(57)【要約】      （修正有）【課題】熱回収システムのコンデンサによる、エンジン用のラジエータの冷却効率の低下を抑制する。【解決手段】車両は、動力源としてのエンジンと、エンジン用のラジエータ３２と、エアコン用のコンデンサ３０と、廃熱回収システムとを備える。廃熱回収システムにおける作動流体は、水及びアルコール及び不凍液のうちいずれか１以上を含む。廃熱回収システムは、蒸発器と、タービンと、コンデンサ２０とを備える。蒸発器は、エンジンの廃熱により作動流体を蒸気化させる。タービンは、蒸発器から送出された作動流体を膨張させて仕事を取り出す。コンデンサは、タービンを駆動した作動流体を液相化させる。本車両においては、車両の前方側から、エアコン用のコンデンサ３０、エンジン用のラジエータ３２、廃熱回収システムのコンデンサ２０の順に配置される。【選択図】図２
2019018731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源としてのエンジンと、
前記エンジン用のラジエータと、
エアコン用のコンデンサと、
廃熱回収システムと、
を備える車両であって、
前記廃熱回収システムは、水及びアルコール及び不凍液のうちいずれか１以上を含む作動流体を、前記エンジンの廃熱により蒸気化させる蒸発器と、前記蒸発器から送出される前記作動流体を膨張させて仕事を取り出すタービンと、前記タービンを駆動した前記作動流体を液相化させるコンデンサと、を備え、
前記車両の前方側から、前記エアコン用のコンデンサ、前記エンジン用のラジエータ、及び、前記廃熱回収システムのコンデンサ、の順に配置されていることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱回収システムを備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの稼動に伴って発生する廃熱を回収する廃熱回収システムを備える車両が提案されている。車両に搭載される廃熱回収システムは、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器と、熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張器と、冷媒を凝縮させる凝縮器とを備える。また、特許文献１には、廃熱回収システムの凝縮器の設置位置に関して、廃熱回収システムの凝縮器とエンジン用のラジエータとを重ねて配置する場合には、凝縮器が、エンジン用のラジエータよりも車両前方側に配置されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２００１７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９７９６１号公報
【特許文献３】特開２０１１−０８４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
廃熱回収システムの作動流体として、例えば水が使用される場合、廃熱回収システムのコンデンサ（即ち、凝縮器）内の作動流体の蒸気温度は、エンジン用のラジエータの冷却水温度よりも高くなる。このように廃熱回収システムのコンデンサ内でエンジン用のラジエータの冷媒温度よりも高温になるような作動流体が用いられる場合、廃熱回収システムのコンデンサをエンジン用ラジエータより前に配置する構成とすると、エンジン用のラジエータの冷却効率が低下する虞がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、廃熱回収システムのコンデンサによる、エンジン用のラジエータの冷却効率の低下を抑制することができるよう改良された車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の車両は、動力源としてのエンジンと、エンジン用のラジエータと、エアコン用のコンデンサと、廃熱回収システムとを備える。廃熱回収システムにおける作動流体は、水及びアルコール及び不凍液のうちいずれか１以上を含む。廃熱回収システムは、蒸発器と、タービンと、コンデンサとを備える。蒸発器は、エンジンの廃熱により作動流体を蒸気化させる。タービンは、蒸発器から送出された作動流体を膨張させて仕事を取り出す。コンデンサは、タービンを駆動した作動流体を液相化させる。本車両においては、車両の前方側から、エアコン用のコンデンサ、エンジン用のラジエータ、廃熱回収システムのコンデンサの順に配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
廃熱回収システムの作動流体として、水、アルコール、不凍液等が用いられる場合、廃熱回収システムのコンデンサ内での作動流体の温度は、他の熱交換器（即ち、エンジン用のラジエータやエアコン用のコンデンサ）の冷媒温度よりも高くなる。本発明によれば、廃熱回収システムのコンデンサを、他の熱交換器よりも車両の後方側に配置される。従って、他の熱交換器は、廃熱回収システムのコンデンサを通過した高温の空気に晒されることがなく、廃熱回収システムのコンデンサによる、他の熱交換器の冷却効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態の廃熱回収システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の車両の各熱交換器の配置順序について説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の車両に搭載される各熱交換器入口の冷媒又は作動流体の最高温度を比較説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の車両に搭載される各熱交換器の、その他の配置順序の例について説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の車両に搭載される各熱交換器の、その他の配置順序の例について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】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１０】
実施の形態．
図１は本実施の形態の廃熱回収システム（以下、「ランキンサイクルシステム」とも称する）の構成を模式的に示す図である。ランキンサイクルシステムの作動流体としては、ここでは、水が用いられる。図１においては、作動流体が流れる通路のうち、気相化された作動流体である蒸気の通路を破線で示し、液相化された作動流体である水の通路を実線で示している。
【００１１】
図１のランキンサイクルシステムは、ランキンサイクルシステム内を流通する液相の作動流体を沸騰させて蒸気を発生させる蒸発器１０を備えている。蒸発器１０は、エンジン２の触媒４より下流の排気ガスを熱源として利用する。但し、蒸発器１０の熱源はエンジン２の排気に限られない。また、単一の熱源に限られるものではなく、複数の熱源により蒸気を発生させるものであっても良い。
【００１２】
蒸発器１０には通路１２の一端が接続されている。通路１２には、過熱器１４、及び、膨張器としてのタービン１６が設けられている。過熱器１４は、蒸発器１０から送出された飽和蒸気である気相の作動流体を、触媒４より上流の排気ガスとの熱交換により過熱し、過熱蒸気とする。
【００１３】
タービン１６は衝動タービンであり、タービンノズル１８を備えている。タービン１６では、過熱器１４から送られた気相の作動流体を膨張させて熱エネルギを回収することが行われる。タービンノズル１８は、図１に示すランキンサイクルシステムの高圧側と低圧側とを切り離す制御弁である。タービンノズル１８が開かれると、タービン１６に作動流体（即ち、過熱蒸気）が噴きつけられ、タービン１６が回転する。タービン１６の回転は、図示しないエンジン２の出力軸に伝えられる。つまり、タービン１６で回収された熱エネルギは、エンジン２のアシストに用いられる。あるいは、タービン１６により発電機を駆動し、発生した電気を蓄電池に蓄えるように構成することもできる。
【００１４】
タービン１６で膨張した気相の作動流体は、通路１２を介して凝縮器であるコンデンサ２０に送られる。コンデンサ２０に送られた作動流体は、コンデンサ２０により冷却されて凝縮し、液相化される。図示を省略するが、この液相の作動流体は、コンデンサ２０の下部に設けられたリザーブタンクに送られ、リザーブタンクにおいて一時的に貯留される。
【００１５】
コンデンサ２０は、リザーブタンクに接続された通路２２を介して蒸発器１０に接続している。通路２２には容積ポンプ２４が配置されている。容積ポンプ２４は、リザーブタンクに貯留された液相の作動流体を、通路２２を介して蒸発器１０に送るためのポンプである。容積ポンプ２４としては、例えばベーンポンプ又はダイヤフラムポンプを用いることができる。ランキンサイクルシステムは、タービンノズル１８と容積ポンプ２４とによって、低圧側と高圧側とに分けられる。
【００１６】
なお、ランキンサイクルシステムは、少なくとも蒸発器、及び、タービン、及び、コンデンサを有していればよく、構成は図１の構成例に限定されない。但し、従来構成として、エンジン冷却水温と蒸発器１０後方の熱により加温する加温器（熱交換器）により作動流体を過熱する構成もあるが、本実施の形態では、この構成は採用しない。その理由は、作動流体に水等の沸点が高いものを使う場合に、この構成では沸点までの加熱が難しいため、及び、容積ポンプ２４の吸い込み側は蒸気凝縮により真空環境であるため、温度が高いと減圧沸騰によるキャビテーションが発生するため、温度はできるだけ低温であることが望ましいためである。
【００１７】
図２は、本実施の形態の車両に搭載される各熱交換器の配置順序について説明するための図である。本実施の形態において、図１のランキンサイクルシステムが搭載される車両は、ハイブリッド車両（以下「ＨＶ」とも称する）である。この車両に搭載される熱交換器としては、図２に示されるように、エアコン用のコンデンサ（以下「Ａ/Ｃコンデンサ」とも称する）３０、エンジン２用のラジエータ（以下「エンジンラジエータ」とも称する）３２、ＨＶ機器を冷却するためのラジエータ（以下「ＨＶラジエータ」とも称する）３４、及び、上述したランキンサイクルシステムのコンデンサ（以下「ランキンコンデンサ」とも称する）２０が挙げられる。
【００１８】
これらの熱交換器の配置順序は図２に示される通りである。即ち、車両の最も前方側に、Ａ/Ｃコンデンサ３０が配置される。Ａ/Ｃコンデンサ３０の後方には、エンジンラジエータ３２をＨＶラジエータ３４の上側に積載した状態で、エンジンラジエータ３２とＨＶラジエータ３４とが配置される。なお、エンジンラジエータ３２とＨＶラジエータ３４との上下関係は、逆であってもよい。そして、エンジンラジエータ３２、及び、ＨＶラジエータ３４の後ろ側に、ランキンコンデンサ２０が配置される。
【００１９】
図３は、各熱交換器の冷媒又は作動流体と、各熱交換器入口の最高温度について説明するための図である。図３に示されるように、Ａ/Ｃコンデンサ３０の作動流体は、ＨＦＣ−１３４ａ（即ち、ＣＨ２ＦＣＦ３）であり、Ａ/Ｃコンデンサ３０入口での作動流体の最高温度は約７０度である。ＨＶラジエータ３４の冷媒は、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）と水の混合液（以下、単に「ＬＬＣ」とも称する）である。ＨＶラジエータ３４入口での冷媒の最高温度は約７０度である。エンジンラジエータ３２の冷媒はＬＬＣであり、エンジンラジエータ３２入口の冷媒の最高温度は約１２０度である。ランキンコンデンサ２０の作動流体は水であり、ランキンコンデンサ２０入口の作動流体の最高温度は約１５０度となる。
【００２０】
本実施の形態では、最も高温となる流体を作動流体とするランキンコンデンサ２０が、車両の最も後方側に配置される。これにより、エンジンラジエータ３２が、ランキンコンデンサ２０を通過した高温の空気に晒されるのを避けることができ、エンジンラジエータ３２の冷却性能の低下を抑制することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、ＨＶラジエータ３４とエンジンラジエータ３２とを上下に並べて、Ａ/Ｃコンデンサ３０の後方に配置する場合について説明した。しかし、図３に示されるように、ＨＶラジエータ３４とＡ/Ｃコンデンサ３０の冷媒又は作動流体の入口最高温度は同程度である。従って、ＨＶラジエータ３４とＡ/Ｃコンデンサ３０との前後関係は、図２に示す例に限られない。図４及び図５に、各熱交換器の他の配置順序の例を示す。
【００２２】
例えば、図４に示されるように、ＨＶラジエータ３４をＡ/Ｃコンデンサ３０より前方に配置してもよい。この場合、エンジンラジエータ３２の配置位置はＡ/Ｃコンデンサ３０の後方側とし、車両前方側から、ＨＶラジエータ３４、Ａ/Ｃコンデンサ３０、エンジンラジエータ３２、ランキンコンデンサ２０の順に配置されている構成とする。
【００２３】
また、図５に示されるように、ＨＶラジエータ３４とＡ/Ｃコンデンサ３０を上下方向に配置してもよい。この場合、ＨＶラジエータ３４とＡ/Ｃコンデンサ３０との後ろに、エンジンラジエータ３２を配置し、エンジンラジエータ３２の後ろ側に、ランキンコンデンサ２０を配置する。なお、図５ではＨＶラジエータ３４をＡ/Ｃコンデンサ３０の下側に配置する場合について説明したが、Ａ/Ｃコンデンサ３０を下側とし、ＨＶラジエータ３４を上側としてもよい。
【００２４】
また、本実施の形態では、ランキンサイクルシステムを搭載するＨＶ車両について説明した。しかし、本発明において車両は、ＨＶ車両に限られず、エンジンのみを走行の動力源とする車両であってもよい。この場合には、車両の前方側から、Ａ／Ｃコンデンサ、エンジンラジエータ、ランキンコンデンサの順に、各熱交換器を配置すればよい。
【００２５】
また、本実施の形態では作動流体として水を用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、水、及び、アルコール、及び、不凍液のうち、いずれか１以上を含むものを作動流体として用いるものであってもよい。より具体的には、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）と水との混合液、メタノール、エタノール又はブタノールと水との混合液等を、作動流体として用いてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
２  エンジン
４  触媒
１０  蒸発器
１２  通路
１４  過熱器
１６  タービン
１８  タービンノズル
２０  コンデンサ（ランキンコンデンサ）
２２  通路
２４  容積ポンプ
３０  Ａ/Ｃコンデンサ
３２  エンジンラジエータ
３４  ＨＶラジエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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