KR20110041393A - 폐열 회생 시스템 - Google Patents

폐열 회생 시스템

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KR20110041393A
KR20110041393A KR1020100082276A KR20100082276A KR20110041393A KR 20110041393 A KR20110041393 A KR 20110041393A KR 1020100082276 A KR1020100082276 A KR 1020100082276A KR 20100082276 A KR20100082276 A KR 20100082276A KR 20110041393 A KR20110041393 A KR 20110041393A
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KR1020100082276A
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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 냉각수 온도가 낮은 경우에, 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 엔진의 연비를 향상시킬 수 있는 폐열 회생 시스템을 제공한다.
(해결수단) 폐열 회생 시스템 (100) 의 랭킨 사이클 (110) 은, 엔진 (140) 의 폐열에 의해 회로 내의 작동 유체를 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 에서 가열함과 함께, 가열된 작동 유체를 팽창기 (114) 에서 팽창시켜 기계적 에너지를 회수하여, 팽창 후의 작동 유체를 콘덴서 (115) 에서 응축시킨다. 폐열 회생 시스템 (100) 은, 콘덴서 (115) 의 상류측과 하류측을 연통시키는 제 1 바이패스 유로 (117) 와, 제 1 바이패스 유로 (117) 의 제 1 개폐 밸브 (118) 를 구비한다. 컨트롤 유닛 (150) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로 (117) 를 열림 상태로 하도록 제 1 개폐 밸브 (118) 를 제어하여 제 1 바이패스 유로 (117) 에 대한 작동 유체의 순환을 허용한다.

Description

폐열 회생 시스템{WASTE HEAT REGENERATION SYSTEM}
본 발명은, 폐열 회생 시스템에 관련된 것으로, 특히 랭킨 사이클을 이용한 폐열 회생 시스템에 관한 것이다.
차량용 엔진의 폐열로부터 기계적 에너지 (동력) 를 회수하는 랭킨 사이클을 이용한 폐열 회생 시스템이 개발되어 있다. 일반적인 랭킨 사이클은, 작동 유체를 압송하는 펌프와, 작동 유체를 엔진의 폐열에 의해 가열하는 열교환기와, 가열된 작동 유체를 팽창시켜 기계적 에너지를 회수하는 팽창기와, 팽창 후의 작동 유체를 응축시키는 콘덴서로 구성되어 있다.
특허문헌 1 에는, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기를 구비한 폐열 회생 시스템이 기재되어 있다. 특허문헌 1 의 도 1 을 참조하면, 이 폐열 회생 시스템의 랭킨 사이클 (17) 은, 작동 유체를 엔진의 냉각수와 열교환시켜 가열하는 냉각수 보일러인 제 1 열교환기 (15) 와, 작동 유체를 엔진 (1) 으로부터 배출되는 배기 가스와 열교환시켜 가열하는 배기 가스 보일러인 제 2 열교환기 (3) 를 구비하고 있다. 펌프 (4) 로부터 압송된 작동 유체는, 제 1 열교환기 (15) 및 제 2 열교환기 (3) 에서 가열되어 열을 흡수하고, 팽창기 (5) 에서 팽창되는 과정에서 기계적 에너지를 발생시키고, 냉각기 (콘덴서) (6) 에서 응축되는 과정에서 열을 방출한다.
일본 공개특허공보 2007-85195호
일반적으로, 엔진 시동시 등에 엔진 냉각수의 온도가 낮은 경우에는, 엔진의 연비가 나빠진다. 특허문헌 1 에 기재된 폐열 회생 시스템에서는, 제 1 열교환기 (15) 에서 흡수한 열을 냉각수에 전달하여 그 온도를 신속하게 상승시킬 수 있으면 연비를 향상시킬 수 있지만, 랭킨 사이클 (17) 내를 순환하는 작동 유체는, 제 1 열교환기 (15) 에서 흡수한 열을 냉각기 (6) 에서 방출해 버린다. 그로 인해, 냉각수의 온도를 신속하게 상승시킬 수 없어 엔진 (1) 의 연비가 나빠지게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 엔진 냉각수의 온도가 낮은 경우에, 냉각수의 온도를 신속하게 상승시켜 엔진의 연비를 향상시킬 수 있는 폐열 회생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 폐열 회생 시스템은, 엔진의 폐열에 의해 회로 내의 작동 유체를 제 1, 제 2 열교환기에서 가열함과 함께, 가열된 작동 유체를 팽창기에서 팽창시켜 기계적 에너지를 회수하고, 팽창 후의 작동 유체를 콘덴서에서 응축시키는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템에 있어서, 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과, 콘덴서의 상류측과 하류측을 연통시키는 제 1 바이패스 유로와, 제 1 바이패스 유로의 제 1 개폐 밸브를 구비하고, 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로를 열림 상태로 하도록 제어 수단은 제 1 개폐 밸브를 제어하여 제 1 바이패스 유로에 대한 작동 유체의 순환을 허용한다.
이로써, 제 1 열교환기의 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로에 대한 작동 유체의 순환이 허용된다. 제 1 바이패스 유로, 및 제 1, 제 2 열교환기를 포함하는 순환 회로가 형성됨으로써, 콘덴서를 경유하지 않는 작동 유체가 제 1 열교환기에 공급된다. 그 때문에, 엔진 시동시 등의 냉각수 온도가 낮은 경우에, 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다.
제 1 바이패스 유로는, 팽창기의 하류측 또한 콘덴서의 상류측과, 콘덴서의 하류측 또한 제 1 열교환기의 상류측을 연통시켜도 된다.
이로써, 팽창기, 제 1 바이패스 유로, 및 제 1, 제 2 열교환기를 포함하는 순환 회로가 형성되고, 콘덴서를 경유하지 않는 작동 유체가 팽창기에 의해 순환되어 제 1 열교환기에 공급된다.
작동 유체를 압송하는 펌프를 추가로 구비하고, 제 1 바이패스 유로는, 팽창기의 하류측 또한 콘덴서의 상류측과, 펌프의 하류측 또한 제 1 열교환기의 상류측을 연통시켜도 된다.
이로써, 팽창기, 제 1 바이패스 유로, 및 제 1, 제 2 열교환기를 포함하는 순환 회로가 형성되고, 콘덴서 및 펌프를 경유하지 않는 작동 유체가 팽창기에 의해 순환되어 제 1 열교환기에 공급된다.
펌프의 상류측 또한 팽창기의 하류측과, 펌프의 하류측 또한 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 제 3 바이패스 유로와, 제 3 바이패스 유로의 제 3 개폐 밸브를 추가로 구비하고, 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 제 3 바이패스 유로를 열림 상태로 하도록 제어 수단은 제 3 개폐 밸브를 제어하여 제 3 바이패스 유로에 대한 작동 유체의 순환을 허용하고, 팽창기, 제 1 바이패스 유로, 및 제 1, 제 2 열교환기를 포함하는 제 1 폐회로와, 펌프, 제 3 바이패스 유로, 및 콘덴서를 포함하는 제 2 폐회로를 형성해도 된다.
이로써, 펌프의 구동 상태를 임의로 제어할 수 없는 경우 (예를 들어, 펌프의 구동원이 팽창기의 구동원을 겸하고 있고, 구동원과 펌프가 직결되어 있는 경우) 에도, 제 2 폐회로에 있어서 펌프가 압송하는 작동 유체를 순환시킬 수 있기 때문에, 펌프가 가동되는 것에 의한 문제를 회피할 수 있다.
제 1 폐회로와 제 2 폐회로는, 작동 유체가 서로 이동 가능하도록 연통되어 있어도 된다.
이로써, 제 1 폐회로가 작동 유체 과다 상태가 되어 압력이 지나치게 상승하는 것이 방지된다. 또, 제 1 바이패스 유로 및 제 3 바이패스 유로를 열림 상태로 한 직후에, 제 1 폐회로와 제 2 폐회로에서 작동 유체의 양이 불균형 상태였다 하더라고, 작동 유체가 2 개의 폐회로 사이를 서로 이동할 수 있기 때문에, 시간 경과와 함께 불균형 상태가 해소된다.
작동 유체를 압송하는 펌프를 추가로 구비하고, 제 1 바이패스 유로는, 팽창기의 하류측 또한 콘덴서의 상류측과, 콘덴서의 하류측 또한 펌프의 상류측을 연통시킴과 함께, 팽창기의 하류측 또한 펌프의 상류측과, 펌프의 하류측 또한 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 제 2 바이패스 유로와, 제 2 바이패스 유로의 제 2 개폐 밸브를 추가로 구비하고, 제 2 개폐 밸브는, 펌프의 상류측 압력이 펌프의 하류측 압력보다 높은 경우에 열림 상태가 되도록 해도 된다.
이로써, 팽창기에 의해 이송된 작동 유체의 일부는, 압력 손실이 될 수 있는 펌프를 바이패스하기 때문에, 펌프가 압력 손실이 되는 상황을 회피할 수 있다.
제 2 바이패스 유로의 개폐는, 역지 밸브에 의해 실시되어도 된다.
작동 유체를 압송하는 펌프와, 펌프의 구동원이며, 또한 팽창기가 발생시키는 기계적 에너지를 전력으로 변환하는 모터 제너레이터와, 팽창기와 모터 제너레이터 사이에 형성되는 클러치 수단을 추가로 구비하고, 제 1 바이패스 유로는, 제 2 열교환기의 하류측 또한 팽창기의 상류측과, 콘덴서의 하류측 또한 펌프의 상류측을 연통시켜도 된다.
이로써, 팽창기에 의해 작동 유체가 콘덴서로 이송되는 것을 방지할 수 있다.
제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치보다 높은 제 2 소정치 이상인 경우에는, 제 1 바이패스 유로를 닫음 상태로 하도록 제어 수단은 제 1 개폐 밸브를 제어하여 제 1 바이패스 유로에 대한 작동 유체의 순환을 차단해도 된다.
이로써, 제 1 바이패스 유로의 개폐 상태를 제어할 때의 기준이 되는 냉각수 온도가 히스테리시스를 갖기 때문에, 제 1 바이패스 유로가 빈번하게 개폐되지 않는다. 그럼으로써, 소음의 발생 및 기기의 열화를 방지할 수 있다.
제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치보다 높은 제 2 소정치 이상인 경우에는, 제 1, 제 3 바이패스 유로를 닫음 상태로 하도록 제어 수단은 제 1, 제 3 개폐 밸브를 제어하여 제 1, 제 3 바이패스 유로에 대한 작동 유체의 순환을 차단해도 된다.
이로써, 제 1, 제 3 바이패스 유로의 개폐 상태를 제어할 때의 기준이 되는 냉각수 온도가 히스테리시스를 갖기 때문에, 제 1, 제 3 바이패스 유로가 빈번하게 개폐되지 않는다. 그럼으로써, 소음의 발생 및 기기의 열화를 방지할 수 있다.
콘덴서에 대한 작동 유체의 순환을 차단하는 밸브체를 콘덴서의 상류측 또한 팽창기의 하류측에 추가로 구비하고, 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 밸브체를 닫음 상태로 하도록 제어 수단은 밸브체를 제어하여 콘덴서에 대한 작동 유체의 순환을 차단해도 된다.
이로써, 모든 작동 유체가 콘덴서를 바이패스한다.
제 1 열교환기는, 엔진의 냉각수의 열로 가열되어도 된다.
제 2 열교환기는, 엔진의 배기 가스의 열로 가열되어도 된다.
본 발명에 관련된 폐열 회생 시스템에 의하면, 엔진 냉각수의 온도가 낮은 경우에, 냉각수의 온도를 신속하게 상승시켜 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 1 의 변형예에 관련된 폐열 회생 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
실시형태 1.
본 발명의 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 의 구성을 도 1 에 나타낸다.
폐열 회생 시스템 (100) 에 있어서, 랭킨 사이클 (110) 은, 작동 유체를 압송하는 기어 펌프 (111) 와, 작동 유체를 엔진 (140) 의 냉각수와 열교환시켜 가열하는 제 1 열교환기로서의 냉각수 보일러 (112) 와, 작동 유체를 엔진 (140) 으로부터 배출되는 배기 가스와 열교환시켜 가열하는 제 2 열교환기로서의 배기 가스 보일러 (113) 와, 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 에서 가열되어 기화된 작동 유체를 팽창시켜 기계적 에너지 (동력) 를 발생시키는 팽창기 (114) 와, 팽창 후의 작동 유체를 응축시키는 콘덴서 (115) 로 구성되고, 이들이 순차 고리형으로 접속되어 폐회로를 형성하고 있다. 엔진 (140) 의 냉각수가 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체이며, 배기 가스가 제 2 열교환기를 가열하는 가열 매체이다. 배기 가스에 의해 가열되는 작동 유체에 의해 제 2 열교환기를 가열할 수도 있다. 배기 가스는 고온으로, 엔진 (140) 의 시동 후 빨리 승온된다. 따라서, 배기 가스 보일러 (113) 는 냉각수 보일러 (112) 에 비해 빨리 승온시킬 수 있다. 또, 엔진 (140) 의 냉각수는, 엔진 (140), 냉각수 보일러 (112), 및 라디에이터 (130) 를 포함하는 냉각수 회로 (a) 를 순환한다.
팽창기 (114) 의 출력 축 (114a) 은, 기상의 작동 유체가 팽창기 (114) 의 내부에서 팽창하는 과정에서 발생시키는 기계적 에너지에 의해 회전 구동되고, 출력 구동축 (114a) 의 선단에는 회전 구동력을 전력으로 변환하는 모터 제너레이터 (116) 가 접속되어 있다. 또, 모터 제너레이터 (116) 에는, 기어 펌프 (111) 의 구동축 (111a) 이 접속되어 있다.
콘덴서 (115) 의 상류측 또한 팽창기 (114) 의 하류측에는, 콘덴서 (115) 를 바이패스하는 제 1 바이패스 유로 (117) 의 일단이 접속되어 있고, 제 1 바이패스 유로 (117) 의 타단은, 콘덴서 (115) 의 하류측 또한 기어 펌프 (111) 의 상류측에 접속되어 있다. 제 1 바이패스 유로 (117) 의 압력 손실은, 콘덴서 (115) 의 그것에 비해 충분히 작다. 제 1 바이패스 유로 (117) 도중에는 제 1 개폐 밸브로서의 전자 개폐 밸브 (118) 가 형성되어 있고, 전자 개폐 밸브 (118) 는, 폐열 회생 시스템 (100) 의 동작을 제어하는 제어 수단인 컨트롤 유닛 (150) 에 전기적으로 접속되어 있다. 컨트롤 유닛 (150) 은, 엔진 (140) 의 하류측 냉각수 온도를 계측하기 위한 온도 센서 (160) 로부터 취득되는 온도 정보에 기초하여 전자 개폐 밸브 (118) 를 개폐시킴으로써 제 1 바이패스 유로 (117) 의 개폐 상태를 제어한다.
또, 팽창기 (114) 의 하류측 또한 기어 펌프 (111) 의 상류측에는, 제 2 바이패스 유로 (119) 의 일단이 접속되어 있고, 제 2 바이패스 유로 (119) 의 타단은, 기어 펌프 (111) 의 하류측 또한 냉각수 보일러 (112) 의 상류측에 접속되어 있다. 이 실시형태에서는, 제 2 바이패스 유로 (119) 는 콘덴서 (115) 와 기어 펌프 (111) 를 바이패스하지만, 적어도 기어 펌프 (111) 를 바이패스하면 된다. 제 2 바이패스 유로 (119) 도중에는 제 2 개폐 밸브로서의 역지 밸브 (120) 가 형성되어 있고, 역지 밸브 (120) 는, 기어 펌프 (111) 의 상류측 압력 (p1) 이 기어 펌프 (111) 의 하류측 압력 (p2) 보다 높은 (p1>p2) 경우에 열린다.
다음으로, 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 의 동작에 대해, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우와 미만인 경우로 나누어 설명한다.
(냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우)
컨트롤 유닛 (150) 은, 온도 센서 (160) 로부터 취득되는 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우에는, 전자 개폐 밸브 (118) 를 닫음으로써 제 1 바이패스 유로 (117) 를 닫음 상태로 한다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 압송된 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 및 배기 가스 보일러 (113) 를 유통하는 과정에서, 엔진 (140) 의 냉각수 및 엔진 (140) 으로부터 배출되는 배기 가스로부터 열을 흡수하여 고온의 가스가 되어, 팽창기 (114) 에서 팽창된다. 다음으로, 기어 펌프 (111) 의 상류측 압력 (p1) 은 기어 펌프 (111) 의 하류측 압력 (p2) 보다 낮기 (p1<p2) 때문에 역지 밸브 (120) 는 닫혀, 제 2 바이패스 유로 (119) 는 닫음 상태이다. 또, 제 1 바이패스 유로 (117) 도 닫음 상태이다. 그 때문에, 팽창기 (114) 를 나온 작동 유체는, 콘덴서 (115) 에 유입된다. 콘덴서 (115) 에서 응축되는 과정에서 열을 방출한 작동 유체는, 기어 펌프 (111) 에 의해 냉각수 보일러 (112) 를 향해 이송된다. 팽창기 (114) 는, 작동 유체의 팽창에 의해 구동된다. 팽창에 의해 발생한 기계적 에너지에 의해 모터 제너레이터 (116) 및 기어 펌프 (111) 는 구동된다.
(냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우)
컨트롤 유닛 (150) 은, 온도 센서 (160) 로부터 취득되는 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 전자 개폐 밸브 (118) 를 엶으로써 제 1 바이패스 유로 (117) 를 열림 상태로 하고, 상기 제 1 바이패스 유로 (117) 에 대한 작동 유체의 순환을 허용한다. 팽창기 (114) 및 기어 펌프 (111) 는 구동원으로서의 모터 제너레이터 (116) 가 발생시키는 기계적 에너지에 의해 구동된다. 모터 제너레이터 (116) 는 팽창기 (114) 및 기어 펌프 (111) 의 구동원으로서 기능한다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 압송된 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 에 유입된 후, 배기 가스 보일러 (113) 를 유통하는 과정에서, 엔진 (140) 으로부터 배출되는 배기 가스로부터 열을 흡수하여 고온의 가스가 되어, 팽창기 (114) 에서 팽창된다. 열림 상태에 있어서의 제 1 바이패스 유로 (117) 의 압력 손실은 콘덴서 (115) 의 그것에 비해 충분히 작다. 그 때문에, 기어 펌프 (111) 에 흡입되는 작동 유체의 대부분은, 콘덴서 (115) 가 아니라, 제 1 바이패스 유로 (117) 를 경유한다. 또, 팽창기 (114) 의 흡입 용적은 기어 펌프 (111) 의 흡입 용적보다 크기 때문에, 기어 펌프 (111) 의 상류측 또한 팽창기 (114) 의 하류측 압력 (p1) 은 승압되어, 기어 펌프 (111) 의 하류측 또한 냉각수 보일러 (112) 의 상류측 압력 (p2) 보다 높아져 (p1>p2), 역지 밸브 (120) 가 열린다. 역지 밸브 (120) 가 열리면 제 2 바이패스 유로 (119) 는 열림 상태가 되어, 팽창기 (114) 를 나온 작동 유체는 제 1 바이패스 유로 (117) 를 통하여 기어 펌프 (111) 에 이르는 유로와 기어 펌프 (111) 를 바이패스하는 제 2 바이패스 유로 (119) 로 분배된다. 냉각수 보일러 (112) 에 이송된 고온의 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 를 유통하는 과정에서 엔진 (140) 의 냉각수에 열을 부여한다. 이로써, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 신속하게 상승하여, 엔진 (140) 의 연비가 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1 에 관련된 폐열 회생 시스템 (100) 에 의하면, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로 (117) 에 대한 작동 유체의 순환이 허용된다. 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (117), 기어 펌프 (111), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 순환 회로가 형성됨으로써, 콘덴서 (115) 를 경유하지 않는 작동 유체가 팽창기 (114) 에 의해 순환되어 냉각수 보일러 (112) 에 공급된다. 이로써, 엔진 (140) 의 시동시 등의 냉각수 온도가 낮은 경우에, 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 엔진 (140) 의 연비를 향상시킬 수 있다.
또, 기어 펌프 (111) 의 상류측 압력 (p1) 이 기어 펌프 (111) 의 하류측 압력 (p2) 보다 높아지면 (p1>p2), 제 2 바이패스 유로 (119) 는 열림 상태가 된다. 팽창기 (114) 에 의해 이송된 작동 유체의 일부는, 압력 손실이 될 수 있는 기어 펌프 (111) 를 바이패스하기 때문에, 기어 펌프 (111) 가 압력 손실이 되는 상황을 회피할 수 있다.
실시형태 2.
본 발명의 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 의 구성을 도 2 에 나타낸다.
실시형태 1 에 있어서의 제 1 바이패스 유로 (117) 는, 콘덴서 (115) 를 바이패스하였지만, 실시형태 2 에 있어서의 제 1 바이패스 유로 (217) 는, 팽창기 (114) 및 콘덴서 (115) 를 바이패스한다. 또한, 이후의 실시형태의 설명에 있어서, 도 1 의 참조 부호와 동일한 부호는 동일 또는 동일한 구성 요소이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
팽창기 (114) 의 상류측 또한 배기 가스 보일러 (113) 의 하류측에는, 팽창기 (114) 및 콘덴서 (115) 를 바이패스하는 제 1 바이패스 유로 (217) 의 일단이 접속되어 있고, 제 1 바이패스 유로 (217) 의 타단은, 기어 펌프 (111) 의 상류측 또한 콘덴서 (115) 의 하류측에 접속되어 있다. 제 1 바이패스 유로 (217) 의 압력 손실은, 팽창기 (114) 및 콘덴서 (115) 의 그것들에 비해 충분히 작다. 제 1 바이패스 유로 (217) 도중에는 제 1 개폐 밸브로서의 전자 개폐 밸브 (218) 가 형성되어 있고, 전자 개폐 밸브 (218) 는 컨트롤 유닛 (250) 에 전기적으로 접속되어 있다.
또, 팽창기 (114) 와 모터 제너레이터 (116) 사이의 구동축 (114a) 에는, 클러치 수단으로서의 일방향 클러치 (221) 가 형성되어 있다. 일방향 클러치 (221) 는, 팽창기 (114) 로부터 기어 펌프 (111) 로 향하는 회전 구동력은 전달하지만, 기어 펌프 (111) 로부터 팽창기 (114) 로 향하는 회전 구동력의 전달은 차단한다.
다음으로, 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 의 동작에 대해, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우와 미만인 경우로 나누어 설명한다.
(냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우)
컨트롤 유닛 (250) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 이상인 경우에는, 전자 개폐 밸브 (218) 를 닫음으로써 제 1 바이패스 유로 (217) 를 닫음 상태로 한다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 압송된 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112), 배기 가스 보일러 (113), 팽창기 (114), 콘덴서 (115) 의 순서로, 랭킨 사이클 (210) 내를 순환한다. 이 때, 팽창기 (114) 의 출력 축 (114a) 은, 작동 유체의 팽창에 의해 회전 구동된다. 일방향 클러치 (221) 는, 팽창기 (114) 로부터 기어 펌프 (111) 로 향하는 회전 구동력을 전달하고, 모터 제너레이터 (116) 및 기어 펌프 (111) 는, 팽창기 (114) 가 발생시키는 기계적 에너지에 의해 구동된다.
(냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우)
컨트롤 유닛 (250) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 전자 개폐 밸브 (218) 를 엶으로써 제 1 바이패스 유로 (217) 를 열림 상태로 하고, 상기 제 1 바이패스 유로 (217) 에 대한 작동 유체의 순환을 허용한다. 기어 펌프 (111) 는 구동원으로서의 모터 제너레이터 (116) 가 발생시키는 기계적 에너지에 의해 구동된다. 모터 제너레이터 (116) 는 기어 펌프 (111) 의 구동원으로서 기능한다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 압송된 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 에 유입된 후, 배기 가스 보일러 (113) 를 유통하는 과정에서 고온의 가스가 된다. 다음으로, 제 1 바이패스 유로 (217) 가 열림 상태이고, 후술하는 바와 같이 팽창기 (114) 는 회전하지 않기 때문에, 배기 가스 보일러 (113) 를 나온 작동 유체의 대부분은, 팽창기 (114) 에는 유입되지 않고 제 1 바이패스 유로 (217) 를 유통하여 기어 펌프 (111) 에 흡인된다. 그 결과, 랭킨 사이클 (210) 전체가 균압화되어, 작동 유체는 차압이 거의 없는 상태로 냉각수 보일러 (112) 에 이송된다. 팽창기 (114) 의 출력 축 (114a) 은 회전 구동력을 잃기 때문에, 기어 펌프 (111) 는, 모터 제너레이터 (116) 가 발생시키는 기계적 에너지에 의해 구동되고, 일방향 클러치 (221) 는, 기어 펌프 (111) 로부터 팽창기 (114) 로 향하는 회전 구동력의 전달을 차단한다. 냉각수 보일러 (112) 에 이송된 고온의 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 를 유통하는 과정에서 엔진 (140) 의 냉각수에 열을 부여한다. 이로써, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 신속하게 상승하여, 엔진 (140) 의 연비가 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 2 에 관련된 폐열 회생 시스템 (200) 에 의하면, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로 (217) 에 대한 작동 유체의 순환이 허용된다. 기어 펌프 (111), 냉각수 보일러 (112), 배기 가스 보일러 (113), 및 제 1 바이패스 유로 (217) 를 포함하는 순환 회로가 형성됨으로써, 팽창기 (114) 및 콘덴서 (115) 를 경유하지 않는 작동 유체가 냉각수 보일러 (112) 에 공급된다. 이로써, 엔진 (140) 의 시동시 등의 냉각수 온도가 낮은 경우에, 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 엔진 (140) 의 연비를 향상시킬 수 있다.
또, 랭킨 사이클 (210) 전체가 균압화되기 때문에, 작동 유체는 차압이 거의 없는 상태로 냉각수 보일러 (112) 에 이송된다.
또한, 일방향 클러치 (221) 는, 기어 펌프 (111) 로부터 팽창기 (114) 로 향하는 회전 구동력의 전달을 차단한다. 그 때문에, 팽창기 (114) 에 의해 작동 유체가 콘덴서 (115) 로 이송되는 것을 방지할 수 있다.
실시형태 3.
본 발명의 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 의 구성을 도 3 에 나타낸다.
실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 은, 콘덴서 (115) 및 기어 펌프 (111) 를 바이패스하는 제 1 바이패스 유로 (317) 와, 냉각수 보일러 (112), 배기 가스 보일러 (113), 및 팽창기 (114) 를 바이패스하는 제 3 바이패스 유로 (322) 를 구비한다. 그리고, 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 는, 제 1 폐회로 A 를 형성하고, 기어 펌프 (111), 제 3 바이패스 유로 (322), 및 콘덴서 (115) 는, 제 2 폐회로 B 를 형성한다. 또, 제 1 바이패스 유로 (317) 및 제 3 바이패스 유로 (322) 의 개폐 상태를 제어할 때의 기준이 되는 냉각수 온도에 히스테리시스를 갖게 한다.
콘덴서 (115) 의 상류측 또한 팽창기 (114) 의 하류측에는, 콘덴서 (115) 및 기어 펌프 (111) 를 바이패스하는 제 1 바이패스 유로 (317) 의 일단이 접속되어 있고, 제 1 바이패스 유로 (317) 의 타단은, 기어 펌프 (111) 의 하류측 또한 냉각수 보일러 (112) 의 상류측에 접속되어 있다. 제 1 바이패스 유로 (317) 의 압력 손실은, 콘덴서 (115) 및 기어 펌프 (111) 의 그것들에 비해 충분히 작다. 제 1 바이패스 유로 (317) 의 일단에는 제 1 개폐 밸브로서의 제 1 삼방 밸브 (318) 가 형성되어 있고, 제 1 삼방 밸브 (318) 는 컨트롤 유닛 (350) 에 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 삼방 밸브 (318) 는, 팽창기 (114) 로부터 나온 작동 유체를 콘덴서 (115) 에 도입하는 경우와 제 1 바이패스 유로 (317) 에 도입하는 경우를 전환한다.
또, 제 1 바이패스 유로 (317) 의 일단과 콘덴서 (115) 의 상류측 사이에는 제 3 바이패스 유로 (322) 의 일단이 접속되어 있고, 제 1 바이패스 유로 (317) 의 타단과 기어 펌프 (111) 의 하류측 사이에는 제 3 바이패스 유로 (322) 의 타단이 접속되어 있다. 제 3 바이패스 유로 (322) 의 타단에는 제 3 개폐 밸브로서의 제 2 삼방 밸브 (323) 가 형성되어 있고, 제 2 삼방 밸브 (323) 는 컨트롤 유닛 (350) 에 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 삼방 밸브 (323) 는 기어 펌프 (111) 로부터 나온 작동 유체를 냉각수 보일러 (112) 에 도입하는 경우와 제 3 바이패스 유로 (322) 에 도입하는 경우를 전환한다.
또한, 엔진 (140) 의 냉각수는, 엔진 (140) 의 하류에 있어서, 냉각수 보일러 (112) 를 포함하는 냉각수 회로 (a1) 와 라디에이터 (130) 를 포함하는 냉각수 회로 (a2) 로 분지된다. 냉각수 회로 (a1) 및 냉각수 회로 (a2) 의 개폐 상태는, 서모스탯 (324) 에 의해 엔진 (140) 의 냉각수 온도에 기초하여 전환된다.
다음으로, 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 의 동작에 대해, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 보다 약간 높은 (예를 들어 ＋2℃) 제 2 소정치 (Th2) 이상이 되었을 경우와, 제 1 소정치 (Th1) 미만이 되었을 경우로 나누어 설명한다.
(냉각수 온도가 제 2 소정치 (Th2) 이상이 되었을 경우)
컨트롤 유닛 (350) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 보다 약간 높은 제 2 소정치 (Th2) 이상이 되면, 제 1 삼방 밸브 (318) 를, 팽창기 (114) 로부터 나온 작동 유체를 콘덴서 (115) 에 도입하는 상태로 한다. 즉, 제 1 바이패스 유로 (317) 를 닫음 상태로 하여, 제 1 바이패스 유로 (317) 에 대한 작동 유체의 순환을 차단한다. 또, 제 2 삼방 밸브 (323) 를, 기어 펌프 (111) 로부터 나온 작동 유체를 냉각수 보일러 (112) 에 도입하는 상태로 한다. 즉, 제 3 바이패스 유체로 (322) 를 닫음 상태로 하여, 제 3 바이패스 유로 (322) 에 대한 작동 유체의 순환을 차단한다.
이 때, 기어 펌프 (111) 로부터 압송된 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112), 배기 가스 보일러 (113), 팽창기 (114), 콘덴서 (115) 의 순서로, 랭킨 사이클 (310) 내를 순환한다. 팽창기 (114) 는, 작동 유체의 팽창에 의해 구동된다. 팽창에 의해 발생한 기계적 에너지에 의해, 모터 제너레이터 (116) 및 기어 펌프 (111) 는 구동된다.
또, 서모스탯 (324) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 2 소정치 (Th2) 보다 더 높은 제 3 소정치 (Th3) 이상인 경우에는, 냉각수 회로 (a1) 를 닫음 상태, 냉각수 회로 (a2) 를 열림 상태로 하고, 제 3 소정치 (Th3) 미만인 경우에는, 냉각수 회로 (a1) 를 열림 상태, 냉각수 회로 (a2) 를 닫음 상태로 한다. 그 때문에, 냉각수 온도가 제 3 소정치 (Th3) 이상이 되면, 서모스탯 (324) 이 작동하여, 냉각수 보일러 (112) 를 포함하는 냉각수 회로 (a1) 가 닫음 상태가 됨과 함께, 라디에이터 (130) 를 포함하는 냉각수 회로 (a2) 가 열림 상태가 되어, 엔진 (140) 의 폐열은 라디에이터 (130) 를 통하여 방출된다. 단, 냉각수 온도가 높은 경우라도 랭킨 사이클 (310) 에 의해 회생 가능한 열은 회수하는 쪽이 엔진 (140) 의 연비가 향상되기 때문에, 냉각수 회로 (a1) 는 완전한 닫음 상태로 하지 않고 약간 열린 상태로 한다.
(냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만이 되었을 경우)
컨트롤 유닛 (350) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만이 되면, 제 1 삼방 밸브 (318) 를, 팽창기 (114) 로부터 나온 작동 유체를 제 1 바이패스 유로 (317) 에 도입하는 상태로 한다. 즉, 제 1 바이패스 유로 (317) 를 열림 상태로 하고, 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 제 1 폐회로 A 를 형성한다. 또, 제 2 삼방 밸브 (323) 를, 기어 펌프 (111) 로부터 나온 작동 유체를 제 3 바이패스 유로 (322) 에 도입하는 상태로 한다. 즉, 제 3 바이패스 유로 (322) 를 열림 상태로 하고, 기어 펌프 (111), 제 3 바이패스 유로 (322), 및 콘덴서 (115) 를 포함하는 제 2 폐회로 B 를 형성한다.
이 때, 제 1 폐회로 A 를 순환하는 작동 유체는, 배기 가스 보일러 (113) 를 유통하는 과정에서 고온의 가스가 되어, 팽창기 (114) 에 의해 이송된다. 제 1 바이패스 유로 (317) 를 통하여 냉각수 보일러 (112) 에 이송된 고온의 작동 유체는, 냉각수 보일러 (112) 를 유통하는 과정에서 엔진 (140) 의 냉각수에 열을 부여한다. 이로써, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 신속하게 상승하여, 엔진 (140) 의 연비가 향상된다.
또, 제 2 폐회로 B 를 순환하는 작동 유체는, 기어 펌프 (111) 로부터 압송되어 제 3 바이패스 유로 (322) 를 유통하고, 제 3 바이패스 유로 (322) 의 출구 부근에서 팽창기 (111) 로부터 전달된 열을 흡수하고, 콘덴서 (115) 에서 흡수된 열을 방출한다. 이로써, 콘덴서 (115) 에 의해 냉각된 작동 유체가 기어 펌프 (111) 에 공급되어, 기어 펌프 (111) 가 냉각된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 에 의하면, 엔진 (140) 의 냉각수가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 제 1 바이패스 유로 (317) 에 대한 작동 유체의 순환이 허용된다. 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 순환 회로가 형성됨으로써, 콘덴서 (115) 및 기어 펌프 (111) 를 경유하지 않는 작동 유체가 팽창기 (114) 에 의해 냉각수 보일러 (112) 에 공급된다. 이로써, 엔진 (140) 의 시동시 등의 냉각수 온도가 낮은 경우에, 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 엔진 (140) 의 연비를 향상시킬 수 있다.
또, 기어 펌프 (111) 가 모터 제너레이터 (116) 와 클러치 수단을 개재하지 않고 일체 회전하도록 연결되어 있기 때문에, 팽창기 (114) 가 구동되면 기어 펌프 (111) 도 구동되는데, 제 3 바이패스 유로 (322) 에 의해 기어 펌프 (111) 의 상류측과 하류측을 연통시키고 있기 때문에, 기어 펌프 (111) 에 의해 작동 유체가 제 2 폐회로 B 를 순환하여, 모터 제너레이터 (116) 에 대한 동력 부담을 적게 억제할 수 있다.
또, 콘덴서 (115) 에 의해 냉각된 작동 유체가 기어 펌프 (111) 에 공급되기 때문에, 기어 펌프 (111) 를 냉각할 수 있다.
또, 모터 제너레이터 (116) 와 기어 펌프 (111) 가 일체적으로 구성되어 있는 경우에는, 모터 제너레이터 (116) 를 냉각할 수도 있다.
또한, 제 1 바이패스 유로 (317) 및 제 3 바이패스 유로 (322) 의 개폐 상태를 제어할 때의 기준이 되는 냉각수 온도가 히스테리시스를 갖기 때문에, 제 1 바이패스 유로 (317) 및 제 3 바이패스 유로 (322) 가 빈번하게 개폐되지 않는다. 그 때문에, 소음의 발생 및 기기의 열화를 방지할 수 있다.
실시형태 4.
본 발명의 실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템 (400) 의 구성을 도 4 에 나타낸다.
실시형태 4 에 관련된 폐열 회생 시스템 (400) 은, 실시형태 3 에 관련된 폐열 회생 시스템 (300) 에 있어서, 제 3 바이패스 유로 (322) 의 일단에 형성되어 있는 제 2 삼방 밸브 (323) 대신에, 제 3 바이패스 유로 (322) 도중에 제 3 개폐 밸브로서의 전자 개폐 밸브 (425) 를 형성한 것이다.
컨트롤 유닛 (450) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만이 되면, 제 1 삼방 밸브 (318) 를, 팽창기 (114) 로부터 나온 작동 유체를 제 1 바이패스 유로 (317) 에 도입하는 상태로 하고, 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 제 1 폐회로 A 를 형성한다. 또, 전자 개폐 밸브 (425) 를 엶으로써 제 3 바이패스 유로 (322) 에 대한 작동 유체의 순환을 허용하고, 기어 펌프 (111), 제 3 바이패스 유로 (322), 및 콘덴서 (115) 를 포함하는 제 2 폐회로 B 를 형성한다.
이 때, 제 1 폐회로 A 와 제 2 폐회로 B 는, 완전한 폐회로를 형성하지 않고 작동 유체가 서로 이동 가능하도록 연통되어 있다. 그 때문에, 팽창기 (111) 를 포함하는 제 1 폐회로 A 에 있어서, 작동 유체의 온도 상승에 수반하여 작동 유체 과다 상태가 되어 압력이 지나치게 상승하면, 여분의 작동 유체는 콘덴서 (115) 를 포함하는 제 2 폐회로 B 로 이동한다. 이로써, 제 1 폐회로 A 가 작동 유체 과다 상태가 되어 압력이 지나치게 상승하는 것이 방지된다. 또, 제 1 바이패스 유로 (317) 및 제 3 바이패스 유로 (322) 를 열림 상태로 한 직후에, 제 1 폐회로 A 와 제 2 폐회로 B 에서 작동 유체의 양이 불균형 상태였다고 하더라도, 작동 유체가 2 개의 폐회로 사이를 상호 이동할 수 있기 때문에, 시간 경과와 함께 불균형 상태가 해소된다.
그 밖의 실시형태.
실시형태 1 ∼ 4 에 있어서, 콘덴서 (115) 의 상류측 (입구 부근) 에, 콘덴서 (115) 에 유입되는 작동 유체를 차단하기 위한 밸브체로서의 개폐 밸브를 형성해도 된다. 일례로서 실시형태 1 에 있어서, 콘덴서 (115) 의 입구 부근에 개폐 밸브 (526) 를 형성한 구성을 도 5 에 나타낸다. 컨트롤 유닛 (550) 은, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 개폐 밸브 (118) 를 엶으로써 제 1 바이패스 유로 (117) 를 열림 상태로 함과 함께, 개폐 밸브 (526) 를 닫음으로써 콘덴서 (115) 에 대한 작동 유체의 순환을 차단한다. 이로써, 배기 가스 보일러 (113) 에서 열을 흡수한 모든 작동 유체가, 콘덴서 (115) 를 바이패스한다. 또한, 개폐 밸브 (118) 와 개폐 밸브 (526) 를 합쳐 삼방 밸브로 하여 구성해도 된다.
실시형태 1 ∼ 4 에 있어서, 기어 펌프 (111) 의 구동축 (111a) 을 전달 벨트를 개재하여 엔진 (140) 에 접속함으로써, 기어 펌프 (111) 를 구동해도 된다.
실시형태 1 에 있어서, 팽창기 (114) 를 용량 가변식으로 해도 된다. 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 팽창기 (114) 의 용량을 조정하여 기어 펌프 (111) 와 팽창기 (114) 에서 동일 물질량의 작동 유체를 이송하도록 한다. 이로써, 제 2 바이패스 유로 (119) 를 생략할 수 있다.
실시형태 3 에 있어서, 기어 펌프 (111) 와 모터 제너레이터 (116) 사이에 클러치 수단을 형성해도 된다. 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 클러치 수단에 의해 모터 제너레이터 (116) 로부터 기어 펌프 (111) 로 향하는 회전 구동력의 전달을 차단하여, 기어 펌프 (111) 가 구동되지 않도록 한다. 이로써, 제 3 바이패스 유로 (322) 및 제 2 삼방 밸브 (323) 를 생략할 수 있다.
실시형태 3 에 있어서, 제 3 바이패스 유로 (322) 및 제 2 삼방 밸브 (323) 를 생략해도 된다. 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만인 경우에는, 기어 펌프 (111) 의 상류측이 폐색된 상태로 기어 펌프 (111) 가 구동되기 때문에, 기어 펌프 (111) 가 공회전하여 동력 손실이 발생하는데, 보다 간단한 구성으로 수 있다.
실시형태 3 에 있어서, 제 1 바이패스 유로 (317) 도중과, 제 3 바이패스 유로 (322) 도중을 연통시키는 유로를 형성해도 된다. 이로써, 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 제 1 폐회로 A 와, 기어 펌프 (111), 제 3 바이패스 유로 (322), 및 콘덴서 (115) 를 포함하는 제 2 폐회로 B 가 연통되기 때문에, 실시형태 4 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시형태 3 에 있어서, 엔진 (140) 의 냉각수 온도가 제 1 소정치 (Th1) 미만이며, 제 1 바이패스 유로 (317) 및 제 3 바이패스 유로 (322) 가 열림 상태인 경우에, 적어도 일방의 유로를 일시적으로 닫음 상태로 해도 된다. 이로써, 팽창기 (114), 제 1 바이패스 유로 (317), 냉각수 보일러 (112), 및 배기 가스 보일러 (113) 를 포함하는 제 1 폐회로 A 와, 기어 펌프 (111), 제 3 바이패스 유로 (322), 및 콘덴서 (115) 를 포함하는 제 2 폐회로 B 가 연통되기 때문에, 실시형태 4 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시형태 1 ∼ 4 에 있어서, 엔진 (140) 의 냉각수 온도를 검출하는 것이 아니고, 냉각수 온도와 상관되는 그 밖의 파라미터에 기초하여 각 유로의 개폐 상태를 제어해도 된다.
100, 200, 300, 400, 500 폐열 회생 시스템
110, 210, 310, 410, 510 랭킨 사이클
111 기어 펌프 (펌프)
112 냉각수 보일러 (제 1 열교환기)
113 배기 가스 보일러 (제 2 열교환기)
114 팽창기
115 콘덴서
116 모터 제너레이터
117, 217, 317 제 1 바이패스 유로
118, 218 전자 개폐 밸브 (제 1 개폐 밸브)
119 제 2 바이패스 유로
120 역지 밸브 (제 2 개폐 밸브)
130 라디에이터
140 엔진
150, 250, 350, 450, 550 컨트롤 유닛 (제어 수단)
221 일방향 클러치 (클러치 수단)
318 제 1 삼방 밸브 (제 1 개폐 밸브)
322 제 3 바이패스 유로
323 제 2 삼방 밸브 (제 3 개폐 밸브)
425 전자 개폐 밸브 (제 3 개폐 밸브)
526 개폐 밸브 (밸브체)
A 제 1 폐회로
B 제 2 폐회로
Th1 제 1 소정치
Th2 제 2 소정치

Claims (13)

  1. 엔진의 폐열에 의해 회로 내의 작동 유체를 제 1, 제 2 열교환기에서 가열함과 함께, 가열된 상기 작동 유체를 팽창기에서 팽창시켜 기계적 에너지를 회수하고, 팽창 후의 상기 작동 유체를 콘덴서에서 응축시키는 랭킨 사이클을 갖는 폐열 회생 시스템에 있어서,
    상기 폐열 회생 시스템의 동작을 제어하는 제어 수단과,
    상기 콘덴서의 상류측과 하류측을 연통시키는 제 1 바이패스 유로와,
    상기 제 1 바이패스 유로의 제 1 개폐 밸브를 구비하고,
    상기 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 상기 제 1 바이패스 유로를 열림 상태로 하도록 상기 제어 수단은 상기 제 1 개폐 밸브를 제어하여 상기 제 1 바이패스 유로에 대한 상기 작동 유체의 순환을 허용하는 폐열 회생 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 유로는, 상기 팽창기의 하류측 또한 상기 콘덴서의 상류측과, 상기 콘덴서의 하류측 또한 상기 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 폐열 회생 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 유체를 압송하는 펌프를 추가로 구비하고,
    상기 제 1 바이패스 유로는, 상기 팽창기의 하류측 또한 상기 콘덴서의 상류측과, 상기 펌프의 하류측 또한 상기 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 폐열 회생 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌프의 상류측 또한 상기 팽창기의 하류측과, 상기 펌프의 하류측 또한 상기 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 제 3 바이패스 유로와,
    상기 제 3 바이패스 유로의 제 3 개폐 밸브를 추가로 구비하고,
    상기 제 1 열교환기를 가열하는 상기 가열 매체의 온도가 상기 제 1 소정치 미만인 경우에는, 상기 제 3 바이패스 유로를 열림 상태로 하도록 상기 제어 수단은 상기 제 3 개폐 밸브를 제어하여 상기 제 3 바이패스 유로에 대한 상기 작동 유체의 순환을 허용하고,
    상기 팽창기, 상기 제 1 바이패스 유로, 및 상기 제 1, 제 2 열교환기를 포함하는 제 1 폐회로와, 상기 펌프, 상기 제 3 바이패스 유로, 및 상기 콘덴서를 포함하는 제 2 폐회로를 형성하는 폐열 회생 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 폐회로와 상기 제 2 폐회로는, 상기 작동 유체가 서로 이동 가능하도록 연통되어 있는 폐열 회생 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 유체를 압송하는 펌프를 추가로 구비하고,
    상기 제 1 바이패스 유로는, 상기 팽창기의 하류측 또한 상기 콘덴서의 상류측과, 상기 콘덴서의 하류측 또한 상기 펌프의 상류측을 연통시킴과 함께,
    상기 팽창기의 하류측 또한 상기 펌프의 상류측과, 상기 펌프의 하류측 또한 상기 제 1 열교환기의 상류측을 연통시키는 제 2 바이패스 유로와,
    제 2 바이패스 유로의 제 2 개폐 밸브를 추가로 구비하고,
    상기 제 2 개폐 밸브는, 상기 펌프의 상류측 압력이 상기 펌프의 하류측 압력보다 높은 경우에 열림 상태가 되는 폐열 회생 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 바이패스 유로의 개폐는, 역지 밸브에 의해 실시되는 폐열 회생 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 유체를 압송하는 펌프와,
    상기 펌프의 구동원이며, 또한 상기 팽창기가 발생시키는 기계적 에너지를 전력으로 변환하는 모터 제너레이터와,
    상기 팽창기와 상기 모터 제너레이터 사이에 형성되는 클러치 수단을 추가로 구비하고,
    상기 제 1 바이패스 유로는, 상기 제 2 열교환기의 하류측 또한 상기 팽창기의 상류측과, 상기 콘덴서의 하류측 또한 상기 펌프의 상류측을 연통시키는 폐열 회생 시스템.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기를 가열하는 상기 가열 매체의 온도가 상기 제 1 소정치보다 높은 제 2 소정치 이상인 경우에는, 상기 제 1 바이패스 유로를 닫음 상태로 하도록 상기 제어 수단은 상기 제 1 개폐 밸브를 제어하여 상기 제 1 바이패스 유로에 대한 상기 작동 유체의 순환을 차단하는 폐열 회생 시스템.
  10. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기를 가열하는 상기 가열 매체의 온도가 상기 제 1 소정치보다 높은 제 2 소정치 이상인 경우에는, 상기 제 1, 제 3 바이패스 유로를 닫음 상태로 하도록 상기 제어 수단은 상기 제 1, 제 3 개폐 밸브를 제어하여 상기 제 1, 제 3 바이패스 유로에 대한 상기 작동 유체의 순환을 차단하는 폐열 회생 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘덴서에 대한 상기 작동 유체의 순환을 차단하는 밸브체를 상기 콘덴서의 상류측 또한 상기 팽창기의 하류측에 추가로 구비하고,
    상기 제 1 열교환기를 가열하는 가열 매체의 온도가 제 1 소정치 미만인 경우에는, 상기 밸브체를 닫음 상태로 하도록 상기 제어 수단은 상기 밸브체를 제어하여 상기 콘덴서에 대한 작동 유체의 순환을 차단하는 폐열 회생 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기는, 엔진의 냉각수의 열로 가열되는 폐열 회생 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기는, 엔진의 배기 가스의 열로 가열되는 폐열 회생 시스템.
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