(57)【要約】【課題】廃熱から動力を回収する機会を増やす廃熱回収システムおよび廃熱回収方法を提供する。【解決手段】作動流体Ｆ１の流れに関して環状に配置されたポンプ１１、蒸発器１２、膨張器１３、および、凝縮器１４を備える廃熱回収システム１０は、動力装置１６と、動力回収装置１７と、パラメータ取得装置として圧力センサ２１および温度センサ２２と、制御装置２０とを備え、制御装置２０により、作動流体Ｆ１の過熱度が予め設定した規定値Ｔａになる第一目標値Ｒｑと第二目標値Ｒｕとを算出し、動力装置１６の駆動を制御してポンプ１１の回転速度を第一目標値Ｒｑに調節するポンプ用制御と動力回収装置１７の駆動を制御して膨張器１３の回転速度を第二目標値Ｒｕに調節する膨張器用制御とを個別に行う構成にした。【選択図】図１
2020106007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ、蒸発器、膨張器、および、凝縮器を環状に配置して環状路を形成し、原動機の廃熱を前記蒸発器へ導いて前記環状路の内部を流れる作動流体と熱交換させる廃熱回収システムにおいて、
前記ポンプに動力を与える際にそのポンプの回転速度を自在に調節可能な動力装置と、前記膨張器からの動力を回収する際にその膨張器の回転速度を自在に調節可能な動力回収装置と、前記作動流体の過熱度に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記動力装置、前記動力回収装置、および、前記パラメータ取得装置のそれぞれに接続される制御装置と、を備え、
前記制御装置により、前記パラメータ取得装置が取得した前記パラメータに基づいて前記過熱度が予め設定した規定値になる第一目標値と第二目標値とを算出し、前記動力装置の駆動を制御して前記ポンプの回転速度を前記第一目標値に調節するポンプ用制御と前記動力回収装置の駆動を制御して前記膨張器の回転速度を前記第二目標値に調節する膨張器用制御とを個別に行う構成にしたことを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項２】
前記パラメータ取得装置は、前記蒸発器および前記膨張器の間の前記作動流体の温度および圧力のそれぞれを個別に取得する複数のセンサから成る請求項１に記載の廃熱回収システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記作動流体の過熱蒸気における飽和温度および飽和圧力の関係が設定された飽和蒸気情報と、前記飽和温度および前記第一目標値の関係が設定された第一目標値情報と、前記飽和圧力および前記第二目標値の関係が設定された第二目標値情報と、を有し、前記パラメータ取得装置が取得した前記パラメータと前記規定値と前記飽和蒸気情報と前記第一目標値情報と前記第二目標値情報とに基づいて、前記第一目標値と前記第二目標値とを算出する構成である請求項１又は２に記載の廃熱回収システム。
【請求項４】
前記第一目標値は、前記蒸発器および前記膨張器の間の前記作動流体の温度を、前記蒸発器および前記膨張器の間の前記作動流体の圧力に応じた前記飽和温度と前記規定値との合計値にする前記ポンプの回転速度の目標値である請求項３に記載の廃熱回収システム。
【請求項５】
前記第二目標値は、前記蒸発器および前記膨張器の間の前記作動流体の圧力を、前記蒸発器および前記膨張器の間の前記作動流体の温度から前記規定値を減算した値に応じた前記飽和圧力にする前記膨張器の回転速度の目標値である請求項３又は４に記載の廃熱回収システム。
【請求項６】
前記作動流体を前記蒸発器に導く導入路と、この導入路から分岐して前記蒸発器を迂回する迂回路と、前記導入路および前記迂回路の分岐に配置される切替装置と、前記制御装置に接続されて前記廃熱の温度を取得する廃熱用温度取得装置と、を備え、
前記廃熱用温度取得装置が取得した前記廃熱の温度が予め設定した下限値を下回る場合に、前記制御装置により、前記切替装置に前記廃熱の流路を前記迂回路に切り替えさせる制御を行う構成にした請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃熱回収システム。
【請求項７】
前記蒸発器を覆う断熱材を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃熱回収システム。
【請求項８】
原動機の廃熱を蒸発器へ導き、前記蒸発器、膨張器、凝縮器、および、ポンプを環状に配置して形成された環状路の内部を循環する作動流体と熱交換させる廃熱回収方法において、
前記作動流体の過熱度に関するパラメータを取得し、
取得したそのパラメータに基づいて、前記ポンプに動力を与える動力装置の駆動を制御して前記ポンプの回転速度を調節することと、前記膨張器から動力を回収する動力回収装置の駆動を制御して前記膨張器の回転速度を調節することを個別に実行して、前記過熱度を予め設定した規定値に調節することを特徴とする廃熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、廃熱回収システムおよび廃熱回収方法に関し、より詳細には、原動機の廃熱から動力を回収する機会を増やす廃熱回収システムおよび廃熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膨張器とポンプと発電機とを一体的に回転可能に接続して、冷媒に対する加熱能力および凝縮能力、ならびに、冷媒圧力の少なくとも一つに応じて発電機の作動回転数を制御する廃熱利用装置（廃熱回収システムやランキンサイクルシステムともいう）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の装置においては、廃熱として冷却水を用いており、冷却水の温度が所定温度未満となり廃熱が十分に得られない場合に、ランキンサイクルの運転を停止させていた。
【０００５】
特許文献１に記載の装置に限らずに既存の廃熱を回収する装置では、原動機の廃熱の熱量（あるいは熱エネルギー）が所定値未満の場合にランキンサイクルの運転を停止させる。それ故、熱量が所定値未満の廃熱から動力を回収できていない。また、既存の廃熱を回収する装置では、蒸発器に十分な熱が存在して蒸発器に作動流体を供給すると過熱蒸気が生じる状態においても廃熱の熱量が所定値未満であればランキンサイクルの運転を停止させる。それ故、蒸発器に蓄えられた熱からの動力も回収できていない。このように、廃熱が十分に得られない場合にランキンサイクルを停止させることは動力の回収の機会が減る要因となっていた。
【０００６】
本開示の目的は、原動機の廃熱から動力を回収する機会を増やす廃熱回収システムおよび廃熱回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の一態様の廃熱回収システムは、ポンプ、蒸発器、膨張器、および、凝縮器を環状に配置して環状路を形成し、原動機の廃熱を前記蒸発器へ導いて前記環状路の内部を流れる作動流体と熱交換させる廃熱回収システムにおいて、前記ポンプに動力を与える際にそのポンプの回転速度を自在に調節可能な動力装置と、前記膨張器からの動力を回収する際にその膨張器の回転速度を自在に調節可能な動力回収装置と、前記作動流体の過熱度に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記動力装置、前記動力回収装置、および、前記パラメータ取得装置のそれぞれに接続される制御装置と、を備え、前記制御装置により、前記パラメータ取得装置が取得した前記パラメータに基づいて前記過熱度が予め設定した規定値になる第一目標値と第二目標値とを算出し、前記動力装置の駆動を制御して前記ポンプの回転速度を前記第一目標値に調節するポンプ用制御と前記動力回収装置の駆動を制御して前記膨張器の回転速度を前記第二目標値に調節する膨張器用制御とを個別に行う構成にしたことを特徴とする。
【０００８】
上記の目的を達成する本発明の一態様の廃熱回収方法は、原動機の廃熱を蒸発器へ導き、前記蒸発器、膨張器、凝縮器、および、ポンプを環状に配置して形成された環状路の内部を循環する作動流体と熱交換させる廃熱回収方法において、前記作動流体の過熱度に関するパラメータを取得し、取得したそのパラメータに基づいて、前記ポンプに動力を与える動力装置の駆動を制御して前記ポンプの回転速度を調節することと、前記膨張器から動力を回収する動力回収装置の駆動を制御して前記膨張器の回転速度を調節することを個別に実行して、前記過熱度を予め設定した規定値に調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ポンプの回転速度と膨張器の回転速度とをそれぞれ個別に調節することで、原動機の廃熱の熱量が低い状況でも過熱蒸気を生じさせることができる。これにより、廃熱の熱量が不十分でもシステムを運転させて、膨張器から動力を回収する機会を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】廃熱回収システムの第一実施形態を例示する構成図である。
【図２】図１の制御装置を含むブロック図である。
【図３】図２の飽和蒸気情報を例示する相関図である。
【図４】図２の第一目標値情報を例示する相関図である。
【図５】図２の第二目標値情報を例示する相関図である。
【図６】廃熱回収方法の第一実施形態を例示する第一のフロー図である。
【図７】廃熱回収方法の第一実施形態を例示する第二のフロー図である。
【図８】廃熱回収システムの第二実施形態を例示する構成図である。
【図９】図８の制御装置を含むブロック図である。
【図１０】廃熱回収方法の第二実施形態を例示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、廃熱回収システム１０の実施形態について説明する。図中では、作動流体Ｆ１、排気Ｇ１、冷却媒体Ｗ１の流れを実線の矢印で示し、電力の流れを太線に沿った太線の矢印で示すものとする。
【００１２】
図１に例示するように、第一実施形態の廃熱回収システム１０は、蒸発器１２の熱源として車両１に搭載された原動機２の廃熱として原動機２から排出された排気Ｇ１を利用して、動力に変換するものである。廃熱回収システム１０は、ランキンサイクルシステムともいい、ポンプ１１、蒸発器１２、膨張器１３、および、凝縮器１４が環状に配置されて形成された環状路１５の内部を循環する作動流体Ｆ１と排気Ｇ１とを熱交換させる。
【００１３】
廃熱回収システム１０は、非可逆熱サイクルを利用するシステムである。具体的に、廃熱回収システム１０は、ポンプ１１が液体の作動流体Ｆ１を圧送して、蒸発器１２が排気Ｇ１を利用して液体の作動流体Ｆ１を蒸発させ、膨張器１３が蒸発した作動流体Ｆ１の圧力により駆動し、凝縮器１４が膨張器１３を駆動した後の作動流体Ｆ１を液化させることで、膨張器１３から動力を取り出すシステムである。
【００１４】
作動流体Ｆ１としては、水よりも沸点が低いものが好ましく、例えば、アンモニア、エタノール、ハイドロフルオロカーボン類の代替フロンガスが例示される。廃熱回収システム１０に沸点が低い作動流体Ｆ１を用いることで、原動機２から排出される排気Ｇ１の温度が比較的に低い状態でも廃熱を回収するには有利になる。
【００１５】
ポンプ１１は、液体の作動流体Ｆ１を循環させるものであり、動力装置１６からの回転動力で駆動軸が回転することで駆動するものである。ポンプ１１としては、回転式や往復式の容積ポンプが例示される。ポンプ１１は、ポンプ１１の回転速度が可変されることで、ポンプ１１から吐出される作動流体Ｆ１の吐出流量を調節可能に構成される。
【００１６】
蒸発器１２は、原動機２から排出される排気Ｇ１と作動流体Ｆ１との間で熱交換を行わせて、排気Ｇ１の廃熱により作動流体Ｆ１を過熱蒸気化させるものである。蒸発器１２に原動機２の廃熱を導く導入路としては、原動機２から排出された排気Ｇ１が通過する排気通路３が例示され、蒸発器１２は排気通路３の中途位置に配置される。蒸発器１２としては、排気通路３に配置されていればよく、排気Ｇ１の流れに関して図示しないターボチャージャのタービンよりも上流側に配置されてもよく、図示しない排気浄化装置の下流側に配置されてもよい。また、導入路としては排気通路３から分岐して蒸発器１２を経由して排気通路３に合流する分岐路で構成してもよい。
【００１７】
蒸発器１２は、比熱が０．４Ｊ／（ｇ・Ｋ）以上、且つ、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料（例えば、ステンレス鋼）で構成されることが望ましい。蒸発器１２が前述の条件を満たす材料で構成されることで、蒸発器１２の熱容量が大きくなり蒸発器１２が保温効果を有することになる。これにより、導入された廃熱の熱量が低い場合や廃熱が導入されない場合でも、蒸発器１２で作動流体Ｆ１を過熱蒸気化させる頻度を増やすには有利になる。
【００１８】
また、蒸発器１２は、蒸発器１２の構成する部材よりも熱伝導率が低い断熱材３０で覆われることが望ましい。断熱材３０としては、グラスウールやロックウールなどの繊維系断熱材、ウレタンフォームや発泡ゴムなどの発泡系断熱材、ステンレス鋼で構成される真空断熱材が例示される。蒸発器１２を覆う断熱材３０を備えることで、蒸発器１２から蒸発器１２の外部への熱移動を防いで蒸発器１２の保温効果を持続させるには有利になる。
【００１９】
膨張器１３は、蒸発器１２で蒸発して気体となった作動流体Ｆ１の圧力により駆動し、回転動力を出力するものである。膨張器１３としては、タービン式、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、及び、スクリュー式の膨張器が例示される。膨張器１３は膨張器１３の回転速度が可変されることで、蒸発器１２から放出された作動流体Ｆ１の過熱蒸気の状態に応じて自身から出力される動力を調節可能に構成される。
【００２０】
凝縮器１４は、膨張器１３を駆動させた後の気体の作動流体Ｆ１と冷却媒体Ｗ１との間で熱交換を行わせて、冷却媒体Ｗ１により作動流体Ｆ１を凝縮（液化）するものである。冷却媒体Ｗ１は、この実施形態で原動機２を冷却し冷却配管４を流れる冷却水を用いるが、冷却媒体Ｗ１としては、車両１の走行時に生じる車速風も例示される。
【００２１】
廃熱回収システム１０は、ポンプ１１と膨張器１３とをそれぞれ個別に駆動させるシステムであり、動力装置１６、動力回収装置１７、インバータ１８、バッテリ１９、制御装置２０、および、各種センサ２１〜２４を備える。
【００２２】
動力装置１６は、ポンプ１１の駆動軸に連結されて、ポンプ１１に動力を与える際にポンプ用回転速度Ｒｐを自在に調節可能に構成される。動力装置１６は、ポンプ１１の駆動軸に直結される軸の回転速度を自在に調節可能な電動機が望ましい。動力装置１６とポンプ１１との間に動力装置１６からポンプ１１へ伝達される回転動力の回転速度を変速する変速機構や回転動力の伝達やその伝達を切断するクラッチを介在させてもよい。
【００２３】
動力回収装置１７は、膨張器１３の駆動軸に連結されて、膨張器１３から動力を回収する際に膨張器用回転速度Ｒｔを自在に調節可能に構成される。動力回収装置１７としては、膨張器１３の駆動軸に直結される軸の回転速度を自在に調節可能な発電機が望ましい。発電機は、膨張器１３が回転駆動した場合に電力を発電し、回転速度に応じた電力を発電する。なお、動力回収装置１７と膨張器１３との間にも同様に変速機構やクラッチを介在させてもよい。
【００２４】
インバータ１８およびバッテリ１９は、動力装置１６として電動機を、動力回収装置１７として発電機を用いる場合に設けられて、それぞれに電気的に接続される。インバータ１８は、制御装置２０から送信される制御指令値に基づいて、動力装置１６および動力回収装置１７の駆動を制御する。なお、インバータ１８およびバッテリ１９は動力装置１６および動力回収装置１７に共用される構成に限定されずに、動力装置１６および動力回収装置１７ごとに設けられてもよい。
【００２５】
廃熱回収システム１０においては、蒸発器１２から放出される作動流体Ｆ１の過熱蒸気により膨張器１３が回転駆動にともなって動力回収装置１７である発電機が回転駆動して電力を発電する。発電された電力はインバータ１８を介してバッテリ１９に充電される。バッテリ１９に充電された電力は動力装置１６の駆動に使用されたり、車両１の図示しない電装品や電動機器に使用されたりする。
【００２６】
制御装置２０は、各種情報処理を行う中央演算装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２０は、インバータ１８を介して動力装置１６および動力回収装置１７に電気的に接続され、各種センサ２１〜２４にも電気的に接続される。制御装置２０は、原動機２における燃料噴射量の制御などを行う原動機用制御装置で構成されてもよい。
【００２７】
圧力センサ２１および温度センサ２２は、パラメータ取得装置であり、作動流体Ｆ１の過熱度に関するパラメータとして作動流体Ｆ１の圧力Ｐｘおよび温度Ｔｘを取得する。本開示で、過熱度とは圧力Ｐｘにおける蒸発器１２から放出される過熱蒸気の状態の作動流体Ｆ１の温度Ｔｘと飽和温度Ｔｙとの間の温度差を示す。
【００２８】
圧力センサ２１は、蒸発器１２および膨張器１３の間の環状路１５に挿設されて、蒸発器１２から放出されて膨張器１３へ流入する作動流体Ｆ１の圧力Ｐｘを検出する。温度センサ２２は、蒸発器１２および膨張器１３の間の環状路１５に挿設されて、蒸発器１２から放出されて膨張器１３へ流入する作動流体Ｆ１の温度Ｔｘを検出する。なお、圧力センサ２１は蒸発器１３における作動流体Ｆ１の出口付近に配置されることが好ましく、温度センサ２２は膨張器１３における作動流体Ｆ１の入口付近に配置されることが好ましい。
【００２９】
ポンプ用回転速度センサ２３は、ポンプ１１の回転速度であるポンプ用回転速度Ｒｐを検出する。膨張器用回転速度センサ２４は、膨張器１３の回転速度である膨張器用回転速度Ｒｔを検出する。ポンプ用回転速度センサ２３はポンプ用回転速度Ｒｐを直接的に検出するものに限定されずに動力装置１６の回転速度に基づいてポンプ用回転速度Ｒｐを間接的に検出するものでもよい。同様に、膨張器用回転速度センサ２４も動力回収装置１７の回転速度に基づいて膨張器用回転速度Ｒｔを間接的に検出するものでもよい。ポンプ用回転速度センサ２３および膨張器用回転速度センサ２４の代わりにインバータ１８の制御値を用いることもできる。
【００３０】
図２に例示するように、制御装置２０は、機能要素として算出部２５、第一制御部２６、第二制御部２７、および、判定部２８を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。また、制御装置２０は、内部記憶装置に規定値Ｔａ、飽和蒸気情報Ｄ１、第一目標値情報Ｄ２、および、第二目標値情報Ｄ３を有する。
【００３１】
算出部２５は、パラメータ取得装置が取得した取得値が入力されて、入力されたその取得値と内部記憶装置に予め記憶されていた規定値Ｔａ、飽和蒸気情報Ｄ１、第一目標値情報Ｄ２、および、第二目標値情報Ｄ３とに基づいて算出したフィードフォワード制御の目標値を第一制御部２６および第二制御部２７に出力する機能要素である。
【００３２】
規定値Ｔａは、過熱度の目標値となる予め設定された値である。規定値Ｔａは予め実験や試験により求められる。規定値Ｔａは、予め車両１を複数の走行区間で走行させて、各走行区間の全域に渡って膨張器１３の出口で作動流体Ｆ１が過熱蒸気の状態を維持可能な値、つまり、膨張器１３の内部で凝縮水が生じない値が望ましい。車両１の走行区間としては、市街地などの車両１の加速や減速、停止が繰り返される区間や中途位置に降り坂を有する区間を含む区間が例示される。規定値Ｔａとしては、例えば、２０℃〜５０℃の値が例示される。また、規定値Ｔａとしては、一定値に限定されずに所定の範囲としてもよく、車両１の走行状況や原動機２の運転状況に応じて変化させてもよい。
【００３３】
図３に例示するように、飽和蒸気情報Ｄ１は作動流体Ｆ１の飽和圧力Ｐｙおよび飽和温度Ｔｙの相関関係を示したマップデータである。飽和蒸気情報Ｄ１において、作動流体Ｆ１の飽和蒸気の飽和圧力Ｐｙと飽和温度Ｔｙとは一対一の関係であり、一方の値が決まると他方の値も決まる関係である。
【００３４】
図４に例示するように、第一目標値情報Ｄ２は、飽和温度Ｔｙに規定値Ｔａを加算した過熱蒸気温度（Ｔｙ＋Ｔａ）とポンプ用回転速度Ｒｐの目標値である第一目標値Ｒｑとの相関関係を示したマップデータである。第一目標値情報Ｄ２において、過熱蒸気温度（Ｔｙ＋Ｔａ）と第一目標値Ｒｑとは正の相関となる。なお、実施形態では過熱蒸気温度（Ｔｙ＋Ｔａ）と第一目標値Ｒｑとが比例の関係となっているが、この関係に限定されずに、過熱蒸気温度（Ｔｙ＋Ｔａ）が増加すれば第一目標値Ｒｑが増加する正の相関であればよい。
【００３５】
図５に例示するように、第二目標値情報Ｄ３は、飽和圧力Ｐｙと膨張器用回転速度Ｒｔの目標値である第二目標値Ｒｕとの相関関係を示したマップデータである。第二目標値情報Ｄ３において、飽和圧力Ｐｙと第二目標値Ｒｕとは正の相関となる。なお、実施形態では飽和圧力Ｐｙと第二目標値Ｒｕとが比例の関係となっているが、この関係に限定されずに、飽和圧力Ｐｙが増加すれば第二目標値Ｒｕが増加する正の相関であればよい。
【００３６】
図２に例示するように、第一制御部２６は、算出部２５から出力された第一目標値Ｒｑが入力されて、動力装置１６の駆動を制御してポンプ１１の回転速度を第一目標値Ｒｑに調節するポンプ用制御としてフィードフォワード制御を行う機能要素である。また、第一制御部２６は、ポンプ用回転速度センサ２３が取得したポンプ用回転速度Ｒｐが入力されて、ポンプ用回転速度Ｒｐと第一目標値Ｒｑとの差分ΔＲｐを零に調節するフィードバック制御を行う機能要素である。加えて、第一制御部２６は、判定部２８の判定結果が入力されて、判定結果に基づいてポンプ１１を停止する制御を行う機能要素である。
【００３７】
第二制御部２７は、算出部２５から出力された第二目標値Ｒｕが入力されて、動力回収装置１７の駆動を制御して膨張器１３の回転速度を第二目標値Ｒｕに調節する膨張器用制御としてフィードフォワード制御を行う機能要素である。また、第二制御部２７は、膨張器用回転速度センサ２４が取得した膨張器用回転速度Ｒｔが入力されて、膨張器用回転速度Ｒｔと第二目標値Ｒｕとの差分ΔＲｔを零に調節するフィードバック制御を行う機能要素である。加えて、第二制御部２７は、判定部２８の判定結果が入力されて、判定結果に基づいて膨張器１３を停止する制御を行う機能要素である。
【００３８】
判定部２８は、パラメータ取得装置が取得した取得値が入力されて、入力された取得値と飽和蒸気情報Ｄ１とに基づいて、ポンプ１１および膨張器１３を停止するか否かを判定し、判定した結果を第一制御部２６および第二制御部２７に出力する機能要素である。
【００３９】
図６および図７に例示するように、廃熱回収方法は、所定の周期ごとに繰り返し行われる方法であり、ポンプ１１の回転速度の調節と膨張器１３の回転速度の調節とを個別に行う方法である。廃熱回収方法においては、ポンプ１１の回転速度の調節と膨張器１３の回転速度の調節とが並列処理される。また、廃熱回収方法においては、フィードフォワード制御とフィードバック制御とが行われる。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示している。また、廃熱回収方法は、車両１の原動機２がコールドスタートすると開始される。
【００４０】
図６に例示するように、パラメータ取得装置がパラメータを取得する（Ｓ１１０）。この実施形態においてこのステップでは、圧力センサ２１が蒸発器１２および膨張器１３の間の作動流体Ｆ１の圧力Ｐｘを取得するとともに温度センサ２２が蒸発器１２および膨張器１３の間の作動流体Ｆ１の温度Ｔｘを取得する。
【００４１】
次いで、算出部２５が、圧力センサ２１が取得した圧力Ｐｘと飽和蒸気情報Ｄ１とを比較して飽和温度Ｔｙを算出する（Ｓ１２０）。このステップにおいては、圧力センサ２１が取得した圧力Ｐｘを飽和蒸気情報Ｄ１における飽和圧力Ｐｙと見做して飽和温度Ｔｙを算出する。
【００４２】
次いで、算出部２５が、算出した飽和温度Ｔｙに規定値Ｔａを加算した過熱蒸気温度（Ｔｙ＋Ｔａ）と第一目標値情報Ｄ２とを比較して第一目標値Ｒｑを算出する（Ｓ１３０）。このステップで算出される第一目標値Ｒｑは、圧力センサ２１が取得した圧力Ｐｘを外乱として、その圧力Ｐｘの元で作動流体Ｆ１の過熱度が規定値Ｔａになるようなポンプ１１の回転速度である。ポンプ１１の回転速度の高低によりポンプ１１から吐出される作動流体Ｆ１の吐出量の大小が変化し、その吐出量の変化に伴って温度Ｔｘが変化して過熱度が変化する。
【００４３】
次いで、第一制御部２６が、動力装置１６の駆動を制御して、ポンプ１１の回転速度を算出部２５が算出した第一目標値Ｒｑに調節するポンプ制御を行う（Ｓ１４０）。このステップにおけるポンプ制御は、フィードフォワード制御である。
【００４４】
上記のステップ（Ｓ１２０〜Ｓ１４０）に並列して、算出部２５が、温度センサ２２が取得した温度Ｔｘから規定値Ｔａを減算した値と飽和蒸気情報Ｄ１とを比較して飽和圧力Ｐｙを算出する（Ｓ１５０）。このステップにおいては、温度センサ２２が取得した温度Ｔｘを過熱度が規定値Ｔａの過熱蒸気の温度と見做して飽和圧力Ｐｙを算出する。
【００４５】
次いで、算出部２５が、算出した飽和圧力Ｐｙと第二目標値情報Ｄ３とを比較して第二目標値Ｒｕを算出する（Ｓ１６０）。このステップで算出される第二目標値Ｒｕは、温度センサ２２が取得した温度Ｔｘを外乱として、その温度Ｔｘの過熱蒸気の過熱度が規定値Ｔａになるような膨張器１３の回転速度である。膨張器１３の回転速度の高低により膨張器１３への作動流体Ｆ１の吸込量の大小が変化し、その吸込量の変化に伴って圧力Ｐｘが変化して過熱度が変化する。
【００４６】
次いで、第二制御部２７が、動力回収装置１７の駆動を制御して、膨張器１３の回転速度を算出部２５が算出した第二目標値Ｒｕに調節する膨張器制御を行う（Ｓ１７０）。このステップにおける膨張器制御は、フィードフォワード制御である。
【００４７】
以上のように、ポンプ制御と膨張器制御とが個別に行われると、スタートへ戻る。この廃熱回収方法が行われることで、作動流体Ｆ１の過熱度が規定値Ｔａに維持される。つまり、蒸発器１２において作動流体Ｆ１を過熱蒸気化できなくなるまで廃熱回収システム１０の運転を継続することが可能となる。廃熱回収システム１０の運転中は、動力回収装置１７により動力の回収が継続して行われ、発電された電力がインバータ１８を介してバッテリ１９に充電される。
【００４８】
図７に例示するように、パラメータ取得装置がパラメータを取得する（Ｓ１１０）と、判定部２８がポンプ１１および膨張器１３を停止するか否かを判定する（Ｓ２１０）。このステップで、判定部２８は、蒸発器１２において過熱蒸気が発生していない場合にポンプ１１および膨張器１３を停止する判定を行う。
【００４９】
具体的に、判定部２８は、温度Ｔｘと圧力Ｐｘおよび飽和蒸気情報Ｄ１を比較して算出した飽和温度Ｔｙとの差分に基づいて、蒸発器１２において過熱蒸気が発生しているか否かを判定する。また、判定部２８は、圧力Ｐｘと温度Ｔｘから規定値Ｔａを減算した値および飽和蒸気情報Ｄ１を比較して算出した飽和圧力Ｐｙとの差分に基づいて、蒸発器１２において過熱蒸気が発生しているか否かを判定する。このステップで、温度Ｔｘを基準とする判定と圧力Ｐｘを基準とする判定のうち少なくとも一方の判定のみでもよく、両方の判定を行ってもよい。
【００５０】
また、このステップで、判定部２８が、ポンプ１１および膨張器１３のそれぞれの回転速度が予め設定された最低速度になった状態で、蒸発器１２から過熱蒸気が放出されているか否かを判定してもよい。ポンプ１１の最低速度とは、ポンプ１１から吐出した作動流体Ｆ１を循環させることが可能な回転速度のうちの最低の回転速度である。また、膨張器１３の最低速度とは、膨張器１３の回転駆動にともなって動力回収装置１７が回転駆動した場合に動力を回収可能（発電機では電力を発電可能）となる回転速度のうちの最低の回転速度である。
【００５１】
ポンプ１１および膨張器１３を停止すると判定すると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、第一制御部２６および第二制御部２７が動力装置１６および動力回収装置１７のそれぞれを停止して、ポンプ１１および膨張器１３を停止して（Ｓ２２０）、この方法が終了する。廃熱回収方法の終了は、原動機２の停止に依らず、動力が回収不可能になった時点である。なお、廃熱回収方法は、車両１が駐車状態となった場合にポンプ１１および膨張器１３を停止して終了してもよい。
【００５２】
ポンプ１１および膨張器１３を停止しないと判定すると（Ｓ２１０：ＮＯ）、ポンプ用回転速度センサ２３がポンプ用回転速度Ｒｐを取得する（Ｓ２３０）。次いで、第一制御部２６が、ポンプ用回転速度Ｒｐと第一目標値Ｒｑとの差分ΔＲｐを算出する（Ｓ２４０）。次いで、第一制御部２６が、ポンプ１１の回転速度を差分ΔＲｐを零にする回転速度に調節する制御を行う（Ｓ２５０）。このステップにおける制御は、フィードバック制御である。
【００５３】
上記のステップ（Ｓ２３０〜Ｓ２５０）に並列して、膨張器用回転速度センサ２４が膨張器用回転速度Ｒｔを取得する（Ｓ２６０）。次いで、第二制御部２７が、膨張器用回転速度Ｒｔと第二目標値Ｒｕとの差分ΔＲｔを算出する（Ｓ２７０）。次いで、第二制御部２７が、膨張器１３の回転速度を差分ΔＲｔを零にする回転速度に調節する制御を行う（Ｓ２８０）。このステップにおける制御は、フィードバック制御である。
【００５４】
以上のように、ポンプ１１および膨張器１３のそれぞれに対するフィードバック制御が個別に行われると、スタートへ戻る。なお、フィードバック制御に係るステップ（Ｓ２３０〜Ｓ２８０）を省略してもよい。
【００５５】
以上のように、廃熱回収システム１０は、ポンプ１１の回転速度と膨張器１３の回転速度とをそれぞれ個別に調節することで、ポンプ１１の回転速度の制御による作動流体Ｆ１の温度Ｔｘの調節と、膨張器１３の回転速度の制御による作動流体Ｆ１の圧力Ｐｘの調節との二つの調節を同時に行う。それ故、蒸発器１２で生じる作動流体Ｆ１の過熱蒸気の過熱度を規定値Ｔａに維持することができる。これにより、排気Ｇ１の熱量が低い状況でも蒸発器１２で作動流体Ｆ１の過熱蒸気を生じさせることが可能な状況であれば廃熱回収システム１０を止めずに運転させて蒸発器１２で作動流体Ｆ１の過熱蒸気を生じさせることができる。これに伴って、膨張器１３から動力を回収する機会を増やすことができる。
【００５６】
廃熱回収システム１０は、過熱度を規定値Ｔａに維持するように、ポンプ１１の回転速度と膨張器１３の回転速度との両方をフィードフォワード制御により調節する。過熱度を規定値Ｔａに維持するように調節されることで、作動流体Ｆ１が蒸発器１２を通過する際に過熱蒸気が生じない状況になる限界まで、作動流体Ｆ１の過熱蒸気が生じる状況を作り出すことが可能となる。このように、蒸発器１２で過熱蒸気が生じない状況になる限界まで廃熱回収システム１０の運転を継続させることで、廃熱を効率よく回収して動力を取り出すことができる。
【００５７】
廃熱回収システム１０は、動力装置１６として電動機を用いるとともに動力回収装置１７として発電機を用いることが望ましい。これにより、車両１の走行状況や原動機２の運転状況によらずに膨張器１３から動力回収装置１７への動力伝達を行うことが可能となる。それ故、廃熱回収システム１０による廃熱を利用した動力の取り出す機会が、車両１の走行状況や原動機２の運転状況に左右されずに、蒸発器１２から過熱蒸気が放出される状態にのみ左右されることになる。したがって、作動流体Ｆ１が蒸発器１２を通過する際に過熱蒸気が生じない状況になる限界まで動力を回収することができる。
【００５８】
図８に例示するように、第二実施形態の廃熱回収システム１０は、第一実施形態に対して、迂回路３１、切替装置３２、および、廃熱用温度センサ３３を備える点が異なる。
【００５９】
迂回路３１は、蒸発器１２に原動機２の廃熱である排気Ｇ１を導入する導入路である排気通路３から分岐して、排気通路３の中途位置に配置した蒸発器１２を迂回した後に、排気通路３に合流する通路である。
【００６０】
切替装置３２は、排気通路３と迂回路３１との分岐点に配置されて、排気Ｇ１の流路を排気通路３又は迂回路３１のどちら一方に切り替える装置である。切替装置３２は、制御装置２０に電気的に接続されて、制御装置２０により流路の切り替えが制御される。
【００６１】
廃熱用温度取得装置として機能する廃熱用温度センサ３３は、排気通路３の迂回路３１への分岐点よりも排気Ｇ１の流れに関して上流側に配置される。廃熱用温度センサ３３は、排気通路３に挿設されて原動機２から排出された排気Ｇ１の温度である廃熱温度Ｔｚを検出する。廃熱用温度センサ３３は制御装置２０に電気的に接続される。廃熱用温度取得装置としては、廃熱用温度センサ３３のように廃熱温度Ｔｚを直接的に取得するものに限定されない。例えば、廃熱用温度取得装置が、原動機用制御装置で制御される燃料噴射量に基づいて廃熱温度Ｔｚを推定する装置や車両１の走行状況から原動機２の運転状況を推定し、その運転状況に基づいて廃熱温度Ｔｚを推定する装置で構成されてもよい。
【００６２】
図９に例示するように、制御装置２０は、機能要素として廃熱用判定部３４と第三制御部３５とを有する。これらの機能要素も第一実施形態と同様にプログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。廃熱用判定部３４および第三制御部３５は制御装置２０とは別体の装置に備えられてもよく、例えば、制御装置２０が原動機用制御装置と別体で構成される場合に原動機用制御装置に備えられてもよい。
【００６３】
廃熱用判定部３４は、廃熱用温度センサ３３が取得した排気Ｇ１の温度である廃熱温度Ｔｚが入力されて、入力された廃熱温度Ｔｚが予め設定された規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）に収まるか否かを判定する機能要素である。規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）は、下限値Ｔｄから上限値Ｔｅまでの温度範囲を示す。本開示で、廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）に収まる場合は、廃熱温度Ｔｚが下限値Ｔｄや上限値Ｔｅと等しい場合を含むものとする。また、廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）から外れる場合は、廃熱温度Ｔｚが下限値Ｔｄを下回る場合や上限値Ｔｅを上回る場合であり、廃熱温度Ｔｚが下限値Ｔｄや上限値Ｔｅと等しい場合を含まないものとする。
【００６４】
下限値Ｔｄは排気Ｇ１を蒸発器１２に導入した場合に排気Ｇ１により蒸発器１２が冷却される状態を判定可能な値に設定される。蒸発器１２が冷却される状態としては、蒸発器１２の温度よりも廃熱温度Ｔｚが低い状態である。下限値Ｔｄは、予め実験や試験により求めてもよい。例えば、下限値Ｔｄとしては、車両１が定速走行あるいは加速走行した後の減速走行中や原動機２が負荷のある状態で運転した後の無負荷の状態（原動機２の回転速度がアイドリング回転数の状態）での運転中の排気Ｇ１により蒸発器１２が冷却される状態となる場合に、それら状態で取得された排気Ｇ１の平均温度に設定されてもよい。
【００６５】
上限値Ｔｅは排気Ｇ１を蒸発器１２に導入した場合に排気Ｇ１により蒸発器１２が過剰に加熱されて、蒸発器１２で生じた過熱蒸気のエネルギーを膨張器１３で回収しきれない状態を判定可能な値に設定される。膨張器１３で回収しきれない状態とは、ポンプ１１の回転速度および膨張器１３の回転速度がともに予め設定された最大速度を超える状態である。上限値Ｔｅは、予め実験や試験により求めてもよい。例えば、上限値Ｔｅとしては、車両１が加速走行中や原動機２が高負荷運転中にポンプ１１の回転速度および膨張器１３の回転速度がともに最大速度を超える状態となる場合に、それら状態で取得された排気Ｇ１の平均温度に設定されてもよい。
【００６６】
第三制御部３５は、廃熱用判定部３４の判定結果が入力されて、その判定結果に基づいて切替装置３２により排気Ｇ１の流路を切り替える制御を行う機能要素である。具体的に、第三制御部３５は、廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）に収まる場合に切替装置３２により排気Ｇ１の流路を導入路である排気通路３に切り替え、廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）から外れる場合に切替装置３２により排気Ｇ１の流路を迂回路３１に切り替える制御を行う。
【００６７】
図１０に例示するように、第二実施形態の廃熱回収方法は、第一実施形態におけるポンプ制御および膨張器制御のフィードフォワード制御とフィードバック制御とを行うと同時に、原動機２の廃熱である排気Ｇ１の流路を切り替える制御を行う方法である。
【００６８】
廃熱用温度センサ３３が廃熱温度Ｔｚを取得する（Ｓ３１０）。次いで、廃熱用判定部３４が、取得した廃熱温度Ｔｚが予め設定された規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）に収まるか否かを判定する（Ｓ３２０）。
【００６９】
廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）に収まると判定すると（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、第三制御部３５が、切替装置３２により排気Ｇ１の流路を導入路である排気通路３に切り替え（Ｓ３３０）、スタートへリターンする。このステップにより、排気Ｇ１が蒸発器１２に導入され、排気Ｇ１の廃熱が蒸発器１２に伝熱される。
【００７０】
一方、廃熱温度Ｔｚが規定範囲（Ｔｄ〜Ｔｅ）から外れると判定すると（Ｓ３２０：ＮＯ）、第三制御部３５が、切替装置３２により排気Ｇ１の流路を迂回路３１に切り替える（Ｓ３４０）、スタートへリターンする。このステップにより、排気Ｇ１が蒸発器１２を迂回する。この排気Ｇ１の迂回により廃熱温度Ｔｚが下限値Ｔｄを下回る場合に、蒸発器１２の熱が排気Ｇ１に伝熱されて蒸発器１２が冷却される事態が回避される。一方、廃熱温度Ｔｚが上限値Ｔｅを上回る場合に、廃熱回収システム１０が保護される。
【００７１】
以上のように、廃熱回収システム１０は、廃熱温度Ｔｚが下限値Ｔｄを下回る場合に排気Ｇ１を蒸発器１２に導入せずに迂回させることで、排気Ｇ１により蒸発器１２が冷却される事態を回避することができる。これにより、蒸発器１２の保温には有利になり、蒸発器１２で作動流体Ｆ１の過熱蒸気を生じさせることが可能な状況を維持することができる。これに伴って、膨張器１３から動力を回収する機会を増やすことができる。
【００７２】
また、廃熱回収システム１０は、廃熱温度Ｔｚが上限値Ｔｅを上回る場合に排気Ｇ１を蒸発器１２に導入せずに迂回させることで、動力回収装置１７で回収しきれない過熱蒸気の発生を回避することができる。これにより、システム全体の保護には有利になり、耐久性を向上することができる。
【００７３】
なお、本開示は、既述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変形して実施可能である。例えば、廃熱回収システム１０は、車両１に搭載された原動機２の廃熱として排気Ｇ１を利用するシステムに限定されない。廃熱回収システム１０としては、原動機２の廃熱として原動機２を冷却する冷却水を利用してもよい。また、廃熱回収システム１０は車両１に搭載されるものに限定されない。
【００７４】
また、動力装置１６は、ポンプ１１の回転速度を自在に調節可能であれば電動機に限定されない。同様に、動力回収装置１７も、膨張器１３の回転速度を自在に調節可能であれば発電機に限定されない。
【００７５】
動力装置１６や動力回収装置１７としては、車両１の走行に要する回転動力を伝達する動力伝達機構とその回転動力を変速する変速機構との組み合わせも例示される。車両１の動力伝達機構としては、少なくとも車両１が走行中に回転動力を伝達可能な機構が好ましく、原動機２や図示しない走行用のモータージェネレータの回転動力を駆動輪に伝達する機構であり、クランクシャフト５、トランスミッション、プロペラシャフト、及び、ドライブシャフトが例示される。なお、動力装置１６とポンプ１１とは回転軸により直結されてもよいが、無端状のベルトやチェーンあるいはギア機構を介して連結されてもよく、クラッチを介して連結されてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
２  原動機
３  排気通路（導入路）
１０  廃熱回収システム
１１  ポンプ
１２  蒸発器
１３  膨張器
１４  凝縮器
１６  動力装置
１７  動力回収装置
２０  制御装置
２１、２２  圧力センサ、温度センサ（パラメータ取得装置）
Ｆ１  作動流体
Ｔａ  規定値
Ｐｘ  圧力
Ｔｘ  温度
Ｒｑ  第一目標値
Ｒｕ  第二目標値
【図１】
2020106007.tif 000003
【図２】
2020106007.tif 000004
【図３】
2020106007.tif 000005
【図４】
2020106007.tif 000006
【図５】
2020106007.tif 000007
【図６】
2020106007.tif 000008
【図７】
2020106007.tif 000009
【図８】
2020106007.tif 000010
【図９】
2020106007.tif 000011
【図１０】
2020106007.tif 000012