JP2014029120A - ランキンサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ機構を駆動する第１軸部と膨張機構を駆動する第２軸部とが連結される構成において、ポンプ機構がロックした場合であっても、膨張機により作動流体の循環を継続できるランキンサイクルを提供する。
【解決手段】本発明のランキンサイクルは、ポンプ１と膨張機５とがタンデム結合されている。ポンプ１の第１軸３０と膨張機５の第２軸３２とは同心であり、第１軸３０が第２軸３２に動力伝達可能である。第１軸３０と主歯車４１との間にはポンプトルクリミッタ４３が設けられている。また、検知軸６１と第２軸３２との間には、ワンウェイクラッチ６５が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明はランキンサイクルに関する。

特許文献１に従来のランキンサイクルが開示されている。このランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、配管とを有している。配管は、ポンプからボイラ及び膨張機を経て凝縮器に作動流体を循環できるようになっている。

このランキンサイクルでは、ポンプと膨張機とがタンデム結合された流体機械を採用している。すなわち、この流体機械は、ハウジングと、ハウジングに回転可能に軸支された回転軸と、ハウジング内に構成されたポンプ機構及び膨張機構とを有している。ポンプ機構は、回転軸の回転によって、第１入口ポートから作動流体を吸入し、第１出口ポートから作動流体を吐出可能になっている。また、膨張機構は、膨張可能な作動流体を第２入口ポートから流入させ、膨張後の作動流体を第２出口ポートから流出させることによって、回転軸を回転可能になっている。なお、ハウジング内では、ポンプ機構と膨張機構との間に発電機構も設けられている。

また、この流体機械では、ハウジングから一部が突出された回転軸に電磁クラッチのプーリが固定され、プーリがエンジンによって駆動されるようになっている。また、回転軸は、ポンプ機構及び発電機構を駆動する第１軸部と、第１軸部と同心に設けられ、膨張機構によって駆動される第２軸部と、第１軸部と第２軸部との間に設けられたワンウェイクラッチとからなる。

このランキンサイクルでは、流体機械におけるポンプ機構の第１出口ポートがボイラに配管によって接続され、ボイラが配管によって膨張機構の第２入口ポートに接続されている。また、膨張機構の第２出口ポートは凝縮器に配管によって接続され、凝縮器が配管によってポンプ機構の第１入口ポートに接続されている。

このランキンサイクルでは、電磁クラッチをＯＮし、エンジンによって流体機械のポンプ機構を駆動すれば、作動流体がポンプ機構からボイラ及び膨張機構を経て凝縮器に循環する。この間、ボイラではエンジンの廃熱によって作動流体が加熱され、加熱された作動流体が膨張機構を駆動する。また、膨張機構を経た作動流体は凝縮器によって放熱される。

このため、第１軸部と第２軸部とが同一方向で回転し、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも低ければ、ワンウェイクラッチが第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を遮断する。このため、エンジンの始動時等、ランキンサイクルの高低差圧が小さい時には、引き摺り損失が発生しないという長所がある。

そして、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも高くなろうとすると、ワンウェイクラッチが第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を許容し、第２軸部と第１軸部とが一体に回転する。このため、電磁クラッチをＯＦＦし、第１軸部によって発電機構が駆動される。こうして、このランキンサイクルでは、廃熱を有効に利用することが可能である。

特開２００８−２７４８３４号公報

しかし、上記従来のランキンサイクルでは、ポンプ機構が焼付き等によってロックした場合、ポンプ機構とともに第１軸部が停止するため、第２軸部を介してエンジンのトルクを膨張機構に伝えることができず、膨張機構も停止してしまう。この場合、エンジンで膨張機構を駆動して膨張機構を送風機として作動させることができず、作動流体の循環を継続することができない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ポンプ機構を駆動する第１軸部と膨張機構を駆動する第２軸部とが連結される構成において、ポンプ機構がロックした場合であっても、膨張機構により作動流体の循環を継続できるランキンサイクルを提供すること解決すべき課題としている。

本発明のランキンサイクルは、ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有するランキンサイクルにおいて、
前記ポンプは、駆動源と連結される第１軸部と、該第１軸部によって回転可能なポンプ機構とを有し、
前記膨張機は、該第１軸部と連結される第２軸部と、該第２軸部によって回転可能な膨張機構とを有し、
前記第１軸部と前記ポンプ機構との間には、ポンプトルクリミッタが設けられていることを特徴とする（請求項１）。

本発明のランキンサイクルでは、ポンプ機構が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタが第１軸部とポンプ機構との間における動力伝達を遮断する。このため、ポンプ機構は停止しても、第１軸部が回転を継続することができる。このため、第１軸部によって駆動源から第２軸部に動力が伝達され、膨張機構が継続して駆動される。このため、膨張機を送風機とし、作動流体の循環を継続することが可能となる。

したがって、本発明のランキンサイクルは、ポンプ機構を駆動する第１軸部と膨張機構を駆動する第２軸部とが連結される構成において、ポンプ機構がロックした場合であっても、膨張機により作動流体の循環を継続できる。

第１軸部と第２軸部とは同心であり得る。また、第１軸部と第２軸部との間には、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも低ければ、第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を遮断し、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも高くなろうとすると、第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を許容するワンウェイクラッチが設けられ得る。さらに、ポンプには、ポンプ機構の作動時に回転する検知軸が設けられ得る。そして、検知軸の回転が停止した際に、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも低くても、ワンウェイクラッチは、第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を許容することが好ましい（請求項２）。

この場合、ポンプ機構がロックしておらず、ポンプ機構及び検知軸が回転を継続している場合、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも低ければ、ワンウェイクラッチが第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を遮断する。このため、ランキンサイクルの高低差圧が小さい時には、膨張機構が回転せず、引き摺り損失が発生しないという長所がある。

ポンプ機構がロックしておらず、ポンプ機構及び検知軸が回転を継続し、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも高くなろうとすると、ワンウェイクラッチが第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を許容し、第２軸部と第１軸部とが直結されて一体に回転する。第１軸部の回転は、駆動源に回生されてもよく、発電機や発電機構の発電に供されてもよい。このため、このランキンサイクルでは、廃熱を有効に利用することが可能である。

そして、ポンプ機構が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタによって第１軸部が回転を継続し、検知軸が回転を停止する。この際、第２軸部の回転数が第１軸部の回転数よりも低くても、ワンウェイクラッチにおいて第２軸部と第１軸部との間の動力伝達を許容するため、第２軸部と第１軸部とが直結されて一体に回転する。このため、第１軸部によって駆動源から第２軸部に動力が伝達され、膨張機を送風機とし、作動流体の循環を継続することが可能となる。

検知軸は、第１軸部と同心をなす円筒状であり得る。また、ワンウェイクラッチは、第２軸部と一体に回転し、円筒状の内周転動面が形成された外輪と、第１軸部と一体に回転し、多角形の外周転動面が形成された内輪と、内周転動面と外周転動面との間に収納された複数のコロと、内輪に固定され、コロと同数のステータと、各ステータと各コロとの間に設けられ、各コロを第１軸部の回転方向の前方側に位置させる前方付勢力をもつ前方付勢ばねと、各コロを内周転動面と外周転動面との間に保持する保持器と、検知軸と保持器との間に設けられる検知ばねとを有し得る（請求項３）。この場合、ポンプ機構のロックを検知して外部信号で膨張機構を駆動するよりも、構成が容易になり、ランキンサイクルの低コスト化を実現できる。

また、ワンウェイクラッチは、各ステータと各コロとの間に設けられ、各コロを第１軸部の回転方向の後方側に位置させる後方付勢力をもつ後方付勢ばねを有し得る。そして、後方付勢力は前方付勢力より弱いことが好ましい（請求項４）。この場合、各コロが内輪と外輪との間で安定するため、良好な作動性を発揮する。

第１軸部と第２軸部とは同心であり得る。そして、第２軸部と第１軸部との間には膨張機トルクリミッタが設けられていることが好ましい（請求項５）。

このランキンサイクルにおいて、ポンプ機構が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタによって第１軸部が回転を継続し、検知軸が回転を停止する。この際、第１軸部に対する第２軸部のトルクが所定値を超えなければ、ポンプ機構は停止しても、第２軸部は回転を継続する。第１軸部に対する第２軸部のトルクが所定値を超えれば、膨張機トルクリミッタが第２軸部と第１軸部との間における動力伝達を遮断する。このため、膨張機構が焼付き等によってロックした場合でも、ポンプによる作動流体の循環を継続することが可能となる。

本発明のランキンサイクルは、ポンプ機構を駆動する第１軸部と膨張機構を駆動する第２軸部とが連結される構成において、ポンプ機構がロックした場合であっても、膨張機により作動流体の循環を継続できる。

実施例１〜４のランキンサイクルの模式構造図である。 実施例１のランキンサイクルに係り、流体機械の断面図である。 実施例２のランキンサイクルに係り、流体機械の断面図である。 実施例２のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大平面図である。 実施例２のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例２のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例２のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例３のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大平面図である。 実施例３のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例３のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例３のランキンサイクルに係り、ワンウェイクラッチの一部の拡大断面図である。 実施例４のランキンサイクルに係り、流体機械の断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例１〜４を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
実施例１のランキンサイクルは、図１に示すように、ポンプ１と、ボイラ３と、膨張機５と、凝縮器７と、配管９ａ〜９ｄとを有している。このランキンサイクルは、これらによって作動流体としての冷媒を循環できるようになっている。

このランキンサイクルでは、ポンプ１と膨張機５とがタンデム結合された流体機械１１を採用している。すなわち、この流体機械１１は、図２に示すように、フロントハウジング１３、第１、２ブロック１５、１７、固定スクロール１９、リヤハウジング２１からなるハウジング２３を有している。

フロントハウジング１３には、ブロック室１３ａと、外部とブロック室１３ａとを連通する主軸孔１３ｂとが形成されている。ブロック室１３ａ内には、第１ブロック１５及び第２ブロック１７が固定されている。ブロック室１３ａは、フロントハウジング１３と第１ブロック１５とにより形成されたギヤポンプ室１３ｃと、第２ブロック１７内に形成された収容室１３ｄと、フロントハウジング１３と第２ブロック１７とにより形成された軽量化のための中空室１３ｅとに区画されている。

主軸孔１３ｂ内には軸受装置２５及び軸封装置２７が設けられ、軸受装置２５及び軸封装置２７によって回転軸２９が回転可能に軸支されている。回転軸２９が第１軸部及び第２軸部に相当する。回転軸２９は、ギヤポンプ室１３ｃと直交しつつ、収容室１３ｄ内に延びている。フロントハウジング１３から突出する回転軸２９には、プーリ３３が固定されている。フロントハウジング１３には軸受装置３５が設けられており、プーリ３３は軸受装置３５によって主軸孔１３ｂ回りで回動可能になっている。プーリ３３は図示しないベルトを介してエンジンによって駆動されるようになっている。このエンジンが駆動源に相当する。なお、このエンジンは過給器によって加圧空気が供給される。

また、フロントハウジング１３と第１ブロック１５とには、主軸孔１３ｂと平行な副軸孔１３ｆが形成されている。副軸孔１３ｆ内には軸受装置３７が設けられ、軸受装置３７によって副軸３９が回転可能に軸支されている。副軸３９はギヤポンプ室１３ｃと直交している。

ギヤポンプ室１３ｃ内では、回転軸２９に主歯車４１が設けられている。主歯車４１は回転軸２９によって回転可能となっている。この主歯車４１がポンプ機構に相当する。回転軸２９と主歯車４１との間には、ポンプトルクリミッタ４３が設けられている。このポンプトルクリミッタ４３は、主歯車４１に対して回転軸２９が所定値以上のトルクを生じた場合、回転軸２９と主歯車４１との間で動力伝達を行わないようになっている。また、ギヤポンプ室１３ｃ内では、副軸３９に副歯車４５が設けられている。副歯車４５は副軸３９に圧入されている。主歯車４１と副歯車４５とは噛み合っている。これらの回転軸２９、主歯車４１、副歯車４５、フロントハウジング１３、第１ブロック１５でポンプ１が構成されている。

フロントハウジング１３には、ギヤポンプ室１３ｃと連通する第１入口ポート１３ｇ及び第１出口ポート１３ｈが形成されている。

回転軸２９はギヤポンプ室１３ｃより後方に大径の円柱状に形成された大径部２９ａを一体に有している。第２ブロック１７内には軸受装置４７が設けられ、軸受装置４７によって大径部２９ａが回転可能に軸支されている。大径部２９ａの後方には、回転軸２９に対して偏心する偏心ピン２９ｂが形成されている。これらの大径部２９ａ及び偏心ピン２９ｂは、回転軸２９と共に第２軸部として機能する。

固定スクロール１９は、回転軸２９に対して直交する固定基板１９ａと、固定基板１９ａの周縁で軸方向に筒状に延び、フロントハウジング１３に固定される固定周壁１９ｂと、固定基板１９ａの内側で偏心ピン２９ｂに向かって軸方向に渦巻状に延びる固定渦巻壁１９ｃとからなる。

固定スクロール１９と第２固定ブロック１７との間には可動スクロール４９が収納されている。可動スクロール４９は、回転軸２９に対して直交する可動基板４９ａと、可動基板４９ａの中央で偏心ピン２９ｂに向かって軸方向に筒状に延びるボス部４９ｂと、可動基板４９ａの内側で固定スクロール１９に向かって軸方向に渦巻状に延びる固定渦巻壁４９ｃとからなる。固定スクロール１９と可動スクロール４９とは噛み合うことにより、膨張室５１を形成するようになっている。この可動スクロール４９が膨張機構に相当する。

回転軸２９の大径部２９ａと可動スクロール４９との間にはブッシュバランサ５３が設けられている。ブッシュバランサ５３には軸方向に延びるピン穴５３ａが貫設されており、偏心ピン２９ｂはピン穴５３ａに挿通されている。可動スクロール４９のボス部４９ｂ内には軸受装置５５が設けられ、軸受装置５５によってブッシュバランサ５３が回転可能に軸支されている。

第２固定ブロック１７の後面には、可動スクロール４９の可動基板４９ａに向かって延びる複数本の自転阻止ピン５７ａが固定されている。また、可動基板４９ａの前面には、自転阻止ピン５１ａの先端部を遊嵌状態で受ける自転阻止孔５７ｂが凹設されている。自転阻止孔５７ｂには円筒状のリング５７ｃが遊嵌されている。回転軸２９が回転する際、自転阻止ピン５７ａがリング５７ｃの内周面を摺動及び転動することにより、可動スクロール４９は自転を規制されて回転軸２９周りで公転のみ可能となっている。

固定スクロール１９の固定基板１９ａには、中央の膨張室５１と連通する取入口１９ｄが形成されている。固定スクロール１９とリヤハウジング２１とは取入口１９ｄと連通する取入室５９を形成している。リヤハウジング２１には、取入室５９と連通する第２入口ポート２１ａが形成されている。また、固定スクロール１９には、外周側の膨張室５１と連通する第２出口ポート１９ｅが形成されている。これら固定スクロール１９、リヤハウジング２１、可動スクロール４９、第２固定ブロック１７、ブッシュバランサ５３、大径部２９ａ、偏心ピン２９ｂ、各自転阻止ピン５１ａ及び各リング５７ｃ等によって膨張機５が構成されている。

このランキンサイクルでは、図１に示すように、流体機械１１におけるポンプ１の第１出口ポート１３ｈがボイラ３に配管９ａによって接続され、ボイラ３が配管９ｂによって膨張機５の第２入口ポート２１ａに接続されている。また、膨張機５の第２出口ポート１９ｅは凝縮器７に配管９ｃによって接続され、凝縮器７が配管９ｄによってポンプ１の第１入口ポート１３ｇに接続されている。

このランキンサイクルでは、エンジンによって、図２に示す流体機械１１のプーリ３３を回転すれば、回転軸２９が回転する。主歯車４１に焼付き等が生じておらず、ポンプトルクリミッタ４３が回転軸２９から主歯車４１に動力を伝達すれば、ポンプ１が駆動される。ポンプ１は、第１入口ポート１３ｇから冷媒を吸入し、第１出口ポート１３ｈから冷媒を吐出する。このため、冷媒がポンプ１からボイラ３に供給される。ボイラ３ではエンジンに供給される加圧空気の熱によって冷媒が加熱される。なお、ボイラ３では、例えばエンジンに還流される還流排気等を熱源として冷媒を加熱することもできる。

加熱されて膨張可能な冷媒が膨張機５の第２入口ポート２１ａから流入し、膨張後の冷媒が第２出口ポート１９ｅから流出するため、回転軸２９が回転される。回転軸２９の回転は、エンジン等に回生されてもよく、発電機や発電機構の発電に供されてもよい。膨張機５を経た冷媒は凝縮器７によって放熱される。こうして、このランキンサイクルでは、加圧空気を冷却しつつ、廃熱を有効に利用することが可能である。

ポンプ１が焼付き等によってロックした場合、ポンプ１に対する回転軸２９のトルクが所定値を超え、ポンプトルクリミッタ４３が回転軸２９と主歯車４１との間における動力伝達を遮断する。このため、ポンプ１は停止しても、回転軸２９は回転を継続することができる。このため、偏心ピン２９ｂに動力が伝達され、膨張機５が継続してエンジンにより駆動される。このため、膨張機５を送風機とし、冷媒の循環を継続することが可能となる。

したがって、このランキンサイクルでは、ポンプ１がロックした場合であっても、膨張機５により冷媒の循環を継続することで、加圧空気を好適に冷却できる。

（実施例２）
実施例２のランキンサイクルは、図３に示す流体機械１２を採用している。この流体機械１２は、フロントハウジング１３の主軸孔１３ｂ内に第１軸３０が回転可能に軸支されている。この第１軸３０が第１軸部に相当する。ポンプトルクリミッタ４３と主歯車４１との間には、第１軸３０と同心をなす円筒状に形成された検知軸６１が設けられている。

また、第２ブロック１７内に設けられた軸受装置４７は有底の円筒状の第２軸３２を回転可能に軸支している。この第２軸３２が第２軸部に相当する。第１軸３０と第２軸３２とは同心である。第２軸３２には、第１軸３０及び第２軸３２に対して偏心する偏心ピン３２ｂが形成されている。

第１軸３０と第２軸３２との径方向における間にワンウェイクラッチ６５及び軸受装置６７が設けられている。検知軸６１の後端はフランジ状に径外方向に屈曲されており、この検知軸６１の後端とワンウェイクラッチ６５との軸方向における間には、検知ばねとしての皿ばね６３が設けられている。

ワンウェイクラッチ６５は、図４〜７に示すように、第２軸３２と一体に回転する外輪７１と、第１軸３０と一体に回転する内輪７２と、外輪７１と内輪７２との間に設けられた複数の円柱状のコロ７３と、各コロ７３を保持する保持器７４とを有している。

外輪７１の内周面は、円筒状の内周転動面７１ａとされている。内輪７２の外周面は第１軸３０と同心をなす多角形に形成されており、複数の平面部７２０と複数の角部７２１、７２２とを有している。以下、第１軸３０の回転方向Ｒの前方側の角部を７２１とし、第１軸３０の回転方向Ｒの後方側の角部を７２２とする。全ての平面部７２０及び角部７２１、７２２が外周転動面７２ａである。各コロ７３は、内周転動面７１ａと各外周転動面７２ａとの間に収納されている。内輪７２には、コロ７３と同数のステータ７５が固定されている。各ステータ７５と各コロ７３との間には、各コロ７３を第１軸３０の回転方向Ｒの前方側に位置させる前方付勢力をもつ前方付勢ばね７７が設けられている。保持器７４内には外周転動面７１ａと各内周転動面７２ａとの間に軸方向に延びるボス部７４ａ、７４ｂが形成されており、両ボス部７４ａ、７４ｂによって各コロ７３の前端及び後端を回転可能に保持している。図３に示す皿ばね６３は検知軸６１と保持器７４との間に設けられている。他の構成は実施例１と同様である。

このランキンサイクルでは、図３に示すように、エンジンによって流体機械１２のプーリ３３を回転すれば、第１軸３０が回転する。ポンプ１に焼付き等が生じておらず、ポンプトルクリミッタ４３が第１軸３０から検知軸６１及び主歯車４１に動力を伝達すれば、ポンプ１が駆動される。ポンプ１は、第１入口ポート１３ｇから冷媒を吸入し、第１出口ポート１３ｈから冷媒を吐出する。このため、冷媒がポンプ１からボイラ３に供給される。ボイラ３では加圧空気によって冷媒が加熱される。

加熱されて膨張可能な冷媒が膨張機５の第２入口ポート２１ａから流入し、膨張後の冷媒が第２出口ポート１９ｅから流出するため、第２軸３２が第１軸３０と同一方向に回転される。

ここで、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも低ければ、図６に示すように、第１軸３０と保持器７４との回転速度の相違により、保持器７４に保持された各コロ７３が各前方付勢ばね７７を圧縮させつつ、回転方向Ｒと逆方向に相対移動する（同図では反時計回り方向に移動する。）。これにより、ワンウェイクラッチ６５では、各コロ７３が内輪７２の各平面部７２０にそれぞれ位置することで、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとの噛み合いが解かれる。このため、ワンウェイクラッチ６５は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を遮断する。

そして、図５に示すように、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも高くなろうとすると、ワンウェイクラッチ６５では、各コロ７３が回転方向Ｒと同方向に相対移動する（同図では時計回り方向に移動する。）。これにより、ワンウェイクラッチ６５では、各コロ７３が内輪７２の各角部７２１側にそれぞれ位置し、外輪７１と内輪７２との間に噛み合った状態となる。このため、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとが噛み合い、ワンウェイクラッチ６５は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を許容し、第２軸３２と第１軸３０とが直結されて一体に回転する。第１軸２９の回転は、エンジン等に回生されてもよく、発電機や発電機構の発電に供されてもよい。膨張機５を経た冷媒は凝縮器７によって放熱される。こうして、このランキンサイクルでは、加圧空気を冷却しつつ、廃熱を有効に利用することが可能である。

ポンプ１が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタ４３が第１軸３０から検知軸６１及び主歯車４１への動力の伝達を行わない。このため、検知軸６１が回転を停止し、ポンプ１は停止するが、第１軸３０は回転を継続する。この際、検知軸６１が皿ばね６３を介してワンウェイクラッチ６５の保持器７４を回転方向Ｒの後方側に引張る。このため、ワンウェイクラッチ６５では、図７に示すように、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも低くても、各コロ７３が内輪７２の後方側の各角部７２２にそれぞれ位置し、外輪７１と内輪７２との間に噛み合った状態となる。このため、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとが噛み合い、ワンウェイクラッチ６５は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を許容し、第２軸３２と第１軸３０とが直結されて一体に回転する。このため、第１軸３０によってエンジンから第２軸３２に動力が伝達され、膨張機５を送風機とし、作動流体の循環を継続することが可能となる。

したがって、このランキンサイクルも実施例１と同様の作用効果を奏することができる。しかも、このランキンサイクルでは、高低差圧が小さい時には、膨張機５の引き摺り損失が発生しないという長所がある。また、このランキンサイクルでは、ポンプ１のロックを検知して外部信号で膨張機５を駆動するよりも、構成が容易になり、低コストとなる。

（実施例３）
実施例３のランキンサイクルは、図８〜１１に示すワンウェイクラッチ６６を採用している。このワンウェイクラッチ６５は、保持器７８と、後方付勢ばね７９とを有している。

内輪７２には、コロ７３と同数の対をなすステータ７５、７６が固定されている。各対のステータ７５、７６間に各コロ７３が収納されている。各ステータ７５と各コロ７３との間に前方付勢ばね７７が設けられ、各コロ７３と各ステータ７６との間に後方付勢ばね７９が設けられている。後方付勢ばね７９は、各コロ７３を第１軸３０の回転方向Ｒの後方側に位置させる後方付勢力をもっている。後方付勢力は前方付勢ばね７７の前方付勢力より弱くされている。

保持器７８内には軸方向に延びるコロ７３と同数の隔壁７８ａが形成されており、両隔壁７８ａ間にコロ７３が収納されている。他の構成は実施例２と同様である。

このワンウェイクラッチ６６では、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも低ければ、第１軸３０と保持器７８との回転速度の相違により、図１０に示すように、各隔壁７８ａが回転方向Ｒと逆方向に相対移動し（同図では反時計回り方向に移動する。）、各前方付勢ばね７７をそれぞれ圧縮させる。各コロ７３が回転方向Ｒと逆方向に移動して、内輪７２の各平面部７２０にそれぞれ位置する。このため、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとの噛み合いが解かれる。これにより、ワンウェイクラッチ６６は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を遮断する。

他方、図９に示すように、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも高くなろうとすると、ワンウェイクラッチ６６では、各隔壁７８ａが回転方向と同方向に相対移動し（同図では時計回り方向に移動する。）、各コロ７３を押圧する。この際、上記のように、後方付勢ばね７９における後方付勢力は、前方付勢ばね７７における前方付勢力より弱くされているため、各コロ７３により各後方付勢ばね７９が圧縮される。これにより、各コロ７３が回転方向Ｒと同方向に移動し、内輪７２の前方側の各角部７２１に位置することで、外輪７１と内輪７２との間に噛み合った状態となる。これにより、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとが噛み合い、ワンウェイクラッチ６６は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を許容する。

ポンプ１が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタ４３が第１軸３０から検知軸６１及び主歯車４１への動力の伝達を行わない。このため、検知軸６１が回転を停止し、ポンプ１は停止するが、第１軸３０は回転を継続する。この際、検知軸６１が皿ばね６３を介してワンウェイクラッチ６６の保持器７８を回転方向Ｒの後方側に引張る。このため、ワンウェイクラッチ６６では、図１１に示すように、第２軸３２の回転数が第１軸３０の回転数よりも低くても、各コロ７３が内輪７２の後方側の各角部７２２にそれぞれ位置し、外輪７１と内輪７２との間に噛み合った状態となる。このため、外周転動面７１ａと内周転動面７２ａとが噛み合い、ワンウェイクラッチ６６は、第２軸３２と第１軸３０との間の動力伝達を許容し、第２軸３２と第１軸３０とが直結されて一体に回転する。このため、第１軸３０によってエンジンから第２軸３２に動力が伝達され、膨張機５を送風機とし、作動流体の循環を継続することが可能となる。

このランキンサイクルでは、ワンウェイクラッチ６６において、各前方付勢ばね７７、各隔壁７８ａ及び各後方付勢ばね７９によって各コロ７３が内輪７２と外輪７１との間で安定するため、良好な作動性を発揮する。他の作用効果は実施例２と同様である。

（実施例４）
実施例４のランキンサイクルは、図１２に示すように、第２軸３２と第１軸３０との間に膨張機トルクリミッタ６９が設けられている。一方、検知軸６１及び皿ばね６３は設けられていない。他の構成は実施例２と同様である。

このランキンサイクルでは、ポンプ１が焼付き等によってロックした場合、ポンプトルクリミッタ４３によって第１軸３０が回転を継続する。この際、第１軸３０に対する第２軸３２のトルクが所定値を超えなければ、ポンプ１は停止しても、第２軸３２は回転を継続する。このため、膨張機５を送風機とし、冷媒の循環を継続することが可能となる。第１軸３０に対する第２軸３２のトルクが所定値を超えれば、膨張機トルクリミッタ６９が第２軸３２と第１軸３０との間における動力伝達を遮断する。

このランキンサイクルにおいて、膨張機５が焼付き等によってロックし、ポンプ１が正常に作動している場合、膨張機トルクリミッタ６９によって第１軸３０が回転を継続し、第２軸３２が回転を停止する。この際、ポンプ１は正常に作動しているため、ポンプ１によって冷媒の循環を継続することが可能となる。他の作用効果は実施例２と同様である。

以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜４に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、流体機械１１、１２のハウジング２３内では、ポンプ１と膨張機５との間に発電機構を設けることも可能である。

本発明は車両用ランキンサイクル、廃熱利用装置等に利用可能である。

１…ポンプ
３…ボイラ
５…膨張機
７…凝縮器
９ａ〜９ｄ…配管
１３…フロントハウジング
１３ｇ…第１入口ポート
１３ｈ…第１出口ポート
１５…第１ブロック
１７…第２ブロック
１９…固定スクロール
１９ｅ…第２出口ポート
２１…リヤハウジング
２１ａ…第２入口ポート
２３…ハウジング
２９…回転軸（第１軸部、第２軸部）
３０…第１軸（第１軸部）
３２…第２軸（第２軸部）
４１…主歯車（ポンプ機構）
４３…ポンプトルクリミッタ
４９…可動スクロール（膨張機構）
６１…検知軸
６３…皿ばね（検知ばね）
６５、６６…ワンウェイクラッチ
６９…膨張機トルクリミッタ
７１…外輪
７１ａ…内周転動面
７２…内輪
７２ａ…外周転動面
７３…コロ
７４、７８…保持器
７５…ステータ
７７…前方付勢ばね
７９…後方付勢ばね

Claims (5)

1. ポンプと、ボイラと、膨張機と、凝縮器と、該ポンプから該ボイラ及び該膨張機を経て該凝縮器に該作動流体を循環させる配管とを有するランキンサイクルにおいて、
   前記ポンプは、駆動源と連結される第１軸部と、該第１軸部によって回転可能なポンプ機構とを有し、
   前記膨張機は、該第１軸部と連結される第２軸部と、該第２軸部によって回転可能な膨張機構とを有し、
   前記第１軸部と前記ポンプ機構との間には、ポンプトルクリミッタが設けられていることを特徴とするランキンサイクル。
2. 前記第１軸部と前記第２軸部とは同心であり、
   該第１軸部と該第２軸部との間には、該第２軸部の回転数が該第１軸部の回転数よりも低ければ、該第２軸部と該第１軸部との間の動力伝達を遮断し、該第２軸部の回転数が該第１軸部の回転数よりも高くなろうとすると、該第２軸部と該第１軸部との間の動力伝達を許容するワンウェイクラッチが設けられ、
   前記ポンプには、前記ポンプ機構の作動時に回転する検知軸が設けられ、
   該検知軸の回転が停止した際に、該第２軸部の回転数が該第１軸部の回転数よりも低くても、該ワンウェイクラッチは、該第２軸部と該第１軸部との間の動力伝達を許容する請求項１記載のランキンサイクル。
3. 前記検知軸は、前記第１軸部と同心をなす円筒状であり、
   前記ワンウェイクラッチは、前記第２軸部と一体に回転し、円筒状の内周転動面が形成された外輪と、該第１軸部と一体に回転し、多角形の外周転動面が形成された内輪と、該内周転動面と該外周転動面との間に収納された複数のコロと、該内輪に固定され、該コロと同数のステータと、各該ステータと各該コロとの間に設けられ、各該コロを該第１軸部の回転方向の前方側に位置させる前方付勢力をもつ前方付勢ばねと、各該コロを該内周転動面と該外周転動面との間に保持する保持器と、該検知軸と該保持器との間に設けられる検知ばねとを有する請求項２記載のランキンサイクル。
4. 前記ワンウェイクラッチは、各前記ステータと各前記コロとの間に設けられ、各該コロを前記第１軸部の回転方向の後方側に位置させる後方付勢力をもつ後方付勢ばねを有し、
   該後方付勢力は前記前方付勢力より弱い請求項３記載のランキンサイクル。
5. 前記第１軸部と前記第２軸部とは同心であり、
   該第２軸部と該第１軸部との間には膨張機トルクリミッタが設けられている請求項１記載のランキンサイクル。

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