JP5741524B2 - ランキンサイクル - Google Patents

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Description

この発明は、ランキンサイクルに関する。
車両の内燃機関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技術が開発されている。
ランキンサイクルは、内燃機関から排出される熱を含む熱媒体と作動流体とを熱交換させて作動流体を過熱蒸気化する熱交換器、過熱蒸気状態の作動流体を膨張させて動力を得る膨張機、膨張させた作動流体を冷却して液化するコンデンサ、及び液化した作動流体を熱交換器に圧送するポンプ等から構成される。膨張機では、膨張機の入口と出口との作動流体の差圧を利用して作動流体を膨張させて回転体を回転させることによって、作動流体の熱エネルギーを膨張時のエネルギーとして回収して回転駆動力に変換しており、この回転駆動力が発電機等に動力として伝達される。そして、ランキンサイクルでは、膨張機の入口と出口との作動流体の圧力差の制御、熱交換器での作動流体による熱媒体からの吸熱量の制御、各機器及びサイクル内配管の損傷防止等のために、作動流体が高圧となる膨張機の入口側、つまりポンプから熱交換器を経由して膨張機に至る流路における作動流体の圧力が制御される。
例えば、特許文献１には、内燃機関の廃熱を利用し、冷媒（作動流体）を流通させるランキンサイクルが記載されている。このランキンサイクルでは、凝縮器入口での冷媒の凝縮圧力に対応する飽和蒸気冷媒のエントロピを推定し、さらに、膨張機入口での冷媒温度を設定し、設定された冷媒温度と推定したエントロピに対応する冷媒圧力をモリエル線図のマップから算出して膨張機入口での冷媒の設定圧力としている。さらに、ランキンサイクルでは、膨張機入口圧力が設定圧力となるように膨張機の負荷を制御してその回転数を調節している。しかしながら、上述のランキンサイクルでは、各機器、又は各機器間を連通する冷媒配管に冷媒の漏洩等の異常が発生すると、膨張機入口での冷媒の正確な圧力制御が実施できないだけでなく、冷媒量の不足によってポンプ、膨張機等に耐久性の低下、損傷などの問題が発生するおそれがある。
一方、特許文献２には、ランキンサイクルにおける蒸気（作動流体）漏れを判定する廃熱回収装置が記載されている。この廃熱回収装置では、エンジンの回転数から算出する予測回収仕事量と、タービン(膨張機）によって回収される実測回収仕事量とが比較され、予測回収仕事量に対して実測回収仕事量が許容される範囲を超えて小さい場合、タービンの回転に寄与する蒸気の圧力が少ないことが予想されることから、廃熱回収装置のいずれかで蒸気漏れが発生していると判断している。
特開２０１０−４８１２９号公報 特開２００８−１６９７３１号公報
しかしながら、膨張機入口での冷媒の圧力を制御するために膨張機の負荷を制御する特許文献１のランキンサイクルに、特許文献２のランキンサイクルにおける蒸気漏れを判定する技術を適用したとしても、膨張機の負荷の変化に伴って実測回収仕事量も変化するため、実測回収仕事量と予測回収仕事量とを比較することに基づいて冷媒の漏れを判定するのは困難であり判定精度も低くなるという問題がある。
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あり、膨張機入口の冷媒の温度又は圧力が調節される制御を有しながら、冷媒の漏洩等の異常の判定を容易にするランキンサイクルを提供することを目的とする。
なお、膨張機入口の冷媒の温度とは、熱交換器から膨張機に至る流路の冷媒の温度をいう。また、膨張機入口の冷媒の圧力とは、ポンプ（流体圧送装置）から熱交換器を経由して膨張機に至る流路の冷媒の圧力をいう。
上記の課題を解決するために、この発明に係るランキンサイクルは、作動流体の循環路に、作動流体と熱媒体とを熱交換させる熱交換器、作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、作動流体を凝縮させる凝縮器、及び、作動流体を熱交換器に移送する流体圧送装置が順次設けられたランキンサイクルにおいて、熱交換器から膨張機に至るまでの間の膨張機入口流路に設けられ、作動流体の温度を検出する温度検出器と、膨張機入口流路の作動流体に設定される目標温度に基づき膨張機入口流路の作動流体の温度を制御する温度制御装置と、所定時間内における目標温度に対する温度検出器による検出温度の乖離状態に基づき、該ランキンサイクルでの異常の発生の有無を判定する異常判定装置とを備える。
異常判定装置は、所定の時間内での目標温度と検出温度との差が所定値以上となる時間が、上記所定の時間の所定割合以上となること、上記所定の時間内での目標温度と検出温度との差が所定値以上となる状態が、所定継続時間以上継続すること、上記所定の時間内での目標温度と検出温度との差の積分値が所定積分値以上となることのうち、少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定してもよい。
温度制御装置は、異常判定装置が異常が発生したと判定した場合、目標温度を高くしてもよい。
温度制御装置は、目標温度を高くした場合、流体圧送装置の回転数を低下させること、膨張機の負荷を低下させること、膨張機の吸入容積を増大させること、膨張機から凝縮器を経て流体圧送装置に至るまでの間の第二流路に、流体圧送装置から前記熱交換器に至るまでの間の圧送装置出口流路の作動流体をバイパスさせる流量を増加させることのうちの少なくとも１つを行ってもよい。
また、この発明に係るランキンサイクルは、作動流体の循環路に、作動流体と熱媒体とを熱交換させる熱交換器、作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、作動流体を凝縮させる凝縮器、及び、作動流体を熱交換器に移送する流体圧送装置が順次設けられたランキンサイクルにおいて、流体圧送装置から熱交換器を経て膨張機に至るまでの間の第一流路に設けられ、作動流体の圧力を検出する圧力検出器と、第一流路の作動流体に設定される目標圧力に基づき第一流路の作動流体の圧力を制御する圧力制御装置と、所定時間内における目標圧力に対する圧力検出器による検出圧力の乖離状態に基づき、該ランキンサイクルでの異常の発生の有無を判定する異常判定装置とを備えることができる。
異常判定装置は、所定の時間内での目標圧力と検出圧力との差が所定差圧以上となる時間が、上記所定の時間の所定割合以上となること、上記所定の時間内での目標圧力と検出圧力との差が所定差圧以上となる状態が、所定継続時間以上継続すること、上記所定の時間内での目標圧力と検出圧力との差の積分値が所定積分値以上となることのうち、少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定してもよい。
圧力制御装置は、異常判定装置が異常が発生したと判定した場合、目標圧力を低下させる、又は、ランキンサイクルの稼動を停止してもよい。
圧力制御装置は、目標圧力を低下させた場合、流体圧送装置の回転数を低下させること、膨張機の負荷を低下させること、膨張機の吸入容積を増大させること、第二流路に第一経路の作動流体をバイパスさせる流量を増加させることのうちの少なくとも１つを行ってもよい。
上記ランキンサイクルは、異常判定装置が異常が発生したと判定した場合に異常の発生を知らせる警報装置をさらに備えてもよい。
この発明に係るランキンサイクルによれば、膨張機入口の作動流体の温度又は圧力を調節する制御を有するランキンサイクルにおける異常の判定を容易にすることが可能になる。
この発明の実施の形態に係るランキンサイクル及びその周辺の構成を示す模式図である。 冷媒の目標温度と温度センサの検出温度との関係の例を示す図である。 冷媒の目標温度と温度センサの検出温度との関係の別の例を示す図である。 冷媒の目標圧力と圧力センサの検出圧力との関係の例を示す図である。 冷媒の目標圧力と圧力センサの検出圧力との関係の別の例を示す図である。 実施の形態に係るランキンサイクルの変形例を示す図である。 実施の形態に係るランキンサイクルの別の変形例を示す図である。 実施の形態に係るランキンサイクルのさらなる別の変形例を示す図である。
実施の形態１．
実施の形態１に係るランキンサイクル１０１の構成と、ランキンサイクル１０１内の異常の有無の判定について、図１〜３を用いて説明する。
まず、この発明の実施の形態に係るランキンサイクル１０１及びその周辺の構成を図１に基づいて説明する。なお、以下の実施形態において、内燃機関すなわちエンジン１０を搭載する車両にランキンサイクルを使用した場合の例について説明する。
図１を参照すると、エンジン１０を備える図示しない車両は、ランキンサイクル１０１を備えている。
ランキンサイクル１０１は、ポンプ１１１、冷却水ボイラ１１２、廃ガスボイラ１１３、膨張機１１４、コンデンサ１１５、レシーバ１１６及びサブクーラ１１７を順次環状に接続する循環路を形成しており、作動流体である冷媒が流通するようになっている。
ポンプ１１１は、稼動して流体を圧送するものであり、本実施の形態では、液体を圧送するものとする。ポンプ１１１は、モータ１１８によって駆動され、モータ１１８は、車両の制御装置であるＥＣＵ１３０に電気的に接続されてその動作が制御される。
ここで、ポンプ１１１は流体圧送装置を構成している。
また、ポンプ１１１の下流側の吐出口は、流路部１ａを介して冷却水ボイラ１１２の冷媒入口に連通している。冷却水ボイラ１１２は、その内部で、エンジン１０の冷却水回路２０を流通するエンジン冷却用の冷却水と冷媒とを流通させて互いに熱交換させ、冷媒を加熱することができる。なお、冷却水ボイラ１１２は、冷却水回路２０において、ラジエータ２１と並列に設けられている。ラジエータ２１は、内部を流通する冷却水と周囲の空気とを熱交換させて冷却水を冷却する。
冷却水ボイラ１１２の冷媒出口は、流路部１ｂを介して廃ガスボイラ１１３の冷媒入口に連通している。廃ガスボイラ１１３は、その内部に、冷却水ボイラ１１２から流出した冷媒と、エンジン１０の排気流路３０の排気ガスとを流通させて互いに熱交換させ、冷媒を加熱することができる。
ここで、冷却水及び排気ガスは熱媒体を構成し、冷却水ボイラ１１２及び廃ガスボイラ１１３は熱交換器を構成している。
廃ガスボイラ１１３の冷媒出口は、流路部１ｃを介して膨張機１１４の入口に連通している。膨張機１１４は、その内部で、廃ガスボイラ１１３で加熱された後の高温高圧の冷媒を膨張させることによってタービン等の回転体と共に駆動軸１１４ａを回転させ、回転駆動力による仕事を得る流体機器である。また、膨張機１１４は、その駆動軸１１４ａを、オルタネータである発電機１１９と共有し、さらに、駆動軸１１４ａは、発電機１１９の外部に延びて電磁クラッチ１２０ａを介してプーリ１２０ｂが連結されている。プーリ１２０ｂは、エンジン１０から延びるエンジン駆動軸１０ａに連結されたエンジンプーリ１０ｂと、駆動ベルト１０ｃによって連結されている。電磁クラッチ１２０ａは、駆動軸１１４ａとプーリ１２０ｂとを接続又は切断することができ、ＥＣＵ１３０に電気的に接続されてその断接動作が制御される。よって、膨張機１１４が発生する回転駆動力は、駆動軸１１４ａを介して発電機１１９を一体に駆動させることができ、さらに、エンジン１０の駆動を補助することができる。
なお、流路部１ａ、１ｂ、及び１ｃは、冷媒の高圧側流路である第一流路１を構成している。また、ポンプ１１１から冷却水ボイラ１１２に至る流路部１ａは圧送装置出口流路を構成する。さらに、廃ガスボイラ１１３から膨張機１１４に至る流路部１ｃは膨張機入口流路を構成している。
また、発電機１１９は、コンバータ１２１と電気的に接続され、さらに、コンバータ１２１は、バッテリ１２２と電気的に接続されている。そして、膨張機１１４が駆動軸１１４ａを回転駆動すると、発電機１１９が交流電流を発生してコンバータ１２１に送り、コンバータ１２１は、送られた交流電流を直流電流に変換してバッテリ１２２に供給し充電させる。
また、膨張機１１４の出口は、流路部２ａを介してコンデンサ１１５の入口に連通している。コンデンサ１１５は、その内部に冷媒を流通させてコンデンサ１１５の周囲の空気と熱交換させ、冷媒を冷却・凝縮させることができる。
ここで、コンデンサ１１５は、凝縮器を構成している。
コンデンサ１１５の出口は、流路部２ｂを介してレシーバ１１６の入口に連通し、さらに、レシーバ１１６の出口は、流路部２ｃを介してサブクーラ１１７の入口に連通している。
レシーバ１１６は、内部に液体の冷媒を含む気液分離器であり、冷媒に含まれる冷媒の蒸気成分、水分、異物等を除去するものである。
サブクーラ１１７は、その内部にレシーバ１１６から送られる液体の冷媒を流通させてサブクーラ１１７の周囲の空気と熱交換させ、冷媒を過冷却することができる。
また、サブクーラ１１７の出口は、流路部２ｄを介してポンプ１１１の吸入口に連通し、サブクーラ１１７から流出した冷媒が、ポンプ１１１によって吸入されて再び圧送され、ランキンサイクル１０１を循環する。
なお、流路部２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄは、冷媒の低圧側流路である第二流路２を構成している。さらに、第一流路１及び第二流路２は、冷媒の閉循環路を構成している。
また、ランキンサイクル１０１は、第一流路１の流路部１ｃにおける膨張機１１４の入口の近傍に、第一流路１を流通する冷媒の圧力を検出する圧力センサ１４１と、流路部１ｃを流通する冷媒の温度を検出する温度センサ１４２とを有している。圧力センサ１４１は、膨張機１１４の入口の冷媒の圧力、つまりポンプ１１１から冷却水ボイラ１１２及び廃ガスボイラ１１３を経て膨張機１１４までの間を流通する冷媒の圧力を検出し、電気的に接続されたＥＣＵ１３０に検出した冷媒の圧力情報を送る。なお、第一流路１の流路部１ａ〜１ｃでは、各流路間で冷媒の圧力は同等であるため、圧力センサ１４１は、流路部１ａ〜１ｃのいずれに設けられてもよい。また、温度センサ１４２は、膨張機１１４の入口の冷媒の温度、つまり廃ガスボイラ１１３から流出した冷媒の温度を検出し、電気的に接続されたＥＣＵ１３０に検出した冷媒の温度情報を送る。
ここで、圧力センサ１４１は圧力検出器を構成し、温度センサ１４２は温度検出器を構成している。
また、ＥＣＵ１３０には、警報装置１５０が電気的に接続されている。警報装置１５０は、ＥＣＵ１３０がランキンサイクル１０１において異常の発生を検知したときにＥＣＵ１３０によって起動され、車両の運転者に対して、視覚的及び／又は聴覚的に、異常の発生を示す警報を発するように構成されている。
次に、この発明の実施の形態に係るランキンサイクル１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン１０の稼動中、エンジン１０から圧送された冷却水は、冷却水ボイラ１１２及びラジエータ２１を流通して再びエンジン１０に戻るように冷却水回路２０内を循環する。
また、稼働中のエンジン１０から排気流路３０に排気ガスが排出され、排出された排気ガスは、廃ガスボイラ１１３の内部を流通した後、車両の外部に排出される。
また、エンジン１０が稼動すると、ＥＣＵ１３０は、電磁クラッチ１２０ａを接続させる。これにより、エンジン１０の回転駆動力が、エンジン駆動軸１０ａ、エンジンプーリ１０ｂ、駆動ベルト１０ｃ、プーリ１２０ｂ及び電磁クラッチ１２０ａを介して、駆動軸１１４ａに伝達し、それによって、駆動軸１１４ａが、発電機１１９及び膨張機１１４を一体に駆動する。
また、ＥＣＵ１３０は、モータ１１８を動作させ、モータ１１８はポンプ１１１を駆動する。駆動されたポンプ１１１は、液体状態の冷媒を冷却水ボイラ１１２に向かって圧送し、また、駆動された膨張機１１４は、タービン等の回転体を回転させ、第一流路１の流路部１ｃの冷媒を降圧して第二流路２の流路部２ａに送る。なお、冷媒は、ポンプ１１１によって圧送されることで、断熱加圧作用を受ける。
ポンプ１１１によって圧送された液体状態の冷媒は、流路部１ａを通過して冷却水ボイラ１１２に流入し、その内部を流通する冷却水と熱交換を行うことによって等圧加熱されて昇温し、流出する。冷却水ボイラ１１２から流出した冷媒は、流路部１ｂを通過して廃ガスボイラ１１３に流入し、その内部を流通する排気ガスと熱交換を行うことによって等圧加熱されて昇温し、高温高圧の過熱蒸気となって流出する。
さらに、廃ガスボイラ１１３から流出した高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、流路部１ｃを通過して膨張機１１４に吸入され、膨張機１１４では、上流側の流路部１ｃと下流側の流路部２ａとの間の冷媒の圧力差を利用して、冷媒が断熱膨張し、高温低圧の過熱蒸気状態で流出する。そして、冷媒の膨張エネルギーが回生エネルギーとして回転エネルギーに変換され、駆動軸１１４ａに伝達する。
なお、駆動軸１１４ａに伝達した回生エネルギーは、発電機１１９に回転駆動力として付与されるだけでなく、エンジン１０に伝達してその回転駆動を補助する。また、発電機１１９は、与えられる回転駆動力によって稼動して交流電流を生成し、生成された交流電流は、コンバータ１２１で直流電流に変換された後、バッテリ１２２に充電される。
膨張機１１４から流出した過熱蒸気状態の冷媒は、流路部２ａを通過してコンデンサ１１５に流入し、コンデンサ１１５において周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し、液体状態となって流出する。
さらに、コンデンサ１１５から流出した液体状態の冷媒は、流路部２ｂを通過してレシーバ１１６に流入し、レシーバ１１６の内部に貯められた液体冷媒中を通過して流路部２ｃに流出する。冷媒は、レシーバ１１６内を通過する際、含有する冷媒の蒸気成分、水分及び異物等が除去される。
そして、レシーバ１１６から流出した冷媒は、流路部２ｃを通過してサブクーラ１１７に流入し、サブクーラ１１７において外気と熱交換を行うことによってさらに等圧冷却され、過冷却液状態となって流路部２ｄに流出する。流路部２ｄの冷媒は、ポンプ１１１に吸入されて再度圧送され、ランキンサイクル１０１を循環する。
次に、このランキンサイクル１０１内の温度制御と異常の判定の有無について図１〜３に基づいて説明する。
ランキンサイクル１０１では、膨張機１１４の入口での冷媒の温度が過度に上昇すると、膨張機１１４及び冷媒配管の耐久性が低下し、破損につながる。このため、ランキンサイクル１０１では、通常、その運転状態等に基づいて、膨張機１１４の入口での温度に目標温度を設定し、この目標温度に膨張機１１４の入口での温度をあわせるように制御される。
具体的には、ＥＣＵ１３０は、圧力センサ１４１によって検出される第一流路１を流通する冷媒の圧力情報、膨張機１１４の負荷情報、冷却水回路２０の冷却水温度情報等を取得して、膨張機１１４の入口での冷媒の目標温度を設定し、さらに、温度センサ１４２による冷媒の検出温度が目標温度となるように、膨張機１１４の入口での冷媒の温度を調節する。そして、ＥＣＵ１３０は、モータ１１８の回転数を調節してポンプ１１１の回転数を制御することによって温度センサ１４２での検出温度を制御し、例えば、温度センサ１４２の検出温度が目標温度より高い場合にはポンプ１１１の回転数を増加させて膨張機１１４の入口での冷媒の温度を低下させ、温度センサ１４２の検出温度が目標温度より低い場合にはポンプ１１１の回転数を低下させて膨張機１１４の入口での冷媒の温度を上昇させる。
ここで、ＥＣＵ１３０は温度制御装置を構成している。
しかしながら、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に冷媒の漏洩が発生した場合、ＥＣＵ１３０が上述のように膨張機１１４の入口での冷媒の温度の調節を実施しても、温度センサ１４２の検出温度が目標温度より高くなる。よって、ＥＣＵ１３０は、目標温度に対する温度センサ１４２の検出温度の乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管での異常の発生の有無を判定する。ここで、ＥＣＵ１３０は異常判定装置を構成している。
なお、前述のように冷媒の温度が過度に上昇した場合は配管等の破損の可能性がある。そのため、機器の信頼性の観点より、温度センサ１４２の検出温度が目標温度よりも高い場合の乖離状態に基づいて異常の有無を判定することは、より安全性の高い判定方法と考えられる。
まず、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管に異常がない場合、ＥＣＵ１３０が上述のように膨張機１１４の入口での冷媒の温度の調節を実施する過程では、温度センサ１４２の検出温度は、目標温度を中心として高温側及び低温側への変動を伴いつつ目標温度の近傍を推移する。
このため、ＥＣＵ１３０は、目標温度に対して高温側及び低温側へ所定の許容範囲（許容温度範囲とする）を設定し、膨張機１１４の入口の冷媒の温度を制御する過程での温度センサ１４２の検出温度が、許容温度範囲の上限値以上となる場合に、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に冷媒の漏洩等の異常があると判定する。具体的には、以下の３つの要件の少なくとも１つが満たされた時点で、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定する。そして、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内に異常があると判定すると警報装置１５０を起動し、起動された警報装置１５０は、車両の運転者に対して、異常の発生を示す警報を視覚的及び／又は聴覚的に発する。
図２を参照すると、冷媒の目標温度と温度センサ１４２の検出温度との時間的変化を表した例が示されている。図２の縦軸は冷媒の温度を示し、横軸は経過時間を示す。なお、説明を簡単にするため、目標温度はＣｔで一定としている。
図１及び図２をあわせて参照すると、ＥＣＵ１３０は、常時、目標温度Ｃｔと温度センサ１４２の検出温度Ｃｓとを取得し、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓから目標温度Ｃｔの許容温度範囲ＡＣｔの上限値ＡＣＨをひいた温度差Ｄｃｓ（Ｄｃｓ＝Ｃｓ−ＡＣＨ）を経時的に算出し記憶している。
そこで、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している温度差Ｄｃｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒにおいて、温度差Ｄｃｓが０（零）以上となっている時間を合計した合計時間Ｔｓｃを算出する。つまり、ＥＣＵ１３０は、検出温度Ｃｓから目標温度Ｃｔをひいた温度差Ｄｃｓ’が、所定温度差Ｄｃｔ２（所定温度差Ｄｃｔ２＝許容温度の上限温度ＡＣＨ−目標温度Ｃｔ）以上となる時間を合計したものでもある合計時間Ｔｓｃを算出する。そして、ＥＣＵ１３０は、時間Ｔｓｃが時間範囲Ｔｒのα％以上（なお、α％は１００％以下の予め設定された値）を占める場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒温度第一判定要件とする）としている。つまり、冷媒温度第一判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが許容温度範囲ＡＣｔの上限値ＡＣＨ以上となる割合が所定割合（α％）以上となると、異常があると判定するもので、検出温度Ｃｓの異常の発生割合に基づく要件である。
また、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している温度差Ｄｃｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒにおいて、温度差Ｄｃｓが０以上となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｃを算出する。そして、ＥＣＵ１３０は、継続時間Ｔｄｃが所定継続時間Ｔｄｃ１以上となる場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒温度第二判定要件とする）としている。つまり、冷媒温度第二判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが許容温度範囲ＡＣｔの上限値ＡＣＨ以上となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｃが所定継続時間Ｔｄｃ１以上となると、異常があると判定するもので、検出温度Ｃｓに発生する異常状態の連続発生時間に基づく要件である。
また、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している温度差Ｄｃｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、０以上となる場合の温度差Ｄｃｓを、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒ内において積分する。そして、ＥＣＵ１３０は、温度差Ｄｃｓの積分値Ｉｃｓが所定積分値Ｉｃｓ１以上となる場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒温度第三判定要件とする）としている。つまり、冷媒温度第三判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、許容温度範囲ＡＣｔの上限値ＡＣＨ以上となる温度センサ１４２の検出温度Ｃｓと上限値ＡＣＨとの差の積分が、所定値（Ｉｃｓ１）以上となると、異常があると判定するもので、検出温度Ｃｓに発生する異常状態の積算量に基づく要件である。
ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を常時、経時的に行っており、この経時的に判定を行っていく過程で、冷媒温度第一判定要件、冷媒温度第二判定要件及び冷媒温度第三判定要件のいずれか１つが満たされた時点で、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常がある、つまり冷媒の漏洩があると判定する。この場合、ＥＣＵ１３０は、冷媒の漏洩を低減すると共に、ランキンサイクル１０１内で必要な冷媒量を低減させ、さらには、冷媒の漏洩によってポンプ１１１及び膨張機１１４に損傷が発生することを防止するために、目標温度を高くして再設定する。なお、冷媒の漏洩によって冷媒流量が低下すると、ポンプ１１１内で圧送される冷媒にキャビテーションが発生しポンプ１１１が損傷する、膨張機１１４の上下流での冷媒の差圧が小さくなり膨張機１１４の回生エネルギーが低下する、冷媒と共に流動する潤滑油による潤滑不足によって膨張機１１４が損傷する、膨張機１１４が損傷することによって発電機１１９が発電不足となり車両が停止する、廃ガスボイラ１１３で冷媒が過度に高温になることによって冷媒が劣化する等の問題が生じる。
そして、ＥＣＵ１３０は、再設定した高い目標温度に基づき、ポンプ１１１の回転数を低減する制御を行うことによって、温度センサ１４２の検出温度が目標温度となるように温度制御を行う。
なお、本実施の形態のランキンサイクル１０１では、冷媒は廃ガスボイラ１１３で高温の排気ガスと熱交換を行っているため、ランキンサイクル１０１の稼動を停止するつまりポンプ１１１及び膨張機１１４を停止すると、冷媒が分解してしまう。このため、ランキンサイクル１０１の稼動は停止されない。しかしながら、ランキンサイクル１０１において冷媒が冷却水ボイラ１１２の冷却水とのみ、又は排気ガスより大幅に低温の熱媒体とのみ熱交換を行う場合、ＥＣＵ１３０は、異常の発生を判定したとき、モータ１１８を停止させることでポンプ１１１を停止すると共に、電磁クラッチ１２０ａを切断することで膨張機１１４を停止させてもよい。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが目標温度Ｃｔの許容温度範囲ＡＣｔの上限値ＡＣＨ以上となる場合について、冷媒温度第一判定要件、冷媒温度第二判定要件及び冷媒温度第三判定要件を設定して異常を判定していたが、これに限定されない。ＥＣＵ１３０は、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが目標温度Ｃｔの許容温度範囲ＡＣｔの下限値ＡＣＬ以下となる場合について、冷媒温度第一判定要件、冷媒温度第二判定要件及び冷媒温度第三判定要件と同様の判定要件を設定し異常の判定を行うことができる。
図１及び図３をあわせて参照すると、ランキンサイクル１０１では、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓの異常の発生割合に基づく冷媒温度第一判定要件と同様の冷媒温度第四判定要件を設定することができる。冷媒温度第四判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内で、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが許容温度範囲ＡＣｔの下限値ＡＣＬ以下となる時間の合計時間Ｔｓｃ’の割合が時間範囲Ｔｒの所定割合（α２％）以上となると、異常があると判定するものである。
また、ランキンサイクル１０１では、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓに発生する異常状態の連続発生時間に基づく冷媒温度第二判定要件と同様の冷媒温度第五判定要件も設定することができる。冷媒温度第五判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内において、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓが許容温度範囲ＡＣｔの下限値ＡＣＬ以下となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｃ’が、所定継続時間Ｔｄｃ２以上となると、異常があると判定するものである。
さらに、ランキンサイクル１０１では、温度センサ１４２の検出温度Ｃｓに発生する異常状態の積算量に基づく冷媒温度第三判定要件と同様の冷媒温度第六判定要件を設定することができる。冷媒温度第六判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内において、許容温度範囲ＡＣｔの下限値ＡＣＬ以下となる温度センサ１４２の検出温度Ｃｓと下限値ＡＣＬとの差の積分値Ｉｃｓ’が、所定積分値Ｉｃｓ２以上となると、異常があると判定するものである。
そして、ＥＣＵ１３０は、異常の有無の判定を経時的に行っていく過程で、冷媒温度第四判定要件、冷媒温度第五判定要件及び冷媒温度第六判定要件のいずれか１つが満たされた時点で、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定する。なお、上述の冷媒温度第四判定要件〜冷媒温度第六判定要件に基づき異常の発生が判定された場合、冷媒の温度が過剰に低下していると判断できる。この場合、具体的にはポンプ１１１が故障して冷媒の流量が過多となっていたり、冷却水ボイラ１１２又は廃ガスボイラ１１３が故障していたり、あるいはエンジン１０の排気流路３０の配管に穴が開いている等の異常が発生している可能性がある。このときも、ＥＣＵ１３０は、警報装置１５０を起動するようにしてもよい。
このように、この発明の実施の形態に係るランキンサイクル１０１は、冷媒の循環路に、冷媒とエンジン１０の冷却水とを熱交換させる冷却水ボイラ１１２、冷媒とエンジン１０の排気ガスとを熱交換させる廃ガスボイラ１１３、冷媒を膨張させて駆動力を発生する膨張機１１４、冷媒を凝縮させるコンデンサ１１５、及び、冷媒を冷却水ボイラ１１２に移送するポンプ１１１が順次設けられたものである。ランキンサイクル１０１は、廃ガスボイラ１１３から膨張機１１４に至るまでの間の流路部１ｃに設けられ、冷媒の温度を検出する温度センサ１４２と、ＥＣＵ１３０とを備える。ＥＣＵ１３０は、流路部１ｃの冷媒に設定される目標温度に基づき流路部１ｃの冷媒の温度を制御する温度制御装置として動作し、さらに、所定時間Ｔｒ内における目標温度Ｃｔに対する温度センサ１４２による検出温度Ｃｓの乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１での異常の発生の有無を判定する異常判定装置として動作する。
このとき、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、目標温度Ｃｔに対する検出温度Ｃｓの乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１での異常の有無を判定している。ランキンサイクル１０１では、流路部１ｃの冷媒の温度が目標温度Ｃｔとなるように温度制御が実施されるが、ランキンサイクル１０１を搭載する車両の運転状態、ランキンサイクル１０１の運転状態等によって目標温度Ｃｔは変動する。しかしながら、ＥＣＵ１３０は、変動する目標温度に対して検出温度Ｃｓの乖離状態を判断することによって、異常の有無を判定する。よって、ランキンサイクル１０１での異常の判定は、目標温度Ｃｔと検出温度Ｃｓという２つのパラメータを使用するだけでよく、ランキンサイクル１０１の運転状態、車両の運転状態等の影響を受けずに安定した異常の判定を行うことができるため、異常の判定動作を容易にすることが可能になる。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、所定の時間Ｔｒ内での目標温度Ｃｔと検出温度Ｃｓとの温度差Ｄｃｓが所定温度差Ｄｃｔ１以上となる時間Ｔｓｃが、所定の時間Ｔｒの所定割合（α％）以上となること（冷媒温度第一判定条件）、所定の時間Ｔｒ内での目標温度Ｃｔと検出温度Ｃｓとの温度差Ｄｃｓが所定温度差Ｄｃｔ１以上となる状態が、所定継続時間Ｔｄｃ１以上継続すること（冷媒温度第二判定条件）、所定の時間Ｔｒ内での目標温度Ｃｔと検出温度Ｃｓとの温度差Ｄｃｓの積分値Ｉｃｓが所定積分値Ｉｃｓ１以上となること（冷媒温度第三判定条件）のうち、少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定する。上述の３つの要件はいずれも、目標温度Ｃｔと検出温度Ｃｓとの乖離状態の判断を容易にすることができる。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、異常が発生したと判定した場合、目標温度Ｃｔを高くする、又は、ランキンサイクル１０１の稼動を停止する。これによって、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管における耐久性の低下及び損傷の発生を防止することができる。
また、ランキンサイクル１０１は、ＥＣＵ１３０が異常が発生したと判定した場合に異常の発生を知らせる警報装置１５０を備える。これによって、ランキンサイクル１０１での異常の発生を、車両の乗員等のユーザに知らせることができる。
なお、実施の形態のランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒温度第一判定条件、冷媒温度第二判定条件及び冷媒温度第三判定条件の３つの判定条件を使用して、冷媒の漏洩等の異常を検出していたが、これに限定されるものでなく、３つの判定条件のうちの１つのみ、又は２つのみを使用して異常の検出を行ってもよい。同様に、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒温度第四判定条件、冷媒温度第五判定条件及び冷媒温度第六判定条件の３つの判定条件のうちの１つのみ、又は２つのみを使用して異常の検出を行ってもよい。また、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒温度第一判定条件〜冷媒温度第六判定条件の少なくとも幾つかを組み合わせて異常の検出を行ってもよい。
実施の形態２．
実施の形態２に係るランキンサイクル１０１内の異常の有無の判定について、図１、図４及び図５を用いて説明する。
実施の形態１では、目標温度に対する温度センサ１４２の検出温度の乖離状態に基づき異常の発生の有無が判定されるが、本実施の形態では、目標圧力に対する圧力センサ１４１の検出圧力の乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１内の異常の発生の有無が判定される。なお、実施の形態２においては、実施の形態１と同様のランキンサイクル１０１が用いられるため、ランキンサイクル１０１全体の詳細な説明は省力する。
ランキンサイクル１０１では、冷媒の高圧側流路である第一流路１を流通する冷媒の圧力、つまり膨張機１１４の入口での冷媒の圧力が過度に上昇して許容される上限圧力を超えてしまうと、膨張機１１４及び冷媒配管の耐久性が低下し、破損にもつながる。また、膨張機１１４の入口での冷媒の圧力は、膨張機１１４の入口での冷媒の温度、膨張機１１４での冷媒の膨張により回収される回生エネルギー量、冷却水ボイラ１１２での冷却水から冷媒が吸収する熱量等に影響を及ぼす。このため、ランキンサイクル１０１では、その運転状態等に基づいて、膨張機１１４の入口での圧力に目標圧力を設定し、この目標圧力に膨張機１１４の入口での圧力をあわせるように制御される。
具体的には、ＥＣＵ１３０は、温度センサ１４２によって検出される流路部１ｃを流通する冷媒の温度情報、膨張機１１４の負荷情報、冷却水回路２０の冷却水温度情報等を取得して、膨張機１１４の入口での冷媒の目標圧力を設定し、さらに、圧力センサ１４１による冷媒の検出圧力が目標圧力となるように、膨張機１１４の入口での冷媒の圧力を調節する。そして、ＥＣＵ１３０は、モータ１１８の回転数を調節してポンプ１１１の回転数を制御することによって圧力センサ１４１での検出圧力を制御し、例えば、圧力センサ１４１の検出圧力が目標圧力より高い場合にはポンプ１１１の回転数を低下させて膨張機１１４の入口での冷媒の圧力を低下させ、圧力センサ１４１の検出圧力が目標圧力より低い場合にはポンプ１１１の回転数を上昇させて膨張機１１４の入口での冷媒の圧力を増加させる。
ここで、ＥＣＵ１３０は圧力制御装置を構成している。
しかしながら、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に冷媒の漏洩が発生した場合、ＥＣＵ１３０が上述のように膨張機１１４の入口での冷媒の圧力の調節を実施しても、圧力センサ１４１の検出圧力が目標圧力より低くなる。よって、上述のようにＥＣＵ１３０は、目標圧力に対する圧力センサ１４１の検出圧力の乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管での異常の発生の有無を判定する。
ここで、ＥＣＵ１３０は、実施の形態１と同様に、異常判定装置を構成している。
そこで、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管に異常がない場合、ＥＣＵ１３０が上述のように膨張機１１４の入口での冷媒の圧力の調節を実施する過程では、圧力センサ１４１の検出圧力は、目標圧力を中心として高圧側及び低圧側への変動を伴いつつ目標圧力の近傍を推移する。
このため、ＥＣＵ１３０は、目標圧力に対して高圧側及び低圧側へ所定の許容範囲（許容圧力範囲とする）を設定し、膨張機１１４の入口の冷媒の圧力を制御する過程での圧力センサ１４１の検出圧力が、許容圧力範囲の下限値以下となる場合に、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に冷媒の漏洩等の異常があると判定する。具体的には、以下の３つの要件の少なくとも１つが満たされた時点で、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定する。そして、ＥＣＵ１３０は、実施の形態１と同様に、ランキンサイクル１０１内に異常があると判定すると警報装置１５０を起動する。
図４を参照すると、冷媒の目標圧力と圧力センサ１４１の検出圧力との時間的変化を表した例が示されている。図４の縦軸は冷媒の圧力を示し、横軸は経過時間を示す。なお、説明を簡単にするため、目標圧力はＰｔで一定としている。
図１及び図４をあわせて参照すると、ＥＣＵ１３０は、常時、目標圧力Ｐｔと圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓとを取得し、目標圧力Ｐｔの許容圧力範囲ＡＰｔの下限値ＡＰＬから圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓをひいた圧力差Ｄｐｓ（Ｄｐｓ＝ＡＰＬ−Ｐｓ）を経時的に算出し記憶している。
そこで、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している圧力差Ｄｐｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒにおいて、圧力差Ｄｐｓが０（零）以上となっている時間を合計した合計時間Ｔｓｐを算出する。つまり、ＥＣＵ１３０は、目標圧力Ｐｔから検出圧力Ｐｓをひいた圧力差Ｄｐｓ’が、所定差圧Ｄｐｔ１（所定差圧Ｄｐｔ１＝目標圧力Ｐｔ−許容圧力の下限圧力ＡＰＬ）以上となる時間を合計したものでもある合計時間Ｔｓｐを算出する。そして、ＥＣＵ１３０は、時間Ｔｓｐが時間範囲Ｔｒのα３％以上（なお、α３％は１００％以下の予め設定された値）を占める場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒圧力第一判定要件とする）としている。つまり、冷媒圧力第一判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが許容圧力範囲ＡＰｔの下限値ＡＰＬ以下となる割合が所定割合（α３％）以上となると、異常があると判定するもので、検出圧力Ｐｓの異常の発生割合に基づく要件である。
また、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している圧力差Ｄｐｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒにおいて、圧力差Ｄｐｓが０以上となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｐを算出する。そして、ＥＣＵ１３０は、継続時間Ｔｄｐが所定継続時間Ｔｄｐ１以上となる場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒圧力第二判定要件とする）としている。つまり、冷媒圧力第二判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが許容圧力範囲ＡＰｔの下限値ＡＰＬ以下となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｐが所定継続時間Ｔｄｐ１以上となると、異常があると判定するもので、検出圧力Ｐｓに発生する異常状態の連続発生時間に基づく要件である。
また、ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合、記憶している圧力差Ｄｐｓを時刻ｔ１から過去に所定の時間Ｔｒだけ遡って取得し、０以上となる場合の圧力差Ｄｐｓを、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの時間範囲Ｔｒ内において積分する。そして、ＥＣＵ１３０は、圧力差Ｄｐｓの積分値Ｉｐｓが所定積分値Ｉｐｓ１以上となる場合を、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定するための１つの要件（冷媒圧力第三判定要件とする）としている。つまり、冷媒圧力第三判定要件は、所定の時間範囲Ｔｒ内で、許容圧力範囲ＡＰｔの下限値ＡＰＬ以下となる圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓと下限値ＡＰＬとの差の積分が、所定値（Ｉｐｓ１）以上となると、異常があると判定するもので、検出圧力Ｐｓに発生する異常状態の積算量に基づく要件である。
ＥＣＵ１３０は、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に対する異常の有無の判定を常時、経時的に行っており、この経時的に判定を行っていく過程で、冷媒圧力第一判定要件、冷媒圧力第二判定要件及び冷媒圧力第三判定要件のいずれか１つが満たされた時点で、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常がある、つまり冷媒の漏洩があると判定する。この場合、ＥＣＵ１３０は、冷媒の漏洩を低減すると共に、ランキンサイクル１０１内で必要な冷媒量を低減させ、さらには、冷媒の漏洩によってポンプ１１１及び膨張機１１４に損傷が発生することを防止するために、目標圧力を低下させて再設定する。
そして、ＥＣＵ１３０は、再設定した低い目標圧力に基づき、ポンプ１１１の回転数を低減する制御を行うことによって、圧力センサ１４１の検出圧力が目標圧力となるように圧力制御を行う。また、実施の形態１と同様に、モータ１１８を停止させることでポンプ１１１を停止すると共に、電磁クラッチ１２０ａを切断することで膨張機１１４を停止させてもよい。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｔの許容圧力範囲ＡＰｔの下限値ＡＰＬ以下となる場合について、冷媒圧力第一判定要件、冷媒圧力第二判定要件及び冷媒圧力第三判定要件を設定して異常を判定していたが、これに限定されない。ＥＣＵ１３０は、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｔの許容圧力範囲ＡＰｔの上限値ＡＰＨ以上となる場合について、冷媒圧力第一判定要件、冷媒圧力第二判定要件及び冷媒圧力第三判定要件と同様の判定要件を設定し異常の判定を行うことができる。
図１及び図５をあわせて参照すると、ランキンサイクル１０１では、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓの異常の発生割合に基づく冷媒圧力第一判定要件と同様の冷媒圧力第四判定要件を設定することができる。冷媒圧力第四判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内で、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが許容圧力範囲ＡＰｔの上限値ＡＰＨ以上となる時間の合計時間Ｔｓｐ’の割合が時間範囲Ｔｒの所定割合（α４％）以上となると、異常があると判定するものである。
また、ランキンサイクル１０１では、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓに発生する異常状態の連続発生時間に基づく冷媒圧力第二判定要件と同様の冷媒圧力第五判定要件も設定することができる。冷媒圧力第五判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内において、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓが許容圧力範囲ＡＰｔの上限値ＡＰＨ以上となる場合が時刻ｔ１までに継続している継続時間Ｔｄｐ’が、所定継続時間Ｔｄｐ２以上となると、異常があると判定するものである。
さらに、ランキンサイクル１０１では、圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓに発生する異常状態の積算量に基づく冷媒圧力第三判定要件と同様の冷媒圧力第六判定要件を設定することができる。冷媒圧力第六判定要件は、異常の有無の判定を時刻ｔ１で行う場合に、時刻ｔ１−Ｔｒから時刻ｔ１までの所定の時間範囲Ｔｒ内において、許容圧力範囲ＡＰｔの上限値ＡＰＨ以上となる圧力センサ１４１の検出圧力Ｐｓと上限値ＡＰＨとの差の積分値Ｉｐｓ’が、所定積分値Ｉｐｓ２以上となると、異常があると判定するものである。
そして、ＥＣＵ１３０は、異常の有無の判定を経時的に行っていく過程で、冷媒圧力第四判定要件、冷媒圧力第五判定要件及び冷媒圧力第六判定要件のいずれか１つが満たされた時点で、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管に異常があると判定する。なお、上述の冷媒圧力第四判定要件〜冷媒圧力第六判定要件に基づき異常の発生が判定された場合、冷媒の圧力が過剰に増大していると判断でき、ランキンサイクル１０１内の機器又は冷媒配管での、曲がり、潰れ、不純物の堆積等による冷媒流路の閉塞若しくは断面積の減少、膨張機１１４の回転体の回転不能などの異常が発生したと判断できる。このときも、ＥＣＵ１３０は、警報装置１５０を起動するようにしてもよい。
このように、この発明の実施の形態に係るランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、第一流路１の冷媒に設定される目標圧力に基づき第一流路１の冷媒の圧力を制御する圧力制御装置として動作し、さらに、所定時間Ｔｒ内における目標圧力Ｐｔに対する圧力センサ１４１による検出圧力Ｐｓの乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１での異常の発生の有無を判定する異常判定装置として動作する。
このとき、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、目標圧力Ｐｔに対する検出圧力Ｐｓの乖離状態に基づき、ランキンサイクル１０１での異常の有無を判定している。よって、実施の形態２に係るランキンサイクル１０１での異常の判定は、目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｓという２つのパラメータを使用するだけでよい。従って実施の形態２でも実施の形態１と同様に、ランキンサイクル１０１の運転状態、車両の運転状態等の影響を受けずに安定した異常の判定を行うことができ、異常の判定動作を容易にすることが可能になる。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、所定の時間Ｔｒ内での目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｓとの差圧Ｄｐｓが所定差圧Ｄｐｔ１以上となる時間Ｔｓｐが、所定の時間Ｔｒの所定割合（α３％）以上となること（冷媒圧力第一判定条件）、所定の時間Ｔｒ内での目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｓとの差圧Ｄｐｓが所定差圧Ｄｐｔ１以上となる状態が、所定継続時間Ｔｄ１以上継続すること（冷媒圧力第二判定条件）、所定の時間Ｔｒ内での目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｓとの差圧Ｄｐｓの積分値Ｉｐｓが所定積分値Ｉｐｓ１以上となること（冷媒圧力第三判定条件）のうち、少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定する。上述の３つの要件はいずれも、目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｓとの乖離状態の判断を容易にすることができる。
また、ランキンサイクル１０１において、ＥＣＵ１３０は、異常が発生したと判定した場合、目標圧力Ｐｔを低下させる、又は、ランキンサイクル１０１の稼動を停止する。これによって、ランキンサイクル１０１内の機器及び冷媒配管における耐久性の低下及び損傷の発生を防止することができる。
なお、実施の形態２のランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒圧力第一判定条件、冷媒圧力第二判定条件及び冷媒圧力第三判定条件の３つの判定条件を使用して、冷媒の漏洩等の異常を検出していたが、これに限定されるものでなく、３つの判定条件のうちの１つのみ、又は２つのみを使用して異常の検出を行ってもよい。同様に、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒圧力第四判定条件、冷媒圧力第五判定条件及び冷媒圧力第六判定条件の３つの判定条件のうちの１つのみ、又は２つのみを使用して異常の検出を行ってもよい。また、ランキンサイクル１０１のＥＣＵ１３０は、冷媒圧力第一判定条件〜冷媒圧力第六判定条件の少なくとも幾つかを組み合わせて異常の検出を行ってもよい。
また、実施の形態１及び２のランキンサイクル１０１では、ポンプ１１１の回転数を調節することによって、温度センサ１４２での検出温度又は圧力センサ１４１での検出圧力（つまり、膨張機１１４の入口での冷媒の圧力又は温度）を調節していたが、これに限定されるものでなく、以下に示すランキンサイクルの変形例では、別の方法で冷媒の温度制御又は圧力制御を行うことができる。なお、以下に説明で使用する図６〜図８において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一また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。
図６を参照すると、ランキンサイクル２０１では、ポンプ１１１、膨張機１１４及び発電機１１９が駆動軸１１４ａを共有し、駆動軸１１４ａがエンジン１０に連結されたプーリ１２０ｂと連結され、エンジン１０の駆動力を受けるようになっている。さらに、第一流路１を第二流路２に、具体的には、流路部１ａを流路部２ｂに連通するバイパス流路３が設けられ、さらに、バイパス流路３の途中にこの流路の流路断面積を調節する制御弁３ａが設けられている。この場合、制御弁３ａの開放度を調節することによってバイパス流路３及び第一流路１の流路部１ｃを流通する冷媒流量が調節され、膨張機１１４の入口での温度センサ１４２の検出温度又は圧力センサ１４１の検出圧力が調節される。例えば、バイパス流路３の冷媒流量を増加させることによって、温度センサ１４２での検出温度は上昇し、圧力センサ１４１での検出圧力は減少する。なお、バイパス流路３は複数あってもよい。
また、図７を参照すると、ランキンサイクル３０１では、ポンプ１１１、膨張機１１４及び発電機１１９が駆動軸１１４ａを共有し、駆動軸１１４ａがエンジン１０に連結されていない構成となっている。さらに、発電機１１９がモータ及び発電機の機能を有するモータジェネレータとなっている。この場合、モータジェネレータ１１９が駆動する駆動軸１１４ａの回転数を制御することによって、ポンプ１１１及び膨張機１１４の回転数が調節され、膨張機１１４の入口での温度センサ１４２の検出温度又は圧力センサ１４１の検出圧力が調節される。例えば、駆動軸１１４ａの回転数を減少させることによって、温度センサ１４２の検出温度は上昇し、圧力センサ１４１での検出圧力は減少する。
また、図８を参照すると、ランキンサイクル４０１では、ポンプ１１１がエンジン１０に連結されたプーリ１２０ｂと連結され、膨張機１１４及び発電機１１９が駆動軸１１４ａを共有する構成となっている。この場合、発電機１１９の負荷を変更することによって、膨張機１１４の負荷を調節し、膨張機１１４の入口での温度センサ１４２の検出温度又は圧力センサ１４１の検出圧力が調節される。例えば、発電機１１９の負荷を低減することで膨張機１１４の負荷が低減され、それにより、膨張機１１４の回転数が増加して、温度センサ１４２の検出温度は上昇し、圧力センサ１４１での検出圧力が減少する。
また、図１、図６、図７及び図８において、膨張機１１４を、その吸入容積を任意に変更可能なものとしてもよい。このとき、吸入容積を変更することで、膨張機１１４が移送する冷媒の流量（体積流量）が変更され、それによって、膨張機１１４の上流側流路（流路部１ｃ）の冷媒温度及び冷媒圧力が変更される。そのため、温度センサ１４２の検出温度又は圧力センサ１４１の検出圧力が調節される。例えば、膨張機１１４の吸入容積を増加させることによって、温度センサ１４２の検出温度は上昇し、圧力センサ１４１での検出圧力は減少する。
また、ランキンサイクル１０１は、冷却水ボイラ１１２及び廃ガスボイラ１１３の２つの熱交換器を備えていたが、これに限定されるものでなく、冷却水ボイラ１１２又は廃ガスボイラ１１３のいずれか一つを有するものでも、また、３つ以上の熱交換器を備えていてもよい。また、ランキンサイクル１０１は、冷却水ボイラ１１２の代わり又はこれに追加して、エアコンの冷媒とランキンサイクル１０１の冷媒との熱交換器を第一流路１に備えていてもよく、ハイブリッドカーにおいて使用されるモータの冷却水とランキンサイクル１０１の冷媒との熱交換器を第一流路１に備えていてもよい。また、ランキンサイクル１０１は、冷却水ボイラ１１２の代わり又はこれに追加して、過給機への吸入空気を冷却するためのインタークーラを流通して吸入空気と熱交換を行う熱媒体（冷却水等）とランキンサイクル１０１の冷媒との熱交換器を第一流路１に備えていてもよく、排気ガスをエンジン１０の吸気側に還流するＥＧＲ（排気ガス再循環装置）における還流ガスを冷却するための冷却水とランキンサイクル１０１の冷媒との熱交換器を第一流路１に備えていてもよい。
また、実施の形態のランキンサイクル１０１は、車両に搭載されるものであったが、これに限定されるものでなく、コジェネレータ、太陽熱発電、工場廃熱発電用等に搭載してもよい。
１ 第一流路（作動流体の循環路）、２ 第二流路（作動流体の循環路）、１ａ 流路部（圧送装置出口流路）１ｃ 流路部（膨張機入口流路）、１０１，２０１，３０１，４０１ ランキンサイクル、１１１ ポンプ（流体圧送装置）、１１２ 冷却水ボイラ（熱交換器）、１１３ 廃ガスボイラ（熱交換器）、１１４ 膨張機、１１５ コンデンサ（凝縮器）、１３０ ＥＣＵ（温度制御装置、圧力制御装置、異常判定装置）、１４１ 圧力センサ（圧力検出器）、１４２ 温度センサ（温度検出器）。

Claims (9)

  1. 作動流体の循環路に、作動流体と熱媒体とを熱交換させる熱交換器、作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、作動流体を凝縮させる凝縮器、及び、作動流体を前記熱交換器に移送する流体圧送装置が順次設けられたランキンサイクルにおいて、
    前記熱交換器から前記膨張機に至るまでの間の膨張機入口流路に設けられ、作動流体の温度を検出する温度検出器と、
    前記膨張機入口流路の作動流体に設定される目標温度に基づき前記膨張機入口流路の作動流体の温度を制御する温度制御装置と、
    所定時間内における前記目標温度に対する前記温度検出器による検出温度の乖離状態に基づき、該ランキンサイクルでの異常の発生の有無を判定する異常判定装置とを備えるランキンサイクル。
  2. 前記異常判定装置は、前記所定の時間内での前記目標温度と前記検出温度との差が所定値以上となる時間が、前記所定の時間の所定割合以上となること、
    前記所定の時間内での前記目標温度と前記検出温度との差が前記所定値以上となる状態が、所定継続時間以上継続すること、
    前記所定の時間内での前記目標温度と前記検出温度との差の積分値が所定積分値以上となることのうち、
    少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定する請求項１に記載のランキンサイクル。
  3. 前記温度制御装置は、前記異常判定装置が異常が発生したと判定した場合、前記目標温度を高くする、又は、前記ランキンサイクルの稼動を停止する請求項１または２に記載のランキンサイクル。
  4. 前記温度制御装置は、前記目標温度を高くした場合、前記流体圧送装置の回転数を低下させること、
    前記膨張機の負荷を低下させること、
    前記膨張機の吸入容積を増大させること、
    前記膨張機から前記凝縮器を経て前記流体圧送装置に至るまでの間の第二流路に、前記流体圧送装置から前記熱交換器に至るまでの間の圧送装置出口流路の作動流体をバイパスさせる流量を増加させること
    のうちの少なくとも１つを行う請求項３に記載のランキンサイクル。
  5. 作動流体の循環路に、作動流体と熱媒体とを熱交換させる熱交換器、作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、作動流体を凝縮させる凝縮器、及び、作動流体を前記熱交換器に移送する流体圧送装置が順次設けられたランキンサイクルにおいて、
    前記流体圧送装置から前記熱交換器を経て前記膨張機に至るまでの間の第一流路に設けられ、作動流体の圧力を検出する圧力検出器と、
    前記第一流路の作動流体に設定される目標圧力に基づき前記第一流路の作動流体の圧力を制御する圧力制御装置と、
    所定時間内における前記目標圧力に対する前記圧力検出器による検出圧力の乖離状態に基づき、該ランキンサイクルでの異常の発生の有無を判定する異常判定装置とを備えるランキンサイクル。
  6. 前記異常判定装置は、前記所定の時間内での前記目標圧力と前記検出圧力との差が所定差圧以上となる時間が、前記所定の時間の所定割合以上となること、
    前記所定の時間内での前記目標圧力と前記検出圧力との差が前記所定差圧以上となる状態が、所定継続時間以上継続すること、
    前記所定の時間内での前記目標圧力と前記検出圧力との差の積分値が所定積分値以上となることのうち、
    少なくとも１つが満足される場合、異常が発生したと判定する請求項５に記載のランキンサイクル。
  7. 前記圧力制御装置は、前記異常判定装置が異常が発生したと判定した場合、前記目標圧力を低下させる、又は、前記ランキンサイクルの稼動を停止する請求項５または６に記載のランキンサイクル。
  8. 前記圧力制御装置は、前記目標圧力を低下させた場合、前記流体圧送装置の回転数を低下させること、
    前記膨張機の負荷を低下させること、
    前記膨張機の吸入容積を増大させること、
    前記第二流路に前記第一流路の作動流体をバイパスさせる流量を増加させることのうちの少なくとも１つを行う請求項７に記載のランキンサイクル。
  9. 前記異常判定装置が異常が発生したと判定した場合に異常の発生を知らせる警報装置をさらに備える請求項１〜８のいずれか一項に記載のランキンサイクル。
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