(57)【要約】【課題】車両の衝突等によってランキンサイクルシステムに破損が生じた場合にも、ランキンサイクルシステム内の高温の蒸気が外部に放出されるのを防止する。【解決手段】ランキンサイクルシステムは、蒸気発生器によりエンジンの廃熱により冷媒を沸騰させて蒸気を発生させ、発生した蒸気により膨張器を駆動して熱エネルギを回収する。膨張器を通過した冷媒はコンデンサにより冷却されて、キャッチタンクに貯留される。蒸気発生器と膨張器とコンデンサとキャッチタンクとは配管により連通している。バイパス管は、配管の、蒸気発生器と膨張器との間の部分から分岐して、キャッチタンクに接続する。バイパス管には弁が設けられている。制御装置は、廃熱回収システムに対する衝撃が発生することを検出した場合に、弁を開弁するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの廃熱により冷媒を沸騰させて蒸気を発生させる蒸気発生器と、
前記蒸気発生器において発生した蒸気により駆動する膨張器と、
前記膨張器を通過した冷媒を冷却するコンデンサと、
前記コンデンサにより冷却された冷媒を貯留するキャッチタンクと、
前記蒸気発生器と、前記膨張器と、前記コンデンサと、前記キャッチタンクとを連通する配管と、
前記配管の、前記蒸気発生器と前記膨張器との間の部分から分岐して、前記キャッチタンクに接続するバイパス管と、
前記バイパス管を開閉する弁と、
廃熱回収システムに対する衝撃が発生することを検出した場合に、前記弁を開弁する制御装置と、
を備えることを特徴とする廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの廃熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンの稼動に伴って発生する廃熱を回収する廃熱回収システムに関する技術が開示されている。この廃熱回収システムでは、エンジンの廃熱と吸入空気により液相冷媒を沸騰させて気相冷媒（蒸気）に変化させ、膨張器によって膨張させることによって仕事を取り出し、その後、気相冷媒を凝縮させて液相冷媒に戻すことが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−００８２２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９３８４号公報
【特許文献３】特表２０１６−５０７６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
廃熱回収システムにおいて、特に、冷媒を沸騰させて蒸気を発生させる装置と膨張器との間では、流通する作動流体が高温・高圧の蒸気となっている場合がある。高温・高圧の蒸気が流通する部分が車両の衝突等によって破損した場合、流通する高温・高圧の蒸気が外部に放出されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の衝突等により廃熱回収システムが衝撃を受ける場合に、高温の蒸気の外部への放出を防止するよう改良されたエンジンの廃熱回収システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するための廃熱回収システムであって、蒸気発生器と、膨張器と、コンデンサと、キャッチタンクと、配管と、バイパス管と、弁と、制御装置と、を備えている。蒸気発生器は、エンジンの廃熱により冷媒を沸騰させて蒸気を発生させる。膨張器は、蒸気発生器において発生した蒸気により駆動し熱エネルギを回収する。コンデンサは、膨張器を通過した冷媒を冷却する。キャッチタンクには、コンデンサにより冷却された冷媒が貯留される。配管は、蒸気発生器と、膨張器と、コンデンサと、キャッチタンクとを連通する。バイパス管は、配管の、蒸気発生器と膨張器との間の部分から分岐して、キャッチタンクに接続する。弁は、バイパス管を開閉する。制御装置は、廃熱回収システムに対する衝撃が発生することを検出した場合に、弁を開弁するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、廃熱回収システムに対する衝撃が発生することが検出された場合に、弁が開かれることで、蒸気発生器と膨張器との間を流通する蒸気を、バイパス管を介してキャッチタンクに導入することができる。したがって、衝撃によって廃熱回収システムが破損した場合にも、蒸気発生器と膨張器との間にある高温の蒸気が大気に放出されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態のランキンサイクルシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図３】実施の形態における制御について説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１０】
実施の形態．
図１は本実施の形態の廃熱回収システム（以下、「ランキンサイクルシステム」とも称する）の構成を模式的に示す図である。図１に示すランキンサイクルシステムは、ランキンサイクルシステム内を流通する液相冷媒を沸騰させて蒸気を発生させる蒸気発生器２を備えている。蒸気発生器２の熱源は問わない。例えば、その熱源として、エンジン冷却水、過給機において過給された吸入空気等の廃熱が利用する。また、単一の熱源に限られるものではなく、複数の熱源により蒸気を発生させるものであっても良い。
【００１１】
蒸気発生器２には配管４の一端が連通している。配管４には、配管４内の圧力を検出する圧力センサ６が設置されている。配管４の他端は、過熱器１０に連通している。過給器１０は、蒸気発生器２で発生された飽和蒸気である気相冷媒を、排気ガスとの熱交換により過熱し、過熱蒸気とする。
【００１２】
過熱器１０は、配管１１を介して膨張器であるタービン１４に接続されている。配管１１には、タービン制御弁１２が設けられている。タービン制御弁１２は、図１に示すランキンサイクルシステムの熱源側と冷却側とを切り離す制御弁である。タービン制御弁１２が開かれると、過熱器１０からタービン１４に気相冷媒（即ち、過熱蒸気）が流入する。
【００１３】
タービン１４では、過熱器１０から送られた気相冷媒を膨張させて熱エネルギを回収することが行われる。配管１１とタービン１４との接続部には、超音速ノズル１３が設けられている。気相冷媒は超音速ノズル１３からタービン１４に噴きつけられ、タービン１４を回転させる。タービン１４の回転は、図示しない減速機を介してエンジンの出力軸に伝えられる。つまり、タービン１４で回収された熱エネルギは、エンジンのアシストに用いられる。ただし、タービン１４により発電機を駆動し、発生した電気を蓄電池に蓄えるように構成することもできる。
【００１４】
タービン１４で膨張した気相冷媒は、配管１５を介してコンデンサ１６に送られる。コンデンサ１６に送られた気相冷媒は、コンデンサ１６により冷却されて凝縮し、液相冷媒に戻される。気相冷媒の凝縮により生じた液相冷媒は、コンデンサ１６からキャッチタンク１８に送られ、キャッチタンク１８において一時的に貯留される。
【００１５】
キャッチタンク１８は、配管１９を介して蒸気発生器２に接続している。配管１９には、ウォータポンプ２０が設けられている。ウォータポンプ２０は、キャッチタンク１８に貯留された液相冷媒を、配管１９を介して蒸気発生器２に送るためのポンプである。配管１９におけるウォータポンプ２０と蒸気発生器２との間には、蒸気発生器２側からキャッチタンク１８側への液相冷媒の逆流を防止する逆止弁２２が設けられている。
【００１６】
ランキンサイクルシステムは、更に、配管４と、キャッチタンク１８とを接続する配管３０を有している。配管３０は、過熱器１０から、タービン１４、コンデンサ１６およびキャッチタンク１８への、配管４、配管１１および配管１５を介した冷媒の流れをバイパスするバイパス管である。配管３０には弁３２が設けられている。弁３２は配管３０を開閉する弁である。
【００１７】
ランキンサイクルシステムは、更に、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３４を備えている。ＥＣＵ３４は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、圧力センサ６及び車両に搭載された加速度センサ３６を含む各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、ランキンサイクルシステムが備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。
【００１８】
ところで図１のランキンサイクルシステムにおいて、熱源側、即ち、蒸気発生器２、過熱器１０、及び膨張器１４に近い側を流通する冷媒は、大気圧よりも圧力が高くなっている。また、特に、配管４、過熱器１０および配管１１付近では気相冷媒は高温となっている。なお説明の簡略化のため、以下において、蒸気発生器２、過熱器１０および膨張器１４、並びにこれらを接続する配管４及び配管１１を「熱源側」とも称する。
【００１９】
本実施の形態のランキンサイクルシステムは、ランキンサイクルシステムに対する衝撃が発生し得る状態を検知し、このような状態が検知された場合に、配管３０に設置された弁３２を開弁することで、熱源側の気相冷媒をキャッチタンク１８に導入させる。気相冷媒はキャッチタンク１８内の液相冷媒により冷却される。これにより、実際にランキンサイクルシステムに対する衝撃が発生し、熱源側の配管、各機器、又は配管と各機器との接続部に破損が生じた場合にも、熱源側の高温の蒸気の放出が防止される。なお、本実施の形態では、車両の衝突信号を検出することをもって、ランキンサイクルシステムに対する衝撃が発生し得る状態を検知したこととする。
【００２０】
図２は、本実施の形態においてＥＣＵ３４が実行する具体的な制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２のルーチンは所定の制御間隔で繰り返し実行される。図２のルーチンにおいてステップＳ２では、まず、エンジン運転中であるか否か、即ちエンジンがＯＮとなっているか否かが判別される。ステップＳ２において、エンジンがＯＮではないと判別された場合、今回の処理は終了する。
【００２１】
ステップＳ２においてエンジンがＯＮであると判別された場合、次に、ステップＳ４において熱源側圧力が大気圧以上であるか否かが判別される。より具体的には、圧力センサ６により検出される圧力が、大気圧以上であるかが判別される。即ち、ステップＳ４においける熱源側圧力としては配管４内の圧力が用いられる。ただし熱源側圧力としては、蒸気発生器２と超音速ノズル１３間の気相冷媒の圧力であれば、他の部分の圧力を用いてもよい。
【００２２】
ステップＳ４において、熱源側圧力が大気圧より大きくないと判別された場合には、衝突による破損が起こっても、気相冷媒が大気に噴出されないと考えられる。したがって、ステップＳ４において、熱源側圧力が大気圧より大きくないと判別された場合、今回の処理は終了する。
【００２３】
ステップＳ４において、熱源側圧力が大気圧より大きいと判別された場合、次に、Ｓ６において衝突が検知されたか否かが判別される。衝突は、エアバックの信号に基づいて検知される。又は、エアバックがない場合には、加速度センサ３６の出力に基づいて検知される。この場合には、例えば、加速度センサ３６により検出される加速度に基づき、衝突相当の加速度を閾値として衝突判定を行うことができる。ステップＳ６において衝突検知なしと判別された場合、今回の処理は終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ８において衝突検知ありと判別された場合、次に、ステップＳ８において弁３２が開弁される。これにより、配管３０が開かれ、気相冷媒は、低圧側となるキャッチタンク１８に誘導される。その後今回の処理は終了する。
【００２５】
図３は、本実施の形態における衝突検知時の制御について説明するためのタイミングチャートである。図３に示され例では、衝突信号が検知された時刻ｔ１において、熱源側圧力は、大気圧より高い状態となっている。したがって、弁３２が開弁される。これにより、熱源側の気相冷媒は、配管４又は配管１１、および配管３０を介して、キャッチタンク１８に誘導される。その結果、熱源側圧力は大気圧より低くなる。これにより実際に衝突が起こりランキンサイクルシステムに破損が生じた場合にも、熱源側の気相冷媒が外部に噴出するのを防止することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、熱源側圧力が大気圧より低い場合には、仮にランキンサイクルシステムの熱源側に破損が生じても、熱源側の蒸気は外部に噴出しないと考えられるため、熱源側圧力が大気圧より高い場合にのみ、弁３２を開弁する制御を行っている。しかしながら熱源側圧力と大気圧との比較（即ち、ステップＳ４の処理）を省略し、衝突が検知された場合には、熱源側圧力に関わらず弁３２を開弁するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
２  蒸気発生器
４、１１、１５、１９、３０  配管
６  圧力センサ
１０  過熱器
１２  タービン制御弁
１３  超音速ノズル
１４  タービン
１６  コンデンサ
１８  キャッチタンク
２０  ウォータポンプ
２２  逆止弁
３２  弁
３４  ＥＣＵ
３６  加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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