(57)【要約】【課題】  冷凍サイクルとランキンサイクルとを備えるもので、ランキンサイクルを起動させるための専用の駆動源を不要とする複合サイクル装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】  圧縮機１１０から吐出される作動流体の熱を放熱して凝縮液化する凝縮器１２０Ａを有する冷凍サイクル１００Ａと、液ポンプ１６０から送られた作動流体を加熱する加熱器１７０、加熱器１７０から流出される蒸気作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機１８０を有し、液ポンプ１６０が膨張機１８０に接続されたランキンサイクル１００Ｂとを有する複合サイクル装置において、ランキンサイクル１００Ｂの起動時に、圧縮機１１０から吐出される作動流体を、膨張機１８０に流入可能とする作動流体流れ切替え手段２００を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器（１４０）にて外部流体から吸熱した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機（１１０）、前記圧縮機（１１０）から吐出される作動流体の熱を放熱して凝縮液化する第１凝縮器（１２０Ａ）を有する冷凍サイクル（１００Ａ）と、
第２凝縮器（１２０Ｂ）から流出される作動流体を圧送する液ポンプ（１６０）、前記液ポンプ（１６０）から送られた前記作動流体を加熱する加熱器（１７０）、前記加熱器（１７０）から流出される蒸気作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１８０）を有し、前記液ポンプ（１６０）が前記膨張機（１８０）に接続されたランキンサイクル（１００Ｂ）とを有する複合サイクル装置において、
前記ランキンサイクル（１００Ｂ）の起動時に、前記圧縮機（１１０）から吐出される前記作動流体を、前記膨張機（１８０）に流入可能とする作動流体流れ切替え手段（２００）を設けたことを特徴とする複合サイクル装置。
【請求項２】
前記作動流体流れ切替え手段（２００）は、前記膨張機（１８０）から流出する前記作動流体を前記第１凝縮器（１２０Ａ）に戻す戻し流路（２２０）を有することを特徴とする請求項１に記載の複合サイクル装置。
【請求項３】
前記第２凝縮器（１２０Ｂ）は、前記第１凝縮器（１２０Ａ）と共通使用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合サイクル装置。
【請求項４】
前記作動流体流れ切替え手段（２００）は、前記圧縮機（１１０）の吐出側から前記膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、
前記接続流路（２１０）に設けられて、前記作動流体が前記膨張機（１８０）から前記圧縮機（１１０）へ流れることを阻止する第１逆止弁（２３０）と、
前記接続流路（２１０）の分岐点が、前記戻し流路（２２０）の合流点の上流側にあり、前記接続流路（２１０）の分岐点および前記戻し流路（２２０）の合流点の間となる第１流路（１５１）に設けられると共に、前記第１流路（１５１）を開閉する第１開閉弁（２４０）とから成ることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の複合サイクル装置。
【請求項５】
前記作動流体流れ切替え手段（２００）は、前記圧縮機（１１０）の吐出側から前記膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、
前記接続流路（２１０）の分岐点に設けられて、前記圧縮機（１１０）からの前記作動流体の流れを前記接続流路（２１０）側、あるいは前記第１凝縮器（１２０Ａ）側へ切替える切替え弁（２５０）とから成ることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の複合サイクル装置。
【請求項６】
前記作動流体流れ切替え手段（２００）は、前記圧縮機（１１０）の吐出側から前記膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、
前記接続流路（２１０）に設けられて、前記作動流体が前記膨張機（１８０）から前記圧縮機（１１０）へ流れることを阻止する第１逆止弁（２３０）と、
前記接続流路（２１０）の分岐点が、前記戻し流路（２２０）の合流点の上流側にあり、前記接続流路（２１０）の分岐点および前記戻し流路（２２０）の合流点の間となる第１流路（１５１）に設けられると共に、前記作動流体の圧力が所定圧力以上で前記第１流路（１５１）を開くリリーフ弁（２６０）とから成ることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の複合サイクル装置。
【請求項７】
前記加熱器（１７０）の流出側および前記接続流路（２１０）の合流点の間となる第２流路（１９２）に設けられると共に、前記作動流体が前記接続流路（２１０）から前記加熱器（１７０）へ流れることを阻止する第２逆止弁（２７０）を有することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の複合サイクル装置。
【請求項８】
前記接続流路（２１０）の合流点および前記膨張機（１８０）の流入側の間となる第３流路（１９３）に設けられると共に、前記第３流路（１９３）を開閉する第２開閉弁（２８０）を有することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１つに記載の複合サイクル装置。
【請求項９】
前記液ポンプ（１６０）は、前記膨張機（１８０）に同軸上で接続されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の複合サイクル装置。
【請求項１０】
前記加熱器（１７０）は、車両用内燃機関（１０）の廃熱を加熱源とすることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の複合サイクル装置。
【請求項１１】
蒸発器（１４０）にて外部流体から吸熱した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機（１１０）、前記圧縮機（１１０）から吐出される作動流体の熱を放熱して凝縮液化する第１凝縮器（１２０Ａ）を有する冷凍サイクル（１００Ａ）と、
第２凝縮器（１２０Ｂ）から流出される作動流体を圧送する液ポンプ（１６０）、前記液ポンプ（１６０）から送られた前記作動流体を加熱する加熱器（１７０）、前記加熱器（１７０）から流出される蒸気作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１８０）を有し、前記液ポンプ（１６０）が前記膨張機（１８０）に接続されたランキンサイクル（１００Ｂ）とを有する複合サイクル装置の制御方法において、
前記ランキンサイクル（１００Ｂ）の起動時に、前記圧縮機（１１０）から吐出される前記作動流体を、前記膨張機（１８０）に流入させることを特徴とする複合サイクル装置の制御方法。
【請求項１２】
前記膨張機（１８０）から流出する前記作動流体を前記第１凝縮器（１２０Ａ）に戻すことを特徴とする請求項１１に記載の複合サイクル装置の制御方法。
【請求項１３】
前記圧縮機（１１０）から吐出される前記作動流体を、前記膨張機（１８０）に流入させる際に、前記作動流体が前記加熱器（１７０）へ流れることを阻止することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の複合サイクル装置の制御方法。
【請求項１４】
前記ランキンサイクル（１００Ｂ）を停止させる時に、前記加熱器（１７０）から前記膨張機（１８０）への前記作動流体流れを停止させることを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１つに記載の複合サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両に搭載される空調装置用の冷凍サイクルと、車両エンジンの廃熱から動力を回収するランキンサイクルとを備える複合サイクル装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、圧縮機、膨張機、駆動モータ、循環ポンプが一体的に設けられた複合流体機械（特許文献１中ではローリングピストン式回転機械）が知られている。上記の各機器は、直列に配置され、同一軸で接続（圧縮機と膨張機との間は例えばマグネットカップリングのような接続手段を介して接続、あるいは直接的に接続）されている。そして、圧縮機は例えば冷凍サイクル内に配設され、また、膨張機および循環ポンプはランキンサイクル内に配設されるようにしている。
【０００３】
上記の複合流体機械の具体的な作動については以下のようになっている。即ち、ランキンサイクルの起動時において、膨張機および循環ポンプは一定時間（膨張機が安定状態に入るまでの時間）だけ駆動モータによって駆動され、循環ポンプはランキンサイクル内の作動流体を循環させ、膨張機はランキンサイクル内の作動流体（バーナを加熱源として加熱される高温、高圧ガス）の膨張によって駆動され、自身の軸に駆動力を発生させる。
【０００４】
そして、膨張機が安定状態に入ると駆動モータは停止され、膨張機の駆動力によって循環ポンプ、および圧縮機が駆動される。循環ポンプはランキンサイクル内の作動流体を引き続き循環させると共に、圧縮機は冷凍サイクル内の冷媒を圧縮する。
【特許文献１】特開平８−８６２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成の複合流体機械において、駆動モータはランキンサイクルの起動時のみに使用されるものとなっており、また、特許文献１中での詳細記述は無いものの、起動時のみの使用であっても駆動モータを駆動するためには駆動回路も必要であり、総合的に無駄が大きいように思われる。
【０００６】
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を備えるもので、ランキンサイクルを起動させるための専用の駆動源を不要とする複合サイクル装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、蒸発器（１４０）にて外部流体から吸熱した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機（１１０）、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体の熱を放熱して凝縮液化する第１凝縮器（１２０Ａ）を有する冷凍サイクル（１００Ａ）と、第２凝縮器（１２０Ｂ）から流出される作動流体を圧送する液ポンプ（１６０）、液ポンプ（１６０）から送られた作動流体を加熱する加熱器（１７０）、加熱器（１７０）から流出される蒸気作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１８０）を有し、液ポンプ（１６０）が膨張機（１８０）に接続されたランキンサイクル（１００Ｂ）とを有する複合サイクル装置において、ランキンサイクル（１００Ｂ）の起動時に、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体を、膨張機（１８０）に流入可能とする作動流体流れ切替え手段（２００）を設けたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、圧縮機（１１０）から流入される高圧の作動流体によって、膨張機（１８０）が作動され、併せて膨張機（１８０）に接続される液ポンプ（１６０）も作動される。そして、液ポンプ（１６０）の作動により、ランキンサイクル（１００Ｂ）内の作動流体が循環され、加熱器（１７０）、膨張機（１８０）に至り、ランキンサイクル（１００Ｂ）を自立運転させることができる。よって、ランキンサイクル（１００Ｂ）を起動させるための専用の駆動源を不要とすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、作動流体流れ切替え手段（２００）は、膨張機（１８０）から流出する作動流体を第１凝縮器（１２０Ａ）に戻す戻し流路（２２０）を有することを特徴としている。
【００１１】
これにより、冷凍サイクル（１００Ａ）内の作動流体をランキンサイクル（１００Ｂ）内に移動させること無く、冷凍サイクル（１００Ａ）に戻すことができるので、冷凍サイクル（１００Ａ）の冷凍能力低下を防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、第２凝縮器（１２０Ｂ）は、第１凝縮器（１２０Ａ）と共通使用されることを特徴としており、これにより、第２凝縮器（１２０Ｂ）の設定を不要として、コンパクトなランキンサイクル（１００Ｂ）とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、作動流体流れ切替え手段（２００）は、圧縮機（１１０）の吐出側から膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、接続流路（２１０）に設けられて、作動流体が膨張機（１８０）から圧縮機（１１０）へ流れることを阻止する第１逆止弁（２３０）と、接続流路（２１０）の分岐点が、戻し流路（２２０）の合流点の上流側にあり、接続流路（２１０）の分岐点および戻し流路（２２０）の合流点の間となる第１流路（１５１）に設けられると共に、第１流路（１５１）を開閉する第１開閉弁（２４０）とから成ることを特徴としている。
【００１４】
これにより、ランキンサイクル（１００Ｂ）を起動させたい時に、第１開閉弁（２４０）を閉じることで圧縮機（１１０）から接続流路（２１０）を通して作動流体を膨張機（１８０）に流入させることができ、シンプルな構成による作動流体流れ切替え手段（２００）を形成できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、作動流体流れ切替え手段（２００）は、圧縮機（１１０）の吐出側から膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、接続流路（２１０）の分岐点に設けられて、圧縮機（１１０）からの作動流体の流れを接続流路（２１０）側、あるいは第１凝縮器（１２０Ａ）側へ切替える切替え弁（２５０）とから成ることを特徴としている。
【００１６】
これにより、ランキンサイクル（１００Ｂ）を起動させたい時に、切替え弁（２５０）によって接続流路（２１０）側を開くことで圧縮機（１１０）から接続流路（２１０）を通して作動流体を膨張機（１８０）に流入させることができ、シンプルな構成による作動流体流れ切替え手段（２００）を形成できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、作動流体流れ切替え手段（２００）は、圧縮機（１１０）の吐出側から膨張機（１８０）の流入側に接続される接続流路（２１０）と、接続流路（２１０）に設けられて、作動流体が膨張機（１８０）から圧縮機（１１０）へ流れることを阻止する第１逆止弁（２３０）と、接続流路（２１０）の分岐点が、戻し流路（２２０）の合流点の上流側にあり、接続流路（２１０）の分岐点および戻し流路（２２０）の合流点の間となる第１流路（１５１）に設けられると共に、作動流体の圧力が所定圧力以上で第１流路（１５１）を開くリリーフ弁（２６０）とから成ることを特徴としている。
【００１８】
これにより、ランキンサイクル（１００Ｂ）を起動させたい時に、圧縮機（１１０）の吐出圧力を所定圧力を下回る圧力とすることでリリーフ弁（２６０）を閉じさせて、圧縮機（１１０）から接続流路（２１０）を通して作動流体を膨張機（１８０）に流入させることができ、シンプルな構成による作動流体流れ切替え手段（２００）を形成できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、加熱器（１７０）の流出側および接続流路（２１０）の合流点の間となる第２流路（１９２）に設けられると共に、作動流体が接続流路（２１０）から加熱器（１７０）へ流れることを阻止する第２逆止弁（２７０）を有することを特徴としている。
【００２０】
これにより、ランキンサイクル（１００Ｂ）の起動時に、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体を加熱器（１７０）内に流入させることが無く、確実に膨張機（１８０）に流入させることができるので、起動時間を早めることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、接続流路（２１０）の合流点および膨張機（１８０）の流入側の間となる第３流路（１９３）に設けられると共に、第３流路（１９３）を開閉する第２開閉弁（２８０）を有することを特徴としている。
【００２２】
これにより、第２開閉弁（２８０）を閉じることで、加熱器（１７０）から流出する蒸気作動流体を膨張機（１８０）に流入させないようにできるので、加熱器（１７０）での加熱能力等に関わらず、必要に応じてランキンサイクル（１００Ｂ）を停止させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、液ポンプ（１６０）は、膨張機（１８０）に同軸上で接続されたことを特徴としており、これにより、複雑な構成を不要として、容易に液ポンプ一体型膨張機（１６０Ａ）とすることができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、加熱器（１７０）は、車両用内燃機関（１０）の廃熱を加熱源とすることを特徴としており、これにより、車両用内燃機関（１０）の廃熱を有効活用できる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、蒸発器（１４０）にて外部流体から吸熱した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機（１１０）、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体の熱を放熱して凝縮液化する第１凝縮器（１２０Ａ）を有する冷凍サイクル（１００Ａ）と、第２凝縮器（１２０Ｂ）から流出される作動流体を圧送する液ポンプ（１６０）、液ポンプ（１６０）から送られた作動流体を加熱する加熱器（１７０）、加熱器（１７０）から流出される蒸気作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張機（１８０）を有し、液ポンプ（１６０）が膨張機（１８０）に接続されたランキンサイクル（１００Ｂ）とを有する複合サイクル装置の制御方法において、ランキンサイクル（１００Ｂ）の起動時に、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体を、膨張機（１８０）に流入させることを特徴としている。
【００２６】
これにより、請求項１に記載の発明と同一の効果を奏する複合サイクル装置の制御方法とすることができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、膨張機（１８０）から流出する作動流体を第１凝縮器（１２０Ａ）に戻すことを特徴としており、これにより、請求項２に記載の発明と同一の効果を奏する複合サイクル装置の制御方法とすることができる。
【００２８】
請求項１３に記載の発明では、圧縮機（１１０）から吐出される作動流体を、膨張機（１８０）に流入させる際に、作動流体が加熱器（１７０）へ流れることを阻止することを特徴としており、これにより、請求項７に記載の発明と同一の効果を奏する複合サイクル装置の制御方法とすることができる。
【００２９】
請求項１４に記載の発明では、ランキンサイクル（１００Ｂ）を停止させる時に、加熱器（１７０）から膨張機（１８０）への作動流体流れを停止させることを特徴としており、これにより、請求項８に記載の発明と同一の効果を奏する複合サイクル装置の制御方法とすることができる。
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る複合サイクル装置１００を走行用駆動源としてエンジン（本発明における内燃機関に対応）１０を有する車両に適用したものである。以下、図１を用いて本実施形態の構成について説明する。尚、図１は複合サイクル装置１００の全体構成を示す模式図である。
【００３２】
複合サイクル装置１００は、冷凍サイクル１００Ａとランキンサイクル１００Ｂとを有し、両サイクル１００Ａ、１００Ｂ間に冷媒流れ切替え装置（本発明における作動流体流れ切替え手段に対応）２００が設けられて形成されている。
【００３３】
冷凍サイクル１００Ａは、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、圧縮機１１０、凝縮器（本発明における第１凝縮器、第２凝縮器に対応）１２０Ａ、膨張弁１３０、蒸発器１４０が順次、冷媒配管１５０によって環状に接続されて形成されている。
【００３４】
圧縮機１１０は、エンジン１０、図示しない電動モータの少なくとも１つを駆動源として作動し、冷凍サイクル１００Ａ内の冷媒（本発明における作動流体に対応）を高温高圧に圧縮する流体機械である。凝縮器１２０Ａは、圧縮機１１０で高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して（冷媒の熱を外気に放熱して）、凝縮液化する熱交換器である。
【００３５】
膨張弁１３０は、凝縮器１２０Ａから流出される液相冷媒を減圧膨脹させる減圧手段である。蒸発器１４０は、膨張弁１３０にて減圧された冷媒を蒸発させる熱交換器であり、図示しない空調ケース内に配設されて、この空調ケース内に供給される空調空気（本発明における外部流体に対応）を冷却（空調空気から吸熱）する。
【００３６】
一方、ランキンサイクル１００Ｂは、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機１８０にて発生される駆動力）を回収するものであり、上記冷凍サイクル１００Ａ内の凝縮器１２０Ａが共通使用されて形成されている。即ち、凝縮器１２０Ａをバイパスするバイパス流路１９１が設けられて、このバイパス流路１９１の凝縮器１２０Ａの冷媒流出側から冷媒ポンプ（本発明における液ポンプに対応）１６０、水・冷媒熱交換器（本発明における加熱器に対応）１７０、膨張機１８０が配設されて、凝縮器１２０Ａの冷媒流入側に繋がることでランキンサイクル１００Ｂが形成されている。
【００３７】
冷媒ポンプ１６０は、ランキンサイクル１００Ｂ内の冷媒（本発明における作動流体に対応し、冷凍サイクル１００Ａ内の冷媒と同一）を水・冷媒熱交換器１７０側へ圧送して循環させるものである。水・冷媒熱交換器１７０は、上記冷媒ポンプ１６０から圧送される冷媒と、エンジン１０に設けられて、水ポンプ２１によって温水回路２０内を循環するエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより、冷媒を加熱する（冷媒を過熱蒸気冷媒とする）熱交換器である。膨張機１８０は、水・冷媒熱交換器１７０から流出される過熱蒸気冷媒の膨張によって駆動力を発生する流体機械である。
【００３８】
そして、上記冷媒ポンプ１６０のポンプ軸は、膨張機１８０の膨張機軸に同軸上で接続されており、更に、冷媒ポンプ１６０と膨張機１８０との間には、発電機１８１が設けられている。これら冷媒ポンプ１６０、膨張機１８０、発電機１８１によって、冷媒ポンプ一体型膨張発電機１６０Ａが形成されている。尚、発電機１８１は、膨張機１８０で発生される駆動力によって駆動されて発電する回転電機であり、発電機１８１で発電された電力は、図示しないインバータによって車両バッテリ（図示せず）に充電されるようになっている。
【００３９】
冷媒流れ切替え装置２００は、上記冷凍サイクル１００Ａとランキンサイクル１００Ｂとの間に設けられて、圧縮機１１０からの冷媒流れを切替えるものであり、接続流路２１０、戻し流路２２０、第１逆止弁２３０、第１開閉弁２４０を有している。
【００４０】
接続流路２１０は、冷媒配管１５０の圧縮機１１０の吐出側から分岐して（この分岐点をＡとする）、バイパス流路１９１の膨張機１８０の流入側に合流する流路として形成されたものである。また、戻し流路２２０は、上記接続流路２１０から膨張機１８０に流入されて、更に膨張機１８０から流出される冷媒を冷凍サイクル１００Ａの凝縮器１２０Ａに戻すための流路である。ここでは、ランキンサイクル１００Ｂ用の凝縮器が冷凍サイクル１００Ａ内の凝縮器１２０Ａと共通使用されていることから、バイパス流路１９１のうち、膨張機１８０から凝縮器１２０Ａの流入側に合流する（この合流点をＢとする）流路が戻し流路２２０に対応している。尚、接続流路２１０の分岐点Ａは、戻し流路２２０の合流点Ｂに対して冷媒流れの上流側となっている。
【００４１】
第１逆止弁２３０は、上記接続流路２１０に設けられて、圧縮機１１０側から膨張機１８０側への冷媒の流れを許容しつつ、逆に、膨張機１８０側から圧縮機１１０側への冷媒の流れを阻止する弁としている。更に、第１開閉弁２４０は、冷媒配管１５０のうち、接続流路２１０の分岐点Ａと戻し流路２２０の合流点Ｂとの間となる第１流路１５１に設けられて、この第１流路１５１を開閉する弁としている。尚、第１開閉弁２４０は、図示しない制御装置によって、弁の開閉状態が制御されるようになっている。
【００４２】
次に、上記構成に基づく複合サイクル装置１００の作動について図２を加えて説明する。
【００４３】
図示しない制御装置は、エンジン１０の廃熱が充分得られる（エンジン冷却水温度が予め定めた所定温度より高い）場合に、ランキンサイクル１００Ｂを作動させて、膨張機１８０によって得られる駆動力で発電機１８１を作動させて、発電によって得られる電力を車両バッテリに充電する。
【００４４】
ここで、ランキンサイクル１００Ｂを起動するために、制御装置は第１開閉弁２４０を閉じて、第１流路１５１内に冷媒が流れないようにする。そして、冷凍サイクル１００Ａが停止中であれば、圧縮機１１０を作動させる。冷凍サイクル１００Ａが作動中であれば、圧縮機１１０の作動をそのまま継続させる。すると、冷媒は図１中に示す実線矢印のように、圧縮機１１０→接続流路２１０→第１逆止弁２３０→膨張機１８０→戻し流路２２０→凝縮器１２０Ａ→膨張弁１３０→蒸発器１４０を流れ圧縮機１１０に戻る。
【００４５】
そして、圧縮機１１０から吐出された冷媒によって、膨張機１８０が作動され、併せてこの膨張機１８０に接続された冷媒ポンプ１６０（発電機１８１）が作動される。冷媒ポンプ１６０は、ランキンサイクル１００Ｂ内の冷媒を循環させる。冷媒ポンプ１６０から圧送された冷媒は水・冷媒熱交換器１７０で加熱されて過熱蒸気冷媒となって膨張機１８０に流入して、膨張することで膨張機１８０を作動させる。
【００４６】
制御装置は、上記水・冷媒熱交換器１７０からの過熱蒸気冷媒の膨張によって膨張機１８０が作動されるようになると（例えば起動時点から所定時間経過後に）、図２に示すように、第１開閉弁２４０を開く。そして、冷凍サイクル１００Ａが停止中であれば、圧縮機１１０を停止させ、冷凍サイクル１００Ａが作動中であれば、圧縮機１１０の作動をそのまま継続させる。
【００４７】
すると、水・冷媒熱交換器１７０から流出される過熱蒸気冷媒の圧力上昇に伴って、接続流路２１０から膨張機１８０に向かう冷媒は第１逆止弁２３０位置まで押し戻されて、圧縮機１１０が作動中の場合、吐出される冷媒は第１流路１５１内を流れることになり、図２中に示す実線矢印のように冷凍サイクル１００Ａ内を循環する。
【００４８】
一方、ランキンサイクル１００Ｂにおいては、膨張機１８０によって冷媒ポンプ１６０が作動され、冷媒は図２中に示す破線矢印のようにランキンサイクル１００Ｂ内を循環し、更に冷媒ポンプ１６０→水・冷媒熱交換器１７０からの過熱蒸気冷媒の膨張によって膨張機１８０が作動され、ランキンサイクル１００Ｂが自立運転される。
【００４９】
ランキンサイクル１００Ｂの自立運転において、膨張機１８０によって発生される駆動力が、冷媒ポンプ１６０を駆動するために必要とされる駆動力を超えると、発電機１８１で発電が成され、発電された電力はインバータによって車両バッテリに充電される。
【００５０】
尚、エンジン１０からの廃熱が得られなくなると（エンジン冷却水温度が予め定めた所定温度より低くなると）、水・冷媒熱交換器１７０での冷媒の加熱がなされず、即ち、膨張機１８０が停止され、ランキンサイクル１００Ｂは停止される。
【００５１】
このように、冷凍サイクル１００Ａの圧縮機１１０と冷媒流れ切替え装置２００を用いることで、ランキンサイクル１００Ｂを起動させて、自立運転させることができる。よって、ランキンサイクル１００Ｂを起動させるための専用の駆動源を不要とする複合サイクル装置１００とすることができる。
【００５２】
また、冷凍サイクル１００Ａを作動させている場合に、ランキンサイクル起動のために圧縮機１１０からの冷媒を膨張機１８０側に流しても、戻し流路２２０によって冷凍サイクル１００Ａに戻すことができるので、冷凍サイクル１００Ａ内の冷媒をランキンサイクル１００Ｂ内に移動させることが無く、冷凍サイクル１００Ａの冷凍能力低下を防止できる。
【００５３】
また、ランキンサイクル１００Ｂ用の凝縮器を冷凍サイクル１００Ａ用の凝縮器１２０Ａと共通使用するようにしているので、第２の凝縮器の設定を不要として、コンパクトなランキンサイクル１００Ｂとすることができる。
【００５４】
また、冷媒ポンプ１６０を膨張機１８０に対して同軸上で接続するようにしているので、複雑な構成を不要として、容易に冷媒ポンプ一体型膨張発電機１６０Ａとすることができる。
【００５５】
また、膨張機１８０で得られる駆動力によって発電機１８１を作動させて、発電するようにしているので、エンジン１０の廃熱を有効に活用できる。
【００５６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、冷媒流れ切替え装置２００の構成を変更したものである。
【００５７】
ここでは、接続流路２１０の第１逆止弁２３０を廃止し、接続流路２１０の分岐点Ａに切替え弁２５０を設けたものとしている。切替え弁２５０は、圧縮機１１０からの冷媒の流れを接続流路２１０側、あるいは第１流路１５１側のいずれかに切替える弁であり、図示しない制御装置によってその作動が制御されるようにしている。
【００５８】
第２実施形態においては、ランキンサイクルの起動時に制御装置は、切替え弁２５０によって圧縮機１１０からの冷媒流れを接続流路２１０側に切替えて、冷媒を膨張機１８０に流入させる。また、ランキンサイクル１００Ｂが自立運転を開始すると、切替え弁２５０によって圧縮機１１０からの冷媒流れが第１流路１５１側となるように切替えることで、上記第１実施形態と同様の作動が得られる。
【００５９】
よって、第１逆止弁２３０を不要として構成をシンプルにできると共に、専用の駆動源を不要としてランキンサイクル１００Ｂの起動を可能とする複合サイクル装置１００とすることができる。
【００６０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図４に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、冷媒流れ切替え装置２００の構成を変更したものである。
【００６１】
ここでは、第１流路１５１の第１開閉弁２４０に代えて、リリーフ弁２６０としている。リリーフ弁２６０は、予め定めた所定圧力以上の圧力がこのリリーフ弁２６０にかかった時に開かれて、第１流路１５１に冷媒を流すようにする弁である。
【００６２】
第３実施形態においては、ランキンサイクル１００Ｂの起動時に図示しない制御装置は、まず、圧縮機１１０を作動させる。圧縮機１１０の作動後においては冷媒吐出圧力はまだ所定圧力より低く、リリーフ弁２６０は閉じられたままとなり、圧縮機１１０から吐出された冷媒は、接続流路２１０から膨張機１８０に流入し、膨張機１８０を作動させる。
【００６３】
そして、冷媒ポンプ１６０が作動され、ランキンサイクル１００Ｂが自立運転に至り、水・冷媒熱交換器１７０から流出される過熱蒸気冷媒の圧力が上昇していくと、接続流路２１０から膨張機１８０に向かう冷媒は第１逆止弁２３０位置まで押し戻される。更に、圧縮機１１０の冷媒吐出圧力が上昇していき、所定圧力を超えると、リリーフ弁２６０が開き、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、冷凍サイクル１００Ａ内を流れる。尚、制御装置は、冷凍サイクル１００Ａが作動中であれば、圧縮機１１０をそのまま継続作動させ、冷凍サイクル１００Ａが停止中であれば、圧縮機１１０を停止させる。
【００６４】
これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図５に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、ランキンサイクル１００Ｂ内に第２逆止弁２７０を追加したものである。
【００６６】
ここでは、第２逆止弁２７０を、バイパス流路１９１のうち、水・冷媒熱交換器１７０の流出側Ｃと、接続流路２１０がバイパス流路１９１に合流する合流点Ｃとの間となる第２流路１９２に設けるようにしている。第２逆止弁２７０は、水・冷媒熱交換器１７０側から膨張機１８０側への冷媒の流れを許容しつつ、膨張機１８０側（接続流路２１０側）から水・冷媒熱交換器１７０側への冷媒の流れを阻止する弁である。
【００６７】
これにより、ランキンサイクル１００Ｂの起動時に、圧縮機１１０から吐出される冷媒を水・熱交換器１７０内に流入させることが無く、確実に膨張機１８０に流入させることができるので、起動時間を早めることができる。
【００６８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図６に示す。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、ランキンサイクル１００Ｂ内に第２開閉弁２８０を追加したものである。
【００６９】
ここでは、第２開閉弁２８０を、バイパス流路１９１のうち、接続流路２１０がバイパス流路１９１に合流する合流点Ｄと、膨張機１１０の流入側Ｅとの間となる第３流路１９３に設けるようにしている。第２開閉弁２８０は、第３流路１９３を開閉する弁であり、図示しない制御装置によって、弁の開閉状態が制御されるようになっている。
【００７０】
第５実施形態においては、エンジン１０からの廃熱が得られなくなった場合（エンジン冷却水温度が予め定めた所定温度より低くなった場合）や、車両バッテリでの充電量が許容充電量を超えた場合等で、ランキンサイクル１００Ｂを意図的に停止させたい場合に、制御装置は、第３開閉弁２８０を閉じる。すると、水・冷媒熱交換器１７０から流出する過熱蒸気冷媒を膨張機１８０に流入させないようにできるので、必要に応じてランキンサイクル１００Ｂを停止させることができる。
【００７１】
尚、エンジン１０からの廃熱が充分得られる場合、あるいは車両バッテリでの充電量が低下した場合等で、ランキンサイクル１００Ｂを再び起動させたい場合は、第２開閉弁２８０を開いた後に、上記第１実施形態と同様の制御を行えば良い。
【００７２】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、ランキンサイクル１００Ｂ内の凝縮器を冷凍サイクル１００Ａ内の凝縮器（第１凝縮器）１２０Ａと共通使用するものとして説明したが、これに限らず、図７に示すように、ランキンサイクル１００Ｂ専用の凝縮器（第２凝縮器）１２０Ｂを設けるものとしても良い。この場合は、冷媒流れ切替え装置２００の戻し流路２２０を、膨張機１８０の流出側から凝縮器１２０Ａの流入側に接続される専用流路とすれば良い。
【００７３】
また、水・冷媒熱交換器１７０における加熱源としては、エンジン１０の廃熱（エンジン冷却水の熱）に限らず、エンジン排気熱、燃料電池スタック廃熱、走行用モータ廃熱、インバータ廃熱等他のものとしても良い。
【００７４】
また、複合サイクル装置１００は、車両に搭載されるものに限らず、温度管理を必要として廃熱を伴う機器の廃熱を活用したランキンサイクルと家庭用クーラの冷凍サイクルとの組合せ等としても良い。
【００７５】
また、冷媒ポンプ１６０と膨張機１８０との接続においては、両者の軸間にトルク伝達手段等を設けることで、同軸上とならなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である（ランキンサイクル起動時）。
【図２】第１実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である（冷凍サイクル、ランキンサイクル通常作動時）。
【図３】第２実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】第３実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】第４実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】第５実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】その他の実施形態における複合サイクル装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１００  複合サイクル装置
１００Ａ  冷凍サイクル
１１０  圧縮機
１２０Ａ  凝縮器（第１凝縮器）
１２０Ｂ  凝縮器（第２凝縮器）
１４０  蒸発器
１５１  第１流路
１００Ｂ  ランキンサイクル
１６０  冷媒ポンプ（液ポンプ）
１７０  水・冷媒熱交換器（加熱器）
１８０  膨張機
２００  冷媒流れ切替え装置（作動流体流れ切替え手段）
２１０  接続流路
２２０  戻し流路
２３０  第１逆止弁
２４０  第１開閉弁
２５０  切替え弁
２６０  リリーフ弁
２７０  第２逆止弁
２８０  第２開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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