(57)【要約】【課題】通年の発電が可能であり、かつ、排熱の利用効率を向上させるのに有利なランキンサイクルシステムを提供する。【解決手段】  本開示のランキンサイクルシステム（１ａ）は、ヒートポンプサイクル経路（４）と、ランキンサイクル経路（３）と、冷却液経路（７）と、熱媒体経路（２６）と、圧縮機（５）と、エンジン（２）と、第一熱交換器（１５）と、第二熱交換器（２４）と、ポンプ（１７）と、加熱器（６）と、膨張機（１６）と、第一放熱器（２２）とを備える。圧縮機（５）は冷媒を圧縮する。エンジン（２）は、圧縮機（５）を駆動し、冷却液経路（７）を流れる冷却液によって冷却される。第一熱交換器（１５）は、冷却液と冷媒とを熱交換させる。第二熱交換器（２４）は、冷却液と熱媒体とを熱交換させる。第一放熱器（２２）は、膨張機（１６）によって膨張した作動流体の熱を熱媒体に放熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れるヒートポンプサイクル経路と、
作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
冷却液が流れる冷却液経路と、
熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ヒートポンプサイクル経路上に配置され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と連結され、前記圧縮機を駆動するエンジンであって、前記冷却液経路を流れる前記冷却液によって冷却されるエンジンと、
前記冷却液経路上及び前記ヒートポンプサイクル経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記冷媒とを熱交換させる第一熱交換器と、
前記冷却液経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記熱媒体とを熱交換させる第二熱交換器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記作動流体を圧送するポンプと、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記エンジンの排熱によって加熱する加熱器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記加熱器によって加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記膨張機によって膨張した前記作動流体の熱を前記熱媒体に放熱する第一放熱器と、を備えた、
ランキンサイクルシステム。
【請求項２】
前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流で並列に配置されている、請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項３】
前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流で直列に配置され、かつ、前記第一熱交換器における前記冷却液の出口が前記第二熱交換器における前記冷却液の入口よりも前記冷却液の流れの上流に位置している、請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項４】
前記冷却液経路上であって、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流に配置され、前記冷却液が有する熱を放熱する第二放熱器をさらに備え、
前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器のうち少なくとも１つは、前記冷却液経路において、前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置と前記第二放熱器における前記冷却液の入口との間に配置されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項５】
前記ランキンサイクル経路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間に配置され、前記作動流体の熱を大気に放熱する空冷放熱器をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ランキンサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電を行うための装置としてランキンサイクル装置を備えたシステムが知られている。ランキンサイクルシステムとして、エンジンの排熱を熱源としてランキンサイクル装置を運転するランキンサイクルシステムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図６に示す通り、ランキンサイクル回路１４０を備えたエンジン駆動式空気調和装置が記載されている。このエンジン駆動式空気調和装置は、空気調和回路１１１及び冷却液回路１３０を備えている。ランキンサイクル回路１４０は、冷房運転時にガスエンジン１１０の排熱で作動流体を加熱して動力として回収する。ランキンサイクル回路１４０には、第２補助熱交換器１３３、プレート熱交換器１４１、膨張機１４２、ランキンサイクル用ラジエータ１４３、受液器１４４、及びポンプ１４５が配設されている。膨張機１４２は、プレート熱交換器１４１を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する。膨張機１４２には発電機１４６が機械的に接続されており、膨張機１４２で発生した機械的エネルギー（駆動力）を更に電気的エネルギーに変換する。膨張機１４２を流出した作動流体は、ランキンサイクル用ラジエータ１４３において室外空気と熱交換することで凝縮される。  
【０００４】
空気調和回路１１１は、ガスエンジン１１０により駆動される圧縮機１１２から吐出された冷媒が圧縮機１１２に吸入されるまでの流路を形成する。空気調和回路１１１には、四方弁１１３、室外機熱交換器１１４、逆止弁１１５ａ、電子膨張弁１１５ｂ、膨張弁、室内機熱交換器、第１補助熱交換器１１６、電子膨張弁１１７、アキュムレータ１１８が設けられている。第１補助熱交換器１１６及び第２補助熱交換器１３３は、冷却液を供給可能な互いに独立の第１冷却液供給路１３６及び第２冷却液供給路１３７に配設されている。第１冷却液供給路１３６及び第２冷却液供給路１３７には、第１電子膨張弁１３８及び第２電子膨張弁１３９が配設されている  
【０００５】
冷却液回路１３０には、ウォーターポンプ１３１、第１補助熱交換器１１６、第２補助熱交換器１３３、サーモスタット１３５などが設けられている。冷却液回路１３０は、バイパス流路１３４を含む。
【０００６】
冷房運転において、冷却液温度Ｔが低側温度Ｔ１を超え、かつ高側温度Ｔ２以下の場合には、ウォーターポンプ１３１から送り出されてガスエンジン１１０を通過した冷却液は、主として第２補助熱交換器１３３を経てウォーターポンプ１３１に戻る。この場合、第２補助熱交換器１３３において冷却液によりランキンサイクル回路１４０の作動流体を昇圧するべくガスエンジン１１０の排熱が利用される。その結果、ランキンサイクル回路１４０の動力回収効率が向上する。
【０００７】
暖房運転において、冷却液温度Ｔが低側温度Ｔ１を超え、かつ高側温度Ｔ２以下の場合には、ウォーターポンプ１３１から送り出されてガスエンジン１１０を通過した冷却液は、第１補助熱交換器１１６を経てウォーターポンプ１３１に戻る。この場合、第１補助熱交換器１１６において冷却液により空気調和回路１１１の冷媒を温めて蒸発させるべく、ガスエンジン１１０の排熱が利用される。その結果、空気調和回路１１１の暖房効率が向上する。暖房運転において、冷却液温度Ｔが高側温度Ｔ２を超える場合には、未使用状態にあるランキンサイクル用ラジエータ１４３を用いて、ランキンサイクル用ラジエータ１４３において冷却液から外部に放熱させる。これにより、ガスエンジン１１０の排熱を外部に放出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２４２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術に鑑みると、ランキンサイクルによる通年の発電を可能としつつ排熱の利用効率を向上させる余地がある。そこで、本開示は、ランキンサイクルによる通年の発電が可能であり、かつ、排熱の利用効率を向上させるのに有利なランキンサイクルシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、
冷媒が流れるヒートポンプサイクル経路と、
作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
冷却液が流れる冷却液経路と、
熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ヒートポンプサイクル経路上に配置され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と連結され、前記圧縮機を駆動するエンジンであって、前記冷却液経路を流れる前記冷却液によって冷却されるエンジンと、
前記冷却液経路上及び前記ヒートポンプサイクル経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記冷媒とを熱交換させる第一熱交換器と、
前記冷却液経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記熱媒体とを熱交換させる第二熱交換器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記作動流体を圧送するポンプと、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記エンジンの排熱によって加熱する加熱器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記加熱器によって加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記膨張機によって膨張した前記作動流体の熱を前記熱媒体に放熱する第一放熱器と、を備えた、
ランキンサイクルシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のランキンサイクルシステムは、ランキンサイクルによる通年の発電が可能であり、かつ、排熱の利用効率を向上させるのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示のランキンサイクルシステムの実施形態の一例を示す構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示すランキンサイクルシステムの冷房運転における動作を説明する構成図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示すランキンサイクルシステムの暖房運転における動作を説明する構成図である。
【図３Ａ】図３Ａは、熱媒体を加熱するときの図１に示すランキンサイクルシステムの動作を説明する構成図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、冷媒を加熱するときの図１に示すランキンサイクルシステムの動作を説明する構成図である。
【図４】図４は、変形例に係るランキンサイクルシステムを示す構成図である。
【図５】図５は、別の変形例に係るランキンサイクルシステムを示す構成図である。
【図６】図６は、従来のランキンサイクル回路を備えたエンジン駆動式空気調和装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
本発明者らは、冷房及び暖房に利用されるヒートポンプサイクルの圧縮機をエンジンで駆動し、そのエンジンの排熱を利用してランキンサイクルを動作させるランキンサイクルシステムに関し、通年の発電を可能とするための検討を行った。加えて、本発明者らは、このようなランキンサイクルシステムにおいて排熱の利用効率を向上させるための検討を行った。検討の結果、本発明者らは、熱媒体経路を設け、かつ、エンジンを冷却するための冷却液とヒートポンプサイクルの冷媒との熱交換を可能にすることを新たに見出した。加えて、本発明者らは、膨張機によって膨張した作動流体の熱の熱媒体への放熱を可能にしつつエンジンを冷却するための冷却液と熱媒体とを熱交換可能にすることを新たに見出した。これにより、本発明者らは、通年の発電が可能であり、かつ、排熱の利用効率を向上させるのに有利なランキンサイクルシステムを提供できることを新たに見出した。
【００１４】
本発明者らは、このような新たな知見に基いて本開示のランキンサイクルシステムを案出した。なお、特許文献１に記載の技術では、冷房運転においてランキンサイクル回路１４０の排熱はランキンサイクル用ラジエータ１４３において室外空気に放出される。このため、ランキンサイクル回路１４０の排熱が有効に利用されていない。また、暖房運転において空気調和回路１１１で利用されないエンジン１１０の排熱はランキンサイクル用ラジエータ１４３において冷却液から外部（室外空気）に放熱されている。このため、暖房運転において、エンジン１１０の排熱が有効に利用されていないとともにランキンサイクル回路１４０を運転できない。このように、特許文献１に記載の技術は、ランキンサイクル回路１４０の排熱及びエンジン１１０の排熱を有効に利用できないという課題を有する。
【００１５】
本開示の第１態様は、
冷媒が流れるヒートポンプサイクル経路と、
作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
冷却液が流れる冷却液経路と、
熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ヒートポンプサイクル経路上に配置され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と連結され、前記圧縮機を駆動するエンジンであって、前記冷却液経路を流れる前記冷却液によって冷却されるエンジンと、
前記冷却液経路上及び前記ヒートポンプサイクル経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記冷媒とを熱交換させる第一熱交換器と、
前記冷却液経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記冷却液と前記熱媒体とを熱交換させる第二熱交換器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記作動流体を圧送するポンプと、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記エンジンの排熱によって加熱する加熱器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記加熱器によって加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上及び前記熱媒体経路上に跨って配置され、前記膨張機によって膨張した前記作動流体の熱を前記熱媒体に放熱する第一放熱器と、を備えた、
ランキンサイクルシステムを提供する。
【００１６】
第１態様によれば、ランキンサイクルの排熱を第一放熱器において熱媒体によって回収できる。これにより、ランキンサイクルの排熱を熱媒体で回収でき、回収される排熱の熱量が多い。また、第一熱交換器においてエンジンの冷却液とヒートポンプサイクルの冷媒とを熱交換させることができ、第二熱交換器においてエンジンの冷却液と熱媒体とを熱交換させることができる。このため、エンジンの排熱を、ヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒の加熱及び熱媒体の加熱に利用できる。このため、ランキンサイクルによる発電を行いながらランキンサイクルの排熱の回収量を増加させることができるとともに、エンジンの排熱の利用効率を向上させることができる。さらに、ランキンサイクルの排熱により加熱された熱媒体の有する熱をエンジンの冷却液に放出することもでき、ランキンサイクルの排熱を、ヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒の加熱にも利用できる。また、暖房運転においてもランキンサイクルを動作させることができ、ランキンサイクルによる通年の発電が可能である。
【００１７】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流で並列に配置されている、ランキンサイクルシステムを提供する。第２態様によれば、エンジンの冷却液によって、ヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒及び熱媒体のいずれか一方又はヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒及び熱媒体の両方を加熱できる。第一熱交換器においてエンジンの冷却液によってヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒を加熱し、第二熱交換器においてエンジンの冷却液によって熱媒体を加熱する場合に、第一熱交換器及び第二熱交換器に供給される冷却液の温度がほぼ同一になる。このため、安定した温度を有する冷却液を第一熱交換器及び第二熱交換器に供給でき、排熱の用途が広い。これにより、エンジンの排熱の利用効率がより向上しやすい。
【００１８】
本開示の第３態様は、第１態様に加えて、前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流で直列に配置され、かつ、前記第一熱交換器における前記冷却液の出口が前記第二熱交換器における前記冷却液の入口よりも前記冷却液の流れの上流に位置している、ランキンサイクルシステムを提供する。第３態様によれば、第一熱交換器を通過した冷却液がさらに第二熱交換器に供給されるので、第二熱交換器に供給される冷却液の温度が低い。このため、第二熱交換器において冷却液が熱媒体によって加熱されやすい。第二熱交換器で加熱された冷却液はエンジンを冷却した後に第一熱交換器に供給される。このため、ランキンサイクルの排熱が熱媒体及び冷却液を媒介としてヒートポンプサイクル経路を流れる冷媒の加熱に利用されやすい。
【００１９】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記冷却液経路上であって、前記冷却液経路において前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置よりも前記冷却液の流れの下流に配置され、前記冷却液が有する熱を放熱する第二放熱器をさらに備え、前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器のうち少なくとも１つは、前記冷却液経路において、前記冷却液が前記エンジンを冷却する位置と前記第二放熱器における前記冷却液の入口との間に配置されている、ランキンサイクルシステムを提供する。第４態様によれば、比較的高温のエンジンの冷却液が第一熱交換器及び第二熱交換器のうち少なくとも１つに供給され、その後エンジンの冷却液が第二放熱器において放熱する。このため、第一熱交換器においてヒートポンプサイクルの冷媒が比較的高温の冷却液によって加熱され、又は、第二熱交換器において熱媒体が比較的高温の冷却液によって加熱される。これにより、例えば、圧縮機に吸入される冷媒の温度を高めやすく、又は、高温の熱媒体の需要にも応えることができ、排熱の用途が広がる。その結果、ランキンサイクルによる発電を行いつつエンジンの排熱の利用効率をより向上させやすい。
【００２０】
本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記ランキンサイクル経路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間に配置され、前記作動流体の熱を大気に放熱する空冷放熱器をさらに備えた、ランキンサイクルシステムを提供する。第５態様によれば、熱媒体に対する需要がない又は小さい場合に、空冷放熱器を用いて作動流体の熱を放熱することにより、ランキンサイクルによる発電量が多い。このように、空冷放熱器を用いることにより、熱媒体によって回収されるランキンサイクルの排熱の熱量を低減しつつ、ランキンサイクルによる発電量を高めることができる。その結果、ランキンサイクルの作動流体が有するエネルギーから電気的エネルギーとして利用されるエネルギー量と、熱媒体によって回収されるランキンサイクルの作動流体の熱エネルギー量との割合を変更できる。これにより、エンジンの排熱の利用効率をより高めやすい。
【００２１】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
図１に示す通り、ランキンサイクルシステム１ａは、ヒートポンプサイクル経路４と、ランキンサイクル経路３と、冷却液経路７と、熱媒体経路２６と、圧縮機５と、エンジン２と、第一熱交換器１５と、第二熱交換器２４と、ポンプ１７と、加熱器６と、膨張機１６と、第一放熱器２２とを備えている。ヒートポンプサイクル経路４は、冷媒が流れる経路である。ランキンサイクル経路３は、作動流体が流れる経路である。冷却液経路７は、冷却液が流れる経路である。熱媒体経路２６は、熱媒体が流れる経路である。圧縮機５は、ヒートポンプサイクル経路４上に配置されており、冷媒を圧縮する。エンジン２は、圧縮機５と連結されており、圧縮機５を駆動する。エンジン２は、冷却液経路７を流れる冷却液によって冷却される。第一熱交換器１５は、冷却液経路上７及びヒートポンプサイクル経路４上に跨って配置され、冷却液と冷媒とを熱交換させる。第二熱交換器２４は、冷却液経路７上及び熱媒体経路２６上に跨って配置され、冷却液と熱媒体とを熱交換させる。ポンプ１７は、ランキンサイクル経路３上に配置されており、作動流体を圧送する。加熱器６は、ランキンサイクル経路３上に配置されており、ポンプ１７によって圧送された作動流体をエンジンの排熱によって加熱する。膨張機１６は、ランキンサイクル経路３上に配置されており、加熱器６によって加熱された作動流体を膨張させる。第一放熱器２２は、ランキンサイクル経路３上及び熱媒体経路２６上に跨って配置されており、膨張機１６によって膨張した作動流体の熱を熱媒体に放熱する。
【００２３】
エンジン２は、例えば、１３Ａ等の都市ガスを燃焼させて発生したエネルギーを機械的仕事に変換するガスエンジンである。エンジン２は、例えば、クランクシャフト及びベルト伝導装置等の動力伝達機構（図示省略）によって圧縮機５に連結されている。これにより、エンジン２で発生した機械的仕事が圧縮機５に伝達され、圧縮機５が駆動される。エンジン２において燃料が燃焼することによって排気ガスが発生する。この排気ガスは、エンジン２の外部に排出される。例えば、エンジン２で発生した排気ガスは加熱器６に導かれ、ランキンサイクル経路３において加熱器６を流れる作動流体と熱交換して冷却され、その後大気に放出される。エンジン２は、都市ガス以外のガス燃料又はガソリン及び重油などの液体燃料を燃焼させて機械的仕事を得る機械であってもよい。
【００２４】
冷却液経路７は、エンジン２を冷却するための冷却液が流れる経路である。図１に示す通り、ランキンサイクルシステム１ａは、例えば第二放熱器１０をさらに備えている。第二放熱器１０は、冷却液経路７上であって、冷却液経路７において冷却液がエンジン２を冷却する位置よりも冷却液の流れの下流に配置され、冷却液が有する熱を放熱する。
【００２５】
冷却液経路７には、例えば、冷却液ポンプ８、エンジンジャケット９、及び第二放熱器１０が配置されており、これらのコンポーネントは閉回路を構成するように複数の配管によってこの順番で環状に接続されている。冷却液ポンプ８によって圧送された冷却液は、エンジンジャケット９を通る過程においてエンジン２で発生した熱を吸収し、第二放熱器１０においてエンジンジャケット９で吸収した熱を大気に放熱する。その後、冷却液は冷却液ポンプ８に戻る。エンジンジャケット９における冷却液による冷却により、エンジン２の温度が所望の温度範囲に保たれる。
【００２６】
図１に示す通り、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４は、冷却液経路７において冷却液がエンジン２を冷却する位置（エンジンジャケット９）よりも冷却液の流れの下流で並列に配置されている。これにより、エンジン２の冷却液によって、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒及び熱媒体のいずれか一方又はヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒及び熱媒体の両方を加熱できる。第一熱交換器１５においてエンジン２の冷却液によってヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱し、第二熱交換器２４においてエンジン２の冷却液によって熱媒体を加熱する場合に、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４に供給される冷却液の温度がほぼ同一になる。
【００２７】
例えば、冷却液経路７には、分流弁２０及び分流弁２３が配置されている。分流弁２０及び分流弁２３は、例えば、冷却液経路７においてエンジンジャケット９の出口とポンプ８の入口との間に配置されている。例えば、分流弁２３は、冷却液経路７において分流弁２０よりも冷媒液の流れの下流に配置されている。分流弁２３には、エンジンジャケット９の出口と分流弁２３とを接続する配管、第一熱交換器１５の冷却液の入口と分流弁２３とを接続する配管、及び分流弁２３と分流弁２０とを接続する配管が接続されている。分流弁２３には、分流弁２０と分流弁２３とを接続する配管、第二熱交換器２４の冷却液の入口と分流弁２３とを接続する配管、及び第二放熱器１０の冷却液の入口とを接続する配管が接続されている。第一熱交換器１５の冷却液の出口は、冷却液経路７における第二放熱器１０の冷却液の出口と冷却液ポンプ８の入口との間の位置につながっている。第二熱交換器２４の冷却液の出口は、冷却液経路７における第二放熱器１０の冷却液の出口と冷却液ポンプ８の入口との間の位置につながっている。
【００２８】
例えば、エンジンジャケット９から流出した冷却液は、分流弁２０を通って、第一熱交換器１５及び分流弁２３の少なくとも１つに向かって流れる。冷却液が第一熱交換器１５に供給されると、冷却液経路７を流れる冷却液とヒートポンプサイクル経路４とを流れる冷媒とが熱交換する。これにより、冷媒が加熱され、かつ、冷却液が冷却される。第一熱交換器１５を通過した冷却液は、冷却液経路７における第二放熱器１０の冷却液の出口と冷却液ポンプ８の入口との間の位置に導かれる。
【００２９】
分流弁２３に向かって分流弁２０を通過した冷却液は、分流弁２３を通って、第二熱交換器２４及び第二放熱器１０の少なくとも１つに向かって流れる。冷却液が第二熱交換器２４に供給されると、冷却液経路７を流れる冷却液と熱媒体経路２６を流れる熱媒体とが熱交換する。これにより、冷却液の温度が熱媒体の温度よりも高い場合には、熱媒体が加熱され、かつ、冷却液が冷却される。一方、冷却液の温度が熱媒体の温度よりも低い場合には、冷却液が加熱され、かつ、熱媒体が冷却される。第二熱交換器２４を通過した冷却液は、冷却液経路７における第二放熱器１０の冷却液の出口と冷却液ポンプ８の入口との間の位置に導かれる。
【００３０】
第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４のそれぞれは、例えば、プレート式熱交換器及び二重管式熱交換器等の公知の熱交換器である。
【００３１】
分流弁２０及び分流弁２３は、例えば、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４に供給される冷却液の流量を調整可能な流量調整弁である。分流弁２０及び分流弁２３のそれぞれは、例えば、ニードルバルブ等の公知の流量調整弁である。分流弁２０及び分流弁２３のそれぞれは、ボールバルブ等の開閉弁であってもよい。
【００３２】
図１に示す通り、例えば、ヒートポンプサイクル経路４には、圧縮機５、四方弁１１、室内熱交換器１２、膨張弁１３、及び室外熱交換器１４が配置されている。これらのコンポーネントは、閉回路を構成するように複数の配管によって上記の順番で環状に接続されている。
【００３３】
圧縮機５は、上記の通り、動力伝達機構によってエンジン２と連結されており、エンジン２が作動することにより圧縮機５が駆動される。圧縮機５は、例えば、容積型の圧縮機である。容積型の圧縮機である圧縮機５は、例えばスクロール圧縮機、ロータリ圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機である。
【００３４】
四方弁１１には、４本の配管が接続されている。四方弁１１に接続された４本の配管には、四方弁１１に冷媒を流入させるための一対の流入管と、四方弁１１から冷媒を流出させるための一対の流出管とを含む。四方弁１１は、一対の流入管の一方を通って四方弁１１に流入した冷媒を一対の流出管の一方に流出させ、かつ、一対の流入管の他方を通って四方弁１１に流入した冷媒を一対の流出管の他方に流出させる。また、四方弁１１は、四方弁１１の内部の流路を切り替えて、冷媒が四方弁１１から流出する方向（流路）を切り替えることができる。例えば、四方弁１１に接続された４本の配管は、第一配管、第二配管、第三配管、及び第四配管を含む。第一配管は、ヒートポンプサイクル経路４において圧縮機５の冷媒の吐出口と四方弁１１とをつなぐ経路の少なくとも一部を定めている。第二配管は、ヒートポンプサイクル経路４において四方弁１１と室内熱交換器１２とをつなぐ経路の少なくとも一部を定めている。第三配管は、ヒートポンプサイクル経路４において四方弁１１と室外熱交換器１４とをつなぐ経路の少なくとも一部を定めている。第四配管はヒートポンプサイクル経路４において四方弁１１と圧縮機５の冷媒の吸入口とをつなぐ経路の少なくとも一部を定めている。四方弁１１の内部の流路が切り替わることにより、状態Ａと状態Ｂとが選択的に切り替わる。状態Ａは、四方弁１１によって、第一配管の内部と第二配管の内部とが連通しているとともに第三配管の内部と第四配管の内部とが連通している状態である。状態Ｂは、四方弁１１によって、第一配管の内部と第三配管の内部とが連通しているとともに第二配管の内部と第四配管の内部とが連通している状態である。
【００３５】
室内熱交換器１２は、例えば建物の内部に設置されている。室内熱交換器１２において、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒と室内の空気とが熱交換することによって、冷媒が冷却又は加熱される。室内熱交換器１２として、例えば、フィンチューブ式熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒が膨張弁１３を通過すると、冷媒が減圧膨張して低圧かつ低温になる。室外熱交換器１４は、例えば建物の外部に設置されている。室外熱交換器１４において、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒と大気とが熱交換することによって、冷媒が冷却又は加熱される。室外熱交換器１４として、例えば、フィンチューブ式熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。
【００３６】
第一熱交換器１５は、冷却水経路７を流れる冷却液とヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒とを熱交換させることによって、冷媒を加熱する。ヒートポンプサイクル経路４における第一熱交換器１５の配置は特定の配置に制限されない。第一熱交換器１５は、例えば、圧縮機５及び膨張弁１３によって２つに区切られたヒートポンプサイクル経路４の２つの部分のうち、室外熱交換器１４における冷媒の流路を含む部分に配置されている。この場合、第一熱交換器１５は、例えば、圧縮機５の冷媒の吸入口又は四方弁１１と室外熱交換器１４との間に配置されている。
【００３７】
図１に示す通り、例えば、ランキンサイクル１ａは、空冷放熱器１９をさらに備えている。空冷放熱器１９は、ランキンサイクル経路３における膨張機１６の出口とポンプ１７の入口との間に配置され、作動流体の熱を大気に放熱する。
【００３８】
図１に示す通り、例えば、ランキンサイクル経路３において、膨張機１６、第一放熱器２２、ポンプ１７、及び加熱器６は、これらのコンポーネントが閉回路を構成するようにこの順番で環状に接続されている。また、例えば、空冷放熱器１９が第一放熱器２２と並列に配置されている。例えば、ランキンサイクル経路３における膨張機１６の出口と第一放熱器２２の作動流体の入口との間には分流弁２５が配置されている。分流弁２５には、膨張機１６の出口と分流弁２５とを接続する配管、第一放熱器２２の作動流体の入口と分流弁２５とを接続する配管、及び分流弁２５と空冷放熱器１９の作動流体の入口とを接続する配管が接続されている。空冷放熱器１９の作動流体の出口はランキンサイクル経路３における第一放熱器２２の作動流体の出口とポンプ１７の入口との間につながっている。
【００３９】
膨張機１６は、作動流体を膨張させることによって作動流体の有するエネルギーを回転動力に変換する。膨張機１６の回転軸には、発電機２１が接続されている。膨張機１６によって発電機２１が駆動される。膨張機１６は、例えば、容積型又は速度型の膨張機である。膨張機１６として利用可能な容積型の膨張機は、例えば、スクロール膨張機、ロータリ膨張機、スクリュー膨張機、及び往復膨張機である。膨張機１６として利用可能な速度型の膨張機は、例えば膨張タービンである。
【００４０】
膨張機１６は、望ましくは容積型の膨張機である。容積型の膨張機は、典型的には速度型の膨張機よりも広範囲の回転数で高い膨張機効率を発揮する。例えば、高い膨張機効率を維持したまま、定格回転数の半分以下の回転数で容積型の膨張機を運転することも可能である。つまり、高い膨張機効率を維持したまま、発電量を定格発電量の半分以下に低下させることができる。容積型の膨張機は、このような特性を持っているので、膨張機１６として容積型の膨張機を使用すればヒートポンプサイクル経路３における熱需要の変動によって発電量を柔軟に変動させる必要がある場合に対応できる。加えて、膨張機１６として容積型の膨張機を使用すれば、電力の需要の変動に応じるように高い膨張機効率を維持したまま発電量を変動させることができる。
【００４１】
第一放熱器２２は、膨張機１６から吐出された作動流体と熱媒体経路２６を流れる熱媒体とを熱交換させることによって、作動流体を冷却し、かつ、熱媒体を加熱する。第一放熱器２２は、例えば、プレート式熱交換器及び二重管式熱交換器等の公知の熱交換器である。
【００４２】
空冷放熱器１９は、膨張機１６から吐出され分流弁２５を空冷放熱器１９に向かって通過した作動流体の有する熱を大気に放熱する。これにより、作動流体が冷却される。空冷放熱器１９は、例えばフィンチューブ式熱交換器等の公知の熱交換器である。
【００４３】
ポンプ１７は、第一放熱器２２又は空冷放熱器１９から流出した作動流体を吸入し、加熱器６に向かって圧送する。ポンプ１７として、容積型又は速度型のポンプを使用できる。ポンプ１７として利用可能な容積型のポンプは、例えば、ピストンポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ、及びロータリポンプである。ポンプ１７として利用可能な速度型のポンプは、例えば、遠心ポンプ、斜流ポンプ、及び軸流ポンプである。
【００４４】
加熱器６は、エンジン２で発生した排気ガスが有する熱エネルギーを吸収する熱交換器である。加熱器６として、プレート式熱交換器及びフィンチューブ式熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。エンジン２から供給された排気ガスとランキンサイクル経路３を流れる作動流体とが加熱器６において熱交換する。これにより、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体が加熱され、蒸発する。
【００４５】
ランキンサイクル経路３を流れる作動流体は、望ましくは、所定の有機化合物である有機作動流体である。多くの場合、有機作動流体の沸点は低い。そのため、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体として有機作動流体を使用すれば、エンジン２から供給された排気ガスの温度が約２００℃〜４００℃であってもランキンサイクルシステム１ａが高い効率で発電できる。ランキンサイクル経路３を流れる有機作動流体として、ハロゲン化炭化水素及び炭化水素等の有機化合物を使用できる。ランキンサイクル経路３を流れる有機作動流体であるハロゲン化炭化水素は、例えば、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−２４５ｆａ、Ｒ−１２３４ｚｅ、又はＲ−３５６ｍｆｃである。ランキンサイクル経路３を流れる有機作動流体である炭化水素は、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタン等のアルカンである。１種類の有機化合物が有機作動流体として単独で使用されてもよいし、２種類以上の有機化合物が混合された混合物が有機作動流体として使用されてもよい。場合によっては、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体として、水、二酸化炭素、及びアンモニアなどの無機化合物が使用されてもよい。
【００４６】
熱媒体経路２６を流れる熱媒体は、例えば水である。熱媒体経路２６は、例えば、熱媒体経路２６を流れることによって生成された温水を給湯又は暖房などの用途で供給するための経路である。熱媒体経路２６には、例えば、ポンプ（図示省略）、第一放熱器２２、第二熱交換器２４、及び貯湯タンク（図示省略）が配置され、これらのコンポーネントが閉回路を形成するように複数の配管によって上記の順番で環状に接続されている。
【００４７】
熱媒体経路２６に配置されたポンプ（図示省略）から吐出された水は、第一放熱器２２を通る過程でランキンサイクル経路３を流れる作動流体の有する熱を吸収し、さらに第二熱交換器２４を通る過程で冷却液経路７を流れる冷却液と熱交換する。その後、第二熱交換器２４を通過した温水は貯湯タンク（図示省略）に流入して貯留される。貯湯タンクに貯留された温水は、熱需要に応えるように給湯又は暖房に利用される。なお、熱媒体が熱交換器２４を通る過程で、第二熱交換器２４に供給される冷却液の温度が熱媒体の温度よりも高い場合には、熱媒体は加熱される。一方、第二熱交換器２４に供給される冷却液の温度が熱媒体の温度よりも低い場合には、熱媒体は冷却される。
【００４８】
熱媒体経路２６を流れる熱媒体としては、例えば、水、油、又はクーラントが利用される。
【００４９】
ランキンサイクルシステム１ａの動作の一例を説明する。ランキンサイクル経路３のポンプ１７によって作動流体が圧送されると、圧送されて高圧になった作動流体は加熱器６に流入する。エンジン２が作動していると、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体とエンジン２で発生した排気ガスとが加熱器６において熱交換して、作動流体が加熱されて蒸発する。これにより、作動流体が高温かつ高圧の蒸気になる。加熱器６から流出した高温かつ高圧の作動流体は膨張機１６に送られる。膨張機１６において作動流体の圧力エネルギーが機械的エネルギーに変換され、発電機２１が駆動される。これにより、発電機２１において電力が生成される。膨張機１６から吐出された作動流体は、分流弁２５を通過して第一放熱器２２に流入する。第一放熱器２２において、膨張機によって膨張した作動流体の熱が熱媒体経路２６を流れる熱媒体（例えば、水）に放熱される。これにより、作動流体が冷却され、凝縮する。
【００５０】
第一放熱器２２において、熱媒体経路２６を流れる熱媒体による冷却が十分でない場合、作動流体の一部が空冷放熱器１９へ導かれるように分流弁２５が制御され、空冷放熱器１９で作動流体の一部が有する熱を放熱させてもよい。これにより、必要に応じて、第一放熱器２２の作動流体を冷却する能力の不足を補うことができる。第一放熱器２２及び空冷放熱器１９から流出した作動流体は低温かつ低圧の液相状態となり、ポンプ１７へ導かれる。発電機２１で生成された電力は、例えば、ヒートポンプサイクル経路４、エンジン２、及びランキンサイクル経路３で消費される。場合によっては、発電機２１で生成された電力は、売電のためにパワーコンバーターによって電力系統に逆潮流させてもよい。
【００５１】
次に、ヒートポンプサイクル経路４において冷房運転が行われる場合のランキンサイクルシステム１ａの動作の一例について説明する。図２Ａに示す通り、冷房運転において、エンジン２が作動して圧縮機５が回転することにより、圧縮機５に吸入された冷媒が圧縮されて高温かつ高圧の蒸気となり、四方弁１１に導かれる。冷房運転において、四方弁１１の状態は状態Ｂである。圧縮機５から吐出されて四方弁１１を通過した冷媒は、第一熱交換器１５を通過し、室外熱交換器１４に流入する。冷媒は、室外熱交換器１４において大気と熱交換して冷却されて低温かつ高圧の状態となり、膨張弁１３に導かれる。冷媒は、膨張弁１３において減圧膨張して低温かつ低圧の状態になり、その後室内熱交換器１２に供給される。冷媒は、室内熱交換器１２において室内の空気と熱交換して加熱される。これにより、室内の空気が冷却され、室内が冷房される。室内熱交換器１２を通過した冷媒は、四方弁１１を通って、圧縮機５の吸入口から圧縮機５の内部に流入する。なお、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂにおいて、一点鎖線の矢印はヒートポンプサイクル経路４における冷媒の流れを示し、実線の矢印はランキンサイクル経路３における作動流体の流れを示し、二点鎖線の矢印は冷却液経路７における冷却液の流れを示し、破線の矢印は熱媒体経路２６における熱媒体の流れを示す。
【００５２】
図２Ａに示す通り、熱媒体経路２６を流れる熱媒体は、第一放熱器２２においてランキンサイクル経路３を流れる作動流体が有する熱を吸熱し、さらに、第二熱交換器２４に冷却液経路７を流れるエンジン２の冷却液が有する熱を吸熱する。これにより、例えば、温水が生成される。
【００５３】
図２Ａに示す通り、冷却液経路７を流れる冷却液は、エンジンジャケット９においてエンジン２によって加熱され、分流弁２０を通って分流弁２３に導かれる。冷房運転において、ヒートポンプサイクル経路４では、エンジン２の冷却液の有する熱を受け取る必要はない。このため、通常は、全量の冷却液が分流弁２３に導かれるように分流弁２０が制御される。ただし、場合によっては、冷房運転において、一部の冷却液が第一熱交換器１５に導かれるように分流弁２０が制御されてもよい。この場合、エンジン２の冷却液の有する熱は、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒に受け渡されたうえで、室外熱交換器１４において放熱される。
【００５４】
分流弁２０を通過した冷却液の流れは、分流弁２３によって、例えば、第二放熱器１０に向かう流れと第二熱交換器２４に向かう流れとに分流される。第二熱交換器２４において熱媒体を加熱する需要がある場合、分流弁２０を通過した冷却液の少なくとも一部は、図３Ａに示す通り、第二熱交換器２４に供給される。第二熱交換器２４に供給された冷却液は、第二熱交換器２４において熱媒体経路２６を流れる熱媒体（例えば、水）と熱交換して冷却される。一方、熱媒体は、第二熱交換器２４において加熱され、熱媒体が水である場合に温水の温度を上昇させる。
【００５５】
熱需要が大きく、例えば、熱媒体が水であって、高温の温水又は多量の温水が必要な場合、第二熱交換器２４に向かって多くの冷却液が流れるように分流弁２３が制御される。場合によっては、分流弁２０を通過した冷却液の全量が第二熱交換器２４に導かれるように分流弁２３が制御されてもよい。一方、温水の需要が少ない場合、第二放熱器１０に向かって多くの冷却液が流れるように分流弁２３が制御される。なお、第二熱交換器２４において熱媒体を加熱する必要がない場合、分流弁２０を通過した冷却液の全量が第二放熱器１０に導かれるように分流弁２３が制御されてもよい。
【００５６】
図２Ａに示す通り、冷房運転において、作動流体は、加熱器６においてエンジン２の排気ガスの熱を吸熱して、上記の通りランキンサイクル経路３を状態変化しながら流れる。これにより、発電が行われる。
【００５７】
次に、ヒートポンプサイクル経路４において暖房運転が行われる場合のランキンサイクルシステム１ａの動作の一例を説明する。図２Ｂに示す通り、暖房運転において、エンジン２が作動して圧縮機５が回転することにより、圧縮機５に吸入された冷媒が圧縮されて高温かつ高圧の蒸気となり、四方弁１１に導かれる。暖房運転における四方弁１１の状態は状態Ａである。圧縮機５から吐出されて四方弁１１を通過した冷媒は、室内熱交換器１２に供給される。冷媒は、室内熱交換器１２において室内の空気と熱交換して冷却され、低温かつ高圧の状態となり、その後膨張弁１３に向かって流れる。これにより、室内の空気が加熱され、室内が暖房される。冷媒は、膨張弁１３において減圧膨張して、低温かつ低圧の状態になり、その後室外熱交換器１４に供給される。冷媒は、室外熱交換器１４において大気との熱交換により加熱され、その後第一熱交換器１５に供給される。冷媒は、第一熱交換器１５において冷却液経路７を流れる冷却液の有する熱を受け取り、その後四方弁１１を通って圧縮機５に吸入される。
【００５８】
暖房運転において、図２Ｂに示す通り、冷房運転と同様に、ポンプ１７は作動流体を圧送し、ポンプ１７によって圧送され高圧になった作動流体は加熱器６に流入する。作動流体は、上記の通り、ランキンサイクル経路３を状態変化しながら流れる。これにより、発電が行われる。
【００５９】
図２Ｂに示す通り、熱媒体経路２６を流れる熱媒体は、第一放熱器２２においてランキンサイクル経路３を流れる作動流体が有する熱を吸熱し、さらに、第二熱交換器２４に冷却液経路７を流れるエンジン２の冷却液が有する熱を吸熱する。これにより、例えば、温水が生成される。
【００６０】
図２Ｂに示す通り、冷却液経路７を流れる冷却液は、エンジンジャケット９においてエンジン２によって加熱され、分流弁２０によって第一熱交換器１５及び分流弁２３に導かれる。分流弁２０を通過して第一熱交換器１５に供給された冷却液は、第一熱交換器１５においてヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒と熱交換して、冷却される。このとき、冷媒は加熱される。分流弁２０を通過した冷却液の流れは、例えば、分流弁２３によって第二放熱器１０に向かう流れと第二熱交換器２４に向かう流れとに分流される。第二放熱器１０に供給された冷却液は第二放熱器１０において大気と熱交換して冷却される。第二熱交換器２４に供給された冷却液は、第二熱交換器２４において熱媒体経路２６を流れる熱媒体（例えば、水）と熱交換して冷却される。一方、熱媒体は、第二熱交換器２４において加熱され、熱媒体が水である場合に温水の温度を上昇させる。
【００６１】
暖房運転において、第一熱交換器１５におけるヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱に対する需要と熱媒体経路２６によって生成されるべき温水の需要との割合に基いて、分流弁２０及び分流弁２３は制御される。これにより、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４のそれぞれに供給される冷却液の流量を調整できる。
【００６２】
第一熱交換器１５においてヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱する需要が少なく、又は、冷媒を加熱する需要に対し熱媒体を加熱する需要が大きい場合がある。この場合、第一熱交換器１５に供給される冷却液の流量が少ないように、かつ、分流弁２３に向かって流れる冷却液の流量が多くなるように、分流弁２０が制御される。加えて、第二熱交換器２４に供給される冷却液の流量が多くなるように、分流弁２３が制御される。これにより、例えば温水として供給される熱エネルギーの量を多くすることができる。
【００６３】
第一熱交換器１５においてヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱する需要が大きい場合、第一熱交換器１５に供給される冷却液の流量が多くなるように分流弁２０が制御される。特に、外気温度が低温である場合、第一熱交換器１５において加熱されるヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱する需要が大きい。この場合、例えば、分流弁２０を通過した冷却液の全量が第一熱交換器１５に導かれるように分流弁２０が制御されてもよい。例えば、ランキンサイクルシステム１ａは、圧縮機５に吸入される冷媒の温度を検出するための温度センサ（図示省略）を備える。この温度センサによって検出された温度が所定の閾値以下である場合に、分流弁２０を通過した冷却液の全量が第一熱交換器１５に導かれるように分流弁２０が制御される。
【００６４】
場合によっては、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体が放出する熱がヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱に利用されるように、ランキンサイクルシステム１ａを動作させることができる。この場合のランキンサイクルシステム１ａの動作の一例を説明する。
【００６５】
図３Ｂに示す通り、熱媒体経路２６を流れる熱媒体は、第一放熱器２２において作動流体によって加熱される。第一放熱器２２において加熱された熱媒体は第二熱交換器２４に向かって流れる。冷却液経路７を流れる冷却液は、エンジンジャケット９においてエンジン２を冷却し、分流弁２０に導かれる。冷却液の流れは分流弁２０によって、第一熱交換器１５に向かう流れと分流弁２３に向かう流れに分かれる。冷却液の一部は、分流弁２３によって第二熱交換器２４に導かれる。第二熱交換器２４に供給される冷却液の温度が熱媒体の温度よりも低い。このため、冷却液は、第二熱交換器２４において熱媒体によって加熱される。第二熱交換器２４において加熱された冷却液の一部は、冷却液ポンプ８、エンジンジャケット９、及び分流弁２０を通過して第一熱交換器１５に導かれる。ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒は、第一熱交換器１５において冷却液によって加熱される。このように、ランキンサイクル経路３を流れる作動流体が放出する熱（ランキンサイクルの排熱）がヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱に利用される。
【００６６】
ランキンサイクルシステム１ａによれば、ランキンサイクルの排熱を用いて熱媒体を加熱でき、例えば、温水を生成できる。これにより、ランキンサイクルの排熱を熱媒体（例えば、水）で回収でき、回収される排熱の熱量が多い。加えて、冷却液によって回収されたエンジン２の排熱を、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒及びランキンサイクルの排熱を回収した熱媒体のいずれか又はそれらの両方を加熱するために利用できる。例えば、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱に対する熱需要と熱媒体経路２６を通過して供給される熱媒体に対する熱需要との大小関係に応じて、冷却液によって回収されたエンジン２の排熱を利用できる。これにより、ランキンサイクルによる発電を行いつつ回収される排熱の熱量を増加させるとともに、エンジン２の排熱の利用効率を向上させることができる。
【００６７】
ランキンサイクルシステム１ａによれば、ランキンサイクル経路３に配置された分流弁２５によって、第一放熱器２２及び空冷放熱器１９に供給される作動流体の流量を調整できる。これにより、熱需要が大きい場合に、分流弁２５を調節することにより、第一放熱器２２に多くの作動流体を流すことができ、大きな熱需要に対応できる。加えて、熱需要が小さい場合に、空冷放熱器１９に供給される作動流体の流量を多くすることによって、ランキンサイクルによる発電量を増加させることができる。このため、ヒートポンプサイクル経路４における、冷房運転及び暖房運転等の運転の状態に関わらず、ランキンサイクルによる発電を行うことができる。加えて、冷却液によって回収されたエンジン２の排熱を、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱又は熱媒体経路２６を流れる熱媒体の加熱に利用でき、様々な熱需要に柔軟に対応できる。その結果、エンジン２の排熱の利用効率を向上させることができる。
【００６８】
ランキンサイクルシステム１ａによれば、冷却液経路７において、第一熱交換器１５とエンジンジャケット９の出口との間には分流弁２０が介在し、第二熱交換器２４とエンジンジャケット９の出口との間には分流弁２０及び分流弁２３が介在している。これにより、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒及び熱媒体経路２６を流れる熱媒体が比較的高温のエンジン２の冷却液から熱を受け取ることができる。このように冷媒又は熱媒体がエンジン２の冷却液から高温の熱を得ることができ、例えば、高温の温水に対する需要にも対応できるため、排熱の用途を広げることができ、ランキンサイクル装置３で発電しつつ、エンジン排熱の利用効率をさらに向上させることができる。
【００６９】
（変形例）
ランキンサイクルシステム１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、ランキンサイクルシステム１ａは、図４及び図５に示すランキンサイクルシステム１ｂ及び１ｃのように変更されてもよい。ランキンサイクルシステム１ｂ及び１ｃは、特に説明する場合を除き、ランキンサイクルシステム１ａと同様に構成されている。ランキンサイクルシステム１ａの構成要素と同一又は対応するランキンサイクルシステム１ｂ及び１ｃの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ランキンサイクルシステム１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限りランキンサイクルシステム１ｂ及び１ｃにも適用される。
【００７０】
ランキンサイクルシステム１ｂにおいて、図４に示す通り、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４のうち少なくとも１つは、冷却液経路７において、冷却液がエンジン２を冷却する位置（エンジンジャケット９）と第二放熱器１０における冷却液の入口との間に配置されている。例えば、第一熱交換器１５の冷却液の出口及び第二熱交換器２４の冷却液の出口は、冷却液経路７における分流弁２３と第二放熱器１０の冷却液の入口との間の位置につながっている。
【００７１】
ランキンサイクルシステム１ｂによれば、比較的高温のエンジン２の冷却液が第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４のうち少なくとも１つに供給され、その後エンジン２の冷却液が第二放熱器１０において放熱する。このため、第一熱交換器１５においてヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒が比較的高温の冷却液によって加熱され、又は、第二熱交換器２４において熱媒体が比較的高温の冷却液によって加熱される。これにより、例えば、高温の熱媒体の需要にも応えることができ、排熱の用途が広がる。その結果、ランキンサイクルによる発電を行いつつエンジン２の排熱の利用効率をより向上させやすい。
【００７２】
ランキンサイクルシステム１ｃにおいて、第一熱交換器１５及び第二熱交換器２４は、冷却液経路７において冷却液がエンジン２を冷却する位置（エンジンジャケット９）よりも冷却液の流れの下流で直列に配置されている。加えて、第一熱交換器１５における冷却液の出口が第二熱交換器２４における冷却液の入口よりも冷却液の流れの上流に位置している。
【００７３】
ランキンサイクルシステム１ｃによれば、第一熱交換器１５で放熱した低温の冷却液を第二熱交換器２４に供給できる。これにより、例えば、ヒートポンプサイクル経路４において暖房運転においてエンジン２の冷却液によってヒートポンプサイクル経路４の冷媒を加熱する場合に、第二熱交換器２４に供給される冷却液の温度が低くなりやすい。このため、第二熱交換器２４において冷却液が熱媒体によって加熱されやすい。第二熱交換器２４で加熱された冷却液はエンジン２を冷却した後に第一熱交換器１５に供給される。これにより、ランキンサイクルの排熱が熱媒体及び冷却液を媒介としてヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱するのに利用できる。
【００７４】
ランキンサイクルシステム１ｃにおいて、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒を加熱する熱需要が少ない場合又は冷媒の加熱に対する熱需要に対し熱媒体の加熱に対する熱需要を多くする必要がある場合もある。この場合、例えば、冷却水が第一熱交換器１５に供給される冷却液が少なく、かつ、分流弁２３に導かれる冷却液の流量が多いように分流弁２０が制御される。加えて、第二熱交換器２４へ流れる流量が多くなるように分流弁２４が制御される。これにより、第二熱交換器２４において熱媒体経路２６を流れる熱媒体を冷却液によって加熱でき、例えば温水を生成できる。
【００７５】
ランキンサイクルシステム１ｃによれば、ランキンサイクルシステム１ａと同様に、ヒートポンプサイクル経路４の、冷房運転及び暖房運転等の運転状態に関わらず、ランキンサイクルによる発電を行うことができる。加えて、エンジン２の冷却液の有する熱を、ヒートポンプサイクル経路４を流れる冷媒の加熱及び熱媒体の加熱に利用でき、様々な熱の需要にさらに柔軟に対応できる。その結果、エンジン２の排熱の利用効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本願の明細書に記載された技術は、ガスエンジン駆動式空気調和装置等の装置に利用されているエンジンの排熱を有効に利用して発電するランキンサイクルシステムに有利に利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１ａ、１ｂ、１ｃ              ランキンサイクルシステム
２                            エンジン
３                            ランキンサイクル経路
４                            ヒートポンプサイクル経路
５                            圧縮機
６                            加熱器
７                            冷却液経路
１０                          第二放熱器
１５                          第一熱交換器
１６                          膨張機
１７                          ポンプ
１９                          空冷放熱器
２２                          第一放熱器
２４                          第二熱交換器
２６                          熱媒体経路
【図１】
2018017132.tif 000003
【図２Ａ】
2018017132.tif 000004
【図２Ｂ】
2018017132.tif 000005
【図３Ａ】
2018017132.tif 000006
【図３Ｂ】
2018017132.tif 000007
【図４】
2018017132.tif 000008
【図５】
2018017132.tif 000009
【図６】
2018017132.tif 000010