(57)【要約】【課題】ランキンサイクルの搭載性を確保しながらランキンサイクルの高効率化を実現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】内燃機関(4)の廃熱を複数の熱媒体から熱回収する廃熱利用装置(2)であって、高温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する高温蒸発器(14)、第１膨張機(28)、第２膨張機(30)、凝縮器(32)を含む高温ランキンサイクル回路(24)と、第２膨張機、凝縮器を高温ランキンサイクル回路と共用するとともに、低温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する低温蒸発器(16)を有する低温ランキンサイクル回路(26)とを備え、高温ランキンサイクル回路は、凝縮器を経由し高温蒸発器に到達する前の作動流体を低温熱媒体で予熱する加熱器(46)を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱を複数の熱媒体から熱回収する廃熱利用装置であって、該熱媒体が所定温度の廃熱を帯びる高温熱媒体、該所定温度よりも低となる廃熱を帯びる低温熱媒体を含んでなり、
前記高温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する高温蒸発器、該高温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第１膨張機、該第１膨張機を経由した作動流体を更に膨張させて駆動力を発生する第２膨張機、該第２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昇圧する第１ポンプ、該第１ポンプを経由した作動流体を更に昇圧して前記高温蒸発器に向けて循環させる第２ポンプを含む高温ランキンサイクル回路と、
前記第２膨張機、前記凝縮器、前記第１ポンプを前記高温ランキンサイクル回路と共用するとともに、前記低温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する低温蒸発器を有し、該低温蒸発器を経由した作動流体を前記第２膨張機で膨張させ、該第２膨張機を経由した作動流体を前記凝縮器で凝縮させ、該凝縮器を経由した作動流体を前記第１ポンプで昇圧して前記低温蒸発器に向けて循環させる低温ランキンサイクル回路とを備え、
前記高温ランキンサイクル回路は、前記凝縮器を経由し前記高温蒸発器に到達する前の作動流体を前記低温熱媒体で予熱する加熱器を有することを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記加熱器は、前記低温熱媒体の流れ方向からみて前記低温蒸発器の上流側に位置づけられ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】
前記加熱器は、前記低温蒸発器と一体に形成され、前記低温熱媒体が前記低温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度に比して、前記低温熱媒体が前記高温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度を高温とするべく構成された三重熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記第１ポンプの吐出容量は、前記第２ポンプの吐出容量以上であ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】
前記高温熱媒体の温度を検出する温度センサと、該温度センサで検出された前記高温熱媒体の温度に応じて前記高温蒸発器に対する前記高温熱媒体の流入量を制御すべく駆動される操作端とを含む高温熱媒体流量制御手段を更に備え、
該高温熱媒体流量制御手段は、前記温度センサで検出された高温熱媒体の温度が所定の第１温度設定値以下となるとき、前記高温蒸発器に対する前記高温熱媒体の流入量を減少させるべく前記操作端を駆動することを特徴とする請求項１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】
前記高温蒸発器を経由し且つ前記第１膨張機に到達する前の作動流体の温度を検出する第２温度センサと、該第２温度センサで検出された前記作動流体の温度に応じて前記高温蒸発器に対する前記作動流体の流入量を制御すべく駆動される第２操作端とを含む作動流体流量制御手段を更に備え、
該作動流体流量制御手段は、前記第２温度センサで検出された作動流体の温度が所定の第２温度設定値以上となるとき、前記高温蒸発器に対する前記作動流体の流入量を増加させるべく前記第２操作端を駆動することを特徴とする請求項１から５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７】
前記第２操作端は前記第２ポンプであり、該第２ポンプは回転数が連続的に可変であって、
前記作動流体流量制御手段は、前記第２温度センサで検出された前記作動流体の温度に応じて、該第２ポンプの回転数を変更することにより、前記高温蒸発器に対する作動流体の流入量を制御するポンプ回転数制御を実施することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記熱媒体が循環することにより前記内燃機関と直接に熱交換を行う熱媒体回路を更に備え、
前記熱媒体回路は、前記熱媒体の流れ方向からみて、前記高温熱媒体が形成されるとともに前記高温蒸発器を有する高温回路部、前記低温熱媒体が形成されるとともに前記加熱器及び前記低温蒸発器を有する低温回路部を循環路で接続して構成され、更に前記高温回路部をバイパスするバイパス路を有し、
前記操作端は、弁体が連続的に可変駆動される三方弁であって、前記内燃機関を経由した熱媒体を前記高温回路部と前記バイパス路とに配分して流入させるべく構成され、
前記高温熱媒体流量制御手段は、前記温度センサで検出された高温熱媒体の温度に応じて前記三方弁を駆動し、前記熱媒体を前記バイパス路と前記高温回路部とに配分して流入させ、前記高温回路部に対する前記熱媒体の流入量を制御する三方弁開度制御を実施する
ことを特徴とする請求項５から７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９】
前記内燃機関の本体温度を検出する第３温度センサを更に含み、
前記三方弁開度制御は、第３温度センサで検出された前記内燃機関の本体温度が所定の第３温度設定値以下のとき、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの駆動を停止するとともに、前記熱媒体を前記高温回路部に全量流入させるべく前記三方弁を駆動することを特徴とする請求項８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、例えば車両のエンジンの排ガスで加熱された過熱冷却水を熱媒体としてエンジンの廃熱を回収する高温ランキンサイクル回路と、エンジンの冷却水回路においてエンジンを冷却した後の加熱冷却水、すなわち温水を熱媒体としてエンジンの廃熱を回収する低温ランキンサイクル回路とを組み合わせ、その搭載性を向上させた２段膨張式のランキンサイクルが公知である（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７３５４３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、冷媒の蒸発温度が高いと膨張比が大となるため、過熱冷却水が熱媒体となる高温ランキンサイクル回路のほうが低温ランキンサイクル回路に比して高効率のサイクルとなる。従って、より高効率となる高温ランキンサイクル回路側の効率を更に向上することにより、サイクル全体としての効率を容易に向上できる。
しかしながら、上記従来技術では、この点につき格別な配慮がなされておらず、ランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置の効率の悪化を招いている。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ランキンサイクルの搭載性を確保しながらランキンサイクルの高効率化を実現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、内燃機関の廃熱を複数の熱媒体から熱回収する廃熱利用装置であって、該熱媒体が所定温度の廃熱を帯びる高温熱媒体、該所定温度よりも低となる廃熱を帯びる低温熱媒体を含んでなり、
高温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する高温蒸発器、該高温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第１膨張機、該第１膨張機を経由した作動流体を更に膨張させて駆動力を発生する第２膨張機、該第２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昇圧する第１ポンプ、該第１ポンプを経由した作動流体を更に昇圧して高温蒸発器に向けて循環させる第２ポンプを含む高温ランキンサイクル回路と、第２膨張機、凝縮器、第１ポンプを高温ランキンサイクル回路と共用するとともに、低温熱媒体から熱回収して作動流体を加熱する低温蒸発器を有し、該低温蒸発器を経由した作動流体を第２膨張機で膨張させ、該第２膨張機を経由した作動流体を凝縮器で凝縮させ、該凝縮器を経由した作動流体を第１ポンプで昇圧して低温蒸発器に向けて循環させる低温ランキンサイクル回路とを備え、高温ランキンサイクル回路は、凝縮器を経由し高温蒸発器に到達する前の作動流体を低温熱媒体で予熱する加熱器を有す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、加熱器は、低温熱媒体の流れ方向からみて低温蒸発器の上流側に位置づけられ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１又は２において、加熱器は、低温蒸発器と一体に形成され、低温熱媒体が低温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度に比して、低温熱媒体が高温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度を高温とするべく構成された三重熱交換器であ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、第１ポンプの吐出容量は、第２ポンプの吐出容量以上であ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１から４のいずれかにおいて、高温熱媒体の温度を検出する温度センサと、該温度センサで検出された高温熱媒体の温度に応じて高温蒸発器に対する高温熱媒体の流入量を制御すべく駆動される操作端とを含む高温熱媒体流量制御手段を更に備え、該高温熱媒体流量制御手段は、温度センサで検出された高温熱媒体の温度が所定の第１温度設定値以下となるとき、高温蒸発器に対する高温熱媒体の流入量を減少させるべく操作端を駆動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１から５のいずれかにおいて、高温蒸発器を経由し且つ第１膨張機に到達する前の作動流体の温度を検出する第２温度センサと、該第２温度センサで検出された作動流体の温度に応じて高温蒸発器に対する作動流体の流入量を制御すべく駆動される第２操作端とを含む作動流体流量制御手段を更に備え、該作動流体流量制御手段は、第２温度センサで検出された作動流体の温度が所定の第２温度設定値以上となるとき、高温蒸発器に対する作動流体の流入量を増加させるべく第２操作端を駆動す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６において、第２操作端は第２ポンプであり、該第２ポンプは回転数が連続的に可変であって、作動流体流量制御手段は、第２温度センサで検出された作動流体の温度に応じて、該第２ポンプの回転数を変更することにより、高温蒸発器に対する作動流体の流入量を制御するポンプ回転数制御を実施することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項８記載の発明では、請求項５から７のいずれかにおいて、熱媒体が循環することにより内燃機関と直接に熱交換を行う熱媒体回路を更に備え、熱媒体回路は、熱媒体の流れ方向からみて、高温熱媒体が形成されるとともに高温蒸発器を有する高温回路部、低温熱媒体が形成されるとともに加熱器及び低温蒸発器を有する低温回路部を循環路で接続して構成され、更に高温回路部をバイパスするバイパス路を有し、操作端は、弁体が連続的に可変駆動される三方弁であって、内燃機関を経由した熱媒体を高温回路部とバイパス路とに配分して流入させるべく構成され、高温熱媒体流量制御手段は、温度センサで検出された高温熱媒体の温度に応じて三方弁を駆動し、熱媒体をバイパス路と高温回路部とに配分して流入させ、高温回路部に対する熱媒体の流入量を制御する三方弁開度制御を実施することを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項９記載の発明では、請求項８において、内燃機関の本体温度を検出する第３温度センサを更に含み、該三方弁開度制御は、第３温度センサで検出された内燃機関の本体温度が所定の第３温度設定値以下のとき、第１ポンプ及び第２ポンプの駆動を停止するとともに、熱媒体を高温回路部に全量流入させるべく三方弁を駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
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、高温ランキンサイクル回路は、高温蒸発器に加えて、凝縮器を経由し高温蒸発器に到達する前の作動流体を低温熱媒体で予熱する加熱器を有している。
すなわち、高温ランキンサイクル回路での熱回収を低温熱媒体、高温熱媒体から順次段階的に実施することにより、高温ランキンサイクル回路の１サイクルあたりの熱回収量を増大させることができる。これにより、高温ランキンサイクル回路の熱回収率を向上でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の高効率化を実現できる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、加熱器が低温熱媒体の流れ方向からみて低温蒸発器の上流側に位置づけられる。これにより、低温熱媒体の熱量を低温ランキンサイクル回路よりも先に高温ランキンサイクル回路で回収できるため、高温ランキンサイクル回路の熱回収率を更に向上でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の更なる高効率化を実現できる。
【００１４】
更に、請求項３記載の発明によれば、加熱器を低温蒸発器と一体化した三重熱交換器として形成し、この三重熱交換器は、低温熱媒体が低温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度に比して、低温熱媒体が高温ランキンサイクル回路を循環する作動流体を加熱する温度を高温とするべく構成されている。これにより、高温ランキンサイクル回路の熱回収率の向上、廃熱利用装置の高効率化を実現しつつ、ランキンサイクル回路の搭載性を更に向上できる。
【００１５】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、第１ポンプの吐出容量が第２ポンプの吐出容量以上に設定され、これにより、低温ランキンサイクル回路と高温ランキンサイクル回路とに安定して作動流体を循環させることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、高温熱媒体の温度を検出する温度センサ、この温度センサで検出された高温熱媒体の温度に応じて高温蒸発器に対する高温熱媒体の流入量を制御すべく駆動される操作端を含む高温熱媒体流量制御手段を備え、この高温熱媒体流量制御手段は、温度センサで検出された高温熱媒体の温度が所定の第１温度設定値以下となるとき、高温蒸発器に対する高温熱媒体の流入量を減少させるべく操作端を駆動する。  
【００１６】
ここで、高温蒸発器における高温ランキンサイクル回路の１サイクルあたりの熱回収量は、この１サイクル中に高温蒸発器に流入する高温熱媒体の流入量と高温熱媒体の平均温度とを乗じた熱供給量に比例して増大し、この熱供給量を一定と仮定したとき、上記高温熱媒体の流入量を減少させることにより上記高温熱媒体の平均温度を上昇させることができる。これにより、高温蒸発器において作動流体は高温熱媒体に確実に加熱され、高温ランキンサイクル回路での熱回収を確実に実施でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の高効率化を確実に実現できる。
【００１７】
更に、請求項６記載の発明によれば、高温蒸発器を経由し且つ第１膨張機に到達する前の作動流体の温度を検出する第２温度センサ、この第２温度センサで検出された作動流体の温度に応じて高温蒸発器に対する作動流体の流入量を制御すべく駆動される第２操作端を含む作動流体流量制御手段を備え、この作動流体流量制御手段は、第２温度センサで検出された作動流体の温度が所定の第２温度設定値以上となるとき、高温蒸発器に対する作動流体の流入量を増加させるべく第２操作端を駆動する。
【００１８】
ここで、高温蒸発器における高温ランキンサイクル回路の１サイクルあたりの熱回収量は、この１サイクル中に高温蒸発器に流入する作動流体の流入量と作動流体の平均温度とを乗じて算出され、この熱回収量を一定と仮定したとき、上記作動流体の流入量を増大させることにより上記作動流体の平均温度を低下させることができる。これにより、高温蒸発器において作動流体の温度が過大に高温となってその性状が不安定となるのが防止され、高温ランキンサイクル回路での熱回収を更に確実に実施でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の高効率化を更に確実に実現できる。
【００１９】
更にまた、請求項７記載の発明によれば、第２操作端は第２ポンプであり、この第２ポンプは回転数が連続的に可変であって、作動流体流量制御手段は、第２温度センサで検出された作動流体の温度に応じて、第２ポンプの回転数を変更することにより、高温蒸発器に対する作動流体の流入量を制御するポンプ回転数制御を実施する。これにより、新たな操作端を設けることなく、高温ランキンサイクル回路に配される既存の第２ポンプを利用するだけの簡易な構成で、高温ランキンサイクル回路での熱回収を確実に実施でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の高効率化を確実に実現できる。
【００２０】
また、請求項８記載の発明によれば、熱媒体が循環することにより内燃機関と直接に熱交換を行う熱媒体回路を更に備え、熱媒体回路は、熱媒体の流れ方向からみて、高温熱媒体が形成されるとともに高温蒸発器を有する高温回路部、低温熱媒体が形成されるとともに加熱器及び低温蒸発器を有する低温回路部を循環路で接続して構成され、更に高温回路部をバイパスするバイパス路を有している。
【００２１】
ここで、高温熱媒体流量制御手段は、温度センサで検出された高温熱媒体の温度に応じて三方弁を駆動し、熱媒体をバイパス路と高温回路部とに配分して流入させ、高温回路部に対する熱媒体の流入量を制御する三方弁開度制御を実施する。これにより、内燃機関の熱媒体の流量が変化しても確実に高温回路部への熱媒体の流入を制御でき、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置のより一層の高効率化を実現できる。
【００２２】
更に、請求項９記載の発明によれば、内燃機関の本体温度を検出する第３温度センサを更に含み、三方弁開度制御は、第３温度センサで検出された内燃機関の本体温度が所定の第３温度設定値以下のとき、第１ポンプ及び第２ポンプの駆動を停止するとともに、熱媒体を高温回路部に全量流入させるべく三方弁を駆動する。これにより、例えば第３温度設定値を常温等に設定することにより、内燃機関の始動時を含めた暖機要求時を検出でき、この暖機要求時には、総ての熱媒体がバイパスされることなく高温回路部に流入するとともに高温及び低温ランキンサイクル回路の機能が停止され、高温熱媒体の全熱量を内燃機関の暖機に使用することができる。よって、内燃機関の暖機が迅速化されて内燃機関の燃費が大幅に改善されるとともに、高温及び低温ランキンサイクル回路での熱回収を適切に実施することができ、ランキンサイクル全体、ひいては廃熱利用装置の更なる高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、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（熱媒体回路）６と、作動流体（以下、冷媒という）が循環し、エンジン４の廃熱を回収するランキンサイクル８（以下、サイクル８という）とから構成されている。
【００２４】
冷却水回路６は、三方弁（操作端）１０、排ガス熱交換器（高温回路部）１２、高温蒸発器（高温回路部）１４、低温蒸発器（低温回路部）１６、水ポンプ１８を順に含んで閉回路を構成し、水ポンプ１８を駆動することにより、冷却水が上記各構成機器を順次流れて循環する。
三方弁１０は、１つの入口ポートと２つの出口ポートとを有するリニア電動弁であって、三方弁１０の駆動部に入力される入力信号に比例して１つの弁体を連続的に可変駆動することにより、入口ポートに流入する冷却水を各出口ポートに配分して流出させるとともに、これら各配分流量を微調整可能に構成されている。
【００２５】
三方弁１０の入口ポートには、エンジン４から延びる冷却水回路６の流路（循環路）６ａが接続され、入口ポートに対向する出口ポートには、排ガス熱交換器１２及び高温蒸発器１４を迂回し高温蒸発器１４の下流の合流点６ｂにおいて合流するバイパス路２０が接続されている。一方、他方の出口ポートには、排ガス熱交換器１２から延びる流路（循環路）６ｃが接続されている。
【００２６】
排ガス熱交換器１２は、エンジン４の排ガスが排出される排ガス管２２内に設けられ、エンジン４で加熱された加熱冷却水と排ガス管２０を流れる排ガスとの間で熱交換することにより、加熱冷却水を更に加熱されて過熱冷却水（高温熱媒体）を形成している。
高温蒸発器１４は、排ガス熱交換器１２と合流点６ｂとの間の流路（循環路）６ｄに位置づけられ、内部に冷却水経路と冷媒経路とを有し、これら各経路を流れる冷却水と冷媒とが互いに対向流をなすように構成されている。そして、排ガス熱交換器１２で形成された過熱冷却水とサイクル８のうち後述する高温ランキンサイクル回路２４を流れる冷媒とを熱交換させることにより、過熱冷却水から吸熱して冷媒を加熱している。
【００２７】
低温蒸発器１６は、合流点６ｂと水ポンプ１８との間の流路（循環路）６ｅに位置づけられ、高温蒸発器１４と同様の冷却水経路及び冷媒経路を有して構成されている。そして、高温蒸発器１４で吸熱された後に形成される温水（低温熱媒体）とサイクル８のうち後述する低温ランキンサイクル回路２６を流れる冷媒とを熱交換させることにより、温水から吸熱して冷媒を加熱している。
【００２８】
水ポンプ１８は、エンジン４に装着されるとともに、その回転数に応じて駆動され、エンジン４の運転状況に応じた冷却水量を冷却水回路６に循環させている。なお、サイクル８からの吸熱によらないで、エンジン４の本体温度を略一定に保持すべく、流路６ｅにおける水ポンプ１８近傍に図示しないラジエータやサーモスタット等を設置しても良い。
これに対し、サイクル８は、高温ランキンサイクル回路２４（以下、高温サイクル２４という）と低温ランキンサイクル回路２６（以下、低温サイクル２６という）とから構成され、２段膨張サイクルを実施している。
【００２９】
高温サイクル２４は、高温蒸発器１４から第１膨張機２８、第２膨張機３０、凝縮器３２、第１冷媒ポンプ（第１ポンプ）３４、第２冷媒ポンプ（第２ポンプ、第２操作端）３６を順に接続して閉回路を構成している。そして、これら第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６を駆動することにより、冷媒が上記各構成機器を順次流れて循環し、排ガス熱交換器１２で形成された過熱冷却水を熱媒体とし、この過熱冷却水から高温蒸発器１４を介してエンジン４の廃熱を回収している。
【００３０】
第１及び第２膨張機２８，３０は、過熱冷却水で加熱され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。第１膨張機２８は高温蒸発器１４を介して過熱冷却水で加熱された冷媒の膨張によって駆動力を発生させる一方、第２膨張機３０は第１膨張機２８を通過した後の残りの冷媒の膨張によって駆動力を発生させている。
また、第１及び第２膨張機２８，３０は、回転軸等の共通の駆動力伝達手段を有しており、この伝達手段には例えば発電機３８が接続され、発電機３８を介して第１及び第２膨張機２８，３０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。
【００３１】
凝縮器３２は、第２膨張機３０から吐出される冷媒を外気との熱交換によって凝縮液化する熱交換器である。
第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６は、リニア電動ポンプであって、各ポンプ３４，３６の駆動部に入力される入力信号に比例して可動部を連続的に可変駆動することにより、サイクル８を循環する冷媒量を微調整可能に構成されている。
【００３２】
また、第１冷媒ポンプ３４の吐出容量は第２冷媒ポンプ３６の吐出容量以上に設定されており、好ましくは、第１冷媒ポンプ３４が第２冷媒ポンプ３６以上の最大吐出性能を有している。なお、第２冷媒ポンプ３６から高温蒸発器１４にかけて高温サイクル２４の流路２４ａが延設されている。
一方、低温サイクル２６は、高温蒸発器１４で吸熱された後に形成される温水を熱媒体とし、この温水から低温蒸発器１６を介してエンジン４の廃熱を回収しており、高温サイクル２４と第２膨張機３０、凝縮器３２、第１冷媒ポンプ３４を共用しつつ、高温サイクル２４とは異なる閉回路を形成している。
【００３３】
詳しくは、第１冷媒ポンプ３４と第２冷媒ポンプ３６との間から低温サイクル２６の一部をなす流路２６ａが分岐し、この分岐した流路２６ａは第１膨張機２８と第２膨張機３０との間の第２膨張機３０の吸入側に接続されている。そして、流路２６ａには低温蒸発器１６の冷媒経路が位置づけられ、少なくとも第１冷媒ポンプ３４を駆動することにより、低温蒸発器１６で温水により加熱された後の冷媒が第２膨張機３０、凝縮器３２を順次流れて循環する。
【００３４】
なお、凝縮器３２と第１ポンプ３４との間に図示しないレシーバ等を設置して両サイクル２４，２６で共用し、凝縮器３２で凝縮された冷媒を気液二層に分離して液冷媒のみを第１ポンプ３４に送るようにしても良い。
このような高温及び低温サイクル２４，２６により構成されたサイクル８は、エンジン４の運転状況を検出する各センサの検出信号に基づいて、冷却水回路６と高温及び低温サイクル２４，２６との熱交換に係る冷却水量や冷媒量を制御することにより、エンジン４の廃熱回収を効率的に実施している。
【００３５】
上記各センサの一例としては、高温サイクル２４においては、高温蒸発器１４を経由し且つ第１膨張機２８に到達する前の冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ（第２温度センサ）４０が設けられ、一方、冷却水回路６においては、排ガス熱交換器１２を経由し且つ高温蒸発器１４に到達する前の過熱冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（温度センサ）４２や、エンジン４の本体温度を検出するエンジン温度センサ（第３温度センサ）４３が設けられている。
【００３６】
これら温度センサ４０，４２，４３は、第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６、及び三方弁１０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）４４に電気的に接続されている。
ＥＣＵ４４は、検出端である温度センサ４０，４２，４３から検出される温度の検出信号に応じて、操作端である第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６、及び三方弁１０を適宜駆動する駆動信号を出力し、冷却水回路６と高温及び低温サイクル２４，２６との熱交換に係る冷却水量や冷媒量を制御している。
【００３７】
ところで、本実施形態では、高温サイクル２４には高温蒸発器１４に加えて加熱器（低温回路部）４６が配設されている。
加熱器４６は、高温サイクル２４側では、第２冷媒ポンプ３６と高温蒸発器１４との間に位置づけられる一方、冷却水回路６側では、流路６ｅを流れる温水の流れ方向でみて、低温蒸発器１６の上流側に直列に位置づけられ、高温蒸発器１４で吸熱された後の温水と、高温サイクル２４において第２冷媒ポンプ３６から送出された後の冷媒とを熱交換させている。
【００３８】
すなわち、高温サイクル２４は、加熱器４６を介して低温サイクル２６と同様に温水から熱回収することにより、凝縮器３２を経由し高温蒸発器１４に到達する前の冷媒を予熱している。なお、加熱器４６は低温蒸発器１６と並列に設けても良い。
以下、図２に示されるモリエル線図を参照し、例えばＲ２４５ｆａを冷媒として使用した場合のサイクル８の熱収支について説明する。
【００３９】
先ず、低温サイクル２６では、第２膨張機３０が流路２６ａを流れるガス状態の冷媒（Ａ：７５℃）を膨張させ、減圧された冷媒（Ｂ）にする。
冷媒（Ｂ）は凝縮器３２で凝縮され、エンタルピｉが減少した冷媒（Ｃ）となり、この冷媒（Ｃ）は第２ポンプ３４により加圧されて冷媒（Ｄ：３０℃）となった後、低温蒸発器１６を通過する。この際、冷媒（Ｄ）は流路６ｅを流れる温水で加熱され、エンタルピｉが増加して再びガス状態の冷媒（Ａ）になる。そして、冷媒（Ａ）は再び第２膨張機３０に吸入されて次の冷凍サイクルに入り、上記Ａ〜Ｄの順にサイクルが繰り返される。
【００４０】
次に、高温サイクル２４では、第１膨張機２８が高温蒸発器１４で加熱された後のガス状態の冷媒（Ｇ：１４５℃）を膨張させて冷媒（Ａ）に減圧させ、更に第２膨張機３０が冷媒（Ａ）を膨張させて更に減圧された冷媒（Ｂ）にする。
冷媒（Ｂ）は、凝縮器３２を通過してエンタルピｉが減少した冷媒（Ｃ）となり、更に第１及び第２ポンプ３４，３６により順次加圧されて冷媒（Ｅ：３０℃）の状態となった後、加熱器４６を通過する。この際、冷媒（Ｅ）は流路６ｅを流れる温水で加熱され、エンタルピｉが増加した冷媒（Ｆ：７５℃）となる。
【００４１】
冷媒（Ｆ）は高温蒸発器１４に通水された過熱冷却水に過熱状態に加熱され、エンタルピｉが増加して再びガス状態の冷媒（Ｇ）になる。そして、冷媒（Ｇ）は再び第１膨張機２８に吸入されて次の冷凍サイクルに入り、上記Ａ〜Ｇの順にサイクルが繰り返される。  なお、Ｅ→Ｆの過程での熱媒体となる温水（ａ：９０℃）は、この過程で吸熱されて温水（ｂ：８０℃）まで減温され、この温水（ｂ）が低温蒸発器１６を介して低温サイクル２６の冷媒を加熱している。
【００４２】
以下、図３，４に示されるフローチャートを参照して、ＥＣＵ４４で処理される冷却水量や冷媒量の制御に係る各制御ルーチンについて詳しく説明する。
ＥＣＵ４４では、温度センサ４２で検出される過熱冷却水温度ＴＳ、及び温度センサ４３で検出されるエンジン４の本体温度ＴＥに応じて、三方弁１０を駆動する三方弁開度制御（高温熱媒体流量制御手段）（以下、弁開度制御という）たるメイン制御ルーチンと、温度センサ４０で検出される冷媒温度ＴＲに応じて、第２冷媒ポンプ３６の回転数を制御する第２冷媒ポンプ回転数制御（作動流体流量制御手段、ポンプ回転数制御）（以下、第２ポンプ制御という）たるサブ制御ルーチンとが実行される。上記サブ制御ルーチンは上記メイン制御ルーチンにその一部が支配されているものの、その他は互いに独立した制御を実行する。
【００４３】
先ず、図３に示される弁開度制御について説明する。
Ｓ０（以下、Ｓはステップを表す）において弁開度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各ステップの実行中でも弁開度制御が停止されると、このＳ０の所定の初期状態に戻るリセット機能を有している。
Ｓ１では、温度センサ４３で検出されるエンジン４の本体温度ＴＥが所定の温度設定値（第３温度設定値）ＴＳ１以下であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度ＴＥが所定の温度設定値ＴＳ１以下と判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＴＥが所定の温度設定値ＴＳ１より大きいと判定された場合にはＳ３に移行する。
【００４４】
Ｓ２に移行した場合には、第２ポンプ制御が実行されているときにはこれを停止するとともに第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６の駆動を停止し、既に第２ポンプ制御、及び第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６が停止しているときにはそのままの状態を保持してＳ４に移行する。
Ｓ４では、三方弁１０を流路６ｃ側に全開駆動するとともにバイパス路２０側に全閉駆動した後、Ｓ１に移行する。
【００４５】
一方、Ｓ１においてＳ３に移行した場合には、第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６の駆動が停止しているときにはこれらを駆動するとともに第２ポンプ制御が停止しているときにはこれを実行する。また、既に第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６が駆動され、第２ポンプ制御が実行されているときにはそのままの状態を保持してＳ５に移行する。
Ｓ５では、温度センサ４２で検出された過熱冷却水温度ＴＳが所定の温度設定値（第１温度設定値）ＴＳ２以下であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度ＴＳが所定の温度設定値ＴＳ２以下と判定された場合にはＳ６に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度ＴＳが所定の温度設定値ＴＳ２より大きいと判定された場合にはＳ７に移行する。
【００４６】
Ｓ６に移行した場合には、三方弁１０をバイパス路２０側に開駆動するとともに流路６ｃ側に閉駆動した後、Ｓ１に移行する。
一方、Ｓ７に移行した場合には、三方弁１０を流路６ｃ側に開駆動するとともにバイパス路２０側に閉駆動した後、Ｓ１に移行する。
このようにして、Ｓ０において弁開度制御に係るメイン制御ルーチンが開始されると、上記Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４、又はＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６、又はＳ７の一連のステップが繰り返し実行されるが、弁開度制御の制御ルーチンを上記Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４のステップと、上記Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６、又はＳ７のステップとに切り離して別個の構成にしても良い。
【００４７】
次に、図４に示される第２ポンプ制御について説明する。
Ｓ００では、第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６はともに駆動され、第１冷媒ポンプ３４の回転数は少なくとも第２冷媒ポンプ３６の回転数以上で駆動されており、第２ポンプ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各ステップの実行中でも第２ポンプ制御が停止されると、このＳ００の所定の初期状態に戻るリセット機能を有している。また、本制御ルーチンの実行中か否かに拘わらず、第１冷媒ポンプ３４は所定の回転数を保持して駆動されている。
【００４８】
Ｓ１０では、冷媒温度センサ４０で検出された冷媒温度ＴＲが所定の温度設定値（第２温度設定値）ＴＳ３以上であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度ＴＲが所定の温度設定値ＴＳ３以上と判定された場合にはＳ２０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度ＴＲが温度設定値ＴＳ３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、第２冷媒ポンプ３６の回転数をΔＮの回転数分だけ増加した後、Ｓ１０に移行する。
【００４９】
一方、Ｓ３０に移行した場合には、第２冷媒ポンプ３６の回転数をΔＮの回転数分だけ減少した後、Ｓ１０に移行する。
このようにして、Ｓ００において第２ポンプ制御に係るサブ制御ルーチンが開始されると、上記Ｓ１０，Ｓ２０、又はＳ１０，Ｓ３０の一連のステップが繰り返し実行される。
以上のように、本実施形態では、ＥＣＵ４４において弁開度制御と第２ポンプ制御とを実施することにより、冷却水回路６と高温及び低温サイクル２４，２６との熱交換に係る冷却水量や冷媒量を適切に制御している。
【００５０】
更に、本願発明では、高温サイクル２４において凝縮器３２を経由し高温蒸発器１４に到達する前の冷媒を温水で予熱する加熱器４６を備え、エンジン４の廃熱回収が冷却水回路６を流れる温水、排ガスで加熱された過熱冷却水の順に段階的に実施される。これにより、高温サイクル２４の熱回収率を大幅に向上でき、サイクル８全体、ひいては廃熱利用装置２の大幅な高効率化が実現できる。
【００５１】
詳しくは、再び図２を参照して説明すると、Ａ→Ｂの過程での第２膨張機３０による冷媒の膨張比、すなわち２段膨張の第２段目の膨張比に比して、Ｇ→Ａの過程での第１膨張機２８による冷媒の膨張比、すなわち２段膨張の第１段目の膨張比のほうが大きくなり、高温サイクル２４のほうが低温サイクル２６よりも大きな動力を回収できる。このことは、冷媒（Ｇ）の蒸発温度（１４５℃）のほうが冷媒（Ａ）の蒸発温度（７５℃）よりも圧倒的に高いことからも自明な事項であって、高温サイクル２４のほうが低温サイクル２６よりも廃熱回収に係る効率が良いことを意味している。
【００５２】
これに対し、冷媒（Ｇ）を得るためのＥ→Ｇの過程における冷媒の温度上昇は１１５℃程度であるのに対し、冷媒（Ａ）を得るためのＤ→Ａの過程における冷媒の温度上昇は４５℃程度であって、高温サイクル２４のほうが低温サイクル２６よりも大きな廃熱量を要する。
すなわち、低温サイクル２６に比して大きな廃熱量を要する高温サイクル２４において、過熱冷却水と温水との両方から熱回収することにより、流路２４ａを流れる冷媒量を一定と仮定した単位冷媒量あたりの廃熱回収量、換言すると高温サイクル２４の１サイクルあたりの廃熱回収量を極力増大させることができる。
【００５３】
また、第２膨張機３０及び凝縮器３２は高温及び低温サイクル２４，２６で共用することから、これらにより、廃熱利用装置２に対するサイクル８の搭載性を確保しつつ、低温サイクル２６に比して高効率となる高温サイクル２４の熱回収率を更に向上できる。
更に、加熱器４６が流路６ｅを流れる温水の流れ方向でみて、低温蒸発器１６の上流側に直列に位置づけられることにより、温水の熱量を低温サイクル２６よりも先に高温サイクル２４で回収できるため、高温サイクル２４の熱回収率をより一層向上できる。
【００５４】
更にまた、第１冷媒ポンプ３４の吐出容量を第２冷媒ポンプ３６の吐出容量以上に設定することにより、低温サイクル２６と高温サイクル２４とに安定して冷媒を循環させることができる。
しかも、上記した弁開度制御及び第２ポンプ制御を実施することにより、サイクル８全体、廃熱利用装置２の高効率化を確実に且つ適切に実現できる。
【００５５】
詳しくは、高温蒸発器１４における高温サイクル２４の１サイクルあたりの熱回収量は、この１サイクル中に高温蒸発器１４に流入する過熱冷却水の流入量と過熱冷却水の平均温度とを乗じた熱供給量に比例して増大し、この熱供給量、すなわち上記１サイクル中にエンジン４から廃棄される廃熱量を一定と仮定したとき、高温蒸発器１４に流入する過熱冷却水の流入量を減少させることにより高温蒸発器１４に流入する過熱冷却水の平均温度が上昇する。
【００５６】
そこで、上記した弁開度制御を実施する際に、この制御ルーチンのＳ５において判定される過熱冷却水温度ＴＳに対する所定の温度設定値ＴＳ２を例えば高温サイクル２４の蒸発温度である約１４０℃より大きな１５０℃程度に設定することにより、過熱冷却水温度ＴＳが１５０℃以下になると三方弁１０はバイパス路２０側に開駆動され、高温蒸発器１４に流入する過熱冷却水の流入量が減少し、過熱冷却水温度ＴＳが１５０℃より大きくなるように保持され、冷媒温度の蒸発温度が１４０℃以下に低下することが確実に防止される。これにより、高温蒸発器１４において冷媒は過熱冷却水に確実に加熱され、高温サイクル２４での熱回収を確実に実施できる。
【００５７】
一方、高温蒸発器１４における高温サイクル２４の１サイクルあたりの熱回収量は、この１サイクル中に高温蒸発器１４に流入する冷媒の流入量と冷媒の平均温度とを乗じて算出されるものであり、この熱回収量を一定と仮定したとき、高温蒸発器１４に流入する冷媒の流入量を増大させることにより高温蒸発器１４に流入する冷媒の平均温度が低下する。
【００５８】
そこで、上記した第２ポンプ制御を実施する際に、この制御ルーチンのＳ１０において判定される冷媒温度ＴＲに対する所定の温度設定値ＴＳ３を例えばＲ２４５ｆａ冷媒の臨界温度である約１５４℃より小さな１５０℃程度に設定することにより、冷媒温度ＴＲが１５０℃以上になると第２冷媒ポンプ３６の回転数がΔＮの回転数分だけ増加され、高温蒸発器１４に流入する冷媒の流入量が増大し、冷媒温度ＴＲが１５０℃より小さくなり、冷媒温度ＴＲがその臨界温度である１５４℃前後まで上昇することが確実に防止される。これにより、新たな操作端を設けることなく、高温ランキン２４に配される既存の第２冷媒ポンプ３６を利用するだけの簡易な構成で、高温蒸発器１４において冷媒の温度が過大に高温となってその性状が不安定となるのが確実に防止され、高温サイクル２４での熱回収を更に確実に実施できる。
【００５９】
加えて、上記弁開度制御では、その制御ルーチンのＳ１〜Ｓ４において、温度センサ４３で検出されるエンジン４の本体温度ＴＥが所定の温度設定値ＴＳ１以下であるか否かを判定し、温度ＴＥが所定の温度設定値ＴＳ１以下と判定された場合にはポンプ回転数制御が実行されているときにはこれを停止するとともに第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６の駆動を停止し、三方弁１０を流路６ｃ側に全開駆動する制御を実施している。
【００６０】
これにより、例えば温度設定値ＴＳ１を常温等に設定することにより、エンジン４の始動時を含めた暖機要求時を検出でき、この暖機要求時には、冷却水がバイパス路２０側にバイパスすることなく排ガス熱交換器１２に総て流入され、高温及び低温サイクル２４，２６の機能が停止される。よって、大量の過熱冷却水を高温蒸発器１４、加熱器４６、低温蒸発器１６において熱交換させることなくエンジン４の暖機に総て使用することができる。従って、エンジン４の暖機が迅速化されてエンジン４の燃費が大幅に改善されるとともに、高温及び低温サイクル２４，２６での熱回収を適切に実施することができ、サイクル８全体、ひいては廃熱利用装置２の更なる高効率化を図ることができる。
【００６１】
次に、第２実施形態について説明する。
図５に示すように、当該第２実施形態の廃熱利用装置４８は、加熱器４６を低温蒸発器１６と一体化した三重熱交換器（低温回路部）５０として形成し、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしており、主として上記第１実施形態と異なる点について説明する。
三重熱交換器５０は、その内部に冷却水経路Ｃと２つの冷媒経路Ｒ１,Ｒ２とを有する３重構造に形成され、経路Ｒ１は高温サイクル２４の流路２４ａの一部をなすとともに経路Ｒ２は低温サイクル２６の流路２６ａの一部をなし、これら経路Ｒ１，Ｒ２を流れる冷媒は経路Ｃを流れる温水と熱交換する。
【００６２】
ここで、図５中の三重熱交換器５０では、経路Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ経路Ｃから順次離間するように配置されており、経路Ｃから経路Ｒ１への熱交換が最初に実施され、経路Ｒ２は経路Ｒ１を介して経路Ｃと熱交換する。すなわち、経路Ｃ，Ｒ１，Ｒ２は、温水が低温サイクル２６を循環する冷媒を加熱する温度に比して、温水が高温サイクル２４を循環する冷媒を加熱する温度のほうが高温になるように配置されている。また、図示はしないが、経路Ｃを引き回して配置することにより、経路Ｃを流れる温水の流れ方向からみて、経路Ｒ１と経路Ｃとの熱交換を経路Ｒ２と経路Ｃとの熱交換より上流側で実施するのが好ましい。なお、経路Ｃ，Ｒ１，Ｒ２は、経路Ｒ１を流れる冷媒が経路Ｒ２を流れる冷媒のみから熱回収する配置構成や経路形状でない限りは、経路Ｃと経路Ｒ１，Ｒ２とがそれぞれ独立して熱交換する配置構成、経路形状でも良い。
【００６３】
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４８においても、高温サイクル２４において凝縮器３２を経由し高温蒸発器１４に到達する前の冷媒を三重熱交換器５０によって温水で予熱できるため、エンジン４の廃熱回収が温水、過熱冷却水の順に段階的に実施され、しかも、弁開度制御及び第２ポンプ制御を実施することにより、高温サイクル２４の熱回収率を確実に且つ適切に向上でき、サイクル８全体、廃熱利用装置４８の大幅な高効率化を確実に且つ適切に実現できる。
【００６４】
特に当該第２実施形態の場合には、加熱器４６を低温蒸発器１６と一体化した三重熱交換器５０を使用することにより、サイクル８の搭載性を更に大幅に向上できる。
次に、第３実施形態について説明する。
図６に示すように、当該第３実施形態の廃熱利用装置５２は、冷却水回路６が第２実施形態における三方弁１０、排ガス熱交換器１２、高温蒸発器１４、バイパス路２０、温度センサ４３を有しない閉回路として構成され、高温冷媒（高温熱媒体）が循環する冷媒回路５４が新たに形成されている。この冷媒回路５４には、排ガス熱交換器１２、高温蒸発器１４、第３冷媒ポンプ（操作端）５６が順に接続され、冷却水温度センサ４２に代わって同位置に第２冷媒温度センサ（温度センサ）５８が設置され、弁開度制御を実施しない代わりに、温度センサ５８からの検出信号に応じて第３冷媒ポンプ５６を駆動する第３冷媒ポンプ回転数制御（高温熱媒体流量制御手段）（以下、第３ポンプ制御という）を実施している。しかし、他は上記第２実施形態と同一の構成をなしており、主として上記第２実施形態と異なる点について説明する。
【００６５】
冷媒回路５４は、第３冷媒ポンプ５６を駆動することにより、排ガス熱交換器１２で形成された高温冷媒が順次流れて循環し、高温蒸発器１４を介して高温サイクル２４でエンジン４の廃熱を回収している。冷媒回路５４を循環する高温冷媒は、必ずしも高温及び低温サイクル２４，２６と同じ冷媒である必要はなく、より熱伝達性能の高い冷媒が好ましく、冷媒回路５４の密閉性を高めることによって可燃性冷媒等も使用可能である。
【００６６】
第３冷媒ポンプ５６は、第１及び第２冷媒ポンプ３４，３６と同様にリニア電動ポンプであって、ＥＣＵ４４に電気的に接続されており、同じくＥＣＵ４４には冷媒回路５４を循環する高温冷媒の温度を検出する第２冷媒温度センサ５８が電気的に接続されている。
そして、この温度センサ５８で検出される高温冷媒温度に応じて、第３冷媒ポンプ５６の回転数を制御する第３ポンプ制御を実施している。
【００６７】
以下、図７に示されるフローチャートを参照して、第３ポンプ制御に係る制御ルーチンについて詳しく説明する。
Ｓ０００において第３ポンプ制御が開始されると、Ｓ１００に移行する。なお、本制御ルーチンは以下の各ステップの実行中でも第３ポンプ制御が停止されると、このＳ０００の所定の初期状態に戻るリセット機能を有している。
【００６８】
Ｓ１００では、温度センサ５８で検出される高温冷媒温度ＴＲ１が所定の温度設定値（第１温度設定値）ＴＳ４以下であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度ＴＲ１が所定の温度設定値ＴＳ４以下と判定された場合にはＳ２００に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度ＴＲ１が所定の温度設定値ＴＳ４より大きいと判定された場合にはＳ３００に移行する。
【００６９】
Ｓ２００に移行した場合には、第３冷媒ポンプ５６の回転数をΔＮの回転数分だけ減少した後、Ｓ１００に移行する。
一方、Ｓ３００に移行した場合には、第３冷媒ポンプ５６の回転数をΔＮの回転数分だけ増加した後、Ｓ１００に移行する。
このようにして、Ｓ０００において第３ポンプ制御に係る制御ルーチンが開始されると、上記Ｓ１００，Ｓ２００、又はＳ１００，Ｓ３００の一連のステップが繰り返し実行される。
【００７０】
このように、上記第２実施形態と同様、第３実施形態に係る廃熱利用装置５２においても、高温サイクル２４におけるエンジン４の廃熱回収が温水、高温冷媒の順に段階的に実施される。
しかも、弁開度制御に代わる第３ポンプ制御を実施することにより、高温冷媒温度ＴＲ１が低下すると第３冷媒ポンプ５６の回転数をΔＮの回転数分だけ減少し、高温蒸発器１４に流入する高温冷媒の流入量を減少させることができる。これにより、高温冷媒温度ＴＲ１が大きくなるように保持されて高温サイクル２４における熱交換が促進され、高温サイクル２４を循環する冷媒の温度が低下することが確実に防止される。
【００７１】
加えて、第２ポンプ制御を実施することにより、高温サイクル２４における冷媒温度が過剰に高温となることが防止され、高温蒸発器１４において冷媒は確実に加熱され高温サイクル２４での熱回収を確実に実施できる。
特に当該第３実施形態の場合には、冷媒回路５４を形成することにより、排ガス熱を高温蒸発器１４を介して高温サイクル２４のみで回収できるため、高温サイクル２４の１サイクルあたりの廃熱回収量をより一層増大させることができ、更に冷媒回路５４を循環する冷媒を熱伝達性の高いものにすることにより、高温サイクル２４の効率を更に大幅に向上できる。
【００７２】
しかも、高温蒸発器１４が三重熱交換器５０を有する冷却水回路６から冷媒回路５４に分離して移転されることにより、高温及び低温サイクル２４，２６における廃熱回収が別個の回路に対して実施されることとなるため、サイクル８をより一層高度に制御することが可能となる。これらにより、サイクル８、ひいては廃熱利用装置５２の更なる高効率化が達成できる。
【００７３】
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、上記第１，第２実施形態では排ガス熱交換器１２が冷却水回路６に組み込まれ、上記第３実施形態では排ガス熱交換器１２が冷媒回路５４に組み込まれているが、高温サイクル２４における廃熱回収が温水、過熱冷却水或いは高温冷媒の順で段階的に実施できれば良く、これら各実施形態の回路構成に限定されず、排ガス熱交換器１２を高温サイクル２４に組み込んで高温サイクル２４の冷媒を直接加熱しても良い。この場合にも上記と同様にサイクル８全体、ひいてはこれら廃熱利用装置２，４８，５２の更なる高効率化が実現できる。
【００７４】
また、上記各実施形態において、第１ポンプ３４の回転数を適宜変更することにより、エンジン４の本体温度を略一定に制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【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】本発明の各実施形態に係る２段膨張ランキンサイクルの熱収支を示したモリエル線図である。
【図３】本発明の第１，第２実施形態に係る三方弁開度制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】本発明の各実施形態に係る第２冷媒ポンプ回転数制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図５】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６】本発明の第３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７】本発明の第３実施形態に係る第３冷媒ポンプ回転数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】
【００７６】
２，４８，５２    廃熱利用装置
４    エンジン（内燃機関）
６  冷却水回路（熱媒体回路）
６ａ，６ｃ〜６ｅ  流路（循環路）
１０  三方弁（操作端）
１２  排ガス熱交換器（高温回路部）
１４  高温蒸発器（高温回路部）
１６  低温蒸発器（低温回路部）
２０  バイパス路
２４  高温ランキンサイクル回路
２６  低温ランキンサイクル回路
２８  第１膨張機
３０  第２膨張機
３２  凝縮器
３４  第１冷媒ポンプ（第１ポンプ）
３６  第２冷媒ポンプ（第２ポンプ、第２操作端）
４０  冷媒温度センサ（第２温度センサ）
４２  冷却水温度センサ（温度センサ）
４３  エンジン温度センサ（第３温度センサ）
４６  加熱器（低温回路部）
５０  三重熱交換器（低温回路部）
５６  第３冷媒ポンプ（操作端）
５８  第２冷媒温度センサ（温度センサ）
【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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