蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置
【課題】冷熱源を廃止できると共に消費電力を低減できる蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置を提供する。
【解決手段】蒸発器一体型熱ポンプ４は、蒸発室４０と、入熱要素４３と、ガス放出口４５と、液吸入口１０７と、ガス吐出口４５と、ガス放出口４５の開放により蒸発室４０のガス状の流体を外部のガス受取部に放出させて蒸発室４０を低圧化させるガス放出弁４６と、ガス放出弁４６の開放により低圧化された蒸発室４０に液状の流体を液吸入口１０７を介して蒸発室４０に吸入させる液吸入弁４７と、蒸発室４１の流体をガス受取部に吐出させるガス吐出弁４８とを有する。
【解決手段】蒸発器一体型熱ポンプ４は、蒸発室４０と、入熱要素４３と、ガス放出口４５と、液吸入口１０７と、ガス吐出口４５と、ガス放出口４５の開放により蒸発室４０のガス状の流体を外部のガス受取部に放出させて蒸発室４０を低圧化させるガス放出弁４６と、ガス放出弁４６の開放により低圧化された蒸発室４０に液状の流体を液吸入口１０７を介して蒸発室４０に吸入させる液吸入弁４７と、蒸発室４１の流体をガス受取部に吐出させるガス吐出弁４８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、膨張タンク、吸込み用の逆止弁a1、吐出側の圧力調整弁a2および膨張タンクと凝縮器の均圧弁sから構成された熱ポンプをランキンサイクルの凝縮器と集熱器の間に構成した装置を開示している。ここで、均圧弁sの開により膨張タンクと凝縮器を均圧させ、さらに膨張タンクの配管cに冷水を流すことで膨張タンク内を減圧させ逆止弁a1より液を流入させることにしている。膨張タンクの配管Hに温水を流すことにより、液が蒸発しタンク内圧が上がる。タンク内圧が圧力調整弁a2の設定値を超えると、吐出側の圧力調整弁a2が開となり、液が集熱器に吐出される。
【０００３】
特許文献２は、ランキンサイクルのポンプ機能を蒸発機内での毛細管力を利用したことを特徴とするランキンサイクル装置を開示する。毛管力を利用するランキンサイクル装置は、膨張機と凝縮器と蒸発器とを備えており、蒸発器では流体を蒸発させると同時に流体に循環駆動力を付与する機能を備えている。また蒸発器は、作動流体の流路断面全面に液相状の作動流体を毛管力で駆動させるための毛細管構造体と、毛細管構造体における作動流体を蒸発させるための加熱部とを含む構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願2006-535145号公報
【特許文献２】特開2009-150251号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、熱ポンプを駆動させるために温熱源および冷熱源の双方が必要である。特に、冷熱源は、冷熱を作り出すエネルギーが必要となり、装置の全体効率を落とす要因となる。特許文献２は、毛細管力により液を送り出す圧力が、毛細管部における流体の表面張力と流路半径とに依存するため、高圧を得たい場合には、毛細幹部の流路半径を小さくする必要がある。例えば、冷媒R134aで500kPaの昇圧を得るためには、0.1μm以下の非常に小さな流路径が必要とされる。この場合、毛細管を形成する毛細管構造体の選定が困難となる。更に、不純物または潤滑油などにより流路の閉塞などの問題が起こる可能性が高い。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、冷熱源を廃止できると共に消費電力を低減できる蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）様相１の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を蒸発室に吸入させる液吸入口と、入熱要素への入熱により高圧化された蒸発室の圧力に基づいて蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）蒸発ポンプ部のガス放出口を開閉させるように設けられガス放出口の開放により蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させて蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）ガス放出弁の開放により低圧化された蒸発室に、外部の液状流体供給源から液状の流体を液吸入口を介して蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により蒸発室の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する。
【０００８】
本様相によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は蒸発器一体型熱ポンプの外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されるため、液吸入弁が開放すると、外部熱（例えば、エンジンや燃料電池の廃熱、太陽熱、地熱等）が液状流体供給源から液状の流体は液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部から入熱要素を介して蒸発室に入熱されるため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放し、蒸発した高圧のガス状の流体は、ガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。なお本明細書では、低圧源は、蒸発室の液吸入口よりも低い圧力の部位を意味する。
【０００９】
（２）様相２の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプによれば、上記様相において、蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室を形成する複数の蒸発配管を有しており、入熱要素は、蒸発配管の外壁に設けられた熱交換フィンで形成されている。熱交換フィンに入熱されると、蒸発配管の液状の流体は加熱されて蒸発される。従って、蒸発室内は高圧化され、蒸発室のガス状の流体は外部のガス受取部に供給される。
【００１０】
（３）様相３の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプによれば、上記様相において、蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室を形成する蒸発通路を形成する複数の蒸発配管を有しており、入熱要素は、複数の蒸発配管を覆う熱交換室を形成する熱交換容器とを有する。外部熱（例えば、エンジンや燃料電池の廃熱、太陽熱、地熱等）で加熱された熱交換用流体が熱交換室に供給されると、蒸発配管の液状の流体は加熱されて蒸発される。従って、蒸発室内は高圧化され、蒸発室の高圧のガス状の流体は外部のガス受取部に供給される。
【００１１】
（４）様相４の本発明に係るランキンサイクル装置は、第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつ膨張機と、膨張機の第１吐出ポートから帰還したガス状の冷媒の凝縮を進行させる凝縮器と、凝縮器において凝縮が進行した冷媒を蒸発させる蒸発器と有するランキンサイクル装置において、蒸発器は蒸発器一体型熱ポンプで構成されており、
蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、蒸発室のガス状の流体を外部の低圧源に向けて放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を蒸発室に吸入させる液吸入口と、入熱要素への入熱により高圧化された蒸発室の圧力に基づいて蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）蒸発ポンプ部のガス放出口を開閉させるように設けられガス放出口の開放により蒸発器室のガス状の流体を低圧源に放出させて蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）ガス放出弁の開放により低圧化された蒸発室に、外部の液状流体供給源から液状の流体を液吸入口を介して蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により蒸発室の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する。
【００１２】
本様相によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されているため、液吸入弁が開放すると、外部の液状流体供給源から液状の流体は液吸入弁および液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部から入熱要素を介して蒸発室に入熱されているため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放、蒸発室において蒸発したガス状の流体は、ガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。
【００１３】
（５）様相５の本発明に係るランキンサイクル装置によれば、上記様相において、膨張機は、ランキンサイクル用の第１吸入ポートおよび第１吐出ポートの他に、膨張室の膨張作用により圧縮される圧縮室に連通された蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートを有する膨張圧縮機であり、
凝縮器の出口側に接続され凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、膨張要素に接続され膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機の第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備える蒸気圧縮式ヒートポンプ装置が一体に設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蒸発器と熱駆動型ポンプとが一体化された蒸発器一体型熱ポンプを提供できる。この場合、エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱等といった外部熱を蒸発器一体型熱ポンプの駆動源とするため、冷熱源を廃止できると共に、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の外部熱を利用するため、消費電力を低減できる。
【００１５】
本発明によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は蒸発器一体型熱ポンプの外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されるため、液吸入弁が開放すると、外部の液状流体供給源から液状の流体は液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部熱が入熱要素を介して蒸発室に入熱されているため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放し、蒸発したガス状の流体はガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係るランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図２】蒸発器一体型熱ポンプの作動を説明する図である。
【図３】実施形態２に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図４】実施形態３に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図５】実施形態４に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図６】実施形態５に係り、（Ａ）（Ｂ）は蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図７】実施形態６に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図８】（Ａ）は実施形態７に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図であり、（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ液溜めタンクの構造を模式的に示す図である。
【図９】実施形態８に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図１０】冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。
【図１１】実施形態８に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す図である。
【図１２】実施形態９に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図１３】実施形態１０に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明によれば、ガス放出弁が開放するとき、蒸発室から放出されるガスが供給される低圧源は、蒸発室の液吸入口よりも低い圧力の部位を意味する。凝縮器や液溜めタンクが設けられている場合には、低圧源としては、凝縮器や液溜めタンクの圧力よりも低い圧力レベルの部位が挙げられる。蒸気圧縮サイクルが設けられている場合には、低圧源としては、蒸気圧縮サイクルのうちの低圧回路（例えば、膨張弁の出口よりも下流の通路）が例示される。また、蒸気圧縮サイクルにおいて膨張弁の代わりにエジェクタを設け、低圧源としてはエジェクタの吸引口とする例が示される。蒸発器一体型熱ポンプの用途は、ランキンサイクル装置に限定されるものではなく、あるいは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を併有するランキンサイクル装置に限定されるものではなく、ポンプ装置に広く適用できる。従って流体も冷媒に限定されるものではなく、液相およびガス相に相変化できる流体であれば何でも良い。
【００１８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１を参照して説明する。図１は蒸発器一体型熱ポンプ４をもつランキンサイクル装置１を示す。ランキンサイクル装置１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもつと共に冷媒の膨張仕事を行う膨張機２１と、膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続され液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とした後に膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるポンプ作用を果たす蒸発器一体型熱ポンプ４とを備える。
【００１９】
蒸発器一体型熱ポンプ４（以下、熱ポンプ４ともいう）は、蒸発器と熱ポンプとを一体化したものであり、外部からの入熱により液を蒸発させて内圧を増加させて高圧ガスを吐出させる昇圧吐出工程と、蒸発室内のガスを低圧源に向けて放出させることにより蒸発室の圧力を減圧させ、液状流体供給源（凝縮器または液溜めタンク）より液状の冷媒を蒸発室に吸入させる吸入工程との繰り返してポンピングするものである。
【００２０】
ここで本実施形態によれば、凝縮器３の入口３ｉ側は、蒸発室４１のガス放出時において蒸発室４１の液吸入口１０７よりも低圧となり得る低圧源として機能する。位置的には、凝縮器３は蒸発室４１に対して高さ方向において上方に配置されており、殊に、凝縮器３の底部は蒸発室４１の上部に対して高さ方向において上方に配置されており、この高さ差による液状の冷媒のヘッド差を利用し、後述する（４）〜（１）に示す吸入工程において凝縮器３の出口３ｐから蒸発室４１に液吸入弁４７を経由して吸入させる。
【００２１】
図１に示すように、熱ポンプ４は、液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせる蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものであり、蒸発室４１とガス放出弁４６と液吸入弁４７とガス吐出弁４８とを有する。熱ポンプ４は、液相から気相に相変化可能な流体としての冷媒を収容する蒸発室４１と、外部からの入熱に伴い蒸発室４１内の液状の冷媒を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素４３と、蒸発室４１のガス状の冷媒を凝縮器３の入口３ｉ側（外部の第２ガス受取部）に向けて放出させるガス放出口４９をもつガス放出通路４６０と、凝縮器３（外部の液状冷媒供給源）の出口３ｐから液状の冷媒を吸入通路４７０を介して蒸発室４１に吸入させる液吸入口１０７と、入熱要素４３への入熱により高圧化された蒸発室４１の圧力に基づいて蒸発室４１のガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給させる電動式の第１吸入用開閉弁９１ｉを介してガス吐出口４５をもつガス吐出通路４５０とを備える。
【００２２】
図１に示すように、蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成するように複数ほぼ平行に並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、蒸発配管４１０の外壁を覆う熱交換室４３０を形成する熱交換器４３１を有する。外部熱Ｑが入熱要素４３に入熱されると、蒸発室４１の液状の冷媒は加熱されて蒸発されてガス状の冷媒となる。外部熱Ｑは、エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱などが例示される。
【００２３】
図１に示す装置によれば、熱ポンプ４の蒸発室４１において外部熱Ｑにより液状の冷媒が加熱されて蒸発させてガス化されるため、蒸発室４１は高圧化される。ガス吐出弁４８および第１吐出用開閉弁９１ｐが閉鎖している状態で、電動式のガス放出弁４６が開放すると、蒸発室４１のガスはガス放出口４９、ガス吐出口４５，ガス放出通路４６０を介して凝縮器３の入口３ｉ（低圧源）側に供給される。このため、蒸発室４１の圧力が低下し、前述したようにヘッド差に基づいて、圧力応答式の液吸入弁４７が自動的に開放し、凝縮器３（外部の液状冷媒供給源）の出口３ｐ側から、凝縮器３で液化された冷媒が液吸入弁４７および液吸入口１０７を介して蒸発室４１に吸入される。冷媒が蒸発室４１に所定量吸入されたところで、ガス放出弁４６が閉鎖される。ここで、外部熱Ｑの入熱が継続しているため、蒸発室４１における蒸発が継続して進行し、蒸発室４１が高圧化され（例えば０．８ＭＰａ）、ガス吐出弁４８のリリーフ圧力よりも高くなる。このため圧力応答式のガス吐出弁４８が開放する。このとき、電動開閉式の第１吸入用開閉弁９１ｉが開放されるため、蒸発室４１のガス状の高圧の冷媒がガス吐出口４５およびガス吐出通路４５０を介して、膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給され、膨張機２１は膨張仕事を行う。したがって、ランキンサイクル装置１は、膨張機２１に膨張仕事を与えていると言える。
【００２４】
このように蒸発室４１におけるガス状の冷媒は、ガス吐出弁４８，ガス吐出通路４５０および第１吸入用開閉弁９１ｉを経由して膨張機２１の第１吸入ポート２５（ガス受取部）に吸入される。このガスが膨張機２１において膨張し、ピストン２４に対し膨張仕事を行なう。その後、膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給されたガス状の冷媒は、膨張機２１の第１吐出ポート２６から吐出されて電動式の第１吐出用開閉弁９１ｐを通して中圧状態（例えば０．２５ＭＰａ）で入口３ｉから凝縮器３に供給される。凝縮器３は外部に放熱するため、ガス状の冷媒は凝縮器３において液状に相変化し、冷媒の液化が進行される。さらに、凝縮器３において液化が進行した冷媒は、凝縮器３の出口３ｐから吐出され、吸入通路４７０を経て液吸入口１０７を介して熱ポンプ４の蒸発室４１に吸入される。
【００２５】
前述したように熱ポンプ４の入熱要素４３には、外部熱Ｑ（エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）が継続的に入熱されているため、熱ポンプ４の蒸発室４１は液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。このように熱ポンプ４は、液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせる蒸発器としての機能と、蒸発化させたガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に吐出させるポンプ吐出機能と、液状の冷媒を蒸発室４１に吸入するポンプ吸入機能とを併有する。
【００２６】
図１において、液吸入弁４７は、蒸発室４１の内圧がリリーフ圧よりも高くなると閉鎖する逆止弁であり、凝縮器３から熱ポンプ４の蒸発室４１への冷媒流れを許容するものの、その逆方向流れを阻止する。ガス吐出弁４８は、蒸発室４１の内圧がリリーフ圧よりも高くなると開放してガス吐出通路４５０を開放させる逆止弁であり、熱ポンプ４の蒸発室４１から膨張機２１への冷媒流れを許容するものの、その逆方向流れを阻止する。
【００２７】
次に、本実施形態の熱ポンプ４の作用について、図２を参照しつつ更に説明を加える。図２は模式であるため、弁４６，４８の位置は上下関係が逆として図示されている。入熱要素４３からの入熱の影響で、熱ポンプ４の蒸発室４１の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス層４２の圧力は高圧（例えば０．８ＭＰａ程度）に維持される。図２の（１）は蒸発室４１が液状の冷媒を吸入する吸入工程を示す。図２の（２）は蒸発室４１の昇圧→ガス状の冷媒を吐出させる昇圧吐出工程を示す。図２の（３）は蒸発室４１のガス状の冷媒を吐出させる吐出工程を示す。図２の（４）は蒸発室４１が減圧されて液状の冷媒を吸入する吸入工程を示す。ここで、図２の（１）に示すように、ガス放出弁４６が開くことによりガス吐出弁４８が閉鎖し、蒸発室４１のガス層４２の高圧のガス状の冷媒がガス放出口４９およびガス放出通路４６０を介して、低圧源、即ち、この時点で蒸発室４１よりも低圧な凝縮器３の入口３ｉ側に放出される。この結果、蒸発室４１内が低圧化（例えば０．２５ＭＰａ以下）される。このため圧力応答式の逆止弁である液吸入弁４７が開放し、凝縮器３側の液状の冷媒が、吸入通路４７０、液吸入弁４７および液吸入口１０７を通り、蒸発室４１に自動的に吸入される（図２の（１）参照）。このように図２の（１）に示す吸入工程では、ガス放出弁４６が開放され、液吸入弁４７が開放されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧未満であるため、ガス吐出弁４８は閉鎖されている（図２の（１）に示す吸入工程を参照）。
【００２８】
そして、上記したように液状の冷媒が蒸発室４１に吸入されるため、図２の（１）の吸引工程に示すように、蒸発室４１に吸入された液状の冷媒の液位４ｋが上昇する。そして、液状の冷媒の液位４ｋが蒸発室４１の上限付近（満液状態）まで到達すると、ガス放出弁４６が閉じる（図２の（２）に示す昇圧吐出工程を参照）。この場合、入熱要素４３からの入熱が連続的に継続しているため、蒸発室４１の液状の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス層４２の圧力が昇圧する。このように蒸発室４１内の圧力が上昇するため、圧力応答式の逆止弁である液吸入弁４７が自動的に閉鎖される（図２の（２）示す昇圧吐出工程を参照）。例えば、蒸発室４１の圧力が０．２５ＭＰａに上昇すると、液吸入弁４７が自動的に閉鎖される。前述したように入熱要素４３からの入熱は継続しているため、入熱により蒸発室４１内の液状の冷媒が蒸発し、蒸発室４１内のガス層４２の圧力が更に上昇して高圧化する。このように蒸発室４１のガス層４２の圧力が高圧所定値（例えば０．８ＭＰａ）以上、即ち、圧力応答式の逆止弁であるガス吐出弁４８のリリーフ圧以上に上昇すると、ガス吐出弁４８が自動的に開放する（図２の（２）参照）。このように図２の（２）の昇圧吐出工程に示す状態では、第１ガス放出弁４６および液吸入弁４７が閉鎖されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧を超えるため、ガス吐出弁４８は開放される（図２の（２）参照）。
【００２９】
この結果、蒸発室４１のガス状の高圧の冷媒がガス吐出口４５、ガス吐出通路４５０、開放状態のガス吐出弁４８、開放状態の第１吸入用開閉弁９１ｉを介して、膨張機２１の第１吸入ポート２５に吐出される（図２の（３）に示す吐出工程を参照）。図２の（３）に示す吐出工程では、第１ガス放出弁４６および液吸入弁４７が閉鎖されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧を超えるため、ガス吐出弁４８は開放状態とされ、冷媒はガス吐出弁４８を介して第１吸入ポート２５へ継続的に吐出される（図２の（３）参照）。
【００３０】
次に、蒸発器４１内の冷媒がほとんど無くなった時点において、ガス放出弁４６が開放するため、蒸発室４１のガスが低圧源、即ち、凝縮器３の入口３ｉに放出され、蒸発室４１の圧力を減圧（例えば０．８ＭＰａ→０．２５ＭＰａ以下に減圧）させる。このように蒸発室４１内の圧力を更に低下させるため、ガス吐出弁４８が閉鎖されると共に、圧力応答式の液吸入弁４７が開放し、前述したように、凝縮器側の液状の冷媒が吸入通路４７０および液吸入弁４７を介して蒸発室４１に自動的に吸入される（図２の（４）および（１）参照）。以下、同様な動作が（１）→（２）→（３）→（４）と順に繰り返される。
【００３１】
なお、熱ポンプ４の動作速度に対して、膨張圧縮機２の第１吸入用開閉弁９１ｉおよび第１吐出用開閉弁９１ｐの開閉動作速度は充分に速く、熱ポンプ４の１サイクルに対して、膨張圧縮機２の第１吸入用開閉弁９１ｉおよび第１吐出用開閉弁９１ｐは数サイクルの動作を実行できる。
【００３２】
以上説明したように熱駆動式の熱ポンプ４は、外部熱Ｑが入熱要素４３に入力されると、蒸発室４１で液状の冷媒をガス状の冷媒に蒸発させる蒸発器機能と、蒸発させたガス状の冷媒をランキンサイクル装置１の膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に自動的に吐出させるポンプ吐出機能と、液状の冷媒を蒸発室４１に吸入するポンプ吸入機能とを併有する。このように熱ポンプ４は入熱要素４３への入熱で駆動する熱駆動式であり、電動モータ駆動式ではないため、消費電力の節約を図り得る。
【００３３】
上記したように本実施形態によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利な熱ポンプ４を提供できる。熱ポンプ４を駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。
【００３４】
（実施形態２）
図３は実施形態２を示す。本実施形態１は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は前述したように蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものであり、蒸発室４１とガス放出弁４６と液吸入弁４７とガス吐出弁４８とを有する。蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体としての冷媒を収容する蒸発室４１と、外部からの入熱に伴い蒸発室４１内の液状の冷媒を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素４３と、蒸発室４１のガス状の冷媒を凝縮器の入口側（外部の第２ガス受取部）に向けて放出させるガス放出口４９をもつガス放出通路４６０と、凝縮器の出口（外部の液状冷媒供給源）から液状の冷媒を蒸発室４１に吸入させる液吸入口１０７と、入熱要素４３への入熱により高圧化された蒸発室４１の圧力に基づいて蒸発室４１の高圧のガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給させるガス吐出口４５をもつガス吐出通路４５０とを備える。
【００３５】
図３に示すように、熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成する複数並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、蒸発配管４１０の外壁に設けられた複数の熱交換フィン４３３で形成されている。熱交換フィン４３３は、外部熱（エンジンや燃料電池などの機器、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体と熱交換して加熱される。
【００３６】
（実施形態３）
図４は実施形態３を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は蒸発器とポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成するように複数並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、複数の蒸発配管４１０を外側から覆う熱交換室４３０を形成すると共に入口４３１ｉおよび出口４３１ｐをもつ熱交換器４３１とを有する。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された温水などの熱交換用流体は、入口４３１ｉから熱交換室４３０に流入し、出口４３１ｐから流出され、蒸発室４１の冷媒を加熱させる。
【００３７】
（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な冷媒（流体）を収容する蒸発室４１を有する筐体４１２を形成する。入熱要素４３は、蒸発室４１の底部付近に貯留された液状の冷媒に浸漬されているパイプ状の蛇行された熱交換配管４３５で形成されている。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体は、熱交換配管４３５に流入し、蒸発室４１の底部付近の液状の冷媒を加熱させる。
【００３８】
（実施形態５）
図６は実施形態５を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図６（Ａ）に示すように、熱ポンプ４は蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な冷媒（流体）を収容するパイプ４１ｗで形成された通路状の蒸発室４１を有する。入熱要素４３はこのパイプ４１ｗと並走する熱交換パイプ４３６を備えている。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体は、熱交換パイプ４３６に流入し、通路状の蒸発室４１の液状の冷媒を加熱させて蒸発させる。図６（Ｂ）に示す形態では、入熱要素４３は、蒸発室４１を形成するパイプ４１ｗを包囲しつつ収容する熱交換器室４３８を形成する熱交換通路４３５を有する。
【００３９】
（実施形態６）
図７は実施形態６を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図７は、ランキンサイクル装置１に蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６を組合せたサイクルの回路図を示す。図７に示すように、ランキンサイクル装置１の膨張圧縮機２は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもつ膨張室を有する膨張機２１と、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７をもつ圧縮室を有する圧縮機２３とをもつ。ランキンサイクル装置１は、更に、膨張機２１および圧縮機２３に共通する第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる共通の凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続された熱ポンプ４とを備える。凝縮器３は、ランキンサイクルと蒸気圧縮サイクルとに共用されているが、それぞれ独立に設けても良い。
【００４０】
本実施形態によれば、凝縮器３の入口３ｉ側は、蒸発室４１のガス放出時において蒸発室４１の液吸入口１０７よりも低圧となる低圧源として機能する。位置的には、凝縮器３は蒸発室４１に対して高さ方向において上方に配置されており、この高さによる液状の冷媒のヘッド差を利用し、後述する（４）〜（１）に示す吸入工程において凝縮器３から蒸発発４１に液吸入弁４７を経由して吸入させる。
【００４１】
前述同様に、熱ポンプ４は、外部熱（エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。凝縮器３は入口３ｉおよび出口３ｐをもつ。図７に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、凝縮器３の出口に通路１００ｋを介して接続され凝縮器３で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐに接続され膨張弁６０（膨張要素）で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の圧縮機２３の第２吸入ポート２７に通路１００ｍを介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。ヒートポンプ用蒸発器７は入口７ｉおよび出口７ｐをもつ。蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６では、液状の冷媒を膨張弁６０で膨張させた後に、ヒートポンプ用蒸発器７においてガス化させる。ガス化された冷媒は圧縮機２３の第２吸入ポート２７に吸引される。
【００４２】
（実施形態７）
図８は実施形態７を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。本実施形態においても熱ポンプ４は電動式ではなく、熱駆動式とされている。図８は、ランキンサイクル装置１に蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６を組合せたサイクルの回路図を示す。図８に示すように、ランキンサイクル装置１は膨張圧縮機２をもつ。膨張圧縮機２は膨張機２１と圧縮機２３とをもつ。膨張機２１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６に連通可能な膨張室をもつ。圧縮機２３は、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７および第２吐出ポート２８に連通可能な圧縮室をもつ。ランキンサイクル装置１は、上記した膨張圧縮機２の他に、膨張圧縮機２の膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６および圧縮機２３の第２吐出ポート２８から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる共通の凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続された液溜めタンク３５と、液溜めタンク３５の冷媒を吸入する熱ポンプ４とを備える。
【００４３】
前述同様に、熱ポンプ４は、外部熱Ｑ（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。凝縮器３は入口３ｉおよび出口３ｐをもつ。図８に示すように、液溜めタンク３５は凝縮器３の出口３ｐよりも下流に設けられている。液溜めタンク３５は冷媒の気液分離機能をもつ。液溜めタンク３５は入口３５ｉおよび複数の出口３５ｐをもつ。図８に示すように、液溜めタンク３５は、液溜めタンク３５に溜めた液状の冷媒を吸入通路４７０を介して液吸入口１０７から熱ポンプ４の蒸発室４１に供給すると共に、液の冷媒を通路１００ｋを介して膨張弁６０に供給する。
【００４４】
図８に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、凝縮器３に液溜めタンク３５および通路１００ｋを介して接続され凝縮器３で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐに接続され膨張弁６０（膨張要素）で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の第２吸入ポート２７に通路１００ｍを介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。ヒートポンプ用蒸発器７は入口７ｉおよび出口７ｐをもつ。
【００４５】
図８に示すように、熱ポンプ４に設けられている入熱要素４３は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の熱を蒸発室４１内の冷媒に供給させて蒸発室４１内の冷媒を加熱させ、熱ポンプ４にポンプ作用を発揮させる。ここで、図８に示すように、ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗ（低圧源）に連通している。具体的には、ガス放出口４９，ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗ（例えば０．０８ＭＰａ）に連通しており、圧縮機２３の第２吸入用逆止弁９２ｉとヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐとの間に位置する。
【００４６】
図８（Ａ）に示す蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において、膨張弁６０の出口６０ｐから膨張圧縮機２の第２吸入ポート２７までの通路は、冷媒の圧力が例えば０．０８ＭＰａ程度とポンプ４の蒸発室４１よりも低い低圧通路（低圧源）とされている。このような低圧回路であればどこでも、ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆを連通させて蒸発室４１のガスを低圧回路に放出させることができる。本実施形態によれば、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗを低圧源として用い、他端部４６０ｆを低圧部位１００ｗに連通させている。
【００４７】
前述したように、熱ポンプ４は、入熱要素４３からの入熱に基づいて、蒸発室４１内の液状の冷媒をガス状の冷媒として膨張圧縮機２の膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるポンプ吐出機能と、蒸発室４１内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち圧力容器４０のガス層４２よりも低圧の低圧部位１００ｗに供給させるガス状冷媒供給機能と、凝縮器３側の液状の冷媒を液吸入口１０７から蒸発室４１に吸入させる液冷媒吸入機能とを実行することができる。
【００４８】
図８に示すように、ガス放出通路４６０は電動開閉式のガス放出弁４６を有する。吸入通路４７０は逆止弁である液吸入弁４７を有する。液吸入弁４７は、蒸発室４１の低圧化に基づいて開放して凝縮器３側の液溜めタンク３５の液状の冷媒を蒸発室４１に吸入させる。吸入弁４７は、凝縮器３および液溜めタンク３５から蒸発室４１に向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。ガス吐出通路４５０はガス吐出弁４８を有する。ガス吐出弁４８の開放に伴い、蒸発室４１内のガス状の冷媒を第１吸入用開閉弁９１ｉを介して膨張機２１の第１吸引ポート２５に供給させる。ガス吐出弁４８は、蒸発室４１から膨張機２１の第１吸引ポート２５に向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。なお本実施形態によれば、ランキンサイクル装置１の熱ポンプ４のガス吐出弁４８は、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６に対して独立して作動できる。
【００４９】
次に本実施形態の作用について図８を参照しつつ説明する。入熱要素４３からの入熱の影響で、熱ポンプ４の蒸発室４１の冷媒のガス化が進行し、ガス層４２の圧力は高圧に維持される。ここで、熱駆動式の熱ポンプ４のガス放出弁４６が開くことにより、蒸発室４１のガス層４２の高圧（例えば０．８ＭＰａ）のガス状の冷媒は、ガス放出口４９およびガス放出通路４６０を介して、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧の低圧部位１００ｗ（例えば０．０８ＭＰａ程度）に放出される。この結果、蒸発室４１内が低圧（例えば０．２５ＭＰａ以下）となる。このため、液吸入弁４７が開放し、凝縮器３側の液溜めタンク３５に溜められている液状の冷媒が液吸入通路４７０、液吸入弁４７および液吸入口１０７を通り、蒸発室４１に自動的に吸入される。そして、上記したように液状の冷媒が熱ポンプ４の蒸発室４１に吸入されるため、蒸発室４１に吸入された液状の冷媒の液位４ｋが上昇する。そして、液状の冷媒の液位４ｋが上昇すると、ガス放出弁４６が閉じる。この場合、入熱要素４３からの入熱が連続的に継続しているため、蒸発室４１における液状の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス圧力が昇圧する。このように蒸発室４１内のガス圧力が上昇するため、圧力応答式のリリーフ弁である液吸入弁４７が閉鎖される。前述したように入熱要素４３からの入熱は継続しているため、入熱により蒸発室４１における液状の冷媒が蒸発し、圧力が次第に上昇して高圧化する。このように蒸発室４１の圧力が高圧所定値（例えば０．８ＭＰａ）以上、即ち、圧力応答式のガス吐出止弁４８のリリーフ圧以上に上昇すると、ガス吐出弁４８が自動的に開放する。この結果、蒸発室４１におけるガス状の冷媒がガス吐出弁４８を介して膨張圧縮機２の第１吸入ポート２５に自動的に導入される。以下、同様な動作が繰り返される。したがって、熱駆動式の熱ポンプ４は、外部熱が入熱要素４３に入力されると、蒸発室４１内のガス状の冷媒を膨張圧縮機２の膨張機２１の第１吸入ポート２５に自動的に吐出させるポンプ吐出機能を有すると共に、液溜めタンク３５の液状の冷媒を蒸発室４１内に自動的に吸入させるポンプ吸入機能を有する。このように熱ポンプ４は入熱要素４３への入熱で駆動する熱駆動式であり、電動モータ駆動式ではないため、電力の節約を図り得る。上記したように本実施形態によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利となる。熱ポンプ４を駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。図８（Ｂ）（Ｃ）は液溜めタンク３５の内部構造を示す。凝縮器３の出口３ｐからの配管３０１を液溜めタンク３５の天井壁に直接設けてもよい。また、凝縮器３の出口３ｐからの配管３０１を液溜めタンク３５の底壁付近に浸漬させてもよい。
【００５０】
（実施形態８）
図９は実施形態８を示す。本実施形態は、上記した実施形態７と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。ガス放出弁４６が設けられているガス放出通路４６０において、ガス放出弁４６の下流には、バッファタンク３００とバッファバルブ３０２とが直列に設けられている。これにより、ガス放出弁４６開時の圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧の低圧部位１００ｍの圧力変動を最小限に抑えることが出来る。
【００５１】
図１０はｐ−ｈ線図を示す。ｐは冷媒の圧力を示し、ｈは冷媒のエンタルピーを示す。冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図（図１０参照）において、凝縮器３の出口３ｐの冷媒は、図１０の（A）の位置で液状の冷媒となる。次に、液状の冷媒が熱ポンプ４の蒸発室４１に液吸入口１０７から吸入され、蒸発室４１において外部熱が加えられると、冷媒の一部は蒸発し、蒸発室４１内の圧力が上昇し、図１０の（B）の位置まで昇圧する。また蒸発室４１の上部に溜まっているガスも加熱されることにより、図１０の（C）の位置から、（D）の位置に加熱される。その後、ガス吐出弁４８が開き、蒸発室４１の上部のガスがガス吐出通路４５０に吐出され、蒸発室４１の下部に溜まった液状の冷媒も、図１０の（B）の位置から、図１０の（D）の位置に変化し、ガス吐出通路４５０に順次吐出される。吐出が終わった段階で、液吸入弁４７が開き、再度、凝縮器３の出口３ｐから液状の冷媒が液吸入口１０７から蒸発室４１に吸入される。以下これを繰り返す。
【００５２】
本実施形態によれば、図９から理解できるように、逆止弁で形成されている図８に示すガス吐出弁４８自体は廃止されているが、膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉがガス吐出弁を兼用し、ガス吐出弁として機能できる。図１１の（Ｂ）は、膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉ、第１吐出用開閉弁９１ｐ、圧縮機２３側の第２吸入用逆止弁９２ｉ、第２吐出用逆止弁９２ｐ、熱ポンプ４のガス吐出弁４６、液吸入弁４７，ガス放出弁４６といった各弁の開閉のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートで示すように、膨張機２１では、第１吐出用開閉弁９１ｐの開放が終了して膨張機２１の冷媒を膨張室から吐出させた後、第１吸入用開閉弁９１ｉが開放し、膨張機２１の膨張室にガス状の冷媒を吸入する。圧縮機２３では、第２吐出用逆止弁９２ｐの開放が終了して圧縮機２３の冷媒を圧縮室から吐出させた後、第２吸入用逆止弁９２ｉが開放してガス状の冷媒を圧縮機２３の圧縮室に吸入する。図１１の（Ｂ）に示すタイミングチャートから理解できるように、熱ポンプ４は、冷媒の吐出、減圧、吸入、昇圧、吐出といった各工程を順に実施する。膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放動作の開始タイミングｔ１は、熱ポンプ４の前記したガス吐出弁４８の開放の開始タイミングと同期して対応している。同様に、第１吸入用開閉弁９１ｉの閉鎖タイミングｔ２は、熱ポンプ４のガス吐出弁４８が閉鎖するタイミングと同期して対応している。このようにガス吐出弁４８の開放時間と膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放時間とが同期しているため、本実施形態によれば、逆止弁で形成されている図８に示すガス吐出弁４８が廃止されており、コスト低廉化に有利となる。
【００５３】
（実施形態９）
図１２は実施形態９を示す。本実施形態は、上記した実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１２に示すように、本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。本実施形態は、熱ポンプ４の吐出圧力の脈動防止を図る。図１２に示すように、熱駆動式の熱ポンプ４Ａ，Ｂが複数台並列に設置されている。エンジン等の機器の廃熱、太陽熱などの外部熱が入熱要素４３に入力される。熱ポンプ４Ａ，４Ｂはそれぞれ、液吸入通路４７０からの液状の冷媒の吸入工程、蒸発室４１の圧力の昇圧工程、ガス状の冷媒を吐出させる吐出工程を繰り返すため、ガス吐出弁４８および吐出通路４５０を介して膨張機２１の第１吸入ポート２５へのガス状の冷媒の吐出を間欠的に行う。このため、熱ポンプ４Ａ，Ｂのポンプ出口側である冷媒吐出圧力が脈動し、膨張機２１に影響を与える可能性がある。この対策として本実施形態によれば、図１２に示すように、２台の熱駆動式の熱ポンプ４Ａ，Ｂを並列に接続し、熱ポンプ４Ａ，Ｂを１８０°位相をずらせつつ交互に交代運転させ、上記した吐出圧力の脈動を低減させることにしている。
【００５４】
（実施形態１０）
図１３は実施形態１０を示す。本実施形態は、上記した実施形態７，８と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１３に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において、液溜めタンク３５の出口３５ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間には、膨張要素として機能するエジェクタ６５が設けられている。エジェクタ６５は、膨張弁と同様、冷媒を等エントロピー膨張させるものである。図１３に示すように、エジェクタ６５は、液溜めタンク３５の出口３５ｐに繋がる入口６５ｉと、ヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉに繋がる出口６５ｐと、圧力容器４０のガス放出口４９にガス放出弁４６，ガス放出通路４６０更には脈動抑制用のバッファ２１０を介して繋がれた吸入口６５ｅ（低圧源）とをもつ。
【００５５】
ランキンサイクル装置１の熱ポンプ４のガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、エジェクタ６５の吸入口６５ｅに連通している。圧縮機２３の作動に伴い、液溜めタンク３５の液状の冷媒は、入口６５ｉからエジェクタ６５に流入し、出口６５ｐからヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる。このとき、ガス放出弁４６が開放すると、熱ポンプ４の蒸発室４１のガス状の冷媒はガス放出通路４６０を介してエジェクタ６５の吸入口６５ｅ（低圧源、エジェクタ６５の低圧の吸入部位）に吸入され、液溜めタンク３５からヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる冷媒に合流される。
【００５６】
（その他）
図７に示す形態によれば、ガス放出通路４６０の他端部４００ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうちヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗ（低圧源）に連通している。これに限らず、ガス放出通路４６０の他端部４００ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間における低圧通路であれば、どこの部位に連通していても良い。凝縮器３は、ランキンサイクルと蒸気圧縮サイクルとに共用されていても良いし、それぞれ独立に設けられていても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱などの外部熱を熱入力とし、冷房、暖房、給湯などに利用される。
【符号の説明】
【００５８】
１はランキンサイクル装置、２は膨張圧縮機、２１は膨張機、２３は圧縮機、２５は第１吸入ポート（外部のガス受取部）、３は凝縮器（液状流体供給源）、３ｉは凝縮器の入口（低圧源）、３５は液溜めタンク（液状流体供給源）、４は蒸発器一体型熱ポンプ、４１は蒸発室、４２はガス層、４３は入熱要素、４３０は熱交換室、４３１は熱交換器、４３５は熱交換配管、４３６は熱交換パイプ、４５はガス吐出口、４５０はガス吐出通路、４６はガス放出弁、４６０はガス放出通路、４７は液吸入弁、４８はガス吐出弁、６は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置、６０は膨張弁（膨張要素）、６５はエジェクタ（膨張要素）、６５ｅは吸入口（低圧源）、７はヒートポンプ用蒸発器、９１ｉは第１吸入用開閉弁、９１ｐは第１吐出用開閉弁、９２ｉは第２吸入用逆止弁、９２ｐは第２吐出用逆止弁、１００ｗは低圧部位（低圧源）、１０７は液吸入口を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、膨張タンク、吸込み用の逆止弁a1、吐出側の圧力調整弁a2および膨張タンクと凝縮器の均圧弁sから構成された熱ポンプをランキンサイクルの凝縮器と集熱器の間に構成した装置を開示している。ここで、均圧弁sの開により膨張タンクと凝縮器を均圧させ、さらに膨張タンクの配管cに冷水を流すことで膨張タンク内を減圧させ逆止弁a1より液を流入させることにしている。膨張タンクの配管Hに温水を流すことにより、液が蒸発しタンク内圧が上がる。タンク内圧が圧力調整弁a2の設定値を超えると、吐出側の圧力調整弁a2が開となり、液が集熱器に吐出される。
【０００３】
特許文献２は、ランキンサイクルのポンプ機能を蒸発機内での毛細管力を利用したことを特徴とするランキンサイクル装置を開示する。毛管力を利用するランキンサイクル装置は、膨張機と凝縮器と蒸発器とを備えており、蒸発器では流体を蒸発させると同時に流体に循環駆動力を付与する機能を備えている。また蒸発器は、作動流体の流路断面全面に液相状の作動流体を毛管力で駆動させるための毛細管構造体と、毛細管構造体における作動流体を蒸発させるための加熱部とを含む構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願2006-535145号公報
【特許文献２】特開2009-150251号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、熱ポンプを駆動させるために温熱源および冷熱源の双方が必要である。特に、冷熱源は、冷熱を作り出すエネルギーが必要となり、装置の全体効率を落とす要因となる。特許文献２は、毛細管力により液を送り出す圧力が、毛細管部における流体の表面張力と流路半径とに依存するため、高圧を得たい場合には、毛細幹部の流路半径を小さくする必要がある。例えば、冷媒R134aで500kPaの昇圧を得るためには、0.1μm以下の非常に小さな流路径が必要とされる。この場合、毛細管を形成する毛細管構造体の選定が困難となる。更に、不純物または潤滑油などにより流路の閉塞などの問題が起こる可能性が高い。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、冷熱源を廃止できると共に消費電力を低減できる蒸発器一体型熱ポンプおよびランキンサイクル装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）様相１の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を蒸発室に吸入させる液吸入口と、入熱要素への入熱により高圧化された蒸発室の圧力に基づいて蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）蒸発ポンプ部のガス放出口を開閉させるように設けられガス放出口の開放により蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させて蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）ガス放出弁の開放により低圧化された蒸発室に、外部の液状流体供給源から液状の流体を液吸入口を介して蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により蒸発室の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する。
【０００８】
本様相によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は蒸発器一体型熱ポンプの外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されるため、液吸入弁が開放すると、外部熱（例えば、エンジンや燃料電池の廃熱、太陽熱、地熱等）が液状流体供給源から液状の流体は液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部から入熱要素を介して蒸発室に入熱されるため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放し、蒸発した高圧のガス状の流体は、ガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。なお本明細書では、低圧源は、蒸発室の液吸入口よりも低い圧力の部位を意味する。
【０００９】
（２）様相２の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプによれば、上記様相において、蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室を形成する複数の蒸発配管を有しており、入熱要素は、蒸発配管の外壁に設けられた熱交換フィンで形成されている。熱交換フィンに入熱されると、蒸発配管の液状の流体は加熱されて蒸発される。従って、蒸発室内は高圧化され、蒸発室のガス状の流体は外部のガス受取部に供給される。
【００１０】
（３）様相３の本発明に係る蒸発器一体型熱ポンプによれば、上記様相において、蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室を形成する蒸発通路を形成する複数の蒸発配管を有しており、入熱要素は、複数の蒸発配管を覆う熱交換室を形成する熱交換容器とを有する。外部熱（例えば、エンジンや燃料電池の廃熱、太陽熱、地熱等）で加熱された熱交換用流体が熱交換室に供給されると、蒸発配管の液状の流体は加熱されて蒸発される。従って、蒸発室内は高圧化され、蒸発室の高圧のガス状の流体は外部のガス受取部に供給される。
【００１１】
（４）様相４の本発明に係るランキンサイクル装置は、第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつ膨張機と、膨張機の第１吐出ポートから帰還したガス状の冷媒の凝縮を進行させる凝縮器と、凝縮器において凝縮が進行した冷媒を蒸発させる蒸発器と有するランキンサイクル装置において、蒸発器は蒸発器一体型熱ポンプで構成されており、
蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、蒸発室のガス状の流体を外部の低圧源に向けて放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を蒸発室に吸入させる液吸入口と、入熱要素への入熱により高圧化された蒸発室の圧力に基づいて蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）蒸発ポンプ部のガス放出口を開閉させるように設けられガス放出口の開放により蒸発器室のガス状の流体を低圧源に放出させて蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）ガス放出弁の開放により低圧化された蒸発室に、外部の液状流体供給源から液状の流体を液吸入口を介して蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により蒸発室の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する。
【００１２】
本様相によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されているため、液吸入弁が開放すると、外部の液状流体供給源から液状の流体は液吸入弁および液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部から入熱要素を介して蒸発室に入熱されているため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放、蒸発室において蒸発したガス状の流体は、ガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。
【００１３】
（５）様相５の本発明に係るランキンサイクル装置によれば、上記様相において、膨張機は、ランキンサイクル用の第１吸入ポートおよび第１吐出ポートの他に、膨張室の膨張作用により圧縮される圧縮室に連通された蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートを有する膨張圧縮機であり、
凝縮器の出口側に接続され凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、膨張要素に接続され膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機の第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備える蒸気圧縮式ヒートポンプ装置が一体に設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蒸発器と熱駆動型ポンプとが一体化された蒸発器一体型熱ポンプを提供できる。この場合、エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱等といった外部熱を蒸発器一体型熱ポンプの駆動源とするため、冷熱源を廃止できると共に、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の外部熱を利用するため、消費電力を低減できる。
【００１５】
本発明によれば、ガス放出弁が開放すると、ガス放出口が開放され、蒸発室のガス状の流体は蒸発器一体型熱ポンプの外部の低圧源に放出されるため、蒸発室はガス放出弁の開放前に比較して低圧化される。このようにガス放出弁の開放により蒸発室が低圧化されるため、液吸入弁が開放すると、外部の液状流体供給源から液状の流体は液吸入口を介して蒸発室に吸入される。このとき、外部熱が入熱要素を介して蒸発室に入熱されているため、蒸発室の液状の流体は加熱されて蒸発が進行する。蒸発の進行により蒸発室の圧力が高くなるため、ガス吐出弁が開放し、蒸発したガス状の流体はガス吐出弁およびガス吐出口から外部のガス受取部に供給される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係るランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図２】蒸発器一体型熱ポンプの作動を説明する図である。
【図３】実施形態２に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図４】実施形態３に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図５】実施形態４に係り、蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図６】実施形態５に係り、（Ａ）（Ｂ）は蒸発器一体型熱ポンプを模式的に示す側面図である。
【図７】実施形態６に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図８】（Ａ）は実施形態７に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図であり、（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ液溜めタンクの構造を模式的に示す図である。
【図９】実施形態８に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図１０】冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。
【図１１】実施形態８に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す図である。
【図１２】実施形態９に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【図１３】実施形態１０に係り、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を組み込んだランキンサイクル装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明によれば、ガス放出弁が開放するとき、蒸発室から放出されるガスが供給される低圧源は、蒸発室の液吸入口よりも低い圧力の部位を意味する。凝縮器や液溜めタンクが設けられている場合には、低圧源としては、凝縮器や液溜めタンクの圧力よりも低い圧力レベルの部位が挙げられる。蒸気圧縮サイクルが設けられている場合には、低圧源としては、蒸気圧縮サイクルのうちの低圧回路（例えば、膨張弁の出口よりも下流の通路）が例示される。また、蒸気圧縮サイクルにおいて膨張弁の代わりにエジェクタを設け、低圧源としてはエジェクタの吸引口とする例が示される。蒸発器一体型熱ポンプの用途は、ランキンサイクル装置に限定されるものではなく、あるいは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置を併有するランキンサイクル装置に限定されるものではなく、ポンプ装置に広く適用できる。従って流体も冷媒に限定されるものではなく、液相およびガス相に相変化できる流体であれば何でも良い。
【００１８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１を参照して説明する。図１は蒸発器一体型熱ポンプ４をもつランキンサイクル装置１を示す。ランキンサイクル装置１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもつと共に冷媒の膨張仕事を行う膨張機２１と、膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続され液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とした後に膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるポンプ作用を果たす蒸発器一体型熱ポンプ４とを備える。
【００１９】
蒸発器一体型熱ポンプ４（以下、熱ポンプ４ともいう）は、蒸発器と熱ポンプとを一体化したものであり、外部からの入熱により液を蒸発させて内圧を増加させて高圧ガスを吐出させる昇圧吐出工程と、蒸発室内のガスを低圧源に向けて放出させることにより蒸発室の圧力を減圧させ、液状流体供給源（凝縮器または液溜めタンク）より液状の冷媒を蒸発室に吸入させる吸入工程との繰り返してポンピングするものである。
【００２０】
ここで本実施形態によれば、凝縮器３の入口３ｉ側は、蒸発室４１のガス放出時において蒸発室４１の液吸入口１０７よりも低圧となり得る低圧源として機能する。位置的には、凝縮器３は蒸発室４１に対して高さ方向において上方に配置されており、殊に、凝縮器３の底部は蒸発室４１の上部に対して高さ方向において上方に配置されており、この高さ差による液状の冷媒のヘッド差を利用し、後述する（４）〜（１）に示す吸入工程において凝縮器３の出口３ｐから蒸発室４１に液吸入弁４７を経由して吸入させる。
【００２１】
図１に示すように、熱ポンプ４は、液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせる蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものであり、蒸発室４１とガス放出弁４６と液吸入弁４７とガス吐出弁４８とを有する。熱ポンプ４は、液相から気相に相変化可能な流体としての冷媒を収容する蒸発室４１と、外部からの入熱に伴い蒸発室４１内の液状の冷媒を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素４３と、蒸発室４１のガス状の冷媒を凝縮器３の入口３ｉ側（外部の第２ガス受取部）に向けて放出させるガス放出口４９をもつガス放出通路４６０と、凝縮器３（外部の液状冷媒供給源）の出口３ｐから液状の冷媒を吸入通路４７０を介して蒸発室４１に吸入させる液吸入口１０７と、入熱要素４３への入熱により高圧化された蒸発室４１の圧力に基づいて蒸発室４１のガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給させる電動式の第１吸入用開閉弁９１ｉを介してガス吐出口４５をもつガス吐出通路４５０とを備える。
【００２２】
図１に示すように、蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成するように複数ほぼ平行に並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、蒸発配管４１０の外壁を覆う熱交換室４３０を形成する熱交換器４３１を有する。外部熱Ｑが入熱要素４３に入熱されると、蒸発室４１の液状の冷媒は加熱されて蒸発されてガス状の冷媒となる。外部熱Ｑは、エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱などが例示される。
【００２３】
図１に示す装置によれば、熱ポンプ４の蒸発室４１において外部熱Ｑにより液状の冷媒が加熱されて蒸発させてガス化されるため、蒸発室４１は高圧化される。ガス吐出弁４８および第１吐出用開閉弁９１ｐが閉鎖している状態で、電動式のガス放出弁４６が開放すると、蒸発室４１のガスはガス放出口４９、ガス吐出口４５，ガス放出通路４６０を介して凝縮器３の入口３ｉ（低圧源）側に供給される。このため、蒸発室４１の圧力が低下し、前述したようにヘッド差に基づいて、圧力応答式の液吸入弁４７が自動的に開放し、凝縮器３（外部の液状冷媒供給源）の出口３ｐ側から、凝縮器３で液化された冷媒が液吸入弁４７および液吸入口１０７を介して蒸発室４１に吸入される。冷媒が蒸発室４１に所定量吸入されたところで、ガス放出弁４６が閉鎖される。ここで、外部熱Ｑの入熱が継続しているため、蒸発室４１における蒸発が継続して進行し、蒸発室４１が高圧化され（例えば０．８ＭＰａ）、ガス吐出弁４８のリリーフ圧力よりも高くなる。このため圧力応答式のガス吐出弁４８が開放する。このとき、電動開閉式の第１吸入用開閉弁９１ｉが開放されるため、蒸発室４１のガス状の高圧の冷媒がガス吐出口４５およびガス吐出通路４５０を介して、膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給され、膨張機２１は膨張仕事を行う。したがって、ランキンサイクル装置１は、膨張機２１に膨張仕事を与えていると言える。
【００２４】
このように蒸発室４１におけるガス状の冷媒は、ガス吐出弁４８，ガス吐出通路４５０および第１吸入用開閉弁９１ｉを経由して膨張機２１の第１吸入ポート２５（ガス受取部）に吸入される。このガスが膨張機２１において膨張し、ピストン２４に対し膨張仕事を行なう。その後、膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給されたガス状の冷媒は、膨張機２１の第１吐出ポート２６から吐出されて電動式の第１吐出用開閉弁９１ｐを通して中圧状態（例えば０．２５ＭＰａ）で入口３ｉから凝縮器３に供給される。凝縮器３は外部に放熱するため、ガス状の冷媒は凝縮器３において液状に相変化し、冷媒の液化が進行される。さらに、凝縮器３において液化が進行した冷媒は、凝縮器３の出口３ｐから吐出され、吸入通路４７０を経て液吸入口１０７を介して熱ポンプ４の蒸発室４１に吸入される。
【００２５】
前述したように熱ポンプ４の入熱要素４３には、外部熱Ｑ（エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）が継続的に入熱されているため、熱ポンプ４の蒸発室４１は液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。このように熱ポンプ４は、液状の冷媒を蒸発させてガス状の冷媒とさせる蒸発器としての機能と、蒸発化させたガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に吐出させるポンプ吐出機能と、液状の冷媒を蒸発室４１に吸入するポンプ吸入機能とを併有する。
【００２６】
図１において、液吸入弁４７は、蒸発室４１の内圧がリリーフ圧よりも高くなると閉鎖する逆止弁であり、凝縮器３から熱ポンプ４の蒸発室４１への冷媒流れを許容するものの、その逆方向流れを阻止する。ガス吐出弁４８は、蒸発室４１の内圧がリリーフ圧よりも高くなると開放してガス吐出通路４５０を開放させる逆止弁であり、熱ポンプ４の蒸発室４１から膨張機２１への冷媒流れを許容するものの、その逆方向流れを阻止する。
【００２７】
次に、本実施形態の熱ポンプ４の作用について、図２を参照しつつ更に説明を加える。図２は模式であるため、弁４６，４８の位置は上下関係が逆として図示されている。入熱要素４３からの入熱の影響で、熱ポンプ４の蒸発室４１の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス層４２の圧力は高圧（例えば０．８ＭＰａ程度）に維持される。図２の（１）は蒸発室４１が液状の冷媒を吸入する吸入工程を示す。図２の（２）は蒸発室４１の昇圧→ガス状の冷媒を吐出させる昇圧吐出工程を示す。図２の（３）は蒸発室４１のガス状の冷媒を吐出させる吐出工程を示す。図２の（４）は蒸発室４１が減圧されて液状の冷媒を吸入する吸入工程を示す。ここで、図２の（１）に示すように、ガス放出弁４６が開くことによりガス吐出弁４８が閉鎖し、蒸発室４１のガス層４２の高圧のガス状の冷媒がガス放出口４９およびガス放出通路４６０を介して、低圧源、即ち、この時点で蒸発室４１よりも低圧な凝縮器３の入口３ｉ側に放出される。この結果、蒸発室４１内が低圧化（例えば０．２５ＭＰａ以下）される。このため圧力応答式の逆止弁である液吸入弁４７が開放し、凝縮器３側の液状の冷媒が、吸入通路４７０、液吸入弁４７および液吸入口１０７を通り、蒸発室４１に自動的に吸入される（図２の（１）参照）。このように図２の（１）に示す吸入工程では、ガス放出弁４６が開放され、液吸入弁４７が開放されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧未満であるため、ガス吐出弁４８は閉鎖されている（図２の（１）に示す吸入工程を参照）。
【００２８】
そして、上記したように液状の冷媒が蒸発室４１に吸入されるため、図２の（１）の吸引工程に示すように、蒸発室４１に吸入された液状の冷媒の液位４ｋが上昇する。そして、液状の冷媒の液位４ｋが蒸発室４１の上限付近（満液状態）まで到達すると、ガス放出弁４６が閉じる（図２の（２）に示す昇圧吐出工程を参照）。この場合、入熱要素４３からの入熱が連続的に継続しているため、蒸発室４１の液状の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス層４２の圧力が昇圧する。このように蒸発室４１内の圧力が上昇するため、圧力応答式の逆止弁である液吸入弁４７が自動的に閉鎖される（図２の（２）示す昇圧吐出工程を参照）。例えば、蒸発室４１の圧力が０．２５ＭＰａに上昇すると、液吸入弁４７が自動的に閉鎖される。前述したように入熱要素４３からの入熱は継続しているため、入熱により蒸発室４１内の液状の冷媒が蒸発し、蒸発室４１内のガス層４２の圧力が更に上昇して高圧化する。このように蒸発室４１のガス層４２の圧力が高圧所定値（例えば０．８ＭＰａ）以上、即ち、圧力応答式の逆止弁であるガス吐出弁４８のリリーフ圧以上に上昇すると、ガス吐出弁４８が自動的に開放する（図２の（２）参照）。このように図２の（２）の昇圧吐出工程に示す状態では、第１ガス放出弁４６および液吸入弁４７が閉鎖されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧を超えるため、ガス吐出弁４８は開放される（図２の（２）参照）。
【００２９】
この結果、蒸発室４１のガス状の高圧の冷媒がガス吐出口４５、ガス吐出通路４５０、開放状態のガス吐出弁４８、開放状態の第１吸入用開閉弁９１ｉを介して、膨張機２１の第１吸入ポート２５に吐出される（図２の（３）に示す吐出工程を参照）。図２の（３）に示す吐出工程では、第１ガス放出弁４６および液吸入弁４７が閉鎖されているものの、蒸発室４１内の圧力はガス吐出弁４８のリリーフ圧を超えるため、ガス吐出弁４８は開放状態とされ、冷媒はガス吐出弁４８を介して第１吸入ポート２５へ継続的に吐出される（図２の（３）参照）。
【００３０】
次に、蒸発器４１内の冷媒がほとんど無くなった時点において、ガス放出弁４６が開放するため、蒸発室４１のガスが低圧源、即ち、凝縮器３の入口３ｉに放出され、蒸発室４１の圧力を減圧（例えば０．８ＭＰａ→０．２５ＭＰａ以下に減圧）させる。このように蒸発室４１内の圧力を更に低下させるため、ガス吐出弁４８が閉鎖されると共に、圧力応答式の液吸入弁４７が開放し、前述したように、凝縮器側の液状の冷媒が吸入通路４７０および液吸入弁４７を介して蒸発室４１に自動的に吸入される（図２の（４）および（１）参照）。以下、同様な動作が（１）→（２）→（３）→（４）と順に繰り返される。
【００３１】
なお、熱ポンプ４の動作速度に対して、膨張圧縮機２の第１吸入用開閉弁９１ｉおよび第１吐出用開閉弁９１ｐの開閉動作速度は充分に速く、熱ポンプ４の１サイクルに対して、膨張圧縮機２の第１吸入用開閉弁９１ｉおよび第１吐出用開閉弁９１ｐは数サイクルの動作を実行できる。
【００３２】
以上説明したように熱駆動式の熱ポンプ４は、外部熱Ｑが入熱要素４３に入力されると、蒸発室４１で液状の冷媒をガス状の冷媒に蒸発させる蒸発器機能と、蒸発させたガス状の冷媒をランキンサイクル装置１の膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に自動的に吐出させるポンプ吐出機能と、液状の冷媒を蒸発室４１に吸入するポンプ吸入機能とを併有する。このように熱ポンプ４は入熱要素４３への入熱で駆動する熱駆動式であり、電動モータ駆動式ではないため、消費電力の節約を図り得る。
【００３３】
上記したように本実施形態によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利な熱ポンプ４を提供できる。熱ポンプ４を駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。
【００３４】
（実施形態２）
図３は実施形態２を示す。本実施形態１は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は前述したように蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものであり、蒸発室４１とガス放出弁４６と液吸入弁４７とガス吐出弁４８とを有する。蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体としての冷媒を収容する蒸発室４１と、外部からの入熱に伴い蒸発室４１内の液状の冷媒を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素４３と、蒸発室４１のガス状の冷媒を凝縮器の入口側（外部の第２ガス受取部）に向けて放出させるガス放出口４９をもつガス放出通路４６０と、凝縮器の出口（外部の液状冷媒供給源）から液状の冷媒を蒸発室４１に吸入させる液吸入口１０７と、入熱要素４３への入熱により高圧化された蒸発室４１の圧力に基づいて蒸発室４１の高圧のガス状の冷媒を膨張機２１の第１吸入ポート２５（外部の第１ガス受取部）に供給させるガス吐出口４５をもつガス吐出通路４５０とを備える。
【００３５】
図３に示すように、熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成する複数並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、蒸発配管４１０の外壁に設けられた複数の熱交換フィン４３３で形成されている。熱交換フィン４３３は、外部熱（エンジンや燃料電池などの機器、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体と熱交換して加熱される。
【００３６】
（実施形態３）
図４は実施形態３を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は蒸発器とポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の蒸発室４１を形成するように複数並設された蒸発配管４１０を有する。入熱要素４３は、複数の蒸発配管４１０を外側から覆う熱交換室４３０を形成すると共に入口４３１ｉおよび出口４３１ｐをもつ熱交換器４３１とを有する。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された温水などの熱交換用流体は、入口４３１ｉから熱交換室４３０に流入し、出口４３１ｐから流出され、蒸発室４１の冷媒を加熱させる。
【００３７】
（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。熱ポンプ４は蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な冷媒（流体）を収容する蒸発室４１を有する筐体４１２を形成する。入熱要素４３は、蒸発室４１の底部付近に貯留された液状の冷媒に浸漬されているパイプ状の蛇行された熱交換配管４３５で形成されている。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体は、熱交換配管４３５に流入し、蒸発室４１の底部付近の液状の冷媒を加熱させる。
【００３８】
（実施形態５）
図６は実施形態５を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図６（Ａ）に示すように、熱ポンプ４は蒸発器と熱ポンプとを一体化させたものである。熱ポンプ４の蒸発器は、液相から気相に相変化可能な冷媒（流体）を収容するパイプ４１ｗで形成された通路状の蒸発室４１を有する。入熱要素４３はこのパイプ４１ｗと並走する熱交換パイプ４３６を備えている。外部熱（エンジンや燃料電池などの機器の廃熱、太陽熱、地熱など）で加熱された熱交換用流体は、熱交換パイプ４３６に流入し、通路状の蒸発室４１の液状の冷媒を加熱させて蒸発させる。図６（Ｂ）に示す形態では、入熱要素４３は、蒸発室４１を形成するパイプ４１ｗを包囲しつつ収容する熱交換器室４３８を形成する熱交換通路４３５を有する。
【００３９】
（実施形態６）
図７は実施形態６を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図７は、ランキンサイクル装置１に蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６を組合せたサイクルの回路図を示す。図７に示すように、ランキンサイクル装置１の膨張圧縮機２は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６をもつ膨張室を有する膨張機２１と、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７をもつ圧縮室を有する圧縮機２３とをもつ。ランキンサイクル装置１は、更に、膨張機２１および圧縮機２３に共通する第１吐出ポート２６から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる共通の凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続された熱ポンプ４とを備える。凝縮器３は、ランキンサイクルと蒸気圧縮サイクルとに共用されているが、それぞれ独立に設けても良い。
【００４０】
本実施形態によれば、凝縮器３の入口３ｉ側は、蒸発室４１のガス放出時において蒸発室４１の液吸入口１０７よりも低圧となる低圧源として機能する。位置的には、凝縮器３は蒸発室４１に対して高さ方向において上方に配置されており、この高さによる液状の冷媒のヘッド差を利用し、後述する（４）〜（１）に示す吸入工程において凝縮器３から蒸発発４１に液吸入弁４７を経由して吸入させる。
【００４１】
前述同様に、熱ポンプ４は、外部熱（エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。凝縮器３は入口３ｉおよび出口３ｐをもつ。図７に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、凝縮器３の出口に通路１００ｋを介して接続され凝縮器３で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐに接続され膨張弁６０（膨張要素）で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の圧縮機２３の第２吸入ポート２７に通路１００ｍを介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。ヒートポンプ用蒸発器７は入口７ｉおよび出口７ｐをもつ。蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６では、液状の冷媒を膨張弁６０で膨張させた後に、ヒートポンプ用蒸発器７においてガス化させる。ガス化された冷媒は圧縮機２３の第２吸入ポート２７に吸引される。
【００４２】
（実施形態７）
図８は実施形態７を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。本実施形態においても熱ポンプ４は電動式ではなく、熱駆動式とされている。図８は、ランキンサイクル装置１に蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６を組合せたサイクルの回路図を示す。図８に示すように、ランキンサイクル装置１は膨張圧縮機２をもつ。膨張圧縮機２は膨張機２１と圧縮機２３とをもつ。膨張機２１は、ランキンサイクル用の第１吸入ポート２５および第１吐出ポート２６に連通可能な膨張室をもつ。圧縮機２３は、蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポート２７および第２吐出ポート２８に連通可能な圧縮室をもつ。ランキンサイクル装置１は、上記した膨張圧縮機２の他に、膨張圧縮機２の膨張機２１に接続され膨張機２１の第１吐出ポート２６および圧縮機２３の第２吐出ポート２８から帰還したガス状の冷媒を凝縮させる共通の凝縮器３と、凝縮器３の出口３ｐ側に接続された液溜めタンク３５と、液溜めタンク３５の冷媒を吸入する熱ポンプ４とを備える。
【００４３】
前述同様に、熱ポンプ４は、外部熱Ｑ（エンジン等の機器の廃熱、太陽熱、地熱など）の入熱により、液状の冷媒を蒸発させてガス化させる。凝縮器３は入口３ｉおよび出口３ｐをもつ。図８に示すように、液溜めタンク３５は凝縮器３の出口３ｐよりも下流に設けられている。液溜めタンク３５は冷媒の気液分離機能をもつ。液溜めタンク３５は入口３５ｉおよび複数の出口３５ｐをもつ。図８に示すように、液溜めタンク３５は、液溜めタンク３５に溜めた液状の冷媒を吸入通路４７０を介して液吸入口１０７から熱ポンプ４の蒸発室４１に供給すると共に、液の冷媒を通路１００ｋを介して膨張弁６０に供給する。
【００４４】
図８に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６は、凝縮器３に液溜めタンク３５および通路１００ｋを介して接続され凝縮器３で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁６０と、膨張弁６０の出口６０ｐに接続され膨張弁６０（膨張要素）で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を膨張圧縮機２の第２吸入ポート２７に通路１００ｍを介して吸入させるヒートポンプ用蒸発器７とを備える。ヒートポンプ用蒸発器７は入口７ｉおよび出口７ｐをもつ。
【００４５】
図８に示すように、熱ポンプ４に設けられている入熱要素４３は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱等の熱を蒸発室４１内の冷媒に供給させて蒸発室４１内の冷媒を加熱させ、熱ポンプ４にポンプ作用を発揮させる。ここで、図８に示すように、ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗ（低圧源）に連通している。具体的には、ガス放出口４９，ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗ（例えば０．０８ＭＰａ）に連通しており、圧縮機２３の第２吸入用逆止弁９２ｉとヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐとの間に位置する。
【００４６】
図８（Ａ）に示す蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において、膨張弁６０の出口６０ｐから膨張圧縮機２の第２吸入ポート２７までの通路は、冷媒の圧力が例えば０．０８ＭＰａ程度とポンプ４の蒸発室４１よりも低い低圧通路（低圧源）とされている。このような低圧回路であればどこでも、ガス放出通路４６０の他端部４６０ｆを連通させて蒸発室４１のガスを低圧回路に放出させることができる。本実施形態によれば、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧部位１００ｗを低圧源として用い、他端部４６０ｆを低圧部位１００ｗに連通させている。
【００４７】
前述したように、熱ポンプ４は、入熱要素４３からの入熱に基づいて、蒸発室４１内の液状の冷媒をガス状の冷媒として膨張圧縮機２の膨張機２１の第１吸入ポート２５に供給させるポンプ吐出機能と、蒸発室４１内のガス状の冷媒を蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち圧力容器４０のガス層４２よりも低圧の低圧部位１００ｗに供給させるガス状冷媒供給機能と、凝縮器３側の液状の冷媒を液吸入口１０７から蒸発室４１に吸入させる液冷媒吸入機能とを実行することができる。
【００４８】
図８に示すように、ガス放出通路４６０は電動開閉式のガス放出弁４６を有する。吸入通路４７０は逆止弁である液吸入弁４７を有する。液吸入弁４７は、蒸発室４１の低圧化に基づいて開放して凝縮器３側の液溜めタンク３５の液状の冷媒を蒸発室４１に吸入させる。吸入弁４７は、凝縮器３および液溜めタンク３５から蒸発室４１に向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。ガス吐出通路４５０はガス吐出弁４８を有する。ガス吐出弁４８の開放に伴い、蒸発室４１内のガス状の冷媒を第１吸入用開閉弁９１ｉを介して膨張機２１の第１吸引ポート２５に供給させる。ガス吐出弁４８は、蒸発室４１から膨張機２１の第１吸引ポート２５に向かう方向へ冷媒を通過させるものの、その逆方向には冷媒を通過させない。なお本実施形態によれば、ランキンサイクル装置１の熱ポンプ４のガス吐出弁４８は、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６に対して独立して作動できる。
【００４９】
次に本実施形態の作用について図８を参照しつつ説明する。入熱要素４３からの入熱の影響で、熱ポンプ４の蒸発室４１の冷媒のガス化が進行し、ガス層４２の圧力は高圧に維持される。ここで、熱駆動式の熱ポンプ４のガス放出弁４６が開くことにより、蒸発室４１のガス層４２の高圧（例えば０．８ＭＰａ）のガス状の冷媒は、ガス放出口４９およびガス放出通路４６０を介して、圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧の低圧部位１００ｗ（例えば０．０８ＭＰａ程度）に放出される。この結果、蒸発室４１内が低圧（例えば０．２５ＭＰａ以下）となる。このため、液吸入弁４７が開放し、凝縮器３側の液溜めタンク３５に溜められている液状の冷媒が液吸入通路４７０、液吸入弁４７および液吸入口１０７を通り、蒸発室４１に自動的に吸入される。そして、上記したように液状の冷媒が熱ポンプ４の蒸発室４１に吸入されるため、蒸発室４１に吸入された液状の冷媒の液位４ｋが上昇する。そして、液状の冷媒の液位４ｋが上昇すると、ガス放出弁４６が閉じる。この場合、入熱要素４３からの入熱が連続的に継続しているため、蒸発室４１における液状の冷媒のガス化が進行し、蒸発室４１のガス圧力が昇圧する。このように蒸発室４１内のガス圧力が上昇するため、圧力応答式のリリーフ弁である液吸入弁４７が閉鎖される。前述したように入熱要素４３からの入熱は継続しているため、入熱により蒸発室４１における液状の冷媒が蒸発し、圧力が次第に上昇して高圧化する。このように蒸発室４１の圧力が高圧所定値（例えば０．８ＭＰａ）以上、即ち、圧力応答式のガス吐出止弁４８のリリーフ圧以上に上昇すると、ガス吐出弁４８が自動的に開放する。この結果、蒸発室４１におけるガス状の冷媒がガス吐出弁４８を介して膨張圧縮機２の第１吸入ポート２５に自動的に導入される。以下、同様な動作が繰り返される。したがって、熱駆動式の熱ポンプ４は、外部熱が入熱要素４３に入力されると、蒸発室４１内のガス状の冷媒を膨張圧縮機２の膨張機２１の第１吸入ポート２５に自動的に吐出させるポンプ吐出機能を有すると共に、液溜めタンク３５の液状の冷媒を蒸発室４１内に自動的に吸入させるポンプ吸入機能を有する。このように熱ポンプ４は入熱要素４３への入熱で駆動する熱駆動式であり、電動モータ駆動式ではないため、電力の節約を図り得る。上記したように本実施形態によれば、外部からの電力供給を抑えるのに有利となる。熱ポンプ４を駆動させるための冷熱源が不要であり、これを作り出すエネルギーが不要となり、全体効率を上昇させることができる。図８（Ｂ）（Ｃ）は液溜めタンク３５の内部構造を示す。凝縮器３の出口３ｐからの配管３０１を液溜めタンク３５の天井壁に直接設けてもよい。また、凝縮器３の出口３ｐからの配管３０１を液溜めタンク３５の底壁付近に浸漬させてもよい。
【００５０】
（実施形態８）
図９は実施形態８を示す。本実施形態は、上記した実施形態７と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。ガス放出弁４６が設けられているガス放出通路４６０において、ガス放出弁４６の下流には、バッファタンク３００とバッファバルブ３０２とが直列に設けられている。これにより、ガス放出弁４６開時の圧縮機２３の第２吸入ポート２７側の低圧の低圧部位１００ｍの圧力変動を最小限に抑えることが出来る。
【００５１】
図１０はｐ−ｈ線図を示す。ｐは冷媒の圧力を示し、ｈは冷媒のエンタルピーを示す。冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図（図１０参照）において、凝縮器３の出口３ｐの冷媒は、図１０の（A）の位置で液状の冷媒となる。次に、液状の冷媒が熱ポンプ４の蒸発室４１に液吸入口１０７から吸入され、蒸発室４１において外部熱が加えられると、冷媒の一部は蒸発し、蒸発室４１内の圧力が上昇し、図１０の（B）の位置まで昇圧する。また蒸発室４１の上部に溜まっているガスも加熱されることにより、図１０の（C）の位置から、（D）の位置に加熱される。その後、ガス吐出弁４８が開き、蒸発室４１の上部のガスがガス吐出通路４５０に吐出され、蒸発室４１の下部に溜まった液状の冷媒も、図１０の（B）の位置から、図１０の（D）の位置に変化し、ガス吐出通路４５０に順次吐出される。吐出が終わった段階で、液吸入弁４７が開き、再度、凝縮器３の出口３ｐから液状の冷媒が液吸入口１０７から蒸発室４１に吸入される。以下これを繰り返す。
【００５２】
本実施形態によれば、図９から理解できるように、逆止弁で形成されている図８に示すガス吐出弁４８自体は廃止されているが、膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉがガス吐出弁を兼用し、ガス吐出弁として機能できる。図１１の（Ｂ）は、膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉ、第１吐出用開閉弁９１ｐ、圧縮機２３側の第２吸入用逆止弁９２ｉ、第２吐出用逆止弁９２ｐ、熱ポンプ４のガス吐出弁４６、液吸入弁４７，ガス放出弁４６といった各弁の開閉のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートで示すように、膨張機２１では、第１吐出用開閉弁９１ｐの開放が終了して膨張機２１の冷媒を膨張室から吐出させた後、第１吸入用開閉弁９１ｉが開放し、膨張機２１の膨張室にガス状の冷媒を吸入する。圧縮機２３では、第２吐出用逆止弁９２ｐの開放が終了して圧縮機２３の冷媒を圧縮室から吐出させた後、第２吸入用逆止弁９２ｉが開放してガス状の冷媒を圧縮機２３の圧縮室に吸入する。図１１の（Ｂ）に示すタイミングチャートから理解できるように、熱ポンプ４は、冷媒の吐出、減圧、吸入、昇圧、吐出といった各工程を順に実施する。膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放動作の開始タイミングｔ１は、熱ポンプ４の前記したガス吐出弁４８の開放の開始タイミングと同期して対応している。同様に、第１吸入用開閉弁９１ｉの閉鎖タイミングｔ２は、熱ポンプ４のガス吐出弁４８が閉鎖するタイミングと同期して対応している。このようにガス吐出弁４８の開放時間と膨張機２１側の第１吸入用開閉弁９１ｉの開放時間とが同期しているため、本実施形態によれば、逆止弁で形成されている図８に示すガス吐出弁４８が廃止されており、コスト低廉化に有利となる。
【００５３】
（実施形態９）
図１２は実施形態９を示す。本実施形態は、上記した実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１２に示すように、本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成、作用効果をもつ。本実施形態は、熱ポンプ４の吐出圧力の脈動防止を図る。図１２に示すように、熱駆動式の熱ポンプ４Ａ，Ｂが複数台並列に設置されている。エンジン等の機器の廃熱、太陽熱などの外部熱が入熱要素４３に入力される。熱ポンプ４Ａ，４Ｂはそれぞれ、液吸入通路４７０からの液状の冷媒の吸入工程、蒸発室４１の圧力の昇圧工程、ガス状の冷媒を吐出させる吐出工程を繰り返すため、ガス吐出弁４８および吐出通路４５０を介して膨張機２１の第１吸入ポート２５へのガス状の冷媒の吐出を間欠的に行う。このため、熱ポンプ４Ａ，Ｂのポンプ出口側である冷媒吐出圧力が脈動し、膨張機２１に影響を与える可能性がある。この対策として本実施形態によれば、図１２に示すように、２台の熱駆動式の熱ポンプ４Ａ，Ｂを並列に接続し、熱ポンプ４Ａ，Ｂを１８０°位相をずらせつつ交互に交代運転させ、上記した吐出圧力の脈動を低減させることにしている。
【００５４】
（実施形態１０）
図１３は実施形態１０を示す。本実施形態は、上記した実施形態７，８と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１３に示すように、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６において、液溜めタンク３５の出口３５ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間には、膨張要素として機能するエジェクタ６５が設けられている。エジェクタ６５は、膨張弁と同様、冷媒を等エントロピー膨張させるものである。図１３に示すように、エジェクタ６５は、液溜めタンク３５の出口３５ｐに繋がる入口６５ｉと、ヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉに繋がる出口６５ｐと、圧力容器４０のガス放出口４９にガス放出弁４６，ガス放出通路４６０更には脈動抑制用のバッファ２１０を介して繋がれた吸入口６５ｅ（低圧源）とをもつ。
【００５５】
ランキンサイクル装置１の熱ポンプ４のガス放出通路４６０の他端部４６０ｆは、エジェクタ６５の吸入口６５ｅに連通している。圧縮機２３の作動に伴い、液溜めタンク３５の液状の冷媒は、入口６５ｉからエジェクタ６５に流入し、出口６５ｐからヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる。このとき、ガス放出弁４６が開放すると、熱ポンプ４の蒸発室４１のガス状の冷媒はガス放出通路４６０を介してエジェクタ６５の吸入口６５ｅ（低圧源、エジェクタ６５の低圧の吸入部位）に吸入され、液溜めタンク３５からヒートポンプ用蒸発器７に向けて流れる冷媒に合流される。
【００５６】
（その他）
図７に示す形態によれば、ガス放出通路４６０の他端部４００ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうちヒートポンプ用蒸発器７の出口７ｐと圧縮機２３の第２吸入ポート２７との間における低圧部位１００ｗ（低圧源）に連通している。これに限らず、ガス放出通路４６０の他端部４００ｆは、蒸気圧縮式ヒートポンプ装置６のうち膨張弁６０の出口６０ｐとヒートポンプ用蒸発器７の入口７ｉとの間における低圧通路であれば、どこの部位に連通していても良い。凝縮器３は、ランキンサイクルと蒸気圧縮サイクルとに共用されていても良いし、それぞれ独立に設けられていても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、エンジンや燃料電池等の機器の廃熱、太陽熱、地熱などの外部熱を熱入力とし、冷房、暖房、給湯などに利用される。
【符号の説明】
【００５８】
１はランキンサイクル装置、２は膨張圧縮機、２１は膨張機、２３は圧縮機、２５は第１吸入ポート（外部のガス受取部）、３は凝縮器（液状流体供給源）、３ｉは凝縮器の入口（低圧源）、３５は液溜めタンク（液状流体供給源）、４は蒸発器一体型熱ポンプ、４１は蒸発室、４２はガス層、４３は入熱要素、４３０は熱交換室、４３１は熱交換器、４３５は熱交換配管、４３６は熱交換パイプ、４５はガス吐出口、４５０はガス吐出通路、４６はガス放出弁、４６０はガス放出通路、４７は液吸入弁、４８はガス吐出弁、６は蒸気圧縮式ヒートポンプ装置、６０は膨張弁（膨張要素）、６５はエジェクタ（膨張要素）、６５ｅは吸入口（低圧源）、７はヒートポンプ用蒸発器、９１ｉは第１吸入用開閉弁、９１ｐは第１吐出用開閉弁、９２ｉは第２吸入用逆止弁、９２ｐは第２吐出用逆止弁、１００ｗは低圧部位（低圧源）、１０７は液吸入口を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い前記蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を前記蒸発室に吸入させる液吸入口と、前記入熱要素への入熱により高圧化された前記蒸発室の圧力に基づいて前記蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）前記蒸発ポンプ部の前記ガス放出口を開閉させるように設けられ前記ガス放出口の開放により前記蒸発器室のガス状の流体を前記低圧源に放出させて前記蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）前記ガス放出弁の開放により低圧化された前記蒸発室に、外部の前記液状流体供給源から液状の流体を前記液吸入口を介して前記蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により前記蒸発室のガス状の流体を外部の前記ガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の前記蒸発室を形成する複数の蒸発配管を有しており、前記入熱要素は、前記蒸発配管の外壁に設けられた熱交換フィンで形成されている蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項３】
請求項１において、前記蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の前記蒸発室を形成する蒸発通路を形成する複数の蒸発配管を有しており、前記入熱要素は、複数の前記蒸発配管を覆う熱交換室を形成する熱交換容器とを有する蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項４】
第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつ膨張機と、前記膨張機の前記第１吐出ポートから帰還したガス状の冷媒の凝縮を進行させる凝縮器と、前記凝縮器において凝縮が進行した冷媒を蒸発させるランキンサイクル用蒸発器とを有するランキンサイクル装置において、
前記蒸発器は蒸発器一体型熱ポンプで構成されており、
前記蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い前記蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を前記蒸発室に吸入させる液吸入口と、前記入熱要素への入熱により高圧化された前記蒸発室の圧力に基づいて前記蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）前記蒸発ポンプ部の前記ガス放出口を開閉させるように設けられ前記ガス放出口の開放により前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させて前記蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）前記ガス放出弁の開放により低圧化された前記蒸発室に、外部の前記液状流体供給源から液状の流体を前記液吸入口を介して前記蒸発室に吸入させる前記液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により前記蒸発室の流体を外部の前記ガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備するランキンサイクル装置。
【請求項５】
請求項４において、前記膨張機は、ランキンサイクル用の前記第１吸入ポートおよび前記第１吐出ポートの他に、膨張室の膨張作用により圧縮される圧縮室に連通された蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートを有する膨張圧縮機であり、
前記凝縮器の出口側に接続され前記凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素に接続され前記膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を前記膨張圧縮機の前記第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備える蒸気圧縮式ヒートポンプ装置が一体に設けられているランキンサイクル装置。
【請求項１】
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い前記蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を前記蒸発室に吸入させる液吸入口と、前記入熱要素への入熱により高圧化された前記蒸発室の圧力に基づいて前記蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）前記蒸発ポンプ部の前記ガス放出口を開閉させるように設けられ前記ガス放出口の開放により前記蒸発器室のガス状の流体を前記低圧源に放出させて前記蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）前記ガス放出弁の開放により低圧化された前記蒸発室に、外部の前記液状流体供給源から液状の流体を前記液吸入口を介して前記蒸発室に吸入させる液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により前記蒸発室のガス状の流体を外部の前記ガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備する蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の前記蒸発室を形成する複数の蒸発配管を有しており、前記入熱要素は、前記蒸発配管の外壁に設けられた熱交換フィンで形成されている蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項３】
請求項１において、前記蒸発ポンプ部は、液相から気相に相変化可能な流体を収容する通路状の前記蒸発室を形成する蒸発通路を形成する複数の蒸発配管を有しており、前記入熱要素は、複数の前記蒸発配管を覆う熱交換室を形成する熱交換容器とを有する蒸発器一体型熱ポンプ。
【請求項４】
第１吸入ポートおよび第１吐出ポートをもつ膨張機と、前記膨張機の前記第１吐出ポートから帰還したガス状の冷媒の凝縮を進行させる凝縮器と、前記凝縮器において凝縮が進行した冷媒を蒸発させるランキンサイクル用蒸発器とを有するランキンサイクル装置において、
前記蒸発器は蒸発器一体型熱ポンプで構成されており、
前記蒸発器一体型熱ポンプは、
（ｉ）液相から気相に相変化可能な流体を収容する蒸発室と、外部からの入熱に伴い前記蒸発室内の液状の流体を蒸発させてガス化を促進させる入熱要素と、前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させるガス放出口と、外部の液状流体供給源から液状の流体を前記蒸発室に吸入させる液吸入口と、前記入熱要素への入熱により高圧化された前記蒸発室の圧力に基づいて前記蒸発室のガス状の流体を外部のガス受取部に供給させるガス吐出口とを備える蒸発ポンプ部と、
（ｉｉ）前記蒸発ポンプ部の前記ガス放出口を開閉させるように設けられ前記ガス放出口の開放により前記蒸発室のガス状の流体を低圧源に放出させて前記蒸発室を低圧化させるガス放出弁と、
（ｉｉｉ）前記ガス放出弁の開放により低圧化された前記蒸発室に、外部の前記液状流体供給源から液状の流体を前記液吸入口を介して前記蒸発室に吸入させる前記液吸入弁と、
（ｉｖ）開放により前記蒸発室の流体を外部の前記ガス受取部に供給させるガス吐出弁とを具備するランキンサイクル装置。
【請求項５】
請求項４において、前記膨張機は、ランキンサイクル用の前記第１吸入ポートおよび前記第１吐出ポートの他に、膨張室の膨張作用により圧縮される圧縮室に連通された蒸気圧縮サイクル用の第２吸入ポートおよび第２吐出ポートを有する膨張圧縮機であり、
前記凝縮器の出口側に接続され前記凝縮器で凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素に接続され前記膨張要素で膨張させた冷媒を蒸発させると共に蒸発させたガス状の冷媒を前記膨張圧縮機の前記第２吸入ポートに吸入させるヒートポンプ用蒸発器とを備える蒸気圧縮式ヒートポンプ装置が一体に設けられているランキンサイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０２３６９（Ｐ２０１２−２０２３６９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９９６７（Ｐ２０１１−６９９６７）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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