(57)【要約】【課題】構成を簡素化しつつ、エネルギーの回収と、熱媒体を冷却すべき目標物理量に基づいた熱媒体の冷却とを実現可能な廃熱利用装置を提供する。【解決手段】本発明の廃熱利用装置は、駆動系１に用いられており、ランキンサイクル３と、可変絞り弁５と、コントローラ７とを備えている。駆動系１では、加圧空気をエンジン９に供給可能となっている。ランキンサイクル３は、ボイラ２３や放熱器２７等を有しており、作動流体が流通となっている。また、ランキンサイクル３には、可変絞り弁５等が設けられている。この廃熱利用装置では、例えば加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合、コントローラ７は、開度が減少するように可変絞り弁５を制御する。これにより、放熱器２７における放熱部２７５では、作動流体の凝縮圧力上昇に伴う温度上昇により、作動流体と周囲の空気との温度差が大きくなる。これにより、放熱器２７における作動流体の冷却量が増大する。【選択図】図１
2016040490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えた廃熱利用装置において、
前記駆動系は、内燃機関と、前記内燃機関に接続され、前記内燃機関に対する熱媒体が流通可能な熱媒体流路とを有し、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を流通可能な作動流体流路と、
前記作動流体流路に沿って前記作動流体を循環させるポンプと、
前記ポンプの下流で前記作動流体流路によって接続されるとともに前記熱媒体流路と接続され、前記作動流体と前記熱媒体とで熱交換を行い、前記熱媒体を冷却可能なボイラと、
前記ボイラの下流で前記作動流体流路によって接続され、前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機の下流かつ前記ポンプの上流で前記作動流体流路によって接続され、冷却媒体により前記作動流体の放熱を行う放熱器とを有し、
前記放熱器には、内部に前記作動流体を流入させる流入口と、前記内部から前記作動流体を流出させる流出口と、前記流入口と前記流出口との間に位置する放熱部とが設けられ、
前記流入口と前記ポンプとの間には、自身の上流と下流とで、前記作動流体の圧力差を調整可能な差圧調整手段が設けられ、
前記熱媒体を冷却すべき目標物理量を設定する設定手段と、
前記目標物理量に基づき、前記放熱器における前記作動流体の放熱量が不足する場合に、前記差圧調整手段の上流の前記作動流体の圧力が増加するように前記差圧調整手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記ランキンサイクルは、前記放熱器の下流かつ前記ポンプの上流で前記作動流体流路によって接続され、前記作動流体を気液分離可能な気液分離器を有し、
前記差圧調整手段は前記放熱器と前記気液分離器との間に設けられている請求項１記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記ランキンサイクルは、前記放熱器の下流かつ前記ポンプの上流で前記作動流体流路によって接続され、前記作動流体を過冷却可能な過冷却器を有し、
前記差圧調整手段は前記放熱器と前記過冷却器との間に設けられている請求項１又は２記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記ランキンサイクルは、前記気液分離器の下流かつ前記ポンプの上流で前記作動流体流路によって接続され、前記作動流体を過冷却可能な過冷却器を有する請求項２記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記目標物理量は、前記駆動系が要求する冷却要求量であり、
前記制御手段は、前記冷却要求量が大きい場合、前記差圧調整手段の上流の前記作動流体の圧力が増加するように前記差圧調整手段を制御する請求項１乃至４のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記内燃機関の出力に基づき、前記冷却要求量を設定する請求項５記載の廃熱利用装置。
【請求項７】
前記内燃機関は車両用エンジンであり、
前記設定手段は、車両のアクセル開度又は前記アクセル開度及び前記車両用エンジンの回転数に基づき前記冷却要求量を設定する請求項６記載の廃熱利用装置
【請求項８】
前記設定手段は、前記熱媒体流路又は前記ボイラに設けられ、前記ボイラを流通する前記熱媒体の温度を検出可能な第１温度検出手段を有し、
前記設定手段は、前記第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記冷却要求量を設定する請求項５記載の廃熱利用装置。
【請求項９】
前記設定手段は、前記熱媒体流路に設けられ、前記ボイラから流出した前記熱媒体の温度を検出可能な第２温度検出手段を有し、
前記設定手段は、前記第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記冷却要求量を設定する請求項５記載の廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記設定手段は、前記熱媒体流路又は前記ボイラに設けられ、前記ボイラを流通する前記熱媒体の圧力を検出可能な第１圧力検出手段を有し、
前記設定手段は、前記第１圧力検出手段が検出した検出値に基づき、前記冷却要求量を設定する請求項５記載の廃熱利用装置。
【請求項１１】
前記目標物理量は、前記作動流体が前記熱媒体を冷却可能な冷却可能量であり、
前記制御手段は、前記冷却可能量が小さい場合、前記差圧調整手段の上流の前記作動流体の圧力が増加するように前記差圧調整手段を制御する請求項１乃至４のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
【請求項１２】
前記設定手段は、前記放熱器の前記流出口から前記ボイラにおける前記作動流体の入口までの前記作動流体の温度に基づき、前記冷却可能量を設定する請求項１１記載の廃熱利用装置。
【請求項１３】
前記設定手段は、前記作動流体路に設けられ、前記ボイラに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を有し、
前記設定手段は、前記第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記冷却可能量を設定する請求項１２記載の廃熱利用装置。
【請求項１４】
前記設定手段は、前記作動流体路に設けられ、前記差圧調整手段の下流から前記ポンプの上流までの前記作動流体の圧力を検出可能な第２圧力検出手段を有し、
前記設定手段は、前記第２圧力検出手段が検出した検出値に基づき、前記冷却可能量を設定する請求項１１記載の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の廃熱量装置が開示されている。この廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルと、設定手段と、制御手段とを備えており、車両に搭載されている。駆動系は、内燃機関であるエンジンと、エンジン用の冷却液が循環可能な冷却液回路とを有している。
【０００３】
ランキンサイクルは、作動流体流路、ポンプ、ボイラ、膨張機、放熱器、貯留器、回収路、供給路及び第１、２電磁弁を有している。作動流体流路には作動流体が流通可能となっている。また、貯留器には一定量の作動流体が貯留されている。
【０００４】
ポンプ、ボイラ、膨張機及び放熱器は作動流体流路によって接続されており、作動流体は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び放熱器の順で循環可能である。また、膨張機には発電機が接続されている。
【０００５】
一方、貯留器には回収路及び供給路の各一端側が接続されている。回収路の他端側は、ポンプの上流かつボイラの下流において、作動流体路と接続されている。供給路の他端側は、膨張機の下流かつ放熱器の上流において、作動流体路と接続されている。また、第１電磁弁は回収路に設けられ、第２電磁弁は供給路に設けられている。
【０００６】
この廃熱利用装置では、ボイラにおいて冷却液と作動流体とが熱交換を行うことにより、冷却液の冷却と作動流体の加熱とを行うことが可能である。そして、高温の作動流体が膨張機で膨張及び減圧させる際の圧力エネルギーにより、発電機が作動される。こうして、廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて、作動流体の圧力エネルギーを電力として回収することが可能となっている。
【０００７】
さらに、この廃熱利用装置では、車両のＥＣＵが冷却液に対する冷却要求量を設定する。ここで、冷却液に対する冷却要求量が大きい場合、ＥＣＵは、第１電磁弁を閉制御し、第２開閉弁を開制御する。このため、貯留器に貯留されている作動流体が供給路を経て作動流体流路に流入し、ランキンサイクルにおいて循環する作動流体の流量が増大する。これにより、この廃熱利用装置では、ボイラにおいて冷却液が作動流体に対して好適に放熱を行うことが可能となる。
【０００８】
一方、冷却液に対する冷却要求量が小さい場合、ＥＣＵは、第１電磁弁を開制御し、第２開閉弁を閉制御する。これにより、ランキンサイクルでは、ポンプから吐出された作動流体の一部が回収路を経て貯留器に貯留される。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて循環する作動流体の流量が減少し、ボイラにおいて冷却液が必要以上に冷却されることを抑制できる。
【０００９】
こうして、この廃熱利用装置では、電力の回収を行いつつ、設定した冷却要求量に応じた冷却液の冷却を行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記従来の廃熱利用装置では、ポンプ、ボイラ、膨張機及び放熱器が接続された作動流体流路の回路に対し、貯留器、回収路、供給路及び第１、２電磁弁を別途設ける必要がある。このため、この廃熱利用装置では、構成の複雑化が不可避となっている。
【００１２】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、構成を簡素化しつつ、エネルギーの回収と、好適な熱媒体の冷却とを実現可能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備えた廃熱利用装置において、
前記駆動系は、内燃機関と、前記内燃機関に接続され、前記内燃機関に対する熱媒体が流通可能な熱媒体流路とを有し、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を流通可能な作動流体流路と、
前記作動流体流路に沿って前記作動流体を循環させるポンプと、
前記ポンプの下流で前記作動流体流路によって接続されるとともに前記熱媒体流路と接続され、前記作動流体と前記熱媒体とで熱交換を行い、前記熱媒体を冷却可能なボイラと、
前記ボイラの下流で前記作動流体流路によって接続され、前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機の下流かつ前記ポンプの上流で前記作動流体流路によって接続され、冷却媒体により前記作動流体の放熱を行う放熱器とを有し、
前記放熱器には、内部に前記作動流体を流入させる流入口と、前記内部から前記作動流体を流出させる流出口と、前記流入口と前記流出口との間に位置する放熱部とが設けられ、
前記流入口と前記ポンプとの間には、自身の上流と下流とで、前記作動流体の圧力差を調整可能な差圧調整手段が設けられ、
前記熱媒体を冷却すべき目標物理量を設定する設定手段と、
前記目標物理量に基づき、前記放熱器における前記作動流体の放熱量が不足する場合に、前記差圧調整手段の上流の前記作動流体の圧力が増加するように前記差圧調整手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
本発明の廃熱利用装置では、ボイラにおける熱媒体と作動流体との熱交換により、熱媒体の冷却が可能であるとともに、作動流体の加熱が可能である。そして、ランキンサイクルでは、高温の作動流体が膨張機で膨張及び減圧される際の圧力エネルギーを回収することが可能である。なお、回収可能なエネルギーとしては、例えば、作動流体の圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。
【００１５】
また、この廃熱利用装置では、設定手段が熱媒体を冷却すべき目標物理量を設定する。そして、この目標物理量に基づき、放熱器における作動流体の放熱量が不足、すなわち、放熱器での作動流体の冷却量が不足する場合に、制御手段は、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力が増加するように差圧調整手段を制御する。つまり、差圧調整手段の上流の作動流体と、差圧調整手段の下流の作動流体とにおける圧力差が大きくなるように調整する。これにより、ランキンサイクルでは、膨張機の出口から差圧調整手段までの間において作動流体流路を流通する作動流体の圧力が上昇する。
【００１６】
そして、放熱器の放熱部では、気相の作動流体の放熱を行うコンデンサ領域の他、液相の作動流体の放熱を行うサブクール領域が形成され得る。具体的には、コンデンサ領域では、一定の凝縮温度で作動流体の凝縮潜熱が放熱されることで、気相の作動流体が液化される。こうして、コンデンサ領域における作動流体の放熱が行われる。一方、サブクール領域には、コンデンサ領域を経た液相の作動流体が流入する。そして、この作動流体は、サブクール領域において温度を低下させつつ顕熱が放熱される。こうして、サブクール領域における作動流体の放熱が行われる。
【００１７】
ここで、上記のように差圧調整手段によって作動流体の圧力が上昇、つまり、放熱器内を流通する作動流体の圧力が上昇すれば、作動流体の温度が高温となる。このため、上記のような放熱器での放熱形態においては、コンデンサ領域の凝縮温度と冷却媒体の温度との温度差及びサブクール領域の平均温度と冷却媒体の温度との温度差が大きくなる。このため、作動流体の圧力が高い場合は、作動流体の圧力が低い場合よりも、放熱器全体の作動流体の放熱量が増加する。これにより、サブクール領域の出口、すなわち、放熱器の流出口から流出する作動流体の温度が低下する。
【００１８】
このため、この廃熱利用装置では、設定された目標物理量に対し、放熱器における作動流体の冷却量が不足している場合、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力が増加するように差圧調整手段を制御することで、放熱器において作動流体を十分に冷却することが可能となる。こうして、この廃熱利用装置では、目標物理量に対する放熱器での作動流体の冷却量の不足を解消することができ、ボイラでの熱交換によって熱媒体を好適に冷却することが可能となる。なお、この場合、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力である凝縮圧力が上昇するため、ランキンサイクルで回収可能となるエネルギーの量は減少する。
【００１９】
一方、目標物理量に対し、放熱器における作動流体の冷却量が超過している場合や、廃熱利用装置の始動直後等で、目標物理量に対し、作動流体の冷却量が問題とならない場合には、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力が低下するように差圧調整手段の制御を行う。つまり、差圧調整手段の上流の作動流体と、差圧調整手段の下流の作動流体とにおける圧力差が小さくなる又は圧力差がゼロとなるように調整する。これにより、ランキンサイクルでは、膨張機の出口から差圧調整手段までの間において作動流体流路を流通する作動流体の圧力が低下する。この場合には、放熱器における作動流体の冷却量が小さい場合とは反対に、放熱部の作動流体と冷却媒体との温度差が小さくなり、放熱量が小さくなるため、放熱器において作動流体が必要以上に冷却されなくなる。この結果、この廃熱利用装置では、ボイラに流入する際の作動流体の温度が必要以上に低下せず、ボイラでの熱交換による熱媒体の冷却を抑制することが可能となる。
【００２０】
このように、この廃熱利用装置では、差圧調整手段の上流と下流とで作動流体の圧力差を調整するだけで、目標物理量に応じた放熱器での作動流体の冷却量の調整が可能である。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルの複雑化を好適に抑制することが可能である。
【００２１】
したがって、本発明の廃熱利用装置によれば、構成を簡素化しつつ、エネルギーの回収と、好適な熱媒体の冷却とを実現可能である。
【００２２】
内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。
【００２３】
熱媒体としては、例えば、内燃機関へ吸入される吸気系流体を採用することができる。この吸気系流体とは、過給器によって圧縮された加圧空気や内燃機関に還流される還流排気等を指す。また、水やＬＬＣ（ロングライフクーラント）等の冷却液の他、潤滑油等を熱媒体として採用することもできる。
【００２４】
冷却媒体としては、例えば空気の他、熱媒体とは異なる水やＬＬＣ等を採用することができる。
【００２５】
差圧調整手段としては、例えば、作動流体路の開度を調整可能な開度調整手段等を採用することができる。このような開度調整手段としては、例えば、可変絞り弁等を採用することができる。
【００２６】
本発明の廃熱利用装置において、ランキンサイクルは、放熱器の下流かつポンプの上流で作動流体流路によって接続され、作動流体を気液分離可能な気液分離器を有し得る。そして、差圧調整手段は放熱器と気液分離器との間に設けられていることが好ましい（請求項２）。
【００２７】
この場合、ランキンサイクルでは、作動流体が液相の状態でポンプに流入することとなる。このため、ランキンサイクルにおいて、作動流体流路に沿って作動流体を好適に循環させることが可能となり、ボイラでの熱交換を好適に行うことが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおける作動流体の圧力エネルギーの回収を好適に行うことが可能となる。
【００２８】
また、ランキンサイクルは、放熱器の下流かつポンプの上流で作動流体流路によって接続され、作動流体を過冷却可能な過冷却器を有し得る。そして、差圧調整手段は放熱器と過冷却器との間に設けられていることが好ましい（請求項３）。この場合、過冷却器によって過冷却状態まで冷却された作動流体がポンプに流入するため、ポンプでのキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
ここで、ランキンサイクルに気液分離器が設けられている場合、過冷却器は気液分離器の下流かつポンプの上流で作動流体流路によって接続されていることが好ましい（請求項４）。この場合、過冷却器において液相の作動流体を過冷却することが可能となる。このため、過冷却状態まで作動流体を好適に冷却することが可能となり、ポンプでのキャビテーションの発生をより好適に抑制することが可能となる。
【００３０】
本発明の廃熱利用装置において、目標物理量は、駆動系が要求する冷却要求量であり得る。そして、制御手段は、冷却要求量が大きい場合、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力が増加するように差圧調整手段を制御することが好ましい（請求項５）。
【００３１】
この場合、冷却要求量が大きく、放熱器での作動流体の冷却量が不足する状態になれば、制御手段が差圧調整手段の制御を行い、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力を増加させる。これにより、放熱器内を流通する作動流体の圧力が上昇するため、放熱器での作動流体の冷却量が大きくなる。このため、ボイラにおいて熱媒体は作動流体に対して十分に放熱を行うことが可能となり、冷却要求量を満たすことが可能となる。一方、冷却要求量が小さい場合には、放熱器での作動流体の冷却量を抑制することで、回収可能なエネルギーを増大させることが可能となる。
【００３２】
本発明の廃熱利用装置において、設定手段は、駆動系が要求する冷却要求量について、種々の手段によって設定することが可能である。例えば、設定手段は、内燃機関の出力に基づき、冷却要求量を設定し得る（請求項６）。特に、内燃機関は車両用エンジンであり得る。そして、設定手段は、車両のアクセル開度又はアクセル開度及び車両用エンジンの回転数に基づき冷却要求量を設定し得る（請求項７）。
【００３３】
また、設定手段は、熱媒体流路又はボイラに設けられ、ボイラを流通する熱媒体の温度を検出可能な第１温度検出手段を有し得る。そして、設定手段は、第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、冷却要求量を設定し得る（請求項８）。ここで、熱媒体流路に第１温度検出手段を設けた場合には、ボイラに流入する作動流体の温度を検出することが可能となる。一方、ボイラに第１温度検出手段を設けた場合には、ボイラを流通している作動流体の温度を検出することが可能となる。
【００３４】
また、設定手段は、熱媒体流路に設けられ、ボイラから流出した熱媒体の温度を検出可能な第２温度検出手段を有し得る。そして、設定手段は、第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、冷却要求量を設定し得る（請求項９）。
【００３５】
また、設定手段は、熱媒体流路又はボイラに設けられ、ボイラを流通する熱媒体の圧力を検出可能な第１圧力検出手段を有し得る。そして、設定手段は、第１圧力検出手段が検出した検出値に基づき、冷却要求量を設定し得る（請求項１０）。上記の第１温度検出手段と同様、熱媒体流路に第１圧力検出手段を設ければ、ボイラに流入する作動流体の圧力を検出でき、ボイラに第１圧力検出手段を設ければ、ボイラを流通している作動流体の圧力を検出できる。
【００３６】
これらの場合、設定手段は駆動系が要求する冷却要求量を正確に設定することが可能となる。
【００３７】
本発明の廃熱利用装置において、目標物理量は、作動流体が熱媒体を冷却可能な冷却可能量であり得る。そして、制御手段は、冷却可能量が小さい場合、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力が増加するように差圧調整手段を制御することも好ましい（請求項１１）。
【００３８】
この場合、ボイラでの熱交換において所定の温度まで熱媒体を冷却し得る程度に作動流体の温度が低下していない状態、すなわち、作動流体の熱媒体に対する冷却可能量が小さい場合に、制御手段は差圧調整手段の制御を行い、差圧調整手段の上流の作動流体の圧力を増加させる。これにより、放熱器での作動流体の冷却量が大きくなり、ボイラに流入する際の作動流体の温度が低下する。こうして、この廃熱利用装置では、熱媒体に対する冷却可能量を大きくすることが可能となり、ボイラにおける熱交換によって熱媒体を好適に冷却させることが可能となる。一方、作動流体の熱媒体に対する冷却可能量が大きい場合には、放熱器での作動流体の冷却量を抑制することで、回収可能なエネルギーを増大させることが可能となる。
【００３９】
設定手段は、作動流体が前記熱媒体を冷却可能な冷却可能量についても、種々の手段によって設定することが可能である。例えば、設定手段は、放熱器の流出口からボイラにおける作動流体の入口までの作動流体の温度に基づき、冷却可能量を設定し得る（請求項１２）。特にこの場合には、設定手段は、作動流体路に設けられ、ボイラに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を有し得る。そして、設定手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、熱媒体に対する冷却可能量を設定することが好ましい（請求項１３）。
【００４０】
また、設定手段は、作動流体路に設けられ、差圧調整手段の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な第２圧力検出手段を有し得る。そして、設定手段は、第２圧力検出手段が検出した検出値に基づき、冷却可能量を設定し得る（請求項１４）。
【００４１】
これらの場合、作動流体が前記熱媒体を冷却可能な冷却可能量について、設定手段は正確に設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の廃熱利用装置によれば、構成を簡素化しつつ、エネルギーの回収と、好適な熱媒体の冷却とを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図２】実施例１の廃熱利用装置に係り、放熱部においてコンデンサ領域が増大し、サブクール領域が減少している状態を示す断面図である。
【図３】実施例１の廃熱利用装置に係り、放熱部においてコンデンサ領域が増大し、サブクール領域が減少している状態での運転状態を示すモリエル線図である。
【図４】実施例１の廃熱利用装置に係り、放熱部においてサブクール領域が増大し、コンデンサ領域が減少している状態を示す断面図である。
【図５】実施例１の廃熱利用装置に係り、放熱部においてサブクール領域が増大し、コンデンサ領域が減少している状態での運転状態を示すモリエル線図である。
【図６】実施例２の廃熱利用装置を示す模式構造図である。
【図７】実施例２の廃熱利用装置に係り、放熱部においてコンデンサ領域が増大し、サブクール領域が減少している状態での運転状態を示すモリエル線図である。
【図８】実施例２の廃熱利用装置に係り、放熱部においてサブクール領域が増大し、コンデンサ領域が減少している状態での運転状態を示すモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。実施例１、２の廃熱熱利用装置は、いずれも車両に搭載されている。
【００４５】
（実施例１）
図１に示すように、実施例１の廃熱利用装置は、駆動系１に用いられており、ランキンサイクル３と、可変絞り弁５と、コントローラ７とを備えている。この廃熱利用装置において、可変絞り弁５が本発明における差圧調整手段に相当しており、コントローラ７が設定手段及び制御手段に相当している。
【００４６】
駆動系１は、内燃機関としてのエンジン９と、ターボチャージャ１１と、配管１３〜１７とを有している。エンジン９はディーゼルエンジンである。このエンジン９には、排気を排出する排気口９ａと、後述する加圧空気を吸入する吸気口９ｂとが形成されている。この加圧空気は、吸気系流体であり、本発明における熱媒体に相当する。なお、ディーゼルエンジンに換えて、ガソリンエンジンをエンジン９として採用しても良い。
【００４７】
ターボチャージャ１１は、エンジン９から排出された排気によって作動され、エンジン９に対し、車外の空気を加圧した加圧空気を供給する。
【００４８】
配管１３は、一端側がエンジン９の排気口９ａに接続されており、他端側がターボチャージャ１１に接続されている。この配管１３を流通させることで、エンジン９から排出された排気をターボチャージャ１１まで導くことが可能となっている。
【００４９】
配管１４は一端側がターボチャージャ１１に接続されており、他端側が後述するボイラ２３の加圧空気流入口２３ａに接続されている。配管１５は一端側がボイラ２３の加圧空気流出口２３ｂに接続されており、他端側がエンジン９の吸気口９ｂに接続されている。これらの配管１４、１５を流通させることで、ターボチャージャ１１で圧縮された加圧空気をボイラ２３、更にはエンジン９に導くことが可能となっている。つまり、これらの配管１４、１５が本発明における熱媒体流路に相当する。
【００５０】
また、ターボチャージャ１１には、配管１６、１７の各一端側が接続されている。配管１６の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１７の他端側は図示しない車両の外気導入部に開口している。配管１６は、ターボチャージャ１１を介して配管１３と連通している。同様に、配管１７は、ターボチャージャ１１を介して配管１４と連通している。
【００５１】
配管１４には、第１温度センサ１９及び第１圧力センサ２１が設けられている。これらの第１温度センサ１９及び第１圧力センサ２１は、それぞれコントローラ７に電気的に接続されている。
【００５２】
第１温度センサ１９は、配管１４を流通する加圧空気の温度、すなわち、ボイラ２３に流入する加圧空気の温度を検出し、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。この第１温度センサ１９が本発明における第１温度検出手段に相当する。
【００５３】
第１圧力センサ２１は、配管１４を流通する加圧空気の圧力を基にボイラ２３に流入する熱媒体の圧力を検出し、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。この第１圧力センサ２１が本発明における第１圧力検出手段に相当する。
【００５４】
配管１５には、第２温度センサ２２が設けられている。この第２温度センサ２２もコントローラ７に電気的に接続されている。第２温度センサ２２は、配管１５を流通する加圧空気の温度、すなわち、ボイラ２３から流出した加圧空気の温度を検出し、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。この第２温度センサ２２が本発明における第２温度検出手段に相当する。
【００５５】
ランキンサイクル３は、電動ポンプＰ１と、ボイラ２３と、膨張機２５と、放熱器２７と、気液分離器２９と、作動流体路としての配管３１〜３５とを有している。配管３１〜３５には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。
【００５６】
電動ポンプＰ１は、コントローラ７に電気的に接続されている。この電動ポンプＰ１には、吐出口１０１と吸入口１０２とが形成されている。
【００５７】
ボイラ２３には、加圧空気を流入させる加圧空気流入口２３ａと、加圧空気を流出させる加圧空気流出口２３ｂと、作動流体を流入させる作動流体流入口２３ｃと、作動流体を流出させる作動流体流出口２３ｄとが形成されている。また、ボイラ２３の内部には放熱板２３ｅが設けられている。この放熱板２３ｅにより、ボイラ２３の内部は、第１通路２３ｆと第２通路２３ｇとに区画されている。
【００５８】
第１通路２３ｆは、両端側でそれぞれ加圧空気流入口２３ａと加圧空気流出口２３ｂとに連通しており、加圧空気が流通可能となっている。また、第２通路２３ｇは、両端側でそれぞれ作動流体流入口２３ｃと作動流体流出口２３ｄとに連通しており、作動流体が流通可能となっている。このボイラ２３では、第１通路２３ｆ内の加圧空気と、第２通路２３ｇ内の作動流体とが放熱板２３ｅを介して熱交換を行うことで、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行うことが可能となっている。つまり、このボイラ２３は、加圧空気に対する冷却器としても機能する。
【００５９】
膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機２５には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機２５の回転駆動力によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。
【００６０】
図２に示すように、放熱器２７は、上下方向で垂直に延びる第１、２ヘッド２７１、２７３と、第１、２ヘッド２７１、２７３に対して水平に延びる放熱部２７５とを有している。この放熱部２７５は、第１ヘッド２７１と第２ヘッド２７３とに連通する複数のチューブによって構成されている。この放熱器２７では、放熱部２７５を流通する際、作動流体に放熱器２７を通過する空気に放熱させる。この放熱器２７を通過する空気が本発明における冷却媒体に相当する。これにより、放熱器２７では作動流体の冷却を行う。
【００６１】
放熱器２７の第１ヘッド２７１には、第１ヘッド２７１の内部に作動流体を流入させる流入口２７ａが形成されている。第２ヘッド２７３には、第２ヘッド２７３の内部から作動流体を流出させる流出口２７ｂが形成されている。また、図１に示すように、放熱器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃはコントローラ７に電気的に接続されている。
【００６２】
気液分離器２９は、自身に対して作動流体の循環方向の上流となる位置に流入口２９ａが形成されており、自身に対して作動流体の循環方向の下流となる位置に流出口２９ｂが形成されている。また、気液分離器２９の内部には受液室２９ｃが形成されている。気液分離器２９は、流入口２９ａから流入した作動流体を気体と液体とに分離させる。そして、気液分離器２９は、液状体となった作動流体を受液室２９ｃ内に貯留するとともに、貯留した液体状の作動流体を流出口２９ｂから順に流出させる。
【００６３】
これらの電動ポンプＰ１、ボイラ２３、膨張機２５、放熱器２７及び気液分離器２９は、配管３１〜３５によって接続されている。具体的には、電動ポンプＰ１の吐出口１０１とボイラ２３の作動流体流入口２３ｃとが配管３１によって接続されている。ボイラ２３の作動流体流出口２３ｄと膨張機２５の流入口２５ａとが配管３２によって接続されている。膨張機２５の流出口２５ｂと放熱器２７の流入口２７ａとが配管３３によって接続されている。放熱器２７の流出口２７ｂと気液分離器２９の流入口２９ａとが配管３４によって接続されている。そして、気液分離器２９の流出口２９ｂと電動ポンプＰ１の吸入口１０２とが配管３５によって接続されている。
【００６４】
このランキンサイクル３では、電動ポンプＰ１を作動させることにより、作動流体が配管３１〜３５内を循環する。具体的には、作動流体は、電動ポンプＰ１の吐出口１０１からボイラ２３、膨張機２５、放熱器２７及び気液分離器２９を経て、電動ポンプＰ１の吸入口１０２に至る順で循環する。
【００６５】
可変絞り弁５は配管３４に設けられている。この可変絞り弁５はコントローラ７に電気的に接続されている。可変絞り弁５は、自身の開度を調整することにより、膨張機２５の流出口２５ｂから可変絞り弁５までの間を流通する作動流体の圧力を調整することが可能である。これにより、可変絞り弁５は、自身の上流と下流とで作動流体の圧力差を調整することが可能である。
【００６６】
配管３１には、第３温度センサ３７が設けられている。この第３温度センサ３７は、コントローラ７に電気的に接続されている。第３温度センサ３７は、配管３１を流通する作動流体の温度、すなわち、ボイラ２３に流入する作動流体の温度を検出し、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。この第３温度センサ３７が本発明における第３温度検出手段に相当する。なお、第３温度センサ３７は、配管３４又は配管３５に設けることもできる。
【００６７】
また、配管３４において可変絞り弁５よりも下流となる位置には、第２圧力センサ３９が設けられている。この第２圧力センサ３９もコントローラ７に電気的に接続されている。第２圧力センサ３９は、配管３４において可変絞り弁５よりも下流を流通する作動流体の圧力を基に、可変絞り弁５の下流から電動ポンプＰ１の上流までの作動流体の圧力を検出し、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。この第２圧力センサ３９が本発明における第２圧力検出手段に相当する。なお、第２圧力センサ３９は、配管３１又は配管３５に設けることもできる。
【００６８】
コントローラ７は、電動ポンプＰ１及び電動ファン２７ｃの各作動制御を行う。また、コントローラ７は、車両のＥＣＵ等（図示略）から受信した信号によって車両のアクセル開度を検知可能に構成されており、このアクセル開度に基づき、エンジン９の出力を検出することが可能となっている。なお、コントローラ７は、アクセル開度とエンジン９の回転数とによって、エンジン９の出力を検出しても良い。
【００６９】
さらに、コントローラ７は、可変絞り弁５の開度を調整するための制御マップを記憶している。また、コントローラ７は、エンジン９の出力における閾値の他、加圧空気及び作動流体の温度に対する閾値、加圧空気及び作動流体の圧力に対する閾値をそれぞれ記憶している。そして、コントローラ７は、検出したエンジン９の出力、第１〜３温度センサ１９、２２、３７による検出値及び第１、２圧力センサ２１、３９による検出値と、予め記憶している各閾値との比較により、加圧空気を冷却すべき目標物理量を設定することが可能となっている。より具体的には、エンジン９の出力、第１、２温度センサ１９、２２による検出値及び第１圧力センサ２１による検出値に基づくことで、コントーラ７は、駆動系１が要求する冷却要求量、つまり、加圧空気に対する冷却要求量を設定することが可能である。一方、第３温度センサ３７による検出値及び第２圧力センサ３９による検出値に基づくことで、コントーラ７は、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量を設定することが可能である。
【００７０】
そして、コントローラ７は、設定した上記の目標物理量に基づき、放熱器２７における作動流体の放熱量が不足する場合に、開度が減少するように可変絞り５の制御を行う。具体的には、エンジン９の出力の他、第１〜３温度センサ１９、２２、３７及び第１、２圧力センサ２１、３９による各検出値について、コントローラ７が予め記憶している各閾値を上回れば、コントーラ７は、放熱器２７における作動流体の放熱量が不足していると判断する。これにより、コントーラ７は、可変絞り弁５の開度が減少するように制御を行う。
【００７１】
このように構成された廃熱熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。
【００７２】
車両が駆動されることにより、駆動系１ではエンジン９が作動し、排気口９ａから排出された排気が配管１３を流通してターボチャージャ１１に至る。これにより、ターボチャージャ１１が作動され、配管１７から流入した車外の空気がターボチャージャ１１に吸引されて圧縮される。この際、ターボチャージャ１１に至った排気は、配管１６からマフラを経て車外に排出される。ターボチャージャ１１によって圧縮された空気は加圧空気として配管１４を流通する。そして、加圧空気は加圧空気流入口２３ａよりボイラ２３内に流入し、第１通路２３ｆを流通する。この際、第１温度センサ１９は、配管１４を流通する作動流体の温度を検出して、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。同様に、第１圧力センサ２１は、配管１４を流通する作動流体の圧力を検出して、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。
【００７３】
また、車両の駆動開始とともに、コントローラ７は電動ポンプＰ１及び電動ファン２７ｃを作動させる。ここで、車両の駆動直後は、廃熱熱利用装置において、加圧空気に対する冷却要求量や作動流体の加圧空気に対する冷却可能量に対し、作動動流体の温度が大きな問題とならないため、コントローラ７は、配管３４を流通する作動流体の流量が最大となるように、すなわち、可変絞り弁５の上流の作動流体と、可変絞り弁５の下流の作動流体とにおける圧力差が小さくなるように可変絞り弁５の開度制御を行う。このため、放熱器２７を通過する作動流体の凝縮圧力が最小となる。
【００７４】
これらにより、ランキンサイクル３では、電動ポンプＰ１の吐出口１０１から作動流体が吐出され、配管３１を経て、ボイラ２３の作動流体流入路２３ｃから第２通路２３ｇを流通する。第３温度センサ３７は、配管３１を流通する作動流体の温度を検出して、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。
【００７５】
第２通路２３ｇ内を流通する作動流体は、第１通路２３ｆを流通する加圧空気との間で熱交換を行う。これにより、加圧空気の冷却が行われるとともに、作動流体の加熱が行われる。加圧空気は、圧縮されることによって高温となっているため、作動流体は好適に加熱される。
【００７６】
ボイラ２３において冷却された加圧空気は、その密度が高くなった状態で加圧空気流出口２３ｂから流出し、配管１５を流通する。この際、第２温度センサ２２は、配管１５を流通する作動流体の温度を検出して、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。そして、配管１５を流通する加圧空気は、エンジン９の吸気口９ｂからエンジン９に供給される。このように、この廃熱利用装置では、密度が高い状態で加圧空気をエンジン９に供給できるため、エンジン９の出力を高くすることができる。
【００７７】
一方、ボイラ２３において加熱された作動流体は、高温高圧の状態で作動流体流出路２３ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、膨張機２５内において、高温高圧の作動流体は膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。こうして、この熱利用装置におけるランキンサイクル３では、作動流体の圧力エネルギーを電力として回収することができる。
【００７８】
膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、図２に示すように、配管３３を経て放熱器２７の流入口２７ａから第１ヘッド２７１内へ至る。そして、第１ヘッド２７１内の作動流体は、第２ヘッド２７３に向かって、放熱部２７５である各チューブ内を流通する。なお、第１ヘッド２７１内に流入した作動流体は気相である。
【００７９】
放熱部２７５を流通する作動流体は、放熱器２７の周りの空気、つまり、電動ファン２７ｃで送風されたに放熱を行うことで冷却される。これにより、図２中のドットハッチングで示すように、放熱部２７５を流通する作動流体の一部が気相から液相に変化し、液相の作動流体が冷却される。つまり、放熱部２７５には、気相の作動流体の放熱を行うコンデンサ領域２７５ａと、液相の作動流体の放熱を行うサブクール領域２７５ｂとが形成され得る。このサブクール領域２７５ｂでは、作動流体の過冷却が行われる。そして、放熱器２７を通過する作動流体の凝縮圧力が最小となる状態では、放熱部２７５において、気相の作動流体の放熱を行うコンデンサ領域２７５ａが増大し、液相の作動流体の放熱を行うサブクール領域２７５ｂが減少した状態となる。放熱部２７５での放熱を終えた作動流体は流出口２７ｂから流出して、配管３４内を流通する。また、第２圧力センサ３９は、配管３４を流通する作動流体の圧力を検出して、その検出値をコントローラ７に向けて発信する。
【００８０】
配管３４を流通する作動流体は、流入口２９ａから気液分離器２９の受液室２９ｃ内に至る。この受液室２９ｃ内において作動流体は気液分離される。そして、液相の作動流体は流出口２９ｂから流出し、配管３５を経て、吸入口１０２から電動ポンプＰ１内に吸入される。そして、作動流体は、再び吐出口１０１から配管３１へ吐出されることとなる。
【００８１】
このように、配管３４を流通する作動流体の流量が最大となるように、可変絞り弁５の開度制御が行われている状態でのランキンサイクル３における作動流体は、おおよそ図３に示すモリエル線図のよう変化する。すなわち、電動ポンプＰ１によって吐出された作動流体は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｄ’→Ａの順でその圧力及びエンタルピを変化させる。ここで、Ｄ点とＤ’点との間が放熱器２７における凝縮領域Ｘ１となる。そして、Ｄ’点とＡ点との間が放熱器２７における過冷却領域Ｙ１となる。また、この状態でのランキンサイクル３は、作動流体におけるＣ点からＤ点への圧力変化、つまり、膨張機２５における減圧及び膨張時の作動流体の圧力エネルギーが大きい。このため、ランキンサイクル３では、効率良く電力の回収を行うことが可能となっている。
【００８２】
この廃熱利用装置では、加圧空気を冷却すべき目標物理量に基づき、放熱器２７における作動流体の放熱量、すなわち、放熱器２７での作動流体の冷却量を調整することが可能である。この加圧空気を冷却すべき目標物理量とは、具体的には、加圧空気に対する冷却要求量と、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量とを指す。以下、冷却要求量に基づいて作動流体の冷却量を調整する場合と、冷却可能量に応じて作動流体の冷却量を調整する場合とに分けて説明する。
【００８３】
＜冷却要求量に基づいて作動流体の冷却量を調整する場合＞
エンジン９に対する出力要求が大きく、車両のアクセルの開度が増大することで、コントローラ７が検出するエンジン９の出力が上昇する。また、エンジン９に対する出力要求が大きくなることで、ターボチャージャ１１において空気がより高圧に圧縮される。このため、配管１４を流通する加圧空気の温度と圧力とが上昇する。また、ボイラ２３に流入する際の加圧空気の温度が高いため、ボイラ２３から流出する際の加圧空気の温度も上昇する。この結果、配管１５を流通する加圧空気の温度も上昇する。これらのため、エンジン９の出力の他、第１、２温度センサ１９、２２及び第１圧力センサ２１による各検出値がコントローラ７に記憶されている各閾値を上回ることとなる。これにより、コントローラ７は、加圧空気に対する冷却要求量を所定の値に設定する。ここで、加圧空気に対する冷却要求量が大きく、放熱器２７における作動流体の冷却量が不足している状態にあれば、コントローラ７は、設定した冷却要求量を満たすことが可能となるように、可変絞り５の開度を調整する。これにより、コントローラ７は、可変絞り弁５の上流の作動流体の圧力を増加させ、可変絞り弁５の上流の作動流体と、可変絞り弁５の下流の作動流体とにおける圧力差を大きくさせる。
【００８４】
具体的には、コントローラ７は、制御マップに基づき、可変絞り弁５の開度が減少するように制御を行い、膨張機２５の流出口２５ｂから可変絞り弁５までの間を流通する作動流体の凝縮圧力を上昇させる。ここで、コントローラ７は、設定された加圧空気に対する冷却要求量に合わせて可変絞り弁５の開度調整を行う。このため、設定された冷却要求量に合わせて作動流体の凝縮圧力の上昇量は適宜調整される。
【００８５】
このように、作動流体の圧力が上昇することで、図４に示すように、放熱器２７では、放熱部２７５の約半分をサブクール領域２７５ｂが占めることとなる。つまり、可変絞り弁５の開度が最大の場合よりも、放熱部２７５においてサブクール領域２７５が増大してコンデンサ領域２７５ａが減少することとなる。
【００８６】
このように、コントローラ７が可変絞り弁５の開度が減少するように制御を行うことで、ランキンサイクル３における作動流体は、おおよそ図５に示すモリエル線図のように変化することとなる。すなわち、電動ポンプＰ１によって吐出された作動流体は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｅ→Ｅ’→Ｆ→Ａの順でその圧力及びエンタルピを変化させる。ここで、Ｅ点とＥ’点との間が可変絞り５の開度が減少した際の放熱器２７における凝縮領域Ｘ２となる。そして、Ｅ’点とＦ点との間が可変絞り５の開度が減少した際の放熱器２７における過冷却領域Ｙ２となる。
【００８７】
この凝縮領域Ｘ２及び過冷却領域Ｙ２の凝縮圧力は、図３に示す凝縮領域Ｘ１及び過冷却領域Ｙ１の凝縮圧力よりも高い。このため、可変絞り弁５の開度が減少した状態では、可変絞り弁５の開度が最大の場合と比較して、放熱器２７の冷却量を大きくすることが可能となる。これにより、可変絞り弁５の開度が減少した状態では、ボイラ２３に流入する作動流体の温度が低下し、ボイラ２３において、加圧空気は低温の作動流体に対して放熱を行うことが可能となる。つまり、設定された冷却要求量を満たすことが可能となる。こうして、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合であっても、それを満たすように作動流体を冷却することが可能となり、エンジン９の出力を向上させることが可能となる。
【００８８】
ここで、可変絞り弁５の開度が減少した状態では、Ｅ点における圧力が図３に示すＤ点よりも高い値となる。つまり、ランキンサイクル３における作動流体の圧力が上昇した状態では、図５に示すように、作動流体におけるＣ点からＥ点への圧力変化が小さくなる。このため、可変絞り５の開度が最大の場合と比較して、ランキンサイクル３で回収可能となる電力の量は減少する。また、このように作動流体の凝縮圧力が高くなることで、放熱器２７から流出した作動流体の圧力（図５におけるＦ点における圧力）についても、可変絞り弁５の開度が最大の場合より高い状態となる。しかし、このような場合であっても、気液分離器２９を経ることにより、作動流体の圧力はＦ点からＡ点へまで低下する。このため、電動ポンプＰ１の吸入口１０２に吸入される際の作動流体の圧力は、可変絞り弁５の開度が最大の場合とほぼ同等となる。このように、電動ポンプＰ１の吸入口１０２に吸入される際の作動流体が可変絞り弁５の開度によって変化し難いため、この廃熱利用装置では、電動ポンプＰ１の筐体の薄肉化やシール圧力を低く抑えることが可能となっている。
【００８９】
＜冷却可能量に基づいて作動流体の冷却量を調整する場合＞
ボイラ２３での熱交換において所定の温度まで加圧空気を冷却し得る程度に作動流体の温度が低下していない状態、すなわち、作動流体の温度が高く、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量が小さい場合、第３温度センサ３７及び第２圧力センサ３９による各検出値がコントローラに記憶されている各閾値を上回ることとなる。これにより、コントローラ７は、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量を所定の値に設定する。ここで、放熱器２７における作動流体の冷却量が不足していることで、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量が不足している状態にあれば、コントローラ７は、不足している冷却可能量について、所定の大きさとなるまで増大すべきと判断する。すなわち、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量が小さい場合、コントローラ７は、可変絞り弁５の開度が減少するように制御を行う。
【００９０】
可変絞り弁５の開度が減少するようにコントローラ７が制御を行うことで、上記の加圧空気に対する冷却要求量が大きい場合と同様、放熱器２７における凝縮圧力が増大し、作動流体の冷却量が大きくなる。これにより、ボイラ２３における熱交換で加圧空気を所定の温度まで冷却可能な程度にまで、作動流体の温度を低下させる。このため、作動流体の加圧空気に対する冷却可能量を増大させることが可能となる。こうして、この廃熱利用装置では、ボイラ２３における熱交換によって加圧空気を好適に冷却させることが可能となる。
【００９１】
これらのように、この廃熱利用装置では、コントローラ７が可変絞り弁５によって配管３４の開度を調整し、可変絞り弁５の上流と下流とで作動流体の圧力差を調整するだけで、冷却要求量や冷却可能量に応じた放熱器２７での作動流体の冷却量の調整が可能である。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル３の複雑化を好適に抑制することが可能となっている。
となる。
【００９２】
したがって、実施例１の廃熱利用装置によれば、構成を簡素化しつつ、電力の回収と、好適な加圧空気の冷却とを実現可能である。
【００９３】
また、この廃熱利用装置では、気液分離器２９により、液相の状態で作動流体を電動ポンプＰ１に流入させることが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、ランキンサイクル５において、配管３１〜３５に沿って作動流体を好適に循環させることが可能となり、ボイラ２３での熱交換を好適に行うことが可能となっている。
【００９４】
さらに、この廃熱利用装置では、エンジン９の出力の他、第１〜３温度センサ１９、２２、３７及び第１、２圧力センサ２１、３９による各検出値に基づくことで、コントローラ７は、冷却要求量や冷却可能量を正確に設定することが可能となっている。
【００９５】
（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３に換えて、図６に示すように、ランキンサイクル３ａを備えている。
【００９６】
ランキンサイクル３ａは、ランキンサイクル３の各構成に加えて、過冷却器４３と、作動流体路としての配管３６とを更に有している。過冷却器４３は、放熱器２７と同様の構成であり、流入口４３ａと流出口４３ｂと放熱部４３ｃとを有している。また、図示を省略するものの、過冷却器４３も第１ヘッド及び第２ヘッドを有している。流入口４３ａは第１ヘッドに形成されており、流出口４３ｂは第２ヘッドに形成されている。そして、放熱部４３ｃは第１ヘッドと第２ヘッドとの間に設けられており、第１、２ヘッドと連通している。また、過冷却器４３の近傍には電動ファン４３ｄが設けられている。この電動ファン４３ｄはコントローラ７に電気的に接続されている。
【００９７】
このランキンサイクル３ａでは、気液分離器２９の流出口２９ｂと過冷却器４３の流入口４３ａとが配管３５によって接続されている。また、過冷却器４３の流出口４３ｂと電動ポンプＰ１の吸入口１０２とが配管３６によって接続されている。つまり、このランキンサイクル３ａにおいて、過冷却器４３は、作動流体の循環方向で気液分離器２９の下流かつ電動ポンプＰ１の上流となる位置に設けられている。
【００９８】
コントローラ７は、実施例１の廃熱利用装置における各制御に加えて、電動ファン４３ｄの作動制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００９９】
この廃熱利用装置では、放熱器２７によって冷却された作動流体を過冷却器４３によって過冷却することが可能である。ここで、ランキンサイクル３ａにおいて、過冷却器４３は気液分離器２９の下流に位置しているため、過冷却器４３に流入する作動流体は液相となる。このため、過冷却器４３において作動流体を過冷却状態まで好適に冷却することが可能となる。
【０１００】
具体的には、図７に示すように、配管３４を流通する作動流体の流量が最大となるように、可変絞り５の開度制御が行われている状態でのＤ’点とＡとの間隔が実施例１の廃熱利用装置におけるランキンサイクル３よりも大きくなる。つまり、ランキンサイクル３ａでは過冷却領域Ｙ３について、図３に示すランキンサイクル３における過冷却領域Ｙ１よりも、多く確保することが可能となっている。なお、作動流体の凝縮領域Ｘ１については、ランキンサイクル３もランキンサイクル３ａも同様である。
【０１０１】
また、このランキンサイクル３ａでは、コントローラ７が可変絞り５の開度が減少するように制御を行うことで、作動流体は、おおよそ図８に示すモリエル線図のように変化することとなる。つまり、過冷却器４３による過冷却が行われることで、このランキンサイクル３ａにおいて作動流体は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｅ→Ｅ’→Ｆ→Ｇ→Ａの順でその圧力及びエンタルピを変化させる。ここで、作動流体が過冷却器４３で過冷却されることにより、Ｇ点からＡ点までの間において、作動流体のエンタルピの変化が生じることとなる。
【０１０２】
これらのように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、作動流体の温度を好適に低下させることが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、電動ポンプＰ１でのキャビテーションの発生を好適に抑制することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用は、実施例１の廃熱利用装置と同様である。
【０１０３】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【０１０４】
例えば、コントローラ７は、冷却要求量や冷却可能量に基づいて作動流体の冷却量を調整しているが、これに換えて、冷却要求量又は冷却可能量のいずれか一方のみに基づいて作動流体の冷却量を調整しても良い。
【０１０５】
また、ボイラ２３の第１通路２３ｆに対して第１温度センサ１９や第１圧力センサ２１を設けても良い。この場合、第１温度センサ１９は第１通路２３ｆ内を流通する加圧空気の温度を検出することが可能となる。また、第１圧力センサ２１は第１通路２３ｆ内を流通する加圧空気の圧力を検出することが可能となる。
【０１０６】
さらに、コントローラ７は、エンジン９の出力、第１、２温度センサ１９、２２による検出値及び第１圧力センサ２１による検出値のいずれか一つに基づいて、冷却要求量を設定するように構成しても良い。さらに、これらのうちで任意に選択した検出値に基づいて、冷却要求量を設定するようにコントローラ７を構成しても良い。
【０１０７】
同様に、コントローラ７は、第３温度センサ３７による検出値又は第２圧力センサ３９による検出値のいずれかに基づいて、冷却可能量を設定するように構成しても良い。
【０１０８】
また、駆動系１について、エンジン９から排出された排気の一部を還流排気としてエンジン９に還流させる構成とし、ボイラ２３において、還流排気と作動流体とで熱交換させても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、トラックやバス等の運送車両や乗用自動車等の車両に搭載される廃熱利用装置の他、定置式の廃熱利用装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…駆動系
３、３ａ…ランキンサイクル
５…可変絞り弁（差圧調整手段）
７…コントローラ（設定手段、制御手段）
１４、１５…配管（熱媒体流路）
１９…第１温度センサ（第１温度検出手段）
２１…第１圧力センサ（第１圧力検出手段）
２２…第２温度センサ（第２温度検出手段）
２３…ボイラ
２５…膨張機
２７…放熱器
２７ａ…流入口
２７ｂ…流出口
２９…気液分離器
３１〜３６…配管（作動流体流路）
３７…第３温度センサ（第３温度検出手段）
３９…第２圧力センサ（第２圧力検出手段）
４３…過冷却器
２７５…放熱部
Ｐ１…電動ポンプ（ポンプ）
【図１】
2016040490.tif 000003
【図２】
2016040490.tif 000004
【図３】
2016040490.tif 000005
【図４】
2016040490.tif 000006
【図５】
2016040490.tif 000007
【図６】
2016040490.tif 000008
【図７】
2016040490.tif 000009
【図８】
2016040490.tif 000010