KR20190127562A - 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 2 개의 서모스탯들을 가진 엔진 냉각 시스템 - Google Patents

랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 2 개의 서모스탯들을 가진 엔진 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 냉각 시스템 (1) 에 관한 것이다. 냉각 시스템 (1) 은 폐쇄 냉각 루프를 포함하고, 냉각제 열의 일부가 회수되도록 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함한다. 본원에 따라서, 냉각 루프는 2 개의 서모스탯들 (6; 20) 을 포함하고, 2 개의 서모스탯들 (6; 20) 사이에 랭킨 루프의 증발기 (19) 가 배열된다.

Description

랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 2 개의 서모스탯들을 가진 엔진 냉각 시스템 {ENGINE COOLING SYSTEM WITH TWO THERMOSTATS, INCLUDING A CLOSED LOOP IN A RANKINE CYCLE}
본 발명은 내연 기관의 냉각 시스템의 분야에 관한 것이다. 특히, 본원은 회수된 열을 에너지로 변환하기 위한 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 냉각 시스템들에 관한 것이다.
내연 기관 냉각 시스템들은 내연 기관 및 가능하다면 이들의 장비들, 특히 윤활 시스템 (오일 펌프), 배기 가스, 배기 가스 재순환 EGR 등을 냉각시키도록 설계된다.
이러한 시스템들은 일반적으로 냉각제, 특히 물과 에틸렌 글리콜의 혼합물이 순환하는 폐쇄 루프로 구성된다. 이러한 폐쇄 루프는 펌프, 내연 기관 및/또는 이들의 장비들과 교환하기 위한 열교환기, 서모스탯, 라디에이터 및 유닛 히터를 포함할 수 있다. 서모스탯은 최소 하나의 입구와 2 개의 출구들을 포함하는 조절 디바이스이며, 입구와 출구는 내부 밸브의 개방에 따라 연결되며, 내부 밸브의 개방은 서모스탯을 통하여 유동하는 유체의 온도에 의존하고 : 유체 온도가 한계값 미만이면, 하나의 출구만이 입구에 연결되고, 유체 온도가 한계값 이상이면, 양 출구들이 입구에 연결된다.
도 1 은 선행 기술에 따른 단순화된 냉각 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 냉각 시스템 (1) 은 펌프 (2) 를 포함한다. 펌프 (2) 는 라인 (10) 을 통하여 내연 기관 (3) 의 크랭크케이스와 실린더 헤드, 윤활 시스템 (4) 및 배기 가스 (5) 에 연결된다. 내연 기관 (3) 의 냉각 및 윤활 시스템 (4) 의 냉각은 냉각 루프에 병렬로 배열되고, 이러한 조립체는, 라인 (11) 을 통하여, 하나가 있다면 EGR 가스 교환기 또는 배기 가스 (5) 와 교환하기 위한 열 교환기와 직렬로 배열된다. 이러한 열교환기들의 출구에서, 라인 (12) 은 서모스탯 (6) 에 연결된다.
서모스탯 (6) 의 출구 (17) 는 라인 (13) 에 의해서 유닛 히터 (8) 에 연결된다. 유닛 히터 (8) 의 출구에서의 유체는 펌프 (2) 쪽으로 순환한다. 출구 (17) 는 서모스탯 (6) 의 입구에 항상 연결된 서모스탯 (6) 의 출구이다.
서모스탯 (6) 의 출구 (18) 는 라인 (15) 에 의해서 라디에이터 (7) 에 연결된다. 라디에이터 (7) 의 출구에서의 유체는 펌프 (2) 쪽으로 순환한다. 출구 (18) 는, 서모스탯 (6) 의 입구에서의 유체 온도가 미리 정해진 한계값 이상일 때, 서모스탯 (6) 의 입구에 연결된 서모스탯 (6) 의 출구이다.
이러한 냉각 시스템의 경우에 대해서, 냉각제에 의해 회수된 열 (및 그에 따라서 에너지) 이 손실된다.
이 손실된 에너지의 일부를 회수하기 위해, 폐쇄 루프 랭킨 사이클을 냉각 시스템에 포함시키는 것이 고려되었다.
널리 알려진 바와 같이, 랭킨 사이클은 외부 열원으로부터 오는 열이 유체 (작동 유체 또는 열 캐리어 유체라고 함) 를 함유하는 폐쇄 루프로 전달되는 열역학 사이클이다.
이러한 유형의 사이클은 일반적으로 액체 형태로 사용되는 작동 유체가 등엔트로피 방식으로 압축되는 단계와, 그 후에 이 압축된 액체 유체가 열원과 접촉하여 가열되고 증발되는 단계로 나누어진다.
이러한 증기는 그 후에 다른 단계에서 팽창 머신에서 등엔트로피 방식으로 팽창된 후, 마지막 단계에서 이 팽창된 증기는 냉원 (cold source) 과 접촉하여 냉각되고 응축된다.
이러한 다양한 단계들을 수행하기 위해, 루프는 일반적으로 액체 형태의 유체를 순환 및 압축하기 위한 압축기 펌프, 이 압축된 유체의 적어도 부분적인 증발을 위해 고온 유체에 의해 스위핑되는 증발기, 증기를 팽창시키기 위한 팽창 머신, 예를 들어 이러한 증기의 에너지를 기계 또는 전기 에너지와 같은 다른 에너지로 변환시키는 터빈, 및 이러한 증기를 액체 형태의 유체로 변환시키도록 증기에 함유된 열이 냉원, 일반적으로 이러한 응축기를 스위핑하는 외부 공기로 보내어지는 응축기를 포함한다.
내연 기관 분야에서, 종래의 랭킨 사이클들은 엔진 열 손실을 회수하기 위해 열 캐리어 유체 루프를 삽입하는 것으로 구성된다. 일반적으로, 이러한 회수는 배기 가스/EGR (배기 가스 재순환) 가스, 냉각 루프 또는 둘 모두에서 동시에 수행된다.
이러한 회수가 냉각 시스템에서 수행될 때, 랭킨 사이클 증발기는 냉각제와 랭킨 사이클의 열 캐리어 유체 사이의 열교환을 가능하게 한다. 증발기는 일반적으로 엔진 온도 조절을 방해하지 않도록 서모스탯으로부터 상류측 냉각 루프의 재순환 분기부상에 배열될 수 있다.
이러한 조건들 하에서, 엔진의 워밍업 (warm-up) 에 불이익을 주지 않도록, 마찬가지로 이 단계 동안 소모 및 오염물 배출을 저감시킴으로써 엔진의 효율성에 영향을 주지 않도록, 특히 냉간 내연 기관으로 회수를 제어할 필요가 있다. 일단 내연 기관이 워밍되면, 랭킨 루프 교환기로부터 하류측에 배열된 서모스탯은 랭킨 사이클에 의해 인출 (drawn) 되지 않은 냉각 루프의 초과 열량을 라디에이터로 되돌려보낸다. 따라서, 랭킨 사이클이 없는 작동과 비교하여, 엔진 서모스탯은 엔진 라디에이터쪽으로 더 적은 칼로리를 통과시킨다.
이러한 유형의 냉각 루프 구조에서, 랭킨 교환기로 진입하는 엔진 냉각제의 온도는 조절되지 않으며, 이 온도는 특히 냉각제가 배기부상의 교환기에 의해 엔진 출구에서 가열되면, 상당히 변동할 수 있다. 이러한 경우에, 적절한 압력 및 온도 조건은 랭킨 사이클 루프의 열 캐리어 유체에 대해서, 특히 내연 기관의 과도 작동 (transient operation) 에 대해 보장되지 않는다.
대안으로, 랭킨 사이클 증발기는, 랭킨 사이클에서 열 캐리어 유체 유량의 조절을 단순화하기 위해 랭킨 증발기에 진입하는 엔진 냉각제에 대한 안정된 온도 조건을 보장하도록, 엔진 서모스탯으로부터 하류측에 라디에이터 쪽으로의 분기부상에 배열될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 냉각제는 증발기 및 라디에이터가 직렬로 장착됨으로써 과도하게 냉각되며, 이는 라디에이터 쪽으로 분기부의 유량 감소를 유발하고, 그리하여 유기 랭킨 사이클 ORC (유기 유체를 사용하는 랭킨 사이클) 에 의해 회수된 에너지의 감소를 발생시킨다.
특허 출원 WO-2014/103,820 및 EP-3,064,734 에는 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 냉각 시스템 실시형태들을 개시한다.
특허 출원 WO-2014/103,820 에는 랭킨 사이클에 대해서, 배기 가스와 교환하기 위한 열교환기와 팽창 수단 사이에 증발기가 배열되는 냉각 루프를 개시한다. 이러한 냉각 루프에 대해서, 냉각제는 증발기 및 응축기 (라디에이터) 에 의해 과도하게 냉각될 수 있고, 이는 서모스탯-제어된 분기부에서 유량 감소를 유발할 수 있으며, 이에 따라서 회수된 에너지의 감소를 유발할 수 있다.
특허 출원 EP-3,064,734 에는 라디에이터 및 서브-라디에이터가 증발기에서 열교환하기 전에 냉각제를 냉각시키는데 사용되는 냉각 시스템을 개시한다. 따라서, 랭킨 사이클에 의해 회수된 열의 양은 열의 일부가 라디에이터에서 미리 소산되기 때문에 제한된다.
이러한 단점을 극복하기 위해서, 본 발명은 내연 기관을 위한 냉각 시스템에 관한 것이다. 냉각 시스템은 폐쇄 냉각 루프를 포함하고, 냉각제 열의 일부가 회수되도록 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함한다. 본원에 따라서, 냉각 루프는 2 개의 서모스탯들을 포함하고, 2 개의 서모스탯들 사이에 랭킨 루프의 증발기가 배열된다. 이러한 배치는 증발기의 냉각제 온도가 조절되도록 하고, 이는 랭킨 사이클에 의한 에너지 회수를 향상시킨다. 더욱이, 이러한 배치는 내연 기관의 냉각을 최적화시키고 랭킨 사이클에서 루프의 관리를 단순화시킨다. 게다가, 이러한 냉각 시스템 설계는 랭킨 사이클 루프가 없는 냉각 시스템과 관련하여 거의 수정을 요구하지 않는다.
본 발명은 냉각제가 순환하는 폐쇄 냉각 루프를 포함하는 내연 기관의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 상기 냉각 루프는 적어도 하나의 냉각 루프 펌프, 상기 내연 기관의 요소 또는 장비와 교환하기 위한 적어도 하나의 열교환기, 제 1 서모스탯 및 냉각 루프 라디에이터를 포함하고, 상기 냉각 시스템은 작동 유체가 순환하는 랭킨 사이클에서 폐쇄 루프를 더 포함하며, 상기 랭킨 사이클에서의 상기 루프는 적어도 하나의 랭킨 루프 펌프, 상기 냉각제와 상기 작동 유체 사이의 열교환을 위한 증발기, 적어도 하나의 터빈 및 적어도 하나의 랭킨 루프 응축기를 포함한다. 상기 냉각 루프는 제 2 서모스탯을 포함하고, 상기 냉각 루프내에서 상기 증발기는 상기 제 1 서모스탯의 출구 및 상기 제 2 서모스탯의 입구에 연결된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 냉각 루프는 상기 증발기에 연결된 상기 제 1 서모스탯의 출구와 별개로 상기 제 1 서모스탯의 출구에 연결된 유닛 히터를 더 포함한다.
본원의 실시에 따라서, 상기 랭킨 루프 응축기는 냉각 루프의 상기 라디에이터 옆에 배열된다.
일 양태에 따라서, 상기 랭킨 루프 응축기는 저온 냉각 루프로 열을 교환한다.
유리하게는, 상기 내연 기관의 상기 요소 또는 상기 장비는 상기 내연 기관의 크랭크케이스 및/또는 윤활 시스템 및/또는 배기 가스 시스템 및/또는 배기 가스 재순환 시스템 중에서 선택된다.
유리하게는, 상기 냉각제는 물 또는 에틸렌 글리콜과 물의 20 내지 50 체적% 혼합물이다.
바람직하게는, 상기 작동 유체는 제형 CF3CF2C(O)CF(CF3)2, R1233ZD 또는 R245fa (1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판) 의 유체 중에서 선택된다.
일 실시형태에 따라서, 상기 제 2 서모스탯의 온도 한계값은 상기 제 1 서모스탯의 온도 한계값 이하의 온도에서 교정 (calibrated) 된다.
일 실시에 따라서, 상기 제 1 서모스탯 및 제 2 서모스탯의 온도 한계값들은 상기 내연 기관의 부하에 따라서 그 온도 조절 곡선을 동적으로 변경하도록 제어된다.
더욱이, 본원은 상기 특징들 중 하나에 따른 냉각 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 다음 단계들이 수행된다 :
a) 상기 제 1 서모스탯의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 미만일 때, 상기 제 1 서모스탯은 상기 증발기에서 상기 냉각제의 순환을 방지하고,
b) 상기 제 1 서모스탯의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 이상일 때, 상기 제 1 서모스탯은 상기 증발기에서 상기 냉각제의 순환을 가능하게 하며,
i) 상기 제 2 서모스탯의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 미만일 때, 상기 제 2 서모스탯은 상기 냉각 라디에이터에서 상기 냉각제의 순환을 방지하고,
ii) 상기 제 2 서모스탯의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 이상일 때, 상기 제 2 서모스탯은 상기 냉각 라디에이터에서 상기 냉각제의 순환을 가능하게 한다.
게다가, 본 발명은 상기 특성들 중 하나에 따른 내연 기관 및 냉각 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
본원에 따른 시스템의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비한정적인 실시예로서 주어진 실시형태들의 이하의 설명을 판독함으로써 명백해질 것이다.
도 1 은 이미 도시된 선행 기술에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
도 2 는 본원의 제 1 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
도 3 은 본원의 제 2 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
본 발명은 내연 기관 및/또는 이의 장비들 중 적어도 하나를 냉각하는 것을 목적으로 하는 내연 기관의 냉각 시스템에 관한 것이다.
본원에 따라서, 냉각 시스템은 :
- 냉각제가 순환하는 폐쇄 냉각 루프 (냉각 루프라고 함) 로서 :
o 냉각 루프에서 냉각제의 순환을 제공하는 적어도 하나의 냉각 루프 펌프 (냉각 펌프라고 함),
o 내연 기관의 적어도 하나의 요소 또는 장비들과 냉각제 사이의 교환을 위한 적어도 하나의 열교환기로서, 내연 기관 또는 이의 장비들 중 하나로부터 냉각제가 열을 회수하는, 상기 적어도 하나의 열교환기,
o 입구 및 2 개의 출구들을 포함하는 제 1 서모스탯으로서, 입구 및 출구들은 내부 밸브의 개방에 따라 연결되고, 내부 밸브의 개방은 제 1 서모스탯을 통하여 유동하는 유체의 온도에 의존하며 : 유체 온도가 한계값 미만일 때, 하나의 출구만이 입구에 연결되고, 유체 온도가 한계값 이상일 때, 양 출구들이 입구에 연결되고, 제 1 서모스탯의 입구는 열교환기(들)의 출구에 연결되는, 제 1 서모스탯,
o 냉원 (예를 들면, 차량 탑재 냉각 시스템의 경우에 차량 라디에이터) 과의 열교환에 의해 냉각제를 냉각하고 냉각 루프 펌프에 출구가 연결되는, 냉각 루프 라디에이터 (냉각 라디에이터라고 함) 를 가진, 상기 폐쇄 냉각 루프,
- 냉각제에 의해 회수된 열을 기계 또는 전기 에너지로 변환하기 위한 랭킨 사이클의 폐쇄 루프 (랭킨 루프라고 함) 로서, 작동 유체 (또는 열 캐리어 유체) 는 다음의 순서로 랭킨 루프에서 순환하는, 상기 랭킨 사이클의 폐쇄 루프 :
o 작동 유체를 압축하는 랭킨 루프 펌프 (랭킨 펌프라고 함),
o 냉각제의 열을 통하여 작동 유체의 증발을 달성하기 위해, 작동 유체와 냉각제 사이의 열교환을 가능하게 하는 증발기로서, 이 증발기는 유체 온도가 미리 정해진 한계값보다 클 때 개방하는 제 1 서모스탯의 출구에서 냉각 루프에 배열되는, 상기 증발기,
o 열을 전기 또는 기계 에너지로 변환시키는 터빈,
o 랭킨 루프 펌프를 통과하기 전에 냉원 (예를 들면, 차량 탑재 냉각 시스템의 경우에 차량 라디에이터) 과의 열교환에 의해 작동 유체를 응축하는 랭킨 루프 응축기 (랭킨 응축기라고 함).
본원에 따라서, 폐쇄 냉각 루프는 제 2 서모스탯을 더 포함하고, 냉각 루프 내에서 증발기는 한편으로는 제 1 서모스탯의 출구에 연결되고, 다른 한편으로는 제 2 서모스탯의 입구에 연결된다. 즉, 증발기는 2 개의 서모스탯들 사이에 배열된다. 이러한 구성은 증발기에서 냉각제 온도의 조절을 가능하게 하여, 랭킨 사이클에 의한 에너지 회수를 향상시킨다. 더욱이, 이러한 배치는 내연 기관의 냉각을 최적화하고 랭킨 사이클 루프의 관리를 단순화시킨다.
제 2 서모스탯은 입구 및 2 개의 출구들을 포함한다. 제 2 서모스탯에서, 입구와 출구들은 내부 밸브의 개방에 따라 연결되며, 내부 밸브의 개방은 제 2 서모스탯을 통하여 유동하는 유체의 온도에 의존하고 : 유체 온도가 한계값 미만이면, 하나의 출구만이 입구에 연결되고, 유체 온도가 이 한계값 이상이면, 양 출구들이 입구에 연결된다. 제 2 서모스탯의 제 1 출구 (제 2 서모스탯의 입구에 항상 연결된 출구) 는 냉각 루프 펌프의 입구에 연결된다. 제 2 서모스탯의 제 2 출구 (냉각제 온도가 한계값을 초과할 때 제 2 서모스탯의 입구에 연결된 출구) 는 냉각 루프 라디에이터에 연결된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 냉각 루프는 유닛 히터를 더 포함할 수 있다. 유닛 히터는 내연 기관의 냉각제와 차량 객실내의 펄스화된 공기 사이의 열교환기이다. 유닛 히터는 제 1 서모스탯의 출구에 연결될 수 있고, 이 출구는 증발기에 연결된 제 1 서모스탯의 출구와는 별개이다. 이는, 제 1 서모스탯의 입구에 항상 연결된 제 1 서모스탯의 출구일 수 있다. 유닛 히터의 출구는 냉각 루프 펌프의 입구에 연결될 수 있다.
이러한 배치는 냉간 시동 (cold start) 후에 엔진 워밍업 조건 하에서 내연 기관 온도 상승을 가능하게 한다. 이러한 조건 하에서, 제 1 서모스탯은 폐쇄되고 그리하여 랭킨 사이클은 작동하지 않는다.
차량에 냉각 디바이스가 탑재 적용된 경우에, 단위 히터는 승객실을 가열하는데 사용될 수 있다. 따라서, 회수된 열의 일부는 차량을 가열하는데 사용되고, 이는 에너지 손실을 제한한다. 더욱이, 이는 차량이 시동되는 즉시 승객실을 가열하기 시작할 수 있게 한다.
일 변형예에서, 제 1 서모스탯의 입구에 항상 연결된 제 1 서모스탯의 출구는 냉각 펌프에 직접 연결된다.
본원의 실시에 따라서, 랭킨 루프 응축기는 냉각 루프 라디에이터 옆에 배열될 수 있다. 이러한 구성은, 특히 응축기가 차량 라디에이터 옆에 함께 그룹화될 수 있는 차량의 냉각 디바이스의 탑재 적용의 경우에, 단순화된 응축 수단 설계를 가능하게 한다. 이러한 경우에, 다른 차량 응축기들, 예를 들어 공조 응축기가 또한 2 개의 교환기들 옆에 제공될 수 있다.
대안으로, 랭킨 루프 응축기는 저온 유체가 랭킨 루프 응축기와 저온 라디에이터 사이를 순환하는 저온 냉각 루프와 열을 교환할 수 있다. 이러한 경우에, 저온 냉각 루프는 냉각 루프 라디에이터 옆에 배열된 저온 라디에이터를 포함할 수 있다. 저온 냉각 루프는 또한 배터리 또는 하이브리드 차량에 존재하는 전력 전자 디바이스의 냉각 루프일 수 있다.
냉각제에 의해 냉각되는 내연 기관 요소 또는 장비는 다음 중에서 선택될 수 있다 :
- 내연 기관 크랭크케이스, 및/또는
- 내연 기관 윤활 시스템, 예를 들어 이러한 윤활 시스템의 오일 펌프, 및/또는
- 배기 가스 시스템, 및/또는
- 배기 가스 재순환 (EGR) 시스템, 및/또는
- 어떠한 발열 요소.
본원의 실시에 따라서, 적어도 내연 기관 크랭크케이스는 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다.
예시적인 실시형태에 따라서, 냉각 루프는 내연 기관 크랭크케이스와 열교환하기 위한 열교환기, 윤활 시스템과 열교환하기 위한 열교환기 및 (배기 가스를 재순환하면서 또는 재순환하지 않으면서) 배기 가스와 열교환하기 위한 열교환기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 냉각제 및 내연 기관 크랭크케이스 및 윤활 시스템 사이의 열교환은 동시에 (병렬로) 발생할 수 있고, 배기 가스와의 열교환은 이러한 제 1 열교환 (직렬로) 후 연속적으로 발생할 수 있다. 이러한 구성은 이러한 요소들의 냉각을 최적화할 수 있게 한다.
본원의 일 양태에 따라서, 냉각제는 물 또는 에틸렌 글리콜과 물의 20 ~ 50 체적% 혼합물이다.
유리하게는, 작동 유체 (또는 열 캐리어 유체) 는 대략 90℃ 에서 열을 회수하는 하기와 같은 유기 랭킨 사이클 ORC 와 호환가능한 저비점 냉매이다 :
- 제형 CF3CF2C(O)CF(CF3)2 의 유체, 예를 들어 NOVEC 649™ 유형 유체 (3M Company 에 의해 시판),
- 히드로플루오로-올레핀류의 플루오르화 가스, 예를 들어 R1233ZD, 또는
- R245fa 로도 알려진 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판.
본원의 일 실시형태에 따라서, 제 2 서모스탯의 온도 한계값은 제 1 서모스탯의 온도 한계값 이하의 온도에서 교정될 수 있다. 이러한 교정은, 증발기의 냉각제 온도의 최적 조절을 가능하게 하고, 이에 따라서 최적의 에너지 회수를 가능하게 한다.
서모스탯들의 온도 한계값은 특히 엔진에 대하여 선택된 열 관리 전략에 따라서 결정된다. 예를 들어, 제 1 서모스탯의 온도 한계값은 85 ℃ ~ 95 ℃ 범위일 수 있고, 제 2 서모스탯의 온도 한계값은 80 ℃ ~ 90 ℃ 범위일 수 있다.
유리하게는, 서모스탯들의 온도 한계값은 내연 기관의 부하에 따라서 그리고 랭킨 사이클 루프의 회수 전략에 따라서 서모스탯들의 온도 조절 곡선을 동적으로 변경하도록 제어될 수 있다. 이러한 동적 교정은 내연 엔진의 냉각과 랭킨 사이클 루프에 의한 에너지 회수 사이에 양호한 절충안을 제공해준다.
도 2 는 본원의 제 1 실시형태에 따른 냉각 시스템을 비제한적인 실시예로서 개략적으로 도시한다.
냉각 시스템 (1) 은 냉각제가 순환하는 냉각 루프를 포함한다. 냉각제의 순환은 흑색 화살표로 도시된다. 냉각 루프는 냉각 펌프 (2) 를 포함한다. 냉각 펌프 (2) 는 라인 (10) 에 의해서 내연 기관 (3), 윤활 시스템 (4) 및 배기 가스 (5) 에 연결된 열교환기들에 연결된다. 내연 기관 (3) 및 윤활 시스템 (4) 의 열교환기들은 병렬로 냉각 루프에 배열되고, 이러한 조립체는 라인 (11) 을 통해 배기 가스 (5) 와 열교환하는 교환기와 직렬로 배열된다. 이러한 열교환기들의 출구에서, 라인 (12) 은 제 1 서모스탯 (6) 에 연결된다.
제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (17) 는 라인 (13) 에 의해서 유닛 히터 (8) 에 연결된다. 유닛 히터 (8) 의 출구에서의 유체는 펌프 (2) 쪽으로 순환한다. 출구 (17) 는 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에 항상 연결된 제 1 서모스탯 (6) 의 출구이다.
제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (18) 는 라인 (15) 을 통해서 증발기 (19) 에 연결된다. 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에서의 냉각제가 제 1 서모스탯 (6) 의 온도 한계값 이상의 온도를 가질 때에만, 출구 (18) 는 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에 연결된다. 증발기 (19) 의 출구에서, 냉각제는 라인 (31) 을 통하여 제 2 서모스탯 (20) 으로 보내어진다.
제 2 서모스탯 (20) 의 출구 (28) 는 라인 (24) 및 라인 (16) 을 통해서 펌프 (2) 에 연결된다. 출구 (28) 는 제 2 서모스탯 (20) 의 입구에 항상 연결된 제 2 서모스탯 (20) 의 출구이다.
제 2 서모스탯 (20) 의 출구 (27) 는 라인 (21) 에 의해서 냉각 루프의 라디에이터 (7) 에 연결된다. 냉각 루프의 라디에이터 (7) 의 출구는 라인 (16) 에 의해 냉각 펌프 (2) 에 연결된다.
따라서, 냉각 루프는 엔진 요소들 또는 장비들과 열교환하는 열교환기들의 출구에서 3 개의 분기부들 : 제 1 서모스탯 (6) 의 출구에서 유닛 히터 (8) 와의 분기부, 제 2 서모스탯 (20) 의 출구에서 냉각 펌프 (2) 로의 복귀 분기부, 및 제 2 서모스탯 (20) 의 출구에서 냉각 루프의 라디에이터 (7) 와의 분기부를 포함한다.
냉각 시스템 (1) 은 작동 유체가 순환하는 랭킨 사이클에서 폐쇄 루프를 더 포함한다. 작동 유체 순환은 회색 화살표로 표시된다. 랭킨 사이클 폐쇄 루프는 랭킨 루프 펌프 (25) 를 포함한다. 랭킨 루프 펌프 (25) 는 라인 (32) 에 의해서 증발기 (19) 에 연결된다. 증발기 (19) 에서, 냉각제 및 작동 유체는, 냉각제를 냉각시키고 그리고 작동 유체를 가열하도록 열교환한다. 증발기 (19) 의 출구는 라인 (33) 에 의해서 터빈 (26) 에 연결된다. 터빈 (26) 은 열을 전기 또는 기계 에너지로 변환시킨다. 터빈 (26) 의 출구는 라인 (34) 에 의해서 랭킨 루프 응축기 (22) 에 연결된다. 랭킨 루프 응축기 (22) 의 출구에서, 작동 유체는 액체 형태로 라인 (35) 을 통하여 랭킨 루프 펌프 (25) 쪽으로 순환한다.
이러한 제 1 실시형태에 대해서, 랭킨 루프 응축기 (22) 는 냉각 라디에이터 (7) 의 옆에 배열된다. 도시된 구성에 대해서, 추가 응축기 (23), 예를 들어 공조 응축기가 랭킨 루프 응축기 (22) 와 냉각 라디에이터 (7) 사이에 개재된다.
도 3 은 본원의 제 2 실시형태에 따른 냉각 시스템을 비제한적인 실시예로서 개략적으로 도시한다.
냉각 시스템 (1) 은 냉각제가 순환하는 냉각 루프를 포함한다. 냉각제의 순환은 흑색 화살표로 도시된다. 냉각 루프는 냉각 펌프 (2) 를 포함한다. 냉각 펌프 (2) 는 라인 (10) 에 의해서 내연 기관 (3), 윤활 시스템 (4) 및 배기 가스 (5) 에 연결된 열교환기들에 연결된다. 내연 기관 (3) 및 윤활 시스템 (4) 의 열교환기들은 병렬로 냉각 루프에 배열되고, 이 조립체는 라인 (11) 에 의해서 배기 가스 (5) 와 열교환하는 교환기와 직렬로 배열된다. 이러한 열교환기들의 출구에서, 라인 (12) 은 제 1 서모스탯 (6) 에 연결된다.
제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (17) 는 라인 (13) 에 의해서 유닛 히터 (8) 에 연결된다. 유닛 히터 (8) 의 출구에서의 유체는 펌프 (2) 쪽으로 순환한다. 출구 (17) 는 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에 항상 연결된 제 1 서모스탯 (6) 의 출구이다.
제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (18) 는 라인 (15) 을 통해서 증발기 (19) 에 연결된다. 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에서의 냉각제가 제 1 서모스탯 (6) 의 온도 한계값 이상의 온도를 가질 때에만, 출구 (18) 는 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에 연결된다. 증발기 (19) 의 출구에서, 냉각제는 라인 (31) 을 통하여 제 2 서모스탯 (20) 으로 보내어진다.
제 2 서모스탯 (20) 의 출구 (28) 는 라인 (24) 및 라인 (16) 을 통해서 펌프 (2) 에 연결된다. 출구 (28) 는 제 2 서모스탯 (20) 의 입구에 항상 연결된 제 2 서모스탯 (20) 의 출구이다.
제 2 서모스탯 (20) 의 출구 (27) 는 라인 (21) 에 의해서 냉각 루프의 라디에이터 (7) 에 연결된다. 라디에이터 (7) 의 출구는 라인 (16) 에 의해 냉각 펌프 (2) 에 연결된다.
따라서, 냉각 루프는 엔진 요소들 또는 장비들과 열교환하는 열교환기들의 출구에서 3 개의 분기부들 : 제 1 서모스탯 (6) 의 출구에서 유닛 히터 (8) 와의 분기부, 제 2 서모스탯 (20) 의 출구에서 냉각 펌프 (2) 로의 복귀 분기부, 및 제 2 서모스탯 (20) 의 출구에서 냉각 루프의 라디에이터 (7) 와의 분기부를 포함한다.
냉각 시스템 (1) 은 작동 유체가 순환하는 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 더 포함한다. 작동 유체 순환은 옅은 회색 화살표로 표시된다. 랭킨 사이클 폐쇄 루프는 랭킨 루프 펌프 (25) 를 포함한다. 랭킨 루프 펌프 (25) 는 라인 (32) 에 의해서 증발기 (19) 에 연결된다. 증발기 (19) 에서, 냉각제 및 작동 유체는, 냉각제를 냉각시키고 그리고 작동 유체를 가열하도록 열교환한다. 증발기 (19) 의 출구는 라인 (33) 에 의해서 터빈 (26) 에 연결된다. 터빈 (26) 은 열을 전기 또는 기계 에너지로 변환시킨다. 터빈 (26) 의 출구는 라인 (34) 에 의해서 랭킨 루프 응축기 (29) 에 연결된다. 랭킨 루프 응축기 (29) 의 출구에서, 작동 유체는 액체 형태로 라인 (35) 을 통하여 랭킨 루프 펌프 (25) 쪽으로 순환한다.
이러한 제 2 실시형태에 대해서, 랭킨 루프 응축기 (29) 는 저온 유체가 순환하는 저온 루프와 열교환한다. 저온 유체 순환은 짙은 회색 화살표로 표시된다. 저온 유체는 라인 (36, 37) 을 통하여 열을 회수하는 랭킨 루프 응축기 (29) 와 냉각되는 저온 라디에이터 (30) 사이를 순환한다.
저온 라디에이터 (30) 는 냉각 라디에이터 (7) 옆에 배열된다. 도시된 구성에 대해서, 추가 응축기 (23), 예를 들어 공조 응축기가 저온 루프 응축기 (30) 와 냉각 라디에이터 (7) 사이에 개재된다.
더욱이, 본 발명은 전술한 변형예들 또는 변형예 조합 중 하나에 따른 냉각 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에 대하여, 다음 단계들이 수행된다 :
a) 제 1 서모스탯의 입구에서 냉각제의 온도가 제 1 미리 정해진 온도 한계값 미만일 때, 제 1 서모스탯은 증발기에서 냉각제의 순환을 방지하고, 이에 따라서 냉각제는 유닛 히터를 포함하는 분기부에서만 순환하고,
b) 제 1 서모스탯의 입구에서 냉각제의 온도가 제 1 미리 정해진 온도 한계값 이상일 때, 제 1 서모스탯은 상기 증발기에서 냉각제의 순환을 가능하게 하며 (냉각제는 유닛 히터를 포함하는 분기부 및 제 2 서모스탯의 출구에서 펌프로의 복귀 분기부에서 순환하며),
i) 제 2 서모스탯의 입구에서 냉각제의 온도가 제 2 미리 정해진 온도 한계값 미만일 때, 제 2 서모스탯은 상기 냉각 라디에이터에서 냉각제의 순환을 방지하고 (냉각제는 유닛 히터를 포함하는 분기부 및 제 2 서모스탯의 출구에서 펌프로의 복귀 분기부에서 순환하며),
ii) 제 2 서모스탯의 입구에서 냉각제의 온도가 제 2 미리 정해진 온도 한계값 이상일 때, 제 2 서모스탯은 상기 냉각 라디에이터에서 냉각제의 순환을 가능하게 한다 (냉각제는 유닛 히터를 포함하는 분기부, 제 2 서모스탯의 출구에서 펌프로의 복귀 분기부 및 냉각 라디에이터를 포함하는 분기부에서 순환한다).
따라서, 이러한 제어 방법에 의해, 냉각 디바이스는 다음과 같이 반응한다 :
- 냉간 시동 후에 내연 기관 워밍업 조건 하에서, 냉각제는 열교환기들을 통하여 (예를 들어, 내연 기관으로부터, 윤활 시스템의 물/오일 교환기, 그 후 배기 가스 재순환 EGR 루프안으로) 그리고 유닛 히터를 통하여 유동하여, 엔진의 신속한 온도 상승, 가능하다면 엔진내의 마찰의 제한 (윤활 시스템과의 열교환의 경우), 가능하다면 승객실의 가열 (탑승 디바이스 적용의 경우) 을 허용한다. 이러한 워밍업은 배기 또는 EGR 에너지를 회수하는 교환기로 개선될 수 있고 : 내연 기관의 워밍업 기능. 반면에, 랭킨 회수 사이클에 연결된 제 1 서모스탯으로부터 하류측 루프의 일부는 비활성이고,
- 엔진 출구의 온도가 서모스탯 1 (예를 들어 89 ℃) 의 교정에 의해 설정된 주어진 값 (제 1 온도 한계값) 에 도달하면, 후자는 점진적으로 개방하고 냉각제의 일부를 제 1 서모스탯에 의해 설정된 조절 온도에서 랭킨 증발기를 포함하는 냉각 루프의 제 2 부분 쪽으로 통과시키도록 한다. 엔진 속도 및 부하 레벨에 따라서, 시스템의 이러한 루프에서 엔진 냉각제의 유량만이 변경되고, 이에 따라서 랭킨 사이클 열 캐리어 유체의 조절을 간단하게 한다. 이러한 작동 조건 하에서, 랭킨 루프 증발기로부터 하류측의 제 2 서모스탯은, 증발기를 통하여 유동하는 냉각제의 온도 감소를 고려하여, 폐쇄된다. 증발기에 의해 냉각된 열 캐리어 유체는 엔진 냉각 라디에이터를 통과하지 않고 냉각 펌프로 다시 보내어진다. 이에 따라서, 이러한 조건 하에서, 랭킨 사이클 회수 및 최적의 엔진 작동을 방해할 수 있는 내연 기관 입구에서 냉각제 과냉각이 방지되고,
- 엔진 냉각 시스템에서 배출될 전력이 랭킨 사이클 증발기의 회수 용량 (터빈 및 증발기의 규정에 의해 교정될 수 있음) 이상의 주어진 한계값을 초과하면, 증발기 출구 온도가 증가하고, 이러한 증가는 (냉각제 온도가 제 2 서모스탯의 제 2 온도 한계값 이상이 되기 때문에) 증발기로부터 하류측 제 2 서모스탯을 개방시키고, 이러한 개방은 냉각제 스트림의 일부를 엔진 냉각 라디에이터에 보내 랭킨 사이클에 의해 회수되지 않은 잉여 열량을 배출시키도록 한다.
게다가, 본원은 전술한 변형예들 또는 변형예들 조합 중 하나에 따른 내연 기관 및 냉각 디바이스를 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량은 특히 자동차 또는 대형 차량일 수 있다.
본원에 따른 내연 기관은 도로, 해양 또는 항공 운송 분야와 같은 탑재 분야 또는 발전기 세트와 같은 고정 설치물 분야에 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 냉각제가 순환하는 폐쇄 냉각 루프를 포함하는 내연 기관의 냉각 시스템으로서,
    상기 냉각 루프는 적어도 하나의 냉각 루프 펌프 (2), 상기 내연 기관의 요소 또는 장비 (3, 4, 5) 와 교환하기 위한 적어도 하나의 열교환기, 제 1 서모스탯 (6) 및 냉각 루프 라디에이터 (7) 를 포함하고,
    상기 냉각 시스템 (1) 은 작동 유체가 순환하는 랭킨 사이클에서의 폐쇄 루프를 더 포함하며,
    상기 랭킨 사이클에서의 상기 폐쇄 루프는 적어도 하나의 랭킨 루프 펌프 (25), 상기 냉각제와 상기 작동 유체 사이의 열교환을 위한 증발기 (19), 적어도 하나의 터빈 (26) 및 적어도 하나의 랭킨 루프 응축기 (22, 29) 를 포함하고,
    상기 냉각 루프는 제 2 서모스탯 (20) 을 포함하고,
    상기 냉각 루프내에서, 상기 증발기 (19) 는 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (18) 및 상기 제 2 서모스탯 (20) 의 입구에 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 루프는 상기 증발기 (19) 에 연결된 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (18) 와 별개로 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 출구 (17) 에 연결된 유닛 히터 (8) 를 더 포함하는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 랭킨 루프 응축기 (22) 는 상기 냉각 루프 라디에이터 (7) 옆에 배열되는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 랭킨 루프 응축기 (29) 는 저온 냉각 루프와 열교환하는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 상기 요소 또는 상기 장비는 상기 내연 기관 (3) 의 크랭크케이스 및/또는 윤활 시스템 (4) 및/또는 배기 가스 시스템 (5) 및/또는 배기 가스 재순환 시스템 중에서 선택되는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각제는 물 또는 에틸렌 글리콜과 물의 20 ~ 50 체적% 혼합물인, 내연 기관의 냉각 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 유체는 제형 CF3CF2C(O)CF(CF3)2, R1233ZD 또는 R245fa (1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판) 의 유체 중에서 선택되는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 서모스탯 (20) 의 온도 한계값은 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 온도 한계값 이하의 온도에서 교정되는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 서모스탯 (6) 및 상기 제 2 서모스탯 (20) 의 온도 한계값들은 상기 내연 기관의 부하에 따라서 온도 조절 곡선을 동적으로 변경하도록 제어되는, 내연 기관의 냉각 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템을 제어하는 방법으로서,
    a) 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 미만일 때, 상기 제 1 서모스탯 (6) 은 상기 증발기 (19) 에서 상기 냉각제의 순환을 방지하고,
    b) 상기 제 1 서모스탯 (6) 의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 이상일 때, 상기 제 1 서모스탯 (6) 은 상기 증발기 (19) 에서 상기 냉각제의 순환을 가능하게 하며,
    i) 상기 제 2 서모스탯 (20) 의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 미만일 때, 상기 제 2 서모스탯 (20) 은 상기 냉각 라디에이터 (7) 에서 상기 냉각제의 순환을 방지하고,
    ii) 상기 제 2 서모스탯 (20) 의 입구에서 상기 냉각제의 온도가 미리 정해진 한계값 이상일 때, 상기 제 2 서모스탯 (20) 은 상기 냉각 라디에이터 (7) 에서 상기 냉각제의 순환을 가능하게 하는, 냉각 시스템을 제어하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템 (1) 과 내연 기관을 포함하는 차량.
KR1020190050339A 2018-05-04 2019-04-30 랭킨 사이클의 폐쇄 루프를 포함하는 2 개의 서모스탯들을 가진 엔진 냉각 시스템 KR20190127562A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11143093B2 (en) 2020-01-06 2021-10-12 Power Solutions International, Inc. Fluid-cooled manifolds and engine systems
US11792955B2 (en) * 2020-04-15 2023-10-17 Baidu Usa Llc Thermal transfer system and control in multiple operating conditions
AT525276B1 (de) 2021-12-07 2023-02-15 Avl List Gmbh Verfahren zur temperierung zumindest zweier bauteilanordnungen
KR102696089B1 (ko) * 2022-06-21 2024-08-20 한국자동차연구원 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템
KR102694152B1 (ko) * 2022-06-21 2024-08-12 한국자동차연구원 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005214064A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Aisin Seiki Co Ltd 内燃機関の冷却装置
EP1925806B1 (de) * 2006-11-24 2017-10-04 MAHLE Behr GmbH & Co. KG System mit einem Organic-Rankine-Kreislauf zum Antrieb zumindest einer Expansionsmaschine, Wärmetauscher zum Antrieb einer Expansionsmaschine, Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine
US8881523B2 (en) * 2008-08-26 2014-11-11 Sanden Corporation Waste heat utilization device for internal combustion engine
CN102305151A (zh) * 2011-08-03 2012-01-04 天津大学 一种高效的内燃机余热能回收系统
JP2014070632A (ja) * 2012-10-02 2014-04-21 Daimler Ag 車両用廃熱回収システム
JP2015232272A (ja) * 2012-12-27 2015-12-24 日産自動車株式会社 エンジンの廃熱利用装置
FR3002285B1 (fr) * 2013-02-20 2015-02-20 Renault Sa Systeme de recuperation de chaleur des gaz d'echappement dans un moteur a combustion interne, avec deux echangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz
JP2015086779A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 いすゞ自動車株式会社 エンジン冷却システム
DE102014007303A1 (de) * 2014-05-17 2015-11-19 Man Truck & Bus Ag Steuer- oder Regelverfahren für ein Kraftfahrzeug
WO2016069455A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Cummins, Inc. System and method of low grade heat utilization for a waste heat recovery system
JP2017125430A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 日野自動車株式会社 車両の水冷構造
CN205591989U (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 兰州理工大学 基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构
JP2018021485A (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 いすゞ自動車株式会社 多段ランキンサイクルシステム、内燃機関、及び多段ランキンサイクルシステムの運転方法

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