JP2005024192A

JP2005024192A - 排熱回収装置

Info

Publication number: JP2005024192A
Application number: JP2003191305A
Authority: JP
Inventors: Giyouriyo O; 暁亮王; Masahiro Kawaguchi; 真広川口; Masao Iguchi; 雅夫井口
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】排熱回収効率を高めることができる排熱回収装置を提供する。
【解決手段】蒸気噴射式サイクル回路Ｅでは、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、エジェクタ２１、クーラ２４を通過し、クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９、圧縮機１１を経由して圧縮機１１へ向かう。ランキンサイクル回路では、冷媒は、ボイラ３９、圧縮機１１、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路Ｅとランキンサイクル回路とは、方向切り換え弁３３，３４，３５，４６における通過可能な方向を変更することによって切り換えられる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱源からの排熱によって作動流体を加熱するボイラを備えた排熱回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排熱回収装置が非特許文献１、特許文献１及び特許文献２に開示されている。非特許文献１では蒸気噴射式冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置が開示されている。図１３は、蒸気噴射式冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置を示す概略構成図である。
【０００３】
図１３の冷凍サイクル装置の作用を説明すると、エジェクタ１から吐出された高圧冷媒ガスは、クーラ２における外気との熱交換で冷却され凝縮される。クーラ２で凝縮されて液化された冷媒は、減圧装置としての膨張弁３で減圧された後、蒸発器４において車室に向かう空気との熱交換により加熱されて気化される。
【０００４】
クーラ２と膨張弁３との間の冷媒流路からは、液冷媒の一部がポンプ５によって取り出されてボイラ６に圧送される。ボイラ６に送られた液冷媒は、図示しない排熱源の排熱を回収して高温となった冷却水により加熱され、高温高圧の冷媒ガスとなってエジェクタ１を駆動するとともに、この駆動によって蒸発器４からエジェクタ１に吸引された低圧冷媒ガスと混合されてクーラ２へと吐出される。
【０００５】
車両エンジン（内燃機関）を排熱源とした場合、車両エンジンの排熱がエジェクタ１の駆動に有効利用されるので、冷凍サイクル装置の運転に起因した車両の燃費悪化を抑制することができる。
【０００６】
特許文献１では、空調用冷凍サイクル回路を付設された内燃機関の排熱を熱源とする高温蒸発器及び加圧ポンプを空調用冷凍サイクル回路の蒸発器と並列に設け、冷凍サイクル回路の圧縮機を膨張機兼用に構成している。そして、高温蒸発器及び加圧ポンプを選択的に冷凍サイクル回路に接続して、冷凍サイクル回路の冷媒を作動流体とするランキンサイクル回路を形成している。
【０００７】
特許文献２では、循環ポンプ、加熱源を有する第１熱交換器、発電機を兼ねる駆動用モータを有する膨張装置兼圧縮装置（スクロール型圧縮機）及び第２熱交換器を順次環状に接続した循環回路を形成し、循環ポンプに対して減圧装置（膨張弁）を並列に接続している。スクロール型圧縮機は、ガス圧縮を行うときには空調装置の構成部品として機能し、ガス膨張を行うときには発電装置の構成部品として機能する。冷媒は、ランキンサイクル回路の場合には第１熱交換器で加熱される。冷媒は、冷凍サイクルの場合には第１熱交換器で放熱する。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｉｎｔ．Ｊ．Ｒｅｆｒｉｇ．１９９０Ｖｏｌ１３Ｎｏｖｅｍｂｅｒ（３５２頁、図１）
【特許文献１】
特開昭６３−９６４４９号公報
【特許文献２】
特開平６−１５９０１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１における冷凍サイクル装置では、冷凍サイクル装置が作動しているときにのみ排熱回収が行われ、冷凍サイクル装置が作動していないときには排熱回収を行うことができない。
【００１０】
特許文献１における排熱回収装置では、冷凍サイクル回路が作動していないときにランキンサイクル回路を形成して排熱回収を行うが、冷凍サイクル回路が作動しているときには排熱回収を行うことができない。
【００１１】
特許文献２における排熱回収装置では、空調装置が作動していないときに前記循環回路がランキンサイクル回路となって排熱回収が行われるが、空調装置が作動しているときには、排熱回収を行うことができない。
【００１２】
本発明は、排熱回収効率を高めることができる排熱回収装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排熱源からの排熱によって作動流体を加熱するボイラを備えた排熱回収装置を対象とし、請求項１の発明では、前記ボイラ及びエジェクタを用いて形成される蒸気噴射式サイクル回路と、前記ボイラ及び前記ボイラで加熱された作動流体の熱を動力として取り出すための回生機を用いて形成されるランキンサイクル回路との一方から他方へ切り替え形成可能とした。
【００１４】
ランキンサイクル回路では、作動流体がボイラにおいて高温高圧となり、この高温高圧の作動流体が回生機を経由する。回生機は、ボイラで加熱された作動流体の熱を動力として取り出す。つまり、ランキンサイクル回路においては、排熱源からの排熱の回収が行われる。
【００１５】
蒸気噴射式サイクル回路では、作動流体がボイラにおいて高温高圧となり、この高温高圧の作動流体がエジェクタを駆動する。つまり、蒸気噴射式サイクル回路においても、排熱源からの排熱の回収が行われる。
【００１６】
請求項２の発明では、請求項１において、前記ボイラ、エジェクタ、クーラ、前記クーラを通過した作動流体を前記ボイラへ送るためのポンプ、及び前記クーラを通過した作動流体を前記ポンプを経由しないで前記エジェクタへ導くための流路上に介在された蒸発器を用いて形成される蒸気噴射式サイクル回路と、前記クーラ、前記ポンプ、前記ボイラ、及び前記ボイラで加熱された作動流体の熱を動力として取り出すための回生機を用いて形成されるランキンサイクル回路との一方から他方へ切り替え形成可能とした。
【００１７】
ランキンサイクル回路では、作動流体がボイラにおいて高温高圧となり、この高温高圧の作動流体がエジェクタを経由することなく回生機を経由する。回生機は、ボイラで加熱された作動流体の熱を動力として取り出す。つまり、ランキンサイクル回路においては、排熱源からの排熱の回収が行われる。
【００１８】
蒸気噴射式サイクル回路では、作動流体がボイラにおいて高温高圧となり、この高温高圧の作動流体がエジェクタを駆動する。つまり、蒸気噴射式サイクル回路においても、排熱源からの排熱の回収が行われる。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項１及び請求項２のいずれか１項において、前記回生機は、蒸気噴射式サイクル回路の形成状態では作動流体を圧縮し、ランキンサイクル回路の形成状態では作動流体が逆流する圧縮機とした。
【００２０】
このような圧縮機は、回生機として好適である。
請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記回生機によって取り出された動力により発電を行う発電機を設けた。
【００２１】
排熱を利用して発電するのは、排熱の利用に関して最も使い勝手がよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示す圧縮機１１は、車両に搭載された電動式のスクロール型圧縮機である。図３は、圧縮機１１の内部構造を示す。圧縮機１１の回転軸１２は、ステータ１３のコイル１３１への通電によってマグネット製のロータ１４と一体的に回転する。ステータ１３及びロータ１４は、モータ・ジェネレータＭを構成する。
【００２３】
回転軸１２の回転は、回転軸１２に設けられた偏心軸１２１、偏心軸１２１に取り付けられたブッシュ１５を介して可動スクロール１６へ伝えられ、可動スクロール１６が回転軸１２の回転方向（矢印Ｑで示す正転方向）へ旋回する。可動スクロール１６が旋回すると、作動流体としての冷媒（ガス状冷媒）が入口１７から圧縮機１１へ入ると共に、可動スクロール１６と固定スクロール１８との間の密閉空間へ導かれる。密閉空間は、可動スクロール１６の旋回に伴って容積減少しつつ両スクロール１６，１８の中心部に向けて収束して行く。密閉空間の容積減少によって圧縮された冷媒は、吐出ポート１８１から吐出室１９へ吐出される。吐出室１９の冷媒（ガス状冷媒）は、出口２０から圧縮機１１の外部へ出てゆく。
【００２４】
図１に示すように、圧縮機１１にはエジェクタ２１の吸入側が配管２２、方向切り換え弁３３、配管２３を介して接続されており、エジェクタ２１の吐出側にはクーラ２４が配管２５、方向切り換え弁３４、配管２６を介して接続されている。配管２２は、圧縮機１１の出口２０に接続されている。クーラ２４には膨張弁２７が配管２８を介して接続されており、膨張弁２７には蒸発器２９が配管３０を介して接続されている。蒸発器２９には圧縮機１１が配管３１、方向切り換え弁３５、配管３２を介して接続されている。配管３２は、圧縮機１１の入口１７に接続されている。
【００２５】
方向切り換え弁３３，３４，３５は、いずれも電磁式の方向切り換え弁である。方向切り換え弁３４と方向切り換え弁３５とは、配管３６を介して接続されている。
【００２６】
クーラ２４には電動式のポンプ３７が配管２８及び配管２８の途中から分岐する配管３８を介して接続されている。ポンプ３７にはボイラ３９の吸熱器３９１が配管４０を介して接続されており、ボイラ３９の吸熱器３９１にはエジェクタ２１の駆動側が配管４１、方向切り換え弁４６、配管４２を介して接続されている。方向切り換え弁４６と方向切り換え弁３３とは、配管４７を介して接続されている。ボイラ３９は、吸熱器３９１と放熱器３９２とからなり、放熱器３９２には配水管４４，４５が接続されている。車両のエンジン４３を冷却するための冷却水は、配水管４４、放熱器３９２、配水管４５及びエンジン４３内の冷却水路（図示略）を循環する。
【００２７】
方向切り換え弁３３，３４，３５，４６は、駆動回路５０を介してコンピュータ内蔵の制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４８の制御を受ける。ポンプ３７は、駆動回路５１を介してＥＣＵ４８の制御を受ける。圧縮機１１のモータ・ジェネレータＭは、駆動回路５２を介してＥＣＵ４８の制御を受ける。駆動回路５０，５１，５２は、バッテリ５３に電気接続されている。駆動回路５０は、バッテリ５３を電源として方向切り換え弁３３，３４，３５，４６の切り換えを行う。駆動回路５１は、バッテリ５３を電源としてポンプ３７を作動する。
【００２８】
駆動回路５２は、ＥＣＵ４８から通電指令を受けると、バッテリ５３からモータ・ジェネレータＭのコイル１３１へ給電し、モータ・ジェネレータＭが発動機として機能する。又、駆動回路５２は、ＥＣＵ４８から充電指令を受けると、回転軸１２の回転によってモータ・ジェネレータＭに生じる電力をバッテリ５３に蓄電させる。つまり、駆動回路５２は、ＥＣＵ４８の通電指令によって給電回路を構成し、ＥＣＵ４８の充電指令によって充電回路を構成する。
【００２９】
ＥＣＵ４８には情報検知手段４９が信号接続されている。情報検知手段４９は、エアコンスイッチ４９１（切り換え制御手段）、車室内の温度を検出する温度センサ（図示略）、車室内の温度を設定するための室温設定器（図示略）、エンジン４３の作動を検出するセンサ（本実施形態では、エンジン回転数センサ４９２とする）等を含む。情報検知手段４９において得られた検知情報は、ＥＣＵ４８へ送られる。
【００３０】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
排熱源としてのエンジン４３が作動していないときには、方向切り換え弁３３，３４，３５，４６は、図２に示す第１の通過許容状態にあり、駆動回路５２は、充電回路を構成している。図２に示す方向切り換え弁３３における第１の通過許容状態とは、配管４７と配管２２との間の冷媒通過のみを許容する状態のことであり、方向切り換え弁３４における第１の通過許容状態とは、配管３６と配管２２との間の冷媒通過のみを許容する状態のことである。図２に示す方向切り換え弁３５における第１の通過許容状態とは、配管３２と配管３６との間の冷媒通過のみを許容する状態のことであり、方向切り換え弁４６における第１の通過許容状態とは、配管４１と配管４７との間の冷媒通過のみを許容する状態のことである。
【００３１】
なお、図２では、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
エンジン４３が始動してエンジン回転数センサ４９２が予め設定された回転数以上のエンジン回転数を検出すると、ＥＣＵ４８は、この検知情報（エンジン作動検知情報）に基づいて駆動回路５１に作動指令を出す。駆動回路５１は、この指令に基づいてポンプ３７を作動させる。ポンプ３７が作動すると、冷媒がボイラ３９の吸熱器３９１、圧縮機１１、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環し、冷媒がエジェクタ２１を通過することはない。図２は、この循環通過状態を示す。つまり、図２では、クーラ２４、ポンプ３７、ボイラ３９、回生機としての圧縮機１１を用いたランキンサイクル回路Ｒが形成されている。
【００３２】
ポンプ３７から送り出された冷媒（液冷媒）は、ボイラ３９の吸熱器３９１で加熱されて高温高圧の冷媒（ガス状冷媒）となる。この高温高圧の冷媒は、圧縮機１１の出口２０から吐出室１９及び吐出ポート１８１を経由して前記密閉空間へ流入する。密閉空間に流入した冷媒は断熱膨張し、可動スクロール１６が図３の矢印Ｑの方向とは逆方向（逆転方向）に旋回する。これにより回転軸１２及びロータ１４が矢印Ｑの方向とは逆方向（逆転方向）に一体的に回転し、モータ・ジェネレータＭが電気を発生する。つまり、モータ・ジェネレータＭは、発電機として機能する。駆動回路５２は、充電回路を構成しているので、モータ・ジェネレータＭで発生した電気がバッテリ５３に蓄電される。つまり、冷媒の膨張によって逆転する圧縮機１１は、冷媒の熱を動力として取り出すための回生機となる。
【００３３】
エンジン４３が作動している状態においてエアコンスイッチ４９１がＯＮされると、ＥＣＵ４８は、このＯＮによる信号の入力に基づいて、駆動回路５０に蒸気噴射式サイクルモード指令を送ると共に、駆動回路５２に給電指令を送る。駆動回路５０は、蒸気噴射式サイクルモード指令に基づいて、方向切り換え弁３３，３４，３５，４６を図２の第１の通過許容状態から図１の第２の通過許容状態へと切り換える。
【００３４】
図１に示す方向切り換え弁３３における第２の通過許容状態とは、配管２２と配管２３との間の冷媒通過のみを許容する状態のことであり、方向切り換え弁３４における第２の通過許容状態とは、配管２５と配管２６との間の冷媒通過のみを許容する状態のことである。図１に示す方向切り換え弁３５における第２の通過許容状態とは、配管３１と配管３２との間の冷媒通過のみを許容する状態のことであり、方向切り換え弁４６における第２の通過許容状態とは、配管４１と配管４２との間の冷媒通過のみを許容する状態のことである。
【００３５】
駆動回路５２は、給電指令に基づいて給電回路を構成し、バッテリ５３の電気が圧縮機１１のモータ・ジェネレータＭのコイル１３１へ送られる。これによりモータ・ジェネレータＭが発動機として機能し、圧縮機１１の回転軸１２が図３の矢印Ｑの方向に回転する。つまり、圧縮機１１は、配管３２内の冷媒（ガス状冷媒）を吸入して圧縮しながら配管２２側へ送り出す。
【００３６】
ポンプ３７から送り出された冷媒は、ボイラ３９の吸熱器３９１で加熱されて高温高圧の冷媒となる。この高温高圧の冷媒は、エジェクタ２１から噴出してクーラ２４へ流入する。圧縮機１１から送り出された冷媒（ガス状冷媒）は、エジェクタ２１からの冷媒の前記噴出によってエジェクタ２１に吸引される。エジェクタ２１に吸引された冷媒は、エジェクタ２１においてボイラ３９から送られてきた冷媒と合流してクーラ２４を通過する。クーラ２４を流れる冷媒は、熱を奪われる。クーラ２４を通過した冷媒（液冷媒）の一部は、ポンプ３７を通過し、残りは、膨張弁２７及び蒸発器２９を通過して圧縮機１１へ流入する。膨張弁２７を通過する冷媒は減圧され、蒸発器２９を通過する冷媒は、熱交換によって加熱されてガス化する。図１は、この通過状態を示す。つまり、図１では、ボイラ３９、エジェクタ２１、クーラ２４、ポンプ３７、及びクーラ２４を通過した冷媒をポンプ３７を経由しないでエジェクタ２１へ導くための流路（配管２８，３０〜３２，２２，２３）上に介在された蒸発器２９を用いた蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成されている。エジェクタ２１における吸引率〔（蒸発器２９側からの冷媒流量）÷（ボイラ３９側からの冷媒流量）〕が大きいほど、冷凍能力が高くなる。蒸発器２９とエジェクタ２１との間に介在された圧縮機１１は、エジェクタ２１の吸引率を高める。
【００３７】
エアコンスイッチ４９１がＯＦＦされると、ＥＣＵ４８は、このＯＦＦによる信号の入力に基づいて、駆動回路５０にランキンサイクルモード指令を送ると共に、駆動回路５２に充電指令を送る。又、駆動回路５０は、ランキンサイクルモード指令に基づいて、方向切り換え弁３３，３４，３５，４６を図１の第２の通過許容状態から図２の第１の通過許容状態へと切り換える。つまり、図１の蒸気噴射式サイクル回路Ｅから図２のランキンサイクル回路Ｒへの切り換えが行われる。
【００３８】
エンジン４３の作動が停止されると、エンジン回転数センサ４９２は、エンジン回転数が予め設定された回転数に満たないことを検出する。ＥＣＵ４８は、この検知情報（エンジン作動停止情報）に基づいて、駆動回路５０にランキンサイクルモード指令を送る。蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成されていた場合、この蒸気噴射式サイクル回路Ｅからランキンサイクル回路Ｒへの切り換えが行われる。又、ＥＣＵ４８は、この検知情報（エンジン作動停止情報）に基づいて、駆動回路５１に作動停止指令を出す。駆動回路５１は、この作動停止指令に基づいてポンプ３７の作動を停止させる。
【００３９】
ＥＣＵ４８は、複数の方向切り換え弁３３，３４，３５，４６の通過許容状態を変更するための制御手段である。ＥＣＵ４８は、手動操作される切り換え指令手段としてのエアコンスイッチ４９１の切り換え操作（ＯＮ−ＯＦＦの切り換え操作）に応じて、複数の方向切り換え弁３３，３４，３５，４６の通過許容状態を変更する。エアコンスイッチ４９１は、空調装置をＯＮ−ＯＦＦするためのスイッチである。
【００４０】
第１の実施形態では以下のような効果が得られる。
（１−１）エンジン４３が作動している状態では、エアコンスイッチ４９１がＯＮされると蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成される。蒸気噴射式サイクル回路Ｅでは、エンジン４３の排熱によって高温高圧となった冷媒がエジェクタ２１へ送られてエジェクタ２１を駆動（つまり、冷媒がエジェクタ２１を通過してエジェクタ２１から噴射すること）し、エンジン４３からの排熱の回収が行われる。
【００４１】
エンジン４３が作動している状態では、エアコンスイッチ４９１がＯＦＦされるとランキンサイクル回路Ｒが形成される。ランキンサイクル回路Ｒでは、エンジン４３の排熱によって高温高圧となった冷媒がエジェクタ２１を経由することなく圧縮機１１を逆流し、圧縮機１１が逆転する。この逆転によりモータ・ジェネレータＭが電気を発生し、この発生電気がバッテリ５３に蓄電される。つまり、ランキンサイクル回路Ｒにおいては、エンジン４３からの排熱の一部が電気に変換されて回収される。
【００４２】
従って、本実施形態では、エンジン４３が作動している状態では常にエンジン４３からの排熱の回収が行われ、排熱回収効率が従来よりも向上する。
本実施形態では、ポンプ３７及びボイラ３９をランキンサイクル回路Ｒと蒸気噴射式サイクル回路Ｅとの両方で兼用することができる。
【００４３】
（１−２）スクロール型の圧縮機１１は、正転して冷媒を圧縮し、冷媒の膨張によって逆転でき、逆転する圧縮機１１は、ボイラ３９で加熱された冷媒の熱を動力として取り出すための回生機となる。スクロール型の圧縮機１１は、エジェクタ２１における吸引率を向上し、かつボイラ３９で加熱された冷媒の熱を動力として取り出すための回生機として好適である。
【００４４】
（１−３）圧縮機１１が逆転するときには、モータ・ジェネレータＭは、発電機として機能し、モータ・ジェネレータＭで発生した電気がバッテリ５３に蓄電される。バッテリ５３に蓄電された電気は、ポンプ３７の駆動、方向切り換え弁３３，３４，３５，４６の駆動、圧縮機１１の正転駆動、車両に搭載された種々の電気製品（図示略）の作動のために利用される。ランキンサイクル回路Ｒにおいて排熱を利用して発電するのは、排熱の利用に関して最も使い勝手がよい。
【００４５】
（１−４）蒸気噴射式サイクル回路Ｅ及びランキンサイクル回路Ｒのいずれにおいても、冷媒は、クーラ２４を通過して熱を奪われる。又、ランキンサイクル回路Ｒでは、回生機を兼ねる圧縮機１１において冷媒の熱の一部が電気に変換される。つまり、エンジン４３が作動している状態では、エンジン４３で生じる排熱の回収が行われるので、エンジン４３を冷却した冷却水から熱を奪うためのラジエータを無くせる可能性がある。あるいは、従来よりも能力の小さいラジエータを用いることができる。
【００４６】
（１−５）蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成しているとき以外、つまり空調が行われているとき以外のエンジン４３の作動の状態では、エンジン４３からの排熱の一部が電気エネルギーとして回収される。従って、ランキンサイクル回路の形成時にのみ排熱回収を行う従来装置や、蒸気噴射式サイクル回路の形成時にのみ排熱回収を行う従来装置に比べ、燃費は良くなる。
【００４７】
次に、図４（ａ），（ｂ）の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
エジェクタ２１吸入側は、配管５４を介して蒸発器２９に接続されており、圧縮機１１の入口１７は、配管５５、方向切り換え弁５６及び配管５７を介してエジェクタ２１に接続されている。クーラ２４は、配管５８、方向切り換え弁５９、配管６０、方向切り換え弁３４及び配管２６を介して圧縮機１１の出口２０に接続されている。方向切り換え弁４６と方向切り換え弁５９とは、配管６１を介して接続されている。方向切り換え弁５６と方向切り換え弁３４とは、配管６２を介して接続されている。その他の装置構成は、第１の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。方向切り換え弁５６，５９は、方向切り換え弁３４，４６と共にＥＣＵ４８の制御を受ける。
【００４８】
図４（ａ）では、ボイラ３９、エジェクタ２１、クーラ２４、ポンプ３７、及びクーラ２４を通過した冷媒をポンプ３７を経由しないでエジェクタ２１へ導くための流路（配管２８，３０，５４）上に介在された蒸発器２９を用いた蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成されている。ポンプ３７から送り出された冷媒は、ボイラ３９、配管４１、方向切り換え弁４６、配管４２を経由してエジェクタ２１へ流入する。エジェクタ２１へ流入した冷媒は、エジェクタ２１から圧縮機１１に向けて噴出する。エジェクタ２１から圧縮機１１に向けて噴出した冷媒は、配管５５、方向切り換え弁５６、配管５７を経由して圧縮機１１に流入する。圧縮機１１から送り出された冷媒は、配管５８、方向切り換え弁５９、配管６０、方向切り換え弁３４、配管２６を経由してクーラ２４に流入する。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７へ向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９及び配管５４を経由してエジェクタ２１へ向かう。蒸発器２９からエジェクタ２１へ向かう冷媒は、エジェクタ２１からの冷媒の前記噴出によってエジェクタ２１に吸引される。エジェクタ２１に吸引された冷媒は、エジェクタ２１においてボイラ３９から送られてきた冷媒と合流してクーラ２４を通過する。蒸気噴射式サイクル回路Ｅにおいて、蒸発器２９とクーラ２４との間で冷媒流路に関してエジェクタ２１と直列関係にある圧縮機１１の存在は、エンジン４３が冷えていてエジェクタ２１を駆動し得ない状況下でも冷凍サイクルをもたらす。
【００４９】
図４（ｂ）では、クーラ２４、ポンプ３７、ボイラ３９、回生機としての圧縮機１１を用いたランキンサイクル回路Ｒが形成されている。冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管６１、方向切り換え弁５９、配管５８、圧縮機１１、配管５７、方向切り換え弁５６、配管６２、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環し、冷媒がエジェクタ２１を通過することはない。
【００５０】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図５（ａ），（ｂ）の第３の実施形態を説明する。図４（ａ），（ｂ）の第２の実施形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
【００５１】
エジェクタ２１は、配管５４を介して蒸発器２９に接続されており、圧縮機１１の入口１７は、配管６３、方向切り換え弁６４及び配管６５を介して配管５４の途中に接続されている。クーラ２４は、配管６６、方向切り換え弁５９、配管６０、方向切り換え弁３４及び配管２６を介してエジェクタ２１に接続されている。圧縮機１１の出口２０は、配管６７を介して配管６０の途中に接続されている。方向切り換え弁６４と方向切り換え弁３４とは、配管６８を介して接続されている。その他の装置構成は、第２の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。方向切り換え弁６４は、方向切り換え弁３４，４６，５９と共にＥＣＵ４８の制御を受ける。
【００５２】
図５（ａ）では、ボイラ３９、エジェクタ２１、クーラ２４、ポンプ３７、及びクーラ２４を通過した冷媒をポンプ３７を経由しないでエジェクタ２１へ導くための流路（配管２８，３０，５４）上に介在された蒸発器２９を用いた蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成されている。ポンプ３７から送り出された冷媒は、ボイラ３９、配管４１、方向切り換え弁４６、配管４２を経由してエジェクタ２１へ流入する。エジェクタ２１へ流入した冷媒は、エジェクタ２１からクーラ２４に向けて噴出する。エジェクタ２１からクーラ２４に向けて噴出した冷媒は、配管６６、方向切り換え弁５９、配管６０、方向切り換え弁３４、配管２６を経由してクーラ２４に流入する。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７へ向かい、残りは、膨張弁２７を経由して蒸発器２９に向かう。蒸発器２９を通過した冷媒の一部は、配管５４を経由してエジェクタ２１へ向かい、残りは、配管５４、配管６３，方向切り換え弁６４、配管６５を経由して圧縮機１１に向かう。圧縮機１１を通過した冷媒は、エジェクタ２１を通過した冷媒と合流する。
【００５３】
蒸発器２９からエジェクタ２１へ向かう冷媒は、エジェクタ２１からの冷媒の前記噴出によってエジェクタ２１に吸引される。エジェクタ２１に吸引された冷媒は、エジェクタ２１においてボイラ３９から送られてきた冷媒と合流してクーラ２４に向かう。圧縮機１１から送り出された冷媒は、配管６７を経由して、エジェクタ２１から送られてきた冷媒と合流してクーラ２４に向かう。蒸気噴射式サイクル回路Ｅにおいて、蒸発器２９とクーラ２４との間で冷媒流路に関してエジェクタ２１と並列関係にある圧縮機１１の存在は、エンジン４３が冷えていてエジェクタ２１を駆動し得ない状況下でも冷凍サイクルをもたらす。
【００５４】
図５（ｂ）では、クーラ２４、ポンプ３７、ボイラ３９、回生機としての圧縮機１１を用いたランキンサイクル回路Ｒが形成されている。冷媒は、ボイラ３９、配管４１、方向切り換え弁４６、配管６１、方向切り換え弁５９、配管６０、配管６７、圧縮機１１、配管６５、方向切り換え弁６４、配管６８、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環し、冷媒がエジェクタ２１を通過することはない。
【００５５】
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図６（ａ），（ｂ）の第４の実施形態を説明する。図４（ａ），（ｂ）の第２の実施形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
【００５６】
第４の実施形態では、圧縮機１１の入口１７と方向切り換え弁３４とが配管６９を介して接続されており、第２の実施形態における方向切り換え弁５９が無くされている。配管６１は、配管６９の途中に接続されている。その他の装置構成は、第２の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００５７】
図６（ａ）では、ボイラ３９、エジェクタ２１、クーラ２４、ポンプ３７、及びクーラ２４を通過した冷媒をポンプ３７を経由しないでエジェクタ２１へ導くための流路（配管２８，３０，５４）上に介在された蒸発器２９を用いた蒸気噴射式サイクル回路Ｅが形成されている。ポンプ３７から送り出された冷媒は、ボイラ３９、配管４１、方向切り換え弁４６、配管４２を経由してエジェクタ２１へ流入する。エジェクタ２１へ流入した冷媒は、エジェクタ２１から圧縮機１１に向けて噴出する。エジェクタ２１から圧縮機１１に向けて噴出した冷媒は、配管５５、方向切り換え弁５６、配管５７、圧縮機１１、配管６９、方向切り換え弁３４、配管２６を経由してクーラ２４に流入する。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７へ向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９及び配管５４を経由してエジェクタ２１へ向かう。蒸発器２９からエジェクタ２１へ向かう冷媒は、エジェクタ２１からの冷媒の前記噴出によってエジェクタ２１に吸引される。エジェクタ２１に吸引された冷媒は、エジェクタ２１においてボイラ３９から送られてきた冷媒と合流してクーラ２４を通過する。
【００５８】
図６（ｂ）では、クーラ２４、ポンプ３７、ボイラ３９、回生機としての圧縮機１１を用いたランキンサイクル回路Ｒが形成されている。冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管６１、配管６９、圧縮機１１、配管５７、方向切り換え弁５６、配管６２、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環し、冷媒がエジェクタ２１を通過することはない。
【００５９】
第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。又、第４の実施形態では、方向切り換え弁の個数が第１〜第３の実施形態の場合よりも１つ減り、部品点数減によるコスト減の効果が得られる。
【００６０】
本発明では、図７〜図１２に示す実施形態も可能である。図７〜図１０及び図１２ではいずれもランキンサイクル回路Ｒを形成した状態が図示されている。
図４における第２の実施形態の変更例である図７の第５の実施形態では、圧縮機１１とクーラ２４とが配管５８、方向切り換え弁５９、配管７０を介して接続されており、第２の実施形態における方向切り換え弁３４が無くされている。配管６２は、配管７０の途中に接続されている。その他の装置構成は、第２の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００６１】
ランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管６１、方向切り換え弁５９、配管５８、回生機としての圧縮機１１、配管５７、方向切り換え弁５６、配管６２、配管７０、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路においては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管５５、方向切り換え弁５６、配管５７、圧縮機１１、配管５８、方向切り換え弁５９、配管７０、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７及び蒸発器２９を経由してエジェクタ２１に向かう。
【００６２】
第５の実施形態では、第４の実施形態と同様の効果が得られる。
図１及び図２の第１の実施形態の変更例である図８の第６の実施形態では、クーラ２４が配管７１を介してエジェクタ２１に接続されており、第１の実施形態における方向切り換え弁３４が無くされている。配管３６は、配管７１の途中に接続されている。その他の装置構成は、第１の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００６３】
ランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４７、方向切り換え弁３３、配管２２、回生機としての圧縮機１１、配管３２、方向切り換え弁３５、配管３６、配管７１、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路においては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管７１、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９、配管３１、方向切り換え弁３５、配管３２、圧縮機１１、配管２２、方向切り換え弁３３、配管２３を経由してエジェクタ２１に向かう。
【００６４】
第６の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図５における第３の実施形態の変更例である図９の第７の実施形態では、圧縮機１１が配管５４、配管６３、逆止弁７２、配管６５を介して蒸発器２９に接続されており、第３の実施形態における方向切り換え弁６４が無くされている。逆止弁７２は、配管６３から配管６５への冷媒の流れを許容し、配管６５から配管６３への冷媒の流れを遮断する。配管６８は、配管６５の途中に接続されている。その他の装置構成は、第３の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００６５】
ランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管６１、方向切り換え弁５９、配管６０、配管６７、回生機としての圧縮機１１、配管６５、配管６８、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路においては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管６６、方向切り換え弁５９、配管６０、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７を経由して蒸発器２９に向かう。蒸発器２９を通過した冷媒の一部は、配管５４を経由してエジェクタ２１に向かい、残りは、配管５４、配管６３、逆止弁７２、配管６５、圧縮機１１、配管６７、配管６０、方向切り換え弁３４、配管２６を経由してクーラ２４に向かう。
【００６６】
第７の実施形態では、第６の実施形態と同様の効果が得られる。又、第７の実施形態では、方向切り換え弁よりも安価な逆止弁７２を使うことによってコスト減の効果が得られる。
【００６７】
図６における第４の実施形態の変更例である図１０の第８の実施形態では、エジェクタ２１と圧縮機１１とが配管５５、逆止弁７３、配管５７を介して接続されており、第４の実施形態における方向切り換え弁５６が無くされている。逆止弁７３は、配管５５から配管５７への冷媒の流れを許容し、配管５７から配管５５への冷媒の流れを遮断する。圧縮機１１とクーラ２４とは、配管６９、方向切り換え弁３４、配管２６を介して接続されており、配管６２は、配管５７の途中に接続されている。その他の装置構成は、第４の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００６８】
ランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管６１、配管６９、回生機としての圧縮機１１、配管５７、配管６２，方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路においては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管５５、逆止弁７３、配管５７、圧縮機１１、配管６９，方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７及び蒸発器２９を経由してエジェクタ２１に向かう。
【００６９】
第８の実施形態では、第４の実施形態と同様の効果が得られる。又、第８の実施形態では、方向切り換え弁よりも安価な逆止弁７３を使うことによってコスト減の効果が得られる。
【００７０】
図１及び図２の第１の実施形態の変更例である図１１（ａ），（ｂ）の第９の実施形態では、クーラ２４が配管７１を介してエジェクタ２１に接続されており、第１の実施形態における方向切り換え弁３４が無くされている。方向切り換え弁３５は、配管７８、第２のクーラ７９、配管８０を介して配管２８の途中に接続されている。その他の装置構成は、第１の実施形態と同じであり、ＥＣＵ４８、情報検知手段４９、駆動回路５０，５１，５２，バッテリ５３の図示は省略している。
【００７１】
図１１（ａ）の蒸気噴射式サイクル回路Ｅにおいては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管７１、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９、配管３１、方向切り換え弁３５、配管３２、圧縮機１１、配管２２、方向切り換え弁３３、配管２３を経由してエジェクタ２１に向かう。
【００７２】
図１１（ｂ）のランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４７、方向切り換え弁３３、配管２２、回生機としての圧縮機１１、配管３２、方向切り換え弁３５、配管７８、第２のクーラ７９、配管２８及びポンプ３７の順に循環する。
【００７３】
第９の実施形態では、クーラ２４は、蒸気噴射式サイクル回路Ｅの形成のみに用いられ、第２のクーラ７９は、ランキンサイクル回路Ｒの形成のみに用いられるが、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
図１２の第１０の実施形態では、蒸発器２９とエジェクタ２１とが配管３１、方向切り換え弁３５、配管７４、方向切り換え弁３３、配管２３を介して接続されている。膨張機７７は、配管７５を介して方向切り換え弁４６に接続されており、配管７６を介して方向切り換え弁３３に接続されている。膨張機７７の内部構造は、第１の実施形態における圧縮機１１と同じである。
【００７５】
ランキンサイクル回路Ｒにおいては、冷媒は、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管７５、膨張機７７、配管７６、方向切り換え弁３３、配管７４、方向切り換え弁３５、配管３６、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４及びポンプ３７の順に循環する。蒸気噴射式サイクル回路においては、冷媒は、ポンプ３７、ボイラ３９、方向切り換え弁４６、配管４２、エジェクタ２１、配管２５、方向切り換え弁３４、配管２６、クーラ２４の順に流れる。クーラ２４を通過した冷媒の一部は、ポンプ３７に向かい、残りは、膨張弁２７、蒸発器２９、配管３１、方向切り換え弁３５、配管７４、方向切り換え弁３３、配管２３を経由してエジェクタ２１に向かう。膨張機７７は、発電機（回生機）としてのみ機能する。
【００７６】
第１０の実施形態では、図１及び図２の第１の実施形態における（１−１）項、（１−３）〜（１〜５）項と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
【００７７】
（１）蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成しているときの圧縮機１１の駆動源としてエンジン４３を用いてもよい。つまり、エンジン４３の駆動力を電磁クラッチを介して圧縮機１１に伝達し、圧縮機１１を回生機として使用するとき（ランキンサイクル回路Ｒを形成しているとき）には、電磁クラッチを遮断すればよい。
【００７８】
（２）電動モータを走行駆動源とする電気自動車に搭載される車両用冷凍サイクル装置や、電動モータ及びエンジンを備えてこれらの少なくとも一方を車両駆動源として選択するハイブリッド車に搭載される車両用冷凍サイクル装置において本発明を具体化すること。この場合、ボイラは、排熱源としての電動モータの排熱や、電動モータを制御する排熱源としての制御回路（インバータ）の排熱を回収する冷却水によって冷媒を加熱する構成としてもよい。
【００７９】
（３）回生機としてベーン型圧縮機を用いてもよい。
（４）電動式のポンプ３７の代わりに、エンジン４３から直接駆動力を得て作動するポンプを用いてもよい。
【００８０】
（５）エンジンの排気ガスによって作動流体を加熱するボイラを用いてもよい。
（６）第１、第６及び第９の実施形態において、エアコンスイッチ４９１がＯＮであって、エンジン４３の作動が停止された場合には、圧縮機１１による通常の圧縮冷凍サイクルを構成してもよい。この場合、駆動回路５０の蒸気噴射式サイクルモード指令を維持すると共に、駆動回路５２の給電指令を維持する。
【００８１】
このような構成では、エンジン４３の停止時、例えばエンジン４３が冷えていてエジェクタ２１を駆動し得ない状況下でも冷凍サイクルをもたらす。
（７）第１、第２、第４、第５、第６、第８及び第９の実施形態において、蒸気噴射式サイクル回路Ｅの形成時に圧縮機１１の作動が必要ないときには、圧縮機１１を停止させると共に、圧縮機１１をバイパス可能な回路によって圧縮機１１を迂回させてもよい。蒸気噴射式サイクル回路Ｅの形成時に圧縮機１１の作動が必要ないときとは、圧縮機１１の作動なくしてエジェクタ２１が作動可能なときのことである。
【００８２】
（８）第３及び第７の実施形態において、蒸気噴射式サイクル回路Ｅの形成時に圧縮機１１の作動が必要ないとき（圧縮機１１の作動なくしてエジェクタ２１が作動可能なとき）には、圧縮機１１を停止させてもよい。
【００８３】
前記した実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕複数の方向切り換え弁と、前記複数の方向切り換え弁の通過許容状態を変更するための制御手段とを備え、前記複数の方向切り換え弁の通過許容状態を変更することによって蒸気噴射式サイクル回路とランキンサイクル回路とを切り換え形成するようにした請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
【００８４】
〔２〕手動操作される切り換え指令手段を備え、前記切り換え指令手段の切り換え操作に応じて前記制御手段が前記複数の方向切り換え弁の通過許容状態を変更するようにした前記〔１〕項に記載の排熱回収装置。
【００８５】
〔３〕前記切り換え指令手段は、空調装置をＯＮ−ＯＦＦするためのエアコンスイッチである前記〔２〕項に記載の排熱回収装置。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明では、排熱回収効率を高めることができる排熱回収装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示し、排熱回収装置が蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成している状態を示す概略構成図。
【図２】排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図３】圧縮機１１の内部構造を示す断面図。
【図４】第２の実施形態を示し、（ａ）は、排熱回収装置が蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成している状態を示す概略構成図。（ｂ）は、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図５】第３の実施形態を示し、（ａ）は、排熱回収装置が蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成している状態を示す概略構成図。（ｂ）は、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図６】第４の実施形態を示し、（ａ）は、排熱回収装置が蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成している状態を示す概略構成図。（ｂ）は、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図７】第５の実施形態を示し、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図８】第６の実施形態を示し、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図９】第７の実施形態を示し、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図１０】第８の実施形態を示し、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図１１】第９の実施形態を示し、（ａ）は、排熱回収装置が蒸気噴射式サイクル回路Ｅを形成している状態を示す概略構成図。（ｂ）は、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図１２】第１０の実施形態を示し、排熱回収装置がランキンサイクル回路Ｒを形成している状態を示す概略構成図。
【図１３】従来技術の蒸気噴射式冷凍サイクル装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１…回生機を兼ねる圧縮機。２１…エジェクタ。２４…クーラ。２９…蒸発器。３７…ポンプ。３９…ボイラ。４３…排熱源としてのエンジン。２２，２３，２８，３０〜３２…第１の実施形態においてクーラ２４を通過した冷媒をポンプ３７を経由しないでエジェクタ２１へ導くための流路を構成する配管。７９…第２のクーラ。Ｍ…発電機としてのモータ・ジェネレータ。Ｅ…蒸気噴射式サイクル回路。Ｒ…ランキンサイクル回路。

Claims

排熱源からの排熱によって作動流体を加熱するボイラを備えた排熱回収装置において、
前記ボイラ及びエジェクタを用いて形成される蒸気噴射式サイクル回路と、前記ボイラ及び前記ボイラで加熱された作動流体の熱を動力として取り出すための回生機を用いて形成されるランキンサイクル回路との一方から他方へ切り替え形成可能とした排熱回収装置。
前記ボイラ、エジェクタ、クーラ、前記クーラを通過した作動流体を前記ボイラへ送るためのポンプ、及び前記クーラを通過した作動流体を前記ポンプを経由しないで前記エジェクタへ導くための流路上に介在された蒸発器を用いて形成される蒸気噴射式サイクル回路と、前記クーラ、前記ポンプ、前記ボイラ、及び前記回生機を用いて形成されるランキンサイクル回路との一方から他方へ切り替え形成可能とした請求項１に記載の排熱回収装置。
前記回生機は、蒸気噴射式サイクル回路の形成状態では作動流体を圧縮し、ランキンサイクル回路の形成状態では作動流体が逆流する圧縮機とした請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
前記回生機によって取り出された動力により発電を行う発電機を設けた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の排熱回収装置。