KR20130050043A - 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치 - Google Patents

엔진의 배기열을 이용한 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 엔진의 배기가스가 배출되는 경로 상에 배치되고, 엔진에서 배출된 고온 고압의 배기가스에 수분을 혼합하여 저온 고압의 가스와 수증기를 발생하는 혼합부; 상기 혼합부에서 발생한 저온 고압의 가스와 수증기에 의해 회전하는 팽창터빈; 상기 팽창 터빈의 회전력을 인가받아 동력을 발생하는 발전기; 상기 팽창터빈의 회전력을 인가받아 동작하고, 상기 팽창터빈을 통과한 저온 저압의 가스와 응축수를 압축하여 저온 상압의 가스와 응축수를 배출하는 압축터빈; 및 상기 압축터빈에서 배출된 가스와 응축수를 분리하여 배출하는 기액분리부를 포함하는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치를 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 차량 엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스에 수분을 공급하여 저온 고압의 배기가스와 수증기를 발생시키고 이를 이용하여 전원을 생산할 수 있고, 외부로 배출되는 배기가스를 이용하여 전원을 생산하므로 차량의 안전 운행과 운전자의 편의를 위한 장비의 사용을 위한 전원 공급을 위해 엔진의 회전력을 이용하지 않아 차량의 주행 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

엔진의 배기열을 이용한 발전 장치{Power generator by using waste gas heat in vehicle engine}
본 발명은 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진에서 배출되는 배기가스에 수분을 공급하여 발생된 수증기의 증발 팽창을 이용하여 전기를 발전할 수 있는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
차량은 차량 내부에서 필요로 하는 전원의 공급을 위해 발전기를 구비하고 있다. 차량의 발전기는 엔진 동작 시 그 회전력을 이용하여 소정의 전력을 발생시켜 사용하고, 발생된 전원 중 일부는 충전지에 충전된다.
차량의 안전 운행과 운전자의 편의를 위해 보다 많은 장비(네비게이터, 음향 기기 등)가 차량에 구비되고 있다. 이들 장비의 동작을 위해서는 보다 많은 전원을 필요로 하므로, 차량의 발전기의 용량을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 차량 발전기는 차량 엔진의 회전력을 이용하므로, 차량 발전기의 용량 증가는 보다 많은 차량 회전력을 필요로 하고 이에　따라 차량의 주행 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량 엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스에 수분을 공급하여 저온 고압의 배기가스와 수증기를 발생시키고 이를 이용하여 전원을 생산할 수 있는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진의 배기가스가 배출되는 경로 상에 배치되고, 엔진에서 배출된 고온 고압의 배기가스에 수분을 혼합하여 저온 고압의 가스와 수증기를 발생하는 혼합부; 상기 혼합부에서 발생한 저온 고압의 가스와 수증기에 의해 회전하는 팽창터빈; 상기 팽창 터빈의 회전력을 인가받아 동력을 발생하는 발전기; 상기 팽창터빈의 회전력을 인가받아 동작하고, 상기 팽창터빈을 통과한 저온 저압의 가스와 응축수를 압축하여 저온 상압의 가스와 응축수를 배출하는 압축터빈; 및 상기 압축터빈에서 배출된 가스와 응축수를 분리하여 배출하는 기액분리부를 포함하는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치를 제공한다.
상기 기액분리부는 상기 수분과 상기 배기가스의 분리 공간을 제공하는 몸체, 분리된 상기 배기가스를 배출하는 배기가스 배출구, 분리된 상기 수분이 상기 혼합부로 재순환되도록 하는 제1 물 배출구 및 여분의 수분을 배출하는 제2 물 배출구를 포함할 수 있다.,
상기 제1 물 배출구와 상기 혼합부의 연결 경로 상에 배치되는 워터 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 배기가스 배출구는 상기 몸체의 상부측에 배치되고, 상기 제1 물 배출구는 상기 몸체의 하부측에 배치되며, 상기 제2 물 배출구는 상기 몸체의 중간 측에 배치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 차량 엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스에 수분을 공급하여 저온 고압의 배기가스와 수증기를 발생시키고 이를 이용하여 전원을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명은 외부로 배출되는 배기가스를 이용하여 전원을 생산하므로 차량의 안전 운행과 운전자의 편의를 위한 장비의 사용을 위한 전원 공급을 위해 엔진의 회전력을 이용하지 않아 차량의 주행 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치(100)는 혼합부(110), 팽창터빈(120), 발전기(130), 압축터빈(140), 기액분리부(150)를 포함한다.
혼합부(110)는 차량의 엔진(1)에서 배출되는 배기가스의 배출 경로 상에 배치된다. 엔진(1)에서 배출되는 배기가스를 차량 외부로 배기하는 구성은 이 분야에서는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
혼합부(110)는 소정의 크기로 이루어지고, 내부에는 배기가스와 수분이 혼합되는 공간이 제공된다. 이때, 혼합부(110)의 내부에는 수분의 공급을 위한 분사 노즐(112)이 설치되는 것이 바람직하다. 분사 노즐(112)은 수분을 미세한 입자 형태로서 공급하는 것이 바람직하다.
엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스는 혼합부(110)의 내부로 유입되고, 이후 유입된 배기가스에 대하여 분사 노즐(112)을 통하여 수분을 공급한다. 공급된 수분은 배기가스와 혼합되고, 이후 배기가스와의 열교환에 의해 온도가 상승하며, 수증기로 발생된다.
엔진(1)에서 배출되는 배기가스의 온도는 사용 연료, 엔진의 종류와 세부 구성에 따라 차이가 있으나 일반적으로 300℃ 이상이므로 수분을 수증기로 기화시킬 수 있다.
혼합부(110)에서 수분이 혼합된 저온 고압의 배기가스와 수증기는 팽창터빈(120) 측으로 유입된다.
배기가스와 혼합되어 온도가 상승된 수분은 수증기로 증발하면서 팽창되고, 팽창터빈(120)은 수증기의 증발 팽창력과 저온 고압의 배기가스에 의해 회전한다.
팽창터빈(120)에서 팽창터빈(120)의 회전에 사용된 배기가스는 저온 저압 상태로서 수증기와 함께 연결관을 통해 후술하는 압축터빈(140)으로 유입된다. 팽창터빈(120)의 동작에 사용된 수증기는 온도가 저하되며 액상 상태의 수분으로 변환된다.
팽창터빈(120)의 회전축 상에는 발전기(130)의 회전축이 연결된다.
발전기(130)는 팽창터빈(120)의 회전력에 의해 회전 동작하면서 소정의 동력 즉, 전원을 발생시켜 출력한다.
여기서, 발전기(130)는 차량 엔진의 동력에 의해 회전하는 발전기와 동일할 수 있지만, 별도로 설치되는 것이 바람직하다.
발전기(130)에서 출력되는 전원은 차량에서 사용되는 전장기구에 공급되고, 잉여분은 배터리(미도시)에 충전되는 것이 바람직하다.
또한, 팽창터빈(120)의 회전축 상에는 압축터빈(140)의 회전축이 연결될 수 있다.
압축터빈(140)은 팽창터빈(120)의 회전력을 인가받아 동작한다. 본 발명의 실시예에서 압축터빈(140)은 팽창터빈(120)의 회전력에 의해 동작하지만, 압축터빈(140)의 동작을 위해 모터가 연결될 수도 있다.
압축터빈(140)은 팽창터빈(120)을 통과한 저온 저압의 가스와 응축수를 압축하여 저온 상압의 가스와 응축수로서 배출한다.
압축터빈(140)에서 압축되어 배출된 저온 상압의 가스와 응축수는 기액분리부(150)로 유입된다.
기액분리부(150)는 함께 유입된 저온 상압의 가스와 응축수를 분리하여, 별도로 배출한다.
기액분리부(150)는 내부에 소정의 공간이 제공되는 본체(152), 배기가스 배출구(154)와 제1 및 제2 물 배출구(156, 158)를 포함한다.
기액분리부(150)로 함께 유입된 수분과 배기가스는 본체(152)의 내측 공간에서 상부와 하부로 분리된다. 즉, 수분은 액상 상태이므로 기액분리부(150)의 본체(152) 내측 하부에 모이지만, 배기가스는 기상 상태이므로 수분과 분리되어 본체(152) 내측 상부로 모인다.
배기가스는 배기가스 배출구(154)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 배기가스는 별도의 정화기구를 통해 정화된 후 차량 외부로 방출되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 물 배출구(156, 158)는 기액분리부(150)의 내측 하부에 모여진 수분을 배출한다.
여기서, 제1 물 배출구(156)는 본체(152)의 최하부측에 설치된다. 제1 물 배출구(156)는 혼합부(110)의 노즐(112)와 연결되어, 분리된 수분이 혼합부(110)로 재 공급되도록 한다. 제1 물 배출구(156)에서 순환부(110)로 수분이 재 순환되는 경로 상에는 워터 펌프(160)가 배치되는 것이 바람직하다.
워터 펌프(160)는 노즐(112)을 통해 공급되는 수분을 가압하여 수분의 공급이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
제2 물 배출구(158)는 기액분리부(150)에 모여진 수분 중 필요 이상의 잉여부분을 차량 외부로 배출한다. 제2 물 배출구(158)는 본체(152) 상에서 배기가스 배출구(154)와 제1 물 배출구(156)의 사이에 설치된다.
배기가스에는 소정의 수분이 포함되어 있고, 이는 압축터빈에서 액상으로 변환되므로 기액분리부(150)에 모여지는 수분의 양은 혼합부(110)에 공급되었던 수분의 양보다 증가할 수 있다. 따라서, 최초 공급량 이외의 수분은 제2 물 배출구(158)를 통해 외부로 배출하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 차량 엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스에 수분을 공급하여 저온 고압의 배기가스와 수증기를 발생시키고 이를 이용하여 전원을 생산할 수 있고, 외부로 배출되는 배기가스를 이용하여 전원을 생산하므로 차량의 안전 운행과 운전자의 편의를 위한 장비의 사용을 위한 전원 공급을 위해 엔진의 회전력을 이용하지 않아 차량의 주행 성능 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 발전 장치
110: 혼합부
120: 팽창터빈
130: 발전기
140: 압축터빈
150: 기액분리부

Claims (4)

  1. 엔진의 배기가스가 배출되는 경로 상에 배치되고, 엔진에서 배출된 고온 고압의 배기가스에 수분을 혼합하여 저온 고압의 가스와 수증기를 발생하는 혼합부;
    상기 혼합부에서 발생한 저온 고압의 가스와 수증기에 의해 회전하는 팽창터빈;
    상기 팽창 터빈의 회전력을 인가받아 동력을 발생하는 발전기;
    상기 팽창터빈의 회전력을 인가받아 동작하고, 상기 팽창터빈을 통과한 저온 저압의 가스와 응축수를 압축하여 저온 상압의 가스와 응축수를 배출하는 압축터빈; 및
    상기 압축터빈에서 배출된 가스와 응축수를 분리하여 배출하는 기액분리부를 포함하는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기액분리부는
    상기 수분과 상기 배기가스의 분리 공간을 제공하는 몸체,
    분리된 상기 배기가스를 배출하는 배기가스 배출구,
    분리된 상기 수분이 상기 혼합부로 재순환되도록 하는 제1 물 배출구 및
    여분의 수분을 배출하는 제2 물 배출구를 포함하는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 물 배출구와 상기 혼합부의 연결 경로 상에 배치되는 워터 펌프를 더 포함하는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배기가스 배출구는 상기 몸체의 상부측에 배치되고,
    상기 제1 물 배출구는 상기 몸체의 하부측에 배치되며,
    상기 제2 물 배출구는 상기 몸체의 중간 측에 배치되는 엔진의 배기열을 이용한 발전 장치.
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