WO2013042398A1 - ランキンサイクル装置 - Google Patents

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WO2013042398A1
WO2013042398A1 PCT/JP2012/061133 JP2012061133W WO2013042398A1 WO 2013042398 A1 WO2013042398 A1 WO 2013042398A1 JP 2012061133 W JP2012061133 W JP 2012061133W WO 2013042398 A1 WO2013042398 A1 WO 2013042398A1
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WO
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working fluid
expander
rankine cycle
bypass
path
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/061133
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
榎島　史修
井口　雅夫
英文 森
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/001—Controlling by flue gas dampers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a Rankine cycle device including a Rankine cycle, and more particularly to a Rankine cycle device mounted on a vehicle.
  • the Rankine cycle consists of a boiler that generates superheated steam by isobaric heating of a liquid phase fluid, an expander that obtains power by adiabatic expansion of the superheated steam, and steam that is expanded in the expander is cooled by isobaric pressure. And a pump for sending the liquefied liquid phase fluid to the boiler.
  • Patent Document 1 describes a Rankine cycle circuit mounted on a vehicle.
  • this Rankine cycle circuit the drive shaft of the pump and the output shaft of the expander are arranged coaxially via an electromagnetic clutch, and the engine power is transmitted to the pump drive shaft via another electromagnetic clutch. It is configured to be.
  • the expander is further connected to a generator via another electromagnetic clutch, and the generator is connected to a battery. Then, depending on the state of the vehicle, the three electromagnetic clutches are engaged or released, and the operations of the pump, the expander, and the generator are controlled, thereby controlling the operation and power generation of the Rankine cycle circuit.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a Rankine cycle device capable of preventing overcharging of a battery with a simple configuration.
  • the Rankine cycle device is a Rankine cycle device mounted on a vehicle, in which a heat exchanger that heats the working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine and a working fluid heated by the heat exchanger are expanded.
  • Rankine cycle having an expander that obtains regenerative energy, a condenser that cools the working fluid discharged from the expander, and a pump that sends the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger, and the regenerative energy obtained by the expander
  • the power generation means for converting the power into power, the power storage means for storing the power converted by the power generation means, the charge rate detection means for detecting the charge rate of the power stored in the power storage means, and the detection value by the charge rate detection means
  • a heat absorption amount control means for controlling the amount of heat absorption from the exhaust heat medium to the working fluid.
  • the Rankine cycle device is a Rankine cycle device mounted on a vehicle, in which a heat exchanger that heats the working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine and a working fluid heated by the heat exchanger are expanded.
  • Rankine cycle having an expander that obtains regenerative energy, a condenser that cools the working fluid discharged from the expander, and a pump that sends the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger, and the regenerative energy obtained by the expander
  • Power generation means for converting the power into the electric power, power storage means for storing the power converted by the power generation means, charge rate detection means for detecting the charge rate of the power stored in the power storage means, and the working fluid flowing into the expander
  • a temperature detection means for detecting temperature; a bypass path for communicating a first path for communicating the pump with the expander; and a second path for communicating the expander with the pump;
  • a bypass flow rate control valve provided in the bypass path and capable of opening and closing the bypass route
  • the amount of regenerative energy obtained by the expander is adjusted by controlling the amount of heat absorbed from the exhaust heat medium to the working fluid based on the value detected by the charge rate detection unit. Since the amount of power supplied to the power storage means is adjusted, overcharging of the power storage means can be prevented with a simple configuration.
  • Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
  • Embodiment 1 FIG.
  • a vehicle including an engine 10 includes a Rankine cycle device 101 having a Rankine cycle 100.
  • the Rankine cycle 100 includes a pump 111, a boiler 113, an expander 114, and a condenser 115, and a coolant that is a working fluid circulates in the Rankine cycle 100.
  • the boiler 113 is a heat exchanger that performs heat exchange between the exhaust gas discharged from the engine 10 and the refrigerant circulating in the Rankine cycle 100.
  • the engine 10 includes an exhaust pipe 30 through which exhaust gas flows, and the exhaust pipe 30 is provided in a main flow path 30a that passes through the boiler 113, a bypass flow path 30b that bypasses the boiler 113, and a bypass flow path 30b.
  • a flow rate control valve 31 for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow path 30b.
  • Only the exhaust gas flowing through the main flow path 30 a exchanges heat with the refrigerant circulating in the Rankine cycle 100 in the boiler 113.
  • the exhaust gas is an exhaust heat medium for causing the refrigerant circulating in the Rankine cycle 100 to absorb the exhaust heat of the engine 10
  • the main flow path 30 a constitutes the exhaust heat medium main flow path
  • the bypass flow path 30 b is exhausted.
  • a heat medium bypass flow path is configured, and the flow rate control valve 31 forms exhaust heat medium flow control means.
  • the main flow path 30a, the bypass flow path 30b, and the flow rate control valve 31 constitute an endothermic amount control means for controlling the endothermic amount from the exhaust gas to the refrigerant.
  • the expander 114 is connected to a motor generator 116 operable as a generator or an electric motor via an expander drive shaft 114a.
  • the motor generator 116 is connected to the pump 111 via a pump drive shaft 111a.
  • the pump drive shaft 111a and the expander drive shaft 114a are coupled so as to be able to transmit each other's rotational drive force within the motor generator 116.
  • motor generator 116 is electrically connected to inverter device 117, and further, inverter device 117 is electrically connected to battery 118.
  • the motor generator 116 constitutes a power generation means
  • the battery 118 constitutes a power storage means.
  • Rankine cycle apparatus 101 has ECU 119 as control means.
  • ECU 119 is electrically connected to battery 118 and can detect the charging rate of battery 118.
  • the ECU 119 constitutes a charging rate detection unit.
  • the ECU 119 is also electrically connected to the flow control valve 31 and controls the opening degree of the flow control valve 31.
  • the ECU 119 has a built-in map of the charging rate of the battery 118 and the opening of the flow control valve 31 so that the opening of the flow control valve 31 can be controlled based on the charging rate of the battery 118.
  • the liquid refrigerant pumped by the pump 111 is heated at an equal pressure by heat exchange with the exhaust gas in the boiler 113 and evaporates to become high-temperature and high-pressure superheated steam and flows out of the boiler 113.
  • the superheated steam refrigerant flowing out of the boiler 113 flows into the expander 114.
  • the refrigerant in the state of high-temperature and high-pressure superheated steam undergoes adiabatic expansion, and the expansion energy of the refrigerant when changing from the high-pressure state to the low-pressure state is converted into rotational energy as regenerative energy.
  • a further rotational driving force is applied to a rotating body (not shown) that is rotationally driven by the motor generator 116, and this rotational driving force is transmitted to the motor generator 116 and the pump driving shaft via the expander driving shaft 114a.
  • the pump 111 is driven by the rotational driving force transmitted from the expander 114 via the expander drive shaft 114a and the pump drive shaft 111a, and the motor generator 116 moves the expander drive shaft 114a from the expander 114. It is driven by the rotational driving force transmitted through it and operates as a generator to generate an alternating current. Then, the alternating current generated by motor generator 116 is converted into direct current by inverter device 117 and then charged to battery 118.
  • the refrigerant that has passed through the expander 114 becomes a high-temperature and low-pressure state and is discharged from the expander 114 and flows into the condenser 115.
  • the refrigerant is cooled by isobaric cooling by exchanging heat with the surrounding air, that is, outside air, and becomes a liquid.
  • the refrigerant that has become liquid is sucked into the pump 111 and pumped again by the pump 111 to circulate through the Rankine cycle 100.
  • ECU 119 continues to detect the charging rate of battery 118.
  • the ECU 119 controls the flow rate control valve 31 to prevent overcharging in which the battery 118 is further charged even after the charging rate reaches 100%. Operate to open.
  • the ECU 19 increases the opening degree of the flow control valve 31 based on the built-in map. Thereby, the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow path 30b is increased. By increasing the flow rate, the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 30a decreases.
  • the ECU 119 controls the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 113 based on the charging rate of the battery 118, and controls the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant in the boiler 113.
  • the amount of regenerative energy that is obtained is adjusted, and as a result, the amount of power supplied to the battery 118 is adjusted, so that overcharging of the battery 118 can be prevented with a simple configuration.
  • Embodiment 2 a Rankine cycle device according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or similar components, and detailed description thereof will be omitted.
  • the Rankine cycle device according to Embodiment 2 of the present invention is obtained by changing a system for suppressing the occurrence of overcharge in battery 118 with respect to Embodiment 1.
  • a path connecting the pump 111 and the boiler 113 is a path 1a
  • a path connecting the boiler 113 and the expander 114 is a path 1b
  • a path connecting the expander 114 and the capacitor 115 is a path 2a
  • a path connecting the capacitor 115 and the pump 111 is a path 2b.
  • the path 1 a and the path 1 b form the first path 1
  • the path 2 a and the path 2 b form the second path 2.
  • the Rankine cycle 100 has a bypass path 3 that connects the first path 1 to the second path 2. One end of the bypass path 3 is connected to the path 1 a of the first path 1, and the other end of the bypass path 3 is connected to the path 2 a of the second path 2.
  • the Rankine cycle 100 includes a bypass flow rate control valve 120 including an electromagnetic valve that can open or close the bypass path 3 and adjust the flow path cross-sectional area of the bypass path 3 in the middle of the bypass path 3. ing.
  • the ECU 119 is electrically connected to the bypass flow control valve 120 and can control the opening and closing operations of the bypass flow control valve 120.
  • the path 1b is provided with a temperature sensor 32 which is a temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the expander 114, and the ECU 119 is also electrically connected to the temperature sensor 32.
  • the ECU 119 has a built-in map of the detected value of the temperature sensor 32 and the opening of the flow control valve 31 so that the ECU 119 can control the opening of the flow control valve 31 based on the detected value by the temperature sensor 32. Yes.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • ECU 119 continues to detect the charging rate of battery 118.
  • the ECU 119 detects the bypass flow rate control valve 120 in order to prevent overcharging in which the battery 118 is further charged even after the charging rate reaches 100%. Operate to release.
  • a part of the refrigerant passes through the bypass path 3 from the path 1a through which the high-pressure refrigerant immediately after being pumped by the pump 111 flows to the path 2a through which the low-pressure refrigerant after being decompressed by the expander 114 flows. Circulate.
  • the amount of refrigerant flowing into the expander 114 decreases.
  • the pressure of the refrigerant in the path 1b is reduced due to the decrease in the refrigerant flow rate, and the differential pressure between the refrigerant inflow side and the outflow side in the expander 114 is reduced.
  • the amount of regenerative energy obtained by the expander 114 as work by expanding the refrigerant flowing into the expander 114 decreases, the amount of electric power supplied to the battery 118 decreases.
  • the regenerative energy of the expander 114 is reduced by increasing the opening of the bypass flow control valve 120 to increase the flow path cross-sectional area of the bypass path 3 and increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path 3. The amount increases.
  • the ECU 119 controls the opening degree of the flow control valve 31 based on the built-in map, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 30a is controlled.
  • the ECU 119 controls the amount of refrigerant flowing into the expander 114 by controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path 3, so that the regenerative energy obtained by the expander 114 is obtained.
  • the amount of electric power supplied to the battery 118 is adjusted, so that overcharging of the battery 118 can be prevented with a simple configuration.
  • the ECU 119 controls the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 113 and controls the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant in the boiler 113, whereby the temperature fluctuation of the refrigerant flowing into the expander 114 can be suppressed. . That is, in the second embodiment, the power generation amount and the refrigerant temperature can be controlled independently.
  • the flow control valve 31 is provided in the bypass flow path 30b, and controls the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 30a by controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow path 30b.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the flow control valve 31 may be provided in the main flow path 30a.
  • the flow rate control valve 31 for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow path 30b is used as the exhaust heat medium flow control means, the present invention is not limited to this.
  • a three-way valve that allows exhaust gas to flow only through either the main flow path 30a or the bypass flow path 30b may be used.
  • the ECU 119 instead of a map of the charging rate of the battery 118 or the detected value of the temperature sensor 32 and the opening degree of the flow control valve 31, the ECU 119 has a charging rate of the battery 118 or a detected value by the temperature sensor 32.
  • the charging rate of the battery 118 or the value detected by the temperature sensor 32 is equal to or higher than this upper limit value, the exhaust gas flows through the bypass passage 30b by switching the three-way valve. The heat absorption from the exhaust gas to the refrigerant is stopped.
  • the value detected by the temperature sensor 32 is transmitted to the ECU 119, and the ECU 119 controls the opening degree of the flow control valve 31 based on the map built in the ECU 119.
  • the present invention is limited to this embodiment. It is not a thing. You may make it control the opening degree of the flow control valve 31 so that the detection value by the temperature sensor 32 may not exceed the preset upper limit value without interposing operation
  • Embodiment 3 FIG. Next, a Rankine cycle device according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
  • the Rankine cycle device according to Embodiment 3 of the present invention is different from Embodiment 1 in the form of the endothermic amount control means for controlling the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant.
  • the exhaust pipe 30 is provided so as to pass through the boiler 113.
  • the high-pressure path 50 from the pump 111 to the expander 114 of the Rankine cycle 100 is provided in the main flow path 40a that passes through the boiler 113, the bypass flow path 40b that bypasses the boiler 113, and the bypass flow path 40b.
  • a flow rate control valve 41 for controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the.
  • the main flow path 40a constitutes a working fluid main flow path
  • the bypass flow path 40b constitutes a working fluid bypass flow path
  • the flow rate control valve 41 constitutes a working fluid flow control means.
  • the main flow path 40a, the bypass flow path 40b, and the flow rate control valve 41 constitute endothermic amount control means for controlling the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant.
  • the ECU 119 is electrically connected to the flow control valve 41, and controls the opening rate of the flow control valve 41 based on the charging rate of the battery 118. And a built-in map about. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the pump 111 When the engine 10 is operated, the pump 111 is operated and the refrigerant circulates through the Rankine cycle 100.
  • the refrigerant having a flow rate corresponding to the opening degree of the flow control valve 41 flows through the main flow path 40a, and the rest flows through the bypass flow path 40b.
  • exhaust gas is discharged from the engine 10 to the exhaust pipe 30, and the exhaust gas flows through the exhaust pipe 30, whereby the exhaust gas flows into the boiler 113.
  • the exhaust gas exchanges heat with the refrigerant flowing through the main flow path 40a.
  • the liquid refrigerant flowing through the flow path 40a is heated by isobaric heat exchange with the exhaust gas in the boiler 113, evaporates, becomes high-temperature high-pressure superheated steam, and flows out of the boiler 113.
  • the superheated steam refrigerant flowing out of the boiler 113 and the liquid refrigerant flowing through the bypass passage 40b are merged and mixed.
  • the liquid refrigerant evaporates due to the heat of the superheated steam refrigerant, and the temperature of the superheated steam refrigerant is lowered by heating the liquid refrigerant. As a result, the superheated steam refrigerant is lower than the temperature of the superheated steam refrigerant immediately after flowing out of the boiler 113.
  • the subsequent operation that is, the operation from when the refrigerant flows into the expander 114 until it is sucked into the pump 111, and the regenerative energy obtained by the expander 114, the motor generator 116 generates power and the battery 118 is charged.
  • the operation is the same as in the first embodiment.
  • ECU 119 continues to detect the charging rate of battery 118. When the charging rate of the battery 118 reaches a predetermined amount (less than 100%) or more, the ECU 119 sets the flow control valve 41 to prevent overcharging in which the battery 118 is further charged even after the charging rate reaches 100%. Operate to open.
  • the ECU 19 increases the opening degree of the flow rate control valve 41 based on the built-in map as the charging rate of the battery 118 increases, thereby increasing the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass flow path 40b. As a result, the flow rate of the refrigerant flowing through the main flow path 40a decreases.
  • the heat exchange efficiency between the exhaust gas and the refrigerant decreases, and the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant decreases, so the amount of regenerative energy obtained by the expander 114 decreases, and the electric power supplied to the battery 118 The amount is also reduced. As a result, overcharging of the battery 118 is prevented.
  • the ECU 119 controls the amount of heat absorbed from the exhaust gas to the refrigerant in the boiler 113 by controlling the flow rate of the refrigerant flowing into the boiler 113. Since the amount of regenerative energy to be obtained is adjusted and, as a result, the amount of power supplied to battery 118 is adjusted, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, as compared with the first and second embodiments, the exhaust heat medium (exhaust gas) is not bypassed, but the refrigerant flowing into the boiler 113 is bypassed. The engine load can be reduced without fluctuations.
  • the opening degree of the flow control valve 41 is controlled based on the charging rate of the battery 118, but is not limited to this form.
  • the temperature sensor which is a temperature detection means which detects the temperature of a refrigerant
  • coolant is provided between the boiler 113 and the expander 114, and the opening degree of the flow control valve 41 is based on the detected value by this temperature sensor. May be controlled.
  • the opening degree of the flow rate control valve 41 is controlled based on the detection value by the temperature sensor until the charging rate exceeds a predetermined amount, and based on the detection value by the temperature sensor when the charging rate exceeds the predetermined amount.
  • the control of the third embodiment is performed prior to the control.
  • Embodiment 4 FIG. Next, a Rankine cycle device according to Embodiment 4 of the present invention will be described.
  • the Rankine cycle device according to Embodiment 4 of the present invention is obtained by changing a system for suppressing the occurrence of overcharge in battery 118 with respect to Embodiment 3.
  • the Rankine cycle 100 has a bypass path 3 that connects the first path 1 to the second path 2.
  • One end of the bypass path 3 is connected to the path 1 a of the first path 1, and the other end of the bypass path 3 is connected to the path 2 a of the second path 2.
  • the Rankine cycle 100 includes a bypass flow rate control valve 120 including an electromagnetic valve that can open or close the bypass path 3 and adjust the flow path cross-sectional area of the bypass path 3 in the middle of the bypass path 3. ing.
  • the ECU 119 is electrically connected to the bypass flow control valve 120 and can control the opening and closing operations of the bypass flow control valve 120.
  • the path 1b is provided with a temperature sensor 32 which is a temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the expander 114, and the ECU 119 is also electrically connected to the temperature sensor 32.
  • the ECU 119 incorporates a map of the detected value of the temperature sensor 32 and the opening of the flow control valve 41 so that the ECU 119 can control the opening of the flow control valve 41 based on the detected value by the temperature sensor 32. Yes.
  • Other configurations are the same as those of the third embodiment.
  • Rankine cycle 100 and the operation in which motor generator 116 generates power and battery 118 is charged are the same as in the third embodiment. Further, the operation for suppressing the occurrence of overcharge in the battery 118 and the operation for suppressing the temperature fluctuation of the refrigerant flowing into the expander 114 are the same as those in the second embodiment. Therefore, the Rankine cycle device according to the fourth embodiment can also obtain the same effects as those of the second embodiment.
  • the flow control valve 41 is provided in the bypass flow path 40b, and controls the flow rate of the refrigerant flowing through the main flow path 40a by controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass flow path 40b.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the flow control valve 41 may be provided in the main flow path 40a.
  • circulates the bypass flow path 40b was used as an exhaust heat medium flow control means, it is not limited to this.
  • a three-way valve that allows the refrigerant to flow through only one of the main flow path 40a and the bypass flow path 40b may be used.
  • the ECU 119 instead of a map of the charging rate of the battery 118 or the detected value of the temperature sensor 32 and the opening of the flow control valve 41, the ECU 119 has a charging rate of the battery 118 or a detected value by the temperature sensor 32.
  • the charging rate of the battery 118 or the value detected by the temperature sensor 32 is equal to or higher than this upper limit value, the refrigerant flows through the bypass passage 40b by switching the three-way valve, Stop heat absorption from the exhaust gas to the refrigerant.
  • the value detected by the temperature sensor 32 is transmitted to the ECU 119, and the ECU 119 controls the opening degree of the flow control valve 41 based on the map built in the ECU 119.
  • the present embodiment is limited to this embodiment. It is not a thing. You may make it control the opening degree of the flow control valve 41 so that the detection value by the temperature sensor 32 may not exceed the preset upper limit value without interposing operation
  • the ECU 19 controls the amount of refrigerant flowing into the expander 114 by the bypass flow rate control valve 120 based on the charging rate of the battery 118, and based on the temperature of the refrigerant flowing into the expander 114,
  • ECU19 controlled the flow volume of the exhaust gas which flows in into the boiler 113 by the flow control valve 31, it is not limited to this form.
  • the ECU 119 controls the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 113 by the flow control valve 31 and based on the temperature of the refrigerant flowing into the expander 114.
  • the ECU 19 may control the amount of refrigerant flowing into the expander 114 by the bypass flow rate control valve 120.
  • the exhaust gas discharged from the engine 10 is used as the exhaust heat medium for absorbing the exhaust heat of the engine 10 to the refrigerant circulating in the Rankine cycle 100.
  • the cooling water that cools the engine 10 may be used as the exhaust heat medium, and heat may be exchanged between the cooling water and the refrigerant in the boiler 113.
  • both exhaust gas and cooling water may be used. In this case, two boilers are provided, a boiler using the exhaust heat medium as exhaust gas and a boiler using the exhaust heat medium as cooling water. Any one of the endothermic amount control means according to the first to fourth embodiments is provided.
  • the heat absorption amount control means adopts a configuration in which exhaust gas or refrigerant is bypassed to the boiler.
  • the present invention is not limited to this.
  • cooling water is added to the exhaust gas introduced into the boiler. It is possible to employ appropriate means such as jetting to forcibly reduce the temperature of the exhaust gas.

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Abstract

　エンジン１０は、排気ガスが流通する排気管３０を有し、排気管３０は、ボイラ１１３を通過する本流路３０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路３０ｂと、バイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１とを有している。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率を検出し、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を制御し、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が制御される。

Description

ランキンサイクル装置
　この発明は、ランキンサイクルを備えたランキンサイクル装置に係り、特に車両に搭載されるランキンサイクル装置に関する。
　車両の内燃機関から排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した技術が開発されている。そして、ランキンサイクルは、液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させるボイラと、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機と、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化するコンデンサと、液化した液相流体をボイラに送り出すポンプとから構成される。
　特許文献１には、車両に搭載されるランキンサイクル回路が記載されている。このランキンサイクル回路では、ポンプの駆動軸と膨張機の出力軸とが電磁クラッチを介して同軸上に配置され、さらに、ポンプの駆動軸には、別の電磁クラッチを介してエンジンの動力が伝達されるように構成されている。また、膨張機は、さらに別の電磁クラッチを介して発電機に接続され、発電機は、バッテリに接続されている。そして、車両の状態に応じて、３つの電磁クラッチが締結又は解放されて、ポンプ、膨張機、発電機のそれぞれの動作が制御され、それにより、ランキンサイクル回路の動作及び発電が制御される。
　車両に搭載されるランキンサイクルにおいて、ポンプ及び膨張機が継続して稼動されて発電機により発電された電力がバッテリへ充電され続けると、バッテリへ充電される電力量が車両で消費される電力量より多い場合には、バッテリは、その充電量を増加させ続け、過度に充電された状態である過充電状態にいたってしまう。特許文献１のランキンサイクル回路では、膨張機と発電機との間の電磁クラッチを解放することによって、発電機の稼働を停止して発電量を調節し、バッテリの過充電を防いでいる。
特開２００９－２７４５１３号公報
　しかしながら、特許文献１のランキンサイクル回路では、電磁クラッチを搭載するためのスペースが必要になり、他の装備品が多数搭載される車両ではスペースの確保が難しいという問題がある。
　この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成でバッテリへの過充電を防止することのできるランキンサイクル装置を提供することを目的とする。
　この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、充電率検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。
　この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、ポンプを膨張機に連通する第一経路と膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、バイパス経路に設けられてバイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、充電率検出手段による検出値に基づいて、バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、温度検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。
　この発明によれば、吸熱量制御手段が充電率検出手段による検出値に基づいて排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御することにより、膨張機が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、蓄電手段へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成で蓄電手段への過充電を防止することができる。
この発明の実施の形態１に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 実施の形態２に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 実施の形態３に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 実施の形態４に係るランキンサイクル装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 実施の形態２に係るランキンサイクル装置及びその周辺の変形例の構成を示す模式図である。
　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
　図１に示されるように、エンジン１０を備える図示しない車両は、ランキンサイクル１００を有するランキンサイクル装置１０１を備えている。ランキンサイクル１００は、ポンプ１１１と、ボイラ１１３と、膨張機１１４と、コンデンサ１１５とによって構成されており、ランキンサイクル１００には、作動流体である冷媒が循環するようになっている。
　ボイラ１１３は、エンジン１０から排出された排気ガスとランキンサイクル１００を循環する冷媒との間の熱交換を行う熱交換器である。エンジン１０は、排気ガスが流通する排気管３０を有し、排気管３０は、ボイラ１１３を通過する本流路３０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路３０ｂと、バイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１とを有している。排気管３０を流通する排気ガスのうち、本流路３０ａを流通する排気ガスのみが、ボイラ１１３において、ランキンサイクル１００を循環する冷媒と熱交換を行う。ここで、排気ガスは、ランキンサイクル１００を循環する冷媒にエンジン１０の排熱を吸熱させるための排熱媒体であり、本流路３０ａは排熱媒体本流路を構成し、バイパス流路３０ｂは排熱媒体バイパス流路を構成し、流量制御弁３１は排熱媒体流制御手段を構成する。また、本流路３０ａとバイパス流路３０ｂと流量制御弁３１とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
　膨張機１１４は、膨張機駆動軸１１４ａを介して、発電機又は電動機として作動可能なモータジェネレータ１１６と連結されている。また、モータジェネレータ１１６は、ポンプ駆動軸１１１ａを介してポンプ１１１と連結されている。ポンプ駆動軸１１１ａと膨張機駆動軸１１４ａとは、モータジェネレータ１１６内で互いの回転駆動力を伝達できるように連結されている。さらに、モータジェネレータ１１６は、インバータ装置１１７と電気的に接続され、さらに、インバータ装置１１７は、バッテリ１１８と電気的に接続されている。ここで、モータジェネレータ１１６は発電手段を構成し、バッテリ１１８は蓄電手段を構成する。
　ランキンサイクル装置１０１は、制御手段であるＥＣＵ１１９を有している。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８と電気的に接続されており、バッテリ１１８の充電率を検知することができる。ここで、ＥＣＵ１１９は、充電率検出手段を構成する。また、ＥＣＵ１１９は、流量制御弁３１とも電気的に接続されており、流量制御弁３１の開度を制御するようになっている。尚、バッテリ１１８の充電率に基づいて流量制御弁３１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率と流量制御弁３１の開度とについてのマップが内蔵されている。
　次に、この発明の実施の形態１に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
　エンジン１０が稼動されると、ポンプ１１１が稼働し、冷媒がランキンサイクル１００を循環する。エンジン１０から排気管３０に排気ガスが排出され、排出された排気ガスのうち、流量制御弁３１の開度に相当する流量の排気ガスが本流路３０ａを流通した後に再び排気管３０に戻り、バイパス流路３０ｂを流通した排気ガスと合流して車両の外部に排出される。そして、本流路３０ａを流通する排気ガスは、ボイラ１１３において、ランキンサイクル１００を流通する冷媒と熱交換を行う。
　ポンプ１１１によって圧送された液体の冷媒は、ボイラ１１３における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ１１３から流出する。ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒は、膨張機１１４に流入する。膨張機１１４では、高温高圧の過熱蒸気の状態である冷媒が断熱膨張し、高圧状態から低圧状態になる際の冷媒の膨張エネルギーが回生エネルギーとして回転エネルギーに変換される。それにより、膨張機１１４では、モータジェネレータ１１６によって回転駆動されている図示しない回転体にさらなる回転駆動力が加えられ、この回転駆動力が膨張機駆動軸１１４ａを介してモータジェネレータ１１６及びポンプ駆動軸１１１ａに伝達する。そして、ポンプ１１１が、膨張機１１４から膨張機駆動軸１１４ａ及びポンプ駆動軸１１１ａを介して伝達される回転駆動力によって駆動されると共に、モータジェネレータ１１６が、膨張機１１４から膨張機駆動軸１１４ａを介して伝達される回転駆動力によって駆動されて発電機として作動し、交流電流を生成する。そして、モータジェネレータ１１６によって生成された交流電流は、インバータ装置１１７で直流電流に変換された後、バッテリ１１８に充電される。
　膨張機１１４を通過した冷媒は、高温低圧状態となって膨張機１１４から排出され、コンデンサ１１５に流入する。コンデンサ１１５では、冷媒は、周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し、液体となる。液体となった冷媒は、ポンプ１１１に吸入され、ポンプ１１１によって再度圧送されて、ランキンサイクル１００を循環する。
　ランキンサイクル装置１０１の稼働中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、流量制御弁３１を開放するように動作させる。ＥＣＵ１９は、バッテリ１１８の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量が大きくなることによって本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が低下する。すると、ボイラ１１３において排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ１１８に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ１１８への過充電が防止される。
　このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ１１８への過充電を防止することができる。
実施の形態２．
　次に、この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
　この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置は、実施の形態１に対して、バッテリ１１８における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
　図２に示されるように、ランキンサイクル１００において、ポンプ１１１とボイラ１１３とを連通する経路を経路１ａとし、ボイラ１１３と膨張機１１４とを連通する経路を経路１ｂとする。また、膨張機１１４とコンデンサ１１５とを連通する経路を経路２ａとし、コンデンサ１１５とポンプ１１１とを連通する経路を経路２ｂとする。ここで、経路１ａ及び経路１ｂは第一経路１を形成し、経路２ａ及び経路２ｂは第二経路２を形成する。
　ランキンサイクル１００は、第一経路１を第二経路２に連通するバイパス経路３を有している。バイパス経路３の一方の端部は、第一経路１の経路１ａと接続され、バイパス経路３の他方の端部は、第二経路２の経路２ａと接続されている。また、ランキンサイクル１００は、バイパス経路３の途中に、バイパス経路３を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路３の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁１２０を有している。ＥＣＵ１１９は、バイパス流量制御弁１２０と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁１２０の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路１ｂには、膨張機１１４に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ３２が設けられており、ＥＣＵ１１９は、温度センサ３２とも電気的に接続されている。ＥＣＵ１１９が温度センサ３２による検出値に基づいて流量制御弁３１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、温度センサ３２の検出値と流量制御弁３１の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
　次に、この発明の実施の形態２に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
　ランキンサイクル１００が稼働することにより、モータジェネレータ１１６が発電し、発電された電力がバッテリ１１８に充電される動作については、実施の形態１と同じである。実施の形態２では、以下の動作により、バッテリ１１８における過充電の発生が抑えられる。
　ランキンサイクル１００の稼動中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、バイパス流量制御弁１２０を開放するように動作させる。このとき、ポンプ１１１によって圧送された直後の高圧の冷媒が流通する経路１ａから、膨張機１１４によって減圧された後の低圧の冷媒が流通する経路２ａに向かって、バイパス経路３を冷媒の一部が流通する。これによって、膨張機１１４に流入する冷媒量が減少する。さらに、冷媒流量の減少によって経路１ｂにおける冷媒の圧力が低下し、膨張機１１４における冷媒の流入側と流出側との差圧が小さくなる。
　従って、膨張機１１４に流入した冷媒を膨張させることによって膨張機１１４が仕事として得る回生エネルギー量が減少するため、バッテリ１１８に供給される電力量が減少する。このとき、バイパス流量制御弁１２０の開度を大きくしてバイパス経路３の流路断面積を大きくし、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を増加させることによって、膨張機１１４の回生エネルギーの減少量は増大する。
　ただし、バイパス経路３を流通する冷媒の流量が増加すると、ボイラ１１３に流入する冷媒の流量が低下するので、ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒の温度が高くなる。過熱蒸気の冷媒の温度があまりにも高くなると、冷媒及びオイルの熱分解が生じるおそれがあり、さらに、経路１ｂ及び２ｂと膨張機１１４の耐熱性を高く設計する必要が生じてしまう。そこで、ＥＣＵ１１９は、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁３１の開度を制御し、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量が制御される。概略的には、温度センサ３２の検出値が高くなれば、流量制御弁３１の開度を大きくして、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を増加させることにより本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を低下させる。すると、ボイラ１１３において、排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、ボイラ１１３から流出する冷媒の温度は低下する。逆に、温度センサ３２の検出値が低くなれば、流量制御弁３１の開度を小さくして、本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を増加させることにより、排ガスから冷媒への吸熱量が増加するので、ボイラ１１３から流出する冷媒の温度は上昇する。これにより、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動が抑えられる。
　このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を制御して膨張機１１４に流入する冷媒量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ１１８への過充電を防止することができる。また、バイパス経路３を流通する冷媒の流量を変更すると、ボイラ１１３へ流入する冷媒量も変更され、膨張機１１４に流入する冷媒の温度が変動するが、温度センサ３２による検出値に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動を抑えることができる。すなわち、実施の形態２では、発電量と冷媒の温度とをそれぞれ独立して制御することができる。
　実施の形態１及び２では、流量制御弁３１はバイパス流路３０ｂに設けられ、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御することにより本流路３０ａを流通する排気ガスの流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁３１を本流路３０ａに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路３０ｂを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁３１を用いたが、これに限定するものではない。本流路３０ａ又はバイパス流路３０ｂのいずれか一方にのみ排気ガスを流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２の検出値と流量制御弁３１の開度とについてのマップの代わりに、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、排気ガスがバイパス流路３０ｂを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
　実施の形態２では、温度センサ３２による検出値がＥＣＵ１１９に伝送されて、ＥＣＵ１１９に内蔵されたマップに基づいて、ＥＣＵ１１９が流量制御弁３１の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ＥＣＵ１１９の動作を介在させないで、温度センサ３２による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁３１の開度を制御するようにしてもよい。
実施の形態３．
　次に、この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置について説明する。
　この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置は、実施の形態１に対して、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段の形態を変更したものである。
　図３に示されるように、排気管３０は、ボイラ１１３を通過するように設けられている。ランキンサイクル１００のポンプ１１１から膨張機１１４までの高圧経路５０は、ボイラ１１３を通過する本流路４０ａと、ボイラ１１３をバイパスするバイパス流路４０ｂと、バイパス流路４０ｂに設けられ、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁４１とを有している。ここで、本流路４０ａは作動流体本流路を構成し、バイパス流路４０ｂは作動流体バイパス流路を構成し、流量制御弁４１は作動流体流制御手段を構成する。また、本流路４０ａとバイパス流路４０ｂと流量制御弁４１とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
　ＥＣＵ１１９は、流量制御弁４１と電気的に接続されており、バッテリ１１８の充電率に基づいて流量制御弁４１の開度を制御するために、バッテリ１１８の充電率と流量制御弁４１の開度とについてのマップを内蔵している。
　その他の構成は、実施の形態１と同じである。
　次に、この発明の実施の形態３に係るランキンサイクル装置１０１の動作を説明する。
　エンジン１０が稼動されると、ポンプ１１１が稼働し、冷媒がランキンサイクル１００を循環する。ポンプ１１１によって圧送された液体の冷媒は、流量制御弁４１の開度に相当する流量の冷媒が本流路４０ａを流通し、残りがバイパス流路４０ｂを流通する。一方、エンジン１０から排気管３０に排気ガスが排出され、排気ガスが排気管３０を流通することにより、排気ガスがボイラ１１３に流入する。ボイラ１１３において、排気ガスと、本流路４０ａを流通する冷媒とが熱交換を行う。
　本流路４０ａを流通する液体の冷媒は、ボイラ１１３における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ１１３から流出する。ボイラ１１３から流出した過熱蒸気の冷媒と、バイパス流路４０ｂを流通した液体の冷媒とが合流して混合される。液体の冷媒は、過熱蒸気の冷媒の熱によって蒸発し、過熱蒸気の冷媒は、液体の冷媒を加熱することにより温度が低下する。この結果、ボイラ１１３から流出した直後の過熱蒸気の冷媒の温度よりは低い過熱蒸気の冷媒となる。この後の動作、すなわち、冷媒が膨張機１１４に流入してからポンプ１１１に吸入されるまでの動作と、膨張機１１４が得た回生エネルギーによってモータジェネレータ１１６が発電を行い、バッテリ１１８に充電される動作とについては、実施の形態１と同じである。
　ランキンサイクル装置１０１の稼働中、ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率の検知を継続して行う。ＥＣＵ１１９は、バッテリ１１８の充電率が所定量（１００％未満）以上となると、充電率が１００％に達した後もさらにバッテリ１１８が充電される過充電を防止するために、流量制御弁４１を開放するように動作させる。ＥＣＵ１９は、バッテリ１１８の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁４１の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量が大きくなることによって本流路４０ａを流通する冷媒の流量が低下する。すると、ボイラ１１３において排気ガスと冷媒との熱交換効率が低下して排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ１１８に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ１１８への過充電が防止される。
　このように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する冷媒の流量を制御して、ボイラ１１３における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機１１４が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ１１８へ供給される電力量が調節されるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態１や実施の形態２と比較して、排熱媒体（排気ガス）をバイパスさせるのではなく、ボイラ１１３に流入する冷媒をバイパスするため、排熱媒体（排気ガス）の圧損変動が発生せず、エンジンの負荷を軽減できる。
　実施の形態３では、バッテリ１１８の充電率に基づいて流量制御弁４１の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。実施の形態２のように、ボイラ１１３と膨張機１１４との間に冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサを設け、この温度センサによる検出値に基づいて流量制御弁４１の開度を制御してもよい。この場合には、充電率が所定量を超えるまでは、温度センサによる検出値に基づいて流量制御弁４１の開度を制御し、充電率が所定量を超えたら、温度センサによる検出値に基づく制御に優先して、実施の形態３の制御を行う。
実施の形態４．
　次に、この発明の実施の形態４に係るランキンサイクル装置について説明する。
　この発明の実施の形態４に係るランキンサイクル装置は、実施の形態３に対して、バッテリ１１８における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
　図４に示されるように、ランキンサイクル１００は、第一経路１を第二経路２に連通するバイパス経路３を有している。バイパス経路３の一方の端部は、第一経路１の経路１ａと接続され、バイパス経路３の他方の端部は、第二経路２の経路２ａと接続されている。また、ランキンサイクル１００は、バイパス経路３の途中に、バイパス経路３を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路３の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁１２０を有している。ＥＣＵ１１９は、バイパス流量制御弁１２０と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁１２０の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路１ｂには、膨張機１１４に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ３２が設けられており、ＥＣＵ１１９は、温度センサ３２とも電気的に接続されている。ＥＣＵ１１９が温度センサ３２による検出値に基づいて流量制御弁４１の開度を制御できるように、ＥＣＵ１１９には、温度センサ３２の検出値と流量制御弁４１の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態３と同じである。
　ランキンサイクル１００の動作と、モータジェネレータ１１６が発電を行い、バッテリ１１８に充電される動作とについては、実施の形態３と同じである。また、バッテリ１１８における過充電の発生を抑える動作と、膨張機１１４に流入する冷媒の温度の変動を抑える動作とについては、実施の形態２と同じである。したがって、実施の形態４に係るランキンサイクル装置も、実施の形態２と同じ効果を得ることができる。
　実施の形態３及び４では、流量制御弁４１はバイパス流路４０ｂに設けられ、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御することにより本流路４０ａを流通する冷媒の流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁４１を本流路４０ａに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路４０ｂを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁４１を用いたが、これに限定するものではない。本流路４０ａ又はバイパス流路４０ｂのいずれか一方にのみ冷媒を流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２の検出値と流量制御弁４１の開度とについてのマップの代わりに、ＥＣＵ１１９には、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ１１８の充電率又は温度センサ３２による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、冷媒がバイパス流路４０ｂを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
　実施の形態４では、温度センサ３２による検出値がＥＣＵ１１９に伝送されて、ＥＣＵ１１９に内蔵されたマップに基づいて、ＥＣＵ１１９が流量制御弁４１の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ＥＣＵ１１９の動作を介在させないで、温度センサ３２による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁４１の開度を制御するようにしてもよい。
　実施の形態２では、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１９が、膨張機１１４に流入する冷媒量をバイパス流量制御弁１２０により制御するとともに、膨張機１１４に流入する冷媒の温度に基づいて、ＥＣＵ１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を流量制御弁３１により制御していたが、この形態に限定するものではない。図５に示されるように、バッテリ１１８の充電率に基づいて、ＥＣＵ１１９が、ボイラ１１３に流入する排気ガスの流量を流量制御弁３１により制御するとともに、膨張機１１４に流入する冷媒の温度に基づいて、ＥＣＵ１９が、膨張機１１４に流入する冷媒量をバイパス流量制御弁１２０により制御してもよい。
　実施の形態１～４では、ランキンサイクル１００を循環する冷媒にエンジン１０の排熱を吸熱させるための排熱媒体として、エンジン１０から排出される排気ガスを用いていたが、これに限定するものではない。エンジン１０を冷却する冷却水を排熱媒体として用い、ボイラ１１３において、冷却水と冷媒とを熱交換するようにしてもよい。また、排気ガスと冷却水とを両方用いてもよく、この場合には、排熱媒体を排気ガスとするボイラ及び排熱媒体を冷却水とするボイラの２つのボイラを設け、それぞれのボイラに、実施の形態１～４に係るいずれかの吸熱量制御手段が設けられる。
　実施の形態１～４では、吸熱量制御手段として、排気ガス又は冷媒をボイラに対してバイパスさせる構成を採用したが、これに限定されず、例えば、ボイラに導入される排気ガスに冷却水を噴射して強制的に排気ガスの温度を下げる等の適宜手段を採用することが可能である。

Claims (5)

  1. 　車両に搭載されるランキンサイクル装置において、
    　車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
    　前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
    　該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
    　該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
    　該充電率検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
    を備えるランキンサイクル装置。
  2. 　前記膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、
    　該温度検出手段による検出値に基づいて、前記熱交換器へ流入する作動流体の流量を制御する作動流体流制御手段と
    を備える、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
  3. 　車両に搭載されるランキンサイクル装置において、
    　車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
    　前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
    　該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
    　該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
    　前記膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、
    　前記ポンプを前記膨張機に連通する第一経路と前記膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、
    　該バイパス経路に設けられて前記バイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、
    　前記充電率検出手段による検出値に基づいて、前記バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、
    　前記温度検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
    を備えるランキンサイクル装置。
  4. 　前記吸熱量制御手段は、
    　前記排熱媒体が前記熱交換器に流入するための排熱媒体本流路と、
    　前記排熱媒体が前記熱交換器をバイパスするための排熱媒体バイパス流路と、
    　前記排熱媒体本流路及び前記排熱媒体バイパス流路における前記排熱媒体の流れを制御する排熱媒体流制御手段と
    を備える、請求項１または３に記載のランキンサイクル装置。
  5. 　前記吸熱量制御手段は、
    　前記作動流体が前記熱交換器に流入するための作動流体本流路と、
    　前記作動流体が前記熱交換器をバイパスするための作動流体バイパス流路と、
    　前記作動流体本流路及び前記作動流体バイパス流路における前記作動流体の流れを制御する作動流体流制御手段と
    を備える、請求項１または３に記載のランキンサイクル装置。
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