(57)【要約】【課題】より効率的に余剰熱の回収及び利用を行うことのできる車両の熱管理装置を提供する。【解決手段】車両には、エンジン１０の排熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスである熱電発電機１２及びバッテリー１３と、エンジン１０の排熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７とが設けられている。電子制御ユニット２５は、蓄電ディバイス、潜熱蓄熱ディバイス１６、顕熱蓄熱ディバイス１７の順に優先付けてエンジン１０の余剰熱の供給を行うことで、余剰熱の回収及び利用をより効率的に行うようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された熱源と、
前記熱源の熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスと、
前記熱源の熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスと、
前記蓄熱ディバイスに優先して前記蓄電ディバイスに前記熱源の熱を供給する熱供給制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の熱管理装置。
【請求項２】
前記蓄熱ディバイスとして、蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイスと、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイスとを備えるとともに、
前記熱供給制御手段は、前記顕熱蓄熱ディバイスに優先して前記潜熱蓄熱ディバイスに前記熱源の熱を供給する
請求項１に記載の車両の熱管理装置。
【請求項３】
前記熱供給制御手段は、前記車両の熱不足部位への熱供給の完了後に、前記蓄電ディバイスへの熱の供給を行う
請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置。
【請求項４】
前記供給制御手段は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機及び車室の暖房の完了後に、前記蓄電ディバイスへの熱の供給を行う
請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置。
【請求項５】
前記熱源は、エンジンである
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱管理装置に関し、特に車両に搭載された熱源の熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスと、熱源の熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスとを備える車両における熱の管理を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの余剰熱は、排気と共に、或いはラジエターからの放熱を通じて捨てられていたのが通常であった。しかしながら、近年、こうした余剰熱を回収して有効に活用しようとする試みがなされている。例えば高温となったエンジン冷却水を断熱容器に蓄えておき、次回のエンジン始動時の暖機に利用したり、排気熱で発電を行ったり、といったかたちで、余剰熱の活用がなされている。こうした熱管理を行う車両には、余剰熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスと、余剰熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスとが設けられたものがある。なお特許文献１には、余剰した電気エネルギーを、電気エネルギーのまま蓄える蓄電ディバイスと、熱エネルギーに変換して蓄える蓄熱ディバイスとが設けられた車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような余剰熱の活用により、暖機の早期化や燃費、エミッションの向上を図ることができる。しかしながら、この分野は、未だ発展途上であり、余剰熱の回収、利用の効率には未だ改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、より効率的に余剰熱の回収及び利用を行うことのできる車両の熱管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、車両の熱管理装置としての請求項１に記載の発明は、車両に搭載された熱源と、前記熱源の熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスと、前記熱源の熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスと、前記蓄熱ディバイスに優先して前記蓄電ディバイスに前記熱源の熱を供給する熱供給制御手段と、を備えることをその要旨としている。
【０００７】
上記構成では、車両に搭載された熱源の熱を、蓄電ディバイスは、電気エネルギーに変換して、蓄熱ディバイスは、熱エネルギーのまま回収してそれぞれ蓄えるようにしている。蓄熱ディバイスでは、断熱を十分行ったとしても、外部への放熱で蓄えられた熱エネルギーは徐々に失なわれる。その点、蓄電ディバイスでは、電気エネルギーをバッテリー等により長期間蓄えておくことができる。したがって、蓄熱ディバイスよりも蓄電ディバイスの方が、熱の回収、利用の効率を高くすることができる。そのため、蓄熱ディバイスに優先して蓄電ディバイスへの余剰熱の供給を行うことで、より効率的に余剰熱の回収及び利用を行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両の熱管理装置において、前記蓄熱ディバイスとして、蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイスと、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイスとを備えるとともに、前記熱供給制御手段は、前記顕熱蓄熱ディバイスに優先して前記潜熱蓄熱ディバイスに前記熱源の熱を供給することをその要旨としている。
【０００９】
蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイスは、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイスよりも、より多くの熱エネルギーをより効率的に蓄えておくことができる。そのため、顕熱蓄熱ディバイスに優先して潜熱蓄熱ディバイスへの熱供給を行うことで、より効率的に余剰熱の回収及び利用を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置において、前記熱供給制御手段は、前記車両の熱不足部位への熱供給の完了後に、前記蓄電ディバイスへの熱供給を行うことをその要旨としている。
【００１１】
車両に搭載された熱源の排熱は、エンジンの暖機や車室の暖房等に利用される。上記蓄電ディバイスや蓄熱ディバイスには、それらの利用から余剰した分の熱（余剰熱）を供給することが望ましく、上記の如く車両の熱不足部位への熱供給の完了後に、前記蓄電ディバイスへの余剰熱の供給を行うようにすると良い。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置において、前記供給制御手段は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機、並びに車室の暖房完了後に、前記蓄電ディバイスへの熱供給を行うことをその要旨としている。
【００１３】
上記のように車両に搭載された熱源の排熱は、エンジンの暖機や車室の暖房等に利用される。上記蓄電ディバイスや蓄熱ディバイスには、それらの利用から余剰した分の熱（余剰熱）を供給することが望ましく、上記の如く車両に搭載されたエンジンの暖機及び車室の暖房の完了後に前記蓄電ディバイスへの熱供給を行うようにすると良い。
【００１４】
なお請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置における車両に搭載の熱源としては、請求項５に記載のようにエンジンを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る車両の熱管理装置の一実施形態についてその全体構成を模式的に示すブロック図。
【図２】同実施形態に採用される熱供給制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の車両の熱管理装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
まず図１を参照して、本実施形態の車両の熱管理装置の構成を説明する。同図１に示すように、本実施形態の適用される車両に搭載された熱源としてのエンジン１０には、その排気管１１に熱電発電機１２が設置されている。熱電発電機１２は、排気管１１を流れる排気の熱で発電を行う機器であり、発電により得られた電気エネルギーは、バッテリー１３に蓄えられるようになっている。なお本実施形態では、これら熱電発電機１２及びバッテリー１３にて上記「蓄電ディバイス」が構成されている。
【００１７】
またエンジン１０には、冷却水が循環される冷却水回路１４が接続されている。冷却水回路１４には、次の機器が配設されている。すなわち、車室内の暖房用のヒーターコア１５、潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７の２つの蓄熱ディバイス、及び放熱により冷却水を冷却するためのラジエター１８が冷却水回路１４に配設されている。潜熱蓄熱ディバイス１６は、ワックスのような蓄熱媒体を内蔵する断熱容器として構成されており、蓄熱媒体の固体から液体への相変化を通じて蓄熱を行うものとなっている。また顕熱蓄熱ディバイス１７は、内部に冷却水を貯留する断熱容器として構成され、高温の冷却水を液体のまま貯留することで蓄熱を行うものとなっている。なおこれらの蓄熱ディバイス（１６，１７）に蓄えられた熱エネルギーは、冷間始動時におけるエンジン１０等の暖機に使用されるようになっている。
【００１８】
なお冷却水回路１４に配設された各機器（１５〜１８）は、バルブ２０〜２４によって冷却水の供給が各々個別に許容／停止されるようになっている。各バルブ２０〜２４の作動は、熱供給制御手段としての電子制御ユニット２５により制御されている。そして電子制御ユニット２５には、エンジン１０の冷却水の温度（水温）を検出する水温センサ２６、エンジン１０の潤滑油の温度（油温）を検出する油温センサ２７、車室内の温度（室温）を検出する室温センサ２８などのセンサの検出信号が入力されている。
【００１９】
こうした車両では、エンジン１０の排熱は、排気を熱搬送媒体として熱電発電機１２に、また冷却水を熱搬送媒体として、ヒーターコア１５、潜熱蓄熱ディバイス１６、顕熱蓄熱ディバイス１７及びラジエター１８にそれぞれ供給可能となっている。そして熱電発電機１２に供給された熱は、電気エネルギーに変換されてバッテリー１３に蓄えられ、潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７に供給された熱は、熱エネルギーのままそれら蓄熱ディバイス（１６，１７）にそれぞれ蓄えられるようになっている。
【００２０】
続いて、本実施形態での熱管理の詳細を説明する。電子制御ユニット２５は、エンジン１０の排熱の供給先を以下のように切り換えるようにしている。
エンジン１０の始動直後には、エンジン１０の排熱はエンジン１０自体の暖機に必要となる。また暖房が使用されていれば、エンジン１０の排熱をヒーターコア１５に供給する必要がある。そこで電子制御ユニット２５は、エンジン１０の暖機が完了し、車室の暖房が十分に効くまでは、それらの熱不足部位にエンジン１０の熱供給を行うようにしている。具体的には、このときの電子制御ユニット２５は、バルブ２０のみを開いて、エンジン１０とヒーターコア１５との間だけで冷却水を循環させるようにしている。
【００２１】
エンジン１０の暖機や車室内の暖房が完了すると、エンジン１０の排熱は余剰熱となる。本実施形態の熱管理装置では、こうした余剰熱を、熱電発電機１２や潜熱蓄熱ディバイス１６、顕熱蓄熱ディバイス１７に供給することで、電気エネルギー或いは熱エネルギーとして回収、貯蔵することができる。ここで潜熱蓄熱ディバイス１６や顕熱蓄熱ディバイス１７に蓄えられた熱エネルギーは、断熱が十分であっても、外部への放熱で次第に失われる。一方、熱電発電機１２により変換された電気エネルギーは、長期に亘りバッテリー１３に蓄えておくことができる。したがって、蓄電ディバイスである熱電発電機１２及びバッテリー１３によれば、蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６や顕熱蓄熱ディバイス１７よりも、エンジン１０の余剰熱のエネルギーをより効率良く回収、利用することが可能である。
【００２２】
そこで本実施形態では、電子制御ユニット２５は、エンジン１０の排熱が余剰となると、蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７に優先して、まず蓄電ディバイスである熱電発電機１２にエンジン１０の排熱を供給するようにしている。具体的には、このときの電子制御ユニット２５は、すべてのバルブ２０〜２４を閉じ、冷却水の循環を停止するようにしている。この場合、冷却水は冷却されずにエンジン１０の内部に滞留するため、エンジン１０の温度が上り、ひいては排気温も上るようになる。そのため、このときには、排気熱を利用した熱電発電機１２の発電を積極的に行うことができるようになる。
【００２３】
こうして熱電発電機１２による発電を行い、バッテリー１３に電気エネルギーがある程度に蓄えられると、電子制御ユニット２５は、蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７への熱供給を行う。ここで蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイス１６は、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイス１７よりも、より多くの熱エネルギーをより効率的に蓄えておくことができる。そこで本実施形態では、エンジン１０の余剰熱の回収及び利用をより効率的に行うことの可能な潜熱蓄熱ディバイス１６への熱供給を、顕熱蓄熱ディバイス１７に優先して行うようにしている。すなわち、電子制御ユニット２５は、蓄電ディバイスである熱電発電機１２への熱供給の完了後、まずバルブ２１のみを開いて、エンジン１０内で加熱された冷却水を潜熱蓄熱ディバイス１６に供給する。そして潜熱蓄熱ディバイス１６の蓄熱量がその蓄熱能力一杯の「１００％」となると、バルブ２２のみを開いて、エンジン１０内で加熱された冷却水を顕熱蓄熱ディバイス１７に供給する。なお顕熱蓄熱ディバイス１７の蓄熱量がその蓄熱能力一杯の「１００％」となると、電子制御ユニット２５は、バルブ２３のみを開いて、エンジン１０内で熱せられた冷却水を、ラジエター１８より放熱して冷却するようにしている。
【００２４】
図２は、こうした本実施形態の熱管理装置における熱供給先の切換を行うための「熱供給制御ルーチン」のフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、エンジン１０の始動中、電子制御ユニット２５により周期的に繰り返し実行されるものとなっている。
【００２５】
さて本ルーチンの処理が開始されると、電子制御ユニット２５はまずステップＳ１０において、水温、油温が「８０℃」以上、且つ室温が「２０℃」以上であるか否かを、すなわちエンジン１０の暖機が完了し、且つ車室の暖房も完了しているか否かを確認する。ここでエンジン１０の暖機が未了、或いは車室の暖房が不十分であれば（Ｓ１０：ＮＯ）、電子制御ユニット２５はステップＳ２０に進み、そのステップＳ２０において、熱不足部位であるエンジン１０、ヒーターコア１５にエンジン１０の排熱を供給するようにして、今回の本ルーチンの処理を終了する。
【００２６】
一方、エンジン１０の暖機及び車室の暖房が完了していれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２５はステップＳ３０に進み、そのステップＳ３０において、バッテリー１３の蓄電量がその蓄電能力の「５０％」に達しているか否かを確認する。ここでバッテリー１３の蓄電量が未だ「５０％」に達していなければ（Ｓ３０：ＮＯ）、電子制御ユニット２５はステップＳ４０に進み、そのステップＳ４０において、エンジン１０の排熱が蓄電ディバイスである熱電発電機１２に優先的に供給されるようにした後、今回の本ルーチンの処理を終了する。すなわち、ここでは、バッテリー１３の蓄電量が未だ「５０％」に達するまでは、蓄電ディバイスである熱電発電機１２に優先的に熱供給がなされるようになっている。
【００２７】
ここでバッテリー１３の蓄電量が「５０％」に達していれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２５はステップＳ５０に進み、そのステップＳ５０において、潜熱蓄熱ディバイス１６の蓄熱量（潜熱蓄熱量）がその蓄熱能力一杯の「１００％」に達しているか否かを、すなわち潜熱蓄熱ディバイス１６に蓄熱余力があるか否かを確認する。ここで潜熱蓄熱ディバイス１６に蓄熱余力が残されていれば（Ｓ５０：ＮＯ）、電子制御ユニット２５は、ステップＳ６０に進み、そのステップＳ６０において、潜熱蓄熱ディバイス１６に熱供給を行って、今回の本ルーチンの処理を終了する。
【００２８】
一方、潜熱蓄熱ディバイス１６に蓄熱余力が既になければ（Ｓ５０：ＮＯ）、電子制御ユニット２５はステップＳ７０に進み、そのステップ７０において、顕熱蓄熱ディバイス１７の蓄熱量（顕熱蓄熱量）がその蓄熱能力一杯の「１００％」に達しているか否かを、すなわち顕熱蓄熱ディバイス１７に蓄熱余力があるか否かを確認する。ここで顕熱蓄熱ディバイス１７に蓄熱余力が残されていれば（Ｓ７０：ＮＯ）、電子制御ユニット２５は、ステップＳ８０に進み、そのステップＳ８０において、顕熱蓄熱ディバイス１７に熱供給を行って、今回の本ルーチンの処理を終了する。また顕熱蓄熱ディバイス１７にも蓄熱余力が残されていなければ（Ｓ７０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２５はラジエター１８より放熱させるようにして、今回の本ルーチンの処理を終了する。
【００２９】
以上説明した本実施形態の車両の熱管理装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の適用される車両には、エンジン１０の排熱を電気エネルギーに変換して蓄える蓄電ディバイスである熱電発電機１２及びバッテリー１３と、エンジン１０の排熱を熱エネルギーのまま回収して蓄える蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７とが設けられている。そして本実施形態では、熱供給制御手段としての電子制御ユニット２５は、蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７に優先して蓄電ディバイスである熱電発電機１２にエンジン１０の余剰熱を供給するようにしている。蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７では、断熱を十分行ったとしても、外部への放熱で蓄えられた熱エネルギーは徐々に失なわれる。その点、蓄電ディバイスである熱電発電機１２及びバッテリー１３によれば、より電気エネルギーをより長期間蓄えておくことができる。したがって、蓄熱ディバイスよりも蓄電ディバイスの方が、熱の回収、利用の効率を高くすることが可能である。よって、蓄熱ディバイスに優先して蓄電ディバイスに熱供給を行う上記構成によれば、より効率的に余剰熱の回収及び利用を行うことができるようになる。
【００３０】
（２）本実施形態の適用される車両には、蓄熱ディバイスとして、蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイス１６と、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイス１７とが備えられている。そして本実施形態では、熱供給制御手段としての電子制御ユニット２５は、顕熱蓄熱ディバイス１７に優先して潜熱蓄熱ディバイス１６にエンジン１０の余剰熱を供給するようにしている。上記のような蓄熱媒体の相変化を通じて蓄熱を行う潜熱蓄熱ディバイス１６は、蓄熱媒体の相変化を伴わずに蓄熱を行う顕熱蓄熱ディバイス１７よりも、より多くの熱エネルギーをより効率的に蓄えておくことができる。そのため、顕熱蓄熱ディバイス１７に優先して潜熱蓄熱ディバイス１６への熱供給を行う本実施形態によれば、より効率的に熱の回収及び利用を行うことができるようになる。
【００３１】
（３）本実施形態では、エンジンの暖機や車室の暖房が完了し、車両の熱不足部位への熱供給が完了した後、蓄電ディバイスである熱電発電機１２への熱供給を、そしてその後になされる潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７への熱供給を行うようにしている。そのため、車両の余剰熱を回収して有効に利用することができるようになる。
【００３２】
なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、排気を熱搬送媒体として蓄電ディバイスとしての熱電発電機１２にエンジン１０の排熱を供給するようにしていたが、蓄電ディバイスへの熱供給を排気以外の熱搬送媒体、例えば冷却水やオイルなどを用いて行うようにしても良い。
【００３３】
・上記実施形態では、冷却水を熱搬送媒体として蓄熱ディバイスである潜熱蓄熱ディバイス１６及び顕熱蓄熱ディバイス１７にエンジン１０の排熱を供給するようにしていたが、蓄電ディバイスへの熱供給を排気以外の熱搬送媒体、例えば排気やオイルなどを用いて行うようにしても良い。
【００３４】
・上記実施形態では、蓄熱ディバイスとして、潜熱蓄熱ディバイス１６と顕熱蓄熱ディバイス１７との２つのディバイスを備えるようにしていた。それら蓄熱ディバイスの一方のみが設けられた車両にあっても、蓄熱ディバイスに優先して蓄電ディバイスに熱供給を行うようにすれば、上記（１）に記載の効果を得ることは可能である。
【００３５】
・上記実施形態では、車両に搭載されて、蓄電ディバイスや蓄熱ディバイスに供給される熱を発生する熱源としてエンジン１０を用いていたが、電気車両やハイブリッド車両のように、モーターやインバーターなどからの発熱が多く、それを熱源として用いることのできる車両では、エンジン以外を熱源として本発明を実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…エンジン、１１…排気管、１２…熱電発電機（蓄電ディバイス）、１３…バッテリー（蓄電ディバイス）、１４…冷却水回路、１５…ヒーターコア（熱不足部位）、１６…潜熱蓄熱ディバイス、１７…顕熱蓄熱ディバイス、１８…ラジエター、２０〜２３…バルブ、２５…電子制御ユニット（熱供給制御手段）、２６…水温センサ、２７…油温センサ、２８…室温センサ。
【図１】
2010229937.tif 000003
【図２】
2010229937.tif 000004