(57)【要約】【課題】廃熱利用装置の信頼性を確保しつつ、ランキンサイクルの熱回収量、ひいては廃熱利用装置のエネルギー回収量を簡易にして確実に増大することができる内燃機関の廃熱利用装置を提供する。【解決手段】作動流体の循環路(7)に、内燃機関(2)を経由した冷却水と熱交換させて作動流体を蒸発させる蒸発器(12)、該蒸発器を経由した作動流体を排ガス熱交換器(8)を経由した冷却水と熱交換させて過熱状態にする過熱器(10)、該過熱器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機(22)、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器(24)、凝縮器を経由した作動流体を蒸発器に送出するポンプ(28)を順次介挿したランキンサイクル(6)を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の循環路に、内燃機関を経由し、内燃機関本体を冷却することにより加熱された冷却水の一部を前記内燃機関の排ガスと熱交換させて更に加熱する排ガス熱交換器を介挿した冷却水回路と、
作動流体の循環路に、前記内燃機関を経由した冷却水と熱交換させて作動流体を蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を前記排ガス熱交換器を経由した冷却水と熱交換させて過熱状態にする過熱器、該過熱器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプを順次介挿したランキンサイクルとを備えることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記冷却水回路は、前記内燃機関を経由した冷却水を前記排ガス熱交換器及び前記過熱器をバイパスして前記蒸発器に直接に流入させ、前記排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制する流量制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記冷却水回路は、前記排ガス熱交換器の出口の冷却水温度を検出する温度検出手段を有し、
前記流量制御手段は、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じて、前記排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記流量制御手段は、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度以上となるとき、前記排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を増大させ、一方、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度が前記所定の設定温度未満となるとき、前記排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を減少させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記膨張機には該膨張機にて発生する駆動力を電力に変換する発電機が連結され、
前記流量制御手段は、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度と、前記発電機にて発電される発電量との特性に基づいて、所定の目標発電量に対応する冷却水温度を前記所定の設定温度として設定する目標温度設定手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記目標温度設定手段は、冷却水に添加される添加剤の析出温度未満の温度を前記所定の設定温度として設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記排ガス熱交換器は、冷却水の流れ方向から順に、第１熱交換部と第２熱交換部とから構成され、
前記温度検出手段は、前記第１熱交換部の出口の冷却水温度を検出するものであって、
前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間に介挿され、前記第１熱交換部で蒸発した蒸気を分離して前記第２熱交換部の入口に供給する気液分離手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記冷却水回路は、前記内燃機関の駆動に連動して駆動されて前記冷却水の循環路に冷却水を循環させる冷却水ポンプを有し、
前記流量制御手段は、前記冷却水の循環路の一部であるとともに前記内燃機関と前記排ガス熱交換器との間を接続する第１流路から分岐され、前記内燃機関を経由した冷却水を前記排ガス熱交換器及び前記過熱器をバイパスして前記蒸発器に直接に流入させるバイパス路と、前記第１流路の前記バイパス路の分岐点よりも前記排ガス熱交換器側に介挿され、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じてリニアに駆動されるリニアポンプとからなり、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度が前記所定の設定温度以上となるとき、前記リニアポンプの回転数を増大させ、一方、前記温度検出手段にて検出された冷却水温度が前記所定の設定温度未満となるとき、前記リニアポンプの回転数を減少させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記冷却水回路は、前記冷却水の循環路の一部であるとともに前記過熱器と前記蒸発器との間を接続する第２流路と、該第２流路に介挿される減圧弁とを有することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記冷却水回路は、前記第１流路の前記リニアポンプよりも前記排ガス熱交換器側に介挿されるとともに前記排ガス熱交換器側から前記リニアポンプ側への冷却水の逆流を阻止する逆止弁を有することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記蒸発器及び前記過熱器において冷却水と作動流体との熱交換が行われる各伝熱部の総伝熱面積を最も小さくするべく、前記蒸発器の前記伝熱部における単位時間あたりの蒸発器熱交換量に対する前記過熱器の前記伝熱部における単位時間あたりの過熱器熱交換量の熱量比を設定する熱量比制御手段を備え、
前記膨張機の入口の作動流体容積に対する前記膨張機の出口の作動流体容積の容積比が２．５以上３．４以下の場合、前記熱量比制御手段は前記熱量比を０．０８以上０．３５以下に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記容積比が２．６の場合、前記熱量比制御手段は前記熱量比を０．１５に設定することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項１３】
前記流量制御手段は、前記熱量比制御手段にて設定された前記熱量比にするべく、前記排ガス熱交換器、ひいては前記過熱器に流入する冷却水の流量を規制することを特徴とする請求項１１または１２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の廃熱利用装置に係り、詳しくは、車両に搭載されて好適な内燃機関の廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関の廃熱利用装置は、例えば車両に搭載され、作動流体としての冷媒の循環路に、車両のエンジンの廃熱により冷媒を加熱する蒸発器、この熱交換器を経由した冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、この膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器を経由した冷媒を蒸発器に圧送するポンプを順次介挿したランキンサイクルを備え、ランキンサイクルはエンジンの廃熱を回収する。
【０００３】
そして、エンジンのシリンダブロック及び排ガスの廃熱を伝達するための中間媒体として、エチレングリコールを使用し、これらの廃熱が吸熱されたエチレングリコールと冷媒とを熱交換させる熱機関が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、エンジンの冷却水としてＬＬＣを使用した冷却水回路を設け、冷却水回路の循環路に、ＬＬＣと排ガスとを熱交換させる排ガス熱交換器を設ける技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−３９６５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２３２００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンのシリンダブロックの廃熱量と排ガスの廃熱量との比率は、一般に２：１〜４：１程度である。
しかしながら、上記各従来技術では、シリンダブロックのより大きな廃熱を吸収できるだけのエチレングリコールまたはＬＬＣの全量を排ガス熱交換器に流入させているため、排ガス熱交換器での中間媒体または冷却水の温度上昇が小さいという問題がある。
【０００７】
また、エチレングリコールまたはＬＬＣの全量を排ガス熱交換器に流入させているため、排ガス熱交換器での中間媒体または冷却水の圧力損失が大きいという問題もある。
更に、排ガス熱交換器で加熱したエチレングリコール、またはＬＬＣを主に冷媒の蒸発に使っており、冷媒の過熱が少なく、二相流膨張となり、回生効率が小さくなるおそれもある。
【０００８】
更にまた、冷却水回路は、一般に、エンジンの駆動に連動して駆動されて冷却水の循環路に冷却水を循環させる冷却水ポンプを有している。しかし、エンジンの駆動の停止に連動して冷却水ポンプの駆動が停止されたとき、排ガス熱交換器に冷却水が流通しないために排ガスの余熱によって排ガス熱交換器に滞留する冷却水が沸騰して高圧を発生したりして、冷却水回路、ひいては廃熱利用装置が破損するおそれもある。
【０００９】
また、上記各従来技術では、膨張機の曝される環境条件によって変化する膨張機特性に基づいて膨張機を高効率作動させることや、蒸発器及び過熱器の各伝熱部の各伝熱面積を必要最小限の大きさとして蒸発器を含む熱交換器の小型化を図ることについて格別な配慮がなされておらず、廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に効率的に増大することにつき依然として課題が残されている。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、廃熱利用装置の信頼性を確保しつつ、ランキンサイクルの熱回収量、ひいては廃熱利用装置のエネルギー回収量を簡易にして確実に増大することができる内燃機関の廃熱利用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】
【００１１】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置は、冷却水の循環路に、内燃機関を経由し、内燃機関本体を冷却することにより加熱された冷却水の一部を内燃機関の排ガスと熱交換させて更に加熱する排ガス熱交換器を介挿した冷却水回路と、作動流体の循環路に、内燃機関を経由した冷却水と熱交換させて作動流体を蒸発させる蒸発器、蒸発器を経由した作動流体を排ガス熱交換器を経由した冷却水と熱交換させて過熱状態にする過熱器、過熱器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、凝縮器を経由した作動流体を蒸発器に送出するポンプを順次介挿したランキンサイクルとを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、冷却水回路は、内燃機関を経由した冷却水を排ガス熱交換器及び過熱器をバイパスして蒸発器に直接に流入させ、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制する流量制御手段を有することを特徴としている。
【００１３】
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、冷却水回路は、排ガス熱交換器の出口の冷却水温度を検出する温度検出手段を有し、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じて、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制することを特徴としている。
【００１４】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度以上となるとき、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を増大させ、一方、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度未満となるとき、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を減少させることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５記載の発明では、請求項４において、膨張機には膨張機にて発生する駆動力を電力に変換する発電機が連結され、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度と、発電機にて発電される発電量との特性に基づいて、所定の目標発電量に対応する冷却水温度を所定の設定温度として設定する目標温度設定手段を具備することを特徴としている。
【００１６】
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、目標温度設定手段は、冷却水に添加される添加剤の析出温度未満の温度を所定の設定温度として設定することを特徴としている。
【００１７】
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項６において、排ガス熱交換器は、冷却水の流れ方向から順に、第１熱交換部と第２熱交換部とから構成され、温度検出手段は、第１熱交換部の出口の冷却水温度を検出するものであって、第１熱交換部と第２熱交換部との間に介挿され、第１熱交換部で蒸発した蒸気を分離して第２熱交換部の入口に供給する気液分離手段を更に備えることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項８記載の発明では、請求項４において、冷却水回路は、内燃機関の駆動に連動して駆動されて冷却水の循環路に冷却水を循環させる冷却水ポンプを有し、流量制御手段は、冷却水の循環路の一部であるとともに内燃機関と排ガス熱交換器との間を接続する第１流路から分岐され、内燃機関を経由した冷却水を排ガス熱交換器及び過熱器をバイパスして蒸発器に直接に流入させるバイパス路と、第１流路のバイパス路の分岐点よりも排ガス熱交換器側に介挿され、温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じてリニアに駆動されるリニアポンプとからなり、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度以上となるとき、リニアポンプの回転数を増大させ、一方、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度未満となるとき、リニアポンプの回転数を減少させることを特徴としている。
【００１９】
更に、請求項９記載の発明では、請求項８において、冷却水回路は、冷却水の循環路の一部であるとともに過熱器と蒸発器との間を接続する第２流路と、第２流路に介挿される減圧弁とを有することを特徴としている。
【００２０】
更にまた、請求項１０記載の発明では、請求項９において、冷却水回路は、第１流路のリニアポンプよりも排ガス熱交換器側に介挿されるとともに排ガス熱交換器側からリニアポンプ側への冷却水の逆流を阻止する逆止弁を有することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１１記載の発明では、請求項２において、蒸発器及び過熱器において冷却水と作動流体との熱交換が行われる各伝熱部の総伝熱面積を最も小さくするべく、蒸発器の伝熱部における単位時間あたりの蒸発器熱交換量に対する過熱器の伝熱部における単位時間あたりの過熱器熱交換量の熱量比を設定する熱量比制御手段を備え、膨張機の膨張機の入口の作動流体容積に対する膨張機の出口の作動流体容積の容積比が２．５以上３．４以下の場合、熱量比制御手段は熱量比を０．０８以上０．３５以下に設定することを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１２記載の発明では、請求項１１において、容積比が２．６の場合、熱量比制御手段は熱量比を０．１５に設定することを特徴としている。
【００２３】
更に、請求項１３記載の発明では、請求項１１または１２において、流量制御手段は、熱量比制御手段にて設定された熱量比にするべく、排ガス熱交換器、ひいては過熱器に流入する冷却水の流量を規制することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の本発明の内燃機関の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクルが内燃機関を経由した冷却水と熱交換させて作動流体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器を経由した作動流体を排ガス熱交換器を経由した冷却水と熱交換させて過熱状態にする過熱器とを備える。これにより、内燃機関本体の廃熱で作動流体の蒸発を行った後に、排ガスの廃熱で作動流体の過熱を行うことができるため、ランキンサイクルにおいて作動流体の過熱度を高めることができ、廃熱利用装置のエネルギー回収量を増大することができる。
【００２５】
また、請求項２記載の発明によれば、冷却水回路は、内燃機関を経由した冷却水を排ガス熱交換器及び過熱器をバイパスして蒸発器に直接に流入させ、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制する流量制御手段を有する。これにより、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を少なくするだけの簡易な制御にて、過熱器に流入する冷却水の温度を大幅に上昇させることができるため、ランキンサイクルにおける作動流体の過熱度を効果的に高めることができる。
【００２６】
更に、請求項３記載の発明によれば、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じて、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を規制する。これにより、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量が少なすぎて過熱器に流入する冷却水の温度が高くなりすぎたり、或いは、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量が多すぎて過熱器に流入する冷却水の温度が低くなりすぎたりすることを防止することができるため、ランキンサイクルにおける作動流体の過熱度を効率的に高めることができる。
【００２７】
具体的には、請求項４記載の発明によれば、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度以上となるとき、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を増大させ、一方、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度未満となるとき、排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量を減少させる。
【００２８】
更にまた、請求項５記載の発明によれば、流量制御手段は、温度検出手段にて検出された冷却水温度と、発電機にて発電される発電量との特性に基づいて、所定の目標発電量に対応する冷却水温度を所定の設定温度として設定する目標温度設定手段を具備する。これにより、冷却水温度の上昇に伴い発電量が急激に増大する発電効率が良いポイントの冷却水温度を設定温度として設定可能となるため、発電機にて発電される発電量、ひいては廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に効率的に増大することができる。
【００２９】
また、請求項６記載の発明によれば、目標温度設定手段は、冷却水に添加される添加剤の析出温度未満の温度を所定の設定温度として設定する。これにより、排ガス熱交換器内に析出した添加剤による排ガス熱交換器における伝熱能力の低下や、冷却水の性能の低下を確実に防止することができるため、廃熱利用装置のエネルギー回収量を確実に増大することができる。
【００３０】
更に、請求項７記載の発明によれば、第１熱交換部と第２熱交換部との間に介挿され、第１熱交換部で蒸発した蒸気を分離して第２熱交換部の入口に供給する気液分離手段を更に備える。これにより、添加剤を含む液体が第２熱交換部に流通しないため、第２熱交換部では添加剤の析出温度以上に冷却水、即ち蒸気を過熱した過熱蒸気を形成することができるため、ランキンサイクルにおける作動流体の過熱度をより一層高めることができる。
【００３１】
更にまた、請求項８記載の発明によれば、流量制御手段は、冷却水の循環路の一部であるとともに内燃機関と排ガス熱交換器との間を接続する第１流路から分岐され、内燃機関を経由した冷却水を排ガス熱交換器及び過熱器をバイパスして蒸発器に直接に流入させるバイパス路と、第１流路のバイパス路の分岐点よりも排ガス熱交換器側に介挿され、温度検出手段にて検出された冷却水温度に応じてリニアに駆動されるリニアポンプとからなり、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度以上となるとき、リニアポンプの回転数を増大させ、一方、温度検出手段にて検出された冷却水温度が所定の設定温度未満となるとき、リニアポンプの回転数を減少させる。これにより、内燃機関の駆動の停止に連動して冷却水ポンプの駆動が停止された場合であっても、排ガス熱交換器に滞留する冷却水が所定の設定温度以上の高温になるときには、冷却水ポンプの代わりにリニアポンプによって排ガス熱交換器に冷却水を流通させることができる。従って、冷却水ポンプの停止によって排ガス熱交換器に冷却水が流通しないために排ガスの余熱によって排ガス熱交換器が過度に加熱され、排ガス熱交換器が破損することを防止することができ、排ガス熱交換器、冷却水回路、ひいては廃熱利用装置を保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を確保することができる。
【００３２】
また、請求項９記載の発明によれば、冷却水回路は、冷却水の循環路の一部であるとともに過熱器と蒸発器との間を接続する第２流路と、第２流路に介挿される減圧弁とを有する。これにより、リニアポンプが駆動されている状態で冷却水が沸騰したとしても、沸騰した冷却水は過熱器にて凝縮され、更に減圧弁にて減圧されて蒸発器側に流れる。従って、排ガス熱交換器にて冷却水が沸騰された場合を想定した耐圧設計をリニアポンプから排ガス熱交換器、過熱器を介し減圧弁に至るまでの循環路に限定することができ、冷却水回路、ひいては廃熱利用装置を簡易にして保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を簡易にして確保することができる。
【００３３】
更に、請求項１０記載の発明によれば、冷却水回路は、第１流路のリニアポンプよりも排ガス熱交換器側に介挿されるとともに排ガス熱交換器側からリニアポンプ側への冷却水の逆流を阻止する逆止弁を有する。これにより、内燃機関の駆動の停止に連動して冷却水ポンプの駆動が停止され、排ガスの余熱によって排ガス熱交換器に滞留する冷却水が沸騰した状態で、リニアポンプの駆動が停止されたとしても、沸騰した冷却水が排ガス熱交換器側からリニアポンプ側へ逆流することを確実に防止することができ、冷却水回路、ひいては廃熱利用装置を確実に保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を確実に確保することができる。
【００３４】
更にまた、請求項１１記載の発明によれば、蒸発器及び過熱器において冷却水と作動流体との熱交換が行われる各伝熱部の総伝熱面積を最も小さくするべく、蒸発器の伝熱部における単位時間あたりの蒸発器熱交換量に対する過熱器の伝熱部における単位時間あたりの過熱器熱交換量の熱量比を設定する熱量比制御手段を備え、膨張機の入口の作動流体容積に対する膨張機の出口の作動流体容積の容積比が２．５以上３．４以下の場合、熱量比制御手段は熱量比を０．０８以上０．３５以下に設定する。このような容積比及び熱量比に設定することにより、膨張機の曝される環境が広範囲に亘って変化しても、膨張機を高効率作動させつつ、蒸発器及び過熱器の小型化を図ることができることが実験により判明しており、これにより廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に確実に増大することができる。
【００３５】
また、請求項１２記載の発明によれば、容積比が２．６の場合、熱量比制御手段は熱量比を０．１５に設定する。このような容積比及び熱量比に設定することにより、膨張機の曝される平均的な環境を想定し、年間を通して膨張機を高効率作動させつつ、蒸発器及び過熱器の小型化を図ることができることが実験により判明しており、これにより廃熱利用装置のエネルギー回収量を簡易にして確実に増大することができる。
【００３６】
更に、請求項１３記載の発明によれば、流量制御手段は、熱量比制御手段にて設定された熱量比にするべく、排ガス熱交換器、ひいては過熱器に流入する冷却水の流量を規制する。これにより、簡易にして所望の熱量比に調整することができるため、廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に簡易にして確実に増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図２】図１のＥＣＵで実行される流量制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図３】排ガス熱交換器に流入する冷却水の流量Ｆｅの流量比Ｒ（％）と、温度センサにて検出された冷却水温度Ｔｃ（℃）と、発電機にて発電される目標発電量（発電量）Ｅ（Ｗ）との関係を表す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る外気温度に対する膨張機特性を示した図である。
【図９】図８における１５℃の低外気温において容積比を３．４と設定したときの蒸発器熱交換量に対する過熱器熱交換量の熱量比と、蒸発器及び過熱器の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示した図である。
【図１０】図８における３５℃の高外気温において容積比を２．５と設定したときの蒸発器熱交換量に対する過熱器熱交換量の熱量比と、蒸発器及び過熱器の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示した図である。
【図１１】図８における２５℃の平均外気温において容積比を２．６と設定したときの蒸発器熱交換量に対する過熱器熱交換量の熱量比と、蒸発器及び過熱器の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示した図である。
【図１２】図９〜１１の３つの外気温度条件下における最適容積比と、これら最適容積比に対応する最適熱量比とをまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面により本発明の一実施形態について先ず第１実施形態から説明する。
図１は内燃機関の廃熱利用装置の一例を模式的に示しており、この廃熱利用装置は例えば車両に搭載され、車両のエンジン（内燃機関）２を冷却する冷却水回路４と、エンジン２の廃熱を回収するランキンサイクル６（以下、ＲＣ回路という）とを備えている。
【００３９】
冷却水回路４は、エンジン２から延設される冷却水（以下、ＬＬＣともいう）の循環路５に、冷却水の流れ方向から順に排ガス熱交換器８、後述する過熱器１０、後述する蒸発器１２、ラジエータ１４、サーモスタット１６、冷却水ポンプ１８が介挿されて閉回路を構成している。
【００４０】
排ガス熱交換器８は、エンジン２を経由し、エンジン２のシリンダブロック（内燃機関本体）３を冷却することにより加熱された冷却水（例えば９５℃）をエンジン２の排ガス管９から排出される排ガスと熱交換させて所定の設定温度Ｔｓ（例えば１３０℃）まで更に加熱し、沸騰状態とする。
【００４１】
また、排ガス熱交換器８と過熱器１０との間の循環路５には温度センサ（温度検出手段）２０が装着され、温度センサ２０は排ガス熱交換器８の出口の冷却水温度Ｔcを検出している。
【００４２】
ラジエータ１４は、蒸発器１２と直列に配列され、蒸発器１２にて冷媒に吸熱されて冷却された冷却水を外気などとの熱交換により更に冷却する。
【００４３】
サーモスタット１６は、ラジエータ１４へ通水される冷却水の量をサーモスタット１６に流入する冷却水の温度に応じて制御する機械式の三方弁であって、２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有している。２つの入口ポートには、ラジエータ１４から延設される循環路５の流路５ａと、蒸発器１２とラジエータ１４との間の循環路５の流路５ｂからラジエータ１４を迂回して接続される循環路５のラジエータバイパス路５ｃとがそれぞれ接続され、これにより、ラジエータ１２へ通水される冷却水の量が冷却水温度に応じて増減されて冷却水温度、ひいてはシリンダブロック３の温度が適正に保持される。
【００４４】
冷却水ポンプ１８は、エンジン２に装着され、エンジン２の回転に連動して駆動されて冷却水を冷却水回路４に好適に循環させる機械式のポンプである。
一方、ＲＣ回路６は、作動流体としての例えばフロンＲ１３４ａなどの冷媒の循環路７に、冷媒の流れ方向から順に蒸発器１２、過熱器１０、膨張機２２、凝縮器２４、気液分離器２６、冷媒ポンプ（ポンプ）２８が介挿されて閉回路を構成している。
【００４５】
蒸発器１２は、冷媒ポンプ２８にて圧送された冷媒をエンジン２、排ガス熱交換器８、過熱器１０を順次経由した冷却水（例えば１１０℃）と熱交換させて所定の蒸発温度（例えば９０℃）にて蒸発させる。尚、冷媒の蒸発に伴い吸熱された冷却水は例えば１００℃まで温度低下する。
【００４６】
過熱器１０は、蒸発器１２を経由した冷媒を排ガス熱交換器８を経由した冷却水（１３０℃）と熱交換させて過熱状態（例えば１１０℃）にする。
膨張機２２は、過熱器１０を経由して過熱状態にされた冷媒を膨張させて駆動力を発生する回転機器であって、膨張機２２には、膨張機２２にて発生した駆動力を電力に変換して廃熱利用装置の外部で利用可能とする発電機３０が機械的に連結されている。
【００４７】
凝縮器２４は、膨張機２２を経由した冷媒を外気などとの熱交換により凝縮液化させる放熱器である。
気液分離器２６は、凝縮器２４にて凝縮された冷媒を気液二層に分離し、ここで分離された液冷媒のみが冷媒ポンプ２８側に流出される。
【００４８】
冷媒ポンプ２８は、気液分離器２６にて分離された液冷媒を蒸発器１２側に圧送し、ＲＣ回路６に好適に循環させる。
このように構成される冷却水回路４及びＲＣ回路６は、車両を総合的に制御する電子制御装置であるＥＣＵ３２により制御され、ＥＣＵ３２には、冷媒ポンプ２８の駆動部が電気的に接続されている。
【００４９】
そして、ＥＣＵ３２は、エンジン２の運転状況に応じて冷媒ポンプ２８の駆動を制御することにより、廃熱利用装置は、エンジン２の廃熱、即ち、シリンダブロック３及び排ガスの廃熱を冷却水を介して回収する。ＲＣ回路６では、シリンダブロック３の廃熱で蒸発器１２にて冷媒の蒸発を行われた後に、排ガスの熱で過熱器１０にて冷媒の過熱が行われ、段階的に過熱状態にされた冷媒は、膨張機２２、発電機３０を介して廃熱利用装置の外部にて利用可能なエネルギーを発生する。
【００５０】
ここで、冷却水回路４には、エンジン２を経由した冷却水を排ガス熱交換器８及び過熱器１０をバイパスして蒸発器１２に直接に流入させるバイパス路３４が設けられている。
バイパス路３４にはバイパス路３４を流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁３６が介挿されており、ＥＣＵ３２には流量調整弁３６の駆動部及び上述した温度センサ２０も電気的に接続されている。
【００５１】
そして、ＥＣＵ３２は、温度センサ２０からの入力信号に応じて流量調整弁３６の駆動部に駆動信号を出力することにより、バイパス路３４を流れる冷却水の流量を調整し、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量を規制する流量制御を行っている（流量制御手段）。
【００５２】
以下、図２のフローチャートを参照して、当該流量制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御が開始されるとＳ１に移行し、Ｓ１では、温度センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔcが設定温度Ｔs以上（Ｔc≧Ｔs）となるか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＴc≧Ｔsが成立すると判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＴc≧Ｔsが成立しないと判定された場合にはＳ３に移行する。
【００５３】
Ｓ２では、流量調整弁３６を閉弁させた後、本制御をリターンする。
一方、Ｓ３では、流量調整弁３６を開弁させた後、本制御をリターンする。
このように、本制御では、流量調整弁３６の開度を調整することにより、温度検出センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔcが設定温度Ｔｓ以上となるとき、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを増大させ、一方、温度センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔcが設定温度Ｔｓ未満となるとき、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを減少させる。
【００５４】
ここで、図３には、エンジン２を経由した冷却水の全流量Ｆに対する流量Ｆｅの流量比Ｒ（％）と、温度センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔｃ（℃）と、発電機３０にて発電される発電量Ｅ（Ｗ）との関係を表す特性図が示されている。
上記流量制御では、この特性図に基づいて所定の発電量Ｅに対応する冷却水温度Ｔｃを設定温度Ｔｓとして設定している（目標温度設定手段）。
【００５５】
具体的には、図３の特性図から、冷却水温度Ｔｃの上昇に伴い発電量Ｅが急激に増大するのは冷却水温度Ｔｃが１２０℃近傍となる点までであり、それ以降は冷却水温度Ｔｃの上昇によっても発電量Ｅはなだらかにしか増大しないことが読み取れる。
【００５６】
また、冷却水には、リン酸、カルボン酸、トリアゾール、ケイ酸化合物などの防錆剤が添加されているが、この防錆剤は流量比Ｒが０％近く、即ちＬＬＣが完全に蒸発すると析出するため好ましくない。
【００５７】
従って、本発明の流量制御では、発電量Ｅの目標を約７４０（Ｗ）に設定し、温度センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔｃが１２０℃となる点から若干余裕をもたせて１３０℃とするべく、即ち設定温度Ｔｓを１３０℃として流量比Ｒが１１％程度になるように流量調整弁３６を制御している。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、シリンダブロック３の廃熱で冷媒の蒸発を行った後に、排ガスの廃熱で冷媒の過熱を行うことができるため、ＲＣ回路６において、より多くの冷媒を段階的に効率良く過熱状態にして冷媒の過熱度を高めることができ、廃熱利用装置のエネルギー回収量を増大することができる。
【００５９】
また、上記流量制御を行うことにより、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを全流量Ｆの１１％程度に少なくするだけの簡易な制御にて、排ガス熱交換器８の出口の冷却水温度Ｔｃ、換言すると、過熱器１０に流入する冷却水の温度を１３０℃に大幅に上昇させることができるため、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を効果的に高めることができる。
【００６０】
更に、上記流量制御では、温度センサ２０にて検出された冷却水温度Ｔｃに応じて、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを規制し、流量Ｆｅが少なすぎて過熱器１０に流入する冷却水の冷却水温度Ｔｃが高くなりすぎたり、或いは、流量Ｆｅが多すぎて過熱器１０に流入する冷却水の冷却水温度Ｔｃが低くなりすぎたりすることを防止することができるため、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を効率的に高めることができる。
【００６１】
更にまた、上記流量制御では、図３の特性図に基づいて、冷却水温度Ｔｃの上昇に伴い発電量Ｅが急激に増大する発電効率が良いポイントの冷却水温度Ｔｃを１３０℃として読み取り、これを設定温度Ｔｓとして設定することにより、発電機３０にて発電される発電量、ひいては廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に効率的に増大することができる。
【００６２】
また、上記流量制御では、設定温度Ｔｓを冷却水が完全に蒸発する温度未満の温度に設定するため、排ガス熱交換器８内に添加剤が析出し、この析出した添加剤による排ガス熱交換器８の伝熱能力の低下や、冷却水の防錆能力の低下を確実に防止することができるため、廃熱利用装置のエネルギー回収量を確実に増大することができる。
【００６３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、当該第２実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の模式図を概略的に示している。
当該第２実施形態は、上記第１実施形態における排ガス熱交換器８の熱交換部を２分割して構成するものであり、他は上記第１実施形態と同様の構成をなしている。
【００６４】
排ガス熱交換器８は、その熱交換部が冷却水の流れ方向から順に第１熱交換部８Ａと第２熱交換部８Ｂとに分割され、第１熱交換部８Ａと第２熱交換部８Ｂとの間には気液分離器３８が介挿されている。
【００６５】
気液分離器３８は、蒸発器１２の入口に第１熱交換部８Ａを経由した冷却水の添加剤を含む液体のみを蒸発器１２の入口に戻すリターン路４０が気液分離器３８から蒸発器１２の入口まで延設されている（気液分離手段）。
【００６６】
また、温度センサ２０は、第１熱交換部８Ａと気液分離器３８との間に装着され、第１熱交換部８Ａの出口の冷却水温度Ｔｃを検出しており、流量制御では、この冷却水温度Ｔｃに応じて、排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを規制する制御が行われる。
【００６７】
以上のように、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を高めて、廃熱利用装置のエネルギー回収量を大幅に増大することができる。
【００６８】
特に当該第２実施形態では、第２熱交換部８Ｂでは添加剤の析出温度以上に冷却水、即ち気液分離器３８で添加剤を分離した後の蒸気を更に過熱した過熱蒸気を形成することが可能となる。従って、排ガス熱交換器８内における添加剤の析出や冷却水の防錆能力の低下を防止しつつ、過熱器１０に流入する冷却水の冷却水温度Ｔｃを極力増大することができる。
【００６９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、当該第３実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の模式図を概略的に示している。
当該第３実施形態は、上記第１実施形態における流量調整弁３６の位置を排ガス熱交換器８側に設けたものであり、他は上記第１実施形態と同様の構成をなしている。
【００７０】
詳しくは、バイパス路３４は、エンジン２と排ガス熱交換器８との間を接続する循環路５の流路（第１流路）５ｄから分岐され、流量調整弁３６は、流路５ｄのバイパス路３４の分岐点よりも排ガス熱交換器８側に介挿されている。
そして、ＥＣＵ３２は、温度センサ２０からの入力信号に応じて流量調整弁３６の駆動部に駆動信号を出力することにより、上記各実施形態と同様の流量制御を行う（流量制御手段）。
【００７１】
当該流量制御では、上記各実施形態の場合の流量調整弁３６とは逆動作になるように、冷却水温度Ｔcが設定温度Ｔs以上（Ｔc≧Ｔs）となり、Ｔc≧Ｔsが成立すると判定された場合には流量調整弁３６を開弁させて排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを増大させ、一方、Ｔc≧Ｔsが成立しないと判定された場合には流量調整弁３６を閉弁させて排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを減少させ、設定温度Ｔｓを１３０℃として流量比Ｒが１１％程度になるように流量調整弁３６を制御している。
【００７２】
以上のように、第３実施形態では、上記各実施形態と同様に、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を高めて、廃熱利用装置のエネルギー回収量を大幅に増大することができる。
特に当該第３実施形態では、排ガス熱交換器８を流れる冷却水は流量比Ｒが１１％程度の小流量となるように上記各実施形態と同様の流量制御が行われることから、流量調整弁３６を流路５ｄのバイパス路３４の分岐点よりも排ガス熱交換器８側に設けることにより、流量調整弁３６をバイパス路３４に設ける場合に比して流量調整弁３６の口径を小さくすることができ、ひいては流量調整弁３６を小型化することができる。従って、流量調整弁３６、冷却水回路４、ひいては廃熱利用装置のコストを低減することができる。
【００７３】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図６は、当該第４実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の模式図を概略的に示している。
当該第４実施形態は、上記第３実施形態における流量調整弁３６をリニアポンプ４２に置き換えたものであり、他は上記第３実施形態と同様の構成をなしている。
【００７４】
リニアポンプ４２は、その駆動部がＥＣＵ３２に電気的に接続され、温度センサ２０にて検出される冷却水温度Ｔcに応じてリニア駆動が可能な電動ポンプである。
そして、ＥＣＵ３２は、温度センサ２０からの入力信号に応じてリニアポンプ４２の駆動部に駆動信号を出力することにより、上記各実施形態と同様の流量制御を行っている（流量制御手段）。
【００７５】
当該流量制御では、冷却水温度Ｔcが設定温度Ｔs以上（Ｔc≧Ｔs）となり、Ｔc≧Ｔsが成立すると判定された場合にはリニアポンプ４２の回転数を増大させて排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを増大させ、一方、Ｔc≧Ｔsが成立しないと判定された場合にはリニアポンプ４２の回転数を減少させて排ガス熱交換器８に流入する冷却水の流量Ｆｅを減少させ、設定温度Ｔｓを１３０℃として流量比Ｒが１１％程度になるようにリニアポンプ４２を制御している。
【００７６】
以上のように、第４実施形態では、上記各実施形態と同様に、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を高めて、廃熱利用装置のエネルギー回収量を大幅に増大することができる。
【００７７】
特に当該第４実施形態では、エンジン２の駆動の停止に連動して冷却水ポンプ１８の駆動が停止された場合であっても、排ガス熱交換器８に滞留する冷却水が設定温度Ｔｓ以上の高温になるときには、冷却水ポンプ１８の代わりにリニアポンプ４２によって排ガス熱交換器８に冷却水を流通させることができる。従って、冷却水ポンプ１８の停止によって排ガス熱交換器８に冷却水が流通しないために排ガスの余熱によって排ガス熱交換器８が過度に加熱され、排ガス熱交換器８が破損することを防止することができ、排ガス熱交換器８、冷却水回路４、ひいては廃熱利用装置を保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を確保することができる。
【００７８】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図７は、当該第５実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の模式図を概略的に示している。
当該第５実施形態は、上記第４実施形態における冷却水回路４の過熱器１０と蒸発器１２との間の循環路５に減圧弁４４を設け、流路５ｄのリニアポンプ４２よりも排ガス熱交換器８側に逆止弁４６を設けるものであり、他は上記第４実施形態と同様の構成をなしている。
【００７９】
詳しくは、減圧弁４４は、過熱器１０と蒸発器１２との間の循環路５の流路（第２流路）５ｅに介挿され、過熱器１０側の冷却水をその冷却水圧力Ｐが所定の設定圧力Ｐｓまで減圧された状態にて蒸発器１２側に流通させる。
【００８０】
また、逆止弁４６は、流路５ｄのリニアポンプ４２よりも排ガス熱交換器８側に介挿され、排ガス熱交換器８側からリニアポンプ４２側への冷却水の逆流を阻止している。
以上のように、第５実施形態では、上記各実施形態と同様に、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を高めて、廃熱利用装置のエネルギー回収量を大幅に増大することができる。
【００８１】
特に当該第５実施形態では、リニアポンプ４２が駆動されている状態で冷却水が沸騰したとしても、沸騰した冷却水は過熱器１０にて凝縮され、更に減圧弁４４にて減圧されて蒸発器１２側に流れる。従って、排ガス熱交換器８にて冷却水が沸騰された場合を想定した耐圧設計をリニアポンプ４２から排ガス熱交換器８、過熱器１０を介し減圧弁４４に至るまでの循環路５に限定することができる。
【００８２】
また、上記と同様の状況において、排ガス熱交換器８に滞留する冷却水が沸騰した状態で、リニアポンプ４２の駆動が停止されたとしても、沸騰した冷却水が排ガス熱交換器８側からリニアポンプ４２側へ逆流することを確実に防止することができる。従って、これらにより、冷却水回路４、ひいては廃熱利用装置を簡易にして確実に保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を簡易にして確実に確保することができる。
【００８３】
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
当該第６実施形態の廃熱利用装置は、例えば図１に示されるような上記第１実施形態とほぼ同様の構成をなしている。
【００８４】
図８は、膨張機２２の曝される環境情報の一つとしての外気温度に対する膨張機特性を示した図であり、膨張機２２の膨張効率を膨張機２２の特定の容積比毎に表している。膨張機２２の容積比とは、膨張機２２の入口の冷媒容積に対する膨張機２２の出口の冷媒容積の比（膨張比）のことである。
【００８５】
この図によれば、膨張機２２の膨張効率が最も大きくなるのは、例えば１５℃の一般的な低外気温の場合には容積比が３．４の場合、また、例えば３５℃の一般的な高外気温の場合には容積比が２．５の場合、また、例えば２５℃の一般的な平均外気温の場合には容積比が２．６の場合である。
【００８６】
また、高外気温となる夏季には、容積比が大きくなるにつれて膨張効率が低下し、一方、低外気温となる冬季には、容積比が小さくなるにつれて膨張効率が低下するという膨張機特性を図８から読み取ることができる。
【００８７】
図９は、１５℃の低外気温において容積比を３．４と設定した場合の、蒸発器熱交換量に対する過熱器熱交換量の熱量比と、同一熱交換性能における蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示している。蒸発器熱交換量及び過熱器熱交換量とは、蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部において、それぞれ単位時間あたりの冷却水と冷媒との間で行われる熱交換の熱量を意味している。この図によれば、熱量比が０．０８のときに蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の総伝熱面積が最小となる。
【００８８】
図１０は、３５℃の高外気温において容積比を２．５と設定した場合の熱量比と、同一熱交換性能における蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示している。この図によれば、熱量比が０．３５のときに蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の総伝熱面積が最小となる。
【００８９】
図１１は、２５℃の平均外気温において容積比を２．６と設定した場合の熱量比と、同一熱交換性能における蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の各伝熱面積または総伝熱面積との関係を示している。この図によれば、熱量比が０．１５のときに蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の総伝熱面積が最小となる。
【００９０】
図１２は、上述した図９〜１１の３つの外気温度条件下における最適容積比と、これら最適容積比に対応する最適熱量比とをまとめた図である。
この図から明らかなように、外気温度が年間を通して１５℃の低外気温から３５℃の高外気温にかけての広範囲に亘って変動することを前提として、膨張機２２における容積比が２．５以上３．４以下に予め設定される。なお、簡易的に、外気温度の年間平均が２５℃となることを前提として、上記容積比を２．６に予め設定しても良い。
【００９１】
ここで、ＥＣＵ３２では、予め設定された容積比が２．５以上３．４以下、または２．６の場合、蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の総伝熱面積を最も小さくするべく熱量比を設定する熱量比制御（熱量比制御手段）が行われる。
【００９２】
具体的には、ＥＣＵ３２では、外気温度が年間を通して低外気温から高外気温にかけての広範囲に亘って変動することを前提として、予め設定された容積比が２．５以上３．４以下の場合、上記熱量比制御によって熱量比を０．０８以上０．３５以下に設定、調整する制御が行われる。なお、簡易的に、外気温度の年間平均が２５℃となることを前提として、予め設定された容積比が２．６の場合、上記熱量比制御によって熱量比を０．１５に設定、調整する制御を行っても良い。
【００９３】
ＥＣＵ３２では、蒸発器１２及び過熱器１０にそれぞれ流入する冷却水及び冷媒の温度、流量等の情報や蒸発器１２及び過熱器１０の固有の熱交換性能に基づき、蒸発器熱交換量及び過熱器熱交換量、ひいては熱量比が算出される。そして、当該熱量比制御では、流量調整弁３６によってバイパス路３４を流れる冷却水の流量を調整することにより、排ガス熱交換器８、ひいては過熱器１０に流入する冷却水の流量を規制し（流量制御手段）、算出された実際の熱量比を０．０８以上０．３５以下、または０．１５の設定熱量比に調整している。
【００９４】
以上のように、第６実施形態では、上記各実施形態と同様に、ＲＣ回路６における冷媒の過熱度を高めて、廃熱利用装置のエネルギー回収量を大幅に増大することができる。
【００９５】
特に当該第６実施形態では、上記熱量比制御を行うことにより、外気温度に対する膨張機特性に基づいて膨張機２２を高効率作動させることができる。更に、蒸発器１２及び過熱器１０の各伝熱部の各伝熱面積を必要最小限の大きさとして蒸発器１２及び過熱器１０の小型化を図ることがため、廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に効率的に増大することができる。
【００９６】
具体的には、予め設定された容積比が２．５以上３．４以下の場合、熱量比制御では熱量比を０．０８以上０．３５以下に設定する。このような容積比及び熱量比に設定することにより、一般的な低外気温から高外気温にかけての広範囲に亘って膨張機２２を高効率作動させつつ、蒸発器１２及び過熱器１０の小型化を図ることができることが上述した図８〜１２のデータを得た実験により判明しており、これにより廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に確実に増大することができる。
【００９７】
更に、予め設定された容積比が２．６のとき、熱量比制御では熱量比を０．１５に設定する。このような容積比及び熱量比に設定することにより、一般的な平均外気温において膨張機２２を高効率作動させつつ、蒸発器１２及び過熱器１０の小型化を図ることができることが上述した図８〜１２のデータを得た実験により判明しており、これにより廃熱利用装置のエネルギー回収量を簡易にして確実に増大することができる。
【００９８】
更にまた、上記熱量比制御では、流量調整弁３６によって排ガス熱交換器８、ひいては過熱器１０に流入する冷却水の流量を規制するだけの簡易な制御で所望の熱量比に調整することができるため、廃熱利用装置のエネルギー回収量を更に簡易にして確実に増大することができる。
【００９９】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【０１００】
例えば、上記各実施形態では、上記廃熱利用装置がエンジン２を駆動源とした車両に搭載されるが、これに限らず、上記廃熱利用装置をエンジン２と図示しない電気モータとを駆動源として組み合わせたハイブリッド車に搭載しても良い。この場合には、車両の駆動源をエンジン２から電気モータに切り換える際にエンジン２が頻繁に停止し、これに伴い冷媒ポンプ１８も頻繁に停止することから、特に、上述した上記第４及び第５実施形態の場合には、上述したリニアポンプ４２による流量制御を行うことによって、冷却水回路４、ひいては廃熱利用装置を簡易にして確実に保護することができるため、廃熱利用装置の信頼性を確保することができて好適である。
【０１０１】
また、上記第６実施形態の熱量比制御は、上記第１実施形態の廃熱利用装置に限らず、上記第２から第５実施形態の廃熱利用装置に適用しても上記と同様の効果を得られる。
【０１０２】
更に、上記第６実施形態では、流量調整弁３６によってバイパス路３４を流れる冷却水の流量を調整することにより、排ガス熱交換器８、ひいては過熱器１０に流入する冷却水の流量を規制して熱量比制御を行っているが、熱量比制御の制御対象は過熱器１０に流入する冷却水流量のみに限定されない。
【０１０３】
更にまた、上記第６実施形態では、膨張機２２の曝される環境情報として外気温度に基づいて最適な容積比を設定し、ひいては最適な熱量比を設定しているが、外気温度のみに限らず他の環境情報を最適容積比、ひいては最適熱量比設定のためのパラメータとして用いても良い。
【符号の説明】
【０１０４】
２  エンジン（内燃機関）
３  シリンダブロック（内燃機関本体）
４  冷却水回路
５  冷却水の循環路
５ｄ  流路（第１流路）
５ｅ  流路（第２流路）
６  ランキンサイクル
７  作動流体の循環路
８  排ガス熱交換器
８Ａ  第１熱交換部
８Ｂ  第２熱交換部
１０  過熱器
１２  蒸発器
１８  冷却水ポンプ
２０  温度センサ（温度検出手段）
２２  膨張機
２４  凝縮器
２８  ポンプ
３０  発電機
３２  ＥＣＵ（流量制御手段、目標温度設定手段、熱量比制御手段）
３４  バイパス路（流量制御手段）
３６  流量調整弁（流量制御手段）
３８  気液分離器（気液分離手段）
４０  リターン路（気液分離手段）
４２  リニアポンプ（流量制御手段）
４４  減圧弁
４６  逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010077964.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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