JP7096212B2 - 熱サイクルシステム - Google Patents

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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収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）。
特開２００６－１１８７５４号公報
ところで駆動力発生源として内燃機関の他、電動機を備える所謂ハイブリッド車両には、電動機に電力を供給するバッテリを好ましい温度に維持するバッテリ温調システムが搭載される。しかしながらこのようなバッテリ温調システムを上述の廃熱回収システムと別に構築しようとすると、バッテリを加温するヒータやバッテリを冷却する冷却回路等が必要になり、車両全体の部品点数、重量、及びコスト等が増加するおそれがある。
本発明は、内燃機関の廃熱回収とバッテリの温調との両方を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）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）と、絶縁性の有機媒体が循環する循環流路（例えば、後述の主循環流路５０）、前記循環流路に設けられ有機媒体と外気との間で熱交換を行う第１熱交換器（例えば、後述の凝縮器５２）、前記循環流路に設けられ有機媒体と冷却水との間で熱交換を行う第２熱交換器（例えば、後述の蒸発器５６）、前記循環流路に設けられ前記第１熱交換器側から前記第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮し、前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する圧縮膨張機（例えば、後述の圧縮膨張機５１）、及び前記圧縮膨張機に接続されたモータジェネレータ（例えば、後述のモータジェネレータ５７）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）と、前記内燃機関又は当該内燃機関と相関のある部分の温度である内燃機関温度が所定の廃熱回収可能温度より高い場合には、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作する制御装置（例えば、後述の制御装置７）と、を備え、前記ランキンサイクル回路は、前記循環流路に設けられ前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する膨張弁（例えば、後述の電子膨張弁５４）と、前記循環流路内の熱交換部（例えば、後述のバッテリ容器５５）において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８１）と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が加温要求状態である場合には、前記圧縮膨張機、前記熱交換部、前記膨張弁、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することを特徴とする。
（２）この場合、前記循環流路には、前記第１熱交換器側から前記第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプ（例えば、後述の第１ポンプ５３）が前記膨張弁と並列になるように設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が冷却要求状態である場合には、前記ポンプ、前記熱交換部、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することが好ましい。
（３）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）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）と、絶縁性の有機媒体が循環する循環流路（例えば、後述の主循環流路５０）、前記循環流路に設けられ有機媒体と外気との間で熱交換を行う第１熱交換器（例えば、後述の凝縮器５２）、前記循環流路に設けられ有機媒体と冷却水との間で熱交換を行う第２熱交換器（例えば、後述の蒸発器５６）、前記循環流路に設けられ前記第１熱交換器側から前記第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮し、前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する圧縮膨張機（例えば、後述の圧縮膨張機５１）、及び前記圧縮膨張機に接続されたモータジェネレータ（例えば、後述のモータジェネレータ５７）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）と、前記内燃機関又は当該内燃機関と相関のある部分の温度である内燃機関温度が所定の廃熱回収可能温度より高い場合には、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作する制御装置（例えば、後述の制御装置７）と、を備え、前記ランキンサイクル回路は、前記循環流路に設けられ前記第１熱交換器側から前記第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプ（例えば、後述の第１ポンプ５３）と、前記循環流路内の熱交換部において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８１）と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が冷却要求状態である場合には、前記ポンプ、前記熱交換部、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することを特徴とする。
（４）この場合、前記循環流路には、前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する膨張弁（例えば、後述の電子膨張弁５４）が前記ポンプと並列になるように設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が加温要求状態である場合には、前記圧縮膨張機、前記熱交換部、前記膨張弁、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することが好ましい。
（５）この場合、前記循環流路には、第１の流れ方向に沿って順に、前記ポンプと、前記熱交換部と、前記第２熱交換器と、前記圧縮膨張機と、前記第１熱交換器と、が設けられ、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が前記冷却要求状態である場合には、前記熱交換部における有機媒体が沸騰した状態で維持されるように、前記ポンプ及び前記モータジェネレータを操作することが好ましい。
（６）この場合、前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が前記冷却要求状態である場合には、前記熱交換部における有機媒体の沸点が前記蓄電装置の目標温度で維持されるように、前記ポンプ及び前記モータジェネレータを用いて前記熱交換部における有機媒体の量及び圧力を制御することが好ましい。
（１）本発明の熱サイクルシステムにおいて、制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度より高く、内燃機関の廃熱によってモータジェネレータで発電させることができる場合には、第２熱交換器、圧縮膨張機、及び第１熱交換器の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、第２熱交換器において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、圧縮膨張機において減圧され、第１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温度が廃熱回収可能温度より高い場合には、内燃機関の廃熱の一部を、圧縮膨張機において有機媒体を減圧する過程で、モータジェネレータによって電気エネルギとして回収できる。また本発明において、ランキンサイクル回路は、循環流路において第２熱交換器側から第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する膨張弁と、循環流路内の熱交換部において有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置と、を備える。また制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が加温要求状態である場合には、圧縮膨張機、熱交換部、膨張弁、及び第１熱交換器の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、圧縮膨張機において圧縮され、熱交換部において蓄電装置との熱交換によって冷却され、膨張弁によって減圧され、第１熱交換器において外気との熱交換によって加温される。これにより内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が加温要求状態である場合には、外気の熱エネルギの一部を蓄電装置に与えることにより、蓄電装置を加温できる。以上より本発明の熱サイクルシステムによれば、内燃機関の廃熱回収と蓄電装置の加温との両方を行うことができる。
（２）本発明では、循環流路には、上述のように第２熱交換器側から第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する膨張弁と、これとは逆に第１熱交換器側から第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプとを並列に設ける。また制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、ポンプ、熱交換部、圧縮膨張機、及び第１熱交換器の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、ポンプによって圧縮され、熱交換部において蓄電装置との熱交換によって加温され、圧縮膨張機において減圧され、第１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温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、蓄電装置の熱エネルギの一部を外気に放出することにより、蓄電装置を冷却できる。以上より本発明の熱サイクルシステムによれば、内燃機関の廃熱回収と、蓄電装置の加温及び冷却とを行うことができる。
（３）本発明の熱サイクルシステムでは、上記（１）の発明と同様の手順により、内燃機関の廃熱の一部を、圧縮膨張機において有機媒体を減圧する過程で、モータジェネレータによって電気エネルギとして回収できる。また本発明において、ランキンサイクル回路は、循環流路において第１熱交換器側から第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプと、循環流路内の熱交換部において有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置と、を備える。また制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、ポンプ、熱交換部、圧縮膨張機、及び第１熱交換器の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、ポンプによって圧縮され、熱交換部において蓄電装置との熱交換によって加温され、圧縮膨張機において減圧され、第１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温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、蓄電装置の熱エネルギの一部を外気に放出することにより、蓄電装置を冷却できる。以上より本発明の熱サイクルシステムによれば、内燃機関の廃熱回収と、蓄電装置の冷却との両方を行うことができる。
（４）本発明では、循環流路には、上述のように第１熱交換器側から第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプと、これとは逆に第２熱交換器側から第１熱交換器側へ流れる有機媒体を減圧する膨張弁とを並列に設ける。また制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が加温要求状態である場合には、圧縮膨張機、熱交換部、膨張弁、及び第１熱交換器の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、圧縮膨張機において圧縮され、熱交換部において蓄電装置との熱交換によって冷却され、膨張弁によって減圧され、第１熱交換器において外気との熱交換によって加温される。これにより内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が加温要求状態である場合には、外気の熱エネルギの一部を蓄電装置に与えることにより、蓄電装置を加温できる。以上より本発明の熱サイクルシステムによれば、内燃機関の廃熱回収と蓄電装置の加温及び冷却とを行うことができる。
（５）本発明において、制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、蓄電装置との間で熱交換が可能な熱交換部において有機媒体が沸騰した状態で維持されるようにポンプ及びモータジェネレータを操作する。本発明によれば、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、熱交換部において蓄電装置を有機媒体の潜熱によって冷却できるので、蓄電装置を効果的に冷却できる。
（６）本発明において、制御装置は、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、熱交換部における有機媒体の沸点が蓄電装置の目標温度で維持されるように、ポンプ及びモータジェネレータを用いて熱交換部における有機媒体の量及び圧力を制御する。本発明によれば、内燃機関温度が廃熱回収可能温度以下でありかつ蓄電装置が冷却要求状態である場合には、熱交換部において蓄電装置を有機媒体の潜熱によって冷却しながら、この有機媒体の温度を蓄電装置の目標温度で維持できるので、蓄電装置を速やかに目標温度まで低下させることができる。
本発明の一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。 制御装置によって実現される複数の制御モードの内容を説明するための表である。 バッテリ加温モードで実現される有機媒体の流れを示す図である。 バッテリ冷却モードで実現される有機媒体の流れを示す図である。 第１及び第２エンジン冷却モードで実現される有機媒体の流れを示す図である。 第１及び第２ハイブリッド冷却モードで実現される有機媒体の流れを示す図である。 バッテリ加温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モリエル線図である。 バッテリ冷却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モリエル線図である。 第１及び第２エンジン冷却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モリエル線図である。 第１及び第２ハイブリッド冷却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モリエル線図である。
以下、本発明の一実施形態について、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２」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、絶縁性の有機媒体が循環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を操作する制御装置７と、放電及び充電が可能なバッテリ８１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の循環流路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５６を流路に含む循環流路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、循環流路３３において冷却水を圧送する第１ウォータポンプ３５及び第２ウォータポンプ３６と、循環流路３３を流れる冷却水によってキャビンを加温するヒータコア３７と、循環流路３３のうち第２冷却水流路３２、第２ウォータポンプ３６、及びヒータコア３７を迂回するバイパス流路３４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５６は、環状の循環流路３３において、第１ウォータポンプ３５及び第２ウォータポンプ３６で冷却水を循環させた場合に第２冷却水流路３２及びヒータコア３７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。
第１ウォータポンプ３５は、循環流路３３のうち蒸発器５６と第１冷却水流路３１との間に設けられる。第１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、循環流路３３内において蒸発器５６側から第１冷却水流路３１側へ冷却水を圧送する。
バイパス流路３４は、循環流路３３のうち、第１冷却水流路３１と第２冷却水流路３２との間の分岐部３８と、蒸発器５６とを接続する。このため第１冷却水流路３１から流出する冷却水の一部は、このバイパス流路３４を介して蒸発器５６又は第１ウォータポンプ３５へ還流される。
第２ウォータポンプ３６は、循環流路３３のうち分岐部３８と第２冷却水流路３２との間に設けられる。第２ウォータポンプ３６は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、循環流路３３内において第１冷却水流路３１側から第２冷却水流路３２側へ冷却水を圧送する。
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でありさらに絶縁性の有機媒体が循環する環状の主循環流路５０と、この主循環流路５０に設けられた圧縮膨張機５１、凝縮器５２、第１ポンプ５３、電子膨張弁５４、バッテリ容器５５、及び蒸発器５６と、主循環流路５０に設けられた複数の装置の一部を迂回するバイパス流路６０と、このバイパス流路６０に設けられた第２ポンプ６１と、を備える。
圧縮膨張機５１は、主循環流路５０のうち蒸発器５６と凝縮器５２との間に設けられる。圧縮膨張機５１は、主循環流路５０を蒸発器５６側から凝縮器５２側へ流れる有機媒体を減圧し（以下、この流れ方向を「第１の流れ方向Ｆ１」ともいう）、主循環流路５０を凝縮器５２側から蒸発器５６側へ流れる有機媒体を圧縮する（以下、この流れ方向を「第２の流れ方向Ｆ２」ともいう）。圧縮膨張機５１は、主循環流路５０を有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って流れる正転時には、蒸発器５６を経た有機媒体を減圧して凝縮器５２へ供給する。また圧縮膨張機５１は、主循環流路５０を有機媒体が第２の流れ方向Ｆ２に沿って流れる逆転時には、凝縮器５２を経た有機媒体を圧縮して蒸発器５６へ供給する。
また圧縮膨張機５１の駆動軸５１ａには、モータジェネレータ５７が接続されている。このモータジェネレータ５７は、制御装置７からの制御信号に応じて、バッテリ８１との間で電気エネルギの授受が可能となっている。このためモータジェネレータ５７は、バッテリ８１から供給される電力を用いて圧縮膨張機５１を正転又は逆転させたり、圧縮膨張機５１において有機媒体を減圧させる過程で回収した機械エネルギで発電し、この発電電力でバッテリ８１を充電したりすることが可能となっている。
凝縮器５２は、主循環流路５０において第１の流れ方向Ｆ１に沿って圧縮膨張機５１の下流側に設けられる。凝縮器５２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。
蒸発器５６は、主循環流路５０において第１の流れ方向Ｆ１に沿って圧縮膨張機５１の上流側に設けられる。蒸発器５６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。
バッテリ容器５５は、主循環流路５０において第１の流れ方向Ｆ１に沿って蒸発器５６の上流側に設けられる。バッテリ容器５５の内部には、有機媒体が通流する。またバッテリ容器５５の内部には、有機媒体に浸漬するようにバッテリ８１が設けられている。このためバッテリ８１は、バッテリ容器５５内を通流する有機媒体との間で熱交換が可能となっている。
主循環流路５０のうち凝縮器５２とバッテリ容器５５との間の部分は、第１分岐路５０ａと第２分岐路５０ｂとに枝分かれしている。また第１分岐路５０ａには第１ポンプ５３が設けられ、第２分岐路５０ｂには電子膨張弁５４が設けられている。すなわちこれら第１ポンプ５３及び電子膨張弁５４は、主循環流路５０において並列に設けられている。
第１ポンプ５３は、第１分岐路５０ａにおいて第１の流れ方向Ｆ１に沿って凝縮器５２の下流側かつバッテリ容器５５の上流側に設けられている。第１ポンプ５３は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、第１分岐路５０ａにおいて第１の流れ方向Ｆ１に沿って流れる有機媒体を圧縮する。第１ポンプ５３の回転数は、制御装置７によって調整される。
電子膨張弁５４は、第２分岐路５０ｂにおいて第２の流れ方向Ｆ２に沿ってバッテリ容器５５の下流側かつ凝縮器５２の上流側に設けられている。電子膨張弁５４は、絞り弁であり、第２分岐路５０ｂにおいて第２の流れ方向Ｆ２に沿って流れる有機媒体を減圧する。電子膨張弁５４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。
以上より、第１の流れ方向Ｆ１に沿った順では、主循環流路５０には、圧縮膨張機５１と、凝縮器５２と、第１ポンプ５３と、バッテリ容器５５と、蒸発器５６と、が設けられている。また第２の流れ方向Ｆ２に沿った順では、主循環流路５０には、圧縮膨張機５１と、蒸発器５６と、バッテリ容器５５と、電子膨張弁５４と、凝縮器５２と、が設けられている。
バイパス流路６０は、主循環流路５０のうち凝縮器５２及び分岐路５０ａ，５０ｂの間と、バッテリ容器５５及び蒸発器５６の間とを接続する。すなわちバイパス流路６０は、主循環流路５０において第１ポンプ５３、電子膨張弁５４、及びバッテリ容器５５を迂回する流路を形成する。
第２ポンプ６１は、制御装置７からの制御信号に応じて作動し、主循環流路５０において第１の流れ方向Ｆ１に沿って流れる有機媒体を圧縮する。第２ポンプ６１の回転数は、制御装置７によって調整される。すなわちこの第２ポンプ６１をオンにすることにより、凝縮器５２から第１の流れ方向Ｆ１に沿って流出する有機媒体の一部を第１ポンプ５３、電子膨張弁５４、及びバッテリ容器５５から迂回して蒸発器５６へ還流させる。
以上のような熱サイクルシステム１によれば、制御装置７によってランキンサイクル回路５の第１ポンプ５３、電子膨張弁５４、モータジェネレータ５７、及び第２ポンプ６１等を操作することにより、複数の制御モードでランキンサイクル回路５を作動させることができる。
図２は、制御装置７によって実現される複数の制御モードの内容をまとめた表である。
図２に示すように、制御モードは、主にバッテリ８１を加温するバッテリ加温モードと、主にバッテリ８１を冷却するバッテリ冷却モードと、エンジン２の廃熱を回収しながらエンジン２及びその冷却水を冷却する第１エンジン冷却モードと、エンジン２の廃熱を回収しながらバッテリ８１とエンジン２及びその冷却水を冷却する第１ハイブリッド冷却モードと、第１エンジン冷却モードよりも速やかにエンジン２を冷却する第２エンジン冷却モードと、第１ハイブリッド冷却モードよりも速やかにバッテリ８１とエンジン２及びその冷却水とを冷却する第２ハイブリッド冷却モードと、の６つに分けられる。なお上記６つの制御モードのうち、バッテリ冷却モード、第１エンジン冷却モード、及び第１ハイブリッド冷却モードは、バッテリ８１やエンジン２の廃熱を回収できる廃熱回収モードであるともいえる。
図２に示すように、制御装置７は、エンジン２の状態を、エンジン２の冷却水温度に応じて３つの状態に分ける。より具体的には、エンジン２の状態は、冷却水温度が所定の廃熱回収可能温度よりも低くランキンサイクル回路５でエンジン２の廃熱を回収できない廃熱回収不可状態と、冷却水温度が上記廃熱回収可能温度以上でありランキンサイクル回路５でエンジン２の廃熱を回収できる廃熱回収可能状態と、冷却水温度が上記廃熱回収可能温度より高く設定されたエンジン保護温度以上でありエンジン２及びその冷却水を速やかに冷却する必要があるエンジン保護要求状態と、に分けられる。なお以下では、エンジン２の状態を、エンジン２と相関のある部分の温度であるエンジン２の冷却水の温度によって廃熱回収不可状態と、廃熱回収可能状態と、エンジン保護要求状態とに分類する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。より具体的には、エンジン２の冷却水温度の代わりにエンジン２の温度によってエンジン２の状態を分類してもよい。
また図２に示すように、制御装置７は、バッテリ８１の状態を、その温度であるバッテリ温度に応じて２つの状態に分ける。より具体的には、バッテリ８１の状態は、バッテリ温度がその最適温度より低くバッテリ８１を加温する必要があるバッテリ加温要求状態と、バッテリ温度が上記最適温度以上でありバッテリ８１を冷却する必要があるバッテリ冷却要求状態と、に分けられる。
図２に示すように、制御装置７は、エンジン２の状態が廃熱回収不可状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ加温要求状態である場合には、バッテリ加温モードの下でランキンサイクル回路５を操作し、エンジン２の状態が廃熱回収不可状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ冷却要求状態である場合には、バッテリ冷却モードの下でランキンサイクル回路５を操作する。また制御装置７は、エンジン２の状態が廃熱回収可能状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ加温要求状態である場合には、第１エンジン冷却モードの下でランキンサイクル回路５を操作し、エンジン２の状態が廃熱回収可能状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ冷却要求状態である場合には、第１ハイブリッド冷却モードの下でランキンサイクル回路５を操作する。また制御装置７は、エンジン２の状態がエンジン保護要求状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ加温要求状態である場合には、第２エンジン冷却モードの下でランキンサイクル回路５を操作し、エンジン２の状態がエンジン保護要求状態でありかつバッテリ８１の状態がバッテリ冷却要求状態である場合には、第２ハイブリッド冷却モードの下でランキンサイクル回路５を操作する。以下、各制御モードの詳細について説明する。
＜バッテリ加温モード＞
図３Ａは、バッテリ加温モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される有機媒体の流れを示す図である。制御装置７は、バッテリ加温モードでは、図３Ａにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第２の流れ方向Ｆ２に沿って、圧縮膨張機５１、蒸発器５６、バッテリ容器５５、電子膨張弁５４、及び凝縮器５２の順で循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。より具体的には、制御装置７は、バッテリ加温モードでは、第１ポンプ５３及び第２ポンプ６１をオフにするとともに、バッテリ８１からモータジェネレータ５７に電力を供給することによってモータジェネレータ５７で圧縮膨張機５１を逆転させ、さらに電子膨張弁５４を開く。バッテリ加温モードでは、制御装置７によって上述のようにランキンサイクル回路５を操作することによって、図４Ａに示すような熱サイクルが実現される。
図４Ａは、バッテリ加温モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される熱サイクルを示すモリエル線図である。図４Ａには、有機媒体の飽和蒸気線を細破線で示し、有機媒体の飽和液線を細一点鎖線で示す。すなわち、有機媒体は、飽和蒸気線より右側では過熱蒸気の状態となり、飽和液線より左側では過冷却液の状態となり、飽和蒸気線と飽和液線との間では沸騰した状態となる。図４Ａに示すように、バッテリ加温モードの実行時には、有機媒体は、圧縮膨張機５１によって圧縮され、過熱蒸気の状態で蒸発器５６及びバッテリ容器５５に供給される。圧縮膨張機５１によって圧縮された有機媒体は、蒸発器５６及びバッテリ容器５５を流れる過程で冷却水及びバッテリ８１との熱交換によって冷却され、過冷却液の状態で電子膨張弁５４に供給される。電子膨張弁５４に供給された有機媒体は、電子膨張弁５４によって減圧され、過冷却液の状態又は混相状態で凝縮器５２に供給される。電子膨張弁５４から供給された有機媒体は、凝縮器５２を流れる過程で外気との熱交換によって加熱され、過熱蒸気の状態で圧縮膨張機５１に供給される。このため、バッテリ加温モードの実行時には、外気の熱エネルギの一部がバッテリ８１に供給されるため、これによりバッテリ８１の温度が上昇する。
＜バッテリ冷却モード＞
図３Ｂは、バッテリ冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される有機媒体の流れを示す図である。制御装置７は、バッテリ冷却モードでは、図３Ｂにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って、第１ポンプ５３、バッテリ容器５５、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。より具体的には、制御装置７は、バッテリ加温モードでは、第２ポンプ６１をオフにし、電子膨張弁５４を閉じるとともに、第１ポンプ５３をオンにし、圧縮膨張機５１を正転させる。バッテリ冷却モードでは、制御装置７によって上述のようにランキンサイクル回路５を操作することによって、図４Ａに示すような熱サイクルが実現される。
図４Ｂは、バッテリ冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される熱サイクルを示すモリエル線図である。図４Ｂに示すように、バッテリ冷却モードの実行時には、有機媒体は、第１ポンプ５３によって圧縮され、過冷却液の状態でバッテリ容器５５及び蒸発器５６に供給される。第１ポンプ５３によって圧縮された有機媒体は、バッテリ容器５５及び蒸発器５６を流れる過程でバッテリ８１及び冷却水との熱交換によって加温され、過熱蒸気の状態で圧縮膨張機５１に供給される。蒸発器５６から過熱蒸気の状態で流出した有機媒体は、圧縮膨張機５１において減圧され、過熱蒸気の状態で凝縮器５２に供給される。圧縮膨張機５１から供給された有機媒体は、凝縮器５２を流れる過程で外気との熱交換によって冷却され、過冷却液の状態で第１ポンプ５３に供給される。このため、バッテリ冷却モードの実行時には、バッテリ８１の熱エネルギの一部が外気に放出されるため、これによりバッテリ８１の温度が低下する。ここで制御装置７は、バッテリ冷却モードでは、バッテリ容器５５内において有機媒体が沸騰した状態で維持されるように、換言すればバッテリ８１がバッテリ容器５５内において有機媒体の潜熱によって冷却されるように、第１ポンプ５３及びモータジェネレータ５７を操作する。
ここでバッテリ容器５５内における有機媒体の沸点は、バッテリ容器５５内における有機媒体の量及び圧力によって変化する。そこで制御装置７は、バッテリ冷却モードでは、バッテリ容器５５内における有機媒体の沸点がバッテリ８１の最適温度の近傍に定められた目標温度で維持されるように、第１ポンプ５３及びモータジェネレータ５７を用いてバッテリ容器５５内における有機媒体の量及び圧力を制御する。より具体的には、制御装置７は、バッテリ容器５５内における有機媒体の沸点が上記目標温度で維持されるように、バッテリ容器５５内における有機媒体の目標量及び目標圧を算出するとともに、バッテリ容器５５内における有機媒体の量が上記目標量になるように第１ポンプ５３の回転数を調整し、さらにバッテリ容器５５内における有機媒体の圧力が上記目標圧になるようにモータジェネレータ５７をジェネレータ、無負荷状態、又はモータとして作動させる。
＜第１エンジン冷却モード＞
図３Ｃは、第１及び第２エンジン冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される有機媒体の流れを示す図である。制御装置７は、第１エンジン冷却モードでは、図３Ｃにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って、第２ポンプ６１、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。より具体的には、制御装置７は、第１エンジン冷却モードでは、第１ポンプ５３をオフにし、電子膨張弁５４を閉じるとともに、第２ポンプ６１をオンにし、圧縮膨張機５１を正転させる。第１エンジン冷却モードでは、制御装置７によって上述のようにランキンサイクル回路５を操作することによって、図４Ｃに示すような熱サイクルが実現される。
図４Ｃは、第１及び第２エンジン冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される熱サイクルを示すモリエル線図である。図４Ｃに示すように、第１エンジン冷却モードの実行時には、有機媒体は、第２ポンプ６１によって圧縮され、過冷却液の状態で蒸発器５６に供給される。第２ポンプ６１によって圧縮された有機媒体は、蒸発器５６を流れる過程で冷却水との熱交換によって加温され、過熱蒸気の状態で圧縮膨張機５１に供給される。蒸発器５６から過熱蒸気の状態で流出した有機媒体は、圧縮膨張機５１において減圧され、過熱蒸気の状態で凝縮器５２に供給される。圧縮膨張機５１から供給された有機媒体は、凝縮器５２を流れる過程で外気との熱交換によって冷却され、過冷却液の状態で第２ポンプ６１に供給される。ここで制御装置７は、第１エンジン冷却モードでは、圧縮膨張機５１において有機媒体を減圧させる過程で駆動軸５１ａにおいて生じる機械エネルギを利用することによってモータジェネレータ５７によって発電させ、これによって得られる電力でバッテリ８１を充電する。このため第１エンジン冷却モードの実行時には、冷却水の熱エネルギの一部が外気に放出されるとともにモータジェネレータ５７によって電気エネルギとして回収されるため、これにより冷却水及びエンジン２の温度が低下する。ここで制御装置７は、第１エンジン冷却モードでは、蒸発器５６内において有機媒体が沸騰した状態で維持されるように、換言すれば冷却水が蒸発器５６において有機媒体の潜熱によって冷却されるように、第２ポンプ６１及びモータジェネレータ５７を操作する。
ここで蒸発器５６における有機媒体の沸点は、蒸発器５６内における有機媒体の量及び圧力によって変化する。そこで制御装置７は、第１エンジン冷却モードでは、蒸発器５６における有機媒体の沸点が冷却水の目標温度で維持されるように、第２ポンプ６１及びモータジェネレータ５７を用いて蒸発器５６における有機媒体の量及び圧力を制御する。より具体的には、制御装置７は、蒸発器５６における有機媒体の沸点が上記目標温度で維持されるように、蒸発器５６における有機媒体の目標量及び目標圧を算出するとともに、蒸発器５６における有機媒体の量が上記目標量になるように第２ポンプ６１の回転数を調整し、さらに蒸発器５６における有機媒体の圧力が上記目標圧になるようにモータジェネレータ５７における発電量を調整する。
以上のように第１エンジン冷却モードでは、制御装置７は、モータジェネレータ５７をジェネレータとして作動させることから、蒸発器５６内における圧力は、上述のバッテリ加温モード及びバッテリ冷却モードよりも高くなる（図２参照）。
＜第１ハイブリッド冷却モード＞
図３Ｄは、第１及び第２ハイブリッド冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される有機媒体の流れを示す図である。制御装置７は、第１ハイブリッド冷却モードでは、図３Ｄにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って、第１ポンプ５３、バッテリ容器５５、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で構成される第１循環流路と、第２ポンプ６１、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で構成される第２循環流路と、の２つの循環流路に沿って有機媒体が循環するように、ランキンサイクル回路５を操作する。より具体的には、制御装置７は、第１ハイブリッド冷却モードでは、電子膨張弁５４を閉じるとともに、第１ポンプ５３及び第２ポンプ６１をオンにし、圧縮膨張機５１を正転させる。第１ハイブリッド冷却モードでは、制御装置７によって上述のようにランキンサイクル回路５を操作することによって、図４Ｄに示すような熱サイクルが実現される。
図４Ｄは、第１及び第２ハイブリッド冷却モードの実行時にランキンサイクル回路５において実現される熱サイクルを示すモリエル線図である。図４Ｄに示すように、第１ハイブリッド冷却モードの実行時には、有機媒体は、第１ポンプ５３によって圧縮され、過冷却液の状態でバッテリ容器５５に供給される。第１ポンプ５３によって圧縮された有機媒体は、バッテリ容器５５を流れる過程でバッテリ８１との熱交換によって加温され、過熱蒸気又は沸騰した状態で蒸発器５６に供給される。バッテリ容器５５から過熱蒸気又は沸騰した状態で流出した有機媒体は、蒸発器５６を流れる過程で冷却水との熱交換によってさらに加温され、過熱蒸気の状態で圧縮膨張機５１に供給される。蒸発器５６から過熱蒸気の状態で流出した有機媒体は、圧縮膨張機５１において減圧され、過熱蒸気の状態で凝縮器５２に供給される。圧縮膨張機５１から供給された有機媒体は、凝縮器５２を流れる過程で外気との熱交換によって冷却され、過冷却液の状態で第１ポンプ５３に供給される。また上述のように第１ハイブリッド冷却モードでは、第１ポンプ５３に加えて第２ポンプ６１をオンにする。このため、凝縮器５２から過冷却液の状態で流出する有機媒体の一部は、第２ポンプ６１によって圧縮され、第１ポンプ５３及びバッテリ容器５５を迂回し、過冷却液の状態で蒸発器５６に供給される。
ここで制御装置７は、第１ハイブリッド冷却モードでは、圧縮膨張機５１において有機媒体を減圧させる過程で駆動軸５１ａにおいて生じる機械エネルギを利用することによってモータジェネレータ５７によって発電させ、これによって得られる電力でバッテリ８１を充電する。このため第１ハイブリッド冷却モードの実行時には、バッテリ８１の熱エネルギの一部及び冷却水の熱エネルギの一部が、外気に放出されるとともにモータジェネレータ５７によって電気エネルギとして回収されるため、これによりバッテリ８１及び冷却水及びエンジン２の温度が低下する。
ここで制御装置７は、第１ハイブリッド冷却モードでは、バッテリ容器５５からは沸点よりもやや低い温度で有機媒体が流出し、かつ蒸発器５６内において有機媒体が沸騰した状態で維持されるように、換言すれば、バッテリ８１がバッテリ容器５５内において有機媒体の顕熱によって冷却され、かつ冷却水が蒸発器５６内において有機媒体の潜熱によって冷却されるように、第１ポンプ５３、第２ポンプ６１、及びモータジェネレータ５７を操作する。
上述のように蒸発器５６における有機媒体の沸点は、蒸発器５６内における有機媒体の量及び圧力によって変化する。そこで制御装置７は、第１ハイブリッド冷却モードでは、バッテリ容器５５から流出する有機媒体の温度が沸点よりもやや低い温度で流出し、かつ蒸発器５６における有機媒体の沸点が冷却水の目標温度で維持されるように、第１ポンプ５３、第２ポンプ６１、及びモータジェネレータ５７を用いて蒸発器５６における有機媒体の量及び圧力を制御する。より具体的には、制御装置７は、バッテリ容器５５からは有機媒体が沸点よりもやや低い温度で流出しかつ蒸発器５６における有機媒体の沸点が上記目標温度で維持されるように、バッテリ容器５５における有機媒体の目標量並びに蒸発器５６における有機媒体の目標量及び目標圧を算出するとともに、バッテリ容器５５における有機媒体の量が上記目標量になるように第１ポンプ５３の回転数を調整し、蒸発器５６における有機媒体の量が上記目標量になるように第２ポンプ６１の回転数を調整し、さらに蒸発器５６における有機媒体の圧力が上記目標圧になるようにモータジェネレータ５７における発電量を調整する。
以上のように第１ハイブリッド冷却モードでは、制御装置７は、モータジェネレータ５７をジェネレータとして作動させることから、蒸発器５６内における圧力は、上述のバッテリ加温モード及びバッテリ冷却モードよりも高くなる（図２参照）。
＜第２エンジン冷却モード＞
制御装置７は、第２エンジン冷却モードでは、上述の第１エンジン冷却モードと同様に、図３Ｃにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って、第２ポンプ６１、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。これにより、第２バッテリ冷却モードでは、図４Ｃに示すように、第１バッテリ冷却モードと定性的に同様の熱サイクルが実現される。
図２を参照して説明したように、制御装置７は、バッテリ８１がバッテリ加温要求状態であり、冷却水温度が廃熱回収可能温度以上でありかつエンジン保護温度より低い場合には第１エンジン冷却モードを実行し、バッテリ８１がバッテリ加温要求状態であり、冷却水温度がエンジン保護温度以上でありエンジン２及びその冷却水を速やかに冷却する必要がある場合には第２エンジン冷却モードを実行する。そこで制御装置７は、第２エンジン冷却モードでは、冷却水を速やかに冷却できるように、モータジェネレータ５７を無負荷状態とするか、又はバッテリ８１の電力をモータジェネレータ５７に供給することによってモータジェネレータ５７で圧縮膨張機５１を駆動する。これにより、第２エンジン冷却モードでは、蒸発器５６内における圧力は、上述の第１エンジン冷却モード及び第１ハイブリッド冷却モードよりも低くなる（図２参照）。
＜第２ハイブリッド冷却モード＞
制御装置７は、第２ハイブリッド冷却モードでは、上述の第１ハイブリッド冷却モードと同様に、図３Ｄにおいて太矢印で示すように、有機媒体が第１の流れ方向Ｆ１に沿って、第１ポンプ５３、バッテリ容器５５、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で構成される第１循環流路と、第２ポンプ６１、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で構成される第２循環流路と、の２つの循環流路に沿って有機媒体が循環するように、ランキンサイクル回路５を操作する。これにより、第２ハイブリッド冷却モードでは、図４Ｄに示すように、第１ハイブリッド冷却モードと定性的に同様の熱サイクルが実現される。
図２を参照して説明したように、制御装置７は、バッテリ８１がバッテリ冷却要求状態であり、冷却水温度が廃熱回収可能温度以上でありかつエンジン保護温度より低い場合には第１ハイブリッド冷却モードを実行し、バッテリ８１がバッテリ冷却要求状態であり、冷却水温度がエンジン保護温度以上でありエンジン２及びその冷却水を速やかに冷却する必要がある場合には第２ハイブリッド冷却モードを実行する。そこで制御装置７は、第２ハイブリッド冷却モードでは、冷却水を速やかに冷却できるように、モータジェネレータ５７を無負荷状態とするか、又はバッテリ８１の電力をモータジェネレータ５７に供給することによってモータジェネレータ５７で圧縮膨張機５１を駆動する。これにより、第２ハイブリッド冷却モードでは、蒸発器５６内における圧力は、上述の第１エンジン冷却モード及び第１ハイブリッド冷却モードよりも低くなる（図２参照）。
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）制御装置７は、エンジン２の冷却水温度が廃熱回収可能温度より高く、エンジン２の廃熱によってモータジェネレータ５７で発電させることができる場合には、蒸発器５６、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、蒸発器５６においてエンジン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、圧縮膨張機５１において減圧され、凝縮器５２において外気との熱交換によって冷却される。これにより冷却水温度が廃熱回収可能温度より高い場合には、エンジン２の廃熱の一部を、圧縮膨張機５１において有機媒体を減圧する過程で、モータジェネレータ５７によって電気エネルギとして回収できる。また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は、主循環流路５０において第１の流れ方向Ｆ１に沿って流れる有機媒体を減圧する電子膨張弁５４と、主循環流路５０内のバッテリ容器５５において有機媒体と熱交換が可能なバッテリ８１と、を備える。また制御装置７は、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が加温要求状態である場合には、圧縮膨張機５１、バッテリ容器５５、電子膨張弁５４、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、圧縮膨張機５１において圧縮され、バッテリ容器５５においてバッテリ８１との熱交換によって冷却され、電子膨張弁５４によって減圧され、凝縮器５２において外気との熱交換によって加温される。これにより冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が加温要求状態である場合には、外気の熱エネルギの一部をバッテリ８１に与えることにより、バッテリ８１を加温できる。以上より熱サイクルシステム１によれば、エンジン２の廃熱回収とバッテリ８１の加温との両方を行うことができる。
（２）主循環流路５０には、上述のように第１の流れ方向Ｆ１に沿って流れる有機媒体を減圧する電子膨張弁５４と、これとは逆に第２の流れ方向Ｆ２に沿って流れる有機媒体を圧縮する第１ポンプ５３とを並列に設ける。また制御装置７は、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、第１ポンプ５３、バッテリ容器５５、圧縮膨張機５１、及び凝縮器５２の順で有機媒体が循環するようにランキンサイクル回路５を操作する。このように有機媒体を循環させると、有機媒体は、第１ポンプ５３によって圧縮され、バッテリ容器５５においてバッテリ８１との熱交換によって加温され、圧縮膨張機５１において減圧され、凝縮器５２において外気との熱交換によって冷却される。これにより冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、バッテリ８１の熱エネルギの一部を外気に放出することにより、バッテリ８１を冷却できる。以上より熱サイクルシステム１によれば、エンジン２の廃熱回収と、バッテリ８１の加温及び冷却とを行うことができる。
（５）制御装置７は、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、バッテリ８１との間で熱交換が可能なバッテリ容器５５において有機媒体が沸騰した状態で維持されるように第１ポンプ５３及びモータジェネレータ５７を操作する。熱サイクルシステム１によれば、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、バッテリ容器５５においてバッテリ８１を有機媒体の潜熱によって冷却できるので、バッテリ８１を効果的に冷却できる。
（６）制御装置７は、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、バッテリ容器５５における有機媒体の沸点がバッテリ８１の目標温度で維持されるように、第１ポンプ５３及びモータジェネレータ５７を用いてバッテリ容器５５における有機媒体の量及び圧力を制御する。熱サイクルシステム１によれば、冷却水温度が廃熱回収可能温度以下でありかつバッテリ８１が冷却要求状態である場合には、バッテリ容器５５においてバッテリ８１を有機媒体の潜熱によって冷却しながら、この有機媒体の温度をバッテリ８１の目標温度で維持できるので、バッテリ８１を速やかに目標温度まで低下させることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
１…熱サイクルシステム
２…エンジン（内燃機関）
３…冷却回路
５…ランキンサイクル回路
５０…主循環流路
５１…圧縮膨張機
５２…凝縮器（第１熱交換器）
５３…第１ポンプ（ポンプ）
５４…電子膨張弁（膨張弁）
５５…バッテリ容器（熱交換部）
５６…蒸発器（第２熱交換器）
５７…モータジェネレータ
６０…バイパス流路
６１…第２ポンプ
７…制御装置
８１…バッテリ（蓄電装置）

Claims (6)

  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、
    絶縁性の有機媒体が循環する循環流路、前記循環流路に設けられ有機媒体と外気との間で熱交換を行う第１熱交換器、前記循環流路に設けられ有機媒体と冷却水との間で熱交換を行う第２熱交換器、前記循環流路に設けられ前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ向かう第１の流れ方向に沿って流れる有機媒体を減圧し、前記第１の流れ方向と逆の第２の流れ方向に沿って流れる有機媒体を圧縮する圧縮膨張機、及び前記圧縮膨張機に接続されたモータジェネレータを備えるランキンサイクル回路と、
    前記内燃機関又は当該内燃機関と相関のある部分の温度である内燃機関温度が所定の廃熱回収可能温度より高い場合には、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作する制御装置と、を備える熱サイクルシステムであって、
    前記ランキンサイクル回路は、前記循環流路に設けられ前記第２の流れ方向に沿って流れる有機媒体を減圧する膨張弁と、前記循環流路内の熱交換部において有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が加温要求状態である場合には、前記圧縮膨張機、前記第２熱交換器、前記熱交換部、前記膨張弁、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することを特徴とする熱サイクルシステム。
  2. 前記循環流路には、前記第１の流れ方向に沿って前記第１熱交換器側から前記第２熱交換器側へ流れる有機媒体を圧縮するポンプが前記膨張弁と並列になるように設けられ、
    前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が冷却要求状態である場合には、前記ポンプ、前記熱交換部、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作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. 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、
    絶縁性の有機媒体が循環する循環流路、前記循環流路に設けられ有機媒体と外気との間で熱交換を行う第１熱交換器、前記循環流路に設けられ有機媒体と冷却水との間で熱交換を行う第２熱交換器、前記循環流路に設けられ前記第２熱交換器側から前記第１熱交換器側へ向かう第１の流れ方向に沿って流れる有機媒体を減圧し、前記第１の流れ方向と逆の第２の流れ方向に沿って流れる有機媒体を圧縮する圧縮膨張機、及び前記圧縮膨張機に接続されたモータジェネレータを備えるランキンサイクル回路と、
    前記内燃機関又は当該内燃機関と相関のある部分の温度である内燃機関温度が所定の廃熱回収可能温度より高い場合には、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作する制御装置と、を備える熱サイクルシステムであって、
    前記ランキンサイクル回路は、前記循環流路に設けられ前記第１の流れ方向に沿って流れる有機媒体を圧縮するポンプと、前記循環流路内の熱交換部において有機媒体と熱交換が可能な蓄電装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が冷却要求状態である場合には、前記ポンプ、前記熱交換部、前記第２熱交換器、前記圧縮膨張機、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することを特徴とする熱サイクルシステム。
  4. 前記循環流路には、前記第２の流れ方向に沿って流れる有機媒体を減圧する膨張弁が前記ポンプと並列になるように設けられ、
    前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が加温要求状態である場合には、前記圧縮膨張機、前記第２熱交換器、前記熱交換部、前記膨張弁、及び前記第１熱交換器の順で有機媒体が循環するように前記ランキンサイクル回路を操作することを特徴とする請求項３に記載の熱サイクルシステム。
  5. 前記循環流路には、前記第１の流れ方向に沿って順に、前記ポンプと、前記熱交換部と、前記第２熱交換器と、前記圧縮膨張機と、前記第１熱交換器と、が設けられ、
    前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が前記冷却要求状態である場合には、前記熱交換部における有機媒体が沸騰した状態で維持されるように、前記ポンプ及び前記モータジェネレータを操作することを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の熱サイクルシステム。
  6. 前記制御装置は、前記内燃機関温度が前記廃熱回収可能温度以下でありかつ前記蓄電装置が前記冷却要求状態である場合には、前記熱交換部における有機媒体の沸点が前記蓄電装置の目標温度で維持されるように、前記ポンプ及び前記モータジェネレータを用いて前記熱交換部における有機媒体の量及び圧力を制御することを特徴とする請求項５に記載の熱サイクルシステム。
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