JP3999182B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、流体を加圧して吐出するポンプモードと、膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械に関するもので、熱エネルギーを回収するランキンサイクル等の熱回収システムを備える蒸気圧縮式冷凍機用の膨脹機一体型圧縮機に適用して有効である。

従来のランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機では、例えば、特許文献１に示されるように、ランキンサイクルにてエネルギー回収を行う場合には、蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機を膨脹機として利用している。
特許第２５４０７３８号公報

ところで、圧縮機は、外部から機械的エネルギーを与えて気相冷媒等のガスを作動室内に吸入した後、作動室の体積を縮小させてガスを圧縮して吐出するものである。一方、膨脹機は、高圧のガスを作動室内に流入させて、そのガス圧により作動室を膨脹させて機械的エネルギー等を取り出すものである。このため、圧縮機を膨脹機として利用するには、冷媒流れを逆転させる必要がある。

しかし、特許文献１に記載の発明では、エネルギー回収を行う際の膨脹機（圧縮機）の冷媒入口側及び冷媒出口側が、蒸気圧縮式冷凍機にて冷凍能力を発揮させる場合の圧縮機（膨脹機）の冷媒入口側及び冷媒出口側と同じ側に設定されているので、１台の圧縮機を膨脹機として作動させることはできず、現実的には、ランキンサイクル作動及び蒸気圧縮式冷凍機のうちいずれか一方は正常作動しない。

即ち、圧縮機は、ピストンや可動スクロール等の可動部材を変位させて作動室の体積を縮小させてガスを圧縮するものであるので、作動室と高圧室（吐出室）とを連通させる吐出ポートには、高圧室から作動室にガスが逆流することを防止する逆止弁が設けられている。

一方、膨脹機は、高圧室から高圧のガスを作動室に流入させることにより可動部材を変位させて機械的出力を得るものであるので、単純にガスの入口と出口とを逆転させるといった手段では、圧縮機を膨脹機として作動させる時に、逆止弁が障害となって高圧のガスを作動室に供給することができない。従って、ガスの入口と出口とを逆転させるといった手段では、圧縮機を膨脹機として作動させることはできない訳である。

また、通常、圧縮機の容量は蒸気圧縮式冷凍機作動時を前提に設定されるものであるが、ランキンサイクル作動時の圧力は、蒸気圧縮式冷凍機作動時の圧力よりも高いので、ガスの重量流量が同等であっても体積流量が小さく成る。よって、圧縮機を膨張機として使用する時の回転数が低下し、一回転当たりの洩れの寄与度が大きくなり、その分、膨張機としての効率が低下する。

本発明は、上記点に鑑み、流体を加圧して吐出するポンプモードと、膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える新規な流体機械を提供すると共に、モータモード実行時における効率向上を可能とする流体機械を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、可動部材（１０４）の摺動によって体積が拡大縮小される作動室（Ｖ）を備え、作動室（Ｖ）にて流体を加圧して吐出するポンプモードと、膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械であって、ポンプモード実行時には、流体の逆流を防止しつつ低圧部（１０８）側から作動室（Ｖ）を経て高圧部（１０７）側に連通させ、且つ、モータモード実行時には、流体の逆流を防止しつつ高圧部（１０７）側から作動室（Ｖ）を経て低圧部（１０８）側に連通させる弁機構（１１１）と、モータモード実行時に、制御部（１１６）によって制御されると共に、作動室（Ｖ）で膨張し得る流体の容量を可変可能とする容量可変機構（１０２）とを設けたことを特徴としている。

これにより、ポンプモードとモータモードとを兼ね備える新規な流体機械とすることができる。そして、モータモード実行時に容量を可変することで、流体の膨張に要する時間を調整することができ、流体の洩れの影響を小さくしてモータモード実行時における効率を向上することができる。

そして、請求項２に記載の発明のように、モータモード実行時における流体の流量の増減と容量の増減は、同傾向と成るようにすると良い。

請求項３に記載の発明では、容量可変機構（１０２）は、制御部（１１６）によって、ポンプモード実行時においても、作動室（Ｖ）から吐出される流体の容量を可変可能とすることを特徴としている。

これにより、制御部（１１６）を増設する事無く、簡素な構成でポンプモード実行時においても容量可変が可能となる。

請求項４に記載の発明では、可動部材（１０４）は、回転駆動する駆動軸（１０１）によって摺動するように構成されており、モータモード実行時には、駆動軸（１０１）は、発電機（２００）または外部駆動源（２０）に接続されることを特徴としている。

これにより、モータモード実行時に得られた機械的エネルギーを用いて、発電機（２００）で発電したり、外部駆動源（２０）に対して動力アシストすることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、可動部材（１０４）は、回転駆動する駆動軸（１０１）によって摺動するように構成されており、ポンプモード実行時には、駆動軸（１０１）は、外部駆動源（２０）または電動機（２００）に接続されることを特徴としている。

これにより、外部駆動源（２０）または電動機（２００）を駆動源としてポンプモードの実行可能な流体機械（１０）とすることができる。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態は、ランキンサイクルを備える車両用蒸気圧縮式冷凍機に本発明に係る流体機械を適用したものであって、図１は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機を示す模式図である。

そして、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機は、走行用動力を発生させる熱機関を成すエンジン２０で発生した廃熱からエネルギーを回収すると共に、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱及び温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機について述べる。

膨脹機一体型圧縮機１０は、気相冷媒を加圧して吐出するポンプモードと、過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械であり、放熱器１１は、膨脹機一体型圧縮機１０の吐出側（後述する高圧室１０７）に接続されて放熱しながら冷媒を冷却する放冷器である。尚、膨脹機一体型圧縮機１０の詳細については後述する。

気液分離器１２は放熱器１１から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバであり、減圧器１３は気液分離器１２で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動している時に膨脹機一体型圧縮機１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。

蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、これらの膨脹機一体型圧縮機１０、放熱器１１、気液分離器１２、減圧器１３及び蒸発器１４等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成される。

加熱器３０は、膨脹機一体型圧縮機１０と放熱器１１とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン２０から流出したエンジン冷却水を加熱器３０に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。三方弁２１は図示しない電子制御装置により制御されている。

第１バイパス回路３１は、気液分離器１２で分離された液相冷媒を加熱器３０のうち放熱器１１の冷媒入口側に導く冷媒通路であり、この第１バイパス回路３１には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ３２及び気液分離器１２側から加熱器３０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３１ａが設けられている。尚、液ポンプ３２は、本実施形態では、電動式のポンプを採用していおり、図示しない電子制御装置により制御されている。

また、第２バイパス回路３３は、膨脹機一体型圧縮機１０がモータモードで作動するときの冷媒出口側（後述する低圧室１０８）と放熱器１１の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第２バイパス回路３３には、膨脹機一体型圧縮機１０側から放熱器１１の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁３３ａが設けられている。

尚、逆止弁１４ａは蒸発器１４の冷媒出口側から膨脹機一体型圧縮機１０がポンプモードで作動するとき冷媒吸入側（後述する低圧室１０８）にのみ冷媒が流れることを許容するものである。また、開閉弁３４は冷媒通路を開閉する電磁式のバルブであり、図示しない電子制御装置により制御されている。

因みに、水ポンプ２２はエンジン冷却水を循環させるもので、ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。尚、図１では、ラジエータ２３を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びこのバイパス回路に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁は省略されている。

また、水ポンプ２２はエンジン２０から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いても良いことは言うまでもない。

次に、膨脹機一体型圧縮機１０の詳細（図２〜図４）について述べる。

図２は膨脹機一体型圧縮機１０を示す断面図であり、膨脹機一体型圧縮機１０は、気相冷媒（流体）を圧縮又は膨脹させるポンプモータ機構１００、回転エネルギーが入力されることにより電気エネルギーを出力し、電力が入力されることにより回転エネルギーを出力する回転電機（モータジェネレータ）２００及び、外部駆動源を成すエンジン２０からの動力を断続可能にポンプモータ機構１００側に伝達する電磁クラッチ３００等から構成されている。

ここで、回転電機２００はステータ２１０及びステータ２１０内で回転するロータ２２０等から成るもので、ステータ２１０は巻き線が巻かれたステータコイルであり、ロータ２２０は永久磁石が埋設されたマグネットロータである。尚、回転電機２００は、ステータ２１０に電力が供給された場合にはロータ２２０を回転させてポンプモータ機構１００を駆動する電動機として作動し、ロータ２２０を回転させるトルクが入力された場合には電力を発生させる発電機として作動する。

また、電磁クラッチ３００は、Ｖベルトを介してエンジン２０からの動力を受けるプーリ部３１０、磁界を発生させる励磁コイル３２０、及び励磁コイル３２０により誘起された磁界による電磁力により変位するフリクションプレート３３０等から成るもので、エンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを繋ぐときは励磁コイル３２０に通電し、エンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを切り離すときは励磁コイル３２０への通電を遮断する。

そして、ポンプモータ機構１００は、周知の可変容量方式の斜板型圧縮機構と同一構造を有するもので、以下、その構造を具体的に述べる。

斜板１０２は、駆動軸を成すシャフト１０１の軸方向（長手方向）に対して傾いた状態でシャフト１０１と一体的に回転する略円盤状のものであり、この斜板１０２の外径側には、一対のシュー１０３を介してピストン１０４が揺動可能に連結されている。

尚、ピストン１０４は、シャフト１０１の周りに複数本（本実施形態では、５本）設けられており、複数本のピストン１０４は、所定の位相差を有して互いに連動して往復運動する。

ここで、斜板１０２及びシュー１０３は、ポンプモード実行時にはシャフト１０１の回転運動を往復運動に変換してピストン１０４に伝達し、モータモード実行時にはピストン１０４の往復運動を回転運動に変換してシャフト１０１に伝達する。

そして、ピストン（本発明の可動部材に対応）１０４がシンリンダボア１０５内で往復運動（摺動）することにより、作動室Ｖの体積が拡大縮小する。この時、ピストン１０４のストローク（行程）は、斜板１０２とシャフト１０１とのなす角（以下、この角を傾斜角θと呼ぶ）が小さくなるほど大きくなり、傾斜角θが大きくなるほど小さくなることから、本実施形態では、斜板１０２の傾斜角θを変化させることにより、ポンプモータ機構１００の容量を変化させるようにしている。尚、斜板１０２は本発明の容量可変機構に対応する。

因みに、ポンプモータ機構１００の容量とは、シャフト１０１が１回転するときに吐出又は吸入（膨張）される理論流量、つまりピストン１０４のストロークと直径との積に基づいて決定される量（体積）である。

また、斜板１０２が収納された空間（以下、斜板室１０６と表記する）は、高圧室（本発明の高圧部に対応）１０７及び低圧室（本発明の低圧部に対応）１０８と連通しており（図２、図４中の２点鎖線）、斜板室１０６と高圧室１０７とを結ぶ通路には、高圧室１０７の圧力を調節して斜板室１０６に導く圧力制御弁（本発明における制御部に対応）１１６が設けられ、斜板室１０６と低圧室１０８とは所定の圧力損失を発生させるオリフィス等の固定絞りを介して常に連通している。

そして、斜板１０２の傾斜角θは、斜板室１０６内の圧力と作動室Ｖで発生する圧縮反力との釣り合い状態で決定するので、本実施形態では、傾斜角θを小さくする時、つまりポンプモータ機構１００の容量を大きくする時には圧力制御弁１１６の開度を小さくして斜板室１０６内の圧力を低下させ、逆に、傾斜角θを大きくする時、つまりポンプモータ機構１００の容量を小さくする時には圧力制御弁１１６の開度を大きくして斜板室１０６内の圧力を上昇させている。

尚、高圧室１０７は、ポンプモード実行時には作動室Ｖから吐出される高圧冷媒が排出される空間として機能し、モータモード実行時には加熱器３０から供給される高圧の過熱蒸気冷媒が供給される空間として機能する。

また、低圧室１０８は、ポンプモード実行時には蒸発器１４から流出した低圧蒸気冷媒が供給される空間として機能し、モータモード時にはポンプモータ機構１００にて膨脹を終えた低圧冷媒が排出される空間として機能する。

吐出ポート１０９は高圧室１０７と作動室Ｖとを連通させる連通路であり、逆止弁１１０は高圧室１０７から作動室Ｖに冷媒が逆流することを防止するものである。

尚、本実施形態係る逆止弁１１０は、逆止弁１１０の弁体をなすリード弁を高圧室１０７側に配置することにより、作動室Ｖから高圧室１０７に向かう動圧が作用したときには開き、逆に、高圧室１０７から作動室Ｖに向かう動圧が作用したときには閉じるようにしたものである。

略円柱状を成す弁体（以下、ロータリバルブ）１１２は、シャフト１０１の端部に形成された二面幅１０１ａと係合してシャフト１０１と一体的に回転することにより、ポンプモード実行時には、作動室Ｖから低圧室１０８に流体が逆流することを防止しながら低圧室１０８と作動室Ｖとを連通させ、且つ、モータモード実行時には、作動室Ｖから高圧室１０７に流体が逆流することを防止しながら高圧室１０７と作動室Ｖとを連通させると共に、低圧室１０８から作動室Ｖに流体が逆流することを防止しながら作動室Ｖと低圧室１０８とを連通させるものである。

ロータリバルブ１１２は、図３に示すように、内部に低圧室１０８と常に連通する低圧導入路１１２ａを有しており、その外周側には、低圧溝１１２ｂ、高圧導入溝１１２ｃ、高圧溝１１２ｄ、連通溝１１２ｅが設けられている。

低圧溝１１２ｂは、ロータリバルブ１１２のシャフト１０１側において半円を描くように設けられ、低圧導入路１１２ａと連通している。高圧導入溝１１２ｃは、低圧溝１１２ｂの反シャフト側においてロータリバルブ１１２の全周に渡って形成されている。高圧溝１１２ｄは、低圧溝１１２ｂの高圧導入溝１１２ｃ側の位置に対応して矩形状を成すように形成されている。高圧導入溝１１２ｃと高圧溝１１２ｄとは、連通溝１１２ｅによって連通されている。

そして、低圧溝１１２ｂは連通ポート１１７を介して作動室Ｖと連通し、また、高圧導入溝１１２ｃは高圧導入穴１１８を介して常に高圧室１０７と連通している。更に、後述するロータリバルブ１１２のシャフト１０１方向の移動に伴い、高圧溝１１２ｄが連通ポート１１７を介して作動室Ｖに連通する場合（図２）と、連通しない場合（図４）が形成される。

このため、ロータリバルブ１１２が回転すると、低圧溝１１２ｂと連通ポート１１７（作動室Ｖ）との連通（図２、図４）、あるいは、高圧溝１１２ｄと連通ポート１１７（作動室Ｖ）との連通（図４）が、シャフト１０１の回転運動、つまりピストン１０４の往復運動に連動して切替わる。

また、ロータリバルブ１１２の軸方向一端側には、図２に示すように、高圧室１０７内の高圧を導入する背圧室１１４が設けられており、この背圧室１１４と高圧室１０７とを繋ぐ背圧路１１４ａには、背圧路１１４ａの連通状態を制御する電磁弁１１３が設けられている。尚、背圧室１１４と低圧室１０８とは、斜板室１０６と同様に、所定の圧力損失を発生させるオリフィス等の固定絞りを介して常に連通している（図省略）。

一方、ロータリバルブ１１２の軸方向他端側には、ロータリバルブ１１２を軸方向一端側に移動させる力を作用させるバネ１１５が配置されており、電磁弁１１３により背圧室１１４の圧力を調節してロータリバルブ１１２をシャフト１０１の軸方向と平行な方向に変位させる。

そして、電磁弁１１３、背圧室１１４及びバネ１１５等により、ポンプモードの実行とモータモードの実行とを切替えるアクチュエータが構成される。

更に、本実施形態では、この弁体１１２、逆止弁１１０、電磁弁１１３、背圧室１１４及びバネ１１５により、特許請求の範囲に記載された「ポンプモード実行時には、流体の逆流を防止しつつ低圧部（１０８）側から作動室（Ｖ）を経て高圧部（１０７）側に連通させ、且つ、モータモード実行時には、流体の逆流を防止しつつ高圧部（１０７）側から作動室（Ｖ）を経て低圧部（１０８）側に連通させる弁機構（１１１）」が構成される。

次に、本実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機１０の作動について述べる。

１．ポンプモード
このモードは、シャフト１０１に回転力を与えることによりポンプモータ機構１００のピストン１０４を往復運動させて冷媒を吸入圧縮する運転モードである。

具体的には、液ポンプ３２を停止させた状態で開閉弁３４を開き、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３０側に循環させないようにする。また、膨張機一体型圧縮機１０の電磁弁１１３を閉じて、図４に示すように、ロータリバルブ１１２を紙面右側に移動させて、低圧溝１１２ｂと作動室Ｖとが連通するようにすると共に、高圧溝１１２ｄと作動室Ｖとが連通しないようにする。

これにより、ピストン１０４が上死点から下死点側に摺動する時に、蒸発器１４からの低圧蒸気冷媒は低圧室１０８、低圧導入路１１２ａ、低圧溝１１２ｂ、連通ポート１１７を経て、作動室Ｖに吸入される。そして、ピストン１０４が下死点から上死点側に摺動する時に、連通ポート１１７は、ロータリバルブ１１２の外周面によって閉塞され、低圧蒸気冷媒は作動室Ｖで圧縮され、圧縮された高圧冷媒は、吐出ポート１０９から高圧室１０７に吐出される。

この時、図５に示すように、低圧溝１１２ｂと連通する作動室Ｖがシャフト１０１の回転に機械的に連動して切替わるので、各作動室Ｖにて連続的に冷媒が吸入圧縮される。尚、ポンプモータ機構１００の容量は、必要とされる圧縮冷媒量に応じて、圧力制御弁１１６によって斜板１０２の傾斜角θが変化されることで調整される。

そして、高圧室１０７から吐出される冷媒は、加熱器３０→開閉弁３４→放熱器１１→気液分離器１２→減圧器１３→蒸発器１４→逆止弁１４ａ→膨脹機一体型圧縮機１０の低圧室１０８の順に循環する。尚、加熱器３０にエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３０にて冷媒は加熱されず、加熱器３０は単なる冷媒通路として機能する。

ポンプモード実行時において、シャフト１０１に回転力を与えるに当たっては、電磁クラッチ３００に通電してエンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを繋いでエンジン２０の動力により回転力を与える場合と、電磁クラッチ３００への通電を遮断してエンジン２０側と膨脹機一体型圧縮機１０側とを切り離して、回転電機２００を電動機として作動させ回転力を与える場合とがある。

尚、エンジン２０の動力によってシャフト１０１に回転力を与える場合は、シャフト１０１と共にロータ２２０が回転して回転電機２００にて発電作用が発生するので、本実施形態では、回転電機２００で発生した電力は、バッテリ又はキャパシタ等の蓄電器に充電される。

２．モータモード
このモードは、加熱器３０にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒を高圧室１０７からポンプモータ機構１００に導入して、作動室Ｖにて膨脹させてピストン１０４を往復運動させてシャフト１０１を回転させることにより、機械的出力を得る運転モードである。尚、本実施形態では、得られた機械的出力によりロータ２２０を回転させて回転電機２００を発電機として作動させて発電し、その発電された電力を蓄電器に蓄える。

具体的には、開閉弁３４を閉じた状態で液ポンプ３２を稼動させ、三方弁２１の切替えによって、エンジン冷却水を加熱器３０側に循環させるようにする。また、膨張機一体型圧縮機１０の電磁クラッチ３００への通電を遮断して電磁クラッチ３００を切った状態で電磁弁１１３を開いて、図２に示すように、ロータリバルブ１１２を紙面左側に移動させて、低圧溝１１２ｂと作動室Ｖと、及び高圧溝１１２ｄと作動室Ｖとが連通するようにする。

これにより、ピストン１０４が上死点から下死点側に摺動する時に、加熱器３０からの過熱蒸気冷媒は高圧室１０７、高圧導入穴１１８、高圧導入溝１１２ｃ、連通溝１１２ｅ、高圧溝１１２ｄ、連通ポート１１７を経て、作動室Ｖに流入される。そして、連通ポート１１７は、ロータリバルブ１１２の外周面によって閉塞され、過熱蒸気冷媒は作動室Ｖで膨張し、ピストン１０４を下死点側に変位させ、シャフト１０１を回転させる。更に、ピストン１０４が下死点から上死点側に摺動する時に、連通ポート１１７は低圧溝１１２ｂに連通し、膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧導入路１１２ａに流入して、低圧室１０８から放熱器１１側に流出する。

この時、図６に示すように、低圧溝１１２ｂと連通する作動室Ｖ、及び高圧溝１１２ｄと連通する作動室Ｖがシャフト１０１の回転に機械的に連動して切替わるので、各作動室Ｖにて連続的に過熱蒸気冷媒が膨脹する。

また、高圧室１０７に流入される高圧の過熱蒸気冷媒によって、逆止弁１１０は閉じられ、作動室Ｖからこの高圧室１０７への冷媒の逆流が防止されることになる。

ランキンサイクルにおいて、冷媒は、気液分離器１２→第１バイパス回路３１→液ポンプ３２→加熱器３０→膨脹機一体型圧縮機１０（高圧室１０７→低圧室１０８）→第２バイパス回路３３→逆止弁３３ａ→放熱器１１→気液分離器１２の順に循環することになる。尚、液ポンプ３２は、加熱器３０にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒が気液分離器１２側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器３０に送り込む。

ここで、モータモード実行時においては、図７（ａ）に示すように、加熱器３０から高圧室１０７に流入される過熱蒸気冷媒の流量に応じて、圧力制御弁１１６によって斜板１０２の傾斜角θを可変してポンプモータ機構１００の容量（作動室Ｖで膨張する過熱蒸気冷媒の容量）を調整する。即ち、過熱蒸気冷媒の流量が少なくなるほど容量を小さくして、膨張によって得られるポンプモータ機構１００の回転数を維持する。

また、過熱蒸気冷媒の流量が例えば低流量で一定の場合は、図７（ｂ）に示すように、容量を小さくすることで、ポンプモータ機構１００の回転数を上昇させる。

尚、ロータリバルブ１１２の低圧溝１１２ｂを図３における逆側の外周面に設定することで、モータモード実行時における回転方向を逆側にすることができる。

以上、本実施形態の構成および作動説明より、本膨張機一体型圧縮機１０においては、ロータリバルブ１１２を設けることによって、ポンプモードとモータモードとを兼ね備える新規な流体機械とすることができる。

そして、モータモード実行時にポンプモータ機構１００の容量を可変することで、過熱蒸気冷媒の膨張に要する時間を調整することができ、過熱蒸気冷媒の洩れの影響を小さくしてモータモード実行時の効率を向上することができる。

具体的には、過熱蒸気冷媒の流量が少なくなるほど、容量が小さくなるようにしており、流量に応じて膨張時間、即ち、ポンプモータ機構１００の回転数を一定に維持することができ、回転電機２００での発電量を維持することができるようになる。

また、過熱蒸気冷媒の流量が例えば低流量で一定の場合は、容量を小さくすることによって、ポンプモータ機構１００の回転数を上げることができ、回転電機２００における発電量を増加させることができる。

また、ポンプモード実行時においても、同一の圧力制御弁１１６によって斜板１０２の傾斜角θを可変して容量の調整を可能としているので、制御部を増設することなく、簡素な構成にすることができる。

尚、モータモード実行時に電磁クラッチ３００を接続状態にすれば、エンジン２０に対する動力アシストが可能である。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ポンプモータ機構１００として可変容量方式の斜板型のもの（斜板の片側にピストン１０４が配設されるもの）を用いて説明したが、これに限らず斜板の両側にピストン１０４を有する両斜板型のものや、スクロール型のもの等としても良い。

また、断続可能に動力を伝達する動力伝達部として、電磁クラッチを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばワンウェイクラッチ等であっても良い。

また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機１０にて回収したエネルギーを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギー又はバネにより弾性エネルギー等の機械的エネルギーとして蓄えても良い。

また、ランキンサイクルを備える車両用蒸気圧縮式冷凍機に本発明に係る流体機械を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。

また、弁機構１１１は、上述の実施形態に示されたものに限定されるものではなく、例えば電気信号に基づいて作動する弁機構を採用しても良い。

本発明の実施形態に係るランキン蒸気圧縮式冷凍機を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機であり、モータモード実行時を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機に用いられる弁体を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機であり、ポンプモード実行時を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ部を示す断面図である。 図２のＢ−Ｂ部を示す断面図である。 ポンプモータ機構（膨脹機）の回転数、冷媒流量及びポンプモータ機構の容量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 膨張機一体型圧縮機（流体機械）
２０ エンジン（外部駆動源）
１０１ シャフト（駆動軸）
１０２ 斜板（容量可変機構）
１０４ ピストン（可動部材）
１０７ 高圧室（高圧部）
１０８ 低圧室（低圧部）
１１１ 弁機構
１１６ 圧力制御弁（制御部）
２００ 回転電機（発電機、電動機）

Claims (5)

1. 可動部材（１０４）の摺動によって体積が拡大縮小される作動室（Ｖ）を備え、前記作動室（Ｖ）にて流体を加圧して吐出するポンプモードと、膨張時の流体圧を運動エネルギーに変換して機械的エネルギーを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械であって、
   前記ポンプモード実行時には、前記流体の逆流を防止しつつ低圧部（１０８）側から前記作動室（Ｖ）を経て高圧部（１０７）側に連通させ、且つ、前記モータモード実行時には、前記流体の逆流を防止しつつ前記高圧部（１０７）側から前記作動室（Ｖ）を経て前記低圧部（１０８）側に連通させる弁機構（１１１）と、
   前記モータモード実行時に、制御部（１１６）によって制御されると共に、前記作動室（Ｖ）で膨張し得る前記流体の容量を可変可能とする容量可変機構（１０２）とを設けたことを特徴とする流体機械。
2. 前記モータモード実行時における前記流体の流量の増減と前記容量の増減は、同傾向と成るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記容量可変機構（１０２）は、前記制御部（１１６）によって、前記ポンプモード実行時においても、前記作動室（Ｖ）から吐出される前記流体の容量を可変可能とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体機械。
4. 前記可動部材（１０４）は、回転駆動する駆動軸（１０１）によって摺動するように構成されており、
   前記モータモード実行時には、前記駆動軸（１０１）は、発電機（２００）または外部駆動源（２０）に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体機械。
5. 前記可動部材（１０４）は、回転駆動する駆動軸（１０１）によって摺動するように構成されており、
   前記ポンプモード実行時には、前記駆動軸（１０１）は、外部駆動源（２０）または電動機（２００）に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体機械。

Images