KR20110132678A - Thermoelectric generating system and control methode thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric power generation system and a control method thereof.
일반적으로 차량의 에너지 흐름을 살펴보면, 가솔린이 가진 화학에너지는 엔진에서 연소하여 기계에너지로 변환되며, 이때의 열효율은 높아도 30%정도에 불과하다.In general, when looking at the energy flow of a vehicle, the chemical energy of gasoline is converted into mechanical energy by burning it in an engine, and the thermal efficiency at this time is only about 30%.
나머지 에너지는 열의 형태로 방출되는 데, 특히, 엔진으로부터 발생되는 열은 냉각수에 의해 전달되어 라디에이터를 통해 방출되며, 열을 가진 배기가스의 형태로 배출된다. The remaining energy is released in the form of heat, in particular the heat generated from the engine is transferred by the coolant and released through the radiator and is released in the form of heat exhaust gas.
그 중 배기가스는 가장 높은 열원을 갖는 부분으로서, 일반적인 경우에는 배기관을 통해 외부로 배출된다.
Among them, the exhaust gas has the highest heat source, and in general, the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe.
한편, 열전소자(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. A thermoelectric element is a generic term for a device using various effects caused by the interaction between heat and electricity.Thermistor, a device having a characteristic of negative resistance temperature coefficient, in which electrical resistance decreases with increasing temperature, is used. And a device using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated due to a temperature difference, and a device using the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption (or generation) is caused by current.
특히, 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 회로에 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.In particular, the Seebeck effect is one of thermoelectric phenomena in which current (thermal current) flows in a circuit when two ends of two kinds of metal wires (or semiconductors) are bonded to each other and kept at different temperatures. Found, used. Specifically, it is as follows. When the temperature difference is applied to both ends A and B of one metal rod, electromotive force due to heat flow appears between A and B. Since the electromotive force varies depending on the type of metal, a difference occurs in the electromotive force between A and B appearing in each metal when two types of metal ends A and B are joined, so that a current flows in the circuit. When the middle of one metal is cut off, the difference in electromotive force of two kinds of metals appears at both ends of the cut. This is called thermoelectric power. Thermocouples used for temperature measurements use this thermoelectric power.
상기 열기전력을 이용한 열전 발전은 금속 또는 반도체인 제백소자 양단에 온도차를 주는 경우, 열원부와 냉각부 사이에 전위차가 발생한다는 제백(Seebeck) 효과를 이용한 것으로서, 기계적인 구동부 없이, 열을 직접 전기로 변환할 수 있다는 특징이 있다.The thermoelectric power generation using the thermoelectric power is a Seebeck effect that a potential difference occurs between the heat source and the cooling unit when a temperature difference is applied across the Seebeck element, which is a metal or a semiconductor, and directly heats heat without a mechanical driving unit. Can be converted to.
그러나 상기 열기전력을 이용한 열전 발전은 에너지 생성 효율이 열원부와 냉각부의 온도차에 비례하므로, 양단의 온도차가 크지 않은 경우에는 에너지생성효율이 높지 않으며, 온도차가 큰 조건을 형성하는데 별도의 에너지가 소요될 수 있는 문제점이 있다.
However, the thermoelectric power generation using the thermoelectric power is energy generation efficiency is proportional to the temperature difference between the heat source and the cooling unit, so if the temperature difference between both ends is not large, the energy generation efficiency is not high, and separate energy is required to form a condition where the temperature difference is large. There is a problem that can be.
상기 배기가스의 폐열을 이용하여 발전하는 시스템이 제안된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다. A system for generating power using waste heat of the exhaust gas has been proposed, which is illustrated in FIG. 1.
도 1에 도시하는 발전 시스템은 엔진(10)으로부터 발생한 열을 흡수한 냉각수가 유동되는 냉각수 유로(20), 상기 냉각수 유로(20) 상에 구비되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터(21), 상기 냉각수 유로(20)로부터 분기되어 난방을 담당하는 난방 유로(30), 상기 난방 유로(30) 상에 구비되어 냉각수와 공기의 열교환에 의해 실내 난방을 담당하는 히터코어(31), 상기 엔진(10)으로부터 발생한 배기가스가 유동되는 배기관(11)으로부터 분기되는 바이패스 관(11a), 구비되어 저온의 냉각수 및 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전소자(41)를 포함하는 열전발전장치(40)를 포함하여 형성된다. The power generation system shown in FIG. 1 includes a
상기 발전 시스템은 상기 라디에이터(21)를 통과한 저온의 냉각수와 고온의 배기가스를 이용하여 발전하는 구성으로서, 냉각수의 온도가 높을 경우에는 그만큼 발전 효율이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다. The power generation system is configured to generate power using low temperature cooling water and high temperature exhaust gas that have passed through the
또한, 열전발전장치(40)를 통과한 냉각수는 배기가스에 의해 과열될 수밖에 없어 상기 라디에이터(21)의 부하량이 증대될 수밖에 없으며, 이에 따라 엔진(10)을 적절히 냉각할 수 없는 문제점이 있다. In addition, since the cooling water passing through the
아울러, 상기 열전발전장치(40)는 연속 가동 시, 높은 온도의 냉각수가 유동될 수밖에 없으며, 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있으며, 냉각수의 온도 변화가 커 일정한 발전량을 기대하기 어려운 문제점이 있다.
In addition, the
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열전모듈을 통과한 냉각수를 냉각하는 보조라디에이터가 구비됨으로써 저온의 냉각수와 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전발전장치를 이용하여 용이하게 발전 가능하며, 라디에이터의 부하를 줄일 수 있고, 엔진 시동 시 냉각수의 웜업 시간을 단축할 수 있는 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems described above, an object of the present invention is provided with an auxiliary radiator for cooling the cooling water passed through the thermoelectric module is a thermoelectric generator that is generated by the low temperature cooling water and high temperature exhaust gas The present invention provides a thermoelectric power generation system capable of easily generating power, reducing a load of a radiator, and reducing a warm-up time of coolant at engine start-up and a control method thereof.
특히, 본 발명의 목적은 열전발전모듈을 통과하는 냉각수의 온도를 적절히 냉각할 수 있으며, 열전발전모듈이 산화촉매 후단에 위치됨으로써 산화촉매의 산화에 의해 승온 배기가스가 유동되도록 함으로써 열전 발전 효율을 높일 수 있는 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다. In particular, an object of the present invention is to properly cool the temperature of the cooling water passing through the thermoelectric power module, the thermoelectric power generation module is located at the rear end of the oxidation catalyst to increase the thermoelectric power generation efficiency by allowing the exhaust gas to flow by oxidation of the oxidation catalyst. It is to provide a thermoelectric power generation system and a control method thereof that can be increased.
또한, 본 발명의 목적은 상기 열전발전장치가 연결라인에 의해 상기 히터코어의 전ㆍ후측과 연결되어 선택적으로 상기 열전발전장치를 통과한 냉각수가 히터코어로 재유입되어 난방을 보조함으로써 난방성능을 보다 높일 수 있는 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
In addition, an object of the present invention is the thermoelectric generator is connected to the front and rear of the heater core by a connection line, and the cooling water passing through the thermoelectric generator selectively flows back into the heater core to assist heating to improve heating performance. It is to provide a thermoelectric power generation system and a control method thereof that can be further improved.
본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 제1순환펌프(901)에 의해 냉각수가 순환되는 냉각수 냉각 라인(110)과, 상기 냉각수 순환라인에 형성되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터(120)를 포함하는 냉각부(100); 상기 냉각수 냉각 라인(110)으로부터 분기되어 냉각수가 순환되는 난방 라인(210)과, 상기 난방 라인(210)에 형성되어 공기를 가열함으로써 난방하는 히터코어(220)를 포함하는 난방부(200); 배기가스가 배출되는 배기관(300); 상기 난방 라인(210)과 연결라인(460)에 의해 연결되며, 상기 배기관(300)과 연결되어 저온의 냉각수와 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전소자모듈(430)을 포함하는 열전발전장치(400); 상기 열전발전장치(400)와 연결되어 냉각수가 순환되는 보조 냉각 라인(510)과, 상기 보조 냉각 라인(510)에 형성되어 냉각수를 냉각하는 보조라디에이터(520)를 포함하는 보조 냉각부(500); 냉각수의 흐름을 제어하는 복수개의 밸브(600); 상기 난방 라인(210)에 구비되어 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서(700); 및 상기 온도센서(700)를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 따라 냉각수의 흐름을 제어하는 제어부(800); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. The thermoelectric
또한, 상기 연결라인(460)은 상기 난방부(200)의 히터코어(220)를 통과한 냉각수가 상기 열전발전장치(400)로 유입되도록 연결되는 제1연결라인(461), 및 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 히터코어(220) 전단으로 배출되도록 연결되는 제2연결라인(462)을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the
아울러, 상기 보조 냉각 라인(510)은 냉각수를 순환하는 제2순환펌프(902)가 구비되는 것을 특징으로 한다. In addition, the
또한, 상기 열전 발전 시스템(1000)은 배기가스 유동방향으로 상기 열전발전장치(400)가 배기가스 내의 유기물을 연소시켜 배기가스를 승온시키는 산화촉매(310)(DOC, Diesel Oxidation Catalyst) 후측에 위치되는 것을 특징으로 한다. In addition, the thermoelectric
또, 상기 열전발전장치(400)는 상기 배기관(300)에 연결되며 배기가스가 유입되는 제1유입부(411) 및 배출되는 제1배출부(412); 상기 제1유입부(411) 및 제1배출부(412)와 연결되어 배기가스가 유동되는 유로를 형성하는 몸체(420); 상기 몸체(420)의 양측 면에 형성되는 열전소자모듈(430); 및 상기 열전소자모듈(430)의 바깥쪽 양측에 밀착되며 냉각수가 유입되는 제2유입부(431) 및 배출되는 제2배출부(432)가 형성되어 내부에 냉각수 유로를 형성하는 튜브(440); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the
한편, 본 발명의 열전 발전 시스템 제어 방법은 상술한 바와 같은 열전 발전 시스템(1000)을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 제2연결라인(462)을 통해 히터코어(220) 전단으로 이동되어 보조 난방원으로 이용되는 난방 보조 단계(S100); 상기 온도센서(700)의 감지 온도가 일정 온도(T) 이상인지를 감지하는 냉각수 온도 확인 단계(S200); 및 상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 이상인 경우에, 상기 제어부(800)에 의해 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 보조 냉각부(500)를 순환하는 냉각 보조 단계(S300); 를 포함하며, 상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 미만인 경우에, 상기 난방 보조 단계(S200)가 수행되는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the method for controlling a thermoelectric power generation system of the present invention relates to a method for controlling the thermoelectric
이 때, 상기 일정 온도(T)는 80 ℃인 것을 특징으로 한다.
At this time, the predetermined temperature (T) is characterized in that 80 ℃.
이에 따라, 본 발명의 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법은 열전모듈을 통과한 냉각수를 냉각하는 보조라디에이터가 구비됨으로써 저온의 냉각수와 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전발전장치를 이용하여 용이하게 발전 가능하며, 라디에이터의 부하를 줄일 수 있고, 엔진 시동 시 냉각수의 웜업 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. Accordingly, the thermoelectric power generation system and its control method of the present invention can be easily generated by using a thermoelectric generator that is generated by low temperature cooling water and high temperature exhaust gas by providing an auxiliary radiator for cooling the cooling water that has passed through the thermoelectric module. In addition, the load of the radiator can be reduced and the warm-up time of the coolant can be shortened when the engine is started.
더욱 상세하게, 엔진 시동 초기에는 엔진의 열용량 및 냉각수의 유량이 많아 냉각수 웜업 시간이 상당히 소요되는데, 본 발명의 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법은 배기가스의 열이 냉각수로 전달되어 웜업 시간을 줄일 수 있으며, 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. More specifically, in the initial start of the engine, the heat capacity of the engine and the flow rate of the cooling water are large, and thus the cooling water warm-up time is considerably required. And, there is an advantage that can increase the heating performance.
또한, 본 발명의 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법은 상기 열전발전장치가 연결라인에 의해 상기 히터코어의 전ㆍ후측과 연결되어 선택적으로 상기 열전발전장치를 통과한 냉각수가 히터코어로 재유입되어 난방을 보조함으로써 난방성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. In addition, the thermoelectric power generation system and the control method of the present invention, the thermoelectric generator is connected to the front and rear of the heater core by a connection line, and the coolant passing through the thermoelectric generator selectively flows back into the heater core is heated There is an advantage to increase the heating performance by assisting.
특히, 본 발명의 열전 발전 시스템 및 그 제어 방법은 열전발전모듈을 통과하는 냉각수의 온도를 적절히 냉각할 수 있으며, 열전발전모듈이 산화촉매 후단에 위치됨으로써 산화촉매의 산화에 의해 승온 배기가스가 유동되도록 함으로써 열전 발전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
In particular, the thermoelectric power generation system and the control method thereof of the present invention can properly cool the temperature of the cooling water passing through the thermoelectric power generation module, and the thermoelectric power generation module is located at the rear end of the oxidation catalyst so that the heated exhaust gas flows due to oxidation of the oxidation catalyst. By doing so, there is an advantage to increase the thermoelectric power generation efficiency.
도 1은 종래의 배기가스의 폐열을 이용하여 발전하는 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 열전 발전 시스템의 개략도.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 열전 발전 시스템의 열전발전모듈의 사시도 및 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 열전 발전 시스템 제어 방법의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 열전 발전 시스템 제어 방법의 난방 보조 단계의 일부 냉각수 흐름을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 열전 발전 시스템 제어 방법의 냉각 보조 단계의 일부 냉각수 흐름을 나타낸 그래프.1 is a schematic diagram of a system for generating electricity using waste heat of a conventional exhaust gas.
2 is a schematic diagram of a thermoelectric power system according to the present invention;
3 and 4 are a perspective view and an exploded perspective view of the thermoelectric power module of the thermoelectric power generation system according to the present invention, respectively.
5 is a schematic diagram of a thermoelectric power system control method according to the present invention;
6 is a graph showing a part of the cooling water flow in the heating auxiliary step of the thermoelectric power system control method according to the present invention.
7 is a graph showing a part of the cooling water flow of the cooling auxiliary step of the thermoelectric power system control method according to the present invention.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 열전 발전 시스템(1000) 및 그 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the thermoelectric
본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 냉각부(100), 난방부(200), 배기관(300), 열전발전장치(400), 보조 냉각부(500), 밸브(600), 온도센서(700) 및 제어부(800)를 포함하여 형성된다. Thermoelectric
상기 냉각부(100)는 엔진(900)열에 의해 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 구성으로서, 냉각수가 순환되는 냉각수 냉각 라인(110)과, 상기 냉각수 순환라인에 형성되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터(120)를 포함한다. The
상기 라디에이터(120)는 열교환기의 하나로서, 외부를 유동하는 공기와 내부의 냉각수가 열교환됨으로써 냉각수를 냉각한다. The
상기 라디에이터(120)는 일반적인 경우에 한 쌍의 헤더탱크, 상기 헤더탱크에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 튜브, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하여 구성된다. The
이 때, 상기 냉각부(100)는 상기 라디에이터(120)에 의한 냉각수의 과냉을 방지하기 위하여 상기 냉각수 냉각 라인(110)에 상기 라디에이터(120)를 통과하지 않도록 하는 바이패스 라인(111) 및 과냉각 방지 센서(910)가 구비되어 라디에이터(120)를 통과한 냉각수의 온도를 감지하여 냉각수의 라디에이터(120) 통과 여부를 결정하도록 할 수 있다. At this time, the
상기 냉각부(100)의 냉각수 냉각 라인(110)에는 냉각수가 순환되도록 하는 제1순환펌프(901)가 구비된다. The cooling
상기 난방부(200)는 상기 냉각수 냉각 라인(110)으로부터 분기되어 냉각수가 순환되는 난방 라인(210)과, 상기 난방 라인(210)에 형성되어 공기를 가열함으로써 난방하는 히터코어(220)를 포함하여 형성된다. The
상기 히터코어(220)는 상기 라디에이터(120)와 같이 열교환기의 하나로서, 실내로 송풍되는 공기와 엔진(900)에 의해 가열된 냉각수가 열교환됨으로써 난방을 담당하도록 한다. The
상기 히터코어(220) 역시 기본 구성은 라디에이터(120)와 같으므로 그 설명은 삭제한다. Since the basic configuration of the
상기 배기관(300)은 배기가스가 배출되는 공간으로서, 엔진(900)과 대기를 연결한다. The
상기 열전소자모듈(430)은 상기 난방 라인(210)과 연결라인(460)에 의해 연결되며, 상기 배기관(300)과 연결되어 저온의 냉각수와 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전소자모듈(430)을 포함하여 발전하는 구성이다. The
상기 연결라인(460)은 상기 난방 라인(210)과 연결되어 상기 열전소자모듈(430)로 냉각수를 공급하고, 배출된 냉각수가 다시 난방 라인(210)으로 혼합되도록 하는 구성으로서, 더욱 상세하게, 상기 난방부(200)의 히터코어(220)를 통과한 냉각수가 상기 열전발전장치(400)로 유입되도록 연결되는 제1연결라인(461) 및 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 히터코어(220) 전단으로 배출되도록 연결되는 제2연결라인(462)을 포함하여 형성된다. The
본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 상기 연결라인(460)이 히터코어(220)의 후단과 연결되는 제1연결라인(461)과, 히터코어(220)의 전단과 연결되는 제2연결라인(462)을 포함하여 형성됨으로써 상기 열전발전장치(400)를 통과한 승온된 냉각수가 상기 히터코어(220)로 유입되어 난방을 보조하도록 하는 장점이 있다. In the thermoelectric
상기 열전발전장치(400)는 다양한 형태로 형성할 수 있는데, 상기 도 3 및 도 4에 도시한 형태는 배기관(300)과 연결되는 제1유입부(411)와 제1배출부(412), 몸체(420), 열전소자모듈(430), 및 튜브(440)를 포함하여 형성된 예를 나타내었다. The
상기 제1유입부(411)는 배기관(300)과 연결되어 배기가스가 유입되는 부분이며, 상기 제1배출부(412)는 배기가스가 배출되는 부분이다. The
상기 몸체(420)는 상기 제1유입부(411) 및 제1배출부(412)에 양단이 고정되어 배기가스가 유동되는 유로를 형성하는 부분이다. Both ends of the
상기 열전소자모듈(430)은 상기 몸체(420)의 양측 면에 형성되는 부분으로, 상기 몸체(420)와 열전소자모듈(430) 사이의 접촉저항을 줄이기 위한 물질(예, 그라파이트 시트 또는 고온용 방열 패드)이 구비될 수 있으며, 일정 압력으로 가압하여 체결되도록 할 수 있다. The
상기 열전소자모듈(430)은 열전발전을 위한 복수개의 열전소자, 상기 열전소자의 상ㆍ하측에 구비되는 한 쌍의 전극, 상기 전극의 양측에 구비되는 절연층, 상기 열전소자로부터 연장되어 발생된 기전력이 전달되는 전선을 포함하여 형성될 수 있으며, 기본적인 기재는 종래기술에 기재되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다. The
상기 튜브(440)는 상기 열전소자모듈(430)의 바깥쪽 양측에 밀착되며 냉각수가 유입되는 제2유입부(431)와 배출되는 제2배출부(432)가 형성되어 내부에 냉각수 유로를 형성하는 부분이다. The
도3 내지 도 4에서 상기 열전발전장치(400)는 상기 튜브(440)가 고정수단(450)에 의해 상기 몸체(420)에 고정된 예를 도시하였다. 3 to 4 illustrate an example in which the
또한, 도면에서 상기 열전발전장치(400)는 좌측에서 우측으로 배기가스가 유동되며, 우측에서 좌측으로 냉각수가 유동되는 예를 나타낸 것으로서, 배기가스 및 냉각수의 흐름과, 튜브(440) 고정 방법, 상기 몸체(420), 열전소자모듈(430) 및 튜브(440)의 높이방향으로 적층 횟수 등은 더욱 다양하게 형성될 수 있다. In addition, in the drawing, the
상기 보조 냉각부(500)는 상기 열전발전장치(400)와 연결되어 냉각수가 순환되는 보조 냉각 라인(510)과, 상기 보조 냉각 라인(510)에 형성되어 냉각수를 냉각하는 보조라디에이터(520)를 포함한다. The
또한, 상기 보조 냉각 라인(510)에는 냉각수의 원활한 순환을 위하여 제2순환펌프(902)가 구비되는 것이 바람직하다. In addition, the
상기 보조라디에이터(520)는 상기 라디에이터(120)와 유사한 형태의 열교환기로서, 상기 열전발전장치(400)로 공급되는 냉각수의 온도를 적절하게 냉각할 수 있다. The
즉, 엔진(900) 시동 후 자동차의 오랜 기간 작동에 의해 냉각수의 일정 온도(T) 이상으로 상승되는 경우에, 상기 열전발전장치(400)로 유입되는 냉각수의 온도 역시 상승될 수밖에 없으므로, 열전발전장치(400)의 열전 발전 효율이 저하될 수밖에 없다. That is, in the case where the temperature of the coolant flowing into the
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 보조 냉각수가 형성됨으로써 열전발전장치(400)를 통과한 승온된 냉각수가 용이하게 냉각되어 상기 열전발전장치(400)로 재공급됨으로써 열전 발전 효율을 높인 장점이 있다. According to the present invention, the auxiliary coolant is formed to solve the above-mentioned problems, and thus the elevated temperature coolant having passed through the
또한, 본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 상기 열전발전장치(400)의 열전소자모듈(430)이 상기 몸체(420) 및 튜브(440)와 면접촉됨으로써 용이하게 온도차에 의해 발전가능하며, 온도차를 보다 높이기 위하여 상기 열전발전장치(400)는 상기 배기관(300)의 배기가스 유동방향으로 산화촉매(310)(DOC) 후측에 위치되는 것이 바람직하다. In addition, the thermoelectric
상기 산화촉매(310)는 배기가스 내부의 유기물을 연소시켜 배기가스를 승온하는 구성으로서, 본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 상기 엔진(900)으로부터 토출된 온도보다 높은 온도로 승온된 상태로 열전발전장치(400)를 통과함으로써 발전 효율을 높일 수 있으며, 안정적인 발전이 가능한 장점이 있다. The
상기 밸브(600)는 상기 냉각수 냉각 라인(110), 난방 라인(210), 연결라인(460) 등에 구비되어 냉각수의 흐름을 제어하는 구성으로서, 도면에서 난방 라인(210)의 히터코어(220) 전단에 제1밸브(601), 제1연결라인(461)에 제2밸브(602), 보조 냉각 라인(510)에 제3밸브(603)가 구비된 예를 도시하였다. The
상기 밸브(600)의 개수 및 위치는 더욱 다양하게 형성될 수 있다. The number and position of the
상기 온도센서(700)는 난방 라인(210) 상에 구비되어 냉각수의 온도를 감지하는 구성으로서, 보조 냉각부(500)의 온/오프를 결정하는 요소로 이용된다. The
도면에서 상기 온도센서(700)는 상기 히터코어(220)로 유입되는 난방 라인(210) 상에 구비된 예를 도시하였다. In the drawing, the
상기 제어부(800)는 사용자의 난방 설정 및 상기 온도센서(700)를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 따라 냉각수의 흐름을 제어하는 구성으로서, 제1순환펌프(901), 제2순환펌프(902) 및 복수개의 밸브(600)와 전기적으로 연결되어 각 구성을 제어함으로써 냉각수의 흐름을 제어한다. The
종래 엔진 시동 초기에는 엔진의 열용량 및 냉각수의 유량이 많아 냉각수 웜업 시간이 상당히 소요되는데, 본 발명의 열전 발전 시스템(1000)은 보조 냉각부(500)가 형성됨으로써 냉각수 유량을 줄일 수 있으며, 배기가스의 열이 냉각수로 전달되어 초기 웜업을 빠르게 할 수 있으며, 안정적으로 열전발전장치(400)가 발전될 수 있고, 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. In the early stage of engine start-up, the heat capacity of the engine and the flow rate of the coolant are large, and thus, the coolant warm-up time is required. The heat is transferred to the cooling water to speed up the initial warm-up, the
한편, 본 발명의 열전 발전 시스템 제어 방법은 상술한 바와 같은 열전 발전 시스템(1000)을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 난방 보조 단계(S100); 냉각수 온도 확인 단계(S200); 및 냉각 보조 단계(S300)를 포함한다. On the other hand, the thermoelectric power generation system control method of the present invention relates to a method for controlling the thermoelectric
상기 난방 보조 단계(S100)는 엔진 시동 이후에, 배기가스의 열이 난방을 답당하도록 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 제2연결라인(462)을 통해 히터코어(220) 전단으로 이동되어 보조 난방원으로 이용되는 단계이다. In the heating auxiliary step (S100), after the engine is started, the coolant passing through the
상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)는 상기 제어부(800)가 상기 온도센서(700)의 감지 온도가 일정 온도(T) 이상인지를 감지하는 단계이다. The cooling water temperature checking step (S200) is a step in which the
이 때, 상기 감지 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 냉각 보조 단계(S300)이 수행되며, 상기 감지 온도가 일정 온도 미만인 경우에는 상기 난방 보조 단계(S100)가 계속 수행된다. At this time, when the sensing temperature is above a certain temperature, the cooling auxiliary step S300 is performed. When the sensing temperature is less than the predetermined temperature, the heating auxiliary step S100 is continued.
상기 난방 보조 단계(S100)는 상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 미만인 경우에, 상기 제어부(800)에 의해 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 제2연결라인(462)을 통해 히터코어(220) 전단으로 이동되어 보조 난방원으로 계속 이용되는 단계이다. The heating auxiliary step (S100) is the cooling water passing through the
도 6을 참조로 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1밸브(601)의 개방에 의해 난방 라인(210)을 순환하는 냉각수는 상기 히터코어(220)를 통과한 후, 상기 제2밸브(602)가 개방됨으로써 상기 열전소자모듈(430)로 이동된다. 6, the coolant circulating in the
다음으로, 상기 열전소자모듈(430)로부터 배출된 냉각수는 상기 제3밸브(603)가 폐쇄(보조 냉각부(500)로 유입되지 않도록)되어 상기 난방 라인(210)의 히터코어(220) 전단으로 유입된다. Next, the cooling water discharged from the
상기 냉각 보조 단계(S300)는 상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 이상인 경우에, 상기 제어부(800)에 의해 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 보조 냉각부(500)를 순환하는 단계이다. In the cooling auxiliary step (S300), in the cooling water temperature checking step (S200), when the determined temperature is more than a predetermined temperature (T), the cooling water passing through the
도 7을 참조로 더욱 상세하게 설명하면, 상기 열전발전장치(400)로 유입된 냉각수는 상기 제3밸브(603)가 개방되어 상기 보조라디에이터(520)로 공급되고, 냉각된 후, 다시 열전발전장치(400)로 공급된다. Referring to FIG. 7, in detail, the coolant introduced into the
도 6 및 도 7은 난방 보조 단계(S100)와 냉각 보조 단계(S300)를 설명하기 위하여 냉각부(100)를 순환하는 구성은 나타내지 않았으나, 엔진(900)의 과열도 등을 고려하여 동시에 순환되거나 개별적으로 순환되도록 제어될 수 있다. 6 and 7 are not shown the configuration to circulate the
이 때, 상기 일정 온도(T)는 80 ℃인 것을 특징으로 한다.
At this time, the predetermined temperature (T) is characterized in that 80 ℃.
이에 따라, 본 발명의 열전 발전 시스템 제어 방법은 냉각수 온도에 따라 선택적으로 난방을 보조하거나 냉각을 보조하도록 함으로써 난방 효율 및 발전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
Accordingly, the thermoelectric power generation system control method of the present invention has an advantage of increasing heating efficiency and power generation efficiency by selectively assisting heating or assisting cooling according to the cooling water temperature.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is not limited, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
1000 : 본 발명의 열전 발전 시스템
100 : 냉각부
110 : 냉각수 냉각 라인 111 : 바이패스 라인
120 : 라디에이터
200 : 난방부
210 : 난방 라인 220 : 히터코어
300 : 배기관 310 : 산화촉매
400 : 열전발전장치
411 : 제1유입부 412 : 제1배출부
420 : 몸체
430 : 열전발전모듈
431 : 제2유입부 432 : 제2배출부
440 : 튜브 450 : 고정수단
460 : 연결라인
461 : 제1연결라인 462 : 제2연결라인
500 : 보조 냉각부
510 : 보조 냉각 라인 520 : 보조라디에이터
600 : 밸브
601 : 제1밸브 602 : 제2밸브
603 : 제3밸브
700 : 온도센서
800 : 밸브
900 : 엔진
901 : 제1순환펌프 902 : 제2순환펌프
910 : 과냉각 방지 센서
S100 내지 S300 : 본 발명에 따른 열전 발전 시스템 제어 방법의 각 단계1000: thermoelectric power generation system of the present invention
100: cooling unit
110: cooling water cooling line 111: bypass line
120: radiator
200: heating unit
210: heating line 220: heater core
300: exhaust pipe 310: oxidation catalyst
400: thermoelectric generator
411: first inlet 412: first outlet
420: body
430: thermoelectric power module
431: second inlet 432: second outlet
440
460: connection line
461: first connection line 462: second connection line
500: auxiliary cooling unit
510: auxiliary cooling line 520: auxiliary radiator
600: valve
601: first valve 602: second valve
603: third valve
700: temperature sensor
800: valve
900: engine
901: first circulation pump 902: second circulation pump
910: anti-cooling sensor
S100 to S300: each step of the thermoelectric power generation system control method according to the present invention
Claims (7)
상기 냉각수 냉각 라인(110)으로부터 분기되어 냉각수가 순환되는 난방 라인(210)과, 상기 난방 라인(210)에 형성되어 공기를 가열함으로써 난방하는 히터코어(220)를 포함하는 난방부(200);
배기가스가 배출되는 배기관(300);
상기 난방 라인(210)과 연결라인(460)에 의해 연결되며, 상기 배기관(300)과 연결되어 저온의 냉각수와 고온의 배기가스에 의해 발전되는 열전소자모듈(430)을 포함하는 열전발전장치(400);
상기 열전발전장치(400)와 연결되어 냉각수가 순환되는 보조 냉각 라인(510)과, 상기 보조 냉각 라인(510)에 형성되어 냉각수를 냉각하는 보조라디에이터(520)를 포함하는 보조 냉각부(500);
냉각수의 흐름을 제어하는 복수개의 밸브(600);
상기 난방 라인(210)에 구비되어 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서(700); 및
상기 온도센서(700)를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 따라 냉각수의 흐름을 제어하는 제어부(800); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템.
A cooling unit (100) including a cooling water cooling line (110) through which the cooling water is circulated by the first circulation pump (901), and a radiator (120) formed in the cooling water circulation line to cool the cooling water;
A heating unit (200) including a heating line (210) branched from the cooling water cooling line (110) for circulating cooling water, and a heater core (220) formed in the heating line (210) for heating by heating air;
An exhaust pipe 300 through which exhaust gas is discharged;
A thermoelectric generator connected to the heating line 210 and the connection line 460 and connected to the exhaust pipe 300 and including a thermoelectric module 430 that is generated by low temperature cooling water and high temperature exhaust gas. 400);
The auxiliary cooling unit 500 is connected to the thermoelectric generator 400 and includes an auxiliary cooling line 510 for circulating cooling water, and an auxiliary radiator 520 formed in the auxiliary cooling line 510 to cool the cooling water. ;
A plurality of valves 600 for controlling the flow of cooling water;
A temperature sensor 700 provided at the heating line 210 for sensing a temperature of cooling water; And
A controller 800 for controlling the flow of the cooling water according to the cooling water temperature information detected by the temperature sensor 700; Thermoelectric power generation system characterized in that it comprises a.
상기 연결라인(460)은
상기 난방부(200)의 히터코어(220)를 통과한 냉각수가 상기 열전발전장치(400)로 유입되도록 연결되는 제1연결라인(461), 및
상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 히터코어(220) 전단으로 배출되도록 연결되는 제2연결라인(462)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템.
The method of claim 1,
The connection line 460 is
A first connection line 461 connected to the cooling water passing through the heater core 220 of the heating unit 200 to the thermoelectric generator 400, and
And a second connection line (462) connected to discharge the coolant passing through the thermoelectric generator (400) to the front end of the heater core (220).
상기 보조 냉각 라인(510)은 냉각수를 순환하는 제2순환펌프(902)가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템.
The method of claim 2,
The auxiliary cooling line 510 is a thermoelectric power generation system characterized in that the second circulation pump 902 for circulating the cooling water is provided.
상기 열전 발전 시스템(1000)은 배기가스 유동방향으로 상기 열전발전장치(400)가 배기가스 내의 유기물을 연소시켜 배기가스를 승온시키는 산화촉매(310)(DOC, Diesel Oxidation Catalyst) 후측에 위치되는 것을 특징으로 하는 열전발전 시스템.
The method of claim 1,
The thermoelectric power generation system 1000 is located behind the oxidation catalyst 310 (DOC, Diesel Oxidation Catalyst) for heating the exhaust gas by burning the organic material in the exhaust gas in the exhaust gas flow direction. Characterized in the thermoelectric power system.
상기 열전발전장치(400)는
상기 배기관(300)에 연결되며 배기가스가 유입되는 제1유입부(411) 및 배출되는 제1배출부(412);
상기 제1유입부(411) 및 제1배출부(412)와 연결되어 배기가스가 유동되는 유로를 형성하는 몸체(420);
상기 몸체(420)의 양측 면에 형성되는 열전소자모듈(430); 및
상기 열전소자모듈(430)의 바깥쪽 양측에 밀착되며 냉각수가 유입되는 제2유입부(431) 및 배출되는 제2배출부(432)가 형성되어 내부에 냉각수 유로를 형성하는 튜브(440); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템.
The method of claim 1,
The thermoelectric generator 400
A first inlet part 411 connected to the exhaust pipe 300, into which exhaust gas is introduced, and a first outlet part 412 discharged;
A body 420 connected to the first inlet 411 and the first discharge part 412 to form a flow path through which exhaust gas flows;
A thermoelectric module 430 formed on both sides of the body 420; And
A tube 440 in close contact with both sides of the thermoelectric element module 430 and having a second inlet 431 into which coolant is introduced and a second outlet 432 discharged to form a coolant flow path therein; Thermoelectric power generation system comprising a.
상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 제2연결라인(462)을 통해 히터코어(220) 전단으로 이동되어 보조 난방원으로 이용되는 난방 보조 단계(S100);
상기 온도센서(700)의 감지 온도가 일정 온도(T) 이상인지를 감지하는 냉각수 온도 확인 단계(S200); 및
상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 이상인 경우에, 상기 제어부(800)에 의해 상기 열전발전장치(400)를 통과한 냉각수가 상기 보조 냉각부(500)를 순환하는 냉각 보조 단계(S300); 를 포함하며,
상기 냉각수 온도 확인 단계(S200)에서, 확인된 온도가 일정 온도(T) 미만인 경우에, 상기 난방 보조 단계(S200)가 수행되는 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템 제어 방법.
In the method of controlling the thermoelectric power generation system (1000) according to any one of claims 1 to 5,
Cooling water passing through the thermoelectric generator 400 is moved to the front end of the heater core 220 through the second connection line 462 is used as an auxiliary heating source (S100);
Cooling water temperature checking step (S200) for detecting whether the detected temperature of the temperature sensor 700 is above a predetermined temperature (T); And
In the cooling water temperature checking step (S200), when the determined temperature is greater than or equal to a predetermined temperature (T), the cooling water having passed through the thermoelectric generator 400 by the controller 800 may cause the auxiliary cooling unit 500 to pass through. Circulating cooling assistance step (S300); Including;
In the cooling water temperature checking step (S200), when the confirmed temperature is less than a predetermined temperature (T), the heating auxiliary step (S200), characterized in that the thermoelectric power generation system control method.
상기 일정 온도(T)는 80 ℃인 것을 특징으로 하는 열전 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 6,
The predetermined temperature (T) is a thermoelectric power generation system control method, characterized in that 80 ℃.
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