JP2010203284A - 排熱回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】アイドル時など内燃機関の負荷が低い場合にも効率よく排熱を回生する排熱回生システムを提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）の排熱を回生する排熱回生システム（３０）であって、膨張器（３４）と内燃機関（１０）との間に備えられる、回転エネルギーを断続する断続手段（３７）と、蒸発器（３１）によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部（３２）と、貯留部（３２）に貯留された媒体を膨張器（３４）に流通させるか否かを制御する出口弁（３３）と、貯留部（３２）に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段（３２ａ）と、出口弁（３３）及び断続手段（３７）を制御する制御装置（４０）と、を備え、制御装置（４０）は、貯留部（３２）の圧力が所定値以上である場合に、断続手段（３７）を締結するとともに、出口弁（３３）を開弁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムに関し、特に、より効率よく排熱を回生できる排熱回生システムに関する。

従来、車両に搭載されるエンジン等の内燃機関の排熱による熱エネルギーを用いて媒体を気液変換することにより機械エネルギーとして回生するランキンサイクルを用いた排熱回生システムが広く知られている。

このようなランキンサイクルシステムとして、エンジンから排出される排気ガスとで熱交換を行う高温用ランキンサイクル回路と、エンジンの冷却水とで熱交換を行う低温用ランキンサイクル回路と、を備える排熱利用装置（特許文献１、参照。）が開示されている。

また、内燃機関の排ガスから熱エネルギーを回収するスターリングエンジンを備え、スターリングエンジンが発生する動力を内燃機関の発生する動力とともに出力軸へと伝え、内燃機関に対する駆動要求がない場合はクラッチを解放する排熱回収装置（特許文献２参照。）も開示されている。

特開２００５−２８２３６３号公報 特開２００７−２３９６６１号公報

前述のような従来のランキンサイクルシステムは、車両停止時などのアイドル時には熱回収を行っていない。

アイドル時は走行風がないため、凝縮器において冷媒が十分に冷却されない。またランキンサイクルシステム稼働時には凝縮器のファンを回転させる。このとき、ファンの使用エネルギーがランキンサイクルシステムにより発生するエネルギーを上回ると収支がマイナスとなってしまうので、熱回収は行わず、排熱は利用されることなく捨てられていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アイドル時など内燃機関の負荷が低い場合にも効率よく排熱を回生する排熱回生システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によると、内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、昇温された媒体を冷却する凝縮器と、媒体を循環させるポンプと、を備え、内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、膨張器と前記内燃機関との間に備えられる、回転エネルギーを断続する断続手段と、蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、貯留部に貯留された媒体を前記膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段と、出口弁及び断続手段を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、貯留部の圧力が所定値以上である場合に、断続手段を締結するとともに、出口弁を開弁することを特徴とする。

本発明によると、昇温された媒体を貯留部に一時的に蓄積しておき、貯留された媒体を出口弁の開弁により膨張器へと送るので、内燃機関の負荷が低い場合など排熱回生の効率が低い場合にも媒体を昇温させることができる。また、貯留部の圧力が所定値以上のときに、膨張器に回転エネルギーを発生させ、この回転エネルギーを内燃機関に伝えるので、排熱を効率よく回生することができ、内燃機関の駆動力を補助して、内燃機関の燃費を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステムの説明図である。 本発明の第１の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の閾値を決定するためのマップである。 本発明の第２の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の制御装置により実行される制御のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の出口弁及びクラッチの制御の説明図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステム３０の説明図である。

本発明のランキンサイクルシステム３０は、内燃機関としてのエンジン１０の排ガスの排熱により媒体を昇温し、昇温された媒体が気相となり体積が膨張することによって膨張器３４に回転エネルギーを発生させる。この回転エネルギーによりエンジン１０のトルクを補助することでエネルギーを回生する。これにより、エンジン１０の排熱を回生する排熱回生システムが構成される。

ランキンサイクルシステム３０において、媒体は、蒸発器３１においてエンジン１０の冷却水とで熱交換する。この冷却水は、エンジン１０の排気管１２に備えられた排熱回収器２３において、排ガスの排熱を回収して高温となった冷却水である。

蒸発器３１において昇温された媒体は液相から気相へと相変換される。この気相の媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。サージタンク３２は出口弁３３を備えている。この出口弁３３を開弁することによって気相の媒体が膨張器３４に送られる。膨張器３４はこの媒体によって回転エネルギーを発生する。

なお、サージタンク３２には、制御装置４０によって、貯留された媒体の圧力（内圧）を測定する圧力測定手段としてのセンサ３２ａが備えられている。

膨張器３４は、その回転軸が、クラッチ３７を介してエンジン１０のクランクシャフト１５へと接続されている。クラッチ３７は膨張器３４とエンジン１０のクランクシャフト１５とを断続する断続手段として構成されている。クラッチ３７が締結されているときに膨張器３４の回転エネルギーによって、エンジン１０の駆動力を補助する。

なお、膨張器３４の回転軸とエンジン１０のクランクシャフト１５とは、一軸に接続されてもよいし、ベルト等を介して接続されてもよい。

膨張器３４を通過した媒体は、凝縮器３５において大気と熱交換をすることで温度が下げられて液相へと相変換される。この液相の媒体は、ポンプ３６によって圧送され、再び蒸発器３１へと循環する。なお、凝縮器３５には媒体の冷却を促進するファン３８が備えられている。また、媒体は、冷却水やフルオロカーボン類（例えばＨＦＣ１３４ａ）、アンモニア等が用いられる。

内燃機関としてのエンジン１０は、燃料混合吸気を爆発させることにより車両の駆動力を発生する。

エンジン１０の排ガスは排気管１２から排出される。この排気管１２の途中には、エンジン１０の冷却水と排ガスとで熱交換を行う排熱回収器２３が備えられている。このエンジン１０には、エンジン１０を冷却するエンジン冷却システム２０が構成されている。

ポンプ１１によりエンジン冷却システム２０内を循環される冷却水は、まずエンジン１０を冷却した後、排熱回収器２３において排ガスとで熱交換を行う。排ガスの排熱により昇温された冷却水は、蒸発器３１においてランキンサイクルシステム３０の媒体とで熱交換し、冷却水温度は下げられる。その後、冷却水はラジエタ２１を通過して大気とで熱交換を行い、十分に温度を下げられた後、再びポンプ１１によって循環される。なお、ラジエタ２１には、冷却水の冷却を促進するためのファン２４が備えられている。

また、エンジン冷却システム２０には、バイパス通路２５が備えられている。冷却水の温度が低い場合は、冷却水がラジエタ２１をキャンセルしてバイパス通路２５のみを通過するように、サーモスタット２２が回路を切り替える。

制御装置４０は、エンジン１０の運転状態及びサージタンク３２の内圧を測定し、これらに基づいて、出口弁３３の開閉、及び、クラッチ３７の断続を制御する。

次に、このように構成されたランキンサイクルシステム３０の動作を説明する。

ランキンサイクルシステム３０は、エンジン１０の排熱を回収して回転エネルギーを得る。この回転エネルギーがエンジン１０に伝えられることにより、エンジントルクの補助という形で回生される。

一方で、エンジン１０の負荷が低い場合には、エンジン１０の排熱が少ないのでランキンサイクルシステム３０が回収する熱容量が小さくなり、ランキンサイクルシステム３０効率が低くなる。特に、低速走行時や停車時には、凝縮器３５に走行風があたらないため、ファン３８を動作させる必要がある。このとき、ファン３８の使用エネルギーが、ランキンサイクルシステム３０により回生されるエネルギーよりも上回る場合は、エネルギーの収支がマイナスとなってしまう。また、膨張器３４の回転エネルギーが少ない場合はエンジン１０に対して逆に負荷となってしまう。この状況ではエンジンの排熱の回生というランキンサイクルシステム３０を稼働させる意義が失われてしまう。

これに対して、本発明の第１の実施形態では、以下に説明するように、エンジン１０の負荷が低い場合にもランキンサイクルシステム３０によって熱回収を行い、回収した熱を効率よく回生するように構成した。

以下に、その詳細を説明する。

図１に示すように、ランキンサイクルシステム３０の蒸発器３１で昇温されて気相となった媒体は、サージタンク３２に一時的に貯留される。

貯留部としてのサージタンク３２は、気相の媒体をその内部に貯留することができるように構成されている。サージタンク３２の下流側には出口弁３３が備えられている。出口弁３３は、サージタンク３２に貯留された媒体を膨張器３４へと流通させることを制限するとともに、出口弁３３を開弁することにより、媒体を流通させて膨張器３４を回転させる。

このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合に、蒸発器３１において熱交換した媒体を一時的にサージタンク３２に貯留しておくことができる。これにより、貯留された媒体が十分なエネルギーを発生させることが可能となった場合に、出口弁３３を開弁して、膨張器３４を回転させ、この回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを補助する。

図２は、本発明の第１の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。

このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。

まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。

ランキンサイクルシステム３０は、制御装置４０によってポンプ３６が駆動され、このポンプ３６により媒体の圧力を制御することにより排熱を回生する。一方で、エンジン１０の停止後、長時間経過した場合や、イグニションがオフにされた場合など、車両の運用が停止された場合には、熱回収が見込めないため、ランキンサイクルシステム３０の稼働を停止する。

ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ１０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４とクランクシャフト１５とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを補助する。

次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。

エンジン１０の負荷が低い場合とは、例えば、車両が停車したアイドル状態である場合や、減速時や低速、定常走行時などエンジンの回転速度が所定値よりも低い場合である。

そして、このようにエンジン１０の負荷が低い状態でランキンサイクルシステム３０を稼働させた場合に、ファン３８やポンプ３６が使用するエネルギーが回生されるエネルギーを上回り、収支がマイナスになってしまうことが見込まれる場合に、エンジン１０の負荷が低いと判定する。

エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ１０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ１０７に移行する。

ステップＳ１０４では、制御装置４０は、センサ３２ａによって計測したサージタンク３２の内圧が、第１の所定値以上であるか否かを判定する。

この第１の所定値は、サージタンク３２の内圧が十分に高く、媒体のエネルギーによって膨張器３４に十分な回転エネルギーを与え、この回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを十分に補助することができるか否かの閾値である。

サージタンク３２の内圧が第１の所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ１０４に移行する。サージタンク３２の内圧が第１の所定値に満たないと判定した場合は、ステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０４では、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、エンジン１０のトルクを補助する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

一方、サージタンク３２の内圧が第１の所定値に満たないと判定した場合は、熱回収が十分でなく、サージタンク３２内に十分に熱エネルギーを蓄積していないと判断し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体がさらに貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１０６）。

このように、エンジン１０と膨張器３４とを切り離すことによって、膨張器３４が回転不足となったとしてもエンジン１０の負荷とならない。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

ステップＳ１０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、エンジン１０の排熱を回収するべく、ステップＳ１０７に移行する。ここで、制御装置４０は、現在のエンジン１０の負荷を取得し、これらに基づいて出口弁３３を開弁するか否かのサージタンク３２の内圧の閾値を設定する。

より具体的には、制御装置４０は、図３に示すようなエンジン１０の負荷とサージタンク３２の内圧との関係式（又はマップ）を用いて、取得したエンジン１０の負荷から、出口弁３３を開弁するためのサージタンク３２の内圧の閾値を取得する。

そして、制御装置４０は、取得した閾値に基づいて、センサ３２ａによって計測した現在のサージタンク３２の内圧が、この閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

サージタンク３２の内圧が取得した閾値以上であると判定した場合は、ステップＳ１０９に移行して、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、エンジン１０のトルクを補助する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

一方、サージタンク３２の内圧が取得した閾値に満たないと判定した場合は、熱回収が十分でなく、サージタンク３２内に十分に熱エネルギーを蓄積していないと判断し、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体がさらに貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１１１）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

ステップＳ１０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ１１０に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ１１１）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

このように、本発明の第１の実施形態では、エンジン１０の負荷が低く、熱回収の収支が見込めない場合に、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞して、サージタンク３２に媒体を貯留しておく。このように構成することによって、膨張器３４での圧力不足によってランキンサイクルシステム３０での負荷が増大することを防ぐことができる。

また、エンジン１０の負荷が低いときにも、蒸発器３１により回収したエネルギーをサージタンク３２に貯留しておくことで、排熱を回収することができる。また、エンジン１０の負荷が再び高負荷になったときに、回収した熱エネルギーを使用できるので、低負荷時に回収した熱エネルギーを無駄にすることなくエネルギーを回生することができる。

またこのとき、エンジン１０と膨張器３４とを切り離すので、膨張器３４の回転エネルギーが不足している場合でもエンジン１０の負荷となることはない。

また、エンジン１０の負荷が十分である場合に、エンジン１０の負荷に応じて出口弁３３を開弁するように構成したので、運転条件の変動によるランキンサイクルシステム３０の媒体の圧力の変動を抑えることができ、運転条件（例えば、アイドルからの加速や、加速状態からのさらに踏み増し等）に左右されない安定したエネルギーの回生を行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態では、前述の第１の実施形態の動作に加え、さらに車両の加速条件に応じて出口弁３３の開閉を制御するように構成した。なお、第２の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。

図４は、第２の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。

このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。

まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。

ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ２０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ２０８に移行する。

ステップＳ２０２では、制御装置４０は、クラッチ３７を締結する。これによって、膨張器３４とクランクシャフト１５とを接続し、膨張器３４の回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを補助する。

次に、制御装置４０は、エンジン１０の運転状態が、負荷が低い状態であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。

エンジン１０の負荷が低い場合とは、前述のように、エンジン１０の負荷が低く、ファン３８やポンプ３６の使用エネルギーが回生されるエネルギーを上回り、収支がマイナスになることが見込まれる場合である。

エンジン１０の負荷が低いと判定した場合は、ステップＳ２０４に移行する。エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０８に移行する。

ステップＳ２０４では、制御装置４０は、センサ３２ａによって計測したサージタンク３２の内圧が、第１の所定値以上であるか否かを判定する。

この第１の所定値は、サージタンク３２の内圧が十分に高く、媒体のエネルギーによって膨張器３４に十分な回転エネルギーを与え、この回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを十分に補助することができるか、否かの閾値である。

サージタンク３２の内圧が第１の所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ２０５に移行する。サージタンク３２の内圧が第１の所定値に満たないと判定した場合は、ステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０５では、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによってエンジン１０のトルクを補助する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

一方、ステップＳ２０６では、十分な熱回収が行えていない状態であると判断し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２０７）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

ステップＳ２０３において、エンジン１０の負荷が低い状態でないと判定した場合は、ステップＳ２０７に移行し、制御装置４０は、現在の車両の運転状態が、加速状態であるか否かを範囲する。例えば、エンジン１０の回転速度や車速の単位時間当たりの増加率等により車両が加速状態であることを判定する。または、制御装置４０が、加速センサを備えていてもよい。

車両が加速状態であることを判定した場合は、ステップＳ２０９に移行し、現在のエンジン１０の負荷を取得し、これらに基づいて出口弁３３を開弁するか否かのサージタンク３２の内圧の閾値を設定する。なお、この判定は、前述の第１の実施の形態のステップＳ１０７と同様である。すなわち、エンジン１０の負荷から図３に示したマップに基づいてサージタンク３２の内圧の閾値を取得する。

そして、制御装置４０は、取得した閾値に基づいて、センサ３２ａによって計測した現在のサージタンク３２の内圧が、この閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

サージタンク３２の内圧が取得した閾値以上であると判定した場合は、ステップＳ２１１に移行して、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。これにより、媒体が膨張器３４に伝えられ、膨張器３４の回転エネルギーによって、エンジン１０のトルクを補助する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

一方、サージタンク３２の内圧が取得した閾値に満たないと判定した場合は、ステップＳ２１２に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体がさらに貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２１３）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

ステップＳ２０８において、加速状態でないと判定した場合は、ステップＳ２１４に移行して、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を開弁する。この場合は、加速状態でなくエンジン１０の負荷は急変しないので、熱を回収した媒体を膨張器に伝え、膨張器３４の回転エネルギーによって、エンジン１０のトルクを補助する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

ステップＳ２０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ２１５に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ２１６）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

このように、本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、エンジン１０の負荷が低いときにも、蒸発器３１により回収したエネルギーをサージタンク３２に貯留し、この媒体によって膨張器３４に回転エネルギーを与えるように制御すので、エンジン１０の負荷が低い場合にも熱回収を行うことができ、低負荷時に回収した熱エネルギーを無駄にすることなくエネルギーを回生することができる。

また、車両が加速状態である場合に、エンジン１０の負荷に応じて出口弁３３を開弁するように構成したので、運転条件の変動によるランキンサイクルシステム３０の媒体の圧力の変動を抑えることができ、運転状態に左右されない安定したエネルギーの回生を行うことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、エンジン１０の負荷とサージタンク３２の内圧に応じて、出口弁３３の開度とクラッチ３７の断続を制御するように構成した。なお、第３の実施形態の基本構成は、第１の実施形態の図１と同様である。

図５は、第３の実施形態の制御装置４０により実行される制御のフローチャートである。

このフローチャートは、所定の周期（例えば１ｍｓ間隔）で、制御装置４０によって実行される。

まず、制御装置４０は、ランキンサイクルシステム３０が稼働中であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。

ランキンサイクルシステム３０が稼働していると判定した場合はステップＳ３０２に移行する。稼働していないと判定した場合はステップＳ３０６に移行する。

ステップＳ３０２では、制御装置４０は、エンジン１０から取得した現在のエンジン１０の負荷と、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧に基づいて、出口弁３３の開度と、クラッチ３７の断続とを制御する。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

なお、このステップＳ３０２の制御は図６を参照して説明する。

ステップＳ３０１において、ランキンサイクルシステム３０が稼働していないと判定した場合は、ステップＳ３０６に移行し、制御装置４０は、サージタンク３２の出口弁３３を閉塞する。これにより、サージタンク３２の内部に気相となった媒体が貯留される。そして、制御装置４０は、クラッチ３７を解放する（Ｓ３０７）。その後、本フローチャートによる制御を終了する。

図６は、本発明の第３の実施形態の制御装置４０により実行される、出口弁３３及びクラッチ３７の制御の説明図である。

制御装置４０は、エンジン１０の負荷を取得し、また、センサ３２ａにより計測したサージタンク３２の内圧を取得して、これらに基づいて、出口弁３３の開度を制御するとともに、クラッチ３７の断続を制御する。

制御装置４０は、サージタンク３２の内圧が所定の圧力を超えた場合にクラッチ３７を締結するとともに、図６の示すようなエンジン１０の負荷とサージタンク３２の内圧とのマップに応じて設定される出口弁３３の開度を取得し、この開度に基づいて出口弁３３を制御する。なお、このマップは、エンジン１０の負荷だけでなく、エンジン１０の回転速度、車両の速度、加速状態等に基づいて設定してもよい。

このように、本発明の第３の実施形態では、サージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３の開度を適切に制御することによって、運転状態の変動による媒体の圧力の変動を抑えることができるので、運転状態に左右されにくい安定した熱回収を行える。

以上のように、本発明の実施形態では、エンジン１０の排熱を回転エネルギーに回生するランキンサイクルシステム３０において、蒸発器３１において熱交換を行い気相となった媒体を一時的に貯留するサージタンク３２と、貯留された媒体を膨張器３４へと流通させるかを制御する出口弁３３と、を備えた。このように構成することによって、エンジン１０の負荷が低い場合にも、熱交換を行った媒体を貯留しておくことができ、エンジン１０の排熱を無駄なく回収することができる。

また、回収された熱エネルギーは、エンジン１０の負荷やサージタンク３２の内圧に応じて出口弁３３を制御することにより、膨張器３４に送られ、エンジン１０のトルクを補助することができる。このように、エンジン１０の排熱を効率よく回生することによって、エンジン１０の燃費を向上させることができる。

なお、本発明の実施形態では、膨張器３４の回転エネルギーをエンジン１０のクランクシャフト１５に伝え、エンジン１０のトルクを補助する構成を示したが、膨張器３４にクラッチ３７を介して発電機を接続し、膨張器３４の回転エネルギーによって発電機を発電させて電気エネルギーとして回生するように構成してもよい。また、膨張器３４の回転エネルギーをエアコンのコンプレッサに接続して、コンプレッサの動力を補助してもよい。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ クランクシャフト（回転軸）
２０ エンジン冷却システム
２３ 排熱回収器
３０ ランキンサイクルシステム（排熱回生システム）
３１ 蒸発器
３２ サージタンク（貯留部）
３２ａ センサ（圧力測定手段）
３３ 出口弁
３４ 膨張器
３５ 凝縮器
３６ ポンプ
３７ クラッチ（断続手段）
４０ 制御装置

Claims (4)

1. 内燃機関の排熱によって媒体を昇温する蒸発器と、前記昇温された媒体によって回転エネルギーを発生する膨張器と、前記昇温された媒体を冷却する凝縮器と、前記媒体を循環させるポンプと、を備え、前記内燃機関の排熱を回生する排熱回生システムであって、
   前記膨張器と前記内燃機関との間に備えられる、回転エネルギーを断続する断続手段と、
   前記蒸発器によって昇温された媒体を一時的に貯留する貯留部と、
   前記貯留部に貯留された媒体を前記膨張器に流通させるか否かを制御する出口弁と、
   前記貯留部に貯留された媒体の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記出口弁及び前記断続手段を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記貯留部の圧力が所定値以上である場合に、前記断続手段を締結するとともに、前記出口弁を開弁することを特徴とする排熱回生システム。
2. 前記制御装置は、前記所定値を、前記内燃機関の負荷に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の排熱回生システム。
3. 前記制御装置は、前記貯留部の圧力に応じて、前記断続手段の断続、及び、前記出口弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回生システム。
4. 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷に応じて、前記断続手段の断続、及び、前記出口弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回生システム。

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