JP6418801B2 - 車両用廃熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される車両用廃熱回収装置に関し、特に車両のエンジンの廃熱（排熱を含む）を電力として回収する車両用廃熱回収装置に関する。

この種の車両用廃熱回収装置の一例として、特許文献１に記載された熱輸送装置が知られている。この熱輸送装置（車両用廃熱回収装置）は、冷媒循環路に電動式の液ポンプ、蒸気発生器、膨張機、及び放熱器が配設されたランキンサイクルと、前記膨張機の出力によって駆動されて発電してバッテリを充電する発電機と、前記液ポンプの作動を制御する制御装置と、を有する。そして、前記制御装置は、前記液ポンプに流入する冷媒の過冷却度が予め定めた所定過冷却度よりも低い時には、過冷却度を高めるように液ポンプの運転状態を変更するようにしている。

特開２００６−３２９１４９号公報

ところで、上述のような車両用廃熱回収装置を実際に車両に適用し、前記発電機で発電した電力を前記バッテリに供給する（前記バッテリを充電する）ためには、前記発電機の発電した電力を適切に処理する必要がある。例えば、前記発電機と前記バッテリとの間に整流器やレギュレータなどを設けなければならず、装置全体の複雑化やコスト及び開発工数の増加などが懸念される。

そこで、発明者らは、上述のような車両用廃熱回収装置において、装置全体の簡素化などを図るべく、前記発電機として、オルタネータ、特に自動車などで汎用されている車両用オルタネータを用いることを検討している。オルタネータは、交流発電機と整流器とで構成されており、また、車両用オルタネータは、レギュレータ又はこれに相当する機能も有している（内蔵している）からである。この場合、前記車両用オルタネータ及び前記膨張機は、前記車両用オルタネータの回転数−トルク特性線と前記膨張機の出力特性線との交点で動作することになる。

しかし、車両用オルタネータのようなレギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性は、前記バッテリの状態（例えば、バッテリ電圧）に応じて変化する。また、前記ランキンサイクル運転中における前記膨張機の出力は、常に一定ではなく、前記車両のエンジンの運転状態などによって変化する。このため、単にランキンサイクルを運転するだけでは、オルタネータの回転数−トルク特性と、前記膨張機の出力との不適合などが発生してランキンサイクルの適切な運転状態を維持できないおそれがある。

そこで、本発明は、ランキンサイクルとレギュレータ付きのオルタネータとを含み、車両のエンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置において、ランキンサイクルの適切な運転状態を維持することを目的とする。

本発明の一側面によると、車両に搭載されてエンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置は、冷媒循環路に、冷媒を循環させる冷媒ポンプ、前記エンジンの廃熱によって前記冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、この蒸発器を経由した前記冷媒の膨張によって出力を発生する膨張機、及びこの膨張機を経由した前記冷媒を凝縮させる凝縮器が配設されて構成されたランキンサイクルと、前記膨張機の出力によって駆動されて発電し、発電した電力で前記車両の車載バッテリを充電するレギュレータ内蔵オルタネータと、前記エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び前記車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいて前記ランキンサイクルの運転状態を制御する制御ユニットと、を含む。前記制御ユニットは、前記車載バッテリの各状態において、前記オルタネータを駆動するための負荷トルクが最大となる最大負荷回転数よりも低い回転数で前記膨張機が動作するように、前記ランキンサイクルの運転状態を制御し、及び／又は、前記膨張機の出力が前記バッテリ状態情報に応じて設定される出力上限値を超えない範囲内で前記ランキンサイクルを運転させる。

前記車両用廃熱回収装置において、制御ユニットは、エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいてランキンサイクルの運転状態を制御する。このため、ランキンサイクルの運転中に、レギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性と、前記膨張機の出力との不適合の発生等を抑制することができ、ランキンサイクルの適切な運転状態を維持できる。

本発明の一実施形態による車両用廃熱回収装置の概略構成を示す図である。 前記車両用廃熱回収装置を構成するレギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性の一例を示す図である。 前記車両用廃熱回収装置を構成するランキンサイクルの膨張機の出力特性の一例を示す図である。 前記オルタネータの回転数−トルク特性（図２（ｂ））と、膨張機の出力特性（図３）とを重ねて表示した図である。 前記車両用廃熱回収装置の制御ユニットが実行するエンジンの廃熱量Ｑｗの演算処理を示すフローチャートである。 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの起動判定処理を示すフローチャートである。 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの起動制御を示すフローチャートである。 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの運転状態の制御を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用廃熱回収装置１の概略構成を示している。この車両用廃熱回収装置１は、車両に搭載されて当該車両のエンジン１０の廃熱を電力として回収する。車両廃熱回収装置１は、図１に示すように、ランキンサイクル２と、オルタネータ（発電機）３と、制御ユニット４と、を含む。

エンジン１０は、水冷式エンジンであり、図示省略の冷却水ポンプにより冷却水流路１１を循環するエンジン冷却水によって冷却される。本実施形態において、前記冷却水ポンプは、エンジン１０によって駆動される機械式のポンプである。また、冷却水流路１１には、後述するランキンサイクル２の蒸発器２３が配置されており、エンジン１０から熱を吸収した前記エンジン冷却水が蒸発器２３内を流通するようになっている。

ランキンサイクル２は、エンジン１０の廃熱を回収して動力に変換する。ランキンサイクル２は、冷媒が循環する冷媒循環路２１を有しており、この冷媒循環路２１に、冷媒ポンプ２２、蒸発器（加熱器）２３、膨張機２４、及び凝縮器２５がこの順に配設されている。また、ランキンサイクル２は、膨張機２４を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス路２６と、バイパス路２６を開閉するバイパス弁２７と、凝縮器２５に送風する送風ファン２８とを有している。

冷媒ポンプ２２は、電動式のポンプであり、例えば前記車両の車載バッテリ１３からの電力によって作動して、冷媒循環路２１内で冷媒を循環させる。蒸発器２３は、エンジン１０から熱を吸収した前記エンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行わせることによって前記冷媒を加熱して過熱蒸気冷媒とする熱交換器である。なお、図示省略するが、前記エンジン冷却水に代えてエンジン１０の排気と前記冷媒との間で熱交換を行わせるように蒸発器２３を構成してもよい。

膨張機２４は、例えばスクロール膨張機であり、蒸発器２３を経由した前記冷媒（すなわち、過熱蒸気冷媒）の膨張によって出力を発生する流体機械である。凝縮器２５は、膨張機２４を経由した冷媒と外気との間で熱交換を行わせることによって前記冷媒を冷却して凝縮（液化）させる熱交換器である。

オルタネータ３は、膨張機２４の出力軸に接続されており、膨張機２４の出力によって駆動されて発電する。オルタネータ３は、例えば整流器を備えた三相交流発電機であり、交流電流として発電した電力を直流電流に変換して車載バッテリ１３に供給し、車載バッテリ１３を充電する。また、オルタネータ３は、レギュレータを内蔵しており、回転数によらず出力電圧がほぼ一定となるように制御される。本実施形態では、オルタネータ３として、自動車などで汎用されている車両用オルタネータを用いる。但し、これに限るものではなく、同様の機能を有するもの（すなわち、レギュレータ付きのオルタネータ）であればよい。

車載バッテリ１３は、膨張機２４によって駆動されて発電するオルタネータ３（ランキン側オルタネータ）の他にも、エンジン１０によって駆動されて発電するエンジン側オルタネータ１５と電気的に接続されている。すなわち、車載バッテリ１３には、オルタネータ（ランキン側オルタネータ）３の発電電力と、エンジン側オルタネータ１５の発電電力とがそれぞれ供給されるようになっている。また、車載バッテリ１３は、前記車両に搭載された各種の電気負荷１７にも接続されている。各種の電気負荷１７は、オルタネータ３，１５の発電電力又は車載バッテリ１３から供給される電力によって作動するように構成されている。本実施形態において、オルタネータ３（ランキン側オルタネータ）とエンジン側オルタネータ１５とは基本的に同様の構成及び機能を有している。

制御ユニット４には、各種センサの検出信号が入力され、制御ユニット４は、入力された各種センサの検出信号に基づいてランキンサイクル２の運転状態などを制御する。ここで、前記各種センサには、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨを検出する第１圧力センサ５１、ランキンサイクル２の低圧側圧力ＰＬを検出する第２圧力センサ５２、エンジン１０の回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出するエンジン回転センサ５３、蒸発器２３に流入する前記エンジン冷却水の温度（冷却水温度）Ｔｗを検出する水温センサ５４、車載バッテリ１３の電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを検出する電圧センサ５５、外気温Ｔａを検出する外気温センサ５６などが含まれる。

ところで、既述したように、オルタネータ３（レギュレータ付きのオルタネータ）の回転数−トルク特性は、車載バッテリ１３の状態（例えば、バッテリ電圧Ｖｂ）に応じて変化する。また、ランキンサイクル２の運転中における膨張機２４の出力は、常に一定ではなく、エンジン１の運転状態などによって変化する。このため、単にランキンサイクル２を運転するだけでは、オルタネータ３の回転数−トルク特性と、膨張機２４の出力との不適合などが生じて、ランキンサイクル２の適切な運転状態を維持できないおそれがある。この点について図２〜図４を参照して説明する。

図２は、オルタネータ３の回転数−トルク特性の一例を示す図である。図２（ａ）は、バッテリ電圧Ｖｂが低い場合の回転数−トルク特性を示し、図２（ｂ）は、バッテリ電圧Ｖｂが中程度の場合を回転数−トルク特性を示し、図２（ｃ）は、バッテリ電圧Ｖｂが高い場合の回転数−トルク特性を示している。

図２に示すように、オルタネータ３を駆動するために必要なトルク（以下「オルタネータ３の負荷トルク」という）は、発電が可能な最低回転数から所定回転数までは回転数の上昇に伴って上昇し、前記所定回転数を超えると回転数の上昇に伴って減少する。すなわち、オルタネータ３の負荷トルクは、回転数に対し、前記所定回転数までは右上がり直線で示され、前記所定回転数以降は右下がり曲線で示される。また、前記所定回転数及び前記所定回転数でのオルタネータ３の負荷トルクは、バッテリ電圧Ｖｂに応じて変化する。具体的には、前記所定回転数及び前記所定回転数でのオルタネータ３の負荷トルクは、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど低くなる。なお、以下の説明では、前記所定回転数を「オルタネータ３の最大負荷回転数」といい、前記所定回転数でのオルタネータ３の負荷トルク、すなわち、オルタネータ３の負荷トルクの最大値を「オルタネータ３の最大負荷トルク」という。

図３は、膨張機２４の出力特性の一例を示す図である。
ランキンサイクル２を一定条件（例えば、冷媒ポンプ２２の回転数を一定）で運転した場合であっても、膨張機２４の出力は、エンジン１０の運転状態などによって変動する。例えば、図３に示すように、エンジン１０の廃熱量Ｑｗが変化してランキンサイクル２の熱回収量Ｑｒに変化すると、これに伴って膨張機２４の出力も変化する。具体的には、ランキンサイクル２の熱回収量Ｑｒが多いほど膨張機２４の出力は高くなる。また、膨張機２４の出力は、いわゆる定出力特性となるので、膨張機２４が発生するトルク（駆動トルク）は、回転数の上昇に伴って減少する（回転数に反比例する）。

図４は、バッテリ電圧Ｖｂが中程度の場合のオルタネータ３の回転数−トルク特性（図２（ｂ））と、膨張機２４の出力特性（図３）とを重ねて表示した図である。
オルタネータ３は、膨張機２４によって駆動される。このため、オルタネータ３及び膨張機２４は、オルタネータ３の回転数−トルク特性線と、膨張機２４の出力特性線との交点で動作することになる。したがって、例えば、ランキンサイクル２の運転中に、膨張機２４の出力が「ＷＡ」から「ＷＢ（＜ＷＡ）」に変化すると、オルタネータ３及び膨張機２４の動作点は、図４中のＡ点からＢ点に移動する。この場合、膨張機２４の回転数が「ＮｅｘＡ」から「ＮｅｘＢ」へと大きく変化（減少）する。膨張機２４の回転数が大きく変化すると、膨張機２４前後の圧力差（ランキンサイクル２における高低圧差）が急激に変化してしまい、ランキンサイクル２の運転に支障をきたす。すなわち、ランキンサイクル２の適切な（安定した）運転状態を維持できない。

一方、膨張機２４の出力が「ＷＢ」から「ＷＣ（＜ＷＢ）」に変化した場合には、オルタネータ３及び膨張機２４の動作点は、図４中のＢ点からＣ点に移動する。この場合、膨張機２４の回転数が「ＮｅｘＢ」から「ＮｅｘＣ」に変化（減少）するが、その変化（減少）幅は、膨張機２４の出力が「ＷＡ」から「ＷＢ」に変化した場合に比べて小さい。このため、ランキンサイクル２の運転に支障をきたすおそれはほとんどない。すなわち、ランキンサイクル２の適切な運転状態を維持することができる。

なお、以上のことは、膨張機２４の出力が増加した場合も同様である。また、バッテリ電圧Ｖｂが中程度の場合（図２（ｂ））だけではなく、バッテリ電圧Ｖｂが高い場合（図２（ａ））やバッテリ電圧Ｖｂが低い場合（図２（ｃ））についても同様である。

そこで、本実施形態において、制御ユニット４は、膨張機２４の出力が変化した場合であってもその影響が小さくてすむようにランキンサイクル２の運転状態を制御する。具体的には、制御ユニット４は、膨張機２４の出力が車載バッテリ１３の状態を示すバッテリ電圧Ｖｂに応じて設定される出力上限値を超えない範囲内でランキンサイクル２を運転させる。さらに言えば、制御ユニット４は、膨張機２４の出力特性線が車載バッテリ１３の各状態におけるオルタネータ３の回転数−トルク特性線の右上がり直線部分に交差する状態でランキンサイクル２を運転させる。これにより、ランキンサイクル２の運転中、膨張機２４は、車載バッテリ１３の各状態において、オルタネータ３の最大負荷回転数よりも低い回転数で動作することになる。

以下、制御ユニット４が実行する各種処理について説明する。
図５は、エンジン１０の廃熱量Ｑｗの演算処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン１０の起動と共に開始され、エンジン１０の運転中、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１では、エンジン１０の回転数（エンジン回転数）ＮＥを読込む。
ステップＳ２では、読込まれたエンジン回転数Ｎｅに基づいて前記エンジン冷却水の流量（冷却水流量）ｑを算出する。例えば、制御ユニット４は、エンジン回転数Ｎｅと冷却水流量ｑとが対応付けられた冷却水流量マップ（図示省略）を参照して冷却水流量ｑを算出する。

ステップＳ３では、前記エンジン冷却水の温度（冷却水温度）Ｔｗを読込む。
ステップＳ４では、算出された冷却水流量ｑ及び読込まれた冷却水温度Ｔｗに基づいてエンジン１０の廃熱量Ｑｗを算出する。例えば、制御ユニット４は、冷却水温度Ｔｗ及び冷却水流量ｑと、エンジン１０の廃熱量Ｑｗとが対応付けられた廃熱量マップ（図示省略）を参照してエンジン１０の廃熱量Ｑｗを算出する。

図６は、ランキンサイクル２の起動判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、ランキンサイクル２の停止中、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１では、エンジン１０の廃熱量Ｑｗを読込む。
ステップＳ１２では、読込まれたエンジン１０の廃熱量Ｑｗが廃熱量閾値Ｑｔｈ以上であるか否かを判定する。エンジン１０の廃熱量Ｑｗ≧廃熱量閾値ＱｔｈであればステップＳ１３に進む。一方、エンジン１０の廃熱量Ｑｗ＜廃熱量閾値Ｑｔｈであれば本フローを終了する。この場合、ランキンサイクル２は起動されない。エンジン１０の廃熱量Ｑｗ＜廃熱量閾値Ｑｔｈの場合は、ランキンサイクル２を運転したとしても十分な膨張機２４の出力を得られず、却ってエンジン１０の負荷になるおそれがあるからである。

ステップＳ１３では、バッテリ電圧Ｖｂを読込む。
ステップＳ１４では、読込まれたバッテリ電圧Ｖｂに基づいてオルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。例えば、制御ユニット４は、バッテリ電圧Ｖｂと、オルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数とが対応付けられたオルタネータ特性マップを参照してオルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。

ステップＳ１５では、オルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機２４の出力上限値を算出（設定）する。なお、膨張機２４の出力上限値は、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど小さい値に算出（設定）される。
ステップＳ１６では、算出（設定）された膨張機２４の出力上限値と、あらかじめ記憶された、ランキンサイクル２運転時における膨張機２４の出力最小値とを比較する。膨張機２４の出力上限値≧膨張機２４の出力最小値であればステップＳ１７に進んでランキンサイクル２の起動を許可する。一方、膨張機２４の出力上限値＜膨張機２４の出力最小値であれば本フローを終了する。この場合、ランキンサイクル２は起動されない。膨張機２４の出力変動などによってランキンサイクル２の適切な運転状態を維持できなくなるおそれがあるからである。

図７は、ランキンサイクル２の起動制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、図６のステップＳ１７でランキンサイクル２の起動が許可されると開始される。

ステップＳ２１では、バイパス弁２７を開く。
ステップＳ２２では、冷媒ポンプ２２及び送風ファン２８を作動させる。例えば、制御ユニット４は、冷媒ポンプ２２をあらかじめ設定された所定回転数（例えば、起動時回転数）で作動させ、送風ファン２８を外気温Ｔａに応じて設定される回転数で作動させることができる。

ステップＳ２３では、ランキンサイクル２の高圧側圧力ＰＨ及び低圧側圧力ＰＬを読込む。
ステップＳ２４では、読込まれた高圧側圧力ＰＨ及び低圧側圧力ＰＬに基づいてランキンサイクル２の高低圧差ΔＰ（＝ＰＨ−ＰＬ）を算出する。

ステップＳ２５では、算出された高低圧差ΔＰと起動判定用の圧力閾値Ｐｔｈとを比較する。高低圧差ΔＰ≧圧力閾値ＰｔｈであればステップＳ２６に進み、高低圧差ΔＰ＜圧力閾値ＰｔｈであればステップＳ２７に進む。

ステップＳ２６では、バイパス弁２７を閉じる。これにより、膨張機２４が出力を発生し得る状態となり、ランキンサイクル２の起動が完了する。
ステップＳ２７では、冷媒ポンプ２２を作動させてから所定時間が経過したか否かを判定する。前記所定時間が経過していなければステップＳ２３に戻り、前記所定時間が経過していればステップＳ２８に進んで冷媒ポンプ２２及び送風ファン２８を停止する。この場合、ランキンサイクル２は起動（運転）されない。ランキンサイクル２に異常（故障）が発生しているおそれがあるからである。

図８は、ランキンサイクル２の運転状態の制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、ランキンサイクル２の運転中、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ３１では、エンジン１０が停止したか否かを判定する。エンジン１０が停止していればステップＳ３２に進んでランキンサイクル２の運転を停止する（冷媒ポンプ２２を停止させる）。一方、エンジン１０が停止していなければステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、バッテリ電圧Ｖｂを読込む。
ステップＳ３４では、図６のステップＳ１４と同様、読込まれたバッテリ電圧Ｖｂに基づいてオルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。
ステップＳ３５では、図６のステップＳ１５と同様、オルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機２４の出力上限値を算出（設定）する。

ステップＳ３６では、エンジン１０の廃熱量Ｑｗを読込む。
ステップＳ３７では、読込まれたエンジン１０の廃熱量Ｑｗ及び冷媒ポンプ２２の現在の回転数（ポンプ回転数）Ｎｐに基づいて膨張機２４の現在の出力を算出する。膨張機２４の出力は、ランキンサイクル２の熱回収量Ｑｒに依存し、ランキンサイクル２の熱回収量Ｑｒは、エンジン１０の廃熱量Ｑｗ及びポンプ回転数Ｎｐに依存する。したがって、制御ユニット４は、例えば、エンジン１０の廃熱量Ｑｗ、冷媒ポンプ２２の回転数、及び膨張機２４の出力が対応付けられた膨張機出力マップ（図示省略）を参照して膨張機２４の現在出力を算出する。

ステップＳ３８では、ステップＳ３５で算出（設定）された膨張機２４の出力上限値と、ステップＳ３７で算出された膨張機２４の現在の出力とを比較する。そして、膨張機２４の現在の出力＞膨張機２４の出力上限値であればステップＳ３２に進んでランキンサイクル２の運転を停止する。一方、膨張機２４の現在の出力≦膨張機２４の出力上限値であればステップＳ３９に進む。

ステップＳ３９では、膨張機２４の目標出力（＜出力上限値）を設定する。制御ユニット４は、バッテリ電圧Ｖｂの変動分などを考慮して膨張機２４の目標出力を設定する。例えば、制御ユニット２４は、ステップＳ３３で読込まれたバッテリ電圧Ｖｂから車両走行時におけるバッテリ電圧Ｖｂの変動幅ΔＶｂを引いた値（Ｖｂ−ΔＶｂ）に基づいてオルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求め、この求めたオルタネータ３の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機２４の目標出力を算出する。ここで、車両走行時におけるバッテリ電圧Ｖｂの変動幅ΔＶｂは、前記車両におけるエアコン等の補機類の使用によって生じ得るバッテリ電圧Ｖｂの変動分を含み、前記車両ごとに予め測定されたものである。但し、これに限るものではなく、制御ユニット４は、より簡易に、ステップＳ３５で算出（設定）された膨張機２４の出力上限値の８０〜９０％程度の値を前記目標出力に設定することができる。

ステップＳ４０では、膨張機２４の現在の出力を前記目標出力に近づける。制御ユニット４は、例えば、前記目標出力と膨張機２４の現在の出力との差に応じて冷媒ポンプ２２の回転数（ポンプ回転数Ｎｐ）を制御（増減）することによって、膨張機２４の現在の出力を前記目標出力に近づける。ポンプ回転数Ｎｐを変更すると、ランキンサイクル２の熱回収量Ｑｒひいては膨張機２４の出力が変化するからである。

本実施形態において、エンジン１０の廃熱量Ｑｗ、エンジン回転数Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗなどが本発明の「エンジン状態情報」に相当し、バッテリ電圧Ｖｂが本発明の「バッテリ状態情報」に相当する。

本実施形態によると、制御ユニット４は、エンジン１０の運転状態を示すエンジン状態情報及び車載バッテリ１３の状態を示すバッテリ状態情報に基づいてランキンサイクル２の運転状態を制御する。具体的には、制御ユニット４は、膨張機２４の出力がバッテリ電圧Ｖｂに応じて設定される出力上限値を超えない範囲内でランキンサイクル２を運転させる。このため、ランキンサイクル２の運転中、エンジン１０の運転状態などによって膨張機２４の出力が変動した場合であっても、膨張機２４の出力によってオルタネータ３を確実に駆動しつつ、膨張機２４の回転数の急激な変動を抑制することができる。これにより、ランキンサイクル２の適切な運転状態が維持される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらなる変形や変更が可能であることはもちろんである。以下のいくつか例示しておく。

上述の実施形態において、制御ユニット４は、前記出力上限値よりも小さい膨張機２４の目標出力を設定し、膨張機２４の出力が前記目標出力に近づくように、冷媒ポンプ２２の回転数（ポンプ回転数）Ｎｐを制御している。より具体的には、制御ユニット４は、図８のステップＳ４０において、前記目標出力と膨張機２４の現在の出力との差（出力差）に応じてポンプ回転数Ｎｐを制御（増減）することで、膨張機２４の出力を前記目標出力に近づけるようにしている。しかし、これに限るものではない。制御ユニット４は、ポンプ回転数Ｎｐを制御することに代えて又は加えて、送風ファン２８の回転数（ファン回転数）Ｎｆを制御するようにしてもよい。ファン回転数Ｎｆを変更すると凝縮器２５の凝縮能力が変化して膨張機２４の出力も変化するからである。この場合において、制御ユニット４は、ポンプ回転数Ｎｐと同様に、前記目標出力と膨張機２４の現在の出力との差（出力差）に応じてファン回転数Ｎｆを増減することができる。

また、制御ユニット４は、図８のステップＳ４０において、ポンプ回転数Ｎｐを制御（増減）することに代えて又は加えて、バイパス弁２７の開度を制御してもよい。バイパス弁２７を開くことにより、その開度に応じた量の前記冷媒が膨張機２４を通過しなくなるため、膨張機２４の出力が低下するからである。この場合において、制御ユニット４は、前記目標出力と膨張機２４の現在の出力との差（出力差）に応じてバイパス弁２７の開度を制御することができる。

もちろん、制御ユニット４は、ポンプ回転数Ｎｐの制御、ファン回転数Ｎｆの制御、及びバイパス弁２７の開度の制御を適宜組み合わせて実施することで膨張機２４の出力を前記目標出力に近づけるようにしてもよい。

さらに、上述の実施形態において、制御ユニット４は、図８のステップＳ３８で膨張機２４の現在の出力＞膨張機２４の出力上限値である場合には、ランキンサイクル２の運転を停止させている（ステップＳ３２）。しかし、例えば、膨張機２４の現在の出力−膨張機２４の出力上限値が所定値以下である場合に、膨張機２４の出力低減処理を行うようにしてもよい。この場合、制御ユニット４は、例えば、ポンプ回転数Ｎｐを減少させ、ファン回転数Ｎｆを減少させ、及び／又は、バイパス弁２７の開度を増加させることにより、膨張機２４の現在の出力を前記出力上限値以下とする。

さらにまた、上述の実施形態において、車載バッテリ１３の状態を示す情報としてバッテリ電圧Ｖｂを用いているが、これに代えて、車載バッテリ１３の充電状態を示すＳＯＣ（State of Charge）値を用いてもよい。

１…車両用廃熱回収装置、２…ランキンサイクル、３…オルタネータ、４…制御ユニット、１０…エンジン、１１…冷却水流路、１３…車載バッテリ、１５…エンジン側オルタネータ、１７…電気負荷、２１…冷媒循環路、２２…冷媒ポンプ、２３…蒸発器、２４…膨張機、２５…凝縮器、２６…バイパス路、２７…バイパス弁、２８…送風ファン、５１…第１圧力センサ、５２…第２圧力センサ、５３…エンジン回転センサ、５４…水温センサ、５５…電圧センサ、５６…外気温センサ

Claims (8)

1. 車両に搭載され、エンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置であって、
   冷媒循環路に、冷媒を循環させる冷媒ポンプ、前記エンジンの廃熱によって前記冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、この蒸発器を経由した前記冷媒の膨張によって出力を発生する膨張機、及びこの膨張機を経由した前記冷媒を凝縮させる凝縮器が配設されて構成されたランキンサイクルと、
   前記膨張機の出力によって駆動されて発電し、発電した電力で前記車両の車載バッテリを充電するレギュレータ付きのオルタネータと、
   前記エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び前記車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいて前記ランキンサイクルの運転状態を制御する制御ユニットと、
   を含み、
   前記制御ユニットは、前記車載バッテリの各状態において、前記オルタネータを駆動するための負荷トルクが最大となる最大負荷回転数よりも低い回転数で前記膨張機が動作するように、前記ランキンサイクルの運転状態を制御する、
   車両用廃熱回収装置。
2. 前記制御ユニットは、前記膨張機の出力が前記バッテリ状態情報に応じて設定される出力上限値を超えない範囲内で前記ランキンサイクルを運転させる、請求項１に記載の車両用廃熱回収装置。
3. 車両に搭載され、エンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置であって、
   冷媒循環路に、冷媒を循環させる冷媒ポンプ、前記エンジンの廃熱によって前記冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、この蒸発器を経由した前記冷媒の膨張によって出力を発生する膨張機、及びこの膨張機を経由した前記冷媒を凝縮させる凝縮器が配設されて構成されたランキンサイクルと、
   前記膨張機の出力によって駆動されて発電し、発電した電力で前記車両の車載バッテリを充電するレギュレータ付きのオルタネータと、
   前記エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び前記車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいて前記ランキンサイクルの運転状態を制御する制御ユニットと、
   を含み、
   前記制御ユニットは、前記膨張機の出力が前記バッテリ状態情報に応じて設定される出力上限値を超えない範囲内で前記ランキンサイクルを運転させる、
   車両用廃熱回収装置。
4. 前記出力上限値は、前記車載バッテリのバッテリ電圧が高いほど小さい値に設定される、請求項２又は３に記載の車両用廃熱回収装置。
5. 前記出力上限値は、前記車載バッテリの状態に応じて変化する前記オルタネータの回転数−トルク特性に基づいて設定される、請求項２〜４のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。
6. 前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記冷媒ポンプの回転数を制御する、請求項２〜５のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。
7. 前記ランキンサイクルは、前記凝縮器に送風する送風ファンを備え、
   前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記送風ファンの回転数を制御する、請求項２〜６のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。
8. 前記ランキンサイクルは、
   前記膨張機を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開閉するバイパス弁と、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記バイパス弁の開度を制御する、
   請求項２〜７のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。