JP2003161101A - ランキンサイクル - Google Patents

ランキンサイクル

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JP2003161101A
JP2003161101A JP2001362088A JP2001362088A JP2003161101A JP 2003161101 A JP2003161101 A JP 2003161101A JP 2001362088 A JP2001362088 A JP 2001362088A JP 2001362088 A JP2001362088 A JP 2001362088A JP 2003161101 A JP2003161101 A JP 2003161101A
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expander
heat
working fluid
pump
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Tomohito Takada
智仁 高田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受25やメカニカルシール26等の熱損傷
容易部材24の熱的損傷を押える。 【解決手段】 ポンプ13から吐出された冷媒の一部を
膨張機12に直接導くバイパス管21を設けると共に、
膨張機12内の熱的損傷を受け易い熱損傷容易部材24
の近傍にバイパス管21を介して流動してきた冷媒を、
この熱損傷容易部材24に吹付けて冷却する冷却ノズル
28を設ける。これにより熱損傷容易部材24を冷却し
て熱的損傷を押える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、膨張機内における
軸受やメカニカルシール等の熱損傷容易部材が、熱損傷
を受けるのを抑制するようにしたランキンサイクルに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、図3に示すようなランキンサイク
ル(Rankin−Cycle)が提案されている。当
該ランキンサイクル110には作動流体が循環し、当該
作動流体を蒸発させる蒸発器111、該蒸発器111か
らの作動流体が供給されて、その膨張仕事により回転す
る膨張機112、該膨張機112で仕事した作動流体を
凝縮させる凝縮器115、凝縮した作動流体を蒸発器1
11に供給するポンプ113等により構成されている。
【0003】なお、図3に示す膨張機112の回転軸に
は、図示しない発電機が連結され発電等が行えるように
なっており、また蒸発器111にはエンジン排ガス等の
熱源流体が循環するように形成されて、当該熱源流体と
作動流体とが熱交換して熱源流体の熱を回収できるよう
になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、熱源流体としてエンジン排ガスを用いるような
場合、蒸発器111から吐出される作動流体の温度が約
200度近い温度になり、かかる高温の作動流体が膨張
機112に流入すると当該膨張機112における軸受や
メカニカルシール等の熱損傷容易部材が受ける熱的損傷
が大きくなって寿命劣化等をもたらす問題があった。
【0005】そこで、本発明は、かかる熱損傷容易部材
の熱的損傷を押えることにより寿命劣化等を抑制できる
ようにしたランキンサイクルを提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1にかかる発明は、作動流体を蒸発させる蒸
発器と、該蒸発器から作動流体が供給されて、その膨張
仕事により回転エネルギーが取出される膨張機と、該膨
張機で仕事した作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮し
た作動流体を蒸発器に供給するポンプとを備えるランキ
ンサイクルにおいて、ポンプから吐出された冷媒の一部
を分流させて膨張機に直接導くバイパス管と、膨張機内
の熱的損傷を受け易い軸受やメカニカルシール等の熱損
傷容易部材の近くに配設されれると共に、バイパス管と
連通して、当該バイパス管を介してポンプから分流して
きた冷媒を熱損傷容易部材に吹付けて当該熱損傷容易部
材を冷却する冷却ノズルとを備えて、当該熱損傷容易部
材の熱的損傷を押えることにより寿命劣化等を抑制でき
るようにしたことを特徴とする。
【0007】請求項2にかかる発明は、バイパス管に設
けられて、熱損傷容易部材に冷媒を吹付けて冷却する際
の冷媒の圧力を調整する圧力調整器を設けて、所定量の
冷媒が冷却に利用できるようにしたことを特徴とする。
【0008】請求項3にかかる発明は、圧力調整器が、
冷媒の圧力を減圧する減圧弁であることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は本発明に係るランキンサイクル10
の構成を示す図である。
【0010】当該ランキンサイクル10は、作動流体を
蒸発させる蒸発器11、該蒸発器11から作動流体が供
給されて、その膨張仕事により回転エネルギーが取出さ
れる膨張機12、該膨張機12で仕事した作動流体を凝
縮させる凝縮器15、凝縮した作動流体を蒸発器11に
供給するポンプ13等を有して、これらが冷媒配管16
により略環状に接続されている。
【0011】このような作動流体として、例えばR24
5faのような冷媒が例示でき、以下の説明では当該作
動流体を冷媒と記載して説明する。
【0012】なお、図1に示す膨張機12の回転軸に
は、図示しない発電機が連結され発電等が行えるように
なっている。また、蒸発器11にはエンジン排ガス等の
熱源流体が冷媒と対向流をなすように流動して、当該熱
源流体と作動流体とが熱交換することにより該熱源流体
の熱を回収できるようになっている。
【0013】さらに、本発明にかかるランキンサイクル
10においては、ポンプ13により圧送される冷媒の一
部を分流させて直接膨張機12に導くバイパス管21が
設けられると共に、当該バイパス管21には減圧弁等の
圧力調整器22が設けられている。
【0014】膨張機12としては種々の構成が適用可能
であるが、例えばスクロール型膨張機12の適用が例示
でき、図2はかかるスクロール型膨張機12の概略構成
を示す断面図である。
【0015】当該スクロール型膨張機12は、固定スク
ロール31、揺動スクロール32、回転運動変換機構3
3、回転軸34等を有し、これらが密閉ケース35内に
収納された構成となっている。
【0016】固定スクロール31及び揺動スクロール3
2には、渦巻状のラップ37が設けられて、各ラップ3
7は対向するスクロールと当接するように配設されて、
これらがなす空間が膨張室Rを形成している。
【0017】なお、膨張室Rは複数形成され、中心側の
膨張室Rの空間容積が最も小さく、この膨張室Rは冷媒
吸入口38と連通している。
【0018】そして、膨張室Rに流入した冷媒が膨張す
る際の膨張力で、固定スクロール31に対して揺動スク
ロール32が偏心揺動して膨張室Rが拡張すると共に、
徐々に周辺部に広がり、最終的には密閉ケース35内と
連通して、当該密閉ケース35内に吐出されて吐出口3
9から膨張機12外に吐出される。
【0019】揺動スクロール32の偏心揺動運動は、オ
ルダムリング等からなる回転運動変換機構33により回
転運動に変換されて、これにより回転軸34が回転し、
当該回転軸34に連結された図示しない発電機等を駆動
するようになっている。
【0020】このような回転軸34は軸受25により支
持されると共に、メカニカルシール26により密閉ケー
ス35内の冷媒が機外に漏出しないようになっている。
【0021】なお、本明細書では、熱的損傷の受けやす
い部材として軸受25やメカニカルシール26を例に挙
げて説明するが、これら各部材により本発明は限定を受
けるものではなく、他の熱的損傷を受けやすい部材に適
用しても良い。そこで、本明細書ではかかる熱的損傷を
受け易い部材を熱損傷容易部材24と記載する。
【0022】そして、ポンプ13からバイパス管21に
より分流した冷媒は、圧力調整器22で圧力調整され
て、冷却ノズル28から軸受25やメカニカルシール2
6等の熱損傷容易部材24に吹付けられるようになって
いる。
【0023】このように圧力調整器22で圧力調整を行
うのは、密閉ケース35内は冷媒が膨張仕事した後の冷
媒により満たされてポンプ13から吐出された冷媒の圧
力より低い圧力状態であるため、ポンプ13からの冷媒
をそのまま吹付ける構成にすると圧力関係により蒸発器
11に流動する冷媒量が少なくなってしまう不都合が生
じるのを防止するためである。
【0024】なお、圧力調整器22として減圧弁を用い
る場合には、かかる減圧弁は汎用品を利用できるので、
簡便、かつ、安価に圧力調整器22を構成することが可
能になる。
【0025】また、この場合には減圧による冷媒が相応
の温度低下をきたすため、冷却効果を高めることができ
る利点がある。
【0026】冷却ノズル28は、熱損傷容易部材24を
取巻くように四方から吹付けて、当該部材での温度分布
が発生しないようにする構成が好ましいが、ベアリング
のように回転軸34に併動するような部材に対しては、
コスト等を勘案して一点吹付構造としても良い。
【0027】このような構成で、膨張機12で仕事をし
た冷媒は当該膨張機12から凝縮器15に流動して凝縮
しポンプ13により圧送される。
【0028】ポンプ13により圧送された冷媒は、一部
がバイパス管21に流動し、他方が蒸発器11に流動し
て熱源流体と熱交換する。
【0029】このとき蒸発器11では、熱源流体と冷媒
とは対向流をなすように流動しているので、冷媒の温度
は略熱源流体の温度まで上昇して膨張機12に流入す
る。例えば、熱源流体が約270度のエンジン排ガスと
すると膨張機12に流入する冷媒の温度は約200度に
なる。
【0030】そして、冷媒は冷媒吸入口38から膨張機
12の膨張室Rに流入し、ここで膨張して揺動スクロー
ル32を偏心揺動させる。この揺動スクロール32には
回転運動変換機構33が取付けられて回転軸34が回転
し、発電機等の負荷が駆動される。
【0031】このように冷媒の温度が高くなることは、
それだけ多くの熱量を熱源流体から回収したことを意味
するので、ランキンサイクルとしては好ましいが、軸受
26やメカニカルシール26等の熱損傷容易部材24に
対しては熱損傷が大きくなって寿命劣化をもたらすため
好ましくない。
【0032】しかし、上述したように、本発明ではポン
プ13から温度の低い冷媒を分流させて熱損傷容易部材
24に吹付けるようにしているので、当該熱損傷容易部
材24が受ける熱損傷を抑制するようにしている。
【0033】そして、膨張機12で膨張仕事した冷媒
は、凝縮器15で機外空気等と熱交換して凝縮してポン
プ13に戻り、上述したサイクルを繰返す。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンプから吐出された冷媒の一部を分流させて膨張機に
直接導くバイパス管と、膨張機内の熱的損傷を受け易い
軸受やメカニカルシール等の熱損傷容易部材の近くに配
設されれると共に、バイパス管と連通して、当該バイパ
ス管を介してポンプから分流してきた冷媒を熱損傷容易
部材に吹付けて当該熱損傷容易部材を冷却する冷却ノズ
ルとを設けたので、当該熱損傷容易部材の熱的損傷を押
えることが可能になり寿命劣化等を抑制できるようにな
る。
【0035】また、バイパス管に設けられて、熱損傷容
易部材に冷媒を吹付けて冷却する際の冷媒の圧力を調整
する圧力調整器を設けたので、冷却に利用する冷媒量に
過不足が無くなりランキンサイクルの効率低下等を防止
することが可能になる。
【0036】さらに、圧力調整器として冷媒の圧力を減
圧する減圧弁を用いることにより、簡便、かつ、安価に
圧力調整器を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の説明に適用されるランキ
ンサイクルの構成図である。
【図2】膨張機の概略構成を示す図である。
【図3】従来の技術の説明に適用されるランキンサイク
ルの構成図である。
【符号の説明】
10 ランキンサイクル 11 蒸発器 12 膨張機 13 ポンプ 15 凝縮器 16 冷媒配管 21 バイパス管 22 圧力調整器 24 熱損傷容易部材 25 軸受 26 メカニカルシール 28 冷却ノズル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作動流体を蒸発させる蒸発器と、該蒸発
    器から作動流体が供給されて、その膨張仕事により回転
    エネルギーが取出される膨張機と、該膨張機で仕事した
    作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮した作動流体を前
    記蒸発器に供給するポンプとを備えるランキンサイクル
    において、 前記ポンプから吐出された冷媒の一部を分流させて前記
    膨張機に直接導くバイパス管と、 前記膨張機内の熱的損傷を受け易い軸受やメカニカルシ
    ール等の熱損傷容易部材の近くに配設されれると共に、
    前記バイパス管と連通して、当該バイパス管を介して前
    記ポンプから分流してきた冷媒を前記熱損傷容易部材に
    吹付けて当該熱損傷容易部材を冷却する冷却ノズルとを
    備えることを特徴とするランキンサイクル。
  2. 【請求項2】 前記バイパス管に設けられて、前記熱損
    傷容易部材に冷媒を吹付けて冷却する際の冷媒の圧力を
    調整する圧力調整器を設けたことを特徴とする請求項1
    記載のランキンサイクル。
  3. 【請求項3】 前記圧力調整器が、冷媒の圧力を減圧す
    る減圧弁であることを特徴とする請求項2記載のランキ
    ンサイクル。
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