(57)【要約】【課題】冷凍サイクルにランキンサイクルを備えるものにおいて、両サイクルに対して、信頼性を確保すると共に、充分な性能を発揮できる廃熱利用装置を備える冷凍装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されると共に、冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、冷凍用凝縮器２２０およびランキン用凝縮器３４０は、車両の所定部位に、冷却用の外部空気の流れ方向に対して直列配置されると共に、冷凍用凝縮器２２０がランキン用凝縮器３４０に対して外部空気の上流側に配置されるようにする。そして、冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００とが同時運転される場合に、ランキン用冷媒の膨張機３３０における膨張機差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上となるように、膨張機３３０の回転数を制御する。【選択図】図１
2008297961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されると共に、
圧縮機（２１０）、冷凍用凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、および蒸発器（２５０）が環状に接続されて冷凍用冷媒が循環する冷凍サイクル（２００）と、
ポンプ（３１０）、前記車両の熱機関（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３２０）、膨張機（３３０）、およびランキン用凝縮器（３４０）が環状に接続されてランキン用冷媒が循環す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、
前記冷凍用凝縮器（２２０）および前記ランキン用凝縮器（３４０）は、前記車両の所定部位に、冷却用の外部空気の流れ方向に対して直列配置されると共に、前記冷凍用凝縮器（２２０）が前記ランキン用凝縮器（３４０）に対して前記外部空気の上流側に配置されたことを特徴とする廃熱利用装置を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記冷凍サイクル（２００）と前記ランキンサイクル（３００）との作動を制御する制御手段（５０）を備え、
前記制御手段（５０）は、前記冷凍サイクル（２００）と前記ランキンサイクル（３００）とを同時運転する場合に、前記ランキン用冷媒の前記膨張機（３３０）における膨張機差圧（ΔＰ）が所定値（ΔＰａ）以上となるように、前記膨張機（３３０）の回転数を制御す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。
【請求項３】
前記制御手段（５０）は、前記膨張機差圧（ΔＰ）が前記所定値（ΔＰａ）よりも小さい時に、前記膨張機（３３０）の回転数を低下させ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。
【請求項４】
前記制御手段（５０）は、前記膨張機差圧（ΔＰ）が予め定めた適正膨張比が得られる値となるように、前記膨張機（３３０）の回転数を制御す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。
【請求項５】
前記ポンプ（３１０）の下流側から前記膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、前記ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、
前記膨張機（３３０）の下流側から前記ポンプ（３１０）の上流側に至る低圧側領域に配設されて、前記ランキン用冷媒の低圧側圧力（ＰＬｒ）を検出する低圧側圧力検出手段（３０２）とを備え、
前記制御手段（５０）は、前記膨張機差圧（ΔＰ）を示す前記高圧側圧力（ＰＨｒ）と前記低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき前記膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴とする請求項２〜請求項４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。
【請求項６】
前記ポンプ（３１０）の下流側から前記膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、前記ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、
前記冷凍用凝縮器（２２０）および前記ランキン用凝縮器（３４０）の間に配設されて、前記両凝縮器（２２０、３４０）間を通過する前記外部空気の通過空気温度（Ｔａｓ）を検出する通過空気温度検出手段（１０１）と、
前記廃熱による前記加熱器（３２０）への吸熱量（Ｑｉｒ）にバランスする前記ランキン用凝縮器（３４０）での放熱量（Ｑｏｒ）、前記ランキン用凝縮器（３４０）を通過する前記外部空気の量（Ｇａ）、前記通過空気温度検出手段（１０１）によって検出される通過空気温度（Ｔａｓ）から、前記ランキン用凝縮器（３４０）における前記ランキン用冷媒の温度（ＴＬｒ）、更には低圧側圧力（ＰＬｒ）を算出する算出手段（Ｓ１１５）とを備え、
前記制御手段（５０）は、前記膨張機差圧（ΔＰ）を示す前記高圧側圧力（ＰＨｒ）と前記低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき前記膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴とする請求項２〜請求項４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。
【請求項７】
前記ポンプ（３１０）の下流側から前記膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、前記ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、
前記冷凍用凝縮器（２２０）および前記ランキン用凝縮器（３４０）に流入する前の前記外部空気の流入空気温度（Ｔａ）を検出する流入空気温度検出手段（１０２）と、
前記蒸発器（２５０）での必要冷房能力（Ｑｉａ）にバランスする前記冷凍用凝縮器（２２０）での放熱量（Ｑｏａ）、前記冷凍用凝縮器（２２０）を通過する前記外部空気の量（Ｇａ）、前記流入空気温度検出手段（１０２）によって検出される流入空気温度（Ｔａ）から前記冷凍用凝縮器（２２０）通過後の前記外部空気の通過空気温度（Ｔａｓ）を算出すると共に、前記廃熱による前記加熱器（３２０）への吸熱量（Ｑｉｒ）にバランスする前記ランキン用凝縮器（３４０）での放熱量（Ｑｏｒ）、前記ランキン用凝縮器（３４０）を通過する前記外部空気の量（Ｇａ）、前記通過空気温度（Ｔａｓ）から、前記ランキン用凝縮器（３４０）における前記ランキン用冷媒の温度（ＴＬｒ）、更には低圧側圧力（ＰＬｒ）を算出する算出手段（Ｓ１１６）とを備え、
前記制御手段（５０）は、前記膨張機差圧（ΔＰ）を示す前記高圧側圧力（ＰＨｒ）と前記低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき前記膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴とする請求項２〜請求項４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。
【請求項８】
前記冷凍用凝縮器（２２０）に対する前記冷凍用冷媒用の入口部（２２０ａ）および出口部（２２０ｂ）が配設される位置は、前記外部空気の流れ方向から見て、前記ランキン用凝縮器（３４０）に対する前記ランキン用冷媒用の入口部（３４０ａ）および出口部（３４０ｂ）が配設される位置と同一領域となるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項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。
【請求項９】
前記冷凍用凝縮器（２２０）の前記外部空気上流側から、前記冷凍用凝縮器（２２０）および前記ランキン用凝縮器（３４０）の間を通り、前記ランキン用凝縮器（３４０）に前記外部空気を導入可能とする導入流路部（１０３）と、
前記制御手段（５０）によって制御されて移動することで、前記冷凍用凝縮器（２２０）側への開口面積および前記導入流路部（１０３）側への開口面積を調整する開口調整部（１０４）とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
【請求項１０】
前記冷凍用凝縮器（２２０）の前面面積は、前記ランキン用凝縮器（３４０）の前面面積よりも小さく形成されて、前記ランキン用凝縮器（３４０）の前記外部空気上流側には、前記冷凍用凝縮器（２２０）が重ならない領域が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の廃熱利用装置を備える冷凍装置。
【請求項１１】
前記冷凍用凝縮器（２２０）の前記外部空気流れ方向の寸法は、前記ランキン用凝縮器（３４０）の前記外部空気流れ方向の寸法よりも大きく設定された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。
【請求項１２】
前記冷凍用凝縮器（２２０）における前記冷凍用冷媒の入口部（２２０ａ）および出口部（２２０ｂ）は、前記外部空気の流れ方向上流側に向けて開口するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項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。
【請求項１３】
前記ランキン用凝縮器（３４０）における前記ランキン用冷媒の入口部（３４０ａ）および出口部（３４０ｂ）は、前記外部空気の流れ方向に直交する方向に開口するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項１２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の例えば内燃機関の廃熱を加熱源として膨張機を作動させる廃熱利用装置を備える冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃熱利用装置を備える冷凍装置として、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、ランキンサイクル内の凝縮器（放熱器）は、冷凍サイクル用の凝縮器と共用されて構成されている。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００６−４６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記冷凍装置においては、冷凍サイクルとランキンサイクルとの同時運転を行うと、凝縮器は両サイクルの冷媒の凝縮（放熱）を同時に行うことになり、凝縮器における冷媒圧力が上昇する。よって、冷凍サイクルの圧縮機の動力が増大（悪化）し、圧縮機の信頼性低下のおそれが生ずると共に、冷凍サイクルの成績係数が低下する。
【０００５】
また、ランキンサイクルのみの単独運転時において、凝縮器における冷媒圧力の上昇に伴って、冷凍サイクルは停止中であるにもかかわらず、凝縮器と蒸発器との間に圧力差が生じて、冷媒が冷凍サイクル側（蒸発器側）に溜まり込んでしまい、ランキンサイクル側での冷媒量が低下して、本来のランキンサイクルの能力が充分発揮できなくなる。更には、冷媒中に含まれる潤滑油も冷凍サイクル側に溜まり込むことで、膨張機や冷媒ポンプに対する潤滑不足が生じて、膨張機や冷媒ポンプの信頼性低下のおそれが生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷凍サイクルにランキンサイクルを備えるものにおいて、両サイクルに対して、信頼性を確保すると共に、充分な性能を発揮でき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。
【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、車両に搭載されると共に、圧縮機（２１０）、冷凍用凝縮器（２２０）、膨張弁（２４０）、および蒸発器（２５０）が環状に接続されて冷凍用冷媒が循環する冷凍サイクル（２００）と、ポンプ（３１０）、車両の熱機関（１０）の廃熱を加熱源とする加熱器（３２０）、膨張機（３３０）、およびランキン用凝縮器（３４０）が環状に接続されてランキン用冷媒が循環するランキンサイクル（３００）とを有する廃熱利用装置を備える冷凍装置において、冷凍用凝縮器（２２０）およびランキン用凝縮器（３４０）は、車両の所定部位に、冷却用の外部空気の流れ方向に対して直列配置されると共に、冷凍用凝縮器（２２０）がランキン用凝縮器（３４０）に対して外部空気の上流側に配置されたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、ランキンサイクル（３００）の作動の有無に関らず、冷凍用凝縮器（２２０）には常に外気温度に等しい外部流体を流入させることができるので、冷凍サイクル（２００）の作動において、圧縮機（２１０）の動力悪化に伴う信頼性の低下や、成績係数の低下に伴う冷凍能力の低下を招くことがない。
【００１０】
また、ランキンサイクル（３００）の単独運転時において、各サイクル（２００、３００）は、それぞれ独立した冷媒回路を形成していることから、ランキンサイクル（３００）側から冷凍サイクル（２００）側に冷媒、および潤滑油が溜まり込むことも無く、本来のランキンサイクル（３００）の能力を充分発揮できると共に、膨張機（３３０）やポンプ（３１０）の信頼性を確実に確保することができる。
【００１１】
総じて、両サイクル（２００、３００）に対して、信頼性を確保すると共に、充分な性能を発揮できる廃熱利用装置を備える冷凍装置（１００Ａ）とすることができる。
【００１２】
ここで、上記請求項１に記載の発明のように、冷凍用凝縮器（２２０）がランキン用凝縮器（３４０）に対して外部空気の上流側に配置されたものにおいては、冷凍サイクル（２００）とランキンサイクル（３００）とを同時運転すると、外部空気は、冷凍用凝縮器（２２０）で熱交換された後にランキン用凝縮器（３４０）に流入するため、ランキン用凝縮器（３４０）における外部空気温度は外気よりも高くなる。よって、その分、ランキン用凝縮器（３４０）においては、冷媒圧力が上昇し、膨張機（３３０）における膨張機差圧（ΔＰ）が減少して、膨張機（３３０）による回生動力が確実に得られない状況が発生したり、不安定なランキンサイクル（３００）の作動を招いたりする。
【００１３】
よって、請求項２に記載の発明では、冷凍サイクル（２００）とランキンサイクル（３００）との作動を制御する制御手段（５０）を備え、制御手段（５０）は、冷凍サイクル（２００）とランキンサイクル（３００）とを同時運転する場合に、ランキン用冷媒の膨張機（３３０）における膨張機差圧（ΔＰ）が所定値（ΔＰａ）以上となるように、膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴としている。
【００１４】
これにより、冷凍サイクル（２００）とランキンサイクル（３００）とを同時運転する場合であっても、充分な膨張機差圧（ΔＰ）を確保して、不安定なランキンサイクル（３００）の作動を防止すると共に、膨張機（３３０）による充分な回生動力を得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、制御手段（５０）は、膨張機差圧（ΔＰ）が所定値（ΔＰａ）よりも小さい時に、膨張機（３３０）の回転数を低下させることを特徴としている。
【００１６】
これにより、確実に膨張機差圧（ΔＰ）を所定値（ΔＰａ）以上にすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、制御手段（５０）は、膨張機差圧（ΔＰ）が予め定めた適正膨張比が得られる値となるように、膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴としている。
【００１８】
これにより、膨張機（３３０）に対して適正膨張作動させることができるので、効果的な動力回生が可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、ポンプ（３１０）の下流側から膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、膨張機（３３０）の下流側からポンプ（３１０）の上流側に至る低圧側領域に配設されて、ランキン用冷媒の低圧側圧力（ＰＬｒ）を検出する低圧側圧力検出手段（３０２）とを備え、制御手段（５０）は、膨張機差圧（ΔＰ）を示す高圧側圧力（ＰＨｒ）と低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴としている。
【００２０】
これにより、容易且つ確実に膨張機差圧（ΔＰ）を算出することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、ポンプ（３１０）の下流側から膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、冷凍用凝縮器（２２０）およびランキン用凝縮器（３４０）の間に配設されて、両凝縮器（２２０、３４０）間を通過する外部空気の通過空気温度（Ｔａｓ）を検出する通過空気温度検出手段（１０１）と、廃熱による加熱器（３２０）への吸熱量（Ｑｉｒ）にバランスするランキン用凝縮器（３４０）での放熱量（Ｑｏｒ）、ランキン用凝縮器（３４０）を通過する外部空気の量（Ｇａ）、通過空気温度検出手段（１０１）によって検出される通過空気温度（Ｔａｓ）から、ランキン用凝縮器（３４０）におけるランキン用冷媒の温度（ＴＬｒ）、更には低圧側圧力（ＰＬｒ）を算出する算出手段（Ｓ１１５）とを備え、制御手段（５０）は、膨張機差圧（ΔＰ）を示す高圧側圧力（ＰＨｒ）と低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴としている。
【００２２】
これにより、上記請求項５に記載の発明に対して、低圧側圧力検出手段（３０２）を通過空気温度検出手段（１０１）に代え、更に算出手段（Ｓ１１５）を用いて膨張機差圧（ΔＰ）を算出（推定）することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明では、ポンプ（３１０）の下流側から膨張機（３３０）の上流側に至る高圧側領域に配設されて、ランキン用冷媒の高圧側圧力（ＰＨｒ）を検出する高圧側圧力検出手段（３０１）と、冷凍用凝縮器（２２０）およびランキン用凝縮器（３４０）に流入する前の外部空気の流入空気温度（Ｔａ）を検出する流入空気温度検出手段（１０２）と、蒸発器（２５０）での必要冷房能力（Ｑｉａ）にバランスする冷凍用凝縮器（２２０）での放熱量（Ｑｏａ）、冷凍用凝縮器（２２０）を通過する外部空気の量（Ｇａ）、流入空気温度検出手段（１０２）によって検出される流入空気温度（Ｔａ）から冷凍用凝縮器（２２０）通過後の外部空気の通過空気温度（Ｔａｓ）を算出すると共に、廃熱による加熱器（３２０）への吸熱量（Ｑｉｒ）にバランスするランキン用凝縮器（３４０）での放熱量（Ｑｏｒ）、ランキン用凝縮器（３４０）を通過する外部空気の量（Ｇａ）、通過空気温度（Ｔａｓ）から、ランキン用凝縮器（３４０）におけるランキン用冷媒の温度（ＴＬｒ）、更には低圧側圧力（ＰＬｒ）を算出する算出手段（Ｓ１１６）とを備え、制御手段（５０）は、膨張機差圧（ΔＰ）を示す高圧側圧力（ＰＨｒ）と低圧側圧力（ＰＬｒ）との差（ＰＨｒ−ＰＬｒ）に基づき膨張機（３３０）の回転数を制御することを特徴としている。
【００２４】
これにより、上記請求項５に記載の発明に対して、低圧側圧力検出手段（３０２）を流入空気温度検出手段（１０２）に代え、更に算出手段（Ｓ１１６）を用いて膨張機差圧（ΔＰ）を算出（推定）することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明では、冷凍用凝縮器（２２０）に対する冷凍用冷媒用の入口部（２２０ａ）および出口部（２２０ｂ）が配設される位置は、外部空気の流れ方向から見て、ランキン用凝縮器（３４０）に対するランキン用冷媒用の入口部（３４０ａ）および出口部（３４０ｂ）が配設される位置と同一領域となるようにしたことを特徴としている。
【００２６】
これにより、冷凍用凝縮器（２２０）内における冷凍用冷媒の流入部領域および流出部領域を、ランキン用凝縮器（３４０）内におけるランキン用冷媒の流入部領域および流出部領域とそれぞれ同じ位置関係にすることができる。そして、冷凍用凝縮器（２２０）を通過した後の外部空気の温度上昇分は、冷凍用冷媒の流入部側が高く、流出部側に向かうに従って低くなる。また、ランキン用凝縮器（３４０）内のランキン用冷媒の温度は当然のことながら熱交換によって流入部側から流出部側に向けて低くなる。よって、ランキン用凝縮器（３４０）に流入する外部空気とランキン用冷媒との温度分布が同一傾向となる位置関係とすることができるので、外部空気とランキン用冷媒との温度差を全体的に均一にすることができ、ランキン用凝縮器（３４０）における効果的な放熱が可能となる。
【００２７】
請求項９に記載の発明では、冷凍用凝縮器（２２０）の外部空気上流側から、冷凍用凝縮器（２２０）およびランキン用凝縮器（３４０）の間を通り、ランキン用凝縮器（３４０）に外部空気を導入可能とする導入流路部（１０３）と、制御手段（５０）によって制御されて移動することで、冷凍用凝縮器（２２０）側への開口面積および導入流路部（１０３）側への開口面積を調整する開口調整部（１０４）とを備えることを特徴としている。
【００２８】
これにより、冷凍用凝縮器（２２０）およびランキン用凝縮器（３４０）の必要放熱量に応じて、それぞれの凝縮器（２２０、３４０）への外部空気の流入量を調整することができ、それぞれの凝縮器（２２０、３４０）での効果的な放熱が可能となる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明では、冷凍用凝縮器（２２０）の前面面積は、ランキン用凝縮器（３４０）の前面面積よりも小さく形成されて、ランキン用凝縮器（３４０）の外部空気上流側には、冷凍用凝縮器（２２０）が重ならない領域が設けられたことを特徴としている。
【００３０】
これにより、冷凍用凝縮器（２２０）で熱交換を受けない外気温度に等しい外部空気を直接ランキン用凝縮器（３４０）に流入させることができ、ランキン用凝縮器（３４０）での放熱能力を向上させることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明では、冷凍用凝縮器（２２０）の外部空気流れ方向の寸法は、ランキン用凝縮器（３４０）の外部空気流れ方向の寸法よりも大きく設定されたことを特徴としている。
【００３２】
これにより、冷凍用凝縮器（２２０）の放熱能力を外部空気の流れ方向寸法を大きくすることで稼ぎ、冷凍用凝縮器（２２０）の前面面積を容易に小さくすることができる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明では、冷凍用凝縮器（２２０）における冷凍用冷媒の入口部（２２０ａ）および出口部（２２０ｂ）は、外部空気の流れ方向上流側に向けて開口するようにしたことを特徴としている。
【００３４】
これにより、冷凍用凝縮器（２２０）への冷凍用冷媒の配管の取り回しにおいて、冷凍用凝縮器（２２０）とランキン用凝縮器（３４０）との間に配管を配設する必要が無く、両凝縮器（２２０、３４０）間の寸法を悪化させることが無い。また、冷凍用凝縮器（２２０）への配管の接続を容易にすることができる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明では、ランキン用凝縮器（３４０）におけるランキン用冷媒の入口部（３４０ａ）および出口部（３４０ｂ）は、外部空気の流れ方向に直交する方向に開口するようにしたことを特徴としている。
【００３６】
これにより、ランキン用凝縮器（３４０）へのランキン用冷媒の配管の取り回しにおいて、冷凍用凝縮器（２２０）とランキン用凝縮器（３４０）との間に配管を配設すること、あるいは送風空気の流れ方向の上流側から下流側に向けて配管を配設することが無くなるので、両凝縮器（２２０、３４０）間の寸法を悪化させてしまうこと、あるいは冷凍用凝縮器（２２０）の前面面積を小さくせざるを得なくなるということを防止できる。更に、ランキン用凝縮器（３４０）への配管の接続を容易にすることができる。
【００３７】
尚、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】
【００３８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示し、まず、具体的な構成について説明する。図１は廃熱利用装置を備える冷凍装置（以下、冷凍装置）１００Ａのシステム全体を示す模式図、図２は車両への冷凍用凝縮器（以下、ＡＣ凝縮器）２２０、ランキン用凝縮器（以下、ＲＡ凝縮器）３４０、ラジエータ２１の搭載状態を示す側面図、図３はＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０のそれぞれの冷媒の入口部２２０ａ、３４０ａ、出口部２２０ｂ、３４０ｂを示す斜視図、図４はＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ２１のそれぞれの冷媒、冷却水の入口部２２０ａ、３４０ａ、２１ａ、出口部２２０ｂ、３４０ｂ、２１ｂとの配管接続方向を示す斜視図、図５は電動ファン２６０の冷媒圧力に対する作動モードを示す制御特性図、図６は冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００の同時運転を実行する場合の制御方法を示すフローチャート１である。
【００３９】
図１に示すように、第１実施形態における冷凍装置１００Ａ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１００Ａ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の作動が通電制御回路５０によって制御されるようになっている。
【００４０】
エンジン１０は、水冷式の内燃機関（本発明における熱機関に対応）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。
【００４１】
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、電動式のポンプ、あるいは機械式のポンプのどちらでも良い。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、後述するランキンサイクル３００の加熱器３２０が配設されており、冷却水がこの加熱器３２０内を流通するようになっている。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なっている。
【００４２】
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なっている。ヒータコア３１は、空調ユニット４００の空調ケース４１０内に配設されており、送風機４２０によって送風される空調空気を温水との熱交換により加熱する。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可変される。
【００４３】
冷凍サイクル２００は、圧縮機２１０、ＡＣ凝縮器２２０、受液器２３０、膨張弁２４０、蒸発器２５０を有しており、これらが環状に接続されて閉回路を形成している。圧縮機２１０は、冷凍サイクル２００内の冷媒（本発明における冷凍用冷媒に対応し、以下、ＡＣ冷媒と呼ぶ）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なっている。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。プーリ２１１には、圧縮機２１０とプーリ２１１との間を断続する図示しない電磁クラッチが設けられている。電磁クラッチの断続は、後述する通電制御回路５０によって制御される。ＡＣ冷媒は圧縮機２１０の駆動によって冷凍サイクル２００内を循環する。
【００４４】
ＡＣ凝縮器２２０は、圧縮機２１０の吐出側に接続され、冷却空気（本発明における外部空気に対応）との熱交換によって内部を流通するＡＣ冷媒を凝縮液化する熱交換器である。受液器２３０は、ＡＣ凝縮器２２０で凝縮されたＡＣ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ＡＣ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ＡＣ冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、ＡＣ冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、蒸発器２５０から圧縮機２１０に吸入されるＡＣ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。
【００４５】
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ＡＣ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。蒸発器２５０によって冷却された空調空気とヒータコア３１によって加熱された空調空気は、エアミックスドア４３０の開度に応じて混合比率が可変され、乗員の設定する温度に調節される。
【００４６】
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）を回収すると共に、この廃熱エネルギーを機械的エネルギー（膨張機３３０の駆動力）、更には電気エネルギー（発電機３３１の発電量）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。
【００４７】
ランキンサイクル３００は、ポンプ３１０、加熱器３２０、膨張機３３０、凝縮器３４０、受液器３５０を有しており、これらが環状に接続されて閉回路を形成している。
【００４８】
ポンプ３１０は、後述する通電制御回路５０によって作動される電動機３１１を駆動源として、ランキンサイクル３００内の冷媒（本発明におけるランキン用冷媒に対応し、以下、ＲＡ冷媒と呼ぶ）を循環させる電動式のポンプである。ＲＡ冷媒は、ここでは上記ＡＣ冷媒と同一のものとしている。加熱器３２０は、ポンプ３１０から送られるＲＡ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ＲＡ冷媒を加熱する熱交換器である。
【００４９】
膨張機３３０は、加熱器３２０で加熱された過熱蒸気ＲＡ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の駆動軸には発電機３３１が接続されている。そして、後述するように膨張機３３０の駆動力によって発電機３３１が作動され、発電機３３１によって発電される電力は、後述する通電制御回路５０を成すインバータ５１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３３０から流出されるＲＡ冷媒は、ＲＡ凝縮器３４０に至る。
【００５０】
ＲＡ凝縮器３４０は、膨張機３３０の吐出側に接続され、冷却空気（本発明における外部空気に対応）との熱交換によってＲＡ冷媒を凝縮液化する熱交換器である。受液器３５０は、ＲＡ凝縮器３４０で凝縮されたＲＡ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ＲＡ冷媒のみをポンプ３１０側に流出させる。
【００５１】
ランキンサイクル３００のポンプ３１０の吐出側（下流側）から膨張機３３０の流入側（上流側）に至る高圧側領域には、ＲＡ冷媒の圧力（高圧側圧力ＰＨｒ）を検出する圧力センサ（本発明における高圧側圧力検出手段に対応）３０１が設けられている。ここでは、圧力センサ３０１は高圧側領域のうち、加熱器３２０と膨張機３３０との間に設けられている。また、膨張機３３０の吐出側（下流側）からポンプ３１０の吸入側（上流側）に至る低圧側領域には、ＲＡ冷媒の圧力（低圧側圧力ＰＬｒ）を検出する圧力センサ（本発明における低圧側圧力検出手段に対応）３０２が設けられている。ここでは、圧力センサ３０２は低圧側領域のうち、膨張機３３０とＲＡ凝縮器３４０との間に設けられている。両圧力センサ３０１、３０２によって検出される圧力信号は、後述する通電制御回路５０に出力されるようになっている。
【００５２】
図２に示すように、冷凍サイクル２００におけるＡＣ凝縮器２２０、ランキンサイクル３００におけるＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ回路２０におけるラジエータ２１は、車両グリルの後方、つまり、エンジンルーム内の前方側に配設されている。車両走行時にはグリルから冷却空気（外部空気）がエンジンルーム内に流入するが、ＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ２１は、この冷却空気の流れ方向に対して上流側から下流側に向けてＡＣ凝縮器２２０→ＲＡ凝縮器３４０→ラジエータ２１の順に直列配置されて搭載されている。以下、車両の前後方向位置に合わせて、冷却空気の流れ方向の上流側を前側、下流側を後側と呼ぶ。
【００５３】
また、図３に示すように、ＡＣ凝縮器２２０に対するＡＣ冷媒の入口部２２０ａ、出口部２２０ｂは共に水平方向の一端側（車両搭載時の右側）に設けられており、入口部２２０ａは上側（車両搭載時の右上側）、出口部２２０ｂは下側（車両搭載時の右下側）に配置されている。そして、ＲＡ凝縮器３４０に対するＲＡ冷媒の入口部３４０ａ、出口部３４０ｂは上記ＡＣ凝縮器２２０の入口部２２０ａ、出口部２２０ｂと同一領域となるようにしている。つまり、ＡＣ凝縮器２２０の入口部２２０ａの位置とＲＡ凝縮器３４０の入口部３４０ａの位置は、それぞれ車両搭載時の右上側となっており、また、ＡＣ凝縮器２２０の出口部２２０ｂの位置とＲＡ凝縮器３４０の出口部３４０ｂの位置は車両搭載時の右下側となっている。
【００５４】
更に、図４に示すように、ＡＣ凝縮器２２０の入口部２２０ａ、出口部２２０ｂは前側（グリル側）に向けて開口されており、冷媒配管は前側から後側に向けて接続されるようになっている。また、ＲＡ凝縮器３４０の入口部３４０ａ、出口部３４０ｂは冷却空気流れ方向に直交する方向（車両幅方向のうち右側）に向けて開口されており、冷媒配管は幅方向の右側から左側に向けて接続されるようになっている。また、ラジエータ２１の冷却水の入口部２１ａ、出口部２１ｂは後側（エンジン１０側）に向けて開口されており、冷却水配管は、後側から前側に向けて接続されるようになっている。
【００５５】
エンジンルーム内で直列に配置されたＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ２１のうち、ラジエータ２１の後側には駆動源としての電動機によって軸流式の送風ファンが回転駆動される電動ファン２６０が設けられている（図１）。電動ファン２６０は、送風ファンを回転駆動することにより、ＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ２１に対して前側から後側に冷却空気を強制的に供給するいわゆる吸込み式の送風手段であり、車両グリルからの冷却空気の流入量が期待できない場合（アイドリング時や低速登坂時等）で、ＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０、ラジエータ２１の放熱能力が充分に引き出せない場合に、冷却空気の供給を促進するように作動する。
【００５６】
具体的には、図５に示すように、電動ファン２６０は、後述する通電制御回路５０によって作動制御され、冷凍サイクル２００の高圧側のＡＣ冷媒圧力がα以下（あるいは冷却水温度が所定温度以下）の場合にＬｏモードで作動され、更に高圧側ＡＣ冷媒圧力がα＋β以上（あるいは冷却水温度が所定温度＋γ以上）の場合にＨｉモードで作動されるようになっている。
【００５７】
通電制御回路５０は、上記冷凍サイクル２００、およびランキンサイクル３００内の各種機器の作動を制御するための制御手段であり、インバータ５１と制御機器５２とを有している。
【００５８】
インバータ５１は、膨張機３３０に接続された発電機３３１の作動を制御するものであり、発電機３３１が膨張機３３０の駆動力によって作動される時に、発電される電力をバッテリ４０に充電する。
【００５９】
また、制御機器５２は、上記インバータ５１の作動を制御すると共に、圧力センサ３０１、３０２からの検出信号を取得して、冷凍サイクル２００およびランキンサイクル３００を作動させる際に電磁クラッチ、電動ファン２６０、ポンプ３１０の電動機３１１等を併せて制御するものである。
【００６０】
次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について説明する。
【００６１】
１．冷凍サイクル単独運転
エンジン１０始動直後の暖機中等で廃熱が得られない場合で、エアコン要求がある時は、通電制御回路５０は、ポンプ３１０の電動機３１１を停止（膨張機３２０は停止）させ、電磁クラッチを接続し、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。
【００６２】
２．ランキンサイクル単独運転
エアコン要求が無く、エンジン１０の廃熱が充分ある時は、通電制御回路５０は、電磁クラッチを切断（圧縮機２１０は停止）し、電動機３１１（ポンプ３１０）を作動させ、ランキンサイクル３００を単独運転させて発電を行う。
【００６３】
この場合は、ポンプ３１０によって受液器３５０内のＲＡ液冷媒が昇圧されて加熱器３２０に送られ、加熱器３２０においてＲＡ液冷媒は高温のエンジン冷却水によって加熱され、ＲＡ過熱蒸気冷媒となって膨張機３３０に送られる。膨張機３３０においてＲＡ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３３０で取り出された回転駆動力によって発電機３３１が作動され、発電機３３１は発電する。そして、発電機３３１によって得られた電力は、インバータ５１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。膨張機３３０で減圧されたＲＡ冷媒はＲＡ凝縮器３４０で凝縮され、受液器３５０で気液分離され、再びポンプ３１０へ吸引される。
【００６４】
３．冷凍サイクル、ランキンサイクル同時運転
エアコン要求があり、且つ廃熱が充分にある時は、通電制御回路５０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。
【００６５】
この場合は、電磁クラッチを接続し、電動機３１１（ポンプ３１０）を作動させる。ＡＣ冷媒、ＲＡ冷媒は、それぞれ冷凍サイクル２００、ランキンサイクル３００内を循環する。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。
【００６６】
ここで、上記の冷凍サイクル、ランキンサイクル同時運転においては、ＲＡ凝縮器３４０がＡＣ凝縮器２２０の後側に配置されていることから、ＡＣ凝縮器２２０には外気温度の冷却空気が流入するが、ＲＡ凝縮器３４０にはＡＣ凝縮器２２０で熱交換されて温度上昇した冷却空気が流入することになる。従って、ＲＡ凝縮器３４０においては、純粋に外気温度の冷却空気（熱交換を受けていない外部空気）を流入させた場合に比べて放熱能力が低下し、これに伴って、ランキンサイクル３００の低圧側圧力ＰＬｒが上昇することになる。低圧側圧力ＰＬｒが上昇すると膨張機３３０におけるＲＡ冷媒の膨張機差圧ΔＰが小さくなり、回生し得る駆動力が低下し、発電量が低下してしまう。更にはランキンサイクル３００の作動が不安定なものになってしまう。よって、ここではその発電量低下を抑制しつつ、ランキンサイクル３００の不安定作動を抑制するために、通電制御回路５０は、図６に示す制御フローチャート１に基づいて、差圧低下抑制制御を実行する。
【００６７】
即ち、通電制御回路５０は、まず、ステップＳ１００で冷凍サイクル、ランキン同時運転を実行すると、ステップＳ１１０で圧力センサ３０１、３０２によって検出された高圧側圧力ＰＨｒ、低圧側圧力ＰＬｒを読込む。そして、ステップｓ１２０で高圧側圧力ＰＨｒから低圧側圧力ＰＬｒを差し引くことで、膨張機差圧ΔＰを算出する。
【００６８】
次に、ステップＳ１３０で、上記ステップＳ１２０において算出した膨張機差圧ΔＰが予め定めた所定差圧（本発明における所定値に対応）ΔＰａよりも小さいか否かを判定する。ここで、所定差圧ΔＰａというのは、膨張機３３０が過膨張作動となることを許容しつつも、ランキンサイクル３００として安定した作動を可能とする下限側の差圧として定めたものである。
【００６９】
例えば、本実施形態の膨張機３３０を、高圧側圧力ＰＨｒ＝２．３Ｍｐａ、膨張比＝２．０の設定で適正膨張作動させたいとすると、低圧側圧力ＰＬｒとしては１．１５Ｍｐａの設定が必要となり、適正膨張作動をさせるための適正膨張機差圧ΔＰｏは、１．１５Ｍｐａとなる。膨張機差圧ΔＰが適正膨張機差圧ΔＰｏよりも小さいと膨張機３３０は過膨張作動となる。そして、膨張機差圧ΔＰが小さくなっていくほど、ランキンサイクル３００の作動が不安定なものとなってしまう。また、膨張機差圧ΔＰが適正膨張機差圧ΔＰｏよりも大きいと膨張機３３０は不足膨張作動となる。よって、所定差圧ΔＰａとしては、ランキンサイクル３００の不安定作動を伴わない、最小限の膨張機差圧ΔＰとして設定したものとしており、上記の条件下では、例えば所定差圧ΔＰａ＝０．８Ｍｐａ（適正膨張差圧ΔＰｏの７０％レベル）と設定している。
【００７０】
ステップＳ１３０で、膨張機差圧ΔＰが所定差圧ΔＰａよりも小さいと判定すると、ステップＳ１４０で、現在の膨張機３３０の膨張機回転数は、作動し得る最小回転数か否かを判定する。膨張機回転数は、発電機３３１の回転数に等しく、インバータ５１によって検出される。
【００７１】
ステップＳ１４０で膨張機回転数が最小回転数でないと判定すれば、膨張機３３０の回転数低下が可能であり、通電制御回路５０は、膨張機３３０の回転数を所定量だけ低下させる。膨張機３３０の回転数の低下に当たっては、インバータ５１から発電中の発電機３３１に電流を供給することで、ブレーキ作用を与えることで対応する。
【００７２】
ステップＳ１５０で、膨張機回転数が低下されると、膨張機３３０におけるＲＡ冷媒に対する抵抗作用が高まって低圧側圧力ＰＬｒが低下し、膨張機差圧ΔＰが大きくなる。よって、上記ステップＳ１１０〜ステップ１５０を繰り返すことで、膨張機差圧ΔＰが所定差圧ΔＰａ以上となるように制御される。
【００７３】
尚、ステップＳ１４０で否、即ち膨張機回転数は、すでに最小回転数であると判定すると、上記のように膨張機差圧ΔＰを所定差圧ΔＰａ以上に制御することができないので、この場合は、ステップＳ１６０にて安全策としてランキンサイクル３００を停止させる。また、ステップＳ１３０で否、即ち、膨張機差圧ΔＰが所定差圧ΔＰａより大きい場合は、膨張機３３０の回転数制御は不要であり、ステップＳ１００に戻るようにしている。
【００７４】
以上のように、本実施形態では、冷凍サイクル２００、ランキンサイクル３００にそれぞれ専用のＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０を設定して、ＡＣ凝縮器２２０をＲＡ凝縮器３４０の前側（冷却空気流れの上流側）に配置するようにしているので、ランキンサイクル３００の作動の有無に関らず、ＡＣ凝縮器２２０には常に外気温度に等しい外部流体を流入させることができ、冷凍サイクル２００の作動において、圧縮機２１０の動力悪化に伴う信頼性の低下や、成績係数の低下に伴う冷凍能力の低下を招くことがない。
【００７５】
また、ランキンサイクル３００の単独運転時において、各サイクル２００、３００は、それぞれ独立した冷媒回路を形成していることから、ランキンサイクル３００側から冷凍サイクル２００側に冷媒、および潤滑油が溜まり込むことも無く、本来のランキンサイクル３００の能力を充分発揮できると共に、膨張機３３０やポンプ３１０の信頼性を確実に確保することができる。
【００７６】
総じて、両サイクル２００、３００に対して、信頼性を確保すると共に、充分な性能を発揮できる冷凍装置１００Ａとすることができる。
【００７７】
また、冷凍サイクル、ランキンサイクル同時運転時において、膨張機圧力差ΔＰが所定差圧ΔＰａ以上となるように、膨張機回転数を低下させるようにしているので、充分な膨張機差圧ΔＰを確保して、不安定なランキンサイクル３００の作動を防止すると共に、膨張機３３０による充分な発電量を得ることができる。
【００７８】
また、膨張機差圧ΔＰの算出にあたって、２つの圧力センサ３０１、３０２から検出される圧力値を用いるようにしているので、容易且つ確実な対応が可能となる。
【００７９】
また、ＡＣ凝縮器２２０の入口部２２０ａ、出口部２２０ｂの位置を、冷却空気の流れ方向から見て、ＲＡ凝縮器３４０の入口部３４０ａ、出口部３４０ｂの位置とそれぞれ同一領域となるようにしているので、ＡＣ凝縮器２２０内におけるＡＣ冷媒の流入部領域および流出部領域を、ＲＡ凝縮器３４０内におけるＲＡ冷媒の流入部領域および流出部領域とそれぞれ同じ位置関係にすることができる。そして、ＡＣ凝縮器２２０を通過した後の冷却空気の温度上昇分は、ＡＣ冷媒の流入部側が高く、流出部側に向かうに従って低くなる。また、ＲＡ凝縮器３４０内のＲＡ冷媒の温度は当然のことながら熱交換によって流入部側から流出部側に向けて低くなる。よって、ＲＡ凝縮器３４０に流入する冷却空気とＲＡ冷媒との温度分布が同一傾向となる位置関係とすることができるので、冷却空気とＲＡ冷媒との温度差を全体的に均一にすることができ、ＲＡ凝縮器３４０における効果的な放熱が可能となる。
【００８０】
また、ＡＣ凝縮器２２０における入口部２２０ａ、出口部２２０ｂが、前側に向けて開口するようにしているので、ＡＣ凝縮器２２０へのＡＣ冷媒の配管の取り回しにおいて、ＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０との間に配管を配設する必要が無く、両凝縮器２２０、３４０間の寸法を悪化させることが無い。また、ＡＣ凝縮器２２０への配管の接続を容易にすることができる。
【００８１】
また、ＲＡ凝縮器３４０における入口部３４０ａ、出口部３４０ｂが冷却空気の流れ方向に直交する方向に開口するようにしているので、ＲＡ凝縮器３４０へのＲＡ冷媒の配管の取り回しにおいて、ＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０との間に配管を配設すること、あるいは前側から後側に向けて配管を配設することが無くなるので、両凝縮器２２０、３４０間の寸法を悪化させてしまうこと、あるいはＡＣ凝縮器２２０の前面面積を小さくせざるを得なくなるということを防止できる。更に、ＲＡ凝縮器３４０への配管の接続を容易にすることができる。
【００８２】
尚、図６で示したフローチャート１による差圧低下抑制制御においては、膨張機差圧ΔＰが所定差圧ΔＰａ以上となるように膨張機回転数を制御した後に、更に、膨張機差圧ΔＰが適正膨張機差圧ΔＰｏとなるように膨張機回転数を制御していくと良く、常に最適な発電量を得ることができる。
【００８３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７、図８に示す。第２実施形態は上記第１実施形態に対して、膨張機差圧ΔＰの算出方法を変更したものである。
【００８４】
第２実施形態の冷凍装置１００Ｂは、基本的な構成は第１実施形態の冷凍装置１００Ａと同じであるが、図７に示すように、圧力センサ３０２を廃止すると共に、ＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０との間を通過する冷却空気の温度（通過空気温度Ｔａｓ）を検出する温度センサ（本発明における通過空気温度検出手段）１０１を設けている。温度センサ１０１によって検出される温度信号（通過空気温度Ｔａｓ）は、通電制御回路５０に出力されるようになっている。
【００８５】
また、差圧低下抑制制御を実行するためのフローチャート２は、図８に示すように、第１実施形態で説明した図６のフローチャート１に対してステップＳ１１０、Ｓ１２０をそれぞれステップＳ１１１、Ｓ１２１に変更すると共に、ステップＳ１１１とステップＳ１２１との間にステップＳ１１５を追加している。
【００８６】
次に、フローチャート２に基づく差圧低下抑制制御について説明する。即ち、通電制御回路５０は、ステップＳ１００で冷凍サイクル、ランキン同時運転を実行すると、ステップＳ１１１で圧力センサ３０１によって検出された高圧側圧力ＰＨｒ、温度センサ１０１によって検出された通過空気温度Ｔａｓを読込む。
【００８７】
そして、ステップＳ１１５で低圧側圧力ＰＬｒを算出する。以下、その算出要領を説明する。ステップＳ１１５は低圧側圧力ＰＬｒを算出する算出手段である。
【００８８】
まず、加熱器２２０が冷却水から吸熱する吸熱量Ｑｉｒを推定する。ここで、加熱器２２０の温度効率をΦｈ、冷却水の比熱をＣｗ、冷却水の重量流量をＧｗ、冷却水の温度をＴｗ、加熱器２２０におけるＲＡ冷媒温度をＴＨｒとすると、
Ｑｉｒ＝Φｈ・Ｃｗ・Ｇｗ・（Ｔｗ−ＴＨｒ）
で表すことができる。
【００８９】
次に、ランキンサイクル３００において、加熱器３２０での吸熱量ＱｉｒにバランスするＲＡ凝縮器３４０での放熱量をＱｏｒとすると、
Ｑｏｒ＝Ａ・Ｑｉｒ
として推定することができる。但し、Ａは、膨張機３３０の駆動力に相当する係数である。例えばＡ＝０．９である。
【００９０】
次に、ＲＡ凝縮器３４０の温度効率をΦｃｒ、冷却空気の比熱をＣａ、冷却空気の重量流量をＧａ、ＲＡ凝縮器３４０におけるＲＡ冷媒の温度をＴＬｒ、ＲＡ凝縮器３４０に流入する冷却空気の温度、即ち通過空気温度をＴａｓとすると、
Ｑｏｒ＝Φｃｒ・Ｃａ・Ｇａ・（ＴＬｒ−Ｔａｓ）
で表すことができる。よって、
（数１）
Ａ・Φｈ・Ｃｗ・Ｇｗ・（Ｔｗ−ＴＨｒ）＝Φｃｒ・Ｃａ・Ｇａ・（ＴＬｒ−Ｔａｓ）
となる。
【００９１】
温度効率をΦｈは、設定される加熱器２２０の仕様に応じて決定される。冷却水比熱Ｃｗは、冷却水の物性値として決定される。冷却水重量流量Ｇｗは、温水ポンプ２２の回転数から推定できる。冷却水温度Ｔｗは、エンジン制御に係る冷却水温度データを用いることができる。ＲＡ冷媒温度ＴＨｒは、ステップＳ１１１で読込んだ高圧側圧力値（ＰＨｒ）から推定することができる。
【００９２】
また、温度効率をΦｃｒは、設定されるＲＡ凝縮器３４０の仕様によって決定される。冷却空気比熱Ｃａは、空気の物性値として決定される。冷却空気重量流量Ｇａは、車速と電動ファン２６０の作動状態とから推定できる。通過空気温度Ｔａｓは、ステップＳ１１１で読込んだ値を用いる。
【００９３】
よって、数式１と上記条件からＲＡ冷媒温度ＴＬｒを算出することができ、更に、このＲＡ冷媒温度ＴＬｒからＲＡ凝縮器３４０における低圧側圧力ＰＬｒを算出することができる。
【００９４】
そして、ステップＳ１２１で、ステップＳ１１１で読込んだ高圧側圧力ＰＨｒと、ステップＳ１１５で算出した低圧側圧力ＰＬｒとの差から膨張機差圧ΔＰを算出する。
【００９５】
以下、ステップＳ１３０〜ステップＳ１６０を行うことで、第１実施形態と同様の差圧低下抑制制御を実行することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
本第２実施形態では、ステップＳ１１５の低圧側圧力算出手段を設けることで、圧力センサ３０２を温度センサ１０１に代えて、膨張機差圧ΔＰを算出可能としている。
【００９７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９、図１０に示す。第２実施形態は上記第１実施形態に対して、第２実施形態と同様に膨張機差圧ΔＰの算出方法を変更したものである。
【００９８】
第３実施形態の冷凍装置１００Ｃは、基本的な構成は第１実施形態の冷凍装置１００Ａと同じであるが、図９に示すように、圧力センサ３０２を廃止すると共に、ＡＣ凝縮器２２０に流入する冷却空気の温度（流入空気温度Ｔａ）を検出する温度センサ（本発明における流入空気温度検出手段）１０２を設けている。温度センサ１０２によって検出される温度信号（流入空気温度Ｔａ）は、通電制御回路５０に出力されるようになっている。
【００９９】
また、差圧低下抑制制御を実行するためのフローチャート３は、図１０に示すように、第１実施形態で説明した図６のフローチャート１に対してステップＳ１１０、Ｓ１２０をそれぞれステップＳ１１２、Ｓ１２２に変更すると共に、ステップＳ１１２とステップＳ１２２との間にステップＳ１１６を追加している。
【０１００】
次に、フローチャート３に基づく差圧低下抑制制御について説明する。即ち、通電制御回路５０は、ステップＳ１００で冷凍サイクル、ランキン同時運転を実行すると、ステップＳ１１２で圧力センサ３０１によって検出された高圧側圧力ＰＨｒ、温度センサ１０２によって検出された流入空気温度Ｔａを読込む。
【０１０１】
そして、ステップＳ１１６で低圧側圧力ＰＬｒを算出する。以下、その算出要領を説明する。ステップＳ１１６は低圧側圧力ＰＬｒを算出する算出手段である。
【０１０２】
まず、冷凍サイクル２００において、必要冷房能力、つまり蒸発器２５０での吸熱量ＱｉａにバランスするＡＣ凝縮器２２０での放熱量をＱｏａとすると、
Ｂ・Ｑｏａ＝Ｑｉａ
として推定することができる。但し、Ｂは、圧縮機２１０の駆動力に相当する係数である。例えばＢ＝０．７である。
【０１０３】
次に、ＡＣ凝縮器２２０の温度効率をΦｃａ、冷却空気の比熱をＣａ、冷却空気の重量流量をＧａ、ＡＣ凝縮器２２０を通過した後の冷却空気の通過空気温度をＴａｓとし、ＡＣ凝縮器２２０への流入空気温度がＴａであることから、
Ｑｏａ＝Φｃａ・Ｃａ・Ｇａ・（Ｔａｓ−Ｔａ）
で表すことができる。よって、
（数２）
Ｂ・Φｃａ・Ｃａ・Ｇａ・（Ｔａｓ−Ｔａ）＝Ｑｉａ
となる。
【０１０４】
温度効率Φｃａは、設定されるＡＣ凝縮器２２０の仕様によって決定される。冷却空気比熱Ｃａは、空気の物性値として決定される。冷却空気重量流量Ｇａは、車速と電動ファン２６０の作動状態とから推定できる。流入空気温度Ｔａは、ステップＳ１１２で読込んだ値を用いる。吸熱量Ｑｉａは、環境条件および乗員の設定温度から算出される。
【０１０５】
よって、数式２と上記条件から通過空気温度Ｔａｓを算出することができる。
【０１０６】
以下、上記で算出した通過空気温度Ｔａｓを用いて、第２実施形態のステップＳ１１５と同一の演算を行うことで、低圧側圧力ＰＬｒを算出することができる。
【０１０７】
そして、ステップＳ１２２で、ステップＳ１１２で読込んだ高圧側圧力ＰＨｒと、ステップＳ１１６で算出した低圧側圧力ＰＬｒとの差から膨張機差圧ΔＰを算出する。
【０１０８】
以下、ステップＳ１３０〜ステップＳ１６０を行うことで、第１実施形態と同様の差圧低下抑制制御を実行することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
本第３実施形態では、ステップＳ１１６の低圧側圧力算出手段を設けることで、圧力センサ３０２を温度センサ１０２に代えて、膨張機差圧ΔＰを算出可能としている。
【０１１０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１１に示す。第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態に対してＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０に導入流路部としてのダクト１０３と、開口調整部としてのガイド１０４とを設けたものとしている。
【０１１１】
ダクト１０３は、ＲＡ凝縮器３４０の車両幅方向における両端部側に設けられた導風用板部材であり、ＲＡ凝縮器３４０の両端部からＡＣ凝縮器２２０の前側に向けてそれぞれ拡がるように形成されている。ダクト１０３は、図１１中の破線矢印のように、冷却空気がＡＣ凝縮器２２０の前側からＡＣ凝縮器２２０を通過せずに、両端部側のＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０との間を通るようにして、冷却空気をＲＡ凝縮器３４０に導入させるように形成されている。
【０１１２】
また、ガイド１０４は、ＡＣ凝縮器２２０の車両幅方向における両端部側に設けられて、それぞれの端部を中心にして、通電制御回路５０によって車両幅方向に回動される板状部材として形成されている。ガイド１０４は、図１１中の実線で示されるように、車両幅方向の外側に向けて回動されると、ＡＣ凝縮器２２０への開口面積を拡大してＡＣ凝縮器２２０への冷却空気の流入量を増加させる。一方、ガイド１０４は、図１１中の破線で示されるように、車両幅方向の内側に向けて回動されると、ダクト１０３によって形成される流路、即ちＡＣ凝縮器２２０とＲＡ凝縮器３４０との間に向かう流路の開口面積を拡大してＲＡ凝縮器３４０への冷却空気の流入量を増加させる。
【０１１３】
このように形成された第４実施形態においては、ガイド１０４の回動位置は、ＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０の必要放熱量に応じて、通電制御回路５０によって制御される。つまり、冷凍サイクル単独運転においては、ガイド１０４は、ＡＣ凝縮器２２０の必要放熱量に応じて回動制御される。ガイド１０４を車両幅方向の外側に向けて回動することで、ＡＣ凝縮器２２０への冷却空気の流入量を増加させて、ＡＣ凝縮器２２０の放熱性能を向上することができる。この時、ガイド１０４によって、一旦ＡＣ凝縮器２２０を通過した冷却空気が回り込んで、再びＡＣ凝縮器２２０に流入しないようにすることができる。
【０１１４】
また、ランキンサイクル単独運転においては、ガイド１０４は、ＲＡ凝縮器３４０の必要放熱量に応じて回動制御される。ガイド１０４を車両幅方向の内側に向けて回動することで、ＡＣ凝縮器２２０の抵抗を受けずにＲＡ凝縮器３４０へ流入する冷却空気の流入量を増加させて、ＲＡ凝縮器３４０の放熱性能を向上することができる。
【０１１５】
更に、冷凍サイクル、ランキンサイクル同時運転においては、ガイド１０４は、両凝縮器２２０、３４０の必要放熱量に応じて回動制御される。この場合では、ガイド１０４を車両幅方向の内側に回動させて、ＲＡ凝縮器３４０へ外気温度と同一の冷却空気を流入させることで、ＲＡ凝縮器３４０における放熱性能を向上させることができる。
【０１１６】
このように、ＡＣ凝縮器２２０およびＲＡ凝縮器３４０の必要放熱量に応じて、それぞれの凝縮器２２０、３４０への冷却空気の流入量を調整することで、それぞれの凝縮器２２０、３４０での効果的な放熱が可能となる。
【０１１７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１２、図１３に示す。第５実施形態は、ＡＣ凝縮器２２０の前面面積を、ＲＡ凝縮器３４０の前面面積よりも小さくなるように設定して、両凝縮器２２０、３４０が互いに重ならない領域（図１２、図１３中のＡ領域）を形成するようにしたものである。
【０１１８】
ここでは、ＡＣ凝縮器２２０の上下方向寸法をＲＡ凝縮器３４０の上下方向寸法よりも小さくすることで、ＡＣ凝縮器２２０の下側において、両凝縮器２２０、３４０が重ならない領域を形成している。
【０１１９】
ＡＣ凝縮器２２０の上下方向寸法を単純に小さくすると、ＡＣ凝縮器２２０の放熱能力が小さくなってしまうため、ここでは、図１３に示すように、熱交換部の厚み寸法Ｄ（冷却空気の流れ方向寸法）をＲＡ凝縮器３４０の熱交換部の厚み寸法よりも大きく設定することで、放熱能力を確保するようにしている。
【０１２０】
これにより、ＡＣ凝縮器２２０で熱交換を受けない外気温度に等しい冷却空気を直接ＲＡ凝縮器３４０に流入させることができ、ＲＡ凝縮器３４０での放熱能力を向上させることができる。
【０１２１】
ここでは、ＡＣ凝縮器２２０の前面面積を小さくする分、熱交換部の厚み寸法Ｄを大きくすることで放熱能力を稼ぎ、ＡＣ凝縮器２２０の前面面積の縮小化を容易としている。
【０１２２】
（その他の実施形態）
ランキンサイクル３００における圧力センサ３０１、３０２の設定位置は、上記第１実施形態で説明した位置に限定されるものでは無い。圧力センサ３０１については、高圧側領域であれば良く、ポンプ３１０と加熱器３２０との間に設けるようにしても良い。また、圧力センサ３０２については、低圧側領域であれば良く、ＲＡ凝縮器３４０とポンプ３１０との間に設けるようにしても良い。
【０１２３】
また、ＡＣ凝縮器２２０、ＲＡ凝縮器３４０のそれぞれの入口部２２０ａ、３４０ａ、出口部２２０ｂ、３４０ｂの設定位置、および開口方向は、上記各実施形態の内容に限定されるものではなく、他の位置、方向としても良い。
【０１２４】
また、冷凍サイクル２００における圧縮機２１０は、エンジン１０によって駆動されるエンジン駆動圧縮機に限らず、電動機によって駆動される電動圧縮機、あるいはエンジンおよび電動機によって駆動されるハイブリッド圧縮機としても良い。
【０１２５】
また、ランキンサイクル３００において、ポンプ３１０は電動機３１１によって駆動されるものとし、膨張機３３０に発電機３３１が接続されるものとしたが、電動機３１１を廃止すると共に、発電機３３１を電動機と発電機との両機能を備える電動発電機として、この電動発電機にポンプ３１０、および膨張機３３０が接続されるものとしても良い。
【０１２６】
この場合、ランキンサイクル３００を運転する際には、まず、電動発電機を電動機として作動させ、ポンプ３１０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３３０での駆動力がポンプ３１０の動力を上回ったら、電動発電機を発電機として作動させ、発電を行う。
【０１２７】
これにより、ポンプ３１０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３１１）を無くすことができ、構成を簡素化できると共に、ポンプ３１０駆動用のエネルギーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】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システム全体を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における車両への冷凍用凝縮器、ランキン用凝縮器、ラジエータの搭載状態を示す側面図である。
【図３】第１実施形態における冷凍用凝縮器とランキン用凝縮器のそれぞれの冷媒の入口部、出口部を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態における冷凍用凝縮器、ランキン用凝縮器、ラジエータのそれぞれの冷媒、冷却水の入口部、出口部との配管接続方向を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態における電動ファンの冷媒圧力に対する作動モードを示す制御特性図である。
【図６】第１実施形態における冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転を実行する場合の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】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システム全体を示す模式図である。
【図８】第２実施形態における冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転を実行する場合の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】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システム全体を示す模式図である。
【図１０】第３実施形態における冷凍サイクルとランキンサイクルの同時運転を実行する場合の制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】第４実施形態におけるダクト、ガイドを示す平面図である。
【図１２】第５実施形態における冷凍用凝縮器およびランキン用凝縮器を示す斜視図である。
【図１３】第５実施形態における冷凍用凝縮器およびランキン用凝縮器を示す補足説明用の斜視図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０  エンジン（熱機関）
５０  通電制御回路（制御手段）
１００Ａ〜１００Ｃ  廃熱利用装置を備える冷凍装置
１０１  温度センサ（通過空気温度検出手段）
１０２  温度センサ（流入空気温度検出手段）
１０３  ダクト（導入流路部）
１０４  ガイド（開口調整部）
２００  冷凍サイクル
２１０  圧縮機
２２０  冷凍用凝縮器
２４０  膨張弁
２５０  蒸発器
３００  ランキンサイクル
３０１  圧力センサ（高圧側圧力検出手段）
３０２  圧力センサ（低圧側圧力検出手段）
３１０  ポンプ
３２０  加熱器
３３０  膨張機
３４０  ランキン用凝縮器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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