JP2013142355A - Expander - Google Patents

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和孝 小田
Hiroyuki Takei
裕之 武井
Kojiro Tamaru
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an expander capable of accurately controlling inlet pressure of the expander in maximally high pressure in a pressure-proof limit or less.SOLUTION: An ECU 8 controls sub-suction port valves 32a and 32b so that a detecting value P by a pressure sensor S1 coincides with target pressure Pset in the ECU 8. When the detecting value P is larger than the target pressure Pwhen both the sub-suction port valves 32a and 32b are a full closure state, the ECU 8 opens only the sub-suction port valve 32a and gradually increases its opening. When the detecting value P is larger than the target pressure Peven when the sub-suction port valve 32a fully opens, the ECU 8 also opens the sub-suction port valve 32b, and gradually increases its opening. To the contrary, when the detecting value P reduces and is smaller than the target pressure Pin a state of opening the sub-suction port valve 32a in optional opening, the ECU 8 gradually reduces the opening of the sub-suction port valve 32a.

Description

この発明は、膨張機に係り、特に、少なくとも1つのサブ吸入ポートを開閉して吸入容積を可変とする可変容積型の膨張機に関する。   The present invention relates to an expander, and more particularly to a variable displacement expander that opens and closes at least one sub-suction port to make the suction volume variable.

ランキンサイクル等において冷媒を膨張させるために、膨張機が用いられる。膨張機は、吸入ポートから冷媒を吸入し、これを膨張室で膨張させて吐出ポートから吐出する。可変容積型の膨張機は、吸入ポートとして、メイン吸入ポートの他にサブ吸入ポートを備え、サブ吸入ポートを開閉することによって吸入容積を変更する。複数のサブ吸入ポートを備え、吸入容積を多段階に変更するスクロール膨張機の例が、特許文献1に示されている。また、複数のバイパスポートを開閉することにより容積制御を行なうスクロール圧縮機の例が、特許文献2及び3に示されている。   An expander is used to expand the refrigerant in a Rankine cycle or the like. The expander sucks refrigerant from the suction port, expands it in the expansion chamber, and discharges it from the discharge port. The variable volume expander includes a sub suction port as a suction port in addition to the main suction port, and changes the suction volume by opening and closing the sub suction port. An example of a scroll expander that includes a plurality of sub suction ports and changes the suction volume in multiple stages is disclosed in Patent Document 1. Patent Documents 2 and 3 show examples of scroll compressors that perform volume control by opening and closing a plurality of bypass ports.

特開2005−30386号公報JP 2005-30386 A 特開昭59−105994号公報JP 59-105994 A 特開昭62−291491号公報JP-A-62-291491

しかしながら、従来の膨張機では、各サブ吸入ポートの開閉について特段の配慮がない。このため、吸入冷媒の圧力を適切な範囲内に維持するのが困難という問題があった。膨張機において、吸入冷媒の圧力が高すぎて耐圧限界を超えると、膨張機自身や吸入圧領域の配管等を損傷するおそれがあり、一方、吸入冷媒の圧力が低すぎると、膨張前後の差圧が小さくなって効率が悪化する。特許文献1〜3に記載される構成のいずれについても、このような吸入冷媒の圧力に関する配慮は必ずしも十分になされていない。少なくとも、吸入冷媒の圧力を適切な範囲内に維持するための具体的なサブ吸入ポートの開閉制御については記載がない。   However, in the conventional expander, there is no special consideration for opening and closing of each sub suction port. For this reason, there has been a problem that it is difficult to maintain the pressure of the suction refrigerant within an appropriate range. In an expander, if the pressure of the suction refrigerant is too high and exceeds the pressure limit, the expander itself or the piping in the suction pressure area may be damaged, while if the pressure of the suction refrigerant is too low, the difference between before and after the expansion. The pressure decreases and efficiency decreases. In any of the configurations described in Patent Documents 1 to 3, such consideration regarding the pressure of the suction refrigerant is not always sufficiently performed. At least, there is no description about the opening / closing control of the sub suction port for maintaining the pressure of the suction refrigerant within an appropriate range.

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、膨張機の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することのできる膨張機を提供することを目的とする。   The present invention was made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an expander that can accurately control the pressure at the inlet of the expander below the pressure limit and as high as possible. To do.

この発明に係る膨張機は、少なくとも1つの膨張室と、膨張室のいずれかと連通するメイン吸入ポートと、膨張室のいずれかと連通する少なくとも1つのサブ吸入ポートと、サブ吸入ポートと膨張室とを連通及び遮断するサブ吸入ポート弁とを備えた膨張機であって、この膨張機は、サブ吸入ポート弁の開度を調整する制御手段と、膨張機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段とをさらに備え、制御手段には、冷媒の目標圧力が予め設定されており、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、サブ吸入ポート弁の開度を調整する。目標圧力を、耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に設定することにより、膨張機に吸入される冷媒の圧力が、耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に制御される。
複数の前記サブ吸入ポートを備え、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、複数のサブ吸入ポートのうちの1つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整し、1つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても圧力検出手段による検出値が目標圧力に一致しない場合に、複数のサブ吸入ポートのうちの他の1つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整してもよい。
複数の前記サブ吸入ポートを備え、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、複数のサブ吸入ポートのうちの少なくとも2つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を同時に調整してもよい。
膨張機に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段と、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段とをさらに備え、流量調整手段には、冷媒の目標温度が予め設定されており、流量調整手段は、温度検出手段による検出値を目標温度に一致させるように、流量を調整してもよい。
制御手段にはさらに、目標圧力よりも低い所定圧力と、任意の一定の温度である所定温度とが予め設定されており、圧力検出手段による検出値が所定圧力以上かつ温度検出手段による検出値が所定温度以上のときに、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、サブ吸入ポート弁の開度を調整してもよい。
膨張機はスクロール式膨張機であってもよい。
An expander according to the present invention includes at least one expansion chamber, a main suction port communicating with any of the expansion chambers, at least one sub suction port communicating with any of the expansion chambers, a sub suction port, and the expansion chamber. An expander having a sub-suction port valve that communicates and shuts off, the expander having a control means for adjusting the opening of the sub-suction port valve, and a pressure for detecting the pressure of refrigerant sucked into the expander The control means is preset with a target pressure of the refrigerant, and the control means adjusts the degree of opening of the sub suction port valve so that the detected value by the pressure detection means matches the target pressure. adjust. By setting the target pressure to be as high as possible below the pressure limit, the pressure of the refrigerant sucked into the expander is controlled to be as high as possible below the pressure limit.
A plurality of the sub suction ports are provided, and the control means opens the sub suction port valve corresponding to one sub suction port of the plurality of sub suction ports so that the detected value by the pressure detection means matches the target pressure. If the detected value by the pressure detection means does not match the target pressure even when the degree of opening of the sub suction port valve corresponding to one sub suction port is fully opened or fully closed, The opening degree of the sub suction port valve corresponding to one of the other sub suction ports may be adjusted.
A plurality of the sub suction ports are provided, and the control means includes a sub suction port valve corresponding to at least two sub suction ports of the plurality of sub suction ports so that the detected value by the pressure detection means matches the target pressure. You may adjust an opening degree simultaneously.
The apparatus further comprises temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant sucked into the expander, and a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant sucked into the expander, and the target temperature of the refrigerant is preset in the flow rate adjusting means. The flow rate adjusting means may adjust the flow rate so that the detected value by the temperature detecting means matches the target temperature.
Further, a predetermined pressure lower than the target pressure and a predetermined temperature that is an arbitrary constant temperature are set in advance in the control means, and the detected value by the pressure detecting means is equal to or higher than the predetermined pressure and the detected value by the temperature detecting means is When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the control means may adjust the opening of the sub suction port valve so that the value detected by the pressure detection means matches the target pressure.
The expander may be a scroll expander.

この発明によれば、サブ吸入ポート弁を開閉することで膨張機の吸入容積を変更でき、サブ吸入ポート弁の開度を調整することによってサブ吸入ポートを介して吸入容積変更部分の膨張室に吸入される冷媒の流量を調整することができる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機の吸入絞り量を調整でき、膨張機に吸入される冷媒の圧力が目標圧力に一致するように制御されるので、膨張機の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することができる。   According to the present invention, the suction volume of the expander can be changed by opening and closing the sub suction port valve, and by adjusting the opening of the sub suction port valve, the expansion volume can be changed to the expansion chamber of the suction volume changing portion via the sub suction port. The flow rate of the sucked refrigerant can be adjusted. The suction throttle amount of the expander can be adjusted by adjusting the refrigerant flow rate to the suction volume change part while changing the suction volume, and the pressure of the refrigerant sucked into the expander is controlled to match the target pressure. Therefore, the pressure at the inlet of the expander can be accurately controlled to be as high as possible below the pressure limit.

この発明の実施の形態1に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Rankine cycle containing the expander which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の膨張機の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the expander of FIG. 図2のIII−III線による断面図において、メイン吸入ポート周辺を拡大したものである。In the cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2, the vicinity of the main suction port is enlarged. 図2のIII−III線による断面図において、可動スクロールが図3とは異なる位置にある状態のメイン吸入ポート周辺を拡大したものである。2 is an enlarged view of the vicinity of the main suction port in a state where the movable scroll is at a position different from that in FIG. 3. 図4のV−V線による断面図である。It is sectional drawing by the VV line of FIG. 図1のECUによるサブ吸入ポート弁の制御の例を示す図である。It is a figure which shows the example of control of the sub suction port valve by ECU of FIG. 図5のサブ吸入ポート弁の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the sub suction port valve of FIG. 実施の形態2に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Rankine cycle including the expander which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る膨張機に吸入される冷媒の目標温度および目標圧力を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the target temperature and target pressure of the refrigerant | coolant suck | inhaled by the expander concerning Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Rankine cycle including the expander which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る膨張機に吸入される冷媒の目標温度および目標圧力並びに所定温度および所定圧力を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the target temperature and the target pressure of refrigerant | coolant suck | inhaled by the expander which concerns on Embodiment 3, and predetermined temperature and predetermined pressure.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る膨張機100を含むランキンサイクルR1の構成を示している。ランキンサイクルR1はたとえば車両に搭載される。膨張機100はスクロール式の容積可変型膨張機であり、ランキンサイクルR1を循環する冷媒を吸入し、膨張して吐出する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows the configuration of a Rankine cycle R1 including an expander 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Rankine cycle R1 is mounted on a vehicle, for example. The expander 100 is a scroll-type variable volume expander that sucks, expands and discharges the refrigerant circulating in the Rankine cycle R1.

ランキンサイクルR1は、ポンプ1、ボイラー2、膨張機100、コンデンサ3をこの順に環状に接続する循環路を形成しており、作動流体としての冷媒が流通するようになっている。ポンプ1は、モータ4によって駆動され、液体の冷媒をボイラー2に圧送する。ボイラー2は、ポンプ1によって送られた冷媒と、車両のエンジン5の排気系統6の排気ガスとを内部で互いに熱交換させ、冷媒を加熱する。   The Rankine cycle R1 forms a circulation path that connects the pump 1, the boiler 2, the expander 100, and the condenser 3 in this order, and a refrigerant as a working fluid flows therethrough. The pump 1 is driven by a motor 4 to pump a liquid refrigerant to the boiler 2. The boiler 2 heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant sent by the pump 1 and the exhaust gas of the exhaust system 6 of the engine 5 of the vehicle.

膨張機100は、その内部で、ボイラー2で加熱された後の高温高圧の冷媒を膨張させ、これによって回転駆動力を取り出す。この回転駆動力は、動力伝達機構7を介してエンジン5に伝達され、エンジン5の回転駆動力を補助する。動力伝達機構7はたとえばプーリおよびベルトによって構成される。コンデンサ3は、膨張機100から吐出された冷媒を内部に流通させてコンデンサ3の周囲の空気と熱交換させ、冷媒を冷却・凝縮させる。そして、ポンプ1は、凝縮した液体の冷媒を再び圧送し、ランキンサイクルR1を循環させる。   The expander 100 expands the high-temperature and high-pressure refrigerant after being heated by the boiler 2 in the inside thereof, thereby taking out the rotational driving force. This rotational driving force is transmitted to the engine 5 through the power transmission mechanism 7 and assists the rotational driving force of the engine 5. The power transmission mechanism 7 is constituted by a pulley and a belt, for example. The condenser 3 circulates the refrigerant discharged from the expander 100 and exchanges heat with the air around the condenser 3 to cool and condense the refrigerant. The pump 1 pumps the condensed liquid refrigerant again, and circulates the Rankine cycle R1.

膨張機100は、膨張機100に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段として、圧力センサS1を備えている。圧力センサS1は、ランキンサイクルR1において膨張機100の上流側に設けられ、冷媒の圧力を電気信号に変換して出力する。また、膨張機100は、膨張機100自身を制御する制御手段としてのECU8を備えている。ECU8には、圧力センサS1による検出値Pについての、すなわち膨張機100の入口の圧力についての目標圧力Pとして、膨張機100の耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力が予め設定されている。尚、目標圧力Pと膨張機100の耐圧限界との差としては、後述する動作によって検出値Pを目標圧力Pに一致させるように調整する際に、検出値Pの振れ幅を考慮しても、検出値Pが膨張機100の耐圧限界に達しないようにするために十分な差が必要である。 The expander 100 includes a pressure sensor S1 as pressure detection means for detecting the pressure of the refrigerant sucked into the expander 100. The pressure sensor S1 is provided on the upstream side of the expander 100 in the Rankine cycle R1, converts the refrigerant pressure into an electrical signal, and outputs the electrical signal. The expander 100 also includes an ECU 8 as a control unit that controls the expander 100 itself. The ECU 8, for the detection value P by the pressure sensor S1, i.e. the target pressure P t of the pressure at the inlet of the expander 100, the withstand voltage limit or less and as high as possible pressure of the expander 100 is set in advance. As the difference between the target pressure P t and the breakdown voltage limit of the expander 100, when adjusted to match the detection value P to the target pressure P t by the operation described below, taking into account the amplitude of the detected value P However, a sufficient difference is necessary to prevent the detected value P from reaching the pressure limit of the expander 100.

図2には、膨張機100の構成が示されている。膨張機100は、膨張部101と、発電部102とを含んでいる。
膨張機100は、膨張部101の筐体を構成する膨張部ハウジング10と、発電部102の筐体を構成する発電部ハウジング20とを有している。膨張部ハウジング10は、第一膨張部ハウジング10aおよび第二膨張部ハウジング10bからなる。第二膨張部ハウジング10bの両側に、第一膨張部ハウジング10aおよび発電部ハウジング20が連結されている。
FIG. 2 shows the configuration of the expander 100. The expander 100 includes an expansion unit 101 and a power generation unit 102.
The expander 100 includes an expansion unit housing 10 that forms a housing of the expansion unit 101 and a power generation unit housing 20 that forms a housing of the power generation unit 102. The expansion part housing 10 includes a first expansion part housing 10a and a second expansion part housing 10b. The first expansion section housing 10a and the power generation section housing 20 are connected to both sides of the second expansion section housing 10b.

膨張部101は、第一膨張部ハウジング10aの内部に固定スクロール11を有している。固定スクロール11は、第一膨張部ハウジング10aに固定されている。また、固定スクロール11は、板状の基板11aと渦巻壁11bとによって形成されている。渦巻壁11bは基板11a上に渦巻き状に形成され、基板11aから第二膨張部ハウジング10bに向かう方向に突出している。   The inflating part 101 has a fixed scroll 11 inside the first inflating part housing 10a. The fixed scroll 11 is fixed to the first expansion portion housing 10a. The fixed scroll 11 is formed by a plate-like substrate 11a and a spiral wall 11b. The spiral wall 11b is formed in a spiral shape on the substrate 11a and protrudes in a direction from the substrate 11a toward the second expansion portion housing 10b.

また、膨張部101は、第二膨張部ハウジング10bの内部から第一膨張部ハウジング10aの内部にわたって、固定スクロール11と対向するように、可動スクロール12を有している。可動スクロール12は、固定スクロール11に対して第二膨張部ハウジング10b側に配置されており、固定スクロール11の基板11aと略平行に配置される基板12aと、渦巻壁12bとによって形成されている。渦巻壁12bは基板12a上に渦巻き状に形成され、基板12aから固定スクロール11の基板11aに向かって突出している。また、可動スクロール12では、基板12aから渦巻壁12bと反対側に、筒状のシャフト支持部12dが突出して形成されている。   Further, the inflating portion 101 has a movable scroll 12 so as to face the fixed scroll 11 from the inside of the second inflating portion housing 10b to the inside of the first inflating portion housing 10a. The movable scroll 12 is disposed on the second expansion portion housing 10b side with respect to the fixed scroll 11, and is formed by a substrate 12a disposed substantially parallel to the substrate 11a of the fixed scroll 11 and a spiral wall 12b. . The spiral wall 12 b is formed in a spiral shape on the substrate 12 a and protrudes from the substrate 12 a toward the substrate 11 a of the fixed scroll 11. Moreover, in the movable scroll 12, the cylindrical shaft support part 12d protrudes and is formed in the opposite side to the spiral wall 12b from the board | substrate 12a.

そして、可動スクロール12は、その渦巻壁12bが固定スクロール11の渦巻壁11b同士の間にはまりこむようにして、配置されている。可動スクロール12の渦巻壁12bは、固定スクロール11の渦巻壁11bと当接することによって、閉鎖された空間である三日月状の膨張室40を形成することができる。   The movable scroll 12 is arranged such that the spiral wall 12 b is fitted between the spiral walls 11 b of the fixed scroll 11. The spiral wall 12 b of the movable scroll 12 can form a crescent-shaped expansion chamber 40 that is a closed space by contacting the spiral wall 11 b of the fixed scroll 11.

第一膨張部ハウジング10aの内部では、固定スクロール11に対して可動スクロール12の反対側に、吸入室10cが形成されている。吸入室10cは、第一膨張部ハウジング10aを貫通する吸入通路10dを介して、膨張機100の外部と連通する。   A suction chamber 10 c is formed inside the first expansion portion housing 10 a on the opposite side of the movable scroll 12 with respect to the fixed scroll 11. The suction chamber 10c communicates with the outside of the expander 100 via a suction passage 10d that penetrates the first expansion portion housing 10a.

第一膨張部ハウジング10aおよび渦巻壁11bには、渦巻壁11bの最も外側の部分と第一膨張部ハウジング10aとを貫通して延びる吐出通路10eが形成されている。可動スクロール12の位置に応じて、膨張室40と膨張機100の外部とが吐出通路10eを介して連通する。   A discharge passage 10e extending through the outermost portion of the spiral wall 11b and the first expansion portion housing 10a is formed in the first expansion portion housing 10a and the spiral wall 11b. Depending on the position of the movable scroll 12, the expansion chamber 40 communicates with the outside of the expander 100 via the discharge passage 10e.

膨張部101は、可動スクロール12のシャフト支持部12d側に、駆動シャフト13を有している。駆動シャフト13は、第二膨張部ハウジング10b内の軸受14によって回転可能に支持される拡径部13bと、拡径部13bから発電部ハウジング20側に延びるメインシャフト部13aと、拡径部13bから可動スクロール12のシャフト支持部12d内に延びる偏心シャフト部13cとを一体に有している。   The expansion part 101 has a drive shaft 13 on the side of the shaft support part 12 d of the movable scroll 12. The drive shaft 13 includes a diameter-expanded portion 13b that is rotatably supported by a bearing 14 in the second expansion portion housing 10b, a main shaft portion 13a that extends from the diameter-expanded portion 13b toward the power generation unit housing 20, and a diameter-expanded portion 13b. And an eccentric shaft portion 13c extending into the shaft support portion 12d of the movable scroll 12 from the same.

メインシャフト部13a、拡径部13bおよび偏心シャフト部13cはいずれも略円柱状であり、メインシャフト部13aの中心軸と拡径部13bの中心軸とは同一直線上にある。また、偏心シャフト部13cの中心軸は、メインシャフト部13aおよび拡径部13bの中心軸と平行であるが同一直線上にはない位置に配置される。すなわち、偏心シャフト部13cの中心軸は偏心している。また、偏心シャフト部13cは、ブッシュ15およびその外周の軸受16を介して、シャフト支持部12dと回転自在に嵌合している。   The main shaft portion 13a, the enlarged diameter portion 13b, and the eccentric shaft portion 13c are all substantially cylindrical, and the central axis of the main shaft portion 13a and the central axis of the enlarged diameter portion 13b are on the same straight line. Further, the central axis of the eccentric shaft portion 13c is arranged at a position that is parallel to the central axes of the main shaft portion 13a and the enlarged diameter portion 13b but not on the same straight line. That is, the central axis of the eccentric shaft portion 13c is eccentric. The eccentric shaft portion 13c is rotatably fitted to the shaft support portion 12d via the bush 15 and the outer peripheral bearing 16 thereof.

よって、偏心シャフト部13cは、メインシャフト部13aおよび拡径部13bの中心軸の周りを旋回するように回転することができる。そして、可動スクロール12は、メインシャフト部13aおよび拡径部13bの中心軸の周りを公転運動することによって、偏心シャフト部13cを介して、メインシャフト部13aおよび拡径部13bをその中心軸周りに回転させることができる。また、可動スクロール12が公転運動することによって、膨張室40がメイン吸入ポート30と連通して形成され、その後メイン吸入ポート30から隔絶されて固定スクロール11の基板11aの周縁に移動しつつ、容積を増大させる。   Therefore, the eccentric shaft portion 13c can rotate so as to turn around the central axes of the main shaft portion 13a and the enlarged diameter portion 13b. The movable scroll 12 revolves around the central axes of the main shaft portion 13a and the enlarged diameter portion 13b, thereby moving the main shaft portion 13a and the enlarged diameter portion 13b around the central axis via the eccentric shaft portion 13c. Can be rotated. Further, when the movable scroll 12 revolves, the expansion chamber 40 is formed so as to communicate with the main suction port 30, and is then isolated from the main suction port 30 and moved to the peripheral edge of the substrate 11 a of the fixed scroll 11. Increase.

メインシャフト部13aの端部は、発電部ハウジング20に設けられた軸受20bによって回転可能に支持され、さらに発電部ハウジング20から突出して動力伝達機構7のプーリ(図1参照)に連結されている。また、発電部ハウジング20の内部において、メインシャフト部13aの周りにロータ21が設けられ、メインシャフト部13aと一体に回転するように固定されている。さらに、発電部ハウジング20の内周面には、ロータ21を取り囲むようにして、コイル22aを有するステータ22が固定されている。そして、発電部ハウジング20、メインシャフト部13a、ロータ21およびステータ22は、発電部102を構成し、発電部102は、メインシャフト部13aが回転されてロータ21が回転することによってステータ22のコイル22aに電流を発生することができる。   An end portion of the main shaft portion 13a is rotatably supported by a bearing 20b provided in the power generation unit housing 20, and further protrudes from the power generation unit housing 20 and is connected to a pulley (see FIG. 1) of the power transmission mechanism 7. . Further, inside the power generation unit housing 20, a rotor 21 is provided around the main shaft portion 13a, and is fixed so as to rotate integrally with the main shaft portion 13a. Further, a stator 22 having a coil 22 a is fixed to the inner peripheral surface of the power generation unit housing 20 so as to surround the rotor 21. The power generation unit housing 20, the main shaft portion 13a, the rotor 21, and the stator 22 constitute a power generation unit 102. The power generation unit 102 is a coil of the stator 22 by rotating the main shaft portion 13a and rotating the rotor 21. A current can be generated in 22a.

図3および図4は、図2のIII−III線による断面図において、固定スクロール11の中央周辺を拡大したものである。なお、図3と図4とでは、可動スクロール12の位置が異なっており、いずれも必ずしも図2における可動スクロール12の位置とは整合しない。   3 and 4 are enlarged views of the center periphery of the fixed scroll 11 in the sectional view taken along the line III-III in FIG. 3 and FIG. 4 are different in the position of the movable scroll 12 and are not necessarily aligned with the position of the movable scroll 12 in FIG.

固定スクロール11の基板11aには、吸入室10cと膨張室40とを連通する吸入ポートとして、単一のメイン吸入ポート30と、2つのサブ吸入ポート31aおよび31bとが形成されている。メイン吸入ポート30はたとえば基板11aの中央を貫通して設けられる。メイン吸入ポート30は、少なくとも膨張機100の膨張動作中は常に開いている。   On the substrate 11a of the fixed scroll 11, a single main suction port 30 and two sub suction ports 31a and 31b are formed as suction ports for communicating the suction chamber 10c and the expansion chamber 40. The main suction port 30 is provided, for example, through the center of the substrate 11a. The main suction port 30 is always open at least during the expansion operation of the expander 100.

図5に示されるように、サブ吸入ポート31aおよび31bには、それぞれ対応するサブ吸入ポート弁32aおよび32bが設けられている。サブ吸入ポート弁32aおよび32bはそれぞれECU8に接続されており、ECU8からの制御信号に応じて、それぞれの開度が調整されるようになっている。   As shown in FIG. 5, the sub suction ports 31a and 31b are provided with corresponding sub suction ports 32a and 32b, respectively. The sub suction port valves 32a and 32b are respectively connected to the ECU 8, and the respective opening degrees are adjusted in accordance with a control signal from the ECU 8.

図3は、サブ吸入ポート31aおよび31bのサブ吸入ポート弁32aおよび32b(図5参照)がいずれも全閉の場合の、吸入完了時点に対応する可動スクロール12の位置を示している。固定スクロール11の中央側端が可動スクロール12と接し、同時に可動スクロール12の中央側端が固定スクロール11と接し、これによって膨張室40aおよび40bがメイン吸入ポート30から隔絶されて形成される。この時点が図3の状態に対応する。サブ吸入ポート弁32aおよび32bがいずれも全閉の場合、この時点で膨張室40aおよび40bは吸入室10cから隔絶されることになり、吸入行程が完了する。   FIG. 3 shows the position of the movable scroll 12 corresponding to the completion of the suction when the sub suction port valves 32a and 32b (see FIG. 5) of the sub suction ports 31a and 31b are fully closed. The center side end of the fixed scroll 11 is in contact with the movable scroll 12, and at the same time, the center side end of the movable scroll 12 is in contact with the fixed scroll 11, whereby the expansion chambers 40 a and 40 b are isolated from the main suction port 30. This time corresponds to the state of FIG. When both the sub suction port valves 32a and 32b are fully closed, the expansion chambers 40a and 40b are isolated from the suction chamber 10c at this time, and the suction stroke is completed.

図4は、サブ吸入ポート31aおよび31bのサブ吸入ポート弁32aおよび32b(図5参照)がいずれも任意の開度で開いている場合の、吸入完了時点に対応する可動スクロール12の位置を示している。膨張室40aおよび40bがメイン吸入ポート30から隔絶されて形成された時点(図3に対応する時点)では、膨張室40aおよび40bはそれぞれサブ吸入ポート31aおよび31bを介して吸入室10cと連通しているので、いずれも吸入行程は継続中である。その後、可動スクロール12がさらに回転し、サブ吸入ポート31aおよび31bを塞ぐ位置に達する。この時点が図4の状態に対応する。この時点で膨張室40aおよび40bは吸入室10cから隔絶されることになり、吸入行程が完了する。   FIG. 4 shows the position of the movable scroll 12 corresponding to the completion point of the suction when the sub suction port valves 32a and 32b (see FIG. 5) of the sub suction ports 31a and 31b are both opened at an arbitrary opening degree. ing. When the expansion chambers 40a and 40b are formed separated from the main suction port 30 (the time corresponding to FIG. 3), the expansion chambers 40a and 40b communicate with the suction chamber 10c via the sub suction ports 31a and 31b, respectively. As a result, the inhalation process is ongoing. Thereafter, the movable scroll 12 further rotates and reaches a position where the sub suction ports 31a and 31b are closed. This time corresponds to the state of FIG. At this time, the expansion chambers 40a and 40b are isolated from the suction chamber 10c, and the suction stroke is completed.

サブ吸入ポート弁32aおよび32bが任意の開度で開いている場合(図4)には、これらが全閉の場合(図3)と比較して吸入行程の完了が遅くなるので、吸入容積がより大きくなる。さらに、開度に応じて、吸入容積が大きくなった部分のサブ吸入ポート31aおよび31bを介しての吸入冷媒流量が異なる。すなわち、開度が大きくなるほど、吸入冷媒流量が大きくなる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機100の吸入絞り量を調整でき、膨張機に吸入される冷媒の圧力Pが目標圧力Pに一致するように制御される。このように、膨張機100の吸入圧力は、各サブ吸入ポート31aおよび31bに対応するサブ吸入ポート弁32aおよび32bの開度の調整により、連続的な調整が可能となる。 When the sub suction port valves 32a and 32b are opened at an arbitrary opening degree (FIG. 4), the completion of the suction stroke is delayed as compared with the case where they are fully closed (FIG. 3). Become bigger. Furthermore, the flow rate of the intake refrigerant through the sub intake ports 31a and 31b in the portion where the intake volume is increased differs depending on the opening. That is, as the opening degree increases, the intake refrigerant flow rate increases. While changing the suction volume can be adjusted intake throttle amount of expander 100 by adjusting the refrigerant flow rate to the suction volume change portion, so that the pressure P of the refrigerant sucked into the expander is equal to the target pressure P t To be controlled. Thus, the suction pressure of the expander 100 can be continuously adjusted by adjusting the opening of the sub suction port valves 32a and 32b corresponding to the sub suction ports 31a and 31b.

次に、この発明の実施の形態1に係る膨張機100を含むランキンサイクルR1の動作を、図1〜5に基づいて説明する。
車両のエンジン5の稼動中、エンジン5から排気系統6に排出された排気ガスは、ボイラー2の内部を流通した後、車両の外部に排出される。エンジン5の稼働初期には、エンジン5の回転駆動力が動力伝達機構7を介して膨張機100に伝達され、それによって、膨張部101および発電部102が回転駆動される。
Next, operation | movement of Rankine cycle R1 containing the expander 100 which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated based on FIGS.
During operation of the engine 5 of the vehicle, the exhaust gas discharged from the engine 5 to the exhaust system 6 flows through the boiler 2 and then is discharged to the outside of the vehicle. In the initial operation of the engine 5, the rotational driving force of the engine 5 is transmitted to the expander 100 via the power transmission mechanism 7, whereby the expansion unit 101 and the power generation unit 102 are rotationally driven.

また、エンジン5の稼動中、ポンプ1がモータ4によって駆動される。これによって、ポンプ1は、液体状態の冷媒をボイラー2に向かって圧送する。ポンプ1によって断熱加圧作用を受けた冷媒は、ボイラー2において排気ガスと熱交換を行うことによって等圧加熱されて高温高圧の過熱蒸気となり、膨張機100に吸入され、断熱膨張して流出する。流出した冷媒は、コンデンサ3に流入し、コンデンサ3では周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し液体状態となって流出する。さらに、コンデンサ3から流出した冷媒は、ポンプ1に吸入されて再度圧送され、ランキンサイクルR1を循環する。   Further, the pump 1 is driven by the motor 4 during operation of the engine 5. As a result, the pump 1 pumps the liquid refrigerant toward the boiler 2. The refrigerant subjected to the adiabatic pressurizing action by the pump 1 is heated at the same pressure by exchanging heat with the exhaust gas in the boiler 2 to become high-temperature and high-pressure superheated steam, and is sucked into the expander 100 and adiabatically expanded and flows out. . The refrigerant that has flowed out flows into the condenser 3, where it is cooled by isobaric cooling by exchanging heat with the surrounding air, that is, outside air, and condensed to flow out. Further, the refrigerant flowing out of the condenser 3 is sucked into the pump 1 and pumped again, and circulates through the Rankine cycle R1.

ボイラー2から流出した高温高圧の冷媒は、膨張部101の吸入通路10dを通って吸入室10cに流入する。さらに、吸入室10cからメイン吸入ポート30(および、サブ吸入ポート弁32aおよび32bが任意の開度で開いている場合には、サブ吸入ポート31aおよび31b)を通って膨張室40に流入する。膨張室40内の冷媒は、その膨張力によって膨張室40の容積を増大させる方向への回転駆動力を可動スクロール12に付与し、それにより、膨張室40は、固定スクロール11の基板11aの中央のメイン吸入ポート30近傍で形成された後、可動スクロール12の回転に伴ってその容積を増加させつつ基板11aの周縁に向かって移動し、吐出通路10eと連通するようになる。そして、容積を増加させた膨張室40内で膨張した冷媒は、膨張部101の外部に排出される。   The high-temperature and high-pressure refrigerant that has flowed out of the boiler 2 flows into the suction chamber 10c through the suction passage 10d of the expansion portion 101. Further, the air flows into the expansion chamber 40 from the suction chamber 10c through the main suction port 30 (and the sub suction ports 31a and 31b when the sub suction port valves 32a and 32b are opened at an arbitrary opening degree). The refrigerant in the expansion chamber 40 imparts a rotational driving force to the movable scroll 12 in the direction of increasing the volume of the expansion chamber 40 by the expansion force, so that the expansion chamber 40 is centered on the substrate 11a of the fixed scroll 11. After being formed in the vicinity of the main suction port 30, the volume of the movable scroll 12 is increased with the rotation of the movable scroll 12, and it moves toward the peripheral edge of the substrate 11 a to communicate with the discharge passage 10 e. Then, the refrigerant expanded in the expansion chamber 40 whose volume has been increased is discharged to the outside of the expansion unit 101.

このとき、冷媒の膨張力による可動スクロール12の回転駆動力が、駆動シャフト13を介して伝達されることで、発電部102のロータ21を回転駆動すると共にエンジン5の回転駆動力を補助する。ロータ21が回転することによって、ステータ22のコイル22aに交流電流が発生し、発生した交流電流は、図示しないコンバータで直流電流に変換された後、バッテリ等に充電される。   At this time, the rotational driving force of the movable scroll 12 due to the expansion force of the refrigerant is transmitted via the drive shaft 13, thereby rotating the rotor 21 of the power generation unit 102 and assisting the rotational driving force of the engine 5. When the rotor 21 rotates, an alternating current is generated in the coil 22a of the stator 22, and the generated alternating current is converted into a direct current by a converter (not shown) and then charged to a battery or the like.

図6は、ECU8によるサブ吸入ポート弁32aおよび32bの制御の例を示す。図6に示すように、時間とともに圧力センサS1による検出値Pが変動しているとする。ECU8(図1)は、検出値Pが、ECU8に設定されている目標圧力Pに一致するように、サブ吸入ポート弁32aおよび32bを制御する。たとえば、サブ吸入ポート弁32aおよび32bがいずれも全閉の状態のときに検出値Pが上昇し目標圧力Pより大きくなると(図6のA)、ECU8はサブ吸入ポート弁32aのみを開き、その開度を徐々に大きくしていく。すると、冷媒は、メイン吸入ポート30を介してだけでなく、サブ吸入ポート弁32aの開度に応じた流量で冷媒がサブ吸入ポート31aを介しても膨張機100に吸入されるので吸入絞り量が小さくなり、その結果、検出値Pが低下していく。サブ吸入ポート弁32aが任意の開度で開いている状態で検出値Pが低下していき、目標圧力Pより小さくなると(図6のB)、ECU8はサブ吸入ポート弁32aの開度を徐々に小さくしていく。すると、サブ吸入ポート31aを介して膨張機100に吸入される冷媒の流量が低下するので、吸入絞り量が大きくなり、その結果、検出値Pが上昇する。このように、ECU8は、サブ吸入ポート31aの開度を調整することにより、検出値Pが目標圧力Pに一致するように制御する。 FIG. 6 shows an example of control of the sub suction port valves 32a and 32b by the ECU 8. As shown in FIG. 6, it is assumed that the detection value P by the pressure sensor S1 varies with time. ECU 8 (Figure 1), the detection value P, so as to coincide with the target pressure P t, which is set to ECU 8, and controls the sub suction port valves 32a and 32b. For example, when the detection value P at both the sub-intake port valves 32a and 32b are fully closed is greater than the increased target pressure P t (A in FIG. 6), ECU 8 opens only sub suction port valves 32a, The opening is gradually increased. Then, the refrigerant is sucked into the expander 100 not only through the main suction port 30 but also through the sub suction port 31a at a flow rate corresponding to the opening degree of the sub suction port valve 32a. As a result, the detection value P decreases. Sub suction port valve 32a is gradually lowered detection value P in the state that is open at any angle, becomes smaller than the target pressure P t (in FIG. 6 B), ECU 8 is the opening of the sub-intake port valve 32a Decrease gradually. Then, since the flow rate of the refrigerant sucked into the expander 100 via the sub suction port 31a decreases, the suction throttle amount increases, and as a result, the detection value P increases. Thus, ECU 8, by adjusting the degree of opening of the sub-intake port 31a, and controls so that the detected value P is equal to the target pressure P t.

また、サブ吸入ポート弁32aの開度を大きくしていき全開の状態になっても検出値Pが上昇し目標圧力Pより大きい場合には、ECU8は、サブ吸入ポート弁32bを開き、その開度を徐々に大きくしていく。すると、冷媒は、メイン吸入ポート30およびサブ吸入ポート31aを介してだけでなく、サブ吸入ポート弁32bの開度に応じた流量で冷媒がサブ吸入ポート31bを介しても膨張機100に吸入されるので吸入絞り量が小さくなり、その結果、検出値Pが低下していく。 Further, in the case even if the fully opened gradually increasing the opening degree of the sub suction port valve 32a increases and the detected value P is greater than the target pressure P t is, ECU 8 opens the sub suction port valve 32b, the Increase the opening gradually. Then, the refrigerant is sucked into the expander 100 not only through the main suction port 30 and the sub suction port 31a but also through the sub suction port 31b at a flow rate corresponding to the opening degree of the sub suction port valve 32b. Therefore, the amount of suction throttle is reduced, and as a result, the detection value P is lowered.

さらに、サブ吸入ポート弁32aが全開かつサブ吸入ポート弁32bが任意の開度で開いている状態で検出値Pが目標圧力Pより小さい場合には、サブ吸入ポート弁32bの開度を小さくすることにより吸入絞り量を大きくしていくが、サブ吸入ポート弁32bが全閉になっても検出値Pが目標圧力Pより小さい場合には、ECU8は、サブ吸入ポート弁32aの開度を小さくすることにより、検出値Pが目標圧力Pに一致するように制御する。 Furthermore, when the detected value P in a state in which the sub-intake port valve 32a is fully opened and the sub suction port valve 32b is opened at an arbitrary opening degree is less than the target pressure P t is, decreases the opening of the sub-intake port valve 32b gradually increasing the amount of throttle intake by, but if the detected value P be sub suction port valve 32b is fully closed is less than the target pressure P t is, ECU 8 is sub suction port valve 32a opening by the smaller, the detection value P is controlled so as to coincide with the target pressure P t.

以上の説明では、サブ吸入ポート弁32aおよび32bそれぞれの開度調整は、一方のサブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても検出値Pが目標圧力Pに一致しない場合に他方のサブ吸入ポート弁の開度を調整するようにしているが、この方法に限定するものではない。サブ吸入ポート弁32aおよび32bそれぞれを、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか一方のサブ吸入ポート弁のみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりしてもよい。 In the above description, each of the opening regulating sub suction port valves 32a and 32b, when the detected value P be the opening of one of the sub-intake port valve becomes fully open or fully closed does not match the target pressure P t The opening degree of the other sub suction port valve is adjusted, but the present invention is not limited to this method. Each of the sub suction port valves 32a and 32b is adjusted so as to have the same opening degree at the same time, adjusted at different opening degrees at the same time, or only one of the sub suction port valves at the beginning or end of the opening degree adjustment. However, it may be adjusted at the same opening or different opening at the same time.

このように、サブ吸入ポート弁32aおよび32bを開閉することで膨張機100の吸入容積を変更でき、サブ吸入ポート弁32aおよび32bの開度を調整することによってサブ吸入ポート31aおよび31bを介して吸入容積変更部分の膨張室40に吸入される冷媒の流量を調整することができる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機100の吸入絞り量を調整でき、膨張機100に吸入される冷媒の圧力(圧力センサS1による検出値P)が目標圧力Pに一致するように制御されるので、膨張機100の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することができる。 Thus, the suction volume of the expander 100 can be changed by opening and closing the sub suction port valves 32a and 32b, and the sub suction port valves 32a and 32b can be adjusted via the sub suction ports 31a and 31b. The flow rate of the refrigerant sucked into the expansion chamber 40 of the suction volume changing portion can be adjusted. The suction throttle amount of the expander 100 can be adjusted by adjusting the refrigerant flow rate to the suction volume change portion while changing the suction volume, and the pressure of the refrigerant sucked into the expander 100 (detected value P by the pressure sensor S1). Is controlled so as to match the target pressure Pt , the pressure at the inlet of the expander 100 can be accurately controlled to be as high as possible below the pressure limit.

実施の形態1ではサブ吸入ポートの数は2であるが、1つのサブ吸入ポートが設けられてもよく、または3以上のサブ吸入ポートが設けられてもよい。いずれの場合にも、それぞれのサブ吸入ポートには、開度調整可能なサブ吸入ポート弁が設けられる。1つのサブ吸入ポートが設けられる場合には、実施の形態1において検出値Pを目標圧力Pに一致させる制御を行うに当たり、サブ吸入ポート弁32aの開度調整についての説明が当てはまる。3以上のサブ吸入ポートが設けられる場合には、それぞれのサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか1つのサブ吸入ポート弁のみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、他の少なくとも2つのサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりしてもよい。 In the first embodiment, the number of sub suction ports is two, but one sub suction port may be provided, or three or more sub suction ports may be provided. In any case, each sub suction port is provided with a sub suction port valve whose opening degree can be adjusted. If one sub-intake port is provided, in performing control for matching the detected value P to the target pressure P t in the first embodiment, description of the adjustment of the opening degree of the sub suction port valve 32a applies. When three or more sub-suction ports are provided, each sub-suction port valve is adjusted so as to have the same opening degree at the same time, adjusted at different opening degrees, or at the beginning or end of opening degree adjustment. In the stage, only the opening of only one sub suction port valve is adjusted. In other stages, the other at least two sub suction port valves are adjusted at the same opening degree or different opening degree at the same time. Also good.

実施の形態1では、サブ吸入ポートごとに別々のサブ吸入ポート弁が設けられていたが、この形態に限定するものではない。1つのサブ吸入ポート弁で複数のサブ吸入ポートの開度調整が行えるものであってもよい。このようなサブ吸入ポート弁の例をたとえば図7に示す。図7(a)に示されるように、サブ吸入ポート弁32cは、固定スクロール11の基板11aの吸入室10c(図2参照)側の面11a1に、回転軸33を介して、回転軸33を中心に回転可能に設けられた板状の部材である。   In the first embodiment, a separate sub suction port valve is provided for each sub suction port. However, the present invention is not limited to this form. One sub suction port valve may be capable of adjusting the opening degree of a plurality of sub suction ports. An example of such a sub suction port valve is shown in FIG. As shown in FIG. 7A, the sub-suction port valve 32c has a rotary shaft 33 attached to a surface 11a1 of the fixed scroll 11 on the side of the suction chamber 10c (see FIG. 2) of the substrate 11a via the rotary shaft 33. It is a plate-like member provided rotatably at the center.

図7(b)に示されるように、サブ吸入ポート弁32cには、サブ吸入ポート31a用の孔32c1と、サブ吸入ポート31b用の孔32c2とが形成されている。サブ吸入ポート弁32cが矢印Cの方向に回転すると、孔32c1とサブ吸入ポート31aとが部分的に重なり合って開口が形成され、この開口の大きさに応じた流量の冷媒がサブ吸入ポート31aに流入することになる。サブ吸入ポート弁32cが矢印Cの方向にさらに回転すると、孔32c1はサブ吸入ポート31aを完全に露出することになり、サブ吸入ポート31aが全開の状態となる。サブ吸入ポート弁32cが矢印Cの方向にさらに回転すると、サブ吸入ポート31aが全開の状態のまま、孔32c2とサブ吸入ポート31bとが部分的に重なり合って開口が形成され、この開口の大きさに応じた流量の冷媒がサブ吸入ポート31bに流入することになる。サブ吸入ポート弁32cが矢印Cの方向にさらに回転すると、孔32c2はサブ吸入ポート31bを完全に露出することになり、サブ吸入ポート31bも全開の状態となる。このように、サブ吸入ポート弁32cを矢印Cの方向に回転させて任意の位置で固定することにより、サブ吸入ポート31aおよび31bを任意の開度に調整することができる。   As shown in FIG. 7B, the sub suction port valve 32c is formed with a hole 32c1 for the sub suction port 31a and a hole 32c2 for the sub suction port 31b. When the sub suction port valve 32c rotates in the direction of arrow C, the hole 32c1 and the sub suction port 31a partially overlap to form an opening, and a refrigerant having a flow rate corresponding to the size of the opening is supplied to the sub suction port 31a. Will flow in. When the sub suction port valve 32c further rotates in the direction of arrow C, the hole 32c1 completely exposes the sub suction port 31a, and the sub suction port 31a is fully opened. When the sub suction port valve 32c further rotates in the direction of arrow C, the hole 32c2 and the sub suction port 31b partially overlap with each other while the sub suction port 31a is fully opened, and the size of the opening is formed. Accordingly, the refrigerant having a flow rate corresponding to the flow rate flows into the sub suction port 31b. When the sub suction port valve 32c further rotates in the direction of arrow C, the hole 32c2 exposes the sub suction port 31b completely, and the sub suction port 31b is also fully opened. Thus, by rotating the sub suction port valve 32c in the direction of arrow C and fixing it at an arbitrary position, the sub suction ports 31a and 31b can be adjusted to an arbitrary opening degree.

サブ吸入ポート弁32cにおける孔32c1および32c2の位置および形状を変更することにより、サブ吸入ポート31aおよび31bの開度調整を、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか一方のサブ吸入ポートのみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、他方のサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりすることができる。   By changing the positions and shapes of the holes 32c1 and 32c2 in the sub suction port valve 32c, the opening adjustments of the sub suction ports 31a and 31b can be adjusted to the same opening degree at the same time, or adjusted at different opening degrees at the same time. However, at the beginning or end of the opening adjustment, the opening adjustment of only one of the sub suction ports is performed, but at the other stages, the other sub suction port valve is simultaneously opened at the same opening or different opening. Can be adjusted in degrees.

膨張機100は、膨張部101のみによって構成され、発電部102を含まないものであってもよい。   The expander 100 may be configured only by the expansion unit 101 and may not include the power generation unit 102.

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る膨張機について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1〜7の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る膨張機は、実施の形態1に対して、膨張機の入口の圧力のみならず温度にも基づく制御を行うようにしたものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, an expander according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In the following embodiments, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 7 are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.
The expander according to Embodiment 2 of the present invention is configured to perform control based on not only the pressure at the inlet of the expander but also the temperature with respect to Embodiment 1.

図8は、実施の形態2に係る膨張機100aを含むランキンサイクルR2の構成を示している。膨張機100aは、膨張機100aに吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段として、温度センサS2を備えている。また、ランキンサイクルR2には、ポンプ1と並列にバイパスBが設けられている。バイパスBには、バイパスBを流れる冷媒の流量を調整する流量可変バルブVが設けられている。さらに、ポンプ1と膨張機100aとは同一の駆動軸9を共有している。   FIG. 8 shows a configuration of a Rankine cycle R2 including the expander 100a according to the second embodiment. The expander 100a includes a temperature sensor S2 as temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant sucked into the expander 100a. The Rankine cycle R2 is provided with a bypass B in parallel with the pump 1. The bypass B is provided with a variable flow rate valve V that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass B. Furthermore, the pump 1 and the expander 100a share the same drive shaft 9.

温度センサS2は、ランキンサイクルR2において膨張機100aの上流側に設けられ、冷媒の温度を電気信号に変換し、ECU8bに出力する。ECU8bは、温度センサS2からの電気信号を受信し、これに基づいて流量可変バルブVの動作を制御する。尚、ECU8bには、温度センサS2による検出値Tについての、すなわち膨張機100の入口の温度についての目標温度が予め設定されている。目標温度は、膨張機100aに吸入される冷媒の圧力に応じて決まる最適な温度であり、たとえば冷媒の等エントロピ線とすることができる。図9に、目標圧力Pおよび目標温度の概念図を示す。また、ECU8aは、圧力センサS1からの電気信号を受信し、これに基づいて膨張機100aの動作を制御する。このように、実施形態2においては、ECU8b、バイパスBおよび流量可変バルブVは、流量調整手段を構成する。その他の構成は、実施の形態1と同じである。 The temperature sensor S2 is provided on the upstream side of the expander 100a in the Rankine cycle R2, converts the refrigerant temperature into an electric signal, and outputs the electric signal to the ECU 8b. The ECU 8b receives an electric signal from the temperature sensor S2, and controls the operation of the flow rate variable valve V based on the electric signal. The ECU 8b is preset with a target temperature for the detection value T by the temperature sensor S2, that is, the temperature at the inlet of the expander 100. The target temperature is an optimum temperature determined according to the pressure of the refrigerant sucked into the expander 100a, and can be, for example, an isentropic line of the refrigerant. FIG. 9 shows a conceptual diagram of the target pressure Pt and the target temperature. Further, the ECU 8a receives an electrical signal from the pressure sensor S1, and controls the operation of the expander 100a based on the electrical signal. As described above, in the second embodiment, the ECU 8b, the bypass B, and the flow rate variable valve V constitute a flow rate adjusting unit. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

膨張機100aの入口の圧力の制御については、実施の形態1で説明した動作と同じである。膨張機100aの入口の温度の制御については、温度センサS2による検出値Tが目標温度線に一致するように、ECU8bが流量可変バルブVの開度を調整する。具体的には、検出値Tが、図9において目標温度線よりも上側に位置する場合には、検出値Tが目標温度よりも低いため、ECU8bは流量可変バルブVの開度を大きくする。すると、ポンプ1によって圧送された冷媒のうち、バイパスBを流れる冷媒の流量が増加し、ボイラー2に流入する冷媒の流量が低下する。これにより、膨張機100aに吸入される冷媒の温度が上昇する。逆に、検出値Tが、図9において目標温度線よりも下側に位置する場合には、検出値Tが目標温度よりも高いため、ECU8bは流量可変バルブVの開度を小さくする。すると、ポンプ1によって圧送された冷媒のうち、バイパスBを流れる冷媒の流量が低下し、ボイラー2に流入する冷媒の流量が増加する。これにより、膨張機100aに吸入される冷媒の温度が低下する。この動作により、温度センサS2による検出値Tが目標温度に一致するように制御される。   The control of the pressure at the inlet of the expander 100a is the same as the operation described in the first embodiment. Regarding the control of the temperature at the inlet of the expander 100a, the ECU 8b adjusts the opening of the flow variable valve V so that the detection value T by the temperature sensor S2 matches the target temperature line. Specifically, when the detected value T is located above the target temperature line in FIG. 9, the detected value T is lower than the target temperature, so the ECU 8b increases the opening of the flow rate variable valve V. Then, among the refrigerant pumped by the pump 1, the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass B increases, and the flow rate of the refrigerant flowing into the boiler 2 decreases. Thereby, the temperature of the refrigerant | coolant suck | inhaled by the expander 100a rises. Conversely, when the detected value T is located below the target temperature line in FIG. 9, the detected value T is higher than the target temperature, so the ECU 8 b decreases the opening of the flow variable valve V. As a result, among the refrigerant pumped by the pump 1, the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass B decreases, and the flow rate of the refrigerant flowing into the boiler 2 increases. Thereby, the temperature of the refrigerant | coolant suck | inhaled by the expander 100a falls. By this operation, the detection value T by the temperature sensor S2 is controlled to coincide with the target temperature.

このように、膨張機100aに吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段を設けることにより、膨張機100aに吸入される冷媒の圧力が目標圧力Pに一致するように制御されるだけでなく、膨張機100aに吸入される冷媒の温度も目標温度に一致するように制御されるので、膨張機100aの入口における冷媒の状態を、実施の形態1よりもさらに膨張効率の高い状態に維持することができる。
尚、実施の形態2においても、実施の形態1と同様の変形を施すことができる。
Thus, by providing the flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant sucked into the expander 100a, only the pressure of the refrigerant sucked into the expander 100a is controlled to match the target pressure P t In addition, since the temperature of the refrigerant sucked into the expander 100a is controlled so as to match the target temperature, the state of the refrigerant at the inlet of the expander 100a is maintained at a higher expansion efficiency than in the first embodiment. can do.
Note that the second embodiment can be modified in the same manner as the first embodiment.

実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係る膨張機について説明する。
この発明の実施の形態3に係る膨張機は、実施の形態2に対して、膨張機の入口の圧力および温度に基づく制御方法を変更したものである。
Embodiment 3 FIG.
Next, an expander according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
The expander according to Embodiment 3 of the present invention is obtained by changing the control method based on the pressure and temperature at the inlet of the expander with respect to Embodiment 2.

図10は、実施の形態3に係る膨張機100bを含むランキンサイクルR3の構成を示している。ECU8aは、圧力センサS1および温度センサS2からの両方の電気信号を受信し、これらに基づいて膨張機100bの動作を制御する。また、ECU8aにはさらに、目標圧力Pよりも低い圧力の任意に設定可能な所定圧力Pと、任意に設定可能な一定の温度である(圧力センサS1による検出値Pに依存しない)所定温度Tとが予め設定されている。その他の構成は、実施の形態2と同じである。 FIG. 10 shows a configuration of a Rankine cycle R3 including the expander 100b according to the third embodiment. The ECU 8a receives both electrical signals from the pressure sensor S1 and the temperature sensor S2, and controls the operation of the expander 100b based on these signals. Further, even more ECU8a, the predetermined pressure P p can be set to an arbitrary pressure lower than the target pressure P t, a constant temperature can be set arbitrarily (do not depend on the detection value P by the pressure sensor S1) predetermined The temperature T p is set in advance. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

図11は、膨張機100bに吸入される冷媒の状態(圧力と温度との関係)を、所定圧力Pと、所定温度Tとに基づいて、3つの制御領域に分割している。ECU8aは、圧力センサS1による検出値Pが所定圧力P以上かつ温度センサS2による検出値Tが所定温度T以上のときに、実施の形態1と同様の動作で圧力センサS1による検出値Pが目標圧力Pに一致するようにサブ吸入ポート弁32aおよび32bの開度を調整する。一方、膨張機100bに吸入される冷媒の温度制御は、圧力センサS1による検出値Pが所定圧力P以上か以下か温度センサS2による検出値Tが所定温度T以上か以下かにかかわらず、実施の形態2と同様の動作で、温度センサS2による検出値Tが目標温度に一致するように制御される。 Figure 11 shows a state of the refrigerant sucked into the expander 100b (the relationship between the pressure and the temperature), a predetermined pressure P p, based on the predetermined temperature T p, is divided into three control areas. ECU8a, when the detection value P by the pressure sensor S1 detects value T by a predetermined pressure P p or more and a temperature sensor S2 is higher than a predetermined temperature T p, the detection value P by the pressure sensor S1 in the same operation as in the first embodiment There adjusting the opening of the sub-intake port valves 32a and 32b so as to match the target pressure P t. On the other hand, the temperature control of the refrigerant sucked into the expander 100b is detected values T detected value P is due to the following or a temperature sensor S2 or higher than a predetermined pressure P p by the pressure sensor S1 is regardless of whether the following or higher than a predetermined temperature T p The operation similar to that of the second embodiment is controlled so that the detected value T by the temperature sensor S2 matches the target temperature.

このように、圧力センサS1による検出値Pが所定圧力P以上かつ温度センサS2による検出値Tが所定温度T以上のときに、膨張機100bに吸入される冷媒の圧力を目標圧力Pに一致するように制御することによっても、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
尚、実施の形態3においても、実施の形態1と同様の変形を施すことができる。
Thus, when the detected value P by the pressure sensor S1 detects value T by a predetermined pressure P p or more and a temperature sensor S2 is higher than a predetermined temperature T p, the pressure target pressure P t of the refrigerant sucked into the expander 100b The same effect as in the second embodiment can also be obtained by controlling to match the above.
In the third embodiment, the same modifications as in the first embodiment can be made.

実施の形態2及び3では、流量調整手段は、ECU8b、バイパスBおよび流量可変バルブVから構成され、流量可変バルブVの開度を変更してバイパスBを流通する冷媒の流量を調整することにより、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整していたが、この形態に限定するものではない。ランキンサイクルに流量可変ポンプを設け、ランキンサイクルを循環する冷媒の流量を調整することにより、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整するようにしてもよい。この場合、流量可変ポンプ又はポンプを駆動する回転数可変モータが流量調整手段を構成する。   In the second and third embodiments, the flow rate adjusting means includes the ECU 8b, the bypass B, and the variable flow valve V, and changes the opening of the variable flow valve V to adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass B. Although the flow rate of the refrigerant sucked into the expander is adjusted, the present invention is not limited to this form. A flow rate variable pump may be provided in the Rankine cycle, and the flow rate of the refrigerant sucked into the expander may be adjusted by adjusting the flow rate of the refrigerant circulating in the Rankine cycle. In this case, the flow rate variable pump or the rotation speed variable motor that drives the pump constitutes the flow rate adjusting means.

実施の形態1〜3では、膨張機100,100a,100bはいずれもスクロール式の容積可変型膨張機であったが、この形態に限定するものではない。任意の容積可変型膨張機、たとえばロータリー式等であってもよい。
実施の形態1〜3では、圧力センサS1はボイラー2の下流と膨張機100,100a,100bの上流に配置されるが、この位置に限定するものではなく、ポンプ1の下流から膨張機100,100a,100bの上流の領域のどこに配置されてもよい。
In the first to third embodiments, the expanders 100, 100a, and 100b are all scroll-type variable volume expanders, but are not limited to this form. Any variable volume expander, such as a rotary type, may be used.
In the first to third embodiments, the pressure sensor S1 is disposed downstream of the boiler 2 and upstream of the expanders 100, 100a, 100b, but is not limited to this position. It may be arranged anywhere in the region upstream of 100a, 100b.

8、8a ECU(制御手段)、8b ECU(流量調整手段)、30 メイン吸入ポート、31a、31b サブ吸入ポート、32a、32b サブ吸入ポート弁、40、40a、40b 膨張室、100、100a、100b 膨張機、V 流量可変バルブ(流量調整手段)、R1〜R3 ランキンサイクル、S1 圧力センサ(圧力検出手段)、S2 温度センサ(温度検出手段)、P (圧力検出手段による)検出値、P 所定圧力、P 目標圧力、T (温度検出手段による)検出値、T 所定温度。 8, 8a ECU (control means), 8b ECU (flow rate adjusting means), 30 main suction port, 31a, 31b sub suction port, 32a, 32b sub suction port valve, 40, 40a, 40b expansion chamber, 100, 100a, 100b Expander, V flow variable valve (flow rate adjusting means), R1 to R3 Rankine cycle, S1 pressure sensor (pressure detecting means), S2 temperature sensor (temperature detecting means), detected value by P (by pressure detecting means), P p predetermined pressure, P t the target pressure, T (by temperature detecting means) detecting value, T p predetermined temperature.

Claims (6)

少なくとも1つの膨張室と、
該膨張室のいずれかと連通するメイン吸入ポートと、
前記膨張室のいずれかと連通する少なくとも1つのサブ吸入ポートと、
該サブ吸入ポートと前記膨張室とを連通及び遮断するサブ吸入ポート弁と
を備えた膨張機であって、
該膨張機は、
該サブ吸入ポート弁の開度を調整する制御手段と、
前記膨張機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と
をさらに備え、
前記制御手段には、前記冷媒の目標圧力が予め設定されており、前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記サブ吸入ポート弁の開度を調整する膨張機。
At least one expansion chamber;
A main suction port in communication with any of the expansion chambers;
At least one sub-suction port in communication with any of the expansion chambers;
An expander comprising a sub suction port valve for communicating and blocking the sub suction port and the expansion chamber,
The expander is
Control means for adjusting the opening of the sub-suction port valve;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the refrigerant sucked into the expander,
A target pressure of the refrigerant is preset in the control means, and the control means adjusts the opening of the sub suction port valve so that the detection value by the pressure detection means matches the target pressure. Expanding machine.
複数の前記サブ吸入ポートを備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記複数のサブ吸入ポートのうちの1つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整し、前記1つのサブ吸入ポートに対応する前記サブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても前記圧力検出手段による検出値が前記目標圧力に一致しない場合に、前記複数のサブ吸入ポートのうちの他の1つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整する、請求項1に記載の膨張機。
A plurality of the sub suction ports;
The control means adjusts the opening of a sub suction port valve corresponding to one sub suction port of the plurality of sub suction ports so that the detection value by the pressure detection means matches the target pressure, If the detected value by the pressure detecting means does not match the target pressure even when the opening degree of the sub suction port valve corresponding to the one sub suction port is fully opened or fully closed, The expander of Claim 1 which adjusts the opening degree of the sub suction port valve corresponding to one other sub suction port of them.
複数の前記サブ吸入ポートを備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記複数のサブ吸入ポートのうちの少なくとも2つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を同時に調整する、請求項1に記載の膨張機。
A plurality of the sub suction ports;
The control means simultaneously adjusts the opening degree of the sub suction port valve corresponding to at least two sub suction ports of the plurality of sub suction ports so that the detection value by the pressure detection means matches the target pressure. The expander according to claim 1.
前記膨張機に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記膨張機に吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段と
をさらに備え、
該流量調整手段には、前記冷媒の目標温度が予め設定されており、前記流量調整手段は、前記温度検出手段による検出値を前記目標温度に一致させるように、前記流量を調整する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の膨張機。
Temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant sucked into the expander;
A flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant sucked into the expander;
The target temperature of the refrigerant is preset in the flow rate adjusting means, and the flow rate adjusting means adjusts the flow rate so that a detection value by the temperature detecting means matches the target temperature. The expander as described in any one of 1-3.
前記制御手段にはさらに、
前記目標圧力よりも低い所定圧力と、
任意の一定の温度である所定温度と
が予め設定されており、
前記圧力検出手段による検出値が前記所定圧力以上かつ前記温度検出手段による検出値が前記所定温度以上のときに、前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記サブ吸入ポート弁の開度を調整する、請求項4に記載の膨張機。
The control means further includes
A predetermined pressure lower than the target pressure;
A predetermined temperature that is an arbitrary constant temperature is preset,
When the detected value by the pressure detecting means is equal to or higher than the predetermined pressure and the detected value by the temperature detecting means is equal to or higher than the predetermined temperature, the control means makes the detected value by the pressure detecting means coincide with the target pressure. The expander according to claim 4, wherein an opening degree of the sub suction port valve is adjusted.
前記膨張機はスクロール式膨張機である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の膨張機。   The expander according to any one of claims 1 to 5, wherein the expander is a scroll expander.
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