JP2019104350A - 車両用廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源体の廃熱を有効利用しつつ暖房を安定させることができる車両用廃熱利用装置を提供する。【解決手段】空調側流路４２には、空調側第１接続部４２ａと空調側第３接続部４２ｃとを接続する空調側第１バイパス流路５４と、空調側第２接続部４２ｂと空調側第４接続部４２ｄとを接続する空調側第２バイパス流路５６と、が設けられる。空調側第１バイパス流路５４には、調整弁５８が設けられる。空調側第２バイパス流路５６には、切替弁６０が設けられる。熱源体２６の下流側の冷却側流路２２と第１分岐流路５６ｃとに跨って設けられて、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器７０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に設けられる駆動モータ等の熱源体の廃熱を利用して車室内を暖房する車両用廃熱利用装置に関する。

エンジンを搭載する車両はエンジンの廃熱を熱媒体で吸収してエンジンを冷却すると共に、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。一方、エンジンを搭載しない電動車両は熱媒体を駆動モータの廃熱や電気ヒータで暖めて、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。

特許文献１には、熱媒体を圧縮機で昇温させた後に室内熱交換器（ヒータコア）で放熱させ、減圧弁で降温させた後に室外熱交換器（ラジエータ）で吸熱させるヒートポンプ回路を使用して車室内を暖房する空調装置が示される。この空調装置は、発電機やインバータ等の廃熱を利用する加熱器を有しており、減圧弁で降温させた熱媒体を加熱器で昇温させた後に分流し、一方をラジエータに流して除霜を行うと共に、他方を圧縮機で吸込むことにより、除霜と暖房を同時に行うことを可能にしている。

特開２０１２−７６５８９号公報

特許文献１の空調装置では、減圧弁から流出する熱媒体は必ず加熱器を流れるため、熱源体である発電機やインバータ等の廃熱の影響を受ける。発電機やインバータの温度が安定しない場合、熱媒体の加熱温度も安定しなくなる。特に、車両の始動時等のように発電機やインバータの温度が低い場合は、熱媒体を暖められないだけでなく、熱媒体の熱が加熱器で奪われる可能性がある。このように、発電機やインバータの廃熱を利用しようとすると、却って暖房に悪影響が及ぶ場合がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、熱源体の廃熱を有効利用しつつ暖房を安定させることができる車両用廃熱利用装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用廃熱利用装置は、
冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、を備え、
前記冷却側流路には、前記第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプと、前記熱源体と、がその順で配置され、
前記空調側流路には、前記第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機と、空調側第１接続部と、前記ヒータコアと、空調側第２接続部と、前記第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁と、空調側第３接続部と、前記第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータと、空調側第４接続部と、前記第２熱媒体を気液分離して気相の前記第２熱媒体を前記圧縮機側に流すアキュムレータと、がその順で配置され、更に前記空調側第１接続部と前記空調側第３接続部とを接続する空調側第１バイパス流路と、前記空調側第２接続部と前記空調側第４接続部とを接続する空調側第２バイパス流路と、が設けられ、
前記空調側第１バイパス流路には、前記空調側第１バイパス流路を流れる前記第２熱媒体の流量を調整する調整弁が設けられ、
前記空調側第２バイパス流路には、分岐部と合流部とが配置され、更に前記分岐部と前記合流部との間に第１分岐流路と第２分岐流路とが設けられ、
前記分岐部には、上流側の前記空調側第２バイパス流路と前記第１分岐流路と前記第２分岐流路との連通と遮断とを切り替える切替弁が設けられ、
前記熱源体の下流側の前記冷却側流路と前記第１分岐流路とに跨って設けられて、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を更に備える
ことを特徴とする。

上記構成によれば、空調側第２接続部の上流側の空調側流路と第１分岐流路の連通と遮断とを切り替えて熱交換器に対する第２熱媒体の供給と停止を切り替えることにより、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換の実行と停止とを切り替えることができる。つまり、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができる場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を実行し、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができない場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を停止することができる。このため、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることがなくなり、アキュムレータで分離する気相の第２熱媒体の量が低下することもなくなる。すると、圧縮機から吐出される第２熱媒体の量が所定量以上に維持され、暖房能力が低下することがなくなる。また、圧縮機前後の第２熱媒体の圧力比が大きくなることが抑制され、圧縮機から吐出される第２熱媒体の温度が過度に高温にならないため、圧縮機の回転動作を抑える必要がない。この点でも暖房能力が低下することがなくなる。従って、安定した暖房を行うことができる。

また、上記構成によれば、ヒータコアと減圧弁をバイパスする空調側第１バイパス流路が設けられるため、圧縮機から吐出される第２熱媒体をホットガスのまま空調側ラジエータに流すことができる。このため、除霜の効率がよい。

更に、上記構成によれば、空調側ラジエータをバイパスする空調側第２バイパス流路が設けられるため、第２熱媒体を空調側ラジエータに流すと共に、第２熱媒体を空調側ラジエータに流すことなくアキュムレータに流すことができる。このため、外気の温度が低い場合や空調側ラジエータに着霜が発生する場合等でもアキュムレータで第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。従って、車室内の暖房を好適に行うことができるだけでなく、空調側ラジエータの除霜と車室内の暖房とを同時に行うことができる。

本発明において、
前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記ヒータコアから流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記調整弁と前記切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備えてもよい。

上記構成によれば、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも高い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流すことにより、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動を行うことができる。このため、アキュムレータに流入する第２熱媒体を昇温させることができ、暖房の効率低下を抑制することができる。また、上記構成によれば、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流さないことにより、第２熱媒体から第１熱媒体への熱移動を阻止することができる。このため、アキュムレータに流入する第２熱媒体が降温することを防止でき、暖房の効率低下を抑制することができる。

本発明によれば、暖房能力を低下させることなく、安定した暖房を行うことができる。

図１は本実施形態に係る車両用廃熱利用装置の構成図である。 図２Ａ、図２Ｂは熱交換器の構成図である。 図３は本実施形態に係る車両用廃熱利用装置で行われる処理のフローチャートである。 図４は通常暖房運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。 図５は第１除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。 図６は第２除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。

以下、本発明に係る車両用廃熱利用装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１．車両用廃熱利用装置１０の構成］
図１に示される車両用廃熱利用装置１０は、バッテリやジェネレータから供給される電力により駆動モータを作動させて走行する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、冷却回路２０と、空調回路４０と、制御部８０と、を備え、更に冷却回路２０と空調回路４０に跨る熱交換器７０を備える。

冷却回路２０は、水等の第１熱媒体を還流させる環状の冷却側流路２２を有し、第１熱媒体で熱源体２６から熱を吸収することにより熱源体２６を冷却する。冷却側流路２２には、冷却側ポンプ２４と、熱源体２６と、熱交換器７０と、冷却側ラジエータ２８と、が第１熱媒体の還流方向（矢線Ｘ）に沿って、その順で配置される。冷却側流路２２のうち、熱交換器７０と冷却側ラジエータ２８との間には冷却側第１接続部２２ａが配置され、冷却側ラジエータ２８と冷却側ポンプ２４の吸込口との間には冷却側第２接続部２２ｂが配置される。冷却側第１接続部２２ａと冷却側第２接続部２２ｂには冷却側ラジエータ２８をバイパスする冷却側バイパス流路３０が接続される。冷却側第１接続部２２ａにはサーモスタット３２が設けられる。また、冷却回路２０には、熱源体２６から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔｍを検出する第１温度センサ３６が設けられる。

冷却側ポンプ２４は、第１熱媒体を冷却側ラジエータ２８側から吸込んで熱源体２６側に吐出する。熱源体２６は、走行用の駆動モータや駆動モータの駆動回路やバッテリのような冷却が必要な冷却対象物である。熱源体２６には、第１熱媒体の流路が近接して設けられる。例えば、駆動モータはその周囲をケースで覆われ、そのケースには第１熱媒体を流す流路が形成される。駆動モータの熱はケースを介して第１熱媒体に吸収される。熱交換器７０に関しては後述する。冷却側ラジエータ２８は、第１熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第１熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行い、第１熱媒体の熱を車室外に放散する。サーモスタット３２は、流入する第１熱媒体の温度が所定温度よりも低い場合に、上流側の冷却側流路２２と冷却側バイパス流路３０とを連通すると共に、上流側の冷却側流路２２と下流側の冷却側ラジエータ２８とを遮断する。また、サーモスタット３２は、流入する第１熱媒体の温度が所定温度よりも高い場合に、上流側の冷却側流路２２と冷却側バイパス流路３０とを遮断すると共に、上流側の冷却側流路２２と冷却側ラジエータ２８とを連通する。

空調回路４０は、フロン等の第２熱媒体を還流させる環状の空調側流路４２を有し、ヒータコア４６で第２熱媒体の熱を放散する。空調側流路４２には、圧縮機４４と、ヒータコア４６と、減圧弁４８と、空調側ラジエータ５０と、アキュムレータ５２と、が第２熱媒体の還流方向（矢線Ｙ）に沿って、その順で配置される。空調側流路４２のうち、圧縮機４４の吐出口とヒータコア４６との間には空調側第１接続部４２ａが配置される。ヒータコア４６と減圧弁４８との間には空調側第２接続部４２ｂが配置される。減圧弁４８と空調側ラジエータ５０との間には空調側第３接続部４２ｃが配置される。空調側ラジエータ５０とアキュムレータ５２との間には空調側第４接続部４２ｄが配置される。空調側第１接続部４２ａと空調側第３接続部４２ｃには、ヒータコア４６および減圧弁４８をバイパスする空調側第１バイパス流路５４が接続される。空調側第１バイパス流路５４には、調整弁５８が設けられる。空調側第２接続部４２ｂと空調側第４接続部４２ｄには、減圧弁４８および空調側ラジエータ５０をバイパスする空調側第２バイパス流路５６が接続される。空調側第２バイパス流路５６には、分岐部５６ａと合流部５６ｂとが配置される。分岐部５６ａと合流部５６ｂとの間の空調側第２バイパス流路５６は第１分岐流路５６ｃと第２分岐流路５６ｄに分かれる。分岐部５６ａには、切替弁６０が設けられる。第１分岐流路５６ｃには熱交換器７０が配置される。また、空調回路４０には、ヒータコア４６から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔｈを検出する第２温度センサ６２と、空調側ラジエータ５０から流出する第２熱媒体の第３温度Ｔｆを検出する第３温度センサ６４が設けられる。

圧縮機４４は、アキュムレータ５２側から気相の第２熱媒体を吸込み、吸込んだ第２熱媒体を圧縮し、圧縮に伴い昇温した第２熱媒体をヒータコア４６側に吐出する。ヒータコア４６は、図示しない空調装置の内部に設けられる。ヒータコア４６は、第２熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第２熱媒体と空調装置内の空気との間で熱交換を行い、第２熱媒体の熱を空調装置内に放散する。なお、空調装置には、ヒータコア４６に送風するブロア６６が設けられる。減圧弁４８は、上流側から流入する第２熱媒体を減圧することができ、減圧時には降温／膨張した第２熱媒体を下流側に流し、非減圧時には等温／等圧の第２熱媒体を下流側に流す。減圧弁４８は、制御部８０の指令信号に応じて弁の開度を変えて、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）して下流側に流す状態と減圧せずに下流側に流す状態と閉塞する状態とを切り替える。空調側ラジエータ５０は、第２熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第２熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行い、車室外の空気から熱を吸収する。アキュムレータ５２は、第２熱媒体を気液分離して、気相の第２熱媒体を圧縮機４４側に流す。

調整弁５８は、制御部８０から出力される指令信号に従い、空調側第１バイパス流路５４を流れる第２熱媒体の流量を調整する。調整弁５８は、空調側第１バイパス流路５４を閉塞することも可能である。切替弁６０は、制御部８０から出力される指令信号に従い、上流側の空調側第２バイパス流路５６と第１分岐流路５６ｃと第２分岐流路５６ｄとの連通と遮断とを切り替える。熱交換器７０に関しては後述する。

制御部８０はＥＣＵにより構成され、プロセッサ等の演算装置と、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置と、を備える。制御部８０は、演算装置が記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより各種機能を実現する。制御部８０は、車室内に設けられる操作パネル８２で指示される暖房要求に応じて空調装置を制御する。この際、各種温度センサから各種温度Ｔｍ、Ｔｈ、Ｔｆを入力し、減圧弁４８、調整弁５８、切替弁６０に対して指令信号を出力する。

制御部８０の記憶装置には、各種のプログラムや数値が記憶される。数値としては、例えば、空調側ラジエータ５０が着霜したか否かを判定するための閾値温度Ｔｆｔｈ１と、空調側ラジエータ５０の除霜が終了したか否かを判定するための閾値温度Ｔｆｔｈ２（＞Ｔｆｔｈ１）と、が記憶される。

［２．熱交換器７０の構成］
図２Ａ、図２Ｂに示されるように、熱交換器７０は、冷却回路２０の冷却側流路２２と空調回路４０の第１分岐流路５６ｃとに跨って設けられる。熱交換器７０は、冷却側流路２２を流れる第１熱媒体と第１分岐流路５６ｃを流れる第２熱媒体との間で熱交換を行う回路間熱交換装置である。熱交換器７０は、冷却回路側熱交換器７２と、空調回路側熱交換器７４と、を備える。冷却回路側熱交換器７２は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第１熱媒体が流れる流路が形成される。空調回路側熱交換器７４は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第２熱媒体が流れる流路が形成される。

図２Ａに示されるように、冷却回路側熱交換器７２と空調回路側熱交換器７４は、互いに直接接続されてもよい。また、図２Ｂに示されるように、冷却回路側熱交換器７２と空調回路側熱交換器７４は、ヒートパイプ７６やペルチェ素子７８を介して互いに接続されてもよい。

［３．車両用廃熱利用装置１０の動作］
図３を用いて車両用廃熱利用装置１０の動作を説明する。以下で説明する一連の処理は、電動車両の電源が投入されている間に所定時間間隔で繰り返し実行される。

図３のステップＳ１において、制御部８０は、空調装置の暖房要求があるか否かを判定する。電動車両の乗員が操作パネル８２を操作すると、操作パネル８２から制御部８０に対して暖房作動信号または暖房停止信号が出力される。制御部８０は、暖房作動信号を入力すると、暖房停止信号を入力するまで暖房要求があるものと判定する。暖房要求がある場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３に移行する。一方、暖房要求がない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、処理はステップＳ２に移行する。

ステップＳ１からステップＳ２に移行すると、制御部８０は、暖房運転を停止状態にする。具体的には、制御部８０は、圧縮機４４およびブロア６６を停止状態にする。このとき、圧縮機４４およびブロア６６を駆動させている場合は停止させ、既に圧縮機４４およびブロア６６を停止させている場合は停止状態を維持する。そして、一連の処理は一旦終了し、次の一連の処理に備える。

ステップＳ１からステップＳ３に移行すると、制御部８０は、通常暖房運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧する。また、制御部８０は、調整弁５８および切替弁６０に対して通常暖房運転の指令信号を出力する。調整弁５８は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側第１バイパス流路５４を遮断する。切替弁６０は、指令信号に応じて上流側の空調側第２バイパス流路５６と第１分岐流路５６ｃと第２分岐流路５６ｄとを遮断する。すると、図４に示されるように、圧縮機４４から吐出される全ての第２熱媒体は、空調側第１バイパス流路５４および空調側第２バイパス流路５６を流れずに、ヒータコア４６、減圧弁４８、空調側ラジエータ５０を流れてアキュムレータ５２に流入する。なお、図４では、第１および第２熱媒体が流れる流路が実線で示され、第１および第２熱媒体が流れない流路が破線で示される。以下の説明で使用する図５、図６も同様である。

ステップＳ４において、制御部８０は、空調側ラジエータ５０の除霜が必要か否かを判定する。空調側ラジエータ５０に着霜が発生すると、空調側ラジエータ５０における第２熱媒体の吸熱量が低下し、暖房効率が悪化する。このため除霜を行い、暖房効率の低下を抑制する必要がある。制御部８０は、第３温度Ｔｆと閾値温度Ｔｆｔｈ１とを比較する。Ｔｆ＜Ｔｆｔｈ１である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、除霜が必要であり、処理はステップＳ５に移行する。一方、Ｔｆ≧Ｔｆｔｈ１である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、除霜は不要である。このため、一連の処理は一旦終了し、次の一連の処理に備える。

ステップＳ４からステップＳ５に移行すると、制御部８０は、第１温度センサ３６で検出される第１温度Ｔｍと第２温度センサ６２で検出される第２温度Ｔｈとを比較する。Ｔｍ＞Ｔｈである場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、第２熱媒体が第１熱媒体から吸熱することができる状態であり、処理はステップＳ６に移行する。一方、Ｔｍ≦Ｔｈである場合（ステップＳ５：ＮＯ）、第２熱媒体が第１熱媒体から吸熱することができない状態であり、処理はステップＳ７に移行する。

ステップＳ５からステップＳ６に移行すると、制御部８０は、第１除霜運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、空調側流路４２を閉塞する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて空調側流路４２を閉塞する。また、制御部８０は、調整弁５８および切替弁６０に対して第１除霜運転の指令信号を出力する。調整弁５８は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側第１バイパス流路５４を連通する。切替弁６０は、指令信号に応じて上流側の空調側第２バイパス流路５６と第１分岐流路５６ｃとを連通すると共に、上流側の空調側第２バイパス流路５６と第２分岐流路５６ｄとを遮断する。すると、図５に示されるように、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の一部は空調側第１バイパス流路５４および空調側ラジエータ５０を流れてアキュムレータ５２に流入する。また、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の残りはヒータコア４６を流れ、ヒータコア４６から流出する全ての第２熱媒体は減圧弁４８を流れずに、第１分岐流路５６ｃおよび熱交換器７０を流れてアキュムレータ５２に流入する。

このとき、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の一部はホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。また、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の残りはヒータコア４６で降温するものの、熱交換器７０で昇温する。空調側ラジエータ５０で降温した第２熱媒体と、熱交換器７０で昇温した第２熱媒体は空調側第４接続部４２ｄで合流してアキュムレータ５２に流入する。合流した第２熱媒体全体でみると温度の低下は抑制される。このため、アキュムレータ５２において、第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。つまり、除霜運転と共に暖房運転が行われる。

ステップＳ５からステップＳ７に移行すると、制御部８０は、第２除霜運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、空調側流路４２を閉塞する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて空調側流路４２を閉塞する。また、制御部８０は、調整弁５８および切替弁６０に対して第２除霜運転の指令信号を出力する。調整弁５８は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側第１バイパス流路５４を連通する。切替弁６０は、指令信号に応じて上流側の空調側第２バイパス流路５６と第２分岐流路５６ｄとを連通すると共に、上流側の空調側第２バイパス流路５６と第１分岐流路５６ｃとを遮断する。すると、図６に示されるように、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の一部は空調側第１バイパス流路５４および空調側ラジエータ５０を流れてアキュムレータ５２に流入する。また、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の残りはヒータコア４６を流れる。ヒータコア４６から流出する全ての第２熱媒体は減圧弁４８および熱交換器７０を流れずに、第２分岐流路５６ｄを流れてアキュムレータ５２に流入する。

このとき、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の一部はホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。また、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の残りはヒータコア４６で降温するものの、熱交換器７０で更に降温することはない。空調側ラジエータ５０で降温した第２熱媒体と、熱交換器７０をバイパスした第２熱媒体は空調側第４接続部４２ｄで合流してアキュムレータ５２に流入する。第１除霜運転と比較して温度低下の抑制効果は低いものの、それでも、合流した第２熱媒体全体でみると温度の低下は抑制される。このため、アキュムレータ５２において、第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。つまり、除霜運転と共に暖房運転が行われる。

ステップＳ８において、制御部８０は、空調側ラジエータ５０の除霜が終了したか否かを判定する。制御部８０は、第３温度Ｔｆと閾値温度Ｔｆｔｈ２とを比較する。Ｔｆ≧Ｔｆｔｈ２である場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、空調側ラジエータ５０から霜が除かれた除霜終了状態であり、処理はステップＳ９に移行する。一方、Ｔｆ＜Ｔｆｔｈ２である場合（ステップＳ８：ＮＯ）、空調側ラジエータ５０に霜が残っている除霜未終了状態であり、処理はステップＳ５に戻りいずれかの除霜運転が継続される。

ステップＳ８からステップＳ９に移行すると、制御部８０は、除霜運転を停止する。そして、次の一連の処理を行う。

［４．本実施形態のまとめ］
車両用廃熱利用装置１０は、冷却側流路２２に第１熱媒体を還流させて熱源体２６から熱を吸収する冷却回路２０と、空調側流路４２に第２熱媒体を還流させてヒータコア４６で熱を放散する空調回路４０と、を備える。冷却側流路２２には、第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプ２４と、熱源体２６と、がその順で配置される。空調側流路４２には、第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機４４と、空調側第１接続部４２ａと、ヒータコア４６と、空調側第２接続部４２ｂと、第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁４８と、空調側第３接続部４２ｃと、第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータ５０と、空調側第４接続部４２ｄと、第２熱媒体を気液分離して気相の第２熱媒体を圧縮機４４側に流すアキュムレータ５２と、がその順で配置される。空調側流路４２には、更に空調側第１接続部４２ａと空調側第３接続部４２ｃとを接続する空調側第１バイパス流路５４と、空調側第２接続部４２ｂと空調側第４接続部４２ｄとを接続する空調側第２バイパス流路５６と、が設けられる。空調側第１バイパス流路５４には、空調側第１バイパス流路５４を流れる第２熱媒体の流量を調整する調整弁５８が設けられる。空調側第２バイパス流路５６には、分岐部５６ａと合流部５６ｂとが配置され、更に分岐部５６ａと合流部５６ｂとの間に第１分岐流路５６ｃと第２分岐流路５６ｄとが設けられる。分岐部５６ａには、上流側の空調側第２バイパス流路５６と第１分岐流路５６ｃと第２分岐流路５６ｄとの連通と遮断とを切り替える切替弁６０が設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６の下流側の冷却側流路２２と第１分岐流路５６ｃとに跨って設けられて、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器７０を備える。

上記構成によれば、空調側第２接続部４２ｂの上流側の空調側流路４２と第１分岐流路５６ｃの連通と遮断とを切り替えて熱交換器７０に対する第２熱媒体の供給と停止を切り替えることにより、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換の実行と停止とを切り替えることができる。つまり、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができる場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を実行し、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができない場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を停止することができる。このため、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることがなくなり、アキュムレータ５２で分離する気相の第２熱媒体の量が低下することもなくなる。すると、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の量が所定量以上に維持され、暖房能力が低下することがなくなる。また、圧縮機４４前後の第２熱媒体の圧力比が大きくなることが抑制され、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の温度が過度に高温にならないため、圧縮機４４の回転動作を抑える必要がない。この点でも暖房能力が低下することがなくなる。従って、安定した暖房を行うことができる。

また、上記構成によれば、ヒータコア４６と減圧弁４８をバイパスする空調側第１バイパス流路５４が設けられるため、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体をホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流すことができる。このため、除霜の効率がよい。

更に、上記構成によれば、空調側ラジエータ５０をバイパスする空調側第２バイパス流路５６が設けられるため、第２熱媒体を空調側ラジエータ５０に流すと共に、第２熱媒体を空調側ラジエータ５０に流すことなくアキュムレータ５２に流すことができる。このため、外気の温度が低い場合や空調側ラジエータ５０に着霜が発生する場合等でもアキュムレータ５２で第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。従って、車室内の暖房を好適に行うことができるだけでなく、空調側ラジエータ５０の除霜と車室内の暖房とを同時に行うことができる。

車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔｍを検出する第１温度センサ３６と、ヒータコア４６から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔｈを検出する第２温度センサ６２と、第１温度Ｔｍおよび第２温度Ｔｈに基づいて調整弁５８と切替弁６０の切り替え動作を制御する制御部８０と、を備える。

上記構成によれば、第１熱媒体の第１温度Ｔｍが第２熱媒体の第２温度Ｔｈよりも高い場合に、第２熱媒体を熱交換器７０に流すことにより、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動を行うことができる。このため、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体を昇温させることができ、暖房の効率低下を抑制することができる。また、上記構成によれば、第１熱媒体の第１温度Ｔｍが第２熱媒体の第２温度Ｔｈよりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器７０に流さないことにより、第２熱媒体から第１熱媒体への熱移動を阻止することができる。このため、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体が降温することを防止でき、暖房の効率低下を抑制することができる。

なお、本発明に係る車両用廃熱利用装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…車両用廃熱利用装置 ２０…冷却回路
２２…冷却側流路 ２４…冷却側ポンプ
２６…熱源体 ３０…冷却側バイパス流路
３２…サーモスタット ３６…第１温度センサ
４０…空調回路 ４２…空調側流路
４２ａ…空調側第１接続部 ４２ｂ…空調側第２接続部
４２ｃ…空調側第３接続部 ４２ｄ…空調側第４接続部
４４…圧縮機 ４６…ヒータコア
４８…減圧弁 ５０…空調側ラジエータ
５２…アキュムレータ ５４…空調側第１バイパス流路
５６…空調側第２バイパス流路 ５６ａ…分岐部
５６ｂ…合流部 ５６ｃ…第１分岐流路
５６ｄ…第２分岐流路 ５８…調整弁
６０…切替弁 ６２…第２温度センサ
７０…熱交換器 ８０…制御部

Claims (2)

1. 冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
   空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、を備え、
   前記冷却側流路には、前記第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプと、前記熱源体と、がその順で配置され、
   前記空調側流路には、前記第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機と、空調側第１接続部と、前記ヒータコアと、空調側第２接続部と、前記第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁と、空調側第３接続部と、前記第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータと、空調側第４接続部と、前記第２熱媒体を気液分離して気相の前記第２熱媒体を前記圧縮機側に流すアキュムレータと、がその順で配置され、更に前記空調側第１接続部と前記空調側第３接続部とを接続する空調側第１バイパス流路と、前記空調側第２接続部と前記空調側第４接続部とを接続する空調側第２バイパス流路と、が設けられ、
   前記空調側第１バイパス流路には、前記空調側第１バイパス流路を流れる前記第２熱媒体の流量を調整する調整弁が設けられ、
   前記空調側第２バイパス流路には、分岐部と合流部とが配置され、更に前記分岐部と前記合流部との間に第１分岐流路と第２分岐流路とが設けられ、
   前記分岐部には、上流側の前記空調側第２バイパス流路と前記第１分岐流路と前記第２分岐流路との連通と遮断とを切り替える切替弁が設けられ、
   前記熱源体の下流側の前記冷却側流路と前記第１分岐流路とに跨って設けられて、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を更に備える
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
2. 請求項１に記載の車両用廃熱利用装置において、
   前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
   前記ヒータコアから流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
   前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記調整弁と前記切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備える
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。

Images