JP4675717B2 - 内燃機関の廃熱利用装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車等の空調用冷凍サイクルにランキンサイクルを備えた内燃機関の廃熱を利用する動力回収の技術に用いて好適な内燃機関の廃熱利用装置およびその制御方法に関するものである。

従来の廃熱利用装置として、例えば、特許文献１に示されるように、ランキンサイクルによって発電を行うものが知られている。即ち、ランキンサイクルは、ポンプ、加熱用熱交換器、膨張機（特許文献１中ではタービン）、放熱用熱交換器が環状に接続されたものであり、このランキンサイクル中の膨張機に発電機が接続され、膨張機で発生される駆動力によって発電機が駆動され、発電が行われるようになっている。
特開２００４−１０８２２０号公報

上記特許文献１においては、発電機の制御（回転制御）については、詳細な記載は無いが、通常、安価な方法で成立させるためには、発電機の回転位相をセンサを用いずに推定するセンサレス制御方式が望ましいと考えられる。

しかしながら、上記センサレス制御方式を用いた場合に、発電機の脱調による制御不能状態を完全に防ぐことは困難である。即ち、膨張機の駆動力による発電機の作動時に、発電機の脱調が生ずると通常、発電機は停止状態とされる。すると、発電機の負荷トルクが無くなるために、発電機を駆動する膨張機が加速してしまい、場合によっては許容最高回転数を超えて膨張機が騒音を発生したり、最悪は破損してしまうことが考えられる。また、発電機も高電圧を発生し、関連する電気機器の破損に繋がるおそれもある。

尚、センサレス制御方式を用いない位置検出制御方式であっても、例えば発電機制御用のインバータ故障時には、当然ながら回転数制御が不能になり、やはり膨張機が加速する問題に繋がる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、安価な方法を用いて、発電機の回転制御不能時に安全に膨張機の加速を防止して停止可能とする内燃機関の廃熱利用装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、ポンプ（３３）によって循環されると共に、内燃機関（１０）の廃熱エネルギーによって加熱される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１１０）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、膨張機（１１０）の駆動力によって駆動され、発電を行う発電機（１２０）と、ランキンサイクル（３０Ａ）、発電機（１２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える内燃機関の廃熱利用装置において、膨張機（１１０）への作動流体の流路を開閉可能とする弁機構（１１７）を設け、制御手段（４０）は、膨張機（１１０）を停止させる際に、ポンプ（３３）を停止させた後に、弁機構（１１７）を閉じることを特徴としている。

これにより、ランキンサイクル（３０Ａ）内の作動流体の循環が停止され、更に膨張機（１１０）への作動流体の流入が停止されるので、発電機（１２０）の回転制御不能の場合であっても、発電機（１２０）に対する複雑な停止制御を用いる事無く、膨張機（１１０）の加速を防止して、安価に、安全に膨張機（１１０）および発電機（１２０）を停止させることができる。

請求項２に記載の発明では、ポンプ（１４０）によって循環されると共に、内燃機関
（１０）の廃熱エネルギーによって加熱される作動流体の膨張によって駆動力を発生する
膨張機（１１０）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、膨張機（１１０）の駆動力に
よって駆動され、発電を行う発電機（１２０）と、ランキンサイクル（３０Ａ）、発電機
（１２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える内燃機関の廃熱利用装置におい
て、ポンプ（１４０）は、膨張機（１１０）に接続されており、発電機（１２０）は、制
御手段（４０）内のスイッチング素子（４２ｂ１〜４２ｂ６）のＯＮ−ＯＦＦによって電
力制御されるブラシレス構造のものであり、膨張機（１１０）への作動流体の流路を開閉
可能とする弁機構（１１７）を設け、制御手段（４０）は、発電機（１２０）の制御信号
が制御目標域を外れた時に、弁機構（１１７）を閉じると共に、スイッチング素子（４２
ｂ１〜４２ｂ６）のグランド側のみ（４２ｂ４〜４２ｂ６）をＯＮにすることを特徴とし
ている。

これにより、膨張機（１１０）への作動流体の流入が完全に停止されるので膨張機（１１０）を安全に停止させることができる。また、発電機（１２０）のコイル内に循環電流が流れ、この循環電流により発生する渦電流損失により、発電機（１２０）にとってはブレーキ作用が働くことになるので、発電機（１２０）を安全に停止させることができる。よって、ポンプ（１４０）が膨張機（１１０）に接続されるものにおいて、発電機（１２０）の回転制御が不能となった場合でも、発電機（１２０）に対する複雑な停止制御を用いる事無く、膨張機（１１０）の加速を防止して、安価に、安全に膨張機（１１０）および発電機（１２０）を停止させることができる。

請求項１または請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、内燃機関（１０）は、車両用のものを用いて好適である。

請求項４に記載の発明は、内燃機関の廃熱利用装置のランキンサイクル（３０Ａ）、発電機（１２０）における停止のための制御方法に関するものであり、その技術的意義は上記請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置と本質的に同じである。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る内燃機関の廃熱利用装置（以下、廃熱利用装置）２０を走行条件に応じてエンジン（本発明における内燃機関に対応）１０が停止されるアイドルストップ車両やハイブリッド車両等に適用したものである。廃熱利用装置２０は、冷凍サイクル２０Ａをベースとして、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギーを回収するランキンサイクル３０Ａを備えている。ランキンサイクル３０Ａには発電機兼電動機（本発明における発電機に対応）１２０が設けられており、制御装置（本発明における制御手段に対応）４０によって各サイクル２０Ａ、３０Ａおよび発電機兼電動機１２０の作動が制御されるようになっている。以下、廃熱利用装置２０の全体構成について図１を用いて説明する。

冷凍サイクル２０Ａは、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機１１０、凝縮器２１、気液分離器２２、減圧器２３、蒸発器２４等が環状に接続されて形成されている。

膨脹機兼圧縮機１１０は、気相冷媒を加圧して吐出する圧縮モード（圧縮機として作動）と、過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力する膨張モード（膨張機として作動）とを兼ね備える流体機械である。尚、膨脹機兼圧縮機１１０の詳細については後述する。

凝縮器２１は、膨張機兼圧縮機１１０（圧縮モード時）の冷媒吐出側に設けられ、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。気液分離器２２は、凝縮器２１で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器２３は、気液分離器２２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機１１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。

蒸発器２４は、減圧器２３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、この吸熱作用によって空調空気を冷却する。そして、蒸発器２４の冷媒流出側には、蒸発器２４側から膨張機兼圧縮機１１０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２４ａが設けられている。

ランキンサイクル３０Ａは、車両の走行用動力を発生させるエンジン１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時における駆動力）を回収するものである。ランキンサイクル３０Ａは、上記冷凍サイクル２０Ａに対して、凝縮器２１が共用されると共に、この凝縮器２１をバイパスするように気液分離器２２から膨張機兼圧縮機１１０および凝縮器２１の間（Ａ点）に接続される第１バイパス流路３１と、膨張機兼圧縮機１１０および逆止弁２４ａの間（Ｂ点）から凝縮器２１およびＡ点の間（Ｃ点）に接続される第２バイパス流路３２とが設けられて、以下のように形成されている。

即ち、第１バイパス流路３１には、液ポンプ（本発明におけるポンプに対応）３３が配設されると共に、気液分離器２２側から液ポンプ３３側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。また、Ａ点と膨張機兼圧縮機１１０との間に加熱器３４が設けられている。

加熱器３４は、液ポンプ３３から送られる冷媒（本発明における作動流体に対応）とエンジン１０における温水回路１０Ａのエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁１１によりエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器３４に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。尚、三方弁１１の流路切替えは、後述する制御装置４０によって行われるようになっている。

尚、水ポンプ１２は温水回路１０Ａ内でエンジン冷却水を循環させるポンプ（例えば、エンジン１０によって駆動される機械式ポンプあるいは電動モータによって駆動される電動ポンプ）であり、ラジエータ１３はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。

また、エンジン１０の出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ１４が設けられており、この水温センサ１４で検出（出力）された温度信号は、後述する制御装置４０に入力される。

そして、第２バイパス流路３２には、膨脹機兼圧縮機１１０側から凝縮器２１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３２ａが設けられている。また、Ａ点とＣ点との間には開閉弁３５が設けられている。開閉弁３５は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、後述する制御装置４０により制御されるようになっている。また、膨張機兼圧縮機１１０が圧縮モードで作動する時の冷媒吐出側（後述する高圧室１１４側）には、膨張機兼圧縮機１１０の作動を圧縮モードあるいは膨張モードのいずれかに切替える弁機構１１７が設けられている。弁機構１１７は、後述する制御装置４０により制御されるようになっている。弁機構１１７の詳細については膨張機兼圧縮機１１０と共に後述する。

上記気液分離器２２、第１バイパス流路３１、液ポンプ３３、加熱器３４、膨張機兼圧縮機１１０、第２バイパス流路３２、凝縮器２１等にてランキンサイクル３０Ａが形成される。

膨張機兼圧縮機１１０には、発電機および電動機としての両機能を有する発電機兼電動機１２０および電磁クラッチ１３０が接続されて、膨張発電機兼電動圧縮機（以下、複合流体機械と呼ぶ）１００を形成している。以下、複合流体機械１００の構成について、図２を用いて説明する。

複合流体機械１００の膨張機兼圧縮機１１０は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、膨張圧縮機ハウジング１１１を成すハウジング１１１ａとシャフトハウジング１１１ｂとの間に固定される固定スクロール１１２、この固定スクロール１１２に対向して旋回変位する旋回スクロール１１３、作動室Ｖと高圧室１１４とを連通させる吐出ポート１１５、および流入ポート１１６を開閉する弁機構１１７等から成るものである。

固定スクロール１１２は、板状の基板部１１２ａおよび基板部１１２ａから旋回スクロール１１３側に突出した渦巻状の歯部１１２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１１３は、上記歯部１１２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１１３ｂ、およびこの歯部１１３ｂが形成された基板部１１３ａを有して構成されており、両歯部１１２ｂ、１１３ｂが接触した状態で旋回スクロール１１３が旋回することにより、両スクロール１１２、１１３により形成される作動室Ｖの体積が拡大縮小するようになっている。

シャフト１１８は、シャフトハウジング１１１ｂに固定された軸受け１１８ｃによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心して設けられた偏心部１１８ａを有するクランクシャフトである。この偏心部１１８ａには、偏心部１１８ａに対して揺動可能に装着されたブッシング１１８ｂが設けられており（従動クランク機構）、このブッシング１１８ｂがベアリング１１３ｃを介して旋回スクロール１１３に連結されている。

また、自転防止機構１１９は、シャフト１１８が１回転する間に旋回スクロール１１３がブッシング１１８ｂ周りに１回転するようにするものである。このためシャフト１１８が回転すると、旋回スクロール１１３は、自転せずにシャフト１１８の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Ｖは、例えばシャフト１１８が正方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の外径側から中心側に変位するほど、その体積が縮小するように変化し、逆に、シャフト１１８が逆方向に回転する時に、旋回スクロール１１３の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。

吐出ポート１１５は、基板部１１２ａの中心部に設けられて、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モード時に、最小体積となる作動室Ｖと、ハウジング１１１ａ内に設けられた高圧室１１４とを連通させて圧縮された冷媒を吐出するポートである。また、流入ポート１１６は、同様に基板部１１２ａに（吐出ポート１１５に隣接して）設けられて、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時に、高圧室１１４と、最小体積となる作動室Ｖとを連通させて高圧室１１４に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Ｖに導くポートである。

上記高圧室１１４は、吐出ポート１１５から吐出された冷媒の脈動を平滑化する吐出室の機能を有するものであり、この高圧室１１４には、加熱器３４および凝縮器２１側に接続される高圧ポート１１１ｃが設けられている。

尚、蒸発器２４および第２バイパス流路３２側に接続される低圧ポート１２１ａは、後述するモータハウジング１２１に設けられて、モータハウジング１２１内を経由して、シャフトハウジング１１１ｂと固定スクロール１１２とによって形成される空間に連通している。

弁機構１１７は、吐出弁１１７ａ、弁体１１７ｄ、電磁弁１１７ｈ等から成る。吐出弁１１７ａは、吐出ポート１１５の高圧室１１４側に配置されて吐出ポート１１５から吐出された冷媒が高圧室１１４から作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の逆止弁であり、ストッパ１１７ｂは吐出弁１１７ａの最大開度を規制する弁止板であり、吐出弁１１７ａおよびストッパ１１７ｂはボルト１１７ｃによって基板部１１２ａに固定されている。

弁体１１７ｄは、流入ポート１１６を開閉して膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モードと膨張モードとを切替える切替え弁であり、その後端側がハウジング１１１ａに設けられた背圧室１１７ｅに沿って、摺動可能に配設されている。背圧室１１７ｅ内にはバネ１１７ｆが挿入されており、バネ１１７ｆは弁体１１７ｄの先端側が流入ポート１１６を閉じる方向に弾性力を作用させるようになっている。また、ハウジング１１１ａには、所定の通路抵抗を有して背圧室１１７ｅと高圧室１１４とを連通させる抵抗手段としての絞り１１７ｇが設けられている。尚、弁体１１７ｄが流入ポート１１６を閉じた時の両者間のシール性を向上させるために、弁体１１７ｄの先端側は任意の角度で傾斜可能（首振り機構）となるようにしている。

電磁弁１１７ｈは、低圧ポート１２１ａ側と背圧室１１７ｅとの連通状態を制御することにより背圧室１１７ｅ内の圧力を制御する制御弁であり、後述する制御装置４０によって制御される。

そして、電磁弁１１７ｈを開くと、背圧室１１７ｅの圧力が高圧室１１４より低下して弁体１１７ｄがバネ１１７ｆを押し縮めながら図２中の右側に変位するので、流入ポート１１６が開く。尚、絞り１１７ｇでの圧力損失は非常に大きいので、高圧室１１４から背圧室１１７ｅに流れ込む冷媒量は無視できるほど小さい。

逆に、電磁弁１１７ｈを閉じると、絞り１１７ｇによって背圧室１１７ｅの圧力と高圧室１１４の圧力とが等しくなり、弁体１１７ｄはバネ１１７ｆの弾性力により図２中の左側に変位するので、流入ポート１１６が閉じる。つまり、弁体１１７ｄ、背圧室１１７ｅ、バネ１１７ｆ、絞り１１７ｇ、および電磁弁１１７ｈ等により流入ポート１１６を開閉するパイロット式の電気開閉弁が構成される。

発電機兼電動機１２０は、直流３相ブラシレスのセンサレス方式の回転電機であり、ステータ１２２およびステータ１２２内で回転するロータ１２３等から成る。発電機兼電動機１２０は、シャフトハウジング１１１ｂに固定されるモータハウジング１２１内に収容されている。ステータ１２２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング１２１の内周面に固定されている。ロータ１２３は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸１２４に固定されている。モータ軸１２４の一端側は、上記膨張機兼圧縮機１１０のシャフト１１８に接続されており、また、他端側は、後述する電磁クラッチ１３０のシャフト１３４に接続されている。

そして、発電機兼電動機１２０は、後述するコントローラ（インバータ）４２によって、バッテリ１５からステータ１２２に電力が供給された場合には、ロータ１２３を回転（正方向回転）させて、膨張機兼圧縮機１１０を（圧縮機として）駆動する電動機として作動する。また、膨張機兼圧縮機１１０の膨張モード時に発生した駆動力によってロータ１２３を回転させるトルクが入力された場合（逆方向回転時）には、電力を発生させる発電機として作動する。そして、得られた電力は、コントローラ４２によってバッテリ１５に充電され、バッテリ１５の電力は、車両の各種電気負荷（ヘッドライト、エンジン補機等）１６に供給されるようになっている。

電磁クラッチ１３０は、Ｖベルト（図省略）を介してエンジン１０からの動力を受けるプーリ部１３１、磁界を発生させる励磁コイル１３２、励磁コイル１３２により誘起された磁界の電磁力により変位してプーリ部１３１に吸着するフリクションプレート１３３、フリクションプレート１３３に固定されたシャフト１３４等から成るもので、エンジン１０側と膨脹機兼圧縮機１１０（シャフト１３４、モータ軸１２４、シャフト１１８）側とを繋ぐ時は、励磁コイル１３２に通電し、また、エンジン１０側と膨脹機兼圧縮機１１０側とを切り離す時は、励磁コイル１３２への通電を遮断する。この電磁クラッチ１３０の作動は後述する制御装置４０により制御される。

制御装置４０は、図１、図３に示すように、メインＥＣＵ４１とコントローラ４２とを備え、両者４１、４２間において制御信号の授受が可能となっている。メインＥＣＵ４１は、乗員の設定する設定温度や環境条件等に基づいて決定されるＡ／Ｃ要求信号、水温センサ１４等からの信号が入力され、これらの信号に基づいて三方弁１１、液ポンプ３３、開閉弁３５、膨張機兼型圧縮機１１０の弁機構１１７（電磁弁１１７ｈ）、電磁クラッチ１３０の作動を制御する。

コントローラ４２は、コントローラ制御部４２ａとコントローラ電力部４２ｂとを備えており、コントローラ制御部４２ａが上記メインＥＣＵ４１に接続され、また、コントローラ電力部４２ｂがバッテリ１５および発電機兼電動機１２０（ステータ１２２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。

コントローラ制御部４２ａは、メインＥＣＵ４１からの指示に基づきコントローラ電力部４２ｂに設けられた複数（６つ）のスイッチング素子４２ｂ１〜４２ｂ６のＯＮ−ＯＦＦを行い、発電機兼電動機１２０における電力（電圧、電流）を制御して、回転数を制御する。また、コントローラ制御部４２ａは、発電機兼電動機１２０作動時における電圧、電流、回転数信号をメインＥＣＵ４１に出力する。

次に、本実施形態に係る廃熱利用装置２０の作動（制御装置４０による制御）について説明する。

まず、乗員からのＡ／Ｃ要求が有ると、制御装置４０は空調（冷房）作動を実行する。即ち、複合流体機械１００のシャフト１１８に回転力を与えることにより膨張機兼圧縮機１１０の旋回スクロール１１３を旋回させて冷媒を吸入圧縮し（圧縮モード）、冷凍サイクル２０Ａを作動させる。

具体的には、液ポンプ３３を停止させた状態で開閉弁３５を開き、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環させないようにする。また、電磁弁１１７ｈを閉じて弁体１１７ｄによって流入ポート１１６を閉じた状態でシャフト１１８（モータ軸１２４、シャフト１３４）を回転させるようにする。

この時、シャフト１１８に回転力を与えるに当たっては、主に電磁クラッチ１３０にてエンジン１０側と複合流体機械１００側とを繋いでエンジン１０の動力により回転力を与える場合（エンジン１０作動時）と、電磁クラッチ１３０にてエンジン１０側と複合流体機械１００側とを切り離して発電機兼電動機１２０の電動機作動により回転力を与える場合（エンジン１０停止時）とがある。

因みに、本実施形態では、エンジン１０の動力によりシャフト１１８を回転させると、発電機兼電動機１２０が発電機として作動するので、発電機兼電動機１２０で発生した電力をバッテリ１５に蓄える、またはステータ１２２に通電して発電機兼電動機１２０がエンジン１０から見たときに動力負荷とならないようにすることが望ましい。

この時、膨張機兼圧縮機１１０は、周知のスクロール型圧縮機と同様に、低圧ポート１２１ａから冷媒を吸引して作動室Ｖにて圧縮した後、この圧縮した冷媒を吐出ポート１１５、高圧室１１４を通して高圧ポート１１１ｃから吐出する。

そして、高圧ポート１１１ｃから吐出される冷媒は、加熱器３４→開閉弁３５→凝縮器２１→気液分離器２２→減圧器２３→蒸発器２４→逆止弁２４ａ→低圧ポート１２１ａの順に循環（冷凍サイクル２０Ａを循環）する。空調空気は蒸発器２４で蒸発する冷媒によって吸熱され、冷却されることになる。尚、この時、加熱器３４にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３４にて冷媒は加熱されず、加熱器３４は単なる冷媒通路として機能する。

一方、乗員からのＡ／Ｃ要求が無い場合、あるいは空調空気が充分冷却され設定温度より低い場合で、エンジン１０の廃熱量が所定量以上ある時（水温センサ１４の検出信号から得られる温度が予め定めた所定冷却水温度より高い時）に、制御装置４０は、ランキンサイクル３０Ａを作動させて、発電機兼電動機１２０を制御（発電制御）する。

まず、電磁クラッチ１３０を切り離す、あるいは、発電機兼電動機１２０を停止させて、膨張機兼圧縮機１１０を停止させる。そして、ランキンサイクル３０Ａの起動制御として、開閉弁３５を閉じ、三方弁１１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３４側に循環させるようにする。

そして、液ポンプ３３を起動し、気液分離器２２から加熱器３４に送る冷媒の圧力を上昇させる。この時、膨張機兼圧縮機１１０の流入ポート１１６は、まだ弁体１１７ｄによって閉じられた状態にあり、冷媒は高圧室１１４側から作動室Ｖに流入することは無く（冷媒の膨張が成されない）、液ポンプ３３によって冷媒は速やかに上昇する。

そして、発電機兼電動機１２０を電動機として作動させ（回転方向は圧縮モード時と逆）、旋回スクロール１１３を起動させ、所定回転数まで上昇させる。更に、電磁弁１１７ｈを開き、弁体１１７ｄを図２中の右側に摺動させて、流入ポート１１６を開くことで、膨張機兼圧縮機１１０を膨張モードで作動可能となるように切替える。

そして、ランキンサイクル３０Ａの定常制御を行う。つまり、加熱器３４にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を膨張機兼圧縮機１１０に導入して膨脹させることにより、旋回スクロール１１３を旋回させてシャフト１１８を回転させ、機械的出力を得る。そして、得られた機械的出力によりロータ１２３を回転させて発電機兼電動機１２０により発電し、その発電された電力をバッテリ１５に蓄えるようにしている。

具体的には、加熱器３４にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を高圧ポート１１１ｃから高圧室１１４、流入ポート１１６を経由させて作動室Ｖに導入して膨脹させる。この時、上記のように発電機兼電動機１２０の電動機としての作動によって旋回を開始した旋回スクロール１１３は、過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回していく。旋回スクロール１１３に与えられた回転エネルギーは、ロータ１２３に伝達され、発電機兼電動機１２０は、発電機として作動することになり、得られた電力はコントローラ４２によってバッテリ１５に充電される。そして、膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧ポート１２１ａから流出する。

そして、低圧ポート１２１ａから流出される冷媒は、第２バイパス流路３２→逆止弁３２ａ→凝縮器２１→気液分離器２２→第１バイパス流路３１→逆止弁３１ａ→液ポンプ３３→加熱器３４→高圧ポート１１１ｃの順に循環することになる（ランキンサイクル３０Ａを循環）。

ランキンサイクル３０Ａの作動中は、発電機兼電動機１２０で最大の発電電力が得られるように、エンジン冷却水温度に応じて発電機兼電動機１２０（旋回スクロール１１３）の回転数を調節する。即ち、加熱器３４を流通する冷媒の温度は、エンジン冷却水温度に応じて決まる。その時の冷媒の圧力は、発電機兼電動機１２０の回転数を上げて膨張を速めることで圧力を低下させることができ、また、逆に発電機兼電動機１２０の回転数を下げて膨張速度を落とすことで圧力を上昇させることができる。よって、膨張機兼圧縮機１１０での有効な膨張仕事を得つつ、膨張後の冷媒が多少の過熱度を持った状態で凝縮器２１に流入するように、ランキンサイクル３０Ａの作動バランスを保ち、高い発電力を得るようにする訳である。

本発明においては、ランキンサイクル３０Ａの作動時に例えば発電機兼電動機１２０の脱調による発電機兼電動機１２０の制御不能状態が生じた時の制御（以下、異常時停止制御）方法に特徴を持たせており、以下、その詳細について、図４に示すフローチャートおよび図５に示すタイムチャートを用いて説明する。

図４に示すように、制御装置４０は、まず、ステップＳ１００でランキンサイクル３０Ａを起動（上記説明）し、ステップＳ１１０でランキンサイクル３０Ａの定常制御（上記説明）を行っている時に、ステップＳ１２０で発電機兼電動機１２０の作動において脱調による異常があるか否かを判定する。

ここでは、発電機兼電動機１２０の作動制御における電流信号をもとに異常判定を行っており、作動時の電流値が予め定めた目標電流域（本発明における制御目標域に対応し、具体的には図５（ａ）中における脱調判定域）内にある場合は異常なしと判定し、目標電流域を外れた時に、異常ありと判定する。よって、ステップＳ１２０で異常なしと判定した場合は、ステップＳ１１０に戻り定常制御を繰返すが、異常ありと判定した場合は、ステップＳ１３０に進み、膨張機兼圧縮機１１０および発電機兼電動機１２０の停止のための制御を行う。

即ち、ステップＳ１３０で直ちに液ポンプ３３を停止する（図５（ｂ））。そして、ステップＳ１４０でコントローラ電力部４２ｂのスイッチング素子４２ｂ１〜４２ｂ６のすべてをＯＦＦにした後、そのうちバッテリ１５のグランド側となる３つのスイッチング素子４２ｂ４〜４２ｂ６のみをＯＮとする（図５（ａ））。更に、ステップＳ１５０で膨張機兼圧縮機１１０の電磁弁１１７ｈを閉じることにより、弁体１１７ｄを閉じる（図５（ｃ））。

以上のように本実施形態においては、上記液ポンプ３３の停止により、ランキンサイクル３０Ａ内の冷媒の循環が停止され、膨張機兼圧縮機１１０への作動流体の供給を低下させていくことができる。また、グランド側のスイッチング素子４２ｂ４〜４２ｂ６のみをＯＮにすることで、発電機兼電動機１２０のステータ１２２のコイル内に循環電流が流れ、この循環電流により発生する渦電流損失により、発電機兼電動機１２０にブレーキ作用を持たすことができる（図５（ｄ））。更に、弁体１１７ｄを閉じることにより、膨張機兼圧縮機１１０への冷媒の流入が完全に停止される。

よって、脱調により発電機兼電動機１２０の回転制御が不能となった場合でも、発電機兼電動機１２０に対する複雑な停止制御を用いる事無く、膨張機兼圧縮機１１０の加速を防止して、安価に、安全に膨張機兼圧縮機１１０および発電機兼電動機１２０を停止させることができる。

即ち、膨張機兼圧縮機１１０の加速を防止できることにより、膨張機兼圧縮機１１０が許容回転数を超えて破損に至ったり、シャフト１１８における従動クランク機構が効かなくなり両スクロール１１２、１１３間で騒音が発生するといったこと等が無くなる。また、発電機兼電動機１２０も高電圧を発生し、関連する電気機器の破損に繋がることが無くなる。また、発電機兼電動機１２０のブレーキ作用として、電気的なブレーキとしているので、機械的なブレーキを用いる場合に比べて安価に対応できる。

尚、上記実施形態において、図４中のステップＳ１２０での異常判定に用いる制御信号は、電流信号に代えて、電圧信号あるいは回転数信号としても良い。

また、上記異常検出後の異常時停止制御として、ステップＳ１３０（液ポンプ３３の停止）のみを行うものとしたり、あるいは、ステップＳ１３０（液ポンプ３３の停止）実行後に、ステップＳ１４０（スイッチング素子４２ｂ４〜４２ｂ６ＯＮ）とステップＳ１５０（弁体１１７ｄ閉鎖）とのうち、いずれか一方を実行するものとしても良い。

また、複合流体機械１００としては、図６に示すように、電磁クラッチ１３０を廃止して、膨張機兼圧縮機１１０の圧縮モード時には、発電機兼電動機１２０の電動機としての駆動力によって駆動されるものとしても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７、図８に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、発電機兼電動機１２０にブレーキ作用を持たせるための構成を変更したものである。

即ち、図７に示すように、ステータ１２２の複数相（３つ）のコイルのうち、Ｕ相とＶ相の間に電気抵抗１２５ａおよびスイッチ部１２５ｂを有する抵抗通電部１２５を介在させて、Ｕ相、Ｖ相、抵抗通電部１２５によって、閉回路が形成されるようにしている。

そして、図８に示すように、異常時停止制御において、上記第１実施形態のステップＳ１４０（スイッチング素子操作）をステップＳ１４１に変更して、このステップＳ１４１で抵抗通電部１２５のスイッチ部１２５ｂをＯＮにするようにしている。

これにより、コイルおよび電気抵抗１２５ａに電流が流れ、電気抵抗１２５ａにおける発熱損失を伴い、発電機兼電動機１２０にとってはブレーキ作用が働くことになり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、図８で示したフローチャート内で、ステップＳ１５０を廃止したものとしても良い。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９〜図１１に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、複合流体機械１００の膨張機兼圧縮機１１０に熱媒ポンプ（本発明におけるポンプに対応）１４０を接続したものとし、また、ランキンサイクル３０Ａ作動時の異常時停止制御の内容を変更している。

図９、図１０に示すように、液ポンプ３３に代えて熱媒ポンプ１４０を膨張機兼圧縮機１１０に接続し、熱媒ポンプ１４０がランキンサイクル３０Ａの第１バイパス流路３１に配設されるようにしている。

熱媒ポンプ１４０は、発電機兼電動機１２０の反膨張機兼圧縮機側に配設されて、モータハウジング１２１に固定されるポンプハウジング１４１内に収容されている。熱媒ポンプ１４０は、膨張機兼圧縮機１１０と同様に、基板部１４２ａ、歯部１４２ｂから成る固定スクロール１４２と、基板部１４３ａ、歯部１４３ｂから成る旋回スクロール１４３とを有している。固定スクロール１４２は、ポンプハウジング１４１に固定され、旋回スクロール１４３は、ポンプハウジング１４１と固定スクロール１４２とによって形成される空間内に配設されている。尚、旋回スクロール１４３は、自転防止機構１４５によって、自転が防止されつつ、公転旋回可能となっている。

ポンプハウジング１４１には、気液分離器２２側から接続されて、ポンプハウジング１４１の内部および旋回スクロール１４３側に連通する流入ポート１４１ａが設けられている。また、固定スクロール１４２には、両スクロール１４２、１４３によって形成される作動室Ｐから加熱器３４側に接続される吐出ポート１４２ｃが設けられている。

ポンプ軸１４４は、ポンプハウジング１４１に固定された軸受け１４４ｃによって回転可能に支持されて、一方の長手方向端部に回転中心軸に対して偏心した偏心部１４４ａを有し、ブッシング１４４ｂ、ベアリング１４３ｃを介して旋回スクロール１４３に連結されている。また、ポンプ軸１４４の他方の長手方向端部は、モータ軸１２４の他端側と接続されている。ここで、ポンプ軸１４４の他方側には、穴部１４４ｄが設けられており、直径が細く形成されたモータ軸１２４の他端側が挿入されている。そして、モータ軸１２４とポンプ軸１４４との間には、一方向クラッチ１５０が設けられている。この一方向クラッチ１５０は、モータ軸１２４が逆方向回転した時に、ポンプ軸１４４に噛み合うことで、ポンプ軸１４４を回転させ、また、モータ軸１２４が正方向回転した時に、ポンプ軸１４４との噛み合いが外れて、モータ軸１２４とポンプ軸１４４とが切断される（ポンプ軸１４４が回転されない）ものとしている。

尚、モータハウジング１２１とポンプ軸１４４との間には、発電機兼電動機１２０と熱媒ポンプ１４０との間をシールする軸封装置としての軸シール１６０が設けられている。

上記複合流体機会１００を用いた廃熱利用装置２０においては、制御装置４０は、冷凍サイクル２０Ａを作動させる時に発電機兼電動機１２０を電動機として作動させ、モータ軸１２４に回転力（正方向回転）を与えることにより膨張機兼圧縮機１１０の旋回スクロール１１３を旋回させて冷媒を吸入圧縮させる（圧縮モード）。

尚、上記圧縮モードにおいて、熱媒ポンプ１４０のポンプ軸１４４は、一方向クラッチ１５０によってモータ軸１２４との噛み合いが外れるので、熱媒ポンプ１４０は停止状態となって、発電機兼電動機１２０における作動抵抗とならない。

また、制御装置４０は、ランキンサイクル３０Ａを起動させる時には、発電機兼電動機１２０を電動機として作動させる（逆方向回転）。この時、熱媒ポンプ１４０のポンプ軸１４４が一方向クラッチ１５０によってモータ軸１２４と噛み合い、熱媒ポンプ１４０が駆動される。そして、加熱器３４によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒が、膨張機兼圧縮機１１０の作動室Ｖに導入されて膨脹する。過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール１１３が圧縮モード時に対して逆方向に旋回し、シャフト１１８に与えられた駆動力は、発電機兼電動機１２０のモータ軸１２４、ロータ１２３に伝達される。そして、モータ軸１２４に伝達された駆動力が熱媒ポンプ１４０駆動のための駆動力を超えると、発電機兼電動機１２０は、発電機として作動することになり、得られた電力はコントローラ４２によってバッテリ１５に充電される。

そして、上記のランキンサイクル３０Ａの定常制御において、発電機兼電動機１２０の脱調による異常を検出すると（発電機兼電動機１２０の電流値から検出）、制御装置４０は、図１１に示すフローチャートに基づいて異常時停止制御を行う。尚、図１１に示すフローチャートは、上記第１実施形態で説明した図４のフローチャートに対して、ステップＳ１３０を廃止したものとしている。

即ち、ステップＳ１２０で異常を検出すると、本実施形態の複合流体機械１００では膨張機兼圧縮機１１０によって熱媒ポンプ１４０が駆動されていることから、まず、ステップＳ１４０でスイッチング素子操作（スイッチング素子４２ｂ４〜４２ｂ６をＯＮ）を行い、ステップＳ１５０で弁体１１７ｄを閉じるようにしている。

これにより、発電機兼電動機１２０にブレーキ作用を持たせ、また、膨張機兼圧縮機１１０への冷媒の流入を停止させることができるので、熱媒ポンプ１４０が膨張機兼圧縮機１１０に接続されるものにおいて、発電機兼電動機１２０の回転制御が不能となった場合でも、発電機兼電動機１２０に対する複雑な停止制御を用いる事無く、膨張機兼圧縮機１１０の加速を防止して、安価に、安全に膨張機兼圧縮機１１０および発電機兼電動機１２０を停止させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１２、図１３に示す。第４実施形態は、上記第３実施形態に対して、膨張機兼圧縮機１１０に代えて冷凍サイクル２０Ａ専用の圧縮機１１０Ａと、ランキンサイクル３０Ａ専用の膨張機１１０Ｂとをそれぞれ設けることで、両サイクル２０Ａ、３０Ａの独立作動を可能としている。膨張機１１０Ｂには発電機兼電動機１２０および熱媒ポンプ１４０が順に並ぶように一体的に接続されて、複合流体機械１００Ａを形成している。

尚、膨張機１１０Ｂは、第３実施形態（図１０）で説明した膨張機兼圧縮機１１０に対して、吐出ポート１１５および吐出弁１１７ａを廃止すると共に、弁体１１７ｄ、電磁弁１１７ｈ等によって弁機構１１７を形成して、流入ポート１１６を開閉可能とするものとしている。つまり、弁機構１１７は、ランキンサイクル３０Ａの冷媒流路において、膨張機１１０Ｂの冷媒流入側を開閉する弁となっている。

そして、膨張機１１０Ｂをバイパスするように、膨張機１１０Ｂの高圧側と低圧側とが接続される膨張機バイパス流路３６が設けられており、この膨張機バイパス流路３６には、開閉弁３６ａが設けられている。開閉弁３６ａは、膨張機バイパス流路３６を開閉する弁であり、制御装置４０によってその開閉が制御されるようになっている。尚、膨張機バイパス流路３６と開閉弁３６ａは、本発明における膨張機１１０Ｂの高圧側と低圧側とを連通可能とする連通手段に対応する。

制御装置４０は、メインＥＣＵ４１とコントローラ４２とを備え、両者４１、４２間において制御信号の授受が可能となっている。メインＥＣＵ４１は、乗員の設定する設定温度や環境条件等に基づいて決定されるＡ／Ｃ要求信号、水温センサ１４等からの信号に基づいて開閉弁３６ａ、弁機構１１７（電磁弁１１７ｈ）、電磁クラッチ１３０の作動を制御する。

コントローラ４２は、メインＥＣＵ４１からの指示に基づき発電機兼電動機１２０における電力（電圧、電流）を制御して、回転数を制御する。また、コントローラ４２は、発電機兼電動機１２０作動時における電圧、電流、回転数信号をメインＥＣＵ４１に出力する。よって、ここでは、コントローラ４２は、上記制御信号（電圧、電流、回転数信号）から発電機兼電動機１２０作動中における異常を検出可能とする検出手段（本発明における非定常検出手段に対応）としても機能する（詳細後述）。

上記のように構成されるランキンサイクル３０Ａの定常制御において、制御装置４０は、廃熱利用装置２０内の非定常状況としての異常の発生を検出すると、図１３に示すフローチャートに基づいて異常時停止制御を行う。

具体的には、制御装置４０は、ステップＳ２００Ａで発電機兼電動機１２０の作動において、脱調による異常があるか否かを判定する。ここでは、発電機兼電動機１２０の作動制御におけるコントローラ４２からの回転数信号をもとに異常判定を行っており、作動時の回転数が予め定めた目標回転数内にある場合は異常なしと判定し、目標回転数を外れた時に、異常ありと判定する。よって、ステップＳ２００Ａで異常なしと判定した場合は、何ら処置を加えずに本異常時停止制御を終了するが、異常ありと判定した場合は、ステップＳ２１０に進み、膨張機１１０Ｂおよび発電機兼電動機１２０停止のための制御を行う。

即ち、ステップＳ２１０で開閉弁３６ａを開く。そして、ステップＳ２２０で膨張機１１０Ｂの電磁弁１１７ｈを閉じることにより、弁体１１７ｄを閉じる（つまり、弁機構１１７を閉じる）。尚、ステップＳ２１０、Ｓ２２０は、本発明における冷媒の流通を阻止する流通阻止モードの実行に対応するものである。

これにより、膨張機１１０Ｂの高圧側および低圧側間が連通して（膨張機１１０Ｂへの冷媒流通が阻止されて）両者間の差圧が均圧するので、膨張機１１０Ｂを駆動する力をなくすことができる。更に、弁体１１７ｄを閉じることにより、膨張機１１０Ｂへの冷媒の流入を完全に停止（膨張機１１０Ｂへの冷媒流通を阻止）させることができる。

よって、脱調により発電機兼電動機１２０の回転制御が不能となった場合でも、発電機兼電動機１２０に対する複雑な停止制御を用いる事無く、膨張機１１０Ｂの加速を防止して、安価に、安全に膨張機１１０Ｂおよび発電機兼電動機１２０を停止させることができる。

尚、上記実施形態において、図１３中のステップＳ２００Ａで発電機兼電動機１２０の異常判定として回転数信号を用いたが、これに代えて、電圧信号あるいは電流信号を用いるようにしても良い。更には、異常判定として、発電機兼電動機１２０の制御信号に代えて、ランキンサイクル３０Ａの圧力信号や温度信号を用いるようにしても良い。即ち、非定常検出手段として、ランキンサイクル３０Ａの冷媒圧力（高圧側圧力および低圧側圧力）を検出する圧力センサ、あるいはランキンサイクル３０Ａの所定部位の温度を検出する温度センサを設けて、各センサから得られる圧力信号、あるいは温度信号を用いて、予め定めた閾値を外れる場合に異常有りと判定するようにしても良い。

また、ランキンサイクル３０Ａの高圧側と低圧側とを連通可能とする連通手段として、膨張機１１０Ｂをバイパスする膨張機バイパス流路３６と開閉弁３６ａとで形成したが、これに代えて、熱媒ポンプ１４０の高圧側と低圧側とが接続されて熱媒ポンプ１４０をバイパスするポンプバイパス流路とこの流路を開閉する開閉弁とで形成するようにしても良い。この場合、ポンプバイパス流路を連通させることで、熱媒ポンプ１４０の昇圧（冷媒循環）を停止でき、膨張機１１０Ｂを停止させることができる。また、連通手段として、ランキンサイクル３０Ａの熱媒ポンプ１４０、加熱器３４、膨張機１１０Ｂの間の所定部位と、膨張機１１０Ｂ、凝縮器２１、熱媒ポンプ１４０の間の所定部位とを連通可能とするものとしても良い。更に、膨張機バイパス流路３６、ポンプバイパス流路の両者を設けて、膨張機１１０Ｂ、熱媒ポンプ１４０のそれぞれを連通可能となるようにしても良い。

また、流通阻止モード実行のための弁機構１１７の設定部位については、膨張機１１０Ｂの冷媒流入側に限らず、冷媒流路を開閉する開閉弁としてランキンサイクル３０Ａ中の他の部位（例えば、熱媒ポンプ１４０の冷媒流入側等）に設けるようにしても良い。

また、図１３中のステップＳ２１０とステップＳ２２０のいずれか一方のみを実施するものとしても良い。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１４に示す。第５実施形態は、上記第４実施形態に対して、ランキンサイクル３０Ａ内の異常をコントローラ４２における発電機兼電動機１２０への制御停止状態信号に基づいて判定するようにしたものである。

即ち、例えば発電機兼電動機１２０に何らかの異常が発生して、過電流が流れる（あるいは、過電圧が印加される、許容温度以上に温度上昇する）ようになると、コントローラ４２は自身の機能を保護するために、発電機兼電動機１２０の制御は不可として制御停止するようにしている。そして、制御装置４０は、この制御停止状態が生じているか否かを図１４中のステップＳ２００Ｂで判定し、以下、第４実施形態と同様に、ステップＳ２１０、ステップＳ２２０の処理を行う。

これにより、コントローラ４２が発電機兼電動機１２０の制御を停止するというような異常発生時においても、上記第４実施形態と同様に膨張機１１０Ｂおよび発電機兼電動機１２０を素早く停止させることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１５、図１６に示す。第６実施形態は、上記第４、第５実施形態に対して、廃熱利用装置２０に対する外部からの停止要求信号に基づいて膨張機１１０Ｂの停止制御を行うようにしたものである。

上記第１〜第５実施形態の廃熱利用装置２０では、Ａ／Ｃ要求、冷凍サイクル２０Ａ作動時の空調空気温度、更にはエンジン冷却水の温度に応じて、制御装置４０がランキンサイクル３０Ａの作動を制御するものとしていたが、ここでは、乗員の意思によってランキンサイクル３０Ａの作動あるいは停止を選択可能とする発電スイッチ４３を設けており（図１５）、制御装置４０に作動要求あるいは停止要求の信号が入力されるようにしている。尚、ここでは、発電スイッチ４３は本発明における非定常検出手段に対応する。

制御装置４０は、図１６のステップＳ２００Ｃで発電スイッチ４３からの停止要求信号があると判定すると、以下、第４実施形態と同様に、ステップＳ２１０、ステップＳ２２０の処理を行う。

これにより、外部からの停止要求に対して、上記第４実施形態と同様の作用により、膨張機１１０Ｂおよび発電機兼電動機１２０を素早く停止させることができる。

尚、車両においてランキンサイクル３０Ａ以外に、他の発電装置（例えばオルターネータ、減速エネルギー回収発電装置等）を備え、発電システムとして複数の発電装置をトータル的に制御する場合は、上記第６実施形態のステップＳ２００Ｃを、発電システムからのランキンサイクル３０Ａ停止要求信号有無を判定するステップとして、膨張機１１０Ｂの停止制御を行うものに活用しても良い。

つまり、複数の発電装置を有する発電システムにおいては、効率良く発電を行うために、その時の状況に応じて作動すべき発電装置が選択され、切替えを短時間で行う必要が生ずる。例えば、ランキンサイクル３０Ａを作動させている場合に、効率の良い減速エネルギー回収発電に切替えたい場合には、ランキンサイクル３０Ａを素早く停止させる必要があるからである。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１７、図１８に示す。第７実施形態は、上記第４、第５実施形態に対して、廃熱利用装置２０に対する外部からの作動用供給電源の停止に基づいて膨張機１１０Ｂの停止制御を行うようにしたものである。

廃熱利用装置２０において、電源スイッチ（例えばイグニッションスイッチであり、本発明における非定常検出部に対応する）４４のＯＦＦにより、バッテリ１５からの電力供給が停止され、発電機兼電動機１２０および制御装置４０はその作動が停止される。膨張機バイパス流路３６における開閉弁３６ｂは、制御装置４０からの通電により閉じ、非通電時に開かれる電磁弁としている。即ち、開閉弁３６ｂは電力供給停止に伴って開かれる弁としている。また、膨張機１１０Ｂの冷媒流入側の弁機構１１７Ａは、制御装置４０からの通電により開き、非通電時に閉じられる電磁弁としている。即ち、弁機構１１７Ａは電力供給停止に伴って閉じられる弁としている。

ランキンサイクル３０Ａの作動中に、電源スイッチ４４がＯＦＦされると、制御装置４０と共に発電機兼電動機１２０が停止されるが、膨張機１１０Ｂの冷媒流れ上流側の残圧によって膨張機１１０Ｂは作動を続け、加えて発電機兼電動機１２０の停止によって負荷トルクを受けない分、膨張機１１０Ｂが加速作動するおそれがある。本実施形態では、電源停止と共に（図１８のステップＳ２００Ｄでの電源ＯＦＦ判定）、開閉弁３６ｂが開かれ（ステップＳ２１０）、また、弁機構１１７Ａが閉じられ（ステップＳ２２０）、膨張機１１０Ｂの加速作動が防止され、安全に膨張機１１０Ｂを停止させることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、発電機兼電動機１２０は、センサレスタイプのものとして説明したが、位置センサ等の回転検出器を設けたものとしても良い。

以下、第１〜第３実施形態において、ランキンサイクル３０Ａの制御時において、発電機兼電動機１２０にブレーキ作用をもたせるために、電気ブレーキを用いたが、発電機兼電動機１２０に機械ブレーキを設けて対応するようにしても良い。

また、発電機兼電動機１２０の脱調による制御不能時の異常時停止制御について説明したが、コントローラ４２の故障によって発電機兼電動機１２０が制御不能となった時の対応に用いても良い。この場合、第１、第２実施形態では液ポンプ３３の停止と弁体１１７の閉鎖を行うのが良い。また、第３実施形態では弁体１１７の閉鎖を行うのが良い。

また、ランキンサイクル３０Ａの作動時における発電機兼電動機１２０の制御不能時にかかわらず、膨張機兼圧縮機１１０を停止させる制御として、第１、第２実施形態では液ポンプ３３の停止と弁体１１７の閉鎖を行い、また、第３実施形態では弁体１１７の閉鎖を行うものとしても良い。

また、廃熱利用装置２０として、冷凍サイクル２０Ａに対してランキンサイクル３０Ａが独立して形成されると共に、ランキンサイクル３０Ａ内に配設される膨張機兼圧縮機１１０が膨張機として、また、発電機兼電動機１２０が発電機として独立して形成されたものに適用しても良い。

また、第４〜第７実施形態において、廃熱利用装置２０の異常時、外部からの停止要求時、作動用供給電源停止時のいずれかの場合に、膨張機１１０Ｂあるいは熱媒ポンプ１４０への冷媒の流通を阻止する流通阻止モードを実行するようにしたが、これに代えて、加熱器３４における冷媒の流れをバイパスさせるバイパスモードを実行するようにしても良い。

即ち、加熱器３４の上流側と下流側とが接続されて加熱器３４をバイパスするバイパス流路と、この加熱器バイパス流路を開閉する開閉弁とを設け、膨張機１１０Ｂを停止させたい時に、開閉弁を開くようにするものである。

これにより、加熱器３４での冷媒の加熱を行わずに、膨張機１１０Ｂに対して充分な熱エネルギーを有さない冷媒を流入させることができるので、膨張機１１０Ｂを確実に停止させることができる。

第１実施形態における内燃機関の廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第１実施形態における膨張発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。 第１実施形態におけるコントローラを示す模式図である。 第１実施形態における異常時停止制御に用いられるフローチャートである。 第１実施形態における異常時停止制御時の（ａ）は発電機兼電動機の電流、（ｂ）は液ポンプの作動状態、（ｃ）は弁体の開閉状態、（ｄ）は膨張機兼圧縮機の回転数を示すタイムチャートである。 第１実施形態の変形例１における膨張発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。 第２実施形態におけるコントローラおよび抵抗通電部を示す模式図である。 第２実施形態における異常時停止制御に用いられるフローチャートである。 第３実施形態における内燃機関の廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第３実施形態における膨張発電機兼電動圧縮機を示す断面図である。 第３実施形態における異常時停止制御に用いられるフローチャートである。 第４実施形態における内燃機関の廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第４実施形態における内部異常時の停止制御に用いられるフローチャートである。 第５実施形態における内部異常時の停止制御に用いられるフローチャートである。 第６実施形態における内燃機関の廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第６実施形態における外部からの停止要求時の停止制御に用いられるフローチャートである。 第７実施形態における内燃機関の廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。 第７実施形態における外部からの作動用供給電源停止時の停止制御に用いられるフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
２０ 内燃機関の廃熱利用装置
３０Ａ ランキンサイクル
３３ 液ポンプ（ポンプ）
３６ 膨張機バイパス流路（連通手段）
３６ａ 開閉弁（連通手段）
４０ 制御装置（制御手段）
４２ コントローラ（非定常検出手段）
４２ｂ１〜４２ｂ６ スイッチング素子
４３ 発電スイッチ（非定常検出手段）
４４ 電源スイッチ（非定常検出手段）
１１０ 膨張機兼圧縮機（膨張機）
１１０Ｂ 膨張機
１１７ 弁機構
１２０ 発電機兼電動機（発電機）
１２５ 抵抗通電部
１２５ａ 電気抵抗
１４０ 熱媒ポンプ（ポンプ）

Claims (4)

1. ポンプ（３３）によって循環されると共に、内燃機関（１０）の廃熱エネルギーによって加熱される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１１０）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、
   前記膨張機（１１０）の駆動力によって駆動され、発電を行う発電機（１２０）と、
   前記ランキンサイクル（３０Ａ）、前記発電機（１２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える内燃機関の廃熱利用装置において、
   前記膨張機（１１０）への前記作動流体の流路を開閉可能とする弁機構（１１７）を設け、
   前記制御手段（４０）は、前記膨張機（１１０）を停止させる際に、前記ポンプ（３３）を停止させた後に、前記弁機構（１１７）を閉じることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
2. ポンプ（１４０）によって循環されると共に、内燃機関（１０）の廃熱エネルギーによって加熱される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１１０）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、
   前記膨張機（１１０）の駆動力によって駆動され、発電を行う発電機（１２０）と、
   前記ランキンサイクル（３０Ａ）、前記発電機（１２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを備える内燃機関の廃熱利用装置において、
   前記ポンプ（１４０）は、前記膨張機（１１０）に接続されており、
   前記発電機（１２０）は、前記制御手段（４０）内のスイッチング素子（４２ｂ１〜４２ｂ６）のＯＮ−ＯＦＦによって電力制御されるブラシレス構造のものであり、
   前記膨張機（１１０）への前記作動流体の流路を開閉可能とする弁機構（１１７）を設け、
   前記制御手段（４０）は、前記発電機（１２０）の制御信号が制御目標域を外れた時に、前記弁機構（１１７）を閉じると共に、前記スイッチング素子（４２ｂ１〜４２ｂ６）のグランド側のみ（４２ｂ４〜４２ｂ６）をＯＮにすることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
3. 前記内燃機関（１０）は、車両用であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
4. ポンプ（３３）によって循環されると共に、内燃機関（１０）の廃熱エネルギーによって加熱される作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１１０）を有するランキンサイクル（３０Ａ）と、
   前記膨張機（１１０）の駆動力によって駆動され、発電を行う発電機（１２０）とを制御する内燃機関の廃熱利用装置の制御方法であって、
   前記膨張機（１１０）を停止させる際に、前記ポンプ（３３）を停止させた後に、前記膨張機（１１０）への前記作動流体の流入を停止させることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置の制御方法。

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