膨張機制御装置
【課題】膨張機に設定される設定圧力差を常に維持しながら過膨張を防止すると共に、安定した膨張仕事が得られる膨張機制御装置を提供する。
【解決手段】膨張機の制御装置において、高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機１１２と、膨張機１１２の駆動力によって作動されて、発電する発電機１２０と、膨張機１１２の高圧側、および低圧側間の圧力差ΔＰを検出する圧力差検出手段１３０と、圧力差検出手段１３０によって検出された圧力差ΔＰが予め定めた所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時に、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させる圧力差増加手段１４０とを設ける。
【解決手段】膨張機の制御装置において、高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機１１２と、膨張機１１２の駆動力によって作動されて、発電する発電機１２０と、膨張機１１２の高圧側、および低圧側間の圧力差ΔＰを検出する圧力差検出手段１３０と、圧力差検出手段１３０によって検出された圧力差ΔＰが予め定めた所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時に、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させる圧力差増加手段１４０とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の作動流体の膨張によって作動される膨張機の制御装置に関するものであり、例えば、車両に搭載されるランキンサイクルに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張機として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとの間に膨張室が形成されるスクロール型の膨張機であり、冷媒の吐出側となる吐出空間および膨張室を連通する制御通路と、吐出空間および膨張室の圧力差に応じて上記制御通路を開閉するバルブ機構とを有している。そして、膨張機の高圧側と低圧側との圧力差（特許文献１中では圧力比）が、所定の圧力差よりも小さくなる場合は、その圧力差によって膨張可能となる容積まで膨張室が膨張した後に、膨張室の圧力≦吐出空間の圧力となって、バルブ機構が開かれる。そして、膨張室と吐出空間の圧力が一定となり膨張が停止されることになり、過膨張作動が防止されて、効率の良い運転を可能としている。
【特許文献１】特開平１０−２６６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、膨張機における圧力差が本来設定する設定圧力差に対して、何らかの要因で小さくなった場合に、その成り行きの中で過膨張を防止するものであって、設定圧力差を常に維持しながら、その設定圧力差に基づく膨張機での膨張仕事を積極的に取り出すという思想にはなっていない。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、膨張機に設定される設定圧力差を常に維持しながら過膨張を防止すると共に、安定した膨張仕事が得られる膨張機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、膨張機制御装置において、高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機（１１２）と、膨張機（１１２）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（１２０）と、膨張機（１１２）の高圧側、および低圧側間の圧力差（ΔＰ）を検出する圧力差検出手段（１３０）と、圧力差検出手段（１３０）によって検出された圧力差（ΔＰ）が予め定めた所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回った時に、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させる圧力差増加手段（１４０）とを設けることを特徴としている。
【０００７】
これにより、膨張機（１１２）における圧力差（ΔＰ）が所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回ることがないように維持しつつ、膨張機（１１２）を作動させることができるので、膨張機（１１２）の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差（ΔＰｔｈ）に基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、膨張機（１１２）は、作動流体の膨張によって固定スクロールに対して公転作動される旋回スクロールを有し、旋回スクロールには、公転作動に伴って駆動力を出力すると共に、作動流体の膨張時に両スクロールを互いに押付けるように作用する従動クランク機構が設けられたスクロール型膨張機（１１２）であることを特徴としている。
【０００９】
従動クランク機構を有するスクロール型膨張機（１１２）においては、過膨張作動が発生した時に、両スクロールの干渉によるカタカタ音の発生や、旋回スクロールの傾転による偏磨耗の発生が顕著となる（詳細は、後述する実施形態中で説明）。よって、請求項２に記載の発明は、膨張機（１１２）が従動クランク機構を有するスクロール型のものである場合に、過膨張を防止することで、カタカタ音や偏磨耗を防止するために極めて有効なものとなる。
【００１０】
圧力差検出手段（１４０）としては、請求項３に記載の発明のように、膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）と、低圧側圧力（Ｐ２）とをそれぞれ検出する圧力検出部（１３１、１３２）と、圧力検出部（１３１、１３２）によって検出された高圧側圧力（Ｐ１）と低圧側圧力（Ｐ２）との差を圧力差（ΔＰ）として演算する演算部（１３３）とから構成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、圧力差増加手段（１４０）は、発電機（１２０）と、この発電機（１２０）の作動回転数を低下させる回転数低下手段（１４１）とから成ることを特徴としている。
【００１２】
これにより、発電機（１２０）と共に膨張機（１１２）の作動回転数も低下され、作動流体にとっては膨張機（１１２）が流通抵抗となるので、膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）を上昇させることができ、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００１３】
上記回転数低下手段（１４１）としては、請求項５に記載の発明のように、発電機（１２０）の作動回転数を制御するインバータ（１４１）とすることができる。
【００１４】
また、上記回転数低下手段は、請求項６に記載の発明のように、発電機（１２０）の回転子コイルの励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる磁束密度上昇手段としても良い。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、圧力差増加手段（１４０）は、ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる凝縮器（１１３）と、この凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させる凝縮能力増加手段（１４２）とから成ることを特徴としている。
【００１６】
これにより、凝縮器（１１３）による作動流体の凝縮液化が促進されて、低圧側圧力（Ｐ２）を低下させることができるので、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００１７】
上記凝縮能力増加手段（１４２）としては、請求項８に記載の発明のように、凝縮器（１１３）に冷却用空気を供給すると共に、この冷却用空気の流量を増加させる送風機（１４２）とすることができる。凝縮器（１１３）に供給する冷却用空気の流量を増大することで、凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明では、膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、圧力差増加手段（１４０）は、ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる液相作動流体を高圧側に圧送する液ポンプ（１１４）と、この液ポンプ（１１４）の回転速度を増加させる回転数増加手段（１４４）とから成ることを特徴としている。
【００１９】
これにより、高圧側圧力（Ｐ１）を上昇させることができるので、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００２０】
上記回転速度増加手段（１４４）としては、請求項１０に記載の発明のように、液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の回転数を制御するポンプ用インバータ（１４４）とすることができる。
【００２１】
また、上記回転速度増加手段は、請求項１１の記載の発明ように、液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる磁束密度低下手段としても良い。
【００２２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１、図２に示し、まず、具体的な構成について図１を用いて説明する。第１実施形態は、本発明の膨張機制御装置を車両に搭載されるランキンサイクル１１０に使用される膨張機１１２に適用したものである。
【００２４】
対象となる車両は、図示しない水冷式のエンジン（内燃機関）を走行用駆動源とする一般乗用車であり、この車両にはエンジンの駆動力によって駆動されて発電するオルタネータ１１を備えている。オルタネータ１１によって発電された電力は後述するインバータ１４１によってバッテリ１２に充電されると共に、バッテリ１２に充電された電力は、車両電気負荷（ヘッドランプ、ワイパー、オーディオ等）１３に供給されるようになっている。
【００２５】
ランキンサイクル１１０は、上記エンジンで発生した廃熱エネルギー（冷却水の熱エネルギー）を回収すると共に、この廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものである。ランキンサイクル１１０は、液ポンプ１１４、加熱器１１１、膨張機１１２、凝縮器１１３を有し、これらが順次接続されて閉回路を形成している。
【００２６】
ポンプ１１４は、ランキンサイクル１１０内の冷媒（本発明における作動流体に対応）を循環させる流体機械であり、図示しない電動機の駆動力によって作動されるようになっている。電動機の作動は、ポンプ用インバータ（図示せず）によって制御されるようになっている。
【００２７】
加熱器１１１は、内部に２つの流路が形成された熱交換器であり、それぞれの流路には、上記ポンプ１１４から送られる冷媒と、エンジン冷却用の高温の冷却水とが流通するようになっている。そして、加熱器１１１は、冷媒と冷却水との間で熱交換することにより、冷媒を加熱して高温高圧の過熱蒸気冷媒とする。
【００２８】
膨張機１１２は、加熱器１１１で加熱された過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動力を発生させる流体機械である。ここでは本膨張機１１２は、固定スクロールと旋回スクロールとを有するスクロール型膨張機１１２としている。
【００２９】
固定スクロールと旋回スクロールとの間には膨張室が形成されて、この膨張室で過熱蒸気冷媒が膨張すると、固定スクロールに対して旋回スクロールが公転作動されるようになっている。旋回スクロールには、従動クランク機構が接続されておりおり、従動クランク機構は、旋回スクロールの公転作動に伴い回転して、回転駆動力として出力する。尚、従動クランク機構は、シャフトに対して偏心した駆動ピンに、軸心に対する偏心穴を有する円筒状のブッシュが回転可能に装着されたものであり、冷媒の膨張時に固定スクロールに対して旋回スクロールを押付けるように作用する。
【００３０】
凝縮器１１３は、冷却用空気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。凝縮器１１３には、凝縮器１１３の熱交換部に冷却用空気を供給する送風機１４２が設けられている。そして、凝縮器１１３の冷媒流出側は、液ポンプ１１４に接続されている。
【００３１】
膨張機１１２の冷媒流入側、更に具体的には加熱器１１１と膨張機１１２との間には、ランキンサイクル１１０の高圧側となる冷媒圧力（以下、高圧側圧力Ｐ１）を検出する圧力検出部としての高圧側圧力計１３１が設けられている。高圧側圧力計１３１で検出された圧力信号は、後述するコントローラ１３３に出力されるようになっている。
【００３２】
また、膨張機１１２の冷媒吐出側、更に具体的には膨張機１１２と凝縮器１１３との間には、ランキンサイクル１１０の低圧側となる冷媒圧力（以下、低圧側圧力Ｐ２）を検出する圧力検出部としての低圧側圧力計１３２が設けられている。低圧側圧力計１３２で検出された圧力信号は、後述するコントローラ１３３に出力されるようになっている。
【００３３】
コントローラ１３３は、上記両圧力計１３１、１３２で検出された高圧側圧力Ｐ１と低圧側圧力Ｐ２との差を膨張機１１２における圧力差ΔＰとして演算する演算部であり、演算した圧力差ΔＰを後述するインバータ１４１に出力する。上記高圧側圧力計１３１、低圧側圧力計１３２、コントローラ１３３は、本発明における膨張機１１２の高圧側、および低圧側間の圧力差ΔＰを検出する圧力差検出手段に対応する。
【００３４】
そして、膨張機１１２には、発電機１２０が接続されている。発電機１２０は、膨張機１１２の従動クランク機構（シャフト）に接続されるロータ部（例えば永久磁石から成る回転子）１２１と、このロータ部１２１の外周側に配設される三相のコイルから成るステータ部（固定子）１２２とを有する三相交流式の回転電機である。発電機１２０は、膨張機１１２の回転駆動力によるロータ部１２１の回転作動に伴ってステータ部１２２に電流を発生し、発電機能を果たす。
【００３５】
上記発電機１２０は、ステータ部１２２に接続されるインバータ１４１によって基本の作動が制御されるようになっている。即ち、インバータ１４１は、発電機１２０の発電作動時にステータ部１２２の電流を調整することでロータ部１２１の回転数を制御し、発電量を制御する。そして、発電された電力をバッテリ１２に充電する。また、インバータ１４１は、本発明における回転数低下手段に対応するものであって、コントローラ１３３から得られる圧力差ΔＰに応じてロータ部１２１の回転数を制御する（詳細後述）。尚、上記発電機１２０、およびインバータ１４１は、本発明における圧力差増加手段に対応する。
【００３６】
次に、上記構成に基づく膨張機制御装置（ランキンサイクル１１０）の作動について図２に示す制御フローチャートを加えて説明する。
【００３７】
エンジンの冷却水温度が所定冷却水温度以上となって、エンジンの廃熱が充分得られるようになると、液ポンプ１１４、送風機１４２が作動されて、ランキンサイクル１１０が運転される。
【００３８】
即ち、液ポンプ１１４によって凝縮器１１３からの液冷媒が昇圧されて加熱器１１１に送られ、加熱器１１１において液冷媒は高温の冷却水によって加熱されて過熱蒸気冷媒となる。過熱蒸気冷媒は、膨張機１１２に送られる。膨張機１１２において過熱蒸気冷媒は、膨張室で等エントロピー的に膨張減圧され、旋回スクロールを公転作動させると共に、この旋回スクロールに接続される従動クランク機構に回転駆動力を発生させる。そして、この回転駆動力によって発電機１２０が作動され、発電機１２０で得られた電力はインバータ１４１によってバッテリ１２に充電される。充電された電力は、車両電気負荷１３の作動に使用される。よってオルタネータ１１の負荷が軽減されることになる。尚、膨張機１１２で減圧された冷媒は凝縮器１１３で凝縮液化されて、再び液ポンプ１１４へ吸引される。
【００３９】
ここで、ランキンサイクル１１０の運転においては、加熱器１１１での加熱能力と、凝縮器１１３での凝縮能力とを踏まえて、液ポンプ１１４での昇圧能力を調整して、膨張機１１２における圧力差ΔＰが、この膨張機１１２に必要とされる所定圧力差ΔＰｔｈ（設定圧力差）として得られるようにして、膨張機１１２、および発電機１２０を狙いの回転数で作動させて効率的な発電を行うようにしている。
【００４０】
しかしながら、上記の各能力のバランスが、ランキンサイクル１１０の運転時に何らかの理由によって崩れることで、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回るようになると、膨張機１１２は過膨張作動を引き起こしてしまう。よって、本実施形態では、圧力差検出手段１３０によって得られる圧力差ΔＰに応じて、発電機１２０の回転数を積極的に制御するようにしている。
【００４１】
即ち、図２に示すように、インバータ１４１は、ステップＳ１００のランキンサイクル１１０の運転において、発電機１２０を制御する中で、ステップＳ１１０で膨張機１１２における圧力差ΔＰが、所定圧力差ΔＰｔｈを下回ったか否かを判定する。つまり、各圧力計１３１、１３２から得られた高圧側圧力Ｐ１と低圧側圧力Ｐ２とを基に、コントローラ１３３では、両者の差（Ｐ１−Ｐ２）を圧力差ΔＰとして演算する。そして、インバータ１４１はこの圧力差ΔＰを読み込んで、この読み込んだ圧力差ΔＰと予め定めた所定圧力差ΔＰｔｈとを比較して、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回る場合は、ステップＳ１２０で発電機１２０の回転数を所定量だけ低下させる方向に制御する。
【００４２】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０のように、発電機１２０の回転数を当初の狙い値に維持する。そして、ステップＳ１２０、Ｓ１３０の後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００４３】
以上のように、ステップＳ１２０で発電機１２０の回転数を低下させることにより、共に作動する膨張機１１２の作動回転数を低下させることができる。膨張機１１２の回転数低下により、ランキンサイクル１１０を循環する冷媒にとっては膨張機１１２が流通抵抗となるので、膨張機１１２における高圧側圧力Ｐ１を上昇させることができる。よって、圧力差ΔＰを、所定圧力差ΔＰｔｈに向けて増加させることができ、所定圧力差ΔＰｔｈを確保することができるので、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００４４】
尚、上記圧力差ΔＰの検出にあたっては、各圧力計１３１、１３２とコントローラ１３３とによって圧力差検出手段１４０を構成することで、容易にその対応を可能としている。
【００４５】
また、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段として、発電機１２０とインバータ１４１とで構成することで、確実な対応を可能としている。
【００４６】
また、ここでは膨張機１１２は、従動クランク機構を有するスクロール型膨張機１１２としている。従動クランク機構を有するスクロール型膨張機１１２においては、過膨張作動が発生した時に、従動クランク機構の作用によって膨張室圧力と吐出空間圧力との大小関係が繰り返し逆転することで、両スクロールが互いに離れたり押付けられたりして、いわゆるカタカタ音を発生する。また、スクロール型膨張機１１２の過膨張作動時には、旋回スクロールの摺動面を相手側のスラストプレートに押付ける力が不足して、傾転して片当たりを起こし、偏磨耗が増加する。よって、本実施形態は、膨張機１１２が従動クランク機構を有するスクロール型のものである場合に、過膨張作動を防止することで、カタカタ音や偏磨耗増加を防止するために極めて有効なものとなる。
【００４７】
尚、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段としては、上記発電機１２０のインバータ１４１（回転数低下手段）に代えて、発電機１２０の励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる手段として用いるようにしても良い。つまり、発電機１２１のロータ１２１を上記のような永久磁石に対してコイルから成るものにして、このコイルに通電する電流（励磁電流）を増加させることで磁束密度を上昇させるようにしても良い。これにより、発電機１２０における必要トルクが増大し、回転数を低下させることができ、圧力差ΔＰを増加させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明における第２実施形態を図３、図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、圧力増加手段１４０Ａを凝縮器１１３と送風機（本発明における凝縮能力増加手段に対応）１４２とから構成されるものとしている。尚、図３中において図１と同一の符号のものは、第１実施形態で説明したものと同一であり、詳細説明は割愛する。
【００４９】
ここでは、図３に示すように、凝縮器１１３に冷却用空気を供給する送風機１４２は、電動式の送風機として、その作動回転数がコントローラ１３３によって制御されるようにしている。具体的な作動は、図４に示す制御フローチャートに基づいて行われるようにしている。図４に示す制御フローチャートは、図２で説明したものに対して、ステップＳ１２０、Ｓ１３０をステップＳ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａに変更したものとしている。
【００５０】
即ち、ランキンサイクル１１０の運転制御において（ステップＳ１００）、ステップＳ１１０の判定で、膨張機１１２における圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回ると、ステップＳ１２０Ａで、コントローラ１３３は、送風機１４２の作動回転数を所定回転数だけ上昇させる方向に制御する。つまり送風機１４２が凝縮器１１３に供給する冷却用空気の流量を所定量増加させる。
【００５１】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０Ａのように、送風機１４２の作動回転数を当初の狙い値に維持する。そして、ステップＳ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａの後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００５２】
以上のように、ステップＳ１２０Ａで送風機１４２の回転数を上昇させることにより、凝縮器１１３による冷媒の凝縮液化が促進されて、低圧側圧力Ｐ２を低下させることができるので、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させることができる。よって、上記第１実施形態と同様に、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００５３】
（第３実施形態）
本発明における第３実施形態を図５、図６に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、圧力増加手段１４０Ｂを液ポンプ１１４と、液ポンプ１４３駆動用の電動機１４３と、電動機１４３を制御するポンプ用インバータ（本発明における回転数増加手段に対応）１４４とから構成されるものとしている。ポンプ用インバータ１４４は、コントローラ１３３から圧力差ΔＰを読み込んで、電動機１４３を制御するようにしている。尚、図５中においてその他の構成で図１と同一の符号のものは、第１実施形態で説明したものと同一であり、詳細説明は割愛する。
【００５４】
具体的な作動は、図６に示す制御フローチャートに基づいて行われるようにしている。図６に示す制御フローチャートは、図２で説明したものに対して、ステップＳ１２０、Ｓ１３０をステップＳ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂに変更したものとしている。
【００５５】
即ち、ランキンサイクル１１０の運転制御において（ステップＳ１００）、ステップＳ１１０の判定で、膨張機１１２における圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回ると、ステップＳ１２０Ｂで、ポンプ用インバータ１４４は、電動機１４３の作動回転数を所定回転数だけ上昇させる方向に制御する。つまりポンプ１４３の昇圧能力を増加させる。
【００５６】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０Ｂのように、電動機１４３の作動回転数を当初の狙い値に維持して、液ポンプ１１４の昇圧能力を維持する。そして、ステップＳ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂの後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００５７】
以上のように、ステップＳ１２０Ｂでポンプ１４３の昇圧能力を増加させることにより、高圧側圧力Ｐ１を上昇させることができるので、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させることができる。よって、上記第１実施形態と同様に、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００５８】
尚、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段としては、上記電動機１４３のポンプ用インバータ１４４（回転数増加手段）に代えて、電動機１４３の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる手段として用いるようにしても良い。つまり、電動機１４３のロータをコイルから成るものにして、このコイルに通電する電流（励磁電流）を低下させることで磁束密度を低下させるようにしても良い。これにより、電動機１４３における必要トルクが低下し、回転数を増加させることができ、液ポンプ１１４の昇圧能力を上げて圧力差ΔＰを増加させることができる。
【００５９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、圧力差検出手段を構成する圧力検出部としての高圧側圧力計１３１、および低圧側圧力計１３２を、加熱器１１１と膨張機１１２との間、および膨張機１１２と凝縮器１１３との間にそれぞれ配設したが、これに限らず、高圧側圧力計１３１を液ポンプ１１４と加熱器１１１との間に、低圧側圧力計１３２を凝縮器１１３と液ポンプ１１４との間にそれぞれ配設するようにしても良い。
【００６０】
また、本発明の膨張機制御装置をランキンサイクル１１０に使用される膨張機１１２に適用したものとして説明したが、これに限らず、例えばブレイトンサイクルに使用される膨張機（タービン）に適用しても良い。
【００６１】
また、ランキンサイクル１１０は車両に使用されるものとしたが、これに限らず他の工業用のものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【図３】第２実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図４】第２実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【図５】第３実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図６】第３実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１１０ ランキンサイクル
１１２ 膨張機
１１３ 凝縮器
１１４ 液ポンプ
１２０ 発電機
１３０ 圧力差検出手段
１３１ 高圧側圧力計（圧力検出部）
１３２ 低圧側圧力計（圧力検出部）
１３３ コントローラ（演算部）
１４０ 圧力増加手段
１４１ インバータ（回転数低下手段）
１４２ 送風機（凝縮能力増加手段）
１４３ 電動機
１４４ ポンプ用インバータ（回転数増加手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の作動流体の膨張によって作動される膨張機の制御装置に関するものであり、例えば、車両に搭載されるランキンサイクルに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張機として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この膨張機は、固定スクロールと旋回スクロールとの間に膨張室が形成されるスクロール型の膨張機であり、冷媒の吐出側となる吐出空間および膨張室を連通する制御通路と、吐出空間および膨張室の圧力差に応じて上記制御通路を開閉するバルブ機構とを有している。そして、膨張機の高圧側と低圧側との圧力差（特許文献１中では圧力比）が、所定の圧力差よりも小さくなる場合は、その圧力差によって膨張可能となる容積まで膨張室が膨張した後に、膨張室の圧力≦吐出空間の圧力となって、バルブ機構が開かれる。そして、膨張室と吐出空間の圧力が一定となり膨張が停止されることになり、過膨張作動が防止されて、効率の良い運転を可能としている。
【特許文献１】特開平１０−２６６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、膨張機における圧力差が本来設定する設定圧力差に対して、何らかの要因で小さくなった場合に、その成り行きの中で過膨張を防止するものであって、設定圧力差を常に維持しながら、その設定圧力差に基づく膨張機での膨張仕事を積極的に取り出すという思想にはなっていない。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、膨張機に設定される設定圧力差を常に維持しながら過膨張を防止すると共に、安定した膨張仕事が得られる膨張機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、膨張機制御装置において、高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機（１１２）と、膨張機（１１２）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（１２０）と、膨張機（１１２）の高圧側、および低圧側間の圧力差（ΔＰ）を検出する圧力差検出手段（１３０）と、圧力差検出手段（１３０）によって検出された圧力差（ΔＰ）が予め定めた所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回った時に、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させる圧力差増加手段（１４０）とを設けることを特徴としている。
【０００７】
これにより、膨張機（１１２）における圧力差（ΔＰ）が所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回ることがないように維持しつつ、膨張機（１１２）を作動させることができるので、膨張機（１１２）の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差（ΔＰｔｈ）に基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、膨張機（１１２）は、作動流体の膨張によって固定スクロールに対して公転作動される旋回スクロールを有し、旋回スクロールには、公転作動に伴って駆動力を出力すると共に、作動流体の膨張時に両スクロールを互いに押付けるように作用する従動クランク機構が設けられたスクロール型膨張機（１１２）であることを特徴としている。
【０００９】
従動クランク機構を有するスクロール型膨張機（１１２）においては、過膨張作動が発生した時に、両スクロールの干渉によるカタカタ音の発生や、旋回スクロールの傾転による偏磨耗の発生が顕著となる（詳細は、後述する実施形態中で説明）。よって、請求項２に記載の発明は、膨張機（１１２）が従動クランク機構を有するスクロール型のものである場合に、過膨張を防止することで、カタカタ音や偏磨耗を防止するために極めて有効なものとなる。
【００１０】
圧力差検出手段（１４０）としては、請求項３に記載の発明のように、膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）と、低圧側圧力（Ｐ２）とをそれぞれ検出する圧力検出部（１３１、１３２）と、圧力検出部（１３１、１３２）によって検出された高圧側圧力（Ｐ１）と低圧側圧力（Ｐ２）との差を圧力差（ΔＰ）として演算する演算部（１３３）とから構成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、圧力差増加手段（１４０）は、発電機（１２０）と、この発電機（１２０）の作動回転数を低下させる回転数低下手段（１４１）とから成ることを特徴としている。
【００１２】
これにより、発電機（１２０）と共に膨張機（１１２）の作動回転数も低下され、作動流体にとっては膨張機（１１２）が流通抵抗となるので、膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）を上昇させることができ、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００１３】
上記回転数低下手段（１４１）としては、請求項５に記載の発明のように、発電機（１２０）の作動回転数を制御するインバータ（１４１）とすることができる。
【００１４】
また、上記回転数低下手段は、請求項６に記載の発明のように、発電機（１２０）の回転子コイルの励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる磁束密度上昇手段としても良い。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、圧力差増加手段（１４０）は、ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる凝縮器（１１３）と、この凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させる凝縮能力増加手段（１４２）とから成ることを特徴としている。
【００１６】
これにより、凝縮器（１１３）による作動流体の凝縮液化が促進されて、低圧側圧力（Ｐ２）を低下させることができるので、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００１７】
上記凝縮能力増加手段（１４２）としては、請求項８に記載の発明のように、凝縮器（１１３）に冷却用空気を供給すると共に、この冷却用空気の流量を増加させる送風機（１４２）とすることができる。凝縮器（１１３）に供給する冷却用空気の流量を増大することで、凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明では、膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、圧力差増加手段（１４０）は、ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる液相作動流体を高圧側に圧送する液ポンプ（１１４）と、この液ポンプ（１１４）の回転速度を増加させる回転数増加手段（１４４）とから成ることを特徴としている。
【００１９】
これにより、高圧側圧力（Ｐ１）を上昇させることができるので、所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように圧力差（ΔＰ）を増加させることができる。
【００２０】
上記回転速度増加手段（１４４）としては、請求項１０に記載の発明のように、液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の回転数を制御するポンプ用インバータ（１４４）とすることができる。
【００２１】
また、上記回転速度増加手段は、請求項１１の記載の発明ように、液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる磁束密度低下手段としても良い。
【００２２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１、図２に示し、まず、具体的な構成について図１を用いて説明する。第１実施形態は、本発明の膨張機制御装置を車両に搭載されるランキンサイクル１１０に使用される膨張機１１２に適用したものである。
【００２４】
対象となる車両は、図示しない水冷式のエンジン（内燃機関）を走行用駆動源とする一般乗用車であり、この車両にはエンジンの駆動力によって駆動されて発電するオルタネータ１１を備えている。オルタネータ１１によって発電された電力は後述するインバータ１４１によってバッテリ１２に充電されると共に、バッテリ１２に充電された電力は、車両電気負荷（ヘッドランプ、ワイパー、オーディオ等）１３に供給されるようになっている。
【００２５】
ランキンサイクル１１０は、上記エンジンで発生した廃熱エネルギー（冷却水の熱エネルギー）を回収すると共に、この廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものである。ランキンサイクル１１０は、液ポンプ１１４、加熱器１１１、膨張機１１２、凝縮器１１３を有し、これらが順次接続されて閉回路を形成している。
【００２６】
ポンプ１１４は、ランキンサイクル１１０内の冷媒（本発明における作動流体に対応）を循環させる流体機械であり、図示しない電動機の駆動力によって作動されるようになっている。電動機の作動は、ポンプ用インバータ（図示せず）によって制御されるようになっている。
【００２７】
加熱器１１１は、内部に２つの流路が形成された熱交換器であり、それぞれの流路には、上記ポンプ１１４から送られる冷媒と、エンジン冷却用の高温の冷却水とが流通するようになっている。そして、加熱器１１１は、冷媒と冷却水との間で熱交換することにより、冷媒を加熱して高温高圧の過熱蒸気冷媒とする。
【００２８】
膨張機１１２は、加熱器１１１で加熱された過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動力を発生させる流体機械である。ここでは本膨張機１１２は、固定スクロールと旋回スクロールとを有するスクロール型膨張機１１２としている。
【００２９】
固定スクロールと旋回スクロールとの間には膨張室が形成されて、この膨張室で過熱蒸気冷媒が膨張すると、固定スクロールに対して旋回スクロールが公転作動されるようになっている。旋回スクロールには、従動クランク機構が接続されておりおり、従動クランク機構は、旋回スクロールの公転作動に伴い回転して、回転駆動力として出力する。尚、従動クランク機構は、シャフトに対して偏心した駆動ピンに、軸心に対する偏心穴を有する円筒状のブッシュが回転可能に装着されたものであり、冷媒の膨張時に固定スクロールに対して旋回スクロールを押付けるように作用する。
【００３０】
凝縮器１１３は、冷却用空気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。凝縮器１１３には、凝縮器１１３の熱交換部に冷却用空気を供給する送風機１４２が設けられている。そして、凝縮器１１３の冷媒流出側は、液ポンプ１１４に接続されている。
【００３１】
膨張機１１２の冷媒流入側、更に具体的には加熱器１１１と膨張機１１２との間には、ランキンサイクル１１０の高圧側となる冷媒圧力（以下、高圧側圧力Ｐ１）を検出する圧力検出部としての高圧側圧力計１３１が設けられている。高圧側圧力計１３１で検出された圧力信号は、後述するコントローラ１３３に出力されるようになっている。
【００３２】
また、膨張機１１２の冷媒吐出側、更に具体的には膨張機１１２と凝縮器１１３との間には、ランキンサイクル１１０の低圧側となる冷媒圧力（以下、低圧側圧力Ｐ２）を検出する圧力検出部としての低圧側圧力計１３２が設けられている。低圧側圧力計１３２で検出された圧力信号は、後述するコントローラ１３３に出力されるようになっている。
【００３３】
コントローラ１３３は、上記両圧力計１３１、１３２で検出された高圧側圧力Ｐ１と低圧側圧力Ｐ２との差を膨張機１１２における圧力差ΔＰとして演算する演算部であり、演算した圧力差ΔＰを後述するインバータ１４１に出力する。上記高圧側圧力計１３１、低圧側圧力計１３２、コントローラ１３３は、本発明における膨張機１１２の高圧側、および低圧側間の圧力差ΔＰを検出する圧力差検出手段に対応する。
【００３４】
そして、膨張機１１２には、発電機１２０が接続されている。発電機１２０は、膨張機１１２の従動クランク機構（シャフト）に接続されるロータ部（例えば永久磁石から成る回転子）１２１と、このロータ部１２１の外周側に配設される三相のコイルから成るステータ部（固定子）１２２とを有する三相交流式の回転電機である。発電機１２０は、膨張機１１２の回転駆動力によるロータ部１２１の回転作動に伴ってステータ部１２２に電流を発生し、発電機能を果たす。
【００３５】
上記発電機１２０は、ステータ部１２２に接続されるインバータ１４１によって基本の作動が制御されるようになっている。即ち、インバータ１４１は、発電機１２０の発電作動時にステータ部１２２の電流を調整することでロータ部１２１の回転数を制御し、発電量を制御する。そして、発電された電力をバッテリ１２に充電する。また、インバータ１４１は、本発明における回転数低下手段に対応するものであって、コントローラ１３３から得られる圧力差ΔＰに応じてロータ部１２１の回転数を制御する（詳細後述）。尚、上記発電機１２０、およびインバータ１４１は、本発明における圧力差増加手段に対応する。
【００３６】
次に、上記構成に基づく膨張機制御装置（ランキンサイクル１１０）の作動について図２に示す制御フローチャートを加えて説明する。
【００３７】
エンジンの冷却水温度が所定冷却水温度以上となって、エンジンの廃熱が充分得られるようになると、液ポンプ１１４、送風機１４２が作動されて、ランキンサイクル１１０が運転される。
【００３８】
即ち、液ポンプ１１４によって凝縮器１１３からの液冷媒が昇圧されて加熱器１１１に送られ、加熱器１１１において液冷媒は高温の冷却水によって加熱されて過熱蒸気冷媒となる。過熱蒸気冷媒は、膨張機１１２に送られる。膨張機１１２において過熱蒸気冷媒は、膨張室で等エントロピー的に膨張減圧され、旋回スクロールを公転作動させると共に、この旋回スクロールに接続される従動クランク機構に回転駆動力を発生させる。そして、この回転駆動力によって発電機１２０が作動され、発電機１２０で得られた電力はインバータ１４１によってバッテリ１２に充電される。充電された電力は、車両電気負荷１３の作動に使用される。よってオルタネータ１１の負荷が軽減されることになる。尚、膨張機１１２で減圧された冷媒は凝縮器１１３で凝縮液化されて、再び液ポンプ１１４へ吸引される。
【００３９】
ここで、ランキンサイクル１１０の運転においては、加熱器１１１での加熱能力と、凝縮器１１３での凝縮能力とを踏まえて、液ポンプ１１４での昇圧能力を調整して、膨張機１１２における圧力差ΔＰが、この膨張機１１２に必要とされる所定圧力差ΔＰｔｈ（設定圧力差）として得られるようにして、膨張機１１２、および発電機１２０を狙いの回転数で作動させて効率的な発電を行うようにしている。
【００４０】
しかしながら、上記の各能力のバランスが、ランキンサイクル１１０の運転時に何らかの理由によって崩れることで、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回るようになると、膨張機１１２は過膨張作動を引き起こしてしまう。よって、本実施形態では、圧力差検出手段１３０によって得られる圧力差ΔＰに応じて、発電機１２０の回転数を積極的に制御するようにしている。
【００４１】
即ち、図２に示すように、インバータ１４１は、ステップＳ１００のランキンサイクル１１０の運転において、発電機１２０を制御する中で、ステップＳ１１０で膨張機１１２における圧力差ΔＰが、所定圧力差ΔＰｔｈを下回ったか否かを判定する。つまり、各圧力計１３１、１３２から得られた高圧側圧力Ｐ１と低圧側圧力Ｐ２とを基に、コントローラ１３３では、両者の差（Ｐ１−Ｐ２）を圧力差ΔＰとして演算する。そして、インバータ１４１はこの圧力差ΔＰを読み込んで、この読み込んだ圧力差ΔＰと予め定めた所定圧力差ΔＰｔｈとを比較して、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回る場合は、ステップＳ１２０で発電機１２０の回転数を所定量だけ低下させる方向に制御する。
【００４２】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０のように、発電機１２０の回転数を当初の狙い値に維持する。そして、ステップＳ１２０、Ｓ１３０の後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００４３】
以上のように、ステップＳ１２０で発電機１２０の回転数を低下させることにより、共に作動する膨張機１１２の作動回転数を低下させることができる。膨張機１１２の回転数低下により、ランキンサイクル１１０を循環する冷媒にとっては膨張機１１２が流通抵抗となるので、膨張機１１２における高圧側圧力Ｐ１を上昇させることができる。よって、圧力差ΔＰを、所定圧力差ΔＰｔｈに向けて増加させることができ、所定圧力差ΔＰｔｈを確保することができるので、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００４４】
尚、上記圧力差ΔＰの検出にあたっては、各圧力計１３１、１３２とコントローラ１３３とによって圧力差検出手段１４０を構成することで、容易にその対応を可能としている。
【００４５】
また、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段として、発電機１２０とインバータ１４１とで構成することで、確実な対応を可能としている。
【００４６】
また、ここでは膨張機１１２は、従動クランク機構を有するスクロール型膨張機１１２としている。従動クランク機構を有するスクロール型膨張機１１２においては、過膨張作動が発生した時に、従動クランク機構の作用によって膨張室圧力と吐出空間圧力との大小関係が繰り返し逆転することで、両スクロールが互いに離れたり押付けられたりして、いわゆるカタカタ音を発生する。また、スクロール型膨張機１１２の過膨張作動時には、旋回スクロールの摺動面を相手側のスラストプレートに押付ける力が不足して、傾転して片当たりを起こし、偏磨耗が増加する。よって、本実施形態は、膨張機１１２が従動クランク機構を有するスクロール型のものである場合に、過膨張作動を防止することで、カタカタ音や偏磨耗増加を防止するために極めて有効なものとなる。
【００４７】
尚、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段としては、上記発電機１２０のインバータ１４１（回転数低下手段）に代えて、発電機１２０の励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる手段として用いるようにしても良い。つまり、発電機１２１のロータ１２１を上記のような永久磁石に対してコイルから成るものにして、このコイルに通電する電流（励磁電流）を増加させることで磁束密度を上昇させるようにしても良い。これにより、発電機１２０における必要トルクが増大し、回転数を低下させることができ、圧力差ΔＰを増加させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明における第２実施形態を図３、図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、圧力増加手段１４０Ａを凝縮器１１３と送風機（本発明における凝縮能力増加手段に対応）１４２とから構成されるものとしている。尚、図３中において図１と同一の符号のものは、第１実施形態で説明したものと同一であり、詳細説明は割愛する。
【００４９】
ここでは、図３に示すように、凝縮器１１３に冷却用空気を供給する送風機１４２は、電動式の送風機として、その作動回転数がコントローラ１３３によって制御されるようにしている。具体的な作動は、図４に示す制御フローチャートに基づいて行われるようにしている。図４に示す制御フローチャートは、図２で説明したものに対して、ステップＳ１２０、Ｓ１３０をステップＳ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａに変更したものとしている。
【００５０】
即ち、ランキンサイクル１１０の運転制御において（ステップＳ１００）、ステップＳ１１０の判定で、膨張機１１２における圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回ると、ステップＳ１２０Ａで、コントローラ１３３は、送風機１４２の作動回転数を所定回転数だけ上昇させる方向に制御する。つまり送風機１４２が凝縮器１１３に供給する冷却用空気の流量を所定量増加させる。
【００５１】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０Ａのように、送風機１４２の作動回転数を当初の狙い値に維持する。そして、ステップＳ１２０Ａ、Ｓ１３０Ａの後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００５２】
以上のように、ステップＳ１２０Ａで送風機１４２の回転数を上昇させることにより、凝縮器１１３による冷媒の凝縮液化が促進されて、低圧側圧力Ｐ２を低下させることができるので、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させることができる。よって、上記第１実施形態と同様に、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００５３】
（第３実施形態）
本発明における第３実施形態を図５、図６に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、圧力増加手段１４０Ｂを液ポンプ１１４と、液ポンプ１４３駆動用の電動機１４３と、電動機１４３を制御するポンプ用インバータ（本発明における回転数増加手段に対応）１４４とから構成されるものとしている。ポンプ用インバータ１４４は、コントローラ１３３から圧力差ΔＰを読み込んで、電動機１４３を制御するようにしている。尚、図５中においてその他の構成で図１と同一の符号のものは、第１実施形態で説明したものと同一であり、詳細説明は割愛する。
【００５４】
具体的な作動は、図６に示す制御フローチャートに基づいて行われるようにしている。図６に示す制御フローチャートは、図２で説明したものに対して、ステップＳ１２０、Ｓ１３０をステップＳ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂに変更したものとしている。
【００５５】
即ち、ランキンサイクル１１０の運転制御において（ステップＳ１００）、ステップＳ１１０の判定で、膨張機１１２における圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回ると、ステップＳ１２０Ｂで、ポンプ用インバータ１４４は、電動機１４３の作動回転数を所定回転数だけ上昇させる方向に制御する。つまりポンプ１４３の昇圧能力を増加させる。
【００５６】
尚、ステップＳ１１０で否、即ち、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈ以上である場合は、ステップＳ１３０Ｂのように、電動機１４３の作動回転数を当初の狙い値に維持して、液ポンプ１１４の昇圧能力を維持する。そして、ステップＳ１２０Ｂ、Ｓ１３０Ｂの後は、ステップＳ１１０へ戻って繰返す。
【００５７】
以上のように、ステップＳ１２０Ｂでポンプ１４３の昇圧能力を増加させることにより、高圧側圧力Ｐ１を上昇させることができるので、所定圧力差ΔＰｔｈとなるように圧力差ΔＰを増加させることができる。よって、上記第１実施形態と同様に、膨張機１１２の過膨張作動を防止できると共に、常に所定圧力差ΔＰｔｈに基づく安定した膨張仕事を得ることができる。
【００５８】
尚、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰｔｈを下回った時の、圧力差ΔＰを増加させる手段としては、上記電動機１４３のポンプ用インバータ１４４（回転数増加手段）に代えて、電動機１４３の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる手段として用いるようにしても良い。つまり、電動機１４３のロータをコイルから成るものにして、このコイルに通電する電流（励磁電流）を低下させることで磁束密度を低下させるようにしても良い。これにより、電動機１４３における必要トルクが低下し、回転数を増加させることができ、液ポンプ１１４の昇圧能力を上げて圧力差ΔＰを増加させることができる。
【００５９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、圧力差検出手段を構成する圧力検出部としての高圧側圧力計１３１、および低圧側圧力計１３２を、加熱器１１１と膨張機１１２との間、および膨張機１１２と凝縮器１１３との間にそれぞれ配設したが、これに限らず、高圧側圧力計１３１を液ポンプ１１４と加熱器１１１との間に、低圧側圧力計１３２を凝縮器１１３と液ポンプ１１４との間にそれぞれ配設するようにしても良い。
【００６０】
また、本発明の膨張機制御装置をランキンサイクル１１０に使用される膨張機１１２に適用したものとして説明したが、これに限らず、例えばブレイトンサイクルに使用される膨張機（タービン）に適用しても良い。
【００６１】
また、ランキンサイクル１１０は車両に使用されるものとしたが、これに限らず他の工業用のものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【図３】第２実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図４】第２実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【図５】第３実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。
【図６】第３実施形態における圧力差増加を実行するための制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１１０ ランキンサイクル
１１２ 膨張機
１１３ 凝縮器
１１４ 液ポンプ
１２０ 発電機
１３０ 圧力差検出手段
１３１ 高圧側圧力計（圧力検出部）
１３２ 低圧側圧力計（圧力検出部）
１３３ コントローラ（演算部）
１４０ 圧力増加手段
１４１ インバータ（回転数低下手段）
１４２ 送風機（凝縮能力増加手段）
１４３ 電動機
１４４ ポンプ用インバータ（回転数増加手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機（１１２）と、
前記膨張機（１１２）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（１２０）と、
前記膨張機（１１２）の高圧側、および低圧側間の圧力差（ΔＰ）を検出する圧力差検出手段（１３０）と、
前記圧力差検出手段（１３０）によって検出された前記圧力差（ΔＰ）が予め定めた所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回った時に、前記所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように前記圧力差（ΔＰ）を増加させる圧力差増加手段（１４０）とを備えることを特徴とする膨張機制御装置。
【請求項２】
前記膨張機（１１２）は、前記作動流体の膨張によって固定スクロールに対して公転作動される旋回スクロールを有し、
前記旋回スクロールには、前記公転作動に伴って前記駆動力を出力すると共に、前記作動流体の膨張時に前記両スクロールを互いに押付けるように作用する従動クランク機構が設けられたスクロール型膨張機（１１２）であることを特徴とする請求項１に記載の膨張機制御装置。
【請求項３】
前記圧力差検出手段（１４０）は、前記膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）と、低圧側圧力（Ｐ２）とをそれぞれ検出する圧力検出部（１３１、１３２）と、
前記圧力検出部（１３１、１３２）によって検出された前記高圧側圧力（Ｐ１）と前記低圧側圧力（Ｐ２）との差を前記圧力差（ΔＰ）として演算する演算部（１３３）とから成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膨張機制御装置。
【請求項４】
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記発電機（１２０）と、この発電機（１２０）の作動回転数を低下させる回転数低下手段（１４１）とから成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項５】
前記回転数低下手段（１４１）は、前記発電機（１２０）の作動回転数を制御するインバータ（１４１）であることを特徴とする請求項４に記載の膨張機制御装置。
【請求項６】
前記回転数低下手段は、前記発電機（１２０）の回転子コイルの励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる磁束密度上昇手段であることを特徴とする請求項４に記載の膨張機制御装置。
【請求項７】
前記膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる凝縮器（１１３）と、この凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させる凝縮能力増加手段（１４２）とから成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項８】
前記凝縮能力増加手段（１４２）は、前記凝縮器（１１３）に冷却用空気を供給すると共に、この冷却用空気の流量を増加させる送風機（１４２）であることを特徴とする請求項６に記載の膨張機制御装置。
【請求項９】
前記膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる液相作動流体を高圧側に圧送する液ポンプ（１１４）と、この液ポンプ（１１４）の回転速度を増加させる回転数増加手段（１４４）とから成ることを特徴とする請求項１〜は請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項１０】
前記回転数増加手段（１４４）は、前記液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の回転数を制御するポンプ用インバータ（１４４）であることを特徴とする請求項９に記載の膨張機制御装置。
【請求項１１】
前記回転数増加手段は、前記液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる磁束密度低下手段であることを特徴とする請求項９に記載の膨張機制御装置。
【請求項１】
高温高圧に加熱された作動流体の膨張により、駆動力を発生する膨張機（１１２）と、
前記膨張機（１１２）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（１２０）と、
前記膨張機（１１２）の高圧側、および低圧側間の圧力差（ΔＰ）を検出する圧力差検出手段（１３０）と、
前記圧力差検出手段（１３０）によって検出された前記圧力差（ΔＰ）が予め定めた所定圧力差（ΔＰｔｈ）を下回った時に、前記所定圧力差（ΔＰｔｈ）となるように前記圧力差（ΔＰ）を増加させる圧力差増加手段（１４０）とを備えることを特徴とする膨張機制御装置。
【請求項２】
前記膨張機（１１２）は、前記作動流体の膨張によって固定スクロールに対して公転作動される旋回スクロールを有し、
前記旋回スクロールには、前記公転作動に伴って前記駆動力を出力すると共に、前記作動流体の膨張時に前記両スクロールを互いに押付けるように作用する従動クランク機構が設けられたスクロール型膨張機（１１２）であることを特徴とする請求項１に記載の膨張機制御装置。
【請求項３】
前記圧力差検出手段（１４０）は、前記膨張機（１１２）の高圧側圧力（Ｐ１）と、低圧側圧力（Ｐ２）とをそれぞれ検出する圧力検出部（１３１、１３２）と、
前記圧力検出部（１３１、１３２）によって検出された前記高圧側圧力（Ｐ１）と前記低圧側圧力（Ｐ２）との差を前記圧力差（ΔＰ）として演算する演算部（１３３）とから成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膨張機制御装置。
【請求項４】
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記発電機（１２０）と、この発電機（１２０）の作動回転数を低下させる回転数低下手段（１４１）とから成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項５】
前記回転数低下手段（１４１）は、前記発電機（１２０）の作動回転数を制御するインバータ（１４１）であることを特徴とする請求項４に記載の膨張機制御装置。
【請求項６】
前記回転数低下手段は、前記発電機（１２０）の回転子コイルの励磁を上昇させて、磁束密度を上昇させる磁束密度上昇手段であることを特徴とする請求項４に記載の膨張機制御装置。
【請求項７】
前記膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる凝縮器（１１３）と、この凝縮器（１１３）の凝縮能力を増加させる凝縮能力増加手段（１４２）とから成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項８】
前記凝縮能力増加手段（１４２）は、前記凝縮器（１１３）に冷却用空気を供給すると共に、この冷却用空気の流量を増加させる送風機（１４２）であることを特徴とする請求項６に記載の膨張機制御装置。
【請求項９】
前記膨張機（１１２）は、ランキンサイクル（１１０）に使用されるものであって、
前記圧力差増加手段（１４０）は、前記ランキンサイクル（１１０）の低圧側となる液相作動流体を高圧側に圧送する液ポンプ（１１４）と、この液ポンプ（１１４）の回転速度を増加させる回転数増加手段（１４４）とから成ることを特徴とする請求項１〜は請求項３のいずれか１つに記載の膨張機制御装置。
【請求項１０】
前記回転数増加手段（１４４）は、前記液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の回転数を制御するポンプ用インバータ（１４４）であることを特徴とする請求項９に記載の膨張機制御装置。
【請求項１１】
前記回転数増加手段は、前記液ポンプ（１１４）駆動用の電動機（１４３）の励磁を低下させて、磁束密度を低下させる磁束密度低下手段であることを特徴とする請求項９に記載の膨張機制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２５５３２７（Ｐ２００７−２５５３２７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８１４２６（Ｐ２００６−８１４２６）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
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