KR20160063000A - 열전 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 발전장치에 관한 것으로, 배기 매니폴드 또는 배기 파이프에 부착된 열전달모듈과, 열전달모듈로부터 열을 전달받는 열전모듈 및, 열전모듈로부터 열을 흡수하는 냉각모듈을 포함하며, 배기 시스템의 형상 변화 및 열전모듈의 형상 변화 없이도, 차량에 열전 발전시스템을 구현할 수 있는 효과가 있는 열전 발전장치를 제공한다.

Description

열전 발전장치{THERMOELECTRIC GENERATION DEVICE}
본 발명은 열전 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스의 열을 열전모듈로 전달함과 동시에 열전모듈로 냉각수를 공급하여, 열전모듈에 구비된 열전소자에 온도차이를 부여하여 발전하는 열전 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 내연기관에 공급되는 총 에너지 중 고온의 배기가스를 통해 버려지는 에너지량은, 전체의 30 내지 40 퍼센트에 달하고 있고, 실제 동력에 사용되는 에너지량은, 전체의 20 내지 30퍼센트 정도에 불과하다.
이에 따라서, 배기가스를 통해 버려지는 에너지를 회수하기 위한 기술이 개발되고 있다. 특히, 배기가스의 열을 전기에너지로 전환하는 열전 발전시스템이 개발되었다. 열전 발전시스템은, 열전소자에 온도차이를 부여하였을 때, 전력이 발생되는 제벡(SEEBACK) 효과를 이용하도록 구성된다.
그러나, 종래 차량에 열전모듈을 장착하기 위해서는, 배기가스의 통로가 되는 배기 매니폴드 또는 배기 파이프를 확관 하거나, 내부에 핀을 형성하는 등의 배기 시스템의 형상변경이 요구되었다. 또한, 배기 시스템에 장착되기 위하여 열전모듈의 형상 또한 변경이 필요하였다.
배기 시스템의 형상변경은, 배기압 문제를 야기할 수 있으므로 형상변경이 어려운 실정이며, 열전모듈의 형상 변경 또한 열전모듈의 가동 효율을 저하시키는 원인 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1062129호(2011.09.02.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 배기 시스템의 형상 변경 및 열전모듈의 형상 변경 없이 차량에 적용가능한 열전 발전장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 열전 발전장치는, 배기 매니폴드 또는 배기 파이프에 부착된 열전달모듈과, 열전달모듈로부터 열을 전달받는 열전모듈 및, 열전모듈로부터 열을 흡수하는 냉각모듈을 포함한다.
이때, 열전달모듈은, 배기 매니폴드 또는 배기 파이프의 외측에 감겨진 장착부와 배기 매니폴드 또는 배기 파이프의 길이방향 중심축과 수직하도록 연장된 판상의 연장부를 포함하는 열전도체 및, 장착부를 덮는 단열재를 포함할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 열전 발전장치에 따르면, 배기 시스템의 형상 변화 및 열전모듈의 형상 변화 없이도, 차량에 열전 발전시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열전달모듈에 장착되는 열전도체를 얇은 박막으로 제작할 수 있으며, 이를 통해 경량화가 가능한 효과가 있다.
또한, 배기 매니폴드와 같이 굴곡이 심한 부위에도 열전달모듈의 폭을 축소하여 장착가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 열전 발전장치의 장착 예시도,
도 2는 도 1의 A-A선의 단면도,
도 3은 도 1의 열전 발전장치의 다른 장착 예시도,
도 4는 도 1의 열전 발전장치의 또 다른 장착 예시도,
도 5는 도 1의 열전 발전장치가 장착되는 배기 시스템의 예시도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열전 발전장치는, 배기 매니폴드(130) 또는 배기 파이프(140)에 부착된 열전달모듈(100)과, 열전달모듈(100)로부터 열을 전달받는 열전모듈(200) 및, 열전모듈(200)로부터 열을 흡수하는 냉각모듈(300)을 포함한다.
열전달모듈(100)은, 배기 매니폴드(130) 또는 배기 파이프(140)의 외측에 감겨진 장착부(111)와 배기 매니폴드(130) 또는 배기 파이프(140)의 길이방향 중심축과 수직하도록 연장된 판상의 연장부(112)를 포함하는 열전도체(110) 및, 장착부(111)를 덮는 단열재(120)를 포함한다. 열전도체(110)는 열전도도가 우수하고, 플렉서블한 전도체로 제작된다. 본 발명의 일실시예에서는 구리 판이 사용된다.
열전모듈(200)은, P형 반도체와 N형 반도체가 규칙적으로 배열된 반도체부와, 반도체부 상면과 하면에 각각 구비된 전기전도판 및, 반도체부와 대칭을 이루도록 전기전도판에 부착된 절연부를 포함하며, 직육각형 형상의 외형을 이루도록 제작된다. 절연부는 세라믹으로 제작되는 것이 바람직하다.
냉각모듈(300)은, 열전모듈(200)로 냉기를 공급하는 냉각수 챔버(310)를 포함한다. 냉각수 챔버(310)는 냉각수유로(320)를 통해서 냉각수를 냉각모듈(300) 외부로부터 주입받게 된다. 냉각모듈(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 열전달모듈(100)의 연장부(112)와 수평을 이루도록 위치되고, 냉각모듈(300)과 연장부(112) 사이에 열전모듈(200)이 위치된다. 좀더 정확히는, 연장부(112)의 양면에 각각 열전모듈(200) 및 냉각모듈(300)이 위치된다. 연장부(112) 양면에 각각 위치된 냉각모듈(300)은 냉각수유로(320)를 통해 연결된다.
본 발명의 일실시예의 열전 발전장치는, 열전모듈(200)을 냉각모듈(300)과 연장부(112) 사이에 고정하는 클램프(400)를 더 포함한다. 클램프(400)는, 냉각모듈(300)과 연장부(112)를 관통하는 볼트(410)와, 볼트(410)와 체결되는 너트(420) 및, 볼트(410)의 머리부 내측, 너트(420)의 내측에 각각 위치된 스프링 와셔(430)를 포함한다.
스프링 와셔(430)가 구비됨으로써, 배기 시스템, 열전달모듈(100), 열전모듈(200) 또는 냉각모듈(300)의 열팽창에 의한 치수 변화에도 열전모듈(200)이 냉각모듈(300)과 연장부(112) 사이에서 이탈되지 않게 된다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 열전 발전장치는, 도 5에 도시된 바와 같은 배기 시스템 다수개 장착됨으로써, 차량의 열전 발전 시스템을 구현하게 된다. 이때, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 열전 발전장치 간의 거리를 다르게 하거나, 열전 발전장치의 폭을 축소함으로써, 기하학적으로 굴곡진 부위에도 장착할 수 있게 된다.
또한, 열전모듈(200) 내부에 위치된 열전소자 즉, 반도체부가 손상될 때, 반도체부가 손상된 특정 열전모듈(200) 또는 열전 발전장치만을 교체함으로써 고장을 수리할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 열전달모듈 110: 열전도체
111: 장착부 112: 연장부
120: 단열재 130: 배기 매니폴드
140: 배기 파이프 200: 열전모듈
300: 냉각모듈 310: 챔버
320: 냉각수유로 400: 클램프
410: 볼트 420: 너트
430: 스프링 와셔

Claims (10)

  1. 배기 매니폴드 또는 배기 파이프에 부착된 열전달모듈;
    상기 열전달모듈로부터 열을 전달받는 열전모듈; 및
    상기 열전모듈로부터 열을 흡수하는 냉각모듈을 포함하는 차량의 배기시스템에 장착되는 열전 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달모듈은,
    상기 배기 매니폴드 또는 상기 배기 파이프의 외측에 감겨진 장착부와, 상기 배기 매니폴드 또는 상기 배기 파이프의 길이방향 중심축과 수직하도록 연장된 판상의 연장부를 포함하는 열전도체; 및
    상기 장착부를 덮는 단열재를 포함하는 열전 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전모듈은,
    P형 반도체와 N형 반도체가 규칙적으로 배열된 반도체부;
    상기 반도체부 상면과 하면에 각각 구비된 전기전도판; 및
    상기 반도체부와 대칭을 이루도록 상기 전기전도판에 부착된 절연부를 포함하며,
    직육각형 형상의 외형을 이루도록 형성된 열전 발전장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각모듈은,
    상기 연장부와 수평을 이루도록 위치되고,
    상기 냉각모듈과 상기 연장부 사이에 상기 열전모듈이 위치된 열전 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연장부의 양면에 각각 열전모듈 및 냉각모듈이 위치된 열전 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연장부 양면에 각각 위치된 냉각모듈의 내부가 연결된 열전 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각모듈은,
    상기 냉각모듈로 냉각수를 공급하는 냉각수유로를 더 포함하며,
    상기 냉각수유로를 통해 상기 연장부 양면에 각각 위치된 냉각모듈이 연결된 열전 발전장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 열전모듈을 상기 냉각모듈과 상기 연장부 사이에 고정하는 클램프를 더 포함하는 열전 발전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클램프는,
    상기 냉각모듈과 상기 연장부를 관통하는 볼트;
    상기 볼트와 체결되는 너트; 및
    상기 볼트의 머리부 내측, 상기 너트의 내측에 각각 위치된 스프링 와셔를 포함하는 열전 발전장치.
  10. 배기 매니폴드 또는 배기 파이프에 구비된 다수개의 열전 발전장치를 포함하는 차량의 열전 발전 시스템.
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