JPWO2013031287A1 - 廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能な廃熱利用装置を提供する。【解決手段】実施例１の廃熱利用装置は、エンジン５と、エンジン５に対して加圧空気を供給するターボチャージャ７とを有する駆動系１と、これに用いられるランキンサイクル３ａとを備えている。ランキンサイクル３は、冷却液を熱源として作動流体と熱交換を行う冷却液ボイラ２１と、加圧空気を熱源として作動流体と熱交換を行う加圧空気ボイラ２３とを有している。また、ランキンサイクル３ａには、作動流体に冷却液ボイラ２１を迂回させる第１バイパス路３４と、三方弁３５とが設けられている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４に作動流体を流入させることにより、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を減少させることが可能となっている。【選択図】図１

Description

本発明は廃熱利用装置に関する。

特許文献１に従来の廃熱利用装置が開示されている。この廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、第１、２ボイラを有して作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、エンジンと、エンジンに加圧空気を供給するターボチャージャとを有している。ランキンサイクルにおける第１ボイラは、エンジンに対する冷却液を熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。第２ボイラは、加圧空気を熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。

このような廃熱利用装置では、第１、２ボイラによって作動流体を加熱することが可能であることから、作動流体の膨張及び減圧時によって生じる圧力エネルギーを大きくすることが可能となる。このため、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が多くなり、廃熱利用装置が高性能となる。

特に、同文献の図１では、ランキンサイクルにおいて、作動流体の循環方向の上流側に第１ボイラを配置し、その下流側に第２ボイラを配置する旨の開示がなされている。この場合、冷却液よりも加圧空気の方が高温であることから、第１ボイラで加熱された作動流体を第２ボイラでさらに加熱することができる。このため、この廃熱利用装置では、より多くのエネルギーを回収することが可能となっている。

特開２００８−８２２４号公報

ところで、ターボチャージャのような過給器を有する駆動系においては、エンジンのような内燃機関に供給する前に加圧空気を十分に冷却することが好ましい。冷却することで加圧空気の密度が増大することから、エンジンに対してより多くの加圧空気を供給可能となり、結果として、内燃機関の出力をより向上させることが可能となるためである。

しかし、上記特許文献の図１に開示された廃熱利用装置では、第２ボイラにおいて、既に第１ボイラによって加熱された作動流体と加圧空気とが熱交換を行うため、作動流体を十分に加熱することができる一方、加圧空気を十分に冷却し難くなっている。このため、この廃熱利用装置では、第２ボイラにおける加圧空気の冷却能力が不十分となり、内燃機関に対して好適に加圧空気を供給させ難く、内燃機関の出力を高くし難い問題がある。

このため、第２ボイラにおいて不足する冷却能力を補うため、同文献の図１に示すような加圧空気を冷却するためのインタークーラを別途設けるとすれば、廃熱利用装置が大型化するとともに、構造が複雑となる。このため、この場合には、車両等への搭載性が損なわれるとともに、製造コストの高騰化を生じてしまう。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の廃熱利用装置は、内燃機関と、該内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラは、該加圧空気を熱源として前記作動流体と熱交換を行う第１ボイラと、該加圧空気と異なる熱源により該作動流体と熱交換を行う第２ボイラとを有し、
該加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値より高ければ、該第２ボイラにおける該作動流体の吸熱量を減少させる吸熱量調節手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の廃熱利用装置は駆動系に用いられるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関と、この内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有している。また、ランキンサイクルは、ポンプ、ボイラ、膨張機、凝縮器及び配管を有している。この配管は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。さらに、ボイラは第１ボイラと第２ボイラとを有している。第１ボイラでは、加圧空気を熱源として作動流体と熱交換を行う。第２ボイラでは、加圧空気と異なる熱源により作動流体と熱交換を行う。

このため、この廃熱利用装置では、第１ボイラ及び第２ボイラで作動流体を加熱することが可能となり、作動流体の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量が多くなる。なお、この回収可能なエネルギーとしては、例えば、圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。

また、この廃熱利用装置では、第１ボイラにおける熱交換により加圧空気の冷却を行うことが可能である。ここで、この廃熱利用装置は、加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、吸熱量調節手段とを備えている。そして、この廃熱利用装置では、判断手段が判断したこの冷却要求量が閾値よりも高くなれば、第２ボイラにおける作動流体の吸熱量を減少させることが可能である。この場合、第２ボイラから流出する作動流体の温度が低くなることから、第１ボイラでの熱交換において、加圧空気は作動流体に対して好適に放熱を行うことが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、第１ボイラの他に第２ボイラを有していても、第１ボイラにおいて加圧空気を好適に冷却させることが可能である。このため、この廃熱利用装置では、冷却によって密度を増大させた状態で加圧空気を内燃機関に供給することが可能となり、内燃機関の出力を向上させることが可能となる。

このように、この廃熱利用装置では、第１ボイラが加圧空気に対するインタークーラとして機能し、この第１ボイラは、第２ボイラが存在していても、加圧空気に対する冷却能力が不足しない。このため、この廃熱利用装置では、専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化が可能であるとともに、構造を簡素化することも可能となる。

したがって、本発明の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

本発明の廃熱利用装置において、駆動系が有する内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。また、過給器としては、例えば、ターボチャージャやスーパーチャージャ等を採用することができる。これらの内燃機関及び過給器は複数であっても良い。

第２ボイラにおいて作動流体と熱交換が可能な熱源は、加圧空気よりも低温であっても良く、また、加圧空気と同等以上の温度であっても良い。ここで、加圧空気よりも低温となる熱源としては、例えば内燃機関に対する冷却液や内燃機関に対する潤滑油等を採用することが可能である。この冷却液としては、例えば、水の他にＬＬＣ（ロングライフクーラント）等を採用することが可能である。一方、加圧空気と同等以上の温度となる熱源としては、例えば、内燃機関から排出される排気等を採用することができる。この排気には、大気中に放出される排気（狭義の排気）の他、内燃機関に還流される還流排気も含まれる。

さらに、本発明の廃熱利用装置において、第２ボイラの個数に制限はない。仮に複数の第２ボイラを設ける場合、各第２ボイラにおいて同一の熱源を採用しても良く、個々の第２ボイラ毎に異なる熱源を採用しても良い。

吸熱量調節手段としては、第２ボイラのバイパス（作動流体のバイパス又は第２ボイラにおける熱源のバイパス）等を採用することが可能である。

本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、加圧空気に対する冷却要求量について、種々の手段によって判断することが可能である。例えば、本発明の廃熱利用装置は、内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え得る。そして、判断手段は、出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することが好ましい（請求項２）

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラから流出する加圧空気の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項３）。

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラに流入する作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項４）。

また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項５）。

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラに流入する加圧空気の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項６）。

また、本発明の廃熱利用装置は、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え得る。そして、判断手段は、圧力検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい（請求項７）。

これらのように、内燃機関に対する出力要求の他、ボイラから流出又はボイラに流入する加圧空気の温度、ボイラ又はポンプに流入する作動流体の温度、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）に基づくことで、判断手段は加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となる。このため、この廃熱利用装置は、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、内燃機関の性能向上とを好適に両立することが可能となり、高性能となる。

本発明の廃熱利用装置において、ランキンサイクルは、第２ボイラが第１ボイラよりも上流に配置され得る。そして、配管は、ポンプ、第２ボイラ、第１ボイラ、膨張機、凝縮器の順で作動流体を循環させ得る（請求項８）。

この場合、ランキンサイクルでは、第２ボイラ及び第１ボイラの順で作動流体が加熱される。このため、第２ボイラで作動流体と熱交換を行う熱源が加圧空気よりも低温である場合に特に有効な構成となる。

すなわち、ランキンサイクルにおけるエネルギー回収の観点からは、第２ボイラ、第１ボイラの順で段階的に加熱された作動流体が膨張機に流入するため、膨張機での圧力エネルギーが大きくなり、回収可能なエネルギーが多くなる。一方、このランキンサイクルでは、第１ボイラにおける熱交換に先行して第２ボイラにおける熱交換が行われることとなる。このため、第１ボイラでは、既に第２ボイラにおける熱交換によって一定程度加熱された作動流体と加圧空気とで熱交換が行われることとなる。ここで、上記のように、第２ボイラにおける熱源よりも加圧空気の方が高温であれば、例え第２ボイラでの熱交換が先行して行われていても、引き続き第１ボイラにおいて好適に熱交換を行うことが可能となり、加圧空気を好適に冷却することが可能となる。このため、第２ボイラ、第１ボイラの順で配置される構成であっても、内燃機関の性能向上の観点から特に不利となることはない。

さらに、上記の構成を有する廃熱利用装置において、吸熱量調節手段は、ポンプの下流で配管から分岐し、第２ボイラを迂回し、第１ボイラの上流で配管に合流する第１バイパス路と、第２ボイラに流入する作動流体の流量と第１バイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な第１流量調整弁と、第１流量調整弁を制御する第１調整弁制御手段とを有していることが好ましい（請求項９）。

この場合、第２ボイラに作動流体を流入させて加熱することにより、第１ボイラに流入する作動流体の温度を高くすることが可能となる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、第１バイパス路に作動流体を流入させることにより、第２ボイラにおいて作動流体の加熱を行わず、結果として、第１ボイラに流入する作動流体の温度を低くすることも可能となる。これにより、第１ボイラにおいて加圧空気が好適に作動流体に放熱を行い、加圧空気の温度を低くすることが可能となる。これにより、加圧空気に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。この際、第１調整弁制御手段によって第１流量調整弁を制御することにより、第２ボイラと第１バイパス路とで、それぞれ流入する作動流体の流量の調整が可能となり、加圧空気に対する冷却要求量に応じて第１ボイラに流入する作動流体の温度を好適に調節することも可能となる。これらにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルによるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とを適宜実現することができる。

また、本発明の廃熱利用装置において、ランキンサイクルは、第１ボイラが第２ボイラよりも上流に配置され得る。そして、配管は、ポンプ、第１ボイラ、第２ボイラ、膨張機、凝縮器の順で作動流体を循環させ得る（請求項１０）。

この場合、ランキンサイクルでは、第１ボイラ及び第２ボイラの順で作動流体が加熱される。このため、第２ボイラで作動流体と熱交換を行う熱源の温度が加圧空気と同等又は加圧空気よりも高温である場合に特に有効な構成となる。

つまり、この廃熱利用装置でも、第１ボイラ及び第２ボイラにおいて十分に加熱された作動流体が膨張機に流入することから、膨張機での圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーが多くなる。また、第１ボイラが第２ボイラよりも作動流体の循環方向の上流側に位置することから、第１ボイラには低温の作動流体が流入することとなる。このため、第１ボイラにおいて加圧空気はより低温の作動流体に対して放熱を行うことが可能となり、加圧空気を好適に冷却することが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関の出力を好適に向上させることが可能となる。ここで、第２ボイラにおける熱源の温度が加圧空気と同等以上であれば、例え第１ボイラでの熱交換が先行して行われていても、引き続き第２ボイラにおいて好適に熱交換を行うことが可能となる。

さらに、上記の構成を有する廃熱利用装置において、吸熱量調節手段は、第１ボイラの下流で配管から分岐し、第２ボイラを迂回し、膨張機の上流で配管に合流する第２バイパス路と、第２ボイラに流入する作動流体の流量と第２バイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な第２流量調整弁と、第２流量調整弁を制御する第２調整弁制御手段とを有していることが好ましい（請求項１１）。

この場合、第２ボイラに作動流体を流入させて加熱することにより、膨張機に流入する作動流体の温度をより高くすることが可能となる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、第２バイパス路に作動流体を流入させることにより、第２ボイラにおいて作動流体の加熱を行わず、凝縮圧力が低下してポンプに流入する作動流体の温度が低下する。この結果として、第１ボイラに流入する作動流体の温度をより低くすることが可能となる。このため、第１ボイラにおいて加圧空気が好適に作動流体に放熱を行い、加圧空気の温度を低くすることが可能となる。これにより、加圧空気に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。この際、第２調整弁制御手段によって第２流量調整弁を制御することにより、第２ボイラと第２バイパス路とで、それぞれ流入する作動流体の流量の調整が可能となり、加圧空気に対する冷却要求量に応じて第１ボイラに流入する作動流体の温度を好適に調節することも可能となる。これらにより、この廃熱利用装置でも、ランキンサイクルによるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とを適宜実現することができる。

本発明の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体が冷却液ボイラを経て第１ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体が第１バイパス路を経て加圧空気ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置に係り、作動流体が加圧空気ボイラを経て排気ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置に係り、作動流体が第２バイパス路と排気ボイラとに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。

以下、本発明を具体化した実施例１〜５を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、車両に搭載され、図１に示すように、車両の駆動系１に用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ａと、第１バイパス路３４と、三方弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ａが吸熱量調節手段に相当する。また、制御装置１１ａは判断手段としても機能する。

駆動系１は、内燃機関としてのエンジン５と、過給器としてのターボチャージャ７と、ラジエータ９とを有している。エンジン５は、公知の水冷式ガソリンエンジンである。エンジン５の内部には冷却液としてのＬＬＣが流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン５には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口５ａと流入口５ｂとが形成されている。さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ｃと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｄとが形成されている。

ターボチャージャ７及びラジエータ９もそれぞれ公用品が採用されている。ターボチャージャ７は、エンジン５から生じた排気によって作動され、エンジン５に対し、車外の空気を加圧した加圧空気を供給する。また、ラジエータ９には、その内部に冷却液を流入させる流入口９ａと、冷却液を流出させる流出口９ｂとが形成されている。ラジエータ９は、その内部を流通する冷却液と車外の空気との間で熱交換を行う。さらに、ラジエータ９の近傍には、電動ファン９ｃが設けられている。この電動ファン９ｃは、制御装置１１ａと電気的に接続されている。

エンジン５とターボチャージャ７とは配管１３〜１５によって接続されている。また、配管１４と配管１５とには後述する加圧空気ボイラ２３が接続されている。配管１３は内部を排気が流通可能となっており、エンジン５の排気口５ｃとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管１４及び配管１５は内部を加圧空気が流通可能となっている。配管１４はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２３の第３流入口２３ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２３の第３流出口２３ｂと、エンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。

さらに、ターボチャージャ７には、配管１６、１７の各一端側が接続されている。配管１６の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１７の他端側は図示しない車両のエアインテークに開口している。配管１６は、ターボチャージャ７を介して配管１３と連通している。同様に、配管１７は、ターボチャージャ７を介して配管１４と連通している。

一方、エンジン５とラジエータ９とは配管１８〜２０によって接続されている。また、配管１８と配管１９とには後述する冷却液ボイラ２１が接続されている。配管１８〜２０は内部を冷却液が流通可能となっている。配管１８は、エンジン５の流出口５ａと冷却液ボイラ２１の第１流入口２１ａとに接続されている。配管１９は冷却液ボイラ２１の第１流出口２１ｂと、ラジエータ９の流入口９ａとに接続されている。配管２０は、ラジエータ９の流出口９ｂと、エンジン５の流入口５ｂとに接続されている。配管２０には、第１電動ポンプＰ１が設けられている。この第１電動ポンプＰ１には公用品が採用されており、制御装置１１ａに電気的に接続されている。なお、第１電動ポンプＰ１は、配管１８又は配管１９に設けられても良い。

ランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、冷却液ボイラ２１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３３とを有している。このランキンサイクル３ａは、第１バイパス路３４及び三方弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３３及び第１バイパス路３４には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。第２電動ポンプＰ２には第１電動ポンプＰ１と同様の公用品が採用されている。なお、第２電動ポンプＰ２がポンプに相当しており、三方弁３５が第１流量調整弁に相当している。

冷却液ボイラ２１には、第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと、第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄとが形成されている。また、冷却液ボイラ２１内には、両端側でそれぞれ第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと連通する第１通路２１ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄと連通する第２通路２１ｆとが設けられている。この冷却液ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の冷却液を熱源として、第２通路２１ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、冷却液の冷却と作動流体の加熱とを行う。このように、冷却液を熱源としていることから、冷却液ボイラ２１は第２ボイラに相当する。

加圧空気ボイラ２３には、第３流入口２３ａ及び第３流出口２３ｂと、第４流入口２３ｃ及び第４流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第３流入口２３ａ及び第３流出口２３ｂと連通する第３通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第４流入口２３ｃ及び第４流出口２３ｄと連通する第４通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第３通路２３ｅ内の加圧空気を熱源として、第４通路２３ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。このように、吸気系流体である加圧空気を熱源としていることから、加圧空気ボイラ２３は第１ボイラに相当する。

膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、第２ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機２５には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機２５の駆動力によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。

凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって減圧された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。

第１バイパス路３４は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に冷却液ボイラ２１を迂回させる。三方弁３５は、作動流体を冷却液ボイラ２１に全て流入させる場合と、作動流体を第１バイパス路３４に全て流入させる場合とを択一的に切り替え可能な切替弁である。この三方弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。

これらの第２電動ポンプＰ２、冷却液ボイラ２１、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５、凝縮器２７、第１バイパス路３４及び三方弁３５は、配管２８〜３３によって接続されている。具体的には、凝縮器２７の流出口２７ｂと第２電動ポンプＰ２とが配管２８によって接続されている。第２電動ポンプＰ２と三方弁３５とが配管２９によって接続されている。三方弁３５と冷却液ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管３０によって接続されている。冷却液ボイラ２１の第２流出口２１ｄと、加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃとは配管３１によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第４流出口２３ｄと、膨張機２５の流入口２５ａとは配管３２によって接続されている。そして、膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３３によって接続されている。また、第１バイパス路３４の一端側は三方弁３５と接続されており、その他端側は配管３１と接続されている。

このランキンサイクル３ａでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、作動流体は、図２及び図３に示すように、第２電動ポンプＰ２から冷却液ボイラ２１又は第１バイパス路３４、加圧空気ボイラ２３及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３３内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流通方向において、冷却液ボイラ２１及び第１バイパス路３４は、加圧空気ボイラ２３の上流側に位置している。同様に、三方弁３５は第２電動ポンプＰ２の下流側であって、冷却液ボイラ２１及び第１バイパス路３３の上流側に位置している。

図１に示すように、制御装置１１ａは、電動ファン９ｃ、２７ｃの作動制御を行うことで、冷却液又は作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の作動制御を行う。さらに、制御装置１１ａは、車両のＥＣＵ等（図示略）から受信した信号によって車両のアクセル開度を検知可能に構成されており、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能となっている。また、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これらにより、制御装置１１ａは出力要求検出手段及び第１調整弁制御手段としても機能する。

このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。

図２に示すように、車両が駆動されることにより、駆動系１ではエンジン５が作動する。これにより、排気口５ｃから排出された排気が配管１３、ターボチャージャ７及び配管１６を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、排気に依ってターボチャージャ７が作動される。これにより、車外の空気が配管１７よりターボチャージャ７に吸引され、圧縮される。この空気は加圧空気として、配管１４、加圧空気ボイラ２３の第３通路２３ｅ及び配管１５を経てエンジン５の吸気口５ｄよりエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。

また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、２７ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１では、エンジン５の冷却を行った冷却液が流出口５ａより流出して、配管１８、冷却液ボイラ２１の第１通路２１ｅ及び配管１９を経てラジエータ９の流入口９ａよりラジエータ９の内部に至る。そして、ラジエータ９の内部の冷却液は、ラジエータ９の周りの空気と熱交換、すなわち、放熱されて冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量を適宜変更して、冷却液を好適に放熱させる。放熱されて冷却された冷却液は流出口９ｂから流出し、配管２０を経てエンジン５の流入口５ｂからエンジン５内に流入してエンジン５の冷却を行う（同図の破線矢印参照。）。

一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが三方弁３５の切り替え制御を行う。ここで、エンジン５に対する出力要求が所定値（検知したアクセル開度が所定値（例えば、エンジン５の回転数が１５００ｒｐｍとなるアクセル開度））以下の場合、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値以下であると判断する。この場合、制御装置１１ａは三方弁３５を切り替え制御することにより、配管２９と配管３０とを連通させ、配管２９、３０と第１バイパス路３４とを非連通とさせる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管３０を経て冷却液ボイラ２１の第２流入口２１ｃから第２通路２１ｆに至る。そして、作動流体は冷却液ボイラ２１において冷却液と熱交換される。この際、第１通路２１ｅを流通する冷却液はエンジンの廃熱によって約８０〜９０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２１ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２１ｅを流通する冷却液は、第２通路２１ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でラジエータ９に至ることとなる。

冷却液ボイラ２１において加熱された作動流体は第２流出口２１ｄから流出し、配管３１を経て加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃから第４通路２３ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第３通路２３ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ７によって圧縮されることにより約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第３通路２３ｆを流通する作動流体は、より高温に再加熱される。一方、第３通路２３ｅを流通する加圧空気は、第４通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン５に至ることとなる。

こうして、冷却液ボイラ２１及び加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第４流出口２３ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。

膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３３を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管２８〜３０を経て再び冷却液ボイラ２１に至ることとなる。

一方、エンジン５に対する出力要求が所定値を超えた場合、すなわち、検知したアクセル開度が所定値を超えた場合、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。エンジン５の出力を高めるためにはより多くの加圧空気をエンジン５に供給する必要があり、そのためには加圧空気をより冷却してその密度を高くすることが必要となり、そのためには加圧空気ボイラ２３において加圧空気をより冷却することが求められるからである。そして、エンジン５に対する出力要求に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは、これに応じた三方弁３５の切り替え制御を行なる。これにより、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、図３に示すように、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管２９を経て第１パイパス路３４に流入する。そして、この第１バイパス路３４の作動流体は、冷却液ボイラ２１を迂回しつつ、配管３１に合流して加圧空気ボイラ２３の第４通路２３ｆに至る。

ここで、第１バイパス路３４を流通した作動流体は、冷却液ボイラ２１における熱交換が行われていない、つまり、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量は図２の状態よりも減少する。これにより、図２の状態よりも低温の状態で加圧空気ボイラ２３に流入することとなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却されることとなる。

加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、第４流出口２３ｄから流出し、図２に示す場合と同様、膨張機２５によって膨張及び減圧された後、凝縮器２７によって放熱されることとなる。なお、図３に示すように、第１バイパス路３４により作動流体を冷却液ボイラ２１に流入させない場合、冷却液ボイラ２１では熱交換が行われなくなる。このため、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量をより大きくして、ラジエータ９での冷却液の放熱量を大きくすることが好ましい。

このように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、作動流体の循環方向で上流側に位置する冷却液ボイラ２１と、下流側に位置する加圧空気ボイラ２３とを有している。このため、冷却液ボイラ２１で加熱された作動流体を加圧空気ボイラ２３でさらに加熱することができる。

また、この廃熱利用装置は、加圧空気ボイラ２３における熱交換により加圧空気の冷却を行うことが可能となっている。ここで、この廃熱利用装置は、制御装置１１ａ、第１バイパス路３４及び三方弁３５を備えている。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも高くなれば、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を減少させることが可能となっている。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を調節することで、ランキンサイクル３ａによるエネルギーの回収量とエンジン５の出力向上とを適宜実現することが可能となっている。

具体的には、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を下回っている場合には、図２に示すように、冷却液ボイラ２１おいて作動流体の加熱を行う、つまり、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を最大とすることで、冷却液の冷却を行うとともに、冷却液ボイラ２１から流出する作動流体の温度を高くすることができる。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を高くでき、加圧空気ボイラ２３から流出する作動流体の温度を高くすることができる。このため、膨張機２５内で作動流体が膨張及び減圧される際の圧力エネルギーを大きくすることが可能となっている。これにより、ランキンサイクル３ａによるエネルギーの回収、つまり、発電量を多くすることができる。

一方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、図３に示すように、第１バイパス路３４により、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を最小（ゼロ）とする。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を低下させることができ、加圧空気ボイラ２３では加圧空気を十分に冷却することができる。この場合、エンジン５に対し、より多くの加圧空気を供給することが可能となり、エンジン５が高出力で作動する。これにより、エンジン５に対する出力要求を満たすことが可能となる。

さらに、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能し、この加圧空気ボイラ２３は、冷却液ボイラ２１が存在していても加圧空気に対する冷却能力が不足しない。このため、この廃熱利用装置では、別途専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。

さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ａは正確に判断することが可能となっている。

したがって、実施例１の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置を一部変更して構成している。この廃熱利用装置は、図４に示すように、ランキンサイクル３ｂと、第１温度センサ３７ａと、第２バイパス路４１と、第２流量調整弁４３と、制御装置１１ｂとを備えている。この第１温度センサ３７ａが第１温度検出手段に相当している。また、第２バイパス路４１、第２流量調整弁４３及び制御装置１１ｂが吸熱量調節手段に相当している。さらに、この制御手段１１は、実施例１における制御装置１１ａと同様に判断手段として機能する。そして、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１に替えて排気ボイラ２６が設けられている。なお、図４〜６では、ラジエータ９や配管１８〜２０等の図示を省略している。

図４に示すように、駆動系１では、配管１６の他端側が後述する排気ボイラ２６の第５流入口２６ａと接続されている。また、排気ボイラ２６の第５流出口２６ｂには、配管６の一端側が接続されている。この配管６の他端側は図示しないマフラと接続されている。これにより、エンジン５で生じた排気は、配管１３、ターボチャージャ７、配管１６、排気ボイラ２６及び配管６を経てマフラに導かれ、その後、車外に排出されることとなる。

第１温度センサ３７ａは配管１５に設けられている。第１温度センサ３７ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ３７ａは、加圧空気ボイラ２３の第３流出口２３ｂを流出して配管１５を流通する加圧空気の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｂに向けて発信する。なお、第１温度センサ３７ａには公用品が採用されている。

ランキンサイクル３ｂは、排気ボイラ２６と、配管４５〜４８と、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８、３３とを有している。このランキンサイクル３ｂは、上記の第２バイパス路４１及び第２流量調整弁４３が一体に組み付けられている。また、配管４５〜４８及び第２バイパス路４１にも、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。

排気ボイラ２６には、第５流入口２６ａ及び第５流出口２６ｂと、第６流入口２６ｃ及び第６流出口２６ｄとが形成されている。また、排気ボイラ２６内には、両端側でそれぞれ第５流入口２６ａ及び第５流出口２６ｂと連通する第５通路２６ｅと、両端側でそれぞれ第６流入口２６ｃ及び第６流出口２６ｄと連通する第６通路２６ｆとが設けられている。排気ボイラ２６は、第５通路２６ｅ内の排気を熱源として第６通路２６ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、作動流体の加熱と、その副次的効果としての排気の冷却とを行う。このように、車外に排出される排気（狭義の排気）を熱源としていることから、排気ボイラ２６は第２ボイラに相当する。

第２バイパス路４１は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に排気ボイラ２６を迂回させる。第２流量調整弁４３は、排気液ボイラ２６に流入する作動流体と第２バイパス路４１に流入する作動流体との流量を変更可能である。この第２流量調整弁４３は制御装置１１ｂに電気的に接続されている。

第２電動ポンプＰ２と加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃとは配管４５によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第４流出口２３ｄと第２流量調整弁４３とは配管４６によって接続されている。第２流量調整弁４３と排気ボイラ２６の第６流入口２６ｃとは配管４７によって接続されている。そして、排気ボイラ２６の第６流出口２６ｄと膨張機２５の流入口２５ａとは配管４８によって接続されている。なお、膨張機２５と凝縮器２７との接続及び凝縮器２７と第２電動ポンプＰ２との接続は実施例１と同様である。

このランキンサイクル３ｂでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、図５及び図６に示すように、作動流体が第２電動ポンプＰ２から加圧空気ボイラ２３を経た後、排気ボイラ２６又は第２バイパス路４１を流通して、膨張機２５更には凝縮器２７に至る順で配管２８、３３、４５〜４８内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流通方向において、加圧空気ボイラ２３は第２バイパス路４１及び排気ボイラ２６の上流側に位置している。また、第２バイパス路４１は排気ボイラ２６の上流側に位置している。そして、第２バイパス路４３は、膨張機２５の上流で配管４８に合流する。

制御装置１１ｂは、第１温度センサ３７ａが検出した加圧空気の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｂは、この冷却要求量に基づき、第２流量調整弁４３の流量調整を行う。これにより、この廃熱利用装置では制御装置１１ｂが第２調整弁制御手段として機能する。また、この制御装置１１ｂは、実施例１の制御装置１１ａと同様に、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン２７ｃ等の作動制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。

図５に示すように、実施例１の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置でも、ターボチャージャ７において圧縮された加圧空気が配管１４、加圧空気ボイラ２３及び配管１５を経てエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。また、エンジン５から排出された排気は、配管１３、ターボチャージャ７、配管１６を経て排気ボイラ２６内に流入し、第５通路２６ｅ内を流通する（同図の一点鎖線矢印参照）。

また、制御装置１１ｂは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン２７ｃ等をそれぞれ作動させる。さらに、制御装置１１ｂは、上記の第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。ここで、第１温度センサ３７ａから発信された検出値が小さい場合には、加圧空気ボイラ２３における熱交換において加圧空気が十分に冷却されているといえる。このため、制御装置１１ｂは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断し、それに応じた第２流量調整弁４３の調整を行う。具体的には、第２流量調整弁４３により配管４６を流通する作動流体を全て配管４７に流通させ、第２バイパス路４１を流通する作動流体の流量をゼロにする。

これにより、ランキンサイクル３ｂでは、加圧空気ボイラ２３を流通した作動流体が配管４６を経て排気ボイラ２６の第６流入口２６ｃから第６通路２６ｆに至ることとなる。そして、作動流体は排気ボイラ２６において排気と熱交換される。これにより第５通路２６ｅ内の排気は一定程度冷却されつつ、第５流出口２６ｂから流出し、配管６を流通して、マフラを経て車外に排出される。

この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｃでは、作動流体の循環方向で上流側に位置する加圧空気ボイラ２３と、下流側に位置する排気ボイラ２６とを有していることから、加圧空気ボイラ２３で加熱された作動流体を排気ボイラ２６において再加熱することが可能となっている。ここで、排気ボイラ２６における熱源である排気は、約５００°Ｃ程度の熱を有し、加圧空気よりも高温であることから、第６通路２６ｆを流通する作動流体は、より高温に再加熱されることとなる。こうして、加圧空気ボイラ２３及び排気ボイラ２６において加熱された作動流体は、実施例１の廃熱利用装置と同様に、膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。また、膨張機２５内で減圧された作動流体は、凝縮器２７において周りの空気に放熱を行うことで冷却される。

このように、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３と、排気ボイラ２６とによって作動流体を加熱することが可能であることから、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量が多くなっている。

一方、上記の第１温度センサ３７ａから発信された検出値が大きい場合には、加圧空気に対する冷却要求量が大きい（現状の加圧空気ボイラ２３での熱交換では、加圧空気に対する冷却能力が不足している。）こととなる。そして、上記の検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｂが判断することにより、制御装置１１ｂは、それに応じた第２流量調整弁４１の制御を行う。具体的には、図６に示すように、配管４６を流通する作動流体の一部を第２バイパス路４１側に流通させることで、配管４７を流通して排気ボイラ２６に流入する作動流体の流量を減少させる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２パイパス路４１に流入した作動流体は、排気ボイラ２６を迂回しつつ、配管４８に合流する。第２バイパス路４１を流通した作動流体は、排気ボイラ２６において熱交換が行われていない、つまり、排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量は図５の状態よりも減少する。これにより、膨張機２５及び凝縮器２７を経て、再び加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度は、上記の図５に示す場合と比較して低くなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却され、配管１５を流通する加圧空気の温度は閾値以下となる。なお、排気ボイラ２６に流入する作動流体の流量が減少した場合であっても、加圧空気ボイラ２３における熱交換によって作動流体が好適に加熱されているため、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量の低下は抑制されることとなる。

このように、この廃熱利用装置では、排気ボイラ２６が存在していても、実施例１の廃熱利用装置と同様、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却できる（加圧空気に対するインタークーラとして十分に機能する）。このため、この廃熱利用装置においても、別途専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。

さらに、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｂは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。

したがって、実施例２の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図７に示す制御装置１１ｃを備えている。また、この廃熱利用装置は第２温度センサ３７ｂを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｃが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｃは判断手段としても機能する。さらに、第２温度センサ３７ｂが第２温度検出手段に相当している。

第２温度センサ３７ｂは、配管３１に設けられている。第２温度センサ３７ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ３７ｂは、配管３１を流通する作動流体の温度、すなわち、加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。なお、第２温度センサ３７ｂには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。

制御装置１１ｃは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｃは、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、加圧空気ボイラ２３での加圧空気の冷却能力が低くなることから、相対的に加圧空気に対する冷却要求量は大きくなる。そして、制御装置１１ｃは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｃも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｃが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｃは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例１の廃熱利用装置と同様に三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、加圧空気ボイラ２３に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第２温度センサ３７ｂにおいて検出される検出値が大きくなり、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。そして、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｃが判断した場合、制御装置１１ｃはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３に流入する前の作動流体の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｃは実施例１の廃熱利用装置と同様、正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。

したがって、実施例３の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図８に示す制御装置１１ｄを備えている。また、この廃熱利用装置は第３温度センサ３７ｃを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｄが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｄは判断手段としても機能する。さらに、第３温度センサ３７ｃが第３温度検出手段に相当している。

第３温度センサ３７ｃは、配管２８に設けられている。第３温度センサ３７ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ３７ｃは、配管２８を流通する作動流体の温度、すなわち、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｄに向けて発信する。なお、第３温度センサ３７ｃには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。

制御装置１１ｄは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｄは、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｄは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｄも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｄが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｄは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｄは実施例１の廃熱利用装置と同様に、実施例１の廃熱利用装置と同様に三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置でも冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第３温度センサ３７ｃにおいて検出される検出値が大きくなる。この場合、制御装置１１ｄは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。第２電動ポンプＰ２に流入する作動流体の温度が高い場合には、加圧空気ボイラ２３において作動流体が高温に加熱されており、熱源である加圧空気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｄが判断した場合、制御装置１１ｄはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｄは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１と同様である。

したがって、実施例４の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図９に示す制御装置１１ｅを備えている。また、この廃熱利用装置は圧力センサ３７ｄを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｅが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｅは判断手段としても機能する。さらに、圧力センサ３７ｄが圧力検出手段に相当している。

圧力センサ３７ｄは配管２８に設けられている。圧力センサ３７ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ３７ｄは、配管２８流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。なお、この圧力センサ３７ｄも公用品が採用されている。

制御装置１１ｅは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｅは、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｅは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｅも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｅが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｅは実施例１の廃熱利用装置と同様に、三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置でも冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の凝縮圧力が高くなることで、圧力センサ３７ｄにおいて検出される検出値が大きくなる。このように作動流体の凝縮圧力が高くなることで、制御装置１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。凝縮器２７を経ても配管２８を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、加圧空気ボイラ２３において作動流体が高温に加熱されている、つまり、熱源である加圧空気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ３７ｄから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の凝縮圧力に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｅは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１と同様である。

したがって、実施例５の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜５に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施例１の廃熱利用装置において、配管１５に第１温度センサ３７ａを設けるとともに、制御装置１１ａはこの第１温度センサ３７ａの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

また、実施例２〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ〜１１ｅについて、車両のアクセル開度を検知可能であるとともに、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、制御装置１１ｂ〜１１ｅが加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管２８を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管２８を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することが可能となる。つまり、現状の加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却能力に不足がなく、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管２８を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、現状の加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却能力が不足することとなる。この場合、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求が大きいと判断し、冷却液ボイラ２１や排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量を減少させることとなる。

また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、配管１４を流通する加圧空気の温度、すなわち、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度を検出可能な温度検出手段（温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、この加圧空気の温度を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン５に対する出力要求、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

また、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、三方弁３５に替えて、第２流量調整弁４３と同様の流量調整弁を採用することもできる。これにより、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、配管２９から冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量と、第１バイパス路３４に流入する作動流体の流量とを変更することが可能となる。この場合、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合には、配管２９を流通する作動流体を全て冷却液ボイラ２１に流入させる（冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量を最大とする）ことができる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合には、配管２９を流通する作動流体の一部を第１バイパス路３４に流入させる（冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量を減少させる）ことができる。

さらに、実施例２廃熱利用装置における制御装置１１ｂは、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと判断した場合であっても、配管４６を流通する作動流体の一部が第２バイパス路４１に流通するように第２流量調整弁４３を制御しても良い。上記のように、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、第２流量調整弁４３と同様の流量調整弁を採用した場合も同様に、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合に、配管２９を流通する作動流体の一部が第１バイパス路３４に流通させても良い。

また、実施例２の廃熱利用装置において、第２流量調整弁４３に替えて三方弁３５を採用してしても良い。

さらに、三方弁３５、第１、２流量調整弁３６、４３に替えて、第１バイパス路３４や第２バイパス路４１をそれぞれ開閉可能な開閉弁を設けても良い。この場合も廃熱利用装置の構成を簡素化することが可能となる。

また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａ〜１１ｅが判断した場合に、熱源として冷却液ボイラ２１に流入する冷却液の流量や排気ボイラ２６に流入する排気の流量を調整することで、冷却液ボイラ２１や排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量を減少させる構成としても良い。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置において、配管３３に公知のレシーバを設けても良い。この場合、レシーバにより作動流体が好適に液化されるため、凝縮器２７を経た作動流体は、第２電動ポンプＰ２によって好適に吐出されることとなる。

本発明は車両等に利用可能である。

１…駆動系
３ａ〜３ｃ…ランキンサイクル
５…エンジン（内燃機関）
７…ターボチャージャ（過給器）
１１ａ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…制御装置（判断手段、吸熱量調節手段、第１調整弁制御手段）
１１ｂ…制御装置（判断手段、吸熱量調節手段、第２調整弁制御手段）
２１…冷却液ボイラ（第２ボイラ）
２３…加圧空気ボイラ（第１ボイラ）
２５…膨張機
２６…排気ボイラ（第２ボイラ）
２７…凝縮器
２８〜３３…配管
３４…第１バイパス路（吸熱量調節手段）
３５…三方弁（第１流量調整弁、吸熱量調節手段）
４１…第２バイパス路（吸熱量調節手段）
４３…第２流量調整弁（吸熱量調節手段）
４５〜４８…配管
Ｐ２…第２電動ポンプ（ポンプ）

本発明は廃熱利用装置に関する。

特許文献１に従来の廃熱利用装置が開示されている。この廃熱利用装置は、駆動系に用いられ、第１、２ボイラを有して作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。駆動系は、エンジンと、エンジンに加圧空気を供給するターボチャージャとを有している。ランキンサイクルにおける第１ボイラは、エンジンに対する冷却液を熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。第２ボイラは、加圧空気を熱源として作動流体と熱交換を行うことで作動流体を加熱させる。

このような廃熱利用装置では、第１、２ボイラによって作動流体を加熱することが可能であることから、作動流体の膨張及び減圧時によって生じる圧力エネルギーを大きくすることが可能となる。このため、ランキンサイクルにおいて回収可能なエネルギーの量が多くなり、廃熱利用装置が高性能となる。

特に、同文献の図１では、ランキンサイクルにおいて、作動流体の循環方向の上流側に第１ボイラを配置し、その下流側に第２ボイラを配置する旨の開示がなされている。この場合、冷却液よりも加圧空気の方が高温であることから、第１ボイラで加熱された作動流体を第２ボイラでさらに加熱することができる。このため、この廃熱利用装置では、より多くのエネルギーを回収することが可能となっている。

特開２００８−８２２４号公報

ところで、ターボチャージャのような過給器を有する駆動系においては、エンジンのような内燃機関に供給する前に加圧空気を十分に冷却することが好ましい。冷却することで加圧空気の密度が増大することから、エンジンに対してより多くの加圧空気を供給可能となり、結果として、内燃機関の出力をより向上させることが可能となるためである。

しかし、上記特許文献の図１に開示された廃熱利用装置では、第２ボイラにおいて、既に第１ボイラによって加熱された作動流体と加圧空気とが熱交換を行うため、作動流体を十分に加熱することができる一方、加圧空気を十分に冷却し難くなっている。このため、この廃熱利用装置では、第２ボイラにおける加圧空気の冷却能力が不十分となり、内燃機関に対して好適に加圧空気を供給させ難く、内燃機関の出力を高くし難い問題がある。

このため、第２ボイラにおいて不足する冷却能力を補うため、同文献の図１に示すような加圧空気を冷却するためのインタークーラを別途設けるとすれば、廃熱利用装置が大型化するとともに、構造が複雑となる。このため、この場合には、車両等への搭載性が損なわれるとともに、製造コストの高騰化を生じてしまう。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能な廃熱利用装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の廃熱利用装置は、内燃機関と、該内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラは、該加圧空気を熱源として前記作動流体と熱交換を行う第１ボイラと、該加圧空気と異なる熱源により該作動流体と熱交換を行う第２ボイラとを有し、
該加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値より高ければ、該第２ボイラにおける該作動流体の吸熱量を減少させる吸熱量調節手段とを備え、
前記ランキンサイクルは、前記第２ボイラが前記第１ボイラよりも上流に配置され、
前記配管は、前記ポンプ、該第２ボイラ、該第１ボイラ、前記膨張機、前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させ、
前記吸熱量調節手段は、前記ポンプの下流で前記配管から分岐し、前記第２ボイラを迂回し、前記第１ボイラの上流で該配管に合流する第１バイパス路と、該第２ボイラに流入する前記作動流体の流量と該第１バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な第１流量調整弁と、該第１流量調整弁を制御する第１調整弁制御手段とを有していることを特徴とする。

本発明の廃熱利用装置は駆動系に用いられるランキンサイクルを備えている。駆動系は、内燃機関と、この内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有している。また、ランキンサイクルは、ポンプ、ボイラ、膨張機、凝縮器及び配管を有している。この配管は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器の順で作動流体を循環させる。さらに、ボイラは第１ボイラと第２ボイラとを有している。第１ボイラでは、加圧空気を熱源として作動流体と熱交換を行う。第２ボイラでは、加圧空気と異なる熱源により作動流体と熱交換を行う。

このため、この廃熱利用装置では、第１ボイラ及び第２ボイラで作動流体を加熱することが可能となり、作動流体の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーの量が多くなる。なお、この回収可能なエネルギーとしては、例えば、圧力エネルギーを基に発電した電力や内燃機関に回生される動力等が挙げられる。

また、この廃熱利用装置では、第１ボイラにおける熱交換により加圧空気の冷却を行うことが可能である。ここで、この廃熱利用装置は、加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、吸熱量調節手段とを備えている。そして、この廃熱利用装置では、判断手段が判断したこの冷却要求量が閾値よりも高くなれば、第２ボイラにおける作動流体の吸熱量を減少させることが可能である。この場合、第２ボイラから流出する作動流体の温度が低くなることから、第１ボイラでの熱交換において、加圧空気は作動流体に対して好適に放熱を行うことが可能となる。これにより、この廃熱利用装置では、第１ボイラの他に第２ボイラを有していても、第１ボイラにおいて加圧空気を好適に冷却させることが可能である。このため、この廃熱利用装置では、冷却によって密度を増大させた状態で加圧空気を内燃機関に供給することが可能となり、内燃機関の出力を向上させることが可能となる。

このように、この廃熱利用装置では、第１ボイラが加圧空気に対するインタークーラとして機能し、この第１ボイラは、第２ボイラが存在していても、加圧空気に対する冷却能力が不足しない。このため、この廃熱利用装置では、専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化が可能であるとともに、構造を簡素化することも可能となる。

この廃熱利用装置において、ランキンサイクルでは、第２ボイラが第１ボイラよりも上流に配置される。そして、配管は、ポンプ、第２ボイラ、第１ボイラ、膨張機、凝縮器の順で作動流体を循環させる。

このため、ランキンサイクルでは、第２ボイラ及び第１ボイラの順で作動流体が加熱される。このため、第２ボイラで作動流体と熱交換を行う熱源が加圧空気よりも低温である場合に特に有効な構成となる。

すなわち、ランキンサイクルにおけるエネルギー回収の観点からは、第２ボイラ、第１ボイラの順で段階的に加熱された作動流体が膨張機に流入するため、膨張機での圧力エネルギーが大きくなり、回収可能なエネルギーが多くなる。一方、このランキンサイクルでは、第１ボイラにおける熱交換に先行して第２ボイラにおける熱交換が行われることとなる。このため、第１ボイラでは、既に第２ボイラにおける熱交換によって一定程度加熱された作動流体と加圧空気とで熱交換が行われることとなる。ここで、上記のように、第２ボイラにおける熱源よりも加圧空気の方が高温であれば、例え第２ボイラでの熱交換が先行して行われていても、引き続き第１ボイラにおいて好適に熱交換を行うことが可能となり、加圧空気を好適に冷却することが可能となる。このため、第２ボイラ、第１ボイラの順で配置される構成であっても、内燃機関の性能向上の観点から特に不利となることはない。

吸熱量調節手段は、ポンプの下流で配管から分岐し、第２ボイラを迂回し、第１ボイラの上流で配管に合流する第１バイパス路と、第２ボイラに流入する作動流体の流量と第１バイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な第１流量調整弁と、第１流量調整弁を制御する第１調整弁制御手段とを有している。

このため、第２ボイラに作動流体を流入させて加熱することにより、第１ボイラに流入する作動流体の温度を高くすることが可能となる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、第１バイパス路に作動流体を流入させることにより、第２ボイラにおいて作動流体の加熱を行わず、結果として、第１ボイラに流入する作動流体の温度を低くすることも可能となる。これにより、第１ボイラにおいて加圧空気が好適に作動流体に放熱を行い、加圧空気の温度を低くすることが可能となる。これにより、加圧空気に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。この際、第１調整弁制御手段によって第１流量調整弁を制御することにより、第２ボイラと第１バイパス路とで、それぞれ流入する作動流体の流量の調整が可能となり、加圧空気に対する冷却要求量に応じて第１ボイラに流入する作動流体の温度を好適に調節することも可能となる。これらにより、この廃熱利用装置では、ランキンサイクルによるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とを適宜実現することができる。

また、本発明の廃熱利用装置は、内燃機関と、該内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
前記ボイラは、該加圧空気を熱源として前記作動流体と熱交換を行う第１ボイラと、該加圧空気と異なる熱源により該作動流体と熱交換を行う第２ボイラとを有し、
該加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値より高ければ、該第２ボイラにおける該作動流体の吸熱量を減少させる吸熱量調節手段とを備え、
前記ランキンサイクルは、前記第１ボイラが前記第２ボイラよりも上流に配置され、
前記配管は、前記ポンプから該第１ボイラ、該第２ボイラ、前記膨張機、前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させ、
前記吸熱量調節手段は、前記第１ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記第２ボイラを迂回し、前記膨張機の上流で該配管に合流する第２バイパス路と、該第２ボイラに流入する前記作動流体の流量と該第２バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な第２流量調整弁と、該第２流量調整弁を制御する第２調整弁制御手段とを有していることを特徴とする。

この廃熱利用装置では、ランキンサイクルでは、第１ボイラ及び第２ボイラの順で作動流体が加熱される。このため、第２ボイラで作動流体と熱交換を行う熱源の温度が加圧空気と同等又は加圧空気よりも高温である場合に特に有効な構成となる。

つまり、この廃熱利用装置でも、第１ボイラ及び第２ボイラにおいて十分に加熱された作動流体が膨張機に流入することから、膨張機での圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルで回収可能なエネルギーが多くなる。また、第１ボイラが第２ボイラよりも作動流体の循環方向の上流側に位置することから、第１ボイラには低温の作動流体が流入することとなる。このため、第１ボイラにおいて加圧空気はより低温の作動流体に対して放熱を行うことが可能となり、加圧空気を好適に冷却することが可能となる。このため、この廃熱利用装置では、内燃機関の出力を好適に向上させることが可能となる。ここで、第２ボイラにおける熱源の温度が加圧空気と同等以上であれば、例え第１ボイラでの熱交換が先行して行われていても、引き続き第２ボイラにおいて好適に熱交換を行うことが可能となる。

さらに、この廃熱利用装置において、吸熱量調節手段は、第１ボイラの下流で配管から分岐し、第２ボイラを迂回し、膨張機の上流で配管に合流する第２バイパス路と、第２ボイラに流入する作動流体の流量と第２バイパス路に流入する作動流体の流量とを調整可能な第２流量調整弁と、第２流量調整弁を制御する第２調整弁制御手段とを有している。

このため、第２ボイラに作動流体を流入させて加熱することにより、膨張機に流入する作動流体の温度をより高くすることが可能となる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、第２バイパス路に作動流体を流入させることにより、第２ボイラにおいて作動流体の加熱を行わず、凝縮圧力が低下してポンプに流入する作動流体の温度が低下する。この結果として、第１ボイラに流入する作動流体の温度をより低くすることが可能となる。このため、第１ボイラにおいて加圧空気が好適に作動流体に放熱を行い、加圧空気の温度を低くすることが可能となる。これにより、加圧空気に対する冷却要求量を満たすことが可能となる。この際、第２調整弁制御手段によって第２流量調整弁を制御することにより、第２ボイラと第２バイパス路とで、それぞれ流入する作動流体の流量の調整が可能となり、加圧空気に対する冷却要求量に応じて第１ボイラに流入する作動流体の温度を好適に調節することも可能となる。これらにより、この廃熱利用装置でも、ランキンサイクルによるエネルギーの回収量の向上と内燃機関の性能向上とを適宜実現することができる。

したがって、本発明の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

本発明の廃熱利用装置において、駆動系が有する内燃機関としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他、種々の形式のエンジンを採用することができる。また、これらのエンジンはモータを組み合わせたハイブリッドエンジンでも良い。さらに、これらのエンジンは空冷式でも水冷式でも良い。また、過給器としては、例えば、ターボチャージャやスーパーチャージャ等を採用することができる。これらの内燃機関及び過給器は複数であっても良い。

第２ボイラにおいて作動流体と熱交換が可能な熱源は、加圧空気よりも低温であっても良く、また、加圧空気と同等以上の温度であっても良い。ここで、加圧空気よりも低温となる熱源としては、例えば内燃機関に対する冷却液や内燃機関に対する潤滑油等を採用することが可能である。この冷却液としては、例えば、水の他にＬＬＣ（ロングライフクーラント）等を採用することが可能である。一方、加圧空気と同等以上の温度となる熱源としては、例えば、内燃機関から排出される排気等を採用することができる。この排気には、大気中に放出される排気（狭義の排気）の他、内燃機関に還流される還流排気も含まれる。

さらに、本発明の廃熱利用装置において、第２ボイラの個数に制限はない。仮に複数の第２ボイラを設ける場合、各第２ボイラにおいて同一の熱源を採用しても良く、個々の第２ボイラ毎に異なる熱源を採用しても良い。

本発明の廃熱利用装置において、判断手段は、加圧空気に対する冷却要求量について、種々の手段によって判断することが可能である。例えば、本発明の廃熱利用装置は、内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え得る。そして、判断手段は、出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することが好ましい。

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラから流出する加圧空気の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい。

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラに流入する作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい。

また、本発明の廃熱利用装置は、ポンプに流入する作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい。

また、本発明の廃熱利用装置は、第１ボイラに流入する加圧空気の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え得る。そして、判断手段は、第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい。

また、本発明の廃熱利用装置は、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え得る。そして、判断手段は、圧力検出手段が検出した検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断することも好ましい。

これらのように、内燃機関に対する出力要求の他、ボイラから流出又はボイラに流入する加圧空気の温度、ボイラ又はポンプに流入する作動流体の温度、膨張機の下流からポンプの上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）に基づくことで、判断手段は加圧空気に対する冷却要求量を正確に判断することが可能となる。このため、この廃熱利用装置は、ランキンサイクルにおける十分なエネルギーの回収と、内燃機関の性能向上とを好適に両立することが可能となり、高性能となる。

本発明の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

実施例１の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体が冷却液ボイラを経て第１ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例１の廃熱利用装置に係り、作動流体が第１バイパス路を経て加圧空気ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置に係り、作動流体が加圧空気ボイラを経て排気ボイラに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例２の廃熱利用装置に係り、作動流体が第２バイパス路と排気ボイラとに流入する状態を示す模式構造図である。 実施例３の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例４の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例５の廃熱利用装置を示す模式構造図である。

以下、本発明を具体化した実施例１〜５を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
実施例１の廃熱利用装置は、車両に搭載され、図１に示すように、車両の駆動系１に用いられている。この廃熱利用装置は、ランキンサイクル３ａと、第１バイパス路３４と、三方弁３５と、制御装置１１ａとを備えている。第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ａが吸熱量調節手段に相当する。また、制御装置１１ａは判断手段としても機能する。

駆動系１は、内燃機関としてのエンジン５と、過給器としてのターボチャージャ７と、ラジエータ９とを有している。エンジン５は、公知の水冷式ガソリンエンジンである。エンジン５の内部には冷却液としてのＬＬＣが流通可能なウォータジャケット（図示略）が形成されている。エンジン５には、このウォータジャケットとそれぞれ連通する流出口５ａと流入口５ｂとが形成されている。さらに、エンジン５には、排気を排出する排気口５ｃと、後述する加圧空気を吸入する吸気口５ｄとが形成されている。

ターボチャージャ７及びラジエータ９もそれぞれ公用品が採用されている。ターボチャージャ７は、エンジン５から生じた排気によって作動され、エンジン５に対し、車外の空気を加圧した加圧空気を供給する。また、ラジエータ９には、その内部に冷却液を流入させる流入口９ａと、冷却液を流出させる流出口９ｂとが形成されている。ラジエータ９は、その内部を流通する冷却液と車外の空気との間で熱交換を行う。さらに、ラジエータ９の近傍には、電動ファン９ｃが設けられている。この電動ファン９ｃは、制御装置１１ａと電気的に接続されている。

エンジン５とターボチャージャ７とは配管１３〜１５によって接続されている。また、配管１４と配管１５とには後述する加圧空気ボイラ２３が接続されている。配管１３は内部を排気が流通可能となっており、エンジン５の排気口５ｃとターボチャージャ７とに接続されている。一方、配管１４及び配管１５は内部を加圧空気が流通可能となっている。配管１４はターボチャージャ７と、加圧空気ボイラ２３の第３流入口２３ａとに接続されている。配管１５は加圧空気ボイラ２３の第３流出口２３ｂと、エンジン５の吸気口５ｄとに接続されている。

さらに、ターボチャージャ７には、配管１６、１７の各一端側が接続されている。配管１６の他端側は、図示しないマフラと接続されている。配管１７の他端側は図示しない車両のエアインテークに開口している。配管１６は、ターボチャージャ７を介して配管１３と連通している。同様に、配管１７は、ターボチャージャ７を介して配管１４と連通している。

一方、エンジン５とラジエータ９とは配管１８〜２０によって接続されている。また、配管１８と配管１９とには後述する冷却液ボイラ２１が接続されている。配管１８〜２０は内部を冷却液が流通可能となっている。配管１８は、エンジン５の流出口５ａと冷却液ボイラ２１の第１流入口２１ａとに接続されている。配管１９は冷却液ボイラ２１の第１流出口２１ｂと、ラジエータ９の流入口９ａとに接続されている。配管２０は、ラジエータ９の流出口９ｂと、エンジン５の流入口５ｂとに接続されている。配管２０には、第１電動ポンプＰ１が設けられている。この第１電動ポンプＰ１には公用品が採用されており、制御装置１１ａに電気的に接続されている。なお、第１電動ポンプＰ１は、配管１８又は配管１９に設けられても良い。

ランキンサイクル３ａは、第２電動ポンプＰ２と、冷却液ボイラ２１と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８〜３３とを有している。このランキンサイクル３ａは、第１バイパス路３４及び三方弁３５が一体に組み付けられている。配管２８〜３３及び第１バイパス路３４には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。第２電動ポンプＰ２には第１電動ポンプＰ１と同様の公用品が採用されている。なお、第２電動ポンプＰ２がポンプに相当しており、三方弁３５が第１流量調整弁に相当している。

冷却液ボイラ２１には、第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと、第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄとが形成されている。また、冷却液ボイラ２１内には、両端側でそれぞれ第１流入口２１ａ及び第１流出口２１ｂと連通する第１通路２１ｅと、両端側でそれぞれ第２流入口２１ｃ及び第２流出口２１ｄと連通する第２通路２１ｆとが設けられている。この冷却液ボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の冷却液を熱源として、第２通路２１ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、冷却液の冷却と作動流体の加熱とを行う。このように、冷却液を熱源としていることから、冷却液ボイラ２１は第２ボイラに相当する。

加圧空気ボイラ２３には、第３流入口２３ａ及び第３流出口２３ｂと、第４流入口２３ｃ及び第４流出口２３ｄとが形成されている。また、加圧空気ボイラ２３内には、両端側でそれぞれ第３流入口２３ａ及び第３流出口２３ｂと連通する第３通路２３ｅと、両端側でそれぞれ第４流入口２３ｃ及び第４流出口２３ｄと連通する第４通路２３ｆとが設けられている。この加圧空気ボイラ２３では、第３通路２３ｅ内の加圧空気を熱源として、第４通路２３ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。このように、吸気系流体である加圧空気を熱源としていることから、加圧空気ボイラ２３は第１ボイラに相当する。

膨張機２５には、その内部に作動流体を流入させる流入口２５ａと、作動流体を流出させる流出口２５ｂとが形成されている。膨張機２５では、第２ボイラ２３を経て加熱された作動流体を膨張させることにより回転駆動力を発生させる。この膨張機２５には図示しない公知の発電機が接続されている。発電機は膨張機２５の駆動力によって発電を行い、図示しないバッテリに電力を充電する。

凝縮器２７には、その内部に作動流体を流入させる流入口２７ａと、作動流体を流出させる流出口２７ｂとが形成されている。凝縮器２７は、その内部を流通する作動流体と車外の空気との間で熱交換を行い、膨張機２５での膨張によって減圧された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２７の近傍には電動ファン２７ｃが設けられている。この電動ファン２７ｃは制御装置１１ａに電気的に接続されている。

第１バイパス路３４は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に冷却液ボイラ２１を迂回させる。三方弁３５は、作動流体を冷却液ボイラ２１に全て流入させる場合と、作動流体を第１バイパス路３４に全て流入させる場合とを択一的に切り替え可能な切替弁である。この三方弁３５は制御装置１１ａに電気的に接続されている。

これらの第２電動ポンプＰ２、冷却液ボイラ２１、加圧空気ボイラ２３、膨張機２５、凝縮器２７、第１バイパス路３４及び三方弁３５は、配管２８〜３３によって接続されている。具体的には、凝縮器２７の流出口２７ｂと第２電動ポンプＰ２とが配管２８によって接続されている。第２電動ポンプＰ２と三方弁３５とが配管２９によって接続されている。三方弁３５と冷却液ボイラ２１の第２流入口２１ｃとは配管３０によって接続されている。冷却液ボイラ２１の第２流出口２１ｄと、加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃとは配管３１によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第４流出口２３ｄと、膨張機２５の流入口２５ａとは配管３２によって接続されている。そして、膨張機２５の流出口２５ｂと凝縮器２７の流入口２７ａとは配管３３によって接続されている。また、第１バイパス路３４の一端側は三方弁３５と接続されており、その他端側は配管３１と接続されている。

このランキンサイクル３ａでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、作動流体は、図２及び図３に示すように、第２電動ポンプＰ２から冷却液ボイラ２１又は第１バイパス路３４、加圧空気ボイラ２３及び膨張機２５を経て凝縮器２７に至る順で配管２８〜３３内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ａにおける作動流体の流通方向において、冷却液ボイラ２１及び第１バイパス路３４は、加圧空気ボイラ２３の上流側に位置している。同様に、三方弁３５は第２電動ポンプＰ２の下流側であって、冷却液ボイラ２１及び第１バイパス路３３の上流側に位置している。

図１に示すように、制御装置１１ａは、電動ファン９ｃ、２７ｃの作動制御を行うことで、冷却液又は作動流体が外気に放熱する熱量の調整を行う。また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の作動制御を行う。さらに、制御装置１１ａは、車両のＥＣＵ等（図示略）から受信した信号によって車両のアクセル開度を検知可能に構成されており、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能となっている。また、制御装置１１ａは、エンジン５に対する出力要求に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ａは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これらにより、制御装置１１ａは出力要求検出手段及び第１調整弁制御手段としても機能する。

このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。

図２に示すように、車両が駆動されることにより、駆動系１ではエンジン５が作動する。これにより、排気口５ｃから排出された排気が配管１３、ターボチャージャ７及び配管１６を経てマフラから車外に排出される（同図の一点鎖線矢印参照）。この際、排気に依ってターボチャージャ７が作動される。これにより、車外の空気が配管１７よりターボチャージャ７に吸引され、圧縮される。この空気は加圧空気として、配管１４、加圧空気ボイラ２３の第３通路２３ｅ及び配管１５を経てエンジン５の吸気口５ｄよりエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。

また、制御装置１１ａは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン９ｃ、２７ｃをそれぞれ作動させる。これにより、駆動系１では、エンジン５の冷却を行った冷却液が流出口５ａより流出して、配管１８、冷却液ボイラ２１の第１通路２１ｅ及び配管１９を経てラジエータ９の流入口９ａよりラジエータ９の内部に至る。そして、ラジエータ９の内部の冷却液は、ラジエータ９の周りの空気と熱交換、すなわち、放熱されて冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量を適宜変更して、冷却液を好適に放熱させる。放熱されて冷却された冷却液は流出口９ｂから流出し、配管２０を経てエンジン５の流入口５ｂからエンジン５内に流入してエンジン５の冷却を行う（同図の破線矢印参照。）。

一方、ランキンサイクル３ａでは、制御装置１１ａが三方弁３５の切り替え制御を行う。ここで、エンジン５に対する出力要求が所定値（検知したアクセル開度が所定値（例えば、エンジン５の回転数が１５００ｒｐｍとなるアクセル開度））以下の場合、制御装置１１ａは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値以下であると判断する。この場合、制御装置１１ａは三方弁３５を切り替え制御することにより、配管２９と配管３０とを連通させ、配管２９、３０と第１バイパス路３４とを非連通とさせる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管３０を経て冷却液ボイラ２１の第２流入口２１ｃから第２通路２１ｆに至る。そして、作動流体は冷却液ボイラ２１において冷却液と熱交換される。この際、第１通路２１ｅを流通する冷却液はエンジンの廃熱によって約８０〜９０°Ｃ程度の熱を有しているため、第２通路２１ｆを流通する作動流体は、一定程度の温度に加熱される。一方、第１通路２１ｅを流通する冷却液は、第２通路２１ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でラジエータ９に至ることとなる。

冷却液ボイラ２１において加熱された作動流体は第２流出口２１ｄから流出し、配管３１を経て加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃから第４通路２３ｆに至る。そして、作動流体は加圧空気ボイラ２３において加圧空気と熱交換される。この際、第３通路２３ｅを流通する加圧空気はターボチャージャ７によって圧縮されることにより約１５０°Ｃ程度の熱を有しているため、第３通路２３ｆを流通する作動流体は、より高温に再加熱される。一方、第３通路２３ｅを流通する加圧空気は、第４通路２３ｆを流通する作動流体に対して放熱を行うため、一定程度冷却された状態でエンジン５に至ることとなる。

こうして、冷却液ボイラ２１及び加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第４流出口２３ｄから流出し、配管３２を経て膨張機２５の流入口２５ａから膨張機２５内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際の圧力エネルギーにより、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。

膨張機２５内で減圧された作動流体は流出口２５ｂから流出し、配管３３を経て凝縮器２７の流入口２７ａから凝縮器２７内へ至る。凝縮器２７の作動流体は、凝縮器２７の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１ａは電動ファン２７ｃの作動量を適宜変更して、作動流体を好適に放熱させて液化させる。冷却された作動流体は流出口２７ｂから流出し、配管２８〜３０を経て再び冷却液ボイラ２１に至ることとなる。

一方、エンジン５に対する出力要求が所定値を超えた場合、すなわち、検知したアクセル開度が所定値を超えた場合、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。エンジン５の出力を高めるためにはより多くの加圧空気をエンジン５に供給する必要があり、そのためには加圧空気をより冷却してその密度を高くすることが必要となり、そのためには加圧空気ボイラ２３において加圧空気をより冷却することが求められるからである。そして、エンジン５に対する出力要求に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａが判断した場合、制御装置１１ａは、これに応じた三方弁３５の切り替え制御を行なう。これにより、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、図３に示すように、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２電動ポンプＰ２によって吐出された作動流体は、配管２９を経て第１パイパス路３４に流入する。そして、この第１バイパス路３４の作動流体は、冷却液ボイラ２１を迂回しつつ、配管３１に合流して加圧空気ボイラ２３の第４通路２３ｆに至る。

ここで、第１バイパス路３４を流通した作動流体は、冷却液ボイラ２１における熱交換が行われていない、つまり、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量は図２の状態よりも減少する。これにより、図２の状態よりも低温の状態で加圧空気ボイラ２３に流入することとなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却されることとなる。

加圧空気ボイラ２３によって加熱された作動流体は、第４流出口２３ｄから流出し、図２に示す場合と同様、膨張機２５によって膨張及び減圧された後、凝縮器２７によって放熱されることとなる。なお、図３に示すように、第１バイパス路３４により作動流体を冷却液ボイラ２１に流入させない場合、冷却液ボイラ２１では熱交換が行われなくなる。このため、制御装置１１ａは電動ファン９ｃの作動量をより大きくして、ラジエータ９での冷却液の放熱量を大きくすることが好ましい。

このように、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ａでは、作動流体の循環方向で上流側に位置する冷却液ボイラ２１と、下流側に位置する加圧空気ボイラ２３とを有している。このため、冷却液ボイラ２１で加熱された作動流体を加圧空気ボイラ２３でさらに加熱することができる。

また、この廃熱利用装置は、加圧空気ボイラ２３における熱交換により加圧空気の冷却を行うことが可能となっている。ここで、この廃熱利用装置は、制御装置１１ａ、第１バイパス路３４及び三方弁３５を備えている。このため、この廃熱利用装置では、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも高くなれば、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を減少させることが可能となっている。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を調節することで、ランキンサイクル３ａによるエネルギーの回収量とエンジン５の出力向上とを適宜実現することが可能となっている。

具体的には、エンジン５に対する出力要求が小さく、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を下回っている場合には、図２に示すように、冷却液ボイラ２１おいて作動流体の加熱を行う、つまり、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を最大とすることで、冷却液の冷却を行うとともに、冷却液ボイラ２１から流出する作動流体の温度を高くすることができる。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を高くでき、加圧空気ボイラ２３から流出する作動流体の温度を高くすることができる。このため、膨張機２５内で作動流体が膨張及び減圧される際の圧力エネルギーを大きくすることが可能となっている。これにより、ランキンサイクル３ａによるエネルギーの回収、つまり、発電量を多くすることができる。

一方、エンジン５に対する出力要求が大きく、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えた場合には、図３に示すように、第１バイパス路３４により、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量を最小（ゼロ）とする。これにより、加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度を低下させることができ、加圧空気ボイラ２３では加圧空気を十分に冷却することができる。この場合、エンジン５に対し、より多くの加圧空気を供給することが可能となり、エンジン５が高出力で作動する。これにより、エンジン５に対する出力要求を満たすことが可能となる。

さらに、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３が加圧空気に対するインタークーラとして機能し、この加圧空気ボイラ２３は、冷却液ボイラ２１が存在していても加圧空気に対する冷却能力が不足しない。このため、この廃熱利用装置では、別途専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。

さらに、この廃熱利用装置では、エンジン５に対する出力要求に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ａは正確に判断することが可能となっている。

したがって、実施例１の廃熱利用装置は、高性能であるとともに、車両への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例２）
実施例２の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置を一部変更して構成している。この廃熱利用装置は、図４に示すように、ランキンサイクル３ｂと、第１温度センサ３７ａと、第２バイパス路４１と、第２流量調整弁４３と、制御装置１１ｂとを備えている。この第１温度センサ３７ａが第１温度検出手段に相当している。また、第２バイパス路４１、第２流量調整弁４３及び制御装置１１ｂが吸熱量調節手段に相当している。さらに、この制御手段１１は、実施例１における制御装置１１ａと同様に判断手段として機能する。そして、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１に替えて排気ボイラ２６が設けられている。なお、図４〜６では、ラジエータ９や配管１８〜２０等の図示を省略している。

図４に示すように、駆動系１では、配管１６の他端側が後述する排気ボイラ２６の第５流入口２６ａと接続されている。また、排気ボイラ２６の第５流出口２６ｂには、配管６の一端側が接続されている。この配管６の他端側は図示しないマフラと接続されている。これにより、エンジン５で生じた排気は、配管１３、ターボチャージャ７、配管１６、排気ボイラ２６及び配管６を経てマフラに導かれ、その後、車外に排出されることとなる。

第１温度センサ３７ａは配管１５に設けられている。第１温度センサ３７ａは制御装置１１ｂと電気的に接続されている。この第１温度センサ３７ａは、加圧空気ボイラ２３の第３流出口２３ｂを流出して配管１５を流通する加圧空気の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｂに向けて発信する。なお、第１温度センサ３７ａには公用品が採用されている。

ランキンサイクル３ｂは、排気ボイラ２６と、配管４５〜４８と、第２電動ポンプＰ２と、加圧空気ボイラ２３と、膨張機２５と、凝縮器２７と、配管２８、３３とを有している。このランキンサイクル３ｂは、上記の第２バイパス路４１及び第２流量調整弁４３が一体に組み付けられている。また、配管４５〜４８及び第２バイパス路４１にも、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。

排気ボイラ２６には、第５流入口２６ａ及び第５流出口２６ｂと、第６流入口２６ｃ及び第６流出口２６ｄとが形成されている。また、排気ボイラ２６内には、両端側でそれぞれ第５流入口２６ａ及び第５流出口２６ｂと連通する第５通路２６ｅと、両端側でそれぞれ第６流入口２６ｃ及び第６流出口２６ｄと連通する第６通路２６ｆとが設けられている。排気ボイラ２６は、第５通路２６ｅ内の排気を熱源として第６通路２６ｆ内の作動流体と熱交換を行うことで、作動流体の加熱と、その副次的効果としての排気の冷却とを行う。このように、車外に排出される排気（狭義の排気）を熱源としていることから、排気ボイラ２６は第２ボイラに相当する。

第２バイパス路４１は、その内部に作動流体を流通させることにより、作動流体に排気ボイラ２６を迂回させる。第２流量調整弁４３は、排気液ボイラ２６に流入する作動流体と第２バイパス路４１に流入する作動流体との流量を変更可能である。この第２流量調整弁４３は制御装置１１ｂに電気的に接続されている。

第２電動ポンプＰ２と加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃとは配管４５によって接続されている。加圧空気ボイラ２３の第４流出口２３ｄと第２流量調整弁４３とは配管４６によって接続されている。第２流量調整弁４３と排気ボイラ２６の第６流入口２６ｃとは配管４７によって接続されている。そして、排気ボイラ２６の第６流出口２６ｄと膨張機２５の流入口２５ａとは配管４８によって接続されている。なお、膨張機２５と凝縮器２７との接続及び凝縮器２７と第２電動ポンプＰ２との接続は実施例１と同様である。

このランキンサイクル３ｂでは、第２電動ポンプＰ２を作動させることにより、図５及び図６に示すように、作動流体が第２電動ポンプＰ２から加圧空気ボイラ２３を経た後、排気ボイラ２６又は第２バイパス路４１を流通して、膨張機２５更には凝縮器２７に至る順で配管２８、３３、４５〜４８内を循環する。つまり、ランキンサイクル３ｂにおける作動流体の流通方向において、加圧空気ボイラ２３は第２バイパス路４１及び排気ボイラ２６の上流側に位置している。また、第２バイパス路４１は排気ボイラ２６の上流側に位置している。そして、第２バイパス路４１は、膨張機２５の上流で配管４８に合流する。

制御装置１１ｂは、第１温度センサ３７ａが検出した加圧空気の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｂは、この冷却要求量に基づき、第２流量調整弁４３の流量調整を行う。これにより、この廃熱利用装置では制御装置１１ｂが第２調整弁制御手段として機能する。また、この制御装置１１ｂは、実施例１の制御装置１１ａと同様に、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン２７ｃ等の作動制御を行う。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１の廃熱利用装置と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

このように構成された廃熱利用装置では、車両を駆動させることにより以下のように作動する。

図５に示すように、実施例１の廃熱利用装置と同様、この廃熱利用装置でも、ターボチャージャ７において圧縮された加圧空気が配管１４、加圧空気ボイラ２３及び配管１５を経てエンジン５内へ吸入される（同図の二点鎖線矢印参照）。また、エンジン５から排出された排気は、配管１３、ターボチャージャ７、配管１６を経て排気ボイラ２６内に流入し、第５通路２６ｅ内を流通する（同図の一点鎖線矢印参照）。

また、制御装置１１ｂは、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２及び電動ファン２７ｃ等をそれぞれ作動させる。さらに、制御装置１１ｂは、上記の第１温度センサ３７ａから発信された検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。ここで、第１温度センサ３７ａから発信された検出値が小さい場合には、加圧空気ボイラ２３における熱交換において加圧空気が十分に冷却されているといえる。このため、制御装置１１ｂは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断し、それに応じた第２流量調整弁４３の調整を行う。具体的には、第２流量調整弁４３により配管４６を流通する作動流体を全て配管４７に流通させ、第２バイパス路４１を流通する作動流体の流量をゼロにする。

これにより、ランキンサイクル３ｂでは、加圧空気ボイラ２３を流通した作動流体が配管４６を経て排気ボイラ２６の第６流入口２６ｃから第６通路２６ｆに至ることとなる。そして、作動流体は排気ボイラ２６において排気と熱交換される。これにより第５通路２６ｅ内の排気は一定程度冷却されつつ、第５流出口２６ｂから流出し、配管６を流通して、マフラを経て車外に排出される。

この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３ｃでは、作動流体の循環方向で上流側に位置する加圧空気ボイラ２３と、下流側に位置する排気ボイラ２６とを有していることから、加圧空気ボイラ２３で加熱された作動流体を排気ボイラ２６において再加熱することが可能となっている。ここで、排気ボイラ２６における熱源である排気は、約５００°Ｃ程度の熱を有し、加圧空気よりも高温であることから、第６通路２６ｆを流通する作動流体は、より高温に再加熱されることとなる。こうして、加圧空気ボイラ２３及び排気ボイラ２６において加熱された作動流体は、実施例１の廃熱利用装置と同様に、膨張機２５内で膨張し、減圧される。この際、膨張機２５に接続された発電機は発電を行う。また、膨張機２５内で減圧された作動流体は、凝縮器２７において周りの空気に放熱を行うことで冷却される。

このように、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３と、排気ボイラ２６とによって作動流体を加熱することが可能であることから、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量が多くなっている。

一方、上記の第１温度センサ３７ａから発信された検出値が大きい場合には、加圧空気に対する冷却要求量が大きい（現状の加圧空気ボイラ２３での熱交換では、加圧空気に対する冷却能力が不足している。）こととなる。そして、上記の検出値に基づき、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｂが判断することにより、制御装置１１ｂは、それに応じた第２流量調整弁４３の制御を行う。具体的には、図６に示すように、配管４６を流通する作動流体の一部を第２バイパス路４１側に流通させることで、配管４７を流通して排気ボイラ２６に流入する作動流体の流量を減少させる。

これにより、同図の実線矢印に示すように、第２パイパス路４１に流入した作動流体は、排気ボイラ２６を迂回しつつ、配管４８に合流する。第２バイパス路４１を流通した作動流体は、排気ボイラ２６において熱交換が行われていない、つまり、排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量は図５の状態よりも減少する。これにより、膨張機２５及び凝縮器２７を経て、再び加圧空気ボイラ２３に流入する作動流体の温度は、上記の図５に示す場合と比較して低くなる。このため、加圧空気ボイラ２３における熱交換では、作動流体は加圧空気からより多くの放熱を受けることとなる。この結果、加圧空気はより冷却され、配管１５を流通する加圧空気の温度は閾値以下となる。なお、排気ボイラ２６に流入する作動流体の流量が減少した場合であっても、加圧空気ボイラ２３における熱交換によって作動流体が好適に加熱されているため、ランキンサイクル３ｂにおいて回収可能な電力の量の低下は抑制されることとなる。

このように、この廃熱利用装置では、排気ボイラ２６が存在していても、実施例１の廃熱利用装置と同様、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却できる（加圧空気に対するインタークーラとして十分に機能する）。このため、この廃熱利用装置においても、別途専用のインタークーラを別途設ける必要がなく、小型化されているとともに、廃熱利用装置の構造が簡素化している。

さらに、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｂは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。

したがって、実施例２の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例３）
実施例３の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図７に示す制御装置１１ｃを備えている。また、この廃熱利用装置は第２温度センサ３７ｂを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｃが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｃは判断手段としても機能する。さらに、第２温度センサ３７ｂが第２温度検出手段に相当している。

第２温度センサ３７ｂは、配管３１に設けられている。第２温度センサ３７ｂは制御装置１１ｃと電気的に接続されている。この第２温度センサ３７ｂは、配管３１を流通する作動流体の温度、すなわち、加圧空気ボイラ２３の第４流入口２３ｃに流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｃに向けて発信する。なお、第２温度センサ３７ｂには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。

制御装置１１ｃは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｃは、第２温度センサ３７ｂが検出した作動流体の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。すなわち、作動流体の温度が所定値よりも高い場合には、加圧空気ボイラ２３での加圧空気の冷却能力が低くなることから、相対的に加圧空気に対する冷却要求量は大きくなる。そして、制御装置１１ｃは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｃも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｃが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｃは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｃは実施例１の廃熱利用装置と同様に三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、加圧空気ボイラ２３に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第２温度センサ３７ｂにおいて検出される検出値が大きくなり、加圧空気に対する冷却要求量が大きくなる。そして、第２温度センサ３７ｂから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｃが判断した場合、制御装置１１ｃはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、加圧空気ボイラ２３に流入する前の作動流体の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｃは実施例１の廃熱利用装置と同様、正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１の廃熱利用装置と同様である。

したがって、実施例３の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例４）
実施例４の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図８に示す制御装置１１ｄを備えている。また、この廃熱利用装置は第３温度センサ３７ｃを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｄが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｄは判断手段としても機能する。さらに、第３温度センサ３７ｃが第３温度検出手段に相当している。

第３温度センサ３７ｃは、配管２８に設けられている。第３温度センサ３７ｃは制御装置１１ｄと電気的に接続されている。この第３温度センサ３７ｃは、配管２８を流通する作動流体の温度、すなわち、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｄに向けて発信する。なお、第３温度センサ３７ｃには第１温度センサ３７ａと同様の公用品が採用されている。

制御装置１１ｄは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｄは、第３温度センサ３７ｃが検出した作動流体の温度に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｄは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｄも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｄが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｄは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｄは実施例１の廃熱利用装置と同様に、実施例１の廃熱利用装置と同様に三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置でも冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度が高くなることで第３温度センサ３７ｃにおいて検出される検出値が大きくなる。この場合、制御装置１１ｄは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。第２電動ポンプＰ２に流入する作動流体の温度が高い場合には、加圧空気ボイラ２３において作動流体が高温に加熱されており、熱源である加圧空気が高温になっていると判断できるためである。そして、第３温度センサ３７ｃから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｄが判断した場合、制御装置１１ｄはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、第２電動ポンプＰ２に流入する前の作動流体の温度に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｄは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１と同様である。

したがって、実施例４の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

（実施例５）
実施例５の廃熱利用装置は、実施例１の廃熱利用装置における制御装置１１ａに替えて、図９に示す制御装置１１ｅを備えている。また、この廃熱利用装置は圧力センサ３７ｄを備えている。この廃熱利用装置では、第１バイパス路３４、三方弁３５及び制御装置１１ｅが吸熱量調節手段に相当している。また、制御装置１１ｅは判断手段としても機能する。さらに、圧力センサ３７ｄが圧力検出手段に相当している。

圧力センサ３７ｄは配管２８に設けられている。圧力センサ３７ｄは制御装置１１ｅと電気的に接続されている。この圧力センサ３７ｄは、配管２８流通する作動流体の圧力、すなわち、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の圧力（凝縮圧力）を検出するとともに、その検出値を制御装置１１ｅに向けて発信する。なお、この圧力センサ３７ｄも公用品が採用されている。

制御装置１１ｅは、電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２の各作動制御を行う。また、制御装置１１ｅは、圧力センサ３７ｄが検出した作動流体の凝縮圧力に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する。そして、制御装置１１ｅは、この冷却要求量に基づき、三方弁３５の切り替え制御を行う。これにより、制御装置１１ｅも第１調整弁制御手段として機能する。この廃熱利用装置における他の構成は実施例１と同様である。

この廃熱利用装置においても、上記の実施例１の廃熱利用装置と同様に、車両の駆動時に制御装置１１ｅが電動ファン９ｃ、２７ｃ、第１、２電動ポンプＰ１、Ｐ２について、それぞれ作動制御を行う。また、この廃熱利用装置では、圧力センサ３７ｄから発信された検出値が小さい場合、制御装置１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が閾値よりも小さいと判断する。この場合、制御装置１１ｅは実施例１の廃熱利用装置と同様に、三方弁３５の切り替え制御し、配管２９を流通する作動流体を全て配管３０に流通させ、第１バイパス路３４を流通する作動流体の流量をゼロにする。これにより、この廃熱利用装置でも冷却液ボイラ２１と加圧空気ボイラ２３とで作動流体を加熱し、作動流体の圧力エネルギーを大きくすることで、ランキンサイクル３ａで回収可能な電力の量を多くすることができる。

一方、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の凝縮圧力が高くなることで、圧力センサ３７ｄにおいて検出される検出値が大きくなる。このように作動流体の凝縮圧力が高くなることで、制御装置１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することとなる。凝縮器２７を経ても配管２８を流通する作動流体の凝縮圧力が高い場合には、加圧空気ボイラ２３において作動流体が高温に加熱されている、つまり、熱源である加圧空気が高温になっていると判断できるためである。そして、圧力センサ３７ｄから発信された検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ｅが判断した場合、制御装置１１ｅはそれに応じて三方弁３５の切り替え制御を行う。具体的には、実施例１の廃熱利用装置と同様に、配管２９と第１バイパス路３４とが連通され、配管２９及び第１バイパス路３４と配管３０とが非連通とされる。この結果、この廃熱利用装置では、冷却液ボイラ２１における作動流体の吸熱量が減少し、加圧空気ボイラ２３において加圧空気がより冷却されることとなる。

また、この廃熱利用装置では、膨張機２５の下流から第２電動ポンプＰ２の上流までの作動流体の凝縮圧力に基づくことで、加圧空気に対する冷却要求量について、制御装置１１ｅは正確に判断することが可能となっている。この廃熱利用装置における他の作用効果は実施例１と同様である。

したがって、実施例５の廃熱利用装置も、高性能であるとともに、車両等への搭載性が高く、かつ製造コストの低廉化を実現可能である。

以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜５に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施例１の廃熱利用装置において、配管１５に第１温度センサ３７ａを設けるとともに、制御装置１１ａはこの第１温度センサ３７ａの検出値を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

また、実施例２〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ｂ〜１１ｅについて、車両のアクセル開度を検知可能であるとともに、このアクセル開度に基づき、エンジン５に対する出力要求を検出可能とし、このエンジン２に対する出力要求に基づいて、制御装置１１ｂ〜１１ｅが加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、車速を検知し、この車速に基づいて、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成しても良い。ここで、車速が一定速度を超えていれば、凝縮器２７において作動流体が好適に放熱されることとなる。これにより、配管２８を流通する作動流体の温度が低下する。換言すれば、配管２８を流通する作動流体の凝縮圧力が低くなる。この場合、加圧空気ボイラ２３において加圧空気を十分に冷却することが可能となる。つまり、現状の加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却能力に不足がなく、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求が小さいと判断することが可能となる。一方、車速が一定速度よりも遅ければ、凝縮器２７における作動流体の冷却能力が低下することから、配管２８を流通する作動流体の温度（凝縮圧力）が高くなる。この場合には、現状の加圧空気ボイラ２３における加圧空気の冷却能力が不足することとなる。この場合、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求が大きいと判断し、冷却液ボイラ２１や排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量を減少させることとなる。

また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、配管１４を流通する加圧空気の温度、すなわち、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度を検出可能な温度検出手段（温度センサ等）を設けるとともに、制御装置１１ａ〜１１ｅは、この加圧空気の温度を基に、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。この場合、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度が高ければ、加圧空気ボイラ２３から流出する加圧空気の温度も高くなる。このため、制御装置１１ａ〜１１ｅは、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと判断することができる。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置における制御装置１１ａ〜１１ｅについて、エンジン５に対する出力要求、第１〜３温度センサ３７ａ〜３７ｃや圧力センサ３７ｄの各検出値、車速、加圧空気ボイラ２３に流入する前の加圧空気の温度等をそれぞれ組み合わせることで、加圧空気に対する冷却要求量を判断する構成としても良い。

また、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、三方弁３５に替えて、第２流量調整弁４３と同様の流量調整弁を採用することもできる。これにより、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、配管２９から冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量と、第１バイパス路３４に流入する作動流体の流量とを変更することが可能となる。この場合、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合には、配管２９を流通する作動流体を全て冷却液ボイラ２１に流入させる（冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量を最大とする）ことができる。一方、加圧空気に対する冷却要求量が大きいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合には、配管２９を流通する作動流体の一部を第１バイパス路３４に流入させる（冷却液ボイラ２１に流入する作動流体の流量を減少させる）ことができる。

さらに、実施例２の廃熱利用装置における制御装置１１ｂは、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと判断した場合であっても、配管４６を流通する作動流体の一部が第２バイパス路４１に流通するように第２流量調整弁４３を制御しても良い。上記のように、実施例１、３〜５の各廃熱利用装置において、第２流量調整弁４３と同様の流量調整弁を採用した場合も同様に、加圧空気に対する冷却要求量が小さいと制御装置１１ａ、１１ｃ〜１１ｅが判断した場合に、配管２９を流通する作動流体の一部を第１バイパス路３４に流通させても良い。

また、実施例２の廃熱利用装置において、第２流量調整弁４３に替えて三方弁３５を採用してしても良い。

さらに、三方弁３５、第２流量調整弁４３に替えて、第１バイパス路３４や第２バイパス路４１をそれぞれ開閉可能な開閉弁を設けても良い。この場合も廃熱利用装置の構成を簡素化することが可能となる。

また、実施例１〜５の廃熱利用装置において、加圧空気に対する冷却要求量が閾値を超えたと制御装置１１ａ〜１１ｅが判断した場合に、熱源として冷却液ボイラ２１に流入する冷却液の流量や排気ボイラ２６に流入する排気の流量を調整することで、冷却液ボイラ２１や排気ボイラ２６における作動流体の吸熱量を減少させる構成としても良い。

さらに、実施例１〜５の廃熱利用装置において、配管３３に公知のレシーバを設けても良い。この場合、レシーバにより作動流体が好適に液化されるため、凝縮器２７を経た作動流体は、第２電動ポンプＰ２によって好適に吐出されることとなる。

本発明は車両等に利用可能である。

１…駆動系
３ａ〜３ｃ…ランキンサイクル
５…エンジン（内燃機関）
７…ターボチャージャ（過給器）
１１ａ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…制御装置（判断手段、吸熱量調節手段、第１調整弁制御手段）
１１ｂ…制御装置（判断手段、吸熱量調節手段、第２調整弁制御手段）
２１…冷却液ボイラ（第２ボイラ）
２３…加圧空気ボイラ（第１ボイラ）
２５…膨張機
２６…排気ボイラ（第２ボイラ）
２７…凝縮器
２８〜３３…配管
３４…第１バイパス路（吸熱量調節手段）
３５…三方弁（第１流量調整弁、吸熱量調節手段）
４１…第２バイパス路（吸熱量調節手段）
４３…第２流量調整弁（吸熱量調節手段）
４５〜４８…配管
Ｐ２…第２電動ポンプ（ポンプ）

Claims (11)

1. 内燃機関と、該内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器とを有する駆動系に用いられ、作動流体を循環させるランキンサイクルを備え、
   該ランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と凝縮器と、該ポンプ、該ボイラ、該膨張機及び該凝縮器の順で作動流体を循環させる配管とを有する廃熱利用装置において、
   前記ボイラは、該加圧空気を熱源として前記作動流体と熱交換を行う第１ボイラと、該加圧空気と異なる熱源により該作動流体と熱交換を行う第２ボイラとを有し、
   該加圧空気に対する冷却要求量を判断する判断手段と、
   該判断手段が判断した該冷却要求量が閾値より高ければ、該第２ボイラにおける該作動流体の吸熱量を減少させる吸熱量調節手段とを備えていることを特徴とする廃熱利用装置。
2. 前記内燃機関に対する出力要求を検出可能な出力要求検出手段を備え、
   前記判断手段は、該出力要求検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
3. 前記第１ボイラから流出する前記加圧空気の温度を検出可能な第１温度検出手段を備え、
   前記判断手段は、該第１温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
4. 前記第１ボイラに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第２温度検出手段を備え、
   前記判断手段は、該第２温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
5. 前記ポンプに流入する前記作動流体の温度を検出可能な第３温度検出手段を備え、
   前記判断手段は、該第３温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１項記載の廃熱利用装置。
6. 前記第１ボイラに流入する前記加圧空気の温度を検出可能な第４温度検出手段を備え、
   前記判断手段は、該第４温度検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１記載の廃熱利用装置。
7. 前記膨張機の下流から前記ポンプの上流までの前記作動流体の圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、
   前記判断手段は、該圧力検出手段が検出した検出値に基づき、前記加圧空気に対する前記冷却要求量を判断する請求項１項記載の廃熱利用装置。
8. 前記ランキンサイクルは、前記第２ボイラが前記第１ボイラよりも上流に配置され、
   前記配管は、前記ポンプ、該第２ボイラ、該第１ボイラ、前記膨張機、前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させる請求項１乃至７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
9. 前記吸熱量調節手段は、前記ポンプの下流で前記配管から分岐し、前記第２ボイラを迂回し、前記第１ボイラの上流で該配管に合流する第１バイパス路と、該第２ボイラに流入する前記作動流体の流量と該第１バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な第１流量調整弁と、該第１流量調整弁を制御する第１調整弁制御手段とを有している請求項８記載の廃熱利用装置。
10. 前記ランキンサイクルは、前記第１ボイラが前記第２ボイラよりも上流に配置され、
    前記配管は、前記ポンプから該第１ボイラ、該第２ボイラ、前記膨張機、前記凝縮器の順で前記作動流体を循環させる請求項１乃至７のいずれか１項記載の廃熱利用装置。
11. 前記吸熱量調節手段は、前記第１ボイラの下流で前記配管から分岐し、前記第２ボイラを迂回し、前記膨張機の上流で該配管に合流する第２バイパス路と、該第２ボイラに流入する前記作動流体の流量と該第２バイパス路に流入する該作動流体の流量とを調整可能な第２流量調整弁と、該第２流量調整弁を制御する第２調整弁制御手段とを有している請求項１０記載の廃熱利用装置。

Images