JP2003097222A - ランキンサイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オイルで潤滑される膨張機を備えたランキン
サイクル装置において、膨張機のオイルに混入した作動
媒体を確実に分離してオイルの再生を図る。 【解決手段】 蒸発器１１２と、膨張機１１３と、凝縮
器１１４と、圧送ポンプ１１５とを含む作動媒体循環回
路１１０を備えたランキンサイクル装置において、膨張
機１１３を潤滑するオイルと、それに混入した作動媒体
である水との混合物をコアレッサー式の水分離手段１１
８に供給し、オイルから水を分離する。水分離手段１８
７で水を分離したオイルは膨張機１１３に戻され、オイ
ルから分離された水は作動媒体循環回路１１０に戻され
る。これにより、作動媒体循環回路１１０に水を補給す
る必要がなくなり、膨張機１１３にオイルを補給する必
要もなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動媒体循環回路
に沿って蒸発器、膨張機、凝縮器および圧送ポンプを設
けたランキンサイクル装置に関し、特にその膨張機の潤
滑媒体に混入した作動媒体を分離する手段を備えたラン
キンサイクル装置、あるいは作動媒体に混入した膨張機
の潤滑媒体を分離する手段を備えたランキンサイクル装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ランキンサイクル装置の閉回路を循環す
る作動媒体に膨張機の潤滑媒体が混入すると、膨張機に
おける潤滑媒体の量が不足して膨張機の効率低下や焼き
付きが生じるため、気液分離器において作動媒体から潤
滑媒体を分離して膨張機に戻すものが、実公昭６１−８
１７０号公報により公知である。

【０００３】また超極細の繊維で構成したフィルターに
油および水の混合物を供給することにより、繊維に付着
した油滴を粗粒化して水との比重差により水から分離
し、あるいは繊維に付着した水滴を粗粒化して油との比
重差により油から分離する、いわゆるコアレッサー式の
油水分離フィルターが、特開昭６３−１５６５０８号公
報により公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記実公昭
６１−８１７０号公報に記載されたランキンサイクル装
置は、作動媒体および潤滑媒体の混合物が閉回路を循環
しているため、閉回路を循環する作動媒体中の潤滑媒体
が熱でガス化してランキンサイクル装置の性能や耐久性
に悪影響を及ぼす可能性がある。またボイラから気液分
離器に液相の作動媒体、気相の作動媒体および潤滑媒体
の混合物が供給され、しかも気液分離器は重力で潤滑媒
体を分離する構造であるため、その潤滑媒体に液相の作
動媒体が混入することが避けられない問題がある。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、潤滑媒体で潤滑される膨張機を備えたランキンサイ
クル装置において、膨張機の潤滑媒体に混入した作動媒
体を確実に分離して潤滑媒体の再生を図り、あるいは膨
張機で作動媒体に混入した潤滑媒体を確実に分離して作
動媒体の再生を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上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、熱機関の廃熱
で液相作動媒体を加熱して高温・高圧の気相作動媒体を
発生させる蒸発器と、蒸発器から供給された気相作動媒
体の熱および圧力を機械エネルギーに変換する膨張機
と、膨張機において降温・降圧した気相作動媒体を冷却
して液相作動媒体に戻す凝縮器と、凝縮器から排出され
た液相作動媒体を蒸発器に供給する圧送ポンプとを含む
作動媒体の閉回路を備えたランキンサイクル装置におい
て、前記膨張機の摺動部は作動媒体と異なる潤滑媒体に
より潤滑され、膨張機において潤滑媒体に混入した作動
媒体を該潤滑媒体から分離する作動媒体分離手段を備
え、この作動媒体分離手段は作動媒体が液相状態にある
位置に設けられ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。

【０００７】上記構成によれば、ランキンサイクル装置
の膨張機の潤滑媒体に含まれる作動媒体を分離する際
に、作動媒体が液相状態にあるときに潤滑媒体を分離す
ることで、液相状態および気相状態が混在する作動媒体
から潤滑媒体を分離する場合に比べて、作動媒体をより
完全に分離することができる。

【０００８】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、作動媒体分離手段は所定温度
範囲で作動媒体の分離機能を発揮するものであり、この
作動媒体分離手段は潤滑媒体が前記所定温度範囲にある
位置に設けられ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。

【０００９】上記構成によれば、所定温度範囲で作動媒
体の分離機能を発揮する作動媒体分離手段を潤滑媒体の
温度が前記所定温度範囲にある位置に設けたので、作動
媒体分離手段の損傷を防止しながら作動媒体の分離機能
を安定して発揮させることができる。

【００１０】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項１または請求項２の構成に加えて、作動媒体分離
手段は、少なくとも２台の作動媒体分離装置を直列に接
続して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。

【００１１】上記構成によれば、少なくとも２台の作動
媒体分離装置を直列に接続して作動媒体分離手段を構成
したので、各々の作動媒体分離装置の分離特性に変化を
持たせることが可能となり、１台の作動媒体分離装置で
作動媒体分離手段を構成する場合に比べて、分離性能の
向上および作動媒体分離手段の小型化を図ることができ
る。

【００１２】また請求項４に記載された発明によれば、
熱機関の廃熱で液相作動媒体を加熱して高温・高圧の気
相作動媒体を発生させる蒸発器と、蒸発器から供給され
た気相作動媒体の熱および圧力を機械エネルギーに変換
する膨張機と、膨張機において降温・降圧した気相作動
媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝縮器と、凝縮器か
ら排出された液相作動媒体を蒸発器に供給する圧送ポン
プとを含む作動媒体循環回路を備えたランキンサイクル
装置において、前記膨張機の摺動部は作動媒体と異なる
潤滑媒体により潤滑され、膨張機において作動媒体に混
入した潤滑媒体を該作動媒体から分離する潤滑媒体分離
手段を備え、この潤滑媒体分離手段は膨張機の下流側で
あって作動媒体が液相状態にある位置に設けられたこと
を特徴とするランキンサイクル装置が提案される。

【００１３】上記構成によれば、ランキンサイクル装置
の作動媒体に含まれる潤滑媒体を分離する際に、作動媒
体が液相状態にあるときに潤滑媒体を分離することで、
液相状態および気相状態が混在する作動媒体から潤滑媒
体を分離する場合に比べて、作動媒体をより完全に分離
することができる。

【００１４】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、潤滑媒体分離手段は所定温度
範囲で潤滑媒体の分離機能を発揮するものであり、この
潤滑媒体分離手段は液相作動媒体が前記所定温度範囲に
ある位置に設けられ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。

【００１５】上記構成によれば、所定温度範囲で潤滑媒
体の分離機能を発揮する潤滑媒体分離手段を液相作動媒
体の温度が前記所定温度範囲にある位置に設けたので、
潤滑媒体分離手段の損傷を防止しながら潤滑媒体の分離
機能を安定して発揮させることができる。

【００１６】また請求項６に記載された発明によれば、
請求項４または請求項５の構成に加えて、膨張機から作
動媒体循環回路に排出された作動媒体に含まれる液相部
分を分離する気液分離器を備え、この気液分離器で分離
した液相作動媒体を潤滑媒体分離手段に供給することを
特徴とするランキンサイクル装置が提案される。

【００１７】上記構成によれば、膨張機から作動媒体循
環回路に排出された作動媒体に含まれる液相部分を気液
分離器で分離して潤滑媒体分離手段に供給するので、潤
滑媒体分離手段に供給される作動媒体を確実に液相にし
て潤滑媒体の分離機能を高めることができる。

【００１８】また請求項７に記載された発明によれば、
請求項１、請求項２、請求項４または請求項５の構成に
加えて、膨張機から作動媒体循環回路に排出されて液相
状態に戻された作動媒体に含まれる陽イオンや溶存気体
を除去する作動媒体浄化手段を備え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。

【００１９】上記構成によれば、膨張機から作動媒体循
環回路に排出されて液相状態に戻された作動媒体に含ま
れる陽イオンや溶存気体を作動媒体浄化手段で除去する
ので、作動媒体が流通する作動媒体循環回路の各部の汚
染や腐食を一層確実に防止することができる。

【００２０】また請求項８に記載された発明によれば、
請求項１、請求項２、請求項４または請求項５の構成に
加えて、作動媒体分離手段で作動媒体を分離された潤滑
媒体は膨張機に戻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。

【００２１】上記構成によれば、作動媒体分離手段で作
動媒体を分離した潤滑媒体を膨張機に戻すので、作動媒
体が潤滑媒体に混入して潤滑性能が低下するのを防止で
き、しかも膨張機に潤滑媒体を補充する必要がない。

【００２２】また請求項９に記載された発明によれば、
請求項１、請求項２、請求項４または請求項５の構成に
加えて、作動媒体分離手段で潤滑媒体から分離された作
動媒体は作動媒体循環回路に戻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。

【００２３】上記構成によれば、作動媒体分離手段で潤
滑媒体から分離した作動媒体を作動媒体循環回路に戻す
ので、潤滑媒体の混入による作動媒体循環回路の損傷を
防止でき、しかも作動媒体循環回路に作動媒体を補充す
る必要がない。

【００２４】また請求項１０に記載された発明によれ
ば、請求項１、請求項２、請求項４または請求項５の構
成に加えて、作動媒体分離手段は、潤滑媒体に含まれる
作動媒体を粗粒化し、粗粒化した作動媒体と潤滑媒体と
の比重差により該作動媒体を分離するものであることを
特徴とするランキンサイクル装置が提案される。

【００２５】上記構成によれば、作動媒体分離手段が潤
滑媒体に含まれる作動媒体を粗粒化して潤滑媒体との比
重差により分離するので、少ない圧力損失で潤滑媒体か
ら作動媒体を効果的に分離することができる。

【００２６】また請求項１１に記載された発明によれ
ば、請求項１、請求項２、請求項４または請求項５の構
成に加えて、作動媒体分離手段は、コアレッサー式のも
ので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。

【００２７】上記構成によれば、作動媒体分離手段がコ
アレッサー式のものであるので、少ない圧力損失で潤滑
媒体から作動媒体を効果的に分離することができる。

【００２８】また請求項１２に記載された発明によれ
ば、請求項１１の構成に加えて、作動媒体分離手段は疎
水性繊維よりなるフィルターエレメントを備えたことを
特徴とするランキンサイクル装置が提案される。

【００２９】上記構成によれば、作動媒体分離手段のフ
ィルターエレメントが疎水性繊維で構成されるので、作
動媒体および潤滑媒体の分離能力を高めることができ
る。

【００３０】また請求項１３に記載された発明によれ
ば、熱機関の廃熱で液相作動媒体を加熱して高温・高圧
の気相作動媒体を発生させる蒸発器と、蒸発器から供給
された気相作動媒体の熱および圧力を機械エネルギーに
変換する膨張機と、膨張機において降温・降圧した気相
作動媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝縮器と、凝縮
器から排出された液相作動媒体を蒸発器に供給する圧送
ポンプとを含む作動媒体循環回路を備えたランキンサイ
クル装置において、前記膨張機の摺動部は作動媒体と異
なる潤滑媒体により潤滑され、膨張機において潤滑媒体
に混入した作動媒体を該潤滑媒体から分離する作動媒体
分離手段を備え、潤滑媒体は界面活性作用のある極圧添
加剤を含まない疎水性オイルで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。

【００３１】上記構成によれば、膨張機の潤滑媒体に含
まれる作動媒体を作動媒体分離手段で分離する際に、潤
滑媒体を界面活性作用のある極圧添加剤を含まない疎水
性オイルとしたので、潤滑媒体の乳化による潤滑性能の
低下を防止でき、しかも作動媒体および潤滑媒体の分離
性能を高めることができる。

【００３２】尚、実施例の水および蒸気は本発明の作動
媒体に対応し、実施例のオイルは本発明の潤滑媒体に対
応し、実施例の内燃機関１１１は本発明の熱機関に対応
し、実施例の水分離手段１１８は本発明の作動媒体分離
手段に対応し、実施例の上流側水分離装置１２１および
下流側水分離装置１２２は本発明の作動媒体分離装置に
対応し、実施例の水浄化手段１３２は本発明の作動媒体
浄化手段に対応し、実施例のオイル分離手段１３７は本
発明の潤滑媒体分離手段に対応する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００３４】図１〜図２５は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は膨張機の縦断面図、図２は図１の２−２線
断面図、図３は図１の３部拡大図、図４は図１の４部拡
大断面図（図８の４−４線断面図）、図５は図４の５−
５線矢視図、図６は図４の６−６線矢視図、図７は図４
の７−７線断面図、図８は図４の８−８線断面図、図９
は図４の９−９線断面図、図１０は図１の１０−１０線
矢視図、図１１は図１の１１−１１線矢視図、図１２は
図１０の１２−１２線断面図、図１３は図１１の１３−
１３線断面図、図１４は図１０の１４−１４線断面図、
図１５は出力軸のトルク変動を示すグラフ、図１６は高
圧段の吸入系を示す作用説明図、図１７は高圧段の排出
系および低圧段の吸入系を示す作用説明図、図１８は低
圧段の排出系を示す作用説明図、図１９はランキンサイ
クル装置の全体構成を示す図、図２０は水分離手段の構
造を示す図、図２１は図２０の２１−２１線断面図、図
２２は図２０の２２−２２線断面図、図２３は水を分離
するコアレッサー式フィルターの作用を示す図、図２４
はオイルを分離するコアレッサー式フィルターの作用を
示す図、図２５はオイル分離手段の構造を示す図であ
る。

【００３５】先ず、ランキンサイクル装置の膨張機１１
３の概略構造を、図１〜図３に基づいて説明する。

【００３６】膨張機１１３は作動媒体としての高温高圧
蒸気の熱エネルギーおよび圧力エネルギーを機械エネル
ギーに変換して出力するもので、そのケーシング１１
は、ケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の前面
開口部にシール部材１３を介して嵌合して複数本のボル
ト１４…で結合される前部カバー１５と、ケーシング本
体１２の後面開口部にシール部材１６を介して嵌合して
複数本のボルト１７…で結合される後部カバー１８とか
ら構成される。ケーシング本体１２の下面開口部にオイ
ルパン１９がシール部材２０を介して当接し、複数本の
ボルト２１…で結合される。またケーシング本体１２の
上面にシール部材２２（図１２参照）を介してブリーザ
室隔壁２３が重ね合わされ、更にその上面にシール部材
２４（図１２参照）を介してブリーザ室カバー２５が重
ね合わされ、複数本のボルト２６…で共締めされる。

【００３７】ケーシング１１の中央を前後方向に延びる
軸線Ｌまわりに回転可能なロータ２７と出力軸２８とが
溶接で一体化されており、ロータ２７の後部がアンギュ
ラボールベアリング２９およびシール部材３０を介して
ケーシング本体１２に回転自在に支持されるとともに、
出力軸２８の前部がアンギュラボールベアリング３１お
よびシール部材３２を介して前部カバー１５に回転自在
に支持される。前部カバー１５の後面に２個のシール部
材３３，３４およびノックピン３５を介して嵌合する斜
板ホルダ３６が複数本のボルト３７…で固定されてお
り、この斜板ホルダ３６にアンギュラボールベアリング
３８を介して斜板３９が回転自在に支持される。斜板３
９の回転軸線は前記ロータ２７および出力軸２８の軸線
Ｌに対して傾斜しており、その傾斜角は固定である。

【００３８】ロータ２７と別部材で構成された７本のス
リーブ４１…が、ロータ２７の内部に軸線Ｌを囲むよう
に円周方向に等間隔で配置される。ロータ２７のスリー
ブ支持孔２７ａ…に支持されたスリーブ４１…の内周に
形成された高圧シリンダ４２…に高圧ピストン４３…が
摺動自在に嵌合しており、高圧シリンダ４２…の前端開
口部から前方に突出する高圧ピストン４３…の半球状部
が、斜板３９の後面に凹設した７個のディンプル３９ａ
…にそれぞれ突き当てられる。スリーブ４１…の後端と
ロータ２７のスリーブ支持孔２７ａ…との間には耐熱金
属性のシール部材４４…が装着され、この状態でスリー
ブ４１…の前端を押さえる単一のセットプレート４５が
複数本のボルト４６…でロータ２７の前面に固定され
る。スリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍は僅かに大径に
なっており、スリーブ４１…の外周面との間に間隙α
（図３参照）が形成される。

【００３９】高圧ピストン４３…は高圧シリンダ４２…
との摺動面をシールする圧力リング４７…およびオイル
リング４８…を備えており、圧力リング４７…の摺動範
囲とオイルリング４８…の摺動範囲とは相互にオーバー
ラップしないように設定されている。高圧ピストン４３
…を高圧シリンダ４２…に挿入するとき、圧力リング４
７…およびオイルリング４８…を高圧シリンダ４２…に
スムーズに係合させるべく、セットプレート４５に前面
側が広がるようにテーパした開口部４５ａ…が形成され
る。

【００４０】以上のように、圧力リング４７…の摺動範
囲とオイルリング４８…の摺動範囲とが相互にオーバー
ラップしないように設定したので、オイルリング４８…
が摺動する高圧シリンダ４２…の内壁に付着した潤滑媒
体としてのオイルが、圧力リング４７…の摺動により高
圧作動室８２…に取り込まれないようにし、蒸気にオイ
ルが混入するのを確実に防止することができる。特に、
高圧ピストン４３…は圧力リング４７…およびオイルリ
ング４８…に挟まれた部分が若干小径になっているため
（図３参照）、オイルリング４８…の摺動面に付着した
オイルが圧力リング４７…の摺動面に移動するのを効果
的に防止することができる。

【００４１】また７本のスリーブ４１…をロータ２７の
スリーブ支持孔２７ａ…に装着して高圧シリンダ４２…
を構成したので、スリーブ４１…に熱伝導性、耐熱性、
耐摩耗性、強度等に優れた材質を選択することができ
る。これにより性能および信頼性の向上が可能になるだ
けでなく、ロータ２７に直接高圧シリンダ４２…を加工
する場合に比べて加工が容易になり、加工精度も向上す
る。しかも何れかのスリーブ４１が摩耗・損傷した場合
に、ロータ２７全体を交換することなく、異常のあるス
リーブ４１だけを交換すれば良いので経済的である。

【００４２】またスリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍を
僅かに大径にしてスリーブ４１…の外周面とロータ２７
との間に間隙αを形成したので、高圧作動室８２…に供
給された高温高圧蒸気によりロータ２７が熱変形して
も、その影響がスリーブ４１…に及び難くして高圧シリ
ンダ４２…の歪みを防止することができる。

【００４３】前記７本の高圧シリンダ４２…と、そこに
嵌合する７本の高圧ピストン４３…とは、第１のアキシ
ャルピストンシリンダ群４９を構成する。

【００４４】ロータ２７の外周部に７本の低圧シリンダ
５０…が軸線Ｌおよび高圧シリンダ４２…の半径方向外
側を囲むように円周方向に等間隔で配置される。これら
低圧シリンダ５０…は高圧シリンダ４２…よりも大きな
直径を有しており、かつ低圧シリンダ５０…の円周方向
の配列ピッチは高圧シリンダ４２…の円周方向の配列ピ
ッチに対して半ピッチ分ずれている。これにより、隣接
する低圧シリンダ５０…間に形成される空間に高圧シリ
ンダ４２…を配置することが可能になり、スペースを有
効利用してロータ２７の直径の小型化に寄与することが
できる。

【００４５】７本の低圧シリンダ５０…にはそれぞれ低
圧ピストン５１…が摺動自在に嵌合しており、これら低
圧ピストン５１…はリンク５２…を介して斜板３９に接
続される。即ち、リンク５２…の前端の球状部５２ａは
斜板３９にナット５３…で固定した球面軸受５４…に揺
動自在に支持され、リンク５２…の後端の球状部５２ｂ
は低圧ピストン５１…にクリップ５５…で固定した球面
軸受５６…に揺動自在に支持される。低圧ピストン５１
…の頂面近傍の外周面には、圧力リング７８…およびオ
イルリング７９…が隣接して装着される。圧力リング７
８…およびオイルリング７９…の摺動範囲は相互にオー
バーラップするので、圧力リング７８…の摺動面に油膜
を形成してシール性および潤滑性を高めることができ
る。

【００４６】前記７本の低圧シリンダ５０…と、そこに
嵌合する７本の低圧ピストン４１…とは、第２のアキシ
ャルピストンシリンダ群５７を構成する。

【００４７】ところで、レシプロエンジン等に用いられ
るオイルには、界面活性剤と極圧剤とを添加している。
この極圧剤には、代表的なものとしてモリブデン硫化物
（例えば、二硫化モリブデン等）に代表されるモリブデ
ン化合物があげられる。極圧剤を添加したオイル（親水
性オイル）は、強攪拌した場合に水の周囲をこれらの親
水基を有する界面活性剤と極圧剤とが取り囲み、潤滑油
としての機能低下を招くだけでなく、乳化した混合物は
安定化するので水との分離も難しくなる。このため、本
実施例では親水性添加物を含まない疎水性オイルを膨張
機１１３の潤滑媒体として使用している。

【００４８】以上のように、第１のアキシャルピストン
シリンダ群４９の高圧ピストン４３…の前端を半球状に
形成し、その前端を斜板３９に形成したディンプル３９
ａ…に当接させたので、高圧ピストン４３…を斜板３９
に機械的に連結する必要がなくなって、部品点数の削減
と組付性の向上とが可能になる。一方、第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７の低圧ピストン５１…はリン
ク５２…および前後の球面軸受５４…，５６…を介して
斜板３９に連結されているので、第２のアキシャルピス
トンシリンダ群５７に供給される中温中圧蒸気の温度お
よび圧力が不足して低圧作動室８４…が負圧になって
も、低圧ピストン５１…と斜板３９とが離れて打音や損
傷が発する虞がない。

【００４９】また斜板３９は前部カバー１５にボルト３
７…で締結されるが、そのときの斜板３９の軸線Ｌまわ
りの締結位相を変化させることで、第１のアキシャルピ
ストンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストン
シリンダ群５７に対する蒸気の供給・排出タイミングを
ずらして膨張機１１３の出力特性を変更することができ
る。

【００５０】また一体化されたロータ２７および出力軸
２８は、それぞれケーシング本体１２に設けたアンギュ
ラボールベアリング２９および前部カバー１５に設けた
アンギュラボールベアリング３１に支持されるが、ケー
シング本体１２およびアンギュラボールベアリング２９
間に介装するシム５８の厚さと、前部カバー１５および
アンギュラボールベアリング３１間に介装するシム５９
の厚さとを調整することにより、軸線Ｌに沿うロータ２
７の位置を前後方向に調整することができる。このロー
タ２７の軸線Ｌ方向の位置の調整により、斜板３９に案
内される高圧・低圧ピストン４３…，５１…とロータ２
７に設けられた高圧・低圧シリンダ４２…，５０…との
軸線Ｌ方向の相対的な位置関係が変化し、高圧・低圧作
動室８２…，８４…における蒸気の膨張比を調整するこ
とができる。

【００５１】仮に、斜板３９を支持する斜板ホルダ３６
が前部カバー１５に対して一体に形成されていると、前
部カバー１５にアンギュラボールベアリング３１やシム
５９を着脱するためのスペースを確保するのが困難にな
るが、斜板ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能
にしたことで、上記問題が解消される。また仮に斜板ホ
ルダ３６が前部カバー１５と一体であると、膨張機１１
３の分解・組立時に予め前部カバー１５側に組み付けた
斜板３９に、ケーシング１１内の狭い空間で７本のリン
ク５２…を連結・分離する面倒な作業が必要となるが、
斜板ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能にした
ことで、予めロータ２７側に斜板３９および斜板ホルダ
３６を組み付けてサブアセンブリを構成することが可能
となり、組付性が大幅に向上する。

【００５２】次に、第１のアキシャルピストンシリンダ
群４９および第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
に対する蒸気の供給・排出系統を、図４〜図９に基づい
て説明する。

【００５３】図４に示すように、ロータ２７の後端面に
開口する円形断面の凹部２７ｂおよび後部カバー１８の
前面に開口する円形断面の凹部１８ａに、ロータリバル
ブ６１が収納される。軸線Ｌに沿うように配置されたロ
ータリバルブ６１は、ロータリバルブ本体６２と、固定
側バルブプレート６３と、可動側バルブプレート６４と
を備える。可動側バルブプレート６４は、ロータ２７の
凹部２７ｂの底面にガスケット６５を介して嵌合した状
態で、ノックピン６６およびボルト６７ａでロータ２７
に固定される。可動側バルブプレート６４に平坦な摺動
面６８を介して当接する固定側バルブプレート６３はノ
ックピン６９およびボルト６７ｂを介してロータリバル
ブ本体６２に相対回転不能に結合される。従って、ロー
タ２７が回転すると、可動側バルブプレート６４および
固定側バルブプレート６３は摺動面６８において相互に
密着しながら相対回転する。固定側バルブプレート６３
および可動側バルブプレート６４は、超硬合金やセラミ
ックス等の耐久性に優れた材質で構成されており、その
摺動面６８に耐熱性、潤滑性、耐蝕性、耐摩耗性を有す
る部材を介在させたりコーティングしたりすることが可
能である。

【００５４】ロータリバルブ本体６２は、大径部６２
ａ、中径部６２ｂおよび小径部６２ｃを備えた段付き円
柱状の部材であって、その大径部６２ａの外周に嵌合す
る環状の摺動部材７０が、ロータ２７の凹部２７ｂに円
筒状の摺動面７１を介して摺動自在に嵌合するととも
に、その中径部６２ｂおよび小径部６２ｃが後部カバー
１８の凹部１８ａにシール部材７２，７３を介して嵌合
する。摺動部材７０は、超硬合金やセラミックス等の耐
久性に優れた材質で構成される。ロータリバルブ本体６
２の外周に植設されたノックピン７４が、後部カバー１
８の凹部１８ａに軸線Ｌ方向に形成された長孔１８ｂに
係合しており、従ってロータリバルブ本体６２は後部カ
バー１８に対して相対回転不能、かつ軸線Ｌ方向に移動
可能に支持される。

【００５５】後部カバー１８に軸線Ｌを囲むように複数
個（例えば、７個）のプリロードスプリング７５…が支
持されており、これらプリロードスプリング７５…に中
径部６２ｂおよび小径部６２ｃ間の段部６２ｄを押圧さ
れたロータリバルブ本体６２は、固定側バルブプレート
６３および可動側バルブプレート６４の摺動面６８を密
着させるべく前方に向けて付勢される。後部カバー１８
の凹部１８ａの底面とロータリバルブ本体６２の小径部
６２ｃの後端面との間に圧力室７６が区画されており、
後部カバー１８を貫通するように接続された蒸気供給パ
イプ７７が前記圧力室７６に連通する。従って、ロータ
リバルブ本体６２は前記プリロードスプリング７５…の
弾発力に加えて、圧力室７６に作用する蒸気圧によって
も前方に付勢される。

【００５６】第１のアキシャルピストンシリンダ群４９
に高温高圧蒸気を供給する高圧段の蒸気吸入経路が、図
１６に網かけして示される。図１６と図５〜図９とを併
せて参照すると明らかなように、蒸気供給パイプ７７か
ら高温高圧蒸気が供給される圧力室７６に上流端が連通
する第１蒸気通路Ｐ１が、ロータリバルブ本体６２を貫
通して固定側バルブプレート６３との合わせ面に開口
し、固定側バルブプレート６３を貫通する第２蒸気通路
Ｐ２に連通する。ロータリバルブ本体６２および固定側
バルブプレート６３の合わせ面からの蒸気のリークを防
止すべく、該合わせ面に装着されたシール部材８１（図
７および図１６参照）により第１、第２蒸気通路Ｐ１，
Ｐ２の接続部の外周がシールされる。

【００５７】可動側バルブプレート６４およびロータ２
７にはそれぞれ７本の第３蒸気通路Ｐ３…（図５参照）
および第４蒸気通路Ｐ４…が円周方向に等間隔に形成さ
れており、第４蒸気通路Ｐ４…の下流端は第１のアキシ
ャルピストンシリンダ群４９の高圧シリンダ４２…およ
び高圧ピストン４３間に区画された７個の高圧作動室８
２…に連通する。図６から明らかなように、固定側バル
ブプレート６３に形成された第２蒸気通路Ｐ２の開口
は、高圧ピストン４３の上死点ＴＤＣの前後に均等に開
口せずに矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側に僅
かにずれて開口している。これにより、できるだけ長い
膨張期間、即ち充分な膨張比を確保でき、かつ上死点Ｔ
ＤＣの前後に均等に開口を設定した場合に生じる負の仕
事を極力少なくし、更に高圧作動室８２…内に残留する
膨張蒸気を減少して充分な出力（効率）が得られる。

【００５８】第１のアキシャルピストンシリンダ群４９
から中温中圧蒸気を排出して第２のアキシャルピストン
シリンダ群５７に供給する高圧段の蒸気排出経路および
低圧段の蒸気吸入経路が、図１７に網かけして示され
る。図１７と図５〜図８とを併せて参照すると明らかな
ように、固定側バルブプレート６３の前面には円弧状の
第５蒸気通路Ｐ５（図６参照）が開口しており、この第
５蒸気通路Ｐ５は固定側バルブプレート６３の後面に開
口する円形の第６蒸気通路Ｐ６（図７参照）に連通す
る。第５蒸気通路Ｐ５は、高圧ピストン４３の下死点Ｂ
ＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側
に僅かにずれた位置から、上死点ＴＤＣに対して回転方
向遅れ側に僅かにずれた位置に亘って開口している。こ
れにより、可動側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ
３…は下死点ＢＤＣから第２蒸気通路Ｐ２と重複しない
（好ましくは第２蒸気通路Ｐ２と重複する直前の）角度
範囲に亘って固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路
Ｐ５に連通することができ、その間に第３蒸気通路Ｐ３
…から第５蒸気通路Ｐ５への蒸気の排出が行われる。

【００５９】ロータリバルブ本体６２には、軸線Ｌ方向
に延びる第７蒸気通路Ｐ７と、略半径方向に延びる第８
蒸気通路Ｐ８とが形成されており、第７蒸気通路Ｐ７の
上流端は前記第６蒸気通路Ｐ６の下流端に連通するとと
もに、第７蒸気通路Ｐ７の下流端はロータリバルブ本体
６２および摺動部材７０に跨がって配置された継ぎ手部
材８３の内部の第９蒸気通路Ｐ９を経て、摺動部材７０
を半径方向に貫通する第１０蒸気通路Ｐ１０に連通す
る。そして第１０蒸気通路Ｐ１０は、ロータ２７に放射
状に形成した７本の第１１蒸気通路Ｐ１１…を介して、
第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧シリン
ダ５０…および低圧ピストン４１…間に区画された７個
の低圧作動室８４…に連通する。

【００６０】ロータリバルブ本体６２と固定側バルブプ
レート６３との合わせ面からの蒸気のリークを防止すべ
く、該合わせ面に装着されたシール部材８５（図７およ
び図１７参照）により第６、第７蒸気通路Ｐ６，Ｐ７の
接続部の外周がシールされる。摺動部材７０の内周面と
ロータリバルブ本体６２との間は２個のシール部材８
６，８７でシールされ、継ぎ手部材８３の外周面と摺動
部材７０との間はシール部材８８でシールされる。

【００６１】第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
から低温低圧蒸気を排出する蒸気排出経路が、図１８に
網かけして示される。図１８、図８および図９を併せて
参照すると明らかなように、摺動部材７０の摺動面７１
に、ロータ２７に形成した７個の第１１蒸気通路Ｐ１１
…に連通可能な円弧状の第１６蒸気通路Ｐ１６が切り欠
かれており、この第１６蒸気通路Ｐ１６はロータリバル
ブ本体６２の外周に円弧状に切り欠かれた第１７蒸気通
路Ｐ１７に連通する。第１６蒸気通路Ｐ１６は、低圧ピ
ストン５１の下死点ＢＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ
２７の回転方向進み側に僅かにずれた位置から、上死点
ＴＤＣに対して回転方向遅れ側に僅かにずれた位置に亘
って開口している。これにより、ロータ２７の第１１蒸
気通路Ｐ１１…は下死点ＢＤＣから第１０蒸気通路Ｐ１
０と重複しない（好ましくは第１０蒸気通路Ｐ１０と重
複する直前の）角度範囲に亘って摺動部材７０の第１６
蒸気通路Ｐ１６に連通することができ、その間に第１１
蒸気通路Ｐ１１…から第１６蒸気通路Ｐ１６への蒸気の
排出が行われる。

【００６２】更に第１７蒸気通路Ｐ１７は、ロータリバ
ルブ本体６２の内部に形成された第１８蒸気通路Ｐ１８
〜第２０蒸気通路Ｐ２０および後部カバー１８の切欠１
８ｄを介して、ロータリバルブ本体６２および後部カバ
ー１８間に形成された蒸気排出室９０に連通し、この蒸
気排出室９０は後部カバー１８に形成した蒸気排出孔１
８ｃに連通する。

【００６３】以上のように、第１のアキシャルピストン
シリンダ群４９への蒸気の供給・排出と第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７への蒸気の供給・排出とを共
通のロータリバルブ６１で制御するので、各々別個のロ
ータリバルブを用いる場合に比べて膨張機１１３を小型
化することができる。しかも第１のアキシャルピストン
シリンダ群４９に高温高圧蒸気を供給するバルブを、ロ
ータリバルブ本体６２と一体の固定側バルブプレート６
３の前端の平坦な摺動面６８に形成したので、高温高圧
蒸気のリークを効果的に防止することができる。なぜな
らば、平坦な摺動面６８は高精度の加工が容易なため、
円筒状の摺動面に比べてクリアランスの管理が容易であ
るからである。

【００６４】特に、複数本のプリロードスプリング７５
…でロータリバルブ本体６２にプリセット荷重を与えて
軸線Ｌ方向前方に付勢し、更に蒸気供給パイプ７７から
圧力室７６に供給した高温高圧蒸気でロータリバルブ本
体６２を軸線Ｌ方向前方に付勢することにより、固定側
バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４の
摺動６８に高温高圧蒸気の圧力に応じた面圧を発生さ
せ、その摺動面６８からの蒸気のリークを一層効果的に
抑制することができる。

【００６５】また第２のアキシャルピストンシリンダ群
５７に中温中圧蒸気を供給するバルブはロータリバルブ
本体６２の外周の円筒状の摺動面７１に形成されている
が、そこを通過する中温中圧蒸気は前記高温高圧蒸気に
比べて圧力が低下しているため、摺動面７１に対する面
圧を発生させなくとも、所定のクリアランス管理を施せ
ば蒸気のリークは実用上問題ない。

【００６６】またロータリバルブ本体６２に内部に、高
温高圧蒸気が流れる第１蒸気通路Ｐ１と、中温中圧蒸気
が流れる第７蒸気通路Ｐ７および第８蒸気通路Ｐ８と、
低温低圧蒸気が流れる第１７蒸気通路Ｐ１７〜第２０蒸
気通路Ｐ２０とを集約して形成したので蒸気温度の低下
を防止できるだけでなく、高温高圧蒸気のシール部（例
えば、シール部材８１）を低温低圧蒸気で冷却して耐久
性を高めることができる。

【００６７】更に、後部カバー１８をケーシング本体１
２から取り外すだけで、ケーシング本体１２に対してロ
ータリバルブ６１を着脱することができるので、修理、
清掃、交換等のメンテナンス作業性が大幅に向上する。
また高温高圧蒸気が通過するロータリバルブ６１は高温
になるが、オイルによる潤滑が必要な斜板３９や出力軸
２８がロータ２７を挟んでロータリバルブ６１の反対側
に配置されるので、高温となるロータリバルブ６１の熱
でオイルが加熱されて斜板３９や出力軸２８の潤滑性能
が低下するのを防止することができる。またオイルはロ
ータリバルブ６１を冷却して過熱を防止する機能も発揮
する。

【００６８】図１から明らかなように、オイルパン１９
に貯留されたオイルは、オイル通路９１と、出力軸２８
により駆動されるオイルポンプ９２と、出力軸２８の内
部に形成されたオイル溜８９とを経て膨張機１１３に戻
され、その間にオイルに含まれる水が分離される。その
詳細は後から説明する。

【００６９】次に、図１０〜図１４を参照してブリーザ
の構造を説明する。

【００７０】ケーシング本体１２の上壁１２ａとブリー
ザ室隔壁２３との間に区画された下部ブリーザ室１０１
はケーシング本体１２の上壁１２ａに形成された連通孔
１２ｂを介してケーシング１１内の潤滑室１０２に連通
する。潤滑室１０２の底部に設けたオイルパン１９には
オイルが貯留されており、その油面はロータ２７の下端
よりも僅かに高くなっている（図１参照）。下部ブリー
ザ室１０１の内部には上端がブリーザ室隔壁２３の下面
に接触する３枚の隔壁１２ｃ〜１２ｅが上向きに突設さ
れており、これら隔壁１２ｃ〜１２ｅにより構成された
迷路の一端に前記連通孔１２ｂが開口するとともに、迷
路の他端に向かう経路の途中に前記上壁１２ａを貫通す
る４個のオイル戻し孔１２ｆ…が形成される。オイル戻
し孔１２ｆ…は下部ブリーザ室１０１の最も低い位置に
形成されており（図１４参照）、従って下部ブリーザ室
１０１内で凝縮したオイルを潤滑室１０２に確実に戻す
ことができる。

【００７１】ブリーザ室隔壁２３とブリーザ室カバー２
５との間に上部ブリーザ室１０３が区画されており、こ
の上部ブリーザ室１０３と下部ブリーザ室１０１とが、
ブリーザ室隔壁２３を貫通して上部ブリーザ室１０３内
に煙突状に突出する４個の連通孔２３ａ…，２３ｂによ
り連通する。ブリーザ室隔壁２３を貫通する凝縮水戻し
孔２３ｃの下方に位置するケーシング本体１２の上壁１
２ａに凹部１２ｇが形成されており、この凹部１２ｇの
周囲がシール部材１０４でシールされる。

【００７２】ブリーザ室隔壁２３に形成された第１ブリ
ーザ通路Ｂ１の一端が上部ブリーザ室１０３の高さ方向
中間部に開口する。第１ブリーザ通路Ｂ１の他端は、ケ
ーシング本体１２に形成した第２ブリーザ通路Ｂ２およ
び後部カバー１８に形成した第３ブリーザ通路Ｂ３を介
して蒸気排出室９０に連通する。また上壁１２ａに形成
した凹部１２ｇはケーシング本体１２に形成した第４ブ
リーザ通路Ｂ４および前記第３ブリーザ通路Ｂ３を介し
て蒸気排出室９０に連通する。第１ブリーザ通路Ｂ１お
よび第２ブリーザ通路Ｂ２の連通部の外周はシール部材
１０５によりシールされる。

【００７３】図２に示すように、下部ブリーザ室１０１
に連通する継ぎ手１０６とオイルパン１９に連通する継
ぎ手１０７とが透明なオイルレベルゲージ１０８で接続
されており、このオイルレベルゲージ１０８内のオイル
の油面により潤滑室１０２内のオイルの油面を外部から
知ることができる。即ち、潤滑室１０２は密閉構造とな
っており、外部からオイルレベルゲージを挿入すること
はシール性の維持から難しく、構造が複雑化することが
避けられない。しかしながら、このオイルレベルゲージ
１０８によって、潤滑室１０２の密閉状態を維持しつつ
外部からオイルの油面を容易に知ることができる。

【００７４】次に、上記構成を備えた膨張機１１３の作
用を説明する。

【００７５】図１６に示すように、蒸発器で水を加熱し
て発生した高温高圧蒸気は蒸気供給パイプ７７を介して
膨張機１１３の圧力室７６に供給され、そこからロータ
リバルブ６１のロータリバルブ本体６２に形成した第１
蒸気通路Ｐ１と、このロータリバルブ本体６２と一体の
固定側バルブプレート６３に形成した第２蒸気通路Ｐ２
とを経て、可動側バルブプレート６４との摺動面６８に
達する。そして摺動面６８に開口する第２蒸気通路Ｐ２
はロータ２７と一体に回転する可動側バルブプレート６
４に形成した第３蒸気通路Ｐ３に瞬間的に連通し、高温
高圧蒸気は第３蒸気通路Ｐ３からロータ２７に形成した
第４蒸気通路Ｐ４を経て、第１のアキシャルピストンシ
リンダ群４９の７個の高圧作動室８２…のうちの上死点
に在る高圧作動室８２に供給される。

【００７６】ロータ２７の回転に伴って第２蒸気通路Ｐ
２および第３蒸気通路Ｐ３の連通が絶たれた後も高圧作
動室８２内で高温高圧蒸気が膨張することで、スリーブ
４１の高圧シリンダ４２に嵌合する高圧ピストン４３が
上死点から下死点に向けて前方に押し出され、その前端
が斜板３９のディンプル３９ａを押圧する。その結果、
高圧ピストン４３が斜板３９から受ける反力でロータ２
７に回転トルクが与えられる。そしてロータ２７が７分
の１回転する毎に、新たな高圧作動室８２内に高温高圧
蒸気が供給されてロータ２７が連続的に回転駆動され
る。

【００７７】図１７に示すように、ロータ２７の回転に
伴って下死点に達した高圧ピストン４３が上死点に向か
って後退する間に、高圧作動室８２から押し出された中
温中圧蒸気は、ロータ２７の第４蒸気通路Ｐ４と、可動
側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ３と、摺動面６
８と、固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路Ｐ５お
よび第６蒸気通路Ｐ６と、ロータリバルブ本体６２の第
７蒸気通路Ｐ７〜第１０蒸気通路Ｐ１０と、摺動面７１
とを経て、ロータ２７の回転に伴って上死点に達した第
２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧作動室８
４に連なる第１１蒸気通路Ｐ１１に供給される。低圧作
動室８４に供給された中温中圧蒸気は第１０蒸気通路Ｐ
１０と第１１蒸気通路Ｐ１１との連通が絶たれた後も低
圧作動室８４内で膨張することで、低圧シリンダ５０に
嵌合する低圧ピストン５１が上死点から下死点に向けて
前方に押し出され、低圧ピストン５１に接続されたリン
ク５２が斜板３９を押圧する。その結果、低圧ピストン
５１の押圧力がリンク５２を介して斜板３９の回転力に
変換され、この回転力は斜板３９のディンプル３９ａを
介して高圧ピストン４３からロータ２７に回転トルクを
伝える。即ち、斜板３９と同期回転するロータ２７に回
転トルクが伝達されることになる。尚、リンク５２は膨
張行程での負圧発生時に低圧ピストン５１が斜板３９か
ら離脱するのを防止すべく、低圧ピストン５１と斜板３
９との結合を維持する機能を果たすもので、膨張作用に
よる回転トルクは、上述の如く斜板３９のディンプル３
９ａを介して高圧ピストン４３から斜板３９と同期回転
するロータ２７に伝達される構成となっている。そして
ロータ２７が７分の１回転する毎に、新たな低圧作動室
８４内に中温中圧蒸気が供給されてロータ２７が連続的
に回転駆動される。

【００７８】図１８に示すように、ロータ２７の回転に
伴って下死点に達した低圧ピストン５１が上死点に向か
って後退する間に、低圧作動室８４から押し出された低
温低圧蒸気は、ロータ２７の第１１蒸気通路Ｐ１１と、
摺動面７１と、摺動部材７０の第１６蒸気通路Ｐ１６
と、ロータリバルブ本体６２の第１７蒸気通路Ｐ１７〜
第２０蒸気通路Ｐ２０を経て蒸気排出室９０に排出さ
れ、そこから蒸気排出孔１８ｃを経て凝縮器に供給され
る。

【００７９】上述のようにして膨張機１１３が作動する
とき、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の７本
の高圧ピストン４３…と、第２のアキシャルピストンシ
リンダ群５７の７本の低圧ピストン５１…とが共通の斜
板３９に接続されるので、第１、第２のアキシャルピス
トンシリンダ群４９，５７の出力を合成して出力軸２８
を駆動することができ、膨張機１１３を小型化しながら
高出力を得ることができる。このとき、第１のアキシャ
ルピストンシリンダ群４９の７本の高圧ピストン４３…
と、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の７本の
高圧ピストン５１…とが円周方向に半ピッチずれて配置
されているため、図１５に示すように、第１のアキシャ
ルピストンシリンダ群４９の出力トルクの脈動と、第２
のアキシャルピストンシリンダ群５７の出力トルクの脈
動とが相互に打ち消しあい、出力軸２８の出力トルクが
フラットになる。

【００８０】またアキシャル型の回転式流体機械はラジ
アル式の回転式流体機械に比べてスペース効率が高いと
いう特徴があるが、それを半径方向に２段に配置したこ
とでスペース効率を更に高めることができる。特に、体
積が小さい高圧の蒸気で作動するために小直径で済む第
１のアキシャルピストンシリンダ群４９を半径方向内側
に配置し、体積が大きい低圧の蒸気で作動するために大
直径となる第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を
半径方向外側に配置したので、空間を有効利用して膨張
機１１３の一層の小型化が可能となる。しかも円形断面
を有することで加工精度を高くできるシリンダ４２…，
５０…およびピストン４３…，５１…を用いたことによ
り、ベーンを用いた場合に比べて蒸気のリーク量が少な
くなり、更なる高出力を望むことができる。

【００８１】また高温の蒸気で作動する第１のアキシャ
ルピストンシリンダ群４９を半径方向内側に配置し、低
温の蒸気で作動する第２のアキシャルピストンシリンダ
群５７を半径方向外側に配置したので、第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７とケーシング１１の外部との
温度差を最小限に抑え、ケーシング１１の外部への熱逃
げを最小限に抑えて膨張機１１３の効率を高めることが
できる。また半径方向内側の高温の第１のアキシャルピ
ストンシリンダ群４９から逃げた熱を、半径方向外側の
低温の第２のアキシャルピストンシリンダ群５７で回収
することができるので、膨張機１１３の効率を更に高め
ることができる。

【００８２】また軸線Ｌに対して直角方向に見たとき、
第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の後端は第２
のアキシャルピストンシリンダ群５７の後端よりも前方
に位置しているので、第１のアキシャルピストンシリン
ダ群４９から軸線Ｌ方向後方に逃げた熱を第２のアキシ
ャルピストンシリンダ群５７で回収し、膨張機１１３の
効率を更に高めることができる。更に、高圧側の摺動面
６８が低圧側の摺動面７１よりもロータ２７の凹部２７
ｂの奥側に在るので、ケーシング１１の外部の圧力と低
圧側の摺動面７１との差圧を最小限に抑えて低圧側の摺
動面７１からの蒸気のリーク量を減少させることがで
き、しかも高圧側の摺動面６８から漏れた蒸気圧を低圧
側の摺動面７１で回収して有効に利用することができ
る。

【００８３】さて、膨張機１１３の運転中にケーシング
１１の潤滑室１０２内で回転するロータ２７によってオ
イルパン１９に貯留されたオイルが攪拌されて撥ね上げ
られ、高圧シリンダ４２…と高圧ピストン４３…との摺
動部、低圧シリンダ５０…と低圧ピストン５１…との摺
動部、出力軸２８を支持するアンギュラボールベアリン
グ３１、ロータ２７を支持するアンギュラボールベアリ
ング２９、斜板３９を支持するアンギュラボールベアリ
ング３８、高圧ピストン４３…と斜板３９との摺動部、
リンク５２…の両端の球面軸受５４…，５６…等を潤滑
する。

【００８４】潤滑室１０２の内部には、オイルの攪拌に
より飛散したオイルミストと、ロータ２７の高温部に加
熱されて蒸発したオイルの蒸気とが充満しており、これ
に高圧作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室
１０２に漏出した蒸気が混合する。蒸気の漏出により潤
滑室１０２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くな
ると、前記オイル分および蒸気の混合物はケーシング本
体１２の上壁１２ａに形成した連通孔１２ｂから下部ブ
リーザ室１０１に流入する。下部ブリーザ室１０１の内
部は隔壁１２ｃ〜１２ｅにより迷路構造になっており、
そこを通過する間に凝縮したオイルは、ケーシング本体
１２の上壁１２ａに形成した４個のオイル戻し孔１２ｆ
…から落下して潤滑室１０２に戻される。

【００８５】オイル分を除去された蒸気はブリーザ室隔
壁２３の４個の連通孔２３ａ…，２３ｂを通過して上部
ブリーザ室１０３に流入し、その上壁を区画するブリー
ザ室カバー２５を介して外部の空気に熱を奪われて凝縮
する。上部ブリーザ室１０３内で凝縮した水は、上部ブ
リーザ室１０３内に煙突状に突出する４個の連通孔２３
ａ…，２３ｂに流入することなく、ブリーザ室隔壁２３
に形成した凝縮水戻し孔２３ｃを通過して凹部１２ｇに
落下し、そこでから第４ブリーザ通路Ｂ４および第３ブ
リーザ通路Ｂ３を経て蒸気排出室９０に排出される。こ
のとき、蒸気排出室９０に戻される凝縮水の量は、高圧
作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室１０２
に漏出した蒸気の量に見合った量となる。また蒸気排出
室９０と上部ブリーザ室１０３とは圧力平衡通路として
機能する第１蒸気通路Ｂ１〜第３蒸気通路Ｂ３で常時連
通しているので、蒸気排出室９０と潤滑室１０２との圧
力平衡を確保することができる。

【００８６】暖機完了前の過渡期において、潤滑室１０
２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも低くなった場合
には、蒸気排出室９０の蒸気が第３ブリーザ通路Ｂ３、
第２ブリーザ通路Ｂ２および第１ブリーザ通路Ｂ１、上
部ブリーザ室１０３および下部ブリーザ室１０１を経て
潤滑室１０２に流入することが考えられるが、暖機完了
後は潤滑室１０２への蒸気の漏出により潤滑室１０２の
圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くなるため、上述
したオイルおよび蒸気の分離作用が開始される。

【００８７】作動媒体である蒸気（あるいは水）が閉回
路を循環するランキンサイクル装置では、作動媒体にオ
イルが混入してシステムが汚損されるのを極力回避する
ことが必要であるが、オイルを分離する下部ブリーザ室
１０１および凝縮水を分離する上部ブリーザ室１０３に
より、蒸気（あるいは水）へのオイルの混入を最小限に
抑え、オイルを分離するフィルターの負担を軽減して小
型化およびコストダウンを図ることができ、しかもオイ
ルの汚れや劣化を防止することができる。

【００８８】ところで、各摺動部の潤滑媒体としてオイ
ルを用いた膨張機１１３では、上述した各種の対策を講
じてもオイルに作動媒体としての水が僅かに混入するこ
とが避けられない。このようにオイルに水が混入すると
潤滑性能の低下を来すため、オイルから水を分離し、そ
の水をランキンサイクル装置の閉回路に戻す必要があ
る。一方、膨張機１１３において作動媒体としての水に
潤滑媒体としてのオイルが混入することも避けられず、
オイルが混入した水がランキンサイクル装置の閉回路を
循環すると、そのオイルが蒸発器や凝縮器の性能や耐久
性に悪影響を及ぼすため、水からオイルを分離し、その
オイルを膨張機１１３の潤滑系に戻す必要がある。

【００８９】次に、図１９に基づいて、上記膨張機１１
３を含むランキンサイクル装置の全体構成を説明する。

【００９０】ランキンサイクル装置の作動媒体循環回路
１１０上には、内燃機関１１１の排気ガスを熱源として
液相作動媒体である水を加熱して気相作動媒体である高
温高圧蒸気を発生させる蒸発器１１２と、その蒸発器１
１２で発生した高温高圧蒸気で機械エネルギーを発生さ
せる膨張機１１３と、膨張機１１３から排出された降温
降圧蒸気を冷却して水に戻す凝縮器１１４と、凝縮器１
１４から排出された水を再度蒸発器１１２に供給する圧
送ポンプ１１５とが配置される。また凝縮器１１４と圧
送ポンプ１１５との間には、液相作動媒体を送るための
水ポンプ１３５ａが配置される。

【００９１】膨張機１１３のオイルをオイルポンプ９２
で循環させるオイル通路９１には、ラジエータ１１６、
プレフィルター１１７および水分離手段１１８が設けら
れており、この水分離手段１１８で分離された水は一方
向弁１１９を介装した水戻し通路１２０を経てランキン
サイクル装置の作動媒体循環回路１１０に戻される。一
方、水分離手段１１８で水を分離されたオイルは、オイ
ル通路９１およびオイルポンプ９２を経て膨張機１１３
に戻される。

【００９２】図２０〜図２２に示すように、水分離手段
１１８は何れもコアレッサー式の上流側水分離装置１２
１および下流側水分離装置１２２を直列に備えている。
上流側水分離装置１２１は、膨張機１１３から供給され
るオイルに僅かな水が混入したオイル−水混合物から水
を分離するもので、ケーシング１２３の内部に疎水性を
有する超極細のナイロン繊維で構成した円筒状のフィル
ターエレメント１２４を配置し、その内部に前記オイル
−水混合物が供給される。下流側水分離装置１２２は、
上流側水分離装置１２１から供給される水に僅かなオイ
ルが混入した水−オイル混合物からオイルを分離するも
ので、ケーシング１２５の内部に疎水性を有する超極細
のナイロン繊維で構成した円筒状のフィルターエレメン
ト１２６を配置し、その内部に前記水−オイル混合物が
供給される。上流側水分離装置１２１の水出口には上流
側開閉弁１２７が設けられ、下流側水分離装置１２２の
水出口には下流側開閉弁１２８が設けられる。

【００９３】通常、上流側開閉弁１２７および下流側開
閉弁１２８は閉じており、この状態で膨張機１１３から
オイルに僅かな水が混入したオイル−水混合物を供給す
ると、図２３から明らかなように、オイル−水混合物が
上流側水分離装置１２１のフィルターエレメント１２４
を内側から外側に通過するとき、オイルに含まれる微量
の水が超極細のナイロン繊維に捕捉されて次第に成長
し、直径が２〜３ｍｍ程度の水滴になったところで、水
よりも軽いオイルとの比重差で水滴だけが下方に沈下し
て上方のオイルから分離される。そして水を分離された
オイルは、オイル通路９１に設けたオイルポンプ９２で
膨張機１１３の潤滑系に戻される。

【００９４】尚、ランキンサイクル装置を搭載した自動
車の走行に伴う振動等により、上流側水分離装置１２１
のケーシング１２３の底部に溜まった水がオイルと再度
混合しないように、ケーシング１２３の底部に多数の隔
壁１２３ａ…を設けて水の自由な流動を抑制している。
この隔壁１２３ａ…に代えて、ケーシング１２３の底部
にスポンジのような吸水性に優れた物質を配置し、それ
に水を吸い込ませて自由な流動を抑制することもでき
る。

【００９５】このようにして上流側水分離装置１２１の
底部に溜まった水の量が増加すると、膨張機１１３に戻
されるオイルに水が再び混入する前に上流側開閉弁１２
７を開弁し、上流側水分離装置１２１の底部に溜まった
水を下流側水分離装置１２２に供給する。上流側水分離
装置１２１の底部に溜まった水には未だ若干のオイルが
含まれているため、そのオイルを下流側水分離装置１２
２において更に分離する。図２４から明らかなように、
下流側水分離装置１２２では、水−オイル混合物がフィ
ルターエレメント１２６を内側から外側に通過すると
き、水に含まれる微量のオイルが超極細のナイロン繊維
に捕捉されて次第に成長し、直径が２〜３ｍｍ程度のオ
イル滴になったところで、オイルよりも軽い水との比重
差でオイル滴だけが上方に浮上して下方の水から分離さ
れる。

【００９６】尚、ランキンサイクル装置を搭載した自動
車の走行に伴う振動等により、下流側水分離装置１２２
ケーシング１２５の頂部に溜まったオイルが水と再度混
合しないように、ケーシング１２５の頂部に多数の隔壁
１２５ａ…を設けてオイルの自由な流動を抑制してい
る。この隔壁１２５ａ…に代えてスポンジ等を配置して
も、同等の効果を得ることができる。

【００９７】下流側水分離装置１２２において水−オイ
ル混合物から分離されたオイルは、オイル通路９１に設
けたオイルポンプ９２で膨張機１１３の潤滑系に戻され
る。そして下流側水分離装置１２２の底部にオイルを分
離された水が所定量溜まると下流側開閉弁１２８が開弁
し、その水は一方向弁１１９を介装した水戻し通路１２
０を経てランキンサイクル装置の作動媒体循環回路１１
０に戻される。このとき、下流側水分離装置１２２の底
部に溜まった水が完全に排出される前に下流側開閉弁１
２８を閉弁することで、オイルがランキンサイクル装置
の作動媒体循環回路１１０に流入するのが防止される。

【００９８】上流側開閉弁１２７および下流側開閉弁１
２８の開閉制御は、例えば上流側水分離装置１２１およ
び下流側水分離装置１２２に溜まった水のオイル含有率
に基づいて行うことができる。具体的には、水が導電性
であり、オイルが非導電性であることから、水に対する
オイル含有率が増加するほど電気抵抗が増加することに
基づいて、前記オイル含有率を検出することができる。

【００９９】ナイロン繊維で構成された上流側水分離装
置１２１および下流側水分離装置１２２のフィルターエ
レメント１２４，１２６は耐熱温度が約８０℃であるの
に対し、膨張機１１３のオイルパン１９に滞留したオイ
ルの温度は約１２０℃に達している。そこで水分離手段
１１８の上流側に設けたラジエータ１１６でオイルの温
度をフィルターエレメント１２４，１２６は耐熱温度以
下に冷却することで、上流側水分離装置１２１および下
流側水分離装置１２２の機能を確保するとともに耐久性
を高めることができる。

【０１００】しかもラジエータ１１６を通過したオイル
に含まれる作動媒体は冷却されて液相の水の状態になる
ため、その作動媒体を蒸気および水が混在する状態でオ
イルから分離する場合に比べて、水分離手段１１８にお
ける水の分離性能を高めることができる。またラジエー
タ１１６の下流のプレフィルター１１７でオイル−水混
合物中の塵を除去することで、上流側水分離装置１２１
および下流側水分離装置１２２のフィルターエレメント
１２４，１２６の目詰まりを防止して耐久性を高めるこ
とができる。尚、水分離手段１１８は、膨張機１１３の
外部であって該膨張機１１３と別体に取り付けることも
可能であり、膨張機１１３と一体化することもできる。

【０１０１】ところで、内燃機関１１１の出力状態に応
じて膨張機１１３に供給される蒸気量が変化し、また内
燃機関１１１が始動直後で膨張機１１３の暖機が未完了
であると、各摺動部のクリアランスから漏れ出す蒸気の
量も増加するため、膨張機１３から水分離手段１１８に
供給されるオイル−水混合物の混合比率も変動する。こ
の場合、単一の水分離装置を用いてオイルから水を分離
しようとすると、水分離装置の容量が不足して分離した
水にオイルが混入したり、容量を増加させることで水分
離装置が大型化したりする問題がある。しかしながら、
本実施例の如く、特性の異なる上流側水分離装置１２１
および下流側水分離装置１２２を２段階に配置すること
により、水分離手段１１８を小型化しながら水の分離性
能を高めることができる。

【０１０２】また通常時は上流側開閉弁１２７および下
流側開閉弁１２８が閉弁状態にあるため、膨張器１１３
から大量のオイル−水混合物が一気に流入した場合で
も、水分離手段１１８からオイルを含む水がランキンサ
イクル装置の作動媒体循環回路１１０に流入するのが防
止される。しかも水およびオイルの比重差を利用して分
離を行うコアレッサー式の水分離手段１１８は、他の膜
方式のフィルターに比べて圧力損失が小さいため、オイ
ルポンプ９２の負荷を軽減することができる。

【０１０３】以上、膨張機１１３のオイルから水を分離
する手法について説明したが、以下にランキンサイクル
装置の作動媒体循環回路１１０を循環する水からオイル
を分離する手法について説明する。

【０１０４】図１９に示すように、ランキンサイクル装
置の水が循環する作動媒体循環回路１１０における膨張
機１１３および圧送ポンプ１１５間には、気液分離器１
３１、前記凝縮器１１４、水浄化手段１３２およびタン
ク１３３が直列に配置される。気液分離器１３１から分
岐して凝縮器１１４を迂回するバイパス通路１３４に
は、水を含んだ油を送るオイルポンプ１３５ｂ、プレフ
ィルター１３６、オイル分離手段１３７およびフルター
１３８が直列に配置される。

【０１０５】膨張機１１３から排出される作動媒体は飽
和蒸気（水を含む蒸気）であり、膨張機１１３において
混入した微量のオイルと、膨張機１１３の各摺動部で発
生した微量の摩耗粉（スラッジ）とが含まれる。気液分
離器１３１は、前記飽和蒸気から気相の蒸気を分離して
凝縮器１１４に供給するとともに、オイルおよびスラッ
ジを含む液相の水を分離する。このように気液分離器１
３１でオイルやスラッジを含まぬ蒸気をだけを分離して
凝縮器１１４に供給することで、凝縮器１１４内で凝縮
した水の過冷却を防止するとともに、凝縮器１１４の汚
染による凝縮性能の低下を防止することができる。凝縮
器１１４では、水に含まれる非凝縮性ガスの脱気処理も
併せて行われる。気液分離器１３１で分離されたオイル
およびスラッジを含む水はバイパス通路１３４のオイル
ポンプ１３５ｂでプレフィルター１３６に供給され、そ
の下流側のオイル分離手段１３７の目詰まりを防止すべ
く、予め水に含まれる比較的に大きいスラッジが除去さ
れる。

【０１０６】図２５に示すように、オイル分離手段１３
７は水に含まれるオイルを分離するもので、その構造は
前記水分離手段１１８の下流側水分離装置１２２と実質
的に同じのコアレッサー式のものであり、ケーシング１
３９の内部に疎水性を有する超極細のナイロン繊維で構
成した円筒状のフィルターエレメント１４０を配置し、
その内部に水に僅かなオイルが混入した水−オイル混合
物が供給される。オイル分離手段１３７では、水−オイ
ル混合物がフィルターエレメント１４０を内側から外側
に通過するとき、水に含まれる微量のオイルが超極細の
ナイロン繊維に捕捉されて次第に成長し、直径が２〜３
ｍｍ程度のオイル滴になったところで、オイルよりも軽
い水との比重差でオイル滴だけが上方に浮上して下方の
水から分離される。ランキンサイクル装置を搭載した自
動車の走行に伴う振動等により、オイル分離手段１３７
のケーシング１３９の頂部に溜まったオイルが水と再度
混合しないように、ケーシング１３９の頂部に多数の隔
壁１３９ａ…を設けてオイルの自由な流動を抑制してい
る。この隔壁１３９ａ…に代えてスポンジ等を配置して
も、同等の効果を得ることができる。

【０１０７】このように、気液分離器１３１で気相の蒸
気を分離した液相の水をオイル分離手段１３７に供給す
るので、蒸気および水が混在する状態でオイルを分離す
る場合に比べて、オイル分離手段１３７におけるオイル
の分離性能を高めることができる。しかも気液分離器１
３１を通過した水はオイル分離手段１３７のフィルター
エレメント１４０の耐熱温度である８０℃以下に冷却さ
れているため、オイル分離手段１３７のオイル分離性能
および耐久性を確保することができる。またオイル分離
手段１３７に水およびオイルの比重差を利用して分離を
行うコアレッサー式のものを採用したので、他の膜方式
のフィルターを採用した場合に比べて圧力損失が小さく
なり、オイルポンプ１３５ｂの負荷を軽減することがで
きる。そしてオイル分離手段１３７で水から分離された
オイルは、一方向弁１４１を介装したオイル戻し通路１
４２を介して膨張機１１３のオイル通路９１に戻され
る。

【０１０８】オイル分離手段１３７からバイパス通路１
３４に排出された水には、オイル分離手段１３７で分離
できなかった微小なオイル滴（１μｍ以下）が含まれる
が、このオイル滴は活性炭を濾過材に用いたフイルター
１３８に吸着されて除去される。フイルター１３８を通
過した水と、膨張機１１３から水戻し通路１２０を経て
戻された水とは水浄化手段１３２に供給される。水浄化
手段１３２は精密濾過膜（ＭＦ）、限外濾過膜（Ｕ
Ｆ）、逆浸透膜（ＲＯ）等を含み、プレフィルター１３
６で分離できなかった微小なスラッジが水から除去され
る。更に水浄化手段１３２では、イオン交換による純水
化処理、アルカリ化処理、溶存酸素除去処理等を行うこ
とにより、ランキンサイクル装置の各部の汚染および腐
食を防止する。そして水浄化手段１３２を通過した水は
タンク１３３を経て圧送ポンプ１１５に供給される。

【０１０９】以上のように、膨張機１１３を潤滑するオ
イルに混入した作動媒体を分離する水分離手段１１８
を、前記作動媒体が液相の水の状態にある位置に設けた
ことにより、その水分離手段１１８を効果的に機能させ
てオイルから水を分離することができる。同様に、ラン
キンサイクル装置の作動媒体からオイルを分離するオイ
ル分離手段１３７を、前記作動媒体が液相の水の状態に
ある位置に設けたことにより、そのオイル分離手段１３
７を効果的に機能させて水からオイル分離することがで
きる。

【０１１０】そして水分離手段１１８およびオイル分離
手段１３７においてオイルから分離された水は作動媒体
循環回路１１０に戻されるので、作動媒体循環回路１１
０に水を補給する必要がなくなり、また水から分離され
たオイルを膨張機１１３に戻すので、膨張機１１３にオ
イルを補給する必要がなくなる。

【０１１１】以上、本発明の実施例を説明したが、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。

【０１１２】例えば、実施例では熱機関として内燃機関
１１１を例示したが、本発明は内燃機関１１１以外の熱
機関を用いたランキンサイクル装置に対して適用するこ
とができる。

【０１１３】また実施例では水分離手段１１８が上流側
水分離装置１２１および下流側水分離装置１２２を備え
ているが、３個以上の水分離装置を設けることも可能で
ある。

【０１１４】

【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、ランキンサイクル装置の膨張機の潤滑媒体に
含まれる作動媒体を分離する際に、作動媒体が液相状態
にあるときに潤滑媒体を分離することで、液相状態およ
び気相状態が混在する作動媒体から潤滑媒体を分離する
場合に比べて、作動媒体をより完全に分離することがで
きる。

【０１１５】また請求項２に記載された発明によれば、
所定温度範囲で作動媒体の分離機能を発揮する作動媒体
分離手段を潤滑媒体の温度が前記所定温度範囲にある位
置に設けたので、作動媒体分離手段の損傷を防止しなが
ら作動媒体の分離機能を安定して発揮させることができ
る。

【０１１６】また請求項３に記載された発明によれば、
少なくとも２台の作動媒体分離装置を直列に接続して作
動媒体分離手段を構成したので、各々の作動媒体分離装
置の分離特性に変化を持たせることが可能となり、１台
の作動媒体分離装置で作動媒体分離手段を構成する場合
に比べて、分離性能の向上および作動媒体分離手段の小
型化を図ることができる。

【０１１７】また請求項４に記載された発明によれば、
ランキンサイクル装置の作動媒体に含まれる潤滑媒体を
分離する際に、作動媒体が液相状態にあるときに潤滑媒
体を分離することで、液相状態および気相状態が混在す
る作動媒体から潤滑媒体を分離する場合に比べて、作動
媒体をより完全に分離することができる。

【０１１８】また請求項５に記載された発明によれば、
所定温度範囲で潤滑媒体の分離機能を発揮する潤滑媒体
分離手段を液相作動媒体の温度が前記所定温度範囲にあ
る位置に設けたので、潤滑媒体分離手段の損傷を防止し
ながら潤滑媒体の分離機能を安定して発揮させることが
できる。

【０１１９】また請求項６に記載された発明によれば、
膨張機から作動媒体循環回路に排出された作動媒体に含
まれる液相部分を気液分離器で分離して潤滑媒体分離手
段に供給するので、潤滑媒体分離手段に供給される作動
媒体を確実に液相にして潤滑媒体の分離機能を高めるこ
とができる。

【０１２０】また請求項７に記載された発明によれば、
膨張機から作動媒体循環回路に排出されて液相状態に戻
された作動媒体に含まれる陽イオンや溶存気体を作動媒
体浄化手段で除去するので、作動媒体が流通する作動媒
体循環回路の各部の汚染や腐食を一層確実に防止するこ
とができる。

【０１２１】また請求項８に記載された発明によれば、
作動媒体分離手段で作動媒体を分離した潤滑媒体を膨張
機に戻すので、作動媒体が潤滑媒体に混入して潤滑性能
が低下するのを防止でき、しかも膨張機に潤滑媒体を補
充する必要がない。

【０１２２】また請求項９に記載された発明によれば、
作動媒体分離手段で潤滑媒体から分離した作動媒体を作
動媒体循環回路に戻すので、潤滑媒体の混入による作動
媒体循環回路の損傷を防止でき、しかも作動媒体循環回
路に作動媒体を補充する必要がない。

【０１２３】また請求項１０に記載された発明によれ
ば、作動媒体分離手段が潤滑媒体に含まれる作動媒体を
粗粒化して潤滑媒体との比重差により分離するので、少
ない圧力損失で潤滑媒体から作動媒体を効果的に分離す
ることができる。

【０１２４】また請求項１１に記載された発明によれ
ば、作動媒体分離手段がコアレッサー式のものであるの
で、少ない圧力損失で潤滑媒体から作動媒体を効果的に
分離することができる。

【０１２５】また請求項１２に記載された発明によれ
ば、作動媒体分離手段のフィルターエレメントが疎水性
繊維で構成されるので、作動媒体および潤滑媒体の分離
能力を高めることができる。

【０１２６】また請求項１３に記載された発明によれ
ば、膨張機の潤滑媒体に含まれる作動媒体を作動媒体分
離手段で分離する際に、潤滑媒体を界面活性作用のある
極圧添加剤を含まない疎水性オイルとしたので、潤滑媒
体の乳化による潤滑性能の低下を防止でき、しかも作動
媒体および潤滑媒体の分離性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】膨張機の縦断面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図１の３部拡大図

【図４】図１の４部拡大断面図（図８の４−４線断面
図）

【図５】図４の５−５線矢視図

【図６】図４の６−６線矢視図

【図７】図４の７−７線断面図

【図８】図４の８−８線断面図

【図９】図４の９−９線断面図

【図１０】図１の１０−１０線矢視図

【図１１】図１の１１−１１線矢視図

【図１２】図１０の１２−１２線断面図

【図１３】図１１の１３−１３線断面図

【図１４】図１０の１４−１４線断面図

【図１５】出力軸のトルク変動を示すグラフ

【図１６】高圧段の吸入系を示す作用説明図

【図１７】高圧段の排出系および低圧段の吸入系を示す
作用説明図

【図１８】低圧段の排出系を示す作用説明図

【図１９】ランキンサイクル装置の全体構成を示す図

【図２０】水分離手段の構造を示す図

【図２１】図２０の２１−２１線断面図

【図２２】図２０の２２−２２線断面図

【図２３】水を分離するコアレッサー式フィルターの作
用を示す図

【図２４】オイルを分離するコアレッサー式フィルター
の作用を示す図

【図２５】オイル分離手段の構造を示す図

【符号の説明】 １１０ 作動媒体循環回路 １１１ 内燃機関（熱機関） １１２ 蒸発器 １１３ 膨張機 １１４ 凝縮器 １１５ 圧送ポンプ １１８ 水分離手段（作動媒体分離手段） １２１ 上流側水分離装置（作動媒体分離装置） １２２ 下流側水分離装置（作動媒体分離装置） １２４ フィルターエレメント １２６ フィルターエレメント １３１ 気液分離器 １３２ 水浄化手段（作動媒体浄化手段） １３７ オイル分離手段（潤滑媒体分離手段）

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱機関（１１１）の廃熱で液相作動媒体
   を加熱して高温・高圧の気相作動媒体を発生させる蒸発
   器（１１２）と、蒸発器（１１２）から供給された気相
   作動媒体の熱および圧力を機械エネルギーに変換する膨
   張機（１１３）と、膨張機（１１３）において降温・降
   圧した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝縮
   器（１１４）と、凝縮器（１１４）から排出された液相
   作動媒体を蒸発器（１１２）に供給する圧送ポンプ（１
   １５）とを含む作動媒体循環回路（１１０）を備えたラ
   ンキンサイクル装置において、 前記膨張機（１１３）の摺動部は作動媒体と異なる潤滑
   媒体により潤滑され、膨張機（１１３）において潤滑媒
   体に混入した作動媒体を該潤滑媒体から分離する作動媒
   体分離手段（１１８）を備え、この作動媒体分離手段
   （１１８）は作動媒体が液相状態にある位置に設けられ
   たことを特徴とするランキンサイクル装置。
2. 【請求項２】 作動媒体分離手段（１１８）は所定温度
   範囲で作動媒体の分離機能を発揮するものであり、この
   作動媒体分離手段（１１８）は潤滑媒体が前記所定温度
   範囲にある位置に設けられ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. 【請求項３】 作動媒体分離手段（１１８）は、少なく
   とも２台の作動媒体分離装置（１２１，１２２）を直列
   に接続して構成されることを特徴とする、請求項１また
   は請求項２に記載のランキンサイクル装置。
4. 【請求項４】 熱機関（１１１）の廃熱で液相作動媒体
   を加熱して高温・高圧の気相作動媒体を発生させる蒸発
   器（１１２）と、蒸発器（１１２）から供給された気相
   作動媒体の熱および圧力を機械エネルギーに変換する膨
   張機（１１３）と、膨張機（１１３）において降温・降
   圧した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝縮
   器（１１４）と、凝縮器（１１４）から排出された液相
   作動媒体を蒸発器（１１２）に供給する圧送ポンプ（１
   １５）とを含む作動媒体循環回路（１１０）を備えたラ
   ンキンサイクル装置において、 前記膨張機（１１３）の摺動部は作動媒体と異なる潤滑
   媒体により潤滑され、膨張機（１１３）において作動媒
   体に混入した潤滑媒体を該作動媒体から分離する潤滑媒
   体分離手段（１３７）を備え、この潤滑媒体分離手段
   （１３７）は膨張機（１１３）の下流側であって作動媒
   体が液相状態にある位置に設けられたことを特徴とする
   ランキンサイクル装置。
5. 【請求項５】 潤滑媒体分離手段（１３７）は所定温度
   範囲で潤滑媒体の分離機能を発揮するものであり、この
   潤滑媒体分離手段（１３７）は液相作動媒体が前記所定
   温度範囲にある位置に設けられたことを特徴とする、請
   求項４に記載のランキンサイクル装置。
6. 【請求項６】 膨張機（１１３）から作動媒体循環回路
   （１１０）に排出された作動媒体に含まれる液相部分を
   分離する気液分離器（１３１）を備え、この気液分離器
   （１３１）で分離した液相作動媒体を潤滑媒体分離手段
   （１３７）に供給することを特徴とする、請求項４また
   は請求項５に記載のランキンサイクル装置。
7. 【請求項７】 膨張機（１１３）から作動媒体循環回路
   （１１０）に排出されて液相状態に戻された作動媒体に
   含まれる陽イオンや溶存気体を除去する作動媒体浄化手
   段（１３２）を備えたことを特徴とする、請求項１、請
   求項２、請求項４または請求項５に記載のランキンサイ
   クル装置。
8. 【請求項８】 作動媒体分離手段（１１８）で作動媒体
   を分離された潤滑媒体は膨張機（１１３）に戻されるこ
   とを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項４または
   請求項５に記載のランキンサイクル装置。
9. 【請求項９】 作動媒体分離手段（１１８）で潤滑媒体
   から分離された作動媒体は作動媒体循環回路（１１０）
   に戻されることを特徴とする、請求項１、請求項２、請
   求項４または請求項５に記載のランキンサイクル装置。
10. 【請求項１０】 作動媒体分離手段（１１８）は、潤滑
    媒体に含まれる作動媒体を粗粒化し、粗粒化した作動媒
    体と潤滑媒体との比重差により該作動媒体を分離するも
    のであることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求
    項４または請求項５に記載のランキンサイクル装置。
11. 【請求項１１】 作動媒体分離手段（１１８）は、コア
    レッサー式のものであることを特徴とする、請求項１、
    請求項２、請求項４または請求項５に記載のランキンサ
    イクル装置。
12. 【請求項１２】 作動媒体分離手段（１１８）は疎水性
    繊維よりなるフィルターエレメント（１２４，１２６）
    を備えたことを特徴とする、請求項１１に記載のランキ
    ンサイクル装置。
13. 【請求項１３】 熱機関（１１１）の廃熱で液相作動媒
    体を加熱して高温・高圧の気相作動媒体を発生させる蒸
    発器（１１２）と、蒸発器（１１２）から供給された気
    相作動媒体の熱および圧力を機械エネルギーに変換する
    膨張機（１１３）と、膨張機（１１３）において降温・
    降圧した気相作動媒体を冷却して液相作動媒体に戻す凝
    縮器（１１４）と、凝縮器（１１４）から排出された液
    相作動媒体を蒸発器（１１２）に供給する圧送ポンプ
    （１１５）とを含む作動媒体循環回路（１１０）を備え
    たランキンサイクル装置において、 前記膨張機（１１３）の摺動部は作動媒体と異なる潤滑
    媒体により潤滑され、膨張機（１１３）において潤滑媒
    体に混入した作動媒体を該潤滑媒体から分離する作動媒
    体分離手段（１１８）を備え、潤滑媒体は界面活性作用
    のある極圧添加剤を含まない疎水性オイルであることを
    特徴とするランキンサイクル装置。