特許 6284734 ランキンサイクルシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6284734

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】ランキンサイクルシステム

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20180215BHJP

   F02G 5/04 20060101ALI20180215BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/00 Z

   F02G5/04 G

   F01N5/02 F

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-211903(P2013-211903)

(22)【出願日】2013年10月9日

(65)【公開番号】特開2015-75281(P2015-75281A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130052

【弁理士】

【氏名又は名称】大阪 弘一

(72)【発明者】

【氏名】古川 卓俊

(72)【発明者】

【氏名】中村 正明

(72)【発明者】

【氏名】飯窪 将太郎

(72)【発明者】

【氏名】町田 耕一

【審査官】 金丸 治之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９６３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６７６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２７０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４１６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０８８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６６５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１４８７５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１２６２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｆ０１Ｎ ５／０２

Ｆ０２Ｇ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発器、膨張機、凝縮器、リザーブタンク及びポンプの順に作動媒体を循環させるランキンサイクルシステムであって、
高温熱交換器と低温熱交換器との間に第一スタックが配置された入力部と、放熱熱交換器と冷却熱交換器との間に第二スタックが配置された出力部と、を有し、前記高温熱交換器と前記低温熱交換器との間の温度差により発生する音波により前記冷却熱交換器の熱を前記放熱熱交換器に移動させる熱音響機関を備え、
前記冷却熱交換器が、前記膨張機と前記リザーブタンクとの間における前記作動媒体の流路に配置されている、
ランキンサイクルシステム。

【請求項2】

前記冷却熱交換器が、前記膨張機と前記凝縮器との間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項１に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項3】

前記冷却熱交換器が、前記凝縮器と前記リザーブタンクとの間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項１に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項4】

前記放熱熱交換器が、前記ポンプと前記蒸発器との間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項１〜３の何れか一項に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項5】

前記放熱熱交換器が、前記作動媒体の流路から分離されて、空冷される、
請求項１〜３の何れか一項に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項6】

前記膨張機と前記凝縮器との間における前記作動媒体の流路と、前記ポンプと前記蒸発器との間における前記作動媒体の流路と、に配置されて、前記膨張機と前記凝縮器との間を流れる前記作動媒体と、前記ポンプと前記蒸発器との間を流れる前記作動媒体と、の間で熱交換を行うレキュペレータを更に備え、
前記冷却熱交換器が、前記レキュペレータと前記リザーブタンクとの間に配置されている、
請求項１〜５の何れか一項に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項7】

前記冷却熱交換器が、前記レキュペレータと前記凝縮器との間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項６に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項8】

前記放熱熱交換器が、前記ポンプと前記レキュペレータとの間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項６又は７に記載のランキンサイクルシステム。

【請求項9】

前記放熱熱交換器が、前記レキュペレータと前記蒸発器との間における前記作動媒体の流路に配置されている、
請求項６又は７に記載のランキンサイクルシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載されるランキンサイクルシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、蒸発器、膨張機、凝縮器、リザーブタンク及びポンプの順に作動媒体を循環させるランキンサイクルシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−０１２６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ランキンサイクルシステムは、膨張機の膨張比を高めるほど効率が高くなる。ここで、膨張機の膨張比が高いとは、膨張機の入口圧力に対して膨張機の出口圧力が低いことを意味する。そして、膨張機の出口圧力は、リザーブタンク内の作動媒体の温度に依存するところが大きいため、膨張機の膨張比を高めるためには、リザーブタンク内の作動媒体の温度を低減し、膨張機の出口圧力を下げればよい。しかしながら、リザーブタンク内の作動媒体の温度低減は、凝縮器の低温熱源温度により限界がある。

【0005】

一方、凝縮器を大型化すれば、リザーブタンク内の作動媒体の温度を低減することができる。しかしながら、ランキンサイクルシステムを車両に搭載する場合は、搭載スペースが限られていることから凝縮器を大型化することは現実的ではない。

【0006】

そこで、本発明は、凝縮器の大型化を抑制しつつ、ランキンサイクルの効率を向上するランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るランキンサイクルシステムは、蒸発器、膨張機、凝縮器、リザーブタンク及びポンプの順に作動媒体を循環させるランキンサイクルシステムであって、高温熱交換器と低温熱交換器との間に第一スタックが配置された入力部と、放熱熱交換器と冷却熱交換器との間に第二スタックが配置された出力部と、を有し、高温熱交換器と低温熱交換器との間の温度差により発生する音波により冷却熱交換器の熱を放熱熱交換器に移動させる熱音響機関を備え、冷却熱交換器が、膨張機とリザーブタンクとの間における作動媒体の流路に配置されている。

【0008】

本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、高温熱交換器と低温熱交換器との間の温度差により発生する音波により冷却熱交換器の熱が放熱熱交換器に移動する熱音響効果により、膨張機３とリザーブタンク５との間の流路を流れる作動媒体の温度が低下する。これにより、凝縮器の大型化により作動媒体の温度低下を図らなくても、リザーブタンクに貯留される作動媒体の温度を低下させて、膨張機の膨張比を高められるため、凝縮器の大型化を抑制しつつ、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0009】

また、本発明は、冷却熱交換器が、膨張機と凝縮器との間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。これにより、凝縮器入口における作動媒体の温度が低下するため、凝縮器を小型化することができる。

【0010】

また、本発明は、冷却熱交換器が、凝縮器とリザーブタンクとの間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。これにより、低温熱源で制限される凝縮器出口温度よりもリザーブタンク入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0011】

また、本発明は、放熱熱交換器が、ポンプと蒸発器との間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。このように放熱熱交換器を配置することで、熱音響機関の熱音響効果により、ポンプと蒸発器との間の流路を流れる作動媒体の温度を上昇させることができる。これにより、蒸発器入口における作動媒体の温度が上昇するため、蒸発器での入熱量を抑制できるので、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0012】

また、本発明は、放熱熱交換器が、作動媒体の流路から分離されて、空冷されるものとすることができる。このように放熱熱交換器を空冷することにより、作動媒体の温度によらず、放熱熱交換器の温度を常温に保持することができる。このため、冷却熱交換器において、作動媒体を安定的に冷却することができる。

【0013】

また、本発明は、膨張機と凝縮器との間における作動媒体の流路と、ポンプと蒸発器との間における作動媒体の流路と、に配置されて、膨張機と凝縮器との間を流れる作動媒体と、ポンプと蒸発器との間を流れる作動媒体と、の間で熱交換を行うレキュペレータを更に備え、冷却熱交換器が、レキュペレータとリザーブタンクとの間に配置されているものとすることができる。

【0014】

このように、レキュペレータを備えることで、膨張機出口の廃熱を利用して、蒸発器入口における作動媒体の温度を上昇させるとともに、凝縮器入口における作動媒体の温度を低下させることができるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。そして、冷却熱交換器がレキュペレータとリザーブタンクとの間に配置されているため、膨張器出口圧力を低減することができる。これにより、膨張比が増加するのでランキンサイクルの効率を向上させることができる。

【0015】

また、本発明は、冷却熱交換器が、レキュペレータと凝縮器との間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。このように冷却熱交換器を配置することで、凝縮器入口における作動媒体の温度が低下するため、凝縮器を小型化することができる。

【0016】

また、本発明は、放熱熱交換器が、ポンプとレキュペレータとの間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。このように放熱熱交換器を配置することで、レキュペレータ入口における作動媒体の温度が上昇するため、レキュペレータを小型化することができる。

【0017】

また、本発明は、放熱熱交換器が、レキュペレータと蒸発器との間における作動媒体の流路に配置されているものとすることができる。このように放熱熱交換器を配置することで、蒸発器入口における作動媒体の温度が上昇するため、膨張機の膨張比が高まり、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、凝縮器の大型化を抑制しつつ、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図2】シングルループ型の熱音響機関を示す模式図である。

【図3】ダブルループ型の熱音響機関を示す模式図である。

【図4】第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図5】第３の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図6】第４の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図7】第５の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図8】第６の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図9】第７の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図10】第８の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図11】第９の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【図12】第１０の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0021】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ａは、車両（不図示）に搭載されて、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、リザーブタンク５及びポンプ６の順に作動媒体を循環させるランキンサイクルシステムである。

【0022】

蒸発器２は、エンジン７を冷却するためのエンジン冷却水を熱源として作動媒体を蒸発させるものである。

【0023】

膨張機３は、蒸発器２で蒸発された作動媒体を膨張させて発電を行うものである。

【0024】

凝縮器４は、サブラジエータ８により冷却された冷却水を冷熱源として、膨張機３において発電に利用された作動媒体を冷却して凝縮するものである。

【0025】

リザーブタンク５は、凝縮器４で冷却凝縮された作動媒体を貯留するものである。

【0026】

ポンプ６は、リザーブタンク５に貯留されている作動媒体（凝縮器４で凝縮された作動媒体）を圧縮して蒸発器２に送り出すものである。

【0027】

そして、ランキンサイクルシステム１Ａには、更に熱音響機関１０が取り付けられている。ここで、熱音響機関１０について説明する。

【0028】

図２は、シングルループ型の熱音響機関を示す模式図であり、図３は、ダブルループ型の熱音響機関を示す模式図である。図２及び図３に示すように、熱音響機関１０は、入力部２０と、出力部３０と、入力部２０と出力部３０とを連結する音響管４０と、により構成されており、入力部２０の温度差により生じる音波エネルギーを用いて出力部３０を冷却するものである。

【0029】

入力部２０は、高温熱交換器２１と、蓄熱器（第一スタック）２２と、低温熱交換器２３と、をこの順に並べて配置したものである。つまり、入力部２０は、高温熱交換器２１と低温熱交換器２３との間に蓄熱器（第一スタック）２２が配置されている。高温熱交換器２１の熱源は、特に限定されるものではないが、例えば、排気ガスやＥＧＲガスとすることができる。低温熱交換器２３の冷熱源は、特に限定されるものではないが、例えば、エンジンの冷却水や外気（空冷）とすることができる。

【0030】

出力部３０は、冷却熱交換器３１と、蓄熱器（第二スタック）３２と、放熱熱交換器３３と、をこの順に並べて配置したものである。つまり、出力部３０は、冷却熱交換器３１と放熱熱交換器３３との間に蓄熱器（第二スタック）３２が配置されている。

【0031】

音響管４０は、入力部２０と出力部３０とをループにより連結するものである。図２に示すように、シングルループ型の熱音響機関１０の音響管４０は、一つのループにより入力部２０と出力部３０とを連結した管である。また、図３に示すように、ダブルループ型の熱音響機関１０の音響管４０は、入力部２０と出力部３０とを別のループに連結し、この二つのフープを連結した管である。なお、図３では、高温熱交換器２１、蓄熱器（スタック）２２及び低温熱交換器２３で構成される入力部２０が直列的に複数設けられているが、入力部２０の数は特に限定されるものではない。

【0032】

そして、入力部２０では、高温熱交換器２１と低温熱交換器２３との間の温度差が生じると、音響管４０に自励振動（音波）が発生し、この発生した音波が音響管４０を進行する。一方、出力部３０では、音響管４０に発生した自励振動（音波）のエネルギーにより冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動し、冷却熱交換器３１が冷却される。

【0033】

そして、図１に示すように、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ａでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、膨張機３とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。より詳細には、冷却熱交換器３１が、膨張機３と凝縮器４との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0034】

また、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、ポンプ６と蒸発器２との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0035】

次に、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ａの動作について説明する。

【0036】

まず、膨張機３から凝縮器４側に送られる高温の作動媒体は、凝縮器４に供給される前に冷却熱交換器３１を通る。

【0037】

このとき、熱音響機関１０の入力部２０では、高温熱交換器２１が排気ガスやＥＧＲガス等の熱源により加熱されるとともに、低温熱交換器２３がエンジンの冷却水や外気（空冷）等の冷熱源により冷却されることにより、高温熱交換器２１と低温熱交換器２３との間に温度差が生じる。そして、高温熱交換器２１と低温熱交換器２３との間の温度差により音響管４０に自励振動（音波）が発生し、この発生した音波が音響管４０を進行する。すると、熱音響機関１０の出力部３０では、音響管４０に発生した自励振動（音波）のエネルギーにより冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動する。

【0038】

このため、膨張機３から凝縮器４側に送られる高温の作動媒体は、冷却熱交換器３１により冷却されて、凝縮器４に供給される。

【0039】

凝縮器４に供給された作動媒体は、サブラジエータ８により冷却された冷却水等の冷熱源により冷却凝縮されて、リザーブタンク５に貯留される。

【0040】

リザーブタンク５に貯留された作動媒体は、ポンプ６により蒸発器２側に送り出されるが、蒸発器２に供給される前に放熱熱交換器３３を通る。

【0041】

このとき、熱音響機関１０の出力部３０では、音響管４０に発生した自励振動（音波）のエネルギーにより冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動するため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、放熱熱交換器３３により加熱されて、蒸発器２に供給される。

【0042】

そして、蒸発器２に供給された作動媒体は、エンジン冷却水等の熱源による加熱により蒸発して、膨張機３に供給される。

【0043】

このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ａによれば、高温熱交換器２１と低温熱交換器２３との間の温度差により発生する自励振動（音波）により冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動する熱音響機関１０の熱音響効果により、膨張機３とリザーブタンク５との間の流路を流れる作動媒体の温度が低下する。これにより、凝縮器４の大型化により作動媒体の温度低下を図らなくても、リザーブタンク５に貯留される作動媒体の温度を低下させて、膨張機３の膨張比を高められるため、凝縮器４の大型化を抑制しつつ、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0044】

そして、冷却熱交換器３１を、膨張機３と凝縮器４との間における作動媒体の流路に配置することで、凝縮器４入口における作動媒体の温度が低下するため、凝縮器４を小型化することができる。

【0045】

また、放熱熱交換器３３を、ポンプ６と蒸発器２との間における作動媒体の流路に配置することで、熱音響機関１０の熱音響効果により、ポンプ６と蒸発器２との間の流路を流れる作動媒体の温度を上昇させることができる。これにより、蒸発器２入口における作動媒体の温度が上昇するため、蒸発器２での入熱量を抑制できるので、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0046】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、基本的に第１の実施形態（図１参照）と同様であり、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３の配置のみ第１の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第１の実施形態と相違する事項のみを説明し、第１の実施形態と同様の説明を省略する。

【0047】

図４は、第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図４に示すように、第２の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｂでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、空冷されている。つまり、放熱熱交換器３３が、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、リザーブタンク５及びポンプ６を循環する作動媒体の流路から分離されて、車両の走行風が通過する位置に配置（接続）されている。

【0048】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、放熱熱交換器３３により加熱されることなく蒸発器２に供給されるが、放熱熱交換器３３の温度が、作動媒体の温度によらず常温（外気温）に保持される。

【0049】

このように、第２の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｂによれば、作動媒体の温度によらず放熱熱交換器３３の温度が常温に保持されることで、冷却熱交換器３１において作動媒体を安定的に冷却することができるため、ランキンサイクルを適切に制御することができる。

【0050】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、基本的に第１の実施形態（図１参照）と同様であり、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１の配置のみ第１の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第１の実施形態と相違する事項のみを説明し、第１の実施形態と同様の説明を省略する。

【0051】

図５は、第３の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図５に示すように、第３の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｃでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、凝縮器４とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0052】

このため、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、リザーブタンク５に供給される前に冷却熱交換器３１を通る。

【0053】

このとき、熱音響機関１０の出力部３０では、音響管４０に発生した自励振動（音波）のエネルギーにより冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動するため、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、冷却熱交換器３１により冷却されて、リザーブタンク５に供給される。

【0054】

このように、第３の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｃによれば、低温熱源で制限される凝縮器４出口温度よりもリザーブタンク５入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機３の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0055】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、基本的に第１の実施形態（図１参照）と同様であり、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１及び放熱熱交換器３３の配置のみ第１の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第１の実施形態と相違する事項のみを説明し、第１の実施形態と同様の説明を省略する。

【0056】

図６は、第４の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図６に示すように、第４の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｄでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、第３の実施形態（図５参照）と同様に凝縮器４とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0057】

このため、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、リザーブタンク５に供給される前に冷却熱交換器３１を通るため、冷却熱交換器３１により冷却されて、リザーブタンク５に供給される。

【0058】

また、第４の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｄでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、第２の実施形態（図４参照）と同様に空冷されている。つまり、放熱熱交換器３３が、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、リザーブタンク５及びポンプ６を循環する作動媒体の流路から分離されて、車両の走行風が通過する位置に配置されている。

【0059】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、放熱熱交換器３３により加熱されることなく蒸発器２に供給されるが、放熱熱交換器３３の温度が、作動媒体の温度によらず常温（外気温）に保持される。

【0060】

このように、第４の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｄによれば、冷却熱交換器３１を上記の位置に配置することで、低温熱源で制限される凝縮器４出口温度よりもリザーブタンク５入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機３の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0061】

また、放熱熱交換器３３を上記の位置に配置することで、作動媒体の温度によらず放熱熱交換器３３の温度が常温に保持されることで、冷却熱交換器３１において作動媒体を安定的に冷却することができるため、ランキンサイクルを適切に制御することができる。

【0062】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、基本的に第１の実施形態（図１参照）と同様であり、レキュペレータが追加されている点のみ第１の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第１の実施形態と相違する事項のみを説明し、第１の実施形態と同様の説明を省略する。

【0063】

図７は、第５の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図７に示すように、第５の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｅでは、作動媒体が流れる流路に、レキュペレータ９が設けられている。

【0064】

レキュペレータ９は、膨張機３の入口側（上流側）の作動媒体と膨張機３の出口側（下流側）の作動媒体との間で熱交換を行う排熱回収装置である。

【0065】

レキュペレータ９は、膨張機３と凝縮器４との間における作動媒体の流路と、ポンプ６と蒸発器２との間における作動媒体の流路と、に配置（接続）されており、膨張機３と凝縮器４との間を流れる前記作動媒体と、ポンプ６と蒸発器２との間を流れる作動媒体と、の間で熱交換を行う。

【0066】

そして、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１は、レキュペレータ９とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。より詳細には、冷却熱交換器３１は、レキュペレータ９と凝縮器４との間における作動媒体の流路に配置されている。

【0067】

また、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３は、ポンプ６とレキュペレータ９との間における作動媒体の流路に配置されている。

【0068】

次に、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｅの動作について説明する。

【0069】

まず、膨張機３から凝縮器４側に送られる高温の作動媒体は、凝縮器４に供給される前に、まずレキュペレータ９を通り、次に冷却熱交換器３１を通る。

【0070】

レキュペレータ９では、膨張機３と凝縮器４との間を流れる前記作動媒体と、ポンプ６と蒸発器２との間を流れる作動媒体と、の間で熱交換が行われるため、膨張機３から凝縮器４側に送られる高温の作動媒体は、まず、レキュペレータ９により冷却されて、冷却熱交換器３１に供給される。

【0071】

また、熱音響機関１０では、熱音響効果により冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動するため、レキュペレータ９により冷却された作動媒体は、更に冷却熱交換器３１により冷却されて、凝縮器４に供給される。

【0072】

凝縮器４に供給された作動媒体は、サブラジエータ８により冷却された冷却水等の冷熱源により冷却凝縮され、リザーブタンク５に貯留される。

【0073】

リザーブタンク５に貯留された作動媒体は、ポンプ６により蒸発器２側に送り出されるが、蒸発器２に供給される前に、まず放熱熱交換器３３を通り、次にレキュペレータ９を通る。

【0074】

熱音響機関１０では、熱音響効果により冷却熱交換器３１の熱が放熱熱交換器３３に移動するため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、放熱熱交換器３３により加熱されて、レキュペレータ９に供給される。

【0075】

また、レキュペレータ９では、膨張機３と凝縮器４との間を流れる前記作動媒体と、ポンプ６と蒸発器２との間を流れる作動媒体と、の間で熱交換が行われるため、放熱熱交換器３３により加熱された作動媒体は、更にレキュペレータ９により加熱されて、蒸発器２に供給される。

【0076】

そして、蒸発器２に供給された作動媒体は、エンジン冷却水等の熱源による加熱により蒸発して、膨張機３に供給される。

【0077】

このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｅによれば、レキュペレータ９を備えることで、膨張機３出口の廃熱を利用して、蒸発器２入口における作動媒体の温度を上昇させるとともに、凝縮器４入口における作動媒体の温度を低下させることができるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0078】

また、冷却熱交換器３１がレキュペレータ９とリザーブタンク５との間に配置されているため、膨張機３出口圧力を低減することができる。これにより、膨張比が増加するのでランキンサイクルの効率を向上させることができる。

【0079】

そして、冷却熱交換器３１をレキュペレータ９と凝縮器４との間における作動媒体の流路に配置することで、凝縮器４入口における作動媒体の温度が低下するため、凝縮器４を小型化することができる。

【0080】

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、基本的に第５の実施形態（図７参照）と同様であり、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１の配置のみ第５の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第５の実施形態と相違する事項のみを説明し、第５の実施形態と同様の説明を省略する。

【0081】

図８は、第６の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図８に示すように、第６の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｆでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、凝縮器４とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0082】

このため、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、リザーブタンク５に供給される前に熱音響機関１０の冷却熱交換器３１を通るため、冷却熱交換器３１により冷却されて、リザーブタンク５に供給される。

【0083】

このように、第６の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｆによれば、低温熱源で制限される凝縮器４出口温度よりもリザーブタンク５入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機３の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0084】

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、基本的に第５の実施形態（図７参照）と同様であり、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３の配置のみ第５の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第５の実施形態と相違する事項のみを説明し、第５の実施形態と同様の説明を省略する。

【0085】

図９は、第７の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図９に示すように、第７の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｇでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、レキュペレータ９と蒸発器２との間における作動媒体の流路に配置されている。

【0086】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出される作動媒体は、蒸発器２に供給される前に、まずレキュペレータ９を通り、次に熱音響機関１０の放熱熱交換器３３を通るため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された作動媒体は、レキュペレータ９により加熱され、レキュペレータ９で加熱された作動媒体は、更に放熱熱交換器３３により加熱されて、蒸発器２に供給される。

【0087】

このように、第７の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｇによれば、蒸発器２入口における作動媒体の温度が上昇するため、膨張機３の膨張比が高まり、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0088】

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、基本的に第５の実施形態（図７参照）と同様であり、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１及び放熱熱交換器３３の配置のみ第５の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第５の実施形態と相違する事項のみを説明し、第５の実施形態と同様の説明を省略する。

【0089】

図１０は、第８の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図１０に示すように、第８の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｈでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、第６の実施形態（図８参照）と同様に凝縮器４とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0090】

このため、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、リザーブタンク５に供給される前に熱音響機関１０の冷却熱交換器３１を通るため、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１により冷却されて、リザーブタンク５に供給される。

【0091】

また、第８の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｈでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、第７の実施形態（図９参照）と同様にレキュペレータ９と蒸発器２との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0092】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出される作動媒体は、蒸発器２に供給される前に、まずレキュペレータ９を通り、次に放熱熱交換器３３を通るため、レキュペレータ９により加熱され、レキュペレータ９で加熱された作動媒体は、更に熱音響機関１０の放熱熱交換器３３により加熱されて、蒸発器２に供給される。

【0093】

このように、第８の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｈによれば、低温熱源で制限される凝縮器４出口温度よりもリザーブタンク５入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機３の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0094】

また、蒸発器２入口における作動媒体の温度が上昇するため、膨張機３の膨張比が高まり、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0095】

（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、基本的に第５の実施形態（図７参照）と同様であり、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３の配置のみ第５の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第５の実施形態と相違する事項のみを説明し、第５の実施形態と同様の説明を省略する。

【0096】

図１１は、第９の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図１１に示すように、第９の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｉでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、空冷されている。つまり、放熱熱交換器３３が、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、リザーブタンク５及びポンプ６を循環する作動媒体の流路から分離されて、車両の走行風が通過する位置に配置されている。

【0097】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３により加熱されることなく蒸発器２に供給されるが、放熱熱交換器３３の温度が、作動媒体の温度によらず常温（外気温）に保持される。

【0098】

このように、第９の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｉによれば、作動媒体の温度によらず放熱熱交換器３３の温度が常温に保持されることで、冷却熱交換器３１において作動媒体を安定的に冷却することができるため、ランキンサイクルを適切に制御することができる。

【0099】

（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、基本的に第５の実施形態（図７参照）と同様であり、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１及び放熱熱交換器３３の配置のみ第５の実施形態と相違する。このため、以下の説明では、第５の実施形態と相違する事項のみを説明し、第５の実施形態と同様の説明を省略する。

【0100】

図１２は、第１０の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示す模式図である。図１２に示すように、第１０の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｊでは、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１が、第６の実施形態（図８参照）のように凝縮器４とリザーブタンク５との間における作動媒体の流路に配置（接続）されている。

【0101】

これにより、凝縮器４からリザーブタンク５側に送られる作動媒体は、リザーブタンク５に供給される前に熱音響機関１０の冷却熱交換器３１を通るため、熱音響機関１０の冷却熱交換器３１により冷却されて、リザーブタンク５に供給される。

【0102】

また、第１０の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｊでは、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３が、第９の実施形態（図１１参照）のように空冷されている。つまり、放熱熱交換器３３が、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、リザーブタンク５及びポンプ６を循環する作動媒体の流路から分離されて、車両の走行風が通過する位置に配置されている。

【0103】

このため、ポンプ６から蒸発器２側に送り出された低温の作動媒体は、熱音響機関１０の放熱熱交換器３３により加熱されることなく蒸発器２に供給されるが、放熱熱交換器３３の温度が、作動媒体の温度によらず常温（外気温）に保持される。

【0104】

このように、第１０の実施形態に係るランキンサイクルシステム１Ｊによれば、低温熱源で制限される凝縮器４出口温度よりもリザーブタンク５入口における作動媒体の温度が十分に低下し、これにより膨張機３の膨張比が高まるため、ランキンサイクルの効率を向上することができる。

【0105】

また、作動媒体の温度によらず放熱熱交換器３３の温度が常温に保持されることで、冷却熱交換器３１において作動媒体を安定的に冷却することができるため、ランキンサイクルを適切に制御することができる。

【0106】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、蒸発器、膨張機、凝縮器、リザーブタンク及びポンプによりランキンサイクルシステムが構成されるものとして説明したが、ランキンサイクルシステムは上記以外の構成を含んでもよい。

【符号の説明】

【0107】

１Ａ〜１Ｊ…ランキンサイクルシステム、２…蒸発器、３…膨張機、４…凝縮器、５…リザーブタンク、６…ポンプ、７…エンジン、８…サブラジエータ、９…レキュペレータ、１０…熱音響機関、２０…入力部、２１…高温熱交換器、２２…蓄熱器（スタック）、２３…低温熱交換器、３０…出力部、３１…冷却熱交換器、３３…放熱熱交換器、４０…音響管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】