KR20200046195A - Heat exchanger for thermoelectric generation system using automobile exhaust heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차의 배기가스로 버려지는 고온의 배열에너지를 열전소자를 이용하여 전기에너지로 변환 회수하는 열전발전장치에 사용되는 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to a heat exchanger used in a thermoelectric generator that converts and recovers high-temperature heat-dissipated energy that is wasted as exhaust gas of a vehicle into electrical energy using a thermoelectric element.
종래 자동차에서의 에너지흐름을 살펴보면, 가솔린이 가진 화학에너지는 엔진에서 연소하여 기계에너지로 변환되며, 이때의 열효율은 높아도 30%정도에 불과하다. Looking at the energy flow in a conventional vehicle, the chemical energy of gasoline is converted into mechanical energy by combustion in an engine, and the thermal efficiency at this time is only about 30% even when high.
나머지 에너지는 열의 형태로 라디에이터, 엔진본체, 배기가스를 통해 각기 30%, 10%, 30%정도 외부로 방출된다. The rest of the energy is released to the outside by 30%, 10%, 30%, respectively, through the radiator, engine body, and exhaust gas in the form of heat.
이 엔진 폐열 중에서 열원의 온도가 높은 쪽이 에너지로서의 효용성이 높기 때문에, 이를 이용하여 열전변환 발전을 하는 기술이 발전되고 있다.Among the waste heat of the engine, the higher the temperature of the heat source is, the higher the utility as energy is, so a technique for generating thermoelectric conversion power using the same has been developed.
열전변환은, 금속 또는 반도체인 제벡 소자 양단에 온도차를 주는 경우, 열원부와 냉각부 사이에 전위차가 발생한다는 제벡 효과를 이용한 것으로서, 이 시스템의 커다란 특징은, 기계적인 구동부 없이, 열을 직접 전기로 변환할 수 있다는 점이다. Thermoelectric conversion uses the Seebeck effect that a potential difference occurs between a heat source and a cooling unit when a temperature difference is applied across a Seebeck element, which is a metal or a semiconductor. A great feature of this system is that it directly transfers heat without a mechanical driving unit. Is that it can be converted to
이러한 자동차 배열이용 열전발전시스템은 다수의 열전모듈, 열전발전시스템 부분 및 제어시스템 부분으로 나눌 수 있으며, 그 중에서 열전발전시스템 부분의 기술은 자동차 배기구로 버려지는 배열로부터 가능한 많은 폐열을 회수해내기 위한 중요한 기술이다. The thermoelectric power generation system using an automobile array can be divided into a plurality of thermoelectric modules, a thermoelectric power generation system part, and a control system part. Among them, the technology of the thermoelectric power generation system part is intended to recover as much waste heat as possible from the arrangement that is discarded by the vehicle exhaust. It is an important skill.
상기 열전발전시스템은 열전발전을 수행하는 열전모듈 외에, 배기가스의 열을 회수하여 열전모듈에 전달하기 위한 열교환기를 포함한다. The thermoelectric power generation system includes a heat exchanger for recovering heat from the exhaust gas and transferring it to the thermoelectric module in addition to the thermoelectric module for performing thermoelectric power generation.
열교환기는 자동차 배열에너지를 아주 좁은 영역에서 높은 열전달율로 추출해 내야하며, 동시에 배압의 증가에 따른 엔진효율의 저하를 피할 수 있도록 설계해야 한다. 또한 고온 환경에 지속적으로 접하게 됨에 따라 휨 현상과 같은 열변형이 발생된다. The heat exchanger must extract the automobile array energy in a very narrow area with a high heat transfer rate, and at the same time, it must be designed to avoid a decrease in engine efficiency due to an increase in back pressure. In addition, thermal deformation, such as bending, is generated as it is continuously exposed to a high temperature environment.
이러한 변형을 방지하고 열교환 성능도 높이기 위해, 열교환기 내부에 핀을 형성하여 강성과 열전도를 높이는 구조가 널리 채용되고 있다. 그러나 이 경우 핀 구조가 배기가스의 유동을 방해하는 장벽 역할을 하는 문제가 생긴다. 즉 핀에 의해 구획된 유로를 통해서만 가스가 유동하므로, 열교환기 고온부를 통해 유동하는 배기가스의 양이 중앙 구획과 좌우 가장자리 구획에서 차이가 나게 되고, 이는 곧 열전 효율 저하로 귀결된다. In order to prevent such deformation and increase heat exchange performance, a structure in which fins are formed inside the heat exchanger to increase rigidity and heat conduction is widely adopted. However, in this case, a problem arises in that the fin structure serves as a barrier to the flow of exhaust gas. That is, since the gas flows only through the flow path partitioned by the fins, the amount of exhaust gas flowing through the high-temperature portion of the heat exchanger differs between the central section and the left and right edge sections, which soon leads to a decrease in thermoelectric efficiency.
이러한 문제를 방지하기 위해 열교환기의 고온부를 구성하는 상판과 하판을 서로의 핀이 닿지 않게 이격시킬 수 있다. 그러나 이 경우 상판과 하판이 분리되기 때문에 열변형 등에 대한 저항이 낮아져 휨이 발생되는 문제가 있다. 이러한 휨 변형이 발생되면 열전모듈과의 접합이 불완전해지기 때문에 열전발전효율이 낮아진다. In order to prevent such a problem, the upper and lower plates constituting the high-temperature portion of the heat exchanger may be spaced apart from each other so that pins do not contact each other. However, in this case, since the upper plate and the lower plate are separated, there is a problem in that resistance to thermal deformation or the like is lowered and warpage occurs. When this bending deformation occurs, the thermoelectric power generation efficiency is lowered because the bonding with the thermoelectric module is incomplete.
또 자동차의 주행 중에는 지속적인 진동이 발생되는데, 이에 의해 열교환기는 결합 부위가 풀리거나 변형이 생기거나 피로 파괴가 발생될 가능성이 있다. In addition, continuous vibration is generated while the vehicle is running, whereby the heat exchanger is likely to loosen, deform, or break fatigue.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 자동차배열 열전발전장치용 열교환기에서 발생하는 휨 현상을 방지하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is to prevent the warpage phenomenon occurring in the heat exchanger for a car array thermoelectric generator.
또 본 발명은 자동차배열 열전발전장치용 열교환기의 배기가스 유동 효율을 높이기 위한 것이다. In addition, the present invention is to increase the efficiency of the exhaust gas flow of the heat exchanger for a car array thermoelectric generator.
또 본 발명은 자동차배열 열전발전장치용 열교환기의 진동 방지 능력을 향상시켜 내구성을 높이기 위한 것이다. In addition, the present invention is to increase the durability by improving the anti-vibration ability of the heat exchanger for a car array thermoelectric generator.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 아래와 같은 구성으로 이루어지는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기를 제공한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a heat exchanger for an automotive array thermoelectric generator having the following configuration.
배기가스가 유입되는 유입부; An inlet through which exhaust gas flows;
상기 유입부에서 유입되는 배기가스가 내부로 유동하며, 상부재와 하부재의 접합에 의해 형성되는 고온부; Exhaust gas flowing from the inlet flows into the inside, the high-temperature portion formed by the bonding of the upper member and the lower member;
상기 고온부와 결합되는 저온부; 및 A low temperature portion combined with the high temperature portion; And
상기 고온부를 유동하는 배기가스가 배출되는 유출부를 포함하며, And an outlet through which the exhaust gas flowing through the high temperature portion is discharged.
상기 고온부는 상기 상부재와 하부재는 각각 길이방향으로 돌출되어 연장되는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기. The high-temperature portion, the heat exchanger for the automotive array thermoelectric power generation device, characterized in that the upper member and the lower member each includes a plurality of fins protruding in the longitudinal direction and extending.
유입부는 배기가스가 유입되는 부위로서 차량의 배기관에 연결된다. The inlet portion is a portion into which the exhaust gas flows and is connected to the exhaust pipe of the vehicle.
유출부는 열전발전을 위해 열교환된 배기가스가 유출되는 부위로서 이 역시 배기관에 연결된다. The outlet portion is a portion where the exhaust gas heat-exchanged for thermoelectric power generation is discharged, which is also connected to the exhaust pipe.
고온부는 상부재와 하부재에 각각 형성된 핀이 서로 접하도록 하여 형성된다. 그 결과 서로 접하는 핀에 의해 구획된 다수의 고온부 유로가 고온부에 형성된다.The high-temperature portion is formed by contacting pins formed on the upper member and the lower member, respectively. As a result, a plurality of high-temperature portion flow paths partitioned by the pins contacting each other are formed in the high-temperature portion.
이와 같은 구성에 의하면, 상부재와 하부재가 별도로 형성되고, 또 각각에 형성된 다수의 핀끼리 접하여 결합되기 때문에, 열변형 또는 진동 등에 대한 저항이 높아진다. 즉 종래 문제가 되는 휨 현상을 방지할 수 있다. According to such a configuration, since the upper member and the lower member are separately formed and a plurality of pins formed on each of them are in contact with each other, resistance to thermal deformation or vibration is increased. That is, it is possible to prevent warpage, which is a conventional problem.
한편, 핀에는 길이방향으로 한 개 이상의 돌출부가 형성된다. 이때 상부재와 하부재의 돌출부는 서로 대응하는 위치에 형성되어, 상부재와 하부재의 결합 시 맞닿는다. On the other hand, one or more protrusions are formed in the longitudinal direction of the pin. At this time, the protrusions of the upper member and the lower member are formed at positions corresponding to each other, so that the upper members and the lower member come into contact with each other.
이에 따라, 돌출부가 없을 경우에는 핀에 의해 구획되어 격리되었을 각 고온부 유로가 서로 통하게 된다. 그 결과 배가가스가 하나의 고온부 유로로만 진행되는 것이 아니라 이웃하는 고온부 유로로도 전파되어 진행할 수 있다. 결과적으로, 배기가스가 고온부 전 영역에서 고르게 유동하게 되어 열교환 효율이 높아진다. Accordingly, in the absence of a protrusion, each high-temperature portion flow path that has been divided and isolated by a pin communicates with each other. As a result, the exhaust gas may not only travel to one high-temperature passage, but can also propagate to neighboring high-temperature passages. As a result, the exhaust gas flows evenly in all regions of the high temperature portion, thereby increasing heat exchange efficiency.
또 본 발명에서는 아래와 같은 구성으로 이루어지는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기를 제공한다. In addition, the present invention provides a heat exchanger for a car array thermoelectric generator having the following configuration.
배기가스가 유입되는 유입부; An inlet through which exhaust gas flows;
상기 유입부에서 유입되는 배기가스가 내부로 유동하는 고온부; A high-temperature section through which the exhaust gas flowing from the inflow section flows;
상기 고온부와 결합되는 저온부; 및 A low temperature portion combined with the high temperature portion; And
상기 고온부를 유동하는 배기가스가 배출되는 유출부를 포함하며, And an outlet through which the exhaust gas flowing through the high temperature portion is discharged.
상기 저온부에 서포터가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기. A heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that a supporter is coupled to the low temperature portion.
저온부는 바람직하게는 몸체와 커버로 구성되고, 몸체에는 냉각수가 유동할 수 있는 유로가 형성된다. 이를 통해 저온부의 작동 온도를 낮출 수 있다. The low temperature portion is preferably composed of a body and a cover, and a flow path through which cooling water flows is formed in the body. Through this, it is possible to lower the operating temperature of the low temperature portion.
서포터는 저온부의 커버에 결합된다. 서포터는 바아 형상의 서포터 본체와, 서포터 본체 중간 부분에서 돌출되는 십자형 돌출부를 포함할 수 있으며, 돌출부의 설치에 의해 저온부를 보다 안정적으로 지지해줄 수 있다. 또한 서포터의 하면은 높이가 다른 단차부가 형성되어 있어, 커버와 몇 개 지점에서 접촉을 함으로써, 변형에 대한 저항을 더욱 높일 수 있다. The supporter is coupled to the cover of the cold section. The supporter may include a bar-shaped supporter body and a cross-shaped protrusion protruding from an intermediate portion of the supporter body, and can support the low-temperature portion more stably by installing the protrusion. In addition, a step portion having a different height is formed on the lower surface of the supporter, thereby making it possible to further increase resistance to deformation by making contact with the cover at several points.
고온부와 저온부는 열전모듈을 사이에 두고 결합된다. 고온부의 양쪽 표면에 열전모듈을 위치시키고, 열전모듈과 접하게 저온부를 결합한다. 결합은 저온부, 고온부 및 반대쪽 저온부를 관통하는 볼트에 의해 이루어질 수 있는데, 한 쪽 저온부에는 너트가 위치하게 된다. 이때 너트와 저온부 사이에 와셔를 개재시킴으로써, 와셔가 스프링 역할을 하여 진동을 흡수할 수 있다. 와셔는 접시 머리 와셔를 방향이 반대가 되도록 여러 개를 결합시키면 탄성을 높이고 그 결과 진동 흡수 능력을 더욱 높일 수 있다. The high-temperature section and the low-temperature section are combined with the thermoelectric module interposed therebetween. The thermoelectric modules are placed on both surfaces of the high temperature portion, and the low temperature portions are joined in contact with the thermoelectric module. The coupling may be made by bolts passing through the low-temperature portion, the high-temperature portion and the opposite low-temperature portion, where a nut is positioned on one low-temperature portion. At this time, by interposing the washer between the nut and the low temperature portion, the washer can act as a spring to absorb vibration. Washers can increase the elasticity of the dish head washers by combining them so that the directions are reversed, and as a result, the vibration absorbing capacity can be further increased.
한편 유입부에는 배기가스의 유동을 개선하기 위한 디퓨저가 설치되는 것이 바람직하다. 디퓨저는 깔때기 형태로 이루어진다. 깔때기 형태의 좁은 쪽은 차량의 배기관 쪽에 위치하고 넓은 쪽은 고온부에 결합된다. 디퓨저가 채용됨으로써, 자동차 배기관에서 유입되는 배기가스는 고온부로 유입될 때 넓게 확산되어 유동한다. 따라서 고온부(300) 내에서의 유동이 개선되어 열교환 효율, 따라서 열전 효율이 향상된다. On the other hand, it is preferable that a diffuser for improving the flow of exhaust gas is installed in the inlet. The diffuser is made in the form of a funnel. The narrow side of the funnel type is located on the exhaust pipe side of the vehicle and the wide side is coupled to the high temperature portion. By employing a diffuser, the exhaust gas flowing from the vehicle exhaust pipe is diffused and flows wide when it enters the high temperature section. Therefore, the flow in the high-
또한 배기가스가 고온부의 가장자리로 더욱 원활하게 확산될 수 있게 하기 위해 유동 가이드가 설치되는 것이 더욱 바람직하다. 유동 가이드는 대체로 원뿔 형상인 것이 바람직하다. 배기가스는 유동 가이드와 부딪힘에 따라 고온부의 주변으로 강제로 퍼지면서 고온부 내로 진입하기 때문에, 고온부 내의 배기가스 유동이 균일하게 된다. Also, it is more preferable that a flow guide is installed so that the exhaust gas can be more smoothly diffused to the edge of the high temperature portion. It is preferred that the flow guide is generally conical. Since the exhaust gas enters into the high-temperature section while forcibly spreading around the high-temperature section upon impact with the flow guide, the exhaust gas flow in the high-temperature section is uniform.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 자동차배열 열전발전장치용 열교환기에서 발생하는 휨 현상을 방지할 수 있다. According to the present invention described above, it is possible to prevent the bending phenomenon occurring in the heat exchanger for a car array thermoelectric generator.
또 본 발명에 의하면 자동차배열 열전발전장치용 열교환기의 배기가스 유동 효율을 높일 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to increase the efficiency of the exhaust gas flow of the heat exchanger for a vehicle heat generator.
또 본 발명에 의하면 자동차배열 열전발전장치용 열교환기의 진동 방지 능력을 향상시켜 내구성을 높이기 위한 것이다. In addition, according to the present invention is to increase the durability by improving the anti-vibration ability of the heat exchanger for a car array thermoelectric generator.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전용 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전용 열교환기의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환기의 고온부를 구성하는 상부재와 하부재의 요부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 고온부에 대한 측면도로서, (a)는 상부재와 하부재가 분리된 상태, (b)는 상부재와 하부재가 맞닿아 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환기의 고온부 내 유체 유동을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전용 열교환기의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전용 열교환기 저온부의 몸체에 대한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 서포터의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 서포터의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 서포터의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 와셔의 정단면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 와셔의 사용 상태를 나타내는 도면이다. 1 is a perspective view of a heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view of a heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing the main parts of the upper member and the lower member constituting the high-temperature portion of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
4 is a side view of the high-temperature portion of FIG. 3, (a) is a state in which the upper member and the lower member are separated, and (b) is a view showing a state in which the upper member and the lower member are brought into contact with each other.
5 is a perspective view showing fluid flow in a high temperature portion of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view of a heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a body of a low temperature portion of a heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of a supporter coupled to a low temperature unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a plan view of a supporter coupled to a low temperature unit according to an embodiment of the present invention.
10 is a front view of a supporter coupled to a low temperature unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a front sectional view of a washer coupled to a low temperature portion according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a use state of the washer coupled to the low temperature portion according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, the same components may have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof may be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, order, or number of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, but different components between each component It will be understood that the "intervenes" may be, or each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전용 열교환기의 사시도이다. 1 is a perspective view of a heat exchanger for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention.
열전발전용 열교환기는 차량의 배기관에 결합되며, 주로 촉매 컨버터와 소음기 사이에 위치한다. The heat exchanger for thermoelectric power generation is coupled to the exhaust pipe of the vehicle, and is mainly located between the catalytic converter and the silencer.
도 1 및 도 2에서 열전발전용 열교환기(10)는 크게 유입부(100), 유출부(200), 고온부(300), 저온부(400)를 포함하여 이루어진다. 1 and 2, the heat exchanger for
유입부(100)는 배기가스가 유입되는 부위로서 차량의 배기 계통에 연결된다. The
유출부(200)는 열전발전을 위해 열교환된 배기가스가 유출되는 부위로서 이 역시 배기 계통에 연결된다. The
고온부(300)는 배기가스의 통로가 된다. 고온부(300)는 배기가스의 열이 열전모듈(20)에 최대 효율로 전달될 수 있도록 열전모듈(20)의 일면과 접합된다. 배기가스는 고온부(300)를 지나면서 열을 열전모듈(20)에 전달한다.The
저온부(400)는 열전모듈(20)의 타면과 접한다. 저온부(400)는 저온부 몸체(410)와 커버(420)로 이루어지며, 저온부 몸체(410) 내에는 물이 흐르기 위한 냉각수 유로(415)가 형성되어 있다. The
열전모듈(20)은 차량 폐열의 열전발전에 가장 적합한 소자가 다수 연결된 모듈이 바람직하며, 발전 동작 온도가 400~600℃인 중온 열전소자가 사용된다. 주로 스커테루다이트 계열 열전소자를 채용한 모듈이 사용된다. The
이하 유입부(100), 유출부(200), 고온부(300), 저온부(400)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration of the
유입부(100)의 배기가스가 들어오는 단부는 배기관과의 연결을 위한 플랜지(110)를 포함하며, 플랜지(110)는 배기가스 유동관(120)에 연결된다. 플랜지(110)와 배기가스 유동관(120)은 일체로 형성될 수도 있다. The end portion of the
유입부(100)의 타단부는 디퓨저(130)를 포함한다. 디퓨저(130)는 깔때기 형태로 이루어진다. 깔때기 형태의 좁은 쪽은 배기가스 유동관(120)에 끼워지고 넓은 쪽은 고온부(300)에 나사 결합된다. 이러한 형태의 디퓨저(130)가 채용됨으로써, 자동차 배기관에서 유입되는 배기가스는 고온부(300)로 유입될 때 넓게 확산되어 유동한다. 따라서 고온부(300) 내에서의 유동이 개선되어 열교환 효율, 따라서 열전 효율이 향상된다. The other end of the
디퓨저(130)와 고온부(300)의 결합 시 배기가스의 누설을 방지하기 위해 개스킷(132)이 개재되는 것이 바람직하다. 또한 배기가스가 고온부(300) 전체로 더욱 원활하게 확산될 수 있게 하기 위해 유동 가이드(134)가 설치된다. 유동 가이드(134)는 원뿔 형태 또는 측면에서 볼 때 삼각형 형상이고 정면에서 볼 때는 직사각형 형상인 형태로 구성할 수 있다. 유동 가이드(134)는 디퓨저(130)에 나사 결합된다. 배기가스는 유동 가이드(134)와 부딪힘에 따라 고온부(300) 중앙에서 주변으로 강제로 퍼지면서 고온부(300) 내로 진입한다. It is preferable that the
유출부(200)는 배기가스가 배출되는 부위로서 유출부 몸체(230)를 포함하여 구성된다. 유출부 몸체(230)의 단부는 배기가스 유동관(220)에 연결되며, 배기가스 유동관(220)은 플랜지(210)에 연결된다. 플랜지(210)는 배기관으로 연결된다. 유출부 몸체(230)와 고온부(300)의 견고한 접합을 위해 개스킷(232)이 삽입된다. 플랜지(210)와 배기가스 유동관(220)은 일체로 형성될 수도 있다.The
유출부 몸체(230)는 깔때기 형태로 이루어진다. 깔때기 형태의 좁은 쪽은 배기가스 유동관(220)과 끼워지며 넓은 쪽은 고온부(300)에 결합된다. 이러한 형태에 따라, 고온부(300)에서 나온 배기가스는 유출부(200) 중앙으로 집속되면서 배기관으로 배출된다. The
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환기의 고온부를 구성하는 상부재와 하부재의 요부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 고온부에 대한 측면도로서, (a)는 상부재와 하부재가 분리된 상태, (b)는 상부재와 하부재가 맞닿아 결합된 상태를 나타내는 도면이다. Figure 3 is a perspective view showing the main parts of the upper member and the lower member constituting the high-temperature portion of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a side view of the high-temperature portion of Figure 3, (a) is the upper and lower parts Ash is separated, (b) is a view showing a state in which the upper member and the lower member are in contact with each other.
고온부(300)는 상부재(310)와 하부재(320)의 결합에 의해 이루어진다. 상부재(310)와 하부재(320)는 각각 외면은 열전모듈(20)과 접하는 편평한 판형으로 이루어지며, 내면에는 유입부 쪽 단부에서 유출부(200) 쪽 단부까지 길이방향으로 돌출되어 연장되는 핀(312, 322)을 포함한다. 상부재(310)와 하부재(320)는 결합 시 핀(312, 322)이 서로 접하도록 밀착된다. 그 결과 이웃하는 두 개의 핀(312, 322)에 의해 구획된 다수의 고온부 유로(330)가 형성된 고온부(300)가 이루어진다. The
이와 같은 구성에 의하면, 상부재(310)와 하부재(320) 각각에 형성된 다수의 핀(312, 322)끼리 접하여 결합되기 때문에, 열변형 또는 진동 등에 대한 저항이 높아진다. 즉 종래 문제가 되는 휨 현상을 방지할 수 있다. According to this configuration, since the plurality of
반면 이러한 구성에서는 고온부(300)에서 들어온 배기가스는 구획된 각각의 고온부 유로(330)를 통해서만 유동하는 문제점이 발생된다. 따라서 배기가스 유동이 균일하지 못하여, 열교환 효율, 따라서 열전 효율이 낮아질 수 있다.On the other hand, in this configuration, there is a problem in that the exhaust gas flowing from the
이러한 문제를 해결하기 위해, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이 각 핀(312, 322)에 길이방향으로 한 개 이상의 돌출부(313, 323)가 형성된다. 이때 상부재(310)와 하부재(320)의 돌출부(313, 323)는 서로 대응하는 위치에 형성되어, 상부재(310)와 하부재(320)의 결합 시 맞닿는다. 이에 따라, 도 5에 나타난ㄴ 것과 같이, 돌출부(313, 323)가 없을 경우에는 핀(312, 322)에 의해 구획되어 격리되었을 각 고온부 유로(330)가 서로 통하게 된다. 그 결과 배가가스가 하나의 고온부 유로(330)로만 진행되는 것이 아니라 이웃하는 고온부 유로(330)로도 전파되어 진행할 수 있다. 결과적으로, 배기가스가 고온부(300) 전 영역에서 고르게 혼합하여 유동하게 됨으로써 열교환 효율이 높아진다. To solve this problem, as shown in FIGS. 3 and 4, one or
전체 핀(312, 322)의 길이에서 돌출부(313, 323)가 차지하는 비중은 특히 한정되지는 않는다. 크면 상부재(310)와 하부재(320)의 결합 시 접하는 면적이 많아지기 때문에 변형에 대한 저항이 높아지나 배기가스 유동을 혼합하는 효과는 낮아진다. 반대로 돌출부(313, 323)가 차지하는 비중이 낮으면, 배기가스의 혼합 효과는 커지나 상부재(310)와 하부재(320)의 결합 시 상부재(310)와 하부재(320)가 접하는 부위의 면적이 작아지는 효과가 생기므로 고온부(300) 전체의 결합 강성이 저하될 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 돌출부(313, 323)는 각 핀에 대해 3~5개 정도 형성하는 것이 바람직하다. The specific gravity occupied by the
한편 도 5에 역시 도시된 것과 같이, 상부재(310)와 하부재(320) 모두 각 핀(312, 322)의 돌출부(313, 323)는 이웃하는 핀(312, 322)의 돌출부(313, 323)와는 형성 위치가 어긋나는 것이 유동 개선에 더욱 유리하다. 이렇게 함으로써, 배기가스는 유출부(200) 쪽으로의 진행에 방해받지 않으면서도 이웃하는 고온부 유로(330)로 화살표로 표시된 것과 같이 용이하게 전파될 수 있다. On the other hand, as also shown in Figure 5, both the
이하 도 1, 도 2, 도 6을 참조하여 저온부(400)의 구조에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the structure of the
저온부(400)는 저온부 몸체(410)와 커버(420)로 이루어진다. The
저온부 몸체(410)는 내부에 냉각수 유로(415)가 형성되어 있다(도 7 참조). 냉각수 유로(415)를 통해 냉각수가 유동하면서 저온부(400)의 온도를 낮추고 그 결과 열전 효율을 높인다. The low-
저온부(400)는 열전모듈(20)을 사이에 두고 고온부(300)와 결합된다. 즉 저온부 몸체(410)의 하면은 열전모듈(20)에 접한다. The
냉각수는 냉각수 유입구(422)를 통해 저온부 몸체(410)로 들어가서 냉각수 유로(415)를 순환하여 열교환을 이루고 냉각수 유출구(424)로 배출된다. The coolant enters the low-
커버(420)는 저온부 몸체(410)를 밀봉하는 뚜껑 역할을 하여, 저온부 몸체(410) 내부의 냉각수가 유출되지 않도록 한다. 또 커버(420)에는 냉각수 유입구(422) 및 냉각수 유출구(424)가 형성된다. 냉각수는 냉각수 유입구(422)를 통해 저온부 몸체(410) 내로 들어가서 냉각수 유로(415)를 유동한 뒤, 냉각수 유출구(424)를 통해 배출된다. The
저온부(400)는 기본적으로는 고온부(300)의 양면에서 하나씩, 2개가 결합된다. 또 저온부(400)는 고온부(300)의 길이 및 열전모듈(20)의 수에 따라 고온부(300)의 한쪽 면에 2개 이상 결합될 수 있다. 본 실시예에서 하나의 저온부(400)는 하나의 열전모듈(20)과 결합되며, 열전모듈이 4개임에 따라 고온부(300) 한쪽에 2개씩 총 4개가 결합된다. The low-
한편, 저온부(400) 역시 저온이라고는 하지만 여전히 높은 온도 환경에 지속적으로 처하게 되고, 또한 차량의 진동 같은 충격을 계속 전달 받는다. 따라서 휨 변형에 취약하다. On the other hand, although the
이러한 변형을 방지하고, 커버(420)와 저온부 몸체(410), 그리고 저온부(400) 전체와 열전모듈(20), 그리고 저온부(400)와 고온부(300) 사이의 결합을 안정적으로 지지하기 위해 커버(420)에 서포터(500)를 설치한다. 서포터(500)는 커버(420)의 윗면에 결합된다. To prevent such deformation, cover to reliably support the coupling between the
도 8, 도 9, 도 10은 각각 본 발명의 한 실시예에 따라 저온부에 결합되는 서포터의 사시도, 평면도, 정면도이다.8, 9, and 10 are perspective, plan, and front views, respectively, of a supporter coupled to a low temperature unit according to one embodiment of the present invention.
도면에서, 서포터(500)는 바아(bar) 형상의 서포터 본체(510)와, 서포터 본체(510) 중간 부분의 십자형 돌출부(520)를 포함한다. 십자형 돌출부(520)는 커버(420)와의 결합을 더욱 안정적으로 유지하고 휨 변형을 방지를 강화해 준다. 서포터(500)의 양 단부에는 서로 반대 방향으로 나사결합부(530)가 각각 형성되어 있다. In the drawing, the
한편, 서포터(500)는 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 구조로 이루어지며, 십자형 돌출부(520) 역시 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 구조로 이루어진다. On the other hand, the
또한 서포터(500)의 밑면 즉 저온부(400)의 커버(420)와 접하는 면은 십자형 돌출부(520), 나사결합부(530), 중앙부(540) 등에서 다른 부분보다 높게 형성되어 있다. 따라서 커버(420)와 결합 시 특정 지점에서 접합이 이루어지게 되어, 결합의 안정성이 높아지고 변형 방지 능력도 높아진다. In addition, the bottom surface of the
한편, 도 2에 나타난 것과 같이 서포터(500)의 나사결합부(530)를 통해 볼트(550)가 커버(420)와 저온부 몸체(410)를 통과하고, 이어 반대편 저온부(400)의 저온부 몸체(410)와 커버(420)까지 연장되어 통과하여 반대편 서포터(500)의 나사결합부(530)를 지나 결합됨으로써, 저온부 몸체(410)와 커버(420) 사이 결합 뿐 아니라, 고온부(300)와 고온부(300) 양쪽의 저온부(400), 그리고 양쪽 저온부의 서포터(500)들까지 모두 간단하고 견고하게 결합된다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the
이때 한쪽 저온부(400)에서 삽입되는 각 볼트(550)와 결합되는 반대편 저온부(400)의 너트(560)에는 와셔(570)를 삽입하여 결합한다. 와셔(570)는 단면이 도 11에 나타난 것과 같은 형상을 한 접시 스프링 와셔를 사용한다. 와셔(570)는 와셔 몸체(572)와 볼트 삽입구(574)로 구성된다. 와셔(570)는 2개 이상, 바람직하게는 4개를 삽입한다. 이때 접시 스프링 와셔(570)는 도 12에 도시된 것과 같이, 방향을 각기 다르게 하여 삽입한다. At this time, the
이러한 구성에 따라 와셔(570)들이 판스프링의 역할을 하여 열교환기(10)로 전달되는 차량의 진동을 흡수한다. 그 결과 열교환기(10)의 내구성이 크게 향상된다. According to this configuration, the
본 실시예에서 고온부(300), 저온부(400), 유입부(100), 유출부(200), 서포터(500) 등은 모두 금속으로 이루어지며, 예를 들어 스테인레스강이나 알루미늄 합금 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even if all the components constituting the embodiments of the present invention are described as being combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, if it is within the scope of the present invention, all of the components may be selectively combined and operated.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, the terms "include", "consist" or "have" as described above mean that the corresponding component can be inherent, unless specifically stated otherwise, to exclude other components. It should not be interpreted as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and are not to be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10: 열교환기 20: 열전모듈
100: 유입부 110, 210: 플랜지
120, 220: 배기가스 유동관 130: 디퓨저
132: 개스킷 134: 유동 가이드
200: 유출부 230: 유출부 몸체
232: 개스킷 300: 고온부
310: 상부재 320: 하부재
312, 322: 핀 313, 323: 돌출부
330: 고온부 유로 400: 저온부
410: 저온부 몸체 415: 냉각수 유로
420: 커버 422: 냉각수 유입구
424: 냉각수 유출구 500: 서포터
510: 서포터 본체 520: 십자형 돌출부
530: 나사결합부 540: 서포터 중앙부
550: 볼트 560: 너트
570: 와셔 572: 와셔 몸체
574: 볼트 구멍 10: heat exchanger 20: thermoelectric module
100:
120, 220: exhaust gas flow pipe 130: diffuser
132: gasket 134: flow guide
200: outlet 230: outlet body
232: gasket 300: high temperature
310: upper material 320: lower member
312, 322:
330: high temperature section flow path 400: low temperature section
410: low temperature body 415: cooling water flow path
420: cover 422: coolant inlet
424: coolant outlet 500: supporter
510: supporter body 520: cross-shaped projection
530: screw connection portion 540: supporter center
550: bolt 560: nut
570: washer 572: washer body
574: bolt hole
Claims (15)
상기 유입부에서 유입되는 배기가스가 내부로 유동하며, 상부재와 하부재의 접합에 의해 형성되는 고온부;
상기 고온부와 결합되는 저온부; 및
상기 고온부를 유동하는 배기가스가 배출되는 유출부를 포함하며,
상기 고온부는 상기 상부재와 하부재는 각각 길이방향으로 돌출되어 연장되는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
An inlet through which exhaust gas flows;
Exhaust gas flowing from the inlet flows into the inside, the high-temperature portion formed by the bonding of the upper member and the lower member;
A low temperature portion combined with the high temperature portion; And
And an outlet through which the exhaust gas flowing through the high temperature portion is discharged.
The high-temperature portion, the heat exchanger for the automotive array thermoelectric power generation device, characterized in that the upper member and the lower member each includes a plurality of fins protruding in the longitudinal direction.
상기 상부재와 하부재 각각에 핀이 형성되며, 상기 핀이 서로 접하도록 상기 상부재와 하부재가 접합되어 고온부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 1,
A fin is formed on each of the upper member and the lower member, and the upper member and the lower member are joined so that the pins come into contact with each other.
상기 상부재의 핀과 하부재의 핀에는 서로 대응되는 위치에 길이방향으로 한 개 이상의 돌출부가 형성되며, 상기 상부재 핀의 돌출부와 하부재 핀의 돌출부가 맞닿아 상기 상부재와 상기 하부재가 접합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 2,
The pin of the upper member and the pin of the lower member are formed with one or more protrusions in the longitudinal direction at positions corresponding to each other, and the protrusion of the upper member pin and the protrusion of the lower member pin abut the upper material and the lower member. Heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that.
상기 저온부가 몸체와 커버로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 1,
Heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that the low-temperature portion is composed of a body and a cover.
상기 몸체에 냉각수 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 4,
A heat exchanger for a vehicle thermoelectric generator, characterized in that a cooling water channel is formed in the body.
상기 유입부에서 유입되는 배기가스가 내부로 유동하는 고온부;
상기 고온부와 결합되는 저온부; 및
상기 고온부를 유동하는 배기가스가 배출되는 유출부를 포함하며,
상기 저온부에 서포터가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
An inlet through which exhaust gas flows;
A high-temperature section through which the exhaust gas flowing from the inflow section flows;
A low temperature portion combined with the high temperature portion; And
And an outlet through which the exhaust gas flowing through the high temperature portion is discharged.
A heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that a supporter is coupled to the low temperature portion.
상기 서포터가 바아 형상의 서포터 본체;
서포터 본체 중간 부분에서 돌출되는 십자형 돌출부; 및
본체 양단부의 나사 구멍을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 6,
The supporter is a bar-shaped supporter body;
A cross-shaped protrusion protruding from the middle portion of the supporter body; And
Heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that it is formed by including a screw hole at both ends of the body.
상기 서포터의 하면에 높이가 다른 단차부가 하나 이상 형성되어, 상기 커버와 단차부들이 접촉하여 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 7,
A heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that at least one step portion having a different height is formed on a lower surface of the supporter, and the cover and the step portions are brought into contact and combined.
상기 유입부에는 배기가스의 유동을 개선하기 위한 디퓨저가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 1 or claim 6,
A heat exchanger for a vehicle thermoelectric generator, characterized in that the inlet is provided with a diffuser for improving the flow of exhaust gas.
상기 디퓨저는 깔때기 형상으로 이루어지며, 넓은 쪽이 고온부에 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 9,
The diffuser is made of a funnel shape, a wider heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that coupled to the high temperature.
상기 디퓨저와 상기 고온부 사이에 배기가스의 유동을 확산하기 위한 유동 가이드가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 10,
A heat exchanger for a car thermoelectric generator, characterized in that a flow guide is provided for diffusing the flow of exhaust gas between the diffuser and the high temperature portion.
상기 유동 가이드가 원뿔 형상인 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 11,
Heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that the flow guide is conical.
상기 저온부가 상기 고온부 양쪽에 하나 이상씩 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 1 or claim 6,
Heat exchanger for a car array thermoelectric generator, characterized in that at least one of the low-temperature portion is installed on both sides of the high-temperature portion.
상기 고온부와 상기 고온부 양쪽의 저온부를 관통하는 볼트 및 너트에 의해 상기 고온부와 저온부가 결합되며, 한 쪽 저온부와 너트 사이에 와셔를 개재시킴으로써 진동을 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 13,
A vehicle array thermoelectric power generation device characterized in that the high temperature portion and the low temperature portion are coupled by bolts and nuts passing through the low temperature portions of both the high temperature portion and the high temperature portion, and vibration can be absorbed by interposing a washer between the low temperature portion and the nut. Heat exchanger.
상기 와셔가 다수의 접시 머리 와셔이며, 각 접시 머리 와셔가 방향이 반대가 되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차배열 열전발전장치용 열교환기.
The method according to claim 14,
The washer is a plurality of dish head washers, each plate head washer heat exchanger for automotive array thermoelectric generator, characterized in that the direction is coupled to the opposite direction.
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---|---|---|---|
KR1020180126233A KR20200046195A (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Heat exchanger for thermoelectric generation system using automobile exhaust heat |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230029394A (en) * | 2021-08-24 | 2023-03-03 | (주)삼성플렉스 | Heat exchanger with preventing deformation caused by pressure |
EP4167465A4 (en) * | 2020-06-15 | 2023-11-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Thermal power generation unit |
-
2018
- 2018-10-22 KR KR1020180126233A patent/KR20200046195A/en not_active IP Right Cessation
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E601 | Decision to refuse application | ||
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