(57)【要約】【課題】ランキンサイクルの作動媒体を効率的に冷却する。【解決手段】熱交換システム１は、エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される。熱交換システム１は、エンジン１０の廃熱を冷媒に回収する熱交換器２１、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機２３、この膨張機２３を出た冷媒を凝縮させる凝縮器２４を含むランキンサイクル２０を備える。そして熱交換システム１は、電動機を制御する制御装置３１と、制御装置３１を冷却する冷却水が流れる冷却水通路３２とを備え、制御装置３１を冷却する冷却水により凝縮器２４を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される熱交換システムおいて、
前記エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器を含むランキンサイクルと、
電動機を制御する制御装置と、制御装置を冷却する冷却水が流れる冷却水通路とを備え、
前記制御装置を冷却する冷却水により前記凝縮器を冷却することを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換システムにおいて、
凝縮器よりも上流の冷却水通路から分岐し、凝縮器よりも下流の冷却水通路に合流する冷却水バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換システムにおいて、
冷却水が凝縮器に流れるか冷却水バイパス通路に流れるかを切り替える冷却水切替部をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、
前記制御装置は、凝縮器よりも上流の冷却水通路に設けられる、
熱交換システム。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の熱交換システムにおいて、
前記制御装置は、冷却水バイパス通路に設けられる、
熱交換システム。
【請求項６】
請求項５に記載の熱交換システムにおいて、
冷却水バイパス通路と並列する冷却水通路に設けられ、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路に流れないように閉弁する弁をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、
凝縮器よりも上流の媒体通路から分岐し、凝縮器よりも下流の媒体通路に合流する媒体バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項８】
請求項７に記載の熱交換システムにおいて、
作動媒体が凝縮器に流れるか媒体バイパス通路に流れるかを切り替える媒体切替部をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、
作動媒体が流れる媒体通路及びエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水通路が接続されて、作動媒体とエンジン冷却水との間で熱交換させてエンジンの廃熱によって作動媒体を蒸発させる熱交換器と、
熱交換器よりも上流の媒体通路から分岐し、熱交換器よりも下流の媒体通路に合流する熱交換器バイパス通路をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱交換システムにおいて、
作動媒体が熱交換器に流れるか熱交換器バイパス通路に流れるかを切り替える熱交換器切替部をさらに含む、
熱交換システム。
【請求項１１】
請求項１０又は請求項１１に記載の熱交換システムにおいて、
熱交換器よりも上流のエンジン冷却水通路から分岐し、熱交換器よりも下流のエンジン冷却水通路に合流するエンジン冷却水バイパス通路と、
エンジン冷却水が熱交換器に流れるかエンジン冷却水バイパス通路に流れるかを切り替えるエンジン冷却水切替部と、
をさらに含む熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッド車両に搭載される熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルによって車両の廃熱を利用して動力を得るシステムが提案されている。ランキンサイクルとエアコンサイクルとを有する車両においては、通常、ランキン用のコンデンサーと、エアコン用のコンデンサーとが、車両のフロントエンド部分に配置される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したランキンサイクルを有する車両では、ランキン用のコンデンサーをフロントエンドに設ける必要があるため、エアコン用のコンデンサーの設置スペースが制限されることになる。このため、他のコンデンサーの冷却性能が低下してしまい、効率的にランキンサイクルの作動媒体を冷却する構成になっていなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、効率的にランキンサイクルの作動媒体を冷却することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明によるシステムは、エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される熱交換システムである。熱交換システムは、エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器を含むランキンサイクルを有する。そして熱交換システムは、電動機を制御する制御装置と、制御装置を冷却する冷却水が流れる冷却水通路とを備え、制御装置を冷却する冷却水により凝縮器を冷却することを特徴とする。 
【発明の効果】
【０００８】
この態様によれば、制御装置を冷却する冷却水によって、ランキンサイクルの作動媒体を効率的に冷却することができる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図２】図２は、ハイブリッド車両に搭載されるラジエーターの配列を示す図である。
【図３】図３は、ラジエーターを共用した凝縮器の冷却能力を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図６】図６は、第４実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図７】図７は、第５実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図８】図８は、第６実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【図９】図９は、第７実施形態に係る熱交換システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換システムを示す図である。
【００１２】
熱交換システム１は、エンジン及び電動機の動力を用いるハイブリッド車両に搭載される。熱交換システム１は、ランキンサイクル２０を利用してエンジン１０の廃熱エネルギーをエンジン１０の動力として回生するとともに、冷却装置３０を用いてインバーター３１を冷却する。
【００１３】
熱交換システム１は、エンジン１０と、冷却水通路１２と、熱交換器２１と、冷媒通路２２と、回転機２３と、凝縮器２４と、ベルト伝達機構２５と、冷却装置３０と、ラジエーター１１０と、ラジエーターファン１１１と、を含む。回転機２３は、膨張機２３１と冷媒ポンプ２３２とを含む。
【００１４】
ランキンサイクル２０は、エンジン１０の廃熱を冷媒に回収する熱交換器２１と、熱交換器２１の出口２１１の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機２３１と、膨張機２３１を出た冷媒を凝縮させる凝縮器２４を含む。熱交換システム１は、熱交換器２１を用いてエンジン１０の廃熱をランキンサイクル２０の冷媒に回収し、冷媒の膨張によって膨張機２３１を駆動させる。膨張機２３１の駆動力は、冷媒ポンプ２３２を回転させる動力として用いられると共に、ベルト伝達機構２５を介してエンジン１０をアシストする動力としても利用される。なお、ランキンサイクル２０の冷媒とは、膨張機２３１を作動する作動媒体のことである。
【００１５】
熱交換器２１は、エンジン１０の冷却水通路と、ランキンサイクル２０の冷媒通路と、を有する。熱交換器２１のそれぞれの通路には、冷却水通路１２及び冷媒通路２２が接続される。熱交換器２１は、冷媒通路のまわりに冷却水を流して冷媒と冷却水との間で熱交換させて、エンジン１０の廃熱によって冷媒を蒸発させる。
【００１６】
エンジン１０は、車両を駆動する動力源である。エンジン１０は、ガソリンを燃焼させて燃焼エネルギーをクランクシャフト１０１の回転力に変換する。
【００１７】
ラジエーターファン１１１は、ラジエーター１１０へ風を送り、ラジエーター１１０を冷やす。
【００１８】
ラジエーター１１０は、ラジエーターファン１１１の風力によって冷却水を冷やす。
【００１９】
冷却水通路１２は、ラジエーター１１０とエンジン１０とを結ぶ往路と、エンジン１０とラジエーター１１０とを結ぶ復路と、復路から分岐して熱交換器２１の入口に接続した分岐通路と、熱交換器２１の出口から往路に合流する合流通路と、を含む。
【００２０】
冷却水通路１２では、ラジエーター１１０で冷やされた冷却水が循環する。冷却水は、エンジン１０を通ると８０℃〜９０℃程度まで昇温する。昇温した冷却水が熱交換器２１を通ることで、ランキンサイクル２０の冷媒が気化して熱交換器２１から冷媒通路２２へ流れ出る。
【００２１】
冷媒通路２２は、熱交換器２１と膨張機２３１とを結ぶ通路と、膨張機２３１と凝縮器２４とを結ぶ通路と、凝縮器２４と冷媒ポンプ２３２とを結ぶ通路と、冷媒ポンプ２３２と熱交換器２１とを結ぶ通路と、を含む。
【００２２】
また、冷媒通路２２は、熱交換器２１と膨張機２３１とを結ぶ通路から、膨張機２３１と凝縮器２４とを結ぶ通路に合流するバイパス通路を含む。バイパス通路にはバイパス弁２６が設けられる。バイパス弁２６は、ランキンサイクル２０の始動時等に冷媒通路２２を流れる冷媒の量が十分でないときに開弁する。これにより、ランキンサイクル２０の起動時間を短縮する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、冷媒通路２２に設けられている温度センサーや圧力センサー等を省略している。
【００２３】
膨張機２３１は、熱交換器２１で気化した冷媒を膨張させることで、冷媒ポンプ２３２の回転軸を回転させる。これにより、ベルト伝達機構２５のプーリー２５１が回転してエンジン１０をアシストする。すなわち、膨張機２３１は、冷媒の膨張収縮によってエンジン１０をアシストする力を発生する。膨張機２３１は、蒸気タービンである。
【００２４】
凝縮器２４は、膨張機２３１で膨張した冷媒を冷却して液化する。凝縮器２４で液化した冷媒は、冷媒ポンプ２３２に流れる。
【００２５】
冷媒ポンプ２３２は、膨張機２３１の駆動力によって回転し、凝縮器２４で液化した冷媒を熱交換器２１の冷媒通路に供給する。冷媒ポンプ２３２の回転軸は、膨張機２３１とプーリー２５１と同軸である。冷媒ポンプ２３２とプーリー２５１の回転軸の間にはクラッチが設けられている。クラッチが切断状態であるときは、冷媒ポンプ２３２は、膨張機２３１の駆動力によってベルト伝達機構２５と共に回転する。
【００２６】
ランキンサイクル２０では、冷媒通路２２を流れる冷媒は、熱交換器２１を通るとエンジン１０の廃熱で昇温した冷却水の熱によって気化する。気化した冷媒が膨張機２３１に入ると、膨張機２３１で冷媒が膨張され回転エネルギーに変換される。膨張機２３１が回転することで、ベルト伝達機構２５のプーリー２５２が駆動してクランクシャフト１０１の回転がアシストされる。
【００２７】
このようなランキンサイクルでは、一般的に、凝縮器にラジエーターが使用されるため、ランキンサイクルのラジエーターは、エンジンのラジエーター等と重ねて配置される。ここで、ハイブリッド車両に搭載されるラジエーターの配列について簡単に説明する。
【００２８】
図２は、一般的なラジエーターの配列を示す図である。図２（Ａ）は、車両のフロントエンドに搭載されているラジエーターを横から見た図である。図２（Ｂ）は、ランキンサイクルの凝縮器にラジエーターを使用した場合のラジエーターの配列を示す図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、ラジエーターファン１１１からの風の流れが実線で示されている。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、ラジエーターファン１１１の風が流れる方向に、エンジン１０のラジエーター１１０と、エアコンのラジエーター１２０と、インバーター３１のラジエーター１３０と、が重ねて配置される。
【００３０】
そしてランキンサイクル２０を利用する車両では、図２（Ｂ）に示すように、凝縮器２４に使用されるラジエーターを他のラジエーターに重ねて配置することになる。このため、ラジエーターの数が増えると共に、ラジエーターのそれぞれの冷却性能が低下してしまう。
【００３１】
そこで、本発明では、インバーターのラジエーターを利用してランキンサイクルの冷媒を効率的に冷却する。
【００３２】
本実施形態では、図１に示した凝縮器２４は、ランキンサイクル２０の冷媒を、インバーター３１を冷却する冷却水で冷却する。
【００３３】
冷却装置３０は、凝縮器２４と、インバーター３１と、冷却水通路３２と、循環ポンプ３３と、ラジエーター１３０と、を含む。
【００３４】
凝縮器２４は、膨張機２３１からの冷媒が流れる冷媒通路と、インバーター３１からの冷却水が流れる冷却水通路と、を有する。凝縮器２４は、冷媒通路２２と冷却水通路３２とがそれぞれ接続される。凝縮器２４は、ランキンサイクル２０の冷媒とインバーター３１の冷却水との間で熱交換させて冷媒を冷却する。凝縮器２４では、冷媒の熱が冷却水に放熱されて冷媒が冷やされると共に、冷媒からの放熱によって昇温した冷却水がラジエーター１３０へ流れる。
【００３５】
ラジエーター１３０は、ラジエーターファン１１１の風力によって冷却水を冷やす。
【００３６】
循環ポンプ３３は、ラジエーター１３０で冷やされた冷却水をインバーター３１の冷却水通路３２に供給する。
【００３７】
インバーター３１は、凝縮器２４よりも上流の冷却水通路３２に設けられる。インバーター３１は、電動機を制御する制御装置である。インバーター３１は、バッテリーから供給される直流電圧を交流電圧に変換して交流電圧を電動機に供給する。これにより、電動機が回転してハイブリッド車両を駆動する。
【００３８】
このように冷却装置３０では、ラジエーター１３０から供給される冷却水をインバーター３１と凝縮器２４とに流して、インバーター３１と共に凝縮器２４を冷却する。これにより、凝縮器２４を通るランキンサイクル２０の冷媒を冷却することができる。なお、インバーター３１は、凝縮器２４よりも上流の冷却水通路３２に設けたが、凝縮器２４よりも下流の冷却水通路３２に設けてもよい。
【００３９】
次に、ラジエーター１３０を利用した凝縮器２４の冷却性能について説明する。
【００４０】
図３は、インバーター３１の冷却水によるランキンサイクル２０の冷媒の冷却能力を示す図である。図３では、縦軸が凝縮器２４の入口での冷却水の温度を示し、横軸が外気の温度を示す。外気温度Ｙは、インバーター３１が使用される外気温の上限値である。
【００４１】
冷却水温度領域３１１は、インバーター３１の動作状態によって変化する冷却水の温度範囲を示す。インバーター３１の負荷が高くなるほど、凝縮器２４の入口の冷却水の温度は高くなる。
【００４２】
ラジエーター１３０は、外気温度Ｙにおいてインバーター３１の負荷が上限に達したときでも、インバーター３１が上限温度Ｔｈ、例えば６５℃を超えないように設計されている。このため、外気温が温度Ｙよりも低い状態や、インバーター３１の負荷が低い状態では、インバーター３１を通過した冷却水の温度は上限温度Ｔｈよりも十分に低いため、ランキンサイクル２０の冷媒を冷やすことができる。
【００４３】
冷媒冷却領域３１２は、外気の温度に応じて、ラジエーター１３０の冷却水でランキンサイクル２０の冷媒を冷却できる温度範囲を示す。すなわち、ランキンサイクル２０の冷媒の熱をラジエーター１３０で冷却できる領域である。例えば、凝縮器２４では３０℃の冷却水が流れると、ランキンサイクル２０の冷媒は５０℃前後まで冷やされる。
【００４４】
このように、ラジエーター１３０は、温度Ｙに近い外気温で、かつ、インバーター３１が高負荷の状態、すなわち冷却水の温度が高い状態でも、ランキンサイクル２０の冷媒を冷却することが可能である。
【００４５】
本発明の第１実施形態によれば、インバーター３１を冷却する冷却水によって凝縮器２４を冷却する。そして凝縮器２４は、膨張機２３１を出た冷媒とインバーター３１を循環する冷却水との間で熱交換させてランキンサイクル２０の冷媒を冷却する。
【００４６】
これにより、ラジエーター１３０で冷やされた冷却水によって、ランキンサイクル２０の冷媒とインバーター３１とをまとめて効率的に冷却することが可能となる。このため、ランキンサイクル２０の冷媒を冷却するために新たにラジエーターを設ける必要がないので、ハイブリッド車両に搭載されるラジエーターの数を削減できると共に、ラジエーターの冷却性能の低下を回避できる。
【００４７】
また、本実施形態では、インバーター３１は凝縮器２４よりも上流の冷却水通路３２に設けられる。万一、バイパス弁２６が故障して開弁したときには熱交換器２１で気化した高温の冷媒が直接、凝縮器２４に流れてしまうが、凝縮器２４よりも上流にインバーター３１が設けられているため、冷媒の熱によって過熱された冷却水がインバーター３１に流れることはない。
【００４８】
したがって、冷媒の過熱による冷却水の温度上昇に伴い、インバーター３１に供給される冷却水が上限温度に達するまでの時間を遅らせることができる。このため、ランキンサイクル故障を検出してからランキンサイクル２０を停止するまでの間に、インバーター３１がオーバーヒートすることを防ぐことができる。
【００４９】
また、プーリー２５１と冷媒ポンプ２３２との間に設けられたクラッチが故障したときにも、高温の冷媒が凝縮器２４に流れ続けてラジエーター１３０の冷却能力を超えてしまう場合がある。このような場合には、インバーター３１がオーバーヒートしてしまい、ハイブリッド走行ができなくなる。そこで、ランキンサイクルの故障に伴うインバーター３１のオーバーヒートをより確実に防ぐ手法について、以下に図面を参照して説明する。
【００５０】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る熱交換システム２を示す図である。
【００５１】
熱交換システム２は、図１に示した熱交換システム１に加えて、冷却装置３０に凝縮器２４のバイパス通路４１と開閉弁４２と開閉弁４３とを備える。また、膨張機２３１の回転軸の近傍に、回転速度センサー２３３が設けられている。なお、他の構成については、熱交換システム１と同じであるため、以下同じ符号を付してここでの説明を省略する。
【００５２】
バイパス通路４１は、開閉弁４２よりも上流の冷却水通路３２から分岐し、凝縮器２４よりも下流の冷却水通路３２に合流する。
【００５３】
開閉弁４２及び開閉弁４３は、インバーター３１からの冷却水が凝縮器２４に流れるか、バイパス通路４１に流れるかを切り替える。開閉弁４２及び開閉弁４３は、不図示のＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）によって制御される。
【００５４】
開閉弁４２は、凝縮器２４よりも上流の冷却水通路３２に設けられる。開閉弁４２は、ＥＣＵの制御によって開閉し、凝縮器２４に流れる冷却水を遮断する。
【００５５】
開閉弁４３は、バイパス通路４１に設けられる。開閉弁４３は、ＥＣＵの制御によって開閉し、バイパス通路４１に冷却水を流す。開閉弁４３は、開閉弁４２が閉じているときに開き、開閉弁４２が開いているときに閉じる。
【００５６】
開閉弁４２及び開閉弁４３は、ランキンサイクル故障時に切り替えられる。例えば、回転機２３に設けられたクラッチが故障して膨張機２３１から高温の冷媒が凝縮器２４に流れ、凝縮器２４での冷媒の放熱によってインバーター３１が上限温度に達する可能性があるときに、開閉弁４２及び開閉弁４３が切り替えられる。
【００５７】
具体的には、ランキンサイクル２０の運転を停止して高速走行しているときに、ＥＣＵが、回転速度センサー２３３によって膨張機２３１が回転していることを検出した場合に、開閉弁４２を閉じて開閉弁４３を開く。あるいは、ＥＣＵは、冷媒通路２２に設けられた温度センサーの信号が予め定められた温度閾値を超えたときに、ランキンサイクル２０の異常と判定して開閉弁４２及び開閉弁４３を切り替える。
【００５８】
開閉弁４２及び開閉弁４３の切替えによって、凝縮器２４に流れていた冷却水はバイパス通路４１に流れることになるため、冷却水が凝縮器２４で過熱されることを防ぐことができる。したがって、冷媒から冷却水への過熱によって冷却水が危険温度まで上昇し、インバーター３１がオーバーヒートしてしまうことを回避できる。すなわち、ラジエーター１３０を共用することに伴うインバーター３１に生じる弊害を排除することができる。
【００５９】
第２実施形態によれば、冷却水通路３２にバイパス通路４１を設けることで、ランキンサイクル２０の異常時に凝縮器２４に高温の冷媒が供給されることになっても、冷媒から冷却水への過熱による冷却水の温度上昇を抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、開閉弁４２を開いたときに開閉弁４３を閉じ、開閉弁４２を閉じたときに開閉弁４３を開くことで、冷却水が凝縮器２４に流れるかバイパス通路４１に流れるかを切り替える。
【００６１】
このため、凝縮器２４又はバイパス通路４１のいずれか一方にのみ冷却水を通すことができる。これにより、ランキンサイクル２０の正常時には、凝縮器２４にのみ冷却水が流れるので冷媒を効率良く冷やすことができる。
【００６２】
一方、ランキンサイクル２０の異常時には、バイパス通路４１にのみ冷却水が流れるので、冷媒の熱によって冷却水が過熱されることを確実に防ぐことができる。すなわち、ランキンサイクル２０の冷媒を効率良く冷却しつつ、インバーター３１を確実に保護することができる。
【００６３】
本実施形態では、開閉弁４２及び開閉弁４３を冷却水通路３２に設けて冷却水の流れ方向を切り替えたが、バイパス通路４１が冷却水通路３２から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。この場合には、１つの弁を設けるだけで、冷却水の流路を冷却水通路３２からバイパス通路４１に切り替えが可能となるので、冷却装置３０を簡易な構成にすることができる。次に、凝縮器２４をバイパスするためにバイパス通路を冷媒通路２２に設ける例について説明する。
【００６４】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る熱交換システム３を示す図である。
【００６５】
熱交換システム３は、熱交換システム２のバイパス通路４１に代えて、冷媒通路２２にバイパス通路４４と開閉弁４５と開閉弁４６とを備える。他の構成については、熱交換システム２と同じである。
【００６６】
バイパス通路４４は、開閉弁４５よりも上流の冷媒通路２２から分岐し、凝縮器２４よりも下流の冷媒通路２２に合流する。
【００６７】
開閉弁４５及び開閉弁４６は、膨張機２３１からの冷媒が、凝縮器２４に流れるかバイパス通路４４に流れるかを切り替える。開閉弁４５及び開閉弁４６は、ＥＣＵによって制御される。
【００６８】
開閉弁４５は、凝縮器２４よりも上流の冷媒通路２２に設けられる。開閉弁４５は、ＥＣＵの制御によって開閉し、凝縮器２４に流れる冷媒を遮断する。
【００６９】
開閉弁４６は、バイパス通路４４に設けられる。開閉弁４６は、ＥＣＵの制御によって開閉し、バイパス通路４４に冷媒を流す。開閉弁４６は、開閉弁４５が閉じているときに開き、開閉弁４５が開いているときに閉じる。
【００７０】
第２実施形態と同様、ランキンサイクル２０の停止中に、万一、回転速度センサー２３３で膨張機２３１の回転が検出されたときには、ＥＣＵは、ランキンサイクル２０の異常と判定し、開閉弁４５を閉じ、開閉弁４６を開く。これにより、膨張機２３１からの冷媒が凝縮器２４に流れなくなるので、冷媒の熱によって冷却水の過熱を防ぐことができる。
【００７１】
第３実施形態によれば、冷媒通路２２にバイパス通路４４を設けることで、ランキンサイクル２０の異常時に凝縮器２４への高温の冷媒の供給を停止することができる。これにより、冷媒から冷却水への過熱による冷却水の温度上昇を防止することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、開閉弁４５を開いたときに開閉弁４６を閉じ、開閉弁４５を閉じたときに開閉弁４６を開くことで、膨張機２３１からの冷媒が凝縮器２４に流れるかバイパス通路４４に流れるかを切り替える。
【００７３】
これにより、凝縮器２４又はバイパス通路４４のいずれか一方にのみ冷媒を通すことができる。このため、ランキンサイクル２０の正常時には、凝縮器２４にのみ冷媒が流れるので、冷媒を効率良く冷やすことができる。一方、ランキンサイクル２０の異常時には、バイパス通路４４にのみ冷媒が流れるので、冷媒の熱によって冷却水が過熱されることを確実に防ぐことができる。
【００７４】
さらに、第２実施形態と異なり、開閉弁４２及び開閉弁４３のいずれかが故障して冷却水の循環を遮断してしまうことがない。このため、インバーター３１のオーバーヒートが原因でハイブリッド車両の動力源である電動機が停止するというリスクを低減することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、開閉弁４５及び開閉弁４６を冷媒通路２２に設けて冷媒の流れ方向を切り替えたが、バイパス通路４４が冷媒通路２２から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。この場合には冷却装置３０を簡易な構成にすることができる。
【００７６】
なお、第３実施形態では、ランキンサイクル故障時に凝縮器２４への冷媒の供給を停止して冷却水の過熱を回避しているが、凝縮器２４ではなく熱交換器２１への冷媒の供給を停止してもよい。
【００７７】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る熱交換システム４を示す図である。
【００７８】
熱交換システム４は、熱交換システム３のバイパス通路４４に代えて、冷媒通路２２にバイパス通路５１と開閉弁５２と開閉弁５３とを備える。他の構成については、熱交換システム３と同じである。
【００７９】
バイパス通路５１は、開閉弁５２よりも上流の冷媒通路２２から分岐し、熱交換器２１よりも下流の冷媒通路２２に合流する。
【００８０】
開閉弁５２及び開閉弁５３は、冷媒ポンプ２３２からの冷媒が熱交換器２１に流れるかバイパス通路５１に流れるかを切り替える。開閉弁５２及び開閉弁５３は、ＥＣＵによって制御される。なお、開閉弁５２及び開閉弁５３に代えて、構成を簡易にするために、バイパス通路５１が冷媒通路２２から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。
【００８１】
開閉弁５２は、熱交換器２１よりも上流の冷媒通路２２に設けられる。開閉弁５２は、ＥＣＵの制御によって開閉し、熱交換器２１に流れる冷媒を遮断する。
【００８２】
開閉弁５３は、バイパス通路５１に設けられる。開閉弁５３は、ＥＣＵの制御によって開閉し、バイパス通路５１に冷媒を流す。開閉弁５３は、開閉弁５２が閉じているときに開き、開閉弁５２が開いているときに閉じる。
【００８３】
例えば、ランキンサイクル２０の運転を停止している場合において、回転速度センサー２３３によって膨張機２３１の回転が検出されたときは、ＥＣＵは、ランキンサイクル２０の異常と判定し、開閉弁５２を閉じ、開閉弁５３を開く。
【００８４】
これにより、熱交換器２１に流れる冷媒が遮断されるため、冷媒が熱交換器２１で加熱されることなく、膨張機２３１を介して凝縮器２４に供給される。このため、凝縮器２４に流れる冷媒による冷却水の加熱を防ぐことができる。
【００８５】
第４実施形態によれば、冷媒通路２２にバイパス通路５１を設けることで、ランキンサイクル２０の異常時に熱交換器２１での冷媒の放熱を低減することができる。これにより、冷媒から冷却水への放熱による冷却水の温度上昇を抑えることができる。さらに、熱交換器２１で加熱されていない低温の冷媒が、冷媒通路２２を循環することになるので、冷媒通路２２の近傍に設けられた電子機器等が、冷媒の熱によって故障することを防ぐことができる。
【００８６】
また、本実施形態では、開閉弁５２を開いたときに開閉弁５３を閉じ、開閉弁５２を閉じたときに開閉弁５３を開くことで、冷媒ポンプ２３２からの冷媒が熱交換器２１に流れるかバイパス通路５１に流れるかを切り替える。
【００８７】
このため、熱交換器２１又はバイパス通路５１のいずれか一方にのみ冷媒を通すことができる。これにより、ランキンサイクル２０の正常時には、熱交換器２１にのみ冷媒が流れるので冷媒を効率良く気化することができる。一方、ランキンサイクル２０の異常時には、バイパス通路５１にのみ冷媒が流れるので、熱交換器２１によって冷媒が加熱されることを確実に防ぐことができる。
【００８８】
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係る熱交換システム５を示す図である。
【００８９】
熱交換システム５は、熱交換システム４のバイパス通路５１に代えて、冷却水通路１２にバイパス通路５４と開閉弁５５と開閉弁５６とを備える。他の構成については、熱交換システム４と同じである。
【００９０】
バイパス通路５４は、開閉弁５５よりも上流の冷却水通路１２から分岐し、熱交換器２１よりも下流の冷却水通路１２に合流する。
【００９１】
開閉弁５５及び開閉弁５６は、エンジン１０からの冷却水が熱交換器２１に流れるかバイパス通路５４に流れるかを切り替える。開閉弁５５及び開閉弁５６は、ＥＣＵによって制御される。なお、開閉弁５５及び開閉弁５６に代えて、構成を簡易にするために、バイパス通路５４が冷却水通路１２から分岐する部分に三方弁を設けてもよい。
【００９２】
開閉弁５５は、熱交換器２１よりも上流の冷却水通路１２に設けられる。開閉弁５５は、ＥＣＵの制御によって開閉し、熱交換器２１に流れる冷却水を遮断する。
【００９３】
開閉弁５６は、バイパス通路５４に設けられる。開閉弁５６は、ＥＣＵの制御によって開閉し、バイパス通路５４に冷却水を流す。開閉弁５６は、開閉弁５５が閉じているときに開き、開閉弁５５が開いているときに閉じる。
【００９４】
万一、ランキンサイクル２０の運転を停止している場合において、回転速度センサー２３３によって膨張機２３１の回転が検出されたときは、ＥＣＵは、ランキンサイクル２０の異常と判定し、開閉弁５５を閉じ、開閉弁５６を開く。
【００９５】
これにより、エンジン１０で昇温した冷却水が熱交換器２１に流れなくなるため、ランキンサイクル２０の冷媒が熱交換器２１で加熱されなくなる。したがって、熱交換器２１から加熱されていない冷媒が膨張機２３１を介して凝縮器２４に流れるため、冷媒による冷却水の過熱を防ぐことができる。
【００９６】
第５実施形態によれば、冷却水通路１２にバイパス通路５４を設けることで、ランキンサイクル２０の異常時には、エンジン１０で昇温した冷却水が熱交換器２１に流れ難くなるので、冷媒の加熱を抑制することができる。
【００９７】
これにより、凝縮器２４において冷媒からインバーター３１の冷却水への放熱による冷却水の温度上昇を抑えることができる。さらに、低温の冷媒が冷媒通路２２を循環することになるので、冷媒通路２２の近傍に設けられた電子機器等が冷媒の熱によって故障することを防ぐことができる。
【００９８】
また、本実施形態では、開閉弁５５を開いたときに開閉弁５６を閉じ、開閉弁５５を閉じたときに開閉弁５６を開くことで、エンジン１０からの冷却水が熱交換器２１に流れるかバイパス通路５４に流れるかを切り替える。
【００９９】
このため、熱交換器２１又はバイパス通路５４のいずれか一方にのみ冷却水を通すことができる。これにより、ランキンサイクル２０の正常時には、熱交換器２１にのみ冷却水が流れるので冷媒を効率良く気化することができる。
【０１００】
一方、ランキンサイクル２０の異常時には、バイパス通路５４にのみ冷媒が流れ、熱交換器２１にはエンジン１０で昇温した冷却水が流れないので、熱交換器２１での冷媒の加熱を確実に防ぐことができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態に係る熱交換システム６を示す図である。
【０１０２】
熱交換システム６は、熱交換システム５のバイパス通路５４に代えて、冷却水通路３２にバイパス通路７１と開閉弁７２とを備える。他の構成については、熱交換システム５と同じである。
【０１０３】
バイパス通路７１は、開閉弁７２よりも上流の冷却水通路３２から分岐し、凝縮器２４よりも下流の冷却水通路３２に合流する。バイパス通路７１には、インバーター３１が設けられる。
【０１０４】
開閉弁７２は、バイパス通路７１と並列する冷却水通路３２であって、凝縮器２４よりも上流の冷却水通路３２に設けられる。開閉弁７２は、ラジエーター１３０からの冷却水が凝縮器２４に流れるかバイパス通路７１に流れるかを切り替える。開閉弁７２は、ＥＣＵによって制御される。開閉弁７２は、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路３２に流れないように閉弁する。
【０１０５】
ＥＣＵは、通常は開閉弁７２を開き、ランキンサイクル２０の異常を検出したときに開閉弁７２を閉じる。これにより、ランキンサイクル２０の異常が原因で過熱された冷媒が凝縮器２４に流れたときに、凝縮器２４に流れていた冷却水が遮断されるため、凝縮器２４に流れる冷媒の熱によってインバーター３１の冷却水が過熱されることを防ぐことができる。
【０１０６】
第６実施形態によれば、冷却水通路３２にバイパス通路７１が設けられる。これにより、並列に設けられた凝縮器２４とバイパス通路７１とに冷却水が分配されるため、凝縮器２４による冷却水全体への放熱効率が低下する。このため、ランキンサイクル２０の異常時には冷却水の温度上昇を抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、バイパス通路７１にインバーター３１が設けられる。これにより、凝縮器２４で冷却水が過熱されているときにも、ラジエーター１３０で冷やされた冷却水が直接インバーター３１の冷却水通路にも分配されるため、インバーター３１を保護することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、バイパス通路７１と並列する冷却水通路３２に開閉弁７２が設けられる。そして開閉弁７２は、ランキンサイクル故障時に、冷却水が冷却水通路３２に流れないように閉弁する。
【０１０９】
これにより、ランキンサイクル２０の正常時には開閉弁７２が開いているため、インバーター３１を冷却しながらランキンサイクル２０の冷媒を冷却することができる。一方、ランキンサイクル２０の異常時には開閉弁７２を閉じるため、凝縮器２４への冷却水を遮断して、ランキンサイクル２０の冷媒による冷却水の過熱を防止することができる。
【０１１０】
さらに、上述の実施形態と異なり、インバーター３１を冷却しつつ、凝縮器２４に流れる冷却水を遮断するために、ひとつの開閉弁７２をバイパス通路７１に設けるだけでよいため、冷却装置３０を簡易な構成にすることができる。
【０１１１】
（第７実施形態）
図９は、本発明の第７実施形態に係る熱交換システム７を示す図である。
【０１１２】
熱交換システム７は、熱交換システム６の開閉弁７２に代えて、冷媒通路２２にバイパス通路７３と開閉弁７４とを備える。他の構成については、熱交換システム６と同じである。
【０１１３】
バイパス通路７３は、凝縮器２４よりも上流の冷媒通路２２から分岐し、凝縮器２４よりも下流の冷媒通路２２に合流する。
【０１１４】
開閉弁７４は、バイパス通路７３に設けられる。開閉弁７４は、膨張機２３１からの冷媒が凝縮器２４に流れるかバイパス通路７３に流れるかを切り替える。開閉弁７４は、ＥＣＵによって制御される。
【０１１５】
ＥＣＵは、開閉弁７４を開いておき、ランキンサイクル２０の異常を検出したときに開閉弁７４を閉じる。これにより、ランキンサイクル２０の異常が原因で高温の冷媒が凝縮器２４に流れると、開閉弁７４によって凝縮器２４に流れていた冷媒が、バイパス通路７３に流れるため、凝縮器２４での冷却水の過熱による温度上昇を低減することができる。
【０１１６】
第７実施形態によれば、冷媒通路２２にバイパス通路７３が設けられる。これにより、ランキンサイクルの異常時に高温の冷媒が凝縮器２４に流れ難くなる。このため、凝縮器２４に分配される冷却水の温度上昇が抑えられ、インバーター３１に供給される冷却水の温度上昇を抑制することができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、バイパス通路７３に開閉弁７４が設けられる。そして開閉弁７４は、膨張機２３１から供給される冷媒が、凝縮器２４に流れるかバイパス通路７３に流れるかを切り替える。
【０１１８】
これにより、ランキンサイクル２０の正常時には開閉弁７４を閉じ、凝縮器２４に冷媒を流してランキンサイクル２０の冷媒を冷却する。一方、ランキンサイクル２０の異常時には開閉弁７４を開き、凝縮器２４に流れていた冷媒をバイパス通路７３に流すことで、冷媒による冷却水の過熱を抑えることができる。さらに、ひとつの開閉弁７４をバイパス通路７１に設けるだけ、凝縮器２４に流れる冷媒を効果的に遮断することができる。
【０１１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１２０】
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、２、３、４、５、６、７  熱交換システム
１０  エンジン
１２  冷却水通路（エンジン冷却水通路）
２１  熱交換器
２２  冷媒通路（媒体通路）
２４  凝縮器
３１  インバーター（制御装置）
３２  冷却水通路
４１、７１  バイパス通路（冷却水バイパス通路）
４２及び４３  開閉弁（冷却水切替部）
４４、７３  バイパス通路（媒体バイパス通路）
４５及び４６、７４  開閉弁（媒体バイパス切替部）
５１  バイパス通路（熱交換器バイパス通路）
５２及び５３  開閉弁（熱交換器切替部）
５４  バイパス通路（エンジン冷却水バイパス通路）
５５及び５６  開閉弁（エンジン冷却水切替部）
７２  開閉弁（閉弁する弁）
２３１  膨張機
【図１】
2015200179.tif 000003
【図２】
2015200179.tif 000004
【図３】
2015200179.tif 000005
【図４】
2015200179.tif 000006
【図５】
2015200179.tif 000007
【図６】
2015200179.tif 000008
【図７】
2015200179.tif 000009
【図８】
2015200179.tif 000010
【図９】
2015200179.tif 000011