DE112013001447T5

DE112013001447T5 - Fluidmaschine

Info

Publication number: DE112013001447T5
Application number: DE112013001447.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Sanden Corporation Wada Hirofumi; c/o Sanden Corporation Nakamura Shinji; c/o Sanden Corporation Tanaka Yuuta
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: CN104169526A; DE112013001447B4; JP2013189930A; JP5969226B2; US20150033743A1; WO2013137353A1

Abstract

Eine Fluidmaschine (29A) aufweisend: einen Einfassungsbereich (56), der einen Ansauganschluss (55) aufweist, in welchem ein Arbeitsfluid strömt, das aufgeheizter Dampf wird und einen hohen Druck aufweist; einen Gehäusebereich (54), der einen Ablassanschluss (53) aufweist; und einen Schneckenbereich (51, 52), der durch das Arbeitsfluid angetrieben wird, das aus dem Ansauganschluss (55) gesaugt wird. Ein Bypassbereich (80) aufweisend: einen Bypasskanal (81), der es dem Ansauganschluss (55) erlaubt, mit dem Ablassanschluss (53) verbunden zu sein; und einen Ventilmechanismus (83), der den Bypasskanal (81) öffnet und schließt, ist zwischen den Bereichen (56, 54) gestützt. Wenn der Bypasskanal (81) geöffnet ist, wird das Arbeitsfluid während des Umgehens eines Antriebsbereichs, der den Schneckenbereich (51, 52) und einen Gleitbereich wie einen Anti-Drehmechanismus (60) enthält, umgangen. Deshalb kann sogar, wenn das Arbeitsfluid in einem flüssigen Zustand strömt, eine Abnahme der Schmierung in dem Gleitbereich reduziert werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidmaschine, welche einen Antriebsbereich aufweist, der durch ein Arbeitsfluid angetrieben wird, das aus einem Ansauganschluss angesaugt wurde, und das Arbeitsfluid, welches den Antriebsbereich passiert hat, aus einem Ablassanschluss ablässt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Patentdokument 1 offenbart eine Fluidmaschine, die einen Bypasskanal enthält, welcher ein Arbeitsfluid (Kältemittel), das von einem Ansauganschluss zu einem Ablassanschluss gesaugt wurde, leitet, während er dem Arbeitsfluid erlaubt, einen Antriebsbereich zu umgehen, und einen Ventilmechanismus, welcher den Bypasskanal öffnet und schließt.
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 2010-236360

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Der Bypasskanal der Fluidmaschine gemäß des Standes der Technik veranlasst das Arbeitsfluid allerdings dazu, während des Umgehens des Antriebsbereiches zu zirkulieren und erlaubt dem Arbeitsfluid, das den Antriebsbereich umgangen hat, aus einem Ablassanschluss abgelassen zu werden, nachdem es einen Teil passiert hat, in welchem ein Gleitbereich, wie ein Anti-Drehmechanismus (Kugelkupplung), des Antriebsbereiches angeordnet ist.
Während sich das Arbeitsfluid, welches während des Umgehens des Antriebsbereiches zirkuliert wird, in einem flüssigen Phasenzustand befindet, strömt demzufolge das Arbeitsfluid (flüssiges Kältemittel) in der flüssigen Phase in den Gleitbereich hinein, und somit wird ein schmierendes Öl aus dem Gleitbereich zum Strömen veranlasst. Deshalb besteht eine Möglichkeit, dass die Schmierfähigkeit des Gleitbereiches vermindert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Fluidmaschine vorzusehen, welche dazu geeignet ist, das Vermindern der Schmierfähigkeit eines Gleitbereiches zu reduzieren, auch wenn ein Arbeitsfluid in einer flüssigen Phase ist, wenn das Arbeitsfluid während des Umgehens eines Antriebsbereiches zirkuliert wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um die Aufgabe zu erfüllen, weist eine Fluidmaschine gemäß der Erfindung Folgendes auf: einen Ansauganschluss, in den ein Arbeitsfluid strömt, das aufgeheizter Dampf wird und einen hohen Druck aufweist; einen Antriebsbereich, welcher durch eine Expansion des Arbeitsfluids angetrieben wird, das von dem Ansauganschluss angesaugt wird; einen Ablassanschluss, aus welchem das Arbeitsfluid strömt, das einen niedrigen Druck aufweist, während es den Antriebsbereich durchströmt; und einen Bypasskanal, welcher das aus dem Ansauganschluss gesaugte Arbeitsfluid zu dem Ablassanschluss leitet, während er dem Arbeitsfluid erlaubt, einen Gleitbereich der Fluidmaschine und des Antriebsbereichs zu umgehen.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In der Fluidmaschine gemäß der Erfindung wird das Arbeitsfluid durch den Bypasskanal zirkuliert, während es den Gleitbereich zusammen mit dem Antriebsbereich umgeht. Deshalb kann die Verminderung der Schmierfähigkeit reduziert werden, die durch das Strömen eines Schmieröls aus dem Gleitbereich verursacht wird, sogar wenn sich das Arbeitsfluid in einer flüssigen Phase befindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die schematische Anordnung eines Abwärme-Wiederverwendungsgerätes in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Expander mit integrierter Pumpe zeigt, der in das Abwärme-Wiederverwendungsgerät eingebaut ist.
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, welche einen Bypassbereich zeigt, der in dem Expander mit integrierter Pumpe enthalten ist.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Hier wird nachstehend eine Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen.
1 zeigt ein Abwärme-Wiederverwendungsgerät 1A für ein Fahrzeug, in welchem ein Expander als eine Fluidmaschine eingebunden ist.
Das Abwärme-Wiederverwendungsgerät 1A ist ein Gerät, welches in dem Fahrzeug zusammen mit einer Kraftmaschine 10 montiert ist und Abwärme der Kraftmaschine 10 zur Verwendung rückgewinnt.
Das Abwärme-Wiederverwendungsgerät 1A enthält eine Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A, einen Übertragungsmechanismus 3, der die Leistung der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A auf die Kraftmaschine 10 überträgt, und eine Steuereinheit 4.
Die Kraftmaschine 10 ist eine Brennkraftmaschine, die mit einer Wasserkühlvorrichtung versehen ist, und die Kühlvorrichtung enthält einen Kühlmittel-Zirkulierungskanal 11, durch den ein Kühlmittel zirkuliert wird.
In dem Kühlmittel-Zirkulierungskanal 11 ist ein Verdampfer 22 der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A so angeordnet, dass das Kühlmittel, welches Wärme aus der Kraftmaschine 10 absorbiert, zu der Kraftmaschine 10 rückgeführt wird, nachdem es durch den Verdampfer 22 geströmt ist.
Die Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A gewinnt die Abwärme der Kraftmaschine 10 aus dem Kühlmittel der Kraftmaschine 10 zurück und konvertiert die rückgewonnene Wärme in eine abzugebende Antriebskraft.
Die Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A enthält einen Zirkulierungskanal 21, durch welchen ein Arbeitsfluid zirkuliert wird, und in dem Zirkulierungskanal 21 sind der Verdampfer 22, der Expander 23, ein Kondensator 24, und eine Pumpe 25A in dieser Reihenfolge entlang der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids angeordnet.
Als das Arbeitsfluid (Kältemittel) wird beispielsweise eine Substanz verwendet, die als Basis ein Fluorkohlenstoffgerüst aufweist. Zusätzlich zirkuliert ein schmierendes Öl zusammen mit dem Arbeitsfluid und hat in Gleitbereichen des Expanders 23 und der Pumpe 25A die Funktionen des Schmierens, des Abdichtens, des Kühlens und ähnliches.
Der Verdampfer 22 erlaubt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel mit hoher Temperatur, welches Wärme aus der Kraftmaschine 10 absorbiert hat, und dem Arbeitsfluid der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A, so dass das Arbeitsfluid erwärmt und verdunstet (verdampft) wird.
Der Expander 23 (Fluidmaschine) ist eine Vorrichtung, welche eine Antriebskraft durch Expansion des Arbeitsfluids generiert, das durch das Verdampfen in dem Verdampfer 22 eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, und verwendet beispielsweise einen Schneckenexpander.
Der Kondensator 24 erlaubt einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid mit niedrigem Druck, das den Expander 23 passiert hat, und der Außenluft, um das Arbeitsfluid zu kühlen, so dass dieses kondensiert (sich verflüssigt).
Die Pumpe 25A ist eine mechanische Pumpe und fördert das in dem Kondensator 24 verflüssigte Arbeitsfluid aktiv zu dem Verdampfer 22.
Auf diese Art und Weise zirkuliert das Arbeitsfluid während des Wiederholens von Verdampfen, Entspannen, und Kondensieren durch den Kreislaufkanal 21.
Hierbei sind der Expander 23 und die Pumpe 25A durch eine Drehwelle 28 miteinander verbunden, so dass sie einstückig sind, wodurch ein Expander mit integrierter Pumpe 29A (Fluidmaschine) bereitgestellt wird. Das heißt, die Drehwelle 28 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A dient als die Abtriebswelle des Expanders 23, und sie dient als die Antriebswelle der Pumpe 25A.
Die Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A wird zuerst durch ein Antreiben der Pumpe 25A durch die Leistung der Kraftmaschine 10 gestartet, und danach, wenn der Expander 23 eine ausreichende Antriebskraft generiert, treibt die Antriebskraft des Expanders 23 die Pumpe 25A an.
Der Übertragungsmechanismus 3 überträgt das Drehmoment (axiales Drehmoment) des Expanders mit integrierter Pumpe 29A, welches die Ausgangsleistung der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A ist, zu der Kraftmaschine 10 und überträgt während des Startens der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 10 zu dem Expander mit integrierter Pumpe 29A (Pumpeneinheit).
Der Übertragungsmechanismus 3 enthält eine Riemenscheibe 31, welche an die Drehwelle 28 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A angebaut ist, eine Kurbelriemenscheibe 32, welche an einer Kurbelwelle 10a der Kraftmaschine 10 angebaut ist, einen Riemen 33, der um die Riemenscheibe 31 und die Kurbelriemenscheibe 32 gewickelt ist, und eine elektromagnetische Kupplung 34, die zwischen der Drehwelle 28 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A und der Riemenscheibe 31 vorgesehen ist.
Beim Einschalten (Einkuppeln) und Ausschalten (Auskuppeln) der elektromagnetischen Kupplung 34 wird eine Kraftübertragung und Kraftunterbrechung zwischen der Kraftmaschine 10 (Kurbelwelle 10a) und der Drehwelle 28 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A geschaltet.
Die Steuereinheit 4 weist einen Mikrocomputer auf, der eine Funktion zum Steuern der elektromagnetischen Kupplung 34 hat, und steuert einen Betrieb und ein Stoppen der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A durch das Steuern des Einschaltens und des Ausschaltens der elektromagnetischen Kupplung 34.
Das heißt, wenn die Steuereinheit 4 ermittelt, dass die Betriebsbedingungen der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A hergestellt sind, wird die elektromagnetische Kupplung 34 eingekuppelt (eingeschaltet) und die Pumpe 25A wird durch die Kraftmaschine 10 betrieben, um die Zirkulation des Arbeitsfluids (Kältemittel) zu starten, wodurch die Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A gestartet wird.
Wenn der Expander 23 aktiviert ist und startet, um eine Antriebskraft zu generieren, wird ein Teil der durch den Expander 23 generierten Antriebskraft zum Antreiben der Pumpe 25A verwendet, und die verbleibende Antriebskraft wird auf die Kraftmaschine 10 mittels des Übertragungsmechanismus 3 übertragen, um die Leistung (Antriebskraft) der Kraftmaschine 10 zu unterstützen.
In einem Fall, in welchem die Betriebsbedingungen der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A nicht hergestellt sind, kuppelt die Steuereinheit 4 die elektromagnetische Kupplung 34 aus (sie schaltet sie aus), um das Zirkulieren des Arbeitsfluids zu stoppen, um dadurch die Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A zu stoppen.
Der Verdampfer 22 kann auch als eine Vorrichtung arbeiten, welche einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A und dem Abgas der Kraftmaschine 10 erlaubt oder kann auch als eine Vorrichtung arbeiten, welche einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel der Kraftmaschine 10 ermöglicht und einen Wärmeaustausch mit einem Abgas der Kraftmaschine 10 erlaubt.
Der Expander 23 enthält integral einen Bypasskanal 81 zum Zirkulieren des Arbeitsfluids, um einen Schneckenabschnitt als einen Antriebsabschnitt zu umgehen, und einen Ventilmechanismus 83 zum Öffnen und Schließen des Bypasskanals 81.
Zusätzlich steuert die Steuereinheit 4 beispielsweise das öffnen des Ventilmechanismus' 83, um den Bypasskanal 81 direkt nach dem Starten der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A zu öffnen, an welcher die elektromagnetische Kupplung 34 angebracht ist, so dass das Arbeitsfluid zirkuliert, während es die Schnecken des Expanders 23 umgeht.
Danach beispielsweise, wenn die Kältemitteltemperatur am Einlass des Expanders 23 einen Grenzwert überschreitet, in anderen Worten, wenn der Expander 23 eine Antriebskraft generieren kann, steuert die Steuereinheit 4 das Schließen des Ventilmechanismus' 82, um den Bypasskanal 81 zu schließen, um dadurch einen Wechsel zu einem Zustand auszuführen, in welchem das Arbeitsfluid zirkuliert wird, während es durch die Schnecken strömt.
Wie oben beschrieben, wenn das Arbeitsmedium zirkuliert wird während es die Schnecken des Expanders 23 unverzüglich nach dem Starten der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A umgeht, sinkt der Druck in dem Verdampfer 22, und die Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluides sinkt ebenfalls. Deshalb kann die Startleistung der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A verbessert werden. Zusätzlich, zum Zeitpunkt des Stoppens der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A, wenn die elektromagnetische Kupplung 34 ausgekuppelt (ausgeschaltet) ist, ist der Bypasskanal 81 geöffnet, um eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit aufgrund des verbleibenden Drucks zu verhindern.
Als nächstes wird der Aufbau des Expanders mit integrierter Pumpe 29A unter Bezugnahme auf 2 detailliert beschrieben.
Wie oben beschrieben ist der Expander mit integrierter Pumpe 29A eine Fluidmaschine, in welcher die Pumpe 25A, welche das Arbeitsfluid der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A zirkuliert, und der Expander 23, welcher eine Drehantriebskraft durch die Expansion des Arbeitsfluids generiert, das in dem Verdampfer 22 erwärmt und verdampft wurde, durch die gemeinsame Drehwelle 28 angetrieben werden, und enthält die Riemenschiebe 31 und die elektromagnetische Kupplung 34, welche in dem Übertragungsmechanismus 3 enthalten sind.
Der Expander 23 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A enthält eine feste Schnecke 51, welche an einem Endabschnitt des Expanders mit integrierter Pumpe 29A in der axialen Richtung angeordnet ist, eine orbitierende Schnecke (bewegbare Schnecke) 52, die so zusammengebaut ist, dass sie exzentrisch mit der festen Schnecke 51 im Eingriff ist, einen Gehäusebereich 54, der mit einem Ablassanschluss 53 vorgesehen ist, und einen Einfassungsbereich 56, der mit einem Ansauganschluss 55 vorgesehen ist.
Die feste Schnecke 51 enthält einen scheibenartigen Körperabschnitt 51a, einen Schneckenabschnitt (Spiralkörper) 51b, der aufrecht an einer Endoberfläche des Körperabschnitts 51a mit einer Rippenform vorgesehen ist, und einen Einführungsanschluss 51c für das Arbeitsfluid, der so ausgebildet ist, dass er die Mitte des Körperabschnitts 51a durchdringt.
Der Gehäusebereich 54 ist mit einer zylindrischen Gestalt ausgebildet, wobei beide Enden geöffnet sind, und er enthält einen ersten hohlen Abschnitt 54a, in welchem der Einfassungsbereich 56 befestigt ist und welcher die feste Schnecke 51 und die orbitierende Schnecke 52 unterbringt, einen zweiten hohlen Abschnitt 54b, der einen Abschnitt 64 mit großem Durchmesser stützt, der in einem angetriebenen Kurbelwellenmechanismus zwischen der orbitierenden Schnecke 52 und der Drehwelle 28 enthalten ist, und einen dritten hohlen Abschnitt 54c, der die Drehwelle 58 stützt.
Zusätzlich ist an der Seite der Pumpe 25A des ersten Höhlenabschnitts 54a der Ablassanschluss 53, der es dem internen Raum (Ablassseitenraum der Schnecken) des ersten Höhlenabschnitts 54a erlaubt, mit dem externen Raum verbunden zu sein, entlang der radialen Richtung der Drehwelle 28 ausgebildet.
Der Einfassungsbereich 56 enthält einen zylindrischen Abschnitt 56a, der integral mit der festen Schnecke 51 auf der Innenseite vorgesehen ist und dessen Außenseite in dem ersten Höhlenabschnitt 54a befestigt ist, und eine Arbeitsfluid-Einführkammer 56b, welche mit dem Einführungsanschluss 51c der festen Schnecke 51 verbunden ist. Der Ansauganschluss 55, welcher es der Arbeitsfluid-Einführungskammer 56b erlaubt, mit dem externen Raum des Einfassungsbereichs 56 verbunden zu sein, ist entlang der radialen Richtung der Drehwelle 28 ausgebildet.
Hierbei sind der Ablassanschluss 53 und der Ansaugsanschluss 55 im Wesentlichen parallel zueinander, sie erstrecken sich in einer Richtung in dem gleichen Winkel von der Achse der Drehwelle 28, und sie sind in der axialen Richtung der Drehwelle 28 angeordnet.
An dem Ansauganschluss 55 ist ein Ende eines Rohrs, dessen anderes Ende mit dem Auslass des Verdampfers 22 verbunden ist, angeschlossen, so dass das Arbeitsfluid, das in dem Verdampfer 22 erwärmt wurde, über den Ansauganschluss 55 in den Expander 23 eingeführt wird.
Das Arbeitsfluid, welches in den Ansauganschluss 55 eingeführt wurde, strömt in die Arbeitsfluid-Einführungskammer 56b und wird danach in den Mittelabschnitt der fixen Schnecke 51 über den Eingangsanschluss 51c eingeführt.
Das Arbeitsfluid, welches in den Mittelabschnitt der festen Schnecke 51 eingeführt wurde, drückt gegen die Wandoberfläche der orbitierenden Schnecke 52, um eine Expansionskammer zu bilden, und da das Arbeitsfluid kontinuierlich bereitgestellt wird, bewegt sich die Expansionskammer zu der äußeren Umfangsseite, wodurch eine orbitierende Bewegung der orbitierenden Schnecke 52 verursacht wird.
An dem Ablassanschluss 53 ist ein Ende eines Rohres, dessen anderes Ende an dem Eingang des Kondensators 24 angeschlossen ist, so angeschlossen, dass das Arbeitsfluid, welches durch den Expander 23 strömt, zu dem Kondensator 24 geschickt wird, so dass es kondensiert (sich verflüssigt).
Die orbitierende Schnecke 52 enthält einen scheibenförmigen Körperabschnitt 52a und einen Schneckenabschnitt (Spiralkörper) 52b, der aufrecht an einer Endoberfläche des Körperabschnitts 52a mit einer Rippengestalt vorgesehen ist.
Hierbei ist ein Anti-Drehmechanismus 60 zwischen der Fläche des Körperabschnitts 52a an jener Seite, die seiner Endfläche gegenüberliegt, in welchem der Schneckenabschnitt 52b ausgebildet ist, und einem stufigen Abschnitt 54d vorgesehen, welcher den zweiten Höhlenabschnitt 54b von dem ersten Höhlenabschnitt 54a des Gehäusebereichs 54 erreicht, so dass die orbitierende Schnecke 52 orbitierende Bewegungen macht, wenn das Arbeitsfluid expandiert, während ihre Drehung durch den Anti-Drehmechanismus 60 verhindert wird.
Als den Anti-Drehmechanismus 60 gibt es eine Oldham-Kupplung, eine Stift- und Ringkupplung, eine Kugelkupplung, und ähnliches. Hierbei wird die Kugelkupplung verwendet, und insbesondere eine Kugelkupplung, genannt eine EM-Kupplung (siehe ”EM coupling for Scroll Compressors” in NTN TECHNICAL REVIEW Nr. 68 (2000)) verwendet. Die EM-Kupplung wird durch zwei Platten gebildet, welche durch integrales Pressformen der Kugelschale und des Rings, Stahlkugeln, und ähnlichem hergestellt werden.
Ein zylindrischer Abschnitt 52c steht von der Endfläche des Körperabschnitts 52a der orbitierenden Schnecke 52 an der Seite des Anti-Drehmechanismus 60 vor, und ein Antriebslager 61 ist an der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 52c vorgesehen. Eine exzentrische Buchse 62 ist in dem Antriebslager 61 befestigt, und ein Kurbelzapfenloch 62a ist in der exzentrischen Buchse 62 ausgebildet.
Der Abschnitt 64 mit großem Durchmesser ist durch den zweiten Hohlabschnitt 54b des Gehäusebereiches 54 durch ein Lager 63 drehbar gestützt, und ein Kurbelzapfen 64a ist aufrecht an dem Abschnitt 64 mit großem Durchmesser vorgesehen, so dass der Kurbelzapfen 64a zu der Drehwelle 28 parallel ist und eine axiale Mitte aufweist, welche zu der Drehwelle verschoben ist. Der Kurbelzapfen 64a ist in das Kurbelzapfenloch 62a der exzentrischen Buchse 62 eingesetzt.
Die Drehwelle 28 ist mit dem Abschnitt 64 mit großem Durchmesser verbunden, so dass die orbitierende Bewegung der orbitierenden Schnecke 52 um die Drehwelle 28 als die Drehantriebskraft der Rotationswelle 28 durch den Kurbelantriebsmechanismus übertragen wird, der durch die exzentrische Buchse 62, den Kurbelzapfen 64a, und den Abschnitt 64 mit großem Durchmesser gebildet ist.
Zusätzlich ist ein Kontergewicht (Ausgleichsgewicht) 74 an der exzentrischen Buchse 62 befestigt, um das Auftreten von Vibrationen am Expander 23 zu reduzieren.
Um des Weiteren den Orbitradius der orbitierenden Schnecke 52 zu begrenzen, ist ein Begrenzungsloch 64b in dem Abschnitt 64 mit großem Durchmesser vorgesehen, und ein in dem Begrenzungsloch 64b befestigter Begrenzungsvorsprung 62b ist in der exzentrischen Buchse 62 vorgesehen. Deshalb ist die Oszillation der exzentrischen Buchse 62 um den Kurbelzapfen 64a durch die Verbindung zwischen dem Begrenzungsloch 64b und dem Begrenzungsvorsprung 62b begrenzt.
Die Drehwelle 28 ist durch ein Lager 65 gestützt, das in dem dritten Höhlenabschnitt 54c des Gehäusebereichs 54 vorgesehen ist, und sie ist durch ein Lager 67 gestützt, welches in dem Endabschnitt eines Pumpengehäuses 66 vorgesehen ist, das mit dem Gehäusebereich 54 verbunden ist, um sich zu drehen.
Die Pumpe 25A ist in dem Pumpengehäuse 66 vorgesehen. Die Pumpe 25A ist beispielsweise eine Getriebepumpe, und die Getriebepumpe ist durch ein Antriebszahnrad (Drehkörper), das durch die Drehwelle 28 axial gestützt wird, eine Drehwelle, die drehbar parallel zu der Drehwelle 28 gestützt ist, und ein Abtriebszahnrad, welches axial durch die Drehwelle gestützt wird und mit dem Antriebszahnrad im Eingriff steht, gebildet.
In dem Pumpengehäuse 66 sind ein Pumpensauganschluss 66a, welcher mit dem Sauganschluss der Pumpe 25A verbunden ist, und ein Pumpenablassanschluss 66b, welcher mit dem Ablassanschluss der Pumpe 25A verbunden ist, ausgebildet.
An den Pumpensauganschluss 66a ist ein Ende eines Rohrs, dessen anderes Ende mit dem Auslass des Kondensators 24 verbunden ist, angeschlossen, so dass das Arbeitsfluid, das in dem Kondensator 24 kondensiert ist (verflüssigt), in die Pumpe 25A eingesaugt wird. Zusätzlich ist an dem Pumpenablassanschluss 66b ein Ende eines Rohres, dessen anderes Ende an dem Eingang des Verdampfers 22 angeschlossen ist, angeschlossen, so dass das Arbeitsfluid, das in dem Kondensator 24 kondensiert (verflüssigt) ist, zwangsweise in den Verdampfer 22 gefördert wird, um zu verdampfen (vergasen).
Als die Pumpe 25A könnte eine bekannte Pumpe auf geeignete Weise verwendet werden, und eine andere Pumpe als die Getriebepumpe, eine Flügelzellenpumpe oder dergleichen könnte verwendet werden.
Am Endabschnitt der Drehwelle 28, welche durch das Pumpengehäuse 66 hindurchtritt und sich zur Außenseite erstreckt, sind die Riemenscheibe 31 und die elektromagnetische Kupplung 34, welche in dem Übertragungsmechanismus 3 enthalten sind, angeordnet.
Ein zylindrischer Abschnitt 66c, in welchem die Drehwelle 28 positioniert ist, ist einstückig mit der Endoberfläche des Pumpengehäuses 66 an der gegenüberliegenden Seite zu der Seite des Expanders 23 ausgebildet. Das Lager 67, welches die Drehwelle 28 stützt, ist an der vorderen Endseite des Inneren des zylindrischen Abschnittes 66c angeordnet, und eine Wellendichtung 68 ist an der Bodenabschnittsseite (die Seite des Expanders 23) des zylindrischen Abschnittes 66c angeordnet.
Zusätzlich ist eine Kupplungsplatte 71 am vorderen Ende der Drehwelle 28 befestigt, welche von dem zylindrischen Abschnitt 66c vorsteht, und die Riemenscheibe 31 ist drehbar an dem äußeren Umfang des zylindrischen Abschnittes 66c mittels eines Lagers 72 angebracht.
Des Weiteren ist eine Kupplungsspule 73 in einer kreisförmigen Nut 31a aufgenommen, die in der Endfläche der Riemenscheibe 31 an der Seite des Expanders 23 ausgebildet und auf der Drehwelle 28 zentriert ist, und die elektromagnetische Kupplung 34 ist durch die Kupplungsplatte 71 und den Kupplungskolben 73 ausgebildet.
Wenn der Kupplungskolben 73 elektrisch verbunden wird, tritt eine magnetische Anziehung auf und die Kupplungsplatte 71 wird mit der Riemenscheibe 31 in Kontakt gebracht, so dass die Riemenscheibe 31 und die Kupplungsplatte 71 (die Drehwelle 28) miteinander gekoppelt sind. Als ein Ergebnis wird zwischen der Drehwelle 28 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A und der Kraftmaschine 10 (Kurbelwelle 10a) eine Leistung übertragen.
Der Expander 23 des Expanders mit integrierter Pumpe 29A enthält des Weiteren einen Bypassbereich 80 zum Leiten des aus dem Ansauganschluss 55 angesaugten Arbeitsfluids zu dem Ablassanschluss 53, während er dem Arbeitsfluid erlaubt, den Antriebsbereich (Schneckenbereich), der die feste Schnecke 51 und die orbitierende Schnecke 52 enthält, und den Gleitbereich sowie den Anti-Drehmechanismus 60 zu umgehen.
Der Bypassbereich 80 enthält einen Halter 82, in welchem der Bypasskanal 81 ausgebildet ist, und den Ventilmechanismus 83, der durch den Halter 82 gestützt wird und den Bypasskanal 81 öffnet und schließt, und er ist zwischen dem Einfassungsbereich 56, der mit dem Ansauganschluss 55 versehen ist, und dem Ablassanschluss 53 gestützt, der mit dem Gehäusebereich 54 versehen ist.
Zusätzlich ist der Ventilmechanismus 83 ein Magnetventil mit einer Spule 83d. Zwischen dem Halter 82 und dem Einfassungsbereich 56 und zwischen dem Gehäusebereich 54 und dem Einfassungsbereich 56 ist ein Abstandsblech 96 fixiert.
Nachfolgend werden Einzelheiten des Bypassbereichs 80 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Der Halter 82 enthält u. A. einen vorderen Endabschnitt 82a, in welchem der Bypasskanal 81 ausgebildet ist, und einen Basisendabschnitt 82b, der die Spule 83d des Ventilmechanismus 83 hält, und der vordere Endabschnitt 82a ist zwischen dem Einfassungsbereich 56 und dem Gehäusebereich 54 in der axialen Richtung der Drehwelle 28 gestützt.
Ein Aufnahmeraum 91 zum Stützen des vorderen Endabschnitts 82a des Halters 82 ist zwischen einem Teil, in welchem der Ansauganschluss 55 des Einfassungsbereichs 56 ausgebildet ist, und einem Teil, in welchem der Ablassanschluss 53 des Gehäusebereichs 54 ausgebildet ist, vorgesehen. Der Aufnahmeraum 91 ist ein Raum, der durch den Einfassungsbereich 56 und den Gehäusebereich 54 mit einem Boden umgeben ist, und er ist zur radialen äußeren Seite der Drehwelle 28 geöffnet.
Ein ansaugseitiger Verbindungskanal 92, welcher mit dem Ansauganschluss 55 verbunden ist, mündet zu der Fläche des Aufnahmeraums 91, d. h. auf der Seite des Einfassungsbereichs 56, und ist zum Stützen des vorderen Endabschnitts 82a des Halters 82 in der axialen Richtung ausgelegt. Zusätzlich mündet ein ablassseitiger Verbindungskanal 93, welcher mit dem Ablassanschluss 53 verbunden ist, zu der Fläche des Aufnahmeraums 91, d. h. auf der Seite des Gehäusebereichs 54, und er ist zum Stützen des vorderen Endabschnitts 82a in der axialen Richtung ausgelegt.
Zusätzlich ist der Bypasskanal 81, welcher sich in der axialen Richtung der Drehwelle 28 erstreckt, in dem vorderen Endabschnitt 82a des Halters 82 ausgebildet, und in einem Zustand, in welchem der vordere Endabschnitt 82a zwischen dem Einfassungsbereich 56 und dem Gehäusebereich 54 in der axialen Richtung der Drehwelle 28 gestützt ist, ist ein Ende des Bypasskanals 81 mit dem ansaugseitigen Verbindungskanal 92 verbunden, und das andere Ende des Bypasskanals 81 ist mit dem ablassseitigen Verbindungskanal 93 verbunden, wodurch ein Bypasskanal des Arbeitsfluids ausgebildet wird.
Wie oben beschrieben, ist der Bypassbereich 80 (Halter 82) zwischen dem Ansauganschluss 55 und dem Ablassanschluss 53 angeordnet, und der Ansauganschluss 55 und der Ablassanschluss 53 sind direkt miteinander durch den Bypasskanal 81 verbunden, der in dem Halter 82 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, der Bypasskanal 81, der in dem Halter 82 ausgebildet ist, ist ein Verbindungskanal, der sich in der axialen Richtung der Drehwelle 28 erstreckt und dem Ansauganschluss 55 und dem Ablassanschluss 53 erlaubt, direkt miteinander verbunden zu sein.
Ein Teil des Halters 82, in welchem der Endabschnitt des Bypasskanals 81 auf der Seite des Einfassungsbereichs 56 geöffnet ist, bildet einen zylindrischen Vorsprung 82c aus, welcher mit einer zylindrischen Gestalt entlang der Richtung parallel zu der Achse der Drehwelle 28 vorsteht, und der Bypasskanal 81 erstreckt sich in dem axialen Zentrum des zylindrischen Vorsprungs 82c.
Andererseits weist der ansaugseitige Verbindungskanal 92 ein Befestigungsloch (Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser) 92a auf, das einen Durchmesser aufweist, in welchem der zylindrische Vorsprung 82c auf der Seite des Halters 82 (die Seite des Gehäusebereichs 54) befestigt ist. Das heißt, der ansaugseitige Verbindungskanal 92 ist so ausgebildet, dass er im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Bypasskanal 81 von der Seite des Ansauganschlusses 55 und in der Mitte des Kanals aufweist, wobei sein Durchmesser auf einen Durchmesser vergrößert ist, in welchem der äußere Umfang des zylindrischen Vorsprungs 82c befestigt ist.
Zusätzlich ist eine ringförmige Nut 82f im äußeren Umfang des zylindrischen Vorsprungs 82c ausgebildet, und ein Dichtungsteil (O-Ring) 94, das aus einem elastischen Material wie Gummi mit einer ringförmigen Gestalt ausgebildet ist, ist in der ringförmigen Nut 82f eingepasst. Wenn der zylindrische Vorsprung 82c in dem Befestigungsloch 92a befestigt ist, ist der Spalt zwischen dem äußeren Umfang des zylindrischen Vorsprungs 82c und dem inneren Umfang des Befestigungslochs 92a des ansaugseitigen Verbindungskanals 92 durch das Dichtungsteil 94 abgedichtet.
Das heißt, durch Einpassen des zylindrischen Vorsprungs 82c in die Montageöffnung 92a des ansaugseitigen Verbindungskanals 92 ist es dem Bypasskanal 81 erlaubt, mit dem Ansauganschluss 55 verbunden zu sein, und die Position des Halters 82 in der radialen Richtung der Drehwelle 28 ist bezüglich des ansaugseitigen Verbindungskanals 92 so bestimmt, dass der Spalt zwischen dem zylindrischen Vorsprung 82c des Halters 82 und der Montageöffnung 92a des Einfassungsbereichs 56, in anderen Worten, die Seite des Ansauganschlusses 55 des Bypasskanals 81, durch die zylindrische Dichtung abgedichtet ist.
Das Anliegen des Halters 82 an dem Einfassungsbereich 56 in der axialen Richtung der Drehwelle 28 wird zwischen einem flachen Oberflächenabschnitt 82e des Hauptabschnitts des zylindrischen Vorsprungs 82c und einem flachen Oberflächenabschnitt 56c des Einfassungsbereichs 56, in welchem der ansaugseitige Verbindungskanal 92 geöffnet ist, bewirkt. Zusätzlich wird zwischen dem Halter 82 und dem Einfassungsbereich 56 und zwischen dem Gehäusebereich 54 und dem Einfassungsbereich 56 das Abstandsblech 96 befestigt, welches ein beispielsweise aus Metall hergestellter passender Streifen ist. Durch das Abstandsblech wird der Spalt zwischen der festen Schnecke 51 und der orbitierenden Schnecke 52 in der axialen Richtung der Drehwelle 28 angepasst.
Ein Basisabschnitt 82g, welcher eine Anschlagsfläche parallel zu dem transversen Querschnitt der Drehwelle 28 ausbildet, steht von einem Teil des Halters 82 vor, in welchem der Endabschnitt des Bypasskanals 81 auf der Seite des Gehäusebereichs 84 mündet, und ein Nutabschnitt 54e, in welchen der Basisabschnitt 82g lose eingesetzt wird und welcher eine Bodenoberfläche (flacher Oberflächenabschnitt) aufweist, der zu der Endoberfläche (flacher Oberflächenabschnitt) des Basisabschnitts 82g parallel ist und zu welchem der ablassseitige Verbindungskanal 93 geöffnet ist, ist in dem Gehäusebereich 54 ausgebildet.
Zusätzlich in einem Fall, in welchem der Halter 82 zwischen dem Gehäusebereich 54 und dem Einfassungsbereich 56 gestützt ist, wenn der Basisabschnitt 92g lose in den Nutenabschnitt 54e eingesetzt wird, sind der Bypasskanal 81 auf der Seite des Halters 82 und der ablassseitige Verbindungskanal 93 auf der Seite des Gehäusebereichs 54 miteinander verbunden, und der Bypasskanal 81 ist mit dem Ablassanschluss 53 durch den ablassseitigen Verbindungskanal 93 verbunden.
Das heißt, der Bypasskanal 81 ist von dem vorderen Ende des zylindrischen Vorsprungs 82c zu dem Basisabschnitt 82g (ebener Flächenabschnitt) ausgebildet, und durch Auflagern des Halters 82 zwischen dem Gehäusebereich 54 und dem Einfassungsbereich 56 sind es dem Ansauganschluss 55 und dem Ablassanschluss 53 erlaubt, miteinander durch den Bypasskanal 81 verbunden zu sein.
Eine ringförmige Nut 54f ist in der Bodenoberfläche des zurückgesetzten Abschnitts 54e so ausgebildet, dass sie die Öffnung des ablassseitigen Verbindungskanals 93 umgibt, und ein Dichtungsteil 95, ausgebildet aus einem elastischen Material wie Gummi, ist in die Nut 54f eingebaut, so dass die Anschlagsoberfläche zwischen dem Halter 82 und dem Gehäusebereich 54 durch das Dichtungsteil 95 umgeben und abgedichtet ist. Das heißt, die Umgebung des Verbindungsabschnittes zwischen dem Bypasskanal 81 auf der Seite des Halters 82 und dem ablassseitigen Verbindungskanal 93 auf der Seite des Gehäusebereichs 54 ist durch eine flache Dichtung abgedichtet. In anderen Worten, der Bypasskanal 81 und der Ablassanschluss 53 sind durch die flache Dichtung abgedichtet.
Das Dichtungsteil 95 generiert eine Kraft zum Vorspannen des Halters 82 gegen die Seite des Einfassungsbereiches 56 dadurch, dass sie durch den Halter 82 komprimiert wird und dementsprechend der Halter 82 an die Seite des Einfassungsbereichs 56 anstößt und die Position des Halters 82 in der axialen Richtung der Drehwelle 28 bezüglich des Einfassungsbereichs 56 bestimmt wird.
Zusätzlich enthält der Halter 82 des Bypassbereichs 80 einstückig den Ventilmechanismus (Pilot-Magnetventil) 83, der ein Magnetventil ist, das den Bypasskanal 81 öffnet und schließt.
Der Bypasskanal 81 enthält einen Kanal 81a, der sich von der Seite des Einfassungsbereichs 56 parallel zu der axialen Richtung der Drehwelle 28 erstreckt, und einen Kanal 81b, der sich von der Seite des Gehäusebereichs 54 parallel zu der axialen Richtung der Drehwelle 28 erstreckt, wobei der Kanal 81a an einer Position ausgebildet ist, welche weiter von der Drehwelle 28 weg ist als der Kanal 81b, und die Kanäle 81a und 81b sind miteinander durch einen Kanal 81c verbunden, der sich in der radialen Richtung der Drehwelle 28 erstreckt.
In dem Kanal 81c wird ein Ventilkörper 83a von der Außenseite zu der Innenseite in der radialen Richtung der Drehwelle 28 bewegt und gesetzt, wobei in dem sitzenden Zustand ein Sitzabschnitt 81d zum Blockieren des Kanals 81c (Bypasskanal 81) ausgebildet ist, und ein Kolben 83b ist an der radialen äußeren Seite bezüglich des Sitzabschnitts 81d so gestützt, dass er entlang der radialen Richtung versetzt werden kann.
Der Kolben 83b wird zu dem Sitzabschnitt 81d (in eine Richtung, die sich der Drehwelle 28 annähert) durch eine Schraubenfeder (elastischer Körper) 83c vorgespannt und in einer Richtung weg von dem Sitzabschnitt 81d (Drehwelle 28) durch die magnetische Kraft der Spule (Solenoid) 83d gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 83c verschoben.
Hierbei liegt der Basisendabschnitt 82b des Halters 82, der die Spule 83d aufnimmt, zur Außenseite des Einfassungsbereichs 56 und des Gehäusebereichs 54 frei, und in dem nach außen hin freiliegenden Teil ist ein Anschluss (nicht dargestellt) für eine elektronische Verbindung zu der Spule 83 vorgesehen.
Der Ventilkörper 83a ist zwischen dem Kolben 83b und dem Sitzabschnitt 81d so gestützt, dass er in der gleichen Richtung (die radiale Richtung der Drehwelle 28) wie die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Kolbens 83b verschoben wird.
Ein Pilotkanal 83e, welcher durch den Ventilkörper 83a in dessen Verschieberichtung eindringt, ist in dem Ventilkörper 83a ausgebildet, und ein Pilotventil 83f, das die Öffnung des Pilotkanals 83e auf der Seite des Kolbens 83b blockiert, ist im vorderen Ende des Kolbens 83b ausgebildet.
Zusätzlich wird in einem Zustand, in welchem die Spule 83d nicht elektrisch verbunden ist, der Kolben 83b gegen den Sitzabschnitt 81d durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 83c verschoben, und dadurch wird der Ventilkörper 83a, der durch den Kolben 83b gepresst wird, an den Sitzabschnitt 81d gesetzt. Zusätzlich ist die Öffnung des Pilotkanals 83e auf der Seite des Kolbens 83b durch das Pilotventil 83f blockiert, was zu einen Zustand führt, in welchem das Ventil geschlossen ist, in welchem die Strömung des Arbeitsfluids über den Bypasskanal 81 gehemmt ist.
Wenn die Spule 83d in dem geschlossenen Zusltand elektrisch verbunden ist, wird der Kolben 83b von dem Ventilkörper 83a, der auf dem Sitzabschnitt 81d sitzt, durch die magnetische Kraft der Spule 83d getrennt, und dadurch wird das Pilotventil 83f von der Öffnung des Pilotkanals 83e auf der Seite des Kolbens 83b getrennt, so dass der Pilotkanal 83e geöffnet ist.
Wenn der Pilotkanal 83e geöffnet ist, verringert sich der Druck in dem Raum (Hauptventilkammer), der zwischen dem Ventilkörper 83a und dem Kolben 83b zwischengeschaltet ist, auf den Druck der Seite des Ablassanschlusses 53, und ein hoher Druck auf der Seite des Ansauganschlusses 55 wird an der unteren Seite der Außenseite des Ventilkörpers 83a aufgebracht. Deshalb wird der Ventilkörper 83a aufgrund der Druckdifferenz angehoben und von dem Sitzabschnitt 81d getrennt, was zu einen Zustand führt, in welchem das Ventil geöffnet ist, in welchem das Arbeitsfluid durch den Bypasskanal 81 strömt. Während die elektrische Verbindung zu der Spule 83d fortgesetzt wird, wird der geöffnete Ventilzustand aufrechterhalten.
Wenn die elektrische Verbindung zu der Spule 83d im Zustand des geöffneten Ventils (Zustand der elektrischen Verbindung) unterbrochen wird, wird der Kolben 83b in einer Richtung zu dem Sitzabschnitt 81d durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 83c verschoben, um den Pilotkanal 83e zu blockieren, und des Weiteren wird der Ventilkörper 83a durch den Kolben 83b gepresst und in die Richtung zu dem Sitzabschnitt 81d verschoben. Dadurch wird der Ventilkörper 83a auf den Sitzabschnitt 81d gesetzt und kehrt zu dem Zustand des geschlossenen Ventils zurück. Während der Zustand der nichtelektrischen Verbindung zu der Spule 83d fortgeführt wird, wird der Zustand des geschlossenen Ventils aufrechterhalten.
Wie oben beschrieben ist der Ventilmechanismus 83, der den Bypasskanal 81 öffnet und schließt, ein sogenanntes Pilot-Magnetventil, das durch den Ventilkörper 83a, den Kolben 83b, die Schraubenfeder 83c, die Spule 83d, und ähnliches ausgebildet ist.
Der Ventilmechanismus 83 ist nicht auf das Pilot-Magnetventil beschränkt, welches unter Verwendung einer Druckdifferenz eines Fluids einen Ventilkörper antreibt, und es kann ein direkt arbeitendes Magnetventil verwendet werden, welches einen Ventilkörper durch Antreiben eines beweglichen Kerns mechanisch öffnet und schließt.
Wenn die Steuereinheit 4 der Spule 83d erlaubt, elektrisch verbunden zu sein, und dadurch dem Ventilmechanismus 83 erlaubt, den Zustand des geöffneten Ventils zu erreichen, um dadurch eine Verbindung des Ansauganschlusses 55 und des Ablassanschlusses 53 durch den Bypasskanal 81 zu verursachen, beispielsweise direkt nach dem Starten der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A, mit welcher die elektromagnetische Kupplung 34 in Eingriff steht, ist eine Bypassleitung, in welchem das Arbeitsfluid, welches in den Expander 23 von dem Ansauganschluss 55 geströmt ist, zu dem Ablassanschluss 53 wie durch den Bypasskanal 81 geleitet wird und zu der Außenseite des Expanders 23 abgelassen wird, geöffnet. Dadurch wird das Arbeitsfluid zirkuliert, während es die Schnecken 51 und 52, die als Antriebsbereich vorgesehen sind, und den Gleitbereich wie den Anti-Drehmechanimus 60 der orbitierenden Schnecke 52 und das Antriebslager 61 umgeht.
Wie oben beschrieben fehlen in der durch den Bypasskanal 81 ausgebildeten Bypassleitung Gleitbereiche wie der Anti-Drehmechanismus 60 der orbitierenden Schnecke 52 und das Antriebslager 61. Sogar wenn das Arbeitsfluid in einem Gas-Flüssig-Mischzustand oder in einer flüssigen Phase bei geöffnetem Bypasskanal 81 zirkuliert wird, kann dadurch ein Austreten des Schmieröls aus dem Gleitabschnitt reduziert werden, und dadurch kann die Schmierung der Gleitbereiche ausreichend aufrecht erhalten werden.
Bezüglich der Anordnung des Expanders mit integrierter Pumpe 29A (Expander 23), ist hierbei die Richtung des Ansauganschlusses 55 und des Ablassanschlusses 53 bezüglich der vertikalen oder horizontalen Richtung nicht auf die oben beschriebene Anordnung beschränkt. Allerdings ist es bevorzugt, dass die Richtungen auf eine Richtung festgelegt werden, in der das Austreten von Schmieröl aus den Gleitbereichen so stark wie möglich reduziert werden kann, wenn der Bypasskanal 81 geöffnet ist. Insbesondere durch derartiges Installieren des Expanders mit integrierter Pumpe 29A (Expander 23), dass die axialen Linien des Ansauganschlusses 55 und des Ablassanschlusses 53 horizontal sind oder in eine Richtung von der Innenseite zu der Außenseite der radialen Richtung der Drehwelle 28 abfallen, kann das Austreten von Schmieröl aus den Gleitbereichen, in anderen Worten, die Strömung des Arbeitsfluids in einer flüssigen Phase in die Gleitbereiche hinein, effektiv reduziert werden. Insbesondere wenn die axialen Linien des Ansauganschlusses 55 und des Ablassanschlusses 53 vertikal nach unten in der Richtung von der Innenseite zur Außenseite der radialen Richtung der Drehwelle 28 vorgesehen sind, kann das Arbeitsfluid in der flüssigen Phase so stark wie möglich davor bewahrt werden, aus der Bypassleitung heraus zu fließen und in die Gleitbereiche hinein zu fließen.
Da zusätzlich der oben beschriebene Expander 23 integral mit dem Bypasskanal 81 und dem Magnetventil 83 vorgesehen ist, welches den Bypasskanal 81 öffnet und schließt, kann verglichen mit einem Fall, in welchem ein Bypasskanal mit einem Ventilmechanismus vorgesehen ist, der an ein Rohr zum Zirkulieren eines Arbeitsfluids angeschlossen ist, der Zirkulationskreis des Arbeitsfluids in der Rankine-Kreislauf-Vorrichtung 2A vereinfacht werden.
Da zusätzlich der Halter 82 (Bypassbereich 80), in welchem der Bypasskanal 81 geformt ist und der Ventilmechanismus 83 integral vorgesehen ist, zwischen dem Einfassungsbereich 56, in welchem der Ansauganschluss 55 ausgebildet ist, und dem Gehäusebereich 54 gestützt ist, in welchem der Ablassanschluss 54 ausgebildet ist, können der Bypasskanal 81 und der Ventilmechanismus 83 in dem Expander 23 (Fluidmaschine) mit einer einfachen Struktur vorgesehen sein. Deshalb kann das Verarbeiten des Expanders 23 vereinfacht werden und eine Vergrößerung der axialen Länge des Expanders 23 kann reduziert werden.
Da zusätzlich die Bewegungsrichtung des Kolbens 83b und des Ventilkörpers 83a in dem Ventilmechanismus 83 in der radialen Richtung der Drehwelle 28 eingestellt sind, sind die Bewegungsräume des Kolbens 83b und des Ventilkörpers 83a in der radialen Richtung der Drehwelle 28 weit, und verglichen mit einem Fall, in welchem ihre Bewegungsrichtung auf eine Richtung parallel zu der Drehwelle 28 festgelegt ist, kann die axiale Länge des Expanders 23 reduziert werden.
Da des Weiteren die Spule (Solenoid) 83d des Ventilmechanismus 83 in dem Basisendabschnitt 82b des Halters 82 aufgenommen ist, welcher zu der Außenseite des Einfassungsbereichs 56 und des Gehäusebereichs 54 freiliegt, kann die Wärmeübertragung von der Spule 83d effizient ausgeführt werden.
Da zusätzlich die Spule (Solenoid) 83d, welche eine große Komponente inmitten der Komponenten ist, welche den Ventilmechanismus 83 ausbilden, die an der Außenseite des Teils angeordnet ist, welches zwischen dem Einfassungsbereich 56 und dem Ablassanschluss 54 zwischengeschaltet ist, ist es nicht erforderlich, den Aufnahmeraum der Spule (Solenoid) 83d in dem zwischen dem Einfassungsbereich 56 und dem Gehäusebereich 54 zwischengeschalteten Teil zu sichern, und aus diesem Grund kann die axiale Länge des Expanders 23 ebenfalls verkleinert werden.
Zusätzlich, in dem Aufbau, in welchem der Halter 82 (Bypassbereich 80) zwischen dem Einfassungsbereich 56 und dem Gehäusebereich 54 gestützt ist, ist ein Verbindungsabschnitt des Bypasskanals 81 durch eine zylindrische Dichtung abgedichtet und der andere Verbindungsabschnitt von diesem ist durch eine flache Dichtung abgedichtet. Deshalb kann der Halter 82 (Bypassbereich 80) einfach positioniert werden, während der Undichtigkeitskanal des Arbeitsfluids blockiert wird.
Während der Inhalt der Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist Fachleuten klar, dass verschiedene Modifikationen auf der Basis des technischen Gedankens und des Umfangs der Erfindung gemacht werden können.
Beispielsweise ist der Expander 23, der in 2 gezeigt ist, integral mit der Pumpe 25A vorgesehen. Jedoch kann ein Generator integral mit dem Expander 23 anstatt der Pumpe 25A vorgesehen sein, oder zusammen mit der Pumpe 25A. Des Weiteren kann die oben beschriebene Bypassstruktur ebenfalls auf einen Expander angewendet werden, der nicht die Pumpe 25A oder den Generator enthält.
Zusätzlich kann der Expander 23A auch ein Drehexpander sein, welcher einen Drehkolben als einen Antriebsbereich, anders als der Schneckentyp, enthält.
Zusätzlich kann der zylindrische Vorsprung 82c des Halters 82 an einer Fläche vorgesehen sein, welche dem Gehäusebereich 54 gegenüberliegt, um den zylindrischen Vorsprung 82c in den ablassseitigen Verbindungskanal 93 einzupassen, und der Basisabschnitt 82g des Halters 82 kann an einer Fläche vorgesehen sein, welche dem Einfassungsbereich 56 gegenüberliegt, um dem Basisabschnitt 82g zu erlauben, an der Fläche des Einfassungsbereichs 56 anzuliegen, in welcher der ansaugseitige Verbindungskanal 92 mündet. In anderen Worten kann der Verbindungsabschnitt des Bypasskanals 81 auf der Seite des Gehäusebereichs 54 durch eine zylindrische Dichtung abgedichtet werden, und der Verbindungsabschnitt des Bypasskanals 81 auf der Seite des Einfassungsbereichs 56 kann durch eine flache Dichtung abgedichtet werden.
Zusätzlich ist die Erstreckungsrichtung des Ansauganschlusses 55 und des Ablassanschlusses 53 nicht auf die radiale Richtung der Drehwelle 28 beschränkt, und der Ansauganschluss 55 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, sich in der axialen Richtung der Drehwelle 28 zu erstrecken.
Zusätzlich kann der Bypasskanal 81 dazu ausgelegt sein, es nicht nur dem Ansauganschluss 55 und dem Ablassanschluss 53 zu erlauben, direkt miteinander verbunden zu sein, aber zusätzlich beispielsweise die Arbeitsfluid-Einführkammer 56b mit dem Ablassanschluss 53 zu verbinden, oder den Ansauganschluss 55 oder die Arbeitsfluid-Einführkammer 56b mit einem ablassseitigen Raum direkt vor dem Ablassanschluss 53 zu verbinden. Das heißt, der Bypasskanal 81 kann in einem Bereich modifiziert werden, in welchem der Bypasskanal, der nicht durch die Gleitbereiche wie den Anti-Drehmechanismus 60 der orbitierenden Schnecke 52 und das Antriebslager 61 führt, ausgebildet ist.
Zusätzlich ist die Fluidmaschine nicht auf einen Expander 23 beschränkt und kann ein Verdichter sein.
Des Weiteren ist die Fluidmaschine, wie der Expander 23, nicht darauf beschränkt, in das Abwärme-Wiederverwendungsgerät (Rankine-Kreislauf-Vorrichtung) eingebunden zu sein.
Bezugszeichenliste

1A: Abwärme-Wiederverwendungsgerät
2A: Rankine-Kreislauf-Vorrichtung
10: Kraftmaschine
21: Kreislaufkanal
22: Verdampfer
23: Expander
24: Kondensator
25A: Pumpe
28: Drehwelle
29A: Expander mit integrierter Pumpe (Fluidmaschine)
31: Riemenscheibe
34: Elektromagnetische Kupplung
51: Feste Schnecke
52: orbitierende Schnecke
53: Ablassanschluss
54: Gehäusebereich
55: Ansauganschluss
56: Einfassungsbereich
60: Anti-Drehmechanismus
62: Exzentrische Buchse
80: Bypassbereich
81: Bypasskanal (Verbindungskanal)
82: Halter
82c: Zylindrischer Vorsprung
83: Ventilmechanismus
83a: Ventilkörper
83b: Kolben
83c: Schraubenfeder
83d: Spule
92: Ansaugseitiger Verbindungskanal
92a: Montageöffnung (Abschnitt mit größerem Durchmesser)
93: Ablassseitiger Verbindungskanal

Claims

Fluidmaschine, aufweisend: einen Ansauganschluss, in welchen ein Arbeitsfluid strömt, das aufgeheizter Dampf wird und einen hohen Druck aufweist; einen Antriebsbereich, welcher durch eine Expansion des Arbeitsfluids angetrieben wird, das von dem Ansauganschluss angesaugt wird; einen Ablassanschluss, aus welchem das Arbeitsfluid strömt, das einen niedrigen Druck aufweist, während es den Antriebsbereich durchströmt; und einen Bypasskanal, welcher das aus dem Ansauganschluss gesaugte Arbeitsfluid zu dem Ablassanschluss leitet, während er dem Arbeitsfluid erlaubt, einen Gleitbereich der Fluidmaschine und des Antriebsbereichs zu umgehen.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Bypasskanal ein Verbindungskanal ist, welcher eine Verbindung des Ansauganschlusses mit dem Ablassanschluss erlaubt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 2, wobei sich der Ansauganschluss und der Ablassanschluss in einer radialen Richtung einer Drehwelle des Antriebsbereichs erstrecken und in einer axialen Richtung der Drehwelle angeordnet sind, und wobei sich der Bypasskanal in einer axialen Richtung der Drehwelle des Antriebsbereichs erstreckt und eine Verbindung des Ansauganschlusses mit dem Ablassanschluss erlaubt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 3, des Weiteren aufweisend: einen Ventilmechanismus, welcher den Bypasskanal öffnet und schließt, wobei der Ventilmechanismus den Bypasskanal durch Verschieben eines Ventilkörpers in der axialen Richtung der Drehwelle des Antriebsbereichs öffnet und schließt.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Fluidmaschine als den Antriebsabschnitt einen Schneckenbereich aufweist, welcher eine feste Schnecke und eine orbitierende Schnecke aufweist, und als den Gleitbereich einen Antidrehmechanismus aufweist, welcher eine Bewegung der orbitierenden Schnecke verhindert.
Fluidmaschine gemäß Anspruch 5, wobei die Fluidmaschine ein Schneckenexpander ist und in einer Rankine-Kreislauf-Vorrichtung eingebaut ist, welche eine Abwärme einer Kraftmaschine zum Gebrauch in einem Fahrzeug rückgewinnt.