JP2007322023A - 廃熱利用装置を備える冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００とで凝縮器２２０を共用するものにおいて、ランキンサイクル単独稼動時に圧縮機を起動してもランキンサイクルが正常に機能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とランキンサイクル３００とで凝縮器２２０を共用するものにおいて、制御装置５００は、ランキンサイクル３００の単独稼動が所定時間継続している状態を検出した場合には、圧縮機２１０の起動が必要であるとして、まず圧縮機２１０を起動したと仮定した場合の凝縮器２２０における予想冷媒流量を算出し、これが所定流量を超えると判定した場合にはランキンサイクル３００の回転数を低減させて、その後圧縮機２１０を起動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱機器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、例えば内燃機関を搭載す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、発熱機器としての内燃機関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いる。冷凍サイクル内には冷媒を圧縮吐出する圧縮機が、また、ランキンサイクルには冷却廃熱によって加熱された冷媒の膨張によって作動される膨張機がそれぞれ独立して配設されると共に、冷凍サイクル内の凝縮器（放熱器）は、ランキンサイクル用の凝縮器と共用されて構成されている。

このような冷凍装置においては、冷房の必要性と、冷却廃熱の回収可否に応じて、冷凍サイクル、ランキンサイクルの単独運転、あるいは冷凍サイクルとランキンサイクルとの同時運転を可能としている。
特開２００６−４６７６３号公報

上記冷凍装置においては、ランキンサイクル単独運転のときには、冷凍サイクル内に冷媒、あるいは冷媒中に含有された各種機器用の潤滑オイルが溜まり込んでしまうことがあり、これがランキンサイクルの基本性能低下や各種機器の潤滑不足につながっていた。よって、本出願人は、先に特願２００６−２８８４０にて、ランキンサイクル単独運転時に圧縮機を所定のタイミングでＯＮ‐ＯＦＦさせて、冷凍サイクル内に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まるのを防止することを提案した。

しかしながら、ランキンサイクル単独運転時に圧縮機を起動すると、これにより凝縮器に流れ込む冷媒の流量が急激に増加して、凝縮器の性能が低下する。これによって、加熱器に充分な液冷媒を送ることができなくなり、その結果、膨張機前後の差圧が小さくなって膨張機において回転駆動力が得られなくなり、ランキンサイクルは機能しなくなる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷凍サイクルとランキンサイクルとで凝縮器を共用するものにおいて、ランキンサイクル単独稼動時に圧縮機を起動してもランキンサイクルが正常に機能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、圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次環状に接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、凝縮器（２２０）が共用されて、この凝縮器（２２０）、ポンプ（３３０）、発熱機器（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３１０）、膨張機（３２０）が順次環状に接続されて形成されるランキンサイクル（３００）と、冷凍サイクル（２００）の稼動およびランキンサイクル（３００）の稼動を制御する制御手段（５００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、冷凍サイクル（２００）を停止してランキンサイクル（３００）のみを稼動させるランキンサイクル（３００）の単独稼動に関連する所定の条件を満足する所定状態を検出する所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）と、ランキンサイクル（３００）の所定の通常回転数での単独稼動の際に圧縮機（２１０）を作動させたと仮定した場合の凝縮器（２２０）における予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）が所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えるか否かを判定する流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）とを備え、制御手段（５００）は、所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）により所定状態が検出された場合には圧縮機（２１０）を作動させると共に、流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）により予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）が所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えると判定された場合には、この所定状態において圧縮機（２１０）を起動する際にランキンサイクル（３００）の回転数を通常回転数より低減させることを特徴としている。

このように、ランキンサイクル（３００）を単独稼動する際に、冷凍サイクル（２００）内に溜まった冷媒および潤滑オイルをランキンサイクル（３００）側に戻すために圧縮機（２１０）を起動する必要がある所定状態が検出された場合には、圧縮機（２１０）を起動したと仮定した場合のランキンサイクル（３００）における予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）が所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えるか否かを前もって判定し、所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えると予想されるときにはランキンサイクル（３００）の回転数を低下させることにより、このランキンサイクル（３００）回転数を低下させたことによる冷媒流量の低下と、圧縮機（２１０）の起動による冷媒流量の増加とが相殺して、凝縮器（２２０）に流れ込む冷媒が急激に増加することを防止できる。これにより、圧縮機（２１０）の起動時においても、ランキンサイクル（３００）は安定した稼動状態を保ったまま、正常に機能する。

また、所定状態において圧縮機（２１０）を起動させた場合には、請求項２に記載の発明のように、第１所定時間（Ｔ_ｏｎ）作動させた後に圧縮機（２１０）を停止させ、このとき、請求項３に記載の発明のように、圧縮機（２１０）を停止させる際に、ランキンサイクル（３００）の回転数を通常回転数に戻すようにするとよい。圧縮機２１０を作動させる第１所定時間（Ｔ_ｏｎ）は、請求項４に記載の発明のように、１００秒以下であることが望ましい。

ランキンサイクル（３００）の単独稼動の際に、圧縮機（２１０）を長い時間作動させると空調性能に影響を及ぼす可能性があるため、また本発明においては圧縮機（２１０）の作動中にはランキンサイクル（３００）の回転数を低下させているので、圧縮機（２１０）を作動させるときには、請求項２〜４に記載の発明のように、１００秒といった上限値を設けて、それ以下の所定時間（Ｔ_ｏｎ）だけ作動させ、圧縮機（２１０）の停止時にはランキンサイクル（３００）の回転数を通常に戻すようにするとよい。通常、数秒〜数十秒間圧縮機（２１０）を稼動させれば、冷媒および潤滑オイルを確実に回収できる。

ランキンサイクル（３００）の回転数を通常回転数より低減させるときには、請求項５に記載の発明のように、凝縮器（２２０）における冷媒流量が所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）まで低減するように、ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させるとよい。このとき、請求項６に記載の発明のように、ランキンサイクル（３００）を稼動させる際の所定の下限回転数であるランキン下限回転数（Ｒ_ｒｌ）を最低限度として、ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させてもよい。あるいは、ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させる場合には、例えば常にランキン下限回転数（Ｒ_ｒｌ）まで低減するなど、予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）の大きさに関わりなくランキン下限回転数（Ｒ_ｒｌ）を限度としてランキンサイクル（３００）の回転数を低減することもできる。

請求項７に記載の発明のように、圧縮機（２１０）が発熱機器（１０）の回転駆動力によって駆動される構成である場合には、流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として、発熱機器（１０）の回転数に基づいた冷媒流量について判定を行うことができる。

またこのとき、請求項８に記載の発明のように、１回転あたりの吐出容量が可変である可変容量圧縮機（２１０ａ）である場合には、流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として、圧縮機（２１０ａ）を作動させる際の所定の下限容量である圧縮機下限容量（Ｖ_ｌ）で圧縮機（２１０ａ）を作動させたと仮定した場合の冷媒流量について判定を行い、制御手段（５００）により圧縮機（２１０ａ）を作動させる際にはこの圧縮機下限容量（Ｖ_ｌ）で作動させるようにするとよい。

このように、可変容量圧縮機（２１０ａ）の場合には吐出容量が制御可能であるので、ランキンサイクル単独稼動時において圧縮機（２１０ａ）を起動するときには下限容量（Ｖ_ｌ）で作動させるようにすることで、圧縮機（２１０ａ）を起動することによる冷媒流量の増加を抑えて、ランキンサイクル３００の稼動に与える影響を最小限としながら冷凍サイクル（２００）側の冷媒および潤滑オイルをランキンサイクル（３００）側に戻すことができる。

あるいは、請求項９に記載の発明のように、圧縮機が電動機（２１３）によって駆動される電動圧縮機（２１０ｂ）である場合には、流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として、圧縮機（２１０ｂ）を作動させる際の所定の下限回転数である圧縮機下限回転数（Ｒ_ｃｌ）で圧縮機（２１０ｂ）を作動させたと仮定した場合の冷媒流量について判定を行い、制御手段（５００）により圧縮機（２１０ｂ）を作動させる際にはこの圧縮機下限回転数（Ｒ_ｃｌ）で作動させるようにするとよい。

このように、電動圧縮機（２１０ｂ）の場合には回転数が制御可能であるので、ランキンサイクル単独稼動時において圧縮機（２１０ｂ）を起動するときには下限回転数Ｒ_ｃｌで作動させるようにすることで、圧縮機（２１０ｂ）を起動することによる冷媒流量の増加を抑えて、ランキンサイクル（３００）の稼動に与える影響を最小限としながら冷凍サイクル（２００）側の冷媒および潤滑オイルをランキンサイクル（３００）側に戻すことができる。

流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、例えば具体的には、請求項１０に記載の発明のように、圧縮機（２１０）の作動に関連する第１冷媒流量（Ｇｒ_ａｃ）とランキンサイクル（３００）の稼動に関連する第２冷媒流量（Ｇｒ_ｒｋ）とを算出し、第１冷媒流量（Ｇｒ_ａｃ）と第２冷媒流量（Ｇｒ_ｒｋ）とを加算したものを予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として算出して、この予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）を所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）と比較することにより流量判定を行うことができる。

所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）は、請求項１１に記載の発明のように、所定状態として、例えばランキンサイクル（３００）の単独稼動が第２所定時間（Ｔ_ｌｉｍ）以上継続している状態を検出するとよい。これにより、圧縮機（２１０）の起動が必要な状態を簡単に検出することができる。

また、所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）は、請求項１２に記載の発明のように、膨張機（３２０）の入口側と出口側との圧力差に関連する差圧関連情報（ΔＰ）を取得し、この差圧関連情報（ΔＰ）に基づいて、ランキンサイクル（３００）の単独稼動中において圧力差（ΔＰ）が所定圧力差（ΔＰ_ｔｈ）未満である状態を所定状態として検出してもよい。このとき、例えば請求項１３に記載の発明のように、発熱機器（１０）が車両の内燃機関である場合は、車両における外気温度、速度、廃熱の温度、ランキンサイクル（３００）の回転数に基づいて所定圧力差（ΔＰ_ｔｈ）を算出することができる。これにより、圧縮機（２１０）の起動が必要な状態を正確に検出することができる。

因みに、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一例である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図３に示し、まず、具体的な構成について図１を用いて説明する。本実施形態の廃熱利用装置を備える冷凍装置（以下、冷凍装置）１００は、エンジン１０を駆動源と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の作動が制御装置５００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（本発明における発熱機器に対応）であり、エンジン冷却水の循環によってエンジン１０が冷却されるラジエータ回路２０、および冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するヒータ回路３０を有している。回転数センサ１５はエンジン回転数を検出し、この回転数信号は後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。

尚、エンジン１０には、エンジン１０の駆動力によって駆動されて発電するオルタネータ１１が設けられている。オルタネータ１１によって発電された電力はバッテリ４０に充電されると共に、バッテリ４０に充電された電力は、車両電気負荷（ヘッドランプ、ワイパー、オーディオ等）４１に供給されるようになっている。

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、水温センサ２５と、後述するランキンサイクル３００の加熱器３１０が配設されている。加熱器３１０内にはエンジン１０から流出する冷却水が流通するようになっている。

水温センサ２５はエンジン１０の出口側における冷却水温度を検出するもので、この水温センサ２５からの温度信号は後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。

尚、ラジエータ回路２０中にはラジエータ２１を迂回して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によって冷却水（温水）が循環されるようになっている。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を通過する空調空気量が調節される。

冷凍サイクル２００は、周知のように圧縮機２１０、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１、膨張弁２４０、蒸発器２５０を有しており、これらが順次環状に接続されて閉回路を形成している。圧縮機２１０は、冷凍サイクル２００内の冷媒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、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１２を介してプーリ２１１に伝達され、圧縮機２１０は駆動される。尚、本実施形態においては、圧縮機２１０は常に一定の吐出容量で作動する例えば斜板式の固定容量圧縮機であり、プーリ２１１には、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、後述する制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）によって制御される。

凝縮器２２０は、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。気液分離器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液冷媒を過冷却器２３１側に流出させる。過冷却器２３１は、液冷媒を更に冷却する熱交換器である。凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は、いわゆる気液分離器を有するサブクールコンデンサの形態となっている。尚、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は、一体的に形成される気液分離器一体型サブクールコンデンサとしても良い。

膨張弁２４０は、過冷却器２３１から流出される液冷媒を減圧膨脹させる減圧手段であり、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、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、その時の蒸発潜熱によって送風機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、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変更され、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（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、気液分離器２３０、過冷却器２３１、ポンプ３３０を有しており、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の凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は上記冷凍サイクル２００のものが共用されるようになっており、ランキンサイクル３００内を流通する作動流体は、上記冷凍サイクル２００の冷媒と同一のものとなっている。

また、膨張機３２０には、電動機と発電機の両機能を備える電動発電機３２１の一端側が接続され、更に、電動発電機３２１の他端側がポンプ３３０と接続され、膨張機３２０、電動発電機３２１、ポンプ３３０が一体的に形成されるようになっている。電動発電機３２１は、後述する制御装置５００（インバータ５００ｃ）によって作動制御されるようになっている。即ち、電動発電機３２１は、後述するインバータ５００ｃから電力供給されると、電動機として膨張機３２０、およびポンプ３３０を駆動（起動）させると共に、膨張機３２０から駆動力を受けると発電機として作動され、発電された電力はインバータ５００ｃを介してバッテリ４０に充電されるようになっている。

ポンプ３３０は、ランキンサイクル３００内の冷媒を循環させる流体機器であり、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る。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に至る。

制御装置５００は、システム制御ＥＣＵ５００ａ、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ、インバータ５００ｃを有しており、上記冷凍サイクル２００、およびランキンサイクル３００の各種機器の作動を制御する。制御装置５００は、本発明における制御手段、所定状態検出手段、流量判定手段に対応している。

システム制御ＥＣＵ５００ａには、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂとインバータ５００ｃとが接続されて、相互に制御信号が授受されるようになっている。システム制御ＥＣＵ５００ａには、上述のように回転数センサ１５からの回転数信号、水温センサ２５からの冷却水温度信号が入力され、さらに外気温度を検出する外気温センサ５１０からの外気温度信号が入力されるようになっている。

システム制御ＥＣＵ５００ａは、冷凍サイクル２００、およびランキンサイクル３００の総合的な制御を行うと共に、後述するようにランキンサイクル３００のみの運転中に必要に応じて停止中の冷凍サイクル２００内の冷媒が流動可能となるように制御する。エアコン制御ＥＣＵ５００ｂは、乗員のエアコン要求、設定温度、外気温センサ５１０からの外気温度などの環境条件に応じて、冷凍サイクル２００の基本作動を制御する。また、インバータ５００ｃは、電動発電機３２１を電動機あるいは発電機として作動させることで、ランキンサイクル３００の基本作動を制御する。

次に、上記構成に基づく冷凍装置１００の作動について説明する。本冷凍装置１００においては、基本運転として、以下の（１）冷凍サイクル単独運転、（２）ランキンサイクル単独運転、（３）冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転を可能とする。

（１）冷凍サイクル単独運転
制御装置５００は、乗員からのエアコン要求があり、エンジン１０始動直後の暖機中等で廃熱が充分に得られない時、即ち、水温センサ２５によって得られる冷却水温度が所定冷却水温度に満たないと判定した時は、電動発電機３２１を停止（膨張機３２０、ポンプ３３０は停止）させ、電磁クラッチ２１２を接続し、エンジン１０の駆動力によって圧縮機２１０を駆動させ、冷凍サイクル２００を単独運転させる。この場合は、通常の車両用エアコンと同じ作動をする。

（２）ランキンサイクル単独運転
制御装置５００は、エアコン要求が無く、冷却水温度が所定冷却水温度以上となってエンジン１０の廃熱が充分得られると判定した時は、電磁クラッチ２１２を切断（圧縮機２１０は停止）し、電動発電機３２１（膨張機３２０、ポンプ３３０）をまず電動機として作動（起動）させて、ランキンサイクル３００を単独運転させる。そして、膨張機３２０の回転駆動力に伴う電動発電機３２１の発電作用により発電を行う。

この場合は、ポンプ３３０によって過冷却器２３１からの液冷媒が昇圧されて加熱器３１０に送られ、加熱器３１０において液冷媒は高温のエンジン冷却水によって加熱され、過熱蒸気冷媒となって膨張機３２０に送られる。膨張機３２０において過熱蒸気冷媒は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギーと圧力エネルギーの一部が回転駆動力に変換され、膨張機３２０で取り出された回転駆動力によって電動発電機３２１が作動される。そして、膨張機３２０での回転駆動力がポンプ３３０用の駆動力を超えると、電動発電機３２１は、電力を発生させる発電機として作動し、得られた電力はインバータ５００ｃを介してバッテリ４０に充電される。充電された電力は、車両電気負荷４１の作動に使用される。よってオルタネータ１１の負荷が軽減される。尚、膨張機３２０で減圧された冷媒は凝縮器２２０で凝縮され、気液分離器２３０で気液分離され、過冷却器２３１で過冷却されて、再びポンプ３３０へ吸引される。

尚、ランキンサイクル単独運転時の制御装置５００による制御の詳細については後述する。

（３）冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転
制御装置５００は、エアコン要求があり、且つ廃熱も充分に得られると判定した時は、冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００を同時運転させ、空調と発電の両方を行う。

この場合は、電磁クラッチ２１２を接続し、電動発電機３２１（膨張機３２０、ポンプ３３０）を作動させる。２つのサイクル２００、３００は、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１を共用し、冷媒は、過冷却器２３１を流出した後に分岐して、それぞれの流路を循環する。各サイクル２００、３００の作動については、上記単独運転の場合と同じである。

ここで、上記（２）ランキンサイクル単独運転の際には、ランキンサイクル３００のみが稼動していることにより、蒸発器２５０における圧力が凝縮器２２０における圧力より低くなり、このため、冷媒、あるいは冷媒中に含まれる潤滑オイルが徐々に冷凍サイクル２００側に移動して溜まり込んでしまい、このことがランキンサイクル３００の冷媒不足による基本性能の低下や、各種機器の潤滑不足につながる。そこで、本実施形態においては、ランキンサイクル単独運転中に冷凍サイクル２００側に溜まった冷媒および潤滑オイルを流動させるため圧縮機２１０を作動させ、また、圧縮機２１０を作動させることにより凝縮器２２０に流入する冷媒が急激に増加することを防止するため、圧縮機２１０の作動時には必要に応じてランキンサイクル３００の回転数（膨張機３２０およびポンプ３３０の回転数）を低減させる。

以下、図２および図３を用いて上記（２）ランキンサイクル単独運転における制御装置５００による具体的な制御を説明する。図２は本実施形態におけるランキンサイクル単独運転中の制御の概要を示している。制御装置５００は、ランキンサイクル３００の単独運転開始後、所定時間Ｔ_ｌｉｍが経過したら圧縮機２１０を所定時間Ｔ_ｏｎだけ作動させる。このとき圧縮機２１０を作動させることにより凝縮器２２０に流れ込む冷媒流量が所定流量を超えると予想されるときには、圧縮機２１０の起動と同時にランキンサイクル３００の回転数を低減させる。このようにして、所定時間Ｔ_ｌｉｍの圧縮機２１０のＯＦＦと所定時間Ｔ_ｏｎの圧縮機２１０のＯＮを繰り返す。圧縮機２１０をＯＮとする上記所定時間Ｔ_ｏｎ（本発明の第１所定時間に対応）は１００秒以下（望ましくは数秒〜数十秒間）であり、本実施形態においては例えば６０秒としている。また、圧縮機２１０をＯＦＦとしてランキンサイクル単独運転を行う上記所定時間Ｔ_ｌｉｍ（本発明の第２所定時間に対応）は、ランキンサイクル３００単独運転中に冷凍サイクル２００側に冷媒および潤滑オイルが溜まり込むまでの時間などを考慮して決定される時間で、本実施形態においては６０分としている。

図３はランキンサイクル単独運転時の制御装置５００による制御フローを示している。制御装置５００は、まずステップＳ１１０において、冷凍サイクル２００を非稼動とし、ランキンサイクル３００を稼動させることにより、ランキンサイクル単独運転を開始する。具体的には、上述のように、電磁クラッチ２１２を切断（圧縮機２１０は停止）し、電動発電機３２１（膨張機３２０、ポンプ３３０）を電動機として作動（起動）させる。このとき、車両における電気負荷の大きさなどに基づいて決定した回転数（本発明の通常回転数に対応）でランキンサイクル３００が稼動するように、電動発電機（電動機）３２１の回転数を制御する。また、ステップＳ１１０においては、圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間を計測するためのＯＦＦタイマを開始させる。

つぎに、ステップＳ１２０において、圧縮機２１０がＯＮであるか否か判定する。ステップＳ１１０からステップＳ１２０に進んだ場合は、圧縮機はＯＦＦであるので、ステップＳ１４０に進み、ここで、圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間（上記ＯＦＦタイマの値）が所定時間Ｔ_ｌｉｍ以上であるか否か判定する。ステップＳ１４０においてＮＯと判定した場合は、圧縮機２１０の起動が必要でないとしてステップＳ１３５に進む。尚、ステップＳ１４０は本発明の所定状態検出手段に対応している。

ステップＳ１３５では、車両における電気負荷の大きさなどに基づいてランキンサイクルの回転数（通常回転数）を決定し、この回転数でランキンサイクル３００（電動発電機３２１）を稼動させる。ただし、このとき、ランキンサイクル３００の回転数はハンチングを防ぐように決定する。ステップＳ１３５の実行後はステップＳ１９０に進む。

一方、ステップ１４０においてＹＥＳと判定した場合は、圧縮機２１０の起動が必要であるとして、ステップＳ１５０において、圧縮機２１０を起動した場合に凝縮器２２０に流入する予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍ（本発明の予想冷媒流量に対応）を算出する。具体的には、回転数センサ１５から取得したエンジン回転数に基づいて、この回転数で圧縮機２１０を起動した場合に予想される冷媒流量（本発明の第１冷媒流量に対応）Ｇｒ_ａｃを算出し、さらに、ランキンサイクル３００の回転数（通常回転数）に基づいて、ランキンサイクル３００が稼動していることによる冷媒流量（本発明の第２冷媒流量に対応）Ｇｒ_ｒｋを算出し、この２つの冷媒流量Ｇｒ_ａｃ、Ｇｒ_ｒｋを加算したものを予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍとして算出する。冷媒流量Ｇｒ_ａｃ、Ｇｒ_ｒｋを算出する際には、例えば、それぞれ圧縮機２１０の回転数、ランキンサイクル３００の回転数と冷媒流量とを関連付けたマップを予め制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に記憶しておき、これらを用いて算出することができる。

つぎに、ステップＳ１６０において、予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍが所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄ（本発明の所定流量に対応）を超えるか否か判定する。所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄは、凝縮器２２０に流入する冷媒の流量として許容可能な値であり、本実施形態においては２５０ｋｇ／ｈとしている。凝縮器２２０における冷媒の流量として許容可能な値というのは、冷媒の流量増加に伴う凝縮器２２０の性能低下によってランキンサイクル３００の稼動が影響を受けない値としたものである。尚、ステップＳ１５０およびＳ１６０は本発明の流量判定手段に対応している。

ステップＳ１６０においてＹＥＳと判定した場合は、圧縮機２１０を起動すると凝縮器２２０に流入する冷媒の流量が大きすぎるとして、ステップＳ１７０においてランキンサイクル３００の回転数（電動発電機３２１の回転数）を低減する。具体的には、圧縮機２１０を起動した場合の予想冷媒流量が上記所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄとなるようにランキンサイクル３００の回転数を低減する。ただし、このとき、図２に示すように、ランキンサイクル３００の稼動に必要な最低限の回転数である下限回転数Ｒ_ｒｌ（本発明のランキン下限回転数に対応）を限度として、ランキンサイクル３００の回転数を低減する。本実施形態においては、下限値Ｒ_ｒｌを例えば１７００ｒｐｍとしている。

ステップＳ１７０の実行後はステップＳ１８０に進む。また、ステップＳ１６０においてＮＯと判定した場合は、そのままステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、電磁クラッチ２１２を接続させて圧縮機２１０を起動し、このとき圧縮機の作動継続時間を計測するためのＯＮタイマを開始させる。ステップＳ１８０の実行後はステップＳ１９０に進む。

一方、ステップＳ１２０においてＹＥＳと判定した場合、即ち圧縮機２１０がＯＮであると判定した場合は、ステップＳ１２５において圧縮機２１０がＯＮである継続時間（上記ＯＮタイマの値）が所定値Ｔ_ｏｎ以上であるか否か判定する。ＹＥＳと判定した場合は、ステップＳ１３０において、電磁クラッチ２１２を切断して圧縮機２１０を停止し、これに伴って上記ＯＦＦタイマを開始させ、圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間の計測を開始する。さらに、つぎのステップＳ１３５において、ランキンサイクル３００の回転数（電動発電機３２１の回転数）を通常回転数に戻す。具体的には、車両における電気負荷の大きさなどに基づいてランキンサイクルの回転数（通常回転数）を決定し、この回転数でランキンサイクル３００を稼動させる。ステップＳ１３５の実行後はステップＳ１９０に進む。ステップＳ１２５においてＮＯと判定した場合は、そのままステップＳ１９０に進む。

ステップＳ１９０においては、ランキンサイクル３００単独運転を継続して行うかどうか、即ち、エアコン要求が無く、冷却水温度が所定冷却水温度以上となってエンジン１０の廃熱が充分得られる状態が継続しているかどうか判定する。ＹＥＳと判定した場合は、ステップＳ１２０に戻って以下のステップを繰り返す。ＮＯと判定した場合は、ランキンサイクル３００単独運転を終了してメインルーチンに戻る。

これにより、本実施形態では、ランキンサイクル単独運転中は、図２に示すように、圧縮機２１０がＯＦＦである状態が所定時間Ｔ_ｌｉｍ継続した後に、圧縮機が所定時間Ｔ_ｏｎＯＮにされ、その後また圧縮機２１０がＯＦＦである状態が所定時間Ｔ_ｌｉｍ継続した後に、圧縮機が所定時間Ｔ_ｏｎＯＮにされるというように、圧縮機２１０のＯＮ−ＯＦＦがランキンサイクル３００単独運転が終了するまで繰り返される。

以上のように、本実施形態ではランキンサイクル３００の単独運転の際には、所定のタイミングで圧縮機２１０をＯＮ−ＯＦＦするようにしているので、冷凍サイクル２００内に冷媒あるいは潤滑オイルが溜まることを防止することができ、これにより、ランキンサイクル３００の冷媒不足による基本性能の低下や各種機器の潤滑不足を防止することができる。また、圧縮機２１０を起動したと仮定した場合のランキンサイクル３００における予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍを前もって算出し、これが所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄを超えると予想されるときにはランキンサイクル３００の回転数を低下させるようにしているため、これによる冷媒流量の低下と、圧縮機２１０の起動による冷媒流量の増加とが相殺して、凝縮器２２０に流れ込む冷媒が急激に増加することを防止できる。このようにして、圧縮機２１０の起動時においても、ランキンサイクル３００の稼動状態を安定した状態に保って正常に機能させることができる。

圧縮機２１０を起動する必要があるか否かの判定においては、圧縮機２１０がＯＦＦの状態でランキンサイクル３００の単独運転が継続されている時間を計測して、これが所定時間Ｔ_ｌｉｍ以上であるか否かを判定しており、これにより簡単で適切に判定を行うことができる。また、圧縮機２１０をＯＮする時間Ｔ_ｏｎについては、例えば６０秒といったように１００秒以内としているため、空調性能に及ぼす影響や、また圧縮機２１０の駆動動力による冷凍装置１００全体のエネルギー効率（燃費）の悪影響を無くすことができる。通常、数秒〜数十秒間圧縮機２１０を駆動すれば、冷媒および潤滑オイルを確実に回収できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４〜図６に示す。上記第１実施形態においては、図３のステップＳ１４０において圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間が所定時間Ｔ_ｌｉｍ以上であるか否かに基づいて圧縮機２１０を起動する必要があるか否かを判定したが、これに対して、本実施形態においては、膨張機３２０の入口側における圧力Ｐ_ｉｎと出口側における圧力Ｐ_ｏｕｔとの差（差圧）ΔＰ（本発明の差圧関連情報に対応）を取得し、これが所定値ΔＰ_ｔｈ（本発明の所定圧力差に対応）未満であるか否かに基づいて、圧縮機２１０を起動する必要があるか否かを判定する。

図４は本実施形態の具体的な構成を示している。ポンプ３３０の吐出口側には膨張機３２０の入口側の圧力Ｐ_ｉｎを検出するための入口圧力センサ３４０が設けられており、圧縮機２１０の吐出口側には膨張機３２０の出口側の圧力Ｐ_ｏｕｔを検出するための出口圧力センサ３５０が設けられている。これらの圧力センサ３４０、３５０からの圧力信号は制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に入力される。また、車速センサ５２０からの車速信号が制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に入力されるようになっている。その他の構成については上記第１実施形態と同様である。本実施形態における制御装置５００および圧力センサ３４０、３５０は本発明の所定状態検出手段に対応している。

図５は本実施形態におけるランキンサイクル３００単独運転中の制御の概要を示している。制御装置５００は、ランキンサイクル３００の単独運転開始後、膨張機３２０の入口側における圧力Ｐ_ｉｎと出口側における圧力Ｐ_ｏｕｔの差ΔＰが所定値ΔＰ_ｔｈ未満である状態を検出した場合、圧縮機２１０を所定時間Ｔ_ｏｎだけ作動させる。このとき圧縮機２１０を作動させることにより凝縮器２２０に流れ込む冷媒流量が所定流量を超えると予想されるときには、圧縮機２１０の起動と同時にランキンサイクル３００の回転数を低減させる。圧縮機２１０をＯＮとする時間Ｔ_ｏｎは、本実施形態においても上記第１実施形態と同様６０秒としている。

図６は本実施形態におけるランキンサイクル３００単独運転時の制御装置５００による制御フローを示している。上記第１実施形態における図３のステップＳ１４０が、本実施形態においてはステップＳ１４３およびＳ１４５で置き換えられている。他のステップについては上記第１実施形態と同様であるが、ただし、上記第１実施形態においてはステップＳ１１０およびＳ１３０でＯＦＦタイマを開始させたのに対して、本実施形態においてはＯＦＦタイマは用いない。

制御装置５００は、ステップＳ１４３においては、膨張機３２０の入口側圧力Ｐ_ｉｎと出口側圧力Ｐ_ｏｕｔの差ΔＰの望ましい値である適正差圧ΔＰ_ｐを算出する。適正差圧ΔＰ_ｐは、外気温センサ５１０からの外気温度信号、車速センサ５２０からの車速信号、水温センサ２５からの冷却水温度信号、ランキンサイクル３００の回転数に基づいて算出される。さらに、この適正差圧ΔＰ_ｐに基づいて、次のステップＳ１４５にて判定のための閾値として用いる上記所定値ΔＰ_ｔｈを算出する。閾値ΔＰ_ｔｈは、例えば適正差圧ΔＰ_ｐに０．８を乗じたもの（ΔＰ_ｔｈ＝ΔＰ_ｐ×０．８）として算出することができる。

ステップＳ１４５においては、入口圧力センサ３４０からの膨張機３２０入口側の圧力Ｐ_ｉｎを示す圧力信号と、出口圧力センサ３５０からの膨張機３２０出口側の圧力Ｐ_ｏｕｔを示す圧力信号とから実際の差圧ΔＰ（＝Ｐ_ｉｎ−Ｐ_ｏｕｔ）を算出し、これが閾値ΔＰ_ｔｈ未満であるか否か判定する。ＹＥＳと判定した場合は、ランキンサイクル３００内において液冷媒が不足して圧力差ΔＰが減少していることを意味しており、従って、圧縮機２１０の起動が必要であるとしてステップＳ１５０に進む。ステップＳ１４５においてＮＯと判定した場合は、圧縮機２１０の起動が必要ないとしてステップＳ１３５に進む。

尚、本実施形態におけるステップＳ１４３およびＳ１４５は、本発明の所定状態検出手段に対応している。

以上のように、本実施形態では、膨張機３２０の入口側圧力Ｐ_ｉｎと出口側圧力Ｐ_ｏｕｔを圧力センサ３４０、３５０により検出して、これにより、膨張機３２０の入口側と出口側の実際の差圧ΔＰが閾値ΔＰ_ｔｈ未満であるか否かに基づいて圧縮機２１０の起動が必要であるか否かを判定するため、圧縮機２１０の起動が必要な状態をより正確に検出して、適切なタイミングで圧縮機２１０を起動することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７に示す。上記各実施形態においては、圧縮機２１０は常に一定の吐出容量で作動する固定容量圧縮機であったが、これに対して、本実施形態においては、圧縮機２１０ａは１回転あたりの吐出容量を外部からの制御信号により変化させることができる可変容量圧縮機としている。具体的には、斜板の傾斜角度を変化させることにより吐出容量を変化させる斜板式可変容量圧縮機であり、その吐出容量は制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）によって０〜１００％の間で制御される。上記各実施形態においてプーリ２１１と圧縮機２１０の間に備えていた電磁クラッチ２１２は備えていない。

本実施形態においては、制御装置５００により上記第１実施形態とほぼ同様に図３に示すような制御が実行されるが、ただし、電磁クラッチ２１２は備えていないため上記各実施形態におけるような電磁クラッチ２１２の接続／切断による圧縮機２１０のＯＮ／ＯＦＦはなく、代わりに圧縮機２１０ａの吐出容量が制御される。冷凍サイクル２００運転時（冷凍サイクル２００単独運転時および冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時運転時）においては、回転数センサ１５からのエンジン回転数信号、および外気温センサ５１０からの外気温度信号になどに基づく冷房負荷に応じて、圧縮機２１０ａの吐出容量が連続的に制御され、冷凍サイクル２００停止時にはほぼ０％に制御される。

ランキンサイクル３００単独運転時においては、図３のステップＳ１５０において、圧縮機２１０ａを作動させることができる下限の吐出容量Ｖ_ｌ（本発明の圧縮機下限容量に対応）で圧縮機２１０ａを作動させたと仮定して予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍを算出し、ステップＳ１８０において圧縮機２１０ａを作動させる場合には上記下限吐出容量Ｖ_ｌで作動させる。また、ステップＳ１３０において圧縮機２１０ａを停止させるときには、上記冷凍サイクル２００停止時と同様、圧縮機２１０ａの吐出容量がほぼ０％に制御される。

このように、可変容量圧縮機２１０ａの場合には吐出容量が制御可能であるので、ランキンサイクル３００単独運転時に圧縮機２１０ａを起動するときには下限容量Ｖ_ｌで作動させるようにすることで、圧縮機２１０ａを起動することによる冷媒流量の増加Ｇｒ_ａｃを抑えて、ランキンサイクル３００の稼動に与える影響を最小限としながら冷凍サイクル２００側の冷媒や潤滑オイルをランキンサイクル３００側に戻すことができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図８に示す。上記各実施形態においては、圧縮機２１０はエンジン１０によって駆動される構成であったが、これに対して、本実施形態においては、圧縮機２１０ｂは電動機２１３によって駆動される電動圧縮機となっている。電動機２１３にはインバータ（図示せず）を介して電力供給されるようになっており、制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）はこのインバータを介して電動機２１３の作動を制御する。上記各実施形態においては圧縮機２１０、２１０ａがエンジン１０駆動であるため、その回転数が制御不可能であったのに対して、本実施形態においては電動機２１３の回転数を制御することにより圧縮機２１０ｂの回転数を冷房負荷などに応じて制御することが可能である。

本実施形態においては、制御装置５００により上記第１実施形態とほぼ同様に図３に示すような制御が実行されるが、ただし、上記第１実施形態では圧縮機２１０のＯＮ／ＯＦＦを電磁クラッチ２１２の接続／切断により行っていたのに対して、本実施形態においては、上述のように、圧縮機２１０ｂのＯＮ／ＯＦＦは電動機２１３をＯＮ／ＯＦＦすることにより行われる。

ランキンサイクル３００単独運転時においては、図３のステップＳ１５０において、圧縮機２１０ｂを作動させることができる下限の回転数Ｒ_ｃｌ（本発明の圧縮機下限回転数に対応）で圧縮機２１０ｂを作動させたと仮定して予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍを算出し、ステップＳ１８０において圧縮機２１０ｂを作動させる場合には上記下限回転数Ｒ_ｃｌで作動させる。

このように、電動圧縮機２１０ｂの場合には回転数の制御が可能であるので、ランキンサイクル３００単独運転時に圧縮機２１０ｂを起動するときには下限回転数Ｒ_ｃｌで作動させるようにすることで、圧縮機２１０ｂを起動することによる冷媒流量の増加Ｇｒ_ａｃを抑えて、ランキンサイクル３００の稼動に与える影響を最小限としながら冷凍サイクル２００側の冷媒や潤滑オイルをランキンサイクル３００側に戻すことができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態においては、図３および図６のステップＳ１５０における予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍの算出において、圧縮機２１０の起動によって予想される冷媒流量Ｇｒ_ａｃおよびランキンサイクル３００の稼動による冷媒流量Ｇｒ_ｒｋをそれぞれ圧縮機２１０の回転数、ランキンサイクル３００の回転数に基づいて算出したが、これに限らず、例えば、ランキンサイクル３００の稼動による冷媒流量Ｇｒ_ｒｋは、ポンプ３３０の吸入口付近あるいは吐出口付近に流量センサを設けて、これにより直接検出するようにしてもよい。

上記各実施形態においては、図３および図６に示すステップＳ１７０において、ステップＳ１５０で算出した予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍに応じて、これを所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄまで下げるように下限回転数Ｒ_ｒｌを限度としてランキンサイクル３００の回転数を低減させたが、これに代えて、予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍが所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄを超えた場合は予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍの大きさに関わらず、常に、下限回転数Ｒ_ｒｌまで回転数を下げるようにしてもよい。

上記第２実施形態においては、図６のステップＳ１４３およびＳ１４５において、膨張機３２０の入口側圧力Ｐ_ｉｎと出口側圧力Ｐ_ｏｕｔを圧力センサ３４０、３５０によって検出し、これらから得た実際の差圧ΔＰを閾値ΔＰ_ｔｈと比較することにより、ランキンサイクル３００が正常に機能する状態であるかどうかを判定したが、これに限らず、例えば、気液分離器２３０の液量を検出する液量センサを設けて、これにより検出した液量（本発明の差圧関連情報に対応）が所定値未満であるときには膨張機３２０の入口側と出口側の差圧が充分でない（ランキンサイクル３００が正常に機能する状態ではない）と判定してもよい。

あるいは、過冷却器２３１の出口に温度センサおよび圧力センサを設けて、これらにより検出した冷媒の温度と圧力とから過冷却度（本発明の差圧関連情報に対応）を算出し、これが所定値未満であるときには膨張機３２０の入口側と出口側の差圧が充分でないと判定することもできる。また、ポンプ３３０の吸入口側あるいは吐出口側に流量センサを設けて、これにより検出した冷媒流量（本発明の差圧関連情報に対応）が所定値未満であるときには膨張機３２０の入口側と出口側の差圧が充分でないと判定することもできる。

また上記第１実施形態においては、図３のステップＳ１４０において圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間が所定時間Ｔ_ｌｉｍ以上であるか否かに基づいて圧縮機２１０起動の必要があるか否かを判定し、上記第２実施形態においては、図６のステップＳ１４５において膨張機３２０の入口側と出口側の差圧ΔＰが所定値ΔＰ_ｔｈ未満であるか否かに基づいて圧縮機２１０起動の必要があるか否かを判定したが、これらの判定を併せて用いて、「膨張機３２０の入口側と出口側の差圧ΔＰが所定値ΔＰ_ｔｈ未満」であり、かつ「圧縮機２１０がＯＦＦである継続時間が所定時間Ｔ_ｌｉｍ以上である」場合に「圧縮機２１０起動の必要あり」と判定するようにしてもよい。

上記各実施形態においては、冷凍サイクル２００側に冷媒が溜まることによるランキンサイクル３００単独運転の際の冷媒不足を防止するため、ランキンサイクル３００の単独運転の最中に圧縮機２１０を起動させた（ＯＮ−ＯＦＦした）が、これに限らず、例えば、ランキンサイクル３００の単独運転の直前（本発明の所定状態に対応）に圧縮機２１０を起動して所定時間作動させるなどしてもよい。この場合、例えば、圧縮機２１０の起動後、圧縮機２１０の作動中（所定時間中）にランキンサイクル３００を起動することもでき、このときには、上記各実施形態とほぼ同様に、圧縮機２１０の作動に併せてランキンサイクル３００を通常回転数で起動した場合に凝縮器２２０に流れ込む予想冷媒流量Ｇｒ_ｓｕｍを算出し、これが所定値Ｇｒ_ｃｏｎｄを超えると判定される場合には、ランキンサイクル３００を通常回転数より低減させた回転数で起動するようにする。

上記各実施形態においては、ポンプ３３０は膨張機３２０が接続されているのと同じ電動発電機３２１に接続されていたが、これに代えて、図９に示すように、ポンプ３３０が電動発電機（発電機）３２１から切り離されて、別に設けられた専用の電動機３３１を駆動源として作動する構成であってもよい。電動機３３１には、インバータ（図示せず）を介して電力供給されるようになっており、制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）はこのインバータを介して電動機３３１の作動を制御する。この場合、膨張機３２０には、上記各実施形態における電動発電機３２１に代えて、電動機としての機能を有さない発電機３２１ａを接続することができ、ランキンサイクル３００の回転数の制御は、ポンプ３３０に接続された電動機３３１の回転数を制御することにより行われる。従って、図３および図６に示すステップＳ１１０およびＳ１３５においてランキンサイクル３００を通常回転数で稼動させる場合、また、ステップＳ１７０においてランキンサイクル３００の回転数を低減させる場合には、電動機３３１の回転数が制御される。

上記各実施形態においては、冷凍サイクル２００中に過冷却器２３１を設けたが、必要とされる冷房能力に応じて、廃止してもよい。

また、発熱機器として、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、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。

第１実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 第１実施形態において制御装置により実行される制御の概要を示す説明図である。 第１実施形態において制御装置によるランキンサイクル単独運転時の制御に用いられるフローチャートである。 第２実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 第２実施形態において制御装置により実行される制御の概要を示す説明図である。 第２実施形態において制御装置によるランキンサイクル単独運転時の制御に用いられるフローチャートである。 第３実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 第４実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 他の実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ エンジン（発熱機器、内燃機関）
１５ 回転数センサ
２５ 水温センサ
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
２１０ａ 可変容量圧縮機
２１０ｂ 電動圧縮機
２１３ （圧縮機駆動用）電動機
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 膨張機
３３０ ポンプ
３４０ 入口圧力センサ（所定状態検出手段）
３５０ 出口圧力センサ（所定状態検出手段）
５００ 制御装置（制御手段、所定状態検出手段、流量判定手段）
５１０ 外気温センサ
５２０ 車速センサ

Claims (13)

1. 圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次環状に接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、
   前記凝縮器（２２０）が共用されて、この凝縮器（２２０）、ポンプ（３３０）、発熱機器（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３１０）、膨張機（３２０）が順次環状に接続されて形成されるランキンサイクル（３００）と、
   前記冷凍サイクル（２００）の稼動および前記ランキンサイクル（３００）の稼動を制御する制御手段（５００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、
   前記冷凍サイクル（２００）を停止して前記ランキンサイクル（３００）のみを稼動させる前記ランキンサイクル（３００）の単独稼動に関連する所定の条件を満足する所定状態を検出する所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）と、
   前記ランキンサイクル（３００）の所定の通常回転数での単独稼動の際に、前記圧縮機（２１０）を作動させたと仮定した場合の前記凝縮器（２２０）における予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）が所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えるか否かを判定する流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）とを備え、
   前記制御手段（５００）は、前記所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）により前記所定状態が検出された場合には前記圧縮機（２１０）を作動させると共に、前記流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）により前記予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）が前記所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）を超えると判定された場合には、前記所定状態において前記圧縮機（２１０）を起動する際に前記ランキンサイクル（３００）の回転数を前記通常回転数より低減させることを特徴とする廃熱利用装置を備える冷凍装置。
2. 前記制御手段（５００）は、前記所定状態が検出された場合には前記圧縮機（２１０）を第１所定時間（Ｔ_ｏｎ）作動させた後に停止させ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. 前記制御手段（５００）は、前記圧縮機（２１０）を前記第１所定時間（Ｔ_ｏｎ）作動させた後に停止させる際に、前記ランキンサイクル（３００）の回転数を前記通常回転数に戻す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１所定時間（Ｔ_ｏｎ）は１００秒以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
5. 前記制御手段（５００）は、前記ランキンサイクル（３００）の回転数を前記通常回転数より低減させる場合には、前記凝縮器（２２０）における冷媒流量が前記所定流量（Ｇｒ_ｃｏｎｄ）まで低減するように、前記ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
6. 前記制御手段（５００）は、前記ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させる場合には、前記ランキンサイクル（３００）を稼動させる際の所定の下限回転数であるランキン下限回転数（Ｒ_ｒｌ）を最低限度として、前記ランキンサイクル（３００）の回転数を低減させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
7. 前記圧縮機（２１０）は前記発熱機器（１０）の回転駆動力によって駆動されるものであって、
   前記流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、前記予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として前記発熱機器（１０）の回転数に基づく冷媒流量について判定を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
8. 前記圧縮機は１回転あたりの吐出容量が可変である可変容量圧縮機（２１０ａ）であって、
   前記流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、前記予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として、前記圧縮機（２１０ａ）を作動させる際の所定の下限容量である圧縮機下限容量（Ｖ_ｌ）で前記圧縮機（２１０ａ）を作動させたと仮定した場合の冷媒流量について判定を行い、
   前記制御手段（５００）は、前記所定状態が検出された場合には、前記圧縮機下限容量（Ｖ_ｌ）で前記圧縮機（２１０ａ）を作動させることを特徴とする請求項７に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
9. 前記圧縮機は電動機（２１３）によって駆動される電動圧縮機（２１０ｂ）であって、
   前記流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、前記予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として、前記圧縮機（２１０ｂ）を作動させる際の所定の下限回転数である圧縮機下限回転数（Ｒ_ｃｌ）で前記圧縮機（２１０ｂ）を作動させたと仮定した場合の冷媒流量について判定を行い、
   前記制御手段（５００）は、前記所定状態が検出された場合には、前記圧縮機下限回転数（Ｒ_ｃｌ）で前記圧縮機（２１０ｂ）を作動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
10. 前記流量判定手段（５００、Ｓ１５０、Ｓ１６０）は、前記圧縮機（２１０）の作動に関連する第１冷媒流量（Ｇｒ_ａｃ）と前記ランキンサイクル（３００）の稼動に関連する第２冷媒流量（Ｇｒ_ｒｋ）とを算出し、前記第１冷媒流量（Ｇｒ_ａｃ）と前記第２冷媒流量（Ｇｒ_ｒｋ）とを加算したものを前記予想冷媒流量（Ｇｒ_ｓｕｍ）として算出することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
11. 前記所定状態検出手段（５００、Ｓ１４０）は、前記所定状態として、前記ランキンサイクル（３００）の単独稼動が第２所定時間（Ｔ_ｌｉｍ）以上継続している状態を検出することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
12. 前記所定状態検出手段（３４０、３５０、５００、Ｓ１４５）は、前記膨張機（３２０）の入口側と出口側との圧力差に関連する差圧関連情報（ΔＰ）を取得し、この差圧関連情報（ΔＰ）に基づいて、前記所定状態として、前記ランキンサイクル（３００）の単独稼働中において前記圧力差が所定圧力差（ΔＰ_ｔｈ）未満である状態を検出することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
13. 前記発熱機器（１０）は車両の内燃機関であり、
    前記所定状態検出手段（５００、Ｓ１４３）は、前記車両における外気温度、速度、前記廃熱の温度、前記ランキンサイクル（３００）の回転数に基づいて、前記所定圧力差（ΔＰ_ｔｈ）を算出することを特徴とする請求項１２に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。

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