JP2005030727A - ランキンサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】 ランキンサイクルの効率を向上させる。
【解決手段】 膨張機３３ａに供給される過熱蒸気の過熱度が所定範囲内となるように液ポンプ３２の回転数を制御するとともに、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差が所定範囲となるように膨張機３３ａの負荷トルクを制御する。これにより、膨張機３３ａにおける圧力差をできるだけ大きくとることが可能となり、ランキンサイクルのエネルギ回収効率を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過熱蒸気から動力を取り出すランキンサイクルに関するもので、エンジン（内燃機関）冷却水等の車両で発生する廃熱から動力を取り出すシステムに適用して有効である。

ランキンサイクルとは、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機、膨張機にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器、及び液相流体を蒸気発生器に送り出す液体ポンプ等から構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２５４０７３８号公報

ランキンサイクルとは、前述のごとく、膨張機にて過熱蒸気から動力を取り出すものであるが、特許文献１には、ランキンサイクルにて効率よく動力を取り出すための具体的な手段が一切記載されておらず、特許文献１に記載のランキンサイクルにて効率よく動力を取り出すことは難しい。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なランキンサイクルを提供し、第２には、ランキンサイクルの効率を向上させることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるように、ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。

ここで、蒸気発生器（３０）に供給する液相流体の流量が少ないと、蒸発潜熱として回収することができる熱量が少なくなるので、廃熱回収効率が低下してしまう。

逆に、蒸気発生器（３０）に供給する液相流体の流量が熱量に対して多いと、膨張機（３３ａ）に過熱度が小さい過熱蒸気が供給されてしまうので、膨張機（３３ａ）におけるエネルギ回収効率が低下してしまう。

これに対して、本発明では、膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるようにランキンサイクルを制御するので、ランキンサイクルの効率、つまりエネルギ回収効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）から流出する蒸気の過熱度が所定範囲となるように、ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。

そして、膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度と膨張機（３３ａ）から流出する蒸気の過熱度とは相関関係を有するので、本発明も請求項１に記載の発明と同様にランキンサイクルの効率を向上させることができる。

請求項３に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、蒸気発生器（３０）の加熱温度と膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の温度との温度差が所定範囲となるように、ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。

そして、蒸気発生器（３０）の加熱温度と膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の温度との温度差と膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度とは相関関係を有するので、本発明も請求項１に記載の発明と同様にランキンサイクルの効率を向上させることができる。

請求項４に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）の入口側と出口側との圧力差が所定範囲となるように、ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。

ここで、膨張機（３３ａ）では、過熱蒸気を等エントロピ的に減圧膨張させることにより過熱蒸気からエネルギを取り出すものであるので、膨張機（３３ａ）における圧力差、つまり膨張機（３３ａ）の入口側における冷媒圧力と膨張機（３３ａ）の出口側における冷媒圧力との圧力差が大きいほど、多くのエネルギを取り出すことができる。

したがって、本発明のごとく、膨張機（３３ａ）の入口側と出口側との圧力差が所定範囲となるようにランキンサイクルを制御すれば、膨張機（３３ａ）における圧力差をできるだけ大きくとることが可能となり、ランキンサイクルのエネルギ回収効率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明では、膨張機（３３ａ）に連結された回転機（３３ｂ）の負荷トルクを制御することにより、膨張機（３３ａ）の回転数を制御することを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気の圧力が所定圧力以下となるように凝縮器（１１）の冷却能力を制御することを特徴とする。

これにより、凝縮器（１１）内の圧力、つまり凝縮温度及び凝縮圧力が過度に上昇してしまうことを未然に防止でき得る。

したがって、膨張機（３３ａ）における圧力差が小さくなって膨張機（３３ａ）でのエネルギ回収効率が低下してしまうことを防止できるので、ランキンサイクルの効率、つまりエネルギ回収効率を向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるように、凝縮器（１１）の冷却能力を制御することを特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明と同様にランキンサイクルの効率を向上させることができる。

請求項８に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、蒸気発生器（３０）に供給される流体量の増減に応じて凝縮器（１１）の冷却能力を増減させることを特徴とする。

これにより、請求項６に記載の発明と同様にランキンサイクルの効率を向上させることができる。

請求項９に記載の発明では、熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、蒸気発生器（３０）に供給される熱の温度（Ｔｗ）が所定温度以上となったときに、ポンプ（３２）を稼動させることを特徴とする。

これにより。凝縮器（１１）にて熱機関を冷却できるので、ラジエータ等の熱機関用の冷却器を廃止できる。

請求項１０に記載の発明では、熱機関（２０）で発生する廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、廃熱の温度が所定温度以上となったときには、膨張機（３３ａ）の負荷トルクを所定トルク以下となるようにすることを特徴とする。

ところで、静摩擦係数は動摩擦係数より大きいことから、通常、膨張機（３３ａ）に限らず、可動部分がある機械は、停止状態から稼動し始める時が最も摩擦抵抗が大きいので、膨張機（３３ａ）に負荷トルクを与えた状態で膨張機（３３ａ）、つまりポンプ（３２）を始動させると、起動時に多量の冷媒を必要とする。

これに対して、本発明では、膨張機（３３ａ）をの負荷トルクを所定トルク以下とした状態で膨張機（３３ａ）を始動させるので、比較的少量の流体にて膨張機（３３ａ）の起動させることができる。

請求項１１に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）を略無負荷状態で始動させた後に、膨張機（３３ａ）に負荷を与えることを特徴とする。

これにより、請求項１１に記載の発明と同様に、比較的少量の流体にて膨張機（３３ａ）の起動させることができる。

請求項１２に記載の発明では、熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させることを特徴とする。

これにより、膨張機（３３ａ）を効率よく稼動させることができ得る。

請求項１３に記載の発明では、熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、廃熱の温度（Ｔｗ）が所定温度以上のときに、膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させることを特徴とする。

これにより、膨張機（３３ａ）を効率よく稼動させることができ得る。

請求項１４に記載の発明では、熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、廃熱の温度（Ｔｗ）が第１所定温度以上のときに、膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させ、廃熱の温度（Ｔｗ）が第１所定温度より低い第２所定温度以下のときに、膨張機（３３ａ）を停止させることを特徴とする。

これにより、膨張機（３３ａ）を効率よく稼動させることができ得る。

請求項１５に記載の発明では、所定回転数は、膨張機（３３ａ）の効率が所定効率以上となる回転数であることを特徴とするものである。

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。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るランキンサイクルを車両に適用したものであって、図１は本実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。

なお、本実施形態に係るランキンサイクルは、走行用動力を発生させる熱機関、つまりエンジン２０で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱及び温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルについて述べる。

圧縮機１０は電動モータ又はエンジン２０から動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、凝縮器１１は、流入する冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する放冷器である。

気液分離器１２は凝縮器１１から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバであり、減圧器１３は気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、圧縮機１０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張弁を採用している。

蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、圧縮機１０、凝縮器１１、気液分離器１２、減圧器１３及び蒸発器１４等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成される。

蒸気発生器３０は、圧縮機１０と凝縮器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱して過熱蒸気冷媒を生成する蒸気発生器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切り替えられる。

第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を蒸気発生器３０のうち凝縮器１１側の冷媒出入口側に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２及び気液分離器１２側から蒸気発生器３０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。

なお、本実施形態では、液ポンプ３２の吸入側を気液分離器１２より下方側に配置することにより、気液分離器１２から液ポンプ３２に至る配管で発生する圧力損失により圧力が低下して液相冷媒が気化してしまうことを抑制している。因みに、液ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプである。

そして、圧縮機１０と並列な冷媒回路には、蒸気発生器３０から流出した過熱蒸気を膨張させて蒸気発生器３０に与えられた熱エネルギを機械的（回転）エネルギとして回収するエネルギ回収機３３が設けられている。

なお、本実施形態では、膨張機３３ａ及び膨張機３３ａから出力される機械的出力による駆動される発電機３３ｂによりエネルギ回収機３３が構成されており、発電機３３ｂにより発電された電力は、バッテリ３３ｃやキャパシタ等の蓄電手段に蓄えられる。

因みに、発電機３３ｂ、ロータに流すフィールド電流をレギュレータ等にて制御することにより、ロータの磁極及び回転磁界の強さを制御して発電電力を制御するもので、フィールド電流を増大させて回転磁界の強さ強くすると、発電機３３ｂの負荷トルクが増大して発電機３３ｂ、つまり膨張機３３ａの回転数が低下し、逆に、フィールド電流を減少させて回転磁界の強さ弱くすると、発電機３３ｂの負荷トルクが減少して発電機３３ｂ、つまり膨張機３３ａの回転数が増大する。

また、第２バイパス回路３４は、膨張機３３ａの冷媒出口側と凝縮器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３４には、膨張機３３ａの冷媒出口側から凝縮器１１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３４ａが設けられている。

なお、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から圧縮機１０の吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するもので、開閉弁３５ａ〜３５ｃは冷媒通路の開閉する電磁式のバルブである。

また、水ポンプ２２はエンジン冷却水を循環させるもので、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。

なお、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略されている。

因みに、水ポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。

ところで、廃熱温度センサ３６ａは、蒸気発生器３０に供給されるエンジン冷却水温度、つまり蒸気発生器３０における冷媒加熱温度を検出する温度検出手段であり、過熱蒸気圧センサ３６ｂは、膨張機３３ａに供給される加熱蒸気の圧力を検出する圧力検出手段であり、過熱蒸気温度センサ３６ｃは、膨張機３３ａに供給される加熱蒸気の温度を検出する温度検出手段であり、これらセンサ３６ａ〜３６ｃの検出値は電子制御装置（ＥＣＵ）３６に入力されている。

そして、ＥＣＵ３６は、センサ３６ａ〜３６ｃの検出値等に基づいて、ＲＯＭやＨＤＤ等の不揮発性記憶装置に記憶されたプログラムに従って発電機３３ｂの負荷トルク（フィールド電流）や液ポンプ３２の回転数、つまり液ポンプ３２から送り出される液相冷媒の流量等を制御する。

次に、本実施形態に係るランキンサイクル作動を述べる。

１．空調運転モード
この運転モードは、蒸発器１４にて冷凍能力を発揮させながら凝縮器１１にて冷媒を放冷する運転モードである。

なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転及び除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、凝縮器１１で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転及び除湿運転時と同じである。

具体的には、液ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３５ａ、３５ｃを開き、かつ、開閉弁３５ｂを閉じて圧縮機１０を稼動させるとともに、三方弁２１を図１の破線で示すように作動させて蒸気発生器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。

これにより、冷媒は、圧縮機１０→蒸気発生器３０→凝縮器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→圧縮機１０の順に循環する。なお、蒸気発生器３０にエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器３０にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器３０は単なる冷媒通路として機能する。

したがって、減圧器１３にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機１０にて圧縮されて高温となって凝縮器１１にて室外空気にて冷却されて凝縮する。

なお、本実施形態では、冷媒としてフロン（ＨＦＣ１３４ａ）を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、ＨＦＣ１３４ａに限定されるものではない。

２．廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機１０を停止させてエンジン２０の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。

開閉弁３５ａ、３５ｃを閉じた状態で液ポンプ３２を稼動させ、かつ、開閉弁３５ｂを開いて圧縮機１０を停止させるとともに、三方弁２１を図１の実線で示すように作動させてエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させるものである。

これにより、冷媒は、気液分離器１２→液ポンプ３２→第１バイパス回路３１→蒸気発生器３０→エネルギ回収機３３（膨張機３３ａ）→第２バイパス回路３４→凝縮器１１→気液分離器１２の順に循環する。

したがって、膨張機３３ａには、蒸気発生器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨張機３３ａに流入した蒸気冷媒は、膨張機３３ａ内で等エントロピ的に膨張しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨張機３３ａは、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギを発電機３３ｂに与え、発電機３３ｂにより発電された電力は、バッテリ３３ｃやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。

また、膨張機３３ａから流出した冷媒は、凝縮器１１にて冷却されて凝縮し、気液分離器１２に蓄えられ、気液分離器１２内の液相冷媒は、液ポンプ３２にて蒸気発生器３０側に送られる。

なお、液ポンプ３２は、液相冷媒を蒸気発生器３０に圧送する。

次に、廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御につい述べる。

本実施形態は、膨張機３３ａに流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲（例えば、５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ又は５ｄｅｇ〜１５ｄｅｇ）となるように、液ポンプ３２の回転数及び発電機３３ｂの回転数、つまり膨張機３３ａの回転数を制御するものである。

そして、図２は廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図２に示すフローチャートを説明する。

先ず、廃熱温度センサ３６ａの検出温度（廃熱温度Ｔｗ）、過熱蒸気圧センサ３６ｂの検出圧力（膨張機３３ａの入口側冷媒圧力Ｐｒ）、及び過熱蒸気温度センサ３６ｃの検出温度（膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒ）を読み込み（Ｓ１）、入口側冷媒圧力Ｐｒにおける飽和ガス冷媒温度（＝冷媒の蒸発温度）Ｔｒ・ｓａｔを不揮発性記憶装置に記憶されたマップ等から算出する（Ｓ２）。

次に、飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差より膨張機３３ａの入口における冷媒過熱度ＳＨ（＝Ｔｒ−Ｔｒ・ｓａｔ）を算出し（Ｓ３）、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲なるように液ポンプ３２の回転数を制御する（Ｓ４〜Ｓ６）。

つまり、Ｓ４にて冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲内にあるか否かを判定し、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、液ポンプ３２の回転数を増大させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を増大させる（Ｓ５）。

一方、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、液ポンプ３２の回転数を減少させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を減少させる（Ｓ６）。

なお、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、液ポンプ３２の回転数は変化させず、現状の回転数を維持する。

次に、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差に基づいて膨張機３３ａの負荷トルク、つまり発電機３３ｂの負荷トルクを制御する（Ｓ７〜Ｓ９）。

つまり、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差は、廃熱から回収した熱エネルギの大きさを示すものであり、Ｓ７にて温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが所定範囲にあるか否かを判定して、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが前記所定範囲の上限である所定温度差Δｔ４（例えば、１５ｄｅｇ）より大きいときには、膨張機３３ａの負荷トルクを増大させて膨張機３３ａの回転数を低下させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを上昇させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを上昇させる（Ｓ８）。

一方、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが前記所定範囲の下限である所定温度差Δｔ４より小さい所定温度差Δｔ３（例えば、１０ｄｅｇ）以下のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを減少させて膨張機３３ａの回転数を増大させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを低下させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを低下させる（Ｓ９）。

なお、Δｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔ≦Δｔ４のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

液ポンプ３２の回転数が低く、蒸気発生器３０に供給する液相冷媒流量が少ないと、蒸発潜熱として廃熱から回収することができる熱量が少なくなるので、廃熱回収効率が低下してしまう。

逆に、液ポンプ３２の回転数が高く、蒸気発生器３０に供給する液相冷媒流量が廃熱量に対して多いと、膨張機３３ａに過熱度が小さい過熱蒸気や気液二相状態の冷媒が供給されてしまうので、膨張機３３ａにおけるエネルギ回収効率が低下してしまう。

これに対して、本実施形態では、膨張機３３ａに供給される過熱蒸気の過熱度が所定範囲内となるようにランキンサイクルを制御するので、ランキンサイクルの効率、つまりエネルギ回収効率を向上させることができる。

また、膨張機３３ａでは、過熱蒸気を等エントロピ的に減圧膨張させることにより過熱蒸気からエネルギを取り出すものであるので、膨張機３３ａにおける圧力差、つまり膨張機３３ａの入口側における冷媒圧力と膨張機３３ａの出口側における冷媒圧力との圧力差が大きいほど、多くのエネルギを取り出すことができる。

このとき、膨張機３３ａの負荷トルクが小さく膨張機３３ａの回転数が比較的に高いときには、膨張機３３ａの入口側冷媒圧力が低下するので、膨張機３３ａにおける圧力差が小さくなり、エネルギ回収効率が低下する。

逆に、膨張機３３ａの負荷トルクが大きく膨張機３３ａの回転数が比較的に低いときには、膨張機３３ａの入口側冷媒圧力が上昇して、蒸気発生器３０内の蒸発温度が上昇してしまうため、廃熱温度Ｔｗと蒸気冷媒との温度差が小さくなってしまい、廃熱回収効率が低下してしまう。

これに対して、本実施形態では、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差が所定範囲となるように膨張機３３ａの負荷トルクを制御しているので、膨張機３３ａにおける圧力差をできるだけ大きくとることが可能となり、ランキンサイクルのエネルギ回収効率を向上させることができる。

なお、上述の説明では、液ポンプ３２のみにより冷媒過熱度ＳＨを制御し、膨張機３３ａの負荷トルクのみにより膨張機３３ａにおける圧力差を制御されるように記載しているが、これは説明を容易にするためにであり、実際には、液ポンプ３２の回転数によっても膨張機３３ａにおける圧力差は変化し、同様に、膨張機３３ａの負荷トルクによっても冷媒過熱度ＳＨは変化する。

つまり、本実施形態は、液ポンプ３２の回転数及び膨張機３３ａの負荷トルクを適正に制御することにより、冷媒過熱度ＳＨ及び膨張機３３ａにおける圧力差を適正な値としてランキンサイクルのエネルギ回収効率を向上させるものである。

（第２実施形態）
第１実施形態では、冷媒過熱度ＳＨに基づいて液ポンプ３２の回転数を制御したが、前述のごとく、飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔは、膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒに基づいて算出され、飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔと入口側冷媒温度Ｔｒとは相関関係を有することとから、廃熱温度Ｔｗと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）に基づいて液ポンプ３２の回転数を制御するこのである。

すなわち、本実施形態は、廃熱温度Ｔｗと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）を、例えば５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇ程度することにより膨張機３３ａに流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるように、液ポンプ３２の回転数及び発電機３３ｂの回転数、つまり膨張機３３ａの回転数を制御するものである。

そして、図３は本実施形態に係る廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図３に示すフローチャートを説明する。

先ず、廃熱温度Ｔｗ、膨張機３３ａの入口側冷媒圧力Ｐｒ、及び膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒを読み込み（Ｓ１１）、入口側冷媒圧力Ｐｒにおける飽和ガス冷媒温度（＝冷媒の蒸発温度）Ｔｒ・ｓａｔを不揮発性記憶装置に記憶されたマップ等から算出する（Ｓ１２）。

次に、廃熱温度Ｔｗと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）を、例えば５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇとなるように液ポンプ３２の回転数を制御する（Ｓ１４〜Ｓ１６）。

つまり、Ｓ１４にて温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲内にあるか否かを判定し、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、液ポンプ３２の回転数を増大させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を増大させる（Ｓ１５）。

一方、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、液ポンプ３２の回転数を減少させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を減少させる（Ｓ１６）。

なお、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、液ポンプ３２の回転数は変化させず、現状の回転数を維持する。

次に、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差に基づいて膨張機３３ａの負荷トルク、つまり発電機３３ｂの負荷トルクを制御する（Ｓ１７〜Ｓ１９）。

つまり、Ｓ１７にて温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが所定範囲にあるか否かを判定して、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが所定温度差Δｔ４（例えば、１５ｄｅｇ）より大きいときには、膨張機３３ａの負荷トルクを増大させて膨張機３３ａの回転数を低下させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを上昇させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを上昇させる（Ｓ１８）。

一方、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが所定温度差Δｔ４より小さい所定温度差Δｔ３（例えば、１０ｄｅｇ）以下のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを減少させて膨張機３３ａの回転数を増大させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを低下させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを低下させる（Ｓ１９）。

なお、Δｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔ≦Δｔ４のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。

以上に述べたように本実施形態では、冷媒過熱度ＳＨを算出する必要がないので、ＥＣＵ３６の演算負荷を低減することができる。

また、膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒをできるだけ高くなるように制御することができ得るので、膨張機３３ａのエネルギ回収効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
第１、２実施形態では、過熱蒸気圧センサ３６ｂにて入口側冷媒圧力Ｐｒを検出して飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを算出したが、飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔは蒸気発生器３０内の蒸発温度Ｔｒｅであることから、本実施形態では、図４に示すように、過熱蒸気圧センサ３６ｂを廃止するとともに、蒸気発生器３０の冷媒入口から出口に至るいずれかの部位にて蒸発温度Ｔｒｅを検出する蒸発温度センサ３６ｄを設け、蒸発温度Ｔｒｅに基づいて液ポンプ３２の回転数を制御するものである。

そして、図５は本実施形態に係る廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図５に示すフローチャートを説明する。

先ず、廃熱温度Ｔｗ、蒸発温度Ｔｒｅ、及び膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒを読み込む（Ｓ２１）。

次に、廃熱温度Ｔｗと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）を、例えば５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇとなるように液ポンプ３２の回転数を制御する（Ｓ２２〜Ｓ２４）。

つまり、Ｓ２２にて温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲内にあるか否かを判定し、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、液ポンプ３２の回転数を増大させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を増大させる（Ｓ２３）。

一方、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、液ポンプ３２の回転数を減少させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を減少させる（Ｓ２４）。

なお、温度差（Ｔｗ−Ｔｒ）が上記した所定の範囲にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、液ポンプ３２の回転数は変化させず、現状の回転数を維持する。

次に、廃熱温度Ｔｗと蒸発温度Ｔｒｅとの温度差に基づいて膨張機３３ａの負荷トルク、つまり発電機３３ｂの負荷トルクを制御する（Ｓ２５〜Ｓ２７）。

つまり、Ｓ２５にて温度差Ｔｗ−Ｔｒｅが所定範囲にあるか否かを判定して、温度差Ｔｗ−Ｔｒｅが所定温度差Δｔ４（例えば、１５ｄｅｇ）より大きいときには、膨張機３３ａの負荷トルクを増大させて膨張機３３ａの回転数を低下させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを上昇させて蒸発温度Ｔｒｅを上昇させる（Ｓ２６）。

一方、温度差Ｔｗ−Ｔｒｅが所定温度差Δｔ４より小さい所定温度差Δｔ３（例えば、１０ｄｅｇ）以下のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを減少させて膨張機３３ａの回転数を増大させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを低下させて蒸発温度Ｔｒｅを低下させる（Ｓ２７）。

なお、Δｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒｅ≦Δｔ４のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。

以上に述べたように本実施形態では、冷媒過熱度ＳＨ及び飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを算出する必要がないので、ＥＣＵ３６の演算負荷を低減することができる。

また、一般的に、圧力センサよりも温度センサ（サーミスタ）の方が安価であるので、ランキンサイクルの製造原価を低減することができる。

（第４実施形態）
膨張機３３ａの入口における冷媒過熱度ＳＨが所定範囲になるように液ポンプ３２を制御するあたって、第１実施形態では、膨張機３３ａの入口における冷媒過熱度ＳＨを求め、この求めた冷媒過熱度ＳＨに基づいて液ポンプ３２を制御したが、本実施形態は、膨張機３３ａにて気相冷媒は等エントロピ膨張することから、膨張機３３ａ出口側における冷媒過熱度ＳＨがが所定範囲になるように液ポンプ３２を制御すれば、膨張機３３ａの入口における冷媒過熱度ＳＨが自ずと所定範囲になるようになることを利用したものである。

すなわち、本実施形態では、図６に示すように、第３実施形態に係るランキンサイクルにおいて、過熱蒸気温度センサ３６ｃを廃止して、膨張機３３ａの出口側に気相冷媒の温度を検出する蒸気温度センサ３６ｅ、及び凝縮器１１の冷媒入口から出口に至るいずれかの部位にて冷媒の温度（凝縮温度Ｔｒｃ）を検出する凝縮温度センサ３６ｆを設け、蒸気温度センサ３６ｅの検出温度Ｔｒと凝縮温度センサの検出温度（凝縮温度Ｔｒｃ）との温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）に基づいて液ポンプ３２等を制御するものである。

そして、図７は本実施形態に係る廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図７に示すフローチャートを説明する。

先ず、廃熱温度Ｔｗ、蒸発温度Ｔｒｅ、膨張機３３ａ出口温度Ｔｒ及び凝縮温度Ｔｒｃを読み込む（Ｓ３１）。

次に、蒸気温度センサ３６ｅの検出温度Ｔｒと凝縮温度センサの検出温度（凝縮温度Ｔｒｃ）との温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）を、例えば５ｄｅｇ〜１０ｄｅｇとなるように液ポンプ３２の回転数を制御する（Ｓ３２〜Ｓ３４）。

つまり、Ｓ３２にて温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）が上記した所定の範囲内にあるか否かを判定し、温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）が上記した所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、液ポンプ３２の回転数を増大させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を増大させる（Ｓ３３）。

一方、温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）が上記した所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、液ポンプ３２の回転数を減少させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を減少させる（Ｓ３４）。

なお、温度差（Ｔｒ−Ｔｒｃ）が上記した所定の範囲にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、液ポンプ３２の回転数は変化させず、現状の回転数を維持する。

次に、廃熱温度Ｔｗと蒸発温度Ｔｒｅとの温度差に基づいて膨張機３３ａの負荷トルク、つまり発電機３３ｂの負荷トルクを制御する（Ｓ３５〜Ｓ３７）。

つまり、Ｓ３５にて温度差（Ｔｗ−Ｔｒｅ）が所定範囲にあるか否かを判定して、温度差（Ｔｗ−Ｔｒｅ）が所定温度差Δｔ４（例えば、１５ｄｅｇ）より大きいときには、膨張機３３ａの負荷トルクを増大させて膨張機３３ａの回転数を低下させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを上昇させて蒸発温度Ｔｒｅを上昇させる（Ｓ３６）。

一方、温度差（Ｔｗ−Ｔｒｅ）が所定温度差Δｔ４より小さい所定温度差Δｔ３（例えば、１０ｄｅｇ）以下のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを減少させて膨張機３３ａの回転数を増大させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを低下させて蒸発温度Ｔｒｅを低下させる（Ｓ３７）。

なお、Δｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒｅ≦Δｔ４のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。

（第５実施形態）
上述の実施形態では、主に液ポンプ３２の回転数を制御することにより、膨張機３３ａの入口側における冷媒過熱度ＳＨが所定範囲となるようにしたが、本実施形態は、液ポンプ３２の回転数制御に加えて、凝縮器１１の冷却能力を制御することにより、膨張機３３ａの入口側における冷媒過熱度ＳＨが所定範囲となるようにするものである。

すなわち、図８に示すように、液ポンプ３２に加えて、凝縮器１１に冷却風を送風する送風機１１ａの送風量をＥＣＵ３６にて制御するものである。

そして、図９は本実施形態に係る廃熱回収運転モード時における液ポンプ３２の回転数制御及び発電機３３ｂの負荷トルク制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図９に示すフローチャートを説明する。

先ず、廃熱温度Ｔｗ、膨張機３３ａの入口側冷媒圧力Ｐｒ、及び膨張機３３ａの入口側冷媒温度Ｔｒを読み込み（Ｓ４１）、入口側冷媒圧力Ｐｒにおける飽和ガス冷媒温度（＝冷媒の蒸発温度）Ｔｒ・ｓａｔを不揮発性記憶装置に記憶されたマップ等から算出する（Ｓ４２）。

次に、飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔと入口側冷媒温度Ｔｒとの温度差より膨張機３３ａの入口における冷媒過熱度ＳＨ（＝Ｔｒ−Ｔｒ・ｓａｔ）を算出し（Ｓ４３）、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲なるように液ポンプ３２及び送風機１１ａの回転数を制御する（Ｓ４４〜Ｓ４８）。

つまり、Ｓ４４にて冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲内にあるか否かを判定し、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、液ポンプ３２の回転数を増大させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を増大させる（Ｓ４５）とともに、送風機１１ａの回転数を増大させて凝縮器１１の凝縮能力（冷却能力）を増大させる（Ｓ４６）。

一方、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、液ポンプ３２の回転数を減少させて蒸気発生器３０に供給する液相冷媒量を減少させる（Ｓ４７）とともに、送風機１１ａの回転数を減少させて凝縮器１１の凝縮能力（冷却能力）を低下させる（Ｓ４８）。

なお、冷媒過熱度ＳＨが上記した所定の範囲にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、液ポンプ３２及び送風機１１ａの回転数は変化させず、現状の回転数を維持する。

次に、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差に基づいて膨張機３３ａの負荷トルク、つまり発電機３３ｂの負荷トルクを制御する（Ｓ４９〜Ｓ５１）。

つまり、廃熱温度Ｔｗと飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔとの温度差は、廃熱から回収した熱エネルギの大きさを示すものであり、Ｓ４９にて温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが所定範囲にあるか否かを判定して、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが前記所定範囲の上限である所定温度差Δｔ４（例えば、１５ｄｅｇ）より大きいときには、膨張機３３ａの負荷トルクを増大させて膨張機３３ａの回転数を低下させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを上昇させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを上昇させる（Ｓ５０）。

一方、温度差Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔが前記所定範囲の下限である所定温度差Δｔ４より小さい所定温度差Δｔ３（例えば、１０ｄｅｇ）以下のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを減少させて膨張機３３ａの回転数を増大させることにより入口側冷媒圧力Ｐｒを低下させて飽和ガス冷媒温度Ｔｒ・ｓａｔを低下させる（Ｓ５１）。

なお、Δｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒ・ｓａｔ≦Δｔ４のときは、膨張機３３ａの負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。

因みに、図１０は、液ポンプ３２の回転数と送風機１１ａの回転数との関係を示す一例であり、本実施形態に係るランキンサイクルでは、両者を比例的に増減させている。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、蒸気発生器３０に供給される液相冷媒量が増大したときは凝縮器１１の冷却能力を増大させ、蒸気発生器３０に供給される液相冷媒量が減少したときは凝縮器１１の冷却能力を減少させるので、凝縮器１１内の圧力、つまり凝縮温度Ｔｒｃ及び凝縮圧力が過度に上昇してしまうことを未然に防止できる。

したがって、膨張機３３ａにおける圧力差が小さくなって膨張機３３ａでのエネルギ回収効率が低下してしまうことを防止できるので、ランキンサイクルの効率、つまりエネルギ回収効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、図９に示すフローチャートからも明らかなように、凝縮器１１の冷却能力を制御することにより、結果的には、膨張機３３ａの入口側における冷媒過熱度ＳＨが所定範囲となるよう制御されるので、主に液ポンプ３２の回転数で膨張機３３ａの入口側における冷媒過熱度ＳＨを制御する第１実施形態に比べて、より効果的に膨張機３３ａの入口側における冷媒過熱度ＳＨを制御することができる。

（第６実施形態）
本実施形態は、ランキンサイクル（廃熱回収）の運転・停止制御に関するものである。

また、本実施形態では、図１１に示すように、三方弁２１及びラジエータ２２を廃止して、後述するように、蒸気発生器３０を介して凝縮器１１にてエンジン廃熱を大気中に放出している。

次に、本実施形態に係るランキンサイクルの作動を述べる。

本実施形態に係るランキンサイクルは、廃熱温度Ｔｗが所定温度ｔ１（例えば、８０℃〜８５℃）以下のときには、液ポンプ３２を停止させて蒸気発生器３０及び膨張機３３ａによる廃熱回収を停止し、廃熱温度Ｔｗが所定温度ｔ１より高い所定温度ｔ２（例えば、１１０℃〜１２０℃）より高いときには、送風機１１ａを最大回転数とした状態で膨張機３３ａを無負荷で稼動させるとともに、膨張機３３ａを始動させるときには、膨張機３３ａを略無負荷トルク状態で始動させた後に、膨張機３３ａに負荷トルクを与えるものである。

そして、図１２は本実施形態に係るランキンサイクルの運転・停止制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図１２に示すフローチャートを説明する。

エンジン２０が始動されると、先ず、判定値Ｘを０として判定値Ｘを初期化する（Ｓ６１）。ここで、Ｘ＝０とは液ポンプ３２が停止していることを示し、Ｘ＝１とは液ポンプ３２が稼動していることを示す。

次に、廃熱温度Ｔｗを読み込み（Ｓ６２）、廃熱温度Ｔｗが所定温度範囲（ｔ１〜ｔ２）にあるか否かを判定して（Ｓ６３）、廃熱温度Ｔｗが所定温度ｔ１より低いときには、廃熱温度Ｔｗが廃熱回収を行うに十分な温度に到達していないものとして、判定値Ｘが０であるか否か、つまり現在、液ポンプ３２が稼動しているか否かを判定する（Ｓ６４）。

そして、現在、液ポンプ３２が停止しているときには、そのままＳ６２に戻り、現在、液ポンプ３２が稼動しているときには、液ポンプ３２を停止させた後（Ｓ６５）、Ｓ６２に戻る。

また、廃熱温度Ｔｗが所定温度ｔ１より高く、かつ、所定温度ｔ２より低いときには、定常運転、つまり廃熱回収運転モードを行う。なお、廃熱回収運転モード時におけるランキンサイクルの作動は、上述の実施形態と同じである。

次に、判定値Ｘが０であるか否か、つまり現在、液ポンプ３２が稼動しているか否かを判定し（Ｓ６６）、判定値Ｘが０、つまり液ポンプ３２が停止しているときには、膨張機３３ａを略無負荷トルク状態とした状態で液ポンプ３２始動させて膨張機３３ａを始動させ、膨張機３３ａの回転数が所定回転数以上となったとき、又は始動後、所定時間が経過したときに、発電機３３ｂにフィールド電流を通電して膨張機３３ａに負荷トルクを与えて（Ｓ６７）、定常運転、つまり廃熱回収運転モードを行うとともに（Ｓ６８）、判定値を１とする（Ｓ６９）。

なお、Ｓ６６にて液ポンプ３２が既に稼働中であると判定されたときには、定常運転を継続する。

また、廃熱温度Ｔｗが所定温度ｔ２より高いときには、膨張機３３ａを略無負荷トルク状態とした状態で、液ポンプ３２及び送風機１１ａを最大回転数で稼動させてエンジン２０の廃熱を凝縮器１１から大気中に放熱するとともに（Ｓ７０）、判定値を１とする（Ｓ７１）。

なお、図１３は本実施形態に係るエジェクタサイクルの廃熱温度Ｔｗ及び液ポンプ３２の回転数の変化を示すチャートである。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、熱機関をなすエンジン２０の温度、つまり廃熱温度Ｔｗが低いときは、ランキンサイクルにて廃熱回収を実施しないので、エンジン２０の温度が低下すること防止することができるとともに、エンジン２０の暖機運転時間が長引いてしまうことを防止できる。

したがって、エンジン２０を効率よく運転することができるとともに、エンジン２０から排出される有害物質の総量を低減することができる。

ところで、静摩擦係数は動摩擦係数より大きいことから、通常、膨張機３３ａに限らず、可動部分がある機械は、停止状態から稼動し始める時が最も摩擦抵抗が大きいので、膨張機３３ａに負荷トルクを与えた状態で膨張機３３ａ、つまり液ポンプ３２を始動させると、起動時に多量の冷媒を必要とする。

これに対して、本実施形態では、膨張機３３ａを略無負荷トルク状態とした状態で液ポンプ３２始動させて膨張機３３ａを始動させた後、膨張機３３ａに負荷トルクを与えるので、比較的少量の冷媒にて膨張機３３ａの起動させることができる。

また、本実施形態では、凝縮器１１にてエンジン２０の廃熱を大気中に放熱するので、ラジエータを廃止することができ、システムの簡素化を図ることができ、車両への搭載性を向上させることができる。

（第７実施形態）
本実施形態は、図１と同様な構成を有するランキンサイクルにおいて、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３（例えば、１１０℃〜１２０℃）以上のときに、膨張機３３ａを所定回転数以上で運転させ、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３より低い第２所定温度ｔ４（例えば、８０℃〜８５℃）以下のときに、膨張機３３ａを停止させるものである。

そして、図１４は本実施形態に係るランキンサイクルの制御の一例を示すフローチャートであり、以下、図１４に示すフローチャートを説明する。

エンジン２０が始動されると、先ず、判定値Ｙを０として判定値Ｙを初期化する（Ｓ８１）。ここで、Ｙ＝０とは液ポンプ３２が停止していることを示し、Ｙ＝１とは液ポンプ３２が稼動していることを示す。

次に、廃熱温度Ｔｗを読み込み（Ｓ８２）、液ポンプ３２が停止しているか否か、つまり判定値Ｙが０であるか否かを判定し（Ｓ８３）、液ポンプ３２が停止してるときには、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３以下であるか否かを判定する（Ｓ８４）。

そして、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３より大きいときには、Ｓ８２に戻り、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３以下のときには、膨張機３３ａを略無負荷トルク状態とした状態で液ポンプ３２始動させて膨張機３３ａを始動させ、膨張機３３ａの回転数が所定回転数以上となったとき、又は始動後、所定時間が経過したときに、発電機３３ｂにフィールド電流を通電して膨張機３３ａに負荷トルクを与えて（Ｓ８５）、膨張機３３ａの回転数Ｎｐが所定回転数Ｎｍｉｎ以上となるようにして定常運転、つまり廃熱回収運転モードを行うとともに（Ｓ８６）、判定値Ｙを１とする（Ｓ８７）。

また、Ｓ８３にて液ポンプ３２が稼働中であると判定されたときには、廃熱温度Ｔｗが第２所定温度ｔ４より高いか否かを判定し（Ｓ８８）、廃熱温度Ｔｗが第２所定温度ｔ４より高いときには、膨張機３３ａの回転数Ｎｐが所定回転数Ｎｍｉｎ以上となるようにして定常運転を行う（Ｓ８６）。

一方、廃熱温度Ｔｗが第２所定温度ｔ４以下のときには、液ポンプ３２を停止させるとともに（Ｓ８９）、判定値Ｙを０とする（Ｓ９０）
なお、所定回転数Ｎｍｉｎとは、膨張機３３ａの効率、つまり膨張機３３ａの冷媒出口側と入口側とのエンタルピ差に対する膨張機３３ａから出力されたエネルギの比に基づいて決定される回転数である。

なお、図１６は本実施形態に係るエジェクタサイクルの廃熱温度Ｔｗ及び液ポンプ３２の回転数の変化を示すチャートである。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、膨張機３３ａを稼動させるときは、常に所定回転数Ｎｍｉｎ以上としているので、膨張機３３ａを効率よく運転することができる。

また、廃熱温度Ｔｗが所定温度以上のときのみ、膨張機３３ａを稼動させるので、可変容量型の膨張機や変速機構等を用いなくても効率良く膨張機３３ａを運することができる。

また、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度ｔ３以上のときに膨張機３３ａを所定回転数以上で運転させ、廃熱温度Ｔｗが第１所定温度より低い第２所定温度以下のときに膨張機３３ａを停止させるので、同一温度にて膨張機３３ａを始動又は停止させる場合に比べて、より多くの熱量を冷媒から動力として取り出すことができる。

つまり、第１所定温度ｔ３にて膨張機３３ａを始動又は停止させると、膨張機３３ａの稼働率が低下するので、冷媒から動力として取り出すことができるエネルギが低下する。

また、前述のごとく、膨張機３３ａは、起動時に大きなエネルギを必要とすることから、逆に、第２所定温度ｔ３にて膨張機３３ａを始動又は停止させると、始動初期に多量の冷媒を必要として膨張機３３ａの効率が低下してしまう。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態を組み合わせてもよい。

また、上述の実施形態では、エネルギ回収機３３にて回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ又はバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。

また、上述の実施形態では、車両に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。 本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。 本発明の第３実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。 本発明の第４実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。 本発明の第６実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 液ポンプの回転数と送風機の回転数との関係を示すグラフである。 本発明の第７実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。 本発明の第７実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 本発明の第７実施形態に係るランキンサイクルにおける廃熱温度及びポンプ回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第８実施形態に係るランキンサイクルのフローチャートである。 膨張機の効率と液ポンプの回転数（冷媒循環量）との関係を示すグラフである。 本発明の第８実施形態に係るランキンサイクルにおける廃熱温度及びポンプ回転数の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…圧縮機、１１…凝縮器、１２…気液分離器、１３…減圧器、
１４…蒸発器、２０…エンジン、３０…蒸気発生器、
３１…第１バイパス回路、３２…液ポンプ、３３…エネルギ回収機、
３３ａ…膨張機、３３ｂ…発電機、３３ｃ…バッテリ、
３６…電子制御装置、３６ａ…廃熱温度センサ、
３６ｂ…過熱蒸気圧センサ、３６ｃ…過熱蒸気温度センサ。

Claims (15)

1. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるように、前記ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び前記膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とするランキンサイクル。
2. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記膨張機（３３ａ）から流出する蒸気の過熱度が所定範囲となるように、前記ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び前記膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とするランキンサイクル。
3. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記蒸気発生器（３０）の加熱温度と前記膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の温度との温度差が所定範囲となるように、前記ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び前記膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とするランキンサイクル。
4. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記膨張機（３３ａ）の入口側と出口側との圧力差が所定範囲となるように、前記ポンプ（３２）により送り出される液相流体の流量、及び前記膨張機（３３ａ）の回転数のうち少なくとも一方を制御することを特徴とするランキンサイクル。
5. 前記膨張機（３３ａ）に連結された回転機（３３ｂ）の負荷トルクを制御することにより、前記膨張機（３３ａ）の回転数を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のランキンサイクル。
6. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気の圧力が所定圧力以下となるように前記凝縮器（１１）の冷却能力を制御することを特徴とするランキンサイクル。
7. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記膨張機（３３ａ）に流入する過熱蒸気の過熱度が所定範囲となるように、前記凝縮器（１１）の冷却能力を制御することを特徴とするランキンサイクル。
8. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記蒸気発生器（３０）に供給される流体量の増減に応じて前記凝縮器（１１）の冷却能力を増減させることを特徴とするランキンサイクル。
9. 熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
   前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
   前記蒸気発生器（３０）に供給される熱の温度（Ｔｗ）が所定温度以上となったときに、前記ポンプ（３２）を稼動させることを特徴とするランキンサイクル。
10. 熱機関（２０）で発生する廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
    前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
    前記廃熱の温度が所定温度以上となったときには、前記膨張機（３３ａ）の負荷トルクを所定トルク以下となるようにすることを特徴とするランキンサイクル。
11. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
    前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
    前記膨張機（３３ａ）を略無負荷状態で始動させた後に、前記膨張機（３３ａ）に負荷を与えることを特徴とするランキンサイクル。
12. 熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
    前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
    前記膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させることを特徴とするランキンサイクル。
13. 熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
    前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
    前記廃熱の温度（Ｔｗ）が所定温度以上のときに、前記膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させることを特徴とするランキンサイクル。
14. 熱機関の廃熱を熱源として液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機（３３ａ）と、
    前記膨張機（３３ａ）にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）とを備え、
    前記廃熱の温度（Ｔｗ）が第１所定温度以上のときに、前記膨張機（３３ａ）を所定回転数以上で運転させ、前記廃熱の温度（Ｔｗ）が第１所定温度より低い第２所定温度以下のときに、前記膨張機（３３ａ）を停止させることを特徴とするランキンサイクル。
15. 前記所定回転数は、前記膨張機（３３ａ）の効率が所定効率以上となる回転数であることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載のランキンサイクル。

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