JP2010025027A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑オイル中から溶解冷媒を減圧脱泡して取り除く簡単な機構を機内に構成して、粘度の高い潤滑オイルを摺動部１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂへ供給する。
【解決手段】オイルセパレータ１０６とオイル溜め部１０１との間のオイル通路１４３に減圧手段としてのフィルタ１４０を設けて潤滑オイル中に溶解している冷媒をガス化させるとともに、フィルタ１４０にて潤滑オイル中からガス化して分離した冷媒をオイル分離室１１１ｄに導くガス逃がし通路１４４、１４５を備えている。
これによれば、潤滑オイル中から溶解冷媒を減圧脱泡して取り除く簡単な機構として、フィルタ１４０とガス逃がし通路１４４、１４５とをハウジング１２１、１３１内に構成することにより、粘度の高い潤滑オイルを摺動部１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂへ供給することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば内燃機関の排熱を加熱源とするランキンサイクルに配設される膨張発電機、あるいは冷媒循環用のポンプと一体的に形成される膨張発電機に適用して好適な流体機械に関するものである。

従来の流体機械においては、冷媒などの作動流体中に潤滑オイルを混入するとともに、密閉されたハウジングの底部に溜まった潤滑オイルを膨張部などへ供給して摺動部の潤滑を果たすようにしている。しかしながら、膨張部の吐出側は吸入側に比べて作動流体の温度が低くなり、潤滑オイルに多くの作動流体が溶け込んでしまい、潤滑オイルの粘度が低下する。その結果、摺動部の油膜厚さが充分に確保できなくなり、潤滑不良が生じて流体機械の損傷を招くという問題がある。

この問題に対して、例えば、下記の特許文献１に開示されたスクロール圧縮機では、クランクシャフトに設けた給油通路と主軸受部とを連通する給油孔とを通じて主軸受部や旋回軸受部に潤滑オイルを供給する給油機構を備え、給油通路内に絞り部を設けている。これにより、給油通路内を通じて供給される潤滑オイルは、絞り部で減圧され、潤滑オイル中の溶解冷媒はガス化し発泡する。さらに、給油通路内で遠心力によりオイルは通路壁面に付着し、給油孔を通じて主軸受部に供給され、ガス化した冷媒は給油通路を通って旋回軸部上端の旋回軸受部空間に達するため、各軸受部に溶解冷媒が供給されないようにしている。

また、下記の特許文献２に開示された密閉型圧縮機では、ケーシング内の高圧室は、その底部が液溜め容器に連通し、連通管は、その一端が液溜め容器の上端に、その他端が吸入管にそれぞれ接続されている。また、連通管の途中には、ガス容器と、第１および第２電磁弁とが設けられている。そして、第１電磁弁を閉鎖して第２電磁弁を開放すると、ガス容器が吸入管に連通してガス容器内が減圧される。その後、第１電磁弁を開放して第２電磁弁を閉鎖すると、ガス容器が液溜め容器に連通して液溜め容器内が減圧される。これにより、液溜め容器内の潤滑オイルの圧力が下がり、潤滑オイルに溶解していた冷媒がガス化するようにしている。
特開２００６−９６１３号公報 特開２００４−３１６４９３号公報

しかしながら、上述した従来技術の前者において、オイルポンプ後の流通抵抗は給油通路の絞りによるものと軸受隙間によるものとの２つである。一般に軸受隙間はシャフト外径の１／１０００位の孔径に設定されるため、流通抵抗が非常に大きい。このため、有効な減圧を絞りで実現するためには、例えば数μｍ〜数十μmという孔径の絞りにする必要があり、その孔加工が難しいという問題点がある。

また、上述した従来技術の後者においては、ガス容器と電磁弁２つとを追加しなければならない構成であるうえ、２つの電磁弁がタイミング良く開閉するように制御しないと、オイル溜めが減圧された瞬間にフォーミングが起こり、潤滑オイル中に気泡が混ざった状態になってしまうおそれがある。冷媒の溶解度は平衡状態となるまでに時間が掛かるため、一度生じた泡は簡単には消えず、泡混じりの潤滑オイルが摺動部へ供給されるという問題点がある。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、潤滑オイル中から溶解冷媒を減圧脱泡して取り除く簡単な機構を機内に構成して、粘度の高い潤滑オイルを摺動部へ供給することのできる流体機械を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、加熱されて気相状態となった作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張部（１１０）と、膨張部（１１０）の下側に配設されて膨張部（１１０）とともに作動する回転電機部（１２０）と、回転電機部（１２０）の下側に配設されて作動流体から分離された潤滑オイルを溜めるオイル溜め部（１０１）と、膨張部（１１０）から吐出される作動流体を機外へ導く流体通路（１１１ｄ、１１１ｅ、１１６、１２１ａ）と、流体通路（１１１ｄ）中に配設されて作動流体に含まれる潤滑オイルを分離する分離手段（１０６）と、分離手段（１０６）で分離された潤滑オイルをオイル溜め部（１０１）に導くオイル通路（１１１ｄ、１４３）と、オイル溜め部（１０１）に溜められた潤滑オイルを膨張部（１１０）の摺動部（１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂ）に供給するオイル供給路（１０３）と、オイル供給路（１０３）内に潤滑オイルを圧送するオイルポンプ（１０５）とがハウジング（１１１、１１７、１２１、１３１）内に収容された流体機械において、
分離手段（１０６）とオイル溜め部（１０１）との間のオイル通路（１４３）に減圧手段（１４０）を設けて潤滑オイル中に溶解している作動流体をガス化させるとともに、減圧手段（１４０）にて潤滑オイル中からガス化して分離した作動流体を流体通路（１１１ｄ、１２１ａ）に導くガス逃がし通路（１４４、１４５、１４５Ａ）を備えていることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、潤滑オイル中から溶解冷媒を減圧脱泡して取り除く簡単な機構として、減圧手段（１４０）とガス逃がし通路（１４４、１４５、１４５Ａ）とをハウジング（１２１、１３１）内に構成することにより、粘度の高い潤滑オイルを摺動部（１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂ）へ供給することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の流体機械において、減圧手段（１４０）は、潤滑オイルの流通方向に複数の網状板部材（１４０ａ）を積層して構成していることを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、潤滑オイル通過時の圧力損失を試算して見積もることが容易であり、潤滑オイルや作動流体の性状に最適な網状板部材（１４０ａ）を設計して構成することが容易となる。また、流通する潤滑オイルから摺動部で発生した摩耗粉などを除去するフィルタ効果を持たせることができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の流体機械において、減圧手段（１４０）は、潤滑オイルの流通方向にポーラス状の多孔体（１４０ｂ）で構成していることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、ポーラス状の多孔体（１４０ｂ）は安価であり、少量の使用で大きな減圧効果が見込めるため、ハウジング（１３１）内に構成するのが容易となる。また、流通する潤滑オイルから摺動部で発生した摩耗粉などを除去する高いフィルタ効果を持たせることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれかに記載の流体機械において、ガス逃がし通路（１４５Ａ）中にガスポンプ（１４６）を備えていることを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、ガス逃がし通路（１４５Ａ）側からガスポンプ（１４６）で吸引することにより、減圧手段（１４０）での減圧脱泡をより促進させることができる。なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜４を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の実施形態に係るシステム全体を示す模式図である。本実施形態は、本発明に係る流体機械を冷媒ポンプ一体型膨張発電機（以下、ポンプ膨張発電機と略す）１００として、車両用冷凍サイクル３０の凝縮器３２および気液分離器３３が共用されるランキンサイクル４０に使用している。

ポンプ膨張発電機１００は、膨張機（本発明で言う膨張部）１１０、電動機および発電機としてのモータジェネレータ（本発明で言う回転電機部）１２０、冷媒ポンプ１３０が一体的に構成されたものである。以下、全体のシステム構成について説明する。まず、冷凍サイクル３０について簡単に説明すると、冷凍サイクル３０は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するものであり、圧縮機３１、凝縮器３２、気液分離器３３、減圧器３４、蒸発器３５が順次環状に接続されて形成されている。

圧縮機３１は、駆動ベルト１２、プーリ３１ａ、電磁クラッチ３１ｂを介して車両走行用のエンジン１０の駆動力が伝達されて作動し、冷凍サイクル３０内の冷媒を高温高圧に圧縮するものである。凝縮器３２は、圧縮機３１で高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。なお、ファン３２ａは、凝縮器３２に冷却風（外気）を送るものである。気液分離器３３は、凝縮器３２で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。

減圧器３４は、気液分離器３３で分離された液相冷媒を減圧膨脹させる膨張弁である。蒸発器３５は、減圧器３４にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、空調ケース３０ａ内に配設されている。そして、送風機３５ａによって空調ケース３０ａ内に供給される空調用空気（外気あるいは内気）を冷却する。

そして、ランキンサイクル４０は、エンジン１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機１１０にて発生される駆動力）を回収するものであり、上記冷凍サイクル３０に対して、凝縮器３２、気液分離器３３が共用されて形成されている。すなわち、凝縮器３２と気液分離器３３とをバイパスするバイパス流路４１が設けられており、このバイパス流路４１の気液分離器３３側から冷媒ポンプ１３０、加熱器４２、膨張機１１０が配設されており、凝縮器３２に繋がることでランキンサイクル４０が形成されている。

冷媒ポンプ１３０は、ランキンサイクル４０内の冷媒（本発明で言う作動流体であり、冷凍サイクル３０内の冷媒と同一）を後述する加熱器４２側へ圧送して循環させるものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機１００として後述する。加熱器４２は、冷媒ポンプ１３０から圧送される冷媒と、エンジン１０に設けられた温水回路２０内を循環するエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより、冷媒を加熱する（冷媒を過熱蒸気冷媒とする）熱交換器である。

なお、温水回路２０には、エンジン冷却水を循環させる電動式の水ポンプ２１、エンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却するラジエータ２２、およびエンジン冷却水を加熱源として空調用空気を加熱するヒータコア２３が設けられている。また、ラジエータ２２には、ラジエータバイパス流路２２ａが設けられており、エンジン冷却水の温度に応じて弁部が開閉するサーモスタット２２ｂによってラジエータ２２を流通するエンジン冷却水の流量が調節されるようになっている。

なお、ヒータコア２３は、蒸発器３５とともに空調ケース３０ａ内に配設されており、蒸発器３５とヒータコア２３とによって空調用空気は、乗員が設定する設定温度に調整される。膨張機１１０は、上記加熱器４２から流出される過熱蒸気冷媒（本発明で言う気相状態となった作動流体）の膨張によって駆動力を発生するものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機１００として後述する。

そして、上記冷凍サイクル３０、ランキンサイクル４０内の各種機器の作動を制御するための通電制御回路５０が設けられている。通電制御回路５０は、インバータ５１と制御機器５２とを有している。インバータ５１は、モータジェネレータ１２０の作動を制御するものである。

すなわち、モータジェネレータ１２０を電動機として作動させる時には、車両用のバッテリ１１からモータジェネレータ１２０に供給する電力を制御する。また、モータジェネレータ１２０が膨張機１１０の駆動力によって発電機として作動される時には、発電される電力をバッテリ１１に充電するものである。また、制御機器５２は、上記したインバータ５１の作動を制御するとともに、冷凍サイクル３０およびランキンサイクル４０を作動させる際に電磁クラッチ３１ｂ、ファン３２ａ、膨張機１１０内の図示しない均圧弁などを併せて制御するものである。

次に、ポンプ膨張発電機１００の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１実施形態におけるポンプ膨張発電機１００を示す断面図である。ポンプ膨張発電機１００は、膨張機１１０と、モータジェネレータ１２０と、冷媒ポンプ１３０とが同軸上で連結され、一体的に構成されている。ポンプ膨張発電機１００は、作動軸が天地方向となり、上から下に向けて順に膨張機１１０、モータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０となるように配設されている。

膨張機１１０は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するものであり、具体的には、スクロールハウジング（本発明で言うハウジング）を成すトップハウジング１１１と、旋回側ハウジング（本発明で言うハウジング）を成すミドルハウジング１１７との間に、固定側の固定スクロール１１２、この固定スクロール１１２に対向して旋回変位する旋回スクロール１１３、図示しない高圧室から作動室Ｖに繋がる流入ポート１１５、図示しない連通路を開閉する前記均圧弁などから成るものである。

固定スクロール１１２は、板状の基板部１１２ａおよび基板部１１２ａから旋回スクロール１１３側に突出した渦巻状の歯部１１２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１１３は、上記歯部１１２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１１３ｂ、およびこの歯部１１３ｂが形成された基板部１１３ａを有して構成されており、両歯部１１２ｂ、１１３ｂが接触した状態で旋回スクロール１１３が旋回することにより、両スクロール１１２、１１３により形成される作動室Ｖの体積が拡大縮小するようになっている。

旋回スクロール１１３とミドルハウジング１１７との間には、後述する冷媒中の潤滑オイルが供給されて、旋回スクロール１１３の滑らかな旋回運動を助ける摺動プレート（本発明で言う摺動部）１１３ｃが介在されている。シャフト１１８は、ミドルハウジング１１７に固定されたベアリング（本発明で言う摺動部）１１８ｂによって回転可能に支持されている。また、ベアリング１１８ｂ下方のミドルハウジング１１７には、シャフト１１８との間をシールして潤滑オイルの漏れを阻止するオイルシール１０９が設けられている。

シャフト１１８は、一方の長手方向端部に、回転中心軸に対して偏心したクランク部１１８ａを有するクランクシャフトである。このクランク部１１８ａは、ベアリング（本発明で言う摺動部）１１３ｄを介して旋回スクロール１１３に連結されている。また、自転防止機構１１９は、シャフト１１８が１回転する間に旋回スクロール１１３がクランク部１１８ａ周りに１回転するようにするものである。

このため、シャフト１１８が回転すると、旋回スクロール１１３は、自転せずにシャフト１１８の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Ｖは、例えばシャフト１１８の回転（モータジェネレータ１２０からの駆動力）に伴い、もしくは、加熱器４２からの過熱蒸気冷媒の膨張によって、旋回スクロール１１３の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。

流入ポート１１５は、基板部１１２ａの中心部に設けられており、前記高圧室と最小体積となる作動室Ｖとを連通させ、前記高圧室に導入された高温高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Ｖに導くポートである。前記高圧室には、加熱器４２に接続される図示しない高圧ポートが設けられている。また、膨張機１１０から凝縮器３２に接続される低圧ポート（本発明で言う流体通路）１２１ａは、後述するモータハウジング（本発明で言うハウジング）１２１の上方（膨張機１１０側）に設けられている。

そして、低圧ポート１２１ａの反対側となるモータハウジング１２１の側方には、膨張機１１０の両スクロール１１２、１１３の低圧側（スクロールの外周側）から下方に向けて延びて、モータハウジング１２１内の上方に繋がる吐出ガス通路（本発明で言う流体通路）１１６を設けている。よって、低圧ポート１２１ａと膨張機１１０の低圧側（スクロールの外周側）との間は、吐出ガス通路１１６と、モータハウジング１２１内の空間とによって連通されるようになっている。

前記均圧弁は、ランキンサイクル４０内の異常発生時（例えば、モータジェネレータ１２０の回転数異常や制御不能などの場合）に、前記高圧室と両スクロール１１２、１１３の低圧側とを繋ぐ前記連通路を強制的に開くことで、作動室Ｖ内での過熱蒸気冷媒の膨張作動が成されないようにして、膨張機１１０を安全且つ確実に停止させるための弁である。なお、前記均圧弁の具体的な構造および作動は、説明を省略する。

モータジェネレータ１２０は、ステータ１２２およびステータ１２２内で回転するロータ１２３などから成るものであり、ミドルハウジング１１７の下方に接続されるモータハウジング１２１内に収容されている。ステータ１２２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング１２１の内周面に固定されている。

ロータ１２３は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸１２４に固定されている。モータ軸１２４の一端側は、上記膨張機１１０のシャフト１１８に接続されており、他端側は、直径が細くなるように形成されて、後述する冷媒ポンプ１３０のポンプ軸１３２に接続されている。

そして、モータジェネレータ１２０は、ランキンサイクル４０の起動時において、バッテリ１１からインバータ５１を介して、ステータ１２２に電力が供給されることで、ロータ１２３を回転させて、膨張機１１０、および後述する冷媒ポンプ１３０を駆動するモータ（電動機）として作動する。

また、モータジェネレータ１２０は、膨張機１１０の膨張時に発生した駆動力によってロータ１２３を回転させるトルクが入力されると、冷媒ポンプ１３０を駆動するとともに、膨張機１１０での発生駆動力が冷媒ポンプ１３０用の駆動力を超えた時に、電力を発生させるジェネレータ（発電機）として作動する。そして、得られた電力は、インバータ５１を介してバッテリ１１に充電されるようになっている。

冷媒ポンプ１３０は、ローリングピストン型のポンプであり、モータジェネレータ１２０の反膨張機側に配設され、モータハウジング１２１の下方に接続されるポンプハウジング（本発明で言うハウジング）１３１内に収容されている。冷媒ポンプ１３０は、ポンプハウジング１３１の内部に形成されたシリンダ内にロータ１３４およびベーン１３５などを有している。

シリンダは、シリンダブロック１３３の中心部で、断面円形に穿設されて形成されている。ポンプ軸１３２は、上記モータ軸１２４と接続されており、シリンダブロック１３３を挟み込む端板１３７Ａ、１３７Ｂのうち、下側の端板１３７Ｂに固定されたベアリング１３２ｂによって回転可能に支持されている。

ベアリング１３２ｂは、冷媒ポンプ１３０の主たる摺動部となる。ポンプ軸１３２には、このポンプ軸１３２に対して偏心した円形のカム部１３２ａが形成されており、このカム部１３２ａの外周側には扁平円筒状のロータ１３４が装着されている。ロータ１３４の外径は、シリンダの内径より小さく設定されてシリンダ内に挿入されており、ロータ１３４はカム部１３２ａによってシリンダ内を公転する。

また、ロータ１３４の外周部には、ロータ１３４の半径方向に摺動可能として中心側に押圧されてロータ１３４に当接するベーン１３５が設けられている。そして、シリンダ内において、ロータ１３４およびベーン１３５によって囲まれる空間がポンプ作動室として形成されている。

シリンダブロック１３３には、ベーン１３５に近接して、このベーン１３５を挟むようにシリンダ内に連通する冷媒流入部および冷媒流出部（いずれも図示省略）が設けられている。冷媒流入部は、ポンプハウジング１３１を貫通する図示しない吸入ポートに接続されており、冷媒流出部は、図示しない吐出弁を介して、ポンプハウジング１３１とシリンダブロック１３３（端板１３７Ａ、１３７Ｂ）との間に形成される高圧室１３６に連通している。

そして、高圧室１３６は、ポンプハウジング１３１のモータジェネレータ１２０側となる側壁に形成された図示しない吐出ポートに繋がっている。この冷媒ポンプ１３０において冷媒は、ロータ１３４の公転作動によって吸入ポート、冷媒流入部からポンプ作動室に流入され、冷媒流出部、吐出弁、高圧室１３６を経て吐出ポートから吐出される。なお、モータジェネレータ１２０と冷媒ポンプ１３０との間となるモータ軸１２４（ポンプ軸１３２）には、両者１２０、１３０間をシールして潤滑オイルの漏れを阻止するオイルシール１０７が設けられている。

本実施形態のポンプ膨張発電機１００においては、ポンプ膨張発電機１００内を冷媒とともに循環する潤滑オイルを溜めるとともに、その潤滑オイルの粘度を高めて摺動部に供給するための手段を備えている。その一部として、モータジェネレータ１２０のモータハウジング１２１の側壁には、上下方向に延びるオイル分離室（本発明で言う流体通路、オイル通路）１１１ｄが設けられている。

オイル分離室１１１ｄの上端側は、外部に開口して低圧ポート１２１ａを形成している。また、低圧ポート１２１ａの直下において、モータハウジング１２１に穿設された連通孔（本発明で言う流体通路）１１１ｅによって、モータハウジング１２１内とオイル分離室１１１ｄ内とが連通されている。

連通孔１１１ｅと低圧ポート１２１ａとの間には、分離手段としてのオイルセパレータ（遠心分離機、本発明で言う分離手段）１０６が設けられている。オイルセパレータ１０６は、上下方向に延びて、オイル分離室１１１ｄの内径よりも小径となる円筒状のパイプ部材から形成されている。

パイプ部材の上端側は大径部として形成されており、この大径部の外周面がオイル分離室１１１ｄの内周面に当接して、連通孔１１１ｅと低圧ポート１２１ａとの間が閉塞されるとともに、パイプ部材の内部空間によって連通孔１１１ｅと低圧ポート１２１ａとが連通されるようになっている。

そして、オイル分離室１１１ｄの下端側は、冷媒ポンプ１３０の下側に位置するオイル溜め部１０１内に連通している。つまり、ポンプハウジング１３１において、高圧室１３６の下側空間はオイル溜め部１０１として形成されている。そして、冷媒ポンプ１３０のシリンダブロック１３３を上下に挟み込む２つの端板１３７Ａ、１３７Ｂのうち、下側となる端板１３７Ｂの下面には、高圧室１３６内に位置しつつオイル溜め部１０１と連通して、ポンプ軸１３２の回転に伴って作動するオイルポンプ１０５が設けられている。

このオイルポンプ１０５は、内歯歯車（アウタロータ）内で外歯歯車（インナロータ）が噛み合いながら公転して、流体（潤滑オイル）を圧送するトロコイドポンプ（ギアポンプ）としている。上記の両歯車が上側のポンプケース１０８Ａの窪み部内に収容され、下側からポンプケース１０８Ｂで挟みこむ構造となっている。そして、下側のポンプケース１０８Ｂには、オイル溜め部１０１とオイルポンプの作動室とを繋ぐオイル吸入孔１３８が穿設されている。

一体的に形成されたシャフト１１８、モータ軸１２４、ポンプ軸１３２の内部には、下端から上端まで長手方向に連通するシャフト通路（本発明で言うオイル供給路）１０３が形成されている。シャフト通路１０３の下端はオイルポンプ１０５と連通し、上端はベアリング１１３ｄ、１１８ｂに給油しつつ、摺動プレート１１３ｃを通ってモータハウジング１２１内に連通している。

つまり、オイル吸入孔１３８→オイルポンプ１０５→シャフト通路１０３と順次連通してオイル供給路１０２を形成し、このオイル供給路１０２から摺動部１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂ→吐出ガス通路１１６→モータハウジング１２１の内部→連通孔１１１ｅ→オイル分離室１１１ｄ→オイル溜め部１０１が順次連通して潤滑オイルの循環通路を形成している。

次に、上述した構造のポンプ膨張発電機１００における本実施形態の特徴的な構造について説明する。本実施形態のポンプ膨張発電機１００は、オイルセパレータ１０６とオイル溜め部１０１との間のオイル通路１４３に、フィルタ（本発明で言う減圧手段）１４０を設けている。

具体的には、図２に示すように、オイル分離室１１１ｄの下方に穿設されたオイル通路１４３とオイル溜め部１０１とが交わる部分に仕切り部材１４１を設けてオイル流路を迂回させる構造とし、その迂回部分にフィルタ１４０を配設している。なお、フィルタ１４０はポンプハウジング１３１の下方から組み付けられ、その挿入孔は蓋部材１４２で密閉される構造となっている。

本実施形態でのフィルタ１４０は、ポリエステル樹脂などの不織布を積層圧縮して円柱状に形成したものを用いているが、これに限らず、図３（ａ）に示すように、ステンレスなどの金属材料やナイロン６、ナイロン６６などの樹脂材料で形成した網状板部材１４０ａを複数積層したものや、図３（ｂ）に示すように、金属粉の焼結体やセラミックの多孔体などポーラス状の多孔体１４０ｂを用いても良い。

オイル通路１４３からの潤滑オイルがこのフィルタ１４０を通過することにより、減圧されて潤滑オイル中に溶解している冷媒がガス化し、泡となって分離された冷媒は、フィルタ１４０の上に形成されたガス逃がし通路１４４、１４５を通ってオイルセパレータ１０６近傍のオイル分離室１１１ｄ内に戻されるようになっている。

そして、溶解冷媒を減圧脱泡にて取り除き、粘度の高くなった潤滑オイルが、仕切り部材１４１下端の小穴からオイル溜め部１０１内に流入して溜められるようになっている。図４は、潤滑オイルの冷媒溶解度毎の温度に対する動粘度の変化を示すグラフである。例えば、５０℃の温度状態において圧力を０．９５ＭＰａから０．８５ＭＰａまで低下させることができれば、冷媒溶解度が低くなり、動粘度は５ｃｔｓから８ｃｔｓと６０％向上させることができる。

次に、本実施形態におけるポンプ膨張発電機１００の作動の概要について説明する。ランキンサイクル４０の作動時に、ポンプ膨張発電機１００内においては、加熱器４２によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒が前記高圧ポートから前記高圧室に流入し、以下、流入ポート１１５→作動室Ｖ→両スクロール１１２、１１３の低圧側（スクロールの外周側）を経てモータハウジング１２１内に至る。

そして、過熱蒸気冷媒は、モータハウジング１２１内から連通孔１１１ｅを通り、オイル分離室１１１ｄに流入する。オイル分離室１１１ｄにおいて過熱蒸気冷媒は、オイルセパレータ１０６の外周面に沿って旋回しながら下方へ流れる。この時、過熱蒸気冷媒中に含まれる潤滑オイルは、冷媒に対して比重量が大きいことから、冷媒から分離されてオイル分離室１１１ｄの内周面に集まり、重力によって下方へ流れる。

そして、フィルタ１４０で減圧脱泡された潤滑オイルはオイル溜め部１０１に溜められ、分離された冷媒はガス逃がし通路１４４、１４５を通ってオイル分離室１１１ｄ内に戻される。一方、オイルセパレータ１０６によって潤滑オイルが分離された後の過熱蒸気冷媒は、オイルセパレータ１０６のパイプ部材の内部空間を通って低圧ポート１２１ａから流出する。

オイル溜め部１０１に溜められた潤滑オイルは、ポンプ軸１３２の回転に伴って作動するオイルポンプ１０５により、オイル吸入孔１３８から吸引されてシャフト通路１０３内に流入する。シャフト通路１０３内を流通する潤滑オイルは、クランク部１１８ａの端面からベアリング１１３ｄ、１１８ｂおよび摺動プレート１１３ｃに供給されてモータハウジング１２１内に至る。

このとき潤滑オイルは、膨張機１１０から吐出されてモータハウジング１２１内に流入する過熱蒸気冷媒と合流して加熱されることになり、潤滑オイルの粘度が高められる。そして、潤滑オイルは過熱蒸気冷媒とともに連通孔１１１ｅからオイル分離室１１１ｄに流入して、更に下流側となるオイルセパレータ１０６に至り、上記循環を繰り返す。

これにより、上から順に膨張機１１０、モータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０を配置する場合に、モータハウジング１２１内から連通するオイル分離室１１１ｄと、オイル供給路１０２とによって循環通路が形成され、オイルポンプ１０５によって潤滑オイルが循環される。

次に、本実施形態の特徴と、その効果について述べる。まず、オイルセパレータ１０６とオイル溜め部１０１との間のオイル通路１４３に減圧手段としてのフィルタ１４０を設けて潤滑オイル中に溶解している冷媒をガス化させるとともに、フィルタ１４０にて潤滑オイル中からガス化して分離した冷媒をオイル分離室１１１ｄに導くガス逃がし通路１４４、１４５を備えている。

これによれば、潤滑オイル中から溶解冷媒を減圧脱泡して取り除く簡単な機構として、フィルタ１４０とガス逃がし通路１４４、１４５とをハウジング１２１、１３１内に構成することにより、粘度の高い潤滑オイルを摺動部１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂへ供給することができる。また、フィルタ１４０は、潤滑オイルの流通方向に複数の網状板部材１４０ａを積層して構成している。

これによれば、潤滑オイル通過時の圧力損失を試算して見積もることが容易であり、潤滑オイルや冷媒の性状に最適な網状板部材１４０ａを設計して構成することが容易となる。また、流通する潤滑オイルから摺動部で発生した摩耗粉などを除去するフィルタ効果を持たせることができる。

また、フィルタ１４０は、図３（ｂ）に示すように、潤滑オイルの流通方向にポーラス状の多孔体１４０ｂで構成しても良い。これによれば、ポーラス状の多孔体１４０ｂは安価であり、少量の使用で大きな減圧効果が見込めるため、ハウジング１３１内に構成するのが容易となる。また、流通する潤滑オイルから摺動部で発生した摩耗粉などを除去する高いフィルタ効果を持たせることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第２実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機を示す模式図である。なお、本実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。本実施形態では、ガス逃がし通路１４５Ａとして、その上側端をオイル分離室１１１ｄではなく、低圧ポート１２１ａに接続するとともに、そのガス逃がし通路１４５Ａ中にガスポンプ１４６を備えたものである。

ガスポンプ１４６はモータ１４７によって駆動され、モータ１４７は制御機器５２によって制御される。なお、ガスポンプ１４６は、ローリングピストン型、トロコイド型、もしくはその他の形式のポンプであっても良く、形式を問うものではない。これによれば、ガス逃がし通路１４５Ａ側からガスポンプ１４６で吸引することにより、フィルタ１４０での減圧脱泡をより促進させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第１実施形態においては、加熱器４２における加熱源として、車両走行用のエンジン１０のエンジン冷却水としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータなどのように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。

また、上述の各実施形態では、膨張機１１０をスクロール型、冷媒ポンプ１３０をローリングピストン型、オイルポンプ１０５をトロコイド型としたが、その他の形式のものであっても良く、形式を問うものではない。

本発明の実施形態に係るシステム全体を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機１００を示す断面図である。 フィルタ１４０の例として、（ａ）は網状板部材１４０ａ、（ｂ）はポーラス状の部材１４０ｂを示す斜視図である。 潤滑オイルの冷媒溶解度毎の温度に対する動粘度の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機１００を示す模式図である。

符号の説明

１０１…オイル溜め部
１０３…シャフト通路（オイル供給路）
１０５…オイルポンプ
１０６…オイルセパレータ（分離手段）
１１０…膨張機（膨張部）
１１１…トップハウジング（ハウジング）
１１１ｄ…オイル分離室（流体通路、オイル通路）
１１１ｅ…連通孔（流体通路）
１１３ｃ…摺動プレート（摺動部）
１１３ｄ…ベアリング（摺動部）
１１６…吐出ガス通路（流体通路）
１１７…ミドルハウジング（ハウジング）
１１８ｂ…ベアリング（摺動部）
１２０…モータジェネレータ（回転電機部）
１２１…モータハウジング（ハウジング）
１２１ａ…低圧ポート（流体通路）
１３１…ポンプハウジング（ハウジング）
１４０…フィルタ（減圧手段）
１４０ａ…網状板部材
１４０ｂ…ポーラス状の多孔体
１４３…オイル通路
１４４、１４５、１４５Ａ…ガス逃がし通路
１４６…ガスポンプ

Claims (4)

1. 加熱されて気相状態となった作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張部（１１０）と、
   前記膨張部（１１０）の下側に配設されて前記膨張部（１１０）とともに作動する回転電機部（１２０）と、
   前記回転電機部（１２０）の下側に配設されて前記作動流体から分離された潤滑オイルを溜めるオイル溜め部（１０１）と、
   前記膨張部（１１０）から吐出される前記作動流体を機外へ導く流体通路（１１１ｄ、１１１ｅ、１１６、１２１ａ）と、
   前記流体通路（１１１ｄ）中に配設されて前記作動流体に含まれる前記潤滑オイルを分離する分離手段（１０６）と、
   前記分離手段（１０６）で分離された前記潤滑オイルを前記オイル溜め部（１０１）に導くオイル通路（１１１ｄ、１４３）と、
   前記オイル溜め部（１０１）に溜められた前記潤滑オイルを前記膨張部（１１０）の摺動部（１１３ｃ、１１３ｄ、１１８ｂ）に供給するオイル供給路（１０３）と、
   前記オイル供給路（１０３）内に前記潤滑オイルを圧送するオイルポンプ（１０５）とがハウジング（１１１、１１７、１２１、１３１）内に収容された流体機械において、
   前記分離手段（１０６）と前記オイル溜め部（１０１）との間の前記オイル通路（１４３）に減圧手段（１４０）を設けて前記潤滑オイル中に溶解している前記作動流体をガス化させるとともに、
   前記減圧手段（１４０）にて前記潤滑オイル中からガス化して分離した前記作動流体を前記流体通路（１１１ｄ、１２１ａ）に導くガス逃がし通路（１４４、１４５、１４５Ａ）を備えていることを特徴とする流体機械。
2. 前記減圧手段（１４０）は、前記潤滑オイルの流通方向に複数の網状板部材（１４０ａ）を積層して構成していることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記減圧手段（１４０）は、前記潤滑オイルの流通方向にポーラス状の多孔体（１４０ｂ）で構成していることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
4. 前記ガス逃がし通路（１４５Ａ）中にガスポンプ（１４６）を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体機械。

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