(57)【要約】【課題】熱源体の廃熱を有効利用しつつ暖房を安定させることができる車両用廃熱利用装置を提供する。【解決手段】空調側流路４２には、空調側ラジエータ５０の上流側に設けられる空調側第１接続部４２ａと下流側に設けられる空調側第２接続部４２ｂとに接続される空調側バイパス流路５４と、空調側第１接続部４２ａの上流側の空調側流路４２と下流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４の連通と遮断とを切り替える第１切替弁５６と、が設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６の下流側の冷却側流路２２と第１切替弁５６の下流側の空調側バイパス流路５４とに跨って設けられて第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器７０を更に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、を備え、
前記冷却側流路には、前記第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプと、前記熱源体と、がその順で配置され、
前記空調側流路には、前記第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機と、前記ヒータコアと、前記第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁と、空調側第１接続部と、前記第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータと、空調側第２接続部と、前記第２熱媒体を気液分離して気相の前記第２熱媒体を前記圧縮機側に流すアキュムレータと、がその順で配置され、更に、前記空調側第１接続部と前記空調側第２接続部とを接続する空調側バイパス流路が設けられ、
前記空調側第１接続部には、上流側の前記空調側流路と下流側の前記空調側流路と前記空調側バイパス流路の連通と遮断とを切り替える切替弁が設けられ、
前記熱源体の下流側の前記冷却側流路と前記切替弁の下流側の前記空調側バイパス流路とに跨って設けられて前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を更に備える
ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用廃熱利用装置において、
前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記減圧弁から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備える
ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用廃熱利用装置において、
前記切替弁を第１切替弁とし、
前記空調側バイパス流路は、更に、前記空調側第１接続部と前記空調側ラジエータとの間の前記空調側流路に配置される空調側第３接続部に接続され、
前記熱交換器と前記空調側第２接続部と前記空調側第３接続部の連通と遮断を切り替える第２切替弁が更に設けられる
ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用廃熱利用装置において、
前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記減圧弁から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記第１切替弁および前記第２切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備える
ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に設けられる駆動モータ等の熱源体の廃熱を利用して車室内を暖房する車両用廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを搭載する車両はエンジンの廃熱を熱媒体で吸収してエンジンを冷却すると共に、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。一方、エンジンを搭載しない電動車両は熱媒体を駆動モータの廃熱や電気ヒータで暖めて、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。
【０００３】
特許文献１には、熱媒体を圧縮機で昇温させた後に室内熱交換器（ヒータコア）で放熱させ、減圧弁で降温させた後に室外熱交換器（ラジエータ）で吸熱させるヒートポンプ回路を使用して車室内を暖房する空調装置が示される。この空調装置は、発電機やインバータ等の廃熱を利用する加熱器を有しており、減圧弁で降温させた熱媒体を加熱器で昇温させた後に分流し、一方をラジエータに流して除霜を行うと共に、他方を圧縮機で吸込むことにより、除霜と暖房を同時に行うことを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の空調装置では、減圧弁から流出する熱媒体は必ず加熱器を流れるため、熱源体である発電機やインバータ等の廃熱の影響を受ける。発電機やインバータの温度が安定しない場合、熱媒体の加熱温度も安定しなくなる。特に、車両の始動時等のように発電機やインバータの温度が低い場合は、熱媒体を暖められないだけでなく、熱媒体の熱が加熱器で奪われる可能性がある。このように、発電機やインバータの廃熱を利用しようとすると、却って暖房に悪影響が及ぶ場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、熱源体の廃熱を有効利用しつつ暖房を安定させることができる車両用廃熱利用装置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】
【０００７】
本発明に係る車両用廃熱利用装置は、
冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、を備え、
前記冷却側流路には、前記第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプと、前記熱源体と、がその順で配置され、
前記空調側流路には、前記第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機と、前記ヒータコアと、前記第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁と、空調側第１接続部と、前記第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータと、空調側第２接続部と、前記第２熱媒体を気液分離して気相の前記第２熱媒体を前記圧縮機側に流すアキュムレータと、がその順で配置され、更に、前記空調側第１接続部と前記空調側第２接続部とを接続する空調側バイパス流路が設けられ、
前記空調側第１接続部には、上流側の前記空調側流路と下流側の前記空調側流路と前記空調側バイパス流路の連通と遮断とを切り替える切替弁が設けられ、
前記熱源体の下流側の前記冷却側流路と前記切替弁の下流側の前記空調側バイパス流路とに跨って設けられて前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を更に備える
ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、空調側第１接続部の上流側の空調側流路と空調側バイパス流路の連通と遮断とを切り替えて熱交換器に対する第２熱媒体の供給と停止を切り替えることにより、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換の実行と停止とを切り替えることができる。つまり、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができる場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を実行し、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができない場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を停止することができる。このため、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることに起因して第２熱媒体の温度が低下することがなくなり、アキュムレータで分離する気相の第２熱媒体の量が低下することもなくなる。すると、圧縮機から吐出される第２熱媒体の量が所定量以上に維持され、暖房能力が低下することがなくなる。また、圧縮機前後の第２熱媒体の圧力比が大きくなることが抑制され、圧縮機から吐出される第２熱媒体の温度が過度に高温にならないため、圧縮機の回転動作を抑える必要がない。この点でも暖房能力が低下することがなくなる。従って、安定した暖房を行うことができる。
【０００９】
更に、上記構成によれば、空調側ラジエータをバイパスする空調側バイパス流路が設けられるため、第２熱媒体の一部または全部を空調側ラジエータに流すことができ、また、第２熱媒体の一部または全部を空調側ラジエータに流すことなくアキュムレータに流すこともできる。このため、その時の状況、例えば、外気の温度が低い場合や空調側ラジエータの除霜を行う場合等に、最適な流路を選択することができる。
【００１０】
本発明において、
前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記減圧弁から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備えてもよい。
【００１１】
空調側ラジエータの除霜時に空調側ラジエータから流出する第２熱媒体の温度は低下する。すると、アキュムレータに流入する第２熱媒体の温度も低下し、結果として、第２熱媒体の乾き度が低下する。上記構成によれば、例えば、空調側ラジエータを除霜する場合であり、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも高い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流すようにすることができる。このとき、第１熱媒体から第２熱媒体に熱量の補給が行われるため、アキュムレータに流入する第２熱媒体の温度が低下することを抑制することができ、乾き度の低下を抑制することができる。従って、暖房効率を維持することができる。
【００１２】
但し、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流すと、アキュムレータに流入する第２熱媒体の温度が却って低下する。上記構成によれば、例えば、空調側ラジエータを除霜する場合であり、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流さないようにすることができる。このとき、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることがないため、アキュムレータに流入する第２熱媒体の温度が更に低下することを抑制することができ、暖房効率が極端に低下することを防止することができる。
【００１３】
本発明において、
前記切替弁を第１切替弁とし、
前記空調側バイパス流路は、更に、前記空調側第１接続部と前記空調側ラジエータとの間の前記空調側流路に配置される空調側第３接続部に接続され、
前記熱交換器と前記空調側第２接続部と前記空調側第３接続部の連通と遮断を切り替える第２切替弁が更に設けられてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、第１熱媒体の温度が第２熱媒体の温度よりも高い場合、第２熱媒体を熱交換器に流して昇温させ、その一部を空調側ラジエータに流し、残りを空調側ラジエータに流さずにアキュムレータに直接流すことができる。また、第１熱媒体の温度が第２熱媒体の温度よりも低い場合、第２熱媒体を熱交換器に流さず、その一部を空調側ラジエータに流し、残りを空調側ラジエータに流さずにアキュムレータに直接流すことができる。このため、暖房と除霜を同時に行うことができるだけでなく、第１熱媒体の温度に応じて適切な除霜運転を行うことができる。
【００１５】
本発明において、
前記熱源体から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記減圧弁から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に基づいて前記第１切替弁および前記第２切替弁の切り替え動作を制御する制御部と、を更に備えてもよい。
【００１６】
上記構成によれば、第１熱媒体の第１温度が第２熱媒体の第２温度よりも高い場合に、第２熱媒体を熱交換器に流すことにより、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動を行うことができる。このため、アキュムレータに流入する第２熱媒体を昇温させることができ、暖房の効率低下を抑制することができる。更に、昇温した第２熱媒体の一部を空調側ラジエータに流すことができる。このため、除霜を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、暖房能力を低下させることなく、安定した暖房を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は第１実施形態に係る車両用廃熱利用装置の構成図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは熱交換器の構成図である。
【図３】図３は車両用廃熱利用装置が行う処理のフローチャートである。
【図４】図４は第１実施形態において通常暖房運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図５】図５は第１実施形態においてホットガス暖房運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図６】図６は第１実施形態において第１除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図７】図７は第１実施形態において第２除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図８】図８は第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置の構成図である。
【図９】図９は第２実施形態において通常暖房運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図１０】図１０は第２実施形態においてホットガス暖房運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図１１】図１１は第２実施形態において第１除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【図１２】図１２は第２実施形態において第２除霜運転時に第１熱媒体および第２熱媒体が流れる流路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る車両用廃熱利用装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
［１．第１実施形態］
［１．１．車両用廃熱利用装置１０の構成］
図１に示される車両用廃熱利用装置１０は、バッテリやジェネレータから供給される電力により駆動モータを作動させて走行する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、冷却回路２０と、空調回路４０と、制御部８０と、を備え、更に冷却回路２０と空調回路４０に跨る熱交換器７０を備える。
【００２１】
冷却回路２０は、水等の第１熱媒体を還流させる環状の冷却側流路２２を有し、第１熱媒体で熱源体２６から熱を吸収することにより熱源体２６を冷却する。冷却側流路２２には、冷却側ポンプ２４と、熱源体２６と、熱交換器７０と、冷却側ラジエータ２８と、が第１熱媒体の還流方向（矢線Ｘ）に沿って、その順で配置される。冷却側流路２２のうち、熱交換器７０と冷却側ラジエータ２８との間には冷却側第１接続部２２ａが配置され、冷却側ラジエータ２８と冷却側ポンプ２４の吸込口との間には冷却側第２接続部２２ｂが配置される。冷却側第１接続部２２ａと冷却側第２接続部２２ｂには冷却側ラジエータ２８をバイパスする冷却側バイパス流路３０が接続される。冷却側第１接続部２２ａにはサーモスタット３２が設けられる。また、冷却回路２０には、熱源体２６から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔｍを検出する第１温度センサ３６が設けられる。
【００２２】
冷却側ポンプ２４は、第１熱媒体を冷却側ラジエータ２８側から吸込んで熱源体２６側に吐出する。熱源体２６は、走行用の駆動モータや駆動モータの駆動回路やバッテリのような冷却が必要な冷却対象物である。熱源体２６には、第１熱媒体の流路が近接して設けられる。例えば、駆動モータはその周囲をケースで覆われ、そのケースには第１熱媒体を流す流路が形成される。駆動モータの熱はケースを介して第１熱媒体に吸収される。熱交換器７０に関しては後述する。冷却側ラジエータ２８は、第１熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第１熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行い、第１熱媒体の熱を車室外に放散する。サーモスタット３２は、流入する第１熱媒体の温度が所定温度よりも低い場合に、上流側の冷却側流路２２と冷却側バイパス流路３０とを連通すると共に、上流側の冷却側流路２２と下流側の冷却側ラジエータ２８とを遮断する。また、サーモスタット３２は、流入する第１熱媒体の温度が所定温度よりも高い場合に、上流側の冷却側流路２２と冷却側バイパス流路３０とを遮断すると共に、上流側の冷却側流路２２と下流側の冷却側流路２２とを連通する。
【００２３】
空調回路４０は、フロン等の第２熱媒体を還流させる環状の空調側流路４２を有し、ヒータコア４６で第２熱媒体の熱を放散する。空調側流路４２には、圧縮機４４と、ヒータコア４６と、減圧弁４８と、空調側ラジエータ５０と、アキュムレータ５２と、が第２熱媒体の還流方向（矢線Ｙ）に沿って、その順で配置される。また、空調側流路４２のうち、減圧弁４８と空調側ラジエータ５０との間には空調側第１接続部４２ａが配置される。空調側ラジエータ５０とアキュムレータ５２との間には空調側第２接続部４２ｂが配置される。空調側第１接続部４２ａと空調側第２接続部４２ｂには、空調側ラジエータ５０をバイパスする空調側バイパス流路５４が接続される。空調側第１接続部４２ａには第１切替弁５６が設けられる。空調側バイパス流路５４には熱交換器７０が配置される。また、空調回路４０には、減圧弁４８から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔｖを検出する第２温度センサ５８と、空調側ラジエータ５０から流出する第２熱媒体の第３温度Ｔｆを検出する第３温度センサ６０と、が設けられる。
【００２４】
圧縮機４４は、アキュムレータ５２側から気相の第２熱媒体を吸込み、吸込んだ第２熱媒体を圧縮し、圧縮に伴い昇温した第２熱媒体をヒータコア４６側に吐出する。ヒータコア４６は、図示しない空調装置の内部に設けられる。ヒータコア４６は、第２熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第２熱媒体と空調装置内の空気との間で熱交換を行い、第２熱媒体の熱を空調装置内に放散する。なお、空調装置には、ヒータコア４６に送風するブロア６４が設けられる。減圧弁４８は、上流側から流入する第２熱媒体を減圧することができ、減圧時には降温／膨張した第２熱媒体を下流側に流し、非減圧時には等温／等圧の第２熱媒体を下流側に流す。減圧弁４８は、制御部８０の指令信号に応じて弁の開度を変えて、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）して下流側に流す状態と減圧せずに下流側に流す状態とを切り替える。空調側ラジエータ５０は、第２熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第２熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行い、車室外の空気から熱を吸収する。アキュムレータ５２は、第２熱媒体を気液分離して、気相の第２熱媒体を圧縮機４４側に流す。
【００２５】
第１切替弁５６は、空調側第１接続部４２ａの上流側の空調側流路４２と下流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４に接続される三方弁である。第１切替弁５６は、制御部８０から出力される指令信号に従い、空調側第１接続部４２ａの上流側の空調側流路４２と下流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４の連通と遮断とを切り替える。熱交換器７０に関しては後述する。
【００２６】
制御部８０はＥＣＵにより構成され、プロセッサ等の演算装置と、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置と、を備える。制御部８０は、演算装置が記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより各種機能を実現する。制御部８０は、車室内に設けられる操作パネル８２で指示される暖房要求に応じて空調装置を制御する。この際、各種温度センサから各種温度Ｔｍ、Ｔｖ、Ｔｆを入力し、減圧弁４８、第１切替弁５６に対して指令信号を出力する。
【００２７】
制御部８０の記憶装置には、各種のプログラムや数値が記憶される。数値としては、例えば、空調側ラジエータ５０が着霜したか否かを判定するための閾値温度Ｔｆｔｈ１と、空調側ラジエータ５０の除霜が終了したか否かを判定するための閾値温度Ｔｆｔｈ２（＞Ｔｆｔｈ１）と、が記憶される。また、通常暖房運転とホットガス暖房運転のいずれを行うかを判定するための外気の閾値温度Ｔｔｈ（例えば−１０℃）が記憶される。
【００２８】
また、車両用廃熱利用装置１０は、外気の温度Ｔ１を検出する外気温度センサ６２を備える。
【００２９】
［１．２．熱交換器７０の構成］
図２Ａ、図２Ｂに示されるように、熱交換器７０は、冷却回路２０の冷却側流路２２と空調回路４０の空調側バイパス流路５４とに跨って設けられる。熱交換器７０は、冷却側流路２２を流れる第１熱媒体と空調側バイパス流路５４を流れる第２熱媒体との間で熱交換を行う回路間熱交換装置である。熱交換器７０は、冷却回路側熱交換器７２と、空調回路側熱交換器７４と、を備える。冷却回路側熱交換器７２は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第１熱媒体が流れる流路が形成される。空調回路側熱交換器７４は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第２熱媒体が流れる流路が形成される。
【００３０】
図２Ａに示されるように、冷却回路側熱交換器７２と空調回路側熱交換器７４は、互いに直接接続されてもよい。また、図２Ｂに示されるように、冷却回路側熱交換器７２と空調回路側熱交換器７４は、ヒートパイプ７６やペルチェ素子７８を介して互いに接続されてもよい。
【００３１】
［１．３．車両用廃熱利用装置１０の動作］
図３を用いて車両用廃熱利用装置１０の動作を説明する。以下で説明する一連の処理は、電動車両の電源が投入されている間に所定時間間隔で繰り返し実行される。
【００３２】
図３のステップＳ１において、制御部８０は、空調装置の暖房要求があるか否かを判定する。電動車両の乗員が操作パネル８２を操作すると、操作パネル８２から制御部８０に対して暖房作動信号または暖房停止信号が出力される。制御部８０は、暖房作動信号を入力すると、暖房停止信号を入力するまで暖房要求があるものと判定する。暖房要求がある場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３に移行する。一方、暖房要求がない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、処理はステップＳ２に移行する。
【００３３】
ステップＳ１からステップＳ２に移行すると、制御部８０は、暖房運転を停止状態にする。具体的には、制御部８０は、圧縮機４４およびブロア６４を停止状態にする。このとき、圧縮機４４およびブロア６４を駆動させている場合は停止させ、既に圧縮機４４およびブロア６４を停止させている場合は停止状態を維持する。そして、一連の処理は一旦終了し、次の一連の処理に備える。
【００３４】
ステップＳ１からステップＳ３に移行すると、制御部８０は、外気温度センサ６２で検出される外気の温度Ｔ１と閾値温度Ｔｔｈとを比較する。Ｔ１＜Ｔｔｈである場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ４に移行する。一方、Ｔ１≧Ｔｔｈである場合（ステップＳ３：ＮＯ）、処理はステップＳ５に移行する。
【００３５】
ステップＳ３からステップＳ４に移行すると、制御部８０は、通常暖房運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧する。また、制御部８０は、第１切替弁５６に対して通常暖房運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側流路４２を連通すると共に上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを遮断する。すると、図４に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側流路４２を流れる。このとき、第２熱媒体は、空調側ラジエータ５０を流れる一方で、熱交換器７０を流れない。なお、図４では、第１および第２熱媒体が流れる流路が実線で示され、第１および第２熱媒体が流れない流路が破線で示される。以下の説明で使用する図５〜図７、図９〜図１２も同様である。
【００３６】
ステップＳ３からステップＳ５に移行すると、制御部８０は、ホットガス暖房運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧する。また、制御部８０は、第１切替弁５６に対してホットガス暖房運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを連通すると共に、上流側と下流側の空調側流路４２を遮断する。すると、図５に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側バイパス流路５４を流れる。このとき、第２熱媒体は、熱交換器７０を流れる一方で、空調側ラジエータ５０を流れない。このため、空調側ラジエータ５０に着霜は発生しない。
【００３７】
ステップＳ６において、制御部８０は、空調側ラジエータ５０の除霜が必要か否かを判定する。空調側ラジエータ５０に着霜が発生すると、空調側ラジエータ５０における第２熱媒体の吸熱量が低下し、暖房効率が悪化する。このため除霜を行い、暖房効率の低下を抑制する必要がある。制御部８０は、第３温度Ｔｆと閾値温度Ｔｆｔｈ１とを比較する。Ｔｆ＜Ｔｆｔｈ１である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、除霜が必要であり、処理はステップＳ７に移行する。一方、Ｔｆ≧Ｔｆｔｈ１である場合（ステップＳ６：ＮＯ）、除霜は不要である。このため、一連の処理は一旦終了し、次の一連の処理に備える。
【００３８】
ステップＳ６からステップＳ７に移行すると、制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）しないことを示す指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧せずに流す。すると、減圧弁４８から流出する第２熱媒体は減圧されず降温しない。このとき、制御部８０は、第１温度センサ３６で検出される第１温度Ｔｍと第２温度センサ５８で検出される第２温度Ｔｖとを比較する。Ｔｍ＞Ｔｖである場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、第２熱媒体が第１熱媒体から吸熱することができる状態であり、処理はステップＳ８に移行する。一方、Ｔｍ≦Ｔｖである場合（ステップＳ７：ＮＯ）、第２熱媒体が第１熱媒体から吸熱することができない状態であり、処理はステップＳ９に移行する。
【００３９】
ステップＳ７からステップＳ８に移行すると、制御部８０は、第１除霜運転を行う。制御部８０は、第１切替弁５６に対して第１除霜運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側流路４２を連通し、空調側流路４２と空調側バイパス流路５４を連通する。すると、図６に示されるように、減圧弁４８から流出する第２熱媒体の一部は空調側バイパス流路５４を流れ、減圧弁４８から流出する第２熱媒体の残りは空調側流路４２を流れる。
【００４０】
このとき、減圧弁４８で降温しない第２熱媒体の一部は熱交換器７０に流入し、第１熱媒体の熱を吸収して昇温する。第２熱媒体の残りはホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。空調側第２接続部４２ｂで第２熱媒体は合流してアキュムレータ５２に流入する。空調側ラジエータ５０で降温した分の熱を熱交換器７０で昇温した分で補うため、合流した第２熱媒体でみると温度の低下は抑制される。このため、アキュムレータ５２において、第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。つまり、除霜運転と共に暖房運転が行われる。なお、第１除霜運転は、熱交換器７０において第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動、すなわち熱量の補給を行うため、除霜可能時間が長いというメリットがある。
【００４１】
ステップＳ７からステップＳ９に移行すると、制御部８０は、第２除霜運転を行う。制御部８０は、第１切替弁５６に対して第２除霜運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側流路４２を連通すると共に上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを遮断する。すると、図７に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側流路４２を流れる。
【００４２】
このとき、減圧弁４８で降温しない第２熱媒体はホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。なお、第２除霜運転は、第１除霜運転と比較して、熱交換器７０において第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動、すなわち熱量の補給を行わないため、除霜可能時間に限界がある。その一方で、第２熱媒体が第１熱媒体の影響を受けない、具体的には第２熱媒体が第１熱媒体に熱量を奪われない、というメリットがある。
【００４３】
ステップＳ１０において、制御部８０は、空調側ラジエータ５０の除霜が終了したか否かを判定する。制御部８０は、第３温度Ｔｆと閾値温度Ｔｆｔｈ２とを比較する。Ｔｆ≧Ｔｆｔｈ２である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、空調側ラジエータ５０から霜が除かれた除霜終了状態であり、処理はステップＳ１１に移行する。一方、Ｔｆ＜Ｔｆｔｈ２である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、空調側ラジエータ５０に霜が残っている除霜未終了状態であり、処理はステップＳ７に戻りいずれかの除霜運転が継続される。
【００４４】
ステップＳ１０からステップＳ１１に移行すると、制御部８０は、除霜運転を停止する。そして、次の一連の処理を行う。
【００４５】
［１．４．第１実施形態のまとめ］
車両用廃熱利用装置１０は、冷却側流路２２に第１熱媒体を還流させて熱源体２６から熱を吸収する冷却回路２０と、空調側流路４２に第２熱媒体を還流させてヒータコア４６で熱を放散する空調回路４０と、を備える。冷却側流路２２には、第１熱媒体を吐出する冷却側ポンプ２４と、熱源体２６と、がその順で配置される。空調側流路４２には、第２熱媒体を圧縮することにより昇温させて吐出する圧縮機４４と、ヒータコア４６と、第２熱媒体を減圧することにより降温させることができる減圧弁４８と、空調側第１接続部４２ａと、第２熱媒体と外気との間で熱交換を行う空調側ラジエータ５０と、空調側第２接続部４２ｂと、第２熱媒体を気液分離して気相の第２熱媒体を圧縮機４４側に流すアキュムレータ５２と、がその順で配置される。空調側流路４２には、更に、空調側第１接続部４２ａと空調側第２接続部４２ｂとを接続する空調側バイパス流路５４が設けられる。空調側第１接続部４２ａには、上流側の空調側流路４２と下流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４の連通と遮断とを切り替える第１切替弁５６が設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６の下流側の冷却側流路２２と第１切替弁５６の下流側の空調側バイパス流路５４とに跨って設けられて第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器７０を更に備える。
【００４６】
上記構成によれば、空調側第１接続部４２ａの上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４の連通と遮断とを切り替えて熱交換器７０に対する第２熱媒体の供給と停止を切り替えることにより、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換の実行と停止とを切り替えることができる。つまり、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができる場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を実行し、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動ができない場合には、第１熱媒体と第２熱媒体との間の熱交換を停止することができる。このため、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることに起因して第２熱媒体の温度が低下することがなくなり、アキュムレータ５２で分離する気相の第２熱媒体の量が低下することもなくなる。すると、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の量が所定量以上に維持され、暖房能力が低下することがなくなる。また、圧縮機４４前後の第２熱媒体の圧力比が大きくなることが抑制され、圧縮機４４から吐出される第２熱媒体の温度が過度に高温にならないため、圧縮機４４の回転動作を抑える必要がない。この点でも暖房能力が低下することがなくなる。従って、安定した暖房を行うことができる。
【００４７】
更に、上記構成によれば、空調側ラジエータ５０をバイパスする空調側バイパス流路５４が設けられるため、第２熱媒体の一部または全部を空調側ラジエータ５０に流すことができ、また、第２熱媒体の一部または全部を空調側ラジエータ５０に流すことなくアキュムレータ５２に流すこともできる。このため、その時の状況、例えば、外気の温度Ｔ１が低い場合や空調側ラジエータ５０の除霜を行う場合等に、最適な流路を選択することができる。
【００４８】
車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔｍを検出する第１温度センサ３６と、減圧弁４８から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔｖを検出する第２温度センサ５８と、第１温度Ｔｍおよび第２温度Ｔｖに基づいて第１切替弁５６の切り替え動作を制御する制御部８０と、を備える。
【００４９】
空調側ラジエータ５０の除霜時に空調側ラジエータ５０から流出する第２熱媒体の温度（第３温度Ｔｆ）は低下する。すると、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体の温度も低下し、結果として、第２熱媒体の乾き度が低下する。上記構成によれば、例えば、空調側ラジエータ５０を除霜する場合であり、第１熱媒体の第１温度Ｔｍが第２熱媒体の第２温度Ｔｖよりも高い場合に、第２熱媒体を熱交換器７０に流すようにすることができる。このとき、第１熱媒体から第２熱媒体に熱量の補給が行われるため、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体の温度が低下することを抑制することができ、乾き度の低下を抑制することができる。従って、暖房効率を維持することができる。
【００５０】
但し、第１熱媒体の第１温度Ｔｍが第２熱媒体の第２温度Ｔｖよりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器７０に流すと、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体の温度が却って低下する。上記構成によれば、例えば、空調側ラジエータ５０を除霜する場合であり、第１熱媒体の第１温度Ｔｍが第２熱媒体の第２温度Ｔｖよりも低い場合に、第２熱媒体を熱交換器７０に流さないようにすることができる。このとき、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に奪われることがないため、アキュムレータ５２に流入する第２熱媒体の温度が更に低下することを抑制することができ、暖房効率が極端に低下することを防止することができる。
【００５１】
［２．第２実施形態］
［２．１．車両用廃熱利用装置１０の構成］
図８に示される第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０の構成は、多くの点で図１に示される第１実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０と一致する。同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
空調側流路４２には、空調側第１接続部４２ａと空調側第２接続部４２ｂの他に、空調側第１接続部４２ａと空調側ラジエータ５０との間に空調側第３接続部４２ｃが設けられる。そして、空調側第１接続部４２ａと空調側第２接続部４２ｂと空調側第３接続部４２ｃには、空調側バイパス流路５４が接続される。空調側バイパス流路５４には熱交換器７０の他に第２切替弁６６が配置される。
【００５３】
第２切替弁６６は、熱交換器７０に繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４に接続され三方弁である。第２切替弁６６は、制御部８０から出力される指令信号に従い、熱交換器７０と空調側第２接続部４２ｂと空調側第３接続部４２ｃの連通と遮断を切り替える。
【００５４】
［２．２．車両用廃熱利用装置１０の動作］
第１実施形態と同様に、図８に示される第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０では、図３に示される一連の処理が行われる。但し、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ８、ステップＳ９で行われる各暖房運転時の第２熱媒体の流れが若干異なる。ここでは各暖房運転時の弁の動作と第２熱媒体の流れを説明する。
【００５５】
ステップＳ４において、制御部８０は、通常暖房運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧する。また、制御部８０は、第１切替弁５６および第２切替弁６６に対して通常暖房運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側流路４２を連通すると共に上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを遮断する。第２切替弁６６は、指令信号に応じて空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４とを遮断する。すると、図９に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側流路４２を流れる。このとき、第２熱媒体は、空調側ラジエータ５０を流れる一方で、熱交換器７０を流れない。
【００５６】
ステップＳ５において、制御部８０は、ホットガス暖房運転を行う。制御部８０は、減圧弁４８に対して、第２熱媒体を減圧（降温／膨張）する指令信号を出力する。減圧弁４８は指令信号に応じて第２熱媒体を減圧する。また、制御部８０は、第１切替弁５６および第２切替弁６６に対してホットガス暖房運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを連通すると共に、上流側と下流側の空調側流路４２を遮断する。第２切替弁６６は、指令信号に応じて熱交換器７０に繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４とを連通する。また、熱交換器７０に繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４とを遮断すると共に空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４とを遮断する。すると、図１０に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側バイパス流路５４を流れる。このとき、第２熱媒体は、熱交換器７０を流れる一方で、空調側ラジエータ５０を流れない。
【００５７】
ステップＳ８において、制御部８０は、第１除霜運転を行う。制御部８０は、第１切替弁５６および第２切替弁６６に対して第１除霜運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを連通すると共に、上流側と下流側の空調側流路４２を遮断する。第２切替弁６６は、指令信号に応じて熱交換器７０に繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４を連通する。すると、図１１に示されるように、減圧弁４８から流出する全ての第２熱媒体は空調側バイパス流路５４を流れる。
【００５８】
このとき、減圧弁４８で降温しない第２熱媒体は熱交換器７０に流入し、第１熱媒体の熱を吸収して昇温する。熱交換器７０から流出する第２熱媒体の一部は空調側ラジエータ５０を迂回する。熱交換器７０から流出する第２熱媒体の残りは空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。空調側第２接続部４２ｂで第２熱媒体は合流してアキュムレータ５２に流入する。空調側ラジエータ５０で降温した分の熱を熱交換器７０で昇温した分で補うため、合流した第２熱媒体でみると温度の低下は抑制される。このため、アキュムレータ５２において、第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。つまり、除霜運転と共に暖房運転が行われる。なお、第１除霜運転は、熱交換器７０において第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動、すなわち熱量の補給を行うため、除霜可能時間が長いというメリットがある。
【００５９】
ステップＳ９において、制御部８０は、第２除霜運転を行う。制御部８０は、第１切替弁５６および第２切替弁６６に対して第２除霜運転の指令信号を出力する。第１切替弁５６は、指令信号に応じて上流側と下流側の空調側流路４２を連通すると共に上流側の空調側流路４２と空調側バイパス流路５４とを遮断する。第２切替弁６６は、指令信号に応じて空調側第２接続部４２ｂに繋がる空調側バイパス流路５４と空調側第３接続部４２ｃに繋がる空調側バイパス流路５４を連通する。すると、図１２に示されるように、減圧弁４８から流出する一部の第２熱媒体は空調側流路４２を流れ、残りは空調側バイパス流路５４を流れる。
【００６０】
このとき、減圧弁４８で降温しない第２熱媒体の一部はホットガスのまま空調側ラジエータ５０に流入する。このため、空調側ラジエータ５０の除霜が促進される。減圧弁４８で降温しない第２熱媒体の一部は空調側ラジエータ５０をバイパスする。空調側第２接続部４２ｂで第２熱媒体は合流してアキュムレータ５２に流入する。空調側ラジエータ５０で降温した分の熱を、空調側ラジエータ５０をバイパスする第２熱媒体の温度で補うため、合流した第２熱媒体でみると温度の低下は抑制される。このため、アキュムレータ５２において、第２熱媒体の乾き度が極度に低下することはなくなる。つまり、除霜運転と共に暖房運転が行われる。なお、第２除霜運転は、第１除霜運転と比較して、熱交換器７０において第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動、すなわち熱量の補給を行わないため、除霜可能時間に限界がある。その一方で、第２熱媒体が第１熱媒体の影響を受けない、具体的には第２熱媒体が第１熱媒体に熱量を奪われない、というメリットがある。
【００６１】
［２．３．第２実施形態のまとめ］
第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０は、第１実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０の構成を有するため、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００６２】
第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０において、空調側バイパス流路５４は、更に、空調側第１接続部４２ａと空調側ラジエータ５０との間の空調側流路４２に配置される空調側第３接続部４２ｃに接続される。また、車両用廃熱利用装置１０には、熱交換器７０と空調側第２接続部４２ｂと空調側第３接続部４２ｃの連通と遮断を切り替える第２切替弁６６が更に設けられる。
【００６３】
上記構成によれば、第１熱媒体の温度が第２熱媒体の温度よりも高い場合、第２熱媒体を熱交換器７０に流して昇温させ、その一部を空調側ラジエータ５０に流し、残りを空調側ラジエータ５０に流さずにアキュムレータ５２に直接流すことができる。また、第１熱媒体の温度が第２熱媒体の温度よりも低い場合、第２熱媒体を熱交換器７０に流さず、その一部を空調側ラジエータ５０に流し、残りを空調側ラジエータ５０に流さずにアキュムレータ５２に直接流すことができる。このため、暖房と除霜を同時に行うことができるだけでなく、第１熱媒体の温度に応じて適切な除霜運転を行うことができる。
【００６４】
第２実施形態に係る車両用廃熱利用装置１０は、熱源体２６から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔｍを検出する第１温度センサ３６と、減圧弁４８から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔｖを検出する第２温度センサ５８と、第１温度Ｔｍおよび第２温度Ｔｖに基づいて第１切替弁５６および第２切替弁６６の切り替え動作を制御する制御部８０と、を備える。
【００６５】
上記構成によれば、第１実施形態と同じ効果を奏する。更に、昇温した第２熱媒体の一部を空調側ラジエータ５０に流すことができる。このため、除霜を効率的に行うことができる。
【００６６】
なお、本発明に係る車両用廃熱利用装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６７】
１０…車両用廃熱利用装置              ２０…冷却回路
２２…冷却側流路                      ２４…冷却側ポンプ
２６…熱源体                          ３０…冷却側バイパス流路
３２…サーモスタット                  ３６…第１温度センサ
４０…空調回路                        ４２…空調側流路
４２ａ…空調側第１接続部              ４２ｂ…空調側第２接続部
４２ｃ…空調側第３接続部              ４４…圧縮機
４６…ヒータコア                      ４８…減圧弁
５０…空調側ラジエータ                ５２…アキュムレータ
５４…空調側バイパス流路              ５６…第１切替弁（切替弁）
５８…第２温度センサ                  ６６…第２切替弁
７０…熱交換器                        ８０…制御部
【図１】
2019104349.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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