CN104271899A - 废热回收装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括兰肯循环的废热回收装置，能够抑制使兰肯循环工作的机会的减少，并且能使兰肯循环高效地运转。对发动机(10)的废热回收利用的废热回收装置(1)具有：兰肯循环(2)，该兰肯循环(2)具有加热器(22)、膨胀机(23)、冷凝器(24)及泵(25)；旁通流路(26)，该旁通流路(26)使制冷剂绕过膨胀机(23)流通；旁通阀(27)，该旁通阀(27)将旁通流路(26)打开、关闭；以及控制单元(4)。在使兰肯循环(2)起动时，控制单元(4)执行在打开旁通阀(27)的状态下使泵(25)工作，然后关闭旁通阀(27)的兰肯循环(2)的起动控制。另外，在关闭旁通阀(27)后的兰肯循环(2)的高压侧与低压侧的压力差在规定时间内没有达到起动完成判断值的情况下，控制单元(4)重复执行所述起动控制。

Description

废热回收装置
技术领域
本发明涉及一种包括兰肯循环的废热回收装置，上述兰肯循环将发动机等的外部热源的废热回收而再生作为动力。
背景技术
作为这种装置，已知有例如专利文献1记载的废热利用装置。专利文献1记载的废热利用装置包括：兰肯循环，该兰肯循环具有泵、加热器、膨胀机及冷凝器；旁通流路，该旁通流路绕过上述膨胀机；以及旁通阀，该旁通阀将上述旁通流路打开、关闭。在使兰肯循环起动时，首先，打开旁通阀使制冷剂循环，当膨胀机的入口侧的气相制冷剂的温度达到规定温度以上时，关闭旁通阀，并且使膨胀机及泵的工作转速增加。此外，在关闭旁通阀之后，当膨胀机的入口与出口间的压力差(膨胀机差压)达到规定差压时，判断为兰肯循环的起动完成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－97387号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在上述现有的废热利用装置中，对于直到兰肯循环的起动完成的时间、即在关闭旁通阀后至膨胀机差压达到规定差压的时间这一方面，完全没有进行考虑。
在膨胀机差压达到规定差压的过程中，在无法从膨胀机获得充分的输出、或是即使经过一定程度的时间，膨胀机差压也没有达到规定差压的情况下，然后也有很大的可能在比较长的时间内持续膨胀机差压没有达到上述规定差压的状态。因此，在上述现有的废热利用装置中，存在使兰肯循环在效率较差的状态下工作(运转)的时间变长的可能性。
对此，也想到设计成在经过了一定程度的时间后，膨胀机差压也没有达到规定差压的情况下，使兰肯循环不工作，但若仅是这样的话，由于使兰肯循环工作的机会可能会减少，因此不甚理想。
本发明着眼于上述问题而作，其目的在于提供一种对使兰肯循环工作的机会的减少进行抑制且能使兰肯循环高效地运转的、包括兰肯循环的废热回收装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明一个方面的废热回收装置包括：兰肯循环，上述兰肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，上述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，上述膨胀机使经过上述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，上述冷凝器使经过上述膨胀机的制冷剂冷凝，上述泵将经过上述冷凝器的制冷剂向上述加热器送出；旁通流路，上述旁通流路使制冷剂绕过上述膨胀机流通；旁通阀，上述旁通阀将上述旁通流路打开、关闭；压力差检测部，上述压力差检测部对上述兰肯循环的高压侧与低压侧的压力差进行检测；以及控制部，上述控制部执行上述兰肯循环的起动控制，在打开上述旁通阀的状态下使上述泵工作，然后关闭上述旁通阀，当关闭上述旁通阀后的上述压力差在规定时间以内没有到达上述兰肯循环的起动完成判断值的情况下，上述控制部重复执行上述起动控制。
本发明另一方面的废热回收装置包括：兰肯循环，上述兰肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，上述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，上述膨胀机使经过上述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，上述冷凝器使经过上述膨胀机的制冷剂冷凝，上述泵将经过上述冷凝器的制冷剂向上述加热器送出；旁通流路，上述旁通流路使上述制冷剂绕过上述膨胀机流通；旁通阀，上述旁通阀将上述旁通流路打开、关闭；压力差检测部，上述压力差检测部对上述兰肯循环的高压侧与低压侧的压力差进行检测；以及控制部，上述控制部控制成在使上述兰肯循环起动时，在打开上述旁通阀的状态下使上述泵工作，然后当上述压力差达到规定值时关闭上述旁通阀，上述控制部控制成在上述压力差达到第一规定值而将上述旁通阀关闭后，当在规定时间内上述压力差没有达到比上述第一规定值高的起动完成判断值的情况下，打开上述旁通阀，然后，当上述压力差达到比上述第一规定值高且比上述起动完成判断值低的第二规定值时，关闭上述旁通阀。
发明效果
根据上述废热回收装置，当使兰肯循环起动时，在从使制冷剂绕过膨胀机进行循环的状态开始，关闭旁通阀而使制冷剂经过膨胀机进行循环之后，兰肯循环的高压侧与低压侧的压力差在规定时间以内没有达到起动完成判断值的情况下，打开旁通阀，使制冷剂再次绕过膨胀机进行循环，然后关闭旁通阀。藉此，能对使兰肯循环在效率差的状态下工作的时间增长的情况进行抑制，并且能在提高了兰肯循环达到起动完成的可能性的同时，使制冷剂经由膨胀机进行循环。其结果是，能够抑制使兰肯循环工作的机会的减少，并且能使兰肯循环高效地运转。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的废热回收装置的示意结构的图。
图2是表示实施方式中的兰肯起动控制的流程图。
图3是表示实施方式中的兰肯起动控制的流程图。
图4是兰肯起动控制的时序图。
图5是用于对闭阀判断值ΔPs1的更新(增加修正)进行说明的图。
图6是表示实施方式的变形例的废热回收装置的示意结构的图。
图7是用于对闭阀判断值ΔPs1的更新(增加修正)的另一例进行说明的图。
图8是表示在兰肯循环每次起动时进行修正的闭阀判断值ΔPs1的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明实施方式的废热回收装置1的示意结构。上述废热回收装置1装载于车辆，并将该车辆的发动机50的废热回收利用。
如图1所示，废热回收装置1包括：兰肯循环2，该兰肯循环2将发动机50的废热回收并转换为动力；传递机构3，该传递机构3在兰肯循环2与发动机50之间进行动力的传递；以及控制单元4，该控制单元4对废热回收装置1整体的工作进行控制。
发动机50是水冷式的内燃机，其通过在冷却水流路51内循环的发动机冷却水进行冷却。在冷却水流路51中配置有后述的兰肯循环2的加热器22，以使从发动机50中吸收热后的发动机冷却水在加热器22内流通。
兰肯循环2将作为外部热源的发动机50的废热(在此为发动机冷却水的热)回收并转换为动力而输出。
在兰肯循环2的制冷剂循环通路21中依次配置有加热器22、膨胀机23、冷凝器24及泵25。另外，在加热器22与冷凝器24之间设置有使制冷剂绕过膨胀机23进行流通的旁通路26，在该旁通路26内设置有将该旁通路26打开、关闭的旁通阀27。另外，旁通阀27的工作由控制单元4控制。
加热器22是通过在从发动机50中吸收热后的发动机冷却水与制冷剂之间进行热交换，来将制冷剂加热以形成过热蒸汽的热交换器。另外，虽未图示，但也可以将加热器22构成为使发动机10的排气代替发动机冷却水，而在发动机10的排气与制冷剂之间进行热交换。
膨胀机23例如是涡旋型的膨胀机，该涡旋型的膨胀机通过使在加热器22中被加热而成为过热蒸汽的制冷剂膨胀来转换为旋转能，从而产生动力(驱动力)。
冷凝器24是通过在经过膨胀机23后的制冷剂与外部空气之间进行热交换，来将制冷剂冷却并冷凝(液化)的热交换器。
泵25是将在冷凝器24中被液化后的制冷剂(液体制冷剂)向加热器22送出的机械式泵。此外，通过利用泵25将在冷凝器24中被液化后的制冷剂向加热器22送出，从而使制冷剂在兰肯循环2的上述各要素内循环。
在此，在本实施方式中，构成为膨胀机23和泵25一体地连接的、具有共用的转轴28a的“泵一体型膨胀机28”。即，泵一体型膨胀机28的转轴28a具有作为膨胀机23的输出轴的功能及作为泵25的驱动轴的功能。
传递机构3具有：带轮32，该带轮32经由电磁离合器31安装在泵一体型膨胀机28的转轴28a上；曲轴带轮33，该曲轴带轮33安装在发动机50的曲轴50a上；以及带34，该带34卷绕在带轮32及曲轴带轮33上。利用控制单元4对电磁离合器31的接通(连接)/断开(释放)进行控制，藉此，传递机构3能在发动机50与兰肯循环2(更具体来说是泵一体型膨胀机28)之间传递/切断动力。
在控制单元4中输入有第一压力传感器61、第二压力传感器62、温度传感器63等各种传感器的检测信号，其中，上述第一压力传感器61对兰肯循环2的高压侧压力PH进行检测，上述第二压力传感器62对兰肯循环2的低压侧压力PL进行检测，上述温度传感器63对外部空气的温度Ta进行检测。此外，在使兰肯循环2起动时，控制单元4执行后述的兰肯循环2的起动控制(以下仅称为“兰肯起动控制”)。
在此，兰肯循环2的高压侧压力PH是指从泵25(的出口)经由加热器22到膨胀机23(的入口)的区间内的制冷剂循环通路21内的压力，兰肯循环2的低压侧压力PL是指从膨胀机23(的出口)经由冷凝器24到泵25(的入口)的区间内的制冷剂循环通路21内的压力。另外，在本实施方式中，第一压力传感器51对膨胀机23入口侧(加热器22出口侧)的压力进行检测，以作为兰肯循环2的高压侧压力PH，第二压力传感器52对泵25入口侧(冷凝器24出口侧)的压力进行检测，以作为兰肯循环2的低压侧压力PL。
接着，对控制单元4所执行的兰肯起动控制进行说明。
泵25是送液泵，其以泵25入口侧的制冷剂为液相状态(液体制冷剂)为前提。但是，若因布局上的限制等，而例如将泵25设置在比未图示的储液罐(日文：レシーバタンク)内的制冷剂液面高的位置，则在兰肯循环2停止时，泵25入口侧的制冷剂有时处于气相状态(气体制冷剂)。在这样使气体制冷剂混入到泵25入口侧的状态下，即便使泵工作，也无法获得充分的制冷剂循环量，会使兰肯循环2的起动需要很长的时间，或者存在兰肯循环2起动失败的可能性。因而，在使兰肯循环2起动时，需要预先使泵入口侧的制冷剂尽可能为液体制冷剂。
在此，可以确认，通过在气体制冷剂混入到泵25入口侧的制冷剂中的状态下，打开旁通阀27而使泵25工作，即、使制冷剂绕过膨胀机23进行循环，从而能缩短泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂的时间。可认为是因为下述理由。即、当使制冷剂经由膨胀机23进行循环时，制冷剂在膨胀机23内发生膨胀而使低压侧压力PL下降，从而使冷凝温度降低。因此，在冷凝器24中，冷凝温度与流过空气间的温度差减小，从而处于制冷剂的过冷度(过度冷却)不易增大的运转状态。
另外，发明人也确认到，在打开旁通阀27而使制冷剂进行循环之后，当泵25入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态后，更具体地当泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂后，关闭旁通阀27，从而使兰肯循环2的起动的可靠性得到提高。
因而，在使兰肯循环2起动时，首先在打开旁通阀27的状态下使泵25工作，然后，只要在泵25入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态时，换言之，在表示冷凝器24中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭旁通阀27，就能够提高兰肯循环2的起动性能(起动的快慢及可靠性)，并且能使兰肯循环2的输出为负的运转时间作为所需的最小值，来使兰肯循环2高效地运转。
因而，在本实施方式中，控制单元4执行首先打开旁通阀27而使泵25工作，并且在表示冷凝器24中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭旁通阀27的控制，即、执行将表示冷凝器24的冷凝能力的参数为规定值以上作为旁通阀27的闭阀条件的兰肯起动控制。
在此，在本实施方式中，使用兰肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。理由如下。
在泵25入口侧的液体制冷剂的比例增多时，制冷剂流量增大，冷凝器22中的冷凝能力也增强(冷凝能力＝冷凝器前后的制冷剂焓差×制冷剂流量)。因此，制冷剂流量是表示冷凝能力强弱的值。另外，制冷剂流量与制冷剂回路的压力损失间存在关联(当制冷剂流量增加时，制冷剂回路的压力损失也增加)，因此，在打开旁通阀27的状态下，高压侧与低压侧的压力差ΔP＝制冷剂回路的压力损失，其是与制冷剂流量存在关联的值。因而，通过检测该压力差ΔP，就能够容易地对冷凝器24的冷凝能力进行判断(检测)，更详细来说能够容易地对泵25入口侧的制冷剂是否达到大致100％液体制冷剂进行判断(检测)，而且能够实现上述压力差ΔP的波动(日文：ハンチング)等少且稳定的控制。另外，通过对上述压力差ΔP进行检测，也能判断在关闭旁通阀27之后，膨胀机23是否处于能产生动力(驱动力)的状态，即、兰肯循环2的起动是否完成。
图2和图3是兰肯起动控制的流程图。
通过输入例如兰肯循环2的工作要求或工作许可，就开始进行该流程图。
在步骤S1中，对是否判断为“起动失败”进行判断(参照后述的步骤S15)。在没有判断为“起动失败”的情况下，即、若是第一次的兰肯起动控制，则进入步骤S2，在判断为“起动失败”的情况下，即、若是重新进行兰肯起动控制，则进入步骤S3。
在步骤S2中，对用于判断是否关闭旁通阀27的闭阀判断值(压力)ΔPs1的初始值进行设定。基本上，将作为将足够量(大致100％)的液体制冷剂供给到泵25入口侧的情况下的兰肯循环2的高压侧与低压侧间的压力差而预先设定的闭阀判断值ΔPs1的基准值(例如0.1MPa～0.25MPa间的任意值)，设定作为上述初始值。
但是，当在前一次的兰肯起动控制中更新了闭阀判断值ΔPs1后，判断为起动完成的情况下，将所存储的上述更新后的闭阀判断值ΔPs1设定作为上述初始值(参照后述的步骤S17)。
在步骤S3中，对闭阀判断值ΔPs1进行更新(增加修正)。具体来说，通过使当前确定(设定)的闭阀判断值ΔPs1与修正值ΔPhos相加，来对闭阀判断值ΔPs1(ΔPs1←ΔPs1+ΔPhos)进行更新。上述修正值ΔPhos例如能够设定为0.02MPa。
在此，对闭阀判断值ΔPs1设定上限值，将在步骤S3中进行更新(增加修正)后的闭阀判断值ΔPs1限制为上述上限值以下。另外，在此使用的上限值能够设定为例如0.25MPa～0.4MPa间的任意的值。
在步骤S4中，确定在后述的步骤S10中使用的闭阀判断值ΔPs1。
当在兰肯起动控制刚刚开始后且没有判断为“起动失败”的情况下，将在步骤S2中设定的初始值(即闭阀判断值ΔPs1的基准值或是在前一次的兰肯起动控制中被更新并存储的更新后的闭阀判断值ΔPs1)直接设定作为在步骤S9中使用的闭阀判断值ΔPs1。
另一方面，当在后述的步骤S15中判断为“起动失败”而重新进行了兰肯起动控制的情况下，将闭阀判断值ΔPs1设定为在步骤S10中使用的闭阀判断值ΔPs1。因而，在每次在步骤S15中判断“起动失败”时，在步骤S10中使用的闭阀判断值ΔPs1以每次增加修正值ΔPhos的方式增加，但修正(更新)后的闭阀判断值ΔPs1被限制为上述上限值以下。
在步骤S5中，对旁通阀27是否打开进行判断。当旁通阀27关闭时，进入步骤S6，当旁通阀27打开时，进入步骤S7。
在步骤S6中，将旁通阀27打开。
在本实施方式中，当兰肯循环2停止时，通常旁通阀27是打开的。因此，在第一次的兰肯起动控制中，通常省略上述步骤S6的处理。另一方面，由于当在起动失败(参照后述的步骤S15)后重新进行兰肯起动控制时，旁通阀27是关闭的(参照步骤S12)，因此，在上述步骤S6中将旁通阀27打开。
在步骤S7中，对电磁离合器31是否接通(连接)进行判断。当电磁离合器31没有接通的情况下、即在第一次的兰肯起动控制时，进入步骤S8，在电磁离合器31已经接通的情况下、即在重新进行兰肯起动控制的情况下，进入步骤S9。
在步骤S8中，将电磁离合器31接通(连接)。当电磁离合器31接通时，利用发动机50驱动转轴28a旋转来使泵25进行工作。
利用上述步骤S5～步骤S8，使制冷剂绕过膨胀机23进行循环。
在步骤S9中，对从开始进行绕过膨胀机23的制冷剂的循环是否经过了第一规定时间进行判断。即，在第一次的兰肯起动控制中，在步骤S8中对在将电磁离合器31接通后是否经过了第一规定时间进行判断，在重新进行兰肯起动控制时，对在步骤S6中将旁通阀27打开后是否经过了第一规定时间进行判断。在没有经过第一规定时间的情况下，进入步骤S10。另一方面，在经过了第一规定时间的情况下，进入步骤S11，在判断为“压力不良”后进入步骤S12。另外，将上述第一规定时间预先设定为通过将旁通阀27打开而使泵25工作，来使泵25入口侧的制冷剂充分液化(能形成为大致100％液体制冷剂)的时间，例如能够设定为120秒。
在步骤S10中，对兰肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP，是否为在步骤S4中确定(设定)的闭阀规定值ΔPs1以上进行判断。在压力差ΔP低于上述闭阀判断值ΔPs1的情况下，返回到步骤S9，在压力差ΔP为上述规定值ΔPs1以上的情况下，进入步骤S12。
在步骤S12中，关闭旁通阀27。藉此，制冷剂经由膨胀机23进行循环。此外，在关闭旁通阀27后，进入步骤S13。
利用上述步骤S9～步骤S12，对上述压力差ΔP是否在从制冷剂开始绕过膨胀机23进行循环后的第一规定时间以内达到闭阀判断值ΔPs1进行判断、即对是否满足旁通阀27的闭阀条件进行判断。此外，当上述压力差ΔP在第一规定时间以内达到闭阀判断值ΔPs1时，关闭旁通阀27而使制冷剂经由膨胀机23进行循环。另一方面，当上述压力差ΔP在第一规定时间以内没有达到闭阀判断值ΔPs1时，判断为“压力不良”。另外，在此，在判断为“压力不良”的情况下，也将旁通阀27关闭而使制冷剂经由膨胀机23进行循环，但也可以将电磁离合器31断开(释放)而使兰肯起动控制结束。
在此，也可以基于外部空气的温度Ta，对在上述步骤S2内设定的闭阀判断值ΔPs1的初始值(即、闭阀判断值ΔPs1的基准值或前一次的兰肯控制中的更新后的闭阀判断值ΔPs1)进行修正。在这种情况下，外部空气的温度Ta越低，闭阀判断值ΔPs1的初始值便被修正为越高的值。
当外部空气的温度Ta变低时，冷凝器24的散热性能提高，冷凝温度及泵25入口的制冷剂温度下降。藉此，高压侧的加热器22入口的制冷剂温度也下降，在加热器22的内部，液相的制冷剂量增大。因而，低压侧的制冷剂量减少，泵25入口的过冷度也降低。因此，在外部空气低的条件下，处于泵25入口的过冷度不易增大的运转状态。即，泵25入口处于制冷剂不易液化的条件。因而，当在外部空气的温度Ta低的情况下，若使用相同的判断基准值来对是否将旁通阀27关闭进行判断，则泵25入口的制冷剂可能无法充分液化，而处于对兰肯循环2的起动不利的状态。
因此，控制单元4控制成外部空气的温度Ta越低，将闭阀判断值ΔPs1的初始值修正为越高的值。若是这样，外部空气的温度Ta越低，将旁通阀27关闭的时刻实际越晚，而使泵25入口处于容易使制冷剂充分液化的条件，因此，能够提高起动的可靠性。例如，若在外部空气的温度Ta为25℃时，闭阀判断值ΔPs1的初始值为大约0.15MPa，则在外部空气的温度Ta为5℃时，能够将闭阀判断值ΔPs1的初始值设定为大约0.2MPa。
另外，在外部空气的温度Ta较低的情况下，同样地，即使经过冷凝器24(的外侧)的外部空气的流量增多，也能使冷凝器24的散热性能提高。因而，控制单元4也可以例如从未图示的发动机控制单元输入车速，并基于输入的车速对闭阀判断值ΔPs1的初始值进行修正。在这种情况下，车速越高，将闭阀判断值ΔPs1的初始值修正为越高的值。当然，控制单元4也可以基于外部空气的温度Ta及车速两者来对闭阀判断值ΔPs1的初始值进行修正(设定)。
返回图2，在步骤S13中，对在步骤S12中关闭旁通阀27后是否经过了第二规定时间(＜第一规定时间)进行判断。在没有经过第二规定时间的情况下，进入步骤S14。另一方面，在经过了第二规定时间的情况下，进入步骤S15，当判断为“起动失败”后，进入步骤S18。将在此使用的第二规定时间预先设定为在兰肯循环2通常运转(工作)时使压力差ΔP能达到用于对兰肯循环2的起动完成进行判断的起动完成判断值ΔPs2(参照下述步骤S14)的时间，例如能够设定为30秒。
在步骤S14中，对兰肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP是否为起动完成判断值ΔPs2(＞闭阀判断值ΔPs1)以上进行判断。根据兰肯循环2对上述起动完成判断值ΔPs2进行设定，例如能够设定为0.8MPa。此外，在上述压力差ΔP低于起动完成判断值ΔPs2的情况下，返回步骤S13。
另一方面，在步骤S14中，在上述压力差ΔP为起动完成判断值ΔPs2以上的情况下，进入步骤S16而判断为“起动完成”，在步骤S17中将当前设定(确定)的闭阀判断值ΔPs1存储并结束本流程(即，兰肯起动控制)。另外，将在步骤S17中存储的闭阀判断值ΔPs1设定作为下一次的兰肯起动控制中的闭阀判断值ΔPs1的初始值(参照上述步骤S2)。但是，在基于外部空气的温度Ta和车速对在上述步骤S2中设定的闭阀判断值ΔPs1的初始值进行了修正的情况下，在步骤S17中存储的闭阀判断值ΔPs1便作为减去了由外部空气的温度Ta导致的修正量和/或由车速导致的修正量后的值。
在上述步骤S13～步骤S17中，对在关闭了旁通阀27后，上述压力差ΔP在第二规定时间以内是否达到起动完成判断值ΔPs2进行判断，当上述压力差ΔP在第二规定时间以内达到起动完成判断值ΔPs2时，判断为兰肯循环2的起动完成。另一方面，当上述压力差ΔP在第二规定时间以内没有达到起动完成判断值ΔPs2时，判断为“起动失败”而移动到“起动失败”时的处理(参照图3，步骤S18～步骤S23)。
当兰肯循环2的起动完成时，膨胀机23产生驱动力而对泵25进行驱动，当膨胀机23的驱动力超过泵25的驱动负荷时，该驱动力的多余量经由传递机构3供给到发动机50中，以对发动机输出进行辅助。
在步骤S18(图3)中，对是否连续规定次数(例如3次～5次)判断为“起动失败”进行判断。在连续规定次数判断为“起动失败”的情况下，进入步骤S19，并判断为“不可起动”，然后，在步骤S20中打开旁通阀27，在步骤S21中将电磁离合器31断开(释放)，并结束本流程(兰肯起动控制)。在这种情况下，兰肯循环2不工作(运转)。另外，当判断为“不可起动”的情况下，推测为制冷剂量不足等在兰肯循环2中存在某些异常的情形，因此，较为理想的是，利用警告灯或显示等，将兰肯循环2存在异常的情况报告给车辆的乘客等。
另一方面，在“起动失败”的判断少于规定次数的情况下，进入步骤S22，对是否判断为“压力不良”(参照步骤S11)进行判断。
在没有判断为“压力不良”的情况下，返回步骤S1，并重新(重复)进行兰肯起动控制。但是，在这种情况下重新进行兰肯起动控制时，在步骤S3中对闭阀判断值ΔPs1进行更新(增加修正)。
在判断为“压力不良”的情况下，当在步骤S23中对“压力不良”的判断进行重置(消除)后，返回步骤S5而重新(重复)进行兰肯起动控制。但是，在这种情况下重新进行兰肯起动控制时，与没有判断为“压力不良”的情况下重新进行的兰肯起动控制不同，不进行闭阀判断值ΔPs1的更新(增加修正)。
图4是上述兰肯起动控制的时序图。
在起动兰肯循环2时，在打开了旁通阀27的状态下将电磁离合器31接通(时刻t0)。如上所述，在本实施方式中，由于在兰肯循环2的停止时将旁通阀27打开，因此，通常只将电磁离合器31接通。但是，当在兰肯循环2的停止时旁通阀27处于被关闭的情况下，打开旁通阀27，并且将电磁离合器31接通。藉此，泵25进行工作，制冷剂绕过膨胀机23进行循环。这样，冷凝器24出口侧的制冷剂的过冷度增大，供给到兰肯循环2的高压侧的液体制冷剂的流量增加，随之高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP也上升。
此外，当上述压力差ΔP上升到闭阀判断值ΔPs1时，冷凝器24中的冷凝性能处于足够高的状态，判断为大致100％液化后的制冷剂(液体制冷剂)被连续地供给到泵25入口侧，并将旁通阀27关闭(时刻t1)。藉此，制冷剂经由膨胀机23进行循环。
当旁通阀27被关闭后，上述压力差ΔP以更快的速度上升，当上述压力差ΔP上升到起动完成判断值ΔPs2时，判断为膨胀机23处于能产生驱动力的状态，即判断为兰肯循环2的起动完成，从而结束兰肯起动控制(时刻t2)。
在此，如图4中虚线所示，当在关闭旁通阀27后经过了第二规定时间，上述压力差ΔP也没有达到起动完成判断值ΔPs2的情况下(时刻ta)，判断为“起动失败”，将旁通阀27打开而使制冷剂再次绕过膨胀机23进行制冷剂。即，重新进行兰肯起动控制。当在这种判断为“起动失败”后重新进行兰肯起动控制时，没有判断为“压力不良”的情况下，如图5所示，在每次判断为“起动失败”时，即、在每次重复进行兰肯起动控制时，使闭阀判断值ΔPs1每次增加修正值ΔPhos。
另外，如图4中点划线所示，当在打开旁通阀27而使电磁离合器31接通后经过了第一规定时间，上述压力差也没有达到闭阀判断值ΔPs1的情况下(时刻tb)，判断为“压力不良”。在这种情况下，随后也因判断为“起动失败”而重新进行兰肯起动控制。但是，在这种判断为“压力不良”的情况下重新进行兰肯起动控制时，与没有判断为“压力不良”的情况下重新进行兰肯起动控制不同，不进行闭阀判断值ΔPs1的增加修正。
接着，当连续规定次数判断为“起动失败”时，判断为“不可起动”，将电磁离合器31断开并结束兰肯起动控制。
根据上述实施方式，在使兰肯循环2起动时，由于首先在打开了旁通阀27的状态下使泵25工作，因此，即使在气体制冷剂混入到泵25入口侧的制冷剂中的情况下，也能将上述气体制冷剂快速地消除。接着，当兰肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP达到闭阀判断值ΔPs1时，关闭旁通阀27，从而在泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂后，能快速地使制冷剂经由膨胀机23进行循环。
其结果是，能够提高兰肯循环2的起动性能(起动的快慢及可靠性)，并且能尽可能地减少兰肯循环2的输出为负的运转时间、即尽可能地减少利用发动机50对泵25(及膨胀机23)进行驱动的时间，从而使兰肯循环2高效地运转。
在此，当在关闭旁通阀27后经过第二规定时间，上述压力差ΔP也没有达到起动完成判断值ΔPs2的情况下，通过重新进行(重复执行)兰肯起动控制，来再次实现泵25入口侧的制冷剂的液化(液体制冷剂化)，因此，能够提高兰肯循环2达到起动完成的可能性。
特别是，在没有判断为“压力不良”而发生“起动失败”的情况下，通过在每次执行兰肯起动控制时对闭阀判断值ΔPs1进行增加修正，从而与最近一次的兰肯起动控制相比，使泵25入口侧的制冷剂进一步液化(液体制冷剂化)，然后关闭旁通阀27。藉此，能够进一步提高兰肯循环2达到起动完成的可能性。
另外，当在对闭阀判断值ΔPs1进行增加修正后上述压力差ΔP在第二规定时间以内达到了起动完成判断值ΔPs2的情况下，将该增加修正后的闭阀判断值ΔPs1存储，并设定为兰肯循环2的下一次起动时的兰肯起动控制中的闭阀判断值ΔPs1的初始值。藉此，在使兰肯循环2起动时，能够通过第一次的兰肯起动控制来提高兰肯循环2达到起动完成的可能性。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够基于本发明的技术构思进行变形及改变，这点是自不待言的。以下，列举几个变形例。
(变形例1)
在上述实施方式中，使用兰肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。但是，本发明并不局限于此，也可以使用冷凝器24的出口侧(泵25入口侧)的制冷剂的过冷度(过度冷却)，来代替上述压力差ΔP，或是在上述压力差ΔP的基础上，追加使用冷凝器24的出口侧(泵25入口侧)的制冷剂的过冷度(过度冷却)。在这种情况下，冷凝器24的出口侧(泵25入口侧)的制冷剂的过冷度(过度冷却)为规定值以上便是旁通阀27的闭阀条件。另外，在这种情况下，在从冷凝器24(的出口)到泵25(的入口)之间设置温度传感器及压力传感器，控制单元4基于由温度传感器检测出的温度及由压力传感器52检测出的压力，来计算出(检测出)制冷剂的过冷度。
此外，控制单元4控制成在使兰肯循环起动时，打开旁通阀27而使泵25进行工作，并且当冷凝器24的出口侧的制冷剂的过冷度达到规定值以上时，关闭旁通阀27。上述规定值(初始值)能够设定为例如在冷凝器24的出口侧可使制冷剂充分地变为液体制冷剂的值(制冷剂温度)，此外，在每次判断为“起动失败”时，对上述值进行增加修正。通过这样，也能获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例2)
另外，还可以使用从泵25送出的液体制冷剂的流量来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。这是由于冷凝器24中的冷凝能力越高，从泵25送出的液体制冷剂的流量也会增大。在这种情况下，从泵25送出的液体制冷剂的流量为规定值以上便是旁通阀27的闭阀条件。另外，在这种情况下，在泵25出口侧设置对液体制冷剂的流量进行检测的流量传感器。
此外，控制单元4控制成在使兰肯循环起动时，打开旁通阀27而使泵25进行工作，并且当从泵25送出的液体制冷剂的流量达到规定值以上时，关闭旁通阀27。这种情况下的规定值(初始值)能够设定为例如在泵25入口侧的制冷剂充分地变为液体制冷剂时从泵25送出的流量，此外，在每次判断为“起动失败”时，对上述规定值进行增加修正。通过这样，也能获得与上述实施方式相同的效果。
另外，制冷剂流量与冷凝器24的压力损失有关，因此，还可以使用冷凝器24的入口侧与出口侧的压力差，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。在这种情况下，冷凝器24的入口侧与出口侧的压力差为规定值以上便是旁通阀27的闭阀条件。另外，在这种情况下，在冷凝器24的入口侧和出口侧分别设置压力传感器，控制单元4计算出(检测出)冷凝器24的入口侧与出口侧的压力差。
(变形例3)
另外，在上述实施方式中，膨胀机23和泵25构成为通过相同的转轴28a连接的“泵一体型膨胀机28”，但如图6所示，膨胀机23和泵25也可以是分体的。在这种情况下，废热回收装置10具有由膨胀机23和泵25分体构成的兰肯循环20、传递机构30以及控制单元4。
传递机构30具有：曲轴带轮33，该曲轴带轮33安装在发动机50的曲轴50a上；膨胀机带轮36，该膨胀机带轮36经由第一电磁离合器35安装在膨胀机23的输出轴23a；泵带轮38，该泵带轮38经由第二电磁离合器37安装在泵25的驱动轴25a上；以及带39，该带39卷绕在曲轴带轮32、膨胀机带轮36及泵带轮38上。
此外，控制单元4控制成在使兰肯循环20起动时，首先打开旁通阀27，并且将第二电磁离合器37接通而使泵25进行工作，然后当表示冷凝器24中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，将第一电磁离合器35接通，然后关闭旁通阀27。在这种情况下，也能获得与上述实施方式相同的效果。另外，也可以构成为将泵25设定为电动泵，并使控制单元4向泵25输出驱动信号。
(变形例4)
另外，在上述实施方式中，在每次判断为“起动失败”时、即在每次重复进行兰肯起动控制时，闭阀判断值ΔPs1每次增加修正值ΔPhos(参照图5)。但是，本发明并不局限于此。例如也可以如图7所示，在每次重复进行兰肯起动控制时，使闭阀判断值ΔPs1的增加量(修正值ΔPhos)增大。这样，通过在每次重复进行兰肯起动控制时使修正值ΔPhos逐渐增大，从而能够减少“起动失败”的次数。
(变形例5)
另外，在上述实施方式中，当在对闭阀判断值ΔPs1进行增加修正后，上述压力差ΔP在第二规定时间以内达到起动完成判断值ΔPs2的情况下、即在通过重复进行兰肯起动控制而完成兰肯循环2的起动的情况下，将当时的闭阀判断值(增加修正后的闭阀判断值)ΔPs1存储，且将存储后的上述闭阀判断值设定为兰肯循环2下一次起动时的兰肯起动控制中的闭阀判断值ΔPs1的初始值。但是，本发明并不局限于此。例如，如图8所示，在重复进行兰肯起动控制的情况下，对兰肯循环2的下一次起动时的兰肯起动控制中的闭阀判断值(设定值)ΔPs1(大幅地或以增加到上限值附近的方式)进行增大修正，然后，在不重复进行兰肯起动控制(即、没有发生起动失败)的情况下，在每次使兰肯循环2起动时，使增大修正后的闭阀判断值ΔPs1减小。在这种情况下，增大修正后的闭阀判断值ΔPs1的减小量既可以是恒定的，也可以是变化的。
此外，在使用减小后的闭阀判断值ΔPs1的兰肯起动控制中，当关闭旁通阀27后的上述压力差ΔP在第二规定时间以内没有达到起动完成判断值ΔPs2(即、没有完成兰肯循环2的起动)的情况下，使用兰肯循环2前一次起动时的兰肯起动控制中的闭阀判断值ΔPs1来重新执行兰肯起动控制。此外，若完成兰肯循环2的起动，则保持上述闭阀判断值ΔPs1。另外，在进一步重复进行兰肯起动控制时，也可以在每次重复进行兰肯起动控制时，对闭阀修正值ΔPs1进行增加修正。
(其它变形例)
根据上述实施方式的废热回收装置，利用膨胀机23的驱动力对发动机输出进行辅助，但本发明也可以应用在利用膨胀机23的驱动力使发电机旋转的电力再生方式的废热回收装置中。在这种情况下，例如能将膨胀机、泵及发电电动机通过相同的转轴连接而一体化。
另外，上述实施方式的废热回收装置装载在车辆中，并将该车辆的发动机的废热回收利用，但本发明也能应用在将来自外部的热源的废热回收利用的废热回收装置(例如将工厂废热回收利用的废热回收装置及将建筑机械的发动机的废热回收利用的废热回收装置)中。
(符号说明)
1、10…废热回收装置
2、20…兰肯循环
3、30…传递机构
31…电磁离合器
4…控制单元
10…发动机
21…制冷剂循环通路
22…蒸发器
23…膨胀机
24…冷凝器
25…泵
26…旁通路
27…旁通阀
28…泵一体型膨胀机
61、62…压力传感器。

Claims (11)

1.一种废热回收装置，包括：
兰肯循环，所述兰肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，所述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，所述膨胀机使经过所述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，所述冷凝器使经过所述膨胀机的制冷剂冷凝，所述泵将经过所述冷凝器的制冷剂向所述加热器送出；
旁通流路，所述旁通流路使制冷剂绕过所述膨胀机流通；
旁通阀，所述旁通阀将所述旁通流路打开、关闭；
压力差检测部，所述压力差检测部对所述兰肯循环的高压侧与低压侧的压力差进行检测；以及
控制部，所述控制部执行所述兰肯循环的起动控制，在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后关闭所述旁通阀，
当关闭所述旁通阀后的所述压力差在规定时间以内没有到达所述兰肯循环的起动完成判断值的情况下，所述控制部重复执行所述起动控制。
2.如权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部在每次重复进行所述起动控制时，改变所述旁通阀的闭阀条件。
3.如权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
作为所述起动控制，所述控制部执行在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后当所述压力差达到比所述起动完成判断值低的闭阀判断值以上时关闭所述旁通阀的控制。
4.如权利要求3所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部在每次重复进行所述起动控制时，使所述闭阀判断值增加。
5.如权利要求4所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部在每次重复进行所述起动控制时，使所述闭阀判断值的增加量增大。
6.如权利要求4所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部将关闭所述旁通阀后的所述压力差在所述规定时间以内到达所述起动完成判断值时的闭阀判断值存储，并将存储后的所述闭阀判断值设定为所述兰肯循环下一次起动时的所述起动控制中的闭阀判断值的初始值。
7.如权利要求3所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部在重复进行所述起动控制的情况下，对所述兰肯循环的下一次起动时的所述起动控制中的闭阀判断值进行增大修正，然后，在不重复进行所述起动控制的情况下，在每次起动所述兰肯循环时，使增大修正后的所述闭阀判断值减小。
8.如权利要求7所述的废热回收装置，其特征在于，
所述控制部在以使增大修正后的所述闭阀判断值减小的方式执行所述起动控制时，当关闭所述旁通阀后的所述压力差在所述规定时间以内没有达到所述起动完成判断值的情况下，使用所述兰肯循环的前一次起动时的所述起动控制中的闭阀判断值，重新执行所述起动控制。
9.如权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
所述兰肯循环中的所述膨胀机及所述泵被一体地连接。
10.一种废热回收装置，包括：
兰肯循环，所述兰肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，所述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，所述膨胀机使经过所述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，所述冷凝器使经过所述膨胀机的制冷剂冷凝，所述泵将经过所述冷凝器的制冷剂向所述加热器送出；
旁通流路，所述旁通流路使所述制冷剂绕过所述膨胀机流通；
旁通阀，所述旁通阀将所述旁通流路打开、关闭；
压力差检测部，所述压力差检测部对所述兰肯循环的高压侧与低压侧的压力差进行检测；以及
控制部，所述控制部控制成在使所述兰肯循环起动时，在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后当所述压力差达到规定值时关闭所述旁通阀，
所述控制部控制成在所述压力差达到第一规定值而将所述旁通阀关闭后，当在规定时间内所述压力差没有达到比所述第一规定值高的起动完成判断值的情况下，打开所述旁通阀，然后，当所述压力差达到比所述第一规定值高且比所述起动完成判断值低的第二规定值时，关闭所述旁通阀。
11.如权利要求10所述的废热回收装置，其特征在于，
所述兰肯循环中的所述膨胀机及所述泵被一体地连接。
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