以下、図面により本発明の一実施形態につ� ��て説明する。
 図1は、本実施形態の廃熱利用装置2の構成� �概略的に示した模式図である。廃熱利用装� �2は、例えば車両のエンジン(内燃機関)4を冷� ��する冷却水回路6と、エンジン4の廃熱を回� �するランキンサイクル回路(ランキンサイク� ��)8(以下、RC回路という)とから構成されてい� ��。
 冷却水回路6は、エンジン4から延設される� �却水の循環路7に、冷却水の流れ方向から順� ��蒸発器10、水ポンプ12が介挿されて閉回路を 構成している。
 蒸発器10は、冷却水回路6の冷却水とRC回路8� ��冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、� ��ンジン4にて加熱された冷却水、すなわち温 水を熱媒体としてエンジン4の廃熱をRC回路8� �に吸熱させて回収している。蒸発器10を経由 することによって冷媒に吸熱されて温度低下 した冷却水は、エンジン4を経由して冷却す� �ことにより再び加熱された温水となる。
 水ポンプ12は、エンジン4の回転数に応じて� ��動され、冷却水回路6に冷却水を好適に循環 させる。

 一方、RC回路8は、冷媒の循環路9に、冷媒の 流れ方向から順に蒸発器10、膨張機14、凝縮� �16、冷媒ポンプ(ポンプ)18が介挿されて閉回� �を構成している。
 膨張機14は、蒸発器10で加熱されて過熱蒸気 の状態となった冷媒を膨張させ、回転駆動力 を発生させる容積式の流体機器である。また 、膨張機14には発電装置20が機械的に連結さ� �、発電装置20は膨張機14の回転駆動力を電力� ��換して交流電力を発生する。
 凝縮器16は、膨張機14から吐出される冷媒を 外気と熱交換させて凝縮液化する空冷式の熱 交換器であり、凝縮器16で凝縮された液冷媒� ��冷媒ポンプ18によって蒸発器10に圧送される 。
 冷媒ポンプ18は、その駆動部に入力される� �号に応じて駆動される電動ポンプであり、RC 回路8に冷媒を好適に循環させる。

 ここで、循環路9には、膨張機14の入口14a近� ��に、蒸発器10側から順に、膨張機14に吸入さ れる冷媒の吸入圧力Psを検出する圧力センサ( 冷媒状態検出手段)22、吸入温度Tsを検出する� ��度センサ(冷媒状態検出手段)24が設置されて いる。
 また、膨張機14の出口14b近傍にも、膨張機14 側から順に、膨張機14から吐出される冷媒の� ��出圧力Peを検出する圧力センサ(冷媒状態検� ��手段)26、吐出温度Teを検出する温度センサ(� ��媒状態検出手段)28が設置され、これらセン� ��22、24、26、28は発電装置20に電気的に接続さ れている。
 詳しくは、図2に示される発電装置20の構成� ��示した模式図を参照すると、発電装置20は� �発電機30、PWMコンバータ(コンバータ)32、制� �装置34から構成されている。
 また、制御装置34は、周波数指示装置36、デ ータベース38から構成され、センサ22、24、26� ��28は周波数指示装置36に電気的に接続されて いる。
 発電機30は、連結軸15を介して膨張機14によ� ��て駆動され、交流電力を発生する。なお、� ��電機30を膨張機14と同軸の一体化構造として も良い。

 PWMコンバータ32は、発電機30に電気的に接続 され、発電機30から出力される交流電力をパ� ��ス幅変調方式により直流電力に変換して負� ��33に出力する変換装置である。負荷33は、得 られた直流電力を廃熱利用装置2の外部で利� �可能にする電力系統のことである。
 ここで、本実施形態のPWMコンバータ32は、� �電機30、ひいては発電機30と一体に回転駆動� ��れる膨張機14の回転周波数を制御する図示� �ない制御回路を備えており、この制御回路� �は周波数指示装置36から回転周波数となるゲ ート信号37が入力される。
 周波数指示装置36には、図示しないメモリ� �内蔵され、このメモリにはセンサ22、24、26� �28から検出された冷媒データが周期的に入力 される。周波数指示装置36は、これら冷媒デ� ��タに基づいて、データベース38を参照しつ� �、後述する各種演算や制御ルーチンを実行� �、これより決定されたゲート信号37をPWMコン バータ32に出力している。

 詳しくは、周波数指示装置36では、膨張機14 における冷媒の吸入容積Vsに対する吐出容積V eの比である容積比(Ve/Vs)(以下、Rvという)と、 吐出圧力Peに対する吸入圧力Psの比である圧� �比(Ps/Pe)(いわゆる膨張比、以下、Rpという)と 、圧力比Rpの理論値であって、容積比Rvをデ� �タベース38にて参照される冷媒の比熱比Kで� �した理論設定圧力比(Ve/Vs) ^K (以下、Rpiという)とが算出される。そして、� ��出された容積比Rv、圧力比Rp、理論設定圧力 比Rpiは周波数指示装置36のメモリに周期的に� ��納される。なお、容積比Rvは膨張機14の固有 値であり、また、圧力比Rp=理論設定圧力比Rpi となるときには、膨張機14の理論最大効率が� ��られ、ひいては発電機30の理論最大発電効� �Eimが得られることが知られている。

 一方、データベース38は、周波数指示装置36 と双方向のデータのやり取りが可能なデータ テーブルであって、センサ22,24にてそれぞれ� ��出された吸入圧力Ps、吸入温度Tsに基づいて 、膨張機14への吸入冷媒の比熱比K1が参照可� �であると共に、センサ26,28にてそれぞれ検出 された吐出圧力Pe、吐出温度Teに基づいて、� �張機14からの吐出冷媒の比熱比K2が参照可能� ��構成されている。
 そして、周波数指示装置36では、データベ� �ス38から呼び出された比熱比K1,K2を平均演算� ��ることによって、膨張機14の入口14aから出� �14bにかけて流れる冷媒の比熱比K(=(K1+K2)/2)が� ��出される。なお、データベース38の参照に� �たっては補間処理を行うことが好ましい。
 また、周波数指示装置36は、圧力比Rpの設定 値である設定圧力比Rpsに応じてゲート信号37� ��決定してPWMコンバータ32に出力している。PW Mコンバータ32は、こうして決定されたゲート 信号37に応じて、発電機30、ひいては膨張機14 の回転数制御を行っている。

 具体的には、PWMコンバータ32は、圧力比Rpが 設定圧力比Rpsより小さいときには、膨張機14� ��回転数Nを減少させる一方、圧力比Rpが設定� ��力比Rpsより大きいときには、膨張機14の回� �数Nを増加させ、圧力比Rpを設定圧力比Rpsに� �一定に保持するべく膨張機14の回転数制御を 行う。
 ここで、回転数Nの増減により圧力比Rpが変� ��するプロセスについて説明すると、例えば� ��回転数Nを減少させることによって駆動トル クが増大し、膨張機14を通過する冷媒の通水� ��抗が増大する。これにより、膨張機14の入� �側に蒸発器10を通過した蒸発冷媒が停滞し、 ひいては冷媒の蒸発圧力が上昇することなる ため、結果的に圧力比Rpが大きくなる。

 以下、図3に示されるフローチャートを参照 して、周波数指示装置36にてゲート信号37を� �化させることにより実行される膨張機14の回 転数制御の制御ルーチンについて詳しく説明 する。
 先ず、当該回転数制御が開始されるとS1に� �行する(以下、Sはステップを表す)。
 S1では、周波数指示装置36のメモリから容積 比Rvを呼び出し、S2に移行する。
 S2では、センサ22,24にてそれぞれ吸入圧力Ps� ��び吸入温度Tsを検出し、S3に移行する。
 S3では、データベース38においてS2にて検出� ��れた吸入圧力Ps及び吸入温度Tsに対応する比 熱比K1を参照し、S4に移行する。
 S4では、センサ26,28にてそれぞれ吐出圧力Pe� ��び吐出温度Teを検出し、S5に移行する。
 S5では、データベース38においてS4にて検出� ��れた吐出圧力Pe及び吐出温度Teに対応する比 熱比K2を参照し、S6に移行する。

 S6では、比熱比K1,K2を平均して比熱比Kを算� �し、この比熱比Kを用いて理論設定圧力比Rpi� ��算出し、S7に移行する。
 S7では、圧力比Rpを算出してS8に移行する。
 S8では、蒸発器10における冷却水回路6から� �吸熱量Qが所定値以上か否かを判定する。判� ��結果が真(Yes)で吸熱量Qが所定値以上と判定� ��れた場合にはS9に移行し、判定結果が偽(No)� ��吸熱量Qが所定値未満と判定された場合には S10に移行する。なお、蒸発器10における冷媒� ��蒸発温度をTi、冷却水の入水温度をTh、蒸発 器10の固有値である熱伝達率をa、伝熱面積を Aとすると、一般に、吸熱量Qは、Q=a×A×(Th-Ti)� ��式により算出される。
 S9に移行した場合には、圧力比Rpが変化して いるか否かを判定する。判定結果が真(Yes)で� ��力比Rpが変化していると判定された場合に� �S11に移行し、判定結果が偽(No)で圧力比Rpが� �化していないと判定された場合であって、� �制御ルーチンの前回周期で膨張機14の回転数 Nを増加させた場合にはS12に移行し、一方、� �制御ルーチンの前回周期で膨張機14の回転数 Nを減少させた場合にはS10に移行する。なお� �本制御ルーチンの初回周期にS9を実行する場 合には、無条件でS11に移行する。

 S11に移行した場合には、設定圧力比Rps>圧 力比Rpが成立するか否かを判定する。判定結� ��が真(Yes)で設定圧力比Rpi>圧力比Rpが成立� �ると判定された場合にはS12に移行し、判定� �果が偽(No)で設定圧力比Rpi>圧力比Rpが成立� ��ないと判定された場合には、S10に移行する� ��
 上記S9,11にてS12に移行した場合には、膨張� �14の回転数Nが最低回転数Nminより小さいか否� ��を判定する。判定結果が真(Yes)でN<Nminが� �立すると判定された場合には、S2に移行して 本制御ルーチンの次回周期に入り、判定結果 が偽(No)でN<Nminが成立しない、すなわちN≧N minが成立すると判定された場合には、S13に移 行する。なお、最低回転数Nminは、回転数Nが� ��さくなることにより膨張機14の効率が極端� �低下しない程度の所定値以上、具体的には� �発明者の実験結果により最大効率の75%以上� �なるような回転数値(例えば、1000rpm程度)と� �て予め設定されている。

 一方、上記S8,9,11にてS10に移行した場合には 、膨張機14の回転数Nが最高回転数Nmaxより大� �いか否かを判定する。判定結果が真(Yes)でN&g t;Nmaxが成立すると判定された場合には、S2に� ��行して本制御ルーチンの次回周期に入り、� ��定結果が偽(No)でN>Nmaxが成立しない、すな わちN≦Nmaxが成立すると判定された場合には� ��S14に移行する。なお、最高回転数Nmaxは、膨 張機14の駆動に係る所定の安全係数に基づい� ��回転数値として予め設定されている。
 S13に移行した場合には、膨張機14の回転数N� ��所定数減少させた後、S2に移行して本制御� �ーチンの次回周期に入る。
 一方、S14に移行した場合には、膨張機14の� �転数Nを所定数増大させた後、S2に移行して� �制御ルーチンの次回周期に入る。
 このように、当該回転数制御では、圧力比R pを設定圧力比Rpsに略一定に保持させるべく� �張機14の回転数Nを適宜変化させている。

 ここで、当該回転数制御を行うに際し、発� ��機30の発電効率Eを理論最大発電効率Eimに近� ��けるためには、上述したように、理論的に� ��、圧力比Rpが理論設定圧力比Rpiに等しくな� �ように、すなわち、設定圧力比Rpsを理論設� �圧力比Rpiに予め設定し、設定圧力比Rpsに対� �る圧力比Rpの比率Rが1.0になるように、膨張� �14の回転数Nを変化させれば良いことになる� �
 しかし、実際には、膨張機14での冷媒の膨� �は、冷媒の若干の漏れ等に伴う熱の出入り� �よってポリトロープ膨張となるため、この� �について考慮しなければ、発電機30の発電効 率Eの実際の最大値である最大発電効率Emを得 ることはできない。
 詳しくは、図4に示される比率Rと発電効率E� ��の関係曲線図を参照すると、本実施形態のR C回路8における実験結果では、実線で示され� ��ように、比率Rの設定値が約1.18(以下、設定� ��率Rsという)になり得る範囲に設定圧力比Rps� ��予め設定し、この設定圧力比Rpsの近傍にお� ��て圧力比Rpが略一定に保持されるように膨� �機14の回転数制御を行うことにより最大発電 効率Emに近づけることができる。

 また、一般に、設定比率Rsを境界として比� �Rが増加する方向は不足膨張といい、一方、� ��率Rが減少する方向を過膨張といい、過膨張 のときより不足膨張のときのほうが図4の曲� �の傾きが小さくなって発電効率Eが最大発電� ��率Emにより近づくことが知られている。
 そこで、本発明では、最大発電効率Emを得� �れる設定比率Rsが実際には1.0とはならず、し かも、比率Rが不足膨張側に大きいほうが最� �発電効率Emを得るには有利であることに着眼 し、更に、RC回路8が正常に稼働したときには 必ず比率R≧1.0の関係式が成立する点も踏ま� �て、設定圧力比Rpsが1.0≦R≦1.25(図4中に示さ� ��る実線矢印範囲)の関係式を満たすべく予め 設定される。
 一方、当該回転数制御のS8において、吸熱� �Qが所定値以上か否かが判定されるが、吸熱� ��Qが確保できなくなるのは、凝縮器16は空冷� ��であることから、外気温度が高いと凝縮器1 6における冷媒の凝縮温度が高くなるため、� �張機14の上記回転数制御を行うことにより、 蒸発器10における冷媒の蒸発温度Tiも高くな� �、ひいては蒸発器10における冷媒の蒸発温度 Tiと冷却水の入水温度Thとの温度差δTが必然� �に小さくなることに起因する。

 以下、図5に示されるモリエル線図を参照し てRC回路8の熱収支について説明する。
 先ず、本実施形態の膨張機14の回転数制御� �行う前においては、冷媒(A)は蒸発器10に流入 し、冷却水回路6を流れるエンジン4で加熱さ� ��た後の温水で加熱されて、エンタルピiが増 加したガス状態の冷媒(B)にされる。冷媒(B)は 膨張機14で膨張されて、減圧された冷媒(C)に� ��れる。そして、冷媒(C)は凝縮器16で凝縮さ� �、エンタルピiが減少した冷媒(D)にされ、冷� ��(D)は冷媒ポンプ18により加圧されて冷媒(A)� �なった後、再び蒸発器10に流入する。
 ここで、冷媒(A)の蒸発温度Tiは約80℃であり 、冷却水aの入水温度Thが約90℃であることか� ��温度差δTを約10℃確保でき、ひいては所定� �吸熱量Qも確保することができる。
 一方、本実施形態の膨張機14の回転数制御� �行うと、上述したように、蒸発温度Tiが例え ば約85℃に高くなり、図5中に示すA’→B’→C ’→D’の順にサイクルが繰り返される。こ� �場合には、温度差δTが約5℃に半減するため� ��所定の吸熱量Qを確保できない。

 そこで、当該回転数制御を行う際に、蒸発� ��度Tiが過大になるのを防止して、RC回路8で� �求される吸熱量Q、換言すると、冷却水によ� ��エンジン4の冷却に必要な放熱量Q’を確保� �きるようにする必要がある。
 具体的には、温度差δTが所定の温度以下と� ��る場合や、エンジン4における冷却水の入出 水温度が所定の温度以上となる場合、或いは 、蒸発器10における冷却水の入出水温度が所� ��の温度以上となる場合、または、蒸発器10� �おける冷却水の入出水温度差に蒸発器10を通 過する冷却水量を掛けた値が所定値以下とな る場合等に回転数Nを大きくする。これによ� �、図5中に示すA”→B→C”→D’の順にサイク ルが繰り返され、当該回転数制御を行いつつ 温度差δTを約10℃確保でき、所定の吸熱量Qを 確保することができる。従って、RC回路8を季 節に応じて作動させ、膨張機14の回転数Nが広 い回転数領域で変化したとしても、廃熱利用 装置2の廃熱回収における効率、ひいては発� �効率Eをより一層確実に向上させ、最大発電� ��率Emにより近づけることができる。
 以上のように、本実施形態では、周波数指� ��装置36にて上記回転数制御に係る制御ルー� �ンを実行し、ゲート信号37を適宜変化させな がら膨張機14の回転数を制御することにより� ��RC回路8を季節に応じて作動させ、膨張機14� �回転数Nが広い回転数領域で変化したとして� ��、膨張機14の膨張比たる圧力比Rpを最大発電 効率Emを得られる位置に略一定に保持させる� ��とができるため、熱利用装置2の廃熱回収に おける効率、ひいては発電効率Eを確実に向� �させ、最大発電効率Emに近づけることができ る。

 しかも、制御装置34が比熱比K1,K2を参照可能 なデータベース38を有することにより、膨張� ��14を経由する冷媒の比熱比Kを簡易にして算� ��することができ、廃熱回収における効率、� ��いては発電効率Eを簡易にして確実に向上さ せることができる。
 また、上記回転数制御の制御ルーチンのS9� �S12→S13、または、S9→S10→S14のステップにお いて、膨張機14の回転数Nの増減によっても圧 力比Rpが変化しないときには、膨張機14の回� �数Nを前回周期の回転数Nに戻す処理を実行す ることにより、圧力比Rpの変化がないにも拘� ��らず膨張機14の回転数Nを変化させる無駄が� ��除され、RC回路8、及び廃熱利用装置2の作動 の安定化、ひいては膨張機14の回転数制御の� ��率化を図ることができ、廃熱利用装置2の廃 熱回収における効率、ひいては発電効率Eを� �に向上させることができる。

 特に本発明では、周波数指示装置36にて設� �圧力比Rpsに対する圧力比Rpの比率Rを算出し� �設定圧力比Rpsが1.0≦R≦1.25の関係式を満たす べく予め設定されているため、廃熱利用装置 2の廃熱回収における最大効率、ひいては最� �発電効率Emをより一層確実に得ることができ る。
 以上で本発明の一実施形態についての説明� ��終えるが、本発明は上記実施形態に限定さ� ��るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しな� ��範囲で種々の変更ができるものである。
 例えば、上記実施形態では、設定圧力比Rps� ��1.0≦R≦1.25の関係式を満たすべく予め設定� �れるが、この範囲に限らず、膨張機14の性能 向上によってその冷媒漏れ性能が向上した場 合を想定して設定比率Rsを推定し、この設定� ��率Rsを中心にして、例えばRs-0.05≦R≦Rs+0.05� �範囲に比率Rが位置づけられるように設定圧� ��比Rpsを予め設定しても良い。この場合には� ��膨張機14の性能向上によってその冷媒漏れ� �能が向上したとしても、設定比率Rsを中心と した膨張機14の回転数制御を常時精度良く行� ��ことができるため、廃熱利用装置2の廃熱回 収における最大効率、ひいては最大発電効率 Emを更に確実に達成することができる。

 また、上記実施形態では、データベース38� �びセンサ22、24、26、28によって比熱比K1,K2が� ��照され、ひいては比熱比Kが算出されるが、 これに限らず、比熱比K1のみを簡易的に比熱� ��Kとして使用しても良く、この場合にはセン サ26,28が不要となってRC回路8のコストを低減� ��ることができる。
 更に、上記実施形態では、PWMコンバータ32� �膨張機14の回転数Nを増減させているが、負� �33の負荷を変えることにより回転数Nを増減� �せるようにしても良い。