(57)【要約】【課題】小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高性能な廃熱利用装置を提供する。【解決手段】実施例１の廃熱利用装置は、駆動系１に用いられるランキンサイクル３及び制御手段２５等を備えている。駆動系１は、加熱路９、バイパス路１１及び切替バルブ１３を有している。ランキンサイクル３は、ボイラ１５、膨張機１７、凝縮器１９、配管２１〜２４等を有している。配管２３には圧力センサ４１が設けられている。制御手段２５は差圧動作部２７及び分岐路２９を有している。分岐路２９には開閉弁４１が設けられている。この廃熱利用装置では、配管２３を流通する作動流体の凝縮圧力が閾値よりも高くなれば、開閉弁２９が開制御される。これにより、制御手段２５は、バイパス路１１を流通する排気の流量が多くなるように切替バルブ１３の流量調整を行う。【選択図】図１
2014047649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を循環させるランキンサイクルを備える廃熱利用装置であって、
前記ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器を経て再び該ポンプに至る順で該作動流体を循環させる配管とを有し、
該ボイラにおいて該作動流体と熱交換を行う熱媒体が流通する加熱路と、
該熱媒体に該ボイラを迂回させるバイパス路と、
該加熱路と該バイパス路とで該熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、
該膨張機の下流から該ポンプの上流までの該作動流体の圧力に基づき、該流量調整手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記ランキンサイクルは、前記膨張機の下流から前記ポンプの上流までの前記作動流体の前記圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段が検出した前記圧力が閾値よりも高くなれば、前記バイパス路を流通する前記熱媒体の流量が多くなるように前記流量調整手段の制御を行う請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記圧力検出手段は、前記膨張機の下流から前記凝縮器の上流までの前記作動流体の前記圧力を検出する請求項２記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記制御手段は、圧力室を区画する可動隔壁と、該可動隔壁が変位することにより前記流量調整手段を作動させるロッドとを有する圧力動作部と、
前記膨張機の下流と前記ポンプの上流との間の前記配管から分岐し、該圧力室に連通する分岐路とを有している請求項２又は３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記ランキンサイクルは、前記分岐路に設けられ、該分岐路を開閉可能な開閉弁と、
該開閉弁の開閉制御を行う開閉弁制御手段とを備え、
前記開閉弁制御手段は、前記圧力検出手段が検出した前記圧力が閾値よりも高くなれば、前記開閉弁の開制御を行う請求項４記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記可動隔壁及び前記ロッドは金属ベローズである請求項４又は５記載の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の廃熱利用装置が開示されている。この廃熱利用装置は、作動流体を循環させるランキンサイクルと、加熱路と、バイパス路と、流量調整手段とを備えている。ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、ポンプからボイラ及び膨張機を経て凝縮器に作動流体を循環させる配管とを有している。
【０００３】
加熱路には、ボイラで作動流体との間で熱交換を行う熱媒体としての排気が流通する。バイパス路は、自己を流通する排気についてボイラを迂回させる。流量調整手段は、加熱路を流通する排気とバイパス路を流通する排気との流量調整を行う。この廃熱利用装置では、流量調整手段として切替バルブが採用されている。また、凝縮器では、作動流体とエンジンの冷却液とで熱交換を行う。
【０００４】
この廃熱利用装置では、ランキンサイクルのボイラ内における熱交換により作動流体が加熱される。そして、その作動流体が膨張機で膨張及び減圧され、圧力エネルギーを回収することが可能である。また、凝縮器において、冷却液に対して放熱を行うことで作動流体の冷却を行うことが可能となっている。
【０００５】
上記のように加熱されることにより、作動流体の蒸発圧力（ポンプの下流から膨張機の上流までの作動流体の圧力）又は凝縮圧力（膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力）は増大することとなる。一方、ランキンサイクルでは設計段階において、膨張機等の構成部品が許容できる蒸発圧力又は凝縮圧力が予め設定上限圧力として決定されている。そして、設定上限圧力を超えた作動流体の蒸発圧力又は凝縮圧力によって膨張機等が損傷されることがないように、作動流体の加熱量を調整することが求められる。このため、この廃熱利用装置では、切替バルブを作動させることにより、バイパス路を流れる排気の流量を増加させ、加熱路を流れる排気を減少させることが可能となっている。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の加熱量を抑制し、作動流体の蒸発圧力又は凝縮圧力が設定上限圧力を超えることが防止されている。
【０００６】
また、このような廃熱利用装置では、作動流体の圧力の他にも、作動流体の温度が所定温度以上となる場合や、エンジン冷却水が高温となり、ラジエータの負荷が大きくなった場合、バッテリが満充電となっている場合等にも、切替バルブを作動させることによりバイパス路を流れる排気の流量を増加させ、加熱路を流れる排気の流量を減少させることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−４２６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
作動流体の凝縮圧力については、上記のように設定上限圧力を超過するに至らずとも、その圧力が高くなれば、蒸発圧力との差圧が小さくなる。これにより、膨張機での膨張及び減圧によって生じる圧力エネルギーが小さくなり、回収可能な圧力エネルギーの量が減少するため、廃熱利用装置の性能が低下する。この点、上記従来の廃熱利用装置では、冷却液の温度又はボイラから流出した作動流体の温度に基づいて切替バルブの制御を行うことで、作動流体の加熱量を抑制するため、作動流体の凝縮圧力自体を好適に低下させることが困難となっている。
【０００９】
作動流体の凝縮圧力を低下させるに当たっては、上記のように作動流体の加熱量を抑制する他に、凝縮器での作動流体の放熱効率を高めることも考えられる。ここで、凝縮器における作動流体の放熱効率を向上させるには、例えば、凝縮器を大型化したり、凝縮器の周囲にファンが設けられている場合には、そのファンを大型化し、より高出力でファンを作動させたりすることが考えられる。しかしながら、これらの場合には、廃熱利用装置の大型化が不可避となり、廃熱利用装置の搭載性等が低下するとともに、製造コストが増大する問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高性能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の廃熱利用装置は、作動流体を循環させるランキンサイクルを備える廃熱利用装置であって、
前記ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器を経て再び該ポンプに至る順で該作動流体を循環させる配管とを有し、
該ボイラにおいて該作動流体と熱交換を行う熱媒体が流通する加熱路と、
該熱媒体に該ボイラを迂回させるバイパス路と、
該加熱路と該バイパス路とで該熱媒体の流量を調整する流量調整手段と、
該膨張機の下流から該ポンプの上流までの該作動流体の圧力に基づき、該流量調整手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明の廃熱利用装置では、流量調整手段が加熱路を流通する熱媒体の流量と、バイパス路を流通する熱媒体の流量とを調整する。これにより、この廃熱利用装置では、ボイラに流入する熱媒体の流量を調整し、ボイラにおける作動流体の加熱量を調整することが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の蒸発圧力や凝縮圧力が設定上限圧力を超えることを防止することが可能となる。
【００１３】
特に、この廃熱利用装置では、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力、すなわち、作動流体の凝縮圧力に基づいて、制御手段が流量調整手段を制御する。このように、作動流体の凝縮圧力に基づいて作動流体の加熱量を調整することで、例えば、この廃熱利用装置では、作動流体の凝縮圧力を直接的に低下させることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、回収可能な圧力エネルギーの量を多くすることが可能となる。また、この廃熱利用装置では、凝縮器等の大型化を抑制することも可能となる。なお、回収可能なエネルギーとしては、例えば、圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。
【００１４】
したがって、本発明の廃熱利用装置は、小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高い性能を発揮する。
【００１５】
熱媒体としては、例えばエンジン等の内燃機関から排出された排気の他、内燃機関を冷却させる冷却液、ターボチャージャ等の過給機から内燃機関に供給される加圧空気等を採用することができる。冷却液としては、水の他、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）等を採用することができる。
【００１６】
ランキンサイクルは、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え得る。そして、制御手段は、圧力検出手段が検出した圧力が閾値よりも高くなれば、バイパス路を流通する熱媒体の流量が多くなるように流量調整手段の制御を行うことが好ましい（請求項２）。
【００１７】
この場合、圧力検出手段によって作動流体の凝縮圧力を正確に検出することが可能となる。このため、廃熱利用装置では、作動流体の凝縮圧力に基づいて作動流体の加熱量を好適に調整することが可能となる。
【００１８】
特に、圧力検出手段は、膨張機の下流から凝縮器の上流までの作動流体の圧力を検出することが好ましい（請求項３）。この場合、圧力検出手段が気相の作動流体の凝縮圧力を検出するため、作動流体の凝縮圧力を検出し易い。
【００１９】
制御手段は、圧力室を区画する可動隔壁と、可動隔壁が変位することにより流量調整手段を作動させるロッドとを有する圧力動作部と、膨張機の下流とポンプの上流との間の配管から分岐し、圧力室に連通する分岐路とを有していることが好ましい（請求項４）。
【００２０】
この場合、制御手段の構成を簡素化しつつ、加熱路を流通する熱媒体の流量と、バイパス路を流通する熱媒体の流量とを好適に調整することが可能となる。このため、廃熱利用装置をより低コスト化しつつ、性能を向上させることが可能となる。
【００２１】
ランキンサイクルは、分岐路に設けられ、分岐路を開閉可能な開閉弁と、開閉弁の開閉制御を行う開閉弁制御手段とを備え得る。そして、開閉弁制御手段は、圧力検出手段が検出した圧力が閾値よりも高くなれば、開閉弁の開制御を行うことが好ましい（請求項５）。
【００２２】
この場合、圧力検知手段によって検出された圧力が閾値よりも高くなった際に、膨張機を流出した作動流体の一部を圧力室内に流入させることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、閾値を調整することにより、圧力室内に流入する作動流体の圧力を任意に設定することが可能となり、制御手段によって流量調整手段を好適に作動させることが可能となる。
【００２３】
可動隔壁としては、例えばダイヤフラム等を採用することができる。特に、可動隔壁及びロッドは金属ベローズであることが好ましい（請求項６）。この場合、金属ベローズが可動隔壁とロッドとを兼ねるため、制御手段の構成をより簡素化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の廃熱利用装置は、小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高い性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図２】実施例１の廃熱利用装置に係り、制御手段を示す断面図である。図（Ａ）は切替バルブを閉制御する場合の状態を示しており、図（Ｂ）は、切替バルブを開制御する場合の状態を示している。
【図３】実施例２の廃熱利用装置に係り、制御手段を示す断面図である。図（Ａ）は切替バルブを閉制御する場合の状態を示しており、図（Ｂ）は、切替バルブを開制御する場合の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、車両に搭載され、図１に示すように、ランキンサイクル３と、流量調整手段としての切替バルブ１３と、制御手段２５と、開閉弁４１と、温度検出手段としての圧力センサ４３と、コントローラ４５とを備えている。このランキンサイクル３は車両の駆動系１に用いられている。
【００２８】
駆動系１は、内燃機関としてのエンジン５と、排気路７と、加熱路９と、バイパス路１１と、上記の切替バルブ１３とで構成されている。エンジン５は、公知の水冷式ディーゼルエンジンである。エンジン５には排気を排出する排気口５ａが形成されている。なお、内燃機関としては、上記の水冷式ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他、他の構成の内燃機関を採用することもできる。
【００２９】
排気路７は、エンジン５で生じた排気を流通させることにより、排気を車外に導くことが可能となっている。この排気路７は、上流排気路７ａと下流排気路７ｂとからなる。上流排気路７ａの一端側はエンジン５の排気口５ａと接続されている。上流排気路７ａの他端側は、加熱路９ａの一端側及びバイパス路１１の一端側と接続されている。また、下流排気路７ｂの一端側は、後述するボイラ１５の第１流出口１５ｂと接続されている。下流排気路７ｂの他端側は、図示しないマフラと接続されており、マフラを介して車外と連通している。
【００３０】
加熱路９は、上流排気路７ａから分岐し、熱媒体としての排気を流通させることで、排気をボイラ１５に導くことが可能となっている。具体的には、加熱路９の一端側は上記のように上流排気路７ａと接続されており、加熱路９の他端側は、ボイラ１５の第１流入口１５ａと接続されている。
【００３１】
バイパス路１１は、上流排気路７ａから分岐し、自己を流れる排気について、ボイラ１５を迂回させつつ、下流排気路７ｂを介して排気を車外に導くことが可能となっている。具体的には、バイパス路１１の一端側は上記のように上流排気路７ａと接続されている。また、バイパス路１１の他端側は、第１流出口１５ｂよりも排気の流通方向の下流側で、下流排気路７ｂと接続されている。
【００３２】
切替バルブ１３はバイパス路１１に設けられている。切替バルブ１３は、制御手段２５によって制御可能に構成されており、自身の開度を調整することで上流排気路７ａから加熱路９に流れる排気の流量と、上流排気路７ａからバイパス路１１に流れる排気の流量とを調整することが可能となっている。なお、制御手段２５による切替バルブ１３の制御については後述する。また、切替バルブ１３は、上流排気路７ａと、加熱路９及びバイパス路１１との接続部分に設けられても良い。さらに、切替バルブ１３は、バイパス路１１と下流排気路７ｂとの接続部分に設けられても良く、加熱路９の途中に設けられても良い。
【００３３】
ランキンサイクル３は、電動ポンプＰ１と、ボイラ１５と、膨張機１７と、凝縮器１９と、配管２１〜２４とを有している。配管２１〜２４には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。また、膨張機１７等には、許容できる所定の圧力が予め設定上限圧力として設定されている。
【００３４】
電動ポンプＰ１には、吐出口１０１と吸入口１０２とが形成されている。この電動ポンプＰ１はコントローラ４５に電気的に接続されている。
【００３５】
ボイラ１５には、第１流入口１５ａ及び第１流出口１５ｂと、第２流入口１５ｃ及び第２流出口１５ｄとが形成されている。また、ボイラ１５内には、両端側でそれぞれ第１流入口１５ａ及び第１流出口１５ｂと連通する第１通路１５ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口１５ｃ及び第２流出口１５ｄと連通する第２通路１５ｆとが設けられている。このボイラ１５では、第１通路１５ｅ内の排気と、第２通路１５ｆ内の作動流体との熱交換により作動流体の加熱を行う。また、この際、副次的に排気の冷却も行う。
【００３６】
膨張機１７には、その内部に作動流体を流入させる流入口１７ａと、作動流体を流出させる流出口１７ｂとが形成されている。膨張機１７では、ボイラ１５を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機１７には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機１７の回転駆動力によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。
【００３７】
凝縮器１９には、その内部に作動流体を流入させる流入口１９ａと、作動流体を流出させる流出口１９ｂとが形成されている。凝縮器１９は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機１７での膨張によって減圧された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器１９の近傍には電動ファン１９ｃが設けられている。この電動ファン１９ｃはコントローラ４５に電気的に接続されている。
【００３８】
これらの電動ポンプＰ１、ボイラ１５、膨張機１７及び凝縮器１９は、配管２１〜２４によって接続されている。具体的には、電動ポンプＰ１の吐出口１０１と、ボイラ１５の第２流入口１５ｃとが配管２１によって接続されている。ボイラ１５の第２流出口１５ｄと、膨張機１７の流入口１７ａとが配管２２によって接続されている。また、膨張機１７の流出口１７ｂと凝縮器１９の流入口１９ａとが配管２３によって接続されている。そして、凝縮器１９の流出口１９ｂと電動ポンプＰ１の吸入口１０２とが配管２４によって接続されている。
【００３９】
このランキンサイクル３では、電動ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体が配管２１〜２４内を循環する。具体的には、作動流体は、電動ポンプＰ１の吐出口１０１からボイラ１５及び膨張機１７を経て、凝縮器１９から電動ポンプＰ１の吸入口１０２に至る順で循環する。
【００４０】
図２に示すように、制御手段２５は、差圧動作部２７と分岐路２９とを有している。差圧動作部２７は、ハウジング３１と、ハウジング３１内に設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム３２とで構成されている。ハウジング３１には、挿通孔３１ａが形成されている。一方、ダイヤフラム３２は、ハウジング３１の内壁に固定された樹脂膜３３と、樹脂膜３３に固定されたロッド３５及び座金３７と、座金３７とハウジング３１の内壁との間に設けられたコイルばね３９とからなる。
【００４１】
樹脂膜３３により、ハウジング３１内は圧力室３１ｂと大気室３１ｃとに区画されている。大気室３１ｃ内は、差圧動作部２７の周りの空気が挿通孔３１ａから進入することにより、大気圧となっている。また、ハウジング３１内において、樹脂膜３３は、コイルばね３９の付勢力によって押し付けられ、圧力室３１ｂを縮小させる方向に付勢された状態となっている。これにより、この差圧動作部２７では、圧力室３１ｂが高圧となっていないときに、ロッド３５の先端が僅かに挿通孔３１ａから突出した状態となる（同図の（Ａ）参照。）。なお、ダイヤフラム３２では、樹脂膜３３に替えて、金属膜を採用しても良い。
【００４２】
図１に示すように、分岐路２９の一端側は配管２３と接続している。一方、分岐路２９の他端側は図２に示す圧力室３１ｂと接続している。これにより、分岐路２９は、膨張機１７と凝縮器１９との間の配管２３から分岐するとともに圧力室３１ｂに連通しており、膨張機１７の流出口１７ｂを経て、凝縮器１９の流入口１９ａに至る前の作動流体の一部を圧力室３１ｂ内に導くことが可能となっている。また、この分岐路２９には、上記の開閉弁４１が設けられている。なお、分岐路２９は、配管２３と比較して細く形成されている。
【００４３】
開閉弁４１は、図１に示すコントローラ４５に電気的に接続されている。この開閉弁４１により、分岐路２９内に作動流体を流通させる場合と流通させない場合とを切り替えることが可能となっている。
【００４４】
これらのように制御手段２５が構成されることにより、差圧動作部２７では、図２に示すように、圧力室３１ｂ内の作動流体の圧力とコイルばね３９の付勢力との間の力関係によって、ハウジング３１内でダイヤフラム４１が変動する。具体的には、このコイルばね３９は、作動流体の圧力が閾値となった際の力を基に、その付勢力が設定されている。このため、同図の（Ａ）に示すように、樹脂膜３３を押し付けるコイルばね３９の付勢力よりも圧力室３１ｂ内の作動流体の圧力が小さい状態、すなわち、作動流体の圧力が閾値以下である状態では、ハウジング３１の挿通孔３１ａから延出するロッド３５の延出量が小さくなる。これにより、制御手段２５は、切替バルブ１３の開度を小さくする。
【００４５】
他方、同図の（Ｂ）に示すように、圧力室３１ｂ内の作動流体の圧力が閾値よりも大きくなれば、その圧力により、同図の白色矢印に示すように、コイルばね３９の付勢力に抗して樹脂膜３３を押し上げる。つまり、ハウジング３１内で圧力室３１ｂが拡張された状態となり、差圧動作部２７では、ハウジング３１の挿通孔３１ａから延出するロッド３５の延出量が大きくなる。これにより、制御手段２５は、切替バルブ１３の開度を大きくする。
【００４６】
上記のように、ロッド３５と切替バルブ１３とを連動させる構成としては、種々の構成を採用することができる。例えば、ロッド３５と切替バルブ１３とをギヤを介して連結させることが挙げられる。また、例えば、ロッド３５の延出量に応じて通電量が変動する電気回路を設け、この電気回路と切替バルブ１３とを電気的に接続させることもできる。
【００４７】
図１に示すように、圧力センサ４３は配管２３に取り付けられている。この圧力センサ４３は、膨張機１７の流出口１７ｂを経て、配管２３を流通して凝縮器１９の流入口１９ａに至る作動流体の圧力、つまり、作動流体の凝縮圧力を検出する。圧力センサ４３はコントローラ４５と電気的に接続されており、検出した作動流体の凝縮圧力をコントローラ４５に向けて発信する。
【００４８】
コントローラ４５は、電動ポンプＰ１の作動制御を行う。また、このコントローラ４５は、電動ファン１９ｃの作動制御を行うことで、凝縮器１９において作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【００４９】
さらに、コントローラ４５は、開閉弁４１の開閉制御を行うための制御マップを記憶している。そして、コントローラ４５は、圧力センサ４３が検出した作動流体の凝縮圧力に基づき、開閉弁４１の開閉制御を行う。このように、このコントローラ４５は、開閉弁制御手段としても機能する。
【００５０】
このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【００５１】
車両が駆動されることにより、駆動系１ではエンジン５が作動する。これにより、排気口５ａから排出された排気が上流排気路７ａを流通する。この際、コントローラ４５は、上記のマップに基づいて、開閉弁４１を閉制御する。これにより、切替バルブ１３は差圧動作部２７によって閉制御、すなわち、バイパス路１１を流通する排気の流量がゼロとされる。このため、上流排気路７ａを流通する排気は全て加熱路９に流入し、加熱路９からボイラ１５の第１流入口１５ａを経て、第１通路内１５ｅに至る。そして、第１流出口１５ｂから流出した排気は、下流排気路７ｂを経てマフラに至り、車外に放出される。
【００５２】
また、コントローラ４５は、電動ポンプＰ１及び電動ファン１９ｃをそれぞれ作動させる。これにより、ランキンサイクル３では、電動ポンプＰ１の吐出口１０１から吐出された作動流体が配管２１を経て、ボイラ１５の第２流入口１５ｃから第２通路１５ｆに至る。
【００５３】
第２通路１５ｆ内を流通する作動流体は、第１通路１５ｅを流通する排気との間で熱交換を行い、加熱される。そして、ボイラ１５において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口１５ｄから流出し、配管２２を経て膨張機１７の流入口１７ａから膨張機１７内へ至る。
【００５４】
膨張機１７内において、高温高圧の作動流体は膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機１７に接続された発電機は発電を行う。つまり、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３では、圧力エネルギーを電力として回収する。
【００５５】
膨張機１７内で減圧された作動流体は流出口１７ｂから流出し、配管２３を経て凝縮器１９の流入口１９ａから凝縮器１９内へ至る。この際、圧力センサ４３は、配管２３内を流通する作動流体の圧力を検出し、その検出値をコントローラ４５に向けて発信する。
【００５６】
凝縮器１９内に至った作動流体は、凝縮器１９の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、コントローラ４５は電動ファン１９ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。冷却された作動流体は流出口１９ｂから流出し、配管２４を経て、吸入口１０２から電動ポンプＰ１内に吸入され、再び吐出口１０１から配管２１へ吐出されることとなる。
【００５７】
このような廃熱利用装置では、車両の走行時間や走行状態が変化するにつれて、加熱路９を流れる排気の流量や温度が上昇することになる。この場合、ランキンサイクル３では、ボイラ１５における熱交換、すなわち、作動流体に対する排気の放熱量が多くなり、配管２２を流れる作動流体の蒸発圧力が上昇する。このため、膨張機１７を経た作動流体の凝縮圧力も上昇する。そこで、この廃熱利用装置では、圧力センサ４３が検出した作動流体の凝縮圧力が閾値よりも高くなっておれば、コントローラ４５は、上記のマップに基づき開閉弁４１の開制御を行う。
【００５８】
これにより、配管２３を流通する作動流体の一部が分岐路２９を経て、ハウジング３１の圧力室３１ｂ内に流入する（図２の（Ｂ）における黒色矢印参照。）。ここで、圧力室３１ｂ内に流入する作動流体は、凝縮器１９を経ていないことから、気相である。なお、上記のように分岐路２９は、配管２３と比較して細く形成されているため、圧力室３１ｂに流入する作動流体の流量は、ランキンサイクル３全体における作動流体の流量には影響を及ぼさない。
【００５９】
圧力室３１ｂに流入する作動流体の圧力は閾値をよりも高いため、上記のように、圧力室３１ｂ内の作動流体の圧力により、樹脂膜３３が押し上げられることで、ロッド３５が変位する。これにより、差圧動作部２７では、ハウジング３１の挿通孔３１ａから延出するロッド４５の延出量が大きくなる。
【００６０】
このため、図１に示すように、駆動系１では切替バルブ１３が開制御され、上流排気路７ａを流れる排気の一部がバイパス路１１に流入することとなる。つまり、駆動系１では、バイパス路１１を流れる排気の流量が多くなり、加熱路９からボイラ１５に流入する排気の流量が減少することから、ボイラ１５における排気の放熱量が減少する。これにより、この廃熱利用装置では、ボイラ１５から流出する作動流体の温度が低下して蒸発圧力が低下するため、配管２３を流通する作動流体の温度は低下し、その凝縮圧力が低下する。
【００６１】
こうして、配管２３を流通する作動流体の凝縮圧力が低下すれば、圧力室３１内の作動流体の圧力も低下する。これにより、差圧動作部２７では、再びロッド３５が変位し、ハウジング３１の挿通孔３１ａから延出するロッド４５の延出量が小さくなる。このため、駆動系１では切替バルブ１３による流量調整が行われる。また、圧力センサ４３の検出値が閾値以下となるため、コントローラ４５は、開閉弁４１の閉制御を行う。
【００６２】
このように、この廃熱利用装置では、切替バルブ１３が加熱路９を流通する排気の流量と、バイパス路１１を流通する排気の流量とを調整する。これにより、この廃熱利用装置では、ボイラ１５に流入する排気の流量を調整し、ボイラ１５における作動流体の加熱量を調整することが可能となっている。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の蒸発圧力や凝縮圧力が膨張機１７等の設定上限圧力を超えることを防止することが可能となっている。
【００６３】
特に、この廃熱利用装置では、膨張機１７の下流から凝縮器１９の上流までの作動流体の凝縮圧力に基づいて、コントローラ４５が開閉弁４１の開閉制御を行うことにより、制御手段２５が切替バルブ１３を制御する。
【００６４】
より具体的には、作動流体の凝縮圧力が閾値よりも高くなることで開閉弁４１が開制御される。これにより、バイパス路１１を流通する排気の流量が多くなるように差圧動作部２７は切替バルブ１３の制御を行い、ボイラ１５での作動流体の加熱量を減少させる。これにより、この廃熱利用装置では、作動流体の凝縮圧力を直接的に低下させることが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、回収可能な電力の量を多くすることが可能であるとともに、凝縮器１９や電動ファン１９ｃの大型化を抑制することも可能となっている。
【００６５】
また、この廃熱利用装置では、作動流体の凝縮圧力が閾値以下となることで開閉弁４１が閉制御され、ひいては、バイパス路１１を流通する排気の流量がゼロとされることから、ボイラ１５での作動流体の加熱量が増大される。このように、作動流体の凝縮圧力に基づいてコントローラ４５による開閉弁４１の開閉制御が繰り返し行われるため、この廃熱利用装置では、ボイラ１５における作動流体の加熱量が正確に調整され、作動流体の蒸発圧力及び凝縮圧力を好適な状態で維持することが可能となっている。
【００６６】
さらに、この廃熱利用装置において、制御手段２５は、圧力室３１ｂを区画するダイヤフラム３２と、切替バルブ１３を作動させるロッド３５とを有する圧力動作部２７と、配管２３から分岐し、圧力室３１ｂに連通する分岐路２９とで構成されている。これにより、この廃熱利用装置では、制御手段２５の構成を簡素化しつつ、加熱路９を流通する排気の流量と、バイパス路１１を流通する排気の流量とを好適に調整することが可能となっている。また、上記のように、圧力室３１ｂ内に流入する作動流体が気相であることから、圧力動作部２７ではダイヤフラム３２の変位量が小さくなる。このため、この制御手段２５は、切替バルブ１３を制御し易くなっている。
【００６７】
したがって、実施例１の廃熱利用装置は、小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高い性能を発揮する。
【００６８】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置では、制御手段２５に換えて、図３に示す制御手段４７を備えている。この制御手段４７は、差圧動作部４９と分岐路２９とを有している。差圧動作部４９は、ハウジング５１と、ハウジング５１に設けられた可動隔壁及びロッドとしての金属ベローズ５３とで構成されている。
【００６９】
ハウジング５１には開口５１ａが形成されている他、分岐路２９の他端側が接続されている。実施例１と同様、分岐路２９には開閉弁４１が設けられている。開口５１ａには、金属ベローズ５３が取り付けられている。金属ベローズ５３の内部には圧力室５３ａが形成されている。この圧力室５３ａは開口５１ａを通じてハウジング５１の内部と連通している。また、この圧力室５３ａは、ハウジング５１及び金属ベローズ５３によって、大気圧である差圧動作部４９の周囲と区画されている。
【００７０】
金属ベローズ５３はハウジング５１から突出するように取り付けられている。この金属ベローズ５３は、圧力室５３ａと差圧動作部４９の周囲との差圧によって伸縮し、ハウジング５１からの突出量を変化させる。このようなハウジング５１からの突出量の変化により、金属ベローズ５３は切替バルブ１３を作動させる。
【００７１】
具体的には、作動流体の圧力が閾値以下であり、ハウジング５１から突出する金属ベローズ５３の突出量が小さければ、制御手段４７は、切替バルブ１３の開度を小さくする。一方、作動流体の圧力が閾値より大きく、ハウジング５１から突出する金属ベローズ５３の突出量が大きくなれば、制御手段４７は、切替バルブ１３の開度を大きくする。なお、金属ベローズ５３と切替バルブ１３とを連動させる構成は、実施例１におけるロッド３５と切替バルブ１３とを連動させる構成と同様である。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００７２】
この廃熱利用装置では、作動流体の凝縮圧力が閾値よりも高くなっておれば、開閉弁４１の開制御が行われ、配管２３を流通する作動流体の一部が分岐路２９を経て、圧力室５３ａ内に流入する（図３の（Ｂ）における黒色矢印参照。）。そして、差圧動作部４９では、圧力室５３ａ内に流入した作動流体の圧力により、同図の白色矢印で示すように、金属ベローズ５３が伸長することで、ハウジング５１から突出する金属ベローズ５３の突出量が大きくなる。
【００７３】
このため、実施例１の廃熱利用装置と同様、駆動系１では切替バルブ１３が開制御され、加熱路９からボイラ１５に流入する排気の流量が減少して、ボイラ１５における排気の放熱量が減少する。こうして、この廃熱利用装置においても、ボイラ１５から流出する作動流体の蒸発圧力が低下し、配管２３を流通する作動流体の凝縮圧力が低下する。これにより、この廃熱利用装置においても、作動流体の蒸発圧力や凝縮圧力が膨張機１７等の設定上限圧力を超えることを防止することが可能となっている。
【００７４】
他方、配管２３を流通する作動流体の凝縮圧力が低下すれば、圧力室５３ａ内の作動流体の圧力も低下する。これにより、差圧動作部４９では、金属ベローズ５３が縮小し、ハウジング５１から突出する金属ベローズ５３の突出量が小さくなる（図３の（Ａ）参照。）。このため、駆動系１では切替バルブ１３が閉開制御される。また、圧力センサ４３の検出値が閾値以下となるため、コントローラ４５は、開閉弁４１の閉制御を行う。
【００７５】
また、この制御手段４７における差圧動作部４９では、金属ベローズ５３が可動隔壁として圧力室５３ａを区画しているとともに、切替バルブ１３を作動させるロッドとしても機能している。このため、実施例１における差圧動作部４７と比較して、この差圧動作部４９では、構成がより簡素化されている。この廃熱利用装置における他の作用は実施例１の廃熱量装置と同様である。
【００７６】
したがって、実施例２の廃熱利用装置も、小型化及び製造コストの低廉化を実現しつつ、高い性能を発揮する。
【００７７】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００７８】
例えば、圧力センサ４３を配管２４に設けることができる。この場合、コントローラ４５は、凝縮器１９から電動ポンプＰ１の上流までの作動流体の凝縮圧力に基づいて、開閉弁４１の開閉制御を行う。これにより、この場合の廃熱利用装置では、凝縮器１９から電動ポンプＰ１の上流までの作動流体の凝縮圧力に基づいて、制御手段２５、４７は、バイパス路１１を流れる排気の流量が多くなるように切替バルブ１３による流量調整を行うことが可能になる。
【００７９】
また、分岐路２９について、配管２４から分岐するように構成しても良い。この場合、凝縮器１９を経た液相の作動流体が圧力室３１ｂ、５３ａに流入し、ダイヤフラム３２や金属ベローズ５３は、液相の作動流体の圧力によって変位することとなる。
【００８０】
さらに、作動流体の凝縮圧力が閾値以下である場合においても、排気の一部がパイパス路１１を流通するように、切替バルブ１３は流量調整を行っても良い。また、膨張機１７で生じる圧力エネルギーをエンジン５に対する動力として回収する構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明はトラックやバス等の運送車両や乗用自動車等の車両に搭載される廃熱利用装置の他、定置式の廃熱利用装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
３…ランキンサイクル
９…加熱路
１１…バイパス路
１３…切替バルブ（流量調整手段）
１５…ボイラ
１７…膨張機
１９…凝縮器
２１〜２４…配管
２５…制御手段
２７…圧力動作部
２９…分岐路
３１ｂ…圧力室
３２…ダイヤフラム（可動隔壁）
３５…ロッド
４１…開閉弁
４３…圧力センサ（圧力検出手段）
４５…コントローラ（開閉弁制御手段）
４７…制御手段
４９…圧力動作部
５３…金属ベローズ（可動隔壁、ロッド）
５３ａ…圧力室
Ｐ１…電動ポンプ（ポンプ）
【図１】
2014047649.tif 000003
【図２】
2014047649.tif 000004
【図３】
2014047649.tif 000005