JP5278496B2

JP5278496B2 - 車両用排熱回収装置

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Publication number: JP5278496B2
Application number: JP2011124075A
Authority: JP
Inventors: 英文森; 雅夫井口; 史修榎島
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: CN102691539A; US8613193B2; KR20120108921A; EP2503134A3; US20120240575A1; JP2012215161A; EP2503134A2

Description

この発明は、車両用排熱回収装置に係り、特に、ランキンサイクルを利用した車両用排熱回収装置に関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量削減という社会的な要請により、自動車などのエンジンを有する車両には燃費の向上が要求され、従来は単に排出していた車両から生成されるエネルギーを有効利用するための技術が開発されている。その中に、冷却水の熱や排気ガスの熱等のエンジンから排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した排熱利用装置がある。そして、ランキンサイクルは、その作動流体である液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させるボイラと、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機と、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化する凝縮器と、液化した液相流体をボイラに送り出すポンプとから構成される。

特許文献１には、このような従来のランキンサイクルとして、膨張機によって回収された排熱のエネルギーを利用してエンジンの出力補助を行うランキンサイクルが記載されている。一般に、ランキンサイクルは、作動流体の圧力が高いほど効率が良いため、ボイラを流通する作動流体の質量流量を調整することにより、ボイラから流出した作動流体の圧力を高圧限界（上限圧力）付近になるように制御する。

特開２０１０−６５５８７号公報

しかしながら、エンジンの回転数とエンジンの排熱つまりボイラで回収される熱量との比は一般的に一定ではないため、例えばボイラに流入する作動流体の質量流量に対してボイラでの熱量の回収が大きすぎてボイラから流出した作動流体の温度が上昇する場合、作動流体の圧力を上限圧力以下にするためには、ボイラを流通する作動流体の質量流量を減少させて作動流体の密度を低下させるか、あるいはボイラでの熱交換量を制限する必要がある。その結果、エンジンの排熱を有効に利用することができなくなり、ランキンサイクルの熱効率が低下してしまうといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、エンジンの回転数と排熱量との比が変動しても、熱効率の低下を抑えることのできるランキンサイクルを備えた車両用排熱回収装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用排熱回収装置は、作動流体を送るポンプと、作動流体を膨張させて機械的エネルギーを得る膨張機と、ポンプから吐出された作動流体を膨張機に導く高圧経路と、膨張機から吐出された作動流体をポンプに導く低圧経路と、高圧経路に設けられ作動流体を車両のエンジンの排熱によって加熱する熱交換器と、低圧経路に設けられ膨張した作動流体を凝縮させる凝縮器とからなるランキンサイクルと、熱交換器から流出する作動流体の温度を把握する温度把握手段と、熱交換器から流出する作動流体の圧力を把握する圧力把握手段と、膨張機の吸入容積を調整する吸入容積可変手段とを備え、膨張機は、エンジンに動力伝達可能に連結され、温度把握手段で把握した温度及び圧力把握手段で把握した圧力のうちの一方には予め閾値が設定され、閾値を超えた場合には、吸入容積可変手段が膨張機の吸入容積を増加し、温度把握手段で把握した温度及び圧力把握手段で把握した圧力のうちの他方に基づいて、熱交換器を流通する作動流体の流量が調整される。エンジンの回転数と排熱量との比が変動して、温度把握手段で把握した温度が、予め設定された設定温度（閾値）を超えた場合には、吸入容積可変手段が膨張機の吸入容積を増加することにより、ボイラを流通する作動流体の流量を増加させることができるようになる。ボイラを流通する作動流体の流量を増加することにより、ボイラを流通する作動流体の温度を下げると共に圧力を上限圧力付近になるように制御することが可能になる。
ポンプがさらにエンジンに動力伝達可能に連結され、ランキンサイクルは、高圧経路におけるポンプと熱交換器との間を低圧経路に連通するバイパス通路と、バイパス通路に設けられ、バイパス通路を流通する作動流体の流量を調整する流量制御手段とをさらに備え、流量制御手段がバイパス通路を流通する作動流体の流量を調整することにより、熱交換器を流通する作動流体の質量流量を調整してもよい。
温度把握手段で把握した温度が、閾値を超えた場合には、吸入容積可変手段が膨張機の吸入容積を増加し、圧力把握手段で把握した圧力に基づいて、熱交換器を流通する作動流体の流量が調整されてもよい。
吸入容積可変手段は、熱膨張係数が異なる２枚の金属板を張り合わせたバイメタル弁と、バイメタル弁によって開閉され、熱交換器を流通した作動流体の一部が膨張機に吸入される際に通るポートとを備え、バイメタル弁がポートを開くことにより、膨張機の吸入容積が増加するようにしてもよい。
バイパス通路の低圧経路側端部は、ポンプと凝縮器との間に位置してもよい。
バイパス通路の低圧経路側端部は、凝縮器と膨張機との間に位置してもよい。

この発明によれば、エンジンの回転数と排熱量との比が変動して、温度把握手段で把握した温度が、予め設定された設定温度（閾値）を超えた場合には、吸入容積可変手段が膨張機の吸入容積を増加することにより、ボイラを流通する作動流体の流量を増加させることができるようになる。ボイラを流通する作動流体の流量を増加することにより、ボイラから流出した作動流体の温度上昇を抑制すると共に圧力を上限圧力付近になるように制御することが可能になるので、熱交換器での作動流体への加熱量を増加させ、回収する排熱エネルギーを増加させることができ、エンジンの回転数と排熱量との比が変動しても、ランキンサイクルの熱効率の低下を抑えることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用排熱回収装置の構成図である。実施の形態１に係る車両用排熱回収装置に設けられた膨張機の膨張機構部の上方断面図である。実施の形態１に係る車両用排熱回収装置に設けられた膨張機の膨張機構部の横方向断面図である。実施の形態２に係る車両用排熱回収装置の構成図である。実施の形態３に係る車両用排熱回収装置に設けられた膨張機の膨張機構部の横方向断面図である。実施の形態４に係る車両用排熱回収装置に設けられた膨張機の膨張機構部の横方向断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る車両用排熱回収装置は、図１に示されるように、ポンプ２と、ボイラ３と、スクロール膨張機である膨張機４と、凝縮器５とからなるランキンサイクル１を備えている。ボイラ３は、車両における排熱、例えばエンジン６を冷却した冷却水７に含まれる熱を、ランキンサイクル１を循環する冷媒（作動流体）に吸収させる熱交換器である。ポンプ２と膨張機４とは同一の駆動軸８を共有している。駆動軸８の一端にはプーリ９が設けられ、このプーリ９と、エンジン６のクランクシャフト１０に設けられたプーリ１１とにベルト１２が掛けられている。

膨張機４の膨張機構部の上方断面図を図２に示す。膨張機構部内には、渦巻き形状の固定スクロール２１が固定され、旋回スクロール２２が固定スクロール２１に対し噛み合いながら旋回可能に設けられている。旋回スクロール２２が旋回する際に、部分的に固定スクロール２１に接触することにより、固定スクロール２１と旋回スクロール２２との間に、容積の異なる複数の膨張空間（図２では、符号３１，３２，３３，３４で示されている）が形成される。膨張機構部の中心部分には、膨張機構部内に冷媒が流入するためのメインポート２３が設けられている。メインポート２３は、膨張機構部の最も中央部分に位置する膨張空間３１と直接連通している。また、膨張機構部には、膨張空間３１の隣の膨張空間３２と連通するサブポート２４が設けられている。

図３に示されるように、各膨張空間が存在する側とは反対側からサブポート２４を開閉する電磁弁２５が設けられている。電磁弁２５がサブポート２４を閉じているときには、冷媒はメインポート２３のみを介して膨張空間３１のみに流入する。一方、電磁弁２５がサブポート２４を開いたときには、冷媒は、メインポート２３及びサブポート２４を介して、膨張空間３１及び３２の両方に流入する。すなわち、電磁弁２５がサブポート２４を開閉することにより、膨張機が一定サイクルで吸入する冷媒の容積が変更され、膨張比が変更される。この吸入容積はサブポート２４の開度（電磁弁２５の変位）を細かく調整することにより連続的に変更することが可能である。ここで、サブポート２４及び電磁弁２５は、膨張機４の吸入容積を調整する吸入容積可変手段を構成する。

図１に示されるように、ランキンサイクル１には、高圧経路側端部１３ａがポンプ２とボイラ３との間に位置すると共に低圧経路側端部１３ｂが凝縮器５とポンプ２との間に位置するバイパス通路１３が設けられている。バイパス通路１３には、バイパス通路１３を流通する冷媒の流量を調整する流量制御手段である流量制御弁１４が設けられている。また、ランキンサイクル１には、ボイラ３と膨張機４との間に、冷媒の温度を把握する温度把握手段である温度センサ１５と、冷媒の圧力を検出する圧力把握手段である圧力センサ１６とが設けられている。流量制御弁１４と、温度センサ１５と、圧力センサ１６と、膨張機４に設けられた電磁弁２５とはそれぞれ、車両の制御装置であるＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、温度センサ１５が検出する温度についての上限温度Ｔ_０と、閾値としての設定温度Ｔ_１と、圧力センサ１６が検出する圧力についての上限圧力Ｐ_０と、閾値としての設定圧力Ｐ_１とが記憶された記憶部２０ａを有している。尚、上限温度Ｔ_０、設定温度Ｔ_１、上限圧力Ｐ_０、設定圧力Ｐ_１はそれぞれ、冷媒の種類やランキンサイクルの仕様等により適宜設定される値である。また、記憶部２０ａには、温度センサ１５の検出値から、吸入容積、すなわち該吸入容積に相当する電磁弁２５の変位を決定するマップが組み込まれている。

次に、この実施の形態１に係る車両用排熱回収装置の動作について説明する。
図１に示されるように、エンジン６が稼動すると、エンジン６の動力が、ベルト１２を介して駆動軸８に伝わり、ポンプ２を駆動する。ポンプ２から吐出された液体の冷媒は、ボイラ３によってエンジン６の冷却水７と熱交換されてガスとなる。ガスとなった冷媒は、膨張機４に吸引されて膨張機４を駆動する。膨張機４によって膨張された冷媒は、凝縮器５で冷却凝縮され、再びポンプ２に吸引されることで、ランキンサイクル１を循環する。膨張機４で発生した動力によって、図示しない発電機が駆動されて発電が行われ、駆動軸８を介して、膨張機４で発生した動力がエンジン６に伝達される。冷媒がランキンサイクル１を循環中、温度センサ１５及び圧力センサ１６がそれぞれ冷媒の温度及び圧力を検出し、その検出値がＥＣＵ２０に伝送される。

温度センサ１５によって検出された温度が上限温度Ｔ_０以下である限りは、ＥＣＵ２０は、圧力センサ１６の検出値とポンプ２を流通する冷媒の質量流量（エンジン６の回転数から算出される）に基づいて、流量制御弁１４の開度を調整することによりバイパス通路１３を流通する冷媒の質量流量を調整する。バイパス通路１３を流通する冷媒の流量を調整すると、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量が変化し、その結果、ボイラ３から流出した冷媒、すなわち膨張機４に吸引される冷媒の圧力が変化する。この圧力を、上限温度Ｔ_０以下の条件でできる限り上限圧力Ｐ_０に近い値に調整することにより、ランキンサイクル１の熱効率を高く維持することができる。

ここで、エンジン６の回転数と排熱量との比が変動して、エンジン６の回転数に対して排熱量が増加すると、ボイラ３での冷媒への加熱量が増加し、ボイラ３から流出した冷媒の温度が上昇する。温度センサ１５の検出値が、上限温度Ｔ_０未満に設定された閾値としての設定温度Ｔ_１を超えたことをＥＣＵ２０が検知したら、ＥＣＵ２０は、記憶部２０ａに組み込まれたマップに基づいて、温度センサ１５の検出値から電磁弁２５の変位を決定し、電磁弁２５を当該変位に調整して膨張機４の吸入容積を増加する。これにより、ボイラ３から流出する冷媒の圧力上昇が抑制され、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を増加させる余地が生じる。ＥＣＵ２０が流量制御弁１４の開度を調整することにより、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を増加させることで、ボイラ３から流出した冷媒の温度上昇が抑制され、ボイラでの熱交換量を制限することなく、回収する排熱エネルギーを増加させることができる。上限温度Ｔ_０以下の条件でできる限り上限圧力Ｐ_０に近い圧力になるように、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を調整することにより、ランキンサイクル１の熱効率の低下を最小限に抑えることができる。尚、膨張機４の吸入容積が最大となっても温度センサ１５の検出値が上限温度Ｔ_０を超える場合には、ボイラ３への冷却水７の給水制限等を行う。

逆に、エンジン６の回転数と排熱量との比が変動して、エンジン６の回転数に対して排熱量が減少すると、ボイラ３での冷媒への加熱量が減少し、ボイラ３から流出した冷媒の温度が低下し、膨張機４が冷媒を膨張する際に冷媒が液化してしまい、動力が得られなくなることが起こり得る。この場合には、ＥＣＵ２０は、記憶部２０ａに組み込まれたマップに基づいて、温度センサ１５の検出値から電磁弁２５の変位を決定し、電磁弁２５を当該変位に調整して膨張機４の吸入容積を低下する。この条件で、ＥＣＵ２０が流量制御弁１４の開度を大きくして、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を低下すると、ボイラ３から流出した冷媒の温度が上昇し、それに伴い冷媒の圧力も上昇するので、ボイラ３から流出した冷媒は、上限温度Ｔ_０以下の条件でできる限り上限圧力Ｐ_０に近い圧力になるように制御される。その結果、ランキンサイクル１の熱効率の低下を最小限に抑えることができる。

このように、エンジン６の回転数と排熱量との比が変動して、温度センサ１５の検出値が、予め設定された設定温度Ｔ_１を超えた場合には、電磁弁２５がサブポート２４の開度を大きくして膨張機４の吸入容積を増加することにより、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を増加させることができるようになる。ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を増加することにより、ボイラ３から流出した冷媒の温度上昇を抑制すると共に圧力を上限圧力Ｐ_０付近になるように制御することが可能になるので、ボイラ３での冷媒への加熱量を増加させ、回収する排熱エネルギーを増加させることが出来る。よって、エンジン６の回転数と排熱量との比が変動しても、ランキンサイクル１の熱効率の低下を抑えることができる。

実施の形態１では、サブポート２４の開度が細かく調整可能であったが、電磁弁２５がサブポート２４を開閉するのみであってもよい。この場合には、記憶部２０ａに組み込まれた電磁弁２５の変位を決定するマップは不要であり、設定温度Ｔ_１を基準に電磁弁２５がサブポート２４を開閉するようにする。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る車両用排熱回収装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る車両用排熱回収装置は、実施の形態１に対して、膨張機４のみがエンジン６に動力伝達可能に連結されるように変更したものである。

図４に示されるように、一端にプーリ９が設けられた駆動軸８の他端は、膨張機４の図示しない回転軸に連結されている。ポンプ２は、モータ６０により駆動されるようになっている。モータ６０は、電気的にＥＣＵ２０に接続されている。その他の構成は、実施の形態１に対してバイパス通路１３及び流量制御弁１４（図１参照）が存在しないことを除いて、実施の形態１と同じである。

実施の形態１では、ＥＣＵ２０が流量制御弁１４（図１参照）の開度を制御することにより、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量の調整を行っていたが、実施の形態２では、ＥＣＵ２０がモータ６０の回転数を制御することにより、ランキンサイクル１全体を循環する冷媒の質量流量を調整して、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量の調整を行う。尚、当該質量流量は、モータ６０の回転数から算出が可能である。これ以外の動作については、実施の形態２においても実施の形態１における動作と同じである。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る車両用排熱回収装置について説明する。
この発明の実施の形態３に係る車両用排熱回収装置は、実施の形態１に対して、吸入容積可変手段の形態を変更したものである。

図５（ａ）に示されるように、サブポート２４内には、各膨張空間が存在する側とは反対側の端部に固定板４１が固定されており、固定板４１に、ばね４２の一端が接続されている。ばね４２の他端には、スプール４３が接続されている。ばね４２の弾性力により、スプール４３が旋回スクロール２２に当接されることにより、膨張空間３１と膨張空間３２とが隔離される。ばね４２の弾性力は、上限圧力Ｐ_０未満の閾値としての設定圧力Ｐ_１がスプール４３に加わると縮むように調整されている。その他の構成は、記憶部２０ａにマップが組み込まれていないことを除いて、実施の形態１と同じである。

ＥＣＵ２０は、温度センサ１５の検出値と、ポンプ２を流通する冷媒の質量流量に基づいて、流量制御弁１４の開度を調整する。エンジン６の回転数と排熱量との比が変動して、エンジン６の回転数に対して排熱量が増加し、ボイラ３（図１参照）から流出した冷媒の温度が上昇するに従い、ボイラ３を流通する冷媒の質量流量を増加させるよう、流量制御弁１４の開度が調整される。また、冷媒の温度上昇に伴い冷媒の圧力も上昇する。冷媒の圧力が上限圧力Ｐ_０未満の設定圧力Ｐ_１に達すると、吸入過程において膨張空間３１内の圧力がスプール４３に加わることにより、図５（ｂ）に示されるように、ばね４２が縮み、スプール４３が旋回スクロール２２から離れ、膨張空間３１と膨張空間３２とがサブポート２４を介して連通するようになる。すると、メインポート２３から膨張空間３１に流入した冷媒の一部は、サブポート２４を介して膨張空間３２に流入する。これにより、膨張機４（図１参照）の吸入容積が増加し、ボイラ３から流出した冷媒の圧力上昇が抑制され、ボイラでの熱交換量を制限することなく、回収する排熱エネルギーを増加させることができる。

このように、ボイラ３から流出した冷媒が流入する膨張空間３１内の圧力の変化により、膨張機４の吸入容積を自律的に調整することができるので、実施の形態３においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。尚、ばね４２及びスプール４３と、サブポート２４とは、吸入容積可変手段を構成する。この吸入容積可変手段はスプール４３の変位を細かく調整することにより連続的に吸入容積を変更することが可能である。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る車両用排熱回収装置について説明する。
この発明の実施の形態４に係る車両用排熱回収装置は、実施の形態１に対して、吸入容積可変手段の形態を変更したものである。

図６に示されるように、各膨張空間が存在する側とは反対側からサブポート２４を開閉するバイメタル弁５０が設けられている。バイメタル弁５０は、熱膨張係数が異なる２枚の金属板を張り合わせたものである。２枚の金属板のうち、サブポート２４側の金属板は、反対側の金属板よりも熱膨張係数が小さい金属であり、バイメタル弁５０は、温度が低い場合には、サブポート２４に向かって凸となるように反ってサブポート２４を閉じている（図６において実線で描かれている）。高温の冷媒がバイメタル弁５０に接することにより、バイメタル弁５０の温度が上昇すると、バイメタル弁５０を構成する金属板の熱膨張係数の差により、反り具合が変化し、サブポート２４を開くようになっている（図６において破線で描かれている）。尚、バイメタル弁５０の形状と温度との関係は、２枚の金属板の材質を適当に選択することにより設定することができる。その他の構成は、温度センサ１５が存在しないことと、記憶部２０ａにマップが組み込まれていないこととを除いて、実施の形態１と同じである。この実施形態において、バイメタル弁５０は温度把握手段と吸入容積可変手段の一部とを兼ねている。

ボイラ３による冷媒への加熱量が増加し、ボイラ３から流出した冷媒の温度が上昇すると、冷媒に接するバイメタル弁５０の温度も上昇する。冷媒の温度が閾値としての設定温度Ｔ_１を超えたら図６の点線で示すようにバイメタル弁５０の形状が変化してサブポート２４の開度が上がる。よって、冷媒は、メインポート２３及びサブポート２４の両方を介して膨張空間３１及び３２に流入し、膨張機４の吸入容積が増加する。これに伴い、ボイラ３から流出した冷媒の圧力上昇が抑制される。また、圧力センサ１６の検出値とポンプ２を流通する冷媒の質量流量とから流量制御弁１４の開度を調整する。圧力センサ１６の検出値が上限圧力Ｐ_０以下であれば、ボイラ３への冷媒の流量を増加し、ボイラ３から流出する冷媒の圧力を上昇させて上限圧力Ｐ_０に近い圧力になるように制御する。これにより、ボイラでの熱交換量を制限することなく、回収する排熱エネルギーを増加させることができ、ランキンサイクル１の熱効率の低下を最小限に抑えることができる。

このように、ボイラ３から流出した冷媒の温度によってサブポート２４を開閉するバイメタル弁５０を用いても、膨張機４への吸入容積を調整することができるので、実施の形態４においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。尚、バイメタル弁５０とサブポート２４とは、吸入容積可変手段を構成する。吸入容積はバイメタル弁５０がサブポート２４の開度を細かく調整することにより連続的に変更することが可能である。

実施の形態１、３、４では、バイパス通路１３の低圧経路側端部１３ｂが凝縮器５とポンプ２との間に位置していたが、この形態に限定するものではない。低圧経路側端部１３ｂを、膨張機４と凝縮器５との間に位置するようにしてもよい。前者の場合には、膨張機４で膨張された冷媒のみが凝縮器５で凝縮されるので、凝縮器５の負荷を低減することができ、低圧の上昇が起きにくくなるといった効果がある。一方、後者の場合には、膨張機４で膨張された冷媒と、バイパス通路１３を流通した冷媒との両方が凝縮器５で凝縮された後、ポンプ２に吸引されるので、ポンプ２にキャビテーションが起こるのを防止できるという効果がある。

実施の形態１〜４のそれぞれにおいて、ポンプ２によって圧送された冷媒と、膨張機４で膨張された冷媒とを熱交換する内部熱交換器を設けることができる。この内部熱交換器が設けられた形態で、ボイラ３から流出した冷媒の温度が低くなると、膨張機４で膨張された冷媒が、モリエル線図において飽和蒸気線の近辺に位置する状態となり、内部熱交換器における熱交換量が小さくなってしまう。しかし、実施の形態１〜４で説明した動作によって、ボイラ３から流出した冷媒の温度を制御することにより、内部熱交換器における熱交換量を大きくすることができる。

実施の形態１〜４では、温度把握手段は、ボイラ３から流出した冷媒の温度を直接検出する温度センサ１５であったが、これに限定するものではない。ボイラ３から流出した冷媒の温度は、車両のアクセル開度やエンジン６に吸入される吸気量に関連するので、温度把握手段は、アクセル開度センサや吸気量センサ等であってもよい。

１ランキンサイクル、２ポンプ、３ボイラ（熱交換器）、４膨張機、５凝縮器、６エンジン、１３バイパス通路、１３ｂ（バイパス通路の）低圧経路側端部、１４流量制御弁、１５温度センサ（温度把握手段）、１６圧力センサ（圧力把握手段）、２４サブポート（吸入容積可変手段、ポート）、２５電磁弁（吸入容積可変手段）、４２ばね（吸入容積可変手段）、４３スプール（吸入容積可変手段）、５０バイメタル弁（吸入容積可変手段、温度把握手段）、Ｔ_１設定温度（閾値）、Ｐ_１設定圧力（閾値）。

Claims

作動流体を送るポンプと、作動流体を膨張させて機械的エネルギーを得る膨張機と、前記ポンプから吐出された作動流体を前記膨張機に導く高圧経路と、前記膨張機から吐出された作動流体を前記ポンプに導く低圧経路と、前記高圧経路に設けられ作動流体を車両のエンジンの排熱によって加熱する熱交換器と、前記低圧経路に設けられ膨張した作動流体を凝縮させる凝縮器とからなるランキンサイクルと、
前記熱交換器から流出する作動流体の温度を把握する温度把握手段と、
前記熱交換器から流出する作動流体の圧力を把握する圧力把握手段と、
前記膨張機の吸入容積を調整する吸入容積可変手段と
を備え、
前記膨張機は、前記エンジンに動力伝達可能に連結され、前記温度把握手段で把握した温度及び前記圧力把握手段で把握した圧力のうちの一方には予め閾値が設定され、前記閾値を超えた場合には、前記吸入容積可変手段が前記膨張機の吸入容積を増加し、前記温度把握手段で把握した温度及び前記圧力把握手段で把握した圧力のうちの他方に基づいて、前記熱交換器を流通する前記作動流体の流量が調整される、車両用排熱回収装置。
前記ポンプがさらに前記エンジンに動力伝達可能に連結され、
前記ランキンサイクルは、
前記高圧経路における前記ポンプと前記熱交換器との間を前記低圧経路に連通するバイパス通路と、
該バイパス通路に設けられ、該バイパス通路を流通する前記作動流体の流量を調整する流量制御手段と
をさらに備え、
該流量制御手段が前記バイパス通路を流通する前記作動流体の流量を調整することにより、前記熱交換器を流通する前記作動流体の流量を調整する、請求項１に記載の車両用排熱回収装置。
前記温度把握手段で把握した温度が、前記閾値を超えた場合には、前記吸入容積可変手段が前記膨張機の吸入容積を増加し、前記圧力把握手段で把握した圧力に基づいて、前記熱交換器を流通する前記作動流体の流量が調整される、請求項１または２に記載の車両用排熱回収装置。
前記吸入容積可変手段は、
熱膨張係数が異なる２枚の金属板を張り合わせたバイメタル弁と、
該バイメタル弁によって開閉され、前記熱交換器を流通した前記作動流体の一部が前記膨張機に吸入される際に通るポートと
を備え、
前記バイメタル弁が前記ポートを開くことにより、前記膨張機の吸入容積が増加する、請求項３に記載の車両用排熱回収装置。
前記バイパス通路の低圧経路側端部は、前記ポンプと前記凝縮器との間に位置する、請求項２に記載の車両用排熱回収装置。
前記バイパス通路の低圧経路側端部は、前記凝縮器と前記膨張機との間に位置する、請求項２に記載の車両用排熱回収装置。