廃熱利用装置
【課題】ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の出力向上とのどちらを優先させるかを選択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、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３１〜４１と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。この廃熱利用装置では、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６等により、第１熱交換器２５の下流でレシーバ２９を接続する場合と、第２熱交換器２６の下流でレシーバ２９を接続する場合とを切り替えることが可能となっている。
【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、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３１〜４１と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。この廃熱利用装置では、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６等により、第１熱交換器２５の下流でレシーバ２９を接続する場合と、第２熱交換器２６の下流でレシーバ２９を接続する場合とを切り替えることが可能となっている。
【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の図５に開示された廃熱利用装置は、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、過給器としてのターボチャージャとを有している。このターボチャージャは、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。ランキンサイクルは、ポンプと、加圧空気ボイラと、冷却水ボイラと、膨張機と、凝縮器と、ポンプから加圧空気ボイラ、冷却水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。
【０００３】
また、特許文献２に開示された廃熱利用装置は、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である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】
これらの廃熱利用装置では、吸気系流体としての加圧空気や還流排気が高温となることから、加圧空気ボイラや還流排気ボイラにおける熱交換により作動流体を好適に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、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っている。
【０００５】
また、これら廃熱利用装置では、加圧空気ボイラが加圧空気に対するインタークーラとして機能し、また、還流排気ボイラが還流排気に対する冷却装置として機能することから、専用のインタークーラや冷却装置を別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、構造が簡素化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、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。ここで、加圧空気を冷却すれば、内燃機関の出力を向上させることが可能となり、還流排気を冷却すれば、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が可能となるためである。
【０００８】
しかし、上記の各廃熱利用装置では、凝縮器がすぐにポンプに接続されているため、加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入する作動流体の温度がほぼ凝縮温度となり、吸気系流体である加圧空気や還流排気を十分に冷却し難い。
【０００９】
このため、凝縮器とポンプとの間にレシーバ及びサブクーラを設けることが考えられる。この場合、レシーバによって凝縮器の下流の作動流体を確実に液化し、サブクーラによって液化した作動流体を冷却できる。このため、加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入する作動流体の温度を確実に下げることができ、加圧空気や還流排気を好適に冷却することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、この場合、内燃機関の出力にかかわらず、凝縮器及びサブクーラが一定の放熱を行うだけである。このため、ランキンサイクルにおいて、作動流体が不必要に冷却されることもあり、回収するエネルギーが少なくなる。また一方で、内燃機関の出力向上等のために加圧空気や還流排気のより一層の冷却が必要な場合、すなわち、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きい場合であっても、それに見合う温度まで加圧空気や還流排気を冷却できない場合も生じる。このため、内燃機関の出力等が不十分となってしまう。
【００１１】
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、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択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】
【００１２】
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た廃熱利用装置において、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させるポンプと、
該ポンプの下流に該配管によって接続され、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間で熱交換を行うボイラと、
該ボイラの下流に該配管によって接続され、該作動流体を膨張させる膨張機と、
該膨張機の下流に該配管によって接続されているとともに自己の下流が該ポンプに該配管によって接続され、該作動流体を凝縮するとともに過冷却する熱交換手段とを備え、
該熱交換手段は、該作動流体を凝縮するコンデンサ部と、
該コンデンサ部の下流に接続され、液体状の該作動流体を貯留するレシーバと、
該レシーバの下流に接続され、液体状の該作動流体を過冷却するサブクール部と、
コンデンサ部及び該サブクール部の割合を変更する切替手段とを有し、
前記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に応じて、該切替手段の制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
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。このランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、配管とを有している。ボイラでは、吸気系流体と作動流体が熱交換を行う。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。
【００１４】
これにより、この廃熱利用装置では吸気系流体の冷却と作動流体の加熱とを行うことが可能となる。このため、この廃熱利用装置におけるランキンサイクルでは、作動流体の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量が多くなる。なお、この回収可能なエネルギーとしては、例えば、圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。
【００１５】
また、この廃熱利用装置では、ボイラが吸気系流体に対する冷却装置として機能する。これにより、この廃熱利用装置では、吸気系流体の密度を大きくさせた状態で内燃機関に吸気されることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して、多くの吸気系流体を吸気させることが可能となる。
【００１６】
さらに、この廃熱利用装置は、熱交換手段を備えている。この熱交換手段はコンデンサ部、レシーバ、サブクール部及び切替手段を有している。コンデンサ部では、膨張機を経た作動流体を凝縮する。レシーバでは、コンデンサ部を経た作動流体を気液分離させつつ、液体状の作動流体を受液室内に貯留する。サブクール部は、液体状の作動流体の過冷却を行う。切替手段は、コンデンサ部及びサブクール部の割合を変更する。
【００１７】
これにより、この廃熱利用装置では、レシーバによってコンデンサ部の下流の作動流体を確実に液化し、サブクール部によって作動流体の過冷却を確保することができる。
【００１８】
また、この廃熱利用装置は、吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、判断手段が判断した冷却要求量に応じて、上記の切替手段の制御を行う制御手段を備えている。ここで、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、吸気系流体の温度をさほど下げなくても、内燃機関が必要とする量の吸気系流体を供給できる。つまり、この場合、ランキンサイクルにおいて、ボイラに流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、このような場合には、制御手段は切替手段を制御し、熱交換手段において、サブクール部よりもコンデンサ部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収するエネルギーの量を多くすることができる。
【００１９】
他方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きければ、ランキンサイクルにおいて、ボイラに流入する作動流体の温度をさらに低くする必要がある。このような場合には、制御手段は切替手段を制御し、熱交換手段において、コンデンサ部よりもサブクール部の割合を大きくする。これにより、レシーバによって液化された作動流体をサブクール部において十分に冷却できる。これにより、ランキンサイクルでは十分に冷却された作動流体をボイラに流入させることができるため、ボイラでの熱交換により、吸気系流体を十分に冷却できる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関に対してより多くの吸気系流体を供給し、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。なお、この場合、熱交換手段においてコンデンサ部が減少することから、ランキンサイクルで回収可能となるエネルギーの量は減少する。
【００２０】
したがって、本発明の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【００２１】
本発明の廃熱利用装置におけるランキンサイクルは、吸気系流体と作動流体とで熱交換を行う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水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。
【００２２】
コンデンサ部とサブクール部との割合を変更するに当たっては、例えば、コンデンサ部として機能する熱交換器の個数と、サブクール部として機能する熱交換器の個数とに差を設けることが挙げられる。また、コンデンサ部として機能する熱交換器の大きさと、サブクール部として機能する熱交換器の大きさとに差を設けることによっても行うことができる。さらに、熱交換器において、コンデンサ部として機能する放熱面の面積と、サブクール部として機能する放熱面の面積とに差を設けることによっても行うことができる。また、これらを組み合わせて行うこともできる。
【００２３】
本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段は、膨張機の下流に配管によって直列に接続され、自己の下流がポンプに配管によって接続された複数の熱交換器と、少なくとも一つのレシーバとを有し得る。そして、切替手段は、レシーバをいずれの熱交換器の下流の配管に接続するかを切り替え可能であることが好ましい（請求項２）。
【００２４】
この場合、レシーバの上流側に位置する熱交換器がコンデンサ部として機能し、レシーバの下流に接続された熱交換器がサブクール部として機能する。このため、この廃熱利用装置では、制御手段が切替手段を制御し、いずれの熱交換器の下流でレシーバを接続させるかによって、コンデンサ部として機能する熱交換器とサブクール部として機能する熱交換器とを変更することが可能となる。
【００２５】
これにより、この廃熱利用装置では、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、コンデンサ部として機能する熱交換器を増やし、サブクール部として機能する熱交換器を減らすことで、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となる。一方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きい場合には、コンデンサ部として機能する熱交換器を減らし、サブクール部として機能する熱交換器を増やすことで、吸気系流体を十分に冷却して、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００２６】
上記の構成の廃熱利用装置では、熱交換器の個数が二以上であれば、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の大きさの他、目標とする作動流体の温度等に応じて適宜変更することができる。さらに、各熱交換器の種類は同一であっても良く、相違していても良い。また、例えば、放熱面積の異なる２つの熱交換器を用意し、レシーバの下流にいずれの熱交換器を接続させるかを切り替えることによっても、上記の効果を奏することが可能となる。
【００２７】
上記の廃熱利用装置において、各熱交換器は、膨張機の下流に配管によって接続された第１熱交換器と、第１熱交換器の下流に配管の一部である第１接続管によって接続された第２熱交換器と、第２熱交換器の下流に該配管の一部である第２接続管によって接続された第３熱交換器とからなり得る。そして、切替手段は、駆動系における所定値以上の出力要求により、第１熱交換器と第２熱交換器との間でレシーバを配管に接続させる場合と、第２熱交換器と第３熱交換器との間でレシーバを配管に接続させる場合とを切り替え可能であることが好ましい（請求項３）。
【００２８】
より具体的には、レシーバは一つであり得る。また、切替手段は、第１接続管から分岐し、レシーバの上流に接続される第１分岐管と、第２接続管から分岐し、レシーバの上流に接続される第２分岐管と、第１分岐管より下流で第１接続管に帰還し、レシーバの下流に接続された第１帰還管と、第２分岐管より下流で第２接続管に帰還し、レシーバの下流に接続された第２帰還管と、作動流体が第２熱交換器に流入する場合と第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、作動流体が第３熱交換器に流入する場合と第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁と、作動流体が第１帰還管に流入する場合と第２帰還管に流入する場合とを切替可能な第３切替弁とを有し得る。そして、制御手段は、第１切替弁、第２切替弁及び第３切替弁を制御可能であり得る（請求項４）。
【００２９】
ここで、第１〜３切替弁としては、例えば分岐弁や開閉弁等を採用することができる他、フラッパ等を採用することもできる。
【００３０】
特に、第１切替弁は、第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり得る。また、第２切替弁は、第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなり得る。そして、第３切替弁は、第１帰還管を開閉する第１帰還開閉弁と、第２帰還管を開閉する第２帰還開閉弁とからなることが好ましい（請求項５）。このように、第１〜３切替弁について、それぞれ第１、２分岐管や第１、２接続管や第１、２帰還管を開閉させる各開閉弁とすることで、廃熱利用装置の構造を簡素化することが可能となる。
【００３１】
また、上記の廃熱利用装置において、レシーバは、第１レシーバ及び第２レシーバからなり得る。また、切替手段は、第１接続管から分岐し、第１レシーバの上流に接続される第１分岐管と、第２接続管から分岐し、第２レシーバの上流に接続される第２分岐管と、第１分岐管より下流で第１接続管に帰還し、第１レシーバの下流に接続された第１帰還管と、第２分岐管より下流で第２接続管に帰還し、第２レシーバの下流に接続された第２帰還管と、作動流体が第２熱交換器に流入する場合と第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、作動流体が第３熱交換器に流入する場合と第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁とを有し得る。そして、制御手段は、第１切替弁及び第２切替弁を制御可能であり得る（請求項６）。
【００３２】
この場合においても、第１、２切替弁としては、例えば分岐弁や開閉弁等を採用することができる他、フラッパ等を採用することもできる。
【００３３】
特に、第１切替弁は、第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり得る。そして、第２切替弁は、第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなることが好ましい（請求項７）。
【００３４】
このように、第１、２切替弁について、それぞれ第１、２分岐管や第１、２接続管を開閉させる開閉弁とすることで、廃熱利用装置の構造を簡素化することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段はサブクールコンデンサを有し得る。このサブクールコンデンサは、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、第１ヘッド室と第２ヘッド室とを連通するように第１ヘッドと第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、第１ヘッド室内に設けられ、第１ヘッド室を第１主室と第１副室とに区画する第１ピストンと、第２ヘッド室内に設けられ、第２ヘッド室を第２主室と第２副室とに区画する第２ピストンと、第１ピストン及び第２ピストンを駆動可能な駆動手段と、第１主室又は第２主室と第１副室又は第２副室とに連通し、収容室が形成されたレシーバとを有し得る。そして、該第１ピストン、該第２ピストン及び該駆動手段が前記切替手段とされていることも好ましい（請求項８）。
【００３６】
この場合、第１ピストン及び第２ピストンを駆動させることにより、第１ヘッド室における第１主室と第１副室との割合と、第２ヘッド室における第２主室と第２副室との割合とが変化することとなる。これにより、サブクールコンデンサにおいて、コンデンサ部として機能するチューブの本数と、サブクール部として機能するチューブの本数とを変更することが可能となる。これにより、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、コンデンサ部として機能するチューブの本数を増やし、サブクール部として機能するチューブの本数を減らすことで、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となる。一方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きければ、コンデンサ部として機能するチューブの本数を減らし、サブクール部として機能するチューブの本数を増やすことで、吸気系流体を十分に冷却して、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段は、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、第１ヘッド室と第２ヘッド室とを連通するように第１ヘッドと第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、第２ヘッド室に連通し、収容室が形成されたレシーバと、収容室の容積を変更可能な容積変更手段とを有し得る。そして、容積変更手段が前記切替手段とされていることも好ましい（請求項９）。
【００３８】
この場合も、収容室の容積を変更することにより、コンデンサ部として機能するチューブの割合と、サブクール部として機能するチューブの割合とを変更することが可能となる。これにより、この廃熱利用装置でも、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量に応じて、コンデンサ部として機能するチューブの割合と、サブクール部として機能するチューブの割合とを適宜変更することで、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くしたり、内燃機関の性能を高くしたりすることが可能となる。
【００３９】
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１０）。
【００４０】
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１１）。
【００４１】
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１２）。
【００４２】
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１３）。
【００４３】
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４温度検出手段を備え得る。そして、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１４）。
【００４４】
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１５）。
【００４５】
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、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかについて、より好適に選択可能となる。
【００４６】
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及び圧力を検出可能な作動流体状態検出手段を備え得る。そして、制御手段は、作動流体状態検出手段が検出した作動流体状態検出値に基づき、ポンプにおいて作動流体がキャビテーションを生じないように切替手段の制御を行うことが好ましい（請求項１６）。
【００４７】
この場合、サブクール部において作動流体の過冷却を確保しつつ、ポンプで作動流体がキャビテーションを生じさせることを防止できる。このため、この廃熱利用装置では、ポンプの損傷を防止することが可能となり、耐久性を高くすることが可能となる。
【００４８】
また、制御手段は、冷却要求量に相当する冷却要求検出値を判断するとともに、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで大きい方に応じて、切替手段の制御を行うことが好ましい（請求項１７）。
【００４９】
この場合、この廃熱利用装置では、耐久性を高くしつつ、吸気系流体に対する冷却要求も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、耐久性の向上と内燃機関の性能向上とを両立させることが可能となる。
【００５０】
本発明の廃熱利用装置において、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。
【００５１】
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１８）。
【００５２】
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。
【００５３】
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１９）。
【００５４】
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が可能となる。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】
【００５５】
本発明の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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、第２熱交換器の下流でレシーバに作動流体を流入させた状態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、第１熱交換器の下流でレシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図４】実施例２の廃熱利用装置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、第２レシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図６】実施例２の廃熱利用装置に係り、第１レシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図７】実施例３の廃熱利用装置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、駆動系に対する出力要求が小さい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図９】実施例３の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が大きい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【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４の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が小さい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図１２】実施例４の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が大きい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図１３】実施例５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】
【００５７】
以下、本発明を具体化した実施例１〜５を図面を参照しつつ説明する。
【００５８】
（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、制御装置１１ａとを備えている。なお、制御装置１１ａが判断手段及び制御手段に相当している。
【００５９】
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、ラジエータ９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５ａと流入口５ｂとが形成されている。さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ｃと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｄとが形成されている。
【００６０】
ターボチャージャ７及びラジエータ９もそれぞれ公用品が採用されている。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、車外の空気を加圧した加圧空気を供給する。また、ラジエータ９には、その内部に冷却液を流入させる流入口９ａと、冷却液を流出させる流出口９ｂとが形成されている。ラジエータ９は、その内部を流通する冷却液と車外の空気との間で熱交換を行う。さらに、ラジエータ９の近傍には、電動ファン９ｃが設けられている。この電動ファン９ｃは、制御装置１１ａと電気的に接続されている。
【００６１】
エンジン５とターボチャージャ７とは配管１３〜１５によって接続されている。また、配管１４と配管１５とには後述する加圧空気ボイラ２１が接続されている。配管１３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５ｃとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管１４及び配管１５は内部を吸気系流体である加圧空気が流通可能となっている。配管１４はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２１の第１流入口２１ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２１の第１流出口２１ｂと、エンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。
【００６２】
さらに、ターボチャージャ７には、配管１６、１７の各一端側が接続されている。配管１６の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１７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１６は、ターボチャージャ７を介して配管１３と連通している。同様に、配管１７は、ターボチャージャ７を介して配管１４と連通している。
【００６３】
一方、エンジン５とラジエータ９とは配管１８、１９によって接続されている。配管１８、１９は内部を冷却液が流通可能となっている。配管１８は、エンジン５の流出口５ａと、ラジエータ９の流入口９ａとに接続されている。配管１９は、ラジエータ９の流出口９ｂと、エンジン５の流入口５ｂとに接続されている。配管１９には、第１電動ポンプＰ１が設けられている。この第１電動ポンプＰ１は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。なお、第１電動ポンプＰ１は、配管１８に設けられても良い。
【００６４】
ランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３０〜４１と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。配管３０〜４１には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００６５】
これらのうち、第２電動ポンプＰ２がポンプに相当している。この第２電動ポンプＰ２は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。また、配管３６〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６が切替手段に相当している。さらに、配管３４が第１接続管に相当しており、配管３５が第２接続管に相当している。また、配管３６及び配管３７がそれぞれ第１分岐管及び第２分岐管に相当しており、配管３８及び配管３９がそれぞれ第１帰還管及び第２帰還管に相当している。そして、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ２がそれぞれ第１分岐開閉弁及び第１接続開閉弁に相当しており、開閉弁Ｖ３及び開閉弁Ｖ４がそれぞれ第２分岐開閉弁及び第２接続開閉弁に相当しており、開閉弁Ｖ５及び開閉弁Ｖ６がそれぞれ第１帰還開閉弁及び第２帰還開閉弁に相当している。
【００６６】
加圧空気ボイラ２１には、第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと、第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２１内には、両端側でそれぞれ第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと連通する第１通路２１ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄと連通する第２通路２１ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の加圧空気と、第２通路２１ｆ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。
【００６７】
膨張機２３には、その内部に作動流体を流入させる流入口２３ａと、作動流体を流出させる流出口２３ｂとが形成されている。膨張機２３では、加圧空気ボイラ２１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。この膨張機２３には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機２３の駆動力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。
【００６８】
第１熱交換器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。第１熱交換器２５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、加圧空気ボイラ２１を経て加熱された作動流体を放熱させて冷却させる。つまり、第１熱交換器２５は、作動流体に対する凝縮器、すなわち、コンデンサ部として機能する。また、第１熱交換器２５の近傍には電動ファン２５ｃが設けられている。この電動ファン２５ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００６９】
第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７も第１熱交換器２５と同一の構成であり、第２熱交換器２６には、その内部に作動流体を流入させる流入口２６ａと、作動流体を流出させる流出口２６ｂとが形成されている。同様に、第３熱交換器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。また、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７の近傍には、それぞれ電動ファン２６ｃ、２７ｃが設けられている。これらの電動ファン２６ｃ、２７ｃも制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００７０】
また、第２熱交換器２６は、ランキンサイクル３ａにおいて、後述するレシーバ２９との位置関係により、コンデンサ部として機能する他、サブクール部としても機能する。一方、第３熱交換器２７は、サブクール部として機能する。
【００７１】
レシーバ２９は、自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口２９ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口２９ｂが形成されている。また、レシーバ２９の内部には受液室２９ｃが形成されている。レシーバ２９は、流入口２９ａから流入した作動流体を気体と液体とに分離させる。そして、レシーバ２９は、液状体となった作動流体を受液室２９ｃ内に貯留するとともに、貯留した作動流体を流出口２９ｂから順に流出させる。
【００７２】
これらの第２電動ポンプＰ２、加圧空気ボイラ２１、膨張機２３、第１〜３熱交換器２５〜２７及びレシーバ２９は、配管３０〜４１によって接続されている。具体的には、第３熱交換器２７の流出口２７ｂと、第２電動ポンプＰ２とは配管３０によって接続されている。第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管３１によって接続されている。加圧空気ボイラ２１の第２流出口２１ｄと、膨張機２３の流入口２３ａとは配管３２によって接続されている。膨張機２３の流出口２３ｂと第１凝縮器２５の流入口２５ａとは配管３３によって接続されている。第１凝縮器２５の流出口２５ｂと第２凝縮器２６の流入口２６ａとは配管３４によって接続されている。そして、第２凝縮器２６の流出口２６ｂと第３凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３５によって接続されている。
【００７３】
また、配管３４には、配管３６及び配管３８の各一端側が接続されている。同じく配管３５には、配管３７及び配管３９の各一端側が接続されている。配管３６及び配管３７の各他端側は、配管４０の一端側と接続されている。配管４０の他端側はレシーバ２９の流入口２９ａに接続されている。また、配管３８及び配管３９の各他端側は、配管４１の一端側と接続されている。配管４１の他端側はレシーバ２９の流出口２９ｂに接続されている。
【００７４】
このランキンサイクル３ａでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、作動流体は、図２及び図３に示すように、第２電動ポンプＰ２から加圧空気ボイラ２１、膨張機２３を経て第１熱交換器２５に至ることとなる。そして、最終的に第３熱交換器２７を経て第２電動ポンプＰ２に至る順で配管３０〜４１内を循環する。
【００７５】
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、第２電動ポンプＰ２の下流に加圧空気ボイラ２１が配置されており、加圧空気ボイラ２１の下流に膨張機２３が配置されている。また、膨張機２３の下流に第１熱交換器２５が直列に配置されており、第１熱交換器２５の下流に第２熱交換器２６が直列に配置されている。そして、第２熱交換器２６の下流に第３熱交換器２７が直列に配置されており、第３熱交換器２７の下流に第２電動ポンプＰ２が配置されている。
【００７６】
図１に示すように、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、開閉動作により、自身の下流に作動流体を流通させる場合と流通させない場合とを切り替えることが可能な切替弁である。これらの開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、いずれも制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００７７】
開閉弁Ｖ１は配管３６に設けられている。開閉弁Ｖ２は、配管３４において、配管３６が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３８が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。また、開閉弁Ｖ３は配管３７に設けられている。開閉弁Ｖ４は、配管３５において、配管３７が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３９が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。そして、開閉弁Ｖ５は配管３８に設けられており、開閉弁Ｖ６は配管３９に設けられている。
【００７８】
制御装置１１ａは、電動ファン９ｃ、２５ｃ、２６ｃ、２７ｃの各作動制御を行うことで、冷却液又は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、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の作動制御を行う。さらに、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。また、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冷却要求検出値として判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求検出値に基づき、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６について、個別に開閉制御を行う。これにより、制御装置１１ａは、配管３４とレシーバ２９の流入口２９ａとを連通させる場合と、配管３５とレシーバ２９の流入口２９ａとを連通させる場合とを切り替える。
【００７９】
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。
【００８０】
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５ｃから排出された排気が配管１３、ターボチャージャ７及び配管１６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、排気に依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１７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１４、加圧空気ボイラ２１の第１通路２１ｅ及び配管１５を経てエンジン５の吸気口５ｄよりエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。
【００８１】
また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、２５ｃ、２６ｃ、２７ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１ａでは、エンジン５の冷却を行った冷却液が流出口５ａより流出して、配管１８を経てラジエータ９の流入口９ａよりラジエータ９の内部に至る。そして、ラジエータ９の内部の冷却液は、ラジエータ９の周りの空気と熱交換、すなわち、放熱されて冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量を適宜変更して、冷却液を好適に放熱させる。放熱されて冷却された冷却液は流出口９ｂから流出し、配管１９を経てエンジン５の流入口５ｂからエンジン５内に流入してエンジン５の冷却を行う（同図の破線矢印参照。）。
【００８２】
一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。ここで、エンジン５に対する出力要求が所定値（検知したアクセル開度が所定値）以下の場合には、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）が閾値以下であると判断し、それに応じて各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。具体的には、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ６については開制御を行い、開閉弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５、について閉制御を行う。これらにより、配管３５に対して配管３７及び配管３９が連通され、配管３４に対して配管３６及び配管３８が非連通とされる。こうして、配管３５とレシーバ２９の流入口２９ａとが連通、すなわち、レシーバ２９が配管３５に接続した状態となる。
【００８３】
これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管３１を経て加圧空気ボイラ２１の第２流入口２１ｃから第２通路２１ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２１において加圧空気との熱交換が行われる。この際、第１通路２１ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ７によって圧縮されることにより約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２１ｆ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２１ｅを流通する加圧空気は、第２通路２１ｆ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エンジン５に至ることとなる。
【００８４】
こうして、加圧空気ボイラ２１よって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２１ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２３内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２３に接続された発電機は発電を行う。
【００８５】
膨張機２３内で減圧された作動流体は流出口２３ｂから流出し、配管３３を経て第１熱交換器２５の流入口２５ａから第１熱交換器２５内へ至る。そして、第１熱交換器２５内の作動流体は、第１熱交換器２５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２５ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させる。冷却された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３４を経て第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内へ至る。
【００８６】
第２熱交換器２６内の作動流体は、第２熱交換器２６の周りの空気に放熱を行い、より冷却される。この際も、制御装置１１ａは電動ファン２６ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させる。冷却された作動流体は、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した後、配管３５から分岐して、配管３７及び配管４０を経てレシーバ２９の流入口２９ａからレシーバ２９内に至ることとなる。この作動流体は、レシーバ２９において、気体と液体とに分離され、液体状となった作動流体が受液室２９ｃ内に貯留される。その後、液体状の作動流体は流出口２９ｂから流出し、配管４１及び配管３９を経て配管３５に合流した後、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。つまり、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５に設けられた開閉弁Ｖ４を迂回して、第３熱交換器２７に至ることとなる。
【００８７】
第３熱交換器２７内の作動流体は、第３熱交換器２７の周りの空気に放熱を行い、更に冷却される。この際も制御装置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る。ここで、第３熱交換器２７は、レシーバ２９によって液化された作動流体を冷却する。つまり、この場合、第１、２熱交換器２５、２６がコンデンサ部として機能し、第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。こうして、冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３１を経て、再び加圧空気ボイラ２１に至ることとなる。
【００８８】
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、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。このため、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からである。そして、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検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは、これに応じた各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。具体的には、図３に示すように、開閉弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５については開制御を行い、開閉弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ６について閉制御を行う。これらにより、配管３４に対して配管３６及び配管３８が連通され、配管３５に対して配管３７及び配管３９が非連通とされる。こうして、配管３４とレシーバ２９の流入口２９ａとが連通、すなわち、レシーバ２９が配管３４に接続した状態となる。
【００８９】
この場合、第１熱交換器２５において冷却された作動流体は、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した後、配管３４から分岐して、配管３６及び配管４０を経てレシーバ２９の流入口２９ａからレシーバ２９内に至ることとなる。そして、液体状の作動流体は流出口２９ｂから流出し、配管４１及び配管３８を経て配管３４に合流した後、第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内に至ることとなる。つまり、第１交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体は、配管３４に設けられた開閉弁Ｖ２を迂回して、第２交換器２６に至ることとなる。
【００９０】
そして、第２熱交換器２６内の作動流体は、第２熱交換器２６の周りの空気に放熱を行い、ここで、第２熱交換器２６は、レシーバ２９によって液化された作動流体を冷却することとなる。このように冷却された後、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５を経て、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。そして、作動流体は、第３熱交換器２７において、更に冷却されこととなる。
【００９１】
つまり、この場合、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。このため、図２に示す状態と比較して、作動流体はより冷却された状態、すなわち、外気温により近い温度となる。
【００９２】
これらのように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、加圧空気ボイラ２１において、加圧空気と作動流体とが熱交換を行うことで、作動流体を加熱することができる。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て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２１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、多くの加圧空気を供給することが可能となっている。
【００９３】
また、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａは、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３６〜３９と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。これらの第１〜３熱交換器２５〜２７は、膨張機２３の下流に配管３３〜３５よって直列に接続され、第３熱交換器２７の下流が第２電動ポンプＰ２に配管３１によって接続されている。開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、加圧空気に対する冷却要求検出値に応じて制御装置１１ａによって開閉制御され、レシーバ２９を第１熱交換器２５又は第２熱交換器２６のいずれの下流の配管３４又は３５に接続するかを切り替え可能である。このため、この廃熱利用装置では、第２熱交換器２６がレシーバ２９よりも上流となった場合、第１熱交換器２５と第２熱交換器２６とがコンデンサ部として機能する。そして、第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。一方、第２熱交換器２６がレシーバ２９よりも下流となった場合、この廃熱利用装置では、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６と第３熱交換器２７とがサブクール部として機能することとなる。
【００９４】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さい場合には、加圧空気の温度をさほど下げなくても、エンジン５には出力要求に応じた量の加圧空気を供給できる。つまり、この場合、ランキンサイクル３ａにおいて、加圧空気ボイラ２１に流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の各制御について、上記の図２に示す状態とすることで、第１、２熱交換器２５、２６をコンデンサ部として機能させる。これにより、図３に示す各状態と比較して、コンデンサ部として機能する熱交換器を増やし、サブクール部として機能する熱交換器を減らす。つまり、図２に示す状態の廃熱利用装置では、過冷却を行うのは第３熱交換器２７のみとなることから、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きい。これにより、ランキンサイクル３ａにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収する電力量を多くすることができる。
【００９５】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きくなり、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の各制御について、上記の図３に示す状態とする。これにより、この廃熱利用装置では、レシーバ２９によってコンデンサ部（第１熱交換器２５）の下流の作動流体を液化し、サブクール部（第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７）によって過冷却する。つまり、この状態の廃熱利用装置では、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなる。これにより、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７では、液化した作動流体を外気温度近くまで冷却できる。このため、加圧空気ボイラ２１に流入する作動流体の温度を十分に下げることができ、加圧空気を好適に冷却することが可能、すなわち、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことが可能となる。これにより、エンジン５の出力が高くなり、エンジン５に対する出力要求を満たすことができる。なお、この場合、コンデンサ部として機能するのは第１熱交換器２５のみとなることから、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力量は減少する。
【００９６】
また、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、ひいては、加圧空気に対する冷却要求検出値を正確に判断することが可能となっている。
【００９７】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【００９８】
また、この廃熱利用装置では切替手段として配管３６〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６を採用していることから、構造を簡略化しつつ、製造コストの低廉化も実現している。
【００９９】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａを一部変更して構成している。図４に示すように、実施例２の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、第１レシーバ４３と、第２レシーバ４５と、配管３０〜３９と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４とを有している。なお、配管３４〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ４が切替手段に相当している。
【０１００】
第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５は同一の構成である。また、これらは、実施例１の廃熱利用装置におけるレシーバ２９と同一の構成である。つまり、第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５は、共に自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口４３ａ、４５ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口４３ｂ、４５ｂが形成されている。また、第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５のそれぞれの内部には受液室４３ｃ、４５ｃが形成されている。
【０１０１】
配管３４には、配管３６及び配管３８の各一端側が接続されている。同じく配管３５には、配管３７及び配管３９の各一端側が接続されている。配管３６の他端側は第１レシーバ４３の流入口４３ａに接続されている。また、配管３７の他端側は第２レシーバ４５の流入口４５ａに接続されている。一方、配管３８の他端側は第１レシーバ４３の流出口４３ｂに接続されている。そして、配管３９の他端側は第２レシーバ４５の流出口４５ｂに接続されている。
【０１０２】
開閉弁Ｖ１は配管３６に設けられている。開閉弁Ｖ２は、配管３４において、配管３６が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３８が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。また、開閉弁Ｖ３は配管３７に設けられている。開閉弁Ｖ４は、配管３５において、配管３７が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３９が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。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。
【０１０３】
この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａ判断した場合、図５に示すように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ２、Ｖ３については開制御を行い、開閉弁Ｖ１、Ｖ４については閉制御を行う。これにより、この廃熱利用装置では、第１熱交換器２５及び第２熱交換器２６において冷却された作動流体は、配管３５から分岐して、配管３７を経て第２レシーバ４５の流入口４５ａから第２レシーバ４５内に至ることとなる。そして、第２レシーバ４５において液体状となった作動流体は、流出口４５ｂから流出し、配管３９を経て配管３５に合流した後、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。つまり、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５に設けられた開閉弁Ｖ４を迂回して、第３熱交換器２７に至ることとなる。これにより、この廃熱利用装置では、第１、２熱交換器２５、２６がコンデンサ部として機能し、第３熱交換器２７がサブクール部として機能する。このため、後述の図６に示す状態と比較して、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなる。このため、この状態の廃熱利用装置では、ランキンサイクル３ａにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収する電力量を多くすることができる。
【０１０４】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、図６に示すように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１、Ｖ４については開制御を行い、開閉弁Ｖ２、Ｖ３については閉制御を行う。これにより、この廃熱利用装置では、配管３４と配管３６とが連通され、配管３５に対して配管３８が非連通とされる。つまり、配管３４と第１シーバ４３の流入口４３ａが連通、すなわち、第１レシーバ４３が配管３４に接続した状態となる。
【０１０５】
このため、第１熱交換器２５おいて冷却された作動流体は、配管３４から配管３６を経て第１レシーバ４３の流入口４３ａから第１レシーバ４３内に至ることとなる。そして、第１レシーバ４３において液体とされた作動流体は、流出口４３ｂから流出し、配管３８を経て配管３４に合流した後、第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内に至ることとなる。つまり、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体は、配管３４に設けられた開閉弁Ｖ２を迂回して、第２熱交換器２６に至ることとなる。第２熱交換器２６において冷却された作動流体は、第３熱交換器２７において更に冷却される。
【０１０６】
上記の図３に示す状態と同様、この図６に示す状態では、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７がサブクール部として機能する。このため、この状態の廃熱利用装置では、図５に示す状態と比較して、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなり、作動流体は外気温近くまでより冷却された状態となる。このため、この状態の廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２１において、加圧空気を十分に冷却できる。これにより、エンジン５に対してより多くの加圧空気を供給することができ、エンジン５の出力は高くなる。このため、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことができる。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０７】
したがって、実施例２の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１０８】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置では、実施例１の廃熱利用装置における第１〜３熱交換器２５〜２７、レシーバ２９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６に替えて、図７に示すサブクールコンデンサ４７が採用されている。また、サブクールコンデンサ４７の近傍には、電動ファン４７ａが設けられている。この電動ファン４７ａは制御装置１１ａに電気的に接続されている。さらに、この廃熱利用装置は温度圧力センサ４８を備えている。
【０１０９】
サブクールコンデンサ４７は、配管６５を介して膨張機２３（流出口２３ｂ）と接続されているとともに、配管６６を介して第２電動ポンプＰ２と接続されている。図８に示すように、サブクールコンデンサ４７は、上下方向で垂直に延びる第１、２ヘッド４９、５１と、第１、２ヘッド４９、５１に対して水平に延びるチューブ５３ａ〜５３ｊと、第１、２ピストン５５、５７と、レシーバ５９と、図７に示す駆動装置６１とを有している。この駆動装置６１が駆動手段に相当する。また、第１、２ピストン５５、５７及び駆動装置６１が切替手段に相当している。
【０１１０】
図８に示すように、第１ヘッド４９は、内部に上下に延びる第１ヘッド室４９ａと、第１ヘッド室４９ａに連通する挿通孔４９ｂとが形成されている。この挿通孔４９ｂにはシール材６３ａが設けられている。第１ヘッド室４９ａ内には、挿通孔４９ｂを介して第１ピストン５５が上下動可能に設けられている。この第１ピストン５５は、第１ピストンロッド５５ａと、第１ピストンロッド５５ａの一端側に接続された第１ピストンヘッド５５ｂとで構成されている。
【０１１１】
この第１ピストンヘッド５５ｂにより、第１ヘッド室４９ａ内は、第１ピストンロッド５５ａ側となる第１主室４９ｃと、第１ピストンヘッド５５ｂ側となる第１副室４９ｄとに区画されている。また、第１ヘッド４９には、インレット４９ｅとアウトレット４９ｆとが形成されている。インレット４９ｅは、第１ヘッド４９の上方に形成されており、第１主室４９ｃと連通している。このインレット４９ｅには配管６５が接続されている。一方、アウトレット４９ｆは、第１ヘッド４９の下方に形成されており、第１副室４９ｄと連通している。このアウトレット４９ｆには配管６６が接続されている。
【０１１２】
第１ヘッド４９と同様に、第２ヘッド５１には、内部に上下に延びる第２ヘッド室５１ａと、第２ヘッド室５１ａに連通する挿通孔５１ｂとが形成されている。この挿通孔５１ｂにはシール材６３ｂが設けられている。第２ヘッド室５１ａ内には、挿通孔５１ｂを介して第２ピストン５７が上下動可能に設けられている。この第２ピストン５７は、第２ピストンロッド５７ａと、第２ピストンロッド５７ａの一端側に接続された第２ピストンヘッド５７ｂとで構成されている。
【０１１３】
この第２ピストンヘッド５７ｂにより、第２ヘッド室５１ａ内は、第２ピストンロッド５７ａ側となる第２主室５１ｃと、第２ピストンヘッド５７ｂ側となる第２副室５１ｄとに区画されている。また、第２ヘッド５１には、第２主室５１ｃと連通する流出口５１ｅと、第２副室５１ｄと連通する流入口５１ｆとが形成されている。
【０１１４】
各チューブ５３ａ〜５３ｊはそれぞれ等間隔で平行に配置されている。また、各チューブ５３ａ〜５３ｊ間にはフィン６７がそれぞれ設けられている。各チューブ５３ａ〜５３ｊは、一端側が第１ヘッド４９と接続されており、第１ヘッド室４９ａと連通している。また、各チューブ５３ａ〜５３ｊの他端側は第２ヘッド５１と接続されており、第２ヘッド室５１ａと連通している。すなわち、第１ヘッド４９の第１ヘッド室４９ａと、第２ヘッド５１の第２ヘッド室５１ａとは、チューブ５３ａ〜５３ｊを介して連通している。このサブクールコンデンサ４７では、各チューブ５３ａ〜５３ｊはコンデンサ部及びサブクール部として機能する。なお、このサブクールコンデンサ４７において、チューブ５３ａ等の本数は３本以上であれば、その本数を適宜設計することが可能である。
【０１１５】
レシーバ５９には、流入路５９ａ及び流出路５９ｂが設けられている。また、レシーバ５９の内部には、流入路５９ａ及び流出路５９ｂと連通する受液室５９ｃが形成されている。この受液室５９ｃの下方部分は収容室５９ｄとなっている。流入路５９ａは第２ヘッド５１の流出口５１ｅと接続されており、流出路５９ｂは第２ヘッド５１の流入口５１ｆと接続されている。これにより、レシーバ５９は第２ヘッド５１と接続され、受液室５９ｃと第２ヘッド室５１ａとが連通している。
【０１１６】
図７に示すように、駆動装置６１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、制御装置１１ａは駆動装置６１の駆動制御を行う。また、この制御装置１１ａは、作動流体の飽和蒸気圧を記憶している。
【０１１７】
駆動装置６１には、第１、２ピストン５５、５７の各他端側、より具体的には、第１、２ピストンロッド５５ａ、５７ａの各他端側が接続されている。この駆動装置６１は公知のギヤ機構及びモータ（いずれも図示を省略する。）によって構成されており、制御装置１１ａの制御を受けることで、図８に示す第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１ａ内において、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、上下動させる。
【０１１８】
温度圧力センサ４８は制御装置１１ａと電気的に接続されている。この温度圧力センサ４８は、作動流体状態検出手段として機能し、サブクールコンデンサ４７を経て配管６６を流通する作動流体の温度及び圧力、すなわち、第２電動ポンプＰ２に流入する作動流体の温度及び圧力を検出するとともに、その検出値を作動流体状態検出値として制御装置１１ａに向けて発信する。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。
【０１１９】
この廃熱利用装置においても、実施例１の廃熱利用装置と同様、加圧空気ボイラ２１において高温高圧となった作動流体が膨張機２３において減圧される。そして、この作動流体は、流出口２３ｂから配管６５を経て、第１ヘッド４９における第１主室４９ｃ内に流入する。この際、制御装置１１ａは電動ファン４７ａを作動させる。
【０１２０】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａは駆動装置６１を制御し、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１内の下方に移動させる。これにより、第１ヘッド室４９ａ内において、第１主室４９ｃの割合が第１副室４９ｄよりも大きくなる。また、第２ヘッド室５１ａ内も同様に、第２主室５１ｃの割合が第２副室５１ｄよりも大きくなる。このため、第１ヘッド４９及び第２ヘッド５１と接続するチューブ５３ａ〜５３ｊでは、第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通する割合よりも、第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通する割合が大きくなる。
【０１２１】
具体的には、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｇが第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通し、チューブ５ｈ〜５３ｊが第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通することとなる。このため、同図の黒色実線矢印に示すように、配管６５から第１主室４９ｃに流入した作動流体は、チューブ５３ａ〜５３ｇを流通し、サブクールコンデンサ４７の周りの空気に放熱されつつ、第２主室５１ｃに流入することとなる。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｇがコンデンサ部として機能する。
【０１２２】
第２主室５３ｃに流入した作動流体は、レシーバ５９の流入路５９ａを経て受液室５９ｃ内に至り、気液分離される。そして、液体状となった作動流体は収容室５９ｄに貯留されるとともに、順に流出路５９ｂから流出し、第２副室５１ｄ内に流入する。そして、この作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、チューブ５ｈ〜５３ｊを流通することで過冷却されつつ、第１副室４９ｄに至る。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ｈ〜５３ｊがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、第１ヘッド４９から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１２３】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは駆動装置６１を制御し、図９に示すように、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１内の上方に移動させる。これにより、第１ヘッド室４９ａ内において、第１副室４９ｄの割合が第１主室４９ｃよりも大きくなり、第２ヘッド室５１ａ内では、第２副室５１ｄの割合が第２主室５１ｃよりも大きくなる。このため、チューブ５３ａ〜５３ｊでは、第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通する割合よりも、第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通する割合が大きくなる。
【０１２４】
具体的には、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｃが第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通し、チューブ５ｅ〜５３ｊが第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通することとなる。このため、同図の黒色実線矢印に示すように、配管３３から第１主室４９ｃに流入した作動流体は、チューブ５３ａ〜５３ｃを流通して第２主室５１ｃに流入することとなる。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｃがコンデンサ部として機能する。
【０１２５】
レシーバ５９を経て液体状となった作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、チューブ５ｅ〜５３ｊを流通することで過冷却されつつ、第１副室４９ｄに至る。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ｅ〜５３ｊがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、図８に示す状態と同様、第１ヘッド４９から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１２６】
このように、この廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ４７では、第１ピストン５３及び第２ピストン５５を上下動させることにより、第１ヘッド室４９ａにおける第１主室４９ｃと第１副室４９ｄとの割合と、第２ヘッド室５１ａにおける第２主室５１ｃと第２副室５１ｄとの割合とが連動して変化することとなる。これにより、サブクールコンデンサ４９において、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数と、サブクール部として機能するチューブチューブ５３ａ〜５３ｊの本数とを変更することが可能となっている。これにより、図８に示すように、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を増やし、サブクール部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を減らす。つまり、サブクールコンデンサ４７において、サブクール部よりもコンデンサ部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となっている。一方、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、図９に示すように、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を減らし、サブクール部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を増やす。つまり、サブクールコンデンサ４７において、コンデンサ部よりもサブクール部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことが可能となり、加圧空気を十分に冷却することで、エンジン５の出力を高くすることが可能となっている。なお、この場合、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力の量は減少する。
【０１２７】
また、この廃熱利用装置では、温度圧力センサ４８によって検出された作動流体の温度及び圧力、すなわち、作動流体状態検出値と、記憶している飽和蒸気圧との比較を行う。そして、上記のように、サブクールコンデンサ４７におけるコンデンサ部とサブクール部との割合を変化させるに当たって、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量に加えて、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように駆動装置６１を制御する。この際、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量（冷却要求検出値）と作動流体状態検出値との比較を行い、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて駆動装置６１を制御する。こうして、この廃熱利用装置では、サブクールコンデンサ４７におけるサブクール部での作動流体の過冷却を確保しつつ、第２電動ポンプＰ２で作動流体がキャビテーションを生じさせることを防止することが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、第２電動ポンプＰ２の損傷を防止することが可能となっており、耐久性を高くすることが可能となっている。さらに、この廃熱利用装置では、上記のように耐久性を高くしつつ、加圧空気に対する冷却要求も満たすことが可能となっている。つまり、この廃熱利用装置は、耐久性の向上と、エンジン５の性能向上とを両立させることが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１２８】
したがって、実施例３の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３における電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１２９】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置は、実施例３の廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ４７に替えて、図１０に示すサブクールコンデンサ６９が採用されている。また、サブクールコンデンサ６９の近傍には、電動ファン６９ｃが設けられている。この電動ファン６９ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【０１３０】
図１１に示すように、サブクールコンデンサ６９は、上下方向で垂直に延びる第１、２ヘッド７１、７３と、第１、２ヘッド７１、７３に対して水平に延びるチューブ７５ａ〜７５ｌと、レシーバ７７と、ピストン７９と、図１０に示す駆動装置８１とを有している。このピストン７９及び駆動装置８１が容積変更手段であり、切替手段に相当する。
【０１３１】
第１ヘッド７１は、内部に上下に延びる第１ヘッド室７１ａが形成されている。また、第１ヘッド７１内には第１固定隔壁７１ｂが形成されている。この第１固定隔壁７１ｂにより、第１ヘッド室７１ａは、第１主室７１ｃと第１副室７１ｄとに区画されている。また、第１ヘッド７１には、インレット７１ｅとアウトレット７１ｆとが形成されている。インレット７１ｅは、第１ヘッド７１の上方に形成されており、第１主室７１ｃと連通している。このインレット７１ｅには配管６５が接続されている。一方、アウトレット７１ｆは、第１ヘッド７１の下方に形成されており、第１副室７１ｄと連通している。このアウトレット７１ｆには配管６６が接続されている。
【０１３２】
第１ヘッド７１と同様に、第２ヘッド７３には、内部に上下に延びる第２ヘッド室７３ａが形成されている。また、第２ヘッド７３内には第２固定隔壁７３ｂが形成されている。この第２固定隔壁７３ｂにより、第２ヘッド室７３ａは、第２主室７３ｃと第２副室７３ｄとに区画されている。また、第２ヘッド７３には、流出口７３ｅと流入口７３ｆとが形成されている。流入口７３ｅは、第２主室７３ｃと連通している。一方、流出口７３ｆは、第２ヘッド７３の下方に形成されており、第２副室７３ｄと連通している。
【０１３３】
各チューブ７５ａ〜７５ｌはそれぞれ平行に配置されている。また、図示を省略しているものの、各チューブ７５ａ〜７５ｌ間には図８、９と同様のフィンが設けられている。図１１に示すように、各チューブ７５ａ〜７５ｌは、一端側が第１ヘッド７１と接続されており、第１ヘッド室７１ａと連通している。また、各チューブ７５ａ〜７５ｌの他端側は第２ヘッド７３と接続されており、第２ヘッド室７３ａと連通している。すなわち、第１ヘッド７１の第１ヘッド室７１ａと、第２ヘッド７３の第２ヘッド室７３ａとは、チューブ７５ａ〜７５ｌを介して連通している。より具体的には、チューブ７５ａ〜７５ｌのうち、チューブ７５ａ〜７５ｉが第１主室７１ｃ及び第２主室７３ｃと連通している。また、チューブ７５ａ〜７５ｌのうち、チューブ７５ｊ〜７５ｌが第１副室７１ｄ及び第２副室７３ｄと連通している。これらにより、このサブクールコンデンサ６９では、チューブ７５ａ〜７５ｉにより上方熱交換部６９ａが構成され、チューブ７５ｊ〜７５ｌにより下方熱交換部６９ｂが構成されている。なお、このサブクールコンデンサ６９においても、チューブ７５ａ等の本数は３本であれば、その本数を適宜設計することが可能である。また、上方熱交換部６９ａ及び下方熱交換部６９ｂをそれぞれ構成するチューブ７５ａ等の本数も適宜設計することが可能である。
【０１３４】
レシーバ７７には、流入路７７ａ及び流出路７７ｂが設けられている。また、レシーバ７７の内部には、流入路７７ａ及び流出路７７ｂと連通する受液室７７ｃと、隔壁７７ｄとが形成されている。さらに、レシーバ７７には、受液室７７ｃに連通する挿通孔７７ｅが形成されている。挿通孔７７ｅには、シール材６３ｃが設けられている。
【０１３５】
流入路７７ａは第２ヘッド７３の流出口７３ｅと接続されており、流出路７７ｂは第２ヘッド７３の流入口７３ｆと接続されている。これにより、レシーバ７７は第２ヘッド７３と接続され、受液室７７ｃと第２ヘッド室７３ａとが連通している。
【０１３６】
受液室７７ｃ内において、レシーバ７７の内壁と隔壁７７ｄとの間には、挿通孔７７ｅを介して上記のピストン７９が上下動可能に設けられている。ピストン７９は、ピストンロッド７９ａと、ピストンロッド７９ａの一端側に接続されたピストンヘッド７９ｂとを有している。ピストンヘッド７９ｂには、ピストンロッド７９ａ側に延びてピストンロッド７９ａの一部を覆うスカート７９ｃが設けられている。このピストンヘッド７９ｂ及びスカート７９ｃの周囲には図示しないシール材が設けられており、ピストンヘッド７９ｂと、レシーバ７７の内壁及び隔壁７７ｄとの間における気密性が確保されている。これにより、受液室７７ｃ内において、レシーバ７７の内壁と隔壁７７ｄとの間でピストンロッド７９ａ側となる空間を除く部分が収容室７７ｆとなっている。
【０１３７】
図１０に示すように、駆動装置８１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、制御装置１１ａは駆動装置８１の駆動制御を行う。
【０１３８】
駆動装置８１には、ピストン７９の他端側、より具体的には、ピストンロッド７９ａの他端側が接続されている。この駆動装置８１も実施例３における駆動装置６１（図７参照）と同様、公知のギヤ機構及びモータによって構成されており、制御装置１１ａの制御を受けることで、図１１に示す受液室７７ｃ内において、ピストン７９を上下動させる。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１、３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３９】
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、膨張機２３において減圧された作動流体が配管６５を経て、第１ヘッド室７１ａにおける第１主室７１ｃ内に流入する。この際、制御装置１１ａは電動ファン６９ｃを作動させる。
【０１４０】
第１主室７１ｃ内に流入した作動流体は、同図の黒色実線矢印に示すように、第２ヘッド７３側に向かって、上方熱交換部６９ａ（チューブ７５ａ〜７５ｊ）内を流通する。この際、サブクールコンデンサ６９の周りの空気に対する放熱等により、同図のドットハッチングで示すように、インレット７１ｅ（配管６５）から遠い位置では、冷却された作動流体が液化することとなる。このため、上方熱交換部６９ａにおいてドットハッチングで示された部分では、実質的な過冷却が行われることとなる。つまり、このサブクールコンデンサ６９における上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域と、サブクール部として機能し得る領域とが混在することとなる。
【０１４１】
第２ヘッド７３（第２主室７３ｃ）に流入した作動流体は、流入路７７ａを経て受液室７７ｃの収容室７７ｆに至る。この際、作動流体は、上方熱交換部６９ａを流通する場合と異なり全て液体状となる。そして、流出路７７ｂから第２副室７３ｄに流出した作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、下方熱交換部６９ｂ（チューブ７５ｊ〜７５ｌ）を流通することで過冷却されつつ、第１副室７１ｄに至る。つまり、このサブクールコンデンサ６９では、下方熱交換部６９ｂがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、第１ヘッド７１から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１４２】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａが駆動装置８１を制御することで、ピストン７９が受液室７７ｃ内の下方に移動する。これにより、受液室７７ｃでは、収容室７７ｆの容積が大きくなる。これにより、上方熱交換部６９ａ側で液化した作動流体が受液室７７ｃに多く流入する。この結果、上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域が大きくなる。このため、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下である（加圧空気に対する冷却要求量が小さい）と制御装置１１ａが判断した場合におけるサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａの約半分以上の領域がコンデンサ部として放熱を行い、上方熱交換部６９ａの残りの領域と、下方熱交換部６９ｂとで作動流体の過冷却を行う。つまり、上方熱交換部６９ａにおいて、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなる。
【０１４３】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａが駆動装置８１を制御することで、図１２に示すように、ピストン７９を受液室７７ｃ内の上方に移動させる。これにより、受液室７７ｃでは、収容室７７ｆの容積が小さくなる。これにより、受液室７７ｃが満液となって、溢れた液相の作動流体が上方熱交換部６９ａの一部分を占める。そして、この部分はサブクール部として機能することとなる。この結果、上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域よりも、実質的にサブクール部として機能し得る領域が大きくなる。このため、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えた（加圧空気に対する冷却要求量が大きい）と制御装置１１ａが判断した場合におけるサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａの約３割の領域でコンデンサ部としての放熱が行われ、上方熱交換部６９ａの約７割の領域と、下方熱交換部６９ｂとで作動流体の過冷却が行われることとなる。つまり、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなる。
【０１４４】
このように、この廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ６９では、ピストン７９の上下動によって収容室７７ｆの容積を変更することが可能となっている。このため、このサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する領域と、実質的にサブクール部として機能する領域、すなわち、チューブ７５ａ〜７５ｉのうち、コンデンサ部として機能する部分の割合と、サブクール部として機能する部分の割合とを変更することが可能となっている。これにより、この廃熱利用装置では、サブクール部として機能する下方熱交換部６９ｂ（チューブ７５ｊ〜７５ｌ）を維持しつつ、加圧空気に対する冷却要求検出値に応じて、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する割合と、実質的にサブクール部として割合とを適宜変更することで、ランキンサイクル３において回収可能なエネルギーを多くしたり、エンジン５の出力を高くしたりすることが可能となっている。
【０１４５】
また、この廃熱利用装置においても、サブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する割合と、実質的にサブクール部として割合とを変更するにあたり、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて駆動装置６１を制御することで、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないようにする。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１、３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４６】
したがって、実施例４の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１４７】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置も車両に搭載され、図１３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、温度センサ８３ａ〜８３ｄと、圧力センサ８３ｅと、制御装置１１ｂとを備えている。なお、制御装置１１ｂが判断手段及び制御手段に相当している。
【０１４８】
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１２とを有している。配管６ａには温度センサ８３ｄが設けられており、配管６ｂには、温度センサ８３ａと可変バルブ８５とが設けられている。また、この駆動系１ｂは、実施例１の廃熱利用装置における駆動系１ａと同様に、ラジエータ９、電動ファン９ｃ、配管１８、１９及び第１電動ポンプＰ１を有している。電動ファン９ｃ及び第１電動ポンプＰ１は、制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１４９】
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２ｃと流入口２ｄとが形成されている。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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２２の第１流入口２２ａ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２２の第１流出口２２ｂ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１２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１２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としてエンジン２に還流させることが可能となっている。
【０１５２】
可変バルブ８５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８５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。
【０１５３】
温度センサ８３ａ及び温度センサ８３ｄは、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。温度センサ８３ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２２の第１流出口２２ｂ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。また、温度センサ８３ｄは、第３温度検出手段として機能し、配管６ａを流通する還流排気、つまり、還流排気ボイラ２２の第１流入口２２ａに流入する前の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。
【０１５４】
配管１８は一端側がエンジン２の流出口２ｃと接続されており、他端側がラジエータ９の流入口９ａと接続されている。また、配管１９は一端側がラジエータ９の流出口９ｂと接続されており、他端側がエンジン２の流入口２ｄと接続されている。
【０１５５】
ランキンサイクル３ｂは、実施例４の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａに設けられていた加圧空気ボイラ２１に替えて、還流排気ボイラ２２を設けることで構成されている。なお、第２電動ポンプＰ２、温度圧力センサ４８、電動ファン６９ｃ及び駆動装置８１は、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１５６】
還流排気ボイラ２２には、第１流入口２２ａ及び第２流出口２２ｂと、第２流入口２２ｃ及び第２流出口２２ｄとが形成されている。また、還流排気ボイラ２２内には、両端側でそれぞれ第１流入口２２ａ及び第１流出口２２ｂと連通する第１通路２２ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２２ｃ及び第２流出口２２ｄと連通する第２通路２２ｆとが設けられている。この還流排気ボイラ２２では、第１通路２２ｅ内の還流排気と、第２通路２２ｆ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。
【０１５７】
第２電動ポンプＰ２と、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃとは配管３１によって接続されている。また、還流排気ボイラ２２の第２流出口２２ｄと、膨張機２３の流入口２３ａとは配管３２によって接続されている。
【０１５８】
温度センサ８３ｂは、配管３１に設けられている。また、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｄは、共に配管６６に設けられている。これらの温度センサ８３ｂ、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｄは、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１５９】
温度センサ８３ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管３１を流通する作動流体、つまり、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃ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１１ｂに向けて発信する。
【０１６０】
温度センサ８３ｄは、第４温度検出手段として機能し、配管６６を流通する作動流体、つまり、第２電動ポンプＰ２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。
【０１６１】
圧力センサ８３ｅは、配管６６を流通する作動流体の圧力、つまり、膨張機２３の下流から第２電動ポンプＰ２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１１ｂに向けて発信する。なお、上記の温度センサ８３ｄや圧力センサ８３ｅは、温度圧力センサ４８と共通化させても良い。
【０１６２】
制御装置１１ｂは、電動ファン９ｃ、６９ｃの各作動制御を行うことで、冷却液又は作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行うとともに、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び可変バルブ８５の作動制御を行う。さらに、制御装置１１ｂは、温度センサ８３ａ〜８３ｄが検出した還流排気の温度、作動流体の温度及び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冷却要求検出値として判断する。また、制御装置１１ｂも作動流体における飽和蒸気圧を記憶している。そして、制御装置１１ｂは、還流排気の冷却要求検出値に基づき、駆動装置８１の駆動制御を行う。この際、制御装置１１ｂは、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように駆動装置８１を制御する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例４の廃熱利用装置と同様である。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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、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。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ８５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２２ａから還流排気ボイラ２２内に流入し、第１通路２２ｅ内を流通して、第１流出口２２ｂから配管６ｂに至る。配管６ｂを流通する還流排気は、配管１２を経た車外の空気と混合され、混合空気として吸気口２ｂよりエンジン２内に還流する。
【０１６５】
また、制御装置１１ｂは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、６９ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１ｂでは、実施例１の廃熱利用装置における駆動系１ａと同様に、エンジン２の冷却を行った冷却液がラジエータ９の周りの空気と熱交換されて冷却されるとともに、この冷却された冷却液がエンジン２内に流入してエンジン２の冷却を行う。
【０１６６】
さらに、ランキンサイクル３ｂでは、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体が配管３１を経て、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃから第２通路２２ｆに至る。そして、作動流体は還流排気ボイラ２２において還流排気と熱交換される。この際、第１通路２２ｅ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２２ｆを流通する作動流体は、好適に加熱される。一方、第１通路２２ｅを流通する還流排気は、第２通路２２ｆ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後、空気との混合空気としてエンジン２に至ることとなる。
【０１６７】
還流排気ボイラ２２よって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２２ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２３内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２３に接続された発電機は発電を行う。減圧された作動流体は、サブクールコンデンサ６９を経て第２電動ポンプＰ２に吸入され、再び吐出される。
【０１６８】
また、上記の温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）を判断する。
【０１６９】
ここで、温度センサ８３ａから発信された検出値が小さい場合には、還流排気ボイラ２２における熱交換において還流排気が十分に冷却されていると判断できる。このため、制御装置１１ｂは、還流排気に対する冷却要求検出値が閾値よりも小さい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７０】
同様に、温度センサ８３ｄから発信された検出値が小さい場合には、還流排気の温度が低いと判断できる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７１】
同様に、温度センサ８３ｂ、温度センサ８３、及び圧力センサ８３ｅからそれぞれ発信された検出値が小さい場合には、作動流体の温度が低く、還流排気ボイラ２２での還流排気の冷却能力が高くなることから、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７２】
これらの場合、ランキンサイクル３ｂにおいて、還流排気ボイラ２２に流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、制御装置１１ｂは、実施例４の廃熱利用装置において、エンジン５の出力要求が小さいと制御装置１１ａが判断した場合と同様に、駆動装置８１の駆動制御を行う（図１１参照）。
【０１７３】
これにより、この廃熱利用装置においてもサブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなり、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量を多くすることが可能となる。
【０１７４】
他方、温度センサ８３ａ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２２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検出値が閾値を超えたと判断する。
【０１７５】
同様に、温度センサ８３ｄから発信された検出値が大きい場合には、還流排気の温度が高く、還流排気ボイラ２２での還流排気の冷却量が不足することが予測される。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と判断する。
【０１７６】
同様に、温度センサ８３ｂ、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｅからそれぞれ発信された検出値が大きい場合には、サブクールコンデンサ６９を経ても作動流体の温度が十分に低くなっていないこととなる。これは、作動流体が還流排気ボイラ２２において作動流体が高温に加熱されている、すなわち、還流排気ボイラ２２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。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と判断する。
【０１７７】
これらの場合、還流排気ボイラ２２に流入する作動流体の温度をより低くする必要があるため、制御装置１１ｂは、実施例４の廃熱利用装置において、エンジン５の出力要求が大きいと制御装置１１ａが判断した場合と同様に、駆動装置８１の駆動制御を行う（図１２参照）。
【０１７８】
これにより、この廃熱利用装置においてもサブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部の割合がサブクール部よりも大きくなる。こうして、この廃熱利用装置では、還流排気の冷却要求量を満たすことが可能となり、混合空気に占める還流排気の割合を多くすることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、配管４を経て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が可能となっている。
【０１７９】
また、この廃熱利用装置では、温度センサ８３ａ〜８３ｄが検出した還流排気や作動流体の温度と、圧力センサ８３ｄが検出した作動流体の凝縮圧力とに基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量、ひいては、還流排気に対する冷却要求検出値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、３、４の廃熱利用装置と同様である。
【０１８０】
したがって、実施例５の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ｂにおける電力の回収量の向上とエンジン２の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１８１】
以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜５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。
【０１８２】
例えば、実施例１、２の廃熱利用装置において、温度圧力センサ４８を設け、配管３０を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行っても良い。この際、制御装置１１ａは、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行うことも良い。
【０１８３】
また、実施例１〜３の廃熱利用装置について、加圧空気ボイラ２１に替えてランキンサイクル３ａに還流排気ボイラ２２を設けることで、これらの廃熱利用装置を駆動系１ｂに用いても良い。
【０１８４】
さらに、実施例５の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ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に構成しても良い。そして、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）を判断する構成としても良い。この場合、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅが検出した検出値と、エンジン２に対する出力要求とを組み合わせて制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。また、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅを設けず、制御装置１１ｂは、エンジン２に対する出力要求のみで還流排気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。
【０１８５】
また、実施例５の廃熱利用装置において、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅのうち、いずれか一つのみを備える構成でも良く、任意に選択した温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅを組み合わせて構成しても良い。
【０１８６】
さらに、実施例１〜４の廃熱利用装置において、温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅを備えることで、これらの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求検出値を判断する構成としても良い。この場合、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅを全て備えても良く、いずれか一つのみを備えても良い。また、任意に選択した組み合わせでも良い。また、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求及び温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅが検出した検出値に基づいて加圧空気に対する冷却要求検出値を判断しても良く、温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅの検出値を基に加圧空気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。
【０１８７】
また、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ、１１ｂ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検出値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、第１〜３熱交換器２５〜２７、サブクールコンデンサ４７、６９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３０や配管６６を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３０や配管６６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２１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２２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、１１ｂ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、第１〜３熱交換器２５〜２７、サブクールコンデンサ４７、６９における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３０や配管６６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２１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２２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、１１ｂ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。なお、制御装置１１ａ、１１ｂは、検出した車速のみで加圧空気や還流排気に対する冷却要求検出値を判断する他、車速と、エンジン２、５に対する出力要求や温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅが検出した検出値とを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検出値を判断しても良い。
【０１８８】
さらに、実施例１〜４の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２１に加えて、還流排気ボイラ２２を設ける構成としても良い。同様に、実施例５の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２２に加えて、加圧空気ボイラ２１を設ける構成としても良い。
【０１８９】
また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、冷却液と作動流体とで熱交換が可能なボイラ、エンジン２、５に対する潤滑油と作動流体とで熱交換が可能なボイラ、還流排気以外の排気と作動流体とで熱交換が可能なボイラ等を設ける構成としても良い。この場合、冷却液等のエンジン２、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、３ｂにおいて回収可能な電力量を多くすることが可能となる。さらに、作動流体との熱交換によって冷却液等を冷却することが可能となるため、ラジエータ９等を小型化させてもエンジン２、５を好適に冷却させることが可能となる。
【０１９０】
さらに、実施例１、２の廃熱利用装置において、開閉弁Ｖ１、Ｖ２に替えて、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体について、配管３４に流通させる場合と、配管３６に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合、分岐弁は配管３４と配管３６との接続箇所に設けることが好ましい。同様に、開閉弁Ｖ３、Ｖ４に替えて、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体について、配管３５に流通させる場合と、配管３７に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合も分岐弁は配管３５と配管３７との接続箇所に設けることが好ましい。
【０１９１】
また、実施例１の廃熱利用装置において、開閉弁Ｖ５、Ｖ６に替えて、レシーバ２９の流出口２９ｂから流出した作動流体について、配管３８に流通させる場合と、配管３９に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合、分岐弁は配管３８と配管３９と配管４１との接続箇所に設けることが好ましい。なお、これらの各分岐弁は制御手段１１ａと電気的に接続され、制御装置１１ａによって切り替え制御されることが好ましい。
【０１９２】
さらに、実施例４の廃熱利用装置において、ピストン７９及び駆動装置８１に替えて、圧力や熱等によって収容室７７ｆの容積を変更させる容積変更手段（切替手段）を採用しても良い。この場合、例えば、ダイヤフラムやベローズ又はサーモスタット等を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１９４】
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…制御装置（判断手段、制御手段）
２１…加圧空気ボイラ
２２…還流排気ボイラ
２３…膨張機
２５…第１熱交換器（熱交換器）
２６…第２熱交換器（熱交換器）
２７…第３熱交換器（熱交換器）
２９…レシーバ
３０〜３３、４０、４１…配管
３４…配管（切替手段、第１接続管）
３５…配管（切替手段、第２接続管）
３６…配管（切替手段、第１分岐管）
３７…配管（切替手段、第２分岐管）
３８…配管（切替手段、第１帰還管）
３９…配管（切替手段、第２帰還管）
４３…第１レシーバ（レシーバ）
４５…第２レシーバ（レシーバ）
４７…サブクールコンデンサ
４８…温度圧力センサ（作動流体状態検出手段）
４９…第１ヘッド
４９ａ…第１ヘッド室
４９ｃ…第１主室
４９ｄ…第１副室
５１…第２ヘッド
５１ａ…第２ヘッド室
５１ｃ…第２主室
５１ｄ…第２副室
５３ａ〜５３ｊ…チューブ
５５…第１ピストン（切替手段）
５７…第２ピストン（切替手段）
５９…レシーバ
５９ｃ…受液室
５９ｄ…収容室
６１…駆動装置（駆動手段、切替手段）
６１…駆動装置（駆動手段、切替手段）
６５、６６…配管
７１…第１ヘッド
７１ａ…第１ヘッド室
７３…第２ヘッド
７３ａ…第２ヘッド室
７５ａ〜７５ｌ…チューブ
７７…レシーバ
７７ｃ…受液室
７７ｄ…収容室
７９…ピストン（容積変更手段、切替手段）
８１…駆動装置（容積変更手段、切替手段）
８３ａ…温度センサ（第１温度検出手段）
８３ｂ…温度センサ（第２温度検出手段）
８３ｃ…温度センサ（第４温度検出手段）
８３ｄ…温度センサ（第３温度検出手段）
８３ｅ…圧力センサ（圧力検出手段）
Ｐ２…第２電動ポンプ（ポンプ）
Ｖ１…開閉弁（切替手段、第１分岐開閉弁）
Ｖ２…開閉弁（切替手段、第１接続開閉弁）
Ｖ３…開閉弁（切替手段、第２分岐開閉弁）
Ｖ４…開閉弁（切替手段、第２接続開閉弁）
Ｖ５…開閉弁（切替手段、第１帰還開閉弁）
Ｖ６…開閉弁（切替手段、第２帰還開閉弁）
【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の図５に開示された廃熱利用装置は、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、過給器としてのターボチャージャとを有している。このターボチャージャは、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。ランキンサイクルは、ポンプと、加圧空気ボイラと、冷却水ボイラと、膨張機と、凝縮器と、ポンプから加圧空気ボイラ、冷却水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。
【０００３】
また、特許文献２に開示された廃熱利用装置は、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である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】
これらの廃熱利用装置では、吸気系流体としての加圧空気や還流排気が高温となることから、加圧空気ボイラや還流排気ボイラにおける熱交換により作動流体を好適に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、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っている。
【０００５】
また、これら廃熱利用装置では、加圧空気ボイラが加圧空気に対するインタークーラとして機能し、また、還流排気ボイラが還流排気に対する冷却装置として機能することから、専用のインタークーラや冷却装置を別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、構造が簡素化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、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。ここで、加圧空気を冷却すれば、内燃機関の出力を向上させることが可能となり、還流排気を冷却すれば、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が可能となるためである。
【０００８】
しかし、上記の各廃熱利用装置では、凝縮器がすぐにポンプに接続されているため、加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入する作動流体の温度がほぼ凝縮温度となり、吸気系流体である加圧空気や還流排気を十分に冷却し難い。
【０００９】
このため、凝縮器とポンプとの間にレシーバ及びサブクーラを設けることが考えられる。この場合、レシーバによって凝縮器の下流の作動流体を確実に液化し、サブクーラによって液化した作動流体を冷却できる。このため、加圧空気ボイラや還流排気ボイラに流入する作動流体の温度を確実に下げることができ、加圧空気や還流排気を好適に冷却することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、この場合、内燃機関の出力にかかわらず、凝縮器及びサブクーラが一定の放熱を行うだけである。このため、ランキンサイクルにおいて、作動流体が不必要に冷却されることもあり、回収するエネルギーが少なくなる。また一方で、内燃機関の出力向上等のために加圧空気や還流排気のより一層の冷却が必要な場合、すなわち、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きい場合であっても、それに見合う温度まで加圧空気や還流排気を冷却できない場合も生じる。このため、内燃機関の出力等が不十分となってしまう。
【００１１】
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、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択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】
【００１２】
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た廃熱利用装置において、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させるポンプと、
該ポンプの下流に該配管によって接続され、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間で熱交換を行うボイラと、
該ボイラの下流に該配管によって接続され、該作動流体を膨張させる膨張機と、
該膨張機の下流に該配管によって接続されているとともに自己の下流が該ポンプに該配管によって接続され、該作動流体を凝縮するとともに過冷却する熱交換手段とを備え、
該熱交換手段は、該作動流体を凝縮するコンデンサ部と、
該コンデンサ部の下流に接続され、液体状の該作動流体を貯留するレシーバと、
該レシーバの下流に接続され、液体状の該作動流体を過冷却するサブクール部と、
コンデンサ部及び該サブクール部の割合を変更する切替手段とを有し、
前記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に応じて、該切替手段の制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
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。このランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、配管とを有している。ボイラでは、吸気系流体と作動流体が熱交換を行う。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。
【００１４】
これにより、この廃熱利用装置では吸気系流体の冷却と作動流体の加熱とを行うことが可能となる。このため、この廃熱利用装置におけるランキンサイクルでは、作動流体の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量が多くなる。なお、この回収可能なエネルギーとしては、例えば、圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。
【００１５】
また、この廃熱利用装置では、ボイラが吸気系流体に対する冷却装置として機能する。これにより、この廃熱利用装置では、吸気系流体の密度を大きくさせた状態で内燃機関に吸気されることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して、多くの吸気系流体を吸気させることが可能となる。
【００１６】
さらに、この廃熱利用装置は、熱交換手段を備えている。この熱交換手段はコンデンサ部、レシーバ、サブクール部及び切替手段を有している。コンデンサ部では、膨張機を経た作動流体を凝縮する。レシーバでは、コンデンサ部を経た作動流体を気液分離させつつ、液体状の作動流体を受液室内に貯留する。サブクール部は、液体状の作動流体の過冷却を行う。切替手段は、コンデンサ部及びサブクール部の割合を変更する。
【００１７】
これにより、この廃熱利用装置では、レシーバによってコンデンサ部の下流の作動流体を確実に液化し、サブクール部によって作動流体の過冷却を確保することができる。
【００１８】
また、この廃熱利用装置は、吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、判断手段が判断した冷却要求量に応じて、上記の切替手段の制御を行う制御手段を備えている。ここで、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、吸気系流体の温度をさほど下げなくても、内燃機関が必要とする量の吸気系流体を供給できる。つまり、この場合、ランキンサイクルにおいて、ボイラに流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、このような場合には、制御手段は切替手段を制御し、熱交換手段において、サブクール部よりもコンデンサ部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収するエネルギーの量を多くすることができる。
【００１９】
他方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きければ、ランキンサイクルにおいて、ボイラに流入する作動流体の温度をさらに低くする必要がある。このような場合には、制御手段は切替手段を制御し、熱交換手段において、コンデンサ部よりもサブクール部の割合を大きくする。これにより、レシーバによって液化された作動流体をサブクール部において十分に冷却できる。これにより、ランキンサイクルでは十分に冷却された作動流体をボイラに流入させることができるため、ボイラでの熱交換により、吸気系流体を十分に冷却できる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関に対してより多くの吸気系流体を供給し、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。なお、この場合、熱交換手段においてコンデンサ部が減少することから、ランキンサイクルで回収可能となるエネルギーの量は減少する。
【００２０】
したがって、本発明の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【００２１】
本発明の廃熱利用装置におけるランキンサイクルは、吸気系流体と作動流体とで熱交換を行う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水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。
【００２２】
コンデンサ部とサブクール部との割合を変更するに当たっては、例えば、コンデンサ部として機能する熱交換器の個数と、サブクール部として機能する熱交換器の個数とに差を設けることが挙げられる。また、コンデンサ部として機能する熱交換器の大きさと、サブクール部として機能する熱交換器の大きさとに差を設けることによっても行うことができる。さらに、熱交換器において、コンデンサ部として機能する放熱面の面積と、サブクール部として機能する放熱面の面積とに差を設けることによっても行うことができる。また、これらを組み合わせて行うこともできる。
【００２３】
本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段は、膨張機の下流に配管によって直列に接続され、自己の下流がポンプに配管によって接続された複数の熱交換器と、少なくとも一つのレシーバとを有し得る。そして、切替手段は、レシーバをいずれの熱交換器の下流の配管に接続するかを切り替え可能であることが好ましい（請求項２）。
【００２４】
この場合、レシーバの上流側に位置する熱交換器がコンデンサ部として機能し、レシーバの下流に接続された熱交換器がサブクール部として機能する。このため、この廃熱利用装置では、制御手段が切替手段を制御し、いずれの熱交換器の下流でレシーバを接続させるかによって、コンデンサ部として機能する熱交換器とサブクール部として機能する熱交換器とを変更することが可能となる。
【００２５】
これにより、この廃熱利用装置では、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、コンデンサ部として機能する熱交換器を増やし、サブクール部として機能する熱交換器を減らすことで、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となる。一方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きい場合には、コンデンサ部として機能する熱交換器を減らし、サブクール部として機能する熱交換器を増やすことで、吸気系流体を十分に冷却して、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００２６】
上記の構成の廃熱利用装置では、熱交換器の個数が二以上であれば、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の大きさの他、目標とする作動流体の温度等に応じて適宜変更することができる。さらに、各熱交換器の種類は同一であっても良く、相違していても良い。また、例えば、放熱面積の異なる２つの熱交換器を用意し、レシーバの下流にいずれの熱交換器を接続させるかを切り替えることによっても、上記の効果を奏することが可能となる。
【００２７】
上記の廃熱利用装置において、各熱交換器は、膨張機の下流に配管によって接続された第１熱交換器と、第１熱交換器の下流に配管の一部である第１接続管によって接続された第２熱交換器と、第２熱交換器の下流に該配管の一部である第２接続管によって接続された第３熱交換器とからなり得る。そして、切替手段は、駆動系における所定値以上の出力要求により、第１熱交換器と第２熱交換器との間でレシーバを配管に接続させる場合と、第２熱交換器と第３熱交換器との間でレシーバを配管に接続させる場合とを切り替え可能であることが好ましい（請求項３）。
【００２８】
より具体的には、レシーバは一つであり得る。また、切替手段は、第１接続管から分岐し、レシーバの上流に接続される第１分岐管と、第２接続管から分岐し、レシーバの上流に接続される第２分岐管と、第１分岐管より下流で第１接続管に帰還し、レシーバの下流に接続された第１帰還管と、第２分岐管より下流で第２接続管に帰還し、レシーバの下流に接続された第２帰還管と、作動流体が第２熱交換器に流入する場合と第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、作動流体が第３熱交換器に流入する場合と第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁と、作動流体が第１帰還管に流入する場合と第２帰還管に流入する場合とを切替可能な第３切替弁とを有し得る。そして、制御手段は、第１切替弁、第２切替弁及び第３切替弁を制御可能であり得る（請求項４）。
【００２９】
ここで、第１〜３切替弁としては、例えば分岐弁や開閉弁等を採用することができる他、フラッパ等を採用することもできる。
【００３０】
特に、第１切替弁は、第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり得る。また、第２切替弁は、第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなり得る。そして、第３切替弁は、第１帰還管を開閉する第１帰還開閉弁と、第２帰還管を開閉する第２帰還開閉弁とからなることが好ましい（請求項５）。このように、第１〜３切替弁について、それぞれ第１、２分岐管や第１、２接続管や第１、２帰還管を開閉させる各開閉弁とすることで、廃熱利用装置の構造を簡素化することが可能となる。
【００３１】
また、上記の廃熱利用装置において、レシーバは、第１レシーバ及び第２レシーバからなり得る。また、切替手段は、第１接続管から分岐し、第１レシーバの上流に接続される第１分岐管と、第２接続管から分岐し、第２レシーバの上流に接続される第２分岐管と、第１分岐管より下流で第１接続管に帰還し、第１レシーバの下流に接続された第１帰還管と、第２分岐管より下流で第２接続管に帰還し、第２レシーバの下流に接続された第２帰還管と、作動流体が第２熱交換器に流入する場合と第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、作動流体が第３熱交換器に流入する場合と第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁とを有し得る。そして、制御手段は、第１切替弁及び第２切替弁を制御可能であり得る（請求項６）。
【００３２】
この場合においても、第１、２切替弁としては、例えば分岐弁や開閉弁等を採用することができる他、フラッパ等を採用することもできる。
【００３３】
特に、第１切替弁は、第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり得る。そして、第２切替弁は、第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなることが好ましい（請求項７）。
【００３４】
このように、第１、２切替弁について、それぞれ第１、２分岐管や第１、２接続管を開閉させる開閉弁とすることで、廃熱利用装置の構造を簡素化することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段はサブクールコンデンサを有し得る。このサブクールコンデンサは、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、第１ヘッド室と第２ヘッド室とを連通するように第１ヘッドと第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、第１ヘッド室内に設けられ、第１ヘッド室を第１主室と第１副室とに区画する第１ピストンと、第２ヘッド室内に設けられ、第２ヘッド室を第２主室と第２副室とに区画する第２ピストンと、第１ピストン及び第２ピストンを駆動可能な駆動手段と、第１主室又は第２主室と第１副室又は第２副室とに連通し、収容室が形成されたレシーバとを有し得る。そして、該第１ピストン、該第２ピストン及び該駆動手段が前記切替手段とされていることも好ましい（請求項８）。
【００３６】
この場合、第１ピストン及び第２ピストンを駆動させることにより、第１ヘッド室における第１主室と第１副室との割合と、第２ヘッド室における第２主室と第２副室との割合とが変化することとなる。これにより、サブクールコンデンサにおいて、コンデンサ部として機能するチューブの本数と、サブクール部として機能するチューブの本数とを変更することが可能となる。これにより、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が小さければ、コンデンサ部として機能するチューブの本数を増やし、サブクール部として機能するチューブの本数を減らすことで、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となる。一方、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量が大きければ、コンデンサ部として機能するチューブの本数を減らし、サブクール部として機能するチューブの本数を増やすことで、吸気系流体を十分に冷却して、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明の廃熱利用装置において、熱交換手段は、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、第１ヘッド室と第２ヘッド室とを連通するように第１ヘッドと第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、第２ヘッド室に連通し、収容室が形成されたレシーバと、収容室の容積を変更可能な容積変更手段とを有し得る。そして、容積変更手段が前記切替手段とされていることも好ましい（請求項９）。
【００３８】
この場合も、収容室の容積を変更することにより、コンデンサ部として機能するチューブの割合と、サブクール部として機能するチューブの割合とを変更することが可能となる。これにより、この廃熱利用装置でも、判断手段が判断した吸気系流体に対する冷却要求量に応じて、コンデンサ部として機能するチューブの割合と、サブクール部として機能するチューブの割合とを適宜変更することで、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを多くしたり、内燃機関の性能を高くしたりすることが可能となる。
【００３９】
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１０）。
【００４０】
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１１）。
【００４１】
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１２）。
【００４２】
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１３）。
【００４３】
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４温度検出手段を備え得る。そして、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１４）。
【００４４】
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１５）。
【００４５】
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、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかについて、より好適に選択可能となる。
【００４６】
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及び圧力を検出可能な作動流体状態検出手段を備え得る。そして、制御手段は、作動流体状態検出手段が検出した作動流体状態検出値に基づき、ポンプにおいて作動流体がキャビテーションを生じないように切替手段の制御を行うことが好ましい（請求項１６）。
【００４７】
この場合、サブクール部において作動流体の過冷却を確保しつつ、ポンプで作動流体がキャビテーションを生じさせることを防止できる。このため、この廃熱利用装置では、ポンプの損傷を防止することが可能となり、耐久性を高くすることが可能となる。
【００４８】
また、制御手段は、冷却要求量に相当する冷却要求検出値を判断するとともに、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで大きい方に応じて、切替手段の制御を行うことが好ましい（請求項１７）。
【００４９】
この場合、この廃熱利用装置では、耐久性を高くしつつ、吸気系流体に対する冷却要求も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、耐久性の向上と内燃機関の性能向上とを両立させることが可能となる。
【００５０】
本発明の廃熱利用装置において、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。
【００５１】
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１８）。
【００５２】
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。
【００５３】
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１９）。
【００５４】
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が可能となる。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】
【００５５】
本発明の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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、第２熱交換器の下流でレシーバに作動流体を流入させた状態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、第１熱交換器の下流でレシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図４】実施例２の廃熱利用装置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、第２レシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図６】実施例２の廃熱利用装置に係り、第１レシーバに作動流体を流入させた状態を示す模式構造図である。
【図７】実施例３の廃熱利用装置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、駆動系に対する出力要求が小さい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図９】実施例３の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が大きい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【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４の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が小さい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図１２】実施例４の廃熱利用装置に係り、駆動系に対する出力要求が大きい場合におけるサブクールコンデンサを示す断面図である。
【図１３】実施例５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】
【００５７】
以下、本発明を具体化した実施例１〜５を図面を参照しつつ説明する。
【００５８】
（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、制御装置１１ａとを備えている。なお、制御装置１１ａが判断手段及び制御手段に相当している。
【００５９】
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、ラジエータ９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５ａと流入口５ｂとが形成されている。さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ｃと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｄとが形成されている。
【００６０】
ターボチャージャ７及びラジエータ９もそれぞれ公用品が採用されている。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、車外の空気を加圧した加圧空気を供給する。また、ラジエータ９には、その内部に冷却液を流入させる流入口９ａと、冷却液を流出させる流出口９ｂとが形成されている。ラジエータ９は、その内部を流通する冷却液と車外の空気との間で熱交換を行う。さらに、ラジエータ９の近傍には、電動ファン９ｃが設けられている。この電動ファン９ｃは、制御装置１１ａと電気的に接続されている。
【００６１】
エンジン５とターボチャージャ７とは配管１３〜１５によって接続されている。また、配管１４と配管１５とには後述する加圧空気ボイラ２１が接続されている。配管１３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５ｃとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管１４及び配管１５は内部を吸気系流体である加圧空気が流通可能となっている。配管１４はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２１の第１流入口２１ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２１の第１流出口２１ｂと、エンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。
【００６２】
さらに、ターボチャージャ７には、配管１６、１７の各一端側が接続されている。配管１６の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１７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１６は、ターボチャージャ７を介して配管１３と連通している。同様に、配管１７は、ターボチャージャ７を介して配管１４と連通している。
【００６３】
一方、エンジン５とラジエータ９とは配管１８、１９によって接続されている。配管１８、１９は内部を冷却液が流通可能となっている。配管１８は、エンジン５の流出口５ａと、ラジエータ９の流入口９ａとに接続されている。配管１９は、ラジエータ９の流出口９ｂと、エンジン５の流入口５ｂとに接続されている。配管１９には、第１電動ポンプＰ１が設けられている。この第１電動ポンプＰ１は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。なお、第１電動ポンプＰ１は、配管１８に設けられても良い。
【００６４】
ランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３０〜４１と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。配管３０〜４１には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００６５】
これらのうち、第２電動ポンプＰ２がポンプに相当している。この第２電動ポンプＰ２は、制御装置１１ａに電気的に接続されている。また、配管３６〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６が切替手段に相当している。さらに、配管３４が第１接続管に相当しており、配管３５が第２接続管に相当している。また、配管３６及び配管３７がそれぞれ第１分岐管及び第２分岐管に相当しており、配管３８及び配管３９がそれぞれ第１帰還管及び第２帰還管に相当している。そして、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ２がそれぞれ第１分岐開閉弁及び第１接続開閉弁に相当しており、開閉弁Ｖ３及び開閉弁Ｖ４がそれぞれ第２分岐開閉弁及び第２接続開閉弁に相当しており、開閉弁Ｖ５及び開閉弁Ｖ６がそれぞれ第１帰還開閉弁及び第２帰還開閉弁に相当している。
【００６６】
加圧空気ボイラ２１には、第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと、第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２１内には、両端側でそれぞれ第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと連通する第１通路２１ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄと連通する第２通路２１ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の加圧空気と、第２通路２１ｆ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。
【００６７】
膨張機２３には、その内部に作動流体を流入させる流入口２３ａと、作動流体を流出させる流出口２３ｂとが形成されている。膨張機２３では、加圧空気ボイラ２１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。この膨張機２３には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機２３の駆動力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。
【００６８】
第１熱交換器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。第１熱交換器２５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、加圧空気ボイラ２１を経て加熱された作動流体を放熱させて冷却させる。つまり、第１熱交換器２５は、作動流体に対する凝縮器、すなわち、コンデンサ部として機能する。また、第１熱交換器２５の近傍には電動ファン２５ｃが設けられている。この電動ファン２５ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００６９】
第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７も第１熱交換器２５と同一の構成であり、第２熱交換器２６には、その内部に作動流体を流入させる流入口２６ａと、作動流体を流出させる流出口２６ｂとが形成されている。同様に、第３熱交換器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。また、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７の近傍には、それぞれ電動ファン２６ｃ、２７ｃが設けられている。これらの電動ファン２６ｃ、２７ｃも制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００７０】
また、第２熱交換器２６は、ランキンサイクル３ａにおいて、後述するレシーバ２９との位置関係により、コンデンサ部として機能する他、サブクール部としても機能する。一方、第３熱交換器２７は、サブクール部として機能する。
【００７１】
レシーバ２９は、自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口２９ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口２９ｂが形成されている。また、レシーバ２９の内部には受液室２９ｃが形成されている。レシーバ２９は、流入口２９ａから流入した作動流体を気体と液体とに分離させる。そして、レシーバ２９は、液状体となった作動流体を受液室２９ｃ内に貯留するとともに、貯留した作動流体を流出口２９ｂから順に流出させる。
【００７２】
これらの第２電動ポンプＰ２、加圧空気ボイラ２１、膨張機２３、第１〜３熱交換器２５〜２７及びレシーバ２９は、配管３０〜４１によって接続されている。具体的には、第３熱交換器２７の流出口２７ｂと、第２電動ポンプＰ２とは配管３０によって接続されている。第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管３１によって接続されている。加圧空気ボイラ２１の第２流出口２１ｄと、膨張機２３の流入口２３ａとは配管３２によって接続されている。膨張機２３の流出口２３ｂと第１凝縮器２５の流入口２５ａとは配管３３によって接続されている。第１凝縮器２５の流出口２５ｂと第２凝縮器２６の流入口２６ａとは配管３４によって接続されている。そして、第２凝縮器２６の流出口２６ｂと第３凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３５によって接続されている。
【００７３】
また、配管３４には、配管３６及び配管３８の各一端側が接続されている。同じく配管３５には、配管３７及び配管３９の各一端側が接続されている。配管３６及び配管３７の各他端側は、配管４０の一端側と接続されている。配管４０の他端側はレシーバ２９の流入口２９ａに接続されている。また、配管３８及び配管３９の各他端側は、配管４１の一端側と接続されている。配管４１の他端側はレシーバ２９の流出口２９ｂに接続されている。
【００７４】
このランキンサイクル３ａでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、作動流体は、図２及び図３に示すように、第２電動ポンプＰ２から加圧空気ボイラ２１、膨張機２３を経て第１熱交換器２５に至ることとなる。そして、最終的に第３熱交換器２７を経て第２電動ポンプＰ２に至る順で配管３０〜４１内を循環する。
【００７５】
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、第２電動ポンプＰ２の下流に加圧空気ボイラ２１が配置されており、加圧空気ボイラ２１の下流に膨張機２３が配置されている。また、膨張機２３の下流に第１熱交換器２５が直列に配置されており、第１熱交換器２５の下流に第２熱交換器２６が直列に配置されている。そして、第２熱交換器２６の下流に第３熱交換器２７が直列に配置されており、第３熱交換器２７の下流に第２電動ポンプＰ２が配置されている。
【００７６】
図１に示すように、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、開閉動作により、自身の下流に作動流体を流通させる場合と流通させない場合とを切り替えることが可能な切替弁である。これらの開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、いずれも制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００７７】
開閉弁Ｖ１は配管３６に設けられている。開閉弁Ｖ２は、配管３４において、配管３６が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３８が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。また、開閉弁Ｖ３は配管３７に設けられている。開閉弁Ｖ４は、配管３５において、配管３７が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３９が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。そして、開閉弁Ｖ５は配管３８に設けられており、開閉弁Ｖ６は配管３９に設けられている。
【００７８】
制御装置１１ａは、電動ファン９ｃ、２５ｃ、２６ｃ、２７ｃの各作動制御を行うことで、冷却液又は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、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の作動制御を行う。さらに、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。また、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冷却要求検出値として判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求検出値に基づき、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６について、個別に開閉制御を行う。これにより、制御装置１１ａは、配管３４とレシーバ２９の流入口２９ａとを連通させる場合と、配管３５とレシーバ２９の流入口２９ａとを連通させる場合とを切り替える。
【００７９】
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。
【００８０】
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５ｃから排出された排気が配管１３、ターボチャージャ７及び配管１６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、排気に依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１７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１４、加圧空気ボイラ２１の第１通路２１ｅ及び配管１５を経てエンジン５の吸気口５ｄよりエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。
【００８１】
また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、２５ｃ、２６ｃ、２７ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１ａでは、エンジン５の冷却を行った冷却液が流出口５ａより流出して、配管１８を経てラジエータ９の流入口９ａよりラジエータ９の内部に至る。そして、ラジエータ９の内部の冷却液は、ラジエータ９の周りの空気と熱交換、すなわち、放熱されて冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量を適宜変更して、冷却液を好適に放熱させる。放熱されて冷却された冷却液は流出口９ｂから流出し、配管１９を経てエンジン５の流入口５ｂからエンジン５内に流入してエンジン５の冷却を行う（同図の破線矢印参照。）。
【００８２】
一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。ここで、エンジン５に対する出力要求が所定値（検知したアクセル開度が所定値）以下の場合には、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）が閾値以下であると判断し、それに応じて各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。具体的には、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ６については開制御を行い、開閉弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５、について閉制御を行う。これらにより、配管３５に対して配管３７及び配管３９が連通され、配管３４に対して配管３６及び配管３８が非連通とされる。こうして、配管３５とレシーバ２９の流入口２９ａとが連通、すなわち、レシーバ２９が配管３５に接続した状態となる。
【００８３】
これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管３１を経て加圧空気ボイラ２１の第２流入口２１ｃから第２通路２１ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２１において加圧空気との熱交換が行われる。この際、第１通路２１ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ７によって圧縮されることにより約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２１ｆ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２１ｅを流通する加圧空気は、第２通路２１ｆ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エンジン５に至ることとなる。
【００８４】
こうして、加圧空気ボイラ２１よって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２１ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２３内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２３に接続された発電機は発電を行う。
【００８５】
膨張機２３内で減圧された作動流体は流出口２３ｂから流出し、配管３３を経て第１熱交換器２５の流入口２５ａから第１熱交換器２５内へ至る。そして、第１熱交換器２５内の作動流体は、第１熱交換器２５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２５ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させる。冷却された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３４を経て第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内へ至る。
【００８６】
第２熱交換器２６内の作動流体は、第２熱交換器２６の周りの空気に放熱を行い、より冷却される。この際も、制御装置１１ａは電動ファン２６ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させる。冷却された作動流体は、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した後、配管３５から分岐して、配管３７及び配管４０を経てレシーバ２９の流入口２９ａからレシーバ２９内に至ることとなる。この作動流体は、レシーバ２９において、気体と液体とに分離され、液体状となった作動流体が受液室２９ｃ内に貯留される。その後、液体状の作動流体は流出口２９ｂから流出し、配管４１及び配管３９を経て配管３５に合流した後、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。つまり、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５に設けられた開閉弁Ｖ４を迂回して、第３熱交換器２７に至ることとなる。
【００８７】
第３熱交換器２７内の作動流体は、第３熱交換器２７の周りの空気に放熱を行い、更に冷却される。この際も制御装置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る。ここで、第３熱交換器２７は、レシーバ２９によって液化された作動流体を冷却する。つまり、この場合、第１、２熱交換器２５、２６がコンデンサ部として機能し、第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。こうして、冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３１を経て、再び加圧空気ボイラ２１に至ることとなる。
【００８８】
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、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。このため、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からである。そして、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検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは、これに応じた各開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行う。具体的には、図３に示すように、開閉弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５については開制御を行い、開閉弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ６について閉制御を行う。これらにより、配管３４に対して配管３６及び配管３８が連通され、配管３５に対して配管３７及び配管３９が非連通とされる。こうして、配管３４とレシーバ２９の流入口２９ａとが連通、すなわち、レシーバ２９が配管３４に接続した状態となる。
【００８９】
この場合、第１熱交換器２５において冷却された作動流体は、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した後、配管３４から分岐して、配管３６及び配管４０を経てレシーバ２９の流入口２９ａからレシーバ２９内に至ることとなる。そして、液体状の作動流体は流出口２９ｂから流出し、配管４１及び配管３８を経て配管３４に合流した後、第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内に至ることとなる。つまり、第１交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体は、配管３４に設けられた開閉弁Ｖ２を迂回して、第２交換器２６に至ることとなる。
【００９０】
そして、第２熱交換器２６内の作動流体は、第２熱交換器２６の周りの空気に放熱を行い、ここで、第２熱交換器２６は、レシーバ２９によって液化された作動流体を冷却することとなる。このように冷却された後、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５を経て、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。そして、作動流体は、第３熱交換器２７において、更に冷却されこととなる。
【００９１】
つまり、この場合、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。このため、図２に示す状態と比較して、作動流体はより冷却された状態、すなわち、外気温により近い温度となる。
【００９２】
これらのように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、加圧空気ボイラ２１において、加圧空気と作動流体とが熱交換を行うことで、作動流体を加熱することができる。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て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２１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、多くの加圧空気を供給することが可能となっている。
【００９３】
また、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａは、第１〜３熱交換器２５〜２７と、レシーバ２９と、配管３６〜３９と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６とを有している。これらの第１〜３熱交換器２５〜２７は、膨張機２３の下流に配管３３〜３５よって直列に接続され、第３熱交換器２７の下流が第２電動ポンプＰ２に配管３１によって接続されている。開閉弁Ｖ１〜Ｖ６は、加圧空気に対する冷却要求検出値に応じて制御装置１１ａによって開閉制御され、レシーバ２９を第１熱交換器２５又は第２熱交換器２６のいずれの下流の配管３４又は３５に接続するかを切り替え可能である。このため、この廃熱利用装置では、第２熱交換器２６がレシーバ２９よりも上流となった場合、第１熱交換器２５と第２熱交換器２６とがコンデンサ部として機能する。そして、第３熱交換器２７がサブクール部として機能することとなる。一方、第２熱交換器２６がレシーバ２９よりも下流となった場合、この廃熱利用装置では、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６と第３熱交換器２７とがサブクール部として機能することとなる。
【００９４】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さい場合には、加圧空気の温度をさほど下げなくても、エンジン５には出力要求に応じた量の加圧空気を供給できる。つまり、この場合、ランキンサイクル３ａにおいて、加圧空気ボイラ２１に流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の各制御について、上記の図２に示す状態とすることで、第１、２熱交換器２５、２６をコンデンサ部として機能させる。これにより、図３に示す各状態と比較して、コンデンサ部として機能する熱交換器を増やし、サブクール部として機能する熱交換器を減らす。つまり、図２に示す状態の廃熱利用装置では、過冷却を行うのは第３熱交換器２７のみとなることから、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きい。これにより、ランキンサイクル３ａにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収する電力量を多くすることができる。
【００９５】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きくなり、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の各制御について、上記の図３に示す状態とする。これにより、この廃熱利用装置では、レシーバ２９によってコンデンサ部（第１熱交換器２５）の下流の作動流体を液化し、サブクール部（第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７）によって過冷却する。つまり、この状態の廃熱利用装置では、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなる。これにより、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７では、液化した作動流体を外気温度近くまで冷却できる。このため、加圧空気ボイラ２１に流入する作動流体の温度を十分に下げることができ、加圧空気を好適に冷却することが可能、すなわち、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことが可能となる。これにより、エンジン５の出力が高くなり、エンジン５に対する出力要求を満たすことができる。なお、この場合、コンデンサ部として機能するのは第１熱交換器２５のみとなることから、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力量は減少する。
【００９６】
また、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、ひいては、加圧空気に対する冷却要求検出値を正確に判断することが可能となっている。
【００９７】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【００９８】
また、この廃熱利用装置では切替手段として配管３６〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６を採用していることから、構造を簡略化しつつ、製造コストの低廉化も実現している。
【００９９】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａを一部変更して構成している。図４に示すように、実施例２の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２１と、膨張機２３と、第１〜３熱交換器２５〜２７と、第１レシーバ４３と、第２レシーバ４５と、配管３０〜３９と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４とを有している。なお、配管３４〜３９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ４が切替手段に相当している。
【０１００】
第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５は同一の構成である。また、これらは、実施例１の廃熱利用装置におけるレシーバ２９と同一の構成である。つまり、第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５は、共に自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口４３ａ、４５ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口４３ｂ、４５ｂが形成されている。また、第１レシーバ４３及び第２レシーバ４５のそれぞれの内部には受液室４３ｃ、４５ｃが形成されている。
【０１０１】
配管３４には、配管３６及び配管３８の各一端側が接続されている。同じく配管３５には、配管３７及び配管３９の各一端側が接続されている。配管３６の他端側は第１レシーバ４３の流入口４３ａに接続されている。また、配管３７の他端側は第２レシーバ４５の流入口４５ａに接続されている。一方、配管３８の他端側は第１レシーバ４３の流出口４３ｂに接続されている。そして、配管３９の他端側は第２レシーバ４５の流出口４５ｂに接続されている。
【０１０２】
開閉弁Ｖ１は配管３６に設けられている。開閉弁Ｖ２は、配管３４において、配管３６が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３８が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。また、開閉弁Ｖ３は配管３７に設けられている。開閉弁Ｖ４は、配管３５において、配管３７が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の下流であって、配管３９が接続された箇所よりも作動流体の循環方向の上流の位置に設けられている。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。
【０１０３】
この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａ判断した場合、図５に示すように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ２、Ｖ３については開制御を行い、開閉弁Ｖ１、Ｖ４については閉制御を行う。これにより、この廃熱利用装置では、第１熱交換器２５及び第２熱交換器２６において冷却された作動流体は、配管３５から分岐して、配管３７を経て第２レシーバ４５の流入口４５ａから第２レシーバ４５内に至ることとなる。そして、第２レシーバ４５において液体状となった作動流体は、流出口４５ｂから流出し、配管３９を経て配管３５に合流した後、第３熱交換器２７の流入口２７ａから第３熱交換器２７内に至ることとなる。つまり、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体は、配管３５に設けられた開閉弁Ｖ４を迂回して、第３熱交換器２７に至ることとなる。これにより、この廃熱利用装置では、第１、２熱交換器２５、２６がコンデンサ部として機能し、第３熱交換器２７がサブクール部として機能する。このため、後述の図６に示す状態と比較して、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなる。このため、この状態の廃熱利用装置では、ランキンサイクル３ａにおいて作動流体が不必要に冷却されることを抑制でき、回収する電力量を多くすることができる。
【０１０４】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、図６に示すように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１、Ｖ４については開制御を行い、開閉弁Ｖ２、Ｖ３については閉制御を行う。これにより、この廃熱利用装置では、配管３４と配管３６とが連通され、配管３５に対して配管３８が非連通とされる。つまり、配管３４と第１シーバ４３の流入口４３ａが連通、すなわち、第１レシーバ４３が配管３４に接続した状態となる。
【０１０５】
このため、第１熱交換器２５おいて冷却された作動流体は、配管３４から配管３６を経て第１レシーバ４３の流入口４３ａから第１レシーバ４３内に至ることとなる。そして、第１レシーバ４３において液体とされた作動流体は、流出口４３ｂから流出し、配管３８を経て配管３４に合流した後、第２熱交換器２６の流入口２６ａから第２熱交換器２６内に至ることとなる。つまり、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体は、配管３４に設けられた開閉弁Ｖ２を迂回して、第２熱交換器２６に至ることとなる。第２熱交換器２６において冷却された作動流体は、第３熱交換器２７において更に冷却される。
【０１０６】
上記の図３に示す状態と同様、この図６に示す状態では、第１熱交換器２５がコンデンサ部として機能し、第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７がサブクール部として機能する。このため、この状態の廃熱利用装置では、図５に示す状態と比較して、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなり、作動流体は外気温近くまでより冷却された状態となる。このため、この状態の廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２１において、加圧空気を十分に冷却できる。これにより、エンジン５に対してより多くの加圧空気を供給することができ、エンジン５の出力は高くなる。このため、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことができる。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０７】
したがって、実施例２の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１０８】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置では、実施例１の廃熱利用装置における第１〜３熱交換器２５〜２７、レシーバ２９及び開閉弁Ｖ１〜Ｖ６に替えて、図７に示すサブクールコンデンサ４７が採用されている。また、サブクールコンデンサ４７の近傍には、電動ファン４７ａが設けられている。この電動ファン４７ａは制御装置１１ａに電気的に接続されている。さらに、この廃熱利用装置は温度圧力センサ４８を備えている。
【０１０９】
サブクールコンデンサ４７は、配管６５を介して膨張機２３（流出口２３ｂ）と接続されているとともに、配管６６を介して第２電動ポンプＰ２と接続されている。図８に示すように、サブクールコンデンサ４７は、上下方向で垂直に延びる第１、２ヘッド４９、５１と、第１、２ヘッド４９、５１に対して水平に延びるチューブ５３ａ〜５３ｊと、第１、２ピストン５５、５７と、レシーバ５９と、図７に示す駆動装置６１とを有している。この駆動装置６１が駆動手段に相当する。また、第１、２ピストン５５、５７及び駆動装置６１が切替手段に相当している。
【０１１０】
図８に示すように、第１ヘッド４９は、内部に上下に延びる第１ヘッド室４９ａと、第１ヘッド室４９ａに連通する挿通孔４９ｂとが形成されている。この挿通孔４９ｂにはシール材６３ａが設けられている。第１ヘッド室４９ａ内には、挿通孔４９ｂを介して第１ピストン５５が上下動可能に設けられている。この第１ピストン５５は、第１ピストンロッド５５ａと、第１ピストンロッド５５ａの一端側に接続された第１ピストンヘッド５５ｂとで構成されている。
【０１１１】
この第１ピストンヘッド５５ｂにより、第１ヘッド室４９ａ内は、第１ピストンロッド５５ａ側となる第１主室４９ｃと、第１ピストンヘッド５５ｂ側となる第１副室４９ｄとに区画されている。また、第１ヘッド４９には、インレット４９ｅとアウトレット４９ｆとが形成されている。インレット４９ｅは、第１ヘッド４９の上方に形成されており、第１主室４９ｃと連通している。このインレット４９ｅには配管６５が接続されている。一方、アウトレット４９ｆは、第１ヘッド４９の下方に形成されており、第１副室４９ｄと連通している。このアウトレット４９ｆには配管６６が接続されている。
【０１１２】
第１ヘッド４９と同様に、第２ヘッド５１には、内部に上下に延びる第２ヘッド室５１ａと、第２ヘッド室５１ａに連通する挿通孔５１ｂとが形成されている。この挿通孔５１ｂにはシール材６３ｂが設けられている。第２ヘッド室５１ａ内には、挿通孔５１ｂを介して第２ピストン５７が上下動可能に設けられている。この第２ピストン５７は、第２ピストンロッド５７ａと、第２ピストンロッド５７ａの一端側に接続された第２ピストンヘッド５７ｂとで構成されている。
【０１１３】
この第２ピストンヘッド５７ｂにより、第２ヘッド室５１ａ内は、第２ピストンロッド５７ａ側となる第２主室５１ｃと、第２ピストンヘッド５７ｂ側となる第２副室５１ｄとに区画されている。また、第２ヘッド５１には、第２主室５１ｃと連通する流出口５１ｅと、第２副室５１ｄと連通する流入口５１ｆとが形成されている。
【０１１４】
各チューブ５３ａ〜５３ｊはそれぞれ等間隔で平行に配置されている。また、各チューブ５３ａ〜５３ｊ間にはフィン６７がそれぞれ設けられている。各チューブ５３ａ〜５３ｊは、一端側が第１ヘッド４９と接続されており、第１ヘッド室４９ａと連通している。また、各チューブ５３ａ〜５３ｊの他端側は第２ヘッド５１と接続されており、第２ヘッド室５１ａと連通している。すなわち、第１ヘッド４９の第１ヘッド室４９ａと、第２ヘッド５１の第２ヘッド室５１ａとは、チューブ５３ａ〜５３ｊを介して連通している。このサブクールコンデンサ４７では、各チューブ５３ａ〜５３ｊはコンデンサ部及びサブクール部として機能する。なお、このサブクールコンデンサ４７において、チューブ５３ａ等の本数は３本以上であれば、その本数を適宜設計することが可能である。
【０１１５】
レシーバ５９には、流入路５９ａ及び流出路５９ｂが設けられている。また、レシーバ５９の内部には、流入路５９ａ及び流出路５９ｂと連通する受液室５９ｃが形成されている。この受液室５９ｃの下方部分は収容室５９ｄとなっている。流入路５９ａは第２ヘッド５１の流出口５１ｅと接続されており、流出路５９ｂは第２ヘッド５１の流入口５１ｆと接続されている。これにより、レシーバ５９は第２ヘッド５１と接続され、受液室５９ｃと第２ヘッド室５１ａとが連通している。
【０１１６】
図７に示すように、駆動装置６１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、制御装置１１ａは駆動装置６１の駆動制御を行う。また、この制御装置１１ａは、作動流体の飽和蒸気圧を記憶している。
【０１１７】
駆動装置６１には、第１、２ピストン５５、５７の各他端側、より具体的には、第１、２ピストンロッド５５ａ、５７ａの各他端側が接続されている。この駆動装置６１は公知のギヤ機構及びモータ（いずれも図示を省略する。）によって構成されており、制御装置１１ａの制御を受けることで、図８に示す第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１ａ内において、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、上下動させる。
【０１１８】
温度圧力センサ４８は制御装置１１ａと電気的に接続されている。この温度圧力センサ４８は、作動流体状態検出手段として機能し、サブクールコンデンサ４７を経て配管６６を流通する作動流体の温度及び圧力、すなわち、第２電動ポンプＰ２に流入する作動流体の温度及び圧力を検出するとともに、その検出値を作動流体状態検出値として制御装置１１ａに向けて発信する。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。
【０１１９】
この廃熱利用装置においても、実施例１の廃熱利用装置と同様、加圧空気ボイラ２１において高温高圧となった作動流体が膨張機２３において減圧される。そして、この作動流体は、流出口２３ｂから配管６５を経て、第１ヘッド４９における第１主室４９ｃ内に流入する。この際、制御装置１１ａは電動ファン４７ａを作動させる。
【０１２０】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａは駆動装置６１を制御し、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１内の下方に移動させる。これにより、第１ヘッド室４９ａ内において、第１主室４９ｃの割合が第１副室４９ｄよりも大きくなる。また、第２ヘッド室５１ａ内も同様に、第２主室５１ｃの割合が第２副室５１ｄよりも大きくなる。このため、第１ヘッド４９及び第２ヘッド５１と接続するチューブ５３ａ〜５３ｊでは、第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通する割合よりも、第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通する割合が大きくなる。
【０１２１】
具体的には、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｇが第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通し、チューブ５ｈ〜５３ｊが第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通することとなる。このため、同図の黒色実線矢印に示すように、配管６５から第１主室４９ｃに流入した作動流体は、チューブ５３ａ〜５３ｇを流通し、サブクールコンデンサ４７の周りの空気に放熱されつつ、第２主室５１ｃに流入することとなる。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｇがコンデンサ部として機能する。
【０１２２】
第２主室５３ｃに流入した作動流体は、レシーバ５９の流入路５９ａを経て受液室５９ｃ内に至り、気液分離される。そして、液体状となった作動流体は収容室５９ｄに貯留されるとともに、順に流出路５９ｂから流出し、第２副室５１ｄ内に流入する。そして、この作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、チューブ５ｈ〜５３ｊを流通することで過冷却されつつ、第１副室４９ｄに至る。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ｈ〜５３ｊがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、第１ヘッド４９から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１２３】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは駆動装置６１を制御し、図９に示すように、第１、２ピストン５５、５７をそれぞれ連動させつつ、第１ヘッド室４９ａ内及び第２ヘッド室５１内の上方に移動させる。これにより、第１ヘッド室４９ａ内において、第１副室４９ｄの割合が第１主室４９ｃよりも大きくなり、第２ヘッド室５１ａ内では、第２副室５１ｄの割合が第２主室５１ｃよりも大きくなる。このため、チューブ５３ａ〜５３ｊでは、第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通する割合よりも、第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通する割合が大きくなる。
【０１２４】
具体的には、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｃが第１主室４９ｃ及び第２主室５１ｃと連通し、チューブ５ｅ〜５３ｊが第１副室４９ｄ及び第２副室５１ｄと連通することとなる。このため、同図の黒色実線矢印に示すように、配管３３から第１主室４９ｃに流入した作動流体は、チューブ５３ａ〜５３ｃを流通して第２主室５１ｃに流入することとなる。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ａ〜５３ｃがコンデンサ部として機能する。
【０１２５】
レシーバ５９を経て液体状となった作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、チューブ５ｅ〜５３ｊを流通することで過冷却されつつ、第１副室４９ｄに至る。つまり、チューブ５３ａ〜５３ｊのうち、チューブ５３ｅ〜５３ｊがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、図８に示す状態と同様、第１ヘッド４９から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１２６】
このように、この廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ４７では、第１ピストン５３及び第２ピストン５５を上下動させることにより、第１ヘッド室４９ａにおける第１主室４９ｃと第１副室４９ｄとの割合と、第２ヘッド室５１ａにおける第２主室５１ｃと第２副室５１ｄとの割合とが連動して変化することとなる。これにより、サブクールコンデンサ４９において、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数と、サブクール部として機能するチューブチューブ５３ａ〜５３ｊの本数とを変更することが可能となっている。これにより、図８に示すように、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を増やし、サブクール部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を減らす。つまり、サブクールコンデンサ４７において、サブクール部よりもコンデンサ部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の不必要な冷却を抑制して、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能なエネルギーを多くすることが可能となっている。一方、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、図９に示すように、コンデンサ部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を減らし、サブクール部として機能するチューブ５３ａ〜５３ｊの本数を増やす。つまり、サブクールコンデンサ４７において、コンデンサ部よりもサブクール部の割合を大きくする。これにより、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、その冷却要求量を満たすことが可能となり、加圧空気を十分に冷却することで、エンジン５の出力を高くすることが可能となっている。なお、この場合、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能な電力の量は減少する。
【０１２７】
また、この廃熱利用装置では、温度圧力センサ４８によって検出された作動流体の温度及び圧力、すなわち、作動流体状態検出値と、記憶している飽和蒸気圧との比較を行う。そして、上記のように、サブクールコンデンサ４７におけるコンデンサ部とサブクール部との割合を変化させるに当たって、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量に加えて、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように駆動装置６１を制御する。この際、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量（冷却要求検出値）と作動流体状態検出値との比較を行い、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて駆動装置６１を制御する。こうして、この廃熱利用装置では、サブクールコンデンサ４７におけるサブクール部での作動流体の過冷却を確保しつつ、第２電動ポンプＰ２で作動流体がキャビテーションを生じさせることを防止することが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、第２電動ポンプＰ２の損傷を防止することが可能となっており、耐久性を高くすることが可能となっている。さらに、この廃熱利用装置では、上記のように耐久性を高くしつつ、加圧空気に対する冷却要求も満たすことが可能となっている。つまり、この廃熱利用装置は、耐久性の向上と、エンジン５の性能向上とを両立させることが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１２８】
したがって、実施例３の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３における電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１２９】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置は、実施例３の廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ４７に替えて、図１０に示すサブクールコンデンサ６９が採用されている。また、サブクールコンデンサ６９の近傍には、電動ファン６９ｃが設けられている。この電動ファン６９ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【０１３０】
図１１に示すように、サブクールコンデンサ６９は、上下方向で垂直に延びる第１、２ヘッド７１、７３と、第１、２ヘッド７１、７３に対して水平に延びるチューブ７５ａ〜７５ｌと、レシーバ７７と、ピストン７９と、図１０に示す駆動装置８１とを有している。このピストン７９及び駆動装置８１が容積変更手段であり、切替手段に相当する。
【０１３１】
第１ヘッド７１は、内部に上下に延びる第１ヘッド室７１ａが形成されている。また、第１ヘッド７１内には第１固定隔壁７１ｂが形成されている。この第１固定隔壁７１ｂにより、第１ヘッド室７１ａは、第１主室７１ｃと第１副室７１ｄとに区画されている。また、第１ヘッド７１には、インレット７１ｅとアウトレット７１ｆとが形成されている。インレット７１ｅは、第１ヘッド７１の上方に形成されており、第１主室７１ｃと連通している。このインレット７１ｅには配管６５が接続されている。一方、アウトレット７１ｆは、第１ヘッド７１の下方に形成されており、第１副室７１ｄと連通している。このアウトレット７１ｆには配管６６が接続されている。
【０１３２】
第１ヘッド７１と同様に、第２ヘッド７３には、内部に上下に延びる第２ヘッド室７３ａが形成されている。また、第２ヘッド７３内には第２固定隔壁７３ｂが形成されている。この第２固定隔壁７３ｂにより、第２ヘッド室７３ａは、第２主室７３ｃと第２副室７３ｄとに区画されている。また、第２ヘッド７３には、流出口７３ｅと流入口７３ｆとが形成されている。流入口７３ｅは、第２主室７３ｃと連通している。一方、流出口７３ｆは、第２ヘッド７３の下方に形成されており、第２副室７３ｄと連通している。
【０１３３】
各チューブ７５ａ〜７５ｌはそれぞれ平行に配置されている。また、図示を省略しているものの、各チューブ７５ａ〜７５ｌ間には図８、９と同様のフィンが設けられている。図１１に示すように、各チューブ７５ａ〜７５ｌは、一端側が第１ヘッド７１と接続されており、第１ヘッド室７１ａと連通している。また、各チューブ７５ａ〜７５ｌの他端側は第２ヘッド７３と接続されており、第２ヘッド室７３ａと連通している。すなわち、第１ヘッド７１の第１ヘッド室７１ａと、第２ヘッド７３の第２ヘッド室７３ａとは、チューブ７５ａ〜７５ｌを介して連通している。より具体的には、チューブ７５ａ〜７５ｌのうち、チューブ７５ａ〜７５ｉが第１主室７１ｃ及び第２主室７３ｃと連通している。また、チューブ７５ａ〜７５ｌのうち、チューブ７５ｊ〜７５ｌが第１副室７１ｄ及び第２副室７３ｄと連通している。これらにより、このサブクールコンデンサ６９では、チューブ７５ａ〜７５ｉにより上方熱交換部６９ａが構成され、チューブ７５ｊ〜７５ｌにより下方熱交換部６９ｂが構成されている。なお、このサブクールコンデンサ６９においても、チューブ７５ａ等の本数は３本であれば、その本数を適宜設計することが可能である。また、上方熱交換部６９ａ及び下方熱交換部６９ｂをそれぞれ構成するチューブ７５ａ等の本数も適宜設計することが可能である。
【０１３４】
レシーバ７７には、流入路７７ａ及び流出路７７ｂが設けられている。また、レシーバ７７の内部には、流入路７７ａ及び流出路７７ｂと連通する受液室７７ｃと、隔壁７７ｄとが形成されている。さらに、レシーバ７７には、受液室７７ｃに連通する挿通孔７７ｅが形成されている。挿通孔７７ｅには、シール材６３ｃが設けられている。
【０１３５】
流入路７７ａは第２ヘッド７３の流出口７３ｅと接続されており、流出路７７ｂは第２ヘッド７３の流入口７３ｆと接続されている。これにより、レシーバ７７は第２ヘッド７３と接続され、受液室７７ｃと第２ヘッド室７３ａとが連通している。
【０１３６】
受液室７７ｃ内において、レシーバ７７の内壁と隔壁７７ｄとの間には、挿通孔７７ｅを介して上記のピストン７９が上下動可能に設けられている。ピストン７９は、ピストンロッド７９ａと、ピストンロッド７９ａの一端側に接続されたピストンヘッド７９ｂとを有している。ピストンヘッド７９ｂには、ピストンロッド７９ａ側に延びてピストンロッド７９ａの一部を覆うスカート７９ｃが設けられている。このピストンヘッド７９ｂ及びスカート７９ｃの周囲には図示しないシール材が設けられており、ピストンヘッド７９ｂと、レシーバ７７の内壁及び隔壁７７ｄとの間における気密性が確保されている。これにより、受液室７７ｃ内において、レシーバ７７の内壁と隔壁７７ｄとの間でピストンロッド７９ａ側となる空間を除く部分が収容室７７ｆとなっている。
【０１３７】
図１０に示すように、駆動装置８１は制御装置１１ａと電気的に接続されている。これにより、制御装置１１ａは駆動装置８１の駆動制御を行う。
【０１３８】
駆動装置８１には、ピストン７９の他端側、より具体的には、ピストンロッド７９ａの他端側が接続されている。この駆動装置８１も実施例３における駆動装置６１（図７参照）と同様、公知のギヤ機構及びモータによって構成されており、制御装置１１ａの制御を受けることで、図１１に示す受液室７７ｃ内において、ピストン７９を上下動させる。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１、３の廃熱利用装置と同様である。
【０１３９】
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、膨張機２３において減圧された作動流体が配管６５を経て、第１ヘッド室７１ａにおける第１主室７１ｃ内に流入する。この際、制御装置１１ａは電動ファン６９ｃを作動させる。
【０１４０】
第１主室７１ｃ内に流入した作動流体は、同図の黒色実線矢印に示すように、第２ヘッド７３側に向かって、上方熱交換部６９ａ（チューブ７５ａ〜７５ｊ）内を流通する。この際、サブクールコンデンサ６９の周りの空気に対する放熱等により、同図のドットハッチングで示すように、インレット７１ｅ（配管６５）から遠い位置では、冷却された作動流体が液化することとなる。このため、上方熱交換部６９ａにおいてドットハッチングで示された部分では、実質的な過冷却が行われることとなる。つまり、このサブクールコンデンサ６９における上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域と、サブクール部として機能し得る領域とが混在することとなる。
【０１４１】
第２ヘッド７３（第２主室７３ｃ）に流入した作動流体は、流入路７７ａを経て受液室７７ｃの収容室７７ｆに至る。この際、作動流体は、上方熱交換部６９ａを流通する場合と異なり全て液体状となる。そして、流出路７７ｂから第２副室７３ｄに流出した作動流体は、同図の白色実線矢印に示すように、下方熱交換部６９ｂ（チューブ７５ｊ〜７５ｌ）を流通することで過冷却されつつ、第１副室７１ｄに至る。つまり、このサブクールコンデンサ６９では、下方熱交換部６９ｂがサブクール部として機能する。過冷却された作動流体は、第１ヘッド７１から流出し、配管６６を経て第２電動ポンプＰ２へ至る。
【０１４２】
ここで、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下であると制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａが駆動装置８１を制御することで、ピストン７９が受液室７７ｃ内の下方に移動する。これにより、受液室７７ｃでは、収容室７７ｆの容積が大きくなる。これにより、上方熱交換部６９ａ側で液化した作動流体が受液室７７ｃに多く流入する。この結果、上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域が大きくなる。このため、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値以下である（加圧空気に対する冷却要求量が小さい）と制御装置１１ａが判断した場合におけるサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａの約半分以上の領域がコンデンサ部として放熱を行い、上方熱交換部６９ａの残りの領域と、下方熱交換部６９ｂとで作動流体の過冷却を行う。つまり、上方熱交換部６９ａにおいて、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなる。
【０１４３】
他方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合には、制御装置１１ａが駆動装置８１を制御することで、図１２に示すように、ピストン７９を受液室７７ｃ内の上方に移動させる。これにより、受液室７７ｃでは、収容室７７ｆの容積が小さくなる。これにより、受液室７７ｃが満液となって、溢れた液相の作動流体が上方熱交換部６９ａの一部分を占める。そして、この部分はサブクール部として機能することとなる。この結果、上方熱交換部６９ａでは、コンデンサ部として機能する領域よりも、実質的にサブクール部として機能し得る領域が大きくなる。このため、加圧空気に対する冷却要求検出値が閾値を超えた（加圧空気に対する冷却要求量が大きい）と制御装置１１ａが判断した場合におけるサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａの約３割の領域でコンデンサ部としての放熱が行われ、上方熱交換部６９ａの約７割の領域と、下方熱交換部６９ｂとで作動流体の過冷却が行われることとなる。つまり、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部よりもサブクール部の割合が大きくなる。
【０１４４】
このように、この廃熱利用装置におけるサブクールコンデンサ６９では、ピストン７９の上下動によって収容室７７ｆの容積を変更することが可能となっている。このため、このサブクールコンデンサ６９では、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する領域と、実質的にサブクール部として機能する領域、すなわち、チューブ７５ａ〜７５ｉのうち、コンデンサ部として機能する部分の割合と、サブクール部として機能する部分の割合とを変更することが可能となっている。これにより、この廃熱利用装置では、サブクール部として機能する下方熱交換部６９ｂ（チューブ７５ｊ〜７５ｌ）を維持しつつ、加圧空気に対する冷却要求検出値に応じて、上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する割合と、実質的にサブクール部として割合とを適宜変更することで、ランキンサイクル３において回収可能なエネルギーを多くしたり、エンジン５の出力を高くしたりすることが可能となっている。
【０１４５】
また、この廃熱利用装置においても、サブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部として機能する割合と、実質的にサブクール部として割合とを変更するにあたり、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて駆動装置６１を制御することで、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないようにする。この廃熱利用装置における他の作用効果は、実施例１、３の廃熱利用装置と同様である。
【０１４６】
したがって、実施例４の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ａにおける電力の回収量の向上とエンジン５の出力向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１４７】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置も車両に搭載され、図１３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、温度センサ８３ａ〜８３ｄと、圧力センサ８３ｅと、制御装置１１ｂとを備えている。なお、制御装置１１ｂが判断手段及び制御手段に相当している。
【０１４８】
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１２とを有している。配管６ａには温度センサ８３ｄが設けられており、配管６ｂには、温度センサ８３ａと可変バルブ８５とが設けられている。また、この駆動系１ｂは、実施例１の廃熱利用装置における駆動系１ａと同様に、ラジエータ９、電動ファン９ｃ、配管１８、１９及び第１電動ポンプＰ１を有している。電動ファン９ｃ及び第１電動ポンプＰ１は、制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１４９】
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２ｃと流入口２ｄとが形成されている。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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２２の第１流入口２２ａ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２２の第１流出口２２ｂ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１２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１２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としてエンジン２に還流させることが可能となっている。
【０１５２】
可変バルブ８５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８５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。
【０１５３】
温度センサ８３ａ及び温度センサ８３ｄは、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。温度センサ８３ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２２の第１流出口２２ｂ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。また、温度センサ８３ｄは、第３温度検出手段として機能し、配管６ａを流通する還流排気、つまり、還流排気ボイラ２２の第１流入口２２ａに流入する前の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。
【０１５４】
配管１８は一端側がエンジン２の流出口２ｃと接続されており、他端側がラジエータ９の流入口９ａと接続されている。また、配管１９は一端側がラジエータ９の流出口９ｂと接続されており、他端側がエンジン２の流入口２ｄと接続されている。
【０１５５】
ランキンサイクル３ｂは、実施例４の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａに設けられていた加圧空気ボイラ２１に替えて、還流排気ボイラ２２を設けることで構成されている。なお、第２電動ポンプＰ２、温度圧力センサ４８、電動ファン６９ｃ及び駆動装置８１は、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１５６】
還流排気ボイラ２２には、第１流入口２２ａ及び第２流出口２２ｂと、第２流入口２２ｃ及び第２流出口２２ｄとが形成されている。また、還流排気ボイラ２２内には、両端側でそれぞれ第１流入口２２ａ及び第１流出口２２ｂと連通する第１通路２２ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２２ｃ及び第２流出口２２ｄと連通する第２通路２２ｆとが設けられている。この還流排気ボイラ２２では、第１通路２２ｅ内の還流排気と、第２通路２２ｆ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。
【０１５７】
第２電動ポンプＰ２と、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃとは配管３１によって接続されている。また、還流排気ボイラ２２の第２流出口２２ｄと、膨張機２３の流入口２３ａとは配管３２によって接続されている。
【０１５８】
温度センサ８３ｂは、配管３１に設けられている。また、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｄは、共に配管６６に設けられている。これらの温度センサ８３ｂ、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｄは、それぞれ制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【０１５９】
温度センサ８３ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管３１を流通する作動流体、つまり、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃ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１１ｂに向けて発信する。
【０１６０】
温度センサ８３ｄは、第４温度検出手段として機能し、配管６６を流通する作動流体、つまり、第２電動ポンプＰ２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。
【０１６１】
圧力センサ８３ｅは、配管６６を流通する作動流体の圧力、つまり、膨張機２３の下流から第２電動ポンプＰ２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１１ｂに向けて発信する。なお、上記の温度センサ８３ｄや圧力センサ８３ｅは、温度圧力センサ４８と共通化させても良い。
【０１６２】
制御装置１１ｂは、電動ファン９ｃ、６９ｃの各作動制御を行うことで、冷却液又は作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行うとともに、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び可変バルブ８５の作動制御を行う。さらに、制御装置１１ｂは、温度センサ８３ａ〜８３ｄが検出した還流排気の温度、作動流体の温度及び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冷却要求検出値として判断する。また、制御装置１１ｂも作動流体における飽和蒸気圧を記憶している。そして、制御装置１１ｂは、還流排気の冷却要求検出値に基づき、駆動装置８１の駆動制御を行う。この際、制御装置１１ｂは、配管６６を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように駆動装置８１を制御する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例４の廃熱利用装置と同様である。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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、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。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ８５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２２ａから還流排気ボイラ２２内に流入し、第１通路２２ｅ内を流通して、第１流出口２２ｂから配管６ｂに至る。配管６ｂを流通する還流排気は、配管１２を経た車外の空気と混合され、混合空気として吸気口２ｂよりエンジン２内に還流する。
【０１６５】
また、制御装置１１ｂは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、６９ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１ｂでは、実施例１の廃熱利用装置における駆動系１ａと同様に、エンジン２の冷却を行った冷却液がラジエータ９の周りの空気と熱交換されて冷却されるとともに、この冷却された冷却液がエンジン２内に流入してエンジン２の冷却を行う。
【０１６６】
さらに、ランキンサイクル３ｂでは、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体が配管３１を経て、還流排気ボイラ２２の第２流入口２２ｃから第２通路２２ｆに至る。そして、作動流体は還流排気ボイラ２２において還流排気と熱交換される。この際、第１通路２２ｅ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２２ｆを流通する作動流体は、好適に加熱される。一方、第１通路２２ｅを流通する還流排気は、第２通路２２ｆ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後、空気との混合空気としてエンジン２に至ることとなる。
【０１６７】
還流排気ボイラ２２よって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２２ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２３内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２３に接続された発電機は発電を行う。減圧された作動流体は、サブクールコンデンサ６９を経て第２電動ポンプＰ２に吸入され、再び吐出される。
【０１６８】
また、上記の温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）を判断する。
【０１６９】
ここで、温度センサ８３ａから発信された検出値が小さい場合には、還流排気ボイラ２２における熱交換において還流排気が十分に冷却されていると判断できる。このため、制御装置１１ｂは、還流排気に対する冷却要求検出値が閾値よりも小さい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７０】
同様に、温度センサ８３ｄから発信された検出値が小さい場合には、還流排気の温度が低いと判断できる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７１】
同様に、温度センサ８３ｂ、温度センサ８３、及び圧力センサ８３ｅからそれぞれ発信された検出値が小さい場合には、作動流体の温度が低く、還流排気ボイラ２２での還流排気の冷却能力が高くなることから、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が小さいと判断する。
【０１７２】
これらの場合、ランキンサイクル３ｂにおいて、還流排気ボイラ２２に流入する作動流体の温度をさほど低くする必要がない。このため、制御装置１１ｂは、実施例４の廃熱利用装置において、エンジン５の出力要求が小さいと制御装置１１ａが判断した場合と同様に、駆動装置８１の駆動制御を行う（図１１参照）。
【０１７３】
これにより、この廃熱利用装置においてもサブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、サブクール部よりもコンデンサ部の割合が大きくなり、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量を多くすることが可能となる。
【０１７４】
他方、温度センサ８３ａ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２２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検出値が閾値を超えたと判断する。
【０１７５】
同様に、温度センサ８３ｄから発信された検出値が大きい場合には、還流排気の温度が高く、還流排気ボイラ２２での還流排気の冷却量が不足することが予測される。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と判断する。
【０１７６】
同様に、温度センサ８３ｂ、温度センサ８３ｃ及び圧力センサ８３ｅからそれぞれ発信された検出値が大きい場合には、サブクールコンデンサ６９を経ても作動流体の温度が十分に低くなっていないこととなる。これは、作動流体が還流排気ボイラ２２において作動流体が高温に加熱されている、すなわち、還流排気ボイラ２２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。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と判断する。
【０１７７】
これらの場合、還流排気ボイラ２２に流入する作動流体の温度をより低くする必要があるため、制御装置１１ｂは、実施例４の廃熱利用装置において、エンジン５の出力要求が大きいと制御装置１１ａが判断した場合と同様に、駆動装置８１の駆動制御を行う（図１２参照）。
【０１７８】
これにより、この廃熱利用装置においてもサブクールコンデンサ６９の上方熱交換部６９ａにおいて、コンデンサ部の割合がサブクール部よりも大きくなる。こうして、この廃熱利用装置では、還流排気の冷却要求量を満たすことが可能となり、混合空気に占める還流排気の割合を多くすることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、配管４を経て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が可能となっている。
【０１７９】
また、この廃熱利用装置では、温度センサ８３ａ〜８３ｄが検出した還流排気や作動流体の温度と、圧力センサ８３ｄが検出した作動流体の凝縮圧力とに基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量、ひいては、還流排気に対する冷却要求検出値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、３、４の廃熱利用装置と同様である。
【０１８０】
したがって、実施例５の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクル３ｂにおける電力の回収量の向上とエンジン２の性能向上とのどちらを優先させるかを選択可能である。
【０１８１】
以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜５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。
【０１８２】
例えば、実施例１、２の廃熱利用装置において、温度圧力センサ４８を設け、配管３０を流通する作動流体の圧力が飽和蒸気圧以下とならないように、制御装置１１ａは開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行っても良い。この際、制御装置１１ａは、冷却要求検出値と作動流体状態検出値とのうちで、大きい方に応じて、開閉弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を行うことも良い。
【０１８３】
また、実施例１〜３の廃熱利用装置について、加圧空気ボイラ２１に替えてランキンサイクル３ａに還流排気ボイラ２２を設けることで、これらの廃熱利用装置を駆動系１ｂに用いても良い。
【０１８４】
さらに、実施例５の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ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に構成しても良い。そして、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求検出値（冷却要求量）を判断する構成としても良い。この場合、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅが検出した検出値と、エンジン２に対する出力要求とを組み合わせて制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。また、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅを設けず、制御装置１１ｂは、エンジン２に対する出力要求のみで還流排気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。
【０１８５】
また、実施例５の廃熱利用装置において、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅのうち、いずれか一つのみを備える構成でも良く、任意に選択した温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅを組み合わせて構成しても良い。
【０１８６】
さらに、実施例１〜４の廃熱利用装置において、温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅを備えることで、これらの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求検出値を判断する構成としても良い。この場合、温度センサ８３ａ〜８３ｄ及び圧力センサ８３ｅを全て備えても良く、いずれか一つのみを備えても良い。また、任意に選択した組み合わせでも良い。また、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求及び温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅが検出した検出値に基づいて加圧空気に対する冷却要求検出値を判断しても良く、温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅの検出値を基に加圧空気に対する冷却要求検出値を判断しても良い。
【０１８７】
また、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ、１１ｂ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検出値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、第１〜３熱交換器２５〜２７、サブクールコンデンサ４７、６９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３０や配管６６を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３０や配管６６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２１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２２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、１１ｂ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、第１〜３熱交換器２５〜２７、サブクールコンデンサ４７、６９における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３０や配管６６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２１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２２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、１１ｂ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。なお、制御装置１１ａ、１１ｂは、検出した車速のみで加圧空気や還流排気に対する冷却要求検出値を判断する他、車速と、エンジン２、５に対する出力要求や温度センサ８３ａ〜８３ｄや圧力センサ８３ｅが検出した検出値とを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検出値を判断しても良い。
【０１８８】
さらに、実施例１〜４の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２１に加えて、還流排気ボイラ２２を設ける構成としても良い。同様に、実施例５の廃熱利用装置において、還流排気ボイラ２２に加えて、加圧空気ボイラ２１を設ける構成としても良い。
【０１８９】
また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、冷却液と作動流体とで熱交換が可能なボイラ、エンジン２、５に対する潤滑油と作動流体とで熱交換が可能なボイラ、還流排気以外の排気と作動流体とで熱交換が可能なボイラ等を設ける構成としても良い。この場合、冷却液等のエンジン２、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、３ｂにおいて回収可能な電力量を多くすることが可能となる。さらに、作動流体との熱交換によって冷却液等を冷却することが可能となるため、ラジエータ９等を小型化させてもエンジン２、５を好適に冷却させることが可能となる。
【０１９０】
さらに、実施例１、２の廃熱利用装置において、開閉弁Ｖ１、Ｖ２に替えて、第１熱交換器２５の流出口２５ｂから流出した作動流体について、配管３４に流通させる場合と、配管３６に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合、分岐弁は配管３４と配管３６との接続箇所に設けることが好ましい。同様に、開閉弁Ｖ３、Ｖ４に替えて、第２熱交換器２６の流出口２６ｂから流出した作動流体について、配管３５に流通させる場合と、配管３７に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合も分岐弁は配管３５と配管３７との接続箇所に設けることが好ましい。
【０１９１】
また、実施例１の廃熱利用装置において、開閉弁Ｖ５、Ｖ６に替えて、レシーバ２９の流出口２９ｂから流出した作動流体について、配管３８に流通させる場合と、配管３９に流通させる場合とを切り替え可能な分岐弁を設けても良い。この場合、分岐弁は配管３８と配管３９と配管４１との接続箇所に設けることが好ましい。なお、これらの各分岐弁は制御手段１１ａと電気的に接続され、制御装置１１ａによって切り替え制御されることが好ましい。
【０１９２】
さらに、実施例４の廃熱利用装置において、ピストン７９及び駆動装置８１に替えて、圧力や熱等によって収容室７７ｆの容積を変更させる容積変更手段（切替手段）を採用しても良い。この場合、例えば、ダイヤフラムやベローズ又はサーモスタット等を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１９４】
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…制御装置（判断手段、制御手段）
２１…加圧空気ボイラ
２２…還流排気ボイラ
２３…膨張機
２５…第１熱交換器（熱交換器）
２６…第２熱交換器（熱交換器）
２７…第３熱交換器（熱交換器）
２９…レシーバ
３０〜３３、４０、４１…配管
３４…配管（切替手段、第１接続管）
３５…配管（切替手段、第２接続管）
３６…配管（切替手段、第１分岐管）
３７…配管（切替手段、第２分岐管）
３８…配管（切替手段、第１帰還管）
３９…配管（切替手段、第２帰還管）
４３…第１レシーバ（レシーバ）
４５…第２レシーバ（レシーバ）
４７…サブクールコンデンサ
４８…温度圧力センサ（作動流体状態検出手段）
４９…第１ヘッド
４９ａ…第１ヘッド室
４９ｃ…第１主室
４９ｄ…第１副室
５１…第２ヘッド
５１ａ…第２ヘッド室
５１ｃ…第２主室
５１ｄ…第２副室
５３ａ〜５３ｊ…チューブ
５５…第１ピストン（切替手段）
５７…第２ピストン（切替手段）
５９…レシーバ
５９ｃ…受液室
５９ｄ…収容室
６１…駆動装置（駆動手段、切替手段）
６１…駆動装置（駆動手段、切替手段）
６５、６６…配管
７１…第１ヘッド
７１ａ…第１ヘッド室
７３…第２ヘッド
７３ａ…第２ヘッド室
７５ａ〜７５ｌ…チューブ
７７…レシーバ
７７ｃ…受液室
７７ｄ…収容室
７９…ピストン（容積変更手段、切替手段）
８１…駆動装置（容積変更手段、切替手段）
８３ａ…温度センサ（第１温度検出手段）
８３ｂ…温度センサ（第２温度検出手段）
８３ｃ…温度センサ（第４温度検出手段）
８３ｄ…温度センサ（第３温度検出手段）
８３ｅ…圧力センサ（圧力検出手段）
Ｐ２…第２電動ポンプ（ポンプ）
Ｖ１…開閉弁（切替手段、第１分岐開閉弁）
Ｖ２…開閉弁（切替手段、第１接続開閉弁）
Ｖ３…開閉弁（切替手段、第２分岐開閉弁）
Ｖ４…開閉弁（切替手段、第２接続開閉弁）
Ｖ５…開閉弁（切替手段、第１帰還開閉弁）
Ｖ６…開閉弁（切替手段、第２帰還開閉弁）
【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た廃熱利用装置において、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させるポンプと、
該ポンプの下流に該配管によって接続され、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間で熱交換を行うボイラと、
該ボイラの下流に該配管によって接続され、該作動流体を膨張させる膨張機と、
該膨張機の下流に該配管によって接続されているとともに自己の下流が該ポンプに該配管によって接続され、該作動流体を凝縮するとともに過冷却する熱交換手段とを備え、
該熱交換手段は、該作動流体を凝縮するコンデンサ部と、
該コンデンサ部の下流に接続され、液体状の該作動流体を貯留するレシーバと、
該レシーバの下流に接続され、液体状の該作動流体を過冷却するサブクール部と、
コンデンサ部及び該サブクール部の割合を変更する切替手段とを有し、
前記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に応じて、該切替手段の制御を行う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】
前記熱交換手段は、前記膨張機の下流に前記配管によって直列に接続され、自己の下流が前記ポンプに該配管によって接続された複数の熱交換器と、少なくとも一つの前記レシーバとを有し、
前記切替手段は、該レシーバをいずれの該熱交換器の下流の該配管に接続するかを切り替え可能である請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
各前記熱交換器は、前記膨張機の下流に前記配管によって接続された第１熱交換器と、該第１熱交換器の下流に該配管の一部である第１接続管によって接続された第２熱交換器と、該第２熱交換器の下流に該配管の一部である第２接続管によって接続された第３熱交換器とからなり、
前記切替手段は、前記判断手段が判断した前記冷却要求量に応じて、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で該レシーバを前記配管に接続させる場合と、該第２熱交換器と前記第３熱交換器との間で該レシーバを該配管に接続させる場合とを切り替え可能である請求項２記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記レシーバは一つであり、
前記切替手段は、前記第１接続管から分岐し、該レシーバの上流に接続される第１分岐管と、前記第２接続管から分岐し、該レシーバの上流に接続される第２分岐管と、該第１分岐管より下流で該第１接続管に帰還し、該レシーバの下流に接続された第１帰還管と、該第２分岐管より下流で該第２接続管に帰還し、該レシーバの下流に接続された第２帰還管と、前記作動流体が前記第２熱交換器に流入する場合と該第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、該作動流体が前記第３熱交換器に流入する場合と該第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁と、該作動流体が該第１帰還管に流入する場合と該第２帰還管に流入する場合とを切替可能な第３切替弁とを有し、
前記制御手段は、該第１切替弁、該第２切替弁及び該第３切替弁を制御可能である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記第１切替弁は、前記第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、前記第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり、
前記第２切替弁は、前記第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、前記第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなり、
前記第３切替弁は、前記第１帰還管を開閉する第１帰還開閉弁と、前記第２帰還管を開閉する第２帰還開閉弁とからなる請求項４記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記レシーバは、第１レシーバ及び第２レシーバからなり、
前記切替手段は、前記第１接続管から分岐し、該第１レシーバの上流に接続される第１分岐管と、前記第２接続管から分岐し、該第２レシーバの上流に接続される第２分岐管と、該第１分岐管より下流で該第１接続管に帰還し、該第１レシーバの下流に接続された第１帰還管と、該第２分岐管より下流で該第２接続管に帰還し、該第２レシーバの下流に接続された第２帰還管と、前記作動流体が前記第２熱交換器に流入する場合と該第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、該作動流体が前記第３熱交換器に流入する場合と該第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁とを有し、
前記制御手段は、該第１切替弁及び該第２切替弁を制御可能である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記第１切替弁は、前記第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、前記第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり、
前記第２切替弁は、前記第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、前記第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなる請求項６記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記熱交換手段はサブクールコンデンサを有し、
該サブクールコンデンサは、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、
内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、
該第１ヘッド室と該第２ヘッド室とを連通するように該第１ヘッドと該第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、
該第１ヘッド室内に設けられ、該第１ヘッド室を第１主室と第１副室とに区画する第１ピストンと、
該第２ヘッド室内に設けられ、該第２ヘッド室を第２主室と第２副室とに区画する第２ピストンと、
該第１ピストン及び該第２ピストンを駆動可能な駆動手段と、
該第１主室又は該第２主室と該第１副室又は該第２副室とに連通し、収容室が形成された前記レシーバとを有し、
該第１ピストン、該第２ピストン及び該駆動手段が前記切替手段とされている請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記熱交換手段は、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、
内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、
該第１ヘッド室と該第２ヘッド室とを連通するように該第１ヘッドと該第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、
該第２ヘッド室に連通し、収容室が形成された前記レシーバと、
該収容室の容積を変更可能な容積変更手段とを有し、
該容積変更手段が前記切替手段とされている請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
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、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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１３】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１４】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１５】
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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１６】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度及び圧力を検出可能な作動流体状態検出手段を備え、
前記制御手段は、該作動流体状態検出手段が検出した作動流体状態検出値に基づき、前記ポンプにおいて該作動流体がキャビテーションを生じないように前記切替手段の制御を行う請求項１乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記冷却要求量に相当する冷却要求検出値を判断するとともに、該冷却要求検出値と前記作動流体状態検出値とのうちで大きい方に応じて、前記切替手段の制御を行う請求項１６記載の廃熱利用装置。
【請求項１８】
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１７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１９】
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、
前記ボイとラは、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１７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た廃熱利用装置において、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させるポンプと、
該ポンプの下流に該配管によって接続され、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間で熱交換を行うボイラと、
該ボイラの下流に該配管によって接続され、該作動流体を膨張させる膨張機と、
該膨張機の下流に該配管によって接続されているとともに自己の下流が該ポンプに該配管によって接続され、該作動流体を凝縮するとともに過冷却する熱交換手段とを備え、
該熱交換手段は、該作動流体を凝縮するコンデンサ部と、
該コンデンサ部の下流に接続され、液体状の該作動流体を貯留するレシーバと、
該レシーバの下流に接続され、液体状の該作動流体を過冷却するサブクール部と、
コンデンサ部及び該サブクール部の割合を変更する切替手段とを有し、
前記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に応じて、該切替手段の制御を行う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】
前記熱交換手段は、前記膨張機の下流に前記配管によって直列に接続され、自己の下流が前記ポンプに該配管によって接続された複数の熱交換器と、少なくとも一つの前記レシーバとを有し、
前記切替手段は、該レシーバをいずれの該熱交換器の下流の該配管に接続するかを切り替え可能である請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
各前記熱交換器は、前記膨張機の下流に前記配管によって接続された第１熱交換器と、該第１熱交換器の下流に該配管の一部である第１接続管によって接続された第２熱交換器と、該第２熱交換器の下流に該配管の一部である第２接続管によって接続された第３熱交換器とからなり、
前記切替手段は、前記判断手段が判断した前記冷却要求量に応じて、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で該レシーバを前記配管に接続させる場合と、該第２熱交換器と前記第３熱交換器との間で該レシーバを該配管に接続させる場合とを切り替え可能である請求項２記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記レシーバは一つであり、
前記切替手段は、前記第１接続管から分岐し、該レシーバの上流に接続される第１分岐管と、前記第２接続管から分岐し、該レシーバの上流に接続される第２分岐管と、該第１分岐管より下流で該第１接続管に帰還し、該レシーバの下流に接続された第１帰還管と、該第２分岐管より下流で該第２接続管に帰還し、該レシーバの下流に接続された第２帰還管と、前記作動流体が前記第２熱交換器に流入する場合と該第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、該作動流体が前記第３熱交換器に流入する場合と該第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁と、該作動流体が該第１帰還管に流入する場合と該第２帰還管に流入する場合とを切替可能な第３切替弁とを有し、
前記制御手段は、該第１切替弁、該第２切替弁及び該第３切替弁を制御可能である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記第１切替弁は、前記第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、前記第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり、
前記第２切替弁は、前記第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、前記第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなり、
前記第３切替弁は、前記第１帰還管を開閉する第１帰還開閉弁と、前記第２帰還管を開閉する第２帰還開閉弁とからなる請求項４記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記レシーバは、第１レシーバ及び第２レシーバからなり、
前記切替手段は、前記第１接続管から分岐し、該第１レシーバの上流に接続される第１分岐管と、前記第２接続管から分岐し、該第２レシーバの上流に接続される第２分岐管と、該第１分岐管より下流で該第１接続管に帰還し、該第１レシーバの下流に接続された第１帰還管と、該第２分岐管より下流で該第２接続管に帰還し、該第２レシーバの下流に接続された第２帰還管と、前記作動流体が前記第２熱交換器に流入する場合と該第１分岐管に流入する場合とを切替可能な第１切替弁と、該作動流体が前記第３熱交換器に流入する場合と該第２分岐管に流入する場合とを切替可能な第２切替弁とを有し、
前記制御手段は、該第１切替弁及び該第２切替弁を制御可能である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記第１切替弁は、前記第１分岐管を開閉する第１分岐開閉弁と、前記第１接続管を開閉する第１接続開閉弁とからなり、
前記第２切替弁は、前記第２分岐管を開閉する第２分岐開閉弁と、前記第２接続管を開閉する第２接続開閉弁とからなる請求項６記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記熱交換手段はサブクールコンデンサを有し、
該サブクールコンデンサは、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、
内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、
該第１ヘッド室と該第２ヘッド室とを連通するように該第１ヘッドと該第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、
該第１ヘッド室内に設けられ、該第１ヘッド室を第１主室と第１副室とに区画する第１ピストンと、
該第２ヘッド室内に設けられ、該第２ヘッド室を第２主室と第２副室とに区画する第２ピストンと、
該第１ピストン及び該第２ピストンを駆動可能な駆動手段と、
該第１主室又は該第２主室と該第１副室又は該第２副室とに連通し、収容室が形成された前記レシーバとを有し、
該第１ピストン、該第２ピストン及び該駆動手段が前記切替手段とされている請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記熱交換手段は、内部に第１ヘッド室が形成された第１ヘッドと、
内部に第２ヘッド室が形成された第２ヘッドと、
該第１ヘッド室と該第２ヘッド室とを連通するように該第１ヘッドと該第２ヘッドとに接続される３本以上のチューブと、
該第２ヘッド室に連通し、収容室が形成された前記レシーバと、
該収容室の容積を変更可能な容積変更手段とを有し、
該容積変更手段が前記切替手段とされている請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
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、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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１３】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１４】
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、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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１５】
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乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１６】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度及び圧力を検出可能な作動流体状態検出手段を備え、
前記制御手段は、該作動流体状態検出手段が検出した作動流体状態検出値に基づき、前記ポンプにおいて該作動流体がキャビテーションを生じないように前記切替手段の制御を行う請求項１乃至９のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記冷却要求量に相当する冷却要求検出値を判断するとともに、該冷却要求検出値と前記作動流体状態検出値とのうちで大きい方に応じて、前記切替手段の制御を行う請求項１６記載の廃熱利用装置。
【請求項１８】
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１７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１９】
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、
前記ボイとラは、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１７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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７９６４１（Ｐ２０１３−７９６４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２６５４５（Ｐ２０１２−１２６５４５）
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【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２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【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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