DE102004024402A1

DE102004024402A1 - Fluidmaschine

Info

Publication number: DE102004024402A1
Application number: DE102004024402A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Kariya Iwanami; Yasushi Kariya Suzuki; Keiichi Kariya Uno; Kazuhide Kariya Uchida; Tadashi Kariya Hotta; Hironori Kariya Asa; Yasuhiro Kariya Takeuchi
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: US7028475B2; US20040231331A1; DE102004024402B4; DE102004024402A8

Abstract

Eine Fluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Expansions- und Kompressorvorrichtung, die wahlweise als eine Expansionsvorrichtung zum Sammeln von Abwärme von einem Verbrennungsmotor und Umwandeln der gesammelten Wärmeenergie in eine mechanische Drehkraft und als eine Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Kältemittels für einen Kühlkreis für eine Klimaanlage arbeitet. Die Fluidmaschine weist ferner eine elektrische Drehvorrichtung auf, die wahlweise als ein Stromgenerator und als ein Elektromotor arbeitet. Eine Kraftübertragungsvorrichtung ist ferner zwischen der Expansion- und Kompressorvorrichtung und der elektrischen Drehvorrichtung zum wahlweisen Übertragen der Drehkraft von der Expansions- und Kompressorvorrichtung zu der elektrischen Drehvorrichtung und umgekehrt vorgesehen. Die Kraftübertragungsvorrichtung ist aus einem Planetengetriebezug aufgebaut, sodass sie eine Drehgeschwindigkeit, die zu der Expansions- und Kompressorvorrichtung oder zu der elektrischen Dregvorrichtung übertragen werden soll, verändern kann. Demgemäß können die Expansions- und Kompressorvorrichtung sowie die elektrische Drehvorrichtung mit ihren effektivsten Drehgeschwindigkeiten betrieben werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidmaschine zum Sammeln von Abwärme von einem Verbrennungsmotor und Umwandeln der gesammelten Abwärme in eine mechanische Drehkraft. Die Fluidmaschine weist eine Expansionsvorrichtung zum Sammeln der Wärmeenergie in einem Clausius-Rankine-Kreis und Erzeugen der Drehkraft auf, wobei die Expansionsvorrichtung auch als Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Kältemittels für einen Kühlkreis für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird.

In einer herkömmlichen Fluidmaschine, die zum Beispiel in der japanischen (ungeprüften) Patentveröffentlichung S63-96449 gezeigt ist, wird Wärmeenergie durch einen Clausius-Rankine-Kreis gesammelt, wobei ein Kompressor auch als eine Expansionsvorrichtung zum Umwandeln der gesammelten Wärmeenergie in eine mechanische Drehkraft benutzt wird.

Der Kompressor saugt ein flüssiges Arbeitsfluid in eine Arbeitskammer davon und komprimiert das Arbeitsfluid durch Verringern des Volumens der Arbeitskammer als Ergebnis des Ausübens einer mechanischen Kraft von außen, während die Expansionsvorrichtung eine mechanische Kraft durch Dehnen des überhitzten Hochdruck-Arbeitsfluids in der Arbeitskammer erzeugt. Wie oben sollte, wenn der Kompressor auch als Expansionsvorrichtung verwendet wird, die Strömung des Arbeitsfluids umgekehrt werden.

In der obigen herkömmlichen Technik, insbesondere in einer Fluidmaschine mit Funktionen einer Expansions- und einer Kompressorvorrichtung, sind eine Einlassöffnung des Arbeitsfluids bei einem Betrieb des Wärmesammelkreises und eine Einlassöffnung des Arbeitsfluids bei einem Betrieb des Kühlkreises auf der gleichen Seite angeordnet, und eine Auslassöffnung des Arbeitsfluids bei Betrieb des Wärmesammelkreises und eine Auslassöffnung des Arbeitsfluids bei Betrieb des Kühlkreises sind auf der gleichen abgewandten Seite angeordnet. Demgemäß ist die Fluid maschine des obigen Standes der Technik von kompliziertem Aufbau und wird größenmäßig größer.

Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung schlug in ihrer früheren Patentanmeldung Nr. 2003-19139 (die auch beim USPTO und EPA eingereicht wurde, deren Anmeldenummern jedoch noch nicht vergeben wurden) eine neue Fluidmaschine vor, bei der ein Paar Fluidöffnungen für die Fluidmaschine gebildet ist und eine der Öffnungen als eine Einlassöffnung für den Wärmesammelkreis und eine Auslassöffnung für den Kühlkreis verwendet wird, während die andere Öffnung analog als eine Auslassöffnung für den Wärmesammelkreis und als eine Einlassöffnung für den Kühlkreis verwendet wird, sodass die Fluidmaschine in ihrem Aufbau einfacher und größenmäßig kleiner wird. In der Fluidmaschine dieser früheren Patentanmeldung ist eine elektrische Drehvorrichtung mit einer Expansions- und Kompressorvorrichtung wirkverbunden. Bei dieser früheren Patentanmeldung wird eine Drehkraft von der elektrischen Drehvorrichtung direkt lohne ein Untersetzungs- oder Übersetzungsgetriebe) zu der Expansions- und der Kompressorvorrichtung übertragen und umgekehrt.

Eine Drehzahl, bei der die Expansionsvorrichtung mit ihrem maximalen Wirkungsgrad betrieben wird, und eine Drehzahl, bei der die elektrische Drehvorrichtung mit ihrem höchsten Wirkungsgrad betrieben wird, sind nicht immer gleich zueinander. In Anbetracht dessen ist es bevorzugter, die Expansionsvorrichtung und die elektrische Drehvorrichtung mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben, bei denen diese Vorrichtungen jeweils mit einem viel höheren Wirkungsgrad betrieben werden können.

In einem weiteren Stand der Technik, wie in der US-Patentanmeldung der Veröffentlichungsnummer 2003/01 15877 A1 gezeigt ist, ist eine Expansionsvorrichtung mit einer elektrischen Drehmaschine über einen Energieübertragungsmechanismus wirkverbunden. Es ist jedoch in diesem Stand der Technik nicht offenbart, wie die Expansionsvorrichtung, die elektrische Drehmaschine und der Energieübertragungsmechanismus zu konstruieren sind, um eine Fluidmaschine eines einfacheren Aufbaus und einer kleinen Größe zu erzielen.

Es ist deshalb in Anbetracht der oben genannten Probleme eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidmaschine vorzusehen, die von einfachem Aufbau und größenmäßig kleiner ist, und deren Expansionsvorrichtung und elektrische Drehvorrichtung jeweils mit ihrem maximalen Wirkungsgrad betrieben werden können.

Eine Fluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Expansions- und Kompressorvorrichtung, die wahlweise als eine Expansionsvorrichtung zum Sammeln von Abwärme von einem Verbrennungsmotor und Umwandeln der gesammelten Wärmeenergie in eine mechanische Drehkraft und als eine Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Kältemittels für einen Kühlkreis für eine Klimaanlage arbeitet. Die Fluidmaschine weist ferner eine elektrische Drehvorrichtung auf, die wahlweise als ein Stromgenerator oder als ein Elektromotor arbeitet. Eine Kraftübertragungsvorrichtung ist weiter zwischen der Expansions- und Kompressorvorrichtung und der elektrischen Drehvorrichtung zum wahlweisen Übertragen der Drehkraft von der Expansions- und Kompressorvorrichtung zu der elektrischen Drehvorrichtung und umgekehrt vorgesehen. Die Expansions- und Kompressorvorrichtung, die elektrische Drehvorrichtung und die Kraftübertragungsvorrichtung sind integral in einem Fluidgehäuse aufgenommen, sodass die Fluidmaschine einen einfacheren Aufbau und eine kleinere Größe besitzt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Kraftübertragungsvorrichtung aus einem Planetengetriebezug aufgebaut, sodass sie eine zu der Expansions- und Kompressorvorrichtung oder zu der elektrischen Drehvorrichtung zu übertragende Drehzahl ändern kann. Demgemäß können die Expansions- und Kompressorvorrichtung sowie die elektrische Drehvorrichtung mit ihrer effektivsten Drehzahl betrieben werden.

Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreises und eines Abwärmesammelkreises, bei denen eine Fluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
2 eine Querschnittsansicht einer Fluidmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Diagramm einer Funktionsweise der Fluidmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
4 eine schematische Darstellung einer Fluidmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert. Eine Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel für ein Motorfahrzeug verwendet, das mit einem Klimasystem und einem Abwärmenutzungssystem ausgestattet ist. Das Abwärmenutzungssystem ist aus einem Clausius-Rankine-Kreis gebildet, der Abwärme von einem Verbrennungsmotor zum Erzeugen einer Fahrenergie für das Motorfahrzeug sammelt. Außerdem wird in der Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung die durch die Fluidmaschine erzeugte Wärme zum Durchführen eines Klimabetriebs für das Motorfahrzeug genutzt.
In 1 bezeichnet eine Bezugsziffer 10 eine Fluidmaschine mit einer Expansions- und Kompressorvorrichtung, sodass die Fluidmaschine als Kompressor zum Komprimieren eines gasförmigen Kältemittels (dies wird als Pumpenmodusbetrieb bezeichnet) und auch als Leistungserzeuger zum Erzeugen einer mechanischen Antriebskraft durch Umwandeln eines Fluiddrucks eines Überhitzungsdampfes in kinetische Energie (dies wird als ein Motormodusbetrieb bezeichnet) arbeitet. Eine Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Wärmestrahlvorrichtung, die mit einer Auslassseite der Fluidmaschine 10 verbunden ist, zum Abkühlen des Kältemittelgases durch Wärmeabstrahlung (die Wärmestrahlvorrichtung 11 wird auch als ein Kondensator bezeichnet).
Eine Bezugsziffer 12 bezeichnet ein Auffanggefäß zum Teilen des Kältemittels aus dem Kondensator 11 in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Eine Bezugsziffer 13 ist ein Expansionsventil eines temperaturabhängigen Typs zum Ausdehnen und Verringern des Drucks des flüssigen Kältemittels aus dem Auffanggefäß 12, insbesondere zum Verringern des Drucks des Kältemittels in einer isenthalpischen Weise und Steuern eines Öffnungsgrades eines Kanals für das Kältemittel, sodass der Überhitzungsgrad des in die Fluidmaschine 10 zu saugenden Kältemittels auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wenn die Fluidmaschine 10 im Pumpenmodusbetrieb arbeitet.
Eine Bezugsziffer 14 bezeichnet eine Wärmeabsorptionsvorrichtung (auch als ein Verdampfapparat bezeichnet) zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Expansionsventil 13 und dadurch Absorbieren von Wärme. Die obige Fluidmaschine 10, der Kondensator 11, das Auffanggefäß 12, das Expansionsventil 13 und der Verdampfapparat 14 bilden einen Kühlkreis.
Eine Heizvorrichtung 30 ist in einem Kältemittelkanal angeordnet, der zwischen der Fluidmaschine 10 und dem Kondensator 11 verbindet, und heizt das durch den Kältemittelkanal strömende Kältemittel durch einen Wärmeaustausch des Kältemittels mit einem durch die Heizvorrichtung 30 strömenden Motorkühlwasser. Ein Schaltventil 21 eines Dreiwegeventils ist in einem Kreislauf für das Motorkühlwasser vorgesehen, sodass die Strömung des Kühlwassers durch die Heizvorrichtung 30 ein- und ausgeschaltet wird.
Ein erster Bypasskanal 31 ist zwischen dem Auffanggefäß 12 und der Heizvorrichtung 30 verbunden, sodass das flüssige Kältemittel aus dem Auffanggefäß 12 zu einer Einlassseite der Heizvorrichtung 30 strömt, wenn eine Flüssigkeitspumpe 32 betrieben wird. Ein Rückschlagventil 31a ist in diesem ersten Bypasskanal so vorgesehen, dass nur die Strömung des Kältemittels aus dem Auffanggefäß 12 zu der Heizvorrichtung 30 möglich ist. Die Flüssigkeitspumpe 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrisch angetriebene Pumpe.
Ein zweiter Bypasskanal 34 ist zwischen der Auslassseite der Fluidmaschine 10 und der Einlassseite des Kondensators 11 verbunden, und ein Rückschlagventil 34a ist in diesem Kanal angeordnet, sodass das Kältemittel von der Fluidmaschine 10 zu dem Kondensator 11 nur strömen kann, wenn die Fluidmaschine 10 im Motormodusbetrieb betrieben wird.
Ein Rückschlagventil 14a ist in dem Kühlkreis so vorgesehen, dass das Kältemittel von der Auslassseite des Verdampfapparats 14 zu der Einlassseite der Fluidmaschine 10 strömen kann, wenn die Fluidmaschine 10 im Pumpenmodusbetrieb betrieben wird. Ein Ein/Aus-Ventil 35 ist ein elektromagnetischer Typ zum Öffnen und Schließen des Kanals für den Kühlkreis, wobei das Ventil 35 und das Schaltventil 21 durch eine elektronische Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert werden.
Eine Wasserpumpe 22 zirkuliert das Motorkühlwasser, und ein Kühler 23 ist ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch der Wärme des Motorkühlwassers mit der Umgebungsluft, um das Motorkühlwasser abzukühlen. Ein Bypasskanal zum Umgehen des Kühlers 23 und ein Ventil zum Steuern einer Menge des durch den Kühler 23 strömenden Motorkühlwassers sind in 1 weg gelassen.
Die Wasserpumpe 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine durch den Motor 20 angetriebene mechanische Pumpe. Es ist jedoch möglich, sie durch eine mit einem Elektromotor betriebene elektrische Pumpe zu ersetzen.
Es wird nun die Fluidmaschine 10 Bezug nehmend auf 2 erläutert. Die Fluidmaschine 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 zum wahlweisen Ausdehnen oder Komprimieren des Kältemittels (das flüssige Kältemittel in diesem Ausführungsbeispiel), eine elektrische Drehvorrichtung 200 zum Erzeugen einer elektrischen Energie, wenn eine Drehkraft darauf ausgeübt wird, und zum Erzeugen einer Drehkraft, wenn die elektrische Energie darauf ausgeübt wird, eine elektromagnetische Kupplung 300 zum Steuern (Ein- und Ausschalten) eines Antriebszugs einer Drehkraft von dem Motor 20 zu der Expansions- und Kompressorvorrichtung 100, und eine Übertragungsvorrichtung 400 mit einem Planetengetriebeantrieb zum Ändern eines Weges für den Antriebszug zwischen der Expansions- und Kompressorvorrichtung 100, der elektrischen Drehvorrichtung 200 und der elektromagnetischen Kupplung 300 und zum Erhöhen oder Verringern der zu übertragenden Drehzahl auf.
Die elektrische Drehvorrichtung 200 weist einen Stator 210 und einen mit einem Abstand zu dem Stator 210 drehenden Rotor 220 auf, wobei eine Wicklung um den Stator 210 gewickelt ist und ein Permanentmagnet an dem Rotor 220 befestigt ist.
Wenn die elektrische Energie dem Stator 210 zugeführt wird, wird der Rotor 220 gedreht, um als ein Elektromotor zu arbeiten, sodass er die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 antreibt, während er als ein Stromgenerator arbeitet, wenn eine Drehkraft auf den Rotor 220 ausgeübt wird.
Die elektromagnetische Kupplung 300 weist eine mit dem Motor 20 über einen V-Riemen zu verbindende Riemenscheibe, eine elektromagnetische Spule 320 und eine Reibplatte 330, die durch eine an der elektromagnetischen Spule 320 bei deren Erregung erzeugte elektromagnetische Kraft verschoben wird, auf. Die Spule 320 wird erregt, wenn die Drehkraft von dem Motor 20 zu der Fluidmaschine 10 übertragen wird, und die Zufuhr der elektrischen Energie zu der Spule 320 wird gesperrt, wenn die Übertragung der Drehkraft gesperrt werden soll.
Die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 hat den gleichen Aufbau wie ein wohlbekannter Spiralkompressor und weist ein an einem Statorgehäuse 230 der elektrischen Drehvorrichtung 200 befestigtes mittleres Gehäuse 101, eine mit dem mittleren Gehäuse 101 verbundene feste Spirale 102 und eine in einem durch das mittlere Gehäuse 101 und das feste Gehäuse 102 definierten Raum angeordnete bewegbare Spirale 103 auf. Die bewegbare Spirale 103 wird in dem Raum mit einer Umlaufbewegung gedreht, um mehrere Arbeitskammern V zu bilden. Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Hochdruckkammer 104, die Arbeitskammer V mit der Hochdruckkammer 104 operativ verbindende Kanäle 105 und 106 sowie einen Ventilmechanismus 107 zum Steuern eines Öffnens und Schließens des Kanals 106 auf.
Die feste Spirale 102 weist eine Basisplatte 102a und eine von der Basisplatte 102a zu dem mittleren Gehäuse 101 ragende Spiralwindung 102b auf, während die bewegbare Spirale ähnlich eine Basisplatte 103a und eine von der Basisplatte 103a zu der festen Spirale ragende Spiralwindung 103b besitzt, wobei Wandabschnitte der Spiralwindungen 102b und 103b miteinander in Kontakt stehen, um die Arbeitskammern V zu bilden. Wenn die bewegbare Spirale 103 gedreht wird, wird der Raum der Arbeitskammer V erweitert oder vermindert.
Eine Welle 108 ist durch das mittlere Gehäuse 101 drehbar gehalten und ist mit einem Innenzahnrad 401 versehen, das ein Teil der Übertragungsvorrichtung 400 ist. Die Welle 108 ist ferner mit einer Exzenterwelle 108a versehen, die von einer Drehachse der Welle 108 exzentrisch ist, um als ein Kurbelarm zu funktionieren, und ist mit der bewegbaren Spirale über eine Laufbuchse 103d und ein Lager 103c wirkverbunden.
Die Laufbuchse 103d ist mit der Exzenterwelle 108a in einer solchen Weise verbunden, dass die Laufbuchse 103d um einen gewissen kleinen Abstand in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Exzenterwelle 108a verschoben werden kann, sodass die bewegbare Spirale 103 in eine Richtung verschoben wird, dass ein Kontaktdruck zwischen den Spiralwindungen 102b und 103b mittels einer Reaktionskraft für die Kompression erhöht wird.
Eine Bezugsziffer 109 bezeichnet einen Selbstdrehverhinderungsmechanismus zum Verhindern der Selbstdrehung der bewegbaren Spirale 103 und Ermöglichen deren Umlaufbewegung. Wenn die Welle 108 um eine Umdrehung gedreht wird, wird die bewegbare Spirale 103 mit der Umlaufbewegung um die Welle 108 bewegt und das Volumen der Arbeitskammer V wird verringert, wenn die Arbeitskammer von der äußeren Position zu der inneren Position bewegt wird. Der Mechanismus 109 hier weist einen Ring und ein Paar Stifte auf.
Der Kanal 105 funktioniert als eine Auslassöffnung zum Auspumpen des unter Druck gesetzten Kältemittels durch Verbinden der Arbeitskammer V, die während des Pumpenmodusbetriebs ihr minimales Volumen erreicht, mit der Hochdruckkammer 104, während der Kanal 106 als eine Einlassöffnung zum Einleiten des Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittels, nämlich des Überhitzungsdampfes des Kältemittels, aus der Hochdruckkammer 104 in die Arbeitskammer V, deren Volumen während des Motormodusbetriebs zu seinem Minimalwert wird, funktioniert.
Die Hochdruckkammer 104 hat eine Funktion des Druckausgleichs des Kältemittels durch Glätten einer Pulsation des ausgepumpten Kältemittels. Eine Hochdrucköffnung 110 ist in einem die Hochdruckkammer 104 bildenden Gehäuse ausgebildet, und die Öffnung 110 ist mit der Heizvorrichtung 30 und der Wärmestrahlvorrichtung 11 verbunden.
Eine Niederdrucköffnung 111 ist in dem Statorgehäuse 230 zum Verbinden eines durch das Statorgehäuse 230 und die feste Spirale 102 definierten Raums mit dem Verdampfapparat 14 und dem zweiten Bypasskanal 34 ausgebildet.
Ein Ausgabeventil 107a und ein Ventilanschlag 107b sind an der Basisplatte 102a der festen Spirale 102 durch eine Schraube 107c befestigt, wobei das Ventil 107a ein Rückschlagventil eines Blattventiltyps zum Verhindern des Rückströmens des ausgepumpten Kältemittels von der Hochdruckkammer 104 zu der Arbeitskammer V ist, und der Anschlag 107b ist eine Platte zum Begrenzen der Bewegung des Blattventils 107a.
Eine Spule 107b ist ein Ventil zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung 106, ein elektromagnetisches Ventil 107e ist ein Steuerventil zum Steuern eines Drucks in einer Gegendruckkammer 107f durch Öffnen und Schließen eines Kanals zwischen der Gegendruckkammer 107f und der Hochdruckkammer 104 oder des mit der Niederdrucköffnung 111 verbundenen Raums. Ein Feder 107g ist in der Gegendruckkammer 107f angeordnet, um die Spule 107d in eine Richtung zum Schließen der Einlassöffnung 106 zu drücken, und eine Öffnung 107h mit einem bestimmten Strömungswiderstand ist in dem die Hochdruckkammer 104 mit der Gegendruckkammer 107f verbindenden Kanal ausgebildet.
Wenn das elektromagnetische Ventil 107e geöffnet wird, wird die Gegendruckkammer 107f mit dem durch das Statorgehäuse 230 definierten Raum (der Niederdruckseite) verbunden, dann wird der Druck in der Gegendruckkammer 107f niedriger als jener in der Hochdruckkammer 104 verringert und schließlich wird die Spule 107d gegen die Federkraft der Feder 107g in eine Richtung zum Öffnen der Einlassöffnung 106 bewegt. Der Druckabfall an der Öffnung 107h ist so hoch, dass eine Menge des aus der Hochdruckkammer 104 in die Gegendruckkammer 107f strömenden Kältemittels vernachlässigbar klein ist.
Wenn dagegen das elektromagnetische Ventil 107e geschlossen wird, wird der Druck in der Gegendruckkammer 107f gleich jenem in der Hochdruckkammer 104 und dann wird die Spule 107d in die Richtung zum Schließen der Einlassöffnung 106 bewegt. Wie oben ausgeführt, bilden die Spule 107d, das elektromagnetische Ventil 107e, die Gegendruckkammer 107f und die Öffnung 107h ein elektrisches Schaltventil zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung 106.
Die Übertragungsvorrichtung 400 weist das ringförmige Innenzahnrad 401 (Ringrad), mehrere (z.B. drei) mit dem Ringrad 401 in Eingriff stehende Planetenräder 402 sowie ein mit den Planetenrädern 402 in Verbindung stehendes Sonnenrad 403 auf.
Das Sonnenrad 403 ist integral mit dem Rotor 220 der elektrischen Drehvorrichtung 200 ausgebildet, und die Planetenräder 402 sind integral an einer Welle 331 befestigt, mit der eine Reibplatte 330 verbunden ist.
Eine Einwegekupplung 500 überträgt eine Drehkraft von der Riemenscheibe 310 auf die Welle 331, ein Lager 323 hält die Welle 331 drehbar, ein Lager 404 hält das Sonnenrad 403, d.h. den Rotor 220 bezüglich der Welle 331 drehbar, ein Lager 405 hält das Innenrad 401 bezüglich der Welle 108 drehbar, und ein Lager 108c hält die Welle 108 bezüglich des mittleren Gehäuses 101 drehbar.
Eine Rippdichtung 333 ist eine Dichtung zum Verhindern des Ausströmens des Kältemittels durch einen Spalt zwischen der Welle 331 und dem Statorgehäuse 230.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Übertragungsvorrichtung 400 und die elektrische Drehvorrichtung 200 in dem Statorgehäuse 230 angeordnet. Ferner sind das Statorgehäuse 230, das mittlere Gehäuse 101 und die feste Spirale 102 integral aneinander befestigt, und diese Elemente bilden einen Außenrahmen der Fluidmaschine. Das mittlere Gehäuse 101 teilt den Innenraum der Fluidmaschine in den durch das Statorgehäuse 230 definierten Raum und den durch die feste Spirale 102 definierten Raum für die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100.
Wie aus 2 erkennbar, sind die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100, die elektrische Drehvorrichtung 200 und die elektromagnetische Kupplung 300 zueinander ausgerichtet angeordnet.
Nun wird eine Funktionsweise der oben beschriebenen Fluidmaschine erläutert.
(Pumpenmodusbetrieb)
Der Pumpenmodusbetrieb ist der Betrieb, in dem eine Drehkraft auf die Welle 108 ausgeübt wird und die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 dadurch so betrieben wird, dass sie das Kältemittel durch Drehen der bewegbaren Spirale 103 mit der Umlaufbewegung komprimiert. Bei diesem Betrieb wird die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 auch als Kompressorvorrichtung 100 bezeichnet.
In diesem Pumpenmodusbetrieb ist das elektromagnetische Ventil 107e geschlossen und dadurch ist die Einlassöffnung 106 geschlossen. Wenn die Welle 108 und die bewegbare Spirale 103 gedreht werden, saugt die Vorrichtung 100 das Kältemittel aus der Niederdrucköffnung 111 an, komprimiert das Kältemittel durch die Arbeitskammer V, pumpt das unter Druck gesetzte Kältemittel durch die Auslassöffnung 105 zu der Hockdruckkammer 104 aus, und gibt schließlich das Hochdruck-Kältemittel durch die Hochdrucköffnung 110 an die Wärmestrahlvorrichtung (Kondensator) 11 aus. Das Kältemittel aus der Niederdrucköffnung 111 strömt durch das Innere des Statorgehäuses 230 und strömt in die Vorrichtung 100.
In diesem Betrieb gibt es zwei Methoden zum Ausüben der Drehkraft auf die Welle 108, insbesondere ist eine von ihnen eine Methode, bei der die Zufuhr der elektrischen Energie zu der elektromagnetischen Kupplung 300 abgeschaltet wird und dadurch die Kompressorvorrichtung 100 mechanisch von der Riemenscheibe 310 getrennt wird und dann die elektrische Drehvorrichtung 200 durch Zuführen der elektrischen Energie als Elektromotor betrieben wird, sodass die Drehkraft der Vorrichtung 200 auf die Kompressorvorrichtung 100 ausgeübt wird. Bei der anderen Methode wird die Kompressorvorrichtung 100 über die elektromagnetische Kupplung 300 mechanisch mit dem Motor 20 verbunden, und die Antriebskraft von dem Motor 20 wird auf die Kompressorvorrichtung 100 ausgeübt.
In diesem Betrieb wird, da der Planetenträger wegen der Einwegekupplung 500 nicht gedreht wird, die Drehkraft der elektrischen Drehvorrichtung 200 durch die Übertragungsvorrichtung 400 zu der Kompressorvorrichtung 100 übertragen, wobei die Drehzahl dadurch reduziert wird.
Falls der elektromagnetischen Kupplung 300 elektrische Energie zugeführt wird, um die Kompressorvorrichtung 100 mit dem Motor 20 mechanisch zu verbinden, um die Drehkraft von dem Motor 20 zu der Kompressorvorrichtung 100 zu übertragen, wird die elektrische Energie auch der elektrischen Drehvorrichtung 200 zugeführt, um eine elektromagnetische Kraft an dem Stator zu erzeugen und dadurch ein Drehmoment auf den Rotor 220 auszuüben, sodass das Sonnenrad 403 und der Rotor 220 nicht gedreht werden können.
Als Ergebnis wird die von dem Motor 20 zu der elektromagnetischen Kupplung 300 übertragene Drehkraft durch die Übertragungsvorrichtung 400 weiter zu der Kompressorvorrichtung 100 übertragen, wobei die Drehzahl dabei erhöht wird.
(Motormodusbetrieb)
Der Motormodusbetrieb ist der Betrieb, bei dem ein Hochdruck und ein Überhitzungsdampf des Kältemittels, das durch die Heizvorrichtung 30 überhitzt wird, in die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 eingeleitet wird und das Kältemittel in der Arbeitskammer V gedehnt wird, sodass eine Drehkraft durch Drehen der bewegbaren Spirale 103 mit der Umlaufbewegung in der anderen Drehrichtung zu jener für den Pumpenmodusbetrieb erzeugt wird. Bei diesem Betrieb wird die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 auch als die Expansionsvorrichtung 100 bezeichnet.
Die an der Expansionsvorrichtung 100 erzeugte Drehkraft wird zum Drehen des Rotors 220 verwendet, um die elektrische Energie an der elektrischen Drehvorrichtung 200 zu erzeugen, und die elektrische Energie wird in eine Batterie geladen.
Genauer wird die Zufuhr der elektrischen Energie zu der elektromagnetischen Kupplung abgeschaltet und das elektromagnetische Ventil 107e wird geöffnet, sodass auch die Einlassöffnung 106 geöffnet wird. Dann wird das durch die Heizvorrichtung 30 geheizte, überhitzte Hochdruck-Kältemittel durch die Einlassöffnung 106 in die Arbeitskammer V eingeleitet und das überhitzte Kältemittel wird in der Arbeitskammer V ausgedehnt.
Die bewegbare Spirale 103 wird in der Umkehrrichtung zu jener des Pumpenmodusbetriebs durch die Expansion des Überhitzungsdampfes gedreht. Die an die bewegbare Spirale 103 gegebene Drehenergie wird durch die Übertragungsvorrichtung 400 auf den Rotor 220 der elektrischen Drehvorrichtung 200 übertragen, wobei dabei die Drehgeschwindigkeit erhöht wird. Das Kältemittelgas, dessen Druck nach der Expansion reduziert ist, strömt durch die Niederdrucköffnung 111 zu der Wärmestrahlvorrichtung 11 aus. 3 zeigt ein Diagramm, das den obigen Betrieb erläutert.
Es wird nun eine Funktionsweise des Kühlkreises und des Abwärmesammelkreises erläutert.
(Klimabetriebsmodus)
Der Klimabetriebsmodus ist ein Betriebsmodus, bei dem Luft an dem Verdampfapparat 14 abgekühlt wird und die Wärme des Kältemittels an dem Kondensator 11 abgestrahlt wird.
In diesem Betriebsmodus wird der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 32 gestoppt, das Ein/Aus-Ventil 35 wird geöffnet und die Vorrichtung 100 wird als Kompressorvorrichtung betrieben (Pumpenmodusbetrieb). Und das Motorkühlwasser wird mittels des Schaltventils 21 an der Heizvorrichtung 30 vorbei zirkuliert.
Das Kältemittel strömt in diesem Betriebsmodus von der Kompressorvorrichtung 100 durch die Heizvorrichtung 30, die Wärmestrahlvorrichtung 11 (Kondensator), das Auffanggefäß 12, das Expansionsventil 13 und den Verdampfapparat 14 zu der Kompressorvorrichtung 100 zurück. Bei dieser Strömung des Kältemittels wird das Kältemittel nicht durch die Heizvorrichtung 30 erwärmt, da das Motorkühlwasser an ihr vorbei strömt.
Das Niederdruck-Kältemittel, das an dem Expansionsventil 13 dekomprimiert wird, wird an dem Verdampfapparat 14 durch Aufnehmen der Wärme aus der durch den Verdampfapparat 14 strömenden Luft verdampft und die abgekühlte Luft wird in eine Fahrgastzelle des Motorfahrzeugs ausgeblasen. Das verdampfte gasförmige Kältemittel wird wieder durch die Kompressorvorrichtung 100 komprimiert, und das komprimierte Hochtemperatur-Kältemittel wird dann an dem Kondensator 11 abgekühlt und kondensiert.
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel Freon (HFC134a) als Kältemittel (Arbeitsfluid) benutzt wird, kann ein beliebiges anderes Kältemittel (ohne Beschränkung auf HFC134a) verwendet werden, das an einer Hochdruckseite verflüssigt wird.
(Abwärmesammelbetriebsmodus)
Dies ist ein Betriebsmodus, in dem der Betrieb der Klimaanlage gestoppt ist, d.h. der Betrieb der Kompressorvorrichtung 100 gestoppt ist und statt dessen die Abwärme von dem Motor 20 gesammelt und in mechanische Energie umgewandelt wird.
In diesem Betriebsmodus wird die Flüssigkeitspumpe 32 betrieben, das Ein/Aus-Ventil 35 wird geschlossen und die Vorrichtung 100 wird als Expansionsvorrichtung betrieben (Motormodusbetrieb). Und das Motorkühlwasser wird mittels des Schaltventils 21 durch die Heizvorrichtung 30 zirkuliert.
Das Kältemittel strömt in diesem Betriebsmodus aus der Expansionsvorrichtung 100 durch den zweiten Bypasskanal 34, die Wärmestrahlvorrichtung 11, das Auffanggefäß 12, den ersten Bypasskanal 31, die Pumpe 32 und die Heizvorrichtung 30 zu der Expansionsvorrichtung 100 zurück. Die Strömung des Kältemittels in der Wärmestrahlvorrichtung 11 ist von jener für den Pumpenmodusbetrieb verschieden.
Wie oben ausgeführt, strömt der durch die Heizvorrichtung 30 erhitzte Überhitzungsdampf in die Expansionsvorrichtung 100 und wird darin gedehnt, sodass die Enthalpie des Kältemittels in einer isentropischen Weise verringert wird. Demgemäß wird die elektrische Energie entsprechend einer Verringerungsmenge der Enthalpie in die Batterie geladen.
Das Kältemittel aus der Expansionsvorrichtung 100 wird an der Wärmestrahlvorrichtung 11 abgekühlt und kondensiert und in das Auffanggefäß 12 geladen. Dann wird das flüssige Kältemittel aus dem Auffanggefäß 12 durch die Flüssigkeitspumpe 32 angesaugt und zu der Heizvorrichtung 30 ausgepumpt. Die Flüssigkeitspumpe 32 pumpt das flüssige Kältemittel bei einem solchen Druck aus, dass ein Überhitzungsdampf an der Heizvorrichtung 30 nicht in eine Rückrichtung strömen kann.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel hat die folgenden Wirkungen und Vorteile:

(1) Die Abwärme kann effizient gesammelt werden, um die elektrische Energie mittels der Übertragungsvorrichtung 400 zu erzeugen, selbst wenn die Drehzahl der Expansionsvorrichtung 100, bei der die Abwärme am effektivsten gesammelt werden kann, und die Drehzahl der elektrischen Drehvorrichtung 200, bei der die elektrische Energie am effektivsten erzeugt werden kann, unterschiedlich zueinander sind.
(2) Die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 kann effizient als Expansionsvorrichtung und als Kompressorvorrichtung betrieben werden, selbst wenn das Volumen der Arbeitskammer, bei dem die Abwärme effizient gesammelt werden kann, und das Volumen der Arbeitskammer, bei dem das Kältemittel effizient komprimiert werden kann, unterschiedlich zueinander sind.
(3) Die Fluidmaschine kann mit einem einfachen Aufbau und geringen Kosten gemacht werden, da die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100, die Übertragungsvorrichtung 400, die elektrische Drehvorrichtung 200 und die elektromagnetische Kupplung 300 zueinander ausgerichtet angeordnet sind und jene Vorrichtungen integral durch das und in dem mittleren Gehäuse 101, die feste Spirale 102 und das Statorgehäuse 230 aufgenommen sind. Die Fluidmaschine kann ihre Funktionen mit einer hohen Zuverlässigkeit durchführen, weil ein Weg zum Übertragen der Drehantriebskraft in einer einfachen Weise ausgebildet ist. Außerdem kann die Bearbeitbarkeit zum Montieren und Demontieren (für den Zweck des Reparierens) der Fluidmaschine verbessert werden. Es wird ferner einfacher, jene verschiedenen Vorrichtungen als ein Modulsystem (eine mehrere Vorrichtungen kombinierende Einheit) herzustellen oder Standards zu kreieren.
(4) Die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Fluidmaschine können erhöht werden. Das Statorgehäuse 230, das darin die Übertragungsvorrichtung 400 und die elektrische Drehvorrichtung 200 aufnimmt, und die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 sind durch das mittlere Gehäuse 101 getrennt. Eine Axialbelastung erscheint an der bewegbaren Spirale 103 wegen des Hochdrucks des Kältemittels in der Arbeitskammer V. Diese Axialbelastung wird an dem mittleren Gehäuse aufgenommen und nicht auf die Welle 108 und das Lager 108c ausgeübt.
(5) Die Fluidmaschine arbeitet mit einer höheren Schmierleistung, da das Kältemittel im Pumpenmodusbetrieb aus der Niederdrucköffnung 111 durch das Innere des Statorgehäuses 230 zu der Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 strömt. Da das Schmiermittel in dem Kältemittel enthalten ist, werden die Zahnräder 401, 402 und 403 der Übertragungsvorrichtung 400 durch die Strömung des Kältemittels geschmiert. Außerdem kann an der elektrischen Drehvorrichtung 200 erzeugte Wärme durch das Kältemittel aufgenommen werden.
(6) Die Haltbarkeit der Teile für die Fluidmaschine kann ebenfalls verlängert werden. Die elektromagnetische Kupplung 300 verbindet und trennt die Antriebskraft von dem Motor 20 zu und von der elektrischen Drehvorrichtung 200. Und dabei müssen die elektromagnetische Kupplung 300 und die Riemenscheibe 310 und andere Teile nicht nutzlos gedreht werden, sodass dies einen durch die Drehung verursachten mechanischen Verlust verringert, um die Lebensdauer jener Teile zu verlängern.
(7) Die Fluidmaschine kann in einer kleineren Größe gemacht werden. Die Drehung des Sonnenrades 403 kann durch Zuführen der elektrischen Energie zu der elektrischen Drehvorrichtung 200 gestoppt werden, was zu einem Vorteil dahingehend führt, dass eine spezielle Bremseinrichtung, wie beispielsweise eine elektromagnetische Bremse, eine mechanische Bremse und dergleichen nicht notwendig ist. Es ist natürlich weiter vorteilhaft, dass die Herstellungskosten der Fluidmaschine niedriger werden.
(8) Das Kompressionsvolumen der Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 kann vergrößert werden, ohne andere Vorrichtungen oder Teile größer zu machen. Dies deshalb, weil die Drehantriebskraft von dem Motor 20 von der elektromagnetischen Kupplung 300 durch die Übertragungsvorrichtung 400 zu der Kompressorvorrichtung 100 übertragen wird, wobei die Drehgeschwindigkeit vergrößert wird.
(9) Der Aufbau und die Größe der Fluidmaschine, insbesondere der elektrischen Drehvorrichtung 200, können einfacher und kleiner gemacht werden, da der Rotor 220 und das Sonnenrad 403 integral als eine Einheit ausgebildet sind. Wenn der Rotor 220 in eine Vorwärtsrichtung gedreht wird, arbeitet er als ein Teil der Übertragungsvorrichtung 400, und wenn er in die Gegenrichtung gedreht wird, arbeitet er als Rotor für die elektrische Drehvorrichtung 200.

(Zweites Ausführungsbeispiel)
In dem obigen ersten Ausführungsbeispiel wird die eine Vorrichtung 100 gemeinsam als Expansionsvorrichtung und Kompressorvorrichtung verwendet. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind jedoch einen Kompressorvorrichtung 100a und eine Expansionsvorrichtung 100b separat vorgesehen, wie in 4 dargestellt. Und außerdem sind im zweiten Ausführungsbeispiel eine Übertragungsvorrichtung 400a zum Übertragen der Drehkraft von dem Motor 20 oder von der elektrischen Drehvorrichtung 200 zu der Kompressorvorrichtung 100a, wobei die Drehgeschwindigkeit vermindert wird, und eine weitere Übertragungsvorrichtung 400b zum Übertragen der Drehkraft von der Expansionsvorrichtung 100b zu der elektrischen Drehvorrichtung 200, wobei die Drehgeschwindigkeit erhöht wird, vorgesehen.
Die Bezugsziffern 300a und 300b bezeichnen Kraftübertrager, wie beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung, zum mechanischen Verbinden oder Trennen der Übertragung der Drehkraft.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Die Übertragungsvorrichtung 400 des Planetengetriebezugs kann durch irgendeine Art einer anderen Übertragungsvorrichtung ersetzt werden, wie beispielsweise eine CVT (Continuous Variable Transmission) oder ein Toroid-Getriebe ohne Riemen und dergleichen.
Die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 des Spiraltyps kann ebenfalls durch irgendeine andere Art von Expansions- und Kompressorvorrichtungen ersetzt werden, wie beispielsweise einen Drehtyp, einen Kolbentyp, eine Schaufeltyp, usw.
Obwohl im obigen Ausführungsbeispiel die gesammelte Abwärmeenergie von dem Motor durch die Expansions- und Kompressorvorrichtung 100 in die elektrische Energie umgewandelt und in die Batterie geladen wird, kann die gesammelte Energie auch in mechanische Energie umgewandelt werden, zum Beispiel in kinetische Energie durch ein Schwungrad oder in elastische Potenzialenergie durch Federn.
Die Fluidmaschine sollte nicht auf eine Verwendung für Motorfahrzeuge beschränkt sein.

Claims

Fluidmaschine, mit einem Gehäuse (102, 101, 230); einer Umwandlungseinrichtung (100) zum Sammeln einer Wärmeenergie aus einem Arbeitsfluid und Umwandeln der gesammelten Wärmeenergie in eine mechanische Drehenergie; einer Ausgabeeinrichtung (220) zum Ausgeben der mechanischen Drehenergie; einer Kraftübertragungseinrichtung (400), die in einem Kraftübertragungsweg zwischen der Umwandlungseinrichtung (100) und der Ausgabeeinrichtung (220) vorgesehen ist, zum Übertragen der mechanischen Drehenergie von der Umwandlungseinrichtung (100) zu der Ausgabeeinrichtung (220), wobei die Drehgeschwindigkeit verändert wird, wobei die Umwandlungseinrichtung (100) und die Kraftübertragungseinrichtung (400) in dem Gehäuse (102, 101, 230) integral aufgenommen sind.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Umwandlungseinrichtung aufweist: eine Expansionsvorrichtung (100) zum Umwandeln der Wärmeenergie aus dem Arbeitsfluid in die mechanische Drehenergie durch Ausdehnen eines Überhitzungsdampfes des Arbeitsfluids, sodass die Enthalpie des Arbeitsfluids in einer isentropischen Weise verringert wird.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Kraftübertragungseinrichtung (400) die mechanische Drehenergie von der Umwandlungseinrichtung (100) so zu der Ausgabeeinrichtung (220) überträgt, dass die Drehgeschwindigkeit erhöht wird.
Fluidmaschine nach Anspruch 1, ferner mit einer elektrischen Drehvorrichtung (200), die mit der Ausgabeeinrichtung (220) wirkverbunden ist, zum Erzeugen elektrischer Energie, wenn sie durch die mechanische Drehenergie von der Ausgabeeinrichtung (220) betrieben wird.
Fluidmaschine, mit einer Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) mit einer Funktion zum Umwandeln von Wärmeenergie aus einem Arbeitsfluid in mechanische Drehenergie durch Ausdehnen eines Überhitzungsdampfes des Arbeitsfluids derart, dass die Enthalpie des Arbeitsfluids in einer isentropischen Weise verringert wird, und einer Funktion zum Ansaugen des Arbeitsfluids und Komprimieren desselben; einer elektrischen Dreheinrichtung (200) mit einer Funktion zum Erzeugen elektrischer Energie, wenn die mechanische Drehenergie darauf ausgeübt wird, und eine Funktion zum Erzeugen einer Drehkraft, wenn elektrische Energie zugeführt wird; und einer Kraftübertragungseinrichtung (400), die in einem Kraftübertragungsweg zwischen der Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) und der elektrischen Dreheinrichtung (200) vorgesehen ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 5, bei welcher die Kraftübertragungseinrichtung (400) die mechanische Drehenergie von der Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) so zu der elektrischen Dreheinrichtung (200) überträgt, dass die Drehgeschwindigkeit erhöht wird, wenn die Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) als Expansionsvorrichtung betrieben wird.
Fluidmaschine nach Anspruch 5, bei welcher die Kraftübertragungseinrichtung (400) die Drehkraft von der elektrischen Dreheinrichtung (200) so zu der Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) überträgt, dass die Drehgeschwindigkeit verringert wird, wenn die Expansionsund Kompressoreinrichtung (100) als Kompressorvorrichtung betrieben wird.
Fluidmaschine nach Anspruch 5, bei welcher die elektrische Dreheinrichtung (200) einen Rotor (220) aufweist, der gedreht wird, wenn eine elektromagnetische Kraft darauf ausgeübt wird; und die Übertragungseinrichtung (400) in einem durch den Rotor (220) gebildeten Raum angeordnet ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 5, ferner mit einer externen Kraftübertragungseinrichtung (300) zum Übertragen einer Drehkraft von einer externen Energiequelle zu der Expansions- und Kompressoreinrichtung (100).
Fluidmaschine nach Anspruch 5, ferner mit einem ersten Gehäuse (101, 102) zum Aufnehmen der Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) darin; und einem zweiten Gehäuse (230) zum Aufnehmen der elektrischen Dreheinrichtung (200) darin, wobei das erste Gehäuse (101, 102) und das zweite Gehäuse (230) integral miteinander verbunden sind.
Fluidmaschine nach Anspruch 10, bei welcher das Arbeitsfluid durch das Innere des zweiten Gehäuses (230) strömt, wenn die Expansions- und Kompressoreinrichtung (100) die Wärmeenergie des Arbeitsfluids in die mechanische Drehenergie umwandelt.
Fluidmaschine nach Anspruch 10, bei welcher die elektrische Dreheinrichtung (200) und die Kraftübertragungseinrichtung (400) in dem zweiten Gehäuse (230) aufgenommen sind.
Fluidmaschine für ein Motorfahrzeug, mit einem Gehäuse (102, 101, 230); einer Riemenscheibe (310), die durch das Gehäuse (230) drehbar gehalten ist und mit einem Verbrennungsmotor für das Motorfahrzeug wirkverbunden ist; einer elektrischen Drehvorrichtung (200) die in dem Gehäuse aufgenommen ist und eine Funktion zum Erzeugen elektrischer Energie, wenn sie als Stromgenerator betrieben wird, und eine Funktion zum Erzeugen einer Drehkraft, wenn sie als ein Elektromotor betrieben wird, aufweist; einer Expansions- und Kompressorvorrichtung (100), die in dem Gehäuse aufgenommen ist und eine Funktion zum Sammeln von Abwärme von dem Ver brennungsmotor und Erzeugen einer mechanischen Drehkraft aus der gesammelten Abwärme, wenn sie als eine Expansionsvorrichtung betrieben wird, und eine Funktion zum Komprimieren eines Kältemittels für einen Kühlkreis für das Motorfahrzeug, wenn sie als eine Kompressorvorrichtung betrieben wird, aufweist; einer Kraftübertragungsvorrichtung (400), die in dem Gehäuse aufgenommen ist und zwischen der elektrischen Drehvorrichtung (200) und der Expansionsund Kompressorvorrichtung (100) wirkverbunden ist, wobei die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) ferner durch die Kraftübertragungsvorrichtung (400) mit der Riemenscheibe (310) wirkverbunden ist, sodass die Kraftübertragungsvorrichtung (400) eine Drehkraft der Riemenscheibe (310) auf die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) überträgt, wenn sie als die Kompressorvorrichtung betrieben wird, die Kraftübertragungsvorrichtung (400) die mechanische Drehkraft von der Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) auf die elektrische Drehvorrichtung (200) überträgt, wenn die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) als die Expansionsvorrichtung betrieben wird, und die Kraftübertragungsvorrichtung (400) ferner die an der elektrischen Drehvorrichtung (200) erzeugte Drehkraft zu der Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) überträgt, wenn die elektrische Drehvorrichtung (200) als der Stromgenerator betrieben wird.
Fluidmaschine nach Anspruch 13, ferner mit einer elektromagnetischen Kupplung (300), die an der Riemenscheibe (310) vorgesehen ist, zum Übertragen der Drehkraft von dem Motor auf die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100), wenn die elektromagnetische Kupplung (300) eingeschaltet ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 13, bei welcher die Kraftübertragungsvorrichtung (400) aus einem Planetengetriebezug aufgebaut ist.
Fluidmaschine nach Anspruch 13, bei welcher die Riemenscheibe (310), die Kraftübertragungsvorrichtung (400), die elektri sche Drehvorrichtung (200) und die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) koaxial zueinander angeordnet sind.
Fluidmaschine nach Anspruch 13, ferner mit einer in dem Gehäuse (230, 101, 102) vorgesehenen Zwischenwand (101) zum Teilen eines durch das Gehäuse (230, 101, 102) definierten Gehäuseraums in zwei Räume, wobei die Expansions- und Kompressorvorrichtung (100) in einem der Räume angeordnet ist und die elektrische Drehvorrichtung (200) und die Kraftübertragungsvorrichtung (400) in dem anderen der Räume angeordnet sind.