KR20160067424A - 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제동장치의 내부에 열전소자가 설치되고 상기 제동장치의 일측이 냉각되도록 하여 상기 열전소자가 제동열에 의해 발전되도록 한 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치는, 차량의 차륜과 인접한 부위에 설치되는 제동조작부와, 차량의 차륜과 일체로 회전하고 운전자의 제동조작시 상기 제동조작부와 마찰되는 회전부를 포함하는 차량의 제동장치에 있어서, 상기 제동조작부에 설치되고, 제동시 상기 제동조작부와 상기 회전부가 마찰하여 제동열이 발생하면, 열에너지를 전기에너지로 변환시켜 전류가 출력되는 열전소자(11)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 제동열을 이용한 열전발전장치{THERMOELECTRIC GENERATOR USING THE HEAT OF THE VEHICLE BRAKING}

본 발명은 차량의 제동장치에 설치하여 차량의 제동시 발생하는 제동열을 이용한 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제동장치의 내부에 열전소자가 설치되고 상기 제동장치의 일측이 냉각되도록 하여 상기 열전소자가 제동열에 의해 발전되도록 한 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치에 관한 것이다.

차량의 차륜에는 주행중인 차량을 정지시키기 위한 제동장치가 설치되어 있다.

상기 제동장치는 마찰에 의해 주행중인 차량의 차륜을 구속되도록 함으로써, 주행중인 차량을 정지시킨다.

한편, 상기 차륜을 정지시키는 제동장치는 궁극적으로 마찰부재를 마찰시켜 마찰력으로 상기 차륜을 정지시키는 바, 제동시에는 마찰에 의해 발생하는 제동열이 발생한다.

그러나, 종래기술에 차량용 제동장치에서는 상기 제동열을 활용하지 않고 주로 대기중으로 방열되도록 하였다. 즉, 통상의 차량용 제동장치인 디스크 브레이크에서는 실린더에 의해 캘리퍼 내부에서 디스크와 마찰하는 패드와 상기 디스크 사이에서 제동열이 발생하고, 드럼식 브레이크에서는 드럼의 내부에 브레이크슈가 벌어질 때, 상기 브레이크슈에 부착된 라이닝과 상기 드럼 사이에서 제동열이 발생한다. 상기 디스크 방식의 브레이크와 상기 드럼식 브레이크에서는 제동에 따라 발생하는 제동열을 외부로 방열되도록 할 뿐 이를 활용하는 기술은 제시되지 않았다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는 '차량용 회생식 브레이크 장치 및 방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-2014-0020365 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 차량에서 버려지는 폐열인 제동열을 발전에 활용할 수 있도록 제동장치의 내부에 열전소자를 장착하여, 상기 제동장치에서 발생하는 제동열이 상기 열전소자로 전달되도록 하여 폐열인 제동열로 전기에너지를 얻을 수 있는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 다른 목적은 차량의 제동장치의 냉각이 촉진되도록 함으로써 제동장치의 냉각성능이 향상되도록 함으로써 제동장치가 안정적인 성능을 발휘할 수 있도록 한 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치는, 차량의 차륜과 인접한 부위에 설치되는 제동조작부와, 차량의 차륜과 일체로 회전하고 운전자의 제동조작시 상기 제동조작부와 마찰되는 회전부를 포함하는 차량의 제동장치에 있어서, 상기 제동조작부에 설치되고, 제동시 상기 제동조작부와 상기 회전부가 마찰하여 제동열이 발생하면, 열에너지를 전기에너지로 변환시켜 전류가 출력되는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열전소자와 전기적으로 연결되고, 상기 열전소자로부터 출력된 전류를 입력받으며, 상기 전류를 차량에 설치된 배터리 또는 전장부품으로 출력하는 전원제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열전소자는 상기 제동장치에서 제동열이 발생하는 부위에 인접하게 배치되는 고온부와, 상기 고온부의 반대면에 형성되는 저온부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제동조작부에서, 상기 저온부에 인접하는 부위에는 냉각수단이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전부는, 상기 차륜과 함께 회전하는 디스크이고, 상기 제동조작부는, 상기 디스크와 마찰되는 패드와 상기 패드가 설치되고 제동조작시 액츄에이터의 작동에 의해 상기 패드를 상기 디스크로 압착하는 캘리퍼이며, 상기 열전소자는 상기 패드와 상기 캘리퍼 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각수단은 상기 캘리퍼에 형성되는 냉각홀인 것을 특징으로 한다.

상기 회전부는, 상기 차륜과 함께 회전하는 드럼이고, 상기 제동조작부는, 상기 드럼과 마찰되는 라이닝과, 상기 라이닝이 설치되고 제동조작시 액츄에이터의 작동에 의해 상기 라이닝을 상기 드럼으로 압착하는 브레이크 슈이며, 상기 열전소자는 상기 라이닝과 상기 브레이크 슈 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각수단은 상기 브레이크 슈에 설치되는 방열핀인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치에 따르면, 차량의 제동장치에서 발생하는 제동열이 상기 제동장치의 내부에 설치된 열전소자로 전달되도록 하여 발전되도록 함으로써, 차량이 주행과 제동을 반복함에 따라 상기 제동장치에서 발생하는 제동열을 전기에너지의 형태로 회수할 수 있다.

또한, 제동열을 이용한 발전시 발전효율이 향상되도록 상기 제동장치에 구비되는 냉각수단에 의해서 제동장치의 냉각이 촉진된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치을 도시한 평면도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치는, 차량의 제동장치에 열에너지를 전기에너지로 변환하여, 일측에 열이 가해지면 전류가 출력되는 열전소자(11)가 포함된다.

차량의 제동장치는 주행중인 차량을 정지시키거나, 정지된 차량의 정지상태를 유지하기 위하여 차량에 구비된다. 상기 제동장치는 차량의 차륜을 구속함으로써, 차량을 정지시키는 것으로서, 대부분의 제동장치는 차륜에 마찰력을 가하여 차량을 제동시킨다.

상기 차량의 제동장치는 상기 마찰에 의해 상기 차륜이 정지하면서 차량이 정지될 때, 마찰에 의해 발생하는 제동열이 발생하는데, 상기 제동열을 열전소자(11)를 이용하여 회수하도록 한다.

현재 차량에서는 차량에 탑재되어 차량을 주행시키는 에너지원, 즉 내연기관이 탑재된 차량에서는 연료, 주행용 모터가 탑재된 차량에서는 고전압 배터리에 충전된 전력, 연료전지 차량에서는 수소 등이 탑재되는데, 상기 에너지원은 차량을 주행시키는데 사용되지만, 일부는 마찰 또는 열 등으로 손실되고 있는 실정이다. 일부 차량에서는 회생제동장치를 장착하여 제동시 차량의 운동에너지의 일부를 회수하고는 있지만, 차량의 각 부위에서 발생하는 마찰이나 열은 그대로 손실되고 있다.

따라서 본 발명에서는 제동장치에서 발생하는 제동열을 회수할 수 있도록, 상기 제동장치의 내부에 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열전소자(11)를 장착하여, 제동열로 손실되는 에너지의 일부를 회수할 수 있도록 한다.

즉, 제동장치는 차량의 차륜과 인접한 부위에 설치되는 제동조작부와, 차량의 차륜과 일체로 회전하고 운전자의 제동조작시 상기 제동조작부와 마찰되는 회전부를 포함하는 구성을 갖고 있고, 차량의 제동시 상기 제동조작부와 상기 회전부가 마찰하면서 마찰이 발생하는데, 상기 제동조작부의 일측에 상기 열전소자(11)를 장착함으로써, 제동열을 전기에너지로 변환하여 손실되는 에너지를 회수하도록 한다.

열전소자(11)는 제백효과(seebeck effect)에 의해 열에너지를 전기에너지로 변환하는 반도체 소자로서, 일측면에 열이 가해지면, 양측면의 온도차에 의해 전류가 출력된다. 즉, 상기 열전소자(11)에서 상대적으로 고온에 노출된 일측면이 고온부(11a)가 되고, 나머지 일측면이 저온부(11b)가 된다. 따라서, 상기 열전소자(11)를 제동열이 발생하는 상기 제동조작부에 설치함으로써, 제동시 발생하는 제동열을 전기의 형태로 회수할 수 있다.

전원제어부(12)는 상기 열전소자(11)와 전기적으로 연결되어 있어서, 상기 열전소자(11)로부터 출력된 전류를 입력받으면, 이를 차량에 설치되어 상기 전원제어부(12)와 전기적으로 연결된 배터리(13) 또는 전장부품으로 출력한다. 상기 전원제어부(12)에서는 상기 열전소자(11)에서 출력된 전류의 전압값과 전류값을 상기 배터리(13)을 충전시키거나 상기 전장부품이 작동하는데 적합한 전압값과 전류값으로 변환할 수 있다.

냉각수단은 상기 제동조작부를 냉각시키는데 사용된다. 상기 열전소자(11)는 상기 고온부(11a)와 상기 저온부(11b)의 온도차가 클수록 상기 열전소자(11)에서 출력되는 더 많은 전류가 출력될 수 있기 때문에, 상기 냉각수단을 통하여 상기 제동조작부의 일측을 냉각시킨다. 상기 열전소자(11)에서 고온부(11a)가 제동열이 발생하는 부위에 인접되게 배치된다면, 상기 저온부(11b)는 상기 냉각수단이 설치된 부위에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치의 구체적인 실시예에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치가 도시되어 있다.

본 실시예에서 적용된 차량의 제동장치는 디스크 방식의 브레이크가 된다.

상기 디스크 방식의 브레이크에서는 차륜과 함께 회전하는 디스크(22)의 양쪽면을 패드(23)가 압착하여 상기 디스크(22)를 정지시킴으로써, 차량이 제동하도록 하는 구성을 갖는다.

즉, 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치가 상기 디스크 방식의 브레이크에 적용된다면, 상기 회전부는 상기 차륜과 함께 회전하는 디스크(22)이고, 상기 제동조작부는 상기 디스크(22)와 마찰되는 패드(23)가 설치되고 제동조작시 액츄에이터(24)의 작동에 의해 상기 패드(23)를 상기 디스크(22)로 압착하는 캘리퍼(21)가 될 수 있다.

즉, 상기 디스크 방식의 브레이크는, 차륜과 함께 회전하는 디스크(22)의 일부를 수용하는 캘리퍼(21)와, 상기 캘리퍼(21)에 설치되고 상기 디스크(22)로 압착되는 패드(23)와, 운전자가 브레이크 페달을 조작하면 상기 패드(23)를 상기 디스크(22)로 압착시키는 액츄에이터(24)를 포함하는데, 상기 열전소자(11)는 상기 캘리퍼(21)와 상기 패드(23) 사이에 설치된다.

이때, 상기 열전소자(11)의 고온부(11a)는 상기 패드(23)와 접해있고, 저온부(11b)는 캘리퍼(21)에 접한다.

이러한 디스크 방식의 브레이크에서는 제동시 유압실린더 등의 형태로 제공되는 액츄에이터(24)로 유압이 제공되면, 상기 패드(23)를 상기 디스크(22)로 압착시켜 상기 패드(23)와 상기 디스크(22)가 서로 마찰되면서 제동열이 발생한다.

상기 제동열은 상기 패드(23)를 통하여 상기 열전소자(11)로 전달되고 상기 열전소자(11)에서는 전류가 출력된다.

이때, 상기 캘리퍼(21)에는 냉각수단의 한가지인 다수의 냉각홀(21a)이 형성되도록 하여, 상기 캘리퍼(21)의 냉각을 촉진시킨다. 상기 냉각홀(21a)에 의해 상기 캘리퍼(21)의 냉각이 촉진되면, 상기 열전소자(11)의 저온부(11b)의 온도가 더 낮아지므로, 상기 열전소자(11)에서 더 많은 전류가 출력될 수 있다. 또한, 상기 냉각홀(21a)에 의해 상기 캘리퍼(21)의 냉각이 촉진되므로, 상기 캘리퍼(21)를 비롯한 부품이 제동시 발생한 제동열에 의해 변형되는 것을 방지하여 안정적인 제동성능이 발휘되도록 한다.

한편, 상기 냉각수단의 다른 예로서, 상기 캘리퍼(21)의 내부에 형성되어 내부에 냉각수가 유동하는 냉각유로가 될 수도 있다.

상기 열전소자(11)에서 출력된 전류는 전원제어부(12)로 입력된 후, 배터리(13) 또는 차량의 전장부품으로 출력된다.

도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 상기 제동장치의 예로서 드럼식 브레이크가 개시되어 있다.

드럼식 브레이크는 차륜과 함께 회전하는 드럼(24)과, 상기 드럼(24)의 내부에 액츄에이터(34)에 의해 조작력이 가해지면 서로 벌어지도록 설치되는 한 쌍의 브레이크 슈(32)와, 상기 브레이크 슈(32)의 외측에 상기 드럼(24)과 마찰하는 라이닝(33)을 포함하는데, 상기 브레이크 슈(32)와 상기 라이닝(33) 사이에 상기 열전소자(11)가 설치된다.

상기 열전소자(11)의 일측면, 즉 고온부(11a)는 제동시 상기 드럼(24)과 마찰하여 제동열이 발생되는 라이닝(33)과 접하고 있고, 저온부(11b)는 상기 브레이크 슈(32)와 접한다.

본 실시예에서는 제동시 상기 액츄에이터(34)에 의해서 상기 브레이크 슈(32)가 서로 벌어지면서 상기 라이닝(33)과 상기 드럼(24)이 서로 접촉하여 마찰이 발생하는데, 상기 제동열이 상기 라이닝(33)을 통하여 상기 열전소자(11)로 전달되면, 상기 열전소자(11)가 제동열을 전기에너지로 변환하여, 상기 열전소자(11)로부터 전류가 출력된다.

상기 열전소자로부터 출력된 전류는 전원제어부(12)를 통하여 배터리(13) 또는 전장부품으로 출력된다.

한편, 상기 열전소자(11)로부터 출력되는 전류의 양을 늘이기 위해 상기 브레이크 슈(32)의 후면, 즉 상기 열전소자(11)가 설치되지 않은 면에는 방열핀(32a)이 형성되도록 함으로써, 상기 브레이크 슈(32)의 후면이 냉각되도록 한다. 냉각수단으로 상기 방열핀(32a)이 제공됨으로써, 제동시 제동성능이 안정적으로 발휘될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치는 제동시 발생하는 제동열, 즉 디스크(22)와 패드(23)의 제동열 또는 드럼(24)과 라이닝(33)의 제동열을 상기 열전소자(11)를 통하여 전기에너지로 변환함으로써, 상기 차량의 제동시 버려지는 에너지의 일부는 회수함으로써, 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

11 : 열전소자 11a : 고온부
11b : 저온부 12 : 전원제어부
13 : 배터리 21 : 캘리퍼
21a : 냉각홀 22 : 디스크
23 : 패드 24 : 액츄에이터
31 : 드럼 32 : 브레이크 슈
32a : 방열핀 33 : 라이닝
34 : 액츄에이터

Claims (8)

1. 차량의 차륜과 인접한 부위에 설치되는 제동조작부와, 차량의 차륜과 일체로 회전하고 운전자의 제동조작시 상기 제동조작부와 마찰되는 회전부를 포함하는 차량의 제동장치에 있어서,
   상기 제동조작부에 설치되고, 제동시 상기 제동조작부와 상기 회전부가 마찰하여 제동열이 발생하면, 열에너지를 전기에너지로 변환시켜 전류가 출력되는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열전소자와 전기적으로 연결되고, 상기 열전소자로부터 출력된 전류를 입력받으며, 상기 전류를 차량에 설치된 배터리 또는 전장부품으로 출력하는 전원제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전소자는 상기 제동장치에서 제동열이 발생하는 부위에 인접하게 배치되는 고온부와,
   상기 고온부의 반대면에 형성되는 저온부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제동조작부에서, 상기 저온부에 인접하는 부위에는 냉각수단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전부는, 상기 차륜과 함께 회전하는 디스크이고,
   상기 제동조작부는, 상기 디스크와 마찰되는 패드와 상기 패드가 설치되고 제동조작시 액츄에이터의 작동에 의해 상기 패드를 상기 디스크로 압착하는 캘리퍼이며,
   상기 열전소자는 상기 패드와 상기 캘리퍼 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉각수단은 상기 캘리퍼에 형성되는 냉각홀인 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 회전부는, 상기 차륜과 함께 회전하는 드럼이고,
   상기 제동조작부는, 상기 드럼과 마찰되는 라이닝과, 상기 라이닝이 설치되고 제동조작시 액츄에이터의 작동에 의해 상기 라이닝을 상기 드럼으로 압착하는 브레이크 슈이며,
   상기 열전소자는 상기 라이닝과 상기 브레이크 슈 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각수단은 상기 브레이크 슈에 설치되는 방열핀인 것을 특징으로 하는 차량의 제동열을 이용한 열전발전장치.

Images