(57)【要約】【課題】簡単な構成で内燃機関の暖機を迅速化しながら内燃機関の廃熱回収効率を向上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、低温熱媒体と熱交換して加熱された作動流体を高温熱媒体と熱交換して更に加熱する熱交換器(24)の他、膨張機(28)、凝縮器(30)及びポンプ(22,34)を有し、エネルギ発生回路部(38)と熱交換回路部(42)との間で作動流体を循環させてランキンサイクル経路(40)を形成するランキンサイクル回路(8)を備え、ランキンサイクル回路は、エネルギ発生回路部をバイパスするバイパス路(36)を有し、内燃機関の作動状況に応じてバイパス路に切り換え、ランキンサイクル経路からヒートパイプ経路(44)に切り換える経路切換手段を有しており、上記ポンプは、経路切換手段による経路の切り換えに依らず、液体状の作動流体を循環させるよう配設されている。【選択図】図２
2008231980.tif 000002
【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、
前記低温熱媒体と熱交換した作動流体を前記高温熱媒体と熱交換して加熱する熱交換器、該熱交換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及び作動流体を循環させるポンプを有し、前記内燃機関及び前記熱交換器から熱交換回路部を、前記膨張機及び前記凝縮器からエネルギ発生回路部を構成し、前記ポンプにより該エネルギ発生回路部と該熱交換回路部との間で作動流体を循環させてランキンサイクル経路を形成するランキンサイクル回路を備え、
前記ランキンサイクル回路は、前記エネルギ発生回路部をバイパスするバイパス路を有し、該バイパス路に回路を切り換えることにより前記熱交換器で加熱蒸発された作動流体で前記低温熱媒体を加熱すべく前記ポンプにより前記熱交換回路部及び前記バイパス路に作動流体を循環させてヒートパイプ経路を形成するものであって、前記内燃機関の作動状況に応じて前記バイパス路に回路を切り換え、前記ランキンサイクル経路と前記ヒートパイプ経路との切り換えを行う経路切換手段を有し、
前記ポンプは、前記経路切換手段による経路の切り換えに依らず、液体状の作動流体を循環させるよう配設されていることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記ポンプは、前記エネルギ発生回路部と前記熱交換回路部との間に配設されて作動流体を前記エネルギ発生回路部から前記熱交換回路部に向けて循環させる第１ポンプと、前記低温熱媒体と熱交換した作動流体を前記熱交換器に向けて循環させる第２ポンプとからなり、
前記ランキンサイクル回路は、前記第１ポンプをバイパスする第１ポンプバイパス路と前記第２ポンプをバイパスする第２ポンプバイパス路とを更に有し、
前記経路切換手段は、前記第１ポンプバイパス路及び前記第２ポンプバイパス路に回路を切り換える手段と前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの作動を制御する手段とを含み、前記ランキンサイクル経路の形成時には、前記第１ポンプバイパス路を閉成して前記第１ポンプを駆動する一方、前記第２ポンプバイパス路を開成して前記第２ポンプを停止し、前記ヒートパイプ経路の形成時には、前記第１ポンプバイパス路を開成して前記第１ポンプを停止する一方、前記第２ポンプバイパス路を閉成して前記第２ポンプを駆動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】
前記ポンプは、前記エネルギ発生回路部と前記熱交換回路部との間に配設され、
前記ランキンサイクル回路は、前記エネルギ発生回路部と前記ポンプの吸入口とを連通させる第１連通路及び該第１連通路と連動して該ポンプの吐出口と前記熱交換回路部とを連通させる第２連通路並びに前記熱交換回路部と前記ポンプの吸入口とを連通させる第３連通路及び該第３連通路と連動して該ポンプの吐出口と前記バイパス路とを連通させる第４連通路からなる四方弁を含み、
前記経路切換手段は、前記四方弁を切換制御する手段を含み、前記ランキンサイクル経路の形成時には、前記四方弁の第３連通路と第４連通路とを閉塞して第１連通路と第２連通路とを連通させる一方、前記ヒートパイプ経路の形成時には、前記四方弁の第１連通路と第２連通路とを閉塞して第３連通路と第４連通路とを連通させ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４】
前記低温熱媒体は前記内燃機関と熱交換する冷却水であって、前記内燃機関を経由した冷却水が循環する冷却水回路と、
該冷却水回路に介挿され、前記冷却水を前記熱交換器に到達する前の作動流体と熱交換させる第２熱交換器と、
前記冷却水回路を構成し、前記第２熱交換器をバイパスする第２バイパス路とを更に備え、
前記経路切換手段は、前記冷却水回路の回路を第２バイパス路に切り換える手段を含み、前記ヒートパイプ経路の形成時には回路を前記第２熱交換器側に保持することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記低温熱媒体は前記ランキンサイクル回路を循環する作動流体と同一流体であって、該作動流体が直接に前記内燃機関の廃熱を帯びることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記作動流体の温度を検出する温度センサを更に備え、
前記経路切換手段は、前記温度センサで検出された作動流体の温度に応じて、前記ポンプの回転数と前記膨張機の負荷とを制御する手段を含む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。
【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、例えば車両用エンジンにおいて、エンジンから排出される排ガス熱を回収し、この回収された排ガス熱でエンジンの冷却水回路の冷却水を加熱することによりエンジンを加熱し、エンジンの暖機に要する時間を短縮するランキンサイクル回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４２６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、ランキンサイクルの廃熱回収効率が低下するとの問題がある。
なぜならば、ランキンサイクル回路において作動流体（以下、冷媒という）を循環させるべく駆動されるポンプにはキャビテーション等を防止するために液冷媒を流入させる必要があり、このことに鑑みると、上記従来技術では、エンジンの冷却水回路とランキンサイクル回路との熱交換を実施する熱交換器は、廃熱回収時、エンジン暖機時のいずれにおいても、冷媒を凝縮させる凝縮器としてしか機能していない。
【０００４】
すなわち、上記従来技術のランキンサイクル回路では、廃熱回収時において、排ガス熱は回収できるものの、エンジン本体の廃熱の回収はできないからである。
また、仮にランキンサイクル回路において膨張機の下流に空冷凝縮器を設置して上記熱交換器の手前で冷媒を凝縮させ、この熱交換器を蒸発器として機能させることでエンジン本体の廃熱を回収することも考えられる。しかし、エンジン冷却水により加熱された冷媒が蒸発するとポンプで循環させることができなくなってしまうため、いずれにせよエンジン本体の廃熱を回収することはできない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で内燃機関の暖機を迅速化しながら内燃機関の廃熱回収効率を向上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】
【０００６】
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、熱媒体が所定温度の廃熱を帯びる高温熱媒体、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、低温熱媒体と熱交換した作動流体を高温熱媒体と熱交換して加熱する熱交換器、熱交換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、膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器及び作動流体を循環させるポンプを有し、内燃機関及び熱交換器から熱交換回路部を、膨張機及び凝縮器からエネルギ発生回路部を構成し、ポンプによりエネルギ発生回路部と熱交換回路部との間で作動流体を循環させてランキンサイクル経路を形成するランキンサイクル回路を備え、ランキンサイクル回路は、エネルギ発生回路部をバイパスするバイパス路を有し、バイパス路に回路を切り換えることにより熱交換器で加熱蒸発された作動流体で低温熱媒体を加熱すべくポンプにより熱交換回路部及びバイパス路に作動流体を循環させてヒートパイプ経路を形成するものであって、内燃機関の作動状況に応じてバイパス路に回路を切り換え、ランキンサイクル経路とヒートパイプ経路との切り換えを行う経路切換手段を有し、ポンプは、経路切換手段による経路の切り換えに依らず、液体状の作動流体を循環させるよう配設されていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、ポンプは、エネルギ発生回路部と熱交換回路部との間に配設されて作動流体をエネルギ発生回路部から熱交換回路部に向けて循環させる第１ポンプと、低温熱媒体と熱交換した作動流体を熱交換器に向けて循環させる第２ポンプとからなり、ランキンサイクル回路は、第１ポンプをバイパスする第１ポンプバイパス路と第２ポンプをバイパスする第２ポンプバイパス路とを更に有し、経路切換手段は、第１ポンプバイパス路及び第２ポンプバイパス路に回路を切り換える手段と第１ポンプ及び第２ポンプの作動を制御する手段とを含み、ランキンサイクル経路の形成時には、第１ポンプバイパス路を閉成して第１ポンプを駆動する一方、第２ポンプバイパス路を開成して第２ポンプを停止し、ヒートパイプ経路の形成時には、第１ポンプバイパス路を開成して第１ポンプを停止する一方、第２ポンプバイパス路を閉成して第２ポンプを駆動することを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項３記載の発明では、請求項１において、ポンプは、エネルギ発生回路部と熱交換回路部との間に配設され、ランキンサイクル回路は、エネルギ発生回路部とポンプの吸入口とを連通させる第１連通路及び第１連通路と連動してポンプの吐出口と熱交換回路部とを連通させる第２連通路並びに熱交換回路部とポンプの吸入口とを連通させる第３連通路及び第３連通路と連動してポンプの吐出口とバイパス路とを連通させる第４連通路からなる四方弁を含み、経路切換手段は、四方弁を切換制御する手段を含み、ランキンサイクル経路の形成時には、四方弁の第３連通路と第４連通路とを閉塞して第１連通路と第２連通路とを連通させる一方、ヒートパイプ経路の形成時には、四方弁の第１連通路と第２連通路とを閉塞して第３連通路と第４連通路とを連通させることを特徴としている。
【０００９】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２又は３において、低温熱媒体は内燃機関と熱交換する冷却水であって、内燃機関を経由した冷却水が循環する冷却水回路と、冷却水回路に介挿され、冷却水を熱交換器に到達する前の作動流体と熱交換させる第２熱交換器と、冷却水回路を構成し、第２熱交換器をバイパスする第２バイパス路とを更に備え、経路切換手段は、冷却水回路の回路を第２バイパス路に切り換える手段を含み、ヒートパイプ経路の形成時には回路を第２熱交換器側に保持することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５記載の発明では、請求項２又は３において、低温熱媒体はランキンサイクル回路を循環する作動流体と同一流体であって、作動流体が直接に内燃機関の廃熱を帯びることを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、作動流体の温度を検出する温度センサを更に備え、経路切換手段は、温度センサで検出された作動流体の温度に応じて、ポンプの回転数と膨張機の負荷とを制御する手段を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
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、熱交換回路部とエネルギ発生回路部とを含んで構成され、ポンプを駆動することにより、これら回路部間を作動流体が循環する。そして、経路切換手段によりエネルギ発生回路部をバイパスして熱交換回路部のみからなるヒートパイプ経路を形成する。
ここで、上記ポンプは経路切換手段による経路の切り換えに依らず液体状の作動流体を循環させるよう配設されるため、ランキンサイクル経路の形成時には、ポンプによって作動流体を確実にランキンサイクル経路内で循環させるようにでき、熱交換器に流入する作動流体が低温熱媒体で予め良好に加熱され、高温熱媒体のみならず低温熱媒体からも積極的に廃熱回収を実施することができる。
【００１２】
一方、ヒートパイプ経路の形成時には、ポンプによって作動流体を確実にヒートパイプ経路内で循環させるようにでき、熱交換器で加熱蒸発された作動流体により冷却水を加熱するヒートパイプとしての回路を円滑に機能させることができる。
従って、ランキンサイクル経路形成時、ヒートパイプ経路形成時のいずれの場合でも冷媒を確実に循環させ、簡単な構成で内燃機関の暖機を迅速化しながら内燃機関の廃熱回収効率を向上できる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、ポンプは、エネルギ発生回路部と熱交換回路部との間に配設されて作動流体をエネルギ発生回路部から熱交換回路部に向けて循環させる第１ポンプと、低温熱媒体と熱交換した作動流体を熱交換器に向けて循環させる第２ポンプとからなり、ランキンサイクル回路は、第１ポンプをバイパスする第１ポンプバイパス路と第２ポンプをバイパスする第２ポンプバイパス路とを更に有し、経路切換手段は、ランキンサイクル経路の形成時には、第１ポンプバイパス路を閉成して第１ポンプを駆動する一方、第２ポンプバイパス路を開成して第２ポンプを停止し、ヒートパイプ経路の形成時には、第１ポンプバイパス路を開成して第１ポンプを停止する一方、第２ポンプバイパス路を閉成して第２ポンプを駆動するようにしている。これにより、経路の切り換えに依らず液体状の作動流体を第１ポンプ又は第２ポンプで確実に循環させ、内燃機関の暖機を迅速化しながら内燃機関の廃熱回収効率を向上できる。
【００１４】
更に、請求項３記載の発明によれば、ポンプは、エネルギ発生回路部と熱交換回路部との間に配設され、ランキンサイクル回路は、エネルギ発生回路部とポンプの吸入口とを連通させる第１連通路及び該第１連通路と連動して該ポンプの吐出口と熱交換回路部とを連通させる第２連通路並びに熱交換回路部とポンプの吸入口とを連通させる第３連通路及び該第３連通路と連動して該ポンプの吐出口とバイパス路とを連通させる第４連通路からなる四方弁を含み、経路切換手段は、ランキンサイクル経路の形成時には、四方弁の第３連通路と第４連通路とを閉塞して第１連通路と第２連通路とを連通させる一方、ヒートパイプ経路の形成時には、四方弁の第１連通路と第２連通路とを閉塞して第３連通路と第４連通路とを連通させるようにしている。これにより、熱交換回路部とエネルギ発生回路部回路部との間を循環する既存のポンプを利用し、四方弁を新たに設けるだけの簡素化された回路構成で、経路の切り換えに依らず液体状の作動流体をポンプで確実に循環させ、内燃機関の暖機を迅速化しながら内燃機関の廃熱回収効率を向上できる。
【００１５】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、低温熱媒体は内燃機関と熱交換する冷却水であって、内燃機関を経由した冷却水が循環する冷却水回路と、冷却水回路に介挿され、冷却水を熱交換器に到達する前の作動流体と熱交換させる第２熱交換器と、冷却水回路を構成し、第２熱交換器をバイパスする第２バイパス路とを更に備え、経路切換手段は、冷却水回路の回路を第２バイパス路に切り換える手段を含み、ヒートパイプ経路の形成時には回路を第２熱交換器側に保持する。これにより、ヒートパイプ経路の形成時には冷却水を第２熱交換器に極力通水させることができるため、内燃機関の暖機迅速化を更に促進できる。
【００１６】
また、請求項５記載の発明によれば、低温熱媒体はランキンサイクル回路を循環する作動流体と同一流体であるので、作動流体を内燃機関の本体と直接に熱交換させるようにできる。これにより、ランキンサイクル回路の熱伝達効率の向上が可能となるため、内燃機関の更なる暖機迅速化及び廃熱回収効率向上が実現できるとともに、その回路構成が簡素化できる。
【００１７】
更に、請求項６記載の発明によれば、内燃機関の廃熱を直接に帯びる作動流体の温度を検出する温度センサを更に備え、経路切換手段は、温度センサで検出された作動流体の温度に応じて、ポンプの回転数と膨張機の負荷とを制御する手段を含んでいる。ここで、ポンプの回転数及び膨張機の負荷によって、それぞれランキンサイクル回路における廃熱回収量、及び廃熱利用量を算出できるため、作動流体の温度を所定の温度に略一定に保持すべくこれら廃熱回収量、及び廃熱利用量を制御することにより、作動流体を内燃機関の本体と直接に熱交換させる場合であっても、内燃機関の本体温度を所望の温度に略一定に保持でき、ランキンサイクル回路を更に適切に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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回路８（以下、サイクル８という）とから構成されている。
【００１９】
冷却水回路６は、エンジン４から水ポンプ１０、熱交換器（第２熱交換器）１２、サーモスタット１４が順に接続されて閉回路を構成し、サーモスタット１４には熱交換器１２をバイパスするバイパス路１６が接続され、バイパス路１６には電磁弁１８が介挿されている。そして、水ポンプ１０を駆動することにより、冷却水が上記各構成機器を流れて循環する。
【００２０】
また、エンジン４には、エンジン４から流出した後の冷却水温度を検出する温度センサ２０が装着され、この検出された冷却水温度に応じて、エンジン４の廃熱回収を実施するか、或いはエンジン４の始動直後等で暖機の要求がされているかを判断している。
水ポンプ１０は、リニア電動ポンプであって、水ポンプ１０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、冷却水回路６を循環する冷却水量を微調整可能に構成されている。具体的には、エンジン４の回転数に応じて駆動され、エンジン４の冷却に要する冷却水量を冷却水回路６に循環させる。
【００２１】
熱交換器１２は、サイクル８を流れる冷媒と熱交換することにより、エンジン４の廃熱回収時には冷媒を蒸発させてサイクル８側で吸熱する蒸発器として機能し、エンジン４の暖機要求時には冷媒を凝縮させてサイクル８側から加熱する凝縮器として機能する。
サーモスタット１４は、内部に図示しない温度検出部が内蔵され、２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有する機械式の切換弁である。そして、温度検出部で検出される冷却水温度に応じて、熱交換器１２側の流路が接続される入口ポートとバイパス路１６が接続される入口ポートとのいずれか一方が連通するように弁体を切り換え、或いは微調整することにより、熱交換器１２に冷却水を通水させるか否かを適宜選択するとともにこの通水させる冷却水量を微調整し、エンジン４の本体温度を所定の温度に略一定に保持している。
【００２２】
電磁弁１８は、温度センサ２０の信号に応じて駆動され、廃熱回収時には開弁されてサーモスタット１４を適切に機能させ、暖機要求時には閉弁されたまま保持される（経路切換手段）。
これに対しサイクル８は、熱交換器１２から排ガス熱交換器（熱交換器）２４、三方弁２６、膨張機２８、凝縮器３０、逆止弁３２、冷媒ポンプ（ポンプ、第１ポンプ）２２を順に接続して閉回路を構成し、熱交換器１２と排ガス熱交換器２４との間には第２冷媒ポンプ（ポンプ、第２ポンプ）３４が設けられている。
【００２３】
また、三方弁２６から逆止弁３２及び冷媒ポンプ２２の間にかけて膨張機２８及び凝縮器３０並びに逆止弁３２をバイパスするバイパス路３６が設けられている。
冷媒ポンプ２２及び第２冷媒ポンプ３４は、各ポンプ２２，３４の駆動部に入力される接点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において冷媒を好適に循環させる。
【００２４】
排ガス熱交換器２４は、エンジン４の排ガス（高温熱媒体）が流出される図示しない排ガス管内に設けられ、廃熱回収時には、熱交換器１２で冷却水により加熱された冷媒を排ガスにより更に加熱し、エンジン４の本体及び排ガスの両方からエンジン４の廃熱を回収している。
一方、エンジン４の暖機要求時には、サイクル８における冷媒経路の切り換えにより、排ガス熱交換器２４は熱交換器１２を介して冷却水回路６を循環する冷却水を加熱蒸発させる蒸発器として機能する。
【００２５】
詳しくは、三方弁２６は１つの入口ポートと２つの出口ポートとを有するオンオフ切換弁であって、この三方弁２６の駆動部に入力される接点信号に応じて、膨張機２８側の流路が接続される出口ポートとバイパス路３６が接続される出口ポートとのいずれかに入口ポートが連通するように弁体を切り換える。これより、膨張機２８及び凝縮器３０、いわばエネルギ発生回路部３８に冷媒を通水させるか否かが選択可能となり、エンジン４の廃熱回収時にはエネルギ発生回路部３８を含むランキンサイクル経路４０（以下、ランキン経路４０という）が閉成される。
【００２６】
これに対し、エンジン４の暖機要求時にはエネルギ発生回路部３８をバイパスし、残りのサイクル８の構成機器である熱交換器１２及び排ガス熱交換器２４、いわば熱交換回路部４２のみを含むヒートパイプ経路４４（以下、ヒート経路４４という）が閉成され、上述の如く、排ガス熱交換器２４が蒸発器して機能することとなる。
膨張機２８は、熱交換器１２及び排ガス熱交換器２４で加熱され過熱蒸気の状態となる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２８には例えば図示しない発電機等が接続され、この発電機を介して膨張機２８で発生した駆動力を廃熱利用装置２の外部で使用可能である。
【００２７】
凝縮器３０は、膨張機２８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３０で確実に凝縮された液冷媒が冷媒ポンプ２２で熱交換器１２に圧送され、サイクル８を構成するランキン経路４０又はヒート経路４４を好適に循環する。なお、逆止弁３２により、ヒート経路４４の形成時における凝縮器３０側への冷媒の逆流を防止している。
【００２８】
ところで、本実施形態の廃熱利用装置２では、冷媒ポンプ２２、第２冷媒ポンプ３４をそれぞれランキン経路４０、ヒート経路４４で個別に使用すべくポンプ切換制御を実施している。具体的には、サイクル８には各ポンプ２２，３４をそれぞれバイパスするバイパス路（第１ポンプバイパス路）４６、バイパス路（第２ポンプバイパス路）４８が設けられ、各バイパス路４６，４８にはそれぞれ電磁弁５０，５２が介挿されており、これら電磁弁５０，５２の開閉と同時に各ポンプ２２，３４の駆動、停止を実施する。
【００２９】
より詳しくは、ランキン経路４０の形成時には、冷媒ポンプ２２を駆動するとともに電磁弁５０を閉弁する一方、第２冷媒ポンプ３４の駆動を停止するとともに電磁弁５２を開弁する。なお、図１中、電磁弁５０，５２のみならず電磁弁１８，三方弁２６の白抜きされたポートは全開ポートを示し、黒塗りされたポートは全閉ポートを示しており、以降の図面も同様に示す。
【００３０】
これに対し図２に示されるヒート経路４４の形成時には、第２冷媒ポンプ３４を駆動するとともに電磁弁５２を閉弁する一方、冷媒ポンプ２２の駆動を停止するとともに電磁弁５０を開弁する。
ここで、検出端たる温度センサ２０や、操作端たる電磁弁１８，５０，５２、及び三方弁２６、並びにポンプ１０，２２，３４は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）５４に電気的に接続されており、ポンプ切換制御はこのＥＣＵ５４内で処理される。
【００３１】
具体的には、温度センサ２０で検出される冷却水温度に応じて、エンジン４の暖機要求があるか否かが判定され、三方弁２６によりランキン経路４０、及びヒート経路４４間の経路切り換えが実施される。このとき、電磁弁１８の開閉も含めてポンプ切換制御もほぼ同じタイミングで実施され、各経路４０，４４間の経路切り換え後の冷媒の流れが不要に阻害されないようになっている（経路切換手段）。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、ランキンサイクル回路は、エネルギ発生回路部３８と熱交換回路部４２とを含んで構成され、冷媒ポンプ２２を駆動することにより、これら回路部３８，４２間を冷媒が循環する。そして、温度センサ２０で検出された冷却水温度が低下し、ＥＣＵ５４内でエンジン４の暖機が要求されると、三方弁２６を駆動してエネルギ発生回路部３８をバイパスするとともに、ポンプ切換制御が実行され、冷媒ポンプ２２を停止、バイパスする一方、第２冷媒ポンプ３４を駆動してそのバイパスを解除し、熱交換回路部４２のみからなるヒート経路４４を形成する。
【００３３】
ここで、冷媒ポンプ２２は上記両回路部３８，４２間に位置づけられるため、ランキン経路４０の形成時には、排ガス熱交換器２４に流入する冷媒はエンジン４からの吸熱により加熱された冷却水、いわば温水（低温熱媒体）で予め加熱され、排ガスのみならずこの温水からも廃熱の回収を実施できる。
一方、ヒート経路４４の形成時には、ポンプ切換制御により冷媒ポンプ２２がバイパスされるため、排ガス熱交換器２４で加熱蒸発された冷媒がバイパス路３６、４６を円滑に順次経由して熱交換器１２に流入する。すなわち、ヒート経路４４の形成時に冷媒ポンプ２２が過熱冷媒の圧力損失要素となることが防止され、冷媒ポンプ２２を通過した過熱冷媒が凝縮することはない。
【００３４】
そして、熱交換器１２を経由した冷媒は冷却水回路６を循環する冷却水、ひいてはエンジン４の本体を加熱することにより吸熱され凝縮する。そして、凝縮した液冷媒は第２冷媒ポンプ３４で排ガス熱交換器２４に圧送され、ヒート経路４４における冷媒の循環が好適になされる。
また、冷却水回路６において、電磁弁１８が温度センサ２０の信号に応じて駆動され、廃熱回収時、すなわちランキン経路４０の形成時には開弁されてサーモスタット１４を適切に機能させる一方、暖機要求時、すなわちヒート経路４４の形成時には閉弁されたまま保持される。これにより、冷却水を熱交換器１２に極力通水させることができる。従って、ランキン経路４０の形成時、ヒート経路４４の形成時のいずれの場合であっても、サイクル８に冷媒を確実に循環させ、簡単な構成でエンジン４の暖機を迅速化しながらエンジン４の廃熱回収効率を向上できる。
【００３５】
次に、第２実施形態について説明する。
図３に示すように、当該第２実施形態の廃熱利用装置５６は、上記第１実施形態の冷却水回路６及びその構成機器、並びに熱交換器１２を排除し、サイクル８を循環する冷媒をエンジン４と直接に熱交換させるものであり、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主として上記異なる点について説明する。
【００３６】
図３はランキン経路４０の形成時を示しており、サイクル８を循環する冷媒をエンジン４に導入し、冷却水を介することなくエンジン４の本体から直接に廃熱回収している。
一方、ＥＣＵ５４からエンジン４の暖機が要求されると、三方弁２６を切り換えてエネルギ発生回路部３８をバイパスするとともに上記ポンプ切換制御を実施してヒート経路４４が形成され（状態の図示は省略）、排ガス熱交換器２４で過熱状態にされた冷媒をエンジン４に導入し、冷却水を介することなくエンジン４の本体を直接に加熱して暖機している。
【００３７】
また、本実施形態では、温度センサ２０はエンジン４から流出した後の冷媒温度を検出しており、ＥＣＵ５４は、この温度センサ２０で検出される冷媒温度に応じて、ポンプ２２の回転数と膨張機２８の負荷とを制御している（経路切換手段）。
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５６においても、ポンプ切換制御を実施することにより、サイクル８は、ランキン経路４０の形成時にはエンジン４の本体からも廃熱を積極的に回収できるとともに、ヒート経路４４の形成時にはエンジン４の本体を加熱するヒートパイプとして円滑に機能させることができる。
【００３８】
特に当該第２実施形態の場合には、冷却水回路６を要さず、しかも冷却水を介することなくエンジン４の本体と直接に熱交換するため、サイクル８の熱伝達効率の大幅な向上が可能となってエンジン４の更なる暖機迅速化及び廃熱回収効率向上が実現できるとともに、その回路構成がより一層簡素化できる。
また、ポンプ２２の回転数、及び膨張機２８の負荷によって、それぞれサイクル８における廃熱回収量、及び廃熱利用量を算出できるため、温度センサ２０で検出される冷媒温度に応じて、ポンプ２２の回転数と膨張機２８の負荷とを制御することにより、第１実施形態におけるサーモスタット１４に代わって、エンジン４の本体温度を所定の温度に略一定に保持することができる。
【００３９】
次に、第３実施形態について説明する。
図４に示すように、当該第３実施形態の廃熱利用装置５８は、上記第２実施形態の第２冷媒ポンプ３４、バイパス路４６，４８、及び電磁弁５０，５２を排除し、代わりに四方弁６０を設置するとともに、ポンプ切換制御の代わりに四方弁６０の弁駆動制御を実施するものであり、他は上記第２実施形態と同一の構成をなしており、主として上記異なる点について説明する。
【００４０】
図４に示されるように、四方弁６０は第１〜第４連通路６０ａ〜６０ｄを有するオンオフ切換弁であって、その駆動部はＥＣＵ５４に電気的に接続されており、ＥＣＵ５４から駆動部に入力される接点信号に応じて、互いに対称位置に配される第１及び第２連通路６０ａ，６０ｂ、又は第３及び第４連通路６０ｃ，６０ｄのいずれか一方が連通するように弁体を切り換える。これより、ランキン経路４０の開成とヒート経路の開成とが選択可能となっている。
【００４１】
詳しくは、図４はランキン経路４０の形成時を示しており、この状態において、第１連通路６０ａは凝縮器３０と冷媒ポンプ２２とを連通させ、第２連通路６０ｂは冷媒ポンプ２２とエンジン４とを連通させるように四方弁６０が駆動され、サイクル８を循環する冷媒は四方弁６０、冷媒ポンプ２２を経由してエンジン４に導入されてエンジン４の本体から直接に廃熱回収している。
【００４２】
一方、図５に示されるように、ＥＣＵ５４からエンジン４の暖機が要求されると、三方弁２６を切り換えてエネルギ発生回路部３８をバイパスするとともに四方弁６０の弁駆動制御を実施してヒート経路４４が形成され、排ガス熱交換器２４で過熱状態にされた冷媒をエンジン４に導入し、エンジン４の本体を直接に加熱して暖機している。
この状態においては、第３連通路６０ｃはエンジン４と冷媒ポンプ２２とを連通させ、第４連通路６０ｄは冷媒ポンプ２２と排ガス熱交換器２４とを連通させるべく駆動される。なお、本実施形態でのヒート経路４４における冷媒の流れ方向はランキン経路４０における冷媒の流れ方向とは逆向きとなる。
【００４３】
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５８においても、ポンプ切換制御に代わる四方弁６０の弁駆動制御を実施することにより、エンジン４を適切に冷却しながらサイクル８の回路構成を簡素化でき、エンジン４の更なる暖機迅速化及び廃熱回収効率向上が実現できる。
特に当該第３実施形態の場合には、上記第２実施形態の第２冷媒ポンプ３４、バイパス路４６，４８、及び電磁弁５０，５２を要することなく、熱交換回路部４２とエネルギ発生回路部３８との間を循環する既存のポンプ２２を利用し、四方弁６０を新たに設置するのみであるため、ＥＣＵ５４で制御する操作端の数が上記第１，第２実施形態の場合に比して大幅に低減され、より一層回路構成を簡素化することができる。また、操作端の数が減少したことによりサイクル８の更なる制御性向上をも実現できる。
【００４４】
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３実施形態における回路構成を上記第１実施形態と同様に冷却水回路６を有する構成としても良く、この場合には少なくとも上記第１実施形態に比してＥＣＵ５４で制御する操作端の数が更に低減されて回路構成を簡素化することができる。
【００４５】
また、上記第３実施形態では、排ガス熱交換器２４を通過する冷媒の流れと排ガスの流れとは、ランキン経路４０の形成時には並行流となり、ヒート経路４４の形成時には対向流となるが、ランキン経路４０の形成時に対向流となり、ヒート経路４４の形成時に並行流となるような回路に構成することも可能であり、この場合にも上記と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【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おいてランキンサイクル経路が形成された状態を示す模式図である。
【図２】図１の廃熱利用装置においてヒートパイプ経路が形成された状態を示す模式図である。
【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おいてランキンサイクル経路が形成された状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置おいてランキンサイクル経路が形成された状態を示す模式図である。
【図５】図４の廃熱利用装置においてヒートパイプ経路が形成された状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
２，５６，５８      廃熱利用装置
４        エンジン（内燃機関）
６        冷却水回路
８        ランキンサイクル回路
１２      熱交換器（第２熱交換器）
１６      バイパス路（第２バイパス路）
２０      温度センサ
２２      冷媒ポンプ（ポンプ、第１ポンプ）
２４      排ガス熱交換器（熱交換器）
２８      膨張機
３０      凝縮器
３４      第２冷媒ポンプ（ポンプ、第２ポンプ）
３６      バイパス路
４６      バイパス路（第１ポンプバイパス路）
４８      バイパス路（第２ポンプバイパス路）
３８      エネルギ発生回路部
４０      ランキンサイクル経路
４２      熱交換回路部
４４      ヒートパイプ経路
６０      四方弁
６０ａ      第１連通路
６０ｂ      第２連通路
６０ｃ      第３連通路
６０ｄ      第４連通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008231980.tif 000006
【図５】
2008231980.tif 000007