WO2013065371A1 - 廃熱回生システム - Google Patents

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WO2013065371A1
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working fluid
boiler
waste heat
expander
temperature
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榎島　史修
井口　雅夫
英文 森
文彦 石黒
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株式会社豊田自動織機
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Publication date
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    • 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
    • F01K23/10—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 with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • 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 waste heat regeneration system, and more particularly to a vehicle waste heat regeneration system using a Rankine cycle.
  • a waste heat regeneration system for vehicles using Rankine cycle that recovers mechanical energy (power) from engine waste heat has been developed.
  • a general Rankine cycle circuit includes a pump that pumps a working fluid, a boiler that heats the working fluid by exchanging heat with engine waste heat, and an expander that expands the heated working fluid to recover mechanical energy. And a condenser that cools and condenses the expanded working fluid, and these are sequentially connected in a ring to form a closed circuit.
  • FIG. 3 of Patent Document 1 there is described a waste heat regeneration system in which a boiler (exhaust gas heat exchanger) 18 is positioned below a condenser 24.
  • a boiler exhaust gas heat exchanger
  • the working fluid is returned to the boiler 18 due to the height difference between the boiler 18 and the condenser 24, and from the boiler 18 side to the condenser 24 side. It is possible to perform steady heat transfer. That is, evaporation of the working fluid (boiler 18), steam movement (movement from the boiler 18 to the condenser 24), condensation (condenser 24), liquid reflux (return from the condenser 24 to the boiler 18 by gravity) in a closed circuit. ), A thermosyphon loop as an example of a so-called heat pipe type is formed. Therefore, the working fluid does not stay in the boiler 18, and the situation where the working fluid and the boiler 18 become high temperature is prevented.
  • the present invention provides a waste heat regeneration system that can sufficiently prevent the temperature rise of the boiler and the working fluid even when the engine is operating and the output of the expander is unnecessary.
  • the purpose is to provide.
  • a waste heat regeneration system uses waste heat of a vehicle engine, and includes a pump that pumps a working fluid, a boiler that heats the working fluid with waste heat, A Rankine cycle circuit composed of an expander that expands the working fluid heated by the boiler and recovers mechanical energy, and a condenser that cools and condenses the expanded working fluid, and adjusts the flow rate of the working fluid that flows into the boiler A flow rate adjusting means, a temperature detecting means provided on the downstream side of the boiler and upstream of the expander, and detecting the temperature of the working fluid at the downstream outlet of the boiler; provided on the downstream side of the boiler and upstream of the expander A bypass channel that connects the first branch point formed to the second branch point provided downstream of the expander and upstream of the condenser, and provided on the bypass channel
  • the on-off valve is opened and the flow rate adjusting means adjusts the flow rate so that the temperature of the working
  • the flow rate adjusting means may adjust the flow rate of the working fluid flowing into the boiler so that the temperature of the working fluid becomes equal to or lower than the first predetermined value and equal to or higher than the second predetermined value. It is assumed that the second predetermined value is a lower temperature than the first predetermined value.
  • an endothermic amount limiting means for limiting the endothermic amount of the working fluid in the boiler can be provided.
  • At least one of the waste heat for heating the working fluid may be the heat of the exhaust gas of the engine.
  • the waste heat regeneration system according to the present invention can sufficiently prevent the temperature rise of the boiler and the working fluid even when the engine is operating and the output of the expander is unnecessary.
  • FIG. 1 A configuration of a waste heat regeneration system 100 according to Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG.
  • the waste heat regeneration system 100 includes a pump 32, a boiler 34, an expander 36, and a condenser 38, which constitute a Rankine cycle circuit 30.
  • a temperature sensor 37 is provided downstream of the boiler 34 and upstream of the expander 36.
  • One end of the bypass flow path 31 is connected to the first branch point 31a downstream of the temperature sensor 37 and upstream of the expander 36, and the other end of the bypass flow path 31 is downstream of the expander 36 and
  • the second branch point 31 b on the upstream side of the capacitor 38 is connected.
  • An on-off valve 33 is provided in the middle of the bypass flow path 31.
  • the pump 32 pumps a refrigerant as a working fluid in the Rankine cycle circuit 30 in the waste heat regeneration system 100.
  • the pump 32 also functions as a flow rate adjusting means for appropriately increasing or decreasing the amount of refrigerant to be pumped. That is, the pump 32 is electrically connected to the controller 50, and the flow rate of the refrigerant to be pumped can be increased or decreased as appropriate by changing the rotation speed in accordance with an instruction from the controller 50.
  • Exhaust gas from the engine 10 is supplied to the boiler 34, and heat is exchanged between the exhaust gas and the refrigerant to heat the refrigerant.
  • the expander 36 expands the refrigerant heated and vaporized in the boiler 34 to generate mechanical energy.
  • the condenser 38 cools and condenses the vaporized refrigerant by exchanging heat with the outside air.
  • the controller 50 is electrically connected to the on-off valve 33, the pump 32, and the temperature sensor 37.
  • the controller 50 acquires information on the operating state of the engine 10 from an engine ECU (not shown), and controls the open / close state of the on-off valve 33 based on the information. Further, based on the refrigerant temperature T detected by the temperature sensor 37, the controller 50 issues an instruction to adjust the refrigerant flow rate pumped by the pump 32.
  • the engine 10 has a drive shaft 42
  • the expander 36 has a drive shaft 43.
  • the belt 41 connects the drive shaft 42 of the engine 10 and the drive shaft 43 of the expander 36, and transmits mechanical energy (expander output) generated by the expander 36 to the drive shaft 42.
  • the exhaust pipe 11 is connected to the engine 10, and the exhaust gas generated from the engine 10 is exhausted to the outside of the vehicle through the exhaust pipe 11.
  • a boiler 34 is provided in the middle of the exhaust pipe 11. In the boiler 34, heat exchange is performed between the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11 and the refrigerant flowing through the Rankine cycle circuit 30. That is, the refrigerant in the Rankine cycle circuit 30 is heated by the waste heat of the exhaust gas.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the controller 50 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the controller 50 determines whether or not the engine is operating based on information from an engine ECU (not shown). If the engine 10 is not operating, this control ends. Note that “when the engine is operating” means when the engine speed is equal to or higher than the engine speed in the idle state.
  • step S2 it is next determined whether or not the expander output is unnecessary in step S2.
  • “when the output of the expander is not required when the engine is operating” means when the engine is operating in an idling state, when the user is not stepping on the accelerator on a downhill or the like.
  • step S3 when the controller 50 determines in step S2 that the expander output is unnecessary based on the operating state information of the engine 10, the on-off valve 33 on the bypass passage 31 is opened, and the bypass passage The refrigerant is caused to flow into 31 (step S3). At this time, since the differential pressure between the refrigerant pressure on the upstream side of the expander 36 and the refrigerant pressure on the downstream side becomes 0, the output of the expander by the expander 36 is not generated.
  • step S6 the on-off valve 33 is kept closed.
  • the controller 50 adjusts the flow rate of the refrigerant pumped by the pump 32 so that the expander 36 can supply the necessary amount of refrigerant to generate the necessary expander output (step S7), and then ends the control.
  • step S3 when the on-off valve 33 is opened, the controller 50 determines the refrigerant temperature T at the outlet of the boiler 34 (step 4). Based on the temperature determined in step S4, the controller 50 instructs the pump 32 to appropriately increase or decrease the refrigerant flow rate pumped by the pump 32 (step S5). That is, when the refrigerant temperature T exceeds the first predetermined temperature T1, an instruction is given to increase the flow rate of the refrigerant pumped by the pump 32, and the refrigerant temperature T is lowered. Conversely, when the refrigerant temperature T falls below the second predetermined temperature T2, an instruction is given to decrease the flow rate of the refrigerant pumped by the pump 32, and the refrigerant temperature T is raised.
  • the controller 50 does not instruct the pump 32 to change the flow rate in order to maintain the refrigerant flow rate pumped by the pump 32 without increasing or decreasing. . Control ends after step S5.
  • the refrigerant continues to flow through the boiler 34 even when the engine 10 of the vehicle is operating and the output of the expander is unnecessary. Can do. As a result, the temperature rise of the boiler 34 is prevented. Further, it is possible to prevent a situation in which the refrigerant staying in the boiler 34 is heated and thermally decomposed, or the circulating oil contained in the refrigerant is carbonized. Further, when the on-off valve 33 of the bypass flow path 31 is opened and the expander 36 is bypassed, the differential pressure between the refrigerant pressure on the upstream side and the refrigerant pressure on the downstream side of the expander 36 becomes zero.
  • the differential pressure between the refrigerant pressure on the upstream side and the refrigerant pressure on the downstream side of the pump 32 becomes small, so the load on the pump 32 is reduced and the power of the pump 32 is reduced. Further, by setting T2 which is the lower limit value of the refrigerant temperature T, it is possible to prevent the refrigerant from being supplied in excess of the necessary amount, and thus the power of the pump 32 is further reduced.
  • FIG. FIG. 3 shows the configuration of a waste heat regeneration system 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the waste heat regeneration system 200 according to the second embodiment is similar to the waste heat regeneration system 100 according to the first embodiment.
  • the exhaust gas bypass passage 12 and the exhaust gas on-off valve 13 are provided in the exhaust pipe 11 of the engine 10 as heat absorption limiting means. Is added.
  • the exhaust gas bypass passage 12 bypasses the boiler 34, and the exhaust gas on-off valve 13 is provided on the exhaust gas bypass passage 12.
  • the exhaust gas on-off valve 13 is electrically connected to the controller 50.
  • the controller 50 controls the opening and closing of the exhaust gas on-off valve 13 at the time of Yes determination (expansion device output unnecessary) in step S2 for determining whether or not the output of the expander 36 in FIG. 2 is necessary.
  • Yes determination expansion device output unnecessary
  • step S3 the operation of the waste heat regeneration system 200 according to the second embodiment.
  • the control of the controller 50 in the operation of the waste heat regeneration system 200 is substantially the same as the control of the controller 50 in the first embodiment, and only the control corresponding to step S3 is different. Therefore, in the waste heat regeneration system 200, the following operation is performed instead of step S3 in the first embodiment.
  • the controller 50 opens the on-off valve 33 in step S3, and simultaneously opens the exhaust gas on-off valve 13 provided on the exhaust gas bypass passage 12. That is, when it is determined that the expander output is unnecessary based on the information on the operating state of the engine 10, the controller 50 opens the exhaust gas on-off valve 13. Exhaust gas is caused to flow into the exhaust gas bypass passage 12 by opening the exhaust gas on-off valve 13. Since a part of the exhaust gas flows into the exhaust gas bypass passage 12, the amount of exhaust gas flowing into the boiler 34 decreases, so the amount of waste heat absorbed by the refrigerant in the boiler 34 also decreases, and the refrigerant temperature T is It becomes difficult to go up. Step 4 and subsequent steps are the same as the control in the first embodiment.
  • the waste heat regeneration system 200 has the exhaust gas bypass passage 12 and the exhaust gas on / off valve 13 as the heat absorption amount limiting means, so that the refrigerant temperature T is hardly increased. be able to. Therefore, the refrigerant flow rate necessary for maintaining the refrigerant temperature T at the first predetermined temperature T1 or less can be reduced, and the power of the pump 32 can be further reduced.
  • the first branch point 31a of the bypass flow path 31 is provided on the downstream side of the temperature sensor 37 and on the upstream side of the expander 36.
  • the first branch point 31a is not limited to this. It may be provided downstream and upstream of the temperature sensor 37.
  • the flow rate adjusting means is not limited to the pump 32, and may be a bypass flow path that bypasses the boiler 34 and the expander 36. That is, the refrigerant flow rate can be adjusted by bypassing a part of the refrigerant flowing into the boiler 34 and the expander 36.
  • the waste heat for heating the working fluid in the boiler 34 is not limited to the heat of the exhaust gas, but may be the waste heat of the intake system of the engine, the waste heat of the engine cooling water, or the like.
  • Waste heat regeneration system 100, 200 Waste heat regeneration system, 10 Engine, 12 Exhaust gas bypass passage (endothermic amount limiting means), 13 Exhaust gas on-off valve (endothermic amount limiting means), 31 Bypass passage, 32 Pump (including flow rate adjusting means) 33, on-off valve, 34 boiler, 36 expander, 37 temperature sensor (temperature detection means), 38 capacitor, T1 first predetermined temperature, T2 second predetermined temperature.

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Abstract

　廃熱回生システムはポンプ、ボイラ、膨張機及びコンデンサから構成されるランキンサイクル回路と、ボイラの下流側出口における作動流体の温度を検出する温度センサと、膨張機をバイパスするバイパス流路と、バイパス流路上に設けられた開閉弁と、コントローラとを備える。コントローラは、エンジンの作動時かつ膨張機出力が不要な時において、開閉弁を開状態にし、かつ、作動流体の温度が第１所定温度以下になるようにポンプに流量を調整させる。

Description

廃熱回生システム
　この発明は、廃熱回生システムに係り、特にランキンサイクルを利用した車両用の廃熱回生システムに関する。
　エンジンの廃熱から機械的エネルギー（動力）を回収するランキンサイクルを利用した車両用の廃熱回生システムが開発されている。一般的なランキンサイクル回路は、作動流体を圧送するポンプと、作動流体をエンジンの廃熱と熱交換させて加熱するボイラと、加熱された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、膨張後の作動流体を冷却凝縮させるコンデンサとから構成され、これらが順次環状に接続されて閉回路を形成している。
　通常、車両に搭載される廃熱回生システムでは、車のアイドリング時等、膨張機出力が不要の場合にポンプの駆動を停止して、ランキンサイクルの作動を停止する。しかし、ランキンサイクルの作動を停止すると、作動流体がランキンサイクル回路を循環しなくなるのでボイラに滞留し、作動流体の温度がエンジンからの廃熱により極度に上昇してしまう。そのため、作動流体が熱分解したり、作動流体に含まれる循環オイルが炭化したりして、廃熱回生システムのエネルギー回収率が低下してしまう。また、廃熱が出続けている状態でランキンサイクルを停止するとボイラ自体も高温となるため、ボイラの耐熱性を高める必要もある。
　特許文献１の図３を参照すると、ボイラ（排気ガス熱交換器）１８を凝縮器２４よりも下側に位置づける廃熱回生システムが記載されている。これにより、ポンプ２８の駆動を停止してランキンサイクルを停止した場合であってもボイラ１８と凝縮器２４との高低差により作動流体をボイラ１８に還流させ、ボイラ１８側から凝縮器２４側への定常的な熱移動を行うことができるようにしている。すなわち、閉回路内に作動流体の蒸発（ボイラ１８）、蒸気移動（ボイラ１８から凝縮器２４への移動）、凝縮（凝縮器２４）、液還流（重力によって凝縮器２４からボイラ１８への還流）のサイクルからなる、いわゆるヒートパイプの形式の一例としてのサーモサイフォンループを形成する。そのため、ボイラ１８に作動流体が滞留せず、作動流体及びボイラ１８が高温になる事態が防止される。
特開２００９－２８７４３３号公報
　しかしながら、重力によって還流される冷媒の量は限られているため、特許文献１に記載の廃熱回生システムのヒートパイプでは、ボイラ及びボイラにおける作動流体の温度上昇を抑制するために必要な冷媒循環量が不足してしまう。
　この発明はこのような問題を解決するため、エンジンの作動時かつ膨張機の出力が不要な時であっても、ボイラ及び作動流体の温度上昇を十分に防止することができる廃熱回生システムを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、この発明に係る廃熱回生システムは、車両のエンジンの廃熱を利用するものであって、作動流体を圧送するポンプ、廃熱によって作動流体を加熱するボイラ、ボイラによって加熱された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、および膨張後の作動流体を冷却凝縮させるコンデンサから構成されるランキンサイクル回路と、ボイラへ流入する作動流体の流量を調整する流量調整手段と、ボイラの下流側かつ膨張機の上流側に設けられ、ボイラの下流側出口における作動流体の温度を検出する温度検出手段と、ボイラの下流側かつ膨張機の上流側に設けられた第１分岐点と、膨張機の下流側かつコンデンサの上流側に設けられた第２分岐点とを接続するバイパス流路と、バイパス流路上に設けられた開閉弁と、エンジンの作動時かつ膨張機の出力が不要な時において、開閉弁を開状態にし、かつ作動流体の温度が第１所定温度以下になるように流量調整手段に流量を調整させる制御手段とを備える。従って、膨張機の出力不要時であっても、ポンプは作動流体の流量を調整しながら、作動流体をランキンサイクル回路に循環させ続けることができる。
　また、流量調整手段は、作動流体の温度が第１所定値以下かつ第２所定値以上となるように、ボイラへ流入する作動流体の流量を調整してもよい。なお、第２所定値は第１所定値よりも低温の値であるとする。
　さらに、ボイラにおける作動流体の吸熱量を制限する吸熱量制限手段を備えることもできる。
　またさらに、作動流体を加熱する廃熱の少なくとも一つはエンジンの排気ガスの熱であってもよい。
　この発明による廃熱回生システムによれば、エンジンの作動時かつ膨張機の出力が不要な時であっても、ボイラ及び作動流体の温度上昇を十分に防止することができる。
この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。 図１のランキンサイクル回路の制御を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システムの構成を示す図である。
　以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
　この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システム１００の構成を図１に示す。
　廃熱回生システム１００は、ポンプ３２と、ボイラ３４と、膨張機３６と、コンデンサ３８とを有し、これらはランキンサイクル回路３０を構成する。ボイラ３４の下流側かつ膨張機３６の上流側には温度センサ３７が設けられている。温度センサ３７の下流側かつ膨張機３６の上流側の第１分岐点３１ａには、バイパス流路３１の一端が接続されており、バイパス流路３１の他端は、膨張機３６の下流側かつコンデンサ３８の上流側の第２分岐点３１ｂに接続されている。バイパス流路３１の途中には開閉弁３３が設けられている。
　ポンプ３２は廃熱回生システム１００におけるランキンサイクル回路３０内の作動流体としての冷媒を圧送する。またポンプ３２は、圧送する冷媒の量を適宜増減させるための流量調整手段としても機能する。すなわち、ポンプ３２はコントローラ５０と電気的に接続されており、コントローラ５０の指示に応じて回転数を変化させることにより圧送する冷媒流量を適宜増減させることができる。ボイラ３４にはエンジン１０からの排気ガスが供給されており、排気ガスと冷媒とを熱交換させて冷媒を加熱する。膨張機３６は、ボイラ３４において加熱されて気化した冷媒を膨張させて機械的エネルギーを発生させる。コンデンサ３８は、気化した状態の冷媒を外気と熱交換させて冷却凝縮させる。
　コントローラ５０は開閉弁３３、ポンプ３２及び温度センサ３７に電気的に接続されている。コントローラ５０は、エンジンＥＣＵ（図示せず）からエンジン１０の作動状態の情報を取得して、その情報に基づいて開閉弁３３の開閉状態を制御する。また、温度センサ３７が検出した冷媒温度Ｔに基づいてコントローラ５０が、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を調整するように指示を出す。
　また、エンジン１０は駆動軸４２を有し、膨張機３６は駆動軸４３を有する。ベルト４１はエンジン１０の駆動軸４２と、膨張機３６の駆動軸４３とを接続し、膨張機３６が発生させた機械的エネルギー（膨張機出力）を駆動軸４２に伝達する。
　エンジン１０には排気管１１が連結され、エンジン１０から発生した排気ガスは排気管１１を通って車外へ排気される。排気管１１の途中にはボイラ３４が設けられる。ボイラ３４において、排気管１１を流通する排気ガスとランキンサイクル回路３０内を流通する冷媒とが熱交換される。即ち、ランキンサイクル回路３０内の冷媒が排気ガスの廃熱によって加熱される。
　この実施の形態１に係る廃熱回生システム１００の動作について、図１及び２を参照して説明する。
　この発明の実施の形態１に係るコントローラ５０のフローチャートを図２に示す。
　まず、ステップＳ１にてコントローラ５０は、エンジンＥＣＵ（図示せず）からの情報に基づいて、エンジンが作動しているか否かについて判定する。エンジン１０が作動していない場合は、この制御は終了する。なお、「エンジンの作動時」とは、エンジン回転数がアイドル状態時の回転数と同程度又はそれ以上の回転数の時をいう。
　エンジン１０が作動している場合は、次にステップＳ２にて膨張機出力が不要か否かについて判定する。なお、ここで「エンジンの作動時において、膨張機出力が不要な時」とは、エンジンがアイドリング状態で稼動している時、下り坂等でユーザーがアクセルを踏んでいない時等である。
　次に、ステップＳ２で、コントローラ５０がエンジン１０の作動状態の情報に基づいて膨張機出力が不要であると判断した場合は、バイパス流路３１上の開閉弁３３を開状態にし、バイパス流路３１へ冷媒を流入させる（ステップＳ３）。この際、膨張機３６の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が０になるため、膨張機３６による膨張機の出力は発生していない状態となる。
　一方、膨張機出力が必要であると判断された場合は、開閉弁３３は閉じた状態を維持される（ステップＳ６）。コントローラ５０は、膨張機３６が必要な膨張機出力を発生させるために必要な量の冷媒を供給できるように、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を調整し（ステップＳ７）、その後制御を終了する。
　ステップＳ３において、開閉弁３３が開状態となった場合は、コントローラ５０がボイラ３４の出口における冷媒温度Ｔを判定する（ステップ４）。コントローラ５０は、ステップＳ４で判定した温度に基づいて、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を適宜増減させるようにポンプ３２に指示する（ステップＳ５）。即ち、冷媒温度Ｔが第１所定温度Ｔ１を超えるときは、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を増加させるように指示し、冷媒温度Ｔを低下させる。逆に、冷媒温度Ｔが第２所定温度Ｔ２を下回るときはポンプ３２が圧送する冷媒流量を減少させるように指示し、冷媒温度Ｔを上昇させる。また、冷媒温度Ｔが第２所定温度Ｔ２以上第１所定温度Ｔ１以下であれば、ポンプ３２が圧送する冷媒流量を増減させずに維持するため、コントローラ５０はポンプ３２に流量変更指示は行わない。
　制御はステップＳ５を経た後、終了する。
　以上説明したように、この実施の形態１に係る廃熱回生システム１００では、車両のエンジン１０の作動時かつ膨張機の出力が不要な時であっても、冷媒をボイラ３４に流通させ続けることができる。その結果、ボイラ３４の温度上昇が防止される。また、ボイラ３４に滞留した冷媒が加熱されて熱分解したり、冷媒に含まれる循環オイルが炭化したりするという事態を防止することができる。また、バイパス流路３１の開閉弁３３が開弁して、膨張機３６をバイパスされることにより、膨張機３６の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が０になる。その結果、ポンプ３２の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との差圧が小さくなるため、ポンプ３２にかかる負荷が減って、ポンプ３２の動力が低減する。また、冷媒温度Ｔの下限値であるＴ２を設定することにより冷媒が必要量を超えて供給されるのを防止することができるため、ポンプ３２の動力がさらに低減する。
実施の形態２．
　この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システム２００の構成を図３に示す。
　実施の形態２係る廃熱回生システム２００は、実施の形態１に係る廃熱回生システム１００において、エンジン１０の排気管１１に、吸熱制限手段として、排気ガスバイパス流路１２及び排気ガス開閉弁１３を追加したものである。排気ガスバイパス流路１２はボイラ３４をバイパスし、排気ガス開閉弁１３は排気ガスバイパス流路１２上に設けられる。排気ガス開閉弁１３はコントローラ５０と電気的に接続する。コントローラ５０は、図２における膨張機３６の出力要否を判断するステップＳ２でのＹｅｓ判定（膨張機出力不要）時に、排気ガス開閉弁１３の開閉を制御する。なお、以降の説明において、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
　図３を参照して、この実施の形態２に係る廃熱回生システム２００の動作について説明する。
　なお、廃熱回生システム２００の動作のうちコントローラ５０の制御は、実施の形態１におけるコントローラ５０の制御とほぼ同じであり、ステップＳ３に該当する制御のみ異なる。従って、廃熱回生システム２００では、第１実施形態におけるステップＳ３の代わりに以下の動作を行う。
　コントローラ５０はステップＳ３で開閉弁３３を開くと同時に、排気ガスバイパス流路１２上に設けられた排気ガス開閉弁１３を開状態にする。即ち、エンジン１０の作動状態の情報に基いて膨張機出力が不要であると判断した場合に、コントローラ５０は排気ガス開閉弁１３を開状態とする。排気ガス開閉弁１３が開状態になることにより排気ガスバイパス流路１２へ排気ガスを流入させる。排気ガスの一部が排気ガスバイパス流路１２に流入することにより、ボイラ３４に流入する排気ガスの量が減るため、ボイラ３４において冷媒が吸収する廃熱の量も減少し、冷媒温度Ｔは上がりにくくなる。なお、ステップ４以降は実施の形態１における制御と同じである。
　以上説明したように、この実施の形態２に係る廃熱回生システム２００では、吸熱量制限手段としての排気ガスバイパス流路１２及び排気ガス開閉弁１３を有することにより、冷媒温度Ｔを上がりにくくすることができる。そのため、冷媒温度Ｔを第１所定温度Ｔ１以下に維持するために必要な冷媒流量を少なくすることができ、ポンプ３２の動力をより低減することができる。
　実施の形態１及び２において、バイパス流路３１の第１分岐点３１ａは温度センサ３７の下流側かつ膨張機３６の上流側に設けられるが、これに限られず第１分岐点３１ａはボイラ３４の下流側かつ温度センサ３７の上流側に設けてもよい。
　また、流量調整手段は、ポンプ３２に限られず、ボイラ３４及び膨張機３６をバイパスするバイパス流路であってもよい。すなわち、ボイラ３４及び膨張機３６に流入する冷媒の一部をバイパスさせることによって、冷媒流量を調整することができる。
　またさらに、ボイラ３４において作動流体を加熱する廃熱は排気ガスの熱に限られず、エンジンの吸気系の廃熱、エンジン冷却水の廃熱等でもよい。
　１００，２００　廃熱回生システム、１０　エンジン、１２　排気ガスバイパス流路（吸熱量制限手段）、１３　排気ガス開閉弁（吸熱量制限手段）、３１　バイパス流路、３２　ポンプ（流量調整手段を含む）、３３　開閉弁、３４　ボイラ、３６　膨張機、３７　温度センサ（温度検出手段）、３８　コンデンサ、Ｔ１　第１所定温度、Ｔ２　第２所定温度。

Claims (4)

  1. 　車両のエンジンの廃熱を利用する廃熱回生システムであって、
    　作動流体を圧送するポンプ、前記廃熱によって前記作動流体を加熱するボイラ、前記ボイラによって加熱された前記作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機、および膨張後の前記作動流体を冷却凝縮させるコンデンサから構成されるランキンサイクル回路と、
    　前記ボイラへ流入する作動流体の流量を調整する流量調整手段と、
    　前記ボイラの下流側かつ前記膨張機の上流側に設けられ、前記ボイラの下流側出口における作動流体の温度を検出する温度検出手段と、
    　前記ボイラの下流側かつ前記膨張機の上流側に設けられた第１分岐点と、前記膨張機の下流側かつ前記コンデンサの上流側に設けられた第２分岐点とを接続するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路上に設けられた開閉弁と、
    　前記エンジンの作動時かつ前記膨張機の出力が不要な時において、前記開閉弁を開状態にし、かつ前記作動流体の温度が第１所定温度以下になるように前記流量調整手段に流量を調整させる制御手段と
    　を備える廃熱回生システム。
  2. 　前記流量調整手段は、前記作動流体の温度が前記第１所定値以下かつ第２所定値以上となるように、前記ボイラへ流入する前記作動流体の流量を調整する請求項１に記載の廃熱回生システム。
  3. 　前記ボイラにおける前記作動流体の吸熱量を制限する吸熱量制限手段を備える請求項１又は２に記載の廃熱回生システム。
  4. 　前記作動流体を加熱する前記廃熱の少なくとも一つは前記エンジンの排気ガスの熱である請求項１～３のいずれか一項に記載の廃熱回生システム。
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