JP2008255927A - 膨張器一体型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つの部品で膨張器と圧縮機の機能を発揮させることにより、ランキンサイクル等システムのコンパクト化が可能な膨張器一体型圧縮機の提供。
【解決手段】 断面が略楕円形状のシリンダ室を規定するシリンダ１１と、シリンダ室内の長径方向略中央部に回転可能に配置されてシリンダ室内を圧縮室２と膨張室４に区画するロータ１２と、ロータ１２の回転に伴ってシリンダ室の周壁を摺動可能にロータ１２に対し進退自在に設けられて圧縮室２の容積を減少させると同時に膨張室４内の容積を増加させる複数のチャンバーにそれぞれ区画する複数のベーン１３と、圧縮室２と膨張室４にそれぞれ配置された吸入口２２、４２及び吐出口２３、４３と、が備えられ、圧縮室側を圧縮機２として作用させる一方、膨張室側を膨張器４として作用させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、低沸点冷媒を用いたランキンシステム等で用いられる膨張器一体型圧縮機に関する。

従来、従来熱回生システムとして、熱エネルギーを電力や動力に変換するランキンサイクルの研究が行われている。

ランキンサイクルのコンポーネント部品としては、液媒体の圧力を上げる圧縮機、圧力が上がった液に熱を加えて気体にする蒸発器、気体に更に熱を加える過熱器、熱が加えられた気体のエネルギーを運動エネルギーに変換する膨張器、変換し終わった気体のエネルギーを液体に戻す凝縮器からなる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３１３８７８号公報

しかしながら、従来のランキンサイクルでは上述のようにコンポーネントが５部品（圧縮機、蒸発器、過熱器、膨張器、凝縮器）あり、システムが大型化するという問題があった。

本発明の解決しようとする課題は、一つの部品で膨張器と圧縮機の機能を発揮させることにより、ランキンサイクル等システムのコンパクト化が可能な膨張器一体型圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の膨張器一体型圧縮機は、断面が略楕円形状のシリンダ室を規定するシリンダと、前記シリンダ室内の長径方向略中央部に回転可能に配置されて前記シリンダ室内を圧縮室と膨張室に区画するロータと、該ロータの回転に伴って前記シリンダ室の周壁を摺動可能に前記ロータに対し進退自在に設けられて前記圧縮室の容積を減少させると同時に前記膨張室内の容積を増加させる複数のチャンバーにそれぞれ区画する複数のベーンと、前記圧縮室と膨張室にそれぞれ配置された吸入口及び吐出口と、が備えられ、前記圧縮室側を圧縮機として作用させる一方、前記膨張室側を膨張器として作用させるようにしたことを特徴とする手段とした。

本発明の膨張器一体型圧縮機では、上述のように、ロータにより区画された一方の圧縮室側を圧縮機として作用させる一方、もう一方の膨張室側を膨張器として作用させるようにしたことで、一つの部品で膨張器と圧縮機の機能を発揮させることにより、ランキンサイクル等システムのコンパクト化が可能になるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例の膨張器一体型圧縮機は、請求項１および２に記載の発明に対応する。

まず、この実施例の膨張器一体型圧縮機を図面に基づいて説明する。

図１はこの実施例の膨張器一体型圧縮機が車両の廃熱を利用するランキンサイクルに適用された例を示すシステム図、図２はこの実施例の膨張器一体型圧縮機を示す断面図、図３は、である。

この膨張器一体型圧縮機が適用される車両の廃熱を利用するランキンサイクルシステムは、図１に示すように、液媒体の圧力を上げる圧縮機２と、圧力が上がった液冷媒にさらに熱を加えて気体にする蒸発器３と、熱が加えられた気体のエネルギーを運動エネルギーに変換する膨張器４と、変換された運動エネルギーで発電する発電機５と、電気を保存するバッテリ６と、変換し終わった気体のエネルギーを液冷媒に戻す凝縮器７と、を備えている。

さらに詳述すると、この実施例では、上記蒸発器３の熱源として、エンジン８で発生した廃熱エネルギー（ラジエータ９の冷却水の熱エネルギー）が用いられている。

また、この実施例では、上記圧縮機２と膨張器４が一体に形成された膨張器一体型圧縮機１が用いられている。

即ち、この膨張器一体型圧縮機１は、図２に示すように、断面が略楕円形状のシリンダ室を規定するシリンダ１１と、シリンダ室内の長径方向略中央部に回転可能に配置されてシリンダ室内を圧縮室２１と膨張室４１に区画するロータ１２と、該ロータ１２の回転に伴ってシリンダ室の周壁を摺動可能にロータ１２に対し進退自在に設けられて圧縮室２１の容積を減少させると同時に膨張室４１内の容積を増加させる複数のチャンバーにそれぞれ区画する複数のベーン１３と、圧縮室２１と膨張室４１にそれぞれ配置された吸入口２２、４２及び吐出口２３、４３と、が備えられることにより、圧縮室２１側を圧縮機２として作用させる一方、膨張室４１側を膨張器４として作用させるようになっている。

このため、上記圧縮室２１は従来の圧縮機と同様に、ロータ１２の回転により吸入口２２から吸引された液冷媒を２枚のベーン１３、１３間のチャンバー内に閉じ込めた後にチャンバー内の容積が次第に減少することによって圧縮させた状態で吐出口２３から吐出させるように構成されるのに対し、上記膨張室４１は、ロータ１２の回転により吸入口４２から吸引された気体を２枚のベーン１３、１３間のチャンバー内に閉じ込めた後にチャンバー内の容積が次第に増加することによって膨張させた状態で吐出口４３から吐出させるように構成されている。

なお、上記ロータ１２には電動モータ１４が連結されている。
また、冷媒としては、低沸点冷媒Ｒ１３４ａが用いられている。

次に、この実施例の作用を説明する。

この実施例の膨張器一体型圧縮機では上述のように構成されるため、電動モータ１４でロータ１２が図２において反時計方向に回転すると、ロータ１２で上下に区画された下方の圧縮機２側の吐出口２３から吐出された高圧の液冷媒は、蒸発器３においてエンジン８で発生した廃熱エネルギー（ラジエータ９の冷却水の熱エネルギー）によってさらに熱が加えられて高圧の気体に変換される。

この高圧の気体がロータ１２で上下に区画された上方の膨張器４側の吸入口４２に圧送されると、吸入口４２側のチャンバー４１ａでは、ロータ１２を反時計方向に回転させる運動エネルギーとして作用し、吐出口４３側のチャンバー４１ｂでは次第に容積が拡大することで膨張器４の作用をする。そして、この運動エネルギー分で発電機５を回転させることで電気エネルギーに変換され、バッテリ６に蓄電される。

そして、変換し終わった気体のエネルギーは凝縮器７で液冷媒に戻された後、圧縮機２の吸入口２２に吸引され、再び圧縮して送り出される。

次に、この実施例の効果を説明する。

この実施例の膨張器一体型圧縮機では、上述のように、圧縮室２１側を圧縮機２として作用させる一方、膨張室４１側を膨張器４として作用させるようにしたことで、一つの部品で膨張器４と圧縮機２の機能を発揮させることにより、ランキンサイクル等システムのコンパクト化が可能になるという効果が得られる。

また、蒸発器３で加熱された高圧の気体による運動エネルギーにより、ロータ１２を回転駆動させる電動モータ１４の駆動力を補助し、消費電力を低減させることが可能になる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、ランキンサイクルシステムに本発明を適用したが、圧縮機と膨張器を含む全てのシステムに適用することができる。

また、実施例では、車両の廃熱を利用する例を示したが、熱源は任意である。また、車両の熱源として、排気ガスの熱を利用するようにしてもよい。

実施例の膨張器一体型圧縮機が車両の廃熱を利用するランキンサイクルに適用された例を示すシステム図である。 実施例の膨張器一体型圧縮機を示す断面図である。

符号の説明

１ 膨張器一体型圧縮機
１１ シリンダ
１２ ロータ
１３ ベーン
１４ 電動モータ
２ 圧縮機
２１ 圧縮室
２２ 吸入口
２３ 吐出口
３ 蒸発器
４ 膨張器
４１ 膨張室
４２ 吸入口
４３ 吐出口
５ 発電機
６ バッテリ
７ 凝縮器
８ エンジン
９ ラジエータ

Claims (2)

1. 断面が略楕円形状のシリンダ室を規定するシリンダと、前記シリンダ室内の長径方向略中央部に回転可能に配置されて前記シリンダ室内を圧縮室と膨張室に区画するロータと、該ロータの回転に伴って前記シリンダ室の周壁を摺動可能に前記ロータに対し進退自在に設けられて前記圧縮室の容積を減少させると同時に前記膨張室内の容積を増加させる複数のチャンバーにそれぞれ区画する複数のベーンと、前記圧縮室と膨張室にそれぞれ配置された吸入口及び吐出口と、が備えられ、
   前記圧縮室側を圧縮機として作用させる一方、前記膨張室側を膨張器として作用させるようにしたことを特徴とする膨張器一体型圧縮機。
2. 請求項１に記載の膨張器一体型圧縮機が、ランキンサイクルシステムの膨張器及び圧縮機として用いられることを特徴とする膨張器一体型圧縮機。

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