JP2010052634A - エネルギー回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用するエネルギー回収装置を提供する。
【解決手段】本発明のエネルギー回収装置は、動作に伴い発熱する併発熱機構部（１０、３０、４０）と、動力が入力されると空気を圧縮し、圧縮空気が入力されると動力を発生する圧縮ポンプ５０と、圧縮空気を蓄積する車載ボンベ６０と、吸排気口９０を有すると共に圧縮ポンプ５０と車載ボンベ６０とを結ぶ吸排気路１００と、前記併発熱機構部（１０、３０、４０）と熱伝導路１３０を介して接続される共に、吸排気路１００と熱交換を行う熱交換機７０と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通常は廃棄されている熱をエネルギーの観点から有効に活用するエネルギー回収装置に関する。

ハイブリッド車は、減速時にモータを駆動して回生エネルギーを得たり、エンジンを最適運転ポイントで動作させるためにエンジンを必要以上に駆動したときに発生する余剰エネルギーをモータで回生したりすることで、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換し、これを蓄電することによってエネルギー回収を行い、エネルギー効率を高めている。

このような電気的エネルギーによってエネルギーを回収するハイブリッド車の他に、車両の運行時に発生する余剰エネルギーを動力としてコンプレッサを動作させ、圧縮空気に変換するエネルギー回収装置を車両に搭載することが提案されている。このような車両によれば、車両の発進、加速などトルクが必要なときに、圧縮空気のエネルギーを動力として使用することが可能となる。

このようなエネルギー回収装置としては、例えば特許文献１（特開平５−２６２１６０号公報）に、自動車の駆動軸から駆動力を得て空気を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサの生成した圧縮空気を蓄積するタンクと、ブレーキペダルに連係し該ブレーキペダルを踏んだときに前記コンプレッサとタンクとの接続部を大気から遮断する放気バルブと、アクセルペダルに連係し、該アクセルペダルを踏んだときに前記タンクに蓄積された圧縮空気をエンジンのシリンダに送気する送気バルブと、を備えたことを特徴とする自動車の速度エネルギー回収装置が開示されている。
特開平５−２６２１６０号公報

特許文献１記載の発明においては、エンジン動作時やブレーキング時に発生する熱をエネルギーとして回生利用することはなく熱として放出していたので、かならずしもエネルギー効率がよいものではない、という問題があった。

上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、動作に伴い発熱する併発熱機構部と、動力が入力されると空気を圧縮し、圧縮空気が入力されると動力を発生する圧縮ポンプと、圧縮空気を蓄積する蓄圧装置と、吸排気口を有すると共に前記圧縮ポンプと前記ボンベとを結ぶ吸排気路と、前記併発熱機構部と熱伝導路を介して接続される共に、前記吸排気路と熱交換を行う熱交換機と、を有することを特徴とするエネルギー回収装置である。

また、請求項２に係る発明は、動作に伴い発熱する併発熱機構部と、動力が入力されると空気を圧縮し、圧縮空気が入力されると動力を発生する圧縮ポンプと、圧縮空気を蓄積する蓄圧装置と、吸排気口を有すると共に前記圧縮ポンプと前記蓄圧装置とを結ぶ吸排気路と、前記併発熱機構部と熱伝導路を介して接続される共に、前記蓄圧装置と熱交換を行う熱交換機と、を有することを特徴とするエネルギー回収装置である。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置にお
いて、前記併発熱機構部がエンジン、エアコン、ブレーキのいずれか一つ又は任意の組み合わせであることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のエネルギー回収装置によれば、動作に伴い発熱する併発熱機構部からの熱は、熱交換機によって吸排気路の空気に伝達されるので、通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

また、本発明の請求項２に記載のエネルギー回収装置によれば、動作に伴い発熱する併発熱機構部からの熱は、熱交換機によって蓄圧装置の空気に伝達されるので、通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

また、本発明の請求項３に記載のエネルギー回収装置によれば、エンジン、エアコン、ブレーキで通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の概念を説明する図である。図１において、１は車両、１０はエンジン、２０はトランスミッション、３０はブレーキ、４０はエアコン（車両用空調装置）、５０は圧縮ポンプ、６０は車載ボンベ(蓄圧装置)、７０は熱交換機、９０は吸排気口、１００は吸排気路、１１０は第１動力伝達軸、１２０は第２動力伝達軸１３０は熱伝導路をそれぞれ示している。

車両１は本発明のエネルギー回収装置を搭載するものであって、一般的なガソリンエンジン１０を主な動力として走行するものである。本実施形態では、このようなガソリン車を例にとって説明するが、本発明のエネルギー回収装置はその他のエンジンを搭載する車両にも適用することができる。

エンジン１０は車両１の主動力として機能するものである。このエンジン１０には不図示のクラッチが設けられており、このクラッチを介してエンジン１０からトランスミッション２０に動力が伝達される。クラッチの断続は不図示のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などによって行われる。また、このエンジン１０からの廃熱は熱伝導路１３０を介して熱交換機７０に伝達することができるような構成となっている。エンジン１０は、ＥＣＵの制御によって最適燃費ポイントを中心に動作させるようにプログラムされている。また、本発明のエネルギー回収装置による動力も適宜利用したり、或いは不要な動力をエネルギー回収装置に回生したりするようにもプログラムされている。

トランスミッション２０は、第１動力伝達軸１１０を介して駆動輪と、第２動力伝達軸１２０を介して圧縮ポンプ５０と接続されており、その制御は不図示のＴＣＵ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によってなされる。このＴＣＵの制御により、第１動力伝達軸１１０／第２動力伝達軸１２０の駆動比を変更したり、第２動力伝達軸１２０からの駆動を第１動力伝達軸１１０に伝達したりすることが可能となる。このようなＴＣＵによるトランスミッション２０の制御には従来周知のものを用いることができる。

また、ブレーキ３０は車両１の制動を司るものである。本実施形態においては、車両１の前輪に設けられる例を示しているがこれに限定されるものではない。制動の際にブレーキ３０で発生する廃熱は熱伝導路１３０を介して熱交換機７０に伝達することができるような構成となっている。

エアコン４０は車両１の車室内の空気を冷却したり、除湿したりするものであり、その廃熱は熱伝導路１３０を介して熱交換機７０に伝達することができるような構成となっている。

圧縮ポンプ５０は、吸排気口９０から吸入され、吸排気路１００を通ってきた空気を圧縮する。この圧縮の時の圧縮ポンプ５０の動力は、第２動力伝達軸１２０からの回転駆動力の入力である。また、圧縮ポンプ５０は、車載ボンベ６０から放出され、吸排気路１００を通ってきた圧縮空気によって、第２動力伝達軸１２０を回転する動力を発生する。

車載ボンベ６０は、不図示のバルブを備えており、このバルブの開閉によって、吸排気路１００を通ってきた空気を蓄積したり、吸排気路１００に対して蓄積された圧縮空気を放出したりすることができる。また、車載ボンベ６０は、圧縮空気を蓄圧する蓄圧装置装置であればいかようなものでどのようなものであってもよく、例えば、高圧の圧縮空気を蓄圧可能な高圧タンクのようなものであればよい。

熱交換機７０は、熱伝導路１３０から伝導する熱を吸排気路１００中に伝達する（熱交換する）ものである。なお、本実施形態においては、この熱交換機７０は、圧縮ポンプ５０と車載ボンベ６０との間の吸排気路１００に設けるようにしたが、この熱交換機７０は、吸排気口９０と圧縮ポンプ５０との間の吸排気路１００に設けるようにしてもよいし、車載ボンベ６０に設けるようにしてもよい。車載ボンベ６０に蓄積される空気に廃熱が伝わるように構成されていればよい。本実施形態では、エンジン１０、ブレーキ３０、エアコン４０などの廃熱を利用して、この熱により車載ボンベ６０に蓄積される空気の圧力を上昇させる。このような圧力を上げられた空気が再利用されることとなるため、通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

第１動力伝達軸１１０はトランスミッション２０からの動力を駆動輪伝達し、第２動力伝達軸１２０はトランスミッション２０からの圧縮ポンプ５０を駆動輪伝達する。また、第２動力伝達軸１２０は圧縮ポンプ５０からの動力をトランスミッション２０に入力することも可能とする。

以上のように構成されるエネルギー回収装置の制御は、不図示のコントローラにより行われるものである。エネルギー回収装置の制御では、基本的には余剰、不要となった回転力によって圧縮ポンプ５０を動作させて、圧縮空気を車載ボンベ６０に蓄積するようにしたり、車両１に動力が必要となったときで、車載ボンベ６０に圧縮空気が蓄積されているときには、この圧縮空気で圧縮ポンプ５０を駆動して、第２動力伝達軸１２０に動力を発生したりする。

なお、特許請求の範囲において「併発熱機構部」と表現したものは、主としてエンジン１０、ブレーキ３０、エアコン４０である。なお、「併発熱機構部」としては、さらにトランスミッション２０などを含めることもできる。要は「併発熱機構部」は、車両に搭載され、その動作と共に温度が上昇するような機構であればどのようなものであってもよい。

次に、上記のような併発熱機構部から廃熱を回収する具体例について説明する。例としては、制動の際にブレーキ３０で発生する廃熱を回収するための構成を示す。図２は本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置における廃熱回収部の様子を例示的に示す図である。

図２はブレーキ３０の要部を抜き出して示したものであり、３１はキャリパー、３２はディスクロータを示している。キャリパー３１はその中に存在する２つのブレーキパッド
（不図示）間の間隔を調整し、制動時、車輪と連動しているディスクロータ３２を２つのブレーキパッドで挟むようにする。このようなブレーキパッドの働きにより、車輪の回転が抑制されるが、このとき大量の摩擦熱が発生する。通常この摩擦熱は廃熱とされ利用されることはないが、本発実施形態においては、キャリパー３１に接続された熱伝導路１３０によって回収され、熱交換機７０側へと伝達される。

次に、以上のように構成される本実施形態に係るエネルギー回収装置の制御について説明する。以下、エネルギー回収装置の制御例を３例説明するが、エネルギー回収装置の制御としてはこのパターンに限定されるわけではなく、これ以外の種々の態様があり得るものである。

まず、車両１の減速時におけるエネルギー回収装置の制御例について説明する。図３は本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。以下、図中（１）乃至（１０）に発現事象例や制御事例を挙げるが、これらが番号順に発生するわけではないことを断っておく。
（１）ブレーキ３０が作動される。
（２）ブレーキ３０が発熱し、廃熱が発生する。
（３）エンジン１０からは廃熱が発生する。
（４）エアコン４０からは廃熱が発生する。
（５）上記の各廃熱は熱伝導路１３０から熱交換機７０に伝達される。→（９）
（６）エンジン１０に対してフューエルカットが行われる。
（７）トランスミッション２０の切替が行われる。→（８）
（８）圧縮ポンプ５０が駆動される。
（９）熱交換機７０で圧縮された空気がさらに加熱される。
（１０）加熱された圧縮空気を車載ボンベ６０に蓄積する。

車両１の減速時においては、概略、以上のような工程にて加熱された圧縮空気を車載ボンベ６０に蓄積しエネルギー利用効率を上げるようにしている。

次に、車両１の余剰エネルギー出力時におけるエネルギー回収装置の制御例について説明する。図４は本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。以下、図中（１）乃至（９）に発現事象例や制御事例を挙げるが、これらが番号順に発生するわけではないことを断っておく。
（１）エンジンが最適燃費ポイントで発動している。
（２）トランスミッションを切り替える。
（３）第２動力伝達軸１２０によって余剰動力が圧縮ポンプ５０の駆動に使われる。→（９）
（４）第１動力伝達軸１１０によって走行に必要な動力は車輪へ伝達される。
（５）エンジン１０からは廃熱が発生する。
（６）エアコン４０からは廃熱が発生する。
（７）上記の各廃熱は熱伝導路１３０から熱交換機７０に伝達される。→（８）
（８）熱交換機７０で圧縮された空気がさらに加熱される。
（９）加熱された圧縮空気を車載ボンベ６０に蓄積する。

エンジン１０が最適燃費ポイントで運転しており、そのときエネルギーが余っているような場合おいては、以上のような工程にて、余剰エネルギーで圧縮ポンプ５０を駆動し、さらに、加熱された圧縮空気を車載ボンベ６０に蓄積しエネルギー利用効率を上げるようにしている。

次に、車両１の加速時におけるエネルギー回収装置の制御例について説明する。図５は
本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。以下、図中（１）乃至（４）に発現事象例や制御事例を挙げるが、これらが番号順に発生するわけではないことを断っておく。
（１）車載ボンベ６０の不図示のバルブが開かれる。
（２）圧縮ポンプ５０が車載ボンベ６０からの圧縮空気によって回転する。
（３）第２動力伝達軸１２０を介してトランスミッション２０が回転する。
（４）第１動力伝達軸１１０によって走行のための動力として車輪へ伝達される。

車両１の加速時において、車載ボンベ６０に蓄積されている圧縮空気が解放され、そのときのエネルギーによって圧縮ポンプ５０が回転され、この回転駆動力が車両１の走行に利用されるので、エネルギーが効率的に利用されるようになっている。

以上、本発明のエネルギー回収装置によれば、動作に伴い発熱する併発熱機構部からの熱は、熱交換機によって吸排気路の空気に伝達されるので、通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

また、本発明のエネルギー回収装置によれば、動作に伴い発熱する併発熱機構部からの熱は、熱交換機によってボンベの空気に伝達されるので、通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

また、本発明のエネルギー回収装置によれば、エンジン、エアコン、ブレーキで通常は廃熱として捨てるエネルギーを有効に利用することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の概念を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置における廃熱回収部の様子を例示的に示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー回収装置の制御例を示す図である。

符号の説明

１・・・車両、１０・・・エンジン、２０・・・トランスミッション、３０・・・ブレーキ、３１・・・キャリパー、３２・・・ディスクロータ、４０・・・エアコン（車両用空調装置）、５０・・・圧縮ポンプ、６０・・・車載ボンベ、７０・・・熱交換機、９０・・・吸排気口、１００・・・吸排気路、１１０・・・第１動力伝達軸、１２０・・・第２動力伝達軸、１３０・・・熱伝導路

Claims (3)

1. 動作に伴い発熱する併発熱機構部と、
   動力が入力されると空気を圧縮し、圧縮空気が入力されると動力を発生する圧縮ポンプと、
   圧縮空気を蓄積する蓄圧装置と、
   吸排気口を有すると共に前記圧縮ポンプと前記蓄圧装置とを結ぶ吸排気路と、
   前記併発熱機構部と熱伝導路を介して接続される共に、前記吸排気路と熱交換を行う熱交換機と、を有することを特徴とするエネルギー回収装置。
2. 動作に伴い発熱する併発熱機構部と、
   動力が入力されると空気を圧縮し、圧縮空気が入力されると動力を発生する圧縮ポンプと、
   圧縮空気を蓄積する蓄圧装置と、
   吸排気口を有すると共に前記圧縮ポンプと前記蓄圧装置とを結ぶ吸排気路と、
   前記併発熱機構部と熱伝導路を介して接続される共に、前記蓄圧装置と熱交換を行う熱交換機と、を有することを特徴とするエネルギー回収装置。
3. 前記併発熱機構部がエンジン、エアコン、ブレーキのいずれか一つ又は任意の組み合わせであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置。

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