KR101766028B1 - 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회수에너지의 낭비를 줄여 연비를 대폭 개선할 수 있는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치는, 폐열회수시스템의 팽창기가 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전가능한 입력부; 및 상기 입력부의 회전력을 전달받아 발전기, 차량의 엔진, 차량용 PTO 중에서 적어도 하나로 출력하는 하나 이상의 출력부;를 가진다.

Description

폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치{RECOVERED ENERGY TRANSFER APPARATUS FOR WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM}
본 발명은 폐열회수시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회수에너지의 낭비를 줄여 연비를 대폭 개선할 수 있는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치에 관한 것이다.
내연기관은 차량, 선박, 소형 발전기 등에서 널리 사용되며, 내연기관의 효율을 높이고자 하는 시도는 끊임없이 있어 왔다. 내연기관에서는 많은 열량이 폐열로 배출되는 것이 일반적이며, 이러한 폐열을 에너지로 회수하여 내연기관 전체의 효율을 증가시키는 폐열회수시스템이 개발된 바 있다.
이러한 폐열회수시스템은 엔진에서 배출되는 폐열을 에너지로 회수한 후에, 그 회수 에너지를 전기에너지 또는 기계에너지로 변환하여 차량의 엔진 또는 기타 전기액세서리(electrical accessory) 등에 활용하도록 구성된다.
이러한 폐열회수시스템에는 랭킨사이클(Rankine cycle)이 구비되어 엔진의 폐열을 매우 효과적으로 회수하도록 구성된다. 랭킨사이클은 작동매체가 순환하는 순환경로를 포함하고, 랭킨사이클의 순환경로에는 엔진의 폐열(배기가스의 열 및/또는 EGR가스의 열)에 의해 작동매체를 가열 및 증발시키는 보일러(증발기)와, 보일러로부터 공급받은 작동매체를 팽창시켜 회전동력을 생성하는 팽창기(expander)와, 팽창기에서 배출된 작동매체를 응축시키는 응축기와, 순환경로 상에서 작동매체를 순환시키는 펌프를 가진다.
이러한 폐열회수시스템의 회수에너지를 엔진 측에 보조 동력을 전달하거나 발전기의 전기에너지 저장 등에 활용하는 방식이 주류를 이루어 왔으나, 회수에너지의 활용전략이 효율적이 못한 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 연구개발된 것으로, 차량 측에 보조동력이 요구되는 조건에서는 차량의 엔진 또는 차량용 PTO 측으로 회수에너지를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 측에 보조동력을 전달할 수 없는 조건(차량의 제동, 정차, 주차 등)일 때 폐열회수시스템을 통해 얻은 회수에너지를 알터네이터 측으로 손실없이 전달함으로써 회수에너지의 낭비를 줄여 연비를 대폭 개선할 수 있는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치는,
폐열회수시스템의 팽창기가 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전가능한 입력부; 및
상기 입력부의 회전력을 전달받아 발전기, 차량의 엔진, 차량용 PTO 중에서 적어도 하나로 출력하는 하나 이상의 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 입력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 입력기어를 가지고, 상기 회전축에는 상기 팽창기의 출력축이 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 출력부는 발전기에 연결되는 제1출력부와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 제2출력부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1출력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 제1출력기어를 가지고, 상기 회전축에는 상기 발전기의 출력축이 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2출력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 제2출력기어를 가지고, 상기 회전축에는 차량의 엔진 및 차량용 PTO 중에서 어느 하나가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 입력부 및 출력부 사이에 개재되어 상기 입력부의 회전력을 상기 출력부로 전달하는 하나 이상의 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전달부는 상기 입력부와 상기 제1출력부 사이에 배치되어 상기 입력부의 회전력을 상기 제1출력부로 전달하는 제1전달부와, 상기 입력부와 상기 제2출력부 사이에 배치되어 상기 입력부의 회전력을 상기 제2출력부로 전달하는 제2전달부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1전달부는 회전축과, 상기 회전축의 일측에 마련된 제1입력측 기어와, 상기 회전축의 타측에 마련된 제1출력측 기어를 가지며, 상기 제1입력측 기어는 상기 입력부의 입력기어와 치합되고, 상기 제1출력측 기어는 상기 제1출력부의 제1출력기어와 치합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2전달부는 회전축와, 상기 회전축의 일측에 마련된 제2입력측 기어와, 상기 회전축의 타측에 마련된 제2출력측 기어를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제2전달부의 제2입력측 기어는 상기 입력부의 입력기어와 치합되고, 상기 제2전달부의 제2출력측 기어는 상기 제2출력부의 제2출력기어와 치합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2출력부의 회전축에는 클러치가 설치되고, 상기 입력부의 회전력이 제2출력부를 통해 전달됨을 연결 내지 차단하는 클러치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2출력부의 회전축에는 풀리가 설치되고, 상기 풀리는 벨트를 통해 엔진의 크랭크축에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2출력부의 회전축에는 차량용 PTO(Power Take Off)의 샤프트가 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치는,
폐열회수시스템의 팽창기가 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전가능한 입력부; 및
발전기에 연결되는 제1출력부;
유압회로에 연결되는 제2출력부;
상기 입력부의 회전력을 상기 제1출력부로 전달하는 제1전달부; 및
상기 입력부의 회전력을 상기 제2출력부로 전달하는 제2전달부;를 포함하고,
상기 유압회로는 상기 제2출력부에 연결된 유압펌프와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 유압모터를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 유압모터를 선택적으로 무부하시키는 압력릴리프밸브가 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 폐열회수에너지의 팽창기에 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전하는 입력부와, 발전기에 연결된 제1출력부와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 제2출력부와, 상기 입력부의 회전력을 상기 제1출력부로 전달하는 제1전달부와, 상기 입력부의 회전력을 상기 제2출력부로 전달하는 제2전달부를 가진 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 이용한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법으로,
차량의 정보를 취득하고, 상기 차량의 정보를 기초로 보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 회수에너지를 제1출력부 및 제2출력부 중에서 적어도 하나로 전달하는 것을 특징으로 한다.
보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고, 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며, 상기 배처리의 충전량이 제1설정치 보다 크면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부 및 제2출력부로 모두 전달하는 것을 특징으로 한다.
보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고, 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며, 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 작으면서 제2설정치 보다 크면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부로만 전달하는 것을 특징으로 한다.
보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고, 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며, 상기 배터리의 충전량이 제1설정치 및 제2설정치 보다 작으면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제2출력부로만 전달하는 것을 특징으로 한다.
보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고, 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 작으면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제2출력부로만 전달하는 것을 특징으로 한다.
보조동력이 요구되지 않는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부로만 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 차량 측에 보조동력이 요구되는 조건에서는 차량의 엔진 또는 차량용 PTO 측으로 회수에너지를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 측에 보조동력이 전달할 수 없는 조건(차량의 제동, 정차, 주차 등)일 때 폐열회수시스템을 통해 얻은 회수에너지를 알터네이터 측으로 손실없이 전달함으로써 회수에너지의 낭비를 줄여 연비를 대폭 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치가 폐열회수시스템과 보기류들 사이에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 도시한 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실싱에 따른 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 폐열회수시스템(10)은 엔진에서 배출되는 폐열을 회수하여 회수동력을 생성하는 랭킨사이클을 포함한다.
랭킨사이클은 작동매체를 순환시키는 순환경로(15) 상에 설치된 증발기(11, 보일러), 팽창기(12, expander), 응축기(13), 펌프(14)를 포함한다. 증발기(11)는 엔진의 폐열(배기가스의 열 및/또는 EGR가스의 열)에 의해 작동매체를 가열 및 증발시킴으로써 기화된 작동매체를 생성하고, 팽창기(12)는 증발기(11)로부터 공급받은 작동매체를 팽창시킴으로써 회수에너지를 생성하며, 응축기(13)는 팽창기(12)에서 배출된 작동매체를 응축시켜 액상의 작동매체를 생성하고, 펌프(14)는 작동매체를 응축기(13)에서 증발기(11)로 공급하도록 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치는 폐열회수시스템의 팽창기(12)가 연결된 입력부(110, input unit)와, 하나 이상의 출력부(210, 220, output unit), 및 하나 이상의 전달부(310, 320, transfer unit)를 포함한다.
입력부(110)는 회전축(112)과, 회전축(112)의 외주면에 마련된 입력기어(111)를 가진다. 회전축(112)의 일단면에는 결합공(112a)이 형성되고, 회전축(111)의 결합공(112a)에는 팽창기(12)의 출력축(12a)이 결합된다.
입력부(110)의 회전축(112)은 케이싱(100) 내에서 베어링(141)에 의해 회전가능하게 지지된다.
출력부(210, 220)는 발전기(20)에 연결되는 제1출력부(210)와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 제2출력부(220)로 이루어질 수 있다.
제1출력부(210)는 회전축(211)과, 회전축(211)의 외주면에 마련된 제1출력기어(212)를 가진다. 회전축(211)의 일단면에는 결합공(211a)이 형성되고, 제1출력부(210)의 결합공(211a)에는 발전기(20)의 출력축(21)이 결합된다.
제1출력부(210)의 회전축(211)은 케이싱(100) 내에서 베어링(142)에 의해 회전가능하게 지지된다.
제2출력부(220)는 회전축(221)과, 회전축(221)의 외주면에 마련된 제2출력기어(222)를 가진다.
제2출력부(220)의 회전축(221)은 케이싱(100) 내에서 베어링(143)에 의해 회전가능하게 지지된다.
일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2와 같이 제2출력부(220)의 회전축(221)의 일단에는 풀리(35)가 설치될 수 있고, 풀리(35)는 벨트(36)를 통해 엔진의 크랭크축(31)에 연결되며, 이에 제2출력부(220)의 회전력이 엔진의 크랭크축(31)으로 전달될 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 제2출력부(220)의 회전축(211)에는 엔진 PTO 또는 변속기 PTO 등과 같은 차량용 PTO(Power Take Off)의 샤프트(미도시)가 연결될 수 있고, 이에 제2출력부(220)의 회전력이 차량용 PTO에 전달될 수 있다.
한편, 제2출력부(220)의 회전축(221)에는 클러치(38)가 설치되고, 클러치(38)에 의해 입력부(110)의 회전력이 제2출력부(220)를 통해 출력됨을 연결 내지 차단할 수 있다. 예컨대, 차량의 엔진 또는 PTO 등에 보조동력이 요구되는 조건(차량의 정속주행 또는 동력인출 작동)경우에는 클러치(38)의 결합에 의해 팽창기(12)의 회수에너지가 제2출력부(220)를 거쳐 차량의 엔진 또는 PTO로 전달될 수 있고, 차량의 엔진 또는 PTO 등에 보조동력이 전달될 수 없는 조건(차량의 제동, 정차, 주차 등)에서는 클러치(38)의 해제에 의해 팽창기(12)의 회수에너지가 제2출력부(220)를 거쳐 차량의 엔진 또는 PTO로 전달됨을 차단함과 더불어 팽창기(12)의 회수에너지를 제1출력부(210)를 통해 발전기(20)로 모두 전달할 수 있고, 이를 통해 회수에너지의 낭비를 줄여 차량의 연비를 대폭 개선할 수 있다.
전달부(310, 320)는 입력부(110)와 제1출력부(210) 사이에 배치되어 입력부(110)의 회전력을 제1출력부(210)로 전달하는 제1전달부(310)와, 입력부(110)와 제2출력부(220) 사이에 배치되어 입력부(110)의 회전력을 제2출력부(220)로 전달하는 제2전달부(320)로 이루어질 수 있다.
제1전달부(310)는 회전축(313)과, 회전축(313)의 일측에 마련된 제1입력측 기어(311)와, 회전축(313)의 타측에 마련된 제1출력측 기어(312)를 가진다.
제1전달부(310)의 회전축(313)은 케이싱(100) 내에서 베어링(144)에 의해 회전가능하게 지지된다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1전달부(310)의 제1입력측 기어(311)는 입력부(110)의 입력기어(111)와 치합되고, 제1전달부(310)의 제1출력측 기어(312)는 제1출력부(210)의 제1출력기어(212)와 치합된다. 이에 입력부(110)의 회전력이 제1전달부(310) 및 제1출력부(210)를 거쳐 발전기(20) 측으로 전달될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1전달부(310)의 제1입력측 기어(311)는 제1전달부(310)의 제1출력측 기어(312) 보다 큰 직경을 가지고, 제1전달부(310)의 제1입력측 기어(311)는 입력기어(111) 보다 큰 직경을 가지며, 제1전달부(310)의 제1출력측 기어(312)는 제1출력부(210)의 제1출력기어(212) 보다 작은 직경을 가진다.
한편, 입력부(110)의 입력기어(111), 제1전달부(310)의 제1입력측 기어(311), 제1전달부(310)의 제1출력측 기어(312), 제1출력부(210)의 제1출력기어(211)들 사이의 기어비는 다양한 감속비 또는 가속비로 이루어질 수 있다.
예컨대, 입력부(110)의 입력기어(111), 제1전달부(310)의 제1입력측 기어(311), 제1전달부(310)의 제1출력측 기어(312), 제1출력부(210)의 제1출력기어(212)들의 기어비는 1/20 정도의 감속비로 구성될 수도 있으며, 그외에도 팽창기(12)의 출력에 따라 보다 다양한 기어비로 조합될 수 있다.
제2전달부(320)는 회전축(323)와, 회전축(323)의 일측에 마련된 제2입력측 기어(321)와, 회전축(323)의 타측에 마련된 제2출력측 기어(322)를 가진다.
제2전달부(320)의 회전축(323)은 케이싱(100) 내에서 베어링(145)에 의해 회전가능하게 지지된다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2전달부(320)의 제2입력측 기어(321)는 입력부(110)의 입력기어(111)와 치합되고, 제2전달부(320)의 제2출력측 기어(322)는 제2출력부(220)의 제2출력기어(222)와 치합된다. 이에 입력부(110)의 회전력이 제2전달부(320) 및 제2출력부(220)로 전달되고, 제2출력부(220)의 회전력이 제2출력부(220)의 풀리(35)를 통해 엔진의 크랭크축(31)으로 전달되거나 제2출력부(220)를 통해 차량용 PTO 측으로 전달될 수 있다.
또한, 제2전달부(320)는 제1출력부(210)의 제1출력기어(212)와 치합하는 보조기어(324)를 더 포함하고, 보조기어(324)에 의해 제2전달부(320)는 제1출력기어(212)의 회전력을 제2출력부(210)로 부가적으로 전달함으로써 보다 원활한 보조동력의 전달을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2전달부(320)의 제2입력측 기어(321)는 제2전달부(320)의 출력측 기어(322) 및 보조기어(324) 보다 큰 직경을 가지고, 제2전달부(320)의 입력측 기어(321)는 입력기어(111) 보다 큰 직경을 가지며, 제2전달부(320)의 출력측 기어(322)는 제2출력부(220)의 제2출력기어(222) 보다 작은 직경을 가진다.
한편, 입력부(110)의 입력기어(111), 제2전달부(320)의 입력측 기어(321), 제2전달부(320)의 출력측 기어(322), 제2출력부(220)의 제2출력기어(222)들 사이의 기어비는 다양한 감속비 또는 가속비로 이루어질 수 있다.
예컨대, 입력부(110)의 입력기어(111), 제2전달부(320)의 입력측 기어(321), 제2전달부(320)의 출력측 기어(322), 제2출력부(220)의 제2출력기어(222)들 사이의 기어비는 1/100 정도의 감속비로 구성될 수도 있으며, 그외에도 팽창기(12)의 출력에 따라 보다 다양한 기어비로 조합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발전기(20)는 차량의 엔진에 인접하여 배치된 알터네이이터로 구성될 수 있다. 이에, 본 발명의 케이싱(100)은 기존의 알터네이터가 배치되는 위치에 설치됨으로써 기존 레이아웃의 변경을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(20)에는 배터리(25)가 전원선(23)에 의해 연결되고, 이에 발전기(20)에 의해 생성된 전기에너지는 배터리(25)에 충전될 수 있다. 또한, 발전기(20)와 배터리(25) 사이의 전원선(23)을 통해 폐열회수시스템(10)의 순환펌프(14) 및 폐열회수시스템(10)의 제어부(16), 그외 냉각수 순환펌프(미도시) 등에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 입력부(110)의 입력기어(111), 제1출력부(210)의 제1출력기어(212), 제2출력부(220)의 제2출력기어(222), 제1전달부(310)의 입력측 기어(311) 및 출력측 기어(312), 제2전달부(320)의 입력측 기어(321) 및 출력측 기어(322)가 소정의 기어비로 조합된 기어트레인(gear train)을 구성함으로써 폐열회수시스템의 회수에너지를 발전기(20), 차량의 엔진 또는 PTO 등으로 손실없이 안정되게 전달 수 있는 장점이 있다.
특히, 입력부(110)의 입력기어(111), 제1출력부(210)의 제1출력기어(212), 제2출력부(220)의 제2출력기어(222), 제1전달부(310)의 입력측 기어(311) 및 출력측 기어(312), 제2전달부(320)의 입력측 기어(321) 및 출력측 기어(322)가 케이싱(100) 내에 설치됨으로써 엔진에 근접하여 회수에너지의 전달구조를 컴팩트하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치는 폐열회수시스템(10)의 팽창기(12)가 연결된 입력부(110)와, 발전기(20)에 연결되는 제1출력부(210)와, 유압회로(50)에 연결되는 제2출력부(220)와, 입력부(110)의 회전력을 제1출력부(210)로 전달하는 제1전달부(310)와, 입력부(110)의 회전력을 제2출력부(220)로 전달하는 제2전달부(320)를 포함한다.
유압회로(50)는 제2출력부(220)의 출력축(221)에 연결된 유압펌프(51)와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 유압모터(52)를 가진다.
유압펌프(51)와 유압모터(52)는 유압라인(53)을 통해 연결되며, 유압모터(52)의 입구 및 출구에는 바이패스라인(55)이 연결되고, 바이패스라인(55)의 도중에는 유압모터(52)를 선택적으로 무부하시키는 압력릴리프밸브(54)가 설치된다.
압력릴리프밸브(54)는 엑츄에이터에 의해 언로딩포지션(unloading position) 및 로딩포지션(loading position) 중에서 어느 하나의 포지션으로 전환하도록 구성된다. 여기서, 언로딩포지션에서는 압력릴리프밸브(54)의 유로가 개방되고, 로딩포지션에서는 압력릴리프밸브(54)의 유로가 폐쇄된다.
이러한 릴리프밸브(54) 및 바이패스라인(55)에 의해 유압모터(52)가 선택적으로 무부하될 수 있으므로, 릴리프밸브(54) 및 바이패스라인(55)은 선행하는 실시예의 클러치(38)에 대응하는 기능을 수행한다.
예컨대, 차량의 엔진 또는 PTO 등에 보조동력이 요구되는 조건(차량의 정속주행 또는 동력인출 작동)경우에는 압력릴리프밸브(54)의 로딩포지션 전환에 의해 팽창기(12)의 회수에너지가 제2출력부(220)를 거쳐 차량의 엔진 또는 PTO로 전달될 수 있고, 차량의 엔진 또는 PTO 등에 보조동력이 전달될 수 없는 조건(차량의 제동, 정차, 주차 등)에서는 압력릴리프밸브(54)의 언로딩포지션 전환에 의해 팽창기(12)의 회수에너지가 제2출력부(220)를 거쳐 차량의 엔진 또는 PTO로 전달됨을 차단함과 더불어 팽창기(12)의 회수에너지를 제1출력부(210)를 통해 발전기(20)로 모두 전달할 수 있고, 이를 통해 회수에너지의 낭비를 줄여 차량의 연비를 대폭 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 폐열회수에너지의 회수에너지 전달방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 차량의 ECU 등을 통해 엔진의 RPM, 차속, 가속페달의 개도율, 브레이크 페달의 작동여부, 차량의 소모전력, 팽창기의 RPM, 팽창기의 입출구 압력/온도, 폐열회수시스템의 작동유체 유량 등과 같은 다양한 차량의 정보를 취득한다(S1).
이러한 차량의 정보를 기초로 보조동력이 요구되는지를 판단한다(S2). 보조동력이 요구되는 조건은 차량이 정속주행 상태이거나 차량의 엔진 또는 변속기로부터 동력인출 작동이 이루어지는 상태인지 등을 감지함으로써 판단할 수 있다.
보조동력이 요구되는 조건이 아니면 즉, 보조동력이 전달될 수 없는 상태이면 클러치(38)의 해제 또는 압력릴리프밸브(54)의 언로딩포지션 전환에 의해 팽창기(12)의 회수에너지를 제1출력부(210)로만 전달함으로써 팽창기(12)의 회수에너지를 모두 발전기(20)를 충전시키는데 이용한다(S7).
그리고, 보조동력이 요구되는 조건이면 팽창기(12)의 출력(회수에너지를 전력값으로 환산한 값)이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단한다(S3).
팽창기(12)의 출력이 차량의 소모전력 보다 작으면 클러치(38)의 결합 또는 압력릴리프밸브(54)의 로딩포지션 전환이 이루어진 상태에서(즉, 제2출력부(220)가 연결된 상태) 팽창기(12)의 회수에너지를 제2출력부(220)로만 전달함으로써 차량의 엔진 또는 PTO에 보조동력을 전달한다(S8).
팽창기(12)의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리(25)의 충전량(SOC; Storage of Charge)이 제1설정치(V1) 보다 큰지를 판단한다(S4). 여기서, 제1설정치(V1)는 팽창기(12)의 회수에너지를 보조동력의 전달 및 발전기(20)의 충전에 모두 이용할 수 있을 정도로서, 예컨대 배터리(25)의 전체 충전량의 80% 정도에 해당한다.
배터리(25)의 충전량(SOC)이 제1설정치(V1) 보다 크면 팽창기(12)의 회수에너지를 제1출력부(210) 및 제2출력부(220)로 모두 전달함으로써 차량의 엔진 또는 PTO에 보조동력을 전달함과 동시에, 발전기(20)를 충전할 수 있다(S6).
배터리(25)의 충전량(S0C)이 제1설정치(V1) 보다 작으면서 제2설정치(V2) 보다 큰지를 판단한다(S5). 여기서, 제2설정치(V2)는 팽창기(12)의 회수에너지를 보조동력의 전달에는 이용하지 못하고, 발전기(20)의 충전에만 이용할 수 있을 정도로서, 예컨대 배터리(25)의 전체 충전량의 20% 정도에 해당한다.
배터리(25)의 충전량(SOC)이 제1설정치(V1) 보다 작으면서 제2설정치(V2) 보다 크면 팽창기(12)의 회수에너지를 제1출력부(210)로만 전달함으로써 발전기(20)를 충전시킨다(S7).
그리고, 배터리(25)의 충전량(SOC)이 제1설정치(V1) 및 제2설정치(V2) 보다 작으면 팽창기(12)의 회수에너지를 제2출력부(220)로만 전달함으로써 차량의 엔진 또는 PTO에 보조동력을 전달한다(S8).
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 폐열회수시스템 11: 증발기
12: 팽창기 13: 응축기
14: 펌프 15: 순환경로
100: 케이싱 110: 입력부
111: 입력기어 210: 제1출력부
212: 출력기어(제1출력부) 220: 제2출력부
222: 출력기어(제2출력부) 310: 제1전달부
311: 입력측 기어(제1전달부) 312: 출력측 기어(제1전달부)
320: 제2전달부 321: 입력측 기어(제2전달부)
322: 출력측 기어(제2전달부) 324: 보조기어(제2전달부)

Claims (21)

  1. 폐열회수시스템의 팽창기가 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전가능한 입력부; 및
    상기 입력부의 회전력을 전달받아 발전기로 출력하는 제1출력부;
    상기 입력부의 회전력을 전달받아 차량의 엔진 및 차량용 PTO 중에서 적어도 어느 하나로 출력하는 제2출력부; 및
    상기 제2출력부에 설치되고, 상기 입력부의 회전력이 상기 제2출력부를 통해 출력됨을 연결 내지 차단하는 클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 입력기어를 가지고,
    상기 회전축에는 상기 팽창기의 출력축이 결합되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1출력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 제1출력기어를 가지고,
    상기 회전축에는 상기 발전기의 출력축이 결합되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2출력부는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 제2출력기어를 가지고,
    상기 회전축에는 차량의 엔진 및 차량용 PTO 중에서 어느 하나가 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 입력부 및 출력부 사이에 개재되어 상기 입력부의 회전력을 상기 출력부로 전달하는 하나 이상의 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전달부는 상기 입력부와 상기 제1출력부 사이에 배치되어 상기 입력부의 회전력을 상기 제1출력부로 전달하는 제1전달부와, 상기 입력부와 상기 제2출력부 사이에 배치되어 상기 입력부의 회전력을 상기 제2출력부로 전달하는 제2전달부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1전달부는 회전축과, 상기 회전축의 일측에 마련된 제1입력측 기어와, 상기 회전축의 타측에 마련된 제1출력측 기어를 가지며,
    상기 제1입력측 기어는 상기 입력부의 입력기어와 치합되고, 상기 제1출력측 기어는 상기 제1출력부의 제1출력기어와 치합되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2전달부는 회전축와, 상기 회전축의 일측에 마련된 제2입력측 기어와, 상기 회전축의 타측에 마련된 제2출력측 기어를 가지는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2전달부의 제2입력측 기어는 상기 입력부의 입력기어와 치합되고, 상기 제2전달부의 제2출력측 기어는 상기 제2출력부의 제2출력기어와 치합되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 클러치는 상기 제2출력부의 회전축에 설치되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2출력부의 회전축에는 풀리가 설치되고, 상기 풀리는 벨트를 통해 엔진의 크랭크축에 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2출력부의 회전축에는 차량용 PTO(Power Take Off)의 샤프트가 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  14. 폐열회수시스템의 팽창기의 출력축에 연결된 회전축 및 상기 회전축에 설치된 입력기어를 가진 입력부;
    발전기의 출력축에 연결된 회전축 및 상기 회전축에 설치된 제1출력기어를 가진 제1출력부;
    유압회로에 연결된 회전축 및 상기 회전축에 설치된 제2출력기어를 가진 제2출력부;
    상기 입력기어와 치합되는 제1입력측 기어 및 상기 제1출력기어와 치합되는 제2출력측 기어를 가진 제1전달부; 및
    상기 입력기어와 치합되는 제2입력측 기어 및 상기 제2출력기어와 치합되는 제2출력측 기어를 가진 제2전달부;포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 유압회로는 상기 제2츨력부에 연결되는 유압펌프와, 차량의 엔진 또는 차량용 PTO에 연결되는 유압모터와, 상기 유압모터를 선택적으로 무부하시키는 압력릴리프밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 동력전달장치.
  16. 폐열회수에너지의 팽창기에 연결되어 상기 팽창기의 회수에너지에 의해 회전하는 입력부와, 상기 입력부의 회전력을 전달받아 발전기로 출력하는 제1출력부와, 상기 입력부의 회전력을 전달받아 차량의 엔진 및 차량용 PTO 중에서 적어도 어느 하나로 출력하는 제2출력부와, 상기 입력부의 회전력을 상기 제1출력부로 전달하는 제1전달부와, 상기 입력부의 회전력을 상기 제2출력부로 전달하는 제2전달부와, 상기 제2출력부에 설치되어 상기 입력부의 회전력이 상기 제2출력부를 통해 출력됨을 연결 내지 차단하는 클러치를 가진 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치를 이용한 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법으로,
    차량의 정보를 취득하고,
    상기 차량의 정보를 기초로 보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 회수에너지를 제1출력부 및 제2출력부 중에서 적어도 하나로 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수에너지의 회수에너지 전달방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고,
    상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며,
    상기 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 크면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부 및 제2출력부로 모두 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고,
    상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며,
    상기 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 작으면서 제2설정치 보다 크면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부로만 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고,
    상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 크면 배터리의 충전량이 제1설정치 보다 큰지를 판단하며,
    상기 배터리의 충전량이 제1설정치 및 제2설정치 보다 작으면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제2출력부로만 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    보조동력이 요구되는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 큰지를 판단하고,
    상기 팽창기의 출력이 차량의 소모전력 보다 작으면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제2출력부로만 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수시스템의 회수에너지 전달방법.
  21. 청구항 16에 있어서,
    보조동력이 요구되지 않는 것으로 판단되면 상기 팽창기의 회수에너지를 상기 제1출력부로만 전달하는 것을 특징으로 하는 폐열회수에너지의 회수에너지 전달방법.
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