JP5835474B2 - 熱輸送装置 - Google Patents

Description

本発明は熱輸送装置に関する。

熱輸送装置としては熱の輸送媒体が自然循環によって凝縮した状態で受熱するとともに、蒸気化した状態で放熱することを繰り返し行う蒸気ループ構造が知られている。この点、かかる蒸気ループ構造によって熱を回収し利用する技術として、エンジンの廃熱を利用するエンジンの廃熱利用装置が例えば特許文献１で開示されている。

このほか本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２から５で開示されている。特許文献２ではランキンサイクルを備えたエンジンが停止し、冷却された際の蒸気の凝縮に起因する系内の負圧を軽減し、配管等の破損を回避する廃熱回収装置が開示されている。特許文献３では機関冷却系の冷媒蒸気を排気により加熱してタービンを駆動する廃熱回収装置を備えた内燃機関が開示されている。特許文献３の明細書の段落００３７では機関停止時に冷却経路内が真空化し、外部から空気を吸い込むおそれがあることと、これに対し真空ポンプを設けて冷却経路内の空気を排除可能であることが開示されている。

特許文献４では上述した蒸気ループ構造の一種であるループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置を備える内燃機関の暖機装置が開示されている。特許文献４の明細書の段落００５５ではループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置の内部が真空状態にされていることが開示されている。特許文献５では冷却水流路のエア抜きが可能な車両冷却装置が開示されている。

特開２０１０−１５６３１５号公報 特開２００８−１８５００１号公報 特開２０００−３４５８３５号公報 特開２０１０−２８１２３６号公報 特開２００８−１２１４３４号公報

熱輸送装置では外部から真空状態にある循環経路部内に空気の吸い込みが発生することがある。そして、空気の吸い込みが発生すると、熱の輸送媒体の代わりに空気が存在する分、受熱量および放熱量が低下する結果、装置性能が低下する虞がある。

この点、熱輸送装置としては具体的には例えば上述した蒸気ループ構造を備えるものがある。そして、かかる熱輸送装置では受熱が行われる熱回収器で熱の輸送媒体が蒸気化し、その後拡散的に移動することで、放熱が行われる凝縮部に到達することになる。このため、かかる熱輸送装置では空気の吸い込みが発生すると、熱の輸送媒体の移動が大きく阻害されることになる。結果、熱の輸送ができなくなるか、或いは熱の輸送性能が大幅に低下することで、装置性能が大幅に低下する虞がある。

一方、空気の吸い込みは例えば循環経路部内が完全に密閉されていれば、特段懸念されるものではないともいえる。ところが、循環経路部内を完全に密閉するのは困難であり、必ずしも現実的ではない。このため、一般には例えば各種のシール部材を用いて循環経路部内の密閉性を高めることが考えられる。ところがこの場合には、空気の吸い込みが多少なりとも発生することで、循環経路部内に空気が次第に蓄積される虞がある。またこの場合には、シール部材の経時劣化を伴うことから、長期に亘って高い密閉性を確保することが困難となる結果、空気の吸い込みを抑制すること自体も困難となる。

このため、装置性能の低下に対処するには空気の吸い込みが発生することを前提として対処することが現実的であると考えられる。そしてこのためには、例えば特許文献３で開示されているように真空ポンプを用いることで循環経路部内から空気を排除することが考えられる。ところが、この場合には例えばコスト面で不利になる虞や小型化に不利になる虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、例えばコスト面で有利な構成で空気の吸い込みで低下した装置性能の回復を図ることが可能な熱輸送装置を提供することを目的とする。

本発明は熱の輸送媒体を蒸気化する熱回収器と、前記熱回収器で蒸気化された熱の輸送媒体が凝縮する凝縮部とが組み込まれているとともに、真空状態を有する循環経路部と、前記循環経路部から分岐するとともに、流通を制御可能なバルブが組み込まれている分岐経路部と、前記循環経路部が空気を吸い込んでいることが検出或いは推定された場合に、前記循環経路部内の圧力が所定圧よりも高い状態で前記バルブを開閉する第１の制御部とを備え、前記循環経路部に補充する熱の輸送媒体を液相状態で貯留するリザーブタンクをさらに備えるとともに、前記分岐経路部が前記リザーブタンクで少なくとも確保されるべき液面の高さよりも低い位置で開口するように前記リザーブタンクに接続されており、前記リザーブタンクから前記循環経路部に補充すべき熱の輸送媒体の補充量を算出する補充量算出部と、前記第１の制御部が前記バルブを開閉した後に、前記循環経路部内の圧力が前記所定圧よりも低下した状態で、前記補充量算出部が算出する補充量に応じて前記バルブを開閉する第２の制御部とをさらに備える熱輸送装置である。

本発明は前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断する凍結判断部と、前記凍結判断部が前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が凍結する可能性があると判断した場合に、作動停止状態からの作動開始条件成立時に前記循環経路部内に必要とされる熱の輸送媒体量を減量補正する減量補正部とをさらに備える構成とすることができる。

本発明は熱を輸送するにあたり、前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が自然循環によって前記熱回収器において凝縮した状態で受熱するとともに、前記凝縮部において蒸気化した状態で放熱することを繰り返し行う構成とすることができる。

本発明は内燃機関を備える車両に搭載され、前記熱回収器が前記内燃機関の排気熱を回収する構成とすることができる。

本発明によれば、例えばコスト面で有利な構成で空気の吸い込みで低下した装置性能の回復を図ることができる。

熱輸送装置の概略構成図である。 実施例１の制御例をフローチャートで示す図である。 実施例２の制御例をフローチャートで示す図である。 実施例３の制御例をフローチャートで示す図である。 実施例５の制御例をフローチャートで示す図である。 実施例６の制御例をフローチャートで示す図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は熱輸送装置１Ａの概略構成図である。図１では熱輸送装置１Ａとともに内燃機関５０や排気管５１やスタータコンバータ５２やアンダーフロアコンバータ５３を示す。図１に示す各構成は図示しない車両に搭載されている。熱輸送装置１Ａは循環経路部１０と分岐経路部２０とリザーブタンク３０とＥＣＵ４０Ａとを備えている。熱輸送装置１Ａは熱の輸送として、受熱によって蒸気化するとともに放熱によって凝縮する現象を利用した熱の輸送媒体（以下、単に輸送媒体と称す）による熱の輸送を行う。

循環経路部１０は熱回収器１１と凝縮部１２と供給配管１３と戻り配管１４とを備えている。循環経路部１０はこれらの構成を有して構成されることで、熱回収器１１と凝縮部１２とが組み込まれた循環経路を形成している。循環経路部１０内には輸送媒体が大気圧よりも減圧された状態（例えば−１００ｋＰａ）で予め封入されている。そしてこれにより、輸送媒体による熱の輸送を行うにあたり、使用環境に合わせて輸送媒体の沸点を調整している。この点、輸送媒体には具体的にはここではＨ_２Ｏが用いられている。

熱回収器１１は熱交換器であり、輸送媒体を蒸気化する。熱回収器１１は具体的にはここでは内燃機関５０の排気と輸送媒体との間で熱交換を行うことで排気から熱を回収し、輸送媒体を蒸気化する熱交換器となっている。この点、内燃機関５０の始動は熱輸送装置１Ａの作動開始条件となり、内燃機関５０の停止は熱輸送装置１Ａの作動停止条件となる。そして、循環経路部１０は作動停止条件成立後に冷却が進む結果、輸送媒体の凝縮が進むことで真空状態を有することになる。

内燃機関５０の排気は排気管５１に設けられたスタータコンバータ５２やアンダーフロアコンバータ５３で浄化された上で、排気管５１を介して排出される。そして、熱回収器１１は具体的には排気管５１のうち、アンダーフロアコンバータ５３よりも下流側の部分に設けられている。

凝縮部１２は蒸気化された輸送媒体である蒸気が凝縮する部分であり、蒸気が輸送する熱を利用する部分となっている。凝縮部１２は具体的にはここでは内燃機関５０のうち、蒸気が輸送する熱を暖機に利用する部分となっている。このため、熱輸送装置１Ａは内燃機関５０と共有するかたちで凝縮部１２を備えている。凝縮部１２は内燃機関５０のうち、蒸気が輸送する熱で冷間時の内燃機関５０のフリクショントルクを低減可能な部分とすることができる。凝縮部１２は具体的には例えば内燃機関５０のクランクシャフトを軸支する軸受部とすることができる。

供給配管１３は熱回収器１１から凝縮部１２に蒸気を供給する。供給配管１３には圧力センサ６１と温度センサ６２とが設けられている。圧力センサ６１は供給配管１３内の圧力を検知することで、循環経路部１０内の圧力（以下、系内圧と称す）を検知する。温度センサ６２は供給配管１３内の温度を検知することで、循環経路部１０内の温度（以下、系内温と称す）を検知する。

この点、圧力センサ６１は循環経路部１０のうち、最も位置が高い部分に設けられている。また、温度センサ６２は循環経路部１０のうち、圧力センサ６１が系内圧を検知する部分の系内温を検知するように設けられている。戻り配管１４は凝縮部１２から熱回収器１１に凝縮した輸送媒体を戻す。戻り配管１４は具体的には熱回収器１１とともに凝縮した輸送媒体を凝縮部１２から熱回収器１１に重力の作用によって戻すことができるように設けられている。

分岐経路部２０は分岐配管２１とバルブ２２とを備えている。分岐経路部２０はこれらの構成を有して構成されることで、バルブ２２が組み込まれた分岐経路を形成している。分岐配管２１は循環経路部１０から分岐している。バルブ２２は分岐配管２１の流通を制御する。バルブ２２は具体的には流量調節弁となっている。バルブ２２は例えば開閉弁であってもよい。分岐配管２１はバルブ２２を介してリザーブタンク３０に接続されている。リザーブタンク３０は循環経路部１０に補充する輸送媒体を液相状態で貯留する。

この点、分岐配管２１は具体的にはバルブ２２を介してリザーブタンク３０の底部に下方から接続されている。そしてこれにより、リザーブタンク３０で少なくとも確保されるべき液面の高さよりも低い位置で開口するようにリザーブタンク３０に接続されている。このようにリザーブタンク３０に接続される分岐配管２１はさらに具体的には次のように設けられている。すなわち、戻り配管１４から重力作用方向において上方に向かって分岐および延伸するように設けられている。また、戻り配管１４のうち、熱回収器１１寄りの部分から分岐するように設けられている。

リザーブタンク３０は具体的には液相状態で貯留する輸送媒体に大気圧が作用する大気開放型のタンクとなっている。また、液相状態で貯留する輸送媒体に加えて、さらに循環経路部１０内を循環する輸送媒体を液相状態で貯留可能な容量を有している。リザーブタンク３０は例えば所定の圧力で開弁することで、内圧の上昇を抑制するブリーザバルブ付きのタンクであってもよい。

ＥＣＵ４０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ４０Ａには圧力センサ６１や温度センサ６２のほか、大気圧を検知する大気圧センサ６３や、大気温を検知する大気温センサ６４や、内燃機関５０の運転状態を検出するためのセンサ群６５がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、バルブ２２が制御対象として電気的に接続されている。

センサ群６５は内燃機関５０の回転数ＮＥを検出可能なクランクセンサや、内燃機関５０の吸入空気量を計測可能なエアフロメータや、内燃機関５０に対して加速要求を行うアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、内燃機関５０の冷却水温を検知する水温センサや、内燃機関５０の排気温を検知する排気温センサや、内燃機関５０を始動するためのイグニッションスイッチを含む。センサ群６５の出力やセンサ群６５の出力に基づく各種の情報は例えば内燃機関５０制御用のＥＣＵを介して取得されてもよい。或いは、ＥＣＵ４０Ａが内燃機関５０制御用のＥＣＵであってもよい。

ＥＣＵ４０ＡではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行する。そしてこれにより、例えば次に示す第１の制御部など各種の機能部が実現される。

第１の制御部は循環経路部１０内の同一の作動条件に対する系内圧の上昇があると認められた場合に、系内圧が所定圧αよりも高い状態でバルブ２２を開閉する。作動条件は例えば循環経路部１０内の輸送媒体量や大気温や熱回収器１１の熱的状態や凝縮部１２の熱的状態である。そして、同一の作動条件に対する系内圧の上昇があると認められた場合とは、具体的には循環経路部１０が空気を吸い込んでいることが検出或いは推定された場合である。すなわち、この場合には空気を吸い込んでいる分、空気を吸い込んでいない場合と比較して同一の作動条件で系内圧が上昇することになる。

このため、ＥＣＵ４０Ａでは循環経路部１０が空気を吸い込んでいるか否かを判断する吸い込み判断部がさらに実現される。したがって、第１の制御部は具体的には循環経路部１０が空気を吸い込んでいると吸い込み判断部が判断した場合に、系内圧が所定圧αよりも高い状態でバルブ２２を開閉する。

所定圧αは具体的には分岐経路部２０の接続先であるリザーブタンク３０側から閉弁状態にあるバルブ２２に作用する圧力とすることができる。当該圧力は例えば圧力センサを用いて検出できる。一方、ここではリザーブタンク３０が大気開放型のタンクとなっている。また、リザーブタンク３０に液相状態で貯留されている輸送媒体の液圧は大気圧と比較して無視できる程度に小さい。このため、ここでは所定圧αとして大気圧を用いることとしている。この点、所定圧αを大気圧とすることは、このようにしてリザーブタンク３０側から閉弁状態にあるバルブ２２に圧力が作用する場合を含むこととする。

系内圧が所定圧αよりも高い状態は具体的にはここでは系内圧が所定圧βよりも高い場合となっている。所定圧βは所定圧αよりも高い圧力とすることができる。第１の制御部は具体的には例えば作動開始条件成立後、作動停止条件が成立するまでの間（ここでは内燃機関５０運転中）にバルブ２２を開閉することができる。

吸い込み判断部は具体的には系内圧および系内温を取得するとともに、取得した系内温に対応する飽和蒸気圧を算出する。そして、算出した飽和蒸気圧と取得した系内圧との差分を算出するとともに、算出した差分の大きさが所定値よりも大きい場合に、空気を吸い込んでいると判断する。系内圧は圧力センサ６１の出力に基づき検出することで、系内温は温度センサ６２の出力に基づき検出することでそれぞれ取得できる。系内圧や系内温は例えば推定によって取得されてもよい。

このように構成された熱輸送装置１Ａは熱を輸送するにあたり、輸送媒体が自然循環によって凝縮した状態で熱回収器１１において受熱するとともに、蒸気化した状態で凝縮部１２において放熱することを繰り返し行う。そしてこれにより、熱の回収と利用とを行う。

次にＥＣＵ４０Ａの制御動作の一例を図２に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートは例えば内燃機関５０運転中に行うことができる。本フローチャートは内燃機関５０停止中に行われてもよい。ＥＣＵ４０Ａは系内圧および系内温を取得する（ステップＳ１）。続いてＥＣＵ４０Ａは取得した系内温に対応する飽和蒸気圧を算出する（ステップＳ２）。また、算出した飽和蒸気圧と取得した系内圧との差分を算出するとともに（ステップＳ３）、算出した差分の大きさが所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。

ステップＳ４で肯定判定であれば、ＥＣＵ４０Ａは系内圧を取得するとともに（ステップＳ５）、取得した系内圧が所定圧βよりも高いか否かを判定する（ステップＳ６）。この点、系内圧は熱回収器１１における輸送媒体の受熱が進むことで上昇し、所定圧αをさらには所定圧βを上回ることになる。したがって、ステップＳ６では本フローチャートの実行タイミングに応じて、例えば内燃機関５０の冷間始動後、ある期間が経過してから内燃機関５０停止後、ある期間が経過するまでの間のいずれかのタイミングで肯定判定されることになる。

ステップＳ６で否定判定であればステップＳ５に戻る。一方、ステップＳ６で肯定判定であれば、循環経路部１０が空気を吸い込んでいると判断される。このためこの場合にはＥＣＵ４０Ａはバルブ２２を開閉する（ステップＳ７）。バルブ２２は例えば圧力センサ６１の出力に基づき系内圧が所定圧αよりも高い所定の圧力を下回るまでの間、開弁することができる。或いは、バルブ２２の開弁期間や開弁度合いは例えば所定圧α、β間の差圧に応じて予め設定されていてもよい。ステップＳ７の後には本フローチャートを一旦終了する。

次に熱輸送装置１Ａの作用効果について説明する。熱輸送装置１Ａは同一の作動条件に対する系内圧の上昇があると認められた場合に、系内圧が所定圧αよりも高い状態でバルブ２２を開閉する。そしてこれにより、循環経路部１０内に凝縮した輸送媒体を残しつつ、循環経路部１０内から蒸気とともに空気を排出することで、少なくとも熱の輸送性能の観点から装置性能の回復を図ることができる。

この点、循環経路部１０内から蒸気とともに空気を排出した後には、循環経路部１０内の輸送媒体量は減少する。一方、系内圧は例えば作動停止条件成立後、循環経路部１０の冷却が進むことで大気圧よりも低下することになる。そして、系内圧が大気圧よりも低下した場合には循環経路部１０内に輸送媒体を補充することが可能になる。

このため、熱輸送装置１Ａは具体的には少なくとも作動停止条件成立後、作動停止状態からの次の作動開始条件成立時までには輸送量の観点からも装置性能を回復できる。そして、このようにして空気の吸い込みで低下した装置性能の回復を図ることが可能な熱輸送装置１Ａは例えば真空ポンプが不要である分、コスト面で有利な構成とすることができる。また、真空ポンプが不要である分、小型化に有利な構成とすることもできる。

熱輸送装置１Ａは具体的には循環経路部１０が空気を吸い込んでいると判断した場合に、系内圧が所定圧αよりも高い状態でバルブ２２を開閉する。この点、熱輸送装置１Ａは系内圧および系内温の代わりに例えば系内圧に基づき、循環経路部１０が空気を吸い込んでいるか否かを判断するように構成することもできる。

ところが、この場合には検出精度との関係上、比較の対象となる基準の系内圧を作動条件が安定する場合（例えば内燃機関５０停止後、一定期間が経過した場合など）に合わせて把握しておくことが現実的となる。このためこの場合には、空気の吸い込みを検出する機会が限られてくる虞がある。

これに対し、熱輸送装置１Ａは系内圧および系内温を取得するとともに、取得した系内温に対応する飽和蒸気圧を算出する。そして、算出した飽和蒸気圧と取得した系内圧との差分を算出するとともに、算出した差分の大きさが所定値よりも大きい場合に循環経路部１０が空気を吸い込んでいると判断する。このため、熱輸送装置１Ａは作動状態に関わらず空気の吸い込みを検出できるようにすることもできる。結果、空気の吸い込みの早期検出を可能にすることもできる。

熱輸送装置１Ａは熱を輸送するにあたり、輸送媒体が自然循環によって凝縮した状態で熱回収器１１において受熱するとともに、蒸気化した状態で凝縮部１２において放熱することを繰り返し行う構成となっている。この点、このように構成された熱輸送装置１Ａでは空気の吸い込みによって蒸気の拡散的な移動が妨げられることになる。このため、このように構成された熱輸送装置１Ａでは空気の吸い込みによって熱の輸送性能が大幅に低下することで、装置性能が大幅に低下する虞がある。このため、熱輸送装置１Ａは具体的にはこのような構成である場合に装置性能の回復を特に好適に図ることができる。

内燃機関５０を備える車両においては、熱輸送装置１Ａを搭載することで内燃機関５０の排気熱の回収および利用を図ることができる。一方、車両においては熱輸送装置１Ａを搭載するスペースが限られてくる。また、車両においては循環経路部１０内を完全に密閉する試みは、経時劣化が発生し得ることやコストを考慮すると特に現実的ではない。このため、熱輸送装置１Ａは内燃機関５０を備える車両に搭載され、熱回収器１１が内燃機関５０の排気熱を回収する場合に特に適している。この場合、熱の輸送性能の回復を図ることで、具体的には内燃機関５０の暖機性向上による燃費向上を図ることができる。

熱輸送装置１Ａはリザーブタンク３０を備えるとともに、分岐経路部２０をリザーブタンク３０に接続する構成となっている。そしてこれにより、循環経路部１０とリザーブタンク３０とを接続するために分岐経路部をさらに設ける必要がない構成となっている。このため、熱輸送装置１Ａは具体的にはかかる構成であることで、さらにコスト面で有利な構成とすることや小型化に有利な構成とすることができる。

分岐経路部２０の接続先は例えば大気とすることもできる。この場合でも、分岐経路部２０と同様の分岐経路部をさらに備えるとともに、当該分岐経路部をリザーブタンク３０に接続することで、装置性能の回復を図ることができる。この場合、分岐経路部２０を第１の分岐経路部とするとともに、リザーブタンク３０を接続先とする分岐経路部を第２の分岐経路部とすることができる。

なお、熱輸送装置１Ａでは循環経路部１０内に補充すべき輸送媒体の補充量の算出および輸送媒体の補充は適宜行われてよい。この点、補充量の算出および輸送媒体の補充を行うにあたっては、熱輸送装置１Ａは例えば実施例３で後述する補充量算出部と第２の制御部とをさらに備えることができる。これは次に説明する熱輸送装置１Ｂについても同様である。

本実施例の熱輸送装置１ＢはＥＣＵ４０Ａの代わりにＥＣＵ４０Ｂを備える点以外、熱輸送装置１Ａと実質的に同一である。ＥＣＵ４０Ｂは以下に示す点以外、ＥＣＵ４０Ａと実質的に同一である。このため、熱輸送装置１Ｂについては図示省略する。

ＥＣＵ４０Ｂでは循環経路部１０が空気を吸い込んでいるか否かを判断するにあたり、吸い込み判断部が次のように判断する。すなわち、ＥＣＵ４０Ｂでは吸い込み判断部が熱回収器１１の回収熱量に応じた系内圧の実変化量と予測変化量との差分の大きさが所定値よりも大きい場合に、循環経路部１０が空気を吸い込んでいると判断する。

回収熱量は所定の回収期間内に熱回収器１１で回収された熱量である。回収熱量は例えば内燃機関５０から排出される時々の排気の量と排気温とに基づき算出（推定）できる。回収期間は例えば作動停止状態からの作動開始条件成立時（ここでは内燃機関５０の冷間始動時）から所定時間が経過するまでの間とすることができる。これにより、作動条件のうち、熱回収器１１や凝縮部１２の熱的状態を安定させることができる。

実変化量は回収期間開始時および終了時の系内圧それぞれに基づき算出できる。予測変化量は例えば所定の回収期間内に予測される範囲内の回収熱量に応じて予め設定しておくことができる。予測変化量は例えば作動開始条件成立時の大気温に応じて補正されてもよい。

次にＥＣＵ４０Ｂの制御動作の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートは例えば内燃機関５０の冷間始動時に開始することができる。ＥＣＵ４０Ｂは系内圧を取得する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では回収期間開始時の系内圧が取得される。続いてＥＣＵ４０Ｂは回収熱量の算出を開始するとともに（ステップＳ１２）、回収期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。否定判定であればステップＳ１２に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ４０Ｂは系内圧を取得する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では回収期間終了時の系内圧が取得される。

続いてＥＣＵ４０Ｂは回収期間開始時および終了時の系内圧それぞれに基づき、系内圧の実変化量を算出する（ステップＳ１５）。また、算出した回収熱量に対応する予測変化量を取得する（ステップＳ１６）。続いてＥＣＵ４０Ｂは実変化量と予測変化量との差分を算出し（ステップＳ１７）、算出した差分の大きさが所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。そして、肯定判定であればバルブ２２を開閉し（ステップＳ１９）、本フローチャートを終了する。また、ステップＳ１８で否定判定であれば本フローチャートを終了する。

次に熱輸送装置１Ｂの作用効果について説明する。ここで、熱輸送装置１Ａの場合には熱回収器１１や凝縮器１２の熱的状態が過渡的に変化している場合でも空気の吸い込みを検出できる。しかしながら、例えばこの場合には、変化が急激である場合ほど検出精度も低下し得る。また、熱輸送装置１Ａの場合には例えば内燃機関５０の冷却水温等に基づき系内温を推定することもできる。しかしながら、この場合には内燃機関５０の運転態様によっては系内温と冷却水温等との間に必ずしも高い相関関係が得られない場合もある。結果、このような場合にも検出精度が低下し得る。

これに対し、熱輸送装置１Ｂは熱回収器１１の回収熱量に応じた系内圧の実変化量と予測変化量との差分の大きさが所定値よりも大きい場合に、循環経路部１０が空気を吸い込んでいると判断する。そしてこれにより、熱輸送装置１Ａでは空気の吸い込みを高い検出精度で検出し難い場合に空気の吸い込みを検出できる。この点、熱輸送装置１Ｂは実施例１で前述した吸い込み判断部をさらに備えることで、検出精度を好適に高めることもできる。この場合、例えば実施例１で前述した吸い込み判断部を第１の吸い込み判断部とし、本実施例で説明した吸い込み判断部を第２の吸い込み判断部とすることができる。

本実施例の熱輸送装置１ＣはＥＣＵ４０Ａの代わりにＥＣＵ４０Ｃを備える点以外、熱輸送装置１Ａと実質的に同一である。ＥＣＵ４０Ｃは以下に示す点以外、ＥＣＵ４０Ａと実質的に同一である。このため、熱輸送装置１Ｃについては図示省略する。同様の変更は例えば熱輸送装置１Ｂに対して行われてもよい。

ＥＣＵ４０Ｃでは補充量算出部と第２の制御部とがさらに実現される。補充量算出部はリザーブタンク３０から循環経路部１０に補充すべき輸送媒体の補充量を算出する。第２の制御部は第１の制御部がバルブ２２を開閉した後に、系内圧が所定圧αよりも低下した状態で補充量算出部が算出する補充量に応じてバルブ２２を開閉する。系内圧が所定圧αよりも低下した状態は具体的にはここでは系内圧が所定圧γよりも低下した場合となっている。所定圧γは所定圧αよりも低い圧力とすることができる。

補充量算出部は具体的には作動開始条件成立後、作動停止条件が成立するまでの間（ここでは内燃機関５０運転中）に第１の制御部がバルブ２２を開閉した場合に、第１の制御部がバルブ２２を開閉した際に排出される輸送媒体量に応じて補充量を算出する。当該補充量は具体的には系内圧と所定圧αとの差圧と、第１の制御部がバルブ２２を開閉した際の開弁期間とに応じて（ここではさらに開弁度合いに応じて）算出することができる。

第２の制御部は具体的には作動開始条件成立後、作動停止条件が成立するまでの間に第１の制御部がバルブ２２を開閉した後、引き続き作動停止条件が成立するまでの間に系内圧が所定圧αよりも低下した状態で補充量算出部が算出した補充量に応じてバルブ２２を開閉する。

次にＥＣＵ４０Ｃの制御動作の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートは図２に示すフローチャートが内燃機関５０運転中に行われた場合に、ステップＳ６に続いて引き続き内燃機関５０運転中に行うことができる。ＥＣＵ４０Ｃは補充量を算出する（ステップＳ２１）。続いてＥＵＣ４０Ｃは系内圧を取得するとともに（ステップＳ２２）、取得した系内圧が所定圧γよりも低下したか否かを判定する（ステップＳ２３）。否定判定であればステップＳ２２に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ４０Ｃは算出した補充量に応じてバルブ２２を開閉する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の後には本フローチャートを終了する。

次に熱輸送装置１Ｃの作用効果について説明する。熱輸送装置１Ｃは補充量を算出するとともに、第１の制御部がバルブ２２を開閉した後に系内圧が所定圧αよりも低下した状態で、算出した補充量に応じてバルブ２２を開閉する。そしてこれにより、熱の輸送量の観点から装置性能の回復を図ることができる。すなわち、循環経路部１０内から蒸気とともに空気を排出した後には、具体的にはこのようにして熱の輸送量の観点からも装置性能の回復を図ることができる。

一方、第１の制御部がバルブ２２を開閉した後には系内圧を高めていた空気が排出されるだけでなく、循環経路部１０内の輸送媒体量も減少した状態となる。このためこの場合には、作動停止条件が成立する前でも熱回収器１１における受熱状況や凝縮部１２における放熱状況に応じて系内圧が所定圧αよりも低下し得る状態となる。

これに対し、熱輸送装置１Ｃは具体的には作動開始条件成立後、作動停止条件が成立するまでの間に第１の制御部がバルブ２２を開閉した後、第１の制御部がバルブ２２を開閉した際に排出される輸送媒体量に応じて補充量を算出する。また、引き続き作動停止条件が成立するまでの間に系内圧が所定圧αよりも低下した状態で算出した補充量に応じてバルブ２２を開閉する。このため、熱輸送装置１Ｃは作動停止条件成立後、循環経路部１０の冷却が進むことを待つことなく受熱量の観点からも早期に装置性能の回復を図ることができる。

本実施例の熱輸送装置１ＤはＥＣＵ４０Ｃの代わりにＥＣＵ４０Ｄを備える点以外、熱輸送装置１Ｃと実質的に同一である。ＥＣＵ４０Ｄは以下に示す点以外、ＥＣＵ４０Ａと実質的に同一である。このため、熱輸送装置１Ｄについては図示省略する。ＥＣＵ４０Ｄでは補充量算出部と第２の制御部とが具体的には次に示すように実現される。

すなわち、ＥＣＵ４０Ｄでは補充量算出部が具体的には循環経路部１０内に残留する輸送媒体の残留量と、作動停止状態からの作動開始条件成立時に循環経路部１０内に必要とされる輸送媒体量とに基づき輸送媒体の補充量を算出する。また、第２の制御部が具体的には作動停止条件成立後、系内圧が所定圧αよりも低下した状態で補充量算出部が算出する補充量に応じてバルブ２２を開閉する。

残留量は具体的には次のようにして算出できる。すなわち、まずバルブ２２の開閉に応じて循環経路部１０内から排出される輸送媒体の積算排出量と、バルブ２２の開閉に応じて循環経路部１０内に補充される輸送媒体の積算補充量とを算出する。そして、循環経路部１０内に予め封入した輸送媒体量から積算排出量を減算するとともに、当該輸送媒体量に積算補充量を加算することで算出できる。作動停止状態からの作動開始条件成立時に循環経路部１０内に必要とされる輸送媒体量は予め設定しておくことができる。

ＥＣＵ４０Ｄの制御動作は例えば図２に示すフローチャートが内燃機関５０運転中に行われた場合に、図４に示すフローチャートと同様の制御動作をステップＳ６に続いて内燃機関５０停止後に開始することで実現できる。このため、ＥＣＵ４０Ｄの制御動作を示すフローチャートについては図示省略する。なお、補充量を算出するにあたり、残留量は図４に示すフローチャートとは別に逐次算出することができる。この点、補充量は必ずしも作動停止条件成立時に限られず、例えば残留量とともに逐次算出されてもよい。

次に熱輸送装置１Ｄの作用効果について説明する。熱輸送装置１Ｄは補充量を算出するにあたり、具体的には上述したように補充量を算出する。また、算出した補充量に応じてバルブ２２を開閉するにあたり、具体的には上述したようにバルブ２２を開閉する。そしてこれにより、作動停止状態からの次の作動開始条件成立時に備えて、作動停止条件成立後に循環経路部１０内に適量の輸送媒体量を確保することができる。すなわち、輸送量の観点からも装置性能の回復を図るには、具体的にはこのように装置性能の回復を図ることもできる。

本実施例の熱輸送装置１ＥはＥＣＵ４０Ａの代わりにＥＣＵ４０Ｅを備える点以外、熱輸送装置１Ａと実質的に同一である。ＥＣＵ４０Ｅは以下に示す点以外、ＥＣＵ４０Ａと実質的に同一である。このため、熱輸送装置１Ｅについては図示省略する。同様の変更は例えば熱輸送装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに対して行われてもよい。

ＥＣＵ４０Ｅでは凍結判断部と減量補正部とがさらに実現される。凍結判断部は循環経路部１０内を循環する輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断する。減量補正部は凍結判断部が循環経路部１０内を循環する輸送媒体が凍結する可能性があると判断した場合に、作動停止状態からの作動開始条件成立時に循環経路部１０内に必要とされる輸送媒体量を減量補正する。

凍結判断部は例えば大気温に基づき輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断することができる。この場合、凍結判断部は例えば大気温を常時検出或いは推定するとともに、大気温が所定温度よりも低い場合に輸送媒体が凍結する可能性があると判断することができる。所定温度は循環経路部１０内の輸送媒体が凍結する温度以上の温度とすることができる。凍結判断部は必ずしも常時大気温を検出或いは推定しなくてもよい。凍結判断部はこのほかにも適宜の方法で輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断するように構成されてよい。

減量補正部は具体的には補充量を減量補正する。そしてこれにより、作動停止状態からの作動開始条件成立時に循環経路部１０内に必要とされる輸送媒体量を減量補正する。減量補正時の減量補正量は予め設定しておくことができる。減量補正部は例えば所定期間の間、凍結判断部によって輸送媒体が凍結する可能性がないと判断された場合に、減量補正を解除することができる。

次にＥＣＵ４０Ｅの制御動作の一例を図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートは大気温を常時検出する場合の例を示す。ＥＣＵ４０Ｅは大気温を検出するとともに（ステップＳ３１）、検出した大気温が所定温度よりも低いか否かを判定する（ステップＳ３２）。肯定判定であれば、輸送媒体が凍結する可能性があると判断される。このため、肯定判定であればＥＣＵ４０Ｅは補充量を減量補正する（ステップＳ３３）。

一方、ステップＳ３２で否定判定であれば、輸送媒体が凍結する可能性はないと判断される。この場合、ＥＣＵ４０Ｅは所定期間の間、凍結の可能性がないと判断されたか否か（所定期間の間、ステップＳ３２で否定判定が続いたか否か）を判定する（ステップＳ３４）。そして、肯定判定であれば補充量の減量補正を解除する（ステップＳ３５）。ステップＳ３３の後、ステップＳ３４の否定判定、或いはステップＳ３５の後には本フローチャートを一旦終了する。

次に熱輸送装置１Ｅの作用効果について説明する。熱輸送装置１Ｅは上述したように輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断するとともに、輸送媒体が凍結する可能性があると判断した場合に減量補正を行う。そしてこれにより、作動停止状態からの作動開始条件成立時における循環経路部１０内の輸送媒体の熱容量を低下させることができる。結果、低温状態からの作動性を向上させることができる。

熱輸送装置１Ｅは減量補正に応じて循環経路部１０内の輸送媒体量を減量することで、熱回収器１１および熱回収器１１の周辺部以外で輸送媒体が凍結することも防止或いは抑制できる。そしてこれにより、凍結による経路閉塞の防止や凍結した輸送媒体の早期液相化を図ることで、低温状態からの作動性を向上させることもできる。このため、熱輸送装置１Ｅは輸送量の観点から熱の輸送性能の回復を図るにあたり、さらに低温状態からの作動性を向上させることができる。

本実施例の熱輸送装置１ＦはＥＣＵ４０Ｅの代わりにＥＣＵ４０Ｆを備える点以外、熱輸送装置１Ｅと実質的に同一である。ＥＣＵ４０Ｆは以下に示す点以外、ＥＣＵ４０Ａと実質的に同一である。このため、熱輸送装置１Ｆについては図示省略する。

ＥＣＵ４０Ｆでは第３の制御部がさらに実現される。第３の制御部は循環経路部１０内の状態が作動開始条件成立後に系内圧が所定圧δを上回らない状態である場合にバルブ２２を開閉する。所定圧δは系内圧が到達すべき圧力である。

この点、所定圧δは具体的には例えば作動開始条件成立後、所定期間内に系内圧が到達すべき圧力として予め設定しておくことができる。この場合、第３の制御部は例えば作動開始条件成立後、所定期間が経過した際に系内圧が所定圧δよりも低い場合にバルブ２２を開閉することができる。また、所定期間が経過した際の系内圧と所定圧δとの差圧に応じてバルブ２２を開閉することができる。なお、系内圧と所定圧δの代わりに例えば系内圧の変化量と系内圧が到達すべき圧力に変化する場合の変化量とが適用されてもよい。

次にＥＣＵ４０Ｆの制御動作の一例を図６に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートは内燃機関５０冷間始動時に開始することができる。ＥＣＵ４０Ｆは内燃機関５０始動後、所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４１）。否定判定であればステップＳ４１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ４０Ｆは系内圧を取得するとともに（ステップＳ４２）、取得した系内圧が所定圧δよりも低いか否かを判定する（ステップＳ４３）。否定判定であれば、本フローチャートを終了する。肯定判定であれば、ＥＣＵ４０Ｆはバルブ２２を開閉する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４の後には本フローチャートを終了する。

次に熱輸送装置１Ｆの作用効果について説明する。ここで、熱輸送装置１Ｆでは減量補正が行われた場合に循環経路部１０内の輸送媒体量が減少することになる。このため、作動開始条件成立後、ある程度の時間が経過した段階においては熱回収器１１や凝縮部１２の熱的状態に照らして輸送媒体量が不足する事態が発生することがある。結果、輸送量の観点から熱の輸送性能が十分に発揮されなくなることがある。

一方、この場合には循環経路部１０内の輸送媒体量が減少している分、系内圧が低下することになる。これに対し、熱輸送装置１Ｆは上述したようにバルブ２２を開閉することで、循環経路部１０内の輸送媒体量を増量する。そしてこれにより、さらに減量補正に応じて低下する熱の輸送性能を適切に高めることができる。

作動停止状態からの作動開始条件成立時に循環経路部１０内に必要とされる熱の輸送媒体量は、作動性向上の観点から例えば作動開始条件成立後に増量するようにすることで、増量した場合と比較して予め減量した値に設定しておくこともできる。このため、同様の変更は例えば熱輸送装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに対して行われてもよい。

この場合、例えば作動停止条件成立後に系内圧が所定圧αよりも高い状態でバルブ２２を開閉することで、再び循環経路部１０内の輸送媒体量を減量することができる。これは上述したようにバルブ２２を開閉することで、減量補正が解除されていない場合に循環経路部１０内の輸送媒体量を増量する熱輸送装置１Ｆについても同様である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。

例えば上述した実施例では輸送媒体がＨ_２Ｏである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、輸送媒体には例えばアルコールなど適宜のものが用いられてもよい。また、輸送媒体は必ずしも減圧された状態で循環経路部内に予め封入されていなくてもよい。この場合でも例えば作動停止時に冷却が進む結果、輸送媒体の凝縮が進むことで循環経路部が真空状態を有することになる限り、空気の吸い込みは発生することになる。また、例えば熱輸送装置はランキンサイクルを行う熱輸送装置であってもよい。

熱輸送装置 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ
循環経路部 １０
熱回収器 １１
凝縮部 １２
分岐経路部 ２０
バルブ ２２
ＥＣＵ ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆ

Claims (4)

1. 熱の輸送媒体を蒸気化する熱回収器と、前記熱回収器で蒸気化された熱の輸送媒体が凝縮する凝縮部とが組み込まれているとともに、真空状態を有する循環経路部と、
   前記循環経路部から分岐するとともに、流通を制御可能なバルブが組み込まれている分岐経路部と、
   前記循環経路部が空気を吸い込んでいることが検出或いは推定された場合に、前記循環経路部内の圧力が所定圧よりも高い状態で前記バルブを開閉する第１の制御部とを備え、
   前記循環経路部に補充する熱の輸送媒体を液相状態で貯留するリザーブタンクをさらに備えるとともに、前記分岐経路部が前記リザーブタンクで少なくとも確保されるべき液面の高さよりも低い位置で開口するように前記リザーブタンクに接続されており、
   前記リザーブタンクから前記循環経路部に補充すべき熱の輸送媒体の補充量を算出する補充量算出部と、
   前記第１の制御部が前記バルブを開閉した後に、前記循環経路部内の圧力が前記所定圧よりも低下した状態で、前記補充量算出部が算出する補充量に応じて前記バルブを開閉する第２の制御部とをさらに備える熱輸送装置。
2. 請求項１に記載の熱輸送装置であって、
   前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が凍結する可能性があるか否かを判断する凍結判断部と、
   前記凍結判断部が前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が凍結する可能性があると判断した場合に、作動停止状態からの作動開始条件成立時に前記循環経路部内に必要とされる熱の輸送媒体量を減量補正する減量補正部とをさらに備える熱輸送装置。
3. 請求項１または２に記載の熱輸送装置であって、
   熱を輸送するにあたり、前記循環経路部内を循環する熱の輸送媒体が自然循環によって前記熱回収器において凝縮した状態で受熱するとともに、前記凝縮部において蒸気化した状態で放熱することを繰り返し行う熱輸送装置。
4. 請求項１または２に記載の熱輸送装置であって、
   内燃機関を備える車両に搭載され、前記熱回収器が前記内燃機関の排気熱を回収する熱輸送装置。

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