JP2020094727A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は空調システムに関する。 The present disclosure relates to air conditioning systems.
従来、車両の空調用の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を経由した冷媒を凝縮させる空調用凝縮器と、空調用凝縮器を経由した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁を経由した冷媒を加熱させる空調用蒸発器と、を有する冷凍サイクルシステムを備える空調システムが知られている(例えば特許文献1参照)。このような空調システムによれば、空調用蒸発器における冷媒の加熱の際に空気を冷却して、この冷却された空気(冷気)を車両の空調に利用することができる。 Conventionally, a compressor for compressing a vehicle air-conditioning refrigerant, an air-conditioning condenser for condensing the refrigerant that has passed through the compressor, an expansion valve for expanding the refrigerant that has passed through the air-conditioning condenser, and an expansion valve have been used. An air conditioning system including a refrigeration cycle system including an air conditioning evaporator that heats a refrigerant is known (see, for example, Patent Document 1). According to such an air conditioning system, air can be cooled when the refrigerant in the air conditioning evaporator is heated, and the cooled air (cool air) can be used for air conditioning of the vehicle.
上述したような空調システムにおいて、空調用凝縮器における冷媒の凝縮時に排熱が発生する。しかしながら、従来、この空調用凝縮器の排熱は回収されずに廃棄されていた。 In the air conditioning system as described above, exhaust heat is generated when the refrigerant is condensed in the air conditioning condenser. However, conventionally, the exhaust heat of the air conditioning condenser has been discarded without being recovered.
本開示は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、空調用凝縮器の排熱を回収して、車両の燃費の向上を図ることができる空調システムを提供することである。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an air conditioning system that can recover exhaust heat of an air conditioning condenser and improve fuel efficiency of a vehicle.
上記目的を達成するため、本開示に係る空調システムは、車両の空調用の冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を経由した前記冷媒を凝縮させる空調用凝縮器と、前記空調用凝縮器を経由した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁を経由した前記冷媒を加熱させる空調用蒸発器と、を有する冷凍サイクルシステムを備える空調システムにおいて、作動流体を前記車両の排熱を利用して加熱させるランキン用蒸発器と、前記ランキン用蒸発器を経由した前記作動流体を膨張させることで前記作動流体のエネルギの一部を回収する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体を凝縮させるランキン用凝縮器と、を有するランキンサイクルシステムをさらに備え、前記ランキンサイクルシステムは、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体を、前記空調用凝縮器の排熱を利用して加熱させる第2ランキン用蒸発器をさらに備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an air conditioning system according to the present disclosure includes a compressor that compresses a refrigerant for air conditioning of a vehicle, an air conditioning condenser that condenses the refrigerant that has passed through the compressor, and the air conditioning condenser. In an air conditioning system including a refrigeration cycle system including an expansion valve for expanding the refrigerant via the expansion valve and an air conditioning evaporator for heating the refrigerant via the expansion valve, the exhaust heat of the vehicle is used as a working fluid. Rankine evaporator for heating by heating, expander for recovering a part of energy of the working fluid by expanding the working fluid that has passed through the Rankine evaporator, and the working fluid that has passed through the expander And a Rankine cycle system having a Rankine condenser for condensing the Rankine cycle system, wherein the Rankine cycle system collects the working fluid after passing through the Rankine condenser and before flowing into the Rankine evaporator. A second Rankine evaporator that heats by using the exhaust heat of the air conditioning condenser is further provided.
本開示によれば、空調用凝縮器の排熱を回収して、車両の燃費の向上を図ることができる。 According to the present disclosure, exhaust heat of an air conditioning condenser can be recovered to improve fuel efficiency of a vehicle.
以下、本実施形態に係る空調システム1について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る空調システム1の構成を模式的に示す模式的構成図である。本実施形態に係る空調システム1は、車両100に搭載されている。この車両100の具体的な種類は
特に限定されるものではなく、乗用車、バス、トラック等の種々の車両を用いることができる。
Hereinafter, the air conditioning system 1 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of an air conditioning system 1 according to this embodiment. The air conditioning system 1 according to this embodiment is mounted on a
空調システム1は、冷凍サイクルシステム10と、冷気用通路20と、排熱用通路30と、ランキンサイクルシステム40とを備えている。冷凍サイクルシステム10は、空調用循環通路11と、圧縮機12と、空調用凝縮器13と、膨張弁14と、空調用蒸発器15とを備えている。空調用循環通路11は、車両100の空調用の冷媒が循環するための通路である。圧縮機12、空調用凝縮器13、膨張弁14及び空調用蒸発器15は、冷媒の流動方向で見た場合に、この順序で、空調用循環通路11に配置されている。冷媒としては、車両100の空調に用いることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、HFC134aやHFO−1234yf等を用いることができる。
The air conditioning system 1 includes a
圧縮機12は、冷媒を圧縮する装置である。圧縮機12の動力源は、特に限定されるものではなく、例えば車両100に搭載されたエンジンや電動モータ等を用いることができる。本実施形態に係る圧縮機12は、一例として、エンジンによって駆動されている。具体的には、本実施形態に係る圧縮機12は、動力伝達部材(ベルト等)を介してエンジンのクランクシャフト(すなわち、出力軸)と接続されており、エンジンの動力によって駆動されることで、回転して、冷媒を圧縮している。
The
空調用凝縮器13は、圧縮機12を経由した冷媒を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係る空調用凝縮器13は、圧縮機12を経由して空調用凝縮器13に流入した冷媒と、空気(大気)と、の間で熱交換させることで、この冷媒を冷却して凝縮している。
The
膨張弁14は、空調用凝縮器13を経由した冷媒を膨張させる弁である。具体的には、本実施形態に係る膨張弁14は、膨張弁14に流入した冷媒を減圧させることで膨張させて、霧状の冷媒にしている。
The expansion valve 14 is a valve that expands the refrigerant that has passed through the
空調用蒸発器15は、膨張弁14を経由した冷媒(膨張して霧状になった冷媒)を、空気の熱を利用して加熱させる装置である。具体的には、本実施形態に係る空調用蒸発器15は、空調用蒸発器15に流入した冷媒と、空気(大気)と、の間で熱交換させることで、この空気の熱を利用して冷媒を加熱して蒸発させている。空調用蒸発器15を経由した冷媒は、空調用循環通路11を通過して圧縮機12に再び導入される。
The
冷気用通路20は、メイン通路21と、サブ通路22とを有している。メイン通路21は、その上流側端部が空調用蒸発器15の空気出口に連通し、その下流側端部が車両100の運転室50に連通している。サブ通路22は、その上流側端部がメイン通路21の通路途中に連通し、その下流側端部が後述する第2ランキン用凝縮器45に連通している。空調用蒸発器15において冷却された空気(すなわち冷気)は、メイン通路21に流入する。このメイン通路21に流入した冷気の一部はサブ通路22を通過して第2ランキン用凝縮器45に導入され、残部は運転室50に導入されて運転室50の空調(具体的には冷房)に利用される。
The
排熱用通路30は、空調用凝縮器13の排熱をランキンサイクルシステム40の後述する第2ランキン用蒸発器47に導入させるための通路である。具体的には、本実施形態に係る排熱用通路30は、空調用凝縮器13における冷媒の凝縮に使用された後の空気を第2ランキン用蒸発器47に流入させることで、この空気の熱(すなわち、排熱)を第2ランキン用蒸発器47に導入している。
The
ランキンサイクルシステム40は、ランキン用循環通路41と、ランキン用蒸発器42
と、膨張機43と、ランキン用凝縮器44と、第2ランキン用凝縮器45と、ポンプ46と、第2ランキン用蒸発器47とを備えている。ランキン用循環通路41は、ランキンサイクルシステム40用の作動流体が循環するための通路である。ランキン用蒸発器42、膨張機43、ランキン用凝縮器44、第2ランキン用凝縮器45、ポンプ46及び第2ランキン用蒸発器47は、作動流体の流動方向で見た場合に、この順序で、ランキン用循環通路41に配置されている。作動流体としては、ランキンサイクルシステム40に用いることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、水、エタノール等を用いることができる。
The Rankine
An
ランキン用蒸発器42は、車両100の排熱を利用して作動流体を加熱させる装置である。この車両100の排熱としては、例えば、エンジンから排出された排気の熱や、エンジンを冷却後の冷却水の熱等を用いることができる。本実施形態においては、車両100の排熱の一例として、排気の熱を用いている。具体的には、この場合、ランキン用蒸発器42は、排気と作動流体との間で熱交換させることで、作動流体を加熱して蒸発させている。なお、これは後述するが、本実施形態に係るランキン用蒸発器42には、第2ランキン用蒸発器47を経由した作動流体が流入する。このため、通常、ランキン用蒸発器42に流入する作動流体の少なくとも一部は既に蒸気になっている。
The Rankine
膨張機43は、ランキン用蒸発器42を経由した作動流体を膨張させることで、この作動流体のエネルギの一部を回収する装置である。このような機能を有するものであれば、膨張機43の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る膨張機43は、一例として、作動流体のエネルギを受けて回転するタービンと、このタービンに接続された発電機と、を備えている。ランキン用蒸発器42を経由した作動流体がタービンに流入することで、作動流体は減圧されて膨張し、また、タービンは作動流体のエネルギを受けて回転する。
The
また、タービンに接続された発電機は、タービンの回転によって駆動されて発電を行う。この発電機の発電によって得られた電力は、車両100の電装部品の電力として使用されたり、車両100に搭載されたバッテリに充電されたりする。このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム40は、膨張機43において、作動流体のエネルギの一部を電力として回収している。
Further, the generator connected to the turbine is driven by the rotation of the turbine to generate electricity. The electric power obtained by the power generation of the generator is used as electric power of electric components of the
ランキン用凝縮器44は、膨張機43を経由した作動流体を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係るランキン用凝縮器44は、膨張機43を経由してランキン用凝縮器44に流入した作動流体と、空気(大気)と、の間で熱交換させることで、この作動流体を冷却して凝縮させている。
The Rankine
第2ランキン用凝縮器45は、空調用蒸発器15において冷却された空気(冷気)の一部と、ランキン用凝縮器44を経由した後であって第2ランキン用蒸発器47に流入する前の作動流体と、の間で熱交換させることで、この作動流体を凝縮させる装置である。具体的には、本実施形態に係る第2ランキン用凝縮器45は、ランキン用循環通路41におけるランキン用凝縮器44よりも下流側、且つ、ポンプ46よりも上流側の箇所に配置されている。そして、第2ランキン用凝縮器45は、空調用蒸発器15から排出されてメイン通路21及びサブ通路22を順に通過して第2ランキン用凝縮器45に流入された冷気と、ランキン用循環通路41を通過して第2ランキン用凝縮器45に流入された作動流体と、の間で熱交換させることで、この作動流体を冷却して凝縮させている。
The
ポンプ46は、第2ランキン用凝縮器45を経由した作動流体(これは液体状態の作動流体である)を圧送する装置である。ポンプ46の動力源は、特に限定されるものではなく、例えばエンジンや電動モータ等を用いることができる。本実施形態に係るポンプ46
は、一例として、エンジンによって駆動されている。
The
Are driven by the engine as an example.
第2ランキン用蒸発器47は、ランキン用凝縮器44を経由した後であってランキン用蒸発器42に流入する前の作動流体を、空調用凝縮器13の排熱を利用して加熱させる装置である。具体的には、本実施形態に係る第2ランキン用蒸発器47は、ランキン用循環通路41におけるポンプ46よりも下流側且つランキン用蒸発器42よりも上流側の箇所に配置されている。そして、第2ランキン用蒸発器47は、ポンプ46によって圧送された作動流体を、排熱用通路30を通過して第2ランキン用蒸発器47に導入された排熱(これは、空調用凝縮器13の排熱であり、具体的には空調用凝縮器13における凝縮に供された後の空気の熱である)を用いて加熱させることで、この作動流体を蒸発させている。
The
なお、第2ランキン用蒸発器47において作動流体の加熱に供された空気は、その後、大気中へ放出される。一方、第2ランキン用蒸発器47を経由後の作動流体は、その後、ランキン用循環通路41を通過してランキン用蒸発器42に流入し、ランキン用蒸発器42において、さらに加熱された後に、膨張機43に流入する。
The air used for heating the working fluid in the
以上説明したような本実施形態に係る空調システム1によれば、冷凍サイクルシステム10に加えて、ランキンサイクルシステム40を備えるとともに、このランキンサイクルシステム40が第2ランキン用蒸発器47を備えているので、空調用凝縮器13の排熱を第2ランキン用蒸発器47において作動流体の加熱に有効利用することができる。これにより、空調用凝縮器13の排熱をランキンサイクルシステム40によって回収することができる。この結果、車両100の燃費を向上させることができる。
According to the air conditioning system 1 according to the present embodiment as described above, the
また、本実施形態によれば、ランキン用蒸発器42の他に第2ランキン用蒸発器47を備えているので、第2ランキン用蒸発器47を備えていない場合に比較して、作動流体を効率的に加熱することができる。これにより、膨張機43の作動効率を向上させることができる。この点においても、車両100の燃費を向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, since the
また、本実施形態によれば、第2ランキン用凝縮器45を備えているので、空調用蒸発器15において冷却された空気の熱を第2ランキン用凝縮器45において作動流体の凝縮に有効利用することができる。これによりランキンサイクルシステム40における作動流体の凝縮性能を向上させることができるので、ランキンサイクルシステム40の作動効率を向上させることができる。この結果、車両100の燃費をさらに向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, since the
なお、上述した空調システム1は、第2ランキン用凝縮器45を備えていない構成とすることもできる。この場合、冷気用通路20は、サブ通路22を備えていない構成(メイン通路21のみの構成)とすればよい。この場合においても、空調システム1は前述した第2ランキン用蒸発器47を備えているので、車両100の燃費を向上させることができる。
The air conditioning system 1 described above may be configured without the
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist described in the claims. Is.
1 空調システム
10 冷凍サイクルシステム
11 空調用循環通路
12 圧縮機
13 空調用凝縮器
14 膨張弁
15 空調用蒸発器
20 冷気用通路
30 排熱用通路
40 ランキンサイクルシステム
41 ランキン用循環通路
42 ランキン用蒸発器
43 膨張機
44 ランキン用凝縮器
45 第2ランキン用凝縮器
46 ポンプ
47 第2ランキン用蒸発器
100 車両
1
Claims (2)
作動流体を前記車両の排熱を利用して加熱させるランキン用蒸発器と、前記ランキン用蒸発器を経由した前記作動流体を膨張させることで前記作動流体のエネルギの一部を回収する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体を凝縮させるランキン用凝縮器と、を有するランキンサイクルシステムをさらに備え、
前記ランキンサイクルシステムは、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体を、前記空調用凝縮器の排熱を利用して加熱させる第2ランキン用蒸発器をさらに備えることを特徴とする空調システム。 A compressor that compresses a vehicle air-conditioning refrigerant, an air-conditioning condenser that condenses the refrigerant that has passed through the compressor, an expansion valve that expands the refrigerant that has passed through the air-conditioning condenser, and the expansion valve. In an air conditioning system including a refrigeration cycle system having an evaporator for air conditioning for heating the refrigerant via
A Rankine evaporator that heats a working fluid by utilizing exhaust heat of the vehicle, and an expander that recovers a part of energy of the working fluid by expanding the working fluid that has passed through the Rankine evaporator. Further comprising a Rankine cycle system having a Rankine condenser for condensing the working fluid via the expander,
The Rankine cycle system uses the exhaust heat of the air conditioning condenser to heat the working fluid after passing through the Rankine condenser and before flowing into the Rankine evaporator. An air conditioning system, further comprising an evaporator for use.
前記ランキンサイクルシステムは、前記空調用蒸発器において冷却された前記空気の一部と、前記ランキン用凝縮器を経由した後であって前記第2ランキン用蒸発器に流入する前の前記作動流体と、の間で熱交換させることで、前記作動流体を凝縮させる第2ランキン用凝縮器をさらに備える請求項1記載の空調システム。 The air-conditioning evaporator cools the air when heating the refrigerant that has passed through the expansion valve by utilizing the heat of air,
The Rankine cycle system includes a part of the air cooled in the air conditioning evaporator, and the working fluid after passing through the Rankine condenser and before flowing into the second Rankine evaporator. The air conditioning system according to claim 1, further comprising a second Rankine condenser that condenses the working fluid by heat exchange between the second Rankine condenser and the second condenser.
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JP2009085060A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Calsonic Kansei Corp | Rankine cycle system |
US20150000274A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Cummins Inc. | Waste heat recovery system including connection to a vehicle air conditioning system |
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- 2018-12-11 JP JP2018231963A patent/JP2020094727A/en active Pending
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