(57)【要約】【課題】ポンプと膨張機と発電機とが直結されるものにおいて、安定的な起動を可能とする廃熱利用装置を提供する。【解決手段】ポンプ２１、膨張機２３、および回転電機２５が同軸で接続されたランキンサイクル２０を備える廃熱利用装置において、バイパス流路２６を開閉する開閉手段２７と、温度検出手段２０６と、圧力差検出手段２０７、２０８とを設け、制御手段３０は、ランキンサイクル２０を起動させる際に、開閉手段２７を開き、回転電機２５を電動機として所定回転数で作動させると共に、温度検出手段２０６によって得られる気相作動流体の温度が所定温度以上となると、開閉手段２７を閉じて、圧力差検出手段２０７、２０８によって得られる圧力差が所定圧力差に至るまでの間に、回転電機２５の作動回転数を所定回転数に対して増加させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相作動流体を圧送するポンプ（２１）、前記ポンプ（２１）から圧送される前記液相作動流体を発熱機器（１０）の廃熱によって加熱し気相作動流体とする加熱器（２２）、前記加熱器（２２）から流出される前記気相作動流体の膨張エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機（２３）、および前記膨張機（２３）から流出される膨張後の気相作動流体を凝縮液化し前記ポンプ（２１）に流出する凝縮器（２４）を備えるランキンサイクル（２０）と、
電動機および発電機の両機能を備える回転電機（２５）と、
前記回転電機（２５）の作動を制御する制御手段（３０）とを有し、
前記ポンプ（２１）、前記膨張機（２３）、および前記回転電機（２５）が同軸で接続された廃熱利用装置において、
前記膨張機（２３）をバイパスするバイパス流路（２６）と、
前記制御手段（３０）によって制御され、前記バイパス流路（２６）を開閉する開閉手段（２７）と、
前記膨張機（２３）の入口側における前記気相作動流体の温度を検出する温度検出手段（２０６）と、
前記膨張機（２３）の入口出口間の圧力差を検出する圧力差検出手段（２０７、２０８）とを設け、
前記制御手段（３０）は、前記ランキンサイクル（２０）を起動させる際に、
前記開閉手段（２７）を開き、前記回転電機（２５）を電動機として所定回転数で作動させると共に、
前記温度検出手段（２０６）によって得られる前記気相作動流体の温度が所定温度以上となると、前記開閉手段（２７）を閉じて、前記圧力差検出手段（２０７、２０８）によって得られる圧力差が所定圧力差に至るまでの間に、前記回転電機（２５）の作動回転数を前記所定回転数に対して増加させることを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項２】
前記制御手段（３０）は、前記回転電機（２５）の作動回転数を前記所定回転数に対して連続的に単調増加させることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記制御手段（３０）は、前記回転電機（２５）の作動回転数を前記所定回転数に対して階段状に増加させることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記ポンプ（２１）の入口側における前記作動流体の過冷却度を検出する過冷却度検出手段（２０５）を備え、
前記制御手段（３０）は、前記回転電機（２５）を電動機として作動させる際に、
前記所定回転数として、まず、第１所定回転数で作動させると共に、
前記過冷却度検出手段（２０５）によって得られる過冷却度が所定過冷却度以上となると、前記第１所定回転数よりも低い第２所定回転数で作動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記制御手段（３０）は、前記回転電機（２５）を前記第２所定回転数で作動させる際に、前記第１所定回転数から前記第２所定回転数へ連続的に単調減少させる、あるいは階段状に減少させることを特徴とする請求項４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、例えば車両用の内燃機関の廃熱を利用して動力を回収する廃熱利用装置に関するものである。
【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、ランキンサイクルに発電機が設けられたものが知られている。ランキンサイクルは、内部の熱媒体を循環させるポンプ、熱媒体を加熱する加熱用熱交換器、加熱された熱媒体の膨張により回転作動する膨張機（タービン）、膨張後の熱媒体を冷却する放熱用熱交換器が環状に接続されたものである。ここでは膨張機の主軸にポンプおよび発電機が連結されて一体化されている。
【０００３】
加熱用熱交換器には加熱用液体あるいはガス（ガスタービンやエンジンの排気等）が供給される。ポンプから送られた熱媒体は加熱用熱交換器で過熱蒸気となって、膨張機に流入し、膨張機内で断熱膨張することで膨張機に駆動力を発生させる。そして、この駆動力によって連結されたポンプおよび発電機が作動され、ランキンサイクルの作動が継続されると共に、排気熱エネルギーが電気エネルギーとして蓄えられる。尚、膨張後の熱媒体は、放熱用熱交換器で冷却空気等によって冷却凝縮され、ポンプに吸引される。
【特許文献１】特開２００４−１０８２２０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、上記引用文献１に記載の技術では、ランキンサイクルの起動時において、加熱用熱交換器から膨張機に熱媒体が流入されると、膨張機の入口出口間に急激な圧力差がかかり、その分、膨張機の摺動部に大きな力が作用し、耐久性低下に繋がる影響を受ける。よって、安定したランキンサイクルの起動が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、ポンプと膨張機と発電機とが直結されるものにおいて、安定的な起動を可能とする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】
【０００６】
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。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、液相作動流体を圧送するポンプ（２１）、ポンプ（２１）から圧送される液相作動流体を発熱機器（１０）の廃熱によって加熱し気相作動流体とする加熱器（２２）、加熱器（２２）から流出される気相作動流体の膨張エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機（２３）、および膨張機（２３）から流出される膨張後の気相作動流体を凝縮液化しポンプ（２１）に流出する凝縮器（２４）を備えるランキンサイクル（２０）と、
電動機および発電機の両機能を備える回転電機（２５）と、
回転電機（２５）の作動を制御する制御手段（３０）とを有し、
ポンプ（２１）、膨張機（２３）、および回転電機（２５）が同軸で接続された廃熱利用装置において、
膨張機（２３）をバイパスするバイパス流路（２６）と、
制御手段（３０）によって制御され、バイパス流路（２６）を開閉する開閉手段（２７）と、
膨張機（２３）の入口側における気相作動流体の温度を検出する温度検出手段（２０６）と、
膨張機（２３）の入口出口間の圧力差を検出する圧力差検出手段（２０７、２０８）とを設け、
制御手段（３０）は、ランキンサイクル（２０）を起動させる際に、
開閉手段（２７）を開き、回転電機（２５）を電動機として所定回転数で作動させると共に、
温度検出手段（２０６）によって得られる気相作動流体の温度が所定温度以上となると、開閉手段（２７）を閉じて、圧力差検出手段（２０７、２０８）によって得られる圧力差が所定圧力差に至るまでの間に、回転電機（２５）の作動回転数を所定回転数に対して増加させることを特徴としている。
【０００８】
これにより、まず、開閉手段（２７）を開いて回転電機（２５）を電動機として所定回転数で作動させることで、ポンプ（２１）および膨張機（２３）が作動される。作動流体は、膨張機（２３）側に流れながらも、バイパス流路（２６）を主体に流れる。よって、膨張機（２３）の入口出口間には圧力差が生じることなく、作動流体はランキンサイクル（２０）を循環する。
【０００９】
そして、膨張機（２３）入口側の作動流体の温度が所定温度以上になると、作動流体は充分な過熱状態にあり、作動流体の膨張によって膨張機（２３）の駆動が可能な状態にあることが確認できる。
【００１０】
この段階で開閉手段（２７）を閉じることで、バイパス流路（２６）側から膨張機（２３）側に作動流体を流入させることができ、作動流体の膨張によって膨張機（２３）を作動させることができる。
【００１１】
この時、膨張機（２３）の入口出口間に圧力差が発生するが、この圧力差に応じて回転電機（２５）の作動回転数を所定回転数に対して増加させることで、膨張機（２３）の作動回転数を上げて、膨張機（２３）の吐出能力を順次増加させることができるので、圧力差の立ち上がり特性（時間に対する圧力差の増加割合）を緩やかにすることができる。
【００１２】
よって、膨張機（２３）における急激な圧力差の発生を抑制して、安定的なランキンサイクル（２０）の起動が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、制御手段（３０）は、回転電機（２５）の作動回転数を所定回転数に対して連続的に単調増加させることを特徴としている。
【００１４】
これにより、膨張機（２３）における急激な圧力差の発生を確実に抑制することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、制御手段（３０）は、回転電機（２５）の作動回転数を所定回転数に対して階段状に増加させることを特徴としている。
【００１６】
これにより、請求項２と同様に、膨張機（２３）における急激な圧力差の発生を確実に抑制することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、ポンプ（２１）の入口側における作動流体の過冷却度を検出する過冷却度検出手段（２０５）を備え、
制御手段（３０）は、回転電機（２５）を電動機として作動させる際に、
所定回転数として、まず、第１所定回転数で作動させると共に、
過冷却度検出手段（２０５）によって得られる過冷却度が所定過冷却度以上となると、第１所定回転数よりも低い第２所定回転数で作動させることを特徴としている。
【００１８】
これにより、まず、回転電機（２５）によってポンプ（２１）および膨張機（２３）を作動させる際に、所定回転数として設定可能な高回転側の第１所定回転数とすることで、ポンプ（２１）の吐出量を増加させて、作動流体を短時間でランキンサイクル（２０）内に循環させることができる。よって、請求項１に記載の発明に対して、開閉手段（２７）を閉じるまでの時間を短縮して、安定的なランキンサイクル（２０）の起動が可能となる。
【００１９】
尚、ポンプ（２１）の入口側における作動流体の過冷却度が所定過冷却度以上になると、作動流体は充分な過冷却状態にあり、気相作動流体を巻き込むことなくポンプ（２１）による充分な作動流体の循環が可能な状態にあることが確認できるため、第１所定回転数から第２所定回転数への適切な切り替えタイミングを決定できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、制御手段（３０）は、回転電機（２５）を第２所定回転数で作動させる際に、第１所定回転数から第２所定回転数へ連続的に単調減少させる、あるいは階段状に減少させることを特徴としている。
【００２１】
これにより、回転電機（２５）の作動回転数を第１所定回転数から第２所定回転数へ滑らかに減少させることができ、無理のないランキンサイクル（２０）の作動が可能となる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載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】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、ランキンサイクル２０を有する廃熱利用装置１のシステム全体を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の廃熱利用装置１は、エンジン１０を駆動源とする車両に適用されるものである。
【００２５】
エンジン（発熱機器）１０は、水冷式の内燃機関であり、エンジン冷却水の循環によってエンジン１０が冷却されるラジエータ回路１１、および冷却水（温水）の循環によって空調空気が加熱されるヒータ回路１２が設けられている。
【００２６】
ラジエータ回路１１には、ラジエータ１３が設けられており、ラジエータ１３は、温水ポンプ１４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１４は、電動式のポンプ、あるいは機械式のポンプのどちらでも良い。ラジエータ回路１１中には、ラジエータ１３を迂回して冷却水が流通するラジエータバイパス流路１５が設けられており、サーモスタット１６によってラジエータ１３を流通する冷却水量とラジエータバイパス流路１５を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
【００２７】
ヒータ回路１２には、ヒータコア１７が設けられており、上記の温水ポンプ１４によって冷却水（温水）が循環されるようになっている。ヒータコア１７は、空調ユニットの空調ケース内に配設されており、送風機（いずれも図示略）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。ヒータコア１７にはエアミックスドア（図示略）が設けられており、このエアミックスドアの開閉により、ヒータコア１７を流通する空調空気量が可変される。
【００２８】
ヒータ回路１２には、ヒータコア１７をバイパスする加熱器用流路１８が形成されている。この加熱器用流路１８には、後述するランキンサイクル２０の加熱器２２が配設されており、冷却水がこの加熱器２２内を流通するようになっている。加熱器２２の上流側にはシャット弁１９が設けられており、このシャット弁１９の開閉制御によって、冷却水を加熱器２２側へ流通させるか否かを適宜調節できるようになっている。
【００２９】
一方、ランキンサイクル２０は、エンジン１０で発生した廃熱エネルギー（冷却水の熱）を回収するとともに、この廃熱エネルギーを機械的エネルギー（後述する膨張機２３の駆動力）、さらには、電気エネルギー（後述するモータジェネレータ２５の発電量）に変換して利用するものである。以下、ランキンサイクル２０について説明する。
【００３０】
ランキンサイクル２０は、ポンプ２１、加熱器２２、膨張機２３、凝縮器２４を有しており、これらが環状に接続されて閉回路を形成している。さらに、加熱器２２と凝縮器２４との間には、膨張機２３を迂回するバイパス流路２６が設けられ、このバイパス流路２６にはバイパス弁（開閉手段）２７が設けられている。バイパス弁２７は、例えば電磁式の弁として形成することができ、後述する通電制御回路３０によって、弁体の開閉作動が制御されるようになっている。
【００３１】
ポンプ２１は、後述する通電制御回路３０によって作動されるモータジェネレータ２５、あるいは膨張機２３を駆動源として、ランキンサイクル２０内の液相冷媒（液相作動流体）を循環させる電動式のポンプである。そして、ポンプ２１は、モータジェネレータ２５および膨張機２３と同一の駆動軸によって接続されている。
【００３２】
加熱器２２は、ポンプ２１から圧送される冷媒と加熱器用流路１８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冷媒を加熱して過熱蒸気冷媒（気相作動流体）とする熱交換器である。
【００３３】
膨張機２３は、加熱器２２で加熱された過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動力を発生させる流体機器である。膨張機２３の駆動軸にはモータジェネレータ２５およびポンプ２１が接続されている。そして、膨張機２３の駆動力によってモータジェネレータ２５およびポンプ２１が作動され、モータジェネレータ２５によって発電される電力は、後述する通電制御回路３０を構成するインバータ３１を介してバッテリ３３に充電されるようになっている。膨張機２３から流出される過熱蒸気冷媒は、凝縮器２４に至る。
【００３４】
凝縮器２４は、膨張機２３の吐出側に接続され、軸流式のいわゆる吸い込み式の送風ファン２８によって送風される冷却空気との熱交換によって膨張後の過熱蒸気冷媒を凝縮液化して液相冷媒とする熱交換器である。凝縮器２４から流出される液相冷媒は、上記ポンプ２１に至る。
【００３５】
モータジェネレータ２５は、電動機および発電機の両機能を備える回転電機であり、通電制御回路３０によって制御されるようになっている。モータジェネレータ２５の一端側の軸にはポンプ２１が接続され、他端側の軸には膨張機２３が接続されている。
【００３６】
通電制御回路３０は、廃熱利用装置１内の各種機器の作動を制御するための制御手段であり、インバータ３１と制御機器３２（ＥＣＵ）とを有している。インバータ３１は、ポンプ２１および膨張機２３に接続されたモータジェネレータ２５の作動を制御するものである。インバータ３１は、モータジェネレータ２５にバッテリ３３からの電力を供給することでモータジェネレータ２５を電動機として作動させて、ポンプ２１および膨張機２３を駆動させる。また、インバータ３１は、モータジェネレータ２５が膨張機２３の駆動力によって発電機として作動されるときに、発電される電力をバッテリ３３に充電する。
【００３７】
さらに、ランキンサイクル２０には、膨張機２３の入口側冷媒温度を検出するための膨張機温度センサ（温度検出手段）２０６、膨張機２３の入口側冷媒圧力を検出するための入口側圧力センサ（圧力差検出手段）２０７、膨張機２３の出口側冷媒圧力を検出するための出口側圧力センサ（圧力差検出手段）２０８等の各種センサが配設されている。
【００３８】
そして、これらの各種センサ２０６、２０７、２０８等からの検出信号に基づいて、制御機器３２は、インバータ３１の作動を制御するとともに、シャット弁１９、送風ファン２８、モータジェネレータ２５（ポンプ２２および膨張機２３）、バイパス弁２７等を併せて制御するようになっている。
【００３９】
次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について説明する。図２は、本実施形態のランキンサイクル２０の起動時の制御を示すフローチャート、図３はランキンサイクル２０の起動時から通常制御に至る膨張機差圧およびポンプ膨張機回転数を示すタイムチャート、図４はランキンサイクル２０の起動時の各部位における冷媒流量を示す模式図である。
【００４０】
（１）ランキン起動制御
通電制御回路３０は、ランキンサイクル２０を起動させるにあたって、シャット弁１９を開き、また送風ファン２８を作動させる。そして、図２に示すように、ステップＳ１００でバイパス弁２７を開き、ステップＳ１１０でモータジェネレータ２５を電動機として所定回転数（図３中の膨張機回転数所定値１）で作動させる。ここでの所定回転数とは、インバータ３１によって制御可能な最小側の回転数（例えば１５００ｒｐｍ）として予め定めた回転数である。
【００４１】
モータジェネレータ２５が作動されることで、ポンプ２１および膨張機２３が作動され、ランキンサイクル２０内の冷媒が循環される。このとき、バイパス弁２７が開かれていることから、冷媒は膨張機２３とバイパス流路２６のうち、バイパス流路２６を主に流れつつ（図４の（ａ））、膨張機２３にも流れることになる。冷媒が主にバイパス流路２６を流れることから膨張機２３の入口出口間の圧力差（以下、膨張機差圧）は発生しない（図３中のＭＧ起動〜バイパス弁閉の間）。
【００４２】
そして、冷媒がランキンサイクル２０内を循環することにより、冷媒中に含まれる潤滑油がポンプ２１および膨張機２３の各摺動部に満遍なく行渡り、ポンプ２１および膨張機２３は潤滑状態となる。
【００４３】
次に、ステップＳ１２０で膨張機温度センサ２０６から得られる膨張機入口冷媒温度が所定温度以上となったか否かを判定し、所定温度以上であると、ステップＳ１３０でバイパス弁２７を閉じる。尚、ステップＳ１２０で否と判定すると、ステップＳ１１０を継続する。
【００４４】
ここでの所定温度とは、膨張機２３に流入される過熱蒸気冷媒の膨張によって、膨張機２３を充分に駆動しうる冷媒温度（冷媒過熱度）として予め定めた温度である。所定温度は、例えば、エンジン冷却水温度（８０〜９０℃）に対して２０℃ほど低い値（６０〜７０℃）として定めることができる。
【００４５】
バイパス弁２７が閉じられることで、バイパス流路２６側の冷媒流れが遮断され、ランキンサイクル２０中の冷媒は、すべて膨張機２３側を流れることになる（図４の（ｂ））。このとき、膨張機２３が抵抗となって膨張機差圧が発生する（図３中のバイパス弁閉〜サイクル起動完了の間）。通電制御回路３０は、この膨張機差圧を入口側圧力センサ２０７によって得られる入口側冷媒圧力と、出口側圧力センサ２０８によって得られる出口側冷媒圧力との差として算出する。
【００４６】
そして、通電制御回路３０は、ステップＳ１４０とステップＳ１５０の繰り返しによって、膨張機差圧が所定差圧（所定圧力差）に至るまでの間にモータジェネレータ２５の回転数を増加させていく。ここでの所定差圧とは、膨張機２３における容積と圧力との関係から、適正膨張作動となるように（過膨張作動あるいは不足膨張作動を行わせない）予め定めた差圧である。また、モータジェネレータ２５の回転数は、連続的な単調増加（直線的な増加）となるように制御される（図３中のバイパス弁閉〜サイクル起動完了の間）。
【００４７】
そして、ステップＳ１５０で膨張機差圧が所定差圧に至ったと判定すると、ステップＳ１６０でモータジェネレータ２５の通常制御に移行し、ランキン起動制御を終了する。
【００４８】
（２）ランキン通常制御
上記ランキン起動制御の後に、通電制御回路３０は、膨張機差圧が所定差圧となるように、モータジェネレータ２５の回転数、さらには送風ファン２８の回転数を制御して、エンジン１０の廃熱エネルギーを、膨張機２３による機械エネルギー、およびモータジェネレータ２５による電気エネルギーへと変換する。
【００４９】
即ち、ランキン通常制御においては、加熱器２２からの過熱蒸気冷媒の膨張によって膨張機２３が駆動される。そして、膨張機２３の駆動力によってポンプ２１が駆動され、ランキンサイクル２０内の冷媒の循環が継続される。
【００５０】
そして、膨張機２３の駆動力がポンプ２１駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ２５は発電機として作動されることになり、制御機器３２はモータジェネレータ２５によって発電される電力を、インバータ３１を介してバッテリ３３に充電する。バッテリ３３に充電された電力は、車両の各種補機に供給されることになる。
【００５１】
（３）ランキン停止制御
バッテリ３３における充電量が所定値を超えた場合、あるいは、エンジン１０の廃熱（膨張機入口冷媒の過熱度）が充分に得られない場合は、通電制御回路３０は、ランキンサイクル２０の作動を停止する。ランキンサイクル２０の作動停止にあたっては、モータジェネレータ２５の回転数を最小側回転数に低下させて、更に、バイパス弁２７を開き、膨張機差圧が充分小さくなったことを確認して、モータジェネレータ２５の作動を停止することで、ポンプ２１および膨張機２３を停止させる。併せて、送風ファン２８を停止させる。
【００５２】
尚、ランキンサイクル２０の作動中に何らかの異常等が発生した場合は、通電制御回路３０は、シャット弁１９を閉じて、加熱器２２へのエンジン冷却水の流入を阻止して、強制的にランキンサイクル２０の作動を停止させる。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、ランキンサイクル２０の起動時において、上記（１）項で説明したランキン起動制御を行うようにしているので、まず、バイパス弁２７を開いてモータジェネレータ２５を電動機として所定回転数で作動させることで、ポンプ２１および膨張機２３を作動させることができる。このとき冷媒は、膨張機２３側に流れながらも、バイパス流路２６を主体に流れるため、膨張機差圧が生じることなく、冷媒はランキンサイクル２０を循環し、ポンプ２１および膨張機２３内の各摺動部には冷媒中に含有される潤滑油が供給されることになる。つまり起動初期段階において、ポンプ２１および膨張機２３を潤滑状態にして準備することができる。
【００５４】
そして、膨張機入口冷媒温度（過熱度）が所定温度以上になると、冷媒は充分な過熱状態にあり、この冷媒（過熱蒸気冷媒）の膨張によって膨張機２３の駆動が可能な状態にあることが確認できる。
【００５５】
この段階でバイパス弁２７を閉じることで、バイパス流路２６側から膨張機２３側に冷媒を流入させることができ、冷媒の膨張によって膨張機２３を作動させることができる。
【００５６】
この時、膨張機差圧が発生するが、この膨張機差圧に応じてモータジェネレータ２５の作動回転数を所定回転数に対して増加させることで、膨張機２３の作動回転数を上げて、膨張機２３の吐出能力を順次増加させることができるので、膨張機差圧の立ち上がり特性（時間に対する圧力差の増加割合）を緩やかにすることができる。つまり、図４（ｃ）に示すように、例えばポンプ２１が所定回転数（例えば１５００ｒｐｍ）で流量３の冷媒を吐出していたとして、モータジェネレータ２５の回転数が増加されると（例えば１５００ｒｐｍ→２０００ｒｐｍ）、その冷媒が膨張機２３に流入するときには、すでに膨張機２３の回転数が上昇されていて（２０００ｒｐｍ）、流量３の冷媒に対して流量４の冷媒を吐出可能として膨張作動し、以下その関係を繰り返していくので、膨張機差圧の上昇度合いを緩やかにすることができる訳である。
【００５７】
よって、急激な膨張機差圧の発生を抑制して、安定的なランキンサイクル２０の起動が可能となる。
【００５８】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、膨張機差圧の上昇に伴ってモータジェネレータ２５の回転数（ポンプ２１および膨張機２３の回転数）を連続的な単調増加（直線的な増加）となるように制御したが、図５（ａ）に示すように、上昇率が時間経過と共に小さくなるように制御しても良い。
【００５９】
更には、図５（ｂ）に示すように、モータジェネレータ２５の回転数（ポンプ２１および膨張機２３の回転数）を階段状に増加するように制御しても良い。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６〜図８に示す。第２実施形態の廃熱利用装置１Ａは、上記第１実施形態に対して、ポンプ温度センサ２０５を追加すると共に、ランキン起動制御において最初にモータジェネレータ２５を作動させるときの回転数制御を２段階に分けて行うようにしたものである。
【００６１】
図６に示すように、廃熱利用装置１Ａのポンプ２１の入口側（凝縮器２４とポンプ２１との間）には、ポンプ２１の入口冷媒過冷却度（サブクール）を得るための入口側冷媒温度を検出するポンプ温度センサ（過冷却度検出手段）２０５が設けられている。ポンプ温度センサ２０５からの検出信号は、制御器機３２に出力されるようになっている。
【００６２】
第２実施形態のランキン起動制御は、図７に示すように、第１実施形態に対してステップＳ１１０をステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１１１に変更したものである。
【００６３】
即ち、ランキン起動制御において、通電制御回路３０は、ステップＳ１００でバイパス弁２７を開いた後に、ステップＳ１０１でモータジェネレータ２５を所定回転数として第１所定回転数で作動させる。この第１所定回転数は、インバータ３１によって制御可能な比較的高回転側の回転数（図８中のＭＧ起動〜冷媒循環量確保完了の間）として設定した回転数である。
【００６４】
モータジェネレータ２５が第１所定回転数で作動されることにより、ポンプ２１が高回転側で作動され、ランキンサイクル２０内の冷媒は、上記第１実施形態の場合よりも高流量で循環される。
【００６５】
そして、ステップＳ１０２でポンプ温度センサ２０５から得られる入口側冷媒温度（入口冷媒過冷却度）が、所定過冷却度以上か否かを判定し、所定過冷却度以上であると判定すると、ステップＳ１１１でモータジェネレータ２５の回転数を第１所定回転数よりも低い第２所定回転数に切替えて作動させる。ここでの所定過冷却度とは、凝縮器２４から流出される冷媒が確実に液相冷媒となりうる冷媒温度として予め定めた過冷却度である。また、第２所定回転数とは、上記第１実施形態と同様にインバータ３１によって制御可能な最小側の回転数（図８中の冷媒循環量確保完了〜バイパス弁閉の間）として予め定めた回転数である。尚、ステップＳ１０２で否と判定すると、ステップＳ１０１を継続する。
【００６６】
そして、ステップＳ１２０で膨張機温度センサ２０６から得られる膨張機入口冷媒温度が所定温度以上となったか否かを判定し、所定温度以上であると、上記第１実施形態と同様にステップＳ１３０〜ステップＳ１６０を実行し、否と判定すると、ステップＳ１１０を継続する。
【００６７】
第２実施形態においては、最初のモータジェネレータ２５を作動させる際の所定回転数を高回転側の第１所定回転数としているので、ポンプ２１の吐出量を増加させて、冷媒を短時間でランキンサイクル２０内に循環させることができる。よって、上記第１実施形態に対して、バイパス弁２７を閉じるまでの時間を短縮して、安定的なランキンサイクル２０の起動が可能となる。
【００６８】
尚、ポンプ２１の入口側における冷媒の過冷却度が所定過冷却度以上になると、冷媒は充分な過冷却状態にあり、気相冷媒を巻き込むことなくポンプ２１による充分な冷媒の循環が可能な状態にあることが確認できるため、第１所定回転数から第２所定回転数への適切な切り替えタイミングを決定できる。
【００６９】
（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では、最初のモータジェネレータ２５の作動において、冷媒過冷却度が所定過冷却度以上で回転数を第１所定回転数から第２所定回転数に単純に切替えるようにしたが、図９に示すように、連続的に単調減少させるようにしても良い。あるいは、階段状に減少させるようにしても良い（図示省略）。これにより、無理のない滑らかなランキンサイクル２０の作動が可能となる。
【００７０】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、膨張機２３における膨張機差圧を入口側圧力センサ２０７、出口側圧力センサ２０８から得るようにしたが、これにかぎらず、冷媒圧力に相関する冷媒温度から膨張機差圧を算出するようにしても良い。
【００７１】
また、上記実施形態においては、廃熱を伴う発熱機器として、車両用のエンジン１０（エンジン冷却水）としたが、これに限らず、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。
【００７２】
また、本廃熱利用装置１（１Ａ）を車両用に適用されるものとして説明したが、これに限らず、定置用のものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態のランキンサイクルを有する廃熱利用装置のシステム全体を示す模式図である。
【図２】第１実施形態のランキンサイクルの起動時の制御を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のランキンサイクルの起動時から通常制御に至る膨張機差圧およびポンプ膨張機回転数を示すタイムチャートである。
【図４】第１実施形態のランキンサイクルの起動時の各部位における冷媒流量を示す模式図である。
【図５】第１実施形態の変形例におけるランキンサイクルの起動時から通常制御に至る膨張機差圧およびポンプ膨張機回転数を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態のランキンサイクルを有する廃熱利用装置のシステム全体を示す模式図である。
【図７】第２実施形態のランキンサイクルの起動時の制御を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態のランキンサイクルの起動時から通常制御に至る膨張機差圧およびポンプ膨張機回転数を示すタイムチャートである。
【図９】第２実施形態の変形例におけるランキンサイクルの起動時から通常制御に至る膨張機差圧およびポンプ膨張機回転数を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１、１Ａ  廃熱利用装置
１０  エンジン（発熱機器）
２０  ランキンサイクル
２１  ポンプ
２２  加熱器
２３  膨張機
２４  凝縮器
２５  モータジェネレータ（回転電機）
２６  バイパス流路
２７  バイパス弁（開閉手段）
３０  通電制御回路（制御手段）
２０５  ポンプ温度センサ（過冷却度検出手段）
２０６  膨張機温度センサ（温度検出手段）
２０７  入口側圧力センサ（圧力差検出手段）
２０８  出口側圧力センサ（圧力差検出手段）
【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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