JP5678900B2 - 内燃機関の廃熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の廃熱回収装置に関する。

従来、内燃機関の廃熱を回収する廃熱回収装置が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の廃熱で冷媒を過熱して蒸気にする過熱器と、過熱器を経由後の冷媒が導入されて駆動する膨張機と、膨張機を経由後の冷媒の熱を放熱させて凝縮させることで液化させる放熱部を有する凝縮器と、凝縮器を経由した冷媒を内燃機関に供給する供給手段と、を備えるランキンサイクルシステムを有する廃熱回収装置が開示されている。この廃熱回収装置によれば、内燃機関の廃熱を膨張機の動力として回収することができる。

ところで、内燃機関の運転が停止した場合において内燃機関の温度低下に伴って冷媒の蒸気が凝縮する結果、ランキンサイクルシステム内の圧力が低下して外気に対して負圧になる場合がある。この場合、ランキンサイクルシステムのシール部や各種通路の接続部等から外気が侵入するおそれがある。ランキンサイクルシステム内に侵入した外気は、次に内燃機関の運転を開始してランキンサイクルシステムを稼動させた場合、凝縮器に集積するおそれがある。この場合、凝縮器の性能が低下するおそれがあり、ひいてはランキンサイクルシステムの動力回収性能が低下するおそれがある。

そこで、特許文献１に係る廃熱回収装置は、液状の冷媒を貯留するリザーブタンクを凝縮器に接続し、内燃機関の運転停止後においてリザーブタンクの冷媒を凝縮器へ供給している。特許文献１に係る廃熱回収装置は、このリザーブタンクから凝縮器へ供給された冷媒がランキンサイクルシステム内の冷媒循環通路に流入することで、内燃機関の運転停止後においてランキンサイクルシステム内の圧力が負圧になることを抑制し、以って内燃機関の運転停止後における外気のランキンサイクルシステム内への侵入を抑制している。さらに特許文献１に係るリザーブタンクには、廃熱回収装置の外部空間と連通した外気開口部が形成されている。特許文献１に係る廃熱回収装置は、凝縮器内の圧力が高くなった場合には、凝縮器内の気体をリザーブタンク内に排出し、リザーブタンクの外気開口部から廃熱回収装置の外部へ排出している。

特開２００８−１８５００１号公報

ところで、内燃機関の運転開始以後においてランキンサイクルシステムの性能を早期に発揮させるためには、内燃機関の運転開始以後においてランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることが有効と考えられる。そこで特許文献１に係る廃熱回収装置を応用して、例えば内燃機関の運転開始以後においてリザーブタンクの冷媒を凝縮器に導入させて凝縮器の放熱部の機能を抑制することで、内燃機関の運転開始以後におけるランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることができるとも考えられる。しかしながらこの場合、リザーブタンクから凝縮器に導入された冷媒が膨張機に逆流するおそれがある。その結果、膨張機に破損等の不具合が生じるおそれがある。

本発明は、ランキンサイクルシステム内に侵入した外気による凝縮器の性能低下を抑制し、膨張機の不具合の発生を抑制しつつランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることができる内燃機関の廃熱回収装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の廃熱回収装置は、内燃機関の廃熱で過熱されて蒸気となった冷媒によって駆動される膨張機を経由後の前記冷媒が導入される導入開口部と前記導入開口部より下方に配置された放熱部とを有する凝縮器と、前記放熱部を経由することによって液化した前記冷媒を前記内燃機関に供給する供給手段と、を有するランキンサイクルシステムと、外部空間と連通した外気開口部を有し且つ前記外気開口部より下方に液状の前記冷媒を貯留するリザーブタンクと、前記凝縮器の前記放熱部より上方に存在する気体を前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒の中に導く第１通路と、前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒を前記凝縮器に導く第２通路と、を備え、前記第１通路の通路途中には穴が形成され、前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒の水面位置は前記穴よりも上方に設定され、前記穴の位置は、前記導入開口部よりも下方且つ前記放熱部上方に位置し、前記供給手段による前記冷媒の前記内燃機関への供給を停止させ且つ前記第１通路および前記第２通路を開にする第１制御処理を実行する制御装置をさらに備えている。

本発明に係る内燃機関の廃熱回収装置によれば、制御装置が第１制御処理を実行した場合、リザーブタンクに貯留された冷媒は第２通路を通過して凝縮器に流入することを開始する。このリザーブタンクから凝縮器への冷媒の流入は、凝縮器の冷媒の水面位置が第１通路の穴の位置に一致した場合に停止する。凝縮器の冷媒の水面の圧力（すなわち凝縮器の放熱部より上方に存在する気体の圧力）と第１通路の穴の圧力とが同じになるからである。この場合、第１通路の穴の位置は導入開口部よりも下方且つ放熱部上方に位置していることから、凝縮器の冷媒の水面位置は、導入開口部よりも下方且つ放熱部上方に位置することになる。凝縮器の冷媒の水面位置が導入開口部よりも下方であることから、凝縮器の液状の冷媒が膨張機に逆流することは抑制されている。それにより、膨張機の不具合の発生は抑制されている。また凝縮器の冷媒の水面位置が放熱部上方に位置することから、放熱部を液状の冷媒で満たすことができる。その結果、放熱部の放熱機能を抑制することができる。それにより、ランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることができる。

また、第１制御処理の実行開始後において内燃機関の熱によってランキンサイクルシステム内で発生する蒸気の量が増加した場合、凝縮器の放熱部よりも上方に存在する気体の圧力も増加する。その結果、凝縮器の放熱部より上方に存在する気体（冷媒の蒸気および内燃機関の運転停止後に外部から侵入した外気を含んだ気体）は、第１通路を通過してリザーブタンクの冷媒内に導入される。リザーブタンクの冷媒内に導入された気体は、その後、リザーブタンクの外気開口部から外部空間へ排出される。それにより、ランキンサイクルシステム内に侵入した外気の凝縮器への集積が抑制される。その結果、凝縮器の性能低下を抑制することができる。

以上のように本発明に係る内燃機関の廃熱回収装置によれば、ランキンサイクルシステム内に侵入した外気による凝縮器の性能低下を抑制し、膨張機の不具合の発生を抑制しつつランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記第１制御処理の実行後において、前記第１制御処理の実行によって前記第２通路が開になってからの経過時間が第１の所定時間になった場合に前記第２通路を閉にする第２制御処理を実行してもよい。この構成によれば、仮に凝縮器の放熱部より上方の気体の圧力が高くなった場合であっても、この気体の圧力に押されて凝縮器の液状の冷媒の一部が第２通路を通過してリザーブタンクに戻されることを抑制することができる。それにより、放熱部が液状の冷媒から露出することを抑制することができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後において、前記第１通路を閉にした上で前記第２通路を第２の所定時間開にする第３制御処理を実行してもよい。第１通路が閉にされた場合、ランキンサイクルシステム内の蒸気量の増大に伴って凝縮器の放熱部より上方に存在する気体の圧力は上昇する。そして、第２の所定時間第２通路が開にされた場合、上昇した気体の圧力によって、凝縮器の冷媒を第２通路を通過させてリザーブタンクに戻すことができる。その結果、放熱部の放熱機能を回復させることができる。

上記構成において、前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関を経由した前記冷媒を前記内燃機関の前記廃熱で過熱して前記蒸気にする過熱器を備えるとともに、前記過熱器を経由した前記冷媒が前記膨張機に導入されるように構成され、前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関を経由した前記冷媒を前記過熱器および前記膨張機をバイパスさせて前記凝縮器の前記導入開口部に導入するバイパス通路を備え、前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後且つ前記第３制御処理の実行前において、前記ランキンサイクルシステムで発生する前記蒸気の量が第１基準値になるまで、前記バイパス通路を閉にする第４制御処理を実行し、前記第４制御処理の実行後において、前記ランキンサイクルシステムで発生する前記蒸気の量が第２基準値になるまで、前記バイパス通路を開にする第５制御処理を実行してもよい。

この構成によれば、第４制御処理が実行されることで、ランキンサイクルシステムの膨張機と凝縮器との間に存在する気体を凝縮器の放熱部より上方に存在する気体とともにリザーブタンクの外気開口部から外部空間へ排出することができる。また、第５制御処理が実行されることで、ランキンサイクルシステムのバイパス通路に存在する気体を凝縮器の放熱部より上方に存在する気体とともにリザーブタンクの外気開口部から外部空間へ排出することができる。

上記構成において、前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関から前記過熱器に流入する前記冷媒の量を調整する流量調整手段を備え、前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後において、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記流量調整手段を制御してから、前記第４制御処理を実行してもよい。

この構成によれば、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から過熱器に流入する冷媒の量を制御することができる。それにより、過熱器で発生する蒸気の量を制御することができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記内燃機関の運転が停止した場合に、前記第１通路を第３の所定時間開にしてから閉にする第６制御処理を実行してもよい。

仮に内燃機関の運転が停止した場合に第１通路が開にならない場合、内燃機関の余熱による冷媒の沸騰によってランキンサイクルシステム内の圧力が過剰に上昇するおそれがある。これに対して本構成によれば、内燃機関の運転が停止した場合に、ランキンサイクルシステム内の気体を第３の所定時間の間、外部空間へ排出させることができることから、内燃機関の運転停止後におけるランキンサイクルシステム内の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。また第３の所定時間後において第１通路が閉になることから、内燃機関の運転停止後に第１通路が開のままでいる場合に比較して、第１通路を通過してランキンサイクル内に外気が侵入することを抑制できる。

上記構成において、前記第１通路の一端は前記凝縮器の前記放熱部より上方に接続し、前記第１通路の他端は開口した端部となっており、開口した前記端部は前記穴よりも下方に位置し、前記穴の面積は、前記第１通路の開口した前記端部の開口面積よりも小さくてもよい。

この構成によれば、凝縮器から第１通路に流入した気体を第１通路の開口した端部から優先的に排出させることができる。そして、第１通路の開口した端部は穴よりも下方に位置していることから、第１通路から排出された気体がリザーブタンクの冷媒と接触する時間をより多く確保することができ、その結果、第１通路から排出された気体に含まれる冷媒の蒸気をリザーブタンクの冷媒によって効果的に凝縮させることができる。それにより、ランキンサイクルシステム内の冷媒がリザーブタンクの外気開口部から排出される量を小さくすることができる。その結果、廃熱回収装置の使用時間の経過とともにランキンサイクルシステム内の冷媒の量が減少することを抑制することができる。

本発明によれば、ランキンサイクルシステム内に侵入した外気による凝縮器の性能低下を抑制し、膨張機の不具合の発生を抑制しつつランキンサイクルシステム内の圧力を早期に上昇させることができる内燃機関の廃熱回収装置を提供することができる。

図１は実施例１に係る廃熱回収装置を示す模式図である。 図２（ａ）は、廃熱回収装置の凝縮器およびリザーブタンクの近傍を示す模式図である。図２（ｂ）は、凝縮器の上部近傍を拡大して示す模式図である。図２（ｃ）は、第１通路の穴の近傍を拡大して示す模式図である。 図３（ａ）は内燃機関の運転開始前の凝縮器およびリザーブタンクを示す模式図である。図３（ｂ）は、第１通路が開になった場合の凝縮器およびリザーブタンクを示す模式図である。図３（ｃ）は、さらに第２通路が開になった後の凝縮器およびリザーブタンクを示す模式図である。 図４は、実施例１に係る制御装置による廃熱回収装置の制御処理のフローチャートの一例を示す図である。具体的には図４は、フローチャートのステップＳ４４までを示している。 図５は、実施例１に係る制御装置による廃熱回収装置の制御処理のフローチャートの一例を示す図である。具体的には図５は、フローチャートのステップＳ５０以降を示している。 図６は、実施例１の変形例１に係る制御装置の第６制御処理のフローチャートの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る内燃機関の廃熱回収装置５（以下、廃熱回収装置５と略称する）について説明する。図１は廃熱回収装置５を示す模式図である。本実施例に係る廃熱回収装置５は、車両に搭載されて用いられる。廃熱回収装置５は、ランキンサイクルシステム１０と、リザーブタンク１００と、制御装置１１０とを備えている。ランキンサイクルシステム１０は、内燃機関の廃熱を膨張機の動力として回収するシステムである。ランキンサイクルシステム１０は、内燃機関２０と、気液分離器３０と、過熱器４０と、膨張機５０と、発電機６０と、凝縮器７０と、キャッチタンク８０と、ポンプ９０ａおよびポンプ９０ｂとを備えている。

またランキンサイクルシステム１０は、内燃機関２０の冷媒２００が通過するための各種通路を備えている。具体的にはランキンサイクルシステム１０は、各種通路として、循環通路１２０、リターン通路１２１およびバイパス通路１２２を備えている。なお、図１においては、廃熱回収装置５の各構成部材の構造を理解し易くするために、冷媒２００は一部の構成部材（例えばキャッチタンク８０、気液分離器３０、リザーブタンク１００等）にのみ図示されている。

循環通路１２０は、内燃機関２０の冷媒２００が気液分離器３０またはポンプ９０ａを経由後に過熱器４０に導入され、過熱器４０を経由後に膨張機５０に導入され、膨張機５０を経由後に凝縮器７０に導入され、凝縮器７０を経由後にキャッチタンク８０に導入され、キャッチタンク８０を経由後にポンプ９０ｂを経由して内燃機関２０に戻るように、内燃機関２０、気液分離器３０、ポンプ９０ａ、過熱器４０、膨張機５０、凝縮器７０、キャッチタンク８０およびポンプ９０ｂを接続している。

リターン通路１２１は、過熱器４０に導入された冷媒２００に含まれる気体（蒸気）を気液分離器３０に戻すための通路である。本実施例に係るリターン通路１２１は、気液分離器３０と過熱器４０の冷媒２００が導入される導入口の近傍とを連通している。バイパス通路１２２は、内燃機関２０を経由した冷媒２００を過熱器４０および膨張機５０をバイパスさせて凝縮器７０へ導入する通路である。本実施例に係るバイパス通路１２２は、気液分離器３０と、循環通路１２０の膨張機５０と凝縮器７０との間の部分と、を連通している。

またランキンサイクルシステム１０は、各種弁を備えている。具体的にはランキンサイクルシステム１０は、各種弁として、循環通路１２０の気液分離器３０と過熱器４０との間の部分に配置された流量調整弁１３０と、バイパス通路１２２に配置されたバイパス開閉弁１３１と、循環通路１２０のポンプ９０ａとポンプ９０ｂとの間に配置された一方弁１３２ａとを備えている。

流量調整弁１３０は、内燃機関２０から過熱器４０に流入する冷媒２００の流量を調整する弁である。本実施例に係る流量調整弁１３０は、内燃機関２０から気液分離器３０またはポンプ９０ａを経由して過熱器４０に流入する冷媒２００の流量を調整している。すなわち、流量調整弁１３０は、内燃機関２０から過熱器４０に流入する冷媒２００の量を調整する流量調整手段としての機能を有している。このような機能を有するものであれば、流量調整手段は流量調整弁１３０に限定されるものではない。なお流量調整弁１３０の動作は、制御装置１１０が制御する。

バイパス開閉弁１３１は、制御装置１１０によって制御されて開閉する弁である。バイパス開閉弁１３１が開閉することで、バイパス通路１２２も開閉する。一方弁１３２ａは、冷媒２００の一方向の流通は許可し、反対方向の流通は禁止する弁である。本実施例に係る一方弁１３２ａは、循環通路１２０の冷媒２００の順方向（ポンプ９０ｂからポンプ９０ａに向かう方向）の流通を許可し、逆方向（ポンプ９０ａからポンプ９０ｂに向かう方向）の流通は禁止している。

またランキンサイクルシステム１０は、制御装置１１０の制御に必要な各種情報を検出するための各種センサを備えている。図１においては、各種センサの一例として、内燃機関２０に配置されたクランクポジションセンサ１４０および温度センサ１４１と、気液分離器３０に配置された圧力センサ１４２とが図示されている。クランクポジションセンサ１４０は、内燃機関２０のクランクシャフトの位置を検出し、検出結果を制御装置１１０に伝える。温度センサ１４１は、内燃機関２０の冷媒２００の温度を検出し、検出結果を制御装置１１０に伝える。圧力センサ１４２は、気液分離器３０内の圧力を検出し、検出結果を制御装置１１０に伝える。

本実施例に係る内燃機関２０は、一例としてガソリンエンジンを用いる。但し内燃機関２０の種類は、これに限定されるものではない。例えば内燃機関２０は、ディーゼルエンジンその他のエンジンであってもよい。内燃機関２０は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、ピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には気筒が形成されている。本実施例に係る気筒の数は一つである。但し、気筒の数はこれに限定されるものではない。シリンダブロック２１は、複数の気筒を有していてもよい。

シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の上方に配置されている。ピストン２３は、気筒に配置されている。シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とによって囲まれた領域に、燃焼室２４が形成されている。燃焼室２４は、空気と内燃機関２０の燃料噴射弁から噴射された燃料とが混合した混合気が燃焼するための空間である。ピストン２３は、クランクシャフトにコンロッドを介して接続されている。ピストン２３が気筒内を上下動することで、クランクシャフトは回転する。ここで本実施例に係る上方および下方は、それぞれ重力方向上方および重力方向下方を意味している。また本実施例に係る内燃機関２０は、ピストン２３が上下方向に往復運動するように車両に搭載されているが、これに限定されるものではない。例えば内燃機関２０は、ピストン２３が水平方向に往復運動するように車両に搭載されていてもよく、ピストン２３が斜め方向に往復運動するように車両に搭載されていてもよい。

シリンダヘッド２２には、燃焼室２４に導入される吸気が通過する穴である吸気ポートと、燃焼室２４から排出される排気が通過する穴である排気ポートとが形成されている。排気ポートから排出された排気は、排気通路を通過して過熱器４０に導入される。過熱器４０を経由後の排気は、排気浄化触媒によって浄化されて外部空間（廃熱回収装置５の外部の空間）へ排出される。

シリンダヘッド２２には、冷媒２００が通過する通路であるヘッド通路１２３が形成されている。シリンダブロック２１には、冷媒２００が通過する通路であるブロック通路１２４が形成されている。ヘッド通路１２３を冷媒２００が通過することで、シリンダヘッド２２は冷媒２００によって冷却される。ブロック通路１２４を冷媒２００が通過することで、シリンダブロック２１は冷媒２００によって冷却される。本実施例に係るブロック通路１２４は、ヘッド通路１２３に接続している。またブロック通路１２４は、循環通路１２０を介してポンプ９０ａにも接続している。ヘッド通路１２３は、循環通路１２０を介して気液分離器３０に接続している。

気液分離器３０は、導入される冷媒２００を気体（蒸気）と液体とに分離する装置である。気液分離器３０には、内燃機関２０から排出された冷媒２００（具体的にはヘッド通路１２３から排出された冷媒２００）が循環通路１２０を介して導入される。また本実施例に係る気液分離器３０には、リターン通路１２１を通過した冷媒２００も導入される。気液分離器３０によって分離された冷媒２００の蒸気はバイパス通路１２２が開の場合、バイパス通路１２２に流入し、その後、循環通路１２０に流入して凝縮器７０へ流入する。気液分離器３０によって分離された冷媒２００の液体は、循環通路１２０を通過して過熱器４０に導入される。

過熱器４０は、内燃機関２０を経由した冷媒２００を内燃機関２０の廃熱で過熱して蒸気にする装置である。なお本実施例においては内燃機関２０と過熱器４０との間に気液分離器３０が配置されているため、過熱器４０は内燃機関２０を経由後にさらに気液分離器３０を経由した冷媒２００を内燃機関２０の廃熱で過熱して蒸気にしている。内燃機関２０の廃熱は、特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として内燃機関２０の排気の熱を用いている。この場合、過熱器４０は、循環通路１２０を通過して過熱器４０に導入された冷媒２００（液体）と排気通路を通過して過熱器４０に導入された排気との間で熱交換することで、冷媒２００を過熱して蒸気にしている。

過熱器４０を経由することで蒸気となった冷媒２００は、循環通路１２０を通過して膨張機５０に流入する。膨張機５０は、冷媒２００を受けて駆動する装置である。このような装置であれば、膨張機５０の具体的な構成は特に限定されるものではない。本実施例に係る膨張機５０は、一例としてノズル５１およびタービン５２を備えている。ノズル５１は、循環通路１２０を通過した冷媒２００の圧力を速度に変換させる部材である。タービン５２は、ノズル５１を経由後の冷媒２００を受けて回転する装置である。タービン５２には発電機６０の主軸が接続されている。ノズル５１を経由後の冷媒２００がタービン５２に当接することで、タービン５２は回転し、発電機６０の主軸も回転する。なお、膨張機５０において冷媒２００は膨張する。その結果、冷媒２００の温度は低下する。膨張機５０を経由後の冷媒２００は、循環通路１２０を通過して凝縮器７０に導入される。

発電機６０は、主軸が回転することで電力を発生する装置である。前述したように発電機６０の主軸はタービン５２に接続されていることから、タービン５２が回転した場合、発電機６０の主軸も回転して電力が発生する。発電機６０が発生した電力は、内燃機関２０、車両、制御装置１１０等に利用される。このようにして、発電機６０は、膨張機５０の動力を電力として回収している。すなわち、発電機６０は、膨張機５０の動力を回収する動力回収装置としての機能を有している。なお、膨張機５０の動力を回収できるものであれば、動力回収装置は発電機６０に限定されるものではない。

凝縮器７０は、導入された冷媒２００を凝縮して液化させる装置である。本実施例に係る凝縮器７０は、膨張機５０を経由後の冷媒２００の熱を放熱させて凝縮させることで液化させる放熱部７１を有している。凝縮器７０の詳細は後述する。凝縮器７０によって凝縮されることで液体となった冷媒２００は、循環通路１２０を通過してキャッチタンク８０に導入される。

キャッチタンク８０は、凝縮器７０を経由した冷媒２００を一時的に貯留するタンクである。キャッチタンク８０から排出された冷媒２００は、循環通路１２０を通過してポンプ９０ｂによって内燃機関２０に供給される。

ポンプ９０ａおよびポンプ９０ｂは、制御装置１１０によって制御されて作動する。ポンプ９０ａは、内燃機関２０を経由後の冷媒２００を過熱器４０に供給する供給手段としての機能を有している。ポンプ９０ｂは、凝縮器７０を経由後の冷媒２００を内燃機関２０に供給する供給手段としての機能を有している。本実施例においては凝縮器７０と内燃機関２０との間にキャッチタンク８０が配置されているため、ポンプ９０ｂは、凝縮器７０を経由後にさらにキャッチタンク８０を経由した冷媒２００を内燃機関２０に供給している。なお、ポンプ９０ｂの循環通路１２０への配置箇所は、図１の構成に限定されるものではない。例えばポンプ９０ｂは、循環通路１２０のキャッチタンク８０と凝縮器７０との間に配置されていてもよい。

リザーブタンク１００は、凝縮器７０に接続されている。リザーブタンク１００は、液状の冷媒２００を貯留するタンクとしての機能を有している。凝縮器７０には第１通路１２５が接続されている。第１通路１２５の凝縮器７０とは反対側の端部は開口しており、この開口した端部はリザーブタンク１００の冷媒２００内に配置されている。リザーブタンク１００の底部と凝縮器７０の底部とは、第２通路１２６によって接続されている。また第１通路１２５には、第３通路１２７が接続されている。第１通路１２５には、第１開閉弁１３３が配置されている。第１開閉弁１３３は制御装置１１０によって制御されることで開閉する。第１開閉弁１３３が開閉することで、第１通路１２５も開閉する。第２通路１２６には第２開閉弁１３４が接続されている。第２開閉弁１３４は制御装置１１０によって制御されることで開閉する。第２開閉弁１３４が開閉することで、第２通路１２６も開閉する。第３通路１２７には一方弁１３２ｂが配置されている。リザーブタンク１００および第１通路１２５〜第３通路１２７の詳細は後述する。

制御装置１１０は、各種センサの検出結果に基づいて廃熱回収装置５の動作を統合的に制御する制御部と、制御部の動作に必要な情報を記憶する記憶部とを有している。具体的には制御部は、内燃機関２０の運転開始、運転停止、運転状態等を制御している。また制御部は、内燃機関２０の運転開始と同時に始動時制御処理を実行し、次いで通常時制御処理を実行する。制御装置１１０として、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。本実施例においては、制御装置１１０の一例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１１２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１３を備える電子制御装置を用いる。制御部の機能は、ＣＰＵ１１１によって実現される。記憶部の機能は、ＲＯＭ１１２およびＲＡＭ１１３によって実現される。

続いて通常時制御処理およびこれが実行されたときの廃熱回収装置５の動作について説明し、次いで凝縮器７０、リザーブタンク１００および第１通路１２５〜第３通路１２７の詳細について説明し、次いで始動時制御処理およびこれが実行されたときの廃熱回収装置５の動作について説明する。まず、通常時制御処理およびこれが実行されたときの廃熱回収装置５の動作について説明する。通常時制御処理の実行開始前において制御部は、第１開閉弁１３３および第２開閉弁１３４を閉に制御しておく。制御部は内燃機関２０の負荷に応じてポンプ９０ｂを制御することで、循環通路１２０の冷媒２００の内燃機関２０への流入を制御する。内燃機関２０のヘッド通路１２３の冷媒２００は、内燃機関２０の熱によって大部分が蒸気となり気液分離器３０に流入する。

気液分離器３０によって液体に分離された冷媒２００は、循環通路１２０を通過して過熱器４０に流入する。制御部は、内燃機関２０の運転状態に基づいて流量調整弁１３０を制御することで、過熱器４０への冷媒２００の流入量を制御する。過熱器４０に導入された冷媒２００は、排気の熱で過熱されて蒸気となり、循環通路１２０を通過して膨張機５０に流入し、膨張機５０のタービン５２を回転させる。タービン５２が回転することで発電機６０は発電する。発電機６０で発生した電力は、内燃機関２０、車両、制御装置１１０等に利用される。膨張機５０を経由後の冷媒２００は、循環通路１２０を通過して凝縮器７０に流入する。凝縮器７０に流入した冷媒２００は、放熱部７１に導入され、放熱部７１において放熱することで凝縮して液化する。凝縮器７０によって液体となった冷媒２００は、循環通路１２０を通過してキャッチタンク８０に流入し、次いでポンプ９０ｂを経由して内燃機関２０に戻る。

また、過熱器４０に導入された冷媒２００に含まれる気体成分は、リターン通路１２１を通過して気液分離器３０に戻される。また、内燃機関２０の負荷が例えば高負荷のときのように内燃機関２０で発生する冷媒２００の蒸気量が多い場合には、制御部はバイパス開閉弁１３１を開に制御することでバイパス通路１２２を開にする。具体的には制御部は、圧力センサ１４２の検出結果に基づいて気液分離器３０の圧力を取得し、取得された圧力が基準値（この基準値は記憶部が記憶しておく）以上の場合に、バイパス通路１２２を開にする。それにより、内燃機関２０で発生した冷媒２００の蒸気の一部を、バイパス通路１２２を通過させることができる。その結果、内燃機関２０で発生した冷媒２００の蒸気の一部を、過熱器４０および膨張機５０をバイパスさせて凝縮器７０に導入することができる。このようにして、制御部は膨張機５０のタービン５２が高回転になり過ぎてタービン５２に故障等の不具合が発生することを抑制している。

また制御部は、圧力センサ１４２の検出結果に基づいて取得した気液分離器３０の圧力が上述した基準値よりもさらに高い所定の圧力以上になった場合には、第１開閉弁１３３を開に制御することで第１通路１２５を開にする。この場合、凝縮器７０に導入された冷媒２００の蒸気は、第１通路１２５を通過してリザーブタンク１００に排出され、その後外部空間に排出される。それにより、ランキンサイクルシステム１０内の圧力が過剰に上昇することが抑制されている。

また、気液分離器３０から過熱器４０に流入する冷媒２００の量が所定値より少ない場合には、制御部はポンプ９０ａの回転を開始させる。この場合、内燃機関２０のブロック通路１２４の冷媒２００は、ポンプ９０ａによって圧送されて過熱器４０に流入する。なお、この場合、ポンプ９０ａによって圧送された冷媒２００のポンプ９０ｂ側への逆流は、一方弁１３２ａによって抑制されている。

以上のように通常時制御処理が実行されることで、ランキンサイクルシステム１０は、膨張機５０の動力を発電機６０の発電として回収している。なお、ランキンサイクルシステム１０は、内燃機関２０の廃熱で過熱されて蒸気となった冷媒２００によって駆動される膨張機５０と、膨張機５０を経由後の冷媒２００が導入される凝縮器７０と、凝縮器７０の放熱部７１を経由することによって液化した冷媒２００を内燃機関２０に供給する供給手段（ポンプ９０ｂ）と、を有することによって、内燃機関２０の廃熱を膨張機５０の動力として回収できるものであれば、図１の構成に限定されるものではない。

例えばランキンサイクルシステム１０がポンプ９０ａ、気液分離器３０、キャッチタンク８０、流量調整弁１３０およびバイパス通路１２２を備えていない場合であっても、内燃機関２０の廃熱を膨張機５０の動力として回収することは可能である。また、ランキンサイクルシステム１０は、凝縮器７０を経由することによって液化した冷媒２００を内燃機関２０に供給する供給手段として、ポンプ９０ｂの他に、開閉弁を備えていてもよい。この開閉弁は、循環通路１２０のうち凝縮器７０より下流側であって内燃機関２０より上流側の部分に配置される。この場合、制御装置１１０の制御部はこの開閉弁を閉に制御することで、凝縮器７０を経由後の冷媒２００の内燃機関２０への供給を停止させることができ、開閉弁を開にし且つポンプ９０ｂを作動させることで、凝縮器７０を経由後の冷媒２００の内燃機関２０への供給を開始させることができる。

続いて、凝縮器７０、リザーブタンク１００および第１通路１２５〜第３通路１２７の詳細について説明する。図２（ａ）は、廃熱回収装置５の凝縮器７０およびリザーブタンク１００の近傍を示す模式図である。図２（ｂ）は、凝縮器７０の上部近傍を拡大して示す模式図である。図２（ｃ）は、第１通路１２５の後述する穴１２９の近傍を拡大して示す模式図である。なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）において冷媒２００の図示は省略されている。

図２（ａ）に示すように、本実施例に係る凝縮器７０は、一例として車両用ラジエータと同様の構成を有している。まず、凝縮器７０の放熱部７１より上方には空間（以下、上部空間７４と称する）が設けられており、放熱部７１より下方にも空間（以下、下部空間７５と称する）が設けられている。

凝縮器７０は、膨張機５０を経由後の冷媒２００が導入される穴である導入開口部７２を、凝縮器７０の上部空間７４に対応する部分に有している。その結果、放熱部７１は、導入開口部７２より下方に配置されていることになる。本実施例に係る導入開口部７２は、凝縮器７０の上部空間７４に対応する部分の側面に形成されており、且つ導入開口部７２の開口面が垂直になるように開口している。但し導入開口部７２の形成位置および形状は、これに限定されるものではない。例えば導入開口部７２は、凝縮器７０の上部空間７４に対応する部分の側面に、開口面が斜め方向になるように形成されていてもよい。あるいは導入開口部７２は、凝縮器７０の上面（すなわち上部空間７４の上面）に、開口面が水平方向または斜め方向になるように形成されていてもよい。導入開口部７２には、循環通路１２０が接続されている。導入開口部７２は循環通路１２０を介して膨張機５０と連通している。

また凝縮器７０は、放熱部７１を経由した冷媒２００を凝縮器７０から排出する穴である第１排出開口部７３を、凝縮器７０の下部空間７５に対応する部分に有している。本実施例に係る第１排出開口部７３は、凝縮器７０の底部に形成されている。但し、第１排出開口部７３の形成位置は、これに限定されるものではない。例えば第１排出開口部７３は、凝縮器７０の下部空間７５に対応する部分の側面に形成されていてもよい。第１排出開口部７３には、循環通路１２０が接続されている。その結果、第１排出開口部７３は、循環通路１２０を介してキャッチタンク８０および内燃機関２０と連通している。

なお、本実施例に係る第１排出開口部７３には、循環通路１２０の他に第２通路１２６も接続されている。具体的には第２通路１２６は、循環通路１２０に合流して第１排出開口部７３に接続している。但し、凝縮器７０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、凝縮器７０は、凝縮器７０の下部空間７５に対応する部分のうち第１排出開口部７３とは異なる箇所に、新たな排出開口部を備え、循環通路１２０および第２通路１２６のいずれか一方はこの排出開口部に接続され、他方が第１排出開口部７３に接続されていてもよい。

図１において前述したように放熱部７１は、膨張機５０を経由後の冷媒２００の熱を放熱させて凝縮させることで液化させる機能を有している。このような機能を有するものであれば、放熱部７１の具体的構成は特に限定されるものではない。本実施例に係る放熱部７１は、一例として、冷却用のフィン７６が配置された通路（以下、内部通路７７と称する）を有している。内部通路７７は、上部空間７４および下部空間７５と連通している。なお、本実施例に係る凝縮器７０は、複数の内部通路７７を有しているが、これに限定されるものではない。凝縮器７０は、内部通路７７を少なくとも一つ有していればよい。また本実施例に係る内部通路７７は、その通路方向が上下方向となっている。この場合、冷媒２００は内部通路７７を上方から下方に向かって縦方向に流動する。

通常時制御処理が実行されてランキンサイクルシステム１０が通常運転された場合、凝縮器７０は以下のように動作する。まず、膨張機５０を経由して導入開口部７２から導入された冷媒２００の蒸気は上部空間７４に流入後に、内部通路７７に流入する。この冷媒２００の蒸気は、内部通路７７を上方から下方に流動しながらフィン７６を介して蒸気の熱を放熱することで凝縮されて液化し、下部空間７５に流入する。下部空間７５に流入した液状の冷媒２００は、第１排出開口部７３から循環通路１２０に流入してキャッチタンク８０に流入し、ポンプ９０ｂによって内燃機関２０に供給される。このように凝縮器７０は、膨張機５０を経由後の冷媒２００の熱を放熱部７１で放熱させて凝縮させることで冷媒２００を液化させている。

なお、内部通路７７は、その通路方向が横方向になるように配置されていてもよい。この場合、上部空間７４の冷媒２００は、通路方向が横方向の内部通路７７を流動して下部空間７５に流入することで、放熱部７１内を横方向に流動しながら下部空間７５に流入することになる。

また本実施例に係る凝縮器７０は、上部空間７４に対応する部分における導入開口部７２とは異なる箇所に、上部開口部７８をさらに備えている。本実施例に係る上部開口部７８は、凝縮器７０の上部空間７４に対応する部分の側面に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば上部開口部７８は、凝縮器７０の上面（すなわち上部空間７４の上面）に形成されていてもよい。上部開口部７８には、第１通路１２５が接続されている。

第１通路１２５には、第１開閉弁１３３が配置されている。図１において前述したように第１開閉弁１３３は、制御装置１１０の制御部によって制御されて開閉する。第１開閉弁１３３が開に制御されることで第１通路１２５が開になった場合、上部空間７４の冷媒２００（蒸気）は、第１通路１２５を通過してリザーブタンク１００に貯留された冷媒２００内に流入する。

リザーブタンク１００は、外部空間と連通した穴である外気開口部１０１を有している。本実施例に係る外気開口部１０１はリザーブタンク１００の上面に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば外気開口部１０１は、リザーブタンク１００の側面に形成されていてもよい。リザーブタンク１００は、外気開口部１０１より下方に液状の冷媒２００を貯留する（冷媒２００が貯留された様子は、図１または後述する図３に図示されている）。このリザーブタンク１００に貯留される冷媒２００は、その水面位置が、少なくとも第１通路１２５の後述する穴１２９よりも上方になるように設定される。

本実施例に係るリザーブタンク１００は、一例として、底部側に容積の小さい小容積部１０２を備え、小容積部１０２の上部に小容積部１０２よりも容積の大きい大容積部１０３を備えている。大容積部１０３を水平方向で切断した切断面の面積（断面積）は、小容積部１０２を水平方向で切断した切断面の面積よりも大きい。本実施例に係る冷媒２００は、冷媒２００の水面が大容積部１０３の領域に含まれるようにリザーブタンク１００に貯留される。なお、リザーブタンク１００の高さは低いことが好ましい。廃熱回収装置５が車両に搭載された場合におけるリザーブタンク１００の搭載の自由度を高く確保できるからである。この点、本実施例に係るリザーブタンク１００によれば、小容積部１０２および大容積部１０３を備えていることから、リザーブタンク１００が小容積部１０２の断面積で同じ量の冷媒２００を確保しようとした場合に比較して、リザーブタンク１００の高さを低くしつつ穴１２９よりも上方に貯留される冷媒２００の量を多く確保することができる。

リザーブタンク１００の底部には、第２排出開口部１０４が形成されている。第２排出開口部１０４は、リザーブタンク１００に貯留された液状の冷媒２００をリザーブタンク１００から排出する穴である。第２排出開口部１０４には第２通路１２６が接続されている。それによりリザーブタンク１００は、第２通路１２６を介して凝縮器７０と連通している。すなわち本実施例に係る第２通路１２６は、リザーブタンク１００と凝縮器７０とを連通することで、リザーブタンク１００に貯留された液状の冷媒２００を凝縮器７０に導く通路としての機能を有している。第２通路１２６には第２開閉弁１３４が配置されている。図１において前述したように、第２開閉弁１３４は、制御装置１１０の制御部によって制御されて開閉する。第２開閉弁１３４が開閉されることで、第２通路１２６は開閉される。

図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、第１通路１２５は、凝縮器７０の上部開口部７８とは反対側の端部が、開口した端部となっている。以下、この第１通路１２５の開口した端部を開口端部１２８と称する。開口端部１２８は、リザーブタンク１００の冷媒２００の中に位置することになる。すなわち、本実施例に係る第１通路１２５は、一端が凝縮器７０の放熱部７１より上方に接続し、他端が開口端部１２８となっており、且つ凝縮器７０の放熱部７１より上方に存在する気体（上部空間７４に存在する気体）をリザーブタンク１００に貯留された液状の冷媒２００の中に導く通路としての機能を有している。本実施例に係る第１通路１２５は、一例として、上部開口部７８側から水平方向に延伸してリザーブタンク１００の側面を貫通した後に、リザーブタンク１００内で下方に屈曲してリザーブタンク１００内の底部近傍まで延伸している。

また第１通路１２５には、第３通路１２７が接続されている。具体的には第３通路１２７は、第１通路１２５の屈曲した部分に接続している。また第３通路１２７は、上方に延伸している。その結果、第１通路１２５および第３通路１２７の全体形状は、上部開口部７８側からリザーブタンク１００側に向かって水平方向に延伸した後に、上方および下方に分岐した形状となっている。但し、第１通路１２５および第３通路１２７の形状はこれに限定されるものではない。

第３通路１２７には一方弁１３２ｂが配置されている。第３通路１２７の第１通路１２５に接続した端部とは反対側の端部は、開口した開口端部となっている。第３通路１２７の開口端部は、外部空間に配置されている。一方弁１３２ｂは、第３通路１２７の開口端部側から第１通路１２５側への流体の移動を許容し、第１通路１２５側から第３通路１２７の開口端部側への流体の移動を禁止している。すなわち一方弁１３２ｂが第３通路１２７に配置されていることで、外部空間の外気が第３通路１２７および第１通路１２５をこの順に通過して上部空間７４に流入することは許容され、上部空間７４の気体が第１通路１２５および第３通路１２７をこの順に通過して外部空間へ流出することは禁止されている。

第１通路１２５の通路途中（通路途中とは、第１通路１２５の上部空間７４と開口端部１２８との間の部分をいう）には穴１２９が形成されている。本実施例においては第１通路１２５には第３通路１２７が接続されているため、穴１２９は、第１通路１２５の通路途中のうち第３通路１２７が接続している部分よりもさらに下流側に形成されている。

また、これは後述する図３において詳細に説明するが、リザーブタンク１００に貯留された液状の冷媒２００は、第２通路１２６が開になった場合、第２通路１２６を通過して凝縮器７０に流入するとともに、凝縮器７０に流入した冷媒２００の水面位置が第１通路１２５の穴１２９の位置に一致した場合に凝縮器７０への流入を停止する。そのため、穴１２９の位置を調整することで、凝縮器７０に流入した冷媒２００の水面位置を調整することができる。そこで本実施例に係る第１通路１２５における穴１２９の形成位置は、第２通路１２６を通過して凝縮器７０に流入した液状の冷媒２００の水面位置が凝縮器７０の放熱部７１以上となり（すなわち放熱部７１を液状の冷媒２００で満たすことができる水面位置）、且つ凝縮器７０の液状の冷媒２００が導入開口部７２を超えて循環通路１２０に逆流しない範囲内に設定されている。

具体的には本実施例に係る穴１２９の形成位置は、図２（ｂ）に示すように、導入開口部７２よりも下方且つ放熱部７１以上である。より具体的には、穴１２９は、穴１２９の下部の位置（水平線Ａで図示されている）が、導入開口部７２の下部の位置（水平線Ｂで図示されている）よりも下方且つ放熱部７１の上部の位置（水平線Ｃで図示されている）以上に位置している。なお、本実施例に係る穴１２９は、穴１２９の下部の位置が放熱部７１の上部の位置に一致している。

ここで、導入開口部７２の下部とは、この下部より上に冷媒２００の水面がなった場合に冷媒２００が導入開口部７２を通過して循環通路１２０に逆流することを開始するような導入開口部７２の部分をいう。なお本実施例に係る導入開口部７２の下部は、導入開口部７２のうち最も下方の部分である。また放熱部７１の上部とは、放熱部７１の内部通路７７の上部（内部通路７７の上端部）をいう。なお、複数の内部通路７７の上部の位置が異なる場合には、放熱部７１の上部として複数の内部通路７７の上部のうち最も上方の部分を用いることが好ましい。また本実施例に係る内部通路７７の通路方向は上下方向であるが、仮に内部通路７７の通路方向が横方向の場合には、放熱部７１の上部として、複数の内部通路７７のうち最も上方に位置する内部通路７７の上部を用いる。また、穴１２９の基準位置として穴１２９の下部の位置を用いているが、これに限定されるものではない。穴１２９の基準位置として、穴１２９の中心位置、穴１２９の上部の位置等を用いてもよい。一例として穴１２９の基準位置として穴１２９の中心位置を用いた場合、穴１２９は、穴１２９の中心位置が導入開口部７２よりも下方且つ放熱部７１以上に位置することになる。

また図２（ｃ）に示すように、穴１２９の径（ｄ）は、開口端部１２８の径（Ｄ）よりも小さく設定されている。それにより、穴１２９の面積は、開口端部１２８の開口面積（開口端部１２８の開口部分の面積）よりも小さくなっている。また、第１通路１２５の開口端部１２８は、穴１２９よりも下方に位置している。すなわち、本実施例に係る第１通路１２５の一端は凝縮器７０の放熱部７１より上方に接続し、第１通路１２５の他端は開口した端部（開口端部１２８）となっており且つ穴１２９よりも下方に位置し、穴１２９の面積は開口端部１２８の面積よりも小さくなっている。

続いて、制御装置１１０による始動時制御処理およびこれが実行されたときの廃熱回収装置５の動作について説明する。まず、本実施例に係る制御装置１１０の制御部は、始動時制御処理において、凝縮器７０を経由した冷媒２００の内燃機関２０への供給を停止させ且つ第１通路１２５および第２通路１２６を開にする第１制御処理を実行する。

第１制御処理の具体的な実行開始時期は、内燃機関２０の運転開始以後であれば、特に限定されるものではない。例えば制御部は、内燃機関２０の運転が開始されたと同時に第１制御処理を実行してもよく、内燃機関２０の運転が開始されてから所定時間経過後に第１制御処理を実行してもよい。本実施例に係る制御部は、一例として内燃機関２０の運転開始と同時に第１制御処理を実行する。また制御部は、第１制御処理において、ポンプ９０ｂを停止させることで、凝縮器７０を経由した冷媒２００の内燃機関２０への供給を停止させる。また本実施例に係る制御部は、第１制御処理においてポンプ９０ａも停止させる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１制御処理の作用効果を説明するための模式図である。具体的には図３（ａ）は内燃機関２０の運転開始前の凝縮器７０およびリザーブタンク１００を示す模式図である。図３（ａ）において、第１開閉弁１３３および第２開閉弁１３４は閉に制御されており、その結果、第１通路１２５および第２通路１２６も閉になっている。図３（ｂ）は、制御部が第１開閉弁１３３を開に制御することで第１通路１２５が開になった場合の凝縮器７０およびリザーブタンク１００を示す模式図である。なお、図３（ｂ）において第２通路１２６は閉の状態のままである。図３（ｃ）は、さらに制御部が第２開閉弁１３４を開に制御することで第２通路１２６が開になった後、すなわち第１制御処理の実行後の凝縮器７０およびリザーブタンク１００を示す模式図である。

図３（ａ）に示すように、内燃機関２０の運転開始前において凝縮器７０内には、液状の冷媒２００が存在している。内燃機関２０の運転開始前において、リザーブタンク１００内の冷媒２００の水面位置と凝縮器７０内の冷媒２００の水面位置との間には、距離ＰＨの差がある。また、内燃機関２０の運転開始前において、ランキンサイクルシステム１０内の圧力は大気圧（Ｐｏ）よりも低い圧力（負圧）になっているものとする。この場合、上部空間７４の気体の圧力も負圧になっている。

図３（ｂ）に示すように、第１通路１２５が開になった場合、外部空間の外気は、第３通路１２７および第１通路１２５を通過して上部空間７４に流入する。その結果、上部空間７４の気体の圧力を早期に大気圧（Ｐｏ）にまで上昇させることができる。

次いで第２通路１２６が開になった場合、リザーブタンク１００に貯留された冷媒２００の水面位置と凝縮器７０に存在する冷媒２００の水面位置との差圧（距離ＰＨに相当する重力落差）によって、リザーブタンク１００に貯留されていた冷媒２００は、第２通路１２６を通過して凝縮器７０に流入することを開始する。図３（ｃ）に示すように、このリザーブタンク１００から凝縮器７０への冷媒２００の流入は、凝縮器７０の冷媒２００の水面位置が第１通路１２５の穴１２９の位置に一致した場合に停止する。この場合、凝縮器７０の冷媒２００の水面の圧力（すなわち上部空間７４の気体の圧力）と第１通路１２５の穴１２９の圧力とが同じになるからである。なお、図３（ｃ）において、穴１２９の圧力は、「大気圧（Ｐｏ）＋穴１２９の下部より上方の冷媒２００による圧力（Ｐｈ）」となっている。上部空間７４の気体の圧力もＰｏ＋Ｐｈになっている。したがって、穴１２９の位置を調整することで、凝縮器７０に流入した冷媒２００の水面位置を調整することができる。このように本実施例に係る穴１２９は、凝縮器７０に流入した冷媒２００の水面調整穴としての機能を有している。

ここで、第１通路１２５の穴１２９の位置は、導入開口部７２よりも下方且つ放熱部７１以上に位置していることから、凝縮器７０の冷媒２００の水面位置は、導入開口部７２よりも下方且つ放熱部７１以上に位置することになる。凝縮器７０の冷媒２００の水面位置が導入開口部７２よりも下方であることから、凝縮器７０の液状の冷媒２００が膨張機５０に逆流することは抑制されている。その結果、膨張機５０に逆流した冷媒２００によって膨張機５０に不具合が生じることが抑制されている。具体的には、膨張機５０に逆流した冷媒２００によって膨張機５０のタービン５２が破損する等の不具合の発生が抑制されている。また凝縮器７０の冷媒２００の水面位置が放熱部７１以上に位置することから、放熱部７１を液状の冷媒２００で満たすことができる。具体的には、放熱部７１の内部通路７７を液状の冷媒２００で満たすことができる。放熱部７１が液状の冷媒２００で満たされることで、放熱部７１の放熱機能を抑制することができる。それにより、ランキンサイクルシステム１０内の圧力を早期に上昇させることができる。

また、内燃機関２０の運転開始以後において、内燃機関２０の熱によってランキンサイクルシステム１０内の蒸気の量は増加する。それにより、上部空間７４に存在する気体の圧力も増加する。その結果、上部空間７４に存在する気体（気化した冷媒２００の蒸気、内燃機関２０の運転停止後に外部から侵入した外気を含んだ気体、図３（ｂ）において上部空間７４に流入した外気等）は、図３（ｃ）に示すように、第１通路１２５を通過してリザーブタンク１００の冷媒２００内に排出される。リザーブタンク１００の冷媒２００内に排出された気体は、その後リザーブタンク１００の外気開口部１０１から外部空間へ排出される。その結果、ランキンサイクルシステム１０内に侵入した外気を排出することができる。それにより、ランキンサイクルシステム１０内に侵入した外気の凝縮器７０への集積が抑制される。その結果、凝縮器７０の性能低下を抑制することができる。

以上のように廃熱回収装置５によれば、第１制御処理が実行される結果、ランキンサイクルシステム１０内に侵入した外気による凝縮器７０の性能低下を抑制し、膨張機５０の不具合の発生を抑制しつつランキンサイクルシステム１０内の圧力を早期に上昇させることができる。

また第１制御処理が実行された場合、第１通路１２５から排出された気体は、リザーブタンク１００の冷媒２００を通過してからリザーブタンク１００の外気開口部１０１から外部空間へ排出されるため、第１通路１２５から排出される気体に含まれる冷媒成分をリザーブタンク１００の冷媒２００によって効果的に回収することができる。それにより、ランキンサイクルシステム１０内の冷媒２００がリザーブタンク１００の外気開口部１０１から排出される量を小さくすることができる。その結果、廃熱回収装置５の使用時間の経過とともにランキンサイクルシステム１０内の冷媒２００の量が減少することを抑制することができる。

なお、本実施例に係る制御装置１１０の制御部は第１制御処理において、第１通路１２５を先に開にしてから第２通路１２６を開にしたが、これに限定されるものではない。例えば制御部は、第１通路１２５および第２通路１２６を同時に開にしてもよく、第２通路１２６を先に開にしてから第１通路１２５を開にしてもよい。但し、本実施例のように第１通路１２５を先に開にしてから第２通路１２６を開にした方が、早期に上部空間７４の気体の圧力を大気圧まで上昇できる点において好ましい。

また制御部は、第１制御処理の実行後において、第１制御処理の実行によって第２通路１２６が開になってからの経過時間が第１所定時間になった場合に第２通路１２６を閉にする第２制御処理を実行する。すなわち、第１制御処理および第２制御処理の実行によって、第２通路１２６は第１所定時間の間、開になり、第１所定時間経過後に閉になる。第１所定時間としては、第２通路１２６が開になってから凝縮器７０の放熱部７１が冷媒２００で満たされるまでに必要な時間以上の時間を用いることができる。第１所定時間は、予め適当な時間を求めておき、記憶部が記憶しておく。制御部は、第１制御処理の実行開始からの経過時間が記憶部の第１所定時間に一致した場合に第２開閉弁１３４を閉に制御することによって、第２通路１２６を閉にする。

第２制御処理が実行されることによって、上部空間７４の気体の圧力が高くなった場合であっても、上部空間７４の気体の圧力に押されて凝縮器７０の液状の冷媒２００の一部が第２通路１２６を通過してリザーブタンク１００に戻されることを抑制することができる。それにより、放熱部７１が液状の冷媒２００から露出することを抑制することができる。

また第２制御処理の実行後において制御部は、第１通路１２５を閉にした上で第２通路１２６を第２所定時間開にする第３制御処理をさらに実行する。制御部は、第３制御処理の後に通常時制御処理を実行する。第２所定時間は、予め記憶部が記憶しておく。制御部は、第２通路１２６を開にしてからの経過時間が記憶部の第２所定時間になった場合に第２通路１２６を閉にすることで、第３制御処理を実行する。

第３制御処理において第１通路１２５が閉にされた場合、ランキンサイクルシステム１０における蒸気量の増大に伴って凝縮器７０の上部空間の圧力は上昇する。そして、第２所定時間第２通路１２６が開にされた場合、上昇した上部空間７４の気体の圧力によって、凝縮器７０の液状の冷媒２００を第２通路１２６を通過させてリザーブタンク１００に戻すことができる。その結果、放熱部７１の放熱機能を回復させることができる。

なお第２所定時間としては、凝縮器７０の冷媒２００がリザーブタンク１００に戻るのに要する時間以上の時間を用いることができる。例えば、凝縮器７０の冷媒２００をリザーブタンク１００に戻すのに必要な時間を予め求めておき、この時間を第２所定時間として用いることができる。なお、第２所定時間が長いほど、凝縮器７０の冷媒２００をより多くリザーブタンク１００に戻すことができる。それにより、通常時制御処理の実行開始時点における放熱部７１の放熱機能の回復度合いを高くすることができる。またリザーブタンク１００に貯留される冷媒２００の量を多くすることができる。一方、第２所定時間が短いほど、通常時制御処理の実行開始までの時間を短くすることができる。第２所定時間は、放熱部７１の放熱機能の回復度合いと通常時制御処理の実行開始までの時間短縮度合いとのバランスを考慮して適切な値を設定すればよい。

さらに制御部は、第２制御処理の実行後且つ第３制御処理の実行前において、ランキンサイクルシステム１０で発生するの冷媒２００の蒸気の量が第１基準値になるまで、バイパス通路１２２を閉にする第４制御処理を実行し、第４制御処理の実行後において、ランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気の量が第２基準値になるまで、バイパス通路１２２を開にする第５制御処理を実行する。

この構成によれば、第４制御処理が実行されることで、ランキンサイクルシステム１０の膨張機５０と凝縮器７０との間に存在する気体（具体的には膨張機５０と凝縮器７０との間の循環通路１２０に存在する気体）を上部空間７４の気体とともにリザーブタンク１００の外気開口部１０１から外部空間へ排出することができる。また、第５制御処理が実行されることで、ランキンサイクルシステム１０のバイパス通路１２２に存在する気体を上部空間７４の気体とともにリザーブタンク１００の外気開口部１０１から外部空間へ排出することができる。

なお本実施例に係る制御部は、第４制御処理におけるランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気量の一例として、過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量を用いる。また、制御部は過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量が第１基準値以上にならなかった場合には、ランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気量として、過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量と内燃機関２０で発生する冷媒２００の蒸気量との合計値を用いる。また制御部は、第５制御処理におけるランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気量の一例として、内燃機関２０および過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量を用いる。但し、第４制御処理および第５制御処理で用いられるランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気量は、これらに限定されるものではない。

また制御部は、第２制御処理の実行後において、内燃機関２０の運転状態に基づいて流量調整弁１３０を制御してから、第４制御処理を実行する。この構成によれば、内燃機関２０の運転状態に基づいて内燃機関２０から過熱器４０に流入する冷媒２００の量を制御することができる。それにより、過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量を制御することができる。

制御部は、以上説明したような第１制御処理〜第５制御処理を始動時制御処理において実行する。始動時制御処理の後において制御部は、前述した通常時制御処理を実行する。続いて、制御装置１１０による廃熱回収装置５の制御処理の全体について、フローチャートを用いて説明する。図４および図５は、制御装置１１０による廃熱回収装置５の制御処理のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１１０の制御部は、図４および図５のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。なお、図４はステップＳ４４までを示しており、図５はステップＳ５０以降を示している。また、図４のフローチャートの最初のスタート時点において、内燃機関２０の運転は停止しており、ポンプ９０ａおよびポンプ９０ｂの運転も停止しており、第１通路１２５および第２通路１２６は閉になっており、バイパス通路１２２も閉になっており、流量調整弁１３０も閉になっているものとする。

まず制御部は、内燃機関２０の運転開始と同時に第１制御処理を実行する（ステップＳ１０）。具体的には第１制御処理において制御部は、ポンプ９０ａおよびポンプ９０ｂの運転を停止させた上で第１通路１２５および第２通路１２６を開にする。次いで、制御部は、第２制御処理（ステップＳ２０およびステップＳ２１）を実行する。具体的にはステップＳ２０において制御部は、第２通路１２６が開になってからの経過時間が第１所定時間であるか否かを判定する。ステップＳ２０は、第２通路１２６が開になってからの経過時間が第１所定時間であると判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ２０において第２通路１２６が開になってからの経過時間が第１所定時間であると判定された場合、制御部は、第２開閉弁１３４を閉に制御することで第２通路１２６を閉にする（ステップＳ２１）。

次いで制御部は、内燃機関２０の運転状態に基づいて流量調整弁１３０を制御する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の実行にあたり、制御装置１１０の記憶部は、流量調整弁１３０の開度を、内燃機関２０から過熱器４０に流入する冷媒２００の流量および内燃機関２０の負荷に関連付けて規定したマップを記憶しておく。制御部は、内燃機関２０の負荷を取得し、取得された負荷に対応する冷媒２００の流量になるように流量調整弁１３０の開度を制御する。それにより、制御部は内燃機関２０の運転状態に基づいて内燃機関２０から過熱器４０に流入する冷媒２００の量を制御することができ、以って、過熱器４０で発生する冷媒２００の蒸気量を制御することができる。なお、内燃機関２０の負荷は、内燃機関２０の燃料噴射量、内燃機関２０に吸入される空気量、内燃機関２０が搭載された車両のアクセル開度等を用いることができる。

次いで制御部は、第４制御処理（ステップＳ４０〜ステップＳ４４）および第５制御処理（図５のステップＳ５０〜ステップＳ５２）を実行する。まずステップＳ４０において制御部は、ランキンサイクルシステム１０で発生する冷媒２００の蒸気量が第１基準値以上であるか否かを判定する。具体的には制御部は、ステップＳ４０において、過熱器４０に供給された冷媒２００によって過熱器４０で発生した冷媒２００の蒸気量（以下、過熱器４０の発生蒸気量と称する場合がある）の積算値（Ｇｓｓ）を算出し、算出された過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）が第１基準値以上であるか否かを判定する。

なお、過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）は、流量調整弁１３０の制御によって過熱器４０に供給された冷媒２００の量の積算値を用いることができる。そこで本実施例に係る制御部は、一例として、ステップＳ３０において流量調整弁１３０を制御してから過熱器４０に供給された冷媒２００の量の積算値を、過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）として用いる。第１基準値としては、第４制御処理が実行されることでランキンサイクルシステム１０の膨張機５０と凝縮器７０との間に存在する気体をリザーブタンク１００の外気開口部１０１から排出することが可能と考えられる値以上の値を用いることが好ましい。第１基準値は、予め適切な値を求めておき、記憶部に記憶させておく。制御部は記憶部の第１基準値を参照しながらステップＳ４０を実行する。

ステップＳ４０において、過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）が第１基準値以上であると判定された場合、制御部は、バイパス開閉弁１３１を開に制御することで、バイパス通路１２２を開にする（ステップＳ４４）。これにより第４制御処理は終了する。

一方、ステップＳ４０において、過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）が第１基準値以上であると判定されなかった場合、制御部は、冷媒２００の温度が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。所定温度としては、内燃機関２０の冷媒２００が沸騰する温度を用いることができ、一例として１００℃を用いることができる。所定温度は記憶部が記憶しておく。この場合ステップＳ４１において制御部は、温度センサ１４１の検出結果に基づいて取得した内燃機関２０の冷媒２００の温度が記憶部の所定温度以上であるか否かを判定する。ステップＳ４１は、冷媒２００の温度が所定温度以上であると判定されるまで繰り返し実行される。

ステップＳ４１において冷媒２００の温度が所定温度以上であると判定された場合、制御部は、内燃機関２０において発生した冷媒２００の蒸気量（以下、内燃機関２０の発生蒸気量と称する場合がある）を積算することを開始し、内燃機関２０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｅ）を取得する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の具体的な実行手法は特に限定されるものではないが、例えば以下の手法を用いることができる。まず記憶部は、冷媒２００の温度を内燃機関２０の発生蒸気量に関連付けて規定したマップを記憶しておく。制御部は、温度センサ１４１の検出結果に基づいて取得した冷媒２００の温度に対応する内燃機関２０の発生蒸気量を記憶部のマップから抽出し、抽出された内燃機関２０の発生蒸気量を積算することで、ステップＳ４２を実行することができる。

次いで制御部は、ステップＳ４０で取得した過熱器４０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｓ）とステップＳ４２で取得した内燃機関２０の発生蒸気量の積算値（Ｇｓｅ）との合計値（Ｇｓａ）を算出するとともに、算出された合計値（Ｇｓａ）が第１基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３は合計値（Ｇｓａ）が第１基準値以上であると判定されるまで、繰り返し実行される。ステップＳ４３において合計値（Ｇｓａ）が第１基準値以上であると判定された場合、制御部はバイパス通路１２２を開にする（ステップＳ４４）。これにより第４制御処理は終了する。

ステップＳ４４の後に制御部は、第５制御処理を実行する（図５）。具体的には制御部は、合計値（Ｇｓａ）をゼロにした上で、新たに合計値（Ｇｓａ）の算出および取得を開始する（ステップＳ５０）。具体的には、制御部は、ステップＳ４０で説明した積算値（Ｇｓｅ）の算出と同様の処理を行い、ステップＳ４２で説明した積算値（Ｇｓｅ）の算出と同様の処理を行い、算出された積算値（Ｇｓｅ）と積算値（Ｇｓｅ）とを合計することで新たな合計値（Ｇｓａ）を取得する。

次いで制御部は、ステップＳ５０によって算出された合計値（Ｇｓａ）が第２基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。第２基準値としては、特に限定されるものではないが、第５制御処理が実行されることでランキンサイクルシステム１０のバイパス通路１２２に存在する気体をリザーブタンク１００の外気開口部１０１から外部空間へ排出することが可能と考えられる値以上の値を用いることが好ましい。第２基準値は、予め適切な値を求めておき、記憶部に記憶させておく。制御部は、記憶部の第２基準値を参照しながらステップＳ５１を実行する。

ステップＳ５１は、合計値（Ｇｓａ）が第２基準値以上であると判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ５１において合計値（Ｇｓａ）が第２基準値以上であると判定された場合、制御部はバイパス開閉弁１３１を閉に制御することで、バイパス通路１２２を閉にする（ステップＳ５２）。これにより第５制御処理は終了する。

次いで制御部は、第３制御処理（ステップＳ６０〜ステップＳ６３）を実行する。具体的には制御部は、第１開閉弁１３３を閉に制御することで第１通路１２５を閉にし（ステップＳ６０）、次いで第２開閉弁１３４を開に制御することで第２通路１２６を開にする（ステップＳ６１）。次いで制御部は、第２通路１２６を開にしてから第２所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２は、第２通路１２６を開にしてから第２所定時間経過したと判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ６２において第２通路１２６を開にしてから第２所定時間経過したと判定された場合、制御部は第２通路１２６を閉にする（ステップＳ６３）。第３制御処理の実行によって、凝縮器７０の冷媒２００は第２通路１２６を通過してリザーブタンク１００に押し戻される。その結果、放熱部７１の放熱機能は回復する。

次いで制御部は、通常時制御処理を実行する（ステップＳ７０）。具体的には制御部は、ポンプ９０ｂの運転を開始させることで循環通路１２０の冷媒２００の循環を開始させてランキンサイクルシステム１０を稼動させる。次いで制御部は、フローチャートの実行を終了する。

以上説明したように本実施例に係る廃熱回収装置５によれば、第１制御処理が実行されることによって、ランキンサイクルシステム１０内に侵入した外気による凝縮器７０の性能低下を抑制し、膨張機５０の不具合の発生を抑制しつつランキンサイクルシステム１０内の圧力を早期に上昇させることができる。その結果、ランキンサイクルシステム１０の作動開始までに要する時間を削減することができ、以って内燃機関２０の燃費を向上させることができる。また廃熱回収装置５によれば、第２制御処理〜第５制御処理が実行されることによって、前述した第２制御処理〜第５制御処理に特有の作用効果を発揮することができる。

ここで、第１制御処理において、仮に内燃機関２０の運転開始以後に放熱部７１の放熱機能を抑制することなくランキンサイクルシステム１０内の気体を廃熱回収装置５の外部へ排出した場合、ランキンサイクルシステム１０内の真空度が高められた状態でランキンサイクルシステム１０の稼動が開始することになる。この場合、内燃機関２０の冷媒２００はより低温の状態から沸騰を開始すると考えられる（以下、低温沸騰と称する）。冷媒２００の沸騰開始温度は、冷媒２００の周囲の雰囲気の真空度が低いほど低下する傾向があるからである。低温沸騰が生じると、凝縮器７０の放熱部７１から放熱される熱による損失（熱損失）が大きくなる。また、低温沸騰した冷媒２００は凝縮器７０において液化するため、ランキンサイクルシステム１０内の圧力がランキンサイクルシステム１０の作動に適した圧力になるのに長時間を要してしまう。また、ランキンサイクルシステム１０内の温度がランキンサイクルシステム１０の作動に適した温度になるのにも長時間を要してしまう。

これに対して本実施例に係る廃熱回収装置５によれば、第１制御処理によって放熱部７１の放熱機能を抑制していることから、ランキンサイクルシステム１０内の圧力および温度を早期に上昇させることができ、その結果、冷媒２００の低温沸騰を抑制することができる。それにより、凝縮器７０から放熱される熱による損失（熱損失）を抑制することができる。その結果、内燃機関２０の燃費を向上させることができる。

また、廃熱回収装置５が車両に搭載された場合、車両の種類によって凝縮器７０の形状や凝縮器７０の車両への搭載角度も異なることが考えられ、その結果、凝縮器７０の冷媒２００の水面位置も車両の種類によって異なる値を設定する必要が生じると考えられる。この点、廃熱回収装置５によれば、凝縮器７０の形状、搭載角度に合わせて第１通路１２５の穴１２９の位置を調整するだけで凝縮器７０の冷媒２００の水面位置を制御できることから、車両の種類に合わせて凝縮器７０の冷媒２００の水面位置を設定することが容易である。

また本実施例に係る第１通路１２５の開口端部１２８はリザーブタンク１００の底部近傍に配置されていることから（図２（ａ））、開口端部１２８がリザーブタンク１００の底部近傍に配置されていない場合に比較して、開口端部１２８から排出された気体と冷媒２００との接触時間をより長く確保することができる。その結果、開口端部１２８から排出される気体に含まれる冷媒成分をリザーブタンク１００の冷媒２００によって、より効果的に回収することができる。それにより、廃熱回収装置５の使用時間の経過とともにランキンサイクルシステム１０内の冷媒２００の量が減少することをより効果的に抑制することができる。

なお、廃熱回収装置５において制御装置１１０の制御部は、第１制御処理においてポンプ９０ｂを停止させることで、凝縮器７０を経由後の冷媒２００の内燃機関２０への供給を停止されているが、これに限定されるものではない。例えばランキンサイクルシステム１０が循環通路１２０の凝縮器７０と内燃機関２０との間に開閉弁をさらに備えている場合、制御部はこの開閉弁を閉に制御することで凝縮器７０を経由後の冷媒２００の内燃機関２０への供給を停止させてもよい。

また図２（ｃ）において前述したように、本実施例に係る第１通路１２５の開口端部１２８は穴１２９よりも下方に位置し、穴１２９の面積は開口端部１２８の面積よりも小さくなっているが、これに限定されるものではない。開口端部１２８は穴１２９よりも上方に位置していてもよく、また穴１２９の面積は開口端部１２８の面積と同等以上であってもよい。しかしながら、本実施例のように第１通路１２５の開口端部１２８は穴１２９よりも下方に位置し、穴１２９の面積は開口端部１２８の面積よりも小さくなっていることにより、以下の作用効果を発揮できる。

まず、穴１２９の面積が開口端部１２８の面積よりも小さいことから、上部空間７４から第１通路１２５に流入した気体を第１通路１２５の開口端部１２８から優先的に排出させることができる。そして、開口端部１２８は穴１２９よりも下方に位置することから、第１通路１２５の開口端部１２８から排出された気体のリザーブタンク１００の冷媒２００との接触時間をより多く確保することができる。その結果、第１通路１２５から排出された気体に含まれる冷媒２００をリザーブタンク１００の冷媒２００によって、より効果的に凝縮させることができる。それにより、ランキンサイクルシステム１０内の冷媒２００がリザーブタンク１００の外気開口部１０１から排出される量をより小さくすることができる。その結果、廃熱回収装置５の使用時間の経過とともにランキンサイクルシステム１０内の冷媒２００の量が減少することをより効果的に抑制することができる。このような作用効果を発揮できる点において、第１通路１２５の開口端部１２８は穴１２９よりも下方に位置し、穴１２９の面積は開口端部１２８の面積よりも小さくなっていることが好ましい。

また内燃機関２０の運転開始以後にランキンサイクルシステム１０内の気体を外部空間へ排出するためだけであれば、例えば廃熱回収装置に気体排出用ポンプをさらに設け、内燃機関２０の運転開始以後に気体排出用ポンプによってランキンサイクルシステム１０内の気体を外部空間へ排出することも可能かと思われる。しかしながら、この場合、気体排出用ポンプを作動させるために燃料が必要となるため、廃熱回収装置全体としての燃費が悪化してしまう。また、気体排出用ポンプとして真空ポンプを使用することが考えられるが、この場合、真空ポンプのコストは高価であるため、廃熱回収装置全体のコストが大幅に上昇してしまう。また真空ポンプは故障し易い装置であるため、真空ポンプを用いた場合、廃熱回収装置全体の信頼性が低下するおそれがある。これに対して本実施例に係る廃熱回収装置５によれば、気体排出用ポンプを別途設けることなく、ランキンサイクルシステム１０内に侵入した外気を排出できることから、このような気体排出用ポンプを別途設けた場合に生じる問題が生じるおそれはない。

（変形例１）
本変形例に係る廃熱回収装置５は、制御装置１１０の制御部が、内燃機関２０の運転が停止した場合において、第１通路１２５を第３所定時間開にしてから閉にする第６制御処理をさらに実行する点において、実施例１に係る廃熱回収装置５と異なっている。本変形例に係る廃熱回収装置５のその他の構成は実施例１に係る廃熱回収装置５と同じである。

仮に内燃機関２０の運転が停止した場合に第１通路１２５が開にならない場合、内燃機関２０の余熱による冷媒２００の沸騰によってランキンサイクルシステム１０内の圧力が過剰に上昇するおそれがある。これに対して本変形例に係る廃熱回収装置５によれば、内燃機関２０の運転が停止した場合に、ランキンサイクルシステム１０内の気体を第３所定時間の間、外部空間へ排出することができる。それにより、内燃機関２０の運転停止後においてランキンサイクルシステム１０内の圧力が過剰に上昇することを抑制することができる。また第３所定時間後において第１通路１２５が閉になることから、内燃機関２０の運転停止後に第１通路１２５が開のままでいる場合に比較して、第１通路１２５を通過してランキンサイクルシステム１０内に外気が侵入することを抑制することができる。

第３所定時間としては特に限定されるものではないが、本変形例においては、内燃機関２０が運転を停止してから内燃機関２０の余熱によって内燃機関２０の冷媒２００（具体的には内燃機関２０のブロック通路１２４およびヘッド通路１２３の冷媒２００）の沸騰が継続する時間（以下、余熱沸騰継続時間Ｔｓと称する）を用いる。この場合、内燃機関２０の運転停止から余熱沸騰継続時間Ｔｓを過ぎた場合、内燃機関２０の冷媒２００の余熱による沸騰は終了していることになる。

余熱沸騰継続時間Ｔｓは、予め設定された定数であってもよい。この場合、記憶部は余熱沸騰継続時間Ｔｓを予め記憶しておき、制御部は記憶部から取得した余熱沸騰継続時間Ｔｓの間、第１通路１２５を開にしてから閉にすることで、第６制御処理を実行する。しかしながら、本変形例に係る制御装置１１０の制御部は、内燃機関２０の運転開始以後から内燃機関２０が運転を停止する前までの期間の内燃機関２０の負荷に基づいて、余熱沸騰継続時間Ｔｓを取得する。このように余熱沸騰継続時間Ｔｓを取得することで、余熱沸騰継続時間Ｔｓを高い精度で取得することができ、その結果、内燃機関２０の運転停止後におけるランキンサイクルシステム１０内の圧力の過剰な上昇をより適切に抑制することができる。

具体的には制御部は、内燃機関２０の運転開始から内燃機関２０の運転停止までの期間における内燃機関２０の負荷の積算値を取得し、取得された負荷の積算値に基づいて余熱沸騰継続時間Ｔｓを取得する。この場合、制御装置１１０の記憶部は、内燃機関２０の運転開始から内燃機関２０の運転停止までの期間における内燃機関２０の負荷の積算値を余熱沸騰継続時間Ｔｓに関連付けて規定したマップを記憶しておく。制御部は、内燃機関２０の運転開始から内燃機関２０の運転停止までの期間における内燃機関２０の負荷の積算値を取得し、取得された負荷の積算値に対応する余熱沸騰継続時間Ｔｓを記憶部のマップから抽出することで、余熱沸騰継続時間Ｔｓを取得する。そして制御部は、取得された余熱沸騰継続時間Ｔｓの間、第１通路１２５を開にしてから閉にすることで、第６制御処理を実行する。

図６は、本変形例に係る制御装置１１０の第６制御処理のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１１０の制御部は、図６のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。また図６のフローチャートは、図４および図５のフローチャートよりも優先して実行される。すなわち、第６制御処理は、実施例１に係る第１〜第５制御処理および通常時制御処理に対して優先割り込みされて実行される。

まず制御部は、内燃機関２０の運転開始以後に内燃機関２０の運転が停止したか否かを判定する（ステップＳ８０）。ステップＳ８０において内燃機関２０の運転が停止したと判定されなかった場合、制御部はフローチャートの実行を終了する。ステップＳ８０において内燃機関２０の運転が停止したと判定された場合、制御部はポンプ９０ａおよびポンプ９０ｂの運転を停止させるとともに流量調整弁１３０を閉に制御する（ステップＳ８１）。

次いで制御部は、第１開閉弁１３３を開に制御することで第１通路１２５を開にする（ステップＳ８２）。次いで制御部は、余熱沸騰継続時間Ｔｓ（第３所定時間）の算出を開始する（ステップＳ８３）。次いで制御部は、余熱沸騰継続時間Ｔｓが経過したか否かを判定する（ステップＳ８４）。ステップＳ８４は余熱沸騰継続時間Ｔｓが経過したと判定されるまで繰り返し実行される。ステップＳ８４において余熱沸騰継続時間Ｔｓが経過したと判定された場合、制御部は第１開閉弁１３３を閉に制御することで第１通路１２５を閉にする（ステップＳ８５）。次いで制御部は、フローチャートの実行を終了する。

以上のように本変形例に係る廃熱回収装置５によれば、第６制御処理が実行されることから、実施例１に係る効果に加えて、内燃機関２０の運転停止後におけるランキンサイクルシステム１０内の圧力の過剰な上昇を抑制することができるとの効果を発揮することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５ 廃熱回収装置
１０ ランキンサイクルシステム
２０ 内燃機関
３０ 気液分離器
４０ 過熱器
５０ 膨張機
６０ 発電機
７０ 凝縮器
７１ 放熱部
７２ 導入開口部
８０ キャッチタンク
９０ａ，９０ｂ ポンプ
１００ リザーブタンク
１０１ 外気開口部
１１０ 制御装置
１２０ 循環通路
１２１ リターン通路
１２２ バイパス通路
１２５ 第１通路
１２６ 第２通路
１２７ 第３通路
１２８ 開口端部
１２９ 穴

Claims (7)

1. 内燃機関の廃熱で過熱されて蒸気となった冷媒によって駆動される膨張機を経由後の前記冷媒が導入される導入開口部と前記導入開口部より下方に配置された放熱部とを有する凝縮器と、前記放熱部を経由することによって液化した前記冷媒を前記内燃機関に供給する供給手段と、を有するランキンサイクルシステムと、外部空間と連通した外気開口部を有し且つ前記外気開口部より下方に液状の前記冷媒を貯留するリザーブタンクと、前記凝縮器の前記放熱部より上方に存在する気体を前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒の中に導く第１通路と、前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒を前記凝縮器に導く第２通路と、を備え、
   前記第１通路の通路途中には穴が形成され、前記リザーブタンクに貯留された前記冷媒の水面位置は前記穴よりも上方に設定され、前記穴の位置は、前記導入開口部よりも下方且つ前記放熱部上方に位置し、
   前記供給手段による前記冷媒の前記内燃機関への供給を停止させ且つ前記第１通路および前記第２通路を開にする第１制御処理を実行する制御装置をさらに備える内燃機関の廃熱回収装置。
2. 前記制御装置は、前記第１制御処理の実行後において、前記第１制御処理の実行によって前記第２通路が開になってからの経過時間が第１の所定時間になった場合に前記第２通路を閉にする第２制御処理を実行する請求項１記載の内燃機関の廃熱回収装置。
3. 前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後において、前記第１通路を閉にした上で前記第２通路を第２の所定時間開にする第３制御処理を実行する請求項２記載の内燃機関の廃熱回収装置。
4. 前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関を経由した前記冷媒を前記内燃機関の前記廃熱で過熱して前記蒸気にする過熱器を備えるとともに、前記過熱器を経由した前記冷媒が前記膨張機に導入されるように構成され、
   前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関を経由した前記冷媒を前記過熱器および前記膨張機をバイパスさせて前記凝縮器の前記導入開口部に導入するバイパス通路を備え、
   前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後且つ前記第３制御処理の実行前において、前記ランキンサイクルシステムで発生する前記蒸気の量が第１基準値になるまで、前記バイパス通路を閉にする第４制御処理を実行し、前記第４制御処理の実行後において、前記ランキンサイクルシステムで発生する前記蒸気の量が第２基準値になるまで、前記バイパス通路を開にする第５制御処理を実行する請求項３記載の内燃機関の廃熱回収装置。
5. 前記ランキンサイクルシステムは、前記内燃機関から前記過熱器に流入する前記冷媒の量を調整する流量調整手段を備え、
   前記制御装置は、前記第２制御処理の実行後において、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記流量調整手段を制御してから、前記第４制御処理を実行する請求項４記載の内燃機関の廃熱回収装置。
6. 前記制御装置は、前記内燃機関の運転が停止した場合に、前記第１通路を第３の所定時間開にしてから閉にする第６制御処理を実行する請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の廃熱回収装置。
7. 前記第１通路の一端は前記凝縮器の前記放熱部より上方に接続し、前記第１通路の他端は開口した端部となっており、開口した前記端部は前記穴よりも下方に位置し、
   前記穴の面積は、前記第１通路の開口した前記端部の開口面積よりも小さい請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の廃熱回収装置。

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