JP4027303B2

JP4027303B2 - ランキンサイクル装置

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Publication number: JP4027303B2
Application number: JP2003385779A
Authority: JP
Inventors: 寿博筒井; 正吾川尻
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005146990A

Description

本発明はランキンサイクル装置に関し、特に、例えば車載エンジンの排熱エネルギを機械エネルギに変換する車載用装置として用いられるランキンサイクル装置に関する。

従来、熱エネルギを機械的な仕事に変換するシステムとしてランキンサイクル装置が知られている。ランキンサイクル装置は、循環系を形成する密閉状態の配管システムにおいて、水を液相状態および気相状態で循環させる構造を有するものである。ランキンサイクル装置は、給水ポンプユニットと蒸発器と膨張機と凝縮器を有し、これらを接続する配管で循環回路を形成する。

ランキンサイクル装置の概略的構成を図１９に示す。図１９では、車載用ランキンサイクル装置を想定し、全体の構成を示すと共に、凝縮器の構造および内部状態が詳細に示されている。

図１９において、ランキンサイクル装置は、給水ポンプユニット１１０と蒸発器１１１と膨張機１０７と凝縮器１００を備える。これらの要素は配管１０８，１１５で接続され、循環回路が形成される。給水ポンプユニット１１０に基づき配管１１５を通して毎分所定量で送り出される水（液相）は、蒸発器１１１で熱を与えられ、水蒸気（気相）になる。この水蒸気は次の配管１１５を通して膨張機１０７に送られ、ここで膨張作用を生じる。膨張機１０７での水蒸気の膨張作用で機械装置（図示せず）を駆動することにより機械的な仕事が行われる。その後、降温降圧し膨張作用を終了した水蒸気は配管１０８を通って凝縮器１００へ送られ、ここで水蒸気の状態から水の状態に戻される。その後、配管１１５を通って給水ポンプユニット１１０に戻され、再び給水ポンプユニット１１０から送出され、上記の作用を繰り返すことになる。上記において蒸発器１１１はエンジンの排気口から延設された排気管から熱を受ける構造となっている。なおランキンサイクル装置の構造例を示す文献として例えば特許文献１を挙げることができる。

次に、上記車載用ランキンサイクル装置での凝縮器１００の構造と作用を詳述する。

車載用ランキンサイクル装置の凝縮器１００は、水蒸気導入室１０１と、集水室１０２と、これらの２つの室を上下方向に接続する多数の冷却パイプ１０３を備えている。図１９では１本の冷却パイプ１０３のみを誇張して示している。冷却パイプ１０３の内部におけるほぼ上半分は水蒸気（気相部分）１０４であり、ほぼ下半分は水（液相部分）１０５である。水蒸気１０４の部分では、水蒸気導入室１０１から冷却パイプ１０３に導入された作動媒体の大部分が気相状態にある。水１０５の部分では、冷却パイプ１０３を流れる作動媒体の大部分が液相状態（凝縮水）にある。水蒸気１０４と水１０５の境界部が液面位置１１２となる。冷却パイプ１０３の背後（図１９中右側）には１台の冷却ファン１０６が備えられ、駆動される。冷却ファン１０６の周囲はシュラウド１０６ａに囲まれている。通常、電子制御ユニットによって凝縮器１００の出口の水温に基づいて冷却ファン１０６の動作を制御する。冷却パイプ１０３は、その上側端部から下側端部まで、１台の冷却ファン１０６によって同時に送風され、冷却される。

上記凝縮器１００は次のように動作する。ランキンサイクル装置の運転に伴って膨張機１０７から降温降圧し排出された比較的に低温の水蒸気は、低圧水蒸気配管１０８を経て凝縮器１００の水蒸気導入室１０１に導入され、冷却パイプ１０３に流入する。冷却ファン１０６に吸引された冷却風１０９が凝縮器１００に供給される。凝縮器１００の上流側の水蒸気１０４、つまり冷却パイプ１０３内に水蒸気と水が混在している部分には冷却ファン１０６によって強い冷却風が作用し、水蒸気が液化する際に放出する潜熱が冷却風によって有効に回収される。また、凝縮器１００の下流側の水１０５、つまり冷却パイプ１０３内に実質的に水だけが存在している部分にも、冷却ファン１０６による冷却風が作用する。凝縮器１００の冷却パイプ１０３内で凝縮した水は集水室１０２に集められる。その後、前述の通り、給水ポンプユニット１１０で加圧されて蒸発器１１１に供給される。

上記のような車載ランキンサイクル装置において何らかのシステム異常により高温蒸気が異常に高い圧力になった場合、周囲機器の機能を損なうことなく、速やかに異常に高い圧力状態から通常の圧力状態へ戻す必要がある。

そこで、特許文献２では、水蒸気が通過する配管側に安全弁を設けている。すなわち、特許文献２では、蒸発器吐出側と凝縮器吸入側とを圧力安全弁を介設する分岐ラインにて短絡し、蒸発器の内圧が高いとき、凝縮器に水蒸気をバイパスするようにしている。さらに特許文献３では、凝縮器とタンク間、および蒸発器出口に回路閉成する制御弁を設け、無通電、運転停止時に膨張機・凝縮器内に液体充満を防ぐようにしている。しかしながら、上記特許文献２に記載される構成では、蒸気を通す配管での弁で調整を行っているだけなので、蒸発器側の高圧の水蒸気を制御することは困難である。また、特許文献３では、凝縮器とタンク間での制御弁によるものなので、ポンプと蒸発器間での圧力増加に対して緊急の時の速い応答がしにくいという問題点がある。
特開２００２−１１５５０４公報特開昭４９−９２４３９号公報実開昭５８−１２４６０３号公報

本発明の課題は、ランキンサイクル装置の回路内に位置し構成する膨張機や蒸発器等のいずれかの装置に作動媒体の流れが滞る等による回路内の、膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超える高圧が生じた場合、各装置の保全および再稼動可能とすべく、速やかに圧力を下げることはもとより、圧力を下げるために回路外へ高温高圧の作動媒体を排出させる場合に、作動媒体自体の降温降圧化を図り、排気装置等の周辺機器への排出作動媒体による影響を少なくすることにある。また、本発明の課題は、蒸発器側の高圧の水蒸気やポンプと蒸発器間での水の急激な許容限度圧を越えた圧力増加に対して緊急の時の速い応答で圧力を下げにくいということを解消することにある。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、回路内の、膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超える高圧が生じた場合、各装置の保全および再稼動可能とすべく、速やかに圧力を下げることはもとより、圧力を下げるために回路外へ高温高圧の作動媒体を排出させる場合に、作動媒体自体の降温降圧化を図り、排気装置等の周辺機器への排出作動媒体による影響を少なくするランキンサイクル装置を提供することにある。

本発明に係るランキンサイクル装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１のランキンサイクル装置（請求項１に対応）：ランキンサイクル装置は、熱源からの熱により液相作動媒体を加熱して気相作動媒体に相変化させる蒸発器と、蒸発器が排出した気相作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、膨張機が排出した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝縮器と、凝縮器が排出した液相作動媒体を加圧して蒸発器に供給する供給ポンプとを閉回路内に備えている。このランキンサイクル装置では、供給ポンプと蒸発器の間であって、作動媒体が液相状態にある閉回路中に、閉回路内の内圧が少なくとも膨張機または蒸発器の許容限度圧より低圧に設定された設定限度圧より高い圧力のとき、閉回路外へ作動媒体を排出する、排出弁装置を設け、さらに、排出弁装置から閉回路外へ排出される作動媒体の少なくとも一部を上記熱源の周りに排出する。
上記により、ランキンサイクル装置の回路内に位置し構成する膨張機や蒸発器等のいずれかの装置に作動媒体の流れが滞る等による回路内の、膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超える高圧が生じた場合、排出（リリーフ）弁により、回路外への作動媒体の排出は初期において液相作動媒体を排出し、その後、降温降圧化された気相作動媒体（飽和蒸気）または凝縮水を排出することとなり、閉回路内の膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超えることがないので、各装置の保全および再稼動可能となり、かつ閉回路外へ高温高圧の作動媒体を排出させる場合に、作動媒体自体の降温降圧化が図られており、排気装置等の周辺機器への排出作動媒体による影響を少なくすることができる。
さらに上記により、蒸発器の熱源および蒸発器そのものを排出作動媒体で冷却することにより、排出される排出作動媒体、特に気相作動媒体の温度を下げ、更なる低圧化が図ることができるので、さらに周囲の機器への影響を少なくでき、熱源（エンジン排気通路等）および蒸発器の過昇温による過熱も防止できる。

第２のランキンサイクル装置（請求項２に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、排出弁装置は、排出される作動媒体を閉回路外へ導出し、閉回路外へ排出する排出通路を複数備え、排出通路中の少なくとも一部に流量制限装置を設けた。これにより、さらに、流量制御装置（オリフィス等）により、排出流量速度が調整可能となるので、周囲の機器への排出による影響度合いを調整でき、特に、高温である熱源（エンジン排気通路およびその廻り）および蒸発器等の冷却を急激な急冷とならない熱衝撃を抑制した排出流量速度として、保全、および再稼動可能とする適正な冷却を可能とした。

第３のランキンサイクル装置（請求項３に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、排出弁装置は、少なくとも蒸発器よりも供給ポンプ側に近づけて配設した。これにより、蒸発器から遠くなり、その分、配管中の水が多量に確保できることから初期における液相作動媒体の排出量を多くでき、その後排出される気相作動媒体をさらに降温降圧化を促進でき低圧化が図れ、その排出圧力（流量速度）を弱めることができ、さらに周囲の機器への影響を少なくできる。

第４のランキンサイクル装置（請求項４に対応）は、熱源からの熱により液相作動媒体を加熱して気相作動媒体に相変化させる蒸発器と、蒸発器が排出した気相作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、膨張機が排出した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に相変化させる凝縮器と、凝縮器が排出した液相作動媒体を加圧して蒸発器に供給する供給ポンプとを閉回路内に備えたランキンサイクル装置において、供給ポンプと蒸発器の間であって、作動媒体が液相状態にある閉回路中に、閉回路内の内圧が少なくとも膨張機または蒸発器の許容限度圧より低圧に設定された設定限度圧より高い圧力のとき、閉回路を大気に開放すると共に、回路内の作動媒体を閉回路外へ排出する、排出弁装置を、少なくとも蒸発器よりも供給ポンプの側に近づけて配設したことを特徴とする。
第５のランキンサイクル装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、排出弁装置は、排出される作動媒体を閉回路外へ導出し、閉回路外へ排出する排出通路を複数備え、排出通路中の少なくとも一部に流量制限装置を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ランキンサイクル装置の回路内に位置し構成する膨張機や蒸発器等のいずれかの装置に作動媒体の流れが滞る等による回路内の、膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超える高圧が生じた場合、排出（リリーフ）弁により、回路外への作動媒体の排出は初期において液相作動媒体を排出し、その後、降温降圧化された気相作動媒体（飽和蒸気）または凝縮水を排出することとなり、閉回路内の膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超えることがないので、各装置の保全および再稼動可能となり、かつ路外へ高温高圧の作動媒体を排出させる場合に、作動媒体自体の降温降圧化が図られており、排気装置等の周辺機器への排出作動媒体による影響を少なくすることができる。また、蒸発器側の高圧の水蒸気やポンプと蒸発器間での水の急激な許容限度圧を越えた圧力増加に対して緊急の時の速い応答で圧力を下げることができる。

以下、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

最初に、図１を参照して本発明に係るランキンサイクル装置の全体システムの構成を説明する。

ランキンサイクル装置１０は、蒸発器１１と、膨張機１２と、凝縮器１３と、供給ポンプを備えた給水ポンプユニット１４とから構成される。蒸発器１１から膨張機１２へは配管１５により接続され、膨張機１２から凝縮器１３へは配管１６により接続され、凝縮器１３から給水ポンプユニット１４へは配管１７により接続され、給水ポンプユニット１４から蒸発器１１へは配管１８により接続されている。かかる配管構造によって、ランキンサイクル装置１０内で作動媒体が循環する循環回路が形成される。ランキンサイクル装置１０において作動媒体は水または水蒸気である。

ランキンサイクル装置１０の循環回路は、水または水蒸気を循環させる外界に対して密閉された循環構造を有している。ランキンサイクル装置１０の循環回路において、凝縮器１３における破線Ｐ１で示された液面位置から給水ポンプユニット１４を通って蒸発器１１に水（液相）が移動する。図１で水の部分に係る配管１７，１８は太い実線で表現されている。また蒸発器１１から膨張機１２を通って凝縮器１３の液面位置Ｐ１に到る部分は水蒸気（気相）が移動する。図１で水蒸気の部分に係る配管１５，１６は太い破線で表現されている。

また、ランキンサイクル装置１０の低温域である、供給ポンプユニット１４と蒸発器１１の間の配管１８には、分岐管２００，２０１を設けて第１リリーフ弁２２、第２リリーフ弁２０２を設け、作動媒体が液相状態にある回路中に、回路内の内圧が設定限度圧より高い高圧のとき、回路外へ作動媒体を排出する排出（リリーフ）弁装置２０３を設け、初期の排出作動媒体を低温の液相とし、排出弁装置２０３から閉回路外へ排出される作動媒体の少なくとも一部を、ランキンサイクル装置１０の熱源（排気管４５）廻りに排出する。また、排出弁装置２０３は、排出作動媒体を閉回路外へ導出し、閉回路外へ排出する排出通路を複数（配管２０４，２０５，２０６，２０７，２０８）備え、排出通路中の少なくとも一部に流量制限装置（オリフィス）２０９を設けている。さらに、排出弁装置２０３は、少なくとも蒸発器１１よりも供給ポンプ４４側に近づけて配設した。なお、ここでは、排出弁を第１リリーフ弁２２と第２リリーフ弁２０３の２箇所に設けているが、どちらか１つだけ設けるようにしてもよい。

ランキンサイクル装置１０は、熱源から排出される熱を利用して水を水蒸気に相変化させ、水蒸気の膨張作用を利用して機械的な仕事を生じさせるものである。水を水蒸気に相変化させる機構が上記蒸発器１１である。この実施形態に係るランキンサイクル装置１０は、後述するごとく、自動車に搭載する車載用装置として構成している。そのため、蒸発器１１は、排気ガスの有する熱を熱源として利用する。すなわち蒸発器１１は、エンジン（内燃機関）の排気管４５を通る排気ガスの熱を利用して、給水ポンプユニット１４から供給される水を加熱し、さらに過熱することにより昇温昇圧させた高温高圧の水蒸気を発生させる。蒸発器１１で発生した高温高圧の水蒸気は膨張機１２に供給される。なお、排気管４５に拘らず、エンジンの排気バルブより下流の排気ポートや排気マニホルド（不図示）等の、より高温の排気ガスの熱を利用できることは言うまでもない。

膨張機１２では、その出力軸１２ａが、モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１９のロータ等（不図示）に接続され、発電機として駆動させている。膨張機１２は、蒸発器１１から供給される高温高圧の水蒸気を膨張させる構造を有し、この水蒸気の膨張作用に基づき出力軸１２ａを回転させる。膨張機１２の出力軸１２ａが回転すると、モータ／ジェネレータ１９のロータを回転させ、所要の機械的回転動作または発電動作を行わせる。これにより、排気ガスの熱を利用して機械的な仕事を行うことができる。また膨張機１２の出力軸１２ａは、油圧ポンプ２５にも接続され、これを駆動させる。

上記のごとく膨張機１２は、蒸発器１１から配管１５を通して供給される高温高圧の水蒸気の膨張作用によって機械的な仕事を出力し、モータ／ジェネレータ１９や油圧ポンプ２５等の各負荷を動作駆動させる。膨張機１２から排出され、降温降圧された水蒸気は、温度および圧力が低下し、その状態で配管１６を経由して凝縮器１３に供給される。凝縮器１３は、膨張機１２からの水蒸気を冷却して液化する。凝縮器１３での液化で生じた水（凝縮水）は配管１７を経由して給水ポンプユニット１４に戻される。給水ポンプユニット１４の高圧給水ポンプ４４は、凝縮器１３で液化された凝縮水を加圧し、配管１８を通して再び蒸発器１１に供給する。

上記のような全体システム構成を有するランキンサイクル装置１０は、他の関連構成要素として、次のような要素を備えている。

膨張機１２のケーシング２１には、漏れた水蒸気を配管１６に戻すためのブリーザ（セパレータ）２３が設けられる。また膨張機１２の下部にはオイル溜め２４を備え、オイル溜め２４からの水が混入したオイルを油圧ポンプ２５によって、配管２６を通して油コアレッサ２７を通すようにしている。油コアレッサ２７によって水とオイルは分離され、水は比重差から油タンク２８の下部に収容される。油タンク２８にはフロートセンサ２９で動作する弁機構３０が取り付けられている。また油コアレッサ２７によって分離された油タンク２８の上部に溜められたオイルは配管３１を通って出力軸１２ａに形成された油路（不図示）を経由して膨張機１２の各部へ給油される。油タンク２８の下部に溜められた水は、弁機構３０の動作で給水ポンプユニット１４の開放タンク３２に配管３３を通して供給される。給水ポンプユニット１４の開放タンク３２からは逆止弁３４を介して凝縮器１３への配管３５が設けられている。凝縮器１３には、液面位置の近傍に、液面センサ３８とエアベント３９が設けられる。開放タンク３２から凝縮器１３への給水は、液面センサ３８からの信号でオン・オフ動作するモータ３６で駆動されるリターンポンプ３７によって行われる。さらに凝縮器１３にはエアベント３９を通して開放タンク３２に排水する配管４０が設けられている。凝縮器１３から排出される凝縮水を戻す配管１７は、給水ポンプユニット１４の密閉タンク４１内の水コアレッサ４２に接続されている。また密閉タンク４１内の水は、モータ４３によって動作する高圧給水ポンプ４４によって配管１８を通して蒸発器１１に供給される。さらに凝縮器１３にはその場所に応じて独立に冷却風を生じさせるための複数の冷却ファン４６，４７，４８が設けられている。

上記の構成において、凝縮器１３の内部の液面位置から下側部分に関連する装置部分、および給水ポンプユニット１４によって作動媒体供給装置が構成される。ランキンサイクル装置１０における密閉された作動媒体の循環系において、膨張機１２のブリーザ２３から漏れた作動媒体は出口Ｐ２を介して、配管１６に戻され、循環系内に戻される。

図２は、上記の給水ポンプユニット１４の具体的構造を示す構成図である。給水ポンプユニット１４は、水コアレッサ４２と密閉タンク４１と駆動モータ４３で動作する高圧給水ポンプ４４と開放タンク３２とリターンポンプ３７と逆止弁３４とから構成される。なお図２中、駆動モータ４３の回転軸４９が紙面に平行に図示してあるが、これは説明の便宜のためであって、実際は、回転軸４９が紙面に垂直になるように配置されている。駆動モータ４３の回転軸４９にはカム機構４９ａが係合しており、カム軸となっている。

上記において、水コアレッサ４２は油分分離を行う。密閉タンク４１は高圧給水ポンプ４４からのリーク水を直接回収する。高圧給水ポンプ４４は、要求水量をポンプ回転数により制御して供給する。また開放タンク３２は、系外へのリーク水の一時貯蔵をするためのものである。リターンポンプ３７は密閉タンク４１へのリーク水の戻しまたは凝縮機１３の過冷却器への水の戻しを行う。すなわち、リターンポンプ３７は、逆止弁１５１を備えた配管１５２を通して開放タンク３２から密閉タンク４１へリーク水を戻し、必要に応じて逆止弁３４を備えた配管３５を通して凝縮器１３の過冷却器に水を送る。配管１５２における逆止弁１５１は密閉タンク４１からの逆流を防止し、配管３５における逆止弁３４は、凝縮器１３の過冷却器からの逆流を防止する。凝縮器１３の出口１３ａからの水は、配管１７を通して駆動モータ４３により駆動される高圧給水ポンプ４４に入る。高圧給水ポンプ４４は配管１８を通して水を蒸発器１１に送る。またリーク水が配管４０により開放タンク３２に戻される。

次に、排出弁装置２０３について説明する。排出弁装置２０３において、第１リリーフ弁２２を高圧ポンプ４４の排出口と蒸発器１１の入り口との中間位置に設け、まず、水状態で放出することで減圧させたあと、蒸発器から逆流した蒸気が低圧状態で放出されるようにする。リリーフ回路は、（１）排水先を蒸発器１１の下流の排気管４５内への配管２０４と案内した場合、（２）蒸発器１１の上流へ配管２０５により案内する場合がある。第１リリーフ弁２２が作動する場合、システムは緊急に停止される必要がある。そのため第１リリーフ弁２２を高圧ポンプ４４の吐出口と蒸発器１１の入り口との中間位置に設け、まず初期の高圧の間は水状態でリリーフさせ、その後減圧してから蒸発器１１より逆流してきた蒸気が放出されるようにする。従って、リリーフ回路の分岐位置はあまり蒸発器１１に近い位置は望ましくはなく、十分な作動媒体量が水状態で排出できるよう高圧給水ポンプ４４の吐出口に近い位置でかつ排気管４５までの距離がなるべく短い位置がよい。第１リリーフ弁２２が作動した場合、伝熱管内部は流れが瞬時に止まり、続いて逆流をはじめる。このため排ガス熱流量が大きければ伝熱管の過昇温の恐れがある。このためリリーフ回路の戻し先によって以下の２つの方法がある。

（１）熱源（排気管４５／蒸発器１１）へ排出する場合では、リリーフ回路の案内先が蒸発器１１の上流になるので瞬間的に大流量の作動媒体が蒸発器１１に向けて噴射することができるが、その噴射量が大きすぎると伝熱管や蒸発器１１筐体部材を急冷することになり熱衝撃による劣化等が懸念される。従って、あらかじめリリーフ回路にオリフィス２０９等を挿入して蒸発器１１の熱容量に応じた最適な噴射量になるように設定することにより、高圧回路の圧力低下速度をやや阻害するものの、伝熱管の急冷ならびに過昇温による２次的損傷が回避しつつ、エンジンの出力状態を徐々に低下させることを可能にするという効果を有する。さらにまた、熱源（排気管４５／蒸発器１１）を冷却することは、蒸発器１１で高温高圧蒸気を発生させる熱源（排気管４５）および、発生した蒸発器１１の高温高圧蒸気を冷却することであり、結果的に、排出される作動媒体の蒸気は、さらに低温低圧化が図れる。

（２）排気管４５（蒸発器１１下流）へ排出する場合では、蒸発器１１の下流に案内した場合、リリーフ回路へのオリフィス２０９等の流量調整機構を設ける必要がないので水側回路としてはもっとも簡便な方法であり、（１）に比べ高圧回路の圧力をよりはやく下げることができる。しかしながら、高熱負荷時などに安全弁が作動した場合、一時的に蒸発器１１が空だき状態となり過昇温による伝熱管の２次的損傷が危惧されるので、安全弁２２の作動と同時にエンジン出力を急速に制限する等の制御により蒸発器１１へ過大な熱量が入らないようにする必要がある。

次に、図３を参照して、上記のランキンサイクル装置１０を車両に搭載したときの構成例を説明する。

３０１は車両前部のボディ形状の輪郭を示し、３０２は前輪を示している。ボディ３０１の内部はエンジンルーム３０３になっており、エンジンルーム３０３内にはエンジン５０が搭載されている。エンジン５０の背面側には排気マニホルド５１が設けられ、排気マニホルド５１には前述した排気管４５が接続されている。上記の蒸発器１１は、排気管４５における排気マニホルド５１に近い箇所に設けられる。蒸発器１１には、高圧給水ポンプ４４からの配管１８が接続されている。配管１８は、排気マニホルド５１から排出される排気ガスの熱を熱源とする蒸発器１１に水を供給する。蒸発器１１は、排気ガスの熱で水を水蒸気に相変換し、膨張機１２の水蒸気流入口５２に接続される配管１５によって水蒸気を膨張機１２に供給する。膨張機１２は、水蒸気の膨張エネルギを機械的エネルギに変換する。

膨張機１２の水蒸気流出口５３は配管１６につながっている。この配管１６と、高圧給水ポンプ４４の入口側に通じる密閉タンク４１との間には、水蒸気を冷却・凝縮させて液体にする凝縮器１３が配置されている。凝縮器１３は車両前部の前面に位置している。図３では、その他に、開放タンク３２、水コアレッサ４２、リターンポンプ３７、油コアレッサ２７、過冷却器（凝縮器１３の液相部）５４、エアベント３９、逆止弁３４等のレイアウト状態が示されている。

また、配管１８には、分岐管２００に安全弁２２が取り付けられ、安全弁２２からは配管２０４が接続されその排出口は、排気管４５に向けて設けられている。また、点線で示されるような配管２０５により、オリフィス２０９を設けて蒸発器１１の上流側に排出するようにしてもよい。

上記の高圧給水ポンプ４４、蒸発器１１、膨張機１２、凝縮器１３等は、前述の通り、熱エネルギを機械的エネルギに変換するランキンサイクル装置を構成している。

次に、上記ランキンサイクル装置の動作を水および水蒸気の流れに沿って説明する。

凝縮器１３で冷却・凝縮された水は、高圧給水ポンプ４４で加圧され、配管１８を通って蒸発器１１に供給される。

液相作動媒体である水は、蒸発器１１で熱エネルギを付加されて加熱され、さらに過熱されて昇温昇圧された高温高圧の水蒸気となり、膨張機１２に供給される。膨張機１２は、昇温昇圧された高温高圧の水蒸気の膨張作用によって熱エネルギを機械エネルギに変換する。これにより、膨張機１２に付設されたモータ／ジェネレータ１９は機械的エネルギを得る。

膨張器１２から流出した水蒸気は降温降圧された水蒸気となり、凝縮器１３に流入する。凝縮器１３に流入した降温降圧された水蒸気は、ここで再び冷却・凝縮され、その後、凝縮水となって水コアレッサ４２を介して高圧給水ポンプ４４に供給される。以後、作動媒体である水は上記の循環を繰り返し、膨張機１２に昇温昇圧された高温高圧の水蒸気を供給し続ける。

次に、排出弁装置２０３の第２リリーフ弁２０２と第１リリーフ弁２２の設定について説明する。図４は排ガスエネルギの時間変化のグラフであり、図５は、目標給水量の時間変化のグラフであり、図６は蒸気圧力の時間変化のグラフである。図４〜図６の横軸は時間を示し全図の時間軸は共通である。図４では、車両の発進、停止などに伴い、排ガスエネルギが変化し、排ガスエネルギと目標給水量の変化に伴い、蒸気圧力は曲線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のように変化する。また、図６の直線Ｌ１０は膨張機または蒸発器の許容限度圧力を示す。そこで、安全弁の作動圧力を直線Ｃ１１と直線Ｃ１２に示すように通常の蒸気圧力より高く設定する。

第２リリーフ弁２０２を単独で用いる場合は、その作動圧力は運転圧力に対し約２倍の圧力（第１作動限度圧力）に設定する。それにより、システムの運転圧力を維持しつつ、過剰圧のみ減圧するのでランキンの運転を保持することができる。リリーフ回路は、配管２０７で排気管内へ接続する方法と、配管２０８で開放タンクへ接続する方法とがあり、後者の場合、作動媒体を回収・再生できる。

第１リリーフ弁２２を単独で用いる場合、その作動圧力は運転圧力に対し約２．５倍（第２作動限度圧）に設定する。それにより、耐圧限界に近い許容限度圧力以下で必ず圧力が開放されるので蒸発器や膨張機は確実に保全され、安全弁の破裂板を交換後システムを再稼働することができる。

第１リリーフ弁２２と第２リリーフ弁２０８を併用する場合、それぞれの弁の作動圧力は１，２と同様に設定される。それにより、リリーフ弁の誤作動に対するフェールセーフをとることができる。

図７は、第２リリーフ弁２０２の縦断面図である。リリーフ弁は、弁本体４０１とこれに螺着される弁体支持部４０２と弁体支持部４０２に被せられるキャップ４０３がネジ機構により結合されており、Ｏリング４０４とシール４０５により上下動可能な軸状弁体４０６が上部に設けたスプリング４０７によって弾支されて固定されている。配管口４０８の圧力が設定値より高くなると、軸状弁体４０６の端部がその圧力によりスプリング４０７を押し、Ｏリング４０４と軸４０６との間に隙間ができ、その隙間からリークするようになっている。

図８は、第１リリーフ弁２２の実施例としての破裂式安全弁を示す。ホルダＡ４１０とホルダＢ４１１からなり、ホルダＡ内にバックアップリング４１２に支えられた破裂板４１３が固定されている。破裂板４１３は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の圧力が掛かったときには、図９（ｂ）に示すようにディスク部４１４が開くようになっており、それにより、所定の圧力異常になったときは、リークするようになる。

次に、図１０〜図１８を参照して、上記ランキンサイクル装置１０における凝縮器１３内に貯留される水の液面位置の制御について説明する。

図１０は上記ランキンサイクル装置１０のシステムを凝縮器１３を中心にして描いたものであり、凝縮器１３は車両前方側から見た正面図として描かれている。図１０では、凝縮器１３の内部における作動媒体の状態（水（または凝縮水）：Ｗ１、水蒸気：Ｗ２）が示されている。また図５は凝縮器１３における冷却ファン４６，４７，４８の配置関係を示す凝縮器の側面図であり、同時に内部の状態も示されている。

凝縮器１３は、上端部に水蒸気導入室１３Ａ、下端部に集水室１３Ｂを備え、さらに中央に中間室５６を備える。水蒸気導入室１３Ａと中間室５６の間、中間室５６と集水室１３Ｂとの間には、それぞれ、複数本の冷却パイプ５５が設けられ、各室は連通された状態になっている。冷却パイプ５５の周囲には冷却フィン５５ａが設けられている。

凝縮器１３の水蒸気導入室１３Ａは、配管１６を介して膨張機１２の水蒸気流出口５３と接続されている。凝縮器１３の集水室１３Ｂは、配管１７等を介して給水ポンプユニット１４に接続されている。前述の通り、膨張機１２は配管１５を介して蒸発器１１に接続され、同様に給水ポンプユニット１４は配管１８を介して蒸発器１１に接続されている。蒸発器１１は、排気管４５を介してエンジン（熱源）５０の排気ガスからの熱５０Ａを受ける。給水ポンプユニット１４内には、前述した通りの密閉タンク４１、水コアレッサ４２、高圧給水ポンプ４４、駆動モータ４３、開放タンク３２、リターンポンプ３７、モータ３６等の各構成要素が示されている。

凝縮器１３では、水蒸気Ｗ２が冷却されて凝縮し、水（凝縮水）Ｗ１となり、その内部の下側に貯留される。中間室５６内で示された水平線は、液面６５を示し（図１中、液面位置Ｐ１に相当）、凝縮器１３内に貯留された水Ｗ１の液面の位置を示している。中間室５６内の液面６５の位置に対応させて所要の位置に液面センサ３８と中間排水口５９が設けられている。液面センサ３８から出力される液面位置に係る検出信号は制御装置６０に送られる。制御装置６０は、液面位置検出信号に基づきモータ制御指令信号を生成し、このモータ制御指令信号をリターンポンプ３７のモータ３６に与える。他方、中間排水口５９には水蒸気用のエアベント３９が接続される。エアベント３９の出口側は、チャッキ弁５８を備えた配管４０を介して開放タンク３２に通じている。配管４０には並行に排気ポンプ５７が付設されている。

また凝縮器１３では、図１１に示されるように、その背面側に、水蒸気Ｗ２の存在領域部分に対応して冷却ファン４６が配置され、水Ｗ１の存在領域部分に対応して冷却ファン４７，４８が配置されている。冷却ファン４６の冷却動作は、例えば水蒸気Ｗ２が供給される配管１６に取り付けられた圧力センサ６１の水蒸気圧力検出信号に基づき圧力制御装置６２によって制御される。冷却ファン４６は水蒸気圧力調整に用いる凝縮用冷却ファンである。また冷却ファン４７，４８の冷却動作は、例えば水Ｗ１が流れる配管１７に取り付けられた温度センサ６３の水温検出信号に基づき温度制御装置６４によって制御される。冷却ファン４７，４８は凝縮水を冷却するための水冷却用冷却ファンである。図１１で、Ａ１は冷却ファン４６の回転動作に基づく前方からの冷却用空気の流れを示し、Ａ２は冷却ファン４７，４８の回転動作に基づく前方からの冷却用空気の流れを示している。上記のように、凝縮器１３では、水蒸気Ｗ２に対応する機器部分である気相部（水蒸気凝縮部）７０の冷却と、水Ｗ１に対応する機器部分である液相部（凝縮水冷却部）７１の冷却は、それぞれ独立に行われる。７２は、独立な各冷却領域を区画するシュラウドである。

上記の構成において、膨張機１２の水蒸気流出口５３から出る水蒸気は大気圧相当である。上側の冷却パイプ（凝縮管）５５の各々の出口集合部である中間室５６では、液面６５をこの空間内に位置するよう調整するために、エアベント３９から水を排出する。また高圧給水ポンプ４４は、ランキンサイクル装置１０のメインの循環回路の給水ポンプとして、所要量の水を蒸発器１１に送る。

さらに上記の構成において、リザーブ用開放タンク３２は、大気開放型であり、システム内の密閉された循環回路に対しリザーブ用として予備的な水を保有しておく。リターンポンプ３７は、液面センサ３８の信号を受けて凝縮器１３内に給水する。排気ポンプ５７は、凝縮器１３を負圧で運転するときはエアベント３９の下流を吸引する。

なお、上記の排気ポンプ５７の動作については、図１１に示した圧力センサ６１と圧力制御装置６２によって負圧時を感知させることにより動作させたり、あるいは、液面センサ３８の検出により液面６５の位置が所定範囲の上限を超えるときに感知させ、制御装置６０によって動作させる、ように構成することができる。

またチャッキ弁５８は、凝縮器１３内が負圧になる場合に大気の逆流を防ぐ。逆止弁３４は、リターンポンプ３７の逆流を防止する。水蒸気用エアベント３９は、水、空気は通すが水蒸気は通さない。中間排水口５９は不凝縮性ガスの排出、水のオーバーフローにより凝縮水の液面６５の位置の変化に制限を与え、所定の範囲で液面位置が変動するようにするためのものである。液面センサ３８は、液面６５に係る位置信号を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、液面６５の位置が中間室５６内に存するようにリターンポンプ３７の動作を制御する。液面６５の位置は、エアベント３９と液面センサ３８の間の範囲に含まれる高さ位置になるように制御される。液面センサ３８には、例えば静電容量式レベルセンサやフロート式レベルスイッチが用いられる。

圧力センサ６１は、凝縮器１３の内部の圧力を検出するもので、基本的に水蒸気Ｗ２の圧力を検出する。圧力制御装置６２は、凝縮器１３の内部圧力が設定値になるように冷却ファン４６を動作させる。温度センサ６３は、凝縮水Ｗ１の温度を検出する。温度制御装置６４は、凝縮水温度が設定値になるように冷却ファン４７，４８を動作させる。

図１２〜図１４を参照してエアベント３９の構造・作用を詳述する。図１２と図１３はエアベント３９の閉じているときの状態を示し、図１２は縦断面図、図１３は図１２でのＡ−Ａ線断面図である。また図１４はエアベントの開いているときの状態を示す縦断面図である。図１２等において、エアベント３９の左側が凝縮器側であり、右側が大気側である。エアベント３９は、内部が飽和水蒸気で満たされているときには密閉され（図１２）、水や空気などの不凝縮性ガスが存在するときには自動的に開放され、水や不凝縮性ガスを排出して再び密閉する（図１４）。

エアベント３９は、容器中央の位置に配置された弁６６と、この弁６６を支持する弁サポート６７と、弁口（パッキン）６８を備える。弁サポート６７で支持された弁６６は、弁口６８を塞ぐことができる位置関係にて配置されている。弁６６は２枚のダイヤフラム６６ａを密閉空間を形成するように組み合わせて形成され、その内部の密閉空間にサーモリキッド（感温液）６９を収容している。サーモリキッド６９は、水と同じように、或る圧力下、或る温度以下では液体であり、或る温度以上になると気体となって膨張するという特性を有している。図１５にサーモリキッドの飽和曲線Ｃ１と水の飽和曲線Ｃ２を示す。サーモリキッド６９が気体になる温度は、水が蒸気になる温度よりもΔＴ（約１０℃）だけ低い温度であるため、エアベント３９の内部が水蒸気Ｗ２の雰囲気の時にはサーモリキッド６９は気化して気体となっており、膨張したサーモリキッド６９の入った密閉空間が両側のダイヤフラム６６ａを外方へ押し、ダイヤフラム６６ａで形成される弁６６と弁口６８との間にあった隙間を閉じる（図１２）。逆に内部が低温である場合（周囲環境が空気のごとき不凝縮性ガスＡ３等である状態）はサーモリキッド６９は液体の状態であり、ダイヤフラム６６ａは内方へ収縮し、弁６６と弁口６８の間の隙間から空気等が排出されることになる（図１４）。

以上の構成において、制御装置６０は、冷却ファン４６で冷却して水蒸気Ｗ２を水（凝縮水）Ｗ１に戻す凝縮器１３における液面６５の位置を所定範囲内で変化させるように制御するための制御装置である。制御装置６０は、凝縮器１３における気相部７０と液相部７１との境界である液面６５の位置を検出する液面センサ３８からの検出信号に基づき、上記の所定範囲の下限よりも低下するときには凝縮器１３内に水を供給するリターンポンプ３７のモータ３６の動作を制御し、不足分の水を開放タンク３２から配管３５を介して補充する。また液相部７１の液面６５の位置が上記の所定範囲の上限を超えるときには、中間排水口５９とエアベント３９等により開放タンク３２に超過した水を排出する。こうして、液面センサ３８に基づく下限およびエアベント３９に基づく上限で決まる範囲によって液面６５の位置の望ましい所定範囲が設定される。

さらに詳しく説明する。凝縮器１３の中間室５６に、水（凝縮水）Ｗ１を排水するのための中間排水口５９を設置して液面６５の上限位置を規制する。中間排水口５９以上に液面６５が上昇したときは中間排水口５９からリザーブ用開放タンク３２に水をオーバーフローさせることにより液面６５の位置を下げる。液面６５が中間排水口５９より下側に位置するときには、中間排水口５９から水蒸気が排出されないように、中間排水口５９にはエアベント３９が設置されている。図１２〜図１４に示したように、水蒸気の排出を阻止するためのエアベント３９は、内部に水蒸気が存在するときには自動的に閉弁し、内部に空気（不凝縮ガス）や水が存在するときには自動的に開弁する作動を行う。また中間排水口５９の下側の位置には液面センサ３８を配置して、液面６５の位置が液面センサ３８よりも低下したときには開放タンク３２からリターンポンプ３７により給水して液面６５の位置を液面センサ３８の位置まで上昇させる。上記の作用に基づき液面６５の位置は常に中間排水口５９と液面センサ３８の間の範囲内に維持される。中間排水口５９と液面センサ３８の間隔が広くなると、水蒸気Ｗ２側と水（凝縮水）Ｗ１側の伝熱面積の誤差が大きくなる。逆に当該間隔が小さくなると、リターンポンプ３７とエアベント３９の動作が頻繁に起きることになる。従って、中間排水口５９と液面センサ３８の間隔は、これらの２つの影響が共に小さくなる範囲に設定されればよい。さらに該伝熱面積を一定化することを主眼とすれば、当該間隔は限りなく小さく、ゼロとすることが望ましい。

図１６に液面６５の位置設定の詳細を示す。図１６で、（Ａ）は液面センサ３８とエアベント３９と液面６５の位置関係を示し、（Ｂ）は液面位置とエアベントの動作とリターンポンプの動作との関係を表で示している。

図１６の（Ａ）では、上限液面位置としてＨ_Ａ、下限液面位置としてＨ_Ｂ、液面位置６５としてＨ_Ｌがそれぞれ設定されている。液面６５の位置Ｈ_Ｌが上限液面位置Ｈ_Ａより高いときには、エアベント３９は開状態であり、リターンポンプ３７はオフ（ＯＦＦ）である。液面６５の位置Ｈ_Ｌが、上限液面位置Ｈ_Ａと下限液面位置Ｈ_Ｂの間にあるときは、エアベント３９は閉状態であり、リターンポンプ３７はオフである。液面６５の位置Ｈ_Ｌが下限液面位置Ｈ_Ｂより低いときには、エアベント３９は閉状態であり、リターンポンプ３７はオン（ＯＮ）である。以上により、液面６５の変動は上限液面位置Ｈ_Ａと下限液面位置Ｈ_Ｂの範囲内に抑えられる。

またランキンサイクル装置１０の起動・停止時や過渡的変化時に水蒸気の流入量（質量流量）や凝縮器１３から高圧給水ポンプ４４への排水量（質量流量）が変化する場合にも、凝縮器１３の内部における液面６５の位置の変動を抑制し、安定して凝縮器１３の運転を行うことができる。

さらに、図１０で示したように、ランキンサイクル装置１０の密閉された主回路とは別に、大気開放のリザーブ用開放タンク３２が設けられている。開放タンク３２は、凝縮器１３と、その中間排水口５９に接続されたエアベント３９とチャッキ弁５８を介して接続されている。また開放タンク３２の下部は、リターンポンプ３７と配管３５と逆止弁３４を介して凝縮器１３の出口部１３ａに接続されている。液面６５が中間排水口５９より高い場合には水は開放タンク３２にオーバーフローされ、液面６５が液面センサ３８より低い場合にはリターンポンプ３７が作動して水の補充が行われる。凝縮器１３の下流に位置する高圧給水ポンプ４４は給水量が制御されているため、リターンポンプ３７が作動すると、凝縮器１３内への給水で液面６５が上昇して液面センサ３８の位置でリターンポンプ３７は停止する。また中間排水口５９と液面センサ３８を含む領域に中間室５６を設けて複数の冷却パイプ（凝縮管）５５が集合するような構造としたため、中間排水口５９からの排水時やリターンポンプ３７からの給水時に液面６５の変化の応答性を良好にし、かつ安定させることができる。なお、水蒸気導入室１３Ａ側と集水室１３Ｂ側の中間室５６部分を各冷却パイプ（凝縮管）５５が連通されていればよく、中間室５６を設けることは必須のことではない。

次に、図１７のフローチャートを参照して、制御装置６０において実施される液面位置制御の流れを説明する。

最初に、液面センサ３８によって液面６５の位置Ｈ_Ｌの読込みを行う（ステップＳ１０）。液面位置Ｈ_Ｌが上限液面位置Ｈ_Ａよりも高いか否かが判断される（ステップＳ１１）。もし液面位置Ｈ_Ｌが上限液面位置Ｈ_Ａより高いときには、エアベント３９が開かれて排水され、液面６５が下げられる（ステップＳ１２）。その後、リターンに移行してステップＳ１０に戻る。もし液面位置Ｈ_Ｌが上限液面位置Ｈ_Ａ以下のときには、エアベント３９を閉じる（ステップＳ１３）。次のステップでは、液面位置Ｈ_Ｌが下限液面位置Ｈ_Ｂより低いか否かが判断される（ステップＳ１４）。もし液面位置Ｈ_Ｌが下限液面位置Ｈ_Ｂより低いときには、リターンポンプ３７がオンになり、水が補給される（ステップＳ１５）。もし液面位置Ｈ_Ｌが下限液面位置Ｈ_Ｂ以上のときには、リターンポンプ３７がオフとなり、水の補給は行われない（ステップＳ１６）。その後、リターンに移行してステップＳ１０に戻る。

図１８は、本実施形態に係るランキンサイクル装置１０を搭載した車両の車速変化とエンジン出力変化と蒸発器への給水流量と凝縮器の液面位置の変化を、従来装置と比較して示すタイミングチャートである。図１８の（Ａ）は車速の変化、（Ｂ）はエンジン出力の変化、（Ｃ）は従来装置での蒸発器給水流量の変化、（Ｄ）は従来装置の凝縮器での液面位置の変化、をそれぞれ示す。図１３で横軸は時間である。ランキンサイクル装置が搭載された車両が図１８（Ａ）で示すような車速変化をするとき、図１８（Ｂ）で示すようにエンジン出力が変化し、それに関連して図１８（Ｃ）に示すように蒸発器への給水流量の変化が生じ、さらに図１８（Ｄ）に示すように凝縮器の液面位置が変化する。換言すれば、横方向の時間軸において、車両が時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５で発進し、時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６で停止したとき、その車両の発進・停止に伴ってエンジン出力は変化し、蒸発器への給水流量も変化し、凝縮器の液面位置が変動する。

上記のように、従来の車載用ランキンサイクルの凝縮器１００では、図１８（Ａ）に示したように車両の発進・停止時や過渡的車速変化時に、図１８（Ｂ）に示すごとくエンジン出力が変化するので、蒸発器１１１への給水流量が変化し、凝縮器１００の冷却パイプ１０３における液面位置１１２が変動することになる。つまり、凝縮器１００において、水蒸気の流入量が凝縮水の排水量より多い場合には液面位置１１２は上昇し、水蒸気の流入量が凝縮水の排水量より少ない場合には液面位置１１２は低下することになる。

上記に対して、本実施形態の構成によれば、車両が図１８（Ａ）で示すような車速変化をするとき、前述の通り液面位置の制御が行われるので、液面位置は、車両の発進時と停止時において上限位置Ｈ_Ａと下限位置Ｈ_Ｂの間での変動のみであり、大きな変動は起こらない。

以上のように、凝縮器１３内に貯留される水（凝縮水）Ｗ１の液面６５の位置変動を所定範囲に抑制することにより、凝縮器１３における水蒸気に対応する気相部と凝縮水に対応する液相部の互いの伝熱面積の変化を低減して、その伝熱面積の変化を考慮することなく冷却を行え、かつ制御の精度向上を図り、ポンプ装置内のキャビテーションおよび、蒸発器１１での再加熱の際の余分な熱エネルギの消費を低減する凝縮器１３の液面位置制御装置を得ることができる。

また伝熱面積の変化幅を許容範囲内に保つことができ、かつ液相作動媒体の排出と補充供給の切換え動作にヒステリシスを持たせることができ、それによって切換え動作の頻度を少なくし、凝縮器の作動安定化と共に、排出および補充供給に係わる装置の耐久性が向上する。さらに、液相作動媒体（水）を排出して設定液面を適切に制御しつつ、気相作動媒体（水蒸気）の排出は阻止するので、凝縮器の作動安定化を図ることができる。また、液相作動媒体を蓄えたリザーブ用開放タンクからリターンポンプを介して直接に設定液面まで液相作動媒体の補充供給することができ、これにより液面位置の調整をポンプの高応答・高精度の供給量制御により、液面位置を早期に正確に安定させることができる。さらに、回路内で作動媒体の総質量流量を維持しつつ液面位置制御が可能となり、作動媒体の外部への排出、および外部からの補充という特別な装置を付加する必要がない循環回路として構成できる。さらに、凝縮器の各冷却パイプ毎の液面位置のばらつきを少なくでき、液相作動媒体の排水および補充供給時における液面を早期に正確に安定させることができ、凝縮器の作動安定化を行うことができる。

本発明は、車載用ランキンサイクル装置の膨張機や蒸発器等の許容限度圧を超える高圧が生じたときのリリーフ弁装置として利用される。

本発明に係るランキンサイクル装置の全体システムを示す構成図である。本実施形態に係る給水ポンプユニットの内部構造を示す部分断面側面図である。本発明に係るランキンサイクル装置を車両に搭載したときの配置構成を示す図である。排ガスエネルギの時間変化を示すグラフである。目標給水量の時間変化を示すグラフである。蒸気圧力の時間変化を示すグラフである。第２リリーフ弁としてのリリーフ弁の断面図である。第１リリーフ弁としての破裂式安全弁の部分断面図である。第１リリーフ弁としての破裂式安全弁の破裂板の斜視図である。ランキンサイクル装置の作動媒体の流れを示すシステム構成図である。凝縮器の部分の内部構造と周辺装置を示す側面図である。エアベントの閉じているときの構造を示す断面図である。図１２におけるＡ−Ａ線断面図である。エアベントの開いているときの構造を示す断面図である。サーモリキッドと水の飽和曲線を示すグラフである。液面位置設定の詳細を説明するための図である。凝縮器の液面位置制御装置の動作フローを示すフローチャートである。本発明に係るランキンサイクル装置を搭載した車両の車速変化とエンジン出力変化と蒸発器への給水流量と凝縮器の液面位置の変化を示すタイミングチャートである。従来の車載用ランキンサイクル装置を簡略して示した模式図である。

符号の説明

１０ランキンサイクル装置
１１蒸発器
１２膨張機
１３凝縮器
１４給水ポンプユニット
１５配管
１６配管
１７配管
１８配管
２２安全弁
２６配管
３２開放タンク
３７リターンポンプ
３８液面センサ
３９エアベント
４１密閉タンク
４２水コアレッサ
４３モータ
４４高圧給水ポンプ
４５排気管
４６，４７，４８冷却ファン
２０２リリーフ弁
２０９流量制限装置（オリフィス）

Claims

熱源からの熱により液相作動媒体を加熱して気相作動媒体に相変化させる蒸発器と、
前記蒸発器が排出した気相作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、
前記膨張機が排出した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に相変化させる凝縮器と、
前記凝縮器が排出した液相作動媒体を加圧して蒸発器に供給する供給ポンプとを閉回路内に備えたランキンサイクル装置において、
前記供給ポンプと前記蒸発器の間であって、作動媒体が液相状態にある前記閉回路中に、前記閉回路内の内圧が少なくとも前記膨張機または前記蒸発器の許容限度圧より低圧に設定された設定限度圧より高い圧力のとき、前記閉回路外へ作動媒体を排出する、排出弁装置を設け、
前記排出弁装置から前記閉回路外へ排出される作動媒体の少なくとも一部を前記熱源の周りに排出することを特徴とするランキンサイクル装置。
前記排出弁装置は、排出される前記作動媒体を前記閉回路外へ導出し、前記閉回路外へ排出する排出通路を複数備え、前記排出通路中の少なくとも一部に流量制限装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のランキンサイクル装置。
前記排出弁装置は、少なくとも前記蒸発器よりも前記供給ポンプの側に近づけて配設したことを特徴とする請求項１記載のランキンサイクル装置。
熱源からの熱により液相作動媒体を加熱して気相作動媒体に相変化させる蒸発器と、
前記蒸発器が排出した気相作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、
前記膨張機が排出した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に相変化させる凝縮器と、
前記凝縮器が排出した液相作動媒体を加圧して蒸発器に供給する供給ポンプとを閉回路内に備えたランキンサイクル装置において、
前記供給ポンプと前記蒸発器の間であって、作動媒体が液相状態にある前記閉回路中に、前記閉回路内の内圧が少なくとも前記膨張機または前記蒸発器の許容限度圧より低圧に設定された設定限度圧より高い圧力のとき、前記閉回路を大気に開放すると共に、前記回路内の作動媒体を前記閉回路外へ排出する、排出弁装置を、少なくとも前記蒸発器よりも前記供給ポンプの側に近づけて配設したことを特徴とするランキンサイクル装置。
前記排出弁装置は、排出される前記作動媒体を前記閉回路外へ導出し、前記閉回路外へ排出する排出通路を複数備え、前記排出通路中の少なくとも一部に流量制限装置を設けたことを特徴とする請求項４記載のランキンサイクル装置。