JP5999652B2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン等の外部熱源の排熱を回収するランキンサイクルを備えた排熱回収装置に関する。

この種の装置として、例えば特許文献１に記載の廃熱利用装置が知られている。この特許文献１に記載の廃熱利用装置は、ポンプ、加熱器、膨張機、及び凝縮器を備えたランキンサイクルと、膨張機をバイパスするバイパス流路と、このバイパス流路を開閉するバイパス弁と、を備えている。また、ポンプ、膨張機及びモータジェネレータが同一の駆動軸によって接続されている。そして、ランキンサイクルを停止させる場合には、バイパス弁を開き、膨張機差圧が十分に小さくなったことを確認してモータジェネレータを停止することで、ポンプ及び膨張機を停止させるようにしている。
この特許文献１に記載の廃熱利用装置では、膨張機の出力によってポンプが駆動され、その余剰出力によってモータジェネレータが駆動される。

特開２００９−９７３８７号公報

ところで、膨張機の出力によってエンジンをアシストするように構成する場合、クラッチ機構を有する動力伝達機構が膨張機とエンジンとの間に設けられるのが一般的である。このような構成において、ランキンサイクルを停止させる場合には、バイパス弁を開き、膨張機差圧が十分に小さくなったことを確認してクラッチ機構を解放することで膨張機を停止させることが考えられる。

しかし、実際の膨張機差圧の変化と膨張機出力の変化とは必ずしも一致しないため、上記従来技術のように膨張機差圧が十分に小さくなったことを確認するだけでは適切なタイミングでクラッチ機構を解放することができないおそれがある。例えば、膨張機出力が十分に低下する前にクラッチ機構が解放されて膨張機の過回転が発生したり、膨張機出力が十分に低下したにもかかわらずクラッチ機構が解放されずに膨張機が却ってエンジンの負荷（すなわち、膨張機出力がマイナス）となってしまったりするおそれがある。

そこで、本発明は、ランキンサイクルを備えた排熱回収装置において、ランキンサイクルの停止時に、クラッチ機構を適切なタイミングで解放することにより、膨張機の過回転が発生したり、膨張機出力がマイナスとなってしまったりすることを効果的に抑制することを目的とする。

本発明の一側面による排熱回収装置は、冷媒の循環路に、エンジンの排熱によって冷媒を加熱して気化させる加熱器、この加熱器を経由した冷媒を膨張させて動力を発生する膨張機、この膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、及びこの凝縮器を経由した冷媒を前記加熱器へと送出するポンプが配設されたランキンサイクルと；前記膨張機を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス流路と；前記バイパス流路を開閉するバイパス弁と；クラッチ機構を有し、当該クラッチ機構の締結時に前記膨張機と前記エンジンとの間で動力の伝達が可能な動力伝達機構と；前記ランキンサイクルを停止させる際に、前記バイパス弁を開き、その後、前記バイパス弁を開く以前又は前記バイパス弁を開いた時点の前記ランキンサイクルの運転状態又は運転条件に応じて設定される待機時間が経過したときに前記クラッチ機構を解放するように制御する制御部と；を備える。

上記排熱回収装置によると、ランキンサイクルを停止させる際に、バイパス弁を開き、その後、バイパス弁を開く以前又はバイパス弁を開いた時点のランキンサイクルの運転状態又は運転条件に応じて設定される待機時間が経過したときにクラッチ機構を解放する。これにより、バイパス弁を開いた後に膨張機の出力が十分に低下するタイミングに合わせてクラッチ機構を解放することが可能となり、ランキンサイクルの停止時における膨張機の過回転の発生や膨張機出力がマイナスとなる事態を効果的に抑制できる。

本発明の第１実施形態による排熱回収装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態におけるランキン停止制御のフローチャートである。 待機時間設定テーブルの一例を示す図である。 第１実施形態におけるランキン停止制御の効果を説明するための図である。 第１実施形態におけるランキン停止制御の効果を説明するための図である。 第１実施形態におけるランキン停止制御の効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による排熱回収装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態におけるランキン停止制御のフローチャートである。 待機時間設定テーブルの他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による排熱回収装置１の概略構成を示している。この排熱回収装置１は、車両に搭載され、当該車両のエンジン５０の排熱を回収して利用する。図１に示すように、排熱回収装置１は、エンジン５０の排熱を回収して動力に変換するランキンサイクル２と、ランキンサイクル２とエンジン５０との間で動力の伝達を行う動力伝達機構３と、排熱回収装置１全体の作動を制御する制御ユニット４と、を含む。

エンジン５０は、水冷式の内燃機関であり、冷却水流路５１を循環するエンジン冷却水によって冷却される。冷却水流路５１には、後述するランキンサイクル２の加熱器２２が配置され、エンジン５０から熱を吸収したエンジン冷却水が加熱器２２内を流通するようになっている。

ランキンサイクル２の冷媒循環路２１には、加熱器２２、膨張機２３、凝縮器２４及びポンプ２５がこの順に配設されている。また、加熱器２２と凝縮器２４との間には、膨張機２３を迂回して冷媒を流通させるバイパス流路２６が設けられている。このバイパス流路２６は、制御ユニット４によって作動制御されるバイパス弁２７によって開閉される。

加熱器２２は、エンジン５０から熱を吸収したエンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせることによって冷媒を加熱して過熱蒸気とする熱交換器である。なお、エンジン冷却水に代えてエンジン１０の排気と冷媒との間で熱交換を行わせるように加熱器２２を構成してもよい。

膨張機２３は、例えばスクロール式の膨張機であり、加熱器２２で加熱されて過熱蒸気となった冷媒を膨張させて回転エネルギーに変換することによって動力を発生する。
凝縮器２４は、膨張機２３を経由した冷媒と外気との間で熱交換を行わせることによって冷媒を冷却して凝縮（液化）させる熱交換器である。

ポンプ２５は、凝縮器２４で液化された冷媒（液冷媒）を加熱器２２へと送出する機械式ポンプである。そして、凝縮器２４で液化された冷媒がポンプ２５によって加熱器２２へと送出されることによって冷媒がランキンサイクル２の上記各要素を循環する。

ここで、本実施形態においては、膨張機２３とポンプ２５とが共通の回転軸２８ａによって一体に連結された「ポンプ一体型膨張機２８」として構成されている。すなわち、ポンプ一体型膨張機２８の回転軸２８ａは、膨張機２３の出力軸としての機能及びポンプ２５の駆動軸として機能を有している。

動力伝達機構３は、電磁クラッチ３１と、この電磁クラッチ３１を介してポンプ一体型膨張機２８の回転軸２８ａに取り付けられたプーリ３２と、エンジン５０のクランクシャフト５０ａに取り付けられたクランクプーリ３３と、プーリ３２及びクランクプーリ３３に巻回されたベルト３４と、を有している。電磁クラッチ３１は、制御ユニット４によってＯＮ（締結）／ＯＦＦ（解放）制御され、これにより、動力伝達機構３は、エンジン５０とランキンサイクル２（ポンプ一体型膨張機２８）との間で動力を伝達／遮断できるようになっている。

制御ユニット４には、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨを検出する第１圧力センサ６１、ランキンサイクル２の低圧側圧力ＰＬを検出する第２圧力センサ６２、膨張機２３の回転数Ｎｅｘを検出する回転センサ６３などの各種センサの検出信号が入力される。また、制御ユニット４は、上記車両の制御装置（図示省略）との間で互いに情報の送受信が可能に構成されている。そして、制御ユニット４は、入力された各種センサの検出信号や上記車両の制御装置からの情報に基づいて、ランキンサイクル２の起動制御及び停止制御を含む各種制御を実行する。

ここで、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨとは、ポンプ２５（の出口）から加熱器２２を経て膨張機２３（の入口）に至るまでの区間における冷媒循環路２１内の圧力をいい、ランキンサイクル２の低圧側圧力ＰＬとは、膨張機２３（の出口）から凝縮器２４を介してポンプ２５（の入口）に至るまでの区間における冷媒循環路２１内の圧力をいう。なお、本実施形態において、第１圧力センサ５１は膨張機２３入口側（加熱器２２の出口側）の圧力をランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨとして検出し、第２圧力センサ５２はポンプ２５入口側（凝縮器２３の出口側）の圧力をランキンサイクル２の低圧側圧力ＰＬとして検出している。

次に、制御ユニット４によって実行されるランキンサイクル２の起動制御（ランキン起動制御）及び停止制御（ランキン停止制御）について説明する。
（ランキン起動制御）
制御ユニット４は、例えば、ランキンサイクル２の起動条件が成立すると、ランキン起動制御を実行する。制御ユニット４は、ランキンサイクル２を起動させる場合、まずバイパス弁２７を開いた状態で電磁クラッチ３１を締結してポンプ２５を作動させ、その後、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰが第１所定値ΔＰｓ１以上となるとバイパス弁２７を閉じる。ここで、第１所定値ΔＰｓ１は、ポンプ２５入口側に十分な量（ほぼ１００％）の液冷媒が供給されている場合のランキンサイクル２の高圧側と低圧側の圧力差としてあらかじめ設定された値である。

そして、バイパス弁２７を閉じた後、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２（＞第１所定値ΔＰｓ１）以上となると、制御ユニット４は、ランキンサイクル２の起動が完了したと判定してランキン起動制御を終了する。なお、第２所定値ΔＰｓ２は、ランキンサイクル２の起動完了判定値としてあらかじめ設定された値である。

このように、制御ユニット４は、ランキンサイクル２を起動させる際に、まず膨張機２３を迂回して冷媒を循環させ、ポンプ２５入口側の冷媒が十分に液化される状態となったときにバイパス弁２７を閉じて膨張機２３を経由して冷媒を循環させる。これにより、ランキンサイクル２の起動性能（起動の早さや確実性）を向上させつつ、ランキンサイクル２の出力がマイナスとなる運転時間を必要最小限とすることができ、ランキンサイクル２の効率的な運転が可能になる。

（ランキン停止制御）
制御ユニット４は、例えば、ランキンサイクル２を停止させる必要があると判断した場合や上記車両の制御装置からランキンサイクル２の停止要求を受けた場合に、ランキン停止制御を実行する。図２は、ランキン停止制御のフローチャートである。

ステップＳ１では、第１圧力センサ６１及び第２圧力センサ６２の検出信号に基づき、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰ（＝ＰＨ−ＰＬ）を検知する。
ステップＳ２では、上記圧力差ΔＰに基づいて待機時間Ｔａを設定（算出）する。例えば、制御ユニット４は、上記圧力差ΔＰに基づき、図３に示すような「待機時間設定テーブル」を参照することによって上記待機時間Ｔａを得る。また、図３からも明らかなように、上記待機時間Ｔａは、上記圧力差ΔＰに所定の係数を乗じて算出することもできる。

上記待機時間Ｔａは、バイパス弁２７を開いてから膨張機２３の出力が十分に小さくなる（例えば、膨張機２３の出力がほぼ０となる）までに要する時間（予測時間）であり、上記圧力差ΔＰが大きいほど上記待機時間Ｔａも長くなる。但し、図３に示すように、上記待機時間Ｔａには最大値（最大待機時間Ｔｍａｘ）が設定されており、上記圧力差ΔＰが第３所定値ΔＰｓ３以上である場合には、上記待機時間Ｔａは最大待機時間Ｔｍａｘとなる。一方、上記圧力差ΔＰが第４所定値ΔＰｓ４（＜ΔＰｓ３）以下である場合には、上記待機時間Ｔａは０（ｓ）となる。なお、最大待機時間Ｔｍａｘは、ランキンサイクル２の仕様などによって任意に設定され得るが、本実施形態では最大待機時間Ｔｍａｘ＝０．５（ｓ）としている。

ステップＳ３では、バイパス弁２７を開く。これにより、冷媒が膨張機２３を迂回して流通するようになり、膨張機２３の出力が低下し始める。
ステップＳ４では、バイパス弁２７を開いてから上記待機時間Ｔａが経過したか否かを判断し、上記待機時間Ｔａが経過するとステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、電磁クラッチ３１を解放してエンジン５０とポンプ一体型膨張機２８との間の動力の伝達を遮断する。これにより、膨張機２３及びポンプ２５が停止され、ランキンサイクル２が停止される。

図４〜図６は、上記ランキン停止制御の効果を説明するための図である。
図４は、上記ランキン停止制御のタイムチャートを示しており、図５、図６は、比較例１，２を示している。ここで、比較例１（図５）では、ランキンサイクル２を停止させる際に、まずバイパス弁２７を開き、その後、上記圧力差ΔＰが所定の閾値まで低下したときに電磁クラッチ３１を解放する。また、比較例２（図６）では、ランキンサイクル２を停止させる際に、バイパス弁２７を開くこと及び電磁クラッチ３１を解放することをほぼ同時に行う。

バイパス弁２７を開くと、多くの冷媒がバイパス流路２６を流通することとなって膨張機２３を流通する冷媒量が大幅に減少するため、上記圧力差ΔＰがあっても膨張機２３の出力は低下する。したがって、上記圧力差ΔＰが低下するよりも先に膨張機２３の出力が低下してしまう場合がある。

比較例１では、上記圧力差ΔＰが上記所定の閾値まで低下する前、すなわち、電磁クラッチ３１を解放する前に膨張機２３が動力を発生しなくなり、図５にハッチングで示すように、膨張機２３が動力を発生しなくなってから電磁クラッチ３１が解放されるまでの間、膨張機２３がエンジン５０の負荷（膨張機２３の出力がマイナス）となってしまう。つまり、比較例１では電磁クラッチ３１を解放するタイミングが遅すぎる。このため、エンジン５０の燃費が低下したり、上記車両のドライバビリティが悪化したりするおそれがある。

一方、比較例２では、図６に示すように、膨張機２３の出力が高い状態で電磁クラッチ３１が解放されて膨張機２３が無負荷状態となるため、電磁クラッチ３１を解放した後に膨張機２３の過回転が発生してしまう。つまり、比較例２では電磁クラッチ３１を解放するタイミングが早すぎる。このため、膨張機２３の過回転の発生によって膨張機２３の信頼性に悪影響を与えたり、振動や騒音が発生したりするおそれがある。

これに対し、本実施形態における上記ランキン停止制御では、バイパス弁２７を開く直前の上記圧力差ΔＰに基づいて、バイパス弁２７を開いてから膨張機２３の出力が十分に小さくなる（ほぼ０となる）までの時間を待機時間Ｔａとして算出（予測）し、バイパス弁２７を開いた後、この待機時間Ｔａが経過したときに電磁クラッチ３１を解放する。このため、比較例１のように電磁クラッチ３１を解放するタイミングが遅すぎたり、比較例２のように電磁クラッチ３１を解放するタイミングが早すぎたりすることがなく、図４に示すように、膨張機２３の出力がほぼ０となるタイミングで電磁クラッチ３１を解放することができる。

以上説明した実施形態によると、制御ユニット４は、ランキンサイクル２を停止させる際に、まずバイパス弁２７を開き、その後、バイパス弁２７を開く直前の上記圧力差ΔＰに応じた待機時間Ｔａが経過したときに電磁クラッチ３１を解放するように制御する。これにより、膨張機２３の出力を速やかに低下させると共に膨張機２３の出力がほぼ０となるタイミングで電磁クラッチ３１を解放してエンジン５０とランキンサイクル２（膨張機２３）との間の動力の伝達を遮断することができる。この結果、ランキンサイクル２の停止時に、膨張機２３の過回転が発生したり、膨張機２３がエンジン５０の負荷となったりすることを効果的に防止できる。

なお、上記実施形態では、制御ユニット４がバイパス弁２７を開く直前の上記圧力差ΔＰに基づいて上記待機時間Ｔａを設定（算出）しているが、これに代えて、バイパス弁２７を開いた時点の上記圧力差ΔＰに基づいて上記待機時間Ｔａを設定してもよい。この場合には、例えばバイパス弁２７に開指令を出力すると同時に上記圧力差ΔＰを検知するように構成することができる。すなわち、上記待機時間Ｔａは、バイパス弁２７を開く以前又は開いた時点の上記圧力差ΔＰに基づいて設定することができる。

ところで、上記待機時間Ｔａは予測値であるため、上記待機時間Ｔａとバイパス弁２７を開いた後に膨張機２３の出力がほぼ０となるまでの実際の時間との間にずれが生じてしまう場合がある。そこで、制御ユニット４が上記待機時間Ｔａを補正することで上記待機時間Ｔａと上記実際の時間とのずれを修正するように構成してもよい。

例えば、制御ユニット４は、膨張機２３の回転数Ｎｅｘを監視し、電磁クラッチ３１を解放した直後に膨張機２３の回転数Ｎｅｘが所定回転数（例えば２０００ｒｐｍ）を超えた場合には膨張機２３の過回転が発生したと判断する。そして、膨張機２３の過回転が発生した場合、好ましくは、膨張機２３の過回転が所定回数（例えば１０回）以上発生した場合に、制御ユニット４は、次回以降の上記ランキン停止制御において、ステップＳ２で算出された上記待機時間Ｔａを延長補正するようにする。また、この場合においては、例えば上記待機時間Ｔａに上限値を設定し、必要以上の補正がなされないようにする。

また、エンジン５０の停止時には、エンジン５０のトルクショックや意図しない車両の前進の発生を防止するため、可及的速やかに電磁クラッチ３１を解放する必要がある。そのため、例えば上記車両の乗員によるエンジン５０の停止操作によってエンジン５０が急に停止する場合には、上記ランキン停止制御のための時間を十分に確保できない可能性がある。

そこで、制御ユニット４は、エンジン５０の停止操作が発生した場合には、直ちにバイパス弁２７を開き、その後、上記待機時間Ｔａよりも短い第２の待機時間Ｔａ２が経過したときに電磁クラッチ３１を解放するように制御する。ここで、上記第２の待機時間Ｔａ２は、バイパス弁２７を開いた後、膨張機２３の出力が上記トルクショックや上記意図しない車両の前進の発生しない程度まで低下するのに要する時間であり、上記待機時間Ｔａと同様、上記圧力差ΔＰに基づいて算出（予測）することが可能である。これにより、膨張機２３の過回転の発生を可能な限り抑制しつつ、上記トルクショックや上記意図しない車両の前進の発生を防止できる。但し、これに限るものではなく、制御ユニット４は、エンジン１０の停止操作が発生した場合に、上記ステップＳ２で算出された上記待機時間Ｔａを短縮補正するようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態による排熱回収装置１０の概略構成を示している。
上記第１実施形態による排熱回収装置１では、ランキンサイクルを構成する膨張機２３とポンプ２５とが共通の回転軸２８ａによって一体に連結された「ポンプ一体型膨張機２８」として構成されている。これに対し、第２実施形態による排熱回収装置１０では、ランキンサイクルを構成する膨張機２３とポンプ２５とが別々に設けられている。なお、図１と同一の要素については同一の符号を付しており、その機能も同様であるものとする。

図７に示すように、排熱回収装置１０は、膨張機２３とポンプ２５とが別体で構成されたランキンサイクル２０と、動力伝達機構３０と、制御ユニット４０と、を含む。ランキンサイクル２０の基本的な構成は、上記第１実施形態におけるランキンサイクル２と同様であるので、その説明を省略する。

動力伝達機構３０は、エンジン５０のクランクシャフト５０ａに取り付けられたクランクプーリ３３と、膨張機２３の出力軸２３ａに第１電磁クラッチ（膨張機クラッチ）３５を介して取り付けられた膨張機プーリ３６と、ポンプ２５の駆動軸２５ａに第２電磁クラッチ（ポンプクラッチ）３７を介して取り付けられたポンププーリ３８と、クランクプーリ３２、膨張機プーリ３６及びポンププーリ３８に巻回されたベルト３９と、を有する。
制御ユニット４０は、上記第１実施形態と同様、ランキンサイクル２０の起動制御（ランキン起動制御）及び停止制御（ランキン停止制御）を実行する。

（ランキン起動制御）
制御ユニット４０は、ランキンサイクル２０を起動させる際に、まずバイパス弁２７を開くと共に第２電磁クラッチ３７をＯＮ（締結）してポンプ２５を作動させ、その後、ランキンサイクル２０の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰが第１所定値ΔＰｓ１以上となると、第１電磁クラッチ３５をＯＮ（締結）した上でバイパス弁２７を閉じるように制御する。なお、ポンプ２５を電動ポンプとした場合、制御ユニット４０は、第２電磁クラッチ３７をＯＮすることに代えてポンプ２５に駆動信号を出力する。

（ランキン停止制御）
図８は、制御ユニット４０によって実行されるランキン停止制御のフローチャートである。図８において、ステップＳ１１，Ｓ１２では、図２のステップＳ１，Ｓ２と同様、ランキンサイクル２０の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰを検知し、検知された圧力差ΔＰに基づき待機時間Ｔｂを算出する。

ステップＳ１３では、図２のステップＳ３と同様、バイパス弁２７を開く。
ステップＳ１４では、第２電磁クラッチ（ポンプクラッチ）３７を解放してエンジン５０とポンプ２５との間の動力の伝達を遮断する。これにより、ポンプ２５が停止される。なお、電動ポンプの場合には、停止信号を出力することによって当該電動ポンプを停止させる。
上記ステップＳ１３，Ｓ１４によって、冷媒が膨張機２３を流通しなくなり、膨張機２３の出力が低下し始める。なお、ここでは、バイパス弁２７を開いた後にポンプクラッチ３７を解放しているが、ポンプクラッチ３７を解放した後にバイパス弁２７を開いてもよいし、両方を同時に行ってもよい。

ステップＳ１５では、バイパス弁２７を開いてから上記待機時間Ｔｂが経過したか否かを判断し、上記待機時間Ｔｂが経過するとステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、第１電磁クラッチ（膨張機クラッチ）３５を解放してエンジン５０と膨張機２３との間の動力の伝達を遮断する。これにより、膨張機２３が停止され、ランキンサイクル２０が停止される。

第２実施形態による排熱回収装置１０においても、上記第１実施形態による排熱回収装置１と同様の効果を得ることができる。すなわち、ランキンサイクル２０を停止させる際に、膨張機２３の出力を速やかに低下させると共に膨張機２３の出力がほぼ０となるタイミングで膨張機クラッチ３５を解放してエンジン５０とランキンサイクル２０（膨張機２３）との間の動力の伝達を遮断することができる。この結果、膨張機２３の過回転が発生したり、膨張機２３がエンジン５０の負荷となったりすることを効果的に防止できる。

ここで、第２実施形態による排熱回収装置１０においても、バイパス弁２７を開いた時点の上記圧力差ΔＰに基づいて上記待機時間Ｔｂを設定してもよい。また、膨張機２３の過回転が発生した場合に、次回以降のランキン停止制御において待機時間Ｔｂの延長補正を行うようにしてもよい。さらに、エンジン５０の停止操作が発生した場合には、直ちにバイパス弁２７を開き、その後、上記待機時間Ｔｂよりも短い第２の待機時間Ｔｂ２が経過したときに膨張機クラッチ３５を解放するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて様々な変形や変更が可能であることはもちろんである。

例えば、上述の実施形態においては、ランキンサイクル２，２０を停止させる際に、バイパス弁２７を開く以前又はバイパス弁２７を開いた時点のランキンサイクル２，２０の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰに応じて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定しているが、これに限るものではない。上記圧力差ΔＰ以外にも、バイパス弁２７を開く以前又はバイパス弁２７を開いた時点のランキンサイクル２，２０の運転状態又は運転条件を示す値のいくつかは、バイパス弁２７を開いてから膨張機２３の出力が十分に小さくなる（ほぼ０となる）までの時間と相関があることが確認されており、これらに基づいて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定することもできる。

図９は、上述の「待機時間設定テーブル（図３）」に代えて用いることができる待機時間設定テーブルの例を示している。
図９（ａ）は、ランキンサイクル２，２０の高圧側圧力ＰＨに基づいて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定するために用いる待機時間設定テーブルの例を示している。図９（ａ）に示すように、基本的には、高圧側圧力ＰＨが高くなるほど待機時間Ｔａ，Ｔｂが長くなる。圧力差ΔＰの場合と同様に、高圧側圧力ＰＨと待機時間Ｔａ，ｔｂとの間には一次関係式が成立するので、待機時間Ｔａ，Ｔｂは、高圧側圧力ＰＨに所定の係数を乗じて算出することができる。

図９（ｂ）は、膨張機２３のトルクＴｅｘに基づいて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定するために用いる待機時間設定テーブルの例を示している。図９（ｂ）に示すように、膨張機トルクＴｅｘが大きくなるほど待機時間Ｔａ，Ｔｂが長くなる。もちろん、膨張機トルクＴｅｘに所定の係数を乗じて待機時間Ｔａ，Ｔｂを算出するようにしてもよい。ここで、膨張機トルクＴｅｘは、（１）高圧側圧力ＰＨ及び膨張機２３の回転数Ｎｅｘをパラメータとする第１の推定式（Ｔｅｘ＝ｆ（ＰＨ，Ｎｅｘ））や（２）高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰ及び膨張機回転数Ｎｅｘをパラメータとする第２の推定式（Ｔｅｘ＝ｆ（ΔＰ，Ｎｅｘ））によって算出（推定）することができ、さらに膨張機２３の入口側における冷媒温度Ｔｒを検出する場合においては、（３）高圧側圧力ＰＨ、膨張機回転数Ｎｅｘ及び膨張機入口冷媒温度Ｔｒをパラメータとする第３の推定式（Ｔｅｘ＝ｆ（ＰＨ，Ｎｅｘ，Ｔｒ）や（４）圧力差ΔＰ、膨張機回転数Ｎｅｘ及び膨張機入口冷媒温度Ｔｒをパラメータとする第４の推定式（Ｔｅｘ＝ｆ（ΔＰ，Ｎｅｘ，Ｔｒ）によって算出（推定）することができる。

図９（ｃ）は、外気温度Ｔｏに基づいて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定するために用いる待機時間設定テーブルの例を示している。図９（ｃ）に示すように、外気温度Ｔｏが高くなるほど待機時間Ｔａ，Ｔｂは短くなる。もちろん、外気温度Ｔｏに所定の係数を乗じて待機時間Ｔａ，Ｔｂを算出するようにしてもよい。

図９（ｄ）は、車速Ｖｓに基づいて待機時間Ｔａ，Ｔｂを設定するために用いる待機時間設定デーブルの例を示している。図９（ｄ）に示すように、車速Ｖｓが高くなるほど待機時間Ｔａ，Ｔｂは長くなる。もちろん、車速Ｖｓに所定の係数を乗じて待機時間Ｔａ，Ｔｂを算出するようにしてもよい。なお、この場合においては、制御ユニット４は、車両の制御装置から車速Ｖｓを入手するようにする。
なお、図９（ａ）〜（ｄ）に示す「待機時間設定テーブル」においても、図３に示す「待機時間設定テーブル」と同様に、最大待機時間Ｔｍａｘを設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態による排熱回収装置は、車両に搭載されて当該車両のエンジンの排熱を回収して利用するものであるが、本発明は、車両用エンジン以外の外部熱源からの排熱を回収して利用する排熱回収装置に対して適用することも可能である。

１，１０…排熱回収装置、２，２０…ランキンサイクル、３，３０…動力伝達機構、３１…電磁クラッチ、４，４０…制御ユニット、５０…エンジン、２１…冷媒循環路、２２…過熱器、２３…膨張機、２４…凝縮器、２５…ポンプ、２６…バイパス流路、２７…バイパス弁、２８…ポンプ一体型膨張機、３５…膨張機クラッチ、３７…ポンプクラッチ、６１，６２…圧力センサ、６３…回転センサ

Claims (10)

1. 冷媒の循環路に、エンジンの排熱によって冷媒を加熱して気化させる加熱器、この加熱器を経由した冷媒を膨張させて動力を発生する膨張機、この膨張機を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器、及びこの凝縮器を経由した冷媒を前記加熱器へと送出するポンプが配設されたランキンサイクルと、
   前記膨張機を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開閉するバイパス弁と、
   クラッチ機構を有し、当該クラッチ機構の締結時に前記膨張機と前記エンジンとの間で動力の伝達が可能な動力伝達機構と、
   前記ランキンサイクルを停止させる際に、前記バイパス弁を開き、その後、前記バイパス弁を開く以前又は前記バイパス弁を開いた時点の前記ランキンサイクルの運転状態又は運転条件に応じて設定される待機時間が経過したときに前記クラッチ機構を解放するように制御する制御部と、
   を備えた、排熱回収装置。
2. 前記待機時間は、前記運転状態又は前記運転条件を示す値に所定の係数を乗じて算出される、請求項１に記載の排熱回収装置。
3. 前記ランキンサイクルの高圧側と低圧側との圧力差を検知する圧力差検知部を備え、
   前記運転状態又は前記運転条件を示す値として前記ランキンサイクルの高圧側と低圧側との圧力差を用いる、請求項２に記載の排熱回収装置。
4. 前記ランキンサイクルの高圧側の圧力を検知する圧力検知部を備え、
   前記運転状態又は前記運転条件を示す値として前記ランキンサイクルの高圧側の圧力を用いる、請求項２に記載の排熱回収装置。
5. 前記膨張機のトルクを推定又は検知するトルク検知部を備え、
   前記運転状態又は前記運転条件を示す値として前記膨張機のトルクを用いる、請求項２に記載の排熱回収装置。
6. 外気温度を検知する温度検知部を備え、
   前記運転状態又は前記運転条件を示す値として外気温度を用いる、請求項２に記載の排熱回収装置。
7. 前記排熱回収装置は車両に搭載されたものであり、前記運転状態又は前記運転条件を示す値として車速を用いる、請求項２に記載の排熱回収装置。
8. 前記膨張機の回転数を検知する回転数検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記クラッチ機構を解放した後に前記膨張機の回転数が所定回転数を超える前記膨張機の過回転が発生した場合には、次に前記ランキンサイクルを停止させる際に前記待機時間を延長補正する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の排熱回収装置。
9. 前記制御部は、前記ランキンサイクルの運転中に前記エンジンの停止操作が発生した場合には、直ちに前記バイパス弁を開き、その後、前記待機時間よりも短い第２の待機時間が経過したときに前記クラッチ機構を解放するように制御する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の排熱回収装置。
10. 前記ランキンサイクルにおける前記膨張機及び前記ポンプが一体に連結されている、請求項１〜９のいずれか一つに記載の排熱回収装置。