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WO2013046783A1 - 廃熱回生システム - Google Patents

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WO2013046783A1
WO2013046783A1 PCT/JP2012/061414 JP2012061414W WO2013046783A1 WO 2013046783 A1 WO2013046783 A1 WO 2013046783A1 JP 2012061414 W JP2012061414 W JP 2012061414W WO 2013046783 A1 WO2013046783 A1 WO 2013046783A1
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WO
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working fluid
heat
expander
heat exchanger
waste heat
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PCT/JP2012/061414
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榎島　史修
井口　雅夫
英文 森
文彦 石黒
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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Publication date
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    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
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    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
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    • 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 working fluid, a heat exchanger that heats the working fluid by exchanging heat with engine waste heat, and expands the heated working fluid to recover mechanical energy.
  • An expander and a condenser that cools and condenses the expanded working fluid are configured, and these are sequentially connected in a ring to form a closed circuit.
  • a heat exchanger constituting a Rankine cycle circuit includes a heating means for working fluid and a cooling means for supercharged air.
  • a configuration that also serves as the is described.
  • high-temperature supercharged air discharged from a supercharger is normally cooled by a cooling means called an intercooler and then sucked into the engine in order to keep the combustion efficiency of the engine at an optimum state.
  • the supercharged air and the working fluid are heat-exchanged in the heat exchanger, thereby cooling the supercharged air and heating the working fluid.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a heat exchanger constituting a Rankine cycle circuit serves as both a heating means for working fluid and a cooling means for return exhaust gas in a waste heat regeneration system for a vehicle including an engine with an EGR attached. Is described.
  • the pump constituting the Rankine cycle circuit fails and the circulation of the working fluid is stopped, and the supercharged air or the reflux exhaust in the heat exchanger and the working fluid are
  • the heat exchange cannot be performed, the high-temperature supercharged air discharged from the supercharger or the high-temperature recirculated exhaust gas in the EGR is sucked into the engine as it is without being cooled.
  • the nitrogen oxides in the exhaust gas will increase.
  • the present invention has been made to solve such problems, and the heat exchanger constituting the Rankine cycle circuit serves as both a heating means for working fluid and a cooling means for at least one of supercharged air and reflux exhaust. It is an object of the present invention to provide a waste heat regeneration system capable of cooling at least one of supercharged air and reflux exhaust gas even in the event of a failure of a pump that pumps working fluid.
  • a waste heat regeneration system is a waste heat regeneration system for a vehicle including an engine to which at least one of a supercharger and an EGR is attached, and pumps a working fluid.
  • the first heat exchange that heats the working fluid and cools the heat source fluid by exchanging heat with the working fluid pumped by using at least one of the pump, the supercharged air discharged from the supercharger, and the recirculated exhaust gas in the EGR as the heat source fluid
  • a Rankine cycle circuit composed of a condenser, an expander that expands the working fluid heated by the first heat exchanger to generate mechanical energy, and a condenser that cools and condenses the expanded working fluid, and the upstream side of the pump
  • a bypass channel that bypasses the pump by communicating with the downstream side, an on-off valve for the bypass channel, and an expander
  • driving means for, when a failure of the pump, to drive the expander by the drive means to permit circulation of the working fluid into the bypass channel by
  • the working fluid is pumped. Even when the pump malfunctions, at least one of the supercharged air and the reflux exhaust can be cooled.
  • FIG. 1 A configuration of a waste heat regeneration system 100 according to Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG.
  • a supercharger 20 that pressurizes intake air drawn from an intake pipe (not shown) is attached to the vehicle engine 10.
  • the supercharger 20 is connected to the exhaust side 10b of the engine 10 and is rotationally driven by an exhaust gas flow, and the compressor unit that is rotationally driven together with the turbine unit 20b by sharing a drive shaft with the turbine unit 20b. 20a.
  • the first heat exchange is performed to cool the intake air (supercharged air) that has been pressurized and heated in the compressor unit 20a.
  • a vessel 112 is provided.
  • the first heat exchanger 112 exchanges heat between the high-temperature supercharged air as the heat source fluid discharged from the compressor unit 20a and the working fluid that circulates in the Rankine cycle circuit 110 to be described below. Cool and heat the working fluid. That is, the 1st heat exchanger 112 serves as a role as a cooling means (intercooler) of supercharging air, and a role as a heating means (boiler) of a working fluid.
  • a second heat exchanger 113 is provided between the turbine unit 20b of the supercharger 20 and an exhaust pipe (not shown).
  • the second heat exchanger 113 further heats the working fluid by exchanging heat between the hot exhaust gas discharged from the engine 10 and the working fluid circulating in the Rankine cycle circuit 110.
  • the Rankine cycle circuit 110 is configured by sequentially connecting an electric pump 111, a first heat exchanger 112, a second heat exchanger 113, an expander 114, and a condenser 115 in an annular shape. A working fluid circulates in the circuit.
  • the electric pump 111 pumps the working fluid in the Rankine cycle circuit 110.
  • the first heat exchanger 112 cools the supercharged air and heats the working fluid by exchanging heat between the hot supercharged air discharged from the compressor unit 20a and the working fluid.
  • the second heat exchanger 113 further heats the working fluid by exchanging heat between the exhaust gas of the engine 10 and the working fluid.
  • the expander 114 expands the working fluid that has been heated and vaporized in the first heat exchanger 112 and the second heat exchanger 113 to generate mechanical energy (power).
  • the drive shaft 116 of the expander 114 is connected to the drive shaft 11 of the engine 10 via a pulley 117 and a belt 118.
  • the condenser 115 cools and condenses the working fluid by exchanging heat with the surrounding outside air.
  • a bypass flow path 119 that connects the upstream side and the downstream side of the electric pump 111 is connected, and the other end of the bypass flow path 119 is connected. Is connected between the electric pump 111 and the capacitor 115. Note that the pressure loss of the bypass passage 119 is sufficiently smaller than the pressure loss of the electric pump 111. Further, an electromagnetic valve 120 as an on-off valve is provided in the middle of the bypass flow path 119, and the electromagnetic valve 120 is electrically connected to the control unit 130.
  • the control unit 130 controls the open / close state of the bypass flow path 119 by opening / closing the electromagnetic valve 120 based on information acquired from the rotation sensor 140 that detects the rotation speed of the electric pump 111.
  • the operation of the waste heat regeneration system 100 will be described.
  • the solenoid valve 120 is closed and the bypass flow path 119 is closed.
  • the working fluid pumped from the electric pump 111 circulates in the Rankine cycle circuit 110 in the order of the first heat exchanger 112, the second heat exchanger 113, the expander 114, and the condenser 115.
  • the liquid working fluid pumped from the electric pump 111 first flows into the first heat exchanger 112 and performs heat exchange with the high-temperature supercharged air discharged from the supercharger 20.
  • the supercharged air is cooled and the working fluid is heated.
  • the working fluid exiting the first heat exchanger 112 flows into the second heat exchanger 113 and is further heated by the exhaust gas of the engine 10 to become a high-temperature gas, and then expands in the expander 114. To generate mechanical energy.
  • the generation of mechanical energy in the expander 114 is also stopped.
  • mechanical energy generated by the engine 10 is transmitted to the expander 114 via the pulley 117 and the belt 118, and the expander 114 is driven by the mechanical energy transmitted from the engine 10, and the expander 114 is driven in the circuit.
  • the working fluid is circulated. That is, when the engine 10 functions as a driving unit for the expander 114, the circulation of the working fluid in the Rankine cycle circuit 110 is continued.
  • control unit 130 detects a failure of the electric pump 111 based on the information acquired from the rotation speed sensor 140, the control unit 130 opens the electromagnetic valve 120 and allows the working fluid to circulate to the bypass flow path 119.
  • the electric pump 111 that has failed and is in a stopped state becomes a throttle in the circuit and becomes an obstacle when the working fluid is circulated by the expander 114.
  • the pressure loss of the bypass passage 119 is the pressure loss of the electric pump 111. Therefore, the working fluid bypasses the electric pump 111 and flows through the bypass passage 119.
  • the working fluid exiting from the expander 114 circulates in the circuit in the order of the condenser 115, the bypass flow path 119, the first heat exchanger 112, and the second heat exchanger 113 with almost no differential pressure.
  • the expander 114 continues to circulate the working fluid in the circuit, and heat exchange between the supercharged air and the working fluid in the first heat exchanger 112, that is, supercharged air. Cooling is performed.
  • the expander 114 is driven by the engine 10 and the electromagnetic valve 120 is opened to bypass the bypass passage 119.
  • the working fluid By allowing the working fluid to circulate to the circuit, the working fluid continues to circulate in the circuit. Thereby, since heat exchange between the supercharged air and the working fluid in the first heat exchanger 112 is maintained, the supercharged air can be cooled even when the electric pump 111 fails.
  • FIG. FIG. 2 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 Embodiment 2 is obtained by changing the expander 114 in the waste heat regeneration system 100 according to Embodiment 1 to an expander 214 capable of expanding the suction volume. Further, the electromagnetic valve 120 provided in the middle of the bypass flow path 119 is changed to a check valve 250, and the bypass flow path as an absorption heat amount limiting means for limiting the amount of heat absorbed by the working fluid in the second heat exchanger 113. 260 and a solenoid valve 261 are added.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the working fluid when the working fluid is circulated by the expander 114 when the electric pump 111 fails, the working fluid circulates in the circuit with almost no differential pressure. Therefore, the density of the working fluid sucked into the expander 114 is lower than that during normal operation, and depending on the driving force transmitted from the engine 10 to the expander 114, the superheated air in the first heat exchanger 112 may be cooled. There may be a case where the circulating amount (mass flow rate) of the working fluid necessary for the operation cannot be sufficiently obtained.
  • the waste heat regeneration system 200 includes an expander 214 that can expand the suction volume.
  • the expander 214 expands the working fluid sucked from the suction port 214a in a region between the fixed scroll 214b and the movable scroll 214c and discharges it from the discharge port 214d.
  • the communicating hole 214e which can be opened and closed is provided in the both sides of the suction inlet 214a.
  • the communication hole 214e communicates a region between the fixed scroll 214b and the movable scroll 214c and a suction chamber (not shown) separately from the suction port 214a via an on-off valve (not shown).
  • the control unit 230 closes the communication hole 214e when the electric pump 111 operates normally, and opens the communication hole 214e when the electric pump 111 fails.
  • the communication hole 214e is opened, the amount of working fluid sucked into the expander 214 is increased, so that the suction volume of the expander 214 is expanded and the circulation amount of the working fluid in the circuit is increased. Thereby, the supercharged air in the first heat exchanger 112 can be sufficiently cooled.
  • the check valve 250 is closed when the electric pump 111 is operating normally and the upstream pressure is lower than the downstream pressure, and the electric pump 111 fails and pumps the working fluid.
  • the control unit 230 does not need to control the open / closed state of the bypass flow path 119, and the control of the control unit 230 is simplified.
  • control unit 230 opens the electromagnetic valve 261 when the electric pump 111 fails and allows the exhaust gas to flow into the bypass flow path 260, thereby reducing the amount of exhaust gas flowing into the second heat exchanger 113. Restrict. As a result, since the amount of heat absorbed by the working fluid in the second heat exchanger 113 is reduced and the decrease in the density of the working fluid is suppressed, the circulation amount of the working fluid in the circuit can be further increased, and the first heat The supercharged air in the exchanger 112 can be further sufficiently cooled.
  • the suction volume of the expander 214 is expanded when the electric pump 111 is out of order.
  • the circulation amount (mass flow rate) of the working fluid in the circuit can be increased, and the supercharged air can be sufficiently cooled.
  • the check valve 250 provided in the middle of the bypass flow path 119 is autonomously opened when the electric pump 111 fails and the upstream pressure becomes higher than the downstream pressure. Thereby, control of the control unit 230 is simplified.
  • the electromagnetic valve 261 is opened to allow the exhaust gas to flow into the bypass flow path 260, thereby limiting the amount of heat absorbed by the working fluid in the second heat exchanger 113.
  • the circulation amount of the working fluid in a circuit can be increased further, and supercharging air can be cooled more fully.
  • the expanders 114 and 214 are driven by the engine 10.
  • the means for driving the expanders 114 and 214 is not limited to this, and the expanders 114 and 214 may be driven by, for example, an electric motor.
  • heat exchange may be performed between engine waste heat other than exhaust gas, for example, cooling water and working fluid of the engine 10.
  • the suction volume increase of the expander 214, the check valve 250 in the middle of the bypass flow path 119, and the exhaust gas bypass to the bypass flow path 260 in the second heat exchanger 113 are all combined. Each may be implemented individually or in combination of any two of the three.
  • the heat source fluid of the first heat exchanger 112 is the supercharged air discharged from the supercharger 20, but as shown in FIG.
  • the heat source fluid may be the reflux exhaust of the EGR 30.

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Abstract

　廃熱回生システム（１００）において、第１熱交換器（１１２）は、ランキンサイクル回路（１１０）内を循環する作動流体の加熱手段と過給器（２０）から吐出される過給空気の冷却手段とを兼ねている。電動ポンプ（１１１）の故障時には、エンジン（１０）によって膨張機（１１４）を駆動すると共に、電磁弁（１２０）を開状態にしてバイパス流路（１１９）への作動流体の循環を許容することによって、回路内における作動流体の循環を継続させる。

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熱交換器と、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。
　また、特許文献１には、過給器が取り付けられたエンジンを備える車両用の廃熱回生システムにおいて、ランキンサイクル回路を構成する熱交換器が作動流体の加熱手段と過給空気の冷却手段とを兼ねる構成が記載されている。周知のように、過給器から吐出される高温の過給空気は、エンジンの燃焼効率を最適な状態に保つために、通常はインタークーラと呼ばれる冷却手段によって冷却されてからエンジンに吸入される。特許文献１に記載の廃熱回生システムでは、上記熱交換器において過給空気と作動流体とを熱交換させることによって、過給空気を冷却すると共に作動流体を加熱する。
　さらに、特許文献２には、ＥＧＲが取り付けられたエンジンを備える車両用の廃熱回生システムにおいて、ランキンサイクル回路を構成する熱交換器が作動流体の加熱手段と還流排気の冷却手段とを兼ねる構成が記載されている。
特開２００８－８２２４号公報 特開２０１０－２４２７４６号公報
　特許文献１や特許文献２に記載の廃熱回生システムでは、ランキンサイクル回路を構成するポンプが故障して作動流体の循環が停止し、熱交換器における過給空気または還流排気と作動流体との熱交換が行えなくなった場合には、過給器から吐出される高温の過給空気またはＥＧＲにおける高温の還流排気が冷却されずにそのままエンジンに吸入されるため、エンジンの燃焼効率が低下したり、排気ガス中の窒素酸化物が増加したりしてしまう。
　この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ランキンサイクル回路を構成する熱交換器が作動流体の加熱手段と過給空気および還流排気の少なくとも一方の冷却手段とを兼ねる廃熱回生システムにおいて、作動流体を圧送するポンプの故障時にも過給空気および還流排気の少なくとも一方の冷却を行う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、過給器およびＥＧＲの少なくとも一方が取り付けられたエンジンを備える車両用の廃熱回生システムであって、作動流体を圧送するポンプ、過給器から吐出される過給空気およびＥＧＲにおける還流排気の少なくとも一方を熱源流体として圧送された作動流体と熱交換させることによって作動流体を加熱すると共に熱源流体を冷却する第１熱交換器、第１熱交換器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発生させる膨張機、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、ポンプの上流側と下流側とを連通することによってポンプをバイパスするバイパス流路と、バイパス流路の開閉弁と、膨張機を駆動する駆動手段とを備え、ポンプの故障時には、駆動手段によって膨張機を駆動すると共に、開閉弁を開状態にしてバイパス流路への作動流体の循環を許容する。
　この発明に係る廃熱回生システムによれば、ランキンサイクル回路を構成する熱交換器が作動流体の加熱手段と過給空気および還流排気の少なくとも一方の冷却手段とを兼ねる構成において、作動流体を圧送するポンプの故障時にも過給空気および還流排気の少なくとも一方の冷却を行うことができる。
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。 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。 この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システムにおける膨張機の構成を示す模式断面図である。 この発明の実施の形態１の変形例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。
　車両用のエンジン１０には、図示しない吸気管から吸入された吸入空気を加圧する過給器２０が取り付けられている。過給器２０は、エンジン１０の排気側１０ｂに接続されて排気ガス流によって回転駆動されるタービン部２０ｂと、タービン部２０ｂと駆動軸を共有することによってタービン部２０ｂと共に回転駆動されるコンプレッサ部２０ａとから構成されている。
　過給器２０のコンプレッサ部２０ａからエンジン１０の吸気側１０ａへと至る経路の途中には、コンプレッサ部２０ａにおいて加圧されて高温になった吸入空気（過給空気）を冷却する第１熱交換器１１２が設けられている。第１熱交換器１１２は、コンプレッサ部２０ａから吐出される熱源流体としての高温の過給空気と次に述べるランキンサイクル回路１１０内を循環する作動流体とを熱交換させることによって、過給空気を冷却すると共に作動流体を加熱する。すなわち、第１熱交換器１１２は、過給空気の冷却手段（インタークーラ）としての役割と、作動流体の加熱手段（ボイラ）としての役割を兼ねるものである。
　また、過給器２０のタービン部２０ｂと図示しない排気管との間には、第２熱交換器１１３が設けられている。第２熱交換器１１３は、エンジン１０から排出される高温の排気ガスとランキンサイクル回路１１０内を循環する作動流体とを熱交換させることによって作動流体をさらに加熱する。
　ランキンサイクル回路１１０は、電動ポンプ１１１と、第１熱交換器１１２と、第２熱交換器１１３と、膨張機１１４と、コンデンサ１１５とが順次環状に接続されることによって構成されており、この回路内を作動流体が循環する。
　電動ポンプ１１１は、ランキンサイクル回路１１０内の作動流体を圧送する。
　第１熱交換器１１２は、先に述べたように、コンプレッサ部２０ａから吐出される高温の過給空気と作動流体とを熱交換させることによって、過給空気を冷却すると共に作動流体を加熱する。
　第２熱交換器１１３は、エンジン１０の排気ガスと作動流体とを熱交換させることによって作動流体をさらに加熱する。
　膨張機１１４は、第１熱交換器１１２および第２熱交換器１１３において加熱されて気化した作動流体を膨張させて機械的エネルギー（動力）を発生させる。膨張機１１４の駆動軸１１６は、プーリ１１７およびベルト１１８を介してエンジン１０の駆動軸１１に接続されている。
　コンデンサ１１５は、作動流体を周囲の外気と熱交換させることによって冷却凝縮させる。
　また、電動ポンプ１１１と第１熱交換器１１２との間には、電動ポンプ１１１の上流側と下流側とを連通するバイパス流路１１９の一端が接続されており、バイパス流路１１９の他端は、電動ポンプ１１１とコンデンサ１１５との間に接続されている。尚、バイパス流路１１９の圧力損失は、電動ポンプ１１１の圧力損失に比べて十分小さい。また、バイパス流路１１９の途中には、開閉弁としての電磁弁１２０が設けられており、電磁弁１２０はコントロールユニット１３０に電気的に接続されている。
　コントロールユニット１３０は、電動ポンプ１１１の回転数を検出する回転センサ１４０から取得される情報に基づいて、電磁弁１２０を開閉させることによってバイパス流路１１９の開閉状態を制御する。
　次に、この実施の形態１に係る廃熱回生システム１００の動作について説明する。
　まず、電動ポンプ１１１が正常に動作している通常運転時においては、電磁弁１２０は閉じられており、バイパス流路１１９は閉状態である。この際、電動ポンプ１１１から圧送された作動流体は、第１熱交換器１１２、第２熱交換器１１３、膨張機１１４、コンデンサ１１５の順にランキンサイクル回路１１０内を循環する。詳細には、電動ポンプ１１１から圧送された液状の作動流体は、まず第１熱交換器１１２に流入し、過給器２０から吐出された高温の過給空気との間で熱交換を行う。この際、過給空気は冷却され、作動流体は加熱される。次に、第１熱交換器１１２を出た作動流体は、第２熱交換器１１３に流入してエンジン１０の排気ガスによってさらに加熱されて高温のガスとなった後、膨張機１１４において膨張して機械的エネルギーを発生させる。
　膨張機１１４において発生する機械的エネルギーによって駆動軸１１６が回転駆動されると、この駆動力はプーリ１１７およびベルト１１８を介してエンジン１０の駆動軸１１に伝えられ、エンジン１０の駆動が補助される。膨張機１１４を出た作動流体は、コンデンサ１１５の内部を流通する過程で周囲の外気と熱交換することによって冷却凝縮され、電動ポンプ１１１に再吸入される。
　ここで、電動ポンプ１１１が故障して作動流体の圧送が行われなくなると、膨張機１１４における機械的エネルギーの発生も停止する。この際、エンジン１０が発生させる機械的エネルギーがプーリ１１７およびベルト１１８を介して膨張機１１４に伝えられ、膨張機１１４はエンジン１０から伝達される機械的エネルギーによって駆動され、膨張機１１４が回路内の作動流体を循環させる。すなわち、エンジン１０が膨張機１１４の駆動手段として機能することによって、ランキンサイクル回路１１０内における作動流体の循環が継続される。
　また、コントロールユニット１３０は、回転数センサ１４０から取得される情報に基づいて電動ポンプ１１１の故障を検知すると、電磁弁１２０を開状態にしてバイパス流路１１９への作動流体の循環を許容する。故障して停止状態の電動ポンプ１１１は回路内における絞りとなり、膨張機１１４によって作動流体を循環させる際の障害となるが、前述したようにバイパス流路１１９の圧力損失は電動ポンプ１１１の圧力損失に比べて十分小さいため、作動流体は電動ポンプ１１１をバイパスしてバイパス流路１１９を流れる。すなわち、膨張機１１４から出た作動流体は、コンデンサ１１５、バイパス流路１１９、第１熱交換器１１２、第２熱交換器１１３の順に回路内を差圧がほとんど無い状態で循環する。その結果、電動ポンプ１１１が停止した状態においても、膨張機１１４によって回路内における作動流体の循環が継続され、第１熱交換器１１２における過給空気と作動流体との熱交換、すなわち過給空気の冷却が行われる。
　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、電動ポンプ１１１の故障時には、エンジン１０によって膨張機１１４を駆動すると共に、電磁弁１２０を開状態にしてバイパス流路１１９への作動流体の循環を許容することによって、回路内における作動流体の循環を継続させる。これにより、第１熱交換器１１２における過給空気と作動流体との熱交換が維持されるため、電動ポンプ１１１の故障時にも過給空気の冷却を行うことができる。
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２に示す。
　実施の形態２に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における膨張機１１４を、吸入容積を拡大可能な膨張機２１４に変更したものである。また、バイパス流路１１９の途中に設けられた電磁弁１２０を逆止弁２５０に変更すると共に、作動流体が第２熱交換器１１３において吸収する熱量を制限する吸収熱量制限手段としてのバイパス流路２６０および電磁弁２６１を追加したものである。尚、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。
　実施の形態１に係る廃熱回生システム１００では、電動ポンプ１１１の故障時に膨張機１１４によって作動流体を循環させる際には、作動流体は回路内を差圧がほとんど無い状態で循環する。そのため、膨張機１１４に吸入される作動流体の密度が通常運転時に比べて低下し、エンジン１０から膨張機１１４に伝達される駆動力によっては、第１熱交換器１１２における過給空気の冷却を行うのに必要な作動流体の循環量（質量流量）が充分に得られない場合も起こり得る。
　上記の問題に対処するために、この実施の形態２に係る廃熱回生システム２００では、吸入容積を拡大可能な膨張機２１４を備えている。図３の模式断面図に示されるように、膨張機２１４は、吸入口２１４ａから吸入される作動流体を固定スクロール２１４ｂと可動スクロール２１４ｃとの間の領域で膨張させて吐出口２１４ｄから吐出するスクロール型の構造であるが、吸入口２１４ａの両隣には、開閉制御が可能な連通穴２１４ｅが設けられている。連通穴２１４ｅは、固定スクロール２１４ｂと可動スクロール２１４ｃとの間の領域と吸入室（図示せず）とを開閉弁（図示せず）を介して吸入口２１４ａとは別に連通している。
　コントロールユニット２３０は、電動ポンプ１１１の正常動作時には連通穴２１４ｅを閉状態にし、電動ポンプ１１１の故障時には連通穴２１４ｅを開状態にする。連通穴２１４ｅが開状態になると、膨張機２１４に吸入される作動流体の量が増加するため膨張機２１４の吸入容積が拡大し、回路内における作動流体の循環量が増加する。これにより、第１熱交換器１１２における過給空気の冷却を充分に行うことができる。
　また、逆止弁２５０は、電動ポンプ１１１が正常に動作しており、その上流側の圧力が下流側の圧力よりも低い状態では閉状態であり、電動ポンプ１１１が故障して作動流体の圧送が行われなくなり、その上流側の圧力が下流側の圧力よりも高くなると自律的に開状態になる。そのため、コントロールユニット２３０は、バイパス流路１１９の開閉状態を制御する必要がなく、コントロールユニット２３０の制御が単純化される。
　また、コントロールユニット２３０は、電動ポンプ１１１の故障時に電磁弁２６１を開状態にしてバイパス流路２６０への排気ガスの流入を許容することによって、第２熱交換器１１３に流入する排気ガス量を制限する。その結果、作動流体が第２熱交換器１１３において吸収する熱量が減少して作動流体の密度の低下が抑えられるため、回路内における作動流体の循環量をさらに増加させることができ、第１熱交換器１１２における過給空気の冷却をさらに充分に行うことができる。
　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１００では、電動ポンプ１１１の故障時には、膨張機２１４の吸入容積を拡大する。これにより、回路内における作動流体の循環量（質量流量）を増加させることができ、過給空気の冷却を充分に行うことができる。
　また、バイパス流路１１９の途中に設けられた逆止弁２５０は、電動ポンプ１１１が故障してその上流側の圧力が下流側の圧力よりも高くなると、自律的に開状態になる。これにより、コントロールユニット２３０の制御が単純化される。
　また、電動ポンプ１１１の故障時には、電磁弁２６１を開状態にしてバイパス流路２６０への排気ガスの流入を許容することによって、作動流体が第２熱交換器１１３において吸収する熱量を制限する。これにより、作動流体の密度の低下が抑えられるため、回路内における作動流体の循環量をさらに増加させることができ、過給空気の冷却をさらに充分に行うことができる。
　その他の実施の形態．
　実施の形態１，２では、電動ポンプ１１１の故障時には、エンジン１０によって膨張機１１４，２１４を駆動していた。しかしながら、膨張機１１４，２１４を駆動する手段はこれに限定されるものではなく、例えば電動モータ等によって膨張機１１４，２１４を駆動してもよい。また、第２熱交換器１１３として、排ガス以外のエンジンの廃熱、例えばエンジン１０の冷却水と作動流体とで熱交換するようにしてもよい。さらに、実施の形態２では、膨張機２１４の吸入容積増大、バイパス流路１１９途中の逆止弁２５０、第２熱交換器１１３におけるバイパス流路２６０への排気ガスバイパスを全て組み合わせているが、それぞれを個別に、又は３つのうちのいずれか２つを組み合わせて実施してもよい。
　また、実施の形態１，２では、第１熱交換器１１２の熱源流体を過給器２０から吐出される過給空気としていたが、図４に示されるように、第１熱交換器１１２の熱源流体をＥＧＲ３０の還流排気としてもよい。

Claims (4)

  1. 　過給器およびＥＧＲの少なくとも一方が取り付けられたエンジンを備える車両用の廃熱回生システムであって、
    　作動流体を圧送するポンプ、過給器から吐出される過給空気およびＥＧＲにおける還流排気の少なくとも一方を熱源流体として圧送された前記作動流体と熱交換させることによって前記作動流体を加熱すると共に前記熱源流体を冷却する第１熱交換器、前記第１熱交換器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発生させる膨張機、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、
    　前記ポンプの上流側と下流側とを連通することによって前記ポンプをバイパスするバイパス流路と、
    　前記バイパス流路の開閉弁と、
    　前記膨張機を駆動する駆動手段と
    を備え、
    　前記ポンプの故障時には、前記駆動手段によって前記膨張機を駆動すると共に、前記開閉弁を開状態にして前記バイパス流路への前記作動流体の循環を許容する、廃熱回生システム。
  2. 　前記膨張機は、吸入容積を拡大可能な膨張機であり、
    　前記ポンプの故障時には、前記膨張機の吸入容積を拡大する、請求項１に記載の廃熱回生システム。
  3. 　前記開閉弁は、前記ポンプの上流側の圧力が下流側の圧力よりも高い場合に開状態となる逆止弁である、請求項１または２に記載の廃熱回生システム。
  4. 　前記作動流体を前記過給空気および前記還流排気を除く前記エンジンの廃熱で加熱する第２熱交換器と、
    　前記作動流体が前記第２熱交換器において吸収する熱量を制限する吸収熱量制限手段と
    をさらに備え、
    　前記ポンプの故障時には、前記吸収熱量制限手段によって前記作動流体が前記第２熱交換器において吸収する熱量を制限する、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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