JP6350507B2 - 車両用ランキンサイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両用ランキンサイクルシステムに係り、特にランキンサイクルシステムの車両への搭載構造に関する。

特許文献１には、車両に搭載されたランキンサイクルシステムに関する技術が開示されている。このランキンサイクルシステムでは、エンジンの廃熱により液相流体を沸騰させて気相流体に変化させ、気相流体を膨張させることによって仕事を取り出し、膨張後の気相流体を凝縮させて液相流体に戻すことが行われる。

特開２０１５−９４２７１号公報 特開２００２−３１６５３０号公報 特開２０１１−１８９８２４号公報

上記従来の技術のように、ランキンサイクルシステムを車両等の移動体に搭載した場合、走行風や気圧変化などによってランキンサイクルシステムを取り巻く周囲環境が常に変化する。特に、ランキンサイクルシステムの構成要素の一つである気液分離器は熱源を有していないため、低温環境の影響を大きく受けて放熱量が増大するおそれがある。気液分離器からの放熱量が増大すると、内部に貯留されている気相流体（蒸気）が凝縮してしまう。この場合、膨張機に送られる蒸気量が減少してしまうため、システムの熱回収効率が低下してしまう。上記従来の技術では、気液分離器の温度低下を抑制するための考察がなされておらず、ランキンサイクルシステムの熱回収効率を向上させる点において未だ改善の余地が残されている。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、気液分離器の温度低下を抑制してランキンサイクルシステムの熱回収効率を向上させることのできる車両用ランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

第１の発明は、
内燃機関を循環する冷媒へ廃熱を付与して、前記冷媒を蒸気化する沸騰器と、
前記沸騰器から送出される気液二相の冷媒を気相流体と液相流体とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器から送出される気相流体を前記内燃機関の排気との熱交換によって過熱させる過熱器と、
前記過熱器を通過した気相流体を膨張させて熱エネルギーを回収する膨張機と、
前記膨張機を通過した気相流体を凝縮させて液相流体に戻す凝縮器と、を備える車両用ランキンサイクルシステムにおいて、
前記気液分離器は、前記内燃機関のシリンダヘッドに固定され、凝縮器は、気液分離器に対して車両前方側に配置され、気液分離器は、車両正面視においてその一部が凝縮器と重なる位置に配置されていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記気液分離器は、金属製のブラケットを含んで構成され、
前記気液分離器は、前記ブラケットを介して前記シリンダヘッドに固定されていることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記内燃機関には、複数のシリンダが直列に並んで設けられ、
前記気液分離器は、前記シリンダの中心軸を含み前記シリンダの列方向に並行な面に対して排気側に固定されていることを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記過熱器及び前記気液分離器を一体に覆う保温槽をさらに備えることを特徴としている。

第１の発明によれば、気液分離器がシリンダヘッドに固定されるため、シリンダヘッドの熱が気液分離器へと効率よく伝えられる。このため、本発明によれば、気液分離器の温度低下を抑制することができるので、ランキンサイクルの効率低下を抑制することができる。
また、本発明によれば、気液分離器に向かって流れる走行風の一部が凝縮器によって遮られる。このため、本発明によれば、気液分離器の放熱が抑制されるので、ランキンサイクルの効率低下を抑制することができる。

第２の発明によれば、気液分離器は金属製のブラケットを介してシリンダヘッドに固定されている。このため、第２の発明によれば、気液分離器をシリンダヘッドに確実に固定するとともに、ブラケットを介してシリンダヘッドの熱を気液分離器へと効率よく伝えることができる。

第３の発明によれば、気液分離器は、排気側の排気熱によって高温に保たれるため、気液分離器からの放熱を有効に抑えることができる。

第４の発明によれば、保温槽によって気液分離器の周囲を高温に維持することができるので、気液分離器からの放熱を有効に抑えることができる。

本発明の実施の形態１のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。 気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 横置きエンジンに対する気液分離器の最良な位置関係を説明するための図である。 横置きエンジンに対する気液分離器の最良な位置関係を説明するための図である。 縦置きエンジンに対する気液分離器の最良な位置関係を説明するための図である。 コンデンサに対する気液分離器の位置関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態２のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態３のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態３のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態４のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態４のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態５のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態５のランキンサイクルシステムにおける気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。 ブラケット６ａの形状を説明するための図である。 ブラケット６ｂの形状を説明するための図である。 本発明の実施の形態６のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
１．ランキンサイクルシステムの構成
図１は、実施の形態１のランキンサイクルシステム１００の構成を示す図である。実施の形態１のランキンサイクルシステム１００は、内燃機関（エンジン）１０を含み車両に搭載された車両用ランキンサイクルシステムとして構成されている。エンジン１０の種別や構造には限定はない。ただし、エンジン１０のシリンダブロック及びシリンダヘッドには、エンジン１０を循環する冷媒が流れる冷媒流路１２が形成されている。冷媒流路１２は、シリンダの周囲を囲むウォータージャケットを含む。エンジン１０は、冷媒流路１２を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。本実施の形態では、冷媒として水が用いられている。

エンジン１０は、冷媒流路１２内を流通する冷媒をエンジン１０の廃熱により沸騰させてその一部を蒸気化することにより冷却される。つまり、冷媒流路１２は、内部を流れる液相の冷媒をエンジン１０の熱によって沸騰させる沸騰器として機能する。なお、冷媒流路１２は、エンジン１０の内部を流通可能な通路であれば、その構成は特に限定されない。また、冷媒流路１２に流通させる冷媒は、常温では液相流体であり、エンジン１０の熱により沸騰して気相流体に変化するものであればよく、水には限定されない。

エンジン１０の冷媒流路１２は、冷媒管１４を介して気液分離器１６に接続されている。エンジン１０の熱により冷媒が沸騰されると、冷媒流路１２からは気相流体とともに液相流体が吐出される。気液分離器１６は、気液分離器１６内に流入した気液二相の冷媒を液相流体と気相流体とに分離する。気液分離器１６は、冷媒管１８を介して第１ウォータポンプ２０に接続されている。気液分離器１６で分離された液相流体は、冷媒管１８を経由して第１ウォータポンプ２０に流入し、第１ウォータポンプ２０により冷媒流路１２に送られる。

気液分離器１６は、冷媒管２８を介して過熱器３０に接続されている。過熱器３０は、エンジン１０の排気通路２２において触媒２４の上流に設けられている。より詳しくは、過熱器３０は、排気マニホールド２６の周囲を覆うように設けられ、排気マニホールド２６と一体化されている。過熱器３０の内壁面と排気マニホールド２６の外壁面とで囲まれた空間が、気液分離器１６から送られた気相流体が流れる流路となる。気液分離器１６では気相流体と液相流体が共存しているため、気相流体は飽和蒸気となっている。過熱器３０に入った気相流体は、排気マニホールド２６の壁面から伝えられる排気熱を吸収することによって過熱蒸気となる。なお、過熱器３０は必ずしも排気マニホールド２６と一体化されている必要はなく、排気熱を吸収可能な構成であれば、排気通路２２の他の部位（例えば触媒２４）と一体化されていてもよい。

過熱器３０は、冷媒管３２を介して膨張機であるタービン３４に接続されている。タービン３４では、過熱器３０から送られた気相流体（過熱蒸気）を膨張させて熱エネルギーを回収することが行われる。冷媒管３２とタービン３４との接続部には、図示しない超音速ノズルが設けられている。気相流体は超音速ノズルからタービン３４に噴きつけられ、タービン３４を回転させる。タービン３４の回転は、図示しない減速機を介してエンジン１０の出力軸に伝えられる。つまり、タービン３４で回収された熱エネルギーは、エンジン１０のアシストに用いられる。ただし、タービン３４により発電機を駆動し、発生した電気を蓄電池に蓄えるように構成することもできる。

タービン３４で膨張した気相流体は、冷媒管３６を介してコンデンサ（凝縮器）４０に送られる。コンデンサ４０に送られた気相流体は、コンデンサ４０により冷却されて凝縮し、液相流体に戻される。気相流体の凝縮により生じた液相流体は、コンデンサ４０から冷媒管４２を介してキャッチタンク４４に送られ、キャッチタンク４４に一時的に貯留される。キャッチタンク４４は、冷媒管４６を介して気液分離器１６と接続されている。冷媒管４６には、第２ウォータポンプ４８が設けられている。第２ウォータポンプ４８は、キャッチタンク４４に貯留された液相流体を気液分離器１６に送るためのポンプである。第２ウォータポンプ４８と気液分離器１６との間には、気液分離器１６側からキャッチタンク４４側への液相流体の逆流を防止する図示しない逆止弁が設けられている。なお、冷媒管４６は、キャッチタンク４４と冷媒管１８の途中との間を接続する構成でもよい。このような構成によれば、第２ウォータポンプ４８が駆動されることにより、キャッチタンク４４に貯留された液相流体が気液分離器１６及びエンジン１０に送られる。

さらに、ランキンサイクルシステム１００は制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、ランキンサイクルシステム１００もしくはこれを搭載するエンジン１０に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、ランキンサイクルシステム１００が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリには、各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

２．ランキンサイクルシステムの車両搭載構造
ランキンサイクルシステム１００はエンジン１０を収納するための車両のエンジンコンパートメント内に搭載されている。エンジンコンパートメント内は搭載空間が限られているため、ランキンサイクルシステム１００の各構成要素を配置する際には種々の制約が生じ得る。また、ランキンサイクルシステム１００の構成要素の一つである気液分離器１６は熱源を有していないため、周囲温度の影響を受け易い。このため、気液分離器１６が低温の領域に配置されると、気液分離器１６からの放熱によって内部の気相流体（蒸気）の凝縮が進行してしまう。そこで、本出願の発明者は、気液分離器１６からの放熱に起因するランキンサイクルシステム１００の熱回収効率の低下を抑制すべく、気液分離器１６の車両搭載構造について鋭意研究を重ねた。その結果、本出願の発明者は、以下に説明する気液分離器１６の車両搭載構造を見出した。

２−１．気液分離器の固定構造
図２は、気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。なお、図中（Ａ）は該ランキンサイクルシステムの車両上面視の図を、図中（Ｂ）は車両に搭載されたランキンサイクルシステムの車両正面視の図を、それぞれ示している。また、図２ではランキンサイクルシステム１００の主要な構成要素以外の構成を省略して示している。図２に示すように、ランキンサイクルシステム１００は車両のエンジンコンパートメント１内に搭載されている。エンジン１０は、エンジンコンパートメント１内に設けられたエンジンマウント（図示せず）に搭載されている。気液分離器１６は、ブラケット２ａ，２ｂを介してエンジン１０に固定されている。より詳しくは、ブラケット２ａの一端は気液分離器１６の上部に固定され、他端はエンジン１０のシリンダヘッド１０１の上面に固定されている。また、ブラケット２ｂの一端は気液分離器１６の下部に固定され、他端はエンジン１０のシリンダブロック１０２の側面に固定されている。なお、ブラケット２ａ，２ｂは、金属製の板材を加工して形成されたものであり、気液分離器１６を固定するために必要な強度を確保し得る形状となっている。また、ブラケット２ａ，２ｂとエンジン１０との間の固定、及び、ブラケット２ａ，２ｂと気液分離器１６との間の固定には、それぞれ複数のボルトが用いられる。

上述した気液分離器１６の固定構造によれば、気液分離器１６が金属製のブラケット２ａ，２ｂを介してエンジン１０に固定されることとなる。これにより、エンジン１０で発生した熱がブラケット２ａ，２ｂを介して気液分離器１６に伝わる。気液分離器１６はエンジン１０からの受熱によって温度低下による蒸気の凝縮を抑制することができるので、ランキンサイクルシステム１００の熱回収効率の低下が抑制される。

なお、ブラケットは、少なくとも気液分離器１６をシリンダヘッド１０１に固定するブラケット２ａが含まれていれば、高温のシリンダ１０４の近傍の熱を気液分離器１６へと効率よく伝えることができる。このため、ブラケットは、少なくともブラケット２ａが含まれていればよく、ブラケット２ｂを含む他のブラケットの要否及び固定構造に限定はない。また、ブラケット２ａ，２ｂの材質は金属には限られないが、熱伝導率が高く且つ強度が高い材質が好ましい。

２−２．気液分離器の配置
上述したように、ブラケット２ａ，２ｂを介して気液分離器１６をエンジン１０に固定することにより、気液分離器１６の温度低下を抑制することができるが、気液分離器１６の配置によっては温度低下を更に抑制することも可能となる。以下、気液分離器１６と他の構成要素との位置関係に焦点を当ててランキンサイクルシステム１００の熱回収効率を更に高めるための構造について説明する。

２−２−１．気液分離器とエンジンとの位置関係
図２（Ａ）中のＳ１は、シリンダ１０４の中心軸Ｌ１を含み、シリンダブロック１０２の長手方向に沿って直列に設けられた複数のシリンダ１０４の列方向に並行な面を示している。また、図２（Ｂ）中のＳ２は、シリンダヘッド１０１のシリンダブロック１０２との合わせ面を示している。なお、以下の説明において、「排気側」は面Ｓ１に対してエンジン１０の排気通路２２が設けられた排気側を指し、「吸気側」は面Ｓ１に対してエンジン１０の図示しない吸気通路が設けられた吸気側を指す。

図２に示す固定構造では、変速機１０３はシリンダブロック１０２の側面に固定されている。気液分離器１６は、変速機１０３の上方の排気側（すなわちエンジン１０の排気通路２２の側）の空間に配置されている。エンジン１０の排気側の領域は、排気熱の影響によってエンジン１０の吸気側よりも高温となる。このため、図２に示す気液分離器１６の配置によれば、エンジンコンパートメント１内において気液分離器１６を高温の領域に配置することができるので、気液分離器１６の温度低下が有効に抑制される。

また、図２に示す固定構造では、気液分離器１６は、面Ｓ２に対してエンジン１０のシリンダヘッド１０１の側に配置されている。車両のエンジンコンパートメント１の内部は上方になるほど高温となる。このため、図２に示す気液分離器１６の配置によれば、エンジンコンパートメント１内において気液分離器１６を高温の領域に配置することができるので、気液分離器１６の温度低下が有効に抑制される。

また、図２に示す固定構造では、気液分離器１６は、過熱器３０の近傍に配置されているため、冷媒管２８の配管長を短くすることができる。これにより、冷媒管２８からの放熱を抑制することができるので、ランキンサイクルシステム１００の熱回収効率を更に高めることができる。

図３乃至図５には、エンジン１０に対する気液分離器１６の配置の具体例を、エンジンの種類別に示している。なお、それぞれの図中には、気液分離器１６の配置の例として、配置Ｐ１から配置Ｐ６までの６通りの位置を示している。より詳しくは、配置Ｐ１及び配置Ｐ２は、エンジン１０に対して変速機１０３の反対側となる位置であり、配置Ｐ１は吸気側の位置を、配置Ｐ２は排気側の位置を、それぞれ示している。配置Ｐ３及び配置Ｐ４は、エンジン１０の上方の位置であり、配置Ｐ３は吸気側の位置を、配置Ｐ４は排気側の位置を、それぞれ示している。また、配置Ｐ５及び配置Ｐ６は、変速機１０３の上方の位置であり、配置Ｐ５は吸気側の位置を、配置Ｐ６は排気側の位置を、それぞれ示している。

図３及び図４は、横置きエンジンに対する気液分離器の良好な位置関係を説明するための図である。なお、ここでいう横置きエンジンとは、シリンダ１０４の列方向が車両の進行方向に対して垂直方向となるように配置されたエンジンを指している。また、図３は車両の前方側が排気側となる配置の例であり、図４は車両の後方側が排気側となる配置の例である。

エンジン１０が横置きエンジンである場合、図３及び図４に示すように、気液分離器１６は、エンジン１０の面Ｓ１に対して排気側となる配置Ｐ２、配置Ｐ４又は配置Ｐ６に配置することが好ましい。特に、気液分離器１６は、排気マニホールド２６や過熱器３０の熱を積極的に受けることが可能な配置Ｐ４に配置されることが好ましい。

図５は、縦置きエンジンに対する気液分離器の最良な位置関係を説明するための図である。なお、ここでいう縦置きエンジンとは、シリンダ１０４の列方向が車両の進行方向に対して並行となるように配置されたエンジンを指している。エンジン１０が縦置きエンジンである場合においても、横置きエンジンである場合と同様に、気液分離器１６は、エンジン１０の面Ｓ１に対して排気側となる配置Ｐ２、配置Ｐ４又は配置Ｐ６に配置することが好ましく、更に好ましくは、排気マニホールド２６や過熱器３０の熱を積極的に受けることが可能な配置Ｐ４がよい。

２−２−２．気液分離器とコンデンサとの位置関係
図６は、コンデンサに対する気液分離器の位置関係について説明するための図である。なお、図６中の（Ａ）はエンジンコンパートメント１内を車両の側面側から模式的に透視した図を示しており、図６中の（Ｂ）は、（Ａ）中のＢ方向である車両正面視において、エンジンコンパートメント１の内部を模式的に透視した図を示している。

図６中の（Ａ）に示すように、コンデンサ４０は、気液分離器１６に対して車両前方側に配置され、その更に前方には走行風をエンジンコンパートメント１内へ取り込むためのグリル３が配置されている。また、図６中の（Ｂ）に示すように、気液分離器１６は、車両正面視においてその一部がコンデンサ４０に重なる位置に配置されている。図６に示すような気液分離器１６の配置によれば、気液分離器１６の周囲を吹き抜けるグリル３からの走行風の一部がコンデンサ４０によって遮られる。これにより、走行風による気液分離器１６の温度低下を低減することができる。

なお、上述した例では、車両正面視において、気液分離器１６の下部がコンデンサ４０に重なるように構成されているが、気液分離器１６とコンデンサ４０の位置関係はこれに限られない。すなわち、車両正面視において、気液分離器１６の少なくとも一部がコンデンサ４０に重なるように構成されていればよく、これにより走行風による気液分離器１６の温度低下を低減することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０について説明する。図７は、実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０における気液分離器１６の固定構造を説明するための模式図である。なお、図中（Ａ）は該ランキンサイクルシステムの車両上面視の図を、図中（Ｂ）は車両に搭載されたランキンサイクルシステムの車両正面視の図を、それぞれ示している。また、図７において、図２に示す実施の形態１のランキンサイクルシステム１００と共通する要素には同一の符号を付している。

実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０は、気液分離器１６がエンジン１０の排気側の上方の領域であって車両上面視で過熱器３０或いは排気マニホールド２６に重なる位置に配置されている。気液分離器１６はブラケット４ａ，４ｂを介してエンジン１０に固定されている。ブラケット４ａ，４ｂは、シリンダヘッド１０１の上面にそれぞれ固定され、当該上面から排気側の水平方向に張り出すように配置されている。気液分離器１６は、これらのブラケット４ａ，４ｂに挟まれて固定され、これにより過熱器３０の上面は気液分離器１６及びブラケット４ａ，４ｂによって覆われている。なお、ブラケット４ａ，４ｂは、金属製の板材を加工して形成されたものであり、気液分離器１６を固定するために必要な強度を確保し得る形状となっている。また、ブラケット４ａ，４ｂとエンジン１０との間の固定、及び、ブラケット４ａ，４ｂと気液分離器１６との間の固定は、それぞれ複数のボルトにより固定される。

このような構成によれば、ブラケット４ａ，４ｂは過熱器３０の熱を効率よく受熱して気液分離器１６へと伝える熱伝達部材として機能する。これにより、気液分離器１６は、過熱器３０の熱を効率よく受熱することができるので、温度低下が抑制される。

ところで、実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０では、ブラケット４ａ，４ｂの形状に限定はなく、ブラケット４ａ，４ｂは少なくとも過熱器３０或いは排気マニホールド２６の上面側を覆う形状であればよい。また、ブラケット４ａ，４ｂの材質は金属には限られないが、熱伝導率が高く且つ強度が高い材質が好ましい。

実施の形態３．
次に、実施の形態３のランキンサイクルシステム１２０について説明する。実施の形態３のランキンサイクルシステム１２０は、シリンダヘッド１０１と気液分離器１６０とが一体的に構成された構造に特徴を有している。図８及び図９は、実施の形態３のランキンサイクルシステム１２０における気液分離器の固定構造を説明するための模式図である。なお、図８は、気液分離器１６０とシリンダヘッド１０１とが一体化された状態を排気側から見た図を、図９は、気液分離器１６０とシリンダヘッド１０１とが分解された状態を吸気側から見た図を、それぞれ示している。

これらの図に示すように、気液分離器１６０には冷媒の入口ポート１６１が設けられている。入口ポート１６１は、エンジン１０の冷媒流路１２から導出された冷媒を気液分離器１６０へと導くためのものである。気液分離器１６０の入口ポート１６１がシリンダヘッド１０１の冷媒流路１２の出口ポート１２１に溶接等によって接合されることにより、気液分離器１６とシリンダヘッド１０１との一体化が図られている。

このような構成によれば、気液分離器１６０は、シリンダヘッド１０１と一体的に固定されるため、シリンダヘッド１０１からの伝熱の作用によって温度低下が抑制される。また、気液分離器１６０がシリンダヘッド１０１と一体化されることにより、熱伝達性を高めるとともに冷媒管やブラケット等の部品を削減することができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４のランキンサイクルシステム１３０について説明する。実施の形態４のランキンサイクルシステム１３０は、シリンダヘッドに気液分離器１６２を取り付けるためのブラケット１６３が気液分離器１６２と一体的に構成されている点に特徴を有している。図１０及び図１１は、実施の形態４のランキンサイクルシステム１３０における気液分離器１６２の固定構造を説明するための模式図である。なお、図１０は、シリンダヘッド１０１に気液分離器１６２を取り付けた状態を吸気側から見た斜視図を、図１１は、シリンダヘッド１０１に気液分離器１６２を取り付けた状態を排気側から見た斜視図を、それぞれ示している。

これらの図に示すように、気液分離器１６２にはブラケット１６３が一体的に設けられている。ブラケット１６３は、一端側が気液分離器１６２の本体に直接溶接等により接合され、他端側がシリンダヘッド１０１の側面にボルト等により固定される。また、気液分離器１６２には冷媒の入口ポート１６４が設けられている。入口ポート１６４は、シリンダヘッド１０１の冷媒流路１２の出口ポート（図示せず）に接続される。

このような構成によれば、気液分離器１６２は、シリンダヘッド１０１に固定されるため、シリンダヘッド１０１からの伝熱の作用によって温度低下が抑制される。また、ブラケット１６３が気液分離器１６２と一体化されることにより、熱伝達性を高めるとともに部品点数を削減することができる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５のランキンサイクルシステム１４０について説明する。実施の形態５のランキンサイクルシステム１４０は、気液分離器１６の配置及びブラケット６ａ，６ｂの打ち抜き形状に特徴を有している。図１２及び図１３は、実施の形態５のランキンサイクルシステム１４０における気液分離器１６の固定構造を説明するための模式図である。なお、図１２は、気液分離器１６をエンジン１０に取り付けた状態を排気側から見た斜視図を示している。また、図１３は、図１２における気液分離器１６の図示を省略した図を示している。また、図１２及び図１３において、図２に示す実施の形態１のランキンサイクルシステム１００と共通する要素には同一の符号を付している。

これらの図に示すように、気液分離器１６は、車の上面視において過熱器３０及び排気マニホールド２６と重ならない位置、すなわち過熱器３０及び排気マニホールド２６から水平方向に離れた位置に配置されている。気液分離器１６の固定には、ブラケット６ａ及び６ｂが用いられる。ブラケット６ａの一端は気液分離器１６の上下方向中間部付近に固定され、他端はエンジン１０のシリンダヘッド１０１の上面に固定されている。また、ブラケット６ｂの一端は気液分離器１６の下部に固定され、他端はエンジン１０のシリンダブロック１０２の側面に固定される。

図１４は、ブラケット６ａの形状を説明するための図である。また、図１５は、ブラケット６ｂの形状を説明するための図である。図１４に示すように、ブラケット６ａには複数の打ち抜き部６１ａが設けられている。また、同様に、ブラケット６ｂには複数の打ち抜き部６１ｂが設けられている。なお、打ち抜き部６１ａ，６１ｂの形状及び個数は、気液分離器１６を固定するための強度を確保可能な範囲内であれば特に限定されない。

このような構成によれば、エンジン１０の熱がブラケット６ａ，６ｂを介して気液分離器１６に伝えられる。ただし、気液分離器１６が過熱器３０及び排気マニホールド２６から離れた位置に配置されているため、走行風等の影響によってエンジン１０から伝達されたブラケット６ａ，６ｂの熱の周囲への放熱が大きくなるおそれがある。上述したブラケット６ａ，６ｂの構造によれば、打ち抜き部６１ａ，６１ｂを設けることによりブラケット６ａ，６ｂの表面積が小さくされているので、ブラケット６ａ，６ｂからの放熱による気液分離器１６の温度低下が有効に抑制される。

実施の形態６．
図１６は、実施の形態６のランキンサイクルシステム１５０の構成を示す図である。なお、図中（Ａ）は該ランキンサイクルシステムの車両上面視の図を、図中（Ｂ）は車両に搭載されたランキンサイクルシステムの車両正面視の図を、それぞれ示している。また、図１６において、図７に示す実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０と共通する要素には同一の符号を付している。

実施の形態６のランキンサイクルシステム１５０は、図７に示す実施の形態２のランキンサイクルシステム１１０と同様に、気液分離器１６がエンジン１０の排気側の上方の領域であって車両上面視で過熱器３０或いは排気マニホールド２６に重なる位置に配置されている。そして、少なくとも気液分離器１６と過熱器３０を覆うように保温槽５０が設けられている。保温槽５０は熱の出入を制限して槽内部を保温するためのものである。

このような構成によれば、保温槽５０の保温機能によって内部に配置された気液分離器１６の温度低下が抑制される。また、気液分離器１６が過熱器３０の直上に配置されることにより、気液分離器１６と過熱器３０との距離が短くなり、比較的小容量の保温槽５０によってこれらを覆うことができる。これにより、保温槽５０の熱容量を小さくすることができるので保温効果が向上する。

２ａ，２ｂ；４ａ，４ｂ；６ａ，６ｂ；１６３ ブラケット
１０ エンジン
１２ 冷媒流路
１４，１８，２８，３２，３６，４２，４６ 冷媒管
１６，１６０，１６２ 気液分離器
２２ 排気通路
２４ 触媒
２６ 排気マニホールド
３０ 過熱器
３４ タービン（膨張機）
４０ コンデンサ（凝縮器）
５０ 保温槽
６１ａ，６１ｂ 打ち抜き部
１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０ ランキンサイクルシステム
１０１ シリンダヘッド
１０２ シリンダブロック
１０３ 変速機
１０４ シリンダ
１２１ 出口ポート
１６１，１６４ 入口ポート

Claims (4)

1. 内燃機関を循環する冷媒へ廃熱を付与して、前記冷媒を蒸気化する沸騰器と、
   前記沸騰器から送出される気液二相の冷媒を気相流体と液相流体とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器から送出される気相流体を前記内燃機関の排気との熱交換によって過熱させる過熱器と、
   前記過熱器を通過した気相流体を膨張させて熱エネルギーを回収する膨張機と、
   前記膨張機を通過した気相流体を凝縮させて液相流体に戻す凝縮器と、を備える車両用ランキンサイクルシステムにおいて、
   前記気液分離器は、前記内燃機関のシリンダヘッドに固定され、
   前記凝縮器は、前記気液分離器に対して車両前方側に配置され、
   前記気液分離器は、車両正面視においてその一部が前記凝縮器と重なる位置に配置されていることを特徴とする車両用ランキンサイクルシステム。
2. 前記気液分離器は、金属製のブラケットを含んで構成され、
   前記気液分離器は、前記ブラケットを介して前記シリンダヘッドに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ランキンサイクルシステム。
3. 前記内燃機関には、複数のシリンダが直列に並んで設けられ、
   前記気液分離器は、前記シリンダの中心軸を含み前記シリンダの列方向に並行な面に対して排気側に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ランキンサイクルシステム。
4. 前記過熱器及び前記気液分離器を一体に覆う保温槽をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用ランキンサイクルシステム。

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