각수가 서로 가까이 위치하여, 배기가스와 냉각수가 서로 대향류를 이루도록 형성됨으로써 온도차 조건을 최적화할 수 있다. 이와 같이 하기 위해서는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 배기가스 유입구(111) 및 상기 냉각수 배출구(142)가 서로 가깝도록, 또한 상기 배기가스 배출구(112) 및 상기 냉각수 유입구(141)가 서로 가깝도록 배치되게 하면 된다.
배기가스의 온도는 주행 조건, 주행 시간 등에 따라 매우 그 변화 폭이 넓다. 즉 매우 고온일 때에는 600~700℃까지 올라가기도 하지만, 시동 초기와 같은 경우에는 이보다 훨씬 낮은 온도이며, 평균적으로는 400~500℃ 정도가 된다고 할 수 있다.
상기 핀(121)은, 이와 같이 고온의 배기가스에 의하여 손상되지 않도록, 열전도율 및 녹는점이 높은 재질로 이루어져야 한다. 이 때, 일반적인 배기가스의 온도 조건을 고려하면, 상기 핀(121)은 열전도율이 15W/mㆍK 이상 및 녹는점이 500℃ 이상인 재질로 이루어지도록 한다. 이와 같은 조건을 만족시키는 재질들은, 주철, 스테인리스 스틸, 구리, 황동, 알루미늄 등과 같은 금속재들이 있으며, 따라서 상기 핀(121)은 상술한 금속재들 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제베크 효과를 이용하는 상기 열전 발전 소자(131)는, 양면의 온도차가 커질수록 발전 성능이 높아지는 특성을 가진다. 따라서 상기 핀 플레이트(120)에서 배기가스로부터 열을 많이 흡수할수록, 즉 상기 핀 플레이트(120)가 고온이 될수록 상기 핀 플레이트(120) 측(배기가스 측, 즉 고온측)과 상기 히트 싱크(140) 측(냉각수 측, 즉 저온측) 간의 온도차가 커지게 되어 상기 열전 발전 소자 층(130)에서의 발전 성능은 증대되게 된다.
상기 핀 플레이트(120)가 배기가스로부터 열을 많이 흡수하도록 하기 위해서는 상기 핀(121)의 배기가스와의 접촉 면적을 늘리면 되며, 이렇게 하기 위해서는 얇은 핀을 최대한 다수 개 빽빽하게 배치하면 된다. 그런데, 이와 같이 상기 핀(121)의 개수가 많아지고 그 배치가 빽빽해질수록, 상기 핀(121) 사이를 통과하는 배기가스의 흐름에 있어 저항이 점점 더 많이 발생하게 되고, 따라서 배기가스의 배압이 점점 커지게 된다. 이처럼 배기가스 유동에서의 배압이 커지면 엔진 출력에 악영향을 미치게 되며, 따라서 상기 핀(121)의 배기가스 접촉 면적을 무작정 늘려서는 안된다는 조건이 생긴다.
본 발명에서는 이와 같은 발전 성능 증대 및 배기가스 배압 저감을 동시에 이룰 수 있는 상기 핀(121) 형상의 최적 조건을 제시하고자 한다. 도 4는 본 발명의 열전 발전 장치의 핀 플레이트의 실시예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120) 간 거리를 D, 상기 핀(121)의 길이를 d라 한다. 도 4(A)는 d/D 값이 0.67 정도 되는 경우를, 도 4(B)는 d/D 값이 0.44 정도 되는 경우를 각각 도시하고 있다. 상식적으로, d 값은 D를 넘어설 수 없으며, d 값이 0.5 이상이 되면 도 4(A)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 핀(121)이 상하로 겹치게 됨은 당연하다. 즉 d/D 값이 커진다는 것은 쉽게 말하자면 핀의 배치가 점점 빽빽해진다는 것을 의미한다.
도 5는 본 발명의 열전 발전 장치에 의한 실험 결과 그래프이다. 도 5(A)는 d/D 값에 따른 흡열량(Q) 및 배압(dP)의 관계를, 도 5(B)는 열전 발전 소자의 양면 온도차에 따른 발전량의 관계를 각각 도시하고 있다. 이 때, 도 5(B)에 도시되어 있는 바와 같이 열전 발전 소자에서 온도차와 발전량은 한쪽이 증가하면 다른 한쪽도 지속적으로 증가하는 형태를 보이고 있어, 발전량을 늘리기 위해서는 온도차를 최대한 늘리는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 온도차를 늘리기 위해서 흡열량을 높이려고 핀의 개수를 너무 늘리거나 너무 빽빽하게 설치하게 되면 배압이 높아져서 엔진 출력이 나빠지는 문제점이 있다.
도 5(A)의 그래프에서는 d/D 값에 따른 흡열량(Q) 및 배압(dP)의 관계가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, d/D 값이 커짐에 따라(즉 핀이 점점 빽빽하게 구비됨에 따라) 배압(dP)이 점점 빨리 증가하는 경향을 보임을 알 수 있다. 핀이 빽빽해질수록 배기가스와 핀 간의 접촉 면적이 넓어지기 때문에 흡열량(Q)이 많아진다는 것은 상식적으로 쉽게 알 수 있으며, 이러한 경향은 도 5(A)의 그래프 상에서도 확인할 수 있다. 그러나 배기가스의 흐름 저항이 커지면 배기가스의 유동 속도가 떨어지게 되며, 이는 흡열량을 감소시키는 원인이 된다. 이러한 경향 역시 도 5(A)의 그래프에 나타나는데, 즉 d/D 값이 커질수록 흡열량(Q)이 증가하다가 서서 히 증가 추세가 약화되어 일정해지는 형태를 그리고 있다. 따라서 흡열량(Q)의 증가 추세가 느려지는 영역에서의 d/D 값이 압력손실의 허용범위 이내의 배압(dP)을 유지하면서 흡열량(Q)을 최대화할 수 있는 값이라는 것을 알 수 있다.
본 발명에서는, 도 5(A)에 도시된 바와 같이 d/D의 최적값이 0.5 정도가 됨을 실험적으로 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명의 열전 발전 장치(100)는, d/D 값이 0.4 내지 0.6 범위 내의 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 열전 발전 장치.
도 2는 본 발명의 열전 발전 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 열전 발전 장치의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 열전 발전 장치의 핀 플레이트의 실시예.
도 5는 본 발명의 열전 발전 장치에 의한 실험 결과 그래프.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: (본 발명의) 열전 발전 장치 110: 케이스
120: 핀 플레이트 121: 핀
130: 열전 발전 소자 층 131: 열전 발전 소자
140: 히트 싱크
141: 냉각수 유입구 142: 냉각수 배출구
111: 배기가스 유입구 112: 배기가스 배출구
200: 배기가스 통로

Claims (5)

  1. 차량의 배기가스 통로(200) 상에 구비되어 배기가스 및 냉각수 간의 온도차를 이용하여 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 열전 발전 장치(100)에 있어서,
    배기가스의 진행 방향에 따라 전단에 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(111)가 구비되고, 후단에 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구(112)가 구비되어 상기 배기가스 통로(200)에 연결 구비되는 케이스(110);
    다수 개의 핀(121)이 판상에 수직 방향으로 연장되도록 배열되어 부착되는 형태로 이루어지며, 상기 케이스(110) 내부 방향으로 상기 핀(121)이 연장 배치되도록 상기 케이스(110)의 상단 및 하단에 각각 결합 구비되는 한 쌍의 핀 플레이트(120);
    다수 개의 열전 발전 소자(131)들이 판상을 이루도록 배치되어 구성되며, 한 쌍의 상기 핀 플레이트(120)의 상단 및 하단 외측에 각각 배치되어 제베크 효과에 의해 전력을 발생시키는 한 쌍의 열전 발전 소자 층(130);
    한 쌍의 상기 열전 발전 소자 층(130)의 상단 및 하단 외측에 각각 구비되며, 냉각수 유입구(141) 및 냉각수 배출구(142)가 구비되어 그 내부로 냉각수가 유통되는 한 쌍의 히트 싱크(140);
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 핀(121)은 겹침 가능하도록 상하 방향으로 서로 마주보게 배치되는 것 을 특징으로 하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 핀(121)은
    한 쌍의 상기 핀 플레이트(120) 간 거리를 D, 상기 핀(121)의 길이를 d라 할 때,
    d/D 값이 0.4 내지 0.6의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열전 발전 장치(100)는
    상기 핀(121)을 통과하여 유동하는 배기가스와 상기 히트 싱크(140)를 통과하여 유동하는 냉각수가 대향류를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 핀(121)은
    열전도율이 15W/mㆍK 이상 및 녹는점이 500℃ 이상인 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 핀(121)은
    주철, 스테인리스 스틸, 구리, 황동, 알루미늄 중 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 배기열 회수 열전 발전 장치.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327733B1 (ko) * 2011-12-15 2013-11-11 현대자동차주식회사 차량용 열전 발전기
EP2713412A1 (en) 2012-09-27 2014-04-02 Veil Energy S.R.L. Improved thermoelectric generator.
KR20140070128A (ko) * 2012-11-30 2014-06-10 엘지이노텍 주식회사 차량용 냉각 플레이트
KR20140076992A (ko) * 2012-12-13 2014-06-23 엘지이노텍 주식회사 차량용 냉각 플레이트
KR101421953B1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-22 현대자동차주식회사 자동차용 적층형 열전발전장치
US9997694B2 (en) 2015-10-06 2018-06-12 Hyundai Motor Company Thermoelectric generating system
DE102011056153C5 (de) * 2011-12-08 2019-02-28 Benteler Automobiltechnik Gmbh Prallflächenwärmetauscher zur Anordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges
KR101986093B1 (ko) * 2018-04-02 2019-06-07 대모 엔지니어링 주식회사 자가발전식 유압 브레이커장치

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011056153C5 (de) * 2011-12-08 2019-02-28 Benteler Automobiltechnik Gmbh Prallflächenwärmetauscher zur Anordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges
KR101327733B1 (ko) * 2011-12-15 2013-11-11 현대자동차주식회사 차량용 열전 발전기
EP2713412A1 (en) 2012-09-27 2014-04-02 Veil Energy S.R.L. Improved thermoelectric generator.
KR20140070128A (ko) * 2012-11-30 2014-06-10 엘지이노텍 주식회사 차량용 냉각 플레이트
KR20140076992A (ko) * 2012-12-13 2014-06-23 엘지이노텍 주식회사 차량용 냉각 플레이트
KR101421953B1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-22 현대자동차주식회사 자동차용 적층형 열전발전장치
US9997694B2 (en) 2015-10-06 2018-06-12 Hyundai Motor Company Thermoelectric generating system
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