ランキンサイクル及びランキンサイクルに用いる熱交換器
【課題】冷媒の熱分解を回避しつつ冷媒への熱交換量を大きくし得るランキンサイクルを提供する。
【解決手段】エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器（９２、１１１）、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機（３７）、この膨張機（３７）を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器（３８）、この凝縮器（３８）からの第１冷媒を前記熱交換器（９２、１１１）に供給する冷媒ポンプ（３２）を含むランキンサイクル（３１）において、熱交換器（９２、１１１）は、排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器（９２）と、この第２冷媒と第１冷媒及びエンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路（１１２）及び第１冷媒通路（１１３）と冷却水通路（１１４）とを有する第２熱交換器（１１１）とを備える。
【解決手段】エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器（９２、１１１）、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機（３７）、この膨張機（３７）を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器（３８）、この凝縮器（３８）からの第１冷媒を前記熱交換器（９２、１１１）に供給する冷媒ポンプ（３２）を含むランキンサイクル（３１）において、熱交換器（９２、１１１）は、排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器（９２）と、この第２冷媒と第１冷媒及びエンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路（１１２）及び第１冷媒通路（１１３）と冷却水通路（１１４）とを有する第２熱交換器（１１１）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はランキンサイクル、特にランキンサイクルに用いる熱交換器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルを循環する冷媒と高温の排気（数百℃）との間で熱交換を行わせると、冷媒が熱分解を起こすので、これを回避するため、排気の熱をまず冷却水に回収し、次に冷却水の熱を冷媒に回収するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、冷媒の熱分解を抑制できるものの、冷媒への熱交換量が小さくなってしまうことを避けることができない。
【０００５】
そこで本発明は、冷媒の熱分解を回避しつつ冷媒への熱交換量を大きくし得るランキンサイクル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】
本発明の熱交換器は、第１冷媒を用いて動力を発生させるランキンサイクルに用いられる熱交換器を前提とする。本発明の熱交換器では、エンジンの排気の熱で温められた第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う。
【０００７】
また、本発明のランキンサイクルは、エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの第１冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含む。さらに本発明のランキンサイクルでは、前記熱交換器が、排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器と、この第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路及び第１冷媒通路と冷却水通路とを有する第２熱交換器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジンの排気の熱をランキンサイクルの冷媒とエンジンの冷却水とに移動させる前提において、排気は第２冷媒とだけ熱交換することになる。これにより、熱交換器は１つの冷媒を擁するだけとなるので熱容量が小さくなり、排気通路に設けられた触媒の暖機途中など、排気を冷やしたくない場合に純水の流れを止めた際、排気から熱交換器に奪われる熱を少なくすることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、ランキンサイクルを循環する第１冷媒と熱交換するのは、第２冷媒である。このため、第２冷媒の温度が第１冷媒を熱分解するほど高くなり過ぎないように、純水の温度を排気温度より低い温度に設定することによって、第１冷媒の熱分解を回避しつつ第１冷媒への熱交換量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図２Ａ】ポンプ及び膨張機を一体化した膨張機ポンプの概略断面図である。
【図２Ｂ】冷媒ポンプの概略断面図である。
【図２Ｃ】膨張機の概略断面図である。
【図３】冷媒系バルブの機能を示す概略図である。
【図４】ハイブリッド車両の概略構成図である。
【図５】エンジンの概略斜視図である。
【図６】排気管の配置を車両の下方から見た概略図である。
【図７Ａ】ランキンサイクル運転域の特性図である。
【図７Ｂ】ランキンサイクル運転域の特性図である。
【図８】膨張機トルクによりエンジン出力軸の回転をアシストしている途中でハイブリッド車両１の加速が行われたときの様子を示したタイミングチャートである。
【図９】ランキンサイクルの運転停止からの再起動の様子を示したタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１１】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１２】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１３】熱交換器の鉛直方向の概略断面図である。
【図１４】３気筒エンジンの場合の熱交換器の設置場所を示す排気マニホールドの平面図である。
【図１５】下タンクの分岐部への配置を示す概略斜視図である。
【図１６】第２熱交換器における３つの冷媒の流れ方向を示すモデル図である。
【図１７】第２熱交換器のうち冷媒通路及び冷却水通路の具体的な構成図である。
【図１８】第１実施形態の制御系のブロック図である。
【図１９】２つの開閉弁の駆動を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図を示している。図１のランキンサイクル３１は、冷凍サイクル５１と冷媒および凝縮器３８を共有する構成になっており、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１を統合したサイクルのことを、これ以降統合サイクル３０と表現する。図４は統合サイクル３０が搭載されるハイブリッド車両１の概略構成図である。尚、統合サイクル３０は、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１の冷媒が循環する回路（通路）及びその途中に設けられたポンプ、膨張機、凝縮器等の構成要素に加え、冷却水や排気の回路（通路）等を含めたシステム全体を指すものとする。
【００１３】
ハイブリッド車両１では、エンジン２、モータジェネレータ８１、自動変速機８２が直列に連結され、自動変速機８２の出力はプロペラシャフト８３、ディファレンシャルギヤ８４を介して駆動輪８５に伝達される。エンジン２とモータジェネレータ８１の間には第１駆動軸クラッチ８６を設けている。また、自動変速機８２の摩擦締結要素の一つが第２駆動軸クラッチ８７として構成されている。第１駆動軸クラッチ８６と第２駆動軸クラッチ８７は、エンジンコントローラ７１に接続されており、ハイブリッド車両の運転条件に応じてその断接（接続状態）が制御される。ハイブリッド車両１では、図７Ｂに示すように、車速がエンジン２の効率が悪いＥＶ走行領域にあるときには、エンジン２を停止し第１駆動軸クラッチ８６を遮断し第２駆動軸クラッチ８７を接続してモータジェネレータ８１による駆動力のみでハイブリッド車両１の走行を行わせる。一方、車速がＥＶ走行領域を外れてランキンサイクル運転域に移行したときには、エンジン２を運転してランキンサイクル３１（後述する）を運転する。エンジン２は排気通路３を備え、排気通路３は、排気マニホールド４と、排気マニホールド４の集合部に接続される排気管５とから構成される。排気管５は途中でバイパス排気管６と分岐しており、バイパス排気管６にバイパスされる区間の排気管５には、排気と冷却水との間で熱交換を行なうための廃熱回収器２２を備える。廃熱回収器２２とバイパス排気管６は、図６に示すように、これらを一体化した廃熱回収ユニット２３として、床下触媒８８とその下流のサブマフラー８９との間に配置される。
【００１４】
図１に基づき、まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン２を出た８０〜９０℃程度の冷却水は、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４とに別れて流れる。その後、２つの流れは、両通路１３、１４を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ１５で再び合流し、さらに冷却水ポンプ１６を経てエンジン２に戻る。冷却水ポンプ１６はエンジン２によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。サーモスタットバルブ１５は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を大きくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に増やし、冷却水温度が低い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を小さくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン２の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ１１をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる。一方、バイパス冷却水通路１４側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ１１を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路１４を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる場合と比べて低下するが、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ１５が構成されている。詳細にはサーモスタットバルブ１５は、冷却水温度に応じてラジエータ１１に供給される冷却水流量を制御する三方弁であって、バルブ本体１５ａ、２つの入口ポート１５ｂ、１５ｃ及び１つの出口ポート１５ｄを有している。２つの入口ポート１５ｂ、１５ｃには、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスする冷却水通路１４とがそれぞれ接続され、サーモスタットバルブ１５により、冷却水温度に応じてラジエータ１１に供給される冷却水流量が増減されて冷却水温度が適正に保持される。ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続する第１バイパス冷却水通路２４と、冷却水通路１３から分岐して廃熱回収器２２を経た後に熱交換器３６に接続する第２バイパス冷却水通路２５とからなる。
【００１５】
バイパス冷却水通路１４には、ランキンサイクル３１の冷媒と熱交換を行なう熱交換器３６を備える。この熱交換器３６は加熱器と過熱器とを統合したものである。すなわち、熱交換器３６には２つの冷却水通路３６ａ、３６ｂがほぼ一列に、また、冷媒と冷却水が熱交換可能なようにランキンサイクル３１の冷媒が流れる冷媒通路３６ｃは冷却水通路３６ａ、３６ｂと隣接して設けられている。さらに熱交換器３６の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル３１の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路３６ａ、３６ｂ、３６ｃが構成されている。
【００１６】
詳細には、ランキンサイクル３１の冷媒にとって上流（図１の左）側に位置する一方の冷却水通路３６ａは、第１バイパス冷却水通路２４に介装されている。この冷却水通路３６ａ及びこの冷却水通路３６ａに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン２から出た冷却水を冷却水通路３６ａに直接導入することで、冷媒通路３６ｃを流れるランキンサイクル３１の冷媒を加熱するための加熱器である。
【００１７】
ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流（図１の右）側に位置する他方の冷却水通路３６ｂには、第２バイパス冷却水通路２５を介して廃熱回収器２２を経た冷却水が導入される。冷却水通路３６ｂ及びこの冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分（ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流側）は、エンジン２の出口の冷却水を排気によってさらに加熱した冷却水を冷却水通路３６ｂに導入することで、冷媒通路３６ｃを流れる冷媒を過熱する過熱器である。
【００１８】
廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接して設けている。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａにエンジン２の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば１１０〜１１５℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器２２の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路２２ａが構成されている。
【００１９】
廃熱回収器２２を設けた第２バイパス冷却水通路２５には制御弁２６が介装されている。エンジン２の内部にある冷却水の温度を指すエンジン水温が、例えばエンジンの効率悪化やノックを発生させないための許容温度（例えば１００℃）を超えないように、エンジン２の出口の冷却水温度センサ７４の検出温度が所定値以上になると、この制御弁２６の開度を減少させるようにしている。エンジン水温が許容温度に近づくと、廃熱回収器２２を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。
【００２０】
一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少したことによって、廃熱回収器２２により上昇する冷却水温度が上がりすぎて冷却水が蒸発（沸騰）してしまったのでは、熱交換器３６での効率が落ちるだけでなく、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって温度が過剰に上昇してしまう恐れがある。これを避けるため、廃熱回収器２２をバイパスするバイパス排気管６と、排気回収器２２の排気通過量とバイパス排気管６の排気通過量とをコントロールするサーモスタットバルブ７をバイパス排気管６の分岐部に設けている。すなわち、サーモスタットバルブ７は、そのバルブ開度が廃熱回収器２２を出た冷却水温度が所定の温度（例えば沸騰温度１２０℃）を超えないように、廃熱回収器２２を出た冷却水温度に基づいて調節される。
【００２１】
熱交換器３６とサーモスタットバルブ７と廃熱回収器２２とは、廃熱回収ユニット２３として一体化されていて、車幅方向略中央の床下において排気管途中に配設されている。サーモスタットバルブ７は、バイメタル等を用いた比較的簡易な感温弁でも良いし、温度センサ出力が入力されるコントローラによって制御される制御弁であっても良い。サーモスタットバルブ７による排気から冷却水への熱交換量の調節は比較的大きな遅れを伴うため、サーモスタットバルブ７を単独で調節したのではエンジン水温が許容温度を超えないようにするのが難しい。しかしながら、第２バイパス冷却水通路２５の制御弁２６をエンジン水温（出口温度）に基づき制御するようにしてあるので、熱回収量を速やかに低減し、エンジン水温が許容温度を超えるのを確実に防ぐことができる。また、エンジン水温が許容温度までに余裕がある状態であれば、廃熱回収器２２を出る冷却水温度がエンジン水温の許容温度を越えるほどの高温（例えば１１０〜１１５℃）になるまで熱交換を行って、廃熱回収量を増加させることができる。冷却水通路３６ｂを出た冷却水は、第２バイパス冷却水通路２５を介して第１バイパス冷却水通路２４に合流されている。
【００２２】
バイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器３６でランキンサイクル３１の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が小さくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に減らされる。逆にバイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル３１が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が大きくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ１５の動作に基づいて、エンジン２の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル３１へ適当に供給（回収）されるように構成されている。
【００２３】
次に、ランキンサイクル３１について述べる。ここでは、ランキンサイクル３１は、単純なランキンサイクルでなく、冷凍サイクル５１と統合した統合サイクル３０の一部として構成されている。以下では、基本となるランキンサイクル３１を先に説明し、その後に冷凍サイクル５１に言及する。
【００２４】
ランキンサイクル３１は、エンジン２の冷却水を介してエンジン２の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、過熱器としての熱交換器３６、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４により接続されている。
【００２５】
冷媒ポンプ３２の軸は同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をエンジン２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である（図２Ａ参照）。すなわち、冷媒ポンプ３２軸及び膨張機３７の出力軸は、エンジン２の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ３２軸の先端に設けたポンププーリ３３と、クランクプーリ２ａとの間にベルト３４を掛け回している（図１参照）。なお、本実施形態の冷媒ポンプ３２としてはギヤ式のポンプを、膨張機３７としてはスクロール式の膨張機を採用している（図２Ｂ、図２Ｃ参照）。
【００２６】
また、ポンププーリ３３と冷媒ポンプ３２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「膨張機クラッチ」という。）３５（第１クラッチ）を設けて、冷媒ポンプ３２及び膨張機３７とを、エンジン２と断接可能にしている（図２Ａ参照）。このため、膨張機３７の発生する出力が冷媒ポンプ３２の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合（予測膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を接続することで、膨張機３７の発生する出力によってエンジン出力軸の回転をアシスト（補助）することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ３２を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。
【００２７】
冷媒ポンプ３２からの冷媒は冷媒通路４１を介して熱交換器３６に供給される。熱交換器３６は、エンジン２の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。
【００２８】
熱交換器３６からの冷媒は冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給される。膨張機３７は、気化し過熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機３７で回収された動力は冷媒ポンプ３２を駆動し、ベルト伝動機構を介してエンジン２に伝達され、エンジン２の回転をアシストする。
【００２９】
膨張機３７からの冷媒は冷媒通路４３を介して凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は、外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。このため、凝縮器３８をラジエータ１１と並列に配置し、ラジエータファン１２によって冷却するようにしている。
【００３０】
凝縮器３８により液化された冷媒は、冷媒通路４４を介して冷媒ポンプ３２に戻される。冷媒ポンプ３２に戻された冷媒は、冷媒ポンプ３２により再び熱交換器３６に送られ、ランキンサイクル３１の各構成要素を循環する。
【００３１】
次に、冷凍サイクル５１について述べる。冷凍サイクル５１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を共用するため、ランキンサイクル３１と統合され、冷凍サイクル５１の構成そのものは簡素になっている。すなわち、冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器３８、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。
【００３２】
コンプレッサ５２は冷凍サイクル５１の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン２によって駆動される。すなわち、図４にも示したようにコンプレッサ５２の駆動軸にはコンプレッサプーリ５３が固定され、このコンプレッサプーリ５３とクランクプーリ２ａとにベルト３４を掛け回している。エンジン２の駆動力がこのベルト３４を介してコンプレッサプーリ５３に伝達され、コンプレッサ５２が駆動される。また、コンプレッサプーリ５３とコンプレッサ５２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。）５４（第２クラッチ）を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とを断接可能にしている。
【００３３】
図１に戻り、コンプレッサ５２からの冷媒は冷媒通路５６を介して冷媒通路４３に合流した後、凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器３８からの液状の冷媒は、冷媒通路４４から分岐する冷媒通路５７を介してエバポレータ（蒸発器）５５に供給される。エバポレータ５５は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ５５は、凝縮器３８からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。
【００３４】
エバポレータ５５によって蒸発した冷媒は冷媒通路５８を介してコンプレッサ５２に戻される。なお、エバポレータ５５によって冷却された空調空気とヒータコアによって加熱された空調空気は、エアミックスドアの開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。
【００３５】
ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１とからなる統合サイクル３０には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を制御するため、冷凍サイクル分岐点４５と冷媒ポンプ３２とを連絡する冷媒通路４４にポンプ上流弁６１、熱交換器３６と膨張機３７とを連絡する冷媒通路４２に膨張機上流弁６２を備える。また、冷媒ポンプ３２と熱交換器３６とを連絡する冷媒通路４１には、熱交換器３６から冷媒ポンプ３２への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６３を備えている。膨張機３７と冷凍サイクル合流点４６とを連絡する冷媒通路４３にも、冷凍サイクル合流点４６から膨張機３７への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６４を備えている。また、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパスして逆止弁６４上流に合流する膨張機バイパス通路６５を設け、この膨張機バイパス通路６５にバイパス弁６６を設けている。さらに、バイパス弁６６をバイパスする通路６７に圧力調整弁６８を設けている。冷凍サイクル５１側についても、冷凍サイクル分岐点４５とエバポレータ５５とを接続する冷媒通路５７にエアコン回路弁６９を設けている。
【００３６】
上記４つの弁６１、６２、６６、６９はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ７２により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ７３により検出される凝縮器３８の出口の冷媒圧力Ｐｄの信号、膨張機３７の回転速度信号等がエンジンコントローラ７１に入力されている。エンジンコントローラ７１では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、冷凍サイクル５１のコンプレッサ５２や、ラジエータファン１２の制御を行なうとともに、上記４つの電磁式開閉弁６１、６２、６６、６９の開閉を制御する。
【００３７】
例えば、圧力センサ７２により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルク（回生動力）を予測し、この予測膨張機トルクが正のとき（エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき）に膨張機クラッチ３５を締結し、予測膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ３５を解放する。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルク（回生動力）を予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ３５の締結・解放を適切に行うことができる（詳細は特開２０１０−１９０１８５号公報参照）。
【００３８】
上記４つの開閉弁６１、６２、６６、６９及び２つの逆止弁６３、６４は、冷媒系バルブである。これらの冷媒系バルブの機能を改めて図３に示す。
【００３９】
図３において、ポンプ上流弁６１は、冷凍サイクル５１の回路に比べてランキンサイクル３１の回路に冷媒が偏り易くなる所定の条件で閉じることで、ランキンサイクル３１への冷媒（潤滑成分を含む）の偏りを防止するためのもので、後述するように、膨張機３７下流の逆止弁６４と協働してランキンサイクル３１の回路を閉塞させる。膨張機上流弁６２は、熱交換器３６からの冷媒圧力が相対的に低い場合に冷媒通路４２を遮断し熱交換器３６からの冷媒が高圧になるまで保持することができるようにするものである。これによって、膨張機トルクが十分得られない場合でも冷媒の加熱を促し、例えばランキンサイクル３１が再起動する（回生が実際に行なえるようになる）までの時間を短縮させることができる。バイパス弁６６は、ランキンサイクル３１の始動時等にランキンサイクル３１側に存在する冷媒量が十分でないときなどに、膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２の作動が行えるように開弁し、ランキンサイクル３１の起動時間を短縮するためのものである。膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２を作動させることで、凝縮器３８の出口あるいは冷媒ポンプ３２の入口の冷媒温度が、その部位の圧力を考慮した沸点から所定温度差（サブクール度ＳＣ）以上に低下した状態が実現されれば、ランキンサイクル３１には十分な液体冷媒が供給できる状態が整ったことになる。
【００４０】
熱交換器３６上流の逆止弁６３は、バイパス弁６６、圧力調整弁６８、膨張機上流弁６２と協働して膨張機３７に供給される冷媒を高圧に保持するためのものである。ランキンサイクル３１の回生効率が低い条件ではランキンサイクル３１の運転を停止し、熱交換器３６の前後区間に亘って回路を閉塞することで、停止中の冷媒圧力を上昇させておき、高圧冷媒を利用してランキンサイクル３１が速やかに再起動できるようにする。圧力調整弁６８は膨張機３７に供給される冷媒の圧力が高くなり過ぎた場合に開いて、高くなり過ぎた冷媒を逃すリリーフ弁の役割を有している。
【００４１】
膨張機３７下流の逆止弁６４は、上述のポンプ上流弁６１と協働してランキンサイクル３１への冷媒の偏りを防止するためのものである。ハイブリッド車両１の運転開始直後、エンジン２が暖まっていないとランキンサイクル３１が冷凍サイクル５１より低温となり、冷媒がランキンサイクル３１側に偏ることがある。ランキンサイクル３１側に偏る確率はそれほど高くないものの、例えば夏場の車両運転開始直後には、車内を早く冷やしたい状況にあって冷房能力が最も要求されることから、冷媒の僅かな偏在も解消して冷凍サイクル５１の冷媒を確保したいという要求がある。そこで、ランキンサイクル３１側への冷媒の偏在を防止するため逆止弁６４を設けたものである。
【００４２】
コンプレッサ５２は 、駆動停止時に冷媒が自由通過できる構造ではなく、エアコン回路弁６９と協働して冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止することができる。これについて説明する。冷凍サイクル５１の運転が停止したとき、定常運転中の比較的高い温度のランキンサイクル３１側から冷凍サイクル５１側へと冷媒が移動して、ランキンサイクル３１を循環する冷媒が不足することがある。冷凍サイクル５１の中で、冷房停止直後はエバポレータ５５の温度が低くなっていて、比較的容積が大きく温度が低くなっているエバポレータ５５に冷媒が溜まり易い。この場合に、コンプレッサ５２の駆動停止によって凝縮器３８からエバポレータ５５への冷媒の動きを遮断するとともに、エアコン回路弁６９を閉じることで、冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止するのである。
【００４３】
次に、図５はエンジン２全体のパッケージを示すエンジン２の概略斜視図である。図５において特徴的なのは、熱交換器３６が排気マニホールド４の鉛直上方に配置されていることである。排気マニホールド４の鉛直上方のスペースに熱交換器３６を配置することによって、ランキンサイクル３１のエンジン２への搭載性を向上させている。また、エンジン２にはテンションプーリ８が設けられている。
【００４４】
次に、ランキンサイクル３１の基本的な運転方法を図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。
【００４５】
まず、図７Ａ及び図７Ｂはランキンサイクル３１の運転領域図である。図７Ａには横軸を外気温、縦軸をエンジン水温（冷却水温度）としたときのランキンサイクル３１の運転域を、図７Ｂには横軸をエンジン回転速度、縦軸をエンジントルク（エンジン負荷）としたときのランキンサイクル３１の運転域を示している。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂのいずれにおいても所定の条件を満たしたときにランキンサイクル３１を運転するもので、これら両方の条件が満たされた場合にランキンサイクル３１を運転する。図７Ａにおいては、エンジン２の暖機を優先する低水温側の領域と、コンプレッサ５２の負荷が増大する高外気温側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。排気温度が低く回収効率が悪い暖機時は、むしろランキンサイクル３１を運転しないことで冷却水温度を速やかに上昇させる。高い冷房能力が要求される高外気温時はランキンサイクル３１を止めて、冷凍サイクル５１に十分な冷媒と凝縮器３８の冷却能力を提供する。図７Ｂにおいては、ハイブリッド車両であるので、ＥＶ走行領域と、膨張機３７のフリクションが増大する高回転速度側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。膨張機３７は全ての回転速度でフリクションが少ない高効率な構造とすることが難しいことから、図７Ｂの場合では、運転頻度の高いエンジン回転速度域でフリクションが小さく高効率となるように、膨張機３７が構成（膨張機３７各部のディメンジョン等が設定）さている。
【００４７】
図８は膨張機トルクによりエンジン出力軸の回転をアシストしている途中でハイブリッド車両１の加速が行われたときの様子をモデルで示したタイミングチャートである。なお、図８の右側には、このときに膨張機３７の運転状態が推移する様子を膨張機トルクマップ上に表している。膨張機トルクマップの等高線で区切られた範囲のうち、膨張機回転速度が低く膨張機上流圧力が高い部分（左上）が膨張機トルクが最も大きく、膨張機回転速度が高く膨張機上流圧力が低くなるほど（右下に進むほど）膨張機トルクが小さくなる傾向になっている。特に斜線部の範囲は、冷媒ポンプを駆動する前提では膨張機トルクがマイナスになって、エンジンに対しては負荷となってしまう領域を表している。
【００４８】
運転者がアクセルペダルを踏込むｔ１までは、定速走行が継続されて膨張機３７が正のトルクを発生させており、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが行われている。
【００４９】
ｔ１以降、膨張機３７の回転速度、すなわち冷媒ポンプ３２の回転速度がエンジン回転速度に比例して上昇するが、排気温度或いは冷却水温度の上昇は、エンジン回転速度の上昇に対して遅れを有する。そのため、冷媒ポンプ３２の回転速度の上昇によって増大した冷媒量に対して回収可能な熱量の割合が低下する。
【００５０】
従って、膨張機回転速度が上昇するにつれ、膨張機上流の冷媒圧力が低下し、膨張機トルクは低下する。
【００５１】
この膨張機トルクの低下により、膨張機トルクが十分得られなくなると（例えばゼロ付近になるｔ２のタイミングで）、膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えて、回生効率の悪化（膨張機トルクの過度の低下に伴って膨張機３７が逆にエンジン２に引き摺られる現象）が回避される。
【００５２】
膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えた後、ｔ３のタイミングで膨張機クラッチ３５が接続（締結）から切断（解放）へと切換えられる。この膨張機クラッチ３５の切断時期を、膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えた時期より幾分遅らせることによって、膨張機上流の冷媒圧力を十分低下させ、膨張機クラッチ３５を切り離した際の膨張機３７が、過回転になるのを防止できる。また、冷媒ポンプ３２によって多めの冷媒を熱交換器３６内に供給し、ランキンサイクル３１が停止中も冷媒を効果的に加熱することで、ランキンサイクル３１の運転再開がスムースに行なえるようにしている。
【００５３】
ｔ３以降、エンジン２の放熱量の上昇により膨張機上流圧力が再び上昇し、ｔ４のタイミングで、膨張機上流弁６２が閉状態から開状態へと切換えられ、膨張機３７への冷媒の供給が再開される。また、ｔ４で膨張機クラッチ３５が再び接続される。この膨張機クラッチ３５の再接続により、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが再開される。
【００５４】
図９は、膨張機上流弁６２が閉じられ膨張機クラッチ３５を切断した状態の、ランキンサイクルの運転停止から、図８（ｔ４の制御）と異なる態様でランキンサイクル３１の再起動を行なう様子をモデルで示したタイミングチャートである。
【００５５】
ｔ１１のタイミングで運転者がアクセルペダルを踏込むとアクセル開度が増大する。ｔ１１では、ランキンサイクル３１の運転は停止されている。このため、膨張機トルクはゼロを維持している。
【００５６】
ｔ１１からのエンジン回転速度の上昇に伴ってエンジン２の放熱量が増大し、この放熱量の増大によって熱交換器３６に流入する冷却水温度が高くなり、熱交換器３６内の冷媒の温度が上昇する。膨張機上流弁６２は閉じているので、この熱交換器３６による冷媒温度の上昇によって、膨張機上流弁６２の上流の冷媒圧力、つまり膨張機上流圧力が上昇していく（ｔ１１〜ｔ１２）。
【００５７】
この運転状態の変化によってランキンサイクル非運転域からランキンサイクル運転域へと切換わる。膨張機上流弁６２がなく、ランキンサイクル運転域に移行したときに、即座に膨張機クラッチ３５を切断状態から接続状態へと切換えて膨張機３７をエンジン出力軸と連結したのでは、膨張機３７がエンジン２の負荷となる上にトルクショックが生じてしまう。
【００５８】
一方、図９では、ランキンサイクル運転域へと切換わったとき、即座に膨張機上流弁６２を閉状態から開状態へと切換えることはしない。すなわち、ランキンサイクル運転域に移行した後も膨張機上流弁６２の閉状態を続ける。
【００５９】
やがて、膨張機上流圧力と膨張機下流圧力との差圧が大きくなって所定圧以上となるｔ１２のタイミングで膨張機３７を運転（駆動）できると判断し、膨張弁上流弁６２を閉状態から開状態に切換える。この膨張弁上流弁６２の開状態への切換によって膨張機３７に所定圧の冷媒が供給され、膨張機回転速度がゼロから速やかに上昇する。
【００６０】
この膨張機回転速度の上昇で膨張機回転速度がエンジン回転速度に到達するｔ１３のタイミングで、膨張機クラッチ３５を切断状態より接続状態へと切換える。膨張機３７が十分に回転速度を増す前に膨張機クラッチ３５を接続したのでは、膨張機３７がエンジン負荷となるし、トルクショックも生じ得る。これに対して、エンジン出力軸との回転速度差がなくなるｔ１３で膨張機クラッチ３５を遅れて接続することで、膨張機３７がエンジン負荷となることも、膨張機クラッチ３５を締結することに伴うトルクショックも防止できる。
【００６１】
図１０、図１１、図１２は本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図で、各図は３つの運転時の違いを表している。すなわち、図１０はエンジン冷間始動直後の触媒暖機中での、図１１はエンジン２の暖機中での、図１２はランキンサイクル３１の運転中での各通路の状態を表している。
【００６２】
ここで、運転状態の推移としては、まずエンジン冷間始動直後の触媒暖機が行われ、触媒９の暖機完了後にエンジン２の暖機が行われる。触媒９の暖機は、簡単にはエンジン始動から予め定めた時間だけ行わせるようにすればよい。そして、エンジン２の暖機完了後にランキンサイクル３１の運転域となったとき、ランキンサイクル３１を運転する。
【００６３】
各図において、通路を実線で記載している部分は、冷媒、純水、冷却水が循環していることを、通路を破線で記載している部分は冷媒、純水、冷却水が循環していないことを表している。また、開閉バルブ１２３、１３８については、バルブ１２３、１３８を黒塗りで記載している場合は、バルブ１２３、１３８が全閉状態にあることを、バルブ１２３、１３８を白抜きで記載している場合は、バルブ１２３、１３８が全開状態にあることを表している。以下では、主に図１０を用いて全体の構成を説明し、３つの運転時の各作用の違いを説明するときに図１１、図１２に言及することとする。
【００６４】
図１で示した本発明の前提となるランキンサイクルでは、排気の熱をエンジン冷却水に一旦回収し、そのエンジン冷却水に回収した熱を熱交換器３６を介してランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）に回収する構成であった。一方、本発明の第１実施形態は、第１熱交換器９２で排気の熱を純水（第２冷媒）に回収し、その純水に回収した熱を第２熱交換器１１１でランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）に回収する構成である。
【００６５】
ここで、本発明の前提となるランキンサイクルと相違する点は、排気の熱を、温度に上限がある冷却水ではなく、温度に上限のない冷媒としての純水に回収する点にある。すなわち、冷却水は沸騰させることができないので、冷却水を温度の上限（例えば１１０℃）を超えてまで上昇させることができない。一方、冷媒として新たに導入する純水は冷却水とは相違して温度制限を受けることがないので、冷却水の温度上限を超える温度にまで上昇させることが可能である。言い換えると、純水は気化状態となる温度にまで上昇させることができ、第２熱交換器１１１に気化状態の純水を供給する。そして、この第２熱交換器１１１で気化状態の純水を液化させる際の潜熱を利用して冷媒との間で熱交換を行わせることで、より多くの熱交換量を確保するのである。
【００６６】
さらに、第２熱交換器１１１は、純水とエンジンの冷却水との間でも熱交換が行なえるように構成されていて、エンジン２の暖機促進時などには純水の熱を冷却水に与えることができるようになっている。したがって、排気の熱をランキンサイクルの冷媒とエンジンの冷却水とに移動させる前提において、排気は純水（第２冷媒）とだけ熱交換することになる。これにより、第２熱交換器１１１は１つの冷媒を擁するだけとなるので熱容量が小さくなり、排気通路に設けられた触媒の暖機途中など、排気を冷やしたくない場合に純水の流れを止めた際、排気から第２熱交換器に奪われる熱を少なくすることができる。
【００６７】
図１０において、純水サイクル９１は、第１熱交換器９２、第２熱交換器１１１、これら２つの熱交換器９２、１１１を接続する２本の純水通路１２１、１２２から構成される。
【００６８】
まず、排気マニホールド４に設けられる第１熱交換器９２については図１３により詳述する。ここで、図１３は第１熱交換器９２の鉛直方向の概略断面図である。図１３において、第１熱交換器９２は蒸発器９３から主に構成されている。蒸発器９３は、排気マニホールド４から放散される排気の熱と純水との間で熱交換させることによって純水を沸騰蒸発（気化）させるだけでなく所定の温度にまで上昇させる熱交換器であり、熱交換部９４、下タンク９５および上タンク９６を備える。
【００６９】
熱交換部９４は、例えば鉛直方向に伸びる直管状または板状の複数のチューブ９５と、隣り合うチューブ９５の間の空間９６に設けられるフィン９７とから構成している。なお、純水の蒸発能力が下がるものの排気効率を高める目的や、耐久性を高める目的でフィン９７を無くしたものであっても良い。
【００７０】
熱交換部９４の鉛直下部に水平方向に設けられる下タンク９８は、下タンク９８に供給される凝縮した純水を各チューブ９５に分配するものである。熱交換部９４の鉛直上部に水平方向に設けられる上タンク９９は、各チューブ９５内を上昇した純水の蒸気を収集するものである。上タンク９９により収集された純水の蒸気は、出口１０１より第２熱交換器１１１に供給され、第２熱交換器１１１より出てくる凝縮した純水は、入口１０２より下タンク９８に戻される。
【００７１】
ここで、純水が蒸気の状態で第２熱交換器１１１に供給されるように、出口１０１での純水の蒸気温度が最高で１５０℃となるように第１熱交換器９２の仕様を決定する。
【００７２】
なお、エンジン２の停止時に下タンク９８内の純水の量が不足する場合には、エンジン２の始動当初に図示しない純水タンクから通路１０５を介して下タンク９８に一定量の純水を供給してやればよい。
【００７３】
図１３において第１熱交換器９２の右端には上タンク９９と下タンク９８を連通する通路１０３が設けられ、この通路１０３の鉛直下部に円錐状部１０４を形成している。
【００７４】
ここで、円錐状部１０４を形成した理由を説明する。エンジン２の運転前に純水が所定値Ｈ１の液面高さにあったとする。エンジン２の運転で排気マニホールド４が高温となり、純水が沸騰蒸発してゆけば、純水が所定値Ｈ１の液面高さから所定値Ｈ２の液面高さへと低下する。このように液面高さが低下した場合、下タンク９８の液面と通路１０３の液面との差（ヘッド差）が小さくなり、下タンク９８へと流動する純水の循環量が小さくなるのが通常である。一方、本実施形態では、通路１０３の下部に円錐状部１０４を形成しているので、純水の沸騰蒸発により純水が所定値Ｈ１から所定値Ｈ２へと低下した場合、所定値Ｈ１での液面の面積よりも所定値Ｈ２での液面の面積が大きくなる。Ｈ１での液面の面積よりＨ２での液面の面積が大きいと、同じ蒸気圧力でも面積差の分だけ鉛直下方に押す蒸気の力が大きくなるので、この大きくなった蒸気の力で下タンク９８へと流動する純水の循環量を低下させることなく維持できる。このように、純水が沸騰蒸発する間は、この円錐状部１０４で凝縮した純水の液面が下降するように、第１熱交換器９２の仕様を決めておく。
【００７５】
第１熱交換器９２を排気マニホールド４に設ける位置は、実際には図１４に示したようにする。すなわち、排気マニホールド４は各気筒の排気ポートに接続される各分岐部４ａと、これら各分岐部４ａを一つに集合させる集合部４ｂとから構成されるので、集合部４ｂの近くの各分岐部４ａ（ハッチング部参照）に第１熱交換器９２を設置することが好ましい。図１４に示す３気筒エンジンの場合であれば、第１熱交換器９２の設置場所として３箇所を挙げることができる。いずれの箇所であってもかまわない。
【００７６】
図１５は下タンク９８の分岐部４ａへの配置を示す概略斜視図である。図１３で示した下タンク９８を円柱状であると仮定した場合に、この円柱状の下タンク９８を分岐部４ａ内の排気流れに沿わせて設ける。そして、第２熱交換器１１１から戻ってくる凝縮した純水を排気流れの下流に戻し、戻された液状の純水が下タンク９８の内部を排気流れの上流に向かうようにする。このように下タンク９８に戻される液状の純水の流れと、分岐部４ａ内の排気の流れとが対向流となるようにすることで、純水を沸騰蒸発させるための熱源がより高温となる。また、熱交換の表面積をかせぐことができ、排気から純水に回収する熱量を大きくすることができる。
【００７７】
次に、図１０に示す第２熱交換器１１１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒とエンジン冷却水とのいずれか一方と、第１熱交換器９２より供給される純水の蒸気との間で熱交換を行わせるものである。
【００７８】
この第２熱交換器１１１については図１６、図１７により詳述する。ここで、図１６は第２熱交換器１１１における３つの冷媒（純水、冷媒、冷却水）の流れ方向を示すモデル図である。図１６に示したように、第２熱交換器１１１は、純水の蒸気が流れる純水通路１１２、ランキンサイクル３１を循環する冷媒が流れる冷媒通路１１３、エンジン冷却水が流れる冷却水通路１１４から構成されている。この場合、純水通路１１２の中央部１１２ｃは純水通路１１２の入口１１２ａ及び出口１１２ｂよりも広く設けられ、この広く設けた中央部１１２ｃに冷媒通路１１３と冷却水通路１１４を設けている。すなわち、冷媒通路１１３と冷却水通路１１４とを並列配置すると共に、純水通路１１２を図１６で上から下に向けて流れる純水流れに対してこれら２つの通路１１３、１１４を直交（交差）させている。これは、純水の蒸気に触れる部分、つまり熱交換に寄与する面積を大きくするためである。
【００７９】
さらに、冷媒通路１１３のほうを冷却水通路１１４よりも純水通路１１２の上流側に設けている。また、図１６では冷媒通路１１３の入口１１３ａを左側に、冷却水通路１１４の入口１１４ａを右側に設け、冷媒と冷却水とが対向流として流れるようにしている。これに限らず、２つの通路１１３、１１４の入口１１３ａ、１１４ａ、出口１１３ｃ、１１４ｃを同じ側に設けて、冷媒、冷却水を流す方向を同じにしてかまわない。
【００８０】
図１７は図１６に示した第２熱交換器１１１のうち冷媒通路１１３及び冷却水通路１１４の具体的な構成図である。冷媒通路１１３は入口１１３ａ、入口１１３ａより左右方向に延びる通路１１３ｂ、出口１１３ｃ、出口１１３ｃより左右方向に延びる通路１１３ｄ、これら２つの通路１１３ｂ、１１３ｄの間を等間隔で並列に配置される５本の通路１１３ｅから構成されている。冷却水通路１１４は入口１１４ａ、入口１１４ａより左右方向に延びる通路１１４ｂ、出口１１４ｃ、出口１１４ｃより左右方向に延びる通路１１４ｄ、これら２つの通路１１４ｂ、１１４ｄの間を等間隔で並列に配置される４本の通路１１４ｅから構成されている。これらの２つの通路１１３、１１４を図１７で左右方向にずらせて設けたとき、並列配置される５本の通路１１３ｅと、並列配置される４本の通路１１４ｅとの間に８つの空間１１５が生じている。つまり、並列配置される５本の通路１１３ｅ及び４本の通路１１４ｅの間に８つの空間１１５が生じるように２つの通路１１３、１１４を形成するのである。そして、このようにずらせて設けた２つの通路１１３、１１４を純水通路１１２を流れる純水流れに対して直交するように配置する。これによって、図１７で通路１１３ｅ、１１４ｅの間に生じた８つの空間１１５を、紙面を貫く方向に純水の蒸気が通過することとなり、純水の蒸気とランキンサイクル３１を循環する冷媒との間で、あるいは純水の蒸気とエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。
【００８１】
この場合、第２熱交換器１１１では、沸騰蒸発（気化）した純水を液化させる際の潜熱を利用して、冷媒または冷却水との間で熱交換を行わせる。これによって、より多くの熱交換量を確保することができる。第２熱交換器１１１での熱交換により凝縮した純水は第２熱交換器１１の鉛直下方に設けた貯溜部１１６に落下して貯まる（図１０参照）。なお、並列配置される通路１１３ｅ、１１４ｅの数はこれに限られるものでない。
【００８２】
さらに、第２熱交換器１１１での冷媒と冷却水との間の熱の伝わり易さは、第２熱交換器１１１での純水と冷媒との間及び純水と冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいものとなっている。ここで、「熱の伝わり易さ」とは、２つの冷媒通路の冷媒の温度差が等しくかつ温度自体も同じであるときに、単位時間当たりに２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさをいう。このため、熱の伝わり易さが相対的に大きいと、２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさが相対的に大きくなり、この反対に熱の伝わり易さが相対的に小さいと、２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさが相対的に小さくなる。この熱の伝わり易さは、構造、熱が通過する部位の断面積、熱が通過する部位の材料（熱伝導率）の違いによって変化する。例えば、構造の違いとは冷媒との接触面積（ＳＶ比）やフィンの有無のことである（接触面積が大きい場合のほうが接触面積が小さい場合より、フィンがある場合のほうがフィンがない場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。熱が通過する部位の断面積の違いとは通路径の違いのことである（冷媒通路が細い場合のほうが冷媒通路が太い場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。熱が通過する部位の材料の違いとは材料の熱伝達率の違いのことである（熱伝達率が大きい材料の場合のほうが熱伝達率が小さい場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。
【００８３】
図１０に戻り、第１熱交換器９２の出口１０１と、第２熱交換器１１１の純水通路１１２の入口１１２ａ（図１６参照）とが純水通路１２１で、第２熱交換器１１１の貯溜部１１６と第１熱交換器９２の入口１０２とが純水通路１２２で接続されている。さらに、純水の循環・停止を制御するため、純水通路１２２に常閉の第１開閉バルブ１２３を設けている。
【００８４】
エンジン冷却水回路は、通常の冷却水通路と、任意でエンジン冷却水が流される冷却水通路とで構成される。ここで、通常の冷却水通路は、４つの冷却水通路１３、１３１、１３２、１３４から構成されている。すなわち、冷却水通路１３はエンジン２の出口の冷却水をサーモスタットバルブ１５に供給する通路、冷却水通路１３１はサーモスタットバルブ１５からラジエータ１１を通る通路、第１バイパス冷却水通路１３２はラジエータ１１をバイパスする通路である。冷却水通路１３４はこれら２つの冷却水通路１３１、１３２を合流してエンジン２に戻す通路である。この冷却水通路１３４に冷却水ポンプ１６が介装されている。
【００８５】
任意でエンジン冷却水を流す冷却水通路として、第２バイパス冷却水通路１３５を設け、この第２バイパス冷却水通路１３５に第２熱交換器１１１の冷却水通路１１４を介装している。ここでは、第２熱交換器１１１の前後で第２バイパス冷却水通路１３５を２つの冷却水通路１３５ａ、１３５ｂに分けている。すなわち、一方の冷却水通路１３５ａは冷却水通路１３４から分岐して第２熱交換器１１１の冷却水通路１１３に冷却水を供給する通路、他方の冷却水通路１３５ｂは第２熱交換器１１１の冷却水通路１１３から出る冷却水を冷却水通路１３に合流させる通路である。さらに、第２バイパス冷却水通路１３５への冷却水の循環・停止を制御するため、一方の冷却水通路１３５ａに常閉の第２開閉バルブ１３８を設けている。
【００８６】
次に、ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、蒸発器１４１、第２熱交換器１１１、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４、４７により接続されている。
【００８７】
図１に示した熱交換器３６は加熱器（蒸発器）と過熱器とを統合したものであった。一方、図１０では、図１に示した熱交換器３６を、蒸発器１４１と、過熱器としての第２熱交換器１１１とで構成するものである。
【００８８】
まず蒸発器１４１には熱交換するための冷却水通路１４１ａ及び冷媒通路１４１ｂを隣接させて設けている。蒸発器１４１の冷却水通路１４１ａを冷却水通路１３に介装し、エンジン２を出た冷却水を流す。
【００８９】
蒸発器１４１の冷媒通路１４１ｂに冷媒通路４１を接続し、冷媒ポンプ３２が吐出した液冷媒を導入する。これによって、液冷媒とエンジン２の出口の冷却水との間で熱交換が行われ、液冷媒は蒸発してガス冷媒となる。
【００９０】
蒸発器１４１の冷媒通路１４１ｂを出たガス冷媒は冷媒通路４７を介して第２熱交換器１１１の冷媒通路１１４に導入する。これによって、ガス冷媒と純水の蒸気との間で熱交換が行われ、ガス冷媒の温度、圧力が上昇する。このようにして、温度、圧力を上昇させたガス冷媒を、冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給する。
【００９１】
次に、エンジン冷間始動直後の触媒暖機中の、エンジン２の暖機中の、ランキンサイクル３１の運転中に行う各制御を説明する。
【００９２】
ここで、制御する上で前提としている事項を先に説明しておく。本実施形態では、ランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）としてＲ１３４を、エンジン冷却水としてＬＬＣ（Long Life Coolant）を採用している。このとき、純水（第２冷媒）は沸点が１００℃、Ｒ１３４は沸点が８０〜９０℃、ＬＬＣは沸点が約１２０℃である。３つの各冷媒の作動温度範囲（マイナス数十℃〜１００℃超）において、純水とＲ１３４とは純水サイクル９１、ランキンサイクル３１の各サイクルにおいて気液混合（ガス冷媒のみならず空気も存在）である。一方、ＬＬＣはエンジン冷却水回路において液体のみである（空気溜まりを除いて原則として空気は存在しない）。
【００９３】
また、本実施形態では、第１熱交換器９２から第２熱交換器１１１まで純水を蒸気状態としておくため、第１熱交換器９２の出口での純水の最高温度を１５０℃とする。蒸発器１４１から第２熱交換器１１１までＲ１３４をガス冷媒としておくため、蒸発器１４１の出口でのＲ１３４の最高温度を１２０℃とする。ＬＬＣを沸騰させないため、冷却水通路１３のエンジン２の出口でのＬＬＣの最高温度を１１０℃とする。
【００９４】
〈１〉エンジン冷間始動直後の触媒暖機中
排気マニホールド４のすぐ下流に設けている触媒９を、エンジン２の冷間状態から早期に暖機完了させるためには排気から熱回収しないことである。このため、図１０に示したように、第１開閉バルブ１２３を全閉状態として純水が純水サイクル９１を循環しないようにする。また、第２開閉バルブ１３８を全閉状態として、ＬＬＣを第２熱交換器１１１に供給しない。
【００９５】
なお、エンジン冷間始動直後の触媒暖機中はランキンサイクル３１の運転域から除かれており、ランキンサイクル３１を運転しない。ここで、「ランキンサイクル３１を運転する」とは、ランキンサイクル３１の冷媒通路に冷媒（Ｒ１３４）を循環させることをいう。従って、ランキンサイクル３１を運転しないとき、第２熱交換器１１１の冷媒通路１１４にＲ１３４は流れない。
【００９６】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１０の右上図に示している。すなわち、純水は純水通路１１２を流れないので、Ｒ１３４やＬＬＣとの間で熱交換が行われることはない。なお、図１０の右上図において矢印は流れる方向を示しているだけで、純水、Ｒ１３４、ＬＬＣのいずれも流れていない。
【００９７】
〈２〉エンジン２の暖機中
触媒９の暖機完了後にエンジン２を早期に暖機完了させるためには、排気から熱を多く回収し、回収した熱をＬＬＣに移すことである。このため、図１１に示したように、第１開閉バルブ１２３を全開状態として純水の蒸気を第２熱交換器１１１に供給する。また、第２開閉バルブ１３８を全開状態として、冷却水ポンプ１６の吐出する冷却水を第２熱交換器１１１に供給する。
【００９８】
なお、エンジン２の暖機中もランキンサイクル３１の運転域から除かれており、ランキンサイクル３１を運転しない。
【００９９】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１１の右上図に示している。図１１の右上図において矢印は純水の蒸気及び液状のＬＬＣが流れていることを示している。すなわち、純水の蒸気が純水通路１１２を流れ、この純水の蒸気と冷却水通路１１４を流れる液状のＬＬＣとの間で熱交換が行われ、低温である液状のＬＬＣが加熱される。この加熱された液状のＬＬＣは、冷却水通路１３５ｂ、サーモスタットバルブ１５、第２バイパス冷却水通路１３２、冷却水通路１３４からエンジン２へと戻され、エンジン２を暖機する。なお、冷媒通路１１３のＲ１３４は、強制的な流れがない場合、高温部から低温部に移動するだけである。
【０１００】
〈３〉ランキンサイクル３１の運転中
ランキンサイクル３１を運転するには、排気から熱を多く回収し、回収した熱をガス状のＲ１３４に移すことである。このため、図１２に示したように、第１開閉バルブ１２３を全開状態として純水の蒸気を第２熱交換器１１１に供給すると共に、蒸発器１４１からのガス状のＲ１３４を第２熱交換器１１１に供給する。
【０１０１】
ここで、ランキンサイクル３１の運転中には、ランキンサイクル３１を循環するＲ１３４のみに熱交換したいので、ＬＬＣに奪われる熱量を最小限にするために第２開閉バルブ１３８を全閉状態としてＬＬＣを第２熱交換器１１１に流さない。ＬＬＣを第２熱交換器１１１の冷却水通路１１４に流さないと、通常は、冷却水通路１１４の内部でＬＬＣが局部的に沸騰してしまうのであるが、ＬＬＣのすぐ隣に存在するＲ１３４が純水と熱交換するためにＬＬＣの局部的な沸騰を避けることができる。
【０１０２】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１２の右上図に示している。図１２の右上図において矢印は純水の蒸気及びガス状のＲ１３４が流れていることを示している。すなわち、純水の蒸気が純水通路１１２を流れ、この純水の蒸気と冷媒通路１１３を流れるガス状のＲ１３４との間で熱交換が行われ、ガス状のＲ１３４が過熱される。この過熱されたガス状のＲ１３４は、冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給され、膨張機３７を回転駆動し、この回転駆動で冷媒ポンプ３２を駆動し、ランキンサイクル３１の冷媒通路にＲ１３４を循環させる。
【０１０３】
図１８は第１実施形態の制御系のブロック図である。エンジンコントローラ７１には水温センサ１４１により検出されるエンジン冷却水温度、外気温センサ１４２により検出される外気温、クランク角センサ１４３により検出されるエンジン回転速度が入力されている。エンジンコントローラ７１では、これらの信号に基づいて上記２つの開閉バルブ１２３、１３８の開閉を制御する。
【０１０４】
エンジンコントローラ７１で行われるこの制御を図１９のフローチャートを参照して説明する。図１９は２つの開閉弁１２３、１３８の駆動を説明するためのもので、図１９のフローは一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【０１０５】
ステップ１ではエンジン冷間状態であるか否かをみる。これは、水温センサ１４１により検出されるエンジン始動時の冷却水温度から判断すればよい。エンジン冷間状態でないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【０１０６】
エンジン冷間状態であるときにはステップ２に進み、触媒９の暖機が完了しているか否かをみる。これは、簡単にはエンジン２のクランキングの開始より第１タイマを起動し、この第１タイマ値と第１所定値を比較させることにより行わせればよい。第１所定値としては、触媒９が暖機を完了する時間を予め定めておく。第１タイマ値が第１所定値に満たないときには触媒９の暖機中であると判断してステップ３に進み、排気の熱が奪われないようにするため第１、第２の開閉弁１２３、１３８をともに全閉状態とする（図１０参照）。第１タイマ値が第１所定値に満たない限り、ステップ３の操作を繰り返す。
【０１０７】
ステップ２で第１タイマ値が所定値に到達したときには触媒９の暖機が完了したと判断してステップ４に進む。ステップ４ではエンジン２の暖機が完了しているか否かをみる。これも、簡単には触媒９の暖機完了より第２タイマを起動し、この第２タイマ値と第２所定値を比較させることにより行わせればよい。第２所定値としては、エンジン２が暖機を完了する時間を予め定めておく。第２タイマ値が第２所定値に満たないときにはエンジン２の暖機中であると判断してステップ５に進み、排気の熱を回収した純水からさらに純水の熱をエンジン冷却水に回収するため、第１、第２の開閉弁１２３、１３８をともに全開状態とする（図１１参照）。第２タイマ値が第２所定値に満たない限り、ステップ５の操作を繰り返す。
【０１０８】
ステップ４で第２タイマ値が第２所定値に到達したときにはエンジン２の暖機が完了したと判断してステップ６に進む。ステップ６では水温センサ１４１により検出されるエンジン冷却水温度、外気温センサ１４２により検出される外気温、クランク角センサ１４３により検出されるエンジン回転速度、エンジントルクに基づいて上記図７Ａ、図７Ｂに示したランキンサイクル３１の運転域にあるか否かをみる。ここで、エンジントルクはエンジン回転速度と燃料噴射量とをパラメータとするマップを予め作成しておき、そのときのエンジン回転速度と燃料噴射量からそのマップを検索すことにより求めさせればよい。ランキンサイクル３１の運転域になければ今回の処理をそのまま終了する。
【０１０９】
ステップ６でランキンサイクル３１の運転域にあるときにはステップ７に進み、排気の熱を回収した純水からさらに純水の熱を冷媒に回収するため第１開閉弁１２３を全開状態とし、第２開閉弁１３８を全閉状態とする（図１２参照）。
【０１１０】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【０１１１】
本実施形態では、冷媒（第１冷媒）を用いて動力を発生させるランキンサイクル３１に用いられる第２熱交換器１１１（熱交換器）であって、第２熱交換器１１１は、エンジン２の排気の熱で温められた純水（第２冷媒）と前記冷媒（第１冷媒）及びエンジン２の冷却水との間で熱交換を行う。
【０１１２】
本実施形態ではエンジン２の廃熱を冷媒（第１冷媒）に回収する熱交換器（９２、１１１）、この熱交換器の出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機３７、この膨張機３７を出た冷媒を凝縮させる凝縮器３８、この凝縮器３８からの冷媒を前記熱交換器（９２、１１１）に供給する冷媒ポンプ３２を含むランキンサイクル３１において、前記熱交換器（９２、１１１）は、排気の熱を純水（第２冷媒）に回収する第１熱交換器９２と、この純水と冷媒及びエンジン２の冷却水との間で熱交換を行うための純水通路１１２（第２冷媒通路）及び冷媒通路１１３（第１冷媒通路）と冷却水通路１１４とを有する第２熱交換器１１１とを備える。
【０１１３】
本実施形態によれば、ランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）と熱交換するのは、純水（第２冷媒）である。このため、純水の温度がＲ１３４等の冷媒を熱分解するほど高くなり過ぎないように、純水の温度を排気温度より低い温度（第１熱交換器の出口温度が１５０℃）に設定する（第１熱交換器９２の出口の１０１の温度を１５０℃に設定）ことによって、冷媒の熱分解を回避しつつ冷媒への熱交換量を大きくすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、排気は純水（第２冷媒）とだけ熱交換するので、排気を冷やしたくないときに純水の第２熱交換器１１１への供給を止めることで、排気から奪われる熱が少なくて済む。排気通路３に触媒９を備えるエンジン２では、エンジン２の冷間始動時にまず触媒９を早期に暖機完了することが要求される。この場合に、本実施形態によれば、エンジン２の冷間始動直後で排気を冷やしたくないときに、純水（第２冷媒）の第２熱交換器１１１への供給を止めることで、排気から奪われる熱が少なくて済み、触媒９を早期に暖機完了することができる。
【０１１５】
本実施形態によれば、エンジン２を冷却して昇温した冷却水をラジエータ１１に供給する第１冷却水通路（１３、１３１）と、このラジエータ１１からの冷却水をエンジン２に戻す第２冷却水通路（１３１、１３４）と、第１冷却水通路（１３）から分岐しラジエータ１１をバイパスして冷却水を流す第１バイパス冷却水通路１３２と、この第１バイパス冷却水通路１３２の開放・遮断を行うサーモスタットバルブ１５と、冷却水を圧送する冷却水ポンプ１６と、第２冷却水通路（１３４）から分岐しエンジン２をバイパスして冷却水を流す第２バイパス冷却水通路１３５とを備え、第２熱交換器１１１にはさらに純水（第２冷媒）との間で熱交換を行う冷却水通路１１４を有し、この冷却水通路１１４を第２バイパス冷却水通路１３５に介装するので、ランキンサイクル３１の運転を停止するエンジン２の暖機途中に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水と冷却水との間で熱交換が行われることから、エンジン２の暖機を促進できる。
【０１１６】
本実施形態によれば、第１熱交換器９２で純水（第２冷媒）を排気の熱により気化し、第２熱交換器１１１でこの気化した純水を液化させる際の潜熱を利用して、冷媒（第１冷媒）と冷却水のいずれか一方との間で熱交換を行わせるので、純水と、冷媒と冷却水のいずれか一方との間での熱交換に際して、より多くの熱交換量を確保することができる。
【０１１７】
冷媒（第１冷媒）と冷却水との間の熱交換量が相対的に大きいと、純水（第２冷媒）から冷媒（第１冷媒）と冷却水のいずれか一方のみ、例えば冷媒のみに熱移動をさせたいときに冷却水にも熱移動してしまう。また、冷却水のみに熱移動させたいときに冷媒にも熱移動してしまう。つまり、熱移動させたくない側に純水（第２冷媒）の熱が漏れてしまう。一方、本実施形態によれば、第２熱交換器１１１での冷媒（第１冷媒）と冷却水との間の熱の伝わり易さは、第２熱交換器１１１での純水（第２冷媒）と冷媒（第１冷媒）との間及び純水（第２冷媒）と冷却水と間の熱の伝わり易さよりも小さいので、冷媒と冷却水との間の熱交換量が相対的に少なく、純水から冷媒と冷却水のいずれか一方のみに熱移動をさせるときに、熱移動させたくない側（媒体）に純水（第２冷媒）の熱が漏れることを抑制できる分、熱交換効率を向上できる。
【０１１８】
本実施形態によれば、第２熱交換器１１１の有する冷媒通路１１３（第１冷媒通路）、純水通路１１２（第２冷媒通路）、冷却水通路１１４について、冷媒通路１１３及び冷却水通路１１４を冷媒通路１１２と直交（交差）させて設けると共に、冷媒通路１１３を冷却水通路１１４よりも純水通路１１２の上流側に設けるので、ランキンサイクル３１の運転を停止するエンジン２の暖機途中に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水（第２冷媒）と冷却水との間で熱交換が行われることから、エンジン２の暖機を促進できる。このとき、冷媒通路１１３の冷媒は温度の高い方から低い方へ移動する。
【０１１９】
本実施形態によれば、第２バイパス冷却水通路１３５を開放・遮断する第２開閉バルブ１３８（バルブ）を設け、ランキンサイクル３１の運転域でこの第２開閉バルブ１３８を閉じるので（図１９のステップ６、７参照）、エンジン２の暖機完了後に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水（第２冷媒）と冷媒（第１冷媒）との間で熱交換が行われることから、ランキンサイクル３１を運転できる。さらに、ＬＬＣ（冷却水）を冷却水通路１１４に流さないと、通常は、冷却水通路１１４の内部でＬＬＣ（冷却水）が局部的に沸騰してしまうのであるが、ＬＬＣのすぐ隣に存在するＲ１３４（第１冷媒）が純水と熱交換するためにＬＬＣの局部的な沸騰を避けることができる。
【０１２０】
本実施形態によれば、第１冷媒は冷凍用の冷媒、第２冷媒は純水、冷却水はＬＬＣであるので、排気の熱を効率よく回収することができる。
【０１２１】
冷却水としてＬＬＣを挙げたが、ＬＬＣに限られるものでない。
【０１２２】
実施形態では、ハイブリッド車両の場合で説明したが、これに限られるものでない。エンジン２のみを搭載した車両にも本発明の適用がある。エンジン２は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
【符号の説明】
【０１２３】
２ エンジン
１３ 冷却水通路（第１冷却水通路）
１５ サーモスタットバルブ
３１ ランキンサイクル
３６ 熱交換器
３７ 膨張機
７１ エンジンコントローラ
９１ 純水サイクル
９２ 第１熱交換器
１１１ 第２熱交換器（熱交換器）
１１２ 純水通路
１１３ 冷媒通路
１１４ 冷却水通路
１３１ 冷却水通路（第１冷却水通路、第２冷却水通路）
１３２ 第１バイパス冷却水通路
１３４ 冷却水通路（第２冷却水通路）
１２３ 第１開閉バルブ
１３５ 第２バイパス冷却水通路
１３８ 第２開閉バルブ（バルブ）
【技術分野】
【０００１】
この発明はランキンサイクル、特にランキンサイクルに用いる熱交換器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルを循環する冷媒と高温の排気（数百℃）との間で熱交換を行わせると、冷媒が熱分解を起こすので、これを回避するため、排気の熱をまず冷却水に回収し、次に冷却水の熱を冷媒に回収するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、冷媒の熱分解を抑制できるものの、冷媒への熱交換量が小さくなってしまうことを避けることができない。
【０００５】
そこで本発明は、冷媒の熱分解を回避しつつ冷媒への熱交換量を大きくし得るランキンサイクル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】
本発明の熱交換器は、第１冷媒を用いて動力を発生させるランキンサイクルに用いられる熱交換器を前提とする。本発明の熱交換器では、エンジンの排気の熱で温められた第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う。
【０００７】
また、本発明のランキンサイクルは、エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの第１冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含む。さらに本発明のランキンサイクルでは、前記熱交換器が、排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器と、この第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路及び第１冷媒通路と冷却水通路とを有する第２熱交換器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジンの排気の熱をランキンサイクルの冷媒とエンジンの冷却水とに移動させる前提において、排気は第２冷媒とだけ熱交換することになる。これにより、熱交換器は１つの冷媒を擁するだけとなるので熱容量が小さくなり、排気通路に設けられた触媒の暖機途中など、排気を冷やしたくない場合に純水の流れを止めた際、排気から熱交換器に奪われる熱を少なくすることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、ランキンサイクルを循環する第１冷媒と熱交換するのは、第２冷媒である。このため、第２冷媒の温度が第１冷媒を熱分解するほど高くなり過ぎないように、純水の温度を排気温度より低い温度に設定することによって、第１冷媒の熱分解を回避しつつ第１冷媒への熱交換量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図２Ａ】ポンプ及び膨張機を一体化した膨張機ポンプの概略断面図である。
【図２Ｂ】冷媒ポンプの概略断面図である。
【図２Ｃ】膨張機の概略断面図である。
【図３】冷媒系バルブの機能を示す概略図である。
【図４】ハイブリッド車両の概略構成図である。
【図５】エンジンの概略斜視図である。
【図６】排気管の配置を車両の下方から見た概略図である。
【図７Ａ】ランキンサイクル運転域の特性図である。
【図７Ｂ】ランキンサイクル運転域の特性図である。
【図８】膨張機トルクによりエンジン出力軸の回転をアシストしている途中でハイブリッド車両１の加速が行われたときの様子を示したタイミングチャートである。
【図９】ランキンサイクルの運転停止からの再起動の様子を示したタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１１】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１２】本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。
【図１３】熱交換器の鉛直方向の概略断面図である。
【図１４】３気筒エンジンの場合の熱交換器の設置場所を示す排気マニホールドの平面図である。
【図１５】下タンクの分岐部への配置を示す概略斜視図である。
【図１６】第２熱交換器における３つの冷媒の流れ方向を示すモデル図である。
【図１７】第２熱交換器のうち冷媒通路及び冷却水通路の具体的な構成図である。
【図１８】第１実施形態の制御系のブロック図である。
【図１９】２つの開閉弁の駆動を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図を示している。図１のランキンサイクル３１は、冷凍サイクル５１と冷媒および凝縮器３８を共有する構成になっており、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１を統合したサイクルのことを、これ以降統合サイクル３０と表現する。図４は統合サイクル３０が搭載されるハイブリッド車両１の概略構成図である。尚、統合サイクル３０は、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１の冷媒が循環する回路（通路）及びその途中に設けられたポンプ、膨張機、凝縮器等の構成要素に加え、冷却水や排気の回路（通路）等を含めたシステム全体を指すものとする。
【００１３】
ハイブリッド車両１では、エンジン２、モータジェネレータ８１、自動変速機８２が直列に連結され、自動変速機８２の出力はプロペラシャフト８３、ディファレンシャルギヤ８４を介して駆動輪８５に伝達される。エンジン２とモータジェネレータ８１の間には第１駆動軸クラッチ８６を設けている。また、自動変速機８２の摩擦締結要素の一つが第２駆動軸クラッチ８７として構成されている。第１駆動軸クラッチ８６と第２駆動軸クラッチ８７は、エンジンコントローラ７１に接続されており、ハイブリッド車両の運転条件に応じてその断接（接続状態）が制御される。ハイブリッド車両１では、図７Ｂに示すように、車速がエンジン２の効率が悪いＥＶ走行領域にあるときには、エンジン２を停止し第１駆動軸クラッチ８６を遮断し第２駆動軸クラッチ８７を接続してモータジェネレータ８１による駆動力のみでハイブリッド車両１の走行を行わせる。一方、車速がＥＶ走行領域を外れてランキンサイクル運転域に移行したときには、エンジン２を運転してランキンサイクル３１（後述する）を運転する。エンジン２は排気通路３を備え、排気通路３は、排気マニホールド４と、排気マニホールド４の集合部に接続される排気管５とから構成される。排気管５は途中でバイパス排気管６と分岐しており、バイパス排気管６にバイパスされる区間の排気管５には、排気と冷却水との間で熱交換を行なうための廃熱回収器２２を備える。廃熱回収器２２とバイパス排気管６は、図６に示すように、これらを一体化した廃熱回収ユニット２３として、床下触媒８８とその下流のサブマフラー８９との間に配置される。
【００１４】
図１に基づき、まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン２を出た８０〜９０℃程度の冷却水は、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４とに別れて流れる。その後、２つの流れは、両通路１３、１４を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ１５で再び合流し、さらに冷却水ポンプ１６を経てエンジン２に戻る。冷却水ポンプ１６はエンジン２によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。サーモスタットバルブ１５は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を大きくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に増やし、冷却水温度が低い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を小さくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン２の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ１１をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる。一方、バイパス冷却水通路１４側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ１１を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路１４を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる場合と比べて低下するが、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ１５が構成されている。詳細にはサーモスタットバルブ１５は、冷却水温度に応じてラジエータ１１に供給される冷却水流量を制御する三方弁であって、バルブ本体１５ａ、２つの入口ポート１５ｂ、１５ｃ及び１つの出口ポート１５ｄを有している。２つの入口ポート１５ｂ、１５ｃには、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスする冷却水通路１４とがそれぞれ接続され、サーモスタットバルブ１５により、冷却水温度に応じてラジエータ１１に供給される冷却水流量が増減されて冷却水温度が適正に保持される。ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続する第１バイパス冷却水通路２４と、冷却水通路１３から分岐して廃熱回収器２２を経た後に熱交換器３６に接続する第２バイパス冷却水通路２５とからなる。
【００１５】
バイパス冷却水通路１４には、ランキンサイクル３１の冷媒と熱交換を行なう熱交換器３６を備える。この熱交換器３６は加熱器と過熱器とを統合したものである。すなわち、熱交換器３６には２つの冷却水通路３６ａ、３６ｂがほぼ一列に、また、冷媒と冷却水が熱交換可能なようにランキンサイクル３１の冷媒が流れる冷媒通路３６ｃは冷却水通路３６ａ、３６ｂと隣接して設けられている。さらに熱交換器３６の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル３１の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路３６ａ、３６ｂ、３６ｃが構成されている。
【００１６】
詳細には、ランキンサイクル３１の冷媒にとって上流（図１の左）側に位置する一方の冷却水通路３６ａは、第１バイパス冷却水通路２４に介装されている。この冷却水通路３６ａ及びこの冷却水通路３６ａに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン２から出た冷却水を冷却水通路３６ａに直接導入することで、冷媒通路３６ｃを流れるランキンサイクル３１の冷媒を加熱するための加熱器である。
【００１７】
ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流（図１の右）側に位置する他方の冷却水通路３６ｂには、第２バイパス冷却水通路２５を介して廃熱回収器２２を経た冷却水が導入される。冷却水通路３６ｂ及びこの冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分（ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流側）は、エンジン２の出口の冷却水を排気によってさらに加熱した冷却水を冷却水通路３６ｂに導入することで、冷媒通路３６ｃを流れる冷媒を過熱する過熱器である。
【００１８】
廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接して設けている。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａにエンジン２の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば１１０〜１１５℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器２２の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路２２ａが構成されている。
【００１９】
廃熱回収器２２を設けた第２バイパス冷却水通路２５には制御弁２６が介装されている。エンジン２の内部にある冷却水の温度を指すエンジン水温が、例えばエンジンの効率悪化やノックを発生させないための許容温度（例えば１００℃）を超えないように、エンジン２の出口の冷却水温度センサ７４の検出温度が所定値以上になると、この制御弁２６の開度を減少させるようにしている。エンジン水温が許容温度に近づくと、廃熱回収器２２を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。
【００２０】
一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少したことによって、廃熱回収器２２により上昇する冷却水温度が上がりすぎて冷却水が蒸発（沸騰）してしまったのでは、熱交換器３６での効率が落ちるだけでなく、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって温度が過剰に上昇してしまう恐れがある。これを避けるため、廃熱回収器２２をバイパスするバイパス排気管６と、排気回収器２２の排気通過量とバイパス排気管６の排気通過量とをコントロールするサーモスタットバルブ７をバイパス排気管６の分岐部に設けている。すなわち、サーモスタットバルブ７は、そのバルブ開度が廃熱回収器２２を出た冷却水温度が所定の温度（例えば沸騰温度１２０℃）を超えないように、廃熱回収器２２を出た冷却水温度に基づいて調節される。
【００２１】
熱交換器３６とサーモスタットバルブ７と廃熱回収器２２とは、廃熱回収ユニット２３として一体化されていて、車幅方向略中央の床下において排気管途中に配設されている。サーモスタットバルブ７は、バイメタル等を用いた比較的簡易な感温弁でも良いし、温度センサ出力が入力されるコントローラによって制御される制御弁であっても良い。サーモスタットバルブ７による排気から冷却水への熱交換量の調節は比較的大きな遅れを伴うため、サーモスタットバルブ７を単独で調節したのではエンジン水温が許容温度を超えないようにするのが難しい。しかしながら、第２バイパス冷却水通路２５の制御弁２６をエンジン水温（出口温度）に基づき制御するようにしてあるので、熱回収量を速やかに低減し、エンジン水温が許容温度を超えるのを確実に防ぐことができる。また、エンジン水温が許容温度までに余裕がある状態であれば、廃熱回収器２２を出る冷却水温度がエンジン水温の許容温度を越えるほどの高温（例えば１１０〜１１５℃）になるまで熱交換を行って、廃熱回収量を増加させることができる。冷却水通路３６ｂを出た冷却水は、第２バイパス冷却水通路２５を介して第１バイパス冷却水通路２４に合流されている。
【００２２】
バイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器３６でランキンサイクル３１の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が小さくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に減らされる。逆にバイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル３１が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が大きくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ１５の動作に基づいて、エンジン２の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル３１へ適当に供給（回収）されるように構成されている。
【００２３】
次に、ランキンサイクル３１について述べる。ここでは、ランキンサイクル３１は、単純なランキンサイクルでなく、冷凍サイクル５１と統合した統合サイクル３０の一部として構成されている。以下では、基本となるランキンサイクル３１を先に説明し、その後に冷凍サイクル５１に言及する。
【００２４】
ランキンサイクル３１は、エンジン２の冷却水を介してエンジン２の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、過熱器としての熱交換器３６、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４により接続されている。
【００２５】
冷媒ポンプ３２の軸は同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をエンジン２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である（図２Ａ参照）。すなわち、冷媒ポンプ３２軸及び膨張機３７の出力軸は、エンジン２の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ３２軸の先端に設けたポンププーリ３３と、クランクプーリ２ａとの間にベルト３４を掛け回している（図１参照）。なお、本実施形態の冷媒ポンプ３２としてはギヤ式のポンプを、膨張機３７としてはスクロール式の膨張機を採用している（図２Ｂ、図２Ｃ参照）。
【００２６】
また、ポンププーリ３３と冷媒ポンプ３２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「膨張機クラッチ」という。）３５（第１クラッチ）を設けて、冷媒ポンプ３２及び膨張機３７とを、エンジン２と断接可能にしている（図２Ａ参照）。このため、膨張機３７の発生する出力が冷媒ポンプ３２の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合（予測膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を接続することで、膨張機３７の発生する出力によってエンジン出力軸の回転をアシスト（補助）することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ３２を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。
【００２７】
冷媒ポンプ３２からの冷媒は冷媒通路４１を介して熱交換器３６に供給される。熱交換器３６は、エンジン２の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。
【００２８】
熱交換器３６からの冷媒は冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給される。膨張機３７は、気化し過熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機３７で回収された動力は冷媒ポンプ３２を駆動し、ベルト伝動機構を介してエンジン２に伝達され、エンジン２の回転をアシストする。
【００２９】
膨張機３７からの冷媒は冷媒通路４３を介して凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は、外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。このため、凝縮器３８をラジエータ１１と並列に配置し、ラジエータファン１２によって冷却するようにしている。
【００３０】
凝縮器３８により液化された冷媒は、冷媒通路４４を介して冷媒ポンプ３２に戻される。冷媒ポンプ３２に戻された冷媒は、冷媒ポンプ３２により再び熱交換器３６に送られ、ランキンサイクル３１の各構成要素を循環する。
【００３１】
次に、冷凍サイクル５１について述べる。冷凍サイクル５１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を共用するため、ランキンサイクル３１と統合され、冷凍サイクル５１の構成そのものは簡素になっている。すなわち、冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器３８、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。
【００３２】
コンプレッサ５２は冷凍サイクル５１の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン２によって駆動される。すなわち、図４にも示したようにコンプレッサ５２の駆動軸にはコンプレッサプーリ５３が固定され、このコンプレッサプーリ５３とクランクプーリ２ａとにベルト３４を掛け回している。エンジン２の駆動力がこのベルト３４を介してコンプレッサプーリ５３に伝達され、コンプレッサ５２が駆動される。また、コンプレッサプーリ５３とコンプレッサ５２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。）５４（第２クラッチ）を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とを断接可能にしている。
【００３３】
図１に戻り、コンプレッサ５２からの冷媒は冷媒通路５６を介して冷媒通路４３に合流した後、凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器３８からの液状の冷媒は、冷媒通路４４から分岐する冷媒通路５７を介してエバポレータ（蒸発器）５５に供給される。エバポレータ５５は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ５５は、凝縮器３８からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。
【００３４】
エバポレータ５５によって蒸発した冷媒は冷媒通路５８を介してコンプレッサ５２に戻される。なお、エバポレータ５５によって冷却された空調空気とヒータコアによって加熱された空調空気は、エアミックスドアの開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。
【００３５】
ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１とからなる統合サイクル３０には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を制御するため、冷凍サイクル分岐点４５と冷媒ポンプ３２とを連絡する冷媒通路４４にポンプ上流弁６１、熱交換器３６と膨張機３７とを連絡する冷媒通路４２に膨張機上流弁６２を備える。また、冷媒ポンプ３２と熱交換器３６とを連絡する冷媒通路４１には、熱交換器３６から冷媒ポンプ３２への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６３を備えている。膨張機３７と冷凍サイクル合流点４６とを連絡する冷媒通路４３にも、冷凍サイクル合流点４６から膨張機３７への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６４を備えている。また、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパスして逆止弁６４上流に合流する膨張機バイパス通路６５を設け、この膨張機バイパス通路６５にバイパス弁６６を設けている。さらに、バイパス弁６６をバイパスする通路６７に圧力調整弁６８を設けている。冷凍サイクル５１側についても、冷凍サイクル分岐点４５とエバポレータ５５とを接続する冷媒通路５７にエアコン回路弁６９を設けている。
【００３６】
上記４つの弁６１、６２、６６、６９はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ７２により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ７３により検出される凝縮器３８の出口の冷媒圧力Ｐｄの信号、膨張機３７の回転速度信号等がエンジンコントローラ７１に入力されている。エンジンコントローラ７１では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、冷凍サイクル５１のコンプレッサ５２や、ラジエータファン１２の制御を行なうとともに、上記４つの電磁式開閉弁６１、６２、６６、６９の開閉を制御する。
【００３７】
例えば、圧力センサ７２により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルク（回生動力）を予測し、この予測膨張機トルクが正のとき（エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき）に膨張機クラッチ３５を締結し、予測膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ３５を解放する。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルク（回生動力）を予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ３５の締結・解放を適切に行うことができる（詳細は特開２０１０−１９０１８５号公報参照）。
【００３８】
上記４つの開閉弁６１、６２、６６、６９及び２つの逆止弁６３、６４は、冷媒系バルブである。これらの冷媒系バルブの機能を改めて図３に示す。
【００３９】
図３において、ポンプ上流弁６１は、冷凍サイクル５１の回路に比べてランキンサイクル３１の回路に冷媒が偏り易くなる所定の条件で閉じることで、ランキンサイクル３１への冷媒（潤滑成分を含む）の偏りを防止するためのもので、後述するように、膨張機３７下流の逆止弁６４と協働してランキンサイクル３１の回路を閉塞させる。膨張機上流弁６２は、熱交換器３６からの冷媒圧力が相対的に低い場合に冷媒通路４２を遮断し熱交換器３６からの冷媒が高圧になるまで保持することができるようにするものである。これによって、膨張機トルクが十分得られない場合でも冷媒の加熱を促し、例えばランキンサイクル３１が再起動する（回生が実際に行なえるようになる）までの時間を短縮させることができる。バイパス弁６６は、ランキンサイクル３１の始動時等にランキンサイクル３１側に存在する冷媒量が十分でないときなどに、膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２の作動が行えるように開弁し、ランキンサイクル３１の起動時間を短縮するためのものである。膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２を作動させることで、凝縮器３８の出口あるいは冷媒ポンプ３２の入口の冷媒温度が、その部位の圧力を考慮した沸点から所定温度差（サブクール度ＳＣ）以上に低下した状態が実現されれば、ランキンサイクル３１には十分な液体冷媒が供給できる状態が整ったことになる。
【００４０】
熱交換器３６上流の逆止弁６３は、バイパス弁６６、圧力調整弁６８、膨張機上流弁６２と協働して膨張機３７に供給される冷媒を高圧に保持するためのものである。ランキンサイクル３１の回生効率が低い条件ではランキンサイクル３１の運転を停止し、熱交換器３６の前後区間に亘って回路を閉塞することで、停止中の冷媒圧力を上昇させておき、高圧冷媒を利用してランキンサイクル３１が速やかに再起動できるようにする。圧力調整弁６８は膨張機３７に供給される冷媒の圧力が高くなり過ぎた場合に開いて、高くなり過ぎた冷媒を逃すリリーフ弁の役割を有している。
【００４１】
膨張機３７下流の逆止弁６４は、上述のポンプ上流弁６１と協働してランキンサイクル３１への冷媒の偏りを防止するためのものである。ハイブリッド車両１の運転開始直後、エンジン２が暖まっていないとランキンサイクル３１が冷凍サイクル５１より低温となり、冷媒がランキンサイクル３１側に偏ることがある。ランキンサイクル３１側に偏る確率はそれほど高くないものの、例えば夏場の車両運転開始直後には、車内を早く冷やしたい状況にあって冷房能力が最も要求されることから、冷媒の僅かな偏在も解消して冷凍サイクル５１の冷媒を確保したいという要求がある。そこで、ランキンサイクル３１側への冷媒の偏在を防止するため逆止弁６４を設けたものである。
【００４２】
コンプレッサ５２は 、駆動停止時に冷媒が自由通過できる構造ではなく、エアコン回路弁６９と協働して冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止することができる。これについて説明する。冷凍サイクル５１の運転が停止したとき、定常運転中の比較的高い温度のランキンサイクル３１側から冷凍サイクル５１側へと冷媒が移動して、ランキンサイクル３１を循環する冷媒が不足することがある。冷凍サイクル５１の中で、冷房停止直後はエバポレータ５５の温度が低くなっていて、比較的容積が大きく温度が低くなっているエバポレータ５５に冷媒が溜まり易い。この場合に、コンプレッサ５２の駆動停止によって凝縮器３８からエバポレータ５５への冷媒の動きを遮断するとともに、エアコン回路弁６９を閉じることで、冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止するのである。
【００４３】
次に、図５はエンジン２全体のパッケージを示すエンジン２の概略斜視図である。図５において特徴的なのは、熱交換器３６が排気マニホールド４の鉛直上方に配置されていることである。排気マニホールド４の鉛直上方のスペースに熱交換器３６を配置することによって、ランキンサイクル３１のエンジン２への搭載性を向上させている。また、エンジン２にはテンションプーリ８が設けられている。
【００４４】
次に、ランキンサイクル３１の基本的な運転方法を図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。
【００４５】
まず、図７Ａ及び図７Ｂはランキンサイクル３１の運転領域図である。図７Ａには横軸を外気温、縦軸をエンジン水温（冷却水温度）としたときのランキンサイクル３１の運転域を、図７Ｂには横軸をエンジン回転速度、縦軸をエンジントルク（エンジン負荷）としたときのランキンサイクル３１の運転域を示している。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂのいずれにおいても所定の条件を満たしたときにランキンサイクル３１を運転するもので、これら両方の条件が満たされた場合にランキンサイクル３１を運転する。図７Ａにおいては、エンジン２の暖機を優先する低水温側の領域と、コンプレッサ５２の負荷が増大する高外気温側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。排気温度が低く回収効率が悪い暖機時は、むしろランキンサイクル３１を運転しないことで冷却水温度を速やかに上昇させる。高い冷房能力が要求される高外気温時はランキンサイクル３１を止めて、冷凍サイクル５１に十分な冷媒と凝縮器３８の冷却能力を提供する。図７Ｂにおいては、ハイブリッド車両であるので、ＥＶ走行領域と、膨張機３７のフリクションが増大する高回転速度側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。膨張機３７は全ての回転速度でフリクションが少ない高効率な構造とすることが難しいことから、図７Ｂの場合では、運転頻度の高いエンジン回転速度域でフリクションが小さく高効率となるように、膨張機３７が構成（膨張機３７各部のディメンジョン等が設定）さている。
【００４７】
図８は膨張機トルクによりエンジン出力軸の回転をアシストしている途中でハイブリッド車両１の加速が行われたときの様子をモデルで示したタイミングチャートである。なお、図８の右側には、このときに膨張機３７の運転状態が推移する様子を膨張機トルクマップ上に表している。膨張機トルクマップの等高線で区切られた範囲のうち、膨張機回転速度が低く膨張機上流圧力が高い部分（左上）が膨張機トルクが最も大きく、膨張機回転速度が高く膨張機上流圧力が低くなるほど（右下に進むほど）膨張機トルクが小さくなる傾向になっている。特に斜線部の範囲は、冷媒ポンプを駆動する前提では膨張機トルクがマイナスになって、エンジンに対しては負荷となってしまう領域を表している。
【００４８】
運転者がアクセルペダルを踏込むｔ１までは、定速走行が継続されて膨張機３７が正のトルクを発生させており、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが行われている。
【００４９】
ｔ１以降、膨張機３７の回転速度、すなわち冷媒ポンプ３２の回転速度がエンジン回転速度に比例して上昇するが、排気温度或いは冷却水温度の上昇は、エンジン回転速度の上昇に対して遅れを有する。そのため、冷媒ポンプ３２の回転速度の上昇によって増大した冷媒量に対して回収可能な熱量の割合が低下する。
【００５０】
従って、膨張機回転速度が上昇するにつれ、膨張機上流の冷媒圧力が低下し、膨張機トルクは低下する。
【００５１】
この膨張機トルクの低下により、膨張機トルクが十分得られなくなると（例えばゼロ付近になるｔ２のタイミングで）、膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えて、回生効率の悪化（膨張機トルクの過度の低下に伴って膨張機３７が逆にエンジン２に引き摺られる現象）が回避される。
【００５２】
膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えた後、ｔ３のタイミングで膨張機クラッチ３５が接続（締結）から切断（解放）へと切換えられる。この膨張機クラッチ３５の切断時期を、膨張機上流弁６２を開状態から閉状態へと切換えた時期より幾分遅らせることによって、膨張機上流の冷媒圧力を十分低下させ、膨張機クラッチ３５を切り離した際の膨張機３７が、過回転になるのを防止できる。また、冷媒ポンプ３２によって多めの冷媒を熱交換器３６内に供給し、ランキンサイクル３１が停止中も冷媒を効果的に加熱することで、ランキンサイクル３１の運転再開がスムースに行なえるようにしている。
【００５３】
ｔ３以降、エンジン２の放熱量の上昇により膨張機上流圧力が再び上昇し、ｔ４のタイミングで、膨張機上流弁６２が閉状態から開状態へと切換えられ、膨張機３７への冷媒の供給が再開される。また、ｔ４で膨張機クラッチ３５が再び接続される。この膨張機クラッチ３５の再接続により、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが再開される。
【００５４】
図９は、膨張機上流弁６２が閉じられ膨張機クラッチ３５を切断した状態の、ランキンサイクルの運転停止から、図８（ｔ４の制御）と異なる態様でランキンサイクル３１の再起動を行なう様子をモデルで示したタイミングチャートである。
【００５５】
ｔ１１のタイミングで運転者がアクセルペダルを踏込むとアクセル開度が増大する。ｔ１１では、ランキンサイクル３１の運転は停止されている。このため、膨張機トルクはゼロを維持している。
【００５６】
ｔ１１からのエンジン回転速度の上昇に伴ってエンジン２の放熱量が増大し、この放熱量の増大によって熱交換器３６に流入する冷却水温度が高くなり、熱交換器３６内の冷媒の温度が上昇する。膨張機上流弁６２は閉じているので、この熱交換器３６による冷媒温度の上昇によって、膨張機上流弁６２の上流の冷媒圧力、つまり膨張機上流圧力が上昇していく（ｔ１１〜ｔ１２）。
【００５７】
この運転状態の変化によってランキンサイクル非運転域からランキンサイクル運転域へと切換わる。膨張機上流弁６２がなく、ランキンサイクル運転域に移行したときに、即座に膨張機クラッチ３５を切断状態から接続状態へと切換えて膨張機３７をエンジン出力軸と連結したのでは、膨張機３７がエンジン２の負荷となる上にトルクショックが生じてしまう。
【００５８】
一方、図９では、ランキンサイクル運転域へと切換わったとき、即座に膨張機上流弁６２を閉状態から開状態へと切換えることはしない。すなわち、ランキンサイクル運転域に移行した後も膨張機上流弁６２の閉状態を続ける。
【００５９】
やがて、膨張機上流圧力と膨張機下流圧力との差圧が大きくなって所定圧以上となるｔ１２のタイミングで膨張機３７を運転（駆動）できると判断し、膨張弁上流弁６２を閉状態から開状態に切換える。この膨張弁上流弁６２の開状態への切換によって膨張機３７に所定圧の冷媒が供給され、膨張機回転速度がゼロから速やかに上昇する。
【００６０】
この膨張機回転速度の上昇で膨張機回転速度がエンジン回転速度に到達するｔ１３のタイミングで、膨張機クラッチ３５を切断状態より接続状態へと切換える。膨張機３７が十分に回転速度を増す前に膨張機クラッチ３５を接続したのでは、膨張機３７がエンジン負荷となるし、トルクショックも生じ得る。これに対して、エンジン出力軸との回転速度差がなくなるｔ１３で膨張機クラッチ３５を遅れて接続することで、膨張機３７がエンジン負荷となることも、膨張機クラッチ３５を締結することに伴うトルクショックも防止できる。
【００６１】
図１０、図１１、図１２は本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図で、各図は３つの運転時の違いを表している。すなわち、図１０はエンジン冷間始動直後の触媒暖機中での、図１１はエンジン２の暖機中での、図１２はランキンサイクル３１の運転中での各通路の状態を表している。
【００６２】
ここで、運転状態の推移としては、まずエンジン冷間始動直後の触媒暖機が行われ、触媒９の暖機完了後にエンジン２の暖機が行われる。触媒９の暖機は、簡単にはエンジン始動から予め定めた時間だけ行わせるようにすればよい。そして、エンジン２の暖機完了後にランキンサイクル３１の運転域となったとき、ランキンサイクル３１を運転する。
【００６３】
各図において、通路を実線で記載している部分は、冷媒、純水、冷却水が循環していることを、通路を破線で記載している部分は冷媒、純水、冷却水が循環していないことを表している。また、開閉バルブ１２３、１３８については、バルブ１２３、１３８を黒塗りで記載している場合は、バルブ１２３、１３８が全閉状態にあることを、バルブ１２３、１３８を白抜きで記載している場合は、バルブ１２３、１３８が全開状態にあることを表している。以下では、主に図１０を用いて全体の構成を説明し、３つの運転時の各作用の違いを説明するときに図１１、図１２に言及することとする。
【００６４】
図１で示した本発明の前提となるランキンサイクルでは、排気の熱をエンジン冷却水に一旦回収し、そのエンジン冷却水に回収した熱を熱交換器３６を介してランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）に回収する構成であった。一方、本発明の第１実施形態は、第１熱交換器９２で排気の熱を純水（第２冷媒）に回収し、その純水に回収した熱を第２熱交換器１１１でランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）に回収する構成である。
【００６５】
ここで、本発明の前提となるランキンサイクルと相違する点は、排気の熱を、温度に上限がある冷却水ではなく、温度に上限のない冷媒としての純水に回収する点にある。すなわち、冷却水は沸騰させることができないので、冷却水を温度の上限（例えば１１０℃）を超えてまで上昇させることができない。一方、冷媒として新たに導入する純水は冷却水とは相違して温度制限を受けることがないので、冷却水の温度上限を超える温度にまで上昇させることが可能である。言い換えると、純水は気化状態となる温度にまで上昇させることができ、第２熱交換器１１１に気化状態の純水を供給する。そして、この第２熱交換器１１１で気化状態の純水を液化させる際の潜熱を利用して冷媒との間で熱交換を行わせることで、より多くの熱交換量を確保するのである。
【００６６】
さらに、第２熱交換器１１１は、純水とエンジンの冷却水との間でも熱交換が行なえるように構成されていて、エンジン２の暖機促進時などには純水の熱を冷却水に与えることができるようになっている。したがって、排気の熱をランキンサイクルの冷媒とエンジンの冷却水とに移動させる前提において、排気は純水（第２冷媒）とだけ熱交換することになる。これにより、第２熱交換器１１１は１つの冷媒を擁するだけとなるので熱容量が小さくなり、排気通路に設けられた触媒の暖機途中など、排気を冷やしたくない場合に純水の流れを止めた際、排気から第２熱交換器に奪われる熱を少なくすることができる。
【００６７】
図１０において、純水サイクル９１は、第１熱交換器９２、第２熱交換器１１１、これら２つの熱交換器９２、１１１を接続する２本の純水通路１２１、１２２から構成される。
【００６８】
まず、排気マニホールド４に設けられる第１熱交換器９２については図１３により詳述する。ここで、図１３は第１熱交換器９２の鉛直方向の概略断面図である。図１３において、第１熱交換器９２は蒸発器９３から主に構成されている。蒸発器９３は、排気マニホールド４から放散される排気の熱と純水との間で熱交換させることによって純水を沸騰蒸発（気化）させるだけでなく所定の温度にまで上昇させる熱交換器であり、熱交換部９４、下タンク９５および上タンク９６を備える。
【００６９】
熱交換部９４は、例えば鉛直方向に伸びる直管状または板状の複数のチューブ９５と、隣り合うチューブ９５の間の空間９６に設けられるフィン９７とから構成している。なお、純水の蒸発能力が下がるものの排気効率を高める目的や、耐久性を高める目的でフィン９７を無くしたものであっても良い。
【００７０】
熱交換部９４の鉛直下部に水平方向に設けられる下タンク９８は、下タンク９８に供給される凝縮した純水を各チューブ９５に分配するものである。熱交換部９４の鉛直上部に水平方向に設けられる上タンク９９は、各チューブ９５内を上昇した純水の蒸気を収集するものである。上タンク９９により収集された純水の蒸気は、出口１０１より第２熱交換器１１１に供給され、第２熱交換器１１１より出てくる凝縮した純水は、入口１０２より下タンク９８に戻される。
【００７１】
ここで、純水が蒸気の状態で第２熱交換器１１１に供給されるように、出口１０１での純水の蒸気温度が最高で１５０℃となるように第１熱交換器９２の仕様を決定する。
【００７２】
なお、エンジン２の停止時に下タンク９８内の純水の量が不足する場合には、エンジン２の始動当初に図示しない純水タンクから通路１０５を介して下タンク９８に一定量の純水を供給してやればよい。
【００７３】
図１３において第１熱交換器９２の右端には上タンク９９と下タンク９８を連通する通路１０３が設けられ、この通路１０３の鉛直下部に円錐状部１０４を形成している。
【００７４】
ここで、円錐状部１０４を形成した理由を説明する。エンジン２の運転前に純水が所定値Ｈ１の液面高さにあったとする。エンジン２の運転で排気マニホールド４が高温となり、純水が沸騰蒸発してゆけば、純水が所定値Ｈ１の液面高さから所定値Ｈ２の液面高さへと低下する。このように液面高さが低下した場合、下タンク９８の液面と通路１０３の液面との差（ヘッド差）が小さくなり、下タンク９８へと流動する純水の循環量が小さくなるのが通常である。一方、本実施形態では、通路１０３の下部に円錐状部１０４を形成しているので、純水の沸騰蒸発により純水が所定値Ｈ１から所定値Ｈ２へと低下した場合、所定値Ｈ１での液面の面積よりも所定値Ｈ２での液面の面積が大きくなる。Ｈ１での液面の面積よりＨ２での液面の面積が大きいと、同じ蒸気圧力でも面積差の分だけ鉛直下方に押す蒸気の力が大きくなるので、この大きくなった蒸気の力で下タンク９８へと流動する純水の循環量を低下させることなく維持できる。このように、純水が沸騰蒸発する間は、この円錐状部１０４で凝縮した純水の液面が下降するように、第１熱交換器９２の仕様を決めておく。
【００７５】
第１熱交換器９２を排気マニホールド４に設ける位置は、実際には図１４に示したようにする。すなわち、排気マニホールド４は各気筒の排気ポートに接続される各分岐部４ａと、これら各分岐部４ａを一つに集合させる集合部４ｂとから構成されるので、集合部４ｂの近くの各分岐部４ａ（ハッチング部参照）に第１熱交換器９２を設置することが好ましい。図１４に示す３気筒エンジンの場合であれば、第１熱交換器９２の設置場所として３箇所を挙げることができる。いずれの箇所であってもかまわない。
【００７６】
図１５は下タンク９８の分岐部４ａへの配置を示す概略斜視図である。図１３で示した下タンク９８を円柱状であると仮定した場合に、この円柱状の下タンク９８を分岐部４ａ内の排気流れに沿わせて設ける。そして、第２熱交換器１１１から戻ってくる凝縮した純水を排気流れの下流に戻し、戻された液状の純水が下タンク９８の内部を排気流れの上流に向かうようにする。このように下タンク９８に戻される液状の純水の流れと、分岐部４ａ内の排気の流れとが対向流となるようにすることで、純水を沸騰蒸発させるための熱源がより高温となる。また、熱交換の表面積をかせぐことができ、排気から純水に回収する熱量を大きくすることができる。
【００７７】
次に、図１０に示す第２熱交換器１１１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒とエンジン冷却水とのいずれか一方と、第１熱交換器９２より供給される純水の蒸気との間で熱交換を行わせるものである。
【００７８】
この第２熱交換器１１１については図１６、図１７により詳述する。ここで、図１６は第２熱交換器１１１における３つの冷媒（純水、冷媒、冷却水）の流れ方向を示すモデル図である。図１６に示したように、第２熱交換器１１１は、純水の蒸気が流れる純水通路１１２、ランキンサイクル３１を循環する冷媒が流れる冷媒通路１１３、エンジン冷却水が流れる冷却水通路１１４から構成されている。この場合、純水通路１１２の中央部１１２ｃは純水通路１１２の入口１１２ａ及び出口１１２ｂよりも広く設けられ、この広く設けた中央部１１２ｃに冷媒通路１１３と冷却水通路１１４を設けている。すなわち、冷媒通路１１３と冷却水通路１１４とを並列配置すると共に、純水通路１１２を図１６で上から下に向けて流れる純水流れに対してこれら２つの通路１１３、１１４を直交（交差）させている。これは、純水の蒸気に触れる部分、つまり熱交換に寄与する面積を大きくするためである。
【００７９】
さらに、冷媒通路１１３のほうを冷却水通路１１４よりも純水通路１１２の上流側に設けている。また、図１６では冷媒通路１１３の入口１１３ａを左側に、冷却水通路１１４の入口１１４ａを右側に設け、冷媒と冷却水とが対向流として流れるようにしている。これに限らず、２つの通路１１３、１１４の入口１１３ａ、１１４ａ、出口１１３ｃ、１１４ｃを同じ側に設けて、冷媒、冷却水を流す方向を同じにしてかまわない。
【００８０】
図１７は図１６に示した第２熱交換器１１１のうち冷媒通路１１３及び冷却水通路１１４の具体的な構成図である。冷媒通路１１３は入口１１３ａ、入口１１３ａより左右方向に延びる通路１１３ｂ、出口１１３ｃ、出口１１３ｃより左右方向に延びる通路１１３ｄ、これら２つの通路１１３ｂ、１１３ｄの間を等間隔で並列に配置される５本の通路１１３ｅから構成されている。冷却水通路１１４は入口１１４ａ、入口１１４ａより左右方向に延びる通路１１４ｂ、出口１１４ｃ、出口１１４ｃより左右方向に延びる通路１１４ｄ、これら２つの通路１１４ｂ、１１４ｄの間を等間隔で並列に配置される４本の通路１１４ｅから構成されている。これらの２つの通路１１３、１１４を図１７で左右方向にずらせて設けたとき、並列配置される５本の通路１１３ｅと、並列配置される４本の通路１１４ｅとの間に８つの空間１１５が生じている。つまり、並列配置される５本の通路１１３ｅ及び４本の通路１１４ｅの間に８つの空間１１５が生じるように２つの通路１１３、１１４を形成するのである。そして、このようにずらせて設けた２つの通路１１３、１１４を純水通路１１２を流れる純水流れに対して直交するように配置する。これによって、図１７で通路１１３ｅ、１１４ｅの間に生じた８つの空間１１５を、紙面を貫く方向に純水の蒸気が通過することとなり、純水の蒸気とランキンサイクル３１を循環する冷媒との間で、あるいは純水の蒸気とエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。
【００８１】
この場合、第２熱交換器１１１では、沸騰蒸発（気化）した純水を液化させる際の潜熱を利用して、冷媒または冷却水との間で熱交換を行わせる。これによって、より多くの熱交換量を確保することができる。第２熱交換器１１１での熱交換により凝縮した純水は第２熱交換器１１の鉛直下方に設けた貯溜部１１６に落下して貯まる（図１０参照）。なお、並列配置される通路１１３ｅ、１１４ｅの数はこれに限られるものでない。
【００８２】
さらに、第２熱交換器１１１での冷媒と冷却水との間の熱の伝わり易さは、第２熱交換器１１１での純水と冷媒との間及び純水と冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいものとなっている。ここで、「熱の伝わり易さ」とは、２つの冷媒通路の冷媒の温度差が等しくかつ温度自体も同じであるときに、単位時間当たりに２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさをいう。このため、熱の伝わり易さが相対的に大きいと、２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさが相対的に大きくなり、この反対に熱の伝わり易さが相対的に小さいと、２つの冷媒通路の間を伝わる熱の大きさが相対的に小さくなる。この熱の伝わり易さは、構造、熱が通過する部位の断面積、熱が通過する部位の材料（熱伝導率）の違いによって変化する。例えば、構造の違いとは冷媒との接触面積（ＳＶ比）やフィンの有無のことである（接触面積が大きい場合のほうが接触面積が小さい場合より、フィンがある場合のほうがフィンがない場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。熱が通過する部位の断面積の違いとは通路径の違いのことである（冷媒通路が細い場合のほうが冷媒通路が太い場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。熱が通過する部位の材料の違いとは材料の熱伝達率の違いのことである（熱伝達率が大きい材料の場合のほうが熱伝達率が小さい場合より熱の伝わり易さが大きくなる）。
【００８３】
図１０に戻り、第１熱交換器９２の出口１０１と、第２熱交換器１１１の純水通路１１２の入口１１２ａ（図１６参照）とが純水通路１２１で、第２熱交換器１１１の貯溜部１１６と第１熱交換器９２の入口１０２とが純水通路１２２で接続されている。さらに、純水の循環・停止を制御するため、純水通路１２２に常閉の第１開閉バルブ１２３を設けている。
【００８４】
エンジン冷却水回路は、通常の冷却水通路と、任意でエンジン冷却水が流される冷却水通路とで構成される。ここで、通常の冷却水通路は、４つの冷却水通路１３、１３１、１３２、１３４から構成されている。すなわち、冷却水通路１３はエンジン２の出口の冷却水をサーモスタットバルブ１５に供給する通路、冷却水通路１３１はサーモスタットバルブ１５からラジエータ１１を通る通路、第１バイパス冷却水通路１３２はラジエータ１１をバイパスする通路である。冷却水通路１３４はこれら２つの冷却水通路１３１、１３２を合流してエンジン２に戻す通路である。この冷却水通路１３４に冷却水ポンプ１６が介装されている。
【００８５】
任意でエンジン冷却水を流す冷却水通路として、第２バイパス冷却水通路１３５を設け、この第２バイパス冷却水通路１３５に第２熱交換器１１１の冷却水通路１１４を介装している。ここでは、第２熱交換器１１１の前後で第２バイパス冷却水通路１３５を２つの冷却水通路１３５ａ、１３５ｂに分けている。すなわち、一方の冷却水通路１３５ａは冷却水通路１３４から分岐して第２熱交換器１１１の冷却水通路１１３に冷却水を供給する通路、他方の冷却水通路１３５ｂは第２熱交換器１１１の冷却水通路１１３から出る冷却水を冷却水通路１３に合流させる通路である。さらに、第２バイパス冷却水通路１３５への冷却水の循環・停止を制御するため、一方の冷却水通路１３５ａに常閉の第２開閉バルブ１３８を設けている。
【００８６】
次に、ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、蒸発器１４１、第２熱交換器１１１、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４、４７により接続されている。
【００８７】
図１に示した熱交換器３６は加熱器（蒸発器）と過熱器とを統合したものであった。一方、図１０では、図１に示した熱交換器３６を、蒸発器１４１と、過熱器としての第２熱交換器１１１とで構成するものである。
【００８８】
まず蒸発器１４１には熱交換するための冷却水通路１４１ａ及び冷媒通路１４１ｂを隣接させて設けている。蒸発器１４１の冷却水通路１４１ａを冷却水通路１３に介装し、エンジン２を出た冷却水を流す。
【００８９】
蒸発器１４１の冷媒通路１４１ｂに冷媒通路４１を接続し、冷媒ポンプ３２が吐出した液冷媒を導入する。これによって、液冷媒とエンジン２の出口の冷却水との間で熱交換が行われ、液冷媒は蒸発してガス冷媒となる。
【００９０】
蒸発器１４１の冷媒通路１４１ｂを出たガス冷媒は冷媒通路４７を介して第２熱交換器１１１の冷媒通路１１４に導入する。これによって、ガス冷媒と純水の蒸気との間で熱交換が行われ、ガス冷媒の温度、圧力が上昇する。このようにして、温度、圧力を上昇させたガス冷媒を、冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給する。
【００９１】
次に、エンジン冷間始動直後の触媒暖機中の、エンジン２の暖機中の、ランキンサイクル３１の運転中に行う各制御を説明する。
【００９２】
ここで、制御する上で前提としている事項を先に説明しておく。本実施形態では、ランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）としてＲ１３４を、エンジン冷却水としてＬＬＣ（Long Life Coolant）を採用している。このとき、純水（第２冷媒）は沸点が１００℃、Ｒ１３４は沸点が８０〜９０℃、ＬＬＣは沸点が約１２０℃である。３つの各冷媒の作動温度範囲（マイナス数十℃〜１００℃超）において、純水とＲ１３４とは純水サイクル９１、ランキンサイクル３１の各サイクルにおいて気液混合（ガス冷媒のみならず空気も存在）である。一方、ＬＬＣはエンジン冷却水回路において液体のみである（空気溜まりを除いて原則として空気は存在しない）。
【００９３】
また、本実施形態では、第１熱交換器９２から第２熱交換器１１１まで純水を蒸気状態としておくため、第１熱交換器９２の出口での純水の最高温度を１５０℃とする。蒸発器１４１から第２熱交換器１１１までＲ１３４をガス冷媒としておくため、蒸発器１４１の出口でのＲ１３４の最高温度を１２０℃とする。ＬＬＣを沸騰させないため、冷却水通路１３のエンジン２の出口でのＬＬＣの最高温度を１１０℃とする。
【００９４】
〈１〉エンジン冷間始動直後の触媒暖機中
排気マニホールド４のすぐ下流に設けている触媒９を、エンジン２の冷間状態から早期に暖機完了させるためには排気から熱回収しないことである。このため、図１０に示したように、第１開閉バルブ１２３を全閉状態として純水が純水サイクル９１を循環しないようにする。また、第２開閉バルブ１３８を全閉状態として、ＬＬＣを第２熱交換器１１１に供給しない。
【００９５】
なお、エンジン冷間始動直後の触媒暖機中はランキンサイクル３１の運転域から除かれており、ランキンサイクル３１を運転しない。ここで、「ランキンサイクル３１を運転する」とは、ランキンサイクル３１の冷媒通路に冷媒（Ｒ１３４）を循環させることをいう。従って、ランキンサイクル３１を運転しないとき、第２熱交換器１１１の冷媒通路１１４にＲ１３４は流れない。
【００９６】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１０の右上図に示している。すなわち、純水は純水通路１１２を流れないので、Ｒ１３４やＬＬＣとの間で熱交換が行われることはない。なお、図１０の右上図において矢印は流れる方向を示しているだけで、純水、Ｒ１３４、ＬＬＣのいずれも流れていない。
【００９７】
〈２〉エンジン２の暖機中
触媒９の暖機完了後にエンジン２を早期に暖機完了させるためには、排気から熱を多く回収し、回収した熱をＬＬＣに移すことである。このため、図１１に示したように、第１開閉バルブ１２３を全開状態として純水の蒸気を第２熱交換器１１１に供給する。また、第２開閉バルブ１３８を全開状態として、冷却水ポンプ１６の吐出する冷却水を第２熱交換器１１１に供給する。
【００９８】
なお、エンジン２の暖機中もランキンサイクル３１の運転域から除かれており、ランキンサイクル３１を運転しない。
【００９９】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１１の右上図に示している。図１１の右上図において矢印は純水の蒸気及び液状のＬＬＣが流れていることを示している。すなわち、純水の蒸気が純水通路１１２を流れ、この純水の蒸気と冷却水通路１１４を流れる液状のＬＬＣとの間で熱交換が行われ、低温である液状のＬＬＣが加熱される。この加熱された液状のＬＬＣは、冷却水通路１３５ｂ、サーモスタットバルブ１５、第２バイパス冷却水通路１３２、冷却水通路１３４からエンジン２へと戻され、エンジン２を暖機する。なお、冷媒通路１１３のＲ１３４は、強制的な流れがない場合、高温部から低温部に移動するだけである。
【０１００】
〈３〉ランキンサイクル３１の運転中
ランキンサイクル３１を運転するには、排気から熱を多く回収し、回収した熱をガス状のＲ１３４に移すことである。このため、図１２に示したように、第１開閉バルブ１２３を全開状態として純水の蒸気を第２熱交換器１１１に供給すると共に、蒸発器１４１からのガス状のＲ１３４を第２熱交換器１１１に供給する。
【０１０１】
ここで、ランキンサイクル３１の運転中には、ランキンサイクル３１を循環するＲ１３４のみに熱交換したいので、ＬＬＣに奪われる熱量を最小限にするために第２開閉バルブ１３８を全閉状態としてＬＬＣを第２熱交換器１１１に流さない。ＬＬＣを第２熱交換器１１１の冷却水通路１１４に流さないと、通常は、冷却水通路１１４の内部でＬＬＣが局部的に沸騰してしまうのであるが、ＬＬＣのすぐ隣に存在するＲ１３４が純水と熱交換するためにＬＬＣの局部的な沸騰を避けることができる。
【０１０２】
このときの第２熱交換器１１１内での３つの各冷媒の挙動を、一点鎖線で囲った図１２の右上図に示している。図１２の右上図において矢印は純水の蒸気及びガス状のＲ１３４が流れていることを示している。すなわち、純水の蒸気が純水通路１１２を流れ、この純水の蒸気と冷媒通路１１３を流れるガス状のＲ１３４との間で熱交換が行われ、ガス状のＲ１３４が過熱される。この過熱されたガス状のＲ１３４は、冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給され、膨張機３７を回転駆動し、この回転駆動で冷媒ポンプ３２を駆動し、ランキンサイクル３１の冷媒通路にＲ１３４を循環させる。
【０１０３】
図１８は第１実施形態の制御系のブロック図である。エンジンコントローラ７１には水温センサ１４１により検出されるエンジン冷却水温度、外気温センサ１４２により検出される外気温、クランク角センサ１４３により検出されるエンジン回転速度が入力されている。エンジンコントローラ７１では、これらの信号に基づいて上記２つの開閉バルブ１２３、１３８の開閉を制御する。
【０１０４】
エンジンコントローラ７１で行われるこの制御を図１９のフローチャートを参照して説明する。図１９は２つの開閉弁１２３、１３８の駆動を説明するためのもので、図１９のフローは一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【０１０５】
ステップ１ではエンジン冷間状態であるか否かをみる。これは、水温センサ１４１により検出されるエンジン始動時の冷却水温度から判断すればよい。エンジン冷間状態でないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【０１０６】
エンジン冷間状態であるときにはステップ２に進み、触媒９の暖機が完了しているか否かをみる。これは、簡単にはエンジン２のクランキングの開始より第１タイマを起動し、この第１タイマ値と第１所定値を比較させることにより行わせればよい。第１所定値としては、触媒９が暖機を完了する時間を予め定めておく。第１タイマ値が第１所定値に満たないときには触媒９の暖機中であると判断してステップ３に進み、排気の熱が奪われないようにするため第１、第２の開閉弁１２３、１３８をともに全閉状態とする（図１０参照）。第１タイマ値が第１所定値に満たない限り、ステップ３の操作を繰り返す。
【０１０７】
ステップ２で第１タイマ値が所定値に到達したときには触媒９の暖機が完了したと判断してステップ４に進む。ステップ４ではエンジン２の暖機が完了しているか否かをみる。これも、簡単には触媒９の暖機完了より第２タイマを起動し、この第２タイマ値と第２所定値を比較させることにより行わせればよい。第２所定値としては、エンジン２が暖機を完了する時間を予め定めておく。第２タイマ値が第２所定値に満たないときにはエンジン２の暖機中であると判断してステップ５に進み、排気の熱を回収した純水からさらに純水の熱をエンジン冷却水に回収するため、第１、第２の開閉弁１２３、１３８をともに全開状態とする（図１１参照）。第２タイマ値が第２所定値に満たない限り、ステップ５の操作を繰り返す。
【０１０８】
ステップ４で第２タイマ値が第２所定値に到達したときにはエンジン２の暖機が完了したと判断してステップ６に進む。ステップ６では水温センサ１４１により検出されるエンジン冷却水温度、外気温センサ１４２により検出される外気温、クランク角センサ１４３により検出されるエンジン回転速度、エンジントルクに基づいて上記図７Ａ、図７Ｂに示したランキンサイクル３１の運転域にあるか否かをみる。ここで、エンジントルクはエンジン回転速度と燃料噴射量とをパラメータとするマップを予め作成しておき、そのときのエンジン回転速度と燃料噴射量からそのマップを検索すことにより求めさせればよい。ランキンサイクル３１の運転域になければ今回の処理をそのまま終了する。
【０１０９】
ステップ６でランキンサイクル３１の運転域にあるときにはステップ７に進み、排気の熱を回収した純水からさらに純水の熱を冷媒に回収するため第１開閉弁１２３を全開状態とし、第２開閉弁１３８を全閉状態とする（図１２参照）。
【０１１０】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【０１１１】
本実施形態では、冷媒（第１冷媒）を用いて動力を発生させるランキンサイクル３１に用いられる第２熱交換器１１１（熱交換器）であって、第２熱交換器１１１は、エンジン２の排気の熱で温められた純水（第２冷媒）と前記冷媒（第１冷媒）及びエンジン２の冷却水との間で熱交換を行う。
【０１１２】
本実施形態ではエンジン２の廃熱を冷媒（第１冷媒）に回収する熱交換器（９２、１１１）、この熱交換器の出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機３７、この膨張機３７を出た冷媒を凝縮させる凝縮器３８、この凝縮器３８からの冷媒を前記熱交換器（９２、１１１）に供給する冷媒ポンプ３２を含むランキンサイクル３１において、前記熱交換器（９２、１１１）は、排気の熱を純水（第２冷媒）に回収する第１熱交換器９２と、この純水と冷媒及びエンジン２の冷却水との間で熱交換を行うための純水通路１１２（第２冷媒通路）及び冷媒通路１１３（第１冷媒通路）と冷却水通路１１４とを有する第２熱交換器１１１とを備える。
【０１１３】
本実施形態によれば、ランキンサイクル３１を循環する冷媒（第１冷媒）と熱交換するのは、純水（第２冷媒）である。このため、純水の温度がＲ１３４等の冷媒を熱分解するほど高くなり過ぎないように、純水の温度を排気温度より低い温度（第１熱交換器の出口温度が１５０℃）に設定する（第１熱交換器９２の出口の１０１の温度を１５０℃に設定）ことによって、冷媒の熱分解を回避しつつ冷媒への熱交換量を大きくすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、排気は純水（第２冷媒）とだけ熱交換するので、排気を冷やしたくないときに純水の第２熱交換器１１１への供給を止めることで、排気から奪われる熱が少なくて済む。排気通路３に触媒９を備えるエンジン２では、エンジン２の冷間始動時にまず触媒９を早期に暖機完了することが要求される。この場合に、本実施形態によれば、エンジン２の冷間始動直後で排気を冷やしたくないときに、純水（第２冷媒）の第２熱交換器１１１への供給を止めることで、排気から奪われる熱が少なくて済み、触媒９を早期に暖機完了することができる。
【０１１５】
本実施形態によれば、エンジン２を冷却して昇温した冷却水をラジエータ１１に供給する第１冷却水通路（１３、１３１）と、このラジエータ１１からの冷却水をエンジン２に戻す第２冷却水通路（１３１、１３４）と、第１冷却水通路（１３）から分岐しラジエータ１１をバイパスして冷却水を流す第１バイパス冷却水通路１３２と、この第１バイパス冷却水通路１３２の開放・遮断を行うサーモスタットバルブ１５と、冷却水を圧送する冷却水ポンプ１６と、第２冷却水通路（１３４）から分岐しエンジン２をバイパスして冷却水を流す第２バイパス冷却水通路１３５とを備え、第２熱交換器１１１にはさらに純水（第２冷媒）との間で熱交換を行う冷却水通路１１４を有し、この冷却水通路１１４を第２バイパス冷却水通路１３５に介装するので、ランキンサイクル３１の運転を停止するエンジン２の暖機途中に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水と冷却水との間で熱交換が行われることから、エンジン２の暖機を促進できる。
【０１１６】
本実施形態によれば、第１熱交換器９２で純水（第２冷媒）を排気の熱により気化し、第２熱交換器１１１でこの気化した純水を液化させる際の潜熱を利用して、冷媒（第１冷媒）と冷却水のいずれか一方との間で熱交換を行わせるので、純水と、冷媒と冷却水のいずれか一方との間での熱交換に際して、より多くの熱交換量を確保することができる。
【０１１７】
冷媒（第１冷媒）と冷却水との間の熱交換量が相対的に大きいと、純水（第２冷媒）から冷媒（第１冷媒）と冷却水のいずれか一方のみ、例えば冷媒のみに熱移動をさせたいときに冷却水にも熱移動してしまう。また、冷却水のみに熱移動させたいときに冷媒にも熱移動してしまう。つまり、熱移動させたくない側に純水（第２冷媒）の熱が漏れてしまう。一方、本実施形態によれば、第２熱交換器１１１での冷媒（第１冷媒）と冷却水との間の熱の伝わり易さは、第２熱交換器１１１での純水（第２冷媒）と冷媒（第１冷媒）との間及び純水（第２冷媒）と冷却水と間の熱の伝わり易さよりも小さいので、冷媒と冷却水との間の熱交換量が相対的に少なく、純水から冷媒と冷却水のいずれか一方のみに熱移動をさせるときに、熱移動させたくない側（媒体）に純水（第２冷媒）の熱が漏れることを抑制できる分、熱交換効率を向上できる。
【０１１８】
本実施形態によれば、第２熱交換器１１１の有する冷媒通路１１３（第１冷媒通路）、純水通路１１２（第２冷媒通路）、冷却水通路１１４について、冷媒通路１１３及び冷却水通路１１４を冷媒通路１１２と直交（交差）させて設けると共に、冷媒通路１１３を冷却水通路１１４よりも純水通路１１２の上流側に設けるので、ランキンサイクル３１の運転を停止するエンジン２の暖機途中に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水（第２冷媒）と冷却水との間で熱交換が行われることから、エンジン２の暖機を促進できる。このとき、冷媒通路１１３の冷媒は温度の高い方から低い方へ移動する。
【０１１９】
本実施形態によれば、第２バイパス冷却水通路１３５を開放・遮断する第２開閉バルブ１３８（バルブ）を設け、ランキンサイクル３１の運転域でこの第２開閉バルブ１３８を閉じるので（図１９のステップ６、７参照）、エンジン２の暖機完了後に純水（第２冷媒）を第２熱交換器１１１に供給することで、純水（第２冷媒）と冷媒（第１冷媒）との間で熱交換が行われることから、ランキンサイクル３１を運転できる。さらに、ＬＬＣ（冷却水）を冷却水通路１１４に流さないと、通常は、冷却水通路１１４の内部でＬＬＣ（冷却水）が局部的に沸騰してしまうのであるが、ＬＬＣのすぐ隣に存在するＲ１３４（第１冷媒）が純水と熱交換するためにＬＬＣの局部的な沸騰を避けることができる。
【０１２０】
本実施形態によれば、第１冷媒は冷凍用の冷媒、第２冷媒は純水、冷却水はＬＬＣであるので、排気の熱を効率よく回収することができる。
【０１２１】
冷却水としてＬＬＣを挙げたが、ＬＬＣに限られるものでない。
【０１２２】
実施形態では、ハイブリッド車両の場合で説明したが、これに限られるものでない。エンジン２のみを搭載した車両にも本発明の適用がある。エンジン２は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
【符号の説明】
【０１２３】
２ エンジン
１３ 冷却水通路（第１冷却水通路）
１５ サーモスタットバルブ
３１ ランキンサイクル
３６ 熱交換器
３７ 膨張機
７１ エンジンコントローラ
９１ 純水サイクル
９２ 第１熱交換器
１１１ 第２熱交換器（熱交換器）
１１２ 純水通路
１１３ 冷媒通路
１１４ 冷却水通路
１３１ 冷却水通路（第１冷却水通路、第２冷却水通路）
１３２ 第１バイパス冷却水通路
１３４ 冷却水通路（第２冷却水通路）
１２３ 第１開閉バルブ
１３５ 第２バイパス冷却水通路
１３８ 第２開閉バルブ（バルブ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷媒を用いて動力を発生させるランキンサイクルに用いられる熱交換器であって、
前記熱交換器は、エンジンの排気の熱で温められた第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器に導入される第２冷媒は、エンジンの排気の熱で温められて気化した気相冷媒であり、前記気相の第２冷媒を液化させる際の潜熱を利用して、前記第１冷媒及び前記冷却水との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さは、前記第２冷媒と前記第１冷媒との間及び前記第２冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１冷媒を通す第１冷媒通路及び前記冷却水を通す冷却水通路を前記第２冷媒を通す第２冷媒通路と交差させて設けると共に、第１冷媒通路を冷却水通路よりも第２冷媒通路の上流側に設けることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１冷媒は冷凍サイクル用の冷媒、前記第２冷媒は純水、前記冷却水はＬＬＣであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項６】
エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの第１冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含むランキンサイクルにおいて、
前記熱交換器は、
排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器と、
この第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路及び第１冷媒通路と冷却水通路とを有する第２熱交換器と
を備えることを特徴とするランキンサイクル。
【請求項７】
エンジンを冷却して昇温した冷却水をラジエータに供給する第１冷却水通路と、
このラジエータからの冷却水をエンジンに戻す第２冷却水通路と、
前記第１冷却水通路から分岐し前記ラジエータをバイパスして冷却水を流す第１バイパス冷却水通路と、
この第１バイパス冷却水通路の開放・遮断を行うサーモスタットバルブと、
冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
前記第２冷却水通路から分岐し、第１冷却水通路および第２冷却水通路からなる冷却水通路上の区間において前記第１バイパス冷却水通路と重複することなく、かつ前記冷却水ポンプをバイパスせずに、前記エンジンをバイパスして冷却水を流す第２バイパス冷却水通路と
を備え、
前記第２熱交換器の冷却水通路を前記第２バイパス冷却水通路に介装することを特徴とする請求項６に記載のランキンサイクル。
【請求項８】
前記第１熱交換器で前記第２冷媒を排気の熱により気化し、前記第２熱交換器でこの気化した第２冷媒を液化させる際の潜熱を利用して、前記第１冷媒と前記冷却水のいずれか一方との間で熱交換を行わせることを特徴とする請求項７に記載のランキンサイクル。
【請求項９】
前記第２熱交換器での前記第１冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さは、前記第２熱交換器での前記第２冷媒と前記第１冷媒との間及び前記第２冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいことを特徴とする請求項８に記載のランキンサイクル。
【請求項１０】
前記第２熱交換器の有する第１冷媒通路、第２冷媒通路、冷却水通路について、第１冷媒通路及び冷却水通路を第２冷媒通路と交差させて設けると共に、第１冷媒通路を冷却水通路よりも第２冷媒通路の上流側に設けることを特徴とする請求項７から９までのいずれか一つに記載のランキンサイクル。
【請求項１１】
前記第２バイパス冷却水通路を開放・遮断するバルブを設け、
前記ランキンサイクルの運転域でこのバルブを閉じることを特徴とする請求項１０に記載のランキンサイクル。
【請求項１２】
前記第１冷媒は冷凍サイクル用の冷媒、前記第２冷媒は純水、前記冷却水はＬＬＣであることを特徴とする請求項７から１１までのいずれか一つに記載のランキンサイクル。
【請求項１】
第１冷媒を用いて動力を発生させるランキンサイクルに用いられる熱交換器であって、
前記熱交換器は、エンジンの排気の熱で温められた第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器に導入される第２冷媒は、エンジンの排気の熱で温められて気化した気相冷媒であり、前記気相の第２冷媒を液化させる際の潜熱を利用して、前記第１冷媒及び前記冷却水との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さは、前記第２冷媒と前記第１冷媒との間及び前記第２冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１冷媒を通す第１冷媒通路及び前記冷却水を通す冷却水通路を前記第２冷媒を通す第２冷媒通路と交差させて設けると共に、第１冷媒通路を冷却水通路よりも第２冷媒通路の上流側に設けることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１冷媒は冷凍サイクル用の冷媒、前記第２冷媒は純水、前記冷却水はＬＬＣであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項６】
エンジンの廃熱を第１冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器の出口の第１冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た第１冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの第１冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含むランキンサイクルにおいて、
前記熱交換器は、
排気の熱を第２冷媒に回収する第１熱交換器と、
この第２冷媒と前記第１冷媒及び前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行うための第２冷媒通路及び第１冷媒通路と冷却水通路とを有する第２熱交換器と
を備えることを特徴とするランキンサイクル。
【請求項７】
エンジンを冷却して昇温した冷却水をラジエータに供給する第１冷却水通路と、
このラジエータからの冷却水をエンジンに戻す第２冷却水通路と、
前記第１冷却水通路から分岐し前記ラジエータをバイパスして冷却水を流す第１バイパス冷却水通路と、
この第１バイパス冷却水通路の開放・遮断を行うサーモスタットバルブと、
冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
前記第２冷却水通路から分岐し、第１冷却水通路および第２冷却水通路からなる冷却水通路上の区間において前記第１バイパス冷却水通路と重複することなく、かつ前記冷却水ポンプをバイパスせずに、前記エンジンをバイパスして冷却水を流す第２バイパス冷却水通路と
を備え、
前記第２熱交換器の冷却水通路を前記第２バイパス冷却水通路に介装することを特徴とする請求項６に記載のランキンサイクル。
【請求項８】
前記第１熱交換器で前記第２冷媒を排気の熱により気化し、前記第２熱交換器でこの気化した第２冷媒を液化させる際の潜熱を利用して、前記第１冷媒と前記冷却水のいずれか一方との間で熱交換を行わせることを特徴とする請求項７に記載のランキンサイクル。
【請求項９】
前記第２熱交換器での前記第１冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さは、前記第２熱交換器での前記第２冷媒と前記第１冷媒との間及び前記第２冷媒と前記冷却水との間の熱の伝わり易さよりも小さいことを特徴とする請求項８に記載のランキンサイクル。
【請求項１０】
前記第２熱交換器の有する第１冷媒通路、第２冷媒通路、冷却水通路について、第１冷媒通路及び冷却水通路を第２冷媒通路と交差させて設けると共に、第１冷媒通路を冷却水通路よりも第２冷媒通路の上流側に設けることを特徴とする請求項７から９までのいずれか一つに記載のランキンサイクル。
【請求項１１】
前記第２バイパス冷却水通路を開放・遮断するバルブを設け、
前記ランキンサイクルの運転域でこのバルブを閉じることを特徴とする請求項１０に記載のランキンサイクル。
【請求項１２】
前記第１冷媒は冷凍サイクル用の冷媒、前記第２冷媒は純水、前記冷却水はＬＬＣであることを特徴とする請求項７から１１までのいずれか一つに記載のランキンサイクル。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−７６３７４（Ｐ２０１３−７６３７４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６７９４（Ｐ２０１１−２１６７９４）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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