JP2004340081A - ランキンサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】液ポンプのポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転する。
【解決手段】ランキンサイクルを実際に始動させる前に、蒸気圧縮式冷凍機にて吸入冷媒を冷却する。これにより、液ポンプ３２に吸引される冷媒を確実に液相冷媒とすることができるととともに、その過冷却度を高めることができる。したがって、液ポンプ３２の吸入側で吸入冷媒が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できるので、液ポンプ３２ポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過熱蒸気から動力を取り出すランキンサイクルに関するもので、エンジン（内燃機関）用の冷却水等の車両で発生する廃熱から動力を取り出すシステムに適用して有効である
【０００２】
【従来の技術】
ランキンサイクルとは、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器、過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機、膨脹機にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器、及び液相流体を蒸気発生器に送り出す液体ポンプ等から構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５４０７３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係る発明では、蒸気発生器に流体を送る液体ポンプを必要とするが、この液体ポンプが流体を吸入すると、吸入側の圧力が低下するので、吸入される流体が蒸発してポンプ効率（体積効率）が低下するとともに、インペラ等の羽根車に表面近傍において流体圧力が局所的に低下して流体が沸騰し、キャビテーションが発生してしまう。
【０００５】
そして、キャビテーション等により吸引される流体が気化すると、ポンプから吐出される液体の流量が低下してしまうので、ポンプ、つまり羽根車の回転数を増大させても吐出流量が増大しなくなり、必要な流量を確保することができなくなるといった問題やキャビテーションによって羽根車が壊蝕してしまうといった問題が発生する。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なランキンサイクルを提供し、第２には、ポンプのポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）と、ポンプ（３２）の吸入側と凝縮器（１１）の出口側とを繋ぐ流体回路に設けられ、この流体回路内の流体を冷却する冷凍機（１０〜１４、３６）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、流体回路内の流体（以下、吸入流体と呼ぶ。）を冷却することとなるので、ポンプ（３２）に吸引される流体を確実に液相流体とすることができるととともに、その過冷却度を高めることができる。
【０００９】
したがって、ポンプ（３２）の吸入側で吸入流体が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できるので、ポンプ（３２）ポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、ポンプ（３２）を始動する前に、冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、ランキンサイクルを起動させる際に、ポンプ（３２）の吸入側に過冷却度の大きい液相の流体を確実に供給することができるので、ポンプ（３２）の吸入側で吸入流体が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、冷凍機（１０〜１４、３６）を所定時間稼動させた後、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、流体回路中に存在する液相流体量が所定量以上となったときに、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする。
【００１４】
これにより、確実に液相の吸入流体を確保することができるとともに、必要以上に冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることがなくなるので、熱回収量を増大させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、流体回路中に存在する液相流体の過冷却度が所定値以上となったときに、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする。
【００１６】
これにより、確実に液相の吸入流体を確保することができるとともに、必要以上に冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることがなくなるので、熱回収量を増大させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、冷凍機は、冷媒が蒸発する際の吸熱作用を利用して冷凍能力を発生させる蒸気圧縮式冷凍機であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、冷凍機は、ペルチェ効果を利用した電子式冷凍機であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出す第１ポンプ（３２）と、液相流体を第１ポンプ（３２）の吸入側に送り出す第２ポンプ（３２ａ）とを備えることを特徴とする。
【００２０】
これにより、第１ポンプ（３２）の吸入側圧力が沸騰圧力以下まで低下してしまうことを防止できるので、第１ポンプ（３２）のポンプ効率が低下してしまうことを防止できる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、放熱器（１１）の流体出口側には、放熱器（１１）から流出する流体を液相流体と気相流体に分離して液相冷媒を第１ポンプ（３２）側に流出する気液分離器（１２）が設けられており、さらに、少なくとも第２ポンプ（３２ａ）の吸入口が気液分離器（１２）内の液面以下に位置するように、第２ポンプ（３２ａ）が気液分離器（１２）内に収納されていることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１０に記載の発明では、第１ポンプ（３２）と第２ポンプ（３２ａ）とが一体化されていることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１１に記載の発明では、第１ポンプ（３２）の吸入側と第２ポンプ（３２ａ）の吐出側とが直接的に接続されて両ポンプ（３２、３２ａ）が一体化されていることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１２に記載の発明では、第１ポンプ（３２）、第２ポンプ（３２ａ）及び気液分離器（１２）が一体化されていることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１３に記載の発明では、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、液相流体を蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）と、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）にて圧縮された高温の冷媒の熱を放冷する放熱器（１１）と、高圧の冷媒を減圧して低圧冷媒を生成する減圧手段（１３）とを備え、ポンプ（３２）を始動する前に、ポンプ（３２）の吸入側と放熱器（１１）の出口側とを繋ぐ流体回路内の流体を低圧冷媒にて冷却することを特徴とする。
【００２６】
これにより、吸入流体を冷却することとなるので、ポンプ（３２）に吸引される流体を確実に液相流体とすることができるととともに、その過冷却度を高めることができる。
【００２７】
したがって、ポンプ（３２）の吸入側で吸入流体が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できるので、ポンプ（３２）ポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【００２８】
請求項１４に記載の発明では、ポンプ（３２）を始動する前に、圧縮機（１０）を稼動させることを特徴とする。
【００２９】
これにより、ランキンサイクルを起動させる際に、ポンプ（３２）の吸入側に過冷却度の大きい液相の流体を確実に供給することができるので、ポンプ（３２）の吸入側で吸入流体が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できる。
【００３０】
請求項１５に記載の発明では、少なくとも圧縮機（１０）を所定時間稼動させた後、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項１６に記載の発明では、流体回路中に存在する液相流体量が所定量以上となったときに、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする。
【００３２】
これにより、確実に液相の吸入流体を確保することができるとともに、必要以上に冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることがなくなるので、熱回収量を増大させることができる。
【００３３】
請求項１７に記載の発明では、流体回路中に存在する液相流体の過冷却度が所定値以上となったときに、ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする。
【００３４】
これにより、確実に液相の吸入流体を確保することができるとともに、必要以上に冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることがなくなるので、熱回収量を増大させることができる。
【００３５】
請求項１８に記載の発明では、ポンプ（３２）を始動する前に、蒸気発生器（３０）を始動させることを特徴とする。
【００３６】
これにより、蒸気発生器（３０）内に滞留した冷媒を押し流してポンプ（３２）の吸入側に液相流体を確実に溜めることができるので、ポンプ（３２）の吸入側で吸入流体が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できる。
【００３７】
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。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るランキンサイクルを車両に適用したものであって、図１は本実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【００３９】
なお、本実施形態に係るランキンサイクルは、走行用動力を発生させる熱機関をなすエンジン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及び温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルについて述べる。
【００４０】
圧縮機１０は電動モータ又はエンジン２０から動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、放熱器１１は、流入する冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する放冷器である。
【００４１】
気液分離器１２は放熱器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レシーバであり、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ともに、圧縮機１０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。
【００４２】
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り、圧縮機１０、放熱器１１、気液分離器１２、減圧器１３及び蒸発器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が構成される。
【００４３】
加熱器３０は、圧縮機１０と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱して過熱蒸気冷媒を生成する蒸気発生器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切り替えられる。
【００４４】
第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を加熱器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り、この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２及び気液分離器１２側から加熱器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、液ポンプ３２の吸入側は気液分離器１２より下方側に配置されている。因みに、液ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプである。
【００４５】
そして、圧縮機１０と並列な冷媒回路には、加熱器３０から流出した過熱蒸気を膨脹させて加熱器３０に与えられた熱エネルギを機械的（回転）エネルギとして回収するエネルギ回収機３３が設けられている。
【００４６】
なお、本実施形態では、膨脹機３３ａ及び膨脹機３３ａから出力される機械的出力による駆動される発電機３３ｂによりエネルギ回収機３３が構成されており、発電機３３ｂにより発電された電力は、バッテリ３３ｃに蓄えられる。
【００４７】
また、第２バイパス回路３４は、膨脹機３３ａの冷媒出口側と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３４には、膨脹機３３ａ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３４ａが設けられている。
【００４８】
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、開閉弁３５ａ〜３５ｃは冷媒通路の開閉する電磁式のバルブである。
【００４９】
また、放熱器１１の冷媒出口側と液ポンプ３２の吸入側とを繋ぐ冷媒回路、つまり気液分離器１２の液相冷媒出口側のうち液ポンプ３２側と液ポンプ３２の吸入側とを繋ぐ冷媒回路には、この冷媒回路に存在する冷媒と減圧器１３にて減圧された低圧冷媒と熱交換する内部熱交換器３６が設けられており、内部熱交換器３６にて加熱された冷媒は、蒸発器１４の冷媒出口側に戻される。
【００５０】
なお、三方弁３７は減圧器１３から流出した低圧冷媒を蒸発器１４に流す場合と内部熱交換器３６に流す場合とを切り換えるもので、開閉弁３５ａ〜３５ｃ及び三方弁２１、３７等は電子制御装置により制御されている。
【００５１】
ところで、水ポンプ２２はエンジン冷却水を循環させるもので、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。
【００５２】
なお、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びこのバイパス回路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は省略されている。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、本実施形態に係るランキンサイクル作動を述べる。
【００５５】
１．空調運転モード（図２参照）
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。
【００５６】
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及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及び除湿運転時と同じである。
【００５７】
具体的には、液ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３５ａ、３５ｃを開き、かつ、開閉弁３５ｂを閉じて圧縮機１０を稼動させるとともに、三方弁２１を図２に示すように作動させて加熱器３０を迂回させて冷却水を循環させるものである。
【００５８】
これにより、冷媒は、圧縮機１０→加熱器３０→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→圧縮機１０の順に循環する。なお、加熱器３０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３０にて冷媒は加熱されず、加熱器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００５９】
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１０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。
【００６０】
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。
【００６１】
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１０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り、エネルギ回収を行う定常運転モードと定常運転モードに移行する前の起動モードとがある。
【００６２】
そして、廃熱回収運転モードを開始するスイッチ等から廃熱回収始動信号が発せられた時から所定時間は起動モードを実行し、前記所定時間が経過したときに定常運転モードに移行する。
【００６３】
以下、起動モードから順にその作動を述べる。
【００６４】
２．１ 起動モード（図３参照）
この運転モードでは、液ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３５ａ、３５ｃを開き、かつ、開閉弁３５ｂを閉じて圧縮機１０を稼動させるとともに、三方弁３７を図３に示すように切り換えて減圧器１３にて減圧された低圧冷媒を内部熱交換器３６に循環させる。
【００６５】
なお、エンジン冷却水は、空調運転モードと同様に、加熱器３０を迂回させて循環させる。
【００６６】
これにより、冷媒は、圧縮機１０→加熱器３０→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→内部熱交換器３６→圧縮機１０の順に循環する。なお、加熱器３０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３０にて冷媒は加熱されず、加熱器３０は単なる冷媒通路として機能する。
【００６７】
したがって、減圧器１３にて減圧された低圧冷媒は、気液分離器１２の液相冷媒出口側と液ポンプ３２の吸入側とを繋ぐ冷媒回路に存在する冷媒（以下、吸入冷媒）から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機１０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。
【００６８】
２．２ 定常運転モード（図４参照）
開閉弁３５ａ、３５ｃを閉じた状態で液ポンプ３２を稼動させ、かつ、開閉弁３５ｂを開いて圧縮機１０を停止させるとともに、三方弁２１を図４に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加熱器３０に循環させるものである。
【００６９】
これにより、冷媒は、気液分離器１２→第１バイパス回路３１→加熱器３０→エネルギ回収機３３（膨脹機３３ａ）→第２バイパス回路３４→放熱器１１→気液分離器１２の順に循環する。
【００７０】
したがって、膨脹機３３ａには、加熱器３０にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機３３ａに流入した蒸気冷媒は、膨脹機３３ａ内で等エントロピ的に膨脹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３３ａは、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギを発電機３３ｂに与え、発電機３３ｂにより発電された電力は、バッテリ３３ｃやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
【００７１】
また、膨脹機３３ａ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にて加熱器３０側に送られる。
【００７２】
なお、液ポンプ３２は、加熱器３０にて加熱されて生成された過熱蒸気が、気液分離器１２側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器３０に送り込む。
【００７３】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００７４】
本実施形態では、ランキンサイクルを実際に始動させる前に、蒸気圧縮式冷凍機にて吸入冷媒を冷却するので、液ポンプ３２に吸引される冷媒を確実に液相冷媒とすることができるととともに、その過冷却度を高めることができる。
【００７５】
したがって、液ポンプ３２の吸入側で吸入冷媒が気化（沸騰）してしまうことを確実に防止できるので、液ポンプ３２ポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【００７６】
また、ランキンサイクルを実際に始動させる前に、蒸気圧縮式冷凍機にて吸入冷媒を冷却することにより、冷媒回路に散在する冷媒が内部熱交換器３６に集合するように凝縮するので、廃熱回収運転時に使用しない冷媒回路に冷媒が滞留してしまうことが防止できる。延いては、廃熱回収運転時に有効活用することができる冷媒量が増大するので、ランキンサイクル中に充填すべき冷媒量を必要最小限とすることができる。
【００７７】
また、液ポンプ３２の吸入側が気液分離器１２より下方側に配置されているので、冷媒の自重による圧力が液ポンプ３２の吸入側に作用するので、吸入圧により吸入側の冷媒圧力が沸騰圧力以下まで低下してしまうことを防止でき、液ポンプ３２ポンプ効率が低下してしまうことを防止できる。
【００７８】
（第２実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、液ポンプ３２、気液分離器１２及び内部熱交換器３６を一体化、又は液ポンプ３２及び気液分離器１２を内部熱交換器３６に近接させることにより、内部熱交換器３６にて吸入冷媒は勿論のこと、液ポンプ３２及び気液分離器１２も起動時に冷却することができるようにしたものである。
【００７９】
これにより、比較的大きな熱容量を有する液ポンプ３２及び気液分離器１２も含めて冷却することができるので、吸入冷媒の過冷却度を確実に増大させることができ、液ポンプ３２ポンプ効率が低下してしまうことを防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【００８０】
（第３実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、気液分離器１２と内部熱交換器３６との間に、外気にて液相冷媒を冷却する過冷却器３８を設けたものである。
【００８１】
なお、本実施形態では、放熱器１１、気液分離器１２及び過冷却器３８はろう付け等にて一体化されている。
【００８２】
これにより、定常運転モード時において、吸入冷媒の過冷却度を高めることができるので、液ポンプ３２ポンプ効率が低下してしまうことを安定的に防止してランキンサイクルを効率よく運転することができる。
【００８３】
（第４実施形態）
上述の実施形態では、所定時間、起動モードを実行し後、定常運転モードに移行したが、本実施形態は、図７に示すように、気液分離器１２に液相冷媒の液面位置を検出する液面センサ１２ａを設け、気液分離器１２内の液面が所定値を超えるまで、つまり液相の吸入冷媒量が所定量以上となるまで起動モードを実行するものである。
【００８４】
これにより、確実に液相の吸入冷媒を確保することができるとともに、起動モードを必要以上に実行することがないので、廃熱回収量を増大させることができる。
【００８５】
なお、図７は第１実施形態に本実施形態を適用したものであったが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００８６】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、所定時間、起動モードを実行し後、定常運転モードに移行したが、本実施形態は、図８に示すように、気液分離器１２に液相冷媒の温度を検出する第１温度センサ１２ｂを設け、かつ、内部熱交換器３６の冷媒出口側に吸入冷媒の温度を検出する第２温度センサ１２ｃを設け、両温度センサ１２ｂ、１２ｃの検出温度差、つまり液相冷媒の過冷却度を算出し、この算出した過冷却度が所定値を超えるまで起動モードを実行するものである。
【００８７】
これにより、確実に液相の吸入冷媒を確保することができるとともに、起動モードを必要以上に実行することがないので、廃熱回収量を増大させることができる。
【００８８】
なお、図８は第１実施形態に本実施形態を適用したものであったが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００８９】
（第６実施形態）
上述の実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機にて吸入冷媒を冷却したが、本実施形態は、図９に示すように、ペルチェ効果を利用した電子式冷凍機３９にて吸入冷媒を冷却するものである。
【００９０】
これにより、蒸気圧縮式冷凍機に比べて小型の電子式冷凍機３９にて吸入冷媒を冷却するので、ランキンサイクルの車両への搭載性を向上させることができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、上述の実施形態と同様に、定常運転モード前の起動モード時に電子式冷凍機３９にて吸入冷媒を冷却するが、本実施形態では、これに限定されるものではなく、例えば定常運転モード時においても電子式冷凍機３９にて吸入冷媒を冷却してもよい。
【００９２】
また、停止直後の再起動時等の吸入冷媒が十分な過冷却度を有している場合には、起動時であっても、電子式冷凍機３９を停止させてもよい。
【００９３】
（第７実施形態）
上述の実施形態では、吸入冷媒を冷却することにより吸入冷媒の沸騰を抑制したが、本実施形態は、図１０に示すように、液ポンプ３２の吸入側にフィードポンプ３２ａを配置することにより、液ポンプ３２の吸入側圧力が沸騰圧力以下まで低下してしまうことを防止して液ポンプ３２のポンプ効率が低下してしまうことを防止するものである。
【００９４】
そして、フィードポンプ３２ａの吸入口が気液分離器１２内の液面以下に位置するように、フィードポンプ３２ａを気液分離器１２内に収納するとともに、液ポンプ３２の吸入側とフィードポンプ３２ａの吐出側とを直接的に接続して両ポンプ３２、３２ａを一体化している。
【００９５】
なお、本実施形態では、液ポンプ３２とフィードポンプ３２ａとは同時に始動（稼動）又は停止するが、ランキンサイクルの始動時において、フィードポンプ３２ａの吸入側、つまり気液分離器１２内に液相冷媒が無い場合には、起動モードとして蒸気圧縮式冷凍機を稼動させて気液分離器１２内に液相冷媒を溜め、気液分離器１２内に所定量以上の液相冷媒が溜まったときに、蒸気圧縮式冷凍機を停止させて液ポンプ３２とフィードポンプ３２ａとを稼動させる。
【００９６】
（第８実施形態）
上述の実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機用の凝縮器とランキンサイクル用の凝縮器とを１個の放熱器１１にて共用していたが、本実施形態では、図１１に示すように、蒸気圧縮式冷凍機用の放熱器１１ａとランキンサイクル用の凝縮器１１ｂとをそれぞれ設け、蒸気圧縮式冷凍機とランキンサイクルとを独立して稼動させることができるようにしたものである。
【００９７】
これに伴い、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機用の気液分離器４０とランキンサイクル用の気液分離器４１とを設けるとともに、膨脹機３３ａと圧縮機１０とを電磁クラッチ１０ａ等の動力を断続可能に伝達する動力伝達手段を介して連結する。
【００９８】
そして、蒸気圧縮式冷凍機の稼働時にランキンサイクルを稼動させる場合には、電磁クラッチ１０ａを繋いで廃熱から回収したエネルギを圧縮機１０に与え、ランキンサイクルを稼動させない場合に蒸気圧縮式冷凍機を稼動させる場合にはエンジン２０により圧縮機１０を稼動させる。
【００９９】
なお、廃熱から回収したエネルギのみで圧縮機１０を稼動させることが難しい場合には、膨脹機３３ａとエンジン２０との両者で圧縮機１０を稼動させてもよいことは言うまでもない。
【０１００】
また、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機用の放熱器１１ａとランキンサイクル用の凝縮器１１ｂとが独立していることから、蒸気圧縮式冷凍機にて吸入冷媒を冷却する起動モード時に、加熱器３０に高温（８０℃〜１１０℃）のエンジン冷却水を流すことができ得る。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、起動モード時に、加熱器３０に高温（８０℃〜１１０℃）のエンジン冷却水を流して過熱蒸気を生成することにより蒸気発生器を稼動させ、加熱器３０内に滞留した冷媒を気液分離器４１及び内部熱交換器３６に押し流して液ポンプ３２の吸入側に液相冷媒が溜まり易いようにしている。
【０１０２】
なお、起動モードを行う時間は、第１実施形態、第４実施形態及び第５実施形態のうちいずれかの実施形態と同じである。
【０１０３】
因みに、ヒータ４２はエンジン冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するもので、エアミックスドア４３はヒータ４２を通過する温風量とヒータ４２を迂回する冷風量とを調節して室内に吹き出す空気の温度を調節するものである。
【０１０４】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態を組み合わせてもよい。
【０１０５】
また、上述の実施形態では、エネルギ回収機３３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又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。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、車両に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図１０】本発明の第７実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【図１１】本発明の第８実施形態に係るランキンサイクルの模式図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１１…放熱器、１２…気液分離器、１３…減圧器、
１４…蒸発器、２０…エンジン、３０…加熱器、
３１…第１バイパス回路、３２…液ポンプ、３３…エネルギ回収機、
３３ａ…膨脹機、３３ｂ…発電機、３６…内部熱交換器。

Claims (18)

1. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   前記過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、
   前記膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する放熱器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）と、
   前記ポンプ（３２）の吸入側と前記凝縮器（１１）の出口側とを繋ぐ流体回路に設けられ、この流体回路内の流体を冷却する冷凍機（１０〜１４、３６）とを備えることを特徴とするランキンサイクル。
2. 前記ポンプ（３２）を始動する前に、前記冷凍機（１０〜１４、３６）を稼動させることを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクル。
3. 前記冷凍機（１０〜１４、３６）を所定時間稼動させた後、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル。
4. 前記流体回路中に存在する液相流体量が所定量以上となったときに、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル。
5. 前記流体回路中に存在する液相流体の過冷却度が所定値以上となったときに、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル。
6. 前記冷凍機は、冷媒が蒸発する際の吸熱作用を利用して冷凍能力を発生させる蒸気圧縮式冷凍機であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のランキンサイクル。
7. 前記冷凍機は、ペルチェ効果を利用した電子式冷凍機であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のランキンサイクル。
8. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
   前記過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、
   前記膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
   液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出す第１ポンプ（３２）と、
   液相流体を前記第１ポンプ（３２）の吸入側に送り出す第２ポンプ（３２ａ）とを備えることを特徴とするランキンサイクル。
9. 前記凝縮器（１１）の流体出口側には、前記凝縮器（１１）から流出する流体を液相流体と気相流体に分離して液相冷媒を前記第１ポンプ（３２）側に流出する気液分離器（１２）が設けられており、
   さらに、少なくとも前記第２ポンプ（３２ａ）の吸入口が前記気液分離器（１２）内の液面以下に位置するように、前記第２ポンプ（３２ａ）が前記気液分離器（１２）内に収納されていることを特徴とする請求項８に記載のランキンサイクル。
10. 前記第１ポンプ（３２）と前記第２ポンプ（３２ａ）とが一体化されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のランキンサイクル。
11. 前記第１ポンプ（３２）の吸入側と前記第２ポンプ（３２ａ）の吐出側とが直接的に接続されて両ポンプ（３２、３２ａ）が一体化されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のランキンサイクル。
12. 前記第１ポンプ（３２）、前記第２ポンプ（３２ａ）及び前記気液分離器（１２）が一体化されていることを特徴とする請求項９に記載のランキンサイクル。
13. 液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器（３０）と、
    前記過熱蒸気を等エントロピ的に膨脹させて動力を取り出す膨脹機（３３ａ）と、
    前記膨脹機（３３ａ）にて膨脹を終えた蒸気を液化する凝縮器（１１）と、
    液相流体を前記蒸気発生器（３０）に送り出すポンプ（３２）と、
    冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
    前記圧縮機（１０）にて圧縮された高温の冷媒の熱を放冷する放熱器（）と、
    高圧の冷媒を減圧して低圧冷媒を生成する減圧手段（１３）とを備え、
    前記ポンプ（３２）を始動する前に、前記ポンプ（３２）の吸入側と前記凝縮器（１１）の出口側とを繋ぐ流体回路内の流体を前記低圧冷媒にて冷却することを特徴とするランキンサイクル。
14. 前記ポンプ（３２）を始動する前に、前記圧縮機（１０）を稼動させることを特徴とする請求項１３に記載のランキンサイクル。
15. 少なくとも前記圧縮機（１０）を所定時間稼動させた後、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項１４に記載のランキンサイクル。
16. 前記流体回路中に存在する液相流体量が所定量以上となったときに、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項１４に記載のランキンサイクル。
17. 前記流体回路中に存在する液相流体の過冷却度が所定値以上となったときに、前記ポンプ（３２）を始動させることを特徴とする請求項１４に記載のランキンサイクル。
18. 前記ポンプ（３２）を始動する前に、前記蒸気発生器（３０）を始動させることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載のランキンサイクル。

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