廃熱利用装置
【課題】廃熱利用装置の構造を簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の出力向上とを実現可能な廃熱利用装置を提供する。
【解決手段】実施例１の廃熱利用装置は、エンジン５と、エンジン５に対して加圧空気を供給するターボチャージャ７とを有する駆動系１ａと、これに用いられるランキンサイクル３ａとを備えている。ランキンサイクル３ａは、ポンプＰ１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。また、ランキンサイクル３ａには、バイパス路３３と、流量調整弁３５とが設けられている。この廃熱利用装置では、ポンプＰ１と膨張機２５とが駆動軸３７により動力伝達可能に接続されている。そして、ポンプＰ１は、電磁クラッチ３９及びプーリ２１を介してエンジン５によって駆動可能に接続されている。
【解決手段】実施例１の廃熱利用装置は、エンジン５と、エンジン５に対して加圧空気を供給するターボチャージャ７とを有する駆動系１ａと、これに用いられるランキンサイクル３ａとを備えている。ランキンサイクル３ａは、ポンプＰ１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。また、ランキンサイクル３ａには、バイパス路３３と、流量調整弁３５とが設けられている。この廃熱利用装置では、ポンプＰ１と膨張機２５とが駆動軸３７により動力伝達可能に接続されている。そして、ポンプＰ１は、電磁クラッチ３９及びプーリ２１を介してエンジン５によって駆動可能に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に従来の廃熱利用装置が開示されている。特許文献１の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、エンジンと、エンジンに対して吸気系流体としての加圧空気を供給するターボチャージャとを有している。ランキンサイクルは、ポンプと、冷却液ボイラと、加圧空気ボイラと、膨張機と、凝縮器と、ポンプから冷却液ボイラ、加圧空気ボイラ及び膨張機を経て凝縮器に作動流体を循環させる配管とを有している。冷却液ボイラは、エンジンの冷却液と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。加圧空気ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。
【０００３】
また、特許文献２の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関としてのエンジンと、エンジンで生じた排気の一部を吸気系流体としての還流排気としてエンジンに還流させる排気還流路とを有している。ランキンサイクルは、ポンプと還流排気ボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。還流排気ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱する。配管は、ポンプ、還流排気ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。
【０００４】
これらのような廃熱利用装置では、冷却液ボイラ及び加圧空気ボイラによって作動流体を加熱可能であり、また、還流排気ボイラによって作動流体を加熱することが可能である。このため、これらの廃熱利用装置では、作動流体の膨張及び減圧時によって生じる圧力エネルギーを大きくすることが可能となる。このため、これらの廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が大きくなり、廃熱利用装置が高性能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８２２４号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の各廃熱利用装置では、ランキンサイクルのポンプと膨張機とが動力伝達不能であるため、構造が複雑化している。このため、ポンプと膨張機とを同軸等にして動力伝達可能にするとともに、エンジンのような内燃機関とプーリ及びベルト等によってポンプを接続することが考えられる。この場合、ポンプと膨張機とを一体化することが可能である。また、内燃機関によってポンプを駆動できることから、ポンプを駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化する。
【０００７】
また、上記の加圧空気や還流排気のような吸気系流体は、エンジン等の内燃機関に対して冷却されつつ吸気されることが求められる。冷却によって吸気系流体の密度を大きくし、その状態で内燃機関に吸気させることで、内燃機関では出力等が向上し、その性能が向上するためである。
【０００８】
このため、上記の各廃熱利用装置のランキンサイクルにおいて、ポンプを経た作動流体がそのまま加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入するようにすれば、吸気系流体（加圧空気及び還流排気）の熱を作動流体に移動させて吸気系流体の温度を効果的に下げることができる。これにより、吸気系流体の密度を大きくした状態で内燃機関に吸気させることが可能となり、内燃機関の性能をより向上させることが可能となる。
【０００９】
しかしながら、その場合、吸気系流体に対する温度効率（作動流体の流量）が内燃機関の運転状態（回転数）に依存することとなる。そのため、場合によっては、吸気系流体に対する温度効率が低く、内燃機関の出力等が不十分となる事態も生じてしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、廃熱利用装置の構造を簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の廃熱利用装置は、内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラでは、前記内燃機関に対して冷却されつつ吸気される吸気系流体と、前記作動流体との熱交換が可能であり、
前記ポンプと前記膨張機とは動力伝達可能に接続され、
該ポンプはクラッチを介して前記内燃機関によって駆動可能に接続され、
該吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が第１閾値を超えた場合に、該クラッチによる接続を断つ制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明の廃熱利用装置はランキンサイクルを備えている。このランキンサイクルは、駆動系に用いられ、作動流体を循環させる。駆動系は内燃機関を有している。一方、ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、配管とを有している。ボイラでは吸気系流体と作動流体との熱交換が可能であり、作動流体の加熱と吸気系流体の冷却を行うことが可能となる。ここで、吸気系流体とは、上記のように、内燃機関に対して冷却されつつ吸気されることが求められる流体を指す。
【００１３】
つまり、この廃熱利用装置では、吸気系流体の熱がランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーとなる一方、ボイラが吸気系流体の冷却装置として機能することで、吸気系流体の温度を効果的に下げることができる。このため、この廃熱利用装置では、吸気系流体の密度を大きくした状態で内燃機関に吸気させることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００１４】
また、この廃熱利用装置は、ポンプと膨張機とが動力伝達可能に接続されているため、ポンプと膨張機とを一体化することが可能である。また、ポンプがクラッチを介して内燃機関によって駆動可能に接続されているため、ポンプを駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００１５】
そして、この廃熱利用装置では、クラッチによって内燃機関とポンプとが接続しておれば、吸気系流体に対する温度効率が作動流体の流量、すなわち内燃機関の運転状態（回転数）に依存することとなる。このため、この廃熱利用装置は判断手段と制御手段を備え、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量を基に制御手段によってクラッチによる接続を断つことができるようにしている。
【００１６】
具体的には、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合には、クラッチがＯＮ状態とされ、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が行われている。この場合、通常運転状態であるため、ポンプは内燃機関又は膨張機によって駆動され、ポンプを経た作動流体がそのままボイラに流入し、ボイラでは吸気系流体の熱を作動流体に移動させることで吸気系流体の温度を下げることができる。これにより、内燃機関に対し、密度が高い状態で吸気系流体を吸気させることが可能となり、内燃機関の出力等を向上させることが可能となる。また、この際、膨張機はランキンサイクルで膨張仕事をすることにより、膨張機で生じたエネルギーを内燃機関に返還（回生）することができる。なお、膨張機は、生じさせたエネルギーをそのまま動力として内燃機関に回生する他、生じさせたエネルギーを電力等に変換した上で内燃機関に回生することもできる。
【００１７】
一方、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合には、ボイラにおける熱交換、すなわち、吸気系流体の冷却が優先され、クラッチはＯＦＦ状態とされる。これにより、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれる。この場合、膨張機の駆動負荷がポンプのみとなるため、ランキンサイクルでは、膨張機及びポンプの回転数が増大し、配管内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、ボイラに流入する作動流体の流量が多くなる。これにより、ボイラにおいて、吸気系流体の温度をより下げることができ、吸気系流体に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。また、この場合には、内燃機関に対してより高い密度の吸気系流体を吸気させることが可能となる。このため、この状態の廃熱利用装置では内燃機関の性能をより高くすることが可能となる。なお、作動流体の加速は、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合うところで止まることとなる。
【００１８】
したがって、本発明の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能である。
【００１９】
本発明の廃熱利用装置におけるランキンサイクルでは、吸気系流体と作動流体との熱交換が可能な上記のボイラの他に、例えば、内燃機関の廃熱と作動流体とで熱交換が可能な冷却液ボイラや内燃機関に対する潤滑油と作動流体とで熱交換が可能なオイルボイラ等を有していても良い。この場合、複数のボイラによって作動流体を加熱することが可能となり、廃熱利用装置がより高性能となる。但し、クラッチをＯＦＦ状態としている間は、冷却液ボイラ等をバイパスさせることで、ポンプを経た作動流体がそのまま吸気系流体と熱交換を行うボイラに流入させることが好ましい。
【００２０】
本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、吸気系流体に対する冷却要求量について、種々の手段によって判断することが可能である。例えば、本発明の廃熱利用装置は、内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え得る。そして、判断手段は、出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することが好ましい（請求項２）。
【００２１】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラから流出する吸気系流体の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項３）。
【００２２】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラに流入する作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項４）。
【００２３】
また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項５）。
【００２４】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラに流入する吸気系流体の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え得る。そして、記判断手段は、第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項６）。
【００２５】
また、本発明の廃熱利用装置は、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え得る。そして、判断手段は、圧力検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項７）。
【００２６】
これらのように、内燃機関に対する出力要求の他、ボイラから流出又はボイラに流入する吸気系流体の温度、ボイラ又はポンプに流入する作動流体の温度、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）に基づくことで、判断手段は吸気系流体に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となる。このため、これらの廃熱利用装置では、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とをより好適に実現可能となる。
【００２７】
本発明の廃熱利用装置では、ポンプと膨張機とを動力伝達可能に接続するため、例えば、ポンプと膨張機とを同軸の駆動軸で接続するように一体にしても良く、また、ポンプと膨張機とを歯車機構等で接続しつつ一体化しても良い。なお、内燃機関との接続が断たれた際、膨張機の動力の他に電力等によってポンプを作動させても良い。
【００２８】
ところで、クラッチを介したポンプと内燃機関との断接について、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたか否かのみで判断した場合、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生を行う機会が低下し、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生が不十分となる場合が生じ得る。このため、制御手段は、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたとの判断に加えて、内燃機関の回転数が第２閾値を下回る低速信号により、クラッチによる接続を断つことが好ましい（請求項８）。
【００２９】
この場合、この廃熱利用装置では、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断し、かつ、低速信号がある場合にクラッチがＯＦＦ状態とされ、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれることになる。一方、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合だけでなく、上記のように吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合であっても、低速信号がない場合には、クラッチはＯＮ状態とされており、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が行われることになる。
【００３０】
クラッチがＯＮの場合、ランキンサイクルでは、ポンプの流量、すなわち、配管内を循環する作動流体の流量が内燃機関の回転数に依存するため、内燃機関の回転数が第２閾値を下回る場合、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が減少し、ボイラにおける吸気系流体に対しする冷却能力が不足するおそれがある。しかし、このように、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断し、かつ、内燃機関の回転数が第２閾値値を下回る場合には、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれ、膨張機の駆動負荷がポンプのみとなる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が増大し、ボイラにおける吸気系流体に対する冷却能力が増大されることとなる。
【００３１】
一方、内燃機関の回転数が第２閾値値以上であれば、配管内を循環する作動流体の流量が内燃機関の回転数に依存したとしても、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が多く、ボイラにおける吸気系流体に対する冷却能力は十分に確保されることとなる。つまり、クラッチがＯＮ状態であっても吸気系流体に対する第１閾値を超える冷却要求を満たすことが可能となる。このため、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合だけでなく、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合であっても、低速信号がない場合には、クラッチをＯＮ状態としていることで、吸気系流体に対する冷却要求を満たしつつ、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生も行うことができる。
【００３２】
また、上記のように、ポンプ及び膨張機は動力伝達可能に接続されているため、内燃機関との接続が断たれた場合、膨張機で生じた動力がポンプを駆動することに消費されることとなる。そして、上記のように、配管内を循環する作動流体の循環速度は、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合うところまで加速されることとなる。このため、必要以上に加速された作動流体によって、膨張機が過剰に駆動されることが懸念される。
【００３３】
そこで、本発明の廃熱利用装置は、ボイラの下流で配管から分岐し、膨張機を迂回して配管に合流するバイパス路と、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを備え得る。そして、制御手段は、流量調整弁を制御することが好ましい（請求項９）。
【００３４】
この場合、作動流体が膨張機を迂回可能なバイパス路を循環することで、クラッチがＯＦＦ状態にある場合において、作動流体が膨張機を過剰に駆動することを防止でき、ポンプ及び膨張機の耐久性を維持することができる。
【００３５】
また、この廃熱利用装置では、制御手段が流量調整弁を制御することにより、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量との割合を調整することが可能である。これにより、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合う際における、膨張機やポンプの回転数を減少させることができ、これらを保護できる。一方、バイパス路に流入する作動流体の流量よりも膨張機に流入する作動流体の流量を多くすることで、ポンプ及び膨張機の回転数を調整しつつ、ランキンサイクルによって回収可能なエネルギーをより大きくすることが可能となる。
【００３６】
さらに、本発明の廃熱利用装置において、膨張機は発電機を駆動可能であり得る。そして、制御手段は発電機の負荷を制御することが好ましい（請求項１０）。この場合、ランキンサイクルでは、作動流体の膨張及び減圧によって生じる圧力エネルギーを電力として回収可能となり、ひいては、この電力を内燃機関に回生することが可能となる。また、発電機による負荷によってもポンプ及び膨張機の回転数を調整できるため、これらの保護が可能となる。
【００３７】
本発明の廃熱利用装置おいて、駆動系が有する内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。
【００３８】
また、駆動系は、内燃機関に対して吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し得る。そして、ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラであり得る（請求項１１）。
【００３９】
この場合、過給器によって内燃機関に加圧空気が供給されることで、内燃機関の出力が向上する。ここで、加圧空気は、冷却によりその密度が増大させつつ内燃機関に吸気されることが求められることから吸気系流体に該当する。この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、加圧空気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対してより多くの加圧空気を供給可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。この過給器としては、ターボチャージャやスーパーチャージャ等を採用することができる。なお、過給器は複数であっても良い。
【００４０】
また、駆動系は、内燃機関で生じた排気の一部を吸気系流体である還流排気として内燃機関に還流させる排気還流路を有し得る。そして、ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラであり得る（請求項１２）。
【００４１】
この場合、排気還流路により、排気の一部が内燃機関に吸気（還流）されることで、最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となる。ここで、還流排気も冷却によりその密度を増大させつつ内燃機関に還流されることが求められることから吸気系流体に該当する。そして、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、還流排気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して好適に還流排気を還流させることが可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図２】実施例１の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＮ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図４】実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体がバイパス路を経て凝縮器に流入する状態を示す模式構造図である。
【図５】実施例２の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図６】実施例３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図７】実施例３の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＮ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図８】実施例３の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図９】実施例３の廃熱利用装置に係り、作動流体がバイパス路を経て凝縮器に流入する状態を示す模式構造図である。
【図１０】実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１１】実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１２】実施例６の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図面を参照しつつ説明する。
【００４５】
（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、車両に搭載され、図１に示すように、車両の駆動系１ａに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ａと、電磁クラッチ３９と、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。
【００４６】
駆動系１ａは、内燃機関としてのエンジン５と、過給器としてのターボチャージャ７と、図示しないラジエータとを有している。エンジン５は、公知の水冷式ガソリンエンジンである。エンジン５の内部には冷却液としてのＬＬＣ（ロングライフクーラント）が流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン５には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口と流入口と（いずれも図示を省略する。）が形成されている。
【００４７】
さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ａと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｂとが形成されている。このエンジン５は制御装置１１ａと電気的に接続されており、制御装置１１ａに対し、エンジン５の回転数等を電気信号として送信可能となっている。具体的には、エンジン５の回転数が第２閾値を下回ることで、エンジン５は制御装置１１ａに対して低速信号を送信する。この廃熱利用装置では第２閾値として、１５００ｒｐｍを設定している。
【００４８】
ターボチャージャ７は、エンジン５から生じた排気によって作動され、エンジン５に対し、吸気系流体としての加圧空気を供給する。
【００４９】
エンジン５とターボチャージャ７とは配管８〜１０によって接続されている。また、配管９と配管１０とには後述する加圧空気ボイラ２３が接続されている。配管８は内部を排気が流通可能となっており、エンジン５の排気口５ａとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管９及び配管１０は内部を加圧空気が流通可能となっている。配管９はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２３の第１流入口２３ａとに接続されている。配管１０は加圧空気ボイラ２３の第１流出口２３ｂと、エンジン５の吸気口５ｂとに接続されている。
【００５０】
さらに、ターボチャージャ７には、配管１２、１３の各一端側が接続されている。配管１２の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１３の他端側は図示しない車両のエアインテークに開口している。配管１２は、ターボチャージャ７を介して配管８と連通している。同様に、配管１３は、ターボチャージャ７を介して配管９と連通している。
【００５１】
また、エンジン５はクランクシャフト１９を介して公知のプーリ２１と接続されている。プーリ２１は、一対のプーリドラム２１ａ、２１ｂと、プーリドラム２１ａとプーリドラム２１ｂとを動力伝達可能に連結するプーリベルト２１ｃとを有している。クランクシャフト１９はプーリドラム２１ａに接続されており、エンジン５の動力によりプーリドラム２１ａを回転可能となっている。
【００５２】
ランキンサイクル３ａは、ポンプＰ１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。また、ランキンサイクル３ａには、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３２及びバイパス路３３には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００５３】
加圧空気ボイラ２３には、第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと、第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと連通する第１通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄと連通する第２通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第１通路２３ｅ内の加圧空気と、第２通路２３ｆ内の作動流体との熱交換により、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【００５４】
膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、加圧空気ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。また、この膨張機２５とエンジン５とは図示しない動力伝達手段を介して動力伝達可能に接続されており、膨張機２５において作動流体を膨張させることにより生じた回転駆動力をエンジン５に回生させる。
【００５５】
また、膨張機２５には後述する駆動軸３７が接続されている。さらに、膨張機２５は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、膨張機２５は制御装置１１ａに対し、膨張機２５における回転数を電気信号として送信可能となっている。
【００５６】
凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって減圧された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００５７】
バイパス路３３は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に膨張機２５を迂回させる。流量調整弁３５は、作動流体を膨張機２５に流入させる量と、作動流体をバイパス路３３に流入させる量とを調整可能な切替弁である。この流量調整弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００５８】
ポンプＰ１と膨張機２５とは駆動軸３７により動力伝達可能に接続されている。具体的には、膨張機２５に駆動軸３７の一端側が接続されており、駆動軸３７の他端側がポンプＰ１に接続されている。この駆動軸３７を介してポンプＰ１と膨張機２５とが連動することで、膨張機２５で生じた回転駆動力によってポンプＰ１は作動流体を吸入するとともに、吸入した作動流体を吐出する。
【００５９】
これらのポンプＰ１、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５、凝縮器２７、バイパス路３３及び流量調整弁３５は、配管２８〜３２によって接続されている。具体的には、ポンプＰ１と加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃとは配管２８によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第２流出口２３ｄと流量調整弁３５とは配管２９によって接続されている。また、流量調整弁３５と膨張機２５の流入口２５ａとは配管３０によって接続されている。膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３１によって接続されている。そして、凝縮器２７の流出口２７ｂとポンプＰ１とは配管３２によって接続されている。また、バイパス路３３の一端側は流量調整弁３５と接続されており、その他端側は配管３１と接続されている。
【００６０】
さらに、ポンプＰ１は電磁クラッチ３９を介してエンジン５によって駆動可能となっている。具体的には、駆動軸３７の他端側の先端が公知の電磁クラッチ３９に接続されている。この電磁クラッチ３９は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。電磁クラッチ３９は、図示しない電磁ソレノイドを有している。この電磁ソレノイドの作動により、電磁クラッチ３９はプーリ２１と断接可能となっている。そして、電磁ソレノイドの作動により、電磁クラッチ３９がプーリドラム２１ｂと当接することにより、クランクシャフト１９、プーリ２１、電磁クラッチ３９及び駆動軸３７を介して、ポンプＰ１にエンジン５の駆動力が伝達され、ポンプＰ１が駆動される。この電磁クラッチ３９がクラッチに相当している。また、駆動軸３７におけるポンプＰ１と膨張機２５との間の適宜箇所には、膨張機２５がポンプＰ１を駆動する方向にのみ回転を許容するワンウェイクラッチ（図示せず）が設けられている。なお、電磁クラッチ３９に替えて、多板式クラッチ等を採用しても良い。
【００６１】
このランキンサイクル３ａでは、ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体は、図２〜４に示すように、ポンプＰ１から加圧空気ボイラ２３、膨張機２５又はバイパス路３３を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流通方向において、バイパス路３３は、加圧空気ボイラ２３の下流で配管２９から分岐し、凝縮器２７の流入口２７ａよりも上流で配管３１に合流する。
【００６２】
図１に示すように、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、車両のＥＣＵ等（図示略）から受信した信号によって車両のアクセル開度を検知可能に構成されており、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能となっている。そして、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。つまり、制御装置１１ａは判断手段及び出力要求検出手段として機能する。
【００６３】
さらに、この制御装置１１ａは制御手段としても機能し、上記の加圧空気に対する冷却要求量とエンジン５から受信した回転数とに基づいて、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行う。また、制御装置１１ａは、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。
【００６４】
このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【００６５】
図２に示すように、車両が駆動されることにより、駆動系１ａではエンジン５が作動する。これにより、排気口５ａから排出された排気が配管８、ターボチャージャ７及び配管１２を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、排気によってターボチャージャ７が作動される。これにより、車外の空気が配管１３よりターボチャージャ７に吸引され、圧縮される。この空気は加圧空気として、配管９、加圧空気ボイラ２３の第１通路２３ｅ及び配管１０を経てエンジン５の吸気口５ｂよりエンジン５内へ吸入される（同図の破線矢印参照）。なお、図示を省略しているものの、エンジン５（流出口及び流入口）とラジエータとの間で冷却液が循環し、エンジン５の冷却も行われる。
【００６６】
また、制御装置１１ａは流量調整弁３５の制御を行なう。ここでは、膨張機２５に流入する作動流体の流量を最大とし、バイパス路３３に流入する作動流体の流量をゼロとするように流量調整弁３５を制御する。また、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃを作動させる。
【００６７】
さらに、制御装置１１ａは、電磁ソレノイドを作動させることにより、電磁クラッチ３９とプーリドラム２１ｂとを当接させて、電磁クラッチ３９とプーリ２１とを接続させる（電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする。）。これにより、ポンプＰ１がエンジン５又は膨張機２５によって駆動される（通常運転状態）。
【００６８】
このため、ランキンサイクル３ａでは、同図の実線矢印に示すように、ポンプＰ１によって吐出された作動流体が配管２８を経て、加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃから第２通路２３ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２３ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態で吸入口５ｂからエンジン５内に至ることとなる。
【００６９】
こうして、加圧空気ボイラ２３において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２３ｄから流出し、配管２９、３０を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーによって生じた回転駆動力は、動力伝達手段を介してエンジン５に伝達され、エンジン５に回生される。
【００７０】
膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３１を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３２を経てポンプＰ１に吸入され、再び配管２８、ひいては加圧空気ボイラ２３に向けて吐出される。
【００７１】
一方、この廃熱利用装置では、上記のように、制御装置１１ａが電磁ソレノイドを作動させることにより、電磁クラッチ３９とプーリ２１との接続を解除させる（電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。）ことも可能となっている（図３参照）。
【００７２】
このように、電磁クラッチ３９とプーリ２１との接続を解除することで、膨張機２５の駆動負荷はポンプＰ１のみとなる。これにより、ランキンサイクル３ａでは、膨張機２５及びポンプＰ１の回転数が増大し、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。また、この場合、配管２８〜３２内を循環する作動流体の循環速度は、膨張機２５の動力とポンプＰ１消費動力とが釣り合うところまで、加速されることとなる。このため、エンジン５とポンプＰ１とが電磁クラッチ３９を介して接続されていた場合と比較して、配管２８〜３２内を循環する作動流体の循環速度が速くなり、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の流量が多くなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却され、より密度が高い状態でエンジン５に吸入されることとなる。なお、加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、第２流出口２３ｄから流出し、図２に示す場合と同様、膨張機２５によって膨張及び減圧された後、凝縮器２７によって放熱されることとなる。
【００７３】
また、この状態（電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態）において、膨張機２５の回転数が所定値を超えることで、制御装置１１ａは流量調整弁３５の制御を行う。これにより、図４に示すように、配管２９とバイパス路３３とが連通され、配管２９から一部の作動流体がバイパス路３３にも流入することとなる。
【００７４】
これにより、同図の実線矢印に示すように、加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体の一部は、バイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３内の作動流体は、膨張機２５を迂回しつつ、配管３１を経て凝縮器２７の流入口２７ａに至る。この場合、膨張機２５に流入する作動流体の流量が減少し、膨張機２５前後の高低圧差が低下するため、膨張機２５の回転数は減少することとなる。
【００７５】
このように、この廃熱利用装置では、作動流体を加圧空気ボイラ２３で加熱することができる。ここで、ターボチャージャ７によって圧縮された加圧空気は、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体と比較して高温となる。そして、作動流体との熱交換により、加圧空気の熱をランキンサイクル３ａにおいて回収可能、つまり、回生可能な回転駆動力とすることができる。一方、ターボチャージャ７における加圧空気の熱を作動流体に移動させることで、加圧空気の温度を効果的に下げることができる。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能し、エンジン５に対して、密度の高い加圧空気、つまり、多くの加圧空気を供給することが可能となっている。
【００７６】
また、この廃熱利用装置は、ポンプＰ１と膨張機２５とが駆動軸３７によって動力伝達可能に接続されているため、ポンプＰ１と膨張機２５とを一体化することが可能となっている。また、ポンプＰ１が電磁クラッチ３９及びプーリ２１を介してエンジン５によって駆動可能に接続されているため、ポンプＰ１を駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００７７】
そして、この廃熱利用装置は、図２に示すように、電磁クラッチ３９及びプーリ２１によってエンジン５とポンプＰ１とを接続しておれば、加圧空気に対する温度効率（作動流体の流量）がエンジン５の回転数に依存することとなる。このため、この廃熱利用装置は制御装置１１ａによって、上記のように、電磁クラッチ３９による接続を断つことができるようになっている。
【００７８】
具体的には、（１）加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合（上記のように、制御装置１１ａはアクセル開度によってエンジン５に対する出力要求を検出するとともに、エンジン５に対する出力要求を基に加圧空気に対する冷却要求量を判断する。ここで、アクセル開度が小さく、エンジン５に対する出力要求が小さい場合には、加圧空気に対する冷却要求量が小さくなり、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値以下と判断することとなる。）、（２）加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ａが判断した場合であっても、エンジン５の回転数が１５００ｒｐｍを下回る低速信号がない場合のいずれかである場合には、電磁クラッチ３９がＯＮ状態とされる。
【００７９】
これらのように、電磁クラッチ３９がＯＮ状態にある場合は通常運転状態であるため、ポンプＰ１はエンジン５又は膨張機２５によって駆動され、ポンプＰ１及び配管２８を経た作動流体がそのまま加圧空気ボイラ２３に流入する。そして、加圧空気ボイラ２３における熱交換により、加圧空気の熱を作動流体に移動させて加圧空気の温度を下げることができる。これにより、エンジン５に対して多くの加圧空気を供給可能となり、エンジン５の出力を向上させることが可能となる。また、この際、この廃熱利用装置では、上記のように、膨張機２５において減圧された作動流体の圧力エネルギーによって得られた回転駆動力がエンジン５に回生される。
【００８０】
また、電磁クラッチ３９がＯＮ状態にあることで、この廃熱利用装置ではエンジン５とポンプＰ１とが電磁クラッチ３９を介して接続することとなる。これにより、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量、すなわち、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流量に基づく吐出空気ボイラ２３での加圧空気の冷却能力は、エンジン５の回転数に依存することとなる。しかし、低速信号が発信されていない状態、つまり、エンジン５の回転数が第２閾値（１５００ｒｍ）以上であるため、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量がエンジン５の回転数に依存したとしても、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流量が多くなるため、加圧空気ボイラ２３における加圧空気に対する冷却能力は十分に確保されることとなる。このように、電磁クラッチ３９をＯＮ状態とすることで、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求を満たしつつ、上記のように、エンジン５に対する回転駆動力の回生も行うことができる。
【００８１】
一方、エンジン５に対する出力要求が所定値を超えた場合、すなわち、検知したアクセル開度が所定値を超えた場合には、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。エンジン５の出力を高めるためにはより多くの加圧空気をエンジン５に供給する必要があり、そのためには加圧空気をより冷却してその密度を高くすることが必要となる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気をより冷却することが求められる、すなわち、加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却が優先されることとなる。これらのことから、エンジン５に対する出力要求に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。また、上記の低速信号がある状態であっても、加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合は、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。
【００８２】
これにより、廃熱利用装置では、図３に示すように、電磁クラッチ３９を介したエンジン５とポンプＰ１との接続が解除され、膨張機２５の負荷が軽減される。この場合、膨張機２５の駆動負荷がポンプＰ１のみとなるため、ランキンサイクル３ａでは、ポンプＰ１とエンジン５とが電磁クラッチ３９を介して接続されていた場合（図２参照）よりも、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、図３に示すように、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の流量が多くなる。これにより、加圧空気ボイラ２３において、加圧空気の温度をより下げる（加圧空気を第１閾値以下の温度とする）ことができ、エンジン５に対してより多くの加圧空気を供給可能となる。このため、エンジン５の出力を向上させることが可能となり、エンジン５に対する出力要求を満たすことができる。
【００８３】
また、この廃熱利用装置では、作動流体が膨張機２５を迂回可能なバイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。そして、膨張機２５の回転数が所定値以上となることで、制御装置１１ａが流量調整弁３５の制御を行う。これにより、図４に示すように、作動流体の一部がバイパス路３３を循環するようにすることで、膨張機２５に流入する作動流体の流量を減少させて、膨張機２５前後の高低圧差を低下させることにより、膨張機２５の回転数を減少させることができる。このため、この廃熱利用装置では、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速された場合でも、作動流体が膨張機２５を過剰に駆動することを防止し、ポンプＰ１及び膨張機２５の耐久性を維持することができるようになっている。
【００８４】
さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００８５】
したがって、実施例１の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、加圧空気に対する温度効率の向上とエンジン５の性能向上とを実現可能である。
【００８６】
また、この廃熱利用装置では、制御装置１１ａが流量調整弁３５を制御することにより、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量との割合を調整することが可能である。これにより、膨張機２５の動力とポンプＰ１消費動力とが釣り合う際において、膨張機２５やポンプＰ１の回転数を適宜変更することが可能となっている。
【００８７】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置の構成に替えて、図５に示すように、パイパス路３３及び流量調整弁３５を設けない一方で、及び駆動軸３７に発電機４１を設けている。発電機４１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。この発電機４１は、回転駆動する駆動軸３７によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。この発電機４１における他の構成は公知の発電機と同様である。また、制御装置１１ａは発電機４１における発電量等の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００８８】
このように、この廃熱利用装置では、発電機４１が駆動軸３７に設けられていることで、膨張機２５によって発電機４１を駆動可能である他、エンジン５によっても発電機４１を駆動させることが可能となっている。ここで、この廃熱利用装置では、膨張機２５によって発電機４１を駆動可能であることから、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある時には、発電機４１における負荷を制御装置１１ａが制御することで、配管２８〜３２内を循環する作動流体の流量を調整することができる。このため、この廃熱利用装置では、制御装置１１ａが発電機４１の負荷を制御することで、ポンプＰ１及び膨張機２５の回転数を調整し、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収とエンジン５における出力向上とを好適に調整することが可能となっている。他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【００８９】
したがって、実施例２の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、加圧空気に対する温度効率の向上とエンジン５の性能向上とを実現可能である。
【００９０】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置も車両に搭載され、図６に示すように、車両の駆動系１ｂに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ｂと、制御装置１１ｂと、第１温度センサ４３ａとを備えている。また、この廃熱利用装置も実施例１の廃熱利用装置と同様、電磁クラッチ３９と、バイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。
【００９１】
駆動系１ｂは、内燃機関としてのエンジン２と、排気路としての配管４と、排気還流路としての配管６ａ、６ｂと、空気導入路としての配管１５とを有している。配管６ｂには上記の第１温度センサ４３ａと可変バルブ４５とが設けられている。
【００９２】
エンジン２は、公知の水冷式ディーゼルエンジンである。エンジン２には、排気を排出する排気口２ａと、後述する混合空気を吸入する吸気口２ｂとが形成されている。また、このエンジン２の内部には冷却液が流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン２には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口と流入口と（いずれも図示を省略する。）が形成されている。このエンジン２は制御装置１１ｂと電気的に接続されており、制御装置１１ｂに対し、エンジン２の回転数等を電気信号として送信可能となっている。なお、この廃熱利用装置においても、第２閾値として１５００ｒｐｍを設定している。
【００９３】
さらに、このエンジン２も実施例１の廃熱利用装置におけるエンジン５と同様、クランクシャフト１９を介してプーリ２１と接続されている。これにより、この廃熱利用装置においても、エンジン２の動力によってプーリドラム２１ａを回転させることが可能となっている。
【００９４】
配管４は、一端側が排気口２ａと接続されており、他端側が図示しないマフラと接続されている。これにより、配管４は、エンジン２で生じた排気をその内部に流通させることでマフラに導くことが可能となっている。
【００９５】
配管６ａは一端側が配管４と接続されており、他端側が後述する還流排気ボイラ２４の第１流入口２４ａと接続されている。また、配管６ｂは、一端側が還流排気ボイラ２４の第１流出口２４ｂと接続されており、他端側がエンジン２の吸気口２ｂと接続されている。配管１５は、一端側が配管６ｂと接続されており、他端側が図示しない車両のエアインテークと接続されている。これにより、配管１５は、車外の空気をその内部に流通させることで配管６ｂに導くことが可能となっている。そして、排気還流路である配管６ａ、６ｂは、配管４を流通する排気の一部をその内部に流通させることで、吸気系流体である還流排気と空気との混合空気をエンジン２に還流させることが可能となっている。
【００９６】
可変バルブ４５は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この可変バルブ４５は、その開度を調整することにより配管４から配管６ａに流入する排気の流量を調整可能である。
【００９７】
第１温度センサ４３ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ４３ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２４の第１流出口２４ｂを流出し、配管６ｂを流通する還流排気の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｂに向けて発信する。
【００９８】
ランキンサイクル３ｂは、還流排気ボイラ２４を有している。また、このランキンサイクル３ｂは、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様に、ポンプＰ１と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。さらに、ランキンサイクル３ｂには、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。なお、ポンプＰ１、膨張機２５、電動ファン２７ｃ及び流量調整弁３５は、いずれも制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【００９９】
還流排気ボイラ２４には、第１流入口２４ａ及び第２流出口２４ｂと、第２流入口２４ｃ及び第２流出口２４ｄとが形成されている。また、還流排気ボイラ２４内には、両端側でそれぞれ第１流入口２４ａ及び第１流出口２４ｂと連通する第１通路２４ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２４ｃ及び第２流出口２４ｄと連通する第２通路２４ｆとが設けられている。この還流排気ボイラ２４では、第１通路２４ｅ内の還流排気と、第２通路２４ｆ内の作動流体との熱交換により、還流排気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【０１００】
ポンプＰ１と、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃとは配管２８によって接続されている。また、還流排気ボイラ２４の第２流出口２４ｄと、流量調整弁３５とは配管２９によって接続されている。このランキンサイクル３ｂにおける膨張機２５と凝縮器２７との接続等については、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様である。
【０１０１】
また、この廃熱利用装置においても、膨張機２５とポンプＰ１とは、駆動軸３７によって動力伝達可能に接続されている。さらに、膨張機２５とエンジン２とも図示しない動力伝達手段を介して動力伝達可能に接続されており、膨張機２５で生じた回転駆動力をエンジン２に回生させる。また、ポンプＰ１は電磁クラッチ３９を介してエンジン２によって駆動可能となっている。なお、電磁クラッチ３９は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１０２】
このランキンサイクル３ｂでは、ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体は、図７〜９に示すように、ポンプＰ１から還流排気ボイラ２４、膨張機２５又はバイパス路３３を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流通方向において、バイパス路３３は、還流排気ボイラ２４の下流で配管２９から分岐し、凝縮器２７の流入口２７ａよりも上流で配管３１に合流する。
【０１０３】
図６に示すように、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ｂは、第１温度センサ４３ａが検出した還流排気の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｂは判断手段として機能する。
【０１０４】
さらに、この制御装置１１ｂも制御手段として機能し、上記の還流排気に対する冷却要求量とエンジン２から受信した回転数とに基づいて、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行う。また、制御装置１１ｂは、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０５】
このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【０１０６】
車両が駆動されることにより、駆動系１ｂではエンジン２が作動する。これにより、図７に示すように、排気口２ａから排出された排気が配管４を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ４５の開度を調整することで、配管４を流通する排気の一部が配管６ａに流入する。配管６ａに流入した排気は還流排気として、第１流入口２４ａから還流排気ボイラ２４内に流入し、第１通路２４ｅ内を流通して、第１流出口２４ｂから配管６ｂに至る。この際、第１温度センサ４３ａは、第１流出口２４ｂから流出した還流排気の温度を検出し、その温度を制御装置１１ｂに向けて発信する。配管６ｂを流通する還流排気は、配管１５を経た車外の空気（同図の破線矢印参照。）と混合され、混合空気として吸気口２ｂよりエンジン２内に還流する。なお、図示を省略しているものの、エンジン２（流出口及び流入口）とラジエータとの間で冷却液が循環し、エンジン２の冷却も行われる。
【０１０７】
また、制御装置１１ｂは流量調整弁３５の制御を行ない、膨張機２５に流入する作動流体の流量を最大とし、バイパス路３３に流入する作動流体の流量がゼロとする。さらに、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃを作動させる。そして、上記の第１温度センサ４３ａから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｂが判断した場合、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＮ状態として、電磁クラッチ３９とプーリ２１とを接続させる。還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が１５００ｒｐｍを下回る低速信号がない場合も同様に、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする。
【０１０８】
これにより、この廃熱利用装置においても通常運転状態となり、ポンプＰ１がエンジン５又は膨張機２５によって駆動される。そして、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｂでは、ポンプＰ１によって吐出された作動流体が配管２８を経て、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃから第２通路２４ｆに至る。この際、作動流体は還流排気ボイラ２４において還流排気と熱交換される。ここで、第１通路２４ｅを流通する還流排気は約５００°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２４ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２４ｅを流通する還流排気は、第２通路２４ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態（第１閾値以下の温度）で吸入口６ｂを流通し、配管１５を経た空気と混合された後、混合空気としてエンジン２内に還流することとなる。
【０１０９】
還流排気ボイラ２４において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２４ｄから流出し、膨張機２５内で膨張して減圧される。この際、実施例１の廃熱利用装置と同様、エンジン２に対する回転駆動力の回生が行われる。また、膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３１を経て凝縮器２７に至り、冷却されることとなる。
【０１１０】
このように、この廃熱利用装置では、還流排気の熱をランキンサイクル３ｂにおいて回収可能、つまり、回生可能な回転駆動力とすることができる。さらに、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２４を還流排気に対する冷却装置として機能させることができる。これにより、この廃熱利用装置では、還流排気を好適に冷却してその密度を増大させ、混合空気における還流排気の割合を大きくすることで、マフラから車外に放出される排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることが可能となる。
【０１１１】
ここで、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が第２閾値以上（低速信号がない場合）であれば、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量がエンジン２の回転数に依存したとしても、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流量が多くなる。これにより、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２４における還流排気に対する冷却能力は十分に確保される。このため、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が第２閾値以上であれば、電磁クラッチ３９をＯＮ状態（通常運転状態）とすることで、この廃熱利用装置では、還流排気に対する冷却要求を満たしつつ、上記のように、エンジン２に対する回転駆動力の回生も行うことができる。
【０１１２】
一方、上記の第１温度センサ４３ａから発信された検出値が大きい場合には、還流排気ボイラ２４における還流排気の冷却が足りていないこととなる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が大きい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断する。この場合、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。また、上記の低速信号がある状態であっても、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ｂが判断した場合には、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。
【０１１３】
これにより、図８に示すように、この廃熱利用装置においても、膨張機２５の駆動負荷はポンプＰ１のみとなり、ランキンサイクル３ｂで、膨張機２５及びポンプＰ１の回転数が増大することで、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、ランキンサイクル３ｂでは、還流排気ボイラ２４に流入する作動流体の流量が多くなり、還流排気がより冷却されることで、還流排気に対する第１閾値を超える冷却要求を満たすことが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、還流排気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、還流排気を好適に冷却することが可能となる。
【０１１４】
さらに、この廃熱利用装置は、作動流体が膨張機２５を迂回可能なバイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。このため、この廃熱利用装置において、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｂが流量調整弁３５の制御を行う。
【０１１５】
これにより、図９に示すように、この廃熱利用装置においても作動流体の一部をバイパス路３３に流入させることで、膨張機２５に流入する作動流体の流量を減少させることが可能となる。こうして、この廃熱利用装置においても、膨張機２５前後の高低圧差を低下させることによって、膨張機２５の回転数を減少させることが可能となっている。このため、この廃熱利用装置においても、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速された場合に、作動流体が膨張機２５を過剰に駆動することを防止でき、ポンプＰ１及び膨張機２５の耐久性を維持することが可能となっている。
【０１１６】
また、この廃熱利用装置では、第１温度センサ４３ａが検出した還流排気の温度に基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１１７】
したがって、実施例３の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１１８】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１０に示す制御装置１１ｃ及び第２温度センサ４３ｂが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｃに電気的に接続されている。
【０１１９】
第２温度センサ４３ｂは、配管２８に設けられている。第２温度センサ４３ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ４３ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管２８を流通する作動流体の温度、すなわち、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。
【０１２０】
制御装置１１ｃは、第２温度センサ４３ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、還流排気ボイラ２４での還流排気の冷却能力が低くなることから、相対的に還流排気に対する冷却要求量は大きくなる。これにより、制御装置１１ｃも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｃは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１２１】
さらに、この制御装置１１ｃも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｃが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１２３】
ここで、上記の第２温度センサ４３ｂから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｃが判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｃは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｃが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２４】
他方、第２温度センサ４３ｂから発信された検出値が大きい場合、つまり、還流排気ボイラ２４に流入する前の作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。そして、第２温度センサ４３ｂの検出値に基づき、制御装置１１ｃが還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｃが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｃは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この際における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１２６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ４３ｂ検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｃは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１２７】
したがって、実施例４の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１２８】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１１に示す制御装置１１ｄ及び第３温度センサ４３ｃが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｄに電気的に接続されている。
【０１２９】
第３温度センサ４３ｃは、配管３２に設けられている。第３温度センサ４３ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ４３ｃは、この第３温度センサ４３ｃは、第３温度検出手段として機能し、配管３２を流通する作動流体の温度、すなわち、ポンプＰ１に流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｄに向けて発信する。
【０１３０】
制御装置１１ｄは、第３温度センサ４３ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｄも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｄは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１３１】
さらに、この制御装置１１ｄも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｄが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１３３】
ここで、上記の第２温度センサ４３ｃから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｄが判断した場合、制御装置１１ｄは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｄは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｄが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３４】
他方、ポンプＰ１に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第３温度センサ４３ｃにおいて検出される検出値が大きくなる。この場合、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。ポンプＰ１に流入する作動流体の温度が高い場合には、還流排気ボイラ２４において作動流体が高温に加熱されており、熱源である還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ４３ｃの検出値に基づき、制御装置１１ｄが還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｄが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｄは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この場合における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１３６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ４３ｃ検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｄは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１３７】
したがって、実施例５の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１３８】
（実施例６）
実施例６の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１２に示す制御装置１１ｅ及び圧力センサ４３ｄが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｅに電気的に接続されている。
【０１３９】
圧力センサ４３ｄは、配管３２に設けられている。圧力センサ４３ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ４３ｄは、圧力検出手段として機能し、配管３２を流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流からポンプＰ１の上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。
【０１４０】
制御装置１１ｅは、圧力センサ４３ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｅも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｅは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１４１】
さらに、この制御装置１１ｅも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｅが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１４３】
ここで、上記の圧力センサ８３ｄから発信された検出値が小さく、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｅは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｅが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４４】
他方、膨張機２５の下流からポンプＰ１の上流までの作動流体の凝縮圧力が高くなることで、圧力センサ４３ｄにおいて検出される検出値が大きくなる。このように作動流体の凝縮圧力が高くなることで、制御装置１１ｅは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。凝縮器２７を経ても配管３２を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、還流排気ボイラ２４において作動流体が高温に加熱されている、つまり、還流排気ボイラ２４において作動流体を加熱する熱源となる還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ４３ｄから発信された検出値を基に、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅ電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｅが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｅは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この場合における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１４６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、圧力センサ４３ｄ検出した作動流体の凝縮圧力に基づくことで、制御装置１１ｅは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１４７】
したがって、実施例６の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１４８】
以上において、本発明を実施例１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜６に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【０１４９】
例えば、実施例３〜６の廃熱利用装置において、パイパス路３３及び流量調整弁３５に替えて、駆動軸３７に発電機４１を設ける構成としても良い。この場合も実施例２の廃熱利用装置と同様、制御装置１１ｂ〜１１ｅが発電機４１の負荷を制御することとなる。これにより、この場合における実施例３〜６の廃熱利用装置でも、ポンプＰ１及び膨張機２５の回転数を調整することが可能となり、ランキンサイクル３ｂにおける電力の回収とエンジン２における出力向上とを好適に調整することが可能となる。
【０１５０】
また、実施例１、２の廃熱利用装置において、第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄを設けるとともに、制御装置１１ａはこれらの第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５１】
さらに、実施例３〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ〜１１ｅについて、車両のアクセル開度を検知可能であるとともに、このアクセル開度に基づき、エンジン２に対する出力要求を検出可能とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５２】
また、実施例１〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管３２を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３２を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を好適に冷却することが可能となり、同様に、還流排気ボイラ２４において還流排気を好適に冷却することが可能となる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気又は還流排気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３２を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することができなくなり、同様に、還流排気ボイラ２４において還流排気を十分に冷却することができなくなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きいと判断することが可能となる。
【０１５３】
さらに、実施例１〜６の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度を検出可能な検出手段（第４温度検出手段に相当する温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、これらの加圧空気や還流排気の温度を基に、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４から流出する還流排気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。
【０１５４】
また、実施例１〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン２、５に対する出力要求、第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５５】
さらに、配管３１に公知のレシーバを設けても良い。この場合、レシーバにより作動流体が好適に液化されるため、凝縮器２７を経た作動流体は、ポンプＰ１によって好適に吐出されて、配管２８〜３２やバイパス路３３を好適に循環することとなる。
【０１５６】
また、実施例１、２の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に加えて、冷却液と作動流体とで熱交換が可能なボイラ等を設けても良い。この場合、冷却液の熱、すなわち、エンジン５の廃熱等によっても作動流体を加熱できるため、より好適に作動流体を加熱することが可能となり、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力量等を多くすることが可能となる。また、作動流体との熱交換によって冷却液を冷却することが可能となるため、ラジエータ等を小型化させてもエンジン５を好適に冷却させることが可能となる。同様に、実施例３〜６の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２４に加えて、エンジン２の廃熱等と作動流体とで熱交換が可能となる上記のようなボイラを設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１ａ、１ｂ…駆動系
２…エンジン（内燃機関）
３ａ、３ｂ…ランキンサイクル
５…エンジン（内燃機関）
６ａ、６ｂ…配管（排気還流路）
７…ターボチャージャ（過給器）
１１ａ…制御装置（判断手段、制御手段、出力要求検出手段）
１１ｂ〜１１ｅ…制御装置（判断手段、制御手段）
２３…加圧空気ボイラ
２４…還流排気ボイラ
２５…膨張機
２７…凝縮器
２８〜３２…配管
３９…電磁クラッチ（クラッチ）
３３…バイパス路
３５…流量調整弁
４１…発電機
４３ａ…第１温度センサ（第１温度検出手段）
４３ｂ…第２温度センサ（第２温度検出手段）
４３ｃ…第３温度センサ（第３温度検出手段）
４３ｄ…圧力センサ（圧力検出手段）
Ｐ１…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に従来の廃熱利用装置が開示されている。特許文献１の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、エンジンと、エンジンに対して吸気系流体としての加圧空気を供給するターボチャージャとを有している。ランキンサイクルは、ポンプと、冷却液ボイラと、加圧空気ボイラと、膨張機と、凝縮器と、ポンプから冷却液ボイラ、加圧空気ボイラ及び膨張機を経て凝縮器に作動流体を循環させる配管とを有している。冷却液ボイラは、エンジンの冷却液と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。加圧空気ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。
【０００３】
また、特許文献２の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関としてのエンジンと、エンジンで生じた排気の一部を吸気系流体としての還流排気としてエンジンに還流させる排気還流路とを有している。ランキンサイクルは、ポンプと還流排気ボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。還流排気ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱する。配管は、ポンプ、還流排気ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。
【０００４】
これらのような廃熱利用装置では、冷却液ボイラ及び加圧空気ボイラによって作動流体を加熱可能であり、また、還流排気ボイラによって作動流体を加熱することが可能である。このため、これらの廃熱利用装置では、作動流体の膨張及び減圧時によって生じる圧力エネルギーを大きくすることが可能となる。このため、これらの廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が大きくなり、廃熱利用装置が高性能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８２２４号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の各廃熱利用装置では、ランキンサイクルのポンプと膨張機とが動力伝達不能であるため、構造が複雑化している。このため、ポンプと膨張機とを同軸等にして動力伝達可能にするとともに、エンジンのような内燃機関とプーリ及びベルト等によってポンプを接続することが考えられる。この場合、ポンプと膨張機とを一体化することが可能である。また、内燃機関によってポンプを駆動できることから、ポンプを駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化する。
【０００７】
また、上記の加圧空気や還流排気のような吸気系流体は、エンジン等の内燃機関に対して冷却されつつ吸気されることが求められる。冷却によって吸気系流体の密度を大きくし、その状態で内燃機関に吸気させることで、内燃機関では出力等が向上し、その性能が向上するためである。
【０００８】
このため、上記の各廃熱利用装置のランキンサイクルにおいて、ポンプを経た作動流体がそのまま加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入するようにすれば、吸気系流体（加圧空気及び還流排気）の熱を作動流体に移動させて吸気系流体の温度を効果的に下げることができる。これにより、吸気系流体の密度を大きくした状態で内燃機関に吸気させることが可能となり、内燃機関の性能をより向上させることが可能となる。
【０００９】
しかしながら、その場合、吸気系流体に対する温度効率（作動流体の流量）が内燃機関の運転状態（回転数）に依存することとなる。そのため、場合によっては、吸気系流体に対する温度効率が低く、内燃機関の出力等が不十分となる事態も生じてしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、廃熱利用装置の構造を簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の廃熱利用装置は、内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラでは、前記内燃機関に対して冷却されつつ吸気される吸気系流体と、前記作動流体との熱交換が可能であり、
前記ポンプと前記膨張機とは動力伝達可能に接続され、
該ポンプはクラッチを介して前記内燃機関によって駆動可能に接続され、
該吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が第１閾値を超えた場合に、該クラッチによる接続を断つ制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明の廃熱利用装置はランキンサイクルを備えている。このランキンサイクルは、駆動系に用いられ、作動流体を循環させる。駆動系は内燃機関を有している。一方、ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、配管とを有している。ボイラでは吸気系流体と作動流体との熱交換が可能であり、作動流体の加熱と吸気系流体の冷却を行うことが可能となる。ここで、吸気系流体とは、上記のように、内燃機関に対して冷却されつつ吸気されることが求められる流体を指す。
【００１３】
つまり、この廃熱利用装置では、吸気系流体の熱がランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーとなる一方、ボイラが吸気系流体の冷却装置として機能することで、吸気系流体の温度を効果的に下げることができる。このため、この廃熱利用装置では、吸気系流体の密度を大きくした状態で内燃機関に吸気させることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００１４】
また、この廃熱利用装置は、ポンプと膨張機とが動力伝達可能に接続されているため、ポンプと膨張機とを一体化することが可能である。また、ポンプがクラッチを介して内燃機関によって駆動可能に接続されているため、ポンプを駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００１５】
そして、この廃熱利用装置では、クラッチによって内燃機関とポンプとが接続しておれば、吸気系流体に対する温度効率が作動流体の流量、すなわち内燃機関の運転状態（回転数）に依存することとなる。このため、この廃熱利用装置は判断手段と制御手段を備え、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量を基に制御手段によってクラッチによる接続を断つことができるようにしている。
【００１６】
具体的には、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合には、クラッチがＯＮ状態とされ、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が行われている。この場合、通常運転状態であるため、ポンプは内燃機関又は膨張機によって駆動され、ポンプを経た作動流体がそのままボイラに流入し、ボイラでは吸気系流体の熱を作動流体に移動させることで吸気系流体の温度を下げることができる。これにより、内燃機関に対し、密度が高い状態で吸気系流体を吸気させることが可能となり、内燃機関の出力等を向上させることが可能となる。また、この際、膨張機はランキンサイクルで膨張仕事をすることにより、膨張機で生じたエネルギーを内燃機関に返還（回生）することができる。なお、膨張機は、生じさせたエネルギーをそのまま動力として内燃機関に回生する他、生じさせたエネルギーを電力等に変換した上で内燃機関に回生することもできる。
【００１７】
一方、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合には、ボイラにおける熱交換、すなわち、吸気系流体の冷却が優先され、クラッチはＯＦＦ状態とされる。これにより、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれる。この場合、膨張機の駆動負荷がポンプのみとなるため、ランキンサイクルでは、膨張機及びポンプの回転数が増大し、配管内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、ボイラに流入する作動流体の流量が多くなる。これにより、ボイラにおいて、吸気系流体の温度をより下げることができ、吸気系流体に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。また、この場合には、内燃機関に対してより高い密度の吸気系流体を吸気させることが可能となる。このため、この状態の廃熱利用装置では内燃機関の性能をより高くすることが可能となる。なお、作動流体の加速は、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合うところで止まることとなる。
【００１８】
したがって、本発明の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能である。
【００１９】
本発明の廃熱利用装置におけるランキンサイクルでは、吸気系流体と作動流体との熱交換が可能な上記のボイラの他に、例えば、内燃機関の廃熱と作動流体とで熱交換が可能な冷却液ボイラや内燃機関に対する潤滑油と作動流体とで熱交換が可能なオイルボイラ等を有していても良い。この場合、複数のボイラによって作動流体を加熱することが可能となり、廃熱利用装置がより高性能となる。但し、クラッチをＯＦＦ状態としている間は、冷却液ボイラ等をバイパスさせることで、ポンプを経た作動流体がそのまま吸気系流体と熱交換を行うボイラに流入させることが好ましい。
【００２０】
本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、吸気系流体に対する冷却要求量について、種々の手段によって判断することが可能である。例えば、本発明の廃熱利用装置は、内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え得る。そして、判断手段は、出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することが好ましい（請求項２）。
【００２１】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラから流出する吸気系流体の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項３）。
【００２２】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラに流入する作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項４）。
【００２３】
また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項５）。
【００２４】
また、本発明の廃熱利用装置は、ボイラに流入する吸気系流体の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え得る。そして、記判断手段は、第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項６）。
【００２５】
また、本発明の廃熱利用装置は、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え得る。そして、判断手段は、圧力検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項７）。
【００２６】
これらのように、内燃機関に対する出力要求の他、ボイラから流出又はボイラに流入する吸気系流体の温度、ボイラ又はポンプに流入する作動流体の温度、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）に基づくことで、判断手段は吸気系流体に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となる。このため、これらの廃熱利用装置では、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とをより好適に実現可能となる。
【００２７】
本発明の廃熱利用装置では、ポンプと膨張機とを動力伝達可能に接続するため、例えば、ポンプと膨張機とを同軸の駆動軸で接続するように一体にしても良く、また、ポンプと膨張機とを歯車機構等で接続しつつ一体化しても良い。なお、内燃機関との接続が断たれた際、膨張機の動力の他に電力等によってポンプを作動させても良い。
【００２８】
ところで、クラッチを介したポンプと内燃機関との断接について、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたか否かのみで判断した場合、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生を行う機会が低下し、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生が不十分となる場合が生じ得る。このため、制御手段は、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたとの判断に加えて、内燃機関の回転数が第２閾値を下回る低速信号により、クラッチによる接続を断つことが好ましい（請求項８）。
【００２９】
この場合、この廃熱利用装置では、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断し、かつ、低速信号がある場合にクラッチがＯＦＦ状態とされ、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれることになる。一方、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合だけでなく、上記のように吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合であっても、低速信号がない場合には、クラッチはＯＮ状態とされており、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が行われることになる。
【００３０】
クラッチがＯＮの場合、ランキンサイクルでは、ポンプの流量、すなわち、配管内を循環する作動流体の流量が内燃機関の回転数に依存するため、内燃機関の回転数が第２閾値を下回る場合、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が減少し、ボイラにおける吸気系流体に対しする冷却能力が不足するおそれがある。しかし、このように、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断し、かつ、内燃機関の回転数が第２閾値値を下回る場合には、クラッチによる内燃機関とポンプとの接続が断たれ、膨張機の駆動負荷がポンプのみとなる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が増大し、ボイラにおける吸気系流体に対する冷却能力が増大されることとなる。
【００３１】
一方、内燃機関の回転数が第２閾値値以上であれば、配管内を循環する作動流体の流量が内燃機関の回転数に依存したとしても、ランキンサイクルにおける作動流体の流量が多く、ボイラにおける吸気系流体に対する冷却能力は十分に確保されることとなる。つまり、クラッチがＯＮ状態であっても吸気系流体に対する第１閾値を超える冷却要求を満たすことが可能となる。このため、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値以下であると判断手段が判断した場合だけでなく、吸気系流体に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断手段が判断した場合であっても、低速信号がない場合には、クラッチをＯＮ状態としていることで、吸気系流体に対する冷却要求を満たしつつ、膨張機で生じたエネルギーの内燃機関に対する回生も行うことができる。
【００３２】
また、上記のように、ポンプ及び膨張機は動力伝達可能に接続されているため、内燃機関との接続が断たれた場合、膨張機で生じた動力がポンプを駆動することに消費されることとなる。そして、上記のように、配管内を循環する作動流体の循環速度は、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合うところまで加速されることとなる。このため、必要以上に加速された作動流体によって、膨張機が過剰に駆動されることが懸念される。
【００３３】
そこで、本発明の廃熱利用装置は、ボイラの下流で配管から分岐し、膨張機を迂回して配管に合流するバイパス路と、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを備え得る。そして、制御手段は、流量調整弁を制御することが好ましい（請求項９）。
【００３４】
この場合、作動流体が膨張機を迂回可能なバイパス路を循環することで、クラッチがＯＦＦ状態にある場合において、作動流体が膨張機を過剰に駆動することを防止でき、ポンプ及び膨張機の耐久性を維持することができる。
【００３５】
また、この廃熱利用装置では、制御手段が流量調整弁を制御することにより、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量との割合を調整することが可能である。これにより、膨張機の動力とポンプの消費動力とが釣り合う際における、膨張機やポンプの回転数を減少させることができ、これらを保護できる。一方、バイパス路に流入する作動流体の流量よりも膨張機に流入する作動流体の流量を多くすることで、ポンプ及び膨張機の回転数を調整しつつ、ランキンサイクルによって回収可能なエネルギーをより大きくすることが可能となる。
【００３６】
さらに、本発明の廃熱利用装置において、膨張機は発電機を駆動可能であり得る。そして、制御手段は発電機の負荷を制御することが好ましい（請求項１０）。この場合、ランキンサイクルでは、作動流体の膨張及び減圧によって生じる圧力エネルギーを電力として回収可能となり、ひいては、この電力を内燃機関に回生することが可能となる。また、発電機による負荷によってもポンプ及び膨張機の回転数を調整できるため、これらの保護が可能となる。
【００３７】
本発明の廃熱利用装置おいて、駆動系が有する内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。
【００３８】
また、駆動系は、内燃機関に対して吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し得る。そして、ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラであり得る（請求項１１）。
【００３９】
この場合、過給器によって内燃機関に加圧空気が供給されることで、内燃機関の出力が向上する。ここで、加圧空気は、冷却によりその密度が増大させつつ内燃機関に吸気されることが求められることから吸気系流体に該当する。この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、加圧空気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対してより多くの加圧空気を供給可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。この過給器としては、ターボチャージャやスーパーチャージャ等を採用することができる。なお、過給器は複数であっても良い。
【００４０】
また、駆動系は、内燃機関で生じた排気の一部を吸気系流体である還流排気として内燃機関に還流させる排気還流路を有し得る。そして、ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラであり得る（請求項１２）。
【００４１】
この場合、排気還流路により、排気の一部が内燃機関に吸気（還流）されることで、最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となる。ここで、還流排気も冷却によりその密度を増大させつつ内燃機関に還流されることが求められることから吸気系流体に該当する。そして、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、還流排気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して好適に還流排気を還流させることが可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、吸気系流体に対する温度効率の向上と内燃機関の性能向上とを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図２】実施例１の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＮ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図４】実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体がバイパス路を経て凝縮器に流入する状態を示す模式構造図である。
【図５】実施例２の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図６】実施例３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図７】実施例３の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＮ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図８】実施例３の廃熱利用装置に係り、クラッチがＯＦＦ状態にある場合を示す模式構造図である。
【図９】実施例３の廃熱利用装置に係り、作動流体がバイパス路を経て凝縮器に流入する状態を示す模式構造図である。
【図１０】実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１１】実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１２】実施例６の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図面を参照しつつ説明する。
【００４５】
（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、車両に搭載され、図１に示すように、車両の駆動系１ａに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ａと、電磁クラッチ３９と、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。
【００４６】
駆動系１ａは、内燃機関としてのエンジン５と、過給器としてのターボチャージャ７と、図示しないラジエータとを有している。エンジン５は、公知の水冷式ガソリンエンジンである。エンジン５の内部には冷却液としてのＬＬＣ（ロングライフクーラント）が流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン５には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口と流入口と（いずれも図示を省略する。）が形成されている。
【００４７】
さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ａと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｂとが形成されている。このエンジン５は制御装置１１ａと電気的に接続されており、制御装置１１ａに対し、エンジン５の回転数等を電気信号として送信可能となっている。具体的には、エンジン５の回転数が第２閾値を下回ることで、エンジン５は制御装置１１ａに対して低速信号を送信する。この廃熱利用装置では第２閾値として、１５００ｒｐｍを設定している。
【００４８】
ターボチャージャ７は、エンジン５から生じた排気によって作動され、エンジン５に対し、吸気系流体としての加圧空気を供給する。
【００４９】
エンジン５とターボチャージャ７とは配管８〜１０によって接続されている。また、配管９と配管１０とには後述する加圧空気ボイラ２３が接続されている。配管８は内部を排気が流通可能となっており、エンジン５の排気口５ａとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管９及び配管１０は内部を加圧空気が流通可能となっている。配管９はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２３の第１流入口２３ａとに接続されている。配管１０は加圧空気ボイラ２３の第１流出口２３ｂと、エンジン５の吸気口５ｂとに接続されている。
【００５０】
さらに、ターボチャージャ７には、配管１２、１３の各一端側が接続されている。配管１２の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１３の他端側は図示しない車両のエアインテークに開口している。配管１２は、ターボチャージャ７を介して配管８と連通している。同様に、配管１３は、ターボチャージャ７を介して配管９と連通している。
【００５１】
また、エンジン５はクランクシャフト１９を介して公知のプーリ２１と接続されている。プーリ２１は、一対のプーリドラム２１ａ、２１ｂと、プーリドラム２１ａとプーリドラム２１ｂとを動力伝達可能に連結するプーリベルト２１ｃとを有している。クランクシャフト１９はプーリドラム２１ａに接続されており、エンジン５の動力によりプーリドラム２１ａを回転可能となっている。
【００５２】
ランキンサイクル３ａは、ポンプＰ１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。また、ランキンサイクル３ａには、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３２及びバイパス路３３には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００５３】
加圧空気ボイラ２３には、第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと、第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと連通する第１通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄと連通する第２通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第１通路２３ｅ内の加圧空気と、第２通路２３ｆ内の作動流体との熱交換により、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【００５４】
膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、加圧空気ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。また、この膨張機２５とエンジン５とは図示しない動力伝達手段を介して動力伝達可能に接続されており、膨張機２５において作動流体を膨張させることにより生じた回転駆動力をエンジン５に回生させる。
【００５５】
また、膨張機２５には後述する駆動軸３７が接続されている。さらに、膨張機２５は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、膨張機２５は制御装置１１ａに対し、膨張機２５における回転数を電気信号として送信可能となっている。
【００５６】
凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって減圧された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００５７】
バイパス路３３は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に膨張機２５を迂回させる。流量調整弁３５は、作動流体を膨張機２５に流入させる量と、作動流体をバイパス路３３に流入させる量とを調整可能な切替弁である。この流量調整弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００５８】
ポンプＰ１と膨張機２５とは駆動軸３７により動力伝達可能に接続されている。具体的には、膨張機２５に駆動軸３７の一端側が接続されており、駆動軸３７の他端側がポンプＰ１に接続されている。この駆動軸３７を介してポンプＰ１と膨張機２５とが連動することで、膨張機２５で生じた回転駆動力によってポンプＰ１は作動流体を吸入するとともに、吸入した作動流体を吐出する。
【００５９】
これらのポンプＰ１、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５、凝縮器２７、バイパス路３３及び流量調整弁３５は、配管２８〜３２によって接続されている。具体的には、ポンプＰ１と加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃとは配管２８によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第２流出口２３ｄと流量調整弁３５とは配管２９によって接続されている。また、流量調整弁３５と膨張機２５の流入口２５ａとは配管３０によって接続されている。膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３１によって接続されている。そして、凝縮器２７の流出口２７ｂとポンプＰ１とは配管３２によって接続されている。また、バイパス路３３の一端側は流量調整弁３５と接続されており、その他端側は配管３１と接続されている。
【００６０】
さらに、ポンプＰ１は電磁クラッチ３９を介してエンジン５によって駆動可能となっている。具体的には、駆動軸３７の他端側の先端が公知の電磁クラッチ３９に接続されている。この電磁クラッチ３９は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。電磁クラッチ３９は、図示しない電磁ソレノイドを有している。この電磁ソレノイドの作動により、電磁クラッチ３９はプーリ２１と断接可能となっている。そして、電磁ソレノイドの作動により、電磁クラッチ３９がプーリドラム２１ｂと当接することにより、クランクシャフト１９、プーリ２１、電磁クラッチ３９及び駆動軸３７を介して、ポンプＰ１にエンジン５の駆動力が伝達され、ポンプＰ１が駆動される。この電磁クラッチ３９がクラッチに相当している。また、駆動軸３７におけるポンプＰ１と膨張機２５との間の適宜箇所には、膨張機２５がポンプＰ１を駆動する方向にのみ回転を許容するワンウェイクラッチ（図示せず）が設けられている。なお、電磁クラッチ３９に替えて、多板式クラッチ等を採用しても良い。
【００６１】
このランキンサイクル３ａでは、ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体は、図２〜４に示すように、ポンプＰ１から加圧空気ボイラ２３、膨張機２５又はバイパス路３３を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流通方向において、バイパス路３３は、加圧空気ボイラ２３の下流で配管２９から分岐し、凝縮器２７の流入口２７ａよりも上流で配管３１に合流する。
【００６２】
図１に示すように、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、車両のＥＣＵ等（図示略）から受信した信号によって車両のアクセル開度を検知可能に構成されており、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能となっている。そして、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。つまり、制御装置１１ａは判断手段及び出力要求検出手段として機能する。
【００６３】
さらに、この制御装置１１ａは制御手段としても機能し、上記の加圧空気に対する冷却要求量とエンジン５から受信した回転数とに基づいて、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行う。また、制御装置１１ａは、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。
【００６４】
このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【００６５】
図２に示すように、車両が駆動されることにより、駆動系１ａではエンジン５が作動する。これにより、排気口５ａから排出された排気が配管８、ターボチャージャ７及び配管１２を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、排気によってターボチャージャ７が作動される。これにより、車外の空気が配管１３よりターボチャージャ７に吸引され、圧縮される。この空気は加圧空気として、配管９、加圧空気ボイラ２３の第１通路２３ｅ及び配管１０を経てエンジン５の吸気口５ｂよりエンジン５内へ吸入される（同図の破線矢印参照）。なお、図示を省略しているものの、エンジン５（流出口及び流入口）とラジエータとの間で冷却液が循環し、エンジン５の冷却も行われる。
【００６６】
また、制御装置１１ａは流量調整弁３５の制御を行なう。ここでは、膨張機２５に流入する作動流体の流量を最大とし、バイパス路３３に流入する作動流体の流量をゼロとするように流量調整弁３５を制御する。また、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃを作動させる。
【００６７】
さらに、制御装置１１ａは、電磁ソレノイドを作動させることにより、電磁クラッチ３９とプーリドラム２１ｂとを当接させて、電磁クラッチ３９とプーリ２１とを接続させる（電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする。）。これにより、ポンプＰ１がエンジン５又は膨張機２５によって駆動される（通常運転状態）。
【００６８】
このため、ランキンサイクル３ａでは、同図の実線矢印に示すように、ポンプＰ１によって吐出された作動流体が配管２８を経て、加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃから第２通路２３ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２３ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態で吸入口５ｂからエンジン５内に至ることとなる。
【００６９】
こうして、加圧空気ボイラ２３において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２３ｄから流出し、配管２９、３０を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーによって生じた回転駆動力は、動力伝達手段を介してエンジン５に伝達され、エンジン５に回生される。
【００７０】
膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３１を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３２を経てポンプＰ１に吸入され、再び配管２８、ひいては加圧空気ボイラ２３に向けて吐出される。
【００７１】
一方、この廃熱利用装置では、上記のように、制御装置１１ａが電磁ソレノイドを作動させることにより、電磁クラッチ３９とプーリ２１との接続を解除させる（電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。）ことも可能となっている（図３参照）。
【００７２】
このように、電磁クラッチ３９とプーリ２１との接続を解除することで、膨張機２５の駆動負荷はポンプＰ１のみとなる。これにより、ランキンサイクル３ａでは、膨張機２５及びポンプＰ１の回転数が増大し、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。また、この場合、配管２８〜３２内を循環する作動流体の循環速度は、膨張機２５の動力とポンプＰ１消費動力とが釣り合うところまで、加速されることとなる。このため、エンジン５とポンプＰ１とが電磁クラッチ３９を介して接続されていた場合と比較して、配管２８〜３２内を循環する作動流体の循環速度が速くなり、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の流量が多くなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却され、より密度が高い状態でエンジン５に吸入されることとなる。なお、加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、第２流出口２３ｄから流出し、図２に示す場合と同様、膨張機２５によって膨張及び減圧された後、凝縮器２７によって放熱されることとなる。
【００７３】
また、この状態（電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態）において、膨張機２５の回転数が所定値を超えることで、制御装置１１ａは流量調整弁３５の制御を行う。これにより、図４に示すように、配管２９とバイパス路３３とが連通され、配管２９から一部の作動流体がバイパス路３３にも流入することとなる。
【００７４】
これにより、同図の実線矢印に示すように、加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体の一部は、バイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３内の作動流体は、膨張機２５を迂回しつつ、配管３１を経て凝縮器２７の流入口２７ａに至る。この場合、膨張機２５に流入する作動流体の流量が減少し、膨張機２５前後の高低圧差が低下するため、膨張機２５の回転数は減少することとなる。
【００７５】
このように、この廃熱利用装置では、作動流体を加圧空気ボイラ２３で加熱することができる。ここで、ターボチャージャ７によって圧縮された加圧空気は、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体と比較して高温となる。そして、作動流体との熱交換により、加圧空気の熱をランキンサイクル３ａにおいて回収可能、つまり、回生可能な回転駆動力とすることができる。一方、ターボチャージャ７における加圧空気の熱を作動流体に移動させることで、加圧空気の温度を効果的に下げることができる。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能し、エンジン５に対して、密度の高い加圧空気、つまり、多くの加圧空気を供給することが可能となっている。
【００７６】
また、この廃熱利用装置は、ポンプＰ１と膨張機２５とが駆動軸３７によって動力伝達可能に接続されているため、ポンプＰ１と膨張機２５とを一体化することが可能となっている。また、ポンプＰ１が電磁クラッチ３９及びプーリ２１を介してエンジン５によって駆動可能に接続されているため、ポンプＰ１を駆動するための駆動装置を設ける必要がない。このため、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００７７】
そして、この廃熱利用装置は、図２に示すように、電磁クラッチ３９及びプーリ２１によってエンジン５とポンプＰ１とを接続しておれば、加圧空気に対する温度効率（作動流体の流量）がエンジン５の回転数に依存することとなる。このため、この廃熱利用装置は制御装置１１ａによって、上記のように、電磁クラッチ３９による接続を断つことができるようになっている。
【００７８】
具体的には、（１）加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合（上記のように、制御装置１１ａはアクセル開度によってエンジン５に対する出力要求を検出するとともに、エンジン５に対する出力要求を基に加圧空気に対する冷却要求量を判断する。ここで、アクセル開度が小さく、エンジン５に対する出力要求が小さい場合には、加圧空気に対する冷却要求量が小さくなり、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値以下と判断することとなる。）、（２）加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ａが判断した場合であっても、エンジン５の回転数が１５００ｒｐｍを下回る低速信号がない場合のいずれかである場合には、電磁クラッチ３９がＯＮ状態とされる。
【００７９】
これらのように、電磁クラッチ３９がＯＮ状態にある場合は通常運転状態であるため、ポンプＰ１はエンジン５又は膨張機２５によって駆動され、ポンプＰ１及び配管２８を経た作動流体がそのまま加圧空気ボイラ２３に流入する。そして、加圧空気ボイラ２３における熱交換により、加圧空気の熱を作動流体に移動させて加圧空気の温度を下げることができる。これにより、エンジン５に対して多くの加圧空気を供給可能となり、エンジン５の出力を向上させることが可能となる。また、この際、この廃熱利用装置では、上記のように、膨張機２５において減圧された作動流体の圧力エネルギーによって得られた回転駆動力がエンジン５に回生される。
【００８０】
また、電磁クラッチ３９がＯＮ状態にあることで、この廃熱利用装置ではエンジン５とポンプＰ１とが電磁クラッチ３９を介して接続することとなる。これにより、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量、すなわち、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流量に基づく吐出空気ボイラ２３での加圧空気の冷却能力は、エンジン５の回転数に依存することとなる。しかし、低速信号が発信されていない状態、つまり、エンジン５の回転数が第２閾値（１５００ｒｍ）以上であるため、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量がエンジン５の回転数に依存したとしても、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流量が多くなるため、加圧空気ボイラ２３における加圧空気に対する冷却能力は十分に確保されることとなる。このように、電磁クラッチ３９をＯＮ状態とすることで、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求を満たしつつ、上記のように、エンジン５に対する回転駆動力の回生も行うことができる。
【００８１】
一方、エンジン５に対する出力要求が所定値を超えた場合、すなわち、検知したアクセル開度が所定値を超えた場合には、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。エンジン５の出力を高めるためにはより多くの加圧空気をエンジン５に供給する必要があり、そのためには加圧空気をより冷却してその密度を高くすることが必要となる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気をより冷却することが求められる、すなわち、加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却が優先されることとなる。これらのことから、エンジン５に対する出力要求に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。また、上記の低速信号がある状態であっても、加圧空気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合は、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。
【００８２】
これにより、廃熱利用装置では、図３に示すように、電磁クラッチ３９を介したエンジン５とポンプＰ１との接続が解除され、膨張機２５の負荷が軽減される。この場合、膨張機２５の駆動負荷がポンプＰ１のみとなるため、ランキンサイクル３ａでは、ポンプＰ１とエンジン５とが電磁クラッチ３９を介して接続されていた場合（図２参照）よりも、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、図３に示すように、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の流量が多くなる。これにより、加圧空気ボイラ２３において、加圧空気の温度をより下げる（加圧空気を第１閾値以下の温度とする）ことができ、エンジン５に対してより多くの加圧空気を供給可能となる。このため、エンジン５の出力を向上させることが可能となり、エンジン５に対する出力要求を満たすことができる。
【００８３】
また、この廃熱利用装置では、作動流体が膨張機２５を迂回可能なバイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。そして、膨張機２５の回転数が所定値以上となることで、制御装置１１ａが流量調整弁３５の制御を行う。これにより、図４に示すように、作動流体の一部がバイパス路３３を循環するようにすることで、膨張機２５に流入する作動流体の流量を減少させて、膨張機２５前後の高低圧差を低下させることにより、膨張機２５の回転数を減少させることができる。このため、この廃熱利用装置では、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速された場合でも、作動流体が膨張機２５を過剰に駆動することを防止し、ポンプＰ１及び膨張機２５の耐久性を維持することができるようになっている。
【００８４】
さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００８５】
したがって、実施例１の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、加圧空気に対する温度効率の向上とエンジン５の性能向上とを実現可能である。
【００８６】
また、この廃熱利用装置では、制御装置１１ａが流量調整弁３５を制御することにより、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量との割合を調整することが可能である。これにより、膨張機２５の動力とポンプＰ１消費動力とが釣り合う際において、膨張機２５やポンプＰ１の回転数を適宜変更することが可能となっている。
【００８７】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置の構成に替えて、図５に示すように、パイパス路３３及び流量調整弁３５を設けない一方で、及び駆動軸３７に発電機４１を設けている。発電機４１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。この発電機４１は、回転駆動する駆動軸３７によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。この発電機４１における他の構成は公知の発電機と同様である。また、制御装置１１ａは発電機４１における発電量等の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００８８】
このように、この廃熱利用装置では、発電機４１が駆動軸３７に設けられていることで、膨張機２５によって発電機４１を駆動可能である他、エンジン５によっても発電機４１を駆動させることが可能となっている。ここで、この廃熱利用装置では、膨張機２５によって発電機４１を駆動可能であることから、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある時には、発電機４１における負荷を制御装置１１ａが制御することで、配管２８〜３２内を循環する作動流体の流量を調整することができる。このため、この廃熱利用装置では、制御装置１１ａが発電機４１の負荷を制御することで、ポンプＰ１及び膨張機２５の回転数を調整し、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収とエンジン５における出力向上とを好適に調整することが可能となっている。他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【００８９】
したがって、実施例２の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、加圧空気に対する温度効率の向上とエンジン５の性能向上とを実現可能である。
【００９０】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置も車両に搭載され、図６に示すように、車両の駆動系１ｂに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ｂと、制御装置１１ｂと、第１温度センサ４３ａとを備えている。また、この廃熱利用装置も実施例１の廃熱利用装置と同様、電磁クラッチ３９と、バイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。
【００９１】
駆動系１ｂは、内燃機関としてのエンジン２と、排気路としての配管４と、排気還流路としての配管６ａ、６ｂと、空気導入路としての配管１５とを有している。配管６ｂには上記の第１温度センサ４３ａと可変バルブ４５とが設けられている。
【００９２】
エンジン２は、公知の水冷式ディーゼルエンジンである。エンジン２には、排気を排出する排気口２ａと、後述する混合空気を吸入する吸気口２ｂとが形成されている。また、このエンジン２の内部には冷却液が流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン２には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口と流入口と（いずれも図示を省略する。）が形成されている。このエンジン２は制御装置１１ｂと電気的に接続されており、制御装置１１ｂに対し、エンジン２の回転数等を電気信号として送信可能となっている。なお、この廃熱利用装置においても、第２閾値として１５００ｒｐｍを設定している。
【００９３】
さらに、このエンジン２も実施例１の廃熱利用装置におけるエンジン５と同様、クランクシャフト１９を介してプーリ２１と接続されている。これにより、この廃熱利用装置においても、エンジン２の動力によってプーリドラム２１ａを回転させることが可能となっている。
【００９４】
配管４は、一端側が排気口２ａと接続されており、他端側が図示しないマフラと接続されている。これにより、配管４は、エンジン２で生じた排気をその内部に流通させることでマフラに導くことが可能となっている。
【００９５】
配管６ａは一端側が配管４と接続されており、他端側が後述する還流排気ボイラ２４の第１流入口２４ａと接続されている。また、配管６ｂは、一端側が還流排気ボイラ２４の第１流出口２４ｂと接続されており、他端側がエンジン２の吸気口２ｂと接続されている。配管１５は、一端側が配管６ｂと接続されており、他端側が図示しない車両のエアインテークと接続されている。これにより、配管１５は、車外の空気をその内部に流通させることで配管６ｂに導くことが可能となっている。そして、排気還流路である配管６ａ、６ｂは、配管４を流通する排気の一部をその内部に流通させることで、吸気系流体である還流排気と空気との混合空気をエンジン２に還流させることが可能となっている。
【００９６】
可変バルブ４５は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この可変バルブ４５は、その開度を調整することにより配管４から配管６ａに流入する排気の流量を調整可能である。
【００９７】
第１温度センサ４３ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ４３ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２４の第１流出口２４ｂを流出し、配管６ｂを流通する還流排気の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｂに向けて発信する。
【００９８】
ランキンサイクル３ｂは、還流排気ボイラ２４を有している。また、このランキンサイクル３ｂは、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様に、ポンプＰ１と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。さらに、ランキンサイクル３ｂには、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。なお、ポンプＰ１、膨張機２５、電動ファン２７ｃ及び流量調整弁３５は、いずれも制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【００９９】
還流排気ボイラ２４には、第１流入口２４ａ及び第２流出口２４ｂと、第２流入口２４ｃ及び第２流出口２４ｄとが形成されている。また、還流排気ボイラ２４内には、両端側でそれぞれ第１流入口２４ａ及び第１流出口２４ｂと連通する第１通路２４ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２４ｃ及び第２流出口２４ｄと連通する第２通路２４ｆとが設けられている。この還流排気ボイラ２４では、第１通路２４ｅ内の還流排気と、第２通路２４ｆ内の作動流体との熱交換により、還流排気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【０１００】
ポンプＰ１と、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃとは配管２８によって接続されている。また、還流排気ボイラ２４の第２流出口２４ｄと、流量調整弁３５とは配管２９によって接続されている。このランキンサイクル３ｂにおける膨張機２５と凝縮器２７との接続等については、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様である。
【０１０１】
また、この廃熱利用装置においても、膨張機２５とポンプＰ１とは、駆動軸３７によって動力伝達可能に接続されている。さらに、膨張機２５とエンジン２とも図示しない動力伝達手段を介して動力伝達可能に接続されており、膨張機２５で生じた回転駆動力をエンジン２に回生させる。また、ポンプＰ１は電磁クラッチ３９を介してエンジン２によって駆動可能となっている。なお、電磁クラッチ３９は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１０２】
このランキンサイクル３ｂでは、ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体は、図７〜９に示すように、ポンプＰ１から還流排気ボイラ２４、膨張機２５又はバイパス路３３を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流通方向において、バイパス路３３は、還流排気ボイラ２４の下流で配管２９から分岐し、凝縮器２７の流入口２７ａよりも上流で配管３１に合流する。
【０１０３】
図６に示すように、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ｂは、第１温度センサ４３ａが検出した還流排気の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｂは判断手段として機能する。
【０１０４】
さらに、この制御装置１１ｂも制御手段として機能し、上記の還流排気に対する冷却要求量とエンジン２から受信した回転数とに基づいて、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行う。また、制御装置１１ｂは、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０５】
このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【０１０６】
車両が駆動されることにより、駆動系１ｂではエンジン２が作動する。これにより、図７に示すように、排気口２ａから排出された排気が配管４を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ４５の開度を調整することで、配管４を流通する排気の一部が配管６ａに流入する。配管６ａに流入した排気は還流排気として、第１流入口２４ａから還流排気ボイラ２４内に流入し、第１通路２４ｅ内を流通して、第１流出口２４ｂから配管６ｂに至る。この際、第１温度センサ４３ａは、第１流出口２４ｂから流出した還流排気の温度を検出し、その温度を制御装置１１ｂに向けて発信する。配管６ｂを流通する還流排気は、配管１５を経た車外の空気（同図の破線矢印参照。）と混合され、混合空気として吸気口２ｂよりエンジン２内に還流する。なお、図示を省略しているものの、エンジン２（流出口及び流入口）とラジエータとの間で冷却液が循環し、エンジン２の冷却も行われる。
【０１０７】
また、制御装置１１ｂは流量調整弁３５の制御を行ない、膨張機２５に流入する作動流体の流量を最大とし、バイパス路３３に流入する作動流体の流量がゼロとする。さらに、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃを作動させる。そして、上記の第１温度センサ４３ａから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｂが判断した場合、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＮ状態として、電磁クラッチ３９とプーリ２１とを接続させる。還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が１５００ｒｐｍを下回る低速信号がない場合も同様に、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする。
【０１０８】
これにより、この廃熱利用装置においても通常運転状態となり、ポンプＰ１がエンジン５又は膨張機２５によって駆動される。そして、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｂでは、ポンプＰ１によって吐出された作動流体が配管２８を経て、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃから第２通路２４ｆに至る。この際、作動流体は還流排気ボイラ２４において還流排気と熱交換される。ここで、第１通路２４ｅを流通する還流排気は約５００°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２４ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２４ｅを流通する還流排気は、第２通路２４ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態（第１閾値以下の温度）で吸入口６ｂを流通し、配管１５を経た空気と混合された後、混合空気としてエンジン２内に還流することとなる。
【０１０９】
還流排気ボイラ２４において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２４ｄから流出し、膨張機２５内で膨張して減圧される。この際、実施例１の廃熱利用装置と同様、エンジン２に対する回転駆動力の回生が行われる。また、膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３１を経て凝縮器２７に至り、冷却されることとなる。
【０１１０】
このように、この廃熱利用装置では、還流排気の熱をランキンサイクル３ｂにおいて回収可能、つまり、回生可能な回転駆動力とすることができる。さらに、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２４を還流排気に対する冷却装置として機能させることができる。これにより、この廃熱利用装置では、還流排気を好適に冷却してその密度を増大させ、混合空気における還流排気の割合を大きくすることで、マフラから車外に放出される排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることが可能となる。
【０１１１】
ここで、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が第２閾値以上（低速信号がない場合）であれば、ポンプＰ１による作動流体の吐出流量がエンジン２の回転数に依存したとしても、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流量が多くなる。これにより、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２４における還流排気に対する冷却能力は十分に確保される。このため、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えていると制御装置１１ｂが判断した場合であっても、エンジン２の回転数が第２閾値以上であれば、電磁クラッチ３９をＯＮ状態（通常運転状態）とすることで、この廃熱利用装置では、還流排気に対する冷却要求を満たしつつ、上記のように、エンジン２に対する回転駆動力の回生も行うことができる。
【０１１２】
一方、上記の第１温度センサ４３ａから発信された検出値が大きい場合には、還流排気ボイラ２４における還流排気の冷却が足りていないこととなる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が大きい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断する。この場合、制御装置１１ｂは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。また、上記の低速信号がある状態であっても、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ｂが判断した場合には、電磁クラッチ３９はＯＦＦ状態とされる。
【０１１３】
これにより、図８に示すように、この廃熱利用装置においても、膨張機２５の駆動負荷はポンプＰ１のみとなり、ランキンサイクル３ｂで、膨張機２５及びポンプＰ１の回転数が増大することで、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速される。このため、ランキンサイクル３ｂでは、還流排気ボイラ２４に流入する作動流体の流量が多くなり、還流排気がより冷却されることで、還流排気に対する第１閾値を超える冷却要求を満たすことが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、還流排気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、還流排気を好適に冷却することが可能となる。
【０１１４】
さらに、この廃熱利用装置は、作動流体が膨張機２５を迂回可能なバイパス路３３と、流量調整弁３５とを備えている。このため、この廃熱利用装置において、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｂが流量調整弁３５の制御を行う。
【０１１５】
これにより、図９に示すように、この廃熱利用装置においても作動流体の一部をバイパス路３３に流入させることで、膨張機２５に流入する作動流体の流量を減少させることが可能となる。こうして、この廃熱利用装置においても、膨張機２５前後の高低圧差を低下させることによって、膨張機２５の回転数を減少させることが可能となっている。このため、この廃熱利用装置においても、配管２８〜３２内を循環する作動流体の速度が加速された場合に、作動流体が膨張機２５を過剰に駆動することを防止でき、ポンプＰ１及び膨張機２５の耐久性を維持することが可能となっている。
【０１１６】
また、この廃熱利用装置では、第１温度センサ４３ａが検出した還流排気の温度に基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１１７】
したがって、実施例３の廃熱利用装置は、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１１８】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１０に示す制御装置１１ｃ及び第２温度センサ４３ｂが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｃに電気的に接続されている。
【０１１９】
第２温度センサ４３ｂは、配管２８に設けられている。第２温度センサ４３ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ４３ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管２８を流通する作動流体の温度、すなわち、還流排気ボイラ２４の第２流入口２４ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。
【０１２０】
制御装置１１ｃは、第２温度センサ４３ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、還流排気ボイラ２４での還流排気の冷却能力が低くなることから、相対的に還流排気に対する冷却要求量は大きくなる。これにより、制御装置１１ｃも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｃは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１２１】
さらに、この制御装置１１ｃも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｃが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１２３】
ここで、上記の第２温度センサ４３ｂから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｃが判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｃは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｃが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２４】
他方、第２温度センサ４３ｂから発信された検出値が大きい場合、つまり、還流排気ボイラ２４に流入する前の作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。そして、第２温度センサ４３ｂの検出値に基づき、制御装置１１ｃが還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｃが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｃは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この際における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１２６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ４３ｂ検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｃは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１２７】
したがって、実施例４の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１２８】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１１に示す制御装置１１ｄ及び第３温度センサ４３ｃが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｄに電気的に接続されている。
【０１２９】
第３温度センサ４３ｃは、配管３２に設けられている。第３温度センサ４３ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ４３ｃは、この第３温度センサ４３ｃは、第３温度検出手段として機能し、配管３２を流通する作動流体の温度、すなわち、ポンプＰ１に流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｄに向けて発信する。
【０１３０】
制御装置１１ｄは、第３温度センサ４３ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｄも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｄは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１３１】
さらに、この制御装置１１ｄも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｄが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１３３】
ここで、上記の第２温度センサ４３ｃから発信された検出値に基づき、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｄが判断した場合、制御装置１１ｄは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｄは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｄが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３４】
他方、ポンプＰ１に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第３温度センサ４３ｃにおいて検出される検出値が大きくなる。この場合、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。ポンプＰ１に流入する作動流体の温度が高い場合には、還流排気ボイラ２４において作動流体が高温に加熱されており、熱源である還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ４３ｃの検出値に基づき、制御装置１１ｄが還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｄが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｄは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この場合における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１３６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ４３ｃ検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｄは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１３７】
したがって、実施例５の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１３８】
（実施例６）
実施例６の廃熱利用装置では、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ４３ａに替えて、図１２に示す制御装置１１ｅ及び圧力センサ４３ｄが設けられている。なお、膨張機２５、電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５は制御装置１１ｅに電気的に接続されている。
【０１３９】
圧力センサ４３ｄは、配管３２に設けられている。圧力センサ４３ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ４３ｄは、圧力検出手段として機能し、配管３２を流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流からポンプＰ１の上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。
【０１４０】
制御装置１１ｅは、圧力センサ４３ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。これにより、制御装置１１ｅも判断手段として機能する。また、制御装置１１ｅは電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【０１４１】
さらに、この制御装置１１ｅも制御手段として機能し、実施例３の廃熱利用装置における制御装置１１ｂと同様に、電磁クラッチ３９とプーリ２１との断接制御を行うとともに、膨張機２５における回転数に基づいて流量調整弁３５の制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４２】
この廃熱利用装置においても、上記の実施例３の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｅが電動ファン２７ｃ、流量調整弁３５、電磁クラッチ３９及び可変バルブ４５について、それぞれ作動制御を行う。
【０１４３】
ここで、上記の圧力センサ８３ｄから発信された検出値が小さく、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値以下であると制御手段１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅは電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする（通常運転状態）。また、制御装置１１ｅは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｅが電磁クラッチ３９をＯＮ状態とする他の条件と、電磁クラッチ３９がＯＮ状態である際の流量調整弁３５の制御とについては、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４４】
他方、膨張機２５の下流からポンプＰ１の上流までの作動流体の凝縮圧力が高くなることで、圧力センサ４３ｄにおいて検出される検出値が大きくなる。このように作動流体の凝縮圧力が高くなることで、制御装置１１ｅは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。凝縮器２７を経ても配管３２を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、還流排気ボイラ２４において作動流体が高温に加熱されている、つまり、還流排気ボイラ２４において作動流体を加熱する熱源となる還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ４３ｄから発信された検出値を基に、還流排気に対する冷却要求量が第１閾値を超えたと制御装置１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅ電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする。なお、この廃熱利用装置において制御装置１１ｅが電磁クラッチ３９をＯＦＦ状態とする他の条件は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４５】
さらに、この廃熱利用装置においても、電磁クラッチ３９がＯＦＦ状態にある場合に、膨張機２５の回転数が所定値以上となれば、制御装置１１ｅは流量調整弁３５の制御を行う。なお、この場合における流量調整弁３５の制御については、実施例３の廃熱利用装置において、膨張機２５の回転数が所定値以上となった場合と同様である。
【０１４６】
これらにより、この廃熱利用装置においても、実施例３の廃熱利用装置と同様の効果を奏することが可能となっている。また、この廃熱利用装置では、圧力センサ４３ｄ検出した作動流体の凝縮圧力に基づくことで、制御装置１１ｅは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１４７】
したがって、実施例６の廃熱利用装置も、構造が簡素化しつつ、必要に応じ、還流排気に対する温度効率の向上とエンジン２の性能向上とを実現可能である。
【０１４８】
以上において、本発明を実施例１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜６に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【０１４９】
例えば、実施例３〜６の廃熱利用装置において、パイパス路３３及び流量調整弁３５に替えて、駆動軸３７に発電機４１を設ける構成としても良い。この場合も実施例２の廃熱利用装置と同様、制御装置１１ｂ〜１１ｅが発電機４１の負荷を制御することとなる。これにより、この場合における実施例３〜６の廃熱利用装置でも、ポンプＰ１及び膨張機２５の回転数を調整することが可能となり、ランキンサイクル３ｂにおける電力の回収とエンジン２における出力向上とを好適に調整することが可能となる。
【０１５０】
また、実施例１、２の廃熱利用装置において、第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄを設けるとともに、制御装置１１ａはこれらの第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５１】
さらに、実施例３〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ〜１１ｅについて、車両のアクセル開度を検知可能であるとともに、このアクセル開度に基づき、エンジン２に対する出力要求を検出可能とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５２】
また、実施例１〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管３２を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３２を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を好適に冷却することが可能となり、同様に、還流排気ボイラ２４において還流排気を好適に冷却することが可能となる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気又は還流排気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３２を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することができなくなり、同様に、還流排気ボイラ２４において還流排気を十分に冷却することができなくなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きいと判断することが可能となる。
【０１５３】
さらに、実施例１〜６の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度を検出可能な検出手段（第４温度検出手段に相当する温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、これらの加圧空気や還流排気の温度を基に、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４から流出する還流排気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。
【０１５４】
また、実施例１〜６の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン２、５に対する出力要求、第１〜３温度センサ４３ａ〜４３ｃや圧力センサ４３ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２４に流入する前の還流排気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１５５】
さらに、配管３１に公知のレシーバを設けても良い。この場合、レシーバにより作動流体が好適に液化されるため、凝縮器２７を経た作動流体は、ポンプＰ１によって好適に吐出されて、配管２８〜３２やバイパス路３３を好適に循環することとなる。
【０１５６】
また、実施例１、２の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に加えて、冷却液と作動流体とで熱交換が可能なボイラ等を設けても良い。この場合、冷却液の熱、すなわち、エンジン５の廃熱等によっても作動流体を加熱できるため、より好適に作動流体を加熱することが可能となり、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力量等を多くすることが可能となる。また、作動流体との熱交換によって冷却液を冷却することが可能となるため、ラジエータ等を小型化させてもエンジン５を好適に冷却させることが可能となる。同様に、実施例３〜６の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２４に加えて、エンジン２の廃熱等と作動流体とで熱交換が可能となる上記のようなボイラを設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１ａ、１ｂ…駆動系
２…エンジン（内燃機関）
３ａ、３ｂ…ランキンサイクル
５…エンジン（内燃機関）
６ａ、６ｂ…配管（排気還流路）
７…ターボチャージャ（過給器）
１１ａ…制御装置（判断手段、制御手段、出力要求検出手段）
１１ｂ〜１１ｅ…制御装置（判断手段、制御手段）
２３…加圧空気ボイラ
２４…還流排気ボイラ
２５…膨張機
２７…凝縮器
２８〜３２…配管
３９…電磁クラッチ（クラッチ）
３３…バイパス路
３５…流量調整弁
４１…発電機
４３ａ…第１温度センサ（第１温度検出手段）
４３ｂ…第２温度センサ（第２温度検出手段）
４３ｃ…第３温度センサ（第３温度検出手段）
４３ｄ…圧力センサ（圧力検出手段）
Ｐ１…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラでは、前記内燃機関に対して冷却されつつ吸気される吸気系流体と、前記作動流体との熱交換が可能であり、
前記ポンプと前記膨張機とは動力伝達可能に接続され、
該ポンプはクラッチを介して前記内燃機関によって駆動可能に接続され、
該吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が第１閾値を超えた場合に、該クラッチによる接続を断つ制御手段とを備えていることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え、
前記判断手段は、該出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記ボイラから流出する前記吸気系流体の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記ボイラに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記ボイラに流入する前記吸気系流体の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、該吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記膨張機の下流から前記ポンプの上流までの前記作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、
前記判断手段は、該圧力検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量が前記第１閾値を超えたとの判断に加えて、前記内燃機関の回転数が第２閾値を下回る低速信号により、前記クラッチによる接続を断つ請求項１乃至７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記膨張機を迂回して該配管に合流するバイパス路と、該膨張機に流入する該作動流体の流量と該バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを備え、
前記制御手段は、該流量調整弁を制御する請求項１乃至８のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記膨張機は発電機を駆動可能であり、
前記制御手段は該発電機の負荷を制御する請求項１乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記駆動系は、前記内燃機関に対して前記吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し、
前記ボイラは、該加圧空気と前記作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記駆動系は、前記内燃機関で生じた排気の一部を前記吸気系流体である還流排気として該内燃機関に還流させる排気還流路を有し、
前記ボイラは、該還流排気と前記作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１】
内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラでは、前記内燃機関に対して冷却されつつ吸気される吸気系流体と、前記作動流体との熱交換が可能であり、
前記ポンプと前記膨張機とは動力伝達可能に接続され、
該ポンプはクラッチを介して前記内燃機関によって駆動可能に接続され、
該吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が第１閾値を超えた場合に、該クラッチによる接続を断つ制御手段とを備えていることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え、
前記判断手段は、該出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記ボイラから流出する前記吸気系流体の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記ボイラに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記ボイラに流入する前記吸気系流体の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、該吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記膨張機の下流から前記ポンプの上流までの前記作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、
前記判断手段は、該圧力検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量が前記第１閾値を超えたとの判断に加えて、前記内燃機関の回転数が第２閾値を下回る低速信号により、前記クラッチによる接続を断つ請求項１乃至７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記膨張機を迂回して該配管に合流するバイパス路と、該膨張機に流入する該作動流体の流量と該バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを備え、
前記制御手段は、該流量調整弁を制御する請求項１乃至８のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記膨張機は発電機を駆動可能であり、
前記制御手段は該発電機の負荷を制御する請求項１乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記駆動系は、前記内燃機関に対して前記吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し、
前記ボイラは、該加圧空気と前記作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記駆動系は、前記内燃機関で生じた排気の一部を前記吸気系流体である還流排気として該内燃機関に還流させる排気還流路を有し、
前記ボイラは、該還流排気と前記作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７６３９７（Ｐ２０１３−７６３９７Ａ）
【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２０１２−１１６０２１（Ｐ２０１２−１１６０２１）
【出願日】平成２４年５月２１日（２０１２．５．２１）
【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４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２１日（２０１２．５．２１）
【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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