車両廃熱利用システム及び車両廃熱利用方法
【課題】廃熱を十分に利用することができるようにする。
【解決手段】車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器２４と、前記熱発生源と蓄熱器２４との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器２４との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を利用する廃熱利用系とを有する。熱発生源において発生させられた熱は、第１、第２の熱伝達媒体を介して蓄熱媒体に伝達され、廃熱利用系において、蓄熱媒体の熱が利用される。
【解決手段】車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器２４と、前記熱発生源と蓄熱器２４との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器２４との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を利用する廃熱利用系とを有する。熱発生源において発生させられた熱は、第１、第２の熱伝達媒体を介して蓄熱媒体に伝達され、廃熱利用系において、蓄熱媒体の熱が利用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両廃熱利用システム及び車両廃熱利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、例えば、エンジンを搭載した車両においては、エンジンを駆動することによって発生させたトルク、すなわち、エンジントルクを駆動輪に伝達することによって、車両を走行させるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の車両においては、エンジンを駆動するのに伴って発生した熱は、冷却水に伝達され、車室内の暖房用として利用される以外はラジエータによって大気中に放出されることになり、廃熱を十分に利用することができない。
【０００４】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、廃熱を十分に利用することができる車両廃熱利用システム及び車両廃熱利用方法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】
【０００５】
そのために、本発明の車両廃熱利用システムにおいては、車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有する。
【０００６】
本発明の他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体循環流路を有する。
【０００７】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記熱伝達媒体流路と接続され、第１の熱伝達媒体を冷却する冷却装置を有する。
【０００８】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記蓄熱器は、第１〜第３の領域を備え、第１の領域に第１の熱伝達媒体が、第１の領域より内方に配設された第２の領域に蓄熱媒体が、第２の領域より内方に配設された第３の領域に第２の熱伝達媒体が供給される。
【０００９】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記第１の熱伝達媒体は冷却水であり、第２の熱伝達媒体は排気浄化装置において浄化された排ガスである。
【００１０】
本発明の車両廃熱利用方法においては、車両に搭載された熱発生源によって熱を発生させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体流路において第１の熱伝達媒体を循環させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体搬送流路において第２の熱伝達媒体を搬送し、第１、第２の熱伝達媒体の熱を蓄熱器に収容された蓄熱媒体に伝達し、該蓄熱媒体の熱を利用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両廃熱利用システムにおいては、車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有する。
【００１２】
この場合、熱発生源において発生させられた熱は、第１、第２の熱伝達媒体を介して蓄熱媒体に伝達され、廃熱利用系において、蓄熱媒体の熱が所定の目的に利用される。したがって、車両において発生させられる廃熱を十分に利用することができるとともに、大気中に放出される熱量を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムを示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の縦断面図、図３は本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【００１５】
図において、１１は車両に搭載され、駆動源であるとともに熱を発生させる熱発生源としての、かつ、第１の加熱源としてのエンジンであり、該エンジン１１を駆動することによって発生させられたエンジントルクは、図示されない駆動輪に伝達され、車両が走行させられる。また、１２は冷却装置としてのラジエータであり、前記エンジン１１の外周に形成された図示されない冷却水路とラジエータ１２とは循環流路１３、１４によって接続され、循環流路１３にポンプｐ１及びバルブｖ１が、循環流路１４にバルブｖ２が配設される。そして、前記ラジエータ１２より前方（図１において左方）に、ファン１５が配設され、前記ポンプｐ１及びファン１５はエンジン１１の図示されないクランク軸と連結される。前記エンジン１１が駆動されるのに伴って、ポンプｐ１及びファン１５が作動させられると、冷却媒体としての冷却水がエンジン１１とラジエータ１２との間で循環させられるとともに、ファン１５及び車両が受ける走行風によってラジエータ１２内の冷却水が冷却される。したがって、冷却水を介してエンジン１１を冷却することができる。
【００１６】
一方、エンジン１１を駆動することによって発生させられた排ガスは、排気管１８を通り、該排気管１８に配設された第２の加熱源としての排気浄化装置２１によって浄化された後、第１の排気部としてのマフラー２２によって消音され、大気中に排出される。
【００１７】
ところで、エンジン１１を駆動するのに伴って発生した熱の一部は、冷却水に伝達され、車室内の暖房用として利用され、図示されない放熱器に送られ、該放熱器によって車室内の空気に伝達される。一方、残りの熱は、ラジエータ１２によって大気中に放出されることになり、廃熱を十分に利用することができない。
【００１８】
そこで、車両に蓄熱器２４を搭載し、該蓄熱器２４に蓄熱媒体としての水が収容され、前記蓄熱器２４において、第１の熱伝達媒体として前記エンジン１１から排出された冷却水を、第２の熱伝達媒体として前記排気浄化装置２１によって浄化された後の排ガスを利用し、冷却水及び排ガスによって水を加熱し、冷却水の熱、及び排ガスの熱を水に伝達するようにしている。そして、車両のインストルメントパネル等に配設された操作部に、モード選択要素としてのスイッチが配設され、運転者がスイッチを操作して、冷却水によって水を加熱する第１のモードとしての冷却水加熱モード、及び排ガスによって水を加熱する第２のモードとしての排ガス加熱モードを選択することができるようになっている。
【００１９】
そのために、前記排気管１８とマフラー２２との間に排ガス分岐部３４が配設され、該排ガス分岐部３４において、前記マフラー２２と並列に、第２の排気部としての蓄熱排気管３６が分岐させられる。前記排気管１８及び蓄熱排気管３６によって、排ガスを搬送するための熱伝達媒体搬送流路が構成される。
【００２０】
また、前記蓄熱器２４は、最も外周縁側に配設された第１の領域２６、該第１の領域２６より内方に配設された第２の領域２７、及び第２の領域２７より内方に配設され、マフラー２２と同様の消音構造を有する第３の領域２８を備え、第１の領域２６に冷却水が、第２の領域２７に水が、第３の領域２８に排ガスが供給される。なお、冷却水の温度に対して、排気浄化装置２１によって浄化された後の排ガスの温度は極めて高いので、排ガスの熱を水に伝達する際の熱勾（こう）配を、冷却水の熱を水に伝達する際の熱勾配に対して十分に大きくすることができる。したがって、排ガスの熱を水に伝達する際の水の循環量を、冷却水の熱を水に伝達する際の水の循環量より十分に大きくすることができる。
【００２１】
そして、前記循環流路１３におけるポンプｐ１とバルブｖ１との間の分岐部ｑ１と前記第１の領域２６の入口ｉ１とが第１の熱伝達媒体流路３１によって接続され、前記循環流路１４におけるバルブｖ２とエンジン１１との間の分岐部ｑ２と前記第１の領域２６の出口ｊ１とが第２の熱伝達媒体流路３２によって接続される。前記第１の熱伝達媒体流路３１にバルブｖ３が、第２の熱伝達媒体流路３２にバルブｖ４が配設される。
【００２２】
また、前記排ガス分岐部３４に、破線で示される排出位置、及び実線で示される蓄熱位置を採る切換弁３５が配設され、該切換弁３５が排出位置に置かれると、排気管１８とマフラー２２とが連通させられ、蓄熱位置に置かれると、排気管１８と蓄熱排気管３６とが連通させられる。そして、蓄熱排気管３６と第３の領域２８とが接続される。なお、前記切換弁３５はスロットル電磁バルブから成る。
【００２３】
前記蓄熱器２４において、熱を蓄えた水は、外部に供給可能にされ、例えば、家庭において暖房用、給湯用等の熱源として利用したり、冬季における積雪の多い地方で融雪用（融雪槽、ロードヒーティング等）の熱源として利用したりすることができる。
【００２４】
そして、運転者の家庭において、前記蓄熱器２４に蓄えられた熱を利用する場合、該熱を貯蔵するために図示されない蓄熱タンクが配設され、前記第２の領域２７の出口ｊ２と蓄熱タンクの入口とが第１の蓄熱媒体循環流路４３によって、蓄熱タンクの出口と第２の領域２７の入口ｉ２とが第２の蓄熱媒体循環流路４４によって接続される。そして、第１の蓄熱媒体循環流路４３にポンプｐ２及びバルブｖ５が、第２の蓄熱媒体循環流路４４にバルブｖ６が配設される。さらに、前記ポンプｐ２とバルブｖ５との間の分岐部ｑ３と、入口ｉ２とバルブｖ６との間の分岐部ｑ４とが、第３の蓄熱媒体循環流路４５によって接続され、該第３の蓄熱媒体循環流路４５にバルブｖ７が配設される。
【００２５】
また、前記第１、第２の蓄熱媒体循環流路４３、４４において、バルブｖ５と蓄熱タンクの入口との間、及びバルブｖ６と蓄熱タンクの出口との間に、着色自在の図示されないコネクタが配設される。したがって、車両を、例えば、走行後に自宅の駐車場等において停止させ、前記コネクタを介して蓄熱器２４と蓄熱タンクとを第１、第２の蓄熱媒体循環流路４３、４４を介して接続した状態で、ＣＰＵ４８の図示されない廃熱利用処理手段は、廃熱利用処理を行い、バルブｖ５、ｖ７を開放し、ポンプｐ２を作動させることによって、廃熱によって温められた高温の水を蓄熱タンクに送り、自宅に配設された蓄熱タンク内の低温の水を蓄熱器２４に送る。なお、前記蓄熱タンク等によって、水の熱を利用する廃熱利用系が構成される。
【００２６】
本実施の形態においては、蓄熱タンク内の低温の水を蓄熱器２４に供給するようにしているが、水供給源から供給された水を蓄熱器２４に供給することができる。また、前記蓄熱媒体としての水に代えて、アルミナ、水・エチレングリコール混合物、塩化カルシウム水溶液等を使用することができる。さらに、冬季に融雪用として利用する場合には、蓄熱媒体が凍結するのを防止するために、蓄熱媒体としてアルミナ、水・エチレングリコール混合物、塩化カルシウム水溶液等を使用するのが好ましい。
【００２７】
前記構成の車両廃熱利用システムの制御を行うために、演算装置としての、かつ、制御部としての前記ＣＰＵ４８が配設され、該ＣＰＵ４８は、図示されない記録装置と共に、各種のプログラム、データ等に基づいてコンピュータとして機能する。そして、前記循環流路１３におけるエンジン１１とポンプｐ１との間に、エンジン１１から排出された冷却水の温度Ｔ１を検出するために、第１の温度検出部としての温度センサｔ１が、前記第２の熱伝達媒体流路３２におけるバルブｖ４と分岐部ｑ２との間に、蓄熱器２４から排出された冷却水の温度Ｔ２を検出するために、第２の温度検出部としての温度センサｔ２が、前記第１の蓄熱媒体循環流路４３における蓄熱器２４とポンプｐ２との間に、蓄熱器２４から排出された水の温度Ｔ３を検出するために、第３の温度検出部としての温度センサｔ３が配設される。
【００２８】
次に、前記蓄熱器２４の構造について説明する。
【００２９】
図２及び３において、蓄熱器２４は、筒状の外側筐（きょう）体５１、該外側筐体５１より径方向内方に配設された筒状の内側筐体５２、前記外側筐体５１及び内側筐体５２の両端に配設された端部壁５３、５４、前記内側筐体５２内に配設された多管式の熱交換器５６等を有し、該熱交換器５６は、管板５７、５８、及び該管板５７、５８間に延在させられる複数の、本実施の形態においては、５本の管５９を備える。そして、前記外側筐体５１と内側筐体５２との間に第１の領域２６が、内側筐体５２と熱交換器５６との間に第２の領域２７が、前記各管５９内に第３の領域２８が形成される。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、第１の加熱源としてエンジン１１を、第２の加熱源として排気浄化装置２１を使用するようになっているが、他の加熱源としてブレーキを使用することができる。その場合、ブレーキの、例えばロータと接触するように熱交換器部を配設し、ブレーキを制動することによって発生させられた熱を、熱交換器部において冷却媒体としての水に伝達することができる。また、本実施の形態においては、駆動源としてのエンジン１１に代えて、燃料電池等の発電装置を使用することができる。
【００３１】
次に、前記構成の車両廃熱利用システムの動作について説明する。
【００３２】
図４は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第１のフローチャート、図５は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第２のフローチャートである。
【００３３】
運転者がエンジン１１（図１）を始動すると、ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱初期化処理手段は、蓄熱初期化処理を行い、所定の時間、本実施の形態においては、１０秒間が経過して、エンジン１１の回転数が安定化するのを待機し、エンジン１１の回転数が安定化すると、バルブｖ５、ｖ６を閉鎖した状態で、バルブｖ７を開放し、ポンプｐ２を作動させ、水を循環させる。これに伴って、第２の領域２７内の水は、第１の蓄熱媒体循環流路４３、第３の蓄熱媒体循環流路４５、及び第２の蓄熱媒体循環流路４４を順に流れ、第２の領域２７に戻る。
【００３４】
続いて、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱要否判定処理手段は、蓄熱要否判定処理を行い、温度センサｔ３によって検出された温度Ｔ３が第１の設定温度、本実施の形態においては、９０〔℃〕より低いかどうかを判断する。温度Ｔ３が９０〔℃〕より低い場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱開始処理手段は、蓄熱開始処理を行い、蓄熱が必要であると判断し、水への蓄熱を開始し、温度Ｔ３が９０〔℃〕以上である場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱停止処理手段は、蓄熱停止処理を行い、蓄熱が不要であると判断し、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。
【００３５】
そして、水への蓄熱が開始されると、ＣＰＵ４８の図示されないモード判定処理手段は、モード判定処理を行い、冷却水加熱モードが選択されているかどうかを判断する。冷却水加熱モードが選択されている場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱制御処理手段は、蓄熱制御処理を行い、温度センサｔ１によって検出された温度Ｔ１が第２の設定温度、本実施の形態においては、８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ１が８０〔℃〕より高い場合、ポンプｐ１を作動させ、バルブｖ１、ｖ２を閉鎖し、バルブｖ３、ｖ４を開放し、冷却水を蓄熱用として循環させる。これに伴って、エンジン１１内の冷却水は、循環流路１３、第１の熱伝達媒体流路３１、第１の領域２６、第２の熱伝達媒体流路３２、及び循環流路１４を順に流れ、エンジン１１に戻る。これにより、冷却水によって水が加熱され、蓄熱が行われる。
【００３６】
続いて、前記蓄熱制御処理手段は、温度センサｔ２によって検出された温度Ｔ２が第３の設定温度、本実施の形態においては、８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ３が８０〔℃〕より高い場合、前記蓄熱制御処理手段は、バルブｖ３、ｖ４を閉鎖して、、冷却水の蓄熱用としての循環を停止させ、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。これにより、冷却水による水の加熱が停止され、蓄熱が停止される。
【００３７】
また、前記蓄熱制御処理手段は、ポンプｐ１を作動させたまま、バルブｖ１、ｖ２を開放し、冷却水を放熱用として循環させる。これに伴って、エンジン１１内の冷却水は、循環流路１３、ラジエータ１２、及び循環流路１４を順に流れ、エンジン１１に戻る。これにより、ラジエータ１２によって冷却水が冷却される。
【００３８】
一方、冷却水加熱モードが選択されていない場合、前記モード判定処理手段は、排ガス加熱モードが選択されているかどうかを判断する。排ガス加熱モードが選択されている場合、前記蓄熱制御処理手段は、切換弁３５を切り換えて蓄熱位置に置く。これに伴って、排ガスは、排気浄化装置２１から排出された後、蓄熱排気管３６に送られ、第３の領域２８を介して大気中に放出される。これにより、排ガスによって水が加熱され、蓄熱が行われる。
【００３９】
続いて、前記蓄熱制御処理手段は、温度センサｔ２によって検出された温度Ｔ２が８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ２が８０〔℃〕より高い場合、前記蓄熱制御処理手段は、切換弁３５を排出位置に置く。これにより、バルブｖ３、ｖ４を閉鎖して、、冷却水の蓄熱用としての循環を停止させ、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。これにより、排ガスはマフラー２２を介して大気中に放出され、排ガスによる水の加熱が停止され、蓄熱が停止される。
【００４０】
このように、エンジン１１を駆動するのに伴って発生した熱は、冷却水及び排ガスを介して水に伝達され、蓄熱されるので、蓄熱タンクにおいて、水の熱を所定の目的に利用することができる。したがって、廃熱を十分に利用することができ、車両において発生させられる廃熱を十分に利用することができるとともに、大気中に放出される熱量を少なくすることができる。
【００４１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ エンジン１１を始動する。
ステップＳ２ エンジン１１が安定化するのを待機する。
ステップＳ３ 水を循環させる。
ステップＳ４ 温度Ｔ３が９０〔℃〕より低いかどうかを判断する。温度Ｔ３が９０〔℃〕より低い場合はステップＳ５に、温度Ｔ３が９０〔℃〕以上である場合はステップＳ６に進む。
ステップＳ５ 冷却水加熱モードが選択されているかどうかを判断する。冷却水加熱モードが選択されている場合はステップＳ７に、選択されていない場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ６ 水の循環を停止させ、処理を終了する。
ステップＳ７ 温度Ｔ１が８０〔℃〕になるのを待機する。
ステップＳ８ 排ガス加熱モードが選択されているかどうかを判断する。排ガス加熱モードが選択されている場合はステップＳ１０に進み、選択されていない場合は処理を終了する。
ステップＳ９ 冷却水を循環させる。
ステップＳ１０ 切換弁３５を切り換える。
ステップＳ１１ 温度Ｔ２が８０〔℃〕になるのを待機する。
ステップＳ１２ 蓄熱を停止させる。
ステップＳ１３ ラジエータ１２による冷却を行い、処理を終了する。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４３】
図６は本発明の第２の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【００４４】
図において、蓄熱器２４は、角筒状の外側筐体１５１、該外側筐体１５１より内方に配設された角筒状の内側筐体１５２、前記外側筐体１５１及び内側筐体１５２の両端に配設された図示されない端部壁、前記内側筐体１５２内に配設された多管式の熱交換器１５６等を有し、該熱交換器１５６は、図示されない管板、及び管板間に延在させられる複数の、本実施の形態においては、３本の管１５９を備える。そして、前記外側筐体１５１と内側筐体１５２との間に、第１の領域２６が、該第１の領域２６内、すなわち、内側筐体１５２と熱交換器１５６との間に第２の領域２７が、該第２の領域２７内、すなわち、前記各管１５９内に第３の領域２８が形成される。
【００４５】
本実施の形態においては、モードとして冷却水加熱モード、及び排ガス加熱モードのうちの一方を選択することができるようになっているが、冷却水加熱モード及び排ガス加熱モードのいずれも選択することができる。その場合、蓄熱器において、冷却水及び排ガスの熱が同時に水に伝達される。
【００４６】
前記各実施の形態においては、前述されたように、エンジン１１を駆動することによって発生させられた排ガスは、排気管１８を通り、該排気管１８に配設された排気浄化装置２１によって浄化された後、マフラー２２に送られて消音され、大気中に排出されるか、又は蓄熱器２４に送られて、排ガスの熱を水に伝達して熱を回収した後、大気中に排出されるようになっている。
【００４７】
また、植物及び土壌から成る植物・土壌系は、地球上における二酸化炭素（ＣＯ2 ）の最大の固定者となるが、前記植物・土壌系の光合成能力が環境破壊によって低下しているので、固定される二酸化炭素の量を十分に確保することができない。
【００４８】
そこで、排ガスの熱を回収することができるだけでなく、排ガスに含まれる二酸化炭素を回収することができるようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００４９】
図７は本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムを示すブロック図、図８は本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムの概念図、図９は本発明の第３の実施の形態における二酸化炭素利用システムの概念図である。
【００５０】
図において、１１はエンジン、１８は排気管、２１は排気浄化装置、２４は蓄熱器、３６は前記排気管１８から分岐させて形成された蓄熱排気管である。この場合、排気浄化装置２１から排出された排ガスの一部はそのまま排気管１８を流れ、他の一部は、蓄熱排気管３６を流れ、蓄熱器２４に送られる。そして、排気管１８を流れる排ガスと、蓄熱器２４内において熱が回収された後の排ガスとは合流し、更に排気管６１を流れて、二酸化炭素を回収し、固定するための二酸化炭素固定システム６２に送られる。
【００５１】
該二酸化炭素固定システム６２は、排気管６１を介して供給された排ガスを受けて、排ガス中の二酸化炭素を吸収によって回収する回収部としての二酸化炭素吸収部６３、二酸化炭素を吸収するための吸収剤を収納する吸収剤収納部６４、二酸化炭素を吸収した後の吸収剤、すなわち、吸収済み吸収剤を収納する吸収済み吸収剤格納部６５、二酸化炭素吸収部６３の温度を調整する温度調整処理手段としての温度調整部６６、二酸化炭素が回収された後の排ガス、すなわち、回収後排ガスを排出するための回収後排ガス排出管６７、前記回収後排ガス中の吸収剤をフィルタ等によって除去する吸収剤除去部６８等を有する。
【００５２】
なお、前記吸収剤によって回収剤が、吸収剤収納部６４によって回収剤収納部が、前記吸収済み吸収剤によって回収済み回収剤が、吸収済み吸収剤格納部６５によって回収済み回収剤格納部が、吸収剤除去部６８によって回収剤除去部が構成される。
【００５３】
本実施の形態において、二酸化炭素を吸収するための吸収剤は、二酸化炭素と化学反応を起こし、二酸化炭素を固定化するものであればよく、吸収剤として、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン、２−アミノ−２−メチル−１プロパノール、２−イソプロピルアミノ−２−メチル−１−プロパノール、ジエタノールアミン等のアミン化合物（アルカノールアミン化合物）の水溶液が使用される。
【００５４】
前記アミン化合物は次の化学反応を起こし、化学平衡状態を形成する。
【００５５】
【化１】
【００５６】
前記二酸化炭素吸収部６３に吸収剤収納部６４からアミン化合物（２ＲＮＨ2 ）が供給され、該アミン化合物（２ＲＮＨ2 ）と、排ガス中の二酸化炭素とが化学反応を起こし、吸収済み吸収剤（ＲＮＨ3 + ＋ＲＮＨＣＯＯ- ）が生成され、該吸収済み吸収剤は、吸収剤格納部６５に供給される。二酸化炭素が吸収剤に吸収された後の排ガスは、回収後排ガス排出管６７を介して二酸化炭素固定システム６２に供給される。
【００５７】
前記化学反応においては、二酸化炭素吸収部６３内の温度が高くなるほど、平衡状態が、二酸化炭素を放出する側、すなわち、反応式の左辺側に移動する。したがって、二酸化炭素が固定される割合、すなわち、二酸化炭素の固定化率は温度が低いほど高くなる。ところが、温度が低すぎると、化学反応の速度が低くなり、二酸化炭素を吸収する効率が低下してしまう。そこで、温度調整部６６は、温度調整処理を行い、二酸化炭素の固定化率を十分に高くし、二酸化炭素を吸収する効率を十分に高くすることができるように、二酸化炭素吸収部６３内の温度をあらかじめ設定された温度になるように制御する。
【００５８】
なお、前記温度は、吸収剤として使用されるアミン化合物の種類によって異なるので、最適な温度を適宜選択する必要がある。一般に、１６０〔℃〕より低い温度が好ましいが、アミン化合物として、例えば、２−アミノ−２−メチル−１プロパノールを使用する場合、４０〔℃〕以上、かつ、５０〔℃〕以下にするのが好ましい。
【００５９】
また、アミン化合物の沸点は２００〔℃〕以上にするのが好ましい。沸点が低い場合、排気ガス中の吸収剤の分圧が高くなり、吸収剤が外部に排出されてしまう。
【００６０】
次に、蓄熱器２４において回収された熱、及び二酸化炭素吸収部６３において回収された二酸化炭素を利用する方法について説明する。
【００６１】
図８において、７１は車両であり、該車両７１は、蓄熱器２４及び吸収済み吸収剤格納部６５を備え、蓄熱器２４に熱が蓄えられ、吸収済み吸収剤格納部６５に吸収済み吸収剤が蓄えられる。また、ＳＴ１は、蓄熱器２４に蓄えられた熱及び吸収済み吸収剤格納部６５に蓄えられた吸収済み吸収剤を回収する回収ステーションである。該回収ステーションＳＴ１は、ガソリンスタンド、大型スーパー等に配設され、蓄熱媒体としての水を収容する蓄熱媒体収容部７２、及び吸収済み吸収剤を収容する回収済み回収剤収容部としての吸収済み吸収剤収容部７３を有する。
【００６２】
したがって、回収ステーションＳＴ１において、蓄熱器２４から高温の水を抜き取り、蓄熱媒体収容部７２に収容し、吸収済み吸収剤格納部６５から吸収済み吸収剤を抜き取り、吸収剤収容部７３に収容することによって、水及び吸収済み吸収剤を回収することができる。
【００６３】
また、前記回収ステーションＳＴ１において、低温の水を蓄熱器２４に供給し、吸収剤を吸収剤収納部６４に供給することができる。なお、本実施の形態においては、回収ステーションＳＴ１において高温の水と低温の水とを交換するようになっているが、熱交換器によって熱交換を行い、熱だけを回収することができる。
【００６４】
次に、前記回収ステーションＳＴ１において、抜き取られた水及び吸収済み吸収剤は、収集車両７５によって収集され、回収剤再生システムＳＴ２に送られる。該回収剤再生システムＳＴ２は、加熱装置としての太陽エネルギー収集装置７７、吸収済み吸収剤を再生する再生装置７８等を備え、該再生装置７８は、前記収集車両７５によって収集された水及び吸収済み吸収剤を受け、吸収済み吸収剤を水で加熱し、更に太陽エネルギー収集装置７７によって集めた太陽エネルギーの熱によって、１００〔℃〕以上、かつ、１２０〔℃〕以下の温度に加熱する。
【００６５】
このとき、前記化学反応の平衡状態が左辺側に移動し、吸収済み吸収剤が熱分解され、これに伴って、吸収剤を再生し、二酸化炭素を回収することができる。
【００６６】
このようにして、再生された吸収剤、及び吸収剤を加熱するのに伴って冷却された水は、収集車両７５によって収集され、回収ステーションＳＴ１に送られる。
【００６７】
一方、回収剤再生システムＳＴ２において回収された二酸化炭素は、回収剤再生システムＳＴ２が配設された地区に隣接する農地ＡＲｉ（ｉ＝１、２、…）に第１の供給路としてのパイプラインＬＮ１を介して送られ、各農地ＡＲｉで利用される。また、再生装置７８において得られた熱も各農地ＡＲｉに送られ、各農地ＡＲｉで利用される。
【００６８】
さらに、二酸化炭素を液化させ、車両７９によって遠隔地の農地ＡＲ１１に送り、該農地ＡＲｊ（ｊ＝１１、１２、…）で利用することができる。
【００６９】
そして、各農地ＡＲｉにおいて、図９に示されるような二酸化炭素利用システムで二酸化炭素が利用される。
【００７０】
図９において、ＬＮ１はパイプライン、８１は該パイプラインＬＮ１に配設された制御部としての二酸化炭素供給コントローラ、８２は農地ＡＲｉの環境条件、本実施の形態においては、二酸化炭素濃度、温度、光量等を検出する環境条件検出部としてのセンサであり、前記二酸化炭素供給コントローラ８１の図示されない二酸化炭素供給処理手段は、二酸化炭素供給処理を行い、前記環境条件を読み込み、農地ＡＲｉへの二酸化炭素の供給量を制御する。例えば、植物・土壌系の基礎代謝を上回る二酸化炭素の吸収が検出された場合、７００〔ｐｐｍ〕以上、かつ、１０００〔ｐｐｍ〕以下の二酸化炭素を供給する。なお、前記パイプラインＬＮ１は樹脂製のチューブによって形成される。
【００７１】
この場合、二酸化炭素供給コントローラ８１によって供給量が制御された二酸化炭素は、第２の供給路としてのバイオチューブ８３を介して農地ＡＲｉに供給される。前記バイオチューブ８３は、各所に穴が形成され、該各穴を介して二酸化炭素を植物、特に、葉、茎等の近傍の地面近くの部分に供給する。なお、前記バイオチューブ８３は、例えば、休耕期である秋以降に自然に朽ちて有機肥料になる。本実施の形態においては、第２の供給路としてバイオチューブ８３を使用するようになっているが、樹脂製のチューブを使用することができる。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物に供給し、光合成を促進することができるだけでなく、排ガス中の熱を回収し、該熱によって、吸収済み吸収剤から吸収剤を再生することができる。
【００７３】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第１のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第２のフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムの概念図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における二酸化炭素利用システムの概念図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１ エンジン
１２ ラジエータ
１８ 排気管
２１ 排気浄化装置
２４ 蓄熱器
２６〜２８ 第１〜第３の領域
３１、３２ 第１、第２の熱伝達媒体流路
３６ 蓄熱排気管
４３〜４５ 第１〜第３の蓄熱媒体循環流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両廃熱利用システム及び車両廃熱利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、例えば、エンジンを搭載した車両においては、エンジンを駆動することによって発生させたトルク、すなわち、エンジントルクを駆動輪に伝達することによって、車両を走行させるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の車両においては、エンジンを駆動するのに伴って発生した熱は、冷却水に伝達され、車室内の暖房用として利用される以外はラジエータによって大気中に放出されることになり、廃熱を十分に利用することができない。
【０００４】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、廃熱を十分に利用することができる車両廃熱利用システム及び車両廃熱利用方法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】
【０００５】
そのために、本発明の車両廃熱利用システムにおいては、車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有する。
【０００６】
本発明の他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体循環流路を有する。
【０００７】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記熱伝達媒体流路と接続され、第１の熱伝達媒体を冷却する冷却装置を有する。
【０００８】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記蓄熱器は、第１〜第３の領域を備え、第１の領域に第１の熱伝達媒体が、第１の領域より内方に配設された第２の領域に蓄熱媒体が、第２の領域より内方に配設された第３の領域に第２の熱伝達媒体が供給される。
【０００９】
本発明の更に他の車両廃熱利用システムにおいては、さらに、前記第１の熱伝達媒体は冷却水であり、第２の熱伝達媒体は排気浄化装置において浄化された排ガスである。
【００１０】
本発明の車両廃熱利用方法においては、車両に搭載された熱発生源によって熱を発生させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体流路において第１の熱伝達媒体を循環させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体搬送流路において第２の熱伝達媒体を搬送し、第１、第２の熱伝達媒体の熱を蓄熱器に収容された蓄熱媒体に伝達し、該蓄熱媒体の熱を利用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両廃熱利用システムにおいては、車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有する。
【００１２】
この場合、熱発生源において発生させられた熱は、第１、第２の熱伝達媒体を介して蓄熱媒体に伝達され、廃熱利用系において、蓄熱媒体の熱が所定の目的に利用される。したがって、車両において発生させられる廃熱を十分に利用することができるとともに、大気中に放出される熱量を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムを示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の縦断面図、図３は本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【００１５】
図において、１１は車両に搭載され、駆動源であるとともに熱を発生させる熱発生源としての、かつ、第１の加熱源としてのエンジンであり、該エンジン１１を駆動することによって発生させられたエンジントルクは、図示されない駆動輪に伝達され、車両が走行させられる。また、１２は冷却装置としてのラジエータであり、前記エンジン１１の外周に形成された図示されない冷却水路とラジエータ１２とは循環流路１３、１４によって接続され、循環流路１３にポンプｐ１及びバルブｖ１が、循環流路１４にバルブｖ２が配設される。そして、前記ラジエータ１２より前方（図１において左方）に、ファン１５が配設され、前記ポンプｐ１及びファン１５はエンジン１１の図示されないクランク軸と連結される。前記エンジン１１が駆動されるのに伴って、ポンプｐ１及びファン１５が作動させられると、冷却媒体としての冷却水がエンジン１１とラジエータ１２との間で循環させられるとともに、ファン１５及び車両が受ける走行風によってラジエータ１２内の冷却水が冷却される。したがって、冷却水を介してエンジン１１を冷却することができる。
【００１６】
一方、エンジン１１を駆動することによって発生させられた排ガスは、排気管１８を通り、該排気管１８に配設された第２の加熱源としての排気浄化装置２１によって浄化された後、第１の排気部としてのマフラー２２によって消音され、大気中に排出される。
【００１７】
ところで、エンジン１１を駆動するのに伴って発生した熱の一部は、冷却水に伝達され、車室内の暖房用として利用され、図示されない放熱器に送られ、該放熱器によって車室内の空気に伝達される。一方、残りの熱は、ラジエータ１２によって大気中に放出されることになり、廃熱を十分に利用することができない。
【００１８】
そこで、車両に蓄熱器２４を搭載し、該蓄熱器２４に蓄熱媒体としての水が収容され、前記蓄熱器２４において、第１の熱伝達媒体として前記エンジン１１から排出された冷却水を、第２の熱伝達媒体として前記排気浄化装置２１によって浄化された後の排ガスを利用し、冷却水及び排ガスによって水を加熱し、冷却水の熱、及び排ガスの熱を水に伝達するようにしている。そして、車両のインストルメントパネル等に配設された操作部に、モード選択要素としてのスイッチが配設され、運転者がスイッチを操作して、冷却水によって水を加熱する第１のモードとしての冷却水加熱モード、及び排ガスによって水を加熱する第２のモードとしての排ガス加熱モードを選択することができるようになっている。
【００１９】
そのために、前記排気管１８とマフラー２２との間に排ガス分岐部３４が配設され、該排ガス分岐部３４において、前記マフラー２２と並列に、第２の排気部としての蓄熱排気管３６が分岐させられる。前記排気管１８及び蓄熱排気管３６によって、排ガスを搬送するための熱伝達媒体搬送流路が構成される。
【００２０】
また、前記蓄熱器２４は、最も外周縁側に配設された第１の領域２６、該第１の領域２６より内方に配設された第２の領域２７、及び第２の領域２７より内方に配設され、マフラー２２と同様の消音構造を有する第３の領域２８を備え、第１の領域２６に冷却水が、第２の領域２７に水が、第３の領域２８に排ガスが供給される。なお、冷却水の温度に対して、排気浄化装置２１によって浄化された後の排ガスの温度は極めて高いので、排ガスの熱を水に伝達する際の熱勾（こう）配を、冷却水の熱を水に伝達する際の熱勾配に対して十分に大きくすることができる。したがって、排ガスの熱を水に伝達する際の水の循環量を、冷却水の熱を水に伝達する際の水の循環量より十分に大きくすることができる。
【００２１】
そして、前記循環流路１３におけるポンプｐ１とバルブｖ１との間の分岐部ｑ１と前記第１の領域２６の入口ｉ１とが第１の熱伝達媒体流路３１によって接続され、前記循環流路１４におけるバルブｖ２とエンジン１１との間の分岐部ｑ２と前記第１の領域２６の出口ｊ１とが第２の熱伝達媒体流路３２によって接続される。前記第１の熱伝達媒体流路３１にバルブｖ３が、第２の熱伝達媒体流路３２にバルブｖ４が配設される。
【００２２】
また、前記排ガス分岐部３４に、破線で示される排出位置、及び実線で示される蓄熱位置を採る切換弁３５が配設され、該切換弁３５が排出位置に置かれると、排気管１８とマフラー２２とが連通させられ、蓄熱位置に置かれると、排気管１８と蓄熱排気管３６とが連通させられる。そして、蓄熱排気管３６と第３の領域２８とが接続される。なお、前記切換弁３５はスロットル電磁バルブから成る。
【００２３】
前記蓄熱器２４において、熱を蓄えた水は、外部に供給可能にされ、例えば、家庭において暖房用、給湯用等の熱源として利用したり、冬季における積雪の多い地方で融雪用（融雪槽、ロードヒーティング等）の熱源として利用したりすることができる。
【００２４】
そして、運転者の家庭において、前記蓄熱器２４に蓄えられた熱を利用する場合、該熱を貯蔵するために図示されない蓄熱タンクが配設され、前記第２の領域２７の出口ｊ２と蓄熱タンクの入口とが第１の蓄熱媒体循環流路４３によって、蓄熱タンクの出口と第２の領域２７の入口ｉ２とが第２の蓄熱媒体循環流路４４によって接続される。そして、第１の蓄熱媒体循環流路４３にポンプｐ２及びバルブｖ５が、第２の蓄熱媒体循環流路４４にバルブｖ６が配設される。さらに、前記ポンプｐ２とバルブｖ５との間の分岐部ｑ３と、入口ｉ２とバルブｖ６との間の分岐部ｑ４とが、第３の蓄熱媒体循環流路４５によって接続され、該第３の蓄熱媒体循環流路４５にバルブｖ７が配設される。
【００２５】
また、前記第１、第２の蓄熱媒体循環流路４３、４４において、バルブｖ５と蓄熱タンクの入口との間、及びバルブｖ６と蓄熱タンクの出口との間に、着色自在の図示されないコネクタが配設される。したがって、車両を、例えば、走行後に自宅の駐車場等において停止させ、前記コネクタを介して蓄熱器２４と蓄熱タンクとを第１、第２の蓄熱媒体循環流路４３、４４を介して接続した状態で、ＣＰＵ４８の図示されない廃熱利用処理手段は、廃熱利用処理を行い、バルブｖ５、ｖ７を開放し、ポンプｐ２を作動させることによって、廃熱によって温められた高温の水を蓄熱タンクに送り、自宅に配設された蓄熱タンク内の低温の水を蓄熱器２４に送る。なお、前記蓄熱タンク等によって、水の熱を利用する廃熱利用系が構成される。
【００２６】
本実施の形態においては、蓄熱タンク内の低温の水を蓄熱器２４に供給するようにしているが、水供給源から供給された水を蓄熱器２４に供給することができる。また、前記蓄熱媒体としての水に代えて、アルミナ、水・エチレングリコール混合物、塩化カルシウム水溶液等を使用することができる。さらに、冬季に融雪用として利用する場合には、蓄熱媒体が凍結するのを防止するために、蓄熱媒体としてアルミナ、水・エチレングリコール混合物、塩化カルシウム水溶液等を使用するのが好ましい。
【００２７】
前記構成の車両廃熱利用システムの制御を行うために、演算装置としての、かつ、制御部としての前記ＣＰＵ４８が配設され、該ＣＰＵ４８は、図示されない記録装置と共に、各種のプログラム、データ等に基づいてコンピュータとして機能する。そして、前記循環流路１３におけるエンジン１１とポンプｐ１との間に、エンジン１１から排出された冷却水の温度Ｔ１を検出するために、第１の温度検出部としての温度センサｔ１が、前記第２の熱伝達媒体流路３２におけるバルブｖ４と分岐部ｑ２との間に、蓄熱器２４から排出された冷却水の温度Ｔ２を検出するために、第２の温度検出部としての温度センサｔ２が、前記第１の蓄熱媒体循環流路４３における蓄熱器２４とポンプｐ２との間に、蓄熱器２４から排出された水の温度Ｔ３を検出するために、第３の温度検出部としての温度センサｔ３が配設される。
【００２８】
次に、前記蓄熱器２４の構造について説明する。
【００２９】
図２及び３において、蓄熱器２４は、筒状の外側筐（きょう）体５１、該外側筐体５１より径方向内方に配設された筒状の内側筐体５２、前記外側筐体５１及び内側筐体５２の両端に配設された端部壁５３、５４、前記内側筐体５２内に配設された多管式の熱交換器５６等を有し、該熱交換器５６は、管板５７、５８、及び該管板５７、５８間に延在させられる複数の、本実施の形態においては、５本の管５９を備える。そして、前記外側筐体５１と内側筐体５２との間に第１の領域２６が、内側筐体５２と熱交換器５６との間に第２の領域２７が、前記各管５９内に第３の領域２８が形成される。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、第１の加熱源としてエンジン１１を、第２の加熱源として排気浄化装置２１を使用するようになっているが、他の加熱源としてブレーキを使用することができる。その場合、ブレーキの、例えばロータと接触するように熱交換器部を配設し、ブレーキを制動することによって発生させられた熱を、熱交換器部において冷却媒体としての水に伝達することができる。また、本実施の形態においては、駆動源としてのエンジン１１に代えて、燃料電池等の発電装置を使用することができる。
【００３１】
次に、前記構成の車両廃熱利用システムの動作について説明する。
【００３２】
図４は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第１のフローチャート、図５は本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第２のフローチャートである。
【００３３】
運転者がエンジン１１（図１）を始動すると、ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱初期化処理手段は、蓄熱初期化処理を行い、所定の時間、本実施の形態においては、１０秒間が経過して、エンジン１１の回転数が安定化するのを待機し、エンジン１１の回転数が安定化すると、バルブｖ５、ｖ６を閉鎖した状態で、バルブｖ７を開放し、ポンプｐ２を作動させ、水を循環させる。これに伴って、第２の領域２７内の水は、第１の蓄熱媒体循環流路４３、第３の蓄熱媒体循環流路４５、及び第２の蓄熱媒体循環流路４４を順に流れ、第２の領域２７に戻る。
【００３４】
続いて、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱要否判定処理手段は、蓄熱要否判定処理を行い、温度センサｔ３によって検出された温度Ｔ３が第１の設定温度、本実施の形態においては、９０〔℃〕より低いかどうかを判断する。温度Ｔ３が９０〔℃〕より低い場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱開始処理手段は、蓄熱開始処理を行い、蓄熱が必要であると判断し、水への蓄熱を開始し、温度Ｔ３が９０〔℃〕以上である場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱停止処理手段は、蓄熱停止処理を行い、蓄熱が不要であると判断し、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。
【００３５】
そして、水への蓄熱が開始されると、ＣＰＵ４８の図示されないモード判定処理手段は、モード判定処理を行い、冷却水加熱モードが選択されているかどうかを判断する。冷却水加熱モードが選択されている場合、前記ＣＰＵ４８の図示されない蓄熱制御処理手段は、蓄熱制御処理を行い、温度センサｔ１によって検出された温度Ｔ１が第２の設定温度、本実施の形態においては、８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ１が８０〔℃〕より高い場合、ポンプｐ１を作動させ、バルブｖ１、ｖ２を閉鎖し、バルブｖ３、ｖ４を開放し、冷却水を蓄熱用として循環させる。これに伴って、エンジン１１内の冷却水は、循環流路１３、第１の熱伝達媒体流路３１、第１の領域２６、第２の熱伝達媒体流路３２、及び循環流路１４を順に流れ、エンジン１１に戻る。これにより、冷却水によって水が加熱され、蓄熱が行われる。
【００３６】
続いて、前記蓄熱制御処理手段は、温度センサｔ２によって検出された温度Ｔ２が第３の設定温度、本実施の形態においては、８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ３が８０〔℃〕より高い場合、前記蓄熱制御処理手段は、バルブｖ３、ｖ４を閉鎖して、、冷却水の蓄熱用としての循環を停止させ、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。これにより、冷却水による水の加熱が停止され、蓄熱が停止される。
【００３７】
また、前記蓄熱制御処理手段は、ポンプｐ１を作動させたまま、バルブｖ１、ｖ２を開放し、冷却水を放熱用として循環させる。これに伴って、エンジン１１内の冷却水は、循環流路１３、ラジエータ１２、及び循環流路１４を順に流れ、エンジン１１に戻る。これにより、ラジエータ１２によって冷却水が冷却される。
【００３８】
一方、冷却水加熱モードが選択されていない場合、前記モード判定処理手段は、排ガス加熱モードが選択されているかどうかを判断する。排ガス加熱モードが選択されている場合、前記蓄熱制御処理手段は、切換弁３５を切り換えて蓄熱位置に置く。これに伴って、排ガスは、排気浄化装置２１から排出された後、蓄熱排気管３６に送られ、第３の領域２８を介して大気中に放出される。これにより、排ガスによって水が加熱され、蓄熱が行われる。
【００３９】
続いて、前記蓄熱制御処理手段は、温度センサｔ２によって検出された温度Ｔ２が８０〔℃〕より高いかどうかを判断する。温度Ｔ２が８０〔℃〕より高い場合、前記蓄熱制御処理手段は、切換弁３５を排出位置に置く。これにより、バルブｖ３、ｖ４を閉鎖して、、冷却水の蓄熱用としての循環を停止させ、ポンプｐ２の作動を停止させ、バルブｖ７を閉鎖し、水の循環を停止させる。これにより、排ガスはマフラー２２を介して大気中に放出され、排ガスによる水の加熱が停止され、蓄熱が停止される。
【００４０】
このように、エンジン１１を駆動するのに伴って発生した熱は、冷却水及び排ガスを介して水に伝達され、蓄熱されるので、蓄熱タンクにおいて、水の熱を所定の目的に利用することができる。したがって、廃熱を十分に利用することができ、車両において発生させられる廃熱を十分に利用することができるとともに、大気中に放出される熱量を少なくすることができる。
【００４１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ エンジン１１を始動する。
ステップＳ２ エンジン１１が安定化するのを待機する。
ステップＳ３ 水を循環させる。
ステップＳ４ 温度Ｔ３が９０〔℃〕より低いかどうかを判断する。温度Ｔ３が９０〔℃〕より低い場合はステップＳ５に、温度Ｔ３が９０〔℃〕以上である場合はステップＳ６に進む。
ステップＳ５ 冷却水加熱モードが選択されているかどうかを判断する。冷却水加熱モードが選択されている場合はステップＳ７に、選択されていない場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ６ 水の循環を停止させ、処理を終了する。
ステップＳ７ 温度Ｔ１が８０〔℃〕になるのを待機する。
ステップＳ８ 排ガス加熱モードが選択されているかどうかを判断する。排ガス加熱モードが選択されている場合はステップＳ１０に進み、選択されていない場合は処理を終了する。
ステップＳ９ 冷却水を循環させる。
ステップＳ１０ 切換弁３５を切り換える。
ステップＳ１１ 温度Ｔ２が８０〔℃〕になるのを待機する。
ステップＳ１２ 蓄熱を停止させる。
ステップＳ１３ ラジエータ１２による冷却を行い、処理を終了する。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４３】
図６は本発明の第２の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【００４４】
図において、蓄熱器２４は、角筒状の外側筐体１５１、該外側筐体１５１より内方に配設された角筒状の内側筐体１５２、前記外側筐体１５１及び内側筐体１５２の両端に配設された図示されない端部壁、前記内側筐体１５２内に配設された多管式の熱交換器１５６等を有し、該熱交換器１５６は、図示されない管板、及び管板間に延在させられる複数の、本実施の形態においては、３本の管１５９を備える。そして、前記外側筐体１５１と内側筐体１５２との間に、第１の領域２６が、該第１の領域２６内、すなわち、内側筐体１５２と熱交換器１５６との間に第２の領域２７が、該第２の領域２７内、すなわち、前記各管１５９内に第３の領域２８が形成される。
【００４５】
本実施の形態においては、モードとして冷却水加熱モード、及び排ガス加熱モードのうちの一方を選択することができるようになっているが、冷却水加熱モード及び排ガス加熱モードのいずれも選択することができる。その場合、蓄熱器において、冷却水及び排ガスの熱が同時に水に伝達される。
【００４６】
前記各実施の形態においては、前述されたように、エンジン１１を駆動することによって発生させられた排ガスは、排気管１８を通り、該排気管１８に配設された排気浄化装置２１によって浄化された後、マフラー２２に送られて消音され、大気中に排出されるか、又は蓄熱器２４に送られて、排ガスの熱を水に伝達して熱を回収した後、大気中に排出されるようになっている。
【００４７】
また、植物及び土壌から成る植物・土壌系は、地球上における二酸化炭素（ＣＯ2 ）の最大の固定者となるが、前記植物・土壌系の光合成能力が環境破壊によって低下しているので、固定される二酸化炭素の量を十分に確保することができない。
【００４８】
そこで、排ガスの熱を回収することができるだけでなく、排ガスに含まれる二酸化炭素を回収することができるようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００４９】
図７は本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムを示すブロック図、図８は本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムの概念図、図９は本発明の第３の実施の形態における二酸化炭素利用システムの概念図である。
【００５０】
図において、１１はエンジン、１８は排気管、２１は排気浄化装置、２４は蓄熱器、３６は前記排気管１８から分岐させて形成された蓄熱排気管である。この場合、排気浄化装置２１から排出された排ガスの一部はそのまま排気管１８を流れ、他の一部は、蓄熱排気管３６を流れ、蓄熱器２４に送られる。そして、排気管１８を流れる排ガスと、蓄熱器２４内において熱が回収された後の排ガスとは合流し、更に排気管６１を流れて、二酸化炭素を回収し、固定するための二酸化炭素固定システム６２に送られる。
【００５１】
該二酸化炭素固定システム６２は、排気管６１を介して供給された排ガスを受けて、排ガス中の二酸化炭素を吸収によって回収する回収部としての二酸化炭素吸収部６３、二酸化炭素を吸収するための吸収剤を収納する吸収剤収納部６４、二酸化炭素を吸収した後の吸収剤、すなわち、吸収済み吸収剤を収納する吸収済み吸収剤格納部６５、二酸化炭素吸収部６３の温度を調整する温度調整処理手段としての温度調整部６６、二酸化炭素が回収された後の排ガス、すなわち、回収後排ガスを排出するための回収後排ガス排出管６７、前記回収後排ガス中の吸収剤をフィルタ等によって除去する吸収剤除去部６８等を有する。
【００５２】
なお、前記吸収剤によって回収剤が、吸収剤収納部６４によって回収剤収納部が、前記吸収済み吸収剤によって回収済み回収剤が、吸収済み吸収剤格納部６５によって回収済み回収剤格納部が、吸収剤除去部６８によって回収剤除去部が構成される。
【００５３】
本実施の形態において、二酸化炭素を吸収するための吸収剤は、二酸化炭素と化学反応を起こし、二酸化炭素を固定化するものであればよく、吸収剤として、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン、２−アミノ−２−メチル−１プロパノール、２−イソプロピルアミノ−２−メチル−１−プロパノール、ジエタノールアミン等のアミン化合物（アルカノールアミン化合物）の水溶液が使用される。
【００５４】
前記アミン化合物は次の化学反応を起こし、化学平衡状態を形成する。
【００５５】
【化１】
【００５６】
前記二酸化炭素吸収部６３に吸収剤収納部６４からアミン化合物（２ＲＮＨ2 ）が供給され、該アミン化合物（２ＲＮＨ2 ）と、排ガス中の二酸化炭素とが化学反応を起こし、吸収済み吸収剤（ＲＮＨ3 + ＋ＲＮＨＣＯＯ- ）が生成され、該吸収済み吸収剤は、吸収剤格納部６５に供給される。二酸化炭素が吸収剤に吸収された後の排ガスは、回収後排ガス排出管６７を介して二酸化炭素固定システム６２に供給される。
【００５７】
前記化学反応においては、二酸化炭素吸収部６３内の温度が高くなるほど、平衡状態が、二酸化炭素を放出する側、すなわち、反応式の左辺側に移動する。したがって、二酸化炭素が固定される割合、すなわち、二酸化炭素の固定化率は温度が低いほど高くなる。ところが、温度が低すぎると、化学反応の速度が低くなり、二酸化炭素を吸収する効率が低下してしまう。そこで、温度調整部６６は、温度調整処理を行い、二酸化炭素の固定化率を十分に高くし、二酸化炭素を吸収する効率を十分に高くすることができるように、二酸化炭素吸収部６３内の温度をあらかじめ設定された温度になるように制御する。
【００５８】
なお、前記温度は、吸収剤として使用されるアミン化合物の種類によって異なるので、最適な温度を適宜選択する必要がある。一般に、１６０〔℃〕より低い温度が好ましいが、アミン化合物として、例えば、２−アミノ−２−メチル−１プロパノールを使用する場合、４０〔℃〕以上、かつ、５０〔℃〕以下にするのが好ましい。
【００５９】
また、アミン化合物の沸点は２００〔℃〕以上にするのが好ましい。沸点が低い場合、排気ガス中の吸収剤の分圧が高くなり、吸収剤が外部に排出されてしまう。
【００６０】
次に、蓄熱器２４において回収された熱、及び二酸化炭素吸収部６３において回収された二酸化炭素を利用する方法について説明する。
【００６１】
図８において、７１は車両であり、該車両７１は、蓄熱器２４及び吸収済み吸収剤格納部６５を備え、蓄熱器２４に熱が蓄えられ、吸収済み吸収剤格納部６５に吸収済み吸収剤が蓄えられる。また、ＳＴ１は、蓄熱器２４に蓄えられた熱及び吸収済み吸収剤格納部６５に蓄えられた吸収済み吸収剤を回収する回収ステーションである。該回収ステーションＳＴ１は、ガソリンスタンド、大型スーパー等に配設され、蓄熱媒体としての水を収容する蓄熱媒体収容部７２、及び吸収済み吸収剤を収容する回収済み回収剤収容部としての吸収済み吸収剤収容部７３を有する。
【００６２】
したがって、回収ステーションＳＴ１において、蓄熱器２４から高温の水を抜き取り、蓄熱媒体収容部７２に収容し、吸収済み吸収剤格納部６５から吸収済み吸収剤を抜き取り、吸収剤収容部７３に収容することによって、水及び吸収済み吸収剤を回収することができる。
【００６３】
また、前記回収ステーションＳＴ１において、低温の水を蓄熱器２４に供給し、吸収剤を吸収剤収納部６４に供給することができる。なお、本実施の形態においては、回収ステーションＳＴ１において高温の水と低温の水とを交換するようになっているが、熱交換器によって熱交換を行い、熱だけを回収することができる。
【００６４】
次に、前記回収ステーションＳＴ１において、抜き取られた水及び吸収済み吸収剤は、収集車両７５によって収集され、回収剤再生システムＳＴ２に送られる。該回収剤再生システムＳＴ２は、加熱装置としての太陽エネルギー収集装置７７、吸収済み吸収剤を再生する再生装置７８等を備え、該再生装置７８は、前記収集車両７５によって収集された水及び吸収済み吸収剤を受け、吸収済み吸収剤を水で加熱し、更に太陽エネルギー収集装置７７によって集めた太陽エネルギーの熱によって、１００〔℃〕以上、かつ、１２０〔℃〕以下の温度に加熱する。
【００６５】
このとき、前記化学反応の平衡状態が左辺側に移動し、吸収済み吸収剤が熱分解され、これに伴って、吸収剤を再生し、二酸化炭素を回収することができる。
【００６６】
このようにして、再生された吸収剤、及び吸収剤を加熱するのに伴って冷却された水は、収集車両７５によって収集され、回収ステーションＳＴ１に送られる。
【００６７】
一方、回収剤再生システムＳＴ２において回収された二酸化炭素は、回収剤再生システムＳＴ２が配設された地区に隣接する農地ＡＲｉ（ｉ＝１、２、…）に第１の供給路としてのパイプラインＬＮ１を介して送られ、各農地ＡＲｉで利用される。また、再生装置７８において得られた熱も各農地ＡＲｉに送られ、各農地ＡＲｉで利用される。
【００６８】
さらに、二酸化炭素を液化させ、車両７９によって遠隔地の農地ＡＲ１１に送り、該農地ＡＲｊ（ｊ＝１１、１２、…）で利用することができる。
【００６９】
そして、各農地ＡＲｉにおいて、図９に示されるような二酸化炭素利用システムで二酸化炭素が利用される。
【００７０】
図９において、ＬＮ１はパイプライン、８１は該パイプラインＬＮ１に配設された制御部としての二酸化炭素供給コントローラ、８２は農地ＡＲｉの環境条件、本実施の形態においては、二酸化炭素濃度、温度、光量等を検出する環境条件検出部としてのセンサであり、前記二酸化炭素供給コントローラ８１の図示されない二酸化炭素供給処理手段は、二酸化炭素供給処理を行い、前記環境条件を読み込み、農地ＡＲｉへの二酸化炭素の供給量を制御する。例えば、植物・土壌系の基礎代謝を上回る二酸化炭素の吸収が検出された場合、７００〔ｐｐｍ〕以上、かつ、１０００〔ｐｐｍ〕以下の二酸化炭素を供給する。なお、前記パイプラインＬＮ１は樹脂製のチューブによって形成される。
【００７１】
この場合、二酸化炭素供給コントローラ８１によって供給量が制御された二酸化炭素は、第２の供給路としてのバイオチューブ８３を介して農地ＡＲｉに供給される。前記バイオチューブ８３は、各所に穴が形成され、該各穴を介して二酸化炭素を植物、特に、葉、茎等の近傍の地面近くの部分に供給する。なお、前記バイオチューブ８３は、例えば、休耕期である秋以降に自然に朽ちて有機肥料になる。本実施の形態においては、第２の供給路としてバイオチューブ８３を使用するようになっているが、樹脂製のチューブを使用することができる。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物に供給し、光合成を促進することができるだけでなく、排ガス中の熱を回収し、該熱によって、吸収済み吸収剤から吸収剤を再生することができる。
【００７３】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第１のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における車両廃熱利用システムの動作を示す第２のフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態における蓄熱器の横断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における車両廃熱利用システムの概念図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における二酸化炭素利用システムの概念図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１ エンジン
１２ ラジエータ
１８ 排気管
２１ 排気浄化装置
２４ 蓄熱器
２６〜２８ 第１〜第３の領域
３１、３２ 第１、第２の熱伝達媒体流路
３６ 蓄熱排気管
４３〜４５ 第１〜第３の蓄熱媒体循環流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有することを特徴とする車両廃熱利用システム。
【請求項２】
前記蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体循環流路を有する請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項３】
前記熱伝達媒体流路と接続され、第１の熱伝達媒体を冷却する冷却装置を有する請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項４】
前記蓄熱器は、第１〜第３の領域を備え、第１の領域に第１の熱伝達媒体が、第１の領域より内方に配設された第２の領域に蓄熱媒体が、第２の領域より内方に配設された第３の領域に第２の熱伝達媒体が供給される請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項５】
前記第１の熱伝達媒体は冷却水であり、第２の熱伝達媒体は排気浄化装置において浄化された排ガスである請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項６】
車両に搭載された熱発生源によって熱を発生させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体流路において第１の熱伝達媒体を循環させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体搬送流路において第２の熱伝達媒体を搬送し、第１、第２の熱伝達媒体の熱を蓄熱器に収容された蓄熱媒体に伝達し、該蓄熱媒体の熱を利用することを特徴とする車両廃熱利用方法。
【請求項１】
車両に搭載され、熱を発生させる熱発生源と、蓄熱媒体を収容する蓄熱器と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第１の熱伝達媒体を循環させる熱伝達媒体流路と、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設され、前記熱発生源において発生させられた熱を前記蓄熱媒体に伝達する第２の熱伝達媒体を搬送するための熱伝達媒体搬送流路と、前記蓄熱媒体の熱を所定の目的に利用する廃熱利用系とを有することを特徴とする車両廃熱利用システム。
【請求項２】
前記蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体循環流路を有する請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項３】
前記熱伝達媒体流路と接続され、第１の熱伝達媒体を冷却する冷却装置を有する請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項４】
前記蓄熱器は、第１〜第３の領域を備え、第１の領域に第１の熱伝達媒体が、第１の領域より内方に配設された第２の領域に蓄熱媒体が、第２の領域より内方に配設された第３の領域に第２の熱伝達媒体が供給される請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項５】
前記第１の熱伝達媒体は冷却水であり、第２の熱伝達媒体は排気浄化装置において浄化された排ガスである請求項１に記載の車両廃熱利用システム。
【請求項６】
車両に搭載された熱発生源によって熱を発生させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体流路において第１の熱伝達媒体を循環させ、前記熱発生源と蓄熱器との間に配設された熱伝達媒体搬送流路において第２の熱伝達媒体を搬送し、第１、第２の熱伝達媒体の熱を蓄熱器に収容された蓄熱媒体に伝達し、該蓄熱媒体の熱を利用することを特徴とする車両廃熱利用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１２７４０３（Ｐ２００７−１２７４０３Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７６５７６（Ｐ２００６−２７６５７６）
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１０日（２００６．１０．１０）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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