排熱回生システム
【課題】アイドル時など内燃機関の負荷が低い場合にも効率よく排熱を回生する排熱回生システムを提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）の排熱によって媒体を昇温する蒸発器（３１）と、昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器（３４）と、昇温された媒体を冷却する凝縮器（３５）と、媒体を循環させるポンプ（３６）と、を備え、内燃機関（１０）の排熱を回生する排熱回生システム（３０）であって、蒸発器（３１）によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部（３２）と、貯留部（３２）に貯留された媒体を膨張器（３４）に流通させるか否かを制御する出口弁（３３）と、を備える。
【解決手段】内燃機関（１０）の排熱によって媒体を昇温する蒸発器（３１）と、昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器（３４）と、昇温された媒体を冷却する凝縮器（３５）と、媒体を循環させるポンプ（３６）と、を備え、内燃機関（１０）の排熱を回生する排熱回生システム（３０）であって、蒸発器（３１）によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部（３２）と、貯留部（３２）に貯留された媒体を膨張器（３４）に流通させるか否かを制御する出口弁（３３）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムに関し、特に、より効率よく排熱を回生できる排熱回生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるエンジン等の内燃機関の排熱による熱エネルギーを用いて媒体を気液変換することにより機械エネルギーとして回生するランキンサイクルを用いた排熱回生システムが広く知られている。
【０００３】
このようなランキンサイクルシステムとして、エンジンから排出される排気ガスとで熱交換を行う高温用ランキンサイクル回路と、エンジンの冷却水とで熱交換を行う低温用ランキンサイクル回路と、を備える排熱利用装置（特許文献１、参照。）が開示されている。
【０００４】
また、内燃機関の排ガスから熱エネルギーを回収するスターリングエンジンを備え、スターリングエンジンが発生する動力を内燃機関の発生する動力とともに出力軸へと伝え、内燃機関に対する駆動要求がない場合はクラッチを開放する排熱回収装置（特許文献２参照。）も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８２３６３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような従来のランキンサイクルシステムは、車両停止時などのアイドル時には熱回収を行っていない。
【０００７】
アイドル時は走行風がないため、凝縮器において冷媒が十分に冷却されない。またランキンサイクルシステム稼働時には凝縮器のファンを回転させる。このとき、ファンの使用電力がランキンサイクルシステムによる発電量を上回ると収支がマイナスとなってしまうので、熱回収は行わず、排熱は利用されることなく捨てられていた。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アイドル時など内燃機関の負荷が低い場合にも効率よく排熱を回生する排熱回生システム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】
【０００９】
本発明の一実施態様によると、内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、昇温された媒体を冷却する凝縮器と、媒体を循環させるポンプと、を備え、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、貯留部に貯留された媒体を膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、昇温された媒体を貯留部に一時的に蓄積しておき、貯留された媒体を出口弁の開弁により膨張器へと送るので、内燃機関の負荷が低い場合など排熱回生の効率が低い場合にも媒体を昇温させることができる。また、適宜この媒体によって膨張器に回転エネルギーを発生させることができるので、排熱を効率よく回生することができ、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステムの説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態の制御装置により実行されるサージタンクの制御の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステム３０の説明図である。
【００１４】
本発明のランキンサイクルシステム３０は、内燃機関としてのエンジン１０の排ガスの排熱により媒体を昇温し、昇温された媒体が気相となり体積が膨張することによって膨張器３４に回転エネルギーを発生させる。この回転エネルギーをエネルギー回生手段としての発電機５０に伝え、電気エネルギーとして回生する。これにより、エンジン１０の排熱を電気エネルギーとして回生する排熱回生システムが構成される。
【００１５】
ランキンサイクルシステム３０において、媒体は、蒸発器３１においてエンジン１０の冷却水とで熱交換する。この冷却水は、エンジン１０の排気管１２に備えられた排熱回収器２３において、排ガスの排熱を回収して高温となった冷却水である。
【００１６】
蒸発器３１において昇温された媒体は液相から気相へと相変換される。この気相の媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。サージタンク３２は出口弁３３を備えている。この出口弁３３を開弁することによって気相の媒体が膨張器３４に送られる。膨張器３４はこの媒体によって回転エネルギーを発生する。
【００１７】
なお、サージタンク３２には、制御装置４０によって、貯留された媒体の圧力（内圧）を測定する圧力測定手段としてのセンサ３２ａが備えられている。
【００１８】
膨張器３４の回転と同軸にクラッチ３７を介して発電機５０が接続されている。クラッチ３７は膨張器３４と発電機５０との回転を断続する断続手段として構成されている。発電機５０は、クラッチ３７が接続されているときに膨張器３４の回転エネルギーによって発電する。
【００１９】
膨張器３４を通過した媒体は、凝縮器３５において大気と熱交換をすることで温度が下げられて液相へと相変換される。この液相の媒体は、ポンプ３６によって圧送され、再び蒸発器３１へと循環する。なお、凝縮器３５には媒体の冷却を促進するファン３８が備えられている。また、媒体は、冷却水やフルオロカーボン類（例えばＨＦＣ１３４ａ）、アンモニア等が用いられる。
【００２０】
内燃機関としてのエンジン１０は、燃料混合吸気を爆発させることにより車両の駆動力を発生する。
【００２１】
エンジン１０の排ガスは排気管１２から排出される。この排気管１２の途中には、エンジン１０の冷却水と排ガスとで熱交換を行う排熱回収器２３が備えられている。このエンジン１０には、エンジン１０を冷却するエンジン冷却システム２０が構成されている。
【００２２】
ポンプ１１によりエンジン冷却システム２０内を循環される冷却水は、まずエンジン１０を冷却した後、排熱回収器２３において排ガスとで熱交換を行う。排ガスの排熱により昇温された冷却水は、蒸発器３１においてランキンサイクルシステム３０の媒体とで熱交換し、冷却水温度は下げられる。その後、冷却水はラジエタ２１を通過して大気とで熱交換を行い、十分に温度を下げられた後、再びポンプ１１によって循環される。なお、ラジエタ２１には、冷却水の冷却を促進するためのファン２４が備えられている。
【００２３】
また、エンジン冷却システム２０には、バイパス通路２５が備えられている。冷却水の温度が低い場合は、冷却水がラジエタ２１をキャンセルしてバイパス通路２５のみを通過するように、サーモスタット２２が回路を切り替える。
【００２４】
制御装置４０は、エンジン１０の運転状態及びサージタンク３２の内圧を測定し、これらに基づいて、出口弁３３の開閉、ファン３８の動作及び、クラッチ３７の断続を制御する。
【００２５】
次に、このように構成されたランキンサイクルシステム３０の動作を説明する。
【００２６】
ランキンサイクルシステム３０は、エンジン１０の排熱を回収して回転エネルギーを得る。この回転エネルギーは、発電機５０によって電気エネルギーに回生される。
【００２７】
一方で、エンジン１０の負荷が低い場合には、エンジン１０の排熱が少ないのでランキンサイクルシステム３０が回収する熱容量が小さくなり、ランキンサイクルシステム３０効率が低くなる。特に、低速走行時や停車時には、凝縮器３５に走行風があたらないため、ファン３８を動作させる必要がある。このとき、ファン３８の電力使用量が、ランキンサイクルシステム３０による回生電力よりも上回る場合は、エネルギーの収支がマイナスとなってしまう。この状況ではエンジンの排熱の回生というランキンサイクルシステム３０を稼働させる意義が失われてしまう。
【００２８】
これに対して、本発明の第１の実施形態では、以下に説明するように、エンジン１０の負荷が低い場合にもランキンサイクルシステム３０によって排熱を回収し、回収した熱を効率よく回生するように構成した。
【００２９】
以下に、その詳細を説明する。
【００３０】
図１に示すように、ランキンサイクルシステム３０の蒸発器３１で昇温されて気相となった媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。
【００３１】
貯留部としてのサージタンク３２は、気相の媒体をその内部に貯留することができるように構成されている。サージタンク３２の下流側には出口弁３３が備えられている。出口弁３３は、サージタンク３２に貯留された媒体を膨張器３４へと流通させることを制限するとともに、出口弁３３を開弁することにより、媒体を流通させて膨張器３４を回転させる。
【００３２】
このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合に、蒸発器３１において熱交換した媒体を一時的にサージタンク３２に貯留しておくことができる。これにより、貯留された媒体が十分な回転エネルギーを発生させることが可能となった場合に、出口弁３３を開弁して、膨張器３４を回転させ、この回転エネルギーによって発電機５０を発電する。
【００３３】
図２は、本発明の第１の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００３４】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００３５】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
【００３６】
ランキンサイクルシステム３０は、制御装置４０によってポンプ３６が駆動され、このポンプ３６により媒体の圧力を制御することにより排熱を回生する。一方で、エンジン１０の停止後、長時間経過した場合や、イグニションがオフにされた場合など、車両の運用が停止された場合には、排熱の回収が見込めないため、ランキンサイクルシステム３０の稼働を停止する。
【００３７】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ１０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ１０７に移行する。
【００３８】
ステップＳ１０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００３９】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。
【００４０】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、例えば、車両が停車したアイドル状態である場合や、減速時や低速、定常走行時などエンジンの回転速度が所定値よりも低い場合である。
【００４１】
そして、このようにエンジン１０の負荷が低い状態でランキンサイクルシステム３０を稼働させた場合に、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになってしまうことが見込まれる場合に、エンジン１０の負荷が低いと判定する。
【００４２】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ１０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ１０６に移行する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、制御装置４０は、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。このとき、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１０５）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００４４】
この状態では、蒸発器３１により媒体が昇温されるが、この回収された熱エネルギーは、サージタンク３２によって一時的に蓄積される。
【００４５】
一方、ステップＳ１０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、エンジン１０の排熱を回収するべく、ステップＳ１０６に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。
【００４６】
ステップＳ１０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ１０７に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１０８）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００４７】
このように、本発明の第１の実施形態では、エンジン１０の負荷が低くエネルギーの収支が見込めない場合に、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞して、サージタンク３２に媒体を貯留しておく。このように構成することによって、膨張器３４での圧力不足によってランキンサイクルシステム３０での負荷が増大することを防ぐことができる。
【００４８】
また、エンジン１０の負荷が低いときにも、蒸発器３１により回収した熱エネルギーをサージタンク３２に貯留しておくことで、排熱を回収することができる。また、エンジン１０の負荷が再び高負荷になったときに、回収した熱エネルギーを使用できるので、低負荷時に回収した熱エネルギーを無駄にすることなく、発電機５０により電気エネルギーとして回生することができる。
【００４９】
さらに、エンジン１０の負荷が低いと判断してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞するときにポンプ３６を駆動させることによって、サージタンク３２の内圧を高めることにより媒体を貯留しておくことができる。また、エンジン１０の負荷が低いと判断してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞するときにファン３８を停止することによって、ファン３８の使用電力を減らして収支がマイナスになることを防ぐことができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５１】
第２の実施形態では、サージタンク３２の内圧に応じて、出口弁３３の開閉を制御するように構成した。なお、第２の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。
【００５２】
図３は、第２の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００５３】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００５４】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。
【００５５】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ２０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ２０８に移行する。
【００５６】
ステップＳ２０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００５７】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
【００５８】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、前述のように、エンジン１０の負荷が低く、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになることが見込まれる場合である。
【００５９】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ２０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０７に移行する。
【００６０】
ステップＳ２０３では、制御装置４０は、センサ３２ａによって計測したサージタンク３２の内圧が、第１の所定値以上であるか否かを判定する。
【００６１】
この第１の所定値は、サージタンク３２の内圧が十分に高く、媒体の熱エネルギーによって膨張器３４に十分な回転エネルギーを与え、この回転エネルギーによって発電機５０を十分に発電させることができるか否かの閾値である。
【００６２】
サージタンク３２の内圧が第１の所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ２０４に移行する。サージタンク３２の内圧が第１の所定値に満たないと判定した場合は、ステップＳ２０５に移行する。
【００６３】
ステップＳ２０４では、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ２０５では、十分な排熱の回収が行えない状態であると判断し、制御装置４０は、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２０６）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６５】
ステップＳ２０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０７に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６６】
ステップＳ２０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ２０８に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２０９）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６７】
このように、本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、エンジン１０の負荷が低い場合に媒体をサージタンク３２に貯留するが、サージタンク３２の内圧が十分に高くなったと判断した場合は、この媒体によって膨張器３４に回転エネルギーを与えるように制御する。このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合にも排熱を回収できるとともに、サージタンク３２によって熱エネルギーが十分に貯留されていると判断した場合は、これを膨張器３４に送ることによって、発電機５０による発電を行い、熱エネルギーを電気エネルギーに回生することができる。
【００６８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６９】
第３の実施形態では、サージタンク３２の内圧に応じて、出口弁３３の開度とクラッチ３７の断続を制御するように構成した。なお、第３の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。
【００７０】
図４は、第３の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００７１】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００７２】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。
【００７３】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ３０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ３０６に移行する。
【００７４】
ステップＳ３０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００７５】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。
【００７６】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、前述のように、エンジン１０の負荷が低く、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになることが見込まれる場合である。
【００７７】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ３０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ３０５に移行する。
【００７８】
ステップＳ３０４では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に基づいて、出口弁３３の開度と、クラッチ３７の断続とを制御する（低負荷時の制御）。このとき制御装置４０は、出口弁３３を閉塞する場合、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止する。
【００７９】
また、ステップＳ３０５では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に基づいて、出口弁３３の開度と、クラッチ３７の断続とを制御する（通常運転時の制御）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００８０】
なお、これらステップＳ３０４及びＳ３０５の制御は図５で後述する。
【００８１】
ステップＳ３０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ３０６に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ３０７）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００８２】
図５は、本発明の第３の実施形態の制御装置４０により実行されるサージタンク３２の制御の説明図である。なお、図５（ａ）は、図４のステップＳ３０４の低負荷時の制御を示し、図５（ｂ）は、図４のステップＳ３０５の通常運転時の制御を示す。
【００８３】
図５（ａ）に示す低負荷時の制御では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧が所定の圧力以上である場合に、出口弁３３の開度をサージタンク３２の内圧に応じて開弁し、かつ、クラッチ３７を締結する。
【００８４】
特に、低負荷時の制御では、出口弁３３を開弁するか否かを決定するサージタンク３２の内圧を、次に説明する通常運転時の制御と比較して高く設定している。
【００８５】
エンジン１０の低負荷時には、大幅な排熱の回収は望めないため、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２に熱エネルギーを持った媒体を貯留しておく。このとき、貯留された熱エネルギーを頻繁に放出ししまうと、熱エネルギーを十分に蓄積するまでにさらに時間がかかってしまう。また、次回エンジン１０の運転状態が高負荷となったときに、電気エネルギーとして回生させることができれば、エンジン１０の負荷を直ちに補助できる。
【００８６】
そこで、サージタンク３２の内圧が十分に高く、熱エネルギーの一部を放出したとしても貯留されている熱エネルギーを十分に保持できるように、出口弁３３の開弁を制御する。
【００８７】
このようにすることによって、エンジン１０が低負荷時にも排熱を回収し、熱エネルギーが十分蓄積された場合には発電も行うことができる。そして、車両の加速時などエンジン１０が高負荷になった場合には、貯留された熱エネルギーによって発電機５０を発電させることで、直ちにエンジン１０の負荷を補助できる。
【００８８】
一方、図５（ｂ）に示す通常運転時では、制御装置４０は、サージタンク３２の内圧が極端に低い場合を除き、クラッチ３７を締結して、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３の開度を制御する。
【００８９】
このように、サージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３の開度をリニアに制御することによって、運転状態の変動による媒体の圧力の変動を抑えることができるので、運転状態に左右されにくい安定した排熱の回生を行える。
【００９０】
以上のように、本発明の実施形態では、エンジン１０の排熱を回生するランキンサイクルシステム３０において、蒸発器３１において熱交換を行い気相となった媒体を一時的に貯留するサージタンク３２と、貯留された媒体を膨張器３４へと流通させるかを制御する出口弁３３と、を備えた。このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合にも、熱交換を行った媒体を貯留しておくことができ、エンジン１０の排熱を無駄なく回収することができる。
【００９１】
また、回収された熱エネルギーは、エンジン１０の負荷に応じて出口弁３３を制御することにより、膨張器３４に送られ、発電機５０によって電気エネルギーへと回生することができる。このように、エンジン１０の排熱を効率よく回生することによって、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００９２】
なお、本発明の実施形態では、膨張器３４の回転エネルギーを発電機５０に伝え、発電により電気エネルギーとして回生する構成を示したが、その他のエネルギーに回生するように構成してもよい。例えば、膨張器３４の回転エネルギーをエアコンのコンプレッサに接続して、コンプレッサの動力を補助してもよい。また、膨張器３４の回転エネルギーをエンジン１０のクランクシャフトに伝え、直接エンジン１０の駆動トルクを補助するように構成してもよい。
【００９３】
また、本発明の実施形態では、凝縮器３５のファン３８とラジエタ２１のファン２４とを別々に設けたが、これら凝縮器３５とラジエタ２１とを近接させて、一つのファンで共有しても構わない。この場合は、エンジンの負荷が低い状態でも、ラジエタ２１で冷却水の冷却を促進する必要がない場合だけファンを停止する。すなわち、エンジンの負荷が低い状態でも、ラジエタ２１で冷却水の冷却を促進する必要がある場合、冷却水の冷却を優先するためにファンを回転させる。
【００９４】
１０ エンジン（内燃機関）
２０ エンジン冷却システム
２３ 排熱回収器
３０ ランキンサイクルシステム（排熱回生システム）
３１ 蒸発器
３２ サージタンク（貯留部）
３２ａ センサ（圧力測定手段）
３３ 出口弁
３４ 膨張器
３５ 凝縮器
３６ ポンプ
３７ クラッチ（断続手段）
４０ 制御装置
５０ 発電機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムに関し、特に、より効率よく排熱を回生できる排熱回生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるエンジン等の内燃機関の排熱による熱エネルギーを用いて媒体を気液変換することにより機械エネルギーとして回生するランキンサイクルを用いた排熱回生システムが広く知られている。
【０００３】
このようなランキンサイクルシステムとして、エンジンから排出される排気ガスとで熱交換を行う高温用ランキンサイクル回路と、エンジンの冷却水とで熱交換を行う低温用ランキンサイクル回路と、を備える排熱利用装置（特許文献１、参照。）が開示されている。
【０００４】
また、内燃機関の排ガスから熱エネルギーを回収するスターリングエンジンを備え、スターリングエンジンが発生する動力を内燃機関の発生する動力とともに出力軸へと伝え、内燃機関に対する駆動要求がない場合はクラッチを開放する排熱回収装置（特許文献２参照。）も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８２３６３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような従来のランキンサイクルシステムは、車両停止時などのアイドル時には熱回収を行っていない。
【０００７】
アイドル時は走行風がないため、凝縮器において冷媒が十分に冷却されない。またランキンサイクルシステム稼働時には凝縮器のファンを回転させる。このとき、ファンの使用電力がランキンサイクルシステムによる発電量を上回ると収支がマイナスとなってしまうので、熱回収は行わず、排熱は利用されることなく捨てられていた。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アイドル時など内燃機関の負荷が低い場合にも効率よく排熱を回生する排熱回生システム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】
【０００９】
本発明の一実施態様によると、内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、昇温された媒体を冷却する凝縮器と、媒体を循環させるポンプと、を備え、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、貯留部に貯留された媒体を膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、昇温された媒体を貯留部に一時的に蓄積しておき、貯留された媒体を出口弁の開弁により膨張器へと送るので、内燃機関の負荷が低い場合など排熱回生の効率が低い場合にも媒体を昇温させることができる。また、適宜この媒体によって膨張器に回転エネルギーを発生させることができるので、排熱を効率よく回生することができ、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステムの説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態の制御装置により実行されるサージタンクの制御の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステム３０の説明図である。
【００１４】
本発明のランキンサイクルシステム３０は、内燃機関としてのエンジン１０の排ガスの排熱により媒体を昇温し、昇温された媒体が気相となり体積が膨張することによって膨張器３４に回転エネルギーを発生させる。この回転エネルギーをエネルギー回生手段としての発電機５０に伝え、電気エネルギーとして回生する。これにより、エンジン１０の排熱を電気エネルギーとして回生する排熱回生システムが構成される。
【００１５】
ランキンサイクルシステム３０において、媒体は、蒸発器３１においてエンジン１０の冷却水とで熱交換する。この冷却水は、エンジン１０の排気管１２に備えられた排熱回収器２３において、排ガスの排熱を回収して高温となった冷却水である。
【００１６】
蒸発器３１において昇温された媒体は液相から気相へと相変換される。この気相の媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。サージタンク３２は出口弁３３を備えている。この出口弁３３を開弁することによって気相の媒体が膨張器３４に送られる。膨張器３４はこの媒体によって回転エネルギーを発生する。
【００１７】
なお、サージタンク３２には、制御装置４０によって、貯留された媒体の圧力（内圧）を測定する圧力測定手段としてのセンサ３２ａが備えられている。
【００１８】
膨張器３４の回転と同軸にクラッチ３７を介して発電機５０が接続されている。クラッチ３７は膨張器３４と発電機５０との回転を断続する断続手段として構成されている。発電機５０は、クラッチ３７が接続されているときに膨張器３４の回転エネルギーによって発電する。
【００１９】
膨張器３４を通過した媒体は、凝縮器３５において大気と熱交換をすることで温度が下げられて液相へと相変換される。この液相の媒体は、ポンプ３６によって圧送され、再び蒸発器３１へと循環する。なお、凝縮器３５には媒体の冷却を促進するファン３８が備えられている。また、媒体は、冷却水やフルオロカーボン類（例えばＨＦＣ１３４ａ）、アンモニア等が用いられる。
【００２０】
内燃機関としてのエンジン１０は、燃料混合吸気を爆発させることにより車両の駆動力を発生する。
【００２１】
エンジン１０の排ガスは排気管１２から排出される。この排気管１２の途中には、エンジン１０の冷却水と排ガスとで熱交換を行う排熱回収器２３が備えられている。このエンジン１０には、エンジン１０を冷却するエンジン冷却システム２０が構成されている。
【００２２】
ポンプ１１によりエンジン冷却システム２０内を循環される冷却水は、まずエンジン１０を冷却した後、排熱回収器２３において排ガスとで熱交換を行う。排ガスの排熱により昇温された冷却水は、蒸発器３１においてランキンサイクルシステム３０の媒体とで熱交換し、冷却水温度は下げられる。その後、冷却水はラジエタ２１を通過して大気とで熱交換を行い、十分に温度を下げられた後、再びポンプ１１によって循環される。なお、ラジエタ２１には、冷却水の冷却を促進するためのファン２４が備えられている。
【００２３】
また、エンジン冷却システム２０には、バイパス通路２５が備えられている。冷却水の温度が低い場合は、冷却水がラジエタ２１をキャンセルしてバイパス通路２５のみを通過するように、サーモスタット２２が回路を切り替える。
【００２４】
制御装置４０は、エンジン１０の運転状態及びサージタンク３２の内圧を測定し、これらに基づいて、出口弁３３の開閉、ファン３８の動作及び、クラッチ３７の断続を制御する。
【００２５】
次に、このように構成されたランキンサイクルシステム３０の動作を説明する。
【００２６】
ランキンサイクルシステム３０は、エンジン１０の排熱を回収して回転エネルギーを得る。この回転エネルギーは、発電機５０によって電気エネルギーに回生される。
【００２７】
一方で、エンジン１０の負荷が低い場合には、エンジン１０の排熱が少ないのでランキンサイクルシステム３０が回収する熱容量が小さくなり、ランキンサイクルシステム３０効率が低くなる。特に、低速走行時や停車時には、凝縮器３５に走行風があたらないため、ファン３８を動作させる必要がある。このとき、ファン３８の電力使用量が、ランキンサイクルシステム３０による回生電力よりも上回る場合は、エネルギーの収支がマイナスとなってしまう。この状況ではエンジンの排熱の回生というランキンサイクルシステム３０を稼働させる意義が失われてしまう。
【００２８】
これに対して、本発明の第１の実施形態では、以下に説明するように、エンジン１０の負荷が低い場合にもランキンサイクルシステム３０によって排熱を回収し、回収した熱を効率よく回生するように構成した。
【００２９】
以下に、その詳細を説明する。
【００３０】
図１に示すように、ランキンサイクルシステム３０の蒸発器３１で昇温されて気相となった媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。
【００３１】
貯留部としてのサージタンク３２は、気相の媒体をその内部に貯留することができるように構成されている。サージタンク３２の下流側には出口弁３３が備えられている。出口弁３３は、サージタンク３２に貯留された媒体を膨張器３４へと流通させることを制限するとともに、出口弁３３を開弁することにより、媒体を流通させて膨張器３４を回転させる。
【００３２】
このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合に、蒸発器３１において熱交換した媒体を一時的にサージタンク３２に貯留しておくことができる。これにより、貯留された媒体が十分な回転エネルギーを発生させることが可能となった場合に、出口弁３３を開弁して、膨張器３４を回転させ、この回転エネルギーによって発電機５０を発電する。
【００３３】
図２は、本発明の第１の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００３４】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００３５】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
【００３６】
ランキンサイクルシステム３０は、制御装置４０によってポンプ３６が駆動され、このポンプ３６により媒体の圧力を制御することにより排熱を回生する。一方で、エンジン１０の停止後、長時間経過した場合や、イグニションがオフにされた場合など、車両の運用が停止された場合には、排熱の回収が見込めないため、ランキンサイクルシステム３０の稼働を停止する。
【００３７】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ１０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ１０７に移行する。
【００３８】
ステップＳ１０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００３９】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。
【００４０】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、例えば、車両が停車したアイドル状態である場合や、減速時や低速、定常走行時などエンジンの回転速度が所定値よりも低い場合である。
【００４１】
そして、このようにエンジン１０の負荷が低い状態でランキンサイクルシステム３０を稼働させた場合に、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになってしまうことが見込まれる場合に、エンジン１０の負荷が低いと判定する。
【００４２】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ１０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ１０６に移行する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、制御装置４０は、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。このとき、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１０５）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００４４】
この状態では、蒸発器３１により媒体が昇温されるが、この回収された熱エネルギーは、サージタンク３２によって一時的に蓄積される。
【００４５】
一方、ステップＳ１０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、エンジン１０の排熱を回収するべく、ステップＳ１０６に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。
【００４６】
ステップＳ１０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ１０７に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１０８）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００４７】
このように、本発明の第１の実施形態では、エンジン１０の負荷が低くエネルギーの収支が見込めない場合に、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞して、サージタンク３２に媒体を貯留しておく。このように構成することによって、膨張器３４での圧力不足によってランキンサイクルシステム３０での負荷が増大することを防ぐことができる。
【００４８】
また、エンジン１０の負荷が低いときにも、蒸発器３１により回収した熱エネルギーをサージタンク３２に貯留しておくことで、排熱を回収することができる。また、エンジン１０の負荷が再び高負荷になったときに、回収した熱エネルギーを使用できるので、低負荷時に回収した熱エネルギーを無駄にすることなく、発電機５０により電気エネルギーとして回生することができる。
【００４９】
さらに、エンジン１０の負荷が低いと判断してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞するときにポンプ３６を駆動させることによって、サージタンク３２の内圧を高めることにより媒体を貯留しておくことができる。また、エンジン１０の負荷が低いと判断してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞するときにファン３８を停止することによって、ファン３８の使用電力を減らして収支がマイナスになることを防ぐことができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５１】
第２の実施形態では、サージタンク３２の内圧に応じて、出口弁３３の開閉を制御するように構成した。なお、第２の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。
【００５２】
図３は、第２の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００５３】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００５４】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。
【００５５】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ２０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ２０８に移行する。
【００５６】
ステップＳ２０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００５７】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
【００５８】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、前述のように、エンジン１０の負荷が低く、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになることが見込まれる場合である。
【００５９】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ２０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０７に移行する。
【００６０】
ステップＳ２０３では、制御装置４０は、センサ３２ａによって計測したサージタンク３２の内圧が、第１の所定値以上であるか否かを判定する。
【００６１】
この第１の所定値は、サージタンク３２の内圧が十分に高く、媒体の熱エネルギーによって膨張器３４に十分な回転エネルギーを与え、この回転エネルギーによって発電機５０を十分に発電させることができるか否かの閾値である。
【００６２】
サージタンク３２の内圧が第１の所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ２０４に移行する。サージタンク３２の内圧が第１の所定値に満たないと判定した場合は、ステップＳ２０５に移行する。
【００６３】
ステップＳ２０４では、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ２０５では、十分な排熱の回収が行えない状態であると判断し、制御装置４０は、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２０６）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６５】
ステップＳ２０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０７に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、発電機５０を発電する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６６】
ステップＳ２０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ２０８に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２０９）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００６７】
このように、本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、エンジン１０の負荷が低い場合に媒体をサージタンク３２に貯留するが、サージタンク３２の内圧が十分に高くなったと判断した場合は、この媒体によって膨張器３４に回転エネルギーを与えるように制御する。このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合にも排熱を回収できるとともに、サージタンク３２によって熱エネルギーが十分に貯留されていると判断した場合は、これを膨張器３４に送ることによって、発電機５０による発電を行い、熱エネルギーを電気エネルギーに回生することができる。
【００６８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６９】
第３の実施形態では、サージタンク３２の内圧に応じて、出口弁３３の開度とクラッチ３７の断続を制御するように構成した。なお、第３の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。
【００７０】
図４は、第３の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。
【００７１】
このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。
【００７２】
まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。
【００７３】
ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ３０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ３０６に移行する。
【００７４】
ステップＳ３０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４と発電機５０とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機５０が発電する。
【００７５】
次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。
【００７６】
エンジン１０の負荷が低い場合とは、前述のように、エンジン１０の負荷が低く、ファン３８やポンプ３６の使用電力が発電機５０の発電力を上回り、収支がマイナスになることが見込まれる場合である。
【００７７】
エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ３０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ３０５に移行する。
【００７８】
ステップＳ３０４では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に基づいて、出口弁３３の開度と、クラッチ３７の断続とを制御する（低負荷時の制御）。このとき制御装置４０は、出口弁３３を閉塞する場合、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止する。
【００７９】
また、ステップＳ３０５では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に基づいて、出口弁３３の開度と、クラッチ３７の断続とを制御する（通常運転時の制御）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００８０】
なお、これらステップＳ３０４及びＳ３０５の制御は図５で後述する。
【００８１】
ステップＳ３０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ３０６に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ３０７）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。
【００８２】
図５は、本発明の第３の実施形態の制御装置４０により実行されるサージタンク３２の制御の説明図である。なお、図５（ａ）は、図４のステップＳ３０４の低負荷時の制御を示し、図５（ｂ）は、図４のステップＳ３０５の通常運転時の制御を示す。
【００８３】
図５（ａ）に示す低負荷時の制御では、制御装置４０は、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧が所定の圧力以上である場合に、出口弁３３の開度をサージタンク３２の内圧に応じて開弁し、かつ、クラッチ３７を締結する。
【００８４】
特に、低負荷時の制御では、出口弁３３を開弁するか否かを決定するサージタンク３２の内圧を、次に説明する通常運転時の制御と比較して高く設定している。
【００８５】
エンジン１０の低負荷時には、大幅な排熱の回収は望めないため、ポンプ３６を駆動させつつファン３８を停止してサージタンク３２に熱エネルギーを持った媒体を貯留しておく。このとき、貯留された熱エネルギーを頻繁に放出ししまうと、熱エネルギーを十分に蓄積するまでにさらに時間がかかってしまう。また、次回エンジン１０の運転状態が高負荷となったときに、電気エネルギーとして回生させることができれば、エンジン１０の負荷を直ちに補助できる。
【００８６】
そこで、サージタンク３２の内圧が十分に高く、熱エネルギーの一部を放出したとしても貯留されている熱エネルギーを十分に保持できるように、出口弁３３の開弁を制御する。
【００８７】
このようにすることによって、エンジン１０が低負荷時にも排熱を回収し、熱エネルギーが十分蓄積された場合には発電も行うことができる。そして、車両の加速時などエンジン１０が高負荷になった場合には、貯留された熱エネルギーによって発電機５０を発電させることで、直ちにエンジン１０の負荷を補助できる。
【００８８】
一方、図５（ｂ）に示す通常運転時では、制御装置４０は、サージタンク３２の内圧が極端に低い場合を除き、クラッチ３７を締結して、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３の開度を制御する。
【００８９】
このように、サージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３の開度をリニアに制御することによって、運転状態の変動による媒体の圧力の変動を抑えることができるので、運転状態に左右されにくい安定した排熱の回生を行える。
【００９０】
以上のように、本発明の実施形態では、エンジン１０の排熱を回生するランキンサイクルシステム３０において、蒸発器３１において熱交換を行い気相となった媒体を一時的に貯留するサージタンク３２と、貯留された媒体を膨張器３４へと流通させるかを制御する出口弁３３と、を備えた。このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合にも、熱交換を行った媒体を貯留しておくことができ、エンジン１０の排熱を無駄なく回収することができる。
【００９１】
また、回収された熱エネルギーは、エンジン１０の負荷に応じて出口弁３３を制御することにより、膨張器３４に送られ、発電機５０によって電気エネルギーへと回生することができる。このように、エンジン１０の排熱を効率よく回生することによって、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００９２】
なお、本発明の実施形態では、膨張器３４の回転エネルギーを発電機５０に伝え、発電により電気エネルギーとして回生する構成を示したが、その他のエネルギーに回生するように構成してもよい。例えば、膨張器３４の回転エネルギーをエアコンのコンプレッサに接続して、コンプレッサの動力を補助してもよい。また、膨張器３４の回転エネルギーをエンジン１０のクランクシャフトに伝え、直接エンジン１０の駆動トルクを補助するように構成してもよい。
【００９３】
また、本発明の実施形態では、凝縮器３５のファン３８とラジエタ２１のファン２４とを別々に設けたが、これら凝縮器３５とラジエタ２１とを近接させて、一つのファンで共有しても構わない。この場合は、エンジンの負荷が低い状態でも、ラジエタ２１で冷却水の冷却を促進する必要がない場合だけファンを停止する。すなわち、エンジンの負荷が低い状態でも、ラジエタ２１で冷却水の冷却を促進する必要がある場合、冷却水の冷却を優先するためにファンを回転させる。
【００９４】
１０ エンジン（内燃機関）
２０ エンジン冷却システム
２３ 排熱回収器
３０ ランキンサイクルシステム（排熱回生システム）
３１ 蒸発器
３２ サージタンク（貯留部）
３２ａ センサ（圧力測定手段）
３３ 出口弁
３４ 膨張器
３５ 凝縮器
３６ ポンプ
３７ クラッチ（断続手段）
４０ 制御装置
５０ 発電機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、前記昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、前記昇温された媒体を冷却する凝縮器と、前記媒体を循環させるポンプと、を備え、前記内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、
前記蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留された媒体を前記膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、
を備えることを特徴とする排熱回生システム。
【請求項２】
前記膨張器と同軸に備えられる発電機と、
前記出口弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記出口弁を閉弁することを特徴とする請求項１に記載の排熱回生システム。
【請求項３】
前記貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段を備え、
前記制御装置は、
前記貯留部の圧力が所定値以上である場合に、前記出口弁を開弁することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項４】
前記貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段を備え、
前記制御装置は、
前記貯留部の圧力に応じて、前記出口弁の開度を制御することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項５】
前記凝縮器の媒体の冷却を促進するファンを備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記ポンプを駆動するとともに、前記ファンを停止することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項６】
前記内燃機関の冷却水を冷却するラジエタと、
前記凝縮器の媒体の冷却を促進するファンと共有であって、前記内燃機関の冷却水の冷却を促進するファンと、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の冷却水の冷却を促進する必要がないとする場合であって、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記ポンプを駆動するとともに、前記ファンを停止することを特徴とする請求項５に記載の排熱回生システム。
【請求項１】
内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、前記昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、前記昇温された媒体を冷却する凝縮器と、前記媒体を循環させるポンプと、を備え、前記内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、
前記蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留された媒体を前記膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、
を備えることを特徴とする排熱回生システム。
【請求項２】
前記膨張器と同軸に備えられる発電機と、
前記出口弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記出口弁を閉弁することを特徴とする請求項１に記載の排熱回生システム。
【請求項３】
前記貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段を備え、
前記制御装置は、
前記貯留部の圧力が所定値以上である場合に、前記出口弁を開弁することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項４】
前記貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段を備え、
前記制御装置は、
前記貯留部の圧力に応じて、前記出口弁の開度を制御することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項５】
前記凝縮器の媒体の冷却を促進するファンを備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記ポンプを駆動するとともに、前記ファンを停止することを特徴とする請求項２に記載の排熱回生システム。
【請求項６】
前記内燃機関の冷却水を冷却するラジエタと、
前記凝縮器の媒体の冷却を促進するファンと共有であって、前記内燃機関の冷却水の冷却を促進するファンと、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の冷却水の冷却を促進する必要がないとする場合であって、前記内燃機関の負荷が低い場合に、前記ポンプを駆動するとともに、前記ファンを停止することを特徴とする請求項５に記載の排熱回生システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２９９９９（Ｐ２０１０−２２９９９９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１７６４（Ｐ２０１０−４１７６４）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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