(57)【要約】【課題】過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定し、判定した不良に対応する適切な改善処理を実行することができる廃熱回収装置を提供する。【解決手段】廃熱回収システム１は、システムの回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量とに基づいて、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定する第１不良判定手段と、第１判定手段が不良と判定した場合に、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理を実行する第１改善処理実行手段と、第１改善処理実行手段が処理を実行した後のシステムの回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量とに基づいて、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定する第２不良判定手段と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を内燃機関の廃熱と熱交換させて蒸気化させる過熱器を有する廃熱回収装置であって、
前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第１不良判定手段と、
前記第１判定手段が不良と判定した場合に、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理を実行する第１改善処理実行手段と、
前記第１改善処理実行手段が処理を実行した後の前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第２不良判定手段と、
を備えることを特徴とする廃熱回収装置。
【請求項２】
前記第１改善処理実行手段は、作動流体を加熱すること、前記過熱器の内部の圧力を低下させること、のいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記第１不良判定手段および前記第２不良判定手段は、前記廃熱回収装置の回収熱量および表面放熱量と前記内燃機関の排ガス熱量とに基づいて、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定することを特徴とする請求項１または２記載の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記第２判定手段が不良と判定した場合に、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理であって、かつ前記第１改善処理実行手段とは異なった処理を実行する第２改善処理実行手段と、
前記第２改善処理実行手段が処理を実行した後の前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第３不良判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記第２改善処理実行手段は、作動流体を加熱すること、前記過熱器の内部の圧力を低下させること、のいずれか一方であることを特徴とする請求項４記載の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記第３不良判定手段は、前記廃熱回収装置の回収熱量および表面放熱量と前記内燃機関の排ガス熱量とに基づいて、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定することを特徴とする請求項４または５記載の廃熱回収装置。
【請求項７】
前記第３不良判定手段が不良と判定した場合に、前記内燃機関のユーザに対して前記過熱器の故障を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載の廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の稼動に伴う廃熱を作動流体を介して回収する廃熱回収装置が知られている。このような廃熱回収装置としては、内燃機関から排出される排ガスの熱により廃熱回収装置の作動流体を蒸気化させる蒸発器（過熱器）を備えた構成が広く採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、過熱器にて蒸気化された作動流体と内燃機関の冷却水とを熱交換させることでエンジン廃熱の回収効率を向上させる技術が開示されている。
【０００４】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２および３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５６３１５号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４３７９号公報
【特許文献３】特開２００５−１１７８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような廃熱回収装置では、例えば「装置内の作動流体の凍結」、「過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」、「過熱器の故障」等による不良が発生すると、作動流体が適切に蒸発できずに廃熱の回収効率が低下する。そのため、廃熱回収装置の過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定することが求められている。加えて、発生した不良に対する適切な改善処理を実行できるように、過熱器における作動流体の蒸気化不良の原因を特定することが求められている。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定しつつ、不良の原因を特定することができる廃熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、作動流体を内燃機関の廃熱と熱交換させて蒸気化させる過熱器を有する廃熱回収装置であって、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第１不良判定手段と、前記第１判定手段が不良と判定した場合に、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理を実行する第１改善処理実行手段と、前記第１改善処理実行手段が処理を実行した後の前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第２不良判定手段と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定しつつ、不良の原因を特定することができる。
【０００９】
特に、本発明の廃熱回収装置は、前記第１改善処理実行手段が、作動流体を加熱すること、前記過熱器の内部の圧力を低下させること、のいずれか一方である構成とすることができる。
上記の構成により、過熱器における作動流体の蒸気化不良の原因が、システム内の作動流体の凍結であるか、または過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇であるかを特定することができる。
【００１０】
また、本発明の廃熱回収装置は、前記第１不良判定手段および前記第２不良判定手段が、前記廃熱回収装置の回収熱量および表面放熱量と前記内燃機関の排ガス熱量とに基づいて、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する構成とすることができる。
上記の構成により、新たなセンサ等を設けることなく過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定することができる。
【００１１】
そして、本発明の廃熱回収装置は、前記第２判定手段が不良と判定した場合に、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理であって、かつ前記第１改善処理実行手段とは異なった処理を実行する第２改善処理実行手段と、前記第２改善処理実行手段が処理を実行した後の前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第３不良判定手段と、を備える構成とすることができる。
上記の構成により、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定しつつ、不良の原因をより詳細に特定することができる。
【００１２】
更に、本発明の廃熱回収装置は、前記第２改善処理実行手段が、作動流体を加熱すること、前記過熱器の内部の圧力を低下させること、のいずれか一方である構成とすることができる。
上記の構成により、過熱器における作動流体の蒸気化不良の原因が、システム内の作動流体の凍結であるか、過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇であるか、または過熱器の故障であるか、を特定することができる。
【００１３】
また、本発明の廃熱回収装置は、前記第３不良判定手段が、前記廃熱回収装置の回収熱量および表面放熱量と前記内燃機関の排ガス熱量とに基づいて、前記過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する構成とすることができる。
上記の構成により、新たなセンサ等を設けることなく過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定することができる。
【００１４】
そして、本発明の廃熱回収装置は、前記第３不良判定手段が不良と判定した場合に、前記内燃機関のユーザに対して前記過熱器の故障を報知する報知手段を備える構成とすることができる。
上記の構成により、過熱器における作動流体の蒸気化不良の原因が過熱器の故障であると特定した場合に、その旨を内燃機関のユーザに対して報知して過熱器の修理を促すことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の廃熱回収装置によれば、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定しつつ、不良の原因を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の廃熱回収システムの一構成例を示した図である。
【図２】過熱器の概略構成を示した図である。
【図３】液溜タンクと作動流体循環流路との接続部分の概略構成を示した図である。
【図４】実施例の廃熱回収システムの過熱器における冷媒の蒸気化の不良の判定手法を示している。
【図５】ＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の廃熱回収装置を備えた廃熱回収システム１の一構成例を示した図である。
【００１９】
図１に示す廃熱回収システム１は、常温において液体である作動流体をエンジン５０の廃熱と熱交換させて蒸気化した後に、蒸気化した作動流体の熱を回収して液化させる蒸気ループシステムを形成している。廃熱回収システム１は、エンジン５０の排気通路５０１に組み付けられた過熱器８を備えており、作動流体循環流路３を介して過熱器８と連通するヒータコア１０を備えている。また、廃熱回収システム１は、システムの運転動作を総括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０を備えている。そして、廃熱回収システム１は、作動流体循環流路３の途中に液溜タンク１４、第１制御弁１４３および第２制御弁１４４を備えている。
【００２０】
エンジン５０は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンはそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。
エンジン５０には、作動流体循環流路３が接続されている。作動流体循環流路３の他方は過熱器８と接続しており、これによってエンジン５０と過熱器８とを作動流体が循環するサイクルが形成されている。作動流体は、過熱器８を循環する間にエンジン５０の排気通路５０１を流通する排ガスと熱交換されることで蒸気化する。そして、蒸気化した作動流体は、作動流体循環流路３を介してエンジン５０に到達し、エンジン５０の一部分を局所的に暖機する。エンジン５０との熱交換によって冷却された作動流体は液体に戻り、作動流体循環流路３を介して過熱器８に戻される。すなわち、エンジン５０は作動流体の凝縮器として機能する。エンジン５０は、その出力を調整して排ガス熱量を変更することで、過熱器８における蒸気化の効率を調整し、システム経路内を循環する作動流体の蒸気の圧力を調整する。
なお、エンジン５０は、本発明の第２改善処理実行手段の一構成例である。
【００２１】
過熱器８は、エンジン５０の排気浄化触媒の下流側の排気通路５０１に設置された蒸気発生器である。図２は、過熱器８の概略構成を示した図である。過熱器８は、その内部を作動流体が循環しており、過熱器８を通過する排ガスと作動流体とが熱交換される構成となっている。本実施例の作動流体としては水を用いるが、エンジン冷却水と同様のＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）を用いてもよいし、その他の流体を使用してもよい。過熱器８には、作動流体循環流路３が接続されている。作動流体循環流路３の他方はエンジン５０およびヒータコア１０と接続しており、それによって過熱器８とエンジン５０およびヒータコア１０とを作動流体が循環するサイクルが形成されている。
【００２２】
ヒータコア１０は、過熱器８を通過して蒸気化した作動流体の熱によってエンジン５０を搭載する車両の車内に導入される空気（空調空気）を加熱する。すなわち、ヒータコア１０は、ブロワによって送風される空調空気を蒸気化した作動流体と熱交換させることによってエネルギ回収を行う構成である。ヒータコア１０において空調空気と熱交換された作動流体は液体に戻り、作動流体循環流路３を介して過熱器８に戻される。すなわち、ヒータコア１０は作動流体の凝縮器として機能する。ヒータコア１０には、温度センサ１０１および風量センサ１０２が設置されており、それぞれヒータコア１０の温度およびブロワの風量を検出し、ＥＣＵ３０に送信する。ＥＣＵ３０は、受信した温度センサ１０１および風量センサ１０２の検出結果から廃熱回収システム１の回収熱量を認識する。
【００２３】
液溜タンク１４は、過熱器８からエンジン５０へ向かう作動流体が流通する作動流体循環流路３の途中に分岐して設けられている。液溜タンク１４は、作動流体循環流路３を流通する蒸気化した作動流体を内部に取り込み、取り込んだ作動流体を凝縮し液化させて貯留する構成である。
なお、液溜タンク１４は、本発明の第２改善処理実行手段（または第１改善処理実行手段）の一構成例である。
【００２４】
液溜タンク１４と作動流体循環流路３との接続部分は第１接続部１４１と第２接続部１４２とを有しており、それぞれに第１制御弁１４３と第２制御弁１４４とが設けられている。図３は、液溜タンク１４と作動流体循環流路３との接続部分の概略構成を示した図である。第１接続部１４１は第２接続部１４２よりも上方側に設けられている。第１制御弁１４３および第２制御弁１４４は、弾性部材（例えばつる巻きバネ）の付勢力によってそれぞれ第１接続部１４１および第２接続部１４２を閉鎖する方向に付勢されている。また、第１制御弁１４３の閉弁方向への付勢力が第２制御弁１４４の閉弁方向への付勢力よりも大きく設定されている。
【００２５】
第１制御弁１４３および第２制御弁１４４の開閉挙動について説明する。作動流体循環流路３を流通する作動流体の蒸気の圧力が上昇し弾性部材の付勢力を上回ると、第１制御弁１４３および第２制御弁１４４が第１接続部１４１および第２接続部１４２を開放する方向に移動する。これによって作動流体循環流路３と液溜タンク１４とが連通し、作動流体循環流路３を流通する蒸気が液溜タンク１４に流入する（図３（ａ）参照）。液溜タンク１４に流入した蒸気は凝縮して液化し、液溜タンク１４に貯留される。そして、作動流体循環流路３を流通する蒸気の圧力が低下して第１制御弁１４３の弾性部材の付勢力を下回ると、第１制御弁１４３が第１接続部１４１を閉鎖する方向に移動する（図３（ｂ）参照）。すると、液溜タンク１４に貯留された液化した作動流体が第２接続部１４２を通じて作動流体循環流路３へ流出する。作動流体循環流路３を流通する蒸気の圧力が更に低下して所定の圧力を下回ると、第２制御弁１４４が第２接続部１４２を閉鎖する方向に移動し（図３（ｃ）参照）、作動流体循環流路３への作動流体の流出が停止する。このような制御弁の開閉挙動によって、廃熱回収システム１を循環する作動流体が所定の量に調整されることで、作動流体循環流路３の内圧が所定の圧力以下に減圧される。この場合、第１制御弁１４３の弾性部材の付勢力を調整することで、システム経路内を循環する作動流体の量を任意に調節することができる。
なお、第１制御弁１４３および第２制御弁１４４は、本発明の第２改善処理実行手段（または第１改善処理実行手段）の一構成例である。
【００２６】
作動流体が循環する作動流体循環流路３には熱線ヒータ１９が設けられている。熱線ヒータ１９は、具体的には、エンジン５０およびヒータコア１０にて熱交換されて液化した作動流体が過熱器８に戻る側（液体ライン）の作動流体循環流路３に設けられている。熱線ヒータ１９は、作動流体循環流路３の液体ラインの外表面に巻きつけられており、後述するＥＣＵ３０の指令に基づいて発熱し、作動流体循環流路３に存在する作動流体を外部側から加熱する。この場合、熱線ヒータ１９は、作動流体循環流路３の液体ラインの外表面に巻きつけられる構成に限られず、液体ラインの外表面に貼り付ける構成や、作動流体循環流路３の液体ラインの内部側に設ける構成であってもよい。また、熱線ヒータ１９を設置する位置は前述の部分に限られず、システム経路内の放熱の大きい任意の位置に設けることができる。
なお、熱線ヒータ１９は、本発明の第１改善処理実行手段および第２改善処理実行手段の一構成例である。
【００２７】
廃熱回収システム１は、外気温センサ２１を備えている。外気温センサ２１は、システム外部の気温を検出し、検出結果を後述するＥＣＵ３０へ送信する。また、廃熱回収システム１は、室内温センサ２２を備えている。室内温センサ２２は、システムを搭載する車両の室内の温度を検出し、検出結果を後述するＥＣＵ３０へ送信する。ＥＣＵ３０は、受信した外気温センサ２１および室内温センサ２２の検出結果からシステム外部の気温および室内温度を認識する。
【００２８】
上記に加えて、廃熱回収システム１は、システムの運転動作を総括的に制御するＥＣＵ３０を備えている。ＥＣＵ３０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。本実施例のＥＣＵ３０は、エンジン５０の運転動作を統合的に制御するＥＣＵと兼ねているが、別途設けてもよい。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、廃熱回収システム１の過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定し、判定結果に基づいて不良の改善処理を実行させる。そして、ＥＣＵ３０は、改善処理の実行後の過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定することで、不良の原因を特定する制御を実行する。以下に、ＥＣＵ３０が実行する廃熱回収システム１の制御について説明する。
【００３０】
まず、ＥＣＵ３０は、エンジン５０の運転中（イグニッションスイッチＯＮ中）に廃熱回収システム１の回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量とを算出する。具体的には、ＥＣＵ３０は、温度センサ１０１が検出するヒータコア１０の温度、風量センサ１０２が検出するブロワの風量、および室内温センサ２２が検出する車両の室内温度から廃熱回収システム１の回収熱量を算出する。この場合、ヒータコア１０の温度、ブロワの風量および室内温度とシステムの回収熱量との相関関係を予め台上試験等にて確認してマップを作成し、ＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶させておくことで、システムの回収熱量を簡易かつ迅速に算出することができる。また、ＥＣＵ３０は、廃熱回収システム１の回収熱量および外気温センサ２１が検出するシステム外部の気温から、廃熱回収システム１の表面放熱量を算出する。そして、ＥＣＵ３０は、エンジン５０のクランク角センサ等の検出結果から認識したエンジン５０の出力（回転数、負荷）から、エンジン５０の排ガス熱量を算出する。システムの表面放熱量およびエンジン５０の排ガス熱量についても、予め台上試験等でマップを作成しておくことによって簡易かつ迅速に算出することができる。
【００３１】
つづいて、ＥＣＵ３０は、算出した回収熱量、表面放熱量および排ガス熱量に基づいて過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定する制御（第１不良判定）を実行する。具体的には、ＥＣＵ３０は、例えば以下の（１）式に基づいて廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）を算出する。
［廃熱回収システムの現状値の算出式］
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（Ｑｋａｉ：システム回収熱量，Ｑｓ：システム表面放熱量，Ｑｅｘ：エンジン排ガス熱量）
ＥＣＵ３０は、上記（１）から算出したηｂ値と、廃熱回収システム１の過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われているときに上記（１）式から算出した正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。この場合、正常値ηａ値は、予め台上試験等で求めた値をＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶させておくことができる。そして、ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値未満である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、制御の処理を終了する。一方、ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値以上である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定する。ここで、不良判定のための所定のしきい値は、安全率やその他の影響を加味した任意の値を適用することができるが、ゼロ（０）値を適用してもよい。
【００３２】
ＥＣＵ３０は、第１不良判定において過熱器８における作動流体の蒸気化が不良であると判定した場合に、不良を改善するための処理（第１改善処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ３０は、熱線ヒータ１９に発熱するよう指令し、システム経路内の作動流体を加熱させることで、「システム経路内の作動流体の凍結」に基づく不良を改善する制御を実行する。ＥＣＵ３０は、熱線ヒータ１９の発熱ＯＮから所定時間が経過すると「システム経路内の作動流体の凍結」が改善されたと判断し、熱線ヒータ１９に発熱ＯＦＦを指令する。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、第１改善処理を実行した後に、再び過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定する制御（第２不良判定）を実行する。具体的には、ＥＣＵ３０は、第１改善処理を実行した後の廃熱回収システム１の回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量とを算出する。そして、ＥＣＵ３０は、上記（１）式から廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）を算出し、予め求めた正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値未満である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、不良の原因を「システム経路内の作動流体の凍結」であると特定して制御の処理を終了する。一方、ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値以上である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定する。
【００３４】
ＥＣＵ３０は、第２不良判定において過熱器８における作動流体の蒸気化が不良であると判定した場合に、不良を改善するための処理であって第１改善処理とは異なった処理（第２改善処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン５０に出力向上を指令しつつ、熱線ヒータ１９に発熱を指令し、システム経路内（過熱器８内部）の圧力を低下させることで、「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」に基づく不良を改善する制御を実行する。
【００３５】
本実施例における過熱器８の内部の圧力を低下させる制御の１例について説明する。まず、ＥＣＵ３０は、エンジン５０に出力向上を指令し、エンジン５０の排ガス熱量を増大させて過熱器８における作動流体の蒸気化を促進する。あわせて、ＥＣＵ３０は、ヒータコア１０に発熱を指令し、作動流体循環流路３の液体ラインを流通する作動流体を加熱して蒸気化させる。これによって、システム経路内の蒸気の圧力を増大させる。システム経路内の蒸気の圧力が増大すると、第１制御弁１４３および第２制御弁１４４が第１接続部１４１および第２接続部１４２を開放する方向に移動し、作動流体循環流路３を流通する蒸気および気体が液溜タンク１４内に流入する（図３（ａ）参照）。つづいて、ＥＣＵ３０は、エンジン５０の出力向上を停止するよう指令しつつ、ヒータコア１０に発熱を停止するよう指令することで、システム経路内の蒸気の圧力を低下させる。システム経路内の蒸気の圧力が低下すると、第１制御弁１４３が第１接続部１４１を閉鎖する方向に移動し（図３（ｂ）参照）、液溜タンク１４内に貯留された作動流体が作動流体循環流路３へ流出する。システム経路内の蒸気の圧力が更に低下すると、第２制御弁１４４が第２接続部１４２を閉鎖する方向に移動し（図３（ｃ）参照）、作動流体循環流路３への作動流体の流出が停止する。これによって、システム経路内を循環する作動流体が所定の量に調整されるために、システム経路内が所定の圧力以下に減圧される。すなわち、エンジン５０の出力を向上させて排ガス熱量を増大させる、または熱線ヒータ１９を発熱させて作動流体循環流路３を流通する作動流体を加熱して蒸気化させることで、過熱器８の内部の圧力を低下させることができる。
この場合、ＥＣＵ３０は、過熱器８の内部の圧力を低下させるためにエンジン５０への出力向上、ヒータコア１０への発熱、のいずれか一方を指令してもよい。また、過熱器８の内部の圧力を低下させる制御は上記に限定されない。例えば、システム経路内を減圧するポンプを備える構成であれば、ポンプの駆動をＯＮすることで過熱器８の内部の圧力を低下させてもよい。
【００３６】
ＥＣＵ３０は、第２改善処理を実行した後に、再び過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を判定する制御（第３不良判定）を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、上述の第１および第２不良判定と同様に、第２改善処理を実行した後の廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）と予め求めた正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。そして、ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値未満である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、不良の原因を「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」であると特定して制御の処理を終了する。一方、ＥＣＵ３０は、求めた差分θが所定のしきい値以上である場合、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定する。
【００３７】
ＥＣＵ３０は、第３不良判定において過熱器８における作動流体の蒸気化が不良であると判定した場合に、不良の原因を「過熱器８の故障」であると特定する。つづいて、ＥＣＵ３０は、「過熱器８の故障」に対応する異常表示灯（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ，以下、ＭＩＬと略記する）を点灯させて、エンジン５０を搭載する車両のユーザへ「過熱器８の故障」を報知し、制御の処理を終了する。この場合、報知手段はＭＩＬの点灯に限られず、音声等の他の手法によってユーザに故障を報知してもよい。
ＥＣＵ３０は、車両のイグニッションスイッチがＯＮの間、上記の制御を繰り返す。
【００３８】
内燃機関に設けられた廃熱回収装置システムでは、過熱器において排ガスの廃熱と作動流体とを熱交換させて蒸気化させることで、エネルギ回収率を高効率化している。そのため、過熱器における作動流体の蒸気化の異常不良が発生するとエンジン廃熱の回収効率が大幅に低下してしまうことから、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を迅速に判定しつつ、適切な改善処理を実行することが求められている。しかしながら、過熱器における作動流体の蒸気化の不良原因は、例えば「システム内の作動流体の凍結」、「過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」、「過熱器の故障」等がある。よって、異常不良に対する適切な改善処理を実行するために、過熱器における作動流体の蒸気化の不良の原因を特定することが要求されている。
【００３９】
そこで、本実施例の廃熱回収システム１は、廃熱回収システム１の回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量に基づき第１〜第３不良判定制御を実行することで、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定することができる。そして、第１〜第３不良判定、および第１〜第２改善処理の制御を実行することで、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良の原因が、「システム内の作動流体の凍結」、「過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」、「過熱器の故障」のいずれであるかを特定することができる。
【００４０】
また、本実施例の廃熱回収システム１は、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良の判定に用いる回収熱量、表面放熱量、およびエンジン５０の排ガス熱量を、新たなセンサ等を設けることなく既存の設備から求めることができる。よって、システムコストの向上を抑制することができる。
【００４１】
なお、本実施例ではより発生頻度が高い「システム経路内の作動流体の凍結」に基づく不良を改善する処理を第１改善処理とし、「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」に基づく不良を改善する処理を第２改善処理としたが、これに限定されない。すなわち、内燃機関の使用環境等に応じて、「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」に基づく不良を改善する処理を第１改善処理とし、「システム経路内の作動流体の凍結」に基づく不良を改善する処理を第２改善処理としてもよい。また、本実施例では第１〜第３不良判定を実行したが、第１および第２不良判定を実行する構成であってもよい。この場合、第２不良判定の後にユーザへ「過熱器８の故障」を報知することができる。
なお、ＥＣＵ３０は、本発明の第１不良判定手段、第２不良判定手段、第３不良判定手段、および報知手段の一構成例である。
【００４２】
つづいて、ＥＣＵ３０の制御の流れに沿って、廃熱回収システム１の動作を説明する。図５は、ＥＣＵ３０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例の廃熱回収システム１は、廃熱回収システム１の回収熱量および表面放熱量とエンジン５０の排ガス熱量に基づき第１〜第３不良判定を実行しつつ、第１〜第２改善処理を実行することで、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良の原因を特定する制御を実行する。
【００４３】
ＥＣＵ３０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン５０が始動されると開始し、エンジン５０の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、ＥＣＵ３０は、その制御の処理中、温度センサ１０１、風量センサ１０２、外気温センサ２１の検出結果を常に受信する。
【００４４】
まず、ＥＣＵ３０はステップＳ１で、上記（１）式から算出した廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）と、予め求めた正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。ＥＣＵ３０は、ステップＳ１の処理を終えると、次のステップＳ２へ進む。
【００４５】
ステップＳ２で、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１で算出した差分θが所定のしきい値以上であるか否かを判定する第１不良判定を実行する。なお、所定のしきい値については上述したために、その詳細な説明は省略する。差分θが所定のしきい値以上でない（しきい値未満である）場合（ステップＳ２／ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、制御の処理を終了する。差分θが所定のしきい値以上である場合（ステップＳ２／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定し、次のステップＳ３へ進む。
【００４６】
ステップＳ３で、ＥＣＵ３０は、熱線ヒータ１９に発熱するよう指令し、システム経路内の作動流体を加熱することで、「システム経路内の作動流体の凍結」に基づく不良を改善する制御（第１改善処理）を実行する。ＥＣＵ３０は、ステップＳ３の処理を終えると、次のステップＳ４へ進む。
【００４７】
ステップＳ４で、ＥＣＵ３０は、上記（１）式から第１改善処理の実行後の廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）を算出し、予め求めた正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。ＥＣＵ３０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。
【００４８】
ステップＳ５で、ＥＣＵ３０は、ステップＳ４で算出した差分θが所定のしきい値以上であるか否かを判定する第２不良判定を実行する。差分θが所定のしきい値以上でない（しきい値未満である）場合（ステップＳ５／ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、不良の原因を「システム経路内の作動流体の凍結」であると特定して制御の処理を終了する。差分θが所定のしきい値以上である場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定し、次のステップＳ６へ進む。
【００４９】
ステップＳ６で、ＥＣＵ３０は、エンジン５０および熱線ヒータ１９に指令し、過熱器８の内部の圧力を低下させることで、「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」に基づく不良を改善する制御（第２改善処理）を実行する。なお、第２改善処理の制御内容については上述したために、その詳細な説明は省略する。ＥＣＵ３０は、ステップＳ６の処理を終えると、次のステップＳ７へ進む。
【００５０】
ステップＳ７で、ＥＣＵ３０は、上記（１）式から第２改善処理の実行後の廃熱回収システム１の現状値（ηｂ値）を算出し、予め求めた正常値（ηａ値）との差分（｜ηａ−ηｂ｜＝θ）を算出する（図４参照）。ＥＣＵ３０は、ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。
【００５１】
ステップＳ８で、ＥＣＵ３０は、ステップＳ７で算出した差分θが所定のしきい値以上であるか否かを判定する第３不良判定を実行する。差分θが所定のしきい値以上でない（しきい値未満である）場合（ステップＳ８／ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われている（すなわち不良でない）と判定し、不良の原因を「過熱器８の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」であると特定して制御の処理を終了する。差分θが所定のしきい値以上である場合（ステップＳ８／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化が正常に行われていない（すなわち不良である）と判定し、次のステップＳ９へ進む。
【００５２】
ステップＳ９で、ＥＣＵ３０は、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良の原因を「過熱器８の故障」であると特定する。つづいて、ＥＣＵ３０は、「過熱器８の故障」に対応するＭＩＬを点灯させて、エンジン５０を搭載する車両のユーザへ「過熱器８の故障」を報知する。ＥＣＵ３０は、ステップＳ９の処理を終えると、制御の処理を終了する。
【００５３】
上記の制御を実行することで、廃熱回収システム１の過熱器８における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定することができる。更に、過熱器８における作動流体の蒸気化の不良の原因が、「システム内の作動流体の凍結」、「過熱器の内部圧力の上昇に伴う作動流体の沸点上昇」、「過熱器の故障」のいずれであるかを特定することができる。
【００５４】
以上のように、本実施例の廃熱回収システムは、廃熱回収システムの回収熱量および表面放熱量とエンジンの排ガス熱量とに基づいて、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第１不良判定手段と、第１判定手段が不良と判定した場合に、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理を実行する第１改善処理実行手段と、第１改善処理実行手段が処理を実行した後の廃熱回収システムの回収熱量および表面放熱量とエンジンの排ガス熱量とに基づいて、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第２不良判定手段と、を備えることで、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を簡易かつ迅速に判定しつつ、不良の原因を特定することができる。
【００５５】
更に、本実施例の廃熱回収システムは、第２判定手段が不良と判定した場合に、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を改善する処理であって、かつ第１改善処理実行手段とは異なった処理を実行する第２改善処理実行手段と、第２改善処理実行手段が処理を実行した後の廃熱回収システムの回収熱量および表面放熱量とエンジンの排ガス熱量とに基づいて、過熱器における作動流体の蒸気化の不良を判定する第３不良判定手段と、を備えることで、過熱器における作動流体の蒸気化の不良の原因をより詳細に特定することができる。
【００５６】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５７】
例えば、本実施例のヒータコア１０に代えて、蒸気によって回転可能なタービンを有する蒸気タービンを備えることにより、熱エネルギを電気エネルギ等に変換して回収するランキンサイクル（蒸気タービンサイクル）システムに本発明を適用することもできる。
【００５８】
また、メカ式の第１制御弁１４３および第２制御弁１４４に代えて、ＥＣＵ３０の指令に基づき開閉する電子制御弁や逆止弁を設けることで、液溜タンク１４と作動流体循環流路３との接続部分の開閉を制御してもよい。この場合、液溜タンク１４に水位センサを設けて、液溜タンク１４に貯留された作動流体の量に基づき電子制御弁の開閉を制御することが望ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１  廃熱回収システム
３  作動流体循環流路
８  過熱器
１０  ヒータコア
１４  液溜タンク（第２改善処理実行手段）
１９  熱線ヒータ（第１改善処理実行手段，第２改善処理実行手段）
２１  外気温センサ
２２  室内温センサ
３０  ＥＣＵ（第１不良判定手段，第２不良判定手段，第３不良判定手段，報知手段）
５０  エンジン（第２改善処理実行手段）
１０１  温度センサ
１０２  風量センサ
１４１  第１接続部（第２改善処理実行手段）
１４２  第２接続部（第２改善処理実行手段）
１４３  第１制御弁（第２改善処理実行手段）
１４４  第２制御弁（第２改善処理実行手段）
【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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