(57)【要約】【課題】簡易な構成で複数の冷媒と排気ガスとを適切に熱交換可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器３０は、第１冷媒が流入する第１流入部３４ａと、第１流入部３４ａから流入した第１冷媒とエンジンの排気ガスとを熱交換する第１熱交換室３４ｂと、第１熱交換室３４ｂから第１冷媒が流出する第１流出部３４ｃと、第２冷媒が流入する第２流入部３５ａと、第２流入部３５ａから流入した第２冷媒と排気ガスとを熱交換する第２熱交換室３５ｂと、第２熱交換室３５ｂから第２冷媒が流出する第２流出部３５ｃと、第１熱交換室３４ｂと第２熱交換室３５ｂとを仕切っており、移動することで第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂの体積を調整する仕切り板３３ａとを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷媒が流入する第１流入部と、
前記第１流入部から流入した前記第１冷媒とエンジンの排気ガスとを熱交換する第１熱交換室と、
前記第１熱交換室から前記第１冷媒が流出する第１流出部と、
第２冷媒が流入する第２流入部と、
前記第２流入部から流入した前記第２冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第２熱交換室と、
前記第２熱交換室から前記第２冷媒が流出する第２流出部と、
前記第１熱交換室と前記第２熱交換室とを仕切っており、移動することで前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室の体積を調整する可動仕切り部と、
を備える、熱交換器。
【請求項２】
内部に前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室が形成されている筐体と、
前記筐体の内壁に沿って移動可能な可動部材と、を更に備え、
前記可動仕切り部は、前記可動部材の中央部に設けられ、前記筐体内の空間を仕切る仕切り板である、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
エンジンの排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管を貫通するように取り付けられた熱交換器と、を備え、
前記熱交換器は、
第１冷媒が流入する第１流入部と、
前記第１流入部から流入した前記第１冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第１熱交換室と、
前記第１熱交換室から前記第１冷媒が流出する第１流出部と、
第２冷媒が流入する第２流入部と、
前記第２流入部から流入した前記第２冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第２熱交換室と、
前記第２熱交換室から前記第２冷媒が流出する第２流出部と、
前記第１熱交換室と前記第２熱交換室とを仕切っており、移動することで前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室の体積を調整する可動仕切り部と、
を有する、熱交換システム。
【請求項４】
前記第１冷媒は、前記エンジンの冷却水であり、
前記エンジンの暖機時には、前記可動仕切り部を移動させて、前記第１熱交換室の体積を前記第２熱交換室の体積よりも大きくさせ、
前記エンジンの暖機終了後には、前記可動仕切り部を移動させて、前記第１熱交換室の体積を前記第２熱交換室の体積よりも小さくさせる制御部を更に備える、
請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記エンジンの暖機終了後には、前記可動仕切り部を前記排気管の外周面よりも外方に位置させる、
請求項４に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気ガスと冷媒とを熱交換する熱交換器及び熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両は、エンジンの排気通路に設けられ、エンジンの排気ガスと冷媒とを熱交換して排気熱を回収する回収器としての熱交換器を有する。例えば、熱交換器は、冷媒の一例であるエンジンの冷却水と、排気ガスとを熱交換して、冷却水を加熱する。加熱された冷却水は、例えばエンジンの暖機促進に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４７５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両においては、エンジンの冷却水（以下、第１冷媒とも呼ぶ）以外の第２冷媒も用いられており、第２冷媒も、排気ガスと熱交換することがある。かかる場合には、第１冷媒用の熱交換器と第２冷媒用の熱交換器とをそれぞれ設ける必要がある。また、第１冷媒及び第２冷媒は、それぞれ同じように熱交換する必要はなく、車両の運転状態に応じて熱交換することが望ましい。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で複数の冷媒と排気ガスとを適切に熱交換可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、第１冷媒が流入する第１流入部と、前記第１流入部から流入した前記第１冷媒とエンジンの排気ガスとを熱交換する第１熱交換室と、前記第１熱交換室から前記第１冷媒が流出する第１流出部と、第２冷媒が流入する第２流入部と、前記第２流入部から流入した前記第２冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第２熱交換室と、前記第２熱交換室から前記第２冷媒が流出する第２流出部と、前記第１熱交換室と前記第２熱交換室とを仕切っており、移動することで前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室の体積を調整する可動仕切り部とを備える熱交換器を提供する。
かかる熱交換器によれば、熱交換器内に第１熱交換室及び第２熱交換室が設けられていることで、第１冷媒及び第２冷媒をそれぞれ排気ガスと熱交換できる。また、可動仕切り部が移動することで、車両の運転状況に応じて、第１冷媒と排気ガスの熱交換の度合い、及び第２冷媒と排気ガスの熱交換の度合いを調整できる。
【０００７】
また、前記熱交換器は、内部に前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室が形成されている筐体と、前記筐体の内壁に沿って移動可能な可動部材と、を更に備え、前記可動仕切り部は、前記可動部材の中央部に設けられ、前記筐体内の空間を仕切る仕切り板であることとしてもよい。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、エンジンの排気ガスが流れる排気管と、前記排気管を貫通するように取り付けられた熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、第１冷媒が流入する第１流入部と、前記第１流入部から流入した前記第１冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第１熱交換室と、前記第１熱交換室から前記第１冷媒が流出する第１流出部と、第２冷媒が流入する第２流入部と、前記第２流入部から流入した前記第２冷媒と前記排気ガスとを熱交換する第２熱交換室と、前記第２熱交換室から前記第２冷媒が流出する第２流出部と、前記第１熱交換室と前記第２熱交換室とを仕切っており、移動することで前記第１熱交換室及び前記第２熱交換室の体積を調整する可動仕切り部と、を有する、熱交換システムを提供する。
【０００９】
また、前記第１冷媒は、前記エンジンの冷却水であり、前記熱交換システムは、前記エンジンの暖機時には、前記可動仕切り部を移動させて、前記第１熱交換室の体積を前記第２熱交換室の体積よりも大きくさせ、前記エンジンの暖機終了後には、前記可動仕切り部を移動させて、前記第１熱交換室の体積を前記第２熱交換室の体積よりも小さくさせる制御部を更に備えることとしてもよい。
【００１０】
また、前記制御部は、前記エンジンの暖機終了後には、前記可動仕切り部を前記排気管の外周面よりも外方に位置させることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で複数の冷媒と排気ガスとを適切に熱交換できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。
【図２】熱交換器３０の構成の一例を説明するための斜視図である。
【図３】図２の熱交換器３０の分解斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】可動部材３３の位置を説明するための図である。
【図６】熱交換システム１の変形例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜熱交換システムの構成＞
図１を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る熱交換システム１の構成について説明する。
【００１４】
図１は、一の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。
熱交換システム１は、ここではトラック等の大型車両に搭載されている。熱交換システム１は、図１に示すように、エンジン１０と、排気通路２０と、熱交換器３０と、冷却水通路４０と、冷媒通路５０と、ランキンサイクル６０と、ＥＣＵ８０とを有する。
【００１５】
エンジン１０は、複数の気筒を含むエンジンであり、本実施形態ではディーゼルエンジン又はガソリンエンジンである。エンジン１０は、気筒内で燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。吸気は、不図示の吸気通路によりエンジン１０の気筒に吸入されている。また、エンジン１０は、燃焼後の排気（排出ガス）を排出する。
【００１６】
排気通路２０は、エンジン１０から排出された排気が流れる通路である。排気通路２０は、ここでは排気管により構成されている。排気通路２０には、排気ガスを浄化する後処理装置２３が設けられている。例えば、後処理装置２３は、排気ガス中のＰＭを捕集したり、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化したりする。
【００１７】
熱交換器３０は、排気通路２０に設けられており、排気ガスと冷媒とを熱交換する。本実施形態の熱交換器３０は、複数の冷媒を排気ガスとの間で熱交換する。具体的には、熱交換器３０は、排気ガスと、冷却水通路４０を流れる冷却水とを熱交換して、冷却水を加熱する。また、熱交換器３０は、排気ガスと、冷媒通路５０を流れる冷媒とを熱交換して、冷媒を加熱する。
【００１８】
冷却水通路４０は、エンジン１０の冷却水が流れる通路である。冷却水は、エンジン１０の内部を冷やす機能を有する。冷却水通路４０は、冷却水がエンジン１０と熱交換器３０との間で循環するように設けられている。例えば、エンジン１０の暖機時には、熱交換器３０において排気ガスと熱交換して温められた冷却水がエンジン１０に送られる。なお、冷却水通路４０には、冷却水の流れる方向を切り替える弁４２、４３と、エンジン１０を通過する際に温められた冷却水を冷却するラジエータ４５とが設けられている。
【００１９】
冷媒通路５０は、冷媒がランキンサイクル６０と熱交換器３０との間で循環するように設けられている。冷媒は、熱交換器３０で排気ガスと熱交換して加熱された後に、冷媒通路５０を介してランキンサイクル６０（具体的には、ランキンサイクル６０の蒸発器６３）へ流れる。
【００２０】
ランキンサイクル６０は、例えば電力を発生させる発電サイクルである。ランキンサイクル６０は、動力補助あるいは動力としての仕事も可能である。ランキンサイクル６０は、図１に示すように、循環流路６１と、ポンプ６２と、蒸発器６３と、膨張器６４と、凝縮器６５とを有する。
【００２１】
循環流路６１は、作動流体が循環する流路であり、図１において一点鎖線で示されている。作動流体としては、例えば公知のＨＦＣ−２４５ｆａやＨＦＣ−１３４ａが利用される。
【００２２】
ポンプ６２は、作動流体を循環流路６１内で循環させる。ポンプ６２は、液相の作動流体を吸入して、蒸発器６３に圧送する。ポンプ６２としては、遠心ポンプやギアポンプ等が用いられる。
【００２３】
蒸発器６３は、ポンプ６２から送られてくる作動流体と、冷媒通路５０を流れる冷媒（熱交換器３０において排気ガスの熱を回収した冷媒）との間で熱交換を行うことにより、作動流体を加熱する。
【００２４】
膨張器６４は、蒸発器６３で加熱された気相の作動流体を膨張させる。膨張器６４は、作動流体が膨張することで、回転駆動力を発生させる。膨張器６４には、回転駆動力により回転する発電機６４ａが連結されている。
【００２５】
凝縮器６５は、膨張器６４が膨張させた作動流体を凝縮させる。具体的には、凝縮器６５は、膨張器６４から吐出される作動流体と、冷却源である大気との間で熱交換を行うことにより、作動流体を液化する。液化した作動流体は、ポンプ６２に供給される。
【００２６】
ＥＣＵ８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Electric Control Unit）である。ＥＣＵ８０は、前述した各装置の動作を制御する。
【００２７】
＜熱交換器の詳細構成＞
図２〜図４を参照しながら、熱交換器３０の詳細構成について説明する。
図２は、熱交換器３０の構成の一例を説明するための斜視図である。図３は、図２の熱交換器３０の分解斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
熱交換器３０は、図２に示すように、排気管である排気通路２０を貫通するように取り付けられている。排気通路２０を流れる排気ガスは、排気通路２０内において熱交換器３０の周囲を通過する。熱交換器３０は、図３及び図４に示すように、筐体３１と、蓋部材３２と、可動部材３３と、第１流入部３４ａと、第１熱交換室３４ｂと、第１流出部３４ｃと、第２流入部３５ａと、第２熱交換室３５ｂと、第２流出部３５ｃとを有する。
【００２９】
筐体３１は、図３に示すように円筒状の部材である。筐体３１の下方は、可動部材３３を筐体３１内に装着できるように開口が形成されている。筐体３１は、排気管である排気通路２０の穴部２１（図３）と嵌合している（図２参照）。
【００３０】
蓋部材３２は、板状の部材であり、筐体３１の下方の開口を閉塞している。筐体３１と蓋部材３２の間に空間が形成されており、当該空間を可動部材３３で仕切ることで、図４に示すように第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂが形成されている。
【００３１】
可動部材３３は、図３に示すように円筒状の部材であり、筐体３１の内壁に沿って移動する。例えば、可動部材３３はモータに連結されており、モータの駆動力によって可動部材３３が上下動する。可動部材３３の周囲には、シールリング３６（図４）が環状に形成されている。シールリング３６によって、上下動する可動部材３３と筐体３１との間のシール性が確保されている。
【００３２】
可動部材３３は、図４に示すように、筐体３１内の空間を第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂに仕切る仕切り板３３ａを有する。仕切り板３３ａは、ここでは排気通路２０の軸方向と平行に設けられている。仕切り板３３ａは、可動部材３３が上下動することで、筐体３１内における第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂの体積を調整可能な可動仕切り部である。
【００３３】
第１流入部３４ａは、冷却水通路４０と接続されており、冷却水通路４０の冷却水が流入する流入口を有する。第１流入部３４ａは、筐体３１から突出するように設けられている。
第１熱交換室３４ｂは、第１流入部３４ａから流入した冷却水が、排気通路２０を流れる排気ガスと熱交換する部屋である。
第１流出部３４ｃは、冷却水通路４０と接続されており、第１熱交換室３４ｂの冷却水が冷却水通路４０へ流出する流出口を有する。第１流出部３４ｃは、第１流入部３４ａと同様に、筐体３１から突出するように設けられている。
【００３４】
第２流入部３５ａは、冷媒通路５０と接続されており、冷媒通路５０の冷媒が流入する流入口を有する。第２流入部３５ａは、蓋部材３２から突出するように設けられている。
第２熱交換室３５ｂは、第２流入部３５ａから流入した冷媒が、排気通路２０を流れる排気ガスと熱交換する部屋である。
第２流出部３５ｃは、冷媒通路５０と接続されており、第２熱交換室３５ｂの冷媒が冷媒通路５０へ流出する流出口を有する。第２流出部３５ｃは、第２流入部３５ａと同様に、蓋部材３２から突出するように設けられている。
【００３５】
ところで、本実施形態では、可動部材３３が上下動することで、仕切り板３３ａが仕切られた第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂの体積を調整している。例えば、エンジン１０の暖機時の可動部材３３の位置と、暖機終了後の可動部材３３の位置とが異なるように、可動部材３３が上下動する。
【００３６】
図５は、可動部材３３の位置を説明するための図である。図５（ａ）には、エンジン１０の暖機時の可動部材３３の位置が示され、図５（ｂ）は、エンジン１０の暖機終了後の可動部材３３の位置が示されている。可動部材３３の移動は、可動部材３３の駆動源であるモータがＥＣＵ８０によって制御されることで実行される。
【００３７】
ＥＣＵ８０は、エンジン１０の暖機時には、可動部材３３を移動させて、図５（ａ）に示すように第１熱交換室３４ｂの体積を第２熱交換室３５ｂの体積よりも大きくさせる。これにより、エンジン１０の暖機時に、エンジン１０を暖機するための冷却水が、体積が大きくなった第１熱交換室３４ｂに流入することで、冷却水を積極的に加熱できる。この結果、加熱した冷却水によるエンジン１０の暖機を促進できるので、暖機時間を短縮できる。
【００３８】
一方で、ＥＣＵ８０は、エンジン１０の暖機終了後には、可動部材３３を移動させて、図５（ｂ）に示すように第１熱交換室３４ｂの体積を第２熱交換室３５ｂの体積よりも小さくさせる。すなわち、ＥＣＵ８０は、第２熱交換室３５ｂの体積を大きくさせる。これにより、ランキンサイクル６０へ流れる冷媒が、体積が大きくなった第２熱交換室３５ｂに流入することで、冷媒を積極的に加熱できる。この結果、より加熱された冷媒がランキンサイクル６０へ供給されるので、ランキンサイクル６０の発電効率を高めることができる。
【００３９】
また、ＥＣＵ８０は、エンジン１０の暖機終了後には、図５（ｂ）に示すように可動部材３３の仕切り板３３ａを排気通路２０（すなわち、排気管）の外周面よりも外方に位置させる。これにより、第１熱交換室３４ｂが排気管の外周面よりも外方に位置するので、冷却水が加熱されることを抑制でき、この結果、オーバーヒートの発生を防止できる。
【００４０】
＜本実施形態における効果＞
上述した本実施形態に係る熱交換器３０は、冷却水通路４０の冷却水が流入して排気ガスと熱交換する第１熱交換室３４ｂと、冷媒通路５０の冷媒が流入して排気ガスと熱交換する第２熱交換室３５ｂと、移動することで第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂの体積を調整する仕切り板３３ａとを有する。
かかる場合には、熱交換器３０内に第１熱交換室３４ｂ及び第２熱交換室３５ｂが設けられていることで、冷却水及び冷媒をそれぞれ排気ガスと熱交換できる。また、仕切り板３３ａが移動することで、車両の運転状況に応じて、冷却水と排気ガスの熱交換の度合い、及び冷媒と排気ガスの熱交換の度合いを調整できる。
【００４１】
なお、上記では、仕切り板３３ａがモータによって移動することとしたが、これに限定されない。例えば、第１流入部３４ａから流入する冷却水の圧力と、第２流入部３５ａから流入する冷媒の圧力とを調整することで、圧力差を利用して仕切り板３３ａを移動させてもよい。かかる場合には、仕切り板３３ａを移動させるモータ等のアクチュエータが不要となる。
【００４２】
図６は、熱交換システム１の変形例を説明するための模式図である。変形例においては、熱交換器３０が、図１に示すランキンサイクル６０の蒸発器６３の機能も有する。このため、変形例においては、熱交換器３０の第２熱交換室３５ｂに、循環流路６１の作動流体が流入して排気ガスと熱交換する。変形例の場合には、冷媒通路５０と専用の蒸発器とが不要となるので、システムを小型化できる。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１    熱交換システム
２０    排気通路
３０    熱交換器
３１    筐体
３３    可動部材
３３ａ    仕切り板
３４ａ    第１流入部
３４ｂ    第１熱交換室
３４ｃ    第１流出部
３５ａ    第２流入部
３５ｂ    第２熱交換室
３５ｃ    第２流出部
【図１】
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【図２】
2018025104.tif 000004
【図３】
2018025104.tif 000005
【図４】
2018025104.tif 000006
【図５】
2018025104.tif 000007
【図６】
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