JP2019098992A - 車両用廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房効率を向上させることができる車両用廃熱利用装置を提供する。【解決手段】熱交換器１１０は、内部に第１熱媒体が流れる冷却回路側熱交換器１１２と、内部に第２熱媒体が流れる空調回路側熱交換器１１４と、蒸発部１１６ａがペルチェ素子１１８を介して冷却回路側熱交換器１１２に接続され、凝縮部１１６ｂが空調回路側熱交換器１１４に接続されるヒートパイプ１１６と、を有する。ペルチェ素子１１８は、冷却回路側熱交換器１１２から吸収した熱をヒートパイプの蒸発部１１６ａに放散する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両に設けられる駆動モータ等の熱源体の廃熱を利用して車室内を暖房する車両用廃熱利用装置に関する。

エンジンを搭載する車両はエンジンの廃熱を熱媒体で吸収してエンジンを冷却すると共に、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。一方、エンジンを搭載しない電動車両は熱媒体を駆動モータの廃熱や電気ヒータで暖めて、熱媒体の熱をヒータコアで放散することにより車室内を暖房する。

特許文献１には、冷却水（第１熱媒体）を用いて駆動用モータを冷却する冷却回路と、暖房水（第２熱媒体）を用いて車室内を暖房する空調回路と、冷却水と暖房水との間で熱交換を行う熱交換器と、を備える車両用廃熱利用装置が示される。熱交換器は、内部に冷却水が流れる第１熱交換器と、内部に暖房水が流れる第２熱交換器と、第１熱交換器と第２熱交換器との間で熱移動を行うヒートパイプと、第２熱交換器とヒートパイプの凝縮部との間に介在するペルチェ素子と、ヒートパイプの凝縮部に接続される蓄熱材と、からなる。この車両用廃熱利用装置では、ペルチェ素子の熱移動方向を適宜変化させることにより、暖房水から蓄熱材への熱移動と、冷却水および断熱材から暖房水への熱移動と、を切り替えている。

特開２０１３−２１６２８３号公報

特許文献１の車両用廃熱利用装置のように、冷却用の第１熱媒体から暖房用の第２熱媒体に熱移動させる場合、第１熱媒体から第２熱媒体への熱移動量を大きくして暖房効率を向上することが望まれる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、暖房効率を向上させることができる車両用廃熱利用装置を提供することを目的とする。

本発明は、
冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、
前記冷却回路と前記空調回路とに跨って設けられて、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備える車両用廃熱利用装置であって、
前記熱交換器は、
内部に前記第１熱媒体が流れる冷却回路側熱交換器と、
内部に前記第２熱媒体が流れる空調回路側熱交換器と、
蒸発部がペルチェ素子を介して前記冷却回路側熱交換器に接続され、凝縮部が前記空調回路側熱交換器に接続されるヒートパイプと、を有し、
前記ペルチェ素子は、前記冷却回路側熱交換器から吸収した熱を前記ヒートパイプの前記蒸発部に放散する
ことを特徴とする。

上記構成によれば、冷却回路と空調回路との間の熱移動をヒートパイプで行うため、車両内における冷却回路と空調回路のレイアウトの自由度を高くすることができる。また、上記構成によれば、熱交換器において、吸熱側の冷却回路側熱交換器とヒートパイプの蒸発部との間にペルチェ素子が設けられるため、ヒートパイプ内の作動液の気化を促進してヒートパイプ内での熱移動を効率的に行うことができる。このため、冷却回路から空調回路への熱移動を効率的に行うことができ、暖房効率は向上する。

本発明において、
前記冷却回路側熱交換器から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記空調回路側熱交換器から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度および前記第２温度に応じて前記ペルチェ素子の作動と作動停止との切り替えを制御する制御部と、を更に備えてもよい。

上記構成によれば、熱交換器から流出する第１熱媒体の第１温度および熱交換器から流出する第２熱媒体の第２温度に応じてペルチェ素子の作動と作動停止との切り替えを行うため、冷却回路から空調回路への熱移動をより効率的に行うことができる。

本発明において、
前記ヒータコアで空気を暖めて車室内または車室外に送風する空調装置を更に備え、
前記制御部は、
前記空調装置に対する暖房動作の要求があり、かつ、前記第１温度が所定の冷却回路下限温度を上回り、かつ、前記第２温度が所定の空調回路目標温度を下回る場合に、前記ペルチェ素子を作動させつつ、前記ヒータコアで暖められた前記空気が前記車室内に送風されるように前記空調装置を制御してもよい。

上記構成によれば、熱交換器から流出する第１熱媒体の第１温度が冷却回路下限温度を上回る場合、すなわち熱源体から第１熱媒体が吸熱している場合であり、熱交換器から流出する第２熱媒体の第２温度が所定の空調回路目標温度を下回る場合、すなわち第２熱媒体が十分に昇温していない場合に、熱源体の廃熱を利用して車室内を暖房することができる。

本発明において、
前記ヒータコアで空気を暖めて車室内または車室外に送風する空調装置を更に備え、
前記制御部は、
前記空調装置に対する暖房動作の要求がなく、かつ、前記第１温度が所定の冷却回路上限温度を上回る場合に、前記ペルチェ素子を作動させつつ、前記ヒータコアで暖められた前記空気が前記車室外に送風されるように前記空調装置を制御してもよい。

上記構成によれば、熱交換器から流出する第１熱媒体の第１温度が冷却回路上限温度を上回る場合、すなわち、熱源体が過熱している場合に、熱源体の廃熱を車室外に放散することができる。

本発明において、
前記制御部は、
前記第２温度が所定の空調回路上限温度を下回る場合に、前記ペルチェ素子の熱移動量を増加させ、前記第２温度が所定の空調回路上限温度を上回る場合に、前記ペルチェ素子の熱移動量を低減させてもよい。

上記構成によれば、熱交換器から流出する第２熱媒体の第２温度と空調回路上限温度とを比較することにより第２熱媒体に吸熱の余地があるか否かを判断し、その結果に応じてペルチェ素子を作動させるため、ペルチェ素子に供給する電力量を節約することができる。

本発明によれば、ヒートパイプの熱移動を効率的に行うことができる。

図１は本実施形態に係る車両用廃熱利用装置の構成図である。 図２は熱交換器の構成図である。 図３は車両用廃熱利用装置で行われる処理のフローチャートである。 図４は車両用廃熱利用装置で行われる処理のフローチャートである。 図５は別実施形態の車両用廃熱利用装置の構成図である。

以下、本発明に係る車両用廃熱利用装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１．車両用廃熱利用装置１０の構成］
図１に示される車両用廃熱利用装置１０は、バッテリやジェネレータから供給される電力により駆動モータを作動させて走行する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に設けられる。車両用廃熱利用装置１０は、冷却回路２０と、空調回路５０と、空調装置７０と、駆動系制御部１００と、空調制御部１０２と、を備え、更に冷却回路２０と空調回路５０に跨る熱交換器１１０を備える。

冷却回路２０は、水等の第１熱媒体を還流させる環状の冷却側流路２２を有し、第１熱媒体で熱源体３６から熱を吸収することにより熱源体３６を冷却する。冷却側流路２２には、冷却側ポンプ３０と、熱源体３６と、熱交換器１１０と、冷却側サーモスタット３８と、ラジエータ４０と、が第１熱媒体の還流方向（矢線Ｘ）に沿って、その順で配置される。冷却側流路２２のうち、ラジエータ４０の上流側流路と下流側流路の間にはバイパス流路２４が接続される。また、冷却回路２０には、熱交換器１１０から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔ１を検出する第１温度センサ４８が設けられる。

冷却側ポンプ３０は、第１熱媒体を吸込口３０ａで吸込んで吐出口３０ｂから吐出する。熱源体３６は、走行用の駆動モータや駆動モータの駆動回路やバッテリのような冷却が必要な冷却対象物である。熱源体３６には、第１熱媒体の流路が近接して設けられる。例えば、駆動モータはその周囲をケースで覆われ、そのケースには第１熱媒体を流す流路が形成される。駆動モータの熱はケースを介して第１熱媒体に吸収される。熱交換器１１０に関しては後述する。

冷却側サーモスタット３８は、冷却側流路２２とバイパス流路２４との分岐部分に設けられており、第１熱媒体の温度が所定温度未満の場合に開弁し、第１熱媒体の温度が所定温度以上の場合には閉弁する。冷却側サーモスタット３８が開弁すると、ラジエータ４０の上流側と下流側とが冷却側流路２２およびバイパス流路２４で連通し、冷却側サーモスタット３８が閉弁すると、ラジエータ４０の上流側と下流側とが冷却側流路２２のみで連通する。ラジエータ４０は、第１熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第１熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行い、第１熱媒体の熱を車室外に放散する。なお、ラジエータ４０による放熱を効率的に行うために、ラジエータ４０の対向位置にはファン４２が設けられる。

空調回路５０は、フロン等の第２熱媒体を還流させる環状の空調側流路５２を有し、ヒータコア６４で第２熱媒体の熱を放散する。空調側流路５２には、空調側ポンプ６０と、熱交換器１１０と、ヒータコア６４と、が第２熱媒体の還流方向（矢線Ｙ）に沿って、その順で配置される。また、空調回路５０には、熱交換器１１０から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔ２を検出する第２温度センサ６８が設けられる。

空調側ポンプ６０は、第２熱媒体を吸込口６０ａで吸込んで吐出口６０ｂから吐出する。熱交換器１１０に関しては後述する。ヒータコア６４は、第２熱媒体を流す流路を備える熱交換装置であり、第２熱媒体と空調装置７０の空調ダクト７６内の空気との間で熱交換を行い、第２熱媒体の熱を空調ダクト７６内に放散する。

空調装置７０は、外気導入ダクト７２と、内気循環ダクト７４と、空調ダクト７６と、送風ダクト８０と、排気ダクト７８と、ブロア８２と、第１ドア８４と、第２ドア８６と、第３ドア８８と、第４ドア９０と、を備える。空調ダクト７６は、内部にブロア８２とヒータコア６４とが配置され、上流側が外気導入ダクト７２および内気循環ダクト７４に接続され、下流側が排気ダクト７８および送風ダクト８０に接続される。外気導入ダクト７２は、車室外と空調ダクト７６の上流側とを連通する。内気循環ダクト７４は、車室内と空調ダクト７６の上流側とを連通する。排気ダクト７８は、車室外と空調ダクト７６の下流側とを連通する。送風ダクト８０は、車室内と空調ダクト７６の下流側とを連通する。

ブロア８２は、車室外から外気導入ダクト７２を介して、または、車室内からまたは内気循環ダクト７４を介して空調ダクト７６に空気を取り入れ、排気ダクト７８を介して車室外に、または、送風ダクト８０を介して車室内に空気を送り出すように作動する。ヒータコア６４は、ブロア８２と排気ダクト７８および送風ダクト８０との間に配置される。

第１ドア８４は、空調ダクト７６と外気導入ダクト７２および内気循環ダクト７４との接続位置に設けられる。第１ドア８４は、空調ダクト７６に対して、外気導入ダクト７２を閉塞しかつ内気循環ダクト７４を開放する状態と、外気導入ダクト７２を開放しかつ内気循環ダクト７４を閉塞する状態と、を切り替える。第２ドア８６は、ヒータコア６４の上流側に設けられる。第２ドア８６は、ブロア８２から送り出される風のうちヒータコア６４に流す風量を調節するエアミックスドアである。第３ドア８８は、空調ダクト７６と排気ダクト７８との接続位置に設けられる。第３ドア８８は、空調ダクト７６に対して排気ダクト７８を開放する状態と閉塞する状態とを切り替える。第４ドア９０は、空調ダクト７６と送風ダクト８０との接続位置に設けられる。第４ドア９０は、空調ダクト７６に対して送風ダクト８０を開放する状態と閉塞する状態とを切り替える。第１ドア８４〜第４ドア９０の開閉動作は、図示しない駆動モータが行う。

駆動系制御部１００と空調制御部１０２は、共にＥＣＵにより構成され、プロセッサ等の演算装置と、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置と、を備える。駆動系制御部１００と空調制御部１０２は、演算装置が記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより各種機能を実現する。駆動系制御部１００は、熱源体３６としての駆動モータおよび駆動回路を制御する。空調制御部１０２は、車室内に設けられる操作パネル１０４で指示される暖房要求に応じて、空調装置７０の各種作動部の動作、例えば、ブロア８２の回転動作や第１ドア８４〜第４ドア９０の開閉動作を制御する。

空調制御部１０２の記憶装置には、第１熱媒体および第２熱媒体に関する所定温度が記憶される。第１熱媒体に関しては、冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘと冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎが記憶される。第２熱媒体に関しては、空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘと空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒが記憶される。各温度Ｔ１ｍａｘ、Ｔ１ｍｉｎ、Ｔ２ｍａｘは任意に設定可能である。例えば、冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘとしては、第１熱媒体が冷媒として機能するために必要な温度範囲の上限温度が設定される。冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎとしては、第１熱媒体が冷媒として機能するために必要な温度範囲の下限温度（凍結しない温度）が設定される。空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘとしては、第２熱媒体が第１熱媒体から熱を吸収するために必要な温度範囲の上限温度が設定される。また、記憶装置には、空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒを求めるためのマップが記憶される。このマップは、操作パネル１０４で設定される設定温度と室内温度センサ１０６で検出される車室温度との組み合わせと空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒとを対応付けたものである。

［２．熱交換器１１０の構成］
図２に示されるように熱交換器１１０は、冷却側流路２２を流れる第１熱媒体と空調側流路５２を流れる第２熱媒体との間で熱交換を行う回路間熱交換装置である。熱交換器１１０は、冷却回路側熱交換器１１２と、空調回路側熱交換器１１４と、ヒートパイプ１１６と、ペルチェ素子１１８と、を備える。冷却回路側熱交換器１１２は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第１熱媒体が流れる流路が形成される。空調回路側熱交換器１１４は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで形成されており、その内部に第２熱媒体が流れる流路が形成される。

ヒートパイプ１１６は、一端側に作動液を蒸発させる蒸発部１１６ａを有し、他端側に作動液の蒸気を凝縮させる凝縮部１１６ｂを有する。ヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａと冷却回路側熱交換器１１２はペルチェ素子１１８を介して接続され、ヒートパイプ１１６の凝縮部１１６ｂと空調回路側熱交換器１１４は直接接続される。ペルチェ素子１１８には、冷却回路側熱交換器１１２側に配置される電極からヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａ側に配置される電極への熱移動が発生するように、図示しない直流電源が接続される。ペルチェ素子１１８の駆動（通電）と停止（通電停止）は空調制御部１０２が切り替える。

［３．車両用廃熱利用装置１０の動作］
図３、図４を用いて車両用廃熱利用装置１０の動作を説明する。以下で説明する処理は、電動車両の電源が投入されている間に所定時間間隔で繰り返し実行される。図３に示されるステップＳ２〜ステップＳ５の処理は、冬季等、暖房が使用されるときに熱源体３６の廃熱を車室内の暖房に利用する処理である。一方、図４に示されるステップＳ１２〜ステップＳ１８の処理は、夏季等、暖房が使用されないときに熱源体３６の廃熱を車室外に放散する処理である。

図３のステップＳ１において、空調制御部１０２は、空調装置７０の暖房要求があるか否かを判定する。電動車両の乗員が操作パネル１０４を操作すると、操作パネル１０４から空調制御部１０２に対して暖房作動信号または暖房停止信号が出力される。空調制御部１０２は、暖房作動信号を入力すると、暖房停止信号を入力するまで暖房要求があるものと判定する。暖房要求がある場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２に移行する。一方、暖房要求がない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、処理は図４のステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１からステップＳ２に移行すると、空調制御部１０２は、ブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動状態にする。このとき、未だブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動させていない場合は駆動させ、既にブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動させている場合は駆動状態を維持する。空調制御部１０２は、ブロア８２からヒータコア６４に対して送風されるように、第２ドア８６の位置を調整する。また、ヒータコア６４で暖められた空気が車室内に送風されるように、第４ドア９０の位置を調整して送風ダクト８０を開放すると共に、第３ドア８８の位置を調整して排気ダクト７８を閉塞する。

ステップＳ３において、空調制御部１０２は、第１温度センサ４８で検出される第１温度Ｔ１と冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎとを比較する。Ｔ１＞Ｔ１ｍｉｎである場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、第１熱媒体がペルチェ素子１１８で吸収できる熱を有する状態であり、処理はステップＳ４に移行する。一方、Ｔ１≦Ｔ１ｍｉｎである場合（ステップＳ３：ＮＯ）、第１熱媒体がペルチェ素子１１８で吸収できる熱を有さない状態であり、処理はステップＳ６に移行する。

空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８を駆動させる際に、熱源体３６の発熱量と、第１温度センサ４８、第２温度センサ６８の検出結果と、に基づいて、ペルチェ素子１１８に通電する最適な電流値を算出する。例えば、熱源体３６の発熱量が所定値を上回り、第１温度センサ４８により検出される第１温度Ｔ１が冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎを上回り、第２温度センサ６８により検出される第２温度Ｔ２が空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘを下回る場合は、ペルチェ素子１１８に通電する電流値を増加させる。熱源体３６が駆動モータの場合は、駆動モータに流れる電流値と駆動回路の熱損失係数とに基づいて発熱量を算出する。

ステップＳ３からステップＳ４に移行すると、空調制御部１０２は、第２温度センサ６８で検出される第２温度Ｔ２と空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒとを比較する。Ｔ２＜Ｔ２ｔａｒである場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、第２熱媒体が暖房に適した温度に未だ達していない状態であり、処理はステップＳ５に移行する。一方、Ｔ２≧Ｔ２ｔａｒである場合（ステップＳ４：ＮＯ）、第２熱媒体が暖房に適した温度に既に達している状態であり、処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ４からステップＳ５に移行すると、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８を駆動状態にする。このとき、未だペルチェ素子１１８を駆動させていない場合はペルチェ素子１１８を駆動させ、既にペルチェ素子１１８を駆動させている場合はペルチェ素子１１８の駆動状態を維持する。

ステップＳ３またはステップＳ４からステップＳ６に移行すると、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８を停止状態にする。このとき、未だペルチェ素子１１８を停止させていない場合はペルチェ素子１１８を停止させ、既にペルチェ素子１１８を停止させている場合はペルチェ素子１１８の停止状態を維持する。この処理により、第１熱媒体からの吸熱および第２熱媒体への放熱を抑制する。ここで一連の処理を一旦終了し、次の一連の処理を実行するタイミングまで待機する。

図３のステップＳ１から図４のステップＳ１１に移行すると、空調制御部１０２は、第１温度センサ４８で検出される第１温度Ｔ１と冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘとを比較する。Ｔ１＞Ｔ１ｍａｘである場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、熱源体３６が過熱して第１熱媒体の第１温度Ｔ１が過度に上昇している状態であり、処理はステップＳ１２に移行する。一方、Ｔ１≦Ｔ１ｍａｘである場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、熱源体３６の温度は許容範囲内にあり第１熱媒体の第１温度Ｔ１がそれほど上昇していない状態であり、処理はステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１１からステップＳ１２に移行すると、空調制御部１０２は、車室外に対して空調ダクト７６を開放する。このとき、空調制御部１０２は、第１ドア８４および第３ドア８８の位置を調整して空調ダクト７６と車室外とを連通する。また、ブロア８２からヒータコア６４に対して送風されるように、第２ドア８６の位置を調整する。また、第４ドア９０の位置を調整して送風ダクト８０を閉塞する。

ステップＳ１３において、空調制御部１０２は、ブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動状態にする。このとき、未だブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動させていない場合は駆動させ、既にブロア８２および空調側ポンプ６０を駆動させている場合は駆動状態を維持する。

ステップＳ１４において、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８を駆動状態にする。このとき、未だペルチェ素子１１８を駆動させていない場合はペルチェ素子１１８を駆動させ、既にペルチェ素子１１８を駆動させている場合はペルチェ素子１１８の駆動状態を維持する。

ステップＳ１５において、空調制御部１０２は、第２温度センサ６８で検出される第２温度Ｔ２と空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘとを比較する。Ｔ２＜Ｔ２ｍａｘである場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、第２熱媒体がまだ熱を吸収できる状態であり、処理はステップＳ１７に移行する。一方、Ｔ２≧Ｔ２ｍａｘである場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、第２熱媒体が既に熱を吸収できない状態であり、処理はステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１５からステップＳ１６に移行すると、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８に対する通電量を低減させて、ペルチェ素子１１８の熱移動量、すなわち冷却回路側熱交換器１１２からヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａへの熱移動量を低減させる。

ステップＳ１５からステップＳ１７に移行すると、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８に対する通電量を増加させて、ペルチェ素子１１８の熱移動量、すなわち冷却回路側熱交換器１１２からヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａへの熱移動量を増加させる。

ステップＳ１８において、空調制御部１０２は、第１温度センサ４８で検出される第１温度Ｔ１と冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘとを比較する。Ｔ１＜Ｔ１ｍａｘである場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、熱源体３６の冷却が行われて第１熱媒体の第１温度Ｔ１がある程度低下した状態であり、処理はステップＳ１９に移行する。一方、Ｔ１≧Ｔ１ｍａｘである場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、熱源体３６の冷却が不十分であり第１熱媒体の第１温度Ｔ１があまり低下していない状態であり、処理はステップＳ１５に戻る。

ステップＳ１８からステップＳ１９に移行すると、空調制御部１０２は、ペルチェ素子１１８を停止状態にする。このとき、未だペルチェ素子１１８を停止させていない場合はペルチェ素子１１８を停止させ、既にペルチェ素子１１８を停止させている場合はペルチェ素子１１８の停止状態を維持する。

ステップＳ２０において、空調制御部１０２は、ブロア８２および空調側ポンプ６０を停止状態にする。このとき、未だブロア８２および空調側ポンプ６０を停止させていない場合は停止させ、既にブロア８２および空調側ポンプ６０を停止させている場合は停止状態を維持する。ここで一連の処理を一旦終了し、次の一連の処理を実行するタイミングまで待機する。

［４．別実施形態］
熱源体３６としての駆動モータや駆動回路は、登坂時や牽引時等のようにモータ負荷が大きい場合に発熱量が大きくなる。前述した実施形態は、ペルチェ素子１１８を利用しているため、夏季等外気温が比較的高い状態であっても駆動モータや駆動回路を効率的に冷却可能である。

なお、斜度の大きな坂道を登坂走行する際、駆動モータへ大きな負荷が掛かることにより駆動部や冷却水温が上昇する。この様な状況では、過度な温度上昇を防ぐため、駆動モータの出力制限をする場合がある。そこで、モータ負荷が大きくなる状況やモータ回転数が高くなる状況を予測し、事前に駆動モータや駆動回路を冷却するようにしてもよい。例えば、ナビゲーション装置等の測位装置で電動車両の走行位置を計測すると共に、地図情報から道路情報を取得し、走行位置よりも所定距離前方に上り坂が存在する場合に、図４のステップＳ１２〜ステップＳ１４の処理を行うようにしてもよい。このとき走行予定経路の情報を使用してもよい。このように予め駆動モータや駆動回路を冷却しておくことにより、駆動モータや駆動回路の昇温を遅らせることができる。その結果、駆動モータの出力制限のレンジを狭めることができる。

また、図５に示されるように、空調側流路５２のうち熱交換器１１０とヒータコア６４との間に電気ヒータ６２が配置されてもよい。空調制御部１０２は、第２熱媒体の第２温度Ｔ２または車室内の温度に応じて電気ヒータ６２の作動と停止を制御する。

また、冷却回路２０には、熱源体３６から流出して熱交換器１１０に流入する第１熱媒体の第１温度Ｔ１を検出する第３温度センサ４６が設けられてもよい。この場合、空調制御部１０２は、第３温度センサ４６の検出結果に基づいて熱源体３６の発熱量を算出し、その算出結果と第１温度センサ４８、第２温度センサ６８の検出結果と、に基づいて、ペルチェ素子１１８に通電する最適な電流値を算出する。

図１、図５に示される冷却回路２０と空調回路５０は基本的な構成部品のみを有する。冷却回路２０および／または空調回路５０は、本実施形態の機能を損なわない範囲で他の構成部品や流路を有していてもよい。例えば、空調側ポンプ６０の代わりに圧縮機が設けられていてもよい。この場合、ヒータコア６４の上流側に圧縮機が設けられ、更に、ヒータコア６４と熱交換器１１０の間に減圧弁が設けられてもよい。

［５．実施形態のまとめ］
車両用廃熱利用装置１０は、冷却側流路２２に第１熱媒体を還流させて熱源体３６から熱を吸収する冷却回路２０と、空調側流路５２に第２熱媒体を還流させてヒータコア６４で熱を放散する空調回路５０と、冷却回路２０と空調回路５０とに跨って設けられて、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器１１０と、を備える。熱交換器１１０は、内部に第１熱媒体が流れる冷却回路側熱交換器１１２と、内部に第２熱媒体が流れる空調回路側熱交換器１１４と、蒸発部１１６ａがペルチェ素子１１８を介して冷却回路側熱交換器１１２に接続され、凝縮部１１６ｂが空調回路側熱交換器１１４に接続されるヒートパイプ１１６と、を有する。ペルチェ素子１１８は、冷却回路側熱交換器１１２から吸収した熱をヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａに放散する。

上記構成によれば、冷却回路２０と空調回路５０との間の熱移動をヒートパイプ１１６で行うため、車両内における冷却回路２０と空調回路５０のレイアウトの自由度を高くすることができる。また、上記構成によれば、熱交換器１１０において、吸熱側の冷却回路側熱交換器１１２とヒートパイプ１１６の蒸発部１１６ａとの間にペルチェ素子１１８が設けられるため、ヒートパイプ１１６内の作動液の気化を促進してヒートパイプ１１６内での熱移動を効率的に行うことができる。このため、冷却回路２０から空調回路５０への熱移動を効率的に行うことができ、暖房効率は向上する。

車両用廃熱利用装置１０は、冷却回路側熱交換器１１２から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔ１を検出する第１温度センサ４８と、空調回路側熱交換器１１４から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔ２を検出する第２温度センサ６８と、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２に応じてペルチェ素子１１８の作動と作動停止との切り替えを制御する空調制御部１０２と、を更に備える。

上記構成によれば、熱交換器１１０から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔ１および熱交換器１１０から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔ２に応じてペルチェ素子１１８の作動と作動停止との切り替えを行うため、冷却回路２０から空調回路５０への熱移動をより効率的に行うことができる。

車両用廃熱利用装置１０は、ヒータコア６４で空気を暖めて車室内または車室外に送風する空調装置７０を更に備える。空調制御部１０２は、空調装置７０に対する暖房動作の要求があり、かつ、第１温度Ｔ１が所定の冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎを上回り、かつ、第２温度Ｔ２が所定の空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒを下回る場合に、ペルチェ素子１１８を作動させつつ、ヒータコア６４で暖められた空気が車室内に送風されるように空調装置７０を制御する。

上記構成によれば、熱交換器１１０から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔ１が冷却回路下限温度Ｔ１ｍｉｎを上回る場合、すなわち熱源体３６から第１熱媒体が吸熱している場合であり、熱交換器１１０から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔ２が所定の空調回路目標温度Ｔ２ｔａｒを下回る場合、すなわち第２熱媒体が十分に昇温していない場合に、熱源体３６の廃熱を利用して車室内を暖房することができる。

空調制御部１０２は、空調装置７０に対する暖房動作の要求がなく、かつ、第１温度Ｔ１が所定の冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘを上回る場合に、ペルチェ素子１１８を作動させつつ、ヒータコア６４で暖められた空気が車室外に送風されるように空調装置７０を制御する。

上記構成によれば、熱交換器１１０から流出する第１熱媒体の第１温度Ｔ１が冷却回路上限温度Ｔ１ｍａｘを上回る場合、すなわち、熱源体３６が過熱している場合に、熱源体３６の廃熱を車室外に放散することができる。

空調制御部１０２は、第２温度Ｔ２が所定の空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘを下回る場合に、ペルチェ素子１１８の熱移動量を増加させ、第２温度Ｔ２が所定の空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘを上回る場合に、ペルチェ素子１１８の熱移動量を低減させる。

上記構成によれば、熱交換器１１０から流出する第２熱媒体の第２温度Ｔ２と空調回路上限温度Ｔ２ｍａｘとを比較することにより第２熱媒体に吸熱の余地があるか否かを判断し、その結果に応じてペルチェ素子１１８を作動させるため、ペルチェ素子１１８に供給する電力量を節約することができる。

なお、本発明に係る車両用廃熱利用装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…車両用廃熱利用装置 ２０…冷却回路
２２…冷却側流路 ３６…熱源体
５０…空調回路 ５２…空調側流路
６４…ヒータコア １１０…熱交換器
１１２…冷却回路側熱交換器 １１４…空調回路側熱交換器
１１６…ヒートパイプ １１６ａ…蒸発部
１１６ｂ…凝縮部 １１８…ペルチェ素子

Claims (5)

1. 冷却側流路に第１熱媒体を還流させて熱源体から熱を吸収する冷却回路と、
   空調側流路に第２熱媒体を還流させてヒータコアで熱を放散する空調回路と、
   前記冷却回路と前記空調回路とに跨って設けられて、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備える車両用廃熱利用装置であって、
   前記熱交換器は、
   内部に前記第１熱媒体が流れる冷却回路側熱交換器と、
   内部に前記第２熱媒体が流れる空調回路側熱交換器と、
   蒸発部がペルチェ素子を介して前記冷却回路側熱交換器に接続され、凝縮部が前記空調回路側熱交換器に接続されるヒートパイプと、を有し、
   前記ペルチェ素子は、前記冷却回路側熱交換器から吸収した熱を前記ヒートパイプの前記蒸発部に放散する
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
2. 請求項１に記載の車両用廃熱利用装置において、
   前記冷却回路側熱交換器から流出する前記第１熱媒体の第１温度を検出する第１温度センサと、
   前記空調回路側熱交換器から流出する前記第２熱媒体の第２温度を検出する第２温度センサと、
   前記第１温度および前記第２温度に応じて前記ペルチェ素子の作動と作動停止との切り替えを制御する制御部と、を更に備える
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
3. 請求項２に記載の車両用廃熱利用装置において、
   前記ヒータコアで空気を暖めて車室内または車室外に送風する空調装置を更に備え、
   前記制御部は、
   前記空調装置に対する暖房動作の要求があり、かつ、前記第１温度が所定の冷却回路下限温度を上回り、かつ、前記第２温度が所定の空調回路目標温度を下回る場合に、前記ペルチェ素子を作動させつつ、前記ヒータコアで暖められた前記空気が前記車室内に送風されるように前記空調装置を制御する
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
4. 請求項２に記載の車両用廃熱利用装置において、
   前記ヒータコアで空気を暖めて車室内または車室外に送風する空調装置を更に備え、
   前記制御部は、
   前記空調装置に対する暖房動作の要求がなく、かつ、前記第１温度が所定の冷却回路上限温度を上回る場合に、前記ペルチェ素子を作動させつつ、前記ヒータコアで暖められた前記空気が前記車室外に送風されるように前記空調装置を制御する
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。
5. 請求項４に記載の車両用廃熱利用装置において、
   前記制御部は、
   前記第２温度が所定の空調回路上限温度を下回る場合に、前記ペルチェ素子の熱移動量を増加させ、前記第２温度が所定の空調回路上限温度を上回る場合に、前記ペルチェ素子の熱移動量を低減させる
   ことを特徴とする車両用廃熱利用装置。

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