JP2009097481A - 内燃機関の廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】季節に応じてランキンサイクルと冷凍サイクルとを適正に作動させて内燃機関のエネルギー効率を向上することができる内燃機関の廃熱利用装置を提供する。
【解決手段】膨張機(26)を流通した冷媒を外気により凝縮させる第１凝縮器(10)を有するランキンサイクル(18)と、圧縮機(32)を流通した冷媒を外気により凝縮させる第２凝縮器(8)を有する冷凍サイクル(20)と、両サイクルのうち、いずれか一方または両方を作動させ、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、一方のサイクルの凝縮器に対して他方のサイクルの凝縮器を直列に接続して冷媒を段階的に流通させる冷媒経路切換手段(48)とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の廃熱利用装置に係り、詳しくは、車両に好適な内燃機関の廃熱利用装置に関する。

この種の内燃機関の廃熱利用装置は、例えば車両に搭載され、車両のエンジンを冷却する冷却水を介して廃熱を回収しており、この廃熱によって加熱された蒸発冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、この膨張機を流通した冷媒を外気により凝縮させるランキンサイクルコンデンサ（ＲＣコンデンサ）を有するランキンサイクル（ＲＣ）と、車室内の空気によって加熱された蒸発冷媒を外部動力によって圧縮する圧縮機、この圧縮機を流通した冷媒を外気により凝縮させるエアコンサイクルコンデンサ（ＡＣコンデンサ）を有する冷凍サイクルしてのエアコンサイクル（ＡＣ）とを備えている。

そして、例えば特許文献１には、上記両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、上記両コンデンサに並列に配置して冷媒を分散して流通させるべく両サイクルの冷媒経路を切り換える技術が開示されている。
特開２００４−３０８４２４号公報

しかしながら、上記従来技術では、各コンデンサの設置場所や固有の性能に応じて凝縮能力が異なる点については格別な配慮がなされていない。
また、一般に、ＡＣコンデンサは専ら夏季に使用されて他の季節はほとんど使用されないことが多い一方、ＲＣコンデンサは通年に亘って使用されることが多い傾向があるものの、この点についても格別な配慮がなされておらず、これらにより、エンジンの廃熱を効率的に回収するためには依然として課題が残されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、季節に応じてランキンサイクルと冷凍サイクルとを適正に作動させて内燃機関のエネルギー効率を向上することができる内燃機関の廃熱利用装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置は、内燃機関の廃熱によって加熱された蒸発冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、膨張機を流通した冷媒を外気により凝縮させる第１凝縮器を有するランキンサイクルと、熱源によって加熱された蒸発冷媒を外部動力によって圧縮する圧縮機、圧縮機を流通した冷媒を外気により凝縮させる第２凝縮器を有する冷凍サイクルと、両サイクルのうち、いずれか一方または両方を作動させ、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、一方のサイクルの凝縮器に対して他方のサイクルの凝縮器を直列に接続して冷媒を段階的に流通させる冷媒経路切換手段とを備えることを特徴としている。

請求項２記載の発明では、請求項１において、冷媒経路切換手段は、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、両サイクルの両凝縮器のうち、凝縮能力の小さい側の凝縮器から冷媒を流通させることを特徴としている。
請求項３記載の発明では、請求項１または２において、外気情報を検出する外気情報検出手段を更に備え、冷媒経路切換手段は、両サイクルを作動させる場合には、両サイクルの両凝縮器のうち、凝縮能力の大きい側の凝縮器に、外気情報検出手段にて検出された外気情報に基づいて決定される熱負荷が大きい側のサイクルの冷媒を選択的に流通させることを特徴としている。

請求項４記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、廃熱利用装置は車両に搭載され、内燃機関は車両のエンジンであって、第１及び第２の凝縮器は、車両の前面近傍に前面側から凝縮能力の大きい側の凝縮器から順に重ねて配置されることを特徴としている。
請求項５記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、廃熱利用装置は車両に搭載され、内燃機関は車両のエンジンであって、第１及び第２の凝縮器は、車両の前面近傍に傾斜して上下に並列配置されることを特徴としている。

請求項６記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、廃熱利用装置は車両に搭載され、内燃機関は車両のエンジンであって、第１及び第２の凝縮器は、それぞれ車両の前面近傍と車両のボンネットとに別個に配置されることを特徴としている。
請求項７記載の発明では、請求項６において、ボンネットには、外気をボンネットに沿わせてボンネットに配置された凝縮器に吸入させた後に車両外に導く吸気ダクトが設置されることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の内燃機関の廃熱利用装置によれば、冷媒経路切換手段は、両サイクルのいずれか一方または両方を作動させ、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、一方のサイクルの凝縮器に対して他方のサイクルの凝縮器を直列に接続して冷媒を段階的に流通させる。これにより、並列に配置された両凝縮器に冷媒を分散して流通させる場合と異なり、冷媒の凝縮を一括して段階的に行うことができる。

また、冬季などにおいて冷凍サイクルの熱負荷が小さくなって冷凍サイクルを停止したときには、両凝縮器をランキンサイクルにて使用することができ、一方、真夏などに冷凍サイクルの熱負荷が極端に大きくなってランキンサイクルを停止したときには、両凝縮器を冷凍サイクルにて使用することができる。従って、季節に応じて両サイクルを適正に且つ効率良く作動させることができるため、内燃機関のエネルギー効率を向上することができる。

請求項２記載の発明によれば、冷媒経路切換手段は、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、両サイクルの両凝縮器のうち凝縮能力の小さい側の凝縮器から冷媒を流通させ、冷媒を徐々に段階的に凝縮させることにより、両サイクルを適正に且つ更に効率良く作動させることができるため、内燃機関のエネルギー効率を更に向上することができる。

請求項３記載の発明によれば、冷媒経路切換手段は、両サイクルを作動させる場合には、両サイクルの両凝縮器のうち、凝縮能力の大きい側の凝縮器に、外気情報検出手段にて検出された外気情報に基づいて決定される熱負荷が大きい側のサイクルの冷媒を選択的に流通させる。これにより、外気情報、即ち季節に応じて、例えば、夏季には凝縮能力の大きい側の凝縮器を冷凍サイクルで使用し、夏季以外の春、秋の中間季には凝縮能力の大きい側の凝縮器をランキンサイクルで使用することができる。従って、夏季に効率良く冷凍サイクルを作動させながら通年に亘ってランキンサイクルにて廃熱を効率良く回収することができ、両サイクルを適正に且つより一層効率良く作動させることができるため、内燃機関のエネルギー効率を大幅に向上することができる。

請求項４記載の発明によれば、第１及び第２の凝縮器は、車両の前面近傍に前面側から凝縮能力の大きい側の凝縮器から順に重ねて配置される。ここで、冷媒経路切換手段は、両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、両サイクルの両凝縮器のうち、凝縮能力の小さい側の凝縮器から冷媒を流通させることから（請求項２）、外気の通風と冷媒の流れとを全体として対向流とすることができる。これにより、両凝縮器における冷媒と外気との熱交換効率が向上し、ひいては内燃機関のエネルギー効率を更に向上することができる。

請求項５記載の発明によれば、第１及び第２の凝縮器は、車両の前面近傍に傾斜して上下に並列配置される。これにより、両凝縮器における外気の通風が個別になって通風抵抗を小さくできると共に、両凝縮器の凝縮能力を大きくすることができるため、冷媒の凝縮を更に円滑に行うことができ、両サイクルを適正に且つ更に効率良く作動させつつ、内燃機関のエネルギー効率を更に向上することができる。

請求項６記載の発明によれば、第１及び第２の凝縮器は、それぞれ車両の前面近傍と車両のボンネットとに別個に配置される。これにより、両凝縮器における外気の通風が個別になって通風抵抗が小さくなり、冷媒の凝縮を円滑に行うことができる。
ここで、一般に、前面の方が外気の通風速度も速く通風量も多いことから、ボンネットに設置した凝縮器の能力は、前面に設置した凝縮器よりも凝縮能力が低下する。そこで、両凝縮器を両凝縮器の固有の凝縮性能のみならず、その設置場所によってもその凝縮能力に差を持たせることにより、両凝縮器をその凝縮性能に応じて更に適切に配置し、冷媒経路切換手段による冷媒経路の切り換えを更に効果的に行うことが可能である。

具体的には、夏季において冷凍サイクルの熱負荷が大きい場合には前面配置の凝縮器を冷凍サイクル用とし、一方、中間季など冷凍サイクルの熱負荷が比較的小さい場合にはボンネット配置の凝縮器を冷凍サイクル用とし、更には冬季などに冷凍サイクルを停止させる場合には両凝縮器をランキンサイクル用とするべく冷媒経路を切り換えることにより、両サイクルを更に適正に且つ効率良く作動させることができるため、内燃機関のエネルギー効率を更に向上することができる。

請求項７記載の発明によれば、ボンネットには、外気をボンネットに沿わせてボンネットに配置された凝縮器に吸入させた後に車両外に導く吸気ダクトが設置される。これにより、一般にエンジンが収容されるボンネット下のエンジンルーム内の圧力上昇を防止できると共に、ボンネットに配置された凝縮器における外気の通風抵抗を更に小さくでき、冷媒の凝縮を更に円滑に行えるため、両サイクルを更に適正に且つ効率良く作動させつつ、内燃機関のエネルギー効率を更に向上することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について、先ず第１実施形態から説明する。
図１には、本実施形態の廃熱利用装置２が搭載された車両４の前面４ａ側のみの縦断面図が概略的に示されている。車両４のボンネット４ｂの下部にはエンジン（内燃機関）６が搭載され、エンジン６より前面４ａ側には、前面４ａ側から順に、廃熱利用装置２を構成するエアコンサイクルコンデンサ（第２凝縮器）８（以下、ＡＣコンデンサという）、ランキンサイクルコンデンサ（第１凝縮器）１０（以下、ＲＣコンデンサという）、ラジエータ１２が重ねて配置され、これらには車両４の走行に伴い、前面４ａに形成されたメッシュ板金から外気である走行風１４が通風される。

詳しくは、図２の廃熱利用装置２の構成が概略的に示された模式図を参照すると、廃熱利用装置２は、エンジン６を冷却する冷却水回路１６と、エンジン６の廃熱を回収するランキンサイクル回路（ランキンサイクル）１８（以下、ＲＣ回路という）と、車両４の図示しない車室内の空調を行うエアコンサイクル回路（冷凍サイクル）２０（以下、ＡＣ回路という）とから構成されている。

冷却水回路１６は、エンジン６から延設される冷却水の循環路１７に、冷却水の流れ方向から順に蒸発器２２、ラジエータ１２が介挿されて閉回路を構成し、エンジン６の冷却水出口には水ポンプ２４が装着されている。
蒸発器２２は、冷却水回路１６の冷却水とＲＣ回路１８の冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、エンジン６で加熱された冷却水、すなわち温水を熱媒体として冷媒を蒸発させることにより、エンジン４の廃熱をＲＣ回路１８側に回収している。一方、蒸発器２２を通過し、冷媒に吸熱されて温度低下した冷却水は、エンジン６を冷却することにより再び加熱された温水となる。

ラジエータ１２は、蒸発器２２を流通した冷却水を外気との熱交換により冷却する熱交換器であって、ラジエータ１２を経由した冷却水は再びエンジン６に流入し、エンジン６の回転数に応じて駆動される水ポンプ２４によって蒸発器２２に向けて圧送される。
一方、ＲＣ回路１８は、冷媒の循環路１９に、冷媒の流れ方向から順に蒸発器２２、膨張機２６、ＲＣコンデンサ１０、冷媒ポンプ２８が介挿されて閉回路を構成している。

膨張機２６は、蒸発器２２で加熱されて過熱蒸気の状態となった冷媒を吸入して膨張させ、回転駆動力を発生させる容積式の流体機器である。また、膨張機２６には図示しない発電機等が接続され、膨張機２６の回転駆動力が電力変換されて廃熱利用装置２の外部で利用可能となっている。
ＲＣコンデンサ１０は、膨張機２６から吐出される冷媒を外気と熱交換させて凝縮液化する熱交換器であり、ＲＣコンデンサ１０で凝縮された液冷媒は、電動式の冷媒ポンプ２８によって蒸発器２２に向けて圧送される。

一方、ＡＣ回路２０は、冷媒の循環路２１に、冷媒の流れ方向から順に蒸発器３０、圧縮機３２、ＡＣコンデンサ８、膨張弁３４が介挿されて閉回路を構成している。
蒸発器３０は、車両４の車室内の空気とＡＣ回路２０の冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、車室内の空気を熱源として冷媒を蒸発させることにより、ＡＣ回路２０側に車室内の空気の熱を回収し、車室内を所望の空調温度に調整している。

圧縮機３２は、図示しないモータ等の外部動力により駆動され、蒸発器３０で蒸発した冷媒を圧縮して過熱蒸気の状態としている。
ＡＣコンデンサ８は、圧縮機３２から吐出される冷媒を外気と熱交換させて凝縮液化する熱交換器であり、ＡＣコンデンサ１０で凝縮された液冷媒は膨張弁３４に送出され、膨張弁３４を経由して膨張された後に蒸発器３０に向けて送出される。

ここで、ＲＣ回路１８とＡＣ回路２０とは、ＲＣ分岐流路３６、及びＡＣ分岐流路３８にて互いに接続され、各分岐箇所にはそれぞれ三方弁４０，４２が設置されている。
詳しくは、ＲＣ分岐流路３６は、循環路１９のＲＣコンデンサ１０の出口側と冷媒ポンプ２８の入口側との間に設置された三方弁４０を介して分岐され、循環路２０のＡＣコンデンサ８の入口側と圧縮機３２との間に接続されてＡＣ回路２０に合流している。

一方、ＡＣ分岐流路３８は、循環路２１のＡＣコンデンサ８の出口側と膨張弁３４の入口側との間に設置された三方弁４２を介して分岐され、循環路１９の三方弁４０よりも下流側と冷媒ポンプ２８の入口側との間に接続されてＲＣ回路１８に合流している。
なお、ＲＣ分岐流路３６の循環路２１における合流箇所と圧縮機３２の出口側との間には逆止弁４４が設置され、ＲＣ分岐流路３６からの圧縮機３２側への冷媒の逆流が防止されている。

更には、廃熱利用装置２の外部には外気温度Ｔoを検出する温度センサ（外気情報検出手段）４６が設置され、温度センサ４６は、三方弁４０，４２と共に、廃熱利用装置２を制御する電子コントロールユニット（冷媒経路切換手段）４８（以下、ＥＣＵという）に電気的に接続されている。
ＥＣＵ４８は、例えば温度センサ４６にて検出される外気温度Ｔoに基づいて、ユーザがＡＣ回路２０を作動または停止するのに伴い、三方弁４０，４２を駆動する冷媒経路切換制御を行っている。

詳しくは、ＥＣＵ４８は、夏季において外気温度Ｔoが所定の高温設定値以上となり、ＡＣ回路２０が作動されるときには、図２に示されるように、三方弁４０，４２をそれぞれ循環路１９側、循環路２１側に切り換え、ＲＣ分岐流路３６、ＡＣ分岐流路３８を閉塞させるべく駆動することにより、ＲＣ回路１８とＡＣ回路２０とを互いに独立して作動させ、各コンデンサ１０，８をそれぞれ各回路１８，２０で使用させる。

一方、図３に示されるように、ＥＣＵ４８は、夏季以外の季節において外気温度Ｔoが所定の高温設定値より低下し、ＡＣ回路２０が停止されるときには、三方弁４０，４２をそれぞれＲＣ分岐流路３６側、ＡＣ分岐流路３８側に切り換え、これら流路３６,３８を連通させるべく駆動する。
これにより、循環路１９を循環する冷媒は、ＲＣ分岐流路３６から分岐されて循環路２１に合流し、循環路２１に合流された冷媒はＡＣ回路２０のうちのＡＣコンデンサ８のみに流通された後、ＡＣ分岐流路３８を経て循環路２１に戻る。すなわち、圧縮機３２を停止することによりＡＣ回路２０を停止し、ＲＣ回路１８のみを作動させ、両コンデンサ１０，８をＲＣコンデンサ１０に対してＡＣコンデンサ８が直列に接続された状態でＲＣ回路１８のみで使用させる。

このとき、図４に示されるように、ＲＣ回路１８を循環する冷媒が両コンデンサ１０，８を順次段階的に流れて凝縮されるため、上述した如く、前面４ａ側から順にＡＣコンデンサ８、ＲＣコンデンサ１０を重ねて配置することにより、走行風１４の流れと冷媒の流れ５０とが全体として対向流になる。
以上のように、本実施形態では、ＥＣＵ４８は、ＡＣ回路２０が停止されるときには、両コンデンサ１０，８をＲＣコンデンサ１０に対してＡＣコンデンサ８が直列に接続された状態でＲＣ回路１８のみで使用させる。これにより、並列に配置された両コンデンサ１０，８に冷媒を分散して流通させる場合と異なり、冷媒の凝縮を一括して段階的に行うことができ、また、両回路１８，２０を適正に且つ効率良く作動させることができるため、エンジン６のエネルギー効率を向上することができる。

次に、第２実施形態について説明する。
当第２実施形態は、上記第１実施形態のＲＣ回路１８及びＡＣ回路２０をＲＣ分岐流路３６の他、四方弁５２,５４を介して接続して冷媒経路切換制御を行うものであり、また、ＲＣコンデンサ１０よりもＡＣコンデンサ８のほうが凝縮能力を高く設定しており、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこの上記第１実施形態と異なる点について説明する。

図５は、本実施形態の廃熱利用装置２を概略的に示した模式図である。
四方弁５２は、連通されて循環路１９の一部をなす第１連通路５２ａ、第１連通路５２ａと連動して連通されて循環路２１の一部をなす第２連通路５２ｂ、連通されて第１実施形態におけるＡＣ分岐流路３８をなす第３連通路５２ｃ、第３連通路５２ｃと連動して三方弁４０の下流側と膨張弁３４の入口側とを連通させる第４連通路５２ｄから構成されている。

一方、四方弁５４は、連通されて循環路１９の一部をなす第１連通路５４ａ、第１連通路５４ａと連動して連通されて循環路２１の一部をなす第２連通路５４ｂ、膨張機２６の出口側とＡＣコンデンサ８の入口側とを連通させる第３連通路５４ｃ、第３連通路５４ｃと連動して圧縮機３２の出口側とＲＣコンデンサ１０の入口側とを連通させる第４連通路５４ｄから構成され、これら四方弁５２,５４はＥＣＵ４８に電気的に接続されている。

ＥＣＵ４８では、温度センサ４６にて検出される外気温度Ｔoに基づいて、三方弁４０、及び四方弁５２,５４を駆動する冷媒経路切換制御を行っている。
詳しくは、ＥＣＵ４８は、夏季において外気温度Ｔoが所定の高温設定値以上となって、ＡＣ回路２０の熱負荷が比較的大きくなるときには、図５に示されるように、三方弁４０を循環路１９側に切り換え、ＲＣ分岐流路３６を閉塞させるべく駆動する。また、四方弁５２,５４をそれぞれ第１連通路５２ａ,５４ａ、及び第２連通路５２ｂ,５４ｂを連通させるべく駆動することにより、ＲＣ回路１８とＡＣ回路２０とを互いに独立して作動させ、ＲＣコンデンサ１０をＲＣ回路１８で使用させると共に，ＲＣコンデンサ１０に比して伝熱面積が大きく凝縮能力も高いＡＣコンデンサ８をＡＣ回路２０で使用させる。

一方、図６に示されるように、ＥＣＵ４８は、春季や秋季の中間季において外気温度Ｔoが所定の高温設定値より低く、且つ所定の低温設定値より高くなり、ＡＣ回路２０の熱負荷が夏季に比して小さくなるときには、三方弁４０を循環路１９側に切り換えたままで、四方弁５２,５４をそれぞれ第３連通路５２ｃ,５４ｃ、及び第４連通路５２ｄ,５４ｄを連通させるべく駆動することにより、ＲＣ回路１８とＡＣ回路２０とを互いに独立して作動させ、この際に、ＲＣコンデンサ１０に比して凝縮能力が高いＡＣコンデンサ８をＲＣ回路１８で使用させると共に、ＲＣコンデンサ１０をＡＣ回路２０で使用させる。

一方、図７に示されるように、ＥＣＵ４８は、冬季において外気温度Ｔoが所定の低温設定値以下となり、ＡＣ回路２０の熱負荷が大幅に小さくなってＡＣ回路２０を停止させるときには、三方弁４０をＲＣ分岐流路３６側に切り換え、ＲＣ分岐流路３６を連通させるべく駆動する。また、四方弁５２の第３連通路５２ｃ、及び四方弁５４の第１連通路５４ａを連通させるべく駆動する。そして、圧縮機３２を停止することによりＡＣ回路２０が停止され、ＲＣコンデンサ１０の下流側にＡＣコンデンサ８が直列に接続された状態で両コンデンサ１０，８を凝縮能力の高くなる順にＲＣ回路１８のみで使用させる。

一方、図８に示されるように、ＥＣＵ４８は、夏季の外気温度Ｔoが所定の高温設定値より大幅に高くなる真夏であって、ＡＣ回路２０が過負荷状態になるときには、三方弁４０をＲＣ分岐流路３６側に切り換え、ＲＣ分岐流路３６を連通させるべく駆動する。また、四方弁５２，５４をそれぞれ第２連通路５２ｂ、第４連通路５４ｄを連通させるべく駆動する。そして、膨張機２６を停止することによりＲＣ回路１８が停止され、ＲＣコンデンサ１０の下流側にＡＣコンデンサ８が直列に接続された状態で両コンデンサ１０，８を凝縮能力の高くなる順にＡＣ回路２０のみで使用させる。

このように、上記第１実施形態と同様、第２実施形態においても、冷媒経路切換制御を実施することにより、冷媒の凝縮を一括して段階的に行うことができ、また、図７に示されるように、ＡＣ回路２０を停止させるときに両コンデンサ１０，８をＲＣ回路１８にて使用することにより、エンジン６のエネルギー効率を向上することができる。
特に当該第２実施形態の場合には、図８に示されるように、真夏にＡＣ回路２０が過負荷状態となるときには、ＲＣ回路１８を停止して両コンデンサ１０，８をＡＣ回路２０にて使用させることにより、季節に応じて両回路１８，２０を更に適正に且つ効率良く作動させることができるため、エンジン６のエネルギー効率を更に向上することができる。

また、当該冷媒経路切換制御では、図７，８に示されるように、両回路１８，２０のいずれか一方を作動させる場合には、両回路１８，２０のそれぞれのコンデンサ１０，８のうち凝縮能力の小さい方から順に冷媒を流通させ、冷媒を徐々に段階的に凝縮させることができるため、両回路１８，２０をより一層適正に且つ更に効率良く作動させることができるため、エンジン６のエネルギー効率をより一層向上することができる。

更に、当該冷媒経路切換制御では、両回路１８，２０の両方を作動させる場合には、季節に応じて決定される熱負荷が大きい側の回路の冷媒を両回路１８，２０のそれぞれのコンデンサ１０，８のうち凝縮能力の大きい方に選択的に流通させる。
具体的には、図５に示されるように、夏季には凝縮能力の大きいＡＣコンデンサ８をＡＣ回路２０で使用させ、一方、図６に示されるように、夏季以外の春、秋の中間季には凝縮能力の大きいＡＣコンデンサ８をＲＣ回路１８で使用させることにより、夏季に効率良くＡＣ回路２０を作動させながら通年に亘ってＲＣ回路１８にて廃熱を効率良く回収することができるため、両回路１８，２０を更に適正に且つより効率良く作動させて、エンジン６のエネルギー効率を大幅に向上することができる。

更にまた、両コンデンサ８，１０は、車両４の前面４ａからみて凝縮能力の大きいＡＣコンデンサ８、ＲＣコンデンサ１０の順に走行風１４を受けるべく重ねて配置され、当該冷媒経路切換制御では、ＲＣコンデンサ１０からＡＣコンデンサ８の順に冷媒を流通させることから、走行風１４と冷媒の流れ５０とを全体として対向流とすることができる。これにより、両コンデンサ８，１０を流れる冷媒と走行風１４との熱交換効率が向上し、ひいてはエンジン４のエネルギー効率を更に向上することができる。

以上で本発明の第１、第２実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では、両コンデンサ８，１０が前面４ａ近傍に重ねて配置されているが、図９に示されるように、前面４ａ側からＡＣコンデンサ８、ラジエータ１２の順に重ねて傾斜配置し、これらの上側であってボンネット４ｂの下側の空間にＲＣコンデンサ１０を配置しても良い。この場合には、両コンデンサ８，１０における走行風１４の通風が個別になって通風抵抗を小さくできると共に、両コンデンサ８，１０の凝縮能力を大きくすることができるため、冷媒の凝縮を更に円滑に行うことができ、両回路１８，２０を更に適正に且つ効率良く作動させつつ、エンジン６のエネルギー効率を更に向上することができる。

また、上記各実施形態及び変形例では、両コンデンサ８，１０はいずれも車両４の前面４ａ近傍に配置されているが、図１０に示されるように、ＲＣコンデンサ１０のみをボンネット４ｂに設置しても良く、この場合には、ＡＣコンデンサ８には走行風１４が通風され、ＲＣコンデンサ１０にはボンネット４ｂに沿って流れる走行風１５が別途に通風されるため、両コンデンサ８，１０における通風が個別になって各通風抵抗が小さくなり、冷媒の凝縮を円滑に行うことができる。

ここで、一般に、前面４ａから通風される走行風１４のほうがその通風速度が速く通風量も多いことから、ボンネット４ｂに設置されたＲＣコンデンサ１０は、前面４ａに設置されたＡＣコンデンサ８よりも凝縮能力が低下する。しかし、両コンデンサ８，１０をその固有の凝縮性能のみならず、その設置場所によってもその凝縮能力に差を持たせることができるため、両コンデンサ８，１０を固有性能と設置場所とによって決定される凝縮能力に応じて適切に配置することにより、冷媒経路切換制御による冷媒経路の切り換えを更に効果的に行うことが可能である。

具体的には、夏季においてＡＣ回路２０の熱負荷が大きい場合には前面４ａ配置のＡＣコンデンサ８をＡＣ回路２０用とし、一方、中間季などＡＣ回路２０の熱負荷が比較的小さい場合にはボンネット４ｂ配置のＲＣコンデンサ１０をＡＣ回路２０用とし、更には冬季などにＡＣ回路２０を停止させる場合には両コンデンサ８，１０をＲＣ回路１０用とするべく冷媒経路を切り換えることにより、両回路１８，２０を更に適正に且つ効率良く作動させることができるため、エンジン６のエネルギー効率を更に向上することができる。

更に、上記各実施形態及び各変形例の他、図１１に示されるように、走行風１５をボンネット４ｂに沿わせてＲＣコンデンサ１０に吸入させた後に車両４外に導く吸気ダクト５６をボンネット４ｂに設置すれば、ボンネット４ｂの下側にてエンジン６が収容される図示しないエンジンルーム内の圧力上昇を防止できると共に、ＲＣコンデンサ１０に通風抵抗を更に小さくでき、冷媒の凝縮を更に円滑に行えるため、両回路１８，２０を更に適正に且つ効率良く作動させつつ、エンジン６のエネルギー効率を更に向上することができる。

最後に、上記各実施形態及び各変形例では、ＲＣコンデンサ１０よりＡＣコンデンサ８のほうが固有の凝縮性能が大きく、また、両コンデンサ８，１０を重ねる場合にはＡＣコンデンサ８を前面４ａ側に設置し、両コンデンサ８，１０を別置する場合にはＲＣコンデンサ１０をボンネット４ｂ側に設置しているが、これらの両コンデンサ８，１０の固有性能や設置場所が逆でも良く、その場合にも両コンデンサ８，１０の凝縮能力に応じて適宜冷媒切換制御を行うことにより上記と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置が搭載された車両の前面側のみを概略的に示した縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置の夏季運転時の状態を示した模式図である。 図２の廃熱利用装置の夏季以外の運転時の状態を示した模式図である。 図２のＡＣ及びＲＣコンデンサに通風される車両の走行風とＡＣ及びＲＣコンデンサを流れる冷媒との流れ方向を示した模式図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置の夏季運転時の状態を示した模式図である。 図５の廃熱利用装置の中間季運転時の状態を示した模式図である。 図５の廃熱利用装置の冬季運転時の状態を示した模式図である。 図５の廃熱利用装置の真夏における運転時の状態を示した模式図である。 図１の変形例に係る車両の前面側のみを概略的に示した縦断面図である。 図９の変形例に係る車両の前面側のみを概略的に示した縦断面図である。 図１０の変形例に係る車両の前面側のみを概略的に示した縦断面図である。

符号の説明

２ 廃熱利用装置
４ 車両
４ａ 前面
４ｂ ボンネット
６ エンジン（内燃機関）
８ エアコンサイクルコンデンサ（第２凝縮器）
１０ ランキンサイクルコンデンサ（第１凝縮器）
１８ ランキンサイクル回路（ランキンサイクル）
２０ エアコンサイクル回路（冷凍サイクル）
２６ 膨張機
３２ 圧縮機
４６ 温度センサ（外気情報検出手段）
４８ 電子コントロールユニット（冷媒経路切換手段）
５６ 吸気ダクト

Claims (7)

1. 内燃機関の廃熱によって加熱された蒸発冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を流通した冷媒を外気により凝縮させる第１凝縮器を有するランキンサイクルと、
   熱源によって加熱された蒸発冷媒を外部動力によって圧縮する圧縮機、該圧縮機を流通した冷媒を外気により凝縮させる第２凝縮器を有する冷凍サイクルと、
   前記両サイクルのうち、いずれか一方または両方を作動させ、該両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、一方の前記サイクルの前記凝縮器に対して他方の前記サイクルの前記凝縮器を直列に接続して冷媒を段階的に流通させる冷媒経路切換手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
2. 前記冷媒経路切換手段は、前記両サイクルのいずれか一方を作動させる場合には、該両サイクルの前記両凝縮器のうち、凝縮能力の小さい側の前記凝縮器から冷媒を流通させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
3. 外気情報を検出する外気情報検出手段を更に備え、
   前記冷媒経路切換手段は、前記両サイクルを作動させる場合には、該両サイクルの前記両凝縮器のうち、凝縮能力の大きい側の前記凝縮器に、前記外気情報検出手段にて検出された外気情報に基づいて決定される熱負荷が大きい側の前記サイクルの冷媒を選択的に流通させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
4. 前記廃熱利用装置は車両に搭載され、前記内燃機関は該車両のエンジンであって、
   前記両凝縮器は、前記車両の前面近傍に該前面側から凝縮能力の大きい側の前記凝縮器から順に重ねて配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の廃熱利用装置。
5. 前記廃熱利用装置は車両に搭載され、前記内燃機関は該車両のエンジンであって、
   前記両凝縮器は、前記車両の前面近傍に傾斜して上下に並列配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の廃熱利用装置。
6. 前記廃熱利用装置は車両に搭載され、前記内燃機関は該車両のエンジンであって、
   前記両凝縮器は、それぞれ前記車両の前面近傍と前記車両のボンネットとに別個に配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の廃熱利用装置。
7. 前記ボンネットには、外気を該ボンネットに沿わせて該ボンネットに配置された前記凝縮器に吸入させた後に前記車両外に導く吸気ダクトが設置されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の廃熱利用装置。

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