JP2011085025A

JP2011085025A - 廃熱回生システム

Info

Publication number: JP2011085025A
Application number: JP2009236302A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Mori; 英文森; Masao Iguchi; 雅夫井口; Fuminobu Enoshima; 史修榎島
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】ランキンサイクルでの熱効率の向上を図る廃熱回生システムを提供することを目的とする。
【解決手段】廃熱回生システム１０１は、ランキンサイクル２０１を構成し、車両の廃熱を利用して作動流体を加熱するボイラ２と、ボイラ２で加熱された作動流体を膨張させて仕事を得る膨張機３と、膨張機３により膨張された作動流体を冷却するランキンコンデンサ４と、ランキンコンデンサ４により冷却された作動流体をボイラ２に向かって送るポンプ１と、ポンプ１をボイラ２に連通する経路６ａ，６ｂ，６ｃを流通する作動流体及び車両の冷凍サイクル３０１を流通するエアコン冷媒の間で熱交換を行うエアコン熱交換器７と、経路６ａ，６ｂ，６ｃを流通する作動流体及び膨張機３をランキンコンデンサ４に連通する経路６ｅ，６ｆを流通する作動流体の間で熱交換を行い、且つ経路６ａ，６ｂ，６ｃにおけるエアコン熱交換器７の下流に設けられる内部熱交換器８を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、廃熱回生システムに係り、特に、ランキンサイクルを利用した廃熱回生システムに関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量削減という社会的な要請により、自動車などの内燃機関を有する車両には燃費の向上が要求され、従来は単に排出していた車両から生成されるエネルギーを有効利用するための技術が開発されている。その中に、冷却水の熱や排気ガスの熱等の内燃機関から排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した廃熱回生システムがある。そして、ランキンサイクルは、液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させるボイラ、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化する凝縮器、及び液化した液相流体をボイラに送り出すポンプ等から構成される。

特許文献１には、作動流体としてプロパンを使用するランキンサイクル及び作動流体として二酸化炭素冷媒を使用する冷凍サイクルを備え、冷凍サイクルで放出される熱をランキンサイクルに利用する構成を有する車両用排熱回収システムが記載されている。そして、特許文献１の図４には、上述の車両用排熱回収システムの構成の１つが示されている。
特許文献１の図４において、冷凍サイクル１は、二酸化炭素冷媒を圧縮して高温高圧状態にするコンプレッサ２、コンプレッサ２から吐出された二酸化炭素冷媒を冷却する第二のコンデンサ（凝縮器）１８、第二のコンデンサ１８から排出された二酸化炭素冷媒を膨張させる膨張弁４、膨張弁４で膨張された二酸化炭素冷媒と空気との間で熱交換させて二酸化炭素を気化させると共に空気を冷却する蒸発器５等から構成されている。コンプレッサ２により圧縮されて吐出された二酸化炭素冷媒は、第二のコンデンサ１８、膨張弁４、及び蒸発器５を順次流通した後、コンプレッサ２により再び圧縮・吐出されることによって、冷凍サイクル１を循環する。

そして、特許文献１の車両用排熱回収システムでは、冷凍サイクル１とランキンサイクル１０との間で熱交換器１６を介して熱交換を行っている。すなわち、冷凍サイクル１におけるコンプレッサ２から第二のコンデンサ１８に向かう経路の二酸化炭素冷媒と、ランキンサイクル１０におけるボイラ１２から膨張機１３に向かう経路のプロパンとの間で熱交換器１６を介して熱交換が行われる。
このとき、ランキンサイクル１０では、ポンプ１１から吐出された液体のプロパンは、ボイラ１２によってエンジン冷却水８と熱交換をされた後、さらに熱交換器１６において熱交換され昇温されてガスとなる。そして、ガスとなったプロパンは、膨張機１３に流入して膨張機１３を駆動した後、第一のコンデンサ１７によって冷却凝縮される。これにより、冷凍サイクル１の第二のコンデンサ１８で放出されるはずの二酸化炭素冷媒の熱の一部又はすべてが、ランキンサイクル１０におけるプロパンの加熱に利用される。

特開２００５−３２９８４３号公報

しかしながら、特許文献１の車両用排熱回収システムでは、ランキンサイクル１０の膨張機１３で膨張した後の高温のプロパンは、凝縮するために放出すべき熱の全てを、第一のコンデンサ１７において外気に放出するため、ランキンサイクル１０内での熱利用の効率が高くないという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ランキンサイクルでの熱効率の向上を図る廃熱回生システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る廃熱回生システムは、車両の廃熱を利用して作動流体を加熱するボイラと、ボイラで加熱された作動流体を膨張させて仕事を得る膨張機と、膨張機により膨張された作動流体を冷却する凝縮器と、凝縮器により冷却された作動流体をボイラに向かって送るポンプとを備えてランキンサイクルを構成すると共に、ポンプをボイラに連通する第一経路を流通する作動流体及び車両の冷凍サイクルを流通する冷凍冷媒の間で熱交換を行う第一熱交換器と、第一経路を流通する作動流体及び膨張機を凝縮器に連通する第二経路を流通する作動流体の間で熱交換を行う第二熱交換器であって、第一経路における第一熱交換器の下流に設けられる第二熱交換器とをさらに備える。

第一熱交換器において熱交換を行う冷凍冷媒は、冷凍サイクルにおける圧縮機及び冷凍冷媒凝縮器の間を流通する冷凍冷媒であってもよい。
第一熱交換器及び第二熱交換器は一体であってもよい。

一体とされた第一熱交換器及び第二熱交換器は、複合熱交換器を構成し、複合熱交換器は、冷凍サイクルの冷凍冷媒が流通する冷凍冷媒経路と、第一経路におけるボイラで加熱される前の低温側の作動流体が流通する低温側作動流体経路と、第二経路におけるボイラで加熱された後の高温側の作動流体が流通する高温側作動流体経路とを有し、冷凍冷媒経路及び高温側作動流体経路の間における熱の移動が遮断され、低温側作動流体経路を流通する低温側の作動流体は、冷凍冷媒経路を流通する冷凍冷媒と熱交換を行った後、高温側作動流体経路を流通する高温側の作動流体と熱交換を行ってもよい。

複合熱交換器は、プレート式熱交換器であり、複合熱交換器では、低温側作動流体経路を形成する低温側プレートと、冷凍冷媒経路及び高温側作動流体経路を形成する高温側プレートとが積層されてもよい。
複合熱交換器は、プレート式熱交換器であり、複合熱交換器では、冷凍冷媒経路を形成する冷凍冷媒プレートと、高温側作動流体経路を形成する高温側作動流体プレートと、低温側作動流体経路を形成する低温側作動流体プレートとが積層されてもよい。

この発明に係る廃熱回生システムによれば、ランキンサイクルでの熱効率を向上させることが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システム及びその周辺の構成を示す模式図である。図１のエアコン熱交換器及び内部熱交換器の概略構成を示す模式図である。図２の内部熱交換器の構成を示す分解斜視図である。図３の内部熱交換器の第一プレートの構成を示す模式平面図である。図３の内部熱交換器の第二プレートの構成を示す模式平面図である。この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システムの第一複合熱交換器の概略構成を示す模式図である。図６の第一複合熱交換器の高温側プレートの構成を示す模式平面図である。図６の第一複合熱交換器の低温側プレートの構成を示す模式平面図である。この発明の実施の形態３に係る廃熱回生システムの第二複合熱交換器の概略構成を示す模式図である。図９の第二複合熱交換器の構成を示す分解斜視図である。図１０の第二複合熱交換器の高温側ランキン冷媒プレートの構成を示す模式平面図である。図１０の第二複合熱交換器のエアコン冷媒プレートの構成を示す模式平面図である。図１０の第二複合熱交換器の低温側ランキン冷媒プレートの構成を示す模式平面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜５を用いて、この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システム１０１及びその周辺の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、内燃機関すなわちエンジンを搭載する車両に廃熱回生システムを使用した場合の例について説明する。
図１を参照すると、エンジン１０を備える図示しない車両は、ランキンサイクル２０１を構成する廃熱回生システム１０１と、エアコンディショナーを構成する冷凍サイクル３０１とを備えている。

まず、冷凍サイクル３０１には、圧縮機１１、エアコンコンデンサ（冷凍冷媒凝縮器）１２、膨張弁１３、及びエバポレータ（蒸発器）１４が設けられており、冷凍冷媒であるエアコン冷媒が冷凍サイクル３０１を流通するようになっている。
圧縮機１１は、吸入したエアコン冷媒を圧縮し高温高圧の状態にして吐出するものであり、伝達ベルト１１ａを介してエンジン１０と接続されて、エンジン１０の動力によって駆動する。
さらに、エアコンコンデンサ１２は、圧縮機１１の図示しない吐出口に、経路１５ａ及び１５ｂを介して連通するようにして設けられている。エアコンコンデンサ１２には、圧縮機１１から吐出された高温高圧状態のエアコン冷媒が流入し、流入したエアコン冷媒は、エアコンコンデンサ１２において外気と熱交換することにより冷却されて凝縮する。

また、膨張弁１３は、エアコンコンデンサ１２における冷却後のエアコン冷媒の出口に、経路１５ｃを介して連通するようにして設けられている。そして、膨張弁１３は、エアコンコンデンサ１２から送られたエアコン冷媒を膨張及び減圧する。
さらに、エバポレータ１４は、膨張弁１３におけるエアコン冷媒の出口に、経路１５ｄを介して連通するようにして設けられている。そして、エバポレータ１４では、膨張弁１３による減圧後のエアコン冷媒が周囲の空気と熱交換を行い気化する。また、エバポレータ１４の周囲の空気は、エアコン冷媒との熱交換により冷却されて図示しない車室内に送られる。
また、圧縮機１１の図示しない吸入口は、エバポレータ１４におけるエアコン冷媒の出口に、経路１５ｅを介して連通しており、圧縮機１１は、エバポレータ１４から排出されたエアコン冷媒を吸入後、再び圧縮して吐出し、冷凍サイクル３０１内を循環させる。

次に、廃熱回生システム１０１は、ランキンサイクル２０１を構成している。ランキンサイクル２０１は、ポンプ１、ボイラ２、膨張機３、及びランキンコンデンサ４によって構成されており、ランキンサイクル２０１には、作動流体であるランキンサイクル用冷媒（以下、ランキン冷媒と称する）が流通するようになっている。

ポンプ１は、図示しない動力源に接続されており、この動力源の動力により駆動して流体を圧送する。なお、本実施の形態１では、ポンプ１は、電動ポンプであり液体を圧送するものとする。
ポンプ１の吐出側となる下流側には熱交換器であるボイラ２が設けられており、ボイラ２は、ポンプ１の図示しない吐出口に経路６ａ、６ｂ及び６ｃを介して連通して、その内部をポンプ１により圧送されたランキン冷媒が流通するようになっている。さらに、ボイラ２の内部には、エンジン１０の廃熱を含む流体であるエンジン冷却水が流通するようになっている。そして、ボイラ２の内部において、ランキン冷媒とエンジン冷却水とが熱交換を行う。このとき、ボイラ２の内部では、熱交換の効率を高めるために、エンジン冷却水の流れる方向とランキン冷媒の流れる方向とが反対になっている。なお、ボイラ２の内部には、エンジン１０の廃熱を含む流体としてエンジン１０の排気ガスが流通するようにしてもよい。

さらに、ボイラ２の下流側には膨張機３が設けられており、膨張機３の図示しない入口が、ボイラ２におけるランキン冷媒の出口に経路６ｄを介して連通する。膨張機３は、ボイラ２において加熱された高温高圧のランキン冷媒の膨張によって図示しないタービン等の回転体を回転させ、回転駆動力として仕事を得る流体機器である。膨張機３には発電機５が接続されており、膨張機３の発生させる駆動力によって発電機５が作動され、発電した電力が図示しないバッテリに充電される。

また、膨張機３の下流側には凝縮器であるランキンコンデンサ４が設けられており、ランキンコンデンサ４は、膨張機３の図示しない出口に経路６ｅ及び６ｆを介して連通して、その内部をランキン冷媒が流通するようになっている。ランキンコンデンサ４には、膨張機３からの高温のランキン冷媒が流入し、流入したランキン冷媒は、ランキンコンデンサ４において外気と熱交換することにより冷却されて凝縮する。
さらに、ランキンコンデンサ４におけるランキン冷媒の出口は、ポンプ１の図示しない吸入口に経路６ｇを介して連通する。よって、ランキンコンデンサ４から排出された液体状態のランキン冷媒は、ポンプ１によって吸入されて再び圧送され、ランキンサイクル２０１を循環する。

また、廃熱回生システム１０１は、第一熱交換器であるエアコン熱交換器７をさらに備えている。
エアコン熱交換器７は、ランキンサイクル２０１において、ポンプ１をボイラ２に連通する第一経路である連続した経路６ａ、６ｂ及び６ｃのうちの、経路６ａと経路６ｂとの間に、設けられている。さらに、エアコン熱交換器７は、冷凍サイクル３０１における圧縮機１１をエアコンコンデンサ１２に連通する連続した経路１５ａ及び１５ｂの間に介在させて設けられている。
図１及び２をあわせて参照すると、エアコン熱交換器７は、その内部に２つの経路７ａｂ及び７ｃｄを有している。経路７ａｂは、ランキンサイクル２０１の経路６ａを経路６ｂに連通し、経路７ｃｄは、冷凍サイクル３０１の経路１５ａを経路１５ｂに連通する。

よって、エアコン熱交換器７では、ランキンサイクル２０１におけるポンプ１から圧送された直後の低温の液体状態のランキン冷媒と、冷凍サイクル３０１における圧縮機１１から吐出された直後の高温の気体状態のエアコン冷媒との間で熱交換が行われる。このとき、エアコン熱交換器７の内部では、熱交換の効率を高めるために、経路７ａｂにおけるランキン冷媒の流れる方向と、経路７ｃｄにおけるエアコン冷媒の流れる方向とが反対になっている。

さらに、図１に戻り、廃熱回生システム１０１は、第二熱交換器である内部熱交換器８を備えている。
内部熱交換器８は、ランキンサイクル２０１における経路６ｂと経路６ｃとの間に、設けられている。すなわち、内部熱交換器８は、ポンプ１及びボイラ２の間において、エアコン熱交換器７の下流側に設けられている。さらに、内部熱交換器８は、ランキンサイクル２０１における膨張機３をランキンコンデンサ４に連通する第二経路である連続した経路６ｅ及び６ｆの間に介在させて設けられている。

図１及び２をあわせて参照すると、内部熱交換器８は、その内部に２つの経路８ａｂ及び８ｅｆを有している。経路８ａｂは、経路６ｂを経路６ｃに連通し、経路８ｅｆは、経路６ｅを経路６ｆに連通する。そして、経路８ａｂには、エアコン熱交換器７からボイラ２へ流通し且つボイラ２で加熱される前の低温のランキン冷媒が流れ、経路８ａｂは、低温側ランキン冷媒流路を構成している。また、経路８ｅｆには、膨張機３からランキンコンデンサ４へ流通し且つボイラ２で加熱された後の高温のランキン冷媒が流れ、経路８ｅｆは、高温側ランキン冷媒流路を構成している。

よって、内部熱交換器８では、エアコン熱交換器７からボイラ２へ流通する低温のランキン冷媒と、膨張機３からランキンコンデンサ４へ流通する高温のランキン冷媒との間で熱交換が行われる。このとき、内部熱交換器８の内部では、熱交換の効率を高めるために、経路８ａｂにおける低温のランキン冷媒の流れる方向と、経路８ｅｆにおける高温のランキン冷媒の流れる方向とが反対になっている。

また、本実施の形態１におけるエアコン熱交換器７及び内部熱交換器８はそれぞれ、積層された複数のプレートによって内部の経路を形成するプレート式熱交換器によって構成されている。
例えば、プレート式熱交換器による内部熱交換器８の構造は、図３〜５によって示されている。なお、プレート式熱交換器によるエアコン熱交換器７の構成は、内部熱交換器８と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
図３を参照すると、内部熱交換器８は、両端の第一フレーム８Ｆ１及び第二フレーム８Ｆ２の間に積層された複数のプレートを有している。そして、この複数のプレートは、経路８ａｂ（図１参照）を形成するための第一プレート８ＬＰと、経路８ｅｆ（図１参照）を形成するための第二プレート８ＨＰとによって構成され、第一プレート８ＬＰと第二プレート８ＨＰとは交互に配置されている。

まず、第一フレーム８Ｆ１及び第二フレーム８Ｆ２は、矩形状をした板部材である。さらに、第一フレーム８Ｆ１には、低温側ランキン冷媒入口８ａ、低温側ランキン冷媒出口８ｂ、高温側ランキン冷媒入口８ｅ及び高温側ランキン冷媒出口８ｆが第一フレーム８Ｆ１を貫通して形成されている。そして、第一フレーム８Ｆ１及び第二フレーム８Ｆ２は、図示しないボルト等によって互いに締結されている。

次に、図４を参照すると、矩形状した板部材である第一プレート８ＬＰの構成が示されている。
第一プレート８ＬＰには、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂ、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆが第一プレート８ＬＰを貫通して形成されている。また、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂは、第一プレート８ＬＰの長手側の一方の側部８ＬＰ１に沿ってその両端付近に配置されている。さらに、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆは、第一プレート８ＬＰの側部８ＬＰ１に対向する側部８ＬＰ２に沿ってその両端付近に配置されている。そして、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａと高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆとが対向し、低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂと高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅとが対向するように配置されている。

なお、図３及び４をあわせて参照すると、第一フレーム８Ｆ１及び第一プレート８ＬＰの間において、低温側ランキン冷媒入口８ａ及び低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ、低温側ランキン冷媒出口８ｂ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂ、高温側ランキン冷媒入口８ｅ及び高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ、並びに、高温側ランキン冷媒出口８ｆ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆはそれぞれ、互いに整合するように配置されている。

さらに、図４に戻り、第一プレート８ＬＰの表面には、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂを囲むようにして１つの環状になった低温側ランキン冷媒用ガスケット８ＬＰａが突出させて設けられている。そして、低温側ランキン冷媒用ガスケット８ＬＰａは、第一プレート８ＬＰの表面全体にわたって設けられている。低温側ランキン冷媒用ガスケット８ＬＰａは、第一プレート８ＬＰが第二プレート８ＨＰ（図３参照）と組み合わされた際、これらの間に１つの低温側ランキン冷媒単流路８ｐａｂを形成し、この単流路からのランキン冷媒の漏れを防止する。

さらに、第一プレート８ＬＰの表面において、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている。これらのガスケットは、第一プレート８ＬＰが第二プレート８ＨＰ（図３参照）と組み合わされた際、ランキン冷媒が、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆから漏れることを防止する。

次に、図５を参照すると、矩形状した板部材である第二プレート８ＨＰの構成が示されている。
第二プレート８ＨＰには、第一プレート８ＬＰ（図４参照）と同様にして、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂ、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆが第二プレート８ＨＰを貫通して形成されている。

さらに、第二プレート８ＨＰの表面には、高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆを囲むようにして１つの環状になった高温側ランキン冷媒用ガスケット８ＨＰａが突出させて設けられている。そして、高温側ランキン冷媒用ガスケット８ＨＰａは、第二プレート８ＨＰの表面全体にわたって設けられている。高温側ランキン冷媒用ガスケット８ＨＰａは、第二プレート８ＨＰが第一プレート８ＬＰ（図３参照）と組み合わされた際、これらの間に１つの高温側ランキン冷媒単流路８ｐｅｆを形成し、この単流路からのランキン冷媒の漏れを防止する。

さらに、第二プレート８ＨＰの表面において、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている。これらのガスケットは、第二プレート８ＨＰが第一プレート８ＬＰ（図３参照）と組み合わされた際、ランキン冷媒が、低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂから漏れることを防止する。

よって、図３〜５を合わせて参照すると、第一プレート８ＬＰ及び第二プレート８ＨＰを交互に隣接させて積層することにより、第一プレート８ＬＰの低温側ランキン冷媒単流路８ｐａｂと、第二プレート８ＨＰの低温側ランキン冷媒導入孔８ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔８ｐｂとが、内部熱交換器８の低温側ランキン冷媒流路である経路８ａｂ（図１参照）を形成する。同時に、第二プレート８ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路８ｐｅｆと、第一プレート８ＬＰの高温側ランキン冷媒導入孔８ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔８ｐｆとが、内部熱交換器８の高温側ランキン冷媒流路である経路８ｅｆ（図１参照）を形成する。そして、第一プレート８ＬＰの低温側ランキン冷媒単流路８ｐａｂと、第二プレート８ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路８ｐｅｆとが互いに隣接する。

そして、内部熱交換器８では、低温側ランキン冷媒入口８ａから流入した後、各低温側ランキン冷媒単流路８ｐａｂを流通して、低温側ランキン冷媒出口８ｂから流出する低温のランキン冷媒は、方向Ｄ１ａに流れる。また、高温側ランキン冷媒入口８ｅから流入した後、各高温側ランキン冷媒単流路８ｐｅｆを流通して、高温側ランキン冷媒出口８ｆから流出する高温のランキン冷媒は、方向Ｄ１ａと反対の方向Ｄ１ｂに流れる。このとき、互いに隣接し合う、第一プレート８ＬＰの低温側ランキン冷媒単流路８ｐａｂを流通する低温のランキン冷媒と、第二プレート８ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路８ｐｅｆを流通する高温のランキン冷媒とが、熱交換を行う。

次に、図１〜５を用いて、この発明の実施の形態１に係る廃熱回生システム１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン１０が稼動すると、冷凍サイクル３０１では、エンジン１０の動力が伝達ベルト１１ａを介して圧縮機１１に伝わり、圧縮機１１が駆動される。圧縮機１１が駆動されると、エアコン冷媒が、圧縮機１１によって圧縮されて高温高圧の状態で吐出される。

吐出されたエアコン冷媒は、エアコン熱交換器７において、ランキンサイクル２０１を流通する低温のランキン冷媒と熱交換を行う。
そこで、図２を参照すると、例えば、エアコン熱交換器７に流入する直前のエアコン冷媒の温度は８０℃となっており、エアコン熱交換器７に流入する直前のランキン冷媒の温度は４０℃となっている。このため、エアコン熱交換器７において、エアコン冷媒は、ランキン冷媒との熱交換によりランキン冷媒に熱エネルギーを与え、ランキン冷媒の温度を上昇させると共に自身の温度を低下させる。
図１に戻り、エアコン熱交換器７において温度の低下したエアコン冷媒は、次にエアコンコンデンサ１２に流入する。
エアコンコンデンサ１２に流入したエアコン冷媒は、エアコンコンデンサ１２において外気との熱交換によりさらに冷却されて凝縮する。

凝縮したエアコン冷媒は、膨張弁１３に送られて膨張弁１３により膨張・減圧された後、エバポレータ１４に流入する。
エバポレータ１４では、エアコン冷媒は、周囲の空気と熱交換を行い、周囲の空気の熱を吸収して気化する。また、熱交換により冷却された空気は図示しない車室内に送られる。そして、気化したエアコン冷媒は、再び圧縮機１１に吸入される。
さらに、上述の工程を繰り返すことによって、エアコン冷媒は冷凍サイクル３０１を循環する。
なお、冷凍サイクル３０１では、圧縮機１１から吐出された高温のエアコン冷媒が、エアコンコンデンサ１２に流入する前に、エアコン熱交換器７において冷却されるため、エアコンコンデンサ１２の容量の低減が可能となる。

また、エンジン１０が稼動されると、図示しないポンプによってエンジン１０からエンジン冷却水が圧送され、エンジン冷却水は、エンジン１０をボイラ２に連通する冷却水経路１０ａ及び１０ｂを循環する。そして、エンジン冷却水は、ボイラ２において、ランキンサイクル２０１を流通するランキン冷媒と熱交換を行い、ランキン冷媒の温度を上昇させる。

また、エンジン１０が稼動され、エンジン冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、ランキンサイクル２０１では、図示しない動力源によってポンプ１が駆動される。
駆動されたポンプ１は、液体状態のランキン冷媒をボイラ２に向かって圧送する。
ポンプ１によって圧送された液体状態の低温のランキン冷媒は、経路６ａ、６ｂ及び６ｃを順次通過して、ボイラ２に流入する。ボイラ２では、ランキン冷媒は、ボイラ２を流通するエンジン冷却水と熱交換を行うことによって加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となる。

過熱蒸気となったランキン冷媒は、ボイラ２を出た後、経路６ｄを通過して、膨張機３に流入する。膨張機３では、高温高圧の過熱蒸気の状態であるランキン冷媒が膨張し、高圧状態から低圧状態になる際のランキン冷媒の膨張エネルギーが回転エネルギー等に変換されて回収される。そして、ランキン冷媒は、高温低圧状態となり、膨張機３から排出される。また、膨張機３において変換・回収されるエネルギーは、膨張機３に接続された発電機５に駆動力として伝達され、発電機５において電力に変換されて図示しないバッテリに充電される。

膨張機３から排出された高温低圧状態のランキン冷媒は、経路６ｅ及び６ｆを通過して、ランキンコンデンサ４に流入する。ランキンコンデンサ４では、ランキン冷媒は、周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって冷却されて凝縮し、液体となる。液体となったランキン冷媒は、経路６ｇを介してポンプ１に吸入され、ポンプ１によって再度圧送されて、ランキンサイクル２０１を循環する。
このとき、ランキンサイクル２０１では、ランキンコンデンサ４からポンプ１を経てボイラ２までの区間を流通するランキン冷媒の温度は、ボイラ２から膨張機３を経てランキンコンデンサ４までの区間を流通するランキン冷媒の温度より低くなっている。そこで、以下の説明において、ランキンコンデンサ４からポンプ１を経てボイラ２までの区間を流通するランキン冷媒を低温側ランキン冷媒と称し、ボイラ２から膨張機３を経てランキンコンデンサ４までの区間を流通するランキン冷媒を高温側ランキン冷媒と称する。

また、ポンプ１によって圧送されてボイラ２に流入する低温側ランキン冷媒は、ボイラ２に流入するまでの過程において、エアコン熱交換器７及び内部熱交換器８をこの順で通過する。
図２を参照すると、エアコン熱交換器７に流入した低温側ランキン冷媒は経路７ａｂを流通し、エアコン熱交換器７に流入した冷凍サイクル３０１（図１参照）のエアコン冷媒は経路７ｃｄを流通する。経路７ａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、経路７ｃｄを流通するエアコン冷媒と熱交換を行うが、例えば、エアコン熱交換器７に流入する直前では、低温側ランキン冷媒の温度は４０℃であり、エアコン冷媒の温度は８０℃である。

このため、エアコン熱交換器７では、低温側ランキン冷媒は、エアコン冷媒と熱交換を行うことによって、エアコン冷媒から熱エネルギーを取得し、その温度を５０℃に上昇させて、エアコン熱交換器７から流出する。一方、エアコン冷媒は、その熱エネルギーを低温側ランキン冷媒に与えることによって、その温度を６０℃に低下させてエアコン熱交換器７から流出する。よって、冷凍サイクル３０１のエアコンコンデンサ１２（図１参照）での凝縮により放出されるべきエアコン冷媒の熱エネルギーの一部が、低温側ランキン冷媒の昇温に利用される。

次に、エアコン熱交換器７を通過した後の、昇温されているが比較的低温である低温側ランキン冷媒は、内部熱交換器８の経路８ａｂに流入する。また、内部熱交換器８の経路８ｅｆには、ボイラ２（図１参照）において加熱されて膨張機３（図１参照）を通過した後の高温低圧状態の高温側ランキン冷媒が流通する。経路８ａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、経路８ｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行うが、例えば、内部熱交換器８に流入する直前では、低温側ランキン冷媒の温度は５０℃であり、高温側ランキン冷媒の温度は１２０℃である。

このため、内部熱交換器８では、経路８ａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、経路８ｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行うことによって、高温側ランキン冷媒から熱エネルギーを取得し、その温度を８０℃に上昇させて、内部熱交換器８から流出する。一方、経路８ｅｆを流通する高温側ランキン冷媒は、その熱エネルギーを経路８ａｂを流通する低温側ランキン冷媒に与えることによって、その温度を７０℃に低下させて、内部熱交換器８から流出する。

よって、ランキンコンデンサ４（図１参照）での凝縮により放出されるべき高温側ランキン冷媒の熱エネルギーの一部が、低温側ランキン冷媒の昇温に利用される。
従って、図１及び２をあわせて参照すると、廃熱回生システム１０１では、冷凍サイクル３０１のエアコンコンデンサ１２及びランキンサイクル２０１のランキンコンデンサ４での廃熱を低温側ランキン冷媒の昇温に利用するため、図示しない車両全体の熱効率を向上させている。そして、ランキンコンデンサ４での廃熱を低温側ランキン冷媒の昇温に利用することは、ランキンサイクル２０１の熱効率を向上させている。

また、ボイラ２には昇温された状態の低温側ランキン冷媒が流入するため、低温側ランキン冷媒を加熱して過熱蒸気とするためにボイラ２に要求される熱エネルギーが低減される。このため、ランキンサイクル２０１自体の効率が向上する。さらに、ボイラ２に昇温された状態の低温側ランキン冷媒が流入することにより、過熱蒸気となったランキン冷媒自体の温度を上昇させることができるため、膨張機３において回収されるエネルギーが増大する。

また、冷凍サイクル３０１における圧縮機１１及びエアコンコンデンサ１２の間を流通するエアコン冷媒の温度より、ランキンサイクル２０１における膨張機３及びランキンコンデンサ４の間を流通する高温側ランキン冷媒の温度の方が高くなっている。そして、ポンプ１からボイラ２までを流通する低温側ランキン冷媒は、エアコン熱交換器７でエアコン冷媒と熱交換を行った後、内部熱交換器８で高温側ランキン冷媒と熱交換を行っており、温度の低いものとから順に熱交換を行っているため、効果的に熱を取得している。

このように、この発明に係る廃熱回生システム１０１は、車両の廃熱を利用してランキン冷媒を加熱するボイラ２と、ボイラ２で加熱されたランキン冷媒を膨張させて仕事を得る膨張機３と、膨張機３により膨張されたランキン冷媒を冷却するランキンコンデンサ４と、ランキンコンデンサ４により冷却されたランキン冷媒をボイラ２に向かって送るポンプ１とを備えてランキンサイクル２０１を構成すると共に、ポンプ１をボイラ２に連通する経路６ａ、６ｂ及び６ｃを流通するランキン冷媒及び車両の冷凍サイクル３０１を流通するエアコン冷媒の間で熱交換を行うエアコン熱交換器７と、経路６ａ、６ｂ及び６ｃを流通するランキン冷媒及び膨張機３をランキンコンデンサ４に連通する経路６ｅ及び６ｆを流通するランキン冷媒の間で熱交換を行う内部熱交換器８であって、経路６ａ、６ｂ及び６ｃにおけるエアコン熱交換器７の下流に設けられる内部熱交換器８とをさらに備える。

これによって、ランキンサイクル２０１におけるボイラ２流入前の低温のランキン冷媒が、冷凍サイクル３０１におけるエアコン冷媒と熱交換して昇温し、さらに、ランキンサイクル２０１におけるボイラ２加熱後の高温のランキン冷媒と熱交換して昇温することにより、ランキンサイクル２０１の効率自体を向上させることが可能である。さらに、本来、ランキンコンデンサ４において放出されるはずのランキン冷媒の熱が、ボイラ２に流入する前のランキン冷媒の昇温に利用されるため、ランキンサイクル２０１における熱効率を向上させることが可能である。また、エアコン冷媒と熱交換させた後に、エアコン冷媒より温度の高いボイラ加熱後のランキン冷媒と熱交換させることにより、ボイラ２流入前のランキン冷媒は効果的に熱を取り込むことができるため、車両全体としての熱効率を向上させることが可能である。

また、エアコン熱交換器７において熱交換を行うエアコン冷媒は、冷凍サイクル３０１における圧縮機１１及びエアコンコンデンサ１２の間を流通するエアコン冷媒である。これによって、冷凍サイクル３０１のエアコンコンデンサ１２において本来放出されるはずのエアコン冷媒の熱が、ボイラ２に流入する前のランキン冷媒の昇温に利用されるため、車両全体における熱効率を向上させることが可能である。
また、実施の形態１における廃熱回生システム１０１では、エアコン熱交換器７及び内部熱交換器８がプレート式熱交換器である。よって、エアコン熱交換器７及び内部熱交換器８は、プレートの積層数量を変更することにより、その熱交換容量を変更することができる。従って、エアコン熱交換器７及び内部熱交換器８は、熱交換容量の変更を容易にすることにより、コストを低減することが可能である。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システム１０２は、実施の形態１における廃熱回生システム１０１のエアコン熱交換器７及び内部熱交換器８を一体にしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図６を参照すると、エアコン熱交換器及び内部熱交換器を一体にした第一複合熱交換器９１の模式図が示されている。
第一複合熱交換器９１は、長手側の第一側部９１ｓａの両端付近に、低温側ランキン冷媒入口９１ａ及び低温側ランキン冷媒出口９１ｂを有している。
また、第一複合熱交換器９１は、第一側部９１ｓａと対向する第二側部９１ｓｂに沿って、エアコン冷媒出口９１ｄ、エアコン冷媒入口９１ｃ、高温側ランキン冷媒出口９１ｆ、及び高温側ランキン冷媒入口９１ｅをこの順序で配置して有している。さらに、エアコン冷媒出口９１ｄ及び高温側ランキン冷媒入口９１ｅはそれぞれ、低温側ランキン冷媒入口９１ａ及び低温側ランキン冷媒出口９１ｂと対向している。

そして、第一複合熱交換器９１の内部には、低温側ランキン冷媒入口９１ａを低温側ランキン冷媒出口９１ｂに連通する低温側ランキン冷媒流路９１ａｂ、エアコン冷媒入口９１ｃをエアコン冷媒出口９１ｄに連通するエアコン冷媒流路９１ｃｄ、及び、高温側ランキン冷媒入口９１ｅを高温側ランキン冷媒出口９１ｆに連通する高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆが長手方向に沿って形成されている。さらに、エアコン冷媒流路９１ｃｄ及び高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆは、低温側ランキン冷媒流路９１ａｂと対向するようにして配置されている。なお、エアコン冷媒流路９１ｃｄのエアコン冷媒及び高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆの高温側ランキン冷媒の流れる方向はいずれも、低温側ランキン冷媒流路９１ａｂの低温側ランキン冷媒の流れる方向と反対になっている。ここで、低温側ランキン冷媒流路９１ａｂ、エアコン冷媒流路９１ｃｄ、及び、高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆはそれぞれ、低温側作動流体経路、冷凍冷媒経路、及び、高温側作動流体経路を構成している。

また、第一複合熱交換器９１の内部には、エアコン冷媒流路９１ｃｄと高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆとを仕切る仕切り部９１ｇが設けられている。仕切り部９１ｇは断熱作用を有しており、このため、第一複合熱交換器９１の内部において、エアコン冷媒と高温側ランキン冷媒との間で、熱の移動は発生しない。

よって、第一複合熱交換器９１の内部に流入し低温側ランキン冷媒流路９１ａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、エアコン冷媒流路９１ｃｄを流通するエアコン冷媒と熱交換を行った後、高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行う。

また、本実施の形態２における第一複合熱交換器９１は、実施の形態１の内部熱交換器８と同様にして、プレート式熱交換器によって構成されている。そして、第一複合熱交換器９１は、エアコン冷媒流路９１ｃｄ及び高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆを形成するための高温側プレート９１ＨＰと、低温側ランキン冷媒流路９１ａｂを形成するための低温側プレート９１ＬＰとを交互に積層した構成を有している。

まず、図７を参照すると、矩形状した板部材である高温側プレート９１ＨＰの構成が示されている。
高温側プレート９１ＨＰには、低温側ランキン冷媒導入孔９１ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９１ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９１ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９１ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｆが高温側プレート９１ＨＰを貫通して形成されている。そして、図６もあわせて参照すると、第一複合熱交換器９１及び高温側プレート９１ＨＰの間において、低温側ランキン冷媒入口９１ａ及び低温側ランキン冷媒導入孔９１ｐａ、低温側ランキン冷媒出口９１ｂ及び低温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｂ、エアコン冷媒入口９１ｃ及びエアコン冷媒導入孔９１ｐｃ、エアコン冷媒出口９１ｄ及びエアコン冷媒導出孔９１ｐｄ、高温側ランキン冷媒入口９１ｅ及び高温側ランキン冷媒導入孔９１ｐｅ、並びに、高温側ランキン冷媒出口９１ｆ及び高温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｆはそれぞれ、互いに整合するようになっている。

さらに、図７に戻り、高温側プレート９１ＨＰの表面には、エアコン冷媒導入孔９１ｐｃ及びエアコン冷媒導出孔９１ｐｄを囲むようにして１つの環状になったエアコン冷媒用ガスケット９１ＨＰａが突出させて設けられている。エアコン冷媒用ガスケット９１ＨＰａは、高温側プレート９１ＨＰが低温側プレート９１ＬＰ（図８参照）と組み合わされた際、１つのエアコン冷媒単流路９１ｐｃｄを形成する。
また、高温側プレート９１ＨＰの表面には、高温側ランキン冷媒導入孔９１ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｆを囲むようにして１つの環状になった高温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＨＰｂが突出させて設けられている。高温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＨＰｂは、高温側プレート９１ＨＰが低温側プレート９１ＬＰ（図８参照）と組み合わされた際、１つの高温側ランキン冷媒単流路９１ｐｅｆを形成する。

また、エアコン冷媒用ガスケット９１ＨＰａ及び高温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＨＰｂは、互いに空間９１ＨＰｇをあけて設けられている。空間９１ＨＰｇは、高温側プレート９１ＨＰが低温側プレート９１ＬＰ（図８参照）と組み合わされた際、断熱作用を有する空間を形成して、エアコン冷媒単流路９１ｐｃｄ及び高温側ランキン冷媒単流路９１ｐｅｆ間の熱の移動を防ぎ、仕切り部９１ｇ（図６参照）を構成する。
さらに、高温側プレート９１ＨＰの表面において、低温側ランキン冷媒導入孔９１ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｂのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている。

次に、図８を参照すると、矩形状した板部材である低温側プレート９１ＬＰの構成が示されている。
低温側プレート９１ＬＰには、高温側プレート９１ＨＰ（図７参照）と同様にして、低温側ランキン冷媒導入孔９１ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９１ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９１ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９１ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｆが形成されている。

さらに、低温側プレート９１ＬＰの表面には、低温側ランキン冷媒導入孔９１ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｂを囲むようにして１つの環状になった低温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＬＰａが突出させて設けられている。そして、低温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＬＰａは、低温側プレート９１ＬＰの表面全体にわたって設けられている。低温側ランキン冷媒用ガスケット９１ＬＰａは、低温側プレート９１ＬＰが高温側プレート９１ＨＰ（図７参照）と組み合わされた際、１つの低温側ランキン冷媒単流路９１ｐａｂを形成する。

また、低温側プレート９１ＬＰの表面において、エアコン冷媒導入孔９１ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９１ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９１ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９１ｐｆのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている。

よって、図６〜８をあわせて参照すると、高温側プレート９１ＨＰと低温側プレート９１ＬＰとを交互に積層することにより、各プレートにおけるエアコン冷媒単流路９１ｐｃｄが全体で１つの複合流路すなわちエアコン冷媒流路９１ｃｄを形成し、高温側ランキン冷媒単流路９１ｐｅｆが全体で１つの複合流路すなわち高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆを形成し、低温側ランキン冷媒単流路９１ｐａｂが全体で１つの複合流路すなわち低温側ランキン冷媒流路９１ａｂを形成する。

そして、図７に示すように、第一複合熱交換器９１（図６参照）では、各エアコン冷媒単流路９１ｐｃｄを流通するエアコン冷媒は、方向Ｄ２ｃに流れ、各高温側ランキン冷媒単流路９１ｐｅｆを流通する高温側ランキン冷媒は、方向Ｄ２ｂに流れる。さらに、図８に示すように、各低温側ランキン冷媒単流路９１ｐａｂを流通する低温のランキン冷媒は、方向Ｄ２ｃ及びＤ２ｂと反対の方向である方向Ｄ２ａに流れる。
よって、図７及び８をあわせて参照すると、低温側プレート９１ＬＰの低温側ランキン冷媒単流路９１ｐａｂを流通する低温のランキン冷媒は、隣接する高温側プレート９１ＨＰのエアコン冷媒単流路９１ｐｃｄを流通するエアコン冷媒と熱交換を行った後、高温側ランキン冷媒単流路９１ｐｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行う。
また、この発明の実施の形態２に係る廃熱回生システム１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態２における廃熱回生システム１０２によれば、上記実施の形態１の廃熱回生システム１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２における廃熱回生システム１０２では、エアコン熱交換器及び内部熱交換器を一体にして第一複合熱交換器９１としているため、熱交換器の小型化及び軽量化を図ることが可能になる。

また、実施の形態２の第一複合熱交換器９１では、エアコン冷媒流路９１ｃｄのエアコン冷媒と高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆの高温側ランキン冷媒との間における熱の移動が遮断されている。このため、低温側ランキン冷媒流路９１ａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、エアコン冷媒及び高温側ランキン冷媒のそれぞれから効果的に熱を取り込むことができる。
また、実施の形態２における廃熱回生システム１０２では、実施の形態１のエアコン熱交換器７及び内部熱交換器８と同様に、第一複合熱交換器９１がプレート式熱交換器である。よって、第一複合熱交換器９１は、高温側プレート９１ＨＰ及び低温側プレート９１ＬＰの積層数量を変更することにより、その熱交換容量を変更することができる。従って、第一複合熱交換器９１は、熱交換容量の変更を容易にすることにより、コストを低減することが可能である。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る廃熱回生システム１０３は、実施の形態２における廃熱回生システム１０２の第一複合熱交換器９１の構成を変更したものである。

図９を参照すると、エアコン熱交換器及び内部熱交換器を一体にした実施の形態３における第二複合熱交換器９２の模式図が示されている。
第二複合熱交換器９２は、長手側の第一側部９２ｓａに沿って、エアコン冷媒入口９２ｃ、エアコン冷媒出口９２ｄ、及び低温側ランキン冷媒入口９２ａをこの順序で配置して有している。

また、第二複合熱交換器９２は、第一側部９２ｓａと対向する第二側部９２ｓｂに沿って、高温側ランキン冷媒出口９２ｆ、高温側ランキン冷媒入口９２ｅ、及び低温側ランキン冷媒出口９２ｂをこの順序で配置して有している。高温側ランキン冷媒出口９２ｆ、高温側ランキン冷媒入口９２ｅ、及び低温側ランキン冷媒出口９２ｂはそれぞれ、エアコン冷媒入口９２ｃ、エアコン冷媒出口９２ｄ、及び低温側ランキン冷媒入口９２ａと対向する位置に配置されている。

そして、第二複合熱交換器９２の内部には、エアコン冷媒入口９２ｃをエアコン冷媒出口９２ｄに連通するエアコン冷媒流路９２ｃｄ、及び、高温側ランキン冷媒入口９２ｅを高温側ランキン冷媒出口９２ｆに連通する高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆが長手方向に沿って形成されている。さらに、エアコン冷媒流路９２ｃｄは、高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆと対向するようにして配置されており、エアコン冷媒流路９２ｃｄのエアコン冷媒及び高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆの高温側ランキン冷媒の流れる方向は、互いに反対になっている。

また、第二複合熱交換器９２の内部には、低温側ランキン冷媒入口９２ａを低温側ランキン冷媒出口９２ｂに連通する低温側ランキン冷媒流路９２ａｂが形成されている。
低温側ランキン冷媒流路９２ａｂは、低温側ランキン冷媒入口９２ａから延びて、中央線ＣＬを境界とした一方の領域であり且つエアコン冷媒流路９２ｃｄが配置された領域Ａ３内を、エアコン冷媒流路９２ｃｄと対向するようにして延びる。さらに、低温側ランキン冷媒流路９２ａｂは、その方向を変え、領域Ａ３の他方の領域であり且つ高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆが配置された領域Ｂ３内を、高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆと対向するようにして延び、低温側ランキン冷媒出口９２ｂに連結している。そして、低温側ランキン冷媒流路９２ａｂにおける低温側ランキン冷媒の流れの方向は、領域Ａ３内では、エアコン冷媒流路９２ｃｄにおけるエアコン冷媒の流れの方向と反対になっており、領域Ｂ３内では、高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆにおける高温側ランキン冷媒の流れの方向と反対になっている。

よって、第二複合熱交換器９２の内部に流入した低温側ランキン冷媒は、低温側ランキン冷媒流路９２ａｂを流通し、その際、エアコン冷媒流路９２ｃｄを流通するエアコン冷媒と熱交換を行った後、高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行う。

また、本実施の形態３における第二複合熱交換器９２は、実施の形態１の内部熱交換器８と同様にして、プレート式熱交換器によって構成されている。
図１０を参照すると、第二複合熱交換器９２は、低温側ランキン冷媒流路９２ａｂ（図９参照）を形成するための低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰと、高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆ（図９参照）を形成するための高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰと、エアコン冷媒流路９２ｃｄ（図９参照）を形成するためのエアコン冷媒プレート９２ＡＰとを積層した構成を有している。
ここで、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰは低温側作動流体プレートを構成し、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰは高温側作動流体プレートを構成し、エアコン冷媒プレート９２ＡＰは冷凍冷媒プレートを構成している。

まず、図１１を参照すると、矩形状した板部材である高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの構成が示されている。
高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰには、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９２ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆが高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰを貫通して形成されている。図９〜１１をあわせて参照すると、第二複合熱交換器９２及び高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの間において、低温側ランキン冷媒入口９２ａ及び低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒出口９２ｂ及び低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、エアコン冷媒入口９２ｃ及びエアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、エアコン冷媒出口９２ｄ及びエアコン冷媒導出孔９２ｐｄ、高温側ランキン冷媒入口９２ｅ及び高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ、並びに、高温側ランキン冷媒出口９２ｆ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆはそれぞれ、互いに整合するようになっている。

さらに、図１１に戻り、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの表面には、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆを囲むようにして１つの環状になった高温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＨＰａが突出させて設けられている。高温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＨＰａは、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの中央線ＣＬ１を境界として片側の領域に設けられている。そして、高温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＨＰａは、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰが低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰ（図１０参照）と組み合わされた際、１つの高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆを形成する。

また、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの表面において、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、及びエアコン冷媒導出孔９２ｐｄのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている。

次に、図１２を参照すると、矩形状した板部材であるエアコン冷媒プレート９２ＡＰの構成が示されている。
エアコン冷媒プレート９２ＡＰには、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ（図１１参照）と同様にして、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９２ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆが形成されている。

さらに、エアコン冷媒プレート９２ＡＰの表面には、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ及びエアコン冷媒導出孔９２ｐｄを囲むエアコン冷媒用ガスケット９２ＡＰａ、並びに、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆのそれぞれを囲むガスケットが突出させて設けられている。これらのガスケットの形状及び配置は、中央線ＣＬ１に関して高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ（図１１参照）の各ガスケットと対称になっている。このため、エアコン冷媒プレート９２ＡＰの構成についてのその他の詳細な説明を省略する。なお、エアコン冷媒用ガスケット９２ＡＰａは、エアコン冷媒プレート９２ＡＰが低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰ（図１０参照）と組み合わされた際、１つのエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄを形成する。

また、図１３を参照すると、矩形状した板部材である低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの構成が示されている。
低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰには、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ（図１１参照）と同様にして、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ、低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９２ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆが形成されている。

さらに、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの表面には、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂを囲むようにして１つの環状になった低温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＬＰａが突出させて設けられている。低温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＬＰａは、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰがエアコン冷媒プレート９２ＡＰ或いは高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ（図１０参照）と組み合わされた際、１つの低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂを形成する。

また、低温側ランキン冷媒用ガスケット９２ＬＰａによって囲まれて形成される領域は、図１３上において、低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ及び低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ側が開いている縦向きのＵ字状であり中央線ＣＬ１について対称な形状を有している。さらに、この領域は、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの表面全体にわたって形成されている。
そして、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰがエアコン冷媒プレート９２ＡＰ（図１０参照）と組み合わされた際、中央線ＣＬ１より低温側ランキン冷媒導入孔９２ｐａ側に形成される、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂの流路部９２ｐａｂ１が、エアコン冷媒単流路９２ｐｃｄ（図１２参照）と隣接する。また、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰが高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ（図１０参照）と組み合わされた際、中央線ＣＬ１より低温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｂ側に形成される、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂの流路部９２ｐａｂ２が、高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆ（図１１参照）と隣接する。

また、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの表面において、エアコン冷媒導入孔９２ｐｃ、エアコン冷媒導出孔９２ｐｄ、高温側ランキン冷媒導入孔９２ｐｅ及び高温側ランキン冷媒導出孔９２ｐｆのそれぞれの周りには、それぞれが１つの環状になったガスケットが突出させて設けられている

また、図１０に戻ると、第二複合熱交換器９２では、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰと、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ或いはエアコン冷媒プレート９２ＡＰとが交互に積層され、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの両側に高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰが配置される構成となっている。
そして、各プレートにおけるエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄが全体で１つの複合流路すなわちエアコン冷媒流路９２ｃｄ（図９参照）を形成し、高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆが全体で１つの複合流路すなわち高温側ランキン冷媒流路９２ｅｆ（図９参照）を形成し、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂが全体で１つの複合流路すなわち低温側ランキン冷媒流路９２ａｂ（図９参照）を形成する。

また、図１０〜１３をあわせて参照すると、第二複合熱交換器９２では、各高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆを流通する高温側ランキン冷媒は、方向Ｄ３ｂに流れ、各エアコン冷媒単流路９２ｐｃｄを流通するエアコン冷媒は、方向Ｄ３ｃに流れる。さらに、各低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂを流通する低温のランキン冷媒は、方向Ｄ３ｃと反対の方向に流れた後に方向を変えて方向Ｄ３ｂと反対の方向に流れる、すなわち方向Ｄ３ａに流れる。このとき、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰの低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、隣接するエアコン冷媒プレート９２ＡＰのエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄを流通するエアコン冷媒と熱交換を行った後、隣接する高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と熱交換を行う。

また、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰは、互いに隣接しないようにして配置されているので、高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆを流通する高温側ランキン冷媒と、エアコン冷媒単流路９２ｐｃｄを流通するエアコン冷媒との間で熱の移動が発生しない。
そして、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂは、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰ上において、中央線ＣＬ１について対称なＵ字状の形状で形成されている。このため、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂを流通する低温側ランキン冷媒において、高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆの高温側ランキン冷媒と熱交換を行った低温側ランキン冷媒が、エアコン冷媒単流路９２ｐｃｄのエアコン冷媒と熱交換を行う低温側ランキン冷媒に対して熱の移動を発生しない。さらに、この高温側ランキン冷媒と熱交換を行った低温側ランキン冷媒は、隣接するエアコン冷媒プレート９２ＡＰにおけるエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄのエアコン冷媒に対して熱の移動を発生しない。
よって、低温側ランキン冷媒単流路９２ｐａｂを流通する低温側ランキン冷媒は、エアコン冷媒及び高温側ランキン冷媒のそれぞれから効果的に熱を取り込む。

また、車両の種別ごとに、ランキンサイクル２０１（図１参照）の熱負荷及び冷凍サイクル３０１（図１参照）の熱負荷は異なる。そこで、第二複合熱交換器９２における高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの積層数量とエアコン冷媒プレート９２ＡＰの積層数量とを変更することにより、第二複合熱交換器９２は、上述に示すような異なる熱負荷に合わせて、低温側ランキン冷媒を昇温する能力を調整することができる。そして、上述の第二複合熱交換器９２における能力の調整は、低温側ランキン冷媒プレート９２ＬＰ、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ、及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰの構造を変更することなく実施可能である。
また、この発明の実施の形態３に係る廃熱回生システム１０３のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態３における廃熱回生システム１０３によれば、上記実施の形態２の廃熱回生システム１０２と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２の第一複合熱交換器９１では、ランキンサイクル２０１の熱負荷及び冷凍サイクル３０１の熱負荷に合わせて低温側ランキン冷媒の昇温能力を調整するためには、エアコン冷媒流路９１ｃｄ及び高温側ランキン冷媒流路９１ｅｆの構成を個別に変更する必要があるため、高温側プレート９１ＨＰの構造を変更する必要がある。しかしながら、実施の形態３の第二複合熱交換器９２では、各プレートの構造を変更することなく、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰのそれぞれの積層数量を変更することにより、低温側ランキン冷媒の昇温能力すなわち第二複合熱交換器９２の熱交換能力の調整が可能である。従って、実施の形態３における廃熱回生システム１０３は、プレートの種類の設定バリエーションを低減することができるため、実施の形態２の第一複合熱交換器９１よりコストをさらに低減することが可能である。

また、実施の形態３の第二複合熱交換器９２では、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰは互いに隣接しないように配置されていたが、これに限定されるものではない。第二複合熱交換器９２では、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆと、エアコン冷媒プレート９２ＡＰのエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄとは、中央線ＣＬ１を境界にして互いに反対側に形成されている。このため、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰが互いに隣接した場合であっても、高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆ及びエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄが隣接せずに互いの間で熱の移動が発生しないため、これらのプレートを隣接して配置してもよい。

また、実施の形態３の第二複合熱交換器９２では、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰの高温側ランキン冷媒単流路９２ｐｅｆ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰのエアコン冷媒単流路９２ｐｃｄはいずれも、中央線ＣＬ１を境界として片側の領域にのみ設けられていたが、これに限定されるものではなく、両側の領域にわたって設けられてもよい。このとき、第二複合熱交換器９２の内部において、高温側ランキン冷媒とエアコン冷媒との間における熱の移動の発生を防ぐために、高温側ランキン冷媒プレート９２ＨＰ及びエアコン冷媒プレート９２ＡＰが隣接しないように配置することが好ましい。

１ポンプ、２ボイラ、３膨張機、４ランキンコンデンサ（凝縮器）、６ａ，６ｂ，６ｃ経路（第一経路）、６ｅ，６ｆ経路（第二経路）、７エアコン熱交換器（第一熱交換器）、８内部熱交換器（第二熱交換器）、１１圧縮機、１２エアコンコンデンサ（冷凍冷媒凝縮器）、９１第一複合熱交換器（複合熱交換器）、９１ａｂ，９２ａｂ低温側ランキン冷媒流路（低温側作動流体経路）、９１ｃｄ，９２ｃｄエアコン冷媒流路（冷凍冷媒経路）、９１ｅｆ，９２ｅｆ高温側ランキン冷媒流路（高温側作動流体経路）、９１ＨＰ高温側プレート、９１ＬＰ低温側プレート、９２第二複合熱交換器（複合熱交換器）、９２ＡＰエアコン冷媒プレート（冷凍冷媒プレート）、９２ＨＰ高温側ランキン冷媒プレート（高温側作動流体プレート）、９２ＬＰ低温側ランキン冷媒プレート（低温側作動流体プレート）、１０１，１０２，１０３廃熱回生システム、２０１ランキンサイクル、３０１冷凍サイクル。

Claims

車両の廃熱を利用して作動流体を加熱するボイラと、
前記ボイラで加熱された作動流体を膨張させて仕事を得る膨張機と、
前記膨張機により膨張された作動流体を冷却する凝縮器と、
前記凝縮器により冷却された作動流体を前記ボイラに向かって送るポンプとを備えてランキンサイクルを構成すると共に、
前記ポンプを前記ボイラに連通する第一経路を流通する作動流体及び車両の冷凍サイクルを流通する冷凍冷媒の間で熱交換を行う第一熱交換器と、
前記第一経路を流通する作動流体及び前記膨張機を前記凝縮器に連通する第二経路を流通する作動流体の間で熱交換を行う第二熱交換器であって、前記第一経路における前記第一熱交換器の下流に設けられる第二熱交換器と
をさらに備える廃熱回生システム。
前記第一熱交換器において熱交換を行う冷凍冷媒は、前記冷凍サイクルにおける圧縮機及び冷凍冷媒凝縮器の間を流通する冷凍冷媒である
請求項１に記載の廃熱回生システム。
前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は一体である請求項１または２に記載の廃熱回生システム。
前記一体とされた第一熱交換器及び第二熱交換器は、複合熱交換器を構成し、
前記複合熱交換器は、
前記冷凍サイクルの冷凍冷媒が流通する冷凍冷媒経路と、
前記第一経路における前記ボイラで加熱される前の低温側の作動流体が流通する低温側作動流体経路と、
前記第二経路における前記ボイラで加熱された後の高温側の作動流体が流通する高温側作動流体経路とを有し、
前記冷凍冷媒経路及び前記高温側作動流体経路の間における熱の移動が遮断され、
前記低温側作動流体経路を流通する前記低温側の作動流体は、前記冷凍冷媒経路を流通する前記冷凍冷媒と熱交換を行った後、前記高温側作動流体経路を流通する前記高温側の作動流体と熱交換を行う
請求項３に記載の廃熱回生システム。
前記複合熱交換器は、プレート式熱交換器であり、
前記複合熱交換器では、
前記低温側作動流体経路を形成する低温側プレートと、
前記冷凍冷媒経路及び前記高温側作動流体経路を形成する高温側プレートとが積層される
請求項４に記載の廃熱回生システム。
前記複合熱交換器は、プレート式熱交換器であり、
前記複合熱交換器では、
前記冷凍冷媒経路を形成する冷凍冷媒プレートと、
前記高温側作動流体経路を形成する高温側作動流体プレートと、
前記低温側作動流体経路を形成する低温側作動流体プレートとが積層される
請求項４に記載の廃熱回生システム。