JP2015200179A - heat exchange system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ハイブリッド車両に搭載される熱交換システムに関する。 The present invention relates to a heat exchange system mounted on a hybrid vehicle.
ランキンサイクルによって車両の廃熱を利用して動力を得るシステムが提案されている。ランキンサイクルとエアコンサイクルとを有する車両においては、通常、ランキン用のコンデンサーと、エアコン用のコンデンサーとが、車両のフロントエンド部分に配置される(特許文献1参照)。 A system for obtaining power by using waste heat of a vehicle by Rankine cycle has been proposed. In a vehicle having a Rankine cycle and an air conditioner cycle, a Rankine condenser and an air conditioner condenser are usually arranged in the front end portion of the vehicle (see Patent Document 1).
しかしながら、前述したランキンサイクルを有する車両では、ランキン用のコンデンサーをフロントエンドに設ける必要があるため、エアコン用のコンデンサーの設置スペースが制限されることになる。このため、他のコンデンサーの冷却性能が低下してしまい、効率的にランキンサイクルの作動媒体を冷却する構成になっていなかった。 However, in the vehicle having the Rankine cycle described above, it is necessary to provide a Rankine condenser at the front end, so that the installation space for the condenser for the air conditioner is limited. For this reason, the cooling performance of other condensers is reduced, and the working medium of the Rankine cycle is not efficiently cooled.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、効率的にランキンサイクルの作動媒体を冷却することにある。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems. An object of the present invention is to efficiently cool the working medium of the Rankine cycle.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means.
本発明によるシステムは、エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される熱交換システムである。熱交換システムは、エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器を含むランキンサイクルを有する。そして熱交換システムは、電動機を制御する制御装置と、制御装置を冷却する冷却水が流れる冷却水通路とを備え、制御装置を冷却する冷却水により凝縮器を冷却することを特徴とする。 The system according to the present invention is a heat exchange system mounted on a hybrid vehicle using the power of an engine and an electric motor. The heat exchange system includes a heat exchanger that recovers engine waste heat into a refrigerant, an expander that generates power using the refrigerant at the outlet of the heat exchanger, and a Rankine that includes a condenser that condenses the refrigerant that has exited the expander. Have a cycle. The heat exchange system includes a control device that controls the electric motor and a cooling water passage through which cooling water that cools the control device flows, and the condenser is cooled by cooling water that cools the control device.
この態様によれば、制御装置を冷却する冷却水によって、ランキンサイクルの作動媒体を効率的に冷却することができる。 According to this aspect, the working medium of the Rankine cycle can be efficiently cooled by the cooling water that cools the control device.
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。 Embodiments of the present invention and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る熱交換システムを示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a heat exchange system according to the first embodiment of the present invention.
熱交換システム1は、エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される。熱交換システム1は、ランキンサイクル20を利用してエンジン10の廃熱エネルギーをエンジン10の動力として回生するとともに、冷却装置30を用いてインバーター31を冷却する。
The
熱交換システム1は、エンジン10と、冷却水通路12と、熱交換器21と、冷媒通路22と、回転機23と、凝縮器24と、ベルト伝達機構25と、冷却装置30と、ラジエーター110と、ラジエーターファン111と、を含む。回転機23は、膨張機231と冷媒ポンプ232とを含む。
The
ランキンサイクル20は、エンジン10の廃熱を冷媒に回収する熱交換器21と、熱交換器21の出口211の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機231と、膨張機231を出た冷媒を凝縮させる凝縮器24を含む。熱交換システム1は、熱交換器21を用いてエンジン10の廃熱をランキンサイクル20の冷媒に回収し、冷媒の膨張によって膨張機231を駆動させる。膨張機231の駆動力は、冷媒ポンプ232を回転させる動力として用いられると共に、ベルト伝達機構25を介してエンジン10をアシストする動力としても利用される。なお、ランキンサイクル20の冷媒とは、膨張機231を作動する作動媒体のことである。
The Rankine
熱交換器21は、エンジン10の冷却水通路と、ランキンサイクル20の冷媒通路と、を有する。熱交換器21のそれぞれの通路には、冷却水通路12及び冷媒通路22が接続される。熱交換器21は、冷媒通路のまわりに冷却水を流して冷媒と冷却水との間で熱交換させて、エンジン10の廃熱によって冷媒を蒸発させる。
The
エンジン10は、車両を駆動する動力源である。エンジン10は、ガソリンを燃焼させて燃焼エネルギーをクランクシャフト101の回転力に変換する。
The
ラジエーターファン111は、ラジエーター110へ風を送り、ラジエーター110を冷やす。
The
ラジエーター110は、ラジエーターファン111の風力によって冷却水を冷やす。
The
冷却水通路12は、ラジエーター110とエンジン10とを結ぶ往路と、エンジン10とラジエーター110とを結ぶ復路と、復路から分岐して熱交換器21の入口に接続した分岐通路と、熱交換器21の出口から往路に合流する合流通路と、を含む。
The
冷却水通路12では、ラジエーター110で冷やされた冷却水が循環する。冷却水は、エンジン10を通ると80℃〜90℃程度まで昇温する。昇温した冷却水が熱交換器21を通ることで、ランキンサイクル20の冷媒が気化して熱交換器21から冷媒通路22へ流れ出る。
In the
冷媒通路22は、熱交換器21と膨張機231とを結ぶ通路と、膨張機231と凝縮器24とを結ぶ通路と、凝縮器24と冷媒ポンプ232とを結ぶ通路と、冷媒ポンプ232と熱交換器21とを結ぶ通路と、を含む。
The
また、冷媒通路22は、熱交換器21と膨張機231とを結ぶ通路から、膨張機231と凝縮器24とを結ぶ通路に合流するバイパス通路を含む。バイパス通路にはバイパス弁26が設けられる。バイパス弁26は、ランキンサイクル20の始動時等に冷媒通路22を流れる冷媒の量が十分でないときに開弁する。これにより、ランキンサイクル20の起動時間を短縮する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、冷媒通路22に設けられている温度センサーや圧力センサー等を省略している。
The
膨張機231は、熱交換器21で気化した冷媒を膨張させることで、冷媒ポンプ232の回転軸を回転させる。これにより、ベルト伝達機構25のプーリー251が回転してエンジン10をアシストする。すなわち、膨張機231は、冷媒の膨張収縮によってエンジン10をアシストする力を発生する。膨張機231は、蒸気タービンである。
The
凝縮器24は、膨張機231で膨張した冷媒を冷却して液化する。凝縮器24で液化した冷媒は、冷媒ポンプ232に流れる。
The
冷媒ポンプ232は、膨張機231の駆動力によって回転し、凝縮器24で液化した冷媒を熱交換器21の冷媒通路に供給する。冷媒ポンプ232の回転軸は、膨張機231とプーリー251と同軸である。冷媒ポンプ232とプーリー251の回転軸の間にはクラッチが設けられている。クラッチが切断状態であるときは、冷媒ポンプ232は、膨張機231の駆動力によってベルト伝達機構25と共に回転する。
The
ランキンサイクル20では、冷媒通路22を流れる冷媒は、熱交換器21を通るとエンジン10の廃熱で昇温した冷却水の熱によって気化する。気化した冷媒が膨張機231に入ると、膨張機231で冷媒が膨張され回転エネルギーに変換される。膨張機231が回転することで、ベルト伝達機構25のプーリー252が駆動してクランクシャフト101の回転がアシストされる。
In the Rankine
このようなランキンサイクルでは、一般的に、凝縮器にラジエーターが使用されるため、ランキンサイクルのラジエーターは、エンジンのラジエーター等と重ねて配置される。ここで、ハイブリッド車両に搭載されるラジエーターの配列について簡単に説明する。 In such Rankine cycle, since a radiator is generally used for the condenser, the Rankine cycle radiator is arranged so as to overlap with the engine radiator or the like. Here, the arrangement of the radiators mounted on the hybrid vehicle will be briefly described.
図2は、一般的なラジエーターの配列を示す図である。図2(A)は、車両のフロントエンドに搭載されているラジエーターを横から見た図である。図2(B)は、ランキンサイクルの凝縮器にラジエーターを使用した場合のラジエーターの配列を示す図である。図2(A)及び図2(B)には、ラジエーターファン111からの風の流れが実線で示されている。
FIG. 2 is a diagram showing a general radiator arrangement. FIG. 2A is a side view of the radiator mounted on the front end of the vehicle. FIG. 2B is a diagram showing the arrangement of the radiators when the radiators are used in the Rankine cycle condenser. 2A and 2B, the flow of wind from the
図2(A)に示すように、ラジエーターファン111の風が流れる方向に、エンジン10のラジエーター110と、エアコンのラジエーター120と、インバーター31のラジエーター130と、が重ねて配置される。
As shown in FIG. 2A, the
そしてランキンサイクル20を利用する車両では、図2(B)に示すように、凝縮器24に使用されるラジエーターを他のラジエーターに重ねて配置することになる。このため、ラジエーターの数が増えると共に、ラジエーターのそれぞれの冷却性能が低下してしまう。
And in the vehicle using
そこで、本発明では、インバーターのラジエーターを利用してランキンサイクルの冷媒を効率的に冷却する。 Accordingly, in the present invention, the Rankine cycle refrigerant is efficiently cooled using the radiator of the inverter.
本実施形態では、図1に示した凝縮器24は、ランキンサイクル20の冷媒を、インバーター31を冷却する冷却水で冷却する。
In the present embodiment, the
冷却装置30は、凝縮器24と、インバーター31と、冷却水通路32と、循環ポンプ33と、ラジエーター130と、を含む。
凝縮器24は、膨張機231からの冷媒が流れる冷媒通路と、インバーター31からの冷却水が流れる冷却水通路と、を有する。凝縮器24は、冷媒通路22と冷却水通路32とがそれぞれ接続される。凝縮器24は、ランキンサイクル20の冷媒とインバーター31の冷却水との間で熱交換させて冷媒を冷却する。凝縮器24では、冷媒の熱が冷却水に放熱されて冷媒が冷やされると共に、冷媒からの放熱によって昇温した冷却水がラジエーター130へ流れる。
The
ラジエーター130は、ラジエーターファン111の風力によって冷却水を冷やす。
The
循環ポンプ33は、ラジエーター130で冷やされた冷却水をインバーター31の冷却水通路32に供給する。
The
インバーター31は、凝縮器24よりも上流の冷却水通路32に設けられる。インバーター31は、電動機を制御する制御装置である。インバーター31は、バッテリーから供給される直流電圧を交流電圧に変換して交流電圧を電動機に供給する。これにより、電動機が回転してハイブリッド車両を駆動する。
The
このように冷却装置30では、ラジエーター130から供給される冷却水をインバーター31と凝縮器24とに流して、インバーター31と共に凝縮器24を冷却する。これにより、凝縮器24を通るランキンサイクル20の冷媒を冷却することができる。なお、インバーター31は、凝縮器24よりも上流の冷却水通路32に設けたが、凝縮器24よりも下流の冷却水通路32に設けてもよい。
As described above, in the
次に、ラジエーター130を利用した凝縮器24の冷却性能について説明する。
Next, the cooling performance of the
図3は、インバーター31の冷却水によるランキンサイクル20の冷媒の冷却能力を示す図である。図3では、縦軸が凝縮器24の入口での冷却水の温度を示し、横軸が外気の温度を示す。外気温度Yは、インバーター31が使用される外気温の上限値である。
FIG. 3 is a diagram showing the cooling capacity of the refrigerant in the
冷却水温度領域311は、インバーター31の動作状態によって変化する冷却水の温度範囲を示す。インバーター31の負荷が高くなるほど、凝縮器24の入口の冷却水の温度は高くなる。
The cooling
ラジエーター130は、外気温度Yにおいてインバーター31の負荷が上限に達したときでも、インバーター31が上限温度Th、例えば65℃を超えないように設計されている。このため、外気温が温度Yよりも低い状態や、インバーター31の負荷が低い状態では、インバーター31を通過した冷却水の温度は上限温度Thよりも十分に低いため、ランキンサイクル20の冷媒を冷やすことができる。
The
冷媒冷却領域312は、外気の温度に応じて、ラジエーター130の冷却水でランキンサイクル20の冷媒を冷却できる温度範囲を示す。すなわち、ランキンサイクル20の冷媒の熱をラジエーター130で冷却できる領域である。例えば、凝縮器24では30℃の冷却水が流れると、ランキンサイクル20の冷媒は50℃前後まで冷やされる。
The
このように、ラジエーター130は、温度Yに近い外気温で、かつ、インバーター31が高負荷の状態、すなわち冷却水の温度が高い状態でも、ランキンサイクル20の冷媒を冷却することが可能である。
As described above, the
本発明の第1実施形態によれば、インバーター31を冷却する冷却水によって凝縮器24を冷却する。そして凝縮器24は、膨張機231を出た冷媒とインバーター31を循環する冷却水との間で熱交換させてランキンサイクル20の冷媒を冷却する。
According to the first embodiment of the present invention, the
これにより、ラジエーター130で冷やされた冷却水によって、ランキンサイクル20の冷媒とインバーター31とをまとめて効率的に冷却することが可能となる。このため、ランキンサイクル20の冷媒を冷却するために新たにラジエーターを設ける必要がないので、ハイブリッド車両に搭載されるラジエーターの数を削減できると共に、ラジエーターの冷却性能の低下を回避できる。
As a result, the coolant of the
また、本実施形態では、インバーター31は凝縮器24よりも上流の冷却水通路32に設けられる。万一、バイパス弁26が故障して開弁したときには熱交換器21で気化した高温の冷媒が直接、凝縮器24に流れてしまうが、凝縮器24よりも上流にインバーター31が設けられているため、冷媒の熱によって過熱された冷却水がインバーター31に流れることはない。
In the present embodiment, the
したがって、冷媒の過熱による冷却水の温度上昇に伴い、インバーター31に供給される冷却水が上限温度に達するまでの時間を遅らせることができる。このため、ランキンサイクル故障を検出してからランキンサイクル20を停止するまでの間に、インバーター31がオーバーヒートすることを防ぐことができる。
Therefore, the time until the cooling water supplied to the
また、プーリー251と冷媒ポンプ232との間に設けられたクラッチが故障したときにも、高温の冷媒が凝縮器24に流れ続けてラジエーター130の冷却能力を超えてしまう場合がある。このような場合には、インバーター31がオーバーヒートしてしまい、ハイブリッド走行ができなくなる。そこで、ランキンサイクルの故障に伴うインバーター31のオーバーヒートをより確実に防ぐ手法について、以下に図面を参照して説明する。
In addition, even when a clutch provided between the
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る熱交換システム2を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a heat exchange system 2 according to the second embodiment of the present invention.
熱交換システム2は、図1に示した熱交換システム1に加えて、冷却装置30に凝縮器24のバイパス通路41と開閉弁42と開閉弁43とを備える。また、膨張機231の回転軸の近傍に、回転速度センサー233が設けられている。なお、他の構成については、熱交換システム1と同じであるため、以下同じ符号を付してここでの説明を省略する。
In addition to the
バイパス通路41は、開閉弁42よりも上流の冷却水通路32から分岐し、凝縮器24よりも下流の冷却水通路32に合流する。
The
開閉弁42及び開閉弁43は、インバーター31からの冷却水が凝縮器24に流れるか、バイパス通路41に流れるかを切り替える。開閉弁42及び開閉弁43は、不図示のECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)によって制御される。
The on-off
開閉弁42は、凝縮器24よりも上流の冷却水通路32に設けられる。開閉弁42は、ECUの制御によって開閉し、凝縮器24に流れる冷却水を遮断する。
The on-off
開閉弁43は、バイパス通路41に設けられる。開閉弁43は、ECUの制御によって開閉し、バイパス通路41に冷却水を流す。開閉弁43は、開閉弁42が閉じているときに開き、開閉弁42が開いているときに閉じる。
The on-off
開閉弁42及び開閉弁43は、ランキンサイクル故障時に切り替えられる。例えば、回転機23に設けられたクラッチが故障して膨張機231から高温の冷媒が凝縮器24に流れ、凝縮器24での冷媒の放熱によってインバーター31が上限温度に達する可能性があるときに、開閉弁42及び開閉弁43が切り替えられる。
The on-off
具体的には、ランキンサイクル20の運転を停止して高速走行しているときに、ECUが、回転速度センサー233によって膨張機231が回転していることを検出した場合に、開閉弁42を閉じて開閉弁43を開く。あるいは、ECUは、冷媒通路22に設けられた温度センサーの信号が予め定められた温度閾値を超えたときに、ランキンサイクル20の異常と判定して開閉弁42及び開閉弁43を切り替える。
Specifically, when the operation of the
開閉弁42及び開閉弁43の切替えによって、凝縮器24に流れていた冷却水はバイパス通路41に流れることになるため、冷却水が凝縮器24で過熱されることを防ぐことができる。したがって、冷媒から冷却水への過熱によって冷却水が危険温度まで上昇し、インバーター31がオーバーヒートしてしまうことを回避できる。すなわち、ラジエーター130を共用することに伴うインバーター31に生じる弊害を排除することができる。
By switching the on-off
第2実施形態によれば、冷却水通路32にバイパス通路41を設けることで、ランキンサイクル20の異常時に凝縮器24に高温の冷媒が供給されることになっても、冷媒から冷却水への過熱による冷却水の温度上昇を抑制することができる。
According to the second embodiment, by providing the
また、本実施形態では、開閉弁42を開いたときに開閉弁43を閉じ、開閉弁42を閉じたときに開閉弁43を開くことで、冷却水が凝縮器24に流れるかバイパス通路41に流れるかを切り替える。
Further, in the present embodiment, when the on-off
このため、凝縮器24又はバイパス通路41のいずれか一方にのみ冷却水を通すことができる。これにより、ランキンサイクル20の正常時には、凝縮器24にのみ冷却水が流れるので冷媒を効率良く冷やすことができる。
For this reason, cooling water can be passed only through either the
一方、ランキンサイクル20の異常時には、バイパス通路41にのみ冷却水が流れるので、冷媒の熱によって冷却水が過熱されることを確実に防ぐことができる。すなわち、ランキンサイクル20の冷媒を効率良く冷却しつつ、インバーター31を確実に保護することができる。
On the other hand, when the
本実施形態では、開閉弁42及び開閉弁43を冷却水通路32に設けて冷却水の流れ方向を切り替えたが、バイパス通路41が冷却水通路32から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。この場合には、1つの弁を設けるだけで、冷却水の流路を冷却水通路32からバイパス通路41に切り替えが可能となるので、冷却装置30を簡易な構成にすることができる。次に、凝縮器24をバイパスするためにバイパス通路を冷媒通路22に設ける例について説明する。
In the present embodiment, the on-off
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係る熱交換システム3を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a
熱交換システム3は、熱交換システム2のバイパス通路41に代えて、冷媒通路22にバイパス通路44と開閉弁45と開閉弁46とを備える。他の構成については、熱交換システム2と同じである。
The
バイパス通路44は、開閉弁45よりも上流の冷媒通路22から分岐し、凝縮器24よりも下流の冷媒通路22に合流する。
The
開閉弁45及び開閉弁46は、膨張機231からの冷媒が、凝縮器24に流れるかバイパス通路44に流れるかを切り替える。開閉弁45及び開閉弁46は、ECUによって制御される。
The on-off
開閉弁45は、凝縮器24よりも上流の冷媒通路22に設けられる。開閉弁45は、ECUの制御によって開閉し、凝縮器24に流れる冷媒を遮断する。
The on-off
開閉弁46は、バイパス通路44に設けられる。開閉弁46は、ECUの制御によって開閉し、バイパス通路44に冷媒を流す。開閉弁46は、開閉弁45が閉じているときに開き、開閉弁45が開いているときに閉じる。
The on-off
第2実施形態と同様、ランキンサイクル20の停止中に、万一、回転速度センサー233で膨張機231の回転が検出されたときには、ECUは、ランキンサイクル20の異常と判定し、開閉弁45を閉じ、開閉弁46を開く。これにより、膨張機231からの冷媒が凝縮器24に流れなくなるので、冷媒の熱によって冷却水の過熱を防ぐことができる。
Similarly to the second embodiment, if the
第3実施形態によれば、冷媒通路22にバイパス通路44を設けることで、ランキンサイクル20の異常時に凝縮器24への高温の冷媒の供給を停止することができる。これにより、冷媒から冷却水への過熱による冷却水の温度上昇を防止することができる。
According to the third embodiment, by providing the
また、本実施形態では、開閉弁45を開いたときに開閉弁46を閉じ、開閉弁45を閉じたときに開閉弁46を開くことで、膨張機231からの冷媒が凝縮器24に流れるかバイパス通路44に流れるかを切り替える。
In the present embodiment, whether the refrigerant from the
これにより、凝縮器24又はバイパス通路44のいずれか一方にのみ冷媒を通すことができる。このため、ランキンサイクル20の正常時には、凝縮器24にのみ冷媒が流れるので、冷媒を効率良く冷やすことができる。一方、ランキンサイクル20の異常時には、バイパス通路44にのみ冷媒が流れるので、冷媒の熱によって冷却水が過熱されることを確実に防ぐことができる。
Thereby, the refrigerant can be passed through only one of the
さらに、第2実施形態と異なり、開閉弁42及び開閉弁43のいずれかが故障して冷却水の循環を遮断してしまうことがない。このため、インバーター31のオーバーヒートが原因でハイブリッド車両の動力源である電動機が停止するというリスクを低減することができる。
Furthermore, unlike the second embodiment, one of the on-off
また、本実施形態では、開閉弁45及び開閉弁46を冷媒通路22に設けて冷媒の流れ方向を切り替えたが、バイパス通路44が冷媒通路22から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。この場合には冷却装置30を簡易な構成にすることができる。
In this embodiment, the on-off
なお、第3実施形態では、ランキンサイクル故障時に凝縮器24への冷媒の供給を停止して冷却水の過熱を回避しているが、凝縮器24ではなく熱交換器21への冷媒の供給を停止してもよい。
In the third embodiment, supply of the refrigerant to the
(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態に係る熱交換システム4を示す図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a heat exchange system 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
熱交換システム4は、熱交換システム3のバイパス通路44に代えて、冷媒通路22にバイパス通路51と開閉弁52と開閉弁53とを備える。他の構成については、熱交換システム3と同じである。
The heat exchange system 4 includes a
バイパス通路51は、開閉弁52よりも上流の冷媒通路22から分岐し、熱交換器21よりも下流の冷媒通路22に合流する。
The
開閉弁52及び開閉弁53は、冷媒ポンプ232からの冷媒が熱交換器21に流れるかバイパス通路51に流れるかを切り替える。開閉弁52及び開閉弁53は、ECUによって制御される。なお、開閉弁52及び開閉弁53に代えて、構成を簡易にするために、バイパス通路51が冷媒通路22から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。
The on-off
開閉弁52は、熱交換器21よりも上流の冷媒通路22に設けられる。開閉弁52は、ECUの制御によって開閉し、熱交換器21に流れる冷媒を遮断する。
The on-off
開閉弁53は、バイパス通路51に設けられる。開閉弁53は、ECUの制御によって開閉し、バイパス通路51に冷媒を流す。開閉弁53は、開閉弁52が閉じているときに開き、開閉弁52が開いているときに閉じる。
The on-off
例えば、ランキンサイクル20の運転を停止している場合において、回転速度センサー233によって膨張機231の回転が検出されたときは、ECUは、ランキンサイクル20の異常と判定し、開閉弁52を閉じ、開閉弁53を開く。
For example, when the operation of the
これにより、熱交換器21に流れる冷媒が遮断されるため、冷媒が熱交換器21で加熱されることなく、膨張機231を介して凝縮器24に供給される。このため、凝縮器24に流れる冷媒による冷却水の加熱を防ぐことができる。
Thereby, since the refrigerant | coolant which flows into the
第4実施形態によれば、冷媒通路22にバイパス通路51を設けることで、ランキンサイクル20の異常時に熱交換器21での冷媒の放熱を低減することができる。これにより、冷媒から冷却水への放熱による冷却水の温度上昇を抑えることができる。さらに、熱交換器21で加熱されていない低温の冷媒が、冷媒通路22を循環することになるので、冷媒通路22の近傍に設けられた電子機器等が、冷媒の熱によって故障することを防ぐことができる。
According to the fourth embodiment, by providing the
また、本実施形態では、開閉弁52を開いたときに開閉弁53を閉じ、開閉弁52を閉じたときに開閉弁53を開くことで、冷媒ポンプ232からの冷媒が熱交換器21に流れるかバイパス通路51に流れるかを切り替える。
In this embodiment, the on-off
このため、熱交換器21又はバイパス通路51のいずれか一方にのみ冷媒を通すことができる。これにより、ランキンサイクル20の正常時には、熱交換器21にのみ冷媒が流れるので冷媒を効率良く気化することができる。一方、ランキンサイクル20の異常時には、バイパス通路51にのみ冷媒が流れるので、熱交換器21によって冷媒が加熱されることを確実に防ぐことができる。
For this reason, the refrigerant can be passed through only one of the
(第5実施形態)
図7は、本発明の第5実施形態に係る熱交換システム5を示す図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a heat exchange system 5 according to the fifth embodiment of the present invention.
熱交換システム5は、熱交換システム4のバイパス通路51に代えて、冷却水通路12にバイパス通路54と開閉弁55と開閉弁56とを備える。他の構成については、熱交換システム4と同じである。
The heat exchange system 5 includes a bypass passage 54, an on-off
バイパス通路54は、開閉弁55よりも上流の冷却水通路12から分岐し、熱交換器21よりも下流の冷却水通路12に合流する。
The bypass passage 54 branches from the cooling
開閉弁55及び開閉弁56は、エンジン10からの冷却水が熱交換器21に流れるかバイパス通路54に流れるかを切り替える。開閉弁55及び開閉弁56は、ECUによって制御される。なお、開閉弁55及び開閉弁56に代えて、構成を簡易にするために、バイパス通路54が冷却水通路12から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。
The on-off
開閉弁55は、熱交換器21よりも上流の冷却水通路12に設けられる。開閉弁55は、ECUの制御によって開閉し、熱交換器21に流れる冷却水を遮断する。
The on-off
開閉弁56は、バイパス通路54に設けられる。開閉弁56は、ECUの制御によって開閉し、バイパス通路54に冷却水を流す。開閉弁56は、開閉弁55が閉じているときに開き、開閉弁55が開いているときに閉じる。
The on-off
万一、ランキンサイクル20の運転を停止している場合において、回転速度センサー233によって膨張機231の回転が検出されたときは、ECUは、ランキンサイクル20の異常と判定し、開閉弁55を閉じ、開閉弁56を開く。
If the rotation of the
これにより、エンジン10で昇温した冷却水が熱交換器21に流れなくなるため、ランキンサイクル20の冷媒が熱交換器21で加熱されなくなる。したがって、熱交換器21から加熱されていない冷媒が膨張機231を介して凝縮器24に流れるため、冷媒による冷却水の過熱を防ぐことができる。
As a result, the cooling water heated by the
第5実施形態によれば、冷却水通路12にバイパス通路54を設けることで、ランキンサイクル20の異常時には、エンジン10で昇温した冷却水が熱交換器21に流れ難くなるので、冷媒の加熱を抑制することができる。
According to the fifth embodiment, by providing the bypass passage 54 in the cooling
これにより、凝縮器24において冷媒からインバーター31の冷却水への放熱による冷却水の温度上昇を抑えることができる。さらに、低温の冷媒が冷媒通路22を循環することになるので、冷媒通路22の近傍に設けられた電子機器等が冷媒の熱によって故障することを防ぐことができる。
Thereby, in the
また、本実施形態では、開閉弁55を開いたときに開閉弁56を閉じ、開閉弁55を閉じたときに開閉弁56を開くことで、エンジン10からの冷却水が熱交換器21に流れるかバイパス通路54に流れるかを切り替える。
In the present embodiment, the on-off
このため、熱交換器21又はバイパス通路54のいずれか一方にのみ冷却水を通すことができる。これにより、ランキンサイクル20の正常時には、熱交換器21にのみ冷却水が流れるので冷媒を効率良く気化することができる。
For this reason, cooling water can be passed only through either the
一方、ランキンサイクル20の異常時には、バイパス通路54にのみ冷媒が流れ、熱交換器21にはエンジン10で昇温した冷却水が流れないので、熱交換器21での冷媒の加熱を確実に防ぐことができる。
On the other hand, when the
(第6実施形態)
図8は、本発明の第6実施形態に係る熱交換システム6を示す図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a heat exchange system 6 according to the sixth embodiment of the present invention.
熱交換システム6は、熱交換システム5のバイパス通路54に代えて、冷却水通路32にバイパス通路71と開閉弁72とを備える。他の構成については、熱交換システム5と同じである。
The heat exchange system 6 includes a
バイパス通路71は、開閉弁72よりも上流の冷却水通路32から分岐し、凝縮器24よりも下流の冷却水通路32に合流する。バイパス通路71には、インバーター31が設けられる。
The
開閉弁72は、バイパス通路71と並列する冷却水通路32であって、凝縮器24よりも上流の冷却水通路32に設けられる。開閉弁72は、ラジエーター130からの冷却水が凝縮器24に流れるかバイパス通路71に流れるかを切り替える。開閉弁72は、ECUによって制御される。開閉弁72は、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路32に流れないように閉弁する。
The on-off
ECUは、通常は開閉弁72を開き、ランキンサイクル20の異常を検出したときに開閉弁72を閉じる。これにより、ランキンサイクル20の異常が原因で過熱された冷媒が凝縮器24に流れたときに、凝縮器24に流れていた冷却水が遮断されるため、凝縮器24に流れる冷媒の熱によってインバーター31の冷却水が過熱されることを防ぐことができる。
The ECU normally opens the on-off
第6実施形態によれば、冷却水通路32にバイパス通路71が設けられる。これにより、並列に設けられた凝縮器24とバイパス通路71とに冷却水が分配されるため、凝縮器24による冷却水全体への放熱効率が低下する。このため、ランキンサイクル20の異常時には冷却水の温度上昇を抑制することができる。
According to the sixth embodiment, the
また、本実施形態では、バイパス通路71にインバーター31が設けられる。これにより、凝縮器24で冷却水が過熱されているときにも、ラジエーター130で冷やされた冷却水が直接インバーター31の冷却水通路にも分配されるため、インバーター31を保護することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、バイパス通路71と並列する冷却水通路32に開閉弁72が設けられる。そして開閉弁72は、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路32に流れないように閉弁する。
In the present embodiment, an on-off
これにより、ランキンサイクル20の正常時には開閉弁72が開いているため、インバーター31を冷却しながらランキンサイクル20の冷媒を冷却することができる。一方、ランキンサイクル20の異常時には開閉弁72を閉じるため、凝縮器24への冷却水を遮断して、ランキンサイクル20の冷媒による冷却水の過熱を防止することができる。
Thereby, since the on-off
さらに、上述の実施形態と異なり、インバーター31を冷却しつつ、凝縮器24に流れる冷却水を遮断するために、ひとつの開閉弁72をバイパス通路71に設けるだけでよいため、冷却装置30を簡易な構成にすることができる。
Further, unlike the above-described embodiment, the
(第7実施形態)
図9は、本発明の第7実施形態に係る熱交換システム7を示す図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a heat exchange system 7 according to the seventh embodiment of the present invention.
熱交換システム7は、熱交換システム6の開閉弁72に代えて、冷媒通路22にバイパス通路73と開閉弁74とを備える。他の構成については、熱交換システム6と同じである。
The heat exchange system 7 includes a
バイパス通路73は、凝縮器24よりも上流の冷媒通路22から分岐し、凝縮器24よりも下流の冷媒通路22に合流する。
The
開閉弁74は、バイパス通路73に設けられる。開閉弁74は、膨張機231からの冷媒が凝縮器24に流れるかバイパス通路73に流れるかを切り替える。開閉弁74は、ECUによって制御される。
The on-off
ECUは、開閉弁74を開いておき、ランキンサイクル20の異常を検出したときに開閉弁74を閉じる。これにより、ランキンサイクル20の異常が原因で高温の冷媒が凝縮器24に流れると、開閉弁74によって凝縮器24に流れていた冷媒が、バイパス通路73に流れるため、凝縮器24での冷却水の過熱による温度上昇を低減することができる。
The ECU opens the on-off
第7実施形態によれば、冷媒通路22にバイパス通路73が設けられる。これにより、ランキンサイクルの異常時に高温の冷媒が凝縮器24に流れ難くなる。このため、凝縮器24に分配される冷却水の温度上昇が抑えられ、インバーター31に供給される冷却水の温度上昇を抑制することができる。
According to the seventh embodiment, the
また、本実施形態では、バイパス通路73に開閉弁74が設けられる。そして開閉弁74は、膨張機231から供給される冷媒が、凝縮器24に流れるかバイパス通路73に流れるかを切り替える。
In the present embodiment, an open /
これにより、ランキンサイクル20の正常時には開閉弁74を閉じ、凝縮器24に冷媒を流してランキンサイクル20の冷媒を冷却する。一方、ランキンサイクル20の異常時には開閉弁74を開き、凝縮器24に流れていた冷媒をバイパス通路73に流すことで、冷媒による冷却水の過熱を抑えることができる。さらに、ひとつの開閉弁74をバイパス通路71に設けるだけ、凝縮器24に流れる冷媒を効果的に遮断することができる。
As a result, when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 In addition, the said embodiment can be combined suitably.
1、2、3、4、5、6、7 熱交換システム
10 エンジン
12 冷却水通路(エンジン冷却水通路)
21 熱交換器
22 冷媒通路(媒体通路)
24 凝縮器
31 インバーター(制御装置)
32 冷却水通路
41、71 バイパス通路(冷却水バイパス通路)
42及び43 開閉弁(冷却水切替部)
44、73 バイパス通路(媒体バイパス通路)
45及び46、74 開閉弁(媒体バイパス切替部)
51 バイパス通路(熱交換器バイパス通路)
52及び53 開閉弁(熱交換器切替部)
54 バイパス通路(エンジン冷却水バイパス通路)
55及び56 開閉弁(エンジン冷却水切替部)
72 開閉弁(閉弁する弁)
231 膨張機
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
21
24
32
42 and 43 On-off valve (cooling water switching part)
44, 73 Bypass passage (medium bypass passage)
45, 46, 74 On-off valve (medium bypass switching unit)
51 Bypass passage (heat exchanger bypass passage)
52 and 53 On-off valve (heat exchanger switching part)
54 Bypass passage (engine coolant bypass passage)
55 and 56 On-off valve (engine cooling water switching part)
72 On-off valve (valve to close)
231 Expander
Claims (11)
前記エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器を含むランキンサイクルと、
電動機を制御する制御装置と、制御装置を冷却する冷却水が流れる冷却水通路とを備え、
前記制御装置を冷却する冷却水により前記凝縮器を冷却することを特徴とする熱交換システム。 In a heat exchange system mounted on a hybrid vehicle using the power of an engine and an electric motor,
A Rankine cycle including a heat exchanger that recovers waste heat of the engine into a refrigerant, an expander that generates power using the refrigerant at the outlet of the heat exchanger, and a condenser that condenses the refrigerant that has exited the expander;
A control device for controlling the electric motor, and a cooling water passage through which cooling water for cooling the control device flows,
The heat exchanger system, wherein the condenser is cooled by cooling water that cools the control device.
凝縮器よりも上流の冷却水通路から分岐し、凝縮器よりも下流の冷却水通路に合流する冷却水バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 1,
A cooling water bypass passage branched from the cooling water passage upstream of the condenser and joined to the cooling water passage downstream of the condenser;
Heat exchange system.
冷却水が凝縮器に流れるか冷却水バイパス通路に流れるかを切り替える冷却水切替部をさらに含む、
熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 2,
A cooling water switching unit that switches whether the cooling water flows to the condenser or the cooling water bypass passage;
Heat exchange system.
前記制御装置は、凝縮器よりも上流の冷却水通路に設けられる、
熱交換システム。 In the heat exchange system according to any one of claims 1 to 3,
The control device is provided in a cooling water passage upstream of the condenser.
Heat exchange system.
前記制御装置は、冷却水バイパス通路に設けられる、
熱交換システム。 In the heat exchange system according to claim 2 or claim 3,
The control device is provided in the cooling water bypass passage.
Heat exchange system.
冷却水バイパス通路と並列する冷却水通路に設けられ、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路に流れないように閉弁する弁をさらに含む、
熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 5,
A valve provided in a cooling water passage parallel to the cooling water bypass passage and further closed so that the cooling water does not flow into the cooling water passage when the Rankine cycle fails;
Heat exchange system.
凝縮器よりも上流の媒体通路から分岐し、凝縮器よりも下流の媒体通路に合流する媒体バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。 In the heat exchange system according to any one of claims 1 to 6,
A medium bypass passage that branches off from the medium passage upstream of the condenser and joins the medium passage downstream of the condenser;
Heat exchange system.
作動媒体が凝縮器に流れるか媒体バイパス通路に流れるかを切り替える媒体切替部をさらに含む、
熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 7,
A medium switching unit that switches whether the working medium flows to the condenser or the medium bypass passage;
Heat exchange system.
作動媒体が流れる媒体通路及びエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水通路が接続されて、作動媒体とエンジン冷却水との間で熱交換させてエンジンの廃熱によって作動媒体を蒸発させる熱交換器と、
熱交換器よりも上流の媒体通路から分岐し、熱交換器よりも下流の媒体通路に合流する熱交換器バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。 In the heat exchange system according to any one of claims 1 to 8,
A heat exchanger that connects a medium passage through which the working medium flows and an engine cooling water passage through which the engine cooling water flows, and causes heat exchange between the working medium and the engine cooling water to evaporate the working medium by waste heat of the engine;
A heat exchanger bypass passage that branches from the medium passage upstream of the heat exchanger and joins the medium passage downstream of the heat exchanger;
Heat exchange system.
作動媒体が熱交換器に流れるか熱交換器バイパス通路に流れるかを切り替える熱交換器切替部をさらに含む、
熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 9, wherein
A heat exchanger switching unit that switches whether the working medium flows to the heat exchanger or the heat exchanger bypass passage;
Heat exchange system.
熱交換器よりも上流のエンジン冷却水通路から分岐し、熱交換器よりも下流のエンジン冷却水通路に合流するエンジン冷却水バイパス通路と、
エンジン冷却水が熱交換器に流れるかエンジン冷却水バイパス通路に流れるかを切り替えるエンジン冷却水切替部と、
をさらに含む熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 10 or claim 11,
An engine coolant bypass passage branched from the engine coolant passage upstream of the heat exchanger and joined to the engine coolant passage downstream of the heat exchanger;
An engine coolant switching unit that switches whether the engine coolant flows to the heat exchanger or the engine coolant bypass passage;
Further including a heat exchange system.
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