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KR101714182B1 - Exhaust heat recovery system with thermal energy generator - Google Patents

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KR101714182B1
KR101714182B1 KR1020150107548A KR20150107548A KR101714182B1 KR 101714182 B1 KR101714182 B1 KR 101714182B1 KR 1020150107548 A KR1020150107548 A KR 1020150107548A KR 20150107548 A KR20150107548 A KR 20150107548A KR 101714182 B1 KR101714182 B1 KR 101714182B1
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exhaust pipe
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water passage
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김태현
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현대자동차주식회사
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Abstract

엔진의 배기열을 이용하여 냉각수 온도를 신속하게 상승시킴과 동시에 열전소자를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 열전소자 결합형 배기열 회수 장치 및 시스템이 개시된다. 상기 배기열 회수 장치는, 후방의 단부에 개폐 가능한 밸브가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공이 형성된 배기관; 상기 밸브와 배기공이 내부에 포함되도록 상기 배기관의 후방을 둘러싸는 하우징; 상기 밸브와 상기 배기공 사이에서 배기관의 외주면에 설치된 냉각수 통로; 및 상기 배기관의 내주면에 부착된 열전 소자를 포함한다. 상기 열전 소자의 설치 위치는 상기 배기관을 사이에 두고 상기 냉각수 통로와 대면하는 위치이다.A thermoelectric-component-coupled exhaust heat recovery apparatus and system capable of rapidly raising the temperature of cooling water by using exhaust heat of an engine and simultaneously generating electric power by using a thermoelectric element. The exhaust heat recovery apparatus includes an exhaust pipe provided with a valve that can be opened and closed at an end portion at the rear, and a plurality of exhaust holes formed at a rear portion thereof; A housing surrounding the rear of the exhaust pipe such that the valve and the exhaust hole are contained therein; A cooling water passage provided on an outer circumferential surface of the exhaust pipe between the valve and the exhaust hole; And a thermoelectric element attached to the inner circumferential surface of the exhaust pipe. The installation position of the thermoelectric element is a position facing the cooling water passage with the exhaust pipe therebetween.

Description

배기열 회수 장치 및 시스템{EXHAUST HEAT RECOVERY SYSTEM WITH THERMAL ENERGY GENERATOR}[0001] EXHAUST HEAT RECOVERY SYSTEM WITH THERMAL ENERGY GENERATOR [0002]

본 발명은 배기열 회수 장치 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 배기열을 이용하여 냉각수 온도를 신속하게 상승시킴과 동시에 열전소자를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 열전소자 결합형 배기열 회수 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus and system, and more particularly, to a thermoelectric-component-coupled exhaust heat recovery apparatus and system capable of rapidly raising the temperature of cooling water using exhaust heat of an engine, .

일반적으로, 차량 엔진의 냉간 조건에서 엔진 효율은 온간 조건 대비 매우 열세하다. 냉간 조건에서는 원활한 시동 및 연소를 위해 연료가 농후하게 분사되며 높은 구동 마찰로 인해 연료 소비가 높게 발생한다. Generally, the engine efficiency in the cold condition of the vehicle engine is very low compared to the warm condition. In cold conditions, fuel is injected richly for smooth starting and combustion, and fuel consumption is high due to high driving friction.

이러한 냉간 조건 운전 시의 문제점들을 해결하기 위해서 엔진이 냉간 조건에 노출되는 시간을 최대한 단축하는 웝업(warm-up) 기술이 개발되고 있으며, 그 중 엔진의 배기 가스로 버려지는 폐 열을 활용하여 엔진 냉각수의 온도를 신속하게 상승시키는 배기열 회수 장치가 확대 적용되는 추세이다.In order to solve such problems in the cold condition operation, a warm-up technique has been developed to shorten the time for the engine to be exposed to the cold condition as much as possible. The exhaust heat recovery apparatus that rapidly increases the temperature of the cooling water is increasingly being applied.

한편, 온도 차에 의해 발생하는 열 기전력을 생산하는 열전 소자 기술은 선행 단계로 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 자동차 산업 분야에서 열전소자는 차량의 배기열을 이용하여 전기를 발전하는 기술로 개발되고 있는 실정이다.On the other hand, the thermoelectric device technology for producing the thermoelectromotive force generated by the temperature difference has been undergoing much research at the preceding stage. In particular, in the automotive industry, thermoelectric elements are being developed as technologies for generating electric power by using exhaust heat of a vehicle.

이러한 배기열 회수 장치는 냉간에서 배기가스와 냉각수 간의 효율적인 열교환이 중요하며 냉각수 웜업 이후에는 열교환 기능을 최대한 억제하여야 한다. 즉, 배기열 회수 장치는 웜업 구간에서만 필요한 장치이다. 이에 반해 차량에 적용되는 열전소자 기술은 엔진이 충분히 웜업된 조건에서 배기가스 온도와 냉각수 온도의 안정적인 온도 차에 따른 발전효과를 기대하는 기술로 웜업 후 지속적으로 활용 가능한 기술이다.In this exhaust heat recovery apparatus, efficient heat exchange between the exhaust gas and the cooling water is important in the cold, and after the cooling water warm-up, the heat exchange function should be suppressed as much as possible. That is, the exhaust heat recovery device is only required in the warm-up period. On the other hand, the thermoelectric technology applied to the vehicle is a technology that expects the power generation effect according to the stable temperature difference between the exhaust gas temperature and the cooling water temperature under the condition that the engine is sufficiently warmed up, and is continuously utilized after warming up.

이와 같이, 배기열 회수 기술과 차량용 열전소자 기술은 차량의 운전 조건에 따라 실제 동작하는 구간이 다르므로 각각을 별도의 장치로 구현하여야 한다. 하지만, 각각의 장치를 모두 차량의 배기 계통에 설치 하는 데는 공간적인 제약이 있으며 비용적인 측면에서도 차량 가격을 상승시키는 원인이 된다.As described above, the exhaust heat recovery technology and the vehicle thermoelectric device technology are different from each other according to the operating conditions of the vehicle, so they must be implemented as separate devices. However, there is a space limitation in installing each of the devices in the exhaust system of the vehicle, which causes the cost of the vehicle to rise in terms of cost.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KR 10-2013-0013358 AKR 10-2013-0013358 A

이에 본 발명은 엔진의 배기열을 이용하여 냉각수 온도를 신속하게 상승시킴과 동시에 열전소자를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 열전소자 결합형 배기열 회수 장치 및 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric-component-coupled exhaust heat recovery apparatus and system capable of rapidly raising the temperature of cooling water using exhaust heat of an engine and simultaneously generating power using the thermoelectric element.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

후방의 단부에 개폐 가능한 밸브가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공이 형성된 배기관;An exhaust pipe provided at the rear end thereof with a valve that can be opened and closed, and a plurality of exhaust holes formed at a rear portion thereof;

상기 밸브와 배기공이 내부에 포함되도록 상기 배기관의 후방을 둘러싸는 하우징;A housing surrounding the rear of the exhaust pipe such that the valve and the exhaust hole are contained therein;

상기 밸브와 상기 배기공 사이에서 배기관의 외주면에 설치된 냉각수 통로; 및A cooling water passage provided on an outer circumferential surface of the exhaust pipe between the valve and the exhaust hole; And

상기 배기관의 내주면에 부착된 열전 소자를 포함하며,And a thermoelectric element attached to an inner circumferential surface of the exhaust pipe,

상기 열전 소자의 설치 위치는 상기 배기관을 사이에 두고 상기 냉각수 통로와 대면하는 위치인 것을 특징으로 하는 배기열 회수 장치를 제공한다.And the installation position of the thermoelectric element is a position facing the cooling water passage with the exhaust pipe interposed therebetween.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각수 통로는 그 내부를 흐르는 냉각수의 흐름이 배기가스가 흐르는 방향과 반대 방향으로 이루어지도록 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cooling water passage may be formed so that the flow of the cooling water flowing in the cooling water passage is opposite to the direction in which the exhaust gas flows.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열전소자의 일 접점은 상기 배기관 내로 흐르는 배기 가스와 직접 접촉되게 하고 타 접점은 상기 냉각수 통로가 설치된 위치에 대응하는 상기 배기관의 내주면에 접촉될 수 있다.In an embodiment of the present invention, one contact of the thermoelectric element may be in direct contact with the exhaust gas flowing into the exhaust pipe, and the other contact may be in contact with the inner circumferential surface of the exhaust pipe corresponding to the position where the cooling water passage is installed.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,According to another aspect of the present invention,

후방의 단부에 개폐 가능한 밸브가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공이 형성된 배기관;An exhaust pipe provided at the rear end thereof with a valve that can be opened and closed, and a plurality of exhaust holes formed at a rear portion thereof;

상기 밸브와 배기공이 내부에 포함되도록 상기 배기관의 후방을 둘러싸는 하우징;A housing surrounding the rear of the exhaust pipe such that the valve and the exhaust hole are contained therein;

상기 밸브와 상기 배기공 사이에서 배기관의 외주면에 설치된 냉각수 통로; 및A cooling water passage provided on an outer circumferential surface of the exhaust pipe between the valve and the exhaust hole; And

상기 배기관의 내주면에 부착된 열전 소자;A thermoelectric element attached to an inner circumferential surface of the exhaust pipe;

냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서; 및A temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water; And

상기 온도 센서에서 검출된 냉각수 온도에 따라 상기 밸브의 개방/폐쇄를 제어하는 제어부를 포함하며,And a controller for controlling the opening / closing of the valve in accordance with the temperature of the cooling water detected by the temperature sensor,

상기 열전 소자의 설치 위치는 상기 배기관을 사이에 두고 상기 냉각수 통로와 대면하는 위치인 것을 특징으로 하는 배기열 회수 시스템을 제공한다.And the installation position of the thermoelectric element is a position facing the cooling water passage with the exhaust pipe interposed therebetween.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 기준 온도 미만인 경우 상기 밸브를 폐쇄하도록 제어하고, 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit controls to close the valve when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined reference temperature, and to open the valve when the temperature is equal to or higher than the reference temperature.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 배기열 회수 장치 및 시스템에 따르면, 차량 냉간 조건에서 냉각수를 신속하게 웜업 시킴으로써 엔진의 웝업 시간 단축을 통해 연비를 개선할 수 있다. 특히 하이브리드 전기차량 또는 플러그인 하이브리드 전기차량의 경우 빠른 웝업을 통해 엔진 작동 시간을 단축하여 콜드 연비를 개선할 수 있다.According to the exhaust heat recovery apparatus and system having the above-mentioned problem solving means, the cooling water can be warmed up quickly in the cold condition of the vehicle, so that the fuel economy can be improved by shortening the engine start-up time. Particularly, in the case of a hybrid electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle, it is possible to shorten the engine operating time and improve the cold fuel economy through quick start-up.

또한, 상기 배기열 회수 장치 및 시스템에 따르면, 배기가스와 냉각수를 이용하여 열전소자 양 접점간 온도차를 발생시켜 전력을 생산할 수 있다. 이를 통해 각종 차량의 전기 전자 부품들을 운용할 수 있으며 나아가 연비 개선이 가능하다.Further, according to the exhaust heat recovery apparatus and system, it is possible to generate electric power by generating a temperature difference between both contact points of the thermoelectric elements by using exhaust gas and cooling water. This makes it possible to operate electric and electronic parts of various vehicles and further improve fuel efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치의 단면도로서, 냉간 조건에서 배기 가스와 냉각수의 열교환이 이루어지는 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치의 단면도로서, 웜업이 이루어진 이후 배기 가스에 의해 열전소자의 전력 생산이 이루어지는 상태를 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a state in which heat exchange is performed between exhaust gas and cooling water under a cold condition.
Fig. 2 is a cross-sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a state in which power generation of a thermoelectric element is performed by exhaust gas after warming up.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배기열 회수 장치 및 시스템에 대하여 살펴본다.Hereinafter, an exhaust heat recovery apparatus and system according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치의 단면도로서, 냉간 조건에서 배기 가스와 냉각수의 열교환이 이루어지는 상태를 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a state in which heat exchange is performed between exhaust gas and cooling water under a cold condition.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치의 단면도로서, 웜업이 이루어진 이후 배기 가스에 의해 열전소자의 전력 생산이 이루어지는 상태를 도시한 도면이다.Fig. 2 is a cross-sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a state in which power generation of a thermoelectric element is performed by exhaust gas after warming up.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치는, 후방의 단부에 개폐 가능한 밸브(24)가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공(22)이 형성된 배기관(20)과, 밸브(24)와 배기공(22)을 포함하도록 배기관(20)의 후방을 둘러싸는 하우징(10)과, 밸브(24)와 배기공(22) 사이에서 배기관(20)의 외주면에 설치된 냉각수 통로(30), 및 배기관(20)의 내주면에 부착된 열전 소자(40)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, the exhaust heat recovery apparatus according to the embodiment of the present invention is provided with a valve 24 that can be opened and closed at the rear end, and a plurality of exhaust holes 22 are provided at a rear portion, A housing 10 surrounding the exhaust pipe 20 so as to include the valve 24 and the exhaust hole 22 and an exhaust pipe 22 between the valve 24 and the exhaust hole 22, 20 and a thermoelectric element 40 attached to the inner circumferential surface of the exhaust pipe 20. The cooling water passage 30 is provided on the outer circumferential surface of the exhaust pipe 20,

본 발명의 일 실시형태에서, 배기관(20)은 후방이 하우징(10)의 내부에 위치되도록 설치되고, 후방의 끝단에는 개폐 가능한 밸브(24)가 설치되며, 후방 끝단의 밸브(24)와 소정 거리만큼 이격된 부분에 복수의 배기공(22)이 형성될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the exhaust pipe 20 is installed so as to be located in the interior of the housing 10 at the rear, and a valve 24 is provided at the rear end of the exhaust pipe 20, A plurality of exhaust holes 22 may be formed in a portion spaced apart by a distance.

여기서, 밸브(24)는 열교환의 필요 유무에 따라 배기관(20) 내로 통과되는 배기가스를 차단하기 위하여 개폐 가능하게 설치되는 것이며, 배기공(22)은 밸브(24)가 배기관(20)의 끝단을 폐쇄하는 경우 배기가스가 하우징(10)과 배기관(20) 사이의 공간으로 이동할 수 있게 하기 위해 형성될 수 있다.The valve 24 is provided to be openable and closable in order to block the exhaust gas passing through the exhaust pipe 20 depending on whether heat exchange is required or not. The exhaust gas can be moved to a space between the housing 10 and the exhaust pipe 20 when the exhaust gas is closed.

냉각수 통로(30)는 배기관(20)의 외주면에 설치된다. 본 발명의 일 실시형태는, 도 1에 도시된 것과 같이 배기가스가 냉각수 통로(30)의 주변을 통과하면서 열교환이 일어나게 함으로써 냉각수 통로(30) 유입된 냉각수를 가열할 수 있다.The cooling water passage (30) is provided on the outer peripheral surface of the exhaust pipe (20). 1, the exhaust gas can pass around the cooling water passage 30 and heat exchange can take place, thereby heating the cooling water flowing into the cooling water passage 30.

후술하는 열전 소자(30)에 의한 전력 생산을 위해 냉각수 통로(30)는 배기관(20)의 외주면에 밀착되게 설치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the cooling water passage 30 is installed in close contact with the outer circumferential surface of the exhaust pipe 20 in order to generate electric power by the thermoelectric element 30 to be described later.

열전 소자(40)는 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자로서 두 접점의 온도 차에 의해 열기전력을 발생시키는 소자이다. The thermoelectric element 40 is a device using a Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and is a device that generates thermoelectric power by the temperature difference between two contacts.

본 발명의 일 실시형태에서, 열전 소자(40)는 배기관(20)의 내주면에 부착될 수 있다. 특히, 열전 소자(40)는 배기관(20)을 사이에 두고 냉각수 통로(30)와 서로 대면하도록 부착되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 열전 소자(40)는 배기관(22)을 통과하는 고온의 배기가스와 냉각수 통로(30)를 통과하는 냉각수와의 온도 차이에 의해 열기전력을 발생시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thermoelectric element 40 may be attached to the inner circumferential surface of the exhaust pipe 20. In particular, it is preferable that the thermoelectric element 40 is attached so as to face the cooling water passage 30 with the exhaust pipe 20 therebetween. 2, in the embodiment of the present invention, the thermoelectric element 40 is heated by the temperature difference between the high-temperature exhaust gas passing through the exhaust pipe 22 and the cooling water passing through the cooling water passage 30, Power can be generated.

본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치는 차량 언더 바디의 촉매 직후 배기관에 배기가스와 냉각수와의 열교환이 가능한 구조의 모든 배기열 회수 장치에 적용될 수 있다.The exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention can be applied to all the exhaust heat recovery apparatuses that are capable of heat exchange between the exhaust gas and the cooling water in the exhaust pipe immediately after the catalyst of the vehicle underbody.

차량 냉간 시 도 1과 같이 밸브(24)가 닫혀있는 경우, 배기관(22)을 통한 배기 가스의 흐름이 차단되고, 배기 가스가 배기공(22)을 통해 배기관(20)의 외부로 흘러 하우징(10)의 내부 공간으로 유입된다. 이 때, 하우징(10)과 배기관(20) 사이의 공간은 열교환 공간이 되어 배기관(20)의 외주면에 설치된 냉각수 통로(30)를 흐르는 냉각수가 가열될 수 있다. 냉각수의 열교환 효율을 감안하여, 냉각수 통로는 냉각수의 흐름이 배기가스가 흐르는 방향과 반대 방향으로 이루어지도록 형성되는 것이 바람직하다.When the valve 24 is closed as shown in FIG. 1, the flow of the exhaust gas through the exhaust pipe 22 is shut off and the exhaust gas flows to the outside of the exhaust pipe 20 through the exhaust hole 22, 10). At this time, the space between the housing 10 and the exhaust pipe 20 becomes a heat exchange space, and the cooling water flowing through the cooling water passage 30 provided on the outer circumferential surface of the exhaust pipe 20 can be heated. In view of the heat exchange efficiency of the cooling water, it is preferable that the cooling water passage is formed such that the flow of the cooling water is opposite to the direction in which the exhaust gas flows.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 차량 냉간 조건에서 밸브(24)를 차단하여 냉각수를 신속하게 웜업 시킴으로써 엔진의 웝업 시간 단축을 통해 연비를 개선할 수 있다. 특히 하이브리드 전기차량 또는 플러그인 하이브리드 전기차량의 경우 빠른 웜업을 통해 엔진 작동 시간을 단축하여 콜드 연비를 개선할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the valve 24 is shut off in the cold condition of the vehicle, and the cooling water is quickly warmed up, so that the fuel economy can be improved by reducing the turn-up time of the engine. In particular, in the case of a hybrid electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle, it is possible to shorten the engine operating time and improve the cold fuel economy through quick warm-up.

차량 냉간 조건이 해제된 후에는, 도 2에 도시한 것과 같이 밸브(24)를 개방시켜 배기관(20)을 통해 배기가스가 배출될 수 있게 할 수 있다. 이 때, 배기가스는 열전 소자(40)를 통과하여 흐르게 되어 열전 소자(40)를 가열할 수 있다. 한편, 열전 소자(40)는 냉각수 통로(30)와 대면되는 위치에 부착되므로 열전 소자(40)의 부착면은 냉각수 통로(30)를 흐르는 냉각수에 의해 상대적인 저온을 유지할 수 있다. 따라서, 열전 소자(40)는 배기가스와 냉각수에 의한 온도차이를 이용하여 발전할 수 있게 된다. 다시 설명하면, 열전 소자(40)의 일 접점은 배기관(20) 내로 흐르는 배기 가스와 직접 접촉되게 하고 타 접점은 냉각수 통로(30)가 설치된 위치에 대응하는 배기관(20) 내주면에 접촉되게 하여, 열전 소자(40) 양 접점의 온도차를 발생시킬 수 있고, 이를 통해 전력을 생산할 수 있다.After the vehicle cold condition is released, the valve 24 can be opened to exhaust the exhaust gas through the exhaust pipe 20 as shown in Fig. At this time, the exhaust gas flows through the thermoelectric element 40, and the thermoelectric element 40 can be heated. On the other hand, since the thermoelectric element 40 is attached at a position facing the cooling water passage 30, the mounting surface of the thermoelectric element 40 can maintain a relatively low temperature by the cooling water flowing through the cooling water passage 30. Therefore, the thermoelectric element 40 can generate electricity using the temperature difference between the exhaust gas and the cooling water. A contact of the thermoelectric element 40 is brought into direct contact with the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20 and the other contact is brought into contact with the inner circumferential surface of the exhaust pipe 20 corresponding to the position where the cooling water passage 30 is provided, It is possible to generate the temperature difference between the both terminals of the thermoelectric element 40, and thereby, the electric power can be produced.

이와 같이, 열전 소자(40)를 이용하여 전기 에너지를 생성함으로써 각종 차량의 전기 전자 부품들을 운용할 수 있으며 나아가 연비 개선이 가능하다. As described above, by generating the electric energy by using the thermoelectric element 40, it is possible to operate the electric / electronic parts of various vehicles and further improve the fuel efficiency.

한편, 도시하지는 않았지만, 전술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기열 회수 장치를 운용하기 위한 시스템은 냉각수 온도를 검출하는 온도 센서와 냉각수 온도에 따라 밸브(24)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 즉, 온도 센서에서 검출된 냉각수 온도가 냉간 조건(예를 들어, 섭씨 85도 미만)인 경우 제어부가 밸브(24)를 차단하는 제어를 함으로써 하우징(10) 내 열교환 공간으로 배기가스가 흐르게 할 수 있다. 반대로, 온도 센서에서 검출된 냉각수 온도가 냉간 조건을 벗어난 경우(예를 들어, 냉각수 온도가 섭씨 85도 이상), 제어부가 밸브(24)를 개방하는 제어를 함으로써 배기가스가 열전 소자(40)를 가열하게 하여 전력을 생성하게 할 수 있다.Although not shown, the system for operating the exhaust heat recovery apparatus according to the embodiment of the present invention described above may include a temperature sensor for detecting the cooling water temperature and a control unit for controlling the valve 24 according to the cooling water temperature . That is, when the temperature of the cooling water detected by the temperature sensor is in a cold condition (for example, less than 85 degrees Celsius), the control unit controls the valve 24 to shut off so that the exhaust gas can flow into the heat exchange space in the housing 10 have. Conversely, when the cooling water temperature detected by the temperature sensor is out of the cold condition (for example, the cooling water temperature is 85 degrees Celsius or more), the control unit controls the opening of the valve 24 so that the exhaust gas is supplied to the thermoelectric element 40 Heating can be performed to generate electric power.

본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as hereinafter claimed It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

10: 하우징 20: 배기관
22: 배기공 24: 밸브
30: 냉각수 통로 40: 열전 소자10: housing 20: exhaust pipe
22: exhaust hole 24: valve
30: cooling water passage 40: thermoelectric element

Claims (7)

후방의 단부에 개폐 가능한 밸브가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공이 형성된 배기관;
상기 밸브와 배기공이 내부에 포함되도록 상기 배기관의 후방을 둘러싸는 하우징;
상기 밸브와 상기 배기공 사이에서 배기관의 외주면에 설치된 냉각수 통로; 및
상기 배기관의 내주면에 부착된 열전 소자를 포함하며,
상기 열전 소자의 설치 위치는 상기 배기관을 사이에 두고 상기 냉각수 통로와 대면하는 위치이며, 상기 밸브의 차단 시 배기가스가 상기 냉각수 통로가 설치된 공간을 통해 흐르고, 상기 밸브의 개방 시 배기가스가 상기 열전소자가 설치된 공간을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 장치.An exhaust pipe provided at the rear end thereof with a valve that can be opened and closed, and a plurality of exhaust holes formed at a rear portion thereof;
A housing surrounding the rear of the exhaust pipe such that the valve and the exhaust hole are contained therein;
A cooling water passage provided on an outer circumferential surface of the exhaust pipe between the valve and the exhaust hole; And
And a thermoelectric element attached to an inner circumferential surface of the exhaust pipe,
Wherein the installation position of the thermoelectric element is a position facing the cooling water passage with the exhaust pipe interposed therebetween, and when the valve is closed, the exhaust gas flows through the space in which the cooling water passage is provided, And flows through the space where the element is installed. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 통로는 그 내부를 흐르는 냉각수의 흐름이 배기가스가 흐르는 방향과 반대 방향으로 이루어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 장치.The method according to claim 1,
Wherein the cooling water passage is formed so that a flow of cooling water flowing in the cooling water passage is opposite to a direction in which the exhaust gas flows. 청구항 1에 있어서,
상기 열전소자의 일 접점은 상기 배기관 내로 흐르는 배기 가스와 직접 접촉되게 하고 타 접점은 상기 냉각수 통로가 설치된 위치에 대응하는 상기 배기관의 내주면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 장치.The method according to claim 1,
Wherein one contact of the thermoelectric element is in direct contact with exhaust gas flowing into the exhaust pipe and the other contact is in contact with an inner circumferential surface of the exhaust pipe corresponding to a position where the cooling water passage is installed. 후방의 단부에 개폐 가능한 밸브가 설치되고, 후방의 일 부분에 복수의 배기공이 형성된 배기관;
상기 밸브와 배기공이 내부에 포함되도록 상기 배기관의 후방을 둘러싸는 하우징;
상기 밸브와 상기 배기공 사이에서 배기관의 외주면에 설치된 냉각수 통로; 및
상기 배기관의 내주면에 부착된 열전 소자;
냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서에서 검출된 냉각수 온도에 따라 상기 밸브의 개방/폐쇄를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 열전 소자의 설치 위치는 상기 배기관을 사이에 두고 상기 냉각수 통로와 대면하는 위치이며, 상기 밸브의 차단 시 배기가스가 상기 냉각수 통로가 설치된 공간을 통해 흐르고, 상기 밸브의 개방 시 배기가스가 상기 열전소자가 설치된 공간을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 시스템.An exhaust pipe provided at the rear end thereof with a valve that can be opened and closed, and a plurality of exhaust holes formed at a rear portion thereof;
A housing surrounding the rear of the exhaust pipe such that the valve and the exhaust hole are contained therein;
A cooling water passage provided on an outer circumferential surface of the exhaust pipe between the valve and the exhaust hole; And
A thermoelectric element attached to an inner circumferential surface of the exhaust pipe;
A temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water; And
And a controller for controlling the opening / closing of the valve in accordance with the temperature of the cooling water detected by the temperature sensor,
Wherein the installation position of the thermoelectric element is a position facing the cooling water passage with the exhaust pipe interposed therebetween, and when the valve is closed, the exhaust gas flows through the space in which the cooling water passage is provided, And flows through the space where the element is installed. 청구항 4에 있어서,
상기 냉각수 통로는 그 내부를 흐르는 냉각수의 흐름이 배기가스가 흐르는 방향과 반대 방향으로 이루어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 시스템.The method of claim 4,
Wherein the cooling water passage is formed such that a flow of cooling water flowing in the cooling water passage is opposite to a direction in which the exhaust gas flows. 청구항 4에 있어서,
상기 열전소자의 일 접점은 상기 배기관 내로 흐르는 배기 가스와 직접 접촉되게 하고 타 접점은 상기 냉각수 통로가 설치된 위치에 대응하는 상기 배기관의 내주면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 시스템.The method of claim 4,
Wherein one contact of the thermoelectric element is in direct contact with the exhaust gas flowing into the exhaust pipe and the other contact is in contact with the inner circumferential surface of the exhaust pipe corresponding to the position where the cooling water passage is installed. 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 기준 온도 미만인 경우 상기 밸브를 폐쇄하도록 제어하고, 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기열 회수 시스템.The method of claim 4,
Wherein the controller controls the valve to close when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined reference temperature and controls the valve to open when the temperature is equal to or higher than the reference temperature.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003314366A (en) * 2002-04-17 2003-11-06 Denso Corp Engine exhaust gas reuse apparatus
JP2014066236A (en) * 2012-09-27 2014-04-17 Toyota Motor Corp Thermoelectric power generation device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130013358A (en) 2011-07-28 2013-02-06 현대자동차주식회사 Exhaust gas recirculation apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003314366A (en) * 2002-04-17 2003-11-06 Denso Corp Engine exhaust gas reuse apparatus
JP2014066236A (en) * 2012-09-27 2014-04-17 Toyota Motor Corp Thermoelectric power generation device

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