KR20160069781A - 차량용 열전발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 열전발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 열전발전장치는, 배기가스가 유동하는 배기매니폴드를 덮어 상기 배기매니폴드로부터 방출된 열 에너지를 흡수하는 히트프로텍터; 및 상기 히트프로텍터에 배치되어 상기 히트프로텍터가 흡수한 열에너지로 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함하고, 상기 히트프로텍터는, 상기 배기매니폴드와 직접 접하여 열을 전달받는다.

Description

차량용 열전발전장치{Thermoelectric generator unit for vehicle}

본 발명은 차량용 열전발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진에서 발생하는 고온의 폐열을 활용하여 전기에너지로 생성함으로써 차량의 연비를 향상시키는 차량용 열전발전장치에 관한 것이다.

최근에는 차량에서 발생하는 폐열을 재활용하기 위해 열전소자를 이용한 열전발전시스템이 개발되고 있다. 그러나 개발되고 있는 대부분의 차량용 열전발전시스템은 배기머플러나 배기파이프에 적용되고 있다. 배기머플러나 배기파이프에서 방출되는 열에너지는 엔진에서 발생된 연소열에 비해 상대적으로 적기 때문에 높은 출력값을 내지 못하는 한계점을 보이고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

첫째, 엔진에서 발생되는 연소열을 효과적으로 재활용하는 구조를 제안하는 것이다.

둘째, 상용화된 열전소자를 적용위치에 구애받지 않고 활용하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 열전발전장치는, 배기가스가 유동하는 배기매니폴드를 덮어 상기 배기매니폴드로부터 방출된 열 에너지를 흡수하는 히트프로텍터; 및 상기 히트프로텍터에 배치되어 상기 히트프로텍터가 흡수한 열에너지로 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함하고, 상기 히트프로텍터는, 상기 배기매니폴드와 직접 접하여 열을 전달받는다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 엔진에서 발생되는 연소열을 효과적으로 재활용할 수 있다.

둘째, 상용화된 열전소자를 적용위치에 구애받지 않고 활용할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 열전발전장치의 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트프로텍터의 사시도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트프로텍터와 배기매니폴드의 저면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 차량용 열전발전장치(10)를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

차량용 열전발전장치(10)는 차량의 고온 열원부(배기계, 엔진부 등)에 냉각시스템과 함께 장착하여 온도구배에 의해 전자가 이동되는 현상을 열전소자(20)를 이용하여 전기를 발생시켜 연비를 향상하는 기술이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 열전발전장치(10)의 개념도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트프로텍터(11)의 사시도이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 히트프로텍터(11)와 배기매니폴드(1)의 저면도이다.

도1내지 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 열전발전장치(10)는, 배기가스가 유동하는 배기매니폴드(1)를 덮어 배기매니폴드(1)로부터 방출된 열 에너지를 흡수하는 히트프로텍터(11); 및 히트프로텍터(11)에 배치되어 히트프로텍터(11)가 흡수한 열에너지로 전기에너지를 생성하는 열전소자(20)를 포함하고, 히트프로텍터(11)는, 배기매니폴드(1)와 직접 접하여 열을 전달받는다.

배기매니폴드(1)는 내연기관의 배기구에 연결되는 구성품으로서 연소된 배기가스를 모아 배기파이프를 통해 배출하는 장치이다. 배기매니폴드(1)는 복수의 연소실과 연결되도록 여러 갈래로 된 다기관(多岐菅)으로 형성된다.

히트프로텍터(11)는 배기매니폴드(1)로부터 배출되는 열을 차단하여 차량 내부의 부품을 보호한다. 히트프로텍터(11)는 배기매니폴드(1)를 덮어 열에너지를 흡수한다.

열전소자(20)는 펠티에 효과에 의한 열에너지의 이동을 통해 전기 에너지를 생성한다. 생성된 전기에너지는 배터리에 저장된다. 열전소자(20)는 배기매니폴드(1)에서 방출된 열을 통해 전기에너지를 생성한다.

히트프로텍터(11)는 배기매니폴드(1)로부터 전도열을 전달받아 열전소자(20)에 전달한다. 열전소자(20)는 흡수한 열을 냉각부(30)에 전달하고 전기에너지를 생성한다.

히트프로텍터(11)는, 배기매니폴드(1)와 마주하는 고온부(13)가 배기매니폴드(1)와 형합하는 형상이다.

히트프로텍터(11)는, 고온부(13)의 반대편에 저온부(15)를 형성하고, 저온부(15)는 평평하게 형성된다.

따라서, 곡면의 배기매니폴드(1)에 직접 장착이 곤란한 평면의 열전소자(20)도 저온부(15)에 장착이 가능하다. 또한, 열전소자(20)와 저온부(15)가 모두 평면이므로 접촉면적이 넓어 열전효율이 증가한다. 또한, 복수의 열전소자(20)를 저온부(15)에 조밀하게 배치할 수 있어 공간활용도가 높다.

히트프로텍터(11)는, 고온부(13)에서 저온부(15)로 전도열이 이동한다. 고온부(13)는 배기매니폴드(1)와 직접 접한다. 열전소자(20)는 저온부(15)에 접하여 배치된다. 열전소자(20)에 접하여 배치되고 열에너지를 흡수하는 냉각부(30)를 포함한다.

히트프로텍터(11)는, 융해된 금속을 배기매니폴드(1) 형상의 주물에 넣고 응고시켜 형성된다. 히트프로텍터(11)의 소재는 알루미늄, SUS,주철 등 모든 금속/비금속 소재가 사용 가능하며, 입열량 증가를 위한 표면처리, 단열처리도 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 의한 차량용 열전발전장치(10)에 의하면, 엔진에서 발생하는 500? 이상 고온의 폐열을 활용하여 전기에너지로 전환함으로써 기존 내연기관의 연비를 향상시킬 수 있다. 즉, 배기매니폴드(1)에서열을 직접 전달받기 때문에 고온의 열원을 활용할 수 있다. 따라서, 배기파이프에 적용되고 있는 열전발전장치(10)에 비하여 저온부(15)와 고온부(13) 사이의 온도구배가 커 높은 출력값을 낼 수 있다.

또한, 열전소자(20)는 n/p타입의 반도체 펠렛이 모듈 내 다수 필요하기 때문에 소자 크기와 형상이 거의 정해져 있어 곡선형태의 배기매니폴드(1)의 적용에 어려움이 있지만, 본 발명은 전도형 힛프로텍트 커버를 이용해 열전소자(20)를 장착하여 엔진부 고온열을 전도를 통해 열전소자(20)의 출력을 높일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1: 배기매니폴드
10: 열전발전장치
11: 히트프로텍터
13: 고온부
15: 저온부
20: 열전소자
30: 냉각부

Claims (8)

1. 배기가스가 유동하는 배기매니폴드를 덮어 상기 배기매니폴드로부터 방출된 열 에너지를 흡수하는 히트프로텍터; 및
   상기 히트프로텍터에 배치되어 상기 히트프로텍터가 흡수한 열에너지로 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함하고,
   상기 히트프로텍터는 상기 배기매니폴드와 직접 접하여 열을 전달받는 차량용 열전발전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 히트프로텍터는,
   상기 배기매니폴드와 마주하는 고온부가 상기 배기매니폴드와 형합하는 형상인 차량용 열전발전장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 히트프로텍터는,
   상기 고온부의 반대편에 저온부를 형성하고 상기 저온부는 평평하게 형성된 차량용 열전발전장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 히트프로텍터는 상기 고온부에서 상기 저온부로 전도열이 이동하는 차량용 열전발전장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 고온부는 상기 배기매니폴드와 직접 접하는 차량용 열전발전장치.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 열전소자는 상기 저온부에 접하여 배치된 차량용 열전발전장치.
   
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 열전소자에 접하여 배치되고 열에너지를 흡수하는 냉각부를 더 포함하는 차량용 열전발전장치.
   
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 히트프로텍터는,
   융해된 금속을 상기 배기매니폴드 형상의 주물에 넣고 응고시켜 형성된 차량용 열전발전장치.

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