(57)【要約】【課題】  二つの異なる廃熱を共用可能な二つのランキンサイクル回路を組み合わせることで、搭載性良好な廃熱利用装置を実現する。【解決手段】  エンジン１０から排出される排気ガスを作動流体に熱交換する第１熱回収器１１０、第１膨張機１２０、第１凝縮器１３０を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路１００と、エンジン１０冷却水回路の温水熱を作動流体に熱交換する第２熱回収器２１０、第２膨張機２２０、第２凝縮器２３０を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路２００とを具備し、両ランキンサイクル回路１００、２００は、第１凝縮器１３０と第２凝縮器２３０とを一体に形成して共用するように構成した。これにより、搭載性が良い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、高温の廃熱を作動流体に熱交換する第１熱回収器（１１０）、第１膨張機（１２０）、第１凝縮器（１３０）を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路（１００）と、
熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、低温の廃熱を作動流体に熱交換する第２熱回収器（２１０）、第２膨張機（２２０）、第２凝縮器（２３０）を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路（２００）とを具備し、
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記第１凝縮器（１３０）と前記第２凝縮器（２３０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
内燃機関（１０）における複数の廃熱のうち、前記内燃機関（１０）から排出される排気ガスを高温の廃熱として作動流体に熱交換する第１熱回収器（１１０）、第１膨張機（１２０）、第１凝縮器（１３０）を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路（１００）と、
前記内燃機関（１０）における複数の廃熱のうち、前記内燃機関（１０）を冷却する冷却水回路の温水熱を低温の廃熱として作動流体に熱交換する第２熱回収器（２１０）、第２膨張機（２２０）、第２凝縮器（２３０）を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路（２００）とを具備し、
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記第１凝縮器（１３０）と前記第２凝縮器（２３０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項３】
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）は、前記第１膨張機（１２０）の吐出側が前記第２膨張機（２２０）の吸入側に接続され、前記低温用ランキンサイクル回路（２００）側が作動を停止しているときは、前記第２膨張機（２２０）の上流側の前記第２熱回収器（２１０）で凝縮されるように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記第１膨張機（１２０）と前記第２膨張機（２２０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記第１熱回収器（１１０）および前記第２熱回収器（２１０）のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第１ポンプ（１５０）および第２ポンプ（２５０）が設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記第１熱回収器（１１０）および前記第２熱回収器（２１０）のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第２ポンプ（２５０）と、前記第１熱回収器（１１０）もしくは前記第２熱回収器（２１０）のいずれか一方に、前記第２ポンプ（２５０）により昇圧された作動流体の流量を調節する流量調整手段（２６０）が設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）および前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、二つのランキンサイクル回路（１００、２００）が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関あるいは発熱補機における廃熱を利用して動力に回生する廃熱利用装置に関するものであり、特に、二つの異なった温度場の廃熱を回生するランキンサイクル回路の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の廃熱利用装置として、例えば、自動車などの内燃機関の廃熱を回生する技術として特許文献１および特許文献２に示されるものが知られている。特許文献１では、内燃機関から排出される排気ガスの排気熱を廃熱とし、その廃熱を回生するために、冷凍サイクルの構成部品を利用してランキンサイクル回路を形成し、その構成部品である膨張機によって排気熱を動力として回収し、その回収した動力を車両用空調装置の圧縮機に付加するように構成している。
【０００３】
特許文献２では、内燃機関を冷却する冷却水回路の温水熱を廃熱とし、その廃熱を回生するために、特許文献１と同じように、ランキンサイクル回路を形成し、膨張機によって温水熱を動力として回収し、その回収した動力を車両用空調装置の圧縮機に付加するように構成している（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭５６−４３０１９号公報
【特許文献２】特開昭５６−４３０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献によれば、それぞれが一つの廃熱に対する廃熱回生技術であるが、例えば、排気熱および温水熱などの二つの異なる温度場の廃熱を回生する技術として、ランキンサイクル回路をそれぞれ独立させて形成する技術が容易に考えられる。しかし、この場合は、ランキンサイクル回路を構成する放熱器（凝縮器）が二つ必要となる。
【０００５】
しかも、これらの放熱器（凝縮器）は、一般的に放熱特性を向上するために外気と熱交換するように形成して、車両の走行風を受けるラジエータや車両用空調装置のコンデンサが搭載される位置に設けられることが望まれる。これにより、二つの放熱器（凝縮器）を備えると搭載性が劣る問題がある。しかも、この種の内燃機関の冷却水回路は、始動直後における暖機運転が出来るだけ短時間で所定の水温に達することが期待されるものである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、二つの異なる廃熱を共用可能な二つのランキンサイクル回路を組み合わせることで、搭載性良好な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】
【０００７】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項7に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、高温の廃熱を作動流体に熱交換する第１熱回収器（１１０）、第１膨張機（１２０）、第１凝縮器（１３０）を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路（１００）と、熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、低温の廃熱を作動流体に熱交換する第２熱回収器（２１０）、第２膨張機（２２０）、第２凝縮器（２３０）を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路（２００）とを具備し、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、第１凝縮器（１３０）と第２凝縮器（２３０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、この種のランキンサイクルでは廃熱を回生するときに、第１凝縮器（１３０）および第２凝縮器（２３０）では作動流体の凝縮による放熱が伴う。本発明では、これらの凝縮器（１３０、２３０）を共用することにより、二つの凝縮器（１３０、２３０）を設けるよりも搭載性が向上できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、内燃機関（１０）における複数の廃熱のうち、内燃機関（１０）から排出される排気ガスを高温の廃熱として作動流体に熱交換する第１熱回収器（１１０）、第１膨張機（１２０）、第１凝縮器（１３０）を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路（１００）と、内燃機関（１０）における複数の廃熱のうち、内燃機関（１０）を冷却する冷却水回路の温水熱を低温の廃熱として作動流体に熱交換する第２熱回収器（２１０）、第２膨張機（２２０）、第２凝縮器（２３０）を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路（２００）とを具備し、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、第１凝縮器（１３０）と第２凝縮器（２３０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関（１０）では、例えば、高温の排気熱とそれよりも温度の低い冷却水回路の温水熱とがある。本発明では、高温の排気熱を熱源とする高温用ランキンサイクル回路（１００）とそれよりも低い温水熱を熱源とする低温用ランキンサイクル回路（２００）とを具備し、それぞれの凝縮器（１３０、２３０）を共用することにより、二つの凝縮器（１３０、２３０）を設けるよりも搭載性が向上できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）は、第１膨張機（１２０）の吐出側が第２膨張機（２２０）の吸入側に接続され、低温用ランキンサイクル回路（２００）側が作動を停止しているときは、第２膨張機（２２０）の上流側の第２熱回収器（２１０）で凝縮されるように構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、高温用ランキンサイクル回路（１００）側で放熱される熱が低温の廃熱側と熱交換されて低温の廃熱を加熱することができる。これにより、内燃機関（１０）の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。
【００１３】
さらに、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路の温水熱を短時間に上昇させることができる。一方、両方のランキンサイクル回路（１００、２００）が同時に作動しているときは、第１膨張機（１２０）で膨張した後に、第２膨張機（２２０）においても膨張させることができるため、高温の廃熱の回生効率を高めることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、第１膨張機（１２０）と第２膨張機（２２０）とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、具体的には、第２熱回収器（２１０）の下流側を第１膨張機（１２０）の膨張過程の中途に設けることで、第２膨張機（２２０）を別体で設けることが不要とすることができる。これにより、二つの膨張機（１２０、２２０）を設けるよりも搭載性が向上できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、第１熱回収器（１１０）および第２熱回収器（２１０）のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第１ポンプ（１５０）および第２ポンプ（２５０）が設けられたことを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、第１熱回収器（１１０）、第２熱回収器（２１０）におけるそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が、例えば、廃熱の温度に応じて回転数を可変させるなどの制御により容易に調節可能である。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、第１熱回収器（１１０）および第２熱回収器（２１０）のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第２ポンプ（２５０）と、第１熱回収器（１１０）もしくは第２熱回収器（２１０）のいずれか一方に、第２ポンプ（２５０）により昇圧された作動流体の流量を調節する流量調節手段（２６０）が設けられたことを特徴としている。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、また、二つのポンプ（１５０、２５０）のうち、片方を流量調節手段（２６０）に置き換えても第１熱回収器（１１０）および第２熱回収器（２１０）のそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が調節できる。これにより、上述の請求項５よりも部品コストの低減ができるとともに、流量調節手段（２６０）の方が第１第ポンプ（１５０）よりも小型化できることで搭載性が向上できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）および低温用ランキンサイクル回路（２００）は、二つのランキンサイクル回路（１００、２００）が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、熱機関もしくは発熱補機における廃熱のうちで二つの異なる温度場からの廃熱回生が容易に選択的にできる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における廃熱利用装置を図１に基づいて説明する。図１は、本発明を自動車の熱機関である内燃機関（以下、エンジンと称する）１０に適用した廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の廃熱利用装置は、二つの異なる温度場のそれぞれの廃熱を二つのランキンサイクルで形成して廃熱回生を行なうものである。
【００２２】
具体的には、エンジン１０から排出される排気熱と、エンジン１０を冷却する冷却水回路２０内に流通する冷却水の温水熱とを廃熱の熱源としている。言い換えれば、排気熱を廃熱の熱源とする高温用ランキンサイクル回路１００と、温水熱を廃熱の熱源とする低温用ランキンサイクル回路２００とから構成している。ただし、ランキンサイクル回路を構成する構成部品のうち、一部の部品は共用するように構成している。
【００２３】
より具体的に説明すると、図１に示すように、まず、低温用ランキンサイクル回路２００は、第２熱回収器２１０、第２膨張機２２０、第２凝縮器２３０、第２受液器２４０および第２ポンプ２５０からなり、これらが順次冷媒配管で接続されて閉回路を形成している。この低温用ランキンサイクル回路２００の内部には、作動流体が封入されており、電動式の第２ポンプ２５０によって作動流体が循環される。
【００２４】
第２熱回収器２１０は、冷却水回路２０の近傍に設けられ、第２ポンプ２５０から送られる作動流体と、冷却水回路２０を流通する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。本実施形態では、作動流体を１次側に流通させ、冷却水回路２０を流通する冷却水を２次側に流通させて、作動流体と冷却水（温水熱）とを熱交換する対向流式の熱交換器である。
【００２５】
第２膨張機２２０は、第２熱回収器２１０で加熱された過熱蒸気作動流体の膨張により回転駆動力を発生させる流体機器である。第２凝縮器２３０は、第２膨張機２２０から吐出される作動流体を大気との熱交換によって凝縮液化する熱交換器である。第２受液器２４０は、第２凝縮器２３０で凝縮された作動流体を気液２相に分離するためのレシーバーであり、ここで分離された液相作動流体のみを第２ポンプ２５０側に流出させる。
【００２６】
第２ポンプ２５０は、液相作動流体を第２熱回収器２１０に昇圧、圧送するためのポンプであり、所定の回転数で作動するように設定されている。なお、第２膨張機２２０は、後述する第１膨張機１２０と動力伝達装置４１を介して連結されており、第２膨張機２２０で発生した回転駆動力は、動力伝達装置４１を介して発電機４０に出力される。
【００２７】
また、冷却水回路２０には、ラジエータ２１、温水ポンプ２２、バイパス通路２４、サーモスタット２５などが設けられている。このラジエータ２１は、エンジン１００からの冷却水を温水ポンプ２２によって循環させて冷却水と大気との熱交換により冷却する熱交換器である。そして、バイパス通路２４は、ラジエータ２１を迂回する通路であり、サーモスタット２５によって、ラジエータ２１を流通する冷却水量とラジエータ２１を迂回する冷却水量とが調節されるようになっている。
【００２８】
一方、高温用ランキンサイクル回路１００は、第１熱回収器１１０、第１膨張機１２０、第１凝縮器１３０（第２凝縮器２３０と共用している。）、第１受液器１４０（第２受液器２４０と共用している。）、および第２ポンプ２５０、および第１ポンプ１５０からなり、これらが順次冷媒配管で接続されて閉回路を形成している。なお、本実施形態では、第１膨張機１２０の吐出側を第２膨張機２２０の吸入側と第２熱回収器２１０との間に接続して、第１凝縮器１３０が第２凝縮器２３０と共用するようにしている。そして、高温用ランキンサイクル回路１００は、電動式の第１ポンプ１５０および第２ポンプ２５０によって作動流体が循環される。
【００２９】
第１熱回収器１１０は、排気管１１内に設けられ、第１ポンプ１５０および第２ポンプ２５０から送られる作動流体と、排気管１１を流通する排気ガス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。第１膨張機１２０は、第１熱回収器１１０で加熱された過熱蒸気作動流体の膨張により回転駆動力を発生させる流体機器である。そして、第１凝縮器１３０、第１受液器１４０は、上述したように第２凝縮器２３０、第２受液器２４０と共用したものであって、低温用ランキンサイクル回路２００が同時に作動したときに流通させるようにしている。
【００３０】
つまり、低温用ランキンサイクル回路２００側が停止しているときに、高温用ランキンサイクル回路１００のみが作動するときは、第１膨張機１２０で膨張減圧された作動流体が第２熱回収器２１０側で凝縮されて第１熱回収器１１０に送られるようにしている。このときには、第１膨張機１２０で膨張減圧された作動流体は、第２熱回収器２１０で凝縮するように構成している。なお、このときは、第２ポンプ２５０は停止している。
【００３１】
そして、低温用ランキンサイクル回路２００側と同時に作動するときは、第１膨張機１２０で膨張減圧された作動流体は第２膨張機２２０、第１凝縮器１３０、第１受液器１４０、第２ポンプ２５０、第１ポンプ１５０を経由して第１熱回収器１１０に送られるようにしている。この同時作動のときは、第１膨張機１２０で膨張減圧された作動流体が第２膨張機１２０で再度膨張させた後、第１凝縮器１３０で凝縮されるようにしている。なお、第２ポンプ２５０は、液相作動流体を第１熱回収器１１０および第２熱回収器２１０に昇圧、圧送するポンプであり、第１ポンプ１５０と同じように所定の回転数に設定されている。
【００３２】
また、第１膨張機１２０および第２膨張機２２０で発生した回転駆動力は、動力伝達装置４１を介して発電機４０に出力されるようになっている。そして、発電機４０は、インバータ４２を介してバッテリー４３に接続されており、発電機４０で発電された発電電力をバッテリー４３に充電される。
【００３３】
なお、図中に示す１２は、排気管１１内を流れる排気ガスの排気温度を検出する排気温センサであり、２３は冷却水回路を流通する冷却水の水温を検出する水温センサである。これらの各センサ１２、２３は、検出された温度情報を制御装置６０に出力するように接続されている。
【００３４】
そして、制御装置６０は各センサ１２、２３からの温度情報が入力されるとともに、これらの温度情報に基づいて、上述した第１、第２ポンプ１５０、２５０、温水ポンプ２２の作動、インバータ４２を介した発電機４０からの発電電力の充電などを制御するものである。なお、冷却水回路２０には、図示しないが、車両用空調装置に設けられたヒータコアに冷却水が循環されるように形成されている。
【００３５】
次に、以上の構成による廃熱利用装置の作動について説明する。まず、高温用ランキンサイクル回路１００側は、エンジン１０が始動して、排気温センサ１２で検出された排気ガス温度が所定温度以上のときに作動し、低温用ランキンサイクル回路２００側は、水温センサ２３により検出された水温が所定温度以上のときに作動するように制御される。
【００３６】
因みに、厳寒期など外気温度が低いときは、エンジン１０を始動させても、冷却水温が所定温度以下であるときは高温用ランキンサイクル回路１００のみが作動するようになっており、冷却水温が所定温度以上に達したときに両方のランキンサイクル回路１００，２００が作動するように制御される。
【００３７】
まず、高温用ランキンサイクル回路１００側のみが作動するときは、第１ポンプ１５０が作動することで作動流体が昇圧されて第１熱回収器１１０に圧送され、第１熱回収器１１０において作動流体は高温の排気ガスによって加熱され、過熱蒸気流体となって第１膨張機１２０に送られる。第１膨張機１２０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。
【００３８】
そして、減圧されたガス化の作動流体は第２熱回収器２１０で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第１ポンプ１５０へ流出される。これにより、第１膨張機１２０で発生した回転駆動力は動力伝達装置４１を介して発電機４０を回転する。そして、発電機４０で発電された発電電力をバッテリー４３に充電される。また、第２熱回収器２１０によりその２次側に流通する冷却水が加熱されて、冷却水回路２０を流通する冷却水の水温を上昇させる。
【００３９】
これにより、エンジン１０始動直後の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。さらに、車両用空調装置のヒータコアにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路の温水を高めることが容易にできる。
【００４０】
そして、冷却水回路２０の冷却水温が所定温度以上に達すると低温用ランキンサイクル回路２００が作動する。つまり、両方のランキンサイクル回路１００、２００が同時作動となる。低温用ランキンサイクル回路２００側では、第２ポンプ２５０の作動で、作動流体が昇圧されて第２熱回収器２１０に圧送され、第２熱回収器２１０において作動流体は、冷却水回路２０の温水熱によって加熱され、過熱蒸気流体となって第２膨張機２２０に送られる。第２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。
【００４１】
そして、減圧されたガス化の作動流体は第２凝縮器２３０で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第２受液器２４０で気液２相に分離され、液化作動流体が再び第２ポンプ２５０へ流出される。ここで、第２凝縮器２３０の凝縮による放熱は大気と熱交換される。そして、第２膨張機２２０で発生した回転駆動力は動力伝達装置４１を介して発電機４０を回転する。そして、発電機４０で発電された発電電力をバッテリー４３に充電される。
【００４２】
一方、高温用ランキンサイクル回路１００側では、第１膨張機１２０で減圧された作動流体が第２膨張機２２０で再度膨張されて回転駆動力を発生する。そして、減圧されたガス化の作動流体は第２凝縮器２３０で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第２受液器２４０で気液２相に分離され、液化作動流体が第２ポンプ２５０で昇圧され、再び第１ポンプ１５０へ流出される。
【００４３】
これにより、第１熱回収器１１０で排気熱の廃熱を回収でき、第２熱回収器２１０で温水熱の二つの異なる温度場の廃熱を回収できるとともに、その廃熱により廃熱回生ができる。なお、低温用ランキンサイクル回路２００が作動しているときは、冷却水回路２０の冷却水の水温が所定温度を超えないようにサーモスタット２５によりラジエータ２１を流通する冷却水量を調節して冷却している。
【００４４】
また、本実施形態では、低温用ランキンサイクル回路２００と高温用ランキンサイクル回路１００との作動を水温センサ２３および排気温センサ１２からの温度情報に基づいて自動的に制御させたが、これらを両方同時に作動させる、もしくはどちらか一方のみを作動させるようにいずれかを選択するようにして作動させても良い。さらに、本実施形態では、第１受熱器１４０を第２受熱器２４０と共用させたが、高温用ランキンサイクル回路１００内、つまり、第１ポンプ１５０の上流側に第１受熱器１４０を設けても良い。
【００４５】
以上の第１実施形態による廃熱利用装置によれば、熱機関であるエンジン１０では、例えば、高温の排気熱とそれよりも温度の低い冷却水回路２０の温水熱とがある。本発明では、高温の排気熱を熱源とする高温用ランキンサイクル回路１００とそれよりも低い温水熱を熱源とする低温用ランキンサイクル回路２００とを具備し、それぞれの凝縮器１３０、２３０を共用することにより、二つの凝縮器１３０、２３０を設けるよりも搭載性が向上できる。
【００４６】
また、具体的に、高温用ランキンサイクル回路１００は、第１膨張機１２０の吐出側が第２膨張機２２０の吸入側に接続され、低温用ランキンサイクル回路２００側が作動を停止しているときは、第２熱回収器２１０で凝縮されるように構成したことにより、高温用ランキンサイクル回路１００側で放熱される熱により冷却水回路２０の温水熱を第２熱回収器２１０で加熱することができる。これにより、エンジン１０の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。
【００４７】
さらに、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路２０の温水熱を短時間に上昇させることができる。一方、両方のランキンサイクル回路１００、２００が同時に作動しているときは、第１膨張機１２０で膨張した後に、第２膨張機２２０においても膨張させることができるため、高温の廃熱の回生効率を高めることができる。
【００４８】
なお、高温用ランキンサイクル回路１００および低温用ランキンサイクル回路２００は、第１熱回収器１１０および第２熱回収器２１０のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第１ポンプ１５０および第２ポンプ２５０が設けられたことにより、第１熱回収器１１０、第２熱回収器２１０におけるそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が、例えば、廃熱の温度に応じて回転数を可変させるなどの制御により容易に調節可能である。
【００４９】
そして、高温用ランキンサイクル回路１００および低温用ランキンサイクル回路２００は、二つのランキンサイクル回路１００、２００が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することにより、エンジン１０における廃熱のうち、排気熱および温水熱などの二つの異なる温度場からの廃熱回生が容易に選択的にできる。
【００５０】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、高温用ランキンサイクル回路１００側の第１膨張機１２０と低温用ランキンサイクル回路２００側の第２膨張機２２０とを連結して回転駆動力を発生させたが、これに限らず、第１膨張機１２０と第２膨張機２２０とを一体構成させても良い。具体的には、図２に示すように、第２膨張機２２０を設けずに第１膨張機１２０を一体に構成し、膨張過程の中途に中間取り出し口１２０ａを設けるとともに、この中間取り出し口１２０ａと第２熱回収器２１０の下流側とを接続したものである。
【００５１】
そして、低温用ランキンサイクル回路２００側の作動に基づいて、つまり、低温用ランキンサイクル回路２００側が停止状態のときは、第１膨張機１２０で膨張された作動流体を中間取り出し口１２０ａから第２熱回収器２１０側に送り出し、低温用ランキンサイクル回路２００側が作動状態のときは、第１膨張機１２０で膨張された作動流体を再度膨張させて第２凝縮器２３０側に送り出すようにしている。
【００５２】
以上の構成によれば、第２熱回収器２１０の下流端を第１膨張機１２０における膨張過程の中途の中間取り出し口１２０ａに接続することで、第２膨張機２２０を別体で設けることが不要とすることができる。これにより、二つの膨張機１２０、２２０を設けるよりも搭載性が向上できる。
【００５３】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、第１膨張機１２０と第２膨張機２２０とを連結もしくは一体構成に構成して、第１膨張機１２０で膨張減圧した作動流体を再度膨張させるようにしたが、これに限らず、図３に示すように、第１膨張機１２０の吐出側に第２膨張機２２０の吐出側を接続して、第２凝縮器２３０に接続するように構成しても良い。これによれば、第１膨張機１２０と第２膨張機２２０とがそれぞれ単独に回転駆動力が発生できる。
【００５４】
さらに、第１膨張機１２０の吐出側と第２膨張機２２０の吸入側とを接続し、その中途に開閉弁１６０を設けて、低温用ランキンサイクル回路２００が停止のときに、開閉弁１６０を開弁させるように制御しても良い。これによれば、冷却水回路２０の水温が所定温度以下のときに、第２熱回収器２１０で冷却水回路２０の冷却水を加熱することができる。これにより、第１実施形態と同じように、エンジン１０の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。また、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路２０の温水熱を短時間に上昇させることができる。
【００５５】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、第１熱回収器１１０および第２熱回収器２１０のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第１ポンプ１５０および第２ポンプ２５０を設けたが、これに限らず、図４に示すように、第１熱回収器１１０の上流側の第１ポンプ１５０を廃止して第２熱回収器２１０の上流側に流量調節手段である流量調節弁２６０を設けても良い。
【００５６】
この流量調節弁２６０は、弁開度に応じて流量を調節する弁であり、第１熱回収器１１０と第２熱回収器２１０との流量配分を第２ポンプ２５０の出力と弁開度とで設定する。また、以上の構成によれば、第１ポンプ１５０を廃止して流量調節弁２６０に置き換えることで、上記実施形態の二つのポンプ１５０、２５０を設けるものよりも、部品コストの低減ができるとともに、流量調節弁２６０の方が第１ポンプ１５０よりも小型化できることで搭載性が向上できる。
【００５７】
ただし、本実施形態では、エンジン１０始動直後の冷却水回路が冷えているときの、エンジン１０の暖機性能の短縮、燃費の向上、および車両用空調装置のヒータにおける冷却水回路２０の温水熱を短時間に上昇させることができる第１実施形態の効果を期待することはできない。
【００５８】
また、以上の実施形態では、高温用ランキンサイクル回路１００および低温用ランキンサイクル回路２００で廃熱回生した回転駆動力を発電機４０に出力してバッテリー４３に充電するように構成したが、これに限らず、例えば、車両用空調装置の圧縮機を駆動させるとか他の用途の動力源として利用しても良い。
【００５９】
また、以上の実施形態では、熱機関であるエンジン１０の廃熱のうち、排気熱と冷却水回路の温水熱を廃熱の熱源として、高温用ランキンサイクル回路１００および低温用ランキンサイクル回路２００で廃熱回生するように構成したが、これに限らず、例えば、燃料電池車に搭載される燃料電池の廃熱、もしくは、燃料電池の他に車両には、例えば、電動モータ、電動ポンプ、インバータなど作動により発熱する発熱補機類の廃熱のうち、高温用と低温用の二つの異なる温度場の廃熱を組み合わせるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第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】本発明の第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３】本発明の第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４】他の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】
【００６１】
１０…エンジン（内燃機関）
１００…高温用ランキンサイクル回路
１１０…第１熱回収器
１２０…第１膨張機
１３０…第１凝縮器
１５０…第１ポンプ
２００…低温用ランキンサイクル回路
２１０…第２熱回収器
２２０…第２膨張機
２３０…第２凝縮器
２５０…第２ポンプ
２６０…流量調節弁（流量調節手段）
【図１】
2005273543.tif 000003
【図２】
2005273543.tif 000004
【図３】
2005273543.tif 000005
【図４】
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