JP2011220322A - ランキンサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸による回路の構成部品の劣化を抑制することができるとともに、ポンプでのキャビテーションの発生を抑えることができるランキンサイクル装置を提供する。
【解決手段】フロン（ＨＦＣ１３４ａ）よりなる冷媒が循環するランキンサイクル装置１０において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０より下流で、かつ膨張機２０より上流にフィルタ１８を設けた。このフィルタ１８は、微細孔の大きさが４Åのゼオライトよりなる吸着材層１８ｂを備え、その微細孔の大きさは冷媒の分子量により決定される大きさより小さくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フルオロカーボンからなる骨格を基本とする冷媒が用いられ、ポンプ、熱交換器、膨張機、及び凝縮器、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置に関する。

この種のランキンサイクル装置においては、冷媒や潤滑油が熱交換器での加熱により分解するとフッ酸等の酸が生じ、この酸の存在により、ランキンサイクル装置における回路の構成部品の金属部、ゴム部、樹脂部等が劣化してしまう。このため、ランキンサイクル装置の回路内に、酸を捕捉する酸捕捉材を設置することが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１では、冷媒（フッ素−塩素−炭化水素）が循環するランキンサイクル装置において、凝縮器と熱交換器（蒸発器）との間に吸着フィルタを設け、この吸着フィルタにより、冷媒の熱分解により生じた熱分解生成物が捕捉されるようになっている。

また、特許文献２では、冷媒（水）が循環するランキンサイクル装置において、凝縮器と熱交換器（蒸発器）との間に水浄化手段を設け、この水浄化手段により、水に含まれる微少なスラッジに加え、陽イオンや溶存酸素等が捕捉（除去）されるようになっている。

特開昭５７−３５５２７号公報 特開２００３−２１４１０２号公報

ところが、特許文献１において、吸着フィルタが凝縮器より下流に設けられているため、冷媒が吸着フィルタを通過する際に、凝縮器で液化された液相の冷媒による大きな圧損が生じてしまう。このため、ポンプの吸入側では冷媒の圧力低下が生じてキャビテーションが発生してしまい、ポンプによる冷媒の移送能力が低下してしまう。また、ランキンサイクル装置において、熱交換器（蒸発器）で熱交換が行われる際に冷媒や潤滑油が分解されるため、熱交換器ではフッ酸（フッ化水素酸）、ギ酸、酢酸等の酸が発生しやすい。しかし、特許文献２において、水浄化手段は、冷媒の循環方向における熱交換器の上流（直前）に設けられている。このため、熱交換器で発生した酸は、膨張機、凝縮器とランキンサイクル装置の回路を流れた後、ようやく水浄化手段で捕捉されることとなり、膨張機や凝縮器が酸により劣化されやすい環境に曝されてしまっている。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸による回路の構成部品の劣化を抑制することができるとともに、ポンプでのキャビテーションの発生を抑えることができるランキンサイクル装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、フルオロカーボンからなる骨格を基本とする冷媒が用いられ、前記冷媒を吐出するポンプ、前記ポンプから吐出された冷媒と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器、前記熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張機、及び前記膨張機から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置である。そして、このランキンサイクル装置において、前記回路において前記熱交換器より下流で、かつ前記凝縮器より上流に、前記冷媒の分解により発生した酸を捕捉する酸捕捉材を設けた。

これによれば、熱交換器での加熱による冷媒の分解によって生じた酸を、凝縮器より下流に流れる前に酸捕捉材で捕捉することができる。したがって、酸が凝縮器より下流のポンプ等といった回路の構成部品に供給されることを抑制することができ、各構成部品の金属部、ゴム部、樹脂部等が酸によって劣化することを抑制することができる。また、酸捕捉材は、ランキンサイクル装置の回路において熱交換器の下流で、凝縮器より上流に設けられている。このため、酸捕捉材には気相の冷媒が通過することになり、凝縮器によって液化された冷媒が酸捕捉材を通過することはない。したがって、液相の冷媒が酸捕捉材を通過することによる圧損に起因してポンプ吸入側にキャビテーションが生じることを抑制することができる。

また、前記酸捕捉材は、前記酸を吸着する多孔質物質であるとともに、該多孔質物質における微細孔の大きさが、前記冷媒における分子量によって決まる分子の大きさよりも小さいものであってもよく、前記冷媒は、分子中の炭素数が２個以上のものであってもよい。これによれば、多孔質物質に冷媒が吸着されてしまうことを防止することができる。

また、前記酸捕捉材は、前記膨張機及びポンプを形成する材料より卑な電位の金属よりなるものでもよい。
これによれば、熱交換器で冷媒から酸が発生しても、卑な電位の金属が犠牲電極となり、電池作用により卑な電位の金属で腐食が進むことになる。すなわち、酸が卑な電位の金属に吸着することで、酸が酸捕捉材に捕捉される。

また、前記酸捕捉材は、塩基性物質であってもよい。これによれば、熱交換器で冷媒から酸が発生しても、塩基性物質が、酸と反応して中和される。すなわち、酸が酸捕捉材で捕捉される。

また、前記酸捕捉材は、前記塩基性物質に、有機バインダ及び無機バインダのうちの少なくとも１つを添加して混練した混練物を、造粒し、さらに、球状に整粒して製造された中和材であってもよい。

これによれば、酸捕捉材は、球状に整粒した中和材よりなるため、粉末状の塩基性物質そのものに比べると酸捕捉材としてのサイズが大きくなり、酸捕捉材が冷媒の流れによって流されにくくなる。そして、中和材が均一な球状に成形され、中和材には冷媒が局所的に作用する部位が存在していないため、冷媒の流れによって作用する圧力は中和材に均一に作用する。よって、中和材よりなる酸捕捉材は冷媒の流れによって粉砕されにくく、粉末化されにくい。したがって、このような中和材を酸捕捉材として用いることで、回路における、熱交換器より下流で、かつ凝縮器より上流に酸捕捉材を保持し続けることができ、酸捕捉材による酸の中和作用、すなわち、酸の捕捉作用を持続することができる。

また、前記酸捕捉材は、前記回路において前記膨張機より上流に設けられていてもよい。これによれば、酸捕捉材は、酸が発生する熱交換器の直後に設けられている。したがって、酸捕捉材で酸を捕捉することにより、酸が膨張機、凝縮器、及びポンプと回路を流れることを防止することができる。

本発明によれば、酸による回路の構成部品の劣化を抑制することができるとともに、ポンプでのキャビテーションの発生を抑えることができる。

第１の実施形態のランキンサイクル装置を模式的に示す図。 第２の実施形態のランキンサイクル装置を模式的に示す図。 第３の実施形態におけるフィルタを拡大して模式的に示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載されるランキンサイクル装置に具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。

図１に示すように、ランキンサイクル装置１０は、膨張機２０、凝縮器３０、ポンプ４０、熱交換器としての第１ボイラ５０、及び熱交換器としての第２ボイラ６０を流路１１，１２，１４，１５，１６により順次接続してなる回路を備えるとともに、酸捕捉材としてのフィルタ１８を備えている。そして、ランキンサイクル装置１０では、冷媒は、膨張機２０、凝縮器３０、ポンプ４０、第１ボイラ５０、第２ボイラ６０、及びフィルタ１８の並び順に沿って回路を流れるようになっており、回路での冷媒の流れる方向を、冷媒の循環方向とする。

このランキンサイクル装置１０では冷媒として、フルオロカーボンからなる骨格を基本とするものが用いられる（フルオロカーボン：ＦＣ、クロロフルオロカーボン：ＣＦＣ、ハイドロクロロフルオロカーボン：ＨＣＦＣ、ハイドロフルオロカーボン：ＨＦＣ、テトラフルオロプロペン：ＨＦＯ−１２３４、ペンタフルオロプロペン：ＨＦＯ−１２２５）。そして、本実施形態では、冷媒として、分子中に炭素（Ｃ）を２個有するとともに、分子量によって決まる分子の大きさが４．２オングストローム（Å）のもの（ＨＦＣ１３４ａ：４．２Å）が用いられる。なお、上記冷媒は、高温環境下に曝されると、熱分解によりフッ酸（フッ化水素酸）、ギ酸、酢酸等の酸を生じさせる。また、ランキンサイクル装置１０では、潤滑油が冷媒とともにランキンサイクル装置１０を循環する。この潤滑油は、膨張機２０及びポンプ４０の摺動部における潤滑、密封、冷却等の役割を担うが、高温環境下に曝されると、熱分解により酸を生じさせる。

ランキンサイクル装置１０において、膨張機２０とポンプ４０は、複合流体機械Ｆのハウジング内に設けられるとともに、そのハウジング内における膨張機２０とポンプ４０の間には、発電機又は電動機として機能するモータ・ジェネレータ７０が設けられている。モータ・ジェネレータ７０にはインバータ７１を介してバッテリ７２が接続されるとともに、モータ・ジェネレータ７０で生じた電力はインバータ７１を介してバッテリ７２に蓄電されるようになっている。

複合流体機械Ｆにおけるポンプ４０の吐出ポート（図示せず）には、第１流路１１を介して第１ボイラ５０の吸熱器５０ａが接続されている。第１ボイラ５０は、吸熱器５０ａに加え放熱器５０ｂを備える。この放熱器５０ｂは、排熱源としての車両エンジン５１に接続された冷却水循環経路５２上に設けられている。冷却水循環経路５２上にはラジエータ５３が設けられている。そして、車両エンジン５１を冷却した冷却水（高温流体）は、排熱源からの流体として冷却水循環経路５２を循環して放熱器５０ｂ及びラジエータ５３で放熱する。よって、ポンプ４０から吐出された液冷媒は、第１ボイラ５０の吸熱器５０ａと放熱器５０ｂとの間での熱交換により冷却水によって加熱される。そして、第１ボイラ５０での熱交換により、ポンプ４０吐出後の液冷媒は熱を吸収して徐々に蒸発し、蒸発温度で全て蒸発して冷媒ガスに相変化する。

第１ボイラ５０の吸熱器５０ａの吐出側には接続流路１２を介して熱交換器としての第２ボイラ６０の吸熱器６０ａが接続されている。第２ボイラ６０は、吸熱器６０ａに加え放熱器６０ｂを備える。この放熱器６０ｂは、第１ボイラ５０と共通の排熱源となる車両エンジン５１に接続された排気通路１３上に設けられている。そして、車両エンジン５１からの排気ガスは、排熱源からの流体として放熱器６０ｂで放熱した後、マフラ６１から排気される。よって、第１ボイラ５０を通過した冷媒ガスは、第２ボイラ６０の吸熱器６０ａと放熱器６０ｂとの間での熱交換により、第１ボイラ５０通過後よりさらに加熱される。

第２ボイラ６０の吸熱器６０ａの吐出側には、第２流路１４を介して膨張機２０における吸入ポート（図示せず）が接続されている。そして、ランキンサイクル装置１０での冷媒の循環方向において、第２ボイラ６０より下流で、膨張機２０より上流となる位置にはフィルタ１８が設けられている。このフィルタ１８は、ケース１８ａ内に、多孔質物質を主成分としシート状に形成された吸着材層１８ｂを挿入して形成されている。本実施形態では、多孔質物質としてゼオライトが用いられ、吸着材層１８ｂが酸捕捉材として機能する。ゼオライトは、結晶中に多数の微細孔を持つアルミナ珪酸塩の総称である。そして、本実施形態では、ゼオライトにおける微細孔の大きさを表す単位（Å）が４Åに規定されたゼオライトが用いられる。そして、多孔質物質の微細孔には、冷媒の熱分解により生じた酸（フッ酸、ギ酸、酢酸、リン酸等）や潤滑油の熱分解により生じた酸が吸着される。一方、多孔質物質の微細孔には、その微細孔４Åより大きさい４．２Åの冷媒（ＨＦＣ１３４ａ）は吸着されないようになっている。そして、第２ボイラ６０で加熱された冷媒ガスが、フィルタ１８の吸着材層１８ｂを通過する際に、多孔質物質により第２ボイラ６０で発生した酸が捕捉（吸着）されるようになっている。

ランキンサイクル装置１０において、フィルタ１８通過後の冷媒ガスは、第２流路１４及び吸入ポートを介して膨張機２０に吸入されるようになっている。そして、膨張機２０で膨張した低圧の冷媒ガスは、第３流路１５及び吸入ポート（図示せず）を介して凝縮器３０へ吸入されるようになっている。凝縮器３０の吐出ポート（図示せず）には第４流路１６を介してポンプ４０の吸入ポート（図示せず）が接続されている。そして、凝縮器３０では冷媒ガスが凝縮されて液冷媒に相変化し、その液冷媒は第４流路１６及び吸入ポートを介してポンプ４０に吸入されるようになっている。

さて、上記構成のランキンサイクル装置１０において、膨張機２０に冷媒ガスが導入されて膨張し、この膨張により膨張機２０が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。そして、この駆動力によってモータ・ジェネレータ７０の駆動軸（図示せず）が回転されるとともにポンプ４０が駆動される。

ポンプ４０により、液冷媒が第１流路１１を介して第１ボイラ５０へ送られる。そして、第１ボイラ５０において、吸熱器５０ａと放熱器５０ｂとの間での熱交換により、液冷媒が車両エンジン５１からの排熱を受けた冷却水によって加熱され、冷媒ガスに相変化する。

そして、冷媒ガスは、接続流路１２を介して第２ボイラ６０へ送られるとともに、第２ボイラ６０において、吸熱器６０ａと放熱器６０ｂとの間での熱交換により、冷媒ガスが車両エンジン５１からの排気ガスによって加熱される。この第２ボイラ６０では、排気ガスの持つ高温の熱エネルギにより、冷媒ガス及び潤滑油が分解されると、冷媒ガスからフッ酸等の酸が生じるとともに、潤滑油からも酸が生じる。

この酸は、冷媒ガスとともに第２ボイラ６０から第２流路１４へ導出された直後にフィルタ１８に導入される。すると、フィルタ１８内では、吸着材層１８ｂにおける多孔質物質の微細孔に酸が吸着され、冷媒ガスから酸が除去される。このとき、多孔質物質における微細孔の大きさ（４Å）が、冷媒の大きさ（４．２Å）より小さいため、多孔質物質の微細孔に冷媒が吸着されることが防止される。

そして、フィルタ１８を通過し、酸が除去された冷媒ガスは、第２流路１４を介して吸入ポートから膨張機２０に導入されて膨張し、この膨張により膨張機２０が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。そして、この駆動力によってモータ・ジェネレータ７０の駆動軸（図示せず）が回転されるとともにポンプ４０が駆動される。

このとき、車両エンジン５１からの排熱量が大きく、膨張機２０からの出力により、駆動軸が予め設定された所定回転数を越えて回転する場合には、モータ・ジェネレータ７０を発電機として機能させて駆動軸の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越える出力は電力に変換され、インバータ７１を介してバッテリ７２に充電される。

膨張機２０で膨張を終えて圧力が低下した冷媒ガスは、吐出ポートを介して第３流路１５へ吐出される。第３流路１５へ吐出された冷媒ガスは、凝縮器３０を通過して液化し（液冷媒）、第４流路１６を介してポンプ４０に導入される。そして、膨張機２０からの出力により駆動されるポンプ４０により、液冷媒は第１流路１１を介して第１ボイラ５０へ供給される。以後、上述したように、冷媒は、第２ボイラ６０、フィルタ１８、膨張機２０、凝縮器３０、及びポンプ４０を流れて、車両エンジン５１が駆動されている間は、冷媒はランキンサイクル装置１０を循環する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０より下流であり、膨張機２０より上流に吸着材層１８ｂを備えたフィルタ１８を設けた。そして、第２ボイラ６０通過後の冷媒ガスをフィルタ１８に導入するようにした。このため、第２ボイラ６０での加熱による冷媒ガス及び潤滑油の分解によって生じた酸をフィルタ１８の吸着材層１８ｂで捕捉することができる。したがって、酸が膨張機２０やポンプ４０等のランキンサイクル装置１０の回路の構成部品に供給されることを抑制することができ、各構成部品の金属部、ゴム部、樹脂部等が酸によって劣化することを抑制することができる。

（２）フィルタ１８（吸着材層１８ｂ）は、ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０の下流に設けられている。このため、本実施形態では、特許文献１のように、フィルタ１８が凝縮器３０より下流に配置されることによって、液相の冷媒がフィルタ１８を通過し、大きな圧損を発生させることがない。すなわち、吸着材層１８ｂには圧損の小さい気相の冷媒ガスが通過することになり、冷媒のフィルタ１８通過による圧損を小さくすることができ、圧損に起因してポンプ４０吸入側にキャビテーションが生じることを抑制することができるため、ポンプ４０による冷媒の移送能力の低下を抑えることができる。

（３）フィルタ１８（吸着材層１８ｂ）は、ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０の下流であり、膨張機２０の上流に設けられている。すなわち、吸着材層１８ｂは、酸が発生する第２ボイラ６０の直後に設けられている。したがって、吸着材層１８ｂで酸を捕捉することにより、酸が膨張機２０、凝縮器３０、及びポンプ４０とランキンサイクル装置１０の回路を流れてしまうことが無く、酸により膨張機２０、凝縮器３０、ポンプ４０、さらには各流路１１〜１５等が劣化してしまうことを防止することができる。

（４）冷媒として、分子中の炭素数が２個であるとともに、分子量によって決定される分子の大きさが４．２Åのもの（ＨＦＣ１３４ａ）を用いた。一方、フィルタ１８は、酸を吸着する多孔質物質（ゼオライト）よりなる吸着材層１８ｂを備える。そして、この多孔質物質として、微細孔の大きさが４Åのものを採用した。このため、吸着材層１８ｂでは、多孔質物質の微細孔に酸を吸着することができるとともに、冷媒が微細孔に吸着されることをなくすことができる。よって、吸着材層１８ｂを設けても、ランキンサイクル装置１０の回路を循環する冷媒の流量が減ることを防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態のランキンサイクル装置１０のフィルタ１８以外は構成部材が同じであるため、第１の実施形態のランキンサイクル装置１０と同一構成について同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。

図２に示すように、ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０より下流であり、膨張機２０より下流であるとともに凝縮器３０より上流にはフィルタ１９が設けられている。このフィルタ１９において、ケース１９ａ内には、塩基性物質を主成分としシート状に成形された第１吸着層１９ｂが設けられるとともに、冷媒の循環方向における第１吸着層１９ｂより下流には多孔質物質を主成分としシート状に形成された第２吸着材層１９ｃが設けられている。そして、本実施形態では、第１吸着層１９ｂ（塩基性物質）と第２吸着材層１９ｃ（多孔質物質）が酸捕捉材として機能する。

第１吸着層１９ｂの塩基性物質としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。また、第２吸着材層１９ｃの多孔質物質としては、第１の実施形態と同様にゼオライトが用いられる。

さて、第２の実施形態において、この第２ボイラ６０での排気ガスの持つ高温の熱エネルギにより、冷媒ガス及び潤滑油が分解されると、冷媒ガスからフッ酸等の酸が生じるとともに、潤滑油からも酸が生じる。

この酸は、冷媒ガスとともに第２ボイラ６０から第２流路１４へ導出され、さらに、膨張機２０で膨張した直後にフィルタ１９に導入される。すると、フィルタ１９内では、酸が、第１吸着層１９ｂにおける塩基性物質と反応して中和される。すなわち、酸が酸捕捉材で捕捉される。さらに、第１吸着層１９ｂを通過した酸は、第２吸着材層１９ｃにおける多孔質物質の微細孔に吸着され、冷媒ガスから酸が除去される。また、第１吸着層１９ｂでの酸と塩基性物質との反応により生成した水も、第２吸着材層１９ｃにおける多孔質物質の微細孔に吸着され、冷媒ガスから水が除去される。

したがって、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（２）〜（４）と同様の記載に加え、以下のような効果を得ることができる。
（５）フィルタ１９に、塩基性物質を主成分とする第１吸着層１９ｂと、多孔質物質よりなる第２吸着材層１９ｃとを並設した。そして、第１吸着層１９ｂで酸を中和させて、酸を捕捉し、さらに、第２吸着材層１９ｃでも酸を吸着して捕捉することができる。よって、冷媒ガス中の酸を２度に亘って捕捉することができ、より効果的に酸を捕捉することができる。

（６）フィルタ１９に、塩基性物質を主成分とする第１吸着層１９ｂと、多孔質物質よりなる第２吸着材層１９ｃとを並設した。そして、第１吸着層１９ｂでの酸との中和により発生した水を第２吸着材層１９ｃで吸着して捕捉することができる。したがって、ランキンサイクル装置１０の回路を水が循環することを抑制することができる。

（７）フィルタ１９は、ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０の下流において、膨張機２０より下流で、かつ凝縮器３０より上流に設けられている。よって、フィルタ１９が膨張機２０より上流に設けられる場合と比べると、フィルタ１９には低温の冷媒ガス及び潤滑油が導入される。ここで、多孔質物質として用いられるゼオライトは、低温の方が酸の吸着効率がよい物性を有する。よって、フィルタ１９が膨張機２０より下流で、凝縮器３０より上流に設けられることで、冷媒ガス及び潤滑油の分解によって生じた酸をフィルタ１９により効率的に捕捉することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態のランキンサイクル装置１０のフィルタ１８以外は構成部材が同じであるため、第１の実施形態のランキンサイクル装置１０と同一構成について同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。

第３の実施形態では酸捕捉材を、塩基性物質を主成分とした中和材に具体化している。塩基性物質としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等を用いている。そして、第３の実施形態では、塩基性物質をそのままフィルタに設けるのではなく、図３に示すように、塩基性物質を球状に整粒して中和材Ｍとしたものをフィルタ２１内に設けている。

ここで中和材Ｍについて詳細に説明する。中和材Ｍは、以下の工程を経て製造される。まず、塩基性物質に有機バインダ及び無機バインダのうちの少なくとも１つを添加するとともに、混練して混練物を調整する混練工程を行う。この混練工程を行うことにより、各種バインダによって塩基性物質同士を結合して成形することが可能になる。なお、有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉、リグニン、ポリビニルアルコール等が挙げられ、無機バインダとしてはセメント、ベントナイト、水ガラス、セピオライト、カオリン、カオリナイト、アタパルシャイト等が挙げられる。

次に、混練工程で得られた混練物を粒状に成形する造粒工程を行う。この造粒工程は、撹拌造粒、流動層造粒、押し出し造粒等の製造方法を適宜選択して行われる。造粒工程で得られた造粒物は、形状が不均一になっている。そして、造粒物の形状を均一にするため、造粒工程後に整粒工程を行う。この整粒工程により、造粒物が均一な粒径を有する球状に精製され、顆粒状の中和材Ｍが製造される。

図３に示すように、球状に整粒された中和材Ｍ（塩基性物質）は、酸捕捉材としてフィルタ２１内に設けられている。フィルタ２１は、ランキンサイクル装置１０の回路における第２ボイラ６０より下流で、かつ膨張機２０より上流の流路１４上に設けられている。

フィルタ２１は、箱状をなすケース２２を備えるとともに、ケース２２の一つの側壁２２ａには、冷媒の流入口２２ｂが形成されるとともに、流入口２２ｂが形成された側壁２２ａに対向する他の側壁２２ｃには、冷媒の流出口２２ｄが形成されている。ケース２２内において、他の側壁２２ｃの内面には、メッシュフィルタ２４が固着されている。メッシュフィルタ２４は、流出口２２ｄ全体を覆うとともに、他の側壁２２ｃ内面全体を覆うように設けられている。なお、メッシュフィルタ２４は、少なくとも流出口２２ｄ全体を覆うように設けられていればよく、他の側壁２２ｃ内面全体を覆っていなくてもよい。

そして、中和材Ｍは、ケース２２内に充填されている。中和材Ｍは、直径０．５〜５ｍｍに整粒されるのが好ましい。中和材Ｍの直径が０．５ｍｍより小さくなると、中和材Ｍがメッシュフィルタ２４の網目を通過可能になってしまい、中和材Ｍが流出口２２ｄからケース２２外へ流出してしまうため好ましくない。また、中和材Ｍの直径が５ｍｍより大きくなると、ケース２２内での中和材Ｍの総表面積が小さくなってしまう。すると、中和材Ｍ（塩基性物質）と酸との反応可能面積が小さくなってしまうため好ましくない。そして、メッシュフィルタ２４からの中和材Ｍの流出を抑制しつつ、中和材Ｍの総表面積が小さくなることを回避するために、中和材Ｍは直径１〜２ｍｍに整粒されるのがより好ましい。

さて、第３の実施形態において、第２ボイラ６０での排気ガスの持つ高温の熱エネルギにより、冷媒ガス及び潤滑油が分解されると、冷媒ガスからフッ酸等の酸が生じるとともに、潤滑油からも酸が生じる。

この酸は、冷媒ガスとともに第２ボイラ６０から第２流路１４へ導出され、流入口２２ｂからフィルタ２１内に導入される。すると、フィルタ２１内では、酸が、中和材Ｍの塩基性物質と反応して中和される。すなわち、酸が酸捕捉材で捕捉される。

（実施例１〜３、及び比較例１〜２）
次に、実施例及び比較例を挙げて第３の実施形態をさらに具体的に説明する。
実施例１では、塩基性物質として水酸化カルシウムを用いるとともに、有機バインダとしてカルボキシメチルセルロースを用いて混練工程を行い、混練物を調整した。実施例２では、塩基性物質として水酸化カルシウムを用いるとともに、無機バインダとしてセピオライトを用いて混練工程を行い、混練物を調整した。実施例３では、塩基性物質として水酸化カルシウムを用いるとともに、有機バインダとしてのカルボキシメチルセルロースと、無機バインダとしてのセピオライトを併用して混練工程を行い、混練物を調整した。そして、実施例１〜３では、混練物の造粒工程、及び整粒工程を行い、顆粒状（均一な球状）をなす中和材Ｍを製造した。

一方、比較例１では、塩基性物質として水酸化カルシウムだけを造粒工程で粒状に成形した調整物を製造した。また、比較例２では、塩基性物質として水酸化カルシウムを用いるとともに、無機バインダ及び有機バインダのうちの少なくとも１つを用いて混練工程を行い、得られた混練物を造粒工程で粒状に成形した調整物を製造した。

そして、実施例１〜３で製造された中和材Ｍ、及び比較例１〜２で得られた調整物をフィルタ２１に充填し、ランキンサイクル装置１０で冷媒を約１００時間循環させた。循環後、中和材Ｍ及び調整物の状態を確認した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、球状に成形した中和材Ｍを用いた実施例１〜３では、中和材Ｍが粉末化することなく、中和材Ｍに異常が見られなかった。一方、比較例１〜２では、調整物が粉末化してしまっていた。

したがって、上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（２）、（３）と同様の記載に加え、以下のような効果を得ることができる。
（８）ランキンサイクル装置１０の回路において、冷媒の循環方向における第２ボイラ６０より下流であり、膨張機２０より上流に、塩基性物質を主成分とする中和材Ｍを酸捕捉材として備えたフィルタ２１を設けた。そして、第２ボイラ６０通過後の冷媒ガスをフィルタ２１に導入するようにした。このため、第２ボイラ６０での加熱による冷媒ガス及び潤滑油の分解によって生じた酸を、中和材Ｍの塩基性物質で中和させて、酸を捕捉することができる。したがって、酸が膨張機２０やポンプ４０等のランキンサイクル装置１０の回路の構成部品に供給されることを抑制することができ、各構成部品の金属部、ゴム部、樹脂部等が酸によって劣化することを抑制することができる。

（９）酸捕捉材は、塩基性物質を有機バインダ及び無機バインダの少なくとも１つによって結合し、造粒し、さらに、球状に整粒して製造された中和材Ｍよりなるものである。このため、粉末状の塩基性物質そのものに比べると酸捕捉材としてのサイズが大きくなり、酸捕捉材（中和材Ｍ）が、冷媒ガスの流れによってフィルタ２１から流されにくくなる。よって、酸捕捉材として塩基性物質を単体で用いる場合に比べると、酸捕捉材（中和材Ｍ）をフィルタ２１に保持しやすくなり、酸捕捉材による酸の中和作用、すなわち、酸の捕捉作用を持続することができる。

（１０）酸捕捉材は、球状に整粒して製造された中和材Ｍよりなるものである。例えば、中和材が、整粒工程を経ず、円柱状、角柱状等の不均一な形状に成形されたものであると、それらの突出部や角部等には冷媒ガスが局所的に作用しやすく、粉砕されやすく、粉末化されやすい。しかし、本実施形態では、中和材Ｍは整粒工程を経ることで均一な球状に成形されているため、冷媒ガスの圧力が中和材Ｍの表面に均一に作用し、中和材Ｍは粉砕されにくく、粉末化されにくい。よって、このような中和材Ｍを酸捕捉材として用いることで、酸捕捉材の直径が小さくなりすぎること（粉末化されること）を抑制でき、酸捕捉材が粉末としてフィルタ２１から流出してしまうことを抑制することができる。その結果として、酸捕捉材をフィルタ２１に保持し続けることができ、酸捕捉材による酸の中和作用、すなわち、フィルタ２１による酸の捕捉作用を持続することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態では酸捕捉材として多孔質物質に具体化したが、酸捕捉材を、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料（鉄）より卑な電位の金属に具体化してもよい。卑な電位の金属としては、マグネシウム合金、亜鉛、アルミニウム合金等が挙げられ、標準電極電位が膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より低い金属によって形成されている。言い換えると、卑な電位の金属は、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料である鉄よりもイオン化傾向の高い（イオン化しやすい）金属によって形成されている。

このように構成した場合、第２ボイラ６０で冷媒及び潤滑油から酸が発生しても、卑な電位の金属が犠牲電極となり、電池作用により卑な電位の金属で腐食が進むことになる。すなわち、酸が酸捕捉材で捕捉される。したがって、酸捕捉材を、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料（鉄）より卑な電位の金属に変更しても、上記実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

○ 第１の実施形態では酸捕捉材として多孔質物質に具体化したが、酸捕捉材として、塩基性物質に具体化してもよい。塩基性物質としては例えば水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。このように構成した場合、第２ボイラ６０で冷媒及び潤滑油から酸が発生しても、塩基性物質が、酸と反応して中和される。すなわち、酸が酸捕捉材で捕捉される。したがって、酸捕捉材を、塩基性物質に変更しても、上記実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

○ 各実施形態では、熱交換器として第１ボイラ５０と第２ボイラ６０を設けたが、熱交換器を、車両エンジン５１の排気ガスと熱交換させるものである第２ボイラ６０のみとし、第１ボイラ５０は無くてもよい。

○ 各実施形態では、冷媒としてＨＦＣ１３４ａ（分子中の炭素数が２個）を用いたが、炭素数が３個以上のものを用いてもよく、冷媒はフルオロカーボンからなる骨格を基本としたものであれば適宜変更してもよい。

○ 第１及び第２の実施形態では、多孔質物質（ゼオライト）として、微細孔の大きさが４Åのものを採用したが、多孔質物質における微細孔の大きさが、冷媒の分子量によって決定される分子の大きさより小さくなれば、多孔質物質は、用いる冷媒に合わせて適宜変更してもよい。

○ 第２の実施形態において、酸捕捉材を、多孔質物質に加え、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、塩基性物質と、から構成してもよい。すなわち、フィルタ１９には３層の吸着材層が設けられる。さらに、酸捕捉材として、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、塩基性物質と、から構成してもよいし、多孔質物質と、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、から構成してもよい。

○ 第１の実施形態において、酸捕捉材を、多孔質物質に加え、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、塩基性物質と、から構成してもよい。すなわち、フィルタ１９には３層の吸着材層が設けられる。又は、酸捕捉材として、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、塩基性物質との２層で構成してもよいし、多孔質物質と、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属との２層で構成してもよい。又は、酸捕捉材として、多孔質物質と塩基性物質との２層で構成してもよい。

○ 第２の実施形態において、膨張機２０より下流であり、凝縮器３０より上流に設けるフィルタ１９には、酸捕捉材として、多孔質物質、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属、又は塩基性物質のいずれか１つを設けてもよい。

○ 第１の実施形態において、多孔質物質を主成分とする吸着材層１８ｂに、塩基性物質及び卑な金属の少なくとも一方を混在させてもよい。
○ 第３の実施形態において、酸捕捉材を、中和材Ｍに加え、膨張機２０及びポンプ４０を形成する材料より卑な電位の金属と、から構成してもよい。

Ｍ…酸捕捉材としての中和材、１０…ランキンサイクル装置、１８ｂ…酸捕捉材としての吸着材層、１９ｂ…酸捕捉材としての第１吸着層、１９ｃ…酸捕捉材としての第２吸着材層、２０…膨張機、３０…凝縮器、４０…ポンプ、５０…熱交換器としての第１ボイラ、５１…排熱源としての車両エンジン、６０…熱交換器としての第２ボイラ。

Claims (7)

1. フルオロカーボンからなる骨格を基本とする冷媒が用いられ、
   前記冷媒を吐出するポンプ、
   前記ポンプから吐出された冷媒と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器、
   前記熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させて機械的エネルギーを出力する膨張機、
   及び前記膨張機から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置において、
   前記回路において前記熱交換器より下流で、かつ前記凝縮器より上流に、前記冷媒の分解により発生した酸を捕捉する酸捕捉材を設けたランキンサイクル装置。
2. 前記酸捕捉材は、前記酸を吸着する多孔質物質であるとともに、該多孔質物質における微細孔の大きさが、前記冷媒における分子量によって決まる分子の大きさよりも小さいものである請求項１に記載のランキンサイクル装置。
3. 前記冷媒は、分子中の炭素数が２個以上のものである請求項２に記載のランキンサイクル装置。
4. 前記酸捕捉材は、前記膨張機及びポンプを形成する材料より卑な電位の金属よりなる請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
5. 前記酸捕捉材は、塩基性物質である請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
6. 前記酸捕捉材は、前記塩基性物質に、有機バインダ及び無機バインダのうちの少なくとも１つを添加して混練した混練物を、造粒し、さらに、球状に整粒して製造された中和材である請求項５に記載のランキンサイクル装置。
7. 前記酸捕捉材は、前記回路において前記膨張機より上流に設けられている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

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