JP2002155707A - Rankine cycle apparatus - Google Patents

Rankine cycle apparatus

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JP2002155707A
JP2002155707A JP2001264361A JP2001264361A JP2002155707A JP 2002155707 A JP2002155707 A JP 2002155707A JP 2001264361 A JP2001264361 A JP 2001264361A JP 2001264361 A JP2001264361 A JP 2001264361A JP 2002155707 A JP2002155707 A JP 2002155707A
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直樹 太田
Naoki Ito
直紀 伊藤
Tsuneo Endo
恒雄 遠藤
Tsutomu Takahashi
勤 高橋
Kensuke Honma
健介 本間
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make full use of the performance of an expansion device and a condenser of a Rankine cycle apparatus. SOLUTION: Relative to an arbitrary relation between the pressure Pevp and temperature Tevp of steam sucked by the expansion device 4 having a first stage of cylinder chamber and a second stage of vane chamber disposed in series, an expansion ratio of steam sucked/discharged by the expansion device 4 is set at a prescribed expansion ratio εcorresponding to the arbitrary relation, so that the pressure Rexp2 and the temperature Texp2 of steam discharged by the expansion device 4 are made to meet a target value, thereby making full use of performance of the expansion device 4 and the condenser 5. Steam in a cylinder chamber at a first stage contains no water because it is within an overheated steam area, therefore no water-hammering phenomenon occurs in the cylinder chamber. Steam at an outlet of the vane chamber contains water because it is within a saturated steam area, therefore lubrication and sealing of the vane chamber can be attained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を加熱して蒸
気を発生する蒸発器と、蒸発器から供給された蒸気を膨
張させて一定の軸トルクを出力する膨張機と、膨張機が
排出した蒸気を冷却して液体に戻す凝縮器とを備えたラ
ンキンサイクル装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an evaporator for heating a liquid to generate vapor, an expander for expanding a vapor supplied from the evaporator to output a constant axial torque, and an expander for discharging the vapor. And a condenser for cooling the recovered steam into a liquid.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平4−47104号公報には、蒸発
器で発生した蒸気で膨張機を作動させ、膨張機が排出し
た蒸気を凝縮器で液化して蒸発器に戻すランキンサイク
ル装置において、蒸発器で発生した蒸気のエネルギーの
大きさに応じて膨張機の入口に設けたバルブを開閉し、
膨張機に蒸気を供給するタイミングを制御することによ
り最大限の出力トルクを確保するものが記載されてい
る。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-47104 discloses a Rankine cycle device in which an expander is operated with steam generated by an evaporator, and the steam discharged from the expander is liquefied by a condenser and returned to the evaporator. Open and close the valve provided at the inlet of the expander according to the magnitude of the energy of the steam generated by the evaporator,
It describes that the maximum output torque is ensured by controlling the timing of supplying steam to the expander.

【0003】また特開昭58−48706号公報には、
蒸発器で発生した蒸気で膨張機を作動させ、膨張機が排
出した蒸気を凝縮器で液化して蒸発器に戻すランキンサ
イクル装置において、凝縮器への蒸気導入圧力が膨張機
からの蒸気排出圧力よりも高いときに、凝縮器の入口側
と膨張機の膨張完了直前位置とを接続するバイパス通路
を開放し、膨張機の過膨張損失の低減を図るものが記載
されている。
[0003] Also, JP-A-58-48706 discloses that
In a Rankine cycle device that operates the expander with the steam generated by the evaporator and liquefies the steam discharged by the expander with the condenser and returns the vapor to the evaporator, the pressure at which the steam is introduced into the condenser is the vapor discharge pressure from the expander. When the pressure is higher than that, a bypass passage connecting the inlet side of the condenser and a position immediately before the completion of the expansion of the expander is opened to reduce excessive expansion loss of the expander.

【0004】また特開昭61−87990号公報には、
ベーン型圧縮機において、ベーンを支持するロータの回
転軸にベーン室に対する吸気および排気を制御する回転
バルブを設け、この回転バルブの吸気タイミングおよび
排気タイミングを可変としたものが記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-87990 discloses that
A vane type compressor is described in which a rotary valve for controlling intake and exhaust to and from a vane chamber is provided on a rotary shaft of a rotor supporting a vane, and the intake timing and exhaust timing of the rotary valve are made variable.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】例えば、内燃機関の排
気ガスとの間で熱交換を行う蒸発器で水を加熱して蒸気
を発生させ、この蒸気で容積型の膨張機を作動させて軸
出力を取り出し、膨張機から排出された蒸気を凝縮器で
水に戻して再び蒸発器に供給するランキンサイクル装置
において、蒸発器から膨張機に供給される蒸気の圧力お
よび温度は膨張機の性能に応じた定格値として予め設定
されており、また膨張機から凝縮器に排出される蒸気の
温度は凝縮器の性能に応じた定格値として予め設定され
ている。しかしながら、蒸発器において発生する蒸気の
圧力および温度は、蒸発器の過渡状態、内燃機関の運転
状態、蒸発器に供給される水量等に応じて変動し、また
凝縮器が最大の性能を発揮し得る蒸気の圧力および温度
は、凝縮器の過渡状態、凝縮器の冷却状態(外気温、冷
却ファンの回転数、走行風の強さ)等に応じて変動す
る。
For example, water is heated by an evaporator that performs heat exchange with exhaust gas of an internal combustion engine to generate steam, and the steam is used to operate a positive displacement expander to drive a shaft. In a Rankine cycle device that takes out the output, returns the steam discharged from the expander to water with a condenser, and supplies it to the evaporator again, the pressure and temperature of the steam supplied from the evaporator to the expander depend on the performance of the expander. The temperature of steam discharged from the expander to the condenser is preset as a rated value corresponding to the performance of the condenser. However, the pressure and temperature of the steam generated in the evaporator fluctuate according to the transient state of the evaporator, the operating state of the internal combustion engine, the amount of water supplied to the evaporator, and the like, and the condenser exhibits the maximum performance. The pressure and temperature of the obtained steam fluctuate according to the transient state of the condenser, the cooling state of the condenser (outside air temperature, the rotation speed of the cooling fan, the intensity of the traveling wind), and the like.

【0006】図21(A)において、縦軸および横軸は
それぞれ蒸気の圧力pおよび比容積vを示しており、膨
張機の入口で定格値の圧力p1であった蒸気は膨張機の
内部で予め設定した設定膨張比εだけ膨張し、膨張機の
出口圧力が前記p1から定格値のp2へと変化すると
き、膨張機および凝縮器は最大限の性能を発揮すること
ができる。しかしながら、前述したように膨張機の入口
圧力は種々の要因で変動し、かつ膨張機および凝縮器が
最大限の性能を発揮し得る膨張機の出口圧力も種々の要
因で変動する。従って、膨張機の出口圧力がそのとき膨
張機および凝縮器が最大限の性能を発揮し得る圧力に一
致しなくなり、膨張機および凝縮器が充分な性能を発揮
できなくなる可能性がある。
In FIG. 21 (A), the vertical axis and the horizontal axis represent the pressure p and the specific volume v of the steam, respectively. The steam having the rated pressure p1 at the inlet of the expander is generated inside the expander. When the expander expands by the preset expansion ratio ε and the outlet pressure of the expander changes from the aforementioned p1 to the rated value p2, the expander and the condenser can exhibit the maximum performance. However, as described above, the inlet pressure of the expander varies due to various factors, and the outlet pressure of the expander at which the expander and the condenser can exhibit the maximum performance also varies according to various factors. Therefore, the outlet pressure of the expander may not match the pressure at which the expander and the condenser can exhibit the maximum performance at that time, and the expander and the condenser may not be able to exhibit sufficient performance.

【0007】即ち、図21(B)に示すように、膨張比
が設定膨張比εに一致していても膨張機の入口圧力が定
格値p1よりも過大のp1′である場合には、膨張機の
出口圧力が定格値p2よりも高くなり、未だ膨張機を駆
動するエネルギーを残している蒸気を無駄に捨てること
になって膨張機の性能を充分に発揮させることができな
くなり、しかも凝縮器の負荷が増加して凝縮性能が低下
してしまう問題がある。一方、図21(C)に示すよう
に、膨張比が設定膨張比εに一致していても膨張機の入
口圧力が定格値p1よりも過小のp1′である場合に
は、膨張機の出口圧力が定格値p2よりも低くなるた
め、蒸気が膨張機の内部で負の仕事をして出力が低下し
てしまう問題がある。
That is, as shown in FIG. 21B, even if the expansion ratio matches the set expansion ratio ε, if the inlet pressure of the expander is p1 ′ which is larger than the rated value p1, the expansion The outlet pressure of the expander becomes higher than the rated value p2, the steam that still has the energy for driving the expander is wasted, and the performance of the expander cannot be fully exhibited. However, there is a problem that the load on the device increases and the condensation performance decreases. On the other hand, as shown in FIG. 21 (C), even if the expansion ratio matches the set expansion ratio ε, if the inlet pressure of the expander is p1 ′ smaller than the rated value p1, the outlet of the expander Since the pressure is lower than the rated value p2, there is a problem that the steam performs a negative work inside the expander and the output is reduced.

【0008】かかる不具合は、膨張機の入口温度が定格
値よりも高い場合や低い場合、膨張機内部に蒸気のリー
ク量が多い場合や少ない場合、あるいは膨張機および凝
縮器が最大限の性能を発揮し得る膨張機の出口圧力が種
々の要因で定格値p2から変動した場合にも同様に発生
する。
[0008] Such a problem occurs when the inlet temperature of the expander is higher or lower than the rated value, when the amount of steam leakage inside the expander is large or small, or when the expander and the condenser have the maximum performance. This also occurs when the outlet pressure of the expander that can be exerted fluctuates from the rated value p2 due to various factors.

【0009】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、ランキンサイクル装置の膨張機および凝縮器の性能
を最大限に発揮させることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has as its object to maximize the performance of an expander and a condenser of a Rankine cycle device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載された発明によれば、液体を加熱し
て蒸気を発生する蒸発器と、蒸発器から供給された蒸気
を膨張させて軸トルクを出力する膨張機と、膨張機が排
出した蒸気を冷却して液体に戻す凝縮器とを備えたラン
キンサイクル装置において、膨張機が吸入する蒸気の圧
力および温度の任意の関係に対し、膨張機が吸入・排出
する蒸気の膨張比を前記任意の関係に応じた所定の膨張
比に設定することにより、膨張機が排出する蒸気の圧力
および温度を目標値に一致させることを特徴とするラン
キンサイクル装置が提案される。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an evaporator for heating a liquid to generate a vapor and a vapor supplied from the evaporator are provided. In a Rankine cycle device including an expander that expands to output an axial torque, and a condenser that cools steam discharged by the expander and returns it to a liquid, an arbitrary relationship between the pressure and temperature of steam sucked by the expander On the other hand, by setting the expansion ratio of the steam sucked / discharged by the expander to a predetermined expansion ratio according to the above-mentioned arbitrary relationship, the pressure and temperature of the steam discharged by the expander are made to match the target values. A featured Rankine cycle device is proposed.

【0011】上記構成によれば、膨張機が吸入する蒸気
の圧力および温度が任意の関係にあっても、膨張機が吸
入・排出する蒸気の膨張比を前記任意の関係に応じた所
定の膨張比に設定することで、膨張機が排出する蒸気の
圧力および温度を制御することができる。従って、膨張
機および凝縮器が最大の性能を発揮し得る圧力および温
度を目標値として膨張比を設定すれば、膨張機が排出す
る蒸気の圧力および温度を前記目標値に一致させて膨張
機および凝縮器の性能を最大限に発揮させることができ
る。
According to the above configuration, even if the pressure and the temperature of the steam sucked by the expander have an arbitrary relationship, the expansion ratio of the steam sucked / discharged by the expander is set to a predetermined expansion ratio according to the arbitrary relationship. By setting the ratio, the pressure and temperature of the steam discharged from the expander can be controlled. Therefore, if the expansion ratio is set with the target value of the pressure and temperature at which the expander and the condenser can exhibit the maximum performance, the pressure and temperature of the steam discharged by the expander are made to match the target values, and The performance of the condenser can be maximized.

【0012】また請求項2に記載された発明によれば、
請求項1の構成に加えて、膨張機が吸入する蒸気の圧力
および温度は過熱蒸気領域にあり、膨張機が排出する蒸
気の圧力および温度は飽和蒸気領域にあることを特徴と
するランキンサイクル装置が提案される。
According to the second aspect of the present invention,
2. The Rankine cycle device according to claim 1, wherein the pressure and the temperature of the steam sucked by the expander are in a superheated steam region, and the pressure and the temperature of the steam discharged by the expander are in a saturated steam region. Is proposed.

【0013】上記構成によれば、膨張機が吸入する蒸気
が液体を含まぬ過熱蒸気領域にあり、膨張機が排出する
蒸気が液体を含む飽和蒸気領域にあるので、液体が膨張
機の作動に与える影響を最小限に抑えながら、蒸気を液
体に戻す凝縮器の負荷を軽減することができる。
According to the above configuration, the steam sucked by the expander is in the superheated steam region containing no liquid, and the steam discharged by the expander is in the saturated steam region containing the liquid. The load on the condenser that returns the vapor to the liquid can be reduced while minimizing the effect.

【0014】また請求項3に記載された発明によれば、
請求項1の構成に加えて、膨張機は直列に接続された複
数の膨張室を備え、各々の膨張室における蒸気の膨張比
の積を前記設定膨張比としたことを特徴とするランキン
サイクル装置が提案される。
According to the third aspect of the present invention,
2. The Rankine cycle apparatus according to claim 1, wherein the expander includes a plurality of expansion chambers connected in series, and a product of a steam expansion ratio in each expansion chamber is the set expansion ratio. Is proposed.

【0015】上記構成によれば、複数の膨張室を直列に
接続して各膨張機が発生する軸トルクを統合して出力し
ながら、各々の膨張室における蒸気の膨張比の積を設定
膨張比として凝縮器の凝縮効率を最大限に高めることが
できる。
According to the above configuration, a plurality of expansion chambers are connected in series to integrate and output the axial torque generated by each expander, and the product of the expansion ratio of steam in each expansion chamber is set to the set expansion ratio. As a result, the condensation efficiency of the condenser can be maximized.

【0016】また請求項4に記載された発明によれば、
請求項3の構成に加えて、膨張機の複数の膨張室のう
ち、少なくとも最上流側の膨張室の蒸気は過熱蒸気領域
にあり、少なくとも最下流側の膨張室の蒸気は飽和蒸気
領域にあることを特徴とするランキンサイクル装置が提
案される。
According to the fourth aspect of the present invention,
In addition to the configuration of claim 3, at least the steam in the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers of the expander is in the superheated steam area, and at least the steam in the most downstream expansion chamber is in the saturated steam area. A Rankine cycle device characterized by this is proposed.

【0017】上記構成によれば、複数の膨張室のうちの
少なくとも最上流側の膨張室の蒸気は液体を含まぬ過熱
蒸気領域にあり、複数の膨張室のうちの少なくとも最下
流側の膨張室の蒸気は液体を含む飽和蒸気領域にあるの
で、液体が膨張機の作動に与える影響を最小限に抑えな
がら、蒸気を液体に戻す凝縮器の負荷を軽減することが
できる。
According to the above configuration, the vapor of at least the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers is in the superheated steam region containing no liquid, and at least the most downstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers. Is in the saturated vapor region including the liquid, so that the load on the condenser that returns the vapor to the liquid can be reduced while minimizing the effect of the liquid on the operation of the expander.

【0018】また請求項5に記載された発明によれば、
請求項4の構成に加えて、排出位置における蒸気が過熱
蒸気領域にある膨張室はシリンダ室で構成されることを
特徴とするランキンサイクル装置が提案される。
According to the invention described in claim 5,
In addition to the configuration of claim 4, a Rankine cycle device is proposed in which the expansion chamber in which the steam at the discharge position is in the superheated steam region is constituted by a cylinder chamber.

【0019】上記構成によれば、シリンダ室で構成され
た膨張室の排出位置において蒸気が過熱蒸気領域にある
ので、蒸気に液体が混合するのを防止し、シリンダ室内
に液体が滞留することにより発生する不具合を未然に回
避することができる。
According to the above configuration, since the steam is in the superheated steam region at the discharge position of the expansion chamber formed of the cylinder chamber, it is possible to prevent the liquid from being mixed with the steam, and to cause the liquid to stay in the cylinder chamber. The troubles that occur can be avoided beforehand.

【0020】また請求項6に記載された発明によれば、
請求項4の構成に加えて、排出位置における蒸気が飽和
蒸気領域にある膨張室はベーン室で構成されることを特
徴とするランキンサイクル装置が提案される。
According to the invention described in claim 6,
In addition to the configuration of claim 4, a Rankine cycle device is proposed in which the expansion chamber in which the steam at the discharge position is in the saturated steam region is constituted by a vane chamber.

【0021】上記構成によれば、ベーン室で構成された
膨張室の排出位置において蒸気が飽和蒸気領域にあるの
で、蒸気に液体を混合させて液体によるベーンの潤滑性
向上およびシール性向上を図ることができる。
According to the above configuration, since the steam is in the saturated steam region at the discharge position of the expansion chamber formed by the vane chamber, the liquid is mixed with the steam to improve the lubricity and sealing property of the vane with the liquid. be able to.

【0022】また請求項7に記載された発明によれば、
請求項3の構成に加えて、膨張機の複数の膨張室のう
ち、少なくとも最上流側の膨張室の吸入位置を可変とし
たことを特徴とするランキンサイクル装置が提案され
る。
According to the seventh aspect of the present invention,
In addition to the configuration of claim 3, a Rankine cycle device is proposed in which at least the suction position of the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers of the expander is variable.

【0023】上記構成によれば、複数の膨張室のうちの
少なくとも最上流側の膨張室の吸入位置を可変とするこ
とにより、膨張機が吸入する蒸気の圧力を変化させて膨
張機全体の膨張比を設定膨張比から変化させることがで
きる。これにより、膨張機が吸入する蒸気の圧力および
温度が前記所定の関係から外れても、膨張機が吸入・排
出する蒸気の膨張比を前記設定膨張比から変化させるこ
とで、膨張機が排出する蒸気の圧力および温度を前記目
標値に一致させることができる。
According to the above arrangement, the suction position of at least the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers is made variable, so that the pressure of the steam sucked by the expander is changed to expand the entire expander. The ratio can be varied from the set expansion ratio. Accordingly, even if the pressure and temperature of the steam sucked by the expander deviate from the predetermined relationship, the expander discharges by changing the expansion ratio of the steam sucked and discharged by the expander from the set expansion ratio. The pressure and temperature of the steam can be matched to the target values.

【0024】また請求項8に記載された発明によれば、
請求項3の構成に加えて、膨張機の複数の膨張室のう
ち、少なくとも最下流側の膨張室の排出位置を可変とし
たことを特徴とするランキンサイクル装置が提案され
る。
According to the invention described in claim 8,
In addition to the configuration of claim 3, a Rankine cycle device is proposed, wherein at least the discharge position of the most downstream expansion chamber among the plurality of expansion chambers of the expander is variable.

【0025】上記構成によれば、複数の膨張室のうちの
少なくとも最下流側の膨張室の排出位置を可変とするこ
とにより、膨張機が排出する蒸気の圧力を変化させて膨
張機全体の膨張比を設定膨張比から変化させることがで
きる。これにより、膨張機が吸入する蒸気の圧力および
温度が前記所定の関係から外れても、膨張機が吸入・排
出する蒸気の膨張比を前記設定膨張比から変化させるこ
とで、膨張機が排出する蒸気の圧力および温度を前記目
標値に一致させることができる。
According to the above arrangement, the discharge position of at least the most downstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers is made variable, so that the pressure of the steam discharged from the expander is changed and the expansion of the entire expander is performed. The ratio can be varied from the set expansion ratio. Accordingly, even if the pressure and temperature of the steam sucked by the expander deviate from the predetermined relationship, the expander discharges by changing the expansion ratio of the steam sucked and discharged by the expander from the set expansion ratio. The pressure and temperature of the steam can be matched to the target values.

【0026】尚、実施例のシリンダ部材39は本発明の
膨張室およびシリンダ室を構成し、実施例のベーン室5
4は本発明の膨張室を構成する。
The cylinder member 39 of the embodiment forms the expansion chamber and the cylinder chamber of the present invention, and the vane chamber 5 of the embodiment.
4 constitutes the expansion chamber of the present invention.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1において、内燃機関1の廃熱
回収装置2は、内燃機関1の廃熱、例えば排気ガスを熱
源として、高圧状態の液体、例えば水から温度上昇を図
られた高圧状態の蒸気、つまり高温高圧蒸気を発生する
蒸発器3と、その高温高圧蒸気の膨張によって出力を発
生する膨張機4と、その膨張機4から排出される、前記
膨張後の温度および圧力が降下した蒸気、つまり降温降
圧蒸気を液化する凝縮器5と、凝縮器5からの液体、例
えば水を蒸発器3に加圧供給する供給ポンプ6とを有す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, a waste heat recovery apparatus 2 for an internal combustion engine 1 uses a waste heat of the internal combustion engine 1, for example, exhaust gas as a heat source to raise the temperature from a high-pressure liquid, for example, water. An evaporator 3 that generates high-pressure steam, that is, high-temperature and high-pressure steam, an expander 4 that generates an output by expansion of the high-temperature and high-pressure steam, and the expanded temperature and pressure discharged from the expander 4 The evaporator 3 includes a condenser 5 for liquefying the steam that has dropped, that is, the temperature-reduced and reduced-pressure steam, and a supply pump 6 that pressurizes and supplies the liquid, for example, water from the condenser 5 to the evaporator 3.

【0028】膨張機4は特殊な構造を有するもので、次
のように構成される。
The expander 4 has a special structure and is configured as follows.

【0029】図2〜図7において、ケーシング7は金属
製第1、第2半体8,9より構成される。両半体8,9
は、略楕円形の凹部10を有する主体11と、それら主
体11と一体の円形フランジ12とよりなり、両円形フ
ランジ12を金属ガスケット13を介し重ね合せること
によって略楕円形のロータチャンバ14が形成される。
また第1半体8の主体11外面は、シェル形部材15の
深い鉢形をなす主体16により覆われており、その主体
16と一体の円形フランジ17が第1半体8の円形フラ
ンジ12にガスケット18を介して重ね合せられ、3つ
の円形フランジ12,12,17は、それらの円周方向
複数箇所においてボルト19によって締結される。これ
により、シェル形部材15および第1半体8の両主体1
1,16間には中継チャンバ20が形成される。
2 to 7, the casing 7 is composed of first and second metal halves 8 and 9. Both halves 8, 9
Consists of a main body 11 having a substantially elliptical concave portion 10 and a circular flange 12 integral with the main body 11. A substantially elliptical rotor chamber 14 is formed by overlapping the two circular flanges 12 via a metal gasket 13. Is done.
The outer surface of the main body 11 of the first half 8 is covered by a deep bowl-shaped main body 16 of a shell-shaped member 15, and a circular flange 17 integral with the main body 16 is attached to the circular flange 12 of the first half 8 by a gasket. The three circular flanges 12, 12, 17 are superimposed via 18, and are fastened by bolts 19 at a plurality of positions in the circumferential direction. Thereby, both the main body 1 of the shell-shaped member 15 and the first half 8 are
A relay chamber 20 is formed between 1 and 16.

【0030】両半体8,9の主体11は、それらの外面
に外方へ突出する中空軸受筒21,22を有し、それら
中空軸受筒21,22に、ロータチャンバ14を貫通す
る中空の出力軸23の大径部24が軸受メタル(または
樹脂製軸受)25を介して回転可能に支持される。これ
により出力軸23の軸線Lは略楕円形をなすロータチャ
ンバ14における長径と短径との交点を通る。また出力
軸23の小径部26は、第2半体9の中空軸受筒22に
存する孔部27から外部に突出して伝動軸28とスプラ
イン結合29を介して連結される。小径部26および孔
部27間は2つのシールリング30によりシールされ
る。
The main body 11 of the two halves 8, 9 has hollow bearing cylinders 21, 22 projecting outward on their outer surfaces, and the hollow bearing cylinders 21, 22 have hollow hollows penetrating through the rotor chamber 14. A large-diameter portion 24 of the output shaft 23 is rotatably supported via a bearing metal (or a resin bearing) 25. Thereby, the axis L of the output shaft 23 passes through the intersection of the major axis and the minor axis in the rotor chamber 14 having a substantially elliptical shape. The small-diameter portion 26 of the output shaft 23 projects outside from a hole 27 in the hollow bearing cylinder 22 of the second half 9 and is connected to a transmission shaft 28 via a spline connection 29. The space between the small diameter portion 26 and the hole portion 27 is sealed by two seal rings 30.

【0031】ロータチャンバ14内に円形のロータ31
が収容され、その中心の軸取付孔32と出力軸23の大
径部24とが嵌合関係にあって、両者31,24間には
かみ合い結合部33が設けられている。これによりロー
タ31の回転軸線は出力軸23の軸線Lと合致するの
で、その回転軸線の符号として「L」を共用する。
A circular rotor 31 is provided in the rotor chamber 14.
Is accommodated, and the central shaft mounting hole 32 and the large-diameter portion 24 of the output shaft 23 are in a fitting relationship, and a meshing coupling portion 33 is provided between the two 31 and 24. As a result, the rotation axis of the rotor 31 matches the axis L of the output shaft 23, so that "L" is shared as the sign of the rotation axis.

【0032】ロータ31に、その回転軸線Lを中心に軸
取付孔32から放射状に延びる複数、この実施例では1
2個のスロット状空間34が円周上等間隔に形成されて
いる。各空間34は、円周方向幅が狭く、且つロータ3
1の両端面35および外周面36に一連に開口するよう
に、両端面35に直交する仮想平面内において略U字形
をなす。
A plurality of rotors 31 extending radially from a shaft mounting hole 32 around a rotation axis L thereof,
Two slot-shaped spaces 34 are formed at equal intervals on the circumference. Each space 34 has a narrow circumferential width, and the rotor 3
A substantially U-shape is formed in an imaginary plane orthogonal to both end surfaces 35 so as to open in series at both end surfaces 35 and the outer peripheral surface 36 of the first.

【0033】各スロット状空間34内に、同一構造の第
1〜第12ベーンピストンユニットU1〜U12が、次
のように放射方向に往復動自在に装着される。略U字形
の空間34において、その内周側を区画する部分37に
段付孔38が形成され、その段付孔38に、セラミック
(またはカーボン)よりなる段付形シリンダ部材39が
嵌入される。シリンダ部材39の小径部a端面は出力軸
23の大径部24外周面に当接し、その小径孔bが大径
部24外周面に開口する通孔cに連通する。またシリン
ダ部材39の外側に、その部材39と同軸上に位置する
ようにガイド筒40が配置される。そのガイド筒40の
外端部は、ロータ31の外周面36に存する空間34の
開口部に係止され、また内端部は段付孔38の大径孔d
に嵌入されてシリンダ部材39に当接する。またガイド
筒40は、その外端部から内端部近傍まで相対向して延
びる一対の長溝eを有し、両長溝eは空間34に面す
る。シリンダ部材39の大径シリンダ孔f内にセラミッ
クよりなるピストン41が摺動自在に嵌合され、そのピ
ストン41の先端部側は常時ガイド筒40内に位置す
る。
In each slot-like space 34, first to twelfth vane piston units U1 to U12 having the same structure are mounted so as to be reciprocally movable in the radial direction as follows. In the substantially U-shaped space 34, a stepped hole 38 is formed in a portion 37 defining the inner peripheral side thereof, and a stepped cylinder member 39 made of ceramic (or carbon) is fitted into the stepped hole 38. . The end surface of the small diameter portion a of the cylinder member 39 abuts on the outer peripheral surface of the large diameter portion 24 of the output shaft 23, and the small diameter hole b communicates with the through hole c opened on the outer peripheral surface of the large diameter portion 24. Further, a guide cylinder 40 is arranged outside the cylinder member 39 so as to be located coaxially with the member 39. The outer end of the guide cylinder 40 is engaged with the opening of the space 34 existing on the outer peripheral surface 36 of the rotor 31, and the inner end is formed with a large-diameter hole d of a stepped hole 38.
And comes into contact with the cylinder member 39. The guide cylinder 40 has a pair of long grooves e extending opposite to each other from the outer end to the vicinity of the inner end, and both long grooves e face the space 34. A piston 41 made of ceramic is slidably fitted in the large-diameter cylinder hole f of the cylinder member 39, and the distal end side of the piston 41 is always located in the guide cylinder 40.

【0034】図2および図8に示すように、ロータ31
の回転軸線Lを含む仮想平面A内におけるロータチャン
バ14の断面Bは、直径gを相互に対向させた一対の半
円形断面部B1と、両半円形断面部B1の両直径gの一
方の対向端相互および他方の対向端相互をそれぞれ結ん
で形成される四角形断面部B2とよりなり、略競技用ト
ラック形をなす。図8において、実線示の部分が長径を
含む最大断面を示し、一方、一部を2点鎖線で示した部
分が短径を含む最小断面を示す。ロータ31は、図8に
点線で示したように、ロータチャンバ14の短径を含む
最小断面よりも若干小さな断面Dを有する。
As shown in FIG. 2 and FIG.
The cross section B of the rotor chamber 14 in the imaginary plane A including the rotation axis L is a pair of semicircular cross sections B1 having diameters g facing each other, and one of the two diameters g of the two semicircular cross sections B1 facing each other. It has a square cross section B2 formed by connecting the ends and the other opposing ends to each other, and has a substantially track shape for competition. In FIG. 8, the portion indicated by the solid line indicates the maximum cross section including the major axis, while the portion partially indicated by the two-dot chain line indicates the minimum cross section including the minor axis. The rotor 31 has a cross section D slightly smaller than the minimum cross section including the minor diameter of the rotor chamber 14, as shown by the dotted line in FIG.

【0035】図2および図9〜図12に明示するよう
に、ベーン42は略U字板形(馬蹄形)をなすベーン本
体43と、そのベーン本体43に装着された略U字板形
をなすシール部材44と、ベーンスプリング58とより
構成される。
As shown in FIGS. 2 and 9 to 12, the vane 42 has a substantially U-shaped (horshoe-shaped) vane body 43 and a substantially U-shaped plate attached to the vane body 43. It comprises a seal member 44 and a vane spring 58.

【0036】ベーン本体43は、ロータチャンバ14の
半円形断面部B1による内周面45に対応した半円弧状
部46と、四角形断面部B2による対向内端面47に対
応した一対の平行部48とを有する。各平行部48の端
部側にコ字形の切欠き49と、それらの底面に開口する
四角形の盲孔50と、各切欠き49よりも、さらに端部
側に在って外方へ突出する短軸51とが設けられる。ま
た半円弧状部46および両平行部48の外周部分に、外
方に向って開口するU字溝52が一連に形成され、その
U字溝52の両端部は両切欠き49にそれぞれ連通す
る。さらに半円弧状部46の両平面部分にそれぞれ欠円
形断面の一対の突条53が設けられている。両突条53
は、それらによる仮想円柱の軸線L1が、両平行部48
間の間隔を2等分し、且つ半円弧状部46を周方向に2
等分する直線に一致するように配置されている。また両
突条53の内端部は両平行部48間の空間に僅か突出し
ている。
The vane body 43 includes a semicircular portion 46 corresponding to the inner circumferential surface 45 of the semicircular cross section B1 of the rotor chamber 14, and a pair of parallel portions 48 corresponding to the opposing inner end surface 47 of the rectangular cross section B2. Having. A U-shaped notch 49 at the end side of each parallel portion 48, a rectangular blind hole 50 opening at the bottom surface thereof, and a further protruding outward at the end side than each notch 49. A short axis 51 is provided. Further, U-shaped grooves 52 that open outward are formed in a series on the outer peripheral portions of the semicircular portion 46 and the two parallel portions 48, and both ends of the U-shaped grooves 52 communicate with the two notches 49, respectively. . Further, a pair of ridges 53 each having a partially circular cross section are provided on both flat portions of the semicircular portion 46. Double ridge 53
Indicates that the axis L1 of the virtual cylinder formed by the
And divide the semi-circular portion 46 into two in the circumferential direction.
It is arranged so as to coincide with a straight line that divides equally. The inner ends of the projections 53 slightly project into the space between the parallel portions 48.

【0037】シール部材44は、例えばPTFEより構
成されたもので、ロータチャンバ14の半円形断面部B
1による内周面45を摺動する半円弧状部55と、四角
形断面部B2による対向内端面47を摺動する一対の平
行部56とを有する。また半円弧状部55の内周面側に
一対の弾性爪57が、内方へ反るように設けられてい
る。
The seal member 44 is made of, for example, PTFE, and has a semicircular cross section B of the rotor chamber 14.
1 and a pair of parallel portions 56 that slide on the opposing inner end surface 47 by the square cross section B2. Further, a pair of elastic claws 57 are provided on the inner peripheral surface side of the semicircular portion 55 so as to bend inward.

【0038】ベーン本体43のU字溝52にシール部材
44が装着され、また各盲孔50にベーンスプリング5
8が嵌め込まれ、さらに各短軸51にボールベアリング
構造のローラ59が取付けられる。各ベーン42はロー
タ31の各スロット状空間34に摺動自在に収められて
おり、その際、ベーン本体43の両突条53はガイド筒
40内に、また両突条53の両側部分はガイド筒40の
両長溝e内にそれぞれ位置し、これにより両突条53の
内端面がピストン41の外端面と当接することができ
る。両ローラ59は第1、第2半体8,9の対向内端面
47に形成された非円形の環状溝60にそれぞれ転動自
在に係合される。これら環状溝60およびロータチャン
バ14間の距離はそれらの全周に亘り一定である。また
ピストン41の前進運動をベーン42を介してローラ5
9と環状溝60との係合によりロータ31の回転運動に
変換する。
A seal member 44 is mounted in the U-shaped groove 52 of the vane body 43, and a vane spring 5 is provided in each blind hole 50.
8 are fitted, and a roller 59 having a ball bearing structure is attached to each short shaft 51. Each vane 42 is slidably housed in each slot-shaped space 34 of the rotor 31, and at this time, both ridges 53 of the vane main body 43 are in the guide cylinder 40, and both side portions of the two ridges 53 are guides. It is located in each of the two long grooves e of the cylinder 40, so that the inner end surfaces of the two ridges 53 can contact the outer end surface of the piston 41. Both rollers 59 are rotatably engaged with non-circular annular grooves 60 formed on the opposed inner end faces 47 of the first and second halves 8, 9, respectively. The distance between the annular groove 60 and the rotor chamber 14 is constant over their entire circumference. The forward movement of the piston 41 is controlled by the roller 5 via the vane 42.
The rotation of the rotor 31 is converted by the engagement between the groove 9 and the annular groove 60.

【0039】このローラ59と環状溝60との協働で、
図5に明示するように、ベーン本体43の半円弧状部4
6における半円弧状先端面61はロータチャンバ14の
内周面45から、また両平行部48はロータチャンバ1
4の対向内端面47からそれぞれ常時離間し、これによ
りフリクションロスの軽減が図られている。そして、2
条一対で構成されている環状溝60により軌道を規制さ
れるため、左右の軌道誤差によりローラ59を介してベ
ーン42は軸方向に微小変位角の回転を生じ、ロータチ
ャンバ14の内周面45との接触圧力を増大させる。こ
のとき、略U字板形(馬蹄形)をなすベーン本体43で
は、方形(長方形)ベーンに比べてケーシング7との接
触部の径方向長さが短いので、その変位量を大幅に小さ
くできる。また図2に明示するように、シール部材44
において、その両平行部56は各ベーンスプリング58
の弾発力によりロータチャンバ14の対向内端面47に
密着し、特に両平行部56の端部とベーン42間を通し
ての環状溝60へのシール作用を行う。また半円弧状部
55は、両弾性爪57がベーン本体43およびロータチ
ャンバ14内の内周面45間で押圧されることによっ
て、その内周面45に密着する。即ち、方形(長方形)
ベーンに対し略U字板形のベーン42の方が変曲点を持
たないので、密着が良好となる。方形ベーンは角部があ
り、シール性維持は困難となる。これによりベーン42
およびロータチャンバ14間のシール性が良好となる。
さらに熱膨張にともない、ベーン42とロータチャンバ
14は変形する。このとき方形ベーンに対し略U字形の
ベーン42は、より均一に相似形を持って変形するた
め、ベーン42とロータチャンバ14とのクリアランス
のバラツキが少なく、シール性も良好に維持可能とな
る。
With the cooperation of the roller 59 and the annular groove 60,
As clearly shown in FIG. 5, the semi-circular portion 4 of the vane body 43
6, the semicircular tip surface 61 is formed from the inner peripheral surface 45 of the rotor chamber 14, and both parallel portions 48 are formed in the rotor chamber 1.
4 are always separated from the opposing inner end surfaces 47, thereby reducing friction loss. And 2
Since the trajectory is regulated by the annular groove 60 composed of a pair of strips, the vane 42 is caused to rotate by a small displacement angle in the axial direction via the roller 59 due to a right and left trajectory error, and the inner circumferential surface 45 of the rotor chamber 14 is rotated. Increase the contact pressure with At this time, in the vane body 43 having a substantially U-shaped plate shape (horse-shoe shape), the displacement in the radial direction of the contact portion with the casing 7 can be greatly reduced as compared with the rectangular (rectangular) vane. Further, as clearly shown in FIG.
, The two parallel portions 56 are connected to the respective vane springs 58.
Due to the resiliency of the rotor chamber 14, it closely adheres to the opposing inner end surface 47 of the rotor chamber 14, and in particular, seals the annular groove 60 passing between the ends of the two parallel portions 56 and the vane 42. Further, the semicircular arc-shaped portion 55 is brought into close contact with the inner peripheral surface 45 when the two elastic claws 57 are pressed between the vane body 43 and the inner peripheral surface 45 in the rotor chamber 14. That is, square (rectangular)
Since the substantially U-shaped plate-shaped vane 42 has no inflection point with respect to the vane, the close contact is good. The square vanes have corners, and it is difficult to maintain the sealing performance. Thereby, the vane 42
In addition, the sealing property between the rotor chambers 14 is improved.
Further, with thermal expansion, the vane 42 and the rotor chamber 14 are deformed. At this time, since the substantially U-shaped vane 42 is more uniformly deformed with a similar shape to the rectangular vane, the variation in the clearance between the vane 42 and the rotor chamber 14 is small, and the sealing property can be maintained well.

【0040】ベーン本体43とロータチャンバ14の内
周面45との間のシール作用は、シール部材44自体の
ばね力と、シール部材44自体に作用する遠心力と、高
圧側のロータチャンバ14からベーン本体43のU字溝
52に浸入した蒸気がシール部材44を押し上げる蒸気
圧とにより発生する。このように、前記シール作用は、
ロータ31の回転数に応じてベーン本体43に作用する
過度の遠心力の影響を受けないので、シール面圧はベー
ン本体43に加わる遠心力に依存せず、常に良好なシー
ル性と低フリクション性とを両立させることができる。
The sealing action between the vane body 43 and the inner peripheral surface 45 of the rotor chamber 14 is effected by the spring force of the seal member 44 itself, the centrifugal force acting on the seal member 44 itself, and the high pressure side rotor chamber 14. The steam that has entered the U-shaped groove 52 of the vane body 43 is generated by the steam pressure that pushes up the seal member 44. Thus, the sealing action is
Since there is no influence of excessive centrifugal force acting on the vane body 43 according to the rotation speed of the rotor 31, the sealing surface pressure does not depend on the centrifugal force applied to the vane body 43, and always has good sealing performance and low friction property. And can be compatible.

【0041】以上のように、ロータ31に放射状に支持
した12枚のベーン42と、ロータチャンバ14の内周
面45と、ロータ31の外周面36とによって、ロータ
31の回転に伴って容積が変化する12個のベーン室5
4(図4参照)が区画される。
As described above, the twelve vanes 42 radially supported by the rotor 31, the inner peripheral surface 45 of the rotor chamber 14, and the outer peripheral surface 36 of the rotor 31 increase the volume as the rotor 31 rotates. 12 changing vane chambers 5
4 (see FIG. 4).

【0042】図2および図3において、出力軸23の大
径部24は第2半体9の軸受メタル25に支持された厚
肉部分62と、その厚肉部分62から延びて第1半体8
の軸受メタル25に支持された薄肉部分63とを有す
る。その薄肉部分63内にセラミック(または金属)よ
りなる中空軸64が、出力軸23と一体に回転し得るよ
うに嵌着される。その中空軸64の内側に固定軸65が
配置され、その固定軸65は、ロータ31の軸線方向厚
さ内に収まるように中空軸64に嵌合された大径中実部
66と、出力軸23の厚肉部分62に存する孔部67に
2つのシールリング68を介して嵌合された小径中実部
69と、大径中実部66から延びて中空軸64内に嵌合
された薄肉の中空部70とよりなる。その中空部70の
端部外周面と第1半体8の中空軸受筒21内周面との間
にシールリング71が介在される。
2 and 3, the large-diameter portion 24 of the output shaft 23 has a thick portion 62 supported by the bearing metal 25 of the second half 9, and extends from the thick portion 62 to the first half. 8
And a thin portion 63 supported by the bearing metal 25. A hollow shaft 64 made of ceramic (or metal) is fitted into the thin portion 63 so as to rotate integrally with the output shaft 23. A fixed shaft 65 is disposed inside the hollow shaft 64, and the fixed shaft 65 includes a large-diameter solid portion 66 fitted to the hollow shaft 64 so as to fit within the axial thickness of the rotor 31, and an output shaft. A small-diameter solid portion 69 fitted through two seal rings 68 into a hole 67 existing in the thick portion 62 of the 23, and a thin-walled portion extending from the large-diameter solid portion 66 and fitted into the hollow shaft 64. And a hollow portion 70. A seal ring 71 is interposed between the outer peripheral surface of the end of the hollow portion 70 and the inner peripheral surface of the hollow bearing cylinder 21 of the first half 8.

【0043】固定軸65の左端に中空筒体72がシール
リング73を介してネジ結合されており、この中空筒体
72の左側に突出する軸部75はシェル形部材15の中
心に設けた軸受部材76を貫通して外部に延出し、中空
筒体72とシェル形部材15との摺動部がシールリング
74によりシールされる。中空筒体72から右方向に延
びる内管部77の先端は、そこから突出する短い中空接
続管78と共に固定軸65の大径中実部66に存する段
付孔hに嵌着される。中空筒体72の左側に突出する軸
部75に圧入されて内管部77内を右方向に延びる高温
高圧蒸気用導入管80は、その右端が中空接続管78内
に嵌着される。中空筒体72の軸部75外周に従動ギヤ
79が形成されており、モータ82の回転軸に設けた駆
動ギヤ83が前記従動ギヤ79に噛合する。従って、モ
ータ82を駆動すると駆動ギヤ83、従動ギヤ79およ
び中空筒体72を介して固定軸65が回転し、出力軸2
3との間に位相差を発生させることができる。
A hollow cylindrical body 72 is screwed to the left end of the fixed shaft 65 via a seal ring 73. A shaft 75 protruding to the left of the hollow cylindrical body 72 has a bearing provided at the center of the shell-shaped member 15. The sliding portion between the hollow cylindrical body 72 and the shell-shaped member 15 is sealed by a seal ring 74. The distal end of the inner tube portion 77 extending rightward from the hollow cylinder 72 is fitted into a stepped hole h in the large-diameter solid portion 66 of the fixed shaft 65 together with a short hollow connection tube 78 protruding therefrom. The high-temperature and high-pressure steam introduction pipe 80 which is press-fitted into the shaft part 75 projecting to the left side of the hollow cylindrical body 72 and extends rightward in the inner pipe part 77 has its right end fitted into the hollow connection pipe 78. A driven gear 79 is formed on the outer periphery of the shaft portion 75 of the hollow cylindrical body 72, and a driving gear 83 provided on the rotating shaft of the motor 82 meshes with the driven gear 79. Accordingly, when the motor 82 is driven, the fixed shaft 65 rotates via the drive gear 83, the driven gear 79, and the hollow cylinder 72, and the output shaft 2
3 can be generated.

【0044】図2〜図4および図13に示すように、固
定軸65の大径中実部66に、第1〜第12ベーンピス
トンユニットU1〜U12のシリンダ部材39に、中空
軸64および出力軸23に一連に形成された複数、この
実施例では12個の通孔cを介して高温高圧蒸気を供給
し、またシリンダ部材39から膨張後の第1の降温降圧
蒸気を通孔cを介して排出する回転バルブVが次のよう
に設けられている。
As shown in FIGS. 2 to 4 and FIG. 13, the hollow shaft 64 and the output shaft are mounted on the large-diameter solid portion 66 of the fixed shaft 65, the cylinder member 39 of the first to twelfth vane piston units U1 to U12. The high-temperature and high-pressure steam is supplied through a plurality of, in this embodiment, 12 through-holes c formed in series on the shaft 23, and the first temperature-reduced and reduced-pressure steam after expansion from the cylinder member 39 is passed through the through-hole c. A rotary valve V for discharging the air is provided as follows.

【0045】図13には膨張機4の各シリンダ部材39
に所定のタイミングで蒸気を供給・排出する回転バルブ
Vの構造が示される。大径中実部66内において、中空
接続管78に連通する空間85から互に反対方向に延び
る第1、第2孔部86,87が形成され、第1、第2孔
部86,87は大径中実部66の外周面に開口する第
1、第2凹部88,89の底面に開口する。第1、第2
凹部88,89に、供給口90,91を有するカーボン
製第1、第2シールブロック92,93が装着され、そ
れらの外周面は中空軸64内周面に摺擦する。第1、第
2孔部86,87内には同軸上に在る短い第1、第2供
給管94,95が遊挿され、第1、第2供給管94,9
5の先端側外周面に嵌合した第1、第2シール筒96,
97のテーパ外周面i,jが第1、第2シールブロック
92,93の供給口90,91よりも内側に在ってそれ
に連なるテーパ孔k,m内周面に嵌合する。また大径中
実部66に、第1、第2供給管94,95を囲繞する第
1、第2環状凹部n,oと、それに隣接する第1、第2
盲孔状凹部p,qとが第1、第2シールブロック92,
93に臨むように形成され、第1、第2環状凹部n,o
には一端側を第1、第2シール筒96,97外周面に嵌
着した第1、第2ベローズ状弾性体98,99が、また
第1、第2盲孔状凹部p,qには第1、第2コイルスプ
リング100,101がそれぞれ収められ、第1、第2
ベローズ状弾性体98,99および第1、第2コイルス
プリング100,101の弾発力で第1、第2シールブ
ロック92,93を中空軸64内周面に押圧する。
FIG. 13 shows each cylinder member 39 of the expander 4.
2 shows a structure of a rotary valve V for supplying and discharging steam at a predetermined timing. In the large-diameter solid portion 66, first and second holes 86 and 87 extending in opposite directions from a space 85 communicating with the hollow connection pipe 78 are formed. The first and second holes 86 and 87 are formed. The first and second concave portions 88 and 89 open on the outer peripheral surface of the large-diameter solid portion 66 and open on the bottom surfaces. 1st, 2nd
First and second carbon seal blocks 92 and 93 having supply ports 90 and 91 are mounted in the recesses 88 and 89, and their outer peripheral surfaces rub against the inner peripheral surface of the hollow shaft 64. Short first and second supply pipes 94 and 95, which are coaxial, are loosely inserted into the first and second holes 86 and 87, and the first and second supply pipes 94 and 9 are inserted.
5, the first and second seal cylinders 96 fitted to the outer peripheral surface on the tip side,
The tapered outer peripheral surface i, j of 97 is located inside the supply ports 90, 91 of the first and second seal blocks 92, 93 and fits into the inner peripheral surface of the tapered holes k, m connected thereto. The large-diameter solid portion 66 includes first and second annular concave portions n and o surrounding the first and second supply pipes 94 and 95, and first and second adjacent concave portions n and o.
The first and second seal blocks 92,
93, the first and second annular concave portions n, o
The first and second bellows-like elastic bodies 98 and 99 having one end sides fitted to the outer peripheral surfaces of the first and second seal cylinders 96 and 97, respectively. First and second coil springs 100 and 101 are respectively housed therein, and first and second coil springs 100 and 101 are accommodated therein.
The first and second seal blocks 92 and 93 are pressed against the inner peripheral surface of the hollow shaft 64 by the elastic force of the bellows-like elastic bodies 98 and 99 and the first and second coil springs 100 and 101.

【0046】また大径中実部66において、第1コイル
スプリング100および第2ベローズ状弾性体99間な
らび第2コイルスプリング101および第1ベローズ状
弾性体98間に、常時2つの通孔cに連通する第1、第
2凹状排出部102,103と、それら排出部102,
103から導入管80と平行に延びて固定軸65の中空
部r内に開口する第1、第2排出孔104,105とが
形成されている。
In the large diameter solid portion 66, two through holes c are always provided between the first coil spring 100 and the second bellows-like elastic body 99 and between the second coil spring 101 and the first bellows-like elastic body 98. The first and second concave discharge portions 102 and 103 communicating with each other, and the discharge portions 102 and 103
First and second discharge holes 104 and 105 are formed from 103 to extend in parallel with the introduction pipe 80 and open into the hollow portion r of the fixed shaft 65.

【0047】これら第1シールブロック92と第2シー
ルブロック93といったように、同種部材であって、
「第1」の文字を付されたものと「第2」の文字を付さ
れたものとは、固定軸65の軸線に関して点対称の関係
にある。
The first seal block 92 and the second seal block 93 are members of the same kind,
The one with the “first” character and the one with the “second” character are point-symmetric with respect to the axis of the fixed shaft 65.

【0048】固定軸65の中空部r内および中空筒体7
2内は第1の降温降圧蒸気の通路sであり、その通路s
は、中空筒体72の周壁を貫通する複数の通孔tを介し
て中継チャンバ20に連通する。
The inside of the hollow portion r of the fixed shaft 65 and the hollow cylindrical body 7
2 is a passage s for the first temperature-reduced pressure reducing steam, and the passage s
Communicates with the relay chamber 20 through a plurality of through holes t penetrating the peripheral wall of the hollow cylindrical body 72.

【0049】図2、図5、図6および図7に示すよう
に、第1半体8の主体11外周部において、ロータチャ
ンバ14の短径の両端部近傍に、半径方向に並ぶ複数の
導入孔106よりなる第1、第2導入孔列107,10
8が形成され、中継チャンバ20内の第1の降温降圧蒸
気がそれら導入孔列107,108を経てロータチャン
バ14内に導入される。また第2半体9の主体11外周
部において、ロータチャンバ14の第2導入孔列108
よりも上流側に、半径方向に並ぶ複数の導出孔109よ
りなる9列の第1導出孔列110a〜110iが形成さ
れ、また第1導入孔列107よりも上流側に、半径方向
に並ぶ複数の導出孔109よりなる9列の第2導出孔列
111a〜111iが形成される。各9列の第1導出孔
列110a〜110iおよび第2導出孔列111a〜1
11iは所定の位相差をもって円周方向に整列してお
り、各列の5個の導出孔109が連通路116で連通す
る。
As shown in FIG. 2, FIG. 5, FIG. 6 and FIG. 7, a plurality of radially-introduced introduction parts are provided in the outer periphery of the main body 11 of the first half 8 near both ends of the minor axis of the rotor chamber 14. First and second rows of introduction holes 107 and 10 comprising holes 106
8 is formed, and the first temperature-reduced and reduced-pressure steam in the relay chamber 20 is introduced into the rotor chamber 14 through the introduction hole rows 107 and 108. In the outer peripheral portion of the main body 11 of the second half 9, the second introduction hole row 108 of the rotor chamber 14 is formed.
On the upstream side, there are formed nine rows of first outlet holes 110a to 110i each including a plurality of outlet holes 109 arranged in the radial direction, and on the upstream side of the first inlet hole row 107, a plurality of first outlet holes 110a to 110i. Nine second outgoing hole arrays 111a to 111i are formed. Nine first outlet hole arrays 110a to 110i and second outlet hole arrays 111a to 111a
11i are arranged in the circumferential direction with a predetermined phase difference, and the five lead-out holes 109 in each row communicate with each other through the communication path 116.

【0050】下流側の5列の第1導出孔列110e〜1
10iを除く上流側の4列の第1導出孔列110a〜1
10dの4個の連通孔116には、それら連通孔116
を個別に開閉し得る4個の第1電磁弁117a〜117
dがそれぞれ設けられ、かつ下流側の5列の第2導出孔
列111e〜111iを除く上流側の4列の第2導出孔
列111a〜111dの5個の連通孔116には、それ
ら連通孔116を個別に開閉し得る4個の第2電磁弁1
18a〜118dがそれぞれ設けられる。そして第1導
出孔列110a〜110dおよび第2導出孔列111a
〜111dの合計8個の連通路116にそれぞれ圧力セ
ンサ119が設けられる。
The first five rows of outlet holes 110e to 110e on the downstream side
Four first outlet hole rows 110a to 110a on the upstream side except for 10i
The four communication holes 116 of 10d have the communication holes 116
First solenoid valves 117a to 117 that can be individually opened and closed
d are respectively provided, and the five communication holes 116 of the four second outlet holes 111a to 111d on the upstream side excluding the five second outlet holes 111e to 111i on the downstream side are connected to the communication holes 116, respectively. Four second solenoid valves 1 capable of individually opening and closing 116
18a to 118d are provided respectively. Then, the first lead hole rows 110a to 110d and the second lead hole row 111a
A pressure sensor 119 is provided in each of a total of eight communication passages 116 to 111d.

【0051】出力軸23等は水により潤滑されるように
なっており、その潤滑水路は次のように構成される。即
ち、図2および図3に示すように第2半体9の中空軸受
筒22に形成された給水孔112に給水管113が接続
される。給水孔112は、第2半体9側の軸受メタル2
5が臨むハウジング114に、またそのハウジング11
4は出力軸23の厚肉部分62に形成された通水孔u
に、さらにその通水孔uは中空軸64の外周面母線方向
に延びる複数の通水溝v(図13も参照)に、さらにま
た各通水溝vは第2半体8側の軸受メタル25が臨むハ
ウジング115にそれぞれ連通する。また出力軸23の
厚肉部分62内端面に、通水孔uと、中空軸64および
固定軸65の大径中実部66間の摺動部分とを連通する
環状凹部wが設けられている。
The output shaft 23 and the like are lubricated by water, and the lubricating channel is configured as follows. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, a water supply pipe 113 is connected to a water supply hole 112 formed in the hollow bearing cylinder 22 of the second half 9. The water supply hole 112 is provided in the bearing metal 2 on the second half 9 side.
5 facing the housing 114 and the housing 11
Reference numeral 4 denotes a water passage hole u formed in the thick portion 62 of the output shaft 23.
Further, the water passage holes u are formed in a plurality of water passage grooves v (see also FIG. 13) extending in the direction of the generatrix of the outer peripheral surface of the hollow shaft 64. 25 communicates with the housings 115 facing each other. An annular recess w is provided on the inner end face of the thick portion 62 of the output shaft 23 to communicate the water passage u with the sliding portion between the hollow shaft 64 and the large-diameter solid portion 66 of the fixed shaft 65. .

【0052】これにより、各軸受メタル25および出力
軸23間ならびに中空軸64および固定軸65間が水に
より潤滑され、また両軸受メタル25および出力軸23
間の間隙からロータチャンバ14内に進入した水によっ
て、ケーシング7と、シール部材44および各ローラ5
9との間の潤滑が行われる。
Thus, the space between each bearing metal 25 and the output shaft 23 and the space between the hollow shaft 64 and the fixed shaft 65 are lubricated with water.
The casing 7, the sealing member 44 and each roller 5
9 is performed.

【0053】図4において、ロータ31の回転軸線Lに
関して点対称の関係にある第1および第7ベーンピスト
ンユニットU1,U7は同様の動作を行う。これは、点
対称の関係にある第2、第8ベーンピストンユニットU
2,U8等についても同じである。
In FIG. 4, the first and seventh vane piston units U1 and U7, which are in point symmetry with respect to the rotation axis L of the rotor 31, perform the same operation. This is because the second and eighth vane piston units U having a point symmetrical relationship
The same applies to 2, U8 and the like.

【0054】例えば、図13も参照して、第1供給管9
4の軸線がロータチャンバ14の短径位置Eよりも図4
において反時計方向側に僅かずれており、また第1ベー
ンピストンユニットU1が前記短径位置Eに在って、そ
の大径シリンダ孔fには高温高圧蒸気は供給されておら
ず、したがってピストン41およびベーン42は後退位
置に在るとする。
For example, referring also to FIG.
4 is shorter than the minor axis position E of the rotor chamber 14 in FIG.
, The first vane piston unit U1 is located at the short-diameter position E, and no high-temperature high-pressure steam is supplied to the large-diameter cylinder hole f. And the vane 42 is in the retracted position.

【0055】この状態からロータ31を僅かに、図4反
時計方向に回転させると、第1シールブロック92の供
給口90と通孔cとが連通して導入管80からの高温高
圧蒸気が小径孔bを通じて大径シリンダ孔fに導入され
る。これによりピストン41が前進し、その前進運動は
ベーン42がロータチャンバ14の長径位置F側へ摺動
することによって、ベーン42を介して該ベーン42と
一体のローラ59と環状溝60との係合によりロータ3
1の回転運動に変換される。通孔cが供給口90からず
れると、高温高圧蒸気は大径シリンダ孔f内で膨張して
ピストン41をなおも前進させ、これによりロータ31
の回転が続行される。この高温高圧蒸気の膨張は第1ベ
ーンピストンユニットU1がロータチャンバ14の長径
位置Fに至ると終了する。その後は、ロータ31の回転
に伴い大径シリンダ孔f内の第1の降温降圧蒸気は、ベ
ーン42によりピストン41が後退させられることによ
って、小径孔b、通孔c、第1凹状排出部102、第1
排出孔104、通路s(図3参照)および各通孔tを経
て中継チャンバ20に排出され、次いで図2および図5
に示すように、第1導入孔列107を通じてロータチャ
ンバ14内に導入され、相隣る両ベーン42間でさらに
膨張してロータ31を回転させ、その後第2の降温降圧
蒸気が第1導出孔列110a〜110fより外部に排出
される。
When the rotor 31 is slightly rotated counterclockwise in FIG. 4 from this state, the supply port 90 of the first seal block 92 communicates with the through hole c, and the high-temperature and high-pressure steam from the introduction pipe 80 is reduced in diameter. It is introduced into the large-diameter cylinder hole f through the hole b. As a result, the piston 41 moves forward, and the forward movement is caused by the sliding movement of the vane 42 toward the long diameter position F of the rotor chamber 14, whereby the engagement of the roller 59 and the annular groove 60 integral with the vane 42 via the vane 42. Rotor 3 by combination
It is converted into one rotational motion. When the through-hole c is displaced from the supply port 90, the high-temperature and high-pressure steam expands in the large-diameter cylinder hole f to cause the piston 41 to still move forward, so that the rotor 31
Rotation continues. The expansion of the high-temperature and high-pressure steam ends when the first vane piston unit U1 reaches the long diameter position F of the rotor chamber 14. Thereafter, as the rotor 31 rotates, the first temperature-reduced pressure-reduced steam in the large-diameter cylinder hole f is reduced by the vane 42 causing the piston 41 to retreat, thereby causing the small-diameter hole b, the through hole c, and the first concave discharge portion 102 , First
It is discharged to the relay chamber 20 through the discharge hole 104, the passage s (see FIG. 3) and each through hole t, and then to FIGS.
As shown in FIG. 7, the gas is introduced into the rotor chamber 14 through the first introduction hole array 107, and further expands between the adjacent vanes 42 to rotate the rotor 31. It is discharged outside from the rows 110a to 110f.

【0056】このように、高温高圧蒸気の膨張によりピ
ストン41を作動させてベーン42を介しロータ31を
回転させ、また高温高圧蒸気の圧力降下による降温降圧
蒸気の膨張によりベーン42を介しロータ31を回転さ
せることによって出力軸23より出力が得られる。
As described above, the expansion of the high-temperature and high-pressure steam operates the piston 41 to rotate the rotor 31 through the vane 42, and the expansion of the low-temperature and low-pressure steam caused by the pressure drop of the high-temperature and high-pressure steam causes the rotor 31 to rotate through the vane 42. By rotating, an output is obtained from the output shaft 23.

【0057】図14および図15に示すように、容積型
で軸トルクが一定の膨張機4はシリンダ部材39のシリ
ンダ室からなる第1の膨張室と、ベーン室54からなる
第2の膨張室とを備える。第1の膨張室に供給される蒸
気の圧力および温度をそれぞれPevp,Tevpと
し、第2の膨張室に供給される蒸気の圧力および温度を
それぞれPexp1,Texp1とし、第2の膨張室か
ら排出される蒸気の圧力および温度をそれぞれPexp
2,Texp2としたとき、PevpおよびPexp1
により決まる第1の膨張室の膨張比ε1と、Pexp1
およびPexp2により決まる第2の膨張室の膨張比ε
2との積ε1×ε2で与えられる膨張機4のトータルの
膨張比が、予め設定された設定膨張比ε(本実施例では
132)に一致する。図15のグラフの縦軸は蒸気の圧
力Pであり、横軸はロータ31の位相θである。圧力P
をPevpに調整された蒸気が第1の膨張室に供給さ
れ、そこで膨張して圧力PがPexp1に低下したと
き、PevpおよびPexp1により決まる膨張比は前
記ε1となる。圧力PがPexp1の蒸気が第2の膨張
室に供給され、そこで膨張して圧力PがPexp2に低
下したとき、PxvpおよびPexp2により決まる膨
張比は前記ε2となる。
As shown in FIGS. 14 and 15, the expander 4 having a positive displacement and a constant axial torque comprises a first expansion chamber comprising a cylinder chamber of a cylinder member 39 and a second expansion chamber comprising a vane chamber 54. And The pressure and temperature of the steam supplied to the first expansion chamber are Pevp and Tevp, respectively, and the pressure and temperature of the steam supplied to the second expansion chamber are Pexp1 and Texp1, respectively. Pressure and temperature of steam
2, Texp2, Pevp and Pexp1
Expansion ratio ε1 of the first expansion chamber determined by
And expansion ratio ε of the second expansion chamber determined by Pexp2 and Pexp2
The total expansion ratio of the expander 4 given by the product ε1 × ε2 of 2 matches the preset expansion ratio ε (132 in this embodiment). The vertical axis of the graph in FIG. 15 is the steam pressure P, and the horizontal axis is the phase θ of the rotor 31. Pressure P
When the pressure adjusted to Pevp is supplied to the first expansion chamber, where the steam expands and the pressure P decreases to Pexp1, the expansion ratio determined by Pevp and Pexp1 is ε1. When the steam having a pressure P of Pexp1 is supplied to the second expansion chamber, where the steam expands and the pressure P decreases to Pexp2, the expansion ratio determined by Pxvp and Pexp2 is ε2.

【0058】蒸発器3が発生する蒸気、つまり第1の膨
張室に供給される蒸気は、その圧力Pevpおよび温度
Tevpが図16に実線で示す所定の関係を保つように
制御される。即ち、第1の膨張室に供給される蒸気の圧
力Pevpおよび温度Tevpは蒸発器3の過渡状態、
内燃機関1の運転状態、蒸発器3に供給される水量等に
応じて変動するが、蒸気の圧力Pevpは膨張機4の回
転数(軸トルク)により制御可能であり、蒸気の温度T
evpは蒸発器3に供給される水量により制御可能であ
り、本実施例における定格値は図16の実線上のa点
(圧力Pevp=16MPa、温度Tevp=620
℃)に設定される。このように第1の膨張室に供給され
る蒸気の圧力Pevpおよび温度Tevpが決定されれ
ば、それに応じて膨張機4の軸トルクも決定される。図
16に破線で示すように、第1の膨張室に供給される蒸
気の圧力Pevpおよび温度Tevpが高いほど熱効率
が高くなるが、温度Tevpが高くなると耐久性等に影
響がでるため、本実施例では定格値を前記620℃に設
定している。一方、第2の膨張室が排出する蒸気の圧力
Pexp2および温度Texp2にも、膨張機4および
凝縮器5が最大の性能を発揮し得る定格値が設定されて
おり、本実施例における定格値は圧力Pexp2が0.
05MPa、温度Tevpが80℃である。しかしなが
ら、最適の圧力Pexp2および温度Texp2は凝縮
器5の過渡状態、凝縮器5の冷却状態(外気温、冷却フ
ァンの回転数、走行風の強さ)等に応じて変化し、前記
定格値と必ずしも一致しない。
The steam generated by the evaporator 3, that is, the steam supplied to the first expansion chamber, is controlled such that the pressure Pevp and the temperature Tevp maintain a predetermined relationship shown by a solid line in FIG. That is, the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber are in the transient state of the evaporator 3,
The pressure Pevp of the steam varies depending on the operation state of the internal combustion engine 1, the amount of water supplied to the evaporator 3, and the like, and can be controlled by the rotation speed (shaft torque) of the expander 4, and the steam temperature Tv
evp can be controlled by the amount of water supplied to the evaporator 3, and the rated value in this embodiment is point a on the solid line in FIG. 16 (pressure Pevp = 16 MPa, temperature Tevp = 620).
° C). If the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber are determined in this way, the shaft torque of the expander 4 is also determined accordingly. As shown by the broken line in FIG. 16, the higher the pressure Pevp of the steam supplied to the first expansion chamber and the higher the temperature Tevp, the higher the thermal efficiency. However, if the temperature Tevp is high, the durability and the like are affected. In the example, the rated value is set to 620 ° C. On the other hand, the pressure value Pexp2 and the temperature Texp2 of the steam discharged from the second expansion chamber are also set to the rated values at which the expander 4 and the condenser 5 can exhibit the maximum performance. Pressure Pexp2 is 0.
05MPa, temperature Tevp is 80 ° C. However, the optimal pressure Pexp2 and the optimal temperature Texp2 change according to the transient state of the condenser 5, the cooling state of the condenser 5 (outside air temperature, the number of rotations of the cooling fan, the intensity of the running wind), and the like. Not necessarily.

【0059】第1の膨張室に供給される蒸気の圧力Pe
vpおよび温度Tevpを定格値(Pevp=16MP
a、Tevp=620℃)に設定し、膨張機4の膨張比
を設定膨張比εに設定すれば、第2の膨張室から排出さ
れる蒸気の圧力Pexp2および温度Texp2は定格
値(本実施例ではPexp2=0.05MPa、Tex
p2=80℃)に一致し、膨張機4および凝縮器5は最
大の性能を発揮することができる。また第1の膨張室に
供給される蒸気の圧力Pevpおよび温度Tevpが定
格値から外れていても、図16の実線上の何れかの位置
にあり、かつ膨張比が設定膨張比ε=132に一致して
いれば、第2の膨張機室から排出される蒸気の圧力Pe
xp2および温度Texp2は定格値に一致する。従っ
て、内燃機関1が暖機運転中であって第1の膨張室に供
給される蒸気の圧力Pevpおよび温度Tevpが定格
値よりも低い場合(例えば、図16の実線上のb点)で
あっても、第2の膨張室から排出される蒸気の圧力Pe
xp2および温度Texp2は定格値に一致する。これ
により、内燃機関1の始動からランキンサイクル装置が
作動可能になるまでの立ち上げ時間を短縮することがで
きる。
The pressure Pe of the steam supplied to the first expansion chamber
vp and temperature Tevp are rated values (Pevp = 16MP
a, Tevp = 620 ° C.), and the expansion ratio of the expander 4 is set to the set expansion ratio ε, the pressure Pexp2 and the temperature Texp2 of the steam discharged from the second expansion chamber are rated values (this embodiment). Then Pexp2 = 0.05MPa, Tex
p2 = 80 ° C.), and the expander 4 and the condenser 5 can exhibit the maximum performance. Further, even if the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber deviate from the rated values, the steam is located at any position on the solid line in FIG. 16 and the expansion ratio becomes the set expansion ratio ε = 132. If they match, the pressure Pe of the steam discharged from the second expander chamber is Pe.
xp2 and temperature Texp2 correspond to the rated values. Accordingly, when the internal combustion engine 1 is in the warm-up operation and the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber are lower than the rated values (for example, point b on the solid line in FIG. 16). However, the pressure Pe of the steam discharged from the second expansion chamber
xp2 and temperature Texp2 correspond to the rated values. As a result, the startup time from the start of the internal combustion engine 1 until the Rankine cycle device becomes operable can be reduced.

【0060】以上のように、第1の膨張室に供給される
蒸気の圧力Pevpおよび温度Tevpが所定の関係
(図16の実線の関係)を持つように設定し、かつ膨張
機4の膨張比を設定膨張比εに設定すれば、第2の膨張
室から排出される蒸気の圧力Pevpおよび温度Tev
pは常に定格値(本実施例ではPexp2=0.05M
Pa、Texp2=80℃)に一致するため、膨張機4
および凝縮器5は最大の性能を発揮することができる。
As described above, the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber are set so as to have a predetermined relationship (the relationship indicated by the solid line in FIG. 16), and the expansion ratio of the expander 4 Is set to the set expansion ratio ε, the pressure Pevp of the steam discharged from the second expansion chamber and the temperature Tev
p is always a rated value (Pexp2 = 0.05M in this embodiment)
Pa, Texp2 = 80 ° C.).
And the condenser 5 can exhibit the maximum performance.

【0061】ところで、第1の膨張室に供給される蒸気
の圧力Pevpおよび温度Tevpが、種々の変動要因
によって図16の実線の関係から鎖線の関係に外れた場
合、膨張機4の膨張機比が設定膨張機比εのままだと、
第2の膨張室から排出される蒸気の圧力Pexp2およ
び温度Texp2が定格値から外れてしまい、膨張機4
および凝縮器5が充分な性能を発揮できなくなる可能性
がある。また第2の膨張室から排出される蒸気の圧力P
exp2および温度Texp2の最適値が種々の変動要
因によって定格値から外れた場合、膨張機4の膨張機比
が設定膨張比εのままだと、第2の膨張室から排出され
る蒸気の圧力Pexp2および温度Texp2が定格値
になって最適値から外れてしまい、膨張機4および凝縮
器5が充分な性能を発揮できなくなる可能性がある。
By the way, when the pressure Pevp and the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber deviate from the relationship shown by the solid line in FIG. Remains at the set expander ratio ε,
The pressure Pexp2 and the temperature Texp2 of the steam discharged from the second expansion chamber deviate from the rated values, and
In addition, there is a possibility that the condenser 5 cannot exhibit sufficient performance. Also, the pressure P of the steam discharged from the second expansion chamber
When the optimum values of the exp2 and the temperature Texp2 deviate from the rated values due to various fluctuation factors, the pressure Pexp2 of the steam discharged from the second expansion chamber if the expander ratio of the expander 4 remains at the set expansion ratio ε. And the temperature Texp2 becomes the rated value and deviates from the optimum value, and the expander 4 and the condenser 5 may not be able to exhibit sufficient performance.

【0062】このような場合には、膨張機4の膨張比を
設定膨張比εから変化させることにより、第2の膨張室
から排出される蒸気の圧力Pexp2および温度Tex
p2を最適値に一致させることができる。膨張機4の膨
張比は、第1の膨張室への吸入タイミングを変更するこ
とにより、あるいは第2の膨張室からの排出タイミング
を変更することにより変化させることができる。
In such a case, by changing the expansion ratio of the expander 4 from the set expansion ratio ε, the pressure Pexp2 and the temperature Tex of the steam discharged from the second expansion chamber are changed.
p2 can be matched to the optimal value. The expansion ratio of the expander 4 can be changed by changing the suction timing into the first expansion chamber or by changing the discharge timing from the second expansion chamber.

【0063】具体的には、第1の膨張室に供給される蒸
気の圧力Pevpが過大である場合には(図21(B)
参照)、第1の膨張室に蒸気を供給するタイミングを遅
らせて膨張比ε1を減少させれば良く、また第1の膨張
室に供給される蒸気の圧力Pevpが過小である場合に
は(図21(C)参照)、第2の膨張室から蒸気を排出
するタイミングを早めて膨張比ε2を減少させれば良
い。
Specifically, when the pressure Pevp of the steam supplied to the first expansion chamber is excessive (FIG. 21B)
), The timing of supplying steam to the first expansion chamber may be delayed to reduce the expansion ratio ε1, and if the pressure Pevp of the steam supplied to the first expansion chamber is too small (see FIG. 21 (C)), the timing of discharging steam from the second expansion chamber may be advanced to reduce the expansion ratio ε2.

【0064】第1の膨張室における蒸気の膨張比ε1は
回転バルブVで蒸気の吸入タイミングを変更することに
より可変である。即ち、モータ82で固定軸65を回転
させ、その供給口90,91の位相を図13の遅角側に
変化させて蒸発器3から膨張機4のシリンダ部材39に
蒸気が供給されるタイミングを早めると、蒸気が導入さ
れる瞬間にピストン41が半径方向内側にあってシリン
ダ部材39の容積が減少しているため、シリンダ部材3
9に供給される蒸気量が減少して膨張機4の第1の膨張
室(シリンダ部材39)による膨張比ε1が増加する。
逆に、モータ82で固定軸65を回転させ、その供給口
90,91の位相を図13の進角側に変化させて蒸発器
3から膨張機4のシリンダ部材39に蒸気が供給される
タイミングを遅めると、蒸気が導入される瞬間にピスト
ン41が半径方向外側にあってシリンダ部材39の容積
が増加し、シリンダ部材39に供給される蒸気量が増加
して膨張機4の第1の膨張室(シリンダ部材39)によ
る膨張比ε1が減少する。このように、第1の膨張室に
蒸気を導入するタイミングを変化させることにより、そ
の膨張比ε1を変化させることができる。
The expansion ratio ε1 of the steam in the first expansion chamber can be changed by changing the suction timing of the steam by the rotary valve V. That is, the fixed shaft 65 is rotated by the motor 82, and the phases of the supply ports 90 and 91 are changed to the retard side in FIG. 13 to adjust the timing at which steam is supplied from the evaporator 3 to the cylinder member 39 of the expander 4. If it advances earlier, since the piston 41 is located inward in the radial direction at the moment when steam is introduced, and the volume of the cylinder member 39 is reduced, the cylinder member 3
The amount of steam supplied to 9 decreases, and the expansion ratio ε1 of the first expansion chamber (cylinder member 39) of expander 4 increases.
Conversely, when the fixed shaft 65 is rotated by the motor 82, the phases of the supply ports 90 and 91 are changed to the advanced side in FIG. 13 to supply steam from the evaporator 3 to the cylinder member 39 of the expander 4. Is delayed, the moment the steam is introduced, the piston 41 is located radially outward and the volume of the cylinder member 39 increases, the amount of steam supplied to the cylinder member 39 increases, and the first The expansion ratio ε1 of the expansion chamber (cylinder member 39) decreases. Thus, by changing the timing at which steam is introduced into the first expansion chamber, the expansion ratio ε1 can be changed.

【0065】第1の膨張室から排出された蒸気は中継チ
ャンバ20を経て第2の膨張室(ベーン室54)に供給
されるため、第1の膨張室からの蒸気排出量は第2の膨
張室への蒸気供給量に一致する。第2の膨張室から凝縮
器5に蒸気が排出されるタイミングは8個の電磁弁11
7a〜117d,118a〜118dを選択的に開閉す
ることにより制御される。例えば、図7においてベーン
室54が最大の容積を持つ位置の若干手前位置におい
て、前記ベーン室54を構成する一対のベーン42の回
転方向進み側のベーン42が3列目の第1排出孔列11
0cを越えており、この位置が基準タイミングとなる。
すなわち、定格時には上流側の2列の第1排出孔列11
0a,110bの電磁弁117a,117bが閉弁し、
下流側の2列の第1排出孔列110c,110dの電磁
弁117c,117dが開弁しており、従って回転方向
進み側のベーン42が3列目の第1排出孔列110cを
越えた瞬間に、その第1排出孔列110cから蒸気の排
出が開始される。
Since the steam discharged from the first expansion chamber is supplied to the second expansion chamber (vane chamber 54) via the relay chamber 20, the amount of steam discharged from the first expansion chamber is equal to the second expansion chamber. It matches the steam supply to the chamber. The timing at which steam is discharged from the second expansion chamber to the condenser 5 is determined by eight solenoid valves 11.
It is controlled by selectively opening and closing 7a to 117d and 118a to 118d. For example, in FIG. 7, at a position slightly before the position where the vane chamber 54 has the maximum volume, the vanes 42 on the rotation direction leading side of the pair of vanes 42 forming the vane chamber 54 are arranged in the first discharge hole row in the third row. 11
0c, and this position is the reference timing.
That is, at the time of rating, the two first discharge hole rows 11 on the upstream side
0a, 110b solenoid valves 117a, 117b are closed,
The solenoid valves 117c and 117d of the two first discharge hole rows 110c and 110d on the downstream side are opened, and therefore, the moment when the vane 42 on the rotational direction advancing side exceeds the third first discharge hole row 110c. Then, the discharge of steam from the first discharge hole row 110c is started.

【0066】前記基準タイミングに対して排出タイミン
グを早めるには、上流側の2列目の第1排出孔列110
bの電磁弁117bを開けば良く、更に排出タイミング
を早めるには、前記2列目の第2排出孔列110bの電
磁弁117bに加えて上流側の1列目の第1排出孔列1
10aの電磁弁117aを開けば良い。逆に、前記基準
タイミングに対して排出タイミングを遅めるには、3列
目の第1排出孔列110cの電磁弁117cを閉じれば
良く、更に排出タイミングを遅めるには、前記3列目の
第1排出孔列110cの電磁弁117cに加えて下流側
の4列目の第1排出孔列110dの電磁弁117dを閉
じれば良い。
In order to advance the discharge timing with respect to the reference timing, the first discharge hole row 110 in the second row on the upstream side is used.
In order to further advance the discharge timing, the first discharge hole row 1 of the first row on the upstream side in addition to the solenoid valve 117b of the second discharge hole row 110b of the second row may be opened.
What is necessary is just to open the solenoid valve 117a of 10a. Conversely, to delay the discharge timing with respect to the reference timing, the solenoid valve 117c of the first discharge hole row 110c in the third row only needs to be closed. In addition to the solenoid valve 117c of the first discharge hole array 110c, the solenoid valve 117d of the fourth discharge hole array 110d on the downstream side may be closed.

【0067】このようにして閉弁する電磁弁117a〜
117dの数を上流側から順次増加させてゆくことによ
り、第2の膨張室から凝縮器5に蒸気が排出されるタイ
ミングを段階的に遅らすことができ、これにより第2膨
張室による膨張比ε2を増加させることができる。逆
に、開弁する電磁弁117a〜117eの数を下流側か
ら順次増加させてゆくことにより、第2の膨張室から凝
縮器5に蒸気が排出されるタイミングを段階的に早める
ことができ、これにより第2膨張室による膨張比ε2を
減少させることができる。
The solenoid valves 117a to 117c closed in this manner
By sequentially increasing the number of 117d from the upstream side, the timing at which steam is discharged from the second expansion chamber to the condenser 5 can be delayed stepwise, thereby increasing the expansion ratio ε2 by the second expansion chamber. Can be increased. Conversely, by sequentially increasing the number of solenoid valves 117a to 117e to be opened from the downstream side, the timing at which steam is discharged from the second expansion chamber to the condenser 5 can be advanced stepwise, Thereby, the expansion ratio ε2 by the second expansion chamber can be reduced.

【0068】尚、第2導出孔列111a〜111dの第
2電磁弁118a〜118dの制御は、上述した第1導
出孔列110a〜110dの電磁弁117a〜117d
の制御と同一である。また前記電磁弁117a〜117
d,118a〜118dの制御は、8列の導出孔列11
0a〜110d,111a〜111dにそれぞれ対応し
て設けられた8個の圧力センサ119の出力に基づい
て、第2の膨張室から排出される蒸気の圧力Pexp2
が、膨張機4および凝縮器5が最大の性能を発揮し得る
最適値に一致するように行なわれる。
The control of the second solenoid valves 118a to 118d of the second lead hole rows 111a to 111d is performed by controlling the solenoid valves 117a to 117d of the first lead hole rows 110a to 110d.
Is the same as the control of Further, the solenoid valves 117a to 117
d, 118a to 118d are controlled by eight rows of outlet holes 11
The pressure Pexp2 of the steam discharged from the second expansion chamber based on the outputs of the eight pressure sensors 119 provided in correspondence with 0a to 110d and 111a to 111d, respectively.
Is performed so as to match the optimum value at which the expander 4 and the condenser 5 can exhibit the maximum performance.

【0069】さて、圧力、容積および温度により決定さ
れる蒸気の状態には、水および蒸気が混在する飽和蒸気
領域と、水が存在せずに蒸気だけが存在する過熱蒸気領
域とがある。第1の膨張室の入口から出口までの領域は
過熱蒸気領域であり、蒸気に水が混在することはない。
従って、第1の膨張室を構成するシリンダ部材39の内
部に滞留した水がピストン41により圧縮されて水撃現
象が発生することが確実に防止される。また第2の膨張
室の入口から出口までの領域のうち少なくとも最下流部
分は飽和蒸気領域であり、蒸気に水が混在している。従
って、第2の膨張室を構成するベーン室54の内部に若
干の水が滞留し、ベーン42およびロータチャンバ14
間の潤滑性能およびシール性能が向上する。
The state of steam determined by pressure, volume, and temperature includes a saturated steam region in which water and steam are mixed, and a superheated steam region in which only steam exists without water. The region from the inlet to the outlet of the first expansion chamber is a superheated steam region, and water is not mixed in the steam.
Accordingly, it is possible to surely prevent the water staying inside the cylinder member 39 constituting the first expansion chamber from being compressed by the piston 41 and causing a water hammer phenomenon. At least the most downstream portion of the region from the inlet to the outlet of the second expansion chamber is a saturated steam region, and water is mixed in the steam. Therefore, some water stays inside the vane chamber 54 constituting the second expansion chamber, and the vane 42 and the rotor chamber 14
The lubrication performance and sealing performance during the operation are improved.

【0070】図17〜図19において、第1の膨張室に
供給される蒸気の温度Tevpを450℃から650℃
の範囲で変化させたとき、温度Tevpが高いほど膨張
機4の内部の過熱蒸気領域が広くなって過熱蒸気領域か
ら飽和蒸気領域に移行するタイミングが遅れ(図17参
照)、エンタルピーの減少量が増加して膨張機4の出力
が増加し(図18参照)、かつ第2の膨張室の出口の乾
き度が増加して水の発生量が減少する(図19参照)。
逆に、温度Tevpが低いほど膨張機4の内部の過熱蒸
気領域が狭くなって過熱蒸気領域から飽和蒸気領域に移
行するタイミングが早まり、エンタルピーの減少量が減
少して膨張機4の出力が減少し、かつ第2の膨張室の出
口の乾き度が減少して水の発生量が増加する。第1の膨
張室と第2の膨張室との境界は過熱蒸気領域にあり、従
ってシリンダ部材39よりなる第1の膨張室に水が滞留
することを確実に抑制し、またベーン室54よりなる第
2の膨張室に水が滞留することを確実に保証することが
できる。
17 to 19, the temperature Tevp of the steam supplied to the first expansion chamber is changed from 450 ° C. to 650 ° C.
When the temperature Tevp is higher, the superheated steam region inside the expander 4 becomes wider and the timing of transition from the superheated steam region to the saturated steam region is delayed (see FIG. 17), and the amount of decrease in enthalpy is increased. As a result, the output of the expander 4 increases (see FIG. 18), and the dryness at the outlet of the second expansion chamber increases, so that the amount of generated water decreases (see FIG. 19).
Conversely, the lower the temperature Tevp, the narrower the superheated steam region inside the expander 4 becomes, and the earlier the transition from the superheated steam region to the saturated steam region is made, so that the amount of decrease in enthalpy decreases and the output of the expander 4 decreases. In addition, the dryness at the outlet of the second expansion chamber decreases, and the amount of generated water increases. The boundary between the first expansion chamber and the second expansion chamber is in the superheated steam area, so that water is reliably prevented from staying in the first expansion chamber including the cylinder member 39, and the vane chamber 54 is included. It can be ensured that water stays in the second expansion chamber.

【0071】また検出した第1の膨張室の入口の温度T
evpが定格値よりも高い場合には、第2の膨張室の出
口の圧力Pexp2が定格値よりも高くなるため、第1
の膨張室の入口の吸入タイミングを遅らせて膨張比ε1
を減少させるか、あるいは第2の膨張室の出口の排出タ
イミングを遅らせて膨張比ε2を増加させれば良い。逆
に、検出した第1の膨張室の入口の温度Tevpが定格
値よりも低い場合には、第2の膨張室の出口の圧力Pe
xp2が定格値よりも低くなるため、第1の膨張室の入
口の吸入タイミングを早めて膨張比ε1を増加させる
か、あるいは第2の膨張室の出口の排出タイミングを遅
らせて膨張比ε2を減少させれば良い。
The detected temperature T at the entrance of the first expansion chamber
When evp is higher than the rated value, the pressure Pexp2 at the outlet of the second expansion chamber becomes higher than the rated value.
Delays the suction timing of the inlet of the expansion chamber at the expansion ratio ε1
May be reduced, or the expansion ratio ε2 may be increased by delaying the discharge timing of the outlet of the second expansion chamber. Conversely, if the detected temperature Tevp at the inlet of the first expansion chamber is lower than the rated value, the pressure Pe at the outlet of the second expansion chamber
Since xp2 is lower than the rated value, the suction ratio at the inlet of the first expansion chamber is advanced to increase the expansion ratio ε1, or the discharge timing at the outlet of the second expansion chamber is delayed to decrease the expansion ratio ε2. You can do it.

【0072】また膨張機4の内部のリーク量が大きいと
き(低速回転時)には、前述した第1の膨張室の入口の
温度Tevpが定格値よりも高い場合と同様の可変膨張
比制御を行えば良く、また逆に膨張機4の内部のリーク
量が小さいとき(高速回転時)には、前述した第1の膨
張室の入口の温度Tevpが定格値よりも低い場合と同
様の可変膨張比制御を行えば良い。
When the amount of leakage inside the expander 4 is large (during low-speed rotation), the same variable expansion ratio control as when the temperature Tevp at the inlet of the first expansion chamber is higher than the rated value is performed. On the contrary, when the leak amount inside the expander 4 is small (during high-speed rotation), the same variable expansion as in the case where the temperature Tevp at the inlet of the first expansion chamber is lower than the rated value is performed. What is necessary is just to perform ratio control.

【0073】次に、図20に基づいて本発明の第2実施
例を説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0074】第1実施例の膨張機4では、先ず第1の膨
張室であるシリンダ部材39に高温高圧蒸気を供給した
後に、それが降温降圧した第1の降温降圧蒸気を第2の
膨張室であるベーン室54に供給している。それに対
し、図20に示す第2実施例は、第1の膨張室からの第
1の降温降圧蒸気を中継チャンバ20に排出する通孔t
を電磁弁122で閉鎖できるようにし、更に切換弁12
0で第1の膨張室への高温高圧蒸気の供給を遮断して中
継チャンバ20の蒸気導入口121に高温高圧蒸気を直
接供給できるようにすることにより、第1の膨張室を不
作動にして第2の膨張室だけを独立して作動させること
ができる。この場合、ベーン室54で構成される膨張室
における蒸気の膨張比は、ベーン室54からの排気タイ
ミングを電磁弁117a〜117d,118a〜118
dで変化させることで制御される。
In the expander 4 of the first embodiment, first, high-temperature and high-pressure steam is supplied to the cylinder member 39 serving as the first expansion chamber, and then the first temperature-reduced pressure-reduced steam whose temperature has been lowered is reduced to the second expansion chamber. Is supplied to the vane chamber 54. On the other hand, the second embodiment shown in FIG. 20 has a through hole t for discharging the first reduced-temperature and reduced-pressure steam from the first expansion chamber to the relay chamber 20.
Can be closed by the solenoid valve 122, and the switching valve 12
At 0, the supply of the high-temperature and high-pressure steam to the first expansion chamber is cut off so that the high-temperature and high-pressure steam can be directly supplied to the steam inlet 121 of the relay chamber 20, thereby disabling the first expansion chamber. Only the second expansion chamber can be operated independently. In this case, the expansion ratio of steam in the expansion chamber constituted by the vane chamber 54 depends on the exhaust timing from the vane chamber 54 and the electromagnetic valves 117a to 117d and 118a to 118.
It is controlled by changing d.

【0075】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, various design changes can be made in the present invention without departing from the gist thereof.

【0076】例えば、実施例では第1の膨張室および第
2の膨張室を直列に接続しているが、3段以上の膨張室
を直列に接続することができる。この場合、最も上流の
膨張室に供給される蒸気は過熱蒸気領域にあり、最も下
流の膨張室から排出される蒸気は飽和蒸気領域にあるこ
とが必要である。
For example, in the embodiment, the first expansion chamber and the second expansion chamber are connected in series, but three or more stages of expansion chambers can be connected in series. In this case, the steam supplied to the most upstream expansion chamber needs to be in the superheated steam area, and the steam discharged from the most downstream expansion chamber needs to be in the saturated steam area.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上のように請求項1に記載された発明
によれば、膨張機が吸入する蒸気の圧力および温度が任
意の関係にあっても、膨張機が吸入・排出する蒸気の膨
張比を前記任意の関係に応じた所定の膨張比に設定する
ことで、膨張機が排出する蒸気の圧力および温度を制御
することができる。従って、膨張機および凝縮器が最大
の性能を発揮し得る圧力および温度を目標値として膨張
比を設定すれば、膨張機が排出する蒸気の圧力および温
度を前記目標値に一致させて膨張機および凝縮器の性能
を最大限に発揮させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, even if the pressure and the temperature of the steam sucked by the expander have an arbitrary relationship, the expansion of the steam sucked and discharged by the expander is performed. By setting the ratio to a predetermined expansion ratio according to the arbitrary relationship, the pressure and temperature of the steam discharged from the expander can be controlled. Therefore, if the expansion ratio is set with the target value of the pressure and temperature at which the expander and the condenser can exhibit the maximum performance, the pressure and temperature of the steam discharged by the expander are made to match the target values, and The performance of the condenser can be maximized.

【0078】また請求項2に記載された発明によれば、
膨張機が吸入する蒸気が液体を含まぬ過熱蒸気領域にあ
り、膨張機が排出する蒸気が液体を含む飽和蒸気領域に
あるので、液体が膨張機の作動に与える影響を最小限に
抑えながら、蒸気を液体に戻す凝縮器の負荷を軽減する
ことができる。
According to the second aspect of the present invention,
Since the steam inhaled by the expander is in the superheated steam region that does not contain liquid, and the steam that is discharged by the expander is in the saturated steam region that contains liquid, the influence of the liquid on the operation of the expander is minimized. The load on the condenser that returns the vapor to the liquid can be reduced.

【0079】また請求項3に記載された発明によれば、
複数の膨張室を直列に接続して各膨張機が発生する軸ト
ルクを統合して出力しながら、各々の膨張室における蒸
気の膨張比の積を設定膨張比として凝縮器の凝縮効率を
最大限に高めることができる。
According to the third aspect of the present invention,
While connecting multiple expansion chambers in series and integrating and outputting the shaft torque generated by each expander, the product of the expansion ratio of steam in each expansion chamber is set as the expansion ratio to maximize the condensation efficiency of the condenser. Can be increased.

【0080】また請求項4に記載された発明によれば、
複数の膨張室のうちの少なくとも最上流側の膨張室の蒸
気は液体を含まぬ過熱蒸気領域にあり、複数の膨張室の
うちの少なくとも最下流側の膨張室の蒸気は液体を含む
飽和蒸気領域にあるので、液体が膨張機の作動に与える
影響を最小限に抑えながら、蒸気を液体に戻す凝縮器の
負荷を軽減することができる。
According to the fourth aspect of the present invention,
At least the vapor of the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers is in a superheated steam region not containing a liquid, and the vapor of at least the most downstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers is a saturated steam region containing a liquid. Therefore, the load on the condenser for returning the vapor to the liquid can be reduced while the influence of the liquid on the operation of the expander is minimized.

【0081】また請求項5に記載された発明によれば、
シリンダ室で構成された膨張室の排出位置において蒸気
が過熱蒸気領域にあるので、蒸気に液体が混合するのを
防止し、シリンダ室内に液体が滞留することにより発生
する不具合を未然に回避することができる。
According to the invention described in claim 5,
Since the steam is in the superheated steam area at the discharge position of the expansion chamber constituted by the cylinder chamber, it is possible to prevent the liquid from being mixed with the steam and to avoid a problem caused by the liquid remaining in the cylinder chamber. Can be.

【0082】また請求項6に記載された発明によれば、
ベーン室で構成された膨張室の排出位置において蒸気が
飽和蒸気領域にあるので、蒸気に液体を混合させて液体
によるベーンの潤滑性向上およびシール性向上を図るこ
とができる。
According to the invention described in claim 6,
Since the steam is in the saturated steam region at the discharge position of the expansion chamber constituted by the vane chamber, it is possible to mix the liquid with the steam to improve the lubricity and sealing property of the vane with the liquid.

【0083】また請求項7に記載された発明によれば、
複数の膨張室のうちの少なくとも最上流側の膨張室の吸
入位置を可変とすることにより、膨張機が吸入する蒸気
の圧力を変化させて膨張機全体の膨張比を設定膨張比か
ら変化させることができる。これにより、膨張機が吸入
する蒸気の圧力および温度が前記所定の関係から外れて
も、膨張機が吸入・排出する蒸気の膨張比を前記設定膨
張比から変化させることで、膨張機が排出する蒸気の圧
力および温度を前記目標値に一致させることができる。
According to the invention described in claim 7,
By changing the suction position of at least the most upstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers, the pressure of steam sucked by the expander is changed to change the expansion ratio of the entire expander from the set expansion ratio. Can be. Accordingly, even if the pressure and temperature of the steam sucked by the expander deviate from the predetermined relationship, the expander discharges by changing the expansion ratio of the steam sucked and discharged by the expander from the set expansion ratio. The pressure and temperature of the steam can be matched to the target values.

【0084】また請求項8に記載された発明によれば、
複数の膨張室のうちの少なくとも最下流側の膨張室の排
出位置を可変とすることにより、膨張機が排出する蒸気
の圧力を変化させて膨張機全体の膨張比を設定膨張比か
ら変化させることができる。これにより、膨張機が吸入
する蒸気の圧力および温度が前記所定の関係から外れて
も、膨張機が吸入・排出する蒸気の膨張比を前記設定膨
張比から変化させることで、膨張機が排出する蒸気の圧
力および温度を前記目標値に一致させることができる。
According to the invention described in claim 8,
By changing the discharge position of at least the most downstream expansion chamber of the plurality of expansion chambers, the pressure of steam discharged by the expander is changed to change the expansion ratio of the entire expander from the set expansion ratio. Can be. Accordingly, even if the pressure and temperature of the steam sucked by the expander deviate from the predetermined relationship, the expander discharges by changing the expansion ratio of the steam sucked and discharged by the expander from the set expansion ratio. The pressure and temperature of the steam can be matched to the target values.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】内燃機関の廃熱回収装置の概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a waste heat recovery device for an internal combustion engine.

【図2】図5の2−2線断面図に相当する膨張機の縦断
面図
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the expander corresponding to a sectional view taken along line 2-2 of FIG.

【図3】図2の回転軸線周りの拡大断面図FIG. 3 is an enlarged sectional view around a rotation axis of FIG. 2;

【図4】図2の4−4線断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 2;

【図5】要部を拡大した図2の5−5線断面図FIG. 5 is an enlarged sectional view taken along line 5-5 of FIG.

【図6】図5の6−6線拡大断面図FIG. 6 is an enlarged sectional view taken along line 6-6 of FIG. 5;

【図7】図5の要部拡大図FIG. 7 is an enlarged view of a main part of FIG. 5;

【図8】図4の回転軸線周りの拡大図FIG. 8 is an enlarged view around the rotation axis of FIG. 4;

【図9】ベーン本体の正面図FIG. 9 is a front view of the vane body.

【図10】ベーン本体の側面図FIG. 10 is a side view of the vane body.

【図11】図9の11−11線断面図FIG. 11 is a sectional view taken along line 11-11 of FIG. 9;

【図12】シール部材の正面図FIG. 12 is a front view of a seal member.

【図13】図4の回転軸線周りの拡大図FIG. 13 is an enlarged view around the rotation axis of FIG. 4;

【図14】膨張機の制御系の構成を示す図FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a control system of the expander.

【図15】第1、第2の膨張室の圧力変化および膨張比
を示すグラフ
FIG. 15 is a graph showing pressure changes and expansion ratios of first and second expansion chambers.

【図16】膨張機入口の温度および圧力の最適関係を示
すグラフ
FIG. 16 is a graph showing an optimal relationship between the temperature and the pressure at the inlet of the expander.

【図17】ランキンサイクル装置のTS線図FIG. 17 is a TS diagram of a Rankine cycle device.

【図18】ランキンサイクル装置のHS線図FIG. 18 is an HS diagram of a Rankine cycle device.

【図19】膨張機出口の温度および乾き度の関係を示す
グラフ
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the temperature at the outlet of the expander and the dryness.

【図20】本発明の第2実施例を示す図FIG. 20 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図21】膨張機における蒸気の圧力および比容積の変
化を示すグラフ
FIG. 21 is a graph showing changes in steam pressure and specific volume in an expander.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 蒸発器 4 膨張機 5 凝縮器 Pevp 膨張機が吸入する蒸気の圧力 Tevp 膨張機が吸入する蒸気の温度 Pexp2 膨張機が吸入する蒸気の圧力 Texp2 膨張機が吸入する蒸気の温度 ε1 蒸気の膨張比 ε2 蒸気の膨張比 ε 設定膨張比 Reference Signs List 3 evaporator 4 expander 5 condenser Pevp pressure of steam sucked by expander Tevp temperature of steam sucked by expander Pexp2 pressure of steam sucked by expander Texp2 temperature of steam sucked by expander ε1 steam expansion ratio ε2 Steam expansion ratio ε Set expansion ratio

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 恒雄 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 高橋 勤 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 本間 健介 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tsuneo Endo 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Tsutomu Takahashi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Kensuke Honma 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体を加熱して蒸気を発生する蒸発器
(3)と、蒸発器(3)から供給された蒸気を膨張させ
て軸トルクを出力する膨張機(4)と、膨張機(4)が
排出した蒸気を冷却して液体に戻す凝縮器(5)とを備
えたランキンサイクル装置において、 膨張機(4)が吸入する蒸気の圧力(Pevp)および
温度(Tevp)の任意の関係に対して、 膨張機(4)が吸入・排出する蒸気の膨張比(ε1,ε
2)を前記任意の関係に応じた所定の膨張比(ε)に設
定することにより、膨張機(4)が排出する蒸気の圧力
(Pexp2)および温度(Texp2)を目標値に一
致させることを特徴とするランキンサイクル装置。
An evaporator (3) for heating a liquid to generate steam, an expander (4) for expanding steam supplied from the evaporator (3) and outputting an axial torque, and an expander (4). In a Rankine cycle device provided with a condenser (5) for cooling the steam discharged by 4) and returning it to a liquid, an arbitrary relationship between the pressure (Pevp) and the temperature (Tevp) of the steam sucked by the expander (4) In contrast, the expansion ratio (ε1, ε) of the steam sucked and discharged by the expander (4)
By setting 2) to a predetermined expansion ratio (ε) corresponding to the arbitrary relationship, it is possible to make the pressure (Pexp2) and the temperature (Texp2) of the steam discharged from the expander (4) coincide with the target values. Characterized Rankine cycle device.
【請求項2】 膨張機(4)が吸入する蒸気の圧力(P
evp)および温度(Tevp)は過熱蒸気領域にあ
り、膨張機(4)が排出する蒸気の圧力(Pexp2)
および温度(Texp2)は飽和蒸気領域にあることを
特徴とする、請求項1に記載のランキンサイクル装置。
2. The pressure (P) of steam inhaled by the expander (4).
evp) and temperature (Tevp) are in the superheated steam region, and the pressure (Pexp2) of the steam discharged from the expander (4).
The Rankine cycle device according to claim 1, wherein the temperature and the temperature (Texp2) are in a saturated steam region.
【請求項3】 膨張機(4)は直列に接続された複数の
膨張室(39,54)を備え、各々の膨張室(39,5
4)における蒸気の膨張比(ε1,ε2)の積を前記設
定膨張比(ε)としたことを特徴とする、請求項1に記
載のランキンサイクル装置。
3. The expander (4) includes a plurality of expansion chambers (39, 54) connected in series, each expansion chamber (39, 5).
2. The Rankine cycle apparatus according to claim 1, wherein the product of the steam expansion ratios (ε1, ε2) in 4) is set to the set expansion ratio (ε). 3.
【請求項4】 膨張機(4)の複数の膨張室(39,5
4)のうち、少なくとも最上流側の膨張室(39)の蒸
気は過熱蒸気領域にあり、少なくとも最下流側の膨張室
(54)の蒸気は飽和蒸気領域にあることを特徴とす
る、請求項3に記載のランキンサイクル装置。
4. A plurality of expansion chambers (39, 5) of an expander (4).
In 4), at least steam in the most upstream expansion chamber (39) is in a superheated steam area, and at least steam in the most downstream expansion chamber (54) is in a saturated steam area. 4. The Rankine cycle device according to 3.
【請求項5】 排出位置における蒸気が過熱蒸気領域に
ある膨張室(39)はシリンダ室で構成されることを特
徴とする、請求項4に記載のランキンサイクル装置。
5. The Rankine cycle device according to claim 4, wherein the expansion chamber (39) in which the steam at the discharge position is in the superheated steam region is constituted by a cylinder chamber.
【請求項6】 排出位置における蒸気が飽和蒸気領域に
ある膨張室(54)はベーン室で構成されることを特徴
とする、請求項4に記載のランキンサイクル装置。
6. The Rankine cycle device according to claim 4, wherein the expansion chamber in which the steam at the discharge position is in a saturated steam region is constituted by a vane chamber.
【請求項7】 膨張機(4)の複数の膨張室(39,5
4)のうち、少なくとも最上流側の膨張室(39)の吸
入位置を可変としたことを特徴とする、請求項3に記載
のランキンサイクル装置。
7. A plurality of expansion chambers (39, 5) of an expander (4).
The Rankine cycle device according to claim 3, wherein at least the suction position of the expansion chamber (39) on the most upstream side is variable.
【請求項8】 膨張機(4)の複数の膨張室(39,5
4)のうち、少なくとも最下流側の膨張室(54)の排
出位置を可変としたことを特徴とする、請求項3に記載
のランキンサイクル装置。
8. A plurality of expansion chambers (39, 5) of an expander (4).
4. The Rankine cycle device according to claim 3, wherein in 4), at least the discharge position of the most downstream expansion chamber (54) is variable.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006177266A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Denso Corp Waste heat utilizing device for thermal engine
JP2012525528A (en) * 2009-04-29 2012-10-22 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Heat utilization apparatus and operation method thereof
US8613193B2 (en) 2011-03-25 2013-12-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Vehicle waste heat recovery device
EP2918794A1 (en) 2014-03-10 2015-09-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rankine cycle device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0447104A (en) * 1990-06-13 1992-02-17 Aisin Seiki Co Ltd Vapor motor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0447104A (en) * 1990-06-13 1992-02-17 Aisin Seiki Co Ltd Vapor motor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006177266A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Denso Corp Waste heat utilizing device for thermal engine
JP4543920B2 (en) * 2004-12-22 2010-09-15 株式会社デンソー Waste heat utilization equipment for heat engines
JP2012525528A (en) * 2009-04-29 2012-10-22 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Heat utilization apparatus and operation method thereof
US8613193B2 (en) 2011-03-25 2013-12-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Vehicle waste heat recovery device
EP2918794A1 (en) 2014-03-10 2015-09-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rankine cycle device
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