KR20200003910A - 연소엔진 및 whr 시스템용 냉각 시스템 - Google Patents

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졸탄 카르도스
토마스 세데르홀름
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 연소엔진(2)을 냉각하도록 구성된 제1 회로(A) 및 WHR 시스템 내 응축기(19)를 냉각시키도록 구성된 제2 회로(B)를 포함하는 냉각 시스템에 관한 것이다. 제2 회로는 제2 라디에이터(16), 제2 회로(B)가 제1 회로(A)의 엔진 유출 라인(6) 내 제1 위치로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입 개구(B1i), 냉각제를 응축기(19)를 향하게 하도록 구성된 응축기 유입 라인(18), 냉각제가 다시 제1 회로(A)를 향하게 되는 유출 개구(B0)를 포함한다. 제2 회로(B)는 냉각제가 제2 라디에이터(16)를 지나치게 하도록 구성된 제2 라디에이터 우회 라인(14), 및 응축기(19) 내 작동 매체를 희망 응축 온도로 냉각시킬 수 있는 냉각제 혼합물이 응축기 유입 라인(18) 내로 유입되도록, 냉각제를 제2 라디에이터(16)와 제2 라디에이터 우회 라인(14) 사이에 분산시키도록 구성된 제2 밸브 장치(13, 13')를 추가로 포함한다.

Description

연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 연소엔진용 냉각 시스템 및 WHR 시스템에 관한 것이다.
차량에서 폐열에너지를 회수하여 이를 기계에너지나 전기에너지로 변환하기 위해 WHR 시스템(Waste Heat Recovery System)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 연소엔진의 배기가스로부터 획득한 폐열에너지는 WHR 시스템에 의해 회수될 수 있다. 그 결과, WHR 시스템은 연소엔진의 연료 소모를 줄일 수 있다. WHR 시스템에서 높은 열 효율을 달성하기 위해, 응축기 내 작동 매체는 실질적으로 과냉되지 않으면서 가능하면 낮은 응축 온도로 냉각되어야 한다. 그 결과, WHR 시스템에서 높은 열 효율을 달성하기 위해, 작동 매체는 적당한 냉각 효과로 냉각된다. 그러나 응축기 내의 냉각 매체의 적당한 냉각 효과는 예컨대 배기가스로부터 증발기 내 작동 매체로 공급되는 열 효과 같은 작동 조건에 따라 변화한다. 배기가스로부터 공급되는 열 효과가 급속하게 변할 수 있기 때문에, 응축기 내 작동 매체로 연속적으로 냉각 효과를 제공하는 것이 어려워서, WHR 시스템의 높은 열 효율을 달성하기가 어렵게 된다.
공통의 냉각 시스템으로 WHR 시스템과 연소엔진을 냉각하는 것이 요망된다. 그러나 작동 매체를 냉각하기 위해 필요로 하는 냉각 효과가 급격하게 변할 수 있다는 사실과 연소엔진 및 WHR 시스템이 다른 온도의 냉각제에 의해 냉각되어야 한다는 사실을 감안하면, 그러한 냉각 시스템을 설계하는 것은 어렵다.
WO 2016/089276호는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 장치를 개시하고 있다. 이 냉각 장치는 고온 회로, 중간 온도 회로 및 저온 회로를 포함하며, 이들 각각은 냉각제가 다른 온도로 냉각되는 라디에이터를 포함한다. 응축기 내 작동 매체를 소망하는 응축 온도로 냉각하기 위한 적당한 온도의 냉각제 혼합물을 생성하기 위해, 고온 회로의 냉각제 또는 저온 회로의 냉각제는 중간 온도 냉각제와 혼합된다.
본 발명의 목적은 연소엔진과 WHR 시스템의 응축기 내의 작동 매체를 효율적으로 냉각할 수 있는 상대적으로 간단한 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명 목적은 청구항 제1항에 규정되어 있는 냉각 시스템에 의해 달성된다. 이 냉각 시스템은 연소엔진을 냉각하는 데에 사용되는 제1 회로 및 WHR 시스템의 응축기 내 작동 매체를 냉각하는 데에 사용되는 제2 회로를 포함한다. 제1 회로는 연소엔진의 냉각을 위한 통상적인 디자인으로 될 수 있다. 제2 회로는 제2 라디에이터, 제2 라디에이터 우회 라인 및 응축기 내 작동 매체의 냉각 수요를 고려하여 제2 라디에이터 또는 제2 라디에이터 우회 라인으로 냉각제 유동을 분산시키는 제2 밸브 장치를 포함한다. 제2 회로는 또한 제2 라디에이터 및 제2 라디에이터 우회 라인으로부터 냉각제 혼합물을 받아들이는 응축기 유입 라인을 포함한다. 제2 밸브 장치를 사용하여, 냉각제 유동의 일부는 제2 라디에이터 우회 라인을 통과하여 냉각되지 않고, 냉각제 유동의 나머지 조절 가능한 부분은 제2 라디에이터에서 냉각될 수 있다. 응축기 유입 라인을 향하는 냉각제 혼합물의 온도는 제2 라디에이터와 제2 라디에이터 우회 라인을 통과하는 냉각제 유동들 사이의 비율과 관련되어 있다. 제2 회로의 디자인은 응축기를 향하는 냉각제의 유동과 온도를 제2 밸브 장치를 사용하여 고정밀도로 제어할 수 있게 한다. 제2 회로가 제1 회로로부터 냉각제를 유입하는 유입 개구 및 제2 회로가 냉각제가 다시 제1 회로를 향하게 하는 유출 개구가 존재함으로써, 양 회로들에서 동일한 냉각제를 사용할 수 있게 된다. 또한, 이러한 디자인으로 인해 제1 회로 및 제2 회로의 일부가 냉각 시스템 내에 평행하게 배치된다. 제2 회로의 유입 개구와 유출 개구를 제1 회로의 적당한 위치에 배치함으로써, 제2 회로의 존재는 제1 회로 내 연소엔진의 냉각을 거의 방해하지 않게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 회로는 제1 회로의 엔진 유출 라인으로부터 냉각제를 받아들이는 유입구를 포함한다. 이 경우, 제2 회로는 제1 회로에서 냉각되지 않은 냉각제를 받아들인다. 그러나 필요한 크기의 제2 라디에이터로 제2 라디에이터에서 냉각제를 상대적으로 저온으로 냉각 및/또는 상대적으로 소량의 냉각제 유동을 제2 회로로 향하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 회로의 제1 유입 개구는 받아들인 냉각제가 제2 우회 라인과 제2 라디에이터를 향하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 라디에이터를 향하는 냉각제의 온도는 초기에는 제2 라디에이터 우회 라인을 향하는 냉각제 온도와 동일하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 밸브 장치는 삼방 밸브이다. 그러나 제2 밸브 장치의 디자인이 다른 방식 예컨대 2개의 이방 밸브로 설계될 수 있다. 삼방 밸브는 냉각제를 받아들이는 유입구, 받아들인 냉각제 중 일부를 제2 라디에이터 우회 라인으로 향하게 하는 제1 유출구 및 받아들인 냉각제 중 나머지 일부를 제2 라디에이터로 향하게 하는 제2 유출구를 포함할 수 있다. 유출구들의 유동 면적은 무단 방식으로 조절될 수 있다. 이러한 디자인에 의하면, 받아들인 냉각제 유동을 고정밀도로 제2 라디에이터와 제2 라디에이터 우회 라인 사이에서 분배할 수 있게 된다. 이와는 다르게, 삼방 밸브가 제2 라디에이터 우회 라인으로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입구, 제2 라디에이터로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입구 및 받아들인 냉각제 유동의 혼합물을 응축기로 향하게 하는 유출구를 포함할 수 있다. 이 경우, 유출구들의 유동 면적은 무단 방식으로 조절될 수 있으며, 제2 라디에이터와 제2 라디에이터 우회 라인으로부터 가변의 냉각제 유동을 고정밀도로 받아들일 수 있다. 받아들인 냉각제는 혼합된 상태로 유출구에 의해 응축기 유입 라인을 향하게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 회로는, 제2 회로가 제1 회로의 제2 지점에서 냉각제를 받아들이는 제2 유입 개구를 포함한다. 제1 유입 개구는 냉각제를 제2 라디에이터 우회 라인을 향하게 하도록 구성되고, 제2 유입 개구는 냉각제가 제2 라디에이터를 향하게 하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 다른 온도의 냉각제를 제2 라디에이터와 제2 라디에이터 우회 라인으로 향하게 할 수 있다. 바람직하기로는, 저온의 냉각제가 제2 라디에이터를 향한다. 이러한 대책은, 제2 라디에이터 유출 라인 내 냉각제와 혼합된 상태로 응축기 유입 라인을 향하는 제2 라디에이터 우회 라인 내 냉각제 사이의 온도 차를 더 크게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 유입 개구는 제1 회로의 제1 라디에이터 유출 라인으로부터 냉각제를 받아들이게 구성되어 있다. 이 경우, 상대적으로 온도가 낮은 냉각제 유동을 제2 라디에이터로 향하게 하여 제2 라디에이터 유출 라인 내 냉각제와 제2 라디에이터 우회 라인 내 냉각제 간의 온도 차이를 더 크게 할 가능성을 높일 수 있게 된다. 냉각 시스템은 냉각제 유동이 제2 유입 개구를 통해 제2 회로로 향하게 제어하게 구성된 밸브 부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 라디에이터로부터 제2 라디에이터로의 냉각제 유동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제2 회로의 유출 개구는 냉각제가 다시 제1 회로의 엔진 유입 라인을 향하게 하도록 구성되어 있다. 이 경우, 응축기로부터의 냉각제 유동은 엔진 유입 라인 내의 통상의 냉각제 유동과 혼합된다. 냉각 시스템은 엔진 유입 라인 내에 냉각제 펌프를 포함할 수 있고, 제2 회로의 유출구는 냉각제를 엔진 유입 라인 내 냉각제 펌프 상류 지점으로 향하게 하도록 구성되어 있다. 이 경우, 제1 회로 및 제2 회로 내에서 냉각제를 순환시키기 위해 하나의 그리고 동일한 냉각제 펌프를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 냉각 시스템은 적어도 하나의 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하고, 그 정보를 고려하여 밸브 장치를 제어하게 구성된 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 예를 들면 응축기 내 실제 응축 온도를 검출하는 센서로부터 정보를 수신한다. 응축 온도가 지나치게 높은 경우, 제어 유닛은 저온의 냉각제가 응축기를 향하도록 제2 밸브 장치를 제어할 수 있다. 응축 온도가 지나치게 낮은 경우, 제어 유닛은 고온의 냉각제가 응축기를 향하도록 제2 밸브 장치를 제어할 수 있다. 이와는 다르게 또는 이와 조합하여, 제어 유닛은 응축기 내 희망 응축 온도로 작동 매체를 냉각하기 위해 필요한 냉각 효과와 관련된 작동 파라미터에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이 정보를 고려하여, 제어 유닛은, 응축기 내 작동 매체의 희망 응축 온도를 얻기 위해 응축기를 향하는 냉각제 유동과 냉각제 온도의 적당한 조합을 추정할 수 있다.
제어 유닛은 응축기를 향하는 냉각제 온도가 응축기 내 작동 매체의 냉각이 1 바 바로 위의 응축 압력이 되도록 하는 온도가 되도록 밸브 장치를 제어할 수 있다. 응축기 내 작동 매체의 냉각이 희망 응축 온도가 되는 냉각제의 온도를 거의 항상 제공할 수 있다. 그러나 실용적인 이유로, WHR 시스템 내에서 음압은 피하는 것이 거의 항상 적당하다. 이 경우, 1 바 바로 위의 응축 압력을 획득하는 것이 적당하다. 희망 압력 범위는 예를 들면 1.1-1.5 바 사이일 수 있다. 작동 매체의 응축 온도는 대응 응축 압력을 갖는다는 점에 주목해야 한다.
본 발명은 전술한 실시형태들 중 어느 하나에 따른 냉각 시스템을 포함하는 차량에도 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
도 3은 도 2의 2개의 라디에이터들을 상세하게 도시한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참고하여 예시로서 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
도 1은 연소엔진(2)에 의해 구동되는 차량(1)을 개략적으로 도시하고 있다. 차량(1)은 중대형 차량일 수 있고, 연소엔진(2)은 디젤 엔진일 수 있다. 차량(1)은 연소엔진(2)을 냉각하는 제1 회로(A) 및 WHR 시스템(3)을 냉각하는 제2 회로(B)를 포함하는 냉각 시스템을 포함한다. 제1 회로(A)는 냉각제 펌프(4)를 포함한다. 냉각제 펌프(4)는 냉각제를 연소엔진(2)으로 향하게 하는 엔진 유입 라인(5) 내에 배치되어 있다. 냉각제 펌프(4)는 차량(1)의 파워트레인 내 컴포넌트에 의해 작동되는 기계식 펌프일 수 있다. 엔진 유출 라인(6)은 연소엔진(2)으로부터 냉각제를 받아들인다. 통상적으로 연소엔진(2)을 빠져나가는 냉각제는 냉각 시스템 내에서 온도가 가장 높다. 제1 삼방 밸브(7) 형태의 제1 밸브 장치가 엔진 유출 라인(6)의 하류 단부에 배치되어 있다. 제1 삼방 밸브(7)는 엔진 유출 라인(6)으로부터 냉각제를 받아들이는 유입구, 냉각제를 제1 라디에이터 우회 라인(8)으로 향하게 하는 제1 유출구 및 냉각제를 제1 라디에이터 유입 라인(9)으로 향하게 하는 제2 유출구를 포함한다. 제1 삼방 밸브(7)의 유출구들은 무단 방식으로 조절이 가능하다. 따라서, 제1 삼방 밸브(7)는 받아들인 냉각제 유동을 제1 라디에이터 우회 라인(8)과 제1 라디에이터 유입 라인(9) 사이에 무단 방식으로 분배할 수 있다. 제1 라디에이터 유입 라인(9)은 냉각제를 제1 라디에이터(10)로 향하게 한다. 도시되어 있지 않은 라디에이터 팬과 램 에어는 냉각제를 냉각하는 제1 라디에이터(10)를 통과하는 냉각 기류를 제공한다. 제1 라디에이터(10)를 빠져나가는 냉각제는 제1 라디에이터 유출 라인(11) 내로 받아들여진다. 제1 라디에이터 우회 라인(8) 및 제1 라디에이터 유출 라인(11)은 냉각제 펌프(4)의 상류 지점에서 엔진 유입 라인(5)에 연결되어 있다. 냉각제 펌프(4), 엔진 유입 라인(5), 연소엔진(2), 엔진 유출 라인(6), 제1 삼방 밸브(7), 제1 라디에이터 우회 라인(8), 제1 라디에이터 유입 라인(9), 제1 라디에이터(10) 및 제1 라디에이터 유출 라인(11)은 냉각 시스템의 제1 회로(A) 내에 포함되어 있다.
제2 회로(B)는 제1 유입 개구(B1)를 포함하며, 제1 유입 개구에서 제2 회로(B)는 제1 회로(A)로부터 냉각제를 받아들인다. 제1 유입 개구(B1)는 제1 삼방 밸브(7)의 상류 지점에서 엔진 유출 라인(6)으로부터 냉각제를 받아들인다. 제1 유입 개구(B1)는 받아들인 냉각제를 유입 라인(12)으로 향하게 한다. 제2 삼방 밸브(13) 형태의 제2 밸브 장치가 유입 라인(12)의 하류 단부에 배치되어 있다. 제2 삼방 밸브(13)는 유입 라인(12)으로부터 냉각제를 받아들이는 유입구, 냉각제를 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로 향하게 하는 제1 유출구 및 냉각제를 제2 라디에이터 유입 라인(15)으로 향하게 하는 제2 유출구를 포함한다. 제2 삼방 밸브(13)의 유출구들은 무단 방식을 조절될 수 있다. 이에 따라 제2 삼방 밸브(13) 는 유입 라인(12)으로부터 온 냉각제를 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 제2 라디에이터 유입 라인(15) 사이로 무단 방식으로 분배할 수 있다. 제2 라디에이터 유입 라인(15)은 냉각제를 제2 라디에이터(16)로 향하게 한다. 제2 라디에이터(16)를 빠져나가는 냉각제는 제2 라디에이터 유출 라인(17) 내로 받아들여진다. 제2 라디에이터 우회 라인(14) 및 제2 라디에이터 유출 라인(17)은 냉각제를 응축기 유입 라인(18)으로 향하게 한다. 응축기 유입 라인(18)은 혼합된 냉각제 유동을 WHR 시스템(3)의 응축기(19)로 향하게 한다. 유출 라인(20)은 응축기(19)로부터 온 냉각제를 제2 회로(B)의 유출 개구(B0)로 향하게 한다. 유출 개구(B0)는 엔진 유입 라인(5) 내 냉각제 펌프(4)의 상류 지점에 위치하고 있다. 제1 유입 개구(B1), 유입 라인(12), 제2 삼방 밸브(13), 제2 라디에이터 우회 라인(14), 제2 라디에이터 유입 라인(15), 제2 라디에이터(16), 제2 라디에이터 유출 라인(17), 응축기 유입 라인(18), 응축기(19), 유출 라인(20) 및 유출 개구(B0)는 제2 회로(B) 내에 포함되어 있다.
따라서, 차량에는 WHR 시스템(Waste Heat Recovery System)이 제공되어 있다. WHR 시스템은 폐쇄되어 있는 회로(3) 내에서 작동 매체를 가압하여 순환시키는 작동 매체 펌프(21)를 포함한다. 이 경우, 작동 매체는 에탄올이다. 그러나 예컨대 R245fa 같이 다른 종류의 작동 매체도 사용할 수 있다. 작동 매체 펌프(21)는 작동 매체를 가압하여 증발기(23)로 순환시킨다. 증발기(23) 내에서 작동 매체는 예컨대 연소엔진에서 나오는 배기가스에 의해 작동 매체가 증발하는 온도로 가열된다. 작동 매체는 증발기(23)로부터 팽창기(24)로 순환된다. 팽창기(24)는 회전 운동을 발생시키며, 이는 적당한 기계식 트랜스미션(25)에 의해 차량(1)의 파워트레인의 샤프트(26)로 전달될 수 있다. 또는, 팽창기(24)는 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 제너레이터로 연결될 수 있다. 전기에너지는 배터리 내에 저장될 수 있다. 저장된 전기에너지는 차량(1) 구동을 위한 전기 엔진이나 후속 상태의 차량(1)의 컴포넌트로 공급될 수 있다.
작동 매체가 팽창기(24)를 통과한 후에, 작동 매체는 응축기(19)로 안내된다. 응축기(19) 내에서 작동 매체는 냉각 시스템으로부터 오는 냉각제에 의해 작동 매체가 응축되는 온도로 냉각된다. 응축기(19)로부터 냉각제는 리시버(27)로 안내된다. 리시버(27) 내 압력은 압력 조절기(27a)에 의해 변경될 수 있다. 작동 매체 펌프(21)는 리시버(27)로부터 액체 상태의 작동 매체를 흡인한다. 제어 유닛(29)은 WHR 시스템의 동작을 제어한다. 제어 유닛(29)은 작동 매체 펌프(21) 및 팽창기(24)의 동작을 제어한다. WHR 시스템은 배기가스에서 나오는 열에너지를 기계에너지나 전기에너지로 변환할 수 있다. 온도 센서 또는 압력 센서(30)는 응축기(19) 내의 응축 온도 또는 응축 압력을 검출한다.
배기가스의 온도 이에 따라 증발기(23) 내 작동 매체의 냉각 효과는 작동 조건이 변함에 따라 변할 수 있다. WHR 시스템 내에서 높은 열 효율을 거의 연속적으로 유지하기 위해, 응축기(19) 내 작동 매체는 조절 가능한 냉각 효과로 냉각되어야 한다. 다양한 작동 조건에서 응축 압력은 가능하면 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 실용적인 이유로 WHR 시스템 내에서 음압은 피하는 것이 적당하다. 이러한 사실을 감안하면, 응축기(19) 내 작동 매체의 냉각을 1 바 바로 위의 응축 압력으로 제공하는 것이 적절하다. 그 결과, 높은 열 효율을 유지하기 위해서는, 배기가스로부터 공급되는 열에너지를 고려하여 응축 압력이 1 바 바로 위로 되도록 응축기(19) 내 작동 매체의 냉각 효과를 조절할 필요가 있다. 작동 매체인 에탄올의 응축 온도는 1 바에서 78℃이다. 이 경우, 응축기(19) 내에서 78℃ 바로 위의 응축 온도를 달성하는 것이 적당하다.
제어 유닛(31)은 제1 삼방 밸브(7)로 제1 회로(A)를 통과하는 냉각제 유동을 제어하고, 제2 삼방 밸브(13)로 제2 회로(B)를 통과하는 냉각제 유동을 제어한다. 제어 유닛(31)은 적당한 동작 파라미터에 관한 정보(32)를 사용하여 제1 삼방 밸브(7) 및 제2 삼방 밸브(13)를 제어한다. 제어 유닛(31)은 예를 들어 냉각제 펌프(4)의 속도에 관한 정보(32)를 이용하여 냉각제 유동을 추정한다. 제어 유닛(31)은 냉각 시스템의 관련 지점들에서 냉각제 온도를 검출하는 복수의 온도 센서들(33, 34, 35)로부터 정보를 수신할 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(31)은 엔진 유출 라인(6) 내 냉각제 온도를 검출하는 제1 온도 센서(33)로부터, 제1 라디에이터 유출 라인(11) 내 냉각제 온도를 검출하는 제2 온도 센서(34)로부터 그리고 제2 라디에이터 유출 라인(17) 내 냉각제 온도를 검출하는 제3 온도 센서(35)로부터 정보를 수신한다.
연소엔진(2)이 작동하는 중에, 제어 유닛(31)은 엔진 유출 라인(6) 내 냉각제 온도에 관한 적어도 제1 온도 센서(33)의 정보에 의해 제1 삼방 밸브(7)를 제어한다. 엔진 유출 라인(6) 내 냉각제 온도는 연소엔진(2)의 온도와 관련되어 있다. 냉각제 온도가 소망하는 작동 온도 범위보다 낮은 경우, 제어 유닛(31)은 제1 삼방 밸브(7)를 냉각제 유동 전부가 제1 라디에이터 우회 라인(8)으로 향하게 하는 위치로 설정한다. 냉각제 온도가 소망하는 작동 온도 범위보다 높은 경우, 제어 유닛(31)은 서모스탯을 냉각제 유동 전부가 제1 라디에이터 유입 라인(9)으로 향하게 하는 위치로 설정한다. 냉각제 온도가 소망하는 온도 범위 내에 속하는 경우, 제어 유닛(31)은 제1 삼방 밸브(7)를 냉각제 일부가 제1 라디에이터 우회 라인(8)으로 향하게 하고, 냉각제의 나머지는 제1 라디에이터 유입 라인(9)을 향하게 하는 위치로 설정한다.
WHR 시스템이 작동하는 중에, 제어 유닛(31)은 응축기(19) 내 작동 매체의 희망 응축 온도를 추정한다. 에탄올이 작동 매체로 사용될 때, 대부분의 작동 조건에서 약 80℃의 응축 온도가 바람직하다. 제어 유닛(31)은 제2 제어 유닛(29)으로부터 WHR 시스템의 관련 작동 파라미터에 관한 정보를 수신한다. 이 정보를 고려하여, 제어 유닛(31)은 응축기(19) 내 작동 매체의 희망 응축 온도를 수신하기 위해 필요한 응축기(19) 내 작동 매체의 냉각 효과를 추정하거나 계산한다.
제어 유닛(31)은 냉각제 펌프(4)의 속도에 관한 정보(32) 및 적어도 제1 온도 센서(33)로부터 엔진 유출 라인(6) 내 냉각제의 온도에 관한 정보를 수신한다. 이 정보를 고려하여, 제어 유닛(31)은, 응축기(19) 내 작동 매체를 희망하는 응축 온도로 냉각하기 위한 적당한 온도를 갖는 냉각제 혼합물이 응축기 유입 라인(18) 내에 받아들여지도록, 제2 라디에이터(16)와 제2 라디에이터 우회 라인(14) 사이에서 유입 라인(12) 내 냉각제 유동의 적당한 분산을 추정하거나 계산한다. 제2 라디에이터(16)와 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로 냉각제 유동이 추정된 분산으로 수행되도록, 제어 유닛(31)은 제2 삼방 밸브(13)를 제어한다. 응축기 유입 라인(18)은 받아들인 냉각제 혼합물을 응축기(19)로 향하게 한다. 냉각제는 응축기(19) 내 작동 매체를 희망 응축 온도로 냉각하여, 작동 매체가 제2 평행한 회로 유출 라인(20)을 거쳐 다시 제1 회로(A) 내 엔진 유입 라인(5)으로 향하게 된다.
도 2 및 도 3은 냉각 시스템의 다른 실시형태를 도시한다. 이 경우, 제2 회로(B)에는 냉각제를 제1 라디에이터 유출 라인(11)으로부터 추가의 유입 라인(36)으로 향하게 하는 제2 유입 개구(B2i)가 제공되어 있다. 추가의 유입 라인(36)은 냉각제를 제2 라디에이터 유입 라인(15)으로 향하게 한다. 추가의 유입 라인(36)에 밸브 부재(37)가 배치되어 있다. 작동 조건 중에, 제2 라디에이터(16)에서 냉각제를 희망하는 저온으로 냉각하기 어려울 때, 제1 라디에이터 유출 라인(11) 내 냉각제 유동의 일부가 제2 라디에이터(16)를 향하도록 밸브 부재(37)를 제어할 수 있다. 제1 라디에이터(10)를 빠져나가는 냉각제의 온도가 상대적으로 저온이기 때문에, 저온의 냉각제를 제2 라디에이터(16)로 향하게 하여, 제2 라디에이터(16)를 빠져나가는 도 1에 도시되어 있는 실시형태에서보다 더 낮은 온도의 냉각제를 제공할 수 있다.
도 4는 냉각 시스템의 다른 시스템을 도시하고 있다. 이 경우, 제1 회로(A)는 제1 라디에이터 우회 라인(8) 및 제1 라디에이터 유출 라인(11)의 연결 지점에 배치되어 있는 제1 삼방 밸브(7') 형태의 제1 밸브 장치를 포함한다. 제1 삼방 밸브(7')는 제1 라디에이터 우회 라인(8)으로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입구, 제1 라디에이터 유출 라인(11)으로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입구 및 받아들인 냉각제를 엔진 유입 라인(5)으로 향하게 하는 유출구를 포함한다. 제1 회로(A)의 제1 유입 개구(B1i)는 냉각제를 엔진 유출 라인(6)으로부터 유입 라인(12)으로 향하게 한다. 유입 라인(12)은 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 냉각제를 제2 라디에이터(16)로 향하게 하는 제2 라디에이터 유입 라인(15)으로 분기된다. 제2 회로(B)는 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 제2 라디에이터 유출 라인(17)의 연결 지점에 배치되어 있는 제2 삼방 밸브(13')를 포함한다. 따라서, 제2 삼방 밸브(13')는 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입구, 제2 라디에이터 유출 라인(17)으로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입구 및 받아들인 냉각제를 응축기 유입 라인(18)으로 향하게는 유출구를 포함한다. 제2 삼방 밸브(13')의 유입구들은, 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 제2 라디에이터 유출 라인(17) 사이에서 냉각제 유동을 무단 방식으로 분산시킬 수 있도록, 조절될 수 있다.
도 5는 냉각 시스템의 다른 시스템을 도시하고 있다. 이 경우, 제2 회로(B)는 냉각제를 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로 향하게 하는 제1 유입 개구(B1i) 및 냉각제를 제2 라디에이터 유입 라인(15)으로 향하게 하는 제2 유입 개구(B2i)로부터 냉각제를 받아들인다.
이 경우, 제1 라디에이터(10)를 빠져나가는 냉각제 중 일부는 제2 단계로 냉각되는 제2 라디에이터(16)를 향하게 된다. 제2 회로(B)는 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 제2 라디에이터 유출 라인(17)의 연결 지점에 배치되어 있는 제2 삼방 밸브(13')를 포함한다. 제2 삼방 밸브(13')는 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입구, 제2 라디에이터 유출 라인(17)으로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입구 및 받아들인 냉각제를 응축기 유입 라인(18)으로 향하게 하는 유출구를 포함한다. 제2 삼방 밸브(13')의 유입구들은 제2 라디에이터 우회 라인(14)과 제2 라디에이터 유출 라인(17) 사이에서 냉각제 유동을 무단 방식으로 분산시킬 수 있다. 이 경우, 제2 라디에이터 유출 라인(17) 내에 매우 낮은 온도의 냉각제를 제공할 수 있다.
본 발명은 기재되어 있는 실시형태들로 제한되지 않으며, 특허청구범위 내에서 자유로이 변형될 수 있다.

Claims (13)

  1. 연소엔진(2) 및 WHR 시스템(3)용 냉각 시스템으로, 상기 냉각 시스템은 순환하는 냉각제가 연소엔진(2)을 냉각하도록 구성된 제1 회로(A)를 포함하고, 상기 제1 회로(A)는 제1 라디에이터(10), 냉각제를 상기 제1 라디에이터(10)를 지나쳐서 향하게 하도록 구성된 제1 라디에이터 우회 라인(8) 및 연소엔진(2)에서 오는 냉각제 유동을 제1 라디에이터(10)와 제1 라디에이터 우회 라인(8) 사이에 분산시키도록 구성된 제1 밸브 장치(7, 7')를 포함하고, 상기 냉각 시스템은 순환하는 냉각제가 WHR 시스템 내 응축기(19)를 냉각시키도록 구성된 제2 회로(B)를 포함하고, 제2 회로는 제2 라디에이터(16), 제2 회로(B)가 제1 회로(A)의 엔진 유출 라인(6) 내 제1 위치로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입 개구(B1i), 냉각제를 응축기(19)를 향하게 하도록 구성된 응축기 유입 라인(18), 냉각제가 다시 제1 회로(A)를 향하게 되는 유출 개구(B0), 냉각제가 제2 라디에이터(16)를 지나치게 하도록 구성된 제2 라디에이터 우회 라인(14), 및 응축기(19) 내 작동 매체를 희망 응축 온도로 냉각시킬 수 있는 냉각제 혼합물이 응축기 유입 라인(18) 내로 유입되도록, 냉각제를 제2 라디에이터(16)와 제2 라디에이터 우회 라인(14) 사이에 분산시키도록 구성된 제2 밸브 장치(13, 13')를 포함하는, 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템에 있어서,
    제2 회로(B)는 상기 제2 회로(B)가 제1 회로(A)의 제2 지점으로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입 개구(B2i)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 회로(B)의 제1 유입 개구(B1i)는 받아들인 냉각제가 제2 라디에이터 우회 라인(14) 및 제2 라디에이터(16)를 향하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 밸브 장치(13, 13')가 삼방 밸브인 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 밸브 장치(13)는 제1 회로(A)로부터 냉각제를 받아들이는 유입구, 받아들인 냉각제 중 일부가 제2 라디에이터 우회 라인(14)을 향하게 하는 제1 유출구 및 받아들인 냉각제 중 나머지 부분이 제2 라디에이터(16)를 향하게 하는 제2 유출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    제2 밸브 장치(13')는 제2 라디에이터 우회 라인(14)으로부터 냉각제를 받아들이는 제1 유입구, 제2 라디에이터(16)로부터 냉각제를 받아들이는 제2 유입구 및 받아들인 냉각제 혼합물이 응축기 유입 라인(18)을 향하게 하는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 유입 개구(B2i)는 제1 회로(A)의 제1 라디에이터 유출 라인(11)으로부터 냉각제를 받아들이게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 시스템은 제2 유입 개구(B2i)를 통해 제2 회로(B)를 향하는 냉각제 유동을 제어하게 구성되어 있는 밸브 부재(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 유입 개구(B1)는 냉각제가 제2 라디에이터 우회 라인(14)을 향하게 하도록 구성되어 있고, 제2 유입 개구(B2i)는 냉각제가 제2 라디에이터(16)를 향하게 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 회로(B)의 유출 개구(B0)는 냉각제를 제1 회로(A)의 엔진 유입 라인(5)으로 복귀하게 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 회로는 엔진 유입 라인(5) 내에 배치되어 있는 냉각제 펌프(4)를 포함하고, 제2 회로(B)의 유출 개구(B0)는 냉각제 펌프(4) 상류 지점에서 엔진 유입 라인(5)으로 냉각제가 복귀하게 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 시스템은 적어도 하나의 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하고, 이 정보를 고려하여 밸브 장치들(7, 7', 13, 13')을 제어하게 구성된 제어 유닛(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    제어 유닛(31)은 응축기 내 작동 매체가 1 바 바로 위의 응축 압력으로 냉각되도록 하는 온도의 냉각제가 응축기(19)를 향하게 하도록 제2 밸브 장치(13, 13')를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 연소엔진 및 WHR 시스템용 냉각 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템을 포함하는 차량.
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