JP2018193895A - 熱制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気熱の活用効率を向上させる。【解決手段】熱制御装置１は、移動体のエンジン１１からの排気熱に含まれる熱を回収する第１回収部１３と、第１回収部１３の後段で、排気熱のうち第１回収部１３に回収されなかった熱を回収する第２回収部１６と、第１回収部１３で回収された熱により温められた第１熱搬送媒体を、移動体における第１の部位１５に供給する第１配管１４と、第２回収部１６で回収された熱により温められた第２熱搬送媒体を、移動体における第１の部位１５と異なる第２の部位１８に供給する第２配管１７と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両で発生した熱を回収し、車両で利用するための熱制御装置に関する。

車両には、車両で発生した熱を回収し、車両で利用する熱制御装置が設けられている。特許文献１には、排気通路の途中に、熱交換ユニットが設けられており、当該熱交換ユニットにおいて、エンジンの排気と循環水との間で熱交換が行われ、当該循環水によって車両の機器が暖機される構造が開示されている。

特開２００４−２７８３４５号公報

特許文献１に示すように、車両には、排気熱を回収するための回収器が一つだけ設けられていた。そして、車両内の各部を温めるために、回収器から車両の各部に延びた配管を用いて熱搬送媒体を搬送していた。この場合、例えば回収器から離れた位置の部材を温める必要がある場合には、長い配管が必要であった。しかし、配管が長い場合、配管から放熱してしまうので、熱の活用効率が低下してしまうという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、排気熱の活用効率を向上させる熱制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、移動体のエンジンからの排気熱に含まれる熱を回収する第１回収部と、前記第１回収部の後段で、前記排気熱のうち前記第１回収部に回収されなかった熱を回収する第２回収部と、前記第１回収部で回収された熱により温められた第１熱搬送媒体を、前記移動体における第１の部位に供給する第１配管と、前記第２回収部で回収された熱により温められた第２熱搬送媒体を、前記移動体における前記第１の部位と異なる第２の部位に供給する第２配管と、を有することを特徴とする熱制御装置を提供する。

また、前記第１配管は、前記第１回収部から所定の第１範囲内の前記第１の部位に前記第１熱搬送媒体を供給し、前記第２配管は、前記第２回収部から所定の第２範囲内の前記第２の部位に前記第２熱搬送媒体を供給してもよい。

また、前記第１回収部は、前記第２回収部よりも前記エンジンに近い位置に設けられており、前記第１配管は、前記エンジンから所定の範囲内の前記第１の部位に前記第１熱搬送媒体を供給し、前記第２配管は、前記エンジンから前記所定の範囲外の前記第２の部位に前記第２熱搬送媒体を供給してもよい。

また、前記排気熱のうち、前記第１回収部が回収する割合と、前記第２回収部が回収する割合とを制御する制御部をさらに有していてもよい。また、前記制御部は、前記エンジンが始動してから所定の時間が経過するまでの間、又は前記第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでは、前記第１回収部に前記第２回収部よりも多くの前記排気熱を回収させ、前記エンジンが始動してから前記所定の時間が経過した後、又は前記第１熱搬送媒体の温度が前記閾値を超えた後、前記第２回収部に前記第１回収部よりも多くの前記排気熱を回収させてもよい。

また、前記第２回収部は、前記第１回収部よりも前記移動体の後方に位置し、前記第２配管は、デファレンシャルオイルの収容部に前記第２熱搬送媒体を供給してもよい。また、前記第２回収部は、前記第１回収部よりも前記移動体の後方に位置し、前記第２配管は、荷物を収容する室内の温度の調整用として前記第２熱搬送媒体を供給してもよい。

本発明によれば、排気熱の活用効率を向上させることができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る熱制御装置の構成を示す。 第２の実施形態に係る熱制御装置の構成を示す。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る熱制御装置１の構成を示す図である。
熱制御装置１は、車両の排気ガスの排気熱を回収して、回収された排気熱を車両で活用する装置である。回収された排気熱は、例えば車両の各部の暖機に用いられる。熱制御装置１は、移動体の一種である車両に搭載されている。

熱制御装置１は、エンジン１１、排気管１２、第１回収部１３、第１配管１４、第１の部位１５、第２回収部１６、第２配管１７、第２の部位１８、ヒータ１９、及びラジエータ２０を有する。エンジン１１は、車両の駆動用のエンジンである。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンである。排気管１２は、エンジン１１から排出される排気ガスが流れる管である。

第１回収部１３は、排気管１２の内側を流れる排気ガスの排気熱に含まれる熱を回収する。第１回収部１３は、例えば熱交換器である。第１回収部１３は、車両の前後方向において延伸している排気管１２に設けられている。第１配管１４は、第１回収部１３で回収された熱により温められた第１熱搬送媒体を、車両における第１の部位１５に供給する。第１配管１４は、第１回収部１３と第１の部位１５との間に設けられている管である。第１の部位１５は、例えば変速機（トランスミッション）である。変速機は、エンジン１１の出力を駆動輪に伝達する際に、トルクと回転速度を調整する機能を有する。

第１配管１４には、第１熱搬送媒体が流れている。第１熱搬送媒体は、第１回収部１３と第１の部位１５との間を循環している。第１熱搬送媒体は、例えばトランスミッションオイルである。トランスミッションオイルは、変速機で用いられる作動油又は潤滑油である。

また、第１回収部１３は、エンジン１１又はヒータ１９と配管を介して接続されていてもよい。この場合、第１熱搬送媒体は、例えば冷却水として利用されているＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。第１回収部１３で回収された熱は、エンジン１１の暖機又はヒータ１９による車室内の温度調整に利用されてもよい。

第２回収部１６は、排気管１２の内側を流れる排気ガスの熱を回収する。第２回収部１６は、例えば熱交換器である。第２回収部１６は、排気管１２に設けられている。第２回収部１６は、排気管１２における第１回収部１３よりも排気管１２の後段（後流側）に設けられている。第２回収部１６は、排気熱のうち第１回収部１３に回収されなかった熱を回収する。第２回収部１６は、第１回収部１３よりも車両の前後方向における後方に設けられている。

第２配管１７は、第２回収部１６で回収された熱により温められた第２熱搬送媒体を、車両における第１の部位１５と異なる第２の部位１８に供給する。第２配管１７は、第２回収部１６と第２の部位１８との間に設けられている管である。第２配管１７には、第２熱搬送媒体が流れている。第２熱搬送媒体は、第２回収部１６と第２の部位１８との間を循環している。第２熱搬送媒体は、例えばデファレンシャルオイルである。デファレンシャルオイルは、差動装置（デファレンシャル）で用いられる潤滑油である。第２の部位１８は、例えば差動装置である。差動装置は、エンジン１１の動力を２つの駆動輪に適度に振り分けるための機能を有する。

なお、第２配管１７は、第２回収部１６とデファレンシャルオイルの収容部との間に設けられており、第２配管１７を流れる第２熱搬送媒体は、当該収容部に供給されるようにしてもよい。また、第２配管１７は、荷物を収容する室内の温度の調整用として第２熱搬送媒体を供給してもよい。例えば、第２配管１７は、第２回収部１６と、荷物を収容する室内の温度を調整するヒータとの間に設けられており、第２配管１７を流れる第２熱搬送媒体は、当該ヒータに流れるようにしてもよい。この場合、第２熱搬送媒体は、例えばＬＬＣである。荷物を収容する室内とは、例えば、車両のキャブの後方に設けられている箱形状の架装である。

排気管１２を流れる排気ガスは、第１回収部１３において、第１配管１４を流れる第１熱搬送媒体に熱を与えるので、第１熱搬送媒体の温度は上昇する。一方、排気管１２を流れる排気ガスは、第１回収部１３において、冷却されて温度が低下する。

そして、第１回収部１３から流出した排気ガスは、第２回収部１６に流入する。第１回収部１３から流出して排気管１２を流れる排気ガスは、第２回収部１６において、第２配管１７を流れる第２熱搬送媒体に熱を与えるので、第２熱搬送媒体の温度は上昇する。一方、排気管１２を流れる排気ガスは、第２回収部１６において、冷却されてさらに温度が低下する。

ヒータ１９は、室内の温度を調節する機能を有する。ヒータ１９は、例えば熱交換器である。ヒータ１９は、ヒータ１９を流れる熱搬送媒体と車両の室内の空気とで熱交換することで、車両の室内の温度を上昇させる機能を有する。ラジエータ２０は、エンジン１１を冷却する機能を有する。具体的には、ラジエータ２０は、エンジン１１との間で冷却水を循環させて、エンジン１１で加熱された当該冷却水をラジエータ２０で冷却させる。そして、冷却された当該冷却水をエンジン１１に供給する。ラジエータ２０は、走行風又はファンによって送風された風と、エンジン１１を通過して加熱された冷却水とを熱交換することで、冷却水を冷却する。

熱制御装置１は、このように第１回収部１３と第２回収部１６とを有することで、排気ガスの熱の回収率を向上させることができる。また、熱制御装置１は、第１回収部１３で回収された熱は、車両における第１の部位１５に供給し、第２回収部１６で回収された熱は、車両における第２の部位１８に供給することで、例えば、車両の複数の機器に優先順位をつけて暖機をすることができる。

また、第１配管１４は、第１回収部１３から所定の第１範囲内の第１の部位１５に第１熱搬送媒体を供給する。所定の第１範囲とは、例えば第１回収部１３までの距離が、第２回収部１６までの距離よりも短い範囲である。また、第２配管１７は、第２回収部１６から所定の第２範囲内の第２の部位１８に第２熱搬送媒体を供給する。所定の第２範囲とは、例えば第２回収部１６までの距離が、第１回収部１３までの距離よりも短い範囲である。

熱制御装置１は、このような構成を有することで、第１配管１４及び第２配管１７を短くすることができる。この結果、熱制御装置１は、第１配管１４及び第２配管１７から放熱される熱量を減少させることができる。この結果、熱制御装置１は、熱の活用効率が向上する。

また、第１回収部１３は、第２回収部１６よりもエンジン１１に近い位置に設けられており、第１配管１４は、エンジン１１から所定の範囲内の第１の部位１５に第１熱搬送媒体を供給し、第２配管１７は、エンジン１１から所定の範囲外の第２の部位１８に第２熱搬送媒体を供給する。図１に示すように、第１の部位１５は、エンジン１１から所定の範囲内に設けられている。また、第２の部位１８は、エンジン１１から所定の範囲外に設けられている。エンジン１１と第２の部位１８との距離は、エンジン１１と第１の部位１５との距離よりも長い。熱制御装置１は、このように車両における複数の位置に設けられている機器に効率よく熱を活用することができる。

［第１の実施形態に係る熱制御装置１による効果］
第１の実施形態に係る熱制御装置１は、移動体のエンジン１１からの排気熱に含まれる熱を回収する第１回収部１３と、第１回収部１３の後段で、排気熱のうち第１回収部１３に回収されなかった熱を回収する第２回収部１６と、を有する。また、熱制御装置１は、第１回収部１３で回収された熱により温められた第１熱搬送媒体を、移動体における第１の部位１５に供給する第１配管１４と、第２回収部１６で回収された熱により温められた第２熱搬送媒体を、移動体における第１の部位１５と異なる第２の部位１８に供給する第２配管１７と、を有する。

本実施形態に係る熱制御装置１は、このように第１回収部１３と第２回収部１６とを有することで、熱の回収量を増加させることができる。この結果、熱制御装置１は、排気ガスの熱の回収率を向上させることができるので、排気熱の活用効率が向上する。また、熱制御装置１は、第１回収部１３で回収された熱は、車両における第１の部位１５に供給し、第２回収部１６で回収された熱は、車両における第２の部位１８に供給することで、例えば、車両の複数の機器に優先順位をつけて暖機することができる。

＜第２の実施形態＞
図２は、第２の実施形態に係る熱制御装置１ａの構成を示す図である。
第２の実施形態に係る熱制御装置１ａは、第１の実施形態に係る熱制御装置１と比べて、制御部２１、バルブ２２、バルブ２３、及びバイパス通路２４を有する点で異なる。

制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。制御部２１は、排気熱のうち、第１回収部１３が回収する割合と、第２回収部１６が回収する割合とを制御する機能を有する。

バルブ２２は、排気管１２におけるエンジン１１と第１回収部１３との間に設けられている。バルブ２３は、排気管１２における第１回収部１３と第２回収部１６との間に設けられている。バイパス通路２４は、例えば配管である。バイパス通路２４の一方の端部は、バルブ２２を介して排気管１２と接続されている。また、バイパス通路２４の他方の端部は、バルブ２３を介して排気管１２と接続されている。

制御部２１は、バルブ２２とバルブ２３とを作動させることにより、排気管１２とバイパス通路２４とを流れる排気ガスの流量を調節する。制御部２１は、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過するまで、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでの間は、第１回収部１３に第２回収部１６よりも多くの排気熱を回収させる。

具体的には、制御部２１は、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過するまで、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでの間は、バルブ２２とバルブ２３とを作動させることで、排気ガスをバイパス通路２４に流れないようにする。この場合、排気ガスは排気管１２のみを流れるので、排気ガスは、第１回収部１３を流れた後に、第２回収部１６を流れる。よって、第１回収部１３は、第２回収部１６よりも多くの排気熱を回収する。

そして、制御部２１は、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過した後、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えた後、第２回収部１６に第１回収部１３よりも多くの排気熱を回収させる。具体的には、制御部２１は、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過した後、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えた後、バルブ２２とバルブ２３とを作動させることで、排気ガスがバイパス通路２４に流れるようにする。制御部２１は、例えば、バイパス通路２４を流れる排気ガスの流量が、排気管１２における第１回収部１３を流れる流量よりも所定の量以上多くなるように、バルブ２２及びバルブ２３を調整する。よって、第２回収部１６は、第１回収部１３よりも多くの排気熱を回収する。

この結果、熱制御装置１ａは、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過するまでの間、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでは、第１の部位１５を優先して暖機することができ、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過した後、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えた後は、第２の部位１８を優先して暖機することができる。

第２の実施形態に係る熱制御装置１ａは、このように排気熱のうち、第１回収部１３が回収する割合と、第２回収部１６が回収する割合とを調整することができる。よって、熱制御装置１ａは、車両の各部を暖機する度合いを調整することができるので、回収した熱を再利用する際における熱利用の自由度が向上する。

なお、バイパス通路２４には、流体を圧送するポンプが設けられており、制御部２１は、バルブ２２、バルブ２３、及び当該ポンプの作動を制御することで、バイパス通路２４を流れる排気ガスの流量を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、熱制御装置１ａは、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過するまでの間、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでは、第１の部位１５を優先して暖機し、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過した後、又は第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えた後、第２の部位１８を優先して暖機するとしたが、これに限定されない。

熱制御装置１ａは、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過するまでの間、又は第２熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでは、第２回収部１６に第１回収部１３よりも多くの排気熱を回収させることで、第２の部位１８を優先して暖機し、エンジン１１が始動してから所定の時間が経過した後、又は第２熱搬送媒体の温度が閾値を超えた後、第１回収部１３に第２回収部１６よりも多くの排気熱を回収させることで、第１の部位１５を優先して暖機するようにしてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。例えば、以上の説明においては、移動体が車両である場合について説明したが、移動体は車両に限らず、本発明は、航空機、船舶及び列車等の他の移動体にも適用することができる。また、本発明に係る移動体は、必ずしも移動する機能を有していなくてもよく、内燃機関を有する任意の装置であってもよい。

１、１ａ・・・熱制御装置
１１・・・エンジン
１２・・・排気管
１３・・・第１回収部
１４・・・第１配管
１５・・・第１の部位
１６・・・第２回収部
１７・・・第２配管
１８・・・第２の部位
１９・・・ヒータ
２０・・・ラジエータ
２１・・・制御部
２２・・・バルブ
２３・・・バルブ
２４・・・バイパス通路

Claims (7)

1. 移動体のエンジンからの排気熱に含まれる熱を回収する第１回収部と、
   前記第１回収部の後段で、前記排気熱のうち前記第１回収部に回収されなかった熱を回収する第２回収部と、
   前記第１回収部で回収された熱により温められた第１熱搬送媒体を、前記移動体における第１の部位に供給する第１配管と、
   前記第２回収部で回収された熱により温められた第２熱搬送媒体を、前記移動体における前記第１の部位と異なる第２の部位に供給する第２配管と、
   を有することを特徴とする熱制御装置。
2. 前記第１配管は、前記第１回収部から所定の第１範囲内の前記第１の部位に前記第１熱搬送媒体を供給し、
   前記第２配管は、前記第２回収部から所定の第２範囲内の前記第２の部位に前記第２熱搬送媒体を供給することを特徴とする、
   請求項１に記載の熱制御装置。
3. 前記第１回収部は、前記第２回収部よりも前記エンジンに近い位置に設けられており、
   前記第１配管は、前記エンジンから所定の範囲内の前記第１の部位に前記第１熱搬送媒体を供給し、
   前記第２配管は、前記エンジンから前記所定の範囲外の前記第２の部位に前記第２熱搬送媒体を供給することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の熱制御装置。
4. 前記排気熱のうち、前記第１回収部が回収する割合と、前記第２回収部が回収する割合とを制御する制御部をさらに有することを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の熱制御装置。
5. 前記制御部は、前記エンジンが始動してから所定の時間が経過するまでの間、又は前記第１熱搬送媒体の温度が閾値を超えるまでは、前記第１回収部に前記第２回収部よりも多くの前記排気熱を回収させ、
   前記エンジンが始動してから前記所定の時間が経過した後、又は前記第１熱搬送媒体の温度が前記閾値を超えた後、前記第２回収部に前記第１回収部よりも多くの前記排気熱を回収させることを特徴とする、
   請求項４に記載の熱制御装置。
6. 前記第２回収部は、前記第１回収部よりも前記移動体の後方に位置し、前記第２配管は、デファレンシャルオイルの収容部に前記第２熱搬送媒体を供給することを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の熱制御装置。
7. 前記第２回収部は、前記第１回収部よりも前記移動体の後方に位置し、前記第２配管は、荷物を収容する室内の温度の調整用として前記第２熱搬送媒体を供給することを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の熱制御装置。
   

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