(57)【要約】【課題】作動流体の漏れが生じた後の内燃機関における性能低下の進行を抑制可能な廃熱利用装置を提供する。【解決手段】本発明の廃熱利用装置は、駆動系１に用いられるランキンサイクル３と、液位センサ３５と、コントローラ３７とを備えている。駆動系１は、エンジン５の他、第１バイパス路１５及び第１流量調整弁１７等を有している。ランキンサイクル３は、還流排気と作動流体とで熱交換を行う主ボイラ１９と、排気と作動流体とで熱交換を行う副ボイラ２１等を有している。この廃熱利用装置では、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、コントローラ３７が第１流量調整弁１７の制御を行い、排気をバイパス路１５に流通させる。これにより、副ボイラ２１での熱交換による作動流体の加熱が行われなくなり、ランキンサイクル３内における作動流体の凝縮圧力が低下する。【選択図】図１
2014115008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
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配管とを有し、
前記配管は、前記ポンプ、前記ボイラ、前記膨張機及び前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させる廃熱利用装置において、
前記ボイラは、前記内燃機関に対して冷却された状態で供給されることが求められる主熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う主ボイラを有し、
前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れを判断し、漏出情報を発信可能な判断手段と、
前記漏出情報に基づき、前記主ボイラにおける前記熱交換を継続させつつ、前記ランキンサイクル内における前記作動流体の圧力である内部圧力について、前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れが生じる前よりも低下させる圧力調整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】
前記ボイラは、前記主熱媒体と異なる副熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う副ボイラをさらに有し、
前記圧力調整手段は、前記漏出情報に基づき、前記副ボイラでの前記熱交換の能力を低下させる請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記内部圧力は凝縮圧力であり、
前記圧力調整手段は、前記漏出情報に基づき、前記凝縮圧力を前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れが生じる前よりも低下させる請求項１又は２記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記ボイラは、前記主熱媒体と異なる副熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う副ボイラをさらに有し、
前記駆動系は、前記副熱媒体が前記副ボイラに向かって流通する加熱路を有し、
前記圧力調整手段は、前記副熱媒体に前記副ボイラを迂回させる第１バイパス路と、
前記加熱路を流通する前記副熱媒体の流量と、前記第１バイパス路を流通する前記副熱媒体の流量とを調整する第１流量調整弁と、
前記第１流量調整弁を制御する第１制御装置とを有し、
前記第１制御装置は、前記漏出情報に基づき、前記第１バイパス路を流通する前記副熱媒体の流量を増大させる請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記ボイラは、前記主熱媒体と異なる副熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う副ボイラをさらに有し、
前記圧力調節手段は、前記副ボイラの上流で前記配管から分岐し、前記副ボイラを迂回して前記副ボイラの下流で前記配管に合流する第２バイパス路と、
前記副ボイラに流入する前記作動流体の流量と、前記第２バイパス路に流入する前記作動流体の流量とを調整可能な第２流量調整弁と、
前記第２流量調整弁を制御する第２制御装置とを有し、
前記第２制御装置は、前記漏出情報に基づき、前記第２バイパス路を流通する前記作動流体の流量を増大させる請求項３記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記内部圧力は蒸発圧力であり、
前記圧力調整手段は、前記漏出情報に基づき、前記蒸発圧力を前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れが生じる前よりも低下させる請求項１又は２記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記ボイラは、前記主熱媒体と異なる副熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う副ボイラをさらに有し、
前記圧力調整手段は、前記ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記膨張機を迂回して前記凝縮器の上流で前記配管に合流する第３バイパス路と、
前記膨張機に流入する前記作動流体の流量と、前記第３バイパス路に流入する前記作動流体の流量とを調整可能な第３流量調整弁と、
前記第３流量調整弁を制御する第３制御装置とを有し、
前記第３制御装置は、前記漏出情報に基づき、前記第３バイパス路を流通する前記作動流体の流量を増大させる請求項６記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記圧力調整手段は、前記膨張機に流入する前記作動流体の体積流量と、前記ポンプが吐出する前記作動流体の体積流量との比を変更する体積流量比変更手段と、
前記体積流量比変更手段を制御する第４制御装置とを有している請求項６記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記体積流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段である請求項８記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記体積流量比変更手段は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段である請求項８記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記ランキンサイクルは、前記凝縮器の下流の前記配管に設けられ、前記凝縮器を経た前記作動流体が貯留されるレシーバを有し、
前記判断手段は、前記レシーバ内に貯留された前記作動流体の液位に基づき、前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れを判断する請求項１乃至１０のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記判断手段は、前記ランキンサイクル内における前記作動流体の状態を検知し、検知情報を発信する検知手段と、
前記検知情報に基づき、前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れを判断して前記漏出情報を発信する発信手段とを有する請求項１乃至１１のいずれか１項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、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関としてのエンジンと、過給器としてのターボチャージャとを有している。このターボチャージャは、エンジンに対して吸気系流体である加圧空気を供給する。ランキンサイクルは、ポンプと第１ボイラと第２ボイラと膨張機と凝縮器と配管とを有している。第１ボイラでは、加圧空気を第１熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱する。第２ボイラは、エンジンの冷却液を第２熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱する。配管は、ポンプ、第２ボイラ、第１ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。
【０００３】
この廃熱利用装置では、第１、２ボイラによって作動流体を加熱することが可能である。そして、加圧空気がエンジンの冷却液よりも高温となることから、第２ボイラの下流に位置する第１ボイラによって、作動流体を好適に加熱することが可能である。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量を大きくできる。また、この廃熱利用装置では、第１ボイラにおける熱交換によって加圧空気を冷却することで、密度を小さくした加圧空気をエンジンに供給することが可能となる。また、第２ボイラにおける熱交換によって冷却液を冷却することが可能であることから、エンジンの出力を向上させることも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の廃熱利用装置では、配管等からの作動流体の不可避的な漏れが生じると、第１、２ボイラによる加熱による作動流体の圧力上昇によって、単位時間当たりの作動流体の漏れが助長されてしまう。これにより、この廃熱利用装置では、第１、２ボイラにおける熱交換が早期に不可能となり、加圧空気や冷却液に対する冷却が早期に不可能となるおそれがある。このため、この廃熱利用装置では、作動流体に漏れが生じた後、内燃機関の性能低下の進行が著しい。
【０００６】
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、作動流体の漏れが生じた後の内燃機関における性能低下の進行を抑制可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】
【０００７】
本発明の廃熱利用装置は、内燃機関を有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
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配管とを有し、
前記配管は、前記ポンプ、前記ボイラ、前記膨張機及び前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させる廃熱利用装置において、
前記ボイラは、前記内燃機関に対して冷却された状態で供給されることが求められる主熱媒体と前記作動流体とが熱交換を行う主ボイラを有し、
前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れを判断し、漏出情報を発信可能な判断手段と、
前記漏出情報に基づき、前記主ボイラにおける前記熱交換を継続させつつ、前記ランキンサイクル内における前記作動流体の圧力である内部圧力について、前記ランキンサイクルからの前記作動流体の漏れが生じる前よりも低下させる圧力調整手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
本発明の廃熱利用装置では、主ボイラにおける熱交換により、主熱媒体の冷却と作動流体の加熱とが行われる。また、この廃熱利用装置では、判断手段がランキンサイクルからの前記作動流体の漏れを判断する。ここで、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生していると判断すれば、判断手段は漏出情報を発信する。そして、この漏出情報に基づき、圧力調整手段は、主ボイラにおける熱交換を継続させつつ、内部圧力について、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じる前よりも低下させる。これにより、この廃熱利用装置では、例え、作動流体の漏れが生じたとしても、ランキンサイクルを循環する作動流体と、ランキンサイクルの外部との間における差圧を小さくすることで、単位時間当たりの作動流体の漏れを抑制することができる。
【０００９】
このように、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じた場合であっても、主ボイラにおける熱交換を一定程度継続することが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じた後も、主熱媒体の冷却を一定程度継続して行うことが可能となり、冷却された主熱媒体を内燃機関に供給することが可能となる。
【００１０】
したがって、本発明の廃熱利用装置によれば、作動流体の漏れが生じた後の内燃機関における性能低下の進行を抑制することができる。
【００１１】
主熱媒体としては、例えば、吸気系流体の他、内燃機関を冷却するための冷却液等が挙げられる。ここで、吸気系流体とは、内燃機関に対して冷却されつつ吸気されることが求められる流体を指す。このように、冷却によって吸気系流体の密度を大きくし、その状態で内燃機関に吸気させることで、内燃機関では環境性能や出力等が向上し、性能が向上することとなる。具体例としては、過給器によって圧縮されつつ、内燃機関に供給される加圧空気の他、内燃機関から排出された排気のうち、内燃機関に還流される還流排気等が挙げられる。また、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。
【００１２】
駆動系が有する内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。なお、内燃機関は複数であっても良い。
【００１３】
ランキンサイクルにおいて、主ボイラは複数設けられていても良い。また、主ボイラが複数である場合、各主ボイラにおいて同一の主熱媒体と作動流体とが熱交換を行っても良く、主ボイラ毎に異なる主熱媒体と作動流体とが熱交換を行っても良い。さらに、主ボイラが複数である場合において、作動流体の漏れが生じた場合、熱交換の継続を行う主ボイラと熱交換を中止する主ボイラとを選択しても良い。また、作動流体の漏れが生じた場合に、主ボイラの全てにおいて、熱交換の能力を一定程度低下させても良く、複数の主ボイラ間において熱交換の能力に差異を生じさせても良い。
【００１４】
本発明の廃熱利用装置において、ボイラは、主熱媒体と異なる副熱媒体と作動流体とが熱交換を行う副ボイラをさらに有し得る。そして、圧力調整手段は、漏出情報に基づき、副ボイラでの熱交換の能力を低下させることが好ましい（請求項２）。
【００１５】
この場合、主ボイラにおける熱交換と、副ボイラにおける熱交換とで、作動流体を好適に加熱することが可能となり、作動流体が膨張機で膨張及び減圧される際の圧力エネルギーを大きくすることができる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーを大きくすることができる。なお、回収可能なエネルギーとしては、例えば、作動流体の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。
【００１６】
さらに、この廃熱利用装置では、漏出情報に基づき、副ボイラでの熱交換の能力を低下させる。これにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した場合に、ランキンサイクル全体としての作動流体の加熱量を低下させることで、主ボイラにおける熱交換を継続しつつ、単位時間当たりの作動流体の漏れを好適に抑制することができる。
【００１７】
このように、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じている状況下において、副ボイラでの熱交換よりも主ボイラでの熱交換を優先させることで、内燃機関における性能低下の進行を好適に抑制することができる。なお、熱交換の能力の低下には、副ボイラでの熱交換の能力をゼロにさせることを含む。つまり、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した際に、副ボイラでの熱交換を停止させることが含まれる。
【００１８】
副熱媒としては、例えば、還流排気として内燃機関に還流されない排気の他、内燃機関を潤滑するための潤滑油や専用のヒータ等で加熱された液体等が挙げられる。
【００１９】
副ボイラは複数設けられていても良い。また、副ボイラが複数である場合、各副ボイラにおいて同一の副熱媒体と作動流体とが熱交換を行っても良く、副ボイラ毎に異なる副熱媒体と作動流体とが熱交換を行っても良い。
【００２０】
さらに、主ボイラと副ボイラとは、互いに個数が異なっていても良く、同数であっても良い。ここで、ランキンサイクルにおいて、第主ボイラと副ボイラとのいずれを上流側に配置するかは、主熱媒体と副熱媒体とでいずれが高温であるか等に基づいて適宜決定することができる。さらに、例えば、主ボイラが単体であり、副ボイラが二台である場合、最上流側に副ボイラの一台目を配置し、その下流に主ボイラを配置し、最下流側に副ボイラの二台目を配置するということも可能である。
【００２１】
本発明の廃熱利用装置において、内部圧力は凝縮圧力であり得る。そして、圧力調整手段は、漏出情報に基づき、凝縮圧力をランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じるよりも低下させることが好ましい（請求項３）。
【００２２】
凝縮圧力とは、ランキンサイクルにおいて、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指す。このように凝縮圧力を低下させれば、ランキンサイクルを循環する作動流体と、ランキンサイクルの外部との差圧を小さくすることが可能となる。このため、単位時間当たりの作動流体の漏れを好適に抑制することが可能となる。
【００２３】
上記のように、ランキンサイクルに主ボイラと副ボイラとが設けられている場合、駆動系は、副熱媒体が副ボイラに向かって流通する加熱路を有し得る。また、圧力調整手段は、副熱媒体に副ボイラを迂回させる第１バイパス路と、第１流量調整弁と、第１流量調整弁を制御する第１制御装置とを有し得る。第１流量調整弁は、加熱路を流通する副熱媒体の流量と、第１バイパス路を流通する副熱媒体の流量とを調整する。そして、第１制御装置は、漏出情報に基づき、第１バイパス路を流通する副熱媒体の流量を増大させ得る（請求項４）。
【００２４】
この場合、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した際に、第１制御装置が第１流量調整弁を制御し、第１バイパス路を流通する副熱媒体の流量を増大させれば、加熱路を流通する副熱媒体の流量が減少する。このため、副ボイラでの熱交換の能力、すなわち、副ボイラでの作動流体の加熱量が減少するため、凝縮器で放熱する作動流体の熱量が減少し、凝縮器で作動流体と作動流体の放熱対象との温度差が小さくなる。これにより、この廃熱利用装置では、凝縮温度が低下し凝縮圧力を好適に低下させることが可能となる。
【００２５】
また、この廃熱利用装置では、第１流量調整弁によって第１バイパス路を流通する副熱媒体の流量を調整することで、副ボイラでの作動流体の加熱量を任意に調整することも可能である。
【００２６】
同様に、ランキンサイクルに主ボイラと副ボイラとが設けられている場合、圧力調節手段は、第２ボイラの上流で配管から分岐し、副ボイラを迂回して副ボイラの下流で配管に合流する第２バイパス路と、第２流量調整弁と、第２流量調整弁を制御する第２制御装置とを有し得る。第２流量調整弁は、副ボイラに流入する作動流体の流量と、第２バイパス路に流入する前記作動流体の流量とを調整可能である。そして、第２制御装置は、漏出情報に基づき、第２バイパス路を流通する作動流体の流量を増大させ得る（請求項５）。
【００２７】
この場合、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した際に、第２制御装置が第２流量調整弁を制御し、第２バイパス路を流通する作動流体の流量を増大させれば、副ボイラに流入する作動流体の流量が減少する。このため、副ボイラでの作動流体の加熱量が減少し、作動流体の漏れが生じている状況下で、凝縮圧力を低下させることが可能となる。
【００２８】
また、この廃熱利用装置でも、第２流量調整弁によって第２バイパス路を流通する作動流体の流量を調整することで、副ボイラでの作動流体の加熱量を任意に調整することが可能である。さらに、この廃熱利用装置では、作動流体に副ボイラを迂回させた場合でも、主ボイラに対して作動流体を流入させれば、主ボイラにおける主熱媒体と作動流体との熱交換を一定程度継続することが可能となる。このため、この廃熱利用装置も、主ボイラにおける主熱媒体の冷却を一定程度継続することが可能となり、内燃機関の性能低下の進行を抑制することができる。
【００２９】
本発明の廃熱利用装置において、内部圧力は蒸発圧力であり得る。そして、圧力調整手段は、漏出情報に基づき、蒸発圧力をランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じる前よりも低下させることも好ましい（請求項６）。
【００３０】
蒸発圧力とは、ランキンサイクルにおいて、ポンプの下流から膨張機の上流までの作動流体の圧力を指す。蒸発圧力を低下させれば、ランキンサイクルを循環する作動流体とランキンサイクルの外部との差圧を小さくすることができる。このため、上記の凝縮圧力を低下させる場合と同様、単位時間当たりの作動流体の漏れを抑制することができる。
【００３１】
ランキンサイクルに主ボイラと副ボイラとが設けられている場合、圧力調整手段は、ボイラの下流で配管から分岐し、膨張機を迂回して凝縮器の上流で前記配管に合流する第３バイパス路と、第３流量調整弁と、第３流量調整弁を制御する第３制御装置とを有し得る。第３流量調整弁は、膨張機に流入する作動流体の流量と、第３バイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能である。そして、第３制御装置は、漏出情報に基づき、第３バイパス路を流通する作動流体の流量を増大させ得る（請求項７）。
【００３２】
この場合、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した際に、膨張機に流入する作動流体の流量を減少させ、第３バイパス路に流入する作動流体の流量を増大させることによって、蒸発圧力を好適に低下させることが可能となる。また、第３流量調整弁によって、第３バイパス路を流通する作動流体の流量を調整することで、蒸発圧力を任意に調整することが可能となる。
【００３３】
また、圧力調整手段は、体積流量比変更手段と、流量比変更手段を制御する第４制御装置とを有し得る。体積流量比変更手段は、膨張機に流入する作動流体の体積流量と、ポンプが吐出する作動流体の体積流量との比を変更する（請求項８）。
【００３４】
この場合、膨張機に流入する体積流量に比べて、ポンプが吐出する作動流体の体積流量を少なくすれば、ランキンサイクルの蒸発圧力を低下させることが可能となる。また、体積流量比変更手段によって、両者の体積流量比を調整することで、蒸発圧力を任意に調整することが可能となる。
【００３５】
体積流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の回転数を変更可能な変速手段であり得る（請求項９）。例えば、変速手段によってポンプの回転数を下げることにより、膨張機に流入する作動流体の体積流量に比べて、ポンプが吐出する作動流体の体積流量を少なくすることができる。また、膨張機の回転数を上げることによっても同様に両者の体積流量比を変更することが可能となる。
【００３６】
また、体積流量比変更手段は、ポンプ及び膨張機の少なくとも一方の単位回転数当たりの容量を変更可能な容量制御手段であり得る（請求項１０）。例えば、膨張機の単位回転数当たりの吸入容量を大きくすることによって、膨張機に流入する作動流体の体積流量に比べて、ポンプが吐出する作動流体の体積流量を少なくすることができる。ポンプの単位回転数当たりの吐出容量を小さくする場合も同様である。
【００３７】
本発明の廃熱利用装置では、例えば、判断手段は、ポンプの下流から膨張機の上流までの作動流体の圧力の変化によって、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを判断することができる。また、例えば、判断手段は、ポンプの振動数の変化によって、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを判断することもできる。
【００３８】
特に、本発明の廃熱利用装置において、ランキンサイクルは、凝縮器の下流の前記配管に設けられ、凝縮器を経た作動流体が貯留されるレシーバを有し得る。そして、判断手段は、レシーバ内に貯留された作動流体の液位に基づき、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを判断することが好ましい（請求項１１）。
【００３９】
例えば、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じていない状態、すなわち、ランキンサイクル３が正常に作動している状態において、レシーバ内に貯留される作動流体の液位を閾値として設定することができる。この場合、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが生じることで、レシーバ内に貯留される作動流体の液位が閾値を下回ることとなる。このように、レシーバ内に貯留された作動流体の液位に基づくことで、判断手段は、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを好適に判断することができる。
【００４０】
また、例えば、レシーバ内に貯留される作動流体の下限値のように、予め一定の液位を閾値として設定し、レシーバ内に貯留された作動流体の液位が閾値となることで、判断手段は、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを判断することもできる。
【００４１】
判断手段は、ランキンサイクル内における作動流体の状態を検知し、検知情報を発信する検知手段と、検知情報に基づき、ランキンサイクルからの作動流体の漏れを判断して漏出情報を発信する発信手段とを有することが好ましい（請求項１２）。
【００４２】
この場合、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生しているか否かの判断について、判断手段は精度高く行うことが可能となる。発信手段が発信する漏出情報としては、例えば、ランキンサイクルからの作動流体の漏れが発生した際にＯＮ制御される漏出フラグ等が挙げられる。また、この場合、発信手段としては、漏出フラグのＯＮ制御及びＯＦＦ制御を行うフラグ制御手段等を採用することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の廃熱利用装置によれば、作動流体の漏れが生じた後の内燃機関における性能低下の進行を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、エンタルピの変化と、第１電動ポンプに対する気体の作動流体の混入防止に必要とされるランキンサイクル内の作動流体の密度の変化とを示すグラフである。
【図４】実施例２の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図５】実施例３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図６】実施例３の廃熱利用装置の運転状態を示すモリエル線図である。
【図７】実施例３の廃熱利用装置に係り、エンタルピの変化と、第１電動ポンプに対する気体の作動流体の混入防止に必要とされるランキンサイクル内の作動流体の密度の変化とを示すグラフである。
【図８】実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図９】実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を具体化した実施例１〜５を図面を参照しつつ説明する。実施例１〜５の廃熱利用装置は、いずれも車両に搭載されている。
【００４６】
（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、図１に示すように、ランキンサイクル３と、液位センサ３５と、第１バイパス路１５と、第１流量調整弁１７と、コントローラ３７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。また、液位センサ３５が本発明における検知手段に相当し、コントローラ３７が本発明における判断手段及び第１制御装置に相当する。さらに、このコントローラ３７と第１バイパス路１５と第１流量調整弁１７とが本発明における圧力調整手段に相当する。
【００４７】
駆動系１は、内燃機関としてのエンジン５と、排気路７と、分岐路９と、排気還流路１１と、空気導入路１３と、上記の第１バイパス路１５と、第１流量調整弁１７と、図示しない冷却回路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。冷却回路では、エンジン５の冷却液が循環している。
【００４８】
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、第１〜３排気路７ａ〜７ｃからなる。第１排気路７ａは、一端側がエンジン５の排気口５ａに接続されており、他端側が第１流量調整弁１７に接続されている。第２排気路７ｂは、一端側が第１流量調整弁１７に接続されており、他端側が後述する副ボイラ２１の第３流入口２１ａに接続されている。この第２排気路７ｂが本発明における加熱路に相当する。第３排気路７ｃは、一端側が副ボイラ２１の第３流出口２１ｂに接続されており、他端側が図示しないマフラに接続されている。
【００４９】
分岐路９は、第１排気路７ａから分岐することで、第１排気路７ａを流通する排気の一部を還流排気として後述する主ボイラ１９に導くことが可能となっている。具体的には、分岐路９の一端側は、第１流量調整弁１７よりも上流側で第１排気路７ａに接続されており、他端側は主ボイラ１９の第１流入口１９ａに接続されている。この還流排気は本発明における吸気系流体に前記当することから、主熱媒体に相当する。また、還流排気以外となる排気、すなわち、分岐路９を流通せず、第２排気路７ｂ等を流通する排気は、本発明における副熱媒体に相当する。
【００５０】
排気還流路１１は、一端側が主ボイラ１９の第１流出口１９ｂに接続されており、他端側がエンジン５の吸気口５ｂに接続されている。空気導入路１３は、一端側がエンジン５の吸気口５ｂよりも上流側で排気還流路１１に接続されており、他端側が図示しない車両の空気導入部に開いている。排気還流路１１は、その内部において、主ボイラ１９を経た還流排気と、空気導入路１３から導入された車外の空気とを混合させて混合空気とするとともに、その混合空気をエンジン５に還流させる。
【００５１】
第１バイパス路１５は、自己を流れる排気について、副ボイラ２１を迂回させつつ、第３排気路７ｃを通じて車外に導くことが可能となっている。具体的には、第１バイパス路１５の一端側は第１流量調整弁１７に接続されており、他端側は第３排気路７ｃに接続されている。
【００５２】
第１流量調整弁１７は、コントローラ３７と電気的に接続されている。この第１流量調整弁１７は、コントローラ３７からの制御を受けることで、第２排気路７ｂを流通する排気の流量と、第１バイパス路１５を流通する排気の流量とを調整することが可能となっている。
【００５３】
ランキンサイクル３は、第１電動ポンプ１００と、主ボイラ１９と、副ボイラ２１と、膨張機２３と、凝縮器２５と、レシーバ２７と、配管２９〜３４とを有している。配管２９〜３４には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００５４】
第１電動ポンプ１００には、吐出口１０１と吸入口１０２とが形成されている。この第１電動ポンプ１００はコントローラ３７に電気的に接続されている。
【００５５】
主ボイラ１９には、第１流入口１９ａ及び第１流出口１９ｂと、第２流入口１９ｃ及び第２流出口１９ｄとが形成されている。また、主ボイラ１９内には、両端側でそれぞれ第１流入口１９ａ及び第１流出口１９ｂと連通する第１通路１９ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口１９ｃ及び第２流出口１９ｄと連通する第２通路１９ｆとが設けられている。この主ボイラ１９では、第１通路１９ｅ内の還流排気と、第２通路１９ｆ内の作動流体との熱交換により還流排気の冷却と作動流体の加熱とを行う。
【００５６】
副ボイラ２１には、第３流入口２１ａ及び第３流出口２１ｂと、第４流入口２１ｃ及び第４流出口２１ｄとが形成されている。また、副ボイラ２１内には、両端側でそれぞれ第３流入口２１ａ及び第３流出口２１ｂと連通する第３通路２１ｅと、両端側でそれぞれ第４流入口２１ｃ及び第４流出口２１ｄと連通する第４通路２１ｆとが設けられている。この副ボイラ２１では、第３通路２１ｅ内の排気と、第４通路２１ｆ内の作動流体との熱交換により作動流体の加熱を行うとともに、副次的に排気の冷却を行う。
【００５７】
膨張機２３には、その内部に作動流体を流入させる流入口２３ａと、作動流体を流出させる流出口２３ｂとが形成されている。膨張機２３では、第１、２ボイラ１９、２１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２３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２３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。
【００５８】
凝縮器２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。凝縮器２５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２５での膨張によって減圧された作動流体を冷却する。凝縮器２５の近傍には電動ファン２５ｃが設けられている。この電動ファン２５ｃはコントローラ３７に電気的に接続されている。
【００５９】
レシーバ２７は、自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口２７ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口２７ｂが形成されている。また、レシーバ２７の内部には受液室２７ｃが形成されている。レシーバ２７は、流入口２７ａから流入した作動流体を気体と液体とに分離させる。そして、レシーバ２７は、液状態となった作動流体を受液室２７ｃ内に貯留するとともに、貯留した作動流体を流出口２７ｂから順に流出させる。
【００６０】
このレシーバ２７では、受液室２７ｃに貯留された際の作動流体の液位について、閾値を設定している。そして、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値となるように、ランキンサイクル３における作動流体の封入量が決定されている。このため、このランキンサイクル３では、正常に作動している状態にあれば、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値となり、作動流体の漏れが生じれば、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値を下回ることとなる。
【００６１】
また、このランキンサイクル３では、正常に作動している状態における作動流体の密度が後述する図３に示すＹ1となるように設定されている。
【００６２】
図１に示すように、第１電動ポンプ１００、主ボイラ１９、副ボイラ２１、膨張機２３、凝縮器２５及びレシーバ２７は、配管２９〜３４によって接続されている。具体的には、第１電動ポンプ１００の吐出口１０１と主ボイラ１９の第２流入口１９ｃとが配管２９によって接続されている。主ボイラ１９の第２流出口１９ｄと副ボイラ２１の第４流入口２１ｃとが配管３０によって接続されている。副ボイラ２１の第４流出口２１ｄと膨張機２３の流入口２３ａとが配管３１によって接続されている。膨張機２３の流出口２３ｂと凝縮器２５の流入口２５ａとが配管３２によって接続されている。凝縮器２５の流出口２５ｂとレシーバ２７の流入口２７ａとが配管３３によって接続されている。そして、レシーバ２７の流出口２７ｂと第１電動ポンプ１００の吸入口１０２とが配管３４によって接続されている。
【００６３】
このランキンサイクル３では、第１電動ポンプ１００を作動させることにより、作動流体が配管２９〜３４内を循環する。具体的には、作動流体は、第１電動ポンプ１００の吐出口１０１から第１、２ボイラ１９、２１、膨張機２３及び凝縮器２５に至り、さらにレシーバ２７を経て、第１電動ポンプ１００の吸入口１０２に至る順で循環する。
【００６４】
液位センサ３５はレシーバ２７に設けられている。また、この液位センサ３５はコントローラ３７に電気的に接続されている。液位センサ３５は、レシーバ２７内における作動流体の液量を検出する。具体的には、液位センサ３５は、レシーバ２７の受液室２７ｃ内に向けて赤外線を照射し、反射される赤外線を基に受液室２７ｃ内に貯留された作動流体の液位を検出値として検出する。液位センサ３５は、この検出値をコントローラ３７に向けて発信する。この検出値が本発明における検知信号に相当する。なお、液位センサ３５は他の手段によって、受液室２７ｃ内に貯留された作動流体の液位を検出しても良い。
【００６５】
コントローラ３７は、第１電動ポンプ１００の作動制御を行う。また、このコントローラ３７は、電動ファン２５ｃの作動制御を行うことで、凝縮器２５において作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。
【００６６】
さらに、コントローラ３７は、第１流量調整弁１７の制御を行うための制御マップの他、レシーバ２７における上記の閾値を記憶している。また、コントローラ３７はフラグ制御部３７ａを有している。そして、コントローラ３７は、記憶されている閾値と、液位センサ３５から受信した検出値との比較を行う。ここで、検出値が閾値を下回れば、コントローラ３７は、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じたと判断する。これにより、フラグ制御部３７ａでは、漏出フラグをＯＮ状態とする。なお、フラグ制御部３７ａが本発明における発信手段に相当している。また、漏出フラグは、本発明における漏出情報の一例である。そして、フラグ制御部３７ａが漏出フラグをＯＮ状態にすることは、本発明における漏出情報の発信の一態様である。
【００６７】
コントローラ３７は、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、第１流量調整弁１７の制御を行うことで、第１バイパス路１５を流通する排気の流量を増大させる。
【００６８】
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。
【００６９】
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第１排気路７ａを流通する。この際、第１排気路７ａを流通する排気の一部が還流排気として分岐路９を流通し、主ボイラ１９の第１流入口１９ａから第１通路１９ｅに至る。
【００７０】
一方、分岐路９に流入しなかった排気は第２排気路７ｂ側に向かって流通する。この際、コントローラ３７は、第１流量調整弁１７の制御を行い、第２排気路７ｂを流通する排気の流量と、第１バイパス路１５を流通する排気との流量を調整する。ここで、フラグ制御部３７ａが漏出フラグをＯＦＦ状態としている、すなわち、ランキンサイクル３が正常に作動しているとコントローラ３７が判断している場合、コントローラ３７は、第１バイパス路１５を流通する排気の流量をゼロとし、分岐路９に流入しなかった排気の全てが第２排気路７ｂを流通するように第１流量調整弁１７を制御する。これにより、第２排気路７ｂを流通する排気は、副ボイラ２１の第３流入口２１ｃから第３通路２１ｅに至る。なお、ランキンサイクル３が正常に作動していると判断した場合において、分岐路９に流入しなかった排気の一部が第１バイパス路１５を流通するように、コントローラ３７は第１流量調整弁１７を制御しても良い。
【００７１】
また、コントローラ３７は、第１電動ポンプ１００及び電動ファン２５ｃ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、第１電動ポンプ１００の吐出口１０１から一定の流量で作動流体が吐出される。そして、第１電動ポンプ１００の吐出口１０１から吐出された作動流体が配管２９を経て、主ボイラ１９の第２流入口１９ｃから第２通路１９ｆに至る。
【００７２】
第２通路１９ｆ内を流通する作動流体は、第１通路１９ｅを流通する還流排気との間で熱交換を行う。これにより、還流排気の冷却が行われるとともに、作動流体の加熱が行われる。還流排気の温度は約５００°Ｃ程度であることから、作動流体は好適に加熱されることとなる。
【００７３】
主ボイラ１９において冷却された還流排気は、第１流出口１９ｂから流出し、排気還流路１１を流通する。この際、排気還流路１１を流通する還流排気は、空気導入路１３を経た車外の空気と混合され、混合空気として吸気口２ｂよりエンジン５内に還流する。
【００７４】
他方、主ボイラ１９において加熱された作動流体は、第２流出口１９ｄから流出し、配管３０を経て、副ボイラ２１の第４流入口２１ｃから第４通路２１ｆに至る。そして、第４通路２１ｆ内を流通する作動流体は、第３通路２１ｅを流通する排気との間で熱交換を行う。これにより、作動流体は更に過熱される。また、第３通路２１ｅ内の排気の冷却も行われる。
【００７５】
副ボイラ２１において冷却された排気は、第３流出口２１ｂから第３排気路７ｃへ流出し、マフラを経て車外に放出される。また、副ボイラ２１において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第４流出口２１ｄから流出し、配管３１を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。
【００７６】
膨張機２３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２３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、作動流体の圧力エネルギーを電力として回収する。
【００７７】
膨張機２３内で減圧された作動流体は流出口２３ｂから流出し、配管３２を経て凝縮器２５の流入口２５ａから凝縮器２５内へ至る。凝縮器２５内に至った作動流体は、凝縮器２５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３７は電動ファン２５ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させる。冷却された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３３を経て、流入口２７ａからレシーバ２７に至る。そして、レシーバ２７において作動流体は気液分離され、液状態となった作動流体が受液室２７ｃ内に貯留される。この際、液位センサ３５は、受液室２７ｃ内の作動流体の液位を検出する。
【００７８】
受液室２７ｃ内に貯留された作動流体は、流出口２７ｂから順に配管３４に流出し、吸入口１０２から第１電動ポンプ１００内に吸入され、再び吐出口１０１から配管２９へ吐出されることとなる。
【００７９】
このように、この廃熱利用装置では、第１、２ボイラ１９、２１において、作動流体を十分に加熱することができるため、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３で回収可能な電力の量を大きくすることが可能となっている。
【００８０】
また、この廃熱利用装置では、主ボイラ１９における熱交換によって還流排気を冷却することが可能である。これにより、この廃熱利用装置では、還流排気の密度を高くすることが可能であり、混合空気中に占める還流排気の割合を多くした状態で、混合空気をエンジン５に還流することが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、エンジン５から排出されて大気中に放出される排気中における窒素酸化物の含有量を低減することができる。このため、この廃熱利用装置では、エンジン５の環境性能を高くすることができる。
【００８１】
さらに、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた際、以下のように作用する。
【００８２】
作動流体の漏れが生じると、受液室２７ｃ内に貯留される作動流体の液量が減少するため、液位センサ３５によって検出される作動流体の液位が低下する。そして、液位センサ３５によって検出された検出値が閾値を下回ることで、フラグ制御部３７ａは、漏出フラグをＯＮ状態とする。
【００８３】
これにより、コントローラ３７は第１流量調整弁１７の制御を行い、分岐路９に流入しなかった排気の全てを第１バイパス路１５に流通させ、第２排気路７ｂを流通する排気の流量をゼロとする。これにより、分岐路９に流入しなかった排気が全て副ボイラ２１を迂回して第３排気路７ｃに至ることとなる。
【００８４】
このため、ランキンサイクル３では、副ボイラ２１において、作動流体と排気との熱交換が行われなくなる。つまり、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが検知されると、主ボイラ１９のみで作動流体の加熱が行われるようになる。このため、作動流体の漏れが検知される前、すなわち、ランキンサイクル３が正常に作動していた場合よりも作動流体の加熱量が小さくなる。このため、凝縮器２５で放熱する作動流体の熱量が減少し、凝縮器２５で作動流体と作動流体の放熱対象との温度差が小さくなる。これにより、凝縮温度が低下し、凝縮圧力を好適に低下させることが可能となる。
【００８５】
具体的には、図２に示すように、ランキンサイクル３が正常に作動している状態では、第１電動ポンプ１００から吐出されて、再び第１電動ポンプ１００に吸入されるまで、作動流体の状態は、状態Ａ→状態Ｂ→状態Ｃ→状態Ｄ→状態Ａの順で移行する。この場合における作動流体の凝縮圧力はＰ1となる。一方、作動流体の漏れが生じた場合には、凝縮圧力がＰ1からＰ2に低下して、作動流体の状態は、状態Ｅ→状態Ｂ→状態Ｃ→状態Ｆ→状態Ｅの順で移行する。
【００８６】
このように、この廃熱利用装置では、コントローラ３７がランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じたと判断することにより、コントローラ３７は第１流量調整弁１７の制御を行い、第１バイパス路１５を流通する排気の流量を増大させる。これにより、コントローラ３７は、ランキンサイクル３内における作動流体の凝縮圧力について、ランキンサイクル３が正常に作動していた場合の凝縮圧力よりも低下させる。これにより、この廃熱利用装置では、例え、作動流体の漏れが生じたとしても、ランキンサイクル３を循環する作動流体と、ランキンサイクル３の外部との間における差圧を小さくすることで、単位時間当たりの作動流体の漏れを好適に抑制することが可能となっている。なお、作動流体の漏れが生じた際に作動流体の凝縮圧力を低下させることにより、回収可能な電力の量は、ランキンサイクル３が正常に作動していた場合よりも減少する。
【００８７】
そして、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合であっても、主ボイラ１９への作動流体の流入が一定程度継続されることで、主ボイラ１９での熱交換が一定程度継続される。このため、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じた後も、還流排気の冷却を一定程度継続して行うことが可能となっている。他方、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じた際、副ボイラ２１での熱交換を行わない。副ボイラ２１において作動流体を加熱する熱源は、分岐路９に流入しなかった排気である。この排気は、還流排気と異なり、冷却の有無はエンジン５の性能向上に関与しないため、副ボイラ２１で熱交換が行われないことによるエンジン５の環境性能に対する影響はない。
【００８８】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、作動流体の漏れが生じた後のエンジン５における性能低下の進行を抑制することができる。
【００８９】
また、この廃熱利用装置では、上記のように作動流体の凝縮圧力を低下させることで、作動流体の漏れが生じた場合における第１電動ポンプ１００でのキャビテーションの発生を抑制することで、第１電動ポンプ１００の性能低下を防止することができる。
【００９０】
具体的には、上記のように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３では、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値となる状態、つまり、ランキンサイクル３が正常に作動している状態での作動流体の密度が図３に示すＹ1となるように設定されている。このため、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じ、レシーバ２７内の作動流体の液位が閾値を下回る状態となった際、作動流体の凝縮圧力を低下させなければ、第１電動ポンプ１００の吸入口１０２で気体の作動流体が生じて、第１電動ポンプ１００において、キャビテーションが生じる可能性がある。
【００９１】
これに対して、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じ、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値を下回る状態において、作動流体の凝縮圧力を低下させることにより、作動流体の密度が低下してＹ1からＹ2となる。この作動流体の密度低下に伴い、作動流体の質量が低下することで、受液室２７ｃに貯留される作動流体の液位を増加させることができる。このため、この廃熱利用装置では、第１電動ポンプ１００の吸入口１０２での気体の作動流体の発生を抑制することができる。これにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合における第１電動ポンプ１００の性能低下を防止できる。このため、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じた後も、長時間にわたって還流排気の冷却を継続することが可能となっている。
【００９２】
さらに、この廃熱利用装置では、液位センサ３５による検出値に基づくことで、コントローラ３７は、レシーバ２７の受液室２７ｃ内に貯留された作動流体の液位の変化によって、ランキンサイクル３内からの作動流体の漏れが発生しているか否かを判断する。このため、コントローラ３７は、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れの発生の有無についての判断を精度良く行うことが可能となっている。
【００９３】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における第１バイパス路１５及び第１流量調整弁１７に換えて、図４に示すように、第２バイパス路３９及び第２流量調整弁４１を備えている。また、この廃熱利用装置における駆動系１では、排気路７が第２排気路７ｂを有しておらず、第１排気路７ａの他端側が副ボイラ２１の第３流入口２１ａに接続されている。後述する実施例３〜５も同様である。この廃熱利用装置では、コントローラ３７が本発明における判断手段及び第２制御装置に相当する。さらに、この廃熱利用装置では、コントローラ３７と第２バイパス路３９と第２流量調整弁４１とが本発明における圧力調整手段に相当する。
【００９４】
第２バイパス路３９及び第２流量調整弁４１は、共にランキンサイクル３に設けられている。第２バイパス路３９は、自己を流れる作動流体について、副ボイラ２１を迂回させつつ、膨張機２３に導くことが可能となっている。具体的には、第２バイパス路３９の一端側は第２流量調整弁４１に接続されており、他端側は配管３１に接続されている。
【００９５】
第２流量調整弁４１は、主ボイラ１９の下流、かつ、副ボイラ２１の上流となる位置に設けられている。具体的には、第２流量調整弁４１には、配管３０の他端側が接続されている。そして、第２流量調整弁４１と副ボイラ２１の第４流入口２１ｃとは、配管４３によって接続されている。
【００９６】
第２流量調整弁４１は、コントローラ３７と電気的に接続されている。第２流量調整弁４１は、コントローラ３７からの制御を受けることで、配管４３を流通する作動流体の流量と、第２バイパス路３９を流通する作動流体の流量とを調整することが可能となっている。
【００９７】
コントローラ３７は、第２流量調整弁４１の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３７は、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、第２流量調整弁４１の制御を行い、第２バイパス路３９を流通する作動流体の流量を増大させる。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、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。
【００９８】
この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３が正常に作動している場合、コントローラ３７は、第２バイパス路３９を流通する作動流体の流量をゼロとし、主ボイラ１９を経た作動流体の全てが配管４３を流通するように第２流量調整弁４１の制御を行う。なお、ランキンサイクル３が正常に作動している場合において、作動流体の一部が第２バイパス路３９を流通するように、コントローラ３７は第２流量調整弁４１を制御しても良い。
【００９９】
これにより、ランキンサイクル３では、主ボイラ１９によって加熱された作動流体が配管３０、第２流量調整弁４１及び配管４３を経て、副ボイラ２１の第４流入口２１ｃから第４通路２１ｆに至る。そして、主ボイラ１９によって加熱された作動流体は、副ボイラ２１において、第３通路２１ｅを流通する排気との間で熱交換を行い、再加熱される。このため、この廃熱利用装置においても、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることができ、ランキンサイクル３で回収可能な電力の量を大きくすることが可能となっている。
【０１００】
また、この廃熱利用装置では、フラグ制御部３７ａが漏出フラグをＯＮ状態とすることにより、コントローラ３７は第２流量調整弁４１を制御する。これにより、ランキンサイクル３では、第２バイパス路３９を流通する作動流体の流量が増大する。具体的には、主ボイラ１９を経た全ての作動流体が第２バイパス路３９を流通し、配管４３から副ボイラ２１へ流入する作動流体の流量がゼロとなる。
【０１０１】
このように、コントローラ３７によって作動流体の漏れが生じたと判断されると、実施例１の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置においても、主ボイラ１９のみで作動流体の加熱が行われるようになる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３が正常に作動していた場合よりも作動流体の加熱量が小さくなる。このため、凝縮器２５で放熱する作動流体の熱量が減少し、凝縮器２５で作動流体と作動流体の放熱対象との温度差が小さくなる。これにより、凝縮温度が低下し、凝縮圧力を好適に低下させることが可能となる。
【０１０２】
こうして、この廃熱利用装置においても、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合に、ランキンサイクル３を循環する作動流体と、ランキンサイクル３の外部との間における差圧を小さくし、単位時間当たりの作動流体の漏れを抑制することが可能である。これにより、この廃熱利用装置においても、主ボイラ１９への作動流体の流入が一定程度継続されることで、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合であっても主ボイラ１９での還流排気の冷却を一定程度継続させることが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０３】
（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における第１バイパス路１５及び第１流量調整弁１７に換えて、図５に示すように、第３バイパス路４５及び第３流量調整弁４７を備えている。また、この廃熱利用装置では、コントローラ３７が本発明における判断手段及び第３制御装置に相当する。さらに、この廃熱利用装置では、コントローラ３７と第３バイパス路４５と第３流量調整弁４７とが本発明における圧力調整手段に相当する。
【０１０４】
第３バイパス路４５及び第３流量調整弁４７は、共にランキンサイクル３に設けられている。第３バイパス路４５は、自己を流れる作動流体について、膨張機２３を迂回させつつ、凝縮器２５に導くことが可能となっている。具体的には、第３バイパス路４５の一端側は第３流量調整弁４７に接続されており、他端側は配管３２接続されている。
【０１０５】
第３流量調整弁４７は、副ボイラ２１の下流、かつ、膨張機２３の上流となる位置に設けられている。具体的には、第３流量調整弁４７には、配管３１の他端側が接続されている。そして、第３流量調整弁４７と膨張機２３の流入口２３ａとは、配管４９によって接続されている。
【０１０６】
第３流量調整弁４７は、コントローラ３７と電気的に接続されている。第３流量調整弁４７は、コントローラ３７からの制御を受けることで、配管４９を流通する作動流体の流量と、第３バイパス路４５を流通する作動流体の流量とを調整することが可能となっている。
【０１０７】
また、このランキンサイクル３では、正常に作動している状態における作動流体の密度が後述する図７に示すＹ3となるように設定されている。
【０１０８】
図５に示すように、コントローラ３７は、第３流量調整弁４７の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３７は、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、第３流量調整弁４７の制御を行うことで、第３バイパス路４５を流通する作動流体の流量を増大させる。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０９】
この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３が正常に作動している場合、コントローラ３７は、第３バイパス路４５を流通する作動流体の流量をゼロとし、副ボイラ２１を経た作動流体の全てが配管４９を流通するように第３流量調整弁４７の制御を行う。なお、ランキンサイクル３が正常に作動している場合において、作動流体の一部が第３バイパス路４５を流通するように、コントローラ３７は第３流量調整弁４７を制御しても良い。
【０１１０】
これにより、ランキンサイクル３が正常に作動している場合では、主ボイラ１９及び副ボイラ２１によって加熱された作動流体が配管３１、第３流量調整弁４７及び配管４９を経て、流入口２３ａから膨張機２３に至る。そして、膨張機２３内において、作動流体は膨張し、減圧される。この際、作動流体は、主ボイラ１９及び副ボイラ２１によって加熱されているため、減圧時の圧力エネルギーが大きく、ランキンサイクル３では、実施例１、２の廃熱利用装置と同様、回収可能な電力量が多くなっている。
【０１１１】
また、この廃熱利用装置では、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、コントローラ３７は第３流量調整弁４７を制御する。これにより、ランキンサイクル３では、副ボイラ２１を経た作動流体の一部が第３バイパス路４５を流通する。つまり、作動流体の漏れが生じることにより、第３バイパス路４５を流通する作動流体の流量が増大し、配管４９を経て膨張機２３に流入する作動流体の流量が減少する。
【０１１２】
第３バイパス路４５を流通する作動流体は、膨張機２３を迂回して配管３２に至り、凝縮器２５に流入する。このため、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じることにより、第１、２ボイラ１９、２３で加熱された作動流体の一部が膨張機２３において減圧されなくなる。これにより、ランキンサイクル３が正常に作動している場合と比較して、ランキンサイクル３内における作動流体の蒸発圧力が低下する。
【０１１３】
具体的には、図６に示すように、ランキンサイクル３が正常に作動している状態では、第１電動ポンプ１００から吐出されて、再び第１電動ポンプ１００に吸入されるまで、作動流体の状態は、状態Ａ→状態Ｂ→状態Ｃ→状態Ｄ→状態Ａの順で移行する。この場合のランキンサイクル３内おける作動流体の蒸発圧力はＰ3となる。一方、作動流体の漏れが生じた場合には、ランキンサイクル３内における作動流体の蒸発圧力がＰ3からＰ4に低下し、作動流体の状態は、状態Ａ→状態Ｇ→状態Ｈ→状態Ｉ→状態Ａの順で移行する。
【０１１４】
このように、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合に、作動流体の蒸発圧力を低下させることで、ランキンサイクル３を循環する作動流体と、ランキンサイクル３の外部との間における差圧を小さくし、単位時間当たりの作動流体の漏れを抑制することが可能となる。これにより、作動流体の漏れが生じた場合に、実施例１、２の廃熱利用装置においてランキンサイクル３における作動流体の凝縮圧力を低下させた場合と同様、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３内における作動流体の蒸発圧力を低下させることで、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合であっても、主ボイラ１９への作動流体の流入が一定程度継続でき、主ボイラ１９での還流排気の冷却を一定程度継続させることが可能となっている。なお、作動流体の漏れが生じた場合には、膨張機２３に流入する作動流体が減少するため、回収可能な電力の量は減少する。また、この廃熱利用装置では、作動流体の漏れが生じた場合であっても、副ボイラ２１に作動流体が流入するため、副ボイラ２１で作動流体が加熱される状態が継続される。つまり、副ボイラ２１における熱交換も一定程度継続することが可能となっている。
【０１１５】
さらに、作動流体の蒸発圧力を低下させることによって、この廃熱利用装置においても、作動流体の漏れが生じた場合における第１電動ポンプ１００でのキャビテーションの発生を抑制し、第１電動ポンプ１００の性能低下を防止することができる。
【０１１６】
具体的には、上記のように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３では、ランキンサイクル３が正常に作動している状態での作動流体の密度が図７に示すＹ3となるように設定されている。このため、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じ、レシーバ２７内の作動流体の液位が閾値を下回る状態となった際、作動流体の凝縮圧力を低下させなければ、第１電動ポンプ１００の吸入口１０２で気体の作動流体が生じて、第１電動ポンプ１００において、キャビテーションが生じる可能性がある。
【０１１７】
これに対して、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じ、受液室２７ｃに貯留された作動流体の液位が閾値となる状態において、作動流体の蒸発圧力を低下させることにより、作動流体の密度が低下し、Ｙ3からＹ4となる。この作動流体の密度低下に伴い、作動流体の質量が低下することで、受液室２７ｃに貯留される作動流体の液位を増加させることができる。このため、この廃熱利用装置においても、第１電動ポンプ１００の吸入口１０２での気体の作動流体の発生を抑制することができ、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた場合における第１電動ポンプ１００の性能低下を防止できる。このため、この廃熱利用装置においても、作動流体の漏れが生じた後、長時間にわたって還流排気の冷却を継続することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１１８】
（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における第１電動ポンプ１００に換えて、図８に示すように、電動モータＭによって駆動される第２電動ポンプ２００が設けられている。また、この廃熱利用装置では、実施例１の廃熱利用装置と異なり、第１バイパス路１５及び第１流量調整弁１７が備えられていない。
【０１１９】
電動モータＭはコントローラ３７と電気的に接続されている。この電動モータＭはコントローラ３７の制御を受けることにより、変速可能に構成されている。これにより、電動モータＭは第２電動ポンプ２００の回転数を変更することが可能となっている。つまり、電動モータＭ及びコントローラ３７のうち、第２電動ポンプ２００の回転数を変更する部分が本発明における変速手段であり、圧力調整手段に相当する。
【０１２０】
第２電動ポンプ２００には、吐出口２０１と吸入口２０２とが形成されている。吐出口２０１には配管２９の一端側が接続されている。吸入口２０２には配管３４の他端側が接続されている。
【０１２１】
コントローラ３７は、電動モータＭの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３７は、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、電動モータＭの回転数の制御を行うことで、ランキンサイクル３において、膨張機２３に流入する作動流体の体積流量と、第２電動ポンプ２００が吐出する作動流体の体積流量との比を変更する。つまり、コントローラ３７は本発明における判断手段及び第４制御装置としても機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１２２】
この廃熱利用装置では、フラグ制御部３７ａが漏出フラグをＯＮ状態とすることにより、コントローラ３７は電動モータＭを制御する。これにより、ランキンサイクル３が正常に作動している状態よりも、電動モータＭの回転数が低下する。こうして、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた際に、第２電動ポンプ２００が吐出する作動流体の体積流量を少なくすることができる。このため、膨張機２３に流入する作動流体の体積流量に比べて第２電動ポンプ２００が吐出する作動流体の体積流量が相対的に少なくなり、ランキンサイクル３内における作動流体の蒸発圧力が低下する。この廃熱利用装置における他の作用は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２３】
（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における膨張機２３に換えて、図９に示すように、膨張機５１が設けられている。また、実施例４の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置も第１バイパス路１５及び第１流量調整弁１７が備えられていない。
【０１２４】
膨張機５１はコントローラ３７に電気的に接続されている。膨張機５１はコントローラ３７の制御を受けることにより、単位回転数当たりの吸入容量を変更可能に構成されている。また、膨張機５１には、膨張機２３と同様に、流入口５１ａと流出口５１ｂとが形成されている。流入口５１ａには配管３１の他端側が接続されている。流出口５１ｂには配管３２の一端側が接続されている。この膨張機５１及びコントローラ３７が本発明における容量制御手段であり、圧力調整手段に相当する。
【０１２５】
コントローラ３７は、膨張機５１における吸入容量の制御を行うための制御マップを記憶している。そして、ＯＮ状態となった漏出フラグに基づき、膨張機５１における単位回転数当たりの吸入容量を制御することで、ランキンサイクル３において、膨張機５１に流入する作動流体の体積流量と、第１第１電動ポンプ１００が吐出する作動流体の体積流量との比を変更する。つまり、実施例４の廃熱利用装置と同様、コントローラ３７は、判断手段及び第４制御装置としても機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１２６】
この廃熱利用装置では、フラグ制御部３７ａが漏出フラグをＯＮ状態とすることにより、コントローラ３７は膨張機５１を制御する。これにより、ランキンサイクル３が正常に作動している状態よりも、膨張機５１における単位回転数当たりの吸入容量が増大する。こうして、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた際に、流入口５１ａから膨張機５１に流入する作動流体の体積流量が多くなり、相対的に第１電動ポンプ１００が吐出する作動流体の体積流量が少なくなる。また、膨張機５１に流入する作動流体の体積流量が多くなることで、流出口５１ｂから配管３２に流出する作動流体の体積流量、すなわち、膨張機５１の吐出容量も多くなる。こうして、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３内における作動流体の蒸発圧力が低下する。この廃熱利用装置における他の作用は、実施例３の廃熱利用装置と同様である。
【０１２７】
以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜５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。
【０１２８】
例えば、実施例１〜５の各廃熱利用装置の構成を組み合わせることにより、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れが生じた際における車両の走行状態やエンジン５の状態に応じ、作動流体について、凝縮圧力と蒸発圧力とのいずれを低下させるかを選択可能に構成しても良い。
【０１２９】
また、主ボイラ１９について、冷却回路を流通する冷却液と作動流体とで熱交換を行うように構成しても良い。
【０１３０】
さらに、ランキンサイクル３において、主ボイラ１９や副ボイラ２１をそれぞれ複数設けて構成しても良い。
【０１３１】
また、コントローラ３７とは別に、ランキンサイクル３からの作動流体の漏れを判断可能な装置を設けても良い。
【０１３２】
さらに、実施例３〜５の各廃熱利用装置において、第２ボイラ２１を削除し、第１ボイラ１９のみで作動流体の熱交換が行われるようにランキンサイクル３を構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
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等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１…駆動系
３…ランキンサイクル
５…エンジン（内燃機関）
７ｂ…第２排気路（加熱路）
１５…第１バイパス路（圧力調整手段）
１７…第１流量調整弁（圧力調整手段）
１９…主ボイラ（ボイラ）
２１…副ボイラ（ボイラ）
２３…膨張機
２５…凝縮器
２７…レシーバ
２９〜３４…配管
３５…液位センサ（検知手段）
３７…コントローラ（判断手段、圧力調整手段、第１〜４制御装置、体積流量比変更手段、変速手段、容量制御手段）
３９…第２バイパス路（圧力調整手段）
４１…第２流量調整弁（圧力調整手段）
４３…配管
４５…第３バイパス路（圧力調整手段）
４７…第３流量調整弁（圧力調整手段）
４９…配管
５１…膨張機（体積流量比変更手段、容量制御手段）
１００…第１電動ポンプ（ポンプ）
２００…第２電動ポンプ（ポンプ）
Ｍ…電動モータ（体積流量比変更手段、変速手段）
【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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