JP2012202665A

JP2012202665A - 熱駆動型ヒートポンプサイクル装置およびこれに使用される冷媒循環ポンプ

Info

Publication number: JP2012202665A
Application number: JP2011069982A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirano; 明良平野; Tomoaki Iwata; 知晃岩田; Shinji Katsuragawa; 真治桂川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】消費電力を抑えるのに有利な熱駆動型ヒートポンプサイクル装置および熱駆動型冷媒循環ポンプを提供する。
【解決手段】本装置は、ランキンサイクル用蒸発器５を備えるランキンサイクル装置１と、膨張要素６０およびヒートポンプ用蒸発器７を備える蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを一体的に備える。冷媒循環ポンプ４は熱駆動型であり、圧力容器４０と入熱要素４３とをもつ。冷媒循環ポンプ４は、圧力容器４０内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張要素６０と第２吸入ポート２７との間の部位または膨張要素６０の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、ガス状冷媒供給操作に伴い低圧化された圧力容器４０に凝縮器３側の液状の冷媒を吸入させる冷媒吸入操作と、圧力容器４０内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は外部熱の入熱により駆動される熱駆動型ヒートポンプサイクル装置およびこれに使用される冷媒循環ポンプに関する。

特許文献１は、廃熱等の熱入力でヒートポンプを駆動させる熱駆動型ヒートポンプシステムを開示する。本システムは、ランキンサイクルで熱入力を膨張仕事に変換し、膨張機のピストンを駆動し、この駆動力により膨張機と一体の圧縮ピストンで圧縮仕事を発生させる。この圧縮仕事で冷媒ガスの圧縮を行い、凝縮器から放熱し、膨張弁での膨張により冷熱を発生させる。本システムは、電動モータで駆動されるポンプ、入熱用熱交換器、切替バルブ、コンプレッサー、凝縮器、空調用の蒸発器等で構成されている。

特許文献２は、膨張タンク、吸入用の逆止弁a1、吐出側の圧力調整弁a2および膨張タンクと凝縮器の均圧弁sから構成された熱ポンプを、ランキンサイクルの冷媒循環ポンプとして、凝縮器と集熱器との間に配置している。均圧弁ｓの開放により、膨張タンクおよび凝縮器を均圧させ、さらに膨張タンクの配管に冷水を流すことで、膨張タンク内を減圧させ、逆止弁ａ１より液を流入させる。このものでは、膨張タンクの配管Ｈに温水を流すことにより、液が蒸発しタンク内圧が上がる。タンク内圧が圧力調整弁ａ２の設定値を超えるとａ２が開となり、液が集熱器に吐出される。

US6418745 HEAT POWERED HEAT PUMP SYSTEM AND METHOD OF MAKING SAME 特願2006-535145号

上記した特許文献１によれば、本文献で報告されている電動モータ駆動の冷媒循環ポンプは、一般的に損失が大きく、消費電力が大きい。たとえば一般的に使用されるギアポンプでは、数100cc/minの小流量領域では、理論ポンプ動力の約10〜20倍程度の電力を必要とする。そのため、ランキンサイクルの膨張仕事に対するポンプ動力の割合が大きくなり、総合効率が低下する。

特許文献２によれば、熱ポンプを駆動させるために温熱源および冷熱源が必要であり、温熱源は入熱を利用できるが、冷熱源は、これを作り出すエネルギーが必要となるため、全体効率を落とす要因となり、上記同様、サイクルの有効性が薄れることとなる。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑えるのに有利な熱駆動型ヒートポンプサイクル装置およびこれに使用される熱駆動型冷媒循環ポンプを提供することを課題とする。

（１）様相１の本発明に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置は、（ｉ）ランキンサイクル用の第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつと共に蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートをもつと共に冷媒の膨張および圧縮を行う膨張圧縮機と、膨張圧縮機に接続され膨張圧縮機の第１吐出ポートおよび第２吐出ポートから帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器の出口側に接続され凝縮器で凝縮された液状の冷媒を加圧させる冷媒循環ポンプと、冷媒循環ポンプに接続され冷媒循環ポンプで加圧された液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせると共に膨張圧縮機の第１吸入ポートに供給させるランキンサイクル用蒸発器とを備えるランキンサイクル装置と、
（ｉｉ）凝縮器の出口側に接続され凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、膨張要素に接続され膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機の第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備えると共に、ランキンサイクル装置に組み合わされた蒸気圧縮式ヒートポンプ装置とを具備しており、
（ｉｉｉ）冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式であり、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもち、
圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち膨張要素と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、ガス状冷媒供給操作に伴い低圧化された圧力容器に凝縮器側の液状の冷媒を吸入させる冷媒吸入操作と、入熱要素からの入熱に基づいて圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する。

冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式である。冷媒循環ポンプは、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもつ。そして、冷媒循環ポンプは、圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち膨張要素と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、ガス状冷媒供給操作に伴い圧力容器に凝縮器側の液状の冷媒を吸入させる冷媒吸入操作と、入熱要素からの入熱に基づいて圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する。

このように冷媒循環ポンプは熱駆動型であり、入熱要素からの入熱に基づいてポンプ作用を果たすことができ、電力の消費を抑えることができる。入熱要素からの入熱は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等からの入熱が例示される。冷媒としては、液相およびガス相に相変化できるものであれば、何でも良い。なお、膨張要素は凝縮器の出口側に接続されており、凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させるものであり、膨張弁、エジェクタが挙げられる。

（２）様相２の本発明に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置によれば、上記様相において、冷媒循環ポンプは、入熱要素からの入熱により加圧された圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給通路と、圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち膨張要素と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給通路と、圧力容器の低圧化に基づいて凝縮器側の液状の冷媒を圧力容器に吸入させる冷媒吸入通路とを具備する。

本様相によれば、入熱要素からの入熱に基づいて、冷媒循環ポンプは、圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作と、圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうちヒートポンプ用蒸発器の出口と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、凝縮器側の冷媒を圧力容器に吸入させる冷媒吸入操作とを実行する。このように冷媒循環ポンプは、入熱要素からの入熱に基づいてポンプ作用を果たすことができ、電力の消費を抑えることができる。

（３）様相３の本発明に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置によれば、上記様相において、（ｉ）ガス状冷媒供給通路は、開放に伴い前記圧力容器内のガス状の冷媒を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち前記膨張要素と前記第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させる第１弁を有し、（ｉｉ）冷媒吸入通路は、圧力容器の低圧化に基づいて開放して前記凝縮器側の液状の冷媒を前記圧力容器に吸入させる第２弁を有し、（ｉｉｉ）ガス状冷媒供給通路は、開放に伴い圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる第３弁を有する。このように冷媒循環ポンプは、入熱要素からの入熱に基づいてポンプ作用を果たすことができ、電力の消費を押さえることができる。

（４）様相４の本発明に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置によれば、上記様相において、冷媒循環ポンプは複数個設けられており、交代して運転される。冷媒循環ポンプによる脈動を抑えるのに有利である。

（５）様相５の本発明に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置用の熱駆動型冷媒循環ポンプは、ランキンサイクル用蒸発器をもつランキンサイクル装置とヒートポンプ用蒸発器をもつ蒸気圧縮式ヒートポンプ装置とを組み合わせた上記した様相に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置に用いられる冷媒循環ポンプであって、
冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式であり、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもち、圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち膨張要素と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、凝縮器側の液状の冷媒を圧力容器に吸入させる冷媒吸入操作と、入熱要素からの入熱に基づいて圧力容器内の液状の冷媒を前記ランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する。

冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式である。冷媒循環ポンプは、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもつ。そして、冷媒循環ポンプは、圧力容器内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち膨張要素と第２吸入ポートとの間の部位または膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、凝縮器側の液状の冷媒を圧力容器に吸入させる冷媒吸入操作と、入熱要素からの入熱に基づいて圧力容器内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する。

このように冷媒循環ポンプは熱駆動型であり、入熱要素からの入熱に基づいてポンプ作用を果たすことができ、電力の消費を抑えることができる。なお、膨張要素は凝縮器の出口側に接続されており、凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させるものであり、膨張弁、エジェクタが挙げられる。

本発明によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利な熱駆動型ヒートポンプサイクル装置を提供できる。更に冷媒循環ポンプを駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。

参考形態に係り、熱駆動型ヒートポンプサイクル装置の回路図である。実施形態１に係り、熱駆動型ヒートポンプサイクル装置の回路図である。実施形態１に係り、熱駆動型の冷媒循環ポンプの作動を説明する図である。実施形態２に係り、冷媒循環ポンプを示す図である。実施形態３に係り、冷媒循環ポンプを示す図である。実施形態４に係り、冷媒循環ポンプを示す図である。実施形態５に係り、熱駆動型ヒートポンプサイクル装置の回路図である。実施形態６に係り、熱駆動型ヒートポンプサイクル装置の回路図である。実施形態７に係り、熱駆動型ヒートポンプサイクル装置の回路図である。

（参考形態１）
図１は参考形態１の熱駆動型ヒートポンプサイクル装置を示す（本出願時に未公知）。本装置は、ランキンサイクル装置１と蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを一体的に組合せて形成されている。図１は、ランキンサイクル装置１と蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを組合せた回路図を示す。ランキンサイクル装置１は、ランキンサイクル用蒸発器５に外部から熱（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）を投入し、高圧冷媒を液相からガス相に相変化させるものである。ランキンサイクル装置１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもち膨張仕事を行う膨張機２１をもつ膨張圧縮機２と、膨張圧縮機２の膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続され凝縮器３で凝縮されて液化が進行した冷媒を加圧させる冷媒循環ポンプ４Ｘと、冷媒循環ポンプ４Ｘの出口４ｐ側に接続され冷媒循環ポンプ４Ｘで加圧された液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせると共にガス状の冷媒を第１吸入用開閉弁９１ｉを介して膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるランキンサイクル用蒸発器５とを備える。

冷媒循環ポンプ４Ｘは、電動モータで駆動されるタイプである。ランキンサイクル用蒸発器５は、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７および第２吐出ポート２８をもち圧縮仕事を行う圧縮機２３を備えており、外部から熱（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。ここで、膨張圧縮機２は、冷媒を膨張させるためのランキンサイクル用の膨張機２１に設けられた第１室２１ａと、冷媒を圧縮させるための蒸気圧縮サイクル用の圧縮機２３に設けられた第２室２３ａと、往復移動式の可動部として機能するピストン２４とをもつ。膨張圧縮機２は、往復動式であるが、回転式の膨張圧縮機でも可能である。

図１に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６はランキンサイクル装置１に組み合わされており、凝縮器３の出口３ｐ側に接続され凝縮器３で凝縮されて液化が進行した冷媒を膨張させる膨張要素として機能する膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐ側に接続され膨張弁６０で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の圧縮機２３の第２吸入ポート２７に第２吸入用逆止弁４７を介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。凝縮器３の出口３ｐよりも下流には液溜めタンク３５が設けられている。液溜めタンク３５は冷媒の気液を分離させる機能をもつ。図１に示すように、液溜めタンク３５は、液状の冷媒を冷媒循環ポンプ４に供給すると共に膨張弁６０に独立して供給できる。凝縮器３は双方のサイクルに共用されるように、膨張圧縮機２の膨張機２１および圧縮機２３の双方に接続されており、膨張機２１の第１吐出ポート２６および圧縮機２３の第２吐出ポート２８から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる。

図１に示す装置によれば、ランキンサイクル用蒸発器５により蒸発させてガス化した高圧の冷媒を、通路１００ａおよび第１吸入用開閉弁９１ｉを経由して膨張機２１の第１吸入ポート２５に吸入させる。このガスが膨張機２１の第１室２１ａにおいて膨張し、ピストン２４に対し膨張仕事を行い、ピストン２４を第２室２３ａの容積を小さくする方向に移動させる。その後、ガス状の冷媒は第１吐出用開閉弁９１ｐを通して膨張機２１の第１室２１ａから中圧状態で通路１００ｂに吐出され、入口３ｉから凝縮器３に供給される。凝縮器３は外部に放熱するため、ガス状の冷媒は凝縮器３において液状に相変化し、冷媒の液化が進行される。さらに、凝縮器３において液化が進行した冷媒は、凝縮器３の出口３ｐから吐出され、通路１００ｃを経て液溜めタンク３５の底側に溜まり、更に、冷媒循環ポンプ４Ｘのポンプ作用により通路１００ｄを経て冷媒循環ポンプ４Ｘに吸い込まれる。電動式の冷媒循環ポンプ４Ｘは液状の冷媒を高圧状態に加圧する。冷媒循環ポンプ４Ｘは、加圧された液状の冷媒を通路１００ｅを経て入口５ｉからランキンサイクル用蒸発器５に供給させて蒸発させる。前述したように、ランキンサイクル用蒸発器５は、外部から熱（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。したがって、ランキンサイクル装置１は、膨張圧縮機２のピストンに膨張仕事を与えていると言える。

また、図１に示す装置によれば、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６では、圧縮機２３はピストン２４の仕事を受け、第２室２３ａにおいて圧縮仕事を行う。そして、第２室２３ａにおいて中圧に圧縮されたガス状の冷媒は、第２吐出用逆止弁９２ｐおよび通路１００ｈを通り、入口３ｉから凝縮器３に入る。凝縮器３は放熱するため、冷媒はガスから液状に相変化し、冷媒の液化は進行される。さらに、液化が進行された冷媒が液溜めタンク３５に溜まり、膨張弁６０に入る。膨張弁６０では中圧のガス状の冷媒が等エンタルピー膨張し、低圧の気液２相状態となり、温度も低下する。その低温の気液２相状態の冷媒が通路１００ｋを経て入口７ｉからヒートポンプ用蒸発器７に入り、外部から吸熱してガスに相変化する。そのガス化された冷媒は、低圧通路である通路１００ｍおよび第２吸入用逆止弁４７を経由して第２吸入ポート２７から圧縮機２３の第２室２３ａに吸い込まれる。したがって、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、膨張機２１の仕事を圧縮仕事に変え、外部から低温での吸熱と外部へ高温での放熱とのヒートポンプ動作を行っている。なお、冷媒循環ポンプ４Ｘはモータ駆動式であるため、消費電力が多い不具合をもつ。

（実施形態１）
図２および図３は実施形態１を示す。本実施形態は、上記した参考形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。但し、冷媒循環ポンプ４は電動式ではなく、熱駆動式とされている。図２は、ランキンサイクル装置１と蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを組合せたサイクルの回路図を示す。図３は熱駆動式の冷媒循環ポンプ４の作動を示す。更に説明を加える。熱駆動型のヒートポンプサイクル装置は、ランキンサイクル装置１と、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを一体的に組み込んだものである。図２に示すように、ランキンサイクル装置１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもつ第１可動機としての膨張機２１をもつ膨張圧縮機２と、膨張圧縮機２の膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続され凝縮器３で凝縮（液化）が進行した冷媒を加圧させる冷媒循環ポンプ４と、冷媒循環ポンプ４の出口側に接続され冷媒循環ポンプ４で加圧された液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせると共に膨張圧縮機２の膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるランキンサイクル用蒸発器５とを備える。

前述同様に、ランキンサイクル用蒸発器５は、外部から熱（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。凝縮器３は入口３ｉおよび出口３ｐをもつ。図２に示すように、凝縮器３の出口３ｐよりも下流には液溜めタンク３５が設けられている。液溜めタンク３５は冷媒の気液分離機能をもつ。液溜めタンク３５は入口３５ｉおよび複数の出口３５ｐをもつ。図２に示すように、液溜めタンク３５は、液溜めタンク３５に溜めた液状の冷媒を通路１００ｄを介して液吸入口１０７から冷媒循環ポンプ４に供給すると共に、液状の冷媒を通路１００ｋを介して膨張弁６０に供給する。

図２に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７および第２吐出ポート２８をもつ第２可動機としての圧縮機２３と、凝縮器３に液溜めタンク３５および通路１００ｋを介して接続され凝縮器３で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐに接続され膨張弁６０（膨張要素）で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の第２吸入ポート２７に通路１００ｍ（低圧通路）を介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において、膨張弁６０の出口６０ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間は、冷媒の圧力が相対的に低い低圧通路とされている。ヒートポンプ用蒸発器７は入口７ｉおよび出口７ｐをもつ。上記したように膨張圧縮機２は、冷媒を膨張させるための第１室２１ａをもつ膨張機２１と、冷媒を圧縮させるための第２室２３ａをもつ圧縮機２３と、往復移動式の可動部として機能するピストン２４とをもつ。膨張圧縮機２は、往復動式であるが、回転式の膨張圧縮機でも可能である。

本実施形態によれば、冷媒循環ポンプ４は外部熱の入熱で駆動される熱駆動により冷媒を循環させる熱駆動式ポンプである。図２および図３に示すように、冷媒循環ポンプ４は、ガス状の冷媒を溜めるガス層４２を形成するように液状の冷媒を収容する液室４１をもつ圧力容器４０と、圧力容器４０に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素４３とをもつ。圧力容器４０は、液状の冷媒を溜める液室４１と、液室４１の上方に位置すると共にガス状の冷媒を溜めるガス層４２とを有する。入熱要素４３は、エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の熱を圧力容器４０内の冷媒に供給させて圧力容器４０の冷媒を加熱させ、冷媒循環ポンプ４にポンプ作用を発揮させる要素である。入熱要素４３は、圧力容器４０の液室４１とガス層４２とを連通させる循環通路４４と、循環通路４４に設けられた受熱フィン４５とを有しており、エンジン等の機器の廃熱、太陽熱等の外部熱を受熱して循環通路４４の冷媒を加熱させる。後述するように、冷媒循環ポンプ４は、入熱要素４３からの入熱に基づいて、圧力容器４０内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に供給させる液状冷媒供給操作と、圧力容器４０内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち圧力容器４０のガス層４２よりも低圧の低圧部位１００ｗに供給させるガス状冷媒供給操作と、凝縮器３側の液状の冷媒を液吸入口１０７から圧力容器４０に吸入させる冷媒吸入操作とを実行する。なお低圧部位１００ｗは、圧縮機２３の作動に拘わらず、吸入用逆止弁４７の逆止作用により低圧に維持される。

具体的には、図２に示すように、冷媒循環ポンプ４は、入熱要素４３からの入熱により加圧されたガス層４２の圧力に基づいて圧力容器４０内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に入口５ｉから供給させる液状冷媒供給通路として機能する第１供給通路１０１と、圧力容器４０内のガス層４２のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐから圧縮機２３の第２吸入ポート２７までの低圧部位（具体的には、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側、圧力容器４０のガス層４２よりも低圧の低圧部位１００ｗ）に供給させるガス状冷媒供給通路として機能する第２供給通路１０２と、圧力容器４０内の低圧化に基づいて凝縮器３側の液状の冷媒を液吸入口１０７から圧力容器４０に吸入させる冷媒吸入通路として機能する吸入通路１０３とを有する。

図２に示すように、第２供給通路１０２の一端部１０２ｅは、圧力容器４０のガス層４２に対面するガス放出口４９に連通する。第２供給通路１０２の他端部１０２ｆは、圧力容器４０のガス層４２のガス状の冷媒を低圧部位１００ｗに放出させるように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗに連通している。具体的には、第２供給通路１０２の他端部１０２ｆは、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の通路１００ｍ（蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６における低圧通路の一部）の低圧部位１００ｗに連通している。低圧部位１００ｗは、第２吸入用逆止弁４７とヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐとの間に位置しており、吸入用逆止弁４７の逆止作用により低圧に維持される。吸入用逆止弁４７は、蒸発器７および通路１００ｍから第２吸入ポート２７への冷媒流れを許容するが、その逆流れを阻止する。当該低圧通路は、膨張弁６０の出口６０ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間の通路を意味する。吐出用逆止弁９２ｐは、第２吐出ポート２８から凝縮器３への冷媒流れを許容するが、その逆流れを阻止する。

図２に示すように、第２供給通路１０２は電動開閉式のガス放出弁４６（第１弁）を有する。吸入通路１０３は第１吸入用逆止弁４７（第２弁）を有する。第１吸入用逆止弁４７は、圧力容器４０の低圧化に基づいて開放して凝縮器３側の液溜めタンク３５の液状の冷媒を圧力容器４０に吸入させる。第１吸入用逆止弁４７は、凝縮器３および液溜めタンク３５から圧力容器４０に向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。液状冷媒供給通路としての第１供給通路１０１は第１吐出用逆止弁４８（第３弁）を有する。第１吐出用逆止弁４８の開放に伴い、圧力容器４０内の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に供給させる。第１吐出用逆止弁４８は、圧力容器４０の液吐出口１０５からランキンサイクル用蒸発器５の入口５ｉに向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。

図２に示すように、第１供給通路１０１の一端部１０１ｅは、圧力容器４０の液室４１の底側に浸漬されており、液状の冷媒を吐出させる液吐出口１０５を形成する。液吐出口１０５は、圧力容器４０の液状の冷媒を第１吐出用逆止弁４８を経てランキンサイクル用蒸発器５に供給させる。前述したように第２供給通路１０２の一端部１０２ｅは、圧力容器４０のガス層４２に対面しており、ガス状の冷媒を放出させるガス放出口４９を形成する。ガス放出口４９はガス層４２に対面するため、液室４１の液状の冷媒に浸漬される液吐出口１０５よりも上方に位置する。液吸入口１０７は、圧力容器４０の液室４１の底付近に形成されており、液溜めタンク３５に溜められている液状の冷媒を第１吸入用逆止弁４７を経て圧力容器４０の液室４１に供給させる。第１吸入用逆止弁４７は、通路１００ｍから圧縮機２３に吸入される冷媒の流れ方向を許容するものの、その逆方向流れを遮断させる。

また本実施形態によれば、図２に示すように、圧縮機２３の第２吸入ポート２７とヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐとを繋ぐ通路１００ｍには、第２吸入用逆止弁４７が設けられている。第２吸入用逆止弁４７は、ヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐから圧縮機２３の第２吸入ポート２７に冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。圧縮機２３の第２吐出ポート２８と凝縮器３の入口３ｉとの間の通路１００ｈには、第２吐出用逆止弁９２ｐが設けられている。第２吐出用逆止弁９２ｐは、圧縮機２３の第２吐出ポート２８から凝縮器３の入口３ｉに向けて冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。

次に本実施形態の作用について図３を参照しつつ説明する。入熱要素４３からの入熱の影響で、圧力容器４０の冷媒のガス化が進行し、ガス層４２の圧力は高圧（例えば０．８ＭＰａ程度）に維持される。このように圧力容器４０のガス層４２の圧力は高圧に維持される。ここで、熱駆動式の冷媒循環ポンプ４のガス放出弁４６が開くことにより、圧力容器４０のガス層４２の高圧のガス状の冷媒が第２供給通路１０２を介して圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧の低圧部位１００ｗ（例えば０．０８ＭＰａ程度）に放出される。この結果、圧力容器４０内が中圧（例えば０．２５ＭＰａ以下）となる。このため、凝縮器３側の液溜めタンク３５に溜められている液状の冷媒が吸入通路１０３、第１吸入用逆止弁４７および液吸入口１０７を通り、圧力容器４０の液室４１に自動的に吸入される（図３の（Ａ）参照）。図３の（Ａ）に示す状態では、第１ガス放出弁４６が開放され、第１吸入用逆止弁４７が開放されていると共に、圧力容器４０内の圧力は第１吐出用逆止弁４８のリリーフ圧未満であるため、第１吐出用逆止弁４８は閉鎖されている。

そして、上記したように液状の冷媒が圧力容器４０に吸入されるため、図３の（Ｂ）に示すように、圧力容器４０に吸入された液状の冷媒の液位４ｋが上昇する。図３の（Ｂ）に示す状態では、第１ガス放出弁４６が開放されていると共に第１吸入用逆止弁４７が開放されており、第１吐出用逆止弁４８がまだ閉鎖されている。そして、液状の冷媒の液位４ｋが圧力容器４０の液室４１の上限まで到達すると、ガス放出弁４６が閉じる（図３の（Ｃ）に示す状態）。この場合、入熱要素４３からの入熱が連続的に継続しているため、圧力容器４０の液状の冷媒のガス化が進行し、圧力容器４０のガス層４２の圧力が昇圧する。このように圧力容器４０内の圧力が上昇するため、圧力応答式のリリーフ弁である第１吸入用逆止弁４７が閉鎖される（図３の（Ｃ）参照）。図３の（Ｃ）に示す状態では、第１吐出用逆止弁４８、第１吸入用逆止弁４７、第１ガス放出弁４６が閉鎖され、圧力容器４０は密閉状態とされる。前述したように入熱要素４３からの入熱は継続しているため、入熱により圧力容器４０内の液状の冷媒が蒸発し、圧力容器４０内のガス層４２の圧力が次第に上昇して高圧化する（図３の（Ｄ）参照）。このように圧力容器４０のガス層４２の圧力が高圧所定値（例えば０．８ＭＰａ）以上、即ち、圧力応答式の第１吐出用逆止弁４８のリリーフ圧以上に上昇すると、圧力応答式の第１吐出用逆止弁４８が自動的に開放する（図３の（Ｄ）（Ｅ）参照）。この結果、圧力容器４０の液室４１の液状の冷媒が第１供給通路１０１および第１吐出用逆止弁４８を介してランキンサイクル用蒸発器５に導入される（図３の（Ｄ）参照）。これに伴い、圧力容器４０内に溜まっている液状の冷媒の液位４ｋが次第に低下する（図３の（Ｄ）（Ｅ）参照）。そして、圧力容器４０内に溜まっている液状の冷媒の液位４ｋが下限まで到達すると、前述したように、第１ガス放出弁４６が開き（図３の（Ａ）参照）、圧力容器４０のガス層４２の高圧のガスが圧縮機２３の低圧部である第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗに吸い込まれる。これにより圧力容器４０のガス層４２が低圧となる。なお、図３の（Ｄ）に示す状態では、第１吐出用逆止弁４８が開放されているものの、第１ガス放出弁４６、第１吸入用逆止弁４７が閉鎖されている。上記したように圧力容器４０内の冷媒がランキンサイクル用蒸発器５に供給されて圧力容器４０内が低圧化されると、前述したように、液溜めタンク３５の液状の冷媒が吸入通路１０３および第１吸入用逆止弁４７を介して圧力容器４０に自動的に導入される（図３の（Ａ）（Ｂ）参照）。以下、同様な動作が繰り返される。したがって、熱駆動式の冷媒循環ポンプ４は、外部から熱が入熱要素４３に入力されると、圧力容器４０内の液状の冷媒を高圧状態にしてランキンサイクル用蒸発器５に自動的に送り出す機能を有すると共に、液溜めタンク３５の液状の冷媒を圧力容器４０内に自動的に吸入させる機能を有する。冷媒循環ポンプ４は入熱要素４３への入熱で駆動する熱駆動式であり、電動モータ駆動式ではなく、モータの損失およびポンプの機械的損失等が生じないことから、電力の節約を図り得る。

上記したように本実施形態によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利な熱駆動型ヒートポンプサイクル装置を提供できる。冷媒循環ポンプ４を駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。

以上説明したように本実施形態によれば、図２，図３に示すように、液状の冷媒が循環する配管で形成された循環通路４４が圧力容器４０の下部（液室４１）と上部（ガス層４２）に接続されている。循環通路４４の配管の外部に受熱フィン４５を設け、廃熱や太陽熱等の外部熱で加熱された空気（またはガス）を媒体に循環通路４４内の冷媒と熱交換させる。これは、外部からの入熱時に圧力容器４０全体の液状の冷媒に入熱しようとするとき、液状の冷媒が過冷却状態の場合には、圧力容器４０内の液状の冷媒は循環通路４４に比較して大容積であるため、短時間に沸騰せず、蒸気を短時間で発生させない状態が考えられる。そのため、分岐された配管で形成されているため圧力容器４０よりも容積が小さな循環通路４４の液状の冷媒を外部熱の熱媒体で加熱させる。これにより迅速に液状の冷媒の沸騰、蒸発ガスの発生が得られ、圧力容器４０内を高圧化できる利点がある。

換言すると、本実施形態によれば、ランキンサイクル装置１のポンプとして、一般的に用いられるモータ駆動の冷媒循環用ポンプは、損失が大きく、消費電力が大きい不具合をもつ。例えば、一般的に使用されるギアポンプでは、数100cc/minの小流量領域では、理論ポンプ動力の約10〜20倍程度の電力を必要とする。そのため、ポンプの必要電力が大きく総合効率が低下する不具合がある。この点本実施形態によれば、冷媒循環用ポンプ４は熱駆動式であり、電動機を必要としないことから、電動機の損失を抑えることが出来る。また、ポンピングのためのギアまたはプランジャなどを必要としないため、本体にシール部が無く、漏れによる損失が抑えられている。また、また、廃熱、太陽熱などの熱で駆動するため、消費電力を抑えることができる。

（実施形態２）
図４は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。入熱要素４３Ｃは、圧力容器４０の液室４１の液状の冷媒に浸漬された入熱用熱交換器８２を備えている。エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の外部熱で加熱された温水などの熱媒体が入熱用熱交換器８２に入口８２ｉから流れて出口８２ｐから吐出される。これにより圧力容器４０の液室４１の液状の冷媒を加熱させ、冷媒のガス化を進行させる。

（実施形態３）
図５は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。入熱要素４３Ｄは、圧力容器４０の液室４１とガス層４２とを連通させる循環通路４４と、エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の外部熱で加熱された熱媒体を通過させる加熱通路４４ｃとをもつ。循環通路４４の冷媒と加熱通路４４ｃの熱媒体とが熱交換可能されている。液室４１の冷媒が循環通路４４に流入すると、熱媒体により加熱され、冷媒のガス化が進行する。

図５に示すように、冷媒循環ポンプ４の循環通路４４は、圧力容器４０の下部（液室４１）と上部（ガス層４２）とに接続されており、循環通路４４と、エンジン等の機器の廃熱や太陽熱等の外部熱で加熱された温水などの熱媒体が流れる加熱通路４４ｃとを熱交換させる熱交換器８２を形成させる。これも上記同様に、外部熱が入熱したときに、圧力容器４０の全体の液状の冷媒に入熱しようとすると、液状の冷媒が過冷却状態の場合には、短時間に沸騰せず蒸気を発生させない状態が考えられる。そのため、圧力容器４０の容積よりも小さくなるように圧力容器４０から分岐された配管で形成された循環通路４４の液状の冷媒を加熱する。これにより迅速に液状の冷媒の沸騰、ガス化が得られ、圧力容器４０内を早期に高圧化できる利点がある。

（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。入熱要素４３Ｅは、圧力容器４０のガス層４２を連通させる循環通路４４と、エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の外部熱で加熱された熱媒体と接触する受熱フィン４５とをもつ。通常の状態では、循環通路４４の入口４４ｉおよび出口４４ｐは、圧力容器４０の上部のガス層４２側に位置する。循環通路４４の冷媒と熱媒体とが受熱フィン４５を介して熱交換可能されている。液室４１の冷媒の液位４ｋが上昇しての入口４４ｉから循環通路４４に流入すると、循環通路４４の冷媒は熱媒体により受熱フィン４５を介して加熱される。吸入通路１０３から第１吸入用逆止弁４７を介して液状の冷媒が圧力容器４０に吸入している行程では、熱ポンプへの入熱は不要である。そのため、吸入通路１０３から第１吸入用逆止弁４７を介して液状の冷媒が圧力容器４０に吸入している行程では、液室４１の冷媒の液位４ｋが循環通路４４の入口４４ｉに到達する前までは、循環通路４４にはガス状の冷媒が存在する。ここで、ガス状の冷媒と液状の冷媒とでは熱伝達率が相違し、ガス状の冷媒の熱伝達率は液状の冷媒に比較して低い。このため、ガス状の冷媒が熱媒体（外部熱）で加熱されたとしても、圧力容器４０への入熱は少なくて済むこととなる。

液状の冷媒が圧力容器４０に吸入している行程で、圧力容器４０の液状の冷媒の液位４ｋが入口４４ｉよりも上昇すると、入口４４ｉから循環通路４４に流入する。循環通路４４に流入した液状の冷媒はガス状の冷媒に比較して高い熱伝達率をもつため、効率よく加熱されてガス化され、ひいては圧力容器４０内の圧力を効率よく高めることができる。この結果、圧力容器４０内の圧力は第１吐出用逆止弁４８のリリーフ圧よりも高くなり、第１吐出用逆止弁４８は開放し、圧力容器４０の液状の冷媒はランキンサイクル用蒸発器５に供給される。

上記したように本実施形態によれば、吸入通路１０３から第１吸入用逆止弁４７を介して液状の冷媒が圧力容器４０に供給され毎に、圧力容器４０の液状の冷媒はこれの液位４ｋが上昇するため入口４４ｉから循環通路４４に流入し、液状の冷媒は循環通路４４において加熱されてガス化される。このように本実施形態によれば、圧力容器４０の高圧化が必要とされるとき（圧力容器４０の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に供給させたいとき）には、ガス放出弁４６を開放すれば、吸入通路１０３から液状の冷媒を圧力容器４０に供給させて循環通路４４に流入させることができる。

これに対して、冷媒の液位４ｋが低下した後、ガス放出弁４６を開とし吸入通路１０３から第１吸入用逆止弁４７を介して液状の冷媒が圧力容器４０に供給される行程では、入熱要素４３Ｅに入熱される熱量は、熱ポンプには不要な熱となる。そのため、図６の構成をとれば、第１吸入用逆止弁４７を介して液状の冷媒が圧力容器４０に供給される行程では、冷媒の液位４ｋが循環通路４４の入口４４ｉよりも下方にある間は、循環通路４４には冷媒ガスが充満した状態となり、冷媒の液相よりもガス相の熱伝達率が低いため、入熱量を抑える効果がある。換言すると、冷媒循環ポンプ４の循環通路４４の出口４４ｐが圧力容器４０の上部に接続され、入口４０ｉが圧力容器４０上方の液位４ｋの上限位置に接続されている。上記同様に、外部熱が入熱要素４３Ｅから入熱されるとき、圧力容器４０全体の液状の冷媒に入熱しようとすると、液状の冷媒が過冷却状態の場合には、短時間に沸騰せず、蒸気を発生させない状態が考えられる。そのため、分岐された配管で形成された循環通路４４の液状の冷媒を加熱させることにより、液状の冷媒の迅速な沸騰、ガス化が容易に得られる利点がある。

（実施形態５）
図７は実施形態５を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。本実施形態は、冷媒循環ポンプ４の吐出圧力の脈動防止を図る。図７に示すように、熱駆動式の冷媒循環ポンプ４Ａ，Ｂが複数台並列に設置されている。冷媒循環ポンプ４Ａは、圧力容器４０Ａと入熱要素４３Ａとをもつ。入熱要素４３Ａは、圧力容器４０Ａの液室４１とガス層４２とを連通させる循環通路４４Ａと、循環通路４４Ａに設けられた受熱フィン４５Ａとをもつ。冷媒循環ポンプ４Ｂは、圧力容器４０Ｂと入熱要素４３Ｂとをもつ。入熱要素４３Ｂは、圧力容器４０Ｂの液室４１とガス層４２とを連通させる循環通路４４Ｂと、循環通路４４Ｂに設けられた受熱フィン４５Ｂとをもつ。エンジン等の機器の廃熱、太陽熱などの外部熱が受熱フィン４５Ａ，４５Ｂに伝熱され、循環通路４４Ａ，４４Ｂの冷媒が加熱され、冷媒の蒸発が進行する。図７に示すように、ランキンサイクル用蒸発器５は冷媒循環ポンプ４Ａ，Ｂに共通化されている。

冷媒循環ポンプ４Ａ，４Ｂはそれぞれ、前述したように、吸入通路１０３からの液状の冷媒の吸い込み、圧力容器４０の圧力の上昇、第１供給通路１０１から高圧の液状の冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に向けて吐出させる動作を繰り返すため、ランキンサイクル用蒸発器５に液状の冷媒の吐出を間欠的に行う。このため、冷媒循環ポンプ４Ａ，Ｂのポンプ出口である液吐出口１０５および膨張機２１の入口２１ｉである第２吸入ポート２７の圧力とが脈動し、膨張機２１に影響を与える可能性がある。この対策として本実施形態によれば、図７に示すように、２台の熱駆動式の冷媒循環ポンプ４Ａ，Ｂを並列に接続し、冷媒循環ポンプ４Ａ，Ｂを１８０°位相をずらせつつ交互に交代に運転させ、上記した吐出圧力の脈動を低減させることにしている。

この場合、図７に示す回路図において、熱駆動式の冷媒循環ポンプ４Ａについて、第１ガス放出弁４６Ａが開放することにより、圧力容器４０Ａ内が低圧となり、レシーバタンクである液溜めタンク３５から第１吸入用逆止弁４７Ａを通り、圧力容器４０Ａに液状の冷媒が吸入される。そして液状の冷媒の液位４ｋが圧力容器４０Ａの上限まで到達すると、第１ガス放出弁４６Ａが閉じ、第１吸入用逆止弁４７Ａも自動的に閉じる。このとき、他方の冷媒循環ポンプ４Ｂは入熱要素４３Ｂからの入熱により、圧力容器４０Ｂの液状の冷媒が蒸発し、圧力容器４０Ｂ内の圧力を上昇させている。このように圧力容器４０Ｂの圧力が高圧以上に上昇すると、第１吐出用逆止弁４８Ｂが開き、液状の冷媒がランキンサイクル用蒸発器５に供給される。

次に、冷媒循環ポンプ４Ａについては、圧力容器４０Ａ内の液状の冷媒の液位４ｋが上限まで到達し、第１ガス放出弁４６Ａが閉鎖し、第１吸入用逆止弁４７Ａも閉鎖した後、入熱要素４３Ａからの入熱により圧力容器４０Ａ内の液状の冷媒が蒸発し、蒸発したガスが圧力容器４０Ａのガス層４２に溜まることにより、圧力容器４０Ａ内の圧力が上昇する。このように前記した圧力が高圧以上に上昇すると、冷媒循環ポンプ４Ａにおいて第１吐出用逆止弁４８Ａが開き、液状の冷媒がランキンサイクル用蒸発器５に導入される。このとき、冷媒循環ポンプ４Ａは、これの第１ガス放出弁４６Ａが開放することにより、圧力容器４０Ａ内が低圧となり、液溜めタンク３５から第１吸入用逆止弁４７Ａを通り、圧力容器４０Ａに液状の冷媒が吸入される。液状の冷媒が上限まで到達すると第１ガス放出弁４６Ａが閉鎖し、第１吸入用逆止弁４７Ａも閉鎖する。以下、同様の動作を繰り返し、連続的にランキンサイクル用蒸発器５に高圧の液状の冷媒を吐出することにより、冷媒循環ポンプ４の吐出圧力の脈動を減少させて安定した吐出圧力が得られることが期待できる。

（実施形態６）
図８は実施形態６を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。熱駆動式の冷媒循環ポンプ４は、前述したように、液状の冷媒の吸い込み、圧力容器４０内の圧力の上昇、高圧の液状冷媒の吐出の動作を繰り返すため、液状の冷媒を間欠的に吐出させることになる。このため、冷媒循環ポンプ４のポンプ出口である液吐出口１０５および膨張機２１の入口２１ｉ側の第２吸入ポート２７の圧力が脈動し、膨張機２１に影響を与える可能性がある。この対策について以下に記す。

図８に示すように、本実施形態の装置は、膨張圧縮機２、ランキンサイクル用蒸発器５、凝縮器３、ヒートポンプ用蒸発器７、冷媒循環ポンプ４で構成されるランキンサイクル装置１と、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６とを組合せた熱駆動型のヒートポンプ装置である。ランキンサイクル装置１の構成要素である冷媒循環ポンプ４は、エンジン等の機器の廃熱や太陽熱などの外部熱の入熱により駆動する熱駆動式ポンプとされている。

上記における冷媒循環ポンプ４の構成として、図８に示すように、圧力容器４０の下部に冷媒を吸入させる液吸入口１０７を設け、さらに液吸入口１０７を吸入用逆止弁４７を介して液溜めタンク３５に接続している。更に図８に示すように、圧力容器４０の下部に、液状冷媒をランキンサイクル用蒸発器５に吐出させる液吐出口１０５を設けている。さらに液吐出口１０５を第１吐出用逆止弁４８を介してランキンサイクル用蒸発器５の入口７ｉに接続している。また図８に示すように、圧力容器４０のガス層４２の上部に第１ガス放出口４９を設け、第１ガス放出口４９を第１ガス放出弁４６を介して蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６における低圧部（圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗ）に接続している。さらに、圧力容器４０の液室４１に、入熱要素としての入熱用熱交換器８２を組み込んでいる。

本実施形態によれば、第１吐出用逆止弁４８の開放タイミングと膨張機２１の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放タイミングとを同期させる。また第１吐出用逆止弁４８の閉鎖タイミングと膨張機２１の第１吸入用開閉弁９１ｉの閉鎖タイミングとを同期させる。これによりランキンサイクル用蒸発器５における脈動を抑制でき、冷媒循環ポンプ４の吐出圧力および膨張機２１の入口圧力における脈動を低減させることができる。

なお、上記した開閉タイミングを同期させる他の方法として、圧力容器４０の内圧を検知する圧力センサー２００を設け、圧力応答式の第１吐出用逆止弁４８に代えて、ソレノイドまたはモータで開閉されるポンプ吐出弁（図示せず）を設けても良い。この場合には、圧力センサー２００の検知出力値に基づいて、ポンプ吐出弁および膨張機２１の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放を同期させると共に、ポンプ吐出弁および膨張機２１の第１吸入用開閉弁９１ｉの閉鎖を同期させる。

（実施形態７）
図９は実施形態７を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。図９に示すように、液溜めタンク３５の出口３５ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間には、膨張要素として機能するエジェクタ６５が設けられている。エジェクタ６５は、冷媒の膨張時における渦の発生を抑制できるものであり、冷媒を等エントロピー膨張させるものである。図９に示すように、エジェクタ６５は、液溜めタンク３５の出口３５ｐに繋がる入口６５ｉと、ヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉに繋がる出口６５ｐと、圧力容器４０のガス放出口４９に脈動抑制用のバッファ２１０を介して繋がれた吸入口６５ｅとをもつ。ランキンサイクル装置１の冷媒循環ポンプ４の第２供給通路１０２の他端部ｆ（ガス放出口４９）は、エジェクタ６５の吸入口６５ｅに連通している。圧縮機２３の作動に伴い、液溜めタンク３５の液状の冷媒は、入口６５ｉからエジェクタ６５に流入し出口６５ｐからヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる。このとき、ガス放出弁４６が開放すると、圧力容器４０のガス状の冷媒は第２供給通路１０２を介してエジェクタ６５の吸入口６５ｅは（エジェクタ６５の吸入部位）に吸入され、液溜めタンク３５からヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる冷媒に合流される。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。実施形態１によれば、図２に示すように、第２供給通路１０２の他端部１０２ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうちヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗに連通している。これに限らず、第２供給通路１０２の他端部１０２ｆは、図示しないものの、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間における低圧部位に連通していても良い。また、第２供給通路１０２の他端部１０２ｆは、ヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉに直接的に繋がれていても良い。要するに、他端部１０２ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において膨張弁６０の出口６０ｐと第２吸入ポート２７との間に位置する低圧通路のうちのいずれかの部位に繋げることができる。凝縮器３および／または液溜めタンク３５は、両サイクルに共用ではなく、互いに独立して設けても良い。

本発明は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱などの外部熱を熱入力とし、冷房、暖房、給湯などに利用される。

１はランキンサイクル装置、２は膨張圧縮機、２１は膨張機、２３は圧縮機、３５は液溜めタンク、４は冷媒循環ポンプ、４０は圧力容器、４１は液室、４２はガス層、４３は入熱要素４３、４４は循環通路、４５は受熱フィン、４６はガス放出弁（第１弁）、４７は吸入用逆止弁（第２弁）、４８は第１吐出用逆止弁（第３弁）、４９はガス放出口、５はランキンサイクル用蒸発器、６は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置、６０は膨張弁（膨張要素）、６５はエジェクタ（膨張要素）、７はヒートポンプ用蒸発器、９１ｉは第１吸入用開閉弁、９１ｐは第１吐出用開閉弁、９２ｉは第２吸入用逆止弁、９２ｐは第２吐出用逆止弁、１００ｗは低圧部位、１０１は第１供給通路（液状冷媒供給通路）、１０２は第２供給通路（ガス状冷媒供給通路）、１０３は吸入通路（冷媒吸入通路）を示す。

Claims

（ｉ）ランキンサイクル用の第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつと共に蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートをもつと共に冷媒の膨張および圧縮を行う膨張圧縮機と、前記膨張圧縮機に接続され前記膨張圧縮機の前記第１吐出ポートおよび前記第２吐出ポートから帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の出口側に接続され前記凝縮器で凝縮された液状の冷媒を加圧させる冷媒循環ポンプと、前記冷媒循環ポンプに接続され前記冷媒循環ポンプで加圧された液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせると共に前記膨張圧縮機の前記第１吸入ポートに供給させるランキンサイクル用蒸発器とを備えるランキンサイクル装置と、
（ｉｉ）前記凝縮器の出口側に接続され前記凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素に接続され前記膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を前記膨張圧縮機の前記第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備えると共に、前記ランキンサイクル装置に組み合わされた蒸気圧縮式ヒートポンプ装置とを具備しており、
（ｉｉｉ）前記冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式であり、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、前記圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもち、
前記圧力容器内のガス状の冷媒を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち前記膨張要素と前記第２吸入ポートとの間の部位または前記膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、前記ガス状冷媒供給操作に伴い低圧化された前記圧力容器に前記凝縮器側の液状の冷媒を吸入させる冷媒吸入操作と、前記入熱要素からの入熱に基づいて前記圧力容器内の液状の冷媒を前記ランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する熱駆動型ヒートポンプサイクル装置。
請求項１において、前記冷媒循環ポンプは、
前記入熱要素からの入熱により加圧された前記圧力容器内の液状の冷媒を前記ランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給通路と、前記圧力容器内のガス状の冷媒を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち前記膨張要素と前記第２吸入ポートとの間の部位または前記膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給通路と、前記圧力容器の低圧化に基づいて前記凝縮器側の液状の冷媒を前記圧力容器に吸入させる冷媒吸入通路とを具備する熱駆動型ヒートポンプサイクル装置。
請求項１または２において、前記ガス状冷媒供給通路は、開放に伴い前記圧力容器内のガス状の冷媒を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち前記膨張要素と前記第２吸入ポートとの間の部位または前記膨張要素の吸入部位に供給させる第１弁を有し、
前記冷媒吸入通路は、前記圧力容器の低圧化に基づいて開放して前記凝縮器側の液状の冷媒を前記圧力容器に吸入させる第２弁を有し、
前記ガス状冷媒供給通路は、開放に伴い前記圧力容器内の液状の冷媒を前記ランキンサイクル用蒸発器に供給させる第３弁を有する熱駆動型ヒートポンプサイクル装置。
請求項１〜３のうちの一項において、前記冷媒循環ポンプは複数個設けられており、交代して運転される熱駆動型ヒートポンプサイクル装置。
ランキンサイクル用蒸発器をもつランキンサイクル装置とヒートポンプ用蒸発器をもつ蒸気圧縮式ヒートポンプ装置とを組み合わせた請求項１〜４のうちの一項に係る熱駆動型ヒートポンプサイクル装置に用いられる冷媒循環ポンプであって、
前記冷媒循環ポンプは入熱で駆動される熱駆動式であり、ガス状の冷媒を溜めるガス層を形成するように液状の冷媒を収容する圧力容器と、前記圧力容器に収容されている冷媒に入熱させる入熱要素とをもち、
前記圧力容器内のガス状の冷媒を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ装置のうち前記膨張要素と前記第２吸入ポートとの間の部位または前記膨張要素の吸入部位に供給させるガス状冷媒供給操作と、前記凝縮器側の液状の冷媒を前記圧力容器に吸入させる冷媒吸入操作と、前記入熱要素からの入熱に基づいて前記圧力容器内の液状の冷媒を前記ランキンサイクル用蒸発器に供給させる液状冷媒供給操作とを実行する熱駆動型ヒートポンプサイクル装置用の冷媒循環ポンプ。