JP4588644B2

JP4588644B2 - Refrigeration equipment with waste heat utilization device

Info

Publication number: JP4588644B2
Application number: JP2006028840A
Authority: JP
Inventors: 淳稲葉; 宏木下
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007205699A

Description

本発明は、発熱機器の廃熱を利用して動力を回収する廃熱利用装置を備える冷凍装置に関するものであり、例えば内燃機関を搭載する車両用に用いて好適である。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including a waste heat utilization device that recovers power using waste heat of heat-generating equipment, and is suitable for use in, for example, a vehicle equipped with an internal combustion engine.

従来の冷凍装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この冷凍装置は、発熱機器としての内燃機関の冷却廃熱を利用するランキンサイクルと冷凍サイクルとを有している。冷凍サイクル内には冷媒を圧縮吐出する圧縮機が、また、ランキンサイクルには冷却廃熱によって加熱された冷媒の膨張によって作動される膨張機がそれぞれ独立して配設されると共に、冷凍サイクル内の凝縮器（放熱器）は、ランキンサイクル用の凝縮器と共用されて構成されている。 As a conventional refrigeration apparatus, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known. That is, this refrigeration apparatus has a Rankine cycle and a refrigeration cycle that use cooling waste heat of an internal combustion engine as a heat generating device. In the refrigeration cycle, a compressor that compresses and discharges the refrigerant, and in the Rankine cycle, an expander that is operated by expansion of the refrigerant heated by the cooling waste heat is provided independently. The condenser (heat radiator) is shared with the Rankine cycle condenser.

この冷凍装置においては、冷房の必要性と、冷却廃熱の回収可否に応じて、冷凍サイクル、ランキンサイクルの独立運転、あるいは冷凍サイクルとランキンサイクルとの併用運転を可能としている。
特開２００５−３０７９５１号公報 In this refrigeration apparatus, independent operation of the refrigeration cycle or Rankine cycle, or combined use of the refrigeration cycle and Rankine cycle is possible depending on the necessity of cooling and whether or not the cooling waste heat can be recovered.
JP 2005-307951 A

しかしながら、上記冷凍装置においては、両サイクル間で凝縮器を共用しているために、一方のサイクルだけを運転している場合に、他方のサイクル内に冷媒、あるいは冷媒中に含有された各種機器用の潤滑オイルが溜まり込んでしまうことがあり、運転中のサイクルの基本性能低下を招いたり、各種機器の潤滑不足に陥るという問題があった。 However, in the refrigeration system, since the condenser is shared between both cycles, when only one cycle is operated, the refrigerant in the other cycle or various devices contained in the refrigerant Lubricating oil may accumulate, resulting in a decrease in the basic performance of the cycle during operation and inadequate lubrication of various devices.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷凍サイクルとランキンサイクルとで凝縮器を共用するものにおいて、冷媒あるいは潤滑オイルの偏りを防止して、充分な性能発揮、および信頼性向上の可能となる排熱利用装置を備える冷凍装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to allow a refrigerant or a lubricating oil to be shared in a refrigeration cycle and a Rankine cycle. An object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus including an exhaust heat utilization device.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項１に記載の発明では、圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次環状に接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、上記の凝縮器（２２０）が共用されて、この凝縮器（２２０）、ポンプ（３３０）、発熱機器（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３１０）、膨張機（３２０）が順次環状に接続されて形成されるランキンサイクル（３００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、冷凍サイクル（２００）およびランキンサイクル（３００）のうち、一方のサイクル（２００、３００）のみを運転する際に、他方のサイクル（３００、２００）内の冷媒が流動可能となるように制御する流動制御手段（３４０、３４１、３５０、３５１、５００）を設けたことを特徴としている。 In the invention according to claim 1, the refrigeration cycle (200) formed by sequentially connecting the compressor (210), the condenser (220), the expansion valve (240), and the evaporator (250) in an annular shape, and the above The condenser (220) is shared, and the condenser (220), the pump (330), the heater (310) using the waste heat of the heat generating device (10) as a heating source, and the expander (320) are sequentially annular. In a refrigeration apparatus including a waste heat utilization apparatus having a Rankine cycle (300) formed by being connected to a refrigeration cycle, only one of the refrigeration cycle (200) and Rankine cycle (300) is operated (200, 300). And a flow control means (340, 341, 350, 351, 500) for controlling the refrigerant in the other cycle (300, 200) so that it can flow. There.

これにより、停止中の他方のサイクル（３００、２００）内の冷媒を強制的に流動させて、運転中の一方のサイクル（２００、３００）側に流出させることができるので、凝縮器（２２０）を共用するものにおいて、冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが停止中の他方のサイクル（３００、２００）内に溜まるのを防止して、運転中の一方のサイクル（２００、３００）側での充分な性能発揮、および信頼性向上が可能となる。 Accordingly, the refrigerant in the other stopped cycle (300, 200) can be forced to flow and flow out to the operating one cycle (200, 300) side, so that the condenser (220) In which the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant is prevented from accumulating in the other cycle (300, 200) that is stopped, and is sufficient on the one cycle (200, 300) side in operation. Performance and reliability can be improved.

請求項２に記載の発明では、一方のサイクル（２００、３００）は、冷凍サイクル（２００）であり、他方のサイクル（３００、２００）は、ランキンサイクル（３００）であり、流動制御手段（３４０、３４１、３５０、３５１、５００）は、膨張機（３２０）をバイパス可能とする膨張機バイパス手段（３４０、３４１）と、ポンプ（３３０）をバイパス可能とするポンプバイパス手段（３５０、３５１）と、膨張機バイパス手段（３４０、３４１）、およびポンプバイパス手段（３５０、３５１）をバイパス状態に制御する制御装置（５００）とから成ることを特徴としている。 In the invention according to claim 2, one cycle (200, 300) is the refrigeration cycle (200), the other cycle (300, 200) is the Rankine cycle (300), and the flow control means (340). , 341, 350, 351, 500) are an expander bypass means (340, 341) that allows the expander (320) to be bypassed, and a pump bypass means (350, 351) that allows the pump (330) to be bypassed. , The expander bypass means (340, 341), and the pump bypass means (350, 351).

これにより、冷凍サイクル（２００）の運転中に、停止中のランキンサイクル（３００）にも冷媒を流すことができるので、ランキンサイクル（３００）内に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まるのを防止することができる。 Accordingly, during operation of the refrigeration cycle (200), the refrigerant can also flow through the stopped Rankine cycle (300), so that the refrigerant or lubricating oil in the refrigerant is prevented from accumulating in the Rankine cycle (300). can do.

上記請求項２に記載の発明において、請求項３に記載の発明のように、膨張機バイパス手段（３４０、３４１）として、膨張機（３２０）をバイパスする膨張機バイパス流路（３４０）と、膨張機バイパス流路（３４０）を開閉する膨張機開閉弁（３４１）とから構成し、ポンプバイパス手段（３５０、３５１）として、ポンプ（３３０）をバイパスするポンプバイパス流路（３５０）と、ポンプバイパス流路（３５０）を開閉するポンプ開閉弁（３５１）とから構成して、制御装置（５００）は、膨張機開閉弁（３４１）と、ポンプ開閉弁（３５１）とを開状態に制御するものとすることで具体的な対応が可能となる。 In the invention described in claim 2, as in the invention described in claim 3, as the expander bypass means (340, 341), an expander bypass flow path (340) that bypasses the expander (320), A pump bypass passage (350) for bypassing the pump (330) as a pump bypass means (350, 351), and a pump bypass passage (340) configured to open and close the expander bypass passage (340); The control device (500) controls the expander on-off valve (341) and the pump on-off valve (351) to be in an open state. The pump on-off valve (351) opens and closes the bypass flow path (350). It is possible to take a concrete measure by using it.

請求項４に記載の発明では、制御装置（５００）は、加熱器（３１０）における発熱機器（１０）の廃熱温度が、凝縮器（２２０）における外気温度よりも低い場合に、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）を開く、あるいは、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すると共に、加熱器（３１０）における発熱機器（１０）の廃熱温度が、凝縮器（２２０）における外気温度よりも低い場合に、他方（３５１）を開くことを特徴としている。 In the invention according to claim 4, when the waste heat temperature of the heat generating device (10) in the heater (310) is lower than the outside air temperature in the condenser (220), the control device (500) opens and closes the expander. Open the valve (341) and the pump on-off valve (351), or fix one of the expander on-off valve (341) and the pump on-off valve (351) in the open state (341) and heat When the waste heat temperature of the heat generating device (10) in the condenser (310) is lower than the outside air temperature in the condenser (220), the other (351) is opened.

これにより、加熱器（３１０）側に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まりやすい条件下において、確実にその溜まりを防止することができる。また、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すれば、残る他方（３５１）のみを廃熱温度、外気温度に応じて制御すればよくなるので、制御自体を簡素化することができる。 Thus, the accumulation of the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant can be reliably prevented on the heater (310) side. Further, if one of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) is fixed in the open state, only the other (351) remains in accordance with the waste heat temperature and the outside air temperature. Since it only has to be controlled, the control itself can be simplified.

請求項５に記載の発明では、制御装置（５００）は、加熱器（３１０）における発熱機器（１０）の廃熱温度が、凝縮器（２２０）における冷媒温度よりも低い場合に、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）を開く、あるいは、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すると共に、加熱器（３１０）における発熱機器（１０）の廃熱温度が、凝縮器（２２０）における冷媒温度よりも低い場合に、他方（３５１）を開くことを特徴としている。 In the invention according to claim 5, when the waste heat temperature of the heat generating device (10) in the heater (310) is lower than the refrigerant temperature in the condenser (220), the control device (500) opens and closes the expander. Open the valve (341) and the pump on-off valve (351), or fix one of the expander on-off valve (341) and the pump on-off valve (351) in the open state (341) and heat When the waste heat temperature of the heat generating device (10) in the condenser (310) is lower than the refrigerant temperature in the condenser (220), the other (351) is opened.

これにより、上記請求項４と同様に、加熱器（３１０）側に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まりやすい条件下において、確実にその溜まりを防止することができる。また、両開閉弁（３４１、３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すれば、制御自体を簡素化することができる。 Thus, similarly to the fourth aspect, the accumulation of the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant can be reliably prevented on the heater (310) side. Further, if either one of the on-off valves (341, 351) (341) is fixed in the open state, the control itself can be simplified.

請求項６に記載の発明では、制御装置（５００）は、冷媒温度を凝縮器（２２０）における冷媒圧力から算出することを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that the control device (500) calculates the refrigerant temperature from the refrigerant pressure in the condenser (220).

これにより、冷媒温度を直接検出することなく、冷媒圧力から容易に冷媒温度を把握することができる。 Thereby, it is possible to easily grasp the refrigerant temperature from the refrigerant pressure without directly detecting the refrigerant temperature.

請求項７に記載の発明では、制御装置（５００）は、凝縮器（２２０）における冷媒圧力として所定期間の平均値を用いることを特徴としている。 The invention according to claim 7 is characterized in that the control device (500) uses an average value for a predetermined period as the refrigerant pressure in the condenser (220).

これにより、変動要因を取り除いた安定した冷媒圧力値として把握することができるので、安定した制御が可能となる。 Thereby, since it can grasp | ascertain as a stable refrigerant | coolant pressure value which removed the fluctuation factor, the stable control is attained.

請求項８に記載の発明では、制御装置（５００）は、加熱器（３１０）における冷媒圧力が、所定圧力よりも高い場合に、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）を開く、あるいは、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すると共に、加熱器（３１０）における冷媒圧力が、所定圧力よりも高い場合に、他方（３５１）を開くことを特徴としている。 In the invention according to claim 8, when the refrigerant pressure in the heater (310) is higher than a predetermined pressure, the control device (500) turns on the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351). Open or fix one of the expander on-off valve (341) and the pump on-off valve (351) in the open state (341), and the refrigerant pressure in the heater (310) is higher than a predetermined pressure. It is characterized by opening the other (351) when it is high.

これにより、ランキンサイクル（３００）内の冷媒圧力が異常等によって上昇した時に、冷媒を冷凍サイクル（２００）側に逃がすことができるので、ランキンサイクル（３００）の保護が可能となる。また、両開閉弁（３４１、３５１）のうち、いずれか一方（３４１）を開状態に固定すれば、制御自体を簡素化することができる。 Thus, when the refrigerant pressure in the Rankine cycle (300) rises due to an abnormality or the like, the refrigerant can be released to the refrigeration cycle (200) side, so that the Rankine cycle (300) can be protected. Further, if either one of the on-off valves (341, 351) (341) is fixed in the open state, the control itself can be simplified.

請求項９に記載の発明では、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）の開閉作動特性に、ヒステリシスを持たせたことを特徴としている。 The invention according to claim 9 is characterized in that hysteresis is given to the opening / closing operation characteristics of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351).

これにより、両開閉弁（３４１、３５１）の開閉判定値近傍での温度や圧力が微小変動して、両開閉弁（３４１、３５１）の開状態、あるいは閉状態がハンチングするのを防止することができるので、安定した制御が可能となる。 This prevents temperature and pressure in the vicinity of the open / close determination value of both open / close valves (341, 351) from fluctuating slightly to prevent the open / close state of both open / close valves (341, 351) from hunting. Therefore, stable control is possible.

請求項１０に記載の発明では、膨張機開閉弁（３４１）、およびポンプ開閉弁（３５１）は、一体的に形成されたことを特徴としている。 The invention according to claim 10 is characterized in that the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) are integrally formed.

これにより、冷凍装置（１００）としての構成をシンプルにすることができる。 Thereby, the structure as a freezing apparatus (100) can be simplified.

請求項１１に記載の発明では、膨張機バイパス流路（３４０）、あるいはポンプバイパス流路（３５０）のいずれか一方には、この一方の流路（３５０）を絞る絞り部（３５２）が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 11, in either one of the expander bypass flow path (340) or the pump bypass flow path (350), a throttle portion (352) for restricting the one flow path (350) is provided. It is characterized by that.

これにより、冷凍サイクル（２００）からランキンサイクル（３００）に流れる冷媒流量が、所定流量となるように調節することができる。 Thereby, the refrigerant | coolant flow volume which flows into a Rankine cycle (300) from a refrigerating cycle (200) can be adjusted so that it may become predetermined | prescribed flow volume.

請求項１２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、一方のサイクル（２００、３００）は、ランキンサイクル（３００）であり、他方のサイクル（３００、２００）は、冷凍サイクル（２００）であり、流動制御手段（３４０、３４１、３５０、３５１、５００）は、圧縮機（２１０）を所定タイミングでＯＮ−ＯＦＦさせる制御装置（５００）としたことを特徴としている。 In the invention of claim 12, in the invention of claim 1, one cycle (200, 300) is a Rankine cycle (300), and the other cycle (300, 200) is a refrigeration cycle (200). The flow control means (340, 341, 350, 351, 500) is characterized in that it is a control device (500) that turns on and off the compressor (210) at a predetermined timing.

これにより、ランキンサイクル（３００）の運転中に、停止中の冷凍サイクル（２００）内の冷媒を流動状態にして、ランキンサイクル（３００）側に流すことができるので、冷凍サイクル（２００）内に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まるのを防止することができる。 Thus, during operation of the Rankine cycle (300), the refrigerant in the stopped refrigeration cycle (200) can be made to flow and flow to the Rankine cycle (300) side. It is possible to prevent the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant from accumulating.

上記請求項１２に記載の発明において、所定タイミングは、請求項１３に記載の発明のように、ランキンサイクル（３００）を起動する直前のタイミングとしたり、請求項１４に記載の発明のように、ランキンサイクル（３００）を起動した後に所定時間間隔で繰返されるタイミングとすることができる。 In the invention described in claim 12, the predetermined timing is the timing immediately before starting the Rankine cycle (300) as in the invention described in claim 13, or as in the invention described in claim 14. The timing can be set to be repeated at predetermined time intervals after the Rankine cycle (300) is started.

また、上記請求項１２〜請求項１４に記載の発明においては、請求項１５に記載の発明のように、圧縮機（２１０）をＯＮ−ＯＦＦさせるときのＯＮ時間は、１００秒以下とするのが良い。即ち、圧縮機（２１０）のＯＮ時間が長い場合、空調性能に影響を及ぼす可能性があり、また圧縮機（２１０）の駆動動力により、冷凍装置（１００）全体のエネルギー効率（燃費）に悪影響を及ぼすので、１００秒といった上限値を設けて、それ以下の時間で作動させるのが良い。通常、数秒〜数十秒間圧縮機（２１０）を駆動すれば、冷媒および潤滑オイルを確実に回収できる。 In the inventions according to claims 12 to 14, as in the invention according to claim 15, the ON time when the compressor (210) is turned on and off is 100 seconds or less. Is good. That is, if the ON time of the compressor (210) is long, the air conditioning performance may be affected, and the driving power of the compressor (210) adversely affects the energy efficiency (fuel consumption) of the entire refrigeration apparatus (100). Therefore, it is preferable to set an upper limit value such as 100 seconds, and to operate in less time. Usually, if the compressor (210) is driven for several seconds to several tens of seconds, the refrigerant and the lubricating oil can be reliably recovered.

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載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 description mentioned later.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示し、まず、具体的な構成について説明する。本発明の廃熱利用装置を備える冷凍装置（以下、冷凍装置）１００は、エンジン１０を駆動源とする車両に適用されるものとしている。冷凍装置１００には冷凍サイクル２００およびランキンサイクル３００が設けられており、各サイクル２００、３００の作動が制御装置５００によって制御されるようになっている。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 to 5, and a specific configuration will be described first. A refrigeration apparatus (hereinafter referred to as a refrigeration apparatus) 100 including a waste heat utilization apparatus of the present invention is applied to a vehicle using an engine 10 as a drive source. The refrigeration apparatus 100 is provided with a refrigeration cycle 200 and a Rankine cycle 300, and the operation of each cycle 200, 300 is controlled by a control device 500.

図１に示すように、エンジン１０は水冷式の内燃機関（本発明における発熱機器に対応）であり、エンジン冷却水の循環によってエンジン１０が冷却されるラジエータ回路２０、および冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するヒータ回路３０を有している。尚、エンジン１０には、エンジン１０の駆動力によって駆動されて発電するオルタネータ１１が設けられている。オルタネータ１１によって発電された電力はバッテリ４０に充電されると共に、バッテリ４０に充電された電力は、車両電気負荷（ヘッドランプ、ワイパー、オーディオ等）４１に供給されるようになっている。 As shown in FIG. 1, the engine 10 is a water-cooled internal combustion engine (corresponding to the heat generating device in the present invention), and a radiator circuit 20 that cools the engine 10 by circulation of engine cooling water, and cooling water (hot water). A heater circuit 30 for heating the conditioned air is provided as a heat source. The engine 10 is provided with an alternator 11 that is driven by the driving force of the engine 10 to generate electric power. The electric power generated by the alternator 11 is charged in the battery 40, and the electric power charged in the battery 40 is supplied to a vehicle electrical load (headlamp, wiper, audio, etc.) 41.

ラジエータ回路２０にはラジエータ２１が設けられており、ラジエータ２１は、温水ポンプ２２によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却する。温水ポンプ２２は、ここでは電動式のポンプとしている。エンジン１０の出口側の流路（エンジン１０とラジエータ２１の間の流路）には、水温センサ２５と、後述するランキンサイクル３００の加熱器３１０が配設されている。加熱器３１０内にはエンジン１０から流出する冷却水が流通するようになっている。 The radiator circuit 20 is provided with a radiator 21, and the radiator 21 cools the cooling water circulated by the hot water pump 22 by heat exchange with the outside air. Here, the hot water pump 22 is an electric pump. A water temperature sensor 25 and a heater 310 of a Rankine cycle 300 described later are disposed in a flow path on the outlet side of the engine 10 (flow path between the engine 10 and the radiator 21). Cooling water flowing out from the engine 10 circulates in the heater 310.

水温センサ２５は、エンジン１０の出口側における冷却水温度（本発明における廃熱機器の廃熱温度に対応）を検出する水温検出手段であり、この水温センサ２５によって検出される温度信号は、後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。 The water temperature sensor 25 is water temperature detection means for detecting the cooling water temperature at the outlet side of the engine 10 (corresponding to the waste heat temperature of the waste heat equipment in the present invention), and a temperature signal detected by the water temperature sensor 25 is described later. Is output to the control device 500 (system control ECU 500a).

尚、ラジエータ回路２０中にはラジエータ２１を迂回して冷却水が流通するラジエータバイパス流路２３が設けられており、サーモスタット２４によってラジエータ２１を流通する冷却水量とラジエータバイパス流路２３を流通する冷却水量とが調節されるようにしている。 The radiator circuit 20 is provided with a radiator bypass passage 23 through which the cooling water flows around the radiator 21, and the cooling water amount flowing through the radiator 21 by the thermostat 24 and the cooling through the radiator bypass passage 23. The amount of water is adjusted.

ヒータ回路３０にはヒータコア３１が設けられており、上記の温水ポンプ２２によって冷却水（温水）が循環されるようにようになっている。ヒータコア３１は、空調ユニット４００の空調ケース４１０内に配設されており、送風機４２０によって送風される空調空気を温水との熱交換により加熱する。尚、ヒータコア３１にはエアミックスドア４３０が設けられており、このエアミックスドア４３０の開閉により、ヒータコア３１を通過する空調空気量が可変される。 A heater core 31 is provided in the heater circuit 30, and cooling water (hot water) is circulated by the hot water pump 22. The heater core 31 is disposed in the air conditioning case 410 of the air conditioning unit 400, and heats the conditioned air blown by the blower 420 by heat exchange with hot water. The heater core 31 is provided with an air mix door 430, and the amount of conditioned air passing through the heater core 31 is varied by opening and closing the air mix door 430.

冷凍サイクル２００は、周知のように圧縮機２１０、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１、膨張弁２４０、蒸発器２５０から成り、これらが順次環状に接続されて閉回路を形成している。圧縮機２１０は、冷凍サイクル２００内の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機器であり、ここではエンジン１０の駆動力によって駆動されるようにしている。即ち、圧縮機２１０の駆動軸には駆動手段としてのプーリ２１１が固定されており、エンジン１０の駆動力がベルト１２を介してプーリ２１１に伝達され、圧縮機２１０は駆動される。尚、プーリ２１１には、圧縮機２１０とプーリ２１１との間を断続する電磁クラッチ２１２が設けられている。電磁クラッチ２１２の断続は、後述する制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）によって制御される。 As is well known, the refrigeration cycle 200 includes a compressor 210, a condenser 220, a gas-liquid separator 230, a supercooler 231, an expansion valve 240, and an evaporator 250, which are sequentially connected in a ring to form a closed circuit. is doing. The compressor 210 is a fluid device that compresses the refrigerant in the refrigeration cycle 200 to a high temperature and a high pressure, and is driven by the driving force of the engine 10 here. That is, a pulley 211 as a driving means is fixed to the drive shaft of the compressor 210, and the driving force of the engine 10 is transmitted to the pulley 211 via the belt 12 to drive the compressor 210. The pulley 211 is provided with an electromagnetic clutch 212 that connects and disconnects between the compressor 210 and the pulley 211. The on / off state of the electromagnetic clutch 212 is controlled by a control device 500 (air conditioner control ECU 500b) described later.

凝縮器２２０は、圧縮機２１０の吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。気液分離器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液冷媒を過冷却器２３１側に流出させる。過冷却器２３１は、液冷媒を更に冷却する熱交換器である。凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は、いわゆる気液分離器を有するサブクールコンデンサの形態となっている。尚、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は、一体的に形成される気液分離器一体型サブクールコンデンサとしても良い。 The condenser 220 is connected to the discharge side of the compressor 210 and is a heat exchanger that condenses and liquefies the refrigerant by exchanging heat with the outside air. The gas-liquid separator 230 is a receiver that separates the refrigerant condensed in the condenser 220 into gas-liquid two layers, and causes the liquid refrigerant separated here to flow out to the supercooler 231 side. The subcooler 231 is a heat exchanger that further cools the liquid refrigerant. The condenser 220, the gas-liquid separator 230, and the supercooler 231 are in the form of a subcool condenser having a so-called gas-liquid separator. The condenser 220, the gas-liquid separator 230, and the supercooler 231 may be a gas-liquid separator integrated subcool condenser that is integrally formed.

膨張弁２４０は、過冷却器２３１から流出される液冷媒を減圧膨脹させる減圧手段であり、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮機２１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。 The expansion valve 240 is a decompression unit that decompresses and expands the liquid refrigerant flowing out from the supercooler 231. In this embodiment, the expansion valve 240 decompresses the refrigerant in an enthalpy manner, and also superheats the refrigerant sucked into the compressor 210. A temperature type expansion valve that controls the opening degree of the throttle so that becomes a predetermined value is employed.

蒸発器２５０は、ヒータコア３１と同様に空調ユニット４００の空調ケース４１０内に配設されており、膨張弁２４０によって減圧膨張された冷媒を蒸発させて、その時の蒸発潜熱によって送風機４２０からの空調空気を冷却する熱交換器である。そして、蒸発器２５０の冷媒出口側は、圧縮機２１０の吸入側に接続されている。尚、蒸発器２５０によって冷却された空調空気とヒータコア３１によって加熱された空調空気は、エアミックスドア４３０の開度に応じて混合比率が可変され、乗員の設定する温度に調節される。 The evaporator 250 is disposed in the air conditioning case 410 of the air conditioning unit 400 in the same manner as the heater core 31, evaporates the refrigerant decompressed and expanded by the expansion valve 240, and conditioned air from the blower 420 by the latent heat of evaporation at that time. It is a heat exchanger that cools. The refrigerant outlet side of the evaporator 250 is connected to the suction side of the compressor 210. Note that the mixing ratio of the conditioned air cooled by the evaporator 250 and the conditioned air heated by the heater core 31 is adjusted according to the opening of the air mix door 430 and adjusted to a temperature set by the occupant.

そして、過冷却器２３１と膨張弁２４０との間には、過冷却器２３１流出後の冷媒圧力（本発明における凝縮器２２０における冷媒圧力に対応）を検出する圧力検出手段としての冷媒圧力センサ２６０が設けられている。この冷媒圧力センサ２６０によって検出される圧力信号は、後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。 Between the subcooler 231 and the expansion valve 240, a refrigerant pressure sensor 260 as pressure detecting means for detecting the refrigerant pressure after flowing out of the supercooler 231 (corresponding to the refrigerant pressure in the condenser 220 in the present invention). Is provided. The pressure signal detected by the refrigerant pressure sensor 260 is output to a control device 500 (system control ECU 500a) described later.

一方、ランキンサイクル３００は、エンジン１０で発生した廃熱エネルギー（冷却水の熱エネルギー）を回収すると共に、この廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものである。以下、ランキンサイクル３００について説明する。 On the other hand, Rankine cycle 300 collects waste heat energy (cooling water heat energy) generated in engine 10 and converts the waste heat energy into electrical energy for use. Hereinafter, the Rankine cycle 300 will be described.

ランキンサイクル３００は、加熱器３１０、膨張機３２０、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１、ポンプ３３０から成り、これらが順次接続されて閉回路を形成している。尚、このランキンサイクル３００の凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１は上記冷凍サイクル２００のものが共用されるようになっており、ランキンサイクル３００内を流通する作動流体は、上記冷凍サイクル２００の冷媒と同一のものとなっている。 The Rankine cycle 300 includes a heater 310, an expander 320, a condenser 220, a gas-liquid separator 230, a supercooler 231, and a pump 330, which are sequentially connected to form a closed circuit. The condenser 220, the gas-liquid separator 230, and the supercooler 231 of the Rankine cycle 300 are commonly used for the refrigeration cycle 200, and the working fluid flowing through the Rankine cycle 300 is The refrigerant is the same as that of the refrigeration cycle 200.

また、膨張機３２０には、電動機と発電機の両機能を備える電動発電機３２１の一端側が接続され、更に、電動発電機３２１の他端側がポンプ３３０と接続され、膨張機３２０、電動発電機３２１、ポンプ３３０が一体的に形成されるようになっている。電動発電機３２１は、後述する制御装置５００（インバータ５００ｃ）によって作動制御されるようになっている。即ち、電動発電機３２１は、後述するインバータ５００ｃから電力供給されると、電動機として膨張機３２０、およびポンプ３３０を駆動（起動）させると共に、膨張機３２０から駆動力を受けると発電機として作動され、発電された電力はインバータ５００ｃを介してバッテリ４０に充電されるようになっている。 Further, one end side of a motor generator 321 having both functions of an electric motor and a generator is connected to the expander 320, and the other end side of the motor generator 321 is connected to a pump 330, and the expander 320, the motor generator 321 and the pump 330 are integrally formed. The operation of the motor generator 321 is controlled by a control device 500 (inverter 500c) described later. That is, the motor generator 321 drives (starts up) the expander 320 and the pump 330 as motors when power is supplied from an inverter 500c described later, and operates as a generator when receiving driving force from the expander 320. The generated power is charged into the battery 40 through the inverter 500c.

ポンプ３３０は、ランキンサイクル３００内の冷媒を循環させる流体機器であり、加熱器３１０はポンプ３３０から送られる冷媒とラジエータ回路２０を流通する高温の冷却水との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器である。膨張機３２０は、加熱器３１０で加熱された過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動力を発生させる流体機器である。膨張機３２０から流出される冷媒は、上記で説明した凝縮器２２０に至る。 The pump 330 is a fluid device that circulates the refrigerant in the Rankine cycle 300, and the heater 310 exchanges heat by exchanging heat between the refrigerant sent from the pump 330 and the high-temperature cooling water flowing through the radiator circuit 20. Heat exchanger for heating. The expander 320 is a fluid device that generates a rotational driving force by the expansion of the superheated steam refrigerant heated by the heater 310. The refrigerant flowing out of the expander 320 reaches the condenser 220 described above.

そして、ランキンサイクル３００内には、膨張機３２０をバイパスする膨張機バイパス流路３４０と、ポンプ３３０をバイパスするポンプバイパス流路３５０とが接続されており、更に、各バイパス流路３４０、３５０にはそれぞれのバイパス流路３４０、３５０を開閉する膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１が設けられている。膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１は、後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）によって開閉制御されるようになっている。尚、膨張機バイパス流路３４０と膨張機開閉弁３４１は本発明における膨張機バイパス手段に対応し、また、ポンプバイパス流路３５０とポンプ開閉弁３５１は本発明におけるポンプバイパス手段に対応する。 In the Rankine cycle 300, an expander bypass channel 340 that bypasses the expander 320 and a pump bypass channel 350 that bypasses the pump 330 are connected. Are provided with an expander opening / closing valve 341 and a pump opening / closing valve 351 for opening and closing the bypass flow paths 340 and 350, respectively. The expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 are controlled to be opened / closed by a control device 500 (system control ECU 500a) described later. The expander bypass flow path 340 and the expander opening / closing valve 341 correspond to the expander bypass means in the present invention, and the pump bypass flow path 350 and the pump open / close valve 351 correspond to the pump bypass means in the present invention.

また、ポンプバイパス流路３５０には、このポンプバイパス流路３５０を絞ることによって、ここを流通する冷媒の流量を所定流量に設定可能とするバイパス絞り（本発明における絞り部に対応）３５２が設けられている。 Further, the pump bypass passage 350 is provided with a bypass restrictor (corresponding to the restricting portion in the present invention) 352 that allows the flow rate of the refrigerant flowing through the pump bypass passage 350 to be set to a predetermined flow rate. It has been.

更に、ポンプ３３０と加熱器３１０との間には、加熱器３１０に流入する冷媒の圧力（本発明における加熱器３１０における冷媒圧力に対応し、以下ランキン冷媒圧力と呼ぶ）を検出する圧力検出手段としての冷媒圧力センサ３６０が設けられており、この冷媒圧力センサ３６０によって検出される圧力信号は、後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）に出力されるようになっている。 Further, between the pump 330 and the heater 310, pressure detecting means for detecting the pressure of the refrigerant flowing into the heater 310 (corresponding to the refrigerant pressure in the heater 310 in the present invention, hereinafter referred to as Rankine refrigerant pressure). A refrigerant pressure sensor 360 is provided, and a pressure signal detected by the refrigerant pressure sensor 360 is output to a control device 500 (system control ECU 500a) described later.

制御装置５００は、上記冷凍サイクル２００、およびランキンサイクル３００の各種機器の作動を制御する制御手段であり、システム制御ＥＣＵ５００ａ、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ、インバータ５００ｃを有している。 The control device 500 is a control means for controlling the operation of various devices of the refrigeration cycle 200 and Rankine cycle 300, and includes a system control ECU 500a, an air conditioner control ECU 500b, and an inverter 500c.

システム制御ＥＣＵ５００ａには、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂとインバータ５００ｃとが接続されて、相互に制御信号が授受されるようになっている。システム制御ＥＣＵ５００ａには、外気温度を検出する外気温センサ５１０からの検出信号が入力されるようになっている。 The system control ECU 500a is connected to an air conditioner control ECU 500b and an inverter 500c so that control signals are exchanged between them. A detection signal from an outside air temperature sensor 510 that detects the outside air temperature is input to the system control ECU 500a.

システム制御ＥＣＵ５００ａは、冷凍サイクル２００、およびランキンサイクル３００の総合的な制御を行うと共に、後述するように必要に応じて停止中のサイクル内の冷媒が流動可能となるように制御する。エアコン制御ＥＣＵ５００ｂは、乗員のエアコン要求、設定温度、環境条件等に応じて、冷凍サイクル２００の基本作動を制御する。また、インバータ５００ｃは、電動発電機３２１を電動機あるいは発電機として作動させることで、ランキンサイクル３００の基本作動を制御する。尚、制御装置５００、両バイパス流路３４０、３５０、両開閉弁３４１、３５１は、本発明において、冷凍サイクル２００のみ運転時の流動制御手段に対応し、また、制御装置５００、圧縮機２１０、電磁クラッチ２１２は、本発明において、ランキンサイクル３００のみ運転時の流動制御手段に対応する。 The system control ECU 500a performs comprehensive control of the refrigeration cycle 200 and the Rankine cycle 300, and controls the refrigerant in the stopped cycle to flow as necessary, as will be described later. The air conditioner control ECU 500b controls the basic operation of the refrigeration cycle 200 according to the passenger's air conditioner request, set temperature, environmental conditions, and the like. The inverter 500c controls the basic operation of the Rankine cycle 300 by operating the motor generator 321 as a motor or a generator. In the present invention, the control device 500, both bypass flow paths 340 and 350, and both on-off valves 341 and 351 correspond to the flow control means during operation of only the refrigeration cycle 200, and the control device 500, the compressor 210, In the present invention, the electromagnetic clutch 212 corresponds to the flow control means when only the Rankine cycle 300 is operated.

次に、上記構成に基づく冷凍装置１００の作動について説明する。本冷凍装置１００においては、以下の基本運転（冷凍サイクル単独運転、ランキンサイクル単独運転、冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転）を可能とする。 Next, the operation of the refrigeration apparatus 100 based on the above configuration will be described. In this refrigeration apparatus 100, the following basic operations (refrigerating cycle single operation, Rankine cycle single operation, simultaneous operation of the refrigeration cycle and Rankine cycle) are enabled.

１．基本運転
（１）冷凍サイクル単独運転
制御装置５００は、乗員からのエアコン要求があり、エンジン１０始動直後の暖機中等で廃熱が充分に得られない時、即ち、水温センサ２５によって得られる冷却水温度が所定冷却水温度に満たないと判定した時は、電動発電機３２１を停止（膨張機３２０、ポンプ３３０は停止）させ、電磁クラッチ２１２を接続し、エンジン１０の駆動力によって圧縮機２１０を駆動させ、冷凍サイクル２００を単独運転させる。この場合は、通常の車両用エアコンと同じ作動をする。 1. Basic Operation (1) Refrigerating Cycle Single Operation The control device 500 has an air conditioner request from an occupant, and when the waste heat cannot be sufficiently obtained during warming up immediately after the engine 10 is started, that is, cooling obtained by the water temperature sensor 25. When it is determined that the water temperature does not reach the predetermined cooling water temperature, the motor generator 321 is stopped (the expander 320 and the pump 330 are stopped), the electromagnetic clutch 212 is connected, and the compressor 210 is driven by the driving force of the engine 10. And the refrigeration cycle 200 is operated alone. In this case, the same operation as a normal vehicle air conditioner is performed.

（２）ランキンサイクル単独運転
制御装置５００は、エアコン要求が無く、冷却水温度が所定冷却水温度以上となってエンジン１０の廃熱が充分得られると判定した時は、電磁クラッチ２１２を切断（圧縮機２１０は停止）し、電動発電機３２１（膨張機３２０、ポンプ３３０）をまず電動機として作動（起動）させて、ランキンサイクル３００を単独運転させる。そして、膨張機３２０の回転駆動力に伴う電動発電機３２１の発電作用により発電を行う。 (2) Rankine cycle independent operation When the controller 500 determines that there is no air conditioner request and the cooling water temperature is equal to or higher than the predetermined cooling water temperature and sufficient waste heat of the engine 10 is obtained, the electromagnetic clutch 212 is disconnected ( The compressor 210 is stopped), and the motor generator 321 (the expander 320 and the pump 330) is first actuated (started) as an electric motor so that the Rankine cycle 300 is operated alone. Then, power is generated by the power generation action of the motor generator 321 accompanying the rotational driving force of the expander 320.

この場合は、ポンプ３３０によって過冷却器２３１からの液冷媒が昇圧されて加熱器３１０に送られ、加熱器３１０において液冷媒は高温のエンジン冷却水によって加熱され、過熱蒸気冷媒となって膨張機３２０に送られる。膨張機３２０において過熱蒸気冷媒は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギーと圧力エネルギーの一部が回転駆動力に変換され、膨張機３２０で取り出された回転駆動力によって電動発電機機３２１が作動される。そして、膨張機３２０での回転駆動力がポンプ３３０用の駆動力を超えると、電動発電機３２１は、電力を発生させる発電機として作動し、得られた電力はインバータ５００ｃを介してバッテリ４０に充電される。充電された電力は、車両電気負荷４１の作動に使用される。よってオルタネータ１１の負荷が軽減される。尚、膨張機３２０で減圧された冷媒は凝縮器２２０で凝縮され、気液分離器２３０で気液分離され、過冷却器２３１で過冷却されて、再びポンプ３３０へ吸引される。 In this case, the liquid refrigerant from the supercooler 231 is boosted by the pump 330 and sent to the heater 310, where the liquid refrigerant is heated by the high-temperature engine cooling water to become superheated steam refrigerant and the expander. 320. In the expander 320, the superheated vapor refrigerant is expanded and reduced in an isentropic manner, and part of the heat energy and pressure energy is converted into a rotational driving force, and the motor generator 321 is driven by the rotational driving force extracted by the expander 320. Actuated. When the rotational driving force in the expander 320 exceeds the driving force for the pump 330, the motor generator 321 operates as a generator that generates electric power, and the obtained electric power is supplied to the battery 40 via the inverter 500c. Charged. The charged electric power is used for the operation of the vehicle electric load 41. Therefore, the load on the alternator 11 is reduced. Note that the refrigerant decompressed by the expander 320 is condensed by the condenser 220, separated into gas and liquid by the gas / liquid separator 230, supercooled by the subcooler 231, and sucked into the pump 330 again.

（３）冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転
制御装置５００は、エアコン要求があり、且つ廃熱も充分に得られると判定した時は、冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００を同時運転させ、空調と発電の両方を行う。 (3) Simultaneous operation of refrigeration cycle and Rankine cycle When control device 500 determines that there is an air conditioner requirement and sufficient waste heat is obtained, refrigeration cycle 200 and Rankine cycle 300 are operated simultaneously, and air conditioning and power generation are performed. Do both.

この場合は、電磁クラッチ２１２を接続し、電動発電機３２１（膨張機３２０、ポンプ３３０）を作動させる。２つのサイクル２００、３００は、凝縮器２２０、気液分離器２３０、過冷却器２３１を共用し、冷媒は、過冷却器２３１を流出した後に分岐して、それぞれの流路を循環する。各サイクル２００、３００の作動については、上記単独運転の場合と同じである。 In this case, the electromagnetic clutch 212 is connected and the motor generator 321 (expander 320, pump 330) is operated. The two cycles 200 and 300 share the condenser 220, the gas-liquid separator 230, and the supercooler 231, and the refrigerant branches after flowing out of the supercooler 231, and circulates through the respective flow paths. About the operation | movement of each cycle 200,300, it is the same as the case of the said independent operation.

ここで、上記冷凍サイクル単独運転、およびランキンサイクル単独運転においては、以下の理由１）と２）により運転中のサイクルに対して停止中のサイクル内に冷媒、あるいは冷媒中に含まれる潤滑油が溜まり込んでしまう場合がある。この状況が発生すると、運転中のサイクルの基本性能が低下する、各種機器の潤滑不足に陥る等の問題に繋がる。 Here, in the above-described refrigeration cycle single operation and Rankine cycle single operation, refrigerant or lubricating oil contained in the refrigerant is contained in the cycle that is stopped with respect to the cycle being operated for the following reasons 1) and 2). May accumulate. If this situation occurs, it will lead to problems such as a decrease in the basic performance of the operating cycle and a lack of lubrication of various devices.

１）冷凍サイクル単独運転時にランキンサイクル側に冷媒が溜まる理由
両サイクル２００、３００内において、冷媒がどこにあるかは、その時の車両の状態、気象の状態、エアコンの使われ方の履歴等によってさまざまなパターンが出現する。例えば、走行中にエアコンを使っていた車両が夜になって停車する。この時、凝縮器２２０内は液冷媒が多量に存在する。夜中中放置した後、朝を迎え気温が上昇する。通常、凝縮器２２０は車両前面に装着されており、また比較的熱容量が少なく設計されているので、気温の上昇とともに凝縮器２２０の温度も上昇していく。一方で加熱器３１０はエンジン冷却水で満たされており、なかなか外気温の影響では温度上昇しにくい。この場合、凝縮器２２０と加熱器３１０との間で温度差が生じ、凝縮器２２０内の液冷媒は蒸発し、加熱器３１０で凝縮することになる。つまり、ランキンサイクル３００側へ冷媒が溜まってしまうことになる。 1) Reason why the refrigerant accumulates on the Rankine cycle side during single operation of the refrigeration cycle The location of the refrigerant in both cycles 200 and 300 varies depending on the state of the vehicle, the weather condition, the history of how the air conditioner is used, etc. Patterns appear. For example, a vehicle that used an air conditioner while traveling stops at night. At this time, a large amount of liquid refrigerant exists in the condenser 220. After being left all night, the temperature rises in the morning. Usually, the condenser 220 is mounted on the front surface of the vehicle, and is designed to have a relatively small heat capacity. Therefore, the temperature of the condenser 220 increases as the temperature rises. On the other hand, the heater 310 is filled with engine cooling water, and the temperature does not easily rise due to the influence of the outside air temperature. In this case, a temperature difference occurs between the condenser 220 and the heater 310, and the liquid refrigerant in the condenser 220 evaporates and condenses in the heater 310. That is, the refrigerant accumulates on the Rankine cycle 300 side.

また、上記とは異なり、冷凍サイクル２００の起動時にランキンサイクル３００側に冷媒が溜まっていない場合でも、冷凍サイクル２００の稼動とともに、ランキンサイクル３００側へ冷媒が溜まりこんでしまう場合がある。例えば、車両が完全にコールド状態（温度が外気温度と同じ）とする。この状態で車両に乗り込み、エンジンをＯＮし、エアコンをＯＮ（冷凍サイクル２００を起動⇒稼動）させる。初めはランキンサイクル３００側に冷媒が溜まり込んでいないので、所望の冷房能力で冷凍サイクル２００を稼動できる。ここで、凝縮器２２０での冷媒凝縮温度は外気温より１０℃程度高いものとなっている。一方、加熱器３１０の温度はエンジン１０稼動直後では、ほぼ外気温度と同じであるので、凝縮器２２０と加熱器３１０との間で温度差ができてしまい、加熱器３１０に液冷媒が凝縮してしまう。つまり、ランキンサイクル３００側へ冷媒が溜まってしまうことになる。 Unlike the above, even when the refrigerant is not accumulated on the Rankine cycle 300 side when the refrigeration cycle 200 is started, the refrigerant may be accumulated on the Rankine cycle 300 side as the refrigeration cycle 200 is operated. For example, the vehicle is completely cold (the temperature is the same as the outside air temperature). In this state, the vehicle is boarded, the engine is turned on, and the air conditioner is turned on (the refrigeration cycle 200 is activated → runs). Initially, since the refrigerant does not accumulate on the Rankine cycle 300 side, the refrigeration cycle 200 can be operated with a desired cooling capacity. Here, the refrigerant condensing temperature in the condenser 220 is about 10 ° C. higher than the outside air temperature. On the other hand, since the temperature of the heater 310 is almost the same as the outside air temperature immediately after the engine 10 is operated, a temperature difference is generated between the condenser 220 and the heater 310, and the liquid refrigerant is condensed in the heater 310. End up. That is, the refrigerant accumulates on the Rankine cycle 300 side.

２）ランキンサイクル単独運転時に冷凍サイクル側に冷媒が溜まる理由
例えば、走行中エアコンを使っていた車両が夜になって停車する。この時、凝縮器２２０内と蒸発器２５０内は液冷媒が多量に存在する。夜中中放置した後、朝を迎え気温が上昇する。通常、凝縮器２２０は車両前面にあり、また比較的熱容量が少なく設計されているので、気温の上昇とともに凝縮器２２０の温度も上昇していく。一方で圧縮機２１０は凝縮器２２０と比較して熱容量が大きい設計となっており、なかなか外気温の影響では温度上昇しにくい。この場合、凝縮器２２０と圧縮機２１０との間で温度差が生じ、凝縮器２２０内の液冷媒は蒸発し、圧縮機２１０で凝縮することになる。つまりは冷凍サイクル２００側へ冷媒が溜まってしまうことになる。 2) Reason why refrigerant accumulates on the refrigeration cycle side when the Rankine cycle is operated alone For example, a vehicle using an air conditioner during traveling stops at night. At this time, a large amount of liquid refrigerant exists in the condenser 220 and the evaporator 250. After being left all night, the temperature rises in the morning. Usually, the condenser 220 is located in front of the vehicle and is designed to have a relatively small heat capacity, so that the temperature of the condenser 220 increases as the temperature rises. On the other hand, the compressor 210 is designed to have a larger heat capacity than the condenser 220, and the temperature is hardly increased due to the influence of the outside air temperature. In this case, a temperature difference occurs between the condenser 220 and the compressor 210, and the liquid refrigerant in the condenser 220 evaporates and is condensed in the compressor 210. That is, the refrigerant accumulates on the refrigeration cycle 200 side.

また、冷凍サイクル２００において、換気のため外気導入による送風のみを行っている場合を考える。この場合、蒸発器２５０には外気から導入された冷たい空気が当たっていることになる。この状態でランキンサイクル３００を稼動すると、ランキンサイクル３００側から、圧縮機２１０、膨張弁２４０側へ少量ずつ冷媒が流れ込んでいくことが考えられる。 In the refrigeration cycle 200, a case where only ventilation by introducing outside air is performed for ventilation will be considered. In this case, the evaporator 250 is hit by cold air introduced from outside air. When the Rankine cycle 300 is operated in this state, it is conceivable that the refrigerant flows little by little from the Rankine cycle 300 side to the compressor 210 and the expansion valve 240 side.

よって本発明においては、上記１）と２）のような理由によって冷媒、あるいは冷媒中に含まれる潤滑オイルが停止中のサイクル側に溜まってしまうのを、流動制御手段によってその溜まりを防止するようにしている。以下、図２〜図５を用いて流動制御手段による具体的な作動（制御）を説明する。 Therefore, in the present invention, the flow control means prevents the refrigerant or the lubricating oil contained in the refrigerant from accumulating on the stopped cycle side for the reasons 1) and 2). I have to. Hereinafter, a specific operation (control) by the flow control means will be described with reference to FIGS.

２．停止中サイクルの冷媒流動運転
（１）ランキンサイクル停止時の冷凍サイクル運転
図２は制御装置５００が、冷凍サイクル２００の単独運転を行う際の、ランキンサイクル３００側への冷媒溜まりを防止する制御を示す制御フローである。制御装置５００は、ランキンサイクル３００の停止条件のもとで、まずステップＳ１００で外気温センサ５１０から得られる外気温度（ＴＡ）、および水温センサから得られる冷却水温度（Ｔｗ）から外気温度の判定をする。即ち、外気温度の判定とは、図３に示す制御特性図から、冷却水温度が外気温度より低い場合は「１」、冷却水温度が（外気温度＋所定値α１）より高い場合は「０」と区別判定するものである。上記「１」の判定は、加熱器３１０の温度が低い状態にあり、ここに冷媒が溜まり込んでいる可能性があると考えられるものである。 2. Refrigerant flow operation in stopped cycle (1) Refrigeration cycle operation when Rankine cycle is stopped FIG. 2 shows the control for preventing the refrigerant from accumulating on the Rankine cycle 300 side when the control device 500 operates the refrigeration cycle 200 alone. It is the control flow shown. The control device 500 first determines the outside air temperature from the outside air temperature (TA) obtained from the outside air temperature sensor 510 in step S100 and the cooling water temperature (Tw) obtained from the water temperature sensor under the stop condition of the Rankine cycle 300. do. That is, the judgment of the outside air temperature is “1” when the cooling water temperature is lower than the outside air temperature, and “0” when the cooling water temperature is higher than (outside air temperature + predetermined value α1) from the control characteristic diagram shown in FIG. ". The determination of “1” is considered that the temperature of the heater 310 is in a low state, and there is a possibility that the refrigerant has accumulated therein.

尚、ここでは、外気温度と所定値α１との間において、この制御特性にヒステリシスを持たせるようにしている。つまり、冷却水温度が低い側から外気温度を越えて（外気温度＋所定値α１）に至るまでは判定結果を「１」とし、冷却水温度が高い側から（外気温度＋所定値α１）を下回り外気温度に至るまでは判定結果を「０」としている。 Here, the control characteristic is provided with hysteresis between the outside air temperature and the predetermined value α1. That is, the determination result is “1” from the low cooling water temperature side to the outside air temperature exceeding the outside air temperature (outside air temperature + predetermined value α1), and from the high cooling water temperature side (outside air temperature + predetermined value α1). The determination result is “0” until the lower outside air temperature is reached.

上記ステップＳ１００で「１」の判定、即ち、冷却水温度が外気温度より低いと判定すると、ランキンサイクル３００内に溜まり込んでいると思われる冷媒を冷凍サイクル２００側に流出させるために、ステップＳ１１０で膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１を開く。 If the determination in step S100 is “1”, that is, if it is determined that the cooling water temperature is lower than the outside air temperature, the refrigerant that seems to have accumulated in the Rankine cycle 300 is caused to flow out to the refrigeration cycle 200 side. Then, the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 are opened.

すると、冷凍サイクル２００内を循環する冷媒の一部は、ランキンサイクル３００側を流通することになる。具体的には、圧縮機２１０から吐出された冷媒の一部は、凝縮器２２０の流入側で分流して、膨張機バイパス流路３４０→膨張機開閉弁３４１→加熱器３１０→ポンプバイパス流路３５０→ポンプ開閉弁３５１→バイパス絞り３５２を通り、過冷却部２３１の流出側に合流する。この時、分流する冷媒の流量はポンプバイパス流路３５０のバイパス絞り３５２によって、所定流量に絞られることになる。 Then, a part of the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 200 flows through the Rankine cycle 300 side. Specifically, a part of the refrigerant discharged from the compressor 210 is diverted on the inflow side of the condenser 220, and the expander bypass flow path 340 → the expander opening / closing valve 341 → the heater 310 → the pump bypass flow path. 350 → Pump opening / closing valve 351 → Bypass throttle 352, and merges with the outflow side of the supercooling section 231. At this time, the flow rate of the refrigerant to be divided is reduced to a predetermined flow rate by the bypass restrictor 352 of the pump bypass passage 350.

ステップＳ１００で「０」の判定、即ち、冷却水温度が外気温度より高いと判定すると、ランキンサイクル３００内に冷媒は溜まり込んでいないと思われるため、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では過冷却器２３１の流出側（凝縮器２２０）における冷媒圧力を算出する。冷媒圧力は冷媒圧力センサ２６０によって得られるものであるが、ここでは、現時点から所定時間（本発明における所定期間に対応し、例えば３０秒）さかのぼった間の冷媒圧力の平均値を算出して用いるようにしている。 If “0” is determined in step S100, that is, if it is determined that the coolant temperature is higher than the outside air temperature, it is considered that the refrigerant has not accumulated in the Rankine cycle 300, and thus the process proceeds to step S120. In step S120, the refrigerant pressure on the outflow side (condenser 220) of the subcooler 231 is calculated. The refrigerant pressure is obtained by the refrigerant pressure sensor 260. Here, an average value of the refrigerant pressure during a predetermined time (for example, 30 seconds corresponding to the predetermined period in the present invention) from the present time is calculated and used. I am doing so.

ステップＳ１３０では上記平均冷媒圧力に対する平均冷媒温度を算出する。冷凍サイクル２００における冷媒の圧力と温度は冷媒の種類によって所定の関係式によって関係付けられるものであって、制御装置５００は、その関係式に基づいて、ステップＳ１２０で算出した平均冷媒圧力を平均冷媒温度に置き換える。 In step S130, an average refrigerant temperature with respect to the average refrigerant pressure is calculated. The pressure and temperature of the refrigerant in the refrigeration cycle 200 are related by a predetermined relational expression depending on the type of refrigerant, and the control device 500 calculates the average refrigerant pressure calculated in step S120 based on the relational expression as the average refrigerant. Replace with temperature.

そして、ステップＳ１４０で上記平均冷媒温度、および冷却水温度から平均冷媒温度の判定をする。即ち、平均冷媒温度の判定とは、図４に示す制御特性図から、平均冷媒温度が冷却水温度より高い場合は「１」、平均冷媒温度が（冷却水温度−所定値α２）より低い場合は「０」と区別判定するものである。上記「１」の判定は、加熱器３１０の温度が低い状態にあり、ここに冷媒が溜まり込んでいる可能性があると考えられるものである。尚、ここでは、冷却水温度と所定値α２との間において、図３で説明した内容と同様に、この制御特性にヒステリシスを持たせるようにしている。 In step S140, the average refrigerant temperature is determined from the average refrigerant temperature and the cooling water temperature. That is, the determination of the average refrigerant temperature is “1” when the average refrigerant temperature is higher than the cooling water temperature, and when the average refrigerant temperature is lower than (cooling water temperature−predetermined value α2) from the control characteristic diagram shown in FIG. Distinguishes from “0”. The determination of “1” is considered that the temperature of the heater 310 is in a low state, and there is a possibility that the refrigerant has accumulated therein. Here, between the cooling water temperature and the predetermined value α2, this control characteristic is provided with hysteresis in the same manner as described in FIG.

上記ステップＳ１４０で「１」の判定、即ち、平均冷媒温度が冷却水温度より高いと判定すると、ランキンサイクル３００内に溜まり込んでいると思われる冷媒を冷凍サイクル２００側に流出させるために、上記と同様にステップＳ１１０で膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１を開く。 If the determination in step S140 is “1”, that is, if it is determined that the average refrigerant temperature is higher than the cooling water temperature, the refrigerant that seems to be accumulated in the Rankine cycle 300 is caused to flow out to the refrigeration cycle 200 side. Similarly to step S110, the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 are opened.

ステップＳ１４０で「０」の判定、即ち、平均水温度が冷却水温度より低いと判定すると、ランキンサイクル３００内に冷媒は溜まり込んでいないと思われるため、ステップＳ１５０へ進む。 If “0” is determined in step S140, that is, it is determined that the average water temperature is lower than the cooling water temperature, it is considered that the refrigerant has not accumulated in the Rankine cycle 300, and thus the process proceeds to step S150.

ステップＳ１５０では冷媒圧力センサ３６０から得られるランキン冷媒圧力を判定する。即ち、ランキン冷媒圧力の判定とは、図５に示す制御特性図から、ランキン冷媒圧力がランキンサイクル３００において許容しうる高圧設定値（図５中のＰｍａｘ表示であり、本発明における所定圧力に対応）より高い場合は「１」、ランキン冷媒圧力が高圧設定値より低い場合は「０」と区別判定するものである。尚、ここでは、高圧設定値と所定値α３との間において、図３で説明した内容と同様に、この制御特性にヒステリシスを持たせるようにしている。 In step S150, the Rankine refrigerant pressure obtained from the refrigerant pressure sensor 360 is determined. That is, the Rankine refrigerant pressure determination is based on the control characteristic diagram shown in FIG. 5, the Rankine refrigerant pressure being a high pressure set value that can be allowed in the Rankine cycle 300 (Pmax display in FIG. 5, corresponding to the predetermined pressure in the present invention). ) And “0” when the Rankine refrigerant pressure is lower than the high pressure set value. Here, between the high-pressure set value and the predetermined value α3, the control characteristic is provided with hysteresis in the same manner as described in FIG.

上記ステップＳ１５０で「１」の判定、即ち、ランキン冷媒圧力が高圧設定値より高いと判定すると、ランキンサイクル３００内が高い圧力状態にあり、この圧力を冷凍サイクル２００側に開放するために、上記と同様にステップＳ１１０で膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１を開く。 If “1” is determined in step S150, that is, if it is determined that the Rankine refrigerant pressure is higher than the high pressure set value, the Rankine cycle 300 is in a high pressure state, and the pressure is released to the refrigeration cycle 200 side. Similarly to step S110, the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 are opened.

ステップＳ１５０で「０」の判定、即ち、ランキン冷媒圧力が高圧設定値より低いと判定すると、ステップＳ１６０で膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１を閉じる。 If “0” is determined in step S150, that is, it is determined that the Rankine refrigerant pressure is lower than the high pressure set value, the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 are closed in step S160.

（２）冷凍サイクル停止時のランキンサイクル運転
制御装置５００は、冷凍サイクル２００の停止条件のもとで、ランキンサイクル３００を起動する直前に、所定のタイミングで圧縮機２１０をＯＮ−ＯＦＦさせる。具体的には、電磁クラッチ２１２を接続して、１００秒以下となる所定時間（望ましくは数秒〜数十秒間）、圧縮機２１０を作動させる。すると、冷凍サイクル２００内の冷媒が流動されて、その一部がランキンサイクル３００側に流入する。そして、上記所定時間が過ぎると、電磁クラッチ２１２を切断して、圧縮機２１０を停止させる。 (2) Rankine cycle operation when the refrigeration cycle is stopped The control device 500 turns the compressor 210 on and off at a predetermined timing immediately before starting the Rankine cycle 300 under the stop condition of the refrigeration cycle 200. Specifically, the electromagnetic clutch 212 is connected, and the compressor 210 is operated for a predetermined time (desirably several seconds to several tens of seconds) that is 100 seconds or less. Then, the refrigerant in the refrigeration cycle 200 flows, and a part thereof flows into the Rankine cycle 300 side. And if the said predetermined time passes, the electromagnetic clutch 212 will be cut | disconnected and the compressor 210 will be stopped.

尚、圧縮機２１０の作動方法としては、その他に、ランキンサイクル３００を起動した後に一定期間ごとに（本発明における所定時間間隔に対応）１回ずつ１００秒以下となる所定時間（望ましくは数秒〜数十秒間）作動させるようにしても良い。 In addition, as an operation method of the compressor 210, after the Rankine cycle 300 is started, a predetermined time (preferably several seconds to less than 100 seconds) once every predetermined period (corresponding to a predetermined time interval in the present invention). It may be operated for several tens of seconds.

以上のように、本実施形態では制御装置５００によって開閉される膨張機バイパス手段（３４０、３４１）、およびポンプバイパス手段（３５０、３５１）を設けて、ランキンサイクル３００停止時で冷凍サイクル２００を運転する時に、両バイパス手段を開いて、冷凍サイクル２００の冷媒の一部をランキンサイクル３００側に流動可能となるようにしているので、冷凍装置１００内で凝縮器２２０（気液分離器２３０、過冷却器２３１）を共用するものにおいて、冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが停止中のランキンサイクル３００内に溜まるのを防止して、運転中の冷凍サイクル２００側での充分な性能発揮、および信頼性向上が可能となる。 As described above, in this embodiment, the expander bypass means (340, 341) opened and closed by the control device 500 and the pump bypass means (350, 351) are provided, and the refrigeration cycle 200 is operated when the Rankine cycle 300 is stopped. At this time, since both bypass means are opened so that a part of the refrigerant of the refrigeration cycle 200 can flow to the Rankine cycle 300 side, the condenser 220 (gas-liquid separator 230, excess In the common use of the cooler 231), the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant is prevented from accumulating in the stopped Rankine cycle 300, and sufficient performance is exhibited on the refrigeration cycle 200 side during operation, and reliability. Improvement is possible.

ここで、膨張機バイパス手段を膨張機バイパス流路３４０と膨張機開閉弁３４１とから形成して、また、ポンプバイパス手段をポンプバイパス流路３５０とポンプ開閉弁３５１とで形成することで、確実且つ容易な対応を可能としている。 Here, the expander bypass means is formed by the expander bypass flow path 340 and the expander opening / closing valve 341, and the pump bypass means is formed by the pump bypass flow path 350 and the pump open / close valve 351, so that And easy correspondence is possible.

また、膨張機バイパス手段およびポンプバイパス手段を開く際の判定を、冷却水温度と外気温度とを比較する（ステップＳ１００）、または冷媒温度と冷却水温度とを比較する（ステップＳ１４０）ことで対応するようにしているので、ランキンサイクル３００の加熱器３１０側に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まりやすい条件下において、確実にその溜まりを防止することができる。 Further, the determination at the time of opening the expander bypass means and the pump bypass means is handled by comparing the cooling water temperature with the outside air temperature (step S100), or comparing the refrigerant temperature with the cooling water temperature (step S140). Therefore, the accumulation of the refrigerant or the lubricating oil in the refrigerant on the heater 310 side of the Rankine cycle 300 can be surely prevented.

また、冷媒温度については、冷媒圧力から容易に算出可能であり、冷媒温度の直接検出を不要としている。また、冷媒圧力として平均値を用いるようにしているので、変動要因を取り除いた安定した冷媒圧力値として把握することができ、安定した制御が可能となる。 Further, the refrigerant temperature can be easily calculated from the refrigerant pressure, and direct detection of the refrigerant temperature is unnecessary. In addition, since the average value is used as the refrigerant pressure, it can be grasped as a stable refrigerant pressure value from which the fluctuation factor is removed, and stable control is possible.

また、ランキン冷媒圧力が高圧設定値よりも高い時に、膨張機バイパス手段およびポンプバイパス手段を開くようにしているので、ランキンサイクル３００内の冷媒圧力が異常等によって上昇した時に、冷媒を冷凍サイクル２００側に逃がすことができ、ランキンサイクル３００の保護が可能となる。 Further, when the Rankine refrigerant pressure is higher than the high pressure set value, the expander bypass means and the pump bypass means are opened. Therefore, when the refrigerant pressure in the Rankine cycle 300 rises due to an abnormality or the like, the refrigerant is supplied to the refrigeration cycle 200. The Rankine cycle 300 can be protected.

また、膨張機開閉弁３４１、ポンプ開閉弁３５１の開閉作動特性として、ヒステリシスを持たせるようにしているので、両開閉弁３４１、３５１の開閉判定値近傍での温度や圧力が微小変動して、両開閉弁３４１、３５１の開状態、あるいは閉状態がハンチングするのを防止することができ、安定した制御が可能となる。 Moreover, since the hysteresis is provided as the opening / closing operation characteristics of the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351, the temperature and pressure in the vicinity of the opening / closing determination value of both the opening / closing valves 341, 351 fluctuate slightly, It is possible to prevent hunting in the open state or the closed state of both on-off valves 341 and 351, and stable control is possible.

また、ポンプバイパス流路３５０にバイパス絞り３５２を設けるようにしているので、冷凍サイクル２００からランキンサイクル３００に流れる冷媒流量が、所定流量となるように調節することができる。つまり、本来の冷凍サイクル２００で流通させるべき冷媒流量が極端に減少してしまうのを防止できる。 Further, since the bypass restrictor 352 is provided in the pump bypass passage 350, the refrigerant flow rate flowing from the refrigeration cycle 200 to the Rankine cycle 300 can be adjusted to be a predetermined flow rate. That is, it is possible to prevent the refrigerant flow rate to be circulated in the original refrigeration cycle 200 from being extremely reduced.

また、冷凍サイクル２００停止時でランキンサイクル３００を運転する時に、圧縮機２１０を所定タイミングでＯＮ−ＯＦＦするようにしているので、ランキンサイクル３００の運転中に、停止中の冷凍サイクル２００内の冷媒を流動状態にして、ランキンサイクル３００側に流すことができ、冷凍サイクル２００内に冷媒あるいは冷媒中の潤滑オイルが溜まるのを防止することができる。 Further, when the Rankine cycle 300 is operated when the refrigeration cycle 200 is stopped, the compressor 210 is turned on and off at a predetermined timing, so that the refrigerant in the stopped refrigeration cycle 200 is operated during the operation of the Rankine cycle 300. Can be flowed to the Rankine cycle 300 side, and refrigerant or lubricating oil in the refrigerant can be prevented from accumulating in the refrigeration cycle 200.

また、圧縮機２１０をＯＮ−ＯＦＦさせるときのＯＮ時間について、１００秒といった上限値を設けて、それ以下の時間となるようにして作動させているので、空調性能に及ぼす影響や、また圧縮機２１０の駆動動力による冷凍装置１００全体のエネルギー効率（燃費）の悪影響を無くすことができる。通常、数秒〜数十秒間圧縮機２１０を駆動すれば、冷媒および潤滑オイルを確実に回収できる。 In addition, the ON time when the compressor 210 is turned on and off is provided with an upper limit value of 100 seconds, and the operation is performed so that the time is less than that. The adverse effect of the energy efficiency (fuel consumption) of the entire refrigeration apparatus 100 by the driving power of 210 can be eliminated. Usually, if the compressor 210 is driven for several seconds to several tens of seconds, the refrigerant and the lubricating oil can be reliably recovered.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に示す。第２実施形態は、冷凍装置１００の基本構成は上記第１実施形態と同一としているが、冷凍サイクル２００の単独運転を行う際の、ランキンサイクル３００側への冷媒溜まりを防止する制御要領を変更したものとしている。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, the basic configuration of the refrigeration apparatus 100 is the same as that in the first embodiment, but the control procedure for preventing the refrigerant from being accumulated on the Rankine cycle 300 side when the refrigeration cycle 200 is operated alone is changed. It is assumed that

図６に示す制御フローは、第１実施形態の図２で説明した制御フローに対して、スタートとステップＳ１００との間にステップＳ５０を追加すると共に、ステップＳ１１０をステップＳ１１０Ａに、ステップＳ１６０をステップＳ１６０Ａに変更している。 The control flow shown in FIG. 6 adds step S50 between the start and step S100 to the control flow described in FIG. 2 of the first embodiment, and also sets step S110 as step S110A and step S160 as step S160. It is changed to S160A.

具体的には、制御装置５００は、ランキンサイクル３００の停止条件のもとで、まずステップＳ５０で膨張機開閉弁３４１を開状態とする。そして、ステップＳ１００、あるいはステップＳ１４０、あるいはステップＳ１５０の各判定ステップで「１」の判定、即ち、ランキンサイクル３００内に冷媒が溜まり込んでいると思われる場合、あるいはランキンサイクル３００内が高い圧力状態にあると思われる場合に、ステップＳ１１０Ａでポンプ開閉弁３５１のみを開く。 Specifically, the control device 500 first opens the expander opening / closing valve 341 in step S50 under the stop condition of the Rankine cycle 300. Then, in each determination step of step S100, step S140, or step S150, the determination is “1”, that is, when it is considered that the refrigerant has accumulated in the Rankine cycle 300, or the Rankine cycle 300 has a high pressure state. In step S110A, only the pump opening / closing valve 351 is opened.

また、ステップＳ１００、あるいはステップＳ１４０、あるいはステップＳ１５０の各判定ステップで「０」の判定、即ち、ランキンサイクル３００内に冷媒は溜まり込んでいないと思われる場合、あるいはランキンサイクル３００内が低い圧力状態にあると思われる場合に、ステップＳ１６０Ａでポンプ開閉弁３５１のみを閉じる。以下、膨張機開閉弁３４１は開状態のまま、ステップＳ１００〜ステップＳ１６０Ａを繰返し、ステップＳ１１０Ａ、ステップＳ１６０Ａではポンプ開閉弁３５１のみを開閉制御する。 In addition, in each determination step of Step S100, Step S140, or Step S150, a determination of “0”, that is, when it is considered that no refrigerant has accumulated in the Rankine cycle 300, or the Rankine cycle 300 has a low pressure state. In step S160A, only the pump opening / closing valve 351 is closed. Thereafter, step S100 to step S160A are repeated while the expander opening / closing valve 341 is open, and only the pump opening / closing valve 351 is controlled to open / close in steps S110A and S160A.

これにより、上記第１実施形態と同一の冷媒溜まり防止の制御が可能であると共に、実質的に膨張機開閉弁３４１、およびポンプ開閉弁３５１のうち、一方（３４１）のみを制御すればよくなるので、制御自体を簡素化することができる。 As a result, the same control for preventing refrigerant accumulation as in the first embodiment is possible, and only one (341) of the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 needs to be controlled. The control itself can be simplified.

尚、上記第２実施形態においては、ステップＳ５０で対象とする開閉弁をポンプ開閉弁３５１とし、また、ステップＳ１１０Ａ、ステップＳ１６０Ａで対象とする開閉弁を膨張機開閉弁３４１としても良い。 In the second embodiment, the target on-off valve in step S50 may be the pump on-off valve 351, and the target on-off valve in steps S110A and S160A may be the expander on-off valve 341.

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７に示す。第３実施形態は上記第１実施形態に対して、膨張機バイパス流路３４０とポンプバイパス流路３５０との配置を考慮して、膨張機開閉弁３４１とポンプ開閉弁３５１とを一体的に形成したものである。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. The third embodiment integrally forms the expander opening / closing valve 341 and the pump opening / closing valve 351 in consideration of the arrangement of the expander bypass flow path 340 and the pump bypass flow path 350 with respect to the first embodiment. It is a thing.

これにより、冷凍装置１００としての構成をシンプルにすることができる。 Thereby, the structure as the freezing apparatus 100 can be simplified.

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、冷凍サイクル２００の単独運転を行う際の、ランキンサイクル３００側への冷媒溜まりを防止する制御（図２、図６）において、ステップＳ１００、およびステップＳ１４０の２つの判定ステップを設けたが、いずれか１つを行うものとしても良い。ステップＳ１４０を不要とする場合は、その前処理としてステップＳ１２０、ステップＳ１３０も不要となる。 (Other embodiments)
In each of the above-described embodiments, in the control (FIGS. 2 and 6) for preventing refrigerant accumulation on the Rankine cycle 300 side when the refrigeration cycle 200 is operated alone, the two determination steps of Step S100 and Step S140 are performed. Although provided, it is good also as what performs any one. When step S140 is unnecessary, step S120 and step S130 are also unnecessary as preprocessing.

また、ステップＳ１５０の判定に基づくステップＳ１１０、あるいはステップＳ１１０Ａの処理はランキンサイクル３００の取り得る圧力値に応じて、廃止しても良い。 Further, the processing in step S110 or step S110A based on the determination in step S150 may be abolished according to the pressure value that Rankine cycle 300 can take.

また、ステップＳ１４０における冷媒温度判定は、冷媒圧力センサ２６０によって検出される冷媒圧力値を用いた冷媒圧力判定のステップとしても良い。この場合は、前処理としてステップＳ１２０、ステップＳ１３０も不要となる。 The refrigerant temperature determination in step S140 may be a refrigerant pressure determination step using the refrigerant pressure value detected by the refrigerant pressure sensor 260. In this case, step S120 and step S130 are also unnecessary as preprocessing.

また、ステップＳ１２０においては、制御の安定性に影響が無いようであれば、冷媒圧力値としては平均値に限らず、検出される値をそのまま用いるようにしても良い。 In step S120, as long as the control stability is not affected, the refrigerant pressure value is not limited to the average value, and the detected value may be used as it is.

また、バイパス絞り３５２は、ポンプバイパス流路３５０に設けたが、膨張機バイパス流路３４０に設けるようにしても良い。 Further, although the bypass throttle 352 is provided in the pump bypass passage 350, it may be provided in the expander bypass passage 340.

また、冷凍サイクル２００中に過冷却器２３１を設けたが、必要とされる冷房能力に応じて、廃止しても良い。 Further, although the supercooler 231 is provided in the refrigeration cycle 200, it may be abolished according to the required cooling capacity.

また、ポンプ３３０は電動発電機３２１から切り離されて、別に設けられた専用の電動機等の駆動源で作動するものとしても良い。 The pump 330 may be disconnected from the motor generator 321 and operated by a drive source such as a dedicated electric motor provided separately.

また、発熱機器として、車両用のエンジン（内燃機関）１０としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。 Further, although the vehicle engine (internal combustion engine) 10 is used as the heat generating device, the heat generating device is not limited to this. Along with this, any part of the heat for temperature control (those that generate waste heat) can be widely applied.

第１実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置全体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 1st Embodiment. 第１実施形態における制御装置が行うランキンサイクル側への冷媒溜まりを防止する制御フローである。It is a control flow which prevents the refrigerant | coolant accumulation to the Rankine cycle side which the control apparatus in 1st Embodiment performs. 第１実施形態における外気温判定時に使用される制御特性図である。It is a control characteristic figure used at the time of external temperature determination in 1st Embodiment. 第１実施形態における冷媒温度判定時に使用される制御特性図である。It is a control characteristic figure used at the time of refrigerant temperature judgment in a 1st embodiment. 第１実施形態におけるランキン冷媒圧力判定時に使用される制御特性図である。It is a control characteristic figure used at the time of Rankine refrigerant pressure judgment in a 1st embodiment. 第２実施形態における制御装置が行うランキンサイクル側への冷媒溜まりを防止する制御フローである。It is a control flow which prevents the refrigerant | coolant accumulation to the Rankine cycle side which the control apparatus in 2nd Embodiment performs. 第３実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍装置全体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 3rd Embodiment.

Explanation of symbols

１０エンジン（発熱機器、内燃機関）
１００廃熱利用装置を備える冷凍装置
２００冷凍サイクル
２１０圧縮機（流動制御手段）
２２０凝縮器
２４０膨張弁
２５０蒸発器
３００ランキンサイクル
３１０加熱器
３２０膨張機
３３０ポンプ
３４０膨張機バイパス流路（流動制御手段、膨張機バイパス手段）
３４１膨張機開閉弁（流動制御手段、膨張機バイパス手段）
３５０ポンプバイパス流路（流動制御手段、ポンプバイパス手段）
３５１ポンプ開閉弁（流動制御手段、ポンプバイパス手段）
３５２バイパス絞り（絞り部）
５００制御装置（流動制御手段） 10 Engine (heat generating equipment, internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Refrigeration apparatus provided with waste heat utilization apparatus 200 Refrigeration cycle 210 Compressor (flow control means)
220 condenser 240 expansion valve 250 evaporator 300 rankine cycle 310 heater 320 expander 330 pump 340 expander bypass flow path (flow control means, expander bypass means)
341 Expander open / close valve (flow control means, expander bypass means)
350 Pump bypass channel (flow control means, pump bypass means)
351 Pump open / close valve (flow control means, pump bypass means)
352 Bypass aperture (diaphragm)
500 Control device (flow control means)

Claims

A refrigeration cycle (200) formed by sequentially connecting a compressor (210), a condenser (220), an expansion valve (240), and an evaporator (250) in an annular shape;
The condenser (220) is commonly used, and the condenser (220), the pump (330), the heater (310) using the waste heat of the heat generating device (10) as a heat source, and the expander (320) are sequentially annular. In a refrigeration apparatus comprising a waste heat utilization device having a Rankine cycle (300) formed connected to
When operating only one cycle (200, 300) of the refrigeration cycle (200) and the Rankine cycle (300), control is performed so that the refrigerant in the other cycle (300, 200) can flow. A refrigeration apparatus comprising a waste heat utilization device, characterized in that flow control means (340, 341, 350, 351, 500) are provided.

The one cycle (200, 300) is the refrigeration cycle (200),
The other cycle (300, 200) is the Rankine cycle (300),
The flow control means (340, 341, 350, 351, 500) includes an expander bypass means (340, 341) that allows the expander (320) to be bypassed;
Pump bypass means (350, 351) enabling bypassing of the pump (330);
2. The waste heat utilization apparatus according to claim 1, comprising the expander bypass means (340, 341) and a control device (500) that controls the pump bypass means (350, 351) to a bypass state. 3. A refrigeration apparatus comprising:

The expander bypass means (340, 341) includes an expander bypass channel (340) that bypasses the expander (320) and an expander opening / closing valve (341) that opens and closes the expander bypass channel (340). And
The pump bypass means (350, 351) includes a pump bypass channel (350) that bypasses the pump (330) and a pump on-off valve (351) that opens and closes the pump bypass channel (350).
The said control apparatus (500) controls the said expander on-off valve (341) and the said pump on-off valve (351) to an open state, The refrigeration provided with the waste heat utilization apparatus of Claim 2 characterized by the above-mentioned. apparatus.

When the waste heat temperature of the heat generating device (10) in the heater (310) is lower than the outside air temperature in the condenser (220), the control device (500) And opening the pump on-off valve (351),
Alternatively, one of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) is fixed in an open state, and the heating device (10) of the heater (310) is fixed. The refrigeration apparatus comprising the waste heat utilization apparatus according to claim 3, wherein when the waste heat temperature is lower than the outside air temperature in the condenser (220), the other (351) is opened.

When the waste heat temperature of the heating device (10) in the heater (310) is lower than the refrigerant temperature in the condenser (220), the control device (500) And opening the pump on-off valve (351),
Alternatively, one of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) is fixed in an open state, and the heating device (10) of the heater (310) is fixed. The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus according to claim 3, wherein when the waste heat temperature is lower than the refrigerant temperature in the condenser (220), the other (351) is opened.

The said control apparatus (500) calculates the said refrigerant | coolant temperature from the refrigerant | coolant pressure in the said condenser (220), A freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus of Claim 5 characterized by the above-mentioned.

The said control apparatus (500) uses the average value of a predetermined period as a refrigerant | coolant pressure in the said condenser (220), A freezing apparatus provided with the waste-heat utilization apparatus of Claim 6 characterized by the above-mentioned.

The control device (500) opens the expander on / off valve (341) and the pump on / off valve (351) when the refrigerant pressure in the heater (310) is higher than a predetermined pressure.
Alternatively, one of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) is fixed in an open state, and the refrigerant pressure in the heater (310) is set to the predetermined pressure. The refrigeration apparatus provided with the waste heat utilization apparatus according to claim 3, wherein the other (351) is opened when the height is higher.

The waste heat according to any one of claims 4 to 8, wherein the opening / closing operation characteristics of the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) are provided with hysteresis. A refrigeration apparatus comprising a utilization device.

The waste heat utilization device according to any one of claims 3 to 9, wherein the expander opening / closing valve (341) and the pump opening / closing valve (351) are integrally formed. Refrigeration equipment provided.

One of the expander bypass flow path (340) and the pump bypass flow path (350) is provided with a throttle portion (352) for restricting the one flow path (350). A refrigeration apparatus comprising the waste heat utilization apparatus according to any one of claims 3 to 10.

The one cycle (200, 300) is the Rankine cycle (300),
The other cycle (300, 200) is the refrigeration cycle (200),
The waste according to claim 1, wherein the flow control means (340, 341, 350, 351, 500) is a control device (500) for turning on and off the compressor (210) at a predetermined timing. A refrigeration apparatus including a heat utilization device.

The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus according to claim 12, wherein the predetermined timing is a timing immediately before starting the Rankine cycle (300).

The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus according to claim 12, wherein the predetermined timing is a timing that is repeated at predetermined time intervals after starting the Rankine cycle (300).

The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus according to any one of claims 12 to 14, wherein an ON time when the compressor (210) is turned on and off is 100 seconds or less. .