JP2013216283A - Waste heat use system for automobile, and automobile - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat use system for an automobile which restores waste heat from a driving section side, and is efficiently used for in-vehicle air conditioning.SOLUTION: A waste heat use system 1 includes: a first heat exchanger 41 that exchanges heat with cooling water that circulates around a heat source side cooling path 2 for cooling heat generated by a driving section of the automobile; a second heat exchanger 42 that exchanges heat with a heat medium that circulates around an in-vehicle heat exchange path 3; and a heat pipe 44 that transports the heat of the first heat exchanger 41 to the second heat exchanger 42. a Peltier element 43 is provided at one face of the second heat exchanger 42. An opposite face of the Peltier element 43 contacts with a top end of the heat pipe 44. A controller 5 makes the Peltier element 43 absorb heat during vehicle traveling. As a result, the heat is positively transported from the heat source side cooling path 2 to the in-vehicle heat exchange path 3 side by the heat pipe 44.

Description

本発明は、自動車におけるモータなど熱源から熱を効率よく回収し、車内空調に利用する廃熱利用システム及び自動車に関する。   The present invention relates to a waste heat utilization system and an automobile that efficiently recovers heat from a heat source such as a motor in an automobile and uses it for air conditioning in a vehicle.

従来、車内の暖房を行うためには、車内に噴出するエア等を加熱する加熱手段が必要となる。例えば、暖房装置内を循環する熱媒体をヒータ等で加熱して、高温の熱媒体とエアとを熱交換させながら、温風を車内に送風する。   Conventionally, in order to heat the interior of a vehicle, a heating means for heating air or the like that is ejected into the interior of the vehicle is required. For example, a heat medium circulating in the heating device is heated by a heater or the like, and hot air is blown into the vehicle while heat exchange between the high-temperature heat medium and air is performed.

このような暖房システムにおいては、エンジン等の熱源からの熱を回収して利用する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、冷却液循環サイクルと熱媒体循環サイクルとの間に中間熱交換器を設け、冷却液の熱を熱媒体(暖房側)へ伝える熱管理システムが開示されている。また、特許文献2には、エンジン廃熱をヒートパイプにより暖房システムに側へ輸送し、蓄熱材にて一時蓄熱しておき、自動車室内の即暖に利用する自動車用の蓄熱装置が開示されている。このように、熱源からの熱を利用することでヒータ等によって熱媒体を加熱するための熱量を抑制することができる。   In such a heating system, a technique for recovering and using heat from a heat source such as an engine has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a heat management system in which an intermediate heat exchanger is provided between a coolant circulation cycle and a heat medium circulation cycle to transmit the heat of the coolant to the heat medium (heating side). Patent Document 2 discloses a heat storage device for an automobile that transports engine waste heat to a heating system by a heat pipe, temporarily stores the heat with a heat storage material, and uses it immediately in an automobile room. Yes. Thus, the heat quantity for heating a heat medium with a heater etc. can be suppressed by utilizing the heat from a heat source.

特開2009−291008号公報JP 2009-291008 A 特開平05−50841号公報JP 05-50841 A

しかしながら、上述の特許文献1の熱管理システムでは車両が走行してから冷却水が温まるまでの時間、暖房利用ができず、むしろ暖房側から冷却水側へ熱移動してしまい、暖房効率が悪くなることが懸念される。また、特許文献2では、蓄熱した熱を車内の即暖に利用するが、廃熱部と放熱部の中間に蓄熱材が配置されるため、走行中蓄熱しながら空調に利用することとなり、廃熱利用効率が走行中に低下してしまうという問題がある。   However, in the above-described thermal management system of Patent Document 1, heating cannot be used for the time from when the vehicle travels until the cooling water warms up, rather, heat is transferred from the heating side to the cooling water side, resulting in poor heating efficiency. There is concern about becoming. In Patent Document 2, the stored heat is used immediately in the vehicle, but since the heat storage material is disposed between the waste heat section and the heat radiating section, it is used for air conditioning while storing heat during travel. There is a problem that the heat utilization efficiency is lowered during traveling.

一方、近年は電気自動車が増加しており、例えば、駆動源として、化石燃料を燃焼するエンジンに代わってモータが用いられる場合がある。このようなモータが発する熱量は、従来のエンジンよりも少ないため、暖房用のエアを加熱するためには、より効率よく廃熱を回収し、車内の空調に利用する方法が要求される。   On the other hand, in recent years, the number of electric vehicles has increased. For example, a motor may be used as a drive source in place of an engine that burns fossil fuel. Since the amount of heat generated by such a motor is less than that of a conventional engine, a method for recovering waste heat more efficiently and using it for air conditioning in a vehicle is required to heat the air for heating.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、駆動部等の熱源側から効率良く熱を回収し、車内空調に利用可能な自動車用の廃熱利用システム等を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a waste heat utilization system for automobiles and the like that can efficiently recover heat from a heat source side such as a drive unit and can be used for in-vehicle air conditioning. And

前述した目的を達成するため、第1の発明は、自動車の駆動源である熱源を冷却する熱源側冷却経路と、自動車室内との熱交換を行うための車内熱交換経路と、前記熱源側冷却経路上に配置され、前記熱源側冷却経路を流れる熱媒体と熱交換を行う第1熱交換器と、前記車内熱交換経路上に配置され、前記車内熱交換経路を流れる熱媒体と熱交換を行う第2熱交換器と、前記第2熱交換器に一方の面が接するように設けられたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の他方の面に一方の端部が接続されるとともに、前記第1熱交換器に他方の端部が接続され、前記第1熱交換器側の熱を前記第2熱交換器側へ移動させることが可能な第1熱輸送手段と、前記ペルチェ素子の熱移動の方向を切り替える制御部と、を備え、前記制御部は、車両走行中において、前記第1熱輸送手段から前記車内熱交換経路に熱を移動させることが可能であることを特徴とする自動車用の廃熱利用システムである。   In order to achieve the above-described object, the first invention provides a heat source side cooling path for cooling a heat source that is a driving source of an automobile, an in-vehicle heat exchange path for exchanging heat with the interior of the automobile, and the heat source side cooling. A first heat exchanger that exchanges heat with the heat medium that flows through the heat source side cooling path and is disposed on the path, and exchanges heat with the heat medium that flows through the in-car heat exchange path. A second heat exchanger to be performed; a Peltier element provided so that one surface is in contact with the second heat exchanger; and one end connected to the other surface of the Peltier element; The other end of the heat exchanger is connected, and the first heat transporting means capable of moving the heat on the first heat exchanger side to the second heat exchanger side, and the heat transfer of the Peltier element A control unit that switches the direction, and the control unit is running the vehicle. Oite a waste heat utilization system for a motor vehicle, characterized in that said it is possible from the first heat transporting means to move the heat to the interior heat exchange path.

第1の発明によれば、熱源側冷却経路の熱を車内熱交換経路に伝達する第1熱輸送手段の一端にペルチェ素子が設けられているため、ペルチェ素子の吸熱動作によって車両の駆動装置等の熱源から発生する熱を積極的に回収し、車内熱交換経路に放熱することができる。このため、熱源の廃熱を有効に利用することができる。   According to the first aspect of the invention, since the Peltier element is provided at one end of the first heat transporting means that transmits the heat of the heat source side cooling path to the in-vehicle heat exchange path, the vehicle drive device and the like by the heat absorption operation of the Peltier element The heat generated from the heat source can be actively collected and radiated to the in-vehicle heat exchange path. For this reason, the waste heat of a heat source can be utilized effectively.

また、第1の発明において、前記第1熱輸送手段の前記ペルチェ素子に接続される端部に接触するように蓄熱部材を設けることが望ましい。   In the first invention, it is desirable to provide a heat storage member so as to contact an end portion of the first heat transporting means connected to the Peltier element.

これにより、走行開始直後にペルチェ素子によって蓄熱部材に蓄熱された熱を吸熱し、車内熱交換経路の熱媒体へ放熱することができる。熱源側冷却経路を循環する熱媒体が温まっていない走行開始直後であっても蓄熱部材の熱を利用して即時に車内熱交換経路の熱媒体を温めることができる。   Thereby, it is possible to absorb the heat stored in the heat storage member by the Peltier element immediately after the start of traveling and dissipate it to the heat medium in the in-vehicle heat exchange path. Even immediately after the start of traveling when the heat medium circulating in the heat source side cooling path is not warmed, the heat medium in the in-vehicle heat exchange path can be warmed immediately using the heat of the heat storage member.

また、前記制御部は、車両走行停止時において、前記ペルチェ素子の熱移動の方向を反転させ、前記車内熱交換経路の熱を前記蓄熱部に蓄熱することが望ましい。   Further, it is desirable that the control unit reverses the direction of heat transfer of the Peltier element when the vehicle is stopped and stores heat in the in-vehicle heat exchange path in the heat storage unit.

これにより、走行停止直後の、温まった冷却水及び暖房水の熱をペルチェ素子により強制的に吸熱し、蓄熱部材へ蓄熱することができる。したがって、熱の無駄をなくすことができる。   As a result, the heat of the heated cooling water and heating water immediately after the stop of traveling can be forcibly absorbed by the Peltier element and stored in the heat storage member. Therefore, waste of heat can be eliminated.

また、前記ペルチェ素子を介さずに前記第2熱交換器に一方の端部が接続され、前記第1熱交換器に他方の端部が接続される第2熱輸送手段を更に備えるようにしてもよい。   Moreover, it is further provided with a second heat transport means in which one end is connected to the second heat exchanger without the Peltier element and the other end is connected to the first heat exchanger. Also good.

このように、2系統の熱輸送手段を設け、第1系統の熱輸送手段(第1熱輸送手段)がペルチェ素子を介して第2熱交換器と接続され、第2系統の熱輸送手段(第2熱輸送手段)がペルチェ素子を介さずに第2熱交換器と直接接続されることにより、ペルチェ素子を駆動しない場合でも第2系統の熱輸送手段の端部の温度差で熱輸送が可能となり、消費電力を低減できる。また、ペルチェ素子により熱源側冷却回路から吸熱し、蓄熱部材に蓄熱できる。例えば、一時的な走行停止中に、廃熱を蓄熱しつつ、第2熱交換器(車内熱交換経路)へも伝達して車内空調に使用することができる。   In this way, two systems of heat transport means are provided, the first system of heat transport means (first heat transport means) is connected to the second heat exchanger via the Peltier element, and the second system of heat transport means ( The second heat transporting means) is directly connected to the second heat exchanger without passing through the Peltier element, so that even if the Peltier element is not driven, the heat transport is caused by the temperature difference at the end of the second system heat transporting means. It becomes possible and power consumption can be reduced. Further, the Peltier element absorbs heat from the heat source side cooling circuit and can store heat in the heat storage member. For example, during temporary stoppage of travel, waste heat can be stored and also transmitted to the second heat exchanger (in-vehicle heat exchange path) for use in in-vehicle air conditioning.

また、前記第1及び第2の熱輸送手段は、ヒートパイプであることが望ましい。熱輸送手段がヒートパイプであれば、熱を効率良く伝達することができる。   The first and second heat transporting means are preferably heat pipes. If the heat transport means is a heat pipe, heat can be transferred efficiently.

また、自動車の現在位置情報を取得する位置情報取得手段と、場所に関する情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、を更に備え、前記制御部は、前記位置情報取得手段によって車両が走行を停止した位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を前記地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、車両走行停止時において、前記ペルチェ素子の動作を制御することが望ましい。   The vehicle further includes a position information acquisition unit that acquires current position information of the automobile, and a storage unit that stores map information including information about the location, and the control unit stops the vehicle from traveling by the position information acquisition unit. Obtaining location information associated with the obtained location information from the map information, and controlling the operation of the Peltier element when the vehicle is stopped according to the obtained location information. desirable.

これにより現在の駐車場所に応じてペルチェ素子の動作を切り替え、蓄熱するか否かを切り替えることができる。これにより、ユーザが特に意識しなくても停車中に効率よく熱利用することが可能となる。   Thereby, according to the present parking place, operation | movement of a Peltier device can be switched and it can switch whether it heat-stores. As a result, even when the user is not particularly conscious, heat can be efficiently used while the vehicle is stopped.

第2の発明は、第1の発明に係る廃熱利用システムを搭載した自動車である。   The second invention is an automobile equipped with the waste heat utilization system according to the first invention.

第2の発明により、熱源から効率良く熱を回収して車内の空調に利用可能な自動車を提供することができる。   According to the second aspect of the present invention, an automobile that can efficiently recover heat from a heat source and can be used for air conditioning in the vehicle can be provided.

本発明によれば、自動車の駆動部等の熱源側から効率良く熱を回収し、車内空調に利用可能な自動車用の廃熱利用システム等を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the waste-heat utilization system for motor vehicles etc. which collect | recovers heat | fever efficiently from the heat source sides, such as a drive part of a motor vehicle, and can be utilized for vehicle interior air conditioning can be provided.

本発明に係る廃熱利用システム1の構成を示すシステム構成図。The system block diagram which shows the structure of the waste heat utilization system 1 which concerns on this invention. 廃熱利用システム1の熱交換装置4の内部構成を示す図。The figure which shows the internal structure of the heat exchange apparatus 4 of the waste heat utilization system 1. FIG. 廃熱利用システム1の制御フローを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the waste heat utilization system 1. FIG. 自動車の走行状態に応じた熱移動の方向を示す図。The figure which shows the direction of the heat transfer according to the driving | running | working state of a motor vehicle. 自動車の走行状態と蓄熱材、冷却水、暖房水の各温度変化を示す図。The figure which shows each temperature change of the driving | running | working state of a motor vehicle, a thermal storage material, cooling water, and heating water. 熱交換装置4aの内部構成を示す図。The figure which shows the internal structure of the heat exchange apparatus 4a. 図6の熱交換装置4aを別の方向から見た透視図。The perspective view which looked at the heat exchange apparatus 4a of FIG. 6 from another direction. 廃熱利用システム1bの構成を示すシステム構成図。The system block diagram which shows the structure of the waste-heat utilization system 1b. 廃熱利用システム1bの制御フローを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the waste heat utilization system 1b.

以下、本発明の第1の実施の形態にかかる廃熱利用システム1について説明する。図1は廃熱利用システム1の全体構成を示すシステム構成図、図2は廃熱利用システム1の熱交換装置4の内部構成を示す図である。図1に示すように、廃熱利用システム1は、主に、熱源側冷却経路2、車内熱交換経路3、熱交換装置4、制御部5等を備える。廃熱利用システム1は、自動車用の廃熱利用システムである。   Hereinafter, the waste heat utilization system 1 concerning the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a system configuration diagram showing the overall configuration of the waste heat utilization system 1, and FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the heat exchange device 4 of the waste heat utilization system 1. As shown in FIG. 1, the waste heat utilization system 1 mainly includes a heat source side cooling path 2, an in-vehicle heat exchange path 3, a heat exchange device 4, a control unit 5, and the like. The waste heat utilization system 1 is a waste heat utilization system for automobiles.

熱源側冷却経路2は、例えばエンジンやモータなどの自動車の駆動部を冷却する経路である。熱源側冷却経路2には、モータ6、ポンプ8a、外気熱交換器7等が設けられ、熱媒体として冷却水等が循環する。また、熱源側冷却経路2の循環方向(図中矢印A方向)に対して、モータ6と外気熱交換器7との間に熱交換装置4の第1熱交換器41(図2参照)が接続される。   The heat source side cooling path 2 is a path for cooling a driving unit of an automobile such as an engine or a motor. The heat source side cooling path 2 is provided with a motor 6, a pump 8a, an outside air heat exchanger 7, and the like, and cooling water or the like circulates as a heat medium. In addition, the first heat exchanger 41 (see FIG. 2) of the heat exchange device 4 is provided between the motor 6 and the outside air heat exchanger 7 with respect to the circulation direction of the heat source side cooling path 2 (the direction of arrow A in the figure). Connected.

モータ6は、自動車の駆動部であり、熱源となる部位である。なお、本実施形態においては、熱源がモータ6のみである電気自動車の例を示すが、本発明はこれに限られない。例えば、熱源として、通常のエンジンであっても良く、その両者が配置されても良い。また、熱源としては、駆動部のみに限られず、自動車の走行等において発熱する部位であればよい。   The motor 6 is a drive unit of the automobile and is a part that becomes a heat source. In addition, in this embodiment, although the example of the electric vehicle whose heat source is only the motor 6 is shown, this invention is not limited to this. For example, a normal engine may be used as the heat source, or both of them may be arranged. Further, the heat source is not limited to the drive unit, but may be any part that generates heat during driving of an automobile.

ポンプ8aは、熱源側冷却経路2内の熱媒体(冷却水)を循環させるものである(図中矢印A方向)。外気熱交換器7はラジエータ等であり、モータ6により加熱された熱源側冷却経路2内の熱媒体(冷却水)を冷却する部位であり、熱を外部に放出する。   The pump 8a circulates the heat medium (cooling water) in the heat source side cooling path 2 (in the direction of arrow A in the figure). The outside air heat exchanger 7 is a radiator or the like, and is a part that cools the heat medium (cooling water) in the heat source side cooling path 2 heated by the motor 6, and releases heat to the outside.

車内熱交換経路3は、車内熱交換経路3内を循環する熱媒体と、車内を暖房するためのエアとを熱交換するための経路である。車内熱交換経路3には、車内熱交換器9、ポンプ8b等が設けられ、熱媒体として水等が循環する。また、車内熱交換経路3の循環方向(図中矢印B方向)に対して、車内熱交換器9の上流側に熱交換装置4の第2熱交換器42(図2参照)が接続される。   The in-vehicle heat exchange path 3 is a path for exchanging heat between the heat medium circulating in the in-vehicle heat exchange path 3 and air for heating the inside of the car. The in-vehicle heat exchange path 3 is provided with an in-vehicle heat exchanger 9, a pump 8b, and the like, and water or the like circulates as a heat medium. The second heat exchanger 42 (see FIG. 2) of the heat exchange device 4 is connected to the upstream side of the in-vehicle heat exchanger 9 with respect to the circulation direction of the in-vehicle heat exchange path 3 (the direction of arrow B in the figure). .

ポンプ8bは、車内熱交換経路3内の熱媒体(以下、本明細書において暖房水ともいう)を循環させるものである(図中矢印B方向)。車内熱交換器9は、車内熱交換経路3内を循環する熱媒体の熱と車内を暖房するためのエアの熱を熱交換し、エアを車内に送り込む。   The pump 8b circulates a heat medium (hereinafter also referred to as heating water in the present specification) in the in-vehicle heat exchange path 3 (in the direction of arrow B in the figure). The in-vehicle heat exchanger 9 exchanges heat between heat of the heat medium circulating in the in-vehicle heat exchange path 3 and air for heating the inside of the vehicle, and sends the air into the vehicle.

熱交換装置4は、熱源側冷却経路2を循環する熱媒体(以下、本明細書において冷却水ともいう)の熱を取り込み、車内熱交換経路3を循環する熱媒体(暖房水)との間で熱交換するものである。また、熱交換装置4は制御部5に接続される。   The heat exchange device 4 takes in heat of a heat medium (hereinafter also referred to as cooling water in the present specification) that circulates in the heat source side cooling path 2, and is connected to the heat medium (heating water) that circulates in the in-vehicle heat exchange path 3. Heat exchange. The heat exchange device 4 is connected to the control unit 5.

図2に示すように、熱交換装置4は、第1熱交換器41、第2熱交換器42、ペルチェ素子43、ヒートパイプ44、蓄熱材45等を備える。第1熱交換器41は熱源側冷却経路2に接続される。また、第2熱交換器42は車内熱交換経路3に接続される。ペルチェ素子43は、第2熱交換器42に片面が接続され、反対面がヒートパイプ44の一端に接続される。つまりヒートパイプ44は、一端側でペルチェ素子43を介して第2熱交換器42と接続される。また、ヒートパイプ44の他端側は第1熱交換器41と接続される。蓄熱材45は、ヒートパイプ44のペルチェ素子43に接続される端部に熱的に接続される。   As shown in FIG. 2, the heat exchange device 4 includes a first heat exchanger 41, a second heat exchanger 42, a Peltier element 43, a heat pipe 44, a heat storage material 45, and the like. The first heat exchanger 41 is connected to the heat source side cooling path 2. The second heat exchanger 42 is connected to the in-vehicle heat exchange path 3. The Peltier element 43 has one surface connected to the second heat exchanger 42 and the other surface connected to one end of the heat pipe 44. That is, the heat pipe 44 is connected to the second heat exchanger 42 via the Peltier element 43 on one end side. The other end of the heat pipe 44 is connected to the first heat exchanger 41. The heat storage material 45 is thermally connected to an end portion of the heat pipe 44 connected to the Peltier element 43.

ヒートパイプ44は、熱輸送を行うことができる手段(熱輸送デバイス)であればいずれの形態でも構わないが、好ましくはヒートパイプである。ヒートパイプは、たとえば、端部を密閉した金属の内部に、溶媒を配置して、溶媒の蒸発と凝縮により熱を伝達することができる。主に銅の内部に水を入れたヒートパイプが多く用いられている。このため、電源を用いなくても熱伝達を行うことができ、また、密閉されているので水が減少することもないのでメンテナンス性にも優れる。なお、さらに好ましくはサーモサイフォン型のヒートパイプであることが望ましい。   The heat pipe 44 may be in any form as long as it is a means (heat transport device) capable of performing heat transport, but is preferably a heat pipe. The heat pipe can transfer heat by evaporating and condensing the solvent, for example, by disposing a solvent inside a metal whose end is sealed. Many heat pipes are mainly used in which water is put inside copper. For this reason, heat can be transferred without using a power source, and since it is hermetically sealed, water is not reduced, so that maintainability is excellent. It is more preferable to use a thermosiphon heat pipe.

第1熱交換器41は、熱源側冷却経路2内の熱媒体(冷却水)とヒートパイプ44の一方の端部(下端部)との間で熱交換を行うものである。第1熱交換器41は、例えば、内部にフィン411が設けられた中空の熱伝導体412により構成され、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)を取り込み、フィン411及び熱伝導体412を介して熱媒体(冷却水)とヒートパイプ44との間で熱交換を行う。第1熱交換器41は、熱源側冷却経路2内の熱媒体の循環方向に対して、モータ6から外気熱交換器7までの間に配置される。モータ6から熱を受けた直後の、より高温の熱媒体と熱交換を行わせるためである。   The first heat exchanger 41 performs heat exchange between the heat medium (cooling water) in the heat source side cooling path 2 and one end (lower end) of the heat pipe 44. The first heat exchanger 41 is constituted by, for example, a hollow heat conductor 412 having fins 411 provided therein, and takes in a heat medium (cooling water) that circulates in the heat source side cooling path 2. Heat exchange is performed between the heat medium (cooling water) and the heat pipe 44 via the conductor 412. The first heat exchanger 41 is disposed between the motor 6 and the outside air heat exchanger 7 with respect to the circulation direction of the heat medium in the heat source side cooling path 2. This is because heat exchange with a higher temperature heat medium immediately after receiving heat from the motor 6 is performed.

また、第2熱交換器42は、ペルチェ素子43を介して接続されたヒートパイプ44の他方の端部(上端部)と車内熱交換経路3内の熱媒体(暖房水)との間で熱交換を行うものである。ここで、第2熱交換器42は、第1熱交換器41よりも高い位置に配置される。したがって、第1及び第2熱交換器41、42と接続されるヒートパイプ44は、一方の端部に対して他方の端部が高い位置となるように配置される。   The second heat exchanger 42 generates heat between the other end (upper end) of the heat pipe 44 connected via the Peltier element 43 and the heat medium (heating water) in the in-vehicle heat exchange path 3. Exchange. Here, the second heat exchanger 42 is disposed at a position higher than the first heat exchanger 41. Therefore, the heat pipes 44 connected to the first and second heat exchangers 41 and 42 are arranged such that the other end is higher than the other end.

第2熱交換器42は、第1熱交換器41と同様に、例えば、内部にフィン421が設けられた中空の熱伝導体422により構成され、車内熱交換経路3内を循環する熱媒体(暖房水)を取り込み、フィン421及び熱伝導体422を介して熱媒体(暖房水)とペルチェ素子43との間で熱交換を行う。ペルチェ素子43は後述するように、所定の電圧を印加すると一方の面で吸熱し、反対面で放熱する。このようなペルチェ素子43の特性を利用して、ヒートパイプ44の上端部の熱を吸熱し、第2熱交換器42内部の熱媒体を加温する。   Similarly to the first heat exchanger 41, the second heat exchanger 42 is constituted by, for example, a hollow heat conductor 422 having fins 421 provided therein, and a heat medium (circulation in the in-vehicle heat exchange path 3 ( Heating water) is taken in and heat exchange is performed between the heat medium (heating water) and the Peltier element 43 via the fins 421 and the heat conductor 422. As will be described later, when a predetermined voltage is applied, the Peltier element 43 absorbs heat on one surface and dissipates heat on the opposite surface. Utilizing such characteristics of the Peltier element 43, the heat at the upper end of the heat pipe 44 is absorbed, and the heat medium in the second heat exchanger 42 is heated.

熱源側冷却経路2を循環する熱媒体(冷却水)がモータ6により加熱され、第1熱交換器41がヒートパイプ44の作動温度以上となると、ヒートパイプ44内部の作動液が蒸発して、当該部位の熱を奪い、蒸気が第2熱交換器42側に輸送される。低温部である第2熱交換器42では、蒸気が凝縮して熱を放出する。放出された熱は、第2熱交換器42により車内熱交換経路3を流れる熱媒体に伝達される。   When the heat medium (cooling water) circulating through the heat source side cooling path 2 is heated by the motor 6 and the first heat exchanger 41 becomes equal to or higher than the operating temperature of the heat pipe 44, the working fluid inside the heat pipe 44 evaporates, The heat is taken away from the part, and the steam is transported to the second heat exchanger 42 side. In the 2nd heat exchanger 42 which is a low temperature part, a vapor | steam condenses and discharge | releases heat. The released heat is transmitted to the heat medium flowing through the in-vehicle heat exchange path 3 by the second heat exchanger 42.

第2熱交換器42側で凝縮した作動液は、ヒートパイプ44の内面を伝わり、重力によってより低い位置にある第1熱交換器41側に移動する。以上を繰り返すことで、熱源側冷却経路2の熱が、車内熱交換経路3側に伝達される。   The hydraulic fluid condensed on the second heat exchanger 42 side travels along the inner surface of the heat pipe 44 and moves to the first heat exchanger 41 side at a lower position by gravity. By repeating the above, the heat of the heat source side cooling path 2 is transmitted to the in-vehicle heat exchange path 3 side.

なお、ヒートパイプ44がサーモサイフォン型のヒートパイプであれば、第1熱交換器41が低温部となり、第2熱交換器42側が高温部となると、ヒートパイプ44の作動液は、第1熱交換器41側に溜まった状態となり、ヒートパイプ44は、熱輸送を行うことがない。したがって、車内熱交換経路3内の熱媒体の熱が、熱源側冷却経路2側に逃げることがない。   If the heat pipe 44 is a thermosiphon type heat pipe, when the first heat exchanger 41 becomes a low-temperature part and the second heat exchanger 42 side becomes a high-temperature part, the working fluid of the heat pipe 44 becomes the first heat. The heat pipe 44 does not carry out heat transport because it is in a state of being accumulated on the exchanger 41 side. Therefore, the heat of the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3 does not escape to the heat source side cooling path 2 side.

すなわち、ヒートパイプ44は、熱源側冷却経路2から車内熱交換経路3側に熱を輸送するが、車内熱交換経路3から熱源側冷却経路2への熱の輸送を行うことがない。なお、このような効果をより高めるためには、ヒートパイプ44を略鉛直方向に配置することが望ましい。   That is, the heat pipe 44 transports heat from the heat source side cooling path 2 to the in-vehicle heat exchange path 3 side, but does not transport heat from the in-vehicle heat exchange path 3 to the heat source side cooling path 2. In order to further enhance such an effect, it is desirable to arrange the heat pipe 44 in a substantially vertical direction.

本第1の実施の形態では、図2に示すようにヒートパイプ44を立設させ、上端部にペルチェ素子43の片面を接続し、またペルチェ素子43の他方の面に第2熱交換器42を接続する。すなわち、ペルチェ素子43を介してヒートパイプ44の上端部と第2熱交換器42とが接続される。ペルチェ素子43は、所定電圧を印加すると一方の面が吸熱するとともに反対面が発熱し、印加電圧の極性を反転するとその関係が反転する特性を有する。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the heat pipe 44 is erected, one side of the Peltier element 43 is connected to the upper end portion, and the second heat exchanger 42 is connected to the other side of the Peltier element 43. Connect. That is, the upper end portion of the heat pipe 44 and the second heat exchanger 42 are connected via the Peltier element 43. The Peltier element 43 has a characteristic that when a predetermined voltage is applied, one surface absorbs heat and the opposite surface generates heat, and when the polarity of the applied voltage is reversed, the relationship is reversed.

本第1の実施の形態のように、ペルチェ素子43をヒートパイプ44の上端部と第2熱交換器42との間に介在させ、ペルチェ素子43に所定の電圧を印加すると、ペルチェ素子43によりヒートパイプ44上端部の熱を吸熱し、反対面である第2熱交換器42側へ放熱することができる。ペルチェ素子43は制御部5に接続される。本実施の形態では、このようなヒートパイプ44からの吸熱動作を行わせる際に、ペルチェ素子に正極性の電圧を印加するものとして説明する。   When the Peltier element 43 is interposed between the upper end of the heat pipe 44 and the second heat exchanger 42 and a predetermined voltage is applied to the Peltier element 43 as in the first embodiment, The heat at the upper end of the heat pipe 44 can be absorbed and radiated to the second heat exchanger 42 side, which is the opposite surface. The Peltier element 43 is connected to the control unit 5. In the present embodiment, it is assumed that a positive voltage is applied to the Peltier element when the heat absorption operation from the heat pipe 44 is performed.

制御部5は、ペルチェ素子43へ印加する電圧の極性を所定のタイミングで切り替える。例えば、制御部5は、車両走行中はペルチェ素子43に吸熱動作を行わせる。これにより、積極的に第1熱交換器41の熱をヒートパイプ44を介して第2熱交換器42へ輸送させる。また、車両が走行を停止すると、ペルチェ素子43への電圧の印加を停止させる。或いは、ペルチェ素子43に対し、逆極性の電圧を印加し、第2熱交換器42の熱を蓄熱材45側へ移動させる(蓄熱動作)。   The controller 5 switches the polarity of the voltage applied to the Peltier element 43 at a predetermined timing. For example, the control unit 5 causes the Peltier element 43 to perform an endothermic operation while the vehicle is traveling. Thereby, the heat of the first heat exchanger 41 is positively transported to the second heat exchanger 42 via the heat pipe 44. When the vehicle stops traveling, the application of voltage to the Peltier element 43 is stopped. Alternatively, a reverse polarity voltage is applied to the Peltier element 43 to move the heat of the second heat exchanger 42 toward the heat storage material 45 (heat storage operation).

蓄熱材45は、ヒートパイプ44や第2熱交換器42から熱を受熱して蓄熱するものである。蓄熱材45の材料は、一時的に熱を蓄えることができればよく、例えば、パラフィンや関東商事社製の「パッサーモ」(商品名)等を使用することができる。上記のような蓄熱材45を用いることで、受熱部19の熱変動を均一化(ダンパー効果)することができる。蓄熱材45は周囲を断熱材451により覆うことが望ましい。   The heat storage material 45 receives heat from the heat pipe 44 and the second heat exchanger 42 and stores the heat. The material of the heat storage material 45 only needs to be able to temporarily store heat. For example, paraffin or “Passermo” (trade name) manufactured by Kanto Shoji Co., Ltd. can be used. By using the heat storage material 45 as described above, the heat fluctuation of the heat receiving unit 19 can be made uniform (damper effect). The heat storage material 45 is desirably covered with a heat insulating material 451.

また、蓄熱材45に、潜熱蓄熱材を用いることもできる。潜熱蓄熱材は、蓄熱材(酢酸ナトリウム3水塩や硫酸ナトリウム10水塩)などを用い、物質の相変化に伴う潜熱を蓄熱することができる。特に、過冷却型蓄熱材は、凝固点温度以下になっても相変化(結晶化)が起きない状態を保ち、液体にある衝撃や振動や摩擦といったエネルギーを加えることで結晶の種を生成し、今まで不規則に浮遊していた分子やイオンが突如、種結晶に向かって結合(凝固)を始めて、一気に凝固熱を周囲に放出するものである。潜熱蓄熱材を用いれば、乗車開始時に、蓄熱された熱を一気に利用して、瞬時に暖房を利用可能とすることもできる。   A latent heat storage material can also be used for the heat storage material 45. As the latent heat storage material, a heat storage material (sodium acetate trihydrate or sodium sulfate decahydrate) or the like can be used to store latent heat associated with the phase change of the substance. In particular, the supercooled heat storage material maintains a state in which phase change (crystallization) does not occur even when the temperature is below the freezing point temperature, and generates crystal seeds by applying energy such as impact, vibration and friction in the liquid, Molecules and ions that have been floating irregularly up to now suddenly start to bond (solidify) toward the seed crystal and release the heat of solidification to the surroundings at once. If the latent heat storage material is used, the stored heat can be used at once at the start of boarding, and heating can be used instantaneously.

次に、図3〜図5を参照して、廃熱利用システム1の機能及び制御について説明する。なお、図3のフローチャートの説明では、車両走行開始時において、蓄熱材45は、前回の走行時に発生した熱等によって蓄熱されているものとする。   Next, functions and control of the waste heat utilization system 1 will be described with reference to FIGS. In the description of the flowchart of FIG. 3, it is assumed that the heat storage material 45 is stored by heat generated during the previous travel at the start of vehicle travel.

走行開始直後は、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)は低温であるため、ヒートパイプ44の作動温度に達していない。そこで、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)が温まるまでの所定時間(例えば、5分間)は、ペルチェ素子43に所定電圧を印加し、蓄熱材45からの吸熱を行わせる(ステップS101)。これにより図4(A)に示すように、ペルチェ素子43が蓄熱材45の熱を吸熱し、反対面の第2熱交換器42に放熱する。こうして、第2熱交換器42内に取り込まれている車内熱交換経路3内の熱媒体に熱が伝達される。   Immediately after the start of traveling, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is at a low temperature, and therefore does not reach the operating temperature of the heat pipe 44. Therefore, for a predetermined time (for example, 5 minutes) until the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is warmed, a predetermined voltage is applied to the Peltier element 43 to cause the heat storage material 45 to absorb heat. (Step S101). As a result, as shown in FIG. 4A, the Peltier element 43 absorbs the heat of the heat storage material 45 and dissipates it to the second heat exchanger 42 on the opposite surface. In this way, heat is transmitted to the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3 taken into the second heat exchanger 42.

温められた熱媒体はポンプ8bによって車内熱交換経路3内を循環し(図1中矢印B方向)、車内熱交換器9にて外部から取り込まれたエア(不図示)を加熱する。これにより車内に暖気が送られる。このように、走行開始直後は、蓄熱材45の熱を利用できるため、車両スタート時の即暖に効果がある。   The heated heat medium circulates in the in-vehicle heat exchange path 3 (in the direction of arrow B in FIG. 1) by the pump 8b, and heats the air (not shown) taken in from the outside by the in-vehicle heat exchanger 9. As a result, warm air is sent into the vehicle. Thus, immediately after the start of traveling, the heat of the heat storage material 45 can be used, which is effective for immediate warming at the start of the vehicle.

また、車両が走行してしばらくすると、蓄熱材45の熱は上述のペルチェ素子43の吸熱により奪われる。一方、モータ6の駆動により生じた熱によって熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)が徐々に加熱される。すると、図4(B)に示すように、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)は熱交換装置4の第1熱交換器41に取り込まれ、その熱がヒートパイプ44の下端部に伝達される。ヒートパイプ44の一端(下端部)で受熱すると、ヒートパイプ44は他端(上端部)へ熱を輸送する。さらに、ヒートパイプ44の他端(上端部)の熱はペルチェ素子43により吸熱され、反対面の第2熱交換器42に効率よく放熱される。これにより、熱源側冷却経路2の熱(廃熱)を車内熱交換経路3内の熱媒体に伝達し、車内の暖房に利用することができる。   Further, after a while after the vehicle travels, the heat of the heat storage material 45 is taken away by the heat absorption of the Peltier element 43 described above. On the other hand, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is gradually heated by the heat generated by driving the motor 6. Then, as shown in FIG. 4B, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is taken into the first heat exchanger 41 of the heat exchange device 4, and the heat of the heat pipe 44 It is transmitted to the lower end. When heat is received at one end (lower end) of the heat pipe 44, the heat pipe 44 transports heat to the other end (upper end). Furthermore, the heat at the other end (upper end) of the heat pipe 44 is absorbed by the Peltier element 43 and efficiently radiated to the second heat exchanger 42 on the opposite surface. Thereby, the heat (waste heat) of the heat source side cooling path 2 can be transmitted to the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3 and used for heating in the vehicle.

また、車両が走行を停止した場合(ステップS102;Yes)、走行停止した直後は、車内熱交換経路3内の熱媒体は上述したように車内の暖気によって温められている。熱源側冷却経路2内の熱媒体もモータ6の発熱により温められている。そこで、制御部5はペルチェ素子43に逆極性の電圧を印加するよう切り替える(ステップS103)。すると、図4(C)に示すように、ペルチェ素子43は、第1熱交換器41及び第2熱交換器42に取り込まれている熱媒体から熱を吸熱し、蓄熱材45に放熱する。これにより蓄熱材45が蓄熱される。蓄熱材45に蓄えられた熱は、次回走行開始時の即暖に利用可能である。   When the vehicle stops traveling (step S102; Yes), immediately after the traveling stops, the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3 is warmed by the warm air in the vehicle as described above. The heat medium in the heat source side cooling path 2 is also warmed by the heat generated by the motor 6. Therefore, the control unit 5 switches to apply a reverse polarity voltage to the Peltier element 43 (step S103). Then, as illustrated in FIG. 4C, the Peltier element 43 absorbs heat from the heat medium taken in the first heat exchanger 41 and the second heat exchanger 42 and dissipates the heat to the heat storage material 45. As a result, the heat storage material 45 is stored. The heat stored in the heat storage material 45 can be used for immediate warming at the start of the next run.

その後、車両が走行を再開した場合は(ステップS104;Yes)、ステップS101へ戻る。制御部5、ペルチェ素子43に正電圧を印加し、蓄熱材45及びヒートパイプ44から吸熱する。   Thereafter, when the vehicle resumes running (step S104; Yes), the process returns to step S101. A positive voltage is applied to the control unit 5 and the Peltier element 43 to absorb heat from the heat storage material 45 and the heat pipe 44.

車両が走行を開始しない場合(ステップS104;No)、すなわち、駐車した場合等は、所定時間経過後、ペルチェ素子43の駆動を停止する(ステップS105)。   When the vehicle does not start running (step S104; No), that is, when the vehicle is parked, the driving of the Peltier element 43 is stopped after a predetermined time (step S105).

図5は、図3の手順で行われた動作における蓄熱材45、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)、車内熱交換経路3内を循環する熱媒体(暖房水)の温度変化を示すグラフである。また、図5のグラフの下にはペルチェ素子43に印加する電圧の極性を示している。図5のグラフの横軸は車両走行開始からの時間(分)、縦軸は温度(°C)を示す。また、図5のグラフにおいて、太い破線は蓄熱材の温度変化を示し、細い実線は熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)の温度変化を示し、太い実線は車内熱交換経路3内を循環する熱媒体(暖房水)の温度変化を示している。   5 shows the heat storage material 45, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2, and the heat medium (heating water) circulating in the in-vehicle heat exchange path 3 in the operation performed in the procedure of FIG. It is a graph which shows a temperature change. Further, the polarity of the voltage applied to the Peltier element 43 is shown below the graph of FIG. The horizontal axis of the graph in FIG. 5 indicates time (minutes) from the start of vehicle travel, and the vertical axis indicates temperature (° C.). In the graph of FIG. 5, the thick broken line indicates the temperature change of the heat storage material, the thin solid line indicates the temperature change of the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2, and the thick solid line indicates the in-vehicle heat exchange path. The temperature change of the heat medium (heating water) which circulates in the inside is shown.

図5に示すように、車両走行開始直後は、蓄熱材45の温度は60°Cに保たれ、冷却水及び暖房水の温度は外気温と同程度(10°C)とする。車両走行開始とともに、ペルチェ素子43に正電圧が印加される。これにより、ペルチェ素子43は蓄熱材45から吸熱するため、蓄熱材45の温度が下がる。一方、ペルチェ素子43は第2熱交換器42側に放熱するため暖房水の温度が上昇する。また、モータ6が駆動されて発熱するため冷却水の温度が上昇する。   As shown in FIG. 5, immediately after the vehicle travels, the temperature of the heat storage material 45 is maintained at 60 ° C., and the temperatures of the cooling water and the heating water are approximately the same as the outside air temperature (10 ° C.). A positive voltage is applied to the Peltier element 43 as the vehicle starts running. Thereby, since the Peltier element 43 absorbs heat from the heat storage material 45, the temperature of the heat storage material 45 falls. On the other hand, since the Peltier element 43 radiates heat to the second heat exchanger 42 side, the temperature of the heating water rises. Further, since the motor 6 is driven to generate heat, the temperature of the cooling water rises.

蓄熱材45の温度は徐々に下がる一方、暖房水の温度は上昇し、走行開始後5分程経過すると、ペルチェ素子43による蓄熱材45から暖房水への熱の輸送効率が低下し、暖房水の温度が低下を始める。一方、冷却水の温度は走行開始後から単調に上昇し、冷却水の温度がペルチェ素子のヒートパイプ側の温度を超えた時点からヒートパイプ44が作動を開始する。ヒートパイプ44の作動により、冷却水の熱を暖房水へ伝え、暖房水の温度の低下は抑えられる(図5では45℃)。その後、ヒートパイプ44の熱輸送によって暖房水及び冷却水が所定の温度差を保ちながら保温状態となる。   While the temperature of the heat storage material 45 gradually decreases, the temperature of the heating water rises, and when about 5 minutes have elapsed after the start of traveling, the efficiency of heat transfer from the heat storage material 45 to the heating water by the Peltier element 43 decreases, and the heating water The temperature begins to drop. On the other hand, the temperature of the cooling water increases monotonously after the start of traveling, and the heat pipe 44 starts to operate when the temperature of the cooling water exceeds the temperature on the heat pipe side of the Peltier element. By the operation of the heat pipe 44, the heat of the cooling water is transmitted to the heating water, and a decrease in the temperature of the heating water is suppressed (45 ° C. in FIG. 5). Thereafter, the heating water and the cooling water are kept warm while maintaining a predetermined temperature difference by heat transport of the heat pipe 44.

車両が走行を停止すると、ペルチェ素子43に印加する電圧が負電圧に切り替えられる。すると、ペルチェ素子43は、暖房水の熱を吸熱し、蓄熱材45側に放熱(蓄熱)する。また、冷却水の熱は、ヒートパイプ44が作動している間、ヒートパイプ44を介して蓄熱材45に輸送される。暖房水は次第に温度が下降するため、暖房水の温度が所定温度以下となった時点で、ペルチェ素子43への電圧印加を停止する。尚、停止時に蓄熱材45に冷却水及び暖房水の熱を吸熱させる際には、ポンプ8a及び8bを動作させ、熱媒体を循環させることも廃熱の利用に有効である。   When the vehicle stops traveling, the voltage applied to the Peltier element 43 is switched to a negative voltage. Then, the Peltier device 43 absorbs the heat of the heating water and dissipates heat (stores heat) on the heat storage material 45 side. Further, the heat of the cooling water is transported to the heat storage material 45 through the heat pipe 44 while the heat pipe 44 is operating. Since the temperature of the heating water gradually decreases, the voltage application to the Peltier element 43 is stopped when the temperature of the heating water becomes equal to or lower than a predetermined temperature. When the heat storage material 45 absorbs the heat of the cooling water and the heating water at the time of stopping, it is also effective to use the waste heat by operating the pumps 8a and 8b and circulating the heat medium.

以上説明したように、本発明の第1の実施の形態の廃熱利用システム1によれば、熱源側冷却経路2の熱を車内熱交換経路3に伝達するヒートパイプ44(熱輸送手段)の車内熱交換経路3側に接続される端部にペルチェ素子43を設けることにより、モータ6のような駆動部等の熱源から発生する熱を積極的に回収し、車内熱交換経路3に伝えることができる。特に、ペルチェ素子43によってヒートパイプ44の一方の端部から積極的に熱を奪うため、ヒートパイプ44の両端における温度差を確保することができる。このため、ヒートパイプ44を効率良く動作させることができる。したがって、熱源の廃熱を有効に利用することができる。   As described above, according to the waste heat utilization system 1 of the first embodiment of the present invention, the heat pipe 44 (heat transporting means) that transfers the heat of the heat source side cooling path 2 to the in-vehicle heat exchange path 3. By providing the Peltier element 43 at the end connected to the in-vehicle heat exchange path 3 side, the heat generated from the heat source such as the driving unit such as the motor 6 is actively collected and transmitted to the in-vehicle heat exchange path 3 Can do. In particular, since the Peltier element 43 actively removes heat from one end of the heat pipe 44, a temperature difference at both ends of the heat pipe 44 can be secured. For this reason, the heat pipe 44 can be operated efficiently. Therefore, the waste heat of the heat source can be used effectively.

また、蓄熱材45を設けることで、走行開始直後にペルチェ素子43によって蓄熱材45に蓄熱された熱を吸熱し、車内熱交換経路3の熱媒体へ放熱することができる。このため、走行開始直後であっても即時に車内熱交換経路3内を循環する熱媒体を温めることができ、即暖に効果がある。   Further, by providing the heat storage material 45, the heat stored in the heat storage material 45 by the Peltier element 43 immediately after the start of traveling can be absorbed and radiated to the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3. For this reason, even immediately after the start of traveling, the heat medium circulating in the in-vehicle heat exchange path 3 can be immediately warmed, which is effective immediately.

また、走行停止した直後の、温まった冷却水及び暖房水の熱をペルチェ素子43により強制的に吸熱し、蓄熱材45へ蓄熱することもできるため熱の無駄をなくすことができる。また、ヒートパイプを略鉛直に配置することにより、熱の冷却水側への移動を防止できる。   Moreover, since the heat of the warmed cooling water and heating water immediately after stopping the traveling can be forcibly absorbed by the Peltier element 43 and stored in the heat storage material 45, waste of heat can be eliminated. Moreover, the movement of heat to the cooling water side can be prevented by arranging the heat pipe substantially vertically.

なお、図1の廃熱利用システム1において、車内熱交換経路3にヒータを設け、熱交換装置4による暖房水(車内熱交換経路3内の熱媒体)の加熱を補助するようにしてもよい。この場合はヒータの利用を抑制しつつ、暖房用のエアの加熱を更に即時に確実に行うことが可能となる。   In the waste heat utilization system 1 of FIG. 1, a heater may be provided in the in-vehicle heat exchange path 3 to assist heating of heating water (a heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3) by the heat exchange device 4. . In this case, heating of the heating air can be more immediately and reliably performed while suppressing the use of the heater.

次に、第2の実施形態に係る廃熱利用システム1について説明する。なお、第2の実施の形態において、図1に示す廃熱利用システム1と同様の機能を奏する構成については、図1と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Next, the waste heat utilization system 1 according to the second embodiment will be described. Note that in the second embodiment, the same functions as those in the waste heat utilization system 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

第2の実施の形態の廃熱利用システム1は、第1の実施の形態の廃熱利用システム1と略同様の構成であるが、図6に示すように熱交換装置4aが2系統のヒートパイプ44A、44Bを有する点で異なる。熱交換装置4aは、図1に示す熱交換装置4と同様に、熱源側冷却経路2を循環する熱媒体(冷却水)の熱を取り込み、車内熱交換経路3を循環する熱媒体(暖房水)との間で熱交換するものである。   The waste heat utilization system 1 of the second embodiment has substantially the same configuration as the waste heat utilization system 1 of the first embodiment, but the heat exchange device 4a has two systems of heat as shown in FIG. The difference is that the pipes 44A and 44B are provided. Similarly to the heat exchange device 4 shown in FIG. 1, the heat exchange device 4 a takes in the heat of the heat medium (cooling water) that circulates in the heat source side cooling path 2 and heat medium (heating water) that circulates in the in-vehicle heat exchange path 3. ) To exchange heat.

図6、図7は、第2の実施の形態の熱交換装置4aの内部構成を示す図であり、図7は、図6の左方向から熱交換装置4aを眺めた透視図である。なお、図6において、ヒートパイプ44Bはペルチェ素子に接触せず、第2熱交換器42に直接接触するように配置されている。また、図7の4本のヒートパイプ44a〜44dは2本で1系統(44a及び44b、44c及び44d)をなすものとし、図6では各系統のヒートパイプがそれぞれ1本で表されるように図示されている。また、図7では、紙面奥側から手前側に向かって、蓄熱材45、ヒートパイプ44a〜44d、ペルチェ素子43、第1及び第2熱交換器41、42の順に配置されているものとする。なお、ヒートパイプの本数は図示した例に限られない。   6 and 7 are diagrams illustrating an internal configuration of the heat exchange device 4a according to the second embodiment, and FIG. 7 is a perspective view of the heat exchange device 4a as viewed from the left in FIG. In FIG. 6, the heat pipe 44 </ b> B is disposed so as not to contact the Peltier element but directly to the second heat exchanger 42. Moreover, it is assumed that the four heat pipes 44a to 44d in FIG. 7 form one system (44a and 44b, 44c and 44d), and in FIG. 6, each system has one heat pipe. Is shown in FIG. Moreover, in FIG. 7, it is assumed that the heat storage material 45, the heat pipes 44a to 44d, the Peltier element 43, the first and second heat exchangers 41 and 42 are arranged in this order from the back side to the front side. . The number of heat pipes is not limited to the illustrated example.

上述したように、熱交換装置4aには、2系統のヒートパイプ44A(ヒートパイプ44c、44d)、44B(ヒートパイプ44a、44b)が並設される。ヒートパイプ44Aは、第1の実施の形態のヒートパイプ44と同様に、一端側(上端部)でペルチェ素子43を介して第2熱交換器42と接続され、他端側(下端部)で第1熱交換器41と接続される。ヒートパイプ44Aのペルチェ素子43に接続される端部側(上端部)には、蓄熱材45が接触するように設けられる。   As described above, the heat exchange device 4a is provided with two systems of heat pipes 44A (heat pipes 44c and 44d) and 44B (heat pipes 44a and 44b). Similarly to the heat pipe 44 of the first embodiment, the heat pipe 44A is connected to the second heat exchanger 42 via the Peltier element 43 on one end side (upper end portion) and on the other end side (lower end portion). Connected to the first heat exchanger 41. The heat storage material 45 is provided in contact with the end (upper end) connected to the Peltier element 43 of the heat pipe 44A.

ヒートパイプ44B(第2熱輸送手段)は、一端側(上端部)でペルチェ素子43を介さずに第2熱交換器42と接続され、他端側(下端部)で第1熱交換器41と接続される。   The heat pipe 44B (second heat transport means) is connected to the second heat exchanger 42 without passing through the Peltier element 43 on one end side (upper end portion), and the first heat exchanger 41 on the other end side (lower end portion). Connected.

第1の実施の形態と同様に、第2熱交換器42は、第1熱交換器41よりも高い位置に配置されるため、第1及び第2熱交換器41、42と接続されるヒートパイプ44A、44Bはいずれも、一方の端部に対して他方の端部が高い位置となるように配置される。また、ヒートパイプ44A、44Bを略鉛直方向に配置すれば、熱源側冷却経路2から車内熱交換経路3側に熱を輸送するが、車内熱交換経路3から熱源側冷却経路2への熱の輸送を行うことがなく、車内熱交換経路3内の熱媒体の熱が、熱源側冷却経路2側に逃げるのを防ぐことができる。   Similarly to the first embodiment, the second heat exchanger 42 is disposed at a higher position than the first heat exchanger 41, and therefore the heat connected to the first and second heat exchangers 41 and 42. Each of the pipes 44A and 44B is arranged such that the other end is higher than the other end. If the heat pipes 44A and 44B are arranged in a substantially vertical direction, heat is transported from the heat source side cooling path 2 to the in-vehicle heat exchange path 3 side, but heat from the in-vehicle heat exchange path 3 to the heat source side cooling path 2 is transferred. Without transporting, it is possible to prevent the heat of the heat medium in the in-vehicle heat exchange path 3 from escaping to the heat source side cooling path 2 side.

第2の実施の形態の熱交換装置4aを用い、ペルチェ素子43を動作させて蓄熱材45に蓄熱を行おうとすると、ヒートパイプ44Aの上端部を加熱することになる。そうすると、ヒートパイプ44Aは、もはや動作しなくなる。これに対し、ペルチェ素子43に接続されていないヒートパイプ44Bではペルチェ素子43を動作させても、熱を輸送できる。   When the heat exchange device 4a of the second embodiment is used to operate the Peltier element 43 to store heat in the heat storage material 45, the upper end portion of the heat pipe 44A is heated. Then, the heat pipe 44A no longer operates. On the other hand, even if the Peltier element 43 is operated in the heat pipe 44B that is not connected to the Peltier element 43, heat can be transported.

この際、暖房水の上流側にヒートパイプ44Bを配置し、下流側にペルチェ素子43に接続されるヒートパイプ44Aを配置することで、上流側のヒートパイプ44Bにより温められた直後の暖房水の熱を、ペルチェ素子43を用いて吸熱し、蓄熱材45を蓄熱することができる。このため、効率よく熱利用できる。   At this time, the heating pipe 44B is disposed on the upstream side of the heating water, and the heat pipe 44A connected to the Peltier element 43 is disposed on the downstream side, so that the heating water immediately after being heated by the upstream heat pipe 44B. The heat can be absorbed using the Peltier element 43 and the heat storage material 45 can be stored. For this reason, heat can be used efficiently.

このように、本発明の第2の実施の形態の熱交換装置4aは、2系統のヒートパイプ44A、44Bを設け、第1系統のヒートパイプ44Aがペルチェ素子43を介して第2熱交換器42と接続される。このため、冷却水(熱源側冷却経路2)の熱を、ペルチェ素子43を使用して蓄熱できる。また、第2系統のヒートパイプ44Bがペルチェ素子43を介さずに第2熱交換器42と直接接続される。これにより、ペルチェ素子43を逆駆動させて、車内熱交換経路3の熱を蓄熱材45に蓄熱する際にも、ヒートパイプ44Bにより熱源側冷却経路2からの熱輸送が可能となり、効率良く廃熱を利用することができる。   As described above, the heat exchange device 4 a according to the second embodiment of the present invention includes the two systems of the heat pipes 44 </ b> A and 44 </ b> B, and the first system of the heat pipes 44 </ b> A is connected to the second heat exchanger via the Peltier element 43. 42. For this reason, the heat of the cooling water (heat source side cooling path 2) can be stored using the Peltier element 43. The second system heat pipe 44 </ b> B is directly connected to the second heat exchanger 42 without the Peltier element 43. As a result, when the Peltier element 43 is reversely driven and the heat of the in-vehicle heat exchange path 3 is stored in the heat storage material 45, heat can be transported from the heat source side cooling path 2 by the heat pipe 44B, and the heat is efficiently discarded. Heat can be used.

例えば、一時的な走行停止中に、冷却水の熱を蓄熱用に利用しつつ、暖房水側へも熱輸送できる。また、暖房水の上流側にヒートパイプ44Bを配置することで、ヒートパイプ44Bによって温められた暖房水の熱を、より効率よく蓄熱に利用できる。   For example, during temporary stoppage of travel, heat can be transported to the heating water side while using the heat of the cooling water for heat storage. In addition, by disposing the heat pipe 44B on the upstream side of the heating water, the heat of the heating water heated by the heat pipe 44B can be used for heat storage more efficiently.

次に、第3の実施形態に係る廃熱利用システム1bについて説明する。図8は、第3の実施の形態に係る廃熱利用システム1bの全体構成を示す図である。廃熱利用システム1bは、廃熱利用システム1または1aの構成に加え、記憶部51、現在位置取得部52を備える。記憶部51及び現在位置取得部52は制御部5に接続される。   Next, the waste heat utilization system 1b according to the third embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an overall configuration of a waste heat utilization system 1b according to the third embodiment. The waste heat utilization system 1b includes a storage unit 51 and a current position acquisition unit 52 in addition to the configuration of the waste heat utilization system 1 or 1a. The storage unit 51 and the current position acquisition unit 52 are connected to the control unit 5.

記憶部51には、例えば、カーナビゲーションシステム等で利用される地図情報が格納されている。地図情報には、道路情報の他、場所に関する情報が含まれる。場所に関する情報とは、例えば、公園、ショッピングモール、コンビニエンスストア、自宅等といった場所の種別を表す情報である。また、記憶部51には、場所の種別に応じて、短時間停車する場所か、1時間を超えるような駐車を行う場所であるかを定義したデータテーブルが格納される。現在位置取得部52は、例えばGPS(Global Positioning System)等であり、車両の現在位置を取得し、制御部5へ出力する。   In the storage unit 51, for example, map information used in a car navigation system or the like is stored. The map information includes information on the location in addition to road information. The information regarding a place is information indicating the type of place such as a park, a shopping mall, a convenience store, a home, and the like. The storage unit 51 also stores a data table that defines whether the vehicle is parked for a short time or parked for more than one hour, depending on the type of place. The current position acquisition unit 52 is, for example, a GPS (Global Positioning System) or the like, acquires the current position of the vehicle, and outputs it to the control unit 5.

第3の実施の形態において、制御部5は、現在位置取得部52から現在位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を記憶部51の地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、ペルチェ素子43の動作を切り替える。例えば、車両が走行を停止した位置がコンビニエンスストアの駐車場である場合は、停車時間が短いと推測されるため、暖房水から蓄熱材45へ蓄熱するより、暖房水が温かいまま次の走行を再開する方が効率が良い。そのため、制御部5は、ペルチェ素子43の駆動を停止するよう制御する。   In the third embodiment, the control unit 5 acquires the current position information from the current position acquisition unit 52, acquires the location information associated with the acquired position information from the map information in the storage unit 51, and acquires it. The operation of the Peltier element 43 is switched according to the location information. For example, if the location where the vehicle stopped traveling is a convenience store parking lot, it is estimated that the stopping time is short, so the next run while the heating water is warm is stored rather than the heat storage from the heating water to the heat storage material 45. It is more efficient to resume. Therefore, the control unit 5 controls to stop driving the Peltier element 43.

一方、車両が停止した位置がショッピングモール等の駐車場である場合は、停車時間が長いと推測されるため、暖房水が自然放熱してしまう。そのため、暖房水の熱を吸熱して蓄熱材45へ蓄熱する。そのため、制御部5はペルチェ素子43に負電圧を印加するよう制御し、第2熱交換器42から吸熱し、蓄熱材45へ放熱させて蓄熱材45を蓄熱する。   On the other hand, when the position where the vehicle is stopped is a parking lot such as a shopping mall, it is estimated that the stop time is long, so that the heating water naturally dissipates heat. Therefore, the heat of the heating water is absorbed and stored in the heat storage material 45. Therefore, the control unit 5 controls to apply a negative voltage to the Peltier element 43, absorbs heat from the second heat exchanger 42, dissipates heat to the heat storage material 45, and stores the heat storage material 45.

図9は、廃熱利用システム1bの制御フローを示すフローチャートである。第1の実施の形態と同様に、走行開始直後は、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)は低温であるため、ヒートパイプ44の作動温度に達していない。そこで、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)が温まるまでの所定時間(例えば、5分間)は、ペルチェ素子43に所定電圧を印加する(ステップS201)。これによりペルチェ素子43が蓄熱材45の熱を吸熱し、反対面の第2熱交換器42に放熱する。   FIG. 9 is a flowchart showing a control flow of the waste heat utilization system 1b. As in the first embodiment, immediately after the start of traveling, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is at a low temperature, and thus does not reach the operating temperature of the heat pipe 44. Therefore, a predetermined voltage is applied to the Peltier element 43 for a predetermined time (for example, 5 minutes) until the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is warmed (step S201). As a result, the Peltier element 43 absorbs the heat of the heat storage material 45 and dissipates it to the second heat exchanger 42 on the opposite surface.

また、車両が走行してしばらくすると、蓄熱材45の熱は上述のペルチェ素子43の吸熱により奪われる。一方で、モータ6の駆動により生じた熱によって熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)が徐々に加熱される。すると、熱源側冷却経路2内を循環する熱媒体(冷却水)は熱交換装置4の第1熱交換器41に取り込まれ、その熱がヒートパイプ44に伝達される。ヒートパイプ44の一端(下端部)で受熱すると、ヒートパイプ44は他端(上端部)へ熱を輸送する。さらに、ヒートパイプ44の他端(上端部)の熱はペルチェ素子43により吸熱され、反対面の第2熱交換器42に効率よく放熱される。   Further, after a while after the vehicle travels, the heat of the heat storage material 45 is taken away by the heat absorption of the Peltier element 43 described above. On the other hand, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is gradually heated by the heat generated by driving the motor 6. Then, the heat medium (cooling water) circulating in the heat source side cooling path 2 is taken into the first heat exchanger 41 of the heat exchange device 4, and the heat is transmitted to the heat pipe 44. When heat is received at one end (lower end) of the heat pipe 44, the heat pipe 44 transports heat to the other end (upper end). Furthermore, the heat at the other end (upper end) of the heat pipe 44 is absorbed by the Peltier element 43 and efficiently radiated to the second heat exchanger 42 on the opposite surface.

また、車両が走行を停止した場合(ステップS202;Yes)、制御部5は、現在位置情報取得部203から現在位置情報を取得する(ステップS203)。
また制御部5は、記憶部51に記憶されている地図情報から場所に関する情報を取得し、場所に関する情報に基づいて、短時間停車と推測されるか否かを判定する(ステップS204)。短時間停車と推測される場合は(ステップS204;短時間駐車場所)、ペルチェ素子43の駆動を停止する(ステップS205)。これは、温まっている暖房水をそのまま次回走行に利用するためである。
When the vehicle stops traveling (step S202; Yes), the control unit 5 acquires current position information from the current position information acquisition unit 203 (step S203).
Moreover, the control part 5 acquires the information regarding a place from the map information memorize | stored in the memory | storage part 51, and determines whether it is estimated that it stops for a short time based on the information regarding a place (step S204). When it is estimated that the vehicle stops for a short time (step S204; short-time parking place), the driving of the Peltier element 43 is stopped (step S205). This is because the heated heating water is used as it is for the next run.

1時間を超えるような長時間駐車と推測される場合は(ステップS204;長時間駐車場所)、制御部5はペルチェ素子43に逆極性の電圧を印加するよう切り替える(ステップS206)。すると、ペルチェ素子43は、図4(C)に示すように、第1熱交換器41及び第2熱交換器42に取り込まれている熱媒体から熱を吸熱し、蓄熱材45に放熱する。これにより蓄熱材45が蓄熱される。蓄熱材45に蓄えられた熱は、次回走行開始時の即暖に利用可能である。   When it is estimated that the parking period is longer than 1 hour (step S204; long-time parking place), the control unit 5 switches to apply a reverse polarity voltage to the Peltier element 43 (step S206). Then, as shown in FIG. 4C, the Peltier element 43 absorbs heat from the heat medium taken into the first heat exchanger 41 and the second heat exchanger 42 and dissipates the heat to the heat storage material 45. As a result, the heat storage material 45 is stored. The heat stored in the heat storage material 45 can be used for immediate warming at the start of the next run.

その後、車両が走行を開始した場合は(ステップS207;Yes)、ステップS201へ戻る。制御部5はペルチェ素子43に正電圧を印加し、蓄熱材45及びヒートパイプ44から吸熱する。車両が走行を開始しない場合(ステップS207;No)、所定時間経過後、ペルチェ素子43の駆動を停止する(ステップS208)。   Thereafter, when the vehicle starts traveling (step S207; Yes), the process returns to step S201. The control unit 5 applies a positive voltage to the Peltier element 43 and absorbs heat from the heat storage material 45 and the heat pipe 44. When the vehicle does not start running (step S207; No), the driving of the Peltier element 43 is stopped after a predetermined time (step S208).

以上により、例えばカーナビゲーションシステムで用いられる地図情報等を利用して、車両が停車した場所に応じてペルチェ素子43の動作(吸熱、蓄熱)を切り替えることができる。これにより、ユーザが特に意識しなくても停車中に効率よく熱利用することが可能となる。   As described above, the operation (heat absorption, heat storage) of the Peltier element 43 can be switched in accordance with the location where the vehicle has stopped using, for example, map information used in a car navigation system. As a result, even when the user is not particularly conscious, heat can be efficiently used while the vehicle is stopped.

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above.

例えば、前述の各実施形態では、本発明の熱交換装置を自動車の暖房に適用する例を示したが、本発明は、熱源を冷却する経路と、熱を利用する経路とが存在すれば、他のシステムにも適用可能である。また、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   For example, in each of the above-described embodiments, an example in which the heat exchanging device of the present invention is applied to heating of an automobile has been shown, but the present invention can be used if a path for cooling a heat source and a path for using heat exist. It can be applied to other systems. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to the range.

1…………廃熱利用システム
2…………熱源側冷却経路
3…………車内熱交換経路
4、4a…熱交換装置
41………第1熱交換器
42………第2熱交換器
43………ペルチェ素子
44、44A、44B………ヒートパイプ(熱輸送手段)
45………蓄熱材
5…………制御部
6…………モータ
7…………外気熱交換器
8a、8b………ポンプ
9…………車内熱交換器
1 …… Waste heat utilization system 2 ………… Heat source side cooling path 3 ………… In-car heat exchange path 4, 4a… Heat exchange device 41 ………… First heat exchanger 42 ……… Second heat Exchanger 43 ... Peltier elements 44, 44A, 44B ... Heat pipe (heat transport means)
45 ... …… Heat storage material 5 ………… Control unit 6 ………… Motor 7 ………… Outside air heat exchangers 8a, 8b ……… Pump 9 ………… In-vehicle heat exchanger

Claims (8)

自動車の駆動源である熱源を冷却する熱源側冷却経路と、
自動車室内との熱交換を行うための車内熱交換経路と、
前記熱源側冷却経路上に配置され、前記熱源側冷却経路を流れる熱媒体と熱交換を行う第1熱交換器と、
前記車内熱交換経路上に配置され、前記車内熱交換経路を流れる熱媒体と熱交換を行う第2熱交換器と、
前記第2熱交換器に一方の面が接するように設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の他方の面に一方の端部が接続されるとともに、前記第1熱交換器に他方の端部が接続され、前記第1熱交換器側の熱を前記第2熱交換器側へ移動させることが可能な第1熱輸送手段と、
前記ペルチェ素子の熱移動の方向を切り替える制御部と、を備え、
前記制御部は、車両走行中において、前記第1熱輸送手段から前記車内熱交換経路に熱を移動させることが可能であることを特徴とする自動車用の廃熱利用システム。
A heat source side cooling path for cooling a heat source which is a driving source of the automobile;
In-car heat exchange path for heat exchange with the car interior,
A first heat exchanger disposed on the heat source side cooling path and performing heat exchange with a heat medium flowing through the heat source side cooling path;
A second heat exchanger disposed on the in-vehicle heat exchange path and performing heat exchange with a heat medium flowing through the in-vehicle heat exchange path;
A Peltier element provided so that one surface is in contact with the second heat exchanger;
One end is connected to the other surface of the Peltier element, the other end is connected to the first heat exchanger, and the heat on the first heat exchanger side is transferred to the second heat exchanger side. A first heat transporting means capable of being moved to
A controller that switches the direction of heat transfer of the Peltier element,
The waste heat utilization system for automobiles, wherein the controller is capable of transferring heat from the first heat transport means to the in-vehicle heat exchange path while the vehicle is running.
前記第1熱輸送手段の前記ペルチェ素子に接続される端部に接触するように蓄熱部材を設けることを特徴とする請求項1に記載の自動車用の廃熱利用システム。   The waste heat utilization system for an automobile according to claim 1, wherein a heat storage member is provided so as to contact an end portion of the first heat transporting means connected to the Peltier element. 前記制御部は、車両走行停止時において、前記ペルチェ素子の熱移動の方向を反転させ、前記車内熱交換経路の熱を前記蓄熱部に蓄熱することを特徴とする請求項2に記載の自動車用の廃熱利用システム。   3. The vehicle according to claim 2, wherein the controller reverses the direction of heat transfer of the Peltier element when the vehicle is stopped, and stores heat in the in-vehicle heat exchange path in the heat storage unit. Waste heat utilization system. 前記ペルチェ素子を介さずに前記第2熱交換器に一方の端部が接続され、前記第1熱交換器に他方の端部が接続される第2熱輸送手段を更に備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の自動車用の廃熱利用システム。   One end is connected to the second heat exchanger without passing through the Peltier element, and further includes second heat transporting means connected to the other end to the first heat exchanger. The waste heat utilization system for automobiles according to any one of claims 1 to 3. 前記第2熱輸送手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項4記載の自動車用の廃熱利用システム。   5. The waste heat utilization system for automobiles according to claim 4, wherein the second heat transporting means is a heat pipe. 前記第1熱輸送手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の自動車用の廃熱利用システム。   The waste heat utilization system for an automobile according to any one of claims 1 to 5, wherein the first heat transporting means is a heat pipe. 自動車の現在位置情報を取得する位置情報取得手段と、
場所に関する情報を含む地図情報を記憶する記憶部と、を更に備え、
前記制御部は、前記位置情報取得手段によって車両が走行を停止した位置情報を取得し、取得した位置情報に関連付けられている場所情報を前記地図情報から取得し、取得した場所情報に応じて、車両走行停止時において、前記ペルチェ素子の動作を制御することを特徴とする請求項2から請求項6のいずれかに記載の自動車用の廃熱利用システム。
Position information acquisition means for acquiring current position information of the vehicle;
A storage unit that stores map information including information about the location,
The control unit acquires position information where the vehicle has stopped traveling by the position information acquisition unit, acquires location information associated with the acquired position information from the map information, and according to the acquired location information, The waste heat utilization system for an automobile according to any one of claims 2 to 6, wherein the operation of the Peltier element is controlled when the vehicle is stopped.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の自動車用の廃熱利用システムを搭載した自動車。   An automobile equipped with the waste heat utilization system for automobiles according to any one of claims 1 to 7.
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