(57)【要約】【課題】空調用凝縮器の排熱を回収して、車両の燃費の向上を図ることができる空調システムを提供する。【解決手段】空調システム１は、圧縮機１２と空調用凝縮器１３と膨張弁１４と空調用蒸発器１５とを有する冷凍サイクルシステム１０を備える空調システムにおいて、ランキン用蒸発器４２と膨張機４３とランキン用凝縮器４４とを有するランキンサイクルシステム４０をさらに備え、ランキンサイクルシステムは、ランキン用凝縮器を経由した後であってランキン用蒸発器に流入する前の作動流体を、空調用凝縮器の排熱を利用して加熱させる第２ランキン用蒸発器４７をさらに備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の空調用の冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を経由した前記冷媒を凝縮させる空調用凝縮器と、前記空調用凝縮器を経由した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁を経由した前記冷媒を加熱させる空調用蒸発器と、を有する冷凍サイクルシステムを備える空調システムにおいて、
作動流体を前記車両の排熱を利用して加熱させるランキン用蒸発器と、前記ランキン用蒸発器を経由した前記作動流体を膨張させることで前記作動流体のエネルギの一部を回収する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体を凝縮させるランキン用凝縮器と、を有するランキンサイクルシステムをさらに備え、
前記ランキンサイクルシステムは、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体を、前記空調用凝縮器の排熱を利用して加熱させる第２ランキン用蒸発器をさらに備えることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記空調用蒸発器は、前記膨張弁を経由した前記冷媒を空気の熱を利用して加熱させる際に前記空気を冷却し、
前記ランキンサイクルシステムは、前記空調用蒸発器において冷却された前記空気の一部と、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記第２ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体と、の間で熱交換させることで、前記作動流体を凝縮させる第２ランキン用凝縮器をさらに備える請求項１記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の空調用の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を経由した冷媒を凝縮させる空調用凝縮器と、空調用凝縮器を経由した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁を経由した冷媒を加熱させる空調用蒸発器と、を有する冷凍サイクルシステムを備える空調システムが知られている（例えば特許文献１参照）。このような空調システムによれば、空調用蒸発器における冷媒の加熱の際に空気を冷却して、この冷却された空気（冷気）を車両の空調に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８３０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような空調システムにおいて、空調用凝縮器における冷媒の凝縮時に排熱が発生する。しかしながら、従来、この空調用凝縮器の排熱は回収されずに廃棄されていた。
【０００５】
本開示は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、空調用凝縮器の排熱を回収して、車両の燃費の向上を図ることができる空調システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示に係る空調システムは、車両の空調用の冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を経由した前記冷媒を凝縮させる空調用凝縮器と、前記空調用凝縮器を経由した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁を経由した前記冷媒を加熱させる空調用蒸発器と、を有する冷凍サイクルシステムを備える空調システムにおいて、作動流体を前記車両の排熱を利用して加熱させるランキン用蒸発器と、前記ランキン用蒸発器を経由した前記作動流体を膨張させることで前記作動流体のエネルギの一部を回収する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体を凝縮させるランキン用凝縮器と、を有するランキンサイクルシステムをさらに備え、前記ランキンサイクルシステムは、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体を、前記空調用凝縮器の排熱を利用して加熱させる第２ランキン用蒸発器をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、空調用凝縮器の排熱を回収して、車両の燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る空調システムの模式的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態に係る空調システム１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る空調システム１の構成を模式的に示す模式的構成図である。本実施形態に係る空調システム１は、車両１００に搭載されている。この車両１００の具体的な種類は
特に限定されるものではなく、乗用車、バス、トラック等の種々の車両を用いることができる。
【００１０】
空調システム１は、冷凍サイクルシステム１０と、冷気用通路２０と、排熱用通路３０と、ランキンサイクルシステム４０とを備えている。冷凍サイクルシステム１０は、空調用循環通路１１と、圧縮機１２と、空調用凝縮器１３と、膨張弁１４と、空調用蒸発器１５とを備えている。空調用循環通路１１は、車両１００の空調用の冷媒が循環するための通路である。圧縮機１２、空調用凝縮器１３、膨張弁１４及び空調用蒸発器１５は、冷媒の流動方向で見た場合に、この順序で、空調用循環通路１１に配置されている。冷媒としては、車両１００の空調に用いることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＨＦＣ１３４ａやＨＦＯ−１２３４ｙｆ等を用いることができる。
【００１１】
圧縮機１２は、冷媒を圧縮する装置である。圧縮機１２の動力源は、特に限定されるものではなく、例えば車両１００に搭載されたエンジンや電動モータ等を用いることができる。本実施形態に係る圧縮機１２は、一例として、エンジンによって駆動されている。具体的には、本実施形態に係る圧縮機１２は、動力伝達部材（ベルト等）を介してエンジンのクランクシャフト（すなわち、出力軸）と接続されており、エンジンの動力によって駆動されることで、回転して、冷媒を圧縮している。
【００１２】
空調用凝縮器１３は、圧縮機１２を経由した冷媒を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係る空調用凝縮器１３は、圧縮機１２を経由して空調用凝縮器１３に流入した冷媒と、空気（大気）と、の間で熱交換させることで、この冷媒を冷却して凝縮している。
【００１３】
膨張弁１４は、空調用凝縮器１３を経由した冷媒を膨張させる弁である。具体的には、本実施形態に係る膨張弁１４は、膨張弁１４に流入した冷媒を減圧させることで膨張させて、霧状の冷媒にしている。
【００１４】
空調用蒸発器１５は、膨張弁１４を経由した冷媒（膨張して霧状になった冷媒）を、空気の熱を利用して加熱させる装置である。具体的には、本実施形態に係る空調用蒸発器１５は、空調用蒸発器１５に流入した冷媒と、空気（大気）と、の間で熱交換させることで、この空気の熱を利用して冷媒を加熱して蒸発させている。空調用蒸発器１５を経由した冷媒は、空調用循環通路１１を通過して圧縮機１２に再び導入される。
【００１５】
冷気用通路２０は、メイン通路２１と、サブ通路２２とを有している。メイン通路２１は、その上流側端部が空調用蒸発器１５の空気出口に連通し、その下流側端部が車両１００の運転室５０に連通している。サブ通路２２は、その上流側端部がメイン通路２１の通路途中に連通し、その下流側端部が後述する第２ランキン用凝縮器４５に連通している。空調用蒸発器１５において冷却された空気（すなわち冷気）は、メイン通路２１に流入する。このメイン通路２１に流入した冷気の一部はサブ通路２２を通過して第２ランキン用凝縮器４５に導入され、残部は運転室５０に導入されて運転室５０の空調（具体的には冷房）に利用される。
【００１６】
排熱用通路３０は、空調用凝縮器１３の排熱をランキンサイクルシステム４０の後述する第２ランキン用蒸発器４７に導入させるための通路である。具体的には、本実施形態に係る排熱用通路３０は、空調用凝縮器１３における冷媒の凝縮に使用された後の空気を第２ランキン用蒸発器４７に流入させることで、この空気の熱（すなわち、排熱）を第２ランキン用蒸発器４７に導入している。
【００１７】
ランキンサイクルシステム４０は、ランキン用循環通路４１と、ランキン用蒸発器４２
と、膨張機４３と、ランキン用凝縮器４４と、第２ランキン用凝縮器４５と、ポンプ４６と、第２ランキン用蒸発器４７とを備えている。ランキン用循環通路４１は、ランキンサイクルシステム４０用の作動流体が循環するための通路である。ランキン用蒸発器４２、膨張機４３、ランキン用凝縮器４４、第２ランキン用凝縮器４５、ポンプ４６及び第２ランキン用蒸発器４７は、作動流体の流動方向で見た場合に、この順序で、ランキン用循環通路４１に配置されている。作動流体としては、ランキンサイクルシステム４０に用いることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、水、エタノール等を用いることができる。
【００１８】
ランキン用蒸発器４２は、車両１００の排熱を利用して作動流体を加熱させる装置である。この車両１００の排熱としては、例えば、エンジンから排出された排気の熱や、エンジンを冷却後の冷却水の熱等を用いることができる。本実施形態においては、車両１００の排熱の一例として、排気の熱を用いている。具体的には、この場合、ランキン用蒸発器４２は、排気と作動流体との間で熱交換させることで、作動流体を加熱して蒸発させている。なお、これは後述するが、本実施形態に係るランキン用蒸発器４２には、第２ランキン用蒸発器４７を経由した作動流体が流入する。このため、通常、ランキン用蒸発器４２に流入する作動流体の少なくとも一部は既に蒸気になっている。
【００１９】
膨張機４３は、ランキン用蒸発器４２を経由した作動流体を膨張させることで、この作動流体のエネルギの一部を回収する装置である。このような機能を有するものであれば、膨張機４３の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る膨張機４３は、一例として、作動流体のエネルギを受けて回転するタービンと、このタービンに接続された発電機と、を備えている。ランキン用蒸発器４２を経由した作動流体がタービンに流入することで、作動流体は減圧されて膨張し、また、タービンは作動流体のエネルギを受けて回転する。
【００２０】
また、タービンに接続された発電機は、タービンの回転によって駆動されて発電を行う。この発電機の発電によって得られた電力は、車両１００の電装部品の電力として使用されたり、車両１００に搭載されたバッテリに充電されたりする。このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム４０は、膨張機４３において、作動流体のエネルギの一部を電力として回収している。
【００２１】
ランキン用凝縮器４４は、膨張機４３を経由した作動流体を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係るランキン用凝縮器４４は、膨張機４３を経由してランキン用凝縮器４４に流入した作動流体と、空気（大気）と、の間で熱交換させることで、この作動流体を冷却して凝縮させている。
【００２２】
第２ランキン用凝縮器４５は、空調用蒸発器１５において冷却された空気（冷気）の一部と、ランキン用凝縮器４４を経由した後であって第２ランキン用蒸発器４７に流入する前の作動流体と、の間で熱交換させることで、この作動流体を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係る第２ランキン用凝縮器４５は、ランキン用循環通路４１におけるランキン用凝縮器４４よりも下流側、且つ、ポンプ４６よりも上流側の箇所に配置されている。そして、第２ランキン用凝縮器４５は、空調用蒸発器１５から排出されてメイン通路２１及びサブ通路２２を順に通過して第２ランキン用凝縮器４５に流入された冷気と、ランキン用循環通路４１を通過して第２ランキン用凝縮器４５に流入された作動流体と、の間で熱交換させることで、この作動流体を冷却して凝縮させている。
【００２３】
ポンプ４６は、第２ランキン用凝縮器４５を経由した作動流体（これは液体状態の作動流体である）を圧送する装置である。ポンプ４６の動力源は、特に限定されるものではなく、例えばエンジンや電動モータ等を用いることができる。本実施形態に係るポンプ４６
は、一例として、エンジンによって駆動されている。
【００２４】
第２ランキン用蒸発器４７は、ランキン用凝縮器４４を経由した後であってランキン用蒸発器４２に流入する前の作動流体を、空調用凝縮器１３の排熱を利用して加熱させる装置である。具体的には、本実施形態に係る第２ランキン用蒸発器４７は、ランキン用循環通路４１におけるポンプ４６よりも下流側且つランキン用蒸発器４２よりも上流側の箇所に配置されている。そして、第２ランキン用蒸発器４７は、ポンプ４６によって圧送された作動流体を、排熱用通路３０を通過して第２ランキン用蒸発器４７に導入された排熱（これは、空調用凝縮器１３の排熱であり、具体的には空調用凝縮器１３における凝縮に供された後の空気の熱である）を用いて加熱させることで、この作動流体を蒸発させている。
【００２５】
なお、第２ランキン用蒸発器４７において作動流体の加熱に供された空気は、その後、大気中へ放出される。一方、第２ランキン用蒸発器４７を経由後の作動流体は、その後、ランキン用循環通路４１を通過してランキン用蒸発器４２に流入し、ランキン用蒸発器４２において、さらに加熱された後に、膨張機４３に流入する。
【００２６】
以上説明したような本実施形態に係る空調システム１によれば、冷凍サイクルシステム１０に加えて、ランキンサイクルシステム４０を備えるとともに、このランキンサイクルシステム４０が第２ランキン用蒸発器４７を備えているので、空調用凝縮器１３の排熱を第２ランキン用蒸発器４７において作動流体の加熱に有効利用することができる。これにより、空調用凝縮器１３の排熱をランキンサイクルシステム４０によって回収することができる。この結果、車両１００の燃費を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、ランキン用蒸発器４２の他に第２ランキン用蒸発器４７を備えているので、第２ランキン用蒸発器４７を備えていない場合に比較して、作動流体を効率的に加熱することができる。これにより、膨張機４３の作動効率を向上させることができる。この点においても、車両１００の燃費を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、第２ランキン用凝縮器４５を備えているので、空調用蒸発器１５において冷却された空気の熱を第２ランキン用凝縮器４５において作動流体の凝縮に有効利用することができる。これによりランキンサイクルシステム４０における作動流体の凝縮性能を向上させることができるので、ランキンサイクルシステム４０の作動効率を向上させることができる。この結果、車両１００の燃費をさらに向上させることができる。
【００２９】
なお、上述した空調システム１は、第２ランキン用凝縮器４５を備えていない構成とすることもできる。この場合、冷気用通路２０は、サブ通路２２を備えていない構成（メイン通路２１のみの構成）とすればよい。この場合においても、空調システム１は前述した第２ランキン用蒸発器４７を備えているので、車両１００の燃費を向上させることができる。
【００３０】
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  空調システム
１０  冷凍サイクルシステム
１１  空調用循環通路
１２  圧縮機
１３  空調用凝縮器
１４  膨張弁
１５  空調用蒸発器
２０  冷気用通路
３０  排熱用通路
４０  ランキンサイクルシステム
４１  ランキン用循環通路
４２  ランキン用蒸発器
４３  膨張機
４４  ランキン用凝縮器
４５  第２ランキン用凝縮器
４６  ポンプ
４７  第２ランキン用蒸発器
１００  車両
【図１】
2020094727.tif 000003