JP7106214B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
車両用空調装置は、エンジンの冷却水が循環する冷却水流路と、作動媒体を循環させて排ガスの熱を回収するヒートパイプシステムを備える。排ガスが通る排気管にヒートパイプシステムの蒸発器を設置し、排ガスの熱で作動媒体を気化させ、排ガスの熱を回収する。冷却水流路にヒートパイプシステムの凝縮機を配置し、気化した作動媒体を冷却水との熱交換により凝縮させる。熱交換により昇温した冷却水は、さらに、エンジンを通過する際にエンジンの熱により昇温する。冷却水流路にヒータコアを設置し、排ガスの熱とエンジンの熱によって昇温させた冷却水を、ヒータコアにおいてブロアファンにより車室内へ送風される空気と熱交換させることで、車室内の暖房を行う。
前記ヒートパイプシステムは、
前記排ガスが供給される排気管に設けられ、前記排ガスとの熱交換で作動媒体を気化させる蒸発器と、
前記熱媒体の流路上に配置され、前記気化した作動媒体を前記熱媒体との熱交換により凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器および凝縮器との間で前記作動媒体を循環させるヒートパイプと、
前記ヒートパイプに設けられた開閉弁と、を備え、
前記開閉弁を閉じて前記蒸発器と前記凝縮器との間の前記作動媒体の循環を停止させているときに、前記排ガスが所定温度以上になった場合は、前記開閉弁を開放して前記ヒートパイプにおける前記作動媒体の循環を再開させ、
外気との熱交換で前記熱媒体を冷却させるラジエータと、
前記熱媒体の流路を通って前記凝縮器から前記内燃機関に導かれた前記熱媒体を取り出して前記ラジエータに導く熱媒体取り出し路と、
前記ラジエータで冷却された前記熱媒体を前記内燃機関に還流させる熱媒体還流路と、
前記熱媒体取り出し路に設けられ、前記熱媒体が第1の温度以上になると前記熱媒体取り出し路を開くサーモスタットと、を備える。
図1は、実施の形態に係る車両用空調装置1の概略構成図である。
実施の形態の車両用空調装置1は、車両駆動用のエンジン2を備えた車両に設置し、エンジン2の熱とエンジン2の排ガスGの熱を利用して、車室内の暖房を行うものである。
ヒートパイプシステム3は、蒸発器31、凝縮器32および蒸発器31と凝縮器32の間で作動媒体Mを循環させるループ型のヒートパイプ33を備えている。
ヒートパイプ33は、熱伝導率の高い銅やアルミ合金や耐熱性に優れたステンレス等の金属材料で構成することができる。ヒートパイプ33の内部に作動媒体Mを注入し、減圧して封止する。作動媒体Mは、例えば、フロン、水等を用いることができる。
ヒータコア6は、冷却水Wとの熱交換によって空気Aを暖める。ヒータコア6に隣接してブロアファン7が設置され、ヒータコア6が暖めた空気Aを、ブロアファン7によって車室内に導入することで、車室内を暖房する。
三方弁43は、不図示のアクチュエータによって、位置P1と、位置P1から時計回りに90°回転した位置P2の間で移動する。
三方弁43が位置P1にあるときは、冷却水流路4とバイパス流路42は連通しない。凝縮器32を通過した冷却水Wは、冷却水流路4を通ってエンジン2に導かれる(図3参照)。
三方弁43が位置P2にあるときは、冷却水流路4とバイパス流路42が連通する。凝縮器32を通過した冷却水Wは、エンジン2を通らずにバイパス流路42を通って冷却水取り出し路81に入り、ラジエータ8を通過する(図4参照)。
冷却水流路4には、冷却水Wの循環方向におけるヒータコア6の出口側に、冷却水Wの温度を測定する温度センサ45を設置する。
コントローラ9は、図2に示すように、排気管5の温度センサ51の測定値と、冷却水流路4の温度センサ45の測定値に基づいて、ヒートパイプ33の開閉弁34と、冷却水流路4とバイパス流路42を接続する三方弁43の動作を制御する。
図4は、冷却水Wの温度が閾値VW1以上になったときの車両用空調装置1の動作を示す図である。
図5は、排ガスGの温度が閾値VG以上になったときの車両用空調装置1の動作を示す図である。
図6は、冷却水Wの温度が閾値VW2以上になったときの車両用空調装置1の動作を示す図である。
閾値VW1は、車室内が暖房不要な程度に暖まったことを示す温度とすることができ、例えば60℃~80℃の範囲で適宜決定することができる。ヒートパイプ33の開閉弁34を閉じたことで、ヒートパイプシステム3における作動媒体Mの循環が停止し、凝縮器32における作動媒体Mと冷却水Wとの熱交換が行われなくなる。
ヒートパイプシステム3の蒸発器31は排気管5に設けられているため、排ガスGの熱によって作動媒体Mの温度も上昇する。作動媒体Mの温度が上昇すると、作動媒体Mが分解したり、作動媒体Mの圧力が上昇し過ぎたりするおそれがある。特に、作動媒体Mにフロンを用いる場合、フロンの分解温度は比較的低いため、温度上昇を抑制する必要がある。
しかしながら、図4に示すヒートパイプ33の開閉弁34を閉じた状態では、凝縮器32において作動媒体Mと冷却水Wの熱交換が行われないため、蒸発器31が回収した排ガスGの熱の放出が行われない。
コントローラ9は、また、排ガスGの温度が閾値VGを下回ると、ヒートパイプ33の開閉弁34を閉じて作動媒体Mの循環を再び停止する。コントローラ9は、冷却水Wの温度が閾値VW1を下回り、再び車室内の暖房が必要になると、ヒートパイプ33の開閉弁34を開いて作動媒体Mの循環を再開させる。
(1)ヒートパイプシステム3によりエンジン2(内燃機関)の排ガスGから回収した熱で、エンジン2とヒータコア6との間を循環する冷却水W(熱媒体)を昇温させる車両用空調装置1であって、
ヒートパイプシステム3は、
排ガスGが供給される排気管5に設けられ、排ガスGとの熱交換で作動媒体Mを気化させる蒸発器31と、
冷却水流路4(熱媒体の流路)上に配置され、気化した作動媒体Mを冷却水Wとの熱交換により凝縮させる凝縮器32と、
蒸発器31および凝縮器32との間で作動媒体Mを循環させるヒートパイプ33と、
ヒートパイプ33に設けられた開閉弁34と、を備え、
開閉弁34を閉じて蒸発器31と凝縮器32との間の作動媒体Mの循環を停止させているときに、排ガスGが閾値VG(所定温度)以上になった場合は、開閉弁34を開放してヒートパイプ33における作動媒体Mの循環を再開させる。
冷却水流路4を通って凝縮器32から内燃機関に導かれた冷却水Wを取り出してラジエータ8に導く冷却水取り出し路81(熱媒体取り出し路)と、
ラジエータ8で冷却された冷却水Wを内燃機関に還流させる冷却水還流路82(熱媒体還流路)と、
冷却水取り出し路81に設けられ、冷却水Wが所定温度(第1の温度)以上になると冷却水取り出し路81を開くサーモスタット83と、を備える。
排ガスGが閾値VG(所定温度)以上かつ冷却水Wが閾値VW2(前記第1の温度以上である第2の温度)以上になると、凝縮器32を通過した冷却水Wを、バイパス流路42を介してラジエータ8に供給する。
冷却水Wが高温になったときは、バイパス流路42によって冷却水Wをエンジン2を通さずに直接ラジエータ8に導くことで、エンジン2のオーバーヒートを抑制することができる。
実施の形態の車両用空調装置1によれば、作動媒体Mとして分解温度が比較的低いフロンを用いても、作動媒体Mの温度上昇を抑制することができるため、装置の信頼性を高めることができる。
2 エンジン
3 ヒートパイプシステム
4 冷却水流路
5 排気管
51 温度センサ
6 ヒータコア
7 ブロアファン
8 ラジエータ
9 コントローラ
31 蒸発器
32 凝縮器
33 ヒートパイプ
34 開閉弁
41 ポンプ
42 バイパス流路
43 三方弁
45 温度センサ
81 冷却水取り出し路
82 冷却水還流路
83 サーモスタット
A 空気
G 排ガス
W 冷却水
M 作動媒体
Claims (3)
- ヒートパイプシステムにより内燃機関の排ガスから回収した熱で、前記内燃機関とヒータコアとの間を循環する熱媒体を昇温させる車両用空調装置であって、
前記ヒートパイプシステムは、
前記排ガスが供給される排気管に設けられ、前記排ガスとの熱交換で作動媒体を気化させる蒸発器と、
前記熱媒体の流路上に配置され、前記気化した作動媒体を前記熱媒体との熱交換により凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器および凝縮器との間で前記作動媒体を循環させるヒートパイプと、
前記ヒートパイプに設けられた開閉弁と、を備え、
前記開閉弁を閉じて前記蒸発器と前記凝縮器との間の前記作動媒体の循環を停止させているときに、前記排ガスが所定温度以上になった場合は、前記開閉弁を開放して前記ヒートパイプにおける前記作動媒体の循環を再開させ、
外気との熱交換で前記熱媒体を冷却させるラジエータと、
前記熱媒体の流路を通って前記凝縮器から前記内燃機関に導かれた前記熱媒体を取り出して前記ラジエータに導く熱媒体取り出し路と、
前記ラジエータで冷却された前記熱媒体を前記内燃機関に還流させる熱媒体還流路と、
前記熱媒体取り出し路に設けられ、前記熱媒体が第1の温度以上になると前記熱媒体取り出し路を開くサーモスタットと、を備えることを特徴とする車両用空調装置。 - 前記熱媒体の流路の、前記熱媒体の循環方向における前記凝縮器の出口側に設けられ、前記内燃機関を迂回して前記ラジエータに接続するバイパス流路を備え、
前記排ガスが所定温度以上かつ前記熱媒体が前記第1の温度以上である第2の温度以上になると、前記凝縮器を通過した前記熱媒体を、前記バイパス流路を介して前記ラジエータに供給することを特徴とする請求項1記載の車両用空調装置。 - 前記作動媒体はフロンであることを特徴とする請求項1記載の車両用空調装置。
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