KR20180043036A - 차량용 열전발전기 - Google Patents

차량용 열전발전기 Download PDF

Info

Publication number
KR20180043036A
KR20180043036A KR1020160135824A KR20160135824A KR20180043036A KR 20180043036 A KR20180043036 A KR 20180043036A KR 1020160135824 A KR1020160135824 A KR 1020160135824A KR 20160135824 A KR20160135824 A KR 20160135824A KR 20180043036 A KR20180043036 A KR 20180043036A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
thermoelectric element
cooling channel
cooling
exhaust
Prior art date
Application number
KR1020160135824A
Other languages
English (en)
Inventor
장주찬
엄재현
박현영
서호철
Original Assignee
세종공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종공업 주식회사 filed Critical 세종공업 주식회사
Priority to KR1020160135824A priority Critical patent/KR20180043036A/ko
Publication of KR20180043036A publication Critical patent/KR20180043036A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • H01L35/00—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

본 발명의 차량용 열전발전기는 차량용 열전발전기는 직육면체의 열전배기관; 열전배기관의 4개면에 부착되는 열전소자; 열전배기관의 재질은 알루미늄, 구리, SUS 중 어느 한 개인 형상변경용 블록에 의해 배기열이 열전소자로 전달되며, 열전배기관의 중심축을 따라 가변밸브에 의해 개폐되는 바이패스파이프가 형성되고, 배기가스 온도센서로부터 가변밸브를 조절함으로서 열전소자로 전달되는 배기열을 제어하며, 열전소자 위에는 냉각채널이 각각 형성되어 있고, 냉각채널은 2개의 냉각채널을 1개의 유로로 연통되도록 냉각유로가 형성된다.

Description

차량용 열전발전기 {Thermoelectric generator of vehicle}
본 발명은 열전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 배기가스의 열기를 이용하여 발전하는 차량용 열전 발전기에 관한 것이다.
열전소자는, 소자 양단의 온도차를 전기로 변환함으로써 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 소자에 전기를 흐르게 함으로써 소자 양단에 온도차를 일으켜 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열전현상을 이용하는 소자를 말한다. 이러한 열전소자는 소규모 냉각장치, 소규모 가열장치, 또는 소규모 발전장치에 이용된다.
열전소자가 소규모 발전장치에 이용되는 것을 열전발전장치 또는 열전발전기라고 부른다. 이러한 열전발전기는 주로 무전통신기의 전원공급장치, 우주선의 전력공급장치, 핵잠수함의 동력공급장치, 그리고 차량의 배기시스템에 설치되는 열전발전기에 사용된다.
도 1은 차량의 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 차량의 배기시스템에 설치되는 열전발전기(10)는 고온의 배기가스가 지나가는 6각형의 배기열 회수장치(40), 상기 배기열 회수장치(40) 외측에 설치되며 내부로 냉각수가 지나가는 상기 냉각장치(30), 그리고 상기 배기열 회수장치(40)의 외측과 상기 냉각장치(30) 내측에 접촉하여 양단의 온도차이에 의해 전기를 발생시키는 상기 다수의 열전소자(20)을 포함한다.
상기 배기열 회수장치(40) 내부에는 고온의 배기가스가 흐르면서 열에너지가 상기 열전소자(20)로 전달된다. 상기 냉각장치(30) 내부에는 냉각수가 흐르는 냉각 파이프(32)가 형성되어 상기 배기열 회수장치(40)와 접촉되는 상기 열전소자(20)의 내측과 상기 냉각장치(30)와 접촉되는 상기 열전소자(20)의 외측 사이의 온도차이를 증가시킨다. 이와 같이 상기 열전소자(20)의 내측과 외측의 온도차이를 크게 함으로써 자동차의 배기시스템에 설치되는 열전발전기의 효율을 증가시키게 된다.
국내등록특허 10-1340846 차량용 열전 발전기
열전발전기에서 많은 전기를 생산하기 위해서는, 즉 열전발전 효율을 높이기 위해서는 배기가스의 열에너지가 상기 열전소자에 효율적으로 전달되어야 한다. 그러나 상기한 종래의 차량용 열전발전기에서는, 배기가스의 열에너지가 고온부로 충분히 전달되지 않아 배기의 열에너지 회수 능력이 떨어지고 따라서 열전발전기의 열전효율이 저하되는 문제를 안고 있다.
또한, 종래의 차량용 열전발전기는 냉각장치(30)가 많은 면적을 차지함에도 열교환 면적이 작아 열전달율이 낮아 크기에 비하여 열전발전효율이 낮은 문제가 있으며, 배기시스템 고유의 형상을 다각형으로 변형해야하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로, 배기관 고유의 형상인 단면이 원형을 유지하면서도 열전발전 효율이 향상되는 차량용 열전발전기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 열전발전기는 직육면체의 열전배기관; 열전배기관의 4개면에 부착되는 열전소자; 열전배기관의 재질은 알루미늄, 구리, SUS 중 어느 한 개인 형상변경용 블록에 의해 배기열이 열전소자로 전달되며, 열전배기관의 중심축을 따라 가변밸브에 의해 개폐되는 바이패스파이프가 형성되고, 배기가스 온도센서로부터 가변밸브를 조절함으로서 열전소자로 전달되는 배기열을 제어하며, 열전소자 위에는 냉각채널이 각각 형성되어 있고, 냉각채널은 2개의 냉각채널을 1개의 유로로 연통되도록 냉각유로가 형성된다.
본 발명의 차량용 열전발전기에 따르면, 배기관과 열전소자와 접촉하는 면적이 평면이 되도록 직육면체의 열전배기관을 형성한다.
또한, 엔진 회전속도가 고속으로 과열이 되면 열전소자로의 열전달 없이 바이패스 파이프를 통과하므로, 급작스러운 열전소자에서의 열부하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 열전발전기를 보여주는 단면도이다.
도 2은 본 발명의 열전발전기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 열전발전기에서 냉각채널을 따라 형성된 냉각수 이송라인을 포함한 전체형상이다.
도 4는 본 발명의 가변밸브에 의한 배기열 전달을 제어하는 개념도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기를 상세히 설명한다.
도 2은 직육면체배기관을 사방으로 둘러싼 4면에 열전소자(50)가 안착된 형상을 나타낸다. 직육면체배기관의 4면에 열전소자(50)가 부착되고, 열전소자(50)의 외측으로 평판형의 히트파이프(80)가 위치한다. 히트파이프(80)는 냉각채널(90)에 의해 열전소자(50)를 냉각하면서 열교환을 통해 전기를 생성한다.
한편, 직육면체배기관의 내부에는 바이패스파이프(70)가 형성되어 엔진회전수에 따른 배기량 변화에 대해 대응할 수 있다. 바이패스파이프(70)의 종단면에는 배기가스의 온도에 따라 가변밸브가 개폐된다.
도 3은 냉각채널(90)과 냉각채널(90)을 연결하는 냉각수 이송라인의 형상을 나타낸다. 어떤 냉각채널(90)과 인접한 냉각채널(90)은 서로 90도를 이루는데, 각각의 냉각채널(90)마다 온도의 편차가 있다. 그 이유는 배기관을 흐르는 배기가스가 상하좌우 대칭이 아니기 때문이다. 따라서, 각각의 냉각채널(90)마다 서로 다른 온도를 균일하도록 하기위해 냉각채널(90)을 서로 연통시키는 냉각유로(100)를 형성한다.
도 3은 이러한 냉각유로(100)가 서로 인접한 냉각채널(90)까지 연통되도록 2개의 냉각채널(90)을 1개의 냉각유로(100)로 연통하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해서는 냉각채널(90) 상에서 일정거리를 냉각유로(100)가 연장되어 형성된 뒤, 인접 냉각채널(90)로 약 45도 각도로 굽어지면서 냉각채널(90)을 감싸고, 다시 배기가스 방향으로 냉각유로(100)를 직선으로 퍼지게된다.
위에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 열전발전기의 작용을 설명한다.
엔진이 구동되면, 배기가스의 열에너지가 직육면체 배기관을 통해 열전소자(50)로 전달된다. 상기 엔진의 온도가 높을 때, 즉, 엔진의 회전속도가 고속일 때, 가변밸브를 열어 바이패스파이프(70)를 개방하게 된다. 이때, 배기가스는 바이패스파이프를 직접 통과한다. 즉, 엔진 회전속도가 고속으로 과열이 되면 열전소자(50)로의 열전달 없이 바이패스파이프(70)를 통과하므로, 급작스러운 열전소자(50)에서의 열부하를 감소시킬 수 있다.
도 2의 바이패스파이프(70)의 주변에는 원통배기관과 연결이 되도록 직육면체의 열전배기관에 플랜지가 형성되어 있고, 원통배기관을 통과한 배기가스는 직육면체 열전배기관에서는 도 4에서 보듯이 직육면체의 열전배기관, 즉 사각덕트로 급격히 퍼지게 되며, 열전소자로의 열전달이 활발해진다.
즉, 배기가스는 차량의 운전 조건에 따라 상온~800℃, 0~300kg/hr로 온도와 유량이 변화하고, 온도센서는 바이패스파이프(70) 가변밸브의 제어 인자로 고온가스의 온도를 측정하여 열전소자 (목표온도 + 200)℃의 온도를 유지한다. 열전소자(50)의 사양에 따라 적용 가능한 최대 온도(사양에 따라 약 250℃ 또는 400℃) 도달 시, 바이패스파이프(70) 뒤의 가변밸브(120)를 열어 단면이 사각인 직육면체 파이프 쪽으로 가는 고온 가스의 양을 줄이며, 열전소자(50)의 과열 및 파손을 방지할 수 있다. 또한, 온도센서(110)로부터 가변밸브(120)를 선택적으로 제어할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 차량용 열전발전기에 있어서,
    직육면체의 열전배기관;
    상기 열전배기관의 4개면에 부착되는 열전소자;
    상기 열전배기관의 재질은 알루미늄, 구리, SUS 중 어느 한 개인 형상변경용 블록에 의해 배기열이 상기 열전소자로 전달되는 것을 특징으로 하는 차량용 열전발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전배기관의 중심축을 따라 가변밸브에 의해 개폐되는 바이패스파이프가 형성된 것을 특징으로 하는 열전발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    배기가스 온도센서로부터 상기 가변밸브를 조절함으로서 상기 열전소자로 전달되는 배기열을 제어하는 것을 특징으로 하는 열전발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전소자 위에는 냉각채널이 각각 형성되어 있고, 상기 냉각채널은 2개의 냉각채널을 1개의 유로로 연통되도록 냉각유로가 형성된 것을 특징으로 하는 열전발전기.
KR1020160135824A 2016-10-19 2016-10-19 차량용 열전발전기 KR20180043036A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160135824A KR20180043036A (ko) 2016-10-19 2016-10-19 차량용 열전발전기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160135824A KR20180043036A (ko) 2016-10-19 2016-10-19 차량용 열전발전기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180043036A true KR20180043036A (ko) 2018-04-27

Family

ID=62081496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160135824A KR20180043036A (ko) 2016-10-19 2016-10-19 차량용 열전발전기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180043036A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111416550A (zh) * 2020-05-18 2020-07-14 东北大学 一种三层骨架热电发电装置
KR20210054218A (ko) * 2019-11-05 2021-05-13 한국전기연구원 산업폐열을 재활용하는 다층 열전발전기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210054218A (ko) * 2019-11-05 2021-05-13 한국전기연구원 산업폐열을 재활용하는 다층 열전발전기
CN111416550A (zh) * 2020-05-18 2020-07-14 东北大学 一种三层骨架热电发电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101421958B1 (ko) 차량의 배기열 활용 구조
KR101327732B1 (ko) 차량용 열전 발전기
CN104571197B (zh) 具贴设式均温器及热传导流体的温控***
CA2768023A1 (en) Thermoelectric generator and fuel cell for electric power co-generation
KR20130068217A (ko) 차량용 열전 발전기
KR20180043036A (ko) 차량용 열전발전기
CN108468897A (zh) 一种高效天然气定向流动加热***
EP3216988B1 (en) Steam turbine plant
KR101673715B1 (ko) 연료전지 차량의 이온필터 루프 구조
CN202836968U (zh) 发动机高热流辐射环境装置
KR101753152B1 (ko) 액체금속 열교환부를 포함한 열전 발전장치
CN103166523A (zh) 加热炉壁废热回收发电方法及其装置
JP2013172576A (ja) 発電装置
US20190331425A1 (en) Thermoelectric power generation system
RU2708177C1 (ru) Паросиловой энергоблок с увеличенным регулировочным диапазоном мощности
KR102162375B1 (ko) 폐열을 이용한 열전발전 장치
KR101340849B1 (ko) 차량용 열전 발전기
GB2549123B (en) Energy recovery unit for vehicle use
Farres-Antunez et al. Optimization of heat exchangers operating with real fluids for thermo-mechanical energy storage
RU2013140447A (ru) Система охлаждения для топливного элемента
CN205383901U (zh) 燃烧器散热量平衡控制***
RU2016115090A (ru) Способ регулирования геотермальной теплонасосной системы и устройство для его осуществления
CN104561456A (zh) 一种用于快速降温的炉体
CN115307175B (zh) 一种用于多个外燃机的电磁搅拌换热装置
RU171447U1 (ru) Конструктивная схема автомобильного термоэлектрического генератора с теплообменником изменяемой геометрии

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application