廃熱利用装置
【課題】ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立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、駆動系１ａに用いられるランキンサイクル３ａを備えている。駆動系１ａ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とを有している。ランキンサイクル３ａは、加圧空気との熱交換によって作動流体を加熱させる加圧空気ボイラ２３を有している。また、ランキンサイクル３ａには、加圧空気ボイラ２３の下流で配管２８、２９から分岐し、膨張機２５を迂回して配管３０に合流するバイパス路３３と、制御装置１１ａによって制御され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁３５とを有している。
【解決手段】実施例１の廃熱利用装置は、駆動系１ａに用いられるランキンサイクル３ａを備えている。駆動系１ａ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とを有している。ランキンサイクル３ａは、加圧空気との熱交換によって作動流体を加熱させる加圧空気ボイラ２３を有している。また、ランキンサイクル３ａには、加圧空気ボイラ２３の下流で配管２８、２９から分岐し、膨張機２５を迂回して配管３０に合流するバイパス路３３と、制御装置１１ａによって制御され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁３５とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に従来の廃熱利用装置が開示されている。特許文献１の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、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。
【０００３】
また、特許文献２の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関としてのエンジンと、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である加圧空気を供給する。ランキンサイクルは、ポンプと冷却水ボイラと加圧空気ボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。冷却水ボイラは、エンジンの冷却水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。加圧空気ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱する。配管は、ポンプ、冷却水ボイラ、加圧空気ボイラ、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還流排気や加圧空気が高温となることから、還流排気ボイラや加圧空気ボイラによって作動流体を好適に加熱することが可能である。このため、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が大きくなり、廃熱利用装置が高性能となる。
【０００５】
また、これら廃熱利用装置では、還流排気ボイラや加圧空気ボイラにおける熱交換によって還流排気や加圧空気を冷却することが可能となる。このため、密度を大きくした状態で内燃機関に還流排気や加圧空気を供給することが可能となる。このように、これらの廃熱利用装置では、加圧空気を冷却することでエンジンの出力を向上させることが可能である他、還流排気を冷却することで最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９５１３号公報
【特許文献２】特開２００８−８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の廃熱利用装置は、ランキンサイクルがモリエル線図上で一定の運転状態を繰り返すに過ぎない。このため、還流排気ボイラから流出した還流排気や加圧空気ボイラから流出した加圧空気の温度が閾値を超えて高く、これらに対する冷却要求量が大きい場合であっても、還流排気ボイラや加圧空気ボイラにおいて、還流排気や加圧空気を十分に冷却することができない。このため、これらの廃熱利用装置では、加圧空気の冷却が不足して内燃機関の出力等を十分に高くすることができなかったり、還流排気の冷却が不足して排気中の窒素酸化物含有量を低減させることができなかったりする。
【０００８】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立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】
【０００９】
本発明の廃熱利用装置は、内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、該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の間で熱交換を行うボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で前記作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
前記ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値を超えた場合には、予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように該蒸発圧力低下手段を制御する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１）。
【００１０】
本発明の廃熱利用装置はランキンサイクルを備えている。このランキンサイクルは、駆動系に用いられ、作動流体を循環させる。駆動系は、内燃機関を有している。一方、ランキンサイクルは、ポンプとボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。ボイラは、吸気系流体と作動流体との間で熱交換を行う。また、配管は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。
【００１１】
吸気系流体とは、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。このように、冷却によって吸気系流体の密度を大きくし、その状態で内燃機関に吸気させることで、内燃機関では出力等が向上し、内燃機関の性能が向上することとなる。
【００１２】
この廃熱利用装置では、ボイラで作動流体を好適に加熱することが可能となり、作動流体の圧力エネルギーが大きくなる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量を大きくすることが可能となる。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。また、この廃熱利用装置では、ボイラでの冷却により、吸気系流体の密度を大きさせつつ内燃機関に吸気させることが可能となる。
【００１３】
さらに、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、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、制御手段とを備えている。そして、制御手段は、判断手段が判断した冷却要求量が閾値を超えた場合に、蒸発圧力が予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように蒸発圧力低下手段を制御する。このため、この廃熱利用装置では、吸気系流体の温度が閾値を超え、より一層の吸気系流体の冷却が求められる状態において、蒸発圧力低下手段がランキンサイクルの蒸発圧力を下げる。
【００１４】
本発明において、ランキンサイクルの蒸発圧力とは、ポンプの下流から膨張機の上流までの作動流体の圧力を指す。また、設定蒸発圧力とは、ボイラから流出する吸気系流体の温度が閾値を超えておらず、ランキンサイクルが通常動作する場合の蒸発圧力を指す。ここで、蒸発圧力を下げることにより、ランキンサイクルは、設定蒸発圧力で作動している場合に比べて、モリエル線図上で顕熱領域が減り、潜熱領域が増えた運転状態になる。このため、ボイラにおいて、吸気系流体と作動流体との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が吸気系流体からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、吸気系流体をより冷却することができる。この場合、吸気系流体の密度が大きくなった状態で内燃機関に還流されることから、上記のように、内燃機関では出力が向上する他、排気中における窒素酸化物の含有量が低減する。なお、蒸発圧力が下がれば、膨張機が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００１５】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【００１６】
蒸発圧力低下手段は、ボイラの下流で配管から分岐し、膨張機を迂回して配管に合流するバイパス路と、制御手段によって制御され、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを有していることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
この場合、膨張機に流入する作動流体の流量を減らし、バイパス路に流入する作動流体の流量を多くすることによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げることができる。両者の流量を調整することによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を任意に定めることができる。
【００１８】
また、蒸発圧力低下手段は、制御手段によって制御され、膨張機に流入する作動流体の流量と、ポンプが吐出する作動流体の流量との比を変更する流量比変更手段であることも好ましい（請求項３）。
【００１９】
この場合、流量比変更手段により、ポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすれば、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げることができる。両者の流量比を調整することによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を任意に定めることができる。
【００２０】
流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段であることができる（請求項４）。例えば、変速手段によってポンプの回転数を下げることにより、ポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすることができる。また、膨張機の回転数を上げることによっても蒸発圧力を下げることができる。
【００２１】
また、流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段であることができる（請求項５）。例えば、容量制御手段によってポンプの単位回転数当たりの吐出容量を小さくし、これによってポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすることができる。また、膨張機の単位回転数当たりの吸入容積を大きくすることによっても蒸発圧力を下げることができる。
【００２２】
本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、種々の手段によって吸気系流体に対する冷却要求量を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６）。
【００２３】
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７）。
【００２４】
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８）。
【００２５】
また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項９）。
【００２６】
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１０）。
【００２７】
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、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、内燃機関の性能向上とをより好適に両立することが可能となる。
【００２８】
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。なお、内燃機関は複数であっても良い。
【００２９】
また、駆動系は、内燃機関に対して吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し得る。そして、ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラであり得る（請求項１１）。
【００３０】
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。
【００３１】
また、駆動系は、内燃機関で生じた排気の一部を吸気系流体である還流排気として内燃機関に還流させる排気還流路を有し得る。そして、ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラであり得る（請求項１２）。
【００３２】
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、内燃機関の出力が向上する他、最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となる。ここで、還流排気も冷却によりその密度を増大させつつ内燃機関に還流されることが求められることから吸気系流体に該当する。そして、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、還流排気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して好適に還流排気を還流させることが可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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１〜３の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体及び加圧空気の温度を示す説明図である。
【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３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図６】実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図７】実施例４〜９の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図８】実施例４の廃熱利用装置に係り、作動流体及び還流排気の温度を示す説明図である。
【図９】実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１０】実施例６の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１１】実施例７の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１２】実施例８の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１３】実施例９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】
【００３５】
以下、本発明を具体化した実施例１〜９を図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
（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、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。バイパス路３３及び流量調整弁３５が蒸発圧力低下手段に相当し、制御装置１１ａが判断手段及び制御手段に相当する。
【００３７】
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の内部には冷却水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、排ガスを排出する排気口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。
【００３８】
ターボチャージャ７は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から生じた排ガスによって作動され、エンジン５に対し、車外の空気を加圧した加圧空気（吸気系流体）を供給する。
【００３９】
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２３が接続されている。配管１３は内部を排ガス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２３の第１流入口２３ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２３の第１流出口２３ｂとエンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。
【００４０】
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、図示しないエアインテークと接続されている。配管１７の他端側は図示しない車両のマフラに開口している。配管１６は、ターボチャージャ７を介して配管１４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１３と連通している。
【００４１】
ランキンサイクル３ａは、ポンプ２０ａと、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。このランキンサイクル３ａは、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３２及びバイパス路３３には、作動流体としての冷媒（ＨＦＣ１３４ａ）が流通可能となっている。このポンプ２０ａには、速度及び吐出容量が予め一定に規定された電動式ポンプが採用されている。
【００４２】
加圧空気ボイラ２３には、第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと、第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと連通する第１通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄと連通する第２通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第１通路２３ｅ内の加圧空気と、第２通路２３ｆ内の作動流体との熱交換により、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【００４３】
膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、加圧空気ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機２５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２５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。
【００４４】
凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって気化された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００４５】
これらのポンプ２０ａ、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５及び凝縮器２７は配管２８〜３２によって接続されている。具体的には、ポンプ２０ａと加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃとは配管３２によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第２流出口２３ｄと流量調整弁３５とは配管２８によって接続されている。流量調整弁３５と膨張機２５の流入口２５ａとは配管２９によって接続されている。膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３０によって接続されている。そして、凝縮器２７の流出口２７ｂとポンプ２０ａとが配管３１によって接続されている。
【００４６】
流量調整弁３５は配管２８と配管２９との間に設けられている。また、バイパス路３３の一端側は流量調整弁３５と接続されており、その他端側は配管３０と接続されている。バイパス路３３は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に膨張機２５を迂回させる。流量調整弁３５は、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とを調整可能である。この流量調整弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００４７】
このランキンサイクル３ａでは、ポンプ２０ａを作動させることにより、配管３２に向けて作動流体が一定の流量で吐出される。そして、この作動流体は加圧空気ボイラ２３及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。この際、作動流体は、流量調整弁３５によって膨張機２５に流入する流量とバイパス路３３に流入する流量とが調整される。
【００４８】
制御装置１１ａは、電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、ポンプ２０ａ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判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５を調整する。
【００４９】
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。
【００５０】
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から排出された排ガスが配管１３、ターボチャージャ７及び配管１７を経てマフラから車外に排出される（鎖線矢印参照）。この際、排ガス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１６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２３の第１通路２３ｅ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（鎖線矢印参照）。
【００５１】
一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが流量調整弁３５の調整を行う。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、加圧空気に対する冷却要求量が閾値以下であると判断し、流量調整弁３５を制御することにより、配管２８と配管２９とが連通され、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通とされる。
【００５２】
まず、ポンプ２０ａによって配管３１内の作動流体が配管３２内に吐出される。この際、図２に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ａから状態Ｂに移行し、高圧となる。次いで、図１に示すように、作動流体は配管３２を経て加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第１通路２３ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ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２３ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。この際、図２に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｂから状態Ｃに移行し、蒸発圧力がＰ3の高温高圧となる。この蒸発圧力Ｐ3がこの廃熱利用装置において予め定められた設定蒸発圧力に相当する。一方、図１に示すように、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン５に至ることとなる。
【００５３】
そして、加圧空気ボイラ２３に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２３ｄから流出し、配管２８、２９を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、その作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。この際、図２に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ｃから状態Ｄに移行し、凝縮圧力がＰ1の高温低圧となる。
【００５４】
図１に示すように、膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３０を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。この際、図２に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｄから状態Ａに移行する。そして、図１に示すように、冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３１を経て再びポンプ２０ａに至ることとなる。
【００５５】
このように作動流体が状態Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａに移行する運転状態においては、図２に示すように、状態Ｂから状態Ｃに移行する間、顕熱領域が長く、潜熱領域が短い。このため、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ1を経て約７５°Ｃ程度まで昇温することとなる。このため、約１５０°Ｃの加圧空気は線図Ｌ2を経てＴ3まで冷却されることとなる。このように、作動流体の蒸発圧力が高くなることから、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能なエネルギーの量は大きく、廃熱利用装置が高性能を発揮する。
【００５６】
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、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断する。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であるからである。これにより、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合に応じた流量調整弁３５の制御を行う。具体的には、図１に示すように、配管２８とバイパス路３３とが連通され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とが調整される。
【００５７】
これにより、加圧空気ボイラ２３を経た作動流体は、一部がパイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３の作動流体は、膨張機２５を迂回し、配管３０から凝縮器２７に至る。この際、図２に示すように、作動流体は状態Ａ→Ｅ→Ｆ→Ｄ’→Ａに移行する運転状態となる。この運転状態の蒸発圧力はＰ3（設定蒸発圧力）よりも低いＰ2である。これにより、ランキンサイクル３ａでは、設定蒸発圧力Ｐ3でランキンサイクル３ａが作動している場合に比べて顕熱領域が減り、潜熱領域が増える。このため、加圧空気ボイラ２３において、作動流体と加圧空気との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が加圧空気からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、加圧空気をより冷却することができる。
【００５８】
すなわち、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ3を経て約５０°Ｃ程度までしか昇温しないこととなる。このため、約１５０°Ｃの加圧空気は線図Ｌ4を経てＴ3よりも低いＴ2まで冷却されることとなる。このため、エンジン５に対し、より多くの加圧空気を供給することが可能となる。なお、この場合、作動流体の蒸発圧力が下がっていることから、膨張機２５が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００５９】
また、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能するため、専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００６０】
さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００６１】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上を図りつつ、駆動系１ａによる出力要求に対してより対応可能であり、かつエンジン５の出力の向上と車両等への搭載性と製造コストの低廉化とを実現可能である。
【００６２】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、図４に示すように、実施例１におけるポンプ２０ａに替えて、電動モータＭによって駆動されるポンプ２０ｂを採用している。電動モータＭは制御装置１１ａによって変速可能に構成されている。つまり、制御装置１１ａ及び電動モータＭのうち、ポンプ２０ｂの回転数を変速する部分が変速手段である。また、加圧空気ボイラ２３と膨張機２５とは配管３４によって接続されており、実施例１のような流量調整弁３５及びバイパス路３３を有していない。他の構成は実施例１と同様である。
【００６３】
この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合に、制御装置１１ａ及び電動モータＭによってポンプ２０ｂの回転数を下げる。これによってポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ａの蒸発圧力を下げることができる。
【００６４】
したがって、実施例２の廃熱利用装置によっても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００６５】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置は、図５に示すように、実施例２におけるポンプ２０ｂに替えて、吐出容量を変更可能なポンプ２０ｃを採用している。ポンプ２０ｃは制御装置１１によって制御されるようになっている。つまり、制御装置１１及びポンプ２０ｃのうち、ポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を変更する部分が容量制御手段である。他の構成は実施例２と同様である。
【００６６】
この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合に、制御装置１１及びポンプ２０ｃによってポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を小さくする。これによってポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ａの蒸発圧力を下げることができる。
【００６７】
したがって、実施例３の廃熱利用装置によっても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００６８】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置も車両に搭載され、図６に示すように、車両の駆動系１ｂに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ｂと、第１温度センサ３７ａと、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ｂとを備えている。実施例１の廃熱利用装置と同様、バイパス路３３及び流量調整弁３５が蒸発圧力低下手段に相当している。また、制御装置１１ｂが判断手段及び制御手段に相当している。
【００６９】
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８と、排気還流路としての配管９ａ、９ｂと、空気導入路としての配管１２と、冷却液路としての配管４ａ、４ｂと、ラジエータ６と、冷却液ポンプ１０とを有している。また、配管９ａには、可変バルブ１７が設けられている。
【００７０】
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。
【００７１】
ラジエータ６には、その内部に冷却液を流入させる流入口６ａと、冷却液を流出させる流出口６ｂとが形成されている。ラジエータ６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６の近傍には、電動ファン６ｃが設けられている。この電動ファン６ｃは、制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【００７２】
配管８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８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。
【００７３】
配管９ａは一端側が配管８と接続されており、他端側が後述する還流排気ボイラ２１の第１流入口２１ａと接続されている。また、配管９ｂは、一端側が還流排気ボイラ２１の第１流出口２１ｂ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。
【００７４】
配管１２は、一端側が配管９ｂ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９ｂ（排気還流路）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９ａ、９ｂは、配管８を流通する排気の一部をその内部に流通させることで、還流排気（吸気系流体）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。
【００７５】
可変バルブ１７は、配管９ａに設けられている。可変バルブ１７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１７は、その開度を調整することにより配管８から配管９ａに流入する排気の流量を調整可能である。なお、この可変バルブ１７には公用品が採用されている。
【００７６】
第１温度センサ３７ａは、配管９ｂに設けられている。第１温度センサ３７ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ３７ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２１の第１流出口２１ｂを流出し、配管９ｂ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。なお、第１温度センサ３７ａには公用品が採用されている。
【００７７】
配管４ａ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６の流入口６ｂと接続されている。また、配管４ｂは一端側がラジエータ６の流出口６ａ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。
【００７８】
冷却液ポンプ１０にはポンプ２０ａと同様の電動式ポンプが採用されている。この冷却水ポンプ１０は配管４ａに設けられている。また、冷却液ポンプ１０は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。なお、冷却液ポンプ１０は配管４ｂに設けられても良い。
【００７９】
ランキンサイクル３ｂは、ポンプ２０ａと、還流排気ボイラ２１と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２６と、配管２８〜３１とを有している。このランキンサイクル３ｂは、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。
【００８０】
還流排気ボイラ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、還流排気ボイラ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。この還流排気ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の還流排気と、第２通路２１ｆ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。
【００８１】
ポンプ２０ａと還流排気ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管２６によって接続されている。還流排気ボイラ２１の第２流出口２１ｂと流量調整弁３５とは配管２８によって接続されている。このランキンサイクル３ｂの他の構成は実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様であり、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。これにより、このランキンサイクル３ｂでは、ポンプ２０ａを作動させることにより、還流排気ボイラ２１及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２６及び配管２８〜３１内の作動流体が一定の流量で循環する。この際、作動流体は、流量調整弁３５によって膨張機２５に流入する流量とバイパス路３３に流入する流量とが調整される。
【００８２】
制御装置１１ｂは、電動ファン６ｃ、２７ｃの作動制御を行うことで、冷却液や作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ｂは、可変バルブ１７の開閉制御と、冷却液ポンプ１０及びポンプ２０ａの各作動制御とを行う。さらに、制御装置１１ｂは、第１温度センサ３７ａが検出した還流排気の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｂは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５を調整する。
【００８３】
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。
【００８４】
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８を経てマフラから車外に排出される（同図の破線矢印参照）。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ１７の開度を調整することで、配管８を流通する排気の一部が配管９ａに流入する。配管９ａに流入した排気は還流排気として、第１流入口２１ａから還流排気ボイラ２１内に流入し、第１通路２１ｅ内を流通して、第１流出口２１ｂから配管９ｂに至る。配管９ｂ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。
【００８５】
また、制御装置１１ｂは、冷却液ポンプ１０及び電動ファン６ｃを作動させる。これにより、エンジン２の流出口２ｃから流出した冷却液が配管４ａを流通し、流入口６ｂからラジエータ６内に流入する。ラジエータ６内において車外の空気と熱交換を行うことで冷却された冷却液は、流出口６ｃから流出して配管４ｂを流通し、流入口２ｄからエンジン２内に流入する（同図の一点鎖線矢印参照）。これにより、エンジン２の冷却が行われる。
【００８６】
一方、ランキンサイクル３ｂでは、制御装置１１ｂがポンプ２０ａ及び電動ファン２７ｃをそれぞれ作動させる。また、上記の第１温度センサ３７ａ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量を判断する。ここで、第１温度センサ３７ａ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２１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いえる。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し、それに応じた流量調整弁３５の調整を行う。具体的には、流量調整弁３５により配管２８と配管２９とが連通され、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通とされる。
【００８７】
この場合、まず、ポンプ２０ａによって配管３１内の作動流体が配管２６内に吐出される。この際、図７に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ａから状態Ｇに移行し、高圧となる。次いで、図６に示すように、作動流体は配管２６を経て還流排気ボイラ２１において還流排気との熱交換が行われる。この際、第１通路２１ｅ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２１ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。これにより、図７に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｇから状態Ｈに移行し、蒸発圧力がＰ5の高温高圧となる。この蒸発圧力Ｐ5がこの廃熱利用装置において予め定められた設定蒸発圧力に相当する。一方、図６に示すように、第１通路２１ｅを流通する還流排気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン２に至ることとなる。
【００８８】
そして、還流排気ボイラ２１に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２８、２９を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、その作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。ここで、図７に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ｈから状態Ｄに移行し、凝縮圧力がＰ1の高温低圧となる。
【００８９】
図１に示すように、膨張機２５内で減圧された作動流体は、実施例１のランキンサイクル３ａと同様、凝縮器２７において冷却される。この際、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。これにより、図７に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｄから状態Ａに移行することとなる。
【００９０】
このように作動流体が状態Ａ→Ｇ→Ｈ→Ｄ→Ａに移行する運転状態においては、状態Ｇから状態Ｈに移行する間、顕熱領域が長く、潜熱領域が短い。このため、作動流体は、図８に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ5を経て約１２０°Ｃ程度まで昇温することとなる。このため、約５００°Ｃの還流排気は線図Ｌ6を経てＴ5まで冷却されることとなる。このように、作動流体の蒸発圧力が高くなることから、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能なエネルギーの量は大きく、廃熱利用装置が高性能を発揮する。
【００９１】
一方、上記の第１温度センサ３７ａ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２１での還流排気の冷却が足りていないこととなる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が大きい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断する。これにより、制御装置１１ｂは、それに応じた流量調整弁３５の制御を行う。具体的には、図６に示すように、配管２８とバイパス路３３とが連通され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とが調整される。
【００９２】
これにより、還流排気ボイラ２１を経た作動流体は、一部がパイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３の作動流体は、膨張機２５を迂回し、配管３０から凝縮器２７に至る。これにより、図７に示すように、作動流体は状態Ａ→Ｉ→Ｊ→Ｄ’→Ａに移行する運転状態となる。この運転状態の蒸発圧力はＰ5（設定蒸発圧力）よりも低いＰ4である。これにより、ランキンサイクル３ｂでは、設定蒸発圧力Ｐ5でランキンサイクル３ｂが作動している場合に比べて顕熱領域が減り、潜熱領域が増える。このため、還流排気ボイラ２１において、作動流体と還流排気との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が還流排気からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、還流排気をより冷却することができる。
【００９３】
すなわち、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ7を経て約１１０°Ｃ程度までしか昇温しないこととなる。このため、約５００°Ｃの還流排気は線図Ｌ8を経てＴ5よりも低いＴ4まで冷却されることとなる。このため、エンジン２に対し、還流排気の割合が多い混合空気を還流させることが可能、すなわち、より多くの還流排気を還流させることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、エンジン２の出力が向上する他、マフラから車外に放出される排気中における窒素酸化物の含有量が低減する。なお、実施例１の廃熱利用装置と同様に、この場合、蒸発圧力が下がっていることから、膨張機２５が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００９４】
さらに、この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａが検出した還流排気の温度に基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００９５】
したがって、実施例４の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【００９６】
また、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２１における還流排気の冷却能力が不足することがないため、複数の還流排気ボイラ２１を設けたり、別途に還流排気専用の冷却装置等を設けたりする必要がない。このため、この廃熱利用装置は、小型化されているとともに、構造が簡素化されており、車両への搭載性が高くなっている。
【００９７】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置は、図９に示すように、実施例４におけるポンプ２０ａに替えて、電動モータＭによって駆動されるポンプ２０ｂを採用している。電動モータＭは制御装置１１ｂによって変速可能に構成されている。つまり、制御装置１１ｂ及び電動モータＭのうち、ポンプ２０ｂの回転数を変速する部分が変速手段である。また、実施例２の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｂにおいても、還流排気ボイラ２１と膨張機２５とは配管３４によって接続されており、実施例１、４のような流量調整弁３５及びバイパス路３３を有していない。他の構成は実施例４と同様である。
【００９８】
この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｂ及び電動モータＭによってポンプ２０ｂの回転数を下げ、これによってポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【００９９】
したがって、実施例５の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１００】
（実施例６）
実施例６の廃熱利用装置は、図１０に示すように、実施例５におけるポンプ２０ｂに替えて、吐出容量を変更可能なポンプ２０ｃを採用している。ポンプ２０ｃは制御装置１１ｂによって制御されるようになっている。つまり、制御装置１１及びポンプ２０ｃのうち、ポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を変更する部分が容量制御手段である。他の構成は実施例５と同様である。
【０１０１】
この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｂ及びポンプ２０ｃによってポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を小さくし、これによってポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１０２】
したがって、実施例６の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０３】
（実施例７）
実施例７の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１１に示す制御装置１１ｃ及び第２温度センサ３７ｂが設けられている。
【０１０４】
第２温度センサ３７ｂは、配管２６に設けられている。第２温度センサ３７ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ３７ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管２６を流通する作動流体の温度、すなわち、還流排気ボイラ２１の第２流入口２１ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。なお、第２温度センサ３７ｂには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。
【０１０５】
制御装置１１ｃは、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、還流排気ボイラ２１での還流排気の冷却能力が低くなることから、相対的に還流排気の冷却要求量は大きくなる。そして、制御装置１１ｃは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｃも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１０６】
この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１０７】
一方、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が大きい場合、つまり、還流排気ボイラ２１に流入する前の作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。そして、第２温度センサ３７ｂの検出値に基づき、制御装置１１ｃが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１０８】
また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｃは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１０９】
したがって、実施例７の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１０】
（実施例８）
実施例８の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１２に示す制御装置１１ｄ及び第３温度センサ３７ｃが設けられている。
【０１１１】
第３温度センサ３７ｃは、配管３１に設けられている。第３温度センサ３７ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ３７ｃは、第３温度検出手段として機能し、配管３１を流通する作動流体の温度、すなわち、ポンプ２０ａ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。なお、第３温度センサ３７ｃも第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。
【０１１２】
制御装置１１ｄは、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｄは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｄも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１１３】
この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１１４】
一方、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が大きい場合、つまり、ポンプ２０ａに流入する作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。ポンプ２０ａに流入する作動流体の温度が高い場合には、還流排気ボイラ２１において作動流体が高温に加熱されており、熱源である還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ３７ｃの検出値に基づき、制御装置１１ｄが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｄは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１１５】
また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｄは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１１６】
したがって、実施例８の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１７】
（実施例９）
実施例９の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１３に示す制御装置１１ｅ及び圧力センサ３７ｄが設けられている。
【０１１８】
圧力センサ３７ｄは配管３１に設けられている。圧力センサ３７ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ３７ｄは、圧力検出手段として機能し、配管３１流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流からポンプ２０ａの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。なお、この圧力センサ３７ｄも公用品が採用されている。
【０１１９】
制御装置１１ｅは、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｅ、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｅも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１２０】
この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。圧力センサ３７ｄから発信された検出値（凝縮圧力）が小さい場合には、配管３１を流通する作動流体の温度が低いと判断でき、排気ボイラ２１における熱源である還流排気の温度が高くないと判断できるためである。この場合、制御装置１１ｅは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１２１】
一方、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が大きい場合、つまり、膨張機２５の下流からポンプ２０ａの上流までの作動流体の凝縮圧力が高い場合には、制御装置１１ｅは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。凝縮器２７を経ても配管３１を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、還流排気ボイラ２１において作動流体が高温に加熱されている、つまり、還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ３７ｄの検出値に基づき、制御装置１１ｅが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｅは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１２２】
また、この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づくことで、制御装置１１ｅは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１２３】
したがって、実施例９の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２４】
以上において、本発明を実施例１〜９に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜９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。
【０１２５】
例えば、実施例１〜３の廃熱利用装置において、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄを設けるとともに、制御装置１１ａはこれらの第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。実施例５、６の廃熱利用装置においても同様に、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの検出値を基に、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１２６】
また、実施例４〜６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とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１２７】
さらに、実施例１〜９の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管３１を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３１を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を好適に冷却することが可能となり、同様に、還流排気ボイラ２１において還流排気を好適に冷却することが可能となる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気又は還流排気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３１を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することができなくなり、同様に、還流排気ボイラ２１において還流排気を十分に冷却することができなくなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きいと判断することが可能となる。
【０１２８】
また、実施例１〜９の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度を検出可能な検出手段（温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、これらの加圧空気や還流排気の温度を基に、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１から流出する還流排気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。
【０１２９】
また、実施例１〜９の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン２、５に対する出力要求、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１３０】
また、実施例１〜９の各構成を組み合わせた廃熱利用装置とすることも可能である。また、膨張機２５の回転数を制御したり、１回転数当たりの容量を変更可能な膨張機を採用したりすることも可能である。
【０１３１】
さらに、実施例１、４、７〜９の廃熱利用装置において、流量制御弁３５に替えて、配管２８に対してバイパス路３３及び配管２９を選択的に連通可能な三方弁としてもよい。この場合は、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたときに配管２８とバイパス流路３３を連通させ、配管２８と配管２９とを非連通とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
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）
７…ターボチャージャ（過給器）
９ａ、９ｂ…配管（排気還流路）
１１ａ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…制御装置（判断手段、制御手段）
１１ｂ…制御装置（判断手段、出力要求検出手段、制御手段）
２０ａ〜２０ｃ…ポンプ
２１…還流排気ボイラ
２３…加圧空気ボイラ
２５…膨張機
２７…凝縮器
２６〜３２、３４…配管
３３…バイパス路（蒸発圧力低下手段）
３５…流量調整弁（蒸発圧力低下手段）
３７ａ…第１温度センサ（第１温度検出手段）
３７ｂ…第２温度センサ（第２温度検出手段）
３７ｃ…第３温度センサ（第３温度検出手段）
３７ｄ…圧力センサ（圧力検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２に従来の廃熱利用装置が開示されている。特許文献１の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、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。
【０００３】
また、特許文献２の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関としてのエンジンと、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である加圧空気を供給する。ランキンサイクルは、ポンプと冷却水ボイラと加圧空気ボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。冷却水ボイラは、エンジンの冷却水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。加圧空気ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行うことで作動流体を加熱する。配管は、ポンプ、冷却水ボイラ、加圧空気ボイラ、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還流排気や加圧空気が高温となることから、還流排気ボイラや加圧空気ボイラによって作動流体を好適に加熱することが可能である。このため、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が大きくなり、廃熱利用装置が高性能となる。
【０００５】
また、これら廃熱利用装置では、還流排気ボイラや加圧空気ボイラにおける熱交換によって還流排気や加圧空気を冷却することが可能となる。このため、密度を大きくした状態で内燃機関に還流排気や加圧空気を供給することが可能となる。このように、これらの廃熱利用装置では、加圧空気を冷却することでエンジンの出力を向上させることが可能である他、還流排気を冷却することで最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９５１３号公報
【特許文献２】特開２００８−８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の廃熱利用装置は、ランキンサイクルがモリエル線図上で一定の運転状態を繰り返すに過ぎない。このため、還流排気ボイラから流出した還流排気や加圧空気ボイラから流出した加圧空気の温度が閾値を超えて高く、これらに対する冷却要求量が大きい場合であっても、還流排気ボイラや加圧空気ボイラにおいて、還流排気や加圧空気を十分に冷却することができない。このため、これらの廃熱利用装置では、加圧空気の冷却が不足して内燃機関の出力等を十分に高くすることができなかったり、還流排気の冷却が不足して排気中の窒素酸化物含有量を低減させることができなかったりする。
【０００８】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立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】
【０００９】
本発明の廃熱利用装置は、内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、該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の間で熱交換を行うボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で前記作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
前記ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値を超えた場合には、予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように該蒸発圧力低下手段を制御する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１）。
【００１０】
本発明の廃熱利用装置はランキンサイクルを備えている。このランキンサイクルは、駆動系に用いられ、作動流体を循環させる。駆動系は、内燃機関を有している。一方、ランキンサイクルは、ポンプとボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。ボイラは、吸気系流体と作動流体との間で熱交換を行う。また、配管は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。
【００１１】
吸気系流体とは、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。このように、冷却によって吸気系流体の密度を大きくし、その状態で内燃機関に吸気させることで、内燃機関では出力等が向上し、内燃機関の性能が向上することとなる。
【００１２】
この廃熱利用装置では、ボイラで作動流体を好適に加熱することが可能となり、作動流体の圧力エネルギーが大きくなる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量を大きくすることが可能となる。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。また、この廃熱利用装置では、ボイラでの冷却により、吸気系流体の密度を大きさせつつ内燃機関に吸気させることが可能となる。
【００１３】
さらに、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、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、制御手段とを備えている。そして、制御手段は、判断手段が判断した冷却要求量が閾値を超えた場合に、蒸発圧力が予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように蒸発圧力低下手段を制御する。このため、この廃熱利用装置では、吸気系流体の温度が閾値を超え、より一層の吸気系流体の冷却が求められる状態において、蒸発圧力低下手段がランキンサイクルの蒸発圧力を下げる。
【００１４】
本発明において、ランキンサイクルの蒸発圧力とは、ポンプの下流から膨張機の上流までの作動流体の圧力を指す。また、設定蒸発圧力とは、ボイラから流出する吸気系流体の温度が閾値を超えておらず、ランキンサイクルが通常動作する場合の蒸発圧力を指す。ここで、蒸発圧力を下げることにより、ランキンサイクルは、設定蒸発圧力で作動している場合に比べて、モリエル線図上で顕熱領域が減り、潜熱領域が増えた運転状態になる。このため、ボイラにおいて、吸気系流体と作動流体との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が吸気系流体からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、吸気系流体をより冷却することができる。この場合、吸気系流体の密度が大きくなった状態で内燃機関に還流されることから、上記のように、内燃機関では出力が向上する他、排気中における窒素酸化物の含有量が低減する。なお、蒸発圧力が下がれば、膨張機が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００１５】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【００１６】
蒸発圧力低下手段は、ボイラの下流で配管から分岐し、膨張機を迂回して配管に合流するバイパス路と、制御手段によって制御され、膨張機に流入する作動流体の流量とバイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを有していることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
この場合、膨張機に流入する作動流体の流量を減らし、バイパス路に流入する作動流体の流量を多くすることによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げることができる。両者の流量を調整することによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を任意に定めることができる。
【００１８】
また、蒸発圧力低下手段は、制御手段によって制御され、膨張機に流入する作動流体の流量と、ポンプが吐出する作動流体の流量との比を変更する流量比変更手段であることも好ましい（請求項３）。
【００１９】
この場合、流量比変更手段により、ポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすれば、ランキンサイクルの蒸発圧力を下げることができる。両者の流量比を調整することによって、ランキンサイクルの蒸発圧力を任意に定めることができる。
【００２０】
流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段であることができる（請求項４）。例えば、変速手段によってポンプの回転数を下げることにより、ポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすることができる。また、膨張機の回転数を上げることによっても蒸発圧力を下げることができる。
【００２１】
また、流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段であることができる（請求項５）。例えば、容量制御手段によってポンプの単位回転数当たりの吐出容量を小さくし、これによってポンプが吐出する作動流体の流量を膨張機に流入する流量に比べて少なくすることができる。また、膨張機の単位回転数当たりの吸入容積を大きくすることによっても蒸発圧力を下げることができる。
【００２２】
本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、種々の手段によって吸気系流体に対する冷却要求量を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６）。
【００２３】
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７）。
【００２４】
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８）。
【００２５】
また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、吸気系流体に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項９）。
【００２６】
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１０）。
【００２７】
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、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、内燃機関の性能向上とをより好適に両立することが可能となる。
【００２８】
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。なお、内燃機関は複数であっても良い。
【００２９】
また、駆動系は、内燃機関に対して吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し得る。そして、ボイラは、加圧空気と作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラであり得る（請求項１１）。
【００３０】
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。
【００３１】
また、駆動系は、内燃機関で生じた排気の一部を吸気系流体である還流排気として内燃機関に還流させる排気還流路を有し得る。そして、ボイラは、還流排気と作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラであり得る（請求項１２）。
【００３２】
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、内燃機関の出力が向上する他、最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることも可能となる。ここで、還流排気も冷却によりその密度を増大させつつ内燃機関に還流されることが求められることから吸気系流体に該当する。そして、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラにおいて作動流体と熱交換を行うことで、還流排気を冷却し、その密度を高くすることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、内燃機関に対して好適に還流排気を還流させることが可能となり、内燃機関の性能を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
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十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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１〜３の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体及び加圧空気の温度を示す説明図である。
【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３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図６】実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図７】実施例４〜９の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図８】実施例４の廃熱利用装置に係り、作動流体及び還流排気の温度を示す説明図である。
【図９】実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１０】実施例６の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１１】実施例７の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１２】実施例８の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図１３】実施例９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】
【００３５】
以下、本発明を具体化した実施例１〜９を図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
（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、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。バイパス路３３及び流量調整弁３５が蒸発圧力低下手段に相当し、制御装置１１ａが判断手段及び制御手段に相当する。
【００３７】
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の内部には冷却水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、排ガスを排出する排気口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。
【００３８】
ターボチャージャ７は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から生じた排ガスによって作動され、エンジン５に対し、車外の空気を加圧した加圧空気（吸気系流体）を供給する。
【００３９】
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２３が接続されている。配管１３は内部を排ガス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２３の第１流入口２３ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２３の第１流出口２３ｂとエンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。
【００４０】
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、図示しないエアインテークと接続されている。配管１７の他端側は図示しない車両のマフラに開口している。配管１６は、ターボチャージャ７を介して配管１４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１３と連通している。
【００４１】
ランキンサイクル３ａは、ポンプ２０ａと、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３２とを有している。このランキンサイクル３ａは、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３２及びバイパス路３３には、作動流体としての冷媒（ＨＦＣ１３４ａ）が流通可能となっている。このポンプ２０ａには、速度及び吐出容量が予め一定に規定された電動式ポンプが採用されている。
【００４２】
加圧空気ボイラ２３には、第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと、第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第１流入口２３ａ及び第１流出口２３ｂと連通する第１通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２３ｃ及び第２流出口２３ｄと連通する第２通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第１通路２３ｅ内の加圧空気と、第２通路２３ｆ内の作動流体との熱交換により、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【００４３】
膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、加圧空気ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機２５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２５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。
【００４４】
凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって気化された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００４５】
これらのポンプ２０ａ、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５及び凝縮器２７は配管２８〜３２によって接続されている。具体的には、ポンプ２０ａと加圧空気ボイラ２３の第２流入口２３ｃとは配管３２によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第２流出口２３ｄと流量調整弁３５とは配管２８によって接続されている。流量調整弁３５と膨張機２５の流入口２５ａとは配管２９によって接続されている。膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３０によって接続されている。そして、凝縮器２７の流出口２７ｂとポンプ２０ａとが配管３１によって接続されている。
【００４６】
流量調整弁３５は配管２８と配管２９との間に設けられている。また、バイパス路３３の一端側は流量調整弁３５と接続されており、その他端側は配管３０と接続されている。バイパス路３３は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に膨張機２５を迂回させる。流量調整弁３５は、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とを調整可能である。この流量調整弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。
【００４７】
このランキンサイクル３ａでは、ポンプ２０ａを作動させることにより、配管３２に向けて作動流体が一定の流量で吐出される。そして、この作動流体は加圧空気ボイラ２３及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３２内を循環する。この際、作動流体は、流量調整弁３５によって膨張機２５に流入する流量とバイパス路３３に流入する流量とが調整される。
【００４８】
制御装置１１ａは、電動ファン２７ｃの作動制御を行うことで、作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、ポンプ２０ａ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判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５を調整する。
【００４９】
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。
【００５０】
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から排出された排ガスが配管１３、ターボチャージャ７及び配管１７を経てマフラから車外に排出される（鎖線矢印参照）。この際、排ガス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１６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２３の第１通路２３ｅ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（鎖線矢印参照）。
【００５１】
一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが流量調整弁３５の調整を行う。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、加圧空気に対する冷却要求量が閾値以下であると判断し、流量調整弁３５を制御することにより、配管２８と配管２９とが連通され、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通とされる。
【００５２】
まず、ポンプ２０ａによって配管３１内の作動流体が配管３２内に吐出される。この際、図２に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ａから状態Ｂに移行し、高圧となる。次いで、図１に示すように、作動流体は配管３２を経て加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第１通路２３ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ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２３ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。この際、図２に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｂから状態Ｃに移行し、蒸発圧力がＰ3の高温高圧となる。この蒸発圧力Ｐ3がこの廃熱利用装置において予め定められた設定蒸発圧力に相当する。一方、図１に示すように、第１通路２３ｅを流通する加圧空気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン５に至ることとなる。
【００５３】
そして、加圧空気ボイラ２３に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２３ｄから流出し、配管２８、２９を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、その作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。この際、図２に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ｃから状態Ｄに移行し、凝縮圧力がＰ1の高温低圧となる。
【００５４】
図１に示すように、膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３０を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。この際、図２に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｄから状態Ａに移行する。そして、図１に示すように、冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管３１を経て再びポンプ２０ａに至ることとなる。
【００５５】
このように作動流体が状態Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａに移行する運転状態においては、図２に示すように、状態Ｂから状態Ｃに移行する間、顕熱領域が長く、潜熱領域が短い。このため、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ1を経て約７５°Ｃ程度まで昇温することとなる。このため、約１５０°Ｃの加圧空気は線図Ｌ2を経てＴ3まで冷却されることとなる。このように、作動流体の蒸発圧力が高くなることから、ランキンサイクル３ａにおいて回収可能なエネルギーの量は大きく、廃熱利用装置が高性能を発揮する。
【００５６】
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、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断する。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であるからである。これにより、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合に応じた流量調整弁３５の制御を行う。具体的には、図１に示すように、配管２８とバイパス路３３とが連通され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とが調整される。
【００５７】
これにより、加圧空気ボイラ２３を経た作動流体は、一部がパイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３の作動流体は、膨張機２５を迂回し、配管３０から凝縮器２７に至る。この際、図２に示すように、作動流体は状態Ａ→Ｅ→Ｆ→Ｄ’→Ａに移行する運転状態となる。この運転状態の蒸発圧力はＰ3（設定蒸発圧力）よりも低いＰ2である。これにより、ランキンサイクル３ａでは、設定蒸発圧力Ｐ3でランキンサイクル３ａが作動している場合に比べて顕熱領域が減り、潜熱領域が増える。このため、加圧空気ボイラ２３において、作動流体と加圧空気との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が加圧空気からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、加圧空気をより冷却することができる。
【００５８】
すなわち、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ3を経て約５０°Ｃ程度までしか昇温しないこととなる。このため、約１５０°Ｃの加圧空気は線図Ｌ4を経てＴ3よりも低いＴ2まで冷却されることとなる。このため、エンジン５に対し、より多くの加圧空気を供給することが可能となる。なお、この場合、作動流体の蒸発圧力が下がっていることから、膨張機２５が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００５９】
また、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能するため、専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。
【００６０】
さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、制御装置１１ａは加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００６１】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルにおけるエネルギーの回収量の向上を図りつつ、駆動系１ａによる出力要求に対してより対応可能であり、かつエンジン５の出力の向上と車両等への搭載性と製造コストの低廉化とを実現可能である。
【００６２】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、図４に示すように、実施例１におけるポンプ２０ａに替えて、電動モータＭによって駆動されるポンプ２０ｂを採用している。電動モータＭは制御装置１１ａによって変速可能に構成されている。つまり、制御装置１１ａ及び電動モータＭのうち、ポンプ２０ｂの回転数を変速する部分が変速手段である。また、加圧空気ボイラ２３と膨張機２５とは配管３４によって接続されており、実施例１のような流量調整弁３５及びバイパス路３３を有していない。他の構成は実施例１と同様である。
【００６３】
この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合に、制御装置１１ａ及び電動モータＭによってポンプ２０ｂの回転数を下げる。これによってポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ａの蒸発圧力を下げることができる。
【００６４】
したがって、実施例２の廃熱利用装置によっても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００６５】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置は、図５に示すように、実施例２におけるポンプ２０ｂに替えて、吐出容量を変更可能なポンプ２０ｃを採用している。ポンプ２０ｃは制御装置１１によって制御されるようになっている。つまり、制御装置１１及びポンプ２０ｃのうち、ポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を変更する部分が容量制御手段である。他の構成は実施例２と同様である。
【００６６】
この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合に、制御装置１１及びポンプ２０ｃによってポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を小さくする。これによってポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ａの蒸発圧力を下げることができる。
【００６７】
したがって、実施例３の廃熱利用装置によっても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００６８】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置も車両に搭載され、図６に示すように、車両の駆動系１ｂに用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ｂと、第１温度センサ３７ａと、バイパス路３３と、流量調整弁３５と、制御装置１１ｂとを備えている。実施例１の廃熱利用装置と同様、バイパス路３３及び流量調整弁３５が蒸発圧力低下手段に相当している。また、制御装置１１ｂが判断手段及び制御手段に相当している。
【００６９】
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８と、排気還流路としての配管９ａ、９ｂと、空気導入路としての配管１２と、冷却液路としての配管４ａ、４ｂと、ラジエータ６と、冷却液ポンプ１０とを有している。また、配管９ａには、可変バルブ１７が設けられている。
【００７０】
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。
【００７１】
ラジエータ６には、その内部に冷却液を流入させる流入口６ａと、冷却液を流出させる流出口６ｂとが形成されている。ラジエータ６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６の近傍には、電動ファン６ｃが設けられている。この電動ファン６ｃは、制御装置１１ｂと電気的に接続されている。
【００７２】
配管８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８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。
【００７３】
配管９ａは一端側が配管８と接続されており、他端側が後述する還流排気ボイラ２１の第１流入口２１ａと接続されている。また、配管９ｂは、一端側が還流排気ボイラ２１の第１流出口２１ｂ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。
【００７４】
配管１２は、一端側が配管９ｂ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９ｂ（排気還流路）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９ａ、９ｂは、配管８を流通する排気の一部をその内部に流通させることで、還流排気（吸気系流体）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。
【００７５】
可変バルブ１７は、配管９ａに設けられている。可変バルブ１７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１７は、その開度を調整することにより配管８から配管９ａに流入する排気の流量を調整可能である。なお、この可変バルブ１７には公用品が採用されている。
【００７６】
第１温度センサ３７ａは、配管９ｂに設けられている。第１温度センサ３７ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ３７ａは、第１温度検出手段として機能し、還流排気ボイラ２１の第１流出口２１ｂを流出し、配管９ｂ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。なお、第１温度センサ３７ａには公用品が採用されている。
【００７７】
配管４ａ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６の流入口６ｂと接続されている。また、配管４ｂは一端側がラジエータ６の流出口６ａ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。
【００７８】
冷却液ポンプ１０にはポンプ２０ａと同様の電動式ポンプが採用されている。この冷却水ポンプ１０は配管４ａに設けられている。また、冷却液ポンプ１０は制御装置１１ｂと電気的に接続されている。なお、冷却液ポンプ１０は配管４ｂに設けられても良い。
【００７９】
ランキンサイクル３ｂは、ポンプ２０ａと、還流排気ボイラ２１と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２６と、配管２８〜３１とを有している。このランキンサイクル３ｂは、バイパス路３３及び流量調整弁３５が一体に組み付けられている。
【００８０】
還流排気ボイラ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、還流排気ボイラ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。この還流排気ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の還流排気と、第２通路２１ｆ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。
【００８１】
ポンプ２０ａと還流排気ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管２６によって接続されている。還流排気ボイラ２１の第２流出口２１ｂと流量調整弁３５とは配管２８によって接続されている。このランキンサイクル３ｂの他の構成は実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａと同様であり、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。これにより、このランキンサイクル３ｂでは、ポンプ２０ａを作動させることにより、還流排気ボイラ２１及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２６及び配管２８〜３１内の作動流体が一定の流量で循環する。この際、作動流体は、流量調整弁３５によって膨張機２５に流入する流量とバイパス路３３に流入する流量とが調整される。
【００８２】
制御装置１１ｂは、電動ファン６ｃ、２７ｃの作動制御を行うことで、冷却液や作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ｂは、可変バルブ１７の開閉制御と、冷却液ポンプ１０及びポンプ２０ａの各作動制御とを行う。さらに、制御装置１１ｂは、第１温度センサ３７ａが検出した還流排気の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｂは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５を調整する。
【００８３】
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。
【００８４】
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８を経てマフラから車外に排出される（同図の破線矢印参照）。この際、制御装置１１ｂが可変バルブ１７の開度を調整することで、配管８を流通する排気の一部が配管９ａに流入する。配管９ａに流入した排気は還流排気として、第１流入口２１ａから還流排気ボイラ２１内に流入し、第１通路２１ｅ内を流通して、第１流出口２１ｂから配管９ｂに至る。配管９ｂ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。
【００８５】
また、制御装置１１ｂは、冷却液ポンプ１０及び電動ファン６ｃを作動させる。これにより、エンジン２の流出口２ｃから流出した冷却液が配管４ａを流通し、流入口６ｂからラジエータ６内に流入する。ラジエータ６内において車外の空気と熱交換を行うことで冷却された冷却液は、流出口６ｃから流出して配管４ｂを流通し、流入口２ｄからエンジン２内に流入する（同図の一点鎖線矢印参照）。これにより、エンジン２の冷却が行われる。
【００８６】
一方、ランキンサイクル３ｂでは、制御装置１１ｂがポンプ２０ａ及び電動ファン２７ｃをそれぞれ作動させる。また、上記の第１温度センサ３７ａ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量を判断する。ここで、第１温度センサ３７ａ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２１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いえる。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し、それに応じた流量調整弁３５の調整を行う。具体的には、流量調整弁３５により配管２８と配管２９とが連通され、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通とされる。
【００８７】
この場合、まず、ポンプ２０ａによって配管３１内の作動流体が配管２６内に吐出される。この際、図７に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ａから状態Ｇに移行し、高圧となる。次いで、図６に示すように、作動流体は配管２６を経て還流排気ボイラ２１において還流排気との熱交換が行われる。この際、第１通路２１ｅ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２１ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。これにより、図７に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｇから状態Ｈに移行し、蒸発圧力がＰ5の高温高圧となる。この蒸発圧力Ｐ5がこの廃熱利用装置において予め定められた設定蒸発圧力に相当する。一方、図６に示すように、第１通路２１ｅを流通する還流排気は、第２通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン２に至ることとなる。
【００８８】
そして、還流排気ボイラ２１に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２８、２９を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、その作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。ここで、図７に示すように、作動流体は等エントロピ線に沿って状態Ｈから状態Ｄに移行し、凝縮圧力がＰ1の高温低圧となる。
【００８９】
図１に示すように、膨張機２５内で減圧された作動流体は、実施例１のランキンサイクル３ａと同様、凝縮器２７において冷却される。この際、制御装置１１ｂは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。これにより、図７に示すように、作動流体は等圧線に沿って状態Ｄから状態Ａに移行することとなる。
【００９０】
このように作動流体が状態Ａ→Ｇ→Ｈ→Ｄ→Ａに移行する運転状態においては、状態Ｇから状態Ｈに移行する間、顕熱領域が長く、潜熱領域が短い。このため、作動流体は、図８に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ5を経て約１２０°Ｃ程度まで昇温することとなる。このため、約５００°Ｃの還流排気は線図Ｌ6を経てＴ5まで冷却されることとなる。このように、作動流体の蒸発圧力が高くなることから、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能なエネルギーの量は大きく、廃熱利用装置が高性能を発揮する。
【００９１】
一方、上記の第１温度センサ３７ａ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２１での還流排気の冷却が足りていないこととなる。このため、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量が大きい、すなわち、還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断する。これにより、制御装置１１ｂは、それに応じた流量調整弁３５の制御を行う。具体的には、図６に示すように、配管２８とバイパス路３３とが連通され、膨張機２５に流入する作動流体の流量とバイパス路３３に流入する作動流体の流量とが調整される。
【００９２】
これにより、還流排気ボイラ２１を経た作動流体は、一部がパイパス路３３に流入する。そして、このバイパス路３３の作動流体は、膨張機２５を迂回し、配管３０から凝縮器２７に至る。これにより、図７に示すように、作動流体は状態Ａ→Ｉ→Ｊ→Ｄ’→Ａに移行する運転状態となる。この運転状態の蒸発圧力はＰ5（設定蒸発圧力）よりも低いＰ4である。これにより、ランキンサイクル３ｂでは、設定蒸発圧力Ｐ5でランキンサイクル３ｂが作動している場合に比べて顕熱領域が減り、潜熱領域が増える。このため、還流排気ボイラ２１において、作動流体と還流排気との熱交換が進んでも、潜熱領域では作動流体の温度は上がらず、作動流体が還流排気からより多くの熱を奪うことが可能になる。このため、還流排気をより冷却することができる。
【００９３】
すなわち、作動流体は、図３に示すように、温度Ｔ1から線図Ｌ7を経て約１１０°Ｃ程度までしか昇温しないこととなる。このため、約５００°Ｃの還流排気は線図Ｌ8を経てＴ5よりも低いＴ4まで冷却されることとなる。このため、エンジン２に対し、還流排気の割合が多い混合空気を還流させることが可能、すなわち、より多くの還流排気を還流させることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、エンジン２の出力が向上する他、マフラから車外に放出される排気中における窒素酸化物の含有量が低減する。なお、実施例１の廃熱利用装置と同様に、この場合、蒸発圧力が下がっていることから、膨張機２５が回収する圧力エネルギーは小さくなる。
【００９４】
さらに、この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａが検出した還流排気の温度に基づくことで、制御装置１１ｂは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【００９５】
したがって、実施例４の廃熱利用装置によっても、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、駆動系の性能向上とを好適に両立可能である。
【００９６】
また、この廃熱利用装置では、還流排気ボイラ２１における還流排気の冷却能力が不足することがないため、複数の還流排気ボイラ２１を設けたり、別途に還流排気専用の冷却装置等を設けたりする必要がない。このため、この廃熱利用装置は、小型化されているとともに、構造が簡素化されており、車両への搭載性が高くなっている。
【００９７】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置は、図９に示すように、実施例４におけるポンプ２０ａに替えて、電動モータＭによって駆動されるポンプ２０ｂを採用している。電動モータＭは制御装置１１ｂによって変速可能に構成されている。つまり、制御装置１１ｂ及び電動モータＭのうち、ポンプ２０ｂの回転数を変速する部分が変速手段である。また、実施例２の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｂにおいても、還流排気ボイラ２１と膨張機２５とは配管３４によって接続されており、実施例１、４のような流量調整弁３５及びバイパス路３３を有していない。他の構成は実施例４と同様である。
【００９８】
この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｂ及び電動モータＭによってポンプ２０ｂの回転数を下げ、これによってポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｂが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【００９９】
したがって、実施例５の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１００】
（実施例６）
実施例６の廃熱利用装置は、図１０に示すように、実施例５におけるポンプ２０ｂに替えて、吐出容量を変更可能なポンプ２０ｃを採用している。ポンプ２０ｃは制御装置１１ｂによって制御されるようになっている。つまり、制御装置１１及びポンプ２０ｃのうち、ポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を変更する部分が容量制御手段である。他の構成は実施例５と同様である。
【０１０１】
この廃熱利用装置では、第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｂ及びポンプ２０ｃによってポンプ２０ｃの１回転数当たりの吐出容量を小さくし、これによってポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量を少なくすることができる。このため、膨張機２５に流入する作動流体の流量に比べてポンプ２０ｃが吐出する作動流体の流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１０２】
したがって、実施例６の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０３】
（実施例７）
実施例７の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１１に示す制御装置１１ｃ及び第２温度センサ３７ｂが設けられている。
【０１０４】
第２温度センサ３７ｂは、配管２６に設けられている。第２温度センサ３７ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ３７ｂは、第２温度検出手段として機能し、配管２６を流通する作動流体の温度、すなわち、還流排気ボイラ２１の第２流入口２１ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。なお、第２温度センサ３７ｂには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。
【０１０５】
制御装置１１ｃは、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、還流排気ボイラ２１での還流排気の冷却能力が低くなることから、相対的に還流排気の冷却要求量は大きくなる。そして、制御装置１１ｃは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｃも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１０６】
この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１０７】
一方、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が大きい場合、つまり、還流排気ボイラ２１に流入する前の作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。そして、第２温度センサ３７ｂの検出値に基づき、制御装置１１ｃが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｃは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１０８】
また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｃは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１０９】
したがって、実施例７の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１０】
（実施例８）
実施例８の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１２に示す制御装置１１ｄ及び第３温度センサ３７ｃが設けられている。
【０１１１】
第３温度センサ３７ｃは、配管３１に設けられている。第３温度センサ３７ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ３７ｃは、第３温度検出手段として機能し、配管３１を流通する作動流体の温度、すなわち、ポンプ２０ａ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。なお、第３温度センサ３７ｃも第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。
【０１１２】
制御装置１１ｄは、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｄは、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｄも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１１３】
この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１１４】
一方、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が大きい場合、つまり、ポンプ２０ａに流入する作動流体の温度が高い場合には、制御装置１１ｃは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。ポンプ２０ａに流入する作動流体の温度が高い場合には、還流排気ボイラ２１において作動流体が高温に加熱されており、熱源である還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ３７ｃの検出値に基づき、制御装置１１ｄが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｄは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１１５】
また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づくことで、制御装置１１ｄは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１１６】
したがって、実施例８の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１７】
（実施例９）
実施例９の廃熱利用装置では、実施例４の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ及び第１温度センサ３７ａに替えて、図１３に示す制御装置１１ｅ及び圧力センサ３７ｄが設けられている。
【０１１８】
圧力センサ３７ｄは配管３１に設けられている。圧力センサ３７ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ３７ｄは、圧力検出手段として機能し、配管３１流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流からポンプ２０ａの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。なお、この圧力センサ３７ｄも公用品が採用されている。
【０１１９】
制御装置１１ｅは、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｅ、この冷却要求量に基づき、流量調整弁３５の作動制御を行う。つまり、制御装置１１ｅも判断手段及び制御手段に相当する。他の構成は実施例４と同様である。
【０１２０】
この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が小さい場合には、制御装置１１ｄは、還流排気に対する冷却要求量が閾値よりも小さい（還流排気に対する冷却要求量が小さい）と判断する。圧力センサ３７ｄから発信された検出値（凝縮圧力）が小さい場合には、配管３１を流通する作動流体の温度が低いと判断でき、排気ボイラ２１における熱源である還流排気の温度が高くないと判断できるためである。この場合、制御装置１１ｅは実施例４と同様、配管２８、２９とバイパス路３３とが非連通となるように流量調整弁３５を制御する。
【０１２１】
一方、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が大きい場合、つまり、膨張機２５の下流からポンプ２０ａの上流までの作動流体の凝縮圧力が高い場合には、制御装置１１ｅは、還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断する。凝縮器２７を経ても配管３１を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、還流排気ボイラ２１において作動流体が高温に加熱されている、つまり、還流排気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ３７ｄの検出値に基づき、制御装置１１ｅが還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたと判断した場合、制御装置１１ｅは、配管２８、２９とバイパス路３３とが連通するように流量調整弁３５を制御する。これにより、この廃熱利用装置においてもランキンサイクル３ｂの蒸発圧力を下げることができる。
【０１２２】
また、この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づくことで、制御装置１１ｅは還流排気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となっている。
【０１２３】
したがって、実施例９の廃熱利用装置によっても実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２４】
以上において、本発明を実施例１〜９に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜９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。
【０１２５】
例えば、実施例１〜３の廃熱利用装置において、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄを設けるとともに、制御装置１１ａはこれらの第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。実施例５、６の廃熱利用装置においても同様に、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの検出値を基に、制御装置１１ｂが還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１２６】
また、実施例４〜６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とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１２７】
さらに、実施例１〜９の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管３１を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管３１を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を好適に冷却することが可能となり、同様に、還流排気ボイラ２１において還流排気を好適に冷却することが可能となる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気又は還流排気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管３１を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することができなくなり、同様に、還流排気ボイラ２１において還流排気を十分に冷却することができなくなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求が大きいと判断することが可能となる。
【０１２８】
また、実施例１〜９の廃熱利用装置において、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度を検出可能な検出手段（温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、これらの加圧空気や還流排気の温度を基に、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１から流出する還流排気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。
【０１２９】
また、実施例１〜９の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン２、５に対する出力要求、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度や還流排気ボイラ２１に流入する前の還流排気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。
【０１３０】
また、実施例１〜９の各構成を組み合わせた廃熱利用装置とすることも可能である。また、膨張機２５の回転数を制御したり、１回転数当たりの容量を変更可能な膨張機を採用したりすることも可能である。
【０１３１】
さらに、実施例１、４、７〜９の廃熱利用装置において、流量制御弁３５に替えて、配管２８に対してバイパス路３３及び配管２９を選択的に連通可能な三方弁としてもよい。この場合は、加圧空気や還流排気に対する冷却要求量が閾値を超えたときに配管２８とバイパス流路３３を連通させ、配管２８と配管２９とを非連通とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明は車両等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
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）
７…ターボチャージャ（過給器）
９ａ、９ｂ…配管（排気還流路）
１１ａ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…制御装置（判断手段、制御手段）
１１ｂ…制御装置（判断手段、出力要求検出手段、制御手段）
２０ａ〜２０ｃ…ポンプ
２１…還流排気ボイラ
２３…加圧空気ボイラ
２５…膨張機
２７…凝縮器
２６〜３２、３４…配管
３３…バイパス路（蒸発圧力低下手段）
３５…流量調整弁（蒸発圧力低下手段）
３７ａ…第１温度センサ（第１温度検出手段）
３７ｂ…第２温度センサ（第２温度検出手段）
３７ｃ…第３温度センサ（第３温度検出手段）
３７ｄ…圧力センサ（圧力検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、該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の間で熱交換を行うボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で前記作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
前記ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値を超えた場合には、予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように該蒸発圧力低下手段を制御する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】
前記蒸発圧力低下手段は、前記ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記膨張機を迂回して該配管に合流するバイパス路と、前記制御手段によって制御され、該膨張機に流入する前記作動流体の流量と該バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを有している請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記蒸発圧力低下手段は、前記制御手段によって制御され、前記膨張機に流入する前記作動流体の流量と、前記ポンプが吐出する該作動流体の流量との比を変更する流量比変更手段である請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１乃至５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記膨張機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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記駆動系は、前記内燃機関に対して前記吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し、
前記ボイラは、該加圧空気と前記作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記駆動系は、前記内燃機関で生じた排気の一部を前記吸気系流体である還流排気として該内燃機関に還流させる排気還流路を有し、
前記ボイラは、該還流排気と前記作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１】
内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、該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の間で熱交換を行うボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で前記作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記吸気系流体に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
前記ランキンサイクルの蒸発圧力を下げる蒸発圧力低下手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値を超えた場合には、予め定められた設定蒸発圧力より低くなるように該蒸発圧力低下手段を制御する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】
前記蒸発圧力低下手段は、前記ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記膨張機を迂回して該配管に合流するバイパス路と、前記制御手段によって制御され、該膨張機に流入する前記作動流体の流量と該バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な流量調整弁とを有している請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記蒸発圧力低下手段は、前記制御手段によって制御され、前記膨張機に流入する前記作動流体の流量と、前記ポンプが吐出する該作動流体の流量との比を変更する流量比変更手段である請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段である請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記ポンプに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え、
前記判断手段は、該第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記吸気系流体に対する前記冷却要求量を判断する請求項１乃至５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記膨張機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５のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記駆動系は、前記内燃機関に対して前記吸気系流体である加圧空気を供給する過給器を有し、
前記ボイラは、該加圧空気と前記作動流体との間で熱交換を行う加圧空気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記駆動系は、前記内燃機関で生じた排気の一部を前記吸気系流体である還流排気として該内燃機関に還流させる排気還流路を有し、
前記ボイラは、該還流排気と前記作動流体との間で熱交換を行う還流排気ボイラである請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図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２０１３−８３２４０（Ｐ２０１３−８３２４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９２８０９（Ｐ２０１２−９２８０９）
【出願日】平成２４年４月１６日（２０１２．４．１６）
【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９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１６日（２０１２．４．１６）
【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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