特許 7632364 排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-10

(45)【発行日】2025-02-19

(54)【発明の名称】排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 27/02 20060101AFI20250212BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20250212BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20250212BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20250212BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20250212BHJP

   F01M 5/00 20060101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

F25B27/02 F

F25B27/00 A

F25B1/00 321B

F25B1/00 399Y

F01P3/20 H

F01P3/20 E

F01N5/02 K

F01N5/02 A

F01M5/00 A

F01M5/00 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022046276

(22)【出願日】2022-03-23

(65)【公開番号】P2023140441

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2024-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 裕真

【審査官】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３２４６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２５４３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１２８９１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－０１９８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０８０４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２０１９６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２００４０３１３６５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１１２００３８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

Ｆ２５Ｂ ２７／００

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ０１Ｐ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ５／０２

Ｆ０１Ｍ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気調和装置のコンプレッサを駆動させる内燃機関に設けられた排熱回収装置であって、
前記内燃機関の排気ガスが流通する排気ガス流路と、
前記内燃機関に潤滑油を循環させる潤滑油流路と、
前記内燃機関を冷却する冷却水を流通させ、冷却水と前記空気調和装置の冷媒サイクルを流通する冷媒とを熱交換させることが可能である第１熱交換器を有する冷却水流路と、
前記排気ガス流路および前記潤滑油流路に接続され、排気ガスと潤滑油とを熱交換させることが可能である第２熱交換器と、
前記排気ガス流路および前記冷却水流路に接続され、排気ガスと冷却水とを熱交換させる第３熱交換器と、
制御部とを備え、
前記排気ガス流路は、
前記第２熱交換器が接続された主流路と、
前記主流路から前記第２熱交換器よりも上流側で分岐して、前記第２熱交換器を迂回するバイパス流路と、
前記制御部により、排気ガスを前記主流路の前記第２熱交換器が設けられた部分に導き前記バイパス流路への流通を遮断する第１状態と、排気ガスを前記バイパス流路に導き前記主流路の前記第２熱交換器が設けられた部分への流通を遮断する第２状態とが切り替えられる切替部とを含み、
前記空気調和装置の暖房運転時に、前記制御部により前記切替部が前記第２状態に切り替えられるとともに、前記第３熱交換器において排気ガスと冷却水とが熱交換され、かつ、前記第１熱交換器において冷媒と冷却水とが熱交換される、排熱回収装置。

【請求項2】

前記制御部は、潤滑油の温度が所定温度より低い場合に前記切替部を前記第１状態に切り替えるように制御する、請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項3】

前記主流路は、前記第２熱交換器より下流側において前記バイパス流路と接続され、
前記切替部は、前記上流側に設けられた第１切替部と、前記下流側に設けられた第２切替部とを有し、
前記第１状態において、前記バイパス流路は、前記第１切替部および前記第２切替部により遮断される、請求項１または請求項２に記載の排熱回収装置。

【請求項4】

請求項１に記載の排熱回収装置と、
前記コンプレッサにより圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器を通過した冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁を通過した冷媒を気化させ、気化した冷媒を前記コンプレッサに戻す気化器とを備え、
前記冷媒サイクルは、前記コンプレッサ、前記凝縮器、前記膨張弁および前記気化器を冷媒が循環することによって構成され、
前記第１熱交換器は、前記冷媒サイクルにおける前記膨張弁と前記気化器との間に設けられている、空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

排熱回収装置を開示した先行技術文献として、特開２０１２－１０７５９９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された排熱回収装置は、冷却水流路と、第一排気ガス流路と、潤滑油流路とを備える。冷却水流路は、内燃機関の冷却水が流通する。第一排気ガス流路は、内燃機関の排気ガスが流通する。潤滑油流路は、内燃機関の潤滑油が流通する。潤滑油流路は、冷却水流路および第一排気ガス流路と熱交換させることが可能に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１０７５９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内燃機関により動作する空気調和装置において、空気調和装置のインバータ制御により、内燃機関が間欠運転する場合がある。内燃機関が停止している間に、内燃機関を流通する冷却水は放熱し、その温度が低下する。特許文献１に記載された排熱回収装置においては、内燃機関の冷却水流路と潤滑油流路とが熱交換されるため、冷却水の温度低下に伴い、潤滑油の温度が低下する。潤滑油温度の低下によって、内燃機関の摺動部材の摺動特性が悪化するため、内燃機関の燃費が低下する。他方、当該冷却水と空気調和装置の冷媒サイクルにおける冷媒とを熱交換させることによって、空気調和装置の暖房性能を向上させる余地がある。

【0005】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、内燃機関の燃費の低下を抑制しつつ、空気調和装置の暖房性能を向上させることができる、排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に基づく排熱回収装置は、空気調和装置のコンプレッサを駆動させる内燃機関に設けられている。排熱回収装置は、排気ガス流路と、潤滑油流路と、第１熱交換器を有する冷却水流路と、第２熱交換器と、第３熱交換器と、制御部とを備える。排気ガス流路は、内燃機関の排気ガスが流通する。潤滑油流路は、内燃機関に潤滑油を循環させる。冷却水流路は、内燃機関を冷却する冷却水を流通させる。第１熱交換器は、冷却水と空気調和装置の冷媒サイクルを流通する冷媒とを熱交換させることが可能である。第２熱交換器は、排気ガス流路および潤滑油流路に接続され、排気ガスと潤滑油とを熱交換させることが可能である。第３熱交換器は、排気ガス流路および冷却水流路に接続され、排気ガスと冷却水とを熱交換させる。排気ガス流路は、主流路と、バイパス流路と、切替部とを含む。主流路には、第２熱交換器が接続されている。バイパス流路は、主流路から第２熱交換器よりも上流側で分岐して、第２熱交換器を迂回する。切替部は、制御部により、排気ガスを主流路の第２熱交換器が設けられた部分に導きバイパス流路への流通を遮断する第１状態と、排気ガスをバイパス流路に導き主流路の第２熱交換器が設けられた部分への流通を遮断する第２状態とが切り替えられる。空気調和装置の暖房運転時に、制御部により切替部が第２状態に切り替えられるとともに、第３熱交換器において排気ガスと冷却水とが熱交換され、かつ、第１熱交換器において冷媒と冷却水とが熱交換される。

【0007】

本発明の一形態においては、制御部は、潤滑油の温度が所定温度より低い場合に切替部を第１状態に切り替えるように制御する。

【0008】

本発明の一形態においては、主流路は、第２熱交換器より下流側においてバイパス流路と接続される。切替部は、上流側に設けられた第１切替部と、下流側に設けられた第２切替部とを有する。第１状態において、バイパス流路は、第１切替部および第２切替部により遮断される。

【0009】

本発明に基づく空気調和装置は、上記排熱回収装置と、凝縮器と、膨張弁と、気化器とを備える。凝縮器は、コンプレッサにより圧縮された冷媒を凝縮させる。膨張弁は、凝縮器を通過した冷媒を膨張させる。気化器は、膨張弁を通過した冷媒を気化させ、気化した冷媒をコンプレッサに戻す。冷媒サイクルは、コンプレッサ、凝縮器、膨張弁および気化器を冷媒が循環することによって構成されている。第１熱交換器は、冷媒サイクルにおける膨張弁と気化器との間に設けられている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、内燃機関の燃費の低下を抑制しつつ、空気調和装置の暖房性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置が備える第２熱交換器の第１状態における第２熱交換器周辺の構成を示す断面図である。

【図3】図２の第２熱交換器周辺の構成をＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。

【図4】本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置が備える第２熱交換器の第２状態における第２熱交換器周辺の構成を示す断面図である。

【図5】本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置の時間に対する冷却水および潤滑油の温度変化を示すグラフである。

【図6】本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の運転状態を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0013】

図１は、本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す概略図である。本発明の一実施の形態に係る空気調和装置１は、内燃機関としてのガスエンジンを駆動源として空気調和を行なうガスヒートポンプ(ＧＨＰ)方式の空気調和装置である。なお、内燃機関は、ガスエンジンに限定されず、ガソリンエンジン、ＬＮＧエンジンまたはエタノールエンジンなどであってもよい。

【0014】

図１に示すように、空気調和装置１は、コンプレッサ１０と、凝縮器１１と、膨張弁１２と、気化器１３と、冷媒流路１４と、内燃機関２０と、ラジエータ２１と、排熱回収装置３とを備える。

【0015】

コンプレッサ１０、凝縮器１１、膨張弁１２および気化器１３は、この順で冷媒流路１４によって接続され、これらを冷媒２が循環することによって冷媒サイクルを構成している。

【0016】

コンプレッサ１０は、冷媒２を圧縮する。冷媒２は圧縮されることによって高温高圧の気体状態となる。凝縮器１１は、コンプレッサ１０により圧縮された冷媒２を凝縮させる。冷媒２は凝縮器１１により空気と熱交換されて放熱することによって、高温高圧の液体状態となる。膨張弁１２は、凝縮器１１を通過した冷媒２を膨張させる。冷媒２は膨張弁１２により断熱膨張することによって、低温低圧の液体状態となる。気化器１３は、膨張弁１２を通過した冷媒２を気化させる。冷媒２は、気化器１３により空気と熱交換されて吸熱することによって、低温低圧の気体状態となる。気化器１３により気化した冷媒２は、コンプレッサ１０に戻される。

【0017】

冷媒流路１４は、第１冷媒流路１４ａと、第２冷媒流路１４ｂと、第３冷媒流路１４ｃと、第４冷媒流路１４ｄとを含む。第１冷媒流路１４ａは、コンプレッサ１０と凝縮器１１とを接続する。第２冷媒流路１４ｂは、凝縮器１１と膨張弁１２とを接続する。第３冷媒流路１４ｃは、膨張弁１２と気化器１３とを接続する。第４冷媒流路１４ｄは、気化器１３とコンプレッサ１０とを接続する。これにより、冷媒２が冷媒流路１４を循環する際に、暖房運転時には凝縮器１１の冷媒２と室内空気とが熱交換される。また、図示しない四方弁による冷媒経路の切り替えにより、冷房運転時には凝縮器１１が気化器となり、内部の冷媒２と室内空気とが熱交換されることによって、室内空気の温度が調節される。

【0018】

冷媒サイクルにおける膨張弁１２と気化器１３との間の第３冷媒流路１４ｃには、第１熱交換器１５が設けられている。第１熱交換器１５は、後述する冷却水流路５０における冷却水６と空気調和装置１の冷媒サイクルを流通する冷媒２とを熱交換させることが可能である。

【0019】

内燃機関２０は、空気調和装置１のコンプレッサ１０を駆動させる。内燃機関２０は、図示しないプーリなどによってコンプレッサ１０と接続されて、コンプレッサ１０を駆動させる。

【0020】

ラジエータ２１は、内燃機関２０を冷却する。ラジエータ２１は、後述する冷却水流路５０により内燃機関２０と接続されている。ラジエータ２１は、空気または冷却水などの熱交換媒体２２によって空冷または水冷される。

【0021】

排熱回収装置３は、内燃機関２０に設けられ、排気ガス４の熱を回収する。排熱回収装置３は、排気ガス流路３０と、潤滑油流路４０と、冷却水流路５０と、第２熱交換器６０と、第３熱交換器７０とを含む。

【0022】

排気ガス流路３０には、内燃機関２０の排気ガス４が流通する。内燃機関２０の排気ガス４は、排気ガス流路３０を流通して排気口３１から外部へ排出される。

【0023】

排気ガス流路３０は、主流路３３と、バイパス流路３４と、切替部３５とを有する。排気ガス４は、主流路３３またはバイパス流路３４を流通することが可能である。排気ガス４の流路は、切替部３５により切り替えられる。主流路３３、バイパス流路３４および切替部３５の構成については、後述する。

【0024】

潤滑油流路４０には、内燃機関２０に潤滑油５が循環する。潤滑油５は、内燃機関２０における図示しないシリンダまたはピストンなどの摺動部材の摺動特性を向上させる。潤滑油５は、その温度が低くなるにつれて粘性が高くなるため、潤滑油５の温度が低下するとともに摺動部材の摺動特性は悪化する。

【0025】

冷却水流路５０には、内燃機関２０を冷却する冷却水６が流通する。冷却水流路５０は、第１冷却水流路５１と、第２冷却水流路５３と、第３冷却水流路５５とを含む。

【0026】

第１冷却水流路５１は、冷却水６を内燃機関２０の内部に導入する。第１冷却水流路５１には、流路の途中に第１弁５２が設けられている。第１弁５２は、たとえば、三方弁である。第１弁５２は、ラジエータ２１または第３冷却水流路５５のいずれかから第１冷却水流路５１に流入する冷却水６の流路を切り替える。

【0027】

第２冷却水流路５３には、内燃機関２０を冷却した後の冷却水６が流通する。第２冷却水流路５３には、流路の途中に第２弁５４が設けられている。第２弁５４は、たとえば、三方弁である。第２弁５４は、第２冷却水流路５３からラジエータ２１または第３冷却水流路５５のいずれかに流入する冷却水６の流路を切り替える。

【0028】

第３冷却水流路５５は、第１冷却水流路５１および第２冷却水流路５３から分岐している。第３冷却水流路５５には、冷却水６が流通する。第３冷却水流路５５上には、第１熱交換器１５が配置されている。第１熱交換器１５は、第３冷却水流路５５を流通する冷却水６と冷媒サイクルにおける冷媒２とを熱交換させることが可能である。

【0029】

第２熱交換器６０は、排気ガス流路３０および潤滑油流路４０に接続され、排気ガス４と潤滑油５とを熱交換させることが可能である。

【0030】

第３熱交換器７０は、排気ガス流路３０および冷却水流路５０に接続され、排気ガス４と冷却水６とを熱交換させる。

【0031】

なお、本実施の形態における第２熱交換器６０は、排気ガス流路３０の第３熱交換器７０より上流側に位置しているが、第２熱交換器６０が排気ガス流路３０の第３熱交換器７０より下流側に位置していてもよい。

【0032】

制御部８０は、内燃機関２０からの信号によって切替部３５を制御可能である。制御部８０は、内燃機関２０および第２熱交換器６０と有線または無線により当該信号を送受信可能に接続されている。

【0033】

以下、排気ガス流路３０上の第２熱交換器６０における排気ガス４と潤滑油５との熱交換について説明する。

【0034】

図２は、本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置が備える第２熱交換器の第１状態における第２熱交換器周辺の構成を示す断面図である。図３は、図２の第２熱交換器周辺の構成をＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置が備える第２熱交換器の第２状態における第２熱交換器周辺の構成を示す断面図である。

【0035】

図２～図４に示すように、本実施の形態における排気ガス流路３０は、ガス配管３２の内部に形成されている。排気ガス４は、ガス配管３２の内部を流通する。主流路３３は、ガス配管３２の一部を構成している。主流路３３は、第２熱交換器６０に接続されている。

【0036】

潤滑油流路４０は、潤滑油配管４１の内部に形成されている。潤滑油５は、潤滑油配管４１の内部を流通する。第２熱交換器６０は、主流路３３を構成するガス配管３２の一部と潤滑油配管４１とが接続されることによって構成される。本実施の形態における第２熱交換器６０は、主流路３３を構成するガス配管３２の一部の外周面を潤滑油配管４１で覆うことにより構成されている。

【0037】

バイパス流路３４は、主流路３３から第２熱交換器６０よりも上流側で分岐している。バイパス流路３４は、第２熱交換器６０を迂回する。すなわち、排気ガス４がバイパス流路３４を流通する場合、排気ガス４と潤滑油５とは熱交換されない。

【0038】

バイパス流路３４は、第２熱交換器６０より下流側において主流路３３と接続されている。なお、バイパス流路３４は、第２熱交換器６０より下流側において主流路３３と接続されることなく排気口３１まで延在していてもよい。

【0039】

切替部３５は、制御部８０の制御によって、第１状態または第２状態に切り替えられる。第１状態は、排気ガス４を主流路３３の第２熱交換器６０が設けられた部分に導きバイパス流路３４への流通を遮断する状態である。第２状態は、排気ガス４をバイパス流路３４に導き主流路３３の第２熱交換器が設けられた部分への流通を遮断する状態である。切替部３５は、たとえば、電磁弁である。

【0040】

本実施の形態における切替部３５は、第１切替部３５ａと、第２切替部３５ｂとを有する。第１切替部３５ａは、排気ガス流路３０における第２熱交換器６０より上流側に設けられている。第２切替部３５ｂは、第２熱交換器６０より下流側に設けられている。

【0041】

図２に示すように、上記第１状態において、バイパス流路３４は、第１切替部３５ａおよび第２切替部３５ｂにより遮断される。これにより、第２熱交換器６０において排気ガス４と潤滑油５とが熱交換される。なお、本実施の形態に係る切替部３５は、第１切替部３５ａおよび第２切替部３５ｂにより構成されているが、この構成に限定されず、第１切替部３５ａのみが設けられた構成であってもよい。

【0042】

図４に示すように、上記第２状態において、主流路３３の第２熱交換器６０が設けられた部分は、第１切替部３５ａおよび第２切替部３５ｂにより遮断される。これにより、排気ガス４は、第２熱交換器６０において潤滑油５と熱交換されることなくバイパス流路３４内を流通する。

【0043】

なお、第１切替部３５ａおよび第２切替部３５ｂは、同時に切替動作が行なわれることが望ましい。これにより、切替部３５の切替動作によって遮断される流路に対して、意図しない排気ガス４の上流側における流入、または下流側における逆流を抑制することができる。

【0044】

図５は、本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置の時間に対する冷却水および潤滑油の温度変化を示すグラフである。図５においては、縦軸に温度(℃)、横軸に時間(ｔ)を示している。図５中の横軸において、時間ｔ０は内燃機関の始動時間、時間ｔ１は内燃機関の停止時間、時間ｔ２は冷却水の循環停止時間、時間ｔ３は内燃機関の再始動時間を示している。

【0045】

図５に示すように、内燃機関が始動すると(ｔ０)、内燃機関の排気ガスと潤滑油および冷却水とが熱交換されることによって、潤滑油および冷却水の温度は上昇する。空気調和装置は、インバータ制御によって室内空気との熱交換の程度が調整されるため、内燃機関の始動(ｔ０)後、一定時間を経過すると内燃機関が停止する(ｔ１)。

【0046】

冷却水は、内燃機関が停止しても一定期間の間、冷却水流路内を循環する。これにより、冷却水はラジエータにおいて熱交換され、冷却水の温度が低下する。一定期間経過後、冷却水の循環が停止される(ｔ２)。冷却水の循環の停止後(ｔ２)から内燃機関が再始動する(ｔ３)までの期間においては、潤滑油および冷却水は自然冷却される。インバータ制御によって、空気調和装置の始動にともなって内燃機関が再始動すると(ｔ３)、再び排気ガスと冷却水および潤滑油とが熱交換されるため、冷却水温度および潤滑油温度は上昇する。

【0047】

図５中の点線の潤滑油温度で示すように、排熱回収装置において、冷却水と潤滑油とが排気ガスによって同時に熱交換される場合、潤滑油温度は、冷却水温度の影響を受けて、内燃機関の停止(ｔ１)後から低下する。これにより、内燃機関における摺動部材の摺動特性が悪化する。その結果、内燃機関の燃費が低下する。

【0048】

一方、図５中の実線の潤滑油温度で示すように、本実施の形態の排熱回収装置３においては、潤滑油５と冷却水６とは排気ガス４によって同時に熱交換されないため、内燃機関２０の停止(ｔ２)後に冷却水６の温度が低下しても、潤滑油５の温度低下が抑制される。これにより、潤滑油５の粘性が上昇することが抑制されることによって、内燃機関２０における摺動部材の摺動特性が維持される。その結果、内燃機関２０の燃費の低下が抑制される。

【0049】

図６は、本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の運転状態を示すフローチャートである。

【0050】

図１、図２、図４および図６に示すように、本実施の形態における空気調和装置１は、暖房運転時と冷房運転時とにおいて、排熱回収装置３の制御が異なる。

【0051】

具体的には、まず、内燃機関２０が運転中であることを確認する。内燃機関２０が運転中である場合には、内燃機関２０における図示しない温度センサによって潤滑油温度および冷却水温度の監視を開始する。内燃機関２０が運転中でない場合には、排気ガス４と潤滑油５とは熱交換する必要がない。このため、切替部３５は、制御部８０の制御によって、排気ガス４をバイパス流路３４に導き主流路３３の第２熱交換器６０が設けられた部分への流通を遮断する第２状態に切り替えられる。

【0052】

次に、空気調和装置１が暖房運転であることを確認する。暖房運転である場合には、切替部３５は、制御部８０の制御によって、上記第２状態に切り替えられる。

【0053】

空気調和装置１が暖房運転でない場合、制御部８０により、潤滑油温度が所定温度より低いことを確認する。本実施の形態の制御部８０は、内燃機関２０における潤滑油温度を直接計測した信号を受信することにより、潤滑油温度が所定温度より低いことを確認する。本実施の形態における所定温度は、たとえば、１００～１１０℃である。

【0054】

次に、制御部８０は、潤滑油５の温度が所定温度より低い場合に排気ガス４を主流路３３の第２熱交換器６０が設けられた部分に導きバイパス流路３４への流通を遮断する第１状態に切り替えるように切替部３５を制御する。一方で、潤滑油温度が所定温度より高い場合、切替部３５は、制御部８０の制御によって、上記第２状態に切り替えられる。

【0055】

上述の制御によって、空気調和装置１の暖房運転時においては、制御部８０により切替部３５が上記第２状態に切り替えられるとともに、第３熱交換器７０において排気ガス４と冷却水６とが熱交換され、かつ、第１熱交換器１５において冷媒２と冷却水６とが熱交換される。これにより、排熱回収装置３における排気ガス４と潤滑油５との熱交換を止めることによって、排気ガス４の熱を、潤滑油５の昇温に充てることなく、第１熱交換器１５における冷却水６と熱交換させることができる。その結果、より多くの排気ガス４の熱を、気化器１３の働きを補助するための冷媒２の入熱に充てることができるため、空気調和装置１の暖房性能を向上させることができる。

【0056】

本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置３においては、排気ガス４と冷却水６との熱交換とは別に、第２熱交換器６０において排気ガス４と潤滑油５とを熱交換可能に構成することにより内燃機関２０における潤滑油５の温度低下を抑制することができる。このため、潤滑油５の粘性が上昇することが抑制されて、内燃機関２０における摺動部材の摺動特性が維持されることにより、内燃機関２０の燃費の低下を抑制することができる。

【0057】

さらに、本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置３においては、空気調和装置１の暖房運転時に、第２熱交換器６０において排気ガス４と潤滑油５とを熱交換させることなく、第３熱交換器７０において排気ガス４と冷却水６とを熱交換させることによって、第１熱交換器１５において冷却水６と冷媒サイクルにおける冷媒２とを熱交換することができる。このため、暖房運転時に、排気ガス４の熱を潤滑油５の昇温に充てることなく、第１熱交換器１５における冷却水６と熱交換させて、より多くの排気ガス４の熱を気化器１３の働きを補助するための冷媒２の入熱に充てることができるため、空気調和装置１の暖房性能を向上させることができる。

【0058】

本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置３においては、所定温度を設定して潤滑油５の温度を直接監視することにより潤滑油５の温度が所定温度以下のときに制御部８０から排気ガス流路３０上の切替部３５へ信号を送ることによって、切替部３５における効率的な切替運転を行なうことができる。

【0059】

本発明の一実施の形態に係る排熱回収装置３においては、第２切替部３５ｂを設けることによって、主流路３３への排気ガス４の逆流を防ぐことで、確実に主流路３３を遮断することができる。これにより、空気調和装置１の暖房運転時に排気ガス４と潤滑油５との熱交換を確実に抑制して、排気ガス４を暖房性能向上に関わる冷却水６と熱交換させることができる。

【0060】

本発明の一実施の形態に係る空気調和装置１においては、第１熱交換器１５が冷媒サイクルにおける膨張弁１２と気化器１３との間に設けられていることによって、暖房運転時に第１熱交換器１５において冷却水６と冷媒２とが熱交換して冷媒２が温度上昇する。これにより、排熱回収装置３における排気ガス４の熱を、潤滑油５の昇温に充てることなく、第１熱交換器１５における冷却水６と熱交換させることができる。その結果、より多くの排気ガス４の熱を、気化器１３の働きを補助するための冷媒２の入熱に充てることができるため、暖房性能を向上させることができる。

【0061】

以下、本発明の一実施の形態の変形例に係る排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置について説明する。本変形例に係る排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置は、制御部の制御方法が本発明の実施の形態１に係る排熱回収装置３およびこれを備える空気調和装置１と異なるため、本発明の実施の形態１に係る排熱回収装置３およびこれを備える空気調和装置１と同様である構成については説明を繰り返さない。

【0062】

本発明の一実施の形態の変形例に係る排熱回収装置が備える制御部は、内燃機関などからの信号によって第２熱交換器を制御可能である。具体的には、制御部は、内燃機関の回転数、負荷、運転時間もしくは冷却水温度、または外気温などから潤滑油の温度を推定する。これにより、制御部によって、潤滑油温度が所定温度より低いことを確認する。

【0063】

本発明の一実施の形態の変形例に係る排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置においては、制御部が内燃機関などからの信号によって潤滑油の温度を推定し、第２熱交換器において排気ガスと潤滑油とを熱交換可能に構成することにより内燃機関における潤滑油の温度低下を抑制することができる。このため、潤滑油の粘性が上昇することが抑制されて、内燃機関における摺動部材の摺動特性が維持されることにより、内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。

【0064】

さらに、本発明の一実施の形態の変形例に係る排熱回収装置およびこれを備える空気調和装置においても、本発明の一実施の形態と同様に、空気調和装置の暖房運転時に、排気ガスの熱を潤滑油の昇温に充てることなく、第１熱交換器における冷却水と熱交換させて、気化器の働きを補助するための冷媒の入熱に充てることができるため、空気調和装置の暖房性能を向上させることができる。

【0065】

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１ 空気調和装置、２ 冷媒、３ 排熱回収装置、４ 排気ガス、５ 潤滑油、６ 冷却水、１０ コンプレッサ、１１ 凝縮器、１２ 膨張弁、１３ 気化器、１４ 冷媒流路、１４ａ 第１冷媒流路、１４ｂ 第２冷媒流路、１４ｃ 第３冷媒流路、１４ｄ 第４冷媒流路、１５ 第１熱交換器、２０ 内燃機関、２１ ラジエータ、２２ 熱交換媒体、３０ 排気ガス流路、３１ 排気口、３２ ガス配管、３３ 主流路、３４ バイパス流路、３５ 切替部、３５ａ 第１切替部、３５ｂ 第２切替部、４０ 潤滑油流路、４１ 潤滑油配管、５０ 冷却水流路、５１ 第１冷却水流路、５２ 第１弁、５３ 第２冷却水流路、５４ 第２弁、５５ 第３冷却水流路、６０ 第２熱交換器、７０ 第３熱交換器、８０ 制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】