(57)【要約】【課題】作動流体及びオイルの熱分解を防ぐと共に配管や膨張機の耐熱性を低く設計できるランキンサイクル装置を提供する。【解決手段】エンジン１０は、排気ガスが流通する排気管３０を有し、排気管３０は、ボイラ１１３を通過する本流路３０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路３０ｂと、バイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１とを有している。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率を検出し、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を制御し、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が制御される。【選択図】図１
2014231737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるランキンサイクル装置において、
車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
該充電率検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
を備えるランキンサイクル装置。
【請求項２】
車両に搭載されるランキンサイクル装置において、
車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
前記膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、
前記ポンプを前記膨張機に連通する第一経路と前記膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられて前記バイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、
前記充電率検出手段による検出値に基づいて、前記バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、
前記温度検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
を備えるランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記吸熱量制御手段は、
前記排熱媒体が前記熱交換器に流入するための排熱媒体本流路と、
前記排熱媒体が前記熱交換器をバイパスするための排熱媒体バイパス流路と、
前記排熱媒体本流路及び前記排熱媒体バイパス流路における前記排熱媒体の流れを制御する排熱媒体流制御手段と
を備える、請求項１または２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記吸熱量制御手段は、
前記作動流体が前記熱交換器に流入するための作動流体本流路と、
前記作動流体が前記熱交換器をバイパスするための作動流体バイパス流路と、
前記作動流体本流路及び前記作動流体バイパス流路における前記作動流体の流れを制御する作動流体流制御手段と
を備える、請求項１または２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】
この発明は、ランキンサイクルを備えたランキンサイクル装置に係り、特に車両に搭載されるランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関から排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した技術が開発されている。そして、ランキンサイクルは、液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させるボイラと、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機と、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化するコンデンサと、液化した液相流体をボイラに送り出すポンプとから構成される。
【０００３】
特許文献１には、車両に搭載されるランキンサイクル回路が記載されている。このランキンサイクル回路では、ポンプの駆動軸と膨張機の出力軸とが電磁クラッチを介して同軸上に配置され、さらに、ポンプの駆動軸には、別の電磁クラッチを介してエンジンの動力が伝達されるように構成されている。また、膨張機は、さらに別の電磁クラッチを介して発電機に接続され、発電機は、バッテリに接続されている。そして、車両の状態に応じて、３つの電磁クラッチが締結又は解放されて、ポンプ、膨張機、発電機のそれぞれの動作が制御され、それにより、ランキンサイクル回路の動作及び発電が制御される。
【０００４】
車両に搭載されるランキンサイクルにおいて、ポンプ及び膨張機が継続して稼動されて発電機により発電された電力がバッテリへ充電され続けると、バッテリへ充電される電力量が車両で消費される電力量より多い場合には、バッテリは、その充電量を増加させ続け、過度に充電された状態である過充電状態にいたってしまう。特許文献１のランキンサイクル回路では、膨張機と発電機との間の電磁クラッチを解放することによって、発電機の稼働を停止して発電量を調節し、バッテリの過充電を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のランキンサイクル回路では、電磁クラッチを搭載するためのスペースが必要になり、他の装備品が多数搭載される車両ではスペースの確保が難しいという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成でバッテリへの過充電を防止することのできるランキンサイクル装置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】
【０００８】
この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、充電率検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。吸熱量制御手段は、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御することにより、膨張機が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、蓄電手段へ供給される電力量が調節される。
この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、ポンプを膨張機に連通する第一経路と膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、バイパス経路に設けられてバイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、充電率検出手段による検出値に基づいて、バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、温度検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。
吸熱量制御手段は、排熱媒体が熱交換器に流入するための排熱媒体本流路と、排熱媒体が熱交換器をバイパスするための排熱媒体バイパス流路と、排熱媒体本流路及び排熱媒体バイパス流路における排熱媒体の流れを制御する排熱媒体流制御手段とを備える。
吸熱量制御手段は、作動流体が熱交換器に流入するための作動流体本流路と、作動流体が熱交換器をバイパスするための作動流体バイパス流路と、作動流体本流路及び作動流体バイパス流路における作動流体の流れを制御する作動流体流制御手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、吸熱量制御手段が充電率検出手段による検出値に基づいて排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御することにより、膨張機が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、蓄電手段へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成で蓄電手段への過充電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態２に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態３に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。
【図４】実施の形態４に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、エンジン１０を備える図示しない車両は、ランキンサイクル１００を有するランキンサイクル装置１０１を備えている。ランキンサイクル１００は、ポンプ１１１と、ボイラ１１３と、膨張機１１４と、コンデンサ１１５とによって構成されており、ランキンサイクル１００には、作動流体である冷媒が循環するようになっている。
【００１２】
ボイラ１１３は、エンジン１０から排出された排気ガスとランキンサイクル１００を循環する冷媒との間の熱交換を行う熱交換器である。エンジン１０は、排気ガスが流通する排気管３０を有し、排気管３０は、ボイラ１１３を通過する本流路３０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路３０ｂと、バイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１とを有している。排気管３０を流通する排気ガスのうち、本流路３０ａを流通する排気ガスのみが、ボイラ１１３において、ランキンサイクル１００を循環する冷媒と熱交換を行う。ここで、排気ガスは、ランキンサイクル１００を循環する冷媒にエンジン１０の排熱を吸熱させるための排熱媒体であり、本流路３０ａは排熱媒体本流路を構成し、バイパス流路３０ｂは排熱媒体バイパス流路を構成し、流量制御弁３１は排熱媒体流制御手段を構成する。また、本流路３０ａとバイパス流路３０ｂと流量制御弁３１とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
【００１３】
膨張機１１４は、膨張機駆動軸１１４ａを介して、発電機又は電動機として作動可能なモータジェネレータ１１６と連結されている。また、モータジェネレータ１１６は、ポンプ駆動軸１１１ａを介してポンプ１１１と連結されている。ポンプ駆動軸１１１ａと膨張機駆動軸１１４ａとは、モータジェネレータ１１６内で互いの回転駆動力を伝達できるように連結されている。さらに、モータジェネレータ１１６は、インバータ装置１１７と電気的に接続され、さらに、インバータ装置１１７は、バッテリ１１８と電気的に接続されている。ここで、モータジェネレータ１１６は発電手段を構成し、バッテリ１１８は蓄電手段を構成する。
【００１４】
ランキンサイクル装置１０１は、制御手段であるＥＣＵ１１９を有している。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８と電気的に接続されており、バッテリ１１８の充電率を検知することができる。ここで、ＥＣＵ１１９は、充電率検出手段を構成する。また、ＥＣＵ１１９は、流量制御弁３１とも電気的に接続されており、流量制御弁３１の開度を制御するようになっている。尚、バッテリ１１８の充電率に基づいて流量制御弁３１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率と流量制御弁３１の開度とについてのマップが内蔵されている。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態１に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
エンジン１０が稼動されると、ポンプ１１１が稼働し、冷媒がランキンサイクル１００を循環する。エンジン１０から排気管３０に排気ガスが排出され、排出された排気ガスのうち、流量制御弁３１の開度に相当する流量の排気ガスが本流路３０ａを流通した後に再び排気管３０に戻り、バイパス流路３０ｂを流通した排気ガスと合流して車両の外部に排出される。そして、本流路３０ａを流通する排気ガスは、ボイラ１１３において、ランキンサイクル１００を流通する冷媒と熱交換を行う。
【００１６】
ポンプ１１１によって圧送された液体の冷媒は、ボイラ１１３における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ１１３から流出する。ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒は、膨張機１１４に流入する。膨張機１１４では、高温高圧の過熱蒸気の状態である冷媒が断熱膨張し、高圧状態から低圧状態になる際の冷媒の膨張エネルギーが回生エネルギーとして回転エネルギーに変換される。それにより、膨張機１１４では、モータジェネレータ１１６によって回転駆動されている図示しない回転体にさらなる回転駆動力が加えられ、この回転駆動力が膨張機駆動軸１１４ａを介してモータジェネレータ１１６及びポンプ駆動軸１１１ａに伝達する。そして、ポンプ１１１が、膨張機１１４から膨張機駆動軸１１４ａ及びポンプ駆動軸１１１ａを介して伝達される回転駆動力によって駆動されると共に、モータジェネレータ１１６が、膨張機１１４から膨張機駆動軸１１４ａを介して伝達される回転駆動力によって駆動されて発電機として作動し、交流電流を生成する。そして、モータジェネレータ１１６によって生成された交流電流は、インバータ装置１１７で直流電流に変換された後、バッテリ１１８に充電される。
【００１７】
膨張機１１４を通過した冷媒は、高温低圧状態となって膨張機１１４から排出され、コンデンサ１１５に流入する。コンデンサ１１５では、冷媒は、周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し、液体となる。液体となった冷媒は、ポンプ１１１に吸入され、ポンプ１１１によって再度圧送されて、ランキンサイクル１００を循環する。
【００１８】
ランキンサイクル装置１０１の稼働中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、流量制御弁３１を開放するように動作させる。ＥＣＵ１９は、バッテリ１１８の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量が大きくなることによって本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が低下する。すると、ボイラ１１３において排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ１１８に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ１１８への過充電が防止される。
【００１９】
このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ１１８への過充電を防止することができる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置は、実施の形態１に対して、バッテリ１１８における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
【００２１】
図２に示されるように、ランキンサイクル１００において、ポンプ１１１とボイラ１１３とを連通する経路を経路１ａとし、ボイラ１１３と膨張機１１４とを連通する経路を経路１ｂとする。また、膨張機１１４とコンデンサ１１５とを連通する経路を経路２ａとし、コンデンサ１１５とポンプ１１１とを連通する経路を経路２ｂとする。ここで、経路１ａ及び経路１ｂは第一経路１を形成し、経路２ａ及び経路２ｂは第二経路２を形成する。
【００２２】
ランキンサイクル１００は、第一経路１を第二経路２に連通するバイパス経路３を有している。バイパス経路３の一方の端部は、第一経路１の経路１ａと接続され、バイパス経路３の他方の端部は、第二経路２の経路２ａと接続されている。また、ランキンサイクル１００は、バイパス経路３の途中に、バイパス経路３を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路３の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁１２０を有している。ＥＣＵ１１９は、バイパス流量制御弁１２０と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁１２０の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路１ｂには、膨張機１１４に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ３２が設けられており、ＥＣＵ１１９は、温度センサ３２とも電気的に接続されている。ＥＣＵ１１９が温度センサ３２による検出値に基づいて流量制御弁３１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、温度センサ３２の検出値と流量制御弁３１の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２３】
次に、この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
ランキンサイクル１００が稼働することにより、モータジェネレータ１１６が発電し、発電された電力がバッテリ１１８に充電される動作については、実施の形態１と同じである。実施の形態２では、以下の動作により、バッテリ１１８における過充電の発生が抑えられる。
【００２４】
ランキンサイクル１００の稼動中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、バイパス流量制御弁１２０を開放するように動作させる。このとき、ポンプ１１１によって圧送された直後の高圧の冷媒が流通する経路１ａから、膨張機１１４によって減圧された後の低圧の冷媒が流通する経路２ａに向かって、バイパス経路３を冷媒の一部が流通する。これによって、膨張機１１４に流入する冷媒量が減少する。さらに、冷媒流量の減少によって経路１ｂにおける冷媒の圧力が低下し、膨張機１１４における冷媒の流入側と流出側との差圧が小さくなる。
【００２５】
従って、膨張機１１４に流入した冷媒を膨張させることによって膨張機１１４が仕事として得る回生エネルギー量が減少するため、バッテリ１１８に供給される電力量が減少する。このとき、バイパス流量制御弁１２０の開度を大きくしてバイパス経路３の流路断面積を大きくし、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を増加させることによって、膨張機１１４の回生エネルギーの減少量は増大する。
【００２６】
ただし、バイパス経路３を流通する冷媒の流量が増加すると、ボイラ１１３に流入する冷媒の流量が低下するので、ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒の温度が高くなる。過熱蒸気の冷媒の温度があまりにも高くなると、冷媒及びオイルの熱分解が生じるおそれがあり、さらに、経路１ｂ及び２ｂと膨張機１１４の耐熱性を高く設計する必要が生じてしまう。そこで、ＥＣＵ１１９は、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を制御し、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が制御される。概略的には、温度センサ３２の検出値が高くなれば、流量制御弁３１の開度を大きくして、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を増加させることにより本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を低下させる。すると、ボイラ１１３において、排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、ボイラ１１３から流出する冷媒の温度は低下する。逆に、温度センサ３２の検出値が低くなれば、流量制御弁３１の開度を小さくして、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を増加させることにより、排ガスから冷媒への吸熱量が増加するので、ボイラ１１３から流出する冷媒の温度は上昇する。これにより、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動が抑えられる。
【００２７】
このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を制御して膨張機１１４に流入する冷媒量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ１１８への過充電を防止することができる。また、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を変更すると、ボイラ１１３へ流入する冷媒量も変更され、膨張機１１４に流入する冷媒の温度が変動するが、温度センサ３２による検出値に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動を抑えることができる。すなわち、実施の形態２では、発電量と冷媒の温度とをそれぞれ独立して制御することができる。
【００２８】
実施の形態１及び２では、流量制御弁３１はバイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御することにより本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁３１を本流路３０ａに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１を用いたが、これに限定するものではない。本流路３０ａ又はバイパス流路３０ｂのいずれか一方にのみ排気ガスを流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２の検出値と流量制御弁３１の開度とについてのマップの代わりに、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、排気ガスがバイパス流路３０ｂを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
【００２９】
実施の形態２では、温度センサ３２による検出値がＥＣＵ１１９に伝送されて、ＥＣＵ１１９に内蔵されたマップに基づいて、ＥＣＵ１１９が流量制御弁３１の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ＥＣＵ１１９の動作を介在させないで、温度センサ３２による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁３１の開度を制御するようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置について説明する。
この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置は、実施の形態１に対して、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段の形態を変更したものである。
【００３１】
図３に示されるように、排気管３０は、ボイラ１１３を通過するように設けられている。ランキンサイクル１００のポンプ１１１から膨張機１１４までの高圧経路５０は、ボイラ１１３を通過する本流路４０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路４０ｂと、バイパス流路４０ｂに設けられ、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁４１とを有している。ここで、本流路４０ａは作動流体本流路を構成し、バイパス流路４０ｂは作動流体バイパス流路を構成し、流量制御弁４１は作動流体流制御手段を構成する。また、本流路４０ａとバイパス流路４０ｂと流量制御弁４１とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
【００３２】
ＥＣＵ１１９は、流量制御弁４１と電気的に接続されており、バッテリ１１８の充電率に基づいて流量制御弁４１の開度を制御するために、バッテリ１１８の充電率と流量制御弁４１の開度とについてのマップを内蔵している。
その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００３３】
次に、この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
エンジン１０が稼動されると、ポンプ１１１が稼働し、冷媒がランキンサイクル１００を循環する。ポンプ１１１によって圧送された液体の冷媒は、流量制御弁４１の開度に相当する流量の冷媒が本流路４０ａを流通し、残りがバイパス流路４０ｂを流通する。一方、エンジン１０から排気管３０に排気ガスが排出され、排気ガスが排気管３０を流通することにより、排気ガスがボイラ１１３に流入する。ボイラ１１３において、排気ガスと、本流路４０ａを流通する冷媒とが熱交換を行う。
【００３４】
本流路４０ａを流通する液体の冷媒は、ボイラ１１３における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ１１３から流出する。ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒と、バイパス流路４０ｂを流通した液体の冷媒とが合流して混合される。液体の冷媒は、過熱蒸気の冷媒の熱によって蒸発し、過熱蒸気の冷媒は、液体の冷媒を加熱することにより温度が低下する。この結果、ボイラ１１３から流出した直後の過熱蒸気の冷媒の温度よりは低い過熱蒸気の冷媒となる。この後の動作、すなわち、冷媒が膨張機１１４に流入してからポンプ１１１に吸入されるまでの動作と、膨張機１１４が得た回生エネルギーによってモータジェネレータ１１６が発電を行い、バッテリ１１８に充電される動作とについては、実施の形態１と同じである。
【００３５】
ランキンサイクル装置１０１の稼働中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、流量制御弁４１を開放するように動作させる。ＥＣＵ１９は、バッテリ１１８の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁４１の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量が大きくなることによって本流路４０ａを流通する冷媒の流量が低下する。すると、ボイラ１１３において排気ガスと冷媒との熱交換効率が低下して排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ１１８に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ１１８への過充電が防止される。
【００３６】
このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する冷媒の流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態１や実施の形態２と比較して、排熱媒体（排気ガス）をバイパスさせるのではなく、ボイラ１１３に流入する冷媒をバイパスするため、排熱媒体（排気ガス）の圧損変動が発生せず、エンジンの負荷を軽減できる。
【００３７】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係るランキンサイクル装置について説明する。
この発明の実施の形態４に係るランキンサイクル装置は、実施の形態３に対して、バッテリ１１８における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
【００３８】
図４に示されるように、ランキンサイクル１００は、第一経路１を第二経路２に連通するバイパス経路３を有している。バイパス経路３の一方の端部は、第一経路１の経路１ａと接続され、バイパス経路３の他方の端部は、第二経路２の経路２ａと接続されている。また、ランキンサイクル１００は、バイパス経路３の途中に、バイパス経路３を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路３の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁１２０を有している。ＥＣＵ１１９は、バイパス流量制御弁１２０と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁１２０の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路１ｂには、膨張機１１４に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ３２が設けられており、ＥＣＵ１１９は、温度センサ３２とも電気的に接続されている。ＥＣＵ１１９が温度センサ３２による検出値に基づいて流量制御弁３１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、温度センサ３２の検出値と流量制御弁３１の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態３と同じである。
【００３９】
ランキンサイクル１００の動作と、モータジェネレータ１１６が発電を行い、バッテリ１１８に充電される動作とについては、実施の形態３と同じである。また、バッテリ１１８における過充電の発生を抑える動作と、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動を抑える動作とについては、実施の形態２と同じである。したがって、実施の形態４に係るランキンサイクル装置も、実施の形態２と同じ効果を得ることができる。
【００４０】
実施の形態３及び４では、流量制御弁４１はバイパス流路４０ｂに設けられ、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御することにより本流路４０ａを流通する冷媒の流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁４１を本流路４０ａに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁４１を用いたが、これに限定するものではない。本流路４０ａ又はバイパス流路４０ｂのいずれか一方にのみ冷媒を流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２の検出値と流量制御弁４１の開度とについてのマップの代わりに、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、冷媒がバイパス流路４０ｂを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
【００４１】
実施の形態４では、温度センサ３２による検出値がＥＣＵ１１９に伝送されて、ＥＣＵ１１９に内蔵されたマップに基づいて、ＥＣＵ１１９が流量制御弁４１の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ＥＣＵ１１９の動作を介在させないで、温度センサ３２による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁４１の開度を制御するようにしてもよい。
【００４２】
実施の形態１〜４では、ランキンサイクル１００を循環する冷媒にエンジン１０の排熱を吸熱させるための排熱媒体として、エンジン１０から排出される排気ガスを用いていたが、これに限定するものではない。エンジン１０を冷却する冷却水を排熱媒体として用い、ボイラ１１３において、冷却水と冷媒とを熱交換するようにしてもよい。また、排気ガスと冷却水とを両方用いてもよく、この場合には、排熱媒体を排気ガスとするボイラ及び排熱媒体を冷却水とするボイラの２つのボイラを設け、それぞれのボイラに、実施の形態１〜４に係るいずれかの吸熱量制御手段が設けられる。
実施の形態１〜４では、吸熱量制御手段として、排気ガス又は冷媒をボイラに対してバイパスさせる構成を採用したが、これに限定されず、例えば、ボイラに導入される排気ガスに冷却水を噴射して強制的に排気ガスの温度を下げる等の適宜手段を採用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  第一経路、２  第二経路、３  バイパス経路、１０  エンジン、３０ａ  本流路（排熱媒体本流路）、３０ｂ  バイパス流路（排熱媒体バイパス流路）、３１  流量制御弁（排熱媒体流制御手段）、３２  温度センサ（温度検出手段）、４０ａ  本流路（作動流体本流路）、４０ｂ  バイパス流路（作動流体バイパス流路）、４１  流量制御弁（作動流体流制御手段）、１００  ランキンサイクル、１０１  ランキンサイクル装置、１１１  ポンプ、１１３  ボイラ（熱交換器）、１１４  膨張機、１１５  コンデンサ、１１６  モータジェネレータ（発電手段）、１１８  バッテリ（蓄電手段）、１１９  ＥＣＵ（制御手段）、１２０  バイパス流量制御弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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