(57)【要約】【課題】この発明は、廃熱回収装置に関し、クラッチによって蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離された場合に、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力の低下を抑制しつつ蒸気タービンの過回転を抑制できるようにすることを目的とする。【解決手段】廃熱回収装置の制御装置は、クラッチによって蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離された場合に、蒸気タービンの回転数が上限回転数を超えないように可変装置を用いて入射角を調整する。【選択図】図６
2019027318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱により液相の作動流体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って駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの出力軸と前記内燃機関の出力軸とを連結または切り離すクラッチと、
前記蒸気タービンのタービンブレードに対する蒸気流れの入射角を可変とする可変装置と、
前記クラッチおよび前記可変装置を制御する制御装置と、
を備える廃熱回収装置であって、
前記制御装置は、前記クラッチによって前記蒸気タービンの前記出力軸が前記内燃機関の前記出力軸から切り離された場合に、前記蒸気タービンの回転数が上限回転数を超えないように前記可変装置を用いて前記入射角を調整する
ことを特徴とする廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の廃熱を回収する廃熱回収装置に係り、特に、車載用内燃機関の廃熱回収に適した廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蒸気発生器（沸騰器）、過熱器、蒸気タービンおよび凝縮器を備え、内燃機関の廃熱を回収する廃熱回収装置（ランキンサイクルシステム）が開示されている。この廃熱回収装置は、さらに、蒸気タービンの出力軸と内燃機関の出力軸とを連結または切り離すクラッチと、蒸気タービンを迂回するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス弁とを備えている。
【０００３】
上記の廃熱回収装置では、エンジン回転数が所定の閾値を超えた場合に、クラッチによって蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離される。そのうえで、蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離された後に蒸気タービンの過回転を抑制するために、バイパス弁を開くことによって蒸気がバイパス通路に逃がされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５６３４２号公報
【特許文献２】特開平０１−２６２３０５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０１２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように蒸気タービンの過回転を抑制するために蒸気がバイパス通路に逃がされると、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力（より詳細には、蒸気タービンに蒸気を噴きつけるノズルに供給される蒸気の圧力）が低下する。その結果、その後にクラッチによって蒸気タービンの出力軸と内燃機関の出力軸とが再び連結された場合に、蒸気タービンの効率が低下することが懸念される。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、クラッチによって蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離された場合に、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力の低下を抑制しつつ蒸気タービンの過回転を抑制できるようにした廃熱回収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】
【０００７】
本発明に係る廃熱回収装置は、
内燃機関の廃熱により液相の作動流体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って駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの出力軸と前記内燃機関の出力軸とを連結または切り離すクラッチと、
前記蒸気タービンのタービンブレードに対する蒸気流れの入射角を可変とする可変装置と、
前記クラッチおよび前記可変装置を制御する制御装置と、
を備える。
前記制御装置は、前記クラッチによって前記蒸気タービンの前記出力軸が前記内燃機関の前記出力軸から切り離された場合に、前記蒸気タービンの回転数が上限回転数を超えないように前記可変装置を用いて前記入射角を調整する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クラッチによって蒸気タービンの出力軸が内燃機関の出力軸から切り離された場合に、蒸気タービンの回転数が上限回転数を超えないように可変装置を用いて入射角が調整される。入射角の調整の利用によれば、蒸気タービンに供給される蒸気はバイパスされない。このため、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力の低下を抑制しつつ蒸気タービンの過回転を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る廃熱回収装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】タービンブレードに対する蒸気流れの入射角αについて説明するための図である。
【図３】回転式（Ａ）およびスライド式（Ｂ）の２通りの可変入射角ノズルの構造例を模式的に示す図である。
【図４】タービンの効率への入射角αの影響を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係るタービン回転数制御の動作の一例を表したタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係るタービン回転数制御に関する処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図７】クラッチＯＮに関するステップＳ１０２の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】入射角αの調整に関するステップＳ１０８の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】入射角αの算出に用いられるマップの設定の一例を説明するための図である。
【図１０】回転数差分ΔＮｔに応じて入射角αが調整される様子を表したタイムチャートである。
【図１１】クラッチの再接続に関するステップＳ１１２の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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原理的に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原理的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。
【００１１】
１．廃熱回収装置の構成
本実施形態の廃熱回収装置は、車両に搭載されて車両の動力装置である内燃機関の廃熱を回収する。
【００１２】
１−１．廃熱回収装置の全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る廃熱回収装置１０の全体構成を模式的に示す図である。図１に示す廃熱回収装置１０は、ランキンサイクルシステムとして構成されている。本実施形態では、このランキンサイクルシステムの作動流体の一例として、水が用いられる。廃熱回収装置１０は、作動流体が流れる通路１１上に、熱源側機器１２と、ノズル１４と、蒸気タービン（以下、単に「タービン」とも称する）１６と、冷却側機器１８と、ポンプ２０とを備えている。
【００１３】
熱源側機器１２は、蒸気発生器とともに、一例として過熱器を含んでいる。蒸気発生器は、内燃機関（エンジン）１の廃熱により、通路１１内を流通する液相の作動流体を沸騰させて蒸気を発生させるように構成されている。過熱器は、蒸気発生器において発生した飽和蒸気である気相の作動流体を、一例として排気ガスとの熱交換により過熱し、過熱蒸気とする。なお、蒸気発生器の熱源は特に問わない。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を利用することができる。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。
【００１４】
タービン１６は、熱源側機器１２から送られた気相の作動流体を膨張させて熱エネルギを回収する。上記のノズル１４は、タービン１６の上流に設けられている。気相の作動流体は、ノズル１４からタービン１６のタービンブレード１６ａに噴きつけられ、タービン１６を回転させる。
【００１５】
冷却側機器１８は、コンデンサ（凝縮器）とキャッチタンクを含んでいる。タービン１６で膨張した気相の作動流体は、このコンデンサに送られる。コンデンサに送られた気相の作動流体は、コンデンサにより冷却されて凝縮し、液相の作動流体に戻される。気相の作動流体の凝縮により生じた液相の作動流体は、コンデンサからキャッチタンクに送られ、キャッチタンクにおいて一時的に貯留される。
【００１６】
上記のポンプ２０は、冷却側機器１８と熱源側機器１２との間の通路１１上に配置されている。ポンプ２０は、冷却側機器１８のキャッチタンクに貯留された液相の作動流体を熱源側機器１２の蒸気発生器に送るためのポンプである。
【００１７】
タービン１６の出力軸（回転軸）１６ｂは、減速機構２２を介してエンジン１の出力軸１ａと機械的に連結されている。より詳細には、減速機構２２の減速比Ｒは、１よりも大きい値であり、エンジン回転数Ｎｅに対してタービン回転数Ｎｔが高くなるように決定されている（Ｎｔ＝Ｒ×Ｎｅ）。タービン１６で回収された熱エネルギは、エンジン１の回転をアシストする動力としてエンジン１に回収される。
【００１８】
廃熱回収装置１０は、さらに、タービン１６の出力軸１６ｂとエンジン１の出力軸１ａとを連結または切り離すためのクラッチ２４を備えている。クラッチ２４の位置は、タービン１６とエンジン１との間の動力伝達経路上であれば特に問わない。また、タービン１６の出力軸１６ｂには、タービン回転数Ｎｔを計測するための回転数センサ２６が取り付けられている。回転数センサ２６は、クラッチ２４によってタービン１６がエンジン１から切り離された場合であってもタービン回転数Ｎｔを検出可能な位置に設けられている。
【００１９】
１−２．可変入射角ノズルの構造例
図２は、タービンブレード１６ａに対する蒸気流れの入射角αについて説明するための図である。ここでは、タービン１６の軸方向に垂直な平面であってタービンブレード１６ａの厚みの中心を通る平面を、タービン１６の「基準面Ｓ」と称する。本実施形態の構成では、図２に示すように、入射角αは、この基準面Ｓと、ノズル１４からタービンブレード１６ａに噴きつけられる蒸気流れの方向Ｄとがなす角度に相当する。なお、入射角αは、ノズル１４からの蒸気がタービンブレード１６ａをその回転方向に押す向きに蒸気流れの方向Ｄがあり、かつ、この方向Ｄが基準面Ｓと平行となるときの値が０°として定義される（ただし、０°は実現可能な値ではない）。
【００２０】
タービン性能に影響を与えるパラメータとしては、熱源側圧力（すなわち、タービン１６（より詳細には、ノズル１４）に供給される蒸気の圧力）、蒸気量、および、上述の蒸気の入射角αが挙げられる。タービン１６の効率は、この入射角αが小さいほど高くなる。
【００２１】
本実施形態のノズル１４は、より詳細には、入射角αを変更可能に構成されている。このため、以下、ノズル１４のことを「可変入射角ノズル１４」とも称する。図３は、回転式（Ａ）およびスライド式（Ｂ）の２通りの可変入射角ノズルの構造例を模式的に示す図である。図３（Ａ）に示す回転式の例は、本実施形態で採用される例である。この例では、可変入射角ノズル１４は、図示省略する駆動機構によって、基準面Ｓに対する蒸気流れの方向Ｄが変化する態様で回転可能に構成されている。このような構造例によれば、方向Ｄを変化させることで入射角αを変更できる。また、図１に示すように、入射角αの把握のために、ノズル１４の回転角度を検出する角度センサ２８が備えられている。
【００２２】
一方、図３（Ｂ）に示すスライド式の例では、ノズルは、図示省略する駆動機構によって、基準面Ｓと方向Ｄとの交点Ｐを中心としてノズルが回転する態様でスライド可能に構成されている。なお、この例において、ノズルとその上流側の通路との間に位置する接続通路は、上記通路に対するノズルの位置の変化を吸収するために、例えば、フレキシブルパイプ（またはホース）によって構成すればよい。このような構造例によっても、方向Ｄを変化させることで入射角αを変更できる。なお、ノズルの開口面積を変えずに入射角αのみを変更可能であれば、ここに例示された構造例以外の任意の構造が採用されてもよい。
【００２３】
１−３．制御装置
廃熱回収装置１０は、さらに、クラッチ２４および可変入射角ノズル１４を制御する制御装置として、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、少なくとも入出力インターフェースとメモリとプロセッサとを備えている。入出力インターフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、クラッチ２４および可変入射角ノズル１４に対して操作信号を出力する。ここでいう各種センサには、上記の回転数センサ２６および角度センサ２８とともに、エンジン回転数Ｎｅを取得するためのクランク角センサ３２が含まれる。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。プロセッサは、制御プログラム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クラッチ２４および可変入射角ノズル１４に対する操作信号を生成する。
【００２４】
２．クラッチ切断時のタービン回転数制御
２−１．タービン保護等のためのクラッチ切断に伴うタービンの過回転
クラッチ２４が連結された状態においてエンジン回転数Ｎｅが上昇すると、エンジン回転数Ｎｅの上昇の仕方次第ではタービン回転数Ｎｔが高くなり過ぎることがある。より詳細には、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴ってタービン１６に過回転が生じる理由は、エンジン回転数Ｎｅの常用域において、高い効率が得られる高タービン回転数Ｎｔを確保したい等の理由によって、減速比Ｒが大きくされるためである。
【００２５】
本実施形態では、タービン回転数Ｎｔが所定の上限回転数Ｎｔｍａｘに到達した場合に、タービン１６の保護などの理由でクラッチ２４が切断される。しかしながら、クラッチ２４が切断されると、タービン１６は無負荷状態となるため、タービン１６の過回転が生じてしまうことがある。
【００２６】
２−２．タービンの効率への入射角αの影響
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、タービン１６の効率への入射角αの影響を説明するための図である。
【００２７】
図４（Ａ）は、入射角αが最小値αｍｉｎ（０°＜αｍｉｎ＜９０°）である場合の可変入射角ノズル１４とタービンブレード１６ａとの位置関係を表している。既述したように、タービン１６の効率は、この入射角αが小さいほど高くなる。この理由は、入射角αが小さいと、可変入射角ノズル１４からの蒸気がタービンブレード１６ａをその回転方向に効率良く押せるためである。このため、廃熱回収時（すなわち、クラッチ２４の連結時）には、入射角αとして最小値αｍｉｎが使用される。なお、最小値αｍｉｎの値は、ノズル径と部品強度とを考慮して取り得る最小の入射角αとして、構築されるシステムに応じて設定される。
【００２８】
図４（Ｂ）は、入射角αが９０°である場合の可変入射角ノズル１４とタービンブレード１６ａとの位置関係を表している。この場合には、可変入射角ノズル１４からの蒸気は、タービンブレード１６ａに水平に当たることになる。このため、この場合の蒸気の噴きつけによっては、タービン１６の回転力（駆動力）は実質的に生み出されない。
【００２９】
図４（Ｃ）は、入射角αが９０°よりも大きな角度である場合の可変入射角ノズル１４とタービンブレード１６ａとの位置関係を表している。この例のように入射角αが９０°を超えると、可変入射角ノズル１４からの蒸気は、図４（Ｃ）に示すように、タービンブレード１６ａの正規の回転方向と対向する向きでタービンブレード１６ａに噴きつけられる。このため、この場合の蒸気の噴きつけは、タービンブレード１６ａの回転を下げる制動力として作用する。なお、入射角αの最大値αｍａｘは、最小値αｍｉｎの設定と同様に、ノズル径と部品強度とを考慮して取り得る最大の入射角α（ただし、１８０°未満）として、構築されるシステムに応じて設定される。
【００３０】
２−３．クラッチ切断時のタービン回転数制御の概要
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照した説明からも分かるように、９０°を基準として入射角αを増減することにより、蒸気からタービンブレード１６ａに駆動力を与えたり、制動力を与えたりすることができる。そこで、本実施形態では、クラッチ２４によってタービン１６の出力軸１６ｂがエンジン１の出力軸１ａから切り離された場合には、タービン回転数Ｎｔの制御のために入射角αの調整が利用される。具体的には、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘを超えないようにするために、可変入射角ノズル１４を用いて、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘに近づくように入射角αが調整される。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に係るタービン回転数制御の動作の一例を表したタイムチャートである。図５中の回転数の波形に関し、実線はエンジン回転数Ｎｅと減速比Ｒとの積（Ｎｅ×Ｒ）、すなわち、タービン１６の出力軸１６ｂと連結対象のエンジン１側の回転軸３４（図１参照）の回転数であり、破線はタービン回転数Ｎｔである。両者は、クラッチ２４の連結中には等しくなる。
【００３２】
図５中の時点ｔ１よりも前の期間では、クラッチ２４がＯＮ（連結状態）とされ、廃熱回収が行われている。この期間では、可変入射角ノズル１４は、入射角αが最小値αｍｉｎとなるように制御されている。そして、この期間中には、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴ってタービン回転数Ｎｔ（この場合には、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）と等しい）も上昇している。
【００３３】
時点ｔ１は、クラッチ２４の連結中にタービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘに到達した時点に相当する。本実施形態のタービン回転数制御によれば、時点ｔ１において、クラッチ２４がＯＦＦとされる（切断される）とともに、入射角αの調整が開始される。時点ｔ１では、上限回転数Ｎｔｍａｘを超えるタービン１６の過回転を抑制するために、入射角αが９０°よりも大きくなるように制御されている。
【００３４】
時点ｔ１よりも後の時点ｔ２は、エンジン回転数Ｎｅの低下に伴って回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）が上限回転数Ｎｔｍａｘにまで低下した時点に相当する。時点ｔ１から時点ｔ２までの期間（ｔ１−ｔ２）は、クラッチ２４の切断に伴い、タービン回転数Ｎｔは回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）から乖離する。
【００３５】
期間（ｔ１−ｔ２）では、タービン回転数制御により、詳細は図８〜１０を参照して後述するが、回転数センサ２６によるタービン回転数Ｎｔの計測値と上限回転数Ｎｔｍａｘとの回転数差分ΔＮｔ（の絶対値）が小さくなるように、入射角αが調整される。これにより、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘに近づけられる。このように、入射角αの調整を利用する本実施形態のタービン回転数制御は、熱源側機器１２にて発生した蒸気をバイパス通路に逃がすという従来手法とは異なり、タービン回転数Ｎｔの調整のために蒸気の圧力を制御するものではない。このため、期間（ｔ１−ｔ２）中においても、図５に示すように、熱源側圧力（タービン１６（ノズル１４）に供給される蒸気の圧力）を高く維持することができる。
【００３６】
上記の時点ｔ２では、クラッチ２４が再びＯＮとされる（再接続される）。より詳細には、後述の図１１に示すように、クラッチ２４の再接続は、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）とタービン回転数Ｎｔとが等しくなったときに実行される。
【００３７】
クラッチ２４が再接続されると、廃熱回収が再開される。上述のように、本実施形態のタービン回転数制御によれば、期間（ｔ１−ｔ２）中にも熱源側圧力が高く維持されているので、時点ｔ２の後の廃熱回収の再開時に、高いタービン回転数Ｎｔの下で高いタービン出力を得ることが可能となる。また、時点ｔ２において入射角αが最小値αｍｉｎに制御されるため、入射角αの観点においてタービン１６の効率を最大に高めつつ、廃熱回収を再開できる。
【００３８】
２−４．タービン回転数制御に関するＥＣＵの処理
図６は、本発明の実施の形態に係るタービン回転数制御に関する処理のメインルーチンを示すフローチャートである。図６に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ３０は、エンジンＯＮの有無、すなわち、エンジン１の始動の有無が判定される（ステップＳ１００）。
【００３９】
ステップＳ１００においてエンジンＯＮがなされていないと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの今回の処理サイクルを終了する。一方、ステップＳ１００においてエンジンＯＮがなされたと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、クラッチ２４をＯＮとする（連結する）ための処理を実行する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
図７は、クラッチＯＮに関するステップＳ１０２の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図７に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ３０は、タービン回転数Ｎｔが０ではないことを確認する（ステップＳ２００）。次いで、ＥＣＵ３０は、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）とタービン回転数Ｎｔとを取得する（ステップＳ２０２）。回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）は、クランク角センサ３２を用いてエンジン回転数Ｎｅが取得されたうえで、取得したエンジン回転数Ｎｅを既定の減速比Ｒと乗算することにより算出される。タービン回転数Ｎｔは、回転数センサ２６を用いて検出される。
【００４１】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０２において取得された回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）がタービン回転数Ｎｔと等しいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。その結果、本判定が不成立となる場合には、ステップＳ２０２の処理が繰り返し実行される。一方、本判定が成立すると判定した場合には、ＥＣＵ３０は、クラッチ２４をＯＮとする（連結する）（ステップＳ２０６）。なお、廃熱回収装置１０が車両の運転中にエンジンが停止および始動を繰り返すシステム（例えば、アイドリングストップシステムまたはハイブリッドシステム）に適用された場合には、エンジン停止時およびエンジン再始動時にクラッチが連結状態となることがある。このため、このようなシステムでは、上記のエンジン停止時およびエンジン再始動時にタービン回転数Ｎｔが急変するときにも対応できるように、十分なクラッチ容量が確保されることが望ましい。
【００４２】
図６に示すメインルーチンでは、ステップＳ１０２においてクラッチ２４をＯＮとした後に、ＥＣＵ３０は、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）が（タービン）上限回転数Ｎｔｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。上限回転数Ｎｔｍａｘは既定の値である。その結果、本判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの今回の処理サイクルを終了する。一方、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）が上限回転数Ｎｔｍａｘ以上になったと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、クラッチ２４をＯＦＦとする（切り離す）ための処理を実行する（ステップＳ１０６）。
【００４３】
次に、ＥＣＵ３０は、入射角αを調整するための処理を実行する（ステップＳ１０８）。図８は、入射角αの調整に関するステップＳ１０８の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図８に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ３０は、タービン回転数Ｎｔと上限回転数Ｎｔｍａｘとの回転数差分ΔＮｔ（＝Ｎｔ−Ｎｔｍａｘ）を算出する（ステップＳ３００）。
【００４４】
次に、ＥＣＵ３０は、上記の回転数差分ΔＮｔに応じた入射角αを算出する（ステップＳ３０２）。図９は、入射角αの算出に用いられるマップの設定の一例を説明するための図である。図９に示すマップは、９０°の入射角αを基準として（すなわち、ゼロとして）、回転数差分ΔＮｔと入射角αとの関係を以下のように規定している。
【００４５】
具体的には、図９に示すマップでは、回転数差分ΔＮｔの所定の最大値ΔＮｔｍａｘ（正の値）と入射角αの最大値αｍａｘとを関連付け、かつ、回転数差分ΔＮｔの所定の最小値ΔＮｔｍｉｎ（負の値）と入射角αの最小値αｍｉｎとを関連付けつつ、回転数差分ΔＮｔに対応する入射角αが次のように設定されている。すなわち、回転数差分ΔＮｔが正の値である場合、つまり、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘよりも高い場合には、入射角αはタービン１６を減速させるために９０°よりも大きくされる。逆に、回転数差分ΔＮｔが負の値である場合、つまり、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘよりも低い場合には、入射角αはタービン１６を増速させるために９０°よりも小さくされる。例えば、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘよりも１００ｒｐｍだけ高い場合には、入射角αは、９０°よりも大きなα１に増やされ、逆に、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘよりも１００ｒｐｍだけ低い場合には、入射角αは、９０°よりも小さなα２に減らされる。
【００４６】
より詳細には、図９に示すマップによれば、入射角αは、正の回転数差分ΔＮｔが大きいほどより大きくされ、逆に、入射角αは、回転数差分ΔＮｔが負であってその絶対値が大きいほど、より大きくされる。以上説明したマップの設定によれば、回転数差分ΔＮｔ（の絶対値）が小さくなるように入射角αが調整される。
【００４７】
次に、ＥＣＵ３０は、入射角αが上記マップを参照して算出された値に変更されるように可変入射角ノズル１４を制御する（ステップＳ３０４）。図１０は、回転数差分ΔＮｔに応じて入射角αが調整される様子を表したタイムチャートである。図１０に示す一例では、回転数差分ΔＮｔが正となる期間（期間（ｔ１’−ｔ２’）と、時点ｔ３’よりも後の期間）では、９０°よりも大きい側の角度範囲内で、入射角αは正の回転数差分ΔＮｔの変化に応じて調整される。一方、回転数差分ΔＮｔが負となる期間（ｔ２’−ｔ３’）では、９０°よりも小さい側の角度範囲内で、入射角αは負の回転数差分ΔＮｔの変化に応じて調整される。なお、ｔ１’よりも前の期間では、回転数差分ΔＮｔがゼロであるため、入射角αは９０°で保持される。
【００４８】
図６に示すメインルーチンでは、ステップＳ１０８において入射角αを調整した後に、ＥＣＵ３０は、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）が（タービン）上限回転数Ｎｔｍａｘ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。その結果、本判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの今回の処理サイクルを終了する。一方、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）が上限回転数Ｎｔｍａｘ未満になったと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、クラッチ２４を再接続するための処理を実行する（ステップＳ１１２）。
【００４９】
図１１は、クラッチ２４の再接続に関するステップＳ１１２の処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ３０は、回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）とタービン回転数Ｎｔとを取得する（ステップＳ４００）。次いで、ＥＣＵ３０は、ステップＳ４００において取得された回転軸３４の回転数（Ｎｅ×Ｒ）がタービン回転数Ｎｔと等しいか否かを判定する（ステップＳ４０２）。
【００５０】
その結果、ステップＳ４０２の判定が不成立となる場合には、ステップＳ４００の処理が繰り返し実行される。一方、本判定が成立すると判定した場合には、ＥＣＵ３０は、クラッチ２４をＯＮとする（連結する）（ステップＳ４０４）。次いで、ＥＣＵ３０は、入射角αを最小値αｍｉｎに変更する処理を実行する（ステップＳ４０６）。
【００５１】
以上説明した図６に示すルーチンの処理によれば、クラッチ２４によってタービン１６の出力軸１６ｂがエンジン１の出力軸１ａから切り離された場合には、回転数差分ΔＮｔが小さくなるように入射角αを調整することにより、タービン回転数Ｎｔを上限回転数Ｎｔｍａｘに近づけることができる。これにより、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘを超えないように入射角αを調整できる。そして、入射角αの調整の利用によれば、既述したように、タービン１６に供給される蒸気はバイパスされない。このため、本実施形態のタービン回転数制御によれば、タービン１６（ノズル１４）に供給される蒸気の圧力の低下を抑制しつつタービン１６の過回転を抑制することができる。
【００５２】
また、蒸気をバイパス通路に逃がすことによる従来のタービン回転数Ｎｔの制御手法では、熱源側機器の容積の存在に起因して蒸気の圧力によるタービン回転数Ｎｔの調整に応答遅れが生じるため、制御性が良いとはいえない。これに対し、入射角αを利用する本実施形態のタービン回転数制御によれば、上記の応答遅れの影響なしに、クラッチ２４が切断される期間中にタービン回転数Ｎｔを上限回転数Ｎｔｍａｘに近づけておくことができる。このため、タービン回転数Ｎｔが上限回転数Ｎｔｍａｘにまで下がったときに速やかにクラッチ２４の再接続（再度の連結）を行うことができる。
【００５３】
３．可変装置の変形例
上述した実施の形態１においては、ノズル１４の位置が可変であることによってタービンブレード１６ａに対する蒸気流れの入射角αを変更可能な可変入射角ノズルが、本発明に係る「可変装置」として備えられた例が示された。しかしながら、本発明に係る可変装置は、タービンブレードに対する蒸気流れの入射角を変更可能なものであればよく、例えば次のような構成であってもよい。すなわち、可変装置は、ノズルの位置に代え、あるいはそれとともに、タービンブレードの角度を変更可能なものであってもよい。また、可変装置は、ノズルの位置に代え、あるいはそれとともに、タービン（の出力軸）の角度を変更可能なものであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
１ａ  エンジンの出力軸
１０  廃熱回収装置
１２  熱源側機器
１４  ノズル（可変入射角ノズル）
１６  タービン
１６ａ  タービンブレード
１６ｂ  タービンの出力軸
１８  冷却側機器
２０  ポンプ
２２  減速機構
２４  クラッチ
３０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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【図１０】
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【図１１】
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