(57)【要約】【課題】熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用すること。【解決手段】排熱回収システム１０は、内燃機関１が排出する排ガスＥｘから熱エネルギを回収するスターリングエンジン１００と、スターリングエンジン１００によって駆動される発電機２と、発電機２によって生み出される電力を蓄える蓄電池８と、機関ＥＣＵ２０の一機能として実現される充放電制御部２４とを備える。充放電制御部２４は、内燃機関１の停止時において、スターリングエンジン１００による発電量と、排熱回収システム１０が搭載させる車両の補機の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電池８への充電と蓄電池８からの放電とを切り替える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を発生するとともに車両に搭載される熱機関が排出する排ガスから熱エネルギを回収して動力を発生する排熱回収機関と、
前記排熱回収機関によって駆動されて電力を発生する発電機と、
当該発電機によって生み出された電力を蓄電できる蓄電手段と、
前記熱機関の停止時において、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える充放電制御手段と、
を備えることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
前記充放電制御手段は、
前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量よりも大きい場合には、前記発電量と前記要求電力量との差分を前記蓄電手段へ充電し、
前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量を下回る場合には、前記要求電力量の不足分を前記蓄電手段から前記補機へ供給する請求項１に記載の排熱回収システム。
【請求項３】
前記補機は、前記車両に搭載される車両用空調装置の圧縮機を駆動する電動機である請求項１又は２に記載の排熱回収システム。
【請求項４】
前記充放電制御手段は、
前記車両が停止して前記熱機関が停止した場合に、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える請求項１から３のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
【請求項５】
前記熱機関は前記車両に搭載される内燃機関であり、前記排熱回収機関は前記車両に搭載されるスターリングエンジンである請求項１から４のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の排ガス等から熱エネルギ回収して動力を発生する排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する排熱回収機関がある。このような用途に用いられる排熱回収機関は、例えば、理論熱効率に優れるスターリングエンジンのような外燃機関が用いられる。特許文献１には、内燃機関と、内燃機関の排ガスから熱エネルギを回収するスターリングエンジンと、スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備え、内燃機関の停止時にはスターリングエンジンで発電機を駆動する排熱回収装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７０６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スターリングエンジンを排熱回収機関として用いる場合、ヒータを介して熱源から熱エネルギを取得するが、ヒータに蓄えられた熱によって、入熱が停止した後でも排熱回収機関が動力を発生し続けることがある。特許文献１に開示された排熱回収装置は、入熱が停止した後にスターリングエンジンから得られる動力を電力に変換して蓄電池に蓄えるが、ヒータに蓄えられた熱によって得られる余剰の動力を有効に利用するには、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明に係る排熱回収システムは、動力を発生するとともに車両に搭載される熱機関が排出する排ガスから熱エネルギを回収して動力を発生する排熱回収機関と、前記排熱回収機関によって駆動されて電力を発生する発電機と、当該発電機によって生み出された電力を蓄電できる蓄電手段と、前記熱機関の停止時において、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える充放電制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような構成により、例えば、蓄電手段が満充電状態であって、これ以上充電できない場合であっても、排熱回収機関が発生する余剰の動力によって発生する電力を、車両に搭載されて電力で動作する補機に供給できる。これによって、余剰の動力によって発生した電力を電気抵抗等で無駄に消費させることはない。その結果、本発明に係る排熱回収システムは、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量よりも大きい場合には、前記発電量と前記要求電力量との差分を前記蓄電手段へ充電し、前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量を下回る場合には、前記要求電力量の不足分を前記蓄電手段から前記補機へ供給することが望ましい。なお、前記排熱回収機関による発電量と前記補機の要求電力量とが等しい場合、前記充放電制御手段は、前記排熱回収機関によって発電された電力で、前記補機を駆動する。この場合、前記充放電制御手段は、前記蓄電手段に対して充電もしないし、放電もさせない。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記補機は、前記車両に搭載される車両用空調装置の圧縮機を駆動する電動機であることが望ましい。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記車両が停止して前記熱機関が停止した場合に、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替えることが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記熱機関は前記車両に搭載される内燃機関であり、前記排熱回収機関は前記車両に搭載されるスターリングエンジンであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下に開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、以下の説明では、排熱回収機関としてスターリングエンジンを用い、熱機関である内燃機関の排ガスから熱エネルギを回収する場合を例とする。なお、排熱回収機関としては、外燃機関が好ましく、スターリングエンジンの他、ブレイトンサイクルを利用した排熱回収機関等を用いてもよい。また、排熱の回収対象である熱機関の種類は問わない。
【００１４】
（実施形態）
本実施形態は、熱機関から排出された熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収する排熱回収システムであり、熱機関の運転停止時には、排熱回収機関による発電量と、車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電手段への充電と蓄電手段からの放電とを切り替える点に特徴がある。まず、本実施形態に係る排熱回収機関の構成を説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る排熱回収機関であるスターリングエンジンを示す断面図である。本実施形態に係る排熱回収機関であるスターリングエンジン１００は、いわゆるα型の直列２気筒スターリングエンジンである。そして、第１シリンダである高温側シリンダ１０１内に収められた第１ピストンである高温側ピストン１０３と、第２シリンダである低温側シリンダ１０２内に収められた第２ピストンである低温側ピストン１０４とが直列に配置されている。
【００１６】
高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とは、基準体である基板１１１に、直接、又は間接的に支持されて、固定されている。本実施形態に係るスターリングエンジン１００においては、この基板１１１が、スターリングエンジン１００の各構成要素の位置基準となる。また、後述するように、本実施形態に係るスターリングエンジン１００は、高温側シリンダ１０１と高温側ピストン１０３との間、及び低温側シリンダ１０２と低温側ピストン１０４との間に気体軸受ＧＢを介在させる。
【００１７】
高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２との間には、略Ｕ字形状のヒータ（加熱器）１０５と再生器１０６とクーラ（冷却器）１０７とで構成される熱交換器１０８が配置される。高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２及び熱交換器１０８内には作動流体（本実施形態では空気）が封入されており、ヒータ１０５から供給される熱及びクーラ１０７で排出する熱によってスターリングサイクルを構成し、スターリングエンジン１００を駆動する。
【００１８】
ヒータ１０５の一方の端部は高温側シリンダ１０１に接続されて高温側シリンダ１０１とヒータ１０５との間で作動流体が流出入し、他方の端部は再生器１０６と接続されてヒータ１０５と再生器１０６との間で作動流体が流出入する。再生器１０６は、ヒータ１０５と接続される側とは反対側の端部がクーラ１０７と接続されて、再生器１０６とクーラ１０７との間で作動流体が流出入する。クーラ１０７は、再生器１０６の接続される側とは反対側の端部が低温側シリンダ１０２と接続されて、クーラ１０７と低温側シリンダ１０２との間で作動流体が流出入する。
【００１９】
熱交換器１０８は、少なくともヒータ１０５が排気通路５内に配置される。排気通路５は、例えば、排熱回収対象である内燃機関から排出される排ガスＥｘの通路を利用する。ヒータ１０５は、排気通路５を流れる排ガスＥｘからの熱エネルギによってヒータ１０５内の作動流体を加熱する。なお、排気通路５内には、熱交換器１０８の再生器１０６を配置してもよい。本実施形態において、排ガスＥｘは、高温側シリンダ１０１側から低温側シリンダ１０２側に向かって流れる。これによって、熱機関から排出された排ガスＥｘは、温度低下が抑えられた状態でヒータ１０５に供給されるので、排ガスＥｘの熱エネルギを効率よく回収することができる。
【００２０】
図１に示すように、スターリングエンジン１００を構成する高温側シリンダ１０１、高温側ピストン１０３、コネクティングロッド１０９、クランクシャフト１１０等の各構成要素は、筐体１００Ｃに格納される。ここで、スターリングエンジン１００の筐体１００Ｃは、クランクケース１１４Ａと、シリンダブロック１１４Ｂとを含んで構成されている。筐体１００Ｃ内は、加圧手段１１５により加圧される。これは、高温側及び低温側シリンダ１０１、１０２、及び熱交換器１０８内の作動流体を加圧して、スターリングエンジン１００からより多くの出力を取り出すためである。
【００２１】
上述したように、高温側ピストン１０３と低温側ピストン１０４とは、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２内に気体軸受ＧＢを介して支持されている。すなわち、ピストンリングを介さないで、ピストンをシリンダ内に支持する構造である。これによって、ピストンとシリンダとの摩擦を低減して、スターリングエンジン１００の熱効率を向上させることができる。また、ピストンとシリンダとの摩擦を低減することにより、例えば、内燃機関の排熱回収のような低熱源、低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン１００を運転して熱エネルギを回収できる。
【００２２】
高温側ピストン１０３及び低温側ピストン１０４は、いずれも中空構造である。すなわち、ピストンの頂部と側部と仕切り部とで囲まれた空間（内部空間）を有している。また、高温側ピストン１０３の側部には、内部空間１０３Ｉと高温側ピストン１０３の外部とを連通する給気口１２０が形成され、低温側ピストン１０４の側部には、内部空間１０４Ｉと低温側ピストン１０４の外部とを連通する給気口１２１が形成される。
【００２３】
それぞれの内部空間１０３Ｉ、１０４Ｉには、筐体１００Ｃの内部へ配置した、気体軸受用圧力生成手段である気体軸受ポンプ１３０から気体（本実施形態では作動流体）が供給される。それぞれの内部空間１０３Ｉ、１０４Ｉへ供給された気体は、それぞれの給気口１２０、１２１から高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２に向かって気体を流出して、気体軸受ＧＢが形成される。気体軸受ポンプ１３０は筐体１００Ｃの外部に配置してもよい。しかし、本実施形態のように、気体軸受ポンプ１３０を筐体１００Ｃの内部に配置することにより、気体軸受ポンプ１３０は、加圧手段１１５によって加圧された筐体１００Ｃ内の作動流体を内部空間１０３Ｉ、１０４Ｉに送り込むだけなので、気体軸受ＧＢを形成するために要する気体軸受ポンプ１３０の仕事量を低減できる。
【００２４】
スターリングエンジン１００は、筐体１００Ｃにはシール軸受１１６が取り付けられており、クランクシャフト１１０がシール軸受１１６により支持される。クランクシャフト１１０はスターリングエンジン１００の出力軸となり、スターリングエンジン１００が発生した動力は、オルダムカップリングのようなフレキシブルカップリング１１８を介して筐体１００Ｃの外部へ取り出される。次に、本実施形態に係る排熱回収システムの構成を説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る排熱回収システムの構成を示す平面図である。図３は、本実施形態に係る排熱回収システムを車両に搭載した状態を示す概念図である。排熱回収システム１０は、車両に搭載されて動力発生源となる。本実施形態に係る排熱回収システム１０は、排熱回収機関であるスターリングエンジン１００と、動力断続手段であるクラッチ６Ｅと、発電機（Ｍ／Ｇ）２とを含んで構成される。
【００２６】
図３に示すように、内燃機関１及びスターリングエンジン１００は、例えば、乗用車やトラック等の車両５０に搭載されて、前記車両５０の動力発生源となる。そして、内燃機関１は、前記車両５０の走行中においては主たる動力発生源として常に出力を発生する。排熱回収システム１０において、スターリングエンジン１００は排熱回収対象の熱機関である内燃機関１の近傍に配置される。
【００２７】
スターリングエンジン１００のヒータ１０５は、内燃機関１の排気通路５内に配置される。そして、スターリングエンジン１００は、ヒータ１０５から内燃機関１が排出した排ガスＥｘの熱エネルギを回収して動力を発生する。この動力は、スターリングエンジン１００のクランクシャフト（排熱回収機関出力軸）１１０から取り出される。スターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０には、スターリングエンジン用プーリ３ＡＳが取り付けられる。また、内燃機関１の出力軸１ｓには、内燃機関用プーリ３Ｅが取り付けられる。スターリングエンジン用プーリ３ＡＳと内燃機関用プーリ３Ｅとには、動力伝達手段であるベルト４が掛け回されている。
【００２８】
排熱回収システム１０では、スターリングエンジン１００が発生した動力は、内燃機関１の出力軸１ｓに伝達されて、内燃機関１が発生する動力とともに内燃機関１の出力軸１ｓから取り出される。また、この排熱回収システム１０では、スターリングエンジン１００によって発電機２を駆動して、内燃機関１の排ガスＥｘが有する熱エネルギを電気エネルギに変換して回収することもできる。この場合、クラッチ６Ｅを解放して、スターリングエンジン１００単独で発電機２を駆動する。例えば、車両５０が信号等で停止した場合に内燃機関１の燃料消費を抑制するため、内燃機関１を停止する場合があるが、このような場合であっても、スターリングエンジン１００のヒータ１０５に蓄えられた余熱によってスターリングエンジン１００は動力を発生する。このため、内燃機関１が停止した場合に、クラッチ６Ｅを解放して、スターリングエンジン１００単独で発電機２を駆動して、ヒータ１０５の余熱を電力として回収する。
【００２９】
動力断続手段であるクラッチ６Ｅは、熱機関である内燃機関１と排熱回収機関であるスターリングエンジン１００との間、かつ内燃機関１と発電機２との間に設けられる。本実施形態では、内燃機関１と内燃機関用プーリ３Ｅとの間における内燃機関１の出力軸１ｓにクラッチ６Ｅが取り付けられている。これによって、内燃機関用プーリ３Ｅから内燃機関１の出力軸１ｓに入力されるスターリングエンジン１００の動力を断続することができる。
【００３０】
クラッチ６Ｅを接続状態、すなわち係合すると、スターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０と内燃機関１の出力軸１ｓとが機械的に接続する。これによって、スターリングエンジン１００と内燃機関１とが接続されて、スターリングエンジン１００が発生した動力はクラッチ６Ｅを介して内燃機関１の出力軸１ｓに伝達される。また、クラッチ６Ｅを非接続状態、すなわち解放すると、内燃機関１とスターリングエンジン１００との接続が解除される（非接続状態となる）ので、内燃機関用プーリ３Ｅから内燃機関１の出力軸１ｓにスターリングエンジン１００の動力は伝達されない。
【００３１】
クラッチ６Ｅの動作は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０内に備えられる排熱回収制御装置２１のクラッチ制御部２３によって制御される。ここで、排熱回収制御装置２１は、機関ＥＣＵ２０が備える排熱回収システム１０の制御機能を司るものであり、機関ＥＣＵ２０の一機能として実現される。排熱回収制御装置２１は、運転状態判定部２２と、クラッチ制御部２３と、充放電制御手段である充放電制御部２４とを含んで構成されており、これらによって、本実施形態に係る排熱回収システム１０の運転が制御される。
【００３２】
スターリングエンジン用プーリ３ＡＳには、発電機２の入力軸２ｓが取り付けられている。発電機２は、スターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０と発電機２の入力軸２ｓとを介してスターリングエンジン１００によって駆動される。これによって、発電機２は電力を発生する。スターリングエンジン１００が停止すると、発電機２による発電は停止する。
【００３３】
このような構成によって、排熱回収システム１０は、クラッチ６Ｅを係合／解放することにより、スターリングエンジン１００の発生した動力で発電機２を駆動するか、スターリングエンジン１００の発生した動力を、内燃機関１の発生した動力とともに内燃機関１の出力軸１ｓから取り出すかを選択できる。なお、後者の場合、スターリングエンジン１００が発生した動力の一部、あるいは内燃機関１の発生した動力の一部で発電機２が駆動される。
【００３４】
ここで、発電機２は、蓄電手段である蓄電池８に充電したり、排熱回収システム１０の搭載される車両５０の補機、例えば、車両用空調装置のコンプレッサ（エアコンコンプレッサ）９や電動パワーステアリング用電動機やブレーキアクチュエータや灯火類等を駆動するための電力を供給したりする。なお、この補機は、電力で動作する補機である。
【００３５】
発電機２によって得られた電力は、整流機能及び電力の配分機能を有する電力配分装置７を介して蓄電池８に供給されたり、車両５０の補機に供給されたりする。また、発電機２によって得られた電力が補機の要求電力に満たない場合、電力配分装置７は、不足分を蓄電池８から補機に供給する。蓄電手段は、発電機２に寄って生み出された電力を蓄電するものであって、蓄電池８に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等を用いてもよい。また、エアコンコンプレッサ９は、圧縮機９Ｃと、これを駆動する圧縮機用電動機９Ｍとで構成される。
【００３６】
図４は、本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。本変形例に係る排熱回収システム１０ａは、上述した排熱回収システム１０と略同様であるが、スターリングエンジン１００は、ベルト４を介して発電機２を駆動する点が異なる。他の構成は、上述した排熱回収システム１０と同様である。
【００３７】
スターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０に取り付けられるスターリングエンジン用プーリ３ＡＳと、内燃機関１の出力軸１ｓに取り付けられる内燃機関用プーリ３Ｅとには、動力伝達手段であるベルト４が掛け回されている。このような構成によって、スターリングエンジン１００が発生した動力は内燃機関１の出力軸１ｓに伝達される。そして、スターリングエンジン１００が発生した動力は、内燃機関１が発生する動力とともに内燃機関１の出力軸１ｓから取り出される。
【００３８】
発電機２は、発電機２の入力軸２ｓから動力が入力されて駆動されて、電力を発生する。入力軸２ｓには発電機用プーリ３Ａが取り付けられており、ベルト４を介してスターリングエンジン１００又は内燃機関１のうち少なくとも一方によって駆動される。すなわち、クラッチ６Ｅを係合すればスターリングエンジン１００及び内燃機関１によって発電機２は駆動され、クラッチ６Ｅを解放すればスターリングエンジン１００によって発電機２が駆動される。このような構成により、内燃機関１に対する駆動要求がない場合（例えば、アイドリングストップによる内燃機関停止時）にクラッチ６Ｅを解放することで、スターリングエンジン１００によって発電機２を駆動することができる。
【００３９】
図５は、本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。本変形例に係る排熱回収システム１０ｂは、スターリングエンジン１００の動力は内燃機関１の出力と合成されず、スターリングエンジン１００単独で発電機２を駆動するものである。他の構成は、上述した排熱回収システム１０と同様である。この構成によれば、スターリングエンジン１００の動力を内燃機関１の動力と合成はできないが、図３に示すクラッチ６Ｅが不要になるので、システムの構成を簡略化できる。排熱回収システム１０ｂは、クラッチ６Ｅを備えていないので、排熱回収制御装置２１のクラッチ制御部２３は不要である。
【００４０】
図６は、本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すフローチャートである。図７は、本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すタイミングチャートである。次の説明においては、排熱回収システム１０を例とするが、他の排熱回収システム１０ａ、１０ｂでも基本的な制御は同様である。この排熱回収システムの制御は、排熱回収システム１０を搭載する車両５０が信号等で停止しているときに、内燃機関１を停止させるエコラン（あるいはアイドリングストップ）を実行した場合において、有効に排熱を回収するための制御である。
【００４１】
本実施形態では、内燃機関１の運転停止時において、スターリングエンジン１００が発電機を駆動することによって得られる発電量と、車両５０に搭載されて電力で動作する補機（本実施形態ではエアコンコンプレッサ９）の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電池８への充電と蓄電池８からの放電とを切り替える。この機能は、機関ＥＣＵ２０に備えられる排熱回収制御装置２１の充放電制御部２４が実現する。エコラン時において上述したように排熱回収システム１０を制御することで、エコラン時には有効に排熱を回収できる。次に、本実施形態に係る排熱回収システムの制御の手順を説明する。
【００４２】
図７に示す例では、時間ｔ＝ｔ１で車両５０の減速が始まり、内燃機関１の出力Ｗｅは徐々に低下する。一方、スターリングエンジン１００は、ヒータ１０５の熱容量が大きいので、ヒータ１０５に熱が蓄えられる。この余熱により、内燃機関１の出力Ｗｅの低下から遅れて、スターリングエンジン１００の出力（本実施形態では、発電機２による発電量に相当する）Ｗｓが低下し始める（時間ｔ＝ｔ２の直前）。なお、図７に示す例においては、車両５０に搭載されて電力で駆動される補機であるエアコンコンプレッサ９が一定の負荷で運転されている。すなわち、エアコンコンプレッサ９の要求電力はＷｈである。
【００４３】
車両５０が停止すると、機関ＥＣＵ２０はエコランを実行して、内燃機関１を停止させる。なお、スターリングエンジン１００の発生する動力を内燃機関１の発生する動力と合成して取り出している場合には、クラッチ６Ｅは係合している。この場合、機関ＥＣＵ２０が内燃機関１を停止させる前に、機関ＥＣＵ２０に備えられる排熱回収制御装置２１のクラッチ制御部２３は、クラッチ６Ｅを解放して、内燃機関１の出力軸１ｓとスターリングエンジン１００のクランクシャフト１１０とを切り離す。これによって、内燃機関１を停止してもスターリングエンジン１００が停止しないようにするとともに、スターリングエンジン１００単独で、発電機２を駆動できるようにする。内燃機関１の運転中にスターリングエンジン１００の発生する動力で発電している場合、クラッチ６Ｅは解放されているので、クラッチ制御部２３は、クラッチ６Ｅが解放された状態を維持する。図５に示す排熱回収システム１０ｂでは、スターリングエンジン１００単独で発電機２を駆動する構成であり、クラッチ６Ｅを備えていないので、上述の操作は不要である。
【００４４】
ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ２０に備えられる排熱回収制御装置２１の運転状態判定部２２は、車両５０がエコランを実行しているか否かを判定する。すなわち、車両５０に搭載される内燃機関１が停止しているか否かが判定される。この判定は、機関ＥＣＵ２０から発信される内燃機関１の停止指令に基づいてもよいし、内燃機関１の出力軸１ｓの回転速度に基づいてもよい。内燃機関１の出力軸１ｓの回転速度に基づく場合、運転状態判定部２２は、例えば、内燃機関１のクランク角センサから検出される内燃機関１の出力軸１ｓの回転速度が０である場合、かつ車両５０のイグニッションキーがＯＮである場合に、車両５０はエコランの実行中であると判定する。
【００４５】
ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、運転状態判定部２２が、車両５０はエコランの実行中であると判定した場合（時間ｔ＝ｔ２以降のＥ／Ｇ停止）、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２において、機関ＥＣＵ２０に備えられる排熱回収制御装置２１の充放電制御部２４は、スターリングエンジン１００による発電量、すなわち、スターリングエンジン１００によって駆動される発電機２の発電量Ｗｓと、エアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈとを比較する。
【００４６】
ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、充放電制御部２４が、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓはエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈよりも大きいと判定した場合（Ｗｓ＞Ｗｈ）には、発電量Ｗｓに余剰分が発生することになる。この場合、ステップＳ１０３へ進み、充放電制御部２４は、電力配分装置７を制御して、発電量Ｗｓと要求電力量Ｗｈとの差分（Ｗｓ−Ｗｈ）を蓄電池８へ充電する。図７のＡで示す部分に相当する面積が、蓄電池８に充電される電力量に相当する。
【００４７】
ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、充放電制御部２４が、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓはエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈ以下であると判定した場合（Ｗｓ≦Ｗｈ）には、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４において、充放電制御部２４は、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓがエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈと等しいか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、充放電制御部２４が、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓはエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈを下回ると判定した場合（Ｗｓ＜Ｗｈ）には、要求電力量Ｗｈに不足分が発生することになる。例えば、スターリングエンジン１００のヒータ１０５に蓄えられた余熱が消費されると、発電量Ｗｓは減少して、要求電力量Ｗｈを下回ることになる。この場合、ステップＳ１０５へ進み、充放電制御部２４は、電力配分装置７を制御して、要求電力量Ｗｈと発電量Ｗｓとの差分（Ｗｈ−Ｗｓ）を蓄電池８から放電させて、エアコンコンプレッサ９へ供給する。図７のＣで示す部分の面積が、蓄電池８から放電されてエアコンコンプレッサ９へ供給される電力量に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、充放電制御部２４が、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓとエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈとが等しいと判定した場合（Ｗｓ＝Ｗｈ）、エアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈはスターリングエンジン１００の発電量Ｗｓで賄える。この場合、蓄電池８は充電される必要もないし、放電する必要もないのでステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６において、充放電制御部２４は、電力配分装置７を制御して、スターリングエンジン１００によって発電されるすべての電力をエアコンコンプレッサ９に供給し、蓄電池８に対して充電もしないし、放電もさせない。このように、充放電制御部２４は、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓとエアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈとの比較結果に基づき、蓄電池８への充電と蓄電池８からの放電とを切り替える。
【００５０】
ステップＳ１０３又はステップＳ１０５又はステップＳ１０６が実行されたら、ステップＳ１０１へ戻る。そして、ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、運転状態判定部２２が、車両５０はエコランの実行中ではないと判定した場合、本制御は終了する。例えば、内燃機関１が起動して、車両５０が発進した場合、車両５０のエコランは終了するので、ステップＳ１０１ではＮｏと判定され、本制御は終了する。図７に示す例では、時間ｔ＝ｔ３でエコランが終了して車両５０が発進して加速し、時間ｔ＝ｔ４で定常走行（内燃機関１の出力Ｗｅが一定）に移行する。
【００５１】
車両５０のエコラン中には、排熱回収システム１０を上述したように制御することで、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓに余裕がある場合には余剰分を蓄電池８に蓄え、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓに余裕がない場合には不足分を蓄電池８から持ち出す。これによって、スターリングエンジン１００によって発電した電力の余剰分を電気抵抗等で無駄に消費することはないので、エコラン時（すなわち内燃機関１の停止時）において有効に排熱を回収して利用できる。また、エアコンコンプレッサ９の駆動力不足を抑制できるので、安定して車載空調装置を運転できる。また、車両５０の走行中に車両空調装置が使用される機会は多い。このため、エアコンコンプレッサ９は、スターリングエンジン１００が発電した電力の安定した供給対象となるので、好ましい。
【００５２】
図８、図９は、補機の要求電力量が０である場合において、本実施形態に係る排熱回収システムを制御する例を示すタイミングチャートである。車両５０に搭載されて電力によって駆動される補機、例えば、エアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈが０である場合にエコランが実行された場合（図８の時間ｔ＝ｔ２以降におけるＥ／Ｇ停止）、充放電制御部２４は、電力配分装置７を制御して、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓをすべて蓄電池８に充電する。図８のＤで示す部分の面積が、蓄電池８に充電される電力量に相当する。時間ｔ＝ｔ３でエコランが終了して車両５０が発進して加速し、時間ｔ＝ｔ４で定常走行（内燃機関１の出力Ｗｅが一定）に移行する。
【００５３】
なお、内燃機関１の運転中（図８の時間ｔ＝ｔ２までの期間）にクラッチ６Ｅが係合されていた場合、クラッチ制御部２３は、エコラン開始前、すなわち内燃機関１が停止する前にクラッチ６Ｅを解放する。また、エコランが開始して、内燃機関１が停止したら、蓄電池８へ充電する代わりに、車両５０に搭載されて電力によって駆動される補機（例えばエアコンコンプレッサ９）へ、発電機２が発電した電力を供給して作動させてもよい。
【００５４】
図９は、エコラン以外で内燃機関１が停止した場合の制御例を示す。エアコンコンプレッサ９の要求電力量Ｗｈが０である場合にエコラン以外で内燃機関１が停止した場合（図９の時間ｔ＝ｔ２以降におけるＥ／Ｇ停止）、充放電制御部２４は、電力配分装置７を制御して、スターリングエンジン１００による発電量Ｗｓをすべて蓄電池８に充電する。図９のＥで示す部分の面積が、蓄電池８に充電される電力量に相当する。なお、内燃機関１の運転中（図９の時間ｔ＝ｔ２までの期間）にクラッチ６Ｅが係合されていた場合、クラッチ制御部２３は、内燃機関１が停止する前にクラッチ６Ｅを解放する。
【００５５】
このように、本実施形態では、内燃機関１の運転停止時には、スターリングエンジン１００による発電量と、車両５０の補機の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電池８への充電と蓄電池８からの放電とを切り替える。これによって、車両５０の補機の要求電力量が０であっても、排熱から回収した熱エネルギを電気に変換して蓄電池８へ蓄えるので、内燃機関１の停止時において、排熱を有効に回収して利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る排熱回収システムは、熱機関から排出された熱エネルギを回収する排熱回収機関によって発電するものに対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態に係る排熱回収機関であるスターリングエンジンを示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る排熱回収システムの構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態に係る排熱回収システムを車両に搭載した状態を示す概念図である。
【図４】本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。
【図５】本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。
【図６】本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すタイミングチャートである。
【図８】補機の要求電力量が０である場合において、本実施形態に係る排熱回収システムを制御する例を示すタイミングチャートである。
【図９】補機の要求電力量が０である場合において、本実施形態に係る排熱回収システムを制御する例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１  内燃機関
２  発電機
３Ａ  発電機用プーリ
３ＡＳ  スターリングエンジン用プーリ
３Ｅ  内燃機関用プーリ
４  ベルト
５  排気通路
６Ｅ  クラッチ
７  電力配分装置
８  蓄電池
９  エアコンコンプレッサ
９Ｃ  圧縮機
９Ｍ  圧縮機用電動機
１０、１０ａ、１０ｂ  排熱回収システム
２０  機関ＥＣＵ
２１  排熱回収制御装置
２２  運転状態判定部
２３  クラッチ制御部
２４  充放電制御部
５０  車両
１００  スターリングエンジン
１０１  高温側シリンダ
１０２  低温側シリンダ
１０３  高温側ピストン
１０４  低温側ピストン
１０５  ヒータ
１０６  再生器
１０７  クーラ
１０８  熱交換器
１１０  クランクシャフト
１２０、１２１  給気口
【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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