JP2007303435A

JP2007303435A - 排気熱回収装置

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Publication number: JP2007303435A
Application number: JP2006134865A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Inui; 究乾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: US20090183697A1; CN101443205A; EP2018285A1; JP4197005B2; WO2007132326A1

Abstract

【課題】効率良く排気熱を回収することができる排気熱回収装置を得る。
【解決手段】排気熱回収システム１０は、内燃機関エンジン１２を冷却するためのエンジン冷却液と内燃機関エンジン１２の排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器１８と、内燃機関エンジン１２の排気ガスの排気熱を回収するためのヒートポンプシステム２２とを備える。ヒートポンプシステム２２は、ＣＯ２冷媒を循環させる冷媒循環路２４と、ＣＯ２冷媒と排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器３２と、吸熱側熱交換器３２にてＣＯ２冷媒が回収した排気熱を回収するための放熱側熱交換器２８とを含んで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に適用され車室内暖房用途及びエンジン暖機用途に熱を供給するための排気熱回収装置に関する。

内燃機関エンジンの排気ガスの有する熱をエンジン冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、外気及び排気ガス熱交換器にて加熱されたエンジン冷却水を熱源とするヒートポンプ回路とを備え、エンジン冷却水温が低いときに暖房モードが選択された場合には、ヒータコアへのエンジン冷却水の供給を停止し、ヒートポンプ回路にて室内暖房を行う自動車用ヒートポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−９０４３０号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、ヒートポンプの熱源が外気及び排気ガス熱交換器にて加熱されたエンジン冷却水であるため、ヒートポンプ効率の向上について改善の余地があった。

本発明は、上記事実を考慮して、効率良く排気熱を回収することができる排気熱回収装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、冷媒の循環路と、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器と、前記冷媒から熱を回収するための放熱側熱交換器とを含むヒートポンプと、を備えている。

請求項１記載の排気熱回収装置では、内燃機関エンジンの排気ガスが有する排気熱（エネルギ）が排気熱回収熱交換器において冷却液に回収され、例えば内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。また、排気ガスの排気熱は、吸熱側熱交換においてヒートポンプの熱源として冷媒に回収されてヒートポンプの運転に供され、例えば放熱側熱交換器による冷媒からの放熱によって内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。

ここで、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、換言すれば、高温流体を熱源としているため、ヒートポンプ効率が高い。このため、排気ガスの大気放出に伴って排気熱を車外に廃棄することなく効率良く回収することができ、例えばヒートポンプ熱源として外気や冷却水等の比較的低温の流体を用いる構成と比較して効率が高く、適用された車両全体としての熱効率も向上する。

このように、請求項１記載の排気熱回収装置では、効率良く排気熱を回収することができる。また、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、着霜の問題が生じることが防止される。

請求項２記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１記載の排気熱回収装置において、前記ヒートポンプの吸熱側熱交換器は、前記排気熱回収熱交換器に対し前記排気ガスの流れ方向下流側に配置されている。

請求項２記載の排気熱回収装置では、排気ガスの排気熱は、先ず排気熱回収熱交換器で冷却液に回収され、次いで、排気熱回収熱交換器で回収し切れなかった分が吸熱側熱交換器にてヒートポンプにさらに回収される。また、排気熱回収熱交換器における冷却液との熱交換で比較的低温になった排気ガスが吸熱側熱交換器で冷媒との熱交換を行うため、冷媒の過熱（過剰な圧力上昇）を防止することができる。これにより、簡単な構造でヒートポンプの保護を図りつつ、例えば排気熱回収熱交換器の熱交換面積を拡大した構成と比較してコンパクトなシステムで排気熱を効果的に回収することができる。

請求項３記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置において、前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷媒と前記冷却液との熱交換を行うように構成されている。

請求項３記載の排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器が冷却液に放熱することで、排気ガスから回収された熱が全て冷却液に回収される。これにより、冷却液を介した暖機促進、暖房（空調用空気の加熱）が果たされる。

請求項４記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項３記載の排気熱回収装置において、前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷却液の循環路における前記排気熱回収熱交換器に対し上流側に配置されている。

請求項４記載の排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、排気熱回収熱交換によって加熱される前の比較的低温の冷却液に放熱するため、ヒートポンプ効率が高く、全体として熱回収効率が向上する。

請求項５記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項４記載の排気熱回収装置において、前記冷却液の循環路における前記排気熱回収熱交換器に対する上流側に設けられ、空調用空気を加熱するためのヒータコアをさらに備え、前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷却液の循環路における前記ヒータコアに対し下流側に配置されている。

請求項５記載の排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、ヒータコアにおいて空調用空気に放熱した後でかつ排気熱回収熱交換によって加熱される前の冷却液、すなわち循環路中で最も低温の冷却液に放熱するため、ヒートポンプ効率が一層高く、全体として熱回収効率が一層向上する。

請求項６記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置において、前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷媒と空調用空気との熱交換を行うように構成されている。

請求項６記載の排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、空調用空気を加熱して回収熱を車室内暖房に供する。放熱側熱交換器が空調用空気を直接的に加熱するため、例えば冷却を介して暖房を行う構成と比較して、暖房の立ち上がり時間を短くすることができる。

請求項７記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項６記載の排気熱回収装置において、前記冷却液の循環路に設けられ、前記空調用空気を加熱するためのヒータコアと、前記ヒータコアに対する前記空調用空気の供給状態と供給停止状態とを切り替え得る切替装置と、をさらに備えている。

請求項７記載の排気熱回収装置では、切替装置がヒータコアへの空調用空気の供給を停止している場合には、ヒータコアから空調用空気への放熱が行われないため、ヒータコアにおける冷却液の温度低下がなく、暖機時間を短縮することができる。

以上説明したように本発明に係る排気熱回収装置は、効率良く排気熱を回収することができるという優れた効果を有する。

本発明の実施の形態に係る排気熱回収装置としての排気熱回収システム１０について図１に基づいて説明する。図１には、排気熱回収システム１０のシステム構成図（システムフローシート）が示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム１０は、自動車の駆動力を発生する内燃機関エンジン１２に冷却液としてのエンジン冷却水を循環させるための冷却水循環路１４を備えている。この実施形態では、エンジン冷却水は、内燃機関エンジン１２の動力で駆動されるメカポンプ１５の作動によって冷却水循環路１４を循環するようになっている。なお、メカポンプに代えて電動ポンプを設けても良い。

冷却水循環路１４上には、エンジン冷却水を熱源とする車室内暖房用の熱交換器であるヒータコア１６が配設されている。すなわち、ヒータコア１６は、図示しない空調ケース内に配設されており、該空調ケース内に導入された空調用空気とエンジン冷却水との熱交換によって、空調用空気を加熱する構成とされている。この加熱された空気が図示しないブロア（ファン）によって車室内に吹き出されることで、車室の暖房が行われる構成である。

また、冷却水循環路１４上には、内燃機関エンジン１２の排気ガスの有する排気熱（エネルギ）をエンジン冷却水に回収するための排気熱回収熱交換器１８が配設されている。すなわち、排気熱回収熱交換器１８は、冷却水循環路１４を循環するエンジン冷却水と、内燃機関エンジン１２の排気マニホルド１２Ａに接続された排気管２０を流通する排気ガスとの熱交換を行う構成とされている。なお、排気管２０の図示しない下流端は、大気開放されている。

さらに、排気熱回収システム１０は、排気ガスの有する排気熱を回収するためのヒートポンプシステム２２を備えている。この実施形態では、ヒートポンプシステム２２は排気熱をエンジン冷却水に回収させるように構成されている。以下、具体的に説明する。

ヒートポンプシステム２２は、冷媒を循環させるための冷媒循環路２４を備え、この冷媒循環路２４上には、コンプレッサ２６、放熱側熱交換器２８、膨張弁３０、吸熱側熱交換器３２がこの順で配設されて構成されている。この実施形態では、冷媒循環路２４を循環する冷媒としてＣＯ２冷媒が用いられている。

そして、放熱側熱交換器２８は、ヒートポンプシステム２２の冷媒放熱器でかつＣＯ２冷媒とエンジン冷却水との熱交換器であり、冷媒循環路２４を循環するＣＯ２冷媒からの熱をエンジン冷却水に放熱するようになっている。一方、吸熱側熱交換器３２は、ＣＯ２冷媒と排気ガスとの熱交換器であり、排気ガスの排気熱をＣＯ２冷媒に吸熱させる（回収する）ように構成されている。そして、ヒートポンプシステム２２では、吸熱側熱交換器３２はＣＯ２冷媒を蒸発しつつ排気熱を潜熱として回収し低温低圧のＣＯ２冷媒とし、コンプレッサ２６は低温低圧のＣＯ２冷媒を圧縮して高温高圧として放熱側熱交換器２８に送り、放熱側熱交換器２８は高温高圧のＣＯ２冷媒の熱をエンジン冷却水に回収するようになっている。また、膨張弁３０は、吸熱側熱交換器３２に供給される前にＣＯ２冷媒を膨張して低圧液化するようになっている。

これにより、ヒートポンプシステム２２は、上記の通り排気ガスの有する排気熱をエンジン冷却水に回収する（蓄える）ようになっている。この実施形態では、放熱側熱交換器２８は、冷却水循環路１４においてはヒータコア１６と排気熱回収熱交換器１８との間、すなわちヒータコア１６に対しエンジン冷却水流れの下流で、かつ排気熱回収熱交換器１８に対しエンジン冷却水流れの上流に配置されている。

一方、吸熱側熱交換器３２は、排気管２０における排気熱回収熱交換器１８に対する排気ガスの流れの下流側に配置されている。また、排気管２０には、排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２をバイパスするバイパス排気路２０Ａが設けられており、バイパス排気路２０Ａには開閉弁３４が配設されている。開閉弁３４を開放した状態では、排気ガスは主にバイパス排気路２０Ａを経由して大気開放されるようになっている。開閉弁３４を閉止した状態では、排気ガスは排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２をこの順で流通し、上記の通り排気熱が回収されるようになっている。

また、排気熱回収システム１０は、図示しない制御装置としてのＥＣＵを備えている。ＥＣＵは、コンプレッサ２６、開閉弁３４にそれぞれ電気的に接続されており、コンプレッサ２６作動・停止、開閉弁３４の開閉を切り替える構成とされている。このＥＣＵには、温度センサからのエンジン冷却水の温度に応じた出力信号、空調ＥＣＵからの暖房負荷信号が入力されるようになっており、ＥＣＵは、これらの信号に基づいてコンプレッサ２６、開閉弁３４を制御するようになっている。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。

上記構成の排気熱回収システム１０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い場合等に、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止すると共にコンプレッサ２６を作動する。すると、内燃機関エンジン１２の排気ガスが排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２に流入する。排気熱回収熱交換器１８では、エンジン冷却水が高温の排気ガスとの熱交換によって直接的に加熱される。さらに、ヒートポンプシステム２２では、その動作によって、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気ガスの排気熱がＣＯ２冷媒を介してエンジン冷却水に供給されて、エンジン冷却水が加熱される。

例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放すると共にコンプレッサ２６（ヒートポンプシステム２２）を停止する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。

ここで、排気熱回収システム１０では、ヒートポンプシステム２２を設けたため、排気熱回収熱交換器１８で回収し切れなかった排気熱（熱エネルギ）をヒートポンプシステム２２にて回収すると共にエンジン冷却水（ヒータコア１６）に供給することができる。そして、ヒートポンプシステム２２では、吸熱側熱交換器３２が排気ガスを熱源とするため、換言すれば、例えば外気やエンジン冷却水を熱源とする構成と比較して高温の流体を熱源とするため、ヒートポンプ効率が高い。これにより、排気熱回収熱交換器１８では回収し切れなかった排気ガスの排気熱を効率良く回収することができる。

一方、吸熱側熱交換器３２は、排気ガスの流れ方向において排気熱回収熱交換器１８の下流に配置されているため、高温の排気ガスによってＣＯ２冷媒が過熱される（過膨張する）ことが防止される。すなわち、熱回収効率の高いヒートポンプシステム２２が高温に対し保護される。また、吸熱側熱交換器３２の熱源が排気ガスであるため、例えば外気を熱源とする場合に懸念される着霜が問題となることがない。

また、排気熱回収システム１０では、ヒートポンプシステム２２で回収した排気熱がエンジン冷却水温の上昇に用いられるため、冷却水循環路１４の暖機促進やヒータコア１６による暖房性能の向上が図られる。これにより、冷却水循環路１４の始動直後においても良好な暖房性能を得ることができる。

しかも、ヒートポンプシステム２２では、冷媒循環路２４における排気熱回収熱交換器１８が排気熱を回収する前であって、かつヒータコア１６において放熱した後の最も低温のエンジン冷却水に放熱するように放熱側熱交換器２８が配置されているため、ヒートポンプ効率が高く、排気熱を一層効率良く回収することができる。これにより、排気熱回収システム１０全体として熱回収効率が良好となる。

以上により、排気熱回収システム１０が適用された自動車では、暖房性の向上と燃費確保の両立が図られた。すなわち燃費を犠牲にすることなく暖房性能を向上することができる。具体的には、排気熱回収熱交換器１８、ヒートポンプシステム２２を備えない構成においては、暖房性能を向上する（エンジン冷却水温を上昇する）ために冷却水循環路１４のアイドル回転数を上昇したり、トランスミッションのシフトタイミングを変更したりする必要があるが、排気熱回収システム１０では、排気熱を効率良く回収してエンジン冷却水に供給するため、アイドル回転数の上昇やシフトタイミングの変更が不要となり、燃費を犠牲にすることなく暖房性能を向上することができる。また同様に、燃費を犠牲にすることなく暖機の促進を図ることができる。

このように、第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０では、効率良く排気熱を回収することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システム５０について、図２及び図３に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分については、上記第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図２には、本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システム５０のシステム構成図（システムフローシート）が示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム５０は、ヒートポンプシステム２２に代えて、ヒートポンプシステム５２を備える点で第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０とは異なる。

ヒートポンプシステム５２は、ＣＯ２冷媒とエンジン冷却水との熱交換を行う放熱側熱交換器２８に代えて、ＣＯ２冷媒と空調用空気との熱交換を行う放熱側熱交換器５４を備える以外は、ヒートポンプシステム２２と同様に構成されている。したがって、ヒートポンプシステム５２は、吸熱側熱交換器３２で回収した排気熱を放熱側熱交換器５４にて空調用空気に放熱することで、熱的にエンジン冷却水を経由することなく、かつヒータコア１６に頼ることなく、車室暖房用の加熱空気を得る構成とされている。

図３に示される如く、放熱側熱交換器５４は、ヒータコア１６と共に空調ケース５６内に配設されて車両用空調装置５８を構成している。以下、車両用空調装置５８（一例）について補足する。

図３に示される如く、空調ケース５６は、両端が開口しており、一方側の開口端には、内外気切換ダンパ６０によって切り替えられる外気取入口６２、内気取入口６４が形成されている。また空調ケース５６の他方の開口端には、車室内へ向けて開口され、モード切替ダンパ６６によって適宜開閉される複数の空気吹出し口６８が形成されている。空気吹出し口６８は、例えば、デフロスタ吹出し口６８Ａ、サイド及びセンタレジスタ吹出し口６８Ｂ、足下吹出し口６８Ｃを有して構成されており、モード切替ダンパ６６によって温調した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる構成である。

また、空調ケース５６内における外気取入口６２、内気取入口６４の下流には、空調用ブロア７０が設けられている。空調用ブロア７０は、作動することで外気取入口６２又は内気取入口６４から空調ケース５６内に空調用空気を吸引し、この空調用空気を空気吹出し口６８側に向けて送出する構成である。空調ケース５６内における空調用ブロア７０の下流側には、空調用空気を冷却するためのエバポレータ７２が配設されている。エバポレータ７２は、図示しない冷凍サイクルを構成しており、この冷凍サイクルの作動時には、空調用空気との熱交換によって冷媒を蒸発させることで、空調用空気から潜熱を奪うように構成されている。

空調ケース５６内におけるエバポレータ７２の下流側には、エアミックスダンパ７４及びヒータコア１６が配設されている。エバポレータ７２の下流側の空調用空気は、例えばエアミックスダンパ７４の開度に応じてヒータコア１６へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア１６によって加熱されていない空調用空気と混合された後、空気吹出し口６８へ向けて送出されるようになっている。エアミックスダンパ７４は、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量がヒータコア１６を通過する状態から、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量がヒータコア１６を通過しない状態（以下、ヒータコアバイパス状態という）まで、空調用空気の流量割合を調整可能とされている。したがって、エアミックスダンパ７４が本発明における「切替装置」に相当する。

空調ケース５６内におけるヒータコア１６の下流側には、エアミックスダンパ７６及び放熱側熱交換器５４が配設されている。エバポレータ７２（ヒータコア１６）の下流側の空調用空気は、例えばエアミックスダンパ７６の開度に応じて放熱側熱交換器５４へ案内されて加熱され、さらに、放熱側熱交換器５４によって加熱されていない空調用空気と混合された後、空気吹出し口６８へ向けて送出されるようになっている。エアミックスダンパ７６は、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量が放熱側熱交換器５４を通過する状態から、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量が放熱側熱交換器５４を通過しない状態（以下、ヒートポンプバイパス状態という）まで、空調用空気の流量割合を調整可能とされている。

以上説明した排気熱回収システム５０と車両用空調装置５８とは、図示しない制御装置によって統合（同期）して制御され、ヒートポンプシステム５２の作動中には、エアミックスダンパ７４はヒータコアバイパス（ヒータコア断熱）状態とされ、ヒートポンプシステム５２の停止中には、エアミックスダンパ７６はヒートポンプバイパス状態とされるようになっている。

排気熱回収システム５０の他の構成は、排気熱回収システム１０の対応する構成と同様とされている。以下、第２の実施形態に係る排気熱回収システム５０の作用を説明する。

上記構成の排気熱回収システム５０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い場合には、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止する。これにより、排気ガスの排気熱が排気熱回収熱交換器１８にてエンジン冷却水に回収され、内燃機関エンジン１２の暖機促進が果たされる。特に、エアミックスダンパ７４をヒータコアバイパス状態に切り替えることで、ヒータコア１６からの放熱が抑制されて内燃機関エンジン１２の暖機が一層促進される。例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。

また、排気熱回収システム５０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い状態で暖房要求が為された場合等に、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止すると共にコンプレッサ２６を作動する。すると、内燃機関エンジン１２の排気ガスが排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２に流入する。排気熱回収熱交換器１８では、エンジン冷却水が高温の排気ガスとの熱交換によって加熱され、内燃機関エンジン１２の暖機が促進される。

一方、ヒートポンプシステム５２では、その動作によって、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気ガスの排気熱がＣＯ２冷媒を介して空調ケース５６内に導入された空調用空気に供給されて、空調用空気が加熱される。このとき、エアミックスダンパ７４は、ヒータコアバイパス状態を取り、ヒータコア１６は空調用空気に対し断熱されており、空調用空気は放熱側熱交換器５４におけるＣＯ２冷媒との熱交換によって加熱され、車室内の暖房に供される。

例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放すると共にコンプレッサ２６（ヒートポンプシステム５２）を停止する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。また、エアミックスダンパ７４はヒータコア１６に空調用空気を導く状態に切り替えられ、エアミックスダンパ７６はヒートポンプバイパス状態に切り替えられる。したがって、エンジン冷却水温の上昇後は、暖房熱源としてヒータコア１６（エンジン冷却水）が用いられる。

ここで、排気熱回収システム５０では、ヒートポンプシステム５２を設けたため、排気熱回収熱交換器１８で回収し切れなかった排気熱をヒートポンプシステム２２にて回収することができる。そして、ヒートポンプシステム５２では、吸熱側熱交換器３２が排気ガスを熱源とするため、換言すれば、例えば外気やエンジン冷却水を熱源とする構成と比較して高温の流体を熱源とするため、ヒートポンプ効率が高い。これにより、排気熱回収熱交換器１８では回収し切れなかった排気ガスの排気熱を効率良く回収することができる。

そして、排気熱回収システム５０では、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気熱を空調用空気（放熱側熱交換器５４）に供給する。ここで、放熱側熱交換器５４は、熱経路としてエンジン冷却水（ヒータコア１６）を経由することなく直接的に空調用空気を加熱するため、エンジン冷却水温が上昇する前に加熱された空調用空気すなわち温風を得ることができる。すなわち、例えば冷間時にもエンジン始動からごく短時間で温風を得ることができ、即効暖房性能が向上する。

一方、このようにヒートポンプシステム５２が作動している間には、エアミックスダンパ７４によってヒータコア１６から空調用空気への放熱が抑制されているため、ヒータコア１６におけるエンジン冷却水温の低下が防止され、エンジン冷却水温が短時間で上昇する。すなわち、車室暖房性能を犠牲することなく（向上させながら）、内燃機関エンジン１２の暖機促進をも図ることができる。

また、吸熱側熱交換器３２は、排気ガスの流れ方向において排気熱回収熱交換器１８の下流に配置されているため、高温の排気ガスによってＣＯ２冷媒が過熱される（過膨張する）ことが防止される。すなわち、熱回収効率の高いヒートポンプシステム２２が高温に対し保護される。また、吸熱側熱交換器３２の熱源が排気ガスであるため、例えば外気を熱源とする場合に懸念される着霜が問題となることがない。

以上により、排気熱回収システム５０が適用された自動車では、第１の実施形態に係る１０と同様に、排気熱回収システム１０暖房性の向上と燃費確保の両立が図られた。このように、第２の実施形態に係る排気熱回収システム５０では、効率良く排気熱を回収することができる。

本発明の第１の実施形態に係る排気熱回収システムのシステム構成図である。本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システムのシステム構成図である。本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システムを構成する放熱側熱交換器の空調ケース内の配置を模式的に示す側断面図である。

符号の説明

１０排気熱回収システム（排気熱回収装置）
１２内燃機関エンジン
１４冷却水循環路（冷却液の循環路）
１６ヒータコア
１８排気熱回収熱交換器
２２ヒートポンプシステム（ヒートポンプ）
２４冷媒循環路（冷媒の循環路）
２８放熱側熱交換器
３２吸熱側熱交換器
５０排気熱回収システム（排気熱回収装置）
５２ヒートポンプシステム（ヒートポンプ）
５４放熱側熱交換器
７４エアミックスダンパ（切替装置）

Claims

内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、
冷媒の循環路と、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器と、前記冷媒から熱を回収するための放熱側熱交換器とを含むヒートポンプと、
を備えた排気熱回収装置。
前記ヒートポンプの吸熱側熱交換器は、前記排気熱回収熱交換器に対し前記排気ガスの流れ方向下流側に配置されている請求項１記載の排気熱回収装置。
前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷媒と前記冷却液との熱交換を行うように構成されている請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置。
前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷却液の循環路における前記排気熱回収熱交換器に対し上流側に配置されている請求項３記載の排気熱回収装置。
前記冷却液の循環路における前記排気熱回収熱交換器に対する上流側に設けられ、空調用空気を加熱するためのヒータコアをさらに備え、
前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷却液の循環路における前記ヒータコアに対し下流側に配置されている請求項４記載の排気熱回収装置。
前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷媒と空調用空気との熱交換を行うように構成されている請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置。
前記冷却液の循環路に設けられ、前記空調用空気を加熱するためのヒータコアと、
前記ヒータコアに対する前記空調用空気の供給状態と供給停止状態とを切り替え得る切替装置と、
をさらに備えた請求項６記載の排気熱回収装置。