JP2015028334A - ランキンサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能を良好なものとすること。【解決手段】背圧室４５と軸シール室４６とを第１連通路５１によって連通させた。よって、背圧室４５の気化した作動流体と共に潤滑油が第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給され、軸シール室４６が潤滑油混じりの気化した作動流体によって満たされた状態となる。さらに、軸シール室４６と吐出空間４１とを第２連通路５２を介して連通させた。第２連通路５２は、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されているため、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、第２連通路５２を介して作動流体路１５に還流する。【選択図】図１

Description

本発明は、ランキンサイクル装置に関する。

ランキンサイクル装置は、作動流体を圧送するポンプと、ポンプにより圧送された作動流体を排熱源からの流体と熱交換させる熱交換器と、熱交換器で熱交換された作動流体を膨張させて機械的エネルギを出力する膨張機と、膨張機で膨張された作動流体を凝縮させる凝縮器と、を有している。そして、ポンプ、熱交換器、膨張機、及び凝縮器が順次接続されて作動流体が循環する作動流体路が形成されている。

ポンプのハウジングにはポンプ室が形成されている。また、ハウジング内にはポンプ室に延びるポンプ軸が収容されている。ポンプ室内には、ポンプ軸の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部が収容されている。そして、ポンプ軸の回転駆動に伴うポンプ作動部の作動により、作動流体が作動流体路を循環する。また、ハウジング内には、ハウジングとポンプ軸との間をシールする軸シール部材が収容されている。軸シール部材は、ハウジングとポンプ軸との間をシールすることによって、ハウジング内の作動流体が大気側に漏れることを防止する大気軸シールである。そして、軸シール部材、ポンプ軸、ハウジング及びポンプ作動部により軸シール室が区画されている。

ところで、一般的に、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑は、ポンプ室から軸シール室内に流れ込む作動流体に含まれる潤滑油によって行われている。しかし、ポンプ室から軸シール室内に流れ込む作動流体は、凝縮器によって凝縮されて液化した状態であるため、液化した作動流体と潤滑油とが混ざることにより、潤滑油の粘性が低くなり、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑を十分に確保することができない虞がある。

そこで、特許文献１では、膨張機の出口で作動流体から分離された潤滑油を、凝縮器を迂回した通路を介して軸シール室に供給している。これによれば、ポンプ室からの液化した作動流体に含まれる潤滑油によって、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑を行う場合に比べると、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能が向上する。

特開２００８−７５６３７号公報

しかしながら、特許文献１では、膨張機の出口で作動流体から潤滑油を分離したとしても、通路を介した軸シール室への作動流体の供給は僅かながら行われている。そして、軸シール室はポンプ室に隣接していることから、通路を介して軸シール室に供給された作動流体は、凝縮器からポンプ室に送り込まれる作動流体によって冷却されることで凝縮して液化してしまう虞がある。すると、軸シール室に供給された潤滑油の粘性が低くなってしまい、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能を良好なものとす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。

上記課題を解決するランキンサイクル装置は、ポンプ、熱交換器、膨張機及び凝縮器が順次接続されて作動流体が循環する作動流体路が形成されており、前記ポンプのハウジングにはポンプ室が形成されており、前記ハウジング内には前記ポンプ室に延びるポンプ軸が収容されており、前記ポンプ室内には前記ポンプ軸の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部が収容されており、前記ポンプ軸の回転駆動に伴う前記ポンプ作動部の作動により作動流体が前記作動流体路を循環し、前記ハウジング内には、前記ハウジングと前記ポンプ軸との間をシールする軸シール部材が収容されており、前記軸シール部材、前記ポンプ軸、前記ハウジング及び前記ポンプ作動部により軸シール室が区画されるランキンサイクル装置であって、前記熱交換器の出口から前記凝縮器の入口までの間に接続されるとともに前記軸シール室に連通する第１連通路と、前記軸シール室に連通するとともに前記作動流体路に対する前記第１連通路の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続される第２連通路とを備えている。

これによれば、熱交換器の出口から凝縮器の入口までを流れる気化した作動流体と共に潤滑油が第１連通路を介して軸シール室に供給されるため、軸シール室を、潤滑油混じりの気化した作動流体によって満たされた状態とすることができる。また、第２連通路が、作動流体路に対する第１連通路の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されているため、第１連通路を介して軸シール室に供給された作動流体を、第２連通路を介して作動流体路に還流させることができる。よって、第１連通路を介して軸シール室に供給された作動流体が、凝縮器からポンプ室に送り込まれる作動流体によって冷却されることで凝縮して液化してしまい、液化した作動流体が軸シール室に溜まってしまうことを防止することができる。その結果、軸シール室に供給された潤滑油の粘性を高い状態に維持することができ、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能を良好なものとすることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第１連通路には第１絞り部が設けられていることが好ましい。
これによれば、軸シール室内の圧力を、作動流体路における熱交換器の出口から凝縮器の入口までの間の圧力よりも低くすることができる。よって、軸シール室内の圧力が、作動流体路における熱交換器の出口から凝縮器の入口までの間の圧力と同じ圧力になっている場合に比べると、軸シール部材に加わる負荷を低減させることができ、軸シール部材の耐久性を向上させることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第１絞り部は、前記第１連通路の開度を調整可能な開度調整弁であり、前記軸シール室内の温度を検出する温度検出部と、前記開度調整弁の弁開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度に基づいて、前記開度調整弁の弁開度を制御することが好ましい。

例えば、温度検出部により検出された温度が、所定の温度よりも低い場合には、制御部は、開度調整弁の弁開度が増大するように開度調整弁の開度を制御する。これによれば、第１連通路を介して軸シール室に供給される作動流体の流量が増大するため、軸シール室内の温度が上昇し、軸シール室内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことを抑制することができる。その結果、軸シール室に供給された潤滑油の粘性を高い状態に維持し易くすることができ、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能をさらに良好なものとすることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記軸シール室内の圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度と、前記圧力検出部により検出された圧力とに基づいて、前記開度調整弁の弁開度を制御することが好ましい。

軸シール室内の圧力は、軸シール室に供給された作動流体の圧力に等しい。作動流体の圧力は作動流体の飽和温度と相関関係があるため、作動流体の圧力から作動流体の飽和温度が予め求められる。また、軸シール室内の温度は、軸シール室に供給された作動流体の温度に等しい。これにより、制御部は、作動流体の温度から作動流体の飽和温度を差し引いた作動流体の過熱度（スーパーヒート）を算出することができる。そして、制御部は、算出された過熱度が所定値以下の場合に、開度調整弁の弁開度が増大するように開度調整弁の開度を制御する。これによれば、例えば、軸シール室内の温度のみに基づいて、開度調整弁の弁開度を制御する場合に比べると、第１連通路を介して軸シール室に供給される作動流体の流量を精度良く制御することができ、軸シール室内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第１絞り部は、前記第１連通路の開度を調整可能な開度調整弁であり、前記開度調整弁は、前記第１連通路の開度を調整する弁体と、前記軸シール室内の温度に基づいて内部の圧力が決定される第１圧力室と、前記軸シール室内の圧力が作用する第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧力室との圧力差により変位する感圧部材と、前記感圧部材の変位に伴い移動するとともに前記軸シール室内の熱を前記第１圧力室に伝達させる熱伝達部材と、を備え、前記第１圧力室と前記第２圧力室との圧力差により前記感圧部材が変位することで、前記熱伝達部材が移動して、前記熱伝達部材の移動に伴い前記弁体の開度が調整されることが好ましい。これによれば、開度調整弁を電気的に制御する必要が無いため、第１連通路の開度の制御を簡素化させることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第２連通路は、前記凝縮器の出口から前記ポンプ室の入口までの間に接続されており、前記第２連通路には第２絞り部が設けられていることが好ましい。

これによれば、第２連通路を極力短くすることができる。そして、第２連通路に第２絞り部が設けられていることにより、凝縮器の出口からポンプ室の入口までの間を流れる作動流体が、第２連通路を介して軸シール室に流れ込んでしまうことを防止することができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第２絞り部の流路面積は、前記第１絞り部の流路面積よりも大きいことが好ましい。
これによれば、例えば、第２絞り部の流路面積が第１絞り部の流路面積よりも小さい場合に比べると、軸シール室内の圧力を低くすることができる。よって、軸シール部材に加わる負荷をさらに低減させることができ、軸シール部材の耐久性をさらに向上させることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記膨張機は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対し旋回する可動スクロールを備えるとともに、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側に背圧室を備え、該背圧室の背圧によって前記可動スクロールが前記固定スクロールに押し付けられており、前記第１連通路は、前記背圧室に接続されていることが好ましい。

これによれば、背圧室に供給される作動流体を、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑に寄与させることができ、背圧室に供給される作動流体を有効利用することができる。
上記ランキンサイクル装置において、前記膨張機は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対し旋回する可動スクロールを備えるとともに、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側に背圧室を備え、該背圧室の背圧によって前記可動スクロールが前記固定スクロールに押し付けられており、前記第２連通路は、前記背圧室に接続されていることが好ましい。

これによれば、軸シール室の作動流体が第２連通路を介して背圧室に還流されるため、軸シール室の作動流体を、可動スクロールを固定スクロールに押し付けるために必要な背圧として利用することができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記ポンプ軸は、前記膨張機の駆動軸を兼用しており、前記第１連通路又は前記第２連通路は前記ポンプ軸の内部を通過していることが好ましい。

これによれば、第１連通路又は第２連通路の配設スペースを別途設ける必要が無く、構成を簡素化することができる。
上記ランキンサイクル装置において、前記ポンプと前記膨張機とが一体化されていることが好ましい。

このような構成は、背圧室から第１連通路を介した軸シール室への作動流体の供給、又は軸シール室から第２連通路を介した背圧室への作動流体の還流を行う構成として好適である。

上記ランキンサイクル装置において、前記第２連通路における前記軸シール室に対する開口部が、前記ポンプ軸の中心軸線よりも重力方向上側に配置されていることが好ましい。

これによれば、第２連通路における軸シール室に対する開口部が、ポンプ軸の中心軸線よりも重力方向下側に配置されている場合に比べて、軸シール室内に潤滑油を貯留し易くすることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記第１連通路における前記軸シール室に対する開口部が、前記ポンプ軸の中心軸線よりも重力方向上側に配置されていることが好ましい。

これによれば、軸シール室内に貯留されている潤滑油を、第１連通路における軸シール室に対する開口部を介して軸シール室に供給される作動流体によって撹拌してしまうことを抑制することができ、軸シール室内に潤滑油を貯留し易くすることができる。

上記ランキンサイクル装置において、前記ハウジングと前記ポンプ軸との間には、前記ポンプ室と前記軸シール室との間をシールするシール部材が設けられていることが好ましい。

これによれば、凝縮器からポンプ室に送り込まれる作動流体がハウジングとポンプ軸との間を介して軸シール室に流れ込んでしまうことを防止することができる。
上記ランキンサイクル装置において、前記ポンプ軸は転がり軸受を介して前記ハウジングに回転可能に支持されており、前記転がり軸受は、前記軸シール室の外側に配置されていることが好ましい。

これによれば、例えば、転がり軸受が軸シール室内に配置されている場合のように、転がり軸受によって軸シール室内に貯留されている潤滑油が撹拌されてしまい、撹拌されて温度が上昇した潤滑油の熱によって軸シール部材が劣化してしまうといった問題を回避することができる。

この発明によれば、軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑性能を良好なものとすることができる。

実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。 複合流体機械の部分縦断面図。 別の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。 別の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。 別の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。 別の実施形態におけるランキンサイクル装置を示す模式図。 別の実施形態における開度調整弁の構成を模式的に示す断面図。

以下、ランキンサイクル装置を具体化した一実施形態を図１及び図２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、ポンプ１１と膨張機１２とが一体化されてなる複合流体機械２０を有している。そして、ランキンサイクル装置１０には、ポンプ１１、熱交換器１３、膨張機１２及び凝縮器１４が順次接続されて作動流体が循環する作動流体路１５が形成されている。

複合流体機械２０のハウジング２１は、有蓋筒状をなすハウジング本体２２と、このハウジング本体２２の開口端に接合されたリヤハウジング２３とから形成されている。ハウジング本体２２内には駆動軸２４が収容されている。

ハウジング本体２２の蓋部２２ａのハウジング２１内に臨む面には、駆動軸２４を取り囲むように凹部２２１ａが形成されている。そして、蓋部２２ａのハウジング２１内に臨む面にサイドプレート２６が固着されることにより、凹部２２１ａが閉鎖されて蓋部２２ａとサイドプレート２６との間にポンプ室２７が区画されている。ポンプ室２７内には、従動ギヤ２８が回転可能に収容されている。また、ポンプ室２７内には駆動軸２４が延びている。ポンプ室２７内には、駆動軸２４に取着された主動ギヤ２９が収容されている。従動ギヤ２８と主動ギヤ２９とは、互いに噛み合わされた状態でポンプ室２７内に収容されている。従動ギヤ２８及び主動ギヤ２９は、駆動軸２４の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部３０を構成している。

蓋部２２ａには、ポンプ室２７（凹部２２１ａ）に連通する吸入通路３１が形成されている。吸入通路３１は、ハウジング本体２２の上面に開口するように複合流体機械２０の上部に形成されている。また、蓋部２２ａには、ポンプ室２７（凹部２２１ａ）に連通する吐出通路３２が形成されている。吐出通路３２はポンプ室２７の下部に位置するように形成されている。

ハウジング本体２２内には、ハウジング２１の一部を構成する略円筒状の支持ブロック３４が固設されている。そして、支持ブロック３４により、ハウジング本体２２内がリヤハウジング２３側と蓋部２２ａ側とに仕切られている。駆動軸２４の他端側（リヤハウジング２３側）は、サイドプレート２６を貫通して支持ブロック３４に挿入されている。また、支持ブロック３４と駆動軸２４との間には、シール部材３４ｓが配設されている。シール部材３４ｓは、支持ブロック３４の内周面と駆動軸２４の周面との間をシールしている。

駆動軸２４の他端には、駆動軸２４の中心軸線Ｌに対して偏心した位置に偏心軸２４ａが設けられている。偏心軸２４ａは駆動軸２４の回転により中心軸線Ｌの周りを公転するようになっている。偏心軸２４ａにはブッシュ２４ｂが固定されている。ブッシュ２４ｂは偏心軸２４ａと共に中心軸線Ｌの周りを公転する。ブッシュ２４ｂにはカウンタウェイト２４ｄが固定されている。

膨張機１２は、軸受装置２４ｃを介してブッシュ２４ｂに回転可能に支持される可動スクロール３５と、支持ブロック３４とリヤハウジング２３との間で可動スクロール３５に対向するようにハウジング本体２２に固設される固定スクロール３６とを有する。可動スクロール３５は、軸受装置２４ｃに支持された円盤状をなす可動側基板３５ａと、この可動側基板３５ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁３５ｂとからなる。固定スクロール３６は、円盤状をなす固定側基板３６ａと、この固定側基板３６ａから可動側基板３５ａに向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁３６ｂとからなる。そして、可動スクロール３５の可動側渦巻壁３５ｂと、固定スクロール３６の固定側渦巻壁３６ｂとは互いに噛み合わされて容積変更可能な作動室３７を区画する。

また、固定側基板３６ａの中央には吸入口３６ｃが形成されている。固定側基板３６ａとリヤハウジング２３との間には、吸入室３８が区画されるとともに、この吸入室３８は吸入口３６ｃを介して膨張前の作動室３７に連通している。

リヤハウジング２３には、吸入室３８に連通する吸入ポート３９が形成されている。さらに、固定スクロール３６の内周面と可動スクロール３５の最外周面との間には吐出室４０が区画されている。吐出室４０は、支持ブロック３４の透孔３４ｈを介してハウジング本体２２内における支持ブロック３４とサイドプレート２６との間に区画された吐出空間４１に連通している。ハウジング本体２２の上部には、吐出空間４１に連通する吐出ポート４２が形成されている。

可動スクロール３５の可動側基板３５ａと、支持ブロック３４の内側によって囲まれる空間により背圧室４５が区画されている。そして、可動スクロール３５において、固定スクロール３６への対向面とは反対側の面（支持ブロック３４側の面）であり、背圧室４５に露出する面が背面となっている。背圧室４５には作動流体が導入される。背圧室４５に導入される作動流体の圧力は、作動室３７での膨張前の作動流体の圧力と、作動室３７での膨張後の作動流体の圧力との間の中間の圧力に調整されている。そして、背圧室４５の作動流体の圧力である背圧によって可動スクロール３５が固定スクロール３６に押し付けられている。

本実施形態では、複合流体機械２０のハウジング２１は、ポンプ１１のハウジングと膨張機１２のハウジングとを兼ねている。また、駆動軸２４は、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とを兼ねている。

ハウジング２１内には、ハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間をシールする環状の軸シール部材４７が収容されている。軸シール部材４７は、ハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間をシールすることによって、複合流体機械２０内の作動流体が大気側に漏れることを防止する大気軸シールである。そして、軸シール部材４７、駆動軸２４、ハウジング本体２２の蓋部２２ａ及びポンプ作動部３０により軸シール室４６が区画されている。軸シール室４６は、駆動軸２４を取り囲むように環状に形成されている。また、軸シール室４６内には、ポンプ室２７と軸シール室４６との間をシールする環状のシール部材４８が収容されている。

駆動軸２４の一端側は、転がり軸受２５を介して蓋部２２ａに回転可能に支持されるとともに、駆動軸２４の他端側は、支持ブロック３４内に設けられた転がり軸受３４ａを介して支持ブロック３４に回転可能に支持されている。転がり軸受２５は、軸シール室４６よりも駆動軸２４の一端側に配置されている。すなわち、転がり軸受２５は、軸シール室４６の外側に配置されている。

ポンプ室２７の出口は、吐出通路３２及び第１流路５０ａを介して熱交換器１３の吸熱器１３ａ（熱交換器１３の入口）に接続されている。また、熱交換器１３は、吸熱器１３ａに加えて放熱器１３ｂを備える。この放熱器１３ｂは、排熱源としての車両エンジンＥに接続された排気管Ｅ１上に設けられている。そして、車両エンジンＥから排出された排気ガスは、放熱器１３ｂで放熱する。よって、ポンプ作動部３０の作動によってポンプ室２７から吐出された作動流体は、熱交換器１３の吸熱器１３ａと放熱器１３ｂとの間での熱交換により車両エンジンＥからの排熱によって加熱される。

熱交換器１３の吸熱器１３ａの出口（熱交換器１３の出口）は、第２流路５０ｂを介して吸入ポート３９（膨張機１２の入口）に接続されている。そして、熱交換器１３で加熱されて気化した高温高圧の作動流体は、第２流路５０ｂ、吸入ポート３９、吸入室３８及び吸入口３６ｃを介して作動室３７に吸入される。作動室３７に吸入された作動流体は、作動室３７で膨張し、作動流体の持つ熱量の一部が機械的エネルギとして取り出されて、図示しない発電機による発電や車両エンジンＥのトルク補助等が行われる。

吐出ポート４２（膨張機１２の出口）は、第３流路５０ｃを介して凝縮器１４の入口に接続されている。そして、膨張機１２で膨張した高温低圧の作動流体は、第３流路５０ｃを介して凝縮器１４へ吐出される。凝縮器１４へ吐出された作動流体は、外気との熱交換によって凝縮されて液化される。

凝縮器１４の出口は、第４流路５０ｄ及び吸入通路３１を介してポンプ室２７の入口に接続されている。そして、凝縮器１４によって凝縮されて液化した低温低圧の作動流体は、第４流路５０ｄ及び吸入通路３１を介してポンプ室２７に吸入され、ポンプ作動部３０の作動により作動流体が作動流体路１５を循環する。よって、ランキンサイクル装置１０では、作動流体は、複合流体機械２０の膨張機１２、凝縮器１４、複合流体機械２０のポンプ１１、熱交換器１３の並び順に沿って回路を流れるようになっている。

背圧室４５と軸シール室４６とは第１連通路５１を介して連通している。よって、第１連通路５１は、熱交換器１３の出口から凝縮器１４の入口までの間に接続されている。第１連通路５１には、第１絞り部５１ｓが設けられている。そして、背圧室４５の作動流体は、第１絞り部５１ｓにより絞られて減圧された状態で、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される。

また、軸シール室４６と吐出空間４１とは第２連通路５２を介して連通している。吐出空間４１の圧力は、背圧室４５の圧力よりも低くなっている。よって、第２連通路５２は、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されている。

図２に示すように、第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａは、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向（図２に示す矢印Ｙの方向）上側に配置されている。また、第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａは、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向上側に配置されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
背圧室４５の気化した作動流体と共に潤滑油が第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される。よって、軸シール室４６が、潤滑油混じりの気化した作動流体によって満たされた状態となる。また、第２連通路５２が、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されているため、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、第２連通路５２を介して作動流体路１５に還流する。よって、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、凝縮器１４からポンプ室２７に送り込まれる作動流体によって冷却されることで凝縮して液化してしまい、液化した作動流体が軸シール室４６に溜まってしまうことが防止される。その結果、軸シール室４６に供給された潤滑油の粘性が高い状態に維持され、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑性能が良好なものとなる。

第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向上側に配置されているため、軸シール室４６内に貯留されている潤滑油が、第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａを介して軸シール室４６に供給される作動流体によって撹拌されてしまうことが抑制されている。

第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向上側に配置されているため、第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向下側に配置されている場合に比べて、軸シール室４６内に潤滑油を貯留し易くなっている。

第１連通路５１に第１絞り部５１ｓが設けられているため、軸シール室４６内の圧力が、背圧室４５の圧力よりも低くなる。よって、軸シール室４６内の圧力が、背圧室４５の圧力と同じ圧力になっている場合に比べると、軸シール部材４７に加わる負荷が低減され、軸シール部材４７の耐久性が向上する。

転がり軸受２５は、軸シール室４６の外側に配置されているため、例えば、転がり軸受２５が軸シール室４６内に配置されている場合のように、転がり軸受２５によって軸シール室４６内に貯留されている潤滑油が撹拌されてしまい、撹拌されて温度が上昇した潤滑油の熱によって軸シール部材４７が劣化してしまうといった問題が回避される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）背圧室４５と軸シール室４６とは第１連通路５１を介して連通している。さらに、軸シール室４６と吐出空間４１とは第２連通路５２を介して連通している。第２連通路５２は、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されている。これによれば、背圧室４５の気化した作動流体と共に潤滑油が第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給されるため、軸シール室４６を、潤滑油混じりの気化した作動流体によって満たされた状態とすることができる。また、第２連通路５２が、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されているため、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体を、第２連通路５２を介して作動流体路１５に還流させることができる。よって、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、凝縮器１４からポンプ室２７に送り込まれる作動流体によって冷却されることで凝縮して液化してしまい、液化した作動流体が軸シール室４６に溜まってしまうことを防止することができる。その結果、軸シール室４６に供給された潤滑油の粘性を高い状態に維持することができ、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑性能を良好なものとすることができる。

（２）第１連通路５１に第１絞り部５１ｓを設けた。これによれば、軸シール室４６内の圧力を、背圧室４５の圧力よりも低くすることができる。よって、軸シール室４６内の圧力が、背圧室４５の圧力と同じ圧力になっている場合に比べると、軸シール部材４７に加わる負荷を低減させることができ、軸シール部材４７の耐久性を向上させることができる。

（３）第１連通路５１を背圧室４５に接続した。これによれば、背圧室４５に供給される作動流体を、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑に寄与させることができ、背圧室４５に供給される作動流体を有効利用することができる。

（４）ランキンサイクル装置１０は、ポンプ１１と膨張機１２とが一体化された複合流体機械２０を有している。このような構成は、背圧室４５から第１連通路５１を介して軸シール室４６へ作動流体の供給を行う構成として好適である。

（５）第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向上側に配置されている。これによれば、第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向下側に配置されている場合に比べて、軸シール室４６内に潤滑油を貯留し易くすることができる。

（６）第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向上側に配置されている。これによれば、軸シール室４６内に貯留されている潤滑油を、第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａを介して軸シール室４６に供給される作動流体によって撹拌してしまうことを抑制することができ、軸シール室４６内に潤滑油を貯留し易くすることができる。

（７）ハウジング本体２２と駆動軸２４との間に、ポンプ室２７と軸シール室４６との間をシールするシール部材４８を設けた。これによれば、凝縮器１４からポンプ室２７に送り込まれる作動流体がハウジング本体２２と駆動軸２４との間を介して軸シール室４６に流れ込んでしまうことを防止することができる。

（８）転がり軸受２５は、軸シール室４６の外側に配置されている。これによれば、例えば、転がり軸受２５が軸シール室４６内に配置されている場合のように、転がり軸受２５によって軸シール室４６内に貯留されている潤滑油が撹拌されてしまい、撹拌されて温度が上昇した潤滑油の熱によって軸シール部材４７が劣化してしまうといった問題を回避することができる。

（９）第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、第２連通路５２を介して作動流体路１５に還流される。これによれば、軸シール室４６内に存在する摩耗粉などの異物を作動流体と共に第２連通路５２を介して作動流体路１５に排出することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３に示すように、第２連通路５２が、吸入通路３１に接続されていてもよい。第２連通路５２には第２絞り部５２ｓが設けられている。第２絞り部５２ｓの流路面積は、第１絞り部５１ｓの流路面積よりも大きい。これによれば、第２連通路５２を極力短くすることができる。そして、第２連通路５２に第２絞り部５２ｓが設けられていることにより、吸入通路３１を流れる作動流体が、第２連通路５２を介して軸シール室４６に流れ込んでしまうことを防止することができる。なお、第２連通路５２は、第４流路５０ｄに接続されていてもよい。すなわち、凝縮器１４の出口からポンプ室２７の入口までの間に接続されていてもよい。また、例えば、第２絞り部５２ｓの流路面積が第１絞り部５１ｓの流路面積よりも小さい場合に比べると、軸シール室４６内の圧力を低くすることができる。よって、軸シール部材４７に加わる負荷をさらに低減させることができ、軸シール部材４７の耐久性をさらに向上させることができる。

○ 図４に示すように、第１連通路５１が駆動軸２４の内部を通過していてもよい。これによれば、第１連通路５１の配設スペースを別途設ける必要が無く、構成を簡素化することができる。

○ 図５に示すように、第１連通路５１が、第２流路５０ｂに接続されていてもよい。そして、第２連通路５２が駆動軸２４の内部を通過して背圧室４５に接続されていてもよい。要は、第１連通路５１は、熱交換器１３の出口から凝縮器１４の入口までの間に接続されていればよい。そして、第２連通路５２は、作動流体路１５に対する第１連通路５１の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続されていればよい。図５に示す実施形態によれば、軸シール室４６の作動流体が第２連通路５２を介して背圧室４５に還流されるため、軸シール室４６の作動流体を、可動スクロール３５を固定スクロール３６に押し付けるために必要な背圧として利用することができる。また、第２連通路５２の配設スペースを別途設ける必要が無く、構成を簡素化することができる。

○ 実施形態において、転がり軸受２５が、駆動軸２４の軸方向において、ポンプ室２７と軸シール室４６との間に配設されていてもよい。
○ 実施形態において、転がり軸受２５が軸シール室４６内に配設されていてもよい。

○ 実施形態において、転がり軸受２５に代えて滑り軸受を用いてもよい。
○ 実施形態において、第１連通路５１における軸シール室４６に対する開口部５１ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向下側に配置されていてもよい。

○ 実施形態において、第２連通路５２における軸シール室４６に対する開口部５２ａが、駆動軸２４の中心軸線Ｌよりも重力方向下側に配置されていてもよい。
○ 実施形態において、ポンプ１１と膨張機１２とが別体であってもよい。この場合、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とが一つの駆動軸で兼用されていてもよいし、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とがそれぞれ個々に設けられていてもよい。

○ 実施形態において、軸シール部材４７、駆動軸２４、ハウジング本体２２の蓋部２２ａ及びポンプ作動部３０の、軸シール室４６を区画するそれぞれの部位に、断熱コーティングを施してもよい。これによれば、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給された作動流体が、凝縮器１４からポンプ室２７に送り込まれる作動流体によって冷却されてしまうことを抑制することができる。

○ 図６に示すように、第１絞り部として、第１連通路５１の開度を調整可能な開度調整弁６１ｓが配設されていてもよい。なお、図６に示す実施形態では、ポンプ１１と膨張機１２とが別体になっている。ポンプ１１のハウジング２１Ａは、ハウジング本体２２Ａとサイドプレート２６Ａとから構成されている。駆動軸２４の一端側は、転がり軸受２５を介してハウジング本体２２Ａに回転可能に支持されるとともに、駆動軸２４の他端側は、サイドプレート２６Ａ内に設けられた転がり軸受３４Ａを介してサイドプレート２６Ａに回転可能に支持されている。ハウジング本体２２Ａには、ポンプ室２７（凹部２２１ａ）に連通する吸入通路３１及び吐出通路３２が形成されている。

軸シール室４６内には、軸シール室４６内の温度を検出する温度検出部６２（温度センサ）が設けられている。温度検出部６２は制御部６０に信号接続されている。そして、温度検出部６２により検出された温度の情報は、制御部６０に送られる。また、軸シール室４６内には、軸シール室４６内の圧力を検出する圧力検出部６３（圧力センサ）が設けられている。圧力検出部６３は制御部６０に信号接続されている。そして、圧力検出部６３により検出された圧力の情報は、制御部６０に送られる。

開度調整弁６１ｓは、ハウジング本体２２Ａに内蔵されるとともに、制御部６０に電気接続されている。制御部６０は、温度検出部６２により検出された温度と、圧力検出部６３により検出された圧力とに基づいて、開度調整弁６１ｓの弁開度を制御する。制御部６０には、圧力検出部６３により検出された圧力に基づいて、軸シール室４６に供給された作動流体の飽和温度が求められるマップが予め記憶されている。

次に、図６に示す実施形態の作用効果を説明する。
軸シール室４６内の圧力は、軸シール室４６に供給された作動流体の圧力に等しい。作動流体の圧力は作動流体の飽和温度と相関関係があるため、制御部６０は、圧力検出部６３により検出された圧力に基づいて、予め記憶されたマップから作動流体の飽和温度が予め求められる。また、軸シール室４６内の温度は、軸シール室４６に供給された作動流体の温度に等しい。これにより、制御部６０は、作動流体の温度から作動流体の飽和温度を差し引いた作動流体の過熱度（スーパーヒート）を算出する。そして、制御部６０は、算出された過熱度が所定値以下の場合に、開度調整弁６１ｓの弁開度が増大するように開度調整弁６１ｓの開度を制御する。

これによれば、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される作動流体の流量が増大するため、軸シール室４６内の温度が上昇し、軸シール室４６内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことを抑制することができる。その結果、軸シール室４６に供給された潤滑油の粘性を高い状態に維持し易くすることができ、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑性能をさらに良好なものとすることができる。

さらに、制御部６０は、過熱度が所定値に達すると、開度調整弁６１ｓの弁開度が減少するように開度調整弁６１ｓの開度を制御する。これによれば、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される作動流体の流量が減少するため、軸シール室４６内の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。その結果、温度が上昇した潤滑油の熱によって軸シール部材４７が劣化してしまうといった問題を回避することができる。

図６の実施形態では、制御部６０は、温度検出部６２により検出された温度と、圧力検出部６３により検出された圧力とに基づいて、開度調整弁６１ｓの弁開度を制御している。これによれば、例えば、軸シール室４６内の温度のみに基づいて、開度調整弁６１ｓの弁開度を制御する場合に比べると、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される作動流体の流量を精度良く制御することができ、軸シール室４６内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。

開度調整弁６１ｓは、ハウジング本体２２Ａに内蔵されている。これによれば、凝縮器１４からポンプ室２７に送り込まれる作動流体によって開度調整弁６１ｓ自体を冷却することができる。よって、開度調整弁６１ｓを通過する作動流体の熱によって開度調整弁６１ｓ自体が劣化してしまうことを抑制することができる。

○ 図６に示す実施形態において、圧力検出部６３を削除してもよい。そして、例えば、温度検出部６２により検出された温度が、所定の温度よりも低い場合には、制御部６０は、開度調整弁６１ｓの弁開度が増大するように開度調整弁６１ｓの開度を制御するようにしてもよい。この場合であっても、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される作動流体の流量が増大するため、軸シール室４６内の温度が上昇し、軸シール室４６内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことを抑制することができる。

○ 図６に示す実施形態において、開度調整弁６１ｓが、ハウジング本体２２Ａに内蔵されておらず、ポンプ１１のハウジング２１Ａとは独立して第１連通路５１に配設されていてもよい。

○ 図７に示すように、開度調整弁７０は、その弁開度の制御が自律して行われる構成であってもよい。開度調整弁７０のバルブハウジング７１内には、第１連通路５１及び第２連通路５２が通過している。バルブハウジング７１内における第１連通路５１の途中には、第１連通路５１の一部を構成する弁孔７１ｈが形成されている。また、第１連通路５１には、第１連通路５１の開度を調整する弁体７２が配設されている。さらに、第１連通路５１には、弁体７２を弁孔７１ｈに向けて付勢する付勢ばね７３が配設されている。

バルブハウジング７１には、感圧部材としてのダイアフラム７４を収容する収容室７５を区画する室形成部材７６が取り付けられている。収容室７５の内部は、ダイアフラム７４によって第１圧力室７７と第２圧力室７８とに仕切られている。第１圧力室７７には、気液混合状態（飽和状態）の作動流体が封入されている。

バルブハウジング７１内には、第２連通路５２を横切る棒状の熱伝達部材７９が設けられている。熱伝達部材７９の一端は弁体７２に接合されるとともに、他端は第２圧力室７８内に位置してダイアフラム７４に接合されている。熱伝達部材７９はダイアフラム７４の変位に伴い移動する。

熱伝達部材７９は、軸シール室４６から第２連通路５２を流れる作動流体の熱を第１圧力室７７に伝達させる。第２連通路５２を流れる作動流体は、軸シール室４６から流れ出た作動流体であるため、第２連通路５２を流れる作動流体の熱は、軸シール室４６内の熱に等しい。すなわち、熱伝達部材７９は、軸シール室４６内の熱を第１圧力室７７に伝達させる。熱伝達部材７９を介して伝達された軸シール室４６内の熱が、第１圧力室７７内の作動流体に伝達されることにより、第１圧力室７７内の作動流体の温度が変化し、第１圧力室７７の圧力が前記温度に対応する飽和圧力に決定される。すなわち、第１圧力室７７の圧力は、軸シール室４６内の温度に基づいて決定される。

第２圧力室７８は、熱伝達部材７９とバルブハウジング７１との間を介して第２連通路５２に連通している。よって、第２圧力室７８は、第２連通路５２を介して軸シール室４６に連通しており、第２圧力室７８には軸シール室４６の圧力が作用するようになっている。

次に、図７に示す実施形態の作用効果を説明する。
軸シール室４６内の温度が低いほど、軸シール室４６から第２連通路５２を流れる作動流体から熱伝達部材７９を介して第１圧力室７７に伝達される熱の温度も低くなっていく。このため、第１圧力室７７内の作動流体の飽和圧力も低くなっていく。これにより、第１圧力室７７の圧力が、第２圧力室７８の圧力よりも低くなっていき、ダイアフラム７４が第１圧力室７７側に変位する量が増大していく。ダイアフラム７４の変位に伴い、熱伝達部材７９も第１圧力室７７側に移動し、熱伝達部材７９における第１圧力室７７側への移動に伴い弁体７２が弁孔７１ｈから離間する。これにより、弁体７２の開度が大きくなり、第１連通路５１を介した軸シール室４６への作動流体の供給が増加する。

ダイアフラム７４が第１圧力室７７側に変位する量が大きいほど、弁体７２の弁開度が増大する。弁体７２の弁開度が増大すると、第１連通路５１を介して軸シール室４６に供給される作動流体の流量が増大する。したがって、軸シール室４６内の温度が上昇し、軸シール室４６内の作動流体が冷却されて凝縮して液化してしまうことを抑制することができる。その結果、軸シール室４６に供給された潤滑油の粘性を高い状態に維持し易くすることができ、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑性能をさらに良好なものとすることができる。図７に示す開度調整弁７０によれば、開度調整弁７０を電気的に制御する必要が無いため、第１連通路５１の開度の制御を簡素化させることができる。

○ 図７に示す実施形態において、感圧部材として、例えばベローズを用いてもよい。
○ 図７に示す実施形態において、熱伝達部材７９と弁体７２とが接合されておらず、熱伝達部材７９と弁体７２とが別体であってもよい。

○ 実施形態において、第１絞り部５１ｓを削除するとともに、第２連通路５２に絞り部を設けてもよい。
○ 実施形態において、ポンプ作動部３０は、従動ギヤ２８及び主動ギヤ２９により構成されるものでなくてもよく、他の形態のポンプ作動部３０としてもよい。

１０…ランキンサイクル装置、１１…ポンプ、１２…膨張機、１３…熱交換器、１４…凝縮器、１５…作動流体路、２１，２１Ａ…ハウジング、２４…ポンプ軸を兼用する駆動軸、２５…転がり軸受、２７…ポンプ室、３０…ポンプ作動部、３５…可動スクロール、３６…固定スクロール、４５…背圧室、４６…軸シール室、４７…軸シール部材、４８…シール部材、５１…第１連通路、５１ａ，５２ａ…開口部、５１ｓ…第１絞り部、５２…第２連通路、５２ｓ…第２絞り部、６０…制御部、６１ｓ，７０…第１絞り部としての開度調整弁、６２…温度検出部、６３…圧力検出部、７２…弁体、７４…感圧部材としてのダイアフラム、７７…第１圧力室、７８…第２圧力室、７９…熱伝達部材。

Claims (15)

1. ポンプ、熱交換器、膨張機及び凝縮器が順次接続されて作動流体が循環する作動流体路が形成されており、前記ポンプのハウジングにはポンプ室が形成されており、前記ハウジング内には前記ポンプ室に延びるポンプ軸が収容されており、前記ポンプ室内には前記ポンプ軸の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部が収容されており、前記ポンプ軸の回転駆動に伴う前記ポンプ作動部の作動により作動流体が前記作動流体路を循環し、前記ハウジング内には、前記ハウジングと前記ポンプ軸との間をシールする軸シール部材が収容されており、前記軸シール部材、前記ポンプ軸、前記ハウジング及び前記ポンプ作動部により軸シール室が区画されるランキンサイクル装置であって、
   前記熱交換器の出口から前記凝縮器の入口までの間に接続されるとともに前記軸シール室に連通する第１連通路と、前記軸シール室に連通するとともに前記作動流体路に対する前記第１連通路の接続箇所の圧力よりも低い部位に接続される第２連通路とを備えていることを特徴とするランキンサイクル装置。
2. 前記第１連通路には第１絞り部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクル装置。
3. 前記第１絞り部は、前記第１連通路の開度を調整可能な開度調整弁であり、
   前記軸シール室内の温度を検出する温度検出部と、
   前記開度調整弁の弁開度を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度に基づいて、前記開度調整弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
4. 前記軸シール室内の圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度と、前記圧力検出部により検出された圧力とに基づいて、前記開度調整弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項３に記載のランキンサイクル装置。
5. 前記第１絞り部は、前記第１連通路の開度を調整可能な開度調整弁であり、
   前記開度調整弁は、
   前記第１連通路の開度を調整する弁体と、
   前記軸シール室内の温度に基づいて内部の圧力が決定される第１圧力室と、
   前記軸シール室内の圧力が作用する第２圧力室と、
   前記第１圧力室と前記第２圧力室との圧力差により変位する感圧部材と、
   前記感圧部材の変位に伴い移動するとともに前記軸シール室内の熱を前記第１圧力室に伝達させる熱伝達部材と、を備え、
   前記第１圧力室と前記第２圧力室との圧力差により前記感圧部材が変位することで、前記熱伝達部材が移動して、前記熱伝達部材の移動に伴い前記弁体の開度が調整されることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクル装置。
6. 前記第２連通路は、前記凝縮器の出口から前記ポンプ室の入口までの間に接続されており、前記第２連通路には第２絞り部が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
7. 前記第２絞り部の流路面積は、前記第１絞り部の流路面積よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のランキンサイクル装置。
8. 前記膨張機は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対し旋回する可動スクロールを備えるとともに、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側に背圧室を備え、該背圧室の背圧によって前記可動スクロールが前記固定スクロールに押し付けられており、
   前記第１連通路は、前記背圧室に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
9. 前記膨張機は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対し旋回する可動スクロールを備えるとともに、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側に背圧室を備え、該背圧室の背圧によって前記可動スクロールが前記固定スクロールに押し付けられており、
   前記第２連通路は、前記背圧室に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
10. 前記ポンプ軸は、前記膨張機の駆動軸を兼用しており、前記第１連通路又は前記第２連通路は前記ポンプ軸の内部を通過していることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のランキンサイクル装置。
11. 前記ポンプと前記膨張機とが一体化されていることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
12. 前記第２連通路における前記軸シール室に対する開口部が、前記ポンプ軸の中心軸線よりも重力方向上側に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
13. 前記第１連通路における前記軸シール室に対する開口部が、前記ポンプ軸の中心軸線よりも重力方向上側に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
14. 前記ハウジングと前記ポンプ軸との間には、前記ポンプ室と前記軸シール室との間をシールするシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
15. 前記ポンプ軸は転がり軸受を介して前記ハウジングに回転可能に支持されており、
    前記転がり軸受は、前記軸シール室の外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。