KR20110041392A - 폐열 회생 시스템 - Google Patents

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KR20110041392A
KR20110041392A KR1020100061776A KR20100061776A KR20110041392A KR 20110041392 A KR20110041392 A KR 20110041392A KR 1020100061776 A KR1020100061776 A KR 1020100061776A KR 20100061776 A KR20100061776 A KR 20100061776A KR 20110041392 A KR20110041392 A KR 20110041392A
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KR1020100061776A
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히데후미 모리
마사오 이구치
후미노부 에노키지마
마사히로 가와구치
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

[과제] 엔진의 키 스위치가 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있는 폐열 회생 시스템을 제공한다.
[해결 수단] 폐열 회생 시스템 (100) 의 랭킨 사이클 (110) 은, 기어 펌프 (111) 와, 냉각수 보일러 (112) 와, 배기 가스 보일러 (113) 와, 팽창기 (114) 와, 콘덴서 (115) 로 구성된다. 또, 팽창기 (114) 에서 발생한 동력을 전력으로 변환시키는 모터 제너레이터 (116) 와, 콘덴서 (115) 의 상류측과 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (117) 를 구비한다. 컨트롤 유닛 (150) 은, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 실시하여, 엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 바이패스 유로 (117) 를 열린 상태로 한 후, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가 소정치 (δp) 이하가 되는 것을 기다려, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킨다.

Description

폐열 회생 시스템{WASTE-HEAT RECOVERY SYSTEM}
이 발명은 폐열 회생 시스템과 관련되어, 특히 랭킨 사이클 (Rankine Cycle) 을 이용한 폐열 회생 시스템에 관한 것이다.
차량용 엔진의 폐열을 동력으로 변환시키는 랭킨 사이클을 이용한 폐열 회생 시스템이 개발되고 있다. 일반적인 랭킨 사이클은, 액상 냉매를 가압 토출하는 펌프와, 액상 냉매를 엔진의 폐열과 열 교환시켜 기화시키는 보일러와, 기상 냉매를 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기와, 기상 냉매를 응축시키는 콘덴서로 구성되어 있다.
특허문헌 1 에는, 냉각수 보일러와 배기 가스 보일러를 구비한 폐열 회생 시스템이 기재되어 있다. 도 1 을 참조하면, 이 폐열 회생 시스템의 랭킨 사이클 (17) 은, 냉매를 라디에이터의 냉각수와 열 교환시켜 가열하는 냉각수 보일러인 제 1 열 교환기 (15) 와, 냉매를 엔진 (1) 으로부터 배출되는 배기 가스와 열 교환시켜 가열하는 배기 가스 보일러인 제 2 열 교환기 (3) 를 구비하고 있다. 냉매 펌프 (4) 로부터 토출된 냉매는, 제 1 열 교환기 (15) 및 제 2 열 교환기 (3) 에 서 열을 흡수하고, 팽창기 (5) 에서 팽창하는 과정에서 동력을 발생시키며, 냉각기 (콘덴서) (6) 에 있어서 응축되는 과정에서 열을 방출한다.
일본 공개특허공보 2007-85195호
종래에는 팽창기의 출력축에 회전 구동력을 전력으로 변환시키는 모터 제너레이터를 접속하고, 그 회전수를 제어 장치에 의해 제어하여 발전을 실시하는 것이 행해졌다. 그러나, 그러한 구성에 있어서, 엔진을 정지시키기 위해서 키 스위치가 오프로 되면, 랭킨 사이클의 동작이 정지되는데, 이 때, 모터 제너레이터의 회전수 제어 (모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지하는 제어) 를 그것과 동시에 돌연 정지시켜 버리면, 팽창기 상류측과 하류측에 압력차가 잔존하기 때문에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하여, 노이즈 바이브레이션 (NV) 의 악화 및 모터 제너레이터의 열화·손상으로 이어질 우려가 있다.
이 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 랭킨 사이클의 팽창기에 모터 제너레이터를 접속하여 그 회전수를 제어하는 구성에 있어서, 엔진을 정지시키기 위해서 키 스위치가 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있는 폐열 회생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 이 발명에 관련된 폐열 회생 시스템은, 냉매를 가압 토출하는 펌프와, 냉매를 엔진으로부터의 폐열과 열 교환시키는 보일러와, 냉매를 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기와, 냉매를 응축시키는 콘덴서로 구성되는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템으로서, 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과, 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환시키는 모터 제너레이터와, 콘덴서의 상류측과 하류측을 연통시키는 바이패스 유로를 구비하고, 제어 수단은, 모터 제너레이터의 회전수 제어를 실시하여, 엔진의 키 스위치가 오프로 되면, 바이패스 유로를 열린 상태로 한 후, 팽창기 상류측과 하류측 압력차가 소정치 이하가 되는 것을 기다려, 모터 제너레이터의 회전수 제어를 정지시킨다.
이로써, 엔진의 키 스위치로 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또, 이 발명에 관련된 폐열 회생 시스템은, 냉매를 가압 토출하는 펌프와, 냉매를 엔진으로부터의 폐열과 열 교환시키는 보일러와, 냉매를 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기와, 냉매를 응축시키는 콘덴서로 구성되는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템으로서, 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과, 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환시키는 모터 제너레이터와, 펌프의 하류측에서 팽창기 상류측까지의 영역과, 팽창기의 하류측에서 펌프 상류측까지의 영역을 연통시키는 바이패스 유로를 구비하고, 제어 수단은, 모터 제너레이터의 회전수 제어를 실시하여, 엔진의 키 스위치가 오프로 되면, 바이패스 유로를 열린 상태로 한다. 이로써, 엔진의 키 스위치가 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다. 또, 바이패스 유로를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
이 발명에 관련된 폐열 회생 시스템에 의하면, 엔진을 정지시키기 위해서 키 스위치가 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 은 이 발명의 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 이 발명의 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 이 발명의 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 이 발명의 실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 이 발명의 실시형태에 대해 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
실시형태 1
이 발명의 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 의 구성을 도 1 에 나타낸다.
차량에 탑재되는 폐열 회생 시스템 (100) 에 있어서, 랭킨 사이클 (110) 은, 액상 냉매를 단열 압축시켜 토출하는 기어 펌프 (111) 와, 냉매를 라디에이터 (130) 의 냉각수와 열 교환시켜 등압 가열하는 냉각수 보일러 (112) 와, 냉매를 엔진 (140) 으로부터 배출되는 배기 가스와 열 교환시켜 등압 가열하는 배기 가스 보일러 (113) 와, 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 에 있어서 등압 가열되어 기화된 냉매를 단열 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기 (114) 와, 기상 냉매를 등압 응축시키는 콘덴서 (115) 로 구성되어 그들의 내부를 냉매가 순환한다. 이 이후, 랭킨 사이클 (110) 에 있어서, 기어 펌프 (111) 의 하류측에서 팽창기 (114) 상류측까지의 영역을 「고압 영역」, 팽창기 (114) 의 하류측에서 기어 펌프 (111) 상류측까지의 영역을 「저압 영역」이라고 한다.
팽창기 (114) 의 출력축 (114a) 은, 기상 냉매가 팽창기 (114) 의 내부에서 팽창되는 과정에 있어서 발생시키는 동력에 의해 회전 구동되고, 모터 제너레이터 (116) 를 통하여 기어 펌프 (111) 의 구동축 (111a) 에 연결되어 있다. 여기에서, 모터 제너레이터 (116) 는, 회전 구동력을 전력으로 변환시키는 것으로서, 컨트롤 유닛 (150) 에 전기적으로 접속되어 있다. 컨트롤 유닛 (150) 은, 폐열 회생 시스템 (100) 의 동작을 제어하기 위한 제어 수단으로서, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어 (모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지하는 제어, 그리고, 팽창기 (114) 의 입구의 온도가 소정치가 되도록 하는 제어) 를 실시한다.
콘덴서 (115) 상류측에는, 바이패스 유로 (117) 의 일단이 접속되어 있고, 바이패스 유로 (117) 의 타단은, 콘덴서 (115) 의 하류측에 접속되어 있다. 여기에서, 바이패스 유로 (117) 의 압력 손실은, 콘덴서 (115) 의 그것에 비교하여 충분히 작아지도록 조정되어 있다. 바이패스 유로 (117) 의 도중에는 개폐 밸브 (118) 가 형성되어 있고, 개폐 밸브 (118) 는, 컨트롤 유닛 (150) 에 전기적으로 접속되어 있다. 컨트롤 유닛 (150) 은, 개폐 밸브 (118) 를 개폐시킴으로써, 바이패스 유로 (117) 의 개폐 상태를 제어한다.
다음으로, 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 의 동작에 대해 설명한다.
차량이 운전 상태에 있고, 모터 제너레이터 (116) 가 회전수 제어되고 있는 상태에서는, 개폐 밸브 (118) 는 닫혀져 있어, 바이패스 유로 (117) 는 닫힌 상태이다. 이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 토출된 냉매는, 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 를 유통하는 과정에 있어서 고온의 기상 냉매가 되고, 팽창기 (114) 에 있어서 팽창하는 과정에서 동력을 발생시키며, 콘덴서 (115) 에서 응축되어 액상 냉매가 된 후, 기어 펌프 (111) 로 다시 흡입된다.
이 상태에 있어서, 운전자에 의해 엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 컨트롤 유닛 (150) 은 개폐 밸브 (118) 를 엶으로써 바이패스 유로 (117) 를 열린 상태로 함과 함께, 내장 타이머에 의한 시간 계측을 개시하여, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시켜도 그 회전수가 허용치를 초과하지 않게 될 때까지 걸리는 소정 시간 (T) (결정 방법은 후술) 이 경과하는 것을 기다린다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 토출된 냉매는, 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 를 유통시키는 과정에서 기화된 후, 팽창기 (114) 에서 팽창된다. 다음으로, 바이패스 유로 (117) 는 열린 상태이고, 그 압력 손실은 콘덴서 (115) 의 그것에 비교하여 충분히 작아지도록 조정되고 있기 때문에, 팽창기 (114) 를 나온 기상 냉매는 콘덴서 (115) 에는 유입되지 않고, 바이패스 유로 (117) 를 유통하여, 기어 펌프 (111) 에 다시 흡입된다. 여기에서, 기어 펌프 (111) 의 입구 용적은, 팽창기 (114) 의 입구 용적에 비하여 작아지도록 구성되어 있어, 그들의 용적차에 의해 랭킨 사이클 (110) 에 있어서의 저압 영역이 점차 승압되어 간다. 그 결과, 팽창기 (114) 상류측 압력 (p1) 과 팽창기 (114) 의 하류측 압력 (p2) 의 압력차 Δp=p1-p2 가 점차 0 에 가까워져 간다.
컨트롤 유닛 (150) 은, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시켜도, 그 회전수가 허용치를 초과하는 일이 없는 소정치 (δp) (0.2 MPa 정도) 이하가 되기까지 필요로 하는 시간을 실험에 의해 미리 취득하고, 이것을 소정 시간 (T) 으로서 내장 메모리에 기억하고 있다. 그리고, 이 소정 시간 (T) 이 경과하는 것을 기다려, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킨다. 그 때문에, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 은, 콘덴서 (115) 의 상류측과 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (117) 를 구비한다. 엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 바이패스 유로 (117) 를 열린 상태로 한 후, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가 소정치 (δp) 이하가 되는 것을 기다려, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킨다. 이로써, 엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되었을 때에, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 팽창기 (114) 와 기어 펌프 (111) 의 선택 방법에 따라서는, 그들의 입구 용적차에 의해, 압력차 (Δp) 가 0 에는 가까워지지 않고 임의의 값 (δp') 으로 수렴되는 경우도 있을 수 있다. 그러한 경우라도, 임의의 값 (δp') 이 소정치 (δp) 이하이라면, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.
실시형태 2
이 발명의 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 에 대해, 도 2 를 참조하여 설명한다.
실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 은, 실시형태 1 에 있어서의 콘덴서 (115) 의 상류측과 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (117) 를 대신하여, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 팽창기 (114) 의 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (220) 를 형성함으로써, 랭킨 사이클 (210) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다.
엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 컨트롤 유닛 (250) 은, 개폐 밸브 (221) 을 엶으로써 바이패스 유로 (220) 를 열린 상태로 하여, 랭킨 사이클 (210) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 토출된 고압의 액상 냉매가 바이패스 유로 (220) 를 유통하여 팽창기 (114) 하류측의 저압의 기상 냉매 중에 유입되고, 그 일부는 고온에 의해 기화되어 랭킨 사이클 (210) 의 고압 영역과 저압 영역이 순식간에 균압화된다. 그 결과, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가 신속하게 0 이 된다. 압력차 (Δp) 가 신속하게 0 이 되기 때문에, 컨트롤 유닛 (250) 은, 바이패스 유로 (220) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 은, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 팽창기 (114) 의 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (220) 를 구비함으로써, 랭킨 사이클 (210) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이로써, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다. 또, 바이패스 유로 (220) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
실시형태 3
이 발명의 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 에 대해, 도 3 을 참조하여 설명한다.
실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 은, 실시형태 2 에 있어서의 기어 펌프 (111) 의 하류측과 팽창기 (114) 의 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (220) 를 대신하여, 팽창기 (114) 상류측과 기어 펌프 (111) 상류측을 연통시키는 바이패스 유로 (322) 를 형성함으로써, 랭킨 사이클 (310) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다.
엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 컨트롤 유닛 (350) 은, 개폐 밸브 (323) 을 엶으로써 바이패스 유로 (322) 를 열린 상태로 하여, 랭킨 사이클 (310) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이 때, 팽창기 (114) 상류측의 고압의 기상 냉매가 바이패스 유로 (322) 를 유통하여 기어 펌프 (111) 상류측의 저압의 액상 냉매 중에 유입되고, 그 일부는 저온에 의해 응축되어 랭킨 사이클 (310) 의 고압 영역과 저압 영역이 순식간에 균압화된다. 그 결과, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가 신속하게 0 이 되어, 컨트롤 유닛 (350) 은, 바이패스 유로 (322) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 은, 팽창기 (114) 상류측과 기어 펌프 (111) 상류측을 연통시키는 바이패스 유로 (322) 를 구비함으로써, 랭킨 사이클 (310) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이와 같이 구성해도, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다. 또, 바이패스 유로 (322) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
실시형태 4
이 발명의 실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템 (400) 에 대해, 도 4 를 참조하여 설명한다.
실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템 (400) 은, 실시형태 2 에 있어서의 기어 펌프 (111) 의 하류측과 팽창기 (114) 의 하류측을 연통시키는 바이패스 유로 (220) 를 대신하여, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 상류측을 연통시키는 바이패스 유로 (424) 를 형성함으로써, 랭킨 사이클 (410) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다.
엔진 (140) 의 키 스위치가 오프로 되면, 컨트롤 유닛 (450) 은, 개폐 밸브 (425) 를 엶으로써 바이패스 유로 (424) 를 열린 상태로 하여, 랭킨 사이클 (410) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 토출된 고압의 액상 냉매가 바이패스 유로 (424) 를 유통하여 기어 펌프 (111) 상류측의 저압의 액상 냉매 중에 유입되어, 랭킨 사이클 (410) 의 고압 영역과 저압 영역이 순식간에 균압화된다. 그 결과, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측 압력차 (Δp) 가 신속하게 0 이 되어, 컨트롤 유닛 (450) 은, 바이패스 유로 (424) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템 (400) 은, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 상류측을 연통시키는 바이패스 유로 (424) 를 구비함으로써, 랭킨 사이클 (410) 의 고압 영역과 저압 영역을 연통시킨다. 이와 같이 구성해도, 모터 제너레이터 (116) 의 회전수가 허용치를 초과할 때까지 상승하는 것을 방지할 수 있다. 또, 바이패스 유로 (424) 를 열린 상태로 하는 것과 동시에 모터 제너레이터 (116) 의 회전수 제어를 정지시킬 수 있다.
그 밖의 실시형태
실시형태 1 에 있어서, 팽창기 (114) 의 상류측과 하류측에 각각 압력 센서를 설치하여, 팽창기 (114) 의 상류측 압력 (p1) 및 하류측 압력 (p2) 를 취득하여 압력차 Δp=p1-p2 를 산출하고, 이것에 기초하여 압력차 (Δp) 가 소정치 (δp) 이하가 되었는지 여부를 판정해도 된다.
실시형태 2 ∼ 4 에서는, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 팽창기 (114) 의 하류측, 팽창기 (114) 상류측과 기어 펌프 (111) 상류측, 기어 펌프 (111) 의 하류측과 상류측에 각각 바이패스 유로 (220, 322, 424) 를 형성함으로써 랭킨 사이클의 고압 영역과 저압 영역을 연통시키고 있었지만, 고압 영역과 저압 영역이 연통되는 그 밖의 지점에 바이패스 유로를 형성해도 된다.
100, 200, 300, 400 : 폐열 회생 시스템
110, 210, 310, 410 : 랭킨 사이클
111 : 기어 펌프 (펌프)
112 : 냉각수 보일러 (보일러)
113 : 배기 가스 보일러 (보일러)
114 : 팽창기
115 : 콘덴서
117 : 바이패스 유로
130 : 라디에이터
140 : 엔진
150, 250, 350, 450 : 컨트롤 유닛 (제어 수단)
220, 322, 424 : 바이패스 유로

Claims (2)

  1. 냉매를 가압 토출하는 펌프와,
    냉매를 엔진으로부터의 폐열과 열 교환시키는 보일러와,
    냉매를 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기와,
    냉매를 응축시키는 콘덴서로 구성되는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템으로서,
    그 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과,
    상기 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환시키는 모터 제너레이터와,
    상기 콘덴서의 상류측과 하류측을 연통시키는 바이패스 유로를 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 모터 제너레이터의 회전수 제어를 실시하여, 상기 엔진의 키 스위치가 오프로 되면, 상기 바이패스 유로를 열린 상태로 한 후, 상기 팽창기 상류측과 하류측 압력차가 소정치 이하가 되는 것을 기다려, 상기 모터 제너레이터의 회전수 제어를 정지시키는 것을 특징으로 하는 폐열 회생 시스템.
  2. 냉매를 가압 토출하는 펌프와,
    냉매를 엔진으로부터의 폐열과 열 교환시키는 보일러와,
    냉매를 팽창시켜 동력을 발생시키는 팽창기와,
    냉매를 응축시키는 콘덴서로 구성되는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템으로서,
    그 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과,
    상기 팽창기에서 발생한 동력을 전력으로 변환하는 모터 제너레이터와,
    상기 펌프의 하류측에서 상기 팽창기 상류측까지의 영역과, 상기 팽창기의 하류측에서 상기 펌프 상류측까지의 영역을 연통시키는 바이패스 유로를 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 모터 제너레이터의 회전수 제어를 실시하여, 상기 엔진의 키 스위치가 오프로 되면, 상기 바이패스 유로를 열린 상태로 하는 것을 특징으로 하는 폐열 회생 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101316560B1 (ko) * 2011-09-22 2013-10-15 대우조선해양 주식회사 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치
KR101444169B1 (ko) * 2012-10-18 2014-09-30 삼성중공업 주식회사 선박용 폐열회수장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010056272A1 (de) * 2010-12-24 2012-06-28 Robert Bosch Gmbh Abwärmenutzungsanlage
JP5875253B2 (ja) * 2011-05-19 2016-03-02 千代田化工建設株式会社 複合発電システム
JP5707500B2 (ja) * 2011-09-30 2015-04-30 日産自動車株式会社 エンジン廃熱利用装置
CN102619641A (zh) * 2012-04-12 2012-08-01 北京工业大学 同时利用内燃机排气和冷却余热的发电系统及控制方法
CN102748124A (zh) * 2012-07-26 2012-10-24 湖南大学 一种利用内燃机废气余热能实现进气增压的装置
DE112013003913A5 (de) * 2012-08-06 2015-05-13 Magna Powertrain Bad Homburg GmbH Vorrichtung zum Betreiben eines Clausius-Rankine-Prozesses
DE102013001569A1 (de) * 2013-01-30 2014-07-31 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Abwärmenutzungsvorrichtung
WO2014123572A1 (en) 2013-02-06 2014-08-14 Volvo Truck Corporation Method and apparatus for heating an expansion machine of a waste heat recovery apparatus
NO335230B1 (no) * 2013-02-19 2014-10-27 Viking Heat Engines As Anordning og framgangsmåte for drifts- og sikkerhetsregulering ved en varmekraftmaskin
DE202013004907U1 (de) * 2013-05-28 2013-07-02 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Kraftfahrzeug mit einer koppelbaren Abwärmenutzanordnung
JP6044529B2 (ja) * 2013-12-05 2016-12-14 トヨタ自動車株式会社 廃熱回収装置
CN103850826B (zh) * 2014-03-13 2016-03-16 四川京典能源科技有限公司 氨电活塞内燃发动机及使用该发动机的车辆
BE1022434B1 (nl) * 2014-08-29 2016-03-30 Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap Compressorinstallatie
KR101766028B1 (ko) * 2015-08-24 2017-08-07 현대자동차주식회사 폐열회수시스템의 회수에너지 전달장치
GB2542809A (en) * 2015-09-30 2017-04-05 Jaguar Land Rover Ltd Heat engine for a motor vehicle
CN105756731A (zh) * 2016-03-01 2016-07-13 合肥通用机械研究院 一种可有效提升膨胀机效率的有机朗肯循环系统
FR3055149B1 (fr) * 2016-08-18 2020-06-26 IFP Energies Nouvelles Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit
DE102017105611A1 (de) 2017-03-16 2018-09-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Expansionsvorrichtung, Kreisprozessvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Kreisprozessvorrichtung
SE542807C2 (en) * 2018-03-19 2020-07-14 Scania Cv Ab An arrangement and a method for controlling a shutdown phase of a WHR-system
CN109083724A (zh) * 2018-09-30 2018-12-25 潍柴动力股份有限公司 一种发动机排气能量回收系统及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5936084B2 (ja) * 1980-04-09 1984-09-01 大阪瓦斯株式会社 液化天然ガス冷熱発電装置の停止システム
KR900008584B1 (ko) * 1988-08-26 1990-11-26 김용구 자동차 폐열을 이용한 냉·난방 겸용 동력발생장치
JP4229559B2 (ja) * 2000-01-21 2009-02-25 本田技研工業株式会社 多気筒内燃機関の熱交換装置
JP4089539B2 (ja) * 2003-07-22 2008-05-28 株式会社デンソー ランキンサイクル
JP2005325746A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Toyota Industries Corp 車両用排熱回収システム
JP4196890B2 (ja) * 2004-06-30 2008-12-17 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍機
JP4606840B2 (ja) * 2004-10-29 2011-01-05 株式会社デンソー 複合流体機械およびそれを用いた冷凍装置
DE102005051428B4 (de) * 2004-10-29 2015-05-28 Denso Corporation Abwärmenutzungsvorrichtung
JP2006250075A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Honda Motor Co Ltd ランキンサイクル装置
JP2007085195A (ja) 2005-09-20 2007-04-05 Denso Corp 廃熱回生装置
JP2007255327A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Nippon Soken Inc 膨張機制御装置
JP4801810B2 (ja) * 2006-05-30 2011-10-26 株式会社デンソー 廃熱利用装置を備える冷凍装置
JP4302759B2 (ja) * 2007-09-14 2009-07-29 株式会社デンソー 廃熱利用装置
US7950230B2 (en) * 2007-09-14 2011-05-31 Denso Corporation Waste heat recovery apparatus
JP2009287433A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Sanden Corp 内燃機関の廃熱利用装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101316560B1 (ko) * 2011-09-22 2013-10-15 대우조선해양 주식회사 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치
KR101444169B1 (ko) * 2012-10-18 2014-09-30 삼성중공업 주식회사 선박용 폐열회수장치

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Publication number Publication date
US20110088394A1 (en) 2011-04-21
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