(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車および、内燃機関を用いた装置の排熱を活用した省エネルギーな複合発電冷房装置を提供する。【解決手段】内燃機関３０の冷却により高温となった冷却水は、循環ポンプ２３，２４により熱交換器７に流入し、第１サイクルの冷媒を昇温する。熱交換により高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は、第２熱交換器３において第２サイクルの冷媒と熱交換した後に膨張機１で発電を行い、低圧、低温となり、凝縮器４において第２サイクルの冷媒と熱交換し降温し、第２凝縮器３２を経て冷媒ポンプ６に送られて熱交換器７に戻る。第１サイクルの冷媒により第２熱交換器３において昇温された第２サイクルの冷媒は、第２凝縮器３２において第１サイクルの冷媒との熱交換により凝縮し、第２サイクルの膨張弁２より低圧、低温となり室内熱交換器５において冷房を行い、凝縮器で第１サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒ポンプ１６に送られて第２熱交換器３に戻る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電、冷房停止のときは、内燃機関から内燃機関冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に冷却水配管で接続され、排気ガス熱交換器から排気ガス冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に排気ガス冷却水配管接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁と第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
内燃機関の排熱により内燃機関から内燃機関冷却水配管を通って流入した高温の冷却水及び、排気ガス熱交換器より排気ガス冷却水配管を通って流入した高温の冷却水との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させる事ができることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項２】
発電、冷房のときは、内燃機関から内燃機関冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に冷却水配管で接続され、排気ガス熱交換器から排気ガス冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に排気ガス冷却水配管接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁、室内熱交換器、三方流量制御弁、第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
内燃機関の排熱により内燃機関から内燃機関冷却水配管を通って流入した高温の冷却水及び、排気ガス熱交換器より排気ガス冷却水配管を通って流入した高温の冷却水との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁により、室内熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒とに適切に分配され、室内熱交換器により冷房を行った後に合流して、三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させ、加えて冷房もできることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項３】
発電、冷房停止のときは、内燃機関から内燃機関冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に冷却水配管で接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁と第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
内燃機関の排熱により内燃機関から内燃機関冷却水配管を通って流入した高温の冷却水との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させる事ができることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項４】
発電、冷房のときは、内燃機関から内燃機関冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に冷却水配管で接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁、室内熱交換器、三方流量制御弁、第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
内燃機関の排熱により内燃機関から内燃機関冷却水配管を通って流入した高温の冷却との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁により、室内熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒とに適切に分配され、室内熱交換器により冷房を行った後に合流して、三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させ、加えて冷房もできることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項５】
発電、冷房停止のときは、排気ガス熱交換器から排気ガス冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に排気ガス冷却水配管接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁と第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
排気ガス熱交換器より排気ガス冷却水配管を通って流入した高温の冷却水との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させる事ができることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項６】
発電、冷房のときは、排気ガス熱交換器から排気ガス冷却水ポンプ、三方流量制御弁、熱交換器、三方流量制御弁は冷却水が循環する様に順番に排気ガス冷却水配管接続されている。第１サイクルは熱交換器、三方流量制御弁、第２熱交換器、三方流量制御弁、発電機を組み付けられた膨張機、凝縮器、第２凝縮器、第１サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。第２サイクルは、第１サイクルの冷媒と熱交換をする第２熱交換器及び第２凝縮器、受液器（図示略）、膨張弁、三方流量制御弁、室内熱交換器、三方流量制御弁、第１サイクルの冷媒と熱交換をする凝縮器と第２サイクルの冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続されている。
排気ガス熱交換器より排気ガス冷却水配管を通って流入した高温の冷却水との熱交換器による熱交換により、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルの冷媒は、高温、高圧となり、三方流量制御弁により第２熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、合流した後に、発電機を組み付けられた膨張機によって発電を行い、その後、第２サイクルの膨張弁により低温、低圧となった第２サイクルの冷媒と凝縮器における熱交換により降温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、第１サイクルの冷媒ポンプに流入し熱交換器に戻る。第２サイクルの冷媒は、第１サイクルの冷媒との第２熱交換器における熱交換により昇温し、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁により膨張し低温、低圧となり三方流量制御弁により、室内熱交換器を通過する冷媒と直接循環する冷媒とに適切に分配され、室内熱交換器により冷房を行った後に合流して、三方流量制御弁を通り、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプに流入し、昇圧され第２熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の発電能力を向上させ、加えて冷房もできることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項７】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒をそれぞれの特性に合った異なった冷媒、水、ブライン等、を用いることを特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項８】
請求項１又は２において、内燃機関冷却水の循環及び排気ガス冷却水の循環は冷却水制御装置により、三方流量制御弁を用いて、内燃機関冷却水循環のみの場合と、排気ガス冷却水循環のみの場合に切り替える事ができ、さらに内燃機関冷却水循環に排気ガス冷却水循環加える場合は三方流量制御弁を用いて適切に分配する事ができる事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項９】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、発電、冷房及び発電、冷房停止は第１サイクルの第２熱交換器の流入口と流出口に設けられた三方流量制御弁と第２サイクルの室内熱交換器の流入口と流出口に設けられた三方流量制御弁により、切り替えが出来る事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項１０】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、第２サイクル冷媒は、冷媒循環回路に設けられたに三方流量制御弁により、室内熱交換器を循環する冷媒循環量と室内熱交換器を通らず直接に第２熱交換器に流入する冷媒循環量を、冷媒循環回路に設けられた温度、圧力センサーと制御装置により三方流量制御弁を制御して分配され、それぞれ適正に保つ事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項１１】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、冷媒循環回路に設けられた温度、圧力センサーと制御装置により三方流量制御弁を制御して、凝縮器から流出する第１サイクルと第２サイクル冷媒の温度を、それぞれ適正に保つ事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置
【請求項１２】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、第１サイクル冷媒は、冷媒循環回路に設けられたに三方流量制御弁により、第２熱交換器を通過する冷媒循環量と、第２熱交換器を通らず直接に膨張機に流入する冷媒循環量を冷媒循環回路に設けられた温度、圧力センサーと制御装置により三方流量制御弁を制御して分配され、凝縮器を流出する第１サイクル冷媒の温度を、適正に保つ事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項１３】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、第２サイクル冷媒は、冷媒循環回路に設けられた温度、圧力センサーにより温度と圧力を検知され、冷媒ポンプにおける冷媒循環量と膨張弁の流量を制御装置により制御され、適正な温度に保たれる事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項１４】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、内燃機関冷却水の温度は、冷却水循環回路に設けられた内燃機関冷却水センサーにより検知され、内燃機関冷却水ポンプにおける内燃機関冷却水循環量は冷却水制御装置の制御により、停止または、適正な温度に保たれる事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【請求項１５】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６において、排気ガス冷却水の温度は、冷却水循環回路に設けられた排気ガス冷却水センサーにより検知され、排気ガス冷却水ポンプにおける排気ガス冷却水循環量は冷却水制御装置の制御により、停止または、適正な温度に保たれる事を特徴とする内燃機関複合発電冷房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルと逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第２サイクルを有し、従来はカルノーサイクルの発電サイクルの場合に必要であった冷却系の冷媒の循環システム及び冷却システム等を、その複合サイクルを用いて不用とするなど、それぞれのサイクルを巧妙に熱交換し、利用する事により、内燃機関の排熱から発電のみならず冷房も同時に行う事ができる。
発電、冷房停止においては、内燃機関の冷却により高温となった冷却水と、排気ガスとの熱交換により高温となった冷却水は、それぞれの循環ポンプにより熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒を昇温する。そして熱交換により高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は、膨張機で発電を行い、低圧、低温となり、凝縮器により第２サイクルの冷媒と熱交換し降温し、第２凝縮器を経て第１サイクルの冷媒ポンプに送られて熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒により第２熱交換器において昇温された第２サイクルの冷媒は、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒との熱交換により凝縮し、第２サイクルの膨張弁により低圧、低温となり、凝縮器で第１サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒ポンプに送られて第２熱交換器に戻る。
発電、冷房においては、内燃機関の冷却により高温となった冷却水と、排気ガスとの熱交換により高温となった冷却水は、それぞれの循環ポンプにより熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒を昇温する。そして熱交換により高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は、第２熱交換器において第２サイクルの冷媒と熱交換した後に膨張機で発電を行い、低圧、低温となり、凝縮器において第２サイクルの冷媒と熱交換し降温し、第２凝縮器を経て第１サイクルの冷媒ポンプに送られて熱交換器に戻る。第１サイクルの冷媒により第２熱交換器において昇温された第２サイクルの冷媒は、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒との熱交換により凝縮し、第２サイクルの膨張弁より低圧、低温となり室内熱交換器において冷房を行い、凝縮器で第１サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒ポンプに送られて第２熱交換器に戻る。
また、第２サイクルの冷媒は、温度、圧力センサーにより温度と圧力を検知され、冷媒ポンプにおける冷媒循環量と膨張弁の流量を制御装置により制御され、適正な温度に保たれる。
この様に内燃機関の排熱を活用して、第１サイクルの膨張機による発電に加えて、第２サイクルの冷媒により、冷房も出来るので、従来の冷房装置が不要となり、内燃機関全体のエネルギー消費効率を大幅に向上する事のできる内燃機関複合発電冷房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】現在、世界的に自動車等の内燃機関を用いる装置において排熱を活用し発電等を行うシステムは、自動車等の内燃機関を用いる装置のエネルギー消費効率を向上するための有力な切り札となっている。また、日本における自動車等の内燃機関を用いる装置の排熱を活用する研究は急速に発展している。そして自動車等の内燃機関を用いる装置のエネルギー消費効率の更なる向上が求められている。
こういった環境においてカルノーサイクルの発電サイクルと、冷凍サイクルを複合的に、活用した内燃機関複合発電冷房装置の社会的な意義は計りしれない。
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４０７９１１４
【特許文献２】特許２５４０７３８
【発明の概要】
【０００４】本発明は、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルと逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第２サイクルを有し、従来はカルノーサイクルの発電サイクルの場合に必要であった冷却系の冷媒の循環システム及び冷却システム等を、その複合サイクルを用いて不用とするなど、それぞれのサイクルを巧妙に熱交換し、利用する事により、内燃機関の排熱から発電のみならず冷房も同時に行う事ができる。
発電、冷房停止においては、内燃機関の冷却により高温となった冷却水と、排気ガスとの熱交換により高温となった冷却水は、それぞれの循環ポンプにより熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒を昇温する。そして熱交換により高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は、膨張機で発電を行い、低圧、低温となり、凝縮器により第２サイクルの冷媒と熱交換し降温し、第２凝縮器を経て第１サイクルの冷媒ポンプに送られて熱交換器に戻る。
第１サイクルの冷媒により第２熱交換器において昇温された第２サイクルの冷媒は、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒との熱交換により凝縮し、第２サイクルの膨張弁により低圧、低温となり、凝縮器で第１サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒ポンプに送られて第２熱交換器に戻る。
発電、冷房においては、内燃機関の冷却により高温となった冷却水と、排気ガスとの熱交換により高温となった冷却水は、それぞれの循環ポンプにより熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒を昇温する。そして熱交換により高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は、第２熱交換器において第２サイクルの冷媒と熱交換した後に膨張機で発電を行い、低圧、低温となり、凝縮器において第２サイクルの冷媒と熱交換し降温し、第２凝縮器を経て第１サイクルの冷媒ポンプに送られて熱交換器に戻る。第１サイクルの冷媒により第２熱交換器において昇温された第２サイクルの冷媒は、第２凝縮器において第１サイクルの冷媒との熱交換により凝縮し、第２サイクルの膨張弁より低圧、低温となり室内熱交換器において冷房を行い、凝縮器で第１サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒ポンプに送られて第２熱交換器に戻る。
また、第２サイクルの冷媒は、温度、圧力センサーにより温度と圧力を検知され、冷媒ポンプにおける冷媒循環量と膨張弁の流量を制御装置により制御され、適正な温度に保たれる。
この様に内燃機関の排熱を活用して、第１サイクルの膨張機による発電に加えて、第２サイクルの冷媒により、冷房も出来るので、従来の冷房装置が不要となり、内燃機関全体のエネルギー消費効率を大幅に向上する事のできる内燃機関複合発電冷房装置である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】現在、世界には１０億台以上の自動車および、内燃機関を用いた装置が大変多く利用されており、そのエネルギー消費量は莫大である。そのため、ハイブリット自動車、電気自動車等によりエネルギー消費量の低減がおこなわれている。しかし今後は自動車および、内燃機関を用いた装置の排熱を活用し発電等を行うシステムで、自動車および、内燃機関を用いた装置のエネルギー消費効率を更に向上する事が急務となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明は、カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルと冷凍サイクルの第２サイクルを有し、その複合サイクルを用いて、それぞれのサイクルを巧妙に熱交換し利用する事により、内燃機関の排熱から発電のみならず冷房も同時に行う事ができる。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を巧妙に熱交換し利用する事により、全体の発電冷房能力を向上させる事ができる複合発電冷房装置である。内燃機関の高温となった冷却水と、排気ガスの発熱によって高温となった冷却水により第１サイクルの冷媒を昇温させ、第２熱交換器において第２サイクルの冷媒と熱交換した後に膨張機で発電を行い、さらに第１サイクルの冷媒により昇温された、第２サイクルの冷媒の膨張弁による膨張力で冷房を行う。
この様に内燃機関の排熱を活用して、第１サイクルの膨張機による発電に加えて、第２サイクルの冷媒により、冷房も出来るので、従来の冷房装置が不要となり、内燃機関全体のエネルギー消費効率を大幅に向上する事のできる新しい省ネルギー技術として極めて有用である。
【発明の効果】
【０００７】本発明は自動車および、内燃機関を用いた装置の排熱エネルギーを利用する為、安定稼働が可能な省エネルギー、複合発電冷房装置であり、内燃機関を持つ、いかなる装置にも設置可能である。
また、ラジエーターが不要なので、自動車等のデザインにおいても、ラジエーターの冷却空気口を必要としないので、より自由度が増し、洗練する事が出来る。自動車等においては、空気力学的にも空気抵抗の低減、及び高速走行安定性において、大いに改善される可能性がある。
【発明を実施するための形態】
【０００８】以下、本発明による内燃機関複合発電冷房装置を図１、図２、に示す全体の構成図に基づいて説明する。
【０００９】図１、において発電、冷房停止のときは、内燃機関３０から内燃機関冷却水ポンプ２３により内燃機関冷却水配管１８より三方流量制御弁２２を経て流入した高温の冷却水と、排気ガス熱交換器３１より排気ガス冷却水ポンプ２４により排気ガス冷却水配管２０から三方流量制御弁２２を経て流入した高温の冷却水は熱交換器７に流入し、１サイクルの冷媒と熱交換を行い、降温し、三方流量制御弁２２、内燃機関冷却水配管１９、内燃機関冷却水ポンプ２３を経て内燃機関３０に戻り、降温した排気ガス冷却水は三方流量制御弁２２、排気ガス冷却水配管２１、排気ガス冷却水ポンプ２４を経て排気ガス熱交換器３１に戻る。
【００１０】図１、において熱交換器７で内燃機関３０及び排気ガス熱交換器３１の高温の冷却水と熱交換し高温、高圧となった１サイクルの冷媒は三方流量制御弁２２により第２熱交換器３を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、その後に合流して、冷媒配管８から膨張機１に入る
【００１１】図１、において第１サイクルの膨張機１に流入した冷媒は膨張し駆動力を発生させ、第１サイクルの発電機の１７を駆動し発電を行う。
【００１２】図１、において膨張機１により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は凝縮器４に入り、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い降温し、冷媒配管９、１０を通り第２凝縮器３２を経て、第１サイクルの冷媒ポンプ６に戻る。
【００１３】図１、において第２熱交換器３を通過した、第２サイクルの冷媒は、冷媒配管１４から第２凝縮器３２において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁２により膨張し低温、低圧となり冷媒配管１５を経て三方流量制御弁２２を通り、凝縮器４において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプ１６に流入する。
【００１４】図１、において第２サイクルの冷媒ポンプ１６により昇圧された第２サイクル冷媒は、冷媒配管１３を経て第２熱交換器３に戻る。
【００１５】図２、において発電、冷房のときは、内燃機関３０から内燃機関冷却水ポンプ２３により内燃機関冷却水配管１８より三方流量制御弁２２を経て流入した高温の冷却水と、排気ガス熱交換器３１より排気ガス冷却水ポンプ２４により排気ガス冷却水配管２０から三方流量制御弁２２を経て流入した高温の冷却水は熱交換器７に流入し、１サイクルの冷媒と熱交換を行い、降温し、三方流量制御弁２２、内燃機関冷却水配管１９、内燃機関冷却水ポンプ２３を経て内燃機関３０に戻り、降温した排気ガス冷却水は三方流量制御弁２２、排気ガス冷却水配管２１、排気ガス冷却水ポンプ２４を経て排気ガス熱交換器３１に戻る。
【００１６】図２、において熱交換器７で内燃機関３０及び排気ガス熱交換器３１の高温の冷却水と熱交換し高温、高圧となった１サイクルの冷媒は三方流量制御弁２２により第２熱交換器３を通過する冷媒と直接循環する冷媒に適切に分配され、その後に合流して、冷媒配管８から膨張機１に入る
【００１７】図２、において第１サイクルの膨張機１に流入した冷媒は膨張し駆動力を発生させ、第１サイクルの発電機の１７を駆動し発電を行う。
【００１８】図２、において膨張機１により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は凝縮器４に入り、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い降温し、冷媒配管９、１０を通り第２凝縮器３２を経て、第１サイクルの冷媒ポンプ６に戻る。
【００１９】図２、において第２熱交換器３を介して高温、高圧となった、第２サイクルの冷媒は、冷媒配管１４から第２凝縮器３２において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い凝縮し、受液器（図示略）を経て、第２サイクルの膨張弁２により膨張し低温、低圧となり冷媒配管１５を経て三方流量制御弁２２により、室内熱交換器５を通過する冷媒と直接循環する冷媒とに適切に分配され、室内熱交換器５に入り、冷房をおこない、三方流量制御弁２２を介して、合流し凝縮器４に入り、第１サイクルの冷媒と熱交換を行い昇温し、第２サイクルの冷媒ポンプ１６に流入する。
【００２０】図２、において第２サイクルの冷媒ポンプ１６により昇圧された第２サイクル冷媒は、冷媒配管１３を経て第２熱交換器３に戻る。
【００２１】図１、図２、において、第２サイクル冷媒は温度、圧力センサー２５により温度と圧力を検知され、冷媒ポンプにおける冷媒循環量と膨張弁の冷媒流量と三方流量制御弁２２の冷媒流量を制御装置２６により制御され、適正な温度に保たれる。
【００２２】図１、図２、において、内燃機関冷却水の温度は内燃機関冷却水センサー２７により検知され、内燃機関冷却水ポンプにおける内燃機関冷却水循環量を冷却水制御装置２９により制御され、停止または、適正な温度に保たれる。
【００２３】図１、図２、において、排気ガス冷却水の温度は排気ガス冷却水センサー２８により検知され、排気ガス冷却水ポンプにおける排気ガス冷却水循環量を冷却水制御装置２９により制御され、停止または、適正な温度に保たれる。
【００２４】図１、図２、において、内燃機関冷却水の循環及び排気ガス冷却水の循環は冷却水制御装置２９により、三方流量制御弁２２を用いて、内燃機関冷却水循環のみの場合と、排気ガス冷却水循環のみの場合に切り替える事ができ、さらに内燃機関冷却水循環に排気ガス冷却水の循環を加える場合は三方流量制御弁２２を用いて適切に分配する事ができる。
【００２５】ここで、内燃機関複合発電冷房装置の第１サイクルの具体的な運転状態について、図３、のＰ−ｈ（モリエル）線図により説明する。カルノーサイクルの発電サイクルの第１サイクルにおける、点Ｅは膨張機１に供給される冷媒の状態（例えば圧力０．７１３ＭＰａ、７８℃）を示し、膨張機１により膨張し、発電機１７により発電を行い、低圧となった冷媒は、点Ｆにおいては（例えば圧力０．１２４ＭＰａ、３０℃）となる。点Ｅから点Ｆへの状態変化は、等エントロピー変化となる。点Ｇは凝縮器３２から流出した冷媒の状態を示し（例えば圧力０．１２４ＭＰａ、２０℃）となる。点Ｈは冷媒ポンプ６により昇圧された、熱交換器７の入口における冷媒の状態を示し（例えば圧力０．７１３Ｐａ、２３℃）となる。点Ｇから点Ｈへの状態変化は、等エントロピー変化となる。熱交換器７と第２熱交換器３により第１サイクルの冷媒は点Ｈの状態から、内燃機関の排熱による高温冷却水と第２サイクルの冷媒との熱交換により、点Ｅの状態に戻る。
【００２６】ここで、内燃機関複合発電冷房装置の発電量について、図３のＰ−ｈ（モリエル）線図により説明する。
この図において、膨張機１、が単位量の冷媒の膨張力を１００％動力に変換し、さらに、発電機１７が電力を１００％動力に変換し、冷媒ポンプ６の全断熱効率が１であり、配管、その他、機器等のいかなる損失も無い場合に得られる理論電力は、カルノーサイクルの第１サイクルより発生する比エンタルピーの値、膨張機１の発電力Δｋ、の値に、冷媒の循環流量を乗じた値となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電、冷房停止時の場合示す内燃機関複合発電冷房装置の構成図。
【図２】発電、冷房時の場合示す内燃機関複合発電冷房装置の構成図。
【図３】発電、冷房時の場合示す内燃機関複合発電冷房装置の第１サイクルのＰ−ｈ線図。
【符号の説明】
【００２７】１・・・第１サイクルの膨張機、２・・・第２サイクルの膨張弁、３・・・第２熱交換器、４・・・凝縮器、５・・・室内熱交換器、６・・・第１サイクルの冷媒ポンプ、７・・・熱交換器、８、９、１０、１１・・・第１サイクルの冷媒配管、１２、１３、１４，１５・・・第２サイクルの冷媒配管、１６、・・・第２サイクルの冷媒ポンプ、１７・・・発電機、１８、１９・・・内燃機関冷却水配管、２０、２１・・・排気ガス冷却水配管、２２・・・三方流量制御弁、２３・・・内燃機関冷却水ポンプ、２４・・・排気ガス冷却水ポンプ、２５・・・圧力温度センサー、２６・・・制御装置、２７・・・内燃機関冷却水温度センサー、２８・・・排気ガス冷却水温度センサー、２９・・・冷却水制御装置、３０・・・内燃機関、３１・・・排気ガス熱交換器、３２・・・第２凝縮器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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