JP4238644B2 - 流体機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギ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。
【0002】
【従来の技術】
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、ランキンサイクルにてエネルギ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(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特昭63−96449号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮機は、外部から機械的エネルギ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。
【0005】
しかし、特許文献1に記載の発明では、エネルギ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。
【0006】
すなわち、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。
【0007】
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ときに、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。したがって、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。
【0008】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な流体機械を提供し、第2には、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械を提供することにより、例えば車両燃費向上を可能にすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備え、往復運動することにより作動室(V)の体積を拡大縮小させるピストン(104)を有する流体機械であって、
ポンプモード時には、低圧部(108)と体積を拡大させる吸入工程の作動室(V)とを連通させるとともに、高圧部(107)から作動室(V)側に流体が逆流することを防止する逆止弁(110)を介して、高圧部(107)と作動室(V)とを連通させ、かつ、モータモード時には、吸入工程の作動室(V)と高圧部(107)とを連通させるとともに、低圧部(108)と体積を縮小させる吐出工程の作動室(V)とを連通させる弁機構(111)を具備し、さらに、回転運動を往復運動に変換する変換機構(102、103)を介してピストン(104)の往復運動と連動して回転するシャフト(101)を具備し、弁機構(111)の弁体(112)は、シャフト(101)に連結されて回転することにより、ピストン(104)の往復運動に連動して作動し、弁機構(111)は、弁体(112)をシャフト(101)の軸方向と平行な方向に変位させることにより、ポンプモード時の制御とモータモード時の制御とを切り換えるアクチュエータ(113〜115)を有することを特徴とする。
【0010】
これにより、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備える流体機械を得ることができる。
【0011】
請求項2に記載の発明では、外部駆動源の動力を前記シャフト(101)に伝達する動力伝達部(300)を具備することを特徴とするものである。
【0012】
請求項3に記載の発明では、動力伝達部(300)は、動力の伝達を断続することができるクラッチ手段であることを特徴とするものである。
【0013】
請求項4に記載の発明では、モータモード時には、回転電機(200)により発電し、ポンプモード時には、回転電機(200)及び外部駆動源のうち少なくとも一方から供給される動力により流体を加圧して吐出することを特徴とするものである。
【0014】
請求項5に記載の発明では、流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備え、往復運動することにより作動室(V)の体積を拡大縮小させるピストン(104)を有する流体機械であって、
ポンプモード時には、低圧部(108)と体積を拡大させる吸入工程の作動室(V)とを連通させるとともに、高圧部(107)から作動室(V)側に流体が逆流することを防止する逆止弁(110)を介して、高圧部(107)と作動室(V)とを連通させ、かつ、モータモード時には、吸入工程の作動室(V)と高圧部(107)とを連通させるとともに、低圧部(108)と体積を縮小させる吐出工程の作動室(V)とを連通させる弁機構(111)を具備し、さらに、回転運動を往復運動に変換する変換機構(102、103)を介してピストン(104)の往復運動と連動して回転するシャフト(101)を具備し、弁機構(111)の弁体(112)は、シャフト(101)に連結されて回転することにより、ピストン(104)の往復運動に連動して作動し、さらに、外部駆動源の動力をシャフト(101)に伝達する動力伝達部(300)を具備し、動力伝達部(300)は、動力の伝達を断続することができるクラッチ手段であり、モータモード時には、回転電機(200)により発電し、ポンプモード時には、回転電機(200)及び外部駆動源のうち少なくとも一方から供給される動力により流体を加圧して吐出することを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明では、弁機構(111)は、弁体(112)をシャフト(101)の軸方向と平行な方向に変位させることにより、ポンプモード時の制御とモータモード時の制御とを切り換えるアクチュエータ(113〜115)を有することを特徴とするものである。
【0017】
請求項7に記載の発明では、弁体(112)は、ポンプモード時には低圧部(108)と作動室(V)との連通状態を制御し、モータモード時には低圧部(108)と作動室(V)との連通状態及び高圧部(107)と作動室(V)との連通状態を制御することを特徴とするものである。
【0018】
請求項8に記載の発明では、シャフト(101)には、回転電機(200)のロータが連結されていることを特徴とするものである。
【0020】
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。
【0021】
【発明の実施の形態】
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の模式図である。
【0022】
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なすエンジン20で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、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。
【0023】
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、過熱蒸気冷媒の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギ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。なお、膨脹機一体型圧縮機10の詳細は後述する。
【0024】
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とき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。
【0025】
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、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。
【0026】
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り替えられる。
【0027】
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側の冷媒出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。なお、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る。
【0028】
また、第2バイパス回路34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34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34aが設けられている。
【0029】
なお、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にのみ冷媒が流れることを許容するもので、開閉弁34は冷媒通路の開閉する電磁式のバルブであり、開閉弁34及び三方弁21等は電子制御装置により制御されている。
【0030】
ところで、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。なお、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。
【0031】
因みに、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よいことは言うまでもない。
【0032】
次に、膨脹機一体型圧縮機10について述べる。
【0033】
図2は膨脹機一体型圧縮機10の断面図であり、膨脹機一体型圧縮機10は、流体(本実施形態では、気相冷媒)を圧縮又は膨脹させるポンプモータ機構100、回転エネルギが入力されることにより電気エネルギを出力し、電力が入力されることにより回転エネルギを出力する回転電機200及び、外部駆動源をなすエンジン20からの動力を断続可能にポンプモータ機構100側に伝達する動力伝達機構をなす電磁クラッチ300等から構成されている。
【0034】
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等からなるもので、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。
【0035】
そして、本実施形態に係る回転電機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を駆動する電動モータとして作動し、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。
【0036】
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等からなるもので、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。
【0037】
また、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。
【0038】
斜板102は、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。
【0039】
なお、ピストン104は、シャフト101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。
【0040】
ここで、斜板102及びシュー103は、ポンプモード時にはシャフト101の回転運動を往復運動に変換してピストン104に伝達する変換機構として機能し、モータモード時にはピストン104の往復運動を回転運動に変換してシャフト101に伝達する変換機構として機能する。
【0041】
そして、ピストン104がシンリンダボア105内で往復運動することにより、作動室Vの体積が拡大縮小する。このとき、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の容量を変化させている。
【0042】
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)を言う。
【0043】
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107及び低圧室108と連通しており、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に導く圧力調整弁(図示せず。)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。
【0044】
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を小さくするとき、つまりポンプモータ機構100の容量を大きくするときには圧力調整弁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を大きくするとき、つまりポンプモータ機構100の容量を小さくするときには圧力調整弁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。
【0045】
なお、高圧室107は、ポンプモード時には作動室Vから吐出される高圧流体が排出される空間として機能し、モータモード時には加熱器30から供給される高圧過熱蒸気が供給される空間として機能する。
【0046】
また、低圧室108は、ポンプモード時には蒸発器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流体が排出される空間として機能する。
【0047】
ところで、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。
【0048】
なお、本実施形態に係る逆止弁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。
【0049】
略円柱状の弁体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、ポンプモード時には、作動室Vから低圧室108)側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、かつ、モータモード時には、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作動室Vと高圧室107とを連通させるとともに、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低圧室108と作動室Vとを連通させるものである。
【0050】
また、弁体112は、内部に低圧室108と常に連通する低圧導入路112aが設けられており、その外周側には、図3に示すように、低圧導入路112aと連通する低圧溝112b、高圧室107と常に連通する高圧導入溝112c、シリンダボア105の内周面にて作動室Vに連通する高圧溝112d、及び高圧溝112dと高圧導入路112cとを連通させる連通溝112eが設けられている。
【0051】
ここで、高圧溝112d及び低圧溝112bは、弁体112の外周面の所定角度範囲内のみに設けられており、高圧導入溝112cは外周面全周に設けられている。このため、弁体112が回転すると、高圧溝112dと連通する作動室V、及び低圧溝112bと連通する作動室V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り替わる。
【0052】
また、弁体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。なお、背圧室114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。
【0053】
一方、弁体112の軸方向他端側には、弁体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の圧力を調節して弁体112をシャフト101の軸方向と平行な方向に変位させる。
【0054】
そして、本実施形態では、電磁弁113、背圧室114及びバネ115等により、特許請求の範囲に記載された「ポンプモード時の制御とモータモード時の制御とを切り換えるアクチュエータ」が構成される。
【0055】
さらに、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「前記ポンプモード時には、前記低圧部(108)と前記体積を拡大させる吸入工程の前記作動室(V)とを連通させるとともに、高圧部(107)から前記作動室(V)側に流体が逆流することを防止する逆止弁(110)を介して、前記高圧部(107)と前記作動室(V)とを連通させ、
かつ、前記モータモード時には、前記吸入工程の前記作動室(V)と前記高圧部(107)とを連通させるとともに、前記低圧部(108)と前記体積を縮小させる吐出工程の前記作動室(V)とを連通させる弁機構(111)」が構成される。
【0056】
次に、本実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機を作動を述べる。
【0057】
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。
【0058】
具体的には、電磁弁113を閉じて、図4に示すように、弁体112を紙面右側に移動させて、低圧溝112bと作動室Vとが連通することができるようにするとともに、高圧溝112dと作動室Vとが連通しないようにする。
【0059】
これにより、低圧導入路112aと連通する作動室Vが、図5に示すように、シャフト101の回転に機械的に連動して切り替わるので、複数個の作動室Vにて順次、冷媒が吸入圧縮される。なお、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。
【0060】
このとき、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により回転力を与える場合と、電磁クラッチ300にてエンジン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がある。
【0061】
そして、電磁クラッチ300にてエンジン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により回転力を与える場合には、電磁クラッチ300への通電を遮断して電磁クラッチ300を切った状態で回転電機200に通電してポンプモータ機構100を圧縮機として稼動させる。
【0062】
また、電磁クラッチ300にてエンジン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には、電磁クラッチ300に通電して電磁クラッチ300を繋ぐ。
【0063】
なお、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。
【0064】
2.モータモード
このモードは、高圧室104に加熱器30にて加熱された高圧の過熱蒸気冷媒をポンプモータ機構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、機械的出力を得るものである。
【0065】
なお、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により発電し、その発電された電力を蓄電器に蓄える。
【0066】
具体的には、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を開いて背圧室114に高圧冷媒を導入して、図2に示すように、弁体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とが連通することができるようにする。
【0067】
これにより、過熱蒸気の膨脹により作動室Vの体積が拡大するようにピストン104が変位してシャフト101を回転させるとともに、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り替わるので、連続的に過熱蒸気が膨脹する。
【0068】
なお、膨脹を終えて圧力が低下した冷媒は、低圧溝112bを経由して低圧室108に流入して放熱器11側に流出する。
【0069】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の作動を述べる。
【0070】
1.空調運転モード
この運転モードは、蒸発器14にて冷凍能力を発揮させながら放熱器11にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転及び除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器11で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転及び除湿運転時と同じである。
【0071】
具体的には、液ポンプ32を停止させた状態で開閉弁34を開いて膨脹機一体型圧縮機10をポンプモードで稼動させるとともに、三方弁21を作動させて加熱器30を迂回させて冷却水を循環させるものである。
【0072】
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機10→加熱器30→放熱器11→気液分離器12→減圧器13→蒸発器14→膨脹機一体型圧縮機10の順に循環する。なお、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。
【0073】
したがって、減圧器13にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は膨脹機一体型圧縮機10にて圧縮されて高温となって放熱器11にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
【0074】
なお、本実施形態では、冷媒としてフロン(HFC134a)を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、HFC134aに限定されるではない。
【0075】
2.廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり膨脹機一体型圧縮機10を停止させてエンジン20の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
【0076】
具体的には、開閉弁34を閉じた状態で液ポンプ32を稼動させて膨脹機一体型圧縮機10をモータモードとするとともに、三方弁21を作動させてエンジン20から流出したエンジン冷却水を加熱器30に循環させるものである。
【0077】
これにより、冷媒は、気液分離器12→第1バイパス回路31→加熱器30→膨脹機一体型圧縮機10→第2バイパス回路34→放熱器11→気液分離器12の順に循環し、放熱器11内を流れる冷媒は空調運転モード時と逆転する。
【0078】
したがって、膨脹機一体型圧縮機10には、加熱器30にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機10に流入した蒸気冷媒は、ポンプモータ機構100内で膨脹しながら等エントロピ的にエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機10は、低下したエンタルピに相当する電力が蓄電器に蓄えられる。
【0079】
また、膨脹機一体型圧縮機10から流出した冷媒は、放熱器11にて冷却されて凝縮し、気液分離器12に蓄えられ、気液分離器12内の液相冷媒は、液ポンプ32にて加熱器30側に送られる。なお、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は、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。
【0080】
なお、廃熱回収運転モード時において、廃熱量が少なく加熱蒸気量が少ないときには、シャフト101の回転数、つまりロータ220の回転数が低下して回転電機200での発電量(発電効率)が低下するので、ポンプモータ機構100の容量を低下させてロータ220の回転数を増大させて所定の発電量(発電効率)を維持するようにする。
【0081】
逆に、加熱蒸気量が過度に多いときには、ポンプモータ機構100の容量を増大させてロータ220の回転数を減少させて所定の発電量(発電効率)を維持するようにする。
【0082】
なお、図7はポンプモータ機構(膨脹機)100の回転数、冷媒流量及びポンプモータ機構100の容量の関係を示すグラフであり、図7(a)は冷媒流量を一定とした場合のグラフであり、図7(a)はポンプモータ機構(膨脹機)100の回転数を一定とした場合のグラフである。
【0083】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、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よい。
【0084】
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又はバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
【0085】
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。
【0086】
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よい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るランキン蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の断面図である。
【図3】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の斜視図である。
【図4】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の断面図である。
【図5】図2のA−A断面図である。
【図6】図2のA−A断面図である。
【図7】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】
100…ポンプモータ機構、101…シャフト、102…斜板、
103…シュー、104…ピストン、105…シリンダボア、
106…斜板室、107…高圧室、108…低圧室、109…吐出ポート、
110…逆止弁、111…弁機構、112…弁体、113…電磁弁、
114…背圧室、115…バネ、
200…回転電機(モータジェネレータ)、300…電磁クラッチ。
Claims (8)
- 流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備え、往復運動することにより作動室(V)の体積を拡大縮小させるピストン(104)を有する流体機械であって、
前記ポンプモード時には、前記低圧部(108)と前記体積を拡大させる吸入工程の前記作動室(V)とを連通させるとともに、高圧部(107)から前記作動室(V)側に流体が逆流することを防止する逆止弁(110)を介して、前記高圧部(107)と前記作動室(V)とを連通させ、
かつ、前記モータモード時には、前記吸入工程の前記作動室(V)と前記高圧部(107)とを連通させるとともに、前記低圧部(108)と前記体積を縮小させる吐出工程の前記作動室(V)とを連通させる弁機構(111)を具備し、
さらに、回転運動を往復運動に変換する変換機構(102、103)を介して前記ピストン(104)の往復運動と連動して回転するシャフト(101)を具備し、
前記弁機構(111)の弁体(112)は、前記シャフト(101)に連結されて回転することにより、前記ピストン(104)の往復運動に連動して作動し、
前記弁機構(111)は、前記弁体(112)を前記シャフト(101)の軸方向と平行な方向に変位させることにより、前記ポンプモード時の制御と前記モータモード時の制御とを切り換えるアクチュエータ(113〜115)を有することを特徴とする流体機械。 - 外部駆動源の動力を前記シャフト(101)に伝達する動力伝達部(300)を具備することを特徴とする請求項1に記載の流体機械。
- 前記動力伝達部(300)は、動力の伝達を断続することができるクラッチ手段であることを特徴とする請求項2に記載の流体機械。
- 前記モータモード時には、前記回転電機(200)により発電し、前記ポンプモード時には、前記回転電機(200)及び前記外部駆動源のうち少なくとも一方から供給される動力により流体を加圧して吐出することを特徴とする請求項3に記載の流体機械。
- 流体を加圧して吐出するポンプモードと、流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力するモータモードとを兼ね備え、往復運動することにより作動室(V)の体積を拡大縮小させるピストン(104)を有する流体機械であって、
前記ポンプモード時には、前記低圧部(108)と前記体積を拡大させる吸入工程の前記作動室(V)とを連通させるとともに、高圧部(107)から前記作動室(V)側に流体が逆流することを防止する逆止弁(110)を介して、前記高圧部(107)と前記作動室(V)とを連通させ、
かつ、前記モータモード時には、前記吸入工程の前記作動室(V)と前記高圧部(107)とを連通させるとともに、前記低圧部(108)と前記体積を縮小させる吐出工程の前記作動室(V)とを連通させる弁機構(111)を具備し、
さらに、回転運動を往復運動に変換する変換機構(102、103)を介して前記ピストン(104)の往復運動と連動して回転するシャフト(101)を具備し、
前記弁機構(111)の弁体(112)は、前記シャフト(101)に連結されて回転することにより、前記ピストン(104)の往復運動に連動して作動し、
さらに、外部駆動源の動力を前記シャフト(101)に伝達する動力伝達部(300)を具備し、
前記動力伝達部(300)は、動力の伝達を断続することができるクラッチ手段であり、
前記モータモード時には、前記回転電機(200)により発電し、前記ポンプモード時 には、前記回転電機(200)及び前記外部駆動源のうち少なくとも一方から供給される動力により流体を加圧して吐出することを特徴とする流体機械。 - 前記弁機構(111)は、前記弁体(112)を前記シャフト(101)の軸方向と平行な方向に変位させることにより、前記ポンプモード時の制御と前記モータモード時の制御とを切り換えるアクチュエータ(113〜115)を有することを特徴とする請求項5に記載の流体機械。
- 前記弁体(112)は、前記ポンプモード時には前記低圧部(108)と前記作動室(V)との連通状態を制御し、前記モータモード時には前記低圧部(108)と前記作動室(V)との連通状態及び前記高圧部(107)と前記作動室(V)との連通状態を制御することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の流体機械。
- 前記シャフト(101)には、回転電機(200)のロータが連結されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の流体機械。
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