(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）と、
前記ランキンサイクル（３０Ａ）の作動を制御する制御手段（４０）と、
前記熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）と、
前記膨張機（１１０）と兼用される、あるいは前記膨張機（１１０）に並列配置される圧縮機（１１０、１３０）を備え、前記凝縮器（２１）を共有して形成されると共に、前記制御手段（４０）によって作動制御される冷凍サイクル（２０Ａ）と、を有する廃熱利用装置において、
前記制御手段（４０）は、前記回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって前記熱機関（１０）の作動状態を把握し、前記熱機関（１０）の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上であると、前記圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ−ＯＦＦ制御するようにし、前記圧縮機（１１０、１３０）のＯＦＦ時に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記制御手段（４０）は、前記圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ状態にする時に、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の冷房能力が必要冷房能力以上となるように前記圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記制御手段（４０）は、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の蒸発器（２４）における前記作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、前記必要冷房能力を満たす第１冷房温度（ＴＥＯ１）よりも低い第２冷房温度（ＴＥＯ２）となるように、前記圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）と、
前記ランキンサイクル（３０Ａ）の作動を制御する制御手段（４０）と、
前記熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）と、
専用の圧縮機（１３０）を備え、前記凝縮器（２１）を共有して形成されると共に、前記制御手段（４０）によって前記ランキンサイクル（３０Ａ）に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル（２０Ｂ）と、を有する廃熱利用装置において、
前記制御手段（４０）は、前記回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって前記熱機関（１０）の作動状態を把握し、前記熱機関（１０）の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、前記冷凍サイクル（２０Ｂ）の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にあると、前記冷凍サイクル（２０Ｂ）と前記ランキンサイクル（３０Ａ）とを同時に作動させることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項５】
前記制御手段（４０）は、前記圧縮機（１３０）から吐出される前記作動流体の凝縮に要する第１放熱量と、前記膨張機（１１０）から流出される前記作動流体の凝縮に要する第２放熱量との和が、前記凝縮器（２１）における凝縮時の放熱能力以下となるように、前記膨張機（１１０）の作動回転数を制御することを特徴とする請求項４に記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）は、第１所定温度（Ｔｗ１）と、それより大きい第２所定温度（Ｔｗ２）とによって、ヒステリシスを有するように設定されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記廃熱流体は、前記熱機関（１０）を冷却する冷却水であり、
前記冷却水は、前記熱機関（１０）により駆動される機械式のポンプ（１２）によって前記加熱器（３４）に循環されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記熱機関（１０）は、車両用の内燃機関（１０）であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記車両は、走行条件に応じて前記内燃機関（１０）が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両であることを特徴とする請求項８に記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）を有する廃熱利用装置の制御方法であって、
前記膨張機（１１０）と兼用される、あるいは前記膨張機（１１０）に並列配置される圧縮機（１１０、１３０）を備え、前記凝縮器（２１）を共有して形成される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記熱機関（１０）の回転数によって前記熱機関（１０）の作動状態を把握し、前記熱機関（１０）の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上であると、前記圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ−ＯＦＦ制御するようにし、前記圧縮機（１１０、１３０）のＯＦＦ時に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させることを特徴とする廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１１】
前記圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ状態にする時に、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の冷房能力が必要冷房能力以上となるように前記圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させることを特徴とする請求項１０に記載の廃熱回収装置の制御方法。
【請求項１２】
前記冷凍サイクル（２０Ａ）の蒸発器（２４）における前記作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、前記必要冷房能力を満たす第１冷房温度（ＴＥＯ１）よりも低い第２冷房温度（ＴＥＯ２）となるように、前記圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させることを特徴とする請求項１１に記載の廃熱回収装置の制御方法。
【請求項１３】
熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）を有する廃熱利用装置の制御方法であって、
専用の圧縮機（１３０）を備え、前記凝縮器（２１）を共有して形成されると共に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル（２０Ｂ）を有し、
前記熱機関（１０）の回転数によって前記熱機関（１０）の作動状態を把握し、前記熱機関（１０）の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、前記冷凍サイクル（２０Ｂ）の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にあると、前記冷凍サイクル（２０Ａ）と前記ランキンサイクル（３０Ａ）とを同時に作動させることを特徴とする廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１４】
前記圧縮機（１３０）から吐出される前記作動流体の凝縮に要する第１放熱量と、前記膨張機（１１０）から流出される前記作動流体の凝縮に要する第２放熱量との和が、前記凝縮器（２１）における凝縮時の放熱能力以下となるように、前記膨張機（１１０）の作動回転数を制御することを特徴とする請求項１３に記載の廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１５】
前記所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）は、第１所定温度（Ｔｗ１）と、それより大きい第２所定温度（Ｔｗ２）とによって、ヒステリシスを有するように設定されたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１６】
前記廃熱流体は、前記熱機関（１０）を冷却する冷却水であり、
前記冷却水は、前記熱機関（１０）により駆動される機械式のポンプ（１２）によって前記加熱器（３４）に循環されることを特徴とする請求項１０〜請求項１５のいずれか１つに記載の廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１７】
前記熱機関（１０）は、車両用の内燃機関（１０）であることを特徴とする請求項１０〜請求項１６のいずれか１つに記載の廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１８】
前記車両は、走行条件に応じて前記内燃機関（１０）が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両であることを特徴とする請求項１７に記載の廃熱利用装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両のエンジンなどの熱機関から廃熱を回収する廃熱利用装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランキンサイクルを備えた車両においては、例えば、特許文献１に記載のように、エンジン冷却水の温度（廃熱）が所定温度以上であるときのみランキンサイクルを稼動させるようにして、廃熱が十分でないときにはランキンサイクルを停止させるようにしていた。これにより、エンジンの温度が過度に低下するのを防止することができ、エンジンの燃料消費率を低下させることなく廃熱の回収を可能としている。
【特許文献１】特開２００５−１５５３３６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、ハイブリッド車やアイドルストップ車など車両使用中でも走行条件に応じてエンジンが停止状態となることがある車両において、エンジン冷却水を循環させるためのポンプとしてエンジンによって駆動される機械式ポンプを用いている場合、エンジン停止中はエンジン冷却水が循環しないため、上記特許文献１に記載の技術のようにエンジン冷却水の温度のみに基づいてランキンサイクルを稼動させようとしても廃熱回収システムとして機能しないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、確実な廃熱回収を可能とする廃熱利用装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）と、ランキンサイクル（３０Ａ）の作動を制御する制御手段（４０）と、
熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）と、
膨張機（１１０）と兼用される、あるいは膨張機（１１０）に並列配置される圧縮機（１１０、１３０）を備え、凝縮器（２１）を共有して形成されると共に、制御手段（４０）によって作動制御される冷凍サイクル（２０Ａ）と、を有する廃熱利用装置において、
制御手段（４０）は、回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって熱機関（１０）の作動状態を把握し、熱機関（１０）の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握し、廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にある場合に、ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、冷凍サイクル（２０Ａ）の作動が必要な場合に、廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上であると、圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ−ＯＦＦ制御するようにし、圧縮機（１１０、１３０）のＯＦＦ時に、ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させることを特徴としている。
【０００７】
このように、熱機関（１０）の廃熱流体の温度のみならず、廃熱流体が流動状態にあるか否かも併せて判定することで、廃熱回収が可能なときに確実にランキンサイクル（３０Ａ）を作動させることができるので、廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
制御手段（４０）は、熱機関（１０）の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握することができる。このとき、熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって熱機関（１０）の作動状態を把握するようにすると、熱機関（１０）の作動状態を確実に把握することができる。
また、冷凍サイクル（２０Ａ）を併せ持つものにおいて、冷凍サイクル（２０Ａ）の作動条件であっても、圧縮機（１１０、１３０）がＯＦＦとなる状態を作り出して、その間にランキンサイクル（３０Ａ）を作動可能とすることができるので、更に廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
請求項２記載の発明のように、制御手段（４０）は、圧縮機（１１０、１３０）をＯＮ状態にする時に、冷凍サイクル（２０Ａ）の冷房能力が必要冷房能力以上となるように圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させるようにするとよい。これにより、蓄冷効果を得て、圧縮機（１１０、１３０）をＯＦＦとする時間を延ばすことができるので、ランキンサイクル（３０Ａ）の作動可能時間を延ばし、効果的な廃熱回収が可能となる。
このとき、請求項３に記載の発明のように、制御手段（４０）は、冷凍サイクル（２０Ａ）の蒸発器（２４）における作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、必要冷房能力を満たす第１冷房温度（ＴＥＯ１）よりも低い第２冷房温度（ＴＥＯ２）となるように、圧縮機（１１０、１３０）の吐出量を増加させるのが良い。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、熱機関（１０）の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器（３４）で加熱すると共に、加熱された作動流体を膨張機（１１０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器（２１）で凝縮液化するランキンサイクル（３０Ａ）と、
ランキンサイクル（３０Ａ）の作動を制御する制御手段（４０）と、
熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）と、
専用の圧縮機（１３０）を備え、凝縮器（２１）を共有して形成されると共に、制御手段（４０）によってランキンサイクル（３０Ａ）に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル（２０Ｂ）と、を有する廃熱利用装置において、
制御手段（４０）は、回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって熱機関（１０）の作動状態を把握し、熱機関（１０）の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握し、廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にある場合に、ランキンサイクル（３０Ａ）を作動させると共に、冷凍サイクル（２０Ｂ）の作動が必要な場合に、廃熱流体の温度が所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にあると、冷凍サイクル（２０Ｂ）とランキンサイクル（３０Ａ）とを同時に作動させることを特徴としている。
【００２０】
これにより、熱機関（１０）の廃熱流体の温度のみならず、廃熱流体が流動状態にあるか否かも併せて判定することで、廃熱回収が可能なときに確実にランキンサイクル（３０Ａ）を作動させることができるので、廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
制御手段（４０）は、熱機関（１０）の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握することができる。このとき、熱機関（１０）の回転数を検出する回転数検出手段（１５）から得られる回転数によって熱機関（１０）の作動状態を把握するようにすると、熱機関（１０）の作動状態を確実に把握することができる。
そして、冷凍サイクル（２０Ｂ）を作動させながら、効率的な廃熱回収が可能となり、車両の燃料消費率を向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、制御手段（４０）は、圧縮機（１３０）から吐出される作動流体の凝縮に要する第１放熱量と、膨張機（１１０）から流出される作動流体の凝縮に要する第２放熱量との和が、凝縮器（２１）における凝縮時の放熱能力以下となるように、膨張機（１１０）の作動回転数を制御すると良い。
【００２２】
これにより、凝縮器（２１）の放熱機能に破綻をきたすことなく、冷凍サイクル（２０Ｂ）、およびランキンサイクル（３０Ａ）の同時作動が可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明のように、所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）は、第１所定温度（Ｔｗ１）と、それより大きい第２所定温度（Ｔｗ２）とによって、ヒステリシスを有するように設定するとよい。これにより、所定温度（Ｔｗ１、Ｔｗ２）近傍における温度判定のハンチングを防止して、安定したランキンサイクル（３０Ａ）の切り替え制御が可能となる。
請求項７に記載の発明のように、廃熱流体が熱機関（１０）を冷却する冷却水であり、この冷却水は、熱機関（１０）により駆動される機械式のポンプ（１２）によって加熱器（３４）に循環される場合には、熱機関（１０）の作動状態を把握することで、冷却水の流動状態を把握することができる。
熱機関（１０）は、請求項８に記載の発明のように、車両用の内燃機関（１０）を対象として好適である。
【００２４】
具体的な車両としては、請求項９に記載の発明のように、走行条件に応じて前記内燃機関（１０）が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両を対象とするのが良い。
【００２５】
これにより、内燃機関（１０）が停止された状態であっても、廃熱流体の温度と流動状態に基づいて確実なランキンサイクル（３０Ａ）の作動が可能となり、車両の燃料消費率を向上させることができる。
【００２６】
請求項１０〜請求項１８に記載の発明は、廃熱利用装置における制御方法に関するものであり、その技術的意義は上記請求項１〜請求項９に記載の廃熱利用装置と本質的に同じである。
【００２７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る廃熱利用装置２０を、走行用電動発動機１４０を有し、走行条件に応じてエンジン（本発明における熱機関に対応）１０が作動あるいは停止されるハイブリッド車両に適用したものである。廃熱利用装置２０は、冷凍サイクル２０Ａをベースとして、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギを回収するランキンサイクル３０Ａを備えている。各サイクル２０Ａ、３０Ａの圧縮部あるいは膨張部には流体機械としての膨張発電機兼電動圧縮機（以下、膨張機兼圧縮機）１１０が設けられており、制御装置（本発明の制御手段に対応）４０によって各サイクル２０Ａ、３０Ａおよび膨張機兼圧縮機１１０の作動が制御されるようになっている。以下、廃熱利用装置２０の全体構成について図１を用いて説明する。
【００２９】
まず、冷凍サイクル２０Ａは、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機１１０、凝縮器２１、気液分離器２２、減圧器２３、蒸発器２４等が環状に接続されて形成されている。
【００３０】
膨張機兼圧縮機１１０は、気相冷媒を加圧して吐出する圧縮モード（圧縮機として作動）と、過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張モード（膨張機として作動）とを兼ね備えるものである。膨張機兼圧縮機１１０には、発電機および電動機としての両機能を有する発電機兼電動機１２０が接続されており、これは、膨張機兼圧縮機１１０を圧縮モードで作動させる場合には動力（回転力）を与える動力源として稼動し、膨張モードで作動させる場合には膨張機兼圧縮機（膨張機）１１０にて回収された動力にて電力を発生させる発電機として稼動する。発電機兼電動機（発電機）１２０により生成された電力は、バッテリに充電されて、エンジン１０の始動、および車両の各種電気負荷（ヘッドライト、エンジン補機など）の通常作動に使用されるようになっている。尚、膨張機兼圧縮機１１０の詳細については後述する。
【００３１】
凝縮器２１は、膨張機兼圧縮機１１０（圧縮モード時）の冷媒吐出側に設けられ、熱交換部に流入される外気（車室外空気）によって高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。気液分離器２２は、凝縮器２１で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器２３は、気液分離器２２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機１１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００３２】
蒸発器２４は、減圧器２３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、この吸熱作用によって空調空気を冷却する。そして、蒸発器２４の冷媒流出側には、蒸発器２４側から膨張機兼圧縮機１１０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２４ａが設けられている。
【００３３】
そして、ランキンサイクル３０Ａは、車両の走行用動力を発生させるエンジン１０で発生した廃熱からエネルギ（膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時における駆動力）を回収するものである。ランキンサイクル３０Ａは、上記冷凍サイクル２０Ａに対して、凝縮器２１が共用されると共に、この凝縮器２１をバイパスするように気液分離器２２から膨張機兼圧縮機１１０および凝縮器２１の間（Ａ点）に接続される第１バイパス流路３１と、膨張機兼圧縮機１１０および逆止弁２４ａの間（Ｂ点）から凝縮器２１およびＡ点の間（Ｃ点）に接続される第２バイパス流路３２とが設けられて、以下のように形成されている。
【００３４】
即ち、第１バイパス流路３１には、液ポンプ３３が配設されると共に、気液分離器２２側から液ポンプ３３側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。また、Ａ点と膨張機兼圧縮機１１０との間に加熱器３４が設けられている。加熱器３４は、液ポンプ３３から送られる冷媒（本発明における作動流体に対応）とエンジン１０における温水回路１０Ａのエンジン冷却水（本発明における廃熱流体に対応）との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器である。
【００３５】
尚、水ポンプ（本発明におけるポンプに対応）１２は温水回路１０Ａ内でエンジン冷却水を循環させるポンプで、エンジン１０によって駆動される機械式ポンプである。ラジエータ１３はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。
【００３６】
温水回路１０Ａの出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ１４が設けられており、この温度センサ１４で検出（出力）された温度信号は、後述する制御装置４０に入力される。また、エンジン１０にはエンジン１０の回転数を検出する回転数センサ（本発明における回転数検出手段に対応）１５が設けられており、この回転数センサ１５で検出（出力）された回転数信号は、上記温度信号と同様に後述する制御装置４０に入力される。
【００３７】
そして、第２バイパス流路３２には、膨張機兼圧縮機１１０側から凝縮器２１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３２ａが設けられている。また、Ａ点とＣ点との間には開閉弁３５が設けられている。開閉弁３５は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、後述する制御装置４０により制御されるようになっている。また、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮モードで作動する時の冷媒吐出側には制御弁３６が設けられており、これは膨張機兼圧縮機１１０を圧縮モードで作動させる場合には吐止弁、つまり逆止弁として機能し、膨張モードで作動させる場合には開いた状態になる。この制御弁３６は、後述する制御装置４０により制御される。
【００３８】
上記気液分離器２２、第１バイパス流路３１、液ポンプ３３、加熱器３４、膨張機兼圧縮機１１０、第２バイパス流路３２、凝縮器２１等にてランキンサイクル３０Ａが形成される。
【００３９】
つぎに、膨張機兼圧縮機１１０の概略構造およびその作動について説明する。本実施形態では周知のベーン型の流体機械にて膨張機兼圧縮機１１０を構成しており、図２（ａ）は膨張機兼圧縮機１１０が圧縮モードで作動する場合を示し、図２（ｂ）は膨張モードで作動する場合を示している。
【００４０】
膨張機兼圧縮機１１０を圧縮モードで作動させる場合には、制御弁３６を逆止弁として機能させて、発電機兼電動機１２０にてロータ１２０ａを回転させて冷媒を吸入圧縮する。吐出された高圧冷媒は制御弁３６にてロータ１２０ａ側に逆流することが阻止される。
【００４１】
膨張機兼圧縮機１１０を膨張モードで作動させる場合には、制御弁３６を開いて加熱器３４にて生成された過熱蒸気を膨張機兼圧縮機１１０内に導入して膨張させることでロータ１２０ａを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。つまり、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モードによって回転駆動力を発生させることになる。
【００４２】
制御装置４０は、図１に示すように、乗員の設定する設定温度や環境条件（外気温、日射量）等に基づいて決定される空調要求信号、温度センサ１４からの信号、回転数センサ１５からの信号等が入力され、これらの信号に基づいて液ポンプ３３、開閉弁３５、膨張機兼圧縮機１１０、制御弁３６、発電機兼電動機１２０などを制御する。
【００４３】
次に、上記実施形態に係る廃熱利用装置２０の作動（制御装置４０による制御）について図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
まず、ステップＳ１１０で乗員からの空調要求があるか否かを判定する。空調要求ありと判定した場合は、ステップＳ１２０で温度センサ１４からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器３４における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。
【００４５】
このとき、図４に示すように、エンジン冷却水温度が所定温度Ｔｗ２未満から所定温度Ｔｗ２以上に上がったときに、エンジン冷却水温度は加熱に充分な温度（加熱可能温度）になった（判定値１）と判定する。また、エンジン冷却水温度が所定温度Ｔｗ２より低い所定温度Ｔｗ１未満に下がったときに、エンジン冷却水温度は加熱可能温度ではなくなった（判定値０）と判定する。このように、本実施形態では、エンジン冷却水温度の判定にヒステリシスを設けており、所定温度Ｔｗ１と所定温度Ｔｗ２は、その温度差が５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇとなるような所定温度としている。所定温度Ｔｗ１は本発明の第１所定温度に対応しており、所定温度Ｔｗ２は本発明の第２所定温度に対応している。
【００４６】
ステップＳ１２０において加熱可能温度でない（判定値０）と判定した場合は、ステップＳ１３０において通常空調制御を実行し、冷凍サイクル２０Ａを継続的に稼動させる。具体的には液ポンプ３３を停止させ、開閉弁３５を開き、制御弁３６を逆止弁として機能させた状態で発電機兼電動機１２０に通電してロータ１２０ａを回転させる。これにより、冷媒は、図５に示すように、膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０→加熱器３４→凝縮器（放熱器）２１→気液分離器２２→減圧器２３→蒸発器（吸熱器）２４→膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０の順に循環する。ロータ１２０ａの回転数（圧縮機の回転数）は、さまざまなセンサなどから入力される外気温、空調設定温度、日射量などの値に基づいて算出される蒸発器出口目標温度（本発明の第１冷房温度に対応）ＴＥＯ１に基づいて制御される。ステップＳ１３０の実行終了後は、ステップＳ１１０に戻って以下のステップを繰り返す。
【００４７】
ステップＳ１２０において加熱可能温度である（判定値１）と判定した場合は、ステップＳ１４０においてランキン／空調協調制御（本発明におけるＯＮ−ＯＦＦ制御に対応）を実行し、ランキンサイクルの稼動と冷凍サイクルの稼動を適宜切り替える制御を行う。ランキン／空調協調制御の詳細については後述する。ステップＳ１４０の実行終了後は、ステップＳ１１０に戻って以下のステップを繰り返す。
【００４８】
一方、ステップＳ１１０において空調要求なしと判定した場合は、ステップＳ１５０において、ステップＳ１２０と同様に温度センサ１４からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器３４における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。加熱可能温度である（判定値１）と判定した場合は、ステップＳ１６０において回転数センサ１５からの回転数信号に基づいてエンジン１０が稼働中（作動状態）であるかどうか判定する。エンジン稼働中であると判定した場合は、エンジン１０によって水ポンプ１２が稼動しているため、エンジン冷却水の流量が加熱器３４における加熱に充分な量（加熱可能流量）である（エンジン冷却水が流動状態にある）と判断して、ステップＳ１７０においてランキンサイクル３０Ａを稼動させる。
【００４９】
具体的には、開閉弁３５を閉じ、制御弁３６を開いた状態で、液ポンプ３３を稼動させる。これにより、冷媒は、図６に示すように、気液分離器２２→第１バイパス回路３１→液ポンプ３３→加熱器３４→膨張機兼圧縮機（膨張機）１１０→第２バイパス回路３２→凝縮器２１→気液分離器２２の順に循環する。また、ランキンサイクル３０Ａの作動中は、発電機兼電動機１２０で最大の発電電力が得られるように、エンジン冷却水温度に応じて発電機兼電動機１２０の回転数を調節する。ステップＳ１７０の実行終了後は、ステップＳ１１０に戻って以下のステップを繰り返す。
【００５０】
ステップＳ１５０において加熱可能温度でない（判定値０）と判定した場合、およびステップＳ１６０においてエンジン稼働中でない（エンジン冷却水が流動状態でない）と判定した場合は、ステップＳ１８０において液ポンプ３３を停止すると共に、発電機兼電動機１２０への通電を停止して、ランキンサイクル３０Ａも冷凍サイクル２０Ａも非稼動とする。ステップＳ１８０の実行終了後は、ステップＳ１１０に戻って以下のステップを繰り返す。
【００５１】
つぎに、ステップＳ１４０において実行されるランキン／空調制御の詳細を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
まず、ステップＳ２１０において、ランキン／空調協調制御に用いる蒸発器出口目標温度（本発明における第２冷房温度に対応）ＴＥＯ２を算出する。具体的には、通常空調制御（図３のステップＳ１３０）において用いるのと同じ蒸発器出口目標温度（第１冷房温度）ＴＥＯ１をまず、さまざまなセンサなどから入力される外気温、空調設定温度、日射量などの値に基づいて算出し、これより所定値だけ低い値を蒸発器出口目標温度（第２冷房温度）ＴＥＯ２として求める。具体的には、目標温度ＴＥＯ２は、目標温度ＴＥＯ１より１ｄｅｇ〜５ｄｅｇの所定値だけ低い温度に設定される。
【００５３】
つぎに、ステップＳ２２０において、ステップＳ１６０と同様に回転数センサ１５からの回転数信号に基づいてエンジン１０が稼働中であるか否かの判定を行う。エンジン稼働中であると判定した場合はエンジン冷却水の流量が加熱可能流量である（エンジン冷却水が流動状態にある）として、エンジン１０からの廃熱はランキンサイクルの稼動に充分な量であると判断する。そこで、ステップＳ２３０において冷凍サイクル２０Ａの稼動要求があるか否かを判定し（詳細は後述）、冷凍サイクル稼動要求がない（判定値０）と判定された場合は、ステップＳ２４０において、制御弁３６、開閉弁３５、および液ポンプ３３を制御してランキンサイクル３０Ａを稼動させる。ステップＳ２４０の実行終了後は、全体制御のルーチンに戻る。
【００５４】
ステップＳ２３０における冷凍サイクル稼動要否の判定は、ステップＳ２１０で求めた蒸発器出口目標温度（第２冷房温度）ＴＥＯ２と実際の蒸発器出口温度ＴＥとを比較して行う。具体的には、図８に示すように、蒸発口出口目標温度ＴＥＯ２より所定値だけ高い目標温度ＴＥＯ３を設定し、実際温度ＴＥが目標温度ＴＥＯ３未満からＴＥＯ３以上に上がったときに冷凍サイクル稼動が必要になった（判定値１）と判定する。また、実際温度ＴＥが目標温度ＴＥＯ２未満に下がったときに冷凍サイクル稼動が必要なくなった（判定値０）と判定する。このように、本実施形態では、冷凍サイクル稼動要否判定にヒステリシスを設けている。
【００５５】
一方、ステップＳ２２０においてエンジン１０が稼働中でないと判定した場合は、ステップＳ２５０において、膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０の回転数（ロータ１２０ａの回転数）を目標温度ＴＥＯ２に基づいて算出する。そして、ステップＳ２６０において、発電機兼電動機１２０に通電してロータ１２０ａをステップＳ２５０で求めた回転数で回転させ、さらに液ポンプ３３、開閉弁３５、制御弁３６を制御することにより、冷凍サイクル２０Ａを稼動させる。ステップＳ２６０の実行終了後は、全体制御のルーチンに戻る。
【００５６】
このように、ランキン／空調協調制御においては、冷凍サイクル２０Ａ稼動時に、蒸発器出口目標温度を、必要冷房能力を満たす（通常空調制御で用いる）目標温度ＴＥＯ１よりも低い温度ＴＥＯ２に設定して、必要冷房能力以上となるように膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０の吐出量を増加させることにより、通常空調制御時と比較して冷房能力を低下させることなく、空調要求時であっても冷凍サイクル２０Ａを非稼動とできる時間を確保して、これをランキンサイクル３０Ａの稼動にあてている。
【００５７】
図９は、通常空調制御（図３のステップＳ１３０）の場合とランキン／空調協調制御（図３のステップＳ１４０）の場合のそれぞれについて、エンジン回転数の時間的変化に応じた膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０の回転数の変化およびランキンサイクル３０Ａの稼動／非稼動の切り替わる様子を示している。ここに示すように、通常空調制御の場合は、膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０が継続的に稼動されるのに対して、ランキン／空調協調制御の場合は、冷凍サイクル２０Ａ稼動時には膨張機兼圧縮機（圧縮機）１１０の回転数が高めに制御され、冷凍サイクル２０Ａの稼動が停止されると、ランキンサイクル３０Ａが稼動される。
【００５８】
以上のように、本実施形態においては、車両使用中でもエンジン１０が停止されることがあるハイブリッド車両において、ランキンサイクル３０Ａの稼動／非稼動を判断する際に、エンジン１０の冷却水の温度が加熱可能温度であるかどうかを判定するだけでなく、エンジン１０稼働中か否かを判定することによりエンジン冷却水の流量を確認して、エンジン１０が稼動状態にないときはエンジン冷却水が流動状態にないと判断してランキンサイクルを非稼動としている。そのため、エンジン１０からの廃熱が回収可能なときにのみ確実にランキンサイクルを稼動させることができ、これにより、廃熱回収が効率的に行われて、車両の燃料消費率を向上させることができる。
【００５９】
また、空調要求があるときでも、エンジン冷却水の温度が加熱可能温度である場合には、ランキン／空調協調制御により、エンジン１０稼働中に冷凍サイクル２０Ａを非稼動にできる時間を確保して、この間にランキンサイクル３０Ａを稼動させるようにしている。これにより、廃熱利用装置２０を利用して廃熱回収を効率的に行うことができる。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１０に示す。本実施形態は、上記第１実施形態（図１）がエンジン回転数信号に基づいてエンジン冷却水の流量が充分であるかどうかの判定を行っていたのに対して、温水回路１０Ａに流量センサ（本発明の流量検出手段に対応）４１を配置して、これにより直接流量を検出する。流量センサ４１からの流量信号は制御装置４０に入力される。本実施形態においては、温水回路１０Ａ内でエンジン冷却水を循環させる水ポンプ１２は、上記第１実施形態同様エンジン１０によって駆動される機械式ポンプであってもよいし、あるいは電動モータによって駆動される電動ポンプであってもよい。
【００６１】
図１１は本実施形態に係る廃熱利用装置２０の作動（制御装置４０による制御）示すフローチャートである。ステップＳ１１０〜Ｓ１３０、Ｓ１５０、Ｓ１７０、Ｓ１８０については、上記第１実施形態と同様である。
【００６２】
上記第１実施形態において、図３のステップＳ１６０で回転数信号に基づいてエンジン稼動判定が実行されたのに対して、本実施形態では、図１１のステップＳ１６５において、流量センサ４１からの流量信号に基づいて、エンジン冷却水の流量判定が実行される。
【００６３】
具体的には、図１２に示すように、流量センサ４１により検出したエンジン冷却水の流量が所定流量Ｑｗ２未満から所定流量Ｑｗ２以上になったときに加熱可能流量になった（判定値１）と判定され、流量が所定流量Ｑｗ２より少ない所定流量Ｑｗ１未満になったときに加熱可能流量ではなくなった（判定値０）と判定される。このように、本実施形態では、エンジン冷却水流量の判定にヒステリシスを設けており、所定流量Ｑｗ１と所定流量Ｑｗ２の流量差を２Ｌ／ｍｉｎとしている。所定流量Ｑｗ１は本発明における第１所定流量に対応しており、所定流量Ｑｗ２は本発明における第２所定流量に対応している。
【００６４】
図１３は図１１のステップＳ１４５において実行されるランキン／空調協調制御の詳細を示している。ステップＳ２１０、Ｓ２３０〜Ｓ２６０については、上記第１実施形態と同様である。ステップＳ２２５においては、図１１のステップＳ１６５と同様にして、エンジン冷却水に関する流量判定が実行される。
【００６５】
以上のように、本実施形態においては、流量センサ４１によりエンジン冷却水の流量を直接検出して、これに基づいて流量に関する判定を行うため、エンジン冷却水の流量が加熱可能流量であるかどうかをより正確に判定することができ、ランキンサイクルをより長い時間稼動させることが可能となる。
【００６６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１４に示す。上記各実施形態（図１、図１０）においては、膨張機および圧縮機として１つの流体機械１１０によって構成される一体型のもの（膨張機兼圧縮機１１０）を用いたが、図１４に示すように、圧縮機１３０と膨張機１３１がそれぞれ独立である構成であってもよい。圧縮機１３０と膨張機１３１は並列に配置され、さらに、これらへの通路を開閉する電磁式バルブである開閉弁３８ａ、３８ｂが配置される。制御装置４０による廃熱利用装置２０の制御は上記第１実施形態と同様に行われるが、ランキンサイクル３０Ａと冷凍サイクル２０Ａの切り替えの際には、液ポンプ３３、開閉弁３５、制御弁３６と共に、開閉弁３８ａ、３８ｂも制御装置４０により制御される。
【００６７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１５〜図１７に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態（図１）に対して、温水回路１０Ａにおいてエンジン冷却水を循環させる水ポンプを電動式の水ポンプ１２ａとしたものである。
【００６８】
水ポンプ１２ａは、電動機を駆動源とするポンプであり、図示しないエンジン１０の制御手段によって制御されるようになっている。よって、水ポンプ１２ａは、機械式の水ポンプ１２とは異なり、エンジン１０の作動停止には関係なくエンジン１０とは独立して作動可能となっている。ハイブリッド車両においては、走行条件に応じてエンジン１０が停止される場合がある。第１実施形態における機械式の水ポンプ１２では、エンジン１０の停止に伴って水ポンプ１２も停止状態となる。しかし、電動式の水ポンプ１２ａにおいては、エンジン１０が停止状態となっても、水ポンプ１２ａを作動させて、温水回路１０Ａのエンジン冷却水を循環させることができる。
【００６９】
水ポンプ１２ａの作動状態を示す稼働信号が、制御装置４０に入力されるようになっている。制御装置４０は、水ポンプ１２ａが稼働状態にあると、温水回路１０Ａ内のエンジン冷却水は流動状態にあると判定し、水ポンプ１２ａが非稼働状態にあると、エンジン冷却水は流動状態にないと判定するようにしている。
【００７０】
本実施形態に係る廃熱利用装置２０の作動（制御装置４０による制御）を図１６、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。図１６、図１７におけるフローチャートは、上記第１実施形態で説明した図３、図７におけるフローチャートのステップＳ１６０、ステップＳ２２０をそれぞれ、ステップＳ１６６、ステップＳ２２６に変更したものである。
【００７１】
制御装置４０は、ステップＳ１１０で空調要求がなく、ステップＳ１５０でエンジン冷却水温度が加熱可能温度であると判定すると、ステップＳ１６６で水ポンプ１２ａの稼働状態を判定する。水ポンプ１２ａが稼働状態であるとエンジン冷却水は流動状態にあることから、加熱器３４における冷媒の加熱が可能であり、ステップＳ１７０でランキンサイクル３０Ａを稼働させる。
【００７２】
また、水ポンプ１２ａが非稼働状態であるとエンジン冷却水は非流動状態にあることから、加熱器３４における冷媒の加熱が行えず、ステップＳ１８０でランキンサイクル３０Ａを非稼働とする。
【００７３】
一方、制御装置４０は、ステップＳ１１０で空調要求があり、ステップＳ１２０でエンジン冷却水温度が加熱可能温度であると判定すると、ステップＳ１４０でランキン／空調協調制御を行う。ランキン／空調協調制御においては、ステップＳ２１０で蒸発器出口目標温度ＴＥＯ２を算出した後に、ステップＳ２２６で、水ポンプ１２ａの稼働状態に伴うエンジン冷却水の流動状態を上記ステップＳ１６６と同様に判定する。そして、ステップＳ２６６の判定に応じて、ステップＳ２４０、ステップＳ２６０においてランキンサイクル３０Ａと、冷凍サイクル２０Ａとの稼働の使い分けを行う。
【００７４】
以上のように、本実施形態においては、水ポンプ１２ａを電動式ポンプとすることで、水ポンプ１２ａの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を確実に把握することができる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
尚、エンジン冷却水の流動状態の判定においては、水ポンプ１２ａの回転数が所定回転数以上で流動状態にあり、所定回転数未満で流動状態にないと判定するようにしても良い。
【００７６】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１８に示す。第５実施形態は、上記第４実施形態に対して冷凍サイクル２０Ａを廃止したものである。
【００７７】
廃熱利用装置２０は、ランキンサイクル３０Ａを主として形成されている。第４実施形態（図１５）に対して冷凍サイクル２０Ａを廃止したことから、制御装置４０への空調要求信号の入力を廃止している。また、膨張機兼圧縮機１１０を専用の膨張機１３１に変更し、逆止弁３１ａ、３２ａ、開閉弁３５、制御弁３６を廃止している。そして、膨張機１３１、凝縮器２１、気液分離器２２、液ポンプ３３、加熱器３４が順次環状に接続されて、ランキンサイクル３０Ａが形成されている。
【００７８】
制御装置４０は、図１６で説明したフローチャート中のステップＳ１５０、Ｓ１６６、Ｓ１７０、Ｓ１８０を用いて、ランキンサイクル３０Ａの稼働を制御する。ランキンサイクル３０Ａは、エンジン冷却水温度と、エンジン冷却水の流動状態とに応じて稼働されることになり、効率的な廃熱回収が可能となる。
【００７９】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１９〜図２１に示す。第６実施形態は、上記第５実施形態（図１８）に対して、凝縮器２１を共有すると共に、専用の圧縮機１３０を備える冷凍サイクル２０Ｂを追加したものである。
【００８０】
冷凍サイクル２０Ｂは、ランキンサイクル３０Ｂに設けられた分岐流路２５を用いることで以下のように形成されている。即ち、分岐流路２５は、気液分離器２２の流出側から分岐して、膨張機１３１と凝縮器２１との間（Ｄ点）に接続される流路として形成されている。分岐流路２５には、減圧器２３、蒸発器２４、圧縮機１３０が配設されている。よって、ランキンサイクル３０Ａの凝縮器２１、および気液分離器２２を共有することで、圧縮機１３０、凝縮器２１、気液分離器２２、減圧器２３、蒸発器２４が順次環状に接続された冷凍サイクル２０Ｂが形成されている。
【００８１】
冷凍サイクル２０Ｂは専用の圧縮機１３０を備えることから、ランキンサイクル３０Ａに対して、独立して稼働可能となっている。つまり、本廃熱利用装置２０においては、ランキンサイクル３０Ａの単独運転、冷凍サイクル２０Ｂの単独運転、ランキンサイクル３０Ａおよび冷凍サイクル２０Ｂの同時運転が可能となっている。
【００８２】
以下、上記実施形態に係る廃熱利用装置２０の作動（制御装置４０による制御）について図２０に示すフローチャートを用いて説明する。図２０に示すフローチャートは第４実施形態の図１６で説明したフローチャートに対して、ステップＳ１２１を追加すると共に、ステップＳ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１７０、Ｓ１８０をそれぞれ、ステップＳ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１７１、Ｓ１８１に変更したものである。
【００８３】
まず、ステップＳ１１０で乗員からの空調要求があるか否かを判定する。空調要求なしと判定した場合は、ステップＳ１５０で温度センサ１４からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器３４における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。
【００８４】
ステップＳ１５０において加熱可能温度である（判定値１）と判定した場合は、ステップＳ１６６において水ポンプ１２ａの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を判定する。ステップＳ１６６でエンジン冷却水が水ポンプ１２ａの稼働に伴い流動状態にあると判定すると、ステップＳ１７１でランキン単独運転（ランキン単独制御）を実行し、ランキンサイクル３０Ａを稼働させる（冷凍サイクル２０Ｂは非稼働状態）。
【００８５】
上記ステップＳ１５０で加熱可能温度でない（判定値０）と判定し、また、ステップＳ１６６で水ポンプ１２ａが非稼働状態にあってエンジン冷却水は流動状態にないと判定すると、ステップＳ１８１でランキン／空調非稼働運転を実行し、ランキンサイクル３０Ａ、および冷凍サイクル２０Ｂを共に非稼働とする。
【００８６】
一方、ステップＳ１１０で乗員からの空調要求ありと判定した場合は、ステップＳ１２０でエンジン冷却水の温度が加熱器３４における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。
【００８７】
ステップＳ１２０において加熱可能温度でない（判定値０）と判定した場合は、ステップＳ１３１において空調単独運転（空調通常制御）を実行し、冷凍サイクル２０Ｂを稼動させる（ランキンサイクル３０Ａは非稼働状態）。
【００８８】
しかしながら、ステップＳ１２０において加熱可能温度である（判定値１）と判定した場合は、ステップＳ１２１で水ポンプ１２ａの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を判定する。エンジン冷却水が流動状態にないと判定すれば、ステップＳ１３１に進み、空調単独運転を実行するが、エンジン冷却水が流動状態にあると判定すると、ステップＳ１４１においてランキン／空調同時運転（同時運転制御）を実行し、ランキンサイクル３０Ａの稼動と冷凍サイクル２０Ｂの稼動を同時に行う。
【００８９】
制御装置４０は、ランキン／空調同時運転においては、凝縮器２１における放熱能力を超えないように、ランキンサイクル３０Ａの膨張機１３０の回転数を調整するようにしている。
【００９０】
即ち、制御装置４０は、凝縮器２１における放熱能力として、凝縮器２１の熱交換部に流入される外気の温度、外気の流速、更には凝縮器２１自身のサイズによって図２１（ａ）中の破線のように決定する。
【００９１】
また、冷凍サイクル２０Ｂの稼働時においては、空調に要求される冷房能力（図２１（ｂ））を発揮させるために冷媒が蒸発器２４で吸熱した熱量分、および圧縮機１３０で圧縮仕事を受けた熱量分の放熱が凝縮器２１にて必要となり、制御装置４０は、これを図２１（ａ）の下側の領域で示される冷凍サイクル放熱量（本発明における第１放熱量に対応）として決定する。
【００９２】
そして、ランキンサイクル３０Ａの稼働時においては、膨張機１３１から流出される冷媒を冷却凝縮させるための放熱が凝縮器２１にて必要となり、制御装置４０は、この時の放熱量分を図２１（ａ）の上側の領域で示されるランキンサイクル放熱量（本発明における第２放熱量に対応）として決定する。ランキンサイクル放熱量は、凝縮器２１を流通する冷媒の流量に比例するものであり、即ち、図２１（ｃ）に示すように、膨張機１３１の回転数に比例する。
【００９３】
よって、制御装置４０は、ランキン／空調同時運転を実行する際には、エアコンサイクル放熱量とランキンサイクル放熱量との和が凝縮器放熱能力以下となるように、膨張機１３１の回転数を制御する。つまり、冷凍サイクル２０Ｂにおける要求冷房能力が低ければ、膨張機１３１の回転数を上げて、ランキンサイクル３０Ａにおける回収駆動力（発電量）を増加させる。逆に、冷凍サイクル２０Ｂにおける要求冷房能力が高ければ、膨張機１３１の回転数を下げて、ランキンサイクル３０Ａにおける回収駆動力（発電量）を低下させる。
【００９４】
以上のように、本実施形態においては、ランキンサイクル３０Ａに対して凝縮器２１を共有すると共に、専用の圧縮機１３０を有する冷凍サイクル２０Ｂを設けるようにしているので、ランキン単独運転、空調単独運転、ランキン／空調同時運転の実行が可能となる。ランキンサイクル３０Ａを稼働させる際には、エンジン冷却水温度、およびエンジン冷却水の流動状態に応じて対応するようにしているので、効率的な廃熱回収が可能となる。
【００９５】
そして、ランキン／空調同時運転実行時には、冷凍サイクル放熱量とランキンサイクル放熱量との和が、凝縮器放熱能力以下となるように膨張機１３１の回転数を調整するようにしているので、凝縮器２１の放熱機能に破綻をきたすことなく、冷凍サイクル２０Ｂでの要求冷房能力を確保すると共に、ランキンサイクル３０Ａでの無駄のない廃熱回収が可能となる。
【００９６】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図２２に示す。第７実施形態は、上記第６実施形態（図２０）に対して電動式の水ポンプ１２ａを機械式の水ポンプ１２に変更すると共に、エンジン１０に回転数センサ１５を追加したものである。水ポンプ１２および回転数センサ１５は、上記第１実施形態（図１）で説明したものと同一である。
【００９７】
本実施形態においては、上記第６実施形態で説明した図２０中のステップＳ１２１、Ｓ１６６におけるエンジン冷却水の流動状態の判定を、回転数センサ１５の回転数信号から得られるエンジン１０の稼働状態判定に置き換えることで、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図２３に示す。第８実施形態は、上記第７実施形態（図２２）に対して、冷凍サイクル２０Ｂを廃止したものである。また、本実施形態は、第５実施形態（図１８）に対して、電動式の水ポンプ１２ａを機械式の水ポンプ１２に変更したものに等しい。
【００９９】
ランキンサイクル３０Ａは、制御装置４０によって、温度センサ１４から得られるエンジン冷却水温度と、回転数センサ１５から得られるエンジン１０の稼働状態（エンジン冷却水の流動状態）とに応じて稼働され、効率的な廃熱回収が可能となる。
【０１００】
（その他の実施形態）
上記第１、第３、第７、第８実施形態においては、エンジン１０の作動状態を回転数センサ１５によって得られるエンジン回転数によって把握するようにしたが、これに代えて、エンジン１０の吸気圧、吸気スロットルバルブ開度等を使用するようにしてもよい。
【０１０１】
上記第２実施形態においては、流量センサ４１はエンジン１０と加熱器３４との間に配設したが、これに代えて、加熱器３４のエンジン冷却水の出口側近傍に配設するようにしてもよく、これにより、流量センサ４１の応答時間遅れの影響をなくして、加熱器３４における確実な廃熱流体の流動状態を検出できる。
【０１０２】
上記各実施形態においては、熱機関の廃熱流体としてエンジン１０の冷却水を用いたが、これに代えて、排気ガスを用いてもよい。
【０１０３】
また、上記各実施形態においては、本発明のランキンサイクル３０Ａおよび廃熱利用装置２０をハイブリッド車両に適用したが、同じくエンジン１０が走行条件に応じて作動、停止されるアイドルストップ車両に適用してもよい。また、エンジン１０を搭載する通常の車両に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における膨張機兼圧縮機を示す断面図である。
【図３】第１実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。
【図４】第１実施形態における制御装置による冷却水温度判定を説明する図である。
【図５】第１実施形態における廃熱利用装置の冷凍サイクル稼動状態を示す模式図である。
【図６】第１実施形態における廃熱利用装置のランキンサイクル稼動状態を示す模式図である。
【図７】第１実施形態において制御装置によるランキン／空調協調制御に用いられるフローチャートである。
【図８】第１実施形態における制御装置による冷凍サイクル稼動要否判定を説明する図である。
【図９】第１実施形態における制御装置による通常空調制御とランキン／空調協調制御を対比させて説明する図である。
【図１０】第２実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。
【図１２】第２実施形態における制御装置による冷却水流量判定を説明する図である。
【図１３】第２実施形態において制御装置によるランキン／空調協調制御に用いられるフローチャートである。
【図１４】第３実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図１５】第４実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図１６】第４実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。
【図１７】第４実施形態において制御装置によるランキン／空調協調制御に用いられるフローチャートである。
【図１８】第５実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図１９】第６実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図２０】第６実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。
【図２１】第６実施形態において凝縮器放熱量、要求冷房能力、膨張機回転数を示すタイムチャートである。
【図２２】第７実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図２３】第８実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  エンジン（熱機関）
１２  水ポンプ（機械式のポンプ）
１２ａ  水ポンプ（電動式のポンプ）
１４  温度センサ
１５  回転数センサ（回転数検出手段）
２０  廃熱利用装置
２０Ａ、２０Ｂ  冷凍サイクル
２１  凝縮器
２４  蒸発器
３０Ａ  ランキンサイクル
３４  加熱器
４０  制御装置（制御手段）
４１  流量センサ（流量検出手段）
１１０  膨張発電機兼電動圧縮機（圧縮機、膨張機）
１３０  圧縮機
１３１  膨張機
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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