JP2013068138A - 廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能な廃熱利用装置を提供する。
【解決手段】実施例の廃熱利用装置は、駆動系１に用いられるランキンサイクル３とモータ３３とを備えている。駆動系１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とを有している。ランキンサイクル３は、第１ポンプＰ１と、第２ポンプＰ２と、ボイラ２１と、膨張機２３と、凝縮器２５とを有しており、これらの間で作動流体が循環する。第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とはモータ３３を挟んで並列に配置されている。第１、２ポンプＰ１、Ｐ２とモータ３３とは、それぞれ駆動軸３５、３７、従動軸３９、４１及びトルクリミッタ４３、４５を介して接続されている。トルクリミッタ４３、４５は、第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２の一方とモータ３３との間でトルクが閾値を超えた場合に、モータ３３から第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２の一方に対する動力の伝達を切断する。
【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、内燃機関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ている。ランキンサイクルは、作動流体を配管に沿って循環させる一つのポンプと、ボイラと、膨張機と、モータジェネレータと、凝縮器とを有している。ボイラでは、内燃機関に対する冷却水と作動流体とが熱交換を行う。また、モータジェネレータは、膨張機が発生させた動力を電力に変換する。

このような廃熱利用装置では、ボイラにおける熱交換により作動流体を加熱し、作動流体を膨張及び減圧させる際の圧力エネルギーで、膨張機に動力を発生させる。そして、モータジェネレータは、この膨張機の動力、すなわち圧力エネルギーを電力に変換して回収する。さらに、この廃熱利用装置では、ボイラにおける熱交換によって冷却水を冷却することで、内燃機関の出力の向上を図ることも可能となっている。

また、このような廃熱利用装置では、ポンプが故障することで、ランキンサイクルが作動流体を循環させることが不可能となる。この場合、ボイラにおいて冷却水を冷却できなくなり、内燃機関の出力が低下する問題がある。このため、上記の廃熱利用装置では、モータジェネレータが膨張機に対して動力（電力）の供給を行うことが可能になっている。

こうして、この廃熱利用装置では、モータジェネレータによって作動された膨張機が作動流体を循環させることが可能となるため、ポンプが故障した場合であっても、冷却水との熱交換を継続させて内燃機関の出力低下を抑制させることが可能である。

特開２０１０-１７４８４８号公報

しかし、上記従来の廃熱利用装置では、ポンプが故障した際に膨張機がポンプとしての機能を果たすため、ランキンサイクルでは作動流体の圧力エネルギーを回収し得ない。このため、上記の廃熱利用装置は性能が不十分である。

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た廃熱利用装置において、
前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させる複数のポンプを有し、
全ての前記ポンプは駆動源と駆動力伝達手段を介して接続され、
該駆動力伝達手段は、該駆動源との間でトルクが閾値を超えた場合に該駆動源からの動力の伝達を切断可能であることを特徴とする（請求項１）。

本発明の廃熱利用装置はランキンサイクルを備えている。このランキンサイクルは、駆動系に用いられ、作動流体を循環させる。これにより、ランキンサイクルでは作動流体を膨張及び減圧させた際の圧力エネルギーを回収することが可能である。特に、このランキンサイクルは、作動流体を配管に沿って循環させる複数のポンプを有している。このため、この廃熱利用装置では、例え一つのポンプが故障等した場合であっても、他のポンプによって作動流体を循環できるため、ランキンサイクルにおいて、継続してエネルギーの回収を行うことが可能である。

また、この廃熱利用装置では、全てのポンプが駆動力伝達手段を介して駆動源と接続されているとともに、この駆動力伝達手段は、駆動源からポンプへ伝達されるトルクが閾値を超えた場合に、動力源からの動力の伝達を切断することが可能となっている。これにより、例えば一つのポンプの性能が低下したり、そのポンプが故障したりした場合には、駆動力伝達手段を介して駆動源からそのポンプへ伝達されるトルクが増大することとなる。このため、この廃熱利用装置では、駆動源からそのポンプへ伝達されるトルクが閾値を超えた場合、そのポンプに対する駆動源からの動力の伝達を切断する。これにより、駆動源の負荷を軽減し、他のポンプに対する動力の伝達を確保する。このため、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を継続して行うことができる。

したがって、本発明の廃熱利用装置は高性能となる。

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、内燃機関は複数であっても良い。

駆動源としては、例えばモータを採用することができる。また、内燃機関を駆動源として採用することもができる。

駆動力伝達手段としては、トルクリミッタや電磁クラッチ等を採用することができる。特に、駆動力伝達手段は、トルクリミッタを有していることが好ましい（請求項２）。この場合、駆動源からポンプへ伝達されるトルクが閾値を超えることでトルクリミッタが作動し、そのポンプに対する駆動源からの動力の伝達が切断される。ここで、トルクリミッタであれば、各ポンプの従動軸と駆動源の駆動軸との間に生じるトルクを自身で検出し、ポンプの従動軸に対する動力の伝達を切断することができることから、廃熱利用装置の構成を簡素化することが可能である。これにより、車両等に対する廃熱利用装置の搭載性が向上する。

また、電磁クラッチを採用する場合、電磁クラッチはポンプの従動軸と駆動源の駆動軸との間に設けられることになる。そして、ポンプの従動軸と駆動源の駆動軸との間に生じるトルクを検出し、そのトルクが上記の閾値を超えれば、電磁クラッチを作動させて、閾値を超えた従動軸と駆動軸との接続を断つことができる。また、配管を循環する作動流体の流体圧力を検出し、この流体圧力を基にポンプの従動軸と駆動源の駆動軸との間に生じるトルクを算出し、そのトルクが上記の閾値を超えているか否かを判断することもできる。

本発明の廃熱利用装置のランキンサイクルに設けられるポンプの数は、二個以上であればその数を問わない。また、各ポンプは、互いに直列に設けられても良く、また、互いに並列に設けられても良い。但し、各ポンプを直列に設けた場合、故障したポンプが作動流体に対する一種の堰のように機能する場合には、各ポンプを直列に設けることは好ましくない。

このため、ポンプは、互いに並列に設けられた第１ポンプ及び第２ポンプであり得る。そして、第１ポンプの下流の配管には第１逆止弁が設けられ、第２ポンプの下流の配管には第２逆止弁が設けられていることが好ましい（請求項３）。

この場合、ランキンサイクルには、第１ポンプと第２ポンプとが互いに並列に設けられるため、例えば、第１ポンプが故障した場合であっても、作動流体は第１ポンプによって堰止められることなく、第２ポンプによって引き続き循環されることとなる。

そして、第１ポンプの下流の配管に設けられた第１逆止弁により、第２ポンプによって吐出された作動流体が第１ポンプの下流から第１ポンプに逆流することが防止される。同様に、第２ポンプの下流の配管に設けられた第２逆止弁により、第１ポンプによって吐出された作動流体が第２ポンプの下流から第２ポンプに逆流することが防止される。これらにより、ランキンサイクルにおいて、作動流体が配管に沿って好適に循環することとなる。このため、ランキンサイクルでは、エネルギーを好適に回収することが可能となる。

また、第１ポンプ及び第２ポンプは、駆動源としてのモータを挟んで対称に配置されていることが好ましい（請求項４）。この場合、ランキンサイクルにおいて、第１ポンプと第２ポンプとを近接させて配置することが可能となる。これにより、モータから第１ポンプ及び第２ポンプにそれぞれ伝達される動力の損失が生じ難くすることが可能となる。また、廃熱利用装置を小型化させることも可能となる。さらに、駆動力伝達手段に上記のようなトルクリミッタを配置することが容易となる。

本発明の廃熱利用装置において、駆動系は、内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器、及び内燃機関で生じた排気の一部を還流排気として内燃機関に還流させる排気還流路の少なくとも一方である熱源を有し得る。そして、ランキンサイクルは、熱源の熱と作動流体との間で熱交換を行うボイラを有していることが好ましい（請求項５）。

加圧空気や還流排気は、いずれも高温であるため、ボイラにおいてこれらと熱交換を行った作動流体は十分に加熱されて高温となる。このため、作動流体を膨張及び減圧させた際の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクルでは、回収可能なエネルギーの量を多くすることが可能となる。また、作動流体との熱交換により加圧空気や還流排気は冷却されることとなる。ここで、加圧空気を冷却すれば、加圧空気の密度を大きくでき、より多くの加圧空気を内燃機関に供給できることになる。これにより、内燃機関の出力を向上させることが可能となる。つまり、加圧空気と熱交換させることにより、ボイラがインタークーラとしても機能する。一方、内燃機関に還流される還流排気を冷却すれば、内燃機関がガソリンエンジンの場合、ポンピングロスを抑制でき、また、内燃機関がディーゼルエンジンの場合、最終的に大気中に放出された際の排気中における窒素酸化物の含有量を低減させることが可能となる。これらのため、複数のポンプの一部が故障した場合であっても加圧空気又は還流排気の冷却を継続することが可能となり、廃熱利用装置がより高性能となる。

本発明の廃熱利用装置は高性能となる。

実施例の廃熱利用装置を示す模式構造図である。 実施例の廃熱利用装置に係り、作動時の状態を示す模式構造図である。 実施例の廃熱利用装置に係り、第１ポンプが故障した際の作動状態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を図面を参照しつつ説明する。

（実施例）
実施例の廃熱利用装置は、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３と、モータ３３と、制御装置１１とを備えている。このモータ３３が駆動源に相当する。

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の内部には冷却水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は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、その内部に冷却水を流入させる流入口９ａと、冷却水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水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１１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とには後述するボイラ２１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、ボイラ２１の第１流入口２１ａとに接続されている。配管１５はボイラ２１の第１流出口２１ｂ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、１９によって接続されている。配管１８、１９は内部を冷却水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、ラジエータ９の流入口９ａとに接続されている。配管１９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、冷却水ポンプＰ３が設けられている。この冷却水ポンプＰ３は、制御装置１１に電気的に接続されている。なお、冷却水ポンプＰ３は、配管１８に設けられても良い。

ランキンサイクル３は、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２と、ボイラ２１と、膨張機２３と、凝縮器２５と、配管２７〜３２とを有している。配管２７〜３２には、作動流体としてのＨＦＣ１３４ａが流通可能となっている。

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、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。このボイラ２１では、第１通路２１ｅ内の加圧空気と、第２通路２１ｆ内の作動流体との熱交換により、加圧空気の冷却と作動流体の加熱とを行う。

膨張機２３には、その内部に作動流体を流入させる流入口２３ａと、作動流体を流出させる流出口２３ｂとが形成されている。膨張機２３では、ボイラ２１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２３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２３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。凝縮器２５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２３での膨張によって気化された作動流体を冷却して液化させる。凝縮器２５近傍には電動ファン２５ｃが設けられている。この電動ファン２５ｃは制御装置１１に電気的に接続されている。

これらのボイラ２１、膨張機２３、凝縮器２５は、配管２７〜３２によって接続されている。これらの配管２７〜３２のうち、配管２８と配管２９とは互いに並列に配置されている。各配管２７〜３２の接続を詳細に説明すると、凝縮器２５の流出口２５ｂに配管２７の一端側が接続されている。この配管２７の他端側には、配管２８及び配管２９の各一端側が接続されている。これら配管２８及び配管２９の各他端側には、配管３０の一端側が接続されている。この配管３０の他端側は、ボイラ２１の第２流入口２１ｃに接続されている。ボイラ２１の第２流出口２１ｄには配管３１の一端側が接続されている。この配管３１の他端側は膨張機２３の流入口２３ａに接続されている。そして、膨張機２３の流出口２３ｂには配管３２の一端側が接続されている。この配管３２の他端側は凝縮器２５の流入口２５ａに接続されている。

第１ポンプＰ１は配管２８に配置されている。また、第２ポンプＰ２は配管２９に配置されている。これらの第１、２ポンプＰ１、Ｐ２の間にはモータ３３が配置されている。上記のように、配管２８と配管２９とが互いに並列に配置されていることから、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２は互いに並列に配置されているとともに、これらの第１、２ポンプＰ１、Ｐ２はモータ３３を挟んで対称に配置されている。

モータ３３には両側に駆動軸３５、３７が設けられている。このモータ３３は制御装置１１に電気的に接続されている。一方、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２には、それぞれ従動軸３９、４１が設けられている。モータ３３の駆動軸３５と第１ポンプＰ１の従動軸３９とは、トルクリミッタ４３を介して接続されている。また、モータ３３の駆動軸３７と第２ポンプＰ２の従動軸４１はトルクリミッタ４５を介して接続されている。これらのトルクリミッタ４３、４５はいずれも公用品が採用されている。各トルクリミッタ４３、４５はモータ３３から駆動軸３５、３７及び従動軸３９、４１を介して各第１、２ポンプＰ１、Ｐ２へ伝達されるトルクが閾値を超えることにより、駆動軸３５から従動軸３９への動力の伝達又は駆動軸３７から従動軸４１への動力の伝達を切断する。これらの駆動軸３５、３７と、従動軸３９、４１と、トルクリミッタ４３、４５とが動力伝達手段に相当する。

また、配管２８には、第１ポンプＰ１よりも作動流体の循環方向の下流となる位置に第１逆止弁４７が設けられている。同様に、配管２９には、第２ポンプＰ２よりも作動流体の循環方向の下流となる位置に第２逆止弁４９が設けられている。

制御装置１１は、電動ファン９ｃ、２５ｃの作動制御を行うことで、冷却水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１１は、モータ３３の出力制御を行う。

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、ボイラ２１の第１通路２１ｅ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１１は、冷却水ポンプＰ３及び電動ファン９ｃ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水が流出口５ａより流出して、配管１８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の内部の冷却水は、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１１は電動ファン９ｃの作動量を適宜変更して、冷却水を好適に放熱させる。放熱されて冷却された冷却水は流出口９ｂから流出し、配管１９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。）。

さらに、制御装置１１は、モータ３３及び電動ファン２５ｃをそれぞれ作動させる。モータ３３が作動することにより、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２が作動する。この際、制御装置は、モータ３３の出力制御を行い、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２の作動量を調整する。これにより、ランキンサイクル３では、同図の実線矢印に示すように、作動流体が配管２７〜３２に沿って一定の流量（循環速度）で循環する。具体的には、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２によって吐出された作動流体は、配管２８、２９及び配管３０を経てボイラ２１の第２流入口２１ｃから第２通路２１ｆに至る。そして、作動流体はボイラ２１において加圧空気との熱交換を行う。この際、第１通路２１ｅ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２通路２１ｆを流通する作動流体は、約１５０°Ｃ程度に加熱される。一方、第１通路２１ｅを流通する加圧空気は、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、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、ボイラ２１によって加熱された作動流体は、高温高圧の状態で第２流出口２１ｄから流出し、配管３１を経て膨張機２３の流入口２３ａから膨張機２３内へ至る。そして、高温高圧の作動流体は膨張機２３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２３に接続された発電機は発電を行う。

膨張機２３内で減圧された作動流体は流出口２３ｂから流出し、配管３２を経て凝縮器２５の流入口２５ａから凝縮器２５内へ至る。凝縮器２５の作動流体は、凝縮器２５の周りの空気に放熱を行い、冷却される。この際、制御装置１１は電動ファン２５ｃ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２５ｂから流出し、配管２８、２９及び配管３０を経て、再びボイラ２１に至ることとなる。

また、この廃熱利用装置のランキンサイクル３は、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２を有しており、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２は、駆動軸３５、３７、従動軸３９、４１及びトルクリミッタ４３、４５を介してモータ３３と接続されている。そして、トルクリミッタ４３、４５は、各第１、２ポンプＰ１、Ｐ２とモータ３３との間で閾値を超えたトルクによって、駆動軸３５と従動軸３９との接続や、駆動軸３７と従動軸４１との接続を切断可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２の一方が故障等した場合であっても、他方によって作動流体の循環を継続させることが可能となっている。以下、第１ポンプＰ１が故障した場合を例に説明する。

第１ポンプＰ１が故障することにより、駆動軸３５と及び従動軸３９とを介してモータ３３から第１ポンプＰ１へ伝達されるトルクが変化し、そのトルクが増大する。このトルク変化により、モータ３３への負荷が大きくなる。このため、この変化したトルクが閾値を超えることにより、トルクリミッタ４３は、駆動軸３５と従動軸３９との接続を解除するように作動する。このため、第１ポンプＰ１に対するモータ３３からの動力の伝達が切断される。これにより、モータ３３の負荷が軽減され、モータ３３から第２モータＰ２への動力の伝達が確保される。そして、図３に示すように、作動流体は第２ポンプＰ２のみによって循環される。この際、第１逆止弁４７により、第２ポンプＰ２によって吐出された作動流体が配管２８を介して第１ポンプＰ１に流入、すなわち、作動流体が第１ポンプＰ１に逆流することが防止されるため、作動流体は、配管２９から配管３０へ好適に流通することとなる。また、制御装置１１はモータ３３の出力制御を行い、第２ポンプＰ２のみで作動流体が循環される場合における作動流体の流量調整（増速）を行う。

こうして、ランキンサイクル３では、第１ポンプＰ１が故障した場合であっても電力の回収を継続して行うことができる。なお、第２ポンプＰ２が故障した場合も同様であり、モータ３３から第２ポンプＰ２へ伝達されるトルクが閾値を超えることで、トルクリミッタ４５は、駆動軸３７と従動軸４１との接続を解除する。これにより、作動流体は第１ポンプＰ１のみによって循環される。この際、第２逆止弁４９により、第１ポンプＰ１によって吐出された作動流体が配管２９を介して第２ポンプＰ２へ逆流することが防止される。

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３では、作動流体を膨張及び減圧させた際の圧力エネルギーを電力として回収することが可能となっている。特に、駆動系１は、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を有しており、ボイラ２１では、加圧空気と作動流体とで熱交換を行うことが可能となっている。つまり、この加圧空気を熱源として作動流体が加熱されるため、作動流体は十分に加熱されて高温となる。このため、この廃熱利用装置では、作動流体を膨張及び減圧させた際の圧力エネルギーが大きくなり、ランキンサイクル３において回収される電力の量が多くなっている。

また、この廃熱利用装置では、ボイラ２１における熱交換によって、加圧空気を冷却、すなわち、ボイラ２１が加圧空気に対するインタークーラとしても機能する。このため、加圧空気の密度を大きくでき、より多くの加圧空気をエンジン５に供給できる。これにより、この廃熱利用装置では、エンジン５の出力を向上させることが可能となっている。

さらに、この廃熱利用装置におけるランキンサイクル３は、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２を有している。このため、例え、第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２の一方が故障等した場合であっても、故障等をしていない他方の第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２によって、作動流体を循環させることが可能となっている。このため、この廃熱利用装置では、第１ポンプＰ１又は第２ポンプＰ２の一方が故障等した場合であっても、ランキンサイクル３において、継続して電力の回収及びエンジン５の出力向上を行うことが可能となっている。

したがって、この廃熱利用装置は高性能となる。

特に、駆動軸３５と従動軸３９及び駆動軸３７と従動軸４１は、それぞれトルクリミッタ４３、４５を介して接続されている。このトルクリミッタ４３、４５は、各第１、２ポンプＰ１、Ｐ２の従動軸３９、４１とモータ３３の駆動軸３５、３７との間に生じるトルクを自身で検出し、第１ポンプＰ１の従動軸３９や第２ポンプＰ２の従動軸４１に対する動力の伝達を切断することができる。このため、廃熱利用装置の構成を簡素化することが可能となっており、この廃熱利用装置では、車両に対する搭載性が向上している。

また、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とが互いに並列に配置されている。このため、例えば、第１ポンプＰ１が故障した場合であっても、作動流体は第１ポンプＰ１によって堰止められることなく、第２ポンプＰ２によって引き続き循環されるため、作動流体は、配管２７から配管２９、３０を経てボイラ２１に流入することとなる。また、第２ポンプＰ２が故障した場合も同様に作動流体の循環が継続される。

さらに、第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２がモータを挟んで対称に配置されているため、ランキンサイクル３において、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ１とを近接させて配置することが可能となっている。これにより、モータ３３から第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２にそれぞれ伝達される動力の損失が生じ難くなっている。また、廃熱利用装置を小型化させることも可能となっている。さらに、駆動軸３５と従動軸３９との間及び駆動軸３７と従動軸４１との間にそれぞれトルクリミッタ４３、４５を配置し易くなっている。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例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、駆動系１において、ターボチャージャ７に替え、又はターボチャージャ７とともに、エンジン５で生じた排気の一部を還流排気としてエンジン５に還流させる排気還流路を設けることができる。この場合、ボイラ２１では、加圧空気と作動流体とで熱交換を行う他、還流排気と作動流体とで熱交換を行うことも可能となる。また、ターボチャージャ７と排気還流路とを併設する場合には、ボイラ２１において、加圧空気と作動流体とで熱交換を行い、他のボイラにおいて、還流排気と作動流体との熱交換を行うことも可能となる。これらにより、作動流体を十分に加熱することで、ランキンサイクル３において回収可能な電力の量を多くすることが可能となる。

また、冷却水と作動流体との間で熱交換を行うボイラや、配管１３又は配管１６内の排気と作動流体との間で熱交換を行うボイラを設けても良い。これによっても、作動流体を加熱することができる。この場合、ボイラにおいて冷却水を冷却できることから、エンジン５を好適に冷却することが可能となり、エンジン５の出力を向上させることが可能となる。この場合、ラジエータ９の小型化や、電動ファン９ｃの作動量を小さくすることができる。

さらに、駆動軸３５と従動軸３９との接続及び駆動軸３７と従動軸４１との接続について、それぞれ電磁クラッチを介して行っても良い。この場合、駆動軸３５と従動軸３９との間のトルク及び駆動軸３７と従動軸４１との間のトルクをそれぞれ検出する。そして、例えば、駆動軸３５と従動軸３９との間のトルクが閾値を超えれば、電磁クラッチを作動させて、閾値を超えた従動軸３５と駆動軸３９との接続を断つことができる。

また、電磁クラッチを採用する場合、作動流体の流体圧力を検知可能な圧力センサを例えば配管３１等に設けることもできる。これにより、配管３１を流通する作動流体の流体圧力を基に、駆動軸３５と従動軸３９との間のトルク及び駆動軸３７と従動軸４１との間のトルクをそれぞれ算出し、電磁クラッチを作動させることもできる。

さらに、配管３２には、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２５を経た作動流体は、第１、２ポンプＰ１、Ｐ２によって好適に吐出されて、配管２７〜３２を好適に循環することとなる。

本発明は車両等に利用可能である。

１…駆動系
３…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）
２１…ボイラ
２７〜３２…配管
３３…モータ（駆動源）
３５、３７…駆動軸（動力伝達手段）
３９、４１…従動軸（動力伝達手段）
４３、４５…トルクリミッタ（動力伝達手段）
４７…第１逆止弁
４９…第２逆止弁
Ｐ１…第１ポンプ
Ｐ２…第２ポンプ

Claims (5)

1. 内燃機関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た廃熱利用装置において、
   前記ランキンサイクルは、前記作動流体を配管に沿って循環させる複数のポンプを有し、
   全ての前記ポンプは駆動源と駆動力伝達手段を介して接続され、
   該駆動力伝達手段は、該駆動源との間でトルクが閾値を超えた場合に該駆動源からの動力の伝達を切断可能であることを特徴とする廃熱利用装置。
2. 前記駆動力伝達手段は、トルクリミッタを有している請求項１記載の廃熱利用装置。
3. 各前記ポンプは、互いに並列に設けられた第１ポンプ及び第２ポンプであり、
   該第１ポンプの下流の該配管には第１逆止弁が設けられ、該第２ポンプの下流の該配管には第２逆止弁が設けられている請求項１又は２記載の廃熱利用装置。
4. 前記第１ポンプ及び前記第２ポンプは、前記駆動源としてのモータを挟んで対称に配置されている請求項３記載の廃熱利用装置。
5. 前記駆動系は、前記内燃機関に対して加圧空気を供給する過給器、及び該内燃機関で生じた排気の一部を還流排気として該内燃機関に還流させる排気還流路の少なくとも一方である熱源を有し、
   前記ランキンサイクルは、該熱源の熱と該作動流体との間で熱交換を行うボイラを有している請求項１乃至４のいずれか１項記載の廃熱利用装置。

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