JP2007327668A

JP2007327668A - Refrigerating device comprising waste heat utilization device

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Publication number: JP2007327668A
Application number: JP2006157835A
Authority: JP
Inventors: Michio Nishikawa; 道夫西川; Atsushi Inaba; 淳稲葉; Keiichi Uno; 慶一宇野; Hirotomo Asa; 弘知麻; Hiroshi Kinoshita; 宏木下
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating device comprising a waste heat utilization device capable of exerting sufficient performance and improving reliability by preventing bias of a refrigerant or a lubricating oil, in a refrigerating device constituted in such a manner that a refrigerating cycle and a Rankine cycle share a condenser, and both cycles can be simultaneously operated. <P>SOLUTION: This refrigerating device constituted in such manner that the refrigerating cycle 200 and the Rankine cycle 300 share a condenser 220 and both cycles 200, 300 can be simultaneously operated, comprises a valve mechanism 50 capable of cutting off a flow of the refrigerant from a joint point 60 of a first flow channel 62 from an expander 320 to the condenser 220 and a second flow channel 64 from a compressor 210 to the condenser 220, to a discharge port of the compressor 210. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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、例えば内燃機関を備え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 a heat-generating device, and is suitable for use in a vehicle including an internal combustion engine, for example.

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.

このような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単独運転、あるいは冷凍サイクルとランキンサイクルとの同時運転を可能としている。
特開２００６−４６７６３号公報 In such a refrigeration apparatus, the refrigeration cycle, the Rankine cycle can be operated independently, or the refrigeration cycle and the Rankine cycle can be operated simultaneously, depending on the necessity of cooling and whether or not the cooling waste heat can be recovered.
JP 2006-46763 A

しかしながら、上記冷凍装置においては、ランキンサイクル単独運転のときには、蒸発器の圧力が凝縮器の圧力より低くなりやすいため、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徐々に蒸発器側へ移動して冷凍サイクル内に溜まり込んでしまい、このことがランキンサイクルの冷媒不足による基本性能低下や各種機器の潤滑不足つながるという問題があった。 However, in the above refrigerating apparatus, when the Rankine cycle is operated independently, the pressure of the evaporator tends to be lower than the pressure of the condenser, so that the refrigerant or lubricating oil for various devices contained in the refrigerant is gradually evaporated into the evaporator. It moves to the side and accumulates in the refrigeration cycle, which causes a problem that the basic performance is deteriorated due to a lack of refrigerant in the Rankine cycle and lubrication of various devices is insufficient.

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し両サイクルが同時稼動可能に構成されたものにおいて、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廃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, the object of the present invention is to provide a condenser that is shared between the refrigeration cycle and the Rankine cycle, and in which both cycles can be operated simultaneously. An object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus including a waste heat utilization apparatus that can exhibit and improve reliability.

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）が順次接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、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、冷凍サイクル（２００）と同時稼動可能に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、膨張機（３２０）出口から凝縮器（２２０）入口に至る第１流路（６２）と圧縮機（２１０）吐出口から凝縮器（２２０）入口へ至る第２流路（６４）との合流点（６０）から圧縮機（２１０）吐出口へ向けての冷媒の流れを遮断可能な弁機構（５０、５１、５２、５３）を備えたことを特徴としている。 In the first aspect of the present invention, a compressor (210), a condenser (220), an expansion valve (240), an evaporator (250) are sequentially connected to form a refrigeration cycle (200), and a condenser ( 220), 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 connected in an annular shape. The first flow from the expander (320) outlet to the condenser (220) inlet in the refrigeration apparatus comprising the waste heat utilization device having the refrigeration cycle (200) and the Rankine cycle (300) formed so as to be operated simultaneously. Flow of refrigerant from the junction (60) between the passage (62) and the second flow path (64) from the compressor (210) discharge port to the condenser (220) inlet toward the compressor (210) discharge port Valve mechanism (50, 51, It is characterized by comprising a 2, 53).

これにより、ランキンサイクル（３００）単独運転の際に冷媒や潤滑オイルが冷凍サイクル（２００）側に流れ込むことを弁機構（５０、５１、５２、５３）により防止することが可能となり、ランキンサイクル（３００）は冷媒不足になることなく充分に性能を発揮することができ、このことが装置（１００）全体の信頼性向上につながる。 This makes it possible to prevent the refrigerant and lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle (200) side during the Rankine cycle (300) single operation by the valve mechanism (50, 51, 52, 53). 300) can sufficiently perform without causing a shortage of refrigerant, which leads to an improvement in the reliability of the entire apparatus (100).

弁機構は、請求項２に記載の発明のように、合流点（６０）と圧縮機（２１０）吐出口との間に配置された逆止弁（５０、５３）とすることができる。これにより、簡単な構成で、また弁の開閉などの制御を必要とすることなく、ランキンサイクル（３００）単独運転の際に冷媒や潤滑オイルが冷凍サイクル（２００）側に流れ込むことを防止することができる。またこの場合、請求項３に記載の発明のように、初期状態において所定圧で閉じられている、いわゆるプリセット圧の設定された逆止弁（５０、５３）を用いると、凝縮器（２２０）における圧力と蒸発器（２５０）における圧力の差が小さいときにも、冷媒や潤滑オイルの冷凍サイクル（２００）側への流れ込みを確実に防止することができる。 The valve mechanism can be a check valve (50, 53) disposed between the junction (60) and the discharge port of the compressor (210), as in the second aspect of the invention. This prevents refrigerant or lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle (200) during the Rankine cycle (300) single operation with a simple configuration and without requiring control such as opening and closing of the valve. Can do. In this case, if a check valve (50, 53) having a preset pressure, which is closed at a predetermined pressure in the initial state as in the invention described in claim 3, is used, the condenser (220) Even when the difference between the pressure in the evaporator and the pressure in the evaporator (250) is small, the refrigerant and lubricating oil can be reliably prevented from flowing into the refrigeration cycle (200) side.

さらに、請求項４に記載の発明のように、逆止弁（５３）を圧縮機（２１０）の吐出口側に付属させて設けることにより、装置（１００）全体の構成をより簡素化することができる。 Further, as in the invention described in claim 4, by providing the check valve (53) attached to the discharge port side of the compressor (210), the overall configuration of the device (100) can be further simplified. Can do.

あるいは弁機構は、請求項５に記載の発明のように、合流点（６０）と圧縮機（２１０）吐出口との間に配置された二方弁（５１）とすることができる。あるいは、請求項６に記載の発明のように、合流点（６０）に配置された三方弁（５２）とすることもできる。 Or a valve mechanism can be made into the two way valve (51) arrange | positioned between a junction (60) and a compressor (210) discharge outlet like invention of Claim 5. Or it can also be set as the three-way valve (52) arrange | positioned at the junction (60) like the invention of Claim 6.

これらの弁機構（５１、５２）は、請求項７に記載の発明のように、電磁式の開通状態切替機構を有しているとよい。これにより、外部からの制御によりその開通状態を切り替えることが可能となり、従って、請求項８に記載の発明のように、弁機構（５１、５２）の開通状態を切替制御する切替制御手段（５００）を設けて、これにより、請求項９に記載の発明のように、ランキンサイクル（３００）のみの運転の際には、合流点（６０）から圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように切替制御すると、ランキンサイクル（３００）単独運転時における冷凍サイクル（２００）側への冷媒の流れ込みを防止することができる。また、このような電磁制御式の弁機構（５１、５２）は、概して流路を遮断する際のシール性に優れた構造となっているため、合流点（６０）から圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを確実に遮断することができる。 These valve mechanisms (51, 52) may have an electromagnetic open state switching mechanism as in the seventh aspect of the invention. Accordingly, the open state can be switched by control from the outside. Therefore, as in the invention according to claim 8, the switching control means (500 for switching control of the open state of the valve mechanism (51, 52)). Thus, the refrigerant flow from the junction (60) to the compressor (210) discharge port during operation of the Rankine cycle (300) only as in the invention of claim 9 is provided. When switching control is performed so as to shut off the refrigerant, it is possible to prevent the refrigerant from flowing into the refrigeration cycle (200) during the Rankine cycle (300) single operation. In addition, such an electromagnetically controlled valve mechanism (51, 52) generally has a structure excellent in sealing performance when the flow path is shut off, and therefore the compressor (210) discharge from the junction (60). It is possible to reliably block the flow of the refrigerant to the outlet.

切替制御手段（５００）は、例えば具体的には、請求項１０に記載の発明のように、圧縮機（２１０）が作動していないときには、合流点（６０）から圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように弁機構（５１、５２）を切り替えるようにすると、簡単な制御で、ランキンサイクル（３００）の単独運転中に圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを確実に遮断することができる。 For example, specifically, when the compressor (210) is not operating, the switching control means (500) is connected to the compressor (210) discharge port when the compressor (210) is not operating. When the valve mechanism (51, 52) is switched so as to block the refrigerant flow to the refrigerant flow, the refrigerant flow to the compressor (210) discharge port during simple operation of the Rankine cycle (300) with simple control. Can be reliably shut off.

また、請求項１１に記載の発明のように、圧縮機（２１０）とその駆動源（１０）との間を接続状態と切断状態の間で切替可能に接続する断続手段（２１２）を備えている構成である場合には、切替制御手段（５００）は、断続手段（２１２）が切断状態にあるときには、合流点（６０）から圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように弁機構（５１、５２）を切り替えるようにすると、より簡単な制御で、ランキンサイクル（３００）単独運転の際に冷媒や潤滑オイルが冷凍サイクル（２００）側に流れ込むことを確実に防止することができる。 Further, as in the invention described in claim 11, there is provided intermittent means (212) for connecting the compressor (210) and its drive source (10) so as to be switchable between a connected state and a disconnected state. If the configuration is such that the switching control means (500) shuts off the refrigerant flow from the junction (60) to the compressor (210) outlet when the intermittent means (212) is in the disconnected state. When the valve mechanisms (51, 52) are switched to each other, it is possible to reliably prevent refrigerant and lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle (200) side during Rankine cycle (300) single operation with simpler control. Can do.

本発明の廃熱利用装置を備える冷凍装置は、請求項１２に記載の発明のように、内燃機関（１０）を搭載する車両用に用いて好適である。 The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus of the present invention is suitable for use in a vehicle on which the internal combustion engine (10) is mounted, as in the invention described in claim 12.

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１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している。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, 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 the control device 500.

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が設けられている。 The engine 10 is a water-cooled internal combustion engine (corresponding to the heat generating device in the present invention), and heats conditioned air using a radiator circuit 20 that cools the engine 10 by circulation of engine cooling water and cooling water (hot water) as a heat source A heater circuit 30 is provided.

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を検出するもので、この水温センサ２５からの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 detects the coolant temperature at the outlet side of the engine 10, and a temperature signal from the water temperature sensor 25 is output to a control device 500 (system control ECU 500a) described later.

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している。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を流通する空調空気量が調節される。 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 flowing through the heater core 31 is adjusted 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、受液器２３０、膨張弁２４０、蒸発器２５０を備え、これらが順次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１１を介してプーリ２１１に伝達され、圧縮機２１０は駆動される。尚、本実施形態においては、圧縮機２１０は常に一定の吐出容量で作動する例えば斜板式の固定容量圧縮機であり、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（本発明の断続手段に対応）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 liquid receiver 230, an expansion valve 240, and an evaporator 250, which are sequentially connected to form a closed circuit. 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 11 to drive the compressor 210. In the present embodiment, the compressor 210 is a swash plate type fixed capacity compressor that always operates at a constant discharge capacity, and the pulley 211 includes an electromagnetic clutch that intermittently connects between the compressor 210 and the pulley 211. 212 (corresponding to the intermittent means of the present invention) is provided. 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。受液器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化冷媒のみを膨張弁２４０側に流出させる。膨張弁２４０は、受液器２３０からの液化冷媒を減圧膨脹させるもので、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 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 liquid receiver 230 is a receiver that separates the refrigerant condensed in the condenser 220 into gas-liquid two layers, and allows only the liquefied refrigerant separated here to flow out to the expansion valve 240 side. The expansion valve 240 decompresses and expands the liquefied refrigerant from the liquid receiver 230. In this embodiment, the expansion valve 240 decompresses the refrigerant in an enthalpy manner, and the superheat degree of the refrigerant sucked into the compressor 210 becomes a predetermined value. A temperature type expansion valve that controls the throttle opening 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変更され、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.

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、受液器２３０、ポンプ３３０を備え、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の冷媒と同一としており、凝縮器２２０、受液器２３０は冷凍サイクル２００のものを共用するようにしている。 The Rankine cycle 300 includes a heater 310, an expander 320, a condenser 220, a liquid receiver 230, and a pump 330, which are sequentially connected to form a closed circuit. Note that the working fluid flowing through the Rankine cycle 300 is the same as the refrigerant of the refrigeration cycle 200, and the condenser 220 and the liquid receiver 230 share those of the refrigeration cycle 200.

ポンプ３３０は、電動機３３１を駆動源として、ランキンサイクル３００内の冷媒を循環させる電動式のポンプである。電動機３３１の作動は後述する制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）によって制御される。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。 The pump 330 is an electric pump that circulates the refrigerant in the Rankine cycle 300 using the electric motor 331 as a drive source. The operation of the electric motor 331 is controlled by a control device 500 (system control ECU 500a) described later. The heater 310 is a heat exchanger that heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant sent from the pump 330 and the high-temperature cooling water flowing through the radiator circuit 20.

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には発電機３２１が接続されており、後述するように膨張機３２０の駆動力によって発電機３２１が作動され、発電機３２１によって発電される電力は、制御回路４１を介してバッテリ４０に充電されるようになっている。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 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. A power generator 321 is connected to the expander 320, and the power generator 321 is operated by the driving force of the expander 320 as described later, and the power generated by the power generator 321 is supplied to the battery 40 via the control circuit 41. To be charged. The refrigerant flowing out of the expander 320 reaches the condenser 220 described above.

ここで、膨張機３２０から流出される冷媒が凝縮器２２０に至る流路である第１流路６２は、図１に示す点６０（本発明の合流点に対応）において、圧縮機２１０から吐出された冷媒が凝縮器２２０に至る流路である第２流路６４に合流しており、第２流路６４上の圧縮機２１０吐出口と合流点６０との間の任意の位置には、本発明実施形態の逆止弁５０（本発明の弁機構に対応）が設けられている。これにより、第２流路６４においては、圧縮機２１０吐出口から凝縮器２２０に向かう方向にのみ冷媒が流動可能であり、合流点から６０から圧縮機２１０吐出口に向かう冷媒の流れは遮断されるようになっている。尚、逆止弁５０の作用効果の詳細については後述する。 Here, the first flow path 62, which is the flow path from which the refrigerant flowing out from the expander 320 reaches the condenser 220, is discharged from the compressor 210 at a point 60 (corresponding to the junction point of the present invention) shown in FIG. 1. The obtained refrigerant is joined to the second flow path 64 that is a flow path to the condenser 220, and at an arbitrary position between the discharge port of the compressor 210 and the joining point 60 on the second flow path 64, A check valve 50 (corresponding to the valve mechanism of the present invention) of the embodiment of the present invention is provided. Thereby, in the second flow path 64, the refrigerant can flow only in the direction from the compressor 210 outlet to the condenser 220, and the refrigerant flow from 60 to the compressor 210 outlet is blocked. It has become so. Details of the operation and effect of the check valve 50 will be described later.

制御装置５００（本発明の切替制御手段に対応）は、システム制御ＥＣＵ５００ａとエアコン制御ＥＣＵ５００ｂとを有しており、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。 The control device 500 (corresponding to the switching control means of the present invention) has a system control ECU 500a and an air conditioner control ECU 500b, and controls the operation of various devices of the refrigeration cycle 200 and Rankine cycle 300.

システム制御ＥＣＵ５００ａには、エアコン制御ＥＣＵ５００ｂと上記制御回路４１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、上述のように水温センサ２５からの冷却水温度信号が入力される。 The system control ECU 500a is connected to the air conditioner control ECU 500b and the control circuit 41 so that control signals are exchanged between them. As described above, the coolant temperature signal from the water temperature sensor 25 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い、さらにポンプ３３１の作動を制御することでランキンサイクル３００の基本作動を制御する。エアコン制御ＥＣＵ５００ｂは、乗員のエアコン要求、設定温度、環境条件などに応じて、冷凍サイクル２００の基本作動を制御する。 The system control ECU 500a controls the basic operation of the Rankine cycle 300 by performing overall control of the refrigeration cycle 200 and the Rankine cycle 300, and further controlling the operation of the pump 331. The air conditioner control ECU 500b controls the basic operation of the refrigeration cycle 200 according to a passenger's air conditioner request, set temperature, environmental conditions, and the like.

次に、上記構成に基づく基本作動について説明する。本冷凍装置１００においては、以下の（１）冷凍サイクル単独運転、（２）ランキンサイクル単独運転、（３）冷凍サイクルとランキンサイクルとの同時運転を可能とする。 Next, the basic operation based on the above configuration will be described. In the refrigeration apparatus 100, the following (1) refrigeration cycle single operation, (2) Rankine cycle single operation, and (3) refrigeration cycle and Rankine cycle can be operated simultaneously.

（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ときは、ポンプ３３０の電動機３３１を停止（膨張機３２０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) Refrigerating cycle single operation The controller 500 has an air conditioner request from an occupant, and when the waste heat cannot be obtained during warming up immediately after the engine 10 is started, that is, the cooling water temperature obtained by the water temperature sensor 25 is predetermined. When it is determined that the cooling water temperature is not reached, the motor 331 of the pump 330 is stopped (the expander 320 is stopped), the electromagnetic clutch 212 is connected, 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ときは、電磁クラッチ２１２を切断（圧縮機２１０は停止）し、電動機３３１（ポンプ３３０）を作動させて、ランキンサイクル３００を単独運転させる。そして膨張機３２０の回転駆動力によって発電機３２１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), the electric motor 331 (pump 330) is operated, and the Rankine cycle 300 is operated alone. Then, power is generated by the generator 321 by the rotational driving force of the expander 320.

この場合は、ポンプ３３０によって受液器２３０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る。膨張機３２０で取り出された回転駆動力によって発電機３２１が作動され、発電機３２１は発電する。そして、発電機３２１によって得られた電力は、制御回路４１を介してバッテリ４０に充電され、各種補機の作動に使用される。尚、膨張機３２０で減圧された冷媒は凝縮器２２０で凝縮され、受液器２３０で気液分離され、再びポンプ３３０へ吸引される。尚、ランキンサイクル３００単独運転時における逆止弁５０の作用効果については後述する。 In this case, the liquid refrigerant in the liquid receiver 230 is boosted by the pump 330 and is sent to the heater 310, where the liquid refrigerant is heated by the high-temperature engine cooling water and becomes superheated steam refrigerant to expand the expander 320. Sent to. 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. The generator 321 is operated by the rotational driving force extracted by the expander 320, and the generator 321 generates power. And the electric power obtained by the generator 321 is charged to the battery 40 via the control circuit 41, and is used for operation | movement of various auxiliary machines. Note that the refrigerant decompressed by the expander 320 is condensed by the condenser 220, separated into gas and liquid by the liquid receiver 230, and again sucked into the pump 330. In addition, the effect of the check valve 50 at the time of Rankine cycle 300 independent operation is mentioned later.

（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、且つ廃熱が充分にある時は、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 there is an air conditioner request and there is sufficient waste heat, the control device 500 operates the refrigeration cycle 200 and Rankine cycle 300 simultaneously to perform both air conditioning and power generation. .

この場合は、電磁クラッチ２１２を接続し、電動機３３１（ポンプ３３０）を作動させる。２つのサイクル２００、３００は、凝縮器２２０および受液器２３０を共用し、冷媒は受液器２３０にて分岐して、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 electric motor 331 (pump 330) is operated. The two cycles 200 and 300 share the condenser 220 and the liquid receiver 230, and the refrigerant branches at the liquid receiver 230 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（２）ランキンサイクル単独運転の際には、ランキンサイクル３００のみが稼動していることにより、蒸発器２５０における圧力が凝縮器２２０における圧力より低くなりやすく、このため、膨張機３２０出口から凝縮器２２０入口に向けて第１流路６２を流れる冷媒（図１中の実線矢印）が、合流点６０から圧縮機２１０吐出口側へ向けて徐々に流れ込んで（図１中の点線矢印）、冷凍サイクル２００側に溜まり込んでしまう。このことがランキンサイクル３００の冷媒不足による基本性能の低下や、各種機器の潤滑不足につながる。 Here, in the (2) Rankine cycle single operation, the pressure in the evaporator 250 tends to be lower than the pressure in the condenser 220 because only the Rankine cycle 300 is operating. The refrigerant flowing through the first flow path 62 from the outlet toward the condenser 220 (solid arrow in FIG. 1) gradually flows from the junction 60 toward the compressor 210 outlet side (dotted line in FIG. 1). Arrow), it accumulates on the refrigeration cycle 200 side. This leads to a decrease in basic performance due to insufficient refrigerant in Rankine cycle 300 and insufficient lubrication of various devices.

そこで、本実施形態においては、上述のように、圧縮機２１０から凝縮器２２０に至る第２流路６４上において、膨張機３２０から凝縮器２２０に至る第１流路６２との合流点６０と圧縮機２１０吐出口との間の任意の位置に逆止弁５０を設けている。 Therefore, in the present embodiment, as described above, on the second flow path 64 from the compressor 210 to the condenser 220, the junction 60 with the first flow path 62 from the expander 320 to the condenser 220, A check valve 50 is provided at an arbitrary position between the discharge port of the compressor 210.

これにより、冷凍サイクル２００運転時（冷凍サイクル２００単独運転時、および冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時運転時）における圧縮機２１０から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能としながら、ランキンサイクル３００単独運転時における合流点６０から圧縮機２１０吐出口へ向けての冷媒の流れを遮断することができる。 Thus, while allowing the refrigerant to flow from the compressor 210 to the condenser 220 during the refrigeration cycle 200 operation (during the refrigeration cycle 200 single operation and during the simultaneous operation of the refrigeration cycle 200 and the Rankine cycle 300), the Rankine cycle 300 It is possible to block the refrigerant flow from the junction 60 to the compressor 210 discharge port during the single operation.

以上のように、本実施形態においては、簡単な構成で、また弁の開閉制御など制御装置５００による特別な制御を必要とすることなく、ランキンサイクル３００単独運転中における冷媒および潤滑オイルの冷凍サイクル２００側への流れ込みを防止するこができ、これにより、ランキンサイクル３００を冷媒不足とすることなく充分な性能で稼動させることができ、これによって装置１００全体の信頼性も向上する。 As described above, in the present embodiment, the refrigerant and lubricating oil refrigeration cycle during the single operation of the Rankine cycle 300 has a simple configuration and does not require special control by the control device 500 such as valve opening / closing control. The flow into the 200 side can be prevented, and thereby the Rankine cycle 300 can be operated with sufficient performance without running out of the refrigerant, thereby improving the reliability of the entire apparatus 100.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図２に示す。上記第１実施形態においては、第２流路６４上の圧縮機２１０吐出口と合流点６０との間の位置に逆止弁５０を設ける構成であったが、これに対して、本実施形態においては第２流路６４上の圧縮機２１０吐出口と合流点６０との間の任意の位置に電磁制御式の二方弁５１（本発明の弁機構に対応）を設ける。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the said 1st Embodiment, although it was the structure which provides the check valve 50 in the position between the compressor 210 discharge port on the 2nd flow path 64, and the confluence | merging point 60, on the other hand, this embodiment 2, an electromagnetically controlled two-way valve 51 (corresponding to the valve mechanism of the present invention) is provided at an arbitrary position between the discharge port of the compressor 210 and the junction 60 on the second flow path 64.

二方弁５１は開状態と閉状態とで切替可能ないわゆる開閉弁で、開閉状態を切り替えるための電磁機構（図示せず）を備えており、この電磁機構を制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）からの制御信号によって制御することにより開状態と閉状態の間での切り替えが行われる。 The two-way valve 51 is a so-called on-off valve that can be switched between an open state and a closed state, and includes an electromagnetic mechanism (not shown) for switching the open / close state. The electromagnetic mechanism is controlled by a control device 500 (system control ECU 500a). Switching between the open state and the closed state is performed by the control by the control signal from.

制御装置５００は、電磁クラッチ２１２を接続状態にして圧縮機２１０を作動させるときには二方弁５１を開状態に制御し、電磁クラッチ２１２を切断状態にして圧縮機２１０を停止させるときには二方弁５１を閉状態に制御する。 The control device 500 controls the two-way valve 51 to an open state when the compressor 210 is operated with the electromagnetic clutch 212 connected, and the two-way valve 51 when the compressor 210 is stopped with the electromagnetic clutch 212 disconnected. Is controlled to be closed.

以上のように、本実施形態においては、圧縮機２１０吐出口と合流点６０の間に二方弁５１を設けることにより、簡単な制御で、冷凍サイクル２００運転時における圧縮機２１０吐出口から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能としながら、ランキンサイクル３００単独運転時における合流点６０から圧縮機２１０吐出口へ向けての冷媒の流れを遮断することを可能としている。 As described above, in the present embodiment, by providing the two-way valve 51 between the compressor 210 discharge port and the junction 60, the condensation from the compressor 210 discharge port during the operation of the refrigeration cycle 200 can be performed with simple control. It is possible to block the flow of the refrigerant from the junction 60 to the discharge port of the compressor 210 when the Rankine cycle 300 is operated independently, while allowing the refrigerant to flow to the vessel 220.

また、電磁制御式の二方弁５１は閉状態におけるシール性が高いため、ランキンサイクル３００単独運転時における冷媒および潤滑オイルの冷凍サイクル２００側への流れ込みを確実に防止することができる。 In addition, since the electromagnetically controlled two-way valve 51 has high sealing performance in the closed state, it is possible to reliably prevent the refrigerant and the lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle 200 when the Rankine cycle 300 is operated alone.

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図３〜図６に示す。上記第１実施形態あるいは第２実施形態においては、第２流路６４上の圧縮機２１０吐出口と合流点６０との間の位置に逆止弁５０あるいは二方弁５１を設ける構成であったが、これに対して、本実施形態においては合流点６０に電磁制御式の三方弁５２（本発明の弁機構に対応）を設けている。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the said 1st Embodiment or 2nd Embodiment, it was the structure which provided the non-return valve 50 or the two-way valve 51 in the position between the compressor 210 discharge port on the 2nd flow path 64, and the confluence | merging point 60. However, in this embodiment, an electromagnetically controlled three-way valve 52 (corresponding to the valve mechanism of the present invention) is provided at the junction 60 in the present embodiment.

三方弁５２は、合流点６０において、図４〜図６示すように３通りの開通状態に切替可能とするもので、開通状態を切り替えるための電磁機構（図示せず）を備えており、この電磁機構を制御装置（システム制御ＥＣＵ５００ａ）からの制御信号によって制御することにより３通りの開通状態の間での切り替えが行われる。 The three-way valve 52 can be switched to three open states as shown in FIGS. 4 to 6 at the junction 60, and includes an electromagnetic mechanism (not shown) for switching the open state. Switching between the three open states is performed by controlling the electromagnetic mechanism with a control signal from the control device (system control ECU 500a).

制御装置５００は、ランキンサイクル３００単独運転時には、三方弁５２を図４に示すような開通状態に制御し、これにより膨張機３２０から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能とし、圧縮機２１０から凝縮器２２０への冷媒の流れは遮断する。これによって、合流点６０から圧縮機２１０吐出口に向けての冷媒の流れ込みも遮断される。 When the Rankine cycle 300 is operated independently, the control device 500 controls the three-way valve 52 to the open state as shown in FIG. 4, thereby allowing the refrigerant to flow from the expander 320 to the condenser 220. The refrigerant flow to the condenser 220 is blocked. Thereby, the flow of the refrigerant from the junction 60 toward the compressor 210 outlet is also blocked.

また、制御装置５００は、冷凍サイクル３００単独運転時には、三方弁５２を図５に示すような開通状態に制御し、これにより圧縮機２１０から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能とし、膨張機３２０から凝縮器２２０への冷媒の流れを遮断する。冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時運転時には、三方弁５２を図６に示すような開通状態に制御し、これにより膨張機３２０から凝縮器２２０への冷媒の流れと圧縮機２１０から凝縮器２２０への冷媒の流れの両方を可能とする。 Further, the control device 500 controls the three-way valve 52 to the open state as shown in FIG. 5 when the refrigeration cycle 300 is operated alone, thereby allowing the refrigerant to flow from the compressor 210 to the condenser 220. The refrigerant flow from 320 to the condenser 220 is blocked. When the refrigeration cycle 200 and the Rankine cycle 300 are simultaneously operated, the three-way valve 52 is controlled to be in an open state as shown in FIG. 6, whereby the refrigerant flow from the expander 320 to the condenser 220 and the compressor 210 to the condenser 220 are controlled. Allows both refrigerant flow to.

以上のように、本実施形態においては、膨張機３２０から凝縮器２２０に至る第１流路６２と圧縮機２１０から凝縮器２２０に至る第２流路６４との合流点６０に三方弁５２を設けることにより、簡単な制御で、冷凍サイクル２００運転時における圧縮機２１０吐出口から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能としながら、ランキンサイクル３００単独運転時における合流点６０から圧縮機２１０吐出口へ向けての冷媒の流れを遮断することを可能としている。 As described above, in the present embodiment, the three-way valve 52 is provided at the junction 60 between the first flow path 62 from the expander 320 to the condenser 220 and the second flow path 64 from the compressor 210 to the condenser 220. By providing, the flow of the refrigerant from the compressor 210 discharge port to the condenser 220 during the refrigeration cycle 200 operation can be performed with simple control, while the compressor 210 discharge port from the junction 60 during the Rankine cycle 300 single operation. It is possible to block the flow of refrigerant toward

また、電磁制御式の三方弁５２は流路を遮断する際のシール性に優れているため、ランキンサイクル３００単独運転時における冷媒および潤滑オイルの冷凍サイクル２００側への流れ込みを確実に防止することができる。 In addition, since the electromagnetically controlled three-way valve 52 has excellent sealing performance when the flow path is shut off, it is possible to reliably prevent refrigerant and lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle 200 when the Rankine cycle 300 is operated independently. Can do.

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図７に示す。上記第１実施形態においては逆止弁５０を圧縮機２１０吐出口と合流点６０との間の位置の第２流路６４上に配設したが、これに対して、本実施形態においては逆止弁５３（本発明の弁機構に対応）を圧縮機２１０に付属させて、その吐出口側に圧縮機２１０と一体となるように設けている。これにより装置１００全体の構成をより簡素化することができる。逆止弁５３の作用効果については、上記第１実施形態の場合と同様で、冷凍サイクル２００運転時における圧縮機２１０から凝縮器２２０への冷媒の流れを可能としながら、ランキンサイクル３００単独運転時における合流点６０から圧縮機２１０側への冷媒の流れ込みを防止する。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the first embodiment, the check valve 50 is disposed on the second flow path 64 at a position between the discharge outlet of the compressor 210 and the confluence 60. On the other hand, in the present embodiment, the check valve 50 is reversed. A stop valve 53 (corresponding to the valve mechanism of the present invention) is attached to the compressor 210 and provided integrally with the compressor 210 on the discharge port side. Thereby, the structure of the whole apparatus 100 can be simplified more. The effect of the check valve 53 is the same as in the case of the first embodiment described above, while allowing the refrigerant to flow from the compressor 210 to the condenser 220 during the refrigeration cycle 200 operation and during the Rankine cycle 300 single operation. This prevents the refrigerant from flowing from the junction 60 to the compressor 210 side.

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図８に示す。上記第２実施形態においては、圧縮機２１０はエンジン１０によって駆動される構成であったが、これに対して、本実施形態においては圧縮機２１０は電動機２１３によって駆動される電動圧縮機としている。圧縮機２１０駆動用の電動機２１３の作動は、制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）によって制御される。制御装置５００は、電動機２１３を作動させている（圧縮機２１０は作動）ときには二方弁５１を開状態に制御し、電動機２１３を停止させている（圧縮機２１０は停止）ときには二方弁５１を閉状態に制御する。 (Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, the compressor 210 is driven by the engine 10, but in the present embodiment, the compressor 210 is an electric compressor driven by the electric motor 213. The operation of the electric motor 213 for driving the compressor 210 is controlled by the control device 500 (air conditioner control ECU 500b). The control device 500 controls the two-way valve 51 to an open state when the electric motor 213 is operated (the compressor 210 is operated), and the two-way valve 51 when the electric motor 213 is stopped (the compressor 210 is stopped). Is controlled to be closed.

尚、本実施形態においては上記第２実施形態に対して電動圧縮機を適用したが、これに限らず、上記第１、第３、第４実施形態においても圧縮機２１０を電動圧縮機とすることができる。 In this embodiment, the electric compressor is applied to the second embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the compressor 210 is an electric compressor in the first, third, and fourth embodiments. be able to.

（その他の実施形態）
上記第１実施形態および第４実施形態における逆止弁５０、５３は、初期状態において所定圧で閉じられている、いわゆるプリセット圧が設定されたものであってもよい。これにより、凝縮器２２０における圧力と蒸発器２５０における圧力の差が小さい場合でも、冷媒および潤滑オイルの冷凍サイクル２００側への流れ込みをより確実に防止することができる。尚、ここでいう初期状態とは、サイクル内の圧力が均圧した状態のことを指すものとする。 (Other embodiments)
The check valves 50 and 53 in the first embodiment and the fourth embodiment may be set to a so-called preset pressure that is closed at a predetermined pressure in the initial state. Thereby, even when the difference between the pressure in the condenser 220 and the pressure in the evaporator 250 is small, it is possible to more reliably prevent the refrigerant and the lubricating oil from flowing into the refrigeration cycle 200 side. The initial state here refers to a state where the pressure in the cycle is equalized.

また、上記第１実施形態および第４実施形態においては、圧縮機２１０は常に一定の吐出容量で作動する固定容量圧縮機であったが、これに限らず、１回転あたりの吐出容量を制御装置５００（エアコン制御ＥＣＵ５００ｂ）からの制御信号により変化させることができる可変容量圧縮機であってもよい。 In the first embodiment and the fourth embodiment, the compressor 210 is a fixed capacity compressor that always operates at a constant discharge capacity. However, the present invention is not limited to this, and the controller controls the discharge capacity per rotation. It may be a variable capacity compressor that can be changed by a control signal from 500 (air conditioner control ECU 500b).

上記第２実施形態おける二方弁５１、および上記第３実施形態における三方弁５２は、いずれも電磁制御式のものであったが、これに限らず、例えば電動制御式のものであってもよい。 The two-way valve 51 in the second embodiment and the three-way valve 52 in the third embodiment are both electromagnetically controlled, but are not limited thereto, and may be, for example, electrically controlled. Good.

上記各実施形態においては、ポンプ３３０の駆動源として専用の電動機３３１を備えている構成であったが、これに代えて、図９に示すように、膨張機３２０に接続する発電機を電動機の機能も兼ね備える電動発電機３２２として、この電動発電機３２２の膨張機３２０接続側と反対側にポンプ３３０を接続して、電動発電機３２２を電動機として作動させることによりポンプ３３０を駆動する構成としてもよい。これにより、ポンプ３３０を駆動するための専用の駆動源（上記各実施形態における電動機３３１）の無い簡素化した構成とすることができる。 In each of the above embodiments, the dedicated electric motor 331 is provided as a drive source of the pump 330. Instead of this, as shown in FIG. 9, a generator connected to the expander 320 is connected to the electric motor. The motor generator 322 that also has a function may be configured such that the pump 330 is driven by operating the motor generator 322 as an electric motor by connecting the pump 330 to the opposite side of the motor generator 322 to the expander 320 connection side. Good. Thereby, it can be set as the simplified structure without the exclusive drive source (electric motor 331 in each said embodiment) for driving the pump 330. FIG.

図９は、この構成を上記第１実施形態に適用した場合を示している。電動発電機３２２の作動は、制御装置５００（システム制御ＥＣＵ５００ａ）により制御回路４１を介して制御される。制御装置５００は、ランキンサイクル３００を運転する際（ランキンサイクル３００単独運転時、および冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時運転時）には、まず、電動発電機３２２を電動機として作動させ、ポンプ３３０を駆動する。そして、エンジン１０からの廃熱が充分に得られ、膨張機３２０での駆動力がポンプ３３０の動力を上回ったら、電動発電機３２２を発電機として作動させ、発電を行う。これにより、ポンプ３３０駆動用のエネルギーを低減することができる。 FIG. 9 shows a case where this configuration is applied to the first embodiment. The operation of the motor generator 322 is controlled via the control circuit 41 by the control device 500 (system control ECU 500a). When the Rankine cycle 300 is operated (when the Rankine cycle 300 is operated alone and when the refrigeration cycle 200 and the Rankine cycle 300 are operated simultaneously), the control device 500 first operates the motor generator 322 as an electric motor, and the pump 330 Drive. When sufficient waste heat from the engine 10 is obtained and the driving force of the expander 320 exceeds the power of the pump 330, the motor generator 322 is operated as a generator to generate electricity. Thereby, the energy for driving the pump 330 can be reduced.

上記各実施形態においては、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。 In each of the embodiments described above, the vehicle engine (internal combustion engine) 10 is used as the heat generating device. However, the present invention is not limited thereto, and examples thereof include an external combustion engine, a fuel cell stack of a fuel cell vehicle, various motors, and an inverter. In general, the present invention can be widely applied if it generates heat during operation and discards part of the heat for temperature control (waste heat is generated).

第１実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 1st Embodiment. 第２実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 2nd Embodiment. 第３実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 3rd Embodiment. 第３実施形態におけるランキンサイクル単独運転時の三方弁の開通状態を示す図である。It is a figure which shows the open state of the three-way valve at the time of Rankine cycle independent operation in 3rd Embodiment. 第３実施形態における冷凍サイクル単独運転時の三方弁の開通状態を示す図である。It is a figure which shows the open state of the three-way valve at the time of the refrigerating cycle single operation in 3rd Embodiment. 第３実施形態における冷凍サイクルおよびランキンサイクル同時運転時の三方弁の開通状態を示す図である。It is a figure which shows the open state of the three-way valve at the time of the refrigerating cycle and Rankine cycle simultaneous operation in 3rd Embodiment. 第４実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 4th Embodiment. 第５実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in 5th Embodiment. 他の実施形態における廃熱利用装置を備える冷凍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 a freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０エンジン（発熱機器、内燃機関、圧縮機の駆動源）
５０逆止弁（弁機構）
５１二方弁（弁機構）
５２三方弁（弁機構）
５３圧縮機に付属の逆止弁（弁機構）
１００廃熱利用装置を備える冷凍装置
２１０圧縮機
２１２電磁クラッチ（断続手段）
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
５００制御装置 10 Engine (heat source, internal combustion engine, compressor drive source)
50 Check valve (valve mechanism)
51 Two-way valve (valve mechanism)
52 Three-way valve (valve mechanism)
53 Check valve (valve mechanism) attached to the compressor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Refrigeration apparatus provided with waste heat utilization apparatus 210 Compressor 212 Electromagnetic clutch (intermittent means)
220 Condenser 240 Expansion Valve 250 Evaporator 300 Rankine Cycle 310 Heater 320 Expander 330 Pump 500 Controller

Claims

圧縮機（２１０）、凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、蒸発器（２５０）が順次接続されて形成される冷凍サイクル（２００）と、
前記凝縮器（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、前記冷凍サイクル（２００）と同時稼動可能に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、
前記膨張機（３２０）出口から前記凝縮器（２２０）入口に至る第１流路（６２）と前記圧縮機（２１０）吐出口から前記凝縮器（２２０）入口へ至る第２流路（６４）との合流点（６０）から前記圧縮機（２１０）吐出口へ向けての冷媒の流れを遮断可能な弁機構（５０、５１、５２、５３）を備えたことを特徴とする廃熱利用装置を備える冷凍装置。 A refrigeration cycle (200) formed by sequentially connecting a compressor (210), a condenser (220), an expansion valve (240), and an evaporator (250);
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 apparatus having a Rankine cycle (300) that is connected to the refrigeration cycle (200) and is configured to be operable at the same time,
A first flow path (62) from the expander (320) outlet to the condenser (220) inlet and a second flow path (64) from the compressor (210) discharge port to the condenser (220) inlet Waste heat utilization apparatus comprising a valve mechanism (50, 51, 52, 53) capable of blocking the flow of refrigerant from the junction (60) to the discharge port of the compressor (210) A refrigeration apparatus comprising:

前記弁機構は、前記合流点（６０）と前記圧縮機（２１０）吐出口との間に配置された逆止弁（５０、５３）であることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The waste heat according to claim 1, wherein the valve mechanism is a check valve (50, 53) disposed between the junction (60) and the discharge port of the compressor (210). A refrigeration apparatus comprising a utilization device.

前記逆止弁（５０、５３）は、初期状態において所定圧で閉じられていることを特徴とする請求項２に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The refrigeration apparatus including the waste heat utilization apparatus according to claim 2, wherein the check valve (50, 53) is closed at a predetermined pressure in an initial state.

前記逆止弁（５３）は、前記圧縮機（２１０）に付属させて、前記圧縮機（２１０）の吐出口側に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The waste heat according to claim 2 or 3, wherein the check valve (53) is attached to the compressor (210) and provided on a discharge port side of the compressor (210). A refrigeration apparatus comprising a utilization device.

前記弁機構は、前記合流点（６０）と前記圧縮機（２１０）吐出口との間に配置された二方弁（５１）であることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The waste heat utilization apparatus according to claim 1, wherein the valve mechanism is a two-way valve (51) disposed between the junction (60) and the discharge port of the compressor (210). A refrigeration apparatus comprising:

前記弁機構は、前記合流点（６０）に配置された三方弁（５２）であることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The said valve mechanism is a three-way valve (52) arrange | positioned at the said confluence | merging point (60), The freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

前記弁機構（５１、５２）は電磁式の開通状態切替機構を有していることを特徴とする請求項１、５、６のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The said valve mechanism (51, 52) has an electromagnetic open state switching mechanism, A refrigeration apparatus provided with the waste heat utilization apparatus as described in any one of Claim 1, 5, 6 characterized by the above-mentioned.

前記弁機構（５１、５２）の開通状態を切替制御する切替制御手段（５００）を備えたことを特徴とする請求項１、５、６、７のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1, 5, 6, and 7, further comprising switching control means (500) for switching and controlling an open state of the valve mechanism (51, 52). A refrigeration apparatus comprising:

前記切替制御手段（５００）は、前記ランキンサイクル（３００）のみの運転の際には、前記合流点（６０）から前記圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように、前記弁機構（５１、５２）を切り替えることを特徴とする請求項８に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The switching control means (500) is configured to block the flow of refrigerant from the junction (60) to the discharge port of the compressor (210) when only the Rankine cycle (300) is operated. The refrigeration apparatus comprising the waste heat utilization apparatus according to claim 8, wherein the valve mechanism (51, 52) is switched.

前記切替制御手段（５００）は、前記圧縮機（２１０）が作動していないときには、前記合流点（６０）から前記圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように、前記弁機構（５１、５２）を切り替えることを特徴とする請求項８または９に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 When the compressor (210) is not operating, the switching control means (500) is configured to block the flow of the refrigerant from the junction (60) to the compressor (210) discharge port. The refrigeration apparatus comprising the waste heat utilization apparatus according to claim 8 or 9, wherein the mechanism (51, 52) is switched.

前記圧縮機（２１０）とその駆動源（１０）との間を接続状態と切断状態の間で切替可能に接続する断続手段（２１２）を備え、
前記切替制御手段（５００）は、前記断続手段（２１２）が切断状態にあるときには、前記合流点（６０）から前記圧縮機（２１０）吐出口への冷媒の流れを遮断するように、前記弁機構（５１、５２）を切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 It comprises intermittent means (212) for connecting the compressor (210) and its drive source (10) in a switchable state between a connected state and a disconnected state,
When the intermittent means (212) is in a disconnected state, the switching control means (500) is configured to cut off the flow of refrigerant from the junction (60) to the compressor (210) discharge port. A mechanism (51, 52) is switched, A freezing apparatus provided with the waste heat utilization apparatus of Claim 10 characterized by the above-mentioned.

前記発熱機器は車両の内燃機関（１０）であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか1つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。 The refrigerating apparatus provided with the waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the heat generating device is an internal combustion engine (10) of a vehicle.