(57)【要約】【課題】  熱媒体の循環により冷却される内燃機関等の発熱体の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく、発熱体により加熱された熱媒体の廃熱を利用する発熱体の廃熱利用装置を提供する。【解決手段】  水冷式の内燃機関１０と、内燃機関１０との間で冷却水が循環され、冷却水を冷却するラジエータ２１を有する冷却水回路２０と、内燃機関１０により加熱された冷却水と熱交換して作動流体を加熱する加熱器２１０、および加熱器２１０により加熱され蒸発する作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機２２０を有するランキンサイクル回路２００とを備え、加熱器２１０は、冷却水の流れに対してラジエータ２１と並列に配置される。なお、加熱器２１０は、内燃機関１０とラジエータ２１との間から分岐し、ラジエータ２１を迂回してラジエータ２１の下流に合流するバイパス回路２５に配置されることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の循環により冷却される発熱体と、
前記発熱体との間で前記熱媒体が循環され、前記熱媒体を冷却する冷却用熱交換器を有する熱媒体循環回路と、
前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する加熱器、および前記加熱器により加熱され蒸発する前記作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機を有するランキンサイクル回路とを備え、
前記加熱器は、前記熱媒体の流れに対して前記冷却用熱交換器と並列に配置されていることを特徴とする発熱体の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記加熱器は、前記熱媒体の循環する前記発熱体と前記冷却用熱交換器との間から分岐し、前記冷却用熱交換器を迂回して前記冷却用熱交換器の下流に合流するバイパス回路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記加熱器は、前記発熱体により加熱された前記熱媒体と熱交換して送風空気を加熱する暖房用熱交換器を有するヒータ回路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記熱媒体循環回路には、前記熱媒体を循環させるポンプ手段と、前記加熱器に熱交換する前記熱媒体の流量と前記冷却用熱交換器を流通する前記熱媒体の流量との流量配分を切換え可能な切換手段とを備え、
前記ポンプ手段および前記切換手段のうち少なくとも一方は、可変式であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記可変式のポンプ手段および前記可変式の切換手段を駆動制御することが可能な制御手段と備えていることを特徴とする請求項４に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記熱媒体循環回路内に前記発熱体より吐出された熱媒体の温度に基いて、前記ポンプ手段および前記切換手段を駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の前記発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第１の閾値より小さいときには、前記切換手段の動作による前記流量配分のうち、前記冷却用熱交換器へ前記熱媒体の流通する冷却用熱交換器側流量配分がほぼ零でなければ前記冷却用熱交換器側流量配分を減少するように、前記切換手段を駆動制御し、
前記偏差が第２の閾値より大きいときには、前記ポンプ手段の吐出能力に余裕があるならば吐出量を増加するように、前記ポンプ手段を駆動制御することを特徴とする請求項６に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項８】
前記制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の前記発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第１の閾値より小さいときには、前記ポンプ手段の吐出流量を減少するように、前記ポンプ手段を駆動制御し、
前記偏差が第２の閾値より大きいときには、吐出量を増加するように、前記ポンプ手段を駆動制御することを特徴とする請求項６に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の前記発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、前記偏差が第１の閾値より小さいときには、前記切換手段による前記冷却用熱交換器へのラジエータ流量配分を減少するように、前記切換手段を駆動制御し、
前記偏差が第２の閾値より大きいときには、前記冷却用熱交換器側流量配分を増加するように、前記切換手段を駆動制御することを特徴とする請求項６に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記ヒータ回路には、前記熱媒体を循環させることが可能な第２のポンプ手段を備え、
前記第２のポンプ手段は、可変式であることを特徴とする請求項３に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記発熱体は回転機であって、
前記第２のポンプ手段は、前記回転機の回転速度に基いて駆動制御されることを特徴とする請求項１０に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記熱媒体が導かれる前記加熱器の入口側または出口側には、前記加熱器内を通通する前記熱媒体の流れを流通、遮断する第２の切換手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１３】
前記第２の切換手段は、可変式であることを特徴とする請求項１２に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１４】
前記熱媒体の温度が所定の温度以上にあるとき、前記可変式の第２の切換手段を強制駆動する強制遮断制御手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【請求項１５】
前記発熱体に発生した駆動力を伝達可能な駆動機構と、
前記駆動機構により作動され、循環する冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷凍サイクル回路とを備え、
前記膨張機は前記圧縮機に接続され、
前記膨張機に駆動力が発生したときには、前記圧縮機および前記駆動機構のうち少なくとも前記圧縮機に駆動力が付加されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の発熱体の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、熱機関等の発熱体の廃熱利用装置に関し、例えば自動車等の車両用内燃機関の廃熱を利用する動力回収の技術に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
発熱体の廃熱利用装置としては、例えば自動車等の車両用内燃機関において、冷凍サイクルの構成部品を利用してランキンサイクルを形成することで内燃機関の廃熱を動力回収し、その回収した動力で内燃機関の軸出力をアシストするものが知られている（特許文献１参照）。この技術によると、冷凍サイクル回路はコンプレッサと蒸発器とを含んで構成されており、そのコンプレッサは、内燃機関１０を駆動源とする圧縮機として使用されるとともに、内燃機関１０をアシストする膨張機として兼用される。また、その蒸発器は、内燃機関１０の冷却水回路と兼用するヒータ回路の冷却水を熱源とする高温蒸発器２１０と選択的に切換えられるように構成されている。蒸発器に換えて、高温蒸発器２１０を冷凍サイクル回路に接続することで、ランキンサイクル回路が形成される（模式図１４参照）。
【０００３】
なお、この図１４は、内燃機関１０およびラジエータ２１間を冷却水の循環する冷却水回路に着目して作図され、冷却水回路とランキンサイクル回路（詳しくは、高温蒸発器）の接続関係を模式的に表した。また、図１４は、高温蒸発器２１０に切換えた状態を表し、蒸発器は図示しない。
【０００４】
さらになお、冷却水回路は、一般的に、サーモスタットを用いた切換弁２６を備え、内燃機関の始動時等の冷却水温が低い場合、ラジエータ２１に冷却水を流さず、迂回させるように構成されている。
【０００５】
なお、ここで、一般に、冷却水回路内の冷却水を循環させるための温水ポンプ２２は、内燃機関の回転速度（回転数）に比例するメカ式のものを使用している。切換弁に用いるサーモスタットは内部のワックスが熱によって膨張、収縮する性質を利用して、冷却水の水温に感応し、ラジエータを迂回する冷却水の流量を調節する。
【０００６】
さらになお、ここで、冷却水回路は、発熱体である内燃機関との間で熱媒体としての冷却水が循環され、冷却水を冷却する冷却用熱交換器としてのラジエータを有する熱媒体循環回路を構成している。
【特許文献１】特許第２５４０７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、冷却水回路内における高温蒸発器２１０の適正な設置位置に対する配慮がなされていない。高温蒸発器２１０は、図１４に示すように、ラジエータ２１と直列に配置されているため、通水抵抗が大きくなるおそれがある。通水抵抗が大きくなると、冷却水の流量が低下し、結果として、ラジエータでの冷却性能が低下するという問題がある。
【０００８】
また、温水ポンプ２２は内燃機関の回転速度（回転数）に比例するため、低回転領域では流量に制限がある。サーモスタット２６は温度感応の応答性が劣る。このため、メカ式温水ポンプ２２およびサーモスタット２６を使用する冷却水回路は、例えば車両の走行状態により冷却水の水温、流量の変動が大きく、高温蒸発器２１０つまりランキンサイクル回路への熱量供給が不安定となる可能性がある。さらに、ランキンサイクル回路での熱利用が大きくなり過ぎた場合、冷却水回路の冷却水を必要以上に低下させてしまって、内燃機関１０の良好な燃料霧化等を阻害し、内燃機関１０の出力低下や燃費の悪化等が懸念される。
【０００９】
また、上記従来技術では、冷凍サイクル回路のコンプレッサをランキンサイクル回路の膨張機として兼用しているため、夏期等の冷凍サイクル稼動時には、内燃機関１０の廃熱を回収し、内燃機関の軸出力等をアシストするいわゆる動力回生運転ができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、熱媒体の循環により冷却される内燃機関等の発熱体の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく、発熱体により加熱された熱媒体の廃熱を利用することを目的とする。
【００１１】
また、別の目的は、発熱体の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく、ランキンサイクル回路側の安定した熱量の確保が可能な発熱体の廃熱利用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１によると、熱媒体の循環により冷却される発熱体と、発熱体との間で熱媒体が循環され、熱媒体を冷却する冷却用熱交換器を有する熱媒体循環回路と、発熱体により加熱された熱媒体と熱交換して作動流体を加熱する加熱器、および加熱器により加熱され蒸発する作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機を有するランキンサイクル回路とを備え、加熱器は、熱媒体の流れに対して冷却用熱交換器と並列に配置されている。
【００１３】
これにより、発熱体により加熱された熱媒体の廃熱を熱交換して利用するランキンサイクル回路を構成する加熱器は、熱媒体の流れに対して、熱媒体を冷却する冷却用熱交換器と並列に配置されるため、冷却用熱交換器を流通する熱媒体の流通抵抗を上昇させることがない。例えば発熱体としての内燃機関に生じる熱により加熱された熱媒体としての冷却水は、熱媒体循環回路としての冷却水回路を通じて、ラジエータ等の冷却用熱交換器へ通水される。冷却水が流通することで空気、作動流体と熱交換するラジエータと加熱器において、ラジエータは、冷却水の流れに対して加熱器と並列に配置されているので、ラジエータ回路の通水抵抗を上昇させることがない。そのため、発熱体の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく、熱媒体の廃熱エネルギーを有効利用することが可能である。
【００１４】
本発明の請求項２によると、加熱器は、熱媒体の循環する、内燃機関の発熱体とラジエータ等の冷却用熱交換器との間から分岐し、冷却用熱交換器を迂回して冷却用熱交換器の下流に合流するバイパス回路に配置されていることが好ましい。
【００１５】
例えばラジエータの下流側の冷却水回路とバイパス回路との合流点に設けられた切換弁によって、バイパス回路を流れる冷却水の流量とラジエータへ通水される冷却水の流量とを、冷却水温に応じて流量配分することが可能である。内燃機関の冷却水温を適温に維持しながら、ランキンサイクル回路は、加熱器を通じて廃熱回収することが可能である。
【００１６】
本発明の請求項３によると、加熱器は、発熱体により加熱された熱媒体と熱交換して送風空気を加熱する暖房用熱交換器を有するヒータ回路に配置されている。
【００１７】
これにより、冷却水の流れに対して加熱器をラジエータ等の冷却用熱交換器と並列に配置することができ、発熱体の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく熱媒体の廃熱エネルギーを利用することができる。
【００１８】
本発明の請求項４によると、熱媒体循環回路には、熱媒体を循環させるポンプ手段と、加熱器に熱交換する熱媒体の流量と冷却用熱交換器を流通する熱媒体の流量との流量配分を切換え可能な切換手段とを備え、ポンプ手段および切換手段のうち少なくとも一方は、可変式である。
【００１９】
これにより、ポンプ手段が電動式等の可変式であるため、従来構成のポンプ手段が例えば内燃機関等の熱機関の回転速度に比例するメカ式ポンプであるのに比べて、例えば車両走行状態等により左右される内燃機関の回転速度によってポンプ手段の吐出能力が制限されることはない。また、切換手段が電動式等の可変式であるため、従来構成の切換手段が温度感応の比較的遅いサーモスタットを用いた切換弁であるのに比べて、例えば冷却水回路に設けた冷却水温検出手段により検出された温度を示す検出信号に応じて所定の流量配分に、遅れなく切換手段が駆動制御される。
【００２０】
本発明の請求項５によると、可変式のポンプ手段および可変式の切換手段を駆動制御することが可能な制御手段と備えている。
【００２１】
これにより、制御手段によって吐出流量を可変にできる可変式のポンプ手段を駆動制御することで、内燃機関の運転状態、例えば内燃機関の出口水温に応じて、ポンプ手段の吐出能力つまり吐出量を精度よく増減することが可能である。また、制御手段によって流量配分を可変にできる可変式の切換手段を駆動制御することで、内燃機関の運転状態、例えば内燃機関の出口水温に応じて、切換手段の作動によるラジエータへのラジエータ流量配分を精度よく増減することが可能である。
【００２２】
本発明の請求項６によると、制御手段は、冷却水回路等の熱媒体循環回路内に、内燃機関等の発熱体より吐出された熱媒体の温度に基いて、ポンプ手段および切換手段を駆動制御する。
【００２３】
これにより、制御手段は、例えば冷却水回路内に内燃機関から吐出された冷却水の温度つまり内燃機関の出口水温で代表される内燃機関等発熱体の本体温度を適温に保つことができ、内燃機関本体の運転に悪影響を与えることなく、加熱器つまりランキンサイクル回路側への安定した熱量が確保できる。
【００２４】
本発明の請求項７によると、制御手段は、目標冷却水温等の目標熱媒体温度と、実際の内燃機関等の発熱体より吐出された熱媒体の温度、つまり内燃機関の出口水温で代表される内燃機関の本体温度との偏差を算出し、偏差が第１の閾値より小さいときには、切換手段の動作による流量配分のうち、冷却用熱交換器へ熱媒体の流通する冷却用熱交換器側流量配分がほぼ零でなければ冷却用熱交換器側流量配分を減少するように、切換手段を駆動制御し、偏差が第２の閾値より大きいときには、ポンプ手段の吐出能力に余裕があるならば吐出量を増加するように、ポンプ手段を駆動制御する。
【００２５】
これにより、目標冷却水温等の目標発熱体温度と実際の出口水温等の発熱体本体温度とのずれが大きい場合において、好適にポンプ手段および切換手段を制御可能である。
【００２６】
例えば、その偏差が第１の閾値より小さいつまり目標冷却水温に比べて実際の出口水温が低すぎる場合には、切換手段の動作による流量配分のうち、ラジエータ等の冷却用熱交換器へ冷却水の流通する冷却用熱交換器側流量配分がほぼ零でない限り、まず冷却用熱交換器側流量配分を減少するように、制御手段によって切換手段が駆動制御される。これにより、加熱器への冷却水の流量を少なくすることなく、出口水温を目標冷却水温へ上昇させることが可能である。一方、その偏差が第２の閾値より大きいつまり目標冷却水温に比べて実際の出口水温が高すぎる場合には、ポンプ手段の吐出能力に余裕がある限り、まず吐出量を増加させるように、制御手段によってポンプ手段が駆動制御される。これにより、加熱器への冷却水の流量を少なくすることなく、増加させて、出口水温を目標冷却水温へ下げることが可能である。
【００２７】
したがって、出口水温等の発熱体本体温度が目標冷却水温等の目標熱媒体温度の許容温度範囲内になるように制御つまり発熱体を適温に維持しながら、加熱器で廃熱回収できる熱量を所定量以上確保することが可能である。
【００２８】
本発明の請求項８によると、制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、偏差が第１の閾値より小さいときには、ポンプ手段の吐出流量を減少するように、ポンプ手段を駆動制御し、偏差が第２の閾値より大きいときには、吐出量を増加するように、前記ポンプ手段を駆動制御する。
【００２９】
これにより、制御手段によりポンプ手段を駆動制御することで、ラジエータ等の冷却用熱交換器や加熱器への流量を増減させることで冷却能力を変化させて、水温等熱媒体の温度を調節することができる。
【００３０】
本発明の請求項９によると、制御手段は、目標熱媒体温度と、実際の発熱体より吐出された熱媒体の温度との偏差を算出し、偏差が第１の閾値より小さいときには、切換手段による冷却用熱交換器へのラジエータ流量配分を減少するように、切換手段を駆動制御し、偏差が第２の閾値より大きいときには、冷却用熱交換器側流量配分を増加するように、切換手段を駆動制御する。
【００３１】
これにより、ラジエータ等の冷却用熱交換器への流量を増減させることで、冷却能力を変化させて水温等熱媒体の温度を調節することができる。
【００３２】
本発明の請求項１０によると、ヒータ回路には、熱媒体を循環させることが可能な第２のポンプ手段を備え、第２のポンプ手段は、可変式である。
【００３３】
これにより、加熱器は、ラジエータ等の冷却用熱交換器と並列に配置されるので、内燃機関等の発熱体の冷却性能に悪影響を与えることない。さらに、ヒータ回路には、電動式等の吐出量が可変にできる可変式の第２のポンプ手段を備えるので、ランキンサイクル回路に与える廃熱量を安定化させることが可能である。
【００３４】
本発明の請求項１１によると、発熱体は回転機であって、第２のポンプ手段は、熱機関の回転速度に基いて駆動制御される。これにより、例えば内燃機関等の回転機の回転速度が低く、第１のポンプ手段であるメカ式のものの吐出量が小さい場合でも、第２のポンプ手段によって補助的に加熱器への流量を増加させることで、ランキンサイクル回路に与える廃熱量を安定化させることができる。
【００３５】
本発明の請求項１２によると、熱媒体が導かれる加熱器の入口側または出口側には、加熱器内を通通する熱媒体の流れを流通、遮断する第２の切換手段が設けられている。
【００３６】
加熱器内を流通する熱媒体の熱容量分が追加されるため、熱媒体循環回路の全体の熱容量が増大する。熱媒体循環回路全体の熱容量が増大することで、例えば発熱体としての内燃機関の運転開始時等における暖機性能が低下する場合がある。これに対して、請求項１１に記載の発熱体の廃熱利用装置では、加熱器の入口側または出口側に加熱器内を通通する熱媒体の流れを流通、遮断する第２の切換手段を設けるので、発熱体の暖気性能に悪影響を及ぼすことなく、発熱体により加熱された熱媒体の廃熱を利用することが可能である。
【００３７】
本発明の請求項１３によると、第２の切換手段は、可変式である。
【００３８】
これによると、第２の切換手段は、電動式等の可変式であるため、内燃機関の暖機運転モード等の運転状態に応じて、第２の切換手段における流通、遮断を行なう駆動制御が可能である。例えば発熱体の温度が所定の温度範囲にあるとき、加熱器内に熱媒体を流通させるように第２の切換手段を駆動制御することで、発熱体の冷却および暖気性能に悪影響を及ぼすことなく、熱媒体の廃熱エネルギーを有効利用することが可能である。
【００３９】
本発明の請求項１４によると、熱媒体の温度が所定の温度以上にあるとき、前記可変式の第２の切換手段を強制駆動する強制遮断制御手段を備えている。
【００４０】
これによると、熱媒体の温度が所定の温度以上にあるとき、第２の切換手段を強制駆動する強制遮断制御手段によって、加熱器内への熱媒体の流通を停止することができる。したがって、例えば内燃機関の運転状態が、熱媒体の温度が所定の温度以上となる高負荷運転状態にあるときには、冷却性能を優先するため、ランキンサイクル回路側へ廃熱エネルギーを与える加熱器への熱媒体の流通を中止して、冷却用熱交換器へ流通する熱媒体の流量を確保することができる。
【００４１】
本発明の請求項１５によると、内燃機関等の発熱体に生じた駆動力を伝達可能な駆動機構と、駆動機構により作動され、循環する冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷凍サイクル回路とを備え、膨張機は圧縮機に接続され、膨張機に駆動力が発生したときには、圧縮機および駆動機構のうち少なくとも圧縮機に駆動力が付加される。
【００４２】
これにより、ランキンサイクル回路と、冷凍サイクル回路とを独立に設けるため、冷凍サイクル回路の作動の有無に係らず、膨張機を作動させることが可能である。その結果、内燃機関等発熱体の廃熱を、熱媒体である冷却水を熱源として加熱器によって廃熱回収することで、膨張機に駆動力を生じさせるので、例えば冷凍サイクル回路の圧縮機を駆動する駆動機構の動力が軽減される。つまり、内燃機関が駆動機構を介して圧縮機を駆動する駆動力の軽減が図れる。
【００４３】
なお、圧縮機を駆動するのに必要な駆動力以上の駆動力が膨張機に生じる場合には、膨張機の余剰の駆動力は、駆動機構を介して内燃機関の軸出力に付加される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の発熱体の廃熱利用装置を、自動車用等の車両用内燃機関の廃熱利用装置に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図２は、図１中の電動式の切換手段を示す模式的断面図であって、図２（ａ）はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を零にした切換え状態、図２（ｂ）はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を最大にした切換え状態を示す断面図である。図３は、図１中のランキンサイクル回路の膨張機と冷凍サイクル回路の圧縮機とを接続する駆動機構を示す模式図である。図４は、図１中の電動式のポンプ手段と電動式の切換手段とを駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【００４６】
図１に示すように、内燃機関の廃熱利用装置１００は、ランキンサイクル回路２００と、冷凍サイクル回路３００とを含んで構成されている。
【００４７】
内燃機関１０は、冷却水の循環により冷却される水冷式の内燃機関である。内燃機関１０は燃焼室（図示せず）周りのシリンダブロック等の内部に冷却水を流す循環経路（図示せず）を有し、この循環経路に冷却水を流すことにより内燃機関の燃焼室内で行なわれる燃焼により発生するエネルギーのうち、熱エネルギーが冷却水と熱交換される。内燃機関１０で加熱された冷却水は、内燃機関１０（詳しくは、循環経路）との間で循環し、ラジエータ２１を有する冷却水回路２０で冷却される。なお、加熱された冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するヒータ回路３０を設けてもよい。
【００４８】
なお、以下の本実施形態では、内燃機関１０には冷却水回路２０とヒータ回路３０とを有するものとして説明する。
【００４９】
ランキンサイクル回路２００は、図１に示すように、加熱器２１０、膨張機２２０、凝縮器２３０、受液器２４０、およびポンプ２５０を含んで構成されている。このランキンサイクル回路２００には、作動流体が封入されており、加熱器２１０、膨張機２２０、凝縮器２３０、受液器２４０、およびポンプ２５０へと、作動流体が順次流れる閉回路が形成される。この作動流体は電動式のポンプ２５０の作動によってランキンサイクル回路２００内を循環される。加熱器２１０は、ポンプ２５０から送られる作動流体とラジエータ回路２０を流通する高温の冷却水との間で熱交換することにより作動流体を加熱する熱交換器である。なお、詳しくは、加熱器２１０内には、冷却水を導く冷却水経路（図示せず）と、作動流体を導く作動流体経路（図示せず）とを備え、冷却水経路と作動流体経路と間には、冷却水経路と作動流体経路とを区画する境界壁（図示せず）が設けられている。膨張機２２０は、加熱器２１０で加熱され過熱蒸気の状態となる作動流体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。凝縮器２３０は、膨張機２２０から吐出される作動流体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。受液器２４０は、凝縮器２３０で凝縮された作動流体を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液化作動流体のみをポンプ２５０側に流出させる。
【００５０】
冷却水回路２０には、図１に示すように、ラジエータ２１が設けられており、ラジエータ２１は、温水ポンプ２２の作動によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却する。温水ポンプ２２は、内燃機関１０に装着され、内燃機関１０の回転速度（回転数）に比例するメカ式のポンプであっても、電動式のポンプであってもいずれでもよい。この温水ポンプ２２は、冷却水回路内で冷却水を循環させるポンプ手段を構成する。
【００５１】
なお、以下の本実施形態では、温水ポンプ２２は、電動式のポンプとして説明する。
【００５２】
冷却水回路２０には、図１に示すように、内燃機関１０とラジエータ２１との間から分岐し、ラジエータ２１を迂回してラジエータ２１の下流に合流するバイパス回路２５が設けられている。図１に示すように、ランキンサイクル回路２００を構成する加熱器２１０が、バイパス回路２５に配置されている。加熱器２１０は、バイパス回路２５を流れる冷却水を熱源として、このバイパス回路２５を流通する冷却水と作動流体との間で熱交換し、作動流体を加熱する。
【００５３】
これにより、ラジエータ２１を流れる冷却水の流れと、加熱器２１０内の作動流体と熱交換するために加熱器２１０へ流れる冷却水の流れとが並列に流れるため、ラジエータ２１を有する冷却水回路２０の通水抵抗を上昇させることがない。なお、加熱器２１０は、冷却水の流れに対してラジエータ２１と並列に配置されている（図１参照）。
【００５４】
その結果、従来の加熱器とラジエータ２１とが冷却水の流れに対して直列に配置されているものに比べて、内燃機関１０の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく廃熱エネルギーを活用することができる。
【００５５】
なお、冷却水の流れに対して加熱器２１０をラジエータ２１と並列に配置することが可能な構成であれば、バイパス回路２５に限らず、冷却水回路２０内に形成され、冷却水の流れが分岐、合流する分岐回路であっても、冷却水回路２０に接続し、冷却水の流れが冷却水回路２０から分岐、合流する外部接続回路等のいずれの並列的回路であってもよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、ラジエータ２１の下流側の冷却水回路部２０ａとバイパス回路２５との合流部、あるいは冷却水回路部２０ａのうちラジエータ２１と合流部との間（本実施例では、図１に示すようにラジエータ２１と合流部との間）には、冷却水の流量を調整する切換弁２６が設けられていることが好ましい。これにより、バイパス回路２５を流れる冷却水の流量とラジエータ２１へ通水される冷却水の流量とを、冷却水温に応じて流量配分することが可能である。その結果、ランキンサイクル回路２００は、内燃機関１０の本体温度を維持しながら、加熱器２１０を通じて廃熱回収することが可能である。なお、内燃機関１０の本体温度とは、発熱体である内燃機関１０は熱媒体である冷却水を循環させることで冷却されるが、内燃機関１０から吐出される冷却水の温度、例えば内燃機関の出口水温で代表される温度である。
【００５７】
なお、この切換弁２６は、従来のサーモスタットを用いた切換弁に限らず、電動式の切換弁であってもいずれでもよい。切換弁２６は、バイパス回路２５を流れる冷却水の流量、つまり加熱器２１０へ熱交換するための冷却水の流量とラジエータ２１へ通水される冷却水の流量との流量配分を切換え可能な切換手段を構成する。なお、この切換弁２６により調整されたラジエータ２１へ通水される冷却水の流量を、ラジエータ流量配分と呼ぶ。また、加熱器２１０へ熱交換するための冷却水の流量を、加熱器流量配分と呼ぶ。
【００５８】
なお、以下の本実施形態では、切換弁２６は、電動式の切換弁として説明する。
【００５９】
切換弁２６は、図１に示すように、流通する冷却水の流量を可変にする切換弁部２６ａと、この切換弁部２６ａを駆動する電動駆動部２６ｂとからなり、電動駆動部２６ａは後述の制御手段（以下、制御装置と呼ぶ）６００に電気的に接続されている。図２に示すように、冷却水回路部２０ａには、切換弁部２６ａが流通、遮断可能に配置されている。切換弁２６は、いわゆるロータリー式の切換弁であって、切換弁部２６ａを貫通する冷却水用流路２６ａａが形成されており、切換弁部２６ａが回転可能である。切換弁２６は、電動駆動部２６ａの作動によって、冷却水用流路２６ａａが冷却水回路部２０ａ内の冷却水の流れに略直交する回転位置に切換えると、図２（ａ）に示すように、冷却水用流路２６ａａの流れを遮断し（全閉状態）、ラジエータ流量配分が零となる。また、冷却水用流路２６ａａが冷却水回路部２０ａ内の冷却水の流れに略平行となる回転位置に切換えると、図２（ｂ）に示すように、冷却水用流路２６ａａの流れを流通し（全開状態）、ラジエータ流量配分が最大となる。
【００６０】
次に、図１に示すように、ヒータ回路３０には、ヒータコア３１が設けられており、温水ポンプ２２によって冷却水（温水）が循環されるように構成されている。ヒータコア３１は、空調ユニット７００の空調ケース７１０内に配設されており、送風機７２０によって送風される空調空気を温水との熱交換により加熱する。なお、ヒータコア３１にはエアミックスドア７３０が設けられており、このエアミックスドア７３０の開閉により、ヒータコア３１を流通する空調空気量が可変される。なお、ヒータ回路３０は、冷却水回路２０に接続し、冷却水（温水）の流れが冷却水回路２０から分岐、合流する外部接続回路を構成する。
【００６１】
冷凍サイクル回路３００は、図１に示すように、圧縮機３１０、凝縮器３２０、受液器３３０、膨張弁３４０、および蒸発器３５０を含んで構成されている。この冷凍サイクル回路３００には、冷媒が封入されており、圧縮機３１０、凝縮器３２０、受液器３３０、膨張弁３４０、および蒸発器３５０へと、冷媒が順次流れる閉回路が形成される。圧縮機３１０は、冷凍サイクル３００内の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機器であり、ここでは１回転当たりの吐出容量が所定量となる固定容量型の圧縮機とする。なお、圧縮機３１０を、制御装置６００によって吐出容量が可変にされる可変容量型のものであってもよい。圧縮機３１０を可変容量とすれば、例えば春秋等の冷凍サイクル回路３００の負荷が比較的小さい運転状態において、圧縮機３１０を駆動するための駆動力を小さくすることが可能である。次に、凝縮器３２０は、圧縮機３１０の吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。受液器３３０は、凝縮器３２０で凝縮された冷媒を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液化冷媒のみを膨張弁３４０側に流出させる。膨張弁３４０は、受液器３３０からの液化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、圧縮機３１０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。次に、蒸発器３５０は、ヒータコア３１と同様に空調ユニット７００の空調ケース７１０内に配設されており、膨張弁３４０によって減圧膨張された冷媒を蒸発させて、その時の蒸発潜熱によって送風機７２０からの空調空気を冷却する熱交換器である。そして、蒸発器３５０の冷媒出口側は、圧縮機３１０の吸入側に接続されている。なお、蒸発器３５０によって冷却された空調空気とヒータコア３１によって加熱された空調空気は、エアミックスドア７３０の開度に応じて混合比率が可変され、車両に搭乗する乗員等によって設定される所定温度に調節される。
【００６２】
次に、ランキンサイクル回路２００を構成する膨張機２２０と、冷凍サイクル回路３００を構成する圧縮機３１０とを接続する駆動伝達装置５００を、図３に従って説明する。駆動伝達装置５００は、膨張機２２０と圧縮機３１０との間を接続可能にする一方向クラッチ５２０と、内燃機関１０の回転力が伝達されるプーリ４１０と、圧縮機３１０との間を接続可能にする、一方向クラッチ５３０および電磁クラッチ５１０とを備えている。なお、ここで、駆動伝達装置５２０、５３０、５１０、およびプーリ４１０は、内燃機関の駆動力を伝達可能な駆動機構を構成する。
【００６３】
一方方向クラッチ５２０は、膨張機２２０が作動するときには、図示しない噛合機構が接続状態となって、圧縮機３１０に接続し、逆に、膨張機２２０が作動停止しているときには、噛合機構が接続状態が解除され、圧縮機３１０の回転動作等に協働しなくなる構成を有する。その結果、膨張機２２０に生じた回転駆動力を圧縮機３１０に付加し、圧縮機３１０の冷媒圧縮動作のアシストを可能にする。なお、膨張機２２０に駆動力が生じないとき、つまりランキンサイクル回路３００が作動停止しているときには、冷凍サイクル回路３００が作動状態になっても、圧縮機３１０の冷媒圧縮のための回転動作のみを許容し、膨張機３１０は回転動作しない。
【００６４】
プーリ４１０は、ベルト１１を介して内燃機関１０の駆動力を受ける回転体である。冷凍サイクル回路３００を作動停止状態にするときには、電磁クラッチ５１０を切断動作させ、内燃機関の回転力が伝達される方向にプーリ４１０の回転のみが許容され、プーリ４１０から相手部材（一方方向クラッチ５３０、圧縮機３１）への回転力の伝達を停止する。なお、電磁クラッチ５１０を接続動作させると、プーリ４１０と相手部材への回転力の伝達が可能となる。
【００６５】
一方方向クラッチ５３０は、プーリ４１０の回転力が伝達可能な状態にあるとき、図示しない噛合機構が接続状態となって、プーリ４１０と圧縮機３１０との回転動作が協働可能となる。このため、膨張機２２０に生じた回転駆動力が、プーリ４１０によって圧縮機３１０を回転駆動するのに必要なお駆動力以上となった場合には、膨張機２２０の余剰の駆動力は、駆動機構５２０、５３０、５１０、４１０を介して内燃機関１０に付加され、内燃機関の軸出力のアシストを可能とする。
【００６６】
制御装置６００は、図１に示すように、冷却水回路２０を流通する冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段（以下、水温センサと呼ぶ）２７、温水ポンプ２２、および切換弁２６の電動駆動部２６ｂに接続されている。制御装置６００には、水温センサ２７で検出された冷却水温を示す冷却水温検出信号、冷却された空調空気と加熱された空調空気とを所定混合率で混合等するために冷凍サイクル回路３００とヒータ回路３０の作動要求をするＡ／Ｃ信号、および切換弁２６の流量配分信号（本実施例では、図３に示す切換弁部２６ａａの開度信号）等が入力される。制御装置６００は、冷却水温検出信号、流量配分信号等の信号に基いて、温水ポンプ２２、切換弁２６を駆動制御する。
【００６７】
制御装置６００は、温水ポンプ２２のモータ部（図示せず）に出力する駆動信号から、温水ポンプ２２の吐出能力を推定する。駆動信号は、モータ部構造が電動モータの場合は電圧値、ブラシレスモータの場合には電流値を表す信号となる。
【００６８】
また、制御装置６００は、ポンプ２５０および電磁クラッチ５１０の作動等を制御する。なお、制御装置６００は、図示しないリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート３５、および出力ポート３６を相互に双方向性バスで接続した公知の構成を有するマイクロコンピュータとして機能する。
【００６９】
なお、本実施形態では、上記水温センサ２７で検出される冷却水温としては、内燃機関１０の出口温度であることが好ましい。水温センサ２７の配置位置としては、図１に示すラジエータ２１と内燃機関１０との間の冷却水回路上流部に限らず、内燃機関１０内の循環経路の出口部、あるいはその出口部の近傍等であっても、少なくともラジエータ２１の上流側を流通する冷却水温度が検出できる位置に配置されていれば、いずれの配置位置でもよい。これにより、制御装置６００は、ラジエータ２１内を流通する冷却水におけるラジエータ水温でなく、内燃機関１０の出口水温に基いて、温水ポンプ２２、切換弁２６を駆動制御することが可能である。その結果、制御装置６００は、内燃機関１０の冷却性能を優先して制御することが可能である。
【００７０】
なお、以下の本実施形態では、水温センサ２７で検出される冷却水温は、内燃機関の出口水温として説明する。
【００７１】
さらになお、制御装置６００は、少なくとも温水ポンプ２２を駆動制御することで、内燃機関の出口水温に応じて、内燃機関１０の回転速度（回転数）に関係なく、温水ポンプ２２の吐出能力つまり吐出量を精度よく増減することが可能である。また、制御装置６００は、少なくとも切換弁２６を駆動制御することで、内燃機関の出口水温に応じて、ラジエータ流量配分を精度よく増減することが可能である。
【００７２】
次に、冷却水回路２０を流通する冷却水の流量を調整する制御処理（以下、第１の制御処理と呼ぶ）について、図４に従って説明する。
【００７３】
Ｓ８０１（Ｓはステップを表す）では、制御装置６００は、水温センサ２７から出力される冷却水温検出信号を受信し、内燃機関の出口水温Ｔｗを読み込み、Ｓ８０２へ移行する。
【００７４】
Ｓ８０２では、Ｓ８０１で読み込まれた内燃機関の出口水温Ｔｗが、目標冷却水温を含む所定範囲にあるか否かを判断する。なお、本実施例では、目標冷却水温をＴｔとし、第１の閾値を−ｔ、第２の閾値を＋ｔとして表す。Ｔｔ＋ｔは目標冷却水温の上限値、Ｔｔ−ｔは目標冷却水温の下限値を示すことになる。目標冷却水温を含む所定範囲とは、制御装置６００によって温度制御される出口水温の制御温度範囲（本実施例では、例えば６０〜１１０℃）である。
【００７５】
上記出口水温と目標冷却水温との偏差（Ｔｗ−Ｔｔ）を算出し、偏差が第１の閾値以上および第２の閾値以下の範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝すなわち所定範囲にあるならば、Ｓ８０１へ移行する。これにより、冷却水回路２０は目標冷却水温範囲内に制御されており、温水ポンプ２２および切換弁２６を駆動制御する必要がないため、加熱器流量配分は変化しない。したがって、バイパス回路２５を流通する冷却水を熱源として、加熱器２１０つまりランキンサイクル回路２００への安定した熱量が確保できる。
【００７６】
逆に、偏差が第１の閾値以上および第２の閾値以下の範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝すなわち所定範囲にないならば、Ｓ８０３へ移行する。
【００７７】
Ｓ８０３では、Ｓ８０２で算出された偏差が第２の閾値より大きいか否か｛図４中に示す８０３の枠内では、上記出口水温Ｔｗが目標冷却水温の上限値Ｔｔ＋ｔが大きいか否か（Ｔｗ＞Ｔｔ＋ｔ）｝を判断する。偏差が第２の閾値より大きいならば、上記出口水温Ｔｗが目標冷却水温の上限値Ｔｔ＋ｔより大きく、目標冷却水温に対して高すぎると判定し、Ｓ８０４へ移行する。逆に偏差が第２の閾値より小さいならば、上記出口水温Ｔｗが目標冷却水温の下限値Ｔｔ−ｔより小さく（第１の閾値より小さく）、目標冷却水温に対して低すぎると判定し、Ｓ８０５へ移行する。
【００７８】
Ｓ８０４では、制御装置６００が温水ポンプ２２へ出力する駆動信号から、温水ポンプ２２の吐出能力に余裕がないか否か（図４中に示す８０４の枠内では、吐出能力（動力）の状態が１００％か否か）を判断する。吐出能力に余裕があるならば、Ｓ８０６へ移行する。逆に、吐出能力に余裕がないならば、Ｓ８０７へ移行する。
【００７９】
Ｓ８０６では、Ｓ８０４で温水ポンプ２２の吐出能力に余裕があると判定されたため、吐出量が増加するように、温水ポンプ２２を駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【００８０】
Ｓ８０７では、Ｓ８０４で温水ポンプ２２の吐出能力に余裕がないと判定されたため、ラジエータ流量分が増加するように、切換弁２６を開側へ駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【００８１】
Ｓ８０５では、切換弁２６から出力される流量配分信号（開度信号）から、ラジエータ流量配分が零か否か（切換弁２６が全閉状態か否か）を判断する。ラジエータ流量配分が零でないならば（切換弁２６が全閉状態でないならば）、ラジエータ２１へ流通する冷却水の流量を減らして上記出口温度を上昇させられると判定し、Ｓ８０８へ移行する。逆に、ラジエータ流量配分が零であれば（切換弁２６が全閉状態であれば）、ラジエータ流量配分の調節によって上記出口温度を上昇させることはできないと判定し、Ｓ８０９へ移行する。
【００８２】
Ｓ８０８では、Ｓ８０５でラジエータ流量配分の調節が上記出口温度を上昇させる手段として有効と判定されたため、ラジエータ流量配分が減少するように、切換弁２６を閉側へ駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【００８３】
Ｓ８０９では、Ｓ８０５でラジエータ流量配分の調節が上記出口温度を上昇させる手段として有効でないと判定されたため、温水ポンプ２２の吐出量が減少するように、温水ポンプ２２を駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【００８４】
以上説明した本実施形態によれば、ランキンサイクル回路２００を構成する加熱器２１０は、冷却水の流れに対してラジエータ２１と並列に配置されているので、内燃機関１０の冷却性能に悪影響を及ぼさない。なお、冷却水の流れに対してラジエータ２１と並列となる加熱器２１０の配置位置としては、本実施形態で説明したバイパス回路２５に配置するものに限らず、冷却水回路２０内に形成され、冷却水の流れが分岐、合流する分岐回路に配置するもの、あるいは冷却水回路２０に接続し、冷却水の流れが冷却水回路２０から分岐、合流する外部接続回路に配置するもの等、いずれの並列的回路に配置するものであってもよい。
【００８５】
以上説明した本実施形態によれば、制御装置６００が行なう第１の制御処理は、優先順位が高いものから並べると、内燃機関の出口水温の確保、加熱器２１０の作動流体と熱交換する冷却水を流通するバイパス回路２５の流量確保の順で、温水ポンプ２２および切換弁２６を駆動制御するため、内燃機関１０の出力性能に悪影響を及ぼすことなく、冷却水回路２０は、バイパス回路２５を流通する冷却水を熱源として、加熱器２１０つまりランキンサイクル回路２００側への安定した熱量の確保が可能である。
【００８６】
なお、第１の制御処理は、目標冷却水温Ｔｔと、実際の出口水温Ｔｗとのずれが比較的大きいとき（図４に示す判定処理Ｓ８０２におけるＮＯ判定の場合）には、以下のように温水ポンプ２２および切換弁２６を好適に駆動制御することが可能である。
【００８７】
上記偏差が第１の閾値−ｔより小さいときつまり目標冷却水温に比べて実際の出口水温が低すぎるとき（図４に示す判定処理Ｓ８０３におけるＮＯ判定の場合）には、ラジエータ流量配分が零でない限り、まずラジエータ流量配分が減少するように、制御装置６００によって切換弁２６を駆動制御する。その結果、加熱器２１０への冷却水の流量を少なくすることなく、出口水温Ｔｗを目標冷却水温Ｔｔへ上昇させることが可能である。
【００８８】
一方、上記偏差が第２の閾値＋ｔより大きいつまり目標冷却水温に比べて実際の出口水温が高すぎるとき（図４に示す判定処理Ｓ８０３におけるＹＥＳ判定の場合）には、温水ポンプ２２の吐出能力に余裕がある限り、まず吐出量を増加させるように、制御装置６００によって温水ポンプ２２を駆動制御する。その結果、加熱器２１０への冷却水の流量を逆に増加させて、出口水温Ｔｗを目標冷却水温Ｔｔへ下げることが可能である。
【００８９】
したがって、実際の出口水温Ｔｗが目標冷却水温Ｔｔの許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内になるように制御つまり冷却性能を調整しながら、加熱器２１０で廃熱回収できる熱量を所定量以上確保することが可能である。
【００９０】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。
【００９１】
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した電動式の切換弁２６に換えて、図５に示すように、周知構造のサーモスタットを用いた切換弁１２６とする。図５は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図６は、図５中の電動式のポンプ手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【００９２】
制御装置６００は、図５に示すように、温水ポンプ２２を駆動制御するが、切換弁１２６を制御することない。なお、冷却水回路部２０ａ内を流通する冷却水の温度にワーモスタットが感応することで、切換弁１２６によってラジエータ流量配分が零から最大まで切換えられる。
【００９３】
なお、温水ポンプ２２は、電動式のポンプであるため、従来構成のメカ式のポンプが内燃機関１０の回転速度（回転数）に比例するものであるのに比べて、例えば車両走行状態等により左右される内燃機関１０の回転速度によって吐出能力つまり吐出量が制限されることはない。
【００９４】
次に、冷却水回路２０を流通する冷却水の流量を調整する制御処理（以下、第２の制御処理と呼ぶ）について、図６に従って説明する。
【００９５】
第２の制御処理は、Ｓ８０１からＳ８０３からなる制御処理と、Ｓ９０４およびＳ９０５の制御処理からなる。Ｓ８０１からＳ８０３からなる制御処理は、第１の実施形態で説明したので、詳細説明を省略する。
【００９６】
Ｓ８０１で水温センサ２７から出力される冷却水温検出信号から、実際の出口水温Ｔｗを読み込み、Ｓ８０２で実際の出口水温Ｔｗが目標冷却水温Ｔｔの許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にあるか否かを判断する。出口水温Ｔｗが許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にあるならば、制御装置６００は温水ポンプ２２を駆動制御することなく、Ｓ８０１へ移行する。逆に出口水温Ｔｗが許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にないならば、Ｓ８０３へ移行する。
【００９７】
Ｓ８０３では、偏差Ｔｗ−Ｔｔが第２の閾値＋ｔより大きいか否かを判断する。その偏差が第２の閾値＋ｔより大きいならば、Ｓ９０４へ移行する。その偏差が第２の閾値＋ｔより小さいすなわち第１の閾値−ｔより小さいならば、Ｓ９０５へ移行する。
【００９８】
Ｓ９０４では、温水ポンプ２２の吐出量が増加するように、温水ポンプ２２を駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【００９９】
Ｓ９０５では、温水ポンプ２２の吐出量が減少するように、温水ポンプ２２を駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【０１００】
以上説明した本実施形態によれば、制御装置６００によって温水ポンプ２２を駆動制御することで、なるべく、加熱器２１０への冷却水の流量をラジエータ流量配分量の増加つまりラジエータ２１を流通する冷却水の流量へ回すことなく、加熱器流量配分を優先させて、出口水温Ｔｗを目標冷却水温Ｔｔの許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内に調整することが可能である。したがって、ラジエータ２１からの廃熱放出を極力小さくすることができるので、ランキンサイクル回路２００によって回収できる廃熱量を大きくすることができる。
【０１０１】
なお、以上説明した本実施形態によれば、制御装置６００によって温水ポンプ２２を駆動制御するため、出口水温Ｔｗをほぼ一定に保つことが比較的容易である。
【０１０２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した電動式の温水ポンプ２２に換えて、図７に示すように、周知構造のメカ式の温水ポンプ１２２とする。図７は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図８は、図７中の電動式の切換手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【０１０３】
制御装置６００は、図７に示すように、切換弁２６を駆動制御するが、温水ポンプ１２２を制御することない。
【０１０４】
なお、切換弁２６は、電動式であるため、従来構成の温度感応が比較的遅いサーモスタットを用いた切換弁に比べて、水温センサ２７により検出された出口水温Ｔｗに応じて所定のラジエータ流量配分になるように、遅れなく切換弁２６が制御装置６００によって駆動制御される。
【０１０５】
次に、冷却水回路２０を流通する冷却水の流量を調整する制御処理（以下、第３の制御処理と呼ぶ）について、図８に従って説明する。
【０１０６】
第３の制御処理は、Ｓ８０１からＳ８０３からなる制御処理と、Ｓ１００４およびＳ１００５の制御処理からなる。Ｓ８０１からＳ８０３からなる制御処理は、第１の実施形態で説明したので、詳細説明を省略する。
【０１０７】
Ｓ８０１で水温センサ２７から出力される冷却水温検出信号から、実際の出口水温Ｔｗを読み込み、Ｓ８０２で実際の出口水温Ｔｗが目標冷却水温Ｔｔの許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にあるか否かを判断する。出口水温Ｔｗが許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にあるならば、制御装置６００は温水ポンプ２２を駆動制御することなく、Ｓ８０１へ移行する。逆に出口水温Ｔｗが許容温度範囲｛−ｔ≦（Ｔｗ−Ｔｔ）≦＋ｔ｝内にないならば、Ｓ８０３へ移行する。
【０１０８】
Ｓ８０３では、偏差Ｔｗ−Ｔｔが第２の閾値＋ｔより大きいか否かを判断する。その偏差が第２の閾値＋ｔより大きいならば、Ｓ１００４へ移行する。その偏差が第２の閾値＋ｔより小さいすなわち第１の閾値−ｔより小さいならば、Ｓ１００５へ移行する。
【０１０９】
Ｓ１００４では、ラジエータ流量配分が増加するように、切換弁２６を開側へ駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【０１１０】
Ｓ１００５では、ラジエータ流量配分が減少するように、切換弁２６を閉側へ駆動制御し、Ｓ８０１へ移行する。
【０１１１】
以上説明した本実施形態によれば、従来構成の温度感応が比較的遅いワックスを利用したサーモスタットによる切換弁に比べて、制御装置６００により、実際の出口水温Ｔｗに基いて切換弁２６が駆動制御されるため、目標冷却水温Ｔｔに制御される出口水温Ｔｗの安定性が図れる。
【０１１２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、加熱器２１０の配置位置として、図９に示すように、ヒータ回路３０に加熱器２１０を配置する。図９は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図１０は、図９中の電動式の第２のポンプ手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【０１１３】
図９に示すように、ヒータ回路３０は、冷却水回路２０に接続し、冷却水（温水）の流れが冷却水回路２０から分岐、合流する外部接続回路を構成しているため、加熱器２１０は、冷却水の流れに対してラジエータ２１と並列に配置されることになる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、図９に示すように、加熱器２１０は、冷却水と熱交換して空調空気を加熱する暖房用熱交換器としてのヒータコア３１と、冷却水の流れに対して並列に配置されていることが好ましい。これにより、ヒータコア３１を有するヒータ回路３０の通水抵抗も上昇させることなく、またヒータの暖房性能は加熱器２１０の影響を受けることがない。
【０１１５】
さらになお、ヒータ回路３０内に配置される加熱器２１０は、冷却水の流れに対してヒータコア３１と直列に配置されてもよい。また、必要に応じてヒータコア３１の上流側にあるいは下流側に配置されていてもよい。これらの構成に形成されたものであったとしても、いずれの構成も、加熱器２１０とラジエータ２１とは冷却水の流れに対して並列に配置されていることになる。
【０１１６】
これにより、ラジエータ２１を有する冷却水回路２０の通水抵抗を上昇させることがなく内燃機関１０の冷却性能に悪影響を及ぼさない。したがって、第１の実施形態と同様に、制御装置６００によって内燃機関の出口水温Ｔｗを適温に維持することで内燃機関１０の冷却性能に悪影響を及ぼすことなく、冷却水の熱エネルギーを、加熱器２１０による熱交換によって、廃熱エネルギーとして有効利用することが可能である。
【０１１７】
さらになお、本実施形態では、図９に示すように、第１の実施形態で説明した温水ポンプ２２および切換弁２６を、それぞれ、電動式に換えてメカ式のもの１２２、１２６とする。また、ヒータ回路３０内には、図９に示すように、温水ポンプ２２とは別に、第２のポンプ手段としての電動式のポンプ（以下、第２温水ポンプと呼ぶ）２２２が配置されている。これにより、内燃機関１０の運転速度が低く、メカ式の温水ポンプ１２２の吐出量が小さい場合でも、第２温水ポンプ２２２の動作によって補助的に加熱器２１０への流量を増加させることが可能である。したがって、内燃機関１０等の熱機関の回転速度（回転数）が低く、冷却水回路２０内を流通する冷却水の流量が比較的小さくしか見込めない場合であっても、ヒータ回路３０に独立して設けられた第２温水ポンプ２２２を補助的に作動させることで加熱器２１０への流量を増加させるため、ランキンサイクル回路２００に与える廃熱量を安定化させることが可能である。
【０１１８】
なお、制御装置６００は、図９に示すように、第２温水ポンプ２２２に接続されている。制御装置６００は、図示しない回転数センサで検出された内燃機関１０の回転速度（回転数）を示す回転速度検出信号、およびＡ／Ｃ信号等が入力される。制御装置６００は、回転速度検出信号に基いて、第２温水ポンプを駆動制御する。なお、制御装置６００は、回転速度検出信号から温水ポンプ１２２の吐出量を推定する。また、制御装置６００は、ポンプ２５０および電磁クラッチ５１０の作動等を制御する。
【０１１９】
次に、加熱器２１０が配置されたヒータ回路３０を流通する冷却水（温水）の流量を補助的に調節する制御処理（以下、第４の制御処理と呼ぶ）について、図１０に従って説明する。
【０１２０】
Ｓ１１０１では、制御装置６００は、回転数センサから出力される回転速度信号を受信し、内燃機関１０の回転速度Ｎｅ（例えば、９００ｒｐｍ）を読み込み、Ｓ１１０２へ移行する。
【０１２１】
Ｓ１１０２では、Ｓ１１０１で読み込まれた上記回転速度Ｎｅが、内燃機関の回転速度におけるターゲット速度（以下、第３の閾値と呼ぶ）Ｎｅ＿ｔを超えているか否かを判断する。上記回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔ以下であるならば、Ｓ１１０３へ移行する。逆に上記回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔより大きいならば、Ｓ１１０４へ移行する。なお、第３の閾値Ｎｅ＿ｔは、制御装置６００によって温水ポンプ１２２の吐出量を推定するための上記回転速度Ｎｅおいて、例えば温水ポンプ１２２（図９参照）の吐出量が所定吐出量以下であることを示す下限回転速度とする。
【０１２２】
Ｓ１１０３では、Ｓ１１０２で回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔ以下であると判断されると、第２温水ポンプ２２２が動作中（以下、ＯＮ動作中と呼ぶ）か否かを判断する。第２温水ポンプ２２２がＯＮ動作中ならば、当該処理を終了し、Ｓ１１０１へ移行する。つまり、第２温水ポンプ２２２のＯＮ動作を継続する。逆に、第２温水ポンプ２２２がＯＮ動作中でない（以下、ＯＦＦと呼ぶ）ならば、Ｓ１１０５へ移行する。
【０１２３】
Ｓ１１０５では、Ｓ１１０２およびＳ１１０３で、上記回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔ以下、かつ第２温水ポンプ２２２は動作していないと判断されたので、第２温水ポンプ２２２をＯＮ動作させ、Ｓ１１０１へ移行する。
【０１２４】
Ｓ１１０４では、Ｓ１１０２で回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔより大きいと判断されると、第２温水ポンプ２２２がＯＮ動作中か否かを判断する。第２温水ポンプ２２２がＯＦＦならば、当該処理を終了し、Ｓ１１０１へ移行する。つまり、第２温水ポンプ２２２のＯＦＦ動作を継続する。逆に、第２温水ポンプ２２２がＯＮ動作中ならば、Ｓ１１０６へ移行する。
【０１２５】
Ｓ１１０５では、Ｓ１１０２およびＳ１１０４で、上記回転速度Ｎｅが第３の閾値Ｎｅ＿ｔより大きく、かつ第２温水ポンプ２２２はＯＮ動作中と判断されたので、第２温水ポンプ２２２をＯＦＦ動作させ、Ｓ１１０１へ移行する。
【０１２６】
以上説明した本実施形態によれば、制御装置６００が行なう第４の制御処理は、内燃機関１０の回転速度Ｎｅを読み込み、ターゲット回転数Ｎｅ＿ｔ以下ならば、冷却水回路２０およびヒータ回路３０内の冷却水を循環させる温水ポンプ１２２の吐出量が小さいと判断し、補助的に第２温水ポンプ２２２をＯＮ動作させる。これにより、ヒータ回路３０内に配置される加熱器２１０への流量を増加させることができる。したがって、制御装置６００は、ヒータ回路３０に独立して設けられた第２温水ポンプ２２２を補助的に作動させることで加熱器２１０への流量を増加させることができるため、内燃機関１０の回転速度Ｎｅが低く、冷却水回路２０内を流通する冷却水の流量が比較的小さくしか見込めない場合であっても、ランキンサイクル回路２００に与える廃熱量を安定化させることができる。
【０１２７】
以上説明した本実施形態において、制御装置６００によって、温水ポンプ１２２の吐出量を内燃機機関１０の回転速度Ｎｅで推定したが、温水ポンプ１２２の吐出量が内燃機関１０の回転速度Ｎｅに比例するものであれば、内燃機関１０に限らず、熱機関、あるいはモータまたはインバータ等の回転電機であってもよい。内燃機関１０と同様に、熱機関あるいは回転電機の回転駆動力によって駆動される温水ポンプ１２２であれば、熱機関あるいは回転電機の回転速度によって温水ポンプ１２２の吐出能力が制限される。そのため、制御装置６００は、内燃機関１０に限らず、熱機関および回転電機等のいずれの回転機であっても、その回転機の回転速度から温水ポンプ１２２の吐出量が小さいと判断するとき、第２温水ポンプ２２２を補助的に動作させることにより、ランキンサイクル回路２００に与える廃熱量を安定化させることが可能である。
【０１２８】
以上説明した第１から第４の実施形態によれば、内燃機関１０および内燃機関の廃熱利用装置１００が、以下の作動モードに応じて作動される。
【０１２９】
1)ランキンサイクル停止中の冷凍サイクル運転モード
この運転モードは、ランキンサイクルが停止中、例えば内燃機関１０の運転状態が、主に内燃機関１０を作動させた直後等で冷却水が充分に昇温（本実施例では、例えば８０℃以上）していない場合、しかも、Ａ／Ｃ要求がある（Ａ／Ｃ信号が制御装置６００に入力された）ものである。
【０１３０】
冷却水回路２０の温水ポンプ２２（１２２）を作動し、切換弁２６（１２６）がラジエータ流量配分がほぼ零となるように切換えられ、冷却水がバイパス回路２５側に迂回する。そして、ポンプ２５０を停止させランキンサイクル２００を停止状態とする。また、電磁クラッチ５１０を接続する。すると、エンジン１０からの駆動力がプーリ４１０、電磁クラッチ５１０を介して圧縮機３１０に伝達され、圧縮機３１０が作動され、冷凍サイクル回路３００が作動する。
【０１３１】
なお、この運転モードでは、出口水温Ｔｗは目標冷却水温Ｔｔの下限値Ｔｔ−ｔ以下であるため、切換弁は、電動式のもの２６、サーモスタットのもの１２６いずれも、それぞれ、制御装置６００、サーモスタットの温度感応によってラジエータ流量配分がほぼ零となるように切換えられる。
【０１３２】
2)ランキンサイクルによる冷凍サイクル運転モード
この運転モードは、Ａ／Ｃ要求がある場合で、内燃機関１０による廃熱が充分に得られる運転状態にあるときには、ランキンサイクル回路２００を作動させ、そこから得られた駆動力を圧縮機３１０に付加して冷凍サイクル回路３００を作動させるものである。
【０１３３】
制御装置６００は、ポンプ２５０を作動させ、作動流体がランキンサイクル回路２００内を循環できるようにし、ランキンサイクル回路２００を作動可能な状態とする。また、電磁クラッチ５１０は切断状態にし、内燃機関１０の駆動力がプーリ４１０を介して圧縮機３１０に伝達されないようにする。
【０１３４】
ランキンサイクル回路２００においては、ポンプ２５０の作動によって作動流体が昇圧されて加熱器２１０に送られ、加熱器２１０において作動流体は高温のエンジン冷却水によって加熱され、過熱蒸気作動流体となって膨張機２２０に送られる。膨張機２２０において作動流体は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギーと圧力エネルギーの一部が回転駆動力に変換される。そして、減圧された作動流体は凝縮器２３０で凝縮され、受液器２４０で気液分離され、液化作動流体が再びポンプ２５０へ吸引される。
【０１３５】
その結果、膨張機２２０で得られた駆動力は、圧縮機３１０に伝達され、圧縮機３１０は内燃機関１０の駆動力を不要として作動する。そのため、内燃機関１０の燃費低減が図れる。
【０１３６】
3)ランキンサイクルと冷凍サイクルの複合運転モード
この運転モードは、Ａ／Ｃ要求がある場合で、内燃機関１０の廃熱は充分あるものの、夏場などで冷房負荷が比較的高い運転状態にあるときには、膨張機２２０の駆動力と内燃機関１０の駆動力を複合的に用いて圧縮機３１０を作動させるものである。
【０１３７】
制御装置６００は、ポンプ２５０を作動させ、作動流体がランキンサイクル回路２００内を循環できるようにし、ランキンサイクル回路２００を作動可能な状態とする。また、電磁クラッチ５１０は接続状態にし、内燃機関１０の駆動力がプーリ４１０を介して圧縮機３１０に伝達されるようにする。
【０１３８】
すると、圧縮機３１０には、膨張機２２０からの駆動力と内燃機関１０からの駆動力とが付加され、冷媒吐出量を増加させて冷房能力を高めることが可能となる。
【０１３９】
4)ランキンサイクルによる冷凍サイクル運転と動力回生運転モード
この運転モードは、Ａ／Ｃ要求がある場合で、春秋などで冷房負荷が比較的低い運転状態にあるときには、圧縮機３１０を駆動するために必要な駆動力が比較的小さいため、ランキンサイクル回路２００で得られる駆動力のうち、余剰となった駆動力を内燃機関１０へ付加するものである。
【０１４０】
制御装置６００は、3)ランキンサイクルと通常冷凍サイクルの複合運転モードと同様に、ポンプ２５０を作動させ、作動流体がランキンサイクル回路２００内を循環できるようにし、ランキンサイクル回路２００を作動可能な状態とする。また、電磁クラッチ５１０は接続状態にし、内燃機関１０の駆動力がプーリ４１０を介して圧縮機３１０に伝達されるようにする。
【０１４１】
すると、圧縮機３１０には膨張機２２０からの駆動力が冷房負荷に見合った分だけ加えられ、圧縮機３１０が作動するとともに、余剰となる膨張機２２０の駆動力分はプーリ４１０に付加され、内燃機関１０の駆動力を低減可能する。その結果、内燃機関１０の軸出力をアシストする動力回生運転が可能となる。
【０１４２】
5)動力回生運転モード
この運転モードは、圧縮機３１０の構造が可変容量型のものである場合であって、例えば4)ランキンサイクルによる冷凍サイクル運転と動力回生運転モードにおいて、Ａ／Ｃ要求がない運転状態にあるときには、制御装置６００によって圧縮機３１０を駆動するために必要な駆動力をほぼ零にし、内燃機関１０の軸出力をアシストするものである。
【０１４３】
なお、制御装置６００は、圧縮機３１０の吐出容量をほぼ零になるように制御する。
【０１４４】
（第５の実施形態）
上記第１から第４の実施形態で説明した加熱器２１０は、一般に、冷却水を導く冷却水経路と、作動流体を導く作動流体経路とを備えているので、ランキンサイクル回路２００が作動していない状態（以下、ランキンサイクルＯＦＦと呼ぶ）でも、冷却水経路に冷却水が導かれると、作動流体経路内の作動流体は、冷却水と熱交換され冷却水の廃熱によって加熱される場合がある。ランキンサイクルＯＦＦ時には、冷却水の廃熱エネルギーが有効利用されないので、作動流体の加熱に使用した冷却水の熱は熱ロスとなる。また、加熱器２１０を、冷却水回路２０にラジエータ２１に並列配置するため、追加した加熱器２１０内を流通する冷却水の熱容量分が、冷却水回路２０全体の熱容量を増大させる。このため、内燃機関の始動時における内燃機関の状態によっては、内燃機関１０の暖機性能が低下するおそれがある。
【０１４５】
これに対して、内燃機関１０の冷却性能および暖機性能に影響を及ぼすことなく、冷却水の廃熱を利用することを目的として、第５実施形態を、図１１および図１２に従って説明する。第５の実施形態では、第１の実施形態で説明したバイパス回路２５の加熱器２１０の冷却水流れの上流側に、第２の切換弁２８を配設する。図１１は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。図１２は、図１１中の電動式の第２の切換手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【０１４６】
図１１に示すように、冷却水が導かれる加熱器２１０の入口側には、電動式の第２の切換弁２８が設けられており、加熱器２１０（詳しくは冷却水経路）を流通する冷却水の流れの流通、遮断を行なう切換弁の構造を有する。この構造としては、少なくとも冷却水の流れを流通、遮断することができるものであればよく、開弁、閉弁の２段階切換えを行なうＯＮ−ＯＦＦ式の電磁弁であってもよい。なお、ここで、第２の切換弁２８は、加熱器２１０を流通する冷却水の流れを流通、遮断する第２の切換手段を構成する。第２の切換弁２８は、制御装置６００によって駆動制御される。
【０１４７】
次に、加熱器２１０および第２の切換弁２８が配置されたバイパス回路２５を流通する冷却水（温水）の流れを流通、遮断する第２の切換弁２８の制御処理（以下、第４の制御処理と呼ぶ）について、図１２に従って説明する。なお、本実施例では温水ポンプ２２及び切換弁２６は例えば目標水温（Ｔｔ）を９５℃、第１の閾値（−ｔ）を−５℃、第２の
閾値（＋ｔ）を＋５℃として図４の制御処理に従って作動しているものとする。
【０１４８】
Ｓ８０１では、制御装置６００は、水温センサ２７から出力される冷却水温検出信号を受信し、内燃機関の出口水温Ｔｗを読み込み、Ｓ１２０２へ移行する。
【０１４９】
Ｓ１２０２では、Ｓ８０１で読み込まれた出口水温Ｔｗが、ランキンサイクル作動下限水温(以下、第４の閾値と呼ぶ)Ｔｗ１に達しているか否かを判断する。出口水温Ｔｗが第４の閾値Ｔｗ１より小さいならば、Ｓ１２０４へ移行する。逆に第４の閾値Ｔｗ１以上ならば、Ｓ１２０３へ移行する。なお、第４の閾値Ｔｗ１は、暖機性能に影響を及ぼすことなく、内燃機関１０で加熱された冷却水（温水）を加熱器２１０内に導きランキンサクル回路２００の作動を許容する下限出口水温（本実施例では、例えば８５℃）とする。
【０１５０】
Ｓ１２０３では、Ｓ８０１で読み込まれた出口水温Ｔｗが、強制遮断水温(以下、第５の閾値と呼ぶ)Ｔｗ２を超えているか否かを判断する。出口水温Ｔｗが第５の閾値Ｔｗ２を超えているならば、Ｓ１２０５へ移行する。逆に出口水温Ｔｗが第５の閾値Ｔｗ２以下ならば、Ｓ１２０６へ移行する。なお、第５の閾値Ｔｗ２は、内燃機関１０の冷却性能を優先させる上限出口水温（本実施例では、例えば１１０℃）とする（第５の閾値Ｔｗ２＞第４の閾値Ｔｗ１）。
【０１５１】
Ｓ１２０４では、ランキンサイクル作動下限水温Ｔｗ１に達していないと判断して、第２の切換弁２８を遮断動作させる。暖機モード中は、出口水温Ｔｗが下限水温Ｔｗ１に達していないため、冷却水（温水）は加熱器に流れない。
【０１５２】
Ｓ１２０５では、出口水温Ｔｗが内燃機関１０の冷却性能を優先させる上限出口水温Ｔｗ２を超えていると判断して、第２の切換弁２８を遮断動作させる。高負荷運転などによっては内燃機関１０の冷却性能を優先させるべき上限出口水温Ｔｗ２（１１０℃）を超える場合がある。このような運転状態においては、内燃機関１０の冷却性能を優先するため、第２の切換弁２８によってバイパス回路２５を遮断し、ラジエータ２１へ導かれる冷却水の流量を確保する。
【０１５３】
Ｓ１２０６では、出口水温Ｔｗがランキンサイクル作動可能な下限出口水温Ｔｗ１と上限出口水温Ｔｗ２との間にあると判断して、第２の切換弁２８を流通動作させ、Ｓ１２０９へ移行する。Ｓ１２０８では、ランキンサイクル回路２００のポンプ２５０を駆動制御してランキンサイクルＯＮにする。
【０１５４】
なお、ここで、制御処理Ｓ８０１、Ｓ１２０２、Ｓ１２０３、およびＳ１２０５は、出口水温Ｔｗが所定の水温Ｔｗ２以上にあるとき、電動式の第２の切換弁２８を強制駆動する強制遮断制御手段を構成する。
【０１５５】
以上説明した本実施形態によれば、冷却水が導かれる加熱器２１０の入口側には、加熱器２１０内を流通する冷却水の流れを流通、遮断する第２の切換弁２８を設けるので、暖機モード中の出口水温Ｔｗが下限水温Ｔｗ１に達していない間は、第２の切換弁２８を遮断動作させて、冷却水（温水）を加熱器に流れないようにすることができる。加熱器２１０の追加で冷却水回路２０全体の熱容量が増加したとしても、加熱器２１０内には冷却水（温水）が流れないので、暖機性能へ悪影響を及ぼさない。
【０１５６】
なお、本実施形態で説明した第２の切換弁２８は、電動式の切換弁構造であるため、内燃機関１０の暖機運転モード等の運転状態に応じて、第２の切換弁による加熱器２１０への冷却水の流通動作、遮断動作を駆動制御する制御方法に適用して好適である。例えば、制御方法として、出口水温Ｔｗが、下限出口水温Ｔｗ１と上限出口水温Ｔｗ２の間の温度範囲等の所定の温度範囲にあるとき、加熱器２１０内に冷却水（温水）を流通させるように第２の切換弁２８を駆動制御することで、内燃機関１０の冷却および暖気性能に悪影響を及ぼすことなく、熱媒体の廃熱エネルギーを有効利用することが可能である。
【０１５７】
さらになお、本実施形態では、強制遮断制御手段Ｓ８０１、Ｓ１２０２、Ｓ１２０３、およびＳ１２０５を有するので、高負荷運転などによっては内燃機関１０の冷却性能を優先させるべき上限出口水温Ｔｗ２（１１０℃）を超えるとき、内燃機関１０の冷却性能を優先するため、バイパス回路２５を遮断し、ラジエータ２１へ導かれる冷却水の流量を確保することができる。
【０１５８】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、第５の実施形態で説明した電動式の第２の切換弁２８に代えて、図１３に示すように、周知構造のサーモスタットを用いた第２の切換弁１２８とする。図１３は、本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【０１５９】
図１３に示すように、第２の切換弁１２８は、冷却水が導かれる加熱器２１０の入口側に配置され、出口水温Ｔｗが下限出口水温（本実施例では、例えば８５℃）Ｔｗ１を超えると、サーモスタットの開弁動作により冷却水が加熱器２１０内を流通する。このため、第６の実施形態の構成であっても、内燃機関１０の冷却および暖気性能に悪影響を及ぼすことなく、熱媒体の廃熱エネルギーを有効利用することが可能である。
【０１６０】
なお、この場合、冷却優先とする上限出口水温Ｔｗ２に出口水温Ｔｗが達したときに、第２の切換弁１２８を遮断動作することはできないが、ラジエータ２１等による冷却性能が十分に確保されていれば、電磁弁等の電動式のものと比較して低コスト化が図れる。また、第２の切換弁１２８の通電および遮断動作の際に、バッテリ等の電源が不要であるため、内燃機関の電力消費の面でも、消費電力量の低減が図れる。
【０１６１】
以上説明した第５および第６の実施形態では、冷却水回路２０のバイパス回路に加熱器２１０を配置したもので説明したが、加熱器２１０をヒータ回路３０に配置したものに、加熱器２１０内に導く冷却水の流れを流通、遮断する第２の切換手段２８、１２８を適用しても好適となる。
【０１６２】
以上説明した第５および第６の実施形態において、冷却水の流れに対して加熱器２１０とラジエータ２０とを並列に配置する配置関係では、加熱器２１０へ冷却水を流すと、ラジエータ２０へ流す冷却水量が低下する。これに対して、第５および第６の実施形態では、冷却水回路２０全体を流れる冷却水の一部を加熱器２１０へ流す条件として、出口水温Ｔｗが下限出口水温Ｔｗ１以上になった場合に限るため、ラジエータ２０への流量配分の低下による冷却性能へ及ぼす影響を防止可能である。
【０１６３】
なお、冷却性能へ及ぼす影響の防止が可能であるため、ラジエータ２０の冷却性能に制限がある場合でも、冷却水回路２０内の冷却水を循環させる温水ポンプ２２の吐出容量を大きくする必要はない。温水ポンプ２２の大型化による内燃機関の動力消費量の増加で出力低下もしくは燃費悪化となることを防止できる。
【０１６４】
以上説明した第１から第６の実施形態において、廃熱を利用する熱源として内燃機関１０として説明したが、内燃機関等の熱機関、モータまたはインバータ等の発熱体、あるいはＦＣスタック等の燃料電池に限らず、廃熱エネルギーを回収可能な発熱体であればいずれであってもよい。
【０１６５】
なお、モータ等回転電機を搭載するハイブリット車両、あるいはＦＣスタック等の燃料電池により走行する燃料電池自動車に冷凍サイクル回路３００を搭載するものに適用して好適である。なお、燃料電池自動車に搭載されるＦＣスタックは、水素と酸素を反応させて電気をつくりだすとき発熱するため、冷却水等の熱媒体を循環させることでＦＣスタックを冷却する熱媒体循環回路を有する。また、ハイブリット車両に搭載されるモータは、車両の走行状態に応じて内燃機関とモータとに選択的に動力切換されるとともに、車両が内燃機関を動力として走行中には、モータは発電機として使用され、使用時には発熱するので冷却水等の熱媒体を循環させることでモータを冷却する熱媒体循環回路を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の第１の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１中の電動式の切換手段を示す模式的断面図であって、図２（ａ）はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を零にした切換え状態、図２（ｂ）はラジエータへ流れる冷却水の流量配分を最大にした切換え状態を示す断面図である。
【図３】図１中のランキンサイクル回路の膨張機と冷凍サイクル回路の圧縮機とを接続する駆動機構を示す模式図である。
【図４】図１中の電動式のポンプ手段と電動式の切換手段とを駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図６】図５中の電動式のポンプ手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【図７】第３の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７中の電動式の切換手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【図９】第４の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図９中の電動式の第２のポンプ手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【図１１】第５の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１１中の電動式の第２の切換手段を駆動制御する制御処理を表すフローチャートである。
【図１３】第６の実施形態の内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【図１４】従来技術による内燃機関の廃熱利用装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０  内燃機関（発熱体）
２０  冷却水回路（発熱体循環回路）
２１  ラジエータ（冷却用熱交換器）
２０ａ  冷却水回路部
２２  温水ポンプ（ポンプ手段）
２５  バイパス回路
２６  切換弁
２７  水温センサ（冷却水温検出手段）
３０  ヒータ回路
３１  ヒータコア（暖房用熱交換器）
１００  内燃機関の廃熱利用装置（発熱体の廃熱利用装置）
２００  ランキンサイクル回路
２１０  加熱器
２２０  膨張機
２５０  ポンプ
３００  冷凍サイクル回路
３１０  圧縮機
４１０  プーリ（駆動機構の一部）
５００  駆動伝達装置（駆動機構の一部）
５１０  電磁クラッチ
５２０、５３０  一方向クラッチ
６００  制御装置（制御手段）
【図１】
2005036787.tif 000003
【図２】
2005036787.tif 000004
【図３】
2005036787.tif 000005
【図４】
2005036787.tif 000006
【図５】
2005036787.tif 000007
【図６】
2005036787.tif 000008
【図７】
2005036787.tif 000009
【図８】
2005036787.tif 000010
【図９】
2005036787.tif 000011
【図１０】
2005036787.tif 000012
【図１１】
2005036787.tif 000013
【図１２】
2005036787.tif 000014
【図１３】
2005036787.tif 000015
【図１４】
2005036787.tif 000016