(57)【要約】【課題】本発明は車両の排熱活用構造に関する。【解決手段】内部に高温の排気ガスが通過し、排気ガスと熱交換して加熱される排気管と、前記排気管の内部に設けられ、排気ガスがバイパスされるバイパス通路とを含む高温部、前記排気管の外部に付着され、Ｐ−型半導体とＮ−型半導体を接合してなり、熱電現象を利用して電気を発生させる熱電素子、前記熱電素子の外部に付着され、内部に冷却水が流れる低温部、および前記低温部の内部に長さ方向に設けられ、内部に高温の排気ガスが通過して冷却水を加熱させる第１排気ガス通路を含み、エンジンのウォームアップおよび熱電発電を同時に行うことを特徴とし、排熱活用構造の活用度を極大化した車両の排熱活用構造に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に高温の排気ガスが通過し、排気ガスと熱交換して加熱される排気管と、前記排気管の内部に設けられ、排気ガスがバイパスされるバイパス通路とを含む高温部、
前記排気管の外部に付着され、Ｐ−型半導体とＮ−型半導体を接合してなり、熱電現象を利用して電気を発生させる熱電素子、
前記熱電素子の外部に付着され、内部に冷却水が流れる低温部、および
前記低温部の内部に長さ方向に設けられ、内部に高温の排気ガスが通過して冷却水を加熱させる第１排気ガス通路を含み、エンジンのウォームアップおよび熱電発電を同時に行うことを特徴とする車両の排熱活用構造。
【請求項２】
前記排気管と第１排気ガス通路との間に形成され、前記第１排気ガス通路を開閉可能に摺動自在に設けられる第１バルブをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両の排熱活用構造。
【請求項３】
前記第１バルブは、
前記排気管に結合されるリング形状のバンドで形成されることを特徴とする、請求項２に記載の車両の排熱活用構造。
【請求項４】
前記高温部は、
前記排気管とバイパス通路との間に排気ガスが通過するように形成された第２排気ガス通路、および
前記バイパス通路の後端に回転可能に設けられ、バイパスされる排気ガスの量を調節する第２バルブを含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両の排熱活用構造。
【請求項５】
前記低温部は、
前記熱電素子の外部に接触して結合され、内部に流れる冷却水によって熱電素子と接触する面を冷却させる冷却水通路、
前記冷却水通路の一側に取り付けられて連通し、冷却水が流入される冷却水流入口を備える冷却水分配器、および
前記冷却水通路の他側に取り付けられて連通し、冷却水が吐き出される冷却水吐出口を備える冷却水集水器を含み、
前記冷却水通路、冷却水分配器および冷却水集水器は長さ方向に配置されて一体型で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の車両の排熱活用構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排熱活用構造に関し、より詳しくは、バイパス通路、低温部の内部に設けられる第１排気ガス通路、および排気管とバイパス通路との間に形成される第２排気ガス通路を含み、車両の初期始動状態から過負荷走行状態まで全て活用可能な車両の排熱活用構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両は、走行状態に応じ、初期始動時にエンジンのウォームアップ（ｗａｒｍ  ｕｐ）および暖房ステップが行われ、車両の走行時に熱電発電ステップが行われ、車両が傾斜した所を登るか過速時にバイパスステップが行われる。
【０００３】
車両の初期始動時、冷却水の水温を迅速に高めるサーモスタットおよび冷却水を循環させるウォーターポンプで構成されたウォームアップ装置を利用して、冷却水が所定温度に上昇し、エンジンをウォームアップさせる。
【０００４】
車両は、エンジンがある程度回転してウォームアップがなされてこそ、円滑な運転が可能である。
【０００５】
車両の走行時、車両の排熱は、熱電発電装置の熱電素子を経て電気を発生させる。ここで、熱電素子とは、素子両端の温度差を電気に変換することによって熱エネルギーを電気エネルギーに変換するか、素子に電気を流れるようにすることによって素子の両端に温度差を生じさせて電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電現象を利用する素子である。
【０００６】
このような熱電素子は、小規模の冷却装置、小規模の加熱装置、または小規模の発展装置に用いられる。
【０００７】
熱電素子が小規模の発展装置に用いられるものを熱電発電装置または熱電発電機と呼ぶ。このような熱電発電機は、主に、無電通信機の電源供給装置、宇宙船の電力供給装置、核潜水艦の動力供給装置、および車両の排気システムに設けられる熱電発電機に使われる。
【０００８】
また、車両が傾斜した所を登るか車両の過速に応じた過負荷走行状態の時、車両の排熱は、バイパス通路を通して車両の外部に迅速に排出され、前記ウォームアップ装置や熱電発電装置は作動しなくなる。
【０００９】
しかし、従来の車両の排熱活用構造は、車両の各状態別にウォームアップ装置または熱電発電装置の未作動区間が存在してシステムの活用度が落ちるという問題点がある。
【００１０】
すなわち、ウォームアップ装置は車両の初期始動時にのみ作動し、熱電発電装置は排気ガスの温度がある程度上昇した後に車両の走行時にのみ作動し、車両の過負荷走行時にはウォームアップ装置と熱電発電装置がいずれも未作動となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、ウォームアップ装置および熱電発電装置を統合して、車両の初期始動時から過負荷走行時まで全て活用可能な車両の排熱活用構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記のような目的を達成するための本発明の構成は、内部に高温の排気ガスが通過し、排気ガスと熱交換して加熱される排気管と、前記排気管の内部に設けられ、排気ガスがバイパスされるバイパス通路とを含む高温部、前記排気管の外部に付着され、Ｐ−型半導体とＮ−型半導体を接合してなり、熱電現象を利用して電気を発生させる熱電素子、前記熱電素子の外部に付着され、内部に冷却水が流れる低温部、および前記低温部の内部に長さ方向に設けられ、内部に高温の排気ガスが通過して冷却水を加熱させる第１排気ガス通路を含み、エンジンのウォームアップおよび熱電発電を同時に行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による車両の排熱活用構造は、前記排気管と第１排気ガス通路との間に形成され、前記第１排気ガス通路を開閉可能に摺動自在に設けられる第１バルブをさらに含むことが好ましい。
【００１４】
なお、前記第１バルブは、前記排気管に結合されるリング形状のバンドで形成されることが好ましい。
【００１５】
また、前記高温部は、前記排気管とバイパス通路との間に排気ガスが通過するように形成された第２排気ガス通路、および前記バイパス通路の後端に回転可能に設けられ、バイパスされる排気ガスの量を調節する第２バルブを含むことが好ましい。
【００１６】
なお、前記低温部は、前記熱電素子の外部に接触して結合され、内部に流れる冷却水によって熱電素子と接触する面を冷却させる冷却水通路、前記冷却水通路の一側に取り付けられて連通し、冷却水が流入される冷却水流入口を備える冷却水分配器、および前記冷却水通路の他側に取り付けられて連通し、冷却水が吐き出される冷却水吐出口を備える冷却水集水器を含み、前記冷却水通路、冷却水分配器および冷却水集水器は長さ方向に配置されて一体型で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
前記のような構成を有する本発明の効果は、熱電素子の外部に付着され、内部に冷却水が流れる低温部、および低温部の内部に長さ方向に設けられ、内部に高温の排気ガスが通過して冷却水を加熱させる第１排気ガス通路を含むことにより、車両の初期始動時に排気ガスが第１排気ガス通路を通過してエンジンのウォームアップのために冷却水が加熱されるようにするものである。
【００１８】
また、排気管と第１排気ガス通路との間に第１バルブを形成して第１排気ガス通路を開閉することができるように構成することにより、ウォームアップ装置および熱電発電装置を統合して、車両の初期始動時には第１バルブを開いて排気ガスが第１排気ガス通路に通過するようにし、車両の走行時と過負荷走行時には第１バルブを閉じて排気ガスが第１排気ガス通路に通過しないようにするという効果がある。
【００１９】
なお、高温部に第２バルブを備えてバイパス通路を通して通過する排気ガスの量を調節することができ、冷却水通路、冷却水分配器および冷却水集水器は長さ方向に配置されて一体型で形成されることによって排熱活用構造の効率を極大化するという効果がある。
【００２０】
その結果、本発明による車両の排熱活用構造は、エンジンのウォームアップ装置および熱電発電装置の機能を同時に行って車両の燃費を向上させ、従来の２個の装置に分けられていたシステムを１つに統合して車両の重量を節減し、部品の生産原価を節減するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造における内部の様子を示すための透視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造における初期始動状態の様子を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造における走行状態の様子を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造における過負荷走行状態の様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。本発明による車両の排熱活用構造は、内部に高温の排気ガスが通過し、排気ガスと熱交換して加熱される排気管１２と、前記排気管１２の内部に設けられ、排気ガスがバイパスされるバイパス通路１４とを含む高温部１０、前記排気管１２の外部に付着され、Ｐ−型半導体とＮ−型半導体を接合してなり、熱電現象を利用して電気を発生させる熱電素子２０、前記熱電素子２０の外部に付着され、内部に冷却水が流れる低温部３０、および前記低温部３０の内部に長さ方向に設けられ、内部に高温の排気ガスが通過して冷却水を加熱させる第１排気ガス通路４０を含み、エンジンのウォームアップおよび熱電発電を同時に行うことを特徴とする。
【００２３】
図１に示すように、前記排気管１２は内部に高温の排気ガスが通過し、図示された実施形態において、排気管１２の入口および出口は円形であり、入口と出口との間は断面の形状が四角形である四角形筒の形態であるが、排熱活用構造に応じて様々な形態であってもよい。
【００２４】
図２に示すように、前記バイパス通路１４は、排気管１２の内部に設けられ、通常のバイパス通路と同じように、車両の過負荷走行時に排気ガスがバイパスできるように円筒の形態である。
【００２５】
前記バイパス通路１４の上流には、第２バルブ１８が閉鎖される場合に排気ガスが流動する複数の排気孔１５が形成される。
【００２６】
図２に示すように、前記熱電素子２０は、Ｐ−型半導体とＮ−型半導体を接合してなり、排気管１２の外部に付着され、互いに電気的に接続された状態で車両のバッテリー（図示せず）に電気的に接続される。
【００２７】
前記熱電素子２０が排気管１２と接触する部分は排気ガスによって加熱され、低温部３０と接触する部分は冷却水によって冷却され、これによって前記熱電素子２０の両側面に温度差が発生し、この温度差によって熱電素子２０の内部から熱電現象が発生して電気が生産される。
【００２８】
このように生産された電気は、前記熱電素子２０と電気的に接続された車両のバッテリーを充電させる。
【００２９】
図２および図３に示すように、前記熱電素子２０の外部には内部に冷却水が流れる低温部３０が付着され、前記低温部３０の内部には長さ方向に沿って第１排気ガス通路４０が配置される。
【００３０】
図示された実施形態において、前記第１排気ガス通路４０は、低温部３０の内部に一列に複数が配置され、両末端が排気管１２方向に折り曲げられたパイプの形態になっている。
【００３１】
車両の初期始動時、前記第１排気ガス通路４０を通して流入される排気ガスによって冷却水は加熱され、第１排気ガス通路４０はエンジンのウォームアップ装置として機能する。
【００３２】
図２および図３に示すように、前記排気管１２と第１排気ガス通路４０との間には、第１バルブ４２が第１排気ガス通路４０を開閉可能に摺動自在に設けられる。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記第１バルブ４２は、排気管１２の内周面に結合されるリング形状のバンドで形成され、第１バルブ制御部（図示せず）の制御を受けるモーターによって排気管１２上で前後に摺動して第１排気ガス通路４０を開閉する。
【００３４】
すなわち、図４に示すように、車両の初期始動時、前記第１バルブ４２は前方に移動して第１排気ガス通路４０を開放し、排気ガスが第１排気ガス通路４０を通過して冷却水を加熱させる。
【００３５】
図５および図６に示すように、車両の走行時または車両の過負荷走行時、前記第１バルブ４２は後方に移動して第１排気ガス通路４０を閉鎖し、排気ガスが第２排気ガス通路１６またはバイパス通路１４を通過して熱電素子２０と熱電発電またはバイパスするようになる。
【００３６】
図示された実施形態においては、前記第１バルブ４２がリングの形態で形成されたが、車両の排熱活用構造の変更、第１排気ガス通路４０の形態変更または車両全体の排熱活用度などを考慮し、前記第１排気ガス通路４０の入口に一字形の板で形成されて回転する形態または前記排気管１２からキャップが突出して第１排気ガス通路４０を開閉する形態などのように様々に形成されることができる。
【００３７】
図２および図３に示すように、前記高温部１０は、排気管１２とバイパス通路１４との間に排気ガスが通過するように形成された第２排気ガス通路１６、およびバイパス通路１４の後端に回転可能に設けられ、バイパスされる排気ガスの量を調節する第２バルブ１８を含むことを特徴とする。
【００３８】
排気ガスは、前記第１バルブ４２によって第１排気ガス通路４０が閉鎖され、第２バルブ１８によってバイパス通路１４が閉鎖された時、前記第２排気ガス通路１６を通過して熱電素子２０の一側面を加熱させ、これによって熱電素子２０から熱電発電現象が発生するようになる。
【００３９】
また、車両が傾斜した所を登るか高速で走行する時、すなわち、エンジンの負荷が増加して排気管１２が加熱されることを防止するために、車両の過負荷走行時に、前記第２バルブ１８は開放され、高温の排気ガスがバイパス通路１４を通して大半が排気されるようにしてバイパス通路１４と排気管１２との間を流れる排気ガスの量を調節する。
【００４０】
前記第２バルブ１８は円板状に形成され、第２バルブ制御部（図示せず）の制御を受けるモーターによってバイパス通路１４の後端に回転可能に設けられてバイパス通路１４を開閉する。
【００４１】
図１および図２に示すように、前記低温部３０は、前記熱電素子２０の外部に接触して結合され、内部に流れる冷却水によって熱電素子２０と接触する面を冷却させる冷却水通路３２、前記冷却水通路３２の一側に取り付けられて連通し、冷却水が流入される冷却水流入口３５を備える冷却水分配器３４、および前記冷却水通路３２の他側に取り付けられて連通し、冷却水が吐き出される冷却水吐出口３７を備える冷却水集水器３６を含むことを特徴とする。
【００４２】
図示された実施形態において、前記冷却水通路３２は、四角形筒の形態になっている排気管１２の外側面に各々４個が結合され、冷却水が流れるように内部が空いている四角形板の形態になっている。
【００４３】
前記冷却水通路３２の右側面には冷却水分配器３４が取り付けられており、図示された実施形態において、排気管１２の右下方に冷却水流入口３５を備えて冷却水分配器３４に冷却水が流入される。
【００４４】
前記冷却水通路３２の左側面には冷却水集水器３６が取り付けられており、図示された実施形態において、排気管１２の左上方に冷却水吐出口３７を備えて冷却水集水器３６を通して冷却水が吐き出される。
【００４５】
図２に示すように、前記冷却水通路３２を通して流動する冷却水と第１排気ガス通路４０を通して流動する排気ガスは互いに反対方向に流動し、この過程で高温の排気ガスが冷却水を加熱するようになる。
【００４６】
また、前記冷却水集水器３６、冷却水通路３２および冷却水分配器３４は排気管１２に沿って長さ方向に順に配置される一体型で形成され、各々の冷却水集水器３６の間および各々の冷却水分配器３４の間は折り曲げられたパイプで連結されている。
【００４７】
上記で説明した本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造の作用は次の通りである。
【００４８】
図４に示すように、車両の初期始動状態でエンジンが駆動されれば、エンジンから排気ガスが排出されて前記排気管１２の内部に流れ、この時、第１バルブ４２は第１排気ガス通路４０を開放し、第２バルブ１８はバイパス通路１４を閉鎖する。
【００４９】
したがって、排気ガスは前記第１排気ガス通路４０および第２排気ガス通路１６に流動し、第１排気ガス通路４０を流動する高温の排気ガスが冷却水通路３２を流動する冷却水を直接加熱させ、本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造はエンジンのウォームアップ装置として機能する。
【００５０】
図５に示すように、車両の走行状態でエンジンは十分にウォームアップになっており、この時、前記第１バルブ４２は第１排気ガス通路４０を閉鎖し、第２バルブ１８もバイパス通路１４を閉鎖する。
【００５１】
したがって、排気ガスは前記第２排気ガス通路１６を通してのみ流動し、高温の排気ガスは熱電素子２０の一側面を加熱させ、熱電素子２０の他側面は冷却水通路３２を通して流動する冷却水によって冷却される。
【００５２】
このように、前記熱電素子２０の両側面の間には温度差が発生し、このような温度差によって熱電素子２０の内部に電気が発生し、熱電素子２０によって生産された電気は熱電素子２０に電気的に接続されたバッテリーを充電することにより、本発明の一実施形態による車両の排熱活用構造は熱電発電装置として機能する。
【００５３】
図６に示すように、車両の過負荷走行状態でエンジンの負荷が増加し、この時、前記第１バルブ４２は第１排気ガス通路４０を閉鎖し、第２バルブ１８はバイパス通路１４を開放する。
【００５４】
したがって、排気ガスは前記第２排気ガス通路１６に少量流動し、バイパス通路１４に大半が流動して車両の過熱が防止される。
【００５５】
以上で説明した本発明は、前述した実施形態および添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形および変更が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかなものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  高温部
１２  排気管
１４  バイパス通路
１５  排気孔
１６  第２排気ガス通路
１８  第２バルブ
２０  熱電素子
３０  低温部
３２  冷却水通路
３４  冷却水分配器
３５  冷却水流入口
３６  冷却水集水器
３７  冷却水吐出口
４０  第１排気ガス通路
４２  第１バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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