JP5106334B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、流体機械に係り、詳しくは、車両のエンジンの廃熱を回収して利用するランキンサイクルに組み込まれて好適な流体機械に関する。

この種の流体機械は、例えば車両のエンジンの廃熱を回収するべく作動流体としての冷媒が循環するランキンサイクルに組み込まれ、冷媒を循環させるポンプ機構と、ポンプ機構から圧送された後に加熱されて過熱状態となる冷媒の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機構とが同一の駆動軸によって一体に連結されたポンプ一体型膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、上記従来技術では、膨張機構出口通路の一部をポンプ機構出口通路の一部の近傍に配置し、膨張機構出口通路を流通する冷媒の冷媒熱をポンプ機構出口通路を流通する冷媒に伝達することにより、ランキンサイクルにおける冷媒の加熱量を増大させ、ひいてはランキンサイクルの効率を向上させている。
特開２００６−２６６２３８号公報

しかしながら、上記従来技術では、流体機械のコンパクト化や生産コスト低減については格別な配慮がなされておらず、また、上記冷媒加熱量の更なる増大については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流体機械のコンパクト化及び生産コスト低減を図り、且つ、ランキンサイクルを循環する冷媒の加熱量を更に増大させ、流体機械が組み込まれるランキンサイクルの効率を大幅に向上することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の流体機械は、熱源の廃熱を回収するべく作動流体が循環するランキンサイクルに組み込まれ、作動流体を循環させるポンプ機構と、ポンプ機構から圧送された後に加熱されて過熱状態となる作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機構とが同一の駆動軸によって駆動される流体機械であって、ポンプ機構の冷媒出口となるポンプ機構出口部と、膨張機構の冷媒出口となる膨張機構出口部とが外方に向けて同一方向へ開口されて接続される一つの出口ポート部材を備え、出口ポート部材は、ポンプ機構出口部と連通するポンプ機構出口通路と、膨張機構出口部と連通する膨張機構出口通路とを有し、各出口通路は隔壁を介して近接して並行配置され、隔壁は、出口ポート部材の少なくとも他の部分に比して高い所定の熱伝導率を有することを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の流体機械によれば、ポンプ機構の冷媒出口となるポンプ機構出口部と、膨張機構の冷媒出口となる膨張機構出口部とが外方に向けて同一方向へ開口される。これにより、ランキンサイクルの循環路に対するポンプ機構出口部及び膨張機構出口部の接続が容易になり、これら出口部をそれぞれ別の場所に設ける場合に比して、流体機械のコンパクト化を図ることができる。

しかも、流体機械の部品点数を削減することができるため、流体機械の生産コストを低減することもできる。
また、ポンプ機構出口部と膨張機構出口部とが接続される一つの出口ポート部材を備える。これにより、流体機械においてポンプ機構出口部と膨張機構出口部とを一体に構成することができるため、流体機械の更なるコンパクト化及び生産コスト低減を図ることができる。

更に、出口ポート部材は、ポンプ機構出口部と連通するポンプ機構出口通路と、膨張機構出口部と連通する膨張機構出口通路とを有し、各出口通路は隔壁を介して近接配置され、この隔壁は、出口ポート部材の少なくとも隔壁以外の他の部分に比して高い所定の熱伝導率を有する。これにより、膨張機構出口通路を流通する冷媒の冷媒熱をポンプ機構出口通路を流通する冷媒に伝達することができるため、出口ポート部材をランキンサイクルにおける内部熱交換器として機能させることができる。従って、ランキンサイクルを循環する冷媒の加熱量を増大することができ、ひいては流体機械が組み込まれるランキンサイクルの効率を大幅に向上することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る流体機械１が組み込まれる廃熱利用装置２を模式的に示している。
この廃熱利用装置２は、例えば車両に搭載され、電力回収回路４、エアコン回路２０、冷却水回路３０、ランキン回路（ランキンサイクル）４０から構成されている。

電力回収回路４は、車両のエンジン６の回転駆動力を電力に変換して回収する電気回路である。エンジン６の回転駆動力は、エンジン６側のプーリ８、電力回収回路４側のプーリ１０を順次介してベルト１２によりオルタネータ１４に伝達され、オルタネータ１４にて回転駆動力が電力に変換されて電力回収回路４にて回収される。電力回収回路４にて回収された電力は、例えば車両の各種電気機器の駆動電力として利用される。

一方、エアコン回路２０は、作動流体としての冷媒の循環路２２に、冷媒の流れ方向から順に、圧縮機２４、何れも図示しないエアコンコンデンサ、気液分離器、膨張弁、エアコン蒸発器などが介挿されて閉回路を構成し、上記エアコン蒸発器に車室内の空気を通風することにより、例えば車両の車室内の空調を行っている。
圧縮機２４は、プーリ２６を介してベルト１２により伝達されたエンジン６の回転駆動力により駆動され、上記エアコン蒸発器にて蒸発した冷媒を圧縮して過熱蒸気の状態にする。そして、圧縮機２４から吐出される冷媒は、上記エアコンコンデンサにて凝縮液化され、この液冷媒は上記気液分離器を経て上記膨張弁に送出され、上記膨張弁を経由して膨張された後に上記エアコン蒸発器に向けて送出される。

一方、冷却水回路３０は、エンジン６から延設される冷却水の循環路３２に、冷却水の流れ方向から順に、ランキン蒸発器３４、何れも図示しないラジエータ、サーモスタット、水ポンプなどが介挿されて閉回路を構成し、エンジン６を冷却している。
一方、ランキン回路４０は、作動流体としての冷媒の循環路４２に、冷媒の流れ方向から順に、ランキン蒸発器３４、流体機械１、ランキンコンデンサ４４などが介挿されて閉回路を構成し、冷却水回路３０を循環する冷却水を介してエンジン６の廃熱を回収している。

ここで、流体機械１は、冷媒を循環させるポンプ機構４６と、ポンプ機構４６から圧送された後にランキン蒸発器３４にて加熱されて過熱状態となる冷媒の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機構４８とが同一の駆動軸５０によって駆動されるポンプ一体型膨張機であり、流体機械１に備えられたプーリ５２を介してベルト１２によりエンジン６の回転駆動をアシストする。

そして、膨張機構４８を経由して流体機械１から送出された冷媒は、ランキンコンデンサ４４にて凝縮液化され、この液冷媒は再び流体機械１のポンプ機構４６を経由して流体機械１からランキン蒸発器３４に向けて圧送される。
図２は、本実施形態に係る流体機械１の縦断面図を示している。
流体機械１は、プーリ５２の駆動軸５０側に、膨張機構４８にて発生する回転駆動力を駆動軸５０を介してプーリ５２、ひいてはエンジン６に適宜伝達するクラッチ機構５４を備え、また、膨張機構４８の回転駆動力によってポンプ機構４６も一体に駆動される。

ポンプ機構４６は、駆動軸５０により回転駆動される回転式ポンプであって、膨張機機構４８とクラッチ機構５４との間においてフロントケーシング５６内に収容されている。
一方、膨張機構４８は、リアケーシング５８内に収容されるスクロールユニット６０であって、スクロールユニット６０は、固定スクロール６２と、固定スクロール６２に対して公転旋回運動する可動スクロール６４とから構成される。

可動スクロール６４の固定スクロール６２と反対側の背面にはボス部６６が形成され、ボス部６６内には偏心ブッシュ６８が挿入されている。
偏心ブッシュ６８には、クランクピン７０が挿入され、クランクピン７０は駆動軸５０のスクロールユニット６０側の端部に軸心から偏心した位置に連結されており、これより可動スクロール６４は自転することなく公転旋回運動する。

一方、クラッチ機構５４は、プーリ５２内にクラッチコイル７２が収容され、クラッチコイル７２への通電によりクラッチ板７４がプーリ５２に接触することによって駆動軸５０の回転駆動力をエンジン６に適宜に伝達可能に構成されている。
ところで、本実施形態では、ポンプ機構４６を経由した冷媒は、ポンプ機構出口部４６ａを介して流体機械１から送出され、一方、膨張機構４８を経由した冷媒は、膨張機構出口部４８ａを介して流体機械１から送出される。

各出口部４６ａ，４８ａは、ポンプ機構４６の外周側に設けられ、流体機械１の外方へ向けて同一方向に開口され、一つの出口ポート部材７６に接続されている。
出口ポート部材７６は、ボルト７８によりフロントケーシング５６に固定され、ポンプ機構出口部４６ａと連通するポンプ機構出口通路７６ａと、膨張機構出口部４８ａと連通する膨張機構出口通路７６ｂとが近接して並行配置されている。

各出口通路７６ａ，７６ｂは、少なくとも出口ポート部材７６の他の部分の材質に比して熱伝導率の高い材質からなる隔壁７６ｃにより仕切られている。
以上のように、本実施形態では、ポンプ機構出口部４６ａと膨張機構出口部４８ａとが流体機械１の外方へ向けて同一方向に開口されているため、ランキン回路４０の循環路４２に対する各出口部４６ａ，４８ａの接続が容易になり、各出口部４６ａ，４８ａをそれぞれ別の場所に設ける場合に比して、流体機械１のコンパクト化を図ることができる。

しかも、流体機械１の部品点数を削減することができるため、流体機械１の生産コストを低減することもできる。
また、出口ポート部材７６を備えることにより、流体機械１において各出口部４６ａ，４８ａを一体に構成することができるため、流体機械１の更なるコンパクト化及び生産コスト低減を図ることができる。

更に、出口ポート部材７６にポンプ機構出口通路７６ａと膨張機構出口通路７６ｂとが近接して並行配置され、各出口通路７６ａ，７６ｂは熱伝導率の高い材質からなる隔壁７６ｃにより仕切られることにより、出口ポート部材７６をランキン回路４０における内部熱交換器として機能させることができる。
具体的には、膨張機構出口通路７６ｂを流通する冷媒の冷媒熱をポンプ機構出口通路７６ａを流通する冷媒に伝達し、ランキン蒸発器３４に流入する前の冷媒を事前に加熱することができる。従って、ランキン回路４０を循環する冷媒の加熱量を増大することができ、ひいては流体機械１が組み込まれるランキン回路４０の効率を大幅に向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図３の出口ポート部材７６の変形例に示されるように、出口ポート部材７６を各出口通路７６ａ，７６ｂがそれぞれ二重管の図示しない内外管路に形成される内部熱交換器８０として形成しても良く、この場合には、膨張機構出口通路７６ｂを流通する冷媒の冷媒熱をポンプ機構出口通路７６ａを流通する冷媒に更に効率良く伝達することができるため、流体機械１が組み込まれるランキン回路４０の効率をより一層向上することができる。

本発明の一実施形態に係る廃熱利用装置を示した模式図である。 図１の流体機械を示した縦断面図である。 図２の出口ポート部材の変形例を示した図である。

符号の説明

１ 流体機械
４０ ランキン回路（ランキンサイクル）
４６ ポンプ機構
４６ａ ポンプ機構出口部
４８ 膨張機構
４８ａ 膨張機構出口部
５０ 駆動軸
７６ 出口ポート部材
７６ａ ポンプ機構出口通路
７６ｂ 膨張機構出口通路
７６ｃ 隔壁

Claims (1)

1. 熱源の廃熱を回収するべく作動流体が循環するランキンサイクルに組み込まれ、前記作動流体を循環させるポンプ機構と、前記ポンプ機構から圧送された後に加熱されて過熱状態となる作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機構とが同一の駆動軸によって駆動される流体機械であって、
   前記ポンプ機構の冷媒出口となるポンプ機構出口部と、前記膨張機構の冷媒出口となる膨張機構出口部とが外方に向けて同一方向へ開口されて接続される一つの出口ポート部材を備え、
   前記出口ポート部材は、前記ポンプ機構出口部と連通するポンプ機構出口通路と、前記膨張機構出口部と連通する膨張機構出口通路とを有し、前記各出口通路は隔壁を介して近接して並行配置され、
   前記隔壁は、前記出口ポート部材の少なくとも前記隔壁以外の他の部分に比して高い所定の熱伝導率を有することを特徴とする流体機械。

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