JP2017065653A - 車両用熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機運転時間が長くなることなく冷間時の暖房の早期化が可能な車両用熱利用装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エンジン１８の冷却水が循環するエンジン液回路１２と、排熱回収器２６及びヒータコア２４の各々を冷却水が循環するヒータ液回路１４と、冷媒サイクル３０に含まれる温水加熱器３４を冷却水が循環する冷温液回路１６と、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４との各々を接続状態及び遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える切替弁５２と、ヒータ液回路１４と冷温液回路１６との各々を接続状態及び遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える四方弁５４と、四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とが接続状態とされることにより、温水加熱器３４を通過した冷却水をヒータ液回路１４に循環させる温水用ウォータポンプ４６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用熱利用装置に関する。

特許文献１では、蒸発器と凝縮器とを有する冷媒サイクルに対して、液体を循環させて冷媒の熱を熱交換器で液体に受熱または吸熱させる空調装置が提案されている。具体的には、夏期は、蒸発器と空調用ラジエタとの間、及び凝縮器と外側ラジエタとの間の各々で液体を循環し、冬期は、蒸発器と外側ラジエタとの間、及び凝縮器と空調用ラジエタとの間の各々で液体を循環させる空調装置が開示されている。

特開平６−２１９１５０号公報

特許文献１では、冬期の場合に、蒸発器と外側ラジエタとの間、及び凝縮器と空調用ラジエタとの間の各々で液体を循環させることで、エンジン以外の熱源を用いて暖房を行うことができるが、冷間時の暖房の更なる早期化が望まれる。

また、特許文献１では、冷間時等の暖機運転の際に、エンジンによって加熱された冷却水の熱が暖房によって奪われてしまうため、暖機運転時間が長くなり、機械損失による燃費悪化を招いてしまう。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、暖機運転時間が長くなることなく冷間時の暖房の早期化が可能な車両用熱利用装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、エンジンを冷却する循環路に沿って液体が循環するエンジン液回路と、排気ガスの熱を回収する排熱回収器、及び液体の熱を車室内に放熱する車室内熱交換器の各々を通過する循環路に沿って液体が循環するヒータ液回路と、冷媒を圧縮器により圧縮して膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器を通過する循環路に沿って液体が循環する冷温液回路と、前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路との間に設けられ、前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを接続した接続状態、及び前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える第１切替部と、前記ヒータ液回路と前記冷温液回路との間に設けられ、前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とを接続した接続状態、及び前記ヒータ液回路と前記冷温液回路と遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える第２切替部と、前記第２切替部によって前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とが接続状態とされることにより、前記放熱用熱交換器を通過した液体を前記ヒータ液回路に循環させる循環部と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン液回路は、エンジンを冷却する循環路に沿って液体が循環することにより、液体によってエンジンが冷却される。

ヒータ液回路は、排熱回収器及び車室内熱交換器の各々を通過する循環路に沿って液体が循環することにより、排熱回収器により液体が加熱されて車室内熱交換器によって車室内が暖房される。

冷温液回路は、冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器を通過する循環路に沿って液体が循環することにより、液体が放熱用熱交換器によって加熱される。

第１切替部は、エンジン液回路とヒータ液回路との間に設けられ、エンジン液回路とヒータ液回路とを接続した接続状態、及びエンジン液回路とヒータ液回路とを遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替えることにより、エンジン液回路とヒータ液回路とを接続または遮断することが可能とされている。

第２切換部は、ヒータ液回路と冷温液回路との間に設けられ、ヒータ液回路と冷温液回路とを接続した接続状態、及びヒータ液回路と冷温液回路とを遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替えることにより、ヒータ液回路と冷温液回路とを接続または遮断することが可能とされている。

そして、第２切替部によってヒータ液回路と冷温液回路とが接続状態とされることにより、放熱用熱交換器を通過した液体が循環部によってヒータ液回路に循環される。

上記構成を有することにより、冷間時の暖機運転の際には、第１切替部によりエンジン液回路とヒータ液回路とを遮断することで、エンジン液回路とヒータ液回路とを接続した状態で暖機運転する場合に比べてエンジンの暖機運転時間を短縮することが可能となる。このとき、ヒータ液回路と冷温液回路とを第２切替部により接続状態して循環部によって放熱用熱交換器を通過した液体をヒータ液回路に循環させることで、放熱用熱交換器と排熱回収器の２つの熱源により車室内の暖房が可能となるので、暖房の早期化が可能となる。

なお、請求項２に記載の発明のように、冷温液回路の循環路に車載受熱機器を更に設けてもよい。これにより、冷媒サイクルの放熱用熱交換器により加熱した液体で車載受熱機器を加熱することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、エンジンを冷却する循環路に沿って循環する液体の熱を放熱する第１熱交換器とは別に設けられ、冷媒サイクルに更に含まれる吸熱用熱交換器を通過する冷液回路、または放熱用熱交換器を通過する温液回路に選択的に接続可能な第２熱交換器を更に備えてもよい。これにより、単一の第２熱交換器で液体の吸熱及び放熱が可能となる。また、この場合、請求項４に記載の発明のように、第２熱交換器と冷液回路または温液回路とを選択的に接続する接続部を更に備えてもよい。これにより、第２熱交換器に、冷液回路または温液回路を選択的に接続することが可能となる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、エンジン液回路を循環する液体の温度を検出する検出部によって検出された温度が予め定めた温度以下の場合に、エンジン液回路とヒータ液回路とを遮断し、ヒータ液回路と冷温液回路とを接続し、かつ圧縮器を作動するよう第１切替部、第２切替部、及び圧縮器を制御し、検出部によって検出された温度が予め定めた温度より高い場合に、エンジン液回路とヒータ液回路とを接続し、ヒータ液回路と冷温液回路とを遮断し、かつ圧縮器を停止するよう第１切替部、第２切替部、及び圧縮器を制御する制御部を更に備えてもよい。すなわち、制御部によって暖機運転時と暖機運転終了時とで液体の循環ルートを切り替えることが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、暖機運転時間が長くなることなく冷間時の暖房の早期化が可能な車両用熱利用装置を提供することができる、という効果がある。

第１実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る車両用熱利用装置の制御系の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る車両用熱利用装置の暖機運転が終了した場合の状態を示す図である。 第１実施形態に係る車両用熱利用装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る車両用熱利用装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る車両用熱利用装置の暖機運転が終了した場合の状態を示す図である。 第２実施形態に係る車両用熱利用装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態に係る車両用熱利用装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る車両用熱利用装置の暖機運転が終了した場合の状態を示す図である。 第３実施形態に係る車両用熱利用装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施形態の一例を詳細に説明する。本実施形態に係る車両用熱利用装置は、車両に搭載されてエンジン等によって発生する熱を利用して車室内を暖房可能な装置である。搭載される車両としは、エンジンが搭載された自動車に限らず、モータとエンジンとを備えたハイブリッド自動車に搭載してもよい。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る車両用熱利用装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１０は、図１に示すように、エンジン液回路１２、ヒータ液回路１４、及び冷温液回路１６を備え、それぞれの液回路には液体としての冷却水が各々循環する。なお、本実施形態では、液体として冷却水（例えば、不凍液）を適用するが、水などの他の液体を適用してもよい。

エンジン液回路１２は、エンジン１８を冷却する循環路に沿って冷却水が循環する循環路であり、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２０によって冷却水が循環される。また、エンジン液回路１２には、第１熱交換器としての第１ラジエタ２２が図示しないサーモスタットを介して接続されて、サーモスタットの開閉に応じて第１ラジエタ２２へ冷却水が循環される。すなわち、予め定めた温度（例えば、暖機運転終了温度）以下では、サーモスタットが閉鎖状態となり、第１ラジエタ２２への冷却水の循環が行われず、予め定めた温度を超えた場合に、サーモスタットが開放して第１ラジエタ２２へ冷却水が循環して放熱されるようになっている。エンジン液回路１２を循環する冷却水の温度は、予め定めた温度ＴＷ１以下の温度になるように第１ラジエタ２２の容量や、電動ファンの風量、サーモスタットの開閉温度等が設定されている。なお、エンジン液回路１２のウォータポンプ２０は、エンジン１８の駆動によって動作する機械式のウォータポンプを適用してもよいし、電気的に動作する電動ウォータポンプを適用してもよいが、本実施形態では、機械式のウォータポンプを適用した例を説明する。

ヒータ液回路１４は、エンジン１８を冷却する冷却水の車室内側の循環路であり、車室内熱交換器としてのヒータコア２４及び排熱回収器２６が設けられている。

ヒータコア２４は、車室内を暖房するための熱交換器であり、冷却水の熱をヒータコア２４から放熱することにより車室内の暖房が可能とされている。

排熱回収器２６は、エンジン１８の排気ガスを排出する排気管２８の経路中に設けられ、排気管２８の熱を利用して冷却水を加熱可能とされている。すなわち、排熱回収器２６によって回収した熱により冷却水を加熱して車室内を暖房することが可能とされている。

冷温液回路１６は、冷媒サイクル３０に含まれる熱交換器を通過する循環路に沿って冷却水が循環する循環路であり、冷媒サイクル３０に含まれる熱交換器によって冷却水が加熱または冷却可能とされている。

具体的には、冷媒サイクル３０は、圧縮器としてのコンプレッサ３２、放熱用熱交換器としての温水加熱器３４、吸熱用熱交換器としての冷水冷却器３６、及び膨張弁３８を含み、ヒートポンプとして機能する。すなわち、コンプレッサ３２によって冷媒の圧縮し、膨張弁３８による冷媒を膨張させながら冷媒を循環させることで、圧縮された冷媒の熱を温水加熱器３４で放熱して冷却水を加熱し、膨張された冷媒に冷水冷却器３６で熱を吸熱させることで冷却水を冷却する。

冷温液回路１６は、詳細には、冷水冷却器３６を通過することにより冷却水を冷却する循環路とされた冷液回路４０と、温水加熱器３４を通過することにより冷却水を加熱する循環路とされた温液回路４２とを有する。冷液回路４０には、冷水用ウォータポンプ４４、第２ラジエタ４８、及びクーラコア５０が設けられ、冷水用ウォータポンプ４４を駆動することにより、冷水冷却器３６、第２ラジエタ４８、及びクーラコア５０の順に冷却水が循環する。尚、暖房必要時、外気温閾値がある温度以下の場合には、クーラコア５０を通らずに循環する図示しない冷却水バイパス回路が存在する。また、第2ラジエタは、第1ラジエタの前にあってもよい。一方、温液回路４２には温水用ウォータポンプ４６が設けられており、温水用ウォータポンプ４６を駆動することで冷却水が循環する。なお、冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６はそれぞれ電動ウォータポンプが適用される。また、温水用ウォータポンプ４６は循環部として機能する。また、温液回路４２を循環する冷却水の温度はエンジン液回路の温度ＴＷ１より低い温度ＴＷ２に設定され、冷液回路４０を循環する冷却水の温度は、温度ＴＷ２より低い温度ＴＷ３に設定されている。

本実施形態では、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４との間に第１切替部としての切替弁５２が設けられると共に、ヒータ液回路と冷温液回路１６との間に第２切替部としての四方弁５４が設けられている。

切替弁５２は、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを接続した接続状態と、遮断した遮断状態とに切り替え、四方弁５４は、ヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを接続した接続状態と遮断した遮断状態とに切り替える。すなわち、切替弁５２及び四方弁５４によって冷却水が循環する経路を切り替えることが可能とされている。

なお、図１では、切替弁５２は、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４が遮断した状態を示し、四方弁５４は、ヒータ液回路１４と冷温液回路１６が接続した状態を示す。

続いて、本実施形態に係る車両用熱利用装置１０の制御系の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る車両用熱利用装置１０の制御系の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１０は、冷却水が循環する経路を切り替える制御を行う制御部６０を備えている。

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータで構成されている。

制御部６０には、検出部としての水温センサ６２、切替弁アクチュエータ６４、四方弁アクチュエータ６６、コンプレッサ３２、冷水用ウォータポンプ４４、及び温水用ウォータポンプ４６が接続されている。なお、切替弁アクチュエータ６４は第１切替部に対応し、四方弁アクチュエータ６６は第２切替部に対応する。

水温センサ６２は、冷却水の温度を検出して検出結果を制御部６０に出力する。水温センサ６２は、本実施形態では、エンジンブロック等に設けられてエンジン液回路１２を循環する冷却水の温度を検出する。

切替弁アクチュエータ６４は、切替弁５２を駆動することにより、エンジン液回路とヒータ液回路とを接続状態と遮断状態の何れかに切り替える。

四方弁アクチュエータ６６は、四方弁５４を駆動することにより、ヒータ液回路と冷温液回路とを接続状態と遮断状態の何れかに切り替える。

コンプレッサ３２は、駆動されることによって、冷媒サイクル３０内の冷媒の圧縮及び循環を行う。

冷水用ウォータポンプ４４は、駆動されることにより、冷水冷却器３６、第２ラジエタ４８、及びクーラコア５０の順に冷液回路４０の冷却水を循環させる。

温水用ウォータポンプ４６は、駆動されることにより、温液回路４２の冷却水を循環させる。

以上のように構成された車両用熱利用装置１０では、制御部６０が切替弁アクチュエータ６４、四方弁アクチュエータ６６、及びコンプレッサ３２の駆動を制御することにより、冷間始動時の暖房の早期化が可能とされている。

具体的には、図１に示すように、冷間時に暖機運転を行う際に、ヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを四方弁５４によって接続状態にすることにより、冷間時の暖房の早期化を図ることができる。すなわち、ヒータ液回路１４の排熱回収器２６によって冷却水が加熱されると共に、冷温液回路１６の温水加熱器３４によって冷却水が加熱されるので、２つの熱源によって冷却水を加熱して、ヒータコア２４で放熱することで暖房の早期化が可能となる。また、この時、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって遮断状態にすることで、暖房によって熱が奪われることなく暖機運転が可能となる。すなわち、暖房によって熱が奪われることで、暖機運転時間が長くなり、機械損失による燃費悪化を招くが、これを防止することができる。

一方、暖機運転が終了した場合には、図３に示すように、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって接続状態にし、ヒータ液回路１４と冷温液回路とを四方弁５４によって遮断状態にしてコンプレッサ３２の作動を停止する。これにより、エンジン１８と排熱回収器２６との２つの熱源によって暖房が維持される。

次に、本実施形態に係る車両用熱利用装置１０の制御部６０で行われる具体的な処理について説明する。図４は、第１実施形態に係る車両用熱利用装置１０の制御部６０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンされた場合に開始するものとして説明する。

ステップ１００では、制御部６０が、水温センサ６２の検出結果を取得することによりエンジン水温を検出してステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、制御部６０が、検出したエンジン水温が予め定めた温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ１０４へ移行し、否定された場合にはステップ１０８へ移行する。なお、予め定めた温度Ｔ１は、例えば、暖機運転が必要とされる予め定めた温度を適用できる。

ステップ１０４では、制御部６０が、切替弁５２を閉鎖し、かつ四方弁５４を開放してステップ１０６へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを遮断状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを接続状態にする。

ステップ１０６では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオンしてステップ１１２へ移行する。これにより、図１に示す状態となり、排熱回収器２６と冷媒サイクル３０の温水加熱器３４の２つの熱源によって冷却水を加熱してヒータコア２４で放熱することで暖房の早期化が可能となる。

一方、ステップ１０８では、制御部６０が、切替弁５２を開放し、かつ四方弁５４を閉鎖してステップ１１０へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを接続状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを遮断状態にする。

ステップ１１０では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオフしてステップ１１２へ移行する。これにより、図３に示す状態となり、暖機運転後に、エンジン１８と排熱回収器２６との２つの熱源によって暖房が維持される。

そして、ステップ１１２では、制御部６０がエンジン停止されたか否かを判定する。該判定は、例えば、図示しないイグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合に一連の処理を終了する。

このように制御部６０による制御を行うことで、冷間時の暖機運転の場合には、暖房によって熱が奪われることなく、エンジン液回路１２の冷却水の温度を早期に昇温して暖機運転時間を短縮することができる。さらには、ヒータ液回路１４の排熱回収器２６と冷温液回路１６の温水加熱器３４の２つの熱源によって冷却水を加熱してヒータコア２４によって暖房することで、冷間時の暖房の早期化を図ることができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る車両用熱利用装置１１について説明する。図５は、第２実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。なお、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１１は、第１実施形態の変形例であり、基本的な構成は同一であり、第１実施形態に対して、冷温液回路１６の温液回路４２に車載受熱機器としてのインバータ５６が更に設けられている点が異なる。

本実施形態では、冷温液回路１６にインバータ５６等の車載受熱機器を設けることで、車載受熱機器の凍結を防止する機能を追加ものである。

インバータ５６は、例えば、ハイブリッド自動車に搭載され、蓄電池からモータへ供給する電力を直流電力から交流電力へ変換して供給するものである。本実施形態では、凍結の虞がある場合に、インバータ５６を車両用熱利用装置１１によって加熱して、凍結を防止するようにしたものである。

インバータ５６等の機能部品は、エンジン液回路１２の温度ＴＷ１まで加熱すると破損する可能性があるため、エンジン液回路１２で加熱された冷却水を用いて凍結を防止する場合には、精密な流量制御を行う必要がある。しかしながら、本実施形態では、インバータ５６が冷温液回路１６の温液回路４２に設けられ、温液回路４２の設定温度は、第１実施形態で説明したように、温度ＴＷ１より低い温度ＴＷ２までしか昇温されない設定とされている。従って、エンジン液回路１２で加熱した冷却水を用いるよりも制御が容易となる。

なお、車載受熱機器としてインバータ５６を一例として説明するが、これに限定されるものではない。例えば、スロットルボディ等を適用してもよい。或いは、エンジン液回路１２の温度ＴＷ１まで加熱すると破損する虞のある部品等を適用することができる。

図６は、第２実施形態に係る車両用熱利用装置１１の制御系の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１１の制御系の構成は、図６に示すように、第１実施形態に対して、外気温センサ５８が制御部６０に更に接続されている点のみが異なり、他の構成は同一であるため、詳細な説明を省略する。

外気温センサ５８は、車外の外気温度を検出して、検出結果を制御部６０に出力する。本実施形態では、制御部６０が、外気温センサ５８の検出結果に応じて、暖機運転が終了後のコンプレッサ３２の作動を維持するか否かを判定して、コンプレッサ３２の作動を制御するようになっている。すなわち、本実施形態では、インバータ５６が凍結する虞がある場合に、コンプレッサ３２の動作を維持することにより、温液回路４２の温水加熱器３４によってインバータ５６を加熱するようになっている。

具体的には、冷間時に暖機運転を行う際には、第１実施形態と同様に、ヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを四方弁５４によって接続状態にすることにより、冷間時の暖房の早期化を図ることができる。すなわち、ヒータ液回路１４の排熱回収器２６によって冷却水が加熱されると共に、冷温液回路１６の温水加熱器３４によって冷却水が加熱されるので、２つの熱源によって冷却水を加熱して、ヒータコア２４で放熱することで暖房の早期化が可能となる。また、この時、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって遮断状態にすることで、暖房によって熱が奪われることなく暖機運転が可能となる。暖房によって熱が奪われることで、暖機運転時間が長くなり、機械損失による燃費悪化を招くが、これを防止することができる。さらに、本実施形態においては、インバータ５６を循環する冷却水の温度は、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４が遮断状態であるで、エンジン液回路１２の温度ＴＷ１より低い温度ＴＷ２までしか昇温しない。従って、インバータ等の機能部品の高温耐熱性を確保しながら凍結防止が可能となる。

一方、暖機運転が終了した場合には、図７に示すように、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって接続状態にし、ヒータ液回路１４と冷温液回路とを四方弁５４によって遮断状態にすることで、エンジン１８と排熱回収器２６との２つの熱源によって暖房が維持される。このとき、本実施形態では、外気温等に応じて、コンプレッサ３２の作動を維持するか否かを判定して、外気温が所定温度（例えば、０℃）以下の場合には、コンプレッサ３２をオフせずに、コンプレッサ３２の動作を維持して、温水加熱器３４によって冷温液回路１６の冷却水を加熱する。これにより、インバータ５６の凍結防止を維持することができる。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用熱利用装置１１の制御部６０で行われる具体的な処理について説明する。図８は、第２実施形態に係る車両用熱利用装置１１の制御部６０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図８の処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンされた場合に開始するものとして説明する。また、第１実施形態と同一の処理については同一符号を付して説明する。

ステップ１００では、制御部６０が、水温センサ６２の検出結果を取得することによりエンジン水温を検出してステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、制御部６０が、検出したエンジン水温が予め定めた温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ１０４へ移行し、否定された場合にはステップ１０７へ移行する。なお、予め定めた温度Ｔ１は、例えば、暖機運転が必要とされる予め定めた温度を適用できる。

ステップ１０４では、制御部６０が、切替弁５２を閉鎖し、かつ四方弁５４を開放してステップ１０６へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを遮断状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを接続状態にする。

ステップ１０６では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオンしてステップ１１２へ移行する。これにより、図５に示す状態となり、排熱回収器２６と冷媒サイクル３０の温水加熱器３４の２つの熱源によって冷却水を加熱してヒータコア２４で放熱することで暖房の早期化が可能となる。

一方、ステップ１０７では、制御部６０が、外気温センサ５８の検出結果を取得することにより外気温を検出してステップ１０８へ移行する。なお、ステップ１０７は、ステップ１０２の前に行ってもよい。

ステップ１０８では、制御部６０が、切替弁５２を開放し、かつ四方弁５４を閉鎖してステップ１０９へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを接続状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを遮断状態にする。

ステップ１０９では、制御部６０が、所定外気温（例えば、０℃）以下であるか否かを判定することにより、インバータ５６の昇温が必要であるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、肯定された場合にはステップ１１１へ移行する。

ステップ１１０では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオフしてステップ１１２へ移行する。これにより、図７に示すよう状態となり、暖機運転後に、エンジン１８と排熱回収器２６との２つの熱源によって暖房が維持される。

一方、ステップ１１１では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２のオンを維持してステップ１１２へ移行する。これにより、図７に示す状態となり、暖機運転後に、エンジン１８と排熱回収器２６との２つの熱源によって暖房が維持されると共に、温水加熱器３４による冷却水の加熱によりインバータ５６の凍結防止を維持することができる。

そして、ステップ１１２では、制御部６０がエンジン停止されたか否かを判定する。該判定は、例えば、図示しないイグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合に一連の処理を終了する。

このように制御部６０による制御を行うことで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる共に、インバータ等の高温では破損してしまうような車載受熱機器の凍結を防止することができる。

なお、本実施形態では、外気温が所定温度以下の場合に、コンプレッサ３２をオフせずに、コンプレッサ３２の動作を維持して、温水加熱器３４によって冷温液回路１６の冷却水を加熱してインバータ５６を加熱するようにしたが、これに限るものではない。例えば、外気温ではなく、インバータ５６の温度を検出して、インバータ５６の温度に応じて制御してもよい。

（第３実施形態）

続いて、第３実施形態に係る車両用熱利用装置について説明する。図９は、第３実施形態に係る車両用熱利用装置の概略構成を示す図である。なお、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１３は、第１実施形態の変形例であり、基本的な構成は同一であり、第１実施形態に対して、第２ラジエタの接続が冷液回路４０と温液回路４２の何れかに選択的に切り替えが可能とされている点が異なる。

本実施形態では、図９に示すように、第２ラジエタ４８の前後に、接続部としての三方弁６８が設けられている。

三方弁６８は、第２ラジエタ４８の両端、冷液回路４０、及び温液回路４２に接続され、第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０と温液回路４２に選択的に切り替える。これにより、車両の要求（例えば、ヒータ要求や、クーラ要求、その他の冷温収支に関する要求等）に従って冷却水と外気との熱交換を第２ラジエタ４８で行うことが可能となる。

図１０は、第３実施形態に係る車両用熱利用装置１３の制御系の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る車両用熱利用装置１３の制御系の構成は、図１０に示すように、第１実施形態に対して、三方弁アクチュエータ７０が制御部６０に更に接続されている点のみが異なり、他の構成は同一であるため、詳細な説明を省略する。

三方弁アクチュエータ７０は、第２ラジエタ４８の前後に設けられた三方弁６８を駆動することにより、第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０と温液回路４２とに選択的に切り替える。本実施形態では、制御部６０が、車両の要求に応じて三方弁アクチュエータ７０を切り替えるようになっている。

第２ラジエタ４８に入る液温度より外気温度が高いと第２ラジエタでは吸熱され、第２ラジエタ４８に入る液温度より外気温が低いと第２ラジエタでは冷却水の熱が放熱される。車両システムトータルで熱が必要な場合に場合（例えば、冬期のヒータが必要な場合など）は吸熱が必要となり、熱が不要な場合（例えば、夏期の冷房が必要な場合等）は放熱が必要となる。そこで、本実施形態では、制御部６０が、車両の要求に従って三方弁６８を制御することで第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０と温液回路４２とに選択的に切り替えるようになっている。これと同時に、冷水用ウォータポンプ４４、温水用ウォータポンプ４６、及びコンプレッサ３２の動作を制御部６０が制御する。

具体的には、暖機運転の際には、図９に示すように、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって遮断状態にし、ヒータ液回路１４と冷温液回路とを四方弁５４によって接続状態にする。そして、三方弁６８によって第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０に接続して、各Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオンすることで、排熱回収器２６と温水加熱器３４の２つの熱源によって冷却水を加熱して、ヒータコア２４で放熱することで暖房することができる。

一方、暖機運転が終了した後に、冷房が必要な場合には、図１１に示すように、エンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを切替弁５２によって接続状態にし、ヒータ液回路１４と冷温液回路とを四方弁５４によって遮断状態にする。そして、三方弁６８によって第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０から温液回路４２に切り替えて、各Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２のオンを維持することで、クーラコア５０によって車室内等を冷却することができる。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用熱利用装置１３の制御部６０で行われる具体的な処理について説明する。図１２は、第３実施形態に係る車両用熱利用装置１３の制御部６０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図１２の処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンされた場合に開始するものとして説明する。また、第１実施形態と同一の処理については同一符号を付して説明する。

ステップ１００では、制御部６０が、水温センサ６２の検出結果を取得することによりエンジン水温を検出してステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、制御部６０が、検出したエンジン水温が予め定めた温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ１０４へ移行し、否定された場合にはステップ１０８へ移行する。なお、予め定めた温度Ｔ１は、例えば、暖機運転が必要とされる予め定めた温度を適用できる。

ステップ１０４では、制御部６０が、切替弁５２を閉鎖し、かつ四方弁５４を開放してステップ１０５へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを遮断状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを接続状態にする。

ステップ１０５では、制御部６０が、三方弁６８による第２ラジエタ４８への切替を冷液回路４０に切り替えてステップ１０６へ移行する。すなわち、制御部６０が、三方弁アクチュエータ７０を制御して三方弁６８による第２ラジエタ４８への接続を冷液回路４０に切り替えて、冷液回路４０を循環する冷却水を第２ラジエタ４８へ循環させる。

ステップ１０６では、制御部６０が、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２をオンしてステップ１１２へ移行する。これにより、図９に示す状態となり、排熱回収器２６と冷媒サイクル３０の温水加熱器３４の２つの熱源によって冷却水を加熱してヒータコア２４で放熱することで暖房の早期化が可能となる。

一方、ステップ１０８では、制御部６０が、切替弁５２を開放し、かつ四方弁５４を閉鎖してステップ１１３へ移行する。すなわち、制御部６０が、切替弁アクチュエータ６４を制御して切替弁５２によってエンジン液回路１２とヒータ液回路１４とを接続状態にし、かつ四方弁アクチュエータ６６を制御して四方弁５４によってヒータ液回路１４と冷温液回路１６とを遮断状態にする。

ステップ１１３では、制御部６０が、車両要求に応じて三方弁６８の切替、並びに、Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２の動作を制御してステップ１１２へ移行する。例えば、上述したように、車両要求として冷房が必要な場合には、図１１に示すように、三方弁６８によって第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０から温液回路４２に切り替えて、各Ｗ／Ｐ（冷水用ウォータポンプ４４及び温水用ウォータポンプ４６）及びコンプレッサ３２のオンを維持することで、クーラコア５０によって冷房することができる。なお、冷房する対象は、車室内に限るものではなく、各種車載機器を適用してもよい。

そして、ステップ１１２では、制御部６０がエンジン停止されたか否かを判定する。該判定は、例えば、図示しないイグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合に一連の処理を終了する。

このように制御部６０による制御を行うことで、暖機運転終了後に外気温等による車両の要求に応じて第２ラジエタ４８の接続を冷液回路４０と温液回路４２とに切り替えることができる。換言すれば、単一のラジエタで冷却水の加熱及び冷却が可能となる。

なお、上記の各実施形態では、アクチュエータ（切替弁アクチュエータ６４、四方弁アクチュエータ６６、及び三方弁アクチュエータ７０）により、各弁（切替弁５２、四方弁５４、及び三方弁６８）を駆動する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、各弁を手動で切り替える構成としてもよいし、少なくとも１つの弁の切り替えを手動で行う構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、第２実施形態及び第３実施形態を第１実施形態の変形例として別々に説明したが、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせた形態としてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態におけるクーラコア５０は省略した構成としてもよい。

また、上記の各実施形態では、ヒータ液回路１４に排熱回収器２６を設けた例を説明したが、これに限るものではない。例えば、ヒータ液回路１４の冷却水の循環路中に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）や、トランスアクスル等を設けてもよい。

また、上記の実施形態における制御部６０で行われる処理は、コンピュータがプログラムを実行することにより行われるソフトウエア処理としてもよいし、ハードウエアで行う処理としてもよい。或いは、ソフトウエア及びハードウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。また、ソフトウエアで行う処理とする場合のプログラムは、各種記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

また、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 車両用熱利用装置
１２ エンジン液回路
１４ ヒータ液回路
１６ 冷温液回路
１８ エンジン
２２ 第１ラジエタ（第１熱交換器）
２４ ヒータコア（車室内熱交換器）
２６ 排熱回収器
３０ 冷媒サイクル
３２ コンプレッサ（圧縮器）
３４ 温水加熱器（放熱用熱交換器）
３６ 冷水冷却器（吸熱用熱交換器）
３８ 膨張弁
４０ 冷液回路
４２ 温液回路
４６ 温水用ウォータポンプ（循環部）
４８ 第２ラジエタ（第２熱交換器）
５２ 切替弁（第１切替部）
５４ 四方弁（第２切替部）
５６ インバータ（車載受熱機器）
６０ 制御部
６２ 水温センサ（検出部）
６４ 切替弁アクチュエータ（第１切替部）
６６ 四方弁アクチュエータ（第２切替部）
６８ 三方弁（接続部）

Claims (5)

1. エンジンを冷却する循環路に沿って液体が循環するエンジン液回路と、
   排気ガスの熱を回収する排熱回収器、及び液体の熱を車室内に放熱する車室内熱交換器の各々を通過する循環路に沿って液体が循環するヒータ液回路と、
   冷媒を圧縮器により圧縮して膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器を通過する循環路に沿って液体が循環する冷温液回路と、
   前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路との間に設けられ、前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを接続した接続状態、及び前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える第１切替部と、
   前記ヒータ液回路と前記冷温液回路との間に設けられ、前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とを接続した接続状態、及び前記ヒータ液回路と前記冷温液回路と遮断した遮断状態の何れかの状態に選択的に切り替える第２切替部と、
   前記第２切替部によって前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とが接続状態とされることにより、前記放熱用熱交換器を通過した液体を前記ヒータ液回路に循環させる循環部と、
   を備えた車両用熱利用装置。
2. 前記冷温液回路の循環路に車載受熱機器が更に設けられた請求項１に記載の車両用熱利用装置。
3. エンジンを冷却する循環路に沿って循環する液体の熱を放熱する第１熱交換器とは別に設けられ、前記冷媒サイクルに更に含まれる吸熱用熱交換器を通過する冷液回路、または前記放熱用熱交換器を通過する温液回路に選択的に接続可能な第２熱交換器を更に備えた請求項１又は請求項２に記載の車両用熱利用装置。
4. 前記第２熱交換器と前記冷液回路または前記温液回路とを選択的に接続する接続部を更に備えた請求項３に記載の車両用熱利用装置。
5. 前記エンジン液回路を循環する液体の温度を検出する検出部によって検出された温度が予め定めた温度以下の場合に、前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを遮断し、前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とを接続し、かつ前記圧縮器を作動するよう前記第１切替部、前記第２切替部、及び前記圧縮器を制御し、
   前記検出部によって検出された温度が予め定めた温度より高い場合に、前記エンジン液回路と前記ヒータ液回路とを接続し、前記ヒータ液回路と前記冷温液回路とを遮断し、かつ前記圧縮器を停止するよう前記第１切替部、前記第２切替部、及び圧縮器を制御する制御部を更に備えた請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用熱利用装置。
   

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