JP2011214484A - 廃熱利用装置及び廃熱利用装置における圧縮機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部として複合流体機械を用いた廃熱利用装置における廃熱回収の効率を向上する。
【解決手段】温度検出器８３によって検出された冷却水温度θが所定温度θｏに達している場合、制御部３２は、インバータ４４に対して起動指令を送る。インバータ４４は、起動指令に基づいてモータ・ジェネレータ４３を電動機として作動させる。インバータ４４に対して起動指令を送った後、制御部３２は、電磁クラッチ８２がＯＮ状態（励磁状態）か否かを判断する。電磁クラッチ８２がＯＦＦ状態（消磁状態）である場合、制御部３２は、所定時間αだけ電磁クラッチ８２をＯＮ（励磁）する。これにより回転軸４７と駆動軸４０とが所定時間αだけ連結し、複合流体機械３４内の内部空間Ｋ１，Ｋ２から液冷媒を排出するための圧縮機５２の作動が所定時間αだけ遂行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランキンサイクル用冷媒を利用して駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成する廃熱利用装置及び廃熱利用装置における圧縮機制御方法に関する。

この種の複合流体機械は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の複合流体機械は、流体を圧縮する圧縮機と、外部駆動源の廃熱エネルギーによって回転駆動力を発生する膨張機と、電動機及び発電機の両機能を備える回転電機とを備えている。膨張機は、圧縮機及び回転電機に連結されている。圧縮機と膨張機との間には切替手段が設けられている。切替手段は、ハウジング内を軸方向全体に亘って延びる駆動軸の端部に固定された吸着板とコイルとからなる電磁クラッチによって形成されている。駆動軸は、ハウジングの軸方向に沿って移動可能であり、吸着板が駆動軸に吸着されることによって駆動軸と圧縮機軸とが接続され、吸着板が圧縮機軸から離間することによって圧縮機軸と駆動軸とが切断される。吸着板が駆動軸に吸着されることによって駆動軸と圧縮機軸とが接続された状態では、圧縮機軸と駆動軸とが一体的に回転し、圧縮機が作動される。

回転電機は、冷凍サイクル回路の一部となるハウジング内部にあり、回転電機のロータ軸（駆動軸）用の軸受は、冷凍サイクル回路を循環する冷凍サイクル用冷媒と共に流動する潤滑油によって潤滑される。

特開２００５−３０７９５１号公報

エンジンの作動が長時間停止して圧縮機の作動が長時間停止していると、冷凍サイクル用冷媒が液状化し、液状化した冷凍サイクル用液冷媒の一部及び潤滑油の一部が複合流体機械内における冷凍サイクル用冷媒存在領域に溜まる。エンジンが作動して回転電機のロータが回転すると、圧縮機が作動されない状態では廃熱が発電のために回収されるのであるが、複合流体機械内に溜まった液状物（液冷媒と潤滑油）がロータに対する回転抵抗となる。そのため、発電のために回収すべき廃熱が回転抵抗によって減らされてしまい、廃熱回収の効率が低下する。

本発明は、ランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部として複合流体機械を用いた廃熱利用装置における廃熱回収の効率を向上することを目的とする。

請求項１及び請求項２の発明は、駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置を対象とし、前記駆動源の始動を把握する駆動源始動把握手段と、前記膨張機の起動を把握する膨張機起動把握手段と、前記圧縮機の駆動を把握する圧縮機駆動把握手段と、前記膨張機起動把握手段によって前記膨張機の起動が把握された場合、且つ圧縮機駆動把握手段によって前記圧縮機の非駆動が把握された場合には、前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記駆動源の始動後に行なう制御手段とを備えている。

好適な例では、前記駆動源を冷却する冷却水を備え、前記膨張機起動把握手段は、前記冷却水の温度に相関する情報を検知する冷却水温度情報検知手段を含む。
請求項３の発明は、駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、液状態で存在可能な冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置における圧縮機制御方法を対象とし、前記膨張機が起動された場合、且つ前記圧縮機が駆動されていない場合には、前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記駆動源の始動後に行なう。

駆動源の起動の後に複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御が行なわれるため、ロータに対する回転抵抗となる液冷媒が複合流体機械内から排出される。つまり、発電のために回収すべき廃熱エネルギーが回転抵抗によって減らされる状況が取り除かれ、廃熱回収の効率が向上する。

本発明は、ランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部として複合流体機械を用いた廃熱利用装置における廃熱回収の効率を向上することができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す複合流体機械の全体側断面図。 車両用廃熱利用装置を示す模式図。 圧縮機制御プログラムを表すフローチャート。 第２の実施形態を示す圧縮機制御プログラムを表すフローチャート。 第３の実施形態を示す車両用廃熱利用装置を示す模式図。 圧縮機制御プログラムを表すフローチャート。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図２に示すように、車両用廃熱利用装置１１は、廃熱源としてのエンジン１２（駆動源）を備えると共に、ランキンサイクル回路１３と冷凍サイクル回路１４とを併せ持つ。冷凍サイクル回路１４では、車両空調用のために冷凍サイクル用冷媒が循環する。冷凍サイクル回路１４内には冷凍サイクル用冷媒と共に流動する潤滑油が入れられている。

ランキンサイクル回路１３では、エンジン１２からの廃熱によって加熱されるランキンサイクル用冷媒が循環する。車両用廃熱利用装置１１を構成する複合流体機械３４は、ランキンサイクル回路１３の一部及び冷凍サイクル回路１４の一部を構成している。ランキンサイクル回路１３と冷凍サイクル回路１４とは、非接続状態に分かれている。つまり、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、ランキンサイクル用冷媒が冷凍サイクル回路１４を流れることはなく、冷凍サイクル用冷媒がランキンサイクル回路１３を流れることはない。

図１に示すように、複合流体機械３４を構成する全体ハウジング３５は、筒状をなすセンターハウジング３６と、センターハウジング３６の前端〔図１において左端〕に連結されたフロントハウジング３７と、センターハウジング３６に一体形成された隔壁３８と、センターハウジング３６の後端〔図１において右端〕に連結されたリヤハウジング３９とから構成されている。

隔壁３８とセンターハウジング３６の支持壁３６１とには駆動軸４０が軸受５０，５１を介して回転可能に支持されており、駆動軸４０にはロータ４１が固定されている。センターハウジング３６の内周面にはステータ４２がロータ４１を取り囲むように固定されている。駆動軸４０、コイル４２１を備えたステータ４２及びロータ４１は、回転電機としてのモータ・ジェネレータ４３を構成する。駆動軸４０は、モータ・ジェネレータ４３のロータ軸である。

モータ・ジェネレータ４３は、ステータ４２のコイル４２１への通電によってロータ４１を回転させる電動機としての機能と、ロータ４１が回転することによってステータ４２のコイル４２１に電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。

モータ・ジェネレータ４３にはバッテリ４５がインバータ４４を介して電気的に接続されている。モータ・ジェネレータ４３で生じた電力は、インバータ４４を介してバッテリ４５に蓄電されるようになっている。インバータ４４には制御部３２が信号接続されている。

センターハウジング３６の前部内には支持ブロック４６が固設されている。支持ブロック４６には回転軸４７が軸受４８，４９によって回転可能に支持されている。回転軸４７は、駆動軸４０と同軸上に配置されている。駆動軸４０の前端部には可動クラッチ部６８が軸方向へスライド可能に取り付けられており、回転軸４７には固定クラッチ部６９が可動クラッチ部６８に対向するように取り付けられている。支持ブロック４６に取り付けられたソレノイド８１への通電により可動クラッチ部６８が固定クラッチ部６９に接合し、駆動軸４０の回転が回転軸４７へ伝達される。可動クラッチ部６８、固定クラッチ部６９及びソレノイド８１は、駆動軸４０と回転軸４７とを接離する切替手段としての電磁クラッチ８２を構成する。

支持ブロック４６とフロントハウジング３７との間にはスクロール式の圧縮機５２が設けられている。回転軸４７の前端には偏心軸５３が設けられている。偏心軸５３は、回転軸４７の回転により回転軸４７の回転軸線の周りを公転する。偏心軸５３には可動スクロール５４がブッシュ５５及び軸受５６を介して回転可能に支持されている。可動スクロール５４は、軸受５６に支持された可動側端板５４１と、可動側端板５４１から突設された渦巻状の可動側渦巻壁５４２とを備えている。

センターハウジング３６の前部内には固定スクロール５７が可動スクロール５４と対向するように固設されている。固定スクロール５７は、固定側端板５７１と、固定側端板５７１から支持ブロック４６に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁５７２とを備えている。可動スクロール５４の可動側渦巻壁５４２と、固定スクロール５７の固定側渦巻壁５７２とは、互いに噛み合わされて容積変更可能な圧縮室５８を区画する。

固定側端板５７１の中央部には吐出口５７３が形成されている。吐出口５７３は、吐出弁５９により開閉される。固定側端板５７１とフロントハウジング３７との間には吐出室６０が区画されている。

フロントハウジング３７には吐出ポート３７１が吐出室６０に連通するように形成されている。固定スクロール５７と可動側渦巻壁５４２との間には吸入室Ｓが区画形成されている。吸入室Ｓは、支持ブロック４６と支持壁３６１との間におけるセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ１に連通している。内部空間Ｋ１は、支持壁３６１と隔壁３８との間におけるセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ２に連通している。内部空間Ｋ２は、センターハウジング３６に形成された導入ポート３６２を介して外部冷媒回路６１〔図２参照〕に連通している。内部空間Ｋ１，Ｋ２は、複合流体機械３４を構成する全体ハウジング３５内の冷凍サイクル用冷媒存在領域のうちの吸入圧領域である。

センターハウジング３６の後部内にはサイドプレート６２が隔壁３８に対向するように固設されている。隔壁３８とサイドプレート６２との間にはポンプ室６４が区画されている。駆動軸４０は、隔壁３８及びサイドプレート６２を貫通している。

ポンプ室６４内には駆動軸４０に止着された駆動ギヤ６５と、駆動ギヤ６５に噛合する従動ギヤ６６とが配設されている。ポンプ室６４、駆動ギヤ６５及び従動ギヤ６６は、ギヤポンプ６７を構成する。

センターハウジング３６の後部内には支持ブロック６３が固設されている。支持ブロック６３には回転軸７０が軸受７１によって回転可能に支持されている。回転軸７０は、駆動軸４０と同軸上で駆動軸４０に連結されている。

支持ブロック６３とリヤハウジング３９との間にはスクロール式の膨張機７２が設けられている。回転軸７０の後端には偏心軸７３が設けられている。偏心軸７３は、回転軸７０の回転により回転軸７０の回転軸線の周りを公転する。偏心軸７３には可動スクロール７４がブッシュ７５及び軸受７６を介して回転可能に支持されている。可動スクロール７４は、軸受７６に支持された可動側端板７４１と、可動側端板７４１から突設された渦巻状の可動側渦巻壁７４２とを備えている。

センターハウジング３６の後部内には固定スクロール７７が可動スクロール７４と対向するように固設されている。固定スクロール７７は、固定側端板７７１と、固定側端板７７１から支持ブロック６３に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁７７２とを備えている。可動スクロール７４の可動側渦巻壁７４２と、固定スクロール７７の固定側渦巻壁７７２とは、互いに噛み合わされて容積変更可能な膨張室７８を区画する。

固定側端板７７１とリヤハウジング３９との間には供給室７９が区画されており、固定側端板５７１の中央部には供給口７７３が供給室７９に連通するように形成されている。リヤハウジング３９には導入ポート３９１が形成されている。サイドプレート６２と支持ブロック６３との間には排出室８０が形成されている。膨張室７８のランキンサイクル用冷媒は、排出室８０へ排出される。センターハウジング３６の後部には排出ポート３６３が排出室８０に連通するように形成されている。

圧縮機５２、電磁クラッチ８２、モータ・ジェネレータ４３、ギヤポンプ６７及び膨張機７２は、この順序で駆動軸４０の軸方向に並設されている。モータ・ジェネレータ４３のステータ４２及びロータ４１は、冷凍サイクル回路１４における吸入圧領域である内部空間Ｋ２内にある。

次に、複合流体機械３４を備えた車両用廃熱利用装置１１における冷凍サイクル回路１４について説明する。
図２に示すように、冷凍サイクル回路１４は、複合流体機械３４における圧縮機５２、外部冷媒回路６１上に設けられた凝縮器１５、膨張弁１６及び蒸発器１７によって構成されている。

圧縮機５２で圧縮された冷凍サイクル用冷媒は、外部冷媒回路６１に流出して凝縮器１５で冷却される。膨張弁１６は、凝縮器１５で冷却された冷凍サイクル用冷媒を減圧膨張し、蒸発器１７は、膨張弁１６によって減圧された冷凍サイクル用冷媒を気化させる。蒸発器１７を経由した冷凍サイクル用冷媒は、逆止弁１８を経由してセンターハウジング３６〔図１参照〕の内部空間Ｋ２に流入する。内部空間Ｋ２に流入した冷凍サイクル用冷媒に含まれる潤滑油は、軸受５０，５１を潤滑する。

次に、複合流体機械３４を備えた車両用廃熱利用装置１１におけるランキンサイクル回路１３について説明する。
ランキンサイクル回路１３は、複合流体機械３４の膨張機７２、凝縮器２９、複合流体機械３４のギヤポンプ６７、第１ボイラ２０、及び第２ボイラ２１によって構成されている。

第１ボイラ２０は、吸熱器２０１と放熱器２０２とを備える。ギヤポンプ６７におけるポンプ室６４〔図１参照〕の吐出側には第１ボイラ２０の吸熱器２０１が第１流路２２を介して接続されている。放熱器２０２は、エンジン１２に接続された冷却水循環経路２３上に設けられている。冷却水循環経路２３上にはラジエータ２４が設けられている。車両のエンジン１２を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路２３を循環して放熱器２０２及びラジエータ２４で放熱する。

第２ボイラ２１は、吸熱器２１１と放熱器２１２とを備える。第１ボイラ２０の吸熱器２０１の吐出側には第２ボイラ２１の吸熱器２１１が接続流路２５を介して接続されている。放熱器２１２は、エンジン１２に接続された排気通路２６上に設けられている。エンジン１２からの排気は、放熱器２１２で放熱した後、マフラ２７から排気される。ギヤポンプ６７から吐出されたランキンサイクル用冷媒は、第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１の吸熱器２０１，２１１と放熱器２０２，２１２との間での熱交換によりエンジン１２からの廃熱によって加熱される。

第２ボイラ２１の吸熱器２１１の吐出側には膨張機７２における導入ポート３９１〔図１参照〕が供給流路２８を介して接続されている。第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１で加熱された高温高圧のランキンサイクル用冷媒は、供給流路２８を介して膨張機７２に導入されるようになっている。膨張機７２側の排出ポート３６３〔図１参照〕には凝縮器２９が排出流路３０を介して接続されている。膨張機７２で膨張した低圧のランキンサイクル用冷媒は、排出流路３０を介して凝縮器２９へ排出されるようになっている。凝縮器２９の下流側にはギヤポンプ６７のポンプ室６４〔図１参照〕が第２流路３１を介して接続されている。

ランキンサイクル回路１３内のランキンサイクル用冷媒は、ギヤポンプ６７のポンプ作用により、ポンプ室６４、第１ボイラ２０、第２ボイラ２１、膨張機７２及び凝縮器２９を通過してランキンサイクル回路１３を循環するようになっている。

次に、車両用廃熱利用装置１１の作用について説明する。
車両用廃熱利用装置１１の作動は、モータ・ジェネレータ４３を電動機として作動させることによって開始される。制御部３２は、インバータ４４に対して起動指令を送り、インバータ４４は、起動指令に基づいてモータ・ジェネレータ４３を電動機として作動させる。制御部３２は、冷却水循環経路２３内の冷却水の温度を検出する温度検出器８３から温度検出情報を得ており、検出温度が所定温度以上になると、制御部３２は、インバータ４４に対して起動を指令する。モータ・ジェネレータ４３が電動機として作動されると、駆動軸４０が回転開始し、ギヤポンプ６７の駆動ギヤ６５及び膨張機７２の回転軸７０が駆動軸４０と一体的に回転開始する。ギヤポンプ６７の駆動ギヤ６５の回転は、従動ギヤ６６に伝達され、駆動ギヤ６５及び従動ギヤ６６が噛合しながら互いに逆方向に回転する。これにより第２流路３１の冷媒がギヤポンプ６７を通過して第１流路２２へ送られる。

第１流路２２へ送られた冷媒は、第１ボイラ２０の吸熱器２０１、接続流路２５、及び第２ボイラ２１の吸熱器２１１を通過して供給流路２８へ送られる。第１ボイラ２０の吸熱器２０１及び第２ボイラ２１の吸熱器２１１を通過する冷媒は、エンジン１２からの廃熱によって加熱される。

加熱後の高圧のランキンサイクル用冷媒は、導入ポート３９１から膨張機７２の供給室７９を経て膨張室７８に導入されて膨張する。このランキンサイクル用冷媒の膨張により膨張機７２が機械的エネルギー（回転付与力）を出力し、この回転付与力によって回転軸７０及び駆動軸４０が回転する。膨張機７２は、ランキンサイクル用冷媒を利用してモータ・ジェネレータ４３の駆動軸４０に回転力を付与する膨張機である。

膨張して圧力が低下したランキンサイクル用冷媒は、排出流路３０へ排出される。排出流路３０へ排出されたランキンサイクル用冷媒は、凝縮器２９を通過する。駆動軸４０の回転によるギヤポンプ６７の駆動に伴い、凝縮器２９から排出されたランキンサイクル用冷媒は、第２流路３１を介してポンプ室６４に導入され、ポンプ室６４から第１流路２２へ吐出される。第１流路２２へ吐出されたランキンサイクル用冷媒は、第１ボイラ２０及び第２ボイラ２１へ還流する。

制御部３２は、起動指令後にはモータ・ジェネレータ４３を発電機として機能するように制御し、モータ・ジェネレータ４３は、発電機として機能する。発電機として機能するモータ・ジェネレータ４３によって得られた電力は、インバータ４４を介してバッテリ４５に充電される。制御部３２は、冷却水の温度に応じた最大発電電力が得られるように、インバータ４４を制御する。つまり、制御部３２は、最大発電電力が得られるようにモータ・ジェネレータ４３の回転数をインバータ４４に指令してモータ・ジェネレータ４３の回転を制御する。

エアコンスイッチ３３をＯＮにすると、制御部３２は、ソレノイド８１への通電を行なう。これにより、駆動軸４０の回転が回転軸４７に伝達され、回転軸４７が駆動軸４０と一体的に回転する。

回転軸４７の回転に伴い、可動スクロール５４が固定スクロール５７に対して旋回し、外部冷媒回路６１から冷凍サイクル用冷媒が導入ポート３６２を介してセンターハウジング３６内の内部空間Ｋ２へ流入する。内部空間Ｋ２へ流入した冷凍サイクル用冷媒は、軸受５０，５１を潤滑しながら内部空間Ｋ１を経由して吸入室Ｓ内に吸入される。可動スクロール５４の旋回に伴い、吸入室Ｓ内の冷凍サイクル用冷媒が圧縮室５８へ導入されて圧縮される。圧縮室５８で圧縮された冷凍サイクル用冷媒は、吐出弁５９を押し退けて吐出口５７３から吐出室６０に吐出される。吐出室６０内の冷凍サイクル用冷媒は、凝縮器１５へ送られ、凝縮器１５で凝縮された後に膨張弁１６で減圧される。膨張弁１６を通過した冷凍サイクル用冷媒は、蒸発器１７で気化され、逆止弁１８を経由してセンターハウジング３６の内部空間Ｋ２へ流入する。

エアコンスイッチ３３のＯＮ後、制御部３２は、バッテリ４５からインバータ４４を介してモータ・ジェネレータ４３のコイル４２１に給電し、モータ・ジェネレータ４３を電動機として機能させる。ロータ４１は、コイル４２１への給電により回転力を付与され、駆動軸４０は、アシスト回転力を得る。

圧縮機５２が駆動開始されるときには、駆動軸４０に対する回転抵抗が増大する。そのため、圧縮機５２が駆動開始されるときには、制御部３２は、回転軸４７の回転数を要求される回転数にするために、モータ・ジェネレータ４３を電動機として機能させる。つまり、ギヤポンプ６７と圧縮機５２とを駆動させるために必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ４３からの出力によって担われる。

回転軸４７の回転数は、回転数検出手段８４によって検出されており、回転数検出手段８４によって得られた回転数情報は、制御部３２へ送られる。圧縮機５２が作動開始された後、制御部３２は、回転軸４７が指定の回転数で回転するように制御する。

エアコンスイッチ３３がＯＦＦにされると、制御部３２は、ソレノイド８１への通電を停止する。これにより、可動クラッチ部６８が固定クラッチ部６９から離れ、駆動軸４０から回転軸４７への回転伝達が遮断される。

図３は、圧縮機制御プログラムを表すフローチャートである。以下、図３のフローチャートに従って圧縮機制御を説明する。
エンジン１２が始動されると、制御部３２は、温度検出器８３によって検出された冷却水温度θを把握する（ステップＳ１）。制御部３２は、検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達したか否かを判断する（ステップＳ２）。検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達していない場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御部３２は、ステップＳ１へ移行する。検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達している場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御部３２は、インバータ４４に対して起動指令を送る（ステップＳ３）。インバータ４４は、起動指令に基づいてモータ・ジェネレータ４３を電動機として作動させる。

インバータ４４に対して起動指令を送った後、制御部３２は、電磁クラッチ８２がＯＮ状態（励磁状態）か否かを判断する（ステップＳ４）。電磁クラッチ８２がＯＦＦ状態（消磁状態）である場合（ステップＳ４においてＮＯ）、制御部３２は、予め設定された所定時間αだけ電磁クラッチ８２をＯＮ（励磁）する（ステップＳ５）。これにより回転軸４７と駆動軸４０とが所定時間αだけ連結し、回転軸４７と駆動軸４０とが所定時間αだけ一体的に回転する。つまり、圧縮機５２が所定時間αにわたって作動される。

エンジン１２の作動が長時間停止して圧縮機５２の作動が長時間停止していると、冷凍サイクル用冷媒が液状化し、液状化した冷凍サイクル用冷媒の一部及び潤滑油の一部が複合流体機械３４内における内部空間Ｋ１，Ｋ２（液冷媒存在可能領域）に溜まる。図１に示す符号Ｌは、液冷媒と潤滑油との混合物である液状物を示し、符号Ｌ１は、液状物Ｌの液面を示す。所定時間αは、内部空間Ｋ１，Ｋ２に溜まっている液状物Ｌが内部空間Ｋ１，Ｋ２から複合流体機械３４内（全体ハウジング３５内）から複合流体機械３４外（全体ハウジング３５外）へ全て流出するのに十分な時間（例えば３〜５秒）に設定されている。これにより、内部空間Ｋ１，Ｋ２に溜まっている液状物Ｌが膨張機７２の起動直後に複合流体機械３４内（全体ハウジング３５内）から複合流体機械３４外（全体ハウジング３５外）へ全て流出する。

ステップＳ５における制御は、膨張機７２の起動直後に、内部空間Ｋ１，Ｋ２に溜まっている液状物Ｌを複合流体機械３４内（全体ハウジング３５内）から複合流体機械３４外（全体ハウジング３５外）へ全て排出する液冷媒排出制御である。冷凍サイクル回路１４を循環する冷凍サイクル用冷媒は、モータ・ジェネレータ４３のロータ４１が存在する内部空間Ｋ１，Ｋ２を通る。ロータ４１が存在する内部空間Ｋ１，Ｋ２は、複合流体機械３４の内部領域にあって冷凍サイクル回路１４の一部となる液冷媒存在可能領域である。

制御部３２は、駆動源の始動を把握する駆動源始動把握手段である。温度検出器８３及び制御部３２は、膨張機７２が起動しているか否かを把握する膨張機起動把握手段を構成する。制御部３２は、切替手段（電磁クラッチ８２）の切替状態を接続状態にして冷凍サイクル用冷媒を循環させる液冷媒排出制御を行なう制御手段である。又、制御部３２は、圧縮機５２が駆動しているか否かを把握する圧縮機駆動把握手段である。この実施形態では、液冷媒排出制御は、エンジン１２の始動後であり、膨張機７２の起動直後に行なわれている。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）膨張機７２が起動されても圧縮機５２が駆動していない状態の場合、内部空間Ｋ１，Ｋ２から液状物Ｌを排出する液冷媒排出制御が行なわれる。そのため、複合流体機械３４の内部領域（全体ハウジング３５内）にあって冷凍サイクル回路１４の一部となる液冷媒存在可能領域内（内部空間Ｋ２内）のロータ４１に対する回転抵抗となる液冷媒が複合流体機械３４内から複合流体機械３４外へ排出される。つまり、発電のために回収すべき廃熱エネルギーが回転抵抗によって減らされる状況が取り除かれ、廃熱回収の効率が向上する。

（２）ステータ４２のコイル４２１が液状物Ｌに浸かっていると、コイル４２１の絶縁抵抗が低下し、モータ・ジェネレータ４３が発電機として機能しているときには、漏電が生じるおそれがある。漏電の発生は、回生電力を減らす。膨張機７２の起動直後に内部空間Ｋ１，Ｋ２から液状物Ｌを排出する液冷媒排出制御が行なわれるため、モータ・ジェネレータ４３が発電機として機能しているときの漏電発生が抑制される。その結果、回生電力の低減が抑制され、廃熱回収の効率が向上する。

次に、図４の第２の実施形態を説明する。装置構成は第１の実施形態と同じである。又、図４のフローチャートにおいては、第１の実施形態におけるフローチャートと同じステップには同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

ステップＳ４においてＮＯの場合（電磁クラッチ８２がＯＦＦ状態であり、圧縮機５２が停止状態である場合）、制御部３２は、起動指令の時点から予め設定された所定時間Ｔが経過しているか否かを判断する（ステップＳ６）。所定時間Ｔが経過している場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、制御部３２は、ステップＳ５へ移行する。所定時間Ｔは、例えば１分である。

膨張機７２の起動時点から所定時間Ｔの経過後に、内部空間Ｋ１，Ｋ２に溜まっている液状物Ｌを複合流体機械３４内（全体ハウジング３５内）から複合流体機械３４外（全体ハウジング３５外）へ全て排出する液冷媒排出制御が行なわれる。そのため、発電のために回収すべき廃熱エネルギーが回転抵抗によって減らされる状況が取り除かれ、廃熱回収の効率が向上する。

次に、図５及び図６の第３の実施形態を説明する。図５に示す装置構成は、第１の実施形態に、ギヤポンプ６７をバイパスするバイパス通路８５と電磁三方弁８６とが追加されている。電磁三方弁８６は、消磁状態では、上流の排出流路３０とバイパス通路８５とを連通すると共に、上流の排出流路３０と下流の排出流路３０との連通を遮断するバイパス開状態にある。又、電磁三方弁８６は、励磁状態では、上流の排出流路３０とバイパス通路８５との連通を遮断すると共に、上流の排出流路３０と下流の排出流路３０とを連通するバイパス閉状態にある。図６のフローチャートにおいては、第１の実施形態におけるフローチャートと同じステップには同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

電磁三方弁８６は、バイパス開状態にあり、エンジン１２が始動されると、ランキンサイクル回路１３内の差圧によりランキンサイクル用冷媒が循環し、膨張機７２を回転させる（ステップＳ３）。膨張機７２の回転により、ランキンサイクル用冷媒が電磁三方弁８６の上流の排出流路３０からバイパス通路８５を経由して第１流路２２へとギヤポンプ６７を迂回して流れる。

制御部３２は、温度検出器８３によって検出された冷却水温度θを把握する（ステップＳ１）。制御部３２は、検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達したか否かを判断する（ステップＳ２）。検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達していない場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御部３２は、ステップＳ１へ移行する。検出された冷却水温度θが予め設定された所定温度θｏに達している場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御部３２は、電磁三方弁８６を励磁する（ステップＳ７）。これにより、ランキンサイクル用冷媒が電磁三方弁８６の上流の排出流路３０から下流の排出流路３０及びギヤポンプ６７を経由して第１流路２２へと流れる。

ステップＳ７の処理後、制御部３２は、電磁クラッチ８２がＯＮ状態（励磁状態）か否かを判断する（ステップＳ４）。電磁クラッチ８２がＯＦＦ状態（消磁状態）である場合（ステップＳ４においてＮＯ）、制御部３２は、予め設定された所定時間αだけ電磁クラッチ８２をＯＮ（励磁）する（ステップＳ５）。これにより回転軸４７と駆動軸４０とが所定時間αだけ連結し、回転軸４７と駆動軸４０とが所定時間αだけ一体的に回転する。つまり、圧縮機５２が所定時間αにわたって駆動される。

第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○膨張機７２の起動と同時に電磁クラッチ８２をＯＮにして（切替手段の切替状態を接続状態にして）液冷媒排出制御を行なうようにしてもよい。この場合にも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

○第１〜第３の実施形態において、冷却水の温度を検知することで膨張機７２の起動を把握したが、冷却水温度に相関する情報によって膨張機７２の起動を把握してもよい。例えば、冷却水温度に相関する情報の検知手段（冷却水温度情報検知手段）として、膨張機７２の入口側に温度検知器を設けたり、モータ・ジェネレータ４３の駆動軸４０や膨張機７２の回転軸７０に回転数検出器を設けてもよい。

○車両用以外の廃熱利用装置に本発明を適用してもよい。
○回転電機は、発電機としてのみ機能するものであってもよい。
○膨張機として、ベーン式の膨張機を用いてもよい。

○第３の実施形態において、エンジン１２の始動時に制御部３２に膨張機７２を回転させる制御を行なってもよい。
○膨張機として、スクロール式やベーン式以外の他の形式の膨張機を用いてもよい。例えば、駆動軸４０に軸流ファンを取り付け、駆動軸４０の軸方向に冷媒を流して軸流ファン及び駆動軸４０を一体的に回転させるようにしてもよい。

○圧縮機として、スクロール式以外の他の形式の圧縮機（例えば斜板式、ベーン式、スクリュー式等）を用いてもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。

（イ）駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置において、
前記駆動源の始動を把握する駆動源始動把握手段と、
前記膨張機の起動を把握する膨張機起動把握手段と、
前記圧縮機の駆動を把握する圧縮機駆動把握手段と、
前記冷却水温度情報検知手段によって前記冷却水の温度が所定値に達したことが把握された場合、且つ圧縮機駆動把握手段によって前記圧縮機の非駆動が把握された場合には、前記起動と同時に前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記駆動源の始動後に行なう制御手段とを備えた廃熱利用装置。

（ロ）駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置における圧縮機制御方法において、
前記膨張機が起動された場合、且つ前記圧縮機が駆動されていない場合には、前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記膨張機の起動と同時に行なう廃熱利用装置における圧縮機制御方法。

（ハ）前記回転電機のコイルは、前記液冷媒存在可能領域内にある請求項１及び前記（イ）項のいずれか１項に記載の廃熱利用装置。
（ニ）前記液冷媒存在可能領域は、前記複合流体機械の全体ハウジング内にある請求項１及び前記（イ），（ハ）項のいずれか１項に記載の廃熱利用装置。

１１…車両用廃熱利用装置。１３…ランキンサイクル回路。１４…冷凍サイクル回路。３２…圧縮機駆動把握手段を構成し、駆動源起動把握手段及び制御手段としての制御部。３４…複合流体機械。４０…駆動軸。４３…回転電機としてのモータ・ジェネレータ。４７…回転軸。５０，５１…軸受。５２…圧縮機。７２…膨張機。８２…切替手段としての電磁クラッチ。８３…温度検出器。８４…回転数検出手段。Ｋ２…液冷媒存在可能領域である内部空間。α，Ｔ…所定時間。

Claims (3)

1. 駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置において、
   前記駆動源の始動を把握する駆動源始動把握手段と、
   前記膨張機の起動を把握する膨張機起動把握手段と、
   前記圧縮機の駆動を把握する圧縮機駆動把握手段と、
   前記膨張機起動把握手段によって前記膨張機の起動が把握された場合、且つ圧縮機駆動把握手段によって前記圧縮機の非駆動が把握された場合には、前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記駆動源の始動後に行なう制御手段とを備えた廃熱利用装置。
2. 前記駆動源を冷却する冷却水を備え、前記膨張機起動把握手段は、前記冷却水の温度に相関する情報を検知する冷却水温度情報検知手段を含む請求項１に記載の廃熱利用装置。
3. 駆動源と、少なくとも発電機として機能する回転電機と、ランキンサイクル用冷媒を利用して前記回転電機の駆動軸に回転力を付与する膨張機と、冷凍サイクル用冷媒を吸入して吐出する圧縮機と、前記駆動軸と前記圧縮機の回転軸とを接続する接続状態、又は前記駆動軸と前記回転軸とを切断する切断状態に切り替える切替手段とを備えた複合流体機械がランキンサイクル回路と冷凍サイクル回路との各一部を構成し、ランキンサイクル用冷媒の存在領域と冷凍サイクル用冷媒の存在領域とは分かれており、前記回転電機のロータは、前記複合流体機械内の冷凍サイクル用冷媒の存在領域にある、前記駆動源の廃熱を利用する廃熱利用装置における圧縮機制御方法において、
   前記膨張機が起動された場合、且つ前記圧縮機が駆動されていない場合には、前記切替手段の切替状態を接続状態にして前記複合流体機械内から液冷媒を排出する液冷媒排出制御を前記駆動源の始動後に行なう廃熱利用装置における圧縮機制御方法。

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