KR20210071461A - 가스 히트펌프 시스템 - Google Patents

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장희중
정호종
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Abstract

본 발명은 전동 과급기를 이용하여 재순환 배기가스를 공급함으로써 재순환 배기가스의 유량 및 압력을 능동적으로 제어할 수 있는 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

가스 히트펌프 시스템{GAS HEAT-PUMP SYSTEM}
본 발명은, 가스 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 전동 과급기를 이용하여 재순환 배기가스를 공급함으로써 재순환 배기가스의 유량 및 압력을 능동적으로 제어할 수 있는 가스 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
히트펌프 시스템은 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있는 냉동 사이클이 구비되는 시스템으로서, 온수 공급장치 또는 냉난방 장치와 연동될 수 있다.
즉, 냉동 사이클의 냉매와 소정의 축열 매체가 열교환하여 얻어진 열원을 이용하여 온수를 생산하거나, 냉난방을 위한 공기 조화를 수행할 수 있다.
이러한 냉동 사이클에는, 냉매의 압축을 위한 압축기, 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 응축기에서 응축된 냉매를 감압하는 팽창장치 및 감압된 냉매를 증발시키는 증발기가 포함되어 구성되는 것이 일반적이다.
히트펌프 시스템은, 압축기를 구동하기 위한 구동원의 형식에 따라 전동 히트펌프 시스템과 가스 히트펌프 시스템으로 구분될 수 있다.
전동 히트펌프 시스템은 부하 용량이 크지 않은 가정용으로 적합하다.
가스 히트펌프 시스템은 부하 용량이 대단히 큰 산업용 또는 대형 빌딩에 적합하다.
따라서 가스 히트펌프 시스템은 이러한 고부하 용량에 맞는 대용량의 압축기를 구동하기 위하여 전동 모터가 아닌 가스 엔진을 이용한다.
가스 히트펌프 시스템은, 가스 연료와 공기의 혼합물(이하, 혼합기라 함)을 연소시켜 동력을 생성하는 엔진과, 연료 공급장치 및 공기와 가스 연료를 혼합하기 위한 믹서와, 엔진에 혼합기를 공급하기 위한 혼합기 공급장치를 포함하여 구성된다.
이와 같이 가스 히트 펌프 시스템은 혼합기를 연소시켜 생성되는 엔진의 동력을 이용하기 때문에 혼합기의 연소 과정에서 발생되는 배기가스에 대기 환경에 악영향을 끼치는 유해물질들이 포함되어 있다.
배기가스 중에 포함된 유해물질의 발생량을 저감하기 위한 수단으로서 배기가스 중 일부를 엔진의 흡기 라인으로 재공급하는 배기가스 재순환 기술(, Exhaust Gas Recirculation, EGR)이 일반적으로 적용되고 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허공보 제10-2018-0015900호에는 배기가스로 회전되는 터빈을 구동원으로 하여 임펠러를 회전시키는 터보 차저형 과급기와, 터빈을 통과하여 배출되는 배기가스 중 일부를 흡기 라인으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치가 개시되어 있다.
해당 선행문헌에 개시된 구성은, 단순히 배기가스 재순환 밸브를 통해서만 재순환 배기가스 유량을 조절할 수 있다.
따라서 배출되는 재순환되는 배기가스의 압력이 흡기 라인의 압력보다 낮은 경우에는 재순환이 불가능한 문제점이 발생한다.
또한, 해당 선행문헌에 개시된 구성은, 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질들 농도 또는 배출량에 대응하여 재순환 배기가스의 공급량을 제어할 수 없기 때문에 엔진의 효율적인 운전이 불가능하다는 문제점이 발생한다.
한국공개특허공보 제10-2018-0015900호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전동 과급기를 이용하여 재순환 배기가스를 공급함으로써 재순환 배기가스의 유량 및 압력을 능동적으로 제어할 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도를 실시간으로 감시하여 이를 토대로 재순환 배기가스량을 조절함으로써 유해물질의 발생량을 현저히 저감하고 엔진의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 가스 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 공기조화 모듈의 압축기; 상기 압축기의 구동력을 생성하는 가스 엔진; 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중 적어도 일부를 재순환 배기가스로서 상기 엔진으로 공급하는 배기가스 과급기; 및 상기 배기가스 과급기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 배기가스 과급기는, 상기 재순환 배기가스를 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 과급 임펠러와, 상기 과급 임펠러를 회전시키는 과급 모터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 배기가스에 포함된 유해물질의 농도에 따라 상기 과급 모터의 회전수를 조절한다.
또한, 상기 배기가스를 외부로 배출하는 배기관; 상기 배기관에 부착되어 상기 배기가스 중 포함된 유해물질의 농도를 감지하는 배기가스 센서; 및 상기 배기가스 센서가 부착되는 위치보다 상류 측에서 상기 배기관으로부터 분기되어 상기 배기가스 과급기로 상기 재순환 배기가스를 안내하는 배기 바이패스관을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배기가스 센서로부터 상기 유해물질의 농도에 관한 신호를 수신하여 상기 유해물질의 농도를 검출한다.
또한, 상기 유해물질은, 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 농도와 제1 기준 농도를 비교하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도를 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 회전수를 증가시켜 상기 재순환 배기가스의 과급량을 증가시킨다.
또한, 상기 엔진으로 공기와 연료의 혼합기를 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 흡기 매니폴드 내의 혼합기의 압력을 감지하는 흡기 매니폴드 압력 센서; 및 상기 배기가스 과급기로부터 배출되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 감지하는 재순환 배기가스 압력 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 흡기 매니폴드 압력 센서로부터 상기 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 혼합기의 압력을 검출하고, 상기 재순환 배기가스 압력 센서로부터 상기 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 검출한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 혼합기의 압력과, 상기 검출된 상기 재순환 배기가스의 과급 압력 사이의 압력차를 연산하고, 상기 재순환 배기가스의 목표 과급 압력을 연산한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과급 모터의 현재 회전수를 측정하고, 상기 측정된 현재 회전수에 소정의 증가분을 더한 목표 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 증가시킨다.
또한, 상기 소정의 증가분은 분당 1,000회가 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 재순환 배기가스 압력 센서를 통해 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 재측정하고, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력에 도달했는지 여부를 판단하여, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 증가된 회전수를 유지한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 작은 것으로 판단되면, 상기 목표 회전수에 상기 소정의 증가분을 추가로 더하여 상기 과급 모터의 회전수를 증가시킨다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 농도와 제1 기준 농도를 비교하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도를 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도보다 작은 것으로 판단되면, 상기 검출된 농도와, 상기 제1 기준 농도보다 작은 제2 기준 농도를 비교한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 농도가 상기 제2 기준 농도보다 더 크거나 같은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 회전수를 유지하여, 상기 재순환 배기가스의 과급량을 유지시킨다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 농도가 상기 제2 기준 농도보다 작은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 회전수를 감소시켜, 상기 재순환 배기가스의 과급량을 감소시킨다.
또한, 상기 엔진으로 공기와 연료의 혼합기를 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 흡기 매니폴드 내의 혼합기의 압력을 감지하는 흡기 매니폴드 압력 센서; 및 상기 배기가스 과급기로부터 배출되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 감지하는 재순환 배기가스 압력 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 흡기 매니폴드 압력 센서로부터 상기 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 혼합기의 압력을 검출하고, 상기 재순환 배기가스 압력 센서로부터 상기 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 검출한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 혼합기의 압력과, 상기 검출된 상기 재순환 배기가스의 과급 압력 사이의 압력차를 연산하고, 상기 재순환 배기가스의 목표 과급 압력을 연산한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과급 모터의 현재 회전수를 측정하고, 상기 측정된 현재 회전수에 소정의 감소분을 뺀 목표 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 감소시킨다.
또한, 상기 소정의 감소분은 분당 1,000회가 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 재순환 배기가스 압력 센서를 통해 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 재측정하고, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력에 도달했는지 여부를 판단하여, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 작은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 감소된 회전수를 유지한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 상기 목표 회전수에 상기 소정의 감소분을 추가로 뺀 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 감소시킨다.
본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 전동 과급기를 이용하여 재순환 배기가스를 공급함으로써 재순환 배기가스의 유량 및 압력을 능동적으로 제어할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도를 실시간으로 감시하여 이를 토대로 재순환 배기가스량을 조절함으로써 유해물질의 발생량을 현저히 저감하고 엔진의 운전 효율을 향상할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 엔진 모듈의 상세 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 제어부의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 구성을 나타내는 개략도이며, 도 2는 도 1의 엔진 모듈의 상세 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템은, 공기 조화 모듈과 엔진 모듈 및 냉각 모듈을 포함한다.
공기 조화 모듈은 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품을 포함한다.
예시적으로, 공기 조화 모듈은, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 압축기(110)에서 압축된 냉매의 방향을 전환하여 주는 사방 밸브(115)를 포함한다.
압축기(110)는 후술하는 엔진(201)에서 생성된 구동력을 통해 작동하며, 기체 상태의 냉매를 압축하여 토출하는 역할을 한다.
압축기(110)의 구동축에는 풀리/클러치 조립체(112)가 구비된다. 엔진(210)을 통해 생성된 구동력은 벨트(111) 및 풀리/클러치 조립체(112)를 통해 압축기(110)로 전달된다.
도 1에는 공기 조화 모듈에 단일 압축기(110)가 구비되는 구성이 도시되어 있으나, 실내기의 부하 용량에 따라 복수의 압축기(110)가 구비될 수도 있다.
복수의 압축기(110)에는 엔진(210)으로부터 구동력을 선택적으로 전달받을 수 있도록 각각 풀리/클러치 조립체(112)를 구비한다.
또한, 공기 조화 모듈은, 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140)를 더 포함한다.
실외 열교환기(120)는 실외측에 배치되는 실외기의 내부에 배치되고, 실내 열교환기(140)는 실내측에 배치되는 실내기의 내부에 배치될 수 있다.
사방 밸브(115)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(120) 또는 실내 열교환기(140)로 유동할 수 있다.
도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(140) 및 실내 팽창장치(145)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다.
가스 히트펌프 시스템이 냉방 운전 모드로 운전될 경우, 사방 밸브(115)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(120)를 거쳐 실내 열교환기(140) 측으로 유동할 수 있다.
반면에, 가스 엔진 히트펌프 시스템(10)이 난방 운전 모드로 운전될 경우, 사방 밸브(115)를 통과한 냉매는 실내 열교환기(140)를 거쳐 실외 열교환기(120) 측으로 유동할 수 있다.
공기 조화 모듈은, 압축기(110), 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(140) 등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매 배관(170, 실선 유로)을 더 포함한다.
이하에서는 가스 히트펌프 시스템의 구성에 대하여, 먼저 냉방 운전 모드를 기준으로 설명한다.
실외 열교환기(120)로 유동한 냉매는 외기와 열교환하여 응축될 수 있다. 실외 열교환기(120)의 일측에는 외기를 불어주는 실외 팬(122)이 배치될 수 있다.
실외 열교환기(120)의 출구측에는, 냉매를 감압하기 위한 메인 팽창 장치(125)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 메인 팽창 장치(125)는, 전자 팽창 밸브(Electronic expansion valve, EEV)를 포함할 수 있고, 전자 팽창 밸브(EEV)는 펄스 폭 변조 방식으로 제어할 수 있다. 따라서, 펄스를 증가(+)시키는 경우 메인 팽창 장치(125)의 개도량이 증가하고, 펄수를 감소(-)시키는 경우 메인 팽창 장치(125)의 개도량이 감소할 수 있다.
냉방 운전 시, 메인 팽창 장치(125)는 풀 오픈(full open) 되어 냉매의 감압 작용을 수행하지 않는다.
메인 팽창 장치(125)의 출구 측에는, 냉매를 추가 냉각하기 위한 과냉각 열교환기(130)가 제공될 수 있다. 그리고, 과냉각 열교환기(130)에는, 과냉각 유로(132)가 연결될 수 있다. 과냉각 유로(132)는 냉매 배관(170)으로부터 분지되어 과냉각 열교환기(130)에 연결될 수 있다.
그리고, 과냉각 유로(132)에는, 과냉각 팽창 장치(135)가 설치될 수 있다. 과냉각 유로(132)를 유동하는 냉매는 과냉각 팽창 장치(135)를 통과하면서 감압될 수 있다.
과냉각 열교환기(130)에서는, 냉매 배관(170)의 냉매와 과냉각 유로(132)의 냉매 간에 열교환이 이루어질 수 있다. 열교환 과정에서, 냉매 배관(170)의 냉매는 과냉되며, 과냉각 유로(132)의 냉매는 흡열한다.
과냉각 유로(132)는 기액 분리기(160)에 연결될 수 있다. 과냉각 열교환기(130)에서 열교환 된 과냉각 유로(132)의 냉매는 기액 분리기(160)로 유입될 수 있다.
과냉각 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(170)의 냉매는 실내기 측으로 유동하며, 실내 팽창 장치(145)에서 감압된 후 실내 열교환기(140)에서 증발된다. 실내 팽창 장치(145)는 실내기의 내부에 설치되며, 전자 팽창 밸브(EEV)로 구성될 수 있다.
또한, 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 사방 밸브(115)를 경유한 후, 곧 바로 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있으며, 분리된 기상 냉매는 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
한편, 이하에서는 가스 히트펌프 시스템의 구성에 대하여, 난방 운전 모드를 기준으로 설명한다.
난방 과정에서는 압축기(110)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(140)로 유동하고, 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 보조 열교환기(150)로 유동할 수 있다. 보조 열교환기(150)에는 냉매 분기 배관(151)이 연결될 수 있다.
냉매 분기 배관(151) 중에서 보조 열교환기(150)의 입구 측에 위치되는 배관에는 팽창 밸브(152)가 구비될 수 있다. 팽창 밸브(152)는 냉매의 유동을 조절하면서 냉매를 감압할 수 있다.
따라서, 보조 열교환기(150)는 저압의 냉매와 고온의 냉각수 간에 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기로서, 일례로 판형 열교환기를 포함한다.
보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액 분리기(160)로 유입될 수도 있다.
보조 열교환기(150)를 통과한 냉매는 기액 분리기(160)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
한편, 냉각 모듈은, 후술하는 엔진(210)의 냉각을 위한 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 배관(360, 점선 유로)을 포함한다.
냉각수 배관(360)에는, 냉각수의 유동력을 발생시키는 냉각수 펌프(300)와, 냉각수의 유동 방향을 전환하기 위한 복수의 유동 전환부(310, 320) 및 냉각수를 냉각하기 위한 방열기(330, radiator)가 설치될 수 있다.
복수의 유동 전환부(310, 320)는, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 포함한다. 일예로, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)는, 삼방 밸브(3way valve)를 포함한다.
방열기(330)는 실외 열교환기(120)의 일측에 위치될 수 있으며, 방열기(330)의 냉각수는 실외 팬(122)의 구동에 의하여 외기와 열교환되며, 이 과정에서 냉각될 수 있다.
냉각수 펌프(300)가 구동되면, 냉각수는 엔진(210) 및 배기가스 열교환기(280)를 통과하며, 제 1 유동 전환부(310) 및 제 2 유동 전환부(320)를 거쳐 방열기(330) 또는 보조 열교환기(150)로 선택적으로 유동될 수 있다.
한편, 엔진 모듈은 엔진(210), 및 엔진(210)으로 혼합기를 공급하기 위한 다양한 부품을 포함한다.
먼저, 엔진 모듈은 엔진(210)의 입구 측에 배치되어 공기와 가스 연료를 혼합하는 믹서(230)를 구비한다.
믹서(230)의 상류에는 공기관(200a)을 통해 믹서(230)에 정화된 공기를 공급하는 공기 여과기(220), 및 연료관(200b)을 통해 소정 압력 이하의 가스 연료(fuel)를 공급하기 위한 제로 가버너(zero governor, 240)가 설치될 수 있다.
제로 가버너(240)는 가스 연료의 입구 압력의 크기 또는 유량의 변화에 관계없이, 출구 압력을 일정하게 조절하여 공급하는 장치로서 이해될 수 있다.
공기 여과기(220)를 통과한 공기와, 제로 가버너(240)에서 토출된 가스 연료는 믹서(230)에서 혼합되어 혼합기를 형성하며, 혼합기는 혼합기관(200c)을 통해 엔진(210)에 공급될 수 있다.
한편, 엔진 모듈은, 믹서(230)와 엔진(210) 사이에 배치되는 과급기(250) 및 조절수단(270)을 더 포함한다.
과급기(250)는 혼합기를 가압하여 혼합기의 밀도를 높여 엔진(210)에 공급함으로써 자연 흡기 방식의 엔진에 비해서 보다 높은 출력을 내기 위한 수단으로 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이 과급기(250)는 믹서(230)에서 공기와 가스 연료가 혼합된 후 과급기 입구관(도 1의 253)을 통해 도입된 혼합기를 가압하여 과급기 출구관(도 2의 255)을 통해 엔진(210) 측으로 배출한다.
예시적으로 도 2에 도시된 바와 같이 과급기(250)는 믹서(230)에서 혼합된 혼합기를 1단 가압하여 엔진(210)으로 바로 공급하거나, 1단 가압된 혼합기를 2단 가압하여 엔진(210)으로 공급하는 제1 과급부(251), 및 제2 과급부(252)를 포함한다.
제1 과급부(251)와 제2 과급부(252)는 각각 동일한 형상 및 구조를 갖는 모터(251b, 252b) 및 임펠러(251a, 252a)로 구성된다.
이와 같이 동일한 형상 및 구조를 갖는 모터(251b, 252b) 및 임펠러(251a, 252a)를 통해 과급기(250)를 구성함으로써 단일 모터 및 임펠러를 갖는 과급기에 비해서 소형화 및 효율화가 가능하다는 장점을 갖는다.
제1 모터(251b)와 제2 모터(252b)의 공통의 모터 하우징(254)에 수용되어 있으며, 제1 모터(251b)와 제2 모터(252b)는 모터 하우징(254)으로 도입되는 혼합기에 의해서 냉각되도록 구성될 수 있다.
제1 임펠러(251a)와 제2 임펠러(252a)는, 각각 혼합기의 유로를 형성하는 제1 하우징(251c)과 제2 하우징(252c)의 내부에서 회전가능하게 지지되어 있다.
한편, 조절수단(270)은 과급기(250)과 엔진(210) 사이에 배치되어, 엔진(210)으로 공급되는 압축된 혼합기의 양을 조절한다.
예시적으로, 조절수단(270)은 ETC(electronic throttle control) 방식이 적용된 밸브로 구비될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만 조절수단(270)으로서 전자 제어가 가능한 ETC 밸브가 적용된 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
이와 같이 가스 연료와 공기가 믹서(230)에서 혼합되어 혼합기가 형성되며, 혼합기는 과급기(250)에서 고압으로 가압된 후 엔진(210)으로 공급될 수 있다.
이 때, ETC 밸브(270)를 통해 엔진(210)으로 공급되는 고압의 혼합기의 양이 정밀하게 제어됨으로써 엔진(210)의 출력이 제어된다.
한편, 전술한 바와 같이, 과급기(250)를 통과한 혼합기는 고온, 고압 상태가 된다. 따라서 과급기(250)과 조절수단(270) 사이에는 혼합기의 온도와 압력을 낮춰 엔진(210)의 실린더(211)로 공급하기 위한 수단으로서 인터쿨러(260)가 구비될 수 있다.
예시적으로, 인터쿨러(260)는, 엔진(210)으로 공급될 혼합기와 엔진(210)으로 유동하기 위한 냉각수의 일부를 열교환시키거나, 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 워터 펌프(도 2의 261)를 통해 순환하는 냉각수와 혼합기를 열교환시키도록 구성될 수 있다.
한편, 엔진 모듈은 엔진(210)의 배기구 측에 배치되어 냉각수와 배기가스 간에 열교환하는 배기가스 열교환기(280)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 엔진 모듈(200)의 상세 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 모듈(200)의 상세 구성을 설명한다.
본 발명에 따른 가스 히트 펌프의 엔진 모듈(200)은, 엔진(210)으로부터 배출되는 배기가스 중 적어도 일부를 재순환 배기가스로서 엔진(210)으로 공급하는 배기가스 과급기(290)를 더 포함한다.
배기가스 과급기(290)는 배기 매니폴드(213)를 거처 배기관(200d)으로 배출되는 배기가스의 적어도 일부를 가압하여 재순환 배기가스로서 흡기 매니폴드(212)로 공급하는 역할을 한다.
이 때, 재순환 배기가스의 과급량은 전체 배기가스량의 약 3 ~ 30%의 범위 내에서 능동적으로 조절될 수 있다.
이와 같은 재순환 배기가스의 과급량을 능동적으로 제어하기 위해서 배기가스 과급기(290)는 전동 방식으로 구동된다.
즉, 배기가스 과급기(290)는 후술하는 제어부(300)의 제어 신호에 따라 회전량의 제어가 가능한 과급 모터(291)를 포함한다.
과급 모터(291)의 출력축은 과급 임펠러(292)에 연결되어 과급 임펠러(292)가 회전 구동되며, 후술하는 배기 바이패스관(200e)을 통해 안내된 재순환 배기가스는 과급 임펠러(292)에 의해서 가압된 후 출구관(293)을 통해 흡기 매니폴드(212)로 공급된다.
이 때, 배기가스 과급기(290)를 통해 흡기 매니폴드(212)로 공급되는 재순환 배기가스의 과급량은 배기관(200d) 내부의 유해물질의 농도를 기준으로 결정될 수 있다.
배기가스에 포함되는 유해물질은 통상적으로 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 및 탄화수소(HC)로 알려져 있으며, 본 발명은 이들 유해물질 중 적어도 어느 하나의 농도를 기준으로 재순환 배기가스의 과급량을 제어하도록 구성된다.
이를 위해, 배기관(200d)에는 배기가스 중 포함된 유해물질의 농도를 감지하는 배기가스 센서(258)가 구비된다.
배기가스 센서(258)는 최종적으로 외부로 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도를 측정하기 위한 목적을 가지기 때문에 배기관(200d)의 가장 하류 측에 배치되는 것이 바람직하다.
배기가스 센서(258)는, 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도 측정이 가능한 형식의 것이라면 제한 없이 본 발명에 적용 가능하며, 이러한 변형예는 당연히 본 발명의 범위에 속한다고 볼 것이다.
재순환 배기가스를 배기가스 과급기(290)로 안내하기 위한 배기 바이패스관(200e)이 배기관(200d)으로부터 분기된 형태로 구비된다.
이 때, 배기 바이패스관(200e)이 분기되는 위치는 배기가스 열교환기(280)보다 하류 측에 형성되는 것이 바람직하다.
이는 통상적으로 배기 매니폴드(213)로부터 배출되는 배기가스는 약 300~700℃의 온도 범위를 갖기 때문에 이를 냉각하지 않고 흡기 매니폴드(212)로 공급하면 혼합기의 밀도나 낮아져 엔진(210)의 효율에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
따라서 배기가스를 충분히 냉각하여 공급될 수 있도록 배기가스 열교관기를 통과하여 약 70℃로 냉각된 배기가스가 재순환 배기가스로서 공급되도록 배기 바이패스관(200e)은 배기가스 열교환기(280)보다 하류 측에서 분기되어 형성된다.
한편, 배기 바이패스관(200e)을 통해 안내된 재순환 배기가스는 배기가스 과급기(290)의 과급 임펠러(292)에 의해서 가압된 후 배기가스 과급기(290)의 출구와 흡기 매니폴드(212)를 연결하는 출구관(293)을 통해 흡기 매니폴드(212)로 도입된다.
또한, 출구관(293)에는 배기가스 과급기(290)로부터 배출되어 흡기 매니폴드(212)로 공급되는 재순환 배기가스의 압력을 실시간으로 감지하는 재순환 배기가스 압력 센서(257)가 부착된다.
나아가 흡기 매니폴드(212)에는 엔진(210)의 실린더(211)로 공급되는 혼합기의 압력을 실시간으로 감지하며 통상 MAP 센서로 알려져 있는 흡기 매니폴드 압력 센서(256)가 부착된다.
본 발명은 별도의 밸브 부재 없이 재순환 배기가스 과급량을 제어하도록 구성된다. 따라서 배기가스 과급기(290)를 통해 공급되는 재순환 배기가스의 과급량은, 재순환 배기가스 압력 센서(257)로 감지되는 과급 압력과, 흡기 매니폴드 압력 센서(256)로 감지되는 혼합기의 압력의 압력차를 변수로 하여 제어될 수 있다.
즉, 후술하는 바와 같이 재순환 배기가스의 과급량을 늘리고자 할 경우에는, 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 회전수를 높여 압력차를 높이는 방식으로 제어한다. 반대로 재순환 배기가스의 과급량을 줄이고자 할 경우에는, 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 회전수를 줄여 압력차는 낮추도록 제어하는 것이다.
구체적인 제어방법에 관한 구성은 도 4 내지 도 7을 참고하여 후술한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 제어부(300)의 구성을 나타내는 기능 블록도이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 히트펌프 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우 차트를 도시한다.
이하, 제어부(300)를 중심으로 본 발명에 따른 가스 히트펌프 시스템의 제어방법에 대해 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, 제어부(300)는 공기 조화 모듈, 냉각 모듈, 전원부(400) 및 엔진 모듈(200)에 전기적으로 연결되어 이들을 제어하기 위한 신호를 생성한다.
먼저, 가스 히트펌프 시스템이 정지된 상태에서 도시되지 않은 조작부를 통해 시스템 가동 신호가 입력되면, 제어부(300)는 공기 조화 모듈, 냉각 모듈, 및 엔진 모듈(200)을 가동하기 위한 신호를 생성하고, 필요한 전력을 전원부(400)를 통해 입력받아 공기 조화 모듈, 냉각 모듈, 및 엔진 모듈(200)에 공급한다.
공기 조화 모듈 및 냉각 모듈에 대한 제어부(300)의 구체적인 제어방법 구성은 당업계에 이미 공지된 구성이 적용 가능한 바, 상세 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 엔진 모듈(200)에 대한 가동을 위한 운전 조건을 메모리(310)로부터 호출한다. 구체적으로는 전술한 공기관(200a) 및 연료관(200b)을 개방하여 공기와 연료가 각각 공기관(200a) 및 연료관(200b)으로부터 도입되어 믹서(230)에서 혼합되도록 제어한다.
또한, 제어부(300)는 과급기(250)를 구동하기 위해서 제1 모터(251b) 및 제2 모터(252b)에 전력을 공급하도록 제어한다. 이 때, 제어부(300)는 제1 모터(251b)와 제2 모터(252b)가 각각 독립적으로 작동하도록 제어할 수 있다.
혼합기가 엔진(210)으로 과급되면 제어부(300)는 각 실린더(211)별 행정에 맞게 점화플러그에 점화신호를 송신하여 각각의 실린더(211)에 공급된 혼합기를 점화시킨다.
한편, 제어부(300)는 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)에 공급되는 전력을 조절하여 과급 모터(291)의 회전수를 제어한다. 후술하는 바와 같이 제어부(300)는 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도에 따라 과급 모터(291)의 회전수를 높이거나 낮추도록 제어한다.
또한, 제어부(300)는 흡기 매니폴드 압력 센서(256), 재순환 배기가스 압력 센서(257), 및 배기가스 센서(258)에 전기적으로 연결되어 이들로부터 수신되는 전기적 신호를 통해 혼합기의 압력, 재순환 배기가스의 과급 압력 및 배기가스에 포함된 유해물질의 농도 등을 실시간으로 감시할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 ETC 밸브(270)의 액추에이터에 전기적으로 연결되어 있으며, 엔진(210)의 출력 증감시에 엑추에이터는 제어부(300)의 제어신호에 따라 ETC 밸브(270)의 개도를 조절하여 엔진(210)의 출력을 증감하게 된다.
한편, 이하에서는 공기 조화 모듈의 요구 부하율에 따른 구체적인 엔진 모듈(200)의 구체적인 제어 과정을 설명한다.
먼저, 제어부(300)는, 배기가스 센서(258)로부터 유해물질의 농도에 관한 신호를 수신하여 유해물질의 농도를 검출한다. (S1)
여기서 유해물질은 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 배기가스 센서(258)는 이들 유해물질에 농도에 관한 전기적 신호를 생성하여 제어부(300)로 전달하고, 제어부(300)는 전달된 전기적 신호를 바탕으로 유해물질의 농도를 검출하게 된다.
다음으로, 제어부(300)는, 측정 농도(Cm)와 미리 설정된 제1 기준 농도(Cth1)를 비교한다. (S2)
제1 기준 농도(Cth1)는 전술한 메모리(310)에 미리 저장된 데이터를 호출함으로써 확인할 수 있으며, 제1 기준 농도(Cth1)는 배기가스 규제 범위를 넘어서 수치로서 유매물질 배출 저감 제어가 필요한 기준 변수가 된다.
이후 제어부(300)는, 측정 농도(Cm)가 제1 기준 농도(Cth1)를 초과하는지 여부를 판단한다. (S3)
이 때, 제어부(300)는, 측정 농도(Cm)가 제1 기준 농도(Cth1)보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 회전수를 증가시켜 재순환 배기가스의 과급량을 증가시킨다. (S4)
보다 상세히는 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 재순환 배기가스의 과급량을 증가시키기 위해, 먼저 흡기 매니폴드 압력 센서(256)로부터 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 혼합기의 압력(P1)을 검출한다. (S41)
다음으로, 제어부(300)는 재순환 배기가스 압력 센서(257)로부터 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 흡기 매니폴드(212)로 공급되는 재순환 배기가스의 과급 압력(P2)을 검출한다. (S42)
제어부(300)는, 검출된 혼합기의 압력(P1)과 과급 압력(P2)의 차이값에 해당하는 압력차(△P=P2-P1)를 연산하고, 재순환 배기가스의 과급량을 늘리기 위한 목표 과급 압력(P2_t)을 연산한다. (S43)
여기서 목표 과급 압력(P2_t)은 연산된 압력차(△P)에 소정의 압력 증가분을 더한 값으로 연산될 수 있으며, 바람직하게는 소정의 압력 증가분은 50hPa이 될 수 있다.
압력차 및 목표 과급 압력이 연산되면, 제어부(300)는 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)를 측정한다. (S44)
과급 모터(291)의 회전수 측정은 당업계에 공지된 임의의 수단이 적용 가능하며, 바람직하게는 센서리스 방식으로 측정될 수 있다.
과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)가 측정되면, 제어부(300)는 측정된 현재 회전수(M_c)에 소정의 증가분을 더한 목표 회전수로 과급 모터(291)의 회전수를 증가시킨다. (S45)
이 때, 소정의 증가분은 바람직하게는 분당 1,000회(1,000rpm)이 될 수 있다.
과급 모터(291)의 회전수 증가가 완료되면, 제어부(300)는 재순환 배기가스 압력 센서(257)를 통해 재순환 배기가스의 과급 압력(P2)을 재측정한다. (S46)
제어부(300)는, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력에 도달하였는지 여부를 판단한다. (S47)
이 때, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력(P2_t)보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 과급 모터(291)의 증가된 회전수를 유지한다. (S48)
증가된 회전수를 유지하여 재순환 배기가스의 과급량이 증가된 상태로 다시 전술한 S1 단계로 진행하여 유해물질의 농도를 재검출하도록 진행된다.
한편, 전술한 S47 단계에서, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력(P2_t)보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(300)는 전술한 S45 단계 이후에 소정의 시간 주기(△t)가 경과하였는지를 판단한다. (S49a)
소정의 시간 주기(△t)는 바람직하게는 5초가 될 수 있다.
이 때, 소정의 시간 주기(△t)를 경과하지 않은 것으로 판단되면, 전술한 S46 단계 및 S47 단계로 진행하여 목표 과급 압력 도달 여부를 재판단한다.
한편, 소정의 시간 주기(△t)를 경과한 것으로 판단되면, 현재 회전수를 재설정한다. (S49b)
다음으로, 전술한 S45 단계로 복귀하여 재설정된 회전수에 소정의 증가분을 추가로 더하여 과급 모터(291)의 회전수를 추가로 증가시키도록 제어한다.
한편, 전술한 S3 단계에서 측정 농도(Cm)가 제1 기준 농도(Cth1)보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(300)는 측정 농도(Cm)와, 제2 기준 농도(Cth2)를 비교하고, 측정 농도(Cm)가 제2 기준 농도(Cth2)를 초과하는지 여부를 판단한다. (S5, S6)
이 때, 제2 기준 농도(Cth2)는 제1 기준 농도(Cth1)보다는 작은 값에 해당하며, 재순환 배기가스의 과급량을 유지할지 또는 감소시킬지 판단의 근거가 된다.
즉, 현재 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해물질의 농도가 제2 기준 농도(Cth2)가 되면 배기가스 규제 범위 이하의 수치가 되기 때문에 엔진(210)으로 공급되는 재순환 배기가스의 과급량을 줄일 수 있고, 과급 모터(291)를 저회전수로 유지할 수 있어 소모 전력을 감소시킬 수 있게 된다.
제2 기준 농도(Cth2)는 제1 기준 농도(Cth1)와 마찬가지로 전술한 메모리(310)에 미리 저장된 데이터를 호출함으로써 확인할 수 있다.
한편, 전술한 S6 단계에서 측정 농도(Cm)가 제2 기준 농도(Cth2)보다 더 크거나 같은 것으로 판단되면, 제어부(300)는 과급 모터(291)의 현재 회전수를 유지하도록 제어한다. (S7)
즉, 배기가스 과급기(290)로부터 공급되는 재순환 배기가스의 과급량을 현 상태에서 유지하도록 제어하는 것이다.
보다 상세히는, 도 7에 도시된 바와 같이 제어부(300)는 재순환 배기가스의 과급량을 유지시키기 위해, 먼저 흡기 매니폴드 압력 센서(256)로부터 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 혼합기의 압력(P1)을 검출한다. (S71)
다음으로, 제어부(300)는 재순환 배기가스 압력 센서(257)로부터 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 흡기 매니폴드(212)로 공급되는 재순환 배기가스의 과급 압력(P2)을 검출한다. (S72)
제어부(300)는, 검출된 혼합기의 압력(P1)과 과급 압력(P2)의 차이값에 해당하는 압력차(△P=P2-P1)를 연산한다. (S73)
압력차가 연산되면, 제어부(300)는 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)를 측정한다. (S74)
전술한 바와 같이, 과급 모터(291)의 회전수 측정은 당업계에 공지된 임의의 수단이 적용 가능하며, 바람직하게는 센서리스 방식으로 측정될 수 있다.
과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)가 측정되면, 제어부(300)는 연산된 압력차(△P)가 0 이하의 수치를 갖는지 여부를 판단한다. (S75)
여기서, 압력차(△P)가 0 이하의 값을 갖는다는 것은, 과급 압력(P2)이 혼합기 압력(P1)보다 더 작은 상태로서 혼합기가 배기가스 과급기(290) 측으로 역유입되는 상태를 의미한다.
따라서, S75 단계에서 연산된 압력차(△P)가 0을 초과하는 수치를 갖는 것으로 판단되면, 정상적인 상태로 운전 중이기 때문에 제어부(300)는 과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)를 유지하도록 제어한다. (S76)
다만, S75 단계에서 연산된 압력차(△P)가 0 이하의 수치를 갖는 것으로 판단되면, 과급 압력(P2)을 증가시키기 위해 제어부(300)는 과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)에 소정의 증가분을 더한 목표 회전수로 과급 모터(291)의 회전수를 증가시킨다. (S77)
이 때, 소정의 증가분은 바람직하게는 분당 500회(500rpm)가 될 수 있다.
이후 제어부(300)는 과급 모터(291)의 회전수를 증가시킨 시점부터 소정의 시간 주기(△t)가 경과하였는지를 판단한다. (S78)
소정의 시간 주기(△t)는 바람직하게는 5초가 될 수 있다.
이 때, 소정의 시간 주기(△t)를 경과하지 않은 것으로 판단되면, 전술한 S75 단계로 진행하여 압력차 (△P)를 재판단한다.
다만, 소정의 시간 주기(△t)를 경과한 것으로 판단되면, 전술한 S71 단계로 진행하여 이후 단계를 반복하게 된다.
한편, 전술한 S6 단계에서 측정 농도(Cm)가 제2 기준 농도(Cth1)보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(300)는 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 회전수를 감소시켜 재순환 배기가스의 과급량을 감소시킨다. (S8)
보다 상세히는 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 재순환 배기가스의 과급량을 감소시키기 위해, 먼저 흡기 매니폴드 압력 센서(256)로부터 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 혼합기의 압력(P1)을 검출한다. (S81)
다음으로, 제어부(300)는 재순환 배기가스 압력 센서(257)로부터 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 흡기 매니폴드(212)로 공급되는 재순환 배기가스의 과급 압력(P2)을 검출한다. (S82)
제어부(300)는, 검출된 혼합기의 압력(P1)과 과급 압력(P2)의 차이값에 해당하는 압력차(△P=P2-P1)를 연산하고, 재순환 배기가스의 과급량을 줄이기 위한 목표 과급 압력(P2_t)을 연산한다. (S83)
여기서 목표 과급 압력(P2_t)은 연산된 압력차(△P)에 소정의 압력 감소분을 뺀 값으로 연산될 수 있으며, 바람직하게는 소정의 압력 감소분은 50hPa이 될 수 있다.
압력차 및 목표 과급 압력이 연산되면, 제어부(300)는 배기가스 과급기(290)의 과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)를 측정한다. (S84)
전술한 바와 같이, 과급 모터(291)의 회전수 측정은 당업계에 공지된 임의의 수단이 적용 가능하며, 바람직하게는 센서리스 방식으로 측정될 수 있다.
과급 모터(291)의 현재 회전수(M_c)가 측정되면, 제어부(300)는 측정된 현재 회전수(M_c)에 소정의 감소분을 뺀 목표 회전수로 과급 모터(291)의 회전수를 감소시킨다. (S85)
이 때, 소정의 감소분은 바람직하게는 분당 1,000회(1,000rpm)이 될 수 있다.
과급 모터(291)의 회전수 감소가 완료되면, 제어부(300)는 재순환 배기가스 압력 센서(257)를 통해 재순환 배기가스의 과급 압력(P2)을 재측정한다. (S86)
제어부(300)는, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력에 도달하였는지 여부를 판단한다. (S87)
이 때, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력(P2_t)보다 작은 것으로 판단되면, 과급 모터(291)의 감소된 회전수를 유지한다. (S48)
감소된 회전수를 유지하여 재순환 배기가스의 과급량이 증가된 상태로 다시 전술한 S1 단계로 진행하여 유해물질의 농도를 재검출하도록 진행된다.
한편, 전술한 S87 단계에서, 재측정된 과급 압력(P2)이 목표 과급 압력(P2_t)보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 제어부(300)는 전술한 S85 단계 이후에 소정의 시간 주기(△t)가 경과하였는지를 판단한다. (S89a)
소정의 시간 주기(△t)는 바람직하게는 5초가 될 수 있다.
이 때, 소정의 시간 주기(△t)를 경과하지 않은 것으로 판단되면, 전술한 S86 단계 및 S87 단계로 진행하여 목표 과급 압력 도달 여부를 재판단한다.
한편, 소정의 시간 주기(△t)를 경과한 것으로 판단되면, 현재 회전수를 재설정한다. (S89b)
다음으로, 전술한 S85 단계로 복귀하여 재설정된 회전수에 소정의 감소분을 추가로 뺀 수치로 과급 모터(291)의 회전수를 추가로 감소시키도록 제어한다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
210: 엔진 250: 과급기
251: 제1 과급부 252: 제2 과급부
256: 흡기 매니폴드 압력 센서 257: 재순환 배기가스 압력 센서
258: 배기가스 센서 200d: 배기관
200e: 배기 바이패스관 290: 배기가스 과급기
291: 과급 모터 292: 과급 임펠러
300: 제어부

Claims (19)

  1. 공기조화 모듈의 압축기;
    상기 압축기의 구동력을 생성하는 가스 엔진;
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중 적어도 일부를 재순환 배기가스로서 상기 엔진으로 공급하는 배기가스 과급기; 및
    상기 배기가스 과급기의 작동을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 배기가스 과급기는, 상기 재순환 배기가스를 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 과급 임펠러와, 상기 과급 임펠러를 회전시키는 과급 모터를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 배기가스에 포함된 유해물질의 농도에 따라 상기 과급 모터의 회전수를 조절하도록 제어하는 가스 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에서,
    상기 배기가스를 외부로 배출하는 배기관;
    상기 배기관에 부착되어 상기 배기가스 중 포함된 유해물질의 농도를 감지하는 배기가스 센서; 및
    상기 배기가스 센서가 부착되는 위치보다 상류 측에서 상기 배기관으로부터 분기되어 상기 배기가스 과급기로 상기 재순환 배기가스를 안내하는 배기 바이패스관;
    을 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 배기가스 센서로부터 상기 유해물질의 농도에 관한 신호를 수신하여 상기 유해물질의 농도를 검출하는 가스 히트펌프 시스템.
  3. 제2 항에서,
    상기 유해물질은, 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 히트펌프 시스템.
  4. 제2 항에서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 농도와 제1 기준 농도를 비교하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도를 초과하는지 여부를 판단하고,
    상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도보다 크거나 같은 것으로 판단되면,
    상기 과급 모터의 회전수를 증가시켜 상기 재순환 배기가스의 과급량을 증가시키는 가스 히트펌프 시스템.
  5. 제4 항에서,
    상기 엔진으로 공기와 연료의 혼합기를 공급하는 흡기 매니폴드;
    상기 흡기 매니폴드 내의 혼합기의 압력을 감지하는 흡기 매니폴드 압력 센서; 및
    상기 배기가스 과급기로부터 배출되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 감지하는 재순환 배기가스 압력 센서;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 흡기 매니폴드 압력 센서로부터 상기 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 혼합기의 압력을 검출하고,
    상기 재순환 배기가스 압력 센서로부터 상기 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 검출하는 가스 히트펌프 시스템.
  6. 제5 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 혼합기의 압력과, 상기 검출된 상기 재순환 배기가스의 과급 압력 사이의 압력차를 연산하고,
    상기 재순환 배기가스의 목표 과급 압력을 연산하는 가스 히트펌프 시스템.
  7. 제6 항에서,
    상기 제어부는, 상기 과급 모터의 현재 회전수를 측정하고,
    상기 측정된 현재 회전수에 소정의 증가분을 더한 목표 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 증가시키는 가스 히트펌프 시스템.
  8. 제7 항에서,
    상기 소정의 증가분은 분당 1,000회가 되는 가스 히트펌프 시스템.
  9. 제7 항에서,
    상기 제어부는, 상기 재순환 배기가스 압력 센서를 통해 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 재측정하고,
    상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력에 도달했는지 여부를 판단하여, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 크거나 같은 것으로 판단되면,
    상기 과급 모터의 증가된 회전수를 유지하는 가스 히트펌프 시스템.
  10. 제9 항에서,
    상기 제어부는, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 작은 것으로 판단되면,
    상기 목표 회전수에 상기 소정의 증가분을 추가로 더하여 상기 과급 모터의 회전수를 증가시키는 가스 히트펌프 시스템.
  11. 제2 항에서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 농도와 제1 기준 농도를 비교하고, 상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도를 초과하는지 여부를 판단하고,
    상기 검출된 농도가 상기 제1 기준 농도보다 작은 것으로 판단되면,
    상기 검출된 농도와, 상기 제1 기준 농도보다 작은 제2 기준 농도를 비교하는 가스 히트펌프 시스템.
  12. 제11 항에서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 농도가 상기 제2 기준 농도보다 더 크거나 같은 것으로 판단되면,
    상기 과급 모터의 회전수를 유지하여, 상기 재순환 배기가스의 과급량을 유지시키는 가스 히트펌프 시스템.
  13. 제11 항에서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 농도가 상기 제2 기준 농도보다 작은 것으로 판단되면,
    상기 과급 모터의 회전수를 감소시켜, 상기 재순환 배기가스의 과급량을 감소시키는 가스 히트펌프 시스템.
  14. 제13 항에서,
    상기 엔진으로 공기와 연료의 혼합기를 공급하는 흡기 매니폴드;
    상기 흡기 매니폴드 내의 혼합기의 압력을 감지하는 흡기 매니폴드 압력 센서; 및
    상기 배기가스 과급기로부터 배출되는 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 감지하는 재순환 배기가스 압력 센서;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 흡기 매니폴드 압력 센서로부터 상기 혼합기의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 혼합기의 압력을 검출하고,
    상기 재순환 배기가스 압력 센서로부터 상기 재순환 배기가스의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 검출하는 가스 히트펌프 시스템.
  15. 제14 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 혼합기의 압력과, 상기 검출된 상기 재순환 배기가스의 과급 압력 사이의 압력차를 연산하고,
    상기 재순환 배기가스의 목표 과급 압력을 연산하는 가스 히트펌프 시스템.
  16. 제15 항에서,
    상기 제어부는, 상기 과급 모터의 현재 회전수를 측정하고,
    상기 측정된 현재 회전수에 소정의 감소분을 뺀 목표 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 감소시키는 가스 히트펌프 시스템.
  17. 제16 항에서,
    상기 소정의 감소분은 분당 1,000회가 되는 가스 히트펌프 시스템.
  18. 제16 항에서,
    상기 제어부는, 상기 재순환 배기가스 압력 센서를 통해 상기 재순환 배기가스의 과급 압력을 재측정하고,
    상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력에 도달했는지 여부를 판단하여, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 작은 것으로 판단되면, 상기 과급 모터의 감소된 회전수를 유지하는 가스 히트펌프 시스템.
  19. 제18 항에서,
    상기 제어부는, 상기 재측정된 재순환 배기가스의 과급 압력이 상기 목표 과급 압력보다 크거나 같은 것으로 판단되면,
    상기 목표 회전수에 상기 소정의 감소분을 추가로 뺀 회전수로 상기 과급 모터의 회전수를 감소시키는 가스 히트펌프 시스템.
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