JP2013231377A - 廃熱回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】膨張機による膨張機入口圧力の制御が限界に達しても、膨張機入口圧力を所定の圧力以下になるように調整することができる廃熱回生システムを提供する。
【解決手段】廃熱回生システム１００は、ポンプ３２、低温ボイラ７４、高温ボイラ３４、膨張機３６及びコンデンサ３８により構成されるランキンサイクル回路３０と、冷媒の膨張機入口圧力ｐを検出する圧力センサ３９と、膨張機入口圧力ｐを調整するために膨張機３６を制御する膨張機制御手段と、低温ボイラバイパス弁７３を有する低温ボイラバイパス流路７１と、高温ボイラバイパス弁１３を有する高温ボイラバイパス流路１２とを備え、膨張機制御手段の制御が限界状態に達し、かつ膨張機入口圧力ｐが上限圧力Ｐ１を超えた時、低温ボイラバイパス弁７３及び高温ボイラバイパス弁１３が開き冷媒の吸熱量を低減させる調整を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、廃熱回生システムに係り、特にランキンサイクルを利用した廃熱回生システムに関する。

エンジンの廃熱から機械エネルギー（動力）を回収するランキンサイクルを利用した車両用の廃熱回生システムが開発されている。一般的なランキンサイクル回路は、作動流体を圧送するポンプと、作動流体をエンジンの廃熱と熱交換させて加熱するボイラと、加熱された作動流体を膨張させて機械エネルギーを回収する膨張機と、膨張後の作動流体を冷却凝縮させるコンデンサとから構成され、これらが順次接続されて閉回路を形成している。

一般に、膨張機の入口と出口との作動流体の圧力差が大きいほど、ランキンサイクルの熱回収効率を向上することができる。しかしながら、膨張機の入口と出口との作動流体の圧力差を大きくしすぎると、配管や機器に過剰な負荷がかかり、破損防止のために配管等の耐久性を向上させる必要が出てくる。

この問題を解決するために、特許文献１の廃熱利用装置におけるランキンサイクルでは、膨張機入口の作動流体の圧力を所定の圧力にするために、膨張機の回転数がＥＣＵによって制御されている。

特開２０１０−４８１２９号公報

しかしながら、特許文献１の廃熱利用装置のように、膨張機入口の作動流体の圧力を調整するために膨張機の回転数を制御する方法では、膨張機の回転数に限界があり、無限に回転数を増やすことはできない。そのため、膨張機の回転数を限界まで増やした場合は、その後はそれ以上作動流体の圧力を調整することができず、作動流体の圧力が過度に上昇してしまい、配管や機器に過剰な負荷がかかるおそれがある。また、膨張機入口の作動流体の圧力を調整するためには、膨張機の吸入容積を制御する方法も考えられるが、膨張機の吸入容積にも限界があるため、回転数制御の場合と同様の問題が生じる。

この発明はこのような問題を解決するため、膨張機による作動流体の圧力制御が限界に達した場合であっても、膨張機入口の作動流体の圧力を所定の圧力以下になるように調整することができる廃熱回生システムを提供することを目的とする。

上記の目的を解決するために、この発明に係る廃熱回生システムは、車両のエンジンの廃熱を利用するものであって、作動流体を圧送するポンプ、廃熱によって作動流体を加熱するボイラ、ボイラによって加熱された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、および膨張後の作動流体を冷却凝縮させるコンデンサが順次連結されて構成されるランキンサイクル回路と、ランキンサイクル回路における作動流体の膨張機入口圧力をポンプの下流側かつ膨張機の上流側で検出する圧力検出手段と、膨張機入口圧力が所定の上限圧力以下になるように膨張機を制御する膨張機制御手段と、ボイラにおける作動流体の吸熱量を調整する吸熱量調整手段とを備え、膨張機制御手段が膨張機入口圧力を低下させるために行う制御が限界状態に達し、かつ膨張機入口圧力が上限圧力を超えた時、吸熱量調整手段が作動流体の吸熱量を低減させる調整を行う。これによって膨張機制御手段による制御が限界状態に達した時であっても、吸熱量調整手段により、膨張機入口圧力を上限圧力以下に保つことができる。

この発明に係る廃熱回生システムの膨張機制御手段は、膨張機の吸入容積を制御してもよく、また、膨張機の回転数を制御してもよい。また、吸熱量調整手段は、膨張機入口圧力が所定の目標圧力になるようにボイラにおける作動流体の吸熱量を調整することもできる。

この発明に係る廃熱回生システムは、ボイラの下流側かつ膨張機の上流側における作動流体の冷媒温度を検出する温度検出手段と、冷媒温度が所定の上限温度以下になるように作動流体の流量を調整する流量調整手段を備えてもよい。またさらに、流量調整手段は、冷媒温度が所定の下限温度以上になるように作動流体の流量を調整することもできる。また、上限温度及び下限温度は、膨張機入口圧力によって決定されてもよい。

この発明による廃熱回生システムによれば、膨張機による作動流体の圧力制御が限界に達した場合であっても、膨張機入口の作動流体の圧力を所定の圧力以下になるように調整することができる。

この発明の実施形態１に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。 図１の廃熱回生システムにおける膨張機入口圧力と膨張機入口温度との関係を示すグラフである。 図１のランキンサイクル回路において、ＥＣＵが膨張機入口圧力を制御する過程を示すフローチャートである。 図１のランキンサイクル回路において、ＥＣＵが冷媒温度を制御する過程を示すフローチャートである。 この発明の実施形態２に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システム１００の構成を図１に示す。廃熱回生システム１００は、エンジン１０から排出される排気ガスが有する廃熱及びエンジン１０を冷却した後の冷却水が有する廃熱から機械的エネルギーを回収するものである。

廃熱回生システム１００は、ポンプ３２と、ボイラとしての低温ボイラ７４及び高温ボイラ３４と、膨張機３６と、コンデンサ３８とを有し、これらは順次連結して閉回路であるランキンサイクル回路３０を構成する。ポンプ３２はポンプモータ３５と接続している。高温ボイラ３４の下流側かつ膨張機３６の上流側には温度センサ３７及び圧力センサ３９が設けられている。また、ポンプ３２の下流側かつ低温ボイラ７４の上流側の第１分岐点７１ａには、低温ボイラバイパス流路７１の一端が接続されており、低温ボイラバイパス流路７１の他端は、低温ボイラ７４の下流側かつ高温ボイラ３４の上流側の第２分岐点７１ｂに接続されている。低温ボイラバイパス流路７１の途中には、流量調整弁として働く低温ボイラバイパス弁７３が設けられている。

ポンプ３２はポンプモータ３５によって駆動され、廃熱回生システム１００におけるランキンサイクル回路３０内の作動流体としての冷媒を圧送する。このポンプ３２はポンプモータ３５の回転数を変えることによって、ランキンサイクル回路３０内を流通する冷媒流量を適宜増減させることができる。すなわちポンプモータ３５は流量調整手段を構成する。低温ボイラ７４及び高温ボイラ３４は、エンジン１０の廃熱によって冷媒を加熱し、気化させる。膨張機３６は、低温ボイラ７４及び高温ボイラ３４において気化した冷媒を膨張させて機械的エネルギーを発生させる。コンデンサ３８は、気化した状態の冷媒を外気と熱交換させて冷却凝縮させる。また、温度センサ３７は温度検出手段を構成し、高温ボイラ３４の下流側かつ膨張機３６の上流側における冷媒の温度、すなわち冷媒温度ｔを検出する。圧力センサ３９は圧力検出手段を構成し、ポンプ３２の下流側かつ膨張機３６の上流側の冷媒の圧力、すなわち膨張機入口圧力ｐを検出する。さらに、低温ボイラバイパス流路７１及び低温ボイラバイパス弁７３は、低温ボイラ７４における冷媒の吸熱量を調整する吸熱量調整手段を構成する。

一方、エンジン１０には排気管１１が連結され、エンジン１０から発生した排気ガスは排気管１１を通って車外へ排出される。排気管１１の途中には高温ボイラ３４が設けられる。高温ボイラ３４において、排気管１１を流通する排気ガスとランキンサイクル回路３０内を流通する冷媒とが熱交換される。即ち、ランキンサイクル回路３０内の冷媒がエンジン１０から排出された排気ガスの廃熱によって加熱されて気化する。また、排気管１１において、高温ボイラ３４は高温ボイラバイパス流路１２によってバイパスされている。高温ボイラバイパス流路１２の途中には流量調整弁である高温ボイラバイパス弁１３が設けられている。高温ボイラバイパス流路１２及び高温ボイラバイパス弁１３は、高温ボイラ３４における冷媒の吸熱量を調整する吸熱量調整手段を構成する。

エンジン１０には冷却水回路１７が連結され、冷却水回路１７を流通する冷却水は、エンジン１０を冷却する際にエンジン１０の廃熱を受け取る。冷却水回路１７の途中には低温ボイラ７４が設けられ、冷却水回路１７を流通する冷却水の有する廃熱によって、ランキンサイクル回路３０内を流通する冷媒が加熱される。

膨張機３６は、スクロール式膨張機であり、膨張機３６が吸入する冷媒の吸入量（吸入容積）を制御するための周知の吸入容積変更手段３６ａを有する。本実施の形態において、膨張機３６の吸入容積変更手段３６ａは膨張機制御手段を構成する。また、膨張機３６は膨張機側駆動軸４３を有し、膨張機側駆動軸４３にはベルト４１の一端が取り付けられる。一方、エンジン１０はエンジン側駆動軸４２を有しており、ベルト４１の他端はエンジン側駆動軸４２に取り付けられる。そのため、膨張機３６が発生させた機械的エネルギーは、膨張機側駆動軸４３、ベルト４１及びエンジン側駆動軸４２を介してエンジン１０に伝達される。即ち、膨張機３６が発生させた機械エネルギーがエンジン１０の駆動を助ける。

ポンプモータ３５、膨張機３６、温度センサ３７、圧力センサ３９、低温ボイラバイパス弁７３及び高温ボイラバイパス弁１３にはＥＣＵ６０が電気的に接続されている。
ＥＣＵ６０は、圧力センサ３９から取得した膨張機入口圧力ｐの情報に基づき、膨張機３６の吸入容積を制御し、前述の吸入容積変更手段３６ａの一部を構成する。膨張機３６の吸入容積を多くすることで、膨張機入口圧力ｐが低下し、逆に膨張機３６の吸入容積を少なくすることで、膨張機入口圧力ｐは上昇する。すなわち、ＥＣＵ６０は膨張機３６の吸入容積を制御することにより膨張機入口圧力ｐを調整することができる。

また、ＥＣＵ６０は、低温ボイラバイパス弁７３及び高温ボイラバイパス弁１３の開閉を制御し、前述の吸熱量調整手段の一部を構成する。膨張機３６の吸入容積を増加させた結果、吸入容積の制御が限界に達したことをＥＣＵ６０が認識した場合は、ＥＣＵ６０は低温ボイラバイパス弁７３及び高温ボイラバイパス弁１３を開く。低温ボイラバイパス弁７３を開き、低温ボイラバイパス流路７１に流れる冷媒流量を多くすることで、冷媒が低温ボイラ７４から受け取る熱量も減少するため、膨張機入口圧力ｐは低くなる。そして逆に低温ボイラバイパス流路７１を流れる流量を少なくすることで、膨張機入口圧力ｐは高くなる。同様に、高温ボイラバイパス弁１３の開閉を制御することにより、冷媒が高温ボイラ３４において排気ガスから受け取る熱量を増減させ、膨張機入口圧力ｐを調整することができる。具体的には、高温ボイラバイパス弁１３を開き、高温ボイラバイパス流路１２に流れる排気ガス流量を多くすることで、高温ボイラ３４を流れる排気ガス流量が減り、冷媒が受け取る熱量も減少するため、膨張機入口圧力ｐは低くなる。そして逆に高温ボイラバイパス流路１２を流れる流量を少なくすることで、膨張機入口圧力ｐは高くなる。
なお、膨張機３６の吸入容積の制御の限界とは、膨張機制御手段が膨張機入口圧力ｐを低下させるために行う制御の限界状態を意味し、具体的には膨張機３６の吸入容積が最大でこれ以上増やすことができない状態をいう。

配管や機器に過剰な負荷がかからずにランキンサイクル回路３０が動作することができる膨張機入口圧力ｐの限界値を上限圧力Ｐ１とする。また、ランキンサイクル回路３０における熱回収効率が最も高い膨張機入口圧力ｐを目標圧力Ｐ２とする。目標圧力Ｐ２は上限圧力Ｐ１以下の値をとる。ＥＣＵ６０は、膨張機入口圧力ｐが上限圧力Ｐ１を超えず、かつ目標圧力Ｐ２の値をとるように前述のように膨張機３６の吸入容積、低温ボイラバイパス弁７３の開閉及び高温ボイラバイパス弁１３の開閉を制御する。

また、ＥＣＵ６０は、温度センサ３７から取得した冷媒温度ｔの情報に基づいてポンプモータ３５の回転数を制御し、前述の流量調整手段の一部を構成する。ポンプモータ３５の回転数が増えれば、ポンプ３２が圧送する流量が多くなり、冷媒温度ｔが低下する。逆にポンプモータ３５の回転数が少なくなればポンプ３２が圧送する流量は少なくなり、冷媒温度ｔが上昇する。

ＥＣＵ６０は、冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下になるように、ポンプモータ３５の回転数を制御する。下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２は、膨張機入口圧力ｐによって決定される。下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２は、ランキンサイクル回路３０が高い熱回収効率を維持できるような値に設定されている。ここで、膨張機入口圧力ｐの上限圧力Ｐ１を４．０ＭＰａとした場合の、膨張機入口圧力ｐと下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２との具体的な関係が図２のグラフに表されている。なお、図２に示される限界温度Ｔ３は、配管や機器に過剰な負荷がかからずにランキンサイクル回路３０が動作することができる冷媒温度ｔの限界値をいう。
具体的には、膨張機入口圧力ｐが２．０ＭＰａ以下の時は、下限温度Ｔ１は１２０℃に、上限温度Ｔ２は１４０℃に決定される。そして膨張機入口圧力ｐが２．０ＭＰａを超える時は、下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２は膨張機入口圧力ｐの上昇に伴って高くなる。そして、膨張機入口圧力ｐが上限圧力Ｐ１の４．０ＭＰａに達する時には下限温度Ｔ１は１４０℃、上限温度Ｔ２は１６０℃となる。

特に、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２となる時の下限温度をｔ１、上限温度をｔ２とする。ＥＣＵ６０は膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２となるような制御を行うため、冷媒温度ｔも下限温度ｔ１以上かつ上限温度ｔ２以下となるように冷媒流量が調整される。
なお、膨張機入口圧力ｐが上限圧力Ｐ１を超えず、かつ下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２が限界温度Ｔ３を超えなければ、膨張機入口圧力ｐと下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２との関係は本実施の形態に限定されない。また、上限圧力Ｐ１の値及び限界温度Ｔ３の値も、本実施の形態に限定されず、設備の耐性等の条件によって適宜設定される。

この実施の形態１に係る廃熱回生システム１００の動作について、図３及び４を参照して説明する。
まず、ＥＣＵ６０の膨張機入口圧力ｐの制御に関するフローチャートを図３に示す。
はじめにステップＳ１にてＥＣＵ６０は、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２を超えているか否かについて判定する。膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２以下である場合は、ステップＳ５にて膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２と等しいかについて判定する。膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２と等しい場合はランキンサイクル回路３０はそのままの状態を維持しながら動作する。膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２と等しくない場合、すなわち膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２よりも低い場合は、ステップＳ６において膨張機３６の吸入容積を減らす。

一方、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２を超えている場合は、ステップＳ２において膨張機３６の吸入容積を増やす。そしてその後、ステップＳ３において膨張機３６の吸入容積の制御が限界に達したか否かについて判定する。限界に達していない場合は、ステップＳ１に戻り、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２を超えているか否かについて判定する。

膨張機３６の吸入容積の制御が限界に達した場合は、ステップＳ４にて、低温ボイラバイパス弁７３及び高温ボイラバイパス弁１３を開き、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２と等しくなるまで冷媒の吸熱量を調整する。具体的には、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２より高い場合は、ステップＳ７にて膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２になるまで、低温ボイラバイパス流路７１の冷媒流量及び高温ボイラバイパス流路１２の排気ガス流量を増やす。すなわち、低温ボイラ７４及び高温ボイラ３４における冷媒の吸熱量を減らす。一方、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２より低い場合は、ステップＳ８にて膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２になるまで、低温ボイラバイパス流路７１の冷媒流量及び高温ボイラバイパス流路１２の排気ガス流量を減らす。すなわち、低温ボイラ７４及び高温ボイラ３４における冷媒の吸熱量を増やす。

次に、ＥＣＵ６０の冷媒温度ｔの制御に関するフローチャートを図４に示す。
まず、ステップＳ１’にて圧力センサ３９により検出した膨張機入口圧力ｐに基づいて、下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２を決定する。次にステップＳ２’にて冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下の範囲内にあるか否かを判断する。冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下の範囲内にあれば、ＥＣＵ６０は冷媒温度ｔの制御を終了する。一方、冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１よりも低ければ、ステップＳ３’にて冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下の範囲の値をとるまでポンプモータ３５の回転を減らす。また、冷媒温度ｔが上限温度Ｔ２よりも高い場合、ステップＳ４’にて冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下の範囲の値をとるまでポンプモータ３５の回転を増やす。

以上より、この実施の形態１に係る廃熱回生システム１００では、膨張機３６の吸入容積の制御が限界に達しても、低温ボイラバイパス流路７１に冷媒及び高温ボイラバイパス流路１２に排気ガスを流通させることで、膨張機入口圧力ｐは上限圧力Ｐ１を超えないように適切に調整されることができる。

また、膨張機入口圧力ｐが目標圧力Ｐ２となるように、低温ボイラバイパス流路７１及び高温ボイラバイパス流路１２に流通する冷媒の量が調整されることによって、ランキンサイクル回路３０の熱回収効率が上がる。さらに、冷媒温度ｔが上限温度Ｔ２を超えないようにポンプ３２の圧送する冷媒流量が調整されることによって、冷媒が高温になることによる配管等の破損を防ぐことができる。また、冷媒温度ｔの上限温度Ｔ２及び下限温度Ｔ１が膨張機入口圧力ｐに応じて決定されることにより、ランキンサイクル回路３０が高い熱回収効率を維持できるように冷媒温度ｔを調整することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システム２００の構成を図５に示す。
実施の形態２に係る廃熱回生システム２００は、実施の形態１に係る廃熱回生システム１００において、ポンプ３２’と膨張機３６’とが同一の駆動軸３１を共有する構成となっている。また、膨張機３６’は発電機４５と接続している。さらに、コンデンサ３８の下流側かつポンプ３２の上流側の第１分岐点２１ａには、ポンプバイパス流路２１の一端が接続されており、ポンプバイパス流路２１の他端は、ポンプ３２’の下流側かつ低温ボイラ７４の上流側の第２分岐点２１ｂに接続されている。ポンプバイパス流路２１の途中には、流量調整弁として働くポンプバイパス弁２３が設けられている。ＥＣＵ６０は、ポンプバイパス弁２３に電気的に接続している。
以降の説明において、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

膨張機３６’はポンプ３２’と同一の駆動軸３１を共有しているため、膨張機３６’で発生する機械エネルギーによってポンプ３２’を駆動する。また、膨張機３６’は発電機４５を駆動する。膨張機３６’の回転数は可変であり、ＥＣＵ６０が膨張機３６’の回転数（発電機４５の回転数）を制御する。膨張機３６’の回転数が増えることで、膨張機３６’への冷媒の流入量が増え、膨張機入口圧力ｐは低下する。一方、膨張機３６’の回転数が減ることにより、膨張機３６’への流入量が減り、膨張機入口圧力は上昇する。従って、ＥＣＵ６０による膨張機３６’の回転数の制御が本実施の形態における膨張機制御手段であり、この膨張機制御手段は膨張機入口圧力ｐが上限圧力Ｐ１を超えず、かつ目標圧力Ｐ２となるように膨張機３６’を制御している。

また、ＥＣＵ６０がポンプバイパス弁２３の開閉を制御してポンプバイパス流路２１を流通する冷媒流量を調整し、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を適宜増減させることによって、冷媒温度ｔを調整することができる。すなわち、本実施の形態において、ポンプバイパス流路２１及びポンプバイパス弁２３は流量調整手段を構成し、この流量調整手段は冷媒温度ｔが下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２以下になるように冷媒流量を調整する。

廃熱回生システム２００の動作については、ＥＣＵ６０による膨張機入口圧力ｐの制御及び冷媒温度ｔの制御は、実施例１におけるＥＣＵ６０の制御とほぼ同じである。但し、図３に示すステップＳ２では膨張機３６の回転数を増やし、ステップＳ６では膨張機３６の回転数を減らす。また、図４に示すステップＳ３’ではポンプバイパス流路２１を流通する冷媒流量が増えるように、ステップＳ４’ではポンプバイパス流路２１を流通する冷媒流量が減るように、それぞれポンプバイパス弁２３の開閉を調整する。

廃熱回生システム２００によれば、膨張機３６’の回転数の制御が限界に達しても、低温ボイラバイパス流路７１に冷媒及び高温ボイラバイパス流路１２に排気ガスを流通させることで、膨張機入口圧力ｐは上限圧力Ｐ１を超えず、かつ目標圧力Ｐ２となるよう調整することができる。また、ポンプ３２’が膨張機３６’に駆動されているためにポンプ３２の回転数を変更することができない場合でも、ポンプバイパス流路２１及びポンプバイパス弁２３を設けることにより、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を調整することができる。従って、冷媒温度ｔを適宜調整することが可能となる。
なお、膨張機３６の回転数の制御の限界とは、実施の形態１と同様に、膨張機制御手段が膨張機入口圧力ｐを低下させるために行う制御の限界状態を意味し、具体的には膨張機３６の回転数が最大でこれ以上増やすことができない状態をいう。

実施の形態１及び２において、膨張機制御手段の制御の限界状態は、ＥＣＵ６０が自ら行った制御の状態により判断するが、これに限られず、膨張機入口圧力ｐが第２上限圧力Ｐ３に達したことを圧力センサ３９が検出することにより判断されてもよい。ここで、第２上限圧力Ｐ３とは上限圧力Ｐ１より高い値をとる圧力である。すなわち、膨張機制御手段が正常に機能している場合において、膨張機入口圧力ｐは第２上限圧力Ｐ３に達することはない。しかし、膨張機制御手段の制御が正常に機能しなくなった場合は、膨張機入口圧力ｐが上昇し続け第２上限圧力Ｐ３に達するため、膨張機制御手段の制御の限界状態をＥＣＵ６０が判断することができる。

また、膨張機制御手段は、膨張機をバイパスするバイパス流路及びバイパス流路上の開閉弁であってもよい。なお、この場合の膨張機制御手段の制御の限界状態とは、膨張機をバイパスするバイパス流路上の開閉弁の弁開状態が全開の状態であることをいう。
さらに、膨張機はスクロール式のものに限られず、ピストン式やベーン式のものであってもよい。

また、ランキンサイクル回路３０上のボイラは、低温ボイラ７４又は高温ボイラ３４のうち、どちらか一つだけでもよい。また、冷却水や排気ガス以外の熱源を用いるボイラをさらに備えてもよい。

熱交換量調整手段は、低温ボイラバイパス流路７１及び低温ボイラバイパス弁７３だけでもよく、高温ボイラバイパス流路１２及び高温ボイラバイパス弁１３だけでもよい。また、冷却水回路１７において低温ボイラ７４から冷却水をバイパスさせてもよい。さらにまた、ランキンサイクル回路３０上において、高温ボイラ３４から冷媒をバイパスするバイパス流路を設けてもよい。

低温ボイラバイパス弁７３、高温ボイラバイパス弁１３及びポンプバイパス弁２３は流量調整弁に限られず、単純開閉弁でもよい。また、本実施の形態では高温ボイラバイパス弁１３とポンプバイパス弁２３とを同時に開閉しているが、両者を適宜別々に開閉してもよい。
また、流量調整手段としては、ポンプ自体が吐出容量可変のものを用いてもよい。

１００，２００ 廃熱回生システム、１２ 高温ボイラバイパス流路（吸熱量調整手段）、１３ 高温ボイラバイパス弁（吸熱量調整手段）、２１ ポンプバイパス流路（流量調整手段）、２３ ポンプバイパス弁、３２ ポンプ、３４ 高温ボイラ（ボイラ）、３５ ポンプモータ（流量調整手段）、３６，３６’ 膨張機、３６ａ 吸入容積変更手段（膨張機制御手段）、３７ 温度センサ、３９ 圧力センサ、７１ 低温ボイラバイパス流路（吸熱量調整手段）、７３ 低温ボイラバイパス弁（吸熱量調整手段）、ｐ 膨張機入口圧力、Ｐ１ 上限圧力、Ｐ２ 目標圧力、ｔ 冷媒温度、Ｔ１ 下限温度、Ｔ２ 上限温度。

Claims (7)

1. 車両のエンジンの廃熱を利用する廃熱回生システムであって、
   作動流体を圧送するポンプ、前記廃熱によって前記作動流体を加熱するボイラ、前記ボイラによって加熱された前記作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、および膨張後の前記作動流体を冷却凝縮させるコンデンサが順次連結されて構成されるランキンサイクル回路と、
   前記ランキンサイクル回路における前記作動流体の膨張機入口圧力を前記ポンプの下流側かつ前記膨張機の上流側で検出する圧力検出手段と、
   前記膨張機入口圧力が所定の上限圧力以下になるように前記膨張機を制御する膨張機制御手段と、
   前記ボイラにおける前記作動流体の吸熱量を調整する吸熱量調整手段とを備え、
   前記膨張機制御手段が前記膨張機入口圧力を低下させるために行う制御が限界状態に達し、かつ前記膨張機入口圧力が前記上限圧力を超えた時、前記吸熱量調整手段が前記作動流体の前記吸熱量を低減させる調整を行うことを特徴とする廃熱回生システム。
2. 前記膨張機制御手段は、前記膨張機の吸入容積を制御する請求項１に記載の廃熱回生システム。
3. 前記膨張機制御手段は、前記膨張機の回転数を制御する請求項１に記載の廃熱回生システム。
4. 前記吸熱量調整手段は、前記膨張機入口圧力が所定の目標圧力になるように前記ボイラにおける前記作動流体の前記吸熱量を調整する請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃熱回生システム。
5. 前記ボイラの下流側かつ前記膨張機の上流側における前記作動流体の冷媒温度を検出する温度検出手段と、
   前記冷媒温度が所定の上限温度以下になるように前記作動流体の流量を調整する流量調整手段を備える請求項１〜４のいずれか記載の廃熱回生システム。
6. 前記流量調整手段は、前記冷媒温度が所定の下限温度以上になるように前記作動流体の流量を調整する請求項５に記載の廃熱回生システム。
7. 前記上限温度及び前記下限温度は、前記膨張機入口圧力によって決定される請求項６に記載の廃熱回生システム。

Images