WO2014017272A1 - ランキンサイクル装置 - Google Patents

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receiver tank
oxygen
flow path
working fluid
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英文 森
井口　雅夫
榎島　史修
文彦 石黒
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Toyota Industries Corp
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Toyota Industries Corp
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/10—Auxiliary systems, arrangements, or devices for extracting, cooling, and removing non-condensable gases

Definitions

  • the present invention relates to a Rankine cycle apparatus, and more particularly, to a Rankine cycle apparatus provided with an oxygen remover that removes oxygen from a working fluid.
  • a Rankine cycle device is known as a device that effectively uses waste heat.
  • the Rankine cycle device includes a steam generator that generates a working fluid steam, an expander that expands the working fluid steam, a condenser that condenses the working fluid from the expander, and a working fluid that flows out of the condenser.
  • the working fluid flowing through the working fluid flow path contains oil that lubricates the sliding parts of the expander and the pump.
  • water purification means for purifying water is disposed between the condenser outlet and the high-pressure pump inlet. Moreover, the water purification means can perform the dissolved oxygen removal process of water.
  • An object of the present invention is to provide a Rankine cycle apparatus capable of reducing pressure loss due to the working fluid passing through the oxygen removing agent and reducing the installation space.
  • a steam generator that generates steam of a working fluid, an expander that expands the steam of the working fluid, and the steam of the working fluid from the expander.
  • a condenser for condensing a receiver tank for storing the working fluid flowing out from the condenser, a pump for pumping the liquid working fluid stored in the receiver tank to the steam generator, and the steam generator And a working fluid flow path for sequentially connecting the expander, the condenser, the receiver tank, and the pump, and an oxygen removing agent that is accommodated in the receiver tank and removes oxygen contained in the working fluid.
  • the working fluid circulates in the working fluid flow path in the order of the steam generator, the expander, the condenser, the receiver tank, and the pump, and is accommodated in the receiver tank in the receiver tank.
  • Oxygen contained in the working fluid is removed by the oxygen removing agent.
  • the receiver tank has a function of performing gas-liquid separation of the refrigerant condensed in the condenser and storing the separated liquid refrigerant, and both the cross-sectional area of the flow path and the length of the working fluid in the flow direction are large. It is a container.
  • the flow rate of the working fluid passing through the oxygen scavenger can be lowered to reduce the pressure loss. Moreover, it is possible to reduce the installation space without requiring a special container for installing the oxygen scavenger.
  • the receiver tank has an outlet for flowing a liquid working fluid toward the pump, and the outlet is provided at a lower portion of the receiver tank.
  • the outlet is provided at the lower part of the receiver tank, the cross-sectional area of the channel that can be covered with the oxygen removing agent is expanded compared to the case where the outlet is provided at the upper part of the receiver tank. Is possible.
  • the above aspect preferably further includes a desiccant provided upstream of the oxygen scavenger in the receiver tank.
  • the oxygen remover since the desiccant is provided on the upstream side of the oxygen remover in the receiver tank, the oxygen remover can be passed after the moisture contained in the working fluid is removed by the desiccant. Therefore, since the water is removed from the working fluid when passing through the oxygen removing agent, oxygen contained in the working fluid can be efficiently removed.
  • the oxygen scavenger preferably contains iron powder.
  • oxygen contained in the working fluid can be removed using an oxidation reaction between oxygen and iron powder.
  • the Rankine cycle device according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
  • the Rankine cycle device of the present embodiment is a vehicle-mounted Rankine cycle device mounted on a vehicle.
  • the Rankine cycle apparatus 10 includes a steam generator 11, an expander 12, a condenser 13, a receiver tank 14, and a pump 15.
  • the Rankine cycle apparatus 10 includes a refrigerant flow path 16 that sequentially connects a steam generator 11, an expander 12, a condenser 13, a receiver tank 14, and a pump 15.
  • the refrigerant flow path 16 corresponds to a working fluid flow path, and the refrigerant as the working fluid flowing through the refrigerant flow path 16 is activated by the operation of the pump 15, and the steam generator 11, the expander 12, the condenser 13, the receiver tank 14, The refrigerant flows in the order of the pump 15 through the refrigerant flow path 16.
  • oil is contained in the refrigerant, and the oil contained in the refrigerant flows through the refrigerant flow path 16 together with the refrigerant.
  • the oil contained in the refrigerant fulfills functions such as lubrication, sealing, and cooling in the sliding portions of the expander 12 and the pump 15.
  • the steam generator 11 is a device that generates refrigerant vapor using exhaust gas discharged from the engine 17 through the exhaust passage 18 as a heat source (not shown).
  • the refrigerant flow path passing through the interior of the steam generator 11 constitutes a part of the refrigerant flow path 16.
  • the refrigerant is heated by heat exchange between the refrigerant in the refrigerant flow path 16 and the exhaust gas passing through the exhaust passage 18, thereby generating refrigerant vapor.
  • the exhaust gas that has passed through the steam generator 11 is discharged into the atmosphere through the exhaust passage 18.
  • the refrigerant flow path 16 of the present embodiment includes a first flow path 19 that connects the refrigerant outlet of the steam generator 11 and the refrigerant inlet of the expander 12 to each other.
  • the expander 12 has a rotating body (not shown) driven by high-temperature and high-pressure steam. When the high-temperature and high-pressure steam rotates the rotating body, the expander 12 obtains a rotational force on the output shaft.
  • the refrigerant flow path passing through the inside of the expander 12 constitutes a part of the refrigerant flow path 16.
  • the expander 12 of the present embodiment is a scroll expander, and the rotating body is a movable scroll that can turn with respect to the fixed scroll.
  • the expander 12 converts the pressure energy of the refrigerant vapor into mechanical energy by decompressing and expanding the refrigerant vapor in a substantially adiabatic state.
  • the output shaft of the expander 12 is connected to a load 20 (for example, a generator), and the rotational force obtained in the expander 12 is output to the load 20.
  • the refrigerant channel 16 of the present embodiment includes a second channel 21 that connects the refrigerant outlet of the expander 12 and the refrigerant inlet of the condenser 13 to each other.
  • the condenser 13 is a device that cools and condenses the vapor refrigerant flowing out of the expander 12, and a flow path (not shown) through which the refrigerant passes is provided inside the condenser 13.
  • the refrigerant flow path in the condenser 13 constitutes a part of the refrigerant flow path 16.
  • the refrigerant flow path 16 of the present embodiment includes a third flow path 22 that connects the refrigerant outlet of the condenser 13 and the refrigerant inlet of the receiver tank 14 to each other. At the refrigerant outlet of the condenser 13, the refrigerant condensed through the condenser 13 flows out to the receiver tank 14 on the downstream side.
  • the receiver tank 14 is a tank that stores the refrigerant that has passed through the condenser 13.
  • the refrigerant flow path in the receiver tank 14 constitutes a part of the refrigerant flow path 16.
  • gas-liquid separation of the condensed refrigerant after passing through the condenser 13 is performed, and the liquid refrigerant (liquid refrigerant) is temporarily stored in the receiver tank 14.
  • the refrigerant flow path 16 of the present embodiment includes a fourth flow path 25 that connects the refrigerant outlet of the receiver tank 14 and the refrigerant inlet of the pump 15 to each other.
  • the liquid refrigerant stored in the receiver tank 14 is sucked into the pump 15 through the fourth flow path 25.
  • the receiver tank 14 has a cylindrical shape, and includes a cylindrical peripheral wall portion 14A, a disk-shaped bottom plate portion 14B, and a disk-shaped upper plate portion 14C.
  • An internal space surrounded by the peripheral wall portion 14A, the bottom plate portion 14B, and the upper plate portion 14C functions as a storage space for storing the refrigerant and a flow path through which the refrigerant passes, and constitutes a part of the refrigerant flow path 16.
  • the upper plate portion 14C is formed with a refrigerant inlet 14D and a refrigerant outlet 14E.
  • a pipe 26 connected to the inlet 14D and a pipe 27 connected to the outlet 14E are provided in the receiver tank 14.
  • the pipe 26 is provided in the upper part in the receiver tank 14.
  • the pipe 27 extends downward in the receiver tank 14. The lower end of the pipe 27 is immersed in the liquid refrigerant stored in the receiver tank 14.
  • the inlet 14 ⁇ / b> D is connected to the condenser 13 via the third flow path 22.
  • the outlet 14 ⁇ / b> E is connected to the pump 15 through the fourth flow path 25.
  • the space inside the receiver tank 14 functions as a part of the refrigerant flow path 16.
  • the flow path in the receiver tank 14 has a sufficiently large flow path cross-sectional area as compared with the other refrigerant flow paths 16.
  • the flow path in the receiver tank 14 has a length in the flow path direction in which there is no sudden expansion and contraction of the flow path cross-sectional area. That is, the channel cross-sectional area of the receiver tank 14 is substantially constant.
  • the flow path cross-sectional area corresponds to the size when the cross-sectional area of the pipe 27 is subtracted from the cross-sectional area when the receiver tank 14 is cut in the horizontal direction in FIG. 2 corresponds to the length of the receiver tank 14 in the vertical direction, that is, in the vertical direction.
  • a desiccant 23 and an oxygen remover 24 are accommodated in the space inside the receiver tank 14.
  • An oxygen removing agent 24 is disposed near the middle in the vertical direction of the peripheral wall portion 14A.
  • a desiccant 23 is disposed above the oxygen scavenger 24, that is, upstream.
  • the desiccant 23 is horizontally disposed in a state of being filled in a wire net-like case, and is attached to the peripheral wall portion 14A.
  • a through hole 23A for inserting a pipe 27 disposed in the vertical direction is formed.
  • the desiccant 23 removes moisture in the refrigerant.
  • Below the desiccant 23, an oxygen remover 24 is disposed below the desiccant 23, an oxygen remover 24 is disposed.
  • the oxygen scavenger 24 is disposed horizontally, for example, with iron powder (Fe) interspersed on the surface of a structure having a honeycomb structure, and is attached to the peripheral wall portion 14A.
  • Fe iron powder
  • the oxygen scavenger 24 is a scavenger for removing oxygen contained in the refrigerant, and is specifically an oxygen scavenger or an oxygen adsorbent.
  • An oxygen scavenger removes oxygen by a chemical reaction (oxidation) and includes, for example, iron powder (Fe).
  • the oxygen adsorbent is one that removes oxygen by adsorption of oxygen that is not a chemical reaction, and includes, for example, zeolite.
  • an oxygen scavenger is used as the oxygen scavenger 24.
  • a through hole 24A is formed for inserting a pipe 27 disposed so as to extend in the vertical direction.
  • the oxygen that has entered circulates through the refrigerant flow path 16 in a state of being contained in the refrigerant.
  • the refrigerant and the oil may be deteriorated by oxygen contained in the refrigerant.
  • the oxygen remover 24 is for removing oxygen contained in the refrigerant.
  • the refrigerant that has flowed into the receiver tank 14 through the pipe 26 provided at the inlet 14D is separated into liquid and gas while falling downward.
  • the liquid refrigerant is stored below the receiver tank 14.
  • the pump 15 When the pump 15 is driven, the liquid refrigerant stored in the lower portion of the receiver tank 14 is sucked from the lower end of the pipe 27, moves upward in the pipe 27, and is sucked into the pump 15 through the fourth flow path 25. Is done.
  • the liquid refrigerant falls downward in the receiver tank 14, the liquid refrigerant passes through the desiccant 23 and the oxygen removing agent 24 arranged in the receiver tank 14 from the upper side to the lower side, and is absorbed in the refrigerant by the desiccant 23. The moisture contained in is removed.
  • oxygen contained in the refrigerant is removed by the oxygen remover 24.
  • the pump 15 sucks and discharges the refrigerant flowing out from the receiver tank 14 and pumps it to the steam generator 11.
  • an electric gear pump is employed.
  • the flow path through which the refrigerant passes inside the pump 15 corresponds to a part of the refrigerant flow path 16.
  • the refrigerant channel 16 of this embodiment includes a fifth channel 28 that connects the refrigerant outlet of the pump 15 and the refrigerant inlet of the steam generator 11 to each other.
  • the refrigerant can circulate through the refrigerant flow path 16 in the order of the steam generator 11, the expander 12, the condenser 13, the receiver tank 14, and the pump 15.
  • exhaust gas passes from the engine 17 through the exhaust passage 18 and through the steam generator 11.
  • the pump 15 When the pump 15 is driven, the refrigerant flows in the order of the steam generator 11, the expander 12, the condenser 13, the receiver tank 14, and the pump 15 to circulate through the refrigerant flow path 16.
  • the refrigerant becomes high-temperature and high-pressure steam by heat exchange with the exhaust gas.
  • the refrigerant vapor flows out to the expander 12 through the first flow path 19.
  • the steam flowing into the expander 12 is decompressed and expanded in a substantially adiabatic state in the expander 12, the pressure energy of the steam is converted into mechanical energy, and the rotational force of the expander 12 is output to the load 20.
  • the condenser 13 the refrigerant vapor is cooled and condensed by heat exchange with air.
  • the condensed refrigerant is separated into a liquid refrigerant and a gaseous refrigerant, and the liquid refrigerant is temporarily stored in the receiver tank 14.
  • the condensed refrigerant flowing out from the pipe 26 is separated into liquid refrigerant and gaseous refrigerant while falling downward, and the liquid refrigerant is stored below the receiver tank 14.
  • the liquid refrigerant stored below the receiver tank 14 is sucked from the lower end of the pipe 27 and moves upward in the pipe 27.
  • the liquid refrigerant falls downward in the receiver tank 14, the liquid refrigerant passes through the desiccant 23 and the oxygen removing agent 24 disposed in the receiver tank 14. At this time, moisture contained in the refrigerant is removed by the desiccant 23, and oxygen contained in the refrigerant is removed by the oxygen remover 24.
  • the space inside the receiver tank 14 functions as a part of the refrigerant flow path 16.
  • the flow path in the receiver tank 14 has a sufficiently large flow path cross-sectional area as compared with the other refrigerant flow paths 16.
  • the flow path in the receiver tank 14 has a length in the flow path direction in which there is no sudden expansion and contraction of the flow path cross-sectional area.
  • a special container is not required for installing the oxygen removing agent 24, and the receiver tank 14 can be used as it is as a container for the oxygen removing agent 24, so that installation space can be reduced. is there.
  • the liquid refrigerant stored in the receiver tank 14 flows out to the pump 15 through the pipe 27 and the fourth flow path 25.
  • the liquid refrigerant sucked into the pump 15 through the pipe 27 and the fourth flow path 25 is a saturated liquid, generation of cavitation in the pump 15 can be prevented.
  • the pump 15 sucks and discharges the liquid refrigerant flowing out from the receiver tank 14 and pumps it to the steam generator 11.
  • the flowing liquid refrigerant becomes high-temperature and high-pressure steam by heat exchange with the exhaust gas.
  • the inflowing liquid refrigerant does not contain oxygen, it can be prevented from being deteriorated by the oxidizing action of the refrigerant and oil by oxygen.
  • the Rankine cycle device 10 according to the first embodiment has the following operational effects.
  • the flow path in the receiver tank 14 has a sufficiently large flow path cross-sectional area as compared to the other refrigerant flow paths 16. ing. Further, the flow path in the receiver tank 14 has a length in the flow path direction in which there is no sudden expansion and contraction of the flow path cross-sectional area. That is, the channel cross-sectional area of the receiver tank 14 is substantially constant.
  • the flow rate of the liquid refrigerant passing through the oxygen removing agent 24 can be reduced to reduce the pressure loss, which is caused by the pressure loss on the suction side of the pump 15. Generation of cavitation can be prevented.
  • a separate container is not required to install the oxygen remover 24 separately from the receiver tank 14, and the receiver tank 14 can be used as it is as a container for the oxygen remover 24, so that the installation space can be reduced. It is.
  • the inflowing liquid refrigerant becomes high-temperature and high-pressure steam by heat exchange with the exhaust gas.
  • the inflowing liquid refrigerant does not contain oxygen, it can be prevented from being deteriorated by the oxidizing action of the refrigerant and oil by oxygen.
  • the oxygen remover 24 Since the desiccant 23 is provided on the upstream side of the oxygen remover 24 in the receiver tank 14, the oxygen remover 24 is allowed to pass after the moisture contained in the liquid refrigerant is removed by the desiccant 23. it can. Therefore, since the liquid refrigerant at the time of passing through the oxygen remover 24 has moisture removed, oxygen contained in the liquid refrigerant can be efficiently removed.
  • oxygen scavenger iron powder
  • oxygen adsorbent zeolite
  • the oxygen removing agent 24 contains iron powder, it is possible to remove oxygen contained in the refrigerant using an oxidation reaction between oxygen and iron powder.
  • the Rankine cycle apparatus 30 includes a steam generator 11, an expander 12, a condenser 13, a receiver tank 14, and a pump 15.
  • the Rankine cycle apparatus 30 includes a refrigerant flow path 16 that sequentially connects the steam generator 11, the expander 12, the condenser 13, the receiver tank 14, and the pump 15.
  • the refrigerant as the working fluid flowing through the refrigerant flow path 16 flows through the refrigerant flow path 16 in the order of the steam generator 11, the expander 12, the condenser 13, the receiver tank 14, and the pump 15 by the operation of the pump 15. .
  • an outlet 14E through which a liquid refrigerant flows out toward the pump 15 is provided at the lower part of the receiver tank 14, that is, at the bottom.
  • a refrigerant inlet 14 ⁇ / b> D is formed in the upper plate portion 14 ⁇ / b> C of the receiver tank 14.
  • a pipe 26 connected to the inflow port 14D is attached downward as in the first embodiment.
  • a refrigerant outlet 14E is formed in the bottom plate portion 14B of the receiver tank 14.
  • a pipe 31 connected to the outlet 14E is attached upward.
  • the inlet 14 ⁇ / b> D is connected to the condenser 13 via the third flow path 22.
  • the outlet 14 ⁇ / b> E is connected to the pump 15 through the fourth flow path 25.
  • a desiccant 32 and an oxygen remover 33 are disposed in the space inside the receiver tank 14, and the oxygen remover 33 is disposed near the middle in the vertical direction of the peripheral wall portion 14A.
  • a desiccant 32 is disposed on the upstream side.
  • the desiccant 32 is horizontally disposed in a state of being filled in a wire net-like case, and is attached to the peripheral wall portion 14A.
  • a through hole is not formed at the center of the desiccant 32.
  • an oxygen scavenger 33 is disposed below the desiccant 32.
  • the oxygen scavenger 33 is disposed horizontally, for example, with iron powder (Fe) scattered on the surface of a structure having a honeycomb structure, and is attached to the peripheral wall portion 14A.
  • a through hole is not formed in the center of the oxygen removing agent 33.
  • the configurations of the desiccant 32 and the oxygen removing agent 33 are the same as those in the first embodiment except that the through hole is not formed at the center of each.
  • the pipe 31 connected to the outlet 14 ⁇ / b> E is inserted into the refrigerant stored in the receiver tank 14 from below.
  • the pipe 31 does not pass through the desiccant 32 and the oxygen remover 33 provided in the receiver tank 14.
  • the outlet 14 ⁇ / b> E through which the liquid refrigerant flows toward the pump 15 is provided in the lower portion, that is, the bottom portion of the receiver tank 14.
  • the pipe 31 connected to the outlet 14E is inserted from below into the refrigerant stored in the receiver tank 14 without passing through the oxygen removing agent 33 provided in the receiver tank 14. Therefore, the cross-sectional area of the flow path that can be covered with the oxygen removing agent 33 can be expanded as compared with the first embodiment, and the removal efficiency of oxygen contained in the refrigerant can be improved.
  • Rankine cycle devices 10 and 30 are embodied as in-vehicle Rankine cycle devices mounted on a vehicle, but the Rankine cycle devices are not limited to in-vehicle use.
  • Rankine cycle apparatuses 10 and 30 may be Rankine cycle apparatuses installed on the ground, for example.
  • the internal combustion engine is simply described as the engine 17, but the internal combustion engine may be a gasoline engine or a diesel engine.
  • the desiccant 23 or 32 is provided on the upstream side of the oxygen removing agent 24 or 33 in the receiver tank 14, but on the downstream side of the oxygen removing agent 24 or 33 in the receiver tank 14.
  • a desiccant 23 or 32 may be provided.
  • the desiccant 23 or 32 is provided on the upstream side of the oxygen removing agent 24 or 33 in the receiver tank 14. Instead of this, even if one member in which the oxygen remover 24 and the desiccant 23 are mixed or one member in which the oxygen remover 33 and the desiccant 32 are mixed is disposed in the receiver tank 14. good. In this case, the installation space and the number of parts can be reduced.
  • the generator is cited as an example of the load 20, but the load 20 may be an engine, and is not particularly limited as long as the rotational force output from the expander 12 can be used.
  • the expander 12 is a scroll type expander.
  • the expander 12 is not limited to the scroll type and can be of any type, for example, a vane type expander or a turbine type expander. May be.

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Description

ランキンサイクル装置
　本発明は、ランキンサイクル装置に関し、特に、作動流体から酸素を除去する酸素除去剤を備えたランキンサイクル装置に関する。
　廃熱を有効利用する装置として、ランキンサイクル装置が知られている。
　ランキンサイクル装置は、作動流体の蒸気を生成する蒸気発生器と、作動流体の蒸気を膨張させる膨張機と、膨張機からの作動流体を凝縮する凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を蒸気発生器へ圧送するポンプと、蒸気発生器、膨張機、凝縮器及びポンプを順次接続する作動流体流路とを備える。
　通常、作動流体流路を流通する作動流体には、膨張機やポンプにおける摺動部を潤滑するオイルが含まれている。
　外気中の酸素は作動流体流路を形成する配管の接合部から作動流体流路内に入り込む。このため、作動流体には酸素が含まれ、酸素を含む作動流体は作動流体流路を循環する。この場合、作動流体及びオイルが、作動流体に含まれた酸素による酸化作用によって劣化する恐れがある。このため、作動流体に含まれた酸素を除去するために、作動流体流路に酸素除去剤が配置されることがある。
　例えば、特許文献１に開示された廃熱回収機関では、凝縮器出口と高圧ポンプ入口との間に水の浄化処理を行う水浄化手段が配置されている。また、水浄化手段は、水の溶存酸素除去処理を行うことができる。
特開２００３－２１４１０２号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された廃熱回収機関では、高圧ポンプの吸入側におけるキャビテーションを防止するために、水浄化手段を通過する水の流速を下げて圧力損失を軽減する必要がある。そのためには流路断面積の大きな容器が必要となる。この場合、容器の出入り口における流路断面積の急拡大及び急収縮による圧力損失を回避するために、容器は作動流体の流れ方向に対しても一定の長さを必要とする。その結果、容器の容量が増大し、容器の設置スペースが拡大してしまう問題がある。
　本発明の目的は、作動流体が酸素除去剤を通過することによる圧力損失を軽減できると共に、設置スペースの抑制を図ることが可能なランキンサイクル装置の提供にある。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様は、作動流体の蒸気を生成する蒸気発生器と、前記作動流体の蒸気を膨張させる膨張機と、前記膨張機からの前記作動流体の蒸気を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から流出される前記作動流体を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクに貯留された液状の前記作動流体を前記蒸気発生器へ圧送するポンプと、前記蒸気発生器、前記膨張機、前記凝縮器、前記レシーバタンク及び前記ポンプを順次接続する作動流体流路と、前記レシーバタンク内に収容され、前記作動流体に含まれる酸素を除去する酸素除去剤とを備える。
　上記構成によれば、ポンプが作動すると、作動流体は、蒸気発生器、膨張機、凝縮器、レシーバタンク、ポンプの順に作動流体流路を循環し、レシーバタンク内ではレシーバタンク内に収容された酸素除去剤によって、作動流体に含まれる酸素が除去される。レシーバタンクは、凝縮器で凝縮された冷媒の気液分離を行い、分離された液冷媒を貯留する機能を有しており、流路断面積及び作動流体の流れ方向の長さの両方とも大きな容器である。
　よって、酸素除去剤をレシーバタンク内に収容することにより、酸素除去剤を通過する作動流体の流速を下げて圧力損失を軽減することができる。また、酸素除去剤を設置するための特別の容器を必要とせず、設置スペースの抑制を図ることが可能である。
　前記レシーバタンクは、前記ポンプへ向けて液体の作動流体を流出する流出口を有し、前記流出口は前記レシーバタンクの下部に設けられていることが好ましい。
　上記構成によれば、流出口はレシーバタンクの下部に設けられているので、流出口をレシーバタンクの上部に設けた場合と比較して、酸素除去剤で覆うことのできる流路断面積を拡張可能である。
　上記態様は、前記レシーバタンク内における前記酸素除去剤の上流側に設けられた乾燥剤を更に備えることが好ましい。
　上記構成によれば、レシーバタンク内における酸素除去剤の上流側に乾燥剤が設けられているので、乾燥剤によって作動流体に含まれる水分を除去した後、酸素除去剤を通過させることができる。よって、酸素除去剤を通過する際の作動流体は、水分が除去されているため、作動流体に含まれる酸素を効率よく除去可能である。
　前記酸素除去剤が鉄粉を含むことが好ましい。
　この構成によれば、酸素除去剤が鉄粉を含むため、酸素と鉄粉との酸化反応を利用して作動流体中に含まれる酸素を除去可能である。
第１の実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図である。 図１の要部拡大断面図である。 第２の実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図である。 図３の要部拡大断面図である。
　（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態に係るランキンサイクル装置について図面を参照して説明する。本実施形態のランキンサイクル装置は車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置である。
　図１に示すように、ランキンサイクル装置１０は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４及びポンプ１５を有する。ランキンサイクル装置１０は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４及びポンプ１５を順次接続する冷媒流路１６を有する。
　冷媒流路１６は作動流体流路に相当し、冷媒流路１６を流通する作動流体としての冷媒は、ポンプ１５の作動により、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４、ポンプ１５の順に冷媒流路１６を循環して流れる。
　本実施形態のランキンサイクル装置１０では、冷媒にオイルが含まれており、冷媒に含まれるオイルは冷媒と共に冷媒流路１６を流通する。冷媒に含まれるオイルは、膨張機１２およびポンプ１５の摺動部における潤滑、密封、冷却等の機能を果たす。
　蒸気発生器１１は、エンジン１７から排気通路１８を通って排出される排気ガスを熱源（図示せず）として冷媒の蒸気を発生させる装置である。蒸気発生器１１の内部を通る冷媒の流路は、冷媒流路１６の一部を構成する。蒸気発生器１１では、冷媒流路１６の冷媒と排気通路１８を通る排気ガスとの間の熱交換により冷媒は加熱され、それにより冷媒の蒸気が生成される。蒸気発生器１１を通過した排気ガスは排気通路１８を通じて大気中へ排出される。本実施形態の冷媒流路１６は、蒸気発生器１１の冷媒出口と膨張機１２の冷媒入口とを互いに接続する第１流路１９を備えている。
　膨張機１２は高温かつ高圧の蒸気により駆動される回転体（図示せず）を有している。高温かつ高圧の蒸気が回転体を回転することにより、膨張機１２は出力軸において回転力を得る。膨張機１２の内部を通る冷媒の流路は、冷媒流路１６の一部を構成する。本実施形態の膨張機１２はスクロール式膨張機であり、回転体は固定スクロールに対して旋回可能な可動スクロールである。膨張機１２は、冷媒の蒸気をほぼ断熱状態で減圧膨張させることにより冷媒の蒸気が有する圧力エネルギーを機械的エネルギーに変換する。膨張機１２の出力軸は負荷２０（例えば、発電機）に連結されており、膨張機１２において得られる回転力は負荷２０に出力される。本実施形態の冷媒流路１６は、膨張機１２の冷媒出口と凝縮器１３の冷媒入口とを互いに接続する第２流路２１を備えている。
　凝縮器１３は、膨張機１２から流出した蒸気の冷媒を冷却して凝縮する装置であり、凝縮器１３の内部には冷媒が通過する流路（図示せず）が設けられている。凝縮器１３内の冷媒流路は、冷媒流路１６の一部を構成する。本実施形態の冷媒流路１６は、凝縮器１３の冷媒出口とレシーバタンク１４の冷媒入口とを互いに接続する第３流路２２を備えている。凝縮器１３の冷媒出口では、凝縮器１３を通過して凝縮された冷媒が下流側のレシーバタンク１４に流出される。
　レシーバタンク１４は凝縮器１３を通過した冷媒を貯留するタンクである。レシーバタンク１４内の冷媒流路は、冷媒流路１６の一部を構成する。レシーバタンク１４では、凝縮器１３通過後の凝縮された冷媒の気液分離が行われ、液状の冷媒（液冷媒）はレシーバタンク１４の内部に一時的に貯留される。
　本実施形態の冷媒流路１６は、レシーバタンク１４の冷媒出口とポンプ１５の冷媒入口とを互いに接続する第４流路２５を備えている。レシーバタンク１４の内部に貯留された液冷媒は、第４流路２５を介してポンプ１５に吸入される。
　図２に示すように、レシーバタンク１４は、円筒形状を有し、円筒状の周壁部１４Ａ、円板状の底板部１４Ｂ及び円板状の上板部１４Ｃを有している。周壁部１４Ａ、底板部１４Ｂ及び上板部１４Ｃで囲まれた内部の空間は、冷媒を貯留する貯留空間および冷媒が通過する流路として機能し、冷媒流路１６の一部を構成する。
　上板部１４Ｃには、冷媒の流入口１４Ｄと冷媒の流出口１４Ｅとが形成されている。レシーバタンク１４内には、流入口１４Ｄに接続されるパイプ２６と、流出口１４Ｅに接続されるパイプ２７とが設けられている。パイプ２６は、レシーバタンク１４内における上部に設けられている。パイプ２７は、レシーバタンク１４内の下方に向けて延びている。パイプ２７の下端部がレシーバタンク１４内に貯留された液冷媒に浸漬している。
　流入口１４Ｄは第３流路２２を介して凝縮器１３と接続されている。流出口１４Ｅは第４流路２５を介してポンプ１５と接続されている。
　レシーバタンク１４の内部の空間は、冷媒流路１６の一部として機能する。レシーバタンク１４の内部の空間を冷媒流路１６の一部としてみたとき、レシーバタンク１４内の流路は、他の冷媒流路１６と比較して充分大きい流路断面積を有している。また、レシーバタンク１４内の流路は、流路断面積の急拡大及び急収縮がない流路方向の長さを有している。即ち、レシーバタンク１４の流路断面積はほぼ一定である。なお、流路断面積は、図２においてレシーバタンク１４を水平方向に切断したときの断面積からパイプ２７の断面積を差し引いたときの大きさに該当し、冷媒の流れ方向長さは、図２においてレシーバタンク１４の上下方向、即ち垂直方向の長さに該当する。
　レシーバタンク１４の内部の空間には、乾燥剤２３及び酸素除去剤２４が収容されている。周壁部１４Ａにおける垂直方向の中間付近に酸素除去剤２４が配置されている。酸素除去剤２４の上側、即ち上流側に乾燥剤２３が配置されている。乾燥剤２３は、図示しないが金網状のケースに充填された状態で水平に配置され、周壁部１４Ａに取り付けられている。乾燥剤２３の中心には、垂直方向に配設されたパイプ２７を挿通するための貫通孔２３Ａが形成されている。乾燥剤２３によって冷媒中の水分の除去が行われる。乾燥剤２３の下方には、酸素除去剤２４が配置されている。
　酸素除去剤２４は、図示しないが、例えば、ハニカム構造を有する構造体の表面に鉄粉（Ｆｅ）をちりばめた状態で水平に配置され、周壁部１４Ａに取り付けられている。
　酸素除去剤２４は、冷媒中に含まれる酸素を除去するための除去剤であり、具体的には脱酸素剤又は酸素吸着剤である。脱酸素剤とは、化学反応（酸化）により酸素を除去するものであり、例えば、鉄粉（Ｆｅ）を含む。酸素吸着剤とは、化学反応ではない酸素の吸着により酸素を除去するものであり、例えば、ゼオライトを含む。本実施形態では、酸素除去剤２４として脱酸素剤が用いられている。
　酸素除去剤２４の中心には、垂直方向に延びるように配設されたパイプ２７を挿通するための貫通孔２４Ａが形成されている。
　なお、冷媒流路１６を形成する配管の接合部から大気中の酸素が入り込むと、入り込んだ酸素は冷媒に含まれた状態で冷媒流路１６を循環する。この場合、冷媒及びオイルが冷媒に含まれた酸素によって劣化する恐れがある。酸素除去剤２４は、冷媒に含まれる酸素を除去するためのものである。
　図２に示すように、流入口１４Ｄに設けられたパイプ２６を通ってレシーバタンク１４内に流入した冷媒は、下方に落下しつつ液体と気体に分離される。液冷媒はレシーバタンク１４内の下方に貯留される。ポンプ１５の駆動により、レシーバタンク１４内の下方に貯留された液冷媒はパイプ２７の下端部より吸い込まれ、パイプ２７内を上方に向けて移動し第４流路２５を通ってポンプ１５に吸入される。液冷媒がレシーバタンク１４内を下方に落下するとき、液冷媒は、レシーバタンク１４内に配置された乾燥剤２３及び酸素除去剤２４を上方から下方に向って通過し、乾燥剤２３によって冷媒中に含まれる水分が除去される。このように、酸素除去剤２４によって冷媒中に含まれる酸素が除去される。
　図１に示すように、ポンプ１５は、レシーバタンク１４から流出する冷媒を吸入して吐出し、蒸気発生器１１へ圧送する。本実施形態では、電動式のギヤポンプが採用されている。
　ポンプ１５の内部において冷媒が通る流路は、冷媒流路１６の一部に相当する。本実施形態の冷媒流路１６は、ポンプ１５の冷媒出口と蒸気発生器１１の冷媒入口とを互いに接続する第５流路２８を備えている。
　ポンプ１５が駆動されることにより、冷媒は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４、ポンプ１５の順に冷媒流路１６を循環することができる。
　次に、本実施形態のランキンサイクル装置１０の作動について説明する。
　エンジン１７の運転時においては、排気ガスがエンジン１７から排気通路１８を通り蒸気発生器１１を通過する。ポンプ１５が駆動されると、冷媒は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４、ポンプ１５の順に流れて冷媒流路１６を循環する。蒸気発生器１１では、冷媒は排気ガスとの熱交換により高温かつ高圧の蒸気となる。冷媒の蒸気は、第１流路１９を通って膨張機１２へ流出する。
　膨張機１２に流入した蒸気は、膨張機１２内においてほぼ断熱状態で減圧膨張され、蒸気の圧力エネルギーは機械的エネルギーに変換されて膨張機１２の回転力は負荷２０へ出力される。
　膨張機１２から流出した低圧の冷媒の蒸気は、第２流路２１を通じて凝縮器１３へ流入する。凝縮器１３では、冷媒の蒸気は空気との熱交換により冷却され凝縮される。凝縮後の冷媒は、第３流路２２を通ってレシーバタンク１４に流入する。レシーバタンク１４では、凝縮後の冷媒を液冷媒とガス状の冷媒とに分離し、液冷媒はレシーバタンク１４内に一時的に貯留される。
　図２に示すように、パイプ２６から流出する凝縮後の冷媒は、下方に落下しつつ液冷媒とガス状の冷媒とに分離され、液冷媒はレシーバタンク１４の下方に貯留される。ポンプ１５の駆動により、レシーバタンク１４の下方に貯留された液冷媒はパイプ２７の下端部から吸い込まれ、パイプ２７内を上方に向けて移動する。液冷媒がレシーバタンク１４内で下方に落下するとき、液冷媒は、レシーバタンク１４内に配置された乾燥剤２３及び酸素除去剤２４を通過する。このとき、乾燥剤２３によって冷媒中に含まれる水分が除去され、酸素除去剤２４によって冷媒中に含まれる酸素が除去される。
　レシーバタンク１４の内部の空間は、冷媒流路１６の一部として機能する。レシーバタンク１４の内部の空間を冷媒流路１６の一部としてみたとき、レシーバタンク１４内の流路は、他の冷媒流路１６と比較して充分大きな流路断面積を有している。また、レシーバタンク１４内の流路は、流路断面積の急拡大及び急収縮がない流路方向の長さを有している。そして、ポンプ１５の駆動により、液冷媒が乾燥剤２３及び酸素除去剤２４を通過するとき、液冷媒の流速は圧力損失を軽減する程度に十分に低い流速となっている。よって、酸素除去剤２４をレシーバタンク１４内に設置することにより、液冷媒が酸素除去剤２４を通過する流速を下げて圧力損失を軽減することができる。
　また、レシーバタンク１４と別に、酸素除去剤２４を設置するために特別の容器を必要とせず、レシーバタンク１４を酸素除去剤２４の容器としてそのまま活用できるので設置スペースの抑制を図ることが可能である。
　レシーバタンク１４に貯留された液冷媒は、パイプ２７及び第４流路２５を通じてポンプ１５へ流出する。なお、パイプ２７及び第４流路２５を介してポンプ１５に吸入される液冷媒は、飽和液となっているので、ポンプ１５におけるキャビテーションの発生を防止することができる。
　ポンプ１５は、レシーバタンク１４から流出する液冷媒を吸入して吐出し、蒸気発生器１１へ圧送する。蒸気発生器１１では、流入する液冷媒は排気ガスとの熱交換により高温かつ高圧の蒸気となる。このとき、流入する液冷媒中には、酸素が含まれていないので、冷媒及びオイルの酸素による酸化作用によって劣化することを防止できる。
　第１の実施形態に係るランキンサイクル装置１０によれば、以下の作用効果を奏する。
　（１）レシーバタンク１４の内部の空間を冷媒流路１６の一部としてみたとき、レシーバタンク１４内の流路は、他の冷媒流路１６と比較して充分大きな流路断面積を有している。また、レシーバタンク１４内の流路は、流路断面積の急拡大及び急収縮がない流路方向の長さを有している。即ち、レシーバタンク１４の流路断面積はほぼ一定である。そして、ポンプ１５の駆動により、液冷媒が乾燥剤２３及び酸素除去剤２４を通過するとき、液冷媒の流速は圧力損失を軽減する程度に十分に低い流速となっている。よって、酸素除去剤２４をレシーバタンク１４内に設置することにより、液冷媒が酸素除去剤２４を通過する流速を下げて圧力損失を軽減することができ、ポンプ１５の吸入側における圧力損失に起因したキャビテーションの発生を防止することができる。
　（２）パイプ２７及び第４流路２５を介してポンプ１５に吸入される液冷媒は、飽和液となっているので、ポンプ１５の吸入側におけるキャビテーションの発生を防止することができる。
　（３）レシーバタンク１４と別に、酸素除去剤２４を設置するために特別の容器を必要とせず、レシーバタンク１４を酸素除去剤２４の容器としてそのまま活用できるので設置スペースの抑制を図ることが可能である。
　（４）蒸気発生器１１では、流入する液冷媒は排気ガスとの熱交換により高温かつ高圧の蒸気となる。このとき、流入する液冷媒中には、酸素が含まれていないので、冷媒及びオイルの酸素による酸化作用によって劣化することを防止できる。
　（５）レシーバタンク１４内における酸素除去剤２４の上流側に乾燥剤２３が設けられているので、乾燥剤２３によって液冷媒に含まれる水分を除去した後、酸素除去剤２４を通過させることができる。よって、酸素除去剤２４を通過する際の液冷媒は、水分が除去されているため、液冷媒に含まれる酸素を効率よく除去可能である。
　（６）酸素除去剤２４としては、脱酸素剤（鉄粉）又は酸素吸着剤（ゼオライト）を使用することができるので、酸素除去剤２４の選択の自由度を拡張できる。
　（７）酸素除去剤２４が鉄粉を含むため、酸素と鉄粉との酸化反応を利用して冷媒中に含まれる酸素を除去可能である。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係るランキンサイクル装置３０について図３及び図４を参照して説明する。本実施形態は、第１の実施形態における流出口１４Ｅの位置を変更したものであり、その他の構成は共通である。従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
　図３に示すように、ランキンサイクル装置３０は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４及びポンプ１５を有する。ランキンサイクル装置３０は、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４及びポンプ１５を順次接続する冷媒流路１６を有する。冷媒流路１６を流通する作動流体としての冷媒は、ポンプ１５の作動により、蒸気発生器１１、膨張機１２、凝縮器１３、レシーバタンク１４、ポンプ１５の順に冷媒流路１６を循環して流れる。
　本実施形態では、ポンプ１５へ向けて液体の冷媒を流出する流出口１４Ｅが、レシーバタンク１４の下部、即ち底部に設けられている。
　図４に示すように、レシーバタンク１４の上板部１４Ｃには、冷媒の流入口１４Ｄが形成されている。レシーバタンク１４内には、第１の実施形態と同様に、流入口１４Ｄに接続されるパイプ２６が下方に向けて取り付けられている。
　レシーバタンク１４の底板部１４Ｂには、冷媒の流出口１４Ｅが形成されている。レシーバタンク１４内には、流出口１４Ｅに接続されるパイプ３１が上方に向けて取り付けられている。
　流入口１４Ｄは第３流路２２を介して凝縮器１３と接続されている。流出口１４Ｅは第４流路２５を介してポンプ１５と接続されている。
　レシーバタンク１４の内部の空間には、乾燥剤３２及び酸素除去剤３３が配置されており、周壁部１４Ａにおける上下方向の中間付近に酸素除去剤３３が配置され、酸素除去剤３３の上側、即ち上流側に乾燥剤３２が配置されている。
　乾燥剤３２は、図示しないが金網状のケースに充填された状態で水平に配置され、周壁部１４Ａに取り付けられている。乾燥剤３２の中心には、貫通孔が形成されていない。
　乾燥剤３２の下方には、酸素除去剤３３が配置されている。酸素除去剤３３は、図示しないが、例えば、ハニカム構造を有する構造体の表面に鉄粉（Ｆｅ）をちりばめた状態で水平に配置され、周壁部１４Ａに取り付けられている。酸素除去剤３３の中心には、貫通孔が形成されていない。なお、乾燥剤３２及び酸素除去剤３３の構成は、それぞれの中心に貫通孔が形成されていないこと以外は、第１の実施形態と同様である。
　流出口１４Ｅに接続されるパイプ３１は、レシーバタンク１４に貯留された冷媒中に下方より挿入されている。パイプ３１は、レシーバタンク１４内に設けられた乾燥剤３２及び酸素除去剤３３中を挿通していない。
　その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
　このように、本実施形態では、ポンプ１５へ向けて液体の冷媒を流出する流出口１４Ｅが、レシーバタンク１４の下部、即ち底部に設けられている。また、流出口１４Ｅに接続されるパイプ３１は、レシーバタンク１４内に設けられた酸素除去剤３３中を挿通することなく、レシーバタンク１４に貯留された冷媒中に下方より挿入されている。よって、第１の実施形態と比べて酸素除去剤３３で覆うことのできる流路断面積を拡張可能であり、冷媒中に含まれる酸素の除去効率を向上可能である。
　その他の効果については、第１の実施形態における（１）～（７）と同等である。
　なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更して具体化しても良い。
　○上記各実施形態では、ランキンサイクル装置１０，３０は車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置として具体化されているが、ランキンサイクル装置は車載用に限定されない。ランキンサイクル装置１０，３０は、例えば、地上に設置されるランキンサイクル装置であってもよい。
　○上記各実施形態では、内燃機関は単にエンジン１７と説明したが、内燃機関はガソリンエンジンでもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
　○上記各実施形態では、レシーバタンク１４内における酸素除去剤２４又は３３の上流側に乾燥剤２３又は３２がそれぞれ設けられているが、レシーバタンク１４内における酸素除去剤２４又は３３の下流側に乾燥剤２３又は３２が設けられても良い。
　○上記各実施形態では、レシーバタンク１４内における酸素除去剤２４又は３３の上流側に乾燥剤２３又は３２が設けられている。これに代えて、酸素除去剤２４と乾燥剤２３とを混合した１個の部材、又は、酸素除去剤３３と乾燥剤３２とを混合した１個の部材がレシーバタンク１４内に配置されても良い。この場合には、設置スペース及び部品点数を削減可能である。
　○上記各実施形態では、負荷２０の例として発電機を挙げたが、負荷２０はエンジンであってもよく、膨張機１２から出力される回転力を利用できる構成であれば、特に限定されない。
　○上記各実施形態では、膨張機１２はスクロール式膨張機であるが、膨張機１２はスクロール式に限定されず形式は自由であり、例えば、ベーン式の膨張機やタービン式の膨張機であってもよい。

Claims (4)

  1. 　ランキンサイクル装置であって、
    　作動流体の蒸気を生成する蒸気発生器と、
    　前記作動流体の蒸気を膨張させる膨張機と、
    　前記膨張機からの前記作動流体の蒸気を凝縮する凝縮器と、
    　前記凝縮器から流出される前記作動流体を貯留するレシーバタンクと、
    　前記レシーバタンクに貯留された液状の前記作動流体を前記蒸気発生器へ圧送するポンプと、
    　前記蒸気発生器、前記膨張機、前記凝縮器、前記レシーバタンク及び前記ポンプを順次接続する作動流体流路と、
    　前記レシーバタンク内に収容され、前記作動流体に含まれる酸素を除去する酸素除去剤とを備えるランキンサイクル装置。
  2. 　前記レシーバタンクは、前記ポンプへ向けて液体の作動流体を流出する流出口を有し、前記流出口は前記レシーバタンクの下部に設けられている、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
  3. 　前記レシーバタンク内における前記酸素除去剤の上流側に設けられた乾燥剤を更に備える請求項１又は２に記載のランキンサイクル装置。
  4. 　前記酸素除去剤が鉄粉を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
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