(57)【要約】【課題】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。【解決手段】冷凍サイクル２００とランキンサイクル３００とで凝縮器２２０を共用し両サイクル２００、３００が同時稼動可能に構成されたものにおいて、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から、圧縮機２１０吐出口への冷媒の流れを遮断可能な弁機構５０を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【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、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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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】
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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全体構成を示す模式図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【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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