JP2017072069A - 液体用ポンプ及びランキンサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を有する液体用ポンプを提供する。【解決手段】本開示の液体用ポンプ（１ａ）は、圧力容器（１０）と、供給管（２１）と、ポンプ機構（１２）と、吸入空間（１９）と、潤滑油貯留空間（３０）と、連通路（３１）とを備えている。供給管（２１）は、液体とその液体の密度より小さい密度を有する潤滑油との混合流体の流路（２１ａ）を形成している。ポンプ機構（１２）は、混合流体が吸入される吸入室（２６ａ）を有し、混合流体を圧送する。吸入空間（１９）は、吸入室（２６ａ）及び供給管（２１）によって形成されている混合流体の流路（２１ａ）に連通している。吸入空間（１９）には、混合流体が貯留される。潤滑油貯留空間（３０）は、吸入空間（１０）の上部に形成されている。連通路（３１）は、潤滑油貯留空間（３０）及び吸入室（２６ａ）に連通している。【選択図】図１

Description

本開示は、液体用ポンプ及びランキンサイクル装置に関する。

昨今、太陽光などの自然エネルギー又は各種排熱を利用するエネルギーシステムが注目されている。そのようなエネルギーシステムの一つは、ランキンサイクルを有するシステムである。ランキンサイクルを有するシステムは、一般に、高温高圧の作動流体で膨張機を動作させ、膨張機によって作動流体から取り出した動力によって発電を行う。高温高圧の作動流体は、ポンプ及び熱源（太陽熱、地熱、自動車の排熱などの熱源）によって生成される。このため、ランキンサイクルを有するシステムにおいて液体用ポンプが使用される。

図７に示す通り、特許文献１には、ランキンサイクルを有するシステムにおいて使用される液体用ポンプではないが、ルームエアコンディショナー等に使用され、液冷媒を搬送する冷媒ポンプ３００が記載されている。冷媒ポンプ３００は、密閉容器３１０、ブラシレス直流電動機３１１、及びポンプ機構部３１２を備える。ブラシレス直流電動機３１１は、固定子３１１ａ及び回転子３１１ｂによって構成されている。固定子３１１ａは、密閉容器３１０の外側に取り付けられ、回転子３１１ｂは、密閉容器３１０の内側に配置されている。回転子３１１ｂの最外周部には磁石３０５が貼り付けられている。回転子３１１ｂの中心部には駆動軸３１３が圧入されている。駆動軸３１３は、ブラシレス直流電動機３１１で発生した回転力を伝達する。ポンプ機構部３１２は、インナーロータ３２５及びアウターロータ３２４を備える。アウターロータ３２４は、インナーロータ３２５と噛みあってポンプ室を形成する。インナーロータ３２５及びアウターロータ３２４は、シリンダ３１５内に収容され、フロントプレート３１６とリアプレート３１４とによって挟み込まれている。フロントプレート３１６の中心部には、駆動軸３１３を支持する第１の軸受３２７が配置されている。フロントプレート３１６には吸入ポート３２２が形成されている。リアプレート３１４には吐出ポート３２３が形成されている。リアプレート３１４によって密閉容器３１０の内部が吸入圧力空間と吐出圧力空間とに分かれている。

ポンプ機構部３１２においてポンプ作用が発生すると、液冷媒が吸入管３２１から吸い込まれ密閉容器３１０の内部に入る。密閉容器３１０の内部に入った液冷媒の一部は、吸入ポート３２２を経てポンプ室に入る。液冷媒はポンプ室で昇圧された後、吐出ポート３２３、穴３１７、及び吐出管３２０を通過して密閉容器３１０の外側へ排出される。

特開平３−１７９１８７号公報

特許文献１に記載の冷媒ポンプ３００は信頼性を向上させる余地を有している。そこで、本開示は、高い信頼性を有する液体用ポンプを提供する。

本開示は、
圧力容器と、
前記圧力容器の外部から前記圧力容器の内部へ流れる、液体と前記液体の密度より小さい密度を有する潤滑油との混合流体の流路を形成している供給管と、
前記圧力容器の内部に配置され、前記混合流体が吸入される吸入室を有し、前記混合流体を圧送するポンプ機構と、
前記圧力容器の内部に形成され、前記吸入室及び前記供給管によって形成されている前記混合流体の流路に連通し、前記混合流体が貯留される吸入空間と、
前記吸入空間の一部として前記吸入空間の上部に形成されている潤滑油貯留空間と、
前記潤滑油貯留空間及び前記吸入室に連通している連通路と、を備えた、
液体用ポンプを提供する。

上記の液体用ポンプは高い信頼性を有する。

本開示の実施形態に係る液体用ポンプを示す縦断面図 図１のII-II線に沿った液体用ポンプの横断面図 図１のIII-III線に沿った液体用ポンプの横断面図 図１に示す液体用ポンプの要部を拡大した断面図 本開示の変形例に係る液体用ポンプの要部を示す断面図 本開示の実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図 従来の冷媒ポンプを示す断面図

特許文献１に記載の技術によれば、密閉容器３１０の内部で吸入圧力空間に導かれた液冷媒に混ざっている潤滑油が液冷媒と分離することは想定されていない。潤滑油の密度が液冷媒の密度より小さい場合、冷媒ポンプ３００が停止すると、液冷媒に混ざっていた潤滑油が液冷媒から分離して吸入圧力空間の上部に溜まる可能性がある。この場合、吸入ポート３２２は吸入圧力空間の下部に配置されているので、例えば、冷媒ポンプ３００の起動時に吸入圧力空間の上部に溜まった潤滑油がポンプ機構部３１２に供給されない可能性がある。これにより、潤滑油をほとんど含まない液冷媒がポンプ機構部３１２に供給され、ポンプ機構部３１２の摺動する部材の潤滑が不足し、これらの部材が摩耗する可能性がある。その結果、冷媒ポンプ３００の製品寿命が短くなる。また、冷媒ポンプ３００のポンプ効率が低下し、冷媒ポンプ３００の信頼性が低下する。

本開示の第１態様は、
圧力容器と、
前記圧力容器の外部から前記圧力容器の内部へ流れる、液体と前記液体の密度より小さい密度を有する潤滑油との混合流体の流路を形成している供給管と、
前記圧力容器の内部に配置され、前記混合流体が吸入される吸入室を有し、前記混合流体を圧送するポンプ機構と、
前記圧力容器の内部に形成され、前記吸入室及び前記供給管によって形成されている前記混合流体の流路に連通し、前記混合流体が貯留される吸入空間と、
前記吸入空間の一部として前記吸入空間の上部に形成されている潤滑油貯留空間と、
前記潤滑油貯留空間及び前記吸入室に連通している連通路と、を備えた、
液体用ポンプを提供する。

第１態様によれば、液体用ポンプが停止して、液体と潤滑油との混合流体から潤滑油が分離した場合、潤滑油が潤滑油貯留空間に貯留される。例えば、液体用ポンプの起動時には、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油は、連通路を通って吸入室に導かれることによってポンプ機構に供給される。このため、液体用ポンプの起動時など吸入空間において混合流体の流れがほとんど止まっている場合であっても、液体と分離した潤滑油が連通路を通ってポンプ機構に供給される。これにより、ポンプ機構の摺動する部材に潤滑油を供給でき、これらの部材が摩耗することを防ぐことができる。その結果、液体用ポンプの信頼性を高めることができる。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記潤滑油貯留空間は、前記供給管より上方に形成されている、液体用ポンプを提供する。第２態様によれば、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油が供給管の内部を通って圧力容器の外部へ流出することを防止できる。また、供給管より上方に潤滑油貯留空間が形成されていることにより、潤滑油貯留空間の容積を比較的大きくすることができ、より多くの潤滑油を潤滑油貯留空間に貯留できる。その結果、潤滑油貯留空間から連通路を介して長期間にわたってポンプ機構に潤滑油を供給でき、部材の摩耗を防止できる。その結果、より確実に、液体用ポンプの信頼性を高めることができる。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記吸入室は、前記吸入空間及び前記吸入室に連通している吸入路と、当該吸入路の前記吸入空間側の端に形成されている吸入口とを介して前記吸入空間に連通し、前記潤滑油貯留空間は、前記吸入口より上方に形成されている、液体用ポンプを提供する。第３態様によれば、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油が吸入路を通ってポンプ機構の外部に吐出されることを抑制できる。これにより、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油の量を所望の量に保つことができ、例えば、液体用ポンプの起動時に所望の量の潤滑油をポンプ機構に供給できる。このため、部材の摩耗を安定的に防止でき、より確実に、液体用ポンプの信頼性を高めることができる。

本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記潤滑油貯留空間は、前記ポンプ機構より上方に形成されている、液体用ポンプを提供する。第４態様によれば、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油が、ポンプ機構を構成する部材同士の隙間を通ってポンプ機構の外部に吐出されることを抑制できる。これにより、潤滑油貯留空間に潤滑油がより確実に貯留され、ポンプ機構へ潤滑油を供給しつつ潤滑油が枯渇すること防止できる。その結果、ポンプ機構の部材の摩耗を防止でき、より確実に、液体用ポンプの信頼性を高めることができる。

本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様に加えて、前記連通路は、前記潤滑油貯留空間の上部で前記潤滑油貯留空間につながっている、液体用ポンプを提供する。第５態様によれば、潤滑油貯留空間に貯留された潤滑油が潤滑油貯留空間の上部から連通路を通ってポンプ機構に供給される。このため、貯留された潤滑油のほぼ全量を安定的にポンプ機構へ供給でき、より長期間にわたって潤滑油をポンプ機構に供給できる。これにより、ポンプ機構を潤滑できる期間が長くなり、ポンプ機構の部材の摩耗を防止できる。その結果、液体用ポンプの信頼性をより高めることができる。

本開示の第６態様は、第３態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記連通路は、前記吸入口の面積よりも小さい流路断面積を有する、液体用ポンプを提供する。第６態様によれば、連通路は、吸入口の面積よりも小さい流路断面積を有するので、流路抵抗（摩擦損失）が大きい。これにより、例えば、液体用ポンプの起動後に運転条件が変更されたときに、キャビテーションなどの現象により液体から発生した気体が連通路を通ってポンプ機構に吸入されることを抑制できる。このため、ポンプ機構に気体が入り込むことによって、液体用ポンプの信頼性が低下すること及び液体用ポンプの効率が低下することを防止できる。その結果、液体用ポンプの信頼性をより高めることができる。

本開示の第７態様は、第１態様〜第６態様のいずれか１つの態様に加えて、前記連通路の前記潤滑油貯留空間側の端よりも上方に形成され、気体を貯留可能な気体貯留空間をさらに備える、液体用ポンプを提供する。第７態様によれば、気体貯留空間に気体を貯留でき、気体が連通路を通ってポンプ機構に入り込むことを防止できる。このため、例えば、液体用ポンプが起動したとき又は液体用ポンプの運転条件が変更されたときに、キャビテーションなどの現象により液体から発生した気体を気体貯留空間に貯留できる。また、貯留された気体は、連通路の潤滑油貯留空間側の端よりも上方に存在するので、気体が連通路を通ってポンプ機構に入り込むことを防止できる。これにより、ポンプ機構に気体が入り込むことによって液体用ポンプの信頼性が低下することを防止でき、液体用ポンプの信頼性をより高めることができる。

本開示の第８態様は、
第１態様〜第７態様のいずれか１つの態様の液体用ポンプと、
作動流体を加熱する加熱器と、
前記加熱器によって加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機によって膨張した前記作動流体の有する熱を放熱する放熱器と、を備え、
前記液体用ポンプは、前記ポンプ機構によって、前記放熱器を通過した液体状態の前記作動流体を前記液体として吸入し、かつ、前記液体を前記加熱器に向かって圧送する、
ランキンサイクル装置を提供する。

ランキンサイクルにおいて、作動流体を加熱する熱源の温度が不安定になる場合又は熱源の熱量が変化する場合、ランキンサイクル装置が起動と停止を繰り返す可能性がある。第８態様によれば、このような条件のもとで液体用ポンプが起動と停止とを繰り返したとしても、潤滑油貯留空間からポンプ機構に安定的に潤滑油を供給でき、ポンプ機構の部材の摩耗を防止できる。その結果、液体用ポンプ、ひいてはランキンサイクル装置が高い信頼性を有する。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜液体用ポンプ＞
図１及び図２に示すように、液体用ポンプ１ａは、圧力容器１０と、供給管２１と、ポンプ機構１２と、吸入空間１９と、潤滑油貯留空間３０と、連通路３１とを備えている。供給管２１は流路２１ａを形成している。流路２１ａは、圧力容器１０の外部から圧力容器１０の内部へ流れる、液体とその液体の密度より小さい密度を有する潤滑油との混合流体の流路である。ポンプ機構１２は、圧力容器１０の内部に配置され、混合流体が吸入される吸入室２６ａを有する。ポンプ機構１２は、混合流体を圧送する。吸入空間１９は、圧力容器１０の内部に形成され、吸入室２６ａ及び供給管２１によって形成されている混合流体の流路２１ａに連通している。吸入空間１９に混合流体が貯留される。潤滑油貯留空間３０は、吸入空間１９の一部として吸入空間１９の上部に形成されている。連通路３１は、潤滑油貯留空間３０及び吸入室２６ａに連通している。

図１に示すように、液体用ポンプ１ａは、例えば、シャフト１３と、電動機１１と、端子１７と、吐出管２０と、上軸受部材１４と、下軸受部材１６とをさらに備えている。

液体用ポンプ１ａは、例えば、密閉型のポンプである。圧力容器１０は、耐圧性を有する容器であり、圧力容器１０の内部空間は、供給管２１及び吐出管２９のみによって圧力容器１０の外部に連通している。圧力容器１０の内部空間は、吐出空間１８と吸入空間１９とに区分けされている。

シャフト１３は、圧力容器１０の内部空間に配置されており、シャフト１３の軸線方向の両端の一方が吐出空間１８に配置され、かつ、シャフト１３の軸線方向の両端の他方が吸入空間１９に配置されている。シャフト１３の軸線方向の一方の端部には電動機１１が配置され、シャフト１３の軸線方向の他方の端部にポンプ機構１２が配置されている。電動機１１によってポンプ機構１２が動作するように、電動機１１とポンプ機構１２とがシャフト１３によって連結されている。

電動機１１は、固定子１１ａ及び回転子１１ｂを備えている。固定子１１ａは、圧力容器１０の内周面に固定され、回転子１１ｂは、シャフト１３に固定されている。端子１７は、圧力容器１０の上部に取り付けられている。端子１７は、電動機１１に電気的に接続されており、端子１７が電源（図示省略）に接続されることによって電動機１１に電力が供給される。電動機１１に電力が供給されると、回転子１１ｂとともにシャフト１３が回転し、ポンプ機構１２が動作する。

供給管２１及び吐出管２０は、それぞれ、圧力容器１０の壁を貫通するように圧力容器１０に取り付けられている。ポンプ機構１２に吸入されるべき液体は、液体と潤滑油とが混合した混合流体の状態で供給管２１が形成している流路２１ａを通って圧力容器２１の内部に供給される。吸入空間１９は、流路２１ａ及びポンプ機構１２の吸入室２６ａに連通しているので、流路２１ａを通過した混合流体は吸入空間１９に一時的に貯留され、吸入空間１９に貯留された混合流体が吸入室２６ａに供給される。その後、混合流体は、ポンプ機構１２によって圧送され、ポンプ機構１２から吐出される。ポンプ機構１２から吐出され、圧力容器１０の外部に排出されるべき液体は、吐出管２０を通って圧力容器２０の外部に排出される。吸入空間１９には、ポンプ機構１２によって圧送される前の低圧の液体が貯留されている。

上軸受部材１４及び下軸受部材１６は、それぞれ、板状の部材であり、シャフト１３を回転可能に支持している。上軸受部材１４の中央部分には貫通孔が形成され、シャフト１３が上軸受部材１４の中央部分を貫通している。上軸受部材１４は第一軸受２９を有し、上軸受部材１４の中央部分に形成された貫通孔を定める面によって第一軸受２９の軸受面が形成されている。下軸受部材１６の中央部分には貫通孔が形成され、シャフト１３が下軸受部材１６の中央部分を貫通している。下軸受部材１６は第二軸受２７を有し、下軸受部材１６の中央部分に形成された貫通孔を定める面によって第二軸受２７の軸受面が形成されている。ポンプ機構１２は、上軸受部材１４及び下軸受部材１６に挟まれるように配置されており、上軸受部材１４及び下軸受部材１６のそれぞれに固定されている。上軸受部材１４は吐出孔２３を有する。吐出孔２３は、例えば、上軸受部材１４の中央部分の貫通孔よりも半径方向外側で上軸受部材１４を厚さ方向に貫通する貫通孔である。例えば、上軸受部材１４の下面に連通路３１が形成されている。連通路３１は、例えば、シャフト１３の軸心に垂直な半径方向に圧力容器１０の内周面に向かって溝状に形成されている。この場合、連通路３１は、ポンプ機構１２と圧力容器１０の内周面との間に形成された吸入空間１９まで延びている。

例えば、上軸受部材１４の周縁部は圧力容器１０の内周面に溶接されている。これにより、ポンプ機構１２が圧力容器１０に固定されている。上軸受部材１４によって、圧力容器１０の内部空間が吐出空間１８と吸入空間１９とに分かれている。ポンプ機構１２によって圧送された液体は、吐出孔２３を通過して吐出空間１８に吐出される。吐出管２０は、上軸受部材１４より上方で圧力容器１０に取り付けられている。

図３に示すように、ポンプ機構１２は、内側回転部材２５を備える。内側回転部材２５は、シャフト１３の回転方向においてシャフト１３に対して固定され、かつ、シャフト１３の軸線方向においてシャフト１３に対して移動可能であるようにシャフト１３に取り付けられている。ポンプ機構１２は、例えば、内接式のギヤポンプである。ポンプ機構１２は、例えば、ポンプケース１５と、アウターギヤ２４と、インナーギヤ２５とを備えている。この場合、インナーギヤ２５が内側回転部材２５に相当する。アウターギヤ２４及びインナーギヤ２５は、ポンプケース１５の内側に配置されている。アウターギヤ２４は、インナーギヤ２５の外側でインナーギヤ２５を取り囲むように配置されている。ポンプケース１５、アウターギヤ２４、及びインナーギヤ２５のそれぞれは、上軸受部材１４及び下軸受部材１６に挟まれるように配置されている。インナーギヤ２５は、シャフト１３に取り付けられている。ポンプケース１５は、上軸受部材１４及び下軸受部材１６に固定されている。

図３に示すように、シャフト１３は、例えば平坦部１３ｄを有している。平坦部１３ｄは、シャフト１３のインナーギヤ２５が取り付けられる部分において、シャフト１３の軸線に平行で平坦な外周面を形成している。また、インナーギヤ２５の中央部分には、シャフト１３のインナーギヤ２５が取り付けられる部分の形状に適合した形状を有する内周面によって形成された貫通孔を有する。この貫通孔は、シャフト１３のインナーギヤ２５が取り付けられる部分の輪郭よりもわずかに大きい寸法を有するように形成されている。このため、インナーギヤ２５は、シャフト１３の回転方向においてシャフト１３に対して固定され、かつ、シャフト１３の軸線方向においてシャフト１３に対して移動可能であるようにシャフト１３に取り付けられている。その結果、シャフト１３が回転すると、インナーギヤ２５がシャフト１３と共に回転する。

図３に示すように、アウターギヤ２４の歯及びインナーギヤ２５の歯は、これらが互いに噛み合うことができるように形成されている。インナーギヤ２５の回転軸心はシャフト１３の回転軸心と一致している。一方、アウターギヤ２４は、アウターギヤ２４の回転軸心がシャフト１３の回転軸心からオフセットするように配置されている。シャフト１３とともにインナーギヤ２５が回転すると、インナーギヤ２５の歯に押されてアウターギヤ２４がインナーギヤ２５とともに回転する。

図３に示すように、インナーギヤ２５の外周面、アウターギヤ２４の内周面、上軸受部材１４の下面、及び下軸受部材１６の上面によって、ポンプ機構１２の作動室２６が形成されている。アウターギヤ２４及びインナーギヤ２５がシャフト１３の回転に伴って回転することによって、ポンプ機構１２は吸入工程と吐出工程とを繰り返しながら動作する。すなわち、アウターギヤ２４及びインナーギヤ２５の回転によって、作動室２６は、吸入室２６ａの状態から吐出室２６ｃの状態へ移行し、又は、吐出室２６ｃの状態から吸入室２６ａの状態へ移行する。ここで、吸入室２６ａは、吸入空間１９に連通している状態の作動室２６の部分であり、吐出室２６ｃは吐出孔２３に連通している状態の作動室２６の部分である。吸入工程において、シャフト１３の回転とともに吸入室２６ａの容積が拡大し、吸入室２６ａと吸入空間１９との連通が終わると吸入工程が終了する。シャフト１３がさらに回転することによって、吸入工程終了後の作動室２６が吐出孔２３に連通すると吐出室２６ｃに移行する。シャフト１３の回転とともに吐出室２６ｃの容積が減少する。吐出室２６ｃと吐出孔２３との連通が終わると吐出工程が終了する。このようにして、シャフト１３の回転によって、吸入空間１９に貯留された混合流体がポンプ機構１２に供給され、かつ、吐出孔２３を通ってポンプ機構１２から液体が吐出される。

液体用ポンプ１ａが動作しているとき、吸入空間１９において混合流体は流動しているので、潤滑油は混合流体からほとんど分離しない。吸入空間１９に貯留された混合流体には、ポンプ機構１２、第一軸受２９、及び第二軸受２７を潤滑するための潤滑油が含まれている。一方、液体用ポンプ１ａが停止すると、吸入空間１９において混合流体が流動せず、液体の密度より小さい密度を有する潤滑油は、液体と分離して吸入空間１９の上部に形成されている潤滑油貯留空間３０に貯留される。潤滑油貯留空間３０は、例えば、ポンプ機構１２の外周面と圧力容器１０の内周面との間で環状に形成されている。

図４に示すように、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油は、ポンプ機構１２が起動して吸入空間１９から吸入室２６ａへ液体が吸入され始めると、連通路３１を通って、吸入室２６ａに所定量の潤滑油が導かれる。図４の連通路３１における矢印は、潤滑油の流れ方向を示す。吸入室２６ａに導かれた潤滑油は、吸入空間１９から連通路３１とは異なる流路を通って吸入室２６ａに吸入された液体と混ざり合い、ポンプ機構１２の内部を通過して吐出孔２３へ吐出される。ポンプ機構１２へ導かれ液体と混ざり合った潤滑油は、ポンプ機構１２の摺動する部材、第一軸受２９、及び第二軸受２７を潤滑する。これにより、ポンプ機構１２の摺動する部材、第一軸受２９、及び第二軸受２７の摩耗を防止できる。その結果、液体用ポンプ１ａの製品寿命を長期化することができ、液体用ポンプ１ａが高い信頼性を有する。

潤滑油貯留空間３０は、例えば、供給管２１より上方に形成されている。この場合、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油が、供給管２１から圧力容器１０の外部へ流出することを防止できる。また、吸入空間１９のうち、供給管２１より上方に位置する空間を潤滑油貯留空間３０として有効に利用できる。これにより、潤滑油貯留空間３０の容積を大きくすることができ、より多くの潤滑油を貯留できる。その結果、連通路３１を通って長期間ポンプ機構１２に潤滑油が供給されるので、部材の摩耗を防止でき、液体用ポンプ１ａの信頼性がより高まる。

図１に示すように、吸入室２６ａは、吸入空間１９及び吸入室２６ａに連通している吸入路２２と、吸入路２２の吸入空間１９側の端に形成されている吸入口２２ａとを介して吸入空間１９に連通している。また、潤滑油貯留空間３０は、吸入口２２ａより上方に形成されている。吸入路２２は、例えば、下軸受部材１６の中央部分の貫通孔よりも半径方向外側で下軸受部材１６を厚さ方向に貫通する貫通孔によって形成されている。また、吸入口２２ａは、吸入路２２の、吸入空間１９に面している開口部である。

潤滑油貯留空間３０が吸入口２２ａより上方に形成されていると、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油が、吸入口２２ａから、吸入路２２及びポンプ機構１２を通過して吐出孔２３に導かれることはほとんどない。これにより、潤滑油貯留空間３０における潤滑油の貯留量を所望の範囲に保つことができる。このため、液体用ポンプ１ａの起動時などにおいて常に所望の量の潤滑油をポンプ機構１２に供給することができるため、安定的に部材の摩耗を防止でき、液体用ポンプ１ａがより確実に高い信頼性を有する。

連通路３１は、例えば、潤滑油貯留空間３０の上部で潤滑油貯留空間３０につながっている。換言すると、連通路３１の潤滑油貯留空間３０側の端は、潤滑油貯留空間３０の上部に面している。ここで、「潤滑油貯留空間３０の上部」とは、潤滑油貯留空間３０の上側半分の空間を意味する。連通路３１は、望ましくは、潤滑油貯留空間３０の最上部で潤滑油貯留空間３０につながっている。

連通路３１が、潤滑油貯留空間３０の上部で潤滑油貯留空間３０につながっていると、潤滑油貯留空間３０の上部に貯留された潤滑油を、連通路３１を通過させてポンプ機構１２に供給でき、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油のほぼ全量をポンプ機構１２に供給できる。これにより、より長期間にわたり潤滑油をポンプ機構１２に供給できる。このため、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油を用いて部材を潤滑できる期間を長くでき、ポンプ機構１２の摺動する部材、第一軸受２９、及び第二軸受２７の摩耗を防ぐことができる。その結果、液体用ポンプ１ａの信頼性をより高めることができる。

連通路３１は、例えば、吸入口２２ａの面積よりも小さい流路断面積を有する。この場合、連通路３１の流路抵抗（摩擦損失）が大きくなりやすい。これにより、液体用ポンプ１ａの起動後に運転条件が変更されたときなどに、キャビテーションなどの現象により液体から発生した気体が、連通路３１を通ってポンプ機構１２に吸入されることを抑制できる。このため、ポンプ機構１２に気体が入り込むことによる信頼性の低下及び効率の低下を低減できる。その結果、液体用ポンプ１ａの信頼性がより高まる。連通路３１は、望ましくは、気体が連通路３１に流入することを防止するのに適した流路断面積を有する。

（変形例）
液体用ポンプ１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、下軸受部材１６の周縁部又はポンプケース１５の周縁部が圧力容器１０の内周面に溶接されることによって、ポンプ機構１２が圧力容器１０に固定されていてもよい。この場合には、下軸受部材１６又はポンプケース１５によって、圧力容器１０の内部空間が吐出空間１８と吸入空間１９とに分かれる。

また、液体用ポンプ１ａは、図５に示す液体用ポンプ１ｂのように変更されてもよい。液体用ポンプ１ｂは、特に説明する場合除き、液体用ポンプ１ａと同様に構成される。液体用ポンプ１ａの構成要素と同一又は対応する液体用ポンプ１ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。液体用ポンプ１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、液体用ポンプ１ｂにも適用される。

図５に示すように、液体用ポンプ１ｂは、吸入路２２に加えて、吸入路２２とは異なる位置に、吸入路３３をさらに有する。吸入路３３は、吸入室２６ａ及び吸入空間１９に連通している。吸入路３３の一部は、例えば、吸入路２２よりも半径方向外側で下軸受部材１６及びポンプケース１５を厚さ方向に貫通し、同一の軸線を有する貫通孔によって形成されている。また、吸入路３３の残部は、その貫通孔からポンプ機構１２の内部の吸入室２６ａまで延びている、上軸受部材１４の下面に形成された溝によって形成されている。吸入路３３の吸入空間１９側の端には吸入口３３ａが形成されている。吸入口３３ａは、吸入路３３の、吸入空間１９に面している開口部である。

図５に示すように、潤滑油貯留空間３０は、例えば、ポンプ機構１２より上方に形成されている。例えば、吸入路３３よりも半径方向外側に位置する上軸受部材１４の下面の周縁部に環状の凹部が形成されており、潤滑油貯留空間３０は、この環状の凹部によって上軸受部材１４の下面の周縁部に形成されている。連通路３１は、例えば、潤滑油貯留空間３０の上部で潤滑油貯留空間３０につながっている。また、連通路３１は、吸入路３３の残部で吸入路３３につながっている。これにより、連通路３１は、吸入路３３を介して吸入室２６ａに連通している。例えば、連通路３１は、上軸受部材１４の下面の周縁部に形成された環状の凹部から吸入路３３の残部に向かって上軸受部材１４を半径方向に貫通する貫通孔によって形成されている。

潤滑油貯留空間３０がポンプ機構１２より上方に形成されていると、潤滑油貯留空間３０に貯留された潤滑油が、吸入口２２ａ及びポンプ機構１２を構成する部材の隙間から吐出空間１８へ導かれることを防止できる。このため、潤滑油を潤滑油貯留空間３０に確実に貯留でき、常にポンプ機構１２へ潤滑油を供給しつつ潤滑油の枯渇を防止できる。その結果、ポンプ機構１２の摺動する部材、第一軸受２９、及び第二軸受２７の摩耗を防止でき、液体用ポンプ１ｂの信頼性が高まる。

また、図５に示すように、液体用ポンプ１ｂは、気体貯留空間３２をさらに備えている。気体貯留空間３２は、連通路３１の潤滑油貯留空間３０側の端よりも上方に形成されている空間である。これにより、液体用ポンプ１ｂを起動するとき、又は、液体用ポンプ１ｂの運転条件が変更されるときなどにおいて、キャビテーションなどの現象により液体から発生した気体を気体貯留空間３２に貯留できる。このため、連通路３１、吸入口２２ａ、及び吸入口３３ａを気体が通過してポンプ機構１２に気体が吸入されることを防止できる。その結果、ポンプ機構１２に気体が入り込むことによる信頼性の低下を防ぎ、液体用ポンプ１ｂの信頼性をより高めることができる。

ポンプ機構１２は、（ｉ）内接式のギヤポンプ以外のギヤポンプ、ベーンポンプ、及びロータリポンプなどの容積型ポンプ、（ii）遠心ポンプ、斜流ポンプ、及び軸流ポンプなどの速度型ポンプ、又は（iii）スクリューポンプであってもよい。

＜ランキンサイクル装置＞
次に、液体用ポンプ１ａを備えたランキンサイクル装置１００について説明する。図６に示す通り、ランキンサイクル装置１００は、液体用ポンプ１ａと、加熱器２と、膨張機３と、放熱器４とを備えている。ランキンサイクル装置１００は、流路６ａ、流路６ｂ、流路６ｃ、及び流路６ｄを備えている。流路６ａ、流路６ｂ、流路６ｃ、及び流路６ｄによって液体用ポンプ１、加熱器２、膨張機３、及び放熱器４がこの順番で環状に接続されている。流路６ａは、液体用ポンプ１ａの出口と加熱器２の入口とを接続している。吐出管２０が、流路６ａの少なくとも一部を形成している。流路６ｂは、加熱器２の出口と膨張機３の入口とを接続している。流路６ｃは、膨張機３の出口と放熱器４の入口とを接続している。流路６ｄは、放熱器４の出口と液体用ポンプ１ａの入口とを接続している。供給管２１は、流路６ｄの少なくとも一部を形成している。

ランキンサイクル装置１００の作動流体は、特に制限されないが、例えば、有機作動流体を望ましく使用できる。有機作動流体は、例えば、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、又はアルコールなどの有機化合物である。ハロゲン化炭化水素は、例えば、Ｒ−１２３、Ｒ３６５ｍｆｃ、又はＲ−２４５ｆａである。炭化水素は、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、又はイソペンタンなどのアルカンである。アルコールは、例えばエタノールである。これらの有機作動流体は単独で使用されてもよいし、これらの有機作動流体の二種類以上が混合されて使用されてもよい。また、作動流体として、水、二酸化炭素、及びアンモニウムなどの無機作動流体を使用してもよい。

作動流体には、潤滑油が混ざっている。潤滑油は、液体用ポンプ１ａの入口における圧力及び温度において、作動流体の有する密度より小さい密度を有する。ランキンサイクル装置１００において、ランキンサイクルに用いられる公知の潤滑油を利用できる。潤滑油は、例えば、エステル系潤滑油及びエーテル系潤滑油などの含酸素系合成油、フッ素系潤滑油、鉱物油、又は炭化水素系合成油を利用できる。

加熱器２は、ランキンサイクルの作動流体を加熱する。加熱器２は、例えば、地熱によって得られる温水、ボイラー若しくは燃焼炉の燃焼ガス又はその排気ガスなどの熱媒体から熱エネルギーを吸収し、その吸収した熱エネルギーによって作動流体を加熱して蒸発させる。図６に示す通り、加熱器２には、熱媒体の流路２ａが接続されている。熱媒体が温水などの液体である場合、加熱器２として、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器が望ましく使用される。また、熱媒体が燃焼ガス又は排気ガスなどの気体の場合、加熱器２として、フィンチューブ熱交換器が望ましく使用される。図６において、実線の矢印は作動流体の流れ方向を示し、破線の矢印は熱媒体の流れ方向を示している。

膨張機３は、加熱器２によって加熱された作動流体を膨張させるための流体機械である。ランキンサイクル装置１００は、発電機５をさらに備えている。発電機５は、膨張機３に接続されている。膨張機３における作動流体の膨張によって膨張機３は回転動力を得る。この回転動力が発電機５によって電気に変換される。膨張機３は、例えば、容積型又は速度型の膨張機である。容積型の膨張機の型式としては、ロータリ型、スクリュー型、往復型、及びスクロール型を挙げることができる。速度型の膨張機の型式としては、遠心型又は軸流型を挙げることができる。

放熱器４は、膨張機３によって膨張した作動流体の有する熱を放熱する。具体的に、放熱器４において、作動流体が冷却媒体と熱交換することによって、作動流体が冷却され、冷却媒体が加熱される。放熱器４には、冷却媒体の流路４ａが接続されている。図６において、一点鎖線の矢印は、冷却媒体の流れの方向を示している。放熱器４としては、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器、及びフィンチューブ熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。放熱器４の種類は、冷却媒体の種類に応じて適切に選択される。冷却媒体が水などの液体である場合、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器が望ましく使用される。また、冷却媒体が空気などの気体である場合、フィンチューブ熱交換器が望ましく使用される。

放熱器４から流出した作動流体は、液体状態である。すなわち、放熱器４から流出した液体状態の作動流体が吸入管２１を通過して圧力容器１０の内部に導かれる。液体用ポンプ１ａは、ポンプ機構１２によって、放熱器４を通過した液体状態の作動流体を上記の液体として吸入し、かつ、その液体を加熱器２に向かって圧送する。液体用ポンプ１ａによって作動流体が加圧され、加圧された作動流体が流路６ｄを通過して加熱器２に供給される。

ランキンサイクルにおいて、加熱器２において作動流体を加熱する熱源の温度が不安定になる場合、又は、熱源の熱量の増減がある場合、ランキンサイクル装置の起動と停止が繰り返される。この場合、液体用ポンプ１ａの運転の起動と停止が繰り返され、又は、液体用ポンプ１ａにおいて、回転数などの運転条件の変更が繰り返される。このように、液体用ポンプ１ａが起動と停止を繰り返し、又は、液体用ポンプ１ａの運転条件の変更が繰り返されたとしても、液体用ポンプ１ａによれば、潤滑油貯留空間３０からポンプ機構１２に安定的に潤滑油を供給できる。これにより、ポンプ機構１２の摺動する部材、第一軸受２９、及び第二軸受２７の摩耗を防ぐことができる。その結果、液体用ポンプ１ａ、ひいてはランキンサイクル装置１００が高い信頼性を有する。また、ランキンサイクル装置１００は、液体用ポンプ１ａに代えて、液体用ポンプ１ｂを備えていてもよく、この場合でも同様の効果が得られる。

１ａ、１ｂ 液体用ポンプ
２ 加熱器
３ 膨張機
４ 放熱器
１０ 圧力容器
１２ ポンプ機構
１９ 吸入空間
２１ 供給管
２１ａ 混合流体の流路
２２ 吸入路
２２ａ 吸入口
２６ａ 吸入室
３０ 潤滑油貯留空間
３１ 連通路
３２ 気体貯留空間
１００ ランキンサイクル装置

Claims (8)

1. 圧力容器と、
   前記圧力容器の外部から前記圧力容器の内部へ流れる、液体と前記液体の密度より小さい密度を有する潤滑油との混合流体の流路を形成している供給管と、
   前記圧力容器の内部に配置され、前記混合流体が吸入される吸入室を有し、前記混合流体を圧送するポンプ機構と、
   前記圧力容器の内部に形成され、前記吸入室及び前記供給管によって形成されている前記混合流体の流路に連通し、前記混合流体が貯留される吸入空間と、
   前記吸入空間の一部として前記吸入空間の上部に形成されている潤滑油貯留空間と、
   前記潤滑油貯留空間及び前記吸入室に連通している連通路と、を備えた、
   液体用ポンプ。
2. 前記潤滑油貯留空間は、前記供給管より上方に形成されている、請求項１に記載の液体用ポンプ。
3. 前記吸入室は、前記吸入空間及び前記吸入室に連通している吸入路と、当該吸入路の前記吸入空間側の端に形成されている吸入口とを介して前記吸入空間に連通し、
   前記潤滑油貯留空間は、前記吸入口より上方に形成されている、請求項１又は２に記載の液体用ポンプ。
4. 前記潤滑油貯留空間は、前記ポンプ機構より上方に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体用ポンプ。
5. 前記連通路は、前記潤滑油貯留空間の上部で前記潤滑油貯留空間につながっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体用ポンプ。
6. 前記連通路は、前記吸入口の面積よりも小さい流路断面積を有する、請求項３に記載の液体用ポンプ。
7. 前記連通路の前記潤滑油貯留空間側の端よりも上方に形成され、気体を貯留可能な気体貯留空間をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体用ポンプ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体用ポンプと、
   作動流体を加熱する加熱器と、
   前記加熱器によって加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
   前記膨張機によって膨張した前記作動流体の有する熱を放熱する放熱器と、を備え、
   前記液体用ポンプは、前記ポンプ機構によって、前記放熱器を通過した液体状態の前記作動流体を前記液体として吸入し、かつ、前記液体を前記加熱器に向かって圧送する、
   ランキンサイクル装置。

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