JP2006125770A - 廃熱利用装置を備える冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱機関の停止時においても冷房の継続を可能とし、更に、一時的に冷房要求が高くなる場合でもその対応を可能とする廃熱利用装置を備える冷凍装置を提供する。
【解決手段】 冷凍サイクル２００と、熱機関１０の廃熱を利用するランキンサイクル３００とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、主圧縮機２１０は、熱機関１０の駆動力によって駆動され、膨張機３２０は、副圧縮機としての機能を併せ持つと共に、発電機および電動機の両機能を有する電動発電機３２１に接続されており、主圧縮機２１０の吸入側から、副圧縮機として機能する場合の膨張機３２０を経由して、凝縮器２２０の流入側に接続可能とする切替え接続流路５００を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱機関の廃熱を利用して動力を回収する廃熱利用装置を備える冷凍装置に関するものであり、例えば走行用エンジン（熱機関）を備える車両用に用いて好適である。

従来の冷凍装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この冷凍装置は、熱機関（エンジン）の冷却廃熱を利用するランキンサイクルと冷凍サイクルとを有しており、ランキンサイクル内の膨張機の出力軸を冷凍サイクル内の圧縮機の軸に接続している。これにより、ランキンサイクルから回収される動力（膨張機の出力）を用いて圧縮機を駆動でき、エンジンにかかる負荷を軽減しつつ、冷房を可能としている。

上記冷凍装置においては、エンジンの暖機中のように廃熱が回収できない時には、冷房することができないという問題があった。例えば、この冷凍装置を車両用として適用した場合、夏の炎天下放置後のクールダウンが必要とされる時に、冷房の要求が非常に高いにもかかわらず、エンジンが暖機できていない間は、膨張機による圧縮機の駆動ができず、冷房の対応ができない訳である。

そこで、本発明者らは、先に特願２００４−２２７００６号において、圧縮機と膨張機とを非接続とし、圧縮機をエンジンあるいは電動機によって駆動されるようにし、膨張機の出力を発電、あるいはランキンサイクル内の作動流体を循環させるポンプの駆動用に用いるものを提案した。この提案により、エンジンの廃熱がない場合でも冷房を可能とし、また廃熱が充分得られる時は、その廃熱をランキンサイクルによって有効に活用できるようにした。
特開昭５６−４３０１８号公報

しかしながら、環境保護の観点からアイドリング時にエンジンを停止させるアイドルストップ機能を搭載した車両が将来的に普及されていくことを考えた時に、上記提案にて圧縮機をエンジンによって駆動されるようにした場合には、アイドルストップ時には圧縮機を駆動させることができず、冷房ができなくなってしまう。また、冷凍装置において、上記で説明したクールダウンのような冷房要求の非常に高い場合にも、一時的にでも冷房能力を増大させて対応できうる冷凍装置が望まれている。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、熱機関の停止時においても冷房の継続を可能とし、更に、一時的に冷房要求が高くなる場合でもその対応を可能とする廃熱利用装置を備える冷凍装置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、主圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、熱機関（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３１０）、膨張機（３２０）、上記の凝縮器（２２０）、ポンプ（３３０）が順次接続されて形成されるランキンサイクル（３００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、主圧縮機（２１０）は、熱機関（１０）の駆動力によって駆動され、膨張機（３２０）は、副圧縮機としての機能を併せ持つと共に、発電機および電動機の両機能を有する電動発電機（３２１）に接続されており、主圧縮機（２１０）の吸入側から、副圧縮機として機能する場合の膨張機（３２０）を経由して、凝縮器（２２０）の流入側に接続可能とする切替え接続流路（５００）を設けたことを特徴としている。

これにより、熱機関（１０）によって主圧縮機（２１０）を駆動することで、冷凍サイクル（２００）を作動させ、蒸発器（２５０）による冷房が可能となり、また、電動発電機（３２１）を発電機として機能させ、ランキンサイクル（３００）において膨張機（３２０）を作動させることで発電が可能となる。この冷房と発電は、両者独立して、または、両者同時に対応可能である。

そして、冷凍サイクル（２００）における冷房能力の要求が高い時には、切替え接続流路５００内を内部作動流体が流通するようにして、膨張機（３２０）を副圧縮機として作動させることで、冷凍サイクル（２００）内の内部作動流体は、主圧縮機（２１０）と副圧縮機として機能する膨張機（３２０）との両者によって圧縮吐出されることになり、凝縮器（２２０）、蒸発器（２５０）を流通する内部作動流体の流量を増加でき、冷房能力を増大させることができる。

また、熱機関（１０）が停止状態となり、主圧縮機（２１０）を駆動できない時には、上記と同様に切替え接続流路（５００）内を内部作動流体が流通するようにして、主圧縮機（２１０）に代えて膨張機（３２０）を副圧縮機として機能させることで、冷凍サイクル（２００）を作動させることができるので、蒸発器（２５０）による冷房を継続できる。

請求項１に記載の発明において、請求項２に記載の発明のように、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する時に内部作動流体が逆方向に流れるものとした場合に、切替え接続流路（５００）は、主圧縮機（２１０）の吸入側から、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側に接続される第１接続流路（５１０）と、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吐出側から、凝縮器（２２０）の流入側に接続される第２接続流路（５２０）と、第１接続流路（５１０）を開閉する第１開閉手段（５１１）と、第２接続流路（５２０）を開閉する第２開閉手段（５２１）と、主圧縮機（２１０）の吐出側と膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側とが繋がれる流路中に設けられ、この流路を閉じることによって、主圧縮機（２１０）の吐出側から膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側への内部作動流体の流れを禁止する第３開閉手段（５３１）とから形成することができる。

そして、請求項３に記載の発明のように、第１開閉手段（５１１）は、主圧縮機（２１０）の吸入側から、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側への内部作動流体の流れを許容して、逆方向への流れを禁止する第１逆止弁（５１１ａ）とすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、第３開閉手段（５３１）は、主圧縮機（２１０）の吐出側から、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側への内部作動流体の流れを禁止して、逆方向への流れを許容する第３逆止弁（５３１ａ）とすることができる。

請求項３、請求項４に記載の発明によれば、第１、第３逆止弁（５１１ａ、５３１ａ）は、例えば電磁弁のような開閉のための制御手段を不要とすることができるので、安価な対応が可能となる。

更に、請求項１に記載の発明において、請求項５に記載の発明のように、膨張機（３２０）は、副圧縮機として機能する時も、内部作動流体が同一方向に流れるものとした場合に、切替え接続流路（５００）は、主圧縮機（２１０）の吸入側から、膨張機（３２０）が副圧縮機として機能する場合の吸入側に接続される第１接続流路（５１０）と、第１接続流路（５１０）を開閉する第１開閉手段（５１１）とから形成されるものとしても良い。

これにより、切替え接続流路（５００）の構成をシンプルにして、安価な対応が可能となる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１に示し、まず、具体的な構成について説明する。本発明の廃熱利用装置を備える冷凍装置（以下、冷凍装置）１００は、走行用のエンジン１０を搭載する車両に適用されるものとしている。冷凍装置１００には冷凍サイクル２００およびランキンサイクル３００が設けられており、各サイクル２００、３００の作動が図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

エンジン１０は、水冷式の内燃機関（本発明における熱機関に対応）であり、エンジン１０の冷却用のエンジン冷却水が循環するラジエータ回路２０、およびエンジン冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するヒータ回路３０が設けられている。

ラジエータ回路２０にはラジエータ２１が設けられており、ラジエータ２１は、温水ポンプ２２によって循環されるエンジン冷却水を外気との熱交換により冷却する。温水ポンプ２２は、ここでは電動式のポンプとしている。エンジン１０の出口側の流路（エンジン１０とラジエータ２１の間の流路）には、後述するランキンサイクル３００の加熱器３１０が配設されており、エンジン冷却水がこの加熱器３１０内を流通するようにしている。因みに、ラジエータ回路２０中にはラジエータ２１を迂回してエンジン冷却水が流通するラジエータバイパス流路２３が設けられており、サーモスタット２４によってラジエータ２１を流通する冷却水量とラジエータバイパス流路２３を流通する冷却水量とが調節されるようにしている。

ヒータ回路３０にはヒータコア３１が設けられており、上記の温水ポンプ２２によってエンジン冷却水（温水）が循環されるようにようにしている。ヒータコア３１は、空調ユニット４００の空調ケース４１０内に配設されており、送風機４２０によって送風される空調空気を温水との熱交換により加熱する。尚、ヒータコア３１にはエアミックスドア４３０が設けられており、このエアミックスドア４３０の開閉により、ヒータコア３１を流通する空調空気量が可変される。

冷凍サイクル２００は、周知のように主圧縮機２１０、凝縮器２２０、受液器２３０、膨張弁２４０、蒸発器２５０から成り、これらが順次接続されて閉回路を形成している。主圧縮機２１０は、冷凍サイクル２００内の冷媒（本発明における内部作動流体に対応）を高温高圧に圧縮する流体機器であり、ここではエンジン１０の駆動力によって駆動されるようにしている。即ち、主圧縮機２１０の駆動軸には駆動手段としてのプーリ２１１が固定されており、エンジン１０の駆動力がベルト１１を介してプーリ２１１に伝達され、主圧縮機２１０は駆動される。尚、プーリ２１１には、主圧縮機２１０とプーリ２１１との間を断続する電磁クラッチ２１２が設けられている。電磁クラッチ２１２の断続は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

凝縮器２２０は、主圧縮機２１０の吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。受液器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気液二相に分離するレシーバであり、ここで分離された液相冷媒のみを膨張弁２４０側に流出させる。膨張弁２４０は、受液器２３０からの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、主圧縮機２１０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２５０は、ヒータコア３１と同様に空調ユニット４００の空調ケース４１０内に配設されており、膨張弁２４０によって減圧膨張された冷媒を蒸発させて、その時の吸熱作用によって送風機４２０からの空調空気を冷却する熱交換器である。そして、蒸発器２５０の冷媒出口側は、主圧縮機２１０の吸入側に接続されている。尚、蒸発器２５０によって冷却された空調空気と、ヒータコア３１によって加熱された空調空気は、エアミックスドア４３０の開度に応じて混合比率が可変され、乗員の設定する温度に調節される。

一方、ランキンサイクル３００は、エンジン１０で発生した廃熱エネルギー（エンジン冷却水の熱エネルギー）を回収すると共に、この廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものである。以下、ランキンサイクル３００について説明する。

ランキンサイクル３００は、加熱器３１０、膨張機３２０、凝縮器２２０、受液器２３０、ポンプ３３０から成り、これらが順次接続されて閉回路を形成している。尚、このランキンサイクル３００内を流通する内部作動流体は、上記冷凍サイクル２００の冷媒と同一としており、凝縮器２２０、受液器２３０は冷凍サイクル２００のものを兼用するようにしている。

ポンプ３３０は、図示しない制御装置によって作動される電動機を駆動源として、ランキンサイクル３００内の冷媒を循環させる電動式のポンプである。加熱器３１０は、ポンプ３３０から送られる冷媒とラジエータ回路２０を流通する高温のエンジン冷却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る。

膨張機３２０は、加熱器３１０で加熱された過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動力を発生させる流体機器であり、膨張機３２０から流出される冷媒は、上記で説明した凝縮器２２０、受液器２３０に至る。

ここで、膨張機３２０は上記冷凍サイクル２００の主圧縮機２１０と共に作動、あるいは、主圧縮機２１０に代わって作動する副圧縮機としての機能を併せ持つもの（副圧縮機兼膨張機３２０）としている。即ち、膨張機３２０は、例えばスクロール型をベースとしたものであり、冷媒流れの高圧側に制御弁（図示せず）を有している。制御弁は、膨張機３２０の膨張機能と圧縮機能との切替えを可能とするもので、膨張機３２０として作動させる時（例えば正回転作動）は、高圧側の冷媒流路を開く弁として機能し、膨張作動によって流出される冷媒は上記説明のように凝縮器２２０側に流れる。また、副圧縮機として作動させる時（逆回転作動）は、制御弁は吐出弁（即ち、逆止弁）として機能し、圧縮作動によって、吐出される冷媒は膨張機３２０の場合とは逆の加熱器３１０側に流れる。尚、制御弁は図示しない制御装置によって制御される。

膨張機３２０には発電機および電動機の両機能を有する電動発電機３２１が接続されている。更に、電動発電機３２１は、電気的に制御回路４１、バッテリ４０に接続されており、制御回路４１によって、バッテリ４０から電力が供給されると電動機として作動し、また、発電機として作動した時の電力がバッテリ４０に充電されるようになっている。

そして、上記冷凍サイクル２００、ランキンサイクル３００には、第１、第２接続流路５１０、５２０、および第１〜第３開閉弁５１１、５２１、５３１から成る切替え接続流路５００が設けられている。

即ち、第１接続流路５１０は、主圧縮機２１０の吸入側から、膨張機３２０が副圧縮機として機能する場合の吸入側に接続される流路であり、第１開閉弁（本発明における第１開閉手段に対応）５１１は、この第１接続流路５１０を開閉する弁として設けられている。

第２接続流路５２０は、膨張機３２０が副圧縮機として機能する場合の吐出側から、凝縮器２２０の流入側に接続される流路であり、第２開閉弁（本発明における第２開閉手段に対応）５２１は、この第２接続流路５２０を開閉する弁として設けられている。

そして、第３開閉弁（本発明における第３開閉手段に対応）５３１は、主圧縮機２１０の吐出側で膨張機３２０が副圧縮機として機能する場合の吸入側へ分岐する点（Ａ点）と、第１接続流路５１０の膨張機３２０側の接続点（Ｂ点）との間の流路に設けられており、このＡ点とＢ点との間の流路を閉じた時に、主圧縮機２１０の吐出側から膨張機３２０が副圧縮機として機能する場合の吸入側への冷媒の流れを禁止する弁としている。

上記第１〜第３開閉弁５１１、５２１、５３１は、ここでは電磁弁としており、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

次に、上記構成に基づく作動について図２〜図６を用いて説明する。

１．メインＡ／Ｃ単独モード（図２）
このモードは、エンジン１０が例えば暖機中でエンジン１０からの廃熱が充分に得られない場合、あるいは、バッテリ４０の充電量が充分にあり充電が不要の場合で、冷房が必要な時に、主圧縮機２１０を作動させる運転モードである。

具体的には、図示しない制御装置は、ポンプ３３０を停止状態とし、第１開閉弁５１１、第２開閉弁５２１を閉じ、第３開閉弁５３１を開く。そして、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２を接続状態にする。

この時、主圧縮機２１０は、エンジン１０によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル２００内を循環し（図２中の実線矢印）、蒸発器２５０の吸熱作用による冷房が行われる。このモードにおいては、膨張機３２０、電動発電機３２１は停止状態となっている。尚、ここでは第３開閉弁５３１を開くようにしているので、仮にエンジン１０の廃熱によってランキンサイクル３００内の冷媒が加熱器３１０で加熱されても、この冷媒を膨張機３２０、第３開閉弁５３１から冷凍サイクル２００側に逃がすことができる。

２．ランキン単独モード（図３）
このモードは、エンジン１０による車両の走行が行われており、エンジン１０からの廃熱が充分に得られ、また、バッテリ４０への充電が必要な場合で、冷房が不要の時に、ランキンサイクル３００を作動させる運転モードである。

具体的には、図示しない制御装置は、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２を切断状態とし、第１開閉弁５１１、第２開閉弁５２１を閉じ、第３開閉弁５３１を開く。そして、ポンプ３３０を作動させ、膨張機３２０の制御弁の切替えにより膨張機３２０を本来の膨張機として作動可能にする。

この時、ポンプ３３０の作動により、ランキンサイクル３００内の冷媒は、図３中の破線矢印のように循環する。そして、加熱器３１０から流出される過熱蒸気冷媒の膨脹により膨張機３２０に駆動力が発生され、この駆動力によって電動発電機３２１が発電機として駆動される。電動発電機３２１によって得られた電力は制御回路４１を介してバッテリ４０に充電される。尚、このモードにおいては、主圧縮機２１０は停止状態となっている。

３．メインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モード（図４）
このモードは、エンジン１０による車両の走行が行われており、エンジン１０からの廃熱が充分に得られ、バッテリ４０への充電が必要な場合で、冷房が必要な時に、上記ランキン単独モードに加えて、主圧縮機２１０も併せて作動させる運転モードである。

具体的には、図示しない制御装置は、第１開閉弁５１１、第２開閉弁５２１を閉じ、第３開閉弁５３１を開く。また、ポンプ３３０を作動させ、膨張機３２０の制御弁の切替えにより膨張機３２０を本来の膨張機として作動可能にする。そして、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２を接続状態にする。

この時、ランキンサイクル３００においては、上記のランキン単独モードと同一の作動を果たし、膨張機３２０で得られた駆動力によって、電動発電機３２１で発電が行われる（冷媒流れは図４中の破線矢印）。

また、冷凍サイクル２００においては、上記のメインＡ／Ｃ単独モードと同一の作動を果たし、主圧縮機２１０がエンジン１０によって駆動され、蒸発器２５０の吸熱作用による冷房が行われる（冷媒流れは図４中の実線矢印）。

４．Ａ／Ｃアシストモード（図５）
このモードは、例えば、夏場における炎天下放置後のクールダウン時のように、冷房能力が大きく必要とされる時に、冷房を第１優先として、主圧縮機２１０に加えて、膨張機３２０を副圧縮機として作動させる運転モードである。

具体的には、図示しない制御装置は、第１開閉弁５１１、第２開閉弁５２１を開き、第３開閉弁５３１を閉じる。そして、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２を接続状態にする。更に、ポンプ３３０を停止状態とすると共に、膨張機３２０の制御弁の切替えにより膨張機３２０を副圧縮機として作動可能にし、バッテリ４０から電力を供給して電動発電機３２１を電動機として作動させる。

この時、主圧縮機２１０は、エンジン１０によって駆動され、冷媒を圧縮吐出し、吐出された冷媒は冷凍サイクル２００内を循環する（図５中の実線矢印）。更に、膨張機３２０は電動発電機３２１によって副圧縮機として駆動される。すると、冷凍サイクル２００を流通する冷媒の一部は、主圧縮機２１０の吸入側から第１接続流路５１０、第１開閉弁５１１を流通して、膨張機（副圧縮機）３２０に至り、圧縮吐出されて、第２接続流路５２０、第２開閉弁５２１を経て、凝縮器２２０に至る。尚、主圧縮機２１０から吐出される冷媒は、第３開閉弁５３１によって膨張機（副圧縮機）３２０側に流れることは無い（切替え接続流路５００における流れであり、図５中の一点鎖線矢印）。即ち、冷凍サイクル２００において、並列配置される主圧縮機２１０および膨張機（副圧縮機）３２０によって、高流量の冷媒が圧縮吐出され、蒸発器２５０、凝縮器２２０を流通する冷媒流量が増加され、蒸発器２５０における冷房能力が増大される。

５．サブＡ／Ｃ単独モード（図６）
このモードは、走行中にエンジン１０が停止された場合でも、冷房が必要な時に、主圧縮機２１０に代えて膨張機３２０を副圧縮機として作動させることで、冷房を行う運転モードである。

具体的には、図示しない制御装置は、第１開閉弁５１１、第２開閉弁５２１を開き、第３開閉弁５３１を閉じる。更に、ポンプ３３０を停止状態とすると共に、膨張機３２０の制御弁の切替えにより膨張機３２０を副圧縮機として作動可能にし、バッテリ４０から電力を供給して電動発電機３２１を電動機として作動させる。尚、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２は、接続あるいは切断のいずれの状態でも良い。

この時、主圧縮機２１０はエンジン１０の停止と共に停止状態となり、膨張機３２０は電動発電機３２１によって副圧縮機として駆動される。そして、蒸発器２５０から流出した冷媒は、第１接続流路５１０→第１開閉弁５１１→膨張機（副圧縮機）３２０→第２接続流路５２０→第２開閉弁５２１→凝縮器２２０→気液分離器２３０→膨張弁２４０→蒸発器２５０を循環し（図６中の一点鎖線矢印）、蒸発器２５０の吸熱作用による冷房が行われる。ここでは、主圧縮機２１０をバイパスする切替え接続流路５００内の膨張機３２０が副圧縮機となって、冷凍サイクル（２００）を形成する訳である。

このように、本発明においては、冷凍サイクル２００にエンジン１０によって駆動される主圧縮機２１０を設け、ランキンサイクル３００内の膨張機３２０に副圧縮機の機能を持たせると共に電動発電機３２１を接続し、また、冷凍サイクル２００およびランキンサイクル３００間に切替え続流路５００を設けるようにしているので、エンジン１０によって主圧縮機２１０を駆動することで、冷凍サイクル２００を作動させ、蒸発器２５０による冷房が可能となる。また、電動発電機３２１を発電機として機能させ、ランキンサイクル（３００）において膨張機３２０を作動させることで発電が可能となる。この冷房と発電は、両者独立して、または、両者同時に対応可能である。

そして、冷凍サイクル２００における冷房能力の要求が高い時には、切替え接続流路５００内を冷媒が流通するようにして、膨張機３２０を副圧縮機として作動させることで、冷凍サイクル２００内の冷媒は、主圧縮機２１０と膨張機（副圧縮機）３２０との両者によって圧縮吐出されることになり、凝縮器２２０、蒸発器２５０を流通する冷媒の流量を増加でき、冷房能力を増大させることができる。

また、エンジン１０が停止状態となり、主圧縮機２１０を駆動できない時には、上記と同様に切替え接続流路５００内を冷媒が流通するようにして、主圧縮機２１０に代えて膨張機（副圧縮機）３２０によって、冷凍サイクル（２００）を作動させることができるので、蒸発器２５０による冷房を継続できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、第１開閉弁５１１、第３開閉弁５３１を変更したものである。

ここでは、第１接続流路５１０における第１開閉弁５１１を第１逆止弁５１１ａとし、第３開閉弁５３１を逆止弁５３１ａとしている。

第１逆止弁５１１ａは、第１接続流路５１０において、主圧縮機２１０の吸入側から膨張機３２０が副圧縮機として作動する場合の吸入側への冷媒の流れを許容して、逆方向への流れを禁止する弁としている。

また、第３逆止弁５３１ａは、Ａ点とＢ点との間の流路において、主圧縮機２１０の吐出側から膨張機３２０が副圧縮機として作動する場合の吸入側への冷媒の流れを禁止して、逆方向への流れを許容する弁としている。

これにより、上記第１実施形態における第１、第３開閉弁５１１、５３１（電磁弁）のように、制御装置による開閉のための制御を不要とすることができるので、安価な対応が可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８〜図１３に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、膨張機３２０および切替え接続流路５００を変更したものである。

膨張機３２０は、例えばピストン式のものをベースに、制御弁としてタイミングバルブによって、冷媒の流入、流出タイミングを切替えるようにして、本来の膨張機３２０として作動する場合と、副圧縮機として作動する場合とで、冷媒が同一方向に流れるようにしている。

そして、図８に示すように、切替え接続流路５００を、主圧縮機２１０の吸入側から、膨張機３２０の流入側（副圧縮機として作動する場合の吸入側）に接続される第１接続流路５１０と、この第１接続流路５１０を開閉する第１開閉弁５１１とから形成されるものとしている。

第３実施形態においては、図９に示すように、第１開閉弁５１１を閉じて、ポンプ３３０を停止状態として、主圧縮機２１０を作動させることで、メインＡ／Ｃ単独モードの実行が可能となる（冷媒流れは図９中の実線矢印）。

また、図１０に示すように、第１開閉弁５１１を閉じて、主圧縮機２１０の電磁クラッチ２１２を切断し、ポンプ３３０を作動させることで、膨張機３２０を本来の膨張機として作動させて、ランキン単独モードの実行が可能となる（冷媒流れは図１０中の破線矢印）。

また、図１１に示すように、第１開閉弁５１１を閉じて、主圧縮機２１０を作動させ、更に、ポンプ３３０を作動させ、膨張機３２０を本来の膨張機として作動させることで、メインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モードの実行が可能となる（冷媒流れは図１１中の実線矢印と破線矢印）。

また、図１２に示すように、第１開閉弁５１１を開いて、主圧縮機２１０を作動させ、更に、電動発電機３２１を電動機として作動させ、膨張機３２０を副圧縮機として作動させることで、Ａ／Ｃアシストモードの実行が可能となる（冷媒流れは図１２中の実線矢印と一点鎖線矢印）。

また、図１３に示すように、第１開閉弁５１１を開いて、電動発電機３２１を電動機として作動させ、膨張機３２０を副圧縮機として作動させることで、サブＡ／Ｃ単独モードの実行が可能となる（冷媒流れは図１３中の一点鎖線矢印）。

このように、本第３実施形態においては、上記５つの運電モードを可能にすると共に、切替え接続流路５００の構成をシンプルにして、安価な対応が可能となる。

（その他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態においては、スクロール型あるいはピストン型の膨張機３２０を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータリ型、ベーン型等のその他の形式のものを適用することができる。

また、熱機関として、車両用のエンジン（内燃機関）１０としたが、これに限らず、例えば、外燃機関としても良い。

本発明の第１実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置全体を示す模式図である。 図１においてメインＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図１においてランキン単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図１においてメインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図１においてＡ／Ｃアシストモードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図１においてサブＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 本発明の第２実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置全体を示す模式図である。 本発明の第３実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置全体を示す模式図である。 図８においてメインＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図８においてランキン単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図８においてメインＡ／Ｃ、ランキン同時運転モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図８においてＡ／Ｃアシストモードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。 図８においてサブＡ／Ｃ単独モードで作動する場合の冷媒流れ方向を示す模式図である。

符号の説明

１０ エンジン（熱機関）
１００ 廃熱利用装置を備える冷凍装置
２００ 冷凍サイクル
２１０ 圧縮機
２２０ 凝縮器
２４０ 膨張弁
２５０ 蒸発器
３００ ランキンサイクル
３１０ 加熱器
３２０ 副圧縮機兼膨張機（膨張機）
３２１ 電動発電機
３３０ ポンプ
５００ 切替え接続流路
５１０ 第１接続流路
５１１ 第１開閉弁（第１開閉手段）
５１１ａ 第１逆止弁
５２０ 第２接続流路
５２１ 第２開閉弁（第２開閉手段）
５３１ 第３開閉弁（第３開閉手段）
５３１ａ 第３逆止弁

Claims (5)

1. 主圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、
   熱機関（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３１０）、膨張機（３２０）、前記凝縮器（２２０）、ポンプ（３３０）が順次接続されて形成されるランキンサイクル（３００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、
   前記主圧縮機（２１０）は、前記熱機関（１０）の駆動力によって駆動され、
   前記膨張機（３２０）は、副圧縮機としての機能を併せ持つと共に、発電機および電動機の両機能を有する電動発電機（３２１）に接続されており、
   前記主圧縮機（２１０）の吸入側から、前記副圧縮機として機能する場合の前記膨張機（３２０）を経由して、前記凝縮器（２２０）の流入側に接続可能とする切替え接続流路（５００）を設けたことを特徴とする廃熱利用装置を備える冷凍装置。
2. 前記膨張機（３２０）は、前記副圧縮機として機能する時、内部作動流体が逆方向に流れるものであって、
   前記切替え接続流路（５００）は、前記主圧縮機（２１０）の吸入側から、前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側に接続される第１接続流路（５１０）と、
   前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吐出側から、前記凝縮器（２２０）の流入側に接続される第２接続流路（５２０）と、
   前記第１接続流路（５１０）を開閉する第１開閉手段（５１１）と、
   前記第２接続流路（５２０）を開閉する第２開閉手段（５２１）と、
   前記主圧縮機（２１０）の吐出側と前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側とが繋がれる流路中に設けられ、この流路を閉じることによって、前記主圧縮機（２１０）の吐出側から前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側への前記内部作動流体の流れを禁止する第３開閉手段（５３１）とから成ることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
3. 前記第１開閉手段（５１１）は、前記主圧縮機（２１０）の吸入側から、前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側への前記内部作動流体の流れを許容して、逆方向への流れを禁止する第１逆止弁（５１１ａ）としたことを特徴とする請求項２に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
4. 前記第３開閉手段（５３１）は、前記主圧縮機（２１０）の吐出側から、前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側への前記内部作動流体の流れを禁止して、逆方向への流れを許容する第３逆止弁（５３１ａ）としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
5. 前記膨張機（３２０）は、前記副圧縮機として機能する時も、内部作動流体が同一方向に流れるものであって、
   前記切替え接続流路（５００）は、前記主圧縮機（２１０）の吸入側から、前記膨張機（３２０）が前記副圧縮機として機能する場合の吸入側に接続される第１接続流路（５１０）と、
   前記第１接続流路（５１０）を開閉する第１開閉手段（５１１）とから成ることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。

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