ランキンサイクル装置
【課題】凝縮性能を向上させたランキンサイクル装置の提供。
【解決手段】加熱器で加熱され気体となった循環冷媒は、膨張機で膨張されてコンデンサで冷却される。コンデンサで液体に凝縮された循環冷媒は、レシーバ２４へと流れ込む。コンデンサでは凝縮されなかった未凝縮蒸気は、エンジンの駆動状況に応じ流量が大きく変化する。しかし、レシーバ２４のタンク２４Ａ内には、熱容量増大部として複数の金属球４０が循環冷媒の中に配置されている。金属球４０は循環冷媒よりも比熱高いアルミニウム製である。コンデンサから流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒および金属球４０に熱を伝えることで冷却され凝縮する。これによりタンク２４Ａ内での温度上昇を遅らせ、循環冷媒の蒸気と液で温度差を確保することで循環冷媒の流量が大きく変化しても凝縮性能を確保することができる。
【解決手段】加熱器で加熱され気体となった循環冷媒は、膨張機で膨張されてコンデンサで冷却される。コンデンサで液体に凝縮された循環冷媒は、レシーバ２４へと流れ込む。コンデンサでは凝縮されなかった未凝縮蒸気は、エンジンの駆動状況に応じ流量が大きく変化する。しかし、レシーバ２４のタンク２４Ａ内には、熱容量増大部として複数の金属球４０が循環冷媒の中に配置されている。金属球４０は循環冷媒よりも比熱高いアルミニウム製である。コンデンサから流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒および金属球４０に熱を伝えることで冷却され凝縮する。これによりタンク２４Ａ内での温度上昇を遅らせ、循環冷媒の蒸気と液で温度差を確保することで循環冷媒の流量が大きく変化しても凝縮性能を確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関を有した自動車では、自動車の仕事効率を向上させるために、内燃機関から出る排気ガスから動力を回収することが行われている。例えば、特許文献１では内燃機関の廃熱を利用してランキンサイクルを構成している。特許文献１の内燃機関は、排気ガスの一部を再循環ガスとしてガス冷却回路にて冷却水と熱交換をして内燃機関の吸気側へ送っている。そして、再循環ガスとの熱交換により暖められたガス冷却回路の冷却水をランキンサイクルの加熱器に送り、ランキンサイクルの冷媒（循環冷媒）は、暖められた冷却水との熱交換により加熱される。加熱器にて加熱された冷媒は、膨張機で膨張されて機械エネルギを回収している。そして膨張後の冷媒は、凝縮機（コンデンサ）にて凝縮して液化されるサイクルが構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３２８５３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、特許文献１のランキンサイクルには、コンデンサで放熱不足が発生するという問題がある。自動車において、内燃機関の排気ガスは、運転状況による熱量の変動が激しい。特に、急加速時などは排気ガスの熱量が増大する。この場合、その排気ガスの熱量に応じて循環冷媒が加熱されるので、循環冷媒の循環量を増やせば良い。しかし、循環冷媒の循環量を増やすと、ランキサイクルにおいて発生する循環冷媒の蒸気量も増加し、コンデンサにて放熱不足が生じる。コンデンサにて放熱不足が生じると、循環冷媒において未凝縮の蒸気が発生する。未凝縮の蒸気がコンデンサ内に溜まっていくと、コンデンサ内の圧力が上昇し、膨張機の回生量が減少してしまう。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、作動流体の凝縮性能を向上させたランキンサイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関の廃熱で液体作動流体を加熱して気体作動流体を発生させる加熱器と、加熱器が排出した気体作動流体を膨張させる膨張機と、膨張機から供給された気体作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサから流出する作動流体を気液分離するレシーバと、レシーバから流出する液体作動流体を加熱器へ供給するポンプとを備えたランキンサイクル装置において、少なくともレシーバの気体作動流体が存在する領域内又は領域の周囲においてレシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部をレシーバに設けることを特徴とする。レシーバの気体作動流体が存在する領域内又は領域の周囲においてレシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部を設けることにより、液体作動流体又は気体作動流体の温度上昇を熱容量増大部で抑制することができ、レシーバ内での気体作動流体の凝縮性能を向上させることができる。さらに、内燃機関の負荷が急激に変動してもレシーバ内の圧力変動を抑えて平準化することでランキサイクル装置における系の圧力差を確保することができ、膨張機での回生量の減少を抑えることができる。
【０００７】
また、本発明のランキンサイクル装置の熱容量増大部は、作動流体の比熱よりも高い比熱を有する高比熱体が好ましい。これにより、作動流体の熱が高比熱体に多く吸収され、作動流体の凝縮性能を向上させることができる。さらに、本発明の高比熱体は、レシーバ内の液体作動流体中に浸漬しても良い。また、本発明の高比熱体は、レシーバ内の気体作動流体中に設けても良い。さらに、本発明の高比熱体は、アルミニウムの球体であることが好ましい。これにより、高比熱体と作動流体との接触面積を増加させるとともに、伝熱性能の高いアルミニウムを用いることで、気体作動流体の凝縮性能を更に向上させることができる。
【０００８】
本発明のランキンサイクル装置の熱容量増大部は、レシーバのタンク肉厚部であることが好ましい。レシーバのタンク肉厚部により液体作動流体又は気体作動流体の温度上昇を抑制することで凝縮性能を向上できる。また、タンクの形状変更により熱容量増大部を形成することができる。さらに、本発明の熱容量増大部は、レシーバのタンク壁よりも比熱が高い高比熱体であり、高比熱体は、レシーバのタンク壁に設けることが好ましい。タンク壁にタンク壁よりも比熱が高い高比熱体を設けることにより、タンク壁に接する気体作動流体をより凝縮させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、作動流体の凝縮性能を向上させたランキンサイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るランキンサイクル装置の回路図。
【図２】第１の実施形態に係るコンデンサを示す正面断面図。
【図３】第１の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【図４】第２の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【図５】第３の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るランキンサイクル装置を図に基づいて説明する。
図１に示すランキンサイクル装置１０は、自動車などの車両に搭載されるものである。車両には、内燃機関としてのエンジン１１が設けられている。車両にはさらにエンジン１１を冷却するラジエータ１２が設けられている。エンジン１１とラジエータ１２との間には、冷却水が循環する冷却水路１２Ａが形成されている。ラジエータ１２の近傍には、ラジエータ１２に風を送る送風ファン１３が設けられている。冷却水路１２Ａ内の冷却水は、送風ファン１３によりラジエータ１２で冷却される。エンジン１１には、排気ガスを排気する排気管１４が接続されている。排気管１４は図示しない排ガス処理部（例えばマフラー）を介して大気中へ排気ガスを排気している。
【００１２】
排気管１４には、加熱器に相当する熱交換器２０が設けられている。熱交換器２０は、エンジン１１の排気ガスの廃熱でランキンサイクルの循環冷媒を加熱する。本実施形態では、循環冷媒としてフロンを使用する。ランキンサイクルの作動流体としての循環冷媒は、熱交換器２０において液体から蒸気へと変化する。熱交換器２０には、ランキンサイクル装置１０の循環冷媒が流れる循環路２１が接続されている。循環路２１には、熱交換器２０の下流側に、熱交換器２０にて加熱され蒸気となった循環冷媒（気体作動流体）を膨張させて機械エネルギ（駆動力）を出力する膨張機２２が設けられている。そして、膨張機２２の下流側には、膨張機２２から供給される蒸気の循環冷媒を冷却するコンデンサ２３が設けられている。さらに、コンデンサ２３の下流側には、コンデンサ２３で冷却され液体に凝縮された循環冷媒（液体作動流体）を熱交換器２０に供給するポンプ２５が設けられている。
【００１３】
膨張機２２とポンプ２５は、駆動力を伝達自在に接続されている。そのため、膨張機２２により得られた機械エネルギによりポンプを駆動させることができる。また、ポンプ２５には、モータ・ジェネレータ２６が接続されている。モータ・ジェネレータ２６を電動機として駆動すると、ポンプ２５を駆動することができる。逆に、ポンプ２５を介して膨張機２２から駆動力をモータ・ジェネレータ２６に伝達すると、モータ・ジェネレータ２６は、発電機として駆動する。膨張機２２で得られた機械エネルギのうち、ポンプ２５の駆動力を差し引いた分で発電機としてモータ・ジェネレータを駆動することができる。モータ・ジェネレータ２６には、バッテリ２７が接続されている。バッテリ２７は、電力をモータ・ジェネレータ２６に供給可能である。また逆に、モータ・ジェネレータ２６からの電力によりバッテリ２７を充電することができる。
【００１４】
ここで、コンデンサ２３の詳細について説明する。図２に示すように、コンデンサ２３は、メインクーラ２３Ａとサブクーラ２３Ｂから構成されている。メインクーラ２３Ａの一方の側面（図２右側）の上端には、膨張機２２から蒸気の循環冷媒が流入するための流入路２１Ａが接続されている。メインクーラ２３Ａは、流入路２１Ａから流入した蒸気の循環冷媒を冷却して凝縮した液体の循環冷媒とする。ただし、メインクーラ２３Ａでは、蒸気の循環冷媒の量に応じ、未凝縮の蒸気が多少残ることがある。サブクーラ２３Ｂの一方の側面（図２右側）の下端には、サブクーラ２３Ｂ内の凝縮された循環冷媒がポンプ２５へと流出するための流出路２１Ｂが接続されている。なお、流入路２１Ａおよび流出路２１Ｂは、循環路２１の一部である。サブクーラ２３Ｂはメインクーラ２３Ａの下に接触し配置されている。
【００１５】
コンデンサ２３の他方（図２の左側）には、メインクーラ２３Ａおよびサブクーラ２３Ｂに接続されたレシーバ２４が設けられている。レシーバ２４には、メインクーラ２３Ａから第一管路３０を介して循環冷媒が流入可能である。レシーバ２４は、第一管路３０を通してメインクーラ２３Ａから流入した循環冷媒を重力分級により気液分離するものである。レシーバ２４は、アルミニウムで成型された円筒形状のタンク２４Ａを有している。タンク２４Ａの内部には、循環冷媒が充填されている。第一管路３０は、メインクーラ２３Ａの他方の側面における下方から突出し、レシーバ２４のタンク２４Ａ内に挿入されている。第一管路３０は、タンク２４Ａ内で上方に向かい９０度屈曲するＬ字形状である。レシーバ２４は、タンク２４Ａの内部に、２つの円盤状のメッシュ３１、３２が設けられている。
【００１６】
メッシュ３１、３２は、凝縮された循環冷媒が透過自在であり、タンク２４Ａ内を３つの空間に区画している。第一管路３０は、メッシュ３１、３２を貫通し、タンク２４Ａの上側の空間に伸びている。第一管路３０の端部開口は、メッシュ３１の上面からわずかに突出する位置である。第一管路３０からは、コンデンサ２３にて凝縮しきれなかった未凝縮蒸気が混じった液体の循環冷媒が噴出する。未凝縮蒸気は、浮力により液体の循環冷媒より上方へ浮上し、気体の循環冷媒による蒸気域Ｇを形成している。そして、蒸気域Ｇの下側には、凝縮された液体の循環冷媒による液域Ｌが形成されている。なお、第一管路３０の端部開口付近、つまり、メッシュ３１の上面より上方のタンク２４Ａ内部が気体の循環冷媒（未凝縮蒸気）が存在する領域である。そして、本実施形態では図３に示すように、気体の循環冷媒が存在する領域内であるメッシュ３１の上面に、熱容量増大部として金属球４０が配置されている。
【００１７】
金属球４０は、凝縮された液体の循環冷媒が存在する液域Ｌに浸漬されている。金属球４０は、タンク２４Ａと同じアルミニウムで成型されており、循環冷媒のフロンの比熱よりも高い比熱を有する高比熱体である。金属球４０は、複数個がメッシュ３１の上面に配置されているが、循環冷媒が金属球４０間に形成される隙間を透過可能である。メッシュ３１とメッシュ３２との間の空間には、乾燥剤４１が配置されている。なお、本実施形態では乾燥剤としてゼオライトを挿入している。乾燥剤４１も球状に成型されており、複数の球体が循環冷媒の中に乾燥剤４１の層を形成している。タンク２４Ａのメッシュ３２の下方の空間には、第二管路３３が挿入されている。第二管路３３は、タンク２４Ａとサブクーラ２３Ｂとを接続している。第二管路３３は、レシーバ２４内の液体の循環冷媒をサブクーラ２３Ｂへと送るための管路である。
【００１８】
次に、本実施形態における作用について説明する。
エンジン１１が駆動して車両が走行すると、排気ガスが排気管１４から排出される。その一方で、バッテリ２７から電力を受けたモータ・ジェネレータ２６は、電動機としてポンプ２５を駆動する。ポンプ２５は、循環路２１を介してコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂから、さらにはレシーバ２４から凝縮し液体となった循環冷媒を熱交換器２０へと供給する。すると熱交換器２０では、エンジン１１からの排気ガスの廃熱と循環冷媒とが熱交換を行う。液体の循環冷媒は、排気ガスにより加熱されて蒸気となる。蒸気となった循環冷媒は、膨張機２２に供給される。膨張機２２では、蒸気の循環冷媒が膨張され、機械エネルギが出力される。このときの機械エネルギにより、以後、ポンプ２５を駆動する。また、ポンプ２５の駆動力以上の機械エネルギは、モータ・ジェネレータ２６が発電機として電力に変換し、バッテリ２７を充電する。
【００１９】
膨張機２２にて膨張した蒸気の循環冷媒は、流入路２１Ａからコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａへと流入する。すると、メインクーラ２３Ａで蒸気の循環冷媒は冷却されて大半の循環冷媒が凝縮する。凝縮した液体の循環冷媒は、第一管路３０からレシーバ２４へと流れていく。このとき、循環冷媒は、凝縮された液体の中に未凝縮蒸気として気泡が混じっている。そしてレシーバ２４のタンク２４Ａ内では、第一管路３０から循環冷媒が流入し、重力分級により未凝縮蒸気の気泡が上方へと浮上していく。ここで、未凝縮蒸気は、タンク２４Ａ内の液体の循環冷媒により冷却されて凝縮を促される。さらに循環冷媒よりも比熱の高い金属球４０が熱容量増大部として液体の循環冷媒の温度上昇を抑制し、未凝縮蒸気を冷却し凝縮を促進させる。未凝縮蒸気は高温であり、タンク２４Ａ内の循環冷媒の温度上昇を招く。しかし、循環冷媒よりも比熱の高い金属球４０が液域Ｌに浸漬されていることにより、液体の循環冷媒の温度上昇は緩やかである。したがって液体の循環冷媒と未凝縮蒸気に温度差が発生し、未凝縮蒸気を凝縮させる。
【００２０】
そして、タンク２４Ａ内において凝縮して液体へと変化した循環冷媒は液域Ｌに留まる。液体の循環冷媒および金属球４０により冷やされても凝縮しない未凝縮蒸気は、タンク２４Ａ内の上部の蒸気域Ｇへと浮上する。蒸気域Ｇの気体の循環冷媒は、液域Ｌにおける液体の循環冷媒の上面から徐々に冷やされ、少しずつ凝縮していく。タンク２４Ａ内の液体の循環冷媒は、ポンプ２５の駆動により、第二管路３３からサブクーラ２３Ｂを介して十分に冷却されて再びポンプ２５から熱交換器２０へと供給されていく。
【００２１】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）レシーバ２４のタンク２４Ａ内に、循環冷媒よりも単位体積当たりの比熱が大きいアルミニウムの金属球４０を配置し、熱容量を大きくすることで、エンジン１１の運転状況により廃熱の変動が大きくなってタンク２４Ａに循環冷媒に含まれる未凝縮蒸気が大量に流れても、循環冷媒の温度上昇が遅く、未凝縮の蒸気の循環冷媒と凝縮した液体の循環冷媒との温度差が確保でき、未凝縮の蒸気を凝縮させる凝縮性能を向上できる。
（２）タンク２４Ａ内で比熱の高い金属球４０を配置することで、タンク２４Ａおよびメインクーラ２３Ａにおける蒸気の循環冷媒を凝縮させる能力が向上するため、ランキンサイクル回路の低圧側の圧力変動を小さく平準化することができ、ランキンサイクル装置１０におけるサイクル効率を高く維持することができる。
【００２２】
（３）熱容量増大部は、金属球４０として球形を採用しており、循環冷媒との接触面積を増やし循環冷媒の熱を素早く熱交換して循環冷媒の温度上昇を防ぐことができる。また、金属球４０は複数の金属球４０を配置しても金属球４０同士の間に適度な隙間を有するので循環冷媒の流れを止めることない。
（４）金属球４０は、アルミニウム製であるので、循環冷媒より比熱が高く、また伝熱性も高いので、循環冷媒の熱を素早く受けることができ、レシーバ２４内の急激な熱変動を抑えることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るレシーバ４４について図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では第１の実施形態におけるタンク２４Ａ内における金属球４０の配置を変更したものである。変更箇所について詳細を説明するとともに、第１の実施形態と同じ部材については、同じ部材番号を用いて説明する。
図４に示すように、レシーバ４４のタンク４４Ａ内には、メッシュ３１、３２との間に乾燥剤４１が配置されている。タンク４４Ａには、コンデンサ２３のメインクーラ２３Ａから循環冷媒が流入する第一管路３０が設けられている。タンク４４Ａの上部は、循環冷媒の蒸気域Ｇとなっている。本実施形態では、複数の貫通孔４５Ａを有したパンチングメタルで形成された区画板４５が蒸気域Ｇに配置されている。区画板４５の上方には、熱容量増大部としての複数の金属球４０が配置されている。金属球４０は、タンク４４Ａ内の循環冷媒の蒸気に晒されている。金属球４０は、レシーバ４４と同様にアルミニウム製であり、循環冷媒よりも比熱が高くなっている。
【００２４】
次に、レシーバ４４内での循環冷媒の作用について説明する。
第１の実施形態と同様に、ランキンサイクル装置１０における循環冷媒が熱交換器２０で加熱膨張され、膨張機２２を介してコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａで冷却される。そして、メインクーラ２３Ａで凝縮した液体の循環冷媒は、未凝縮蒸気の循環冷媒を含んで第一管路３０からレシーバ４４へと流れてくる。第一管路３０からタンク４４Ａ内に流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒により冷却されつつ液域Ｌから蒸気域Ｇへと浮上していく。蒸気域Ｇでは、高温の未凝縮蒸気が区画板４５の貫通孔４５Ａを介して上方の蒸気と混合する。そして、区画板４５の上面に配置された金属球４０に接触する。
高温の蒸気の熱は金属球４０に吸収され、未凝縮蒸気は冷却される。また、蒸気域Ｇに高温の未凝縮蒸気が供給されても、蒸気域Ｇの未凝縮蒸気の温度上昇が抑えられる。未凝縮蒸気は、金属球４０により冷却されて凝縮すると、液体へと変化する。液体となった循環冷媒は、区画板４５の貫通孔４５Ａを通して液域Ｌの循環冷媒へと落下する。液域Ｌの循環冷媒は、メッシュ３１、３２の間の乾燥剤４１を通して第二管路３３からコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂへと流れる。サブクーラ２３Ｂからレシーバ４４の循環冷媒はポンプ２５により熱交換器２０へと供給される。
【００２５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）、（２）に加え、以下の効果を奏する。
（５）複数の金属球４０は、タンク４４Ａ内の蒸気域Ｇに配置され、蒸気の循環冷媒との接触面積が多くなるよう晒されている。これにより、蒸気の循環冷媒の熱を吸収し凝縮を促進できる。
【００２６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係るレシーバ５４について図５に基づいて説明する。なお、本実施形態では第１の実施形態におけるタンク２４Ａ内における熱容量増大部を変更したものである。変更箇所について詳細を説明するとともに、第１の実施形態と同じ部材については、同じ部材番号を用いて説明する。
図５に示すように、レシーバ５４のタンク５４Ａ内には、メッシュ３１、３２との間に乾燥剤４１が配置されている。タンク５４Ａには、コンデンサ２３のメインクーラ２３Ａから循環冷媒が流入する第一管路３０が設けられている。タンク５４Ａの上部は、循環冷媒の蒸気域Ｇとなっている。本実施形態のタンク５４Ａには、熱容量増大部としてタンク肉厚部５４Ｂが設けられている。タンク肉厚部５４Ｂは、タンク５４Ａの内部の容量を変えずに、タンク５４Ａの壁の厚さを増やしたものである。タンク肉厚部５４Ｂは、蒸気の作動流体が存在する第一管路３０の端部開口付近から上部に成型されている。タンク肉厚部５４Ｂは、アルミニウム製で均一の厚みであり、循環冷媒よりも比熱が高くなっている。
【００２７】
次に、レシーバ５４内での循環冷媒の作用について説明する。
第１の実施形態と同様に、ランキンサイクル装置１０における循環冷媒が熱交換器２０で加熱膨張され、膨張機２２を介してコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａで冷却される。そして、メインクーラ２３Ａで凝縮した液体の循環冷媒は、未凝縮蒸気を含んで第一管路３０からレシーバ５４へと流れてくる。第一管路３０からタンク５４Ａ内に流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒により冷却されつつ液域Ｌから蒸気域Ｇへと浮上していく。蒸気域Ｇでは、高温の未凝縮蒸気がタンク５４Ａのタンク肉厚部５４Ｂに接触する。未凝縮蒸気の熱は、タンク肉厚部５４Ｂに伝わり未凝縮蒸気は冷却される。未凝縮蒸気は、タンク肉厚部５４Ｂにより冷却されて凝縮すると、液体へと変化する。液体となった循環冷媒は、タンク５４Ａの壁面に沿って液域Ｌの循環冷媒へと落下する。液域Ｌの循環冷媒は、メッシュ３１、３２の間の乾燥剤４１を通して第二管路３３からコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂへと流れる。サブクーラ２３Ｂからレシーバ４４の循環冷媒はポンプ２５により熱交換器２０へと供給される。
【００２８】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（６）レシーバ５４のタンク５４Ａには、循環冷媒の未凝縮蒸気が存在する領域に面する壁面をタンク肉厚部５４Ｂとして熱容量を増大させている。そのため、未凝縮蒸気から熱を受けて循環冷媒を冷却し凝縮させることができる。エンジン１１の運転状況により廃熱の変動が大きくタンク５４Ａ内に未凝縮蒸気が大量に流れても、循環冷媒の温度上昇を遅らせて、未凝縮蒸気と凝縮した液体の循環冷媒との温度差が確保でき、未凝縮蒸気を凝縮させる凝縮性能を向上させることができる。
（７）タンク５４Ａは、熱容量増大部としてタンク肉厚部５４Ｂを形成するだけで良いので、レシーバ５４の部品点数を増加させることなく熱容量を増加させることができる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。以下に本発明の変更例を説明する。
○レシーバ２４、４４、５４のタンク２４Ａ、４４Ａ、５４Ａは、アルミニウム製に限らない。
○レシーバ５４は、タンク５４Ａを外径が大きくレシーバ５４の体格が増大するようにタンク肉厚部５４Ｂを設けたが、これに限らない。タンク肉厚部５４Ｂをタンク５４Ａの外径が大きくならないように内径を小さくして肉厚にしても良い。また、タンク肉厚部５４Ｂは、均一の厚さに限らない。第３の実施形態において、気体の循環冷媒が存在するメッシュ３１上面より上方の領域であれば一部分のみ厚さを増す形状にしても良い。また、タンク５４Ａの上方に向かって厚さが増すように厚みを変化させても良い。
○レシーバ５４のタンク肉厚部５４Ｂは、レシーバ５４と別体に形成しても良い。また、別体で形成するタンク肉厚部は、レシーバ５４の材質よりも比熱の高い高比熱体で形成することが好ましい。例えば、アルミニウムよりも比熱が高い冷却水が循環可能なジャケットをレシーバ５４に別体で設けると良い。
【００３０】
○金属球４０は、熱伝導性が高いアルミニウムが好ましいが、アルミニウム以外の材質としても良い。例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）で成型しても良い。また、金属球４０の変わりに循環冷媒の凝縮温度帯で液化・凝固する潜熱体を用いても良い。例えば、エイコサン（分子式：Ｃ２０Ｈ４２）は、融点３６．７℃の潜熱体であり、液体の循環冷媒の温度を３６．７℃に安定させる効果を持つ。ただしエイコサンを用いる場合は、細かい粒子状にすると伝熱性能を確保できて良い。
○金属球４０は、第１の実施形態のように循環冷媒の液域Ｌと第２の実施形態のように循環冷媒の蒸気域Ｇの両方に配置しても良い。液域Ｌと蒸気域Ｇの両方に金属球４０を配置することで、より熱容量を増加させることができ、ランキンサイクルの効率を向上させることができる。さらに、第３の実施形態のようにタンク２４Ａ、４４Ａの壁にタンク肉厚部を形成しても良い。金属球４０とタンク肉厚部を両方用いることで熱容量を大きく増加させることができる。
【００３１】
○金属球４０は、球形としたが、形状は限定されない。四角形状や多面体形状、不規則形状でも良い。また幾つかの形状の部材を一緒にレシーバ２４、４４、５４内に配置しても良い。さらに、金属球４０の形状は大きさを限定されない。伝熱性能の高い材質であれば大きめの形状としても良い。また、複数の金属球４０で均一の大きさを用いる必要は無く、様々なサイズの金属球４０を一緒にレシーバ２４、４４、５４内に配置しても良い。
○金属球４０は、均一の材質でなくても良い。例えば、金属球４０の内部に空間を設け、アルミニウムよりも比熱が高い水を金属球４０の内部の空間に充填しても良い。アルミニウムよりも比熱が高い水を内部に設けることで熱容量をさらに増加させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ランキサイクル装置
１１ エンジン
１２ ラジエータ
１２Ａ 冷却水路
１３ ファン
１４ 排気管
２０ 熱交換器
２１ 循環路
２１Ａ 流入路
２１Ｂ 流出路
２２ 膨張機
２３ コンデンサ
２３Ａ メインクーラ
２３Ｂ サブクーラ
２４、４４、５４ レシーバ
２４Ａ、４４Ａ、５４Ａ タンク
２５ ポンプ
２６ モータ・ジェネレータ
２７ バッテリ
３０ 第一管路
３１ 第一メッシュ
３２ 第二メッシュ
３３ 第二管路
４０ 金属球（熱容量増大部）
４１ 乾燥剤
４５ 区画板
４５Ａ 貫通孔
５４Ｂ タンク肉厚部（熱容量増大部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関を有した自動車では、自動車の仕事効率を向上させるために、内燃機関から出る排気ガスから動力を回収することが行われている。例えば、特許文献１では内燃機関の廃熱を利用してランキンサイクルを構成している。特許文献１の内燃機関は、排気ガスの一部を再循環ガスとしてガス冷却回路にて冷却水と熱交換をして内燃機関の吸気側へ送っている。そして、再循環ガスとの熱交換により暖められたガス冷却回路の冷却水をランキンサイクルの加熱器に送り、ランキンサイクルの冷媒（循環冷媒）は、暖められた冷却水との熱交換により加熱される。加熱器にて加熱された冷媒は、膨張機で膨張されて機械エネルギを回収している。そして膨張後の冷媒は、凝縮機（コンデンサ）にて凝縮して液化されるサイクルが構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３２８５３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、特許文献１のランキンサイクルには、コンデンサで放熱不足が発生するという問題がある。自動車において、内燃機関の排気ガスは、運転状況による熱量の変動が激しい。特に、急加速時などは排気ガスの熱量が増大する。この場合、その排気ガスの熱量に応じて循環冷媒が加熱されるので、循環冷媒の循環量を増やせば良い。しかし、循環冷媒の循環量を増やすと、ランキサイクルにおいて発生する循環冷媒の蒸気量も増加し、コンデンサにて放熱不足が生じる。コンデンサにて放熱不足が生じると、循環冷媒において未凝縮の蒸気が発生する。未凝縮の蒸気がコンデンサ内に溜まっていくと、コンデンサ内の圧力が上昇し、膨張機の回生量が減少してしまう。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、作動流体の凝縮性能を向上させたランキンサイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関の廃熱で液体作動流体を加熱して気体作動流体を発生させる加熱器と、加熱器が排出した気体作動流体を膨張させる膨張機と、膨張機から供給された気体作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサから流出する作動流体を気液分離するレシーバと、レシーバから流出する液体作動流体を加熱器へ供給するポンプとを備えたランキンサイクル装置において、少なくともレシーバの気体作動流体が存在する領域内又は領域の周囲においてレシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部をレシーバに設けることを特徴とする。レシーバの気体作動流体が存在する領域内又は領域の周囲においてレシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部を設けることにより、液体作動流体又は気体作動流体の温度上昇を熱容量増大部で抑制することができ、レシーバ内での気体作動流体の凝縮性能を向上させることができる。さらに、内燃機関の負荷が急激に変動してもレシーバ内の圧力変動を抑えて平準化することでランキサイクル装置における系の圧力差を確保することができ、膨張機での回生量の減少を抑えることができる。
【０００７】
また、本発明のランキンサイクル装置の熱容量増大部は、作動流体の比熱よりも高い比熱を有する高比熱体が好ましい。これにより、作動流体の熱が高比熱体に多く吸収され、作動流体の凝縮性能を向上させることができる。さらに、本発明の高比熱体は、レシーバ内の液体作動流体中に浸漬しても良い。また、本発明の高比熱体は、レシーバ内の気体作動流体中に設けても良い。さらに、本発明の高比熱体は、アルミニウムの球体であることが好ましい。これにより、高比熱体と作動流体との接触面積を増加させるとともに、伝熱性能の高いアルミニウムを用いることで、気体作動流体の凝縮性能を更に向上させることができる。
【０００８】
本発明のランキンサイクル装置の熱容量増大部は、レシーバのタンク肉厚部であることが好ましい。レシーバのタンク肉厚部により液体作動流体又は気体作動流体の温度上昇を抑制することで凝縮性能を向上できる。また、タンクの形状変更により熱容量増大部を形成することができる。さらに、本発明の熱容量増大部は、レシーバのタンク壁よりも比熱が高い高比熱体であり、高比熱体は、レシーバのタンク壁に設けることが好ましい。タンク壁にタンク壁よりも比熱が高い高比熱体を設けることにより、タンク壁に接する気体作動流体をより凝縮させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、作動流体の凝縮性能を向上させたランキンサイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るランキンサイクル装置の回路図。
【図２】第１の実施形態に係るコンデンサを示す正面断面図。
【図３】第１の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【図４】第２の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【図５】第３の実施形態に係るレシーバを示す正面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るランキンサイクル装置を図に基づいて説明する。
図１に示すランキンサイクル装置１０は、自動車などの車両に搭載されるものである。車両には、内燃機関としてのエンジン１１が設けられている。車両にはさらにエンジン１１を冷却するラジエータ１２が設けられている。エンジン１１とラジエータ１２との間には、冷却水が循環する冷却水路１２Ａが形成されている。ラジエータ１２の近傍には、ラジエータ１２に風を送る送風ファン１３が設けられている。冷却水路１２Ａ内の冷却水は、送風ファン１３によりラジエータ１２で冷却される。エンジン１１には、排気ガスを排気する排気管１４が接続されている。排気管１４は図示しない排ガス処理部（例えばマフラー）を介して大気中へ排気ガスを排気している。
【００１２】
排気管１４には、加熱器に相当する熱交換器２０が設けられている。熱交換器２０は、エンジン１１の排気ガスの廃熱でランキンサイクルの循環冷媒を加熱する。本実施形態では、循環冷媒としてフロンを使用する。ランキンサイクルの作動流体としての循環冷媒は、熱交換器２０において液体から蒸気へと変化する。熱交換器２０には、ランキンサイクル装置１０の循環冷媒が流れる循環路２１が接続されている。循環路２１には、熱交換器２０の下流側に、熱交換器２０にて加熱され蒸気となった循環冷媒（気体作動流体）を膨張させて機械エネルギ（駆動力）を出力する膨張機２２が設けられている。そして、膨張機２２の下流側には、膨張機２２から供給される蒸気の循環冷媒を冷却するコンデンサ２３が設けられている。さらに、コンデンサ２３の下流側には、コンデンサ２３で冷却され液体に凝縮された循環冷媒（液体作動流体）を熱交換器２０に供給するポンプ２５が設けられている。
【００１３】
膨張機２２とポンプ２５は、駆動力を伝達自在に接続されている。そのため、膨張機２２により得られた機械エネルギによりポンプを駆動させることができる。また、ポンプ２５には、モータ・ジェネレータ２６が接続されている。モータ・ジェネレータ２６を電動機として駆動すると、ポンプ２５を駆動することができる。逆に、ポンプ２５を介して膨張機２２から駆動力をモータ・ジェネレータ２６に伝達すると、モータ・ジェネレータ２６は、発電機として駆動する。膨張機２２で得られた機械エネルギのうち、ポンプ２５の駆動力を差し引いた分で発電機としてモータ・ジェネレータを駆動することができる。モータ・ジェネレータ２６には、バッテリ２７が接続されている。バッテリ２７は、電力をモータ・ジェネレータ２６に供給可能である。また逆に、モータ・ジェネレータ２６からの電力によりバッテリ２７を充電することができる。
【００１４】
ここで、コンデンサ２３の詳細について説明する。図２に示すように、コンデンサ２３は、メインクーラ２３Ａとサブクーラ２３Ｂから構成されている。メインクーラ２３Ａの一方の側面（図２右側）の上端には、膨張機２２から蒸気の循環冷媒が流入するための流入路２１Ａが接続されている。メインクーラ２３Ａは、流入路２１Ａから流入した蒸気の循環冷媒を冷却して凝縮した液体の循環冷媒とする。ただし、メインクーラ２３Ａでは、蒸気の循環冷媒の量に応じ、未凝縮の蒸気が多少残ることがある。サブクーラ２３Ｂの一方の側面（図２右側）の下端には、サブクーラ２３Ｂ内の凝縮された循環冷媒がポンプ２５へと流出するための流出路２１Ｂが接続されている。なお、流入路２１Ａおよび流出路２１Ｂは、循環路２１の一部である。サブクーラ２３Ｂはメインクーラ２３Ａの下に接触し配置されている。
【００１５】
コンデンサ２３の他方（図２の左側）には、メインクーラ２３Ａおよびサブクーラ２３Ｂに接続されたレシーバ２４が設けられている。レシーバ２４には、メインクーラ２３Ａから第一管路３０を介して循環冷媒が流入可能である。レシーバ２４は、第一管路３０を通してメインクーラ２３Ａから流入した循環冷媒を重力分級により気液分離するものである。レシーバ２４は、アルミニウムで成型された円筒形状のタンク２４Ａを有している。タンク２４Ａの内部には、循環冷媒が充填されている。第一管路３０は、メインクーラ２３Ａの他方の側面における下方から突出し、レシーバ２４のタンク２４Ａ内に挿入されている。第一管路３０は、タンク２４Ａ内で上方に向かい９０度屈曲するＬ字形状である。レシーバ２４は、タンク２４Ａの内部に、２つの円盤状のメッシュ３１、３２が設けられている。
【００１６】
メッシュ３１、３２は、凝縮された循環冷媒が透過自在であり、タンク２４Ａ内を３つの空間に区画している。第一管路３０は、メッシュ３１、３２を貫通し、タンク２４Ａの上側の空間に伸びている。第一管路３０の端部開口は、メッシュ３１の上面からわずかに突出する位置である。第一管路３０からは、コンデンサ２３にて凝縮しきれなかった未凝縮蒸気が混じった液体の循環冷媒が噴出する。未凝縮蒸気は、浮力により液体の循環冷媒より上方へ浮上し、気体の循環冷媒による蒸気域Ｇを形成している。そして、蒸気域Ｇの下側には、凝縮された液体の循環冷媒による液域Ｌが形成されている。なお、第一管路３０の端部開口付近、つまり、メッシュ３１の上面より上方のタンク２４Ａ内部が気体の循環冷媒（未凝縮蒸気）が存在する領域である。そして、本実施形態では図３に示すように、気体の循環冷媒が存在する領域内であるメッシュ３１の上面に、熱容量増大部として金属球４０が配置されている。
【００１７】
金属球４０は、凝縮された液体の循環冷媒が存在する液域Ｌに浸漬されている。金属球４０は、タンク２４Ａと同じアルミニウムで成型されており、循環冷媒のフロンの比熱よりも高い比熱を有する高比熱体である。金属球４０は、複数個がメッシュ３１の上面に配置されているが、循環冷媒が金属球４０間に形成される隙間を透過可能である。メッシュ３１とメッシュ３２との間の空間には、乾燥剤４１が配置されている。なお、本実施形態では乾燥剤としてゼオライトを挿入している。乾燥剤４１も球状に成型されており、複数の球体が循環冷媒の中に乾燥剤４１の層を形成している。タンク２４Ａのメッシュ３２の下方の空間には、第二管路３３が挿入されている。第二管路３３は、タンク２４Ａとサブクーラ２３Ｂとを接続している。第二管路３３は、レシーバ２４内の液体の循環冷媒をサブクーラ２３Ｂへと送るための管路である。
【００１８】
次に、本実施形態における作用について説明する。
エンジン１１が駆動して車両が走行すると、排気ガスが排気管１４から排出される。その一方で、バッテリ２７から電力を受けたモータ・ジェネレータ２６は、電動機としてポンプ２５を駆動する。ポンプ２５は、循環路２１を介してコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂから、さらにはレシーバ２４から凝縮し液体となった循環冷媒を熱交換器２０へと供給する。すると熱交換器２０では、エンジン１１からの排気ガスの廃熱と循環冷媒とが熱交換を行う。液体の循環冷媒は、排気ガスにより加熱されて蒸気となる。蒸気となった循環冷媒は、膨張機２２に供給される。膨張機２２では、蒸気の循環冷媒が膨張され、機械エネルギが出力される。このときの機械エネルギにより、以後、ポンプ２５を駆動する。また、ポンプ２５の駆動力以上の機械エネルギは、モータ・ジェネレータ２６が発電機として電力に変換し、バッテリ２７を充電する。
【００１９】
膨張機２２にて膨張した蒸気の循環冷媒は、流入路２１Ａからコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａへと流入する。すると、メインクーラ２３Ａで蒸気の循環冷媒は冷却されて大半の循環冷媒が凝縮する。凝縮した液体の循環冷媒は、第一管路３０からレシーバ２４へと流れていく。このとき、循環冷媒は、凝縮された液体の中に未凝縮蒸気として気泡が混じっている。そしてレシーバ２４のタンク２４Ａ内では、第一管路３０から循環冷媒が流入し、重力分級により未凝縮蒸気の気泡が上方へと浮上していく。ここで、未凝縮蒸気は、タンク２４Ａ内の液体の循環冷媒により冷却されて凝縮を促される。さらに循環冷媒よりも比熱の高い金属球４０が熱容量増大部として液体の循環冷媒の温度上昇を抑制し、未凝縮蒸気を冷却し凝縮を促進させる。未凝縮蒸気は高温であり、タンク２４Ａ内の循環冷媒の温度上昇を招く。しかし、循環冷媒よりも比熱の高い金属球４０が液域Ｌに浸漬されていることにより、液体の循環冷媒の温度上昇は緩やかである。したがって液体の循環冷媒と未凝縮蒸気に温度差が発生し、未凝縮蒸気を凝縮させる。
【００２０】
そして、タンク２４Ａ内において凝縮して液体へと変化した循環冷媒は液域Ｌに留まる。液体の循環冷媒および金属球４０により冷やされても凝縮しない未凝縮蒸気は、タンク２４Ａ内の上部の蒸気域Ｇへと浮上する。蒸気域Ｇの気体の循環冷媒は、液域Ｌにおける液体の循環冷媒の上面から徐々に冷やされ、少しずつ凝縮していく。タンク２４Ａ内の液体の循環冷媒は、ポンプ２５の駆動により、第二管路３３からサブクーラ２３Ｂを介して十分に冷却されて再びポンプ２５から熱交換器２０へと供給されていく。
【００２１】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）レシーバ２４のタンク２４Ａ内に、循環冷媒よりも単位体積当たりの比熱が大きいアルミニウムの金属球４０を配置し、熱容量を大きくすることで、エンジン１１の運転状況により廃熱の変動が大きくなってタンク２４Ａに循環冷媒に含まれる未凝縮蒸気が大量に流れても、循環冷媒の温度上昇が遅く、未凝縮の蒸気の循環冷媒と凝縮した液体の循環冷媒との温度差が確保でき、未凝縮の蒸気を凝縮させる凝縮性能を向上できる。
（２）タンク２４Ａ内で比熱の高い金属球４０を配置することで、タンク２４Ａおよびメインクーラ２３Ａにおける蒸気の循環冷媒を凝縮させる能力が向上するため、ランキンサイクル回路の低圧側の圧力変動を小さく平準化することができ、ランキンサイクル装置１０におけるサイクル効率を高く維持することができる。
【００２２】
（３）熱容量増大部は、金属球４０として球形を採用しており、循環冷媒との接触面積を増やし循環冷媒の熱を素早く熱交換して循環冷媒の温度上昇を防ぐことができる。また、金属球４０は複数の金属球４０を配置しても金属球４０同士の間に適度な隙間を有するので循環冷媒の流れを止めることない。
（４）金属球４０は、アルミニウム製であるので、循環冷媒より比熱が高く、また伝熱性も高いので、循環冷媒の熱を素早く受けることができ、レシーバ２４内の急激な熱変動を抑えることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るレシーバ４４について図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では第１の実施形態におけるタンク２４Ａ内における金属球４０の配置を変更したものである。変更箇所について詳細を説明するとともに、第１の実施形態と同じ部材については、同じ部材番号を用いて説明する。
図４に示すように、レシーバ４４のタンク４４Ａ内には、メッシュ３１、３２との間に乾燥剤４１が配置されている。タンク４４Ａには、コンデンサ２３のメインクーラ２３Ａから循環冷媒が流入する第一管路３０が設けられている。タンク４４Ａの上部は、循環冷媒の蒸気域Ｇとなっている。本実施形態では、複数の貫通孔４５Ａを有したパンチングメタルで形成された区画板４５が蒸気域Ｇに配置されている。区画板４５の上方には、熱容量増大部としての複数の金属球４０が配置されている。金属球４０は、タンク４４Ａ内の循環冷媒の蒸気に晒されている。金属球４０は、レシーバ４４と同様にアルミニウム製であり、循環冷媒よりも比熱が高くなっている。
【００２４】
次に、レシーバ４４内での循環冷媒の作用について説明する。
第１の実施形態と同様に、ランキンサイクル装置１０における循環冷媒が熱交換器２０で加熱膨張され、膨張機２２を介してコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａで冷却される。そして、メインクーラ２３Ａで凝縮した液体の循環冷媒は、未凝縮蒸気の循環冷媒を含んで第一管路３０からレシーバ４４へと流れてくる。第一管路３０からタンク４４Ａ内に流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒により冷却されつつ液域Ｌから蒸気域Ｇへと浮上していく。蒸気域Ｇでは、高温の未凝縮蒸気が区画板４５の貫通孔４５Ａを介して上方の蒸気と混合する。そして、区画板４５の上面に配置された金属球４０に接触する。
高温の蒸気の熱は金属球４０に吸収され、未凝縮蒸気は冷却される。また、蒸気域Ｇに高温の未凝縮蒸気が供給されても、蒸気域Ｇの未凝縮蒸気の温度上昇が抑えられる。未凝縮蒸気は、金属球４０により冷却されて凝縮すると、液体へと変化する。液体となった循環冷媒は、区画板４５の貫通孔４５Ａを通して液域Ｌの循環冷媒へと落下する。液域Ｌの循環冷媒は、メッシュ３１、３２の間の乾燥剤４１を通して第二管路３３からコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂへと流れる。サブクーラ２３Ｂからレシーバ４４の循環冷媒はポンプ２５により熱交換器２０へと供給される。
【００２５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）、（２）に加え、以下の効果を奏する。
（５）複数の金属球４０は、タンク４４Ａ内の蒸気域Ｇに配置され、蒸気の循環冷媒との接触面積が多くなるよう晒されている。これにより、蒸気の循環冷媒の熱を吸収し凝縮を促進できる。
【００２６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係るレシーバ５４について図５に基づいて説明する。なお、本実施形態では第１の実施形態におけるタンク２４Ａ内における熱容量増大部を変更したものである。変更箇所について詳細を説明するとともに、第１の実施形態と同じ部材については、同じ部材番号を用いて説明する。
図５に示すように、レシーバ５４のタンク５４Ａ内には、メッシュ３１、３２との間に乾燥剤４１が配置されている。タンク５４Ａには、コンデンサ２３のメインクーラ２３Ａから循環冷媒が流入する第一管路３０が設けられている。タンク５４Ａの上部は、循環冷媒の蒸気域Ｇとなっている。本実施形態のタンク５４Ａには、熱容量増大部としてタンク肉厚部５４Ｂが設けられている。タンク肉厚部５４Ｂは、タンク５４Ａの内部の容量を変えずに、タンク５４Ａの壁の厚さを増やしたものである。タンク肉厚部５４Ｂは、蒸気の作動流体が存在する第一管路３０の端部開口付近から上部に成型されている。タンク肉厚部５４Ｂは、アルミニウム製で均一の厚みであり、循環冷媒よりも比熱が高くなっている。
【００２７】
次に、レシーバ５４内での循環冷媒の作用について説明する。
第１の実施形態と同様に、ランキンサイクル装置１０における循環冷媒が熱交換器２０で加熱膨張され、膨張機２２を介してコンデンサ２３のメインクーラ２３Ａで冷却される。そして、メインクーラ２３Ａで凝縮した液体の循環冷媒は、未凝縮蒸気を含んで第一管路３０からレシーバ５４へと流れてくる。第一管路３０からタンク５４Ａ内に流れ込んだ未凝縮蒸気は、液体の循環冷媒により冷却されつつ液域Ｌから蒸気域Ｇへと浮上していく。蒸気域Ｇでは、高温の未凝縮蒸気がタンク５４Ａのタンク肉厚部５４Ｂに接触する。未凝縮蒸気の熱は、タンク肉厚部５４Ｂに伝わり未凝縮蒸気は冷却される。未凝縮蒸気は、タンク肉厚部５４Ｂにより冷却されて凝縮すると、液体へと変化する。液体となった循環冷媒は、タンク５４Ａの壁面に沿って液域Ｌの循環冷媒へと落下する。液域Ｌの循環冷媒は、メッシュ３１、３２の間の乾燥剤４１を通して第二管路３３からコンデンサ２３のサブクーラ２３Ｂへと流れる。サブクーラ２３Ｂからレシーバ４４の循環冷媒はポンプ２５により熱交換器２０へと供給される。
【００２８】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（６）レシーバ５４のタンク５４Ａには、循環冷媒の未凝縮蒸気が存在する領域に面する壁面をタンク肉厚部５４Ｂとして熱容量を増大させている。そのため、未凝縮蒸気から熱を受けて循環冷媒を冷却し凝縮させることができる。エンジン１１の運転状況により廃熱の変動が大きくタンク５４Ａ内に未凝縮蒸気が大量に流れても、循環冷媒の温度上昇を遅らせて、未凝縮蒸気と凝縮した液体の循環冷媒との温度差が確保でき、未凝縮蒸気を凝縮させる凝縮性能を向上させることができる。
（７）タンク５４Ａは、熱容量増大部としてタンク肉厚部５４Ｂを形成するだけで良いので、レシーバ５４の部品点数を増加させることなく熱容量を増加させることができる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。以下に本発明の変更例を説明する。
○レシーバ２４、４４、５４のタンク２４Ａ、４４Ａ、５４Ａは、アルミニウム製に限らない。
○レシーバ５４は、タンク５４Ａを外径が大きくレシーバ５４の体格が増大するようにタンク肉厚部５４Ｂを設けたが、これに限らない。タンク肉厚部５４Ｂをタンク５４Ａの外径が大きくならないように内径を小さくして肉厚にしても良い。また、タンク肉厚部５４Ｂは、均一の厚さに限らない。第３の実施形態において、気体の循環冷媒が存在するメッシュ３１上面より上方の領域であれば一部分のみ厚さを増す形状にしても良い。また、タンク５４Ａの上方に向かって厚さが増すように厚みを変化させても良い。
○レシーバ５４のタンク肉厚部５４Ｂは、レシーバ５４と別体に形成しても良い。また、別体で形成するタンク肉厚部は、レシーバ５４の材質よりも比熱の高い高比熱体で形成することが好ましい。例えば、アルミニウムよりも比熱が高い冷却水が循環可能なジャケットをレシーバ５４に別体で設けると良い。
【００３０】
○金属球４０は、熱伝導性が高いアルミニウムが好ましいが、アルミニウム以外の材質としても良い。例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）で成型しても良い。また、金属球４０の変わりに循環冷媒の凝縮温度帯で液化・凝固する潜熱体を用いても良い。例えば、エイコサン（分子式：Ｃ２０Ｈ４２）は、融点３６．７℃の潜熱体であり、液体の循環冷媒の温度を３６．７℃に安定させる効果を持つ。ただしエイコサンを用いる場合は、細かい粒子状にすると伝熱性能を確保できて良い。
○金属球４０は、第１の実施形態のように循環冷媒の液域Ｌと第２の実施形態のように循環冷媒の蒸気域Ｇの両方に配置しても良い。液域Ｌと蒸気域Ｇの両方に金属球４０を配置することで、より熱容量を増加させることができ、ランキンサイクルの効率を向上させることができる。さらに、第３の実施形態のようにタンク２４Ａ、４４Ａの壁にタンク肉厚部を形成しても良い。金属球４０とタンク肉厚部を両方用いることで熱容量を大きく増加させることができる。
【００３１】
○金属球４０は、球形としたが、形状は限定されない。四角形状や多面体形状、不規則形状でも良い。また幾つかの形状の部材を一緒にレシーバ２４、４４、５４内に配置しても良い。さらに、金属球４０の形状は大きさを限定されない。伝熱性能の高い材質であれば大きめの形状としても良い。また、複数の金属球４０で均一の大きさを用いる必要は無く、様々なサイズの金属球４０を一緒にレシーバ２４、４４、５４内に配置しても良い。
○金属球４０は、均一の材質でなくても良い。例えば、金属球４０の内部に空間を設け、アルミニウムよりも比熱が高い水を金属球４０の内部の空間に充填しても良い。アルミニウムよりも比熱が高い水を内部に設けることで熱容量をさらに増加させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ランキサイクル装置
１１ エンジン
１２ ラジエータ
１２Ａ 冷却水路
１３ ファン
１４ 排気管
２０ 熱交換器
２１ 循環路
２１Ａ 流入路
２１Ｂ 流出路
２２ 膨張機
２３ コンデンサ
２３Ａ メインクーラ
２３Ｂ サブクーラ
２４、４４、５４ レシーバ
２４Ａ、４４Ａ、５４Ａ タンク
２５ ポンプ
２６ モータ・ジェネレータ
２７ バッテリ
３０ 第一管路
３１ 第一メッシュ
３２ 第二メッシュ
３３ 第二管路
４０ 金属球（熱容量増大部）
４１ 乾燥剤
４５ 区画板
４５Ａ 貫通孔
５４Ｂ タンク肉厚部（熱容量増大部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱で液体作動流体を加熱して気体作動流体を発生させる加熱器と、
前記加熱器が排出した気体作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機から供給された気体作動流体を冷却するコンデンサと、
前記コンデンサから流出する作動流体を気液分離するレシーバと、
前記レシーバから流出する液体作動流体を前記加熱器へ供給するポンプとを備えたランキンサイクル装置において、
少なくとも前記レシーバの気体作動流体が存在する領域内又は前記領域の周囲において前記レシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部を前記レシーバに設けることを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記熱容量増大部は、作動流体の比熱よりも高い比熱を有する高比熱体であることを特徴とする請求項１記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記高比熱体は、前記レシーバ内の液体作動流体中に浸漬されることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記高比熱体は、前記レシーバ内の気体作動流体中に設けられることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記高比熱体は、アルミニウムの球体であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記熱容量増大部は、前記レシーバのタンク肉厚部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記熱容量増大部は、前記レシーバのタンク壁よりも比熱が高い高比熱体であり、
前記高比熱体は、前記レシーバのタンク壁に設けたことを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１】
内燃機関の廃熱で液体作動流体を加熱して気体作動流体を発生させる加熱器と、
前記加熱器が排出した気体作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機から供給された気体作動流体を冷却するコンデンサと、
前記コンデンサから流出する作動流体を気液分離するレシーバと、
前記レシーバから流出する液体作動流体を前記加熱器へ供給するポンプとを備えたランキンサイクル装置において、
少なくとも前記レシーバの気体作動流体が存在する領域内又は前記領域の周囲において前記レシーバ内の作動流体の温度上昇を抑制する熱容量増大部を前記レシーバに設けることを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記熱容量増大部は、作動流体の比熱よりも高い比熱を有する高比熱体であることを特徴とする請求項１記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記高比熱体は、前記レシーバ内の液体作動流体中に浸漬されることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記高比熱体は、前記レシーバ内の気体作動流体中に設けられることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記高比熱体は、アルミニウムの球体であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記熱容量増大部は、前記レシーバのタンク肉厚部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記熱容量増大部は、前記レシーバのタンク壁よりも比熱が高い高比熱体であり、
前記高比熱体は、前記レシーバのタンク壁に設けたことを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９２１１１（Ｐ２０１３−９２１１１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４７５２（Ｐ２０１１−２３４７５２）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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