WO2013137352A1

WO2013137352A1 - 流体機械

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Publication number: WO2013137352A1
Application number: PCT/JP2013/057084
Authority: WO
Inventors: 和田　博文; 中村　慎二; 雄太田中
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Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-09-19
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Description

流体機械

　本発明は、吸入ポートから吸入した作動流体によって駆動され、作動流体を吐出ポートに吐出する流体機械に関する。

　特許文献１には、吸入ポートから吸入される作動流体を駆動部を迂回して吐出ポートに導くバイパス路、及び、前記バイパス路を開閉する弁機構を一体的に備えた、流体機械が開示されている。

特許第４６８９４９８号公報

　しかし、従来の流体機械では、バイパス路及びバイパス路を開閉する弁機構を設けるために、流体機械を構成するケーシングやハウジングに複雑な加工を施す必要が生じたり、流体機械の軸方向の長さが拡大したりすることがあった。
　例えば、特許文献１の流体機械は、弁機構が、弁体の背圧を電磁弁で制御することで、バイパス通路を開閉する構成であるため、電磁弁の収容空間、背圧室、該背圧室（高圧室）と低圧室とを連通させる通路などを、ケーシングやハウジングに形成する必要が生じ、加工が複雑になってしまう。
　更に、特許文献１の流体機械では、固定スクロールの背面側に、作動流体が流入する高圧室が設けられ、更に、この高圧室の外側に電磁弁や背圧室などを配設するため、流体機械の軸方向の長さが増大してしまう。

　そこで、本発明は、加工が複雑化することを抑制し、かつ、軸方向長さの拡大を抑制しつつ、バイパス路及びバイパス路を開閉する弁機構を一体的に備えることができる流体機械を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る流体機械は、高圧の加熱蒸気となった作動流体が流入する吸入ポートと、前記吸入ポートを備えたケーシング部と、前記吸入ポートから吸入した作動流体の膨張によって駆動される駆動部と、前記駆動部を通過して低圧となった作動流体が流出する吐出ポートと、前記吐出ポートを備えたハウジング部とを有する流体機械であって、前記吸入ポートから吸入される作動流体を前記駆動部を迂回して前記吐出ポートに導くバイパス路が形成されると共に、前記バイパス路を開閉する弁機構を備えたバイパス部を、前記ケーシング部と前記ハウジング部との間に挟持するようにした。

　本発明に係る流体機械によれば、簡易な構造で、バイパス路及びバイパス路を開閉する弁機構を備えることができるため、流体機械の加工が簡易となり、かつ、流体機械の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態における廃熱利用装置の概略構成を示す図である。前記廃熱利用装置に組み込まれるポンプ一体型膨張機を示す断面図である。前記ポンプ一体型膨張機を構成するバイパス部を示す部分拡大断面図である。前記廃熱利用装置に組み込まれるポンプ一体型膨張機の他の例を示す断面図である。

　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、流体機械としての膨張機が組み込まれる車両用の廃熱利用装置１Ａを示す。
　廃熱利用装置１Ａは、エンジン１０と共に車両に搭載され、エンジン１０の廃熱を回収して利用する装置である。

　廃熱利用装置１Ａは、ランキンサイクル装置２Ａと、ランキンサイクル装置２Ａの出力をエンジン１０に伝達する伝達機構３と、制御ユニット４と、を備えている。
　エンジン１０は、水冷式の冷却装置を備えた内燃機関であり、前記冷却装置は、冷却水を循環させる冷却水循環路１１を備える。
　冷却水循環路１１には、ランキンサイクル装置２Ａの蒸発器２２を配置してあり、エンジン１０から熱を吸収した冷却水を、蒸発器２２を通過させてから再度エンジン１０に戻す。

　ランキンサイクル装置２Ａは、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を回収し、回収した熱を駆動力に変換して出力する。
　ランキンサイクル装置２Ａは、作動流体を循環させる循環路２１を備え、この循環路２１に、作動流体の流れ方向に沿って、蒸発器２２、膨張機２３、凝縮器２４及びポンプ２５Ａをこの順に配置してある。
　前記作動流体（冷媒）としては、例えばフルオロカーボンからなる骨格を基本とするものが用いられ、また、潤滑油が作動流体と共に循環し、膨張機２３やポンプ２５Ａの摺動部における潤滑、密封、冷却等の役割を担う。

　蒸発器２２は、エンジン１０から熱を吸収した高温の冷却水と、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体との間で熱交換を行わせることによって、作動流体を加熱して蒸発（気化）させる。
　膨張機２３（流体機械）は、蒸発器２２で気化し高温，高圧となった作動流体を膨張させることで、駆動力を発生する装置であり、一例としてスクロール型膨張機を用いる。

　凝縮器２４は、膨張機２３を通過し低圧となった作動流体と外気との間で熱交換を行わせることによって、作動流体を冷却して凝縮（液化）させる。
　ポンプ２５Ａは機械式ポンプであり、凝縮器２４で液化した作動流体を蒸発器２２へと圧送する。
　このように、作動流体は、気化、膨張、凝縮を繰り返しながら循環路２１を循環する。

　ここで、膨張機２３とポンプ２５Ａとを、回転軸２８で連結して一体化することで、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）として設けてある。即ち、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８は、膨張機２３の出力軸としての機能及びポンプ２５Ａの駆動軸として機能を有する。
　そして、ランキンサイクル装置２Ａは、まずエンジン１０の出力によってポンプ２５Ａを駆動することによって起動し、その後、膨張機２３が十分な駆動力を発生するようになると、膨張機２３の駆動力がポンプ２５Ａを駆動するようになる。

　伝達機構３は、ランキンサイクル装置２Ａの出力であるポンプ一体型膨張機２９Ａのトルク（軸トルク）をエンジン１０に伝達すると共に、ランキンサイクル装置２Ａの起動時には、エンジン１０の出力トルクを、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（ポンプユニット）に伝達する。
　伝達機構３は、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８に取り付けたプーリ３１と、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに取り付けたクランクプーリ３２と、プーリ３１及びクランクプーリ３２に巻回したベルト３３と、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８とプーリ３１との間に設けた電磁クラッチ３４と、を備える。

　そして、電磁クラッチ３４をオン（締結）／オフ（解放）することで、エンジン１０（クランクシャフト１０ａ）とポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８との間における動力の伝達、遮断が切り替えられる。
　マイクロコンピュータを備える制御ユニット４は、電磁クラッチ３４を制御する機能を有し、電磁クラッチ３４をオン／オフ制御することで、ランキンサイクル装置２Ａの作動／停止を制御する。

　即ち、制御ユニット４は、ランキンサイクル装置２Ａの作動条件の成立を判断すると、電磁クラッチ３４を締結（オン）して、エンジン１０によってポンプ２５Ａを作動させることで、作動流体（冷媒）の循環を開始させ、ランキンサイクル装置２Ａを起動する。
　そして、膨張機２３が作動して駆動力を発生するようになると、膨張機２３で発生した駆動力の一部がポンプ２５Ａを駆動し、その余の駆動力を、伝達機構３を介してエンジン１０に伝達し、エンジン１０の出力（駆動力）をアシストする。

　また、制御ユニット４は、ランキンサイクル装置２Ａの作動条件が不成立となった場合には、電磁クラッチ３４を解放（オフ）して、作動流体の循環を停止させることで、ランキンサイクル装置２Ａを停止させる。
　尚、蒸発器２２を、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体と、エンジン１０の排気との間で熱交換を行う装置とすることができ、また、エンジン１０の冷却水との間で熱交換を行うと共に、エンジン１０の排気との間で熱交換を行う装置とすることができる。

　また、後述するように、膨張機２３は、駆動部としてのスクロールを迂回させて作動流体を循環させるためのバイパス路８１、及び、前記バイパス路８１を開閉する弁機構８３を一体的に備えている。
　そして、制御ユニット４は、電磁クラッチ３４を締結させたランキンサイクル装置２Ａの起動直後において、弁機構８３を開に制御してバイパス路８１を開き、膨張機２３のスクロールを迂回させて作動流体を循環させるようにする。

　その後、例えば、膨張機２３の入口の冷媒温度が閾値を上回るようになると、換言すれば、膨張機２３が駆動力を発生し得るようになると、制御ユニット４は、弁機構８３を閉に制御してバイパス路８１を閉じ、作動流体が膨張機２３のスクロールを通過して循環する状態に切り替える。
　このように、ランキンサイクル装置２Ａの起動直後に、膨張機２３のスクロールを迂回して作動流体を循環させるようにすれば、蒸発器２２内の圧力が低下して作動流体の蒸発温度が低くなるため、ランキンサイクル装置２Ａの起動性を向上させることができる。また、ランキンサイクル装置２Ａの停止時、電磁クラッチ３４を解放（オフ）した時に、残圧力によって高回転になってしまうのを防ぐために、バイパス路８１を開にする。

　次に、ポンプ一体型膨張機２９Ａの構造を、図２に基づき詳細に説明する。
　ポンプ一体型膨張機２９Ａは、前述のように、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体を循環させるポンプ２５Ａと、蒸発器２２で加熱されて気化した作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機２３とが共通の回転軸２８によって駆動される流体機械であり、伝達機構３を構成するプーリ３１及び電磁クラッチ３４を備えている。

　ポンプ一体型膨張機２９Ａの膨張機２３は、ポンプ一体型膨張機２９Ａの軸方向の一端部に配置される固定スクロール５１と、該固定スクロール５１に対して偏心して噛み合うように組み合わされる旋回スクロール（回転体）５２と、吐出ポート５３を備えたハウジング部５４と、吸入ポート５５を備えたケーシング部５６とを備える。
　固定スクロール５１は、円盤状の本体部５１ａと、本体部５１ａの一端面にリブ状に立設したスクロール部（渦巻き体）５１ｂと、本体部５１ａの中央を貫通するように形成した作動流体の導入口５１ｃとを有する。

　ハウジング部５４は、両端開放の筒状に形成され、その内側にケーシング部５６が嵌合し、固定スクロール５１及び旋回スクロール５２が収容される第１中空部５４ａと、旋回スクロール５２と回転軸２８との間の従動クランク機構を構成する大径部６４を支持する第２中空部５４ｂと、回転軸２８を支持する第３中空部５４ｃとを有する。
　そして、第１中空部５４ａのポンプ２５Ａ側に、第１中空部５４ａの内空間（スクロールの吐出側空間）と外部空間とを連通させる吐出ポート５３が、回転軸２８の径方向に沿って形成されている。

　ケーシング部５６は、内側に固定スクロール５１を一体的に備えると共に外側が第１中空部５４ａの内側に嵌合される円筒状部５６ａと、固定スクロール５１の導入口５１ｃに連通する作動流体導入室５６ｂとを備え、作動流体導入室５６ｂとケーシング部５６の外部空間とを連通させる吸入ポート５５が、回転軸２８の径方向に沿って形成されている。
　ここで、吐出ポート５３及び吸入ポート５５は、相互に略平行に、かつ、回転軸２８の軸心から同一の角度方向に向けて延設され、回転軸２８の軸方向に並んで設けられる。

　吸入ポート５５には、一端が蒸発器２２の出口に接続される配管の他端が接続され、蒸発器２２で加熱された作動流体が、吸入ポート５５を介して膨張機２３内に導入される。
　吸入ポート５５に導入された作動流体は、作動流体導入室５６ｂに流入した後、導入口５１ｃを介して固定スクロール５１の中心部に導入される。
　固定スクロール５１の中心部に導入された作動流体は、旋回スクロール５２の壁面を押して膨張室を形成し、作動流体が連続して供給されることで膨張室を外周側に移動させ、旋回スクロール５２の旋回運動を生じさせる。

　吐出ポート５３には、一端が凝縮器２４の入口に接続される配管の他端が接続され、膨張機２３を経由した作動流体が凝縮器２４に送られて凝縮（液化）される。
　旋回スクロール５２は、円盤状の本体部５２ａと、本体部５２ａの一端面にリブ状に立設したスクロール部（渦巻き体）５２ｂとを有する。

　ここで、本体部５２ａのスクロール部５２ｂを形成した端面の反対面と、前記ハウジング部５４の第１中空部５４ａから第２中空部５４ｂに至る段差部５４ｄとの間に自転阻止機構６０を設けてあり、旋回スクロール５２は、自転阻止機構６０によって、自転が防止されながら作動流体の膨張に伴って旋回運動を行う。
　尚、自転阻止機構６０としては、オルダムカップリング、ピン＆リングカップリング、ボールカップリングなどがあるが、ここでは、ボールを転動部材としたボールカップリングを用いており、特に、ＥＭカップリングと呼ばれるボールカップリングを用いている（ＮＴＮ　ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＲＥＶＩＥＷ　Ｎｏ．６８（２０００）「スクロールコンプレッサ用ＥＭカップリングについて」参照）。ＥＭカップリングは、レースとリングを一体プレス成形した２枚のプレートと鋼球（ボール）とから構成される。

　旋回スクロール５２の本体部５２ａの自転阻止機構６０側の端面には、筒状部５２ｃを突出形成してあり、この筒状部５２ｃの内側には、ドライブベアリング６１を設けてある。ドライブベアリング６１には、偏心ブッシュ６２が嵌合され、この偏心ブッシュ６２にはクランクピン孔６２ａが形成されている。
　一方、ハウジング部５４の第２中空部５４ｂには、ベアリング６３を介して大径部６４が回転可能に支持され、この大径部６４には、回転軸２８と平行にかつ回転軸２８に対して軸心をずらしてクランクピン６４ａを立設してあり、クランクピン６４ａは、前記偏心ブッシュ６２のクランクピン孔６２ａに挿通される。

　大径部６４には回転軸２８が連結され、偏心ブッシュ６２、クランクピン６４ａ、大径部６４からなる従動クランク機構によって、旋回スクロール５２の回転軸２８回りの旋回運動を、回転軸２８の回転駆動力として伝達する。
　また、膨張機２３の振動発生を抑制するためのカウンタウェイト（バランスウェイト）７４を、偏心ブッシュ６２に対して取り付けてある。

　更に、旋回スクロール５２の旋回半径を規制するために、大径部６４に規制用孔６４ｂを設けると共に、規制用孔６４ｂに嵌合する規制用突起６２ｂを偏心ブッシュ６２に設けてあり、規制用孔６４ｂと規制用突起６２ｂとの係合によって、クランクピン６４ａ回りの偏心ブッシュ６２の揺動を規制している。
　回転軸２８は、ハウジング部５４の第３中空部５４ｃに設けたベアリング６５に支持されると共に、ハウジング部５４に連結されるポンプハウジング６６の端部に設けたベアリング６７に支持されて回転する。

　ポンプハウジング６６には、ポンプ２５Ａを設けてある。ポンプ２５Ａは、一例としてギヤポンプであり、ギヤポンプは、回転軸２８に軸支した駆動歯車（回転体）と、回転軸２８と平行に回転可能に支持した従動軸と、従動軸に軸支され駆動歯車に噛み合う従動歯車とから構成される。
　ポンプハウジング６６には、ポンプ２５Ａの吸入口に連通するポンプ吸入ポート６６ａ、及び、ポンプ２５Ａの吐出口に連通するポンプ吐出ポート６６ｂが形成される。

　ポンプ吸入ポート６６ａには、一端が凝縮器２４の出口に接続される配管の他端が接続され、凝縮器２４で凝縮（液化）された作動流体がポンプ２５Ａに吸入される。また、ポンプ吐出ポート６６ｂには、一端が蒸発器２２の入口に接続される配管の他端が接続され、凝縮器２４で凝縮（液化）された作動流体を蒸発器２２に圧送し、作動流体を蒸発（気化）させる。
　尚、ポンプ２５Ａとして、公知のポンプを適宜採用でき、ギヤポンプの他、ベーンポンプなどを用いることができる。
　ポンプハウジング６６を貫通して外部に延設した回転軸２８の端部には、伝達機構３を構成するプーリ３１と電磁クラッチ３４とを配置してある。

　ポンプハウジング６６の膨張機２３側とは反対側の端面には、回転軸２８を内包する筒状部６６ｃを一体的に形成してある。この筒状部６６ｃの内側の先端側に、回転軸２８を支持するベアリング６７を配置し、筒状部６６ｃの底部側（膨張機２３側）には、軸シール６８を配置してある。
　そして、筒状部６６ｃから突き出た回転軸２８の先端にクラッチ板７１を取り付け、また、筒状部６６ｃの外周に、ベアリング７２を介してプーリ３１を回転可能に取り付けてある。

　更に、プーリ３１の膨張機２３側の端面に形成した、回転軸２８を中心とする環状の溝３１ａにクラッチコイル７３を収容してあり、電磁クラッチ３４は、上記のクラッチ板７１、クラッチコイル７３で構成される。
　そして、クラッチコイル７３に通電すると、磁気吸引力が発生することでクラッチ板７１がプーリ３１に接触し、プーリ３１とクラッチ板７１（回転軸２８）とが連動するようになり、結果、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８とエンジン１０（クランクシャフト１０ａ）との間で動力の伝達が行われるようになる。

　上記のポンプ一体型膨張機２９Ａの膨張機２３は、更に、吸入ポート５５から吸入される作動流体を、固定スクロール５１及び旋回スクロール５２からなる駆動部を迂回して吐出ポート５３に導くためのバイパス部８０を備えている。
　バイパス部８０は、バイパス路８１が形成されるホルダ８２と、該ホルダ８２に支持されてバイパス路８１を開閉する弁機構（電磁弁）８３と、を有し、吸入ポート５５を備えたケーシング部５６と、吐出ポート５３を備えたハウジング部５４との間に挟持される。
　なお、弁機構８３は、コイル８３ｄを備えた電磁弁である。また、ホルダ８２とケーシング部５６との間、及び、ハウジング部５４とケーシング部５６との間には、シム９６を挟着してある。

　以下では、バイパス部８０の詳細を、図３を参照しつつ説明する。
　ホルダ８２は、バイパス路８１が形成される先端部８２ａと、弁機構８３のコイルなどを保持する基端部８２ｂとからなり、先端部８２ａが、回転軸２８の軸方向においてケーシング部５６とハウジング部５４との間に挟持される。
　ケーシング部５６の吸入ポート５５が形成される部分と、ハウジング部５４の吐出ポート５３が形成される部分との間に、ホルダ８２の先端部８２ａを挟持するための収容空間９１を設けてある。前記収容空間９１は、ケーシング部５６及びハウジング部５４で囲まれる、有底で、かつ、回転軸２８の径方向の外方に向けて開放される空間である。

　収容空間９１においてホルダ８２の先端部８２ａを軸方向に挟むケーシング部５６側の面には、吸入ポート５５に連通する吸入側連通路９２が開口し、また、収容空間９１において先端部８２ａを軸方向に挟むハウジング部５４側の面には、吐出ポート５３に連通する吐出側連通路９３が開口する。
　そして、ホルダ８２の先端部８２ａには、回転軸２８の軸方向に延びるバイパス路８１が形成され、先端部８２ａが、回転軸２８の軸方向においてケーシング部５６とハウジング部５４との間に挟持された状態で、バイパス路８１の一端が吸入側連通路９２に接続され、バイパス路８１の他端が吐出側連通路９３に接続されることで、作動流体のバイパス管路が形成される。
　このように、バイパス部８０（ホルダ８２）は、吸入ポート５５と吐出ポート５３との間に配設され、ホルダ８２に形成したバイパス路８１で吸入ポート５５と吐出ポート５３とを直接的に連通させる。

　バイパス路８１のケーシング部５６側の端部が開口するホルダ８２の部分は、回転軸２８の軸に平行な方向に沿って円筒状に突出形成された円筒状突起部８２ｃをなし、この円筒状突起部８２ｃの軸心部分にバイパス路８１が延設されている。
　一方、吸入側連通路９２は、ホルダ８２側（ハウジング部５４側）に、前記円筒状突起部８２ｃが嵌挿される径の嵌合孔部（拡径部）９２ａを有する。即ち、吸入側連通路９２は、吸入ポート５５側からバイパス路８１と略同等の径で形成され、途中で、円筒状突起部８２ｃの外周が嵌挿される径に拡径される。

　また、円筒状突起部８２ｃの外周には、環状に溝８２ｆが形成されており、ゴムなどの弾性材料で環状に形成したシール部材（Ｏリング）９４を環状溝８２ｆに嵌め込み、円筒状突起部８２ｃを嵌合孔部９２ａに嵌挿させると、円筒状突起部８２ｃの外周と、吸入側連通路９２の嵌合孔部９２ａの内周との隙間が、シール部材９４によってシールされる。
　即ち、円筒状突起部８２ｃを吸入側連通路９２の嵌合孔部９２ａに嵌合させることで、バイパス路８１が吸入ポート５５に連通すると共に、回転軸２８の径方向におけるホルダ８２の位置が吸入側連通路９２を基準に位置決めされ、ホルダ８２の円筒状突起部８２ｃとケーシング部５６の嵌合孔部９２ａとの間、換言すれば、バイパス路８１の吸入ポート５５側は、円筒シールによってシールされる。

　ホルダ８２とケーシング部５６との回転軸２８の軸方向における突き当りは、円筒状突起部８２ｃの根本部分の平面部８２ｅと、ケーシング部５６の吸入側連通路９２が開口する平面部５６ｃとの間で行われる。そして、係るホルダ８２とケーシング部５６との間、及び、ハウジング部５４とケーシング部５６との間には、例えば金属製の挟み板であるシム９６を挟着してあり、このシムによって回転軸２８の軸方向における固定スクロール５１と旋回スクロール５２との隙間が調整される。
　また、バイパス路８１のハウジング部５４側の端部が開口するホルダ８２の部分には、回転軸２８の横断面に平行な突き当り面を形成する台座部８２ｇを突出形成してある一方、ハウジング部５４には、前記台座部８２ｇが遊嵌されると共に、前記台座部８２ｇの端面（平面部）と平行でかつ吐出側連通路９３が開口する底面（平面部）を備えた凹陥部５４ｅを形成してある。

　そして、ホルダ８２をハウジング部５４とケーシング部５６との間に挟持するときに、台座部８２ｇが凹陥部５４ｅに遊嵌されると、ホルダ８２側のバイパス路８１とハウジング部５４側の吐出側連通路９３とが連続し、バイパス路８１が吐出側連通路９３を介して吐出ポート５３に接続される。
　即ち、バイパス路８１は、円筒状突起部８２ｃの先端から台座部８２ｇ（平面部）にかけて形成されており、ホルダ８２をハウジング部５４とケーシング部５６との間に挟持することで、吸入ポート５５と吐出ポート５３とが、バイパス路８１によって連通する。
　凹陥部５４ｅの底面には、吐出側連通路９３の開口を囲むように、環状に溝５４ｆを形成してあり、この溝５４ｆに、ゴムなどの弾性材料で形成したシール部材９５を嵌め込み、このシール部材９５によって、ホルダ８２とハウジング部５４との突き当り面を囲むようにしてシールする。即ち、ホルダ８２側のバイパス路８１とハウジング部５４側の吐出側連通路９３との接続部は、その周囲が平面シールでシールされる。換言すれば、バイパス路８１と吐出ポート５３は、平面シールでシールされる。

　シール部材９５は、ホルダ８２で押し潰されることで、ホルダ８２を、ケーシング部５６側に向けて与勢する力を発生し、これによって、ホルダ８２がケーシング部５６側に突き当り、ホルダ８２の回転軸２８の軸方向における位置が、ケーシング部５６を基準に位置決めされる。
　また、バイパス部８０のホルダ８２は、バイパス路８１を開閉する弁機構（パイロット式電磁弁）８３を一体的に備えている。

　バイパス路８１は、ケーシング部５６側から回転軸２８の軸方向と平行に延びる管路８１ａと、ハウジング部５４側から回転軸２８の軸方向と平行に延びる管路８１ｂとを備え、管路８１ａが管路８１ｂに比べて回転軸２８からより遠い位置に形成されており、これら管路８１ａ，８１ｂは、回転軸２８の径方向に延びる管路８１ｃによって連通している。
　管路８１ｃには、回転軸２８の径方向の外側から内側に向けて弁体８３ａが移動して着座し、係る着座状態で管路８１ｃ（バイパス路８１）を閉塞するためのシート部８１ｄが形成されており、また、シート部８１ｄよりも前記径方向の外側において前記径方向に沿って変位可能に、プランジャ８３ｂを支持してある。

　前記プランジャ８３ｂは、コイルバネ（弾性体）８３ｃによってシート部８１ｄに向けて（回転軸２８に近づく方向に）与勢されると共に、コイル（ソレノイド）８３ｄの磁気力によりコイルバネ８３ｃの与勢力に抗してシート部８１ｄ（回転軸２８）から離れる方向に変位する。
　ここで、コイル８３ｄを収容するホルダ８２の基端部８２ｂは、ケーシング部５６及びハウジング部５４の外部に露出し、この外部に露出する部分に、コイル８３ｄへの通電を行うための端子（図示省略）が設けられる。

　前記プランジャ８３ｂとシート部８１ｄとの間には、弁体８３ａが、プランジャ８３ｂの進退方向と同じ方向（回転軸２８の径方向）に変位可能に支持されている。
　弁体８３ａには、弁体８３ａの変位方向に貫通するパイロット路８３ｅが形成されており、プランジャ８３ｂの先端には、前記パイロット路８３ｅのプランジャ８３ｂ側の開口を閉塞するパイロット弁８３ｆが形成されている。

　そして、コイル８３ｄへの非通電状態では、プランジャ８３ｂがコイルバネ８３ｃの与勢力によってシート部８１ｄに向けて変位することで、プランジャ８３ｂに押されて弁体８３ａがシート部８１ｄに着座し、かつ、パイロット路８３ｅのプランジャ８３ｂ側の開口がパイロット弁８３ｆで閉塞されることで、バイバス路８１を介した作動流体の流れが阻止される閉弁状態となる。
　係る閉塞状態からコイル８３ｄに通電すると、コイル８３ｄの磁気力によってプランジャ８３ｂが、シート部８１ｄに着座している弁体８３ａから離れることで、パイロット弁８３ｆがパイロット路８３ｅのプランジャ８３ｂ側の開口から離れ、パイロット路８３ｅが開放される。

　パイロット路８３ｅが開放されると、弁体８３ａとプランジャ８３ｂとで挟まれる空間（主弁室）内の圧力が、吐出ポート５３側の圧力にまで低下する一方、弁体８３ａの外方下側には、吸入ポート５５側の高圧が作用し、係る圧力差によって弁体８３ａがリフトしてシート部８１ｄから離れ、バイバス路８１を介して作動流体が流れる開弁状態となり、コイル８３ｄへの通電が継続されている間、開弁状態を保持する。
　係る開弁状態（通電状態）から、コイル８３ｄへの通電を遮断すると、プランジャ８３ｂがコイルバネ８３ｃの与勢力によってシート部８１ｄに近づく方向に変位してパイロット路８３ｅが閉塞され、更に、プランジャ８３ｂに押されて弁体８３ａがシート部８１ｄに近づく方向に変位し、弁体８３ａがシート部８１ｄに着座して閉弁状態に戻り、コイル８３ｄへの非通電が継続されている間、閉弁状態を保持する。

　このように、バイパス路８１を開閉する弁機構８３は、弁体８３ａ、プランジャ８３ｂ、コイルバネ８３ｃ、コイル８３ｄなどで構成される、所謂パイロット式の電磁弁である。
　尚、弁機構８３は、流体の圧力差を用いて弁体を駆動させるパイロット式の電磁弁に限定されず、可動コアの駆動によって機械的に弁体を開閉動作させる直動式の電磁弁とすることができる。

　制御ユニット４は、電磁クラッチ３４を締結させたランキンサイクル装置２Ａの起動直後において、前記コイル８３ｄに通電させることで弁機構８３を開弁状態とし、吸入ポート５５と吐出ポート５３とをバイパス路８１で連通させることで、エンジン１０によって駆動されるポンプ２５Ａで循環される作動流体が、駆動部としてのスクロール５１，５２を迂回して流れるようにする。
　上記のように、膨張機２３は、バイパス路８１と当該バイパス路８１を開閉する弁機構８３とを一体的に備えるから、作動流体を循環させるための配管に、弁機構を備えたバイパス路を接続する場合に比べて、ランキンサイクル装置２Ａにおける作動流体の循環回路を簡略化できる。

　また、バイパス路８１が形成されると共に弁機構８３を一体的に備えるホルダ８２（バイパス部８０）を、吸入ポート５５が形成されるケーシング部５６と、吐出ポート５３が形成されるハウジング部５４との間に挟持するから、膨張機２３（流体機械）に対して簡易な構造でバイパス路８１及び弁機構８３を設けることができ、膨張機２３の加工を簡略化し、かつ、膨張機２３の軸方向長さが拡大することを抑制できる。
　また、弁機構８３は、プランジャ８３ｂ及び弁体８３ａの移動方向が、回転軸２８の径方向に設定されるから、プランジャ８３ｂ及び弁体８３ａの移動空間は回転軸２８の径方向に長く、移動方向を回転軸２８と平行な方向とする場合に比べて、膨張機２３の軸方向長さを抑制できる。

　更に、弁機構８３のコイル（ソレノイド）８３ｄが、ケーシング部５６及びハウジング部５４の外部に露出するホルダ８２の基端部８２ｂに収容されるから、コイル８３ｄからの放熱を効率良く行わせることができる。
　また、弁機構８３を構成する部品の中でサイズが大きな部品であるコイル（ソレノイド）８３ｄを、ケーシング部５６とハウジング部５４とで挟まれる部分の外側に配置するから、コイル（ソレノイド）８３ｄの収容空間を、ケーシング部５６とハウジング部５４とで挟まれる部分に確保する必要がなく、これによっても、膨張機２３の軸方向長さを抑制できる。

　また、ケーシング部５６とハウジング部５４との間にホルダ８２（バイパス部８０）を挟持する構造において、バイパス路８１の一方の接続部を円筒シールとし、他方の接続部を平面シールとするから、作動流体の漏れ経路を遮断しつつ、ホルダ８２（バイパス部８０）の位置決めを容易に行える。
　更に、バイパス路８１は、吸入ポート５５と吐出ポート５３とを直接的に接続するから、バイパス経路に、旋回スクロール５２の自転阻止機構６０などの摺動部がなく、バイパス路８１を開放しているときに気液混合状態又は液相状態の作動流体が流れても、係る作動流体によって摺動部の潤滑油の粘性が低下して、摺動部の潤滑性が低下することを抑制できる。

　ところで、図２に示した膨張機２３では、吸入ポート５５と吐出ポート５３とを、バイパス路８１によって直接的に接続させたが、固定スクロール５１及び旋回スクロール５２からなる駆動部における作動流体の入口側と出口側とをバイパス路で接続すればよく、例えば、旋回スクロール５２を囲む環状空間（吐出側）と吸入ポート５５とを、バイパス路で接続することができる。
　図４は、旋回スクロール５２を囲む環状空間（吐出側）と吸入ポート５５とを、バイパス路で接続するようにした膨張機２３を含む、ポンプ一体型膨張機２９Ａを示す。

　図４に示す膨張機２３は、ハウジング部５４に形成される吐出ポート５３が、回転軸２８の径方向において吸入ポート５５と異なる方向（一例として略逆の方向）に向けて開口している。
　また、図４に示す膨張機２３では、図２に示した膨張機２３と同様に、ケーシング部５６の吸入側連通路９２が形成される部分に対向するハウジング部５４には、凹陥部５４ｅ及び吐出側連通路９３を形成してある。

　ここで、吐出側連通路９３は、旋回スクロール５２を囲む環状空間（吐出側空間）１０１に連通するバイパス空間１０２に接続される一方、吐出ポート５３は、ハウジング部５４の外部と環状空間１０１とを連通させる。
　即ち、吸入側連通路９２、バイパス路８１、吐出側連通路９３、バイパス空間１０２を介して、吸入ポート５５と環状空間（吐出側空間）１０１とが連通し、作動流体を、駆動部としてのスクロールを迂回して循環させることができ、吸入ポート５５からスクロール５１，５２を迂回して環状空間（吐出側空間）１０１に流入した作動流体は、環状空間１０１から吐出ポート５３を経て外部に吐出されることになる。

　このように、図４の膨張機２３は、吐出ポート５３の配置が図２に示した膨張機２３とは異なることで、吐出側連通路９３を介してバイパス路８１と接続させる対象が、吐出ポート５３から環状空間（吐出側空間）１０１に変更されているが、スクロール５１，５２、ポンプ２５Ａ、伝達機構３、バイパス部８０などの構造は、図２の膨張機２３と同様であるため、詳細な説明は省略する。
　図４の膨張機２３においても、ケーシング部５６とハウジング部５４との間にホルダ８２（バイパス部８０）を挟持することで、図２に示した膨張機２３と同様な作用、効果を得ることができる。

　また、吐出ポート５３と吸入ポート５５とを回転軸２８の異なる径方向に向けてそれぞれ開口させることができるので、図２の膨張機２３に比べて、吐出ポート５３、吸入ポート５５の向きの設定における制約が小さく、汎用性が高い。
　尚、図４の膨張機２３では、作動流体が、吸入ポート５５からスクロール５１，５２を迂回して環状空間（吐出側空間）１０１に流入し、旋回スクロール５２の自転阻止機構６０などの摺動部が存在する環状空間（吐出側空間）１０１を通過してから吐出ポート５３にまで流れるため、バイパス経路の途中に摺動部を有することになる。
　このため、バイパス経路に摺動部が存在しない図２に示した膨張機２３に比べて、図４の膨張機２３は、摺動部の潤滑性を確保する点では不利になる。しかし、自転阻止機構６０としてＥＭカップリングなどのボールカップリング式の自転阻止機構を用いる場合、潤滑不足の状態においても焼付き等の不具合が発生せず、高い耐久性を有することが実験によって確認されているから、スクロール５１，５２を迂回して循環させる作動流体が気液混合又は液相であっても、十分な耐久性を維持できる。

　以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
　例えば、図２又は図４に示した膨張機２３は、ポンプ２５Ａを一体的に備えるが、ポンプ２５Ａに代えて又はポンプ２５Ａ共に発電機を膨張機２３と一体的に備えることができ、また、ポンプ２５Ａや発電機を備えない膨張機にも、上記のホルダ８２（バイパス部８０）によるバイパス構造を適用できる。

　また、膨張機２３は、スクロール式の他、駆動部としてロータリーピストンを備えたロータリー式の膨張機とすることができる。
　また、ホルダ８２の円筒状突起部８２ｃを、ハウジング部５４に対向する面に設けて、当該円筒状突起部８２ｃを吐出側連通路９３に嵌合させ、ホルダ８２の台座部８２ｇを、ケーシング部５６に対向する面に設け、当該台座部８２ｇを吸入側連通路９２が開口するケーシング部５６の面に突き当てるようにすることができる。換言すれば、バイパス路８１のハウジング部５４側の接続部を、円筒シールでシールし、バイパス路８１のケーシング部５６側の接続部を、平面シールでシールすることができる。

　また、流体機械は、膨張機２３に限定されず、圧縮機とすることができる。
　更に、膨張機２３などの流体機械は、廃熱利用装置（ランキンサイクル装置）に組み込まれるものに限定されるものではない。

　１Ａ…廃熱利用装置、２Ａ…ランキンサイクル装置、１０…エンジン、２１…循環路、２２…蒸発器、２３…膨張機、２４…凝縮器、２５Ａ…ポンプ、２８…回転軸、２９Ａ…ポンプ一体型膨張機（流体機械）、３１…プーリ、３４…電磁クラッチ、５１…固定スクロール、５２…旋回スクロール、５３…吐出ポート、５４…ハウジング部、５５…吸入ポート、５６…ケーシング部、６０…自転阻止機構、６２…偏心ブッシュ、８０…バイパス部、８１…バイパス路、８２…ホルダ、８２ｃ…円筒状突起部、８３…弁機構、８３ａ…弁体、８３ｂ…プランジャ、８３ｃ…コイルバネ、８３ｄ…コイル８３ｄ、９２…吸入側連通路、９２ａ…嵌合孔部（拡径部）、９３…吐出側連通路

Claims

　高圧の加熱蒸気となった作動流体が流入する吸入ポートと、
　前記吸入ポートを備えたケーシング部と、
　前記吸入ポートから吸入した作動流体の膨張によって駆動される駆動部と、
　前記駆動部を通過して低圧となった作動流体が流出する吐出ポートと、
　前記吐出ポートを備えたハウジング部と、
　を有する流体機械であって、
　前記吸入ポートから吸入される作動流体を前記駆動部を迂回して前記吐出ポートに導くバイパス路が形成されると共に前記バイパス路を開閉する弁機構を備えたバイパス部を、前記ケーシング部と前記ハウジング部との間に挟持した、流体機械。
　前記弁機構が、弁体をコイルの磁力によって前記駆動部の回転軸の径方向に変位させて前記バイパス路を開閉する電磁弁である、請求項１記載の流体機械。
　前記バイパス部の前記コイルの収容部が、前記ケーシング部及び前記ハウジング部の外部に露出する、請求項２記載の流体機械。
　前記バイパス路の一方端を円筒シールで、他方端を平面シールでシールする、請求項１記載の流体機械。
　前記吸入ポート及び前記吐出ポートが、前記駆動部の回転軸の径方向に延び、かつ、前記回転軸の軸方向に並んで設けられ、
　前記バイパス部を、前記吸入ポートと前記吐出ポートとの間に配設して、前記吸入ポートと前記吐出ポートとを前記バイパス路を介して連通させる、請求項１記載の流体機械。
　前記バイパス路の一方端を前記吸入ポートに接続し、前記バイパス路の他端を、前記駆動部の吐出側であって前記吐出ポートに連通する空間に接続した、請求項１記載の流体機械。
　前記流体機械が、固定スクロールと可動スクロールとからなる前記駆動部を備えたスクロール型膨張機であって、かつ、車両用エンジンの廃熱を回収して利用するランキンサイクル装置に組み込まれる、請求項１記載の流体機械。
　前記流体機械は自転阻止機構を備えたスクロール型膨張機であって、
　前記自転阻止機構は、ボールを転動部材としたボールカップリング式の自転阻止機構である、請求項１記載の流体機械。