JP6097115B2 - 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して動力として回生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。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、上記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、を備える。そして、ランキンサイクルを起動させる際に、まずバイパス弁を開いて冷媒を循環させ、膨張機の入口側における気相冷媒の温度が所定温度以上となるとバイパス弁を閉じると共に膨張機の作動回転数を増加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、膨張機における急激な圧力差の発生を抑制することによってランキンサイクルの安定的な起動を可能としている。

特開２００９−９７３８７号公報

ところで、ランキンサイクルにおいて冷媒を循環させるポンプは送液ポンプであり、ポンプ入口側の冷媒が液相状態（液冷媒）となっていることを前提としている。しかし、レイアウト上の制限などによって例えばポンプがレシーバタンク内の冷媒液面よりも高い位置に設置されていると、ランキンサイクルの停止中にポンプ入口側の冷媒が気相状態（ガス冷媒）となってしまうことがある。このようにポンプ入口側にガス冷媒が混入している状態でポンプを作動させても十分な冷媒循環量が得られず、ランキンサイクルの起動に長い時間を要し、あるいは、ランキンサイクルの起動に失敗したりするおそれがある。すなわち、ランキンサイクルの起動性能（起動の早さや起動の確実性等）が低下する。このため、ランキンサイクルを起動させる際には、ポンプ入口側の冷媒を可能な限り液冷媒としておく必要がある。

発明者らの実験によって、ポンプ入口側にガス冷媒が混入している場合には、膨張機を迂回して冷媒を循環させた方が、膨張機を経由して冷媒を循環させるよりも短い時間でポンプ入口側の冷媒を液冷媒にできることが確認されている。したがって、ランキンサイクルを起動させる際には、膨張機を迂回して冷媒を循環させるようにするのが好ましい。一方、膨張機を迂回して冷媒を循環させている間は、膨張機からの出力を得られず、ポンプの駆動負荷等によりランキンサイクルの出力がマイナスとなってしまうため、膨張機を迂回して冷媒を循環させる時間を可能な限り短くすることが望ましい。

上記従来の廃熱利用装置では、膨張機を迂回して冷媒を循環させる時間、換言すれば、その出力がマイナス状態となるランキンサイクルの作動時間（運転時間）を可能な限り短くすることについては全く考慮されていない。このため、上記従来の廃熱利用装置は、ランキンサイクルを起動させる際に、膨張機における急激な圧力差の発生を抑制することはできるかもしれないが、ランキンサイクルの出力がマイナスである時間が必要以上に長くなってしまい、ランキンサイクルを効率的に作動させることができないおそれがある。

本発明は、このような点に着目してなされたものであり、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起動性能の向上とランキンサイクルの効率的な運転（作動）とを両立させ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、外部熱源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、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と、前記ランキンサイクルを起動させる際に、前記バイパス弁を開いた状態で前記ポンプを作動させ、その後、前記ランキンサイクルの高圧側と低圧側との圧力差が所定値以上となると前記バイパス弁を閉じ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起動させる際に、バイパス弁を開いた状態でポンプを作動させるので、ポンプ入口側にガス冷媒が混入されている場合であってもポンプ入口側の冷媒が液冷媒となるまでの時間を短縮できる。また、前記ランキンサイクルの高圧側と低圧側との圧力差が所定値以上となるとバイパス弁を閉じるので、ポンプ入口側の冷媒が十分に液化される状態となった後、速やかに膨張機を経由して冷媒を循環させることができる。この結果、ランキンサイクルの起動性能が向上すると共に、ランキンサイクルの出力がマイナスとなる時間を短縮してランキンサイクルの効率的な運転（作動）が可能となる。

本発明の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。 実施形態におけるランキン起動制御を示すフローチャートである。 実施形態におけるランキン起動制御を示すフローチャートである。 ランキン起動制御のタイムチャートである。 実施形態の変形例による排熱回収装置の概略構成を示す図である。

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は、外部熱源としてのエンジン５０の排熱（ここではエンジン冷却水の熱）を回収して動力に変換して出力する。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路２６が設けられており、バイパス路２６には、このバイパス路２６を開閉するバイパス弁２７が設けられている。バイパス弁２７の作動は制御ユニット４によって制御される。

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、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（駆動力）を発生する、例えばスクロール式の膨張機である。
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り、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とが一体に連結された共通の回転軸２８ａを有する「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。

伝達機構３は、ポンプ一体型膨張機２８の回転軸２８ａに電磁クラッチ３１を介して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、を有する。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、伝達機構３は、エンジン５０とランキンサイクル２（より具体的には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、外気の温度Ｔａを検出する温度センサ６３などの各種センサの検出信号が入力される。そして、制御ユニット４は、ランキンサイクル２を起動させる際には、後述するランキン起動制御を実行する。

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２４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が実行するランキン起動制御について説明する。
既述したように、ポンプ２５入口側の冷媒にガス冷媒が混入している状態では、バイパス弁２７を開いてポンプ２５を作動させる、すなわち、膨張機２３を迂回して冷媒を循環させることでポンプ２５入口側の冷媒がほぼ１００％液冷媒となるまでの時間を短縮できることが確認されている。これは、次のような理由によると考えられる。すなわち、膨張機２３を経由して冷媒を循環させてしまうと、膨張機２３で冷媒の膨張が発生して低圧側圧力ＰＬが低下し、凝縮温度が低くなる。このため、凝縮器２４において、凝縮温度と通過空気の温度差が減少し、冷媒の過冷却度（サブクール）が増大しにくい運転状態となってしまうからである。

また、発明者らは、バイパス弁２７を開いて冷媒を循環させた後、ポンプ２５入口側の冷媒が十分に液化される状態となってから、より具体的には、ポンプ２５入口側の冷媒がほぼ１００％液冷媒となってから、バイパス弁２７を閉じることで、ランキンサイクル２の起動の確実性が向上することも確認している。

したがって、ランキンサイクル２を起動させる際には、まずバイパス弁２７を開いた状態でポンプ２５を作動させ、その後、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、換言すれば、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータが所定値以上となったときにバイパス弁２７を閉じるようにすれば、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してランキンサイクル２の効率的な運転が可能になる。そこで、制御ユニット４は上記内容のランキン起動制御を実行する。

ここで、本実施形態においては、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータとしてランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰを用いる。その理由は次のとおりである。
ポンプ２５入口側における液冷媒の割合が多くなると、冷媒流量が増大し、凝縮器２２における凝縮能力も増大する（凝縮能力＝凝縮器前後の冷媒エンタルピー差×冷媒流量）。よって、冷媒流量は凝縮能力の大きさを示す値である。さらに冷媒流量と冷媒回路の圧力損失には相関（冷媒流量が増加すると冷媒回路の圧力損失も増加する）があるため、バイパス弁２７を開いた状態においては、高圧側と低圧側の圧力差＝冷媒回路の圧力損失であり、冷媒流量に相関のある値となる。したがって、この圧力差ΔＰを検知することにより、凝縮器２４における凝縮能力、より具体的にはポンプ２５入口側の冷媒がほぼ１００％液冷媒となったか否かを容易に判断（検知）することができ、しかも上記圧力差ΔＰはハンチング等が少なく安定した制御を実現できるからである。

図２、図３は、ランキン起動制御のフローチャートである。
このフローチャートは、例えばランキンサイクル２の作動要求又は作動許可が入力されることによって開始される。

ステップＳ１では、バイパス弁２７が開いているか否かを判定する。バイパス弁２７が閉じていればステップＳ２に進み、バイパス弁２７が開いていればステップＳ３に進む。
ステップＳ２では、バイパス弁２７を開く。
本実施形態において、ランキンサイクル２が停止しているときには、通常、バイパス弁２７が開いている。このため、１回目のランキン起動制御では、通常、上記ステップＳ２の処理が省略される。一方、起動失敗（後述するステップＳ１０を参照）後のランキン起動制御のやり直し（Ｓ１０→Ｓ１２→Ｓ１）では、バイパス弁２７が閉じているため、上記ステップＳ２でバイパス弁２７を開く。

ステップＳ３では、電磁クラッチ３１がＯＮ（締結）されているか否かを判定する。電磁クラッチ３１がＯＮされていない場合、すなわち、１回目のランキン起動制御であればステップＳ４に進み、すでに電磁クラッチ３１がＯＮされている場合、すなわち、ランキン起動制御がやり直された場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、電磁クラッチ３１をＯＮ（締結）する。電磁クラッチ３１がＯＮされると、エンジン５０によって回転軸２８ａが回転駆動されてポンプ２５が作動する。
上記ステップＳ１〜Ｓ４により、冷媒は膨張機２３を迂回して循環することになる。

ステップＳ５では、膨張機２３を迂回した冷媒の循環の開始から第１所定時間が経過したか否かを判定する。すなわち、１回目のランキン起動制御においてはステップＳ４で電磁クラッチ３１をＯＮしてから第１所定時間が経過したか否かを判定し、ランキン起動制御のやり直しにおいてはステップＳ２でバイパス弁２７を開いてから第１所定時間が経過したか否かを判定する。第１所定時間が経過していない場合にはステップＳ６に進む。一方、第１所定時間が経過している場合にはステップＳ７に進む。なお、上記第１所定時間は、バイパス弁２７を開いてポンプ２５を作動させることによって、ポンプ２５入口側の冷媒が十分に液化される（ほぼ１００％液冷媒となり得る）時間としてあらかじめ設定されたものであり、例えば１２０秒とすることができる。

ステップＳ６では、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以上であるか否かを判定する。圧力差ΔＰが所定値ΔＰｓ１未満である場合にはステップＳ５に戻り、圧力差ΔＰが所定値ΔＰｓ１以上である場合にはステップＳ７に進む。この第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り、バイパス弁２７を閉じるか否かの判定基準値である。第１所定値ΔＰｓ１は、例えば０．１〜０．２５ＭＰａの間の任意の値とすることができる。

ステップＳ７では、バイパス弁２７を閉じる。これにより、冷媒は膨張機２３を経由して循環することになる。
上記ステップＳ５〜Ｓ７により、膨張機２３を迂回して冷媒を循環させる時間が必要以上に長くなってしまうことが防止されると共に、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場合には、その後、速やかに膨張機２３を経由して冷媒を循環させることができる。

ここで、上記ステップＳ６で用いる第１所定値ΔＰｓ１（判定基準値）が外気の温度Ｔａに基づいて設定されるものであってもよい。この場合、制御ユニット４は、外気の温度Ｔａが低いほど第１所定値ΔＰｓ１を高い値に設定する。

外気の温度Ｔａが低くなると凝縮器２４の放熱性能が高まり、凝縮温度及びポンプ２５入口の冷媒温度が低下する。これにより、高圧側の加熱器２２入口の冷媒温度も低下し、加熱器２２内部において液相の冷媒量が増大する。このため、低圧側の冷媒量が減少し、ポンプ２５入口の過冷却度も低下してしまう。よって、外気が低い条件では、ポンプ２５入口の過冷却度が増大しにくい運転状態となる。すなわち、ポンプ２５入口は、冷媒が液化しにくい条件となる。したがって、外気の温度Ｔａが低い場合に、同じ判定基準値を用いてバイパス弁２７を閉じるか否かを判定してしまうと、ポンプ２５入口の冷媒が十分に液化されず、起動に不利な状態となってしまう可能性がある。

そこで、制御ユニット４は、外気の温度Ｔａが低いほど第１所定値ΔＰｓ１を高い値に設定するようにする。このようにすれば、バイパス弁２７を閉じるタイミングが実質的に遅くなり、ポンプ２５入口は冷媒が十分に液化しやすい条件となるため、起動の確実性を向上できる。例えば、外気の温度Ｔａが２５℃のときに第１所定値ΔＰｓ１を約０．１５ＭＰａとし、外気の温度Ｔａが５℃のときに第１所定値ΔＰｓ１を約０．２ＭＰａとすることができる。

なお、外気の温度Ｔａが低い場合と同様に、凝縮器２４（の外側）を通過する外気の流量が多くなっても凝縮器２４の放熱性能が高くなる。そこで、制御ユニット４が、例えば図示省略したエンジン制御ユニットから車速を入力し、入力された車速に基づいて第１所定値ΔＰｓ１を設定するようにしてもよい。この場合、第１所定値ΔＰｓ１は車速が高いほど高い値に設定される。もちろん、制御ユニット４は、外気の温度Ｔａ及び車速の両方に基づいて第１所定値ΔＰｓ１を設定してもよい。

図２に戻って、ステップＳ８では、バイパス弁２７を閉じてから第２所定時間（＜第１所定時間）が経過したか否かを判定する。第２所定時間が経過していない場合にはステップＳ９に進む。一方、第２所定時間が経過している場合にはステップＳ１０に進んで「起動失敗」を判定した後にステップＳ１２に進む。なお、上記第２所定時間は、ランキンサイクル２の通常運転（作動）時において、圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２に到達し得る時間としてあらかじめ設定されたものであり、例えば３０秒とすることができる。

ステップＳ９では、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）以上であるか否かを判定する。圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２以上である場合にはステップＳ１１に進んで「起動完了」を判定して本フロー（ランキン起動制御）を終了する。一方、ステップＳ９において、圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２未満である場合にはステップＳ８に戻る。なお、第２所定値ΔＰｓ２は、ランキンサイクル２の起動判定閾値であり、例えば０．８ＭＰａとすることができる。

上記ステップＳ８〜Ｓ１１により、バイパス弁２７を閉じた後、上記圧力差ΔＰが第２所定時間以内に起動判定閾値である第２所定値ΔＰｓ２に到達したか否かが判断される。そして、上記圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２に到達すれば「起動完了」と判定され、上記圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２に到達しないと「起動失敗」と判定される。

ランキンサイクル２の起動が完了すると、膨張機２３は駆動力を発生してポンプ２５を駆動し、膨張機２３の駆動力がポンプ２５の駆動負荷を上回ると、その余剰分が伝達機構３を介してエンジン５０に供給されてエンジン出力をアシストする。

ステップＳ１２（図３）では、「起動失敗」判定が所定回数（例えば３回）連続したか否かを判定する。「起動失敗」判定が所定回数連続した場合には、ステップＳ１３に進んで「起動不可」を判定し、その後、ステップＳ１４でバイパス弁２７を開き、ステップＳ１５で電磁クラッチ３１をＯＦＦ（解放）して本フロー（ランキン起動制御）を終了する。この場合、ランキンサイクル２の作動（運転）は行われない。ここで、「起動不可」を判定した場合には、冷媒量が不足しているなどランキンサイクル２に何らかの異常があると推測されるため、警告灯や表示等によってランキンサイクル２に異常がある旨を車両の乗員等に報知するように構成することが好ましい。

一方、「起動失敗」判定が所定回数未満の場合には、ステップＳ１に戻ってランキン起動制御を初めからやり直す。したがって、ランキン起動制御は、上記所定回数だけ繰り返して実行される場合がある。

図４は、上記ランキン起動制御のタイムチャートである。
ランキンサイクル２を起動する際には、バイパス弁２７を開いた状態で電磁クラッチ３１をＯＮする（時刻ｔ０）。上述のように、本実施形態においてランキンサイクル２の停止中はバイパス弁２７が開かれているので、通常は電磁クラッチ３１をＯＮするだけである。但し、ランキンサイクル２の停止中にバイパス弁２７が閉じられていた場合には、バイパス弁２７を開くと共に電磁クラッチ３１をＯＮする。これにより、ポンプ２５が作動し、冷媒が膨張機２３を迂回して循環する。すると、凝縮器２４出口側における冷媒の過冷却度が大きくなり、ランキンサイクル２の高圧側に供給される液冷媒の流量が増加し、これに伴って高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰも上昇する。

そして、この圧力差ΔＰが第１所定値ΔＰｓ１まで上昇すると、凝縮器２４における凝縮性能が十分に高い状態となっており、ポンプ２５入口側にほぼ１００％液化された冷媒（液冷媒）が連続して供給されていると判定してバイパス弁２７を閉じる（時刻ｔ１）。これにより、冷媒が膨張機２３を介して循環するようになる。

バイパス弁２７が閉じられると、上記圧力差ΔＰはさらに速い速度で上昇し、上記圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２まで上昇すると、膨張機２３が駆動力を発生し得る状態、すなわち、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（時刻ｔ２）。

一方、バイパス弁２７を閉じてから第２所定時間が経過しても上記圧力差ΔＰが第２所定値ΔＰｓ２に到達しない場合には、ランキン起動制御を初めからやり直し、再度、ランキンサイクル２の起動を試みる。そして、ランキン起動制御を所定回数連続して実行しても起動完了に至らない場合には、「起動不可」と判定し、バイパス弁２７を開くと共に電磁クラッチ３１をＯＦＦしてランキン起動制御を終了する。この場合、ランキンサイクル２に異常がある旨を報知するようにしてもよい。

上記実施形態によると、ランキンサイクル２を起動させる際に、バイパス弁２７を開いた状態でポンプ２５を作動させることにより、膨張機２３を迂回して冷媒を循環させるので、ポンプ２５入口側の冷媒にガス冷媒が混入している場合であっても速やかにこれを解消することができる。そして、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となるとバイパス弁２７を閉じることにより、ポンプ２５入口側の冷媒がほぼ１００％液冷媒となった後、速やかに膨張機２３を介して冷媒を循環させることができる。

この結果、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、すなわち、エンジン５０によってポンプ２５（及び膨張機２３）が駆動される時間を可能な限り少なくしてランキンサイクル２の効率的な運転が可能になる。

また、ランキンサイクルの高圧側圧力及び低圧側圧力は、従来のランキンサイクルにおいても検知されているものであり、上記圧力差ΔＰの検知に新たなセンサ等を追加する必がなく、しかも上記圧力差ΔＰはハンチングの少ない値であるので、安定した制御を実現できる。

さらに、第１所定値ΔＰｓ１を外気の温度Ｔａ及び／又は車速に基づいて設定するようにすれば、これらの変動がランキンサイクル２の起動性能に与える影響を抑制した上でランキン起動制御を実行できる。これにより、さらに安定した制御が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる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変形及び変更が可能であることはもちろんである。以下にいくつかの変形例を挙げておく。

（変形例１）
上記実施形態では、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータとしてランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの圧力差ΔＰを用いている。しかし、これに限るものではなく、上記圧力差ΔＰに代えて又は加えて、凝縮器２４の出口側（ポンプ２５入口側）における冷媒の過冷却度（サブクール）を用いてもよい。この場合には、凝縮器２４（の出口）からポンプ２５（の入口）の間に温度センサ及び圧力センサを設け、制御ユニット４は、温度センサによって検出された温度及び圧力センサ５２によって検出された圧力に基づいて冷媒の過冷却度を算出（検知）する。

そして、制御ユニット４は、ランキンサイクルを起動させる際に、バイパス弁２７を開いた状態でポンプ２５を作動させると共に、凝縮器２４の出口側のおける冷媒の過冷却度が所定値以上となるとバイパス弁２７を閉じるように制御する。この場合の所定値は、例えば、凝縮器２４の出口側において冷媒が十分に液冷媒となり得る値（冷媒温度）とすることができる。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
また、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータとしてポンプ２５から送出された液冷媒の流量を用いてもよい。凝縮器２４における凝縮能力が高くなるほどポンプ２５から送出される液冷媒の流量も増大するからである。この場合には、ポンプ２５出口側に液冷媒の流量を検出する流量センサを設ける。

そして、制御ユニット４は、ランキンサイクルを起動させる際に、バイパス弁２７を開いた状態でポンプ２５を作動させると共に、ポンプ２５から送出された液冷媒の流量が所定値以上となるとバイパス弁２７を閉じるように制御する。この場合の所定値は、例えば、ポンプ２５入口側の冷媒が十分に液冷媒となっているときにポンプ２５から送出される流量として設定することができる。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、冷媒流量は凝縮器２４の圧力損失と相関があるため、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータとして凝縮器２４の入口側と出口側の圧力差を用いてもよい。この場合には、例えば、凝縮器２４の入口側と出口側のそれぞれに圧力センサを設け、制御ユニット４は凝縮器２４の入口側と出口側との圧力差を算出（検知）する。

（変形例３）
また、上記実施形態では、膨張機２３とポンプ２５とが同一の回転軸２８ａで接続された「ポンプ一体型膨張機２８」として構成されているが、図５に示すように、膨張機２３とポンプ２５とが別体であってもよい。この場合、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、伝達機構３０と、制御ユニット４と、を含む。

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。

そして、制御ユニット４は、ランキンサイクル２０を起動させる際に、バイパス弁２７を開いた状態で第２電磁クラッチ３７をＯＮとしてポンプ２５を作動させ、その後、凝縮器２４における凝縮能力を示すパラメータが所定値以上となると、第１電磁クラッチ３５をＯＮとした上でバイパス弁２７を閉じるようにする制御する。この場合も上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ポンプ２５を電動ポンプとし、制御ユニット４がポンプ２５に駆動信号を出力するように構成してもよい。

（その他の変形例）
上記実施形態による排熱回収装置は、膨張機２３の駆動力によってエンジン出力をアシストするものであるが、本発明は、膨張機２３の駆動力によって発電機を回転させる電力回生方式の排熱回収装置に適用することも可能である。この場合には、例えば、膨張機、ポンプ、及び発電電動機を同一の回転軸で接続して一体化することができる。
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、外部の熱源からの排熱を回収して利用する排熱回収装置（例えば、工場排熱を回収して利用する排熱回収装置や建設機械のエンジン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…伝達機構、３１…電磁クラッチ、４…制御ユニット、１０…エンジン、２１…冷媒循環路、２２…蒸発器、２３…膨張機、２４…凝縮器、２５…ポンプ、２６…バイパス路、２７…バイパス弁、２８…ポンプ一体型膨張機、６１，６２…圧力センサ

Claims (3)

1. 冷媒の循環路に、外部熱源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、
   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と、
   前記ランキンサイクルを起動させる際に、前記バイパス弁を開いた状態で前記ポンプを作動させ、その後、前記ランキンサイクルの高圧側と低圧側との圧力差が所定値以上となると前記バイパス弁を閉じるように制御する制御部と、
   を備えた、排熱回収装置。
2. 外気の温度を検知する温度検知部を備え、
   前記制御部は、前記温度検知部によって検知された外気の温度が低いほど前記所定値を高い値に設定する、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又は２に記載の排熱回収装置。