(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の廃熱エネルギーを効率的に回収することにより、内燃機関の省燃費化を図ることができる車両用廃熱回収システムの提供を目的とする。【解決手段】冷却液を内燃機関１と廃熱回収装置５間とを循環させる第1冷却液流通路６１と、冷却液を内燃機関１とラジエータ６間を循環させる第２冷却液流通路６２と、第1冷却液流通路６１に介装された第1サーモスタット２と、第２冷却液流通路６２に介装され第２サーモスタット４と、冷却液を循環させるウォータポンプ３と、を備え、第１サーモスタット２は冷却液温度が第１開弁開始温度未満の時バイパス口を開放し、冷却液温度が第１開弁開始温度以上の時バイパス口を閉塞し廃熱回収口を開放すると共に、常時第２サーモスタット４側に流す第２サーモスタット口と、を有し、第２サーモスタット４は、冷却液温度が第２開弁開始温度以上の時ラジエータ口を開放することを特徴とする。【選択図】図１
2014070631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関の冷却液を冷却するラジエータと、
前記冷却液を熱源として、熱エネルギーを回収する廃熱回収装置と、
前記冷却液を前記内燃機関と前記廃熱回収装置間を循環させる第１冷却液流通路と、
前記冷却液を前記内燃機関と前記ラジエータ間を循環させる第２冷却液流通路と、
前記第１冷却液流通路に介装され前記廃熱回収装置への前記冷却液の流通を調整する第１サーモスタットと、
前記第２冷却液流通路に介装され前記ラジエータへの前記冷却液の流通を調整する第２サーモスタットと、
前記廃熱回収装置及び前記ラジエータ夫々の下流側で前記第１冷却液流通路と第２冷却液流通路とが合流する合流部下流側に配置され、前記冷却液を循環させるウォータポンプと、
前記冷却液を前記廃熱回収装置と前記ラジエータとをバイパスして前記第１サーモスタットから前記ウォータポンプに流通するバイパス通路と、を備え、
前記第１サーモスタットは、前記冷却液温度が第１開弁開始温度未満の場合に、前記冷却液を、前記バイパス通路に流すバイパス口と、前記冷却液温度が前記第１開弁開始温度以上の場合に前記廃熱回収装置側に流す廃熱回収口と、常時前記第２サーモスタット側に流す第２サーモスタット口とを有し、
前記第２サーモスタットは、前記第１サーモスタットからの冷却液温度が第２開弁開始温度以上の場合に、前記冷却液を前記ラジエータ側に流すラジエータ口を有していることを特徴とする車両用廃熱回収システム。
【請求項２】
前記第２サーモスタットの第２開弁開始温度は前記第１サーモスタットの第１開弁開始温度より５±１℃高くしたことを特徴とする請求項１記載の車両用廃熱回収システム。
【請求項３】
前記第１冷却液流通路の前記第１サーモスタットと前記廃熱回収装置との間に介装され、前記内燃機関の排ガスで前記冷却液を加熱する熱交換器を配設したしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の車両用廃熱回収システム。
【請求項４】
前記第１サーモスタットは前記内燃機関外周部に取付けられると共に、前記廃熱回収装置側への流出口は突出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用廃熱回収システム。
【請求項５】
前記第１サーモスタットの前記第２サーモスタット口と、前記第２サーモスタットの前記第２サーモスタット口からの冷却液Ｒが流入する冷却液流入口とを一体成型したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用廃熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を搭載した車両において、内燃機関の廃熱エネルギーを廃熱回収装置により回収して、内燃機関の熱効率を向上させることが行われている。
【０００３】
特許文献１によると、内燃機関と、該内燃機関により駆動される冷媒圧縮用のコンプレッサと、冷媒用の熱交換器と、内燃機関の熱を冷媒に伝えるための廃熱回収装置とを備え、内燃機関の温度が所定値より低い場合には、廃熱回収装置の熱交換器による熱交換を停止させる制御手段を備えている。制御手段としてサーモスタットを用いている。
このようにすることで、内燃機関の暖機促進を図っている。
【０００４】
また、特許文献２によると、内燃機関を冷却する冷却液が循環する冷却液循環路と、冷却液と熱交換することにより作動媒体を加熱する第１熱交換器と、第１熱交換器で加熱された作動媒体を膨張させる膨張器と、該膨張器で膨張された作動媒体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動媒体を循環するポンプとを備えたランキンサイクルを備え、冷却液を排ガスで加熱して、加熱された冷却液を第１熱交換器で熱エルギーに交換するようにしている。
しかし、冷却液温度が高くなりすぎて作動媒体が炭化するのを防止するため、第１熱交換器に流入する冷却液の流量をサーモスタットによって調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８４２７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４４７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１によると、内燃機関の冷却液を排ガスで加熱する熱交換器が廃熱回収装置の冷却液流通路の下流側にあり、排ガスで加熱する熱交換器は内燃機関の暖機促進に利用するだけで、排ガスの熱は廃熱回収装置の廃熱回収効率向上に寄与していない。
更に、冷却液を熱交換器で加熱する構造となっているので、内燃機関の熱負荷が大きくなり、内燃機関に悪い影響を与える不具合がある。
また、特許文献２においては、ランキンサイクル回路の熱交換器に流れる冷却液量とバイパスを流れる冷却液量をサーモスタットで調整して、作動媒体が炭化するのを防止するものである。
従って、特許文献１及び特許文献２共に内燃機関の暖機を促進させるため、サーモスタットによって冷却液の流路を調整するもので、内燃機関の廃熱エネルギーを廃熱回収装置によって効率的に回収できない不具合を有している。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、内燃機関の廃熱エネルギーを効率的に回収することにより、内燃機関の省燃費化を図ることができる車両用廃熱回収システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明によれば、内燃機関と、
前記内燃機関の冷却液を冷却するラジエータと、
前記冷却液を熱源として、熱エネルギーを回収する廃熱回収装置と、
前記冷却液を前記内燃機関と前記廃熱回収装置間を循環させる第１冷却液流通路と、
前記冷却液を前記内燃機関と前記ラジエータ間を循環させる第２冷却液流通路と、
前記第１冷却液流通路に介装され前記廃熱回収装置への前記冷却液の流通を調整する第１サーモスタットと、
前記第２冷却液流通路に介装され前記ラジエータへの前記冷却液の流通を調整する第２サーモスタットと、
前記廃熱回収装置及び前記ラジエータ夫々の下流側で前記第１冷却液流通路と第２冷却液流通路とが合流する合流部下流側に配置され、前記冷却液を循環させるウォータポンプと、
前記冷却液を前記廃熱回収装置と前記ラジエータとをバイパスして前記第１サーモスタットから前記ウォータポンプに流通するバイパス通路と、を備え、
前記第１サーモスタットは、前記冷却液温度が第１開弁開始温度未満の場合に、前記冷却液を、前記バイパス通路に流すバイパス口と、前記冷却液温度が前記第１開弁開始温度以上の場合に前記廃熱回収装置側に流す廃熱回収口と、常時前記第２サーモスタット側に流す第２サーモスタット口とを有し、
前記第２サーモスタットは、前記第１サーモスタットからの冷却液温度が第２開弁開始温度以上の場合に、前記冷却液を前記ラジエータ側に流すラジエータ口を有していることを特徴とする廃熱回収システムを提供できる。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、前記第２サーモスタットの第２開弁開始温度は前記第１サーモスタットの第１開弁開始温度より５±１℃高くするとよい。
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の暖機運転終了後、冷却液温度が第２開弁開始温度以上になるまで、冷却液は全量廃熱回収装置側へ流れるようにしたので、高効率の熱エネルギー回収が期待でき、内燃機関の燃費改善効果が大きくなる。
また、第２サーモスタットの開弁開始温度を５±１℃高くすることで、廃熱回収装置側に流れる冷却液温度が高くなり、廃熱回収装置での熱交換効率が高くなり、燃費改善効果が大きくなる。
更に、冷却液温度が高くなると、冷却液の一部をラジエータ側に分流させる構造なので、既存のラジエータ冷却容量を低減できるので、ラジエータの小型軽量化が可能となり、軽量化による燃費低減と、コスト低減効果が得られる。
更に、冷却液は、第１及び第２冷却液流通路を並行して流れる構造としたので、該第１及び第２冷却液流通路内を流れる冷却液の流通抵抗が小さくなり、ウォータポンプの駆動負荷が軽減され、内燃機関の負荷が低減される。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、前記第１冷却液流通路の前記第１サーモスタットと前記廃熱回収装置との間に介装され、前記内燃機関の排ガスで前記冷却液を加熱する熱交換器を配設するとよい。
【００１２】
このような構成にすることにより、廃熱回収装置側へ流れる冷却液温度を高くして、廃熱回収装置での廃熱回収効率を高くすることができる。廃熱回収装置側へ流れる冷却液温度を高くして、廃熱回収装置での廃熱回収効率を高くすることができる。
【００１３】
また、本発明において好ましくは、前記第１サーモスタットは前記内燃機関外周部に前記冷却液流通路の一部を形成して取付けられると共に、前記廃熱回収装置側への流出口は、前記内燃機関外方へ突出させるとよい。
【００１４】
このような構成にすることにより、サーモスタットの廃熱回収装置側への冷却液の流出口は内燃機関外方へ突出した構造となっている。
従って、冷却液を廃熱回収装置側へ流す通路（ゴムホース又は金属パイプ等）は外付けとなり、内燃機関の改修が不要となり、サーモスタットの小幅な改修で廃熱回収装置の設置が可能となり、コスト上昇を抑制すると共に、内燃機関の省燃費効果が得られる。
【００１５】
また、本発明において好ましくは、前記第１サーモスタットの前記第２サーモスタット口と、前記第２サーモスタットの前記第２サーモスタット口からの冷却液が流入する冷却液流入口とが一体成型されているとよい。
【００１６】
このような構成にすることにより、前記第１サーモスタットと前記第２サーモスタットを一体成型することにより、部品点数が少なくなるため、内燃機関との結合組立作業が減少されコスト低減が可能となる。
更に、一体成型することにより、全体形状が小さくなり、車両搭載性が向上し、内燃機関周辺の通気性が良くなり、周囲に装着されている装置品への熱負荷低減が可能となり、これらの装置品の耐久性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
このようにすることで、内燃機関の廃熱エネルギーを効率的に回収することにより、内燃機関の省燃費化を図ることができる車両用廃熱回収システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態が適用された、廃熱回収システムの概略構成図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態におけるサーモスタットの冷却液流路で、（Ａ）は内燃機関暖機運転の場合、（Ｂ）はラジエータの冷却を必要としない場合、（Ｃ）はラジエータの冷却を必要とする場合を示す。
【図３】本実施形態におけるサーモスタットの開弁開始温度と全開温度一覧表を示す。
【図４】本実施形態におけるサーモスタットの開弁速度の説明図を示す。
【図５】本発明の第２実施形態が適用された、廃熱回収システムの概略構成図を示す。
【図６】本発明の第２実施形態におけるサーモスタットの冷却液流路で、（Ａ）は内燃機関暖機運転の場合、（Ｂ）はラジエータの冷却を必要としない場合、（Ｃ）はラジエータの冷却を必要とする場合を示す。
【図７】本実施形態におけるサーモスタット開閉弁作動による冷却液の流れフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２０】
図１は本発明の第１実施形態が用いられた車両用廃熱回収システムの概略構成図を示す。
車両用廃熱回収システム１０は、図示されない車両に搭載された内燃機関１と、内燃機関１を冷却する冷却液Ｒを冷却するラジエータ６と、冷却液Ｒが内燃機関１を冷却した熱を熱源として熱エネルギーを回収する廃熱回収装置５と、内燃機関１と廃熱回収装置５とを冷却液Ｒが循環するように連結した第１冷却液流通路６１と、内燃機関１とラジエータ６とを冷却液Ｒが循環するように連結した第２冷却液流通路６２と、
内燃機関１の上部に装着され、第１冷却液流通路６１の一部を構成する第１サーモスタット２と、廃熱回収装置５の第１熱交換器５１と第１サーモスタット２とを連結する第１冷却液流通路６１を構成する配管中に介装され、内燃機関１の排ガスで冷却液Ｒを加熱する熱交換器である第２熱交換器７と、第１サーモスタット２とラジエータ６とを連結する第２冷却液流通路６２の配管中に介装され、冷却液温度により冷却液Ｒをラジエータ６側への流通を調整する第２サーモスタット４と、第１熱交換器５１の下流側とラジエータ６の下流側における冷却液流通路が合流する合流部Ｐの下流で、内燃機関１の下部に取付られたウォータポンプ３とで構成されている。
【００２１】
内燃機関１は、本体ブロック１ａとヘッド部１ｂとで構成されている。内燃機関１の内部には、内燃機関１を冷却するための冷却液Ｒが流通する第１冷却液流通路６１の一部を構成する冷却ギャラリー１ｃが形成されている。
また、内燃機関１には、内燃機関１の暖機運転時に、第１サーモスタット２から冷却液Ｒ液がラジエータ６をバイパスするバイパス通路１ｄが形成されている。
第１サーモスタット２は、ヘッド部１ｂのラジエータ６側上部外周に一部が露出した状態で且つ、冷却ギャラリー１ｃの一部を構成するように取付けられている。
【００２２】
第１冷却液流通路６１は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃと、第１サーモスタット２と、第１サーモスタット２と第２熱交換器７とを連結する第４配管６ｄと、第２熱交換器７と、第２熱交換器７と第１熱交換器５１とを連結する第５配管６ｅと、第１熱交換器５１と、第１熱交換器５１とウォータポンプ３とを連結する第６配管６ｆとで構成されている。
第２冷却液流通路６２は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃと、第１サーモスタット２と、第１サーモスタット２と第２サーモスタット４とを連結する第２配管６ｂと、第２サーモスタット４と、第２サーモスタット４とラジエータ６とを連結する第３配管６ｃと、ラジエータ６と、ラジエータ６とウォータポンプ３とを連結する第１配管６ａとで構成されている。
【００２３】
尚、本実施形態では、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２を第１サーモスタット２の第１開弁開始温度Ｔ１より高くしてある。詳細は後述する。
一方、第１サーモスタット２の第１開弁開始温度Ｔ１は内燃機関１の最適温度としてある。
最適温度とは、内燃機関１の燃焼室内における燃料の燃焼効率が最も良い時の内燃機関温度となる冷却液温度とする。
これは、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２を高くする理由は、内燃機関１の暖機運転が終了して、第２サーモスタット４の開弁開始までは第１サーモスタット２から第１熱交換器５１（含む第２熱交換器７）に流れる冷却液温度を高くして、早期に熱回収効率を向上させるものである。
一般に、冷却液Ｒは水にエチレングリコールを加えたものが使用されている。
【００２４】
第１サーモスタット２は、図２に模式図で示すように、内燃機関１の上部に位置するヘッド部１ｂのラジエータ６側端部に外部から直接着脱可能に取り付けられている。
そして、第２サーモスタット４は第１サーモスタット２の後述する第２サーモスタット口２ｃに第２配管６ｂによって連結されている。
第１サーモスタット２は、複数の入出口を備えた第１ハウジング２１と、冷却液Ｒの温度によって複数の入出口を開閉する第１開閉弁２２とを備えている。
【００２５】
第１ハウジング２１には、内燃機関１の冷却液ギャラリー１ｃに直結した第１冷却液流入口２ａと、ラジエータ６をバイパスするバイパス通路１ｄを介してウォータポンプ３に連結しているバイパス口２ｄと、冷却液流入口２ａからの冷却液Ｒを廃熱回収装置５側に流出させる流出口である廃熱回収口２ｂと、第２サーモスタット４に連通する第２サーモスタット口２ｃを備えている。
そして、廃熱回収口２ｂ及び第２サーモスタット口２ｃは内燃機関１の外方へ突出した円筒スリーブ状の連結部Ｓを備えている。
円筒スリーブ状の連結部Ｓは、第２熱交換器７側へ冷却液Ｒを流通させるための第１冷却液流通路６１の一部を形成する第２配管６ｂ（図１参照）を連結する際に、容易に連結できると共に、内燃機関１側の改修が不要になり、コスト上昇を抑制できる効果を有する。
また、第１サーモスタット２と第２サーモスタット４とを連結する第３配管６ｃを連結する際に、容易に連結できる。
そして、第１サーモスタット２と第２サーモスタット４とは冷却液温度に関係なく流通するようになっている。
【００２６】
第２サーモスタット４は、図２に模式図で示すように、第１サーモスタット２の第２サーモスタット口２ｃの下流側に第２配管６ｂにて直結した状態で配置されている。
そして、第２サーモスタット４は、複数の入出口を備えた第２ハウジング４１と、冷却液Ｒの温度によって複数の入出口を開閉する第２開閉弁４２とを備えている。
第２ハウジング４１には、第１サーモスタット２からの冷却液Ｒが流入する第２冷却液流入口４ａと、ラジエータ６側に第３配管６ｃを介して連結しているラジエータ口４ｂとを備えている。
【００２７】
尚、第１開閉弁２２及び第２開閉弁４２は、該開閉弁の内部に収納されている感温式のワックスが冷却液温度により膨張・収縮して各入出口を開閉させる複雑な構造となっている。
従って、本説明（図２）においては、発明の内容を理解しやすくするため、模式的に表示してある。
また、第２冷却液流入口４ａ、ラジエータ口４ｂは第２ハウジング４１の外方へ突出した円筒スリーブ状の連結部Ｓを備えている。
これらの外方へ突出した円筒スリーブ状の連結部Ｓは各配管を連結して第２冷却液流通路６２を形成する際に容易に連結できる効果を有している。
【００２８】
ウォータポンプ３は内燃機関１の本体ブロック１ａのラジエータ６側下部に装着されている。
ウォータポンプ３は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃに直結しており、第１サーモスタット２のバイパス口２ｄ、ラジエータ６及び第１熱交換器５１から戻ってくる冷却液Ｒを内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃに圧送する。
ウォータポンプ３は冷却液流通路６１内に冷却液Ｒを循環させて、内燃機関１を最適温度に保つ。
尚、ウォータポンプ３は、内燃機関１の図示されないクランクシャフトにギヤトレンを介して連結されており、内燃機関１の運転中は常に駆動されている。
【００２９】
廃熱回収装置５は、内燃機関１を冷却した冷却液Ｒを熱媒体として、廃熱回収装置５の作動媒体を冷却液Ｒで高温・高圧の蒸気状態にする第１熱交換器５１と、高温・高圧の蒸気状態の作動媒体を膨張させて動力を取出す膨脹器５２と、膨張した作動媒体を冷却して、凝縮させるコンデンサ５３と、凝結された液体（作動媒体）を第１熱交換器５１に圧送するポンプ５５と、これらの各機器を連結して作動媒体を循環させる各作動媒体配管とで構成されている。
尚、コンデンサ５３とポンプ５５との間にコンデンサ５３で凝結された作動媒体の気液分離を促進させる気液分離器を配設してもよい。
この場合、作動媒体に混入し易い蒸気を確実に分離させることができ、熱交換器５１での熱交換効率を向上させることができる。
【００３０】
廃熱回収装置５は、第１サーモスタット２からの冷却液Ｒの熱によって、第１熱交換器５１にて廃熱回収装置５の作動媒体を高温高圧の蒸気に変換する。高温高圧に変換された作動媒体は第１廃熱回収管５ａを介して膨張器５２に導入される。作動媒体は膨張器５２において膨張することにより回転駆動力を出力する。膨張した作動媒体は第２廃熱回収管５ｂによってコンデンサ５３に導入される。作動媒体はコンデンサ５３によって冷却され、蒸気状の作動媒体を凝結させ液体状にする。液体状の作動媒体は第３廃熱回収管５ｃを介してポンプ５５に導入され、ポンプ５５は第４廃熱回収管５ｄを介して第１熱交換器５１に作動媒体を圧送して、作動媒体は再び高温高圧の蒸気に変換される。
【００３１】
図２は冷却液温度に伴う各サーモスタットの動作を示したもので、（Ａ）は内燃機関の暖機状態時、（Ｂ）は暖機状態が終了したが、ラジエータでの冷却を必要としない状態時、（Ｃ）はラジエータでの冷却を必要とする場合を示している。
図２（Ａ）の場合、内燃機関１が始動した時は、内燃機関１全体が大気温状態（冷温状態）になっている。内燃機関１の燃焼室における燃料の燃焼効率を最適にするために、内燃機関１を最適温度まで昇温（暖機運転）させ、維持する必要がある。
そのため、第２冷却液流通路６２内の冷却液Ｒの昇温を促進させる必要がある。
この場合、第１サーモスタット２の冷却液Ｒは、第１開弁開始温度（最適温度）未満である。
従って、第１開閉弁２２はバイパス口２ｄを開放、廃熱回収口２ｂを閉塞した状態に維持されている。冷却液Ｒは廃熱回収装置５の第１熱交換器５１側には流れない。
一方、冷却液Ｒは第２サーモスタット口２ｃから第２配管６ｂを介して第２サーモスタット４側へ冷却液温度に関係なく導入されている。
そして、既述のとおり、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２は、第１サーモスタット２の第１開弁開始温度Ｔ１より高いので、第２サーモスタット４のラジエータ口４ｂは閉塞された状態を維持している。
内燃機関１が暖気運転時の場合、冷却液Ｒの流れは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒは→冷却ギャラリー１ｃ→第１サーモスタット２の第１冷却液流入口２ａ→第１サーモスタット２のバイパス口２ｄ→バイパス通路１ｄ→ウォータポンプ３の順に循環する。
この状態では、冷却液Ｒは内燃機関１内を循環するだけなので、シリンダ内の燃焼熱によって加温された冷却液Ｒの熱が内燃機関１外部に放出されることが極力抑えられ、内燃機関１の昇温（暖機運転）が促進される。
【００３２】
図２（Ｂ）は、内燃機関１の暖気運転が終了し、第１サーモスタット２が開き、冷却液Ｒがラジエータ６の冷却を必要としない場合を示している。
冷却液温度が上昇して、第１開弁開始温度を超える。
第１サーモスタット２の第１開閉弁２２はバイパス口２ｄを閉塞し、廃熱回収口２ｂを開放状態にする。冷却液Ｒは廃熱回収口２ｂから第２熱交換器７を通過して、第１熱交換器５１側に流れる。（図１参照）
この時、第２サーモスタット４は、冷却液温度が第２開弁開始温度に達していないので、第２サーモスタット４のラジエータ口４ｂは閉塞された状態を維持している。
第２熱交換器７において冷却液Ｒは排ガスにより加熱されるが、第１熱交換器９１の廃熱回収（熱交換作用）により温度が降下して、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２に達していない。
従って、第１冷却液流通路６１の冷却液Ｒは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒが→冷却ギャラリー１ｃ→第１サーモスタット２の第１冷却液流入口２ａ→第１サーモスタット２の廃熱回収口２ｂ→第４廃熱配管６ｄ→第２熱交換器７→第５配管６ｅ→第１熱交換器５１→第６配管６ｆ→ウォータポンプ３→冷却ギャラリー１ｃの順に流れるように構成されている。
また、内燃機関１からの排ガスが第１排気管８ａを介して排ガス浄化装置８に導入され浄化される。排ガス浄化装置８で浄化された排ガスは、第２排気管８ｂを介して第２熱交換器７に導入される。第２熱交換器７に導入された排ガスは冷却液Ｒを加熱する。排ガスで加熱された冷却液Ｒが廃熱回収装置５の第１熱交換器５１側に流れる構成になっている。
【００３３】
従って、冷却液Ｒは冷却ギャラリー１ｃと第２熱交換器７とによって加熱され且つ、全量が廃熱回収装置５側に流れるので、廃熱回収装置５側での熱エネルギー回収効率を向上させることができる。
また、この場合、ラジエータ６側に冷却液Ｒが流れないので、ラジエータ６が受ける熱負荷が低減され、ラジエータ６の耐久性が向上する。
【００３４】
図２（Ｃ）は、内燃機関１の運転負荷が大きくなり、廃熱回収装置５における熱エネルギー回収が行われるが、冷却液Ｒがラジエータ６の冷却を必要とする場合を示している。
この場合、冷却液温度は第２サーモスタット４を開弁する第２開弁開始温度に達している。
第１サーモスタット２は、第１開閉弁２２がバイパス口２ｄを閉塞し、廃熱回収口２ｂを開放状態になり、冷却液Ｒは廃熱回収口２ｂから第１熱交換器５１側に流れる。
一方、第２サーモスタット４は、冷却液温度が第２開弁開始温度Ｔ２に達しているので、第２開閉弁４２がラジエータ口４ｂを開放する。
この場合、上述の第１冷却液流通路６１の冷却液Ｒの流れに加え、第２サーモスタット４の作用による第２冷却液流通路６２による冷却液Ｒの流れが加わる。
【００３５】
即ち、第２冷却液流通路６２の冷却液Ｒは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒが→冷却ギャラリー１ｃ→第１サーモスタット２の第１冷却液流入口２ａ→第１サーモスタット２の第２サーモスタット口２ｃ→第２配管６ｂ→第２サーモスタット４→第２サーモスタット４のラジエータ口４ｂ→第３配管６ｃ→ラジエータ６→第１配管６ａ→合流部Ｐ→ウォータポンプ３の順に流れるように構成されている。
【００３６】
内燃機関１が高負荷状態で運転され冷却液温度が高くなり、第１熱交換器５１での熱交換による冷却液温度の降下量だけでは、内燃機関１の最適温度が維持できなくなった場合、冷却液Ｒをラジエータ６側に流し、冷却液温度を下げて、内燃機関１を最適温度に維持するようになっている。
この場合、冷却液Ｒを第１熱交換器５１とラジエータ６とで冷却するので、ラジエータ６の冷却容量を小さくでき、ラジエータ６の重量及びコストの低減が可能となる。
また、冷却液Ｒは第１冷却液流通路６１と第２冷却液流通路６２とを並行して流れるので冷却液通路内での流動抵抗が小さくなり、ウォータポンプ３の流動抵抗が小さくなり、エンジン負荷が軽減され、省燃費運転になる。
【００３７】
また、本実施形態では既述のとおり、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２を第１サーモスタット２の第１開弁開始温度Ｔ１より高くしてある。
廃熱回収装置５側へ流通させる冷却液温度は、高いほど廃熱回収装置５における熱エネルギーの回収量を多くすることができる。
内燃機関１に与える第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２について検討した。
但し、第１サーモスタット２は従来の第１開弁開始温度Ｔ１を変更しないこととする。
【００３８】
図３において、弊社で使用している複数のサーモスタット２の開弁開始温度と全開温度を検討した一例である。
Ｔｙｐｅ１は従来の第１開弁開始温度Ｔ１が８３℃、全開温度Ｔｍが９８℃となっており、従来の第１開弁開始温度Ｔ１から全開温度Ｔｍまでの従来の温度差Ｔｍ−Ｔ１＝１５℃となっている。
同様にＴｙｐｅ２は１４℃、Ｔｙｐｅ３は１４℃となっている。
そして、第２開弁開始温度Ｔ２をどの程度上げることができるかを検討した。
図４に示すように、第１開弁開始温度Ｔ１から全開温度Ｔｍまでの温度差を小さくすることは、従来の開閉弁のリフト勾配に対し、実施形態のリフト勾配が急になる。
従って、次の事項の検討内容が必要となる。
１．新開弁開始温度Ｔ２（第２開弁開始温度Ｔ２）から全開温度Ｔｍまでの開弁速度が速くなることによる、開閉弁を支持している各部材に発生する応力上昇に伴う耐久性の劣化。
２．内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃ内における、冷却液Ｒの温度上昇が発生し易い部分と、温度があまり上昇しない部分による、内燃機関１の冷却性能への影響。
３．車両が暖気運転時からすぐに、高負荷運転を実施した場合の、冷却液温度の急上昇に対する影響等である。
【００３９】
本実施形態では、各サーモスタットの開弁開始温度を一律５℃上げることを目的にして確認することにした。即ち、Ｔｙｐｅ１において改良温度差Ｔｍ−Ｔ２は１０℃、同様にＴｙｐｅ２は９℃、Ｔｙｐｅ３は９℃となった。
Ｔｙｐｅ１〜３の新開弁開始温度Ｔｎ（第２サーモスタット４）を夫々３、５、７℃（５±２℃）上げたサーモスタットにて試験を実施して、上記の検討内容に問題ないことを確認した。
【００４０】
新開弁開始温度Ｔｎの上げ幅を３℃の場合には、廃熱回収装置５における熱エネルギーの回収量が若干少なくなる傾向が表れたが、目標とする効果は得られた。
一方、新開弁開始温度Ｔ２の上げ幅を７℃にしたサンプルの一部に、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃ内の冷却液Ｒの温度上昇が発生し易い部分において、高負荷時に一時的に冷却液Ｒが所定値（社内評価基準値）より高くなった場合があったが、内燃機関の性能に影響ないものであった。
【００４１】
尚、開閉弁を支持している各部材に発生する応力上昇については、応力上昇は確認されたが、問題になるような値ではなかった。
以上の結果から、第２サーモスタット４の新開弁開始温度Ｔ２は、第１サーモスタット３の第１開弁開始温度Ｔ１に対し５±１℃高くすることが最適範囲と判断した。このように、第２サーモスタット４の第２開弁開始温度Ｔ２を上昇させることにより、冷却液温度を昇温させた冷却液Ｒを廃熱回収装置５側へ流すようにすることで、廃熱回収装置５における熱エネルギー回収効率の向上を図ることができた。
【００４２】
第１及び第２サーモスタット２，３によって上述の冷却液Ｒの流路を切換える制御を図５に基づいて説明する。
ステップＳ１にてスタートする。ステップＳ２において内燃機関１が始動される。
ステップＳ２において、冷却液Ｒは流路を第１冷却液流通回路６１と第２冷却液流通回路６２とに分かれる。
第１冷却液流通回路６１側は、ステップＳ３において、冷却液温度により第１サーモスタット２の開閉状態みる。
冷却液温度が低い場合、即ち、冷却液温度が第１開弁開始温度Ｔ１未満の場合、第１サーモスタット２の第１開閉弁２２は廃熱回収口２ｂを閉塞し、バイパス口２ｄを開放した状態を維持する。
ステップＳ３においてＮｏを選択して、冷却液Ｒは、ステップＳ４にて、内燃機関１のバイバス通路１ｄを通過してウォータポンプ３に導入される。
ステップＳ５において内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃ内を流れ、ステップＳ３に戻る。
一方、第２冷却液流通回路６２側はステップＳ７において、冷却液温度は第２開弁開始温度Ｔ２（第１開弁開始温度Ｔ１より高い）以下なので第２開閉弁４２はラジエータ口４ｂを閉塞した状態を維持している。
従って、Ｎｏを選択してステップＳ２に戻る。
【００４３】
ステップＳ３において、冷却液Ｒが第１開弁開始温度を超えているとステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、冷却液温度が高くなり第１開弁開始温度を超えると、第１サーモスタット２の開閉弁２２は廃熱回収口２ｂを開放し、バイパス口２ｄを閉塞する。
冷却液Ｒは廃熱回収装置５側に流れる。
ステップＳ６にて廃熱回収装置５が廃熱回収を実施する。廃熱回収を実施した冷却液ＲはステップＳ４に進み、ウォータポンプ３によって第１冷却液流通路６１内を循環することになる。
この時点では、冷却液Ｒは全量廃熱回収装置５側に流れ、廃熱回収効率が高い。
【００４４】
ステップＳ７において、冷却液温度が第２開弁開始温度以上になるまで第２サーモスタット４のラジエータ口４ｂは閉塞されたままになっている。
内燃機関１の負荷が上昇し、冷却液温度が第２開弁開始温度以上になると、第２開閉弁４２はラジエータ口４ｂを開放し、冷却液Ｒはラジエータ６側に流れる。
ステップＳ８にてラジエータ６による冷却液Ｒの冷却が行われる。
冷却された冷却液Ｒは合流部Ｐを通過してステップＳ４に戻り、ウォータポンプ３によって第２冷却液流通路６２内を循環することになる。
これにより、冷却液Ｒは、第１冷却液流通路６１と第２冷却液流通路６２とを並行して流れるので冷却液通路内での流動抵抗が小さくなり、ウォータポンプ３の流動抵抗が小さくなり、エンジン負荷が軽減され、省燃費運転になる。
【００４５】
図５本発明の第２実施形態が用いられた車両用廃熱回収システム１５の概略構成図を示す。第２実施形態は、第１実施形態に対し、第１実施形態の第１サーモスタット２と第２サーモスタット４とを一体結合した以外は同じなので、同一部分は同一符号を用いて、説明は省略する。
【００４６】
図５において、９は第１実施形態の第１サーモスタット２と第２サーモスタット４とを一体結合した第３サーモスタットである。
第３サーモスタット９は、ヘッド部１ｂのラジエータ６側上部外周に一部が露出した状態で且つ、冷却ギャラリー１ｃの一部を構成するように取付けられている。
図６に示すように、第３サーモスタット９のハウジング９１は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃに直結した第３冷却液流入口９ａと、バイパス通路１ｄに連通するバイパス口９ｂと、廃熱回収装置５側に連結する廃熱回収口９ｃと、該廃熱回収口９ｃの冷却液流通路下流側に位置し、ラジエータ６側に連結するラジエータ口９ｄと、冷却液温度が第１開弁開始温度未満の時に、廃熱回収口９ｃを閉塞すると共にバイパス口９ｂを開放し、冷却液温度が第１開弁開始温度以上の時に廃熱回収口９ｃを開放すると共にバイパス口９ｂを閉塞する第３開閉弁９２と、冷却液温度が第２開弁開始温度以上の時にラジエータ口９ｄを開放する第４開閉弁９３と、を有している。
尚、冷却液Ｒは、第３開閉弁９２から第４開閉弁９３側へは常時流れることができるようになっている。
【００４７】
そして、第３冷却液流通路６５（第１実施形態の第１冷却液流通路６１に相当）は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃと、第３サーモスタット９と、第３サーモスタット９と第２熱交換器７とを連結する第４配管６ｄと、第２熱交換器７と、第２熱交換器７と第１熱交換器５１とを連結する第５配管６ｅと、第１熱交換器５１と、第１熱交換器５１とウォータポンプ３とを連結する第６配管６ｆとで構成されている。
第４冷却液流通路６６（第１実施形態の第２冷却液流通路６２に相当）は、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃと、第３サーモスタット９と、第３サーモスタット９とラジエータ６とを連結する第２配管６ｂと、ラジエータ６と、ラジエータ６とウォータポンプ３とを連結する第１配管６ａとで構成されている。
【００４８】
図６は、冷却液温度に伴う各サーモスタットの動作を示したもので、（Ａ）は内燃機関の暖機状態時、（Ｂ）は暖機状態が終了したが、ラジエータでの冷却を必要としない状態時、（Ｃ）はラジエータでの冷却を必要とする場合を示している。
図６（Ａ）の場合、内燃機関１が始動した時は、内燃機関１全体が大気温状態（冷温状態）になっている。
第３開閉弁９２はバイパス口９ｂが開放し、廃熱回収口９ｃを閉塞状態に維持する。
一方、第４開閉弁９３は冷却液温度が第２開弁開始温度Ｔ２未満なので、ラジエータ口９ｄを閉塞した状態に維持されている。
従って、内燃機関１が暖気運転時の場合、冷却液Ｒの流れは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒは→冷却ギャラリー１ｃ→第３サーモスタット９の第３冷却液流入口９ａ→第３サーモスタット９のバイパス口９ｂ→バイパス通路１ｄ→ウォータポンプ３の順に循環する。
この状態では、冷却液Ｒは内燃機関１内を循環するだけなので、シリンダ内の燃焼熱によって加温された冷却液Ｒの熱が内燃機関１外部に放出されることが極力抑えられ、内燃機関１の昇温（暖機運転）が促進される。
【００４９】
図６（Ｂ）は、内燃機関１の暖気運転が完了し、第３開閉弁９２が開き、冷却液Ｒがラジエータ６の冷却を必要としない場合を示している。
冷却液温度は上昇して、第１開弁開始温度を超えているが、第２開弁開始温度未満になっている。
第３開閉弁９２はバイパス口９ｂを閉塞し、廃熱回収口９ｃを開放状態にする。
一方、第４開閉弁９３は冷却液温度が第２開弁開始温度Ｔ２未満なので、ラジエータ口９ｄを閉塞した状態に維持されている。
従って、第３冷却液流通路６５の冷却液Ｒは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒが→冷却ギャラリー１ｃ→第３サーモスタット９の第３冷却液流入口９ａ→第３サーモスタット９の廃熱回収口９ｃ→第４廃熱配管６ｄ→第２熱交換器７→第５配管６ｅ→第１熱交換器５１→第６配管６ｆ→ウォータポンプ３→冷却ギャラリー１ｃの順に流れるように構成されている。
【００５０】
従って、冷却液Ｒは冷却ギャラリー１ｃと第２熱交換器７とによって加熱され且つ、全量が廃熱回収装置側に流れるので、廃熱回収装置５側での熱エネルギー回収効率を向上させることができる。
また、この場合、ラジエータ６側に冷却液Ｒが流れないので、ラジエータ６が受ける熱負荷が低減され、ラジエータ６の耐久性が向上する。
【００５１】
図６（Ｃ）は、内燃機関１の運転負荷が高負荷状態になり、廃熱回収装置５における熱エネルギー回収が行われるが、冷却液温度が第２開弁開始温度に達している。
第３開閉弁９２は、バイパス口２ｂを閉塞し、廃熱回収口２ｃの開放状態を維持する。
一方、第４開閉弁９３は、冷却液温度が第２開弁開始温度に達しているので、第４開閉弁９３がラジエータ口４ｂを開放する。
従って、第３冷却液流通路６５の冷却液循環に加えて、第４冷却液流通路６６の冷却液Ｒは、ウォータポンプ３から圧送された冷却液Ｒが→冷却ギャラリー１ｃ→第３サーモスタット９の第３冷却液流入口９ａ→第３サーモスタット９のラジエータ口９ｄ→第２配管６ｂ→ラジエータ６→第１配管６ａ→合流部Ｐ→ウォータポンプ３の順に流れるように構成されている。
【００５２】
内燃機関１が高負荷状態で運転され冷却液温度が高くなり、第１熱交換器９１での熱交換による冷却液温度の降下量だけでは、内燃機関１の最適温度が維持できなくなった場合、冷却液Ｒをラジエータ６側に流し、冷却液温度を下げて、内燃機関１を最適温度に維持するようになっている。
また、本実施形態では、第４開閉弁９３の第２開弁開始温度Ｔ２を第３開閉弁９２の第１開弁開始温度Ｔ１より５±１℃高くしてある。
廃熱回収装置５側へ流通させる冷却液温度を高くして、廃熱回収装置５における熱エネルギーの回収量を多くするためである。
【００５３】
このようにすることにより、冷却液Ｒは、第３冷却液流通路６５と第４冷却液流通路６６とを並行して流れるので冷却液通路内での流動抵抗が小さくなり、ウォータポンプ３の駆動負荷が小さくなり、エンジン負荷が軽減され、省燃費運転になる
更に、冷却液Ｒの流動抵抗が小さくなる分、内燃機関１の冷却ギャラリー１ｃ内における冷却液Ｒの流がよくなり、内燃機関１の冷却性能が改善される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
廃熱回収装置を備えた車両の省燃費化に利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１          内燃機関
１ｂ        ヘッド部
１ｃ        冷却ギャラリー
１ｄ        バイパス通路
２          第１サーモスタット
２ａ        第１冷却液流入口
２ｂ        バイパス口
２ｃ        廃熱回収口
３          ウォータポンプ
４          第２サーモスタット
４ａ        第２冷却液流入口
４ｂ        ラジエータ口
５          廃熱回収装置
６          ラジュエータ
７          第２熱交換器（熱交換器）
８          排ガス浄化装置
９          第３サーモスタット
１０、１５  車両用廃熱回収システム
２１        第１ハウジング
２２        第１開閉弁
４１        第２ハウジング
４２        第２開閉弁
５１        第１熱交換器
５２        膨張器
５３        コンデンサ
５５        ポンプ
６１        第１冷却液流通路
６２        第２冷却液流通路
【図１】
2014070631.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014070631.tif 000007
【図６】
2014070631.tif 000008
【図７】
2014070631.tif 000009