廃熱回収装置
【課題】廃熱回収の効率をさらに向上できる廃熱回収装置を提供する。
【解決手段】凝縮器１６は、送風機３２のファン３２１の回転による送風作用によって冷却される。ファン３２１を回転するモータ３２２は、制御手段３３の回転制御を受ける。制御手段３３には外気温度検出器３４及び圧力検出器３５が信号接続されている。外気温度検出器３４は、第２流路３１付近の外気温度を検出する。圧力検出器３５は、凝縮器１６とポンプ１７との間の第２流路２４内の冷媒圧力を検出する。制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度に基づいて、凝縮器１６より下流の冷媒の目標凝縮圧力を設定する。
【解決手段】凝縮器１６は、送風機３２のファン３２１の回転による送風作用によって冷却される。ファン３２１を回転するモータ３２２は、制御手段３３の回転制御を受ける。制御手段３３には外気温度検出器３４及び圧力検出器３５が信号接続されている。外気温度検出器３４は、第２流路３１付近の外気温度を検出する。圧力検出器３５は、凝縮器１６とポンプ１７との間の第２流路２４内の冷媒圧力を検出する。制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度に基づいて、凝縮器１６より下流の冷媒の目標凝縮圧力を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、熱交換器を通過した冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の廃熱回収装置が特許文献１，２に開示されている。
特許文献１に開示の装置では、凝縮器の気相部を冷却する第１冷却装置と、凝縮器の液相部を冷却する第２冷却装置とが備えられている。凝縮器を冷却する冷却装置の冷却動作を制御する冷却制御装置は、気相部の圧力に応じて第１冷却装置の冷却動作を制御する圧力制御部と、液相部の温度に応じて第２冷却装置の冷却動作を制御する温度制御部とから構成されている。凝縮器の気相部の水蒸気圧力は、膨張機より下流でキャビテーション発生の限界圧力以上に制御され、液相部の凝縮水温度は、キャビテーション発生の限界温度以下に制御される。キャビテーションの防止は、ポンプによる圧送効率の低下を回避して廃熱回収効率を高める上で重要である。
【０００３】
特許文献２に開示の装置では、膨張機の高圧側及び低圧側間の圧力差を検出する圧力差検出手段と、圧力差検出手段によって検出された圧力差が予め定めた所定圧力差を下回った時に、所定圧力差となるように圧力差を増加させる圧力差増加手段とが備えられている。膨張機における圧力差は、所定圧力差を下回ることがないように維持される。このような維持制御は、膨張機における安定した膨張仕事をもたらして廃熱回収効率を高める上で有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２１３４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外気温度が変動すると空冷型の凝縮器では凝縮器の放熱量が変動し、冷媒の凝縮圧力及び凝縮温度が変動する。そのため、外気温度を考慮することが廃熱回収の効率を高める上で望ましい。しかし、特許文献１，２のいずれにおいても、外気温度の変動を考慮した制御の開示はなく、目標凝縮圧力又は目標凝縮温度を適正に設定することができない。そのため、廃熱回収の効率が十分に良いとは言えない。
【０００６】
本発明は、廃熱回収の効率をさらに向上できる廃熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置を対象とし、請求項１の発明では、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記膨張機より下流且つ前記圧送装置より上流の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、前記凝縮器の放熱量を調整する放熱量調整手段と、前記放熱量調整手段の放熱量調整状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて目標凝縮圧力を設定し、前記圧力検出手段によって検出される圧力が前記目標凝縮圧力となるように前記放熱量調整手段を制御する。
【０００８】
外気温度に基づいて膨張機より下流且つ圧送装置より上流の冷媒圧力が目標凝縮圧力となるように凝縮器の放熱量を調整することで、外気温度の変化に対して常に排熱回収効率を高くすることができる。
【０００９】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧に設定される。
目標凝縮圧力を冷媒の飽和蒸気圧、すなわち外気温度に対して実現可能な最低圧力に設定することで膨張機前後の圧力差を高く維持することができ、廃熱回収効率を高くすることができる。
【００１０】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧より高い圧力に設定される。
目標凝縮圧力が低すぎると放熱量を最大に制御しても最大放熱能力不足による目標凝縮圧力と実際の圧力との乖離が頻繁に発生する。目標凝縮圧力を外気温度に対する飽和蒸気圧より高い圧力に設定することで凝縮器における放熱量の制御が安定しやすくなる。
【００１１】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧と前記飽和蒸気圧よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される。
【００１２】
目標凝縮圧力に幅を設けることで放熱量制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧よりも高い下限圧力と前記下限圧力よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される。
【００１３】
目標凝縮圧力に上下限の幅を設けることで放熱量増加と減少の制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
好適な例では、前記凝縮器より下流且つ前記圧送装置の上流の間に、レシーバと過冷却器とをさらに備える。
【００１４】
目標凝縮圧力を外気温度に対応する飽和蒸気圧より高く設定することで、過冷却器により冷媒の過冷却度を確実に確保できるようになり、圧送装置でのキャビテーションの発生を防止することができる。
【００１５】
好適な例では、前記圧力検出手段は、前記凝縮器と前記過冷却器との間の冷媒温度を検出する温度検出手段であり、前記冷媒温度に対応する冷媒飽和蒸気圧を検出圧力とする。
温度の検出は、圧力の検出より簡便であり、また冷媒温度を直接検出しなくても冷媒配管や気液分離器の筐体温度を測定することで冷媒温度の代用が可能で、より検出が簡便である。
【００１６】
好適な例では、前記放熱量調整手段は、前記凝縮器を冷却する送風能力可変なモータ駆動の送風機である。
このような送風機は、凝縮器より下流の冷媒圧力を調整する手段として簡便である。
【００１７】
好適な例では、前記放熱量調整手段は、前記凝縮器と並列なバイパス流路と、前記バイパス流路上の流量調整弁とである。
凝縮器と並列なバイパス流路と前記バイパス流路上の流量調整弁とは、放熱量調整手段として簡便である。又、車両に搭載される凝縮器の場合は車両の走行自体により発生する走行風を受けるため、送風機のみでは放熱量調整量に限界があり、凝縮器に対して冷媒をバイパスすることは放熱量調整手段としてより効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の廃熱回収装置は、廃熱回収の効率をさらに向上できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。
【図２】回転制御プログラムを表すフローチャート。
【図３】制御圧力を説明するためのグラフ。
【図４】第２の実施形態における回転制御プログラムを表すフローチャート。
【図５】制御圧力範囲を説明するためのグラフ。
【図６】第３の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。
【図７】制御圧力範囲を説明するためのグラフ。
【図８】放熱量制御プログラムを表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を車両搭載の廃熱回収装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、廃熱回収装置１１は、廃熱源であるエンジン１２（熱機関）と、ランキンサイクル回路１３とを備えている。
【００２１】
ランキンサイクル回路１３では、エンジン１２からの廃熱によって加熱される冷媒が循環する。廃熱回収装置１１を構成する廃熱回収機器１４は、ランキンサイクル回路１３の一部を構成している。
【００２２】
ランキンサイクル回路１３は、廃熱回収機器１４を構成する膨張機１５、大気放熱する空冷型の凝縮器１６、廃熱回収機器１４を構成する圧送装置であるポンプ１７、及びボイラ１８によって構成されている。
【００２３】
熱交換器であるボイラ１８は、吸熱部１８１と放熱部１８２とを備える。ポンプ１７の吐出側にはボイラ１８の吸熱部１８１が第１流路１９を介して接続されている。
放熱部１８２は、エンジン１２に接続された排気通路２０上に設けられている。エンジン１２からの排気は、放熱部１８２で放熱された後にマフラ２１から排気される。ポンプ１７から吐出された冷媒は、ボイラ１８の放熱部１８２と吸熱部１８１との間での熱交換により加熱される。
【００２４】
ボイラ１８の吸熱部１８１の吐出側には膨張機１５が供給流路２２を介して接続されている。ボイラ１８で加熱された高温高圧の冷媒は、供給流路２２を介して膨張機１５に導入されるようになっている。膨張機１５は、熱交換器であるボイラ１８を通過した冷媒を膨張して回転駆動力を発生させる。膨張機１５には凝縮器１６が排出流路２３を介して接続されている。膨張機１５で膨張した低圧の冷媒は、凝縮器１６へ送られる。
【００２５】
凝縮器１６の下流側にはポンプ１７が第２流路２４を介して接続されている。ポンプ１７の吸入側には第２流路２４が接続されており、ポンプ１７の吐出側には第１流路１９が接続されている。
【００２６】
第２流路２４、第１流路１９、供給流路２２、及び排出流路２３は、ランキンサイクル回路の冷媒流路を構成する。
廃熱回収機器１４を構成するオルタネータ２５のロータ軸２６は、ポンプ１７のポンプ軸及び膨張機１５の出力軸を兼用している。ロータ軸２６の突出端部にはプーリ２７が止着されている。プーリ２７にはベルト２８が巻き掛けられている。ベルト２８は、エンジン１２の回転出力軸であるクランク軸３０に止着されたプーリ２９に巻き掛けられている。エンジン１２のクランク軸３０は、プーリ２９、ベルト２８及びプーリ２７を介してロータ軸２６と連結している。膨張機１５で生じた回転駆動力は、エンジン１２の回転出力を補助する。
【００２７】
オルタネータ２５にはバッテリ３１が電気的に接続されている。オルタネータ２５で生じた電力は、バッテリ３１に蓄電されるようになっている。
凝縮器１６は、送風機３２のファン３２１の回転による送風作用によって冷却される。ファン３２１を回転するモータ３２２は、制御手段３３の回転制御を受ける。
【００２８】
制御手段３３には外気温度検出器３４及び圧力検出器３５が信号接続されている。外気温度検出器３４は、外気温度を検出する外気温度検出手段である。圧力検出器３５は、凝縮器１６とポンプ１７との間の第２流路２４内の冷媒圧力を検出する。制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度の検出情報及び圧力検出器３５によって検出された冷媒圧力の検出情報に基づいて、モータ３２２を回転制御する。
【００２９】
図２は、回転制御プログラムを表すフローチャートである。以下において、図２のフローチャートに基づいてモータ３２２の回転制御を説明すると共に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３０】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び圧力検出器３５によって検出された冷媒圧力Ｐｘを所定の制御周期で取り込んでいる（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの制御圧力α１を特定する（ステップＳ２）。
【００３１】
図３は、外気温度と冷媒の凝縮圧力との関係を示すグラフである。曲線Ｅは、外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧を示す曲線であり、圧力α１は、曲線Ｅ上にある凝縮圧力である。
【００３２】
ステップＳ２の処理後、制御手段３３は、検出された冷媒圧力Ｐｘと圧力α１との大小関係を判断する（ステップＳ３）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２よりも大きい場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量最大制御を遂行する（ステップＳ４）。風量最大制御は、モータ３２２の回転数を最大にする制御である。この風量最大制御により凝縮器１６における放熱量が最大になり、圧力α１より大きい冷媒圧力Ｐｘが制御圧力α１に近づく。
【００３３】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α１の場合（ステップＳ３においてＮＯ）、制御手段３３は、風量零制御を遂行する（ステップＳ５）。風量零制御は、モータ３２２の回転数を零にする制御である。
【００３４】
図３に示すように、外気温度Ｔｘが変化すると冷媒の飽和蒸気圧が変化する。しかし、制御手段３３は、外気温度Ｔｘを考慮して冷媒圧力Ｐｘを飽和蒸気圧に近づけるように、モータ３２２の回転を制御する。
【００３５】
送風機３２は、凝縮器１６の放熱量を調整する放熱量調整手段である。圧力検出器３５は、膨張機１５より下流且つポンプ１７より上流の冷媒の圧力Ｐｘを検出する圧力検出手段である。制御手段３３は、圧力検出器３５により検出された冷媒の圧力Ｐｘが外気温度Ｔｘに応じて予め設定された目標凝縮圧力である制御圧力α１の圧力となるように、外気温度検出情報及び冷媒圧力検出情報に基づいて、送風機３２（圧力調整手段）の回転数の大きさ（凝縮器１６の放熱量を調整する状態）を制御する。
【００３６】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）膨張機１５より下流且つポンプ１７より上流の冷媒圧力Ｐｘは、検出された外気温度Ｔｘに応じて設定された制御圧力α１に収束するように、外気温度検出情報に基づいて制御される。つまり、冷媒圧力Ｐｘは、外気温度Ｔｘが低い時は低く、外気温度Ｔｘが高い時には高く制御され、冷媒圧力Ｐｘの制御は、外気温度Ｔｘの変動に追随して行なわれる。その結果、膨張機１５前後の圧力差は、外気温度Ｔｘに対して常に略最大の圧力差を維持することができ、廃熱回収の効率が向上する。
【００３７】
（２）冷媒圧力Ｐｘをモータ３２２の回転制御に用いる制御は、冷媒圧力Ｐｘを制御圧力α１に確実に収束させる上で有効である。
（３）モータ３２２の回転数を変更することによって冷却能力を変更できる送風機３２は、冷媒の圧力を調整する圧力調整手段として簡便である。
【００３８】
（４）目標凝縮圧力を冷媒の飽和蒸気圧、すなわち外気温度に対して実現可能な最低圧力に設定することは、膨張機１５前後の圧力差を高く維持することを可能にする。その結果、廃熱回収効率を高くすることができる。
【００３９】
次に、図４及び図５の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
ステップＳ１の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕及び外気温度Ｔｘのときの基準圧力γを特定する（ステップＳ６）。
【００４０】
図５は、外気温度と冷媒の凝縮圧力との関係を示すグラフである。圧力α２は、曲線Ｅよりも上側にある曲線Ｆ上にある。本実施形態では、目標上限圧力である圧力α２と目標下限圧力である圧力α１との差（α２―α１＝Δ１）は、一定である。基準圧力γは、圧力α１より大きく、圧力α２より小さい。又、基準圧力γと圧力α１との差（γ―α１＝Δ２）は、一定である。
【００４１】
ステップＳ６の処理後、制御手段３３は、検出された冷媒圧力Ｐｘと圧力α２との大小関係を判断する（ステップＳ７）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２よりも大きい場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量最大制御を遂行する（ステップＳ４）。この風量最大制御により凝縮器１６における放熱量が最大になり、圧力α２より大きい冷媒圧力Ｐｘが制御圧力範囲〔α１，α２〕に近づく。
【００４２】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２以下の場合（ステップＳ７においてＮＯ）、制御手段３３は、予め設定された圧力γ（α１＜γ＜α２）と冷媒圧力Ｐｘとの大小関係を判断する（ステップＳ８）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力γを超える場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量中間制御を遂行する（ステップＳ９）。風量中間制御は、検出された冷媒圧力Ｐｘが大きいほどモータ３２２の回転数を０より大きく、且つ最大回転数より小さい範囲で大きくする制御である。圧力γより大きい冷媒圧力Ｐｘは、風量中間制御により圧力範囲〔α１，γ〕に近づく。
【００４３】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力γ以下の場合（ステップＳ８においてＮＯ）、制御手段３３は、風量零制御を遂行する（ステップＳ５）。
制御手段３３は、外気温度Ｔｘを考慮して冷媒圧力Ｐｘを目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕の下限α１に近づけるように、モータ３２２の回転を制御する。
【００４４】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られるうえに、以下の効果が得られる。
（４）範囲のある目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕に冷媒の圧力を収める制御では、放熱量制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
【００４５】
次に、図６〜図８の第３の実施形態を説明する。第２の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図６に示すように、凝縮器１６より下流かつポンプ１７より上流の第２流路２４にはレシーバ３６及び過冷却器３７が設けられている。制御手段３３には温度検出器３８が信号接続されている。温度検出器３８は、レシーバ３６の温度（つまり冷媒温度）を検出する。温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒは、レシーバ３６内の冷媒の温度を反映する。
【００４６】
凝縮器１６と並列なバイパス流路３９が膨張機１５とレシーバ３６との間で設けられている。バイパス流路３９は、排出流路２３から分岐して第２流路２４に合流する。バイパス流路３９上には流量調整弁４０が設けられている。流量調整弁４０は、凝縮器１６における冷媒流量に対するバイパス流路３９における冷媒流量の比（分流比）を連続的に変更可能である。流量調整弁４０は、制御手段３３の制御を受ける。
【００４７】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒに基づいて、図８のフローチャートで表す放熱量制御プログラムを遂行する。以下において、図８のフローチャートに基づいて放熱量制御を説明する。
【００４８】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒを所定の制御周期で取り込んでいる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔β１，β２〕、及び冷媒の温度Ｔｒに対向する冷媒圧力Ｐｒを特定する（ステップＳ１１）。図７に示すように、制御温度β１は、冷媒の飽和蒸気圧を表す曲線Ｅより上側にある下限圧力曲線Ｇ上にあり、制御圧力β２は、下限圧力曲線Ｇより上側にある上限圧力曲線Ｈ上にある。本実施形態では、外気温度Ｔｘに対応する制御圧力β２と温度Ｔｘに対応する制御圧力β１との差（β２―β１＝Δ３）は、一定である。
【００４９】
ステップＳ１１の処理後、制御手段３３は、特定された冷媒圧力Ｐｒと制御圧力β２との大小関係を判断する（ステップＳ１２）。特定された冷媒圧力Ｐｒが制御圧力β２以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御手段３３は、放熱量増加制御を遂行する（ステップＳ１３）。放熱量増加制御は、モータ３２２の回転数を増大する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を小さくする制御である。レシーバ３６の温度Ｔｒ、つまり冷媒圧力Ｐｒは、放熱量増加制御により制御圧力範囲〔β１，β２〕に向けて収束する。
【００５０】
特定された圧力Ｐｒが制御圧力β２に満たない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御手段３３は、圧力Ｐｒが制御圧力β１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。圧力Ｐｒが制御圧力β以である場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御手段３３は、放熱量維持制御を遂行する（ステップＳ１５）。放熱量維持制御は、モータ３２２の回転数を維持する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を維持する制御である。
【００５１】
圧力Ｐｒが制御圧力β１に満たない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御手段３３は、放熱量減少制御を遂行する（ステップＳ１６）。放熱量減少制御は、モータ３２２の回転数を減少する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を大きくする制御である。
【００５２】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
（５）凝縮器１６より下流（第２流路）の冷媒の温度Ｔｒ（レシーバ３６の温度）の検出では、圧力Ｐｘの検出に比べて容易であるという利点が得られる。又、冷媒温度を直接検出しなくても冷媒配管や気液分離器の筐体温度を測定することで冷媒温度の代用が可能で、放熱量制御のための冷媒圧力情報の取得が簡便である。
【００５３】
（６）過冷却器３７の上流にある凝縮器１６を出た冷媒の温度から換算される冷媒圧力を外気温度に対応した飽和蒸気圧よりも大きくする制御は、過冷却器３７で確実に過冷却度が得られるため、キャビテーション発生防止を確実にする上で有効である。
【００５４】
（７）送風機３２のみでは放熱量調整量に限界があるが、車両に凝縮器１６を搭載した場合には、凝縮器１６が車両の走行自体により発生する走行風を受ける。そのため、凝縮器１６に対して冷媒をバイパスさせる構成は、放熱量調整手段としてより効果的である。
【００５５】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、フローチャートのステップＳ５における風量零制御の代わりに、モータ３２２を一定回転数に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５６】
○第２の実施形態において、フローチャートのステップＳ７における判断がＮＯの場合（検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲〔α１，α２〕にある場合）、モータ３２２を一定回転数又は零に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５７】
○第２の実施形態において、検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲を超える場合にはモータ３２２の回転数を最大回転数に維持し、検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲にある場合には、モータ３２２を最大回転数より低い一定回転数又は零に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５８】
○外気温度Ｔｘに対応した冷媒の飽和蒸気圧を目標凝縮圧力としてもよい。
○車両搭載の凝縮器１６へ車両走行によって外気を当てる割合を増減可能な走行風量可変機構を設け、該走行風量可変機構を放熱量調整手段としてもよい。
【００５９】
○凝縮器１６を通過した冷媒を圧送するポンプを廃熱回収機器１４外に設けてもよい。
○膨張機１５の回転駆動力のみによってオルタネータ２５を駆動するようにしてもよい。
【００６０】
○車両用以外の廃熱回収装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１１…廃熱回収装置。１２…熱機関としてのエンジン。１５…膨張機。１６…凝縮器。１７…圧送装置であるポンプ。１８…熱交換器であるボイラ。３２…放熱量調整手段である送風機。３３…制御手段。３４…外気温度検出手段である外気温度検出器。３５…圧力検出器。３６…レシーバ。３７…過冷却器。３８…温度検出器。３９…放熱量調整手段を構成するバイパス流路。４０…放熱量調整手段を構成する流量調整弁。Ｔｘ…外気温度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、熱交換器を通過した冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の廃熱回収装置が特許文献１，２に開示されている。
特許文献１に開示の装置では、凝縮器の気相部を冷却する第１冷却装置と、凝縮器の液相部を冷却する第２冷却装置とが備えられている。凝縮器を冷却する冷却装置の冷却動作を制御する冷却制御装置は、気相部の圧力に応じて第１冷却装置の冷却動作を制御する圧力制御部と、液相部の温度に応じて第２冷却装置の冷却動作を制御する温度制御部とから構成されている。凝縮器の気相部の水蒸気圧力は、膨張機より下流でキャビテーション発生の限界圧力以上に制御され、液相部の凝縮水温度は、キャビテーション発生の限界温度以下に制御される。キャビテーションの防止は、ポンプによる圧送効率の低下を回避して廃熱回収効率を高める上で重要である。
【０００３】
特許文献２に開示の装置では、膨張機の高圧側及び低圧側間の圧力差を検出する圧力差検出手段と、圧力差検出手段によって検出された圧力差が予め定めた所定圧力差を下回った時に、所定圧力差となるように圧力差を増加させる圧力差増加手段とが備えられている。膨張機における圧力差は、所定圧力差を下回ることがないように維持される。このような維持制御は、膨張機における安定した膨張仕事をもたらして廃熱回収効率を高める上で有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２１３４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外気温度が変動すると空冷型の凝縮器では凝縮器の放熱量が変動し、冷媒の凝縮圧力及び凝縮温度が変動する。そのため、外気温度を考慮することが廃熱回収の効率を高める上で望ましい。しかし、特許文献１，２のいずれにおいても、外気温度の変動を考慮した制御の開示はなく、目標凝縮圧力又は目標凝縮温度を適正に設定することができない。そのため、廃熱回収の効率が十分に良いとは言えない。
【０００６】
本発明は、廃熱回収の効率をさらに向上できる廃熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置を対象とし、請求項１の発明では、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記膨張機より下流且つ前記圧送装置より上流の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、前記凝縮器の放熱量を調整する放熱量調整手段と、前記放熱量調整手段の放熱量調整状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて目標凝縮圧力を設定し、前記圧力検出手段によって検出される圧力が前記目標凝縮圧力となるように前記放熱量調整手段を制御する。
【０００８】
外気温度に基づいて膨張機より下流且つ圧送装置より上流の冷媒圧力が目標凝縮圧力となるように凝縮器の放熱量を調整することで、外気温度の変化に対して常に排熱回収効率を高くすることができる。
【０００９】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧に設定される。
目標凝縮圧力を冷媒の飽和蒸気圧、すなわち外気温度に対して実現可能な最低圧力に設定することで膨張機前後の圧力差を高く維持することができ、廃熱回収効率を高くすることができる。
【００１０】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧より高い圧力に設定される。
目標凝縮圧力が低すぎると放熱量を最大に制御しても最大放熱能力不足による目標凝縮圧力と実際の圧力との乖離が頻繁に発生する。目標凝縮圧力を外気温度に対する飽和蒸気圧より高い圧力に設定することで凝縮器における放熱量の制御が安定しやすくなる。
【００１１】
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧と前記飽和蒸気圧よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される。
【００１２】
目標凝縮圧力に幅を設けることで放熱量制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
好適な例では、前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧よりも高い下限圧力と前記下限圧力よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される。
【００１３】
目標凝縮圧力に上下限の幅を設けることで放熱量増加と減少の制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
好適な例では、前記凝縮器より下流且つ前記圧送装置の上流の間に、レシーバと過冷却器とをさらに備える。
【００１４】
目標凝縮圧力を外気温度に対応する飽和蒸気圧より高く設定することで、過冷却器により冷媒の過冷却度を確実に確保できるようになり、圧送装置でのキャビテーションの発生を防止することができる。
【００１５】
好適な例では、前記圧力検出手段は、前記凝縮器と前記過冷却器との間の冷媒温度を検出する温度検出手段であり、前記冷媒温度に対応する冷媒飽和蒸気圧を検出圧力とする。
温度の検出は、圧力の検出より簡便であり、また冷媒温度を直接検出しなくても冷媒配管や気液分離器の筐体温度を測定することで冷媒温度の代用が可能で、より検出が簡便である。
【００１６】
好適な例では、前記放熱量調整手段は、前記凝縮器を冷却する送風能力可変なモータ駆動の送風機である。
このような送風機は、凝縮器より下流の冷媒圧力を調整する手段として簡便である。
【００１７】
好適な例では、前記放熱量調整手段は、前記凝縮器と並列なバイパス流路と、前記バイパス流路上の流量調整弁とである。
凝縮器と並列なバイパス流路と前記バイパス流路上の流量調整弁とは、放熱量調整手段として簡便である。又、車両に搭載される凝縮器の場合は車両の走行自体により発生する走行風を受けるため、送風機のみでは放熱量調整量に限界があり、凝縮器に対して冷媒をバイパスすることは放熱量調整手段としてより効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の廃熱回収装置は、廃熱回収の効率をさらに向上できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。
【図２】回転制御プログラムを表すフローチャート。
【図３】制御圧力を説明するためのグラフ。
【図４】第２の実施形態における回転制御プログラムを表すフローチャート。
【図５】制御圧力範囲を説明するためのグラフ。
【図６】第３の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。
【図７】制御圧力範囲を説明するためのグラフ。
【図８】放熱量制御プログラムを表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を車両搭載の廃熱回収装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、廃熱回収装置１１は、廃熱源であるエンジン１２（熱機関）と、ランキンサイクル回路１３とを備えている。
【００２１】
ランキンサイクル回路１３では、エンジン１２からの廃熱によって加熱される冷媒が循環する。廃熱回収装置１１を構成する廃熱回収機器１４は、ランキンサイクル回路１３の一部を構成している。
【００２２】
ランキンサイクル回路１３は、廃熱回収機器１４を構成する膨張機１５、大気放熱する空冷型の凝縮器１６、廃熱回収機器１４を構成する圧送装置であるポンプ１７、及びボイラ１８によって構成されている。
【００２３】
熱交換器であるボイラ１８は、吸熱部１８１と放熱部１８２とを備える。ポンプ１７の吐出側にはボイラ１８の吸熱部１８１が第１流路１９を介して接続されている。
放熱部１８２は、エンジン１２に接続された排気通路２０上に設けられている。エンジン１２からの排気は、放熱部１８２で放熱された後にマフラ２１から排気される。ポンプ１７から吐出された冷媒は、ボイラ１８の放熱部１８２と吸熱部１８１との間での熱交換により加熱される。
【００２４】
ボイラ１８の吸熱部１８１の吐出側には膨張機１５が供給流路２２を介して接続されている。ボイラ１８で加熱された高温高圧の冷媒は、供給流路２２を介して膨張機１５に導入されるようになっている。膨張機１５は、熱交換器であるボイラ１８を通過した冷媒を膨張して回転駆動力を発生させる。膨張機１５には凝縮器１６が排出流路２３を介して接続されている。膨張機１５で膨張した低圧の冷媒は、凝縮器１６へ送られる。
【００２５】
凝縮器１６の下流側にはポンプ１７が第２流路２４を介して接続されている。ポンプ１７の吸入側には第２流路２４が接続されており、ポンプ１７の吐出側には第１流路１９が接続されている。
【００２６】
第２流路２４、第１流路１９、供給流路２２、及び排出流路２３は、ランキンサイクル回路の冷媒流路を構成する。
廃熱回収機器１４を構成するオルタネータ２５のロータ軸２６は、ポンプ１７のポンプ軸及び膨張機１５の出力軸を兼用している。ロータ軸２６の突出端部にはプーリ２７が止着されている。プーリ２７にはベルト２８が巻き掛けられている。ベルト２８は、エンジン１２の回転出力軸であるクランク軸３０に止着されたプーリ２９に巻き掛けられている。エンジン１２のクランク軸３０は、プーリ２９、ベルト２８及びプーリ２７を介してロータ軸２６と連結している。膨張機１５で生じた回転駆動力は、エンジン１２の回転出力を補助する。
【００２７】
オルタネータ２５にはバッテリ３１が電気的に接続されている。オルタネータ２５で生じた電力は、バッテリ３１に蓄電されるようになっている。
凝縮器１６は、送風機３２のファン３２１の回転による送風作用によって冷却される。ファン３２１を回転するモータ３２２は、制御手段３３の回転制御を受ける。
【００２８】
制御手段３３には外気温度検出器３４及び圧力検出器３５が信号接続されている。外気温度検出器３４は、外気温度を検出する外気温度検出手段である。圧力検出器３５は、凝縮器１６とポンプ１７との間の第２流路２４内の冷媒圧力を検出する。制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度の検出情報及び圧力検出器３５によって検出された冷媒圧力の検出情報に基づいて、モータ３２２を回転制御する。
【００２９】
図２は、回転制御プログラムを表すフローチャートである。以下において、図２のフローチャートに基づいてモータ３２２の回転制御を説明すると共に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３０】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び圧力検出器３５によって検出された冷媒圧力Ｐｘを所定の制御周期で取り込んでいる（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの制御圧力α１を特定する（ステップＳ２）。
【００３１】
図３は、外気温度と冷媒の凝縮圧力との関係を示すグラフである。曲線Ｅは、外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧を示す曲線であり、圧力α１は、曲線Ｅ上にある凝縮圧力である。
【００３２】
ステップＳ２の処理後、制御手段３３は、検出された冷媒圧力Ｐｘと圧力α１との大小関係を判断する（ステップＳ３）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２よりも大きい場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量最大制御を遂行する（ステップＳ４）。風量最大制御は、モータ３２２の回転数を最大にする制御である。この風量最大制御により凝縮器１６における放熱量が最大になり、圧力α１より大きい冷媒圧力Ｐｘが制御圧力α１に近づく。
【００３３】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α１の場合（ステップＳ３においてＮＯ）、制御手段３３は、風量零制御を遂行する（ステップＳ５）。風量零制御は、モータ３２２の回転数を零にする制御である。
【００３４】
図３に示すように、外気温度Ｔｘが変化すると冷媒の飽和蒸気圧が変化する。しかし、制御手段３３は、外気温度Ｔｘを考慮して冷媒圧力Ｐｘを飽和蒸気圧に近づけるように、モータ３２２の回転を制御する。
【００３５】
送風機３２は、凝縮器１６の放熱量を調整する放熱量調整手段である。圧力検出器３５は、膨張機１５より下流且つポンプ１７より上流の冷媒の圧力Ｐｘを検出する圧力検出手段である。制御手段３３は、圧力検出器３５により検出された冷媒の圧力Ｐｘが外気温度Ｔｘに応じて予め設定された目標凝縮圧力である制御圧力α１の圧力となるように、外気温度検出情報及び冷媒圧力検出情報に基づいて、送風機３２（圧力調整手段）の回転数の大きさ（凝縮器１６の放熱量を調整する状態）を制御する。
【００３６】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）膨張機１５より下流且つポンプ１７より上流の冷媒圧力Ｐｘは、検出された外気温度Ｔｘに応じて設定された制御圧力α１に収束するように、外気温度検出情報に基づいて制御される。つまり、冷媒圧力Ｐｘは、外気温度Ｔｘが低い時は低く、外気温度Ｔｘが高い時には高く制御され、冷媒圧力Ｐｘの制御は、外気温度Ｔｘの変動に追随して行なわれる。その結果、膨張機１５前後の圧力差は、外気温度Ｔｘに対して常に略最大の圧力差を維持することができ、廃熱回収の効率が向上する。
【００３７】
（２）冷媒圧力Ｐｘをモータ３２２の回転制御に用いる制御は、冷媒圧力Ｐｘを制御圧力α１に確実に収束させる上で有効である。
（３）モータ３２２の回転数を変更することによって冷却能力を変更できる送風機３２は、冷媒の圧力を調整する圧力調整手段として簡便である。
【００３８】
（４）目標凝縮圧力を冷媒の飽和蒸気圧、すなわち外気温度に対して実現可能な最低圧力に設定することは、膨張機１５前後の圧力差を高く維持することを可能にする。その結果、廃熱回収効率を高くすることができる。
【００３９】
次に、図４及び図５の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
ステップＳ１の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕及び外気温度Ｔｘのときの基準圧力γを特定する（ステップＳ６）。
【００４０】
図５は、外気温度と冷媒の凝縮圧力との関係を示すグラフである。圧力α２は、曲線Ｅよりも上側にある曲線Ｆ上にある。本実施形態では、目標上限圧力である圧力α２と目標下限圧力である圧力α１との差（α２―α１＝Δ１）は、一定である。基準圧力γは、圧力α１より大きく、圧力α２より小さい。又、基準圧力γと圧力α１との差（γ―α１＝Δ２）は、一定である。
【００４１】
ステップＳ６の処理後、制御手段３３は、検出された冷媒圧力Ｐｘと圧力α２との大小関係を判断する（ステップＳ７）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２よりも大きい場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量最大制御を遂行する（ステップＳ４）。この風量最大制御により凝縮器１６における放熱量が最大になり、圧力α２より大きい冷媒圧力Ｐｘが制御圧力範囲〔α１，α２〕に近づく。
【００４２】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力α２以下の場合（ステップＳ７においてＮＯ）、制御手段３３は、予め設定された圧力γ（α１＜γ＜α２）と冷媒圧力Ｐｘとの大小関係を判断する（ステップＳ８）。検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力γを超える場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御手段３３は、風量中間制御を遂行する（ステップＳ９）。風量中間制御は、検出された冷媒圧力Ｐｘが大きいほどモータ３２２の回転数を０より大きく、且つ最大回転数より小さい範囲で大きくする制御である。圧力γより大きい冷媒圧力Ｐｘは、風量中間制御により圧力範囲〔α１，γ〕に近づく。
【００４３】
検出された冷媒圧力Ｐｘが圧力γ以下の場合（ステップＳ８においてＮＯ）、制御手段３３は、風量零制御を遂行する（ステップＳ５）。
制御手段３３は、外気温度Ｔｘを考慮して冷媒圧力Ｐｘを目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕の下限α１に近づけるように、モータ３２２の回転を制御する。
【００４４】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られるうえに、以下の効果が得られる。
（４）範囲のある目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔α１，α２〕に冷媒の圧力を収める制御では、放熱量制御がハンチングすることがなくなり、制御が安定しやすくなる。
【００４５】
次に、図６〜図８の第３の実施形態を説明する。第２の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図６に示すように、凝縮器１６より下流かつポンプ１７より上流の第２流路２４にはレシーバ３６及び過冷却器３７が設けられている。制御手段３３には温度検出器３８が信号接続されている。温度検出器３８は、レシーバ３６の温度（つまり冷媒温度）を検出する。温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒは、レシーバ３６内の冷媒の温度を反映する。
【００４６】
凝縮器１６と並列なバイパス流路３９が膨張機１５とレシーバ３６との間で設けられている。バイパス流路３９は、排出流路２３から分岐して第２流路２４に合流する。バイパス流路３９上には流量調整弁４０が設けられている。流量調整弁４０は、凝縮器１６における冷媒流量に対するバイパス流路３９における冷媒流量の比（分流比）を連続的に変更可能である。流量調整弁４０は、制御手段３３の制御を受ける。
【００４７】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒに基づいて、図８のフローチャートで表す放熱量制御プログラムを遂行する。以下において、図８のフローチャートに基づいて放熱量制御を説明する。
【００４８】
制御手段３３は、外気温度検出器３４によって検出された外気温度Ｔｘ及び温度検出器３８によって検出された温度Ｔｒを所定の制御周期で取り込んでいる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の処理後、制御手段３３は、検出された外気温度Ｔｘに基づいて、外気温度Ｔｘのときの目標凝縮圧力である制御圧力範囲〔β１，β２〕、及び冷媒の温度Ｔｒに対向する冷媒圧力Ｐｒを特定する（ステップＳ１１）。図７に示すように、制御温度β１は、冷媒の飽和蒸気圧を表す曲線Ｅより上側にある下限圧力曲線Ｇ上にあり、制御圧力β２は、下限圧力曲線Ｇより上側にある上限圧力曲線Ｈ上にある。本実施形態では、外気温度Ｔｘに対応する制御圧力β２と温度Ｔｘに対応する制御圧力β１との差（β２―β１＝Δ３）は、一定である。
【００４９】
ステップＳ１１の処理後、制御手段３３は、特定された冷媒圧力Ｐｒと制御圧力β２との大小関係を判断する（ステップＳ１２）。特定された冷媒圧力Ｐｒが制御圧力β２以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御手段３３は、放熱量増加制御を遂行する（ステップＳ１３）。放熱量増加制御は、モータ３２２の回転数を増大する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を小さくする制御である。レシーバ３６の温度Ｔｒ、つまり冷媒圧力Ｐｒは、放熱量増加制御により制御圧力範囲〔β１，β２〕に向けて収束する。
【００５０】
特定された圧力Ｐｒが制御圧力β２に満たない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御手段３３は、圧力Ｐｒが制御圧力β１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。圧力Ｐｒが制御圧力β以である場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御手段３３は、放熱量維持制御を遂行する（ステップＳ１５）。放熱量維持制御は、モータ３２２の回転数を維持する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を維持する制御である。
【００５１】
圧力Ｐｒが制御圧力β１に満たない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御手段３３は、放熱量減少制御を遂行する（ステップＳ１６）。放熱量減少制御は、モータ３２２の回転数を減少する制御、又はバイパス流路３９における冷媒流量の分流比を大きくする制御である。
【００５２】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
（５）凝縮器１６より下流（第２流路）の冷媒の温度Ｔｒ（レシーバ３６の温度）の検出では、圧力Ｐｘの検出に比べて容易であるという利点が得られる。又、冷媒温度を直接検出しなくても冷媒配管や気液分離器の筐体温度を測定することで冷媒温度の代用が可能で、放熱量制御のための冷媒圧力情報の取得が簡便である。
【００５３】
（６）過冷却器３７の上流にある凝縮器１６を出た冷媒の温度から換算される冷媒圧力を外気温度に対応した飽和蒸気圧よりも大きくする制御は、過冷却器３７で確実に過冷却度が得られるため、キャビテーション発生防止を確実にする上で有効である。
【００５４】
（７）送風機３２のみでは放熱量調整量に限界があるが、車両に凝縮器１６を搭載した場合には、凝縮器１６が車両の走行自体により発生する走行風を受ける。そのため、凝縮器１６に対して冷媒をバイパスさせる構成は、放熱量調整手段としてより効果的である。
【００５５】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、フローチャートのステップＳ５における風量零制御の代わりに、モータ３２２を一定回転数に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５６】
○第２の実施形態において、フローチャートのステップＳ７における判断がＮＯの場合（検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲〔α１，α２〕にある場合）、モータ３２２を一定回転数又は零に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５７】
○第２の実施形態において、検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲を超える場合にはモータ３２２の回転数を最大回転数に維持し、検出圧力Ｐｘが制御圧力範囲にある場合には、モータ３２２を最大回転数より低い一定回転数又は零に維持する制御を行なうようにしてもよい。
【００５８】
○外気温度Ｔｘに対応した冷媒の飽和蒸気圧を目標凝縮圧力としてもよい。
○車両搭載の凝縮器１６へ車両走行によって外気を当てる割合を増減可能な走行風量可変機構を設け、該走行風量可変機構を放熱量調整手段としてもよい。
【００５９】
○凝縮器１６を通過した冷媒を圧送するポンプを廃熱回収機器１４外に設けてもよい。
○膨張機１５の回転駆動力のみによってオルタネータ２５を駆動するようにしてもよい。
【００６０】
○車両用以外の廃熱回収装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１１…廃熱回収装置。１２…熱機関としてのエンジン。１５…膨張機。１６…凝縮器。１７…圧送装置であるポンプ。１８…熱交換器であるボイラ。３２…放熱量調整手段である送風機。３３…制御手段。３４…外気温度検出手段である外気温度検出器。３５…圧力検出器。３６…レシーバ。３７…過冷却器。３８…温度検出器。３９…放熱量調整手段を構成するバイパス流路。４０…放熱量調整手段を構成する流量調整弁。Ｔｘ…外気温度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記膨張機より下流且つ前記圧送装置より上流の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記凝縮器の放熱量を調整する放熱量調整手段と、
前記放熱量調整手段の放熱量調整状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて目標凝縮圧力を設定し、前記圧力検出手段によって検出される圧力が前記目標凝縮圧力となるように前記放熱量調整手段を制御する廃熱回収装置。
【請求項２】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧より高い圧力に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧と前記飽和蒸気圧よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧よりも高い下限圧力と前記下限圧力よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記凝縮器より下流且つ前記圧送装置の上流の間に、レシーバと過冷却器とをさらに備える請求項３及び請求項５のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項７】
前記圧力検出手段は、前記凝縮器と前記過冷却器との間の冷媒温度を検出する温度検出手段であり、前記冷媒温度に対応する冷媒飽和蒸気圧を検出圧力とする請求項６に記載の廃熱回収装置。
【請求項８】
前記放熱量調整手段は、前記凝縮器を冷却する送風能力可変なモータ駆動の送風機である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項９】
前記放熱量調整手段は、前記凝縮器と並列なバイパス流路と、前記バイパス流路上の流量調整弁とである請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項１】
熱機関の廃熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を膨張して駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機を通過した前記冷媒の熱を大気放熱する空冷型の凝縮器と、前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記熱交換器へ移送する圧送装置とを備えた廃熱回収装置において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記膨張機より下流且つ前記圧送装置より上流の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記凝縮器の放熱量を調整する放熱量調整手段と、
前記放熱量調整手段の放熱量調整状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて目標凝縮圧力を設定し、前記圧力検出手段によって検出される圧力が前記目標凝縮圧力となるように前記放熱量調整手段を制御する廃熱回収装置。
【請求項２】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧より高い圧力に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧と前記飽和蒸気圧よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記目標凝縮圧力は、前記外気温度検出手段により検出された外気温度に対応する冷媒の飽和蒸気圧よりも高い下限圧力と前記下限圧力よりも高い上限圧力との間の範囲に設定される請求項１に記載の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記凝縮器より下流且つ前記圧送装置の上流の間に、レシーバと過冷却器とをさらに備える請求項３及び請求項５のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項７】
前記圧力検出手段は、前記凝縮器と前記過冷却器との間の冷媒温度を検出する温度検出手段であり、前記冷媒温度に対応する冷媒飽和蒸気圧を検出圧力とする請求項６に記載の廃熱回収装置。
【請求項８】
前記放熱量調整手段は、前記凝縮器を冷却する送風能力可変なモータ駆動の送風機である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【請求項９】
前記放熱量調整手段は、前記凝縮器と並列なバイパス流路と、前記バイパス流路上の流量調整弁とである請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１９３１６（Ｐ２０１３−１９３１６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３０９５（Ｐ２０１１−１５３０９５）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【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１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【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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