JP2012251517A - 廃熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動力を出力する燃焼機関に膨張機が直結している廃熱回収装置における廃熱利用の効率を向上する。
【解決手段】ランキンサイクル回路１３は、廃熱回収機器１４を構成する膨張機７２、凝縮器２９、ギヤポンプ６７、第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１によって構成されている。第１熱交換器２０は、エンジン１２を冷却した冷却水の熱を冷媒に伝達する。第２熱交換器２１は、エンジン１２から排気された排気ガスの熱を冷媒に伝達する。第１流路２２にはバイパス流路３２が分岐接続されている。バイパス流路３２は、第１熱交換器２０を迂回して接続流路２５に合流接続されており、バイパス流路３２上には電磁開閉弁３３が設けられている。電磁開閉弁３３が励磁されると、バイパス流路３２が開かれ、電磁開閉弁３３が励消磁されると、バイパス流路３２が閉じられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動力を出力する燃焼機関を冷却する冷却流体の熱を冷媒に伝達する第１熱交換器と、燃焼機関の排気ガスの熱を前記冷媒に伝達する第２熱交換器と、燃焼機関に直結された膨張機とを備えた廃熱回収装置に関する。

この種の廃熱回収装置に用いられる流体機械が特許文献１の図１０に開示されている。図１０に開示の流体機械では、ベルトを介してエンジンに駆動力伝達可能に連結されたプーリと、膨張機と、オルタネータとで回転軸を共有させている。これにより、ランキンサイクルの熱エネルギーが充分に得られない場合にも、エンジンの回転駆動力がプーリ及び共有の回転軸を介してオルタネータに入力されて発電が行なわれる。

特開２００４−３４０１３９号公報

廃熱によって加熱された高温高圧の冷媒は、膨張機に導入されて膨張機内で膨張する。膨張機は、冷媒の膨張によって回転エネルギーを得てオルタネータを駆動する。このような膨張機内の冷媒閉じ込め空間からの冷媒洩れを防止するためのシール部材の耐熱性（膨張機の信頼性）の観点から、冷媒の温度をシール部材の耐熱温度以下に制御する必要がある。

エンジンの回転数が同じである場合でも、廃熱の大きさが変動することがあり、エンジンの回転数が同じである場合でも、冷却水の温度が変動することがある。エンジンの回転数があまり高くなく、しかも冷却水の温度が高い場合には、膨張機に流入する冷媒が高温になる。

しかし、膨張機はプーリを介してエンジンに連結されているため、膨張機の回転数は、エンジンの回転数の制約を受ける。そのため、エンジンの回転数があまり高くなく、しかも冷却水の温度が高い場合には、膨張機に流入する冷媒量が少なく（つまり冷媒流量が少なく）なり、膨張機へ導入される冷媒の温度が高すぎる状態になる。そのため、膨張機の信頼性の観点から膨張機より上流の冷媒の熱を捨てる必要があり、エンジンの廃熱利用において無駄が生じる。

本発明は、回転駆動力を出力する燃焼機関に膨張機が駆動力伝達可能に連結している廃熱回収装置における廃熱利用の効率を向上することを目的とする。

本発明は、回転駆動力を出力する燃焼機関を冷却する冷却流体の熱を冷媒に伝達する第１熱交換器と、前記燃焼機関から排出された排気ガスの熱を前記冷媒に伝達する第２熱交換器と、前記燃焼機関に駆動力伝達可能に連結された膨張機とを備えた廃熱回収装置を対象とし、請求項１の発明では、前記冷媒の冷媒流路から分岐して前記第１熱交換器を迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路における冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、前記膨張機より上流の前記冷媒流路内の冷媒温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出情報に基づいて前記冷媒流量調整手段の流量調整状態を制御する制御手段とを備えている。

ここにおける上流の冷媒流路とは、第１熱交換器及び第２熱交換器より下流、且つ膨張機より上流の冷媒流路のことである。膨張機に流入する冷媒の温度が予め設定された上限温度に達すると、制御手段は、バイパス流路へ冷媒を流すように冷媒流量調整手段の流量調整状態を制御する。これにより冷却流体から冷媒への熱伝達量が減り、燃焼機関で生じる廃熱が冷却流体に蓄積されることになる。この蓄積熱は、膨張機に流入する冷媒の温度が前記上限よりも低くなったときに利用できる。

好適な例では、前記排気ガスの排気通路から分岐して前記第２熱交換器を迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路における排気ガス流量を調整するガス流量調整手段とを備えている。

バイパス流路への冷媒の迂回を行なっても膨張機に流入する冷媒の温度が上限以上になってしまう場合には、バイパス通路へ排気ガスを流すことによって冷媒の温度が上限温度を大きく超えないように抑制することができる。

好適な例では、ガス流量調整手段は、前記バイパス通路における通路断面積を調整する通路断面積調整弁と、前記通路断面積調整弁の弁開度を制御する温度作動アクチュエータとを備え、前記温度作動アクチュエータは、前記第２熱交換器で熱を受け取った冷媒の温度に感応する感温部を有する。

冷媒の温度に感応して自律的に作動するこのような温度作動アクチュエータは、ガス流量調整手段として簡便である。
好適な例では、前記冷媒流量調整手段は、前記第１熱交換器と前記バイパス流路とのいずれか一方にのみ冷媒を流す流路切り換え手段である。

バイパス流路にのみ冷媒を流して第１熱交換器に冷媒を流さない構成は、膨張機の信頼性を考慮した冷却流体の上限温度を高くする上で最適である。

本発明は、回転駆動力を出力する燃焼機関に膨張機が直結している廃熱回収装置における廃熱利用の効率を向上することができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。 廃熱回収機器の全体側断面図。 第２熱交換器及びバイパス管を示す平面図。 第２熱交換器を示す断面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 温度作動アクチュエータ及び冷媒ヘッダータンクを示す断面図。 第２の実施形態の廃熱回収装置を示す模式図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
図１に示すように、廃熱回収装置１１は、廃熱源であるエンジン１２（燃焼機関）と、ランキンサイクル回路１３とを備えている。

ランキンサイクル回路１３では、エンジン１２からの廃熱によって加熱される冷媒が循環する。廃熱回収装置１１を構成する廃熱回収機器１４は、ランキンサイクル回路１３の一部を構成している。

図２に示すように、廃熱回収機器１４を構成する全体ハウジング３５は、センターハウジング３６と、センターハウジング３６の前端〔図２において左端〕に連結されたフロントハウジング３７と、センターハウジング３６の後端〔図２において右端〕に連結されたリヤハウジング３８とから構成されている。

センターハウジング３６の前端に一体形成された隔壁３６１とフロントハウジング３７の前端壁３７１とには回転軸４０が軸受５１，５２を介して回転可能に支持されており、フロントハウジング３７内の回転軸４０にはロータ４１が固定されている。フロントハウジング３７の内周面にはステータ４２がロータ４１を取り囲むように固定されている。回転軸４０、コイル４２１を備えたステータ４２及びロータ４１は、オルタネータ４３（発電機）を構成する。回転軸４０は、オルタネータ４３のロータ軸である。

オルタネータ４３は、ロータ４１が回転することによってステータ４２のコイル４２１に電力を生じさせる機能を有する。
オルタネータ４３にはバッテリ４５が電気的に接続されている。オルタネータ４３で生じた電力は、バッテリ４５に蓄電されるようになっている。

回転軸４０は、フロントハウジング３７の前端壁３７１を貫通してフロントハウジング３７外に突出しており、回転軸４０の突出端部にはプーリ５６が止着されている。プーリ５６にはベルト５７が巻き掛けられている。

図１に示すように、ベルト５７は、エンジン１２の回転出力軸であるクランク軸６８に止着されたプーリ６９に巻き掛けられている。
図２に示すように、センターハウジング３６内にはサイドプレート６２が隔壁３６１に対向するように固設されている。隔壁３６１とサイドプレート６２との間にはポンプ室６４が区画されている。回転軸４０は、隔壁３６１及びサイドプレート６２を貫通している。ポンプ室６４内には回転軸４０に止着された駆動ギヤ６５と、駆動ギヤ６５に噛合する従動ギヤ６６とが配設されている。ポンプ室６４、駆動ギヤ６５及び従動ギヤ６６は、ギヤポンプ６７を構成する。

センターハウジング３６内には支持ブロック６３が固設されている。支持ブロック６３には回転軸４０が軸受７１を介して回転可能に支持されている。支持ブロック６３とリヤハウジング３８との間にはスクロール式の膨張機７２が設けられている。

次に、膨張機７２の構成を説明する。
回転軸４０の後端には偏心軸７３が設けられている。偏心軸７３は、回転軸４０の回転により回転軸４０の回転軸線の周りを公転する。偏心軸７３には可動スクロール７４がブッシュ７５及び軸受７６を介して回転可能に支持されている。可動スクロール７４は、軸受７６に支持された可動側端板７４１と、可動側端板７４１から突設された渦巻状の可動側渦巻壁７４２とを備えている。

センターハウジング３６の後部内には固定スクロール７７が可動スクロール７４と対向するように固設されている。固定スクロール７７は、固定側端板７７１と、固定側端板７７１から支持ブロック６３に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁７７２とを備えている。可動スクロール７４の可動側渦巻壁７４２と、固定スクロール７７の固定側渦巻壁７７２とは、互いに噛み合わされて容積変更可能な膨張室７８を区画する。

固定側端板７７１とリヤハウジング３８との間には供給室７９が区画されており、固定側端板７７１の中央部には供給口７７３が供給室７９に連通するように形成されている。リヤハウジング３８には導入ポート３８１が形成されている。サイドプレート６２と支持ブロック６３との間には排出室８０が形成されている。膨張室７８の冷媒は、排出室８０へ排出される。センターハウジング３６の周壁には排出ポート３６２が排出室８０に連通するように形成されている。

次に、廃熱回収装置１１におけるランキンサイクル回路１３について説明する。
図１に示すように、ランキンサイクル回路１３は、廃熱回収機器１４を構成する膨張機７２、凝縮器２９、ギヤポンプ６７、第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１によって構成されている。

第１熱交換器２０は、放熱部２０１と吸熱部２０２とを備える。放熱部２０１は、エンジン１２に接続された冷却水循環経路２３上に設けられている。冷却水循環経路２３上にはラジエータ２４が設けられている。車両のエンジン１２を冷却した冷却水（冷却流体）は、冷却水循環経路２３を循環して放熱部２０１及びラジエータ２４で放熱する。

第２熱交換器２１は、第１熱交換器２０と膨張機７２との間の冷媒流路上に設けられていると共に、エンジン１２に接続された排気通路１５上に設けられている。エンジン１２から排気通路１５へ排気された排気ガスの熱は、第２熱交換器２１を介して冷媒流路内の冷媒に伝達される。排気通路１５内の排気ガスは、マフラ２６から排気される。

第２熱交換器２１には膨張機７２における導入ポート３８１〔図２参照〕が供給流路２８を介して接続されている。第１熱交換器２０及び第２熱交換器２１で加熱された冷媒は、供給流路２８を介して膨張機７２に導入されるようになっている。膨張機７２側の排出ポート３６２〔図１参照〕には凝縮器２９が排出流路３０を介して接続されている。膨張機７２で膨張した低圧の冷媒は、排出流路３０を介して凝縮器２９へ排出されるようになっている。凝縮器２９の下流側にはギヤポンプ６７が第２流路３１を介して接続されている。ギヤポンプ６７の下流側には第１熱交換器２０が第１流路２２を介して接続されている。

第２流路３１、第１流路２２、第１熱交換器２０と第２熱交換器２１との間の接続流路２５、供給流路２８及び排出流路３０は、ランキンサイクル回路１３の冷媒流路を構成する。ギヤポンプ６７のポンプ作用により、第２流路３１内の冷媒は、第１流路２２、第１熱交換器２０、第２熱交換器２１、膨張機７２及び凝縮器２９を通過してギヤポンプ６７へ還流する。

第１流路２２にはバイパス流路３２が分岐接続されている。バイパス流路３２は、接続流路２５に合流接続されており、バイパス流路３２上には電磁開閉弁３３が設けられている。電磁開閉弁３３が励磁されると、バイパス流路３２が開かれ、電磁開閉弁３３が消磁されると、バイパス流路３２が閉じられる。

電磁開閉弁３３は、制御手段（制御装置）３４の励消磁制御を受ける。制御手段３４には温度検出手段９９が信号接続されている。温度検出手段９９は、第２熱交換器２１と膨張機７２との間の供給流路２８内の冷媒の温度を検出する。温度検出手段９９によって得られた温度検出情報は、制御手段３４へ送られ、制御手段３４は、温度検出手段９９から送られた温度検出情報に基づいて、電磁開閉弁３３を励消磁制御する。温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ以上になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３を励磁する。温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ未満になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３を消磁する。

電磁開閉弁３３は、バイパス流路３２における冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段である。制御手段３４は、温度検出手段９９の検出情報に基づいて冷媒流量調整手段の流量調整状態を制御する。

膨張機７２内の膨張室７８からの冷媒洩れを防止するためのシール部材の耐熱性の観点から、膨張機７２へ流入する冷媒の温度をシール部材の耐熱温度以下に制御する必要がある。上限温度Ｔｏは、このような耐熱性の観点から設定された値である。上限温度Ｔｏは、例えば１５０°Cである。

図３は、第２熱交換器２１と、排気通路１５〔図１参照〕の一部となる流路管４８，４９とを示す。エンジン１２から排気された排気ガスは、流路管４８側から第２熱交換器２１を通過して流路管４９側へ流れ、さらにマフラ２６〔図１参照〕側へ流れる。

次に、第２熱交換器２１の構造を説明する。
図４に示すように、第２熱交換器２１は、廃熱流体ケース５０と冷媒ヘッダータンク５８とを備えている。廃熱流体ケース５０内は、廃熱流体である排気ガスを導入して排出する廃熱流体室５０１となっており、流路管４８〔図３参照〕側の排気ガスが廃熱流体室５０１を通って流路管４９〔図３参照〕側へ流れる。

冷媒ヘッダータンク５８内には第１ヘッダータンク室５８１、第２ヘッダータンク室５８２、第３ヘッダータンク室５８３及び第４ヘッダータンク室５８４が区画されている。
第１ヘッダータンク室５８１には流入管６０が通じており、第４ヘッダータンク室５８４には流出管６１が通じている。流入管６０は、接続流路２５〔図１参照〕の一部であり、流出管６１は、供給流路２８〔図１参照〕の一部である。

廃熱流体室５０１内には多数枚の放熱板５９が並設されており、各放熱板５９には組管５５１，５５２，５５３を構成する直管５３１，５３２，５３３，５４１，５４２，５４３が貫通されている。組管５５１を構成する直管５３１の端部は、第１ヘッダータンク室５８１に通じている。組管５５１，５５２を構成する直管５４１，５３２の端部は、第２ヘッダータンク室５８２に通じている。組管５５２，５５３を構成する直管５４２，５３３の端部は、第３ヘッダータンク室５８３に通じている。組管５５３を構成する直管５４３の端部は、第４ヘッダータンク室５８４に通じている。

接続流路２５の一部である流入管６０から第１ヘッダータンク室５８１へ流入した冷媒は、組管５５１を経由して第２ヘッダータンク室５８２へ流入する。第２ヘッダータンク室５８２へ流入した冷媒の一部は、組管５５２を経由して第３ヘッダータンク室５８３へ流入する。第３ヘッダータンク室５８３へ流入した冷媒は、組管５５３を経由して第４ヘッダータンク室５８４へ流入する。第４ヘッダータンク室５８４へ流入した冷媒は、供給流路２８の一部である流出管６１へ流出する。

図５に示すように、排気通路１５〔図１参照〕の一部となる排気流入管８１と、排気通路１５の一部となる排気流出管８２との間には第２熱交換器２１及びバイパス管８３が並列状態に設けられている。バイパス管８３の管内は、第２熱交換器２１（廃熱流体室５０１）を迂回するバイパス通路８３１である。排気流入管８１の出口端には接続プレート８４が止着されている。接続プレート８４には一対の接続孔９６１，９６２が貫設されている。接続孔９６１には流路管４８が嵌合されており、接続孔９６２にはバイパス管８３が嵌合されている。

排気流出管８２の入口端には接続プレート８５が止着されている。接続プレート８５には一対の接続孔９７１，９７２が貫設されている。接続孔９７１には流路管４９が嵌合されており、接続孔９７２にはバイパス管８３が嵌合されている。

排気流入管８１内には開閉弁８６が回動可能な支軸８７に止着されている。開閉弁８６は、支軸８７を中心にして、図５に実線で示す閉位置（位置規制片４４に接する位置）と、図５に鎖線で示す開位置との間で切り換え配置される。開閉弁８６は、図示しないねじりばねによって閉位置から開位置に向かう方向に付勢されている。開閉弁８６が閉位置にあるときには、排気流入管８１からバイパス管８３への排気ガスの流れが阻止される。開閉弁８６が開位置にあるときには、排気流入管８１からバイパス管８３への排気ガスの流れが許容される。開閉弁８６は、バイパス通路８３１における通路断面積を調整する通路断面積調整弁である。

図６に示すように、支軸８７は、排気流入管８１の側面を貫通して排気流入管８１の外部に突出している。支軸８７の突出端部にはレバー８８が止着されている。レバー８８にはガイド孔３９が形成されている。

排気流入管８１の側方には、開閉弁８６の弁開度を制御する温度作動アクチュエータ８９が配設されている。温度作動アクチュエータ８９は、円筒状のハウジング９０と、ハウジング９０内に収納された感温筒９１と、感温筒９１内にスライド可能に収納されたピストン９２と、ピストンロッド４６の直上で感温筒９１内に配設された駆動ロッド９３とを備えている。駆動ロッド９３は、圧縮ばね９４のばね力によってピストンロッド４６の先端に押接されている。

感温筒９１の筒内から外部へ突出する駆動ロッド９３の先端部には駆動ピン７０が止着されている。駆動ピン７０は、レバー８８のガイド孔３９にスライド可能に嵌入されている。

感温筒９１の下部の筒内には、ピストン９２が突入されていると共に、熱膨張材９５が充填されている。本実施形態では、熱膨張材９５は、温度相転移材であるワックスである。 第２ヘッダータンク室５８２内の冷媒温度は、第２熱交換器２１下流の冷媒温度と比例しており、第２ヘッダータンク室５８２内の冷媒温度から第２熱交換器２１下流の冷媒（膨張機７２に流入する冷媒）の温度を推定できる。よって、第２熱交換器２１下流の冷媒温度が所定温度Ｔ１となるときに、熱膨張材９５が膨張し温度作動アクチュエータ８９が作動するよう熱膨張材９５の相転移温度は設定される。所定温度Ｔ１は、上限温度Ｔｏよりも大きい値（Ｔｏ＋α）に設定されている。αは、例えば５°Ｃである。

感温筒９１と共に感温部を構成する熱膨張材９５の周囲において、感温筒９１とハウジング９０との間には冷媒導入室９６が形成されている。冷媒導入室９６は、熱膨張材９５を包囲している。

ハウジング９０と冷媒ヘッダータンク５８との間には導入パイプ９７及び排出パイプ９８が設けられている。本実施形態では、導入パイプ９７は、第２ヘッダータンク室５８２と冷媒導入室９６とを連通しており、排出パイプ９８は、冷媒導入室９６と第４ヘッダータンク室５８４とを連通している。

接続流路２５の一部である流入管６０から第１ヘッダータンク室５８１へ流入した冷媒は、組管５５１〔図4参照〕を経由して第２ヘッダータンク室５８２へ流入する。第２ヘッダータンク室５８２へ流入した冷媒の一部は、組管５５２〔図4参照〕を経由して第３ヘッダータンク室５８３へ流入する。第３ヘッダータンク室５８３へ流入した冷媒は、組管５５３〔図4参照〕を経由して第４ヘッダータンク室５８４へ流入する。第４ヘッダータンク室５８４へ流入した冷媒は、流出管６１へ流出する。

第２ヘッダータンク室５８２へ流入した冷媒の一部は、導入パイプ９７、冷媒導入室９６及び排出パイプ９８を経由して第４ヘッダータンク室５８４へ流入する。冷媒の温度が低い場合、熱膨張材９５が殆ど膨張せず、ピストン９２及び駆動ロッド９３が圧縮ばね９４のばね力によって図６に示す最下位位置に保持される。ピストン９２及び駆動ロッド９３が最下位位置にある状態では、開閉弁８６が図６に破線で示す閉位置に配置される。

エンジン１２から排気された排気ガスは、排気通路１５の一部である排気流入管８１へ流入する。開閉弁８６が閉位置にある状態では、排気流入管８１へ流入した排気ガスは、流路管４８、第２熱交換器２１の廃熱流体室５０１〔図4参照〕及び流路管４９を経由して排気流出管８２へ流れる。従って、排気ガスの熱が第２熱交換器２１を介して冷媒に伝達される。

冷媒の温度が高くなって熱膨張材９５が膨張すると、ピストン９２及び駆動ロッド９３が圧縮ばね９４のばね力に抗して押し上げられる。駆動ロッド９３と共に上動する駆動ピン７０は、ガイド孔３９内を移動しながらレバー８８を押し上げる。レバー８８の上動は、図６において支軸８７及び開閉弁８６を反時計回り方向に回動させる。これにより、開閉弁８６が図６に２点鎖線で示す開位置に向けて移動する。

温度作動アクチュエータ８９及び開閉弁８６は、バイパス通路８３１における通路断面積を変更することで排気ガス流量を調整する調整するガス流量調整手段を構成する。
次に、第１の実施形態の作用を説明する。

ギヤポンプ６７の作用によって第１流路２２へ送られた冷媒は、第１熱交換器２０の吸熱部２０２、接続流路２５、第２熱交換器２１の冷媒ヘッダータンク５８及び組管５５１，５５２，５５３を通過して供給流路２８へ送られる。第１熱交換器２０の吸熱部２０２を通過する冷媒は、エンジン１２を冷却した冷却水の熱によって加熱される。又、第２熱交換器２１の組管５５１，５５２，５５３を通過する冷媒は、エンジン１２から排出された排気ガスの熱によって加熱される。

熱交換器２０，２１で加熱された高圧の冷媒は、導入ポート３８１から膨張機７２の供給室７９を経て膨張室７８に導入されて膨張する。この冷媒の膨張により膨張機７２が機械的エネルギー（回転付与力）を出力し、この回転付与力によって回転軸４０の回転がアシストされる。膨張して圧力が低下した冷媒は、排出流路３０へ排出される。排出流路３０へ排出された冷媒は、凝縮器２９を通過してギヤポンプ６７へ還流する。

温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ以上になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３を励磁する。これにより、電磁開閉弁３３が開き、ギヤポンプ６７から送り出された冷媒の一部がバイパス流路３２へ流入する。つまり、ギヤポンプ６７から送り出された冷媒の一部が第１熱交換器２０を迂回する。その結果、第１熱交換器２０から冷媒に伝達される熱量が減り、膨張機７２へ流入する冷媒の温度が低下する。温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ未満になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３を消磁する。これにより、電磁開閉弁３３が閉じ、ギヤポンプ６７から送り出された冷媒が全て第１熱交換器２０を通過する。

第２熱交換器２１の第２ヘッダータンク室５８２へ流入した冷媒の一部は、導入パイプ９７、冷媒導入室９６及び排出パイプ９８を経由して第４ヘッダータンク室５８４へ流入する。冷媒の温度が低い場合、熱膨張材９５が殆ど膨張せず、ピストン９２及び駆動ロッド９３が圧縮ばね９４のばね力によって図６に示す最下位位置に保持される。ピストン９２及び駆動ロッド９３が最下位位置にある状態では、圧縮ばね９４が図６に破線で示す閉位置に配置される。

エンジン１２から排気された排気ガスは、排気通路１５の一部である排気流入管８１へ流入する。開閉弁８６が閉位置にある状態では、排気流入管８１へ流入した排気ガスは、流路管４８、第２熱交換器２１の廃熱流体室５０１及び流路管４９を経由して排気流出管８２へ流れる。従って、排気ガスの熱が第２熱交換器２１を介して冷媒に伝達される。

第２熱交換器２１下流の冷媒温度が所定温度Ｔ１に達すると、熱膨張材９５が膨張する。この熱膨張材９５の膨張により、開閉弁８６が図６に２点鎖線で示す開位置へ移動する。

開閉弁８６が開位置にある状態では、排気流入管８１へ流入した排気ガスの大部分は、バイパス管８３内のバイパス通路８３１を経由して排気流出管８２へ流れる。従って、高温の排気ガスから第２熱交換器２１を介した冷媒への伝達熱量が少なくなり、排気ガスが異常高温の場合でも、冷媒の過熱が抑制される。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）膨張機７２に流入する冷媒の温度が予め設定された上限温度Ｔｏ以上になると、制御手段３４は、バイパス流路３２へ冷媒を流すように電磁開閉弁３３を開状態に制御する。これにより冷却水から冷媒への熱伝達量が減り、エンジン１２で生じる廃熱が冷却水に蓄積されることになる。膨張機７２に流入する冷媒の温度が上限温度Ｔｏよりも低くなったときには、ギヤポンプ６７から送り出される冷媒が全て第１熱交換器２０を通過し、冷却水に蓄積された熱が冷媒に伝達される。

バイパス流路３２が無い場合には、冷却水の温度が冷媒の温度より低い状態では常に冷却水の熱が冷媒に伝達されてしまうため、第２熱交換器２１に流入する冷媒温度が高くなる。その場合、第２熱交換器２１に流入させてよい排気ガスの量が少なくなり、廃熱利用において無駄が生じる。しかし、バイパス流路３２が有る本発明では、エンジン１２の廃熱を冷却水に蓄積することができ、この蓄積熱は、膨張機７２に流入する冷媒の温度が上限温度Ｔｏよりも低くなったときに、オルタネータ４３における発電のために利用できる。従って、回転駆動力を出力するエンジン１２に膨張機７２が駆動力伝達可能に連結している廃熱回収装置１１における廃熱利用の効率が向上する。

（２）バイパス流路３２へ冷媒の一部を迂回させても、膨張機７２に流入する冷媒の温度が上限温度Ｔｏを超える所定温度Ｔ１以上になってしまう場合には、冷媒の温度に感応して自律的に作動する温度作動アクチュエータ８９が作動する。これにより、排気ガスがバイパス通路８３１へ流され、上限温度Ｔｏを大きく超えないように冷媒の温度を抑制することができる。

（４）冷媒の温度に感応して自律的に作動する温度作動アクチュエータ８９は、ガス流量調整手段として簡便である。
次に、図７の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

第１流路２２とバイパス流路３２との分岐部１００と、第１熱交換器２０との間の第１流路２２上には電磁開閉弁３３Ａが設けられている。制御手段３４は、温度検出手段９９から送られた温度検出情報に基づいて、電磁開閉弁３３Ａを励消磁制御する。温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ以上になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３Ａを励磁する。温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が予め設定された上限温度Ｔｏ未満になると、制御手段３４は、電磁開閉弁３３Ａを消磁する。

電磁開閉弁３３は、励磁されると開き、消磁されると閉じるが、電磁開閉弁３３Ａは、励磁されると閉じ、消磁されると開く。つまり、温度検出手段９９によって検出された冷媒温度が上限温度Ｔｏ以上になると、電磁開閉弁３３が開くと共に、電磁開閉弁３３Ａが閉じ、ギヤポンプ６７から送り出された冷媒は、全て第１熱交換器２０を迂回してバイパス流路３２を流れる。

電磁開閉弁３３及び電磁開閉弁３３Ａは、第１熱交換器２０とバイパス流路３２とのいずれか一方にのみ冷媒を流す流路切り換え手段を構成する。
バイパス流路３２にのみ冷媒を流して第１熱交換器２０に冷媒を流さない構成は、冷却水循環経路２３内における蓄熱量を大きくする上で最適である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、電磁開閉弁３３の代わりに、流量を連続的に可変な流量調整弁を用いてもよい。

○第２の実施形態において、電磁開閉弁３３，３３Ａの代わりに、第１流路２２とバイパス流路３２との分岐部１００に電磁三方弁を設けてもよい。この場合、電磁三方弁は、励磁されると冷媒を全てバイパス流路３２へ流し、消磁されると冷媒を全て第１熱交換器２０へ流す。

○開閉弁８６を電動モータで駆動するようにしたガス流量調整手段を用いてもよい。この場合、電動モータの作動は、温度検出手段９９の温度検出情報に基づいて制御される。
○バイパス通路８３１及びガス流量調整手段を無くしてもよい。

○凝縮器２９を通過した冷媒を圧送するポンプを廃熱回収機器１４外に設けてもよい。
○車両用以外の廃熱回収装置に本発明を適用してもよい。
○膨張機として、ベーン式の膨張機を用いてもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記冷媒流量調整手段は、前記バイパス流路上に設けられた開閉弁である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。

（ロ）凝縮器を通過した冷媒を圧送するポンプが備えられており、前記ポンプは、前記回転軸に直結されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。

１１…廃熱回収装置。１２…燃焼機関としてのエンジン。１５…排気通路。２０…第１熱交換器。２１…第２熱交換器。３２…バイパス流路。３３，３３Ａ…冷媒流量調整手段である流路切り換え手段を構成する電磁開閉弁。３４…制御手段。４０…回転軸。４３…オルタネータ。７２…膨張機。８３１…バイパス通路。８６…通路断面積調整弁である開閉弁。８９…ガス流量調整手段を構成する温度作動アクチュエータ。９１…感温部を構成する感温筒。９５…熱膨張材。９９…温度検出手段。

Claims (4)

1. 回転駆動力を出力する燃焼機関を冷却する冷却流体の熱を冷媒に伝達する第１熱交換器と、前記燃焼機関から排出された排気ガスの熱を前記冷媒に伝達する第２熱交換器と、前記燃焼機関に駆動力伝達可能に連結された膨張機とを備えた廃熱回収装置において、
   前記冷媒の冷媒流路から分岐して前記第１熱交換器を迂回するバイパス流路と、
   前記バイパス流路における冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、
   前記膨張機より上流の前記冷媒流路内の冷媒温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段の検出情報に基づいて前記冷媒流量調整手段の流量調整状態を制御する制御手段とを備えている廃熱回収装置。
2. 前記排気ガスの排気通路から分岐して前記第２熱交換器を迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路における排気ガス流量を調整するガス流量調整手段とを備えている請求項１に記載の廃熱回収装置。
3. ガス流量調整手段は、前記バイパス通路における通路断面積を調整する通路断面積調整弁と、前記通路断面積調整弁の弁開度を制御する温度作動アクチュエータとを備え、前記温度作動アクチュエータは、前記第２熱交換器で熱を受け取った冷媒の温度に感応する感温部を有する請求項２に記載の廃熱回収装置。
4. 前記冷媒流量調整手段は、前記第１熱交換器と前記バイパス流路とのいずれか一方にのみ冷媒を流す流路切り換え手段である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の廃熱回収装置。

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