KR102175955B1 - 배기열회수 및 egr 통합 시스템 - Google Patents

배기열회수 및 egr 통합 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기열회수 및 EGR 통합 시스템에 관한 것으로, 배기가스가 1차 정화되도록, 내연기관과 이그조스트파이프 사이에 장착된 WCC(WARM-UP CATALYST; 예열촉매)와, 이그조스트파이프와 내연기관 사이에 형성된 EGR 시스템(EXHASUT GAS RECIRCULATION SYSTEM; 배기가스 재순환 시스템)과, 배기가스의 열을 회수하도록 WCC 후단에 장착된 열교환기를 포함하며, 열교환기가 EGR 시스템에 의하여 재순환되는 배기가스를 냉각하는 EGR쿨러로 사용됨으로써, 배기열 회수를 위한 열교환기가 EGR쿨러로 사용됨으로써, 배기열 회수 시스템과 EGR 시스템이 통합되어, 전체 시스템의 구성이 간단해 지는 효과가 있는 배기열회수 및 EGR 통합 시스템을 제공한다.

Description

배기열회수 및 EGR 통합 시스템{INTEGRATED HEAT RECOVERY SYSTEM AND EGR}
본 발명은 배기열회수 및 EGR 통합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스로부터 열을 회수하는 열교환기를 EGR 쿨러로 사용하는 배기열회수 및 EGR 통합 시스템에 관한 것이다.
내연기관은 차량, 선박, 소형 발전기 등에서 널리 사용되며, 내연기관의 효율을 높이고자 하는 시도는 끊임없이 있어 왔다. 내연기관에서는 많은 열량이 배기열로 배출되는 것이 일반적이며, 이러한 배기열을 회수하여 내연기관 전체의 효율을 증가시키는 배기열 시스템들이 개발되고 있다.
한편, 자동차 배기시스템에는 배기가스를 정화하는 촉매장치, 배기가스에 포함된 SOOT, PM을 포집하였다 산화시키기 위한 후처리장치, 질소산화물을 저감하기 위한 EGR이 장착되고 있다. 특히, EGR에는 배기가스의 온도를 낮추는 EGR쿨러가 장착되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022873호(2011.03.08.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 배기가스로부터 열을 회수하는 열교환기를 EGR쿨러로 사용하는 배기열회수 및 EGR 통합 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템은, 배기가스가 1차 정화되도록, 내연기관과 이그조스트파이프 사이에 장착된 WCC(WARM-UP CATALYST; 예열촉매), 상기 이그조스트파이프와 상기 내연기관 사이에 형성된 EGR 시스템(EXHASUT GAS RECIRCULATION SYSTEM; 배기가스 재순환 시스템), 상기 배기가스의 열을 회수하도록 상기 WCC 후단에 장착된 열교환기 및 상기 WCC를 통과한 상기 배기가스를 2차 정화하도록, 상기 이그조스트파이프에 장착된 UCC(UNDER-FLOOR CATALYTIC CONVERTER; 언더 플로어 촉매 컨버터)를 포함하며, 상기 열교환기는 상기 EGR 시스템에 의하여 재순환되는 배기가스를 냉각하는 EGR쿨러로 사용되고 시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 이상인 급가속 모드라면, 상기 WCC 후단 및 상기 UCC 후단에서 배기가스 추출이 금지되고, 시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 미만이고 시동 후 소정 시간 이내라면, 상기 UCC 후단에서 배기가스를 추출하여 상기 내연기관으로 재순환 시키고, 시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 미만이고 시동 후 상기 소정 시간이 경과된 후라면, 상기 WCC 후단에서 배기가스를 추출하여 상기 내연기관으로 재순환 시키도록 마련된다.
위와 같은 본 발명의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템에 따르면, 배기열 회수를 위한 열교환기가 EGR쿨러로 사용됨으로써, 배기열 회수 시스템과 EGR 시스템이 통합되어, 전체 시스템의 구성이 간단해 지는 효과가 있다.
또한, EGR쿨러를 통해 외부로 배출되는 배기가스의 열을 회수하므로, 열회수 효율이 상승되는 효과가 있다.
또한, 열교환기를 통해 배기가스의 온도가 감소된 뒤에, 재순환 되므로, EGR밸브의 열해 발생이 감소 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템에 장착되는 WCC 및 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1의 열교환기의 작동상태 요부 단면도,
도 3은 도 1의 WCC 및 열교환기의 작동상태도,
도 4는 도 1의 열교환기의 다른 작동상태 요부 단면도,
도 5는 도 1의 WCC 및 열교환기의 다른 작동상태도,
도 6은 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템의 개요도,
도 7은 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템의 작동 절차도 이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템은, 배기가스가 1차 정화되도록, 내연기관과 이그조스트파이프(500) 사이에 장착된 WCC(100; WARM-UP CATALYST; 예열촉매)와, 이그조스트파이프(500)와 내연기관 사이에 형성된 EGR 시스템(200; EXHASUT GAS RECIRCULATION SYSTEM; 배기가스 재순환 시스템)과, 배기가스의 열을 회수하도록 WCC(100) 후단에 장착된 열교환기(300)를 포함하며, 열교환기(300)가 EGR 시스템(200)에 의하여 재순환되는 배기가스를 냉각하는 EGR쿨러로 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예는, WCC(100)를 통과한 배기가스를 2차 정화하도록, 이그조스트파이프(500)에 장착된 UCC(400; UNDER-FLOOR CATALYTIC CONVERTER; 언더 플로어 촉매 컨버터)를 더 포함한다.
UCC(400) 후단에는, UCC(400)를 통과한 배기가스를 내연기관으로 재순환 시키는 제2 EGR파이프(220)가 구비된다. 제2 EGR파이프(220)에는 재순환 타이밍 및 재순환되는 배기가스의 양을 조절하는 제2 EGR밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
열교환기(300)는, 배기가스로부터 열을 회수하며, WCC(100)와 연통된 열교환로(310)와, WCC(100)와 연통되고, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 연결하는 직결로(320) 및, 직결로(320)에 장착되고, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 선택적으로 연통시키는 선택적 연결장치(330)를 포함한다.
열교환로(310)는, 열교환로(310)를 통과한 배기가스를 내연기관으로 재순환시키는 제1 EGR파이프(210)와 연결되고, 제1 EGR파이프(210)에는, 열교환로(310)와 제1 EGR파이프(210)를 선택적으로 연통시키는 제1 EGR밸브(211)가 구비된다. 제1 EGR밸브(211)는 열교환기(300)를 통해 열이 저감된 배기가스와 접촉하게 되므로, 열해 발생이 적다.
배기열 시스템이 가동되면, 선택적 연결장치(330)는, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 연통시키고, 제1 EGR밸브(211)는, 제1 EGR파이프(210)와 열교환로(310)가 차단되도록 작동된다.
EGR 시스템(200)이 가동되면, 선택적 연결장치(330)는, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 차단시키고, 제1 EGR밸브(211)는, 제1 EGR파이프(210)와 열교환로(310)가 연통되도록 작동된다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템은, 도 7에 도시된 절차도에 따라 작동된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 배기열회수 및 EGR 통합 시스템은, 시동후 급가속 모드 인지를 판단하는 단계(S100)와, 급가속 모드가 아니면, 시동 후 특정시간 이내인지를 판단하는 단계(S200) 및, 특정시간 이내면, UCC(400) 후단에서 배기가스를 추출하여 내연기관으로 재순환시키는 단계(S300)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서 특정시간은 350초이다. 급가속 모드란 시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 이상인 경우를 말할 수 있다.
급가속 모드 일 때는, EGR 시스템(200)이 작동되지 않는다. 열교환기(300)를 통과하면, 배압이 상승되고, 출력이 저하되므로, 급가속 모드 일 때, 선택적 연결장치(330)는, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 차단시키고, 제1 EGR밸브(211)는, 제1 EGR파이프(210)와 열교환로(310)가 차단되도록 작동된다. 즉, 제1 EGR파이프(210) 및 제2 EGR파이프(220)를 통해서 어떠한 배기가스 재순환도 발생되지 않는다. 즉, WCC(100) 후단 및 UCC(400) 후단에서 배기가스 추출이 금지된다(S110).
시동 후 특정시간이 경과된 후에는, WCC(100) 후단에서 배기가스를 추출하여 내연기관으로 재순환 시키게 된다(S210). 즉, EGR시스템이 가동된다. 선택적 연결장치(330)는, 열교환로(310)와 이그조스트파이프(500)를 차단시키고, 제1 EGR밸브(211)는, 제1 EGR파이프(210)와 열교환로(310)가 연통되도록 작동된다. 주행 중에는 지속적으로 물의 온도를 측정하게 된다.
시동 후 특정시간이 경과된 후에는, WCC(100) 후단에서 배기가스를 추출하여 내연기관으로 재순환 시키게 된다. 이때, 열교환기(300)는 특정 조건에 따라, 예를 들어 열교환기(300)로 유입되는 열전달 매체인 물의 온도, NOx 발생량 등을 근거로, 배기열 시스템 또는 EGR시스템의 작동 필요성을 판단하고, 판단결과에 따라 배기열 시스템 또는 EGR시스템으로 작동된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: WCC 200: EGR 시스템
210: 제1 EGR파이프 211: 제1 EGR밸브
220: 제2 EGR파이프 300: 열교환기
310: 열교환로 320: 직결로
330: 선택적 연결장치 400: UCC
500: 이그조스트파이프

Claims (8)

  1. 배기가스가 1차 정화되도록, 내연기관과 이그조스트파이프 사이에 장착된 WCC(WARM-UP CATALYST; 예열촉매);
    상기 이그조스트파이프와 상기 내연기관 사이에 형성된 EGR 시스템(EXHASUT GAS RECIRCULATION SYSTEM; 배기가스 재순환 시스템);
    상기 배기가스의 열을 회수하도록 상기 WCC 후단에 장착된 열교환기; 및
    상기 WCC를 통과한 상기 배기가스를 2차 정화하도록, 상기 이그조스트파이프에 장착된 UCC(UNDER-FLOOR CATALYTIC CONVERTER; 언더 플로어 촉매 컨버터)를 포함하며,
    상기 열교환기는 상기 EGR 시스템에 의하여 재순환되는 배기가스를 냉각하는 EGR쿨러로 사용되고
    시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 이상인 급가속 모드라면, 상기 WCC 후단 및 상기 UCC 후단에서 배기가스 추출이 금지되고,
    시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 미만이고 시동 후 소정 시간 이내라면, 상기 UCC 후단에서 배기가스를 추출하여 상기 내연기관으로 재순환 시키고,
    시동 후 가속도의 크기가 소정의 값 미만이고 시동 후 상기 소정 시간이 경과된 후라면, 상기 WCC 후단에서 배기가스를 추출하여 상기 내연기관으로 재순환 시키도록 마련되는, 배기열회수 및 EGR 통합 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 UCC 후단에 상기 UCC를 통과한 배기가스를 상기 내연기관으로 재순환 시키는 제2 EGR파이프가 구비된 배기열회수 및 EGR 통합 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 배기가스로부터 열을 회수하며, 상기 WCC와 연통된 열교환로;
    상기 WCC와 연통되고, 상기 열교환로와 상기 이그조스트파이프를 연결하는 직결로; 및
    상기 직결로에 장착되고, 상기 열교환로와 상기 이그조스트파이프를 선택적으로 연통시키는 선택적 연결장치를 포함하는 배기열회수 및 EGR 통합 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환로는,
    상기 열교환로를 통과한 배기가스를 상기 내연기관으로 재순환시키는 제1 EGR파이프와 연결되고,
    상기 제1 EGR파이프에는,
    상기 열교환로와 상기 제1 EGR파이프를 선택적으로 연통시키는 제1 EGR밸브가 구비된 배기열회수 및 EGR 통합 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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