JP2019027332A - 車両の廃熱回収装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】車両設計の自由度を高めつつ、既存のエンジン冷却水回路をそのまま利用することで設計コストを抑制可能な車両の廃熱回収装置を提供する。
【解決手段】車両の廃熱回収装置は、エンジン冷却水回路を循環する冷却水とは異なる冷媒が循環する冷媒回路を含む。冷媒回路は、エンジンからの排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンに再循環させるＥＧＲ回路に設けられたＥＧＲクーラ、または、冷凍サイクル回路が備えるコンデンサの少なくとも一方と熱交換することで廃熱を回収し、熱需要部に前記廃熱を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両で発生する廃熱を回収することにより、車両のエネルギー効率を向上可能な車両の廃熱回収装置に関する。

車両にはエンジンや補器等の発熱源が搭載されている。近年、環境意識の高まりに伴い車両のエネルギー効率向上が要求されており、このような発熱源からの廃熱回収が重要な技術として着目されている。

車両における廃熱回収技術の一例として、特許文献１がある。特許文献１では、エンジンの低温始動時に冷凍サイクルを始動させ、コンプレッサから圧送された高温高圧の冷媒と、エンジンに循環供給される冷却水とをコンデンサで熱交換させ、エンジンに供給される冷却水の温度を急速に上昇させることにより、冷凍サイクルの廃熱を利用してエンジンの暖気を行うシステムが開示されている。

特開２００４−１４３９６１号公報

上述の特許文献１のように、エンジンの冷却水を用いた廃熱回収は、既存のエンジン冷却水回路の変更が必要となり、設計の自由度が低いことから、設計コストが増加する虞がある。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、車両設計の自由度を高めつつ、既存のエンジン冷却水回路をそのまま利用することで設計コストを抑制可能な車両の廃熱回収装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る車両の廃熱回収装置は上記課題を解決するために、車両に搭載されたエンジンに冷却水を循環させることにより前記エンジンの温度調節を行うエンジン冷却水回路と、前記エンジンからの排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンに再循環させるＥＧＲ回路と、前記ＥＧＲ回路に設けられ、前記エンジン冷却水の前記冷却水が循環することにより前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、コンプレッサから圧送された冷媒を液化凝縮するコンデンサを備えた冷凍サイクル回路と、前記車両において、熱供給を必要とする熱需要部と、前記冷却水とは異なる冷媒が循環し、前記冷媒が前記ＥＧＲクーラまたは前記コンデンサの少なくとも一方と熱交換することで廃熱を回収し、前記熱需要部と熱交換することによりで前記熱需要部に前記廃熱を供給する冷媒回路と、を含む。

上記構成によれば、冷媒回路を用いてＥＧＲクーラまたはコンデンサの少なくとも一方からの廃熱を回収し、回収した廃熱を熱需要部で利用することができる。このような冷媒回路を流れる冷媒は、冷却水に比べて比熱が大きいため、既存のエンジン冷却水回路に対して冷媒回路を増設する際に追加される配管径が、冷却水回路に比べて小さく済む。そのため、本構成を採用する際の設計コストを少なく抑えながら、車両のエネルギー回収効率を効果的に向上できる。

本発明の一実施形態に係る廃熱回収装置を含む車両の全体構成を示す模式図である。 図１の変形例である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の一実施形態に係る廃熱回収装置を含む車両１の全体構成を示す模式図である。
車両１は走行用動力源としてエンジン２を備える。エンジン２はガソリンや軽油等の化石燃料を燃焼させることによって動力を出力可能な内燃機関であり、図１では、エンジン２として直列４気筒ディーゼルエンジンが例示されている。エンジン２の燃焼室には、吸気通路４から吸気が取り込まれ、不図示の燃料噴射装置から供給される圧縮燃料と混合して燃焼が行われる。燃焼室で発生した排ガスは、排気通路６を介して外部に排出される。
尚、排気通路６には排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するためのＤＰＦ７と、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＳＣＲ９とが設けられている。

エンジン２には、出力向上を目的として過給器８が搭載されている。過給器８は、吸気通路４に設けられたコンプレッサ１０と、排気通路６に設けられたタービン１２とを備える。燃焼室から排出される排ガスによって排気通路６でタービン１２が駆動されると、吸気通路４にあるコンプレッサ１０がタービン１２と連動して駆動され、燃焼室への過給が行われる。また吸気通路４のうちコンプレッサ１０の下流側には、コンプレッサ１０によって過給された高温の吸気を冷却するためのインタークーラ１４が設けられている。

またエンジン２には、排ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジン２に再循環させるためのＥＧＲ回路１６が設けられている。ＥＧＲ回路１６には、通過する高温のＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１８と、ＥＧＲ回路１６におけるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ２０と、が設置されている。
尚、ＥＧＲバルブ２０はＥＧＲクーラ１８内に一体的に設けられていてもよい。

エンジン２は、冷却水を循環させることによりエンジン２の温度調節を行うためのエンジン冷却水回路２２を備える。エンジン冷却水回路２２には、冷却水を圧送するための冷却水ポンプ２４と、エンジン２から廃熱を受け取ることによって昇温した冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ２６と、が設けられている。ラジエータ２６は車両前方側に配置され、走行時に前方から受ける走行風によって熱交換が促進されるように構成されている。ラジエータ２６に導入される外気量は、上述した走行風の他に、エンジン２の動力の一部を利用して駆動可能なラジエータファン２８によって可変に構成されている。

エンジン冷却水回路２２のうち冷却水ポンプ２４の上流側とラジエータ２６の下流側との間には、エンジン冷却水回路２２に並行するようにバイパス回路３０が分岐している。バイパス回路３０はＥＧＲクーラ１８を通るように構成されており、冷却水によってＥＧＲガスの冷却が行われるように構成されている。
尚、ＥＧＲクーラ１８には後述する冷媒回路４６を流れる冷媒も導入され、バイパス回路３０を流れる冷却水とともにＥＧＲガスを冷却するように構成されている。すなわちＥＧＲクーラ１８は冷却水と冷媒の２系統によって優れた冷却性能が得られるようになっている。

また車両１には、キャブ３４の空調システム（ＨＶＡＣ）を構成する冷凍サイクル回路３６が搭載されている。冷凍サイクル回路３６は、冷凍サイクルに用いられる公知の冷媒を使用することができ、例えばＲ１３４ａ等の冷媒が使用され、冷媒を圧送するコンプレッサ３８と、コンプレッサ３８から圧送された冷媒を液化凝縮するコンデンサ４０と、コンデンサ４０によって液化凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁４２と、膨張弁４２から冷媒をキャブ３４内の空気と熱交換することにより冷却するエバポレータ４４と、を備える。車両１は、このような冷凍サイクル回路３６を備えることで、キャブ３４で冷房が使用可能になっている。

このような車両１には、発熱源となる冷凍サイクル回路３６のコンデンサ４０及びＥＧＲクーラ１８の少なくとも一方と熱交換することで、これらからの廃熱を回収可能な冷媒回路４６を備える。冷媒回路４６の冷媒には、エンジン冷却水に用いられる冷媒とは異なる冷媒が用いられる。例えば、冷凍サイクルに用いられる公知の作動流体を用いることができる。
図１の例では、冷媒回路４６は、コンデンサ４０及びＥＧＲクーラ１８の両方と熱交換することで、これらから排出される廃熱を回収する。コンデンサ４０及びＥＧＲクーラ１８から廃熱を回収することで高温となった冷媒は、熱需要部４８に供給される。本実施形態では、熱需要部４８としてキャブ３４内に設置されたヒータ５０と、エンジンの冷却水と熱交換可能な熱交換器５２とが示されている。

ヒータ５０は、冷媒回路４６を流れる冷媒と、キャブ３４内の空気とを熱交換することにより、暖房として機能する。すなわち、上述の冷凍サイクル回路３６のエバポレータ４４が冷房として機能し、ヒータ５０が暖房として機能することにより、キャブ３４内の空気が適切な温度に調整可能となっている。
尚、本実施形態では、ヒータ５０の上流側に制御弁５４が設置されており、当該制御弁５４の開度を調整することでヒータ５０への冷媒量を調整することで、ヒータ５０による加熱度合いを調整できるようになっている。

熱交換器５２は、冷媒回路４６を流れる冷媒と、上述のエンジン冷却水回路２２を流れる冷却水とを熱交換することにより、例えばエンジン始動時においてエンジン２の暖気を促進に構成されている（図１では図示が省略されているが、熱交換器５２を流れる冷却水の流路はエンジン冷却水回路２２に接続されている）。

このように熱需要部４８に対して廃熱を供給して温度が低下した冷媒は、コンプレッサ５６で圧送された後、コンデンサ５８で凝縮されることで液化される。液化された冷媒は、再びコンデンサ４０及びＥＧＲクーラ１８に供給され、廃熱回収を繰り返す。

上記構成によれば、冷媒回路４６を用いてＥＧＲクーラ１８またはコンデンサ４０の少なくとも一方からの廃熱を回収し、回収した廃熱を熱需要部４８で利用することができる。このような冷媒回路４６を流れる冷媒は、エンジン冷却水回路２２を流れる冷却水に比べて比熱が大きく、例えばＲ１３４ａやＩ２４５ｆａなどが使用可能である。そのため、既存のエンジン冷却水回路２２や空調用の冷凍サイクル回路３６に対して冷媒回路４６を増設する際に追加される配管径が小さく済む。特に空調用の冷凍サイクル回路３６がユニット化されている場合には、当該ユニットに対して配管を増設して冷媒回路を追加する必要があるが、このような配管径が小さく済むため、設計変更が少なく、コスト的にもサイズ的にも有利である。

また冷媒回路４６を設けることで、ＥＧＲクーラ１８ではエンジン冷却水回路２２からの冷却水とともに冷媒回路４６からの冷媒によって二重に冷却されるため、より冷却効果に優れたＥＧＲクーラ１８をコンパクトな構成で実現できる。

尚、上述の実施形態では、冷媒回路４６がコンデンサ４０及びＥＧＲクーラ１８の両方と熱交換する場合を示したが、図２のようにＥＧＲクーラ１８のみと熱交換するように構成してもよい（当然ながら、コンデンサ４０のみと熱交換するように構成してもよい）。

以上説明したように上述の実施形態によれば、車両設計の自由度を高めつつ、既存のエンジン冷却水回路をそのまま利用することで設計コストを抑制可能な車両の廃熱回収装置を提供できる。

１ 車両
２ エンジン
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ 過給器
１０，３８，５６ コンプレッサ
１２ タービン
１４ インタークーラ
１６ 回路
１８ ＥＧＲクーラ
２０ ＥＧＲバルブ
２２ エンジン冷却水回路
２４ 冷却水ポンプ
２６ ラジエータ
２８ ラジエータファン
３０ バイパス回路
３４ キャブ
３６ 冷凍サイクル回路
４０，５８ コンデンサ
４２ 膨張弁
４４ エバポレータ
４６ 冷媒回路
４８ 熱需要部
５０ ヒータ
５２ 熱交換器
５４ 制御弁

Claims (1)

1. 車両に搭載されたエンジンに冷却水を循環させることにより前記エンジンの温度調節を行うエンジン冷却水回路と、
   前記エンジンからの排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンに再循環させるＥＧＲ回路と、
   前記ＥＧＲ回路に設けられ、前記エンジン冷却水の前記冷却水が循環することにより前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   コンプレッサから圧送された冷媒を液化凝縮するコンデンサを備えた冷凍サイクル回路と、
   前記車両において、熱供給を必要とする熱需要部と、
   前記冷却水とは異なる冷媒が循環し、前記冷媒が前記ＥＧＲクーラまたは前記コンデンサの少なくとも一方と熱交換することで廃熱を回収し、前記熱需要部と熱交換することによりで前記熱需要部に前記廃熱を供給する冷媒回路と、
   を含む、車両の廃熱回収装置。
   
   

Images