JP6636000B2 - 熱サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱サイクルシステムに関する。より詳しくは、内燃機関の冷却回路と、ランキンサイクル回路と、を備える熱サイクルシステムに関する。

近年、ランキンサイクルを利用して、車両の内燃機関の廃熱から機械エネルギや電気エネルギを取り出す廃熱回生システムの開発が進められている。このような廃熱回生システムにおいて、廃熱からエネルギを取り出すランキンサイクルは、作動媒体を圧送するポンプと、作動媒体を内燃機関の廃熱で加熱する熱交換器と、熱交換器によって加熱された作動媒体を膨張させることにより機械エネルギや電気エネルギを発生する膨張機と、膨張機によって膨張された作動媒体を凝縮させるコンデンサと、を備えるランキンサイクル回路によって実現される（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／１２２２９４号公報

また内燃機関の始動直後等、内燃機関が十分に暖機される前における燃費の悪化を抑制するため、特許文献１の発明では、ランキンサイクル回路の一部を利用して内燃機関を暖機している。より具体的には、特許文献１の発明では、バイパス流路を利用して作動媒体をポンプ及びコンデンサから迂回させつつ、電気エネルギを用いて膨張機を圧縮機として機能させることにより、作動媒体を、圧縮機→排気ボイラ→冷却水ボイラ→バイパス流路→圧縮機の順で循環させる。この過程で作動媒体は、排気ボイラにおいて内燃機関の排気の熱を吸収して高温のガスとなった後、冷却水ボイラにおいて内燃機関の冷却水に熱を与え、内燃機関を暖機する。すなわち特許文献１の発明では、内燃機関の暖機時には、内燃機関の排気の熱エネルギは、作動流体を経て内燃機関の冷却水へ移動することとなる。

ところで、上記のようにして廃熱を回収するランキンサイクル回路では、廃熱の回収効率を高くするため、作動流体として冷却水より低沸点の有機媒体が多く用いられている。しかしながら有機媒体は冷却水よりも比熱が低い。したがって内燃機関の暖機時には、排気から冷却水への熱エネルギの移動に比熱の低い作動媒体を経る特許文献１の発明では、冷却水を効率的に加熱できず、内燃機関を十分に暖機することができない。

本発明は、内燃機関の廃熱回収及び暖機を何れも効率的に行うことができる熱サイクルシステムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る熱サイクルシステム（例えば、後述の熱サイクルシステム１，１Ａ，１Ｂ）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン２）及びその排気と熱交換を行う冷却水が循環する冷却回路（例えば、後述の冷却回路３，３Ａ，３Ｂ）と、前記冷却水より低沸点の有機媒体と前記冷却回路の冷却水との間で熱交換を行う第１熱交換器（例えば、後述の蒸発器５２）と、前記第１熱交換器を経た有機媒体を減圧させエネルギを発生する膨張機（例えば、後述の膨張機５３）と、有機媒体と外気との間で熱交換を行う第２熱交換器（例えば、後述の凝縮器５４）と、を備えるランキンサイクル回路（例えば、後述のランキンサイクル回路５，５Ａ，５Ｂ）と、前記内燃機関の暖機前には有機媒体を前記第２熱交換器、前記膨張機、及び前記第１熱交換器の順で循環させる暖機モードで前記ランキンサイクル回路を稼働し、前記内燃機関の暖機後には有機媒体を前記第１熱交換器、前記膨張機、及び前記第２熱交換器の順で循環させる廃熱回収モードで前記ランキンサイクル回路を稼働する制御装置（例えば、後述の制御装置７，７Ｂ）と、を備え、前記制御装置は、前記暖機モードでは、前記膨張機にエネルギを供給することにより前記第２熱交換器を経た有機媒体を圧縮して前記第１熱交換器に供給し、前記廃熱回収モードでは、前記第１熱交換器を経た有機媒体を前記膨張機で減圧させることにより当該膨張機で発生したエネルギを回収することを特徴とする。

（２）この場合、前記ランキンサイクル回路は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第１流路（例えば、後述の第１流路５８ａ）と、当該第１流路に設けられたポンプ（例えば、後述のポンプ５１）と、前記ポンプを迂回して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第２流路（例えば、後述の第２流路５８ｂ）と、当該第２流路に設けられた膨張弁（例えば、後述の電子膨張弁５９）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記暖機モードでは、前記膨張弁を開き、前記第１熱交換器を経た有機媒体を減圧させて前記第２熱交換器に供給することが好ましい。

（３）この場合、前記熱サイクルシステムは、外気の温度を取得する外気温度取得手段（例えば、後述の外気温度センサ７３）をさらに備え、前記制御装置は、前記暖機モードの実行時には、前記外気温度取得手段で取得された外気温度に基づいて前記膨張弁の開度を制御することが好ましい。

（４）この場合、前記熱サイクルシステムは、前記膨張機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置（例えば、後述のバッテリ８，８Ａ，８Ｂ）をさらに備え、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より大きい場合には前記暖機モードを実行し、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には前記暖機モードを実行しないことが好ましい。

（５）この場合、前記熱サイクルシステムは、前記ランキンサイクル回路を循環する有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置（例えば、後述のバッテリ８，８Ａ，８Ｂ）をさらに備え、前記ランキンサイクル回路は、前記第１熱交換器を迂回するバイパス流路（例えば、後述の蒸発器バイパス流路６１）と、有機媒体の循環流路を、前記第１熱交換器を経由する流路と前記バイパス流路を経由する流路とで切り替える流路切替弁（例えば、後述の第１三方弁６２）と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関及び前記蓄電装置の暖機前には、前記流路切替弁を前記バイパス流路側にし、有機媒体を前記第２熱交換器、前記膨張機、及び前記バイパス流路の順で循環させて前記蓄電装置を暖機した後、前記流路切替弁を前記第１熱交換器側にし、前記暖機モードを行うことが好ましい。

（１）本発明の熱サイクルシステムは、内燃機関及びその排気と熱交換を行う冷却水が循環する冷却回路と、第１熱交換器、膨張機、及び第２熱交換器を備え、これらを冷却水よりも低沸点の有機媒体が循環するランキンサイクル回路と、を備える。制御装置は、内燃機関の暖機後には、有機媒体を、第１熱交換器、膨張機、及び第２熱交換器の順で循環させる廃熱回収モードでランキンサイクル回路を稼働する。この廃熱回収モードにおいて、有機媒体は、第１熱交換器において暖機後の内燃機関及びその排気によって加温された冷却水によって加温され、膨張機において減圧する過程でエネルギが回収され、その後第２熱交換器において外気との熱交換によって冷却される。これにより、内燃機関の暖機後は、内燃機関の廃熱をエネルギとして回収できる。ここで本発明では、廃熱回収時には、内燃機関の排気の熱エネルギは、冷却回路を循環する冷却水を介して、第１熱交換器において有機媒体に移動する。すなわち、特許文献１の発明と異なり、有機媒体は、内燃機関の排気と直接熱交換をすることがない。このため本発明において、ランキンサイクル回路に求められる耐熱は、排気よりも温度が低い冷却水の温度以下にできるので、その分軽材料を利用できる。また排気の熱による有機媒体の熱分解も抑制できるので、制御性も向上できる。

また制御装置は、内燃機関の暖機前には、有機媒体を、第２熱交換器、膨張機、及び第１熱交換器の順で循環させる暖機モードでランキンサイクル回路を稼働する。この暖機モードにおいて、有機媒体は、膨張機において圧縮され、第１熱交換器において冷却回路を循環する冷却水との熱交換によって冷却され、その後第２熱交換器において外気との熱交換によって加温される。一方冷却回路では、冷却水は、排気と熱交換を行うことによって加温される。したがって本発明の熱サイクルシステムにおける暖機モードでは、内燃機関の排気から得られる熱エネルギと、膨張機で有機媒体を圧縮することによって得られる熱エネルギと、第２熱交換器において有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギと、を用いて内燃機関を暖機できる。特に本発明では、特許文献１の発明と比較して、第２熱交換器において有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギで冷却水を加温できるため、その分だけ内燃機関を速やかに暖機できる。また本発明では、特許文献１の発明と異なり、排気の熱エネルギは、冷却水よりも比熱の低い有機媒体を経ずに冷却水に移動するため、排気の熱エネルギを用いて内燃機関を速やかに暖機できる。

（２）本発明では、ランキンサイクル回路に、ポンプが設けられた第１流路と、膨張弁が設けられかつポンプを迂回する第２流路と、の２つの流路を設ける。そして暖機モードでは、膨張弁を開き、第１熱交換器を経た有機媒体を減圧させて第２熱交換器に供給する。これにより暖機モードでは、膨張機→第１熱交換器→膨張弁→第２熱交換器→膨張機の順で有機媒体が循環する。特に本発明では、暖機モードにおける有機媒体の循環流路に膨張弁を設けることにより、第２熱交換器において外気との熱交換によって有機媒体を加温できるように、第２熱交換器に流入する有機媒体を減圧できるので、外気の熱エネルギを用いて冷却水を加温できるので、内燃機関を速やかに暖機できる。

（３）本発明の熱サイクルシステムでは、暖機モードの実行時には、外気温度取得手段で取得された外気温度に基づいて膨張弁の開度を制御する。これにより、暖機モードでは、第２熱交換器において外気で有機媒体を加温し、内燃機関を暖機するための熱エネルギを得られるように、有機媒体を減圧させることができる。

（４）本発明の熱サイクルシステムでは、膨張機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置を設け、蓄電装置の蓄電量が所定値より大きい場合には蓄電装置の電気エネルギを用いて前記暖機モードを実行し、蓄電量が所定値より小さい場合には暖機モードを実行しない。これにより、蓄電装置の蓄電量に応じた適切な態様で内燃機関を暖機できる。なお本発明では、有機媒体が循環するランキンサイクル回路とは別に冷却水が循環する冷却回路を備える。また上記のように冷却回路では、有機媒体よりも比熱が高い冷却水によって排気の熱エネルギが回収されるので、暖機モードを実行しなかったとしても、内燃機関の暖機が過剰に長引くことはない。

（５）暖機モードにおいて内燃機関を効率的に暖機するためには、蓄電装置から膨張機に電気エネルギを供給する必要がある。また動力発生源として内燃機関の他に駆動モータを備える所謂ハイブリッド車両では、内燃機関の暖機前は、駆動モータの負担割合が大きくなりがちであるので、蓄電装置から駆動モータに電気エネルギを供給する必要がある。これに対し蓄電装置の温度が低いと、蓄電装置から膨張機や駆動モータに十分な電気エネルギを供給することができない。従って内燃機関と蓄電装置との両方が暖機前である場合、内燃機関よりも蓄電装置の暖機を優先することが好ましい。これに対し本発明の熱サイクルシステムでは、ランキンサイクル回路を循環する有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置を設け、さらにランキンサイクル回路には、第１熱交換器を迂回するバイパス流路と、有機媒体の循環流路を、第１熱交換器を経由する流路と、バイパス流路を経由する流路とで切り替える流路切替弁と、を設ける。内燃機関の暖機前である場合、有機媒体は、第１熱交換器を流れると冷却水によって冷却されてしまうため、その分だけ蓄電装置の暖機に時間がかかってしまう。そこで本発明では、内燃機関及び蓄電装置の両方が暖機前である場合、流路切替弁をバイパス流路側にし、有機媒体を、第２熱交換器→膨張機→バイパス流路の順で循環させ、有機媒体が第１熱交換器を経由しないようにする。これにより蓄電装置を速やかに暖機できる。なお、上記のように本発明では、ランキンサイクル回路とは別に冷却回路を設けるため、暖機モードを実行せずとも、内燃機関の暖機が過剰に長引くことはない。また本発明では、蓄電装置を暖機した後は、流路切替弁を第１熱交換器側にし、暖機モードを行う。これにより、内燃機関を速やかに暖機できる。以上により本発明では、適切な順序で蓄電装置及び内燃機関を暖機できる。

本発明の第１実施形態に係る熱サイクルシステムの構成を示す図である。 廃熱回収モードの実行時にランキンサイクル回路において実現される熱サイクルのｐ−ｈ線図である。 暖機モードの実行時にランキンサイクル回路において実現される熱サイクルのｐ−ｈ線図である。 上記実施形態に係る熱サイクルシステムの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る熱サイクルシステムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る熱サイクルシステムの構成を示す図である。 上記実施形態に係る熱サイクルシステムの制御手順を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る熱サイクルシステム１の構成を示す図である。熱サイクルシステム１は、内燃機関２（以下、「エンジン」という）を備える車両に搭載され、始動時におけるエンジン２を暖機したり、暖機後のエンジン２で生じる廃熱を回収し電気エネルギに変換したりする。

熱サイクルシステム１は、エンジン２をその経路の一部に含み冷却水が循環する冷却回路３と、ランキンサイクルを実現するランキンサイクル回路５と、これら冷却回路３及びランキンサイクル回路５を制御する制御装置７と、放電及び充電が可能なバッテリ８と、を備える。

冷却回路３は、エンジン２及びその排気と熱交換を行う冷却水が循環する冷却水循環流路３３と、この循環流路３３に設けられた複数の装置によって構成される。より具体的には、冷却回路３は、ランキンサイクル回路５に設けられる後述の蒸発器５２を流路に含む冷却水循環流路３３と、この循環流路３３の一部である第１冷却水流路３１と、循環流路３３の一部である第２冷却水流路３２と、蒸発器５２を迂回するバイパス流路３４と、冷却水を圧送するウォータポンプ３５と、循環流路３３とバイパス流路３４の接続部に設けられた三方弁３６と、を備える。

第１冷却水流路３１は、エンジン２のシリンダブロックに形成された冷却水の流路であり、冷却水とエンジン２との間の熱交換を促進する。第２冷却水流路３２は、冷却水と排気との間の熱交換を促進する冷却水の流路である。この第２冷却水流路３２は、排気管のうち排気浄化触媒２１よりも下流側に形成される。蒸発器５２は、環状の循環流路３３において、ウォータポンプ３５で冷却水を循環させた場合に第２冷却水流路３２より下流側でありかつ第１冷却水流路３１より上流側であるような位置に設けられる。

ウォータポンプ３５は、冷却水循環流路３３に設けられる。ウォータポンプ３５は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、冷却水循環流路３３内の冷却水を、第１冷却水流路３１→第２冷却水流路３２→蒸発器５２→第１冷却水流路３１の順で循環させる。ウォータポンプ３５は、例えば、循環流路３３のうち第２冷却水流路３２と蒸発器５２との間に設けられる。なおウォータポンプ３５を設ける位置は、これに限らない。ウォータポンプ３５は、冷却水循環流路３３のうち、蒸発器５２と第１冷却水流路３１との間、第１冷却水流路３１と第２冷却水流路３２との間であってもよい。

バイパス流路３４は、循環流路３３のうち蒸発器５２及び第１冷却水流路３１の間と、第２冷却水流路３２及び蒸発器５２の間とを連通し、蒸発器５２を迂回する。三方弁３６は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、冷却水の循環流路を、蒸発器５２を含まずバイパス流路３４を含む第１暖機流路３４１と、蒸発器５２を含みバイパス流路３４を含まない第２暖機流路３４２と、で切り替える。冷却水の循環流路を、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、蒸発器５２を経由する流路と、バイパス流路３４を経由する流路とで切り替える。三方弁３６を設ける位置は、図１に例示するように冷却水循環流路３３のうち第２冷却水流路３２側とバイパス流路３４との接続部でもよいし、冷却水循環流路３３のうち第１冷却水流路３１側とバイパス流路３４との接続部でもよい。

また図示を省略するが、冷却回路３には、冷却水と外気との間で熱交換を行うことによって冷却水を冷却するラジエタと、冷却水のラジエタへの流入量を調節するサーモスタットと、が設けられている。サーモスタットは、冷却水の温度が所定の閉弁温度以下である場合には全閉となり、冷却水のラジエタへの流入は遮断される。サーモスタットは、冷却水の温度が上記閉弁温度以上になると開き始め、その開度に応じた量の冷却水がラジエタへ流入する。またサーモスタットは、冷却水の温度が上記閉弁温度より高い開弁温度以上である場合には全開となる。ラジエタは、例えば、蒸発器５２と並列になるように、冷却回路３に接続される。なおランキンサイクル回路５は、後述の廃熱回収モードでは、冷却水を冷却する機能も備えることから、これらラジエタ及びサーモスタットは、設けなくてもよい場合がある。

ランキンサイクル回路５は、冷却水より低沸点かつ低比熱の有機媒体が循環する有機媒体循環流路５５と、この循環流路５５に設けられた複数の装置によって構成される。より具体的には、ランキンサイクル回路５は、有機媒体が循環する環状の有機媒体循環流路５５と、この有機媒体循環流路５５の一部である第１流路５８ａに設けられたポンプ５１と、冷却回路３の冷却水と有機媒体との間で熱交換を行う蒸発器５２と、蒸発器５２を経た有機媒体を減圧させる膨張機５３と、外気と有機媒体との間で熱交換を行う凝縮器５４と、を備える。環状の有機媒体循環流路５５には、ポンプ５１と、凝縮器５４と、膨張機５３と、蒸発器５２と、がこの順で設けられている。ランキンサイクル回路５では、有機媒体を有機媒体循環流路５５で循環させることによってランキンサイクルを実現する。

ポンプ５１は、有機媒体循環流路５５のうち蒸発器５２と凝縮器５４とを接続する第１流路５８ａに設けられる。ポンプ５１は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、有機媒体循環流路５５を介し凝縮器５４から供給される有機媒体を昇圧し、有機媒体循環流路５５を介して蒸発器５２へ供給する。なおこのポンプ５１の回転数は、蒸発器５２における有機媒体の液量が適切な量で維持されるように、制御装置７によって調整される。

蒸発器５２は、有機媒体が通流する有機媒体流路と、冷却回路３の冷却水が通流する冷却水流路とを備え、有機媒体と冷却水との間で熱交換を行う。凝縮器５４は、有機媒体が通流する有機媒体流路と、この有機媒体流路に外気を供給するファンと、を備え、有機媒体と外気との間で熱交換を行う。

膨張機５３は、駆動軸５６を介してモータジェネレータ５７に接続されている。またモータジェネレータ５７とバッテリ８との間では電気エネルギの授受が可能となっている。膨張機５３は、正転時には、蒸発器５２を経た有機媒体を減圧して凝縮器５４に供給するとともに、有機媒体を減圧させる過程で回収した機械エネルギでモータジェネレータ５７を発電させ、この発電電力でバッテリ８を充電する。また膨張機５３は、逆転時には、バッテリ８からモータジェネレータ５７に電気エネルギを供給することによって圧縮機として作動する。圧縮機として作動する膨張機５３は、凝縮器５４を経た有機媒体を昇圧し、蒸発器５２に供給する。

またランキンサイクル回路５には、有機媒体循環流路５５のうちポンプ５１の上流側と下流側とを接続し、ポンプ５１を迂回する第２流路５８ｂと、この第２流路５８ｂに設けられた電子膨張弁５９と、がさらに設けられている。

電子膨張弁５９は、絞り弁であり、第２流路５８ｂを介して蒸発器５２から供給される有機媒体を減圧させて、第２流路５８ｂを介して凝縮器５４へ供給する。電子膨張弁５９の開度は、制御装置７からの制御信号に応じて調整される。

ここで、電子膨張弁５９を全閉にし、ポンプ５１をオンにし、さらに膨張機５３を正転させると、ランキンサイクル回路５には、有機媒体が、ポンプ５１、蒸発器５２、膨張機５３、及び凝縮器５４を経由して再びポンプ５１に戻る正転流路５５１が形成される。

また電子膨張弁５９を開き、ポンプ５１をオフにし、さらに膨張機５３を逆転させ圧縮機として作動させると、ランキンサイクル回路５には、有機媒体が、電子膨張弁５９、凝縮器５４、膨張機５３、及び蒸発器５２を経て再び電子膨張弁５９に戻る逆転流路５５２が形成される。

以上のように、冷却回路３及びランキンサイクル回路５には、複数の流路３４１，３４２，５５１，５５２が形成される。そこで熱サイクルシステム１では、これら流路３４１，３４２，５５１，５５２を組み合わせることで、様々な運転モードを実現することが可能となっている。より具体的には、熱サイクルシステム１では、通常起動モードと、暖機モードと、廃熱回収モードと、の３つの運転モードを選択的に実行することができる。

通常起動モードとは、ランキンサイクル回路５と冷却回路３との間の熱交換を行わないようにしながら、エンジン２の暖機を促進する運転モードである。この通常起動モードは、冷却回路３の三方弁３６によって、冷却水の循環流路を第１暖機流路３４１に設定し、ウォータポンプ３５をオンにすることによって実現される。通常起動モードでは、冷却水は、ウォータポンプ３５、三方弁３６、第１冷却水流路３１、及び第２冷却水流路３２を経て再びウォータポンプ３５に戻る。通常起動モードでは、エンジン２の冷却水は、第２冷却水流路３２において排気によって加温され、この熱によってエンジン２を暖機する。

廃熱回収モードとは、ランキンサイクル回路５と冷却回路３との間で熱交換を行いながら、エンジン２の廃熱を回収する運転モードである。この廃熱回収モードでは、冷却回路３側は、三方弁３６によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２に設定し、かつウォータポンプ３５をオンにする。従って廃熱回収モードでは、冷却水は、ウォータポンプ３５、三方弁３６、蒸発器５２、第１冷却水流路３１、及び第２冷却水流路３２を経て再びウォータポンプ３５に戻る。

一方、廃熱回収モードでは、ランキンサイクル回路５側は、電子膨張弁５９を全閉にし、ポンプ５１をオンにし、さらに膨張機５３を正転させることによって、有機媒体の流路を正転流路５５１に設定する。廃熱回収モードでは、有機媒体は、ポンプ５１、蒸発器５２、膨張機５３、及び凝縮器５４を経て再びポンプ５１に戻る。廃熱回収モードの実行時には、ランキンサイクル回路５では、図２Ａに示すような熱サイクルが実現される。より具体的には、廃熱回収モードの実行時には、有機媒体はポンプ５１によって圧縮されて蒸発器５２に供給される。蒸発器５２において、有機媒体は、エンジン２の廃熱によって加温された冷却水との間の熱交換によって加温され、膨張機５３に供給される。膨張機５３では、有機媒体は減圧され、凝縮器５４に供給される。また凝縮器５４において、有機媒体は、外気との熱交換によって冷却され、再びポンプ５１に戻る。廃熱回収モードでは、このような熱サイクルにおいて、膨張機５３で有機媒体を減圧させる過程で回収した機械エネルギでモータジェネレータ５７を発電させ、この発電電力でバッテリ８を充電する。

暖機モードとは、ランキンサイクル回路５と冷却回路３との間で熱交換を行いながら、エンジン２の暖機を、上記通常起動モードよりも促進する運転モードである。この暖機モードでは、冷却回路３側は、三方弁３６によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２に設定し、かつウォータポンプ３５をオンにする。従って暖機モードでは、冷却水は、廃熱回収モードと同様に、ウォータポンプ３５、三方弁３６、蒸発器５２、第１冷却水流路３１、及び第２冷却水流路３２を経て再びウォータポンプ３５に戻る。

一方、暖機モードでは、ランキンサイクル回路５側は、電子膨張弁５９を開き、ポンプ５１をオフにし、さらに膨張機５３を逆転させ圧縮機として作動させることによって、有機媒体の流路を逆転流路５５２に設定する。暖機モードでは、有機媒体は、電子膨張弁５９、凝縮器５４、膨張機５３、及び蒸発器５２を経て再び電子膨張弁５９に戻る。暖機モードの実行時には、ランキンサイクル回路５では、図２Ｂに示すような熱サイクルが実現される。より具体的には、暖機モードの実行時には、有機媒体は、電子膨張弁５９によって減圧され、凝縮器５４に供給される。凝縮器５４では、有機媒体は、外気との間の熱交換によって加温され、膨張機５３に供給される。暖機モードでは、制御装置７は、バッテリ８からモータジェネレータ５７に電気エネルギを供給することによって膨張機５３を圧縮機として作動させる。よって膨張機５３において、有機媒体は、圧縮され蒸発器５２に供給される。また蒸発器５２では、有機媒体は、冷却水との間の熱交換によって冷却水を加温し、再び電子膨張弁５９に戻る。暖機モードでは、このような熱サイクルにおいて、膨張機５３において有機媒体を圧縮することによって得られる熱エネルギと、凝縮器５４において電子膨張弁５９で減圧された有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギと、によって冷却水を加温する。一方、冷却回路３では、冷却水は排気と熱交換をすることによって加温される。従って暖機モードでは、膨張機５３において有機媒体を圧縮することによって得られる熱エネルギと、凝縮器５４において電子膨張弁５９で減圧された有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギと、第２冷却水流路３２において排気と熱交換することによって得られる熱エネルギと、によって、エンジン２を暖機する。これにより、暖機モードでは、通常起動モードよりも速やかにエンジン２を暖機できる。

図１に戻り、バッテリ８は、例えば車両の補機に電力を供給する低圧（例えば、１２Ｖ）の鉛バッテリである。

制御装置７には、冷却回路３、ランキンサイクル回路５、及び環境の状態を検出するための様々なセンサ７１〜７４が接続されている。

冷却水温度センサ７１は、冷却回路３を循環する冷却水の温度、より具体的には、第１冷却水流路３１から流出する冷却水の温度に応じた信号を制御装置７へ送信する。以下では、この冷却水温度センサ７１によって検出される温度を、冷却水出口温度ともいう。

有機媒体温度センサ７２は、ランキンサイクル回路５を循環する有機媒体の温度、より具体的には、膨張機５３と蒸発器５２との間の有機媒体の温度に応じた信号を制御装置７へ送信する。上述のように膨張機５３を逆転させている時には、膨張機５３は圧縮機として作動し、膨張機５３から蒸発器５２へ圧縮された有機媒体が供給される。したがって以下では、この有機媒体温度センサ７２によって検出される温度を、圧縮後温度ともいう。

外気温度センサ７３は、外気の温度に応じた信号を制御装置７へ送信する。以下では、この外気温度センサ７３によって検出される温度を、単に外気温度ともいう。

バッテリセンサ７４は、バッテリ８の蓄電量に相当するＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出するために必要な情報（例えば、バッテリ８の温度、電圧、電流等）を検出し、検出値に応じた信号を制御装置７へ送信する。バッテリ８のＳＯＣは、バッテリセンサ７４からの信号を用いた既知のアルゴリズムに基づいて制御装置７において算出される。

次に、図３を参照して熱サイクルシステム１の具体的な制御手順について説明する。
図３は、熱サイクルシステム１の具体的な制御手順を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、例えば運転者によって車両を起動するパワースイッチが操作されたことに応じて、制御装置７において実行される。

Ｓ１では、制御装置は、エンジンの暖機前であるか否か、すなわちエンジンの暖機が必要であるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、冷却水温度センサを介して取得した冷却水出口温度ＴＷがサーモスタットの閉弁温度ＴＷｓｅｔ１より低いか否か（ＴＷ＜ＴＷｓｅｔ１）を判別する。Ｓ１の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、エンジンの暖機が必要であると判断し、Ｓ２に移る。

Ｓ２では、制御装置は、ランキンサイクル回路と冷却回路との間で熱交換を行うことにより、効率的なエンジンの暖機が可能か否かを判別する。より具体的には、制御装置は、有機媒体温度センサを介して取得した圧縮後温度ＴＧが、冷却水出口温度ＴＷ以上であるか否か（ＴＧ≧ＴＷ）を判別する。Ｓ２の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できると判断し、Ｓ３に移る。Ｓ２の判別がＮＯである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できないと判断し、Ｓ４に移る。

Ｓ３では、制御装置は、バッテリのＳＯＣが所定値以下であるか否かを判別する。Ｓ３の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、バッテリの電力を用いる暖機モードを実行できないと判断し、Ｓ４に移る。またＳ３の判別がＮＯである場合、制御装置は、暖機モードを実行できると判断し、Ｓ５に移る。

Ｓ４では、制御装置は、三方弁によって冷却水の循環流路を第１暖機流路３４１にセットすることにより、通常起動モードの下でエンジンを暖機し、Ｓ１３に移る。

Ｓ５では、制御装置は、三方弁によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２にセットし、Ｓ６に移る。Ｓ６では、制御装置は、電子膨張弁を開きかつポンプをオフにすることにより、有機媒体の循環流路を逆転流路５５２にセットし、Ｓ７に移る。Ｓ７では、制御装置は、バッテリからモータジェネレータに電力を供給し、膨張機を圧縮機として作動させることにより、暖機モードの下でエンジンを暖機し、Ｓ１３に移る。なお暖機モードの下では、制御装置は、凝縮器における外気と有機媒体との間の熱交換によって外気の熱エネルギを十分に回収できるよう、外気温度センサを介して取得した外気温度に応じて電子膨張弁の開度を調整する。

Ｓ１に戻り、Ｓ１の判別がＮＯである場合、制御装置は、エンジンの暖機は不要である、すなわちエンジンは暖機後であると判断し、Ｓ８に移る。Ｓ８では、制御装置は、直前まで暖機モードの下でエンジンの暖機を行っていた場合には、バッテリからモータジェネレータへの電力の供給を停止し、Ｓ９に移る。

Ｓ９では、制御装置は、直前まで通常起動モードの下でエンジンの暖機を行っていた場合には、三方弁によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２にセットし、Ｓ１０に移る。

Ｓ１０では、制御装置は、ランキンサイクル回路で効率的なエンジンの廃熱回収を実現できるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、冷却水出口温度ＴＷがサーモスタットの開弁温度ＴＷｓｅｔ２以上であるか否か（ＴＷ≧ＴＷｓｅｔ２）を判別する。

Ｓ１０の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、効率的なエンジンの廃熱回収を実現できると判断し、Ｓ１１に移る。Ｓ１１では、制御装置は、電子膨張弁を全閉にし、ポンプをオンにし、さらに膨張機を正転させることにより、有機媒体の循環流路を正転流路５５１にセットし、Ｓ１２に移る。Ｓ１２では、制御装置は、ポンプを駆動し、有機媒体を正転流路５５１で循環させることにより、廃熱回収モードの下でエンジンの廃熱を回収し、Ｓ１３に移る。なお廃熱回収モードの下では、制御装置は、蒸発器内における有機媒体の液量が所定の目標量で維持されるように、蒸発器内の液量を検出する液量センサ（図示せず）の検出信号を用いたフィードバック制御によってポンプの回転数を制御する。

一方、Ｓ１０の判別がＮＯである場合、制御装置は、効率的なエンジンの廃熱回収を実現できないと判断し、Ｓ１３に移る。Ｓ１３では、運転者によって車両を停止させるパワースイッチが操作されたか否かを判別する。Ｓ１３の判別がＮＯである場合、Ｓ１に戻る。またＳ１３の判別がＹＥＳである場合、図３の処理を終了する。

本実施形態の熱サイクルシステム１によれば、以下の効果を奏する。
（１）熱サイクルシステム１は、エンジン２及びその排気と熱交換を行う冷却水が循環する冷却回路３と、蒸発器５２、膨張機５３、及び凝縮器５４を備え、これらを冷却水よりも低沸点の有機媒体が循環するランキンサイクル回路５と、を備える。制御装置７は、エンジンの暖機後には、有機媒体を、蒸発器５２、膨張機５３、及び凝縮器５４の順で循環させる廃熱回収モードでランキンサイクル回路５を稼働する。この廃熱回収モードにおいて、有機媒体は、蒸発器５２において暖機後のエンジン２及びその排気によって加温された冷却水によって加温され、膨張機５３において減圧する過程でエネルギが回収され、その後凝縮器５４において外気との熱交換によって冷却される。これにより、エンジン２の暖機後は、エンジン２の廃熱をエネルギとして回収できる。ここで熱サイクルシステム１では、廃熱回収時には、エンジン２の排気の熱エネルギは、冷却回路３を循環する冷却水を介して、蒸発器５２において有機媒体に移動する。すなわち、特許文献１の発明と異なり、有機媒体は、エンジン２の排気と直接熱交換をすることがない。このため熱サイクルシステム１において、ランキンサイクル回路５に求められる耐熱は、排気よりも温度が低い冷却水の温度以下にできるので、その分軽材料を利用できる。また排気の熱による有機媒体の熱分解も抑制できるので、制御性も向上できる。

また制御装置７は、エンジン２の暖機前には、有機媒体を、凝縮器５４、膨張機５３、及び蒸発器５２の順で循環させる暖機モードでランキンサイクル回路５を稼働する。この暖機モードにおいて、有機媒体は、膨張機５３において圧縮され、蒸発器５２において冷却回路３を循環する冷却水との熱交換によって冷却され、その後凝縮器５４において外気との熱交換によって加温される。一方冷却回路３では、冷却水は、排気と熱交換を行うことによって加温される。したがって熱サイクルシステム１における暖機モードでは、エンジンの排気から得られる熱エネルギと、膨張機５３で有機媒体を圧縮することによって得られる熱エネルギと、凝縮器５４において有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギと、を用いてエンジン２を暖機できる。特に熱サイクルシステム１では、特許文献１の発明と比較して、蒸発器５２において有機媒体を外気で加温することによって得られる熱エネルギで冷却水を加温できるため、その分だけエンジン２を速やかに暖機できる。また熱サイクルシステム１では、特許文献１の発明と異なり、排気の熱エネルギは、冷却水よりも比熱の低い有機媒体を経ずに冷却水に移動するため、排気の熱エネルギを用いてエンジン２を速やかに暖機できる。

（２）熱サイクルシステム１では、ランキンサイクル回路５に、ポンプ５１が設けられた第１流路５８ａと、電子膨張弁５９が設けられかつポンプ５１を迂回する第２流路５８ｂと、の２つの流路を設ける。そして暖機モードでは、電子膨張弁５９を開き、蒸発器５２を経た有機媒体を減圧させて凝縮器５４に供給する。これにより暖機モードでは、膨張機５３→蒸発器５２→電子膨張弁５９→凝縮器５４→膨張機５３の順で有機媒体が循環する。特に熱サイクルシステム１では、暖機モードにおける有機媒体の循環流路に電子膨張弁５９を設けることにより、凝縮器５４において外気との熱交換によって有機媒体を加温できるように、凝縮器５４に流入する有機媒体を減圧できるので、外気の熱エネルギを用いて冷却水を加温できるので、エンジン２を速やかに暖機できる。

（３）熱サイクルシステム１では、暖機モードの実行時には、外気温度センサ７３で取得された外気温度に基づいて電子膨張弁５９の開度を制御する。これにより、暖機モードでは、凝縮器５４において外気で有機媒体を加温し、エンジン２を暖機するための熱エネルギを得られるように、有機媒体を減圧させることができる。

（４）熱サイクルシステム１では、膨張機５３と電気エネルギの授受を行うバッテリ８を設け、バッテリ８の蓄電量が所定値より大きい場合にはバッテリ８の電気エネルギを用いて暖機モードを実行し、蓄電量が所定値より小さい場合には暖機モードを実行せずに、通常起動モードを実行する。これにより、バッテリ８の蓄電量に応じた適切な態様でエンジン２を暖機できる。なお熱サイクルシステム１では、有機媒体が循環するランキンサイクル回路５とは別に冷却水が循環する冷却回路３を備える。また上記のように冷却回路で３は、有機媒体よりも比熱が高い冷却水によって排気の熱エネルギが回収されるので、暖機モードを実行しなかったとしても、エンジン２の暖機が過剰に長引くことはない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施形態に係る熱サイクルシステム１Ａの構成を示す図である。熱サイクルシステム１Ａは、バッテリ８Ａの構成と冷却回路３Ａの構成とが第１実施形態に係る熱サイクルシステム１と異なる。なお、以下の熱サイクルシステム１Ａの説明では、熱サイクルシステム１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

熱サイクルシステム１Ａは、エンジン２と走行モータ（図示せず）とを備える所謂ハイブリッド車両に好ましく搭載される。このようなハイブリッド車両には、第１実施形態のバッテリ８と比較して高圧のバッテリ８Ａと、バッテリ８Ａと走行モータとの間で電力を変換するコンバータやインバータ等で構成されるパワーコントロールユニット８１（以下、「ＰＣＵ８１」という）と、が搭載される。なお本実施形態では、バッテリ８Ａを空冷によって冷却する空冷式のハイブリッド車両に好ましく適用される熱サイクルシステム１Ａについて説明する。

冷却回路３Ａは、冷却水循環流路３３の一部であって、ＰＣＵ８１を収容するＰＣＵケース内に設けられたＰＣＵウォータジャケット３７を備える。ＰＣＵウォータジャケット３７は、冷却水とＰＣＵ８１との熱交換を促進する冷却水の流路である。ＰＣＵウォータジャケット３７は、例えば、冷却水循環流路３３のうち蒸発器５２と第１冷却水流路３１との間に設けられる。

本実施形態の熱サイクルシステム１Ａによれば、上記（１）〜（４）に加えて、以下の効果を奏する。
（５）従来の熱サイクルシステムでは、エンジン２を停止し走行モータを用いたＥＶ走行を継続して実行すると、冷却水の温度も徐々に低下するおそれがあるため、冷却水の温度を上昇させるためにエンジン２を強制的に始動する場合があった。これに対し熱サイクルシステム１Ａでは、冷却回路３ＡにＰＣＵウォータジャケット３７を設けることにより、ＥＶ走行を実行することによってＰＣＵ８１で発生する廃熱で冷却水を加温することができるので、その分だけエンジン２を強制的に始動する機会を減らすことができる。また熱サイクルシステム１Ａでは、冷却回路３ＡにＰＣＵウォータジャケット３７を設けることにより、ＰＣＵ８１で発生する廃熱を、エンジン２で発生する廃熱とともに、冷却回路３Ａ及びランキンサイクル回路５を介して効率的に回収することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態に係る熱サイクルシステム１Ｂの構成を示す図である。熱サイクルシステム１Ｂは、バッテリ８Ｂの構成と冷却回路３Ｂの構成とランキンサイクル回路５Ｂの構成と制御装置７Ｂにおいて実行される制御手順とが第１実施形態に係る熱サイクルシステム１と異なる。なお、以下の熱サイクルシステム１Ｂの説明では、熱サイクルシステム１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

熱サイクルシステム１Ｂは、エンジン２と走行モータ（図示せず）とを備える所謂ハイブリッド車両に好ましく搭載される。このようなハイブリッド車両には、第１実施形態のバッテリ８と比較して高圧のバッテリ８Ｂと、バッテリ８Ｂと走行モータとの間で電力を変換するコンバータやインバータ等で構成されるＰＣＵ８１と、が搭載される。なお本実施形態では、バッテリ８Ｂをランキンサイクル回路５Ｂの有機媒体を利用して冷却する水冷式のハイブリッド車両に好ましく適用される熱サイクルシステム１Ｂについて説明する。

冷却回路３Ｂは、冷却水循環流路３３の一部であって、ＰＣＵ８１を収容するＰＣＵケース内に設けられたＰＣＵウォータジャケット３７を備える。ＰＣＵウォータジャケット３７は、冷却水とＰＣＵ８１との熱交換を促進する冷却水の流路である。ＰＣＵウォータジャケット３７は、例えば、冷却水循環流路３３のうち蒸発器５２と第１冷却水流路３１との間に設けられる。

ランキンサイクル回路５Ｂは、第１実施形態において説明したポンプ５１、蒸発器５２、膨張機５３、凝縮器５４、有機媒体循環流路５５、第１流路５８ａ、第２流路５８ｂ、及び電子膨張弁５９の他、バッテリウォータジャケット６０と、蒸発器バイパス流路６１と、第１三方弁６２と、第２三方弁６３と、をさらに備える。

バッテリウォータジャケット６０は、有機媒体循環流路５５の一部であって、バッテリ８Ｂを収容するバッテリケース内に設けられている。バッテリウォータジャケット６０は、有機媒体とバッテリ８Ｂとの間の熱交換を促進する有機媒体の流路である。バッテリウォータジャケット６０は、例えば図１に示すように、有機媒体循環流路５５のうち蒸発器５２と電子膨張弁５９との間に設けられる。

蒸発器バイパス流路６１は、有機媒体循環流路５５のうち、膨張機５３及び蒸発器５２の間と、蒸発器５２及びバッテリウォータジャケット６０の間とを連通し、蒸発器５２を迂回する。第１三方弁６２は、制御装置７Ｂからの制御信号に応じて作動し、有機媒体の循環流路を、蒸発器５２を含まず蒸発器バイパス流路６１を含む流路と、蒸発器５２を含み蒸発器バイパス流路６１を含まない流路と、で切り替える。第１三方弁６２を設ける位置は、図１に例示するように有機媒体循環流路５５のうち蒸発器５２側と蒸発器バイパス流路６１との接続部でもよいし、有機媒体循環流路５５のうち膨張機５３側と蒸発器バイパス流路６１との接続部でもよい。

第２三方弁６３は、制御装置７Ｂからの制御信号に応じて作動し、有機媒体の循環流路を、ポンプ５１を通流する第１流路５８ａと、電子膨張弁５９を通流する第２流路５８ｂと、で切り替える。

ここで、第２三方弁６３をポンプ５１側にセットし、電子膨張弁５９を全閉にし、ポンプ５１をオンにし、膨張機５３を正転させ、さらに第１三方弁６２を蒸発器５２側にセットすると、ランキンサイクル回路５には、有機媒体が、ポンプ５１、バッテリウォータジャケット６０、蒸発器５２、膨張機５３、及び凝縮器５４を経由して再びポンプ５１に戻る正転流路５６１が形成される。

また、第２三方弁６３を電子膨張弁５９側にセットし、電子膨張弁５９を開き、ポンプ５１をオフにし、膨張機５３を逆転させ、さらに第１三方弁６２を蒸発器バイパス流路６１側にセットすると、ランキンサイクル回路５には、有機媒体が、電子膨張弁５９、凝縮器５４、膨張機５３、蒸発器バイパス流路６１、及びバッテリウォータジャケット６０を経由して再び電子膨張弁５９に戻る第１逆転流路５６２が形成される。

また、第２三方弁６３を電子膨張弁５９側にセットし、電子膨張弁５９を開き、ポンプ５１をオフにし、膨張機５３を逆転させ、さらに第１三方弁６２を蒸発器５２側にセットすると、ランキンサイクル回路５には、有機媒体が、電子膨張弁５９、凝縮器５４、膨張機５３、蒸発器５２、及びバッテリウォータジャケット６０を経由して再び電子膨張弁５９に戻る第２逆転流路５６３が形成される。

以上のように、冷却回路３Ｂ及びランキンサイクル回路５Ｂには、複数の流路３４１，３４２，５６１，５６２，５６３が形成される。そこで熱サイクルシステム１Ｂでは、これら流路３４１，３４２，５６１，５６２，５６３を組み合わせることで、様々な運転モードを実現することが可能となっている。より具体的には、熱サイクルシステム１Ｂでは、通常起動モードと、暖機モードと、廃熱回収モードと、バッテリ加温モードと、の４つの運転モードを選択的に実行することができる。

通常暖機モードとは、ランキンサイクル回路５Ｂと冷却回路３Ｂとの間の熱交換を行わないようにしながら、エンジン２の暖機を促進する運転モードである。この通常暖機モードを実行する手順や効果は、第１実施形態とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

廃熱回収モードとは、ランキンサイクル回路５Ｂと冷却回路３Ｂとの間で熱交換を行いながら、エンジン２の廃熱を回収する運転モードである。この廃熱回収モードでは、冷却回路３Ｂ側は、冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２に設定し、ランキンサイクル回路５Ｂ側は、有機媒体の循環流路を正転流路５６１に設定する。なお、この廃熱回収モードの効果は、第１実施形態とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

暖機モードとは、ランキンサイクル回路５Ｂと冷却回路３Ｂとの間で熱交換を行いながら、エンジン２の暖機を促進する運転モードである。この暖機モードでは、冷却回路３側は、冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２に設定し、ランキンサイクル回路５Ｂ側は、有機媒体の循環流路を第２逆転流路５６３に設定する。なお、この暖機モードの効果は、第１実施形態とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

バッテリ加温モードとは、ランキンサイクル回路５Ｂと冷却回路３Ｂとの間の熱交換を行わないようにしながら、バッテリ８Ｂの暖機を促進する運転モードである。このバッテリ加温モードでは、有機媒体の循環流路を第１逆転流路５６２に設定する。このバッテリ加温モードでは、バッテリ８Ｂは、凝縮器５４において電子膨張弁５９で減圧された有機媒体と外気との間で熱交換を行うことによって得られる熱エネルギと、バッテリ８Ｂから供給される電力で膨張機５３を圧縮機として機能させ、有機媒体を膨張機５３で圧縮することによって得られる熱エネルギと、によって暖機される。なおバッテリ加温モードでは、膨張機５３で圧縮された有機媒体は、蒸発器５２を経由せずにバッテリウォータジャケット６０に流入するため、暖機モードと比較してより速やかなバッテリ８Ｂの暖機を実現できる。

次に、図６を参照して熱サイクルシステム１Ｂの具体的な制御手順について説明する。
図６は、熱サイクルシステム１Ｂの具体的な制御手順を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、例えば運転者によって車両を起動するパワースイッチが操作されたことを契機として、制御装置７Ｂにおいて実行される。

Ｓ２１では、制御装置は、バッテリの暖機前であるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、バッテリセンサを介して取得したバッテリ温度ＴＢが、所定値ＴＢｓｅｔより小さいか否か（ＴＢ＜ＴＢｓｅｔ）を判別する。この所定値ＴＢｓｅｔは、バッテリがその性能を発揮するために定められたバッテリ温度の下限値に相当する。Ｓ２１の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、バッテリが暖機前であると判断し、Ｓ２２に移る。

Ｓ２２では、制御装置は、上述のバッテリ加温モードで効率的なバッテリの暖機が可能か否かを判別する。より具体的には、制御装置は、有機媒体温度センサを介して取得した圧縮後温度ＴＧが、バッテリ温度ＴＢ以上であるか否か（ＴＧ≧ＴＢ）を判別する。Ｓ２２の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できると判断し、Ｓ２３に移る。Ｓ２２の判別がＮＯである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できないと判断し、Ｓ２４に移る。

Ｓ２３では、制御装置は、バッテリのＳＯＣが所定値以下であるか否かを判別する。Ｓ２３の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、バッテリの電力を用いる暖機モード及びバッテリ加温モードを実行できないと判断し、Ｓ２４に移る。またＳ２３の判別がＮＯである場合、制御装置は、暖機モード及びバッテリ加温モードを実行できると判断し、Ｓ２７に移る。

Ｓ２４では、制御装置は、エンジンを停止し走行モータを用いたＥＶ走行中であるか否かを判別する。Ｓ２４の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、エンジンは始動していないと判断し、Ｓ２１に移る。またＳ２４の判別がＮＯである場合、制御装置は、エンジンは始動していると判断し、Ｓ２５に移る。

Ｓ２５では、制御装置は、エンジンの暖機前であるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、冷却水温度センサを介して取得した冷却水出口温度ＴＷがサーモスタットの閉弁温度ＴＷｓｅｔ１より低いか否か（ＴＷ＜ＴＷｓｅｔ１）を判別する。Ｓ２５の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、エンジンの暖機が必要であると判断し、Ｓ２６に移る。Ｓ２５の判別がＮＯである場合、制御装置は、エンジンの暖機は不要であると判断し、Ｓ２１に移る。

Ｓ２６では、制御装置は、三方弁によって冷却水の循環流路を第１暖機流路３４１にセットし、さらに第１三方弁を蒸発器バイパス流路側にセットし、通常起動モードの下でエンジンを暖機し、Ｓ４２に移る。

Ｓ２７では、制御装置は、エンジンを停止し走行モータを用いたＥＶ走行中であるか否かを判別する。Ｓ２７の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、速やかにバッテリを暖機する必要があると判断し、Ｓ２８に移る。またＳ２７の判別がＮＯである場合、制御装置は、速やかにバッテリを暖機する必要がないと判断し、Ｓ３１に移る。

Ｓ２８では、制御装置は、第１三方弁を蒸発器バイパス流路側にセットし、Ｓ２９に移る。Ｓ２９では、制御装置は、第２三方弁を電子膨張弁側にセットし、Ｓ３０に移る。Ｓ３０では、制御装置は、電子膨張弁を開き、ポンプをオフにし、有機媒体の循環流路を第１逆転流路５６２にセットするとともに、バッテリからモータジェネレータに電力を供給し、膨張機を圧縮機として作動させることにより、バッテリ加温モードの下でバッテリを暖機し、Ｓ４２に移る。なおバッテリ加温モードの下では、制御装置は、凝縮器における外気と有機媒体との間の熱交換によって外気の熱エネルギを十分に回収できるよう、外気温度センサを介して取得した外気温度に応じて電子膨張弁の開度を調整する。

Ｓ２１に戻り、Ｓ２１の判別がＮＯである場合、制御装置は、バッテリの暖機は不要であると判断し、Ｓ３１に移る。Ｓ３１では、制御装置は、直前までバッテリ加温モードの下でバッテリの暖機を行っていた場合には、バッテリからモータジェネレータへの電力の供給を停止し、さらに第２三方弁を蒸発器側にセットし、Ｓ３２に移る。

Ｓ３２では、制御装置は、エンジンの暖機前であるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、冷却水温度センサを介して取得した冷却水出口温度ＴＷがサーモスタットの閉弁温度ＴＷｓｅｔ１より低いか否か（ＴＷ＜ＴＷｓｅｔ１）を判別する。Ｓ３２の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、エンジンの暖機が必要であると判断し、Ｓ３３に移る。Ｓ３２の判別がＮＯである場合、制御装置は、エンジンの暖機は不要であると判断し、Ｓ３７に移る。

Ｓ３３では、制御装置は、ランキンサイクル回路と冷却回路との間で熱交換を行うことにより、効率的なエンジンの暖機が可能か否かを判別する。より具体的には、制御装置は、有機媒体温度センサを介して取得した圧縮後温度ＴＧが、冷却水出口温度ＴＷ以上であるか否か（ＴＧ≧ＴＷ）を判別する。Ｓ３３の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できると判断し、Ｓ３４に移る。Ｓ３３の判別がＮＯである場合、制御装置は、効率的な暖機を実行できないと判断し、Ｓ３７に移る。

Ｓ３４では、制御装置は、三方弁によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２にセットし、Ｓ３５に移る。Ｓ３５では、制御装置は、電子膨張弁を開きかつポンプをオフにすることにより、有機媒体の循環流路を第２逆転流路５６３にセットし、Ｓ３６に移る。Ｓ３６では、制御装置は、バッテリからモータジェネレータに電力を供給し、膨張機を圧縮機として作動させることにより、暖機モードの下でエンジンを暖機し、Ｓ４２に移る。

以上のように、図６のフローチャートによれば、エンジン及びバッテリの両方が暖機前である場合には、バッテリ加温モードの下でバッテリを暖機した後、暖機モードの下でエンジンを暖機する。

Ｓ３７では、制御装置は、ランキンサイクル回路で効率的なエンジンの廃熱回収を実現できるか否かを判別する。より具体的には、制御装置は、冷却水出口温度ＴＷがサーモスタットの開弁温度ＴＷｓｅｔ２以上であるか否か（ＴＷ≧ＴＷｓｅｔ２）を判別する。

Ｓ３７の判別がＹＥＳである場合、制御装置は、効率的なエンジンの廃熱回収を実現できると判断し、Ｓ３８に移る。Ｓ３８では、制御装置は、直前までバッテリ加温モードや暖機モードの下で暖機を行っていた場合には、バッテリからモータジェネレータへの電力の供給を停止し、Ｓ３９に移る。

Ｓ３９では、制御装置は、三方弁によって冷却水の循環流路を第２暖機流路３４２にセットし、Ｓ４０に移る。Ｓ４０では、制御装置は、電子制御弁を全閉にしかつポンプをオンにし、さらに第２三方弁をポンプ側にセットすることにより、有機媒体の循環流路を正転流路５６１にセットし、Ｓ４１に移る。Ｓ４１では、制御装置は、ポンプを駆動し、有機媒体を正転流路５６１で循環させることにより、廃熱回収モードの下でエンジン及びＰＣＵの廃熱を回収し、Ｓ４２に移る。

Ｓ４２では、運転者によって車両を停止させるパワースイッチが操作されたか否かを判別する。Ｓ４２の判別がＮＯである場合、Ｓ２１に戻る。またＳ４２の判別がＹＥＳである場合、図６の処理を終了する。

本実施形態の熱サイクルシステム１Ｂによれば、上記効果（１）〜（５）に加え、以下の効果を奏する。
（６）暖機モードにおいてエンジン２を効率的に暖機するためには、バッテリ８Ｂから膨張機５３に電気エネルギを供給する必要がある。また動力発生源としてエンジン２の他に駆動モータを備えるハイブリッド車両では、エンジン２の暖機前は、駆動モータの負担割合が大きくなりがちであるので、バッテリ８Ｂから駆動モータに電気エネルギを供給する必要がある。これに対しバッテリ８Ｂの温度が低いと、バッテリ８Ｂから膨張機５３や駆動モータに十分な電気エネルギを供給することができない。従ってエンジン２とバッテリ８Ｂとの両方が暖機前である場合、エンジン２よりもバッテリ８Ｂの暖機を優先することが好ましい。これに対し熱サイクルシステム１Ｂでは、ランキンサイクル回路５Ｂを循環する有機媒体と熱交換が可能なバッテリ８Ｂを設け、さらにランキンサイクル回路５Ｂには、蒸発器５２を迂回する蒸発器バイパス流路６１と、有機媒体の循環流路を蒸発器５２を経由する流路と、蒸発器バイパス流路６１を経由する流路とで切り替える第１三方弁６２と、を設ける。エンジン２の暖機前である場合、有機媒体は、蒸発器５２を流れると冷却水によって冷却されてしまうため、その分だけバッテリ８Ｂの暖機に時間がかかってしまう。そこで熱サイクルシステム１Ｂでは、エンジン２及びバッテリ８Ｂの両方が暖機前である場合、第１三方弁６２を蒸発器バイパス流路６１側にし、有機媒体を、凝縮器５４→膨張機５３→蒸発器バイパス流路６１の順で循環させ、有機媒体が蒸発器５２を経由しないようにする。これによりバッテリ８Ｂを速やかに暖機できる。なお、上記のように熱サイクルシステム１Ｂでは、ランキンサイクル回路５Ｂとは別に冷却回路３を設けるため、暖機モードを実行せずとも、エンジン２の暖機が過剰に長引くことはない。また熱サイクルシステム１Ｂでは、バッテリ８Ｂを暖機した後は、第１三方弁６２を蒸発器５２側にし、暖機モードを行う。これにより、エンジン２を速やかに暖機できる。以上により熱サイクルシステム１Ｂでは、適切な順序でバッテリ８Ｂ及びエンジン２を暖機できる。

１，１Ａ，１Ｂ…熱サイクルシステム
２…エンジン（内燃機関）
３，３Ａ，３Ｂ…冷却回路
３１…第１冷却水流路
３２…第２冷却水流路
５，５Ｂ…ランキンサイクル回路
５１…ポンプ
５２…蒸発器（第１熱交換器）
５３…膨張機（膨張機）
５４…凝縮器（第２熱交換器）
５５…有機媒体循環流路
５８ａ…第１流路
５８ｂ…第２流路
５９…電子膨張弁（膨張弁）
６０…バッテリウォータジャケット
７，７Ｂ…制御装置
７３…外気温度センサ（外気温度取得手段）
８，８Ａ，８Ｂ…バッテリ（蓄電装置）

Claims (5)

1. 内燃機関及びその排気と熱交換を行う冷却水が循環する冷却回路と、
   前記冷却水より低沸点の有機媒体と前記冷却回路の冷却水との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記第１熱交換器を経た有機媒体を減圧させエネルギを発生する膨張機と、有機媒体と外気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、を備えるランキンサイクル回路と、
   前記内燃機関の暖機前には有機媒体を前記第２熱交換器、前記膨張機、及び前記第１熱交換器の順で循環させる暖機モードで前記ランキンサイクル回路を稼働し、前記内燃機関の暖機後には有機媒体を前記第１熱交換器、前記膨張機、及び前記第２熱交換器の順で循環させる廃熱回収モードで前記ランキンサイクル回路を稼働する制御装置と、
   前記膨張機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置と、を備える熱サイクルシステムであって、
   前記蓄電装置は、前記ランキンサイクル回路を循環する有機媒体と熱交換が可能であり、
   前記制御装置は、
   前記暖機モードでは、前記膨張機にエネルギを供給することにより前記第２熱交換器を経た有機媒体を圧縮して前記第１熱交換器に供給し、
   前記廃熱回収モードでは、前記第１熱交換器を経た有機媒体を前記膨張機で減圧させることにより当該膨張機で発生したエネルギを回収し、
   前記ランキンサイクル回路は、前記第１熱交換器を迂回するバイパス流路と、有機媒体の循環流路を、前記第１熱交換器を経由する流路と前記バイパス流路を経由する流路とで切り替える流路切替弁と、を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関及び前記蓄電装置の暖機前には、前記流路切替弁を前記バイパス流路側にし、有機媒体を前記第２熱交換器、前記膨張機、及び前記バイパス流路の順で循環させて前記蓄電装置を暖機した後、前記流路切替弁を前記第１熱交換器側にし、前記暖機モードを行うことを特徴とする熱サイクルシステム。
2. 前記ランキンサイクル回路は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第１流路と、当該第１流路に設けられたポンプと、前記ポンプを迂回して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第２流路と、当該第２流路に設けられた膨張弁と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記暖機モードでは、前記膨張弁を開き、前記第１熱交換器を経た有機媒体を減圧させて前記第２熱交換器に供給することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
3. 外気の温度を取得する外気温度取得手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記暖機モードの実行時には、前記外気温度取得手段で取得された外気温度に基づいて前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項２に記載の熱サイクルシステム。
4. 前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より大きい場合には前記暖機モードを実行し、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には前記暖機モードを実行しないことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の熱サイクルシステム。
5. 前記蓄電装置は、前記ランキンサイクル回路のうち前記廃熱回収モードにおける有機媒体の流れ方向に沿って前記膨張機より上流側に設けられた蓄電装置熱交換部において有機媒体と熱交換が可能であり、
   前記制御装置は、前記廃熱回収モードでは、前記蓄電装置熱交換部を含む経路に沿って有機媒体を循環させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の熱サイクルシステム。

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