KR101444107B1 - 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법에 관한 것으로서, 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환을 통해서 외부로 전달하는 폐열공급부, 외부로부터 공급되는 폐열을 전달받아 폐열소모수단으로 제공하는 폐열수용부, 내부에서 열전달유체가 유동하며 상기 폐열공급부로부터 폐열을 전달받아 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부에 공급하는 제 1열전달라인, 상기 폐열수용부로 폐열을 전달하여 액체상태인 상기 열전달유체가 상기 폐열공급부로 이동하도록 하는 제 2열전달라인 및 상기 제 1열전달라인 및 상기 제 2열전달라인을 따라 순환하는 상기 열전달유체의 유동압을 증감시키는 가압펌프를 포함하는 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 엔진에서 발생하는 폐열을 회수하는 시스템 및 방법에 관한 것으로써, 엔진으로부터 발생되는 폐열을 유동압이 조절되는 열전달유체를 이용하여 별도로 구비된 폐열소모수단에 전달하는 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법에 관한 것이다.
엔진으로부터 발생되는 폐열을 스팀사이클을 활용하여 열 매체를 통해 별도로 구비된 ORC(Organic Rankine Cycle)에 제공하여 열교환을 통해 폐열을 전달하는 방식이 사용되어왔다.
ORC루프는 기존의 스팀 랜킨 사이클과 유사한 사이클로 내부에서 순환하는 작동유체의 끓는점이 물보다 낮기 때문에 일반적인 스팀사이클보다 상대적으로 낮은 온도에서 에너지 회수를 하는 방식이다
ORC루프 이용하여 엔진으로부터 발생되는 폐열을 보다 효율적으로 이용하는 방법에 대해 많은 연구가 진행되고 있다.
이와 같이 많은 연구의 진행에 의해서 개발된 ORC루프를 이용하여 종래에 개발된 폐열 회수시스템의 일 예로 국내 공개특허 2007-0116106호를 참조하여 살펴본다.
종래에 개발된 폐열 회수시스템인 국내 공개특허 2007-0116106호는 폐열을 이용하기 위한 캐스케이드식 유기 랭킨 사이클이다.
동력원으로부터 발생하는 폐열을 별도의 순환 루프와 열교환을 통해서 외부에 구비된 ORC루프로 전달함으로써, 폐열 자체를 또 하나의 열원으로 사용하여 별도의 동력을 발생시키는 구성이다. 보다 상세하게는, 동력원으로부터 발생되는 폐열과 반복적인 순환을 통해서 열을 전달하는 열전달매체를 열교환시켜 상기 열전달매체로 폐열을 전달한다. 그리고 폐열이 전달된 상기 열전달매체는 순환하여 외부에 구비된 상기 ORC루프로 열교환을 통해서 폐열을 전달한다. 이와 같이 폐열을 전달받은 상기 ORC루프는 별도의 순환구조를 통해서 보조동력기를 구동시키게 된다.
하지만. 상기 ORC루프 내부에서 순환하는 순환유체와 동력원의 폐열을 전달하는 상기 열전달매체가 서로 열교환을 할 때, 고온의 액체와 저온의 액체가 서로 열교환을 하기 때문에 저온의 액체인 상기 순환유체는 고온의 액체인 상기 열전달매체가 가지고 있는 폐열의 양에 따라서 증가하는 온도가 결정된다. 일반적으로 상변화를 일으키지 않은 상태에서는 잠열을 가지기 힘들기 때문에 온도의 변화가 빠르게 나타난다.
그래서 동력원으로부터 폐열을 전달받은 상기 열전달매체가 액체상태로 상기 ORC루프에 폐열을 전달할 때, 전달되는 폐열의 양에는 한계가 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전달유체의 유동압의 조절을 통해서 엔진으로부터 발생하는 폐열을 열교환에 의해 별도로 구비된 보조동력모듈로 전달하는 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환을 통해서 외부로 전달하는 폐열공급부, 외부로부터 공급되는 폐열을 전달받아 폐열소모수단으로 제공하는 폐열수용부, 내부에서 열전달유체가 유동하며 상기 폐열공급부로부터 폐열을 전달받아 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부에 공급하는 제 1열전달라인, 상기 폐열수용부로 폐열을 전달하여 액체상태인 상기 열전달유체가 상기 폐열공급부로 이동하도록 하는 제 2열전달라인 및 상기 제 1열전달라인 및 상기 제 2열전달라인을 따라 순환하는 상기 열전달유체의 유동압을 증감시키는 가압펌프를 포함한다.
또한, 상기 폐열공급부는 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 열전달유체에 열교환을 통해 전달하는 제 1열교환기, 상기 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 상기 열전달유체에 열교환을 통해서 전달하는 제 2열교환기 및 상기 제 2열교환기로부터 폐열을 전달 받은 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기로 공급하는 제 3열전달라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3열전달라인은, 상기 제3열전달라인 경로상에 배치되며 내부에서 유동하는 상기 열전달유체의 유동압을 조절하는 제 1감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 열전달유체는 상기 제 2열교환기를 경유하여 포화액체상태가 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 폐열공급부는 상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체가 상기 제 2열전달라인을 따라 상기 엔진을 경유하도록 마련되며, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 열전달유체에 열교환을 통해 전달하는 제 1열교환기 및 상기 엔진으로부터 배출되는 상기 열전달유체를 상기 제 1열 교환기로 공급하는 제 4열전달라인을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 폐열공급부는 상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체가 상기 제 2열전달라인을 따라 상기 엔진을 경유하도록 마련되며, 상기 엔진으로부터 배출되는 상기 열전달유체를 상기 제 2열교환기로 공급하는 제 4열전달라인 및 상기 제 2열교환기를 경유한 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기로 공급하는 제 3열전달라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4열전달라인의 경로상에 분기되어 상기 열전달유체의 일부를 상기 제 2열전달라인으로 공급하는 보조 열전달라인 및 상기 보조 열전달라인의 경로상에 구비되며, 상기 제 4열전달라인으로부터 분기되어 이동하는 상기 열전달유체를 냉각시키는 쿨러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2열전달라인은 경로상에 구비되며 상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체를 감압하는 제 2감압밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부에 고압의 열전달유체가 순환하는 엔진의 폐열을 회수하는 방법에 있어서, 유동압이 증가된 상기 열전달유체를 폐열공급부로 이동시키는 단계, 상기 폐열공급부에서 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계, 상기 폐열공급부에서 온도가 증가하여 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 폐열수용부로 이동시키는 단계, 상기 열전달유체가 상기 폐열수용부에서 열교환에 의해 폐열을 외부에 구비된 폐열소모수단으로 공급하여 액체상태로 냉각되는 단계, 상기 폐열수용부에서 냉각된 상기 열전달유체를 다시 상기 폐열공급부로 이동시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는, 상기 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 제 2열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계, 상기 제 2열교환기를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계, 감압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계 및 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는, 상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체를 감압하는 단계, 감압된 상기 열전달유체를 상기 엔진으로 공급하는 단계, 상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계, 가압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계 및 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는, 상기 폐열수용부를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계, 감압된 상기 열전달유체를 상기 엔진으로 공급하는 단계, 상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계, 가압된 상기 열전달유체를 제 2열교환기로 공급하는 단계, 상기 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 제 2열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계, 상기 제 2열교환기를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계, 감압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계 및 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계는, 상기 열전달유체의 일부를 분기하여 상기 엔진으로 다시 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환을 통해서 별도로 구비된 폐열소모수단으로 전달하는 엔진의 폐열 회수시스템에 있어서, 폐열을 전달하는 열전달유체의 유동압을 증가시킴으로써, 열전달유체를 통해 전달되는 폐열의 양이 증가하여 보다 많은 양의 폐열을 상기 폐열소모수단으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐열공급부가 엔진으로부터 배출되는 배기가스뿐만 아니라 연소공기 및 자켓워터의 폐열을 열교환을 통해서 흡수할 수 있도록 구성됨으로써, 상기 열전달유체는 보다 많은 양의 폐열을 상기 보조동력모듈로 전달할 수 있는 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 제 1실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 2은 도 1의 제 2열교환기에서 열전달유체의 상변화에 따른 작동유체의 온도변화를 나타낸 그래프;
도 3는 본 발명의 제 2실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2은 도 1의 제 2열교환기에서 열전달유체의 상변화에 따른 작동유체의 온도변화를 나타낸 그래프;
도 3는 본 발명의 제 2실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로 엔진으로부터 배출되는 폐열은 크게 배기가스, 연소공기 및 자켓워터가 있으며 이를 효율적으로 사용하기 위한 구성들에 대해서 살펴본다.
제
1실시예
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 엔진의 폐열 회수시스템의 구성에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 제 1실시예에 따른 구성은 크게 엔진(G1), 폐열공급부(100), 제 1열전달라인(200), 폐열수용부(300), 제 2열전달라인(400), 폐열소모수단(600), 열전달유체(미도시) 및 가압펌프(500)를 포함하여 구성된다.
상기 엔진(G1)은 외부로부터 연료를 제공받아 동력을 발생시킨다. 이때, 상기 엔진(G1)이 동작을 하면서 고온의 배기가스, 연소공기 및 자켓워터를 통해서 폐열을 배출하게 된다.
상기 폐열공급부(100)는 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 폐열을 상기 열전달유체와 열교환을 통해서 전달하도록 구성된다.
본 제 1실시예에서는 상기 폐열공급부(100)가 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 고온의 배기가스의 폐열을 상기 열전달유체와 열교환 시키는 제 1열교환기(110)를 포함하도록 마련되며, 상기 폐열공급부(100)의 구성은 실시예의 형태에 따라서 변형될 수 있다.
상기 제 1열교환기(110)는 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 고온의 배기가스와 열교환을 통해서 외부로 열을 배출시키도록 구성된다. 여기서, 상기 제 1열교환기(110)의 기본적인 형태는 일반적으로 사용되는 열교환기의 형태를 적용시킬 수 있으며 형태에 대해서 특별한 한정을 하지 않는다.
상기 제 1열전달라인(200)은 상기 제 1열교환기(110)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부(300)로 제공하는 경로로써, 내부에 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체가 흐르며 상기 제 1열교환기(110)에서 폐열을 공급받아 상기 폐열수용부(300)로 전달하도록 구성된다. 여기서, 상기 제 1열전달라인(200)에서 유동하는 상기 열전달유체의 압력은 증가된 상태로 상기 제 1열교환기(110) 내부에서 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 배기가스와 서로 열교환을 하여 상기 배기가스는 온도가 내려가고 상기 열전달유체는 온도가 상승하게 된다.
상기 폐열수용부(300)는 일반적인 열교환기 형태로서, 상기 제 1열교환기(110)를 경유하여 온도가 상승한 상기 열전달유체가 상기 제 1열전달라인(200)을 따라 공급되어 열교환을 통해서 외부에 별도로 구비된 상기 폐열소모수단(600)으로 열을 제공한다. 이때, 상기 열전달유체는 상기 폐열수용부(300)를 경유하면서 냉각되어 온도가 낮아지게 된다.
상기 제 2열전달라인(400)은 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)로 다시 제공하는 경로로써, 상기 폐열수용부(300)에서 열교환에 의해 냉각된 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)로 다시 공급한다.
상기 가압펌프(500)는 상기 제 2열전달라인(400)상에 구비되어 내부에서 흐르는 상기 열전달유체를 유동압을 증가시킨다. 상기 가압펌프(500)에 의해서 상기 제 1열전달라인(200) 및 상기 제 2열전달라인(400) 전체에서 유동되는 상기 열전달유체는 유동압이 증가된 상태로 순환된다.
일반적으로, 압력이 증가하게 되면, 상기 폐열공급부(100)에서 상기 상대적으로 고온의 폐열을 상기 열 전달유체로 전달하게 된다. 그래서 고온의 폐열이 상기 폐열수용부(300)로 전달됨으로써, 상기 폐열소모수단(600)에서 사용되는 폐열의 효율이 증가하게 된다.
본 실시예에서도 마찬가지로 상기 열전달유체의 유동압이 증가하게 되면, 상기 열전달유체를 액체와 기체의 혼합된 상태로 만들기 위해서 더욱 많은 양의 열이 필요하게 되어 상기 열전달유체는 상기 제 1열교환기(110)에서 더욱 많은 폐열을 제공받을 수 있다. 이와 같이 액체와 기체의 혼합된 상태의 상기 열전달유체가 폐열을 전달받아 상기 제 1열전달라인(200)을 따라서 이동하여 상기 폐열수용부(300)로 공급한다. 상기 열전달유체의 상변화에 따른 폐열의 제공 량에 대해서는 도 2을 참조하여 후술하기로 한다.
그래서 상기 열전달유체가 상기 제 1열전달라인(200)을 따라 이동하는 경우, 액체와 기체의 혼합된 상태로 상기 폐열수용부(300)로 공급되고, 상기 열전달유체가 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 이동하는 경우, 액체상태로 상기 제 1열교환기(110)로 공급된다.
상기 폐열소모수단(600)은 ORC루프(620), 보조동력기(G2), 냉각기(640) 및 압축기(650)로 마련되며, 상기 ORC루프(620)는 내부에 작동유체(미도시)가 순환하며 상기 폐열수용부(300), 상기 보조동력기(G2), 상기 냉각기(640) 및 상기 압축기(650)순으로 경유하도록 하는 일반적인 냉각사이클로 구성된다.
상기 작동유체는 상기 ORC루프(620)을 따라서 상기 폐열수용부(300)를 경유하여 상기 열전달유체와 열교환을 통해서 기화되고, 기화된 상기 작동유체는 상기 보조동력기(G2)를 구동시키게 된다. 상기 보조동력기(G2)를 경유한 상기 작동유체는 다시 상기 냉각기(640)를 경유하며 냉각되어 액화된다. 그리고 액화된 상기 작동유체는 다시 상기 폐열수용부(300)로 제공된다.
이와 같이 구성된 상기 폐열소모수단(600)은 일반적으로 사용되는 ORC(Organic Rankine Cycle)루프 시스템이며, 상기 ORC루프(620) 내부에서 흐르는 상기 작동유체는 상기 폐열수용부(300)에서 제공되는 상기 열전달유체의 온도에 따라서 선정되며 일반적으로는 물보다 끓는점이 낮은 유체가 사용될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해서 상기 열전달유체는 유동압을 증가시켜 상기 제 2열전달라인(400)에서는 액체상태로 유동하여 상기 제 1열교환기(110)로부터 열을 흡수하고, 상기 제 1열전달라인(200)에서는 액체와 기체가 혼합된 상태로 유동하여 상기 폐열수용부(300)에 열을 제공하게 된다.
다음으로, 도 2를 참조하여 상기 열전달유체의 상변화에 따른 폐열의 제공량에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1의 폐열수용부(300)에서 열전달유체의 상변화에 따른 작동유체의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 열전달유체가 순수하게 액체 형태로만 마련되어 상기 폐열수용부(300)의 내부에서 열교환이 일어나는 경우, 상기 작동유체는 온도가 상승하고 상기 열전달유체는 온도가 내려가게 된다.
이때, 상기 작동유체가 상기 폐열수용부(300)에서 상승하는 온도는 상기 열전달유체가 냉각되어 상기 폐열수용부(300) 외부로 빠져나갈 때의 온도보다 높아지지는 않는다. 상기 작동유체는 상기 열전달유체와 열교환을 하며 온도가 상승하게 되지만 일정한 온도에서 더 이상 온도가 상승하지 않게 된다.
일반적으로, 서로 열교환을 하는 두 유체간의 온도차가 가장 작은 부분을 핀치포인트(Pinch Point)라고 하며, 열교환이 끝난 후 상기 열전달유체와 상기 작동유체가 서로 열교환이 일어나지 않는 지점이 된다.
그래서 상기 열전달유체와 상기 작동유체는 핀치포인트에 이를 때 까지 열교환을 하며 상기 작동유체는 핀치포인트에 이르며 온도가 상승하여 기화됨으로써 상기 보조동력기(G2)를 구동시킨다.
한편, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 열전달유체가 액체와 기체의 혼합된 상태로 상기 폐열수용부(300) 내부에서 열교환이 일어나는 경우, 도 2의 (a)와 마찬가지로 상기 작동유체는 온도가 상승하고 상기 열전달유체는 온도가 내려가게 된다.
하지만, 도 2의 (b)에서 온도가 상승한 상기 작동유체는 동일한 핀치포인트에서의 온도가 도 2의 (a)와 달리 더 높은 상태가 된다. 이는, 상기 작동유체와 열교환을 하는 상기 열전달유체의 압력이 낮은 상태일 때 보다 상기 작동유체의 온도를 더욱 높게 가져갈 수 있고 이에 따라서 폐열을 상기 폐열소모수단(600)으로 효율적으로 전달할 수 있다.
상기 폐열수용부(300)에서 상기 작동유체로 폐열을 전달하는 상기 열전달유체의 온도가 도 2의 (a)상태에서보다 높은 상태가 되기 때문에 상기 작동유체는 동일한 조건의 핀치포인트에서 열교환을 통해 더 높은 온도를 가질 수 있다.
한편, 상기 열전달유체가 상기 가압펌프(500)에 의해 유동압이 증가하여 포화액체상태가 되면, 상기 제 1열교환기(110)를 경유하는 동안 상변화가 일어나게 된다.
그래서 상기 제 1열교환기(110)에서 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 폐열과 상기 열전달유체가 열교환을 할 때, 상기 열전달유체의 유동압이 증가한 상태로 열교환을 하여 액체와 기체가 혼합된 상태로 상변화가 되면, 상기 엔진(G1)에서 배출되는 폐열로부터 보다 많은 양의 열을 흡수하게 된다.
또한, 상기 폐열수용부(300)에서 상기 열전달유체가 액체와 기체의 혼합상태로 상기 작동유체와 열교환을 하면, 상기 작동유체에 더욱 많은 열을 제공하게 된다.
여기서, 상변화란 물질의 상태가 온도, 압력, 자기장 등 일정한 외적 조건에 따라 한 상에서 다른 상으로 변화는 현상을 말한다.
물질이 융해, 기화, 승화 같이 외적 조건에 따라 분자간의 거리가 멀어지면 열을 흡수하고, 반대로 응고, 액화, 승화와 같이 분자간의 거리가 가까워지면 열을 방출한다. 이와 같이 물질의 상변화가 일어날 때는 잠열이 출입하기 때문에 온도가 변하지 않지만 내부에서 에너지의 변화가 일어나게 된다.
이와 같은 원리에 따라, 상기 열전달유체의 가압 및 상변화를 통해서 상기 엔진(G1)에서 배출되는 폐열을 상기 폐열소모수단(600)으로 제공할 때 높은 온도를 가질 수 있도록 할 뿐만 아니라, 폐열을 흡수한 열 전달유체의 상변화를 통해서 상기 폐열소모수단(600)으로 전달되는 폐열의 전달효율이 증가한다..
이어서, 본 발명의 상기 폐열공급부(100)의 변형된 형태에 따른 제 2실시예를 살펴보면 다음과 같다.
제
2실시예
다음으로, 도 3을 참조하여 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 배기가스 및 연소공기의 폐열 회수시스템의 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 살펴보면 앞서 상술한 제 1실시예의 구성과 비슷하지만, 상기 폐열공급부(100)의 구성이 변형된 형태로서, 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 배기가스 및 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 상기 열전달유체와 열교환 시켜 보다 많은 열을 상기 폐열소모수단(600)으로 제공하기 위한 구성이다.
도시된 바와 같이, 기본적인 구성은 상기 엔진(G1), 상기 폐열공급부(100), 상기 폐열수용부(300), 상기 폐열소모수단(600), 상기 제 1열전달라인(200) 및 상기 제 2열전달라인(400)으로 마련되어 기본적인 구성은 비슷하지만 상기 폐열공급부(100)의 구성이 다르다.
상기 폐열공급부(100)는 상기 제 1열교환기(110), 제 2열교환기(120) 및 제 3열전달라인(130)으로 구성된다.
상기 제 1열교환기(110)는 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 배출가스와 상기 열전달유체가 서로 열교환을 통해서 배출가스의 폐열을 상기 열전달유체로 제공하도록 구성된다.
상기 제 1열전달라인(200)은 앞서 상술한 제 1실시예와 동일하게 마련되어 상기 제 1열교환기(100)로부터 폐열을 전달받은 상기 열전달유체가 상기 폐열수용부(300)로 이동하도록 한다.
상기 제 2열교환기(120)는 상기 폐열수용부(300)에서 상기 작동유체와 열교환을 통해서 냉각되어 액상이 된 상기 열전달유체를 공급받아 상기 엔진(G1)으로 공급되는 연소공기의 폐열을 상기 열전달유체와 열교환을 통해 전달하도록 구성된다.
상기 제 2열전달라인(400)은 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체가 상기 제 2열교환기(120)로 이동하도록 마련되며, 경로상에 배치되어 내부에 흐르는 상기 열전달유체의 압력을 증가시키는 가압펌프(500)가 구비된다.
상가 가압펌프(500)에 의해서 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체는 가압된 상태로 상기 제 2열교환기(120)로 공급된다.
상기 제 3열전달라인(130)은 상기 제 2열교환기(120)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)로 공급하도록 구성된다. 또한, 상기 제 3열전달라인(130)상에서 상기 제 2열교환기(120)와 상기 제 1열교환기(110) 사이에 배치되어 유동하는 상기 열전달유체의 유동압을 감압시키는 제 1감압밸브(132)를 더 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 폐열 회수시스템을 살펴보면, 상기 제 1열전달라인(200)은 가압된 상기 열전달유체가 상기 제 1열교환기(110)에서 폐열을 제공받아 액체와 기체가 혼합된 상태로 상기 폐열수용부(300)로 이동하도록 구성된다.
그리고 상기 제 2열전달라인(400)은 상기 폐열수용부(300)에 냉각된 상기 열전달유체를 상기 제 2열교환기(120)로 이동하도록 구성된다. 여기서, 상기 제 2열전달라인(400)은 경로상에 구비되어, 상기 폐열수용부(300)를 경유하여 액화된 상기 열전달유체를 가압하는 가압펌프(500)를 가지며 상기 가압펌프(500)를 경유한 상기 열전달유체는 유동압이 증가한 상태로 상기 제 2열교환기(120)로 공급된다.
또한, 상기 제 3열전달라인(130)은 상기 제 2열교환기(120)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)로 공급한다. 여기서, 상기 제 3열전달라인(130)은 경로상에 구비되어 상기 제 2열교환기(120)를 경유한 상기 열전달유체의 유동압을 감소시키는 상기 제 1감압밸브(132)가 구비된다.
여기서, 상기 열전달유체가 상기 제 2열교환기(120)를 경유한 후 포화액체상태가 될 수 있다. 상기 제 2열교환기(120)를 경유하여 포화액체상태가 된 상기 열전달유체가 상기 제 1감압밸브(132)를 경유하여 상기 폐열수용부(300)의 조건에 맞게 압력을 낮추어준 후, 상기 제 1열교환기(110)로 공급된다. 이때, 상기 제 1감압밸브(132)를 통과한 상기 열전달유체는 감압에 의해서 보다 쉽게 액체와 기체의 혼합상태가 되어 상기 폐열수용부(300)에 공급된다.
이와 같이 구성된 상기 폐열공급부(100)는 상기 열전달유체가 상기 제 2열교환기(120)를 경유함으로써, 상기 열전달유체는 상기 제 1열교환기(110)를 통한 폐열의 수집뿐만 아니라 상기 제 2열교환기(120)를 통한 폐열을 추가적으로 수집할 수 있도록 구성된다.
한편, 보다 상세하게 상기 열전달유체의 전체적인 순환과정을 살펴보면, 상기 폐열수용부(300)로부터 배출되는 상기 열전달유체는 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 이동하며 상기 가압펌프(500)에 의해서 가압되어 상기 제 2열교환기(120)로 공급된다.
상기 제 2열교환기(120)로 공급된 상기 열전달유체는 연소공기의 폐열과 열교환을 하며 상기 제 2열교환기(120)를 경유한 상기 열전달유체는 포화액체 상태가 된다.
그리고 포화액체상태가 된 상기 열전달유체는 상기 제 3열전달라인(130)을 따라서 상기 제 1열교환기(110)로 공급된다. 여기서, 상기 열전달유체는 상기 제 3열전달라인(130)상에 구비된 상기 제 1감압밸브(132)에 의해서 감압됨으로써, 액체와 기체가 혼합된 상태로 상기 제 1열교환기(110)으로 공급된다.
이는, 앞서 도 2을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 열전달유체의 유동압을 조절하여 상변화를 통해서 회수되는 폐열을 조절할 수 있기 때문이다.
상기 제 3열전달라인(130)을 따라 이동한 상기 제 1열교환기(110)로 이동한 상기 열전달유체는 상기 엔진(G1)으로부터 발생된 배기가스와 열교환을 통해 폐열을 전달받아 액체와 기체가 혼합된 상대가 된다. 이후, 액체와 기체가 혼합된 상태의 상기 열전달유체는 상기 제 1열전달라인(200)을 따라서 상기 폐열수용부(300)로 이동하여 상기 작동유체와 열교환을 통해서 냉각된다.
이와 같은 과정의 반복을 통해서 상기 엔진(G1)으로부터 발생하는 폐열을 상기 폐열소모수단(600)으로 전달하게 된다.
제
3실시예
이어서, 도 4를 참조하여 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 배기가스 및 자켓워터의 폐열 회수시스템에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4를 살펴보면 앞서 도 1을 참조하여 설명한 제 1실시예의 구성과 비슷하다. 하지만, 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 배기가스 및 상기 엔진(G1)을 냉각시키는 자켓워터의 폐열을 상기 열전달유체와 열교환을 통해 회수하여 상기 폐열소모수단(600)으로 제공하는 구성이다.
도시된 바와 같이 기본적인 구성은 상기 엔진(G1), 상기 폐열공급부(100), 상기 폐열수용부(300), 상기 폐열소모수단(600), 상기 제 1열전달라인(200) 및 상기 제 2열전달라인(400)으로 마련되어 기본적인 구성은 비슷하지만 상기 폐열공급부(100)의 구성이 다르다.
상기 폐열공급부(100)는 상기 제 1열교환기(110), 제 4열전달라인(140) 및 보조 열전달라인(150)으로 구성된다.
상기 제 1열교환기(110)는 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 배출가스와 상기 열전달유체가 서로 열교환을 통해서 배출가스의 폐열을 상기 열전달유체로 제공하도록 구성된다.
상기 제 1열전달라인(200)은 앞서 상술한 제 1실시예와 동일하게 마련되어 상기 제 1열교환기(100)로부터 폐열을 전달받은 상기 열전달유체가 상기 폐열수용부(300)로 이동하도록 한다.
상기 제 2열전달라인(400)은 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)으로 이동하도록 구성된다. 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)으로 이동하는 이유는, 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체 자체를 상기 엔진(G1)의 냉각을 위해 사용되는 자켓워터로써 사용하기 위함이다. 상기 열전달유체가 자켓워터로 사용됨으로써, 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 경유함으로써 상기 엔진(G1)을 냉각시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 엔진(G1)에서 발생하는 폐열을 열교환을 통해 전달받아 더욱 많은 열을 이용할 수 있다.
그리고 상기 제 2열전달라인(400)은 경로상에 배치되어 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체의 유동압을 감소시키는 제 2감압밸브(402)가 구비된다. 상기 제 2감압밸브(402)가 구비됨으로써, 상기 제 2열전달라인(400)을 따라서 상기 엔진(G1)으로 공급되는 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)에 공급되기에 적절한 압력으로 유동압을 낮추어 준다.
상기 폐열수용부(300)는 일반적인 열교환기 형태로서, 상기 제 1열교환기(110)를 경유하여 온도가 상승한 상기 열전달유체가 상기 제 1열전달라인(200)을 따라 공급되어 열교환을 통해서 외부에 별도로 구비된 상기 폐열소모수단(600)으로 열을 제공한다.
이때, 상기 열전달유체는 상기 폐열수용부(300)를 경유하면서 냉각되어 온도가 낮아지고, 온도가 낮아진 상기 열전달유체는 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 상기 엔진(G1)으로 공급된다. 상기 폐열소모수단(600)은 앞서 상술한 제 1실시예와 동일한 구성을 가진다.
상기 제 4열전달라인(140)은 상기 엔진(G1)으로부터 열교환 된 상기 열전달유체를 다시 상기 제 1열교환기(110)로 이동시키도록 구성된다. 상기 제 4열전달라인(140)은 상기 엔진(G1)을 경유한 상기 열전달유체가 유동압이 증가한 상태로 상기 제 1열교환기(110)에 공급되도록 하는 가압펌프(500)가 구비된다. 상기 가압펌프(500)는 상기 제 2감압밸브(402)에 의해 유동압이 낮아진 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)에 공급되기 전에 유동압을 증가시켜 상기 제 1열교환기(110)에서 보다 많은 양의 폐열을 전달받을 수 있도록 한다.
그래서 상기 가압펌프(500)에 의해서 가압된 상기 열전달유체는 상기 제 1열교환기(110)를 경유하며 열교환을 통해서 액체와 기체가 혼합된 상태로 상기 폐열수용부(300)로 제공된다.
한편, 본 실시예에서 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 경유하며 자켓워터의 역할을 하도록 마련되었기 때문에, 상기 폐열수용부(300)에서 냉각되어 이동하는 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 충분히 냉각시켜줄 수 있어야 한다.
하지만, 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 냉각시켜줄 수 있을 만큼 충분히 냉각되지 않기 때문에, 상기 제 2열전달라인(400)은 상기 제 4열전달라인(140)에서 분기되어 상기 제 2열전달라인(400)으로 상기 열전달유체를 다시 제공하는 보조 열전달라인(150)이 구비된다.
그래서 상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 상기 열전달유체의 일부는 상기 제 4열전달라인(140)을 따라 상기 제 1열교환기(110)로 이동하고 나머지는 상기 보조 열전달라인(150)을 따라 다시 상기 제 2열전달라인(400)으로 이동한다. 그래서 상기 보조 열전달라인(150)을 따라 이동한 상기 열전달유체와 상기 폐열수용부(300)에서 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 이동한 상기 열전달유체가 함께 상기 엔진(G1)으로 공급된다.
이때, 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 냉각시키는 자켓워터의 기능을 원활히 수행하지 못할 수 있기 때문에 상기 보조 열전달라인(150)상에 구비되어 이동하는 상기 열전달유체를 냉각시키는 쿨러(C)가 구비될 수 있다.
상기 쿨러(C)는 상기 보조 열전달라인(150)을 따라 이동하는 상기 열전달유체를 냉각시켜 상기 폐열수용부(300)로부터 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 이동하는 상기 열전달유체와 혼합되도록 함으로써, 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 충분히 냉각시킬 수 있도록 한다.
이와 같이 구성된 엔진의 폐열 회수시스템의 전체적인 동작과정을 살펴보면 상기 가압펌프(500)에 의해서 가압된 상기 열전달유체는 상기 제 1열교환기(110)를 경유하며 액체와 기체가 혼합된 상태가 되어 상기 폐열수용부(300)로 제공된다.
상기 폐열수용부(300)에서 상기 열전달유체는 상기 폐열소모수단(600)과 열교환을 통해서 냉각되어 다시 액체상태가 되어 상기 엔진(G1)으로 제공된다. 여기서, 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 이동하며 상기 제 2감압밸브(402)에 의해 유동압이 감소된다.
그리고 유동압이 감소된 상기 열전달유체는 상기 엔진(G1)으로 제공되어 상기 엔진(G1)을 냉각시키며 온도가 상승한 후 상기 제 4열전달라인(140)을 따라 상기 제 1열교환기(110)로 제공된다.
이때, 상기 제 4열전달라인(140)상에 구비된 가압펌프(500)에 의해서 상기 열전달유체의 유동압은 증가하게 되고, 유동압이 증가된 상기 열전달유체는 상기 제 1열교환기(110)로 제공된다.
한편, 상기 엔진(G1)으로부터 배출되어 상기 제 4열전달라인(140)을 따라 이동하는 상기 열전달유체의 일부가 상기 보조 열전달라인(150)을 따라서 상기 제 2열전달라인(400)으로 공급된다. 여기서, 상기 열전달유체는 상기 보조 열전달라인(150)상에 구비된 상기 쿨러(C)에 의해서 냉각되어 다시 상기 엔진(G1)으로 공급된다.
이와 같은 과정의 반복을 통해서 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 배기가스 및 자켓워터의 폐열을 상기 폐열소모수단(600)으로 전달하게 된다.
제
4실시예
다음으로, 도 5를 참조하여 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 배기가스, 연소공기 및 자켓워터의 폐열 회수시스템에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 5를 살펴보면 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 제 2실시예 및 제 3실시예의 구성과 비슷하다.
상기 엔진(G1)으로부터 배출되는 배기가스, 연소가스 및 상기 엔진(G1)을 냉각시키는 자켓워터의 폐열을 상기 열전달유체와 열교환을 통해 회수하여 상기 폐열소모수단(600)으로 제공하는 구성이다.
기본적인 구성은 엔진(G1), 폐열공급부(100), 폐열수용부(300), 제 2열교환기(120), 제 1열전달라인(200), 제 2열전달라인(400) 및 폐열소모수단(600)으로 마련되어 기본적인 구성은 비슷하지만 상기 폐열공급부(100)의 구성이 다르다.
상기 폐열공급부(100)는 상기 제 1열교환기(110), 제 2열교환기(120), 제 3열전달라인(130), 제 4열전달라인(140) 및 보조 열전달라인(150)으로 구성된다.
상기 제 1열교환기(110), 상기 폐열수용부(300), 상기 제 1열전달라인(200) 및 상기 폐열소모수단(600)의 구성은 앞서 상술한 실시예들과 유사하다.
상기 제 1열전달라인(200)은 상기 제 1열교환기(110)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부(300)로 이동시킨다.
상기 제 2열전달라인(400)은 상기 폐열수용부(300)를 경유한 상기 열전달유체를 상기 엔진(G1)으로 제공하도록 구성된다. 여기서, 상기 제 2열전달라인(400)은 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)에 공급되기 적합하도록 유동압을 조절하는 제 2감압밸브(402)를 구비한다. 그래서 상기 제 2감압밸브(402)는 상기 폐열수용부(300)로부터 상기 제 2열전달라인(400)을 따라 배출되는 상기 열전달유체가 감압되어 상기 엔진(G1)에 공급되도록 한다.
상기 제 4열전달라인(140)은 상기 엔진(G1)을 냉각시키고 온도가 상승한 상기 열전달유체를 상기 제 2열교환기(120)로 공급한다. 여기에 상기 제 4열전달라인(140)상에 분기되어 상기 열전달유체의 일부를 상기 제 2열전달라인(400)으로 제공하는 상기 보조 열전달라인(150)을 더 포함하여 구성된다.
상기 보조 열전달라인(150)은 상기 쿨러(C)를 구비하여 상기 제 4열전달라인(140)으로부터 분기되어 이동하는 상기 열전달유체를 냉각시켜 상기 제 2열전달라인(400)으로 제공하도록 구성된다. 이는 상기 폐열수용부(300)를 경유하여 이동되는 상기 열전달유체가 상기 엔진(G1)을 충분히 냉각시킬 수 없기 때문에 상기 쿨러(C)를 통해서 냉각된 상기 열전달유체를 이용하여 상기 엔진(G1)을 냉각시키기 위함이다.
이와 함께, 상기 제 4열전달라인(140)은 상기 엔진(G1)으로부터 배출되어 상기 제 2열교환기(120)로 공급되는 상기 열전달유체의 유동압을 증가시키는 상기 가압펌프(500)가 구비된다. 상기 열전달유체는 상기 가압펌프(500)에 의해서 유동압이 증가되고, 유동압이 증가한 상기 열전달유체는 앞서 도 2을 참조하여 설명하였듯이 상기 제 2열교환기(120)에서 더욱 많은 폐열을 공급받을 수 있다.
상기 제 2열교환기(120)는 상기 엔진(G1)으로부터 상기 제 4열전달라인(140)을 따라 배출되는 상기 열전달유체를 공급받아 상기 엔진(G1)으로 공급되는 연소공기의 폐열을 열교환에 의해서 상기 열전달유체로 공급한다.
상기 제 3열전달라인(130)은 상기 제 2열교환기(120)를 경유하여 온도가 상승한 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기(110)로 공급하도록 구성된다. 이때, 상기 제 3열전달라인(130)은 경로상에 구비되어 상기 제 1열교환기(110)로 공급되는 상기 열전달유체의 유동압을 감압할 수 있는 상기 제 1감압밸브(132)가 구비된다.
상기 제 2열교환기 (120)을 경유한 상기 열전달유체가 포화액체상태가 되고, 이후 상기 열전달유체가 상기 제 1열교환기(110)으로 공급되기 전에 상기 제 1감압밸브(132)를 통해서 감압되어 액체와 기체의 혼합된 상태가 된다.
액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체는 상기 제 3열전달라인(130)을 따라서 상기 제 1열교환기(110)로 공급된다. 포화액체상태의 상기 열전달유체가 상기 제 1열교환기(110)에서 상기 엔진(G1)의 배기가스로부터 폐열을 공급받게 되면 상기 열전달유체는 액체와 기체의 혼합된 상태로 상변화가 일어나게 된다. 그리고 상변화가 일어난 상기 열전달유체는 상기 제 1열전달라인(200)을 따라서 상기 폐열수용부(300)로 공급되어 열교환을 통해서 상기 폐열소모수단(600)으로 폐열을 전달하게 된다.
이와 같은 반복의 과정을 통해서 상기 열전달유체는 유동압의 조절되며 상기 엔진(G1)으로부터 발생되는 폐열을 상기 폐열소모수단(600)으로 전달하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 폐열공급부 110: 제 1열교환기
120: 제 2열교환기 130: 제 3열전달라인
140: 제 4열전달라인 150: 보조 열전달라인
200: 제 1열전달라인 300: 폐열수용부
400: 제 2열전달라인 500: 가압펌프
600: 폐열소모수단 620: ORC루프
640: 냉각기 G1: 엔진
G2: 보조동력기 C: 쿨러
120: 제 2열교환기 130: 제 3열전달라인
140: 제 4열전달라인 150: 보조 열전달라인
200: 제 1열전달라인 300: 폐열수용부
400: 제 2열전달라인 500: 가압펌프
600: 폐열소모수단 620: ORC루프
640: 냉각기 G1: 엔진
G2: 보조동력기 C: 쿨러
Claims (14)
- 삭제
- 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열전달유체에 열교환을 통해 전달하는 제 1열교환기, 상기 엔진으로부터 배출되는 연소공기의 폐열을 상기 열전달유체에 열교환을 통해서 전달하는 제 2열교환기 및 상기 제 2열교환기로부터 폐열을 전달 받은 상기 열전달유체를 상기 제 1열교환기로 공급하는 제 3열전달라인을 포함하며, 발생되는 폐열을 열교환을 통해 외부로 전달하는 폐열공급부;
외부로부터 공급되는 폐열을 전달받아 폐열소모수단으로 제공하는 폐열수용부;
내부에서 열전달유체가 유동하며 상기 폐열공급부로부터 폐열을 전달받아 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부에 공급하는 제 1열전달라인;
상기 폐열수용부로 폐열을 전달하여 액체상태인 상기 열전달유체가 상기 폐열공급부로 이동하도록 하는 제 2열전달라인; 및
상기 제2열전달라인상에 구비되어 상기 제 1열전달라인 및 상기 제 2열전달라인을 따라 순환하는 상기 열전달유체의 유동압을 증가시킴으로써, 상기 열전달유체가 상기 폐열공급부로부터 열을 전달받아 상기 제1열전달라인에서 액체와 기체의 혼합상태로 유지하도록 하는 가압펌프;
포함하는 엔진의 폐열 회수시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 제 3열전달라인은,
상기 제3열전달라인 경로상에 배치되며 내부에서 유동하는 상기 열전달유체의 유동압을 조절하는 제 1감압밸브를 더 포함하는 엔진의 폐열 회수시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 열전달유체는 상기 제 2열교환기를 경유하여 포화액체상태가 되는 엔진의 폐열 회수시스템. - 발생되는 폐열을 열교환을 통해서 외부로 전달하는 폐열공급부;
외부로부터 공급되는 폐열을 전달받아 폐열소모수단으로 제공하는 폐열수용부;
내부에서 열전달유체가 유동하며 상기 폐열공급부로부터 폐열을 전달받아 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 상기 폐열수용부에 공급하는 제 1열전달라인;
상기 폐열수용부로 폐열을 전달하여 액체상태인 상기 열전달유체가 상기 폐열공급부로 이동하도록 하는 제 2열전달라인; 및
상기 제 2열전달라인상에 구비되어 상기 제 1열전달라인 및 상기 제 2열전달라인을 따라 순환하는 상기 열전달유체의 유동압을 증가시킴으로써, 상기 열전달유체가 상기 제1열전달라인에서 액체와 기체상태로 유지하도록 하는 가압펌프; 를 포함하며,,
상기 폐열공급부는,
상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체가 상기 제 2열전달라인을 따라 엔진을 경유하도록 마련되며, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 열전달유체에 열교환을 통해 전달하는 제 1열교환기 및 상기 엔진으로부터 배출되는 상기 열전달유체를 상기 제 1열 교환기로 공급하는 제 4열전달라인을 더 포함하는 엔진의 폐열 회수시스템. - 삭제
- 제 5항에 있어서,
상기 제 4열전달라인의 경로상에 분기되어 상기 열전달유체의 일부를 상기 제 2열전달라인으로 공급하는 보조 열전달라인; 및
상기 보조 열전달라인의 경로상에 구비되며, 상기 제 4열전달라인으로부터 분기되어 이동하는 상기 열전달유체를 냉각시키는 쿨러;
를 더 포함하는 엔진의 폐열 회수시스템. - 제 5항에 있어서,
상기 제 2열전달라인은,
경로상에 구비되며 상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체를 감압하는 제 2감압밸브를 더 포함하는 엔진의 폐열 회수시스템. - 내부에 고압의 열전달유체가 순환하는 엔진의 폐열을 회수하는 방법에 있어서,
상기 열전달유체의 유동압을 고압으로 증가시켜 포화상태로 만드는 단계;
포화상태인 상기 열전달유체를 폐열공급부로 이동시키는 단계;
상기 폐열공급부에서 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 고압의 상기 열전달유체에 전달하여 고체와 액체의 혼합상태로 온도를 증가시키는 단계;
상기 폐열공급부에서 온도가 증가하여 액체와 기체의 혼합상태인 상기 열전달유체를 폐열수용부로 이동시키는 단계;
상기 열전달유체가 상기 폐열수용부에서 열교환에 의해 폐열을 외부에 구비된 폐열소모수단으로 공급하여 액체상태로 냉각되는 단계;
상기 폐열수용부에서 냉각된 상기 열전달유체를 다시 상기 폐열공급부로 이동시키는 단계;
를 포함하는 엔진의 폐열 회수방법. - 제 9항에 있어서,
상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는,
상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계인 엔진의 폐열 회수방법. - 제 9항에 있어서,
상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는,
상기 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 제 2열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계;
상기 제 2열교환기를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계;
감압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계; 및
상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계;
를 포함하는 엔진의 폐열 회수방법. - 제 9항에 있어서,
상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는,
상기 폐열수용부로부터 배출되는 상기 열전달유체를 감압하는 단계;
감압된 상기 열전달유체를 상기 엔진으로 공급하는 단계;
상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계;
가압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계; 및
상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계;
를 포함하는 엔진의 폐열 회수방법. - 제 9항에 있어서,
상기 폐열공급부에서 상기 엔진으로부터 발생되는 폐열을 열교환에 의해 상기 열전달유체에 전달하여 온도를 증가시키는 단계는,
상기 폐열수용부를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계;
감압된 상기 열전달유체를 상기 엔진으로 공급하는 단계;
상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계;
가압된 상기 열전달유체를 제 2열교환기로 공급하는 단계;
상기 엔진으로 공급되는 연소공기의 폐열을 제 2열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계;
상기 제 2열교환기를 경유한 상기 열전달유체를 감압하는 단계;
감압된 상기 열전달유체를 제 1열교환기로 공급하는 단계; 및
상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 제 1열교환기에서 열교환을 통해 상기 열전달유체에 전달하는 단계;
를 포함하는 엔진의 폐열 회수방법. - 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
상기 엔진을 경유한 상기 열전달유체를 가압하는 단계는,
상기 열전달유체의 일부를 분기하여 상기 엔진으로 다시 공급하는 단계를 더 포함하는 엔진의 폐열 회수방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020120021324A KR101444107B1 (ko) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020120021324A KR101444107B1 (ko) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | 엔진의 폐열 회수시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001271609A (ja) | 2000-01-18 | 2001-10-05 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の廃熱回収装置 |
| KR20080012435A (ko) * | 2006-08-03 | 2008-02-12 | 세이지 이시베 | 하이브리드 차량의 내연 기관 폐열 회수 시스템,하이브리드 시스템 및 발전용 내연 기관의 폐열 회수시스템 |
-
2012
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| KR20080012435A (ko) * | 2006-08-03 | 2008-02-12 | 세이지 이시베 | 하이브리드 차량의 내연 기관 폐열 회수 시스템,하이브리드 시스템 및 발전용 내연 기관의 폐열 회수시스템 |
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