(57)【要約】【課題】凝縮器の冷却媒体として車両走行風を用いるものでも、安定したランキンサイクルの運転を可能とする車両用廃熱利用装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】車両に搭載されて、ポンプ３３、加熱器３４、膨張機２１、凝縮器２２を有するランキンサイクル３０Ａと、ポンプ３３、膨張機２１の作動を制御する制御手段４０とを備え、凝縮器２２には車両外部から流入する流入空気が供給される車両用廃熱利用装置において、制御手段４０は、ランキンサイクル３０Ａの運転中に、凝縮器２２の凝縮能力が予め定めた所定凝縮能力となるように、ポンプ３３、膨張機２１の少なくとも一方の作動回転数を制御する。凝縮能力は、ランキンサイクル３０Ａの低圧側圧力で把握する。【選択図】図１
2007218456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるものであって、
ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、前記車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、前記加熱器（３４）からの前記過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、前記車両外部から流入する流入空気との熱交換により前記過熱蒸気を凝縮して前記ポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有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）とを備える車両用廃熱利用装置において、
前記制御手段（４０）は、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力が、あるいはこの低圧側圧力に相関する低圧側物理量が、予め定めた第１所定値よりも高い場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【請求項２】
前記凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、前記制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記制御手段（４０）は、前記ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、前記低圧側圧力が、あるいは前記低圧側物理量が、前記第１所定値以下であると、前記冷凍サイクル（２０Ａ）を作動させた後に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項３】
前記制御手段（４０）は、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行する際に、前記ポンプ（３３）を起動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項４】
前記凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、前記制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記冷凍サイクル（２０Ａ）は、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、
前記制御手段（４０）は、前記高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を前記低圧側圧力あるいは前記低圧側物理量として、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項５】
車両に搭載されるものであって、
ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、前記車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、前記加熱器（３４）からの前記過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、前記車両外部から流入する流入空気との熱交換により前記過熱蒸気を凝縮して前記ポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、
前記ポンプ（３３）、前記膨張機（２１）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える車両用廃熱利用装置において、
前記制御手段（４０）は、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転中に、前記凝縮器（２２）の凝縮能力が予め定めた所定凝縮能力となるように、前記ポンプ（３３）、前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴とする車両用廃熱利用装置。
【請求項６】
前記制御手段（４０）は、前記凝縮能力を前記ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力で把握することを特徴とする請求項５に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項７】
前記制御手段（４０）は、前記低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、前記ポンプ（３３）、あるいは前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を増加させることを特徴とする請求項６に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項８】
前記制御手段（４０）によって、その作動が制御されると共に、前記凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、
前記制御手段（４０）は、前記低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、前記送風機（２２ａ）の作動回転数を低下させることを特徴とする請求項６に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項９】
前記制御手段（４０）によって、その作動が制御されると共に、前記凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、
前記制御手段（４０）は、前記低圧側圧力が予め定めた第３所定値より高いと、前記ポンプ（３３）の作動回転数を低下させる、前記膨張機（２１）の作動回転数を低下させる、前記送風機（２２ａ）の作動回転数を増加させる、のうち少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項６に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記制御手段（４０）は、前記低圧側圧力が予め定めた第４所定値より高いと、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記制御手段（４０）は、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止する際に、前記ポンプ（３３）を停止することを特徴とする請求項１０に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、前記制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記冷凍サイクル（２０Ａ）は、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、
前記制御手段（４０）は、前記高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を前記凝縮能力として、前記ポンプ（３３）、前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴とする請求項５〜請求項１１のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１３】
前記凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、前記制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記制御手段（４０）は、前記凝縮能力の値を前記冷凍サイクル（２０Ａ）の作動制御にも活用することを特徴とする請求項５に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１４】
前記制御装置（４０）は、前記凝縮能力の値を、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値として把握することを特徴とする請求項１３に記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１５】
前記膨張機（２１）には、この膨張機（２１）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（２１ｂ）が接続されたことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置。
【請求項１６】
車両に搭載されると共に、
ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、前記車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、前記加熱器（３４）からの前記過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、前記車両外部から流入する流入空気との熱交換により前記過熱蒸気を凝縮して前記ポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有するランキンサイクル（３０Ａ）を用いた車両用廃熱利用装置の制御方法であって、
前記ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力が、あるいはこの低圧側圧力に相関する低圧側物理量が、予め定めた第１所定値よりも高い場合に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴とする車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１７】
前記凝縮器（２１）を共用して形成される冷凍サイクル（２０Ａ）を備え、
前記ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、前記低圧側圧力が、あるいは前記低圧側物理量が、予め定めた第１所定値以下であると、前記冷凍サイクル（２０Ａ）を作動させた後に、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴とする請求項１６に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１８】
前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行する際に、前記ポンプ（３３）を起動することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項１９】
前記凝縮器（２２）を共用して形成される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記冷凍サイクル（２０Ａ）は、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、
前記高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を前記低圧側圧力あるいは前記低圧側物理量として、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を制御することを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２０】
車両に搭載されると共に、
ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、前記車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、前記加熱器（３４）からの前記過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、前記車両外部から流入する流入空気との熱交換により前記過熱蒸気を凝縮して前記ポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有するランキンサイクル（３０Ａ）を用いた車両用廃熱利用装置の制御方法であって、
前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転中に、前記凝縮器（２２）の凝縮能力が予め定めた所定凝縮能力となるように、前記ポンプ（３３）、前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴とする車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２１】
前記凝縮能力を前記ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力で把握することを特徴とする請求項２０に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２２】
前記低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、前記ポンプ（３３）、あるいは前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を増加させることを特徴とする請求項２１に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２３】
前記凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、
前記低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、前記送風機（２２ａ）の作動回転数を低下させることを特徴とする請求項２１に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２４】
前記凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、
前記低圧側圧力が予め定めた第３所定値より高いと、前記ポンプ（３３）の作動回転数を低下させる、前記膨張機（２１）の作動回転数を低下させる、前記送風機（２２ａ）の作動回転数を増加させる、のうち少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項２１に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２５】
前記低圧側圧力が予め定めた第４所定値より高いと、前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止することを特徴とする請求項２１〜請求項２４のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２６】
前記ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止する際に、前記ポンプ（３３）を停止することを特徴とする請求項２５に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２７】
前記凝縮器（２２）を共用して形成される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記冷凍サイクル（２０Ａ）は、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、
前記高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を前記凝縮能力として、前記ポンプ（３３）、前記膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴とする請求項２０〜請求項２６のいずれか１つに記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２８】
前記凝縮器（２２）を共用する冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、
前記凝縮能力の値を前記冷凍サイクル（２０Ａ）の作動制御にも活用することを特徴とする請求項２０に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項２９】
前記凝縮能力の値を、前記冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値として把握することを特徴とする請求項２８に記載の車両用廃熱利用装置の制御方法。
【請求項３０】
前記膨張機（２１）には、この膨張機（２１）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（２１ｂ）が接続されたことを特徴とする請求項１６〜請求項２９のいずれか１つに記載の車両用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、廃熱エネルギーを回収するランキンサイクルを備える車両用廃熱利用装置およびその制御方法に関するものであり、発熱機器として内燃機関（エンジン）を採用し、且つ、冷凍サイクル（空調装置）を備える車両に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃熱利用装置として、例えば特許文献１に示されるように、車両の内燃機関の廃熱（冷却水の熱）を電気エネルギーとして回収するランキンサイクルを活用したものが知られている。ランキンサイクルは、内部を循環する冷媒圧送用の液ポンプ、内燃機関の廃熱を加熱源として冷媒を蒸発させる蒸気発生器、蒸気冷媒の膨張によって駆動力を発生する膨張機、膨張機からの吐出冷媒を凝縮させる凝縮器を有しており、膨張機には発電機が接続されている。発電機は膨張機の駆動力によって作動されて発電を行う。
【０００３】
ここでは、例えば内燃機関の廃熱温度（冷却水温度）、ランキンサイクルの高圧側（蒸気発生器の出口側）冷媒の圧力、および温度を検出して、高圧側での冷媒過熱度と、蒸気発生器での廃熱温度および冷媒温度の差を算出して、それらの算出結果をもとに液ポンプおよび膨張機の作動回転数を制御するようにしている。
【０００４】
このように、主としてランキンサイクルにおける熱（廃熱）の入力側に着目し、この入力側の状態をきめ細かに把握することで、蒸気発生器における加熱能力に見合った液ポンプおよび膨張機の運転が可能となり、効率的なランキンサイクルの運転、つまりは効率的なエネルギー回収を可能としている。
【特許文献１】特開２００５−３０７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車両に搭載されるランキンサイクルにおいては、凝縮器は通常、エンジンルーム内の前方に配設されて、凝縮器には車両走行時の車速風が冷却用媒体（冷却用空気）として供給される場合が多い。よって、凝縮器における凝縮能力（凝縮時の冷媒圧力）は、車速によって大きく変動するので、上記特許文献１に示された廃熱利用装置のように、加熱能力側の状態を把握して制御しても、安定したランキンサイクルの運転が難しい。つまり、効率的なエネルギーの回収が難しいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、凝縮器の冷却媒体として車両走行風を用いるものでも、安定したランキンサイクルの運転を可能とする車両用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】
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、車両に搭載されるものであって、ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、加熱器（３４）からの過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、車両外部から流入する流入空気との熱交換により過熱蒸気を凝縮してポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有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）とを備える車両用廃熱利用装置において、制御手段（４０）は、ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力が、あるいはこの低圧側圧力に相関する低圧側物理量が、予め定めた第１所定値よりも高い場合に、ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴としている。
【０００９】
これにより、低圧側圧力、あるいは低圧側物理量が、予め定めた第１所定値よりも高い場合であれば、凝縮器（２２）内に液相の作動流体が存在すると捉えることができる。よって、この場合にランキンサイクル（３０Ａ）を起動することで、ポンプ（３３）が気相の作動流体を吸引してキャビテーションを起すことを防止できるので、起動時における安定したランキンサイクル（３０Ａ）の運転が可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、制御手段（４０）は、ランキンサイクル（３０Ａ）を起動させる時に、低圧側圧力が、あるいは低圧側物理量が、第１所定値以下であると、冷凍サイクル（２０Ａ）を作動させた後に、ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行することを特徴としている。
【００１１】
これにより、冷凍サイクル（２０Ａ）を作動させることで、凝縮器（２２）内に液相の作動流体を予め溜めることができる。よって、冷凍サイクル（２０Ａ）を作動させた後にランキンサイクル（３０Ａ）を起動することで、ポンプ（３３）が気相の作動流体を吸引してキャビテーションを起すことを防止できるので、起動時における安定したランキンサイクル（３０Ａ）の運転が可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明のように、制御手段（４０）は、ポンプ（３３）を起動することで、ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を実行可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、冷凍サイクル（２０Ａ）は、冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、制御手段（４０）は、高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を低圧側圧力あるいは低圧側物理量として、ランキンサイクル（３０Ａ）の起動を制御することを特徴としている。
【００１４】
これにより、冷凍サイクル（２０Ａ）用の高圧側圧力検出手段（２２ｂ）によって、ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力あるいは低圧側物理量を把握することができるので、ランキンサイクル（３０Ａ）用として専用の検出手段を設ける必要がなく、装置（２０）を簡素で安価にすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、車両に搭載されるものであって、ポンプ（３３）によって循環される作動流体を、車両用の発熱機器（１０）の廃熱によって加熱して過熱蒸気とする加熱器（３４）、加熱器（３４）からの過熱蒸気の膨張によって駆動力を発生する膨張機（２１）、車両外部から流入する流入空気との熱交換により過熱蒸気を凝縮してポンプ（３３）側に流出する凝縮器（２２）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、ポンプ（３３）、膨張機（２１）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える車両用廃熱利用装置において、制御手段（４０）は、ランキンサイクル（３０Ａ）の運転中に、凝縮器（２２）の凝縮能力が予め定めた所定凝縮能力となるように、ポンプ（３３）、膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴としている。
【００１６】
これにより、車両に搭載されるものにおいては、走行速度に応じて凝縮器（２２）に流入する流入空気量が変化して凝縮能力の変動を伴うが、この凝縮能力が所定凝縮能力となるように、ポンプ（３３）、あるいは膨張機（２１）の作動回転数を制御するので、安定したランキンサイクル（３０Ａ）の運転が可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、制御手段（４０）は、凝縮能力をランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力で把握することを特徴としている。
【００１８】
凝縮器（２２）における凝縮能力は、ランキンサイクル（３０Ａ）の低圧側圧力に相関するものである。よって、具体的にこの低圧側圧力を検出するのみで凝縮能力を容易に把握でき、安定的なランキンサイクル（３０Ａ）の制御が可能となる。また、制御に必要とされる検出手段も従来技術のように複数設ける必要がなく、安価な車両用廃熱利用装置（２０）とすることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、制御手段（４０）は、低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、ポンプ（３３）、あるいは膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を増加させることを特徴としている。
【００２０】
これにより、低圧側圧力が低い分、凝縮能力に余裕があることとなり、その分ポンプ（３３）による作動流体の流量増加、あるいは膨張機（２１）による吐出流量増加を図ることで、安定したランキンサイクル（３０Ａ）の運転が可能となると共に、凝縮器（２２）での熱バランスを維持しつつ、膨張機（２１）での出力を高めることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、制御手段（４０）によって、その作動が制御されると共に、凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、制御手段（４０）は、低圧側圧力が予め定めた第２所定値より低いと、送風機（２２ａ）の作動回転数を低下させることを特徴としている。
【００２２】
これにより、低圧側圧力が低い分、凝縮能力に余裕があることとなり、その分送風機（２２ａ）による冷却空気の流量低下を図ることで、送風機（２２ａ）用の駆動エネルギーを節約して、凝縮器（２２）での熱バランスを維持しつつ、膨張機（２１）での出力を確保することができる。よって、総合効率を向上させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、制御手段（４０）によって、その作動が制御されると共に、凝縮器（２２）に対して強制的に冷却用空気を供給する送風機（２２ａ）を有し、制御手段（４０）は、低圧側圧力が予め定めた第３所定値より高いと、ポンプ（３３）の作動回転数を低下させる、膨張機（２１）の作動回転数を低下させる、送風機（２２ａ）の作動回転数を増加させる、のうち少なくとも１つを実行することを特徴としている。
【００２４】
これにより、低圧側圧力が第３所定値となるように安定化させて、安定したランキンサイクル（３０Ａ）の運転が可能となる。尚、第３所定値の与え方により、ランキン効率が最大となる運転が可能となる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明では、制御手段（４０）は、低圧側圧力が予め定めた第４所定値より高いと、ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止することを特徴としている。
【００２６】
これにより、低圧側圧力が高いということは、膨張機（２１）あるいは凝縮器（２２）の異常が考えられ、この条件下でランキンサイクル（３０Ａ）を停止するので、各構成部品の破損を未然に防止することができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明のように、制御手段（４０）は、ポンプ（３３）を停止することで、ランキンサイクル（３０Ａ）の運転を停止可能となる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明では、凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、冷凍サイクル（２０Ａ）は、冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）を備え、制御手段（４０）は、高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値を凝縮能力として、ポンプ（３３）、膨張機（２１）の少なくとも一方の作動回転数を制御することを特徴としている。
【００２９】
これにより、冷凍サイクル（２０Ａ）用の高圧側圧力検出手段（２２ｂ）によって、ランキンサイクル（３０Ａ）の凝縮能力を把握することができるので、ランキンサイクル（３０Ａ）用として専用の検出手段を設ける必要がなく、装置（２０）を簡素で安価にすることができる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明では、凝縮器（２２）を共用して形成されると共に、制御手段（４０）によってその作動が制御される冷凍サイクル（２０Ａ）を有し、制御手段（４０）は、凝縮能力の値を冷凍サイクル（２０Ａ）の作動制御にも活用することを特徴としている。
【００３１】
これにより、冷凍サイクル（２０Ａ）専用に凝縮能力検出用の検出手段を設ける必要がなく、装置（２０）を簡素で安価にすることができる。
【００３２】
請求項１４の記載の発明のように、制御装置（４０）は、凝縮能力の値を、冷凍サイクル（２０Ａ）の高圧側圧力、あるいはこの高圧側圧力に相関する高圧側物理量を検出する高圧側圧力検出手段（２２ｂ）で得られる検出値として把握することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明では、膨張機（２１）には、この膨張機（２１）の駆動力によって作動されて、発電する発電機（２１ｂ）が接続されたことを特徴としている。
【００３４】
これにより、発熱機器（１０）の廃熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。尚、電気エネルギーは一般に回収が容易であって、エネルギーの再利用には効果的な装置（２０）とすることができる。
【００３５】
請求項１６〜請求項３０に記載の発明は、車両用廃熱利用装置の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１２に記載の、車両用廃熱利用装置と本質的に同じである。
【００３６】
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】
【００３７】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る車両用廃熱利用装置（以下、廃熱利用装置）２０を、走行用駆動源となる内燃機関としてのエンジン（本発明における発熱機器に対応）１０が搭載される車両に適用したものである。廃熱利用装置２０は、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギー（ここでは電気エネルギー）を回収するものであり、ランキンサイクル３０Ａと制御装置４０とを有しており、更にはランキンサイクル３０Ａを構成する機器を一部共用して形成される空調装置用の冷凍サイクル２０Ａを備えている。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。
【００３８】
エンジン１０には、このエンジン１０を冷却するエンジン冷却水が循環する温水回路１０Ａが設けられている。温水回路１０Ａには、エンジン１０によって駆動されて、エンジン冷却水を循環させる機械式の水ポンプ１２と、エンジン冷却水を外気との熱交換によって冷却するラジエータ１３とが設けられている。尚、水ポンプ１２は、電動モータによって駆動される電動式のポンプとしても良い。
【００３９】
温水回路１０Ａにおいて、エンジン１０の出口側とラジエータ１３との間は、並列流路となるように形成されており、三方弁１１によって、エンジン冷却水は並列流路のいずれかを流通するように切替え可能となっている。三方弁１１による流路切替えは、後述する制御装置４０によって制御されるようになっている。
【００４０】
また、エンジン１０の出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する温度検出手段としての水温センサ１４が設けられており、この水温センサ１４で検出されたエンジン冷却水温度信号（以下、冷却水温Ｔｗ）は、後述する制御装置４０に出力されるようになっている。
【００４１】
ランキンサイクル３０Ａは、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギーを回収するものである。回収されるエネルギーは、具体的には後述する膨張機兼圧縮機２１の膨張モード時における駆動力によって発生される電気エネルギーとしている。ランキンサイクル３０Ａは、冷媒ポンプ３３、加熱器３４、膨張機兼圧縮機２１、凝縮器２２、気液分離器２３が順次環状に接続されて形成されている。
【００４２】
冷媒ポンプ（本発明におけるポンプに対応）３３は、モータ部３３ｂによって駆動されるポンプ部３３ａを有する圧送手段であり、後述する気液分離器２３から液相の冷媒（本発明における作動流体に対応）を吸引して、加熱器３４に圧送するようになっている。
【００４３】
ポンプ部３３ａは、一回転あたりの吐出容量が所定吐出容量となる固定容量型のものとしており、作動回転数が高くなるほど、吐出量（吐出容量×回転数）は増大する。冷媒ポンプ３３（モータ部３３ｂ）は、後述する制御装置４０によって制御されるようになっている。
【００４４】
加熱器３４は、温水回路１０Ａの並列流路の一方に配設される熱交換器であり、冷媒ポンプ３３から送られる冷媒とエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより冷媒を加熱する（冷媒を過熱蒸気冷媒とする）ようになっている。上記した三方弁１１によって、加熱器３４にはエンジン１０から流出したエンジン冷却水が流通する場合と、流通しない場合とが切替えられる。
【００４５】
膨脹機兼圧縮機（本発明における膨張機に対応）２１は、加熱器３４から流出される過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力する膨張モード（膨張機として作動）と、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）とを兼ね備える流体機械である。ここでは、膨脹機兼圧縮機２１は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するものとしており、膨張モード時の吸入側には、弁機構２１ａが設けられている。
【００４６】
弁機構２１ａは、膨脹機兼圧縮機２１の膨張モード時に冷媒流路を開くことで、加熱器３４からの過熱蒸気冷媒を膨張機兼圧縮機２１に流入させる開閉弁としての機能を果たすと共に、圧縮モード時には加圧冷媒を吐出させつつ、その逆流を阻止する逆止弁としての機能を果たす。上記弁機構２１ａの開閉弁あるいは逆止弁としての切替えは、後述する制御装置４０によって制御されるようになっている。
【００４７】
また、膨張機兼圧縮機２１には、発電機兼電動機（本発明における発電機に対応）２１ｂが接続されている。発電機兼電動機２１ｂは、図示しないステータおよびロータを有し、後述する制御装置４０によって制御され、膨張機兼圧縮機２１の膨張モード時に発生した駆動力によってロータを回転させるトルクが入力された場合には、電力を発生させる発電機として作動する。そして、得られた電力は、制御装置４０によってバッテリに充電されるようになっている。また、図示しないバッテリからステータに電力が供給された場合には、ロータを回転させて、膨張機兼圧縮機２１を（圧縮機として）駆動する電動機として作動する。尚、膨張モード時（あるいは圧縮モード時）の膨張機兼圧縮機２１の作動回転数は、制御装置４０から発電機兼電動機２１ｂに供給される電流信号（あるいは電圧信号）によって、制御されるようになっている。
【００４８】
凝縮器２２は、膨張モード時の膨張機兼圧縮機２１から吐出される過熱蒸気冷媒と外気との間で熱交換して（冷媒の熱を外気に放熱して）冷媒を冷却し、凝縮液化する熱交換器である。凝縮器２２は、車両エンジンルーム内において、グリルおよびバンパーの後方に配設され、熱交換用の外気として、車両走行時の走行風（本発明における流入空気に対応）が凝縮器２２に供給されるようになっている。
【００４９】
尚、凝縮器２２には冷却ファン２２ａが設けられており、アイドリング時や低速登坂時等の走行風の供給が期待できない条件では、冷却ファン２２ａからの冷却風（本発明における冷却用空気に対応）が凝縮器２２に供給されるようになっている。冷却ファン２２ａは、電動モータによって回転駆動される軸流式ファンを用いた送風機であり、後述する制御装置４０によって制御され、作動回転数が増加するほど冷却風量が増加されるようになっている。
【００５０】
膨張機兼圧縮機２１と凝縮器２２との間（後述するＢ点とＣ点との間）には、膨脹機兼圧縮機２１側から凝縮器２２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。
【００５１】
気液分離器２３は、凝縮器２２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。気液分離器２３の冷媒流出側は上記の冷媒ポンプ３３の吸引側に接続されている。そして、気液分離器２３と冷媒ポンプ３３との間には、気液分離器２３側から冷媒ポンプ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。
【００５２】
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ある。冷凍サイクル２０Ａは、上記ランキンサイクル３０Ａに対して、膨張機兼圧縮機２１、凝縮器２２、気液分離器２３が共用されると共に、加熱器３４の冷媒流入側（Ａ点）およびランキンサイクル３０Ａにおける凝縮器２２の冷媒流入側（Ｂ点）が第１バイパス流路２６によって接続され、更に、気液分離器２３および圧縮モード時の膨張機兼圧縮機２１の吸入側（Ｃ点）が第２バイパス流路２７によって接続されて、以下のように形成されている。
【００５３】
即ち、第１バイパス流路２６には、開閉弁３５が設けられている。開閉弁３５は、第１バイパス流路２６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。
【００５４】
第２バイパス流路２７には、気液分離器３３側から順に減圧器２４、蒸発器２５が設けられている。減圧器２４は、気液分離器２３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２１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。
【００５５】
蒸発器２５は、減圧器２４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送風機２５ａから送風される空調空気を冷却する。蒸発器２５の冷媒流出側には、蒸発器２５側から膨張機兼圧縮機２１側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２５ｂが設けられている。
【００５６】
上記膨張機兼圧縮機２１、第１バイパス流路２６、凝縮器２２、気液分離器２３、第２バイパス流路２７、減圧器２４、蒸発器２５等にて冷凍サイクル２０Ａが形成される。
【００５７】
そして、気液分離器２３と減圧器２４との間には、ランキンサイクル３０Ａにおいて低圧側となる圧力（本発明における低圧側圧力に対応するものであり、以下、凝縮器出口圧力Ｐ３と呼ぶ）、および冷凍サイクル２０Ａにおいて高圧側となる圧力（本発明における高圧側圧力に対応）を検出する圧力検出手段としての圧力センサ２２ｂが設けられている。圧力センサ２２ｂによって検出された圧力信号（凝縮器出口圧力Ｐ３）は後述する制御装置４０に出力されるようになっている。凝縮器出口圧力Ｐ３は、各サイクル３０Ａ、２０Ａの運転中における凝縮器２２の凝縮能力に相関する特性値である。
【００５８】
制御装置（本発明における制御手段に対応）４０は、水温センサ１４からの冷却水温度信号、圧力センサ２２ｂからの凝縮器出口圧力信号、更には乗員の設定する設定温度や環境条件等に基づいて決定されるＡ／Ｃ要求信号等が入力され、これらの信号に基づいて三方弁１１、弁機構２１ａ、発電機兼電動機２１ｂ、冷却ファン２２ａ、冷媒ポンプ３３、開閉弁３５の作動を制御する。
【００５９】
次に、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）について、図２〜図６を用いて説明する。本廃熱利用装置２０においては、冷凍サイクル２０Ａの作動による空調運転と、ランキンサイクル３０Ａの作動によるランキン発電運転とを可能としている。
【００６０】
１．空調運転
制御装置４０は、乗員からのＡ／Ｃ要求が有ると、空調（冷房）作動のために冷凍サイクル２０Ａを稼動させる（ランキンサイクル３０Ａは非稼動）。即ち、制御装置４０は、冷媒ポンプ３３を停止させた状態で開閉弁３５を開き、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環させないようにする。また、弁機構２１ａを逆止弁として機能するように切替える。そして、発電機兼電動機２１ｂを電動機として駆動し、膨張機兼圧縮機２１を作動させて冷媒を吸入圧縮し（圧縮モード）、冷凍サイクル２０Ａを作動させる。
【００６１】
この時、膨張機兼圧縮機２１で圧縮吐出された冷媒は、弁機構２１ａ→加熱器３４→第１バイパス流路２６→開閉弁３５→凝縮器２２→気液分離器２３→第２バイパス流路２７→減圧器２４→蒸発器２５→逆止弁２５ｂ→膨張機兼圧縮機２１の順に循環（冷凍サイクル２０Ａを循環）する。そして、送風機２５ａからの空調空気は蒸発器２５で蒸発する冷媒によって吸熱され、冷却されることになる。尚、加熱器３４にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３４にて冷媒は加熱されず、加熱器３４は単なる冷媒通路として機能する。
【００６２】
尚、制御装置４０は、蒸発器２５で冷却される空調空気の温度が乗員の設定する設定温度となるように、圧力センサ２２ｂから得られる凝縮器出口圧力Ｐ３の検出値を用いて、膨張機兼圧縮機２１（発電機兼電動機２１ｂ）、および冷却ファン２２ａの作動回転数を調整する。
【００６３】
２．ランキン発電運転
制御装置４０は、乗員からのＡ／Ｃ要求が無いと判定した場合（冷凍サイクル２０Ａ停止）で、冷却水温Ｔｗが設定値ＴｗＤよりも高いと、ランキン要求有りと判定して、ランキン発電運転を行う。ランキン発電運転には、起動時の制御と、通常運転時の制御と、異常時の制御とが含まれる。
【００６４】
（１）起動時の制御
この起動時制御は、凝縮器２２内に液相冷媒が確実に存在するか否かを凝縮器出口圧力Ｐ３によって判断して、ランキンサイクル３０Ａの起動可否を行うものである。
【００６５】
図２に示すように、制御装置４０は、ステップＳ１００で水温センサ１４から得られる冷却水温Ｔｗが、予め定めた設定値ＴｗＤ（例えば８０℃）よりも高いと判定すると、ステップＳ１１０に進む。尚、ステップＳ１００で冷却水温Ｔｗが設定値ＴｗＤ以下の場合は、ステップＳ１００を繰返す。
【００６６】
ステップＳ１１０では、圧力センサ２２ｂから得られる凝縮器出口圧力Ｐ３を読込む。そして、ステップＳ１２０で、読込んだ凝縮器出口圧力Ｐ３が、予め定めた設定値（本実施形態における第１所定値に対応）Ｐ３Ｄ１（例えば０．５ＭＰａ）より高いと判定した時に、ステップＳ１４０でランキンサイクル３０Ａを起動する。
【００６７】
ここで、設定値Ｐ３Ｄ１は、冷凍サイクル２０Ａの停止後において、時間経過と共に凝縮器出口圧力Ｐ３が均圧化によって低下していく中であっても、凝縮器２２内に液相冷媒が存在し得る圧力条件として定めた値である。即ち、ステップＳ１２０、Ｓ１４０での処理は、凝縮器２２内に液相冷媒が存在することを確認して、ランキンサイクル３０Ａの起動を実行することを意味する。
【００６８】
ランキンサイクル３０Ａの起動に当たっては、開閉弁３５を閉じ、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水が加熱器３４側に循環されるようにする。また、弁機構２１ａを開閉弁として機能するように（流路を開いた状態に）切替える。そして、冷媒ポンプ３３を起動する。
【００６９】
一方、ステップＳ１２０で凝縮器出口圧力Ｐ３が、設定値Ｐ３Ｄ１以下であると判定した場合、つまり、凝縮器２２内に液相冷媒が溜まっていないと判定した場合は、ステップＳ１３０で冷凍サイクル２０Ａを一定時間作動させ、ステップＳ１１０、Ｓ１２０を繰返す。この繰り返しの中で、凝縮器出口圧力Ｐ３は上昇していき、ステップＳ１２０で凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ１より高い（凝縮器２２内に液相冷媒が存在する）と判定すると、ステップＳ１４０に進んでランキンサイクル３０Ａを起動させる。
【００７０】
（２）通常運転時の制御
この通常運転時制御は、凝縮器２２の凝縮能力を凝縮器出口圧力Ｐ３によって把握し、この凝縮能力に見合った膨張発電を行うものである。
【００７１】
図３に示すように、制御装置４０は、ランキンサイクル３０Ａを起動させた後に、ステップＳ２００で、上記ステップＳ１１０と同様に圧力センサ２２ｂから得られる凝縮器出口圧力Ｐ３を読込む。そして、ステップＳ２１０で、読込んだ凝縮器出口圧力Ｐ３が、予め定めた設定値（本実施形態における第２所定値に対応）Ｐ３Ｄ２（例えば１．０ＭＰａ）より低いと判定した時に、ステップＳ２２０で膨張機兼圧縮機２１の作動回転数を所定量増加させる。
【００７２】
ここで、設定値Ｐ３Ｄ２は、ランキンサイクル３０Ａの作動において、膨張機兼圧縮機２１で得られる駆動力が最適（最大）となる時の低圧側の圧力条件として定めた値である。即ち、ステップＳ２１０、Ｓ２２０での処理は、凝縮器出口圧力Ｐ３が低く、凝縮器２２における凝縮能力に余裕があると判定される場合には、膨張機兼圧縮機２１の吐出冷媒流量を増加させて、膨張機兼圧縮機２１から得られる駆動力（発電機兼電動機２１ｂでの発電量）を積極的に増加させるように制御するものである。
【００７３】
膨張機兼圧縮機２１の作動回転数を増加させるためには、発電機兼電動機２１ｂに供給する電流信号（あるいは電圧信号）を調節することで対応する。ステップＳ２１０で否と判定した時は、ステップＳ２００に戻り上記の制御を繰返す。
【００７４】
尚、図４に示すように、ステップＳ２１０での肯定判定の後の制御装置４０が行う処置として、ステップＳ２３０のように、冷媒ポンプ３３の作動回転数を所定量増加させるものとしても良い。これは、凝縮器２２における凝縮能力に余裕があると判定される場合には、冷媒循環量を増加させて、低圧側圧力を最適に維持すると共に、膨張機兼圧縮機２１から得られる駆動力を積極的に増加させるように制御するものである。
【００７５】
また、図５に示すように、ステップＳ２１０での肯定判定の後の制御装置４０が行う処置として、ステップＳ２４０のように、冷却ファン２２ａの作動回転数を所定量減少させるものとしても良い。これは、凝縮器２２における凝縮能力に余裕があると判定される場合には、冷却風量を低下させて、冷却ファン２２ａに要する駆動用エネルギーを低減して、膨張機兼圧縮機２１から得られる駆動力を維持するように制御するものである。
【００７６】
更には、ステップＳ２１０での肯定判定の後の制御装置４０が行う処置として、ステップＳ２２０、ステップＳ２３０、ステップＳ２４０の処理の組合せ（３つのうちの２つの組合せ、あるいは３つすべての組合せ等）としても良い。
【００７７】
（３）異常時の制御
この異常時制御は、ランキンサイクル３０Ａの圧力異常を凝縮器出口圧力Ｐ３によって把握し、事前にランキンサイクル３０Ａの保護を行うものである。
【００７８】
図６に示すように、制御装置４０は、ランキンサイクル３０Ａの通常運転時に、ステップＳ３００で、上記ステップＳ１１０と同様に圧力センサ２２ｂから得られる凝縮器出口圧力Ｐ３を読込む。そして、ステップＳ３１０で、読込んだ凝縮器出口圧力Ｐ３が、予め定めた設定値（本実施形態における第３所定値に対応）Ｐ３Ｄ４（例えば１．５ＭＰａ）より高いと判定した時に、ステップＳ３２０でランキンサイクル３０Ａを停止する。尚、ステップ３１０で否と判定すればステップＳ３００に戻り、上記の制御を繰返す。
【００７９】
ここで、設定値Ｐ３Ｄ４は、ランキンサイクル３０Ａの作動において、低圧側圧力として許容し得る上限側許容圧力として定めた値である。即ち、ステップＳ３１０、Ｓ３２０での処理は、凝縮器出口圧力Ｐ３が異常に高くなり、危険な状態にあると判定される場合には、緊急的にランキンサイクル３０Ａの作動を中止するように制御するものである。
【００８０】
ランキンサイクル３０Ａの停止に当たっては、冷媒ポンプ３３を停止する。更に、弁機構２１ａによって流路を閉じた状態に切替え、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環しないようにし、開閉弁３５を開くと良い。
【００８１】
以上のように、本実施形態では、ランキンサイクル３０Ａの運転を凝縮器出口圧力Ｐ３に基づいて制御するようにしている。ランキンサイクル３０Ａの起動時においては、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ１より高い場合にランキンサイクル３０Ａを起動するようにしている。即ち、凝縮器出口圧力Ｐ３が、設定値Ｐ３Ｄ１よりも高い場合であれば、凝縮器２２内に液相冷媒が存在すると捉えるようにしているので、この場合にランキンサイクル３０Ａを起動することで、冷媒ポンプ３３が気相冷媒を吸引してキャビテーションを起すことを防止でき、起動時における安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となる。
【００８２】
また、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ１以下である場合には、冷凍サイクル２０Ａを作動させた後にランキンサイクル３０Ａを起動させるようにしている。これにより、冷凍サイクル２０Ａを作動させることで、予め凝縮器２２内に液相冷媒を溜めることができる。よって、ランキンサイクル３０Ａを起動させる時に、上記と同様に冷媒ポンプ３３が気相冷媒を吸引してキャビテーションを起すことを防止できるので、起動時における安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となる。
【００８３】
また、車両に搭載される廃熱利用装置２０においては、車両の走行速度に応じて凝縮器２２に流入する走行風量が変化して凝縮器２２での凝縮能力の変動を伴う。本実施形態では、ランキンサイクル３０Ａの定常運転時において凝縮能力が所定凝縮能力となるように、膨張機兼圧縮機２１、冷媒ポンプ３３、あるいは冷却ファン２２ａの作動回転数を制御するので、安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となる。
【００８４】
即ち、凝縮能力を凝縮器出口圧力Ｐ３として捉えて、この凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ２に対して低い場合、つまり、凝縮能力に余裕がある場合に、膨張機兼圧縮機２１、あるいは冷媒ポンプの作動回転数を増加させるように制御するので、安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となると共に、凝縮器２２での熱バランスを維持しつつ、膨張機兼圧縮機２１での出力を高めることができる。
【００８５】
また、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ２に対して低い場合に、冷却ファン２２ａの作動回転数を減少させるように制御すれば、冷却ファン２２ａに要する駆動用エネルギーを節約して、凝縮器２２での熱バランスを維持しつつ、膨張機兼圧縮機２１での出力を確保することができる。よって、総合効率を向上させることができる。
【００８６】
また、ランキンサイクル３０Ａの定常運転中に、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ４を超えた場合に、ランキンサイクル３０Ａを停止させるようにしている。これは膨張機兼圧縮機２１あるいは凝縮器２２等の異常を凝縮器出口圧力Ｐ３で把握するものであり、この条件下でランキンサイクル３０Ａを停止することで、各構成部品（２１、２２）の破損を未然に防止することができる。
【００８７】
上記各種制御においては、凝縮器出口圧力Ｐ３を検出するのみで安定的なランキンサイクル３０Ａの制御が可能であり、制御に必要とされる検出手段も従来技術のように複数設ける必要がなく、安価な廃熱利用装置２０とすることができる。
【００８８】
また、圧力センサ２２ｂによって得られる凝縮器出口圧力Ｐ３の特性値は、冷凍サイクル２０Ａの制御にも使用するようにしているので、これにより、冷凍サイクル２０Ａ専用に凝縮能力検出用の検出手段を設ける必要がなく、即ち圧力センサ２２ｂをランキンサイクル３０Ａと冷凍サイクル２０Ａとで兼用できるので、廃熱利用装置２０を簡素で安価にすることができる。
【００８９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対してランキンサイクル３０Ａの起動時制御の内容を変更したものである。
【００９０】
具体的には、図２で説明した制御フローの途中に、ステップＳ１２５、Ｓ１３５を追加したものとしている。即ち、制御装置４０は、ステップＳ１２０で凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ１以下であると判定（ＮＯの判定）すると、ステップＳ１２５でタイマをリセットして、ステップＳ１３０で冷凍サイクル２０Ａを作動させる。そして、ステップＳ１３５で、タイマによって計時される冷凍サイクル２０Ａの作動時間ｔが予め定めた設定値ｔＤを過ぎると、ステップＳ１４０でランキンサイクル３０Ａを起動させるようにしている。
【００９１】
ここでは、冷凍サイクル２０Ａの作動によって凝縮器２２に液相冷媒が充分に溜まり得る時間を設定値ｔＤとしており、これにより、ランキンサイクル３０Ａを起動させる時に、冷媒ポンプ３３が気相冷媒を吸引してキャビテーションを起すことを防止できるので、上記第１実施形態と同様に起動時における安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となる。
【００９２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対してランキンサイクル３０Ａの通常運転時制御の内容を変更したものである。
【００９３】
図８に示すように、制御装置４０は、ランキンサイクル３０Ａを起動させた後に、ステップＳ２００で圧力センサ２２ｂから得られる凝縮器出口圧力Ｐ３を読込み、ステップＳ２１０Ａで、読込んだ凝縮器出口圧力Ｐ３が、予め定めた設定値（本実施形態における第３所定値に対応）Ｐ３Ｄ３（例えば１．０ＭＰａ）より低いと判定した時に、ステップＳ２５０で膨張機兼圧縮機２１あるいは／および冷媒ポンプ３３の作動回転数を所定量増加させる。
【００９４】
ここで、設定値Ｐ３Ｄ３は、ランキンサイクル３０Ａの作動において、膨張機兼圧縮機２１で得られる駆動力が最適（最大）となる時の低圧側の圧力条件として定めた値である。即ち、ステップＳ２１０Ａ、Ｓ２５０での処理は、凝縮器出口圧力Ｐ３が低く、凝縮器２２における凝縮能力に余裕があると判定される場合には、膨張機兼圧縮機２１の吐出冷媒流量を増加させて、膨張機兼圧縮機２１から得られる駆動力（発電機兼電動機２１ｂでの発電量）を積極的に増加させる、あるいは／および冷媒ポンプ３３によって冷媒循環量を増加させるように制御するものである。ステップＳ２５０の処置により凝縮器出口圧力Ｐ３は、上昇しながら設定値Ｐ３Ｄ３に収束していく。尚、設定値Ｐ３Ｄ３は、実質的には第１実施形態の図３〜図５で使用した設定値Ｐ３Ｄ２と同一の値としても良い。
【００９５】
ステップＳ２１０Ａで否定判定（凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ３以上と判定）した時、およびステップＳ２５０の処理をした後に、ステップＳ２６０で凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ３より高くなったか否かを判定し、依然として低い場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２００に戻り、上記制御を繰返す。しかし、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ３より高くなったと判定すると、ステップＳ２７０で冷却ファン２２ａの作動回転数を所定量増加させる。これはステップＳ２５０の処理によって、凝縮器２２での凝縮能力がオーバーワーク側に至り、上昇しすぎた凝縮器出口圧力Ｐ３に対して、凝縮器２２に対する冷却風量を増加させることで、凝縮器出口圧力Ｐ３を低下させるものである。
【００９６】
そして、ステップＳ２８０で再度ステップＳ２６０と同一内容の判定を行い、依然として凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ３より高い場合は、更にステップＳ２９０で膨張機兼圧縮機２１あるいは／および冷媒ポンプ３３の作動回転数を所定量減少させる。これは凝縮器出口圧力Ｐ３を低下させるために、膨張機兼圧縮機２１の吐出冷媒流量を減少させて、膨張機兼圧縮機２１から得られる駆動力（発電機兼電動機２１ｂでの発電量）を減少させる、あるいは／および冷媒ポンプ３３によって冷媒循環量を減少させるように制御するものである。ステップＳ２７０、Ｓ２９０の処置により凝縮器出口圧力Ｐ３は、下降しながら設定値Ｐ３Ｄ３に収束していく。尚、ステップＳ２８０で否と判定するとステップＳ２００に戻る。
【００９７】
これにより、凝縮器出口圧力Ｐ３が設定値Ｐ３Ｄ３となるように安定化させて、安定したランキンサイクル３０Ａの運転が可能となる。また、設定値Ｐ３Ｄ３の与え方により、ランキン効率が最大となる運転が可能となる。
【００９８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、ランキンサイクル３０Ａ、および冷凍サイクル２０Ａの構成を変更したものである。
【００９９】
具体的には、膨張機兼圧縮機２１を専用の膨張機２１Ａと、専用の圧縮機２１Ｂとして、各サイクル３０Ａ、２０Ａ内に配設している。膨張機２１Ａには、発電機兼電動機２１ｂに加えてポンプ部３３ａを接続している。よって、膨張機２１Ａとポンプ部３３ａの作動回転数は、共に発電機兼電動機２１ｂによって調整されるようにしている。また、圧縮機２１Ｂはエンジン１０の駆動力によって駆動されるものとしている。
【０１００】
ランキンサイクル３０Ａの低圧側圧力は、凝縮器２２と気液分離器２３との間に設けた圧力センサ２２ｂによって検出されるようにしており、制御装置４０は上記第１〜第３実施形態と同様に圧力センサ２２ｂによって得られる凝縮器出口圧力Ｐ３に基づいて、発電機兼電動機２１ｂ（膨張機２１Ａ、ポンプ部３３ａ）、冷却ファン２２ａを制御するようにしている。
【０１０１】
これにより、本実施形態の廃熱利用装置２０においては、上記第１実施形態に対して、弁機構２１ａ、逆止弁２５ｂ、３１ａ、３２ａ、開閉弁３５、モータ部３３ｂを不要として、ランキンサイクル３０Ａの単独運転、冷凍サイクル２０Ａの単独運転、ランキンサイクル３０Ａと冷凍サイクル２０Ａの同時運転を可能とすることができる。
【０１０２】
更に、ランキンサイクル３０Ａの運転時は、起動時制御、通常運転時制御、異常時制御を行うことで、上記第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、廃熱利用装置２０として、ランキンサイクル３０Ａに冷凍サイクル２０Ａを備えるものとして説明したが、図１０に示すように、ランキンサイクル３０Ａのみを備えるものとしても良い。
【０１０４】
また、ランキンサイクル３０Ａの制御にあたっては、いわゆるフィードバック制御として凝縮器出口圧力Ｐ３が各設定値（Ｐ３Ｄ１〜４）に収束するようにしたが、例えば凝縮器出口圧力Ｐ３に加えて車両側の条件（外気温度や車速等）も加えて、これら条件が変化しても常に凝縮器２２での凝縮能力があるべき能力となるように、フィードフォワード制御として膨張機兼圧縮機２１（膨張機２１Ａ）、冷媒ポンプ３３（ポンプ部３３ａ）、冷却ファン２２ａ等を制御するようにしても良い。
【０１０５】
また、ランキンサイクル３０Ａの制御において低圧側圧力として、凝縮器出口圧力Ｐ３を用いるようにしたが、凝縮器２２の冷媒入口側となる凝縮器入口圧力を用いるようにしても良い。更には、圧力に代えて、それに相関する温度（低圧側温度）を検出して、その温度値を用いた制御としても良い。
【０１０６】
また、膨張機兼圧縮機２１で回収した駆動力で発電機兼電動機２１ｂを作動させて、電気エネルギーとしてバッテリに蓄えるようにしたが、フライホイールによる運動エネルギー、またはバネによる弾性エネルギー等の機械的エネルギーとして蓄えても良い。
【０１０７】
また、加熱器３４に廃熱を与える発熱機器としては、エンジン（内燃機関）１０に限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。その場合、加熱器３４に対する加熱源は、各種廃熱機器の冷却用の流体となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】第１実施形態における車両用廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態におけるランキンサイクル起動時制御のフローチャートである。
【図３】第１実施形態におけるランキンサイクル通常運転時制御のフローチャートである（膨張機制御）。
【図４】第１実施形態におけるランキンサイクル通常運転時制御のフローチャートである（冷媒ポンプ制御）。
【図５】第１実施形態におけるランキンサイクル通常運転時制御のフローチャートである（冷却ファン制御）。
【図６】第１実施形態におけるランキンサイクル異常時制御のフローチャートである。
【図７】第２実施形態におけるランキンサイクル起動時制御のフローチャートである。
【図８】第３実施形態におけるランキンサイクル通常運転時制御のフローチャートである。
【図９】第４実施形態における車両用廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。
【図１０】その他の実施形態における車両用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】
【０１０９】
１０  エンジン（発熱機器）
２０  車両用廃熱利用装置
２０Ａ  冷凍サイクル
２１  膨張機兼圧縮機（膨張機）
２１ｂ  発電機兼電動機（発電機）
２２  凝縮器
２２ａ  冷却ファン（送風機）
２２ｂ  圧力センサ（高圧側圧力検出手段）
３０Ａ  ランキンサイクル
３３  冷媒ポンプ（ポンプ）
３４  加熱器
４０  制御装置（制御手段）
【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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