JP2009202794A - ヒートマネージメントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両のエンジンの暖機を促進し、ハイブリッド車両におけるエネルギーの利用効率を向上することを課題とする。
【解決手段】ヒートマネージメントシステム１は、エンジン２と、Ｈ／Ｖモータ３と、エンジン２内を循環する第１冷媒が流通する第１通路４と、Ｈ／Ｖモータ３と熱交換する第２冷媒が流通する第２通路５と、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換させる第１熱交換器７と、この第１熱交換器７を第１冷媒がバイパスする第１バイパス通路１０と、第１冷媒とエンジン２の排気との間で熱交換させ、第２冷媒とエンジン２の排気との間で熱交換させる第２熱交換器８と、この第２熱交換器８を第１冷媒がバイパスする第２バイパス通路１２と、第２熱交換器８を通過した後の第２冷媒を介して廃熱を回収する回収機１７と、第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７をバイパスする第３バイパス通路２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換により、機関の断熱及び冷却を行うヒートマネージメントシステムに関する。

従来、内燃機関（エンジン）の駆動に伴って発生する廃熱を、ランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置が知られている。このような廃熱回収装置には、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造とし、エンジンにおける廃熱によって気化した冷却水、すなわち蒸気によって膨張機を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギーを電気エネルギー等に変換して回収するものがある。

このような廃熱回収装置は、ハイブリッド車両に組み込むことができる。このような廃熱回収装置を搭載したハイブリッド車両が特許文献１に開示されている。特許文献１のハイブリッド車両は、エンジンと発電電動機とを備え、排気ガスの熱エネルギーを回収するランキンサイクル装置（廃熱回収装置）が設けられている。このようなハイブリッド車両では、ランキンサイクル装置の出力がエンジンの駆動力のアシストに用いられ、あるいは電力に変換されてバッテリーの充電に用いられる。

特開２００３−１２０２８１号公報

ところで、ハイブリッド車両の中には、エンジンを停止した状態でモータを駆動して運転を開始するものがある。このような運転を行うハイブリッド車両は、運転開始時にエンジンが停止しているため、エンジンの廃熱からエネルギーを回収することができない。また、ランキンサイクルは、蒸気の温度及び圧力が所定の温度、圧力に到達しなければ、利用可能なエネルギーを回収することができない。このため、エンジンが始動しても、エンジンの温度が上昇するまでの間、エンジンの廃熱から利用可能なエネルギーを回収することができない。さらに、このようなエンジンが始動し、エンジンの温度が上昇するまでの間、エンジンの燃費やエミッションは良好な状態とはいえない。

そこで、本発明は、ハイブリッド車両のエンジンの暖機を促進し、ハイブリッド車両におけるエネルギーの利用効率を向上することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のヒートマネージメントシステムは、ハイブリッド車両に搭載されるエンジン及び他の原動機と、前記エンジンに形成された冷媒の通路を流通する第１冷媒と、前記原動機に形成された冷媒の通路を流通する第２冷媒と、前記第１冷媒と前記第２冷媒との間で熱交換させる第１熱交換器と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、エンジンと原動機との間で熱の授受を行い、エネルギーを効率よく利用することができる。第２冷媒の温度が第１冷媒の温度よりも高い場合、第２冷媒から第１冷媒へ熱を移動させることができる。第２冷媒から熱を得た第１冷媒はエンジンを暖機するので、原動機から得られる廃熱をエンジンの暖機に利用することができる。この結果、エンジンの暖機が促進され、燃費やエミッションが良好となるので、エネルギーの利用効率を向上することができる。さらに、第１冷媒の温度が第２冷媒の温度より高い状態であれば、第１冷媒から第２冷媒へ熱を移動することもできる。このような原動機は、電気で駆動するモータとすることができる。

このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第１冷媒を循環させる電動の送液機を備えた構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、第１冷媒が第１通路内を流通するので、第１熱交換器における第１冷媒と第２冷媒との熱交換を促進することができる。例えば、従来のエンジンと電動機とを搭載するハイブリッド車両の中には、エンジンを停止した状態で車両の運転を開始するものがある。このようなハイブリッド車両の運転開始時には、エンジンを駆動源とするウォータポンプが稼働しないため、エンジン内を循環するべき第１冷媒が第１通路内で滞留する。これに対し、本発明のヒートマネージメントシステムでは、エンジンが停止した状態であっても、送液機により第１冷媒が循環するので、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を促進することができる。これにより、エンジンの暖機が促進され、エネルギーの利用効率を向上することができる。また、このような送液機はエンジンのウォータポンプを兼用することができる。

このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第１冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第２熱交換器を備えた構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、第１冷媒はエンジンの排気から熱を得ることができる。このように排気から熱を得た第１冷媒はエンジンを暖機することができる。すなわち、ヒートマネージメントシステムは、排気の廃熱によりエンジンの暖機を促進し、エネルギーの利用効率を向上することができる。

このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第１冷媒が前記第１熱交換器を迂回する第１バイパス手段と、前記第１冷媒の温度がエンジンの暖機完了判定温度より低く、前記第１冷媒の温度が前記第２冷媒の温度以上である場合、前記第１冷媒を第１バイパス手段へ流通させる第１制御手段と、を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、エンジンの暖機時に第１冷媒と第２冷媒との温度状態に基づいて、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行うか否かを切替えることができる。すなわち、第２冷媒の温度が第１冷媒の温度より高い状態である場合、熱交換を行い、第１冷媒の温度を上昇させて、エンジンの暖機を促進し、エネルギーの利用効率を向上することができる。一方、第１冷媒の温度が第２冷媒の温度以上である場合、熱交換を避けて、第１冷媒の温度低下を防ぐ。これにより、エンジンの温度低下を抑え、エネルギーの損失を抑制することができる。

また、このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第１冷媒が前記第２熱交換器を迂回する第２バイパス手段と、前記第１冷媒の温度が前記エンジンの排気の温度以上である場合、前記第１冷媒を前記第２バイパス手段へ流通させる第２制御手段と、を備えた構成とすることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、エンジンの暖機時に第１冷媒とエンジンの排気との温度状態に基づいて、第１冷媒とエンジンの排気との熱交換を行うか否かを切替えることができる。すなわち、第１冷媒の温度がエンジンの排気の温度より低い状態である場合、熱交換を行い、第１冷媒の温度を上昇させて、エンジンの暖機を促進し、エネルギーの利用効率を向上することができる。一方、第１冷媒の温度がエンジンの排気の温度以上である場合、熱交換を避け、第１冷媒の温度の低下を防ぐことができる。これにより、エンジンの温度低下を抑え、エネルギーの損失を抑制することができる。

さらに、このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第２冷媒を介して廃熱を回収する回収手段と、前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、を備えた構成とすることができる（請求項６）。これにより、原動機、第１熱交換器を通過する間に第２冷媒が得た熱エネルギーを、回収手段により運動エネルギーや電気エネルギーとして回収するランキンサイクルを形成することができる。このように本発明のヒートマネージメントシステムは、原動機の廃熱及びエンジンの廃熱を、機械エネルギーまたは電気エネルギーとして回収し、利用することにより、エネルギーの利用効率を向上することができる。また、このヒートマネージメントシステムにおいて、前記第２冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第３熱交換器と、を備えた構成とすることもできる（請求項７）。このような構成とすることにより、第２冷媒はエンジンの排気から熱を得ることができる。これにより、ヒートマネージメントシステムは、このように排気から熱を得た第２冷媒から廃熱を回収することができる。この結果、エネルギーの利用効率を向上することができる。

このようなヒートマネージメントシステムにおいて、前記第２冷媒を介して廃熱を回収する回収手段と、前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、前記第２冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第３熱交換器と、前記第２冷媒が前記第３熱交換器と前記回収手段とを迂回する第３バイパス手段と、前記第２冷媒の諸元に基づいて、前記第２冷媒の前記第３バイパス手段への流通状態を制御する第３制御手段と、を備えた構成とすることができる（請求項８）。このような構成とすることにより、ヒートマネージメントシステムは、回収手段において第２冷媒から利用可能なエネルギーを回収できる場合、第２冷媒を回収手段へ導入することができる。一方、回収手段において第２冷媒から利用可能なエネルギーを回収できない場合、回収手段をバイパスして第２冷媒を流通させることができる。ここで、第２冷媒の諸元とは、回収手段におけるエネルギーの回収効率を算出するために必要となる情報である。このような情報として、例えば、回収手段へ流入する第２冷媒の温度情報及び圧力情報と、回収手段を通過した第２冷媒の温度情報及び圧力情報とが挙げられる。

このようなヒートマネージメントシステムにおいて、蒸発した状態の前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、前記第２冷媒の通路の前記凝縮機の上流側に配置されたコンプレッサと、前記第２冷媒の通路の前記凝縮機の下流において分岐し、再度、前記コンプレッサの上流側で合流するように形成された分岐通路と、前記分岐通路に配置されたエバポレータと、前記分岐通路の前記エバポレータの上流側に配置された膨張弁と、を備えた構成とすることができる（請求項９）。このような構成とすることにより、第２冷媒を用いて室内を冷却することができる。すなわち、室内を冷却する冷房装置とランキンサイクルとを組み合わせ、冷媒装置に用いられるコンプレッサ、凝縮器を冷媒装置とランキンサイクルとにおいて兼用することができる。

本発明のヒートマネージメントシステムは、冷媒を介して、エンジンと原動機との間で熱の授受を行い、エネルギーを効率よく利用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のヒートマネージメントシステム（以下、「ＨＭＳ」と称する。）１の概略構成を示した説明図である。ＨＭＳ１は、エンジン２、本発明の原動機に相当するハイブリッド（以下、「Ｈ／Ｖ」と称する。）モータ３、第１通路４、第２通路５を備えている。第１通路４は、エンジン２内を循環する第１冷媒が流通するループ状に形成された通路である。第２通路５は、Ｈ／Ｖモータ３と熱交換する第２冷媒が流通するループ状に形成された通路である。ここで、第２冷媒は、ＨＭＳ１を搭載した車両が運転される環境下において、第１冷媒よりも沸点の低い媒体である。このような第１冷媒、第２冷媒の一例として、第１冷媒を水、第２冷媒をフロンとすることができる。

第１通路４には、エンジン２に近い側から順に送液機６、第１熱交換機７、第２熱交換器８が配置されている。送液機６は、第１通路４内の第１冷媒を循環させる装置である。第１冷媒は、送液機６によって、エンジン２側から第１熱交換器７、第２熱交換器８の順に流通する。このような送液機６は電気モータにより駆動される。第１通路４の送液機６と第１熱交換器７との間には、第１三方弁９が備えられている。また、第１通路４には、第１熱交換器７をバイパスする第１バイパス通路１０が備えられている。第１バイパス通路１０の上流側は、第１三方弁９を介して、第１通路４に接続している。一方、第１バイパス通路１０の下流側は、第１熱交換器７の下流における合流部４ａで第１通路４に接続している。第１三方弁９は、第１冷媒を第１熱交換器７へ流通させる経路と、第１バイパス通路９へ流通させる経路とを切替える。このような第１三方弁９と第１バイパス通路１０とは、本発明の第１バイパス手段を構成する。

さらに、第１通路４の合流部４ａと第２熱交換器８との間に第２三方弁１１が備えられている。また、第１通路４には、第２熱交換器８をバイパスする第２バイパス通路１２が備えられている。第２バイパス通路１２の上流側は、第２三方弁１１を介して、第１通路４に接続している。一方、第２バイパス通路１２の下流側は、第２熱交換器８の下流における合流部４ｂに接続している。第２三方弁１１は、第１冷媒を第２熱交換器８へ流通させる経路と、第２バイパス通路１２へ流通させる経路とを切替える。このような第２三方弁１１と第２バイパス通路１２とは、本発明の第２バイパス手段を構成する。

さらに、第１通路４上の送液機６と第１三方弁９との間に、第１温度センサ１３が備えられている。また、第１通路４上の合流部４ａと第２三方弁１１との間に、第２温度センサ１４が備えられている。

また、ＨＭＳ１は、Ｈ／Ｖバッテリー１５、Ｈ／Ｖインバータ１６を備えている。Ｈ／Ｖバッテリー１５は直流電源であり、Ｈ／Ｖインバータ１６は、Ｈ／Ｖバッテリー１５から取り出される直流電流を交流電流に変換する変換装置である。Ｈ／Ｖモータ３は、Ｈ／Ｖインバータ１６により変換されるＨ／Ｖバッテリー１５の電力により稼働し、車両走行用の駆動力を得る。第２通路５は、Ｈ／Ｖバッテリー１５、Ｈ／Ｖインバータ１６と、第２冷媒とが熱交換するように形成されている。Ｈ／Ｖモータ３、Ｈ／Ｖバッテリー１５、Ｈ／Ｖインバータ１６は、稼働により発熱する。第２冷媒はこのように発生する熱エネルギーを回収する。ここで、Ｈ／Ｖモータ３と第２冷媒の熱交換の様子を簡単に説明する。図２は、Ｈ／Ｖモータ３の発熱部３ａと第２通路５との接触部の断面を拡大して示した説明図である。図２に示すように、発熱部３ａにはフィン３ｂが形成されており、このフィン３ｂは第２通路５内へ突出している。発熱部３ａが発熱すると、熱はフィン３ｂへ伝わり、第２通路５内を流通する第２冷媒へ伝わる。これにより、発熱部３ａが放熱して、冷却される。これに伴い、第２冷媒が排出される熱エネルギーを回収する。また、Ｈ／Ｖバッテリー１５、Ｈ／Ｖインバータ１６は同様のフィンを備え、第２冷媒と熱交換を行う。

図１に示すように、第２通路５には、Ｈ／Ｖモータ３に近い側から順に第１熱交換機７、第２熱交換器８、回収機１７、コンプレッサ１８、凝縮機１９、タンク２０が配置されている。第１熱交換器７は、第１通路４を形成する管と第２通路５を形成する管とが接触するように形成されている。これにより、第１熱交換器７は、第１熱交換器７を通過する第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換を行わせる。

回収機１７は、第２熱交換器８を通過した後の前記第２冷媒を介して廃熱を回収する。この回収機１７は、タービン１７ａと発電機１７ｂとを備えている。タービン１７ａは、蒸気状態の第２冷媒により駆動される。発電機１７ｂは、タービン１７ａによって駆動されることにより、蒸気の熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄電装置２１に電力を回収する。ここでは、回収機１７と蓄電装置２１とは本発明の回収手段を構成している。コンプレッサ１８は、回収機１７を通過した後の第２冷媒を圧縮する。凝縮機１９は、コンプレッサ１８により圧縮された第２冷媒を液相の状態へ戻す。こうして、液相となった第２冷媒はタンク２０に貯留される。

さらに、第２通路５には、第２熱交換器８と回収機１７とをバイパスする第３バイパス通路２２が備えられている。また、第２通路５の第１熱交換器７と第２熱交換器８との間には第３三方弁２３が備えられている。第３バイパス通路２２の上流側は、第３三方弁２３を介して、第２通路５に接続している。一方、第３バイパス通路２２の下流側は、回収機１７とコンプレッサ１８との間の合流部５ａで第２通路５に接続している。第３三方弁２３は、第２冷媒を第２熱交換器８へ流通させる経路と、第３バイパス通路２２へ流通させる経路とを切替える。このような第３バイパス通路２２と第３三方弁２３とは、本発明の第３バイパス手段を構成する。また、第３バイパス通路２２上には、減圧弁２８が備えられている。減圧弁２８は、第３バイパス通路２２を通過する第２冷媒を減圧する。

さらに、第２通路５上の第１熱交換器７と第３三方弁２３との間に、第３温度センサ２４が備えられている。また、第２通路５上の第２熱交換器８と回収機１７との間に、第１圧力センサ２５が備えられている。また、回収機１７と第２通路５上の合流部５ａとの間に、第４温度センサ２６と第２圧力センサ２７とが備えられている。

また、ＨＭＳ１は、本発明の分岐通路に相当する第３通路２９を備えている。第３通路２９の上流側は、第２通路５のタンク２０の下流側における合流部５ｂに接続している。一方、第３通路２９の下流側は、第２通路５のコンプレッサ１８の上流側における合流部５ｃに接続している。第３通路２９の内部は合流部５ｂから合流部５ｃへ向けて、第２冷媒が流通する。第３通路２９には、上流側から順に膨張弁３０とエバポレータ３１とが接続されている。膨張弁３０は、第３通路２９を通過する液体状態の第２冷媒を減圧する。エバポレータ３１は蒸発器であって、膨張弁３０で減圧された第２冷媒を蒸発させる。第２冷媒は、エバポレータ３１内において蒸発する際に周囲の熱を奪い、温度を低下する。このとき、第２冷媒は周囲の空気と熱交換をして、空気を冷却する。こうして冷却された空気は車両の室内へ送られ、室内を冷却する。

また、ＨＭＳ１は、エンジン２の排気を大気へ放出する排気通路３２を備えている。排気通路３２には、エンジン２に近い側から順にターボチャージャ３３、触媒３４、第２熱交換器８が配置されている。排気通路１１のターボチャージャ３３は、排気によりタービン３３ａを回転させる。コンプレッサ３３ｂは、タービン３３ａにより駆動され、吸引する吸気量を増加する。触媒３４は排気中の有害成分を除去する。第２熱交換器８は、第１通路４を形成する管と排気通路３２を形成する管とが接触するように形成されている。これにより、第２熱交換器８は、第２熱交換器８を通過する第１冷媒と排気との間で熱交換を行わせる。また、第２熱交換器８は、第２通路５を形成する管と排気通路３２を形成する管とが接触するように形成されている。これにより、第２熱交換器８は、第２熱交換器８を通過する第２冷媒と排気との間で熱交換を行わせる。このように、第２熱交換器８は本発明の第３熱交換器に相当する。すなわち、第２熱交換器８は、本発明の第２熱交換器と第３熱交換器とを兼用する。さらに、排気通路３２上の触媒３４と第２熱交換器８との間に、第５温度センサ３５が備えられている。

また、ＨＭＳ１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３６を備えている。図３はＥＣＵ３６と各機器の接続状態を示した説明図である。ＥＣＵ３６は、第１温度センサ１３、第２温度センサ１４、第３温度センサ２４、第４温度センサ２６、第５温度センサ３５、第１圧力センサ２５、第２圧力センサ２７のそれぞれと電気的に接続されており、各センサから温度情報、圧力情報を取得する。また、ＥＣＵ３６は、送液機６と電気的に接続されており、送液機６へ駆動信号を送信する。さらに、ＥＣＵ３６は、第１三方弁９、第２三方弁１１、第３三方弁２３と電気的に接続されており、各弁体の経路を切替える。

このようなＥＣＵ３６は、本発明の第１制御手段に相当し、第１温度センサ１３が取得する第１冷媒の温度情報、及び、第３温度センサ２４が取得する第２冷媒の温度情報に基づいて、第１三方弁９の経路を切替える。また、ＥＣＵ３６は、本発明の第２制御手段に相当し、第２温度センサ１４が取得する第１冷媒の温度情報、及び、第５温度センサ３５が取得する排気の温度情報に基づいて、第２三方弁１１の経路を切替える。さらに、ＥＣＵ３６は、本発明の第３制御手段に相当し、第３温度センサ２４が取得する第２冷媒の温度情報、第５温度センサ３５が取得するエンジン２の排気の温度情報、第１圧力センサ２５が取得する第２冷媒の圧力、第４温度センサ２６が取得する第２冷媒の温度情報、第２圧力センサ２７が取得する第２冷媒の圧力情報に基づいて、第３三方弁２３の経路を切替える。

次に、ＥＣＵ３６の制御とともに、ＨＭＳ１の動作について説明する。まず、第１冷媒の流通について説明する。図４は、ＥＣＵ３６による第１三方弁９、第２三方弁１１の経路の切り替えに関する制御のフローである。ＥＣＵ３６はステップＳ１で、第１温度センサ１３により、第１熱交換器７の上流側における第１冷媒の温度Ｔｗ１、第２温度センサ１４により、第２熱交換器８の上流側における第１冷媒の温度Ｔｗ２、第３温度センサ２４により、第１熱交換器７の上流側における第２冷媒の温度Ｔｒ、第５温度センサ３５により、第２熱交換器８の上流側における排気の温度Ｔｅｘの各温度情報を取得する。ＥＣＵ３６は、ステップＳ１の処理を終えるとステップＳ２へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ２で、温度Ｔｗ１が暖機完了判定温度Ｔａよりも低温であるか否かを判断する。ここで、暖機完了判定温度Ｔａとは、予めＥＣＵ３６に記憶させたエンジン２の暖機が完了したと判定できる温度であり、第１冷媒の温度がこの温度以上であれば、暖機が完了していると判断する。ＥＣＵ３６はステップＳ２でＹＥＳと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ１が暖機完了判定温度Ｔａよりも低温であると判断する場合、ステップＳ３へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ３で、温度Ｔｗ１が温度Ｔｒよりも低温であるか否かを判断する。ここでは、第１熱交換器７の上流側における第１冷媒の温度Ｔｗ１の情報と第１熱交換器７の上流側における第２冷媒の温度Ｔｒの情報とを比較する。ＥＣＵ３６はステップＳ３でＹＥＳと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ１が温度Ｔｒよりも低温であると判断する場合、ステップＳ４、ステップＳ５の処理へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ４で、第１冷媒が第１熱交換器７へ流入するように第１三方弁９の経路を切替える。ＥＣＵ３６がステップＳ４へ到達する場合には、エンジン２が暖機完了前であり、第１冷媒の温度を上昇させる必要がある。また、第１冷媒よりも、第１熱交換器７に流入する第２冷媒の温度が高い状態である。このため、ＥＣＵ３６は、第１冷媒を第１熱交換器７へ導入する。これにより、第１熱交換器７において、第２冷媒から第１冷媒へ熱の移動が起こり、第１冷媒が温められる。さらに、ＥＣＵ３６はステップＳ５で、送液機６を稼働させる。これにより、第１冷媒が第１通路４内を循環する。このように、第１冷媒が循環するので、第１熱交換器７内における第１冷媒と第２冷媒との熱交換が促進される。ＥＣＵ３６は、ステップＳ４、ステップＳ５の処理を終えると、ステップＳ６へ進む。なお、このステップＳ４、ステップＳ５の処理の順序を入れ替えることもできる。

ＥＣＵ３６はステップＳ６で、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘよりも低温であるか否かを判断する。ここでは、第２熱交換器８の上流側における第２冷媒の温度Ｔｗ２の情報と第２熱交換器８の上流側における排気の温度Ｔｅｘの情報とを比較する。ＥＣＵ３６はステップＳ６でＹＥＳと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘよりも低温であると判断する場合、ステップＳ７へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ７で、第１冷媒が第２熱交換器８へ流入するように第２三方弁１１の経路を切替える。ＥＣＵ３６がステップＳ７に到達する場合、第１冷媒よりも、第２熱交換器８に流入するエンジン２の排気の温度が高い状態である。ところで、図５は、ＥＣＵ３６がステップＳ７に到達した場合における第１通路４内の第１冷媒の流通状態を示した説明図である。図５に示すように、第１冷媒は、第１熱交換器７、第２熱交換器８を流通している。このように、ＥＣＵ３６は、第１冷媒の温度を上昇させるため、第１冷媒を第２熱交換器８へ導入する。これにより、第２熱交換器８において、排気から第１冷媒へ熱の移動が起こり、第１冷媒が温められる。このように、第１熱交換器７、第２熱交換器８を通過して温度の上昇した第１冷媒は、エンジン２の暖機を促進する。ＥＣＵ３６は、ステップＳ７の処理を終えるとリターンする。

ところで、ＥＣＵ３６はステップＳ６でＮＯと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘ以上であると判断する場合、ステップＳ８の処理へ進む。ＥＣＵ３６はステップＳ８で、第１冷媒が第２熱交換器８をバイパスするように第２三方弁１１の経路を切替える。すなわち、第１冷媒を第２バイパス通路１２へ導入する。図６は、ＥＣＵ３６がステップＳ８に到達した場合における第１通路４内の第１冷媒の流通状態を示した説明図である。図６に示すように、第１冷媒は、第１熱交換器７、第２バイパス通路１２を流通している。ＥＣＵ３６がステップＳ８へ到達する場合、第２熱交換器８に流入する第１冷媒は、エンジン２の排気の温度よりも高い状態である。仮に、第２熱交換器８に第１冷媒を流通させると、第１冷媒から排気へ熱が移動し、第１冷媒の温度が低下してしまう。このため、ＥＣＵ３６は、第１冷媒を第２バイパス通路１２へバイパスさせて、第１冷媒の温度が低下するのを抑制する。これにより、第１冷媒の熱の損失が抑えられる。ＥＣＵ３６は、ステップＳ８の処理を終えるとリターンする。

ところで、ＥＣＵ３６はステップＳ３でＮＯと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ１が温度Ｔｒ以上であると判断する場合、ステップＳ９へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ９で、第１冷媒が第１熱交換器７をバイパスするように第１三方弁９の経路を切替える。すなわち、第１冷媒を第１バイパス通路１０へ導入する。ＥＣＵ３６がステップＳ９へ到達する場合、エンジン２が暖機完了前であり、第１冷媒の温度を上昇させる必要がある。また、第１熱交換器７に流入する第１冷媒は、第２冷媒の温度よりも高い状態である。仮に、第１熱交換器７に第１冷媒を流通させると、第１冷媒から第２冷媒へ熱が移動し、第１冷媒の温度が低下してしまう。このため、ＥＣＵ３６は、第１冷媒を第１バイパス通路１０へバイパスさせて、第１冷媒の温度が低下するのを抑制する。これにより、第１冷媒の熱の損失が抑えられる。ＥＣＵ３６は、ステップＳ９の処理を終えるとステップＳ１０へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ１０で、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘよりも低温であるか否かを判断する。ここでの処理はステップＳ６の処理と同一である。ＥＣＵ３６はステップＳ１０でＹＥＳと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘよりも低温であると判断する場合、ステップＳ１１、ステップＳ１２の処理へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ１１で、第１冷媒が第２熱交換器８へ流入するように第２三方弁１１の経路を切替える。ここでの処理は、ステップＳ７と同一である。さらに、ＥＣＵ３６はステップＳ１２で、送液機６を稼働させる。これにより、第１冷媒が第１通路４内を循環する。このように、第１冷媒が循環するので、第２熱交換器８内における第１冷媒とエンジン２の排気との熱交換が促進される。図７は、ＥＣＵ３６がステップＳ１１、ステップＳ１２の処理に到達した場合における第１通路４内の第１冷媒の流通状態を示した説明図である。図７に示すように、第１冷媒は、第１バイパス通路１０、第２熱交換器８を流通している。このように、第２熱交換器８を通過して温度の上昇した第１冷媒は、エンジン２の暖機を促進する。ＥＣＵ３６は、ステップＳ１１、ステップＳ１２の処理を終えると、リターンする。なお、このステップＳ１１、ステップＳ１２の処理の順序を入れ替えることもできる。

ところで、ＥＣＵ３６はステップＳ１０でＮＯと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ２が温度Ｔｅｘ以上であると判断する場合、ステップＳ１３、ステップＳ１４の処理へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ１３で、第１冷媒が第２熱交換器８をバイパスするように第２三方弁１１の経路を切替える。すなわち、第１冷媒を第２バイパス通路１２へ導入する。ここでの処理は、ステップＳ８と同一である。さらに、ＥＣＵはステップＳ１４で、送液機６を停止する。これにより、第１冷媒の第１通路４内の循環が停止する。図８は、ＥＣＵ３６がステップＳ１３、ステップＳ１４の処理に到達した場合における第１通路４内の第１冷媒の流通状態を示した説明図である。図８に示すように、第１冷媒は、第１熱交換器７、第２熱交換器８をバイパスしている。また、送液機６が停止し、冷媒の流通を抑制している。これにより、第１冷媒の放熱が抑制されて、第１冷媒の温度低下が抑えられ、第１冷媒の熱の損失が抑えられる。ＥＣＵ３６は、ステップＳ１３、ステップＳ１４の処理を終えるとリターンする。なお、このステップＳ１３、ステップＳ１４の処理の順序を入れ替えることもできる。

ところで、ＥＣＵ３６はステップＳ２でＮＯと判断する場合、すなわち、温度Ｔｗ１が暖機完了判定温度Ｔａ以上であると判断する場合、ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７の処理へ進む。

ＥＣＵ３６はステップＳ１５で、第１冷媒が第１熱交換器７へ流入するように第１三方弁９の経路を切替える。ＥＣＵ３６がステップＳ１５へ到達する場合には、エンジン２が暖機完了しており、第１冷媒の温度を上昇させる必要がない。それどころか、第１冷媒はエンジン２の廃熱により温度が上昇するため、温度を低下させる必要がある。また、このとき、第１冷媒よりも、第１熱交換器７に流入する第２冷媒の温度が低い状態である。このため、ＥＣＵ３６は、第１冷媒を第１熱交換器７へ導入する。これにより、第１熱交換器７において、第１冷媒から第２冷媒へ熱の移動が起こり、第１冷媒が冷却される。さらに、エンジン２の暖機が完了しているので、第１冷媒はエンジン２の排気から熱を付与される必要がない。このため、ＥＣＵ３６はステップＳ１６で、第１冷媒が第２熱交換器８をバイパスするように第２三方弁１１の経路を切替える。すなわち、第１冷媒を第２バイパス通路１２へ導入する。また、ＥＣＵ３６はステップＳ１７で、送液機６を稼働させる。これにより、第１冷媒が第１通路４内を循環する。このように、第１冷媒が循環するので、第１熱交換器７内における第１冷媒と第２冷媒との熱交換が促進される。ＥＣＵ３６は、ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７の処理を終えると、リターンする。なお、このステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７の処理の順序を入れ替えることもできる。また、このとき、第１通路４内の第１冷媒の流通状態は、図６の状態、すなわち、ＥＣＵ３６がステップＳ８に到達した場合における第１通路４内の第１冷媒の流通状態と同一であり、第１冷媒は、第１熱交換器７、第２バイパス通路１２を流通する。

このようなＥＣＵ３６の制御により、ＨＭＳ１は、エンジン２の暖機完了前において、第１冷媒の温度を上昇することができる状態ならば、第１冷媒の温度を上昇させ、エンジン２の暖機を促進する。これにより、エンジン２の燃費やエミッションが良好となり、エネルギーの利用効率が向上する。また、ＨＭＳ１は、エンジン２の暖機完了前において、第１冷媒の温度を上昇することができない状態ならば、第１冷媒の温度低下を抑え、熱エネルギーの損失を抑制する。

次に、第２冷媒の流通について説明する。第２冷媒の流通する経路は、第３三方弁２３により切替えられる。このため、第２冷媒は、第２熱交換器８及び回収機１７を流通する。または、第２冷媒は、第２熱交換器８及び回収機１７をバイパスする第３バイパス通路２２を流通する。

まず、第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７を流通する場合について説明する。第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７を流通する場合、各Ｈ／Ｖ装置、及び第１熱交換器７から廃熱を回収する。このとき、第２冷媒は、気化するのに十分な熱エネルギーを回収している場合、気化して蒸気となる。このような蒸気状態の第２冷媒は第２熱交換器８へ流入し、第２熱交換器８においてエンジン２の排気から熱エネルギーを回収する。これにより、第２冷媒は高温の蒸気となる。このように高温となった第２冷媒は、回収機１７へ流入し、タービン１７ａを駆動する。これにより、第２冷媒の持つ熱エネルギーがタービン１７ａ、発電機１７ｂを通じて電気エネルギーに変換され、蓄電装置２１に蓄えられる。このとき、回収機１７を通過した第２冷媒は、回収機１７へ流入する以前と比較して、温度、圧力が低下する。次に、回収機１７を通過した第２冷媒は、コンプレッサ１８、凝縮器１９を経て液相へ戻され、タンク２０へ貯留される。このようにタンク２０へ貯留された第２冷媒は、再び、各Ｈ／Ｖ装置の廃熱回収へ利用され、第２通路５内を循環する。このように、第２通路５、各Ｈ／Ｖ装置、第１熱交換器７、第２熱交換器８、回収機１７、凝縮器１９は、第２冷媒を作動流体として、第２冷媒の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するランキンサイクルシステムを構成している。

次に、第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７をバイパスする場合について説明する。この場合、第１熱交換器７を通過した第２冷媒が第３バイパス通路２２を通過し、コンプレッサ１８に流入する点で第２熱交換器８及び回収機１７を通過する場合と相違している。第２冷媒は、第３バイパス通路２２の減圧弁２８を通過する際に、圧力が低下する。このように第２冷媒は減圧されるため、第２冷媒が第３通路２９へ逆流することが抑制される。この第３バイパス通路２２を流通した第２冷媒は、コンプレッサ１８、凝縮器１９を通過して液相へ戻されてタンク２０へ貯留される。

このような第２冷媒の流通する経路は、第３三方弁２３により切替えられ、この第３三方弁２３はＥＣＵ３６により制御されている。ＥＣＵ３６は、回収機１７において有効なエネルギーの回収ができるか否かを判断し、この判断の結果に基づいて第３三方弁２３の経路を切替える。このＥＣＵ３６の判断は、第２冷媒の諸元に基づいて行われる。

次に、このようなＥＣＵ３６による回収機１７において有効なエネルギーの回収ができるか否かの判断について説明する。まず、回収機１７のタービン１７ａが第２冷媒を介して回収するエネルギーの回収効率（以下、単に「回収効率」と称する。）ｅは、数１に示される計算式で算出される。

数１の計算式において、Ｔ_ＩＮはタービン１７ａの入口における蒸気温度、Ｔ_ＯＵＴはタービン１７ａの出口における蒸気温度、Ｐ_ＩＮはタービン１７ａの入口における蒸気圧、Ｐ_ＯＵＴはタービン１７ａの出口における蒸気圧、κは第２冷媒の比熱比を表している。また、数１の計算式によると、回収効率ｅはタービン１７ａの入口と出口との温度差、すなわち、Ｔ_ＩＮとＴ_ＯＵＴとの差が大きいほど高い値を示し、また、タービン１７ａの入口と出口との圧力差、すなわち、Ｐ_ＩＮとＰ_ＯＵＴとの差が大きいほど高い値を示す。

ところが、タービン１７ａは、このような計算式から算出される回収効率ｅが所定の値以上でなければ、有効なエネルギーの回収を行うことができない。本実施例では、このような有効なエネルギーを回収できる回収効率ｅの閾値をｘ％とする。

次に、ＥＣＵ３６による回収機１７において有効なエネルギーの回収ができるか否かの判断に関する処理について説明する。まず、ＥＣＵ３６は、予め実験等により作成されたマップと第３温度センサ２４、第５温度センサ３５により取得される温度情報に基づいて、第２冷媒が第２熱交換器８に流入した場合の第２熱交換器８を通過した第２冷媒の温度を予測する。次に、ＥＣＵ３６は、こうして予測された温度の値をＴ_ＩＮ、第４温度センサ２６から取得される温度の値をＴ_ＯＵＴ、第１圧力センサ２５から取得される圧力の値をＰ_ＩＮ、第２圧力センサ２７から取得される圧力の値をＰ_ＯＵＴとして数１の計算式へ代入し、回収効率ｅを算出する。このように算出された回収効率ｅが閾値ｘ％以上となる場合、ＥＣＵ３６は、第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７へ流入するように第３三方弁２３の経路を切替える。一方、算出された回収効率ｅが閾値ｘ％に達しない場合、第２冷媒が第２熱交換器８及び回収機１７をバイパスするように第３三方弁２３の経路を切替える。すなわち、第２冷媒を第３バイパス通路２２へ導入する。

ＨＭＳ１は、このようにタービン１７ａにより有効なエネルギーの回収ができる場合に、第２冷媒を第２熱交換器８及び回収機１７へ導入する。一方、タービン１７ａにより有効なエネルギーの回収ができない場合に、第２冷媒を第３バイパス通路２２へ導入する。これにより、第２冷媒から有効なエネルギーを回収することができる場合には、タービン１７ａが駆動され、第２冷媒の熱エネルギーが電気エネルギーとして回収される。この電気エネルギーは蓄電装置２１に蓄えられ、車両に搭載された補機の駆動などに用いられる。また、このような電気エネルギーは、Ｈ／Ｖバッテリー１６に蓄えることもできる。この場合、回収した電気エネルギーは車両の動力に利用できる。このように、ＨＭＳ１は各Ｈ／Ｖ装置やエンジン２の廃熱を回収して利用することにより、エネルギー利用効率を向上している。一方、第２冷媒から有効なエネルギーが回収できない場合には、第２熱交換器８及び回収器１７をバイパスし、余計な放熱を抑制し、エネルギーの損失を低減している。

また、ＨＭＳ１では、エバポレータ３１内で蒸発した第２冷媒が、第３通路２９を通過し、コンプレッサ１８へ戻される。ここで、第３通路２９から流入した第２冷媒は、第２通路５から流入した第２冷媒に合流する。このような第２冷媒は、コンプレッサ１８で圧縮され、凝縮器１９で液相へ戻される。このように、ＨＭＳ１では、コンプレッサ１８、凝縮器１９により、第２通路５を循環するランキンサイクルにおける作動流体の液化と、第３通路２９を循環する冷却装置における作動流体の液化の両方が行われている。すなわち、コンプレッサ１８、凝縮器１９は、ランキンサイクルと冷却装置とに兼用されている。これにより、ＨＭＳ１の部品点数を減らし、装置の配置の煩雑さを低減している。

以上のように、本発明のＨＭＳ１は、エンジン２の暖機完了前には、Ｈ／Ｖ装置や排気の廃熱を利用して、エンジン２を暖機し、燃費やエミッションの向上を図っている。また、エンジン２の暖機が完了すると、第１冷媒を介してエンジン２の廃熱をランキンサイクルの作動流体である第２冷媒へ付与する。さらに、回収機１７において第２冷媒から有効なエネルギーを回収することができる場合には、第２冷媒の熱エネルギーを電気エネルギーに回収し、エネルギーの利用効率を向上させる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

本発明のヒートマネージメントシステムの概略構成を示した説明図である。 Ｈ／Ｖモータと第２通路との接触部の断面を拡大して示した説明図である。 ＥＣＵと各機器の接続状態を示した説明図である。 ＥＣＵによる第１三方弁、第２三方弁の経路の切り替えに関する制御のフローである。 第１冷媒が第１熱交換器及び第２熱交換器を流通している場合の第１通路の状態を示した説明図である。 第１冷媒が第１熱交換器及び第２バイパス通路を流通している場合の第１通路の状態を示した説明図である。 第１冷媒が第１バイパス通路及び第２熱交換器を流通している場合の第１通路の状態を示した説明図である。 第１冷媒が第１熱交換器及び第２熱交換器をバイパスし、送液機が停止している場合の第１通路の状態を示した説明図である。

符号の説明

１ ヒートマネージメントシステム
２ エンジン
３ Ｈ／Ｖモータ
４ 第１通路
５ 第２通路
６ 送液機
７ 第１熱交換器
８ 第２熱交換器
９ 第１三方弁
１０ 第１バイパス通路
１１ 第２三方弁
１２ 第２バイパス通路
１５ Ｈ／Ｖバッテリー
１６ Ｈ／Ｖインバータ
１７ 回収機
１８ コンプレッサ
１９ 凝縮器
２０ タンク
２１ 蓄電装置
２２ 第３バイパス通路
２３ 第３三方弁
２９ 第３通路
３０ 膨張弁
３１ エバポレータ
３２ 排気通路
３６ ＥＣＵ

Claims (9)

1. ハイブリッド車両に搭載されるエンジン及び他の原動機と、
   前記エンジンに形成された冷媒の通路を流通する第１冷媒と、
   前記原動機に形成された冷媒の通路を流通する第２冷媒と、
   前記第１冷媒と前記第２冷媒との間で熱交換させる第１熱交換器と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
2. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第１冷媒を循環させる電動の送液機を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
3. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第１冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第２熱交換器を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
4. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第１冷媒が前記第１熱交換器を迂回する第１バイパス手段と、
   前記第１冷媒の温度がエンジンの暖機完了判定温度より低く、前記第１冷媒の温度が前記第２冷媒の温度以上である場合、前記第１冷媒を第１バイパス手段へ流通させる第１制御手段と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
5. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第１冷媒が前記第２熱交換器を迂回する第２バイパス手段と、
   前記第１冷媒の温度が前記エンジンの排気の温度以上である場合、前記第１冷媒を前記第２バイパス手段へ流通させる第２制御手段と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
6. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   蒸発した状態の前記第２冷媒を介して廃熱を回収する回収手段と、
   前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
7. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第２冷媒を介して廃熱を回収する回収手段と、
   前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、
   前記第２冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第３熱交換器と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
8. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   前記第２冷媒を介して廃熱を回収する回収手段と、
   前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、
   前記第２冷媒と前記エンジンの排気との間で熱交換させる第３熱交換器と、
   前記第２冷媒が前記第３熱交換器と前記回収手段とを迂回する第３バイパス手段と、
   前記第２冷媒の諸元に基づいて、前記第２冷媒の前記第３バイパス手段への流通状態を制御する第３制御手段と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。
9. 請求項１記載のヒートマネージメントシステムにおいて、
   蒸発した状態の前記第２冷媒を液相に戻す凝縮器と、
   前記第２冷媒の通路の前記凝縮機の上流側に配置されたコンプレッサと、
   前記第２冷媒の通路の前記凝縮機の下流において分岐し、再度、前記コンプレッサの上流側で合流するように形成された分岐通路と、
   前記分岐通路に配置されたエバポレータと、
   前記分岐通路の前記エバポレータの上流側に配置された膨張弁と、
   を備えたことを特徴とするヒートマネージメントシステム。

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