JP2006214315A - 車両用排熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】排熱回収効率が低下せずに、コンパクトでコストを低減した車両用排熱回収システムを提供する。
【解決手段】ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動するモータ２４が、ポンプ１１の回転軸及びコンプレッサ２１の回転軸に連結するように設けられている。コンプレッサ２１とモータ２４とは、モータ２４からポンプ１１への動力の伝達を断接する第１のクラッチ２５を介して連結されている。また、ポンプ１１とモータ２４とは、モータ２４からポンプ１１への動力の伝達を断接する第２のクラッチ２６を介して連結されている。モータ２４は、インバータ５を介して、バッテリー４の正極端子４ａに電気的に接続されている。また、発電機１５は、インバータ６を介して、バッテリー４の正極端子４ａに電気的に接続されている。バッテリー４の負極端子４ｂは車両に接地されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用排熱回収システムに関する。

排熱を利用して、蒸気圧縮式冷凍サイクルの空調機の圧縮機を駆動するようにした排熱回収システムが、特許文献１に記載されている。
図５は、このような従来の排熱回収システムを車両に適用したものの構成図である。
ランキンサイクル７０を起動するために、エンジン６１の動力によって、ベルト７６を介してポンプ７１が駆動される。ポンプ７１から吐出されたフロン等の作動流体は、熱交換器７２において、冷却水循環経路６２を循環するエンジン冷却水と熱交換されて作動流体ガスとなり、膨張機７３へと送られて膨張される。膨張機７３で膨張された作動流体ガスはコンデンサ７４で冷却凝縮され、再びポンプ７１に吸入される。膨張機７３の出力によって発電機７５が駆動されて発電が行われ、車両の駆動等に使用される。
一方、冷凍サイクル８０を起動するために、モータ８５によってコンプレッサ８３が駆動される。コンプレッサ８３から吐出された作動流体ガスは、ランキンサイクル７０の膨張機７３によって膨張された作動流体ガスと合流した後、コンデンサ７４で冷却凝縮される。その後、一部がランキンサイクル７０に分配され、残りの作動流体は、膨張弁８１で減圧される。減圧された作動流体は、蒸発器８４において車内へ向かう空気と熱交換されることによって加熱されて作動流体ガスとなる。熱交換された空気は冷気として車内へ供給される。蒸発器８４で加熱された作動流体ガスは、再びコンプレッサ８３に吸入される。
このような車両用排熱回収システム６０では、エンジン６１の動力のかわりにモータを使用してポンプ７１を駆動してもよい。

特開２００２−１１５９３１号公報（図７）

しかしながら、ポンプ７１の駆動を、ベルト７６を介してエンジン６１の動力で行う場合には、ポンプ７１の回転数がエンジン６１の回転数と同調するので、排熱量や外気温等に基づくランキンサイクル７０の作動状況に応じた作動流体の流量制御が困難であるといった問題点があった。
また、ポンプ７１をモータによって駆動する場合には、軸封装置による消費動力の増加を抑制するため、ポンプ７１は密閉式のものが好ましい。しかしながら、密閉式の場合には、ポンプ７１はモータ及びモータ制御用インバータを備えることになるので、サイズが大きくなり、コストも増加するといった問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、排熱回収効率が低下せずに、コンパクトでコストを低減した車両用排熱回収システムを提供することを目的とする。

この発明に係る車両用排熱回収システムは、車両における排熱を用いて作動流体を加熱する熱交換器、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させる膨張機、膨張機で膨張された作動流体を冷却するコンデンサ、及びコンデンサで冷却された作動流体を循環するポンプを有するランキンサイクルと、作動流体を圧縮するコンプレッサ、コンプレッサで圧縮された作動流体とランキンサイクルの膨張機で膨張された作動流体とが混合した作動流体を冷却するコンデンサ、コンデンサで冷却された作動流体の少なくとも一部をランキンサイクルのポンプに流入させ、その残りの作動流体を減圧する減圧装置、及び減圧装置で減圧された作動流体を加熱する蒸発器を有する冷凍サイクルと、コンプレッサ及びポンプの両方を駆動する単一のモータとを備えることを特徴とする。ポンプ及びコンプレッサを駆動させるためのモータ及びインバータが１つで済むので、車両用排熱回収システムがコンパクトになり、コストが低下する。
モータからコンプレッサへの動力の伝達を断接する第１のクラッチと、モータからポンプへの動力の伝達を断接する第２のクラッチとを備えてもよい。
コンプレッサ及びポンプの少なくとも一方の吐出量を変更できることが好ましい。モータから伝達される動力によらずコンプレッサ及びポンプの吐出量を調整できるので、ポンプ及びコンプレッサの吐出量が、ランキンサイクル及び冷凍サイクルそれぞれの稼動状況に適合するように調整される。

また、この発明に係る車両用排熱回収システムは、車両における排熱を用いて作動流体を加熱する熱交換器、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させる膨張機、膨張機で膨張された作動流体を冷却するコンデンサ、及びコンデンサで冷却された作動流体を循環するポンプを有するランキンサイクルと、作動流体を圧縮するコンプレッサ、コンプレッサで圧縮された作動流体とランキンサイクルの膨張機で膨張された作動流体とが混合した作動流体を冷却するコンデンサ、コンデンサで冷却された作動流体の少なくとも一部をランキンサイクルのポンプに流入させ、その残りの作動流体を減圧する減圧装置、及び減圧装置で減圧された作動流体を加熱する蒸発器を有する冷凍サイクルと、モータとしてコンプレッサ及びポンプの両方を駆動すると共に、発電機として膨張機の動力を利用して発電を行う負荷機とを備えることを特徴とする。ポンプ及びコンプレッサを駆動するモータと、膨張機の動力を利用した発電機とが、１つの負荷機で済むので、車両用排熱回収システムがコンパクトになり、コストが低下する。
負荷機からコンプレッサへの動力の伝達、及びコンプレッサから負荷機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、負荷機からポンプへの動力の伝達、及びポンプから負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチとを備えてもよい。
負荷機の回転数に対するコンプレッサの回転数を変更する変速機と、負荷機から変速機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、負荷機からポンプへの動力の伝達、及びポンプから負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチとを備えてもよい。変速機によって、負荷機の回転数に対するコンプレッサの回転数を調整することにより、ポンプに必要な回転数とコンプレッサに必要な回転数とが異なる場合、ポンプ及びコンプレッサのそれぞれが、最適な回転数で駆動される。
負荷機の回転数に対するポンプの回転数を変更する変速機と、負荷機から変速機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、負荷機からコンプレッサへの動力の伝達、及びコンプレッサから負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチとを備えてもよい。変速機によって、負荷機の回転数に対するポンプの回転数を調整することにより、ポンプに必要な回転数とコンプレッサに必要な回転数とが異なる場合、ポンプ及びコンプレッサのそれぞれが、最適な回転数で駆動される。

この発明によれば、コンプレッサ及びポンプが単一のモータにより駆動されるので、排熱回収効率が低下せずに、コンパクトでコストを低減した車両用排熱回収システムを提供することができる。また、コンプレッサ及びポンプが、モータとしてコンプレッサ及びポンプの両方を駆動すると共に発電機として膨張機の動力を利用して発電を行う負荷機に連結されているので、排熱回収効率が低下せずに、コンパクトでコストを低減した車両用排熱回収システムを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、この実施の形態に係る車両用排熱回収システム１は、エンジン２、エンジン２を冷却するための冷却水が循環する冷却水循環経路３、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０を備えている。

ランキンサイクル１０には、ポンプ１１、熱交換器１２、膨張機１３、及びコンデンサ１４が設けられ、作動流体であるフロンＲ１３４ａが循環されている。膨張機１３は、コンプレッサの吐出側と吸入側とを実質的に逆に接続した構造であり、吸入される作動流体によって駆動される。膨張機１３の図示しない回転軸には発電機１５が連結されている。
一方、冷凍サイクル２０には、コンプレッサ２１、コンデンサ１４、減圧装置である膨張弁２２及び蒸発器２３が設けられている。ここで、コンプレッサ２１は、吐出量を変更できる斜板式圧縮機である。
ランキンサイクル１０と冷凍サイクル２０とは、コンデンサ１４の前後で経路を共有しており、コンデンサ１４には、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０のそれぞれを循環する作動流体の混合したものが流入するようになっている。

ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動するモータ２４が、ポンプ１１の図示しない回転軸及びコンプレッサ２１の図示しない回転軸に連結するように設けられている。コンプレッサ２１とモータ２４とは、モータ２４からコンプレッサ２１への動力の伝達を断接する第１のクラッチ２５を介して連結されている。また、ポンプ１１とモータ２４とは、モータ２４からポンプ１１への動力の伝達を断接する第２のクラッチ２６を介して連結されている。

モータ２４は、インバータ５を介して、バッテリー４の正極端子４ａに電気的に接続されている。また、発電機１５は、インバータ６を介して、バッテリー４の正極端子４ａに電気的に接続されている。バッテリー４の負極端子４ｂは車両に接地されている。

次に、この実施の形態１に係る車両用排熱回収システムの動作について説明する。
図１に示されるように、エンジン２が始動すると、冷却水が冷却水循環経路３を循環する。冷却水は、エンジン２が暖機されると、温められて温度が上昇する。エンジン２の始動後、第１のクラッチ２５及び第２のクラッチ２６それぞれがつながれた状態で、バッテリー４からの電力がインバータ５を介してモータ２４を始動させ、ポンプ１１及びコンプレッサ２１が起動して、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０が稼動する。なお、図示しないエアコンスイッチがオフとされている場合は第１のクラッチ２５を非接続として起動してもよい。

ポンプ１１が起動すると、ポンプ１１から吐出されたフロンＲ１３４ａは、熱交換器１２においてエンジン２の冷却水と熱交換されることによって加熱されてフロンＲ１３４ａガスとなる。このフロンＲ１３４ａガスは、膨張機１３に吸入されて膨張機１３を駆動させ、これにより膨張される。膨張されたフロンＲ１３４ａガスは、後述するように、冷凍サイクル２０のコンプレッサ２１から吐出されたフロンＲ１３４ａガスと合流し、コンデンサ１４に流入して冷却凝縮される。コンデンサ１４で凝縮されたフロンＲ１３４ａは、一部が冷凍サイクル２０の循環に分岐した後、ポンプ１１に吸入される。このようにして、フロンＲ１３４ａがランキンサイクル１０を循環することにより、ランキンサイクル１０が稼動する。ランキンサイクル１０が稼動すると、膨張機１３の動力によって発電機１５が駆動されて発電が行われる。発電機１５によって発電された電力は、インバータ６を介してバッテリー４に蓄電され、車両に備えられた各種電気機器の駆動に用いられる。なお、発電機１５から車両に備えられた各種電機機器に直接電力を供給するようにしてもよい。

一方、コンプレッサ２１が起動すると、コンプレッサ２１から吐出されたフロンＲ１３４ａガスは、前述したように、ランキンサイクル１０の膨張機１３によって膨張されたフロンＲ１３４ａガスと合流し、コンデンサ１４に流入して冷却凝縮される。コンデンサ１４で凝縮されたフロンＲ１３４ａは、一部がランキンサイクル１０の循環に分岐した後、膨張弁２２によって減圧され、続いて蒸発器２３によって加熱されてフロンＲ１３４ａガスとなり、コンプレッサ２１に吸入される。このようにして、フロンＲ１３４ａが冷凍サイクル２０を循環することにより、冷凍サイクル２０が稼動する。冷凍サイクル２０が稼動すると、蒸発器２３において、車内へ向かう空気がフロンＲ１３４ａと熱交換されて冷気となり、車内へ供給される。

モータ２４によってポンプ１１及びコンプレッサ２１の両方を駆動させると、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０それぞれにおける作動状況により、ポンプ１１に必要な回転数とコンプレッサ２１に必要な回転数とが異なる場合がある。この場合には、ポンプ１１及びコンプレッサ２１のそれぞれを最適な回転数で駆動させることができなくなるおそれがある。しかしながら、コンプレッサ２１は斜板式圧縮機であるので、冷凍サイクル２０の稼動状況に適合するように、斜板の角度を変えることによって吐出量が調整される。

また、例えば第２のクラッチ２６をつなげて、第１のクラッチ２５を切ると、モータ２４の動力はポンプ１１には伝達されるが、コンプレッサ２１には伝達されなくなる。すなわち、ポンプ１１のみが駆動されてコンプレッサ２１は駆動されないので、冷凍サイクル２０は稼動せず、ランキンサイクル１０のみが稼動するようになる。また、この逆に、第１のクラッチ２５をつなげて、第２のクラッチ２６を切ると、ランキンサイクル１０は稼動せず、冷凍サイクル２０のみが稼動するようになる。

このように、ポンプ１１とコンプレッサ２１とを、単一のモータ２４により駆動することにより、ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動させるためのモータ及びインバータが１つで済むので、車両用排熱回収システム１をコンパクトにし、コストを低下することができる。
また、コンプレッサ２１を可変容量型の斜板式圧縮機にすることにより、モータ２４から伝達される回転数とは無関係にコンプレッサ２１の吐出量を調整できるので、ポンプ１１及びコンプレッサ２１の吐出量を、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０それぞれの稼動状況に適合するように調整することができる。
さらに、第１のクラッチ２５及び第２のクラッチ２６を設けることにより、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０のどちらか一方のみを稼動することができる。ランキンサイクル１０のみを稼動する場合には、冷凍サイクル２０を稼動する動力に相当する電力をバッテリー４へ蓄電できるので、発電効率を向上できる。一方、冷凍サイクル２０のみを稼動する場合には、例えば、冷房負荷が高いときにコンプレッサ２１のみを駆動するようにしてモータ２４の負荷を軽減することもできる。

尚、コンプレッサ２１として、吐出量を変更できる斜板式圧縮機を用いたが、これに限定するものではない。吐出量を変更できるコンプレッサであればどのような形式のコンプレッサであってもよい。また、ポンプ１１の吐出量を変更できるようにしてもよく、ポンプ１１及びコンプレッサ２１それぞれの吐出量を変更できるようにしてもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る車両用排熱回収システムについて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る車両用排熱回収システムは、実施の形態１に対して、モータ２４を負荷機にして、モータとしてポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動すると共に発電機としてポンプ１１及びコンプレッサ２１の動力によって発電を行うようにし、ポンプ１１と膨張機１３とを連結するようにしたものである。

図２に示されるように、車両用排熱回収システム３０において、コンプレッサ２１（Ｃ）と負荷機であるモータ／発電機３１（Ｍ／Ｇ）とが第１のクラッチ３２を介して連結され、モータ／発電機３１とポンプ１１（Ｐ）とが第２のクラッチ３３を介して連結され、ポンプ１１と膨張機１３（Ｅ）とが連結されている。また、モータ／発電機３１は、バッテリー４の正極端子４ａと、インバータ６を介して電気的に接続されている。尚、バッテリー４の負極端子４ｂは車両に接地されている。これにより、モータ／発電機３１は、モータとしてバッテリー４の電力によって駆動されてポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動させると共に、発電機として、ポンプ１１を介し、膨張機１３の動力を利用して発電を行うようになっている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。尚、第１のクラッチ３２は、モータ／発電機３１からコンプレッサ２１への動力の伝達を断接する。第２のクラッチ３３は、モータ／発電機３１からポンプ１１への動力の伝達、及びポンプ１１を介した膨張機１３からモータ／発電機３１への動力の伝達を断接する。ここで、図中、バッテリー４からモータ／発電機３１へ供給される電力の流れを破線Ａで表し、モータ／発電機３１によって発電された電力をバッテリー４へ供給する流れを一点鎖線Ｂで表す。

次に、この実施の形態２に係る車両用排熱回収システムの動作について説明する。
実施の形態１と同様に、エンジン２の始動後、第１のクラッチ３２及び第２のクラッチ３３がつながれた状態で、バッテリー４の電力がモータ／発電機３１を始動させることにより（破線Ａ）、ポンプ１１及びコンプレッサ２１が始動されて、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０が稼動する。

ランキンサイクル１０が起動した後、フロンＲ１３４ａがランキンサイクル１０を循環するようになり通常運転となると、モータ／発電機３１は、モータとしてポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動する動作から、発電機として発電を行う動作に切り替わる。モータ／発電機３１が発電機として動作する場合は、ポンプ１１を介して膨張機１３の動力を利用することにより発電を行う。すなわち、モータ／発電機３１は、膨張機１３の動力回収を行う。この実施の形態２では、モータ／発電機３１の動作が切り替わるタイミングを、ランキンサイクル１０の起動後、所定時間が経過したときとする。

モータ／発電機３１が、モータとしてポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動する動作（破線Ａ）から、発電機として膨張機１３の動力を利用して発電を行う動作（一点鎖線Ｂ）に切り替わると、ポンプ１１は、膨張機１３の動力により駆動されるようになる。一般に、ランキンサイクル１０において、膨張機１３の最適回転数はポンプ１１の回転数とほぼ比例しているので、ポンプ１１は最適回転数で運転するようになる。また、ポンプ１１を介してモータ／発電機３１に伝達された膨張機１３の動力により、コンプレッサ２１が駆動されるようになる。

膨張機１３の動力のうち、ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動させるために消費される以外の動力は、モータ／発電機３１が発電機として動作するための動力として使用される。モータ／発電機３１によって発電された電力は、インバータ６を介してバッテリー４に蓄電される（一点鎖線Ｂ）。

ここで、ランキンサイクル１０の作動状況により、膨張機１３の動力が小さくなると、ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動するのに十分な動力が得られなくなり、ポンプ１１及びコンプレッサ２１の回転数が低下する。これらの回転数が所定値以下となったら、モータ／発電機３１がモータとしてポンプ１１及びコンプレッサ２１とを駆動するようにする。その後、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０の起動時と同様にして、所定時間経過後、モータ／発電機３１が発電機として発電を行うように切り替わる。

また、実施の形態１と同様に、第１のクラッチ３２を切り、第２のクラッチ３３をつなげると、冷凍サイクル２０は稼動せず、ランキンサイクル１０のみが稼動する。逆に、第２のクラッチ３３を切り、第１のクラッチ３２をつなげると、ランキンサイクル１０は稼動せず、冷凍サイクル２０のみが稼動する。冷凍サイクル２０のみが稼動する場合には、モータ／発電機３１は、モータとしてコンプレッサ２１を駆動する動作のみを行う。

このように、コンプレッサ２１及びポンプ１１を、モータ／発電機３１を介して連結し、ポンプ１１に膨張機１３を連結することにより、ポンプ１１及びコンプレッサ２１を駆動するモータと膨張機１３の動力を利用した発電機とが、１つのモータ／発電機３１で済むので、実施の形態１に比べて、車両用排熱回収システム３０をさらにコンパクトにし、さらにコストを低下することができる。
また、第１のクラッチ３２及び第２のクラッチ３３を設けたので、実施の形態１と同様に、ランキンサイクル１０及び冷凍サイクル２０のいずれか一方のみを稼動することによる効果を得ることができる。

尚、モータ／発電機３１が、発電機としての動作からモータとしての動作に切り替わるタイミングとして、ポンプ１１及びコンプレッサ２１の回転数が所定値以下になった場合としたが、これに限定するものではない。作動流体の流量や膨張機１３の回転数、モータ／発電機３１に供給される電流等が所定値に達したときに、モータ／発電機３１の動作を切り替えるようにしてもよい。

実施の形態３．
次に、この実施の形態３に係る車両用排熱回収システムの動作について説明する。
この発明の実施の形態３に係る車両用排熱回収システムは、実施の形態２に対して、コンプレッサ２１とモータ／発電機３１との間に変速機を設けたものである。
図３に示されるように、車両用排熱回収システム４０において、コンプレッサ２１（Ｃ）と無段変速機である変速機４１（ＴＭ）とが連結され、変速機４１とモータ／発電機３１（Ｍ／Ｇ）とが第１のクラッチ３２を介して連結されている。また、モータ／発電機３１とポンプ１１（Ｐ）とが第２のクラッチ３３を介して連結され、ポンプ１１と膨張機１３（Ｅ）とが連結されている。その他の構成については、実施の形態２と同じである。

実施の形態２と同様に、エンジン２の始動後、第１のクラッチ３２及び第２のクラッチ３３をつなげた状態で、モータ／発電機３１が始動すると、モータ／発電機３１の動力によってポンプ１１が駆動する。また、モータ／発電機３１の動力は変速機４１にも伝達される。変速機４１は、モータ／発電機３１の図示しない回転軸の回転数を、コンプレッサ２１を駆動させるのに最適な回転数に変換して、コンプレッサ２１を駆動させる。これにより、ポンプ１１に必要な回転数とコンプレッサ２１に必要な回転数とが異なる場合、ポンプ１１及びコンプレッサ２１のそれぞれが、最適な回転数で駆動される。
モータ／発電機３１がモータとしてコンプレッサ２１を駆動させる際に、変速機４１によって回転数を調整してコンプレッサ２１を駆動させる以外の動作については、実施の形態２で説明した動作と同じである。

このように、モータ／発電機３１の回転数に対するコンプレッサ２１の回転数を変更する変速機４１を設けたので、ポンプ１１に必要な回転数とコンプレッサ２１に必要な回転数とが異なる場合、ポンプ１１及びコンプレッサ２１のそれぞれを、最適な回転数で駆動させることができる。

実施の形態４．
次に、この実施の形態４に係る車両用排熱回収システムの動作について説明する。
この発明の実施の形態４に係る車両用排熱回収システムは、実施の形態２に対して、ポンプ１１とモータ／発電機３１との間に変速機を設けたものである。
図４に示されるように、車両用排熱回収システム５０において、コンプレッサ２１（Ｃ）とモータ／発電機３１（Ｍ／Ｇ）とが第１のクラッチ３２を介して連結され、モータ／発電機３１と無段変速機である変速機４１（ＴＭ）とが第２のクラッチ３３を介して連結されている。また、変速機４１とポンプ１１（Ｐ）とが第２のクラッチ３３を介して連結され、ポンプ１１と膨張機１３（Ｅ）とが連結されている。その他の構成については、実施の形態２と同じである。

実施の形態２と同様に、エンジン２の始動後、第１のクラッチ３２及び第２のクラッチ３３をつなげた状態で、モータ／発電機３１が始動すると、モータ／発電機３１の動力によってコンプレッサ２１が駆動する。また、モータ／発電機３１の動力は変速機４１にも伝達される。変速機４１は、モータ／発電機３１の図示しない回転軸の回転数を、ポンプ１１を駆動させるのに最適な回転数に変換して、ポンプ１１を駆動させる。これにより、ポンプ１１に必要な回転数とコンプレッサ２１に必要な回転数とが異なる場合、ポンプ１１及びコンプレッサ２１のそれぞれが、最適な回転数で駆動される。
モータ／発電機３１がモータとしてポンプ１１を駆動させる際に、変速機４１によって回転数を調整してポンプ１１を駆動させる以外の動作については、実施の形態２で説明した動作と同じである。

このように、モータ／発電機３１の回転数に対するポンプ１１の回転数を変更する変速機４１を設けたので、ポンプ１１に必要な回転数とコンプレッサ２１に必要な回転数とが異なる場合、ポンプ１１及びコンプレッサ２１のそれぞれを、最適な回転数で駆動させることができる。

実施の形態３及び４では、変速機４１として無段変速機を使用したが、これに限定するものではない。変速比を段階的に変化させる有段変速機を使用してもよい。

実施の形態２〜４では、モータ／発電機３１が、モータとしての動作から発電機としての動作に切り替わるタイミングを、ランキンサイクル１０の起動後、所定時間が経過したときとしたが、これに限定するものではない。センサによって、作動流体の温度や流量、膨張機の回転数、モータ／発電機３１に供給される電流等が所定値に達したのを検出したときに、モータ／発電機３１の動作を切り替えるようにしてもよい。
また、モータ／発電機３１の配設位置はコンプレッサ２１とポンプ１１の間に介在するものに限定されず、例えば、モータ／発電機３１とコンプレッサ２１とが連結されると共に、クラッチ及び／又は変速機を介してコンプレッサ２１とポンプ１１及び膨張機１３とを連結するようにしても良い。
さらに、モータ／発電機３１と膨張機１４とを連結すると共に、膨張機１３とポンプ１１とを連結しても良い。

実施の形態１〜４では、作動流体としてフロンＲ１３４ａを使用したが、プロパンやイソブタン等の炭化水素を使用することができる。また、これらのほかに、混合冷媒も使用できる。混合冷媒としては、例えば、混合冷媒４０７Ｃを使用してもよい。

実施の形態１〜４では、エンジン２を冷却した冷却水とランキンサイクル１０の作動流体とを熱交換器１２において熱交換しているが、冷却水以外の排熱、すなわちエキゾーストパイプ等の車両における排熱と熱交換するようにしてもよく、複数の排熱と熱交換するようにしてもよい。また、ランキンサイクル１０や冷凍サイクル２０には、それぞれ公知の他の構成要素を適宜追加したり、公知の手法を用いて変更したりすることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用排熱回収システムの構成図である。 実施の形態２に係る車両用排熱回収システムの構成図である。 実施の形態３に係る車両用排熱回収システムの構成図である。 実施の形態４に係る車両用排熱回収システムの構成図である。 従来の車両用排熱回収システムの構成図である。

符号の説明

１，３０，４０，５０ 車両用排熱回収システム、１０ ランキンサイクル、１１ ポンプ、１２ 熱交換器、１３ 膨張機、１４ コンデンサ、１５ 発電機、２０ 冷凍サイクル、２１ コンプレッサ、２２ 膨張弁（減圧装置）、２３ 蒸発器、２４ モータ、２５，３２ 第１のクラッチ、２６，３３ 第２のクラッチ、３１ モータ／発電機（負荷機）、４１ 変速機。

Claims (7)

1. 車両における排熱を用いて作動流体を加熱する熱交換器、前記熱交換器で加熱された作動流体を膨張させる膨張機、前記膨張機で膨張された作動流体を冷却するコンデンサ、及び前記コンデンサで冷却された作動流体を循環するポンプを有するランキンサイクルと、
   作動流体を圧縮するコンプレッサ、前記コンプレッサで圧縮された作動流体と前記ランキンサイクルの前記膨張機で膨張された作動流体とが混合した作動流体を冷却する前記コンデンサ、前記コンデンサで冷却された作動流体の少なくとも一部を前記ランキンサイクルの前記ポンプに流入させ、その残りの作動流体を減圧する減圧装置、及び前記減圧装置で減圧された作動流体を加熱する蒸発器を有する冷凍サイクルと、
   前記コンプレッサ及び前記ポンプの両方を駆動する単一のモータと
   を備えることを特徴とする車両用排熱回収システム。
2. 前記モータから前記コンプレッサへの動力の伝達を断接する第１のクラッチと、
   前記モータから前記ポンプへの動力の伝達を断接する第２のクラッチと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用排熱回収システム。
3. 前記コンプレッサ及び前記ポンプの少なくとも一方の吐出量を変更できることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用排熱回収システム。
4. 車両における排熱を用いて作動流体を加熱する熱交換器、前記熱交換器で加熱された作動流体を膨張させる膨張機、前記膨張機で膨張された作動流体を冷却するコンデンサ、及び前記コンデンサで冷却された作動流体を循環するポンプを有するランキンサイクルと、
   作動流体を圧縮するコンプレッサ、前記コンプレッサで圧縮された作動流体と前記ランキンサイクルの前記膨張機で膨張された作動流体とが混合した作動流体を冷却する前記コンデンサ、前記コンデンサで冷却された作動流体の少なくとも一部を前記ランキンサイクルの前記ポンプに流入させ、その残りの作動流体を減圧する減圧装置、及び前記減圧装置で減圧された作動流体を加熱する蒸発器を有する冷凍サイクルと、
   モータとして前記コンプレッサ及び前記ポンプの両方を駆動すると共に、発電機として前記膨張機の動力を利用して発電を行う負荷機と
   を備えることを特徴とする車両用排熱回収システム。
5. 前記負荷機から前記コンプレッサへの動力の伝達、及び前記コンプレッサから前記負荷機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、
   前記負荷機から前記ポンプへの動力の伝達、及び前記ポンプから前記負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチと
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用排熱回収システム。
6. 前記負荷機の回転数に対する前記コンプレッサの回転数を変更する変速機と、
   前記負荷機から前記変速機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、
   前記負荷機から前記ポンプへの動力の伝達、及び前記ポンプから前記負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチと
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用排熱回収システム。
7. 前記負荷機の回転数に対する前記ポンプの回転数を変更する変速機と、
   前記負荷機から前記変速機への動力の伝達を断接する第１のクラッチと、
   前記負荷機から前記コンプレッサへの動力の伝達、及び前記コンプレッサから前記負荷機への動力の伝達を断接する第２のクラッチと
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用排熱回収システム。

Images