(57)【要約】      （修正有） 【課題】凝縮器内の凝縮水の液面位置を制御し、水蒸気凝縮部と凝縮水冷却部の伝熱面積のそれぞれの変化を所要範囲で安定化させ、水蒸気凝縮部と凝縮水冷却部にそれぞれ取り付けられた冷却ファンにより凝縮器圧力および凝縮水出口温度の制御を安定して行えるランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置を提供する。【解決手段】  エンジン５０からの排ガスの熱で水を昇温昇圧して高温高圧の水蒸気に変換する蒸発器１１と、水蒸気を冷却して水に戻す凝縮器１３とを備えるランキンサイクル装置であり、凝縮器内の水の液面６５を検出しかつ第１設定液面位置を定める液面センサ３８と、凝縮器内の水を排出し、第２設定液面位置を定めるエアベント３９等と、凝縮器内へ水を供給する開放タンク３２等と、液面センサからの検出信号によってリターンポンプ駆動制御する制御装置６０を備えるように構成されている。【選択図】    図４
2005106039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱で液相作動媒体を気相作動媒体に変換する蒸発器と、前記気相作動媒体を冷却して前記液相作動媒体に戻す凝縮器とを備えるランキンサイクル装置において、
前記凝縮器内へ前記液相作動媒体を供給する液相作動媒体供給手段と、
前記凝縮器外へ前記液相作動媒体を排出する液相作動媒体排出手段と、
前記凝縮器内の前記液相作動媒体の液面の位置を、第１設定液面位置と第２設定液面位置とに設定し、
実際の液面位置が第１設定液面位置を下回るとき、前記液相作動媒体供給手段により、前記液相作動媒体を前記凝縮器に補充し、
実際の液面位置が第２設定液面位置を上回るとき、前記液相作動媒体排出手段により、前記液相作動媒体を前記凝縮器から排出する、
ことを特徴とするランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項２】
熱源からの熱で液相作動媒体を気相作動媒体に変換する蒸発器と、前記気相作動媒体を冷却して前記液相作動媒体に戻す凝縮器とを備えるランキンサイクル装置において、
前記凝縮器内の前記液相作動媒体の液面位置を検出し、第１設定液面位置を定める液面位置検出手段と、
前記凝縮器内の前記液相作動媒体を排出し、第２設定液面位置を定める液相作動媒体排出手段と、
前記凝縮器内へ前記液相作動媒体を供給する液相作動媒体供給手段と、
前記液面位置検出手段からの検出信号によって前記液相作動媒体供給手段を駆動制御する制御手段を備え、
前記液面の位置が前記第２設定液面位置を超えるとき前記液相作動媒体排出手段により前記液相作動媒体を前記凝縮器から排出し、前記液面の位置が前記第１設定液面位置を下回るとき前記制御手段で前記液相作動媒体供給手段を駆動して前記液相作動媒体を前記凝縮器に補充することを特徴とするランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項３】
前記液相作動媒体排出手段は、前記凝縮器の前記第２設定液面位置に設けた中間排出口と、前記液相作動媒体を排出する排出弁とで構成されることを特徴とする請求項１または２記載のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項４】
前記凝縮器から排出された前記液相作動媒体と前記凝縮器に補充される前記液相作動媒体とを蓄え、排出または補充される前記液相作動媒体を循環させるリザーブ用タンクを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項５】
前記液相作動媒体供給手段は、リザーブ用タンクに蓄えられた前記液相作動媒体をポンプによって凝縮器に補充することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項６】
前記凝縮器は、複数の凝縮管を有し、前記液面の位置の対応する箇所に少なくとも２以上の凝縮管を連通する中間室を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【請求項７】
前記第１設定液面位置と前記第２設定液面位置を同じ液面位置としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置に関し、特に、例えば車載エンジンの排熱エネルギを機械エネルギに変換する車載用装置として用いられるランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱エネルギを機械的な仕事に変換するシステムとしてランキンサイクル装置が知られている。ランキンサイクル装置は、循環系を形成する密閉状態の配管システムにおいて、水を液相状態および気相状態で循環させる構造を有するものである。ランキンサイクル装置は、給水ポンプユニットと蒸発器と膨張機と凝縮器を有し、これらを接続する配管で循環回路を形成する。
【０００３】
ランキンサイクル装置の概略的構成を図１３に示す。図１３では、車載用ランキンサイクル装置を想定し、全体の構成を示すと共に、凝縮器の構造および内部状態が詳細に示されている。
【０００４】
図１３において、ランキンサイクル装置は、給水ポンプユニット１１０と蒸発器１１１と膨張機１０７と凝縮器１００を備える。これらの要素は配管１０８，１１５で接続され、循環回路が形成される。給水ポンプユニット１１０に基づき配管１１５を通して毎分所定量で送り出される水（液相）は、蒸発器１１１で熱を与えられ、水蒸気（気相）になる。この水蒸気は次の配管１１５を通して膨張機１０７に送られ、ここで膨張作用を生じる。膨張機１０７での水蒸気の膨張作用で機械装置（図示せず）を駆動することにより機械的な仕事が行われる。その後、降温降圧し膨張作用を終了した水蒸気は配管１０８を通って凝縮器１００へ送られ、ここで水蒸気の状態から水の状態に戻される。その後、配管１１５を通って給水ポンプユニット１１０に戻され、再び給水ポンプユニット１１０から送出され、上記の作用を繰り返すことになる。上記において蒸発器１１１はエンジンの排気口から延設された排気管から熱を受ける構造となっている。なおランキンサイクル装置の構造例を示す文献として例えば特許文献１を挙げることができる。
【０００５】
次に、上記車載用ランキンサイクル装置での凝縮器１００の構造と作用を詳述する。
【０００６】
車載用ランキンサイクル装置の凝縮器１００は、水蒸気導入室１０１と、集水室１０２と、これらの２つの室を上下方向に接続する多数の冷却パイプ１０３を備えている。図１３では１本の冷却パイプ１０３のみを誇張して示している。冷却パイプ１０３の内部におけるほぼ上半分は水蒸気（気相部分）１０４であり、ほぼ下半分は水（液相部分）１０５である。水蒸気１０４の部分では、水蒸気導入室１０１から冷却パイプ１０３に導入された作動媒体の大部分が気相状態にある。水１０５の部分では、冷却パイプ１０３を流れる作動媒体の大部分が液相状態（凝縮水）にある。水蒸気１０４と水１０５の境界部が液面位置１１２となる。冷却パイプ１０３の背後（図１３中右側）には１台の冷却ファン１０６が備えられ、駆動される。通常、電子制御ユニットによって凝縮器１００の出口の水温に基づいて冷却ファン１０６の動作を制御する。冷却パイプ１０３は、その上側端部から下側端部まで、１台の冷却ファン１０６によって同時に送風され、冷却される。
【０００７】
上記凝縮器１００は次のように動作する。ランキンサイクル装置の運転に伴って膨張機１０７から降温降圧し排出された比較的に低温の水蒸気は、低圧水蒸気配管１０８を経て凝縮器１００の水蒸気導入室１０１に導入され、冷却パイプ１０３に流入する。冷却ファン１０６に吸引された冷却風１０９が凝縮器１００に供給される。凝縮器１００の上流側の水蒸気１０４、つまり冷却パイプ１０３内に水蒸気と水が混在している部分には冷却ファン１０６によって強い冷却風が作用し、水蒸気が液化する際に放出する潜熱が冷却風によって有効に回収される。また、凝縮器１００の下流側の水１０５、つまり冷却パイプ１０３内に実質的に水だけが存在している部分にも、冷却ファン１０６による冷却風が作用する。凝縮器１００の冷却パイプ１０３内で凝縮した水は集水室１０２に集められる。その後、前述の通り、給水ポンプユニット１１０で加圧されて蒸発器１１１に供給される。
【０００８】
上記車載用ランキンサイクル装置の問題を図１４を参照して説明する。図１４で（Ａ）は車速の変化、（Ｂ）はエンジン出力の変化、（Ｃ）は蒸発器給水流量の変化、（Ｄ）は凝縮器での液面位置の変化をそれぞれ示す。図１４で横軸は時間である。ランキンサイクル装置が搭載された車両が図１４（Ａ）で示すような車速変化をするとき、図１４（Ｂ）で示すようにエンジン出力が変化し、それに関連して図１４（Ｃ）に示すように蒸発器１１１への給水流量の変化が生じ、さらに図１４（Ｄ）に示すように凝縮器１００の液面位置１１２が変化する。換言すれば、横方向の時間軸において、車両が時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５で発進し、時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６で停止したとき、その車両の発進・停止に伴ってエンジン出力は変化し、蒸発器１１１への給水流量も変化し、凝縮器１００の液面位置１１２が変動する。
【０００９】
上記のように、従来の車載用ランキンサイクルの凝縮器１００では、図１４（Ａ）に示したように車両の発進・停止時や過渡的車速変化時に、図１４（Ｂ）に示すごとくエンジン出力が変化するので、蒸発器１１１への給水流量が変化し、凝縮器１００の冷却パイプ１０３における液面位置１１２が変動することになる。つまり、凝縮器１００において、水蒸気の流入量が凝縮水の排水量より多い場合には液面位置１１２は上昇し、水蒸気の流入量が凝縮水の排水量より少ない場合には液面位置１１２は低下することになる。
【００１０】
その結果、凝縮器１００の冷却パイプ１０３内での水蒸気の占める領域（１０４）が増減する。凝縮水（水１０５）は流量制御された給水ポンプユニット１１０により排水されるため、膨張機１０７の出口１１３から給水ポンプユニット１１０の入り口１１４までの圧力は凝縮器１００の圧力により決まる。凝縮器１００の圧力は水蒸気１０４が接している部分の冷却による凝縮熱交換量により決まり、凝縮熱交換量は冷却媒体の流量と凝縮伝熱部の表面積１１６により決まる。従って液面位置１１２の変動により水蒸気の占める領域が増減すると、凝縮伝熱部の表面積１１６が増減して凝縮器１００内の圧力と冷却媒体流量が一律に対応しなくなり、冷却媒体流量の調節による凝縮器１００内の圧力の制御は不可能となる。凝縮器１００内の圧力が制御できない場合、凝縮器１００内の圧力が上昇すると膨張機出力の低下につながり、凝縮器１００内の圧力が低くなると下流側の給水ポンプユニット１１０でキャビテーション（気泡）が発生して給水ポンプユニット１１０の機能低下並びに耐久性に影響を及ぼす。
【００１１】
同様に凝縮水出口温度は、凝縮水が接している部分での冷却による熱交換量により決まり、さらに凝縮水の熱交換量は冷却媒体の流量と凝縮水の伝熱部の表面積１１７により決まる。従って、液面位置１１２の変動により凝縮水の占める領域（１０５）が増減すると、凝縮水部の伝熱の表面積１１７が増減して凝縮水温度と冷却媒体流量が一律に対応しなくなり、冷却媒体流量の調節による凝縮水温度の制御は困難となる。凝縮水温度が高くなると給水ポンプユニット１１０内でキャビテーションが発生して給水ポンプユニット１１０の機能低下並びに耐久性に影響を及ぼす。逆に、凝縮水温度が低くなると、その水を蒸発器１１１に供給して再び加熱する際に余分の熱エネルギを消費するという問題がある。
【００１２】
そこで、特許文献２，３では、凝縮器１００の冷却パイプ１０３内の液面位置を凝縮器出口調整弁で調節を行うようにしている。すなわち、特許文献２では、送風機および復水出口調節弁等を具備し機内圧力を大気圧力以上で操作すると共に復水の温度を１００℃以下に過冷却する空冷式の高圧コンデンサ（凝縮器）において、機内圧力を送風機からの冷却風量を調節することにより制御すると共に、機内水位を復水出口調節弁を調節することにより制御している。さらに特許文献３では、復水器内の気相圧力と液相圧力との圧力差を復水器水位設定値と比較して圧力差が一定となるように復水器出口側調節弁を制御する第１制御器と、復水器内の気相圧力を圧力設定値と比較して気相圧力が一定となるように復水器冷却用ファンを制御する第２制御器とから成っている。しかしながら、上記特許文献に記載される構成では、水の出口での調整を行っているだけなので、液面が下がったときに、水を補充するということはできない。
【００１３】
凝縮器の内部の液面位置１１２の変化は、凝縮器における水蒸気に対応する気相部と凝縮水に対応する液相部のそれぞれの伝熱面積（１１６，１１７）の変化をもたらし、凝縮器内の水蒸気圧力および凝縮水温度の変動を著しくし、冷却制御が複雑化し、良好な冷却作動が得られにくい。またランキンサイクル装置においては、水蒸気圧力の上昇により膨張機出力を低下させ、また水蒸気圧力の低下および、凝縮水温度上昇による給水ポンプユニット内にキャビテーションを発生させ、さらに凝縮水の温度低下による蒸発器での再加熱の際に余分な熱エネルギの消費等の不具合を生じる。
【特許文献１】特開２００２−１１５５０４公報
【特許文献２】特開昭６３−２０１４９２号公報
【特許文献３】特開平１０−１８５４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、凝縮器内の凝縮水の液面位置の変動を低減することにより、凝縮器における凝縮前の水蒸気に対応する部分（水蒸気凝縮部）の伝熱面積と凝縮後の水に対応する部分（凝縮水冷却部）の伝熱面積のそれぞれの変化を低減し、その伝熱面積の変化を加味することなく冷却を行い、早期にかつ制御の精度向上を図り、給水ポンプユニット内のキャビテーションの発生および、蒸発器での再加熱の際の余分な熱エネルギの消費を低減する凝縮器内の液面位置制御を行うものである。
【００１５】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、凝縮器内の凝縮水の液面位置を制御することにより、水蒸気凝縮部と凝縮水冷却部の伝熱面積のそれぞれの変化を所要範囲で安定化させ、水蒸気凝縮部と凝縮水冷却部にそれぞれ取り付けられた冷却ファンにより凝縮器圧力および凝縮水出口温度の制御を安定して行うことができるランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１７】
第１のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置（請求項１に対応）：ランキンサイクル装置は、基本的なシステムの構成要素として、熱源からの熱で、液相作動媒体すなわち水を気相作動媒体すなわち水蒸気に変換する蒸発器と、水蒸気を冷却して水に戻す凝縮器とを備えている。ランキンサイクル装置のシステムでは循環回路を備え、そこでは作動媒体が水の状態（液相）または水蒸気の状態（気相）で循環する。水蒸気の膨張作用に基づいて機械的エネルギが得られ、所要の仕事が行われる。上記ランキンサイクル装置において、上記凝縮器には、当該凝縮器内へ水を供給する液相作動媒体供給部（リターンポンプ等）と、凝縮器内の水を排出する液相作動媒体排出部（中間排水口およびエアベント等）が備えられる。以上の構成において、凝縮器内の液相作動媒体である水の液面の位置を、第１設定液面位置と第２設定液面位置に設定し、実際の液面位置が第１設定液面位置を下回るとき、液相作動媒体供給部により、液相作動媒体である水を凝縮器に補充する。また実際の液面位置が第２設定液面位置を上回るとき、液相作動媒体排出部により、液相作動媒体である水を凝縮器から排出させる。上記の構成によれば、凝縮器内の水の液面位置が、第１および第２の設定液面位置で定められる範囲内の所望位置に存するようにし、凝縮器内の水蒸気と凝縮水の境界である液面位置を常に最適な位置に維持する。
【００１８】
第２のランキンサイクル装置における凝縮器の液面位置制御装置（請求項２に対応）：ランキンサイクル装置は、前述の通り、基本的なシステムの構成要素としての蒸発器と凝縮器を備え、循環回路では作動媒体が水または水蒸気の各状態で循環する。このランキンサイクル装置では、凝縮器には、この凝縮器内の水の液面位置を検出しかつ第１設定液面位置を定める液面位置検出部（液面センサ）と、凝縮器内の水を排出しかつ第２設定液面位置を定める液相作動媒体排出部（中間排水口およびエアベンド等）を備える。ランキンサイクル装置は、さらに、凝縮器内へ水を供給する液相作動媒体供給部（リターンポンプ等）と、液面位置検出部からの検出信号によって液相作動媒体供給部を駆動制御する制御装置を備えている。以上の構成において、凝縮器内の液相作動媒体である水の液面位置が第２設定液面位置を超えるときには液相作動媒体排出部により水を凝縮器から排出させる。また、水の液面位置が第１設定液面位置を下回るときには、上記制御装置による制御に基づき液相作動媒体供給部を駆動し、水を凝縮器に補充し、液面の位置を高くする。上記の構成によれば、凝縮器内の水の液面位置が所望の位置に存するようにし、液面位置を常に最適な位置に維持する。また、凝縮器における水に対応する部分（液相部）の伝熱面積および水蒸気に対応する部分（気相部）の伝熱面積のそれぞれの変化幅を、許容範囲内に保つことができ、かつ水の排出と補充供給の切換え動作にヒステリシスを持たせることにより、切換え動作の頻度を少なくし、凝縮器の作動安定化と共に、排出および補充供給に係わる装置の耐久性が向上する。
【００１９】
第３の凝縮器の液面位置制御装置（請求項３に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、液相作動媒体排出部は、凝縮器の第２設定液面位置に設けた中間排出口と、水を排出する排出弁とで構成される。これにより、第２設定液面位置より上部の水を排出でき、液面位置を所要のレベルに制御し、水蒸気の排出は防止できるので、凝縮器の作動の安定化を図ることが可能である。
【００２０】
第４の凝縮器の液面位置制御装置（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、凝縮器から排出された水の補集と凝縮器に補充される水とを蓄え、排出または補充される水を循環させるリザーブ用タンクを有している。これにより、循環回路内で作動媒体の総質量流量を維持しつつ、液面位置を最適に制御することが可能となり、リザーブ用タンクを含んで成るランキンサイクル装置に対する外部への作動媒体（水）の排出、および当該外部からの作動媒体（水）の補充という特別な装置を付加する必要がない循環回路を実現することができる。
【００２１】
第５の凝縮器の液面位置制御装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、液相作動媒体供給部は、リザーブ用タンクに蓄えられた水をポンプによって凝縮器に補充することで特徴づけられる。これにより、水を蓄えたリザーブ用タンクからポンプを介して直接に設定された液面位置なるまで水を適宜に補充・供給するので、液面位置の調整を、ポンプの高応答・高精度の供給量制御により、早期に正確に安定させることができる。
【００２２】
第６の凝縮器の液面位置制御装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、凝縮器は、複数の凝縮管を有し、液面の位置に対応する箇所に少なくとも２以上の凝縮管を連通する中間室を設けたことで特徴づけられる。これにより、凝縮器の各凝縮管毎の液面位置のばらつきを少なくでき、水の排出および補充供給の際における液面位置を早期にかつ正確に安定させることができ、凝縮器の作動安定化を図ることが可能である。
【００２３】
第７の凝縮器の液面位置制御装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記の第１設定液面位置と第２設定液面位置を同じ液面位置としたことで特徴づけられる。第１および第２の設定液面位置で作られる液面位置の変化幅を小さくし、実質的にゼロにすることも可能であり、特に凝縮器の気相部および液相部の伝熱面積の変化幅を小さくし、または実質的にゼロとすることとなり、凝縮器の作動安定化が図れる。
【発明の効果】
【００２４】
凝縮器内の凝縮水の液面位置は、蒸発器への給水量の変化により変化する。すなわち、水蒸気の凝縮器への流入量が凝縮水の排水量より多い場合は上昇し、少ない場合は低下する。凝縮器内の凝縮水の液面位置の変化は、凝縮器における水蒸気に対応する気相部と凝縮後の水に対応する液相部の互いの伝熱面積の変化をもたらし、凝縮器内の圧力（水蒸気圧力）および凝縮器の温度（凝縮水温度）の変動を著しくし、冷却制御も困難となる。その結果、ランキンサイクルでは、水蒸気圧力の上昇により膨張機出力を低下させ、また水蒸気圧力の降下により給水ポンプ内にキャビテーションを発生させ、さらに、凝縮水温度の上昇により給水ポンプ内にキャビテーションを発生させ、凝縮器の温度低下により蒸発器での再加熱の際、余分に熱エネルギを消費する。本発明によれば、凝縮器内の凝縮水の液面位置の変動を低減することにより、凝縮器の気相部と液相部の互いの伝熱面積の変化を低減して、その伝熱面積の変化を加味することなく冷却を行え、かつ制御の精度向上を図り、給水ポンプ内のキャビテーションの発生および、蒸発器での再加熱の際の余分な熱エネルギの消費を低減する凝縮器の液面位置制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
最初に、図１を参照して本発明に係るランキンサイクル装置の全体システムの構成を説明する。
【００２７】
ランキンサイクル装置１０は、蒸発器１１と、膨張機１２と、凝縮器１３と、供給ポンプを備えた給水ポンプユニット１４とから構成される。蒸発器１１から膨張機１２へは配管１５により接続され、膨張機１２から凝縮器１３へは配管１６により接続され、凝縮器１３から給水ポンプユニット１４へは配管１７により接続され、給水ポンプユニット１４から蒸発器１１へは配管１８により接続されている。かかる配管構造によって、ランキンサイクル装置１０内で作動媒体が循環する循環回路が形成される。ランキンサイクル装置１０において作動媒体は水または水蒸気である。
【００２８】
ランキンサイクル装置１０の循環回路は、水または水蒸気を循環させる外界に対して密閉された循環構造を有している。ランキンサイクル装置１０の循環回路において、凝縮器１３における破線Ｐ１で示された液面位置から給水ポンプユニット１４を通って蒸発器１１に水（液相）が移動する。図１で水の部分に係る配管１７，１８は太い実線で表現されている。また蒸発器１１から膨張機１２を通って凝縮器１３の液面位置Ｐ１に到る部分は水蒸気（気相）が移動する。図１で水蒸気の部分に係る配管１５，１６は太い破線で表現されている。
【００２９】
ランキンサイクル装置１０は、熱源から排出される熱を利用して水を水蒸気に相変化させ、水蒸気の膨張作用を利用して機械的な仕事を生じさせるものである。水を水蒸気に相変化させる機構が上記蒸発器１１である。この実施形態に係るランキンサイクル装置１０は、後述するごとく、自動車に搭載する車載用装置として構成している。そのため、蒸発器１１は、排気ガスの有する熱を熱源として利用する。すなわち蒸発器１１は、エンジン（内燃機関）の排気管４５を通る排気ガスの熱を利用して、給水ポンプユニット１４から供給される水を加熱し、さらに過熱することにより昇温昇圧させた高温高圧の水蒸気を発生させる。蒸発器１１で発生した高温高圧の水蒸気は膨張機１２に供給される。なお、排気管４５に拘らず、エンジンの排気バルブより下流の排気ポートや排気マニホルド（不図示）等の、より高温の排気ガスの熱を利用できることは言うまでもない。
【００３０】
膨張機１２では、その出力軸１２ａが、モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１９のロータ等（不図示）に接続され、発電機として駆動させている。膨張機１２は、蒸発器１１から供給される高温高圧の水蒸気を膨張させる構造を有し、この水蒸気の膨張作用に基づき出力軸１２ａを回転させる。膨張機１２の出力軸１２ａが回転すると、モータ／ジェネレータ１９のロータを回転させ、所要の機械的回転動作または発電動作を行わせる。これにより、排気ガスの熱を利用して機械的な仕事を行うことができる。また膨張機１２の出力軸１２ａは、油圧ポンプ２５にも接続され、これを駆動させる。
【００３１】
上記のごとく膨張機１２は、蒸発器１１から配管１５を通して供給される高温高圧の水蒸気の膨張作用によって機械的な仕事を出力し、モータ／ジェネレータ１９や油圧ポンプ２５等の各負荷を動作駆動させる。膨張機１２から排出され、降温降圧された水蒸気は、温度および圧力が低下し、その状態で配管１６を経由して凝縮器１３に供給される。凝縮器１３は、膨張機１２からの水蒸気を冷却して液化する。凝縮器１３での液化で生じた水（凝縮水）は配管１７を経由して給水ポンプユニット１４に戻される。給水ポンプユニット１４の高圧給水ポンプ４４は、凝縮器１３で液化された凝縮水を加圧し、配管１８を通して再び蒸発器１１に供給する。
【００３２】
上記のような全体システム構成を有するランキンサイクル装置１０は、他の関連構成要素として、次のような要素を備えている。
【００３３】
蒸発器１１の近傍の配管１８の部分には配管１８内の圧力変動に応じて配管１８内の圧力調整を行うための安全弁２２が取り付けられる。膨張機１２のケーシング２１には、漏れた水蒸気を配管１６に戻すためのブリーザ（セパレータ）２３が設けられる。また膨張機１２の下部にはオイル溜め２４を備え、オイル溜め２４からの水が混入したオイルを油圧ポンプ２５によって、配管２６を通して油コアレッサ２７を通すようにしている。油コアレッサ２７によって水とオイルは分離され、水は比重差から油タンク２８の下部に収容される。油タンク２８にはフロートセンサ２９で動作する弁機構３０が取り付けられている。また油コアレッサ２７によって分離された油タンク２８の上部に溜められたオイルは配管３１を通ってオイル溜め２４に戻される。油タンク２８の下部に溜められた水は、弁機構３０の動作で給水ポンプユニット１４の開放タンク３２に配管３３を通して供給される。給水ポンプユニット１４の開放タンク３２からは逆止弁３４を介して凝縮器１３への配管３５が設けられている。凝縮器１３には、液面位置の近傍に、液面センサ３８とエアベント３９が設けられる。開放タンク３２から凝縮器１３への給水は、液面センサ３８からの信号でオン・オフ動作するモータ３６で駆動されるリターンポンプ３７によって行われる。さらに凝縮器１３にはエアベント３９を通して開放タンク３２に排水する配管４０が設けられている。凝縮器１３から排出される凝縮水を戻す配管１７は、給水ポンプユニット１４の密閉タンク４１内の水コアレッサ４２に接続されている。また密閉タンク４１内の水は、モータ４３によって動作する高圧給水ポンプ４４によって配管１８を通して蒸発器１１に供給される。さらに凝縮器１３にはその場所に応じて独立に冷却風を生じさせるための複数の冷却ファン４６，４７，４８が設けられている。
【００３４】
上記の構成において、凝縮器１３の内部の液面位置から下側部分に関連する装置部分、および給水ポンプユニット１４によって作動媒体供給装置が構成される。ランキンサイクル装置１０における密閉された作動媒体の循環系において、膨張機１２のブリーザ２３から漏れた作動媒体は出口Ｐ２を介して、配管１６に戻され、循環系内に戻される。
【００３５】
図２は、上記の給水ポンプユニット１４の具体的構造を示す構成図である。給水ポンプユニット１４は、水コアレッサ４２と密閉タンク４１と駆動モータ４３で動作する高圧給水ポンプ４４と開放タンク３２とリターンポンプ３７と逆止弁３４とから構成される。なお図２中、駆動モータ４３の回転軸４９が紙面に平行に図示してあるが、これは説明の便宜のためであって、実際は、回転軸４９が紙面に垂直になるように配置されている。駆動モータ４３の回転軸４９にはカム機構４９ａが係合しており、カム軸となっている。
【００３６】
上記において、水コアレッサ４２は油分分離を行う。密閉タンク４１は高圧給水ポンプ４４からのリーク水を直接回収する。高圧給水ポンプ４４は、要求水量をポンプ回転数により制御して供給する。また開放タンク３２は、系外へのリーク水の一時貯蔵をするためのものである。リターンポンプ３７は密閉タンク４１へのリーク水の戻しまたは凝縮機１３の過冷却器への水の戻しを行う。すなわち、リターンポンプ３７は、逆止弁１５１を備えた配管１５２を通して開放タンク３２から密閉タンク４１へリーク水を戻し、必要に応じて逆止弁３４を備えた配管３５を通して凝縮器１３の過冷却器に水を送る。配管１５２における逆止弁１５１は密閉タンク４１からの逆流を防止し、配管３５における逆止弁３４は、凝縮機１３の過冷却器からの逆流を防止する。凝縮器１３の出口１３ａからの水は、配管１７を通して駆動モータ４３により駆動される高圧給水ポンプ４４に入る。高圧給水ポンプ４４は配管１８を通して水を蒸発器１１に送る。またリーク水が配管４０により開放タンク３２に戻される。
【００３７】
次に、図３を参照して、上記のランキンサイクル装置１０を車両に搭載したときの構成例を説明する。
【００３８】
２０１は車両前部のボディ形状の輪郭を示し、２０２は前輪を示している。ボディ２０１の内部はエンジンルーム２０３になっており、エンジンルーム２０３内にはエンジン５０が搭載されている。エンジン５０の背面側には排気マニホルド５１が設けられ、排気マニホルド５１には前述した排気管４５が接続されている。上記の蒸発器１１は、排気管４５における排気マニホルド５１に近い箇所に設けられる。蒸発器１１には、高圧給水ポンプ４４からの配管１８が接続されている。配管１８は、排気マニホルド５１から排出される排気ガスの熱を熱源とする蒸発器１１に水を供給する。蒸発器１１は、排気ガスの熱で水を水蒸気に相変換し、膨張機１２の水蒸気流入口５２に接続される配管１５によって水蒸気を膨張機１２に供給する。膨張機１２は、水蒸気の膨張エネルギを機械的エネルギに変換する。
【００３９】
膨張機１２の水蒸気流出口５３は配管１６につながっている。この配管１６と、高圧給水ポンプ４４の入口側に通じる密閉タンク４１との間には、水蒸気を冷却・凝縮させて液体にする凝縮器１３が配置されている。凝縮器１３は車両前部の前面に位置している。図３では、その他に、開放タンク３２、水コアレッサ４２、リターンポンプ３７、油コアレッサ２７、過冷却器（凝縮器１３の液相部）５４、エアベント３９、逆止弁３４等のレイアウト状態が示されている。
【００４０】
上記の高圧給水ポンプ４４、蒸発器１１、膨張機１２、凝縮器１３等は、前述の通り、熱エネルギを機械的エネルギに変換するランキンサイクル装置を構成している。
【００４１】
次に、上記ランキンサイクル装置の動作を水および水蒸気の流れに沿って説明する。
【００４２】
凝縮器１３で冷却・凝縮された水は、高圧給水ポンプ４４で加圧され、配管１８を通って蒸発器１１に供給される。
【００４３】
液相作動媒体である水は、蒸発器１１で熱エネルギを付加されて加熱され、さらに過熱されて昇温昇圧された高温高圧の水蒸気となり、膨張機１２に供給される。膨張機１２は、昇温昇圧された高温高圧の水蒸気の膨張作用によって熱エネルギを機械エネルギに変換する。これにより、膨張機１２に付設されたモータ／ジェネレータ１９は機械的エネルギを得る。
【００４４】
膨張器１２から流出した水蒸気は降温降圧された水蒸気となり、凝縮器１３に流入する。凝縮器１３に流入した降温降圧された水蒸気は、ここで再び冷却・凝縮され、その後、凝縮水となって水コアレッサ４２を介して高圧給水ポンプ４４に供給される。以後、作動媒体である水は上記の循環を繰り返し、膨張機１２に昇温昇圧された高温高圧の水蒸気を供給し続ける。
【００４５】
次に、図４〜図１２を参照して、上記ランキンサイクル装置１０における凝縮器１３内に貯留される水の液面位置の制御について説明する。
【００４６】
図４は上記ランキンサイクル装置１０のシステムを凝縮器１３を中心にして描いたものであり、凝縮器１３は車両前方側から見た正面図として描かれている。図４では、凝縮器１３の内部における作動媒体の状態（水（または凝縮水）：Ｗ１、水蒸気：Ｗ２）が示されている。また図５は凝縮器１３における冷却ファン４６，４７，４８の配置関係を示す凝縮器の側面図であり、同時に内部の状態も示されている。
【００４７】
凝縮器１３は、上端部に水蒸気導入室１３Ａ、下端部に集水室１３Ｂを備え、さらに中央に中間室５６を備える。水蒸気導入室１３Ａと中間室５６の間、中間室５６と集水室１３Ｂとの間には、それぞれ、複数本の冷却パイプ５５が設けられ、各室は連通された状態になっている。冷却パイプ５５の周囲には冷却フィン５５ａが設けられている。
【００４８】
凝縮器１３の水蒸気導入室１３Ａは、配管１６を介して膨張機１２の水蒸気流出口５３と接続されている。凝縮器１３の集水室１３Ｂは、配管１７等を介して給水ポンプユニット１４に接続されている。前述の通り、膨張機１２は配管１５を介して蒸発器１１に接続され、同様に給水ポンプユニット１４は配管１８を介して蒸発器１１に接続されている。蒸発器１１は、排気管４５を介してエンジン（熱源）５０の排気ガスからの熱５０Ａを受ける。給水ポンプユニット１４内には、前述した通りの密閉タンク４１、水コアレッサ４２、高圧給水ポンプ４４、駆動モータ４３、開放タンク３２、リターンポンプ３７、モータ３６等の各構成要素が示されている。
【００４９】
凝縮器１３では、水蒸気Ｗ２が冷却されて凝縮し、水（凝縮水）Ｗ１となり、その内部の下側に貯留される。中間室５６内で示された水平線６５は、凝縮器１３内に貯留された水Ｗ１の液面の位置を示している。中間室５６内の液面６５の位置に対応させて所要の位置に液面センサ３８と中間排水口５９が設けられている。液面センサ３８から出力される液面位置に係る検出信号は制御装置６０に送られる。制御装置６０は、液面位置検出信号に基づきモータ制御指令信号を生成し、このモータ制御指令信号をリターンポンプ３７のモータ３６に与える。他方、中間排水口５９には水蒸気用のエアベント３９が接続される。エアベント３９の出口側は、チャッキ弁５８を備えた配管４０を介して開放タンク３２に通じている。配管４０には並行に排気ポンプ５７が付設されている。
【００５０】
また凝縮器１３では、図５に示されるように、その背面側に、水蒸気Ｗ２の存在領域部分に対応して冷却ファン４６が配置され、水Ｗ１の存在領域部分に対応して冷却ファン４７，４８が配置されている。冷却ファン４６の冷却動作は、例えば水蒸気Ｗ２が供給される配管１６に取り付けられた圧力センサ６１の水蒸気圧力検出信号に基づき圧力制御装置６２によって制御される。冷却ファン４６は水蒸気圧力調整に用いる凝縮用冷却ファンである。また冷却ファン４７，４８の冷却動作は、例えば水Ｗ１が流れる配管１７に取り付けられた温度センサ６３の水温検出信号に基づき温度制御装置６４によって制御される。冷却ファン４７，４８は凝縮水を冷却するための水冷却用冷却ファンである。図５で、Ａ１は冷却ファン４６の回転動作に基づく前方からの冷却用空気の流れを示し、Ａ２は冷却ファン４７，４８の回転動作に基づく前方からの冷却用空気の流れを示している。上記のように、凝縮器１３では、水蒸気Ｗ２に対応する機器部分である気相部（水蒸気凝縮部）７０の冷却と、水Ｗ１に対応する機器部分である液相部（凝縮水冷却部）７１の冷却は、それぞれ独立に行われる。７２は、独立な各冷却領域を区画するシュラウドである。
【００５１】
上記の構成において、膨張機１２の水蒸気流出口５３から出る水蒸気は大気圧相当である。上側の冷却パイプ（凝縮管）５５の各々の出口集合部である中間室５６では、液面６５をこの空間内に位置するよう調整するために、エアベント３９から水を排出する。また高圧給水ポンプ４４は、ランキンサイクル装置１０のメインの循環回路の給水ポンプとして、所要量の水を蒸発器１１に送る。
【００５２】
さらに上記の構成において、リザーブ用開放タンク３２は、大気開放型であり、システム内の密閉された循環回路に対しリザーブ用として予備的な水を保有しておく。リターンポンプ３７は、液面センサ３８の信号を受けて凝縮器１３内に給水する。排気ポンプ５７は、凝縮器１３を負圧で運転するときはエアベント３９の下流を吸引する。
【００５３】
なお、上記の排気ポンプ５７の動作については、図５に示した圧力センサ６１と圧力制御装置６２によって負圧時を感知させることにより動作させたり、あるいは、液面センサ３８の検出により液面６５の位置が所定範囲の上限を超えるときに感知させ、制御装置６０によって動作させる、ように構成することができる。
【００５４】
またチャッキ弁５８は、凝縮器１３内が負圧になる場合に大気の逆流を防ぐ。逆止弁３４は、リターンポンプ３７の逆流を防止する。水蒸気用エアベント３９は、水、空気は通すが水蒸気は通さない。中間排水口５９は不凝縮性ガスの排出、水のオーバーフローにより凝縮水の液面６５の位置の変化に制限を与え、所定の範囲で液面位置が変動するようにするためのものである。液面センサ３８は、液面６５に係る位置信号を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、液面６５の位置が中間室５６内に存するようにリターンポンプ３７の動作を制御する。液面６５の位置は、エアベント３９と液面センサ３８の間の範囲に含まれる高さ位置になるように制御される。液面センサ３８には、例えば静電容量式レベルセンサやフロート式レベルスイッチが用いられる。
【００５５】
圧力センサ６１は、凝縮器１３の内部の圧力を検出するもので、基本的に水蒸気Ｗ２の圧力を検出する。圧力制御装置６２は、凝縮器１３の内部圧力が設定値になるように冷却ファン４６を動作させる。温度センサ６３は、凝縮水Ｗ１の温度を検出する。温度制御装置６４は、凝縮水温度が設定値になるように冷却ファン４７，４８を動作させる。
【００５６】
図６〜図８を参照してエアベント３９の構造・作用を詳述する。図６と図７はエアベント３９の閉じているときの状態を示し、図６は縦断面図、図７は図６でのＡ−Ａ線断面図である。また図８はエアベントの開いているときの状態を示す縦断面図である。図６等において、エアベント３９の左側が凝縮器側であり、右側が大気側である。エアベント３９は、内部が飽和水蒸気で満たされているときには密閉され（図６）、水や空気などの不凝縮性ガスが存在するときには自動的に開放され、水や不凝縮性ガスを排出して再び密閉する（図８）。
【００５７】
エアベント３９は、容器中央の位置に配置された弁６６と、この弁６６を支持する弁サポート６７と、弁口（パッキン）６８を備える。弁サポート６７で支持された弁６６は、弁口６８を塞ぐことができる位置関係にて配置されている。弁６６は２枚のダイヤフラム６６ａを密閉空間を形成するように組み合わせて形成され、その内部の密閉空間にサーモリキッド（感温液）６９を収容している。サーモリキッド６９は、水と同じように、或る圧力下、或る温度以下では液体であり、或る温度以上になると気体となって膨張するという特性を有している。図９にサーモリキッドの飽和曲線Ｃ１と水の飽和曲線Ｃ２を示す。サーモリキッド６９が気体になる温度は、水が蒸気になる温度よりもΔＴ（約１０℃）だけ低い温度であるため、エアベント３９の内部が水蒸気Ｗ２の雰囲気の時にはサーモリキッド６９は気化して気体となっており、膨張したサーモリキッド６９の入った密閉空間が両側のダイヤフラム６６ａを外方へ押し、ダイヤフラム６６ａで形成される弁６６と弁口６８との間にあった隙間を閉じる（図６）。逆に内部が低温である場合（周囲環境が空気のごとき不凝縮性ガスＡ３等である状態）はサーモリキッド６９は液体の状態であり、ダイヤフラム６６ａは内方へ収縮し、弁６６と弁口６８の間の隙間から空気等が排出されることになる（図８）。
【００５８】
以上の構成において、制御装置６０は、冷却ファン４６で冷却して水蒸気Ｗ２を水（凝縮水）Ｗ１に戻す凝縮器１３における液面６５の位置を所定範囲内で変化させるように制御するための制御装置である。制御装置６０は、凝縮器１３における気相部７０と液相部７１との境界である液面６５の位置を検出する液面センサ３８からの検出信号に基づき、上記の所定範囲の下限よりも低下するときには凝縮器１３内に水を供給するリターンポンプ３７のモータ３６の動作を制御し、不足分の水を開放タンク３２から配管３５を介して補充する。また液相部７１の液面６５の位置が上記の所定範囲の上限を超えるときには、中間排水口５９とエアベント３９等により開放タンク３２に超過した水を排出する。こうして、液面センサ３８に基づく下限およびエアベント３９に基づく上限で決まる範囲によって液面６５の位置の望ましい所定範囲が設定される。
【００５９】
さらに詳しく説明する。凝縮器１３の中間室５６に、水（凝縮水）Ｗ１を排水するのための中間排水口５９を設置して液面６５の上限位置を規制する。中間排水口５９以上に液面６５が上昇したときは中間排水口５９からリザーブ用開放タンク３２に水をオーバーフローさせることにより液面６５の位置を下げる。液面６５が中間排水口５９より下側に位置するときには、中間排水口５９から水蒸気が排出されないように、中間排水口５９にはエアベント３９が設置されている。図６〜図８に示したように、水蒸気の排出を阻止するためのエアベント３９は、内部に水蒸気が存在するときには自動的に閉弁し、内部に空気（不凝縮ガス）や水が存在するときには自動的に開弁する作動を行う。また中間排水口５９の下側の位置には液面センサ３８を配置して、液面６５の位置が液面センサ３８よりも低下したときには開放タンク３２からリターンポンプ３７により給水して液面６５の位置を液面センサ３８の位置まで上昇させる。上記の作用に基づき液面６５の位置は常に中間排水口５９と液面センサ３８の間の範囲内に維持される。中間排水口５９と液面センサ３８の間隔が広くなると、水蒸気Ｗ２側と水（凝縮水）Ｗ１側の伝熱面積の誤差が大きくなる。逆に当該間隔が小さくなると、リターンポンプ３７とエアベント３９の動作が頻繁に起きることになる。従って、中間排水口５９と液面センサ３８の間隔は、これらの２つの影響が共に小さくなる範囲に設定されればよい。さらに該伝熱面積を一定化することを主眼とすれば、当該間隔は限りなく小さく、ゼロとすることが望ましい。
【００６０】
図１０に液面６５の位置設定の詳細を示す。図１０で、（Ａ）は液面センサ３８とエアベント３９と液面６５の位置関係を示し、（Ｂ）は液面位置とエアベントの動作とリターンポンプの動作との関係を表で示している。
【００６１】
図１０の（Ａ）では、上限液面位置としてＨＡ、下限液面位置としてＨＢ、液面位置６５としてＨＬがそれぞれ設定されている。液面６５の位置ＨＬが上限液面位置ＨＡより高いときには、エアベント３９は開状態であり、リターンポンプ３７はオフ（ＯＦＦ）である。液面６５の位置ＨＬが、上限液面位置ＨＡと下限液面位置ＨＢの間にあるときは、エアベント３９は閉状態であり、リターンポンプ３７はオフである。液面６５の位置ＨＬが下限液面位置ＨＢより低いときには、エアベント３９は閉状態であり、リターンポンプ３７はオン（ＯＮ）である。以上により、液面６５の変動は上限液面位置ＨＡと下限液面位置ＨＢの範囲内に抑えられる。
【００６２】
またランキンサイクル装置１０の起動・停止時や過渡的変化時に水蒸気の流入量（質量流量）や凝縮器１３から高圧給水ポンプ４４への排水量（質量流量）が変化する場合にも、凝縮器１３の内部における液面６５の位置の変動を抑制し、安定して凝縮器１３の運転を行うことができる。
【００６３】
さらに、図４で示したように、ランキンサイクル装置１０の密閉された主回路とは別に、大気開放のリザーブ用開放タンク３２が設けられている。開放タンク３２は、凝縮器１３と、その中間排水口５９に接続されたエアベント３９とチャッキ弁５８を介して接続されている。また開放タンク３２の下部は、リターンポンプ３７と配管３５と逆止弁３４を介して凝縮器１３の出口部１３ａに接続されている。液面６５が中間排水口５９より高い場合には水は開放タンク３２にオーバーフローされ、液面６５が液面センサ３８より低い場合にはリターンポンプ３７が作動して水の補充が行われる。凝縮器１３の下流に位置する高圧給水ポンプ４４は給水量が制御されているため、リターンポンプ３７が作動すると、凝縮器１３内への給水で液面６５が上昇して液面センサ３８の位置でリターンポンプ３７は停止する。また中間排水口５９と液面センサ３８を含む領域に中間室５６を設けて複数の冷却パイプ（凝縮管）５５が集合するような構造としたため、中間排水口５９からの排水時やリターンポンプ３７からの給水時に液面６５の変化の応答性を良好にし、かつ安定させることができる。なお、水蒸気導入室１３Ａ側と集水室１３Ｂ側の中間室５６部分を各冷却パイプ（凝縮管）５５が連通されていればよく、中間室５６を設けることは必須のことではない。
【００６４】
次に、図１１のフローチャートを参照して、制御装置６０において実施される液面位置制御の流れを説明する。
【００６５】
最初に、液面センサ３８によって液面６５の位置ＨＬの読込みを行う（ステップＳ１０）。液面位置ＨＬが上限液面位置ＨＡよりも高いか否かが判断される（ステップＳ１１）。もし液面位置ＨＬが上限液面位置ＨＡより高いときには、エアベント３９が開かれて排水され、液面６５が下げられる（ステップＳ１２）。その後、リターンに移行してステップＳ１０に戻る。もし液面位置ＨＬが上限液面位置ＨＡ以下のときには、エアベント３９を閉じる（ステップＳ１３）。次のステップでは、液面位置ＨＬが下限液面位置ＨＢより低いか否かが判断される（ステップＳ１４）。もし液面位置ＨＬが下限液面位置ＨＢより低いときには、リターンポンプ３７がオンになり、水が補給される（ステップＳ１５）。もし液面位置ＨＬが下限液面位置ＨＢ以上のときには、リターンポンプ３７がオフとなり、水の補給は行われない（ステップＳ１６）。その後、リターンに移行してステップＳ１０に戻る。
【００６６】
図１２は、本実施形態に係るランキンサイクル装置１０を搭載した車両の車速変化とエンジン出力変化と蒸発器への給水流量と凝縮器の液面位置の変化を示すタイミングチャートである。図１２の（Ａ）〜（Ｄ）は、背景技術の箇所で説明した図１４の（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれと同じ内容のグラフであるので、詳細な説明は省略する。図１２の（Ｅ）に示した液面位置の変化に係る図が新たに加わった図である。車両が図１２（Ａ）で示すような車速変化をするとき、ランキンサイクル装置１０では、前述の通り、液面位置の制御が行われるので、液面位置は、車両の発進時と停止時において上限位置ＨＡと下限位置ＨＢの間での変動のみであり、大きな変動は起こらない。
【００６７】
以上のように、凝縮器１３内に貯留される水（凝縮水）Ｗ１の液面６５の位置変動を所定範囲に抑制することにより、凝縮器１３における水蒸気に対応する気相部と凝縮水に対応する液相部の互いの伝熱面積の変化を低減して、その伝熱面積の変化を考慮することなく冷却を行え、かつ制御の精度向上を図り、ポンプ装置内のキャビテーションおよび、蒸発器１１での再加熱の際の余分な熱エネルギの消費を低減する凝縮器１３の液面位置制御装置を得ることができる。
【００６８】
また伝熱面積の変化幅を許容範囲内に保つことができ、かつ液相作動媒体の排出と補充供給の切換え動作にヒステリシスを持たせることができ、それによって切換え動作の頻度を少なくし、凝縮器の作動安定化と共に、排出および補充供給に係わる装置の耐久性が向上する。さらに、液相作動媒体（水）を排出して設定液面を適切に制御しつつ、気相作動媒体（水蒸気）の排出は阻止するので、凝縮器の作動安定化を図ることができる。また、液相作動媒体を蓄えたリザーブ用開放タンクからリターンポンプを介して直接に設定液面まで液相作動媒体の補充供給することができ、これにより液面位置の調整をポンプの高応答・高精度の供給量制御により、液面位置を早期に正確に安定させることができる。さらに、総質量流量の維持・回路内で作動媒体の総質量流量を維持しつつ液面位置制御が可能となり、作動媒体の外部への排出、および外部からの補充という特別な装置を付加する必要がない循環回路として構成できる。さらに、凝縮器の各冷却パイプ毎の液面位置のばらつきを少なくでき、液相作動媒体の排水および補充供給時における液面を早期に正確に安定させることができ、凝縮器の作動安定化を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、車載用ランキンサイクル装置で凝縮器内の水の液面位置を最適に制御する装置として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】発明に係るランキンサイクル装置の全体システムを示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る給水ポンプユニットの内部構造を示す部分断面側面図である。
【図３】本発明に係るランキンサイクル装置を車両に搭載したときの配置構成を示す図である。
【図４】ランキンサイクル装置の作動媒体の流れを示すシステム構成図である。
【図５】凝縮器の部分の内部構造と周辺装置を示す側面図である。
【図６】エアベントの閉じているときの構造を示す断面図である。
【図７】図６におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】エアベントの開いているときの構造を示す断面図である。
【図９】サーモリキッドと水の飽和曲線を示すグラフである。
【図１０】液面位置設定の詳細を説明するための図である。
【図１１】凝縮器の液面位置制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係るランキンサイクル装置を搭載した車両の車速変化とエンジン出力変化と蒸発器への給水流量と凝縮器の液面位置の変化を示すタイミングチャートである。
【図１３】従来の車載用ランキンサイクル装置を簡略して示した模式図である。
【図１４】従来のランキンサイクル装置を搭載した車両の車速変化とエンジン出力変化と蒸発器への給水流量と凝縮器の液面位置の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１０      ランキンサイクル装置
１１      蒸発器
１２      膨張機
１３      凝縮器
１４      給水ポンプユニット
１５      配管
１６      配管
１７      配管
１８      配管
２６      配管
３２      開放タンク
３７      リターンポンプ
３８      液面センサ
３９      エアベント
４１      密閉タンク
４２      水コアレッサ
４３      モータ
４４      高圧給水ポンプ
４５      排気管
４６，４７，４８  冷却ファン
【図１】
2005106039.tif 000003
【図２】
2005106039.tif 000004
【図３】
2005106039.tif 000005
【図４】
2005106039.tif 000006
【図５】
2005106039.tif 000007
【図６】
2005106039.tif 000008
【図７】
2005106039.tif 000009
【図８】
2005106039.tif 000010
【図９】
2005106039.tif 000011
【図１０】
2005106039.tif 000012
【図１１】
2005106039.tif 000013
【図１２】
2005106039.tif 000014
【図１３】
2005106039.tif 000015
【図１４】
2005106039.tif 000016