JP2006010101A - Vapor compression type refrigeration machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。 The present invention relates to a vapor compression refrigerator having a Rankine cycle for recovering thermal energy, and is effective when applied to a vehicle air conditioner.
本発明者らは、特願2003−410094号の特許出願において、車両に搭載されるエンジンの廃熱から熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える車両用空調装置を提案している(以下、先願例と称す)。 In the patent application of Japanese Patent Application No. 2003-410094, the present inventors have proposed a vehicle air conditioner including a Rankine cycle that recovers thermal energy from waste heat of an engine mounted on a vehicle (hereinafter referred to as a prior application). Referred to as an example).
この図4の先願例には、冷媒を膨張機一体型圧縮機100→放熱器11→気液分離器12→減圧器13→蒸発器14の順に流す空調運転モードが備えられている。
The prior application example of FIG. 4 is provided with an air conditioning operation mode in which the refrigerant flows in the order of the expander-integrated
さらに、気液分離器12の液相側と蒸気発生器30とを接続する液相配管31と、液相配管31に配置され、液相冷媒を蒸気発生器30に送る液ポンプ32とを備え、冷媒を液ポンプ32→蒸気発生器30→膨張機一体型圧縮機100→放熱器11の順に流す廃熱回収運転モード(ランキンサイクル)が備えられている。
Furthermore, the
これにより、空調運転モード時には車室内空間の空調ができ、廃熱回収運転モード時にはエンジン20の廃熱を膨張機一体型圧縮機100で回収することができる。
Thereby, the vehicle interior space can be air-conditioned in the air-conditioning operation mode, and the waste heat of the
しかし、先願例(図4)の蒸気圧縮式冷凍機には、膨張機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側から放熱器11へ向けての冷媒の流れを遮断する開閉弁51が備えられている。さらに、膨張機一体型圧縮機100が膨張機として稼動するときの冷媒出口側と放熱器11の冷媒入口側とを繋ぐバイパス回路52には、膨張機一体型圧縮機100が膨張機として稼動するときの冷媒出口側から放熱器11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53が配置されている。
However, the vapor compression refrigerator of the prior application example (FIG. 4) is provided with an on-off
そして、空調運転モード時と廃熱回収運転モード時の冷媒流れの切り替えを開閉弁51の開閉および逆止弁53の流れ規制で行うため、配管やジョイント(連結部材)が多くコストが高くなるという問題がある。
Since the refrigerant flow is switched between the air conditioning operation mode and the waste heat recovery operation mode by opening / closing the on-off
本発明は、上記点に鑑み、廃熱回収運転モード(ランキンサイクル)を備える蒸気圧縮式冷凍機において、廃熱回収運転モード(ランキンサイクル)時と空調運転モード(冷凍サイクル)時の冷媒流れを切り替える部材の低減を目的とする。 In view of the above, the present invention is directed to a vapor compression refrigerator having a waste heat recovery operation mode (Rankine cycle), and the refrigerant flow in the waste heat recovery operation mode (Rankine cycle) and in the air conditioning operation mode (refrigeration cycle). It aims at reduction of the member to switch.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機(10、100)と、圧縮機(10、100)の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器(11)と、放熱器(11)から流出した冷媒を減圧する減圧器(13)と、減圧器(13)にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、冷媒を加熱する加熱器(30)と、放熱器(11)から流出した冷媒を加熱器(30)に供給する冷媒供給手段(32)と、加熱器(30)から流出した冷媒を膨脹させて加熱器(30)により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機(33、100)と、圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続する場合と、エネルギ回収機(33、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段(15)とを備え、
蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には、切替手段(15)が圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続した後、圧縮機(10)が冷媒を圧縮機(10、100)→放熱器(11)→減圧器(13)→蒸発器(14)→圧縮機(10、100)の順に循環させるようになっており、
エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には、切替手段(15)がエネルギ回収機(33、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続した後、冷媒供給手段(32)が冷媒供給手段(32)→加熱器(30)→エネルギ回収機(33、100)→放熱器(11)→加熱器(30)→冷媒供給手段(32)の順に循環させるようになっていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the vapor compression refrigerator, the compressor (10, 100) for sucking and compressing the refrigerant, and the refrigerant discharge side of the compressor (10, 100) are arranged. And a radiator (11) for cooling the refrigerant, a decompressor (13) for decompressing the refrigerant flowing out of the radiator (11), and an evaporator (14) for evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor (13). ), A heater (30) for heating the refrigerant, a refrigerant supply means (32) for supplying the refrigerant flowing out of the radiator (11) to the heater (30), and a refrigerant flowing out of the heater (30) When connecting the energy recovery machine (33, 100) which expands and recovers the heat energy given to the refrigerant by the heater (30), and the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11) And the discharge side of the energy recovery machine (33, 100) Radiator (11) switching means (15) for switching the refrigerant passage in the case of connecting the and equipped with,
When the refrigeration capacity is exhibited in the evaporator (14), after the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), the compressor (10) The refrigerant is circulated in the order of the compressor (10, 100) → the radiator (11) → the decompressor (13) → the evaporator (14) → the compressor (10, 100),
When energy is recovered by the energy recovery machine (33, 100), the switching means (15) connects the discharge side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11), and then the refrigerant supply means. (32) is circulated in the order of refrigerant supply means (32) → heater (30) → energy recovery machine (33, 100) → radiator (11) → heater (30) → refrigerant supply means (32). It is characterized by becoming.
これによると、蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には切替手段(15)が圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続し、一方、エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には切替手段(15)がエネルギ回収機(33)の吐出側と放熱器(11)とを接続する。これは、言い換えると先願例(図4)における開閉弁の開閉制御と逆止弁の流れ規制を切替手段(15)が行うということである。つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁、逆止弁から切替手段(15)に半減することができる。さらに、配管やジョイント(連結部材)を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。 According to this, when the refrigerating capacity is exhibited in the evaporator (14), the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), while energy recovery. When energy is recovered by the machines (33, 100), the switching means (15) connects the discharge side of the energy recovery machine (33) and the radiator (11). In other words, the switching means (15) performs the on-off valve opening / closing control and the check valve flow restriction in the prior application example (FIG. 4). That is, the member required for switching the refrigerant passage can be halved from the on-off valve and the check valve of the prior application to the switching means (15). Furthermore, since the number of pipes and joints (connecting members) can be reduced as compared with the prior application example, the cost of the vapor compression refrigerator can be reduced.
また、請求項2に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続する場合と、エネルギ回収機(33、100)の吸入側と放熱器(11)とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段(15)とを備え、
蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には、切替手段(15)が圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続した後、圧縮機(10)が冷媒を圧縮機(10、100)→放熱器(11)→減圧器(13)→蒸発器(14)→圧縮機(10、100)の順に循環させるようになっており、
エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には、切替手段(15)がエネルギ回収機(33、100)の吸入側と放熱器(11)とを接続した後、冷媒供給手段(32)が冷媒供給手段(32)→加熱器(30)→エネルギ回収機(33、100)→放熱器(11)→加熱器(30)→冷媒供給手段(32)の順に循環させるようになっていることを特徴としている。
Moreover, in invention of Claim 2, in a vapor compression refrigerator, when connecting the discharge side of a compressor (10,100) and a radiator (11), and an energy recovery machine (33,100) Switching means (15) for switching the refrigerant passage when connecting the suction side and the radiator (11),
When the refrigeration capacity is exhibited in the evaporator (14), after the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), the compressor (10) The refrigerant is circulated in the order of the compressor (10, 100) → the radiator (11) → the decompressor (13) → the evaporator (14) → the compressor (10, 100),
When energy is recovered by the energy recovery machine (33, 100), the switching means (15) connects the suction side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11), and then the refrigerant supply means. (32) is circulated in the order of refrigerant supply means (32) → heater (30) → energy recovery machine (33, 100) → radiator (11) → heater (30) → refrigerant supply means (32). It is characterized by becoming.
これによると、蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には切替手段(15)が圧縮機(10、100)の吐出側と放熱器(11)とを接続し、一方、エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には切替手段(15)がエネルギ回収機(33)の吸入側と放熱器(11)とを接続する。これは、言い換えると先願例(図4)における開閉弁の開閉制御と逆止弁の流れ規制を切替手段(15)が行うということである。つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁、逆止弁から切替手段(15)に半減することができる。さらに、配管やジョイント(連結部材)を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。 According to this, when the refrigerating capacity is exhibited in the evaporator (14), the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), while energy recovery. When energy is recovered by the machines (33, 100), the switching means (15) connects the suction side of the energy recovery machine (33) and the radiator (11). In other words, the switching means (15) performs the on-off valve opening / closing control and the check valve flow restriction in the prior application example (FIG. 4). That is, the member required for switching the refrigerant passage can be halved from the on-off valve and the check valve of the prior application to the switching means (15). Furthermore, since the number of pipes and joints (connecting members) can be reduced as compared with the prior application example, the cost of the vapor compression refrigerator can be reduced.
また、請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、エネルギ回収機(33)を圧縮機(10)と並列に接続してもよい。 In addition, as in the invention described in claim 3, in the vapor compression refrigerator of claim 1 or 2, the energy recovery machine (33) may be connected in parallel with the compressor (10).
また、請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機(10)とエネルギ回収機(33)が一体となった膨脹機一体型圧縮機(100)を備え、膨脹機一体型圧縮機(100)が加熱器(30)から流出した冷媒が流入するときにはエネルギ回収機(33)として機能するようにしてもよい。 Further, as in the invention according to claim 4, in the vapor compression refrigerator according to any one of claims 1 to 3, the compressor (10) and the energy recovery machine (33) are integrated. An expander-integrated compressor (100) may be provided, and the expander-integrated compressor (100) may function as an energy recovery device (33) when refrigerant flowing out of the heater (30) flows in.
また、請求項5に記載の発明のように、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、加熱器(30)を前記圧縮機(10、100)と前記放熱器(11)とを繋ぐ冷媒回路に配置してもよい。 Moreover, in the vapor compression refrigerator according to any one of claims 1 to 4, as in the invention described in claim 5, the heater (30) is connected to the compressor (10, 100) and the heat dissipation. You may arrange | position in the refrigerant circuit which connects a container (11).
また、請求項6に記載の発明のように、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、放熱器(11)から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器(12、16)を備え、気液分離器(12、16)により分離された液相冷媒を冷媒供給手段(32)により加熱器(30)に供給すれば、確実に液相冷媒のみを加熱器(30)に供給できる。 Further, as in the invention described in claim 6, in the vapor compression refrigerator according to any one of claims 1 to 5, the refrigerant flowing out of the radiator (11) is converted into a gas phase refrigerant and a liquid phase refrigerant. If the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator (12, 16) is supplied to the heater (30) by the refrigerant supply means (32), Only the liquid phase refrigerant can be reliably supplied to the heater (30).
なお、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ものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1は、本発明の蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用した第1実施形態を示している。本実施形態の車両用空調装置は、走行用動力を発生させる熱機関であるエンジン20で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を車室内空間の空調に利用するものである。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment in which a vapor compression refrigerator of the present invention is applied to a vehicle air conditioner. The vehicle air conditioner according to the present embodiment recovers energy from waste heat generated by the
図1に示す膨張機一体型圧縮機100は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機10としての機能と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機33としての機能とを兼ね備える流体機械である。モータジェネレータ100aは、膨張機一体型圧縮機100を圧縮機として稼動させる場合には、膨張機一体型圧縮機100に動力(回転力)を与える動力源として稼動する。一方、膨張機一体型圧縮機100を膨張機として稼動させる場合には、膨張機、つまり膨張機一体型圧縮機100にて回収された動力にて電力を発せさせる発電機として稼動する回転電機である。なお、膨張機一体型圧縮機100の構造については、後述する。
An expander-integrated
放熱器11は、膨張機一体型圧縮機100が圧縮機として稼動するときの吐出側に後述する冷媒三方弁15を介して接続されており、外気に冷媒を放熱させる、つまり外気で冷媒を冷却する放冷器である。放熱器11から流出した冷媒は、気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器12(レシーバ)に流入する。
The
冷媒三方弁15は、膨脹機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側と放熱器11とを接続する場合と、膨脹機一体型圧縮機100の膨張機吐出側と放熱器11とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段である。なお、本実施形態では冷媒三方弁15の作動は、電子制御装置(図示せず)からの信号により制御されている。
The refrigerant three-
減圧器13は、気液分離器12で分離された液相冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに膨張機一体型圧縮機100が圧縮機として稼動するとき膨張機一体型圧縮機100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張弁を採用している。
The
蒸発器14は、減圧器13にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。蒸発器14から流出した冷媒は再び膨張機一体型圧縮機100に流入する。このように、圧縮機(膨張機一体型圧縮機100)、放熱器11、気液分離器12、減圧器13および蒸発器14等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機(冷凍サイクル)が構成される。
The
ところで、本実施形態では発熱体であるエンジン20を冷却するための冷却水が巡回するエンジン冷却回路が備えられている。エンジン冷却回路に配置される水ポンプ22は、エンジン冷却水を循環させるものであり、ラジエータ23はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。冷却水バイパス回路24は、ラジエータ23を迂回させて冷却水を流す迂回路であり、サーモスタット25は冷却水バイパス回路24に流す冷却水量とラジエータ23に流す冷却水量とを調節する流量調整弁である。
By the way, in this embodiment, the engine cooling circuit in which the cooling water for cooling the
因みに、水ポンプ22はエンジン20から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。
Incidentally, although the
また、エンジン冷却回路におけるエンジン20の冷媒流れ下流側部位、かつ冷凍サイクルにおける膨張機一体型圧縮機100と放熱器11とを繋ぐ冷媒回路には、加熱器である蒸気発生器30が配置されている。この蒸気発生器30は、冷媒回路を流れる冷媒とエンジン20の廃熱を回収したエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱するものである。
In addition, a
また、エンジン冷却回路において、冷却水三方弁21はエンジン20から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器30に循環させる場合と循環させない場合とを切り替えるものである。なお、本実施形態では冷却水三方弁21の作動は、電子制御装置(図示せず)により制御されている。
Further, in the engine cooling circuit, the cooling water three-
ところで、液相配管31は、気液分離器12で分離された液相冷媒を蒸気発生器30のうち放熱器11側の冷媒出入口側に導く冷媒通路である。この液相配管31には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ32および気液分離器12側から蒸気発生器30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。なお、本実施形態では、液ポンプ32は電動式のポンプであり、液ポンプ32の作動は電子制御装置(図示せず)により制御されている。
By the way, the
また、バイパス回路34は、膨張機一体型圧縮機100が膨張機として稼動するときの冷媒出口側と放熱器11の冷媒入口側とを冷媒三方弁15を介して繋ぐ冷媒通路である。
The
なお、逆止弁14aは蒸発器14の冷媒出口側から圧縮機10の吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、制御弁36は、膨張機一体型圧縮機100が圧縮機として作動する時には吐出弁、つまり逆止弁として作動し、膨張機として作動する時には開状態となるバルブであり、この制御弁36の作動も電子制御装置(図示せず)により制御されている。このように、冷媒が膨脹機一体型圧縮機100、凝縮器11、気液分離器12、液ポンプ32等を流れるランキンサイクルが構成される。
The
次に、膨脹機一体型圧縮機100の概略構造およびその作動を述べる。
Next, the schematic structure and operation of the expander-integrated
図2(a)は膨張機一体型圧縮機100が圧縮機として作動する場合を示し、図2(b)は膨張機一体型圧縮機100が膨張機として作動する場合を示すものであり、本実施形態では、周知のベーン型の流体機械にて膨張機一体型圧縮機100を構成している。
FIG. 2A shows a case where the expander-integrated
そして、膨張機一体型圧縮機100を圧縮機として作動する際には、モータジェネレータ100aにてロータ100bを回転させて冷媒を吸入圧縮するとともに、制御弁36にて吐出された高圧冷媒がロータ100b側に逆流することが阻止される。
When the expander-integrated
また、膨脹機一体型圧縮機100を膨張機として稼動させる際には、制御弁36を開いて蒸気発生器30にて生成された過熱蒸気を膨脹機一体型圧縮機100内に導入してロータ100bを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。
Further, when the expander-integrated
なお、電子制御装置には、エンジン20からの吸熱後のエンジン冷却水の温度を検出する水温センサの検出温度Tw、空調装置用の電子制御装置から発せられる空調装置稼動信号(A/C稼動要求信号)が入力される入力部が設けられている。
The electronic control unit includes a detection temperature Tw of a water temperature sensor that detects the temperature of engine cooling water after absorbing heat from the
次に、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機(空調装置)の作動について述べる。本実施形態のランキンサイクルを有する蒸気圧縮式冷凍機は、以下の運転モードを水温センサの検出温度、つまり廃熱温度TwおよびA/C稼動要求信号の有無等に基づいて予め記憶されたプログラムに従って制御弁36、液ポンプ32、冷媒三方弁15および冷却水三方弁21等の作動を制御するものである。まず、空調運転モードおよび廃熱回収運転モードについて説明する。
Next, the operation of the vapor compression refrigerator (air conditioner) including the Rankine cycle according to the present embodiment will be described. The vapor compression refrigerator having the Rankine cycle of the present embodiment performs the following operation mode according to a program stored in advance based on the detected temperature of the water temperature sensor, that is, the waste heat temperature Tw and the presence / absence of an A / C operation request signal. The operation of the
1.空調運転モード
この運転モードは、蒸発器14にて冷凍能力を発揮させながら放熱器11にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器11で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
1. Air-conditioning operation mode This operation mode is an operation mode in which the refrigerant is allowed to cool by the
具体的には、制御装置が液ポンプ32を停止させた状態、かつ制御弁36を逆止弁として機能させた状態で、さらに冷媒三方弁15を膨脹機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側と放熱器11とを接続する図1中の点線の状態に作動させる。その後、モータジェネレータ100aに通電してロータ100bを回転させるとともに、冷却水三方弁21を図1の破線で示すように作動させて蒸気発生器30を迂回させて冷却水を循環させるものである。
Specifically, the refrigerant three-
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)100→蒸気発生器30→冷媒三方弁15→放熱器11→気液分離器12→減圧器13→蒸発器14→膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)100の順に循環する。なお、蒸気発生器30にはエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器30にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器30は単なる冷媒通路として機能する。
As a result, the refrigerant is the expander integrated compressor (compressor) 100 → the
したがって、減圧器13にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機100にて圧縮されて高温となって放熱器11にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
Therefore, the low-pressure refrigerant decompressed by the
なお、本実施形態では、冷媒としてフロン(HFC134a)を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、HFC134aに限定されるものではない。 In the present embodiment, chlorofluorocarbon (HFC134a) is used as the refrigerant. However, the refrigerant is not limited to HFC134a as long as the refrigerant is liquefied on the high-pressure side.
2.廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機100を停止させてエンジン20の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
2. Waste Heat Recovery Operation Mode This operation mode is a mode in which the air conditioner, that is, the
具体的には、制御装置が冷媒三方弁15を膨脹機一体型圧縮機100の膨張機吐出側と放熱器11とを接続する図1中の実線の状態、かつ制御弁36が開いた状態で液ポンプ32を稼動させるとともに、冷却水三方弁21を図1の実線で示すように作動させてエンジン20から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器30に循環させるものである。
Specifically, when the control device connects the refrigerant three-
これにより、冷媒は、液ポンプ32(液相配管31)→蒸気発生器30→膨脹機一体型圧縮機(膨張機)100→バイパス回路34→冷媒三方弁15→放熱器11→気液分離器12→液ポンプ32(液相配管31)の順に循環する。
Thereby, the refrigerant is liquid pump 32 (liquid phase pipe 31) →
したがって、膨脹機一体型圧縮機100、つまり膨張機には、蒸気発生器30にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機100に流入した蒸気冷媒は、膨脹機一体型圧縮機100内で等エントロピ的に膨張しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機100は、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギをモータジェネレータ100aに与え、モータジェネレータ100aにより発電された電力は、バッテリやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
Therefore, the superheated steam heated by the
また、膨脹機一体型圧縮機100から流出した冷媒は、放熱器11にて冷却されて凝縮し、気液分離器12に蓄えられ、気液分離器12内の液相冷媒は、液ポンプ32にて蒸気発生器30側に送られる。
The refrigerant flowing out of the expander-integrated
以上に述べたように、廃熱回収運転モードでは、ラジエータ23にて熱として大気中に捨てられていた熱エネルギを電力等の容易に利用することができるエネルギに変換するので、車両の燃費、つまりエンジン20の燃料消費量を低減することができ得る。
As described above, in the waste heat recovery operation mode, the heat energy discarded in the atmosphere as heat by the
また、廃熱回収運転モードでは、エンジン20の廃熱により発電するので、オルタネータ等の発電機をエンジン20にて駆動する必要性が低減し、エンジン20の燃料消費量をさらに低減することができる。
Further, in the waste heat recovery operation mode, power is generated by the waste heat of the
次に、第1実施形態による作用効果を列挙すると、(1)冷媒三方弁15が空調運転モード時には膨張機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側と放熱器11とを接続し、一方、廃熱回収運転モード時には、膨張機一体型圧縮機100の膨張機吐出側と放熱器11とを接続する。つまり先願例(図4)における開閉弁51の開閉制御と、バイパス回路52に配置された逆止弁53の流れ規制とを冷媒三方弁15が行うということである。
Next, actions and effects according to the first embodiment are listed. (1) When the refrigerant three-
つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁51、逆止弁53から冷媒三方弁15に半減することができる。さらに、配管やジョイント連結部材を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
That is, the members necessary for switching the refrigerant passage can be halved from the on-off
(2)圧縮機10とエネルギ回収機33が一体となった膨脹機一体型圧縮機100を使用しているため、別体の圧縮機10とエネルギ回収機33を配置する場合に比べてより少ないスペースで圧縮機機能とエネルギ回収機能を備えることができる。
(2) Since the compressor-integrated
さらに、圧縮機10とエネルギ回収機33を配置するには、圧縮機10とエネルギ回収機33の作動に応じて、圧縮機10とエネルギ回収機33が配置される配管の開閉を制御する開閉弁を備えなければならない。しかし、膨脹機一体型圧縮機100では、配管と弁を半減できるため、蒸気圧縮式冷凍機全体としてのコストを低減することができる。
Furthermore, in order to arrange the compressor 10 and the energy recovery machine 33, an on-off valve that controls the opening and closing of a pipe in which the compressor 10 and the energy recovery machine 33 are arranged according to the operation of the compressor 10 and the energy recovery machine 33. Must be provided. However, in the expander-integrated
(第2実施形態)
図3に示す本実施形態は、第1実施形態とほぼ同構成であるが、本実施形態のパイパス回路34は蒸発器14と膨張機一体型圧縮機100との間の部位と、放熱器11と気液分離器12との間の部位とを接続している。そして、バイパス回路34には、膨張機一体型圧縮機100側から放熱器11側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁34aが配置されている。
(Second Embodiment)
The present embodiment shown in FIG. 3 has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but the
さらに、放熱器11と蒸気発生器30との間には、冷媒三方弁15を介して放熱器11と蒸気発生器30とを接続する冷媒通路17と、この冷媒通路17から分岐して第2気液分離器16、液ポンプ32、および冷媒三方弁15を介して放熱器11と蒸気発生器30とを接続する液相配管31とが配置されている。
Further, between the
そして、空調運転モード時には、制御装置が液ポンプ32を停止させた状態、かつ制御弁36を逆止弁として機能させた状態で、さらに冷媒三方弁15を膨脹機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側と放熱器11(冷媒通路17)とを接続する図3中の点線の状態に作動させる。その後、モータジェネレータ100aに通電してロータ100bを回転させるとともに、冷却水三方弁21を図3の破線で示すように作動させて蒸気発生器30を迂回させて冷却水を循環させるものである。
In the air-conditioning operation mode, the refrigerant three-
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)100→蒸気発生器30→冷媒三方弁15→放熱器11→気液分離器12→減圧器13→蒸発器14→膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)100の順に循環する。なお、蒸気発生器30にはエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器30にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器30は単なる冷媒通路として機能する。
As a result, the refrigerant is the expander integrated compressor (compressor) 100 → the
一方、廃熱回収運転モード時には、制御装置が冷媒三方弁15を放熱器11と、膨脹機一体型圧縮機100の膨張機吸入側(本実施形態では液相配管31および蒸気発生器30を介している)とを接続する図3中の実線の状態、かつ制御弁36が開いた状態で液ポンプ32を稼動させるとともに、冷却水三方弁21を図3の実線で示すように作動させてエンジン20から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器30に循環させるものである。
On the other hand, in the waste heat recovery operation mode, the control device connects the refrigerant three-
これにより、冷媒は、液ポンプ32(液相配管31)→冷媒三方弁15→蒸気発生器30→膨脹機一体型圧縮機(膨張機)100→バイパス回路34→放熱器11→第2気液分離器16→液ポンプ32(液相配管31)の順に循環する。
Thereby, the refrigerant is liquid pump 32 (liquid phase piping 31) → refrigerant three-
これによると、冷媒三方弁15が空調運転モード時には膨張機一体型圧縮機100の圧縮機吐出側と放熱器11(冷媒通路17)とを接続し、一方、廃熱回収運転モード時には、膨張機一体型圧縮機100の膨張機吸入側と放熱器11(液相配管31)とを接続する。つまり先願例(図4)における開閉弁51の開閉制御と、バイパス回路52に配置された逆止弁53の流れ規制とを冷媒三方弁15が行うということである。
According to this, when the refrigerant three-
つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁51、逆止弁53から冷媒三方弁15に半減することができる。さらに、配管やジョイント連結部材を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
That is, the members necessary for switching the refrigerant passage can be halved from the on-off
なお、本実施形態においても第1実施形態で述べた作用効果(2)を発揮できるのは当然である。 In this embodiment, it is natural that the effect (2) described in the first embodiment can be exhibited.
(他の実施形態)
上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機100にて回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ、またはバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the energy recovered by the expander-integrated
また、第1、第2実施形態(図1、図3)では、加熱器30を放熱器11と膨脹機一体型圧縮機100との間に直列に配置したが、加熱器30にて冷媒を加熱するのは、廃熱回収運転時のみであることから、加熱器30を放熱器11と膨脹機一体型圧縮機100との間に並列に配置してもランキンサイクルを稼動させることができる。
In the first and second embodiments (FIGS. 1 and 3), the
また、冷媒を加熱する熱源として、車両に搭載された各種機器から発生する廃熱、例えば、ターボの吸気熱、インバーター、燃料電池(FC)の発生熱、補機の廃熱を用いてもよい。そして、1つの熱源のみを用いて冷媒を加熱してもよいし、複数の熱源を併用して冷媒を加熱してもよい。 Further, as heat sources for heating the refrigerant, waste heat generated from various devices mounted on the vehicle, for example, intake heat of a turbo, generated heat of an inverter, a fuel cell (FC), and waste heat of an auxiliary machine may be used. . The refrigerant may be heated using only one heat source, or the refrigerant may be heated using a plurality of heat sources in combination.
また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機100、圧縮機および膨張機としてベーン型の流体機械を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the expander-integrated
また、本発明の適用は、車両用の空調装置に限定されるものではなく、定置用の冷凍サイクル(冷凍機)にも適用できる。 The application of the present invention is not limited to a vehicle air conditioner, and can be applied to a stationary refrigeration cycle (refrigerator).
また、上述の実施形態では圧縮機と膨張機とが一体となった膨脹機一体型圧縮機10を用いたが、圧縮機と膨張機をそれぞれ独立して設けてもよい。また、圧縮機と膨張機が並列となるように配置されていてもよい。 In the above-described embodiment, the expander-integrated compressor 10 in which the compressor and the expander are integrated is used. However, the compressor and the expander may be provided independently. Further, the compressor and the expander may be arranged in parallel.
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as it matches the gist of the invention described in the claims.
10…圧縮機、11…放熱器、12…気液分離器、13…減圧器、14…蒸発器、
15…冷媒三方弁(切替手段)、16…第2気液分離器(気液分離器)、
30…蒸気発生器(加熱器)、32…液ポンプ(冷媒供給手段)、
33…膨張機(エネルギ回収機)、
100…膨張機一体型圧縮機(圧縮機、エネルギ回収機)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Compressor, 11 ... Radiator, 12 ... Gas-liquid separator, 13 ... Decompressor, 14 ... Evaporator,
15 ... Three-way valve (switching means), 16 ... Second gas-liquid separator (gas-liquid separator),
30 ... Steam generator (heater), 32 ... Liquid pump (refrigerant supply means),
33 ... Expander (energy recovery machine),
100: An expander-integrated compressor (compressor, energy recovery machine).
Claims (6)
前記圧縮機(10、100)の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器(11)と、
前記放熱器(11)から流出した冷媒を減圧する減圧器(13)と、
前記減圧器(13)にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、
冷媒を加熱する加熱器(30)と、
前記放熱器(11)から流出した冷媒を前記加熱器(30)に供給する冷媒供給手段(32)と、
前記加熱器(30)から流出した冷媒を膨脹させて前記加熱器(30)により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機(33、100)と、
前記圧縮機(10、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続する場合と、前記エネルギ回収機(33、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段(15)とを備え、
前記蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には、前記切替手段(15)が前記圧縮機(10、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続した後、前記圧縮機(10)が冷媒を前記圧縮機(10、100)→前記放熱器(11)→前記減圧器(13)→前記蒸発器(14)→前記圧縮機(10、100)の順に循環させるようになっており、
前記エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には、前記切替手段(15)が前記エネルギ回収機(33、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続した後、前記冷媒供給手段(32)が前記冷媒供給手段(32)→前記加熱器(30)→前記エネルギ回収機(33、100)→前記放熱器(11)→前記加熱器(30)→前記冷媒供給手段(32)の順に循環させるようになっていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。 A compressor (10, 100) for sucking and compressing refrigerant;
A radiator (11) disposed on the refrigerant discharge side of the compressor (10, 100) for cooling the refrigerant;
A decompressor (13) for decompressing the refrigerant flowing out of the radiator (11);
An evaporator (14) for evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor (13);
A heater (30) for heating the refrigerant;
Refrigerant supply means (32) for supplying the refrigerant flowing out of the radiator (11) to the heater (30);
An energy recovery machine (33, 100) for expanding the refrigerant flowing out of the heater (30) and recovering heat energy given to the refrigerant by the heater (30);
When connecting the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), and connecting the discharge side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11) Switching means (15) for switching the refrigerant passage to
When the refrigeration capacity is exhibited in the evaporator (14), the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), and then the compression. The machine (10) circulates the refrigerant in the order of the compressor (10, 100) → the radiator (11) → the decompressor (13) → the evaporator (14) → the compressor (10, 100). And
When energy is recovered by the energy recovery machine (33, 100), after the switching means (15) connects the discharge side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11). The refrigerant supply means (32) is the refrigerant supply means (32) → the heater (30) → the energy recovery machine (33, 100) → the radiator (11) → the heater (30) → the refrigerant. A vapor compression refrigerator that is circulated in the order of the supply means (32).
前記圧縮機(10、100)の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器(11)と、
前記放熱器(11)から流出した冷媒を減圧する減圧器(13)と、
前記減圧器(13)にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、
冷媒を加熱する加熱器(30)と、
前記放熱器(11)から流出した冷媒を前記加熱器(30)に供給する冷媒供給手段(32)と、
前記加熱器(30)から流出した冷媒を膨脹させて前記加熱器(30)により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機(33、100)と、
前記圧縮機(10、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続する場合と、前記エネルギ回収機(33、100)の吸入側と前記放熱器(11)とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段(15)とを備え、
前記蒸発器(14)にて冷凍能力を発揮させる場合には、前記切替手段(15)が前記圧縮機(10、100)の吐出側と前記放熱器(11)とを接続した後、前記圧縮機(10)が冷媒を前記圧縮機(10、100)→前記放熱器(11)→前記減圧器(13)→前記蒸発器(14)→前記圧縮機(10、100)の順に循環させるようになっており、
前記エネルギ回収機(33、100)にてエネルギを回収する場合には、前記切替手段(15)が前記エネルギ回収機(33、100)の吸入側と前記放熱器(11)とを接続した後、前記冷媒供給手段(32)が前記冷媒供給手段(32)→前記加熱器(30)→前記エネルギ回収機(33、100)→前記放熱器(11)→前記加熱器(30)→前記冷媒供給手段(32)の順に循環させるようになっていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。 A compressor (10, 100) for sucking and compressing refrigerant;
A radiator (11) disposed on the refrigerant discharge side of the compressor (10, 100) for cooling the refrigerant;
A decompressor (13) for decompressing the refrigerant flowing out of the radiator (11);
An evaporator (14) for evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor (13);
A heater (30) for heating the refrigerant;
Refrigerant supply means (32) for supplying the refrigerant flowing out of the radiator (11) to the heater (30);
An energy recovery machine (33, 100) for expanding the refrigerant flowing out of the heater (30) and recovering heat energy given to the refrigerant by the heater (30);
A case where the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11) are connected, and a case where the suction side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11) are connected. Switching means (15) for switching the refrigerant passage to
When the refrigeration capacity is exhibited in the evaporator (14), the switching means (15) connects the discharge side of the compressor (10, 100) and the radiator (11), and then the compression. The machine (10) circulates the refrigerant in the order of the compressor (10, 100) → the radiator (11) → the decompressor (13) → the evaporator (14) → the compressor (10, 100). And
When energy is recovered by the energy recovery machine (33, 100), the switching means (15) connects the suction side of the energy recovery machine (33, 100) and the radiator (11). The refrigerant supply means (32) is the refrigerant supply means (32) → the heater (30) → the energy recovery machine (33, 100) → the radiator (11) → the heater (30) → the refrigerant. A vapor compression refrigerator that is circulated in the order of the supply means (32).
前記膨脹機一体型圧縮機(100)は、前記加熱器(30)から流出した冷媒が流入するときには前記エネルギ回収機(33)として機能するようになっていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。 An expander-integrated compressor (100) in which the compressor (10) and the energy recovery machine (33) are integrated;
The expander-integrated compressor (100) functions as the energy recovery unit (33) when refrigerant flowing out of the heater (30) flows in. 4. The vapor compression refrigerator as set forth in any one of 3.
前記気液分離器(12、16)により分離された液相冷媒を前記冷媒供給手段(32)により前記加熱器(30)に供給するようになっていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。 A gas-liquid separator (12, 16) for separating the refrigerant flowing out of the radiator (11) into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant;
The liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator (12, 16) is supplied to the heater (30) by the refrigerant supply means (32). The vapor compression refrigerator according to any one of the above.
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