JP2007332853A - 廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気再循環システムを備えた内燃機関の廃熱を利用して安定的かつ効率的に動力回収することを可能とする廃熱利用装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０の廃熱によってサイクル内の冷媒を加熱器３１０で加熱すると共に、加熱された冷媒を膨張機３２０で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の冷媒を凝縮器２２０で凝縮液化するランキンサイクル３００を有する廃熱利用装置において、冷却水が循環するガス冷却回路５０ａと、内燃機関１０から排出される排気ガスの一部を再循環ガスとして内燃機関１０の排気側から吸気側に戻すためのガス再循環流路６２に配設されてガス冷却回路５０ａの冷却水と再循環ガスとの間で熱交換させることにより再循環ガスを冷却するガス冷却器６８とを備え、加熱器３１０はガス冷却器６８から流出する冷却水と冷媒との間で熱交換させることにより冷媒を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両等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。

従来の廃熱利用装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。すなわち、この廃熱利用装置は、排気ガスの一部を吸気側に再循環させて吸入空気に混入させる排気再循環システムを備えた内燃機関を搭載した車両において、ランキンサイクルの加熱器により、再循環させる排気ガス（再循環ガス）とランキンサイクルの作動流体との間で熱交換させて過熱蒸気を発生させる。これにより、再循環ガスの廃熱を利用してランキンサイクルにより動力を回収することを可能とし、それと共に、排気再循環システムにより排気ガス中の窒素酸化物低減効果を得るために必要であるとされている再循環ガスの冷却を行うことを可能としている。
特開２００５−４２６１８号公報

しかしながら、車両などに搭載された内燃機関の排気ガスはその流量および温度が内燃機関に対する負荷変動に応じて大きく変動するため、上記廃熱利用装置においては、過熱蒸気を安定的に発生させて膨張機に供給することができない、すなわち、ランキンサイクルを安定して稼動させることができないという問題があった。このことは、さらに、ランキンサイクルのＯＮ−ＯＦＦの繰り返しなどによりランキンサイクルを効率的に稼動させることができないという問題につながっている。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、排気再循環システムを備えた内燃機関の廃熱を利用して安定的かつ効率的に動力回収することを可能とする廃熱利用装置を提供することにある。

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。

請求項１に記載の発明では、内燃機関（１０）の廃熱によってサイクル内の作動流体を加熱器（３１０）で加熱すると共に、加熱された作動流体を膨張機（３２０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器（２２０）で凝縮液化するランキンサイクル（３００）を有する廃熱利用装置において、冷却用流体が循環するガス冷却回路（５０ａ）と、内燃機関（１０）から排出される排気ガスの一部を再循環ガスとして内燃機関（１０）の排気側から吸気側に戻すための再循環流路（６２）に配設されて、ガス冷却回路（５０ａ）の冷却用流体と再循環ガスとの間で熱交換させることにより再循環ガスを冷却するガス冷却器（６８）とを備え、加熱器（３１０）はガス冷却器（６８）から流出する冷却用流体と作動流体との間で熱交換させることにより作動流体を加熱することを特徴としている。

このように、再循環ガスをガス冷却器（６８）においてまず冷却用流体で冷却し、これにより再循環ガスの廃熱を伴った冷却用流体をランキンサイクル（３００）の加熱器（３１０）において作動流体の加熱に用いるようにすることで、流量および温度の変動の大きい再循環ガスの廃熱を平準化して加熱に用いることができ、これにより安定して過熱蒸気を発生させて膨張機（３２０）に供給することができる。このため、従来のように加熱器（３１０）において再循環ガスにより直接作動流体を加熱する場合に比較して、ランキンサイクル（３００）を安定的かつ効率的に稼動させることができる。

冷却用流体としては、例えば、請求項２に記載の発明のように、水を主成分とする冷却水を用いることができる。冷却水は比熱の大きい媒体であるため、これを再循環ガスの冷却用流体として用いることにより、流量および温度の変動の大きい再循環ガスからの廃熱をより平準化して加熱器（３１０）における加熱に用いることができる。

このように冷却用流体として冷却水を用いる場合には、請求項３に記載の発明のように、内燃機関（１０）を冷却するための冷却水が循環する主冷却回路（２０）から分岐させるようにしてガス冷却回路（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を形成することが可能である。これにより、主冷却回路（２０）と一部回路および構成要素を共用して、ガス冷却回路（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を構成することができる。

一方、例えばガス冷却回路（５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ）が再循環ガスを冷却するための専用の冷却回路である場合など、内燃機関（１０）冷却用の主冷却回路（２０）からの分岐によって形成されていない場合には、請求項４に記載の発明のように、冷却用流体としてオイルを主成分とする冷却オイルを用いることもできる。冷却用流体として冷却オイルを用いると、再循環ガスの廃熱量が大きいときに加熱器（３１０）における加熱をより高い温度で行うことが可能となり、これによりランキンサイクル（３００）の膨張機（３２０）において得られる動力が増大する。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃熱利用装置において、ガス冷却回路（５０ａ、５０ｄ）の冷却用流体が加熱器（３１０）からガス冷却器（６８）に至る流路に配設されて、冷却用流体の熱を空気中に放散させる放熱器（２１、７１）を備えたことを特徴としている。

これにより、ランキンサイクル（３００）が停止しているなど非稼動状態にあるときでも、ガス冷却器（６８）において再循環ガスを冷却することにより再循環ガスからの廃熱を伴った冷却用流体は、放熱器（２１、７１）において空気中に放熱することにより冷却されてから再びガス冷却器（６８）に流入する。これにより、ランキンサイクル（３００）の停止中でも再循環ガスは確実に冷却されて吸気に混入されるので、排気再循環システムの目的である排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の廃熱利用装置において、ガス冷却回路（５０ｂ、３０ｃ、５０ｅ、３０ｆ、）に配設されて、冷却用流体の熱により空調用空気を加熱するヒータコア（３１）を備えたことを特徴としている。

このように、ガス冷却回路（５０ｂ、３０ｃ、５０ｅ、３０ｆ）に空調用のヒータコア（３１）を配設することにより、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル（３００）の熱源としてだけでなく、暖房のための熱源として利用することができる。

この場合、例えば、請求項７に記載の発明のように、ガス冷却回路（５０ｂ、５０ｅ）において冷却用流体の流れに対して加熱器（３１０）とヒータコア（３１）とを直列に配置して、ガス冷却器（６８）から加熱器（３１０）、ヒータコア（３１）の順に冷却用流体が循環するように構成することができる。ランキンサイクル（３００）の熱源として冷却用流体に要求される温度は暖房の熱源として冷却用流体に要求される温度より高いため、このように再循環ガスの廃熱を伴った冷却用流体をまずランキンサイクル（３００）の熱源として利用して、その後に残存している冷却用流体の熱をヒータコア（３１）の熱源として利用することで、再循環ガスの廃熱を有効に利用することができる。

あるいは、請求項８に記載の発明のように、例えばガス冷却回路（５０ｃ、５０ｆ）において冷却用流体の流れに対して加熱器（３１０）とヒータコア（３１）とを並列に配置するなどして、冷却用流体をガス冷却器（６８）から加熱器（３１０）に流通させる流路と、ガス冷却器（６８）から直接ヒータコア（３１）に流通させる流路とをそれぞれ設けるようにしてもよい。この場合、ガス冷却器（６８）において再循環ガスを冷却した後の冷却用流体が直接ヒータコア（３１）に流入するため、より高い温度の冷却用流体を暖房のための熱源として利用することが可能となり、より高い暖房能力を得ることができる。

本発明の廃熱利用装置（１００）におけるランキンサイクル（３００）の稼動／非稼動の制御は、請求項９に記載の発明のように、ガス冷却器（６８）出口付近における冷却用流体の温度を温度取得手段（７０）により取得し、この温度が所定温度（Ｔｗ）以上であるか否かに基づいて制御手段（５００）により実行することができる。このように、ガス冷却器（６８）出口付近における冷却用流体の温度が所定温度（Ｔｗ）以上である場合にランキンサイクル（３００）を稼動させるようにすることで、再循環ガスの廃熱が充分である場合にランキンサイクル（３００）を稼動させて動力を回収することが可能となる。

本発明の廃熱利用装置（１００）においては、請求項１０に記載の発明のように、ランキンサイクル（３００）との間で凝縮器（２２０）を共用するようにして冷凍サイクル（２００）を形成することができる。これにより、ランキンサイクル（３００）と冷凍サイクル（２００）とを、作動流体および回路の一部を共用して構成することが可能である。

なお、本発明の廃熱利用装置（１００）は、請求項１１に記載の発明のように、内燃機関としてエンジン（１０）を備える車両用に用いて好適である。

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）
本発明の第１実施形態を図１に示し、まず、具体的な構成について説明する。本実施形態の廃熱利用装置１００は、エンジン１０（本発明の内燃機関に対応）を駆動源とする車両に適用されるものとしている。廃熱利用装置１００はガス冷却回路５０ａおよびランキンサイクル３００を有しており、その作動が制御装置５００によって制御されるようになっている。

エンジン１０は、燃焼用空気を吸入するための吸気管６０および燃焼排ガス（排気ガス）を大気中に排出するための排気管６１を備えている。なお、本実施形態におけるエンジン１０は、その排気ガスの一部を吸入空気に混入させることにより最高燃焼温度を低下させ、排気ガス中に含まれる有害物質である窒素酸化物を低減させる、いわゆる排気再循環システムを採用しており、排気管６１には排気ガスの一部を分岐させて吸気管６０側に戻すための再循環ガス管６２（本発明の再循環流路に対応）が設けられている。

再循環ガス管６２の排気管６１からの分岐点付近にはガス流路切替バルブ６５が配設されており、このガス流路切替バルブ６５の作動はエンジンＥＣＵ（図示せず）により制御される。これにより、車両の走行条件などによって変化するエンジン稼動状態に応じて、再循環ガス管６２に流入する排気ガス（本発明の再循環ガスに対応）の量が調節される。

なお、窒素酸化物低減効果を高めるには再循環ガスの温度を低下させてから吸気管６０側に戻す必要があり、このため、再循環ガス管６２にはガス冷却器６８が設けられており、再循環ガスはガス冷却器６８において冷却された後に吸気管６０側に戻される。ガス冷却器６８における再循環ガスの冷却に関する詳細については後述する。

エンジン１０は水冷式であり、エンジン冷却水（本発明の冷却用流体に対応）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２０（本発明の主冷却回路に対応）が設けられている。また、このラジエータ回路２０から分岐するようにして、後述するヒータ回路３０およびガス冷却回路５０ａが設けられている。

ラジエータ回路２０にはラジエータ２１（本発明の放熱器に対応）が設けられており、ラジエータ２１は、温水ポンプ２２によって循環されるエンジン冷却水を外気との熱交換により冷却する。温水ポンプ２２は、ここでは電動式のポンプとしている。

なお、ラジエータ回路２０中にはラジエータ２１を迂回して冷却水が流通するラジエータバイパス流路２３が設けられており、サーモスタット２４によってラジエータ２１を流通する冷却水量とラジエータバイパス流路２３を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。

ヒータ回路３０には、エンジン冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するためヒータコア３１が設けられている。ヒータコア３１は、ヒータユニット４００ａのケース４１０ａ内に配設されており、送風機４２０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。ヒータ回路３０は、ラジエータ回路２０から分岐してヒータコア３１を通り、その後ラジエータ回路２０に合流するようにして形成されており、上記の温水ポンプ２２によってエンジン冷却水が循環されるようになっている。

ガス冷却回路５０ａは、再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却水により冷却すると共に、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル３００の熱源として利用するために設けられているもので、図１中に示すＡ点（本発明の分岐点に対応）においてラジエータ回路２０から分岐し、Ａ点より下流側となるＢ点（本発明の合流点に対応）においてラジエータ回路２０に合流するように形成されている。ガス冷却回路５０ａには、Ａ点からＢ点に至る流路に上述のガス冷却器６８、および後述するランキンサイクル３００の加熱器３１０が設けられており、上記の温水ポンプ２２によってエンジン冷却水が循環されるようになっている。また、ガス冷却器６８の出口付近の流路には水温センサ７０（本発明の温度取得手段に対応）が配設されている。

ガス冷却回路５０ａでは、エンジン冷却水は、Ａ点においてラジエータ回路２０から分流した後にガス冷却器６８に流通し、それから加熱器３１０を流通した後にＢ点においてラジエータ回路２０に合流し、ラジエータ回路２０を流通してＡ点に戻るようになっている。本実施形態では、このＡ点からＡ点までの循環する閉回路５０ａが本発明のガス冷却回路に対応している。

ガス冷却器６８は、再循環ガス管６２を流通する再循環ガスとガス冷却回路５０ａを流通するエンジン冷却水との間での熱交換により再循環ガスを冷却する熱交換器である。冷却された再循環ガスは、吸気管６０側に循環し、ここで吸入空気に混入される。水温センサ７０はガス冷却器６８の出口側における冷却水温度を検出するもので、この水温センサ７０からの温度信号は後述する制御装置（ＥＣＵ）５００に出力されるようになっている。

ランキンサイクル３００は、エンジン１０の排気ガス（再循環ガス）の廃熱エネルギ（ガス冷却器６８通過後のエンジン冷却水の熱エネルギ）を回収すると共に、この廃熱エネルギを電気エネルギに変換して利用するものである。以下、ランキンサイクル３００について説明する。

ランキンサイクル３００は、上記の加熱器３１０、膨張機３２０、凝縮器２２０、受液器２３０、ポンプ３３０を有し、これらが順次接続されて閉回路を形成しており、この閉回路に冷媒（本発明の作動流体に対応）がポンプ３３０により循環される。ポンプ３３０は、電動機３３１を駆動源とする電動式のポンプである。電動機３３１の作動は後述する制御装置５００によって制御される。なお、本実施形態においてはランキンサイクル３００の冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いている。

加熱器３１０は、ポンプ３３０から送られる冷媒とガス冷却回路５０ａを流通する高温のエンジン冷却水との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器である。上述のように、ガス冷却回路５０ａにおいてエンジン冷却水はガス冷却器６８で再循環ガスを冷却した後に加熱器３１０に流入するようになっており、従って、加熱器３１０に流入するエンジン冷却水は再循環ガスの廃熱を伴って高温となっている。

膨張機３２０は、加熱器３１０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３２０には発電機３２１が接続されており、後述するように膨張機３２０の駆動力によって発電機３２１が作動され、発電機３２１によって発電される電力は、制御回路４１を介してバッテリ４０に充電されるようになっている。

膨張機３２０から流出される冷媒は、凝縮器２２０に至る。凝縮器２２０は、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。受液器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液化冷媒は上記のようにポンプ３３０によって加熱器３１０に送られる。

制御装置５００（本発明の制御手段に対応）は、ランキンサイクル３００の作動を制御するなど、廃熱利用装置１００の総合的な制御を行う。制御装置５００には、上記制御回路４１が接続されて相互に制御信号が授受されるようになっており、また、上述のように水温センサ７０からの冷却水温度信号が入力される。

以下、本廃熱利用装置１００の作動（制御装置５００による制御）について説明する。制御装置５００は、水温センサ７０により検出したガス冷却器６８の出口におけるエンジン冷却水の温度が所定温度Ｔｗ以上であると判定したときには、再循環ガスから得られる廃熱が充分であることにより加熱器３１０に流入するエンジン冷却水温度が充分高温であるとして、ランキンサイクル３００を稼動させる。具体的には電動機３３１を作動させることによりポンプ３３０を作動させる。

ランキンサイクル３００を稼動させると、ポンプ３３０によって受液器２３０の液冷媒が昇圧されて加熱器３１０に送られ、加熱器３１０において再循環ガスからの廃熱を伴った高温のエンジン冷却水によって液冷媒は加熱され、過熱蒸気冷媒となって膨張機３２０に送られる。膨張機３２０において過熱蒸気冷媒は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギと圧力エネルギの一部が回転駆動力に変換される。膨張機３２０で取り出された回転駆動力によって発電機３２１が作動され、発電機３２１は発電する。そして、発電機３２１によって得られた電力は、制御回路４１を介してバッテリ４０に充電され、各種補機の作動に使用される。なお、膨張機３２０で減圧された冷媒は凝縮器２２０で凝縮され、受液器２３０で気液分離され、再びポンプ３３０へ吸引される。

一方、エンジン冷却水の温度が所定温度Ｔｗ未満であると判定したときには、電動機３３１を停止させることによりポンプ３３０を停止させ、これによりランキンサイクル３００を停止させる。

本実施形態においては、エンジン冷却水温度の判定に用いる所定温度Ｔｗを８５度程度としているが、ただし、この判定には適当なヒステリシスを設けて、ランキンサイクル３００のＯＮ−ＯＦＦのハンチングを防ぐようにしている。

以上のように、本実施形態においては、エンジン１０の吸気側に再循環される排気ガス（再循環ガス）をまずエンジン冷却水で冷却し、これにより再循環ガスの廃熱を伴ったエンジン冷却水をランキンサイクル３００の加熱器３１０において冷媒の加熱に用いるようにすることで、流量および温度の変動の大きい再循環ガスの廃熱を平準化して加熱に用いることができ、これにより安定して過熱蒸気を発生させて膨張機３２０に供給することができる。このため、従来のように加熱器３１０において再循環ガスにより直接冷媒を加熱する場合に比較して、ランキンサイクル３００を安定的かつ効率的に稼動させることができる。

また、本実施形態では、ガス冷却回路５０ａをエンジン冷却用のラジエータ回路２０から分岐させて形成していることにより、ラジエータ回路２０をガス冷却回路５０ａの一部を構成する回路として共用すると共に、ラジエータ２１、温水ポンプ２２などの構成要素を共用してガス冷却回路５０ａを形成することを可能としている。さらに、エンジン冷却用のエンジン冷却水を再循環ガス冷却用として兼用することを可能としている。

エンジン冷却水は比熱の大きい冷媒であるため、これによりガス冷却器６８においてまず再循環ガスを冷却し、その後、再循環ガスの廃熱を伴ったエンジン冷却水をランキンサイクル３００の加熱器３１０において熱源として用いることにより、再循環ガスからの廃熱をより平準化してランキンサイクル３００の熱源として用いることが可能となる。

また、本実施形態においては、ガス冷却器６８において再循環ガスを冷却することにより再循環ガスの廃熱を伴って高温となったエンジン冷却水は、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われない場合でも、ラジエータ回路２０のラジエータ２１において空気中に放熱することにより冷却される。これにより、エンジン冷却水は再びガス冷却器６８において再循環ガスの冷却を行うことが可能となる。このようにして、ランキンサイクル３００が非稼動状態にあるときにも、再循環ガスを確実に冷却して吸気側に戻すことにより、排気再循環システムの目的である排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図２に示す。本実施形態に係る廃熱利用装置１００においては、上記第１実施形態におけるヒータ回路３０に代えて、ガス冷却回路５０ｂによりエンジン冷却水が空調用のヒータコア３１に循環されるようにしている。以下、本実施形態において上記第１実施形態と異なる構成部分について説明する。

ガス冷却回路５０ｂは、ラジエータ回路２０から図２中に示すＡ点において分岐し、Ｂ点においてラジエータ回路２０に合流しており、Ａ点からＢ点に至る流路にガス冷却器６８、ランキンサイクル３００の加熱器３１０、空調用のヒータコア３１が順に設けられている。従って、ガス冷却回路５０ｂにおいて、エンジン冷却水は、ガス冷却器６８で再循環ガスを冷却した後、加熱器３１０においてランキンサイクル３００の冷媒を加熱し、その後ヒータコア３１において空調空気を加熱し、Ｂ点においてラジエータ回路２０に合流して、ラジエータ回路２０を通ってＡ点に戻るというように循環する。本実施形態では、このＡ点からＡ点までの循環する閉回路５０ｂが本発明のガス冷却回路に対応している。ガス冷却回路５０ｂには、ラジエータ回路２０に配設された温水ポンプ２２によって冷却水が循環される。

また、本実施形態においては、上記第１実施形態と同様のランキンサイクル３００を備えると共に、このランキンサイクル３００の凝縮器２２０および受液器２３０を共用するようにして冷凍サイクル２００が形成されている。

従って、上記ヒータコア３１は、本実施形態においては空調ユニット４００ｂのケース４１０ｂ内に配設されており、上記第１実施形態と同様、送風機４２０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。また、本実施形態においては、ヒータコア３１にはエアミックスドア４３０が設けられており、このエアミックスドア４３０の開閉により、ヒータコア３１を流通する空調空気量が調節される。

冷凍サイクル２００は、周知のように圧縮機２１０、凝縮器２２０、受液器２３０、膨張弁２４０、蒸発器２５０を有し、これらが順次接続されて閉回路を形成している。冷凍サイクル２００内には上記ランキンサイクル３００と同一の冷媒が循環される。本実施形態においては、ランキンサイクル３００および冷凍サイクル２００の冷媒として、上記第１実施形態におけるランキンサイクル３００の冷媒と同様、ＨＦＣ１３４ａを用いている。

圧縮機２１０は、冷凍サイクル２００内の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機器であり、ここではエンジン１０の駆動力によって駆動されるようにしている。すなわち、圧縮機２１０の駆動軸には駆動手段としてのプーリ２１１が固定されており、エンジン１０の駆動力がベルト１１を介してプーリ２１１に伝達され、圧縮機２１０は駆動される。なお、プーリ２１１には圧縮機２１０とプーリ２１１との間を断続する電磁クラッチ２１２が設けられている。電磁クラッチ２１２の断続は、後述する制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）によって制御される。

凝縮器２２０および受液器２３０は、上記のようにランキンサイクル３００のものを共用するようにしている。凝縮器２２０は、圧縮機２１０の吐出側に接続されて、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する。受液器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気液二層に分離し、ここで分離された液化冷媒のみを膨張弁２４０側に流出させる。膨張弁２４０は、受液器２３０からの液化冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮機２１０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脹弁を採用している。

蒸発器２５０は、ヒータコア３１と同様に空調ユニット４００ｂのケース４１０ｂ内に配設されており、膨張弁２４０によって減圧膨張された冷媒を蒸発させて、その時の蒸発潜熱によって送風機４２０からの空調空気を冷却する熱交換器である。そして、蒸発器２５０の冷媒出口側は、圧縮機２１０の吸入側に接続されている。なお、蒸発器２５０によって冷却された空調空気とヒータコア３１によって加熱された空調空気は、エアミックスドア４３０の開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。

冷凍サイクル２００およびランキンサイクル３００の作動は制御装置５００によって制御される。制御装置５００は、システム制御ＥＣＵ５００ａとエアコン制御ＥＣＵ５００ｂとを有している。

システム制御ＥＣＵ５００ａには、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂと上記制御回路４１とが接続されて、相互に制御信号が授受されるようになっている。また、システム制御ＥＣＵ５００ａには、ガス冷却回路５０ｂのガス冷却器６８出口付近に設けられた水温センサ７０からの温度信号が入力される。

システム制御ＥＣＵ５００ａは、本廃熱利用装置１００の総合的な制御を行い、さらにポンプ３３１の作動を制御することによりランキンサイクル３００の基本作動を制御する。エアコン制御ＥＣＵ５００ｂは、乗員のエアコン要求、設定温度、環境条件などに応じて、冷凍サイクル２００の基本作動を制御する。

以下、本廃熱利用装置１００の作動（制御装置５００による制御）について説明する。本廃熱利用装置１００においては、（１）冷凍サイクル単独稼動、（２）ランキンサイクル単独稼動、（３）冷凍サイクルとランキンサイクルとの同時稼動を可能とする。

（１）冷凍サイクル単独稼動
制御装置５００は、乗員からのエアコン要求があり、再循環ガスからの廃熱が充分でないとき、すなわち、水温センサ７０によって得られるガス冷却器６８出口における冷却水温度が所定温度Ｔｗに満たないと判定したときは、ポンプ３３０の電動機３３１を停止（膨張機３２０は停止）させ、電磁クラッチ２１２を接続し、エンジン１０の駆動力によって圧縮機２１０を駆動させ、冷凍サイクル２００を単独稼動させる。

冷凍サイクル２００単独稼動時においては、ランキンサイクル３００は停止しているため、再循環ガスからの廃熱はヒータコア３１において暖房の熱源としてのみ利用される。

（２）ランキンサイクル単独稼動
制御装置５００は、エアコン要求が無く、ガス冷却器６８出口における冷却水温度が所定温度Ｔｗ以上となって再循環ガスからの廃熱が充分得られると判定したときは、電磁クラッチ２１２を切断（圧縮機２１０は停止）し、電動機３３１（ポンプ３３０）を作動させて、ランキンサイクル３００を単独稼動させる。そして膨張機３２０の回転駆動力によって発電機３２１により発電を行う。この場合のランキンサイクル稼動の詳細は上記第１実施形態におけるランキンサイクル稼動時と同様である。なお、本実施形態においては、上記第１実施形態と同様、所定温度Ｔｗを８５度程度としており、冷却水温度が所定温度Ｔｗ以上であるか否かの判定にヒステリシスを設けて、ランキンサイクル３００のＯＮ−ＯＦＦのハンチングを防ぐようにしている。

ランキンサイクル３００単独稼動時には、再循環ガスからの廃熱はランキンサイクル３００の熱源として利用されると共に、暖房の熱源としても利用される。

（３）冷凍サイクルとランキンサイクルの同時稼動
制御装置５００は、エアコン要求があり、かつ、ガス冷却器６８出口における冷却水温度が所定温度Ｔｗ以上となって再循環ガスからの廃熱が充分であると判定したときは、冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００を同時稼動させ、空調と発電の両方を行う。

この場合は、電磁クラッチ２１２を接続し、電動機３３１（ポンプ３３０）を作動させる。２つのサイクル２００、３００は、凝縮器２２０および受液器２３０を共用し、冷媒は受液器２３０にて分岐して、それぞれの流路を循環する。各サイクル２００、３００の作動については、上記単独稼動の場合と同じである。

冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時稼動時には、再循環ガスからの廃熱はランキンサイクル３００の熱源として利用されると共に、暖房の熱源としても利用される。

以上のように、本実施形態においては、ガス冷却回路５０ｂにおいて加熱器３１０の下流側に空調用のヒータコア３１を配設して、エンジン冷却水がガス冷却器６８から加熱器３１０、ヒータコア３１の順に循環するように構成することにより、再循環ガスの廃熱を伴ったエンジン冷却水をまずランキンサイクル３００の熱源として利用し、その後に残存しているエンジン冷却水の熱を暖房用の熱源として利用するようにしている。このようにして再循環ガスの廃熱を有効に利用することができる。また、再循環ガスの廃熱をエンジン冷却水によって平準化して安定した熱源として用いることができるので、ランキンサイクル３００および暖房機能において安定した出力を得ることができる。

ランキンサイクル３００の熱源としてエンジン冷却水に要求される温度は暖房の熱源としてエンジン冷却水に要求される温度より高いため、本実施形態におけるように、再循環ガスの廃熱を伴ったエンジン冷却水がランキンサイクル３００の加熱器３１０からヒータコア３１の順に流通するようにすることで、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル３００および暖房用それぞれの熱源として有効かつ適切に利用することができる。また、暖房の熱源を再循環ガスからの廃熱とすることで、冷間始動時（コールドスタート時）などにおいても迅速な暖房が可能である。

本実施形態においては、加熱器３１０およびヒータコア３１を流通後にエンジン冷却水に熱が残存している場合でも、この熱がラジエータ回路２０のラジエータ２１において空気中に放出された後に再びガス冷却器６８に循環するので、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われないような場合でも、ガス冷却器６８において再循環ガスが確実に冷却される。これにより、排気再循環システムによる排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図３に示す。上記第２実施形態ではガス冷却回路５０ｂにおいてエンジン冷却水がガス冷却器６８からランキンサイクル３００の加熱器３１０、空調用のヒータコア３１の順に循環するようにしていたが、これに対して、本実施形態に係る廃熱利用装置１００においては、ガス冷却回路５０ｃにおいてエンジン冷却水はガス冷却器６８を通過後に分流して、一方は加熱器３１０に、他方はヒータコア３１に流通するようにしている。以下、本実施形態において上記第２実施形態と異なる構成部分について説明する。

ガス冷却回路５０ｃは、ラジエータ回路２０から図３中に示すＡ点において分岐し、Ｂ点においてラジエータ回路２０に合流している。また、Ａ点からＢ点に至る流路上のＣ点において、ガス冷却回路５０ｃの本流である第１流路５０ｃから第２流路３０ｃが分岐しており、第１流路５０ｃのＢ点より上流側において第２流路３０ｃは第１流路５０ｃに合流している。Ａ点からＣ点に至る流路にガス冷却器６８が設けられており、Ｃ点からＤ点に至る第１流路５０ｃにはランキンサイクル３００の加熱器３１０が設けられており、第２流路３０ｃには空調用のヒータコア３１が設けられている。

従って、ガス冷却回路５０ｃにおいて、エンジン冷却水は、ガス冷却器６８で再循環ガスを冷却した後Ｃ点において分流して、一方は第１流路５０ｃの加熱器３１０においてランキンサイクル３００の冷媒を加熱し、他方は第２流路３０ｃのヒータコア３１において空調空気を加熱する。そしてＤ点において合流した後、Ｂ点においてラジエータ回路２０に合流して、ラジエータ回路２０を通ってＡ点に戻るというように循環する。本実施形態では、このＡ点からＡ点までの循環する閉回路５０ｃ、３０ｃが本発明のガス冷却回路に対応している。ガス冷却回路５０ｃ、３０ｃには、ラジエータ回路２０に配設された温水ポンプ２２によって冷却水が循環される。

本廃熱利用装置１００におけるその他の構成、および作動（制御装置５００による制御）は上記第２実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態においては、ガス冷却回路５０ｃをガス冷却器６８の下流側で分岐させて、エンジン冷却水がガス冷却器６８から加熱器３１０とヒータコア３１とにそれぞれ循環するように構成することにより、再循環ガスの廃熱を伴ったエンジン冷却水をランキンサイクル３００の熱源として利用すると共に、暖房用の熱源としても利用するようにしている。このようにして再循環ガスの廃熱を有効に利用することができる。また、再循環ガスの廃熱をエンジン冷却水によって平準化して安定した熱源として用いることができるので、ランキンサイクル３００および暖房機能において安定した出力を得ることができる。

本実施形態においては、ガス冷却器６８において再循環ガスを冷却した後のエンジン冷却水が分流して直接ヒータコア３１に流通するようにしているので、上記第２実施形態におけるように加熱器３１０を流通した後のエンジン冷却水がヒータコア３１に流通する場合に比較して、ヒータコア３１を流通するエンジン冷却水の温度が高くなり、より高い暖房能力を得ることができる。また、このように暖房の熱源を再循環ガスからの廃熱とすることで、冷間始動時（コールドスタート時）などにおいても迅速な暖房が可能である。

本実施形態においては、加熱器３１０あるいはヒータコア３１を流通後にエンジン冷却水に熱が残存している場合でも、この熱がラジエータ回路２０のラジエータ２１において空気中に放出された後に再びガス冷却器６８に循環するので、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われないような場合でも、ガス冷却器６８において再循環ガスが確実に冷却される。これにより、排気再循環システムによる排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図４に示す。上記第１実施形態においては、ガス冷却回路５０ａをエンジン冷却用のラジエータ回路２０から分岐させて、このラジエータ回路２０および構成要素の一部を共用するようにしてガス冷却回路５０ａを形成していたが、これに対して、本実施形態に係る廃熱利用装置１００は、ラジエータ回路２０から独立した再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｄを備えている。以下、本実施形態において上記第１実施形態と異なる構成部分について説明する。

エンジン１０は上記第１実施形態と同様に排気再循環システムを採用しており、排気管６１から排気ガスの一部を再循環ガスとして吸気管６０側に再循環させるための再循環ガス管６２を備えている。エンジン１０には、上記第１実施形態と同様のラジエータ回路２０が設けられており、このラジエータ回路２０から分岐するようにして上記第１実施形態と同様のヒータ回路３０が設けられているが、本実施形態においては、上記第１実施形態においてラジエータ回路２０から分岐するように形成されていたガス冷却回路５０ａは備えていない。これに代えて、ラジエータ回路２０と独立に設けられたガス冷却回路５０ｄ（本発明のガス冷却回路に対応）を備えている。

ガス冷却回路５０ｄは、再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却すると共に、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル３００の熱源として利用するために設けられているもので、再循環ガス冷却用の冷媒であるガス冷却水（本発明の冷却用流体に対応）が循環するようになっている。

ガス冷却回路５０ｄには、ガス冷却器６８、ランキンサイクル３００の加熱器３１０、ラジエータ７１（本発明の放熱器に対応）が設けられており、ガス冷却水は電動式の温水ポンプ５５によりガス冷却回路５０ｄに循環される。ガス冷却回路５０ｄのガス冷却器６８出口付近には、上記第１実施形態と同様に、ガス冷却器６８の出口側における冷却水温度を検出するための水温センサ７０が設けられており、この水温センサ７０からの温度信号は制御装置５００に出力されるようになっている。

ガス冷却回路５０ｄにおいて、ガス冷却水は、ガス冷却器６８、加熱器３１０、ラジエータ７１の順に循環して、ガス冷却器６８に戻るようになっている。このとき、ガス冷却水は、ガス冷却器６８において再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却し、この再循環ガスの廃熱を伴って加熱器３１０に流入して、ここでランキンサイクル３００の冷媒を加熱する。ラジエータ７１では、ガス冷却水と外気との間の熱交換によりガス冷却水が冷却される。これにより、加熱器３１０を流通後にガス冷却水に残存している熱が空気中に放出される。

本廃熱利用装置１００におけるその他の構成は上記第１実施形態と同様であり、また制御装置５００による制御は、水温センサ７０により検出したガス冷却器６８出口におけるガス冷却水温度に基づいて、上記第１実施形態と同様に実行される。

以上のように、本実施形態においては、再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｄにおいて再循環ガスをまずガス冷却水により冷却し、これにより再循環ガスの廃熱を伴ったガス冷却水をランキンサイクル３００の加熱器３１０において冷媒の加熱に用いるようにすることで、流量および温度の変動の大きい再循環ガスの廃熱を平準化して加熱に用いることができ、これによりランキンサイクル３００を安定的かつ効率的に稼動させることができる。

また、本実施形態においては、ガス冷却器６８において再循環ガスを冷却することにより再循環ガスの廃熱を伴って高温となったガス冷却水は、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われない場合でも、ラジエータ７１において空気中に放熱することにより冷却されるようになっている。これにより、ガス冷却器６８において再循環ガスを確実に冷却して吸気側に戻すことができ、ランキンサイクル３００が非稼動状態にあるときにも排気再循環システムによる排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図５に示す。上記第４実施形態においては、上記第１実施形態におけるガス冷却回路５０ａを再循環ガス冷却用の専用回路５０ｄとしてラジエータ回路２０から独立させるように変更したが、これと同様に、本実施形態においては、上記第２実施形態におけるガス冷却回路５０ｂをラジエータ回路２０から独立させて再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｅとしている。以下、本実施形態において上記第２実施形態と異なる構成部分について説明する。

エンジン１０は上記第２実施形態と同様に排気再循環システムを採用しており、また、上記第２実施形態と同様のラジエータ回路２０を備えているが、本実施形態においては、上記第２実施形態においてラジエータ回路２０から分岐するように形成されていたガス冷却回路５０ｂは備えていない。これに代えて、ラジエータ回路２０と独立に設けられたガス冷却回路５０ｅ（本発明のガス冷却回路に対応）を備えている。

ガス冷却回路５０ｅは、再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却すると共に、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル３００の熱源として利用するために設けられているもので、再循環ガス冷却用の冷媒であるガス冷却水が循環するようになっている。

ガス冷却回路５０ｅには、ガス冷却器６８、ランキンサイクル３００の加熱器３１０、空調用のヒータコア３１、ラジエータ７１が設けられており、ガス冷却水は電動式の温水ポンプ５５によりガス冷却回路５０ｅに循環される。ガス冷却回路５０ｅのガス冷却器６８出口付近には、上記第２実施形態と同様に、ガス冷却器６８の出口側における冷却水温度を検出するための水温センサ７０が設けられており、この水温センサ７０からの温度信号は制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。

ガス冷却回路５０ｅにおいて、ガス冷却水は、ガス冷却器６８、加熱器３１０、ヒータコア３１、ラジエータ７１の順に循環して、ガス冷却器６８に戻るようになっている。このとき、ガス冷却水は、ガス冷却器６８において再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却し、この再循環ガスの廃熱を伴って加熱器３１０に流入して、ここでランキンサイクル３００の冷媒を加熱し、さらにヒータコア３１において空調空気を加熱する。ラジエータ７１では、ガス冷却水と外気との間の熱交換によりガス冷却水が冷却される。これにより、加熱器３１０とヒータコア３１とを流通後にガス冷却水に残存している熱が空気中に放出される。

本廃熱利用装置１００におけるその他の構成は上記第２実施形態と同様であり、また制御装置５００による制御は、水温センサ７０により検出したガス冷却器６８出口におけるガス冷却水温度に基づいて、上記第２実施形態と同様に実行される。

以上のように、本実施形態においては、再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｅにおいて再循環ガスをまずガス冷却水により冷却し、これにより再循環ガスの廃熱を伴ったガス冷却水をまずランキンサイクル３００の熱源として利用し、その後に残存しているガス冷却水の熱を暖房用の熱源として利用するようにしている。このようにして再循環ガスの廃熱を有効かつ適切に利用することができる。また、再循環ガスの廃熱をガス冷却水によって平準化して安定した熱源として用いることができるので、ランキンサイクル３００および暖房機能において安定した出力を得ることができる。また、暖房の熱源を再循環ガスからの廃熱とすることで、冷間始動時（コールドスタート時）などにおいても迅速な暖房が可能である。

本実施形態においては、加熱器３１０およびヒータコア３１を流通後にガス冷却水に残存している熱をラジエータ７１において空気中に放出させてから再びガス冷却器６８に循環させるようにしているため、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われないような場合でも、ガス冷却器６８において再循環ガスが確実に冷却される。これにより、排気再循環システムによる排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図６に示す。上記第４および第５実施形態においては、上記第１および第２実施形態におけるガス冷却回路５０ａ、５０ｂを再循環ガス冷却用の専用回路５０ｄ、５０ｅとしてラジエータ回路２０から独立させるように変更したが、これと同様に、本実施形態においては、上記第３実施形態におけるガス冷却回路５０ｃをラジエータ回路２０から独立させて、再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｆとしている。以下、本実施形態において上記第３実施形態と異なる構成部分について説明する。

エンジン１０は上記第３実施形態と同様に排気再循環システムを採用しており、また、上記第３実施形態と同様のラジエータ回路２０を備えているが、本実施形態においては、上記第３実施形態においてラジエータ回路２０から分岐するように形成されていたガス冷却回路５０ｃは備えていない。これに代えて、ラジエータ回路２０と独立に設けられたガス冷却回路５０ｆを備えている。

ガス冷却回路５０ｆは、再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却すると共に、再循環ガスの廃熱をランキンサイクル３００の熱源として利用するために設けられているもので、再循環ガス冷却用の冷媒であるガス冷却水が循環するようになっている。

ガス冷却回路５０ｆは、図６中に示すＥ点において、本流である第１流路５０ｆから第２流路３０ｆが分岐しており、この第２流路３０ｆはＦ点において第１流路５０ｆに合流している。Ｆ点からＥ点に至る流路にはガス冷却器６８が設けられており、Ｅ点からＦ点に至る第１流路５０ｆにはランキンサイクル３００の加熱器３１０が設けられており、第２流路３０ｆには空調用のヒータコア３１が設けられている。また、Ｆ点からＥ点に至る流路のガス冷却器６８より上流側にはラジエータ７１が設けられている。

ガス冷却器６８の出口付近には、上記第３実施形態と同様に、ガス冷却器６８の出口側における冷却水温度を検出するための水温センサ７０が設けられており、この水温センサ７０からの温度信号は制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。

ガス冷却回路５０ｆにおいて、ガス冷却水は、ガス冷却器６８で再循環ガス管６２を流通する再循環ガスを冷却した後、Ｅ点において分流して、一方は第１流路５０ｆの加熱器３１０においてランキンサイクル３００の冷媒を加熱し、他方は第２流路３０ｆのヒータコア３１において空調空気を加熱する。そしてＦ点において合流した後、ラジエータ７１において外気との熱交換により冷却されて、ガス冷却器６８に戻るというように循環する。本実施形態では、このガス冷却器６８からガス冷却器６８までの循環する閉回路５０ｆ、３０ｆが本発明のガス冷却回路に対応している。ガス冷却回路５０ｆ、３０ｆは、電動式の温水ポンプ５５によってガス冷却水が循環される。

本廃熱利用装置１００におけるその他の構成は上記第３実施形態と同様であり、また制御装置５００による制御は、水温センサ７０により検出したガス冷却器６８出口におけるガス冷却水温度に基づいて、上記第２および第３実施形態と同様に実行される。

以上のように、本実施形態においては、再循環ガス冷却専用のガス冷却回路５０ｆ、３０ｆにおいて再循環ガスをまずガス冷却水により冷却し、これにより再循環ガスの廃熱を伴ったガス冷却水をランキンサイクル３００の熱源として利用すると共に、暖房用の熱源としても利用するようにしている。このようにして再循環ガスの廃熱を有効に利用することができる。また、再循環ガスの廃熱をガス冷却水によって平準化して安定した熱源として用いることができるので、ランキンサイクル３００および暖房機能において安定した出力を得ることができる。

本実施形態においては、ガス冷却器６８において再循環ガスを冷却した後のガス冷却水が分流して直接ヒータコア３１に流通するようにしているので、上記第５実施形態におけるように加熱器３１０を流通した後のガス冷却水がヒータコア３１に流通する場合に比較して、ヒータコア３１を流通するガス冷却水の温度が高くなり、より高い暖房能力を得ることができる。また、このように暖房の熱源を再循環ガスからの廃熱とすることで、冷間始動時（コールドスタート時）などにおいても迅速な暖房が可能である。

本実施形態においては、加熱器３１０あるいはヒータコア３１を流通後にガス冷却水に残存している熱をラジエータ７１において空気中に放出させてから再びガス冷却器６８に循環するようにしているため、ランキンサイクル３００が停止中など非稼動状態にあって加熱器３１０において熱交換が行われないような場合でも、ガス冷却器６８において再循環ガスが確実に冷却される。これにより、排気再循環システムによる排気ガス中の窒素酸化物低減効果を確実に得ることができる。

（その他の実施形態）
上記第４〜第６実施形態においては、ガス冷却回路５０ｄ、５０ｅ、５０ｆに循環させる再循環ガス冷却用の冷媒を冷却水としたが、これに限らず、ランキンサイクル３００の冷媒より比熱の大きい流体を再循環ガス冷却用の冷媒として用いることができる。例えば、シリコンオイルなどの冷却オイル（本発明の冷却用流体に対応）を再循環ガス冷却用冷媒として用いると、冷却水を再循環ガス冷却用冷媒として用いた場合に比較して、再循環ガスの廃熱量が大きいときにランキンサイクル３００の加熱器３１０においてより高い温度での加熱が可能となり、これによりランキンサイクル３００の膨張機３２０において得られる動力が増大する。

上記第２、第３、第５、第６実施形態において、冷凍サイクル２００の圧縮機２１０はエンジン１０によって駆動される構成であったが、これに代えて、電動機によって駆動される電動圧縮機としてもよい。また、上記第１および第４実施形態においては、廃熱利用装置１００は冷凍サイクルを備えていない構成であったが、上記第２、第３、第５、第６実施形態と同様に、ランキンサイクル３００の凝縮器２２０および受液器２３０を共用するようにして冷凍サイクル２００を備えた構成としてもよい。

上記各実施形態において、ランキンサイクル３００のポンプ３３０は専用の電動機３３１によって駆動される構成であったが、これに代えて、図７に示すように、膨張機３２０に接続する発電機を電動機の機能も兼ね備えた電動発電機３２２とし、この電動発電機３２２の膨張機３２０接続側と反対側にポンプ３３０を接続して、電動発電機３２２を電動機として作動させることによりポンプ３３０を駆動する構成としてもよい。これにより、ポンプ３３０を駆動するための専用の駆動源（上記各実施形態における電動機３３１）の無い簡素化した構成とすることができる。図７はこの構成を上記第１実施形態に適用した場合を示している。電動発電機３２２の作動は、制御装置５００により制御回路４１を介して制御される。制御装置５００はランキンサイクル３００を稼動させる際には、まず、電動発電機３２２を電動機として作動させ、ポンプ３３０を駆動する、そして、再循環ガスからの廃熱が充分に得られ、膨張機３２０での駆動力がポンプ３３０の動力を上回ったら、電動発電機３２２を発電機として作動させ、発電を行う。これにより、ポンプ３３０駆動用のエネルギを低減することができる。

なお、上記各実施形態においては本発明の廃熱利用装置１００を車両に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。

第１実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第２実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第３実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第４実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第５実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第６実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 他の実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
２０ ラジエータ回路（主冷却回路）
２１ ラジエータ（放熱器）
３１ ヒータコア
３１ｃ ガス冷却回路（第２流路）
３０ｆ ガス冷却回路（第２流路）
５０ａ ガス冷却回路
５０ｂ ガス冷却回路
５０ｃ ガス冷却回路（第１流路）
５０ｄ ガス冷却回路
５０ｅ ガス冷却回路
５０ｆ ガス冷却回路（第１流路）
６２ 再循環ガス管（再循環流路）
６８ ガス冷却器
７０ 水温センサ（温度取得手段）
７１ ラジエータ（放熱器）
１００ 廃熱利用装置
２００ 冷凍サイクル
２２０ 凝縮器
３００ ランキンサイクル
３１０ 加熱器
３２０ 膨張機
５００ 制御装置（制御手段）
Ａ 分岐点
Ｂ 合流点

Claims (11)

1. 内燃機関（１０）の廃熱によってサイクル内の作動流体を加熱器（３１０）で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機（３２０）で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器（２２０）で凝縮液化するランキンサイクル（３００）を有する廃熱利用装置において、
   冷却用流体が循環するガス冷却回路（５０ａ）と、
   前記内燃機関（１０）から排出される排気ガスの一部を再循環ガスとして前記内燃機関（１０）の排気側から吸気側に戻すための再循環流路（６２）に配設されて、前記ガス冷却回路（５０ａ）の前記冷却用流体と前記再循環ガスとの間で熱交換させることにより前記再循環ガスを冷却するガス冷却器（６８）とを備え、
   前記加熱器（３１０）は、前記ガス冷却器（６８）から流出する前記冷却用流体と前記作動流体との間で熱交換させることにより前記作動流体を加熱することを特徴とする廃熱利用装置。
2. 前記冷却用流体は水を主成分とする冷却水であることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置。
3. 前記冷却水を循環させて前記内燃機関（１０）を冷却するための主冷却回路（２０）を備え、
   前記ガス冷却回路（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）は、前記主冷却回路（２０）から分岐点（Ａ）において分岐し、前記主冷却回路（２０）の前記分岐点（Ａ）より下流側の合流点（Ｂ）において前記主冷却回路（２０）に合流していることを特徴とする請求項２に記載の廃熱利用装置。
4. 前記冷却用流体はオイルを主成分とする冷却オイルであることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置。
5. 前記ガス冷却回路（５０ａ、５０ｄ）において、前記冷却用流体が前記加熱器（３１０）から前記ガス冷却器（６８）に至る流路に配設されて、前記冷却用流体の熱を空気中に放散させる放熱器（２１、７１）を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
6. 前記ガス冷却回路（５０ｂ、３０ｃ、５０ｅ、３０ｆ、）に配設されて、前記冷却用流体の熱により空調用空気を加熱するヒータコア（３１）を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
7. 前記ガス冷却回路は、前記冷却用流体を前記ガス冷却器（６８）から、前記加熱器（３１０）、前記ヒータコア（３１）の順に循環させて前記ガス冷却器（６８）に戻す流路（５０ｂ、５０ｅ）を備えたことを特徴とする請求項６に記載の廃熱利用装置。
8. 前記ガス冷却回路は、前記冷却用流体を前記ヒータコア（３１）に流通させることなく前記ガス冷却器（６８）から前記加熱器（３１０）に流通させ前記ガス冷却器（６８）に戻す第１流路（５０ｃ、５０ｆ）と、前記冷却用流体を前記加熱器（３１０）に流通させることなく前記ガス冷却器（６８）から前記ヒータコア（３１）に流通させて前記ガス冷却器（６８）に戻す第２流路（３０ｃ、３０ｆ）とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の廃熱利用装置。
9. 前記ガス冷却回路（５０ａ）において前記ガス冷却器（６８）の出口付近における前記冷却用流体の温度を取得する温度取得手段（７０）と、
   前記ランキンサイクル（３００）の作動を制御する制御手段（５００）とを備え、
   前記制御手段（５００）は、前記温度取得手段（７０）により取得した前記温度が所定温度（Ｔｗ）以上であるときに前記ランキンサイクル（３００）を稼動させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
10. 前記ランキンサイクル（３００）との間で前記凝縮器（２２０）を共有して形成され、サイクル内を前記作動流体が循環する冷凍サイクル（２００）を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。
11. 前記内燃機関は車両に搭載されたエンジン（１０）であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の廃熱利用装置。

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