JP4103712B2 - Refrigeration cycle equipment using waste heat - Google Patents

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Description

本発明は、熱機関あるいは発熱補機の廃熱を回収して冷凍サイクルの必要動力として利用する廃熱利用の冷凍サイクル装置に関するものであり、特に、冷凍サイクル回路にランキンサイクル回路を併設して用いる動力手段に関する。   The present invention relates to a waste heat utilization refrigeration cycle apparatus that recovers waste heat of a heat engine or a heat-generating auxiliary machine and uses it as necessary power for a refrigeration cycle. In particular, the refrigeration cycle circuit is provided with a Rankine cycle circuit. It relates to the power means used.

従来、車室内を空調する空調装置において、自動車など熱機関であるエンジンの廃熱エネルギーを回収して、その廃熱から冷凍サイクル回路の動力源とした廃熱利用の冷凍サイクル装置が知られている。この冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、気液分離器、減圧手段および蒸発器からなる冷凍サイクル回路と、凝縮器、気液分離器、昇圧ポンプ、加熱手段、および回転機構を有する膨張機とからなる冷凍サイクル回路と一部共有するランキンサイクル回路とを併設させている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an air conditioner that air-conditions a passenger compartment, a waste heat utilization refrigeration cycle apparatus that recovers waste heat energy of an engine such as an automobile and uses the waste heat as a power source of a refrigeration cycle circuit is known. Yes. This refrigeration cycle apparatus includes a refrigeration cycle circuit including a compressor, a condenser, a gas-liquid separator, a decompression unit and an evaporator, and an expander having a condenser, a gas-liquid separator, a booster pump, a heating unit, and a rotation mechanism. And a partly shared Rankine cycle circuit.

そして、冷凍サイクル回路およびランキンサイクル回路に用いる冷媒として、冷凍サイクル用の低圧冷媒とランキンサイクル用の高圧冷媒とからなる非共沸混合冷媒を使用している。   And as a refrigerant | coolant used for a refrigerating cycle circuit and a Rankine cycle circuit, the non-azeotropic refrigerant mixture which consists of a low-pressure refrigerant for refrigeration cycles and a high-pressure refrigerant for Rankine cycles is used.

これにより、混合冷媒を凝縮器および気液分離器で高温冷媒と低温冷媒とに気液分離することによって、ランキンサイクル回路および冷凍サイクル回路とにそれぞれ好適な冷媒を供給し、両サイクル回路をともに効率的に作動させるとともに、ランキンサイクル回路側において、エンジンの廃熱から回収した高温高圧冷媒の圧力エネルギーを膨張させることで駆動する膨張機を駆動させ、その回転出力がエンジンおよび圧縮機に伝達されてそれぞれの軸出力に寄与するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−９９４６４号公報 As a result, the mixed refrigerant is gas-liquid separated into a high-temperature refrigerant and a low-temperature refrigerant by a condenser and a gas-liquid separator, thereby supplying a suitable refrigerant to the Rankine cycle circuit and the refrigeration cycle circuit, respectively. In addition to operating efficiently, on the Rankine cycle circuit side, the expander that is driven by expanding the pressure energy of the high-temperature and high-pressure refrigerant recovered from the waste heat of the engine is driven, and the rotational output is transmitted to the engine and the compressor. This contributes to the output of each axis (for example, see Patent Document 1).
JP-A 63-99464

しかしながら、上記特許文献１によれば、廃熱から回収した高温高圧冷媒の圧力エネルギーを動力源として回転出力を得る膨張機は、膨張機構の他にエンジンおよび圧縮機に動力を出力するための動力伝達機構を備えるため、構造が複雑となり部品コストが高価であるとともに、車両への搭載スペースが大きくなってしまう問題がある。   However, according to Patent Document 1, an expander that obtains rotational output using pressure energy of high-temperature and high-pressure refrigerant recovered from waste heat as a power source is power for outputting power to the engine and the compressor in addition to the expansion mechanism. Since the transmission mechanism is provided, there is a problem that the structure becomes complicated and the parts cost is high, and the mounting space on the vehicle becomes large.

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、膨張機よりも簡素な機構の膨張手段を配設させることで、低コストで搭載スペースの小型化が図れることを可能とした廃熱利用の冷凍サイクル装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above points, and by disposing the expansion means having a simpler mechanism than the expander, it is possible to reduce the mounting space at a low cost. An object is to provide a heat-use refrigeration cycle apparatus.

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。すなわち、請求項１に記載の発明では、ランキンサイクル用の高沸点冷媒と冷凍サイクル用の低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いるとともに、冷凍サイクル回路（１）と一部共通に形成されたランキンサイクル回路（１０）を介して熱機関あるいは発熱補機の廃熱を回収して冷凍サイクル回路（１）の必要動力として利用する廃熱利用の冷凍サイクル装置において、
両サイクル回路（１、１０）に共通な凝縮部分に設けられ、非共沸混合冷媒を高沸点冷媒および低沸点冷媒に気液分離する気液分離器（４）と、この気液分離器（４）により分離された高沸点冷媒に廃熱を回収させた高温高圧冷媒を動力源として吸入し、減圧膨張させて冷凍サイクル回路（１）の低沸点冷媒を吸引するエジェクタ（１３）とを有しており、
エジェクタ（１３）は、廃熱を回収した高温冷媒が吸入する吸入部（１３１）、冷凍サイクル回路（１）の低沸点冷媒を吸引する吸引部（１３６）、および減圧膨張された冷媒と吸引部（１３６）より吸引された冷媒とが混合して吐出する吐出部（１３５）から構成され、
吸引部（１３６）が冷凍サイクル回路（１）を構成する圧縮機（２）の吐出側に連結され、吐出部（１３５）が冷凍サイクル回路（１）を構成する凝縮器（３ａ）に連結されることを特徴としている。 In order to achieve the above object , the following technical means are adopted. That is, in the first aspect of the present invention, a non-azeotropic refrigerant mixture composed of a high boiling point refrigerant for Rankine cycle and a low boiling point refrigerant for refrigeration cycle is used, and partly shared with the refrigeration cycle circuit (1). In the refrigeration cycle apparatus using waste heat that recovers the waste heat of the heat engine or the auxiliary heat generator via the Rankine cycle circuit (10) and uses it as necessary power for the refrigeration cycle circuit (1)
A gas-liquid separator (4) provided in a condensing part common to both cycle circuits (1, 10), which gas-liquid separates a non-azeotropic refrigerant mixture into a high-boiling refrigerant and a low-boiling refrigerant, and this gas-liquid separator ( the high-temperature high-pressure refrigerant is recovered waste heat to the high-boiling refrigerant separated by 4) inhaled as a power source, organic and ejector (13) for sucking the low-boiling refrigerant in the refrigeration cycle (1) by decompressing and expanding And
The ejector (13) includes a suction part (131) for sucking in high-temperature refrigerant from which waste heat has been collected, a suction part (136) for sucking low-boiling refrigerant in the refrigeration cycle circuit (1), and a decompressed and expanded refrigerant and suction part. (136) comprises a discharge unit (135) that mixes and discharges the refrigerant sucked from (136),
The suction part (136) is connected to the discharge side of the compressor (2) constituting the refrigeration cycle circuit (1), and the discharge part (135) is connected to the condenser (3a) constituting the refrigeration cycle circuit (1). it is characterized in that that.

請求項１に記載の発明によれば、気液分離器（４）により分離された高沸点冷媒に廃熱を回収させた高温高圧冷媒を動力源として吸入し、減圧膨張させて冷凍サイクル回路（１）の低沸点冷媒を吸引するエジェクタ（１３）とを有することにより、例えば、高温高圧冷媒の圧力エネルギーから高速噴流（速度エネルギー）に変換するノズルおよびそのノズルから噴射する冷媒と吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーから圧力エネルギーに変換するディフューザからなるエジェクタ（１３）とすることで、減圧膨張の機構が簡素であるとともに、冷凍サイクル回路（１）側は、高速噴流により吸引されることで冷凍サイクル回路（１）の駆動ができる。これにより、従来の膨張機よりもエジェクタ（１３）の方が簡素な機構となるため低コストで車両への搭載スペースの小型化が図れる。   According to the first aspect of the present invention, the high-temperature and high-pressure refrigerant obtained by recovering the waste heat from the high-boiling point refrigerant separated by the gas-liquid separator (4) is sucked as a power source, expanded under reduced pressure, and a refrigeration cycle circuit ( 1) an ejector (13) that sucks the low-boiling-point refrigerant, for example, a nozzle that converts the pressure energy of the high-temperature and high-pressure refrigerant into a high-speed jet (velocity energy), the refrigerant that is injected from the nozzle, and the sucked refrigerant By using an ejector (13) composed of a diffuser that converts velocity energy to pressure energy while mixing the refrigeration cycle circuit (1), the refrigeration cycle circuit (1) side is sucked by a high-speed jet. Thus, the refrigeration cycle circuit (1) can be driven. Thereby, since the ejector (13) has a simpler mechanism than the conventional expander, the mounting space on the vehicle can be reduced in size at a low cost.

また、エジェクタ（１３）の吸引部（１３６）を圧縮機（２）の吐出側に連結させることにより、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２）を補佐することができる。これにより、圧縮機（２）の出力の一部を廃熱から賄うことができるため、冷凍サイクル回路（１）の動力が少なくできる効果がある。 Further , by connecting the suction part (136) of the ejector (13) to the discharge side of the compressor (2), the compressor (2) that compresses and discharges the refrigerant can be assisted. Thereby, since a part of output of a compressor (2) can be covered from waste heat, there exists an effect which can reduce the motive power of a refrigerating cycle circuit (1).

請求項２に記載の発明では、冷凍サイクル回路（１）には、一端が冷凍サイクル回路（１）を構成する蒸発器（７）に連結され、他端がエジェクタ（１３）の吸引部（１３６）に連結されて圧縮機（２）を迂回するバイパス回路（８）が設けられ、エジェクタ（１３）は、回収された廃熱が大きいときに、蒸発器（７）により蒸発された低圧冷媒をバイパス回路（８）より吸引されることを特徴としている。 In the invention according to claim 2 , one end of the refrigeration cycle circuit (1) is connected to the evaporator (7) constituting the refrigeration cycle circuit (1), and the other end is connected to the suction portion (136) of the ejector (13). ) And a bypass circuit (8) that bypasses the compressor (2) is provided, and the ejector (13) removes the low-pressure refrigerant evaporated by the evaporator (7) when the recovered waste heat is large. It is sucked from the bypass circuit (8).

請求項２に記載の発明によれば、本発明のエジェクタ（１３）は、蒸発器（７）により蒸発された低圧冷媒をバイパス回路（８）より吸引されることにより、圧縮機（２）を作動させなくても冷凍サイクル回路（１）の駆動が可能となる。これにより、例えば、冷房負荷が小さいときに、圧縮機（２）を作動させなくても、廃熱を利用した空調が可能となる。 According to the invention described in claim 2, the ejector of the present invention (13), by being sucked from the bypass circuit (8) a low-pressure refrigerant evaporated by the evaporator (7), the compressor (2) The refrigeration cycle circuit (1) can be driven without being operated. Thereby, for example, when the cooling load is small, air conditioning using waste heat becomes possible without operating the compressor (2).

請求項３に記載の発明では、冷凍サイクル回路（１）を構成する凝縮器（３ａ、３ｂ）は、高温用凝縮器（３ａ）および低温用凝縮器（３ｂ）に分けて構成されるとともに、気液分離器（４）は、高温用凝縮器（３ａ）と低温用凝縮器（３ｂ）との間に設けられ、ランキンサイクル回路（１０）は、高温用凝縮器（３ａ）と気液分離器（４）とが冷凍サイクル回路（１）と共有されていることを特徴としている。 In the invention according to claim 3 , the condensers (3a, 3b) constituting the refrigeration cycle circuit (1) are divided into a high temperature condenser (3a) and a low temperature condenser (3b), The gas-liquid separator (4) is provided between the high-temperature condenser (3a) and the low-temperature condenser (3b), and the Rankine cycle circuit (10) is separated from the high-temperature condenser (3a) and the gas-liquid separator. The vessel (4) is shared with the refrigeration cycle circuit (1).

請求項３に記載の発明によれば、非共沸混合冷媒は、ガス状態でランキンおよび冷凍両サイクル回路（１、１０）に共通な凝縮部分にて冷却される。従って、気液分離器（４）においては、凝縮温度の違いにより、ガス状の非共沸混合冷媒は、低沸点冷媒を主体とする気相部と高沸点冷媒を主体とする液相部とに分離されて、それぞれの両サイクル回路（１、１０）に適した側に冷媒が送られる。これにより、いずれのサイクル回路（１、１０）においても好適な作動冷媒が用いられて効率的な作動ができる。 According to the third aspect of the present invention, the non-azeotropic refrigerant mixture is cooled in a condensed state common to both the Rankine and the refrigeration cycle circuits (1, 10) in a gas state. Therefore, in the gas-liquid separator (4), the gaseous non-azeotropic refrigerant mixture is composed of a gas phase portion mainly composed of low boiling point refrigerant and a liquid phase portion mainly composed of high boiling point refrigerant due to the difference in condensation temperature. And the refrigerant is sent to the side suitable for each cycle circuit (1, 10). Thereby, in any cycle circuit (1, 10), a suitable working refrigerant is used and efficient operation can be performed.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.

以下、本発明の一実施形態による廃熱利用の冷凍サイクル装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本発明を自動車用エンジンに適用した廃熱利用の冷凍サイクル装置の全体構成を示す模式図であり、図２は廃熱エネルギーを動力源とするエジェクタ１３の全体構成を示す模式図であり、図３はエンジンルーム内における廃熱利用の冷凍サイクル装置の搭載形態を示す概略図である。   Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus using waste heat according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a refrigeration cycle apparatus using waste heat in which the present invention is applied to an automobile engine, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an overall configuration of an ejector 13 using waste heat energy as a power source. FIG. 3 is a schematic view showing a mounting configuration of the refrigeration cycle apparatus using waste heat in the engine room.

まず、図１に示すように、自動車の熱機関であるエンジン２１により駆動される空調用の冷凍サイクル回路１が付設されている。この冷凍サイクル回路１は、圧縮機２、高温用凝縮器３ａ、気液分離器４、低温用凝縮器３ｂ、受液器５、減圧器６、および蒸発器７を冷媒配管により順次、環状に接続して構成されている。   First, as shown in FIG. 1, an air-conditioning refrigeration cycle circuit 1 driven by an engine 21 which is a heat engine of an automobile is attached. This refrigeration cycle circuit 1 is composed of a compressor 2, a high-temperature condenser 3a, a gas-liquid separator 4, a low-temperature condenser 3b, a liquid receiver 5, a decompressor 6, and an evaporator 7 that are sequentially annularized by refrigerant piping. Connected and configured.

図３に示すように、冷凍サイクル回路１の圧縮機２は、図示しない取付金具などを介してエンジン２１に固定され、ラジエータ２２の前方には、凝縮部分である高温用凝縮器３ａ、低温用凝縮器３ｂおよび気液分離器４が搭載されている。また、減圧器６および蒸発器７は、車室内への開口を備えた空調ユニット２３内に取り付けられている。   As shown in FIG. 3, the compressor 2 of the refrigeration cycle circuit 1 is fixed to the engine 21 via a mounting bracket (not shown), and in front of the radiator 22 is a high-temperature condenser 3 a that is a condensing part, a low-temperature condenser. A condenser 3b and a gas-liquid separator 4 are mounted. The decompressor 6 and the evaporator 7 are attached in an air conditioning unit 23 having an opening into the vehicle interior.

この空調ユニット２３には、送風機２４が設けられ、蒸発器７を流通して車室内へ送風するように構成されている。なお、圧縮機２は、図示しない電磁クラッチを備えるアイドラプーリー２ａが装着され、エンジン２１の駆動軸２１ａとアイドラプーリー２ａとがベルト２５を介して連結されている。なお、電磁クラッチ（図示せず）の作動に応じて圧縮機２の回転軸とアイドラプーリー２ａとの係合が断続される。   The air conditioning unit 23 is provided with a blower 24 and is configured to flow through the evaporator 7 and blow into the passenger compartment. The compressor 2 is equipped with an idler pulley 2 a having an electromagnetic clutch (not shown), and the drive shaft 21 a of the engine 21 and the idler pulley 2 a are connected via a belt 25. The engagement between the rotating shaft of the compressor 2 and the idler pulley 2a is interrupted according to the operation of an electromagnetic clutch (not shown).

また、本実施形態の冷凍サイクル回路１には、蒸発器７の下流側と後述するエジェクタ１３の吸引部１３６との間に、圧縮機２を迂回するバイパス回路８が設けられ、そのバイパス回路８を開閉する電磁弁９が設けられている。   Further, in the refrigeration cycle circuit 1 of the present embodiment, a bypass circuit 8 that bypasses the compressor 2 is provided between the downstream side of the evaporator 7 and a suction portion 136 of an ejector 13 described later. An electromagnetic valve 9 is provided for opening and closing.

一方、廃熱を回収するランキンサイクル回路１０は、冷媒配管で接続された電動式の昇圧ポンプ１１、加熱用熱交換器１２およびエジェクタ１３を有するとともに、エジェクタ１３の吸引部（後述する）１３６および吐出部（後述する）１３５が冷凍サイクル回路１の圧縮機２吐出側と高温用凝縮器３ａの上流側へ、また、昇圧ポンプ１１の吸込側が気液分離器４の液相部へそれぞれ冷媒配管を介して接続されている。   On the other hand, the Rankine cycle circuit 10 that recovers waste heat includes an electric booster pump 11, a heat exchanger 12 for heating, and an ejector 13 that are connected by refrigerant piping, and a suction portion (described later) 136 of the ejector 13 and A discharge section (described later) 135 is connected to the compressor 2 discharge side of the refrigeration cycle circuit 1 and the upstream side of the high-temperature condenser 3a, and the suction side of the booster pump 11 is connected to the liquid phase section of the gas-liquid separator 4, respectively. Connected through.

これにより、ランキンサイクル回路１０は、高温用凝縮器３ａおよび気液分離器４が冷凍サイクル回路１と一部共通使用して形成される。昇圧ポンプ１１は、気液分離器４の液相部から吸込んだ冷媒を加圧して加熱用熱交換器１２に向けて圧送するポンプであり、吐出側が加熱用熱交換器１２に接続されている。   Accordingly, the Rankine cycle circuit 10 is formed by using the high-temperature condenser 3 a and the gas-liquid separator 4 in common with the refrigeration cycle circuit 1. The booster pump 11 is a pump that pressurizes the refrigerant sucked from the liquid phase part of the gas-liquid separator 4 and pumps it toward the heat exchanger 12 for heating, and the discharge side is connected to the heat exchanger 12 for heating. .

加熱用熱交換器１２は、エンジン冷却水回路２０を循環する廃熱である温水を内部に導入し、昇圧ポンプ１１により加圧された冷媒と熱交換させて冷媒を加熱するようにした熱交換器である。これにより、液冷媒が温水により加熱されて蒸発してガス冷媒に変換される。   The heat exchanger 12 for heating introduces hot water, which is waste heat circulating through the engine coolant circuit 20, into the interior, and exchanges heat with the refrigerant pressurized by the booster pump 11 to heat the refrigerant. It is a vessel. Thereby, a liquid refrigerant is heated with warm water, is evaporated, and is converted into a gas refrigerant.

また、図中の２６はエンジン２１の温水をラジエータ２２に流通させるかランキンサイクル回路１０側に流通させるかのいずれか一方の流れ方向に切り換える切換弁である。図中の２７はエンジン冷却水回路２０を循環させる温水ポンプである。図中の２９はエンジン２１の温水をラジエータ２２に流通させるか、または、迂回させるかのいずれか一方の流れ方向に切り換えるためのサーモスタットであり、２９ａはラジエータ２２を迂回するバイパス通路である。   Reference numeral 26 in the figure denotes a switching valve that switches the flow of hot water from the engine 21 to either the radiator 22 or to the Rankine cycle circuit 10 side. Reference numeral 27 in the figure denotes a hot water pump for circulating the engine coolant circuit 20. Reference numeral 29 in the figure denotes a thermostat for switching the hot water of the engine 21 to either the flow direction of the radiator 22 or to bypass the radiator 22, and 29 a is a bypass passage that bypasses the radiator 22.

なお、エンジン冷却水回路２０には、加熱用熱交換器１２と並列に図１において、図示しないヒータコア２８が、図３に示すように、空調ユニット２３内に配設されている。このヒータコア２８は、車室内へ導入される空気を暖めるようにしている。   In the engine coolant circuit 20, a heater core 28 (not shown) in FIG. 1 is arranged in the air conditioning unit 23 in parallel with the heat exchanger 12 for heating as shown in FIG. The heater core 28 warms the air introduced into the passenger compartment.

次に、本発明の要部であるエジェクタ１３について図２に基づいて説明する。本実施形態のエジェクタ１３は、図２に示すように、ノズル部１３２、混合部１３３、およびディフューザ部１３４からなるとともに、加熱用熱交換器１２から流出する高温高圧冷媒が吸入する吸入部１３１、圧縮機２から吐出されるガス冷媒を吸引する吸引部１３６、およびノズル部１３２により減圧膨張した冷媒と吸引したガス冷媒とを混合された冷媒を高温用凝縮器３ａに吐出する吐出部１３５から構成されている。   Next, the ejector 13, which is a main part of the present invention, will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the ejector 13 of the present embodiment includes a nozzle part 132, a mixing part 133, and a diffuser part 134, and a suction part 131 that sucks in high-temperature and high-pressure refrigerant that flows out from the heating heat exchanger 12. A suction unit 136 that sucks the gas refrigerant discharged from the compressor 2 and a discharge unit 135 that discharges the refrigerant obtained by mixing the refrigerant decompressed and expanded by the nozzle unit 132 and the sucked gas refrigerant to the high-temperature condenser 3a. Has been.

因みに、ノズル部１３２は、吸入部１３１より吸入した高温高圧冷媒の圧力エネルギー（圧力ヘッド）を速度エネルギー（速度ヘッド）に変換させるものであり、ノズル部１３２から噴射する高い速度の冷媒流（ジェット流）により、吸引部１３６の圧力低下を利用して圧縮機２から吐出されるガス冷媒を吸引する。   Incidentally, the nozzle part 132 converts the pressure energy (pressure head) of the high-temperature and high-pressure refrigerant sucked from the suction part 131 into velocity energy (speed head), and a high-speed refrigerant flow (jet) ejected from the nozzle part 132. The gas refrigerant discharged from the compressor 2 is sucked by using the pressure drop of the suction part 136.

また、混合部１３３は、ノズル部１３２から噴射する冷媒と吸引部１３６から吸引される冷媒とが混合されるものであり、ディフューザ部１３４は、混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる。従って、吐出部１３５から吐出される混合冷媒は昇圧され、高温用凝縮器３ａに流出されるようにしている。   In addition, the mixing unit 133 is a mixture of the refrigerant injected from the nozzle unit 132 and the refrigerant sucked from the suction unit 136, and the diffuser unit 134 converts the velocity energy into pressure energy while mixing the refrigerant. Increase the pressure of. Accordingly, the mixed refrigerant discharged from the discharge unit 135 is pressurized and flows out to the high-temperature condenser 3a.

さらに、各電動式構成部品の制御のために、図示しないが制御装置が設けられている。そして、その制御装置は、冷凍サイクル回路１の圧縮機２の電磁クラッチ、バイパス回路８の電磁弁９、ランキンサイクル回路１０の昇圧ポンプ９、エンジン冷却水回路２０の切換弁２６、および温水ポンプ２７などの各電動式構成部品と電気的に接続されて制御されるようになっている。   Further, a control device (not shown) is provided for controlling each electric component. The control device includes an electromagnetic clutch of the compressor 2 of the refrigeration cycle circuit 1, an electromagnetic valve 9 of the bypass circuit 8, a booster pump 9 of the Rankine cycle circuit 10, a switching valve 26 of the engine cooling water circuit 20, and a hot water pump 27. The electric components such as are electrically connected to be controlled.

なお、本実施形態では、ランキンサイクル用の高沸点冷媒（例えば、ブタン）と冷凍サイクル用の低沸点冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）とからなる非共沸混合冷媒を作動流体として用いているため、気液分離器４では、高圧用凝縮器３ａから流入した冷媒が液相部と気相部に分離されるが、液相部には高沸点冷媒が主体となり、気相部には低沸点冷媒が主体となって分離されるものである。   In the present embodiment, a non-azeotropic refrigerant mixture consisting of a high boiling point refrigerant for Rankine cycle (for example, butane) and a low boiling point refrigerant for refrigeration cycle (for example, R134a) is used as the working fluid. In the liquid separator 4, the refrigerant flowing from the high pressure condenser 3 a is separated into a liquid phase part and a gas phase part. The liquid phase part is mainly composed of a high boiling point refrigerant, and the gas phase part contains a low boiling point refrigerant. It is the main subject that is separated.

次に、以上の構成による廃熱利用の冷凍サイクル装置の作動について説明する。エンジン２１が運転状態にあるときに、制御装置（図示せず）により各電動式構成部品のうち、電磁クラッチ（図示せず）が作動することで圧縮機２が駆動する。また、昇圧ポンプ１１が作動して冷媒を加圧、圧送するとともに、切換弁２６が加熱用熱交換器１２に温水が導入するように切り換えられる。   Next, the operation of the refrigeration cycle apparatus using waste heat configured as described above will be described. When the engine 21 is in an operating state, the compressor 2 is driven by the operation of an electromagnetic clutch (not shown) among the electric components by a control device (not shown). In addition, the booster pump 11 is operated to pressurize and pump the refrigerant, and the switching valve 26 is switched so that hot water is introduced into the heating heat exchanger 12.

次に、冷凍サイクル回路１およびランキンサイクル回路１０内の冷媒は、それぞれ圧縮機２により圧縮され、また、エジェクタ１３のノズル部１３２により減圧膨張した後、両回路１、１０の混合部１３３にてガス状態で混合し、高温用凝縮器３ａに流入する。   Next, the refrigerant in the refrigeration cycle circuit 1 and the Rankine cycle circuit 10 is compressed by the compressor 2 and expanded under reduced pressure by the nozzle portion 132 of the ejector 13, and then in the mixing portion 133 of both the circuits 1 and 10. It mixes in a gas state and flows into the condenser 3a for high temperature.

そして、混合された冷媒は、高温用凝縮器３ａにおいて、外気と熱交換されて凝縮液化し、図４に示すように、Ａ点のガス状態からＢ点まで冷却されたところで、高温用凝縮器３ａから流出されて気液分離器４に流入する。また、Ｂ点における混合冷媒は液相と気相とが図に示すｂ：ａの比で混在した状態であり、液相部では、高沸点冷媒の濃度が非常に高く、気相部では、低沸点冷媒の濃度が非常に高くなっている。   Then, the mixed refrigerant is heat-exchanged with the outside air in the high-temperature condenser 3a to be condensed and liquefied, and as shown in FIG. 4, when it is cooled from the gas state at point A to the point B, the high-temperature condenser It flows out from 3a and flows into the gas-liquid separator 4. The mixed refrigerant at point B is in a state where the liquid phase and the gas phase are mixed in a ratio of b: a shown in the figure, and in the liquid phase part, the concentration of the high boiling point refrigerant is very high. The concentration of the low boiling point refrigerant is very high.

混合冷媒はこの状態で気液分離器４にて気液分離され、このうち、低沸点冷媒を主体とする気相部は、低温用凝縮器３ｂでさらに、冷却されて凝縮、液化して受液器５に流入する。そして、受液器５内の液冷媒は続いて減圧器６により減圧され、蒸発器７により車室内空気と熱交換されて蒸発する。蒸発器７を流出したガス冷媒は圧縮機２で圧縮され、再び冷凍サイクル回路１内を循環する。なお、このときには、送風機２４が作動して蒸発器７を送風することにより車室内が冷房される。   In this state, the mixed refrigerant is gas-liquid separated by the gas-liquid separator 4, and the gas phase portion mainly composed of the low boiling point refrigerant is further cooled and condensed and liquefied by the low-temperature condenser 3b. It flows into the liquid vessel 5. Then, the liquid refrigerant in the liquid receiver 5 is subsequently depressurized by the decompressor 6, and heat is exchanged with the vehicle interior air by the evaporator 7 to evaporate. The gas refrigerant flowing out of the evaporator 7 is compressed by the compressor 2 and circulates in the refrigeration cycle circuit 1 again. At this time, the vehicle interior is cooled by operating the blower 24 and blowing the evaporator 7.

一方、気液分離器４にて高沸点冷媒を主体とする液相部は、昇圧ポンプ１１に吸込まれて、ここで、加圧されて加熱用熱交換器１２に圧送される。加熱用熱交換器１２には、温水が導入されているので圧送された液冷媒は温水により加熱されて蒸発する。そして、エジェクタ１３に流入されて上述したノズル部１３２により再び減圧膨張した後、両回路１、１０の混合部１３３にてガス状態で混合し、高温用凝縮器３ａに流入してランキングサイクル回路１０を循環するものである。   On the other hand, the liquid phase portion mainly composed of the high boiling point refrigerant in the gas-liquid separator 4 is sucked into the booster pump 11 where it is pressurized and sent to the heating heat exchanger 12. Since warm water is introduced into the heat exchanger 12 for heating, the pressure-fed liquid refrigerant is heated by the warm water and evaporates. Then, after flowing into the ejector 13 and expanding under reduced pressure again by the nozzle section 132 described above, mixing is performed in a gas state in the mixing section 133 of both circuits 1, 10, and flows into the high-temperature condenser 3 a to enter the ranking cycle circuit 10. It circulates.

これにより、エジェクタ１３の吸入部１３１に流入する冷媒に昇圧および加熱させるとともに、エジェクタ１３の吸引部１３６および吐出部１３５を圧縮機２と高温用凝縮器３ａとの間に配設することで、吸引部１３６から圧縮機２により圧縮された吐出ガスの吸引が容易にできる。従って、圧縮機２の動力に大きく寄与するものである。   As a result, the refrigerant flowing into the suction part 131 of the ejector 13 is pressurized and heated, and the suction part 136 and the discharge part 135 of the ejector 13 are disposed between the compressor 2 and the high-temperature condenser 3a. The discharge gas compressed by the compressor 2 from the suction unit 136 can be easily sucked. Therefore, it greatly contributes to the power of the compressor 2.

なお、エンジン２１の廃熱が大きいときに、圧縮機２を作動させないときでも、
電磁弁９を開弁することにより、バイパス回路８を介して蒸発器７により蒸発されたガス冷媒が吸引されるため、冷房運転の継続ができる。 Even when the compressor 2 is not operated when the waste heat of the engine 21 is large,
By opening the electromagnetic valve 9, since the gas refrigerant evaporated by the evaporator 7 is sucked through the bypass circuit 8, the cooling operation can be continued.

以上の一実施形態による廃熱利用の冷凍サイクル装置によれば、気液分離器４により分離された高沸点冷媒に廃熱を回収させた高温高圧冷媒を動力源として吸入し、減圧膨張させて冷凍サイクル回路１の低沸点冷媒を吸引するエジェクタ１３とを有することにより、例えば、高温高圧冷媒の圧力エネルギーから高速噴流（速度エネルギー）に変換するノズル部１３２およびそのノズル部１３２から噴射する冷媒と吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーから圧力エネルギーに変換するディフューザからなるエジェクタ１３とすることで、減圧膨張の機構が簡素であるとともに、冷凍サイクル回路１側は、高速噴流により吸引されることで冷凍サイクル回路１の駆動ができる。これにより、従来の膨張機よりもエジェクタ１３の方が簡素な機構となるため低コストで車両への搭載スペースの小型化が図れる。   According to the refrigeration cycle apparatus using waste heat according to the above-described embodiment, high-temperature and high-pressure refrigerant obtained by collecting waste heat in the high-boiling point refrigerant separated by the gas-liquid separator 4 is sucked as a power source and expanded under reduced pressure. By having the ejector 13 that sucks the low boiling point refrigerant of the refrigeration cycle circuit 1, for example, the nozzle part 132 that converts the pressure energy of the high-temperature and high-pressure refrigerant into a high-speed jet (velocity energy), and the refrigerant that is injected from the nozzle part 132 By using the ejector 13 composed of a diffuser that converts velocity energy into pressure energy while mixing the sucked refrigerant, the decompression and expansion mechanism is simple, and the refrigeration cycle circuit 1 side is sucked by a high-speed jet. Thus, the refrigeration cycle circuit 1 can be driven. Thereby, since the ejector 13 has a simpler mechanism than the conventional expander, the mounting space on the vehicle can be reduced in size at a low cost.

また、エジェクタ１３の吸引部１３６を圧縮機２の吐出側に連結させることにより、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２を補佐することができる。これにより、圧縮機２の出力の一部を廃熱から賄うことができるため、冷凍サイクル回路１の動力が少なくできる効果がある。   Further, by connecting the suction part 136 of the ejector 13 to the discharge side of the compressor 2, the compressor 2 that compresses and discharges the refrigerant can be assisted. Thereby, since a part of output of the compressor 2 can be covered from waste heat, there is an effect that the power of the refrigeration cycle circuit 1 can be reduced.

また、本実施形態のエジェクタ１３は、蒸発器７により蒸発された低圧冷媒をバイパス回路８より吸引されることにより、圧縮機２を作動させなくても冷凍サイクル回路１の駆動が可能となる。これにより、例えば、冷房負荷が小さいときに、圧縮機２を作動させなくても、廃熱を利用した空調が可能となる。   In addition, the ejector 13 of the present embodiment can drive the refrigeration cycle circuit 1 without operating the compressor 2 by sucking the low-pressure refrigerant evaporated by the evaporator 7 from the bypass circuit 8. Thereby, for example, when the cooling load is small, air conditioning using waste heat is possible without operating the compressor 2.

また、非共沸混合冷媒は、ガス状態でランキンおよび冷凍両サイクル回路１、１０に共通な高温凝縮器３ａにて冷却される。従って、気液分離器４においては、凝縮温度の違いにより、ガス状の非共沸混合冷媒は、低沸点冷媒を主体とする気相部と高沸点冷媒を主体とする液相部とに分離されて、それぞれの両サイクル回路１、１０に適した側に冷媒が送られる。これにより、いずれのサイクル回路１、１０においても好適な作動冷媒が用いられて効率的な作動ができる。   Further, the non-azeotropic refrigerant mixture is cooled in a gas state by a high-temperature condenser 3a common to both the Rankine and the refrigeration cycle circuits 1 and 10. Therefore, in the gas-liquid separator 4, due to the difference in condensation temperature, the gaseous non-azeotropic refrigerant mixture is separated into a gas phase portion mainly composed of low boiling point refrigerant and a liquid phase portion mainly composed of high boiling point refrigerant. Then, the refrigerant is sent to the side suitable for each of the cycle circuits 1 and 10. Thereby, in any cycle circuit 1, 10, a suitable working refrigerant is used, and an efficient operation can be performed.

（他の実施形態）
以上の一実施形態では、圧縮機２に電磁クラッチを備えるアイドラプーリー２ａが装着させて、エンジン２１の駆動軸２１ａからベルト２５を介して駆動させたが、これに限らず、電動モータおよび圧縮部が一体的に密封ケース内に配設され、バッテリーから電力が供給されて駆動する電動圧縮機でも良い。 (Other embodiments)
In the above embodiment, the idler pulley 2a including an electromagnetic clutch is attached to the compressor 2 and driven from the drive shaft 21a of the engine 21 via the belt 25. However, the present invention is not limited thereto, and the electric motor and the compression unit are not limited thereto. May be an electric compressor which is integrally disposed in a sealed case and driven by being supplied with electric power from a battery.

また、以上の実施形態では、熱機関であるエンジン２１の廃熱を加熱用熱交換器１２に導入するように構成したが、これに限らず、例えば、燃料電池車に搭載される燃料電池の廃熱を利用するように構成しても良い。さらに、燃料電池の他に車両には、例えば、電動モータ、電動ポンプ、インバータなど作動により発熱する発熱補機類の廃熱を利用するように構成しても良い。   In the above embodiment, the waste heat of the engine 21, which is a heat engine, is introduced into the heating heat exchanger 12. However, the present invention is not limited to this. For example, a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle You may comprise so that waste heat may be utilized. Further, in addition to the fuel cell, the vehicle may be configured to use waste heat of heat-generating auxiliary equipment that generates heat by operating an electric motor, an electric pump, an inverter, or the like.

本発明の一実施形態における廃熱利用の冷凍サイクル装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the refrigerating-cycle apparatus using waste heat in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるエジェクタ１３の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the ejector 13 in one Embodiment of this invention. エンジンルーム内における廃熱利用の冷凍サイクル装置の搭載形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the mounting form of the refrigerating cycle apparatus using waste heat in an engine room. 高温用凝縮器３ａにおける非共沸混合冷媒の状態変化を示す線図である。It is a diagram which shows the state change of the non-azeotropic refrigerant mixture in the high temperature condenser 3a.

符号の説明Explanation of symbols

１…冷凍サイクル回路
２…圧縮機
３ａ…高温用凝縮器（凝縮器、凝縮部分）
３ｂ…低温用凝縮器（凝縮器）
４…気液分離器
７…蒸発器
８…バイパス回路
１０…ランキンサイクル回路
１３…エジェクタ
１３１…吸入部
１３５…吐出部
１３６…吸引部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigeration cycle circuit 2 ... Compressor 3a ... High temperature condenser (condenser, condensing part)
3b ... Low temperature condenser (condenser)
4 ... Gas-liquid separator 7 ... Evaporator 8 ... Bypass circuit 10 ... Rankine cycle circuit 13 ... Ejector 131 ... Suction part 135 ... Discharge part 136 ... Suction part

Claims (3)

ランキンサイクル用の高沸点冷媒と冷凍サイクル用の低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いるとともに、冷凍サイクル回路（１）と一部共通に形成されたランキンサイクル回路（１０）を介して熱機関あるいは発熱補機の廃熱を回収して前記冷凍サイクル回路（１）の必要動力として利用する廃熱利用の冷凍サイクル装置において、
前記両サイクル回路（１、１０）に共通な凝縮部分に設けられ、非共沸混合冷媒を高沸点冷媒および低沸点冷媒に気液分離する気液分離器（４）と、
前記気液分離器（４）により分離された高沸点冷媒に廃熱を回収させた高温高圧冷媒を動力源として吸入し、減圧膨張させて前記冷凍サイクル回路（１）の低沸点冷媒を吸引するエジェクタ（１３）とを有しており、
前記エジェクタ（１３）は、廃熱を回収した高温冷媒が吸入する吸入部（１３１）、前記冷凍サイクル回路（１）の低沸点冷媒を吸引する吸引部（１３６）、および減圧膨張された冷媒と前記吸引部（１３６）より吸引された冷媒とが混合して吐出する吐出部（１３５）から構成され、
前記吸引部（１３６）が前記冷凍サイクル回路（１）を構成する圧縮機（２）の吐出側に連結され、
前記吐出部（１３５）が前記冷凍サイクル回路（１）を構成する凝縮器（３ａ）に連結されることを特徴とする廃熱利用の冷凍サイクル装置。 A non-azeotropic refrigerant mixture comprising a high-boiling refrigerant for Rankine cycle and a low-boiling refrigerant for refrigeration cycle is used, and through a Rankine cycle circuit (10) formed in part with the refrigeration cycle circuit (1). In the refrigeration cycle apparatus using waste heat that recovers the waste heat of the heat engine or the auxiliary heat generator and uses it as necessary power for the refrigeration cycle circuit (1),
A gas-liquid separator (4) provided in a condensing part common to both the cycle circuits (1, 10), for gas-liquid separation of a non-azeotropic refrigerant mixture into a high-boiling refrigerant and a low-boiling refrigerant;
A high-temperature and high-pressure refrigerant obtained by recovering waste heat from the high-boiling point refrigerant separated by the gas-liquid separator (4) is sucked as a power source, and decompressed and expanded to suck the low-boiling point refrigerant in the refrigeration cycle circuit (1). has an ejector (13),
The ejector (13) includes a suction part (131) for sucking in a high-temperature refrigerant recovered from waste heat, a suction part (136) for sucking a low-boiling-point refrigerant in the refrigeration cycle circuit (1), and a decompressed and expanded refrigerant. It is composed of a discharge part (135) that mixes and discharges the refrigerant sucked from the suction part (136),
The suction part (136) is connected to the discharge side of the compressor (2) constituting the refrigeration cycle circuit (1);
The discharge section (135) is connected to a condenser (3a) constituting the refrigeration cycle circuit (1) . 前記冷凍サイクル回路（１）には、一端が前記冷凍サイクル回路（１）を構成する蒸発器（７）に連結され、他端が前記エジェクタ（１３）の吸引部（１３６）に連結されて前記圧縮機（２）を迂回するバイパス回路（８）が設けられ、
前記エジェクタ（１３）は、回収された廃熱が大きいときに、前記蒸発器（７）により蒸発された低圧冷媒をバイパス回路（８）より吸引されることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用の冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle circuit (1) has one end connected to the evaporator (7) constituting the refrigeration cycle circuit (1) and the other end connected to the suction part (136) of the ejector (13). A bypass circuit (8) bypassing the compressor (2) is provided,
2. The ejector (13) according to claim 1 , wherein the low-pressure refrigerant evaporated by the evaporator (7) is sucked from the bypass circuit (8) when the recovered waste heat is large . Refrigeration cycle equipment using waste heat. 前記冷凍サイクル回路（１）を構成する凝縮器（３ａ、３ｂ）は、高温用凝縮器（３ａ）および低温用凝縮器（３ｂ）に分けて構成されるとともに、
前記気液分離器（４）は、前記高温用凝縮器（３ａ）と前記低温用凝縮器（３ｂ）との間に設けられ、
前記ランキンサイクル回路（１０）は、前記高温用凝縮器（３ａ）と前記気液分離器（４）とが前記冷凍サイクル回路（１）と共有されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃熱利用の冷凍サイクル装置。 The condensers (3a, 3b) constituting the refrigeration cycle circuit (1) are divided into a high temperature condenser (3a) and a low temperature condenser (3b),
The gas-liquid separator (4) is provided between the high-temperature condenser (3a) and the low-temperature condenser (3b),
The Rankine cycle circuit (10) is according to claim 1 or claim, characterized in that the high-temperature condenser (3a) and the gas-liquid separator (4) and are shared the refrigeration cycle (1) Item 3. A refrigeration cycle apparatus using waste heat according to Item 2.
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