(57)【要約】【課題】ランキンサイクル回路の循環流量制御を適切に実施することにより、サイクル効率を確実に向上することができる内燃機関の廃熱利用装置を提供する。【解決手段】蒸発器(10)、膨張機(12)、凝縮器(14)、ポンプ(16)を含む閉回路(9)と、高圧回路部(9d)からの液状の作動流体を回収する回収弁(32)、低圧回路部(9b)へ液状の作動流体を供給する供給弁(36)を有するバイパス路(20)と、凝縮器を経由した作動流体の過冷却度に応じて、回収弁及び供給弁を開閉し、閉回路を循環する作動流体量を制御する循環流量制御手段とを具備したランキンサイクル回路(8)を備え、バイパス路には、回収弁及び供給弁から流出する作動流体の流速を低減する減速機構(34,38)が配される。【選択図】図１
2008231981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱を熱媒体から熱回収する廃熱利用装置であって、
前記熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に向けて圧送するポンプを含み、該ポンプの出口側から前記膨張機の入口側にかけて作動流体が高圧を呈する高圧回路部を形成し、前記膨張機の出口側から前記凝縮器の入口側にかけて作動流体が低圧を呈する低圧回路部を形成する閉回路と、
前記高圧回路部と前記低圧回路部とを連通し、前記凝縮器及び前記ポンプをバイパスするバイパス路と、
該バイパス路の前記高圧回路部近傍に設けられ、開弁により該バイパス路内へ前記高圧回路部からの液状の作動流体を回収する回収弁と、
該バイパス路の前記低圧回路部近傍に設けられ、開弁により該バイパス路内から前記低圧回路部へ液状の作動流体を供給する供給弁と、
前記凝縮器を経由した作動流体の過冷却度に応じて、前記回収弁及び前記供給弁を開閉し、前記閉回路を循環する作動流体量を制御する循環流量制御手段とを有するランキンサイクル回路を備え、
前記バイパス路には、前記回収弁及び前記供給弁から流出する作動流体の流速を低減する減速機構が配されることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記バイパス路は、前記回収弁の開弁によって回収される作動流体を一旦貯留するタンクを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記タンクは、該タンクから前記高圧回路部に向けて前記貯留された作動流体の脱圧を実施する脱圧手段を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記循環流量制御手段は、前記ポンプのキャビテーションを回避できる範囲内で、前記過冷却度を所定の最小値に略一定に保持すべく、前記回収弁及び前記供給弁を開閉し、前記閉回路を循環する作動流体量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記ランキンサイクル回路は、前記タンクの内圧を前記高圧回路部より低圧で且つ前記低圧回路部より高圧となる中間圧とするタンク内圧制御手段を具備することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記ランキンサイクル回路は、前記タンクと前記高圧回路部とを連通する高圧路と、前記タンクと前記低圧回路部とを連通する低圧路と、開弁により前記高圧回路部から前記タンクへガス状の作動流体を流入させる高圧弁と、開弁により前記タンクから前記低圧回路部へガス状の作動流体を流出させる低圧弁とを更に含み、
前記タンク内圧制御手段は、前記タンクの内圧を検出する内圧検出手段を含み、該内圧検出手段により検出される前記タンクの内圧に応じて、前記高圧弁及び前記低圧弁を開閉し、前記タンクの内圧を前記中間圧にするものであって、
前記高圧路及び前記低圧路には、それぞれ前記高圧弁及び前記低圧弁から流出する作動流体の流速を低減する第２減速機構が配されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記減速機構及び前記第２減速機構は、キャピラリチューブであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の廃熱利用装置に係り、詳しくは、車両に好適な内燃機関の廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の廃熱利用装置としては、例えば車両用のエンジンの廃熱で作動流体（以下、冷媒という）を加熱する蒸発器、冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を圧送して循環させるポンプを順次接続した閉回路から構成されたランキンサイクル回路が知られている。
そして、このようなランキンサイクル回路において、上記凝縮器及びポンプをバイパスするバイパス路を設け、凝縮器を経由して凝縮された冷媒の過冷却度に応じてバイパス路に冷媒を出し入れすることにより、上記閉回路を循環する冷媒量を制御し、ポンプのキャビテーションを防止しながらランキンサイクル回路のサイクル効率を向上する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１９２８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術では、バイパス路の入口及び出口にそれぞれ電磁弁を設け、これら電磁弁を過冷却度に応じて全開、全閉するオンオフ制御を実施することにより、冷媒をバイパス路に段階的に出し入れしている。
しかしながら、上記電磁弁のオンオフ制御のみでは、たとえ電磁弁の数を増やしたり、電磁弁のオンオフのタイミングを細かく設定したとしても、電磁弁を全開、全閉して制御している以上、エンジンの作動状況や気候条件等により都度変動する過冷却度に応じて、バイパス路に出し入れされる冷媒量、ひいてはランキンサイクル回路の循環冷媒量を適切に制御するのは困難であり、所望のサイクル効率を得られないとの問題がある。
【０００４】
また、各電磁弁を段階的に全開、全閉するオンオフ制御を実施するため、バイパス路内における冷媒が一時的に液封状態となり、この液封冷媒が温度上昇によって膨張すると、バイパス路、ひいてはランキンサイクル回路全体が破損するとの問題もある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ランキンサイクル回路の循環流量制御を適切に実施することにより、サイクル効率を確実に向上することができる内燃機関の廃熱利用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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置は、内燃機関の廃熱を熱媒体から熱回収する廃熱利用装置であって、熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を蒸発器に向けて圧送するポンプを含み、該ポンプの出口側から膨張機の入口側にかけて作動流体が高圧を呈する高圧回路部を形成し、膨張機の出口側から凝縮器の入口側にかけて作動流体が低圧を呈する低圧回路部を形成する閉回路と、高圧回路部と低圧回路部とを連通し、凝縮器及びポンプをバイパスするバイパス路と、該バイパス路の高圧回路部近傍に設けられ、開弁により該バイパス路内へ高圧回路部からの液状の作動流体を回収する回収弁と、該バイパス路の低圧回路部近傍に設けられ、開弁により該バイパス路内から低圧回路部へ液状の作動流体を供給する供給弁と、凝縮器を経由した作動流体の過冷却度に応じて、回収弁及び供給弁を開閉し、閉回路を循環する作動流体量を制御する循環流量制御手段とを有するランキンサイクル回路を備え、バイパス路には、回収弁及び供給弁から流出する作動流体の流速を低減する減速機構が配されることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、バイパス路は、回収弁の開弁によって回収される作動流体を一旦貯留するタンクを有することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、タンクは、該タンクから高圧回路部に向けて貯留された作動流体の脱圧を実施する脱圧手段を有することを特徴としている。
【０００７】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１から３のいずれかにおいて、循環流量制御手段は、ポンプのキャビテーションを回避できる範囲内で、過冷却度を所定の最小値に略一定に保持すべく、回収弁及び供給弁を開閉し、閉回路を循環する作動流体量を制御することを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項２から４のいずれかにおいて、ランキンサイクル回路は、タンクの内圧を高圧回路部より低圧で且つ低圧回路部より高圧となる中間圧とするタンク内圧制御手段を具備することを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、ランキンサイクル回路は、タンクと高圧回路部とを連通する高圧路と、タンクと低圧回路部とを連通する低圧路と、開弁により高圧回路部からタンクへガス状の作動流体を流入させる高圧弁と、開弁によりタンクから低圧回路部へガス状の作動流体を流出させる低圧弁とを更に含み、タンク内圧制御手段は、タンクの内圧を検出する内圧検出手段を含み、該内圧検出手段により検出されるタンクの内圧に応じて、高圧弁及び低圧弁を開閉し、タンクの内圧を中間圧にするものであって、高圧路及び低圧路には、それぞれ高圧弁及び低圧弁から流出する作動流体の流速を低減する第２減速機構が配されることを特徴としている。
【０００９】
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１から６のいずれかにおいて、減速機構及び第２減速機構は、キャピラリチューブであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の本発明の内燃機関の廃熱利用装置によれば、ランキンサイクル回路は、高圧回路部と低圧回路部とからなる閉回路とバイパス路とから構成され、バイパス路へ液状の作動流体を回収する回収弁とバイパス路から低圧回路部へ液状の作動流体を供給する供給弁とを開閉することにより、閉回路を循環する作動流体量を制御する循環流量制御手段を実施する。そして、バイパス路には、回収弁及び供給弁から流出する作動流体の流速を低減する減速機構が配される。これにより、回収弁及び供給弁を単に開閉する場合に比して、バイパス路に回収され、バイパス路から供給される作動流体の流速を低速にできるため、バイパス路に流出入する作動流体を連続的に且つ円滑に制御でき、循環流量制御手段の制御安定性、ひいてはランキンサイクル回路のサイクル効率を確実に向上できる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、バイパス路が回収弁で回収される作動流体を一旦貯留するタンクを有することにより、バイパス路から閉回路に出し入れ可能な作動流体量を多くとることができる。これにより、過冷却度の変動幅に合わせて循環冷媒制御手段の制御範囲を極力広く設定可能となり、循環流量制御手段の制御性を更に向上できる。
更に、請求項３記載の発明によれば、タンクは貯留された作動流体の脱圧手段を有ており、タンク内が液封状態となるときに、タンクに貯留された作動流体が昇温して膨張したとしても、バイパス路、ひいてはランキンサイクル回路が破壊されるのが確実に防止され、循環流量制御手段を更に適切に実施できる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、ポンプのキャビテーションが生じない範囲でランキンサイクル回路の過冷却度を最小に保持できるため、ランキンサイクル回路のサイクル効率を大幅に向上できる。
また、請求項５記載の発明によれば、ランキンサイクル回路がタンクの内圧を高圧回路部より低圧で且つ低圧回路部より高圧となる中間圧とするタンク内圧制御手段を有することにより、タンク内とそれぞれ高圧回路部、低圧回路部との圧力差が適切になって高圧回路部からの作動流体の回収と低圧回路部への作動流体の供給とを更に円滑に実施でき、循環流量制御手段の制御安定性をより一層向上できる。
【００１３】
更に、請求項６記載の発明によれば、タンク内圧制御手段は、検出されるタンクの内圧に応じて、高圧弁及び低圧弁を開閉して中間圧とし、高圧路及び低圧路には、それぞれ前記高圧弁及び前記低圧弁から流出するガス状の作動流体の流速を低減する第２減速機構が配される。これにより、高圧弁及び低圧弁を単に開閉する場合に比して、高圧路に流入し、低圧路から流出するガス状の作動流体の流速を低速にできるため、タンクに流出入する作動流体を連続的に且つ円滑に制御でき、タンク内圧制御手段の制御安定性、ひいては循環流量制御手段の制御安定性が更に向上し、ランキンサイクル回路のサイクル効率をより一層向上できる。
【００１４】
更にまた、請求項７記載の発明によれば、開閉する弁の２次側にキャピラリチューブを設けるだけの簡単な構成で、上記各格別な作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置２の構成を示す模式図であり、廃熱利用装置２は、冷却水が循環して例えば車両のエンジン（内燃機関)４を冷却する冷却水回路６と、冷媒が循環してエンジン４の廃熱を回収するランキンサイクル回路８（以下、サイクル８という）とから構成されている。
【００１６】
冷却水回路６は、エンジン４から蒸発器１０が接続される閉回路を構成し、例えばエンジン４の回転数に応じて図示しない水ポンプを駆動することによって冷却水が循環する。
蒸発器１０は、冷却水回路６を循環する冷却水とサイクル８を循環する冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、エンジン４で加熱された冷却水、すなわち温水を熱媒体としてサイクル８側にエンジン４の廃熱を回収させる。一方、蒸発器１０を通過し、冷媒に吸熱されて温度低下した冷却水は、エンジン４を冷却することにより再び加熱された温水となる。なお、エンジン４の本体温度を略一定に保持すべく図示しないサーモスタット等を設置しても良い。
【００１７】
これに対しサイクル８は、蒸発器１０から膨張機１２、凝縮器１４、冷媒ポンプ（ポンプ）１６を順に接続した閉回路９を構成し、この閉回路９の流路は、冷媒の流れ方向でみて、蒸発器１０から膨張機１２まで延設される流路（高圧回路部）９ａ、膨張機１２から凝縮器１４まで延設される流路（低圧回路部）９ｂ、凝縮器１４から冷媒ポンプ１６まで延設される流路９ｃ、冷媒ポンプ１６から蒸発器１０に帰還する流路（高圧回路部）９ｄから構成されている。
【００１８】
膨張機１２は、蒸発器１０で加熱され過熱蒸気の状態となった冷媒の膨張によって回転等に係る駆動力を発生させる流体機器である。また、膨張機１２には発電機１８が接続され、この発電機１８を介して膨張機１２で発生した駆動力を廃熱利用装置２の外部等で使用可能である。
凝縮器１４は、膨張機１２から吐出される冷媒を外気との熱交換により凝縮液化する熱交換器であり、凝縮器１４で凝縮された液冷媒が冷媒ポンプ１６で蒸発器１０に圧送される。
【００１９】
冷媒ポンプ１６は、このポンプ１６の駆動部に入力される信号に応じて可動部を駆動する電動ポンプであり、サイクル８全体において冷媒を好適に循環させる。
そして、閉回路９の上記構成機器により、流路９ａには蒸発器１０で過熱状態にされた高圧ガス冷媒が流れるとともに、流路９ｂには膨張機１２を駆動した後の低圧ガス冷媒が流れる。また、流路９ｃには凝縮器１４で凝縮された低圧液冷媒が流れるとともに、流路９ｄにはポンプ１６で加圧された高圧液冷媒が流れる。
【００２０】
このように、サイクル８は、エンジン４の作動状況に応じてエンジン４の廃熱を回収し、更に回収された廃熱を動力変換して外部等で利用可能に回収する。
ところで、サイクル８には、上記した構成機器及び流路９ａ〜９ｄからなる閉回路９の他、凝縮器１４及びポンプ１６をバイパスするバイパス路２０が設けられている。
詳しくは、バイパス路２０は、流路９ｄから分岐する回収路２２、流路９ｂに合流する供給路２４、回収路２２及び供給路２４の間に位置づけられるレシーバタンク（タンク）２６から構成されている。
【００２１】
レシーバタンク２６は、バイパス路２０に流入する冷媒を気液二層に分離して貯留する密閉タンクであり、このタンク２６の側面の適宜位置には回収路２２、供給路２４が貫通して接続され、これら回収路２２、供給路２４はともにタンク２６内における冷媒の液層部まで延設されている。
また、タンク２６の側面の適宜位置には、タンク２６内における冷媒の気層部から延び、流路９ｄに合流するタンク２６の脱圧路（脱圧手段）２８が貫通して接続され、この脱圧路２８には流路９ｄからタンク２６への冷媒の流れを遮断する逆止弁３０が介挿されている。
【００２２】
より詳しくは、回収路２２には、流路９ｄ側から順に回収側電磁弁（回収弁）３２、回収側キャピラリチューブ（減速機構）３４が介挿される一方、供給路２４には、タンク２６側から順に供給側電磁弁（供給弁）３６、供給側キャピラリチューブ（減速機構）３８が介挿されている。
キャピラリチューブ３４，３８は、銅製等の毛細管であって、この管路の前後の圧力差に応じて、冷媒が管路内を所定の低速で流れるように管路断面積が予め設定されている。すなわち、キャピラリ３４，３８は、冷媒が通過する際の管路抵抗と管路前後の圧力差とを利用して冷媒を安定した低速で通過させるものであり、キャピラリ３４，３８内では冷媒の凝縮や蒸発等は行われない。
【００２３】
電磁弁３２，３６は、それぞれ駆動部に入力される接点信号に応じて全開、全閉するオンオフ弁であって、ポンプ１６とともに車両及び廃熱利用装置２の総合的な制御を行う電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０に電気的に接続されている。
加えてＥＣＵ４０には、凝縮器１４を経由して凝縮された低圧液冷媒の圧力を検出する圧力センサ４２、この低圧液冷媒の温度を検出する温度センサ４４も電気的に接続されており、これらセンサ４２，４４は流路９ｃに設置されている。
【００２４】
ここで、ＥＣＵ４０は、センサ４２，４４の検出結果に基づいて凝縮器１４を経由した後の低圧液冷媒の過冷却度ＳＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｉｎｇ  Ｄｅｇｒｅｅ）を演算している。そして、この演算された過冷却度ＳＤに応じて電磁弁３２，３６をそれぞれ開閉駆動することにより、閉回路９から回収路２２を介しタンク２６で回収する冷媒回収量と、タンク２６から供給路２４を介し閉回路９へ向けて供給される冷媒供給量とを調整し、閉回路９を循環する冷媒量を制御する、いわゆる循環流量制御を実施している（循環流量制御手段）。
【００２５】
通常、エンジン４の作動状況によってエンジン４の廃熱量が変化する他、外気温や凝縮器風量によって冷媒の凝縮温度、凝縮圧力が変化するため、閉回路９における最適な冷媒循環量も都度変化する。例えば、エンジン４の廃熱量が多い場合や、夏季において凝縮温度が高くなる場合には、閉回路９における冷媒循環量が増大するため、必然的に閉回路９で必要とされる冷媒量も多くなる。
【００２６】
しかしながら、閉回路９での要求冷媒量が多いにも拘わらず、実際の冷媒量が少ないままであると、過冷却度ＳＤが小さくなってポンプ１６のキャビテーションを引き起こし、ポンプ１６において冷媒を昇圧できなくなる。
一方、閉回路９の要求冷媒量に比して実際の冷媒量が多すぎると、過冷却度ＳＤが大きくなり、その分、蒸発器１０での冷媒の加熱に要する熱量が多くなって蒸発器１０の負荷が増大し、閉回路９のサイクル効率が低下してしまう。
【００２７】
そこで、ここでは、過冷却度ＳＤに応じて電磁弁３２，３６をそれぞれ開閉駆動することにより、上記不都合を解消するようにしている。
以下、図２に示されるフローチャートを参照して循環流量制御に係る制御ルーチンについて詳しく説明する。
先ず、Ｓ０（以下、Ｓはステップを表す）における初期状態では、電磁弁３２，３６は閉弁されており、循環流量制御が開始されるとＳ１に移行する。なお、本制御ルーチンは、以下のステップ実行中でも、循環流量制御が停止されるとＳ０の初期状態に戻るリセット機能を有している。
【００２８】
Ｓ１では、過冷却度ＳＤが所定の過冷却度上限設定値ＳＤＨ以上か否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で過冷却度ＳＤが上限設定値ＳＤＨ以上と判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で過冷却度ＳＤが上限設定値ＳＤＨより小さいと判定された場合にはＳ３に移行する。
Ｓ２に移行した場合には、電磁弁３２を開弁し、流路９ｄを流れる液冷媒をタンク２６に回収する。そして、電磁弁３２を開弁したままＳ４に移行する。
【００２９】
一方、Ｓ３に移行した場合には、電磁弁３２を閉弁してＳ４に移行する。
Ｓ４では、過冷却度ＳＤが所定の過冷却度下限設定値ＳＤＬ以下か否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で過冷却度ＳＤが下限設定値ＳＤＬ以下と判定された場合にはＳ５に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で過冷却度ＳＤが下限設定値ＳＤＬより大きいと判定された場合にはＳ６に移行する。
【００３０】
Ｓ５に移行した場合には、電磁弁３６を開弁し、タンク２６に貯留される液冷媒を流路９ｂに供給する。そして、電磁弁３６を開弁したままＳ１に移行する。
一方、Ｓ６に移行した場合には、電磁弁３６を閉弁してＳ１に移行する。
このようにして、Ｓ０において循環流量制御に係る制御ルーチンが開始されると、上記一連のステップが繰り返し実行される。
【００３１】
ここで、上限設定値ＳＤＨ及び下限設定値ＳＤＬは、エンジン４の作動状況や、外気温等を検出する図示しないセンサからの信号により、ＥＣＵ４０において適宜演算されて設定される。そして、上限設定値ＳＤＨと下限設定値ＳＤＬとの差を極力小さく設定することにより、例えばポンプ２６のキャビテーションが生じない範囲内で最小となる過冷却度ＳＤに略一定に保持することができる。
【００３２】
なお、キャピラリ３４，３８の管路断面積、管路抵抗等の固有条件、及びキャピラリ３４，３８の前後の圧力差から、それぞれキャピラリ３４，３８を通過する冷媒の流速がほぼ一義に決定される。よって、Ｓ１における過冷却度ＳＤと上限設定値ＳＤＨとの差、及びＳ４における過冷却度ＳＤと下限設定値ＳＤＬとの差を埋めるべく、それぞれＳ２，Ｓ５における電磁弁３２，３６の開弁時間を演算し、これら演算された開弁時間の経過後にＳ２からＳ４、Ｓ５からＳ１にそれぞれ移行して、所望の冷媒回収量及び冷媒供給量が得られるように循環流量制御を実施しても良い。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、過冷却度ＳＤに応じて閉回路９を循環する冷媒量を適切に制御している。
更に、本願発明では、閉回路９とバイパス路２０との間で出し入れする冷媒の速度に着目し、バイパス路２０の回収路２２、供給路２４にそれぞれキャピラリ３４，３８を設けて電磁弁３２，３６から流出する冷媒の流速を低減し、これらキャピラリ３４，３８を介して閉回路９を循環する冷媒の出し入れを実施するようにしている。これにより、バイパス路２０に回収され、バイパス路２０から供給される作動流体の流速を低速にできるため、既存の電磁弁３２，３６を利用し、バイパス路２０にキャピラリ３４，３８を介挿させるだけの簡単な構成で、バイパス路２０に流出入する冷媒を連続的に且つ円滑に制御でき、循環流量制御を適切に実施し、冷媒量の過大、過少により生ずる問題を解決しつつ循環流量制御の制御安定性、ひいてはサイクル８のサイクル効率を確実に向上することができる。
【００３４】
特に、循環流量制御において、過冷却度ＳＤをポンプ１６のキャビテーションが生じない範囲で必要最小値に略一定に保持すべく上限設定値ＳＤＨ及び下限設定値ＳＤＬを設定することにより、サイクル効率を大幅に向上することができる。
また、バイパス路２０に流入する冷媒を一旦貯留するタンク２６を有することにより、このタンク２６は余剰冷媒のバッファタンクとして機能し、閉回路９に対して出し入れ可能な冷媒量を多くとることができる。これにより、過冷却度ＳＤの変動幅に合わせて循環流量制御の制御範囲が極力広く設定可能となり、循環流量制御の制御性を更に向上できる。
【００３５】
しかも、タンク２６が脱圧路２８を有することにより、タンク２６内が液封状態となるときにタンク２６に貯留された冷媒が昇温されて膨張したとしても、タンク２６から脱圧路２８を介して閉回路９側に脱圧されるため、タンク２６、バイパス路２０、ひいてはサイクル８全体の破損を確実に防止でき、循環流量制御を適切に実施できる。
次に、第２実施形態について説明する。
【００３６】
図３に示すように、当該第２実施形態の廃熱利用装置４６は、上記第１実施形態の廃熱利用装置２に対してタンク２６のタンク内圧制御を実施するものであり、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこの相違点について説明する。
当該廃熱利用装置４６は、流路９ａから分岐する高圧路４８、流路９ｂに合流する低圧路５０を有し、これら高圧路４８及び低圧路５０は、タンク２６の側面の適宜位置に貫通して接続され、タンク２６内における冷媒の気層部まで延設されている。
【００３７】
高圧路４８には、流路９ａ側から順に高圧側電磁弁（高圧弁）５２、高圧側キャピラリチューブ（第２減速機構）５４が介挿される一方、低圧路５０には、タンク２６側から順に低圧側電磁弁（低圧弁）５６、低圧側キャピラリチューブ（第２減速機構）５８が介挿されている。これらキャピラリ５４，５８、及び電磁弁５２，５６は、それぞれキャピラリ３４，３８、及び電磁弁３２，３６と同様に構成され、電磁弁５２，５６もＥＣＵ４０に電気的に接続されている。
【００３８】
また、タンク２６の上蓋部の適宜位置には、タンク２６内に貯留される冷媒の気層部圧力を検出する圧力センサ（内圧検出手段）６０が設置され、このセンサ６０もＥＣＵ４０に電気的に接続されている。
そして、ＥＣＵ４０は、センサ６０の検出結果に応じて電磁弁５２，５６をそれぞれ開閉駆動することにより、タンク２６の内圧が流路９ａを流れる高圧ガス冷媒より低圧で且つ流路９ｂを流れる低圧ガス冷媒より高圧の中間圧とすべくタンク内圧制御を実施している（タンク内圧制御手段）。
【００３９】
以下、図４に示されるフローチャートを参照してタンク内圧制御に係る制御ルーチンについて詳しく説明する。
先ず、Ｓ００における初期状態では、電磁弁５２，５６は閉弁されており、タンク内圧制御が開始されるとＳ１０に移行する。なお、本制御ルーチンは、以下のステップ実行中でも、タンク内圧制御が停止されるとＳ００の初期状態に戻るリセット機能を有している。
【００４０】
Ｓ１０では、センサ６０で検出されたタンク内圧Ｐが所定のタンク内圧上限設定値ＰＨ以上か否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）でタンク内圧Ｐが上限設定値ＰＨ以上と判定された場合にはＳ２０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でタンク内圧Ｐが上限設定値ＰＨより小さいと判定された場合にはＳ３０に移行する。
Ｓ２０に移行した場合には、電磁弁５６を開弁し、タンク２６に貯留される冷媒の気層部を流路９ｂと連通させ、タンク２６内の脱圧を実施する。そして、電磁弁５６を開弁したままＳ４０に移行する。
【００４１】
一方、Ｓ３０に移行した場合には、電磁弁５６を閉弁してＳ４０に移行する。
Ｓ４０では、タンク内圧Ｐが所定のタンク内圧下限設定値ＰＬ以下か否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）でタンク内圧Ｐが下限設定値ＰＬ以下と判定された場合にはＳ５０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でタンク内圧Ｐが下限設定値ＰＬより大きいと判定された場合にはＳ６０に移行する。
【００４２】
Ｓ５０に移行した場合には、電磁弁５２を開弁し、タンク２６に貯留される冷媒の気層部を流路９ａと連通させ、タンク２６内の昇圧を実施する。そして、電磁弁５２を開弁したままＳ１０に移行する。
一方、Ｓ６０に移行した場合には、電磁弁５２を閉弁してＳ１０に移行する。
このようにして、Ｓ００においてタンク内圧制御に係る制御ルーチンが開始されると、上記一連のステップが繰り返し実行される。
【００４３】
ここで、上限設定値ＰＨを流路９ａにおける高圧ガス冷媒の平均圧力に設定し、下限設定値ＰＬを流路９ｂにおける低圧ガス冷媒の平均圧力に設定することにより、タンク内圧Ｐを閉回路９における高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との間の中間圧にすることができ、特に上限設定値ＰＨと下限設定値ＰＬとの差を極力小さく設定することにより、タンク内圧Ｐを所定の中間圧に略一定に保持することもできる。
【００４４】
なお、循環流量制御と同様にタンク内圧制御においても、タンク内圧Ｐと上限設定値ＰＨとの差、及びタンク内圧Ｐと下限設定値ＰＬとの差から、それぞれＳ２０，Ｓ５０における電磁弁５６，５２の開弁時間を演算し、これら演算された開弁時間の経過後にＳ２０からＳ４０、Ｓ５０からＳ１０に移行して、タンク内圧が中間圧となるように制御しても良い。
【００４５】
このように、上記第１実施形態と同様、第２実施形態に係る廃熱利用装置４６においても、循環流量制御の制御安定性を簡易にして向上でき、過冷却度ＳＤが必要最小値に保持されてサイクル効率を確実に且つ大幅に向上できる。
特に当該第２実施形態の場合には、タンク内圧制御を実施することにより、タンク内圧Ｐが高圧冷媒と低圧冷媒との間の中間圧になり、タンク２６内と高圧冷媒が流れる回収弁３２側との圧力差、タンク２６内と低圧冷媒が流れる供給弁３６側との圧力差が適切になって、循環流量制御における冷媒回収と冷媒供給とを更に円滑に実施でき、循環流量制御の制御安定性をより一層向上できる。
【００４６】
しかも、キャピラリ５４，５８を介するタンク内圧制御を実施することにより、キャピラリ３４，３８を介して実施する循環流量制御の場合と同様に、電磁弁５２，５６を単に開閉する場合に比して、高圧路４８から流入し、低圧路５０から流出する作動流体の流速を低速にできるため、タンク２６に流出入する冷媒を連続的に且つ円滑に制御でき、タンク内圧制御の制御安定性、ひいては循環流量制御の制御安定性が更に向上し、サイクル効率をより一層向上できる。
【００４７】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では、冷媒の流量制限にキャピラリチューブを用いているが、閉回路９から回収、供給される冷媒の流速が低減されれば良く、キャピラリチューブの代わりにレギュレータや制限オリフィス等を用いても、循環流量制御の制御安定性が向上し、サイクル効率を確実に向上できるという効果を奏する。
【００４８】
また、上記各実施形態では、タンク２６への冷媒の流出入を電磁弁で制御しているが、流出入する冷媒の流速を低減させ且つリニアに冷媒量を制御できるのであれば、流路断面積を絞ってあるリニア調節弁等を用いても、少なくとも循環流量制御の制御安定性向上、サイクル効率向上という効果が得られる。
更に、上記第２実施形態では、循環流量制御とタンク内圧制御とを独立した制御ルーチンとして実施しているが、これら各制御を連動させて実施しても良く、例えば電磁弁３２の開弁に連動して電磁弁５６を開弁し、電磁弁３６の開弁に連動して電磁弁５２を開弁するようにしても、タンク２６に対して冷媒を円滑に出し入れでき、この場合には、圧力センサ６０が不要となるため、より簡素な構成で循環流量制御の制御安定性及びサイクル効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図２】図１のＥＣＵで実行される循環流量制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図４】図３のＥＣＵで実行されるタンク内圧制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
２      廃熱利用装置
４      エンジン（内燃機関）
８      ランキンサイクル回路
９      閉回路
９ａ，９ｄ    流路（高圧回路部）
９ｂ    流路（低圧回路部）
１０    蒸発器
１２    膨張機
１４    凝縮器
１６    冷媒ポンプ（ポンプ）
２０    バイパス路
２６    レシーバタンク（タンク）
２８    脱圧路（脱圧手段）
３２    回収側電磁弁（回収弁）
３４    回収側キャピラリチューブ（減速機構、キャピラリチューブ）
３６    供給側電磁弁（供給弁）
３８    供給側キャピラリチューブ（減速機構、キャピラリチューブ）
４８    高圧路
５０    低圧路
５２    高圧側電磁弁（高圧弁）
５４    高圧側キャピラリチューブ（第２減速機構、キャピラリチューブ）
５６    低圧側電磁弁（低圧弁）
５８    低圧側キャピラリチューブ（第２減速機構、キャピラリチューブ）
６０    圧力センサ（内圧検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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