JP2008286203A - Exhaust heat recovery device - Google Patents

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Kiwamu Inui
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust heat recovery device for efficiently recovering exhaust heat. <P>SOLUTION: An exhaust heat recovery system 50 comprises an exhaust heat recovery heat exchanger 18 for making heat exchange between engine cooling liquid for cooling an internal combustion engine 12 and exhaust gas from the internal combustion engine 12, and a heat pump system 52 for recovering the exhaust heat of the exhaust gas from the internal combustion engine 12. The heat pump system 52 includes a refrigerant circuit 24 for circulating CO2 refrigerant, a heat absorbing side heat exchanger 32 for making heat exchange between the CO2 refrigerant and the exhaust gas, and a heat releasing side heat exchanger 54 for recovering the exhaust heat that the CO2 refrigerant recovers with the heat absorbing side heat exchanger 32. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に適用され車室内暖房用途及びエンジン暖機用途に熱を供給するための排気熱回収装置に関する。   The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that is applied to a vehicle such as an automobile and supplies heat to a vehicle interior heating application and an engine warm-up application.

内燃機関エンジンの排気ガスの有する熱をエンジン冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、外気及び排気ガス熱交換器にて加熱されたエンジン冷却水を熱源とするヒートポンプ回路とを備え、エンジン冷却水温が低いときに暖房モードが選択された場合には、ヒータコアへのエンジン冷却水の供給を停止し、ヒートポンプ回路にて室内暖房を行う自動車用ヒートポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−９０４３０号公報 The engine cooling system includes an exhaust gas heat exchanger that recovers heat of the exhaust gas of the internal combustion engine to the engine cooling water, and a heat pump circuit that uses the engine cooling water heated by the outside air and the exhaust gas heat exchanger as a heat source. When a heating mode is selected when the water temperature is low, an automotive heat pump device is known that stops the supply of engine cooling water to the heater core and performs indoor heating in a heat pump circuit (for example, Patent Document 1). reference).
Japanese Patent Laid-Open No. 3-90430

しかしながら、上記した従来の技術では、ヒートポンプの熱源が外気及び排気ガス熱交換器にて加熱されたエンジン冷却水であるため、ヒートポンプ効率の向上について改善の余地があった。   However, in the above-described conventional technology, since the heat source of the heat pump is engine cooling water heated by the outside air and the exhaust gas heat exchanger, there is room for improvement in improving the heat pump efficiency.

本発明は、上記事実を考慮して、効率良く排気熱を回収することができる排気熱回収装置を得ることが目的である。   In view of the above fact, an object of the present invention is to obtain an exhaust heat recovery device that can efficiently recover exhaust heat.

請求項１記載の発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、冷媒の循環路と、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器と、前記冷媒と空調用空気との熱交換を行う放熱側熱交換器とを含み、前記吸熱側熱交換器で回収した排気熱を前記放熱側熱交換器で前記空調用空気に放熱することで熱的に前記冷却液を経由することなく暖房用の加熱空気を得るヒートポンプと、前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器のそれぞれに連通された排気路から分岐され、前記排気ガスが前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器を共にバイパスするためのバイパス排気路と、前記バイパス排気路を開閉し得る開閉弁と、を備えている。   An exhaust heat recovery apparatus according to a first aspect of the present invention includes an exhaust heat recovery heat exchanger that performs heat exchange between a coolant for cooling an internal combustion engine and an exhaust gas of the internal combustion engine, and a refrigerant circulation path. And a heat absorption side heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the exhaust gas, and a heat radiation side heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the air for air conditioning, and is recovered by the heat absorption side heat exchanger. A heat pump that obtains heated air for heating without passing through the coolant thermally by radiating the exhaust heat that has been exhausted to the air-conditioning air with the heat-radiating side heat exchanger, the exhaust heat recovery heat exchanger, and the A bypass exhaust passage branched from an exhaust passage communicated with each of the heat absorption side heat exchangers, the exhaust gas bypassing both the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger; and the bypass exhaust passage An on-off valve capable of opening and closing, It is provided.

請求項１記載の排気熱回収装置では、内燃機関エンジンの排気ガスが有する排気熱（エネルギ）が排気熱回収熱交換器において冷却液に回収され、例えば内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。また、排気ガスの排気熱は、吸熱側熱交換においてヒートポンプの熱源として冷媒に回収されてヒートポンプの運転に供され、例えば放熱側熱交換器による冷媒からの放熱によって内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。   In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, exhaust heat (energy) of the exhaust gas of the internal combustion engine is recovered in the coolant in the exhaust heat recovery heat exchanger, for example, warming up of the internal combustion engine and heating of the vehicle interior. Used for Further, the exhaust heat of the exhaust gas is recovered by the refrigerant as a heat source of the heat pump in the heat absorption side heat exchange and used for the operation of the heat pump.For example, the warming up of the internal combustion engine is promoted by the heat radiation from the refrigerant by the heat radiation side heat exchanger. Used for vehicle interior heating.

ここで、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、換言すれば、高温流体を熱源としているため、ヒートポンプ効率が高い。このため、排気ガスの大気放出に伴って排気熱を車外に廃棄することなく効率良く回収することができ、例えばヒートポンプ熱源として外気や冷却水等の比較的低温の流体を用いる構成と比較して効率が高く、適用された車両全体としての熱効率も向上する。   Here, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, in other words, a high-temperature fluid is used as a heat source, so that the heat pump efficiency is high. For this reason, exhaust heat can be efficiently recovered without being discarded outside the vehicle as the exhaust gas is released into the atmosphere. For example, compared to a configuration using a relatively low temperature fluid such as outside air or cooling water as a heat pump heat source. The efficiency is high, and the thermal efficiency of the applied vehicle as a whole is also improved.

このように、請求項１記載の排気熱回収装置では、効率良く排気熱を回収することができる。また、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、着霜の問題が生じることが防止される。さらに、本排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、空調用空気を加熱して回収熱を車室内暖房に供する。放熱側熱交換器が空調用空気を直接的に加熱するため、例えば冷却液を介して暖房を行う構成と比較して、暖房の立ち上がり時間を短くすることができる。   Thus, the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 can efficiently recover the exhaust heat. Moreover, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, the problem of frost formation is prevented. Furthermore, in this exhaust heat recovery device, the heat-dissipation side heat exchanger of the heat pump heats the air-conditioning air and supplies the recovered heat to the vehicle interior heating. Since the heat radiating side heat exchanger directly heats the air-conditioning air, for example, the heating start-up time can be shortened compared to a configuration in which heating is performed via a coolant.

請求項２記載の発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、冷媒の循環路に設けられた熱交換器として、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器、及び前記冷媒と空調用空気との熱交換によって該冷媒から空調用空気に熱を回収するための放熱側熱交換器のみを有して構成されたヒートポンプと、前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器のそれぞれに連通された排気路から分岐され、前記排気ガスが前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器を共にバイパスするためのバイパス排気路と、前記バイパス排気路を開閉し得る開閉弁と、を備えている。   An exhaust heat recovery apparatus according to a second aspect of the invention includes an exhaust heat recovery heat exchanger that performs heat exchange between a coolant for cooling an internal combustion engine and an exhaust gas of the internal combustion engine, and a refrigerant circulation path. As a heat exchanger provided in the heat exchanger, a heat absorption side heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the exhaust gas, and heat is recovered from the refrigerant to the air-conditioning air by heat exchange between the refrigerant and the air-conditioning air. A heat pump configured to include only a heat-dissipation-side heat exchanger, and an exhaust path connected to each of the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption-side heat exchanger, and the exhaust gas is exhausted A bypass exhaust passage for bypassing both the heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger, and an on-off valve capable of opening and closing the bypass exhaust passage.

請求項２記載の排気熱回収装置では、内燃機関エンジンの排気ガスが有する排気熱（エネルギ）が排気熱回収熱交換器において冷却液に回収され、例えば内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。また、排気ガスの排気熱は、吸熱側熱交換においてヒートポンプの熱源として冷媒に回収されてヒートポンプの運転に供され、例えば放熱側熱交換器による冷媒からの放熱によって内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。   In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 2, the exhaust heat (energy) of the exhaust gas of the internal combustion engine is recovered in the coolant in the exhaust heat recovery heat exchanger. Used for Further, the exhaust heat of the exhaust gas is recovered by the refrigerant as a heat source of the heat pump in the heat absorption side heat exchange and used for the operation of the heat pump.For example, the warming up of the internal combustion engine is promoted by the heat radiation from the refrigerant by the heat radiation side heat exchanger. Used for vehicle interior heating.

ここで、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、換言すれば、高温流体を熱源としているため、ヒートポンプ効率が高い。このため、排気ガスの大気放出に伴って排気熱を車外に廃棄することなく効率良く回収することができ、例えばヒートポンプ熱源として外気や冷却水等の比較的低温の流体を用いる構成と比較して効率が高く、適用された車両全体としての熱効率も向上する。   Here, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, in other words, a high-temperature fluid is used as a heat source, so that the heat pump efficiency is high. For this reason, exhaust heat can be efficiently recovered without being discarded outside the vehicle as the exhaust gas is released into the atmosphere. For example, compared to a configuration using a relatively low temperature fluid such as outside air or cooling water as a heat pump heat source. The efficiency is high, and the thermal efficiency of the applied vehicle as a whole is also improved.

このように、請求項２記載の排気熱回収装置では、効率良く排気熱を回収することができる。また、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、着霜の問題が生じることが防止される。さらに、本排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、空調用空気を加熱して回収熱を車室内暖房に供する。放熱側熱交換器が空調用空気を直接的に加熱するため、例えば冷却液を介して暖房を行う構成と比較して、暖房の立ち上がり時間を短くすることができる。   Thus, the exhaust heat recovery apparatus according to claim 2 can efficiently recover the exhaust heat. Moreover, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, the problem of frost formation is prevented. Furthermore, in this exhaust heat recovery device, the heat-dissipation side heat exchanger of the heat pump heats the air-conditioning air and supplies the recovered heat to the vehicle interior heating. Since the heat radiating side heat exchanger directly heats the air-conditioning air, for example, the heating start-up time can be shortened compared to a configuration in which heating is performed via a coolant.

請求項３記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置において、前記ヒートポンプの吸熱側熱交換器は、前記排気熱回収熱交換器に対し前記排気ガスの流れ方向下流側に配置されている。   An exhaust heat recovery device according to a third aspect of the present invention is the exhaust heat recovery device according to the first or second aspect, wherein the heat absorption side heat exchanger of the heat pump is exhausted with respect to the exhaust heat recovery heat exchanger. It is arranged downstream in the gas flow direction.

請求項３記載の排気熱回収装置では、排気ガスの排気熱は、先ず排気熱回収熱交換器で冷却液に回収され、次いで、排気熱回収熱交換器で回収し切れなかった分が吸熱側熱交換器にてヒートポンプにさらに回収される。また、排気熱回収熱交換器における冷却液との熱交換で比較的低温になった排気ガスが吸熱側熱交換器で冷媒との熱交換を行うため、冷媒の過熱（過剰な圧力上昇）を防止することができる。これにより、簡単な構造でヒートポンプの保護を図りつつ、例えば排気熱回収熱交換器の熱交換面積を拡大した構成と比較してコンパクトなシステムで排気熱を効果的に回収することができる。   In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 3, the exhaust heat of the exhaust gas is first recovered into the coolant by the exhaust heat recovery heat exchanger, and then the portion that cannot be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger is the heat absorption side. It is further collected by a heat pump in a heat exchanger. In addition, since the exhaust gas, which has become relatively cool due to heat exchange with the coolant in the exhaust heat recovery heat exchanger, exchanges heat with the refrigerant in the heat absorption side heat exchanger, the refrigerant is overheated (excessive pressure rise). Can be prevented. As a result, while protecting the heat pump with a simple structure, the exhaust heat can be effectively recovered with a compact system as compared with, for example, a configuration in which the heat exchange area of the exhaust heat recovery heat exchanger is expanded.

請求項４記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の排気熱回収装置において、前記冷却液の循環路に設けられ、前記空調用空気を加熱するためのヒータコアと、前記ヒータコアに対する前記空調用空気の供給状態と供給停止状態とを切り替え得る切替装置と、をさらに備えている。   An exhaust heat recovery apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the exhaust heat recovery apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the exhaust heat recovery apparatus is provided in a circulation path of the coolant and heats the air for air conditioning And a switching device capable of switching between a supply state and a supply stop state of the air conditioning air to the heater core.

請求項４記載の排気熱回収装置では、切替装置がヒータコアへの空調用空気の供給を停止している場合には、ヒータコアから空調用空気への放熱が行われないため、ヒータコアにおける冷却液の温度低下がなく、暖機時間を短縮することができる。   In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 4, when the switching device stops supplying the air conditioning air to the heater core, heat is not radiated from the heater core to the air conditioning air. There is no temperature drop and the warm-up time can be shortened.

請求項５記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気熱回収装置において、前記冷却液の温度が所定温度よりも低い状態で暖房要求が為された場合に、前記開閉弁を閉止させると共に前記ヒートポンプを作動させ、前記冷却液の温度が前記所定温度以上になると、前記開閉弁を開放させると共に前記ヒートポンプを停止させる制御装置をさらに備えた。   An exhaust heat recovery apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the exhaust heat recovery apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heating request is made when the temperature of the coolant is lower than a predetermined temperature. And a control device for closing the on-off valve and operating the heat pump, and opening the on-off valve and stopping the heat pump when the temperature of the coolant is equal to or higher than the predetermined temperature. .

また、以下の態様の排気熱回収装置が考えられる。   Further, an exhaust heat recovery device of the following mode is conceivable.

一態様に係る排気熱回収装置は、内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、冷媒の循環路と、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器と、前記冷媒から熱を回収するための放熱側熱交換器とを含むヒートポンプと、を備え、前記ヒートポンプの放熱側熱交換器は、前記冷媒と空調用空気との熱交換を行うように構成されている。
この排気熱回収装置では、内燃機関エンジンの排気ガスが有する排気熱（エネルギ）が排気熱回収熱交換器において冷却液に回収され、例えば内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。また、排気ガスの排気熱は、吸熱側熱交換においてヒートポンプの熱源として冷媒に回収されてヒートポンプの運転に供され、例えば放熱側熱交換器による冷媒からの放熱によって内燃機関エンジンの暖機促進や車室内暖房に利用される。
ここで、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、換言すれば、高温流体を熱源としているため、ヒートポンプ効率が高い。このため、排気ガスの大気放出に伴って排気熱を車外に廃棄することなく効率良く回収することができ、例えばヒートポンプ熱源として外気や冷却水等の比較的低温の流体を用いる構成と比較して効率が高く、適用された車両全体としての熱効率も向上する。
このように、本態様の排気熱回収装置では、効率良く排気熱を回収することができる。また、ヒートポンプの熱源として排気ガスを用いるため、着霜の問題が生じることが防止される。さらに、本排気熱回収装置では、ヒートポンプの放熱側熱交換器は、空調用空気を加熱して回収熱を車室内暖房に供する。放熱側熱交換器が空調用空気を直接的に加熱するため、例えば冷却液を介して暖房を行う構成と比較して、暖房の立ち上がり時間を短くすることができる。 An exhaust heat recovery apparatus according to one aspect includes an exhaust heat recovery heat exchanger that performs heat exchange between a coolant for cooling an internal combustion engine and an exhaust gas of the internal combustion engine, a refrigerant circulation path, and the refrigerant A heat absorption side heat exchanger that performs heat exchange with the exhaust gas, and a heat pump that includes a heat radiation side heat exchanger for recovering heat from the refrigerant, and a heat radiation side heat exchanger of the heat pump includes: Heat exchange is performed between the refrigerant and air for air conditioning.
In this exhaust heat recovery device, the exhaust heat (energy) of the exhaust gas of the internal combustion engine is recovered in the coolant in the exhaust heat recovery heat exchanger, and used for, for example, promoting warm-up of the internal combustion engine and heating the vehicle interior. . Further, the exhaust heat of the exhaust gas is recovered by the refrigerant as a heat source of the heat pump in the heat absorption side heat exchange and used for the operation of the heat pump. Used for vehicle interior heating.
Here, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, in other words, a high-temperature fluid is used as a heat source, so that the heat pump efficiency is high. For this reason, exhaust heat can be efficiently recovered without being discarded outside the vehicle as the exhaust gas is released into the atmosphere. For example, compared to a configuration using a relatively low temperature fluid such as outside air or cooling water as a heat pump heat source. The efficiency is high, and the thermal efficiency of the applied vehicle as a whole is also improved.
Thus, in the exhaust heat recovery apparatus of this aspect, exhaust heat can be recovered efficiently. Moreover, since exhaust gas is used as a heat source of the heat pump, the problem of frost formation is prevented. Furthermore, in this exhaust heat recovery device, the heat-radiation side heat exchanger of the heat pump heats the air for air conditioning and supplies the recovered heat to the vehicle interior heating. Since the heat radiating side heat exchanger directly heats the air-conditioning air, for example, the heating start-up time can be shortened compared to a configuration in which heating is performed via a coolant.

また、上記態様において、前記ヒートポンプの吸熱側熱交換器は、前記排気熱回収熱交換器に対し前記排気ガスの流れ方向下流側に配置されている構成として良い。この態様では、排気ガスの排気熱は、先ず排気熱回収熱交換器で冷却液に回収され、次いで、排気熱回収熱交換器で回収し切れなかった分が吸熱側熱交換器にてヒートポンプにさらに回収される。また、排気熱回収熱交換器における冷却液との熱交換で比較的低温になった排気ガスが吸熱側熱交換器で冷媒との熱交換を行うため、冷媒の過熱（過剰な圧力上昇）を防止することができる。これにより、簡単な構造でヒートポンプの保護を図りつつ、例えば排気熱回収熱交換器の熱交換面積を拡大した構成と比較してコンパクトなシステムで排気熱を効果的に回収することができる。   Moreover, the said aspect WHEREIN: The heat absorption side heat exchanger of the said heat pump is good also as a structure arrange | positioned in the flow direction downstream of the said exhaust gas with respect to the said exhaust heat recovery heat exchanger. In this aspect, the exhaust heat of the exhaust gas is first recovered into the coolant by the exhaust heat recovery heat exchanger, and then the amount that cannot be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger is transferred to the heat pump by the heat absorption side heat exchanger. Further recovered. In addition, since the exhaust gas, which has become relatively cool due to heat exchange with the coolant in the exhaust heat recovery heat exchanger, exchanges heat with the refrigerant in the heat absorption side heat exchanger, the refrigerant is overheated (excessive pressure rise). Can be prevented. As a result, while protecting the heat pump with a simple structure, the exhaust heat can be effectively recovered with a compact system as compared with, for example, a configuration in which the heat exchange area of the exhaust heat recovery heat exchanger is expanded.

さらに、上記各態様において、前記冷却液の循環路に設けられ、前記空調用空気を加熱するためのヒータコアと、前記ヒータコアに対する前記空調用空気の供給状態と供給停止状態とを切り替え得る切替装置と、をさらに備えた構成としても良い。この態様では、切替装置がヒータコアへの空調用空気の供給を停止している場合には、ヒータコアから空調用空気への放熱が行われないため、ヒータコアにおける冷却液の温度低下がなく、暖機時間を短縮することができる。   Furthermore, in each of the above aspects, a heater core that is provided in the coolant circulation path and that heats the air conditioning air, and a switching device that can switch between a supply state and a supply stop state of the air conditioning air to the heater core; It is good also as a structure further provided. In this aspect, when the switching device stops supplying the air-conditioning air to the heater core, heat is not radiated from the heater core to the air-conditioning air. Time can be shortened.

以上説明したように本発明に係る排気熱回収装置は、効率良く排気熱を回収することができるという優れた効果を有する。   As described above, the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention has an excellent effect that exhaust heat can be recovered efficiently.

先ず、参考例に係る排気熱回収装置としての排気熱回収システム１０について図１に基づいて説明する。図１には、排気熱回収システム１０のシステム構成図（システムフローシート）が示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム１０は、自動車の駆動力を発生する内燃機関エンジン１２に冷却液としてのエンジン冷却水を循環させるための冷却水循環路１４を備えている。この参考例では、エンジン冷却水は、内燃機関エンジン１２の動力で駆動されるメカポンプ１５の作動によって冷却水循環路１４を循環するようになっている。なお、メカポンプに代えて電動ポンプを設けても良い。   First, an exhaust heat recovery system 10 as an exhaust heat recovery apparatus according to a reference example will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a system configuration diagram (system flow sheet) of the exhaust heat recovery system 10. As shown in this figure, the exhaust heat recovery system 10 includes a cooling water circulation path 14 for circulating engine cooling water as a cooling liquid to an internal combustion engine 12 that generates driving force of an automobile. In this reference example, the engine coolant is circulated through the coolant circulation path 14 by the operation of the mechanical pump 15 driven by the power of the internal combustion engine 12. An electric pump may be provided instead of the mechanical pump.

冷却水循環路１４上には、エンジン冷却水を熱源とする車室内暖房用の熱交換器であるヒータコア１６が配設されている。すなわち、ヒータコア１６は、図示しない空調ケース内に配設されており、該空調ケース内に導入された空調用空気とエンジン冷却水との熱交換によって、空調用空気を加熱する構成とされている。この加熱された空気が図示しないブロア（ファン）によって車室内に吹き出されることで、車室の暖房が行われる構成である。   A heater core 16, which is a heat exchanger for heating the vehicle interior using engine coolant as a heat source, is disposed on the coolant circulation path 14. That is, the heater core 16 is disposed in an air conditioning case (not shown), and is configured to heat the air conditioning air by heat exchange between the air conditioning air introduced into the air conditioning case and the engine cooling water. . This heated air is blown out into the passenger compartment by a blower (fan) (not shown) so that the passenger compartment is heated.

また、冷却水循環路１４上には、内燃機関エンジン１２の排気ガスの有する排気熱（エネルギ）をエンジン冷却水に回収するための排気熱回収熱交換器１８が配設されている。すなわち、排気熱回収熱交換器１８は、冷却水循環路１４を循環するエンジン冷却水と、内燃機関エンジン１２の排気マニホルド１２Ａに接続された排気管２０を流通する排気ガスとの熱交換を行う構成とされている。なお、排気管２０の図示しない下流端は、大気開放されている。   Further, an exhaust heat recovery heat exchanger 18 for recovering exhaust heat (energy) of the exhaust gas of the internal combustion engine 12 to the engine coolant is disposed on the coolant circulation path 14. That is, the exhaust heat recovery heat exchanger 18 is configured to perform heat exchange between the engine coolant circulating in the coolant circulation path 14 and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20 connected to the exhaust manifold 12A of the internal combustion engine 12. It is said that. The downstream end (not shown) of the exhaust pipe 20 is open to the atmosphere.

さらに、排気熱回収システム１０は、排気ガスの有する排気熱を回収するためのヒートポンプシステム２２を備えている。この参考例では、ヒートポンプシステム２２は排気熱をエンジン冷却水に回収させるように構成されている。以下、具体的に説明する。   Further, the exhaust heat recovery system 10 includes a heat pump system 22 for recovering the exhaust heat of the exhaust gas. In this reference example, the heat pump system 22 is configured to collect exhaust heat into engine cooling water. This will be specifically described below.

ヒートポンプシステム２２は、冷媒を循環させるための冷媒循環路２４を備え、この冷媒循環路２４上には、コンプレッサ２６、放熱側熱交換器２８、膨張弁３０、吸熱側熱交換器３２がこの順で配設されて構成されている。この参考例では、冷媒循環路２４を循環する冷媒としてＣＯ２冷媒が用いられている。   The heat pump system 22 includes a refrigerant circulation path 24 for circulating the refrigerant. On the refrigerant circulation path 24, a compressor 26, a heat radiation side heat exchanger 28, an expansion valve 30, and a heat absorption side heat exchanger 32 are arranged in this order. It is arranged and constituted. In this reference example, CO 2 refrigerant is used as the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 24.

そして、放熱側熱交換器２８は、ヒートポンプシステム２２の冷媒放熱器でかつＣＯ２冷媒とエンジン冷却水との熱交換器であり、冷媒循環路２４を循環するＣＯ２冷媒からの熱をエンジン冷却水に放熱するようになっている。一方、吸熱側熱交換器３２は、ＣＯ２冷媒と排気ガスとの熱交換器であり、排気ガスの排気熱をＣＯ２冷媒に吸熱させる（回収する）ように構成されている。そして、ヒートポンプシステム２２では、吸熱側熱交換器３２はＣＯ２冷媒を蒸発しつつ排気熱を潜熱として回収し低温低圧のＣＯ２冷媒とし、コンプレッサ２６は低温低圧のＣＯ２冷媒を圧縮して高温高圧として放熱側熱交換器２８に送り、放熱側熱交換器２８は高温高圧のＣＯ２冷媒の熱をエンジン冷却水に回収するようになっている。また、膨張弁３０は、吸熱側熱交換器３２に供給される前にＣＯ２冷媒を膨張して低圧液化するようになっている。   The heat radiation side heat exchanger 28 is a refrigerant radiator of the heat pump system 22 and is a heat exchanger of CO2 refrigerant and engine cooling water, and heat from the CO2 refrigerant circulating in the refrigerant circulation path 24 is converted into engine cooling water. It is designed to dissipate heat. On the other hand, the heat absorption side heat exchanger 32 is a heat exchanger of CO2 refrigerant and exhaust gas, and is configured to cause the CO2 refrigerant to absorb (recover) the exhaust heat of the exhaust gas. In the heat pump system 22, the heat absorption side heat exchanger 32 collects the exhaust heat as latent heat while evaporating the CO2 refrigerant to obtain a low-temperature and low-pressure CO2 refrigerant, and the compressor 26 compresses the low-temperature and low-pressure CO2 refrigerant to radiate heat as high temperature and pressure. The heat is sent to the side heat exchanger 28, and the heat radiation side heat exchanger 28 recovers the heat of the high-temperature and high-pressure CO2 refrigerant into the engine coolant. Further, the expansion valve 30 expands the CO2 refrigerant to be liquefied at a low pressure before being supplied to the heat absorption side heat exchanger 32.

これにより、ヒートポンプシステム２２は、上記の通り排気ガスの有する排気熱をエンジン冷却水に回収する（蓄える）ようになっている。この参考例では、放熱側熱交換器２８は、冷却水循環路１４においてはヒータコア１６と排気熱回収熱交換器１８との間、すなわちヒータコア１６に対しエンジン冷却水流れの下流で、かつ排気熱回収熱交換器１８に対しエンジン冷却水流れの上流に配置されている。   Thereby, the heat pump system 22 collects (stores) the exhaust heat of the exhaust gas in the engine coolant as described above. In this reference example, the heat radiation side heat exchanger 28 is disposed between the heater core 16 and the exhaust heat recovery heat exchanger 18 in the cooling water circulation path 14, that is, downstream of the engine coolant flow with respect to the heater core 16 and exhaust heat recovery. It is arranged upstream of the engine coolant flow with respect to the heat exchanger 18.

一方、吸熱側熱交換器３２は、排気管２０における排気熱回収熱交換器１８に対する排気ガスの流れの下流側に配置されている。また、排気管２０には、排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２をバイパスするバイパス排気路２０Ａが設けられており、バイパス排気路２０Ａには開閉弁３４が配設されている。開閉弁３４を開放した状態では、排気ガスは主にバイパス排気路２０Ａを経由して大気開放されるようになっている。開閉弁３４を閉止した状態では、排気ガスは排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２をこの順で流通し、上記の通り排気熱が回収されるようになっている。   On the other hand, the heat absorption side heat exchanger 32 is disposed on the downstream side of the exhaust gas flow with respect to the exhaust heat recovery heat exchanger 18 in the exhaust pipe 20. The exhaust pipe 20 is provided with a bypass exhaust passage 20A that bypasses the exhaust heat recovery heat exchanger 18 and the heat absorption side heat exchanger 32, and an on-off valve 34 is provided in the bypass exhaust passage 20A. . In the state where the on-off valve 34 is opened, the exhaust gas is opened to the atmosphere mainly via the bypass exhaust passage 20A. When the on-off valve 34 is closed, the exhaust gas flows through the exhaust heat recovery heat exchanger 18 and the heat absorption side heat exchanger 32 in this order, and the exhaust heat is recovered as described above.

また、排気熱回収システム１０は、図示しない制御装置としてのＥＣＵを備えている。ＥＣＵは、コンプレッサ２６、開閉弁３４にそれぞれ電気的に接続されており、コンプレッサ２６作動・停止、開閉弁３４の開閉を切り替える構成とされている。このＥＣＵには、温度センサからのエンジン冷却水の温度に応じた出力信号、空調ＥＣＵからの暖房負荷信号が入力されるようになっており、ＥＣＵは、これらの信号に基づいてコンプレッサ２６、開閉弁３４を制御するようになっている。   Further, the exhaust heat recovery system 10 includes an ECU as a control device (not shown). The ECU is electrically connected to the compressor 26 and the on-off valve 34, respectively, and is configured to switch operation / stop of the compressor 26 and opening / closing of the on-off valve 34. An output signal corresponding to the temperature of the engine coolant from the temperature sensor and a heating load signal from the air conditioning ECU are input to the ECU. The ECU is configured to open and close the compressor 26 based on these signals. The valve 34 is controlled.

次に、本参考例の作用について説明する。   Next, the operation of this reference example will be described.

上記構成の排気熱回収システム１０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い場合等に、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止すると共にコンプレッサ２６を作動する。すると、内燃機関エンジン１２の排気ガスが排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２に流入する。排気熱回収熱交換器１８では、エンジン冷却水が高温の排気ガスとの熱交換によって直接的に加熱される。さらに、ヒートポンプシステム２２では、その動作によって、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気ガスの排気熱がＣＯ２冷媒を介してエンジン冷却水に供給されて、エンジン冷却水が加熱される。   In the exhaust heat recovery system 10 having the above configuration, the ECU closes the on-off valve 34 and operates the compressor 26 when the temperature of engine cooling water is lower than a predetermined temperature, for example, immediately after the internal combustion engine 12 is started. To do. Then, the exhaust gas of the internal combustion engine 12 flows into the exhaust heat recovery heat exchanger 18 and the heat absorption side heat exchanger 32. In the exhaust heat recovery heat exchanger 18, the engine coolant is directly heated by heat exchange with the hot exhaust gas. Furthermore, in the heat pump system 22, the exhaust heat of the exhaust gas recovered by the heat absorption side heat exchanger 32 is supplied to the engine cooling water through the CO 2 refrigerant by the operation, and the engine cooling water is heated.

例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放すると共にコンプレッサ２６（ヒートポンプシステム２２）を停止する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。   For example, when the engine coolant temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature, the ECU opens the on-off valve 34 and stops the compressor 26 (heat pump system 22). In this case, the exhaust gas mainly flows through the bypass exhaust passage 20A and is released to the atmosphere.

ここで、排気熱回収システム１０では、ヒートポンプシステム２２を設けたため、排気熱回収熱交換器１８で回収し切れなかった排気熱（熱エネルギ）をヒートポンプシステム２２にて回収すると共にエンジン冷却水（ヒータコア１６）に供給することができる。そして、ヒートポンプシステム２２では、吸熱側熱交換器３２が排気ガスを熱源とするため、換言すれば、例えば外気やエンジン冷却水を熱源とする構成と比較して高温の流体を熱源とするため、ヒートポンプ効率が高い。これにより、排気熱回収熱交換器１８では回収し切れなかった排気ガスの排気熱を効率良く回収することができる。   Here, in the exhaust heat recovery system 10, since the heat pump system 22 is provided, exhaust heat (heat energy) that could not be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 18 is recovered by the heat pump system 22 and engine cooling water (heater core) 16). In the heat pump system 22, since the heat absorption side heat exchanger 32 uses the exhaust gas as a heat source, in other words, for example, a high-temperature fluid is used as a heat source compared to a configuration using outside air or engine cooling water as a heat source. High heat pump efficiency. Thereby, the exhaust heat of the exhaust gas that could not be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 18 can be recovered efficiently.

一方、吸熱側熱交換器３２は、排気ガスの流れ方向において排気熱回収熱交換器１８の下流に配置されているため、高温の排気ガスによってＣＯ２冷媒が過熱される（過膨張する）ことが防止される。すなわち、熱回収効率の高いヒートポンプシステム２２が高温に対し保護される。また、吸熱側熱交換器３２の熱源が排気ガスであるため、例えば外気を熱源とする場合に懸念される着霜が問題となることがない。   On the other hand, since the heat absorption side heat exchanger 32 is disposed downstream of the exhaust heat recovery heat exchanger 18 in the exhaust gas flow direction, the CO2 refrigerant may be overheated (overexpanded) by the high temperature exhaust gas. Is prevented. That is, the heat pump system 22 with high heat recovery efficiency is protected against high temperatures. Moreover, since the heat source of the heat absorption side heat exchanger 32 is exhaust gas, for example, frost formation that is a concern when using outside air as a heat source does not become a problem.

また、排気熱回収システム１０では、ヒートポンプシステム２２で回収した排気熱がエンジン冷却水温の上昇に用いられるため、冷却水循環路１４の暖機促進やヒータコア１６による暖房性能の向上が図られる。これにより、冷却水循環路１４の始動直後においても良好な暖房性能を得ることができる。   Further, in the exhaust heat recovery system 10, the exhaust heat recovered by the heat pump system 22 is used to increase the engine cooling water temperature, so that the warming-up of the cooling water circulation path 14 is improved and the heating performance by the heater core 16 is improved. Thereby, favorable heating performance can be obtained immediately after the cooling water circulation path 14 is started.

しかも、ヒートポンプシステム２２では、冷媒循環路２４における排気熱回収熱交換器１８が排気熱を回収する前であって、かつヒータコア１６において放熱した後の最も低温のエンジン冷却水に放熱するように放熱側熱交換器２８が配置されているため、ヒートポンプ効率が高く、排気熱を一層効率良く回収することができる。これにより、排気熱回収システム１０全体として熱回収効率が良好となる。   Moreover, in the heat pump system 22, heat is dissipated so that the exhaust heat recovery heat exchanger 18 in the refrigerant circulation path 24 recovers heat to the coldest engine coolant after the exhaust heat is recovered in the heater core 16. Since the side heat exchanger 28 is disposed, the heat pump efficiency is high, and the exhaust heat can be recovered more efficiently. Thereby, heat recovery efficiency becomes favorable as the exhaust heat recovery system 10 as a whole.

以上により、排気熱回収システム１０が適用された自動車では、暖房性の向上と燃費確保の両立が図られた。すなわち燃費を犠牲にすることなく暖房性能を向上することができる。具体的には、排気熱回収熱交換器１８、ヒートポンプシステム２２を備えない構成においては、暖房性能を向上する（エンジン冷却水温を上昇する）ために冷却水循環路１４のアイドル回転数を上昇したり、トランスミッションのシフトタイミングを変更したりする必要があるが、排気熱回収システム１０では、排気熱を効率良く回収してエンジン冷却水に供給するため、アイドル回転数の上昇やシフトタイミングの変更が不要となり、燃費を犠牲にすることなく暖房性能を向上することができる。また同様に、燃費を犠牲にすることなく暖機の促進を図ることができる。   As described above, in the automobile to which the exhaust heat recovery system 10 is applied, both improvement in heating performance and securing of fuel consumption are achieved. That is, heating performance can be improved without sacrificing fuel consumption. Specifically, in a configuration that does not include the exhaust heat recovery heat exchanger 18 and the heat pump system 22, the idle rotation speed of the coolant circulation path 14 is increased in order to improve the heating performance (increase the engine coolant temperature). It is necessary to change the shift timing of the transmission, but the exhaust heat recovery system 10 efficiently recovers exhaust heat and supplies it to the engine cooling water, so there is no need to increase idle speed or change the shift timing. Thus, the heating performance can be improved without sacrificing fuel consumption. Similarly, warm-up can be promoted without sacrificing fuel consumption.

このように、本参考例に係る排気熱回収システム１０では、効率良く排気熱を回収することができる。   Thus, the exhaust heat recovery system 10 according to the present reference example can recover exhaust heat efficiently.

（本発明の実施形態）
次に、本発明の実施形態に係る排気熱回収システム５０について、図２及び図３に基づいて説明する。なお、上記参考例と基本的に同一の部品・部分については、上記参考例と同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment of the present invention)
Next, the exhaust heat recovery system 50 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that parts / portions that are basically the same as those in the reference example described above are denoted by the same reference numerals as those in the reference example, and description thereof is omitted.

図２には、本発明の実施形態に係る排気熱回収システム５０のシステム構成図（システムフローシート）が示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム５０は、ヒートポンプシステム２２に代えて、ヒートポンプシステム５２を備える点で上記参考例に係る排気熱回収システム１０とは異なる。   FIG. 2 shows a system configuration diagram (system flow sheet) of the exhaust heat recovery system 50 according to the embodiment of the present invention. As shown in this figure, the exhaust heat recovery system 50 is different from the exhaust heat recovery system 10 according to the reference example in that a heat pump system 52 is provided instead of the heat pump system 22.

ヒートポンプシステム５２は、ＣＯ２冷媒とエンジン冷却水との熱交換を行う放熱側熱交換器２８に代えて、ＣＯ２冷媒と空調用空気との熱交換を行う放熱側熱交換器５４を備える以外は、ヒートポンプシステム２２と同様に構成されている。したがって、ヒートポンプシステム５２は、吸熱側熱交換器３２で回収した排気熱を放熱側熱交換器５４にて空調用空気に放熱することで、熱的にエンジン冷却水を経由することなく、かつヒータコア１６に頼ることなく、車室暖房用の加熱空気を得る構成とされている。   The heat pump system 52 includes a heat radiation side heat exchanger 54 that performs heat exchange between the CO2 refrigerant and air-conditioning air instead of the heat radiation side heat exchanger 28 that performs heat exchange between the CO2 refrigerant and the engine coolant. The configuration is the same as that of the heat pump system 22. Therefore, the heat pump system 52 radiates the exhaust heat collected by the heat absorption side heat exchanger 32 to the air-conditioning air by the heat radiation side heat exchanger 54, so that the heater core does not pass through the engine cooling water thermally. The configuration is such that the heated air for heating the passenger compartment is obtained without relying on 16.

図３に示される如く、放熱側熱交換器５４は、ヒータコア１６と共に空調ケース５６内に配設されて車両用空調装置５８を構成している。以下、車両用空調装置５８（一例）について補足する。   As shown in FIG. 3, the heat radiating side heat exchanger 54 is disposed in the air conditioning case 56 together with the heater core 16 to constitute a vehicle air conditioner 58. Hereinafter, supplementary explanation will be given for the vehicle air conditioner 58 (one example).

図３に示される如く、空調ケース５６は、両端が開口しており、一方側の開口端には、内外気切換ダンパ６０によって切り替えられる外気取入口６２、内気取入口６４が形成されている。また空調ケース５６の他方の開口端には、車室内へ向けて開口され、モード切替ダンパ６６によって適宜開閉される複数の空気吹出し口６８が形成されている。空気吹出し口６８は、例えば、デフロスタ吹出し口６８Ａ、サイド及びセンタレジスタ吹出し口６８Ｂ、足下吹出し口６８Ｃを有して構成されており、モード切替ダンパ６６によって温調した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる構成である。   As shown in FIG. 3, the air conditioning case 56 is open at both ends, and an outside air inlet 62 and an inside air inlet 64 that are switched by an inside / outside air switching damper 60 are formed at one opening end. A plurality of air outlets 68 are formed at the other opening end of the air conditioning case 56 and are opened toward the vehicle interior and appropriately opened and closed by the mode switching damper 66. The air outlet 68 includes, for example, a defroster outlet 68A, a side and center register outlet 68B, and a foot outlet 68C. Air that has been temperature-controlled by the mode switching damper 66 is sent from a desired position to the passenger compartment. It is the structure which can be blown out.

また、空調ケース５６内における外気取入口６２、内気取入口６４の下流には、空調用ブロア７０が設けられている。空調用ブロア７０は、作動することで外気取入口６２又は内気取入口６４から空調ケース５６内に空調用空気を吸引し、この空調用空気を空気吹出し口６８側に向けて送出する構成である。空調ケース５６内における空調用ブロア７０の下流側には、空調用空気を冷却するためのエバポレータ７２が配設されている。エバポレータ７２は、図示しない冷凍サイクルを構成しており、この冷凍サイクルの作動時には、空調用空気との熱交換によって冷媒を蒸発させることで、空調用空気から潜熱を奪うように構成されている。   An air conditioning blower 70 is provided downstream of the outside air inlet 62 and the inside air inlet 64 in the air conditioning case 56. The air-conditioning blower 70 is configured to draw air-conditioning air into the air-conditioning case 56 from the outside air inlet 62 or the inside air inlet 64 by operating, and send the air-conditioning air toward the air outlet 68 side. . An evaporator 72 for cooling the air-conditioning air is disposed downstream of the air-conditioning blower 70 in the air-conditioning case 56. The evaporator 72 forms a refrigeration cycle (not shown), and is configured to take away latent heat from the air-conditioning air by evaporating the refrigerant by heat exchange with the air-conditioning air when the refrigeration cycle is operated.

空調ケース５６内におけるエバポレータ７２の下流側には、エアミックスダンパ７４及びヒータコア１６が配設されている。エバポレータ７２の下流側の空調用空気は、例えばエアミックスダンパ７４の開度に応じてヒータコア１６へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア１６によって加熱されていない空調用空気と混合された後、空気吹出し口６８へ向けて送出されるようになっている。エアミックスダンパ７４は、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量がヒータコア１６を通過する状態から、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量がヒータコア１６を通過しない状態（以下、ヒータコアバイパス状態という）まで、空調用空気の流量割合を調整可能とされている。したがって、エアミックスダンパ７４が本発明における「切替装置」に相当する。   An air mix damper 74 and a heater core 16 are disposed on the downstream side of the evaporator 72 in the air conditioning case 56. The air-conditioning air downstream of the evaporator 72 is guided to the heater core 16 according to the opening degree of the air mix damper 74 and heated, and further mixed with the air-conditioning air not heated by the heater core 16. It is sent out toward the outlet 68. The air mix damper 74 is in a state in which substantially the entire amount of air-conditioning air that has passed through the evaporator 72 passes through the heater core 16 to a state in which substantially the entire amount of air-conditioning air that has passed through the evaporator 72 does not pass through the heater core 16 (hereinafter referred to as heater core bypass state). The flow rate of the air-conditioning air can be adjusted. Therefore, the air mix damper 74 corresponds to the “switching device” in the present invention.

空調ケース５６内におけるヒータコア１６の下流側には、エアミックスダンパ７６及び放熱側熱交換器５４が配設されている。エバポレータ７２（ヒータコア１６）の下流側の空調用空気は、例えばエアミックスダンパ７６の開度に応じて放熱側熱交換器５４へ案内されて加熱され、さらに、放熱側熱交換器５４によって加熱されていない空調用空気と混合された後、空気吹出し口６８へ向けて送出されるようになっている。エアミックスダンパ７６は、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量が放熱側熱交換器５４を通過する状態から、エバポレータ７２を通過した空調用空気の略全量が放熱側熱交換器５４を通過しない状態（以下、ヒートポンプバイパス状態という）まで、空調用空気の流量割合を調整可能とされている。   An air mix damper 76 and a heat radiation side heat exchanger 54 are disposed on the downstream side of the heater core 16 in the air conditioning case 56. The air-conditioning air on the downstream side of the evaporator 72 (heater core 16) is guided and heated by the heat dissipation side heat exchanger 54 according to the opening of the air mix damper 76, for example, and further heated by the heat dissipation side heat exchanger 54. After being mixed with non-air conditioning air, the air is sent toward the air outlet 68. In the air mix damper 76, from the state where substantially the entire amount of air-conditioning air that has passed through the evaporator 72 passes through the heat-dissipation side heat exchanger 54, substantially all the amount of air-conditioning air that has passed through the evaporator 72 passes through the heat-dissipation side heat exchanger 54 The flow rate ratio of the air for air conditioning can be adjusted up to a state where it is not performed (hereinafter referred to as a heat pump bypass state).

以上説明した排気熱回収システム５０と車両用空調装置５８とは、図示しない制御装置によって統合（同期）して制御され、ヒートポンプシステム５２の作動中には、エアミックスダンパ７４はヒータコアバイパス（ヒータコア断熱）状態とされ、ヒートポンプシステム５２の停止中には、エアミックスダンパ７６はヒートポンプバイパス状態とされるようになっている。   The exhaust heat recovery system 50 and the vehicle air conditioner 58 described above are integrated (synchronized) and controlled by a control device (not shown), and the air mix damper 74 is connected to the heater core bypass (heater core insulation) while the heat pump system 52 is operating. The air mix damper 76 is in a heat pump bypass state while the heat pump system 52 is stopped.

排気熱回収システム５０の他の構成は、排気熱回収システム１０の対応する構成と同様とされている。以下、本実施形態に係る排気熱回収システム５０の作用を説明する。   Other configurations of the exhaust heat recovery system 50 are the same as the corresponding configurations of the exhaust heat recovery system 10. Hereinafter, the operation of the exhaust heat recovery system 50 according to the present embodiment will be described.

上記構成の排気熱回収システム５０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い場合には、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止する。これにより、排気ガスの排気熱が排気熱回収熱交換器１８にてエンジン冷却水に回収され、内燃機関エンジン１２の暖機促進が果たされる。特に、エアミックスダンパ７４をヒータコアバイパス状態に切り替えることで、ヒータコア１６からの放熱が抑制されて内燃機関エンジン１２の暖機が一層促進される。例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。   In the exhaust heat recovery system 50 configured as described above, the ECU closes the on-off valve 34 when the temperature of the engine coolant is lower than a predetermined temperature, for example, immediately after the internal combustion engine 12 is started. As a result, the exhaust heat of the exhaust gas is recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 18 into the engine cooling water, and the warm-up of the internal combustion engine 12 is promoted. In particular, by switching the air mix damper 74 to the heater core bypass state, heat dissipation from the heater core 16 is suppressed, and warm-up of the internal combustion engine 12 is further promoted. For example, when the engine coolant temperature becomes a predetermined temperature or higher, the ECU opens the on-off valve 34. In this case, the exhaust gas mainly flows through the bypass exhaust passage 20A and is released to the atmosphere.

また、排気熱回収システム５０では、例えば、内燃機関エンジン１２の始動直後のようにエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低い状態で暖房要求が為された場合等に、ＥＣＵが開閉弁３４を閉止すると共にコンプレッサ２６を作動する。すると、内燃機関エンジン１２の排気ガスが排気熱回収熱交換器１８、吸熱側熱交換器３２に流入する。排気熱回収熱交換器１８では、エンジン冷却水が高温の排気ガスとの熱交換によって加熱され、内燃機関エンジン１２の暖機が促進される。   In the exhaust heat recovery system 50, for example, when the heating request is made in a state where the temperature of the engine coolant is lower than a predetermined temperature, for example, immediately after the internal combustion engine 12 is started, the ECU opens the on-off valve 34. The compressor 26 is operated while closing. Then, the exhaust gas of the internal combustion engine 12 flows into the exhaust heat recovery heat exchanger 18 and the heat absorption side heat exchanger 32. In the exhaust heat recovery heat exchanger 18, the engine coolant is heated by heat exchange with the high-temperature exhaust gas, and warming up of the internal combustion engine 12 is promoted.

一方、ヒートポンプシステム５２では、その動作によって、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気ガスの排気熱がＣＯ２冷媒を介して空調ケース５６内に導入された空調用空気に供給されて、空調用空気が加熱される。このとき、エアミックスダンパ７４は、ヒータコアバイパス状態を取り、ヒータコア１６は空調用空気に対し断熱されており、空調用空気は放熱側熱交換器５４におけるＣＯ２冷媒との熱交換によって加熱され、車室内の暖房に供される。   On the other hand, in the heat pump system 52, the exhaust heat of the exhaust gas recovered by the heat absorption side heat exchanger 32 is supplied to the air-conditioning air introduced into the air-conditioning case 56 through the CO2 refrigerant. Air is heated. At this time, the air mix damper 74 is in a heater core bypass state, the heater core 16 is insulated from the air for air conditioning, and the air for air conditioning is heated by heat exchange with the CO2 refrigerant in the heat radiation side heat exchanger 54, It is used for indoor heating.

例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になると、ＥＣＵは開閉弁３４を開放すると共にコンプレッサ２６（ヒートポンプシステム５２）を停止する。この場合、排気ガスは、主にバイパス排気路２０Ａを流通して大気に放出される。また、エアミックスダンパ７４はヒータコア１６に空調用空気を導く状態に切り替えられ、エアミックスダンパ７６はヒートポンプバイパス状態に切り替えられる。したがって、エンジン冷却水温の上昇後は、暖房熱源としてヒータコア１６（エンジン冷却水）が用いられる。   For example, when the engine coolant temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature, the ECU opens the on-off valve 34 and stops the compressor 26 (heat pump system 52). In this case, the exhaust gas mainly flows through the bypass exhaust passage 20A and is released to the atmosphere. Further, the air mix damper 74 is switched to a state in which air for air conditioning is guided to the heater core 16, and the air mix damper 76 is switched to a heat pump bypass state. Therefore, after the engine coolant temperature rises, the heater core 16 (engine coolant) is used as a heating heat source.

ここで、排気熱回収システム５０では、ヒートポンプシステム５２を設けたため、排気熱回収熱交換器１８で回収し切れなかった排気熱をヒートポンプシステム２２にて回収することができる。そして、ヒートポンプシステム５２では、吸熱側熱交換器３２が排気ガスを熱源とするため、換言すれば、例えば外気やエンジン冷却水を熱源とする構成と比較して高温の流体を熱源とするため、ヒートポンプ効率が高い。これにより、排気熱回収熱交換器１８では回収し切れなかった排気ガスの排気熱を効率良く回収することができる。   Here, in the exhaust heat recovery system 50, since the heat pump system 52 is provided, the exhaust heat that cannot be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 18 can be recovered by the heat pump system 22. And in the heat pump system 52, since the heat absorption side heat exchanger 32 uses exhaust gas as a heat source, in other words, for example, a high-temperature fluid is used as a heat source compared to a configuration using outside air or engine cooling water as a heat source. High heat pump efficiency. Thereby, the exhaust heat of the exhaust gas that could not be recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 18 can be recovered efficiently.

そして、排気熱回収システム５０では、吸熱側熱交換器３２にて回収した排気熱を空調用空気（放熱側熱交換器５４）に供給する。ここで、放熱側熱交換器５４は、熱経路としてエンジン冷却水（ヒータコア１６）を経由することなく直接的に空調用空気を加熱するため、エンジン冷却水温が上昇する前に加熱された空調用空気すなわち温風を得ることができる。すなわち、例えば冷間時にもエンジン始動からごく短時間で温風を得ることができ、即効暖房性能が向上する。   In the exhaust heat recovery system 50, the exhaust heat recovered by the heat absorption side heat exchanger 32 is supplied to the air for air conditioning (the heat dissipation side heat exchanger 54). Here, since the heat radiation side heat exchanger 54 heats the air-conditioning air directly without passing through the engine cooling water (heater core 16) as a heat path, it is heated before the engine cooling water temperature rises. Air, that is, warm air can be obtained. That is, for example, warm air can be obtained in a very short time from the start of the engine even when it is cold, thereby improving the immediate heating performance.

一方、このようにヒートポンプシステム５２が作動している間には、エアミックスダンパ７４によってヒータコア１６から空調用空気への放熱が抑制されているため、ヒータコア１６におけるエンジン冷却水温の低下が防止され、エンジン冷却水温が短時間で上昇する。すなわち、車室暖房性能を犠牲することなく（向上させながら）、内燃機関エンジン１２の暖機促進をも図ることができる。   On the other hand, since heat dissipation from the heater core 16 to the air-conditioning air is suppressed by the air mix damper 74 while the heat pump system 52 is operating as described above, a decrease in the engine coolant temperature in the heater core 16 is prevented. The engine coolant temperature rises in a short time. That is, warming-up of the internal combustion engine 12 can be promoted without sacrificing (improving) the passenger compartment heating performance.

また、吸熱側熱交換器３２は、排気ガスの流れ方向において排気熱回収熱交換器１８の下流に配置されているため、高温の排気ガスによってＣＯ２冷媒が過熱される（過膨張する）ことが防止される。すなわち、熱回収効率の高いヒートポンプシステム２２が高温に対し保護される。また、吸熱側熱交換器３２の熱源が排気ガスであるため、例えば外気を熱源とする場合に懸念される着霜が問題となることがない。   In addition, since the heat absorption side heat exchanger 32 is disposed downstream of the exhaust heat recovery heat exchanger 18 in the exhaust gas flow direction, the CO2 refrigerant may be overheated (overexpanded) by the high temperature exhaust gas. Is prevented. That is, the heat pump system 22 with high heat recovery efficiency is protected against high temperatures. Moreover, since the heat source of the heat absorption side heat exchanger 32 is exhaust gas, for example, frost formation that is a concern when using outside air as a heat source does not become a problem.

以上により、排気熱回収システム５０が適用された自動車では、第１の実施形態に係る１０と同様に、排気熱回収システム１０暖房性の向上と燃費確保の両立が図られた。このように、本実施形態に係る排気熱回収システム５０では、効率良く排気熱を回収することができる。   As described above, in the automobile to which the exhaust heat recovery system 50 is applied, as in the case of 10 according to the first embodiment, the exhaust heat recovery system 10 can achieve both improved heating performance and fuel consumption. As described above, the exhaust heat recovery system 50 according to the present embodiment can efficiently recover the exhaust heat.

本発明の参考例に係る排気熱回収システムのシステム構成図である。It is a system configuration diagram of an exhaust heat recovery system according to a reference example of the present invention. 本発明の実施形態に係る排気熱回収システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an exhaust heat recovery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る排気熱回収システムを構成する放熱側熱交換器の空調ケース内の配置を模式的に示す側断面図である。It is side sectional drawing which shows typically arrangement | positioning in the air-conditioning case of the thermal radiation side heat exchanger which comprises the exhaust heat recovery system which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１２ 内燃機関エンジン
１４ 冷却水循環路（冷却液の循環路）
１６ ヒータコア
１８ 排気熱回収熱交換器
２０ 排気管（排気ガス切替装置）
２０Ａ バイパス排気路（排気ガス切替装置）
２４ 冷媒循環路（冷媒の循環路）
３２ 吸熱側熱交換器
３４ 開閉弁（排気ガス切替装置）
５０ 排気熱回収システム（排気熱回収装置）
５２ ヒートポンプシステム（ヒートポンプ）
５４ 放熱側熱交換器
７４ エアミックスダンパ（切替装置） 12 Internal combustion engine 14 Cooling water circulation path (cooling liquid circulation path)
16 Heater core 18 Exhaust heat recovery heat exchanger 20 Exhaust pipe (exhaust gas switching device)
20A Bypass exhaust passage (exhaust gas switching device)
24 Refrigerant circuit (refrigerant circuit)
32 Endothermic heat exchanger 34 Open / close valve (exhaust gas switching device)
50 Exhaust heat recovery system (exhaust heat recovery device)
52 Heat pump system (heat pump)
54 Heat Release Heat Exchanger 74 Air Mix Damper (Switching Device)

Claims (5)

内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、
冷媒の循環路と、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器と、前記冷媒と空調用空気との熱交換を行う放熱側熱交換器とを含み、前記吸熱側熱交換器で回収した排気熱を前記放熱側熱交換器で前記空調用空気に放熱することで熱的に前記冷却液を経由することなく暖房用の加熱空気を得るヒートポンプと、
前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器のそれぞれに連通された排気路から分岐され、前記排気ガスが前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器を共にバイパスするためのバイパス排気路と、
前記バイパス排気路を開閉し得る開閉弁と、
を備えた排気熱回収装置。 An exhaust heat recovery heat exchanger for exchanging heat between a coolant for cooling the internal combustion engine and the exhaust gas of the internal combustion engine;
The heat absorption side heat includes a refrigerant circulation path, a heat absorption side heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the exhaust gas, and a heat radiation side heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and air for air conditioning. A heat pump that obtains heating air for heating without passing through the coolant thermally by radiating the exhaust heat recovered by the exchanger to the air-conditioning air by the heat-dissipation side heat exchanger;
The exhaust gas is branched from an exhaust passage connected to each of the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger, and the exhaust gas bypasses both the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger. A bypass exhaust path;
An on-off valve capable of opening and closing the bypass exhaust passage;
Exhaust heat recovery device. 内燃機関エンジンを冷却するための冷却液と前記内燃機関エンジンの排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収熱交換器と、
冷媒の循環路に設けられた熱交換器として、前記冷媒と前記排気ガスとの熱交換を行う吸熱側熱交換器、及び前記冷媒と空調用空気との熱交換によって該冷媒から空調用空気に熱を回収するための放熱側熱交換器のみを有して構成されたヒートポンプと、
前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器のそれぞれに連通された排気路から分岐され、前記排気ガスが前記排気熱回収熱交換器及び前記吸熱側熱交換器を共にバイパスするためのバイパス排気路と、
前記バイパス排気路を開閉し得る開閉弁と、
を備えた排気熱回収装置。 An exhaust heat recovery heat exchanger for exchanging heat between a coolant for cooling the internal combustion engine and the exhaust gas of the internal combustion engine;
As a heat exchanger provided in the refrigerant circulation path, a heat absorption side heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the exhaust gas, and heat exchange between the refrigerant and air-conditioning air changes the refrigerant into air-conditioning air. A heat pump configured to have only a heat radiation side heat exchanger for recovering heat;
The exhaust gas is branched from an exhaust passage connected to each of the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger, and the exhaust gas bypasses both the exhaust heat recovery heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger. A bypass exhaust path;
An on-off valve capable of opening and closing the bypass exhaust passage;
Exhaust heat recovery device. 前記ヒートポンプの吸熱側熱交換器は、前記排気熱回収熱交換器に対し前記排気ガスの流れ方向下流側に配置されている請求項１又は請求項２記載の排気熱回収装置。   The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heat absorption side heat exchanger of the heat pump is disposed downstream of the exhaust heat recovery heat exchanger in the flow direction of the exhaust gas. 前記冷却液の循環路に設けられ、前記空調用空気を加熱するためのヒータコアと、
前記ヒータコアに対する前記空調用空気の供給状態と供給停止状態とを切り替え得る切替装置と、
をさらに備えた請求項１〜請求項３の何れか１項記載の排気熱回収装置。 A heater core for heating the air-conditioning air, provided in the coolant circulation path;
A switching device capable of switching between a supply state and a supply stop state of the air conditioning air to the heater core;
The exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 前記冷却液の温度が所定温度よりも低い状態で暖房要求が為された場合に、前記開閉弁を閉止させると共に前記ヒートポンプを作動させ、前記冷却液の温度が前記所定温度以上になると、前記開閉弁を開放させると共に前記ヒートポンプを停止させる制御装置をさらに備えた請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気熱回収装置。   When a heating request is made in a state where the temperature of the coolant is lower than a predetermined temperature, the on-off valve is closed and the heat pump is operated, and when the temperature of the coolant becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the opening / closing is performed. The exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control device that opens the valve and stops the heat pump.
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