(57)【要約】【課題】媒体を過剰に加熱することなく、エンジンの排熱を効率よく利用することができる排熱回収システムを提供する。【解決手段】熱交換により媒体を気化させる熱交換器（１２）と、気化された媒体によりエネルギーを発生させる膨張機（１３）と、気化された媒体を凝縮して液化させる凝縮器（１４）と、液化された媒体を前記熱交換器（１２）へと送るポンプ（１５）と、を備えるランキンサイクルシステム（１０）を備え、熱交換器（１２）は、冷却水と内燃機関（２５）の排ガスとで熱交換を行い、さらに、熱交換後の冷却水と媒体とで熱交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２５）が発生する熱を冷却水により冷却する内燃機関冷却システム（２０）と、
熱交換により媒体を気化させる熱交換器（１２）と、前記気化された媒体によりエネルギーを発生させる膨張機（１３）と、前記気化された媒体を凝縮して液化させる凝縮器（１４）と、前記液化された媒体を前記熱交換器（１２）へと送るポンプ（１５）と、を備えるランキンサイクルシステム（１０）と、
を備え、
前記熱交換器（１２）は、前記冷却水と前記内燃機関（２５）の排ガスとで熱交換を行い、さらに、前記熱交換後の冷却水と前記媒体とで熱交換を行うことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）は、前記媒体の流路と、前記冷却水の流路と、前記排ガスの流路と、が多重に積層されて構成され、
前記媒体の流路と前記排ガスの流路との間に、前記冷却水の流路が介在することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項３】
請求項１に記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）は、
前記媒体と前記冷却水とで熱交換を行い、前記熱交換後の冷却水と前記排ガスとで熱交換を行い、さらに前記熱交換後の冷却水と前記媒体とで熱交換を行うことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項４】
請求項３に記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）は、
冷却水が流通する冷却水流路（１２１）と、
前記冷却水流路内に略直交して備えられる、第１の媒体流路（１２３ａ）、排ガス流路（１２４）及び第２の媒体流路（１２３ｂ）と、
を備え、
前記第１の媒体流路（１２３ａ）と前記第２の媒体流路（１２３ｂ）とは、Ｕターン路（１２０ｃ）により接続され、
前記冷却水は、前記第１の媒体流路（１２３ａ）の周囲を流通した後、前記排ガス流路（１２４）の周囲を経て、前記第２の媒体流路（１２３ｂ）の周囲を流通し、
前記媒体は、前記第１の媒体流路（１２３ａ）を流通した後、前記Ｕターン路（１２０ｃ）を経て、前記第２の媒体流路（１２３ｂ）へと流通することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項５】
請求項３に記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）は、
冷却水が流通する第１の冷却水流路（１２６ａ）及び第２の冷却水流路（１２６ｂ）と、
前記第１の冷却水流路（１２６ａ）内に略直交して備えられる、第１の媒体流路（１２３ａ）及び第１の排ガス流路（１２４ａ）と、
前記第２の冷却水流路（１２６ｂ）内に略直交して備えられる、第２の排ガス流路（１２４ｂ）及び第２の媒体流路（１２３ｂ）と、
を備え、
前記第１の冷却水流路（１２６ａ）と前記第２の冷却水流路（１２６ｂ）とは、Ｕターン路（１２６ｃ）により接続され、
前記第１の媒体流路（１２３ａ）と前記第２の媒体流路（１２３ｂ）とは、Ｕターン路（１２３ｃ）により接続され、
前記第１の排ガス流路（１２４ａ）と前記第２の排ガス流路（１２４ｂ）とは、Ｕターン路（１２４ｃ）により接続され、
前記冷却水は、前記第１の冷却水流路において、前記第１の媒体流路（１２３ａ）及び前記第１の排ガス流路（１２４ａ）の周囲を流通した後、前記Ｕターン路（１２６ｃ）を経て、前記第２の排ガス流路（１２４ｂ）及び前記第２の媒体流路（１２３ｂ）の周囲を流通し
前記媒体は、前記第１の媒体流路（１２３ａ）を流通した後、前記Ｕターン路（１２３ｃ）を経て、前記第２の媒体流路（１２３ｂ）へと流通し、
前記排ガスは、前記第１の排ガス流路（１２４ａ）を流通した後、前記Ｕターン路（１２４ｃ）を経て、前記第２の排ガス流路（１２４ｂ）へと流通することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）において熱交換後の前記排ガスは、前記内燃機関（２５）の吸気系へと環流されることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一つに記載の排熱回収システムにおいて、
前記熱交換器（１２）に排ガスを流通させる排ガス回収バルブ（４１）と、
前記熱交換器（１２）に冷却水を流通させる冷却水回収バルブ（２８）と、
前記排ガス回収バルブ（４１）と、前記冷却水回収バルブ（２８）とを制御する制御装置（１００）と、
を備え、
前記制御装置（１００）は、
前記内燃機関（２５）が始動している場合に、前記排ガス回収バルブ（４１）及び前記冷却水回収バルブ（２８）を制御して前記熱交換器（１２）に前記冷却水及び前記排ガスを流通させ、
前記熱交換器（１２）から流出する冷却水の温度が所定温度を超えたときは、前記排ガス回収バルブ（４１）を制御して前記熱交換器（１２）への前記排ガスの流通を停止させ、
前記熱交換器（１２）から流出する媒体の温度が所定温度を超えたとき、または、前記熱交換器（１２）から流出する媒体の圧力が所定圧力を超えたときは、前記冷却水回収バルブ（２８）を制御して、前記熱交換器（１２）への前記冷却水の流通を停止させることを特徴とする排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排熱を効率的に利用できるランキンサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱によって媒体である液体を気化させ、この気化された媒体によってエネルギーを取り出すランキンサイクル熱機関（ランキンサイクルシステム）が知られている。また、このランキンサイクルシステムを車両に搭載し、内燃機関の排熱を利用してエネルギーを取り出すシステムも知られている。
【０００３】
ランキンサイクルシステムに用いられる内燃機関の排熱は、一般的にエンジンの冷却水等が用いられるが、高温の排ガスをエネルギー源として用いるものも知られている。
【０００４】
このようなランキンサイクルシステムとして、ＥＧＲガスの熱エネルギーを用いてランキンサイクル作動媒体を気化させる熱交換手段を有するランキンサイクルシステム（特許文献１参照。）が知られている。
【特許文献１】特開２００７−２３９５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１のように、内燃機関の排ガスをランキンサイクルシステムの熱源として用いることが知られている。しかし、ランキンサイクルシステムに用いられる媒体はＨＦＣが広く用いられるが、排ガスの高温により熱分解を起こす可能性がある。また、ランキンサイクルシステムの潤滑に用いられる油脂が熱により炭化を起こす可能性もある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、媒体を過剰に加熱することなく、エンジンの排熱を効率よく利用することができる排熱回収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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、内燃機関が発生する熱を冷却水により冷却する内燃機関冷却システムと、熱交換により媒体を気化させる熱交換器と、前記気化された媒体によりエネルギーを発生させる膨張機と、前記気化された媒体を凝縮して液化させる凝縮器と、前記液化された媒体を前記熱交換器へと送るポンプと、を備えるランキンサイクルシステムと、を備え、前記熱交換器は、前記冷却水と前記内燃機関の排ガスとで熱交換を行い、さらに、前記熱交換後の冷却水と前記媒体とで熱交換を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器は、前記媒体の流路と、前記冷却水の流路と、前記排ガスの流路と、が多重に積層されて構成され、前記媒体の流路と前記排ガスの流路との間に、前記冷却水の流路が介在することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器は、前記媒体と前記冷却水とで熱交換を行い、前記熱交換後の冷却水と前記排ガスとで熱交換を行い、さらに前記熱交換後の冷却水と前記媒体とで熱交換を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器
は、冷却水が流通する冷却水流路と、前記冷却水流路内に略直交して備えられる第１の媒体流路、排ガス流路及び第２の媒体流路と、を備え、前記第１の媒体流路と前記第２の媒体流路とは、Ｕターン路により接続され、前記冷却水は、前記第１の媒体流路の周囲を流通した後、前記排ガス流路の周囲を経て、前記第２の媒体流路の周囲を流通し、前記媒体は、前記第１の媒体流路を流通した後、前記Ｕターン通路を経て、前記第２の媒体流路へと流通することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器は、冷却水が流通する第１の冷却水流路及び第２の冷却水流路と、前記第１の冷却水流路内に略直交して備えられる、第１の媒体流路及び第１の排ガス流路と、前記第２の冷却水流路内に略直交して備えられる、第２の排ガス流路及び第２の媒体流路と、を備え、前記第１の冷却水流路と前記第２の冷却水流路とは、Ｕターン路により接続され、前記第１の媒体流路と前記第２の媒体流路とは、Ｕターン路により接続され、前記第１の排ガス流路と前記第２の排ガス流路とは、Ｕターン路により接続され、前記冷却水は、前記第１の冷却水流路において、前記第１の媒体流路及び前記第１の排ガス流路の周囲を流通した後、前記Ｕターン路を経て、前記第２の排ガス流路及び前記第２の媒体流路の周囲を流通し、前記媒体は、前記第１の媒体流路を流通した後、前記Ｕターン路を経て、前記第２の媒体流路へと流通し、前記排ガスは、前記第１の排ガス流路を流通した後、前記Ｕターン路を経て、前記第２の排ガス流路へと流通することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器において熱交換後の前記排ガスは、前記内燃機関の吸気系へと環流されることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の排熱回収システムにおいて、前記熱交換器に排ガスを流通させる排ガス回収バルブと、前記熱交換器に冷却水を流通させる冷却水回収バルブと、前記排ガス回収バルブと、前記冷却水回収バルブとを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関が始動している場合に、前記排ガス回収バルブ及び前記冷却水回収バルブを制御して前記熱交換器に前記冷却水及び前記排ガスを流通させ、前記熱交換器から流出する冷却水の温度が所定温度を超えたときは、前記排ガス回収バルブを制御して前記熱交換器への前記排ガスの流通を停止させ、前記熱交換器から流出する媒体の温度が所定温度を超えたとき、または、前記熱交換器から流出する媒体の圧力が所定圧力を超えたときは、前記冷却水回収バルブを制御して、前記熱交換器への前記冷却水の流通を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によると、熱交換器において、冷却水とエンジンの排ガスとで熱交換を行い、さらに、熱交換後の冷却水と媒体とで熱交換を行うので、高温の排ガスと媒体とが直接触れることなく熱交換が行え、媒体が熱分解することを防止すると共に、効率よく媒体の温度を上昇させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、熱交換器は、媒体の流路と、冷却水の流路と、排ガスの流路とが多重に積層されて構成され、媒体の流路と排ガスの流路との間に冷却水の流路が介在するので、媒体が熱分解することを防止すると共に、効率よく媒体の温度を上昇させることができる。また、熱交換器をコンパクトに構成でき、スペース効率を高めることができる。
【００１６】
請求項３の発明によると、熱交換器において、媒体と冷却水とで熱交換を行い、熱交換後の冷却水と排ガスとで熱交換を行い、さらに熱交換後の冷却水と媒体とで熱交換を行うので、高温の排ガスと媒体とが直接触れることなく熱交換が行え、媒体が熱分解すること
を防止すると共に、効率よく媒体の温度を上昇させることができる。
【００１７】
請求項４の発明によると、冷却水は、第１の媒体流路の周囲を流通した後、排ガス流路の周囲を経て、第２の媒体流路の周囲を流通し、媒体は、第１の媒体流路を流通した後、Ｕターン通路を経て、第２の媒体流路へと流通するので、高温の排ガスと媒体とが直接触れることなく熱交換が行え、媒体が熱分解することを防止することができる。またさらに、熱交換器を大型化することなく、効率よく媒体の温度を上昇させることができる。
【００１８】
請求項５の発明によると、冷却水は、第１の冷却水流路において、第１の媒体流路及び第１の排ガス流路の周囲を流通した後、Ｕターン路を経て、第２の排ガス流路及び第２の媒体流路の周囲を流通し、媒体は、第１の媒体流路を流通した後、Ｕターン路を経て、第２の媒体流路へと流通し、排ガスは、第１の排ガス流路を流通した後、Ｕターン路を経て、前記第２の排ガス流路へと流通するので、高温の排ガスと媒体とが直接触れることなく熱交換が行え、媒体が熱分解することを防止することができる。またさらに、熱交換器を大型化することなく、効率よく媒体の温度を上昇させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によると、熱交換器において熱交換後の前記排ガスは、前記内燃機関の吸気系へと環流されるので、熱交換器において媒体温度を上昇させると共に、ＥＧＲシステムに用いられる排ガス温度を下げることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によると、制御装置は、冷却水の温度、媒体の温度及び媒体の圧力によって、排ガス回収バルブ及び冷却水回収バルブを制御するので、熱交換器を大型化することなく、効率よく媒体の温度を適切に上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態の排熱回収システムについて図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の排熱回収システムの説明図である。
【００２３】
排熱回収システムは、エンジン２５を中心とするエンジン冷却システム２０と、エンジン２５の排熱等によってエネルギーを発生させるランキンサイクルシステム１０と、から構成される。
【００２４】
ランキンサイクルシステム１０は、媒体が循環する媒体経路１１と、車両の排熱等により熱交換を行うことで媒体を気化させる熱交換器としての蒸発器１２と、気化された媒体により回転エネルギーを発生させる膨張機１３と、気化された媒体を凝縮して液化させる凝縮器１４と、液化された媒体を循環させるポンプ１５と、媒体経路１１において、凝縮器１４によって液化された媒体と、未だ気相の媒体とを分離するリキッドタンク（Ｌ／Ｔ）１６と、によって構成される。
【００２５】
なお、本実施形態では、媒体はＨＦＣ−Ｒ１３４ａを用いるが、これに限られるものではなく、その他の媒体を用いてもよい。
【００２６】
蒸発器１２は、その内部を、ランキンサイクルシステム１０の媒体と、エンジン冷却システム２０の冷却水と、エンジン２５から排出される排ガスと、が流通するように構成されている。蒸発器１２は、これらの間で熱交換を行うことにより、媒体の温度を上昇させる。この蒸発器１２による熱交換の詳細は、後述する。
【００２７】
膨張機１３は、蒸発器１２により気化されることで体積が膨張した媒体によって回転駆動される。この膨張機１３は、その回転軸を発電機１７と共有している。これにより、膨
張機１３の回転エネルギーが発電機１７に伝わり、発電機１７が発電される。媒体は、膨張機１３を駆動した後、凝縮器１４において液化され、ポンプ１５により媒体経路１１を再び循環される。
【００２８】
本実施形態のランキンサイクルシステム１０は、このように構成することによって、エンジン２５の排熱による熱エネルギーを回転エネルギーに変換し、この回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。電気エネルギーは、例えば図示しない蓄電器に蓄電する。なお、蓄電器は、例えばバッテリやキャパシタ等により構成される。
【００２９】
車両を駆動する内燃機関としてのエンジン２５を中心とするエンジン冷却システム２０は、冷却水が循環する冷却水経路２１によって構成される。この冷却水経路２１は、ラジエタ２２、ヒータコア２３、サーモスタット（Ｔ／Ｓ）２４、ウォーターポンプ２６が接続されている。
【００３０】
ラジエタ２２は、冷却水と大気とを熱交換することによって、冷却水温度を適切に制御する。ヒータコア２３は、他の空調装置と共に車両内に備えられ、冷却水により車両の室内の温度を上昇させる。サーモスタット２４は、エンジン２５の始動時等に冷却水経路２１をバイパス経路２７側に切り替えて、エンジン２５の暖機を促進する。ウォーターポンプ２６は、冷却水経路２１の冷却水を循環させる。
【００３１】
エンジン２５は、酸素を含む大気をシリンダ室内に導く吸気管３３と、シリンダ室における爆発燃焼後の排ガスをエンジン２５外部へと導く排気管３４とを備える。
【００３２】
排気管３４には、排ガス回収バルブ４１が備えられる。排ガス回収バルブ４１の一方は排ガス通路５０に連通している。排ガス回収バルブ４１は、制御装置１００の制御により回収モードと非回収モードとに制御され、回収モードのときに、排ガスが排ガス通路５０を経由して蒸発器１２へと流通される。
【００３３】
蒸発器１２へと導かれた排ガスは、排ガス通路５１を経由して再び排気管３４へと戻る。
【００３４】
冷却水経路２１の途中には、分配弁（冷却水回収バルブ）２８が備えられる。分配弁２８は、制御装置１００の制御により回収モードと非回収モードとに制御され、回収モードのときに、冷却水が分岐経路２９を経由して蒸発器１２へと流通される。
【００３５】
この排熱回収システムには、制御装置１００が備えられている。制御装置１００は、蒸発器１２における媒体温度、媒体圧力や冷却水温度を計測する。また、これらの計測値に基づいて、排ガス回収バルブ４１及び分配弁２８の回収モード及び非回収モードを制御する。
【００３６】
次に、ランキンサイクルシステム１０の蒸発器１２について説明する。
【００３７】
蒸発器１２は、エンジン２５から排出される排ガスの熱を利用して、ランキンサイクルシステム１０の媒体の温度を上昇させて、媒体を気化する。
【００３８】
ここで、排ガス温度は高温（数百℃）となるため、ランキンサイクルシステム１０の媒体と高温の排ガスとが直接的に熱交換を行うと、媒体が熱分解を起こしたり、媒体と共に循環経路を流通する潤滑用の油脂が炭化を起こしたりする可能性がある。
【００３９】
そこで、本実施形態では、ランキンサイクルシステム１０の媒体と排ガスとが直接接触
することなく、効率的に排熱を利用できるように、以下のような特徴的な構成を備えた。
【００４０】
図２は、本実施形態の蒸発器１２の構成を示す斜視図である。
【００４１】
蒸発器１２は、複数のプレート１２０が積層されて構成されたプレート積層タイプの熱交換器であり、その内部に媒体、冷却水、排ガスをそれぞれ導入して、これらの間で熱交換を行う。
【００４２】
蒸発器１２は、媒体、冷却水、排ガスそれぞれに対応する三つの入口と三つの出口を備える。媒体は、媒体入口１２０ａから導入され、媒体出口１２０ｂから導出される。冷却水は、冷却水入口１２１ａから導入され、冷却水出口１２１ｂから導出される。排ガスは、排ガス入口１２２ａから導入され、排ガス出口１２２ｂから導出される。
【００４３】
図２（ｂ）は、蒸発器１２の要所の断面図を示す。
【００４４】
この図２（ｂ）に示すように、蒸発器１２内部において、媒体の流路と、冷却水の流路と、排ガスの流路とが、多重に積層されて構成されている。そしてこれら媒体の流路と、冷却水の流路と、排ガスの流路とがそれぞれ対向流となるように構成されている。またさらに、媒体の流路と排ガスの流路との間に、必ず冷却水の流路が介在するように構成されている。これにより、蒸発器１２は、媒体と排ガスが直接接触することなく、熱交換を行うように構成されている。
【００４５】
図３は、蒸発器１２の内部の構造を示す説明図である。
【００４６】
蒸発器１２は、複数のプレート１２０が積層されて構成される。
【００４７】
プレート１２０は、周囲にリブ１２５を備えている。プレート１２０が積層されることで、このリブ１２５と上下のプレート１２０とにより囲まれた空間が、媒体等が流通する流路となる。
【００４８】
プレート１２０には、三つの入口側通路１２８と、三つの出口側通路１２９が備えられている。
【００４９】
入口側通路１２８は、いずれか一つがプレート１２０に開口されており、他の二つは隣接して積層される他のプレート１２０の入口通路のみに連通する。この開口部分が、媒体の入口１２８ａとなる。同様に、出口側通路１２９についてもいずれか一つがプレート１２０に開口されており、この開口部分が媒体の出口１２９ａとなる。
【００５０】
蒸発器１２は、このプレート１２０を多重に積層して固定することにより構成される。なお、プレート１２０の最上部分及び最底部分には、三つの入口部（媒体入口部１２０ａ、冷却水入口１２１ａ、排ガス入口１２２ａ）と、三つの出口部（媒体出口部１２０ｂ、冷却水出口１２１ｂ、排ガス出口１２２ｂ）とが接続される。
【００５１】
蒸発器１２は、このような構造によって、排ガスの廃熱を利用して、ランキンサイクルシステム１０の媒体温度を上昇させることができる。
【００５２】
特に、媒体の流路と排ガスの流路との間に冷却水の流路が介在することにより、冷却水の比熱によって排ガスの高温が媒体に直接伝わることがないので、媒体が熱分解されることなく、適切に温度が上昇される。また、冷却水温度が低い場合は、冷却水温度を上昇させる効果も備える。
【００５３】
なお、図３では特に示していないが、プレート１２０の内面にリブやフィン等を形成して、媒体等の流れを整流させるようにしてもよい。
【００５４】
図４は、本実施形態の制御装置１００の処理を示すフローチャートである。
【００５５】
制御装置１００は、蒸発器１２における媒体温度、媒体圧力や冷却水温度を計測し、排ガス回収バルブ４１及び分配弁２８の状態を制御することにより、媒体の温度状態を制御して、ランキンサイクルシステム１０の作動効率を高める。
【００５６】
制御装置１００は、まず、エンジン２５が始動しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。エンジン２５が始動していない場合は、この処理を繰り返し、待機する。
【００５７】
次に、制御装置１００は、排ガス回収バルブ４１を回収モードへと制御して、排気管３４と蒸発器１２とを連通させる。これにより、排ガスが蒸発器１２に導入される（ステップＳ２０）。
【００５８】
次に、制御装置１００は、分配弁２８を回収モードへと制御して、冷却水経路２１と蒸発器１２とを連通させる。これにより、冷却水が蒸発器１２に導入される（ステップＳ３０）。
【００５９】
この状態で、蒸発器１２に媒体、冷却水及び排ガスが流通し、これらの間で熱交換が行われる。
【００６０】
次に、制御装置１００は、蒸発器１２の冷却水出口１２１ｂにおける冷却水温度が所定温度（第１の所定温度、例えば１００［℃］）以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。この温度は、冷却水が排ガスによって過剰に加熱されていないかのしきい値である。
【００６１】
冷却水温度が所定温度以下であると判定した場合は、ステップＳ６０に移行する。
【００６２】
冷却水温度が所定温度を超えていると判定した場合は、ステップＳ５０に移行し、排ガス回収バルブ４１を非回収モードへと制御して、排ガスが蒸発器１２に導入されないように制御する。
【００６３】
ステップＳ５０では、制御装置１００は、蒸発器１２の媒体出口１２０ｂにおける媒体温度が所定温度（第２の所定温度、例えば９５［℃］）以下であるか否かを判定する。この温度は、媒体が冷却水によって過剰に加熱されていないかのしきい値である。
【００６４】
媒体温度が所定温度以下であると判定した場合は、ステップＳ７０に移行する。
【００６５】
媒体温度が所定温度を超えていると判定した場合は、ステップＳ８０に移行する。
【００６６】
ステップＳ７０では、制御装置１００は、蒸発器１２の媒体出口１２０ｂにおける媒体圧力が所定圧力（例えば２８［ｋｇ／ｃｍ2（ゲージ圧）］）以下であるか否かを判定す
る。この所定圧力は、媒体が冷却水に加熱された結果、ランキンサイクルシステム１０の内圧が過剰に高まっていないかのしきい値である。
【００６７】
媒体圧力が所定圧力以下であると判定した場合は、本フローチャートによる処理を終了し、他の処理へと移行する。
【００６８】
媒体圧力が所定圧力を超えていると判定した場合は、ステップＳ８０に移行する。
【００６９】
ステップＳ８０では、分配弁２８を非回収モードへと制御して、冷却水が蒸発器１２に導入されないように制御する。その後、本フローチャートによる処理を終了し、他の処理へと移行する。
【００７０】
以上のような処理によって、排ガスの熱を用いて、媒体温度を適切に上昇させることができると共に、媒体温度及び圧力が過度に上昇することを抑えることができる。
【００７１】
特に、高温の排ガスによって冷却水や媒体が過剰に加熱されないように、蒸発器１２における媒体の温度を制御することができる。
【００７２】
なお、蒸発器１２は前述の構造に限られず、様々な構成を用いることができる。
【００７３】
図５は、蒸発器１２の他の構成を示す説明図である。
【００７４】
前述の図３及び図４に示した例では、蒸発器１２をプレート積層タイプとしたが、この図５に示す例では、冷却水雰囲気中に媒体及び排ガス経路を略直交して備えて、熱交換を行うように構成した。
【００７５】
図５（ａ）に示すように、蒸発器１２は、媒体入口１２０ａ、媒体出口１２０ｂ、媒体Ｕターン路１２０ｃ、冷却水入口１２１ａ、冷却水出口１２１ｂ、排ガス入口１２２ａ及び排ガス出口１２２ｂを備える。
【００７６】
媒体Ｕターン路１２０ｃは、蒸発器１２の内部に複数備えられる媒体流路（上流側媒体流路１２３ａ、下流側媒体流路１２３ｂ）を互いに連通するために備えられる。
【００７７】
図５（ｂ）は、この蒸発器１２の内部の媒体の流路の透視図である。
【００７８】
蒸発器１２の内部は、冷却水の流れ方向の上流側から下流側にかけて、上流側媒体流路（第１の媒体流路）１２３ａ、排ガス流路１２４、下流側媒体流路（第２の媒体流路）１２３ｂがそれぞれ備えられる。
【００７９】
これら各流路は、通過する媒体等が、流路内をまんべんなく通過するように、多数のフィンが取り付けられている。
【００８０】
図６は、蒸発器１２の断面図である。図６（ａ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図を、図６（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【００８１】
蒸発器１２は、内部に空洞を有し、冷却水が、この空洞部分を、冷却水入口１２１ａ側から冷却水出口１２１ｂ側へと流通するように構成されている。
【００８２】
そして、この空洞部分に、上流側媒体流路１２３ａ、下流側媒体流路１２３ｂ及び排ガス流路１２４が備えられている。
【００８３】
図６（ａ）は、蒸発器１２の上流側媒体流路１２３ａの断面図を示す。
【００８４】
媒体は媒体入口１２０ａから蒸発器１２の内部に導入される。このとき、媒体は複数の上流側媒体流路１２３ａへと分割される。この複数の上流側媒体流路１２３ａの周囲を流
通する冷却水とで熱交換が行われる。その後、媒体は、媒体Ｕターン路１２０ｃを経て蒸発器１２の外部へと一旦導出されたのち、再び下流側媒体流路１２３ｂへと導入される。下流側媒体流路１２３ｂにおいても、周囲を流通する冷却水とで熱交換が行われる。
【００８５】
図６（ｂ）は、蒸発器１２の冷却水の流路の断面図を示す。
【００８６】
蒸発器１２の内部には、前述のように上流側媒体流路１２３ａ、排ガス流路１２４、下流側媒体流路１２３ｂが備えられている。そして、冷却水は、これら各流路の周囲を、これら各流路と直交して、冷却水入口１２１ａから、冷却水出口１２１ｂへと流れるように構成されている。
【００８７】
次に、この図５及び図６のように構成された蒸発器１２の作用について説明する。
【００８８】
冷却水は、冷却水入口１２１ａから導入され、蒸発器１２の内部を流通した後、冷却水出口１２１ｂから導出される。
【００８９】
媒体は、媒体入口１２０ａから導入され、複数に分割された上流側媒体流路１２３ａを流通する。このとき、上流側媒体流路１２３ａの周囲では、冷却水が、媒体の流通方向と略直交して流通する。ここで、媒体と冷却水との間で第１の熱交換が行われる。
【００９０】
この第１の熱交換では、エンジン２５側から流入する冷却水（例えば８０［℃］）と、凝縮器により液化された媒体（例えば５０［℃］）とが熱交換を行う。この結果、媒体温度は若干上昇し、冷却水温度は若干下降する。
【００９１】
その後、媒体は、媒体Ｕターン路１２０ｃを経て、下流側媒体流路１２３ｂへと導入される。
【００９２】
一方、冷却水は、上流側媒体流路１２３ａを通過した後、排ガス流路１２４の周囲を流通する。ここで、排ガスと冷却水との間で第２の熱交換が行われる。
【００９３】
この第２の熱交換では、上流側媒体流路１２３ａを経由した冷却水（例えば７０［℃］）と、導入された排ガス（例えば４００［℃］）とが熱交換を行う。この結果、冷却水温度は若干上昇し、排ガス温度は若干下降する。
【００９４】
その後、排ガスは、排ガス出口１２２ｂから、排気管３４へと排出される。
【００９５】
一方、冷却水は、排ガス流路１２４を通過した後、下流側媒体流路１２３ｂの周囲を流通する。ここで、媒体と冷却水との間で第３の熱交換が行われる。
【００９６】
この第３の熱交換では、排ガスとの熱交換により温度が上昇した冷却水（例えば９０［℃］）と、上流側媒体流路１２３ａでの熱交換により温度が上昇した媒体（例えば７０［℃］）とが熱交換を行う。この結果、媒体温度はさらに上昇し、冷却水温度は若干下降する。
【００９７】
このように構成することにより、蒸発器１２は、ランキンサイクルシステム１０の媒体と排ガスとを直接接触させることなく、冷却水を介して熱交換を行うことにより、媒体温度を適切に上昇させることができる。
【００９８】
特に、蒸発器１２を、この図５及び図６のように構成することにより、媒体−冷却水、冷却水−排ガス、冷却水−媒体の三段階の熱交換を行う。これにより、媒体の温度を緩や
かに上昇させることができ、熱交換の効率を高めることができる。
【００９９】
またさらに、蒸発器１２の内部をこのような構造とすることで、図４に示した制御装置１００による冷却水及び排ガスの回収／非回収の制御を、必ずしも必要としない。蒸発器１２の内部構造（媒体、冷却水、排ガスの各流路の流量や接触面積）を適切に設計すれば、媒体、冷却水及び排ガスが流通するだけで、媒体の温度を所定範囲内に制御することも可能である。
【０１００】
図７は、蒸発器１２のさらに他の例を示す説明図である。
【０１０１】
前述の図６に示した蒸発器１２は、外部に媒体Ｕターン路１２０ｃを備えた。これに対して、図７に示す例では、蒸発器１２の内部にＵターン路となる構造を備えた。
【０１０２】
蒸発器１２は、媒体入口１２０ａ、媒体出口１２０ｂ、冷却水入口１２１ａ、冷却水出口１２１ｂ、排ガス入口１２２ａ及び排ガス出口１２２ｂを備える。これらの作用は前述の図５とほぼ共通である。
【０１０３】
図７（ｂ）は、この蒸発器１２の内部の媒体流路の透視図である。
【０１０４】
蒸発器１２の内部は、冷却水入口１２１ａに連通する上流側冷却水流路（第１の冷却水流路）１２６ａと、冷却水出口１２１ｂに連通する下流側冷却水流路（第２の冷却水流路）１２６ｂとを備える。これらは図８で後述するようにＵターン路１２６ｃにおいて連通している。
【０１０５】
上流側冷却水流路１２６ａには、上流側媒体流路（第１の媒体流路）１２３ａ及び上流側排ガス流路（第１の排ガス流路）１２４ａが備えられる。また、下流側冷却水流路１２６ｂには、下流側排ガス流路（第２の排ガス流路）１２４ｂ及び下流側媒体流路（第２の媒体流路）１２３ｂがそれぞれ備えられる。
【０１０６】
これら各流路は、通過する媒体等が流路内をまんべんなく通過するように、多数のフィンが取り付けられている。
【０１０７】
図８は、図７に示す蒸発器１２の断面図である。図８（ａ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図を、図８（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図を、それぞれ示す。
【０１０８】
前述の図５及び図６に示す例と同様に、蒸発器１２は、内部に空洞を有し、冷却水が、この空洞部分を冷却水入口１２１ａ側から冷却水出口１２１ｂ側へと流通するように構成されている。そして本例では、冷却水は、蒸発器１２に備えられたＵターン路１２６ｃにおいて流れの向きを変えられるように構成されている。
【０１０９】
図８（ａ）は、蒸発器１２の媒体流路（上流側媒体流路１２３ａ及び下流側媒体流路１２３ｂ）の断面図を示す。
【０１１０】
媒体は媒体入口１２０ａから蒸発器１２の内部に導入される。このとき、媒体は複数の上流側媒体流路１２３ａへと分割される。この複数の上流側媒体流路１２３ａの周囲を流通する冷却水とで熱交換が行われる。その後、媒体は、蒸発器１２の内部に備えられたＵターン路１２３ｃにより流れの向きが変えられて、下流側媒体流路１２３ｂへと流通する。
【０１１１】
なお、排ガスについても同様の構造である。すなわち、上流側排ガス流路１２４ａに導
入された排ガスが、Ｕターン路（１２４ｃ）を経由して、下流側排ガス流路１２４ｂへと流通する。
【０１１２】
図８（ｂ）は、蒸発器１２の冷却水流の断面図を示す。
【０１１３】
冷却水は冷却水入口１２１ａから蒸発器の内部に導入され、まず上流側冷却水流路１２６ａを流通する。ここで冷却水は、上流側媒体流路１２３ａ、上流側排ガス流路１２４ａの周囲を通過する。その後、Ｕターン路１２６ｃにおいて、流れの向きが変えられ、下流側冷却水流路１２６ｂへと流通する。ここで冷却水は、下流側排ガス流路１２４ｂ、下流側冷却水流路１２６ｂ通過した後、冷却水出口１２１ｂから導出される。
【０１１４】
この図７及び図８のように構成することにより、媒体、冷却水及び排ガスの配管の取り回しを、図５及び図６に示した蒸発器１２と異ならせることができる。また、外部にＵターン路となる構造も必要ない。これにより、搭載する車両等に適した媒体経路１１、冷却水経路２１のレイアウトを設計することが可能となり、スペース得効率を高めることができる。
【０１１５】
以上のように、本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステム１０は、媒体、冷却水及び排ガスを、蒸発器１２において熱交換することで、エンジン２５の排熱をランキンサイクルシステム１０の熱源として利用することができる。
【０１１６】
特に、本実施の形態では、媒体と排ガスとで直接熱交換を行うのではなく、比熱容量の大きい冷却水を介して熱交換を行うので、高温の排ガスによる媒体の熱分解を防ぐことができると共に、効率よく熱交換を行うことができる。
【０１１７】
また、蒸発器１２は、媒体、冷却水及び排ガスを一体的として熱交換を行うので、接続経路を増加させることなく、放熱ロスや配管によるロスが少なくなるため、エネルギー効率が高まり、効率の高い熱交換を行うことができる。
【０１１８】
また、蒸発器１２は、媒体、冷却水及び排ガスを一体的として熱交換を行うので、小型化することが可能となり、搭載性が向上すると共にスペース効率が高まる。そして小型化により軽量化することができ、燃費を向上させることができる。
【０１１９】
次に、本発明の第２の実施形態の排熱回収システムを説明する。
【０１２０】
前述の第１の実施形態では、ランキンサイクルシステム１０の媒体をエンジン２５から排出される排ガスを用いて昇温させた。これに対して第２の実施形態では、媒体温度を上昇させる溜めに排ガスを用いることは共通だが、ＥＧＲシステムに用いられる排ガスを媒体温度の昇温に用いることを特徴とする。
【０１２１】
図９は、本発明の第２の実施の形態の排熱回収システムの説明図である。
【０１２２】
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１２３】
排気管３４には、ＥＧＲバルブ６０が備えられる。このＥＧＲバルブ６０は、制御装置１００の指令により、開度が可変に構成されている。
【０１２４】
このＥＧＲバルブ６０の一方はＥＧＲ通路６１に連通している。このＥＧＲバルブ６０の開閉状態によって、排ガスが、ＥＧＲ通路６１経由して蒸発器１２へと流通可能に構成される。
【０１２５】
蒸発器１２へと導かれた排ガスは、ＥＧＲ通路６２を経由して、吸気管３３へと導かれ、エンジン２５の吸気と混合される。
【０１２６】
このように構成することにより、ＥＧＲガスとして用いられる排ガスによる廃熱を利用して、ランキンサイクルシステム１０の媒体の温度を上昇させることができる。
【０１２７】
また、ＥＧＲガスはエンジン２５の吸気に用いられるが、この図９のように構成することによって、ＥＧＲクーラーといった新たな構成を加えることなく熱交換によりＥＧＲガスの温度を低くすることができる。これにより、エンジン２５の燃費効率の悪化を防ぐことができる。
【０１２８】
本実施形態では、蒸発器１２は、前述の図２、図５、図７において説明した構造のものを用いることができる。
【０１２９】
なお、ＥＧＲバルブ６０の制御は、制御装置１００によって行われるが、ＥＧＲガスの制御はエンジン２５の運転状態と密接に関連するため、図４に示すような回収／非回収の制御によって、エンジン２５の燃費や出力に影響が生じる場合がある。この場合は、図５又は図７に示すような蒸発器１２を用いて、蒸発器１２の内部の構造により媒体温度が自動的に制御されることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施形態の排熱回収システムの説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の本実施形態の蒸発器の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の蒸発器の内部の構造を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の蒸発器の他の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の蒸発器の他の構成の断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の蒸発器のさらに他の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の蒸発器のさらに他の構成の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の排熱回収システムの説明図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０    ランキンサイクルシステム
１２    蒸発器
２０    エンジン冷却システム
２５    エンジン
２８    分配弁（冷却水回収バルブ）
４１    排ガス回収バルブ
６０    ＥＧＲバルブ
１００    制御装置
１２０ａ    媒体入口
１２０ｂ    媒体出口
１２０ｃ    媒体Ｕターン路
１２１ａ    冷却水入口
１２１ｂ    冷却水出口
１２２ａ    排ガス入口
１２２ｂ    排ガス出口
１２３ａ    上流側媒体流路
１２３ｂ    下流側媒体流路
１２３ｃ    Ｕターン路
１２４    排ガス流路
１２４ａ    上流側排ガス流路
１２４ｂ    下流側排ガス流路
１２６ａ    上流側冷却水流路
１２６ｂ    下流側冷却水流路
１２６ｃ    Ｕターン路
【図１】
2010151023.tif 000003
【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】
2010151023.tif 000008
【図７】
2010151023.tif 000009
【図８】
2010151023.tif 000010
【図９】
2010151023.tif 000011