(57)【要約】  本発明は熱電デバイスを含む内燃機関とともに用いられる廃熱回収装置及びそのプロセスに関する。前記熱電プロセスは前記内燃機関の構成要素に接続されており、これにより、各構成要素間に熱が伝達され、冷却を必要とする各構成要素から抜き取られる熱から電気エネルギーが発生し、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して加熱を必要とする各構成要素に熱エネルギーが伝達される。【選択図】図１
2014504345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する自動車用の熱電装置において：
作動流体から抜き取られる熱エネルギーから選択的に電気エネルギーを生成すると共に電気エネルギーを熱エネルギーに選択的に変換して前記作動流体を加熱する熱電発電機を含む熱電デバイスと；
前記熱電デバイスに接続されて、前記熱電デバイスにより生成された電気エネルギーを蓄積すると共に前記熱電デバイスに電気エネルギーを供給する電池と；
前記熱電デバイスに接続されると共に、前記作動流体と内燃機関構成要素との間で熱を伝達するために接続される熱交換器を含む作動流体回路と；
少なくとも１つの構成要素の熱的状態に呼応して、前記熱電デバイスを制御して、前記作動流体を加熱して熱を前記少なくとも１つの構成要素に供給するか、又は前記少なくとも１つの構成要素から受けられる加熱済み作動流体から電気エネルギーを生成する制御装置とを含む熱電装置。
【請求項２】
前記内燃機関は廃熱回収装置を含み、前記熱電装置作動流体回路は、前記廃熱回収装置の構成要素に作動的に接続されて前記構成要素と前記熱電作動流体回路との間で熱を伝達する熱交換器を含む請求項１に記載の熱電装置。
【請求項３】
前記廃熱回収装置はエキスパンダと凝縮器とを有する閉サイクルシステムであり、前記熱電装置作動流体回路は、前記凝縮器に作動的に接続されて熱エネルギーを凝縮器との間で選択的に伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項４】
前記廃熱回収装置は内燃機関の廃棄排気ガスから廃熱回収装置作動流体に熱エネルギーを伝達するために作動的に接続される熱交換器を含み、前記廃棄ガス流と熱電装置との間で熱エネルギーを伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項５】
前記廃熱回収装置は内燃機関の排気ガス再循環冷却器から前記廃熱回収装置作動流体に熱エネルギーを伝達するために作動的に接続される熱交換器を含み、前記排気ガス再循環冷却器から熱電装置に熱エネルギーを伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項６】
給気冷却器とエンジン冷却液システムと排気ガス再循環システム冷却器とエンジン油システムと排気ガス流とトランスミッション流体システムと廃熱回収装置作動流体回路との少なくとも１つから熱を抜き取るために作動的に接続される請求項１に記載の熱電装置。
【請求項７】
給気冷却器とエンジン冷却液システムとエンジン油システムと排気ガス流とトランスミッション流体システムと自動車の車室と排気後処理噴射システムと廃熱回収装置作動流体システムとの少なくとも１つに熱エネルギーを供給するために作動的に接続される請求項１に記載の熱電装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年１１月５日に出願された特許文献１及び２０１１年７月１４日に出願された特許文献２の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、内燃機関と結合される廃熱回収（ＷＨＲ）システムに関する。特に、本発明は、エンジン及び自動車の様々な構成要素及びシステム間で熱を伝達することと、熱を電気エネルギーに変換することと、蓄積された電気エネルギーを熱エネルギーに変換することとにより、「熱ハブ」として、こうした構成要素及びシステムの加熱と冷却とを補助する役割を果たす熱電デバイスを含む廃熱回収及び管理システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関と一体化される廃熱回収システムは、さもなければ失われる、排気ガスおよびその他のサブシステムの熱エネルギーを利用することを可能にする。内燃機関を有する自動車に組み込まれると、廃熱回収システムは、排気からのエネルギーの回収に留まらずに付加的にある一定の利益をもたらす。例えば、廃熱回収システムは、ＥＧＲ（排気ガス再循環）システムから熱を回収するように設計可能であり、これによってエンジン冷却システムの冷却負荷が軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／４１０，６５３号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１２／００９５２６号（国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４３９９４号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、内燃機関からの廃熱の回収を向上させる方法及び装置を提供するものである。付加的なエネルギーの回収は、全体としてのシステムの効率を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関の装置と結合される、発電機又は加熱装置として作用することができる熱電デバイスを含む。記載の実施形態によれば、内燃機関は、廃熱回収装置を含む。熱電デバイスは、エネルギーハブとして、熱の除去を必要とする装置とエネルギーの付加を必要とする装置との間でエネルギーを伝達する役割を果たす。本発明は、このようにして、ある一定の装置に対する冷却負荷を軽減させることができる一方で、回収された熱をその他の装置で利用するものである。
【０００７】
内燃機関用廃熱回収装置は作動流体回路を含んでよく、この回路上に、熱エネルギーを機械又は電気エネルギーに変換するエキスパンダと、凝縮器と、回路を通じて作動流体を移動させるポンプと、内燃機関の排気及び／又はその他の廃熱源から作動流体に熱を伝達する第１の熱交換器とが接続される。
【０００８】
１つの実施形態によると、本発明は、エンジンが作動していない時に環境条件下でこのようなシステム内の作動流体が凍結した場合に、この作動流体を溶かす装置及び方法に関する。特に、廃熱回収装置に接続されて幾らかの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電機を選択的に動作させて、蓄積された電気エネルギーを熱に変換して作動流体を溶かすことができる。
【０００９】
本発明によれば、作動流体回路は、排気ガス再循環冷却器に作動的に接続されてエンジンの空気取入口に再循環される排気ガスから作動流体に熱を伝達する第２の熱交換器を含む。
【００１０】
本発明の説明では、装置及び方法をランキンサイクル廃熱回収装置を有する内燃機関との関係で説明するが、本発明はその他の廃熱回収又は再生装置にも適用されることを理解するべきである。
【００１１】
本発明によれば、熱電デバイス（ＴＥＤ）は、廃熱回収（ＷＨＲ）装置に組み込まれて、内燃機関と自動車の熱生成及び消費要素と廃熱回収装置とを含むシステムの熱ハブとしての役割を果たす。本発明に従ったＴＥＤは、熱電発電機と電池等の電気エネルギー蓄積装置とを含む。ＴＥＤは、更にまた、１つ以上の電気エネルギー消費装置に給電のために接続されてよい。熱電発電機は、熱から電気エネルギーを生み出して電池に蓄積するために動作させること、又は逆に電池から供給される電気エネルギーから熱を生み出すために動作させることができる。ＴＥＤをエネルギーハブとして用いると、複数のサブシステムから、これらのサブシステムの状態及び要件によってエネルギーを除去又は付加することができる。熱の質はサブシステム間で変動するが、大量発生源はエンジン排気と排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと給気冷却器（ＣＡＣ）とＷＨＲシステムとである。ＴＥＤエネルギーハブは、サブシステムから熱を回収するため又は蓄積された電気エネルギーを利用してその他のサブシステムに熱を供給するために作用可能である。このため、その他の熱管理戦略は費用／便益比調査において有意に低くなる。
【００１２】
ＴＥＤエネルギーハブは、有利なことに、エンジンが暖機運転している間、電気エネルギーを熱に変換することにより、車室に熱を供給することができる。加えて、ＴＥＤは、「ホテルモード」時、即ち自動車が駐車している時及びエンジンが作動していない時に車室／寝台室を加熱又は冷却することができる。ＴＥＤを補助することが必要な場合は、燃料（天然ガス、ガソリン、ディーゼル、いずれか又は全ての燃料）により点火される小型の暖房器を追加の熱源として設けて、暖機運転時又はホテルモード時の発電用のいずれにも用いることができる。
【００１３】
ＴＥＤは、更にまた、相対的に低い周囲温度でしばらく経った後のエンジンのコールドスタート時等に加熱が有益である様々なサブシステムに熱を供給することができる。
【００１４】
ＴＥＤ熱ハブの特定の用途は、寒い夜に一晩中屋外に駐車しておいた時に起こることがある、運転していない時に季節的な低い周囲温度に曝された自動車の場合等のＷＨＲシステム作動流体の凍結問題である。
【００１５】
本発明は、凍結した作動流体を有する廃熱回収システムを始動させると共に作動流体を溶かす方法及び装置を提供することにより、この凍結問題を解消する。本発明によれば、必要時に熱電発電機を逆に、即ち蓄積された電気エネルギーを熱に変換する熱生成装置として動作させて、作動流体を溶かすのである。
【００１６】
本発明の説明では、装置及び方法をランキンサイクル廃熱回収装置との関係で説明するが、本発明は作動流体を用いるその他の廃熱回収又は再生装置にも適用されることを理解するべきである。
【００１７】
有利なことに、本発明に従った、廃熱回収システムの作動流体を溶かす装置及び方法は、凍結した作動流体を有するシステムの始動に必要とされる時間を減じ、これによって熱回収を行なうことができる時間を増やす。この改良は、自動車始動後のＥＧＲシステムの始動時間要件をより良好に満たすことにより、ＥＧＲ熱交換器を有するシステムを排出規制に適合させるのに役立つ。
【００１８】
添付図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、本発明をよりよく理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従った熱ハブとしての熱電デバイスのシステム構成図である。
【図２】本発明に従った熱電装置を含む廃熱回収装置の実施形態の略図である。
【図３】本発明に従って内燃機関の様々な構成要素及び廃熱回収装置と一体化された熱電システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１の略図に示すように、本発明は、内燃機関と廃熱回収（ＷＨＲ）装置とを有する自動車に組み込まれる熱電デバイス（ＴＥＤ）１を含む。ＴＥＤは、内燃機関及びサブシステム又は構成要素と自動車の熱生成及び消費要素と廃熱回収装置との熱ハブとしての役割を果たす。ＴＥＤをエネルギーハブとして用いると、１つ以上のサブシステムに対して、これらのサブシステムの状態、即ちサブシステムの熱的状態と熱の除去又は付加要件とによってエネルギーを除去又は付加することができる。熱の質はサブシステム間で変動するが、大量発生源はエンジン排気と排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと給気冷却器（ＣＡＣ）とＷＨＲシステムとである。ＴＥＤエネルギーハブは、１つ以上のサブシステム２から熱を回収するため又は蓄積された電気エネルギーを利用してその他のサブシステム３に熱を供給するために作用可能である。このため、その他の熱管理戦略は費用／便益比調査において有意に低くなる。
【００２１】
ＴＥＤは、熱生成サブシステム２、例えば、例として給気冷却器（ＣＡＣ）、エンジン冷却液サブシステム、排気ガス再循環冷却器、エンジン油サブシステム、エンジン油サブシステム、エンジン排気流、トランスミッション流体サブシステム及びＷＨＲ作動流体から熱を除去及び回収するために作用することができる。ＴＥＤは、回収されたエネルギーを電気エネルギーとして蓄積装置３、例えば電池に蓄積することができる。もう１つの選択肢として又は追加として、ＴＥＤは電気エネルギーを自動車のエネルギー消費装置に直接送給することができる。
【００２２】
ＴＥＤは、更にまた、例えば相対的に低い周囲温度でしばらく経った後のエンジンのコールドスタート時等に加熱が有益である様々なサブシステムに熱を供給することができる。熱を受けるサブシステム４には、例えば、給気冷却器（ＣＡＣ）、エンジン冷却液サブシステム、排気ガス再循環冷却器、エンジン油サブシステム、燃料システム、エンジン油サブシステム、エンジン排気流、トランスミッション流体サブシステム、排気ガス後処理噴射サブシステム及びＷＨＲ作動流体が含まれてよい。
【００２３】
ＴＥＤエネルギーハブは、エンジン油サブシステム、燃料システム、トランスミッション流体サブシステム及びＷＨＲ作動流体等の冷却を必要とする構成要素５の冷却を達成することができ、これによって、これらのシステムにおける熱除去の要求を減らすことができる。
【００２４】
熱電デバイスが作用する冷却源６に対して、ＴＥＤを熱交換器により周囲空気及びエンジン冷却液サブシステムに作動的に接続することができる。
【００２５】
更に、ＴＥＤエネルギーハブは、有利なことに、エンジンが暖機運転している間、電気エネルギーを熱に変換すると共に熱交換器により車室用に空気を加熱することによって、車室に熱を供給することができる。加えて、ＴＥＤは、「ホテルモード」時、即ち自動車が駐車している時及びエンジンが作動していない時に車室／寝台室を加熱又は冷却することができる。ＴＥＤを補助するために、燃料（天然ガス、ガソリン、ディーゼル、いずれか又は全ての燃料）により点火される小型の暖房器を追加の熱源として設けて、暖機運転時又はホテルモード時の発電用のいずれにも用いることができる。
【００２６】
下の図２に、本発明の用途の一例として、ランキンサイクル廃熱回収装置１０を含む内燃機関１００の装置にエネルギーハブとして接続される熱電デバイス２００を示す。本発明は、その開示内容を参照によりここに援用する２０１１年７月１４日出願の共有の同時係属特許文献２に記載のランキンサイクル廃熱回収装置等のランキンサイクル廃熱回収装置と共に示されている。しかし、図及び説明に示す実施形態は例証であって、本発明を制限するものではなく、本発明はその他の廃熱回収サイクル及び装置、例えばエリクソン及びその他のボトミングサイクルにも適用可能である。
【００２７】
通常運転時において、構成要素の熱的状態に従って、熱電デバイス２００はボトミングサイクル作動流体から熱を除去することができる。熱エネルギーは、熱電ユニットにより、熱源の位置から除去されると共に電気エネルギーに変換される。以下に説明するように、もう１つの選択肢として、熱電デバイス２００は、逆の熱的状態、即ち構成要素が熱の抜取りより寧ろ熱の付加を必要としているかどうかによって、構成要素に熱エネルギーを供給することができる。
【００２８】
内燃機関１００は、吸気マニホルド１０２と排気マニホルド１０４とを含む。当該技術分野において周知のように、ターボ圧縮機１０７により供給されると共に給気冷却器１０８により冷却されてよい新鮮空気は、吸気管路１０６を介して吸気マニホルドに供給される。排気ガスの一部分は、ＥＧＲ弁１１０とＥＧＲ冷却器１１２と吸気マニホルドに接続される戻り管路１１４とを含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムにより、吸気マニホルド１０２へと再循環される。
【００２９】
ＥＧＲ弁１１０は、更にまた、排気導管１１６、例えば、廃棄される排気ガスを環境中に放出する排気筒又はテールパイプへの排気ガスの流れを制御する。
【００３０】
内燃機関１００は、更にまた、すでに述べたように、ターボ圧縮機１０７を駆動するために排気ガス導管１１６に取り付けられる排気ガスタービン１１７を含んでよい。その他の装置、例えば電気エネルギーを生成するために排気ガスにより駆動される複式タービンも含まれてよい。内燃機関は、更にまた、例えば排気ガスを環境に放出する前にＮＯｘの変換及び／又は排気ガスからの粒子状物質又は未燃炭化水素の除去を行なうために排気後処理システム１１８を含んでよい。
【００３１】
この例証的な実施形態に示す廃熱回収装置１０は、作動流体を圧縮し且つ排気ガスによって加熱すると共に膨張させて熱エネルギーを回収する閉ループシステムである。
【００３２】
この例証的な実施形態に示すランキンサイクル廃熱回収装置１０は、作動流体が循環する閉ループとして形成される作動流体回路１２を含む。エキスパンダ１４は、作動流体回路１２上に接続されて、作動流体により駆動されて作動流体の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する。出力軸１６を接続して、発電機を駆動すること又はエンジンにトルクを与えることができる。エキスパンダ１４は、図に示すようなタービンであるか、又は作動流体から熱エネルギーを回収することができるスクロールエキスパンダ又はその他の装置であってよい。
【００３３】
凝縮器２０は、作動流体回路１２上に接続されて、エキスパンダ１４から出る作動流体を受ける。凝縮器２０は作動流体を冷却すると共に凝縮させる。凝縮器冷却ループ２２が接続されて、作動流体から冷却流体に伝達される熱を凝縮器２０から運び去る。凝縮器冷却ループ２２は、自動車の冷却システム２３、即ちラジエータ又はまた他の冷却システムに都合よく接続されてよい。
【００３４】
ポンプ２４は、凝縮器２０から出る凝縮済み作動流体を受けると共に、作動流体が加熱される作動流体回路１２の加熱側に作動流体をポンプ送りする。
【００３５】
作動流体回路１２の加熱側は、平行に配置される第１の加熱管路３０と第２の加熱管路３２とを含む。第１の加熱管路３０及び第２の加熱管路３２は、加熱管路内に流入する作動流体の流れを制御する弁３４が接続される分岐点で分岐する。以下により詳細に説明するシステムの要求又は制限に呼応して、弁３４は、流れを選択的に１つの加熱管路内へと導くか、又は両方の加熱管路３０、３２内へと流れを分割することができる。加熱管路３０、３２は合流点１８で再び合流して、エキスパンダ１４の入口に接続される単一管路１３となる。
【００３６】
第１の加熱管路３０は、環境に放出される廃棄エンジン排気ガスから熱を伝達するボイラー３６又は熱交換器に作動的に接続される。排気ガスは、排気導管１１６内の弁４０により制御されるループ３８によってボイラー３６へと導かれる。もう１つの選択肢として、第１の加熱管路３０をループ状にして排気ガス導管１１６上に接続される熱交換器内に入り込ませて更に多くの排気ガス熱を受けさせることができる。
【００３７】
第１の加熱管路と平行な第２の加熱管路３２は、弁３４の位置で分岐すると共に、ＥＧＲ冷却器１１２に作動的に接続されて、ＥＧＲガスから作動流体へと熱を伝達する。ＥＧＲ冷却器１１２は、第２の加熱管路３２内の作動流体に対してボイラーの役割を果たす。それぞれ排気ボイラー３６及びＥＧＲクーラー１１２により加熱される第１の加熱管路３０及び第２の加熱管路３２内を流れる作動流体は、管路１３の合流点２９で合流すると共にエキスパンダ１４へと導かれる。
【００３８】
別々の加熱管路を用いることにより、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却器１１２から熱エネルギーを回収するために用いられる作動流体は、排気ガスボイラー３６により加熱された後にＥＧＲ冷却器に入る場合よりＥＧＲ冷却器に入る時点の温度が低くなる。これは、ＥＧＲ冷却器１１２の運転効率が向上するという利点を有する。付加的に加熱された作動流体は第１の加熱管路３０にのみ加えられ、ＥＧＲ冷却器１１２を含む第２の加熱管路３２には加えられないため、作動流体がＥＧＲ冷却器内で過熱されることがなく、ＥＧＲ冷却器はＥＧＲガスをエンジンが用いるのに望ましい又は目標の温度により容易に冷却することができる。
【００３９】
エキスパンダ１４から出る作動流体は、作動流体の凝縮温度より有意に高い温度になり、例えば、図に示す廃熱回収装置では、凝縮温度より約１００℃高くなる可能性がある。この熱エネルギーは作動流体から除去されなければならず、図２の装置では、熱負荷は、以下に説明するように、部分的に凝縮器熱交換ループ２２に、そして部分的に熱電デバイス２００に伝達される。
【００４０】
熱電発電機と電気エネルギー蓄積装置（例えば電池）とを含む熱電デバイス２００は、廃熱回収システム１０と一体化されて、熱エネルギーの一部を電気エネルギーに変換する。熱電デバイス２００は、流体回路２０５により接続されて、ＴＥＤ冷却側作動流体を、熱交換器を含んでよい冷却源へと循環させる。冷却源は周囲空気又はエンジン冷却液システムである。熱電デバイス２００は、更にまた、回路２０１により、ＥＧＲ冷却器１１２から熱を抜き取るために第１の熱交換器２０２と、凝縮器２０から熱を抜き取るために第２の熱交換器２０４と、そして下流の排気熱交換器３６から熱を抜き取るために第３の熱交換器２０６と接続される。熱電デバイス回路２０１は、図３に示すように、これらの熱交換器と熱電デバイスとの間で個別のループを形成する導管を含んでよい。熱電デバイス加熱側作動流体は、第１、第２及び第３の熱交換器２０２，２０４，２０６と熱電デバイス２００との間において循環する。熱交換器は、直流形熱交換器、逆流形熱交換器又はその他の構成であってよい。ＴＥＤ熱交換器は、温度差が最大となる、即ち非作動流体（熱が抜き取られる流体）が最高温となると共に作動流体が最低温となるＷＨＲ熱交換器の部分に配置される。非作動流体側の最高温度が高すぎる場合は、ＴＥＤ熱交換器を最大温度差位置の下流に、即ちもう一方のＷＨＲ熱交換器の中間点又はその下流に移動させることができる。
【００４１】
これに代わる方法として、ＷＨＲシステムを、膨張装置１４を全く組み込まないものとすることができる。ＴＥＧ及び電池技術は発展し且つ進歩するため、ＷＨＲシステムを、ＷＨＲシステム全体の熱除去要件に対応することができるだけの十分に大型の標準ＴＥＧＷＨＲシステムに置き換えることができる。
【００４２】
本発明の利点は、ＥＧＲ冷却器１１２及び凝縮器２０の両方をエンジン冷却液システムに接続することができるため、これらの装置の少なくとも一方からＴＥＤ２００により除去される付加的な熱によって、エンジン冷却液システムの要件が緩和されるところにある。
【００４３】
給気冷却器及びエンジン排気冷却器は一般に、最高温流体が設計上、好ましくはＴＥＤ熱交換器が配置される位置である冷却対象の流体の流入位置において熱交換器から出て行く逆流形熱交換器である。この熱交換設計は、流体又は流体中の潤滑剤の温度が高くなりすぎる場合にＷＨＲ作動流体の劣化を引き起こしかねない。これは、廃熱回収システムの作動流体が、温度上昇がエネルギーの付加に非常に鋭敏になる過熱状態になった場合に特に懸念される。更にまた、作動流体が完全に蒸発する過熱状態時に懸念されるのは、熱伝達係数の急低下と、その結果として起こる熱交換器そのものの壁温度の急上昇とである。熱交換器の熱サイクルと壁材料に生じる大きい温度勾配とが冷却器を損傷させる。ＴＥＤを用いた熱除去は、これらの問題の回避又は緩和に役立つ。本発明は、冷却液の要求を減らすと共に廃熱回収を高め、これがシステム効率を向上させる。
【００４４】
ＷＨＲシステムが長時間にわたって低温に曝されると、作動流体の凍結が起こることがある。熱交換器内の作動流体は通常的に、熱交換器フィン又は管を横切る方向の強制対流によって、熱を自身に伝達させ、熱交換器フィン又は管そのものは強制対流により冷却対象の流体（例えば給気、排気）から熱を受けている。作動流体が凍結状態になると、この通常的に有効な熱伝達が不可能になり、熱は伝導と自然対流とによって伝えられなければならなくなる。こうした状況下において、流体が溶けるためには有意な時間がかかる。
【００４５】
本発明によれば、熱電デバイス２００に電圧を印加することにより、このデバイスが熱を生成して、作動流体を加熱し且つ溶かす温度勾配を創出する。これにより、ＴＥＤ２００の熱交換器２０４は、凝縮器２０内のＷＨＲ作動流体を作用可能な使用温度に加熱することができる。このような熱伝達は、ＥＧＲ冷却器１１２に接続される熱交換器２０２でも達成可能である。これにより暖機時間が有意に減じられて、エンジンシステムがより迅速に排出規制を満たすことが可能になると共に、熱的状態により構成要素又は流体が損傷される危険性が低下する。
【００４６】
エンジンの作動流体の熱電回収を行なうことのまた他の利点は、燃費に鋭敏な機能である空気ポンプ回路（給気又は排気）に更に制約を加えることなしに熱を抜き取ることができるところにある。
【００４７】
次に図３を参照すると、本発明に従った熱電デバイスシステムは、熱電発電機２００と電池等の電気エネルギー蓄積装置２１０とを含む。電池２１０は、自動車のエネルギー消費装置２１２に、その装置の電気エネルギー源として接続されてよい。これに代わる方法又は追加として、熱電発電機２００をエネルギー消費装置２１２に直接接続することができる。ＴＥＤは、冷却側回路内の流れを制御するために弁２０８、２０９を含む冷却側回路２０５により冷却源２１８に接続される。ＴＥＤシステムは、回路２０１による熱電発電機２００と１つ以上の熱交換器２０３、２０４、２０６及び２０８との間における熱電装置作動流体の流れを制御するために弁２１２、２１４を含む。制御装置２１６が接続されて、ＷＨＲ作動流体の熱的状態を検出又は判断するために配置されるセンサ２２０から温度データを受ける。熱電装置の熱交換器２０２、２０４、２０６及び２０８はＷＨＲ作動流体及びエンジンサブシステムと熱的に接触するため、温度センサ２２０は、図３には、これらの熱交換器と一緒に配置されるものとして示されている。制御装置２１０は、ＷＨＲ作動流体が熱の抜取りを必要としているのか、又は熱の付加を必要としているのかを判断して、凝縮器冷却ループ２２上の弁を制御する。制御装置２１０は、更にまた、ＷＨＲ作動流体が十分に溶けるか、又はそうでなくてもポンプ送り可能な温度になると、作動流体ポンプ２４を制御して動作させる。
【００４８】
熱電回収用熱交換器は、回収する熱が得られる位置又は熱を付加することが必要とされる位置に配置されてよい。ＥＧＲ冷却器の熱交換器２０２とＷＨＲ凝縮器の熱交換器２０４と排気テールパイプの熱交換器２０６とに加えて、例えば給気冷却器１０８又はトランスミッション冷却器の１つ以上に熱交換器２０８を配置することが可能である。この熱交換器は、ボトミングサイクル廃熱回収システムの予熱器、ボイラー又は過熱器としての役割を果たすことができる。
【００４９】
ＴＥＤ２００は、有利なことに、熱交換器２０８を設けて車室用の空気を加熱することにより、エンジンの暖機運転中に車室に熱を供給することができる。もう１つの選択肢として、ＴＥＤ装置２００を接続して、電気抵抗加熱装置等の加熱装置を動作させるために電気エネルギーを供給することができる。加えて、電池蓄電システム２０５に蓄積された電気エネルギーを使用して、ＴＥＤ２００は、「ホテルモード」時、即ち自動車が駐車している時及びエンジンが作動していない時に、空気調和ユニット２１２を動作させて、車室／寝台室を加熱又は冷却することができる。
【００５０】
様々な構成の廃熱回収システムが考えられる。直列形、並列形又は直並列複合形のシステムにより、自動車のＥＧＲ、排気ガス、給気、油又はあらゆるその他の熱源を含む複数の熱源から熱を抜き取ることができる。複数のボトミングサイクルもある。ここに示す例は並列形ランキンサイクル用であるが、本発明はあらゆる熱交換器に適用可能である。
【００５１】
好適な原理、実施形態、構成要素の観点から本発明を説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲により定められる本発明の範囲から逸脱することなしにいくつかの代替形態が得られることが理解されるであろう。
【図１】
2014504345.tif 000003
【図２】
2014504345.tif 000004
【図３】
2014504345.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月5日(2013.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する自動車用の熱電装置において：
作動流体から抜き取られる熱エネルギーから選択的に電気エネルギーを生成すると共に電気エネルギーを熱エネルギーに選択的に変換して前記作動流体を加熱する熱電発電機を含む熱電デバイスと；
前記熱電デバイスに接続されて、前記熱電デバイスにより生成された電気エネルギーを蓄積すると共に前記熱電デバイスに電気エネルギーを供給する電池と；
前記熱電デバイスに接続されると共に、前記作動流体と内燃機関構成要素との間で熱を伝達するために接続される熱交換器を含む作動流体回路と；
少なくとも１つの構成要素の熱的状態に呼応して、前記熱電デバイスを制御して、前記作動流体を加熱して熱を前記少なくとも１つの構成要素に供給するか、又は前記少なくとも１つの構成要素から受けられる加熱済み作動流体から電気エネルギーを生成する制御装置とを含む熱電装置。
【請求項２】
前記内燃機関は廃熱回収装置を含み、前記熱電装置作動流体回路は、前記廃熱回収装置の構成要素に作動的に接続されて前記構成要素と前記熱電作動流体回路との間で熱を伝達する熱交換器を含む請求項１に記載の熱電装置。
【請求項３】
前記廃熱回収装置はエキスパンダと凝縮器とを有する閉サイクルシステムであり、前記熱電装置作動流体回路は、前記凝縮器に作動的に接続されて熱エネルギーを凝縮器との間で選択的に伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項４】
前記廃熱回収装置は内燃機関の廃棄排気ガスから廃熱回収装置に熱エネルギーを伝達するために作動的に接続される熱交換器を含み、前記廃棄ガス流と熱電装置との間で熱エネルギーを伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項５】
前記廃熱回収装置は内燃機関の排気ガス再循環冷却器から前記廃熱回収装置作動流体に熱エネルギーを伝達するために作動的に接続される熱交換器を含み、前記排気ガス再循環冷却器から熱電装置に熱エネルギーを伝達する熱交換器を含む請求項２に記載の熱電装置。
【請求項６】
給気冷却器とエンジン冷却液システムと排気ガス再循環システム冷却器とエンジン油システムと排気ガス流とトランスミッション流体システムと廃熱回収装置作動流体回路との少なくとも１つから熱を抜き取るために作動的に接続される請求項１に記載の熱電装置。
【請求項７】
給気冷却器とエンジン冷却液システムとエンジン油システムと排気ガス流とトランスミッション流体システムと車室と排気後処理噴射システムと廃熱回収装置作動流体システムとの少なくとも１つに熱エネルギーを供給するために作動的に接続される請求項１に記載の熱電装置。
【請求項８】
交換器を含んで、エンジン排気流と排気ガス再循環冷却器との少なくとも一方から熱を回収するために熱廃熱回収装置と；
熱電発電機を含んで、作動流体から抜き取られる熱エネルギーから電気エネルギーを選択的に生成すると共に電気エネルギーを熱エネルギーに選択的に変換して前記作動流体を加熱する熱電デバイスと；
前記熱電デバイスに接続されて、前記熱電デバイスにより生成された電気エネルギーを蓄積すると共に前記熱電デバイスに電気エネルギーを供給する電池と；
前記熱電デバイスに接続されると共に、前記作動流体と、前記エンジン排気流と前記排気ガス再循環冷却器との少なくとも一方との間で熱を伝達するために接続される熱交換器を含む作動流体回路と；
少なくとも１つの構成要素の熱的状態に呼応して、前記熱電デバイスを制御して、前記作動流体を加熱するか、又は前記エンジン排気流と前記排気ガス再循環冷却器との少なくとも一方から受けられる加熱済み作動流体から電気エネルギーを生成する制御装置とを含む内燃機関装置。
【請求項９】
前記廃熱回収装置はエキスパンダと凝縮器とを有する閉サイクルシステムであり、前記熱電装置作動流体回路は、前記凝縮器に作動的に接続されて熱エネルギーを凝縮器との間で選択的に伝達する熱交換器を含む請求項８に記載の内燃機関装置。
【国際調査報告】
2014504345.tif 000006