(57)【要約】【課題】  廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を有し、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）時と空調運転モード（冷凍サイクル）時の冷媒流れを切り替える部材を低減できる蒸気圧縮式冷凍機を提供する。【解決手段】  膨脹機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１とを接続する場合と、膨脹機一体型圧縮機１００の膨張機吐出側と放熱器１１とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える冷媒三方弁１５を備え、空調運転モード時には冷媒三方弁１５を膨脹機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１とを接続する状態に作動させて、膨脹機一体型圧縮機１００を圧縮機として稼動させ、廃熱回収運転モード時には冷媒三方弁１５を膨脹機一体型圧縮機１００の膨張機吐出側と放熱器１１とを接続する状態に作動させて、液ポンプ３２を稼動させる。【選択図】        図１
2006010101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０、１００）と、
前記圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器（１１）と、
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を減圧する減圧器（１３）と、
前記減圧器（１３）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
冷媒を加熱する加熱器（３０）と、
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を前記加熱器（３０）に供給する冷媒供給手段（３２）と、
前記加熱器（３０）から流出した冷媒を膨脹させて前記加熱器（３０）により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機（３３、１００）と、
前記圧縮機（１０、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続する場合と、前記エネルギ回収機（３３、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段（１５）とを備え、
前記蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、前記切替手段（１５）が前記圧縮機（１０、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続した後、前記圧縮機（１０）が冷媒を前記圧縮機（１０、１００）→前記放熱器（１１）→前記減圧器（１３）→前記蒸発器（１４）→前記圧縮機（１０、１００）の順に循環させるようになっており、
前記エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、前記切替手段（１５）が前記エネルギ回収機（３３、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続した後、前記冷媒供給手段（３２）が前記冷媒供給手段（３２）→前記加熱器（３０）→前記エネルギ回収機（３３、１００）→前記放熱器（１１）→前記加熱器（３０）→前記冷媒供給手段（３２）の順に循環させるようになっていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項２】
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０、１００）と、
前記圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器（１１）と、
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を減圧する減圧器（１３）と、
前記減圧器（１３）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
冷媒を加熱する加熱器（３０）と、
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を前記加熱器（３０）に供給する冷媒供給手段（３２）と、
前記加熱器（３０）から流出した冷媒を膨脹させて前記加熱器（３０）により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機（３３、１００）と、
前記圧縮機（１０、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続する場合と、前記エネルギ回収機（３３、１００）の吸入側と前記放熱器（１１）とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段（１５）とを備え、
前記蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、前記切替手段（１５）が前記圧縮機（１０、１００）の吐出側と前記放熱器（１１）とを接続した後、前記圧縮機（１０）が冷媒を前記圧縮機（１０、１００）→前記放熱器（１１）→前記減圧器（１３）→前記蒸発器（１４）→前記圧縮機（１０、１００）の順に循環させるようになっており、
前記エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、前記切替手段（１５）が前記エネルギ回収機（３３、１００）の吸入側と前記放熱器（１１）とを接続した後、前記冷媒供給手段（３２）が前記冷媒供給手段（３２）→前記加熱器（３０）→前記エネルギ回収機（３３、１００）→前記放熱器（１１）→前記加熱器（３０）→前記冷媒供給手段（３２）の順に循環させるようになっていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項３】
前記エネルギ回収機（３３）は前記圧縮機（１０）と並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項４】
前記圧縮機（１０）と前記エネルギ回収機（３３）が一体となった膨脹機一体型圧縮機（１００）を備え、
前記膨脹機一体型圧縮機（１００）は、前記加熱器（３０）から流出した冷媒が流入するときには前記エネルギ回収機（３３）として機能するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項５】
前記加熱器（３０）は、前記圧縮機（１０、１００）と前記放熱器（１１）とを繋ぐ冷媒回路に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
前記放熱器（１１）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１２、１６）を備え、
前記気液分離器（１２、１６）により分離された液相冷媒を前記冷媒供給手段（３２）により前記加熱器（３０）に供給するようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、特願２００３−４１００９４号の特許出願において、車両に搭載されるエンジンの廃熱から熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える車両用空調装置を提案している（以下、先願例と称す）。
【０００３】
この図４の先願例には、冷媒を膨張機一体型圧縮機１００→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４の順に流す空調運転モードが備えられている。
【０００４】
さらに、気液分離器１２の液相側と蒸気発生器３０とを接続する液相配管３１と、液相配管３１に配置され、液相冷媒を蒸気発生器３０に送る液ポンプ３２とを備え、冷媒を液ポンプ３２→蒸気発生器３０→膨張機一体型圧縮機１００→放熱器１１の順に流す廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）が備えられている。
【０００５】
これにより、空調運転モード時には車室内空間の空調ができ、廃熱回収運転モード時にはエンジン２０の廃熱を膨張機一体型圧縮機１００で回収することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、先願例（図４）の蒸気圧縮式冷凍機には、膨張機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側から放熱器１１へ向けての冷媒の流れを遮断する開閉弁５１が備えられている。さらに、膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として稼動するときの冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐバイパス回路５２には、膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として稼動するときの冷媒出口側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁５３が配置されている。
【０００７】
そして、空調運転モード時と廃熱回収運転モード時の冷媒流れの切り替えを開閉弁５１の開閉および逆止弁５３の流れ規制で行うため、配管やジョイント（連結部材）が多くコストが高くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）を備える蒸気圧縮式冷凍機において、廃熱回収運転モード（ランキンサイクル）時と空調運転モード（冷凍サイクル）時の冷媒流れを切り替える部材の低減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０、１００）と、圧縮機（１０、１００）の冷媒吐出側に配置され、冷媒を冷却する放熱器（１１）と、放熱器（１１）から流出した冷媒を減圧する減圧器（１３）と、減圧器（１３）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、冷媒を加熱する加熱器（３０）と、放熱器（１１）から流出した冷媒を加熱器（３０）に供給する冷媒供給手段（３２）と、加熱器（３０）から流出した冷媒を膨脹させて加熱器（３０）により冷媒に与えられた熱エネルギを回収するエネルギ回収機（３３、１００）と、圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続する場合と、エネルギ回収機（３３、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段（１５）とを備え、
蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、切替手段（１５）が圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続した後、圧縮機（１０）が冷媒を圧縮機（１０、１００）→放熱器（１１）→減圧器（１３）→蒸発器（１４）→圧縮機（１０、１００）の順に循環させるようになっており、
エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、切替手段（１５）がエネルギ回収機（３３、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続した後、冷媒供給手段（３２）が冷媒供給手段（３２）→加熱器（３０）→エネルギ回収機（３３、１００）→放熱器（１１）→加熱器（３０）→冷媒供給手段（３２）の順に循環させるようになっていることを特徴としている。
【００１０】
これによると、蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には切替手段（１５）が圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続し、一方、エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には切替手段（１５）がエネルギ回収機（３３）の吐出側と放熱器（１１）とを接続する。これは、言い換えると先願例（図４）における開閉弁の開閉制御と逆止弁の流れ規制を切替手段（１５）が行うということである。つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁、逆止弁から切替手段（１５）に半減することができる。さらに、配管やジョイント（連結部材）を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続する場合と、エネルギ回収機（３３、１００）の吸入側と放熱器（１１）とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段（１５）とを備え、
蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には、切替手段（１５）が圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続した後、圧縮機（１０）が冷媒を圧縮機（１０、１００）→放熱器（１１）→減圧器（１３）→蒸発器（１４）→圧縮機（１０、１００）の順に循環させるようになっており、
エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には、切替手段（１５）がエネルギ回収機（３３、１００）の吸入側と放熱器（１１）とを接続した後、冷媒供給手段（３２）が冷媒供給手段（３２）→加熱器（３０）→エネルギ回収機（３３、１００）→放熱器（１１）→加熱器（３０）→冷媒供給手段（３２）の順に循環させるようになっていることを特徴としている。
【００１２】
これによると、蒸発器（１４）にて冷凍能力を発揮させる場合には切替手段（１５）が圧縮機（１０、１００）の吐出側と放熱器（１１）とを接続し、一方、エネルギ回収機（３３、１００）にてエネルギを回収する場合には切替手段（１５）がエネルギ回収機（３３）の吸入側と放熱器（１１）とを接続する。これは、言い換えると先願例（図４）における開閉弁の開閉制御と逆止弁の流れ規制を切替手段（１５）が行うということである。つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁、逆止弁から切替手段（１５）に半減することができる。さらに、配管やジョイント（連結部材）を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、エネルギ回収機（３３）を圧縮機（１０）と並列に接続してもよい。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機（１０）とエネルギ回収機（３３）が一体となった膨脹機一体型圧縮機（１００）を備え、膨脹機一体型圧縮機（１００）が加熱器（３０）から流出した冷媒が流入するときにはエネルギ回収機（３３）として機能するようにしてもよい。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、加熱器（３０）を前記圧縮機（１０、１００）と前記放熱器（１１）とを繋ぐ冷媒回路に配置してもよい。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、放熱器（１１）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１２、１６）を備え、気液分離器（１２、１６）により分離された液相冷媒を冷媒供給手段（３２）により加熱器（３０）に供給すれば、確実に液相冷媒のみを加熱器（３０）に供給できる。
【００１７】
なお、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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用した第１実施形態を示している。本実施形態の車両用空調装置は、走行用動力を発生させる熱機関であるエンジン２０で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を車室内空間の空調に利用するものである。
【００１９】
図１に示す膨張機一体型圧縮機１００は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１０としての機能と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機３３としての機能とを兼ね備える流体機械である。モータジェネレータ１００ａは、膨張機一体型圧縮機１００を圧縮機として稼動させる場合には、膨張機一体型圧縮機１００に動力（回転力）を与える動力源として稼動する。一方、膨張機一体型圧縮機１００を膨張機として稼動させる場合には、膨張機、つまり膨張機一体型圧縮機１００にて回収された動力にて電力を発せさせる発電機として稼動する回転電機である。なお、膨張機一体型圧縮機１００の構造については、後述する。
【００２０】
放熱器１１は、膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として稼動するときの吐出側に後述する冷媒三方弁１５を介して接続されており、外気に冷媒を放熱させる、つまり外気で冷媒を冷却する放冷器である。放熱器１１から流出した冷媒は、気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器１２（レシーバ）に流入する。
【００２１】
冷媒三方弁１５は、膨脹機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１とを接続する場合と、膨脹機一体型圧縮機１００の膨張機吐出側と放熱器１１とを接続する場合とに冷媒通路を切り替える切替手段である。なお、本実施形態では冷媒三方弁１５の作動は、電子制御装置（図示せず）からの信号により制御されている。
【００２２】
減圧器１３は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として稼動するとき膨張機一体型圧縮機１００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張弁を採用している。
【００２３】
蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器である。蒸発器１４から流出した冷媒は再び膨張機一体型圧縮機１００に流入する。このように、圧縮機（膨張機一体型圧縮機１００）、放熱器１１、気液分離器１２、減圧器１３および蒸発器１４等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機（冷凍サイクル）が構成される。
【００２４】
ところで、本実施形態では発熱体であるエンジン２０を冷却するための冷却水が巡回するエンジン冷却回路が備えられている。エンジン冷却回路に配置される水ポンプ２２は、エンジン冷却水を循環させるものであり、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。冷却水バイパス回路２４は、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流す迂回路であり、サーモスタット２５は冷却水バイパス回路２４に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁である。
【００２５】
因みに、水ポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
また、エンジン冷却回路におけるエンジン２０の冷媒流れ下流側部位、かつ冷凍サイクルにおける膨張機一体型圧縮機１００と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路には、加熱器である蒸気発生器３０が配置されている。この蒸気発生器３０は、冷媒回路を流れる冷媒とエンジン２０の廃熱を回収したエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱するものである。
【００２７】
また、エンジン冷却回路において、冷却水三方弁２１はエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させる場合と循環させない場合とを切り替えるものである。なお、本実施形態では冷却水三方弁２１の作動は、電子制御装置（図示せず）により制御されている。
【００２８】
ところで、液相配管３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を蒸気発生器３０のうち放熱器１１側の冷媒出入口側に導く冷媒通路である。この液相配管３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２および気液分離器１２側から蒸気発生器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。なお、本実施形態では、液ポンプ３２は電動式のポンプであり、液ポンプ３２の作動は電子制御装置（図示せず）により制御されている。
【００２９】
また、バイパス回路３４は、膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として稼動するときの冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを冷媒三方弁１５を介して繋ぐ冷媒通路である。
【００３０】
なお、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から圧縮機１０の吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、制御弁３６は、膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として作動する時には吐出弁、つまり逆止弁として作動し、膨張機として作動する時には開状態となるバルブであり、この制御弁３６の作動も電子制御装置（図示せず）により制御されている。このように、冷媒が膨脹機一体型圧縮機１００、凝縮器１１、気液分離器１２、液ポンプ３２等を流れるランキンサイクルが構成される。
【００３１】
次に、膨脹機一体型圧縮機１００の概略構造およびその作動を述べる。
【００３２】
図２（ａ）は膨張機一体型圧縮機１００が圧縮機として作動する場合を示し、図２（ｂ）は膨張機一体型圧縮機１００が膨張機として作動する場合を示すものであり、本実施形態では、周知のベーン型の流体機械にて膨張機一体型圧縮機１００を構成している。
【００３３】
そして、膨張機一体型圧縮機１００を圧縮機として作動する際には、モータジェネレータ１００ａにてロータ１００ｂを回転させて冷媒を吸入圧縮するとともに、制御弁３６にて吐出された高圧冷媒がロータ１００ｂ側に逆流することが阻止される。
【００３４】
また、膨脹機一体型圧縮機１００を膨張機として稼動させる際には、制御弁３６を開いて蒸気発生器３０にて生成された過熱蒸気を膨脹機一体型圧縮機１００内に導入してロータ１００ｂを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。
【００３５】
なお、電子制御装置には、エンジン２０からの吸熱後のエンジン冷却水の温度を検出する水温センサの検出温度Ｔｗ、空調装置用の電子制御装置から発せられる空調装置稼動信号（Ａ／Ｃ稼動要求信号）が入力される入力部が設けられている。
【００３６】
次に、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機（空調装置）の作動について述べる。本実施形態のランキンサイクルを有する蒸気圧縮式冷凍機は、以下の運転モードを水温センサの検出温度、つまり廃熱温度ＴｗおよびＡ／Ｃ稼動要求信号の有無等に基づいて予め記憶されたプログラムに従って制御弁３６、液ポンプ３２、冷媒三方弁１５および冷却水三方弁２１等の作動を制御するものである。まず、空調運転モードおよび廃熱回収運転モードについて説明する。
【００３７】
１．空調運転モード
この運転モードは、蒸発器１４にて冷凍能力を発揮させながら放熱器１１にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器１１で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
【００３８】
具体的には、制御装置が液ポンプ３２を停止させた状態、かつ制御弁３６を逆止弁として機能させた状態で、さらに冷媒三方弁１５を膨脹機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１とを接続する図１中の点線の状態に作動させる。その後、モータジェネレータ１００ａに通電してロータ１００ｂを回転させるとともに、冷却水三方弁２１を図１の破線で示すように作動させて蒸気発生器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。
【００３９】
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００→蒸気発生器３０→冷媒三方弁１５→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００の順に循環する。なお、蒸気発生器３０にはエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器３０にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００４０】
したがって、減圧器１３にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機１００にて圧縮されて高温となって放熱器１１にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
【００４１】
なお、本実施形態では、冷媒としてフロン（ＨＦＣ１３４ａ）を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、ＨＦＣ１３４ａに限定されるものではない。
【００４２】
２．廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機１００を停止させてエンジン２０の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
【００４３】
具体的には、制御装置が冷媒三方弁１５を膨脹機一体型圧縮機１００の膨張機吐出側と放熱器１１とを接続する図１中の実線の状態、かつ制御弁３６が開いた状態で液ポンプ３２を稼動させるとともに、冷却水三方弁２１を図１の実線で示すように作動させてエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させるものである。
【００４４】
これにより、冷媒は、液ポンプ３２（液相配管３１）→蒸気発生器３０→膨脹機一体型圧縮機（膨張機）１００→バイパス回路３４→冷媒三方弁１５→放熱器１１→気液分離器１２→液ポンプ３２（液相配管３１）の順に循環する。
【００４５】
したがって、膨脹機一体型圧縮機１００、つまり膨張機には、蒸気発生器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機１００に流入した蒸気冷媒は、膨脹機一体型圧縮機１００内で等エントロピ的に膨張しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機１００は、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギをモータジェネレータ１００ａに与え、モータジェネレータ１００ａにより発電された電力は、バッテリやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
【００４６】
また、膨脹機一体型圧縮機１００から流出した冷媒は、放熱器１１にて冷却されて凝縮し、気液分離器１２に蓄えられ、気液分離器１２内の液相冷媒は、液ポンプ３２にて蒸気発生器３０側に送られる。
【００４７】
以上に述べたように、廃熱回収運転モードでは、ラジエータ２３にて熱として大気中に捨てられていた熱エネルギを電力等の容易に利用することができるエネルギに変換するので、車両の燃費、つまりエンジン２０の燃料消費量を低減することができ得る。
【００４８】
また、廃熱回収運転モードでは、エンジン２０の廃熱により発電するので、オルタネータ等の発電機をエンジン２０にて駆動する必要性が低減し、エンジン２０の燃料消費量をさらに低減することができる。
【００４９】
次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）冷媒三方弁１５が空調運転モード時には膨張機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１とを接続し、一方、廃熱回収運転モード時には、膨張機一体型圧縮機１００の膨張機吐出側と放熱器１１とを接続する。つまり先願例（図４）における開閉弁５１の開閉制御と、バイパス回路５２に配置された逆止弁５３の流れ規制とを冷媒三方弁１５が行うということである。
【００５０】
つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁５１、逆止弁５３から冷媒三方弁１５に半減することができる。さらに、配管やジョイント連結部材を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
【００５１】
（２）圧縮機１０とエネルギ回収機３３が一体となった膨脹機一体型圧縮機１００を使用しているため、別体の圧縮機１０とエネルギ回収機３３を配置する場合に比べてより少ないスペースで圧縮機機能とエネルギ回収機能を備えることができる。
【００５２】
さらに、圧縮機１０とエネルギ回収機３３を配置するには、圧縮機１０とエネルギ回収機３３の作動に応じて、圧縮機１０とエネルギ回収機３３が配置される配管の開閉を制御する開閉弁を備えなければならない。しかし、膨脹機一体型圧縮機１００では、配管と弁を半減できるため、蒸気圧縮式冷凍機全体としてのコストを低減することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図３に示す本実施形態は、第１実施形態とほぼ同構成であるが、本実施形態のパイパス回路３４は蒸発器１４と膨張機一体型圧縮機１００との間の部位と、放熱器１１と気液分離器１２との間の部位とを接続している。そして、バイパス回路３４には、膨張機一体型圧縮機１００側から放熱器１１側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３４ａが配置されている。
【００５４】
さらに、放熱器１１と蒸気発生器３０との間には、冷媒三方弁１５を介して放熱器１１と蒸気発生器３０とを接続する冷媒通路１７と、この冷媒通路１７から分岐して第２気液分離器１６、液ポンプ３２、および冷媒三方弁１５を介して放熱器１１と蒸気発生器３０とを接続する液相配管３１とが配置されている。
【００５５】
そして、空調運転モード時には、制御装置が液ポンプ３２を停止させた状態、かつ制御弁３６を逆止弁として機能させた状態で、さらに冷媒三方弁１５を膨脹機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１（冷媒通路１７）とを接続する図３中の点線の状態に作動させる。その後、モータジェネレータ１００ａに通電してロータ１００ｂを回転させるとともに、冷却水三方弁２１を図３の破線で示すように作動させて蒸気発生器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。
【００５６】
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００→蒸気発生器３０→冷媒三方弁１５→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→膨脹機一体型圧縮機（圧縮機）１００の順に循環する。なお、蒸気発生器３０にはエンジン冷却水が循環しないので、蒸気発生器３０にて冷媒は加熱されず、蒸気発生器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００５７】
一方、廃熱回収運転モード時には、制御装置が冷媒三方弁１５を放熱器１１と、膨脹機一体型圧縮機１００の膨張機吸入側（本実施形態では液相配管３１および蒸気発生器３０を介している）とを接続する図３中の実線の状態、かつ制御弁３６が開いた状態で液ポンプ３２を稼動させるとともに、冷却水三方弁２１を図３の実線で示すように作動させてエンジン２０から流出したエンジン冷却水を蒸気発生器３０に循環させるものである。
【００５８】
これにより、冷媒は、液ポンプ３２（液相配管３１）→冷媒三方弁１５→蒸気発生器３０→膨脹機一体型圧縮機（膨張機）１００→バイパス回路３４→放熱器１１→第２気液分離器１６→液ポンプ３２（液相配管３１）の順に循環する。
【００５９】
これによると、冷媒三方弁１５が空調運転モード時には膨張機一体型圧縮機１００の圧縮機吐出側と放熱器１１（冷媒通路１７）とを接続し、一方、廃熱回収運転モード時には、膨張機一体型圧縮機１００の膨張機吸入側と放熱器１１（液相配管３１）とを接続する。つまり先願例（図４）における開閉弁５１の開閉制御と、バイパス回路５２に配置された逆止弁５３の流れ規制とを冷媒三方弁１５が行うということである。
【００６０】
つまり、冷媒通路の切り替えに必要な部材を先願例の開閉弁５１、逆止弁５３から冷媒三方弁１５に半減することができる。さらに、配管やジョイント連結部材を先願例に比べて少なくすることができるため、蒸気圧縮式冷凍機のコストを低減することができる。
【００６１】
なお、本実施形態においても第１実施形態で述べた作用効果（２）を発揮できるのは当然である。
【００６２】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１００にて回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ、またはバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
【００６３】
また、第１、第２実施形態（図１、図３）では、加熱器３０を放熱器１１と膨脹機一体型圧縮機１００との間に直列に配置したが、加熱器３０にて冷媒を加熱するのは、廃熱回収運転時のみであることから、加熱器３０を放熱器１１と膨脹機一体型圧縮機１００との間に並列に配置してもランキンサイクルを稼動させることができる。
【００６４】
また、冷媒を加熱する熱源として、車両に搭載された各種機器から発生する廃熱、例えば、ターボの吸気熱、インバーター、燃料電池（ＦＣ）の発生熱、補機の廃熱を用いてもよい。そして、１つの熱源のみを用いて冷媒を加熱してもよいし、複数の熱源を併用して冷媒を加熱してもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１００、圧縮機および膨張機としてベーン型の流体機械を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６６】
また、本発明の適用は、車両用の空調装置に限定されるものではなく、定置用の冷凍サイクル（冷凍機）にも適用できる。
【００６７】
また、上述の実施形態では圧縮機と膨張機とが一体となった膨脹機一体型圧縮機１０を用いたが、圧縮機と膨張機をそれぞれ独立して設けてもよい。また、圧縮機と膨張機が並列となるように配置されていてもよい。
【００６８】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図４】先願例に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…圧縮機、１１…放熱器、１２…気液分離器、１３…減圧器、１４…蒸発器、
１５…冷媒三方弁（切替手段）、１６…第２気液分離器（気液分離器）、
３０…蒸気発生器（加熱器）、３２…液ポンプ（冷媒供給手段）、
３３…膨張機（エネルギ回収機）、
１００…膨張機一体型圧縮機（圧縮機、エネルギ回収機）。
【図１】
2006010101.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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