(57)【要約】【課題】簡単な構成で過冷却度を制御することができるランキンサイクル装置を提供すること。【解決手段】車両用ランキンサイクル装置１０において、作動流体回路１１は、放熱器３０に液体状の冷媒を供給可能とする容積調整機構６０を備える。容積調整機構６０は、冷媒の循環方向での放熱器３０の下流とボイラ５０の上流との間に配置されて冷媒を収容する収容室６３と、収容室６３の容積を可変するピストン６２と、ピストン６２によって収容室６３と区画されるとともに、作動流体回路１１に連通する作用室６６とを有する。また、容積調整機構６０は、冷媒の循環方向でのボイラ５０の下流と放熱器３０の上流との間と、作用室６６とを連通する流入路７０と、作動流体回路１１に対する流入路７０の連通位置より下流で、かつポンプ４０の入口より上流となる位置と作用室６６とを連通する流出路７２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧送するポンプと、
前記ポンプにより圧送された作動流体を排熱源からの排熱によって加熱するボイラと、
前記ボイラで加熱された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、
前記膨張機で膨張された作動流体を放熱させる放熱器と、
前記ポンプ、前記ボイラ、前記膨張機、及び前記放熱器が接続されて前記作動流体が循環する作動流体回路と、を有するランキンサイクル装置であって、
前記作動流体回路は、前記放熱器に液体状の作動流体を供給可能とする容積調整機構を備え、
該容積調整機構は、前記作動流体回路の循環方向での前記放熱器を含む該放熱器の下流と前記ボイラを含む該ボイラの上流との間に配置されて前記作動流体を収容する収容室と、
該収容室の容積を可変する可動部と、
該可動部によって前記収容室と区画されるとともに、前記作動流体回路に連通する作用室と、
前記作動流体回路の循環方向での前記ボイラを含む該ボイラの下流と前記放熱器を含む該放熱器の上流との間と、前記作用室とを連通して、該作用室に前記作動流体を流入させる流入路と、
前記作動流体回路における前記流入路の連通位置より下流で、かつ前記ポンプの入口より上流となる位置と前記作用室とを連通して、前記作用室の作動流体を流出させる流出路とを有するランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記容積調整機構は、前記流入路及び前記流出路の少なくとも一方に、前記作用室の圧力を調整する圧力調整部を有する請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記圧力調整部は、可変絞りである請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記圧力調整部は、固定絞りである請求項２又は請求項３に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記容積調整機構は、前記ポンプのキャビテーションを回避できる範囲内で、予め設定された過冷却度を下回ると前記収容室の容積を減少させる方向に前記可動部を移動させる請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記収容室は、前記ポンプの入口と前記放熱器の出口とを繋ぐ位置で前記作動流体回路に連通している請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記容積調整機構は、前記収容室の容積を増減させる方向に前記可動部を移動させるモータを備える請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
前記容積調整機構は、前記収容室の容積を減少させる方向に前記可動部を付勢するばねを備える請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ、ボイラ、膨張機、及び放熱器が順次接続されて作動流体が循環する作動流体回路を有するランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のランキンサイクル装置において、ポンプでのキャビテーションの発生を防止するために、ポンプに吸引される作動流体に過冷却度を持たせ、安定した液体状とすることが重要である。例えば、特許文献１に開示の廃熱利用装置は、図７に示すように、ボイラ８０、膨張機８１、凝縮器８２、ポンプ８３を含む閉回路８４を有する。また、廃熱利用装置は、閉回路８４の高圧回路部８４ａからの液状の作動流体を回収する回収弁８５、低圧回路部８４ｂへ液状の作動流体を供給する供給弁８６を有するバイパス路８７を有する。廃熱利用装置は、凝縮器８２を経由した作動流体の過冷却度に応じて、回収弁８５及び供給弁８６を開閉し、閉回路８４を循環する作動流体量を制御するＥＣＵ９１を備える。バイパス路８７には、回収弁８５及び供給弁８６から流出する作動流体の流速を低減する減速機構８５ａ，８６ａが配設されている。
【０００３】
バイパス路８７には、レシーバタンク９０が設けられるとともに、このレシーバタンク９０内における作動流体の気層部から延び、かつ閉回路８４に合流する脱圧路９９が接続されている。さらに、閉回路８４から分岐する高圧路９２、及び閉回路８４に合流する低圧路９３を有し、これら高圧路９２及び低圧路９３は、レシーバタンク９０に接続され、レシーバタンク９０内における作動流体の気層部まで延設されている。高圧路９２には、高圧側電磁弁９７、高圧側キャピラリチューブ９４が介挿される一方、低圧路９３には、低圧側電磁弁９５、低圧側キャピラリチューブ９６が介挿されている。
【０００４】
そして、廃熱利用装置においては、過冷却度に応じて回収弁８５及び供給弁８６をそれぞれ開閉駆動することにより、過冷却度をポンプ８３のキャビテーションが生じない範囲で必要最小値に略一定に保持するようにしている。また、高圧側電磁弁９７及び高圧側キャピラリチューブ９４と、低圧側電磁弁９５及び低圧側キャピラリチューブ９６によって、レシーバタンク９０の内圧が適切な圧力に調整され、作動流体のレシーバタンク９０への回収と供給が円滑に実施できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、廃熱利用装置においては、過冷却度を制御するために、回収弁８５及び供給弁８６を有するバイパス路８７を必要とし、さらに、作動流体のレシーバタンク９０への回収と供給のために、高圧側電磁弁９７及び高圧側キャピラリチューブ９４と、低圧側電磁弁９５及び低圧側キャピラリチューブ９６を必要としている。このため、特許文献１の廃熱利用装置は構成が複雑化してしまっている。
【０００７】
本発明は、簡単な構成で過冷却度を制御することができるランキンサイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載のランキンサイクル装置は、作動流体を圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送された作動流体を排熱源からの排熱によって加熱するボイラと、前記ボイラで加熱された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、前記膨張機で膨張された作動流体を放熱させる放熱器と、前記ポンプ、前記ボイラ、前記膨張機、及び前記放熱器が接続されて前記作動流体が循環する作動流体回路と、を有するランキンサイクル装置であって、前記作動流体回路は、前記放熱器に液体状の作動流体を供給可能とする容積調整機構を備え、該容積調整機構は、前記作動流体回路の循環方向での前記放熱器を含む該放熱器の下流と前記ボイラを含む該ボイラの上流との間に配置されて前記作動流体を収容する収容室と、該収容室の容積を可変する可動部と、該可動部によって前記収容室と区画されるとともに、前記作動流体回路に連通する作用室と、前記作動流体回路の循環方向での前記ボイラを含む該ボイラの下流と前記放熱器を含む該放熱器の上流との間と、前記作用室とを連通して、該作用室に前記作動流体を流入させる流入路と、前記作動流体回路における前記流入路の連通位置より下流で、かつ前記ポンプの入口より上流となる位置と前記作用室とを連通して、前記作用室の作動流体を流出させる流出路とを有することを要旨とする。
【０００９】
これによれば、ランキンサイクル装置の作動時、一定量の作動流体が作動流体回路を循環している中で排熱源からの排熱量が少なくなると、作動流体回路の凝縮圧力が低下していくため、凝縮温度が低くなり、過冷却度が小さくなる。ここで、作動流体回路の循環方向において、ボイラを含む該ボイラの下流と放熱器を含む該放熱器の上流との間の領域は、過熱ガス域となっている。
【００１０】
そして、過冷却度が小さくなるとき、過熱ガス域の作動流体を、流入路を介して作用室に流入させるとともに、作用室の作動流体を、流出路を介して作動流体回路に流出させる。すると、作用室の圧力が上昇する。そして、収容室は作動流体回路に連通しているため、収容室と作用室とが均圧化、又は収容室と作用室とに圧力差が付き、可動部が作用室の容積を増加させる方向、すなわち収容室の容積を減少させる方向に移動する。
【００１１】
その結果、収容室を含めた作動流体回路全体の容積が、容積調整機構が駆動される前と比べて減少する。また、容積調整機構から作動流体回路に作動流体が供給されるため、作動流体回路の容積に対する作動流体の量が相対的に増加する。そして、容積調整機構から放熱器に作動流体が供給されることにより、放熱器の作動流体量が増加するとともに、放熱器の過冷却領域が増加する。その結果、作動流体の過冷却度を上昇させることができる。
【００１２】
作動流体の過冷却度を上昇させるため、容積調整機構における作用室の容積を増加させるようにした。そして、容積調整機構の作用室の容積を増加させる方向に可動部を移動させる手段として、作動流体回路の圧力を用い、この圧力を容積調整機構に給排するために流入路及び流出路を作用室及び作動流体回路に接続した。よって、可動部を移動させる手段として、機械的構成（例えば、モータ）を不要とすることができ、ランキンサイクル装置の構成を簡単にして製造コストを抑えることができるとともに、ランキンサイクル装置の体格をコンパクトにすることができる。
【００１３】
また、前記容積調整機構は、前記流入路及び前記流出路の少なくとも一方に、前記作用室の圧力を調整する圧力調整部を有していてもよい。
これによれば、圧力調整機部を用いることで、作用室の圧力を調整することができる。
【００１４】
また、前記圧力調整部は、可変絞りであってもよい。
これによれば、作用室の圧力調整をより行い易くすることができる。
また、前記圧力調整部は、固定絞りであってもよい。
【００１５】
これによれば、ランキンサイクル装置の構成を簡素化することができる。
また、前記容積調整機構は、前記ポンプのキャビテーションを回避できる範囲内で、予め設定された過冷却度を下回ると前記収容室の容積を減少させる方向に前記可動部を移動させるのが好ましい。
【００１６】
これによれば、予め設定された過冷却度を下回ると、可動部が移動し、作動流体の過冷却度が上昇する。すると、作動流体が冷却され、ポンプのキャビテーションを回避することができる。
【００１７】
また、前記収容室は、前記ポンプの入口と前記凝縮器の出口とを繋ぐ位置で前記作動流体回路に連通しているのが好ましい。
これによれば、前記収容室から供給された液体状の作動流体を、放熱器に速やかに供給することができる。
【００１８】
また、前記容積調整機構は、前記収容室の容積を増減させる方向に前記可動部を移動させるモータを備えていてもよい。
これによれば、モータによる可動部の微小位置制御が可能となる。
【００１９】
また、前記容積調整機構は、前記収容室の容積を減少させる方向に前記可動部を付勢するバネを備えるのが好ましい。
これによれば、過冷却度を上昇させるために、作用室に作動流体が流入して作用室と収容室が均圧化されたとき、バネによって可動部を、収容室の容積を減少させる方向へ自動的に移動させることができる。よって、可動部を手作業で移動させる場合と比べて簡単に可動部を移動させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な構成で過冷却度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態の車両用ランキンサイクル装置を示す模式図。
【図２】モリエル線図と作動流体回路を示す模式図。
【図３】（ａ）は起動〜アイドリング状態での容積調整機構及び放熱器を示す図、（ｂ）はアイドリング〜最大出力１／２状態での容積調整機構及び放熱器を示す図、（ｃ）は最大出力１／２〜最大出力状態での容積調整機構及び放熱器を示す図。
【図４】各状態での流入路用制御弁及び流出路用制御弁の状態を示す表。
【図５】別例の容積調整機構を示す断面図。
【図６】別例の容積調整機構を示す断面図。
【図７】背景技術を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、ランキンサイクル装置を車両用ランキンサイクル装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、車両用ランキンサイクル装置１０は、膨張機２０、放熱器３０、ポンプ４０、ボイラ５０を順次接続してなる閉回路である作動流体回路１１を備える。この作動流体回路１１では、作動流体としての冷媒が循環するようになっている。そして、作動流体回路１１では、冷媒は、膨張機２０、放熱器３０、ポンプ４０、ボイラ５０の並び順に沿って流れて作動流体回路１１を循環するようになっている。
【００２３】
ポンプ４０の出口とボイラ５０の吸熱部５０ａとは第１通路２１を介して接続されている。また、ボイラ５０は放熱部５０ｂを有するとともに、放熱部５０ｂは、排熱源としてのエンジンＥに接続された排気通路Ｅ１上に設けられている。エンジンＥの排熱を持つ排気は、放熱部５０ｂで放熱された後にマフラＥ２から排気される。エンジンＥは駆動軸Ｅａを有し、膨張機２０の駆動軸２０ａは、図示しないベルトを介してエンジンＥの駆動軸Ｅａと直接作動連結されている。そして、膨張機２０で発生させた機械的エネルギーは、エンジンＥの駆動軸Ｅａに伝達される。
【００２４】
ボイラ５０の吸熱部５０ａと膨張機２０の入口とは第２通路２２を介して接続されている。膨張機２０の出口と放熱器３０の入口とは第３通路２３を介して接続されている。放熱器３０の出口とポンプ４０の入口とは第４通路２４を介して接続されている。
【００２５】
図２において、作動流体回路１１にモリエル線図Ｌを重ねた図に示すように、ボイラ５０の入口側、及び放熱器３０の出口側でモリエル線図Ｌにおける飽和液線の外側の領域に、液体状の冷媒だけが存在する過冷却液域Ｒ１が存在する。すなわち、過冷却液域Ｒ１は、作動流体回路１１の循環方向での放熱器３０を含む該放熱器３０の下流とボイラ５０を含む該ボイラ５０の上流との間の領域である。
【００２６】
また、ボイラ５０の出口側、及び放熱器３０の入口側でモリエル線図Ｌにおける飽和蒸気線の外側の領域に、気体状の冷媒だけが存在する過熱ガス域Ｒ２が存在する。すなわち、過熱ガス域Ｒ２は、作動流体回路１１の循環方向でのボイラ５０を含む該ボイラ５０の下流と放熱器３０を含む該放熱器３０の上流との間の領域である。さらに、ボイラ５０及び放熱器３０において、モリエル線図Ｌで囲まれる領域に、液体と気体の混相領域Ｒ３が存在する。作動流体回路１１において、ボイラ５０の出口側から放熱器３０の入口側までの領域が全て過熱ガス域Ｒ２となっており、過熱ガス域Ｒ２には、第２通路２２及び第３通路２３も含まれている。また、過冷却液域Ｒ１には第１通路２１及び第４通路２４が含まれている。
【００２７】
そして、ボイラ５０では、ポンプ４０により圧送された低温高圧の液状の冷媒を、エンジンＥの排気通路Ｅ１を流れる排気と熱交換させることで加熱する。膨張機２０は、ボイラ５０において加熱されて気化した冷媒を膨張させて、機械的エネルギーを発生させる。放熱器３０は、膨張機２０で膨張した冷媒を、外気と熱交換させて冷却し、凝縮させる。ポンプ４０は、液体状の冷媒を作動流体回路１１内に圧送する。
【００２８】
図１に示すように、作動流体回路１１において、冷媒の循環方向における放熱器３０より下流側で、かつポンプ４０よりも上流側となる第４通路２４には、分岐路２５の一端が接続されるとともに、この分岐路２５の他端は、容積調整機構６０の軸方向一端の第１端壁６０ａに連結されている。
【００２９】
図１及び図３（ａ）に示すように、容積調整機構６０は、ハウジング６１内に可動部としてのピストン６２が収容されるとともに、このピストン６２によって、ハウジング６１内が、冷媒の収容室６３と、ピストン６２を挟んで収容室６３の反対側の作用室６６とに区画されている。収容室６３は、第１端壁６０ａに形成された連通口６０ｂを介して分岐路２５の他端に連通している。よって、収容室６３は、分岐路２５を介して作動流体回路１１の第４通路２４（過冷却液域Ｒ１）に連通している。
【００３０】
作用室６６を囲むハウジング６１の一部には、流入路７０の一端が連結されるとともに、流入路７０の他端は、過熱ガス域Ｒ２である第２通路２２に連結されている。流入路７０の一端は、ハウジング６１の周壁に形成された流入口６１ａを介して作用室６６に連通している。また、流入路７０の他端は、第２通路２２内に連通している。そして、流入路７０によって、第２通路２２（過熱ガス域Ｒ２）と作用室６６とが連通し、ボイラ５０で加熱された冷媒の一部が流入路７０を介して作用室６６に流入可能になっている。
【００３１】
流入路７０には、圧力調整部のうちの可変絞りとしての流入路用制御弁７１が設けられている。流入路用制御弁７１は、その開度を制御することで流入路７０の流路断面積を調整可能になっており、作用室６６に導入される冷媒の量を制御する。流入路用制御弁７１は、車両のＥＣＵからなる制御部７５に信号接続されている。
【００３２】
作用室６６を囲むハウジング６１の一部には、流出路７２の一端が連結されるとともに、流出路７２の他端は、第３通路２３に連結されている。すなわち、流出路７２の他端は、作動流体回路１１での冷媒の循環方向において、流入路７０の他端接続部より下流で、かつポンプ４０の入口より上流に接続されている。流出路７２の一端は、ハウジング６１の軸方向他端の第２端壁６０ｃに連結されるとともに、その第２端壁６０ｃに形成された流出口６０ｄを介して作用室６６に連通している。また、流出路７２の他端は、第３通路２３内に連通している。そして、流出路７２によって、第３通路２３と作用室６６とが連通し、作用室６６の冷媒が流出路７２を介して第３通路２３に流出可能になっている。
【００３３】
流出路７２には流出路用制御弁７３が設けられている。流出路用制御弁７３は、その開度を制御することで流出路７２の流路断面積を調整可能になっており、作用室６６から排出される冷媒の量を制御する。流出路用制御弁７３は、車両のＥＣＵからなる制御部７５に信号接続されている。
【００３４】
作用室６６内には、バネ６９が収容され、バネ６９の一端がピストン６２に連結されるとともに、バネ６９の他端は第２端壁６０ｃに連結されている。そして、ピストン６２を挟んだ収容室６３の圧力と、作用室６６の圧力とが同じときは、バネ６９は自由長となり、ピストン６２をいずれの方向にも付勢していない。
【００３５】
また、分岐路２５には、圧力センサ５１が設けられるとともに、第４通路２４には温度センサ５２が設けられている。圧力センサ５１及び温度センサ５２は制御部７５に信号接続されている。
【００３６】
制御部７５は、圧力センサ５１及び温度センサ５２の検出結果に基づいて流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を制御し、放熱器３０を経由した後の冷媒の過冷却度を制御する。制御部７５は、圧力センサ５１及び温度センサ５２の検出結果に基づき、放熱器３０を経由した冷媒の過冷却度を演算する。なお、図２に示すように、過冷却度は、放熱器３０を経由した冷媒の保有するエンタルピが少ないほど大きい。すなわち、冷媒の保有するエンタルピが、等圧線に沿ってモリエル線図Ｌにおける飽和液線から離れているほど、過冷却度が大きい。
【００３７】
制御部７５は、放熱器３０を経由した冷媒の温度及び圧力に基づき、冷媒の過冷却度を演算し、その過冷却度と閾値を比較して、得られた過冷却度が閾値を下回っているか否かを判定する。冷媒の過冷却度が閾値を下回っていると判定すると、制御部７５は流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を制御し、容積調整機構６０を駆動させて、収容室６３の容積を減少させる。なお、予め設定された閾値は、ポンプ４０のキャビテーションを回避できる範囲内で設定され、キャビテーションを引き起こす過冷却度（実験等で予め設定）よりも余裕を持った値に設定されている。
【００３８】
制御部７５は、車両用ランキンサイクル装置１０から得られる機械的エネルギーの出力が、その最大出力の１／２から最大出力までの範囲内にあるとき（高負荷時）、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を制御して、容積調整機構６０を駆動させる。この高負荷時は、作動流体回路１１を循環する冷媒の圧力及び温度が上昇する状態であり、冷媒温度が高くなるため、冷媒と外気との温度差が大きくなり、冷媒の過冷却度が大きくなりやすい状態である。
【００３９】
一方、車両用ランキンサイクル装置１０の出力が最大出力の１／２よりも小さいとき（低負荷時）は、作動流体回路１１を循環する冷媒の圧力及び温度が上昇していない、又は僅かに上昇した状態であり、冷媒温度が低くなるため、冷媒と外気との温度差が小さくなり、放熱器３０を経由した冷媒の過冷却度が小さくなりやすい状態である。
【００４０】
次に、車両用ランキンサイクル装置１０の作用を、図２〜図４に基づいて説明する。
さて、車両が始動する前、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３は閉状態にある状態で、車両が始動される。そして、車両が始動してからアイドリング状態にあるとき、車両用ランキンサイクル装置１０では、エンジンＥからの排熱が少なく、ボイラ５０では冷媒は少ししか加熱されず、膨張機２０からは機械的エネルギーは回収されない。よって、作動流体回路１１の冷媒の圧力及び温度は上がらず、冷媒と外気との温度差が小さく、放熱器３０を経由した冷媒の過冷却度が閾値を下回りやすい状態である。
【００４１】
また、冷媒の圧力及び温度が、圧力センサ５１及び温度センサ５２によって検出され、制御部７５はその検出結果に基づき過冷却度を演算する。そして、過冷却度が閾値を下回っていると判定した場合は、図４に示すように、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を閉状態としたままとする。
【００４２】
このため、図３（ａ）に示すように、作用室６６と収容室６３とに圧力差は生じず、バネ６９もピストン６２を付勢していない。したがって、収容室６３の容積が最小状態となり、冷媒の過冷却度を上昇させることができる。
【００４３】
車両用ランキンサイクル装置１０がアイドリング状態を経て、エンジンＥからの排熱量が増加し、膨張機２０で機械的エネルギーが回収できるようになる。車両用ランキンサイクル装置１０の出力が、最大出力の１／２を超えない範囲内では、作動流体回路１１の冷媒の圧力及び温度が徐々に上昇してくる。一方で、放熱器３０を経由した冷媒はエンタルピが増加していき、過冷却度が大きくなっていく。
【００４４】
このとき、車両用ランキンサイクル装置１０では、冷媒の圧力及び温度が、圧力センサ５１及び温度センサ５２によって検出され、制御部７５はその検出結果に基づき過冷却度を演算する。そして、過冷却度が閾値を上回っていると判定した場合は、図４に示すように、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を閉状態としたままとする。このとき、作動流体回路１１では圧力及び温度が上昇してきており、作用室６６と収容室６３とで圧力差が生じる。
【００４５】
すると、図３（ｂ）に示すように、作動流体回路１１に連通する収容室６３の圧力が作用室６６の圧力より高くなり、バネ６９を圧縮させながらピストン６２が作用室６６の容積を減少させる方向に移動する。このとき、作用室６６の冷媒が圧縮されるため、作用室６６の容積を過度に減少させる方向にピストン６２が移動することが阻止される。
【００４６】
そして、エンジンＥの排熱量が増加し、車両用ランキンサイクル装置１０の出力が最大出力に達するような高負荷時には、冷媒温度が高くなるため、冷媒と外気との温度差が大きくなり、冷媒の過冷却度が大きくなりやすい状態である。車両用ランキンサイクル装置１０では、冷媒の圧力及び温度が、圧力センサ５１及び温度センサ５２によって検出され、制御部７５はその検出結果に基づき過冷却度を演算する。そして、過冷却度が閾値を下回っていると判定した場合は、図４に示すように、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を閉状態から開状態とする制御を行う。
【００４７】
すると、ボイラ５０を出た高圧の冷媒が流入路７０を介して作用室６６に流入するとともに、作用室６６の冷媒は放熱器３０に入る前の第３通路２３に流出する。その結果、作用室６６の圧力が、収容室６３の圧力と同じになり、図３（ａ）に示すように、圧縮状態のバネ６９が復帰し、そのバネ６９の復帰によってピストン６２が収容室６３の容積を減少させる方向に移動する。
【００４８】
なお、流入路用制御弁７１の開度を全開状態より絞る一方で、流出路用制御弁７３を全開状態として、作用室６６の圧力を収容室６３の圧力より若干低くし、図３（ｃ）に示すように、ピストン６２の移動量を、作用室６６と収容室６３が均圧状態のときよりも少なくしてもよい。すなわち、流入路用制御弁７１及び流出路７２の開度を制御して、収容室６３の容積、及び収容室６３から作動流体回路１１に供給する冷媒の量を調整して、過冷却度を調整するようにしてもよい。
【００４９】
その結果、収容室６３を含めた作動流体回路１１全体の容積が、容積調整機構６０が駆動される前と比べて減少する。一方、作動流体回路１１に向けて冷媒が供給されるため、作動流体回路１１の容積に対する冷媒の量が相対的に増加する。そして、容積調整機構６０から放熱器３０に冷媒が供給されることにより、放熱器３０の冷媒量が増加するとともに、放熱器３０の過冷却領域が増加する。その結果、冷媒の過冷却度を上昇させることができる。
【００５０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）放熱器３０を経由した冷媒の過冷却度を上昇させるため、容積調整機構６０を用いて作動流体回路１１の容積を減少させるようにした。そして、容積調整機構６０において、作用室６６の容積を増加させるピストン６２の移動手段として、作動流体回路１１の冷媒（圧力）を用い、この冷媒（圧力）を容積調整機構６０に給排するために流入路７０及び流出路７２を作用室６６及び作動流体回路１１に接続した。よって、ピストン６２の移動手段として、機械的構成（例えば、モータ）を不要とすることができ、車両用ランキンサイクル装置１０の構成を簡単にして製造コストを抑えることができるとともに、車両用ランキンサイクル装置１０の体格をコンパクトにすることができる。
【００５１】
（２）また、冷媒の過冷却度を上昇させるために、容積調整機構６０から作動流体回路１１に冷媒を供給するが、この冷媒の供給のために容積調整機構６０の収容室６３の圧力を高圧に保持する必要がない。よって、収容室６３内の圧力を保持するための回路や弁等の構造を必要とせず、車両用ランキンサイクル装置１０の構成を簡単にすることができる。さらに、収容室６３内を高圧に保持する必要がないため、収容室６３が破壊されることもなく、また、収容室６３からの圧力を抜く構成も必要としない。
【００５２】
（３）車両用ランキンサイクル装置１０においては、ピストン６２を挟んだ作用室６６と収容室６３には、それぞれ冷媒が導入され、過冷却度の制御は、作動流体回路１１内で自己完結している。そして、収容室６３と作用室６６には、それぞれ冷媒が収容され、収容室６３と作用室６６で圧力差が付けさえすればよい。したがって、収容室６３と作用室６６を区画するピストン６２に設けるシール構造は高精度なものでなくてもよく、車両用ランキンサイクル装置１０の製造コストを抑えることができる。
【００５３】
（４）作用室６６と、作動流体回路１１の第２通路２２とを流入路７０で連通させ、その流入路７０に流入路用制御弁７１を設けた。また、作用室６６と、作動流体回路１１の第３通路２３とを流出路７２で連通させ、その流出路７２に流出路用制御弁７３を設けた。そして、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を制御することで、作用室６６の圧力を所望の値に調整することができる。その結果として、所望する過冷却度が得られるようにピストン６２を移動させることができる。
【００５４】
（６）流入路用制御弁７１をその開度を調整可能な可変絞りとした。これによれば、流入路７０は、過熱ガス域である第２通路２２に連通しており、流入路用制御弁７１を流れる冷媒は密度が小さく、流入路用制御弁７１の通過前と通過後での圧力差が付けにくい。このため、可変絞りである流入路用制御弁７１を用いて、流入路７０の流路断面積を制御することで、圧力差が付けやすくなり、作用室６６の圧力調整をより行いやすくなる。
【００５５】
（７）容積調整機構６０は、ポンプ４０の入口と、放熱器３０の出口を繋ぐ第４通路２４に連通している。このため、容積調整機構６０から供給された冷媒を、放熱器３０に速やかに戻すことができる。
【００５６】
（８）容積調整機構６０のピストン６２には、バネ６９が連結され、このバネ６９はピストン６２が収容室６３の容積を増大させる方向に移動すると圧縮される。そして、作用室６６と収容室６３が均圧、又は作用室６６より収容室６３に圧力が小さくなると、バネ６９の復帰力により、収容室６３の容積を減少させる方向にピストン６２を自動的に移動させることができる。これによれば、圧力調整部で流路が閉じられた場合に、作用室６６と作動流体回路１１とが均圧してもピストン６２を移動させることができる。また、収容室６３の容積を減少させるために、ピストン６２を手作業で移動させる場合と比べて簡単にピストン６２を移動させることができる。
【００５７】
（９）流出路７２に流出路用制御弁７３を設けた。そして、作用室６６に冷媒を流入させたときは、流出路用制御弁７３を開状態として作用室６６から冷媒を排出させるようにした。このため、作用室６６では冷媒を流動させることができ、作用室６６で冷媒が液化することを防止することができる。
【００５８】
（１０）車両用ランキンサイクル装置１０の出力が最大出力の１／２を超えない範囲では、流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を閉状態とした。このため、作動流体回路１１を循環する冷媒が、流出路７２から作用室６６に逆流することを防止することができる。
【００５９】
（１１）過冷却度を上昇させるために容積調整機構６０を駆動させる際、作用室６６には、ボイラ５０を出た後の気体状の冷媒を流入させた。このため、作動流体回路１１の液体状の冷媒を減らすことなく過冷却度を速やかに上昇させることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  ピストン６２を移動させる手段としてバネ６９の代わりにダイヤフラムやベローズ等を採用してもよい。
【００６１】
○  図５に示すように、ピストン６２を移動させるための手段として、作動流体回路１１の圧力に加え、モータ６７を併用してもよい。この場合、過冷却度を上昇させる際、作用室６６の圧力に基づくピストン６２の移動に加え、モータ６７の制御によってピストン６２を移動させることにより、所望する過冷却度を得られる位置にピストン６２を精度よく移動させることができ、ピストン６２の微小位置制御が可能になる。
【００６２】
○  容積調整機構６０を設置する位置は、容積調整機構６０から放熱器３０に冷媒を供給できるのであれば実施形態と異なる位置であってもよい。
○  流出路７２の流出路用制御弁７３は無くてもよい。
【００６３】
○  流入路７０の流入路用制御弁７１は固定絞りであってもよい。
○  流出路７２の流出路用制御弁７３は固定絞りであってもよい。これによれば、流出路７２に固定絞りを設けると、流入路７０の可変絞りで圧力差を付けることができるため、流出路は固定絞りでもよく、可変絞りとする場合と比べて車両用ランキンサイクル装置１０の構成を簡素化することができる。
【００６４】
○  流入路用制御弁７１及び流出路用制御弁７３を削除し、その代わりに圧力調整部として流入路７０及び流出路７２の流路断面積に差を持たせることで圧力差を付けて、流入路７０から作用室６６に冷媒を流入させるとともに流出路７２から冷媒を排出させるようにしてもよい。
【００６５】
○  図６に示すように、流出路としてピストン６２を厚み方向に貫通する貫通孔６２ａとしてもよい。このように構成すると、流入路７０を介して作用室６６に冷媒が流入されると、作用室６６と収容室６３の圧力差に基づき、作用室６６の冷媒が貫通孔６２ａから収容室６３に排出される。
【００６６】
○  流入路７０の他端は、過熱ガス域であれば第２通路２２以外に接続されていてもよく、例えばボイラ５０の気相領域に連通する状態で接続されていてもよい。
○  車両用ランキンサイクル装置１０が作動し、その出力が増大しているとき、収容室６３の容積を増大させる方向にピストン６２を移動させる手段として、作用室６６を冷却するようにしてもよい。このように構成した場合、作用室６６の冷媒が冷却され、液化すると作用室６６の圧力が低下して、収容室６３の圧力が作用室６６より高くなり、収容室６３の容積を増大させる方向へピストン６２を速やかに移動させることができる。
【００６７】
○  エンジンＥの種類は限定されず、例えば、ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでもよい。
○  排熱は、エンジン冷却水やＥＧＲガス等適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
Ｅ…排熱源としてのエンジン、１０…ランキンサイクル装置としての車両用ランキンサイクル装置、１１…作動流体回路、２０…膨張機、３０…放熱器、３１…モータ、４０…ポンプ、５０…ボイラ、６０…容積調整機構、６２…可動部としてのピストン、６３…収容室、６６…作用室、６７…モータ、６９…バネ、７０…流入路、７１…圧力調整部及び可変絞りとしての流入路用制御弁、７２…流出路、７３…圧力調整部としての流出路用制御弁。
【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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