WO2015016018A1

WO2015016018A1 - ランキンサイクル装置

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Publication number: WO2015016018A1
Application number: PCT/JP2014/068182
Authority: WO
Inventors: 和雄片山; 尚也横町; 井口　雅夫; 英文森; 榎島　史修
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JP2015031210A

Abstract

　ランキンサイクル装置は、ポンプと熱交換器と膨張機と凝縮器と作動流体路と収容室と駆動軸と作動部と軸シール部材と軸シール室と供給通路と排出通路と開閉弁と検出部と制御部とを含む。供給通路は、軸シール室に作動流体を供給する。排出通路は、軸シール室内の作動流体を作動流体路に排出する。供給通路から軸シール室を介して排出通路に排出される作動流体によって軸シール部材が潤滑される。排出通路は作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分に接続されている。開閉弁は排出通路を開閉する。検出部は、膨張機の出口とポンプの入口との間の圧力を検出する。制御部は、検出部により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに開閉弁を閉弁する。

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する。

　ランキンサイクル装置は、作動流体を圧送するポンプと、ポンプにより圧送された作動流体を車両エンジンからの排熱と熱交換させる熱交換器と、熱交換器で熱交換された作動流体を膨張させて機械的エネルギを出力する膨張機と、膨張機で膨張された作動流体を凝縮させる凝縮器と、作動流体路とを有している。作動流体路は、作動流体を循環させるべく、ポンプ、熱交換器、膨張機、及び凝縮器を順次接続する。

　ポンプのハウジングにはポンプ室が形成されている。また、ハウジング内にはポンプ室に延びるポンプ軸が収容されている。ポンプ室内には、ポンプ軸の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部が収容されている。そして、ポンプ軸の回転駆動に伴うポンプ作動部の作動により、作動流体が作動流体路を循環する。また、ハウジング内には、ハウジングとポンプ軸との間をシールする軸シール部材が収容されている。そして、軸シール部材、ポンプ軸、ハウジング及びポンプ作動部により軸シール室が区画されている。軸シール部材は、ハウジングとポンプ軸との間をシールすることによって、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れることを防止する大気軸シールである。軸シール部材とポンプ軸との間の潤滑は、軸シール室内に供給される作動流体に含まれる潤滑油によって行われる。

　ところで、軸シール室内の圧力が高まって、軸シール室内の圧力が軸シール部材の耐圧を上回ると、軸シール部材がハウジングとポンプ軸との間をシールすることができなくなってしまう。この場合、軸シール室内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れてしまう。そこで、例えば特許文献１のように、膨張機の出口と軸シール室とを通路を介して連通させて、軸シール室内の圧力を低くすることにより、軸シール室内の圧力と大気圧との差圧を小さくすることが考えられる。これによれば、軸シール室内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが抑制される。

特開２００８－７５６３７号公報

　しかしながら、車両の走行時に生じる負荷変動によって、車両エンジンに掛かる負荷が大きくなると、車両エンジンからの排熱の温度が上昇する。すると、熱交換器で車両エンジンからの排熱と熱交換される作動流体の温度も上昇する。作動流体の温度が上昇すればするほど、凝縮器において、作動流体を凝縮させて液化するために必要な凝縮圧力を高くしなければならない。その結果、作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分の圧力が高くなる。そのため、凝縮器を迂回した通路を介して作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分に連通している軸シール室内の圧力も高くなる。そして、軸シール室内の圧力が軸シール部材の耐圧を上回ると、軸シール部材がハウジングとポンプ軸との間をシールすることができなくなってしまう。この場合、軸シール室内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れてしまう。

　ところで、上述した問題は、ポンプに限らず、膨張機においても起こり得る。具体的には、膨張機のハウジング内には、膨張機部により回転駆動する駆動軸が収容されている。また、ハウジング内には、ハウジングと駆動軸との間をシールする軸シール部材が収容されている。そして、軸シール部材、駆動軸及びハウジングにより軸シール室が区画されている。

　例えば、作動流体路における熱交換器の出口と膨張機の入口との間の部分を流れる作動流体を、膨張機を迂回した通路を介して軸シール室に供給することで、作動流体に含まれる潤滑油により軸シール部材と駆動軸との間の潤滑を行っている。通路には絞り部が設けられており、通路を流れる作動流体は、絞り部により減圧されている。また、軸シール室は、作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分に接続されており、軸シール室に供給された作動流体は、作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分に還流される。

　軸シール室は、作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間接続されている。そのため、凝縮器の凝縮圧力が高くなって、作動流体路における膨張機の出口とポンプの入口との間の部分の圧力が高くなると、軸シール室内の圧力が高くなる。そして、軸シール室内の圧力が軸シール部材の耐圧を上回ると、軸シール部材がハウジングと駆動軸との間をシールすることができなくなってしまい、軸シール室内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れてしまう。

　本発明の目的は、軸シール室内の作動流体が大気側に漏れてしまうことを防止することができるランキンサイクル装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様にかかるランキンサイクル装置は、流体機械であるポンプと、熱交換器と、流体機械である膨張機と、凝縮器と、作動流体路と、収容室と、駆動軸と、作動部と、軸シール部材と、軸シール室と、供給通路と、排出通路と、開閉弁と、検出部と、制御部とを含む。前記作動流体路は、作動流体を循環させるべく前記ポンプ、前記熱交換器、前記膨張機、及び前記凝縮器を順次接続する。前記収容室は、前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方のハウジングによって形成される。前記駆動軸は、前記収容室を形成する前記ハウジング内に収容されるとともに前記収容室に延びる。前記作動部は、前記収容室内に収容されて前記駆動軸の回転駆動に伴って作動する。前記軸シール部材は、前記ハウジング内に収容されて前記ハウジングと前記駆動軸との間をシールする。前記軸シール室は、前記軸シール部材、前記駆動軸及び前記ハウジングにより区画される。前記供給通路は、前記軸シール室に接続されて前記軸シール室に前記作動流体を供給する。前記排出通路は、前記軸シール室に接続されて前記軸シール室内の作動流体を前記作動流体路に排出する。前記供給通路から前記軸シール室を介して前記排出通路に排出される前記作動流体によって前記軸シール部材が潤滑される。前記排出通路は前記作動流体路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の部分に接続されている。前記開閉弁は前記排出通路を開閉する。前記検出部は、前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の圧力または前記膨張機の出口と前記開閉弁との間の圧力を検出する。前記制御部は、前記検出部により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに前記開閉弁を閉弁するように前記開閉弁を制御する。

本発明の第１の実施形態にかかるランキンサイクル装置を示す模式図。本発明の第２の実施形態にかかるランキンサイクル装置を示す模式図。本発明の別の実施形態にかかるランキンサイクル装置を示す模式図。

　（第１の実施形態）
　以下、ランキンサイクル装置を具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。

　図１に示すように、ランキンサイクル装置１０は、流体機械であるポンプ１１及び流体機械である膨張機１２が一体化されてなる複合流体機械２０を有している。そして、ランキンサイクル装置１０は、作動流体を循環させるべくポンプ１１、熱交換器１３、膨張機１２及び凝縮器１４を順次接続する作動流体路１５を備えている。作動流体路１５は、第１流路５０ａ～第６流路５０ｆを含む。

　複合流体機械２０のハウジング２１は、有蓋筒状をなすハウジング本体２２と、このハウジング本体２２の開口端に接合されたリヤハウジング２３とから形成されている。ハウジング本体２２内には駆動軸２４が収容されている。

　ハウジング本体２２は蓋部２２ａを有している。蓋部２２ａのハウジング２１内に臨む面には、駆動軸２４を取り囲むように凹部２２１ａが形成されている。そして、蓋部２２ａのハウジング２１内に臨む面にサイドプレート２６が固着されることにより、凹部２２１ａが閉鎖されて蓋部２２ａとサイドプレート２６との間に収容室としてのポンプ室２７が区画されている。ポンプ室２７内には、従動ギヤ２８が回転可能に収容されている。また、ポンプ室２７内には駆動軸２４がハウジング本体２２内から延びている。ポンプ室２７内には、駆動軸２４に取着された主動ギヤ２９が収容されている。従動ギヤ２８と主動ギヤ２９とは、互いに噛み合わされた状態でポンプ室２７内に収容されている。従動ギヤ２８及び主動ギヤ２９は、駆動軸２４の回転駆動に伴って作動する作動部としてのポンプ作動部３０を構成している。

　蓋部２２ａには、ポンプ室２７（凹部２２１ａ）に連通する吸入通路３１が形成されている。吸入通路３１は、ハウジング本体２２の上面に開口するように複合流体機械２０の上部に形成されている。また、蓋部２２ａには、ポンプ室２７（凹部２２１ａ）に連通する吐出通路３２が形成されている。吐出通路３２はポンプ室２７の下部に位置するように形成されている。

　ハウジング本体２２内には、ハウジング２１に固定される略円筒状の支持ブロック３４が設けられている。支持ブロック３４は、ハウジング２１の一部を構成する。そして、支持ブロック３４により、ハウジング本体２２内がリヤハウジング２３寄りの空間と蓋部２２ａ寄りの空間とに仕切られている。駆動軸２４の第２端部（リヤハウジング２３寄りの部分）は、サイドプレート２６を貫通して支持ブロック３４に挿入されている。また、支持ブロック３４と駆動軸２４との間には、シール部材３４ｓが配設されている。シール部材３４ｓは、支持ブロック３４の内周面と駆動軸２４の周面との間をシールしている。

　駆動軸２４の第２端には、駆動軸２４の中心軸線Ｌに対して偏心した位置に偏心軸２４ａが設けられている。偏心軸２４ａは駆動軸２４の回転により中心軸線Ｌの周りを公転する。偏心軸２４ａにはブッシュ２４ｂが固定されている。ブッシュ２４ｂは偏心軸２４ａと共に中心軸線Ｌの周りを公転する。ブッシュ２４ｂにはカウンタウェイト２４ｄが固定されている。

　膨張機１２は、可動スクロール３５と固定スクロール３６とからなる作動部としての膨張機部１２ａを有する。可動スクロール３５は、軸受装置２４ｃを介してブッシュ２４ｂに回転可能に支持される。固定スクロール３６は、支持ブロック３４とリヤハウジング２３との間で可動スクロール３５に対向するようにハウジング本体２２に固定される膨張機部１２ａは、ハウジング本体２２内における支持ブロック３４とリヤハウジング２３との間に区画された収容室１２ｂに収容されている。

　可動スクロール３５は、軸受装置２４ｃに支持された円盤状をなす可動側基板３５ａと、この可動側基板３５ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁３５ｂとからなる。固定スクロール３６は、円盤状をなす固定側基板３６ａと、この固定側基板３６ａから可動側基板３５ａに向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁３６ｂとからなる。そして、可動スクロール３５の可動側渦巻壁３５ｂと、固定スクロール３６の固定側渦巻壁３６ｂとは互いに組み合わされて容積変更可能な作動室３７を区画する。

　また、固定側基板３６ａの中央には吸入口３６ｃが形成されている。固定側基板３６ａとリヤハウジング２３との間には、吸入室３８が区画されるとともに、この吸入室３８は吸入口３６ｃを介して膨張前の作動室３７に連通している。

　リヤハウジング２３には、吸入室３８に連通する吸入ポート３９が形成されている。さらに、固定スクロール３６の内周面と可動スクロール３５の最外周面との間には吐出室４０が区画されている。吐出室４０は、支持ブロック３４の透孔３４ｈを介してハウジング本体２２内における支持ブロック３４とサイドプレート２６との間に区画された吐出空間４１に連通している。ハウジング本体２２の上部には、吐出空間４１に連通する吐出ポート４２が形成されている。

　本実施形態では、複合流体機械２０のハウジング２１は、ポンプ１１のハウジングと膨張機１２のハウジングとを兼ねている。また、駆動軸２４は、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とを兼ねている。

　ハウジング２１内には、ハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間をシールする環状の軸シール部材４７が収容されている。そして、軸シール部材４７、駆動軸２４、ハウジング本体２２の蓋部２２ａ及びポンプ作動部３０により軸シール室４６が区画されている。軸シール部材４７は、ハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間をシールすることによって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れることを防止する大気軸シールである。軸シール室４６は、駆動軸２４を取り囲むように環状に形成されている。また、軸シール室４６内には、ポンプ室２７と軸シール室４６との間をシールする環状のシール部材４８が収容されている。

　駆動軸２４の第１端部は、転がり軸受２５を介して蓋部２２ａに回転可能に支持されるとともに、駆動軸２４の第２端部は、支持ブロック３４内に設けられた転がり軸受３４ａを介して支持ブロック３４に回転可能に支持されている。転がり軸受２５は、軸シール室４６よりも駆動軸２４の第１端寄りの部分に配置されている。すなわち、転がり軸受２５は、軸シール室４６の外側に配置されている。

　吐出通路３２（ポンプ１１の出口）は、第１流路５０ａを介して熱交換器１３の吸熱器１３ａ（熱交換器１３の入口）に接続されている。また、熱交換器１３は、吸熱器１３ａに加えて放熱器１３ｂを備える。この放熱器１３ｂは、車両エンジンＥに接続された排気管Ｅ１上に設けられている。そして、車両エンジンＥから排出された排気ガスは、放熱器１３ｂで放熱する。よって、ポンプ作動部３０の作動によってポンプ室２７から吐出された作動流体は、熱交換器１３の吸熱器１３ａと放熱器１３ｂとの間での熱交換により車両エンジンＥからの排熱によって加熱される。

　熱交換器１３の吸熱器１３ａの出口（熱交換器１３の出口）は、第２流路５０ｂを介して吸入ポート３９（膨張機１２の入口）に接続されている。そして、熱交換器１３で加熱されて気化した高温高圧の作動流体は、第２流路５０ｂ、吸入ポート３９、吸入室３８及び吸入口３６ｃを介して作動室３７に吸入される。作動室３７に吸入された作動流体は、作動室３７で膨張し、作動流体の持つ熱量の一部が機械的エネルギとして取り出されて、図示しない発電機による発電や車両エンジンＥのトルク補助等が行われる。

　吐出ポート４２（膨張機１２の出口）は、第３流路５０ｃを介して凝縮器１４の入口に接続されている。そして、膨張機１２で膨張した高温低圧の作動流体は、第３流路５０ｃを介して凝縮器１４へ吐出される。凝縮器１４へ吐出された作動流体は、外気との熱交換によって凝縮されて液化される。

　凝縮器１４の出口は、第４流路５０ｄを介して気液分離器１７の入口に接続されている。気液分離器１７には、凝縮器１４によって凝縮されて液化した作動流体と、凝縮器１４によって凝縮されずに気体のままの状態の作動流体とが混在した飽和状態で第４流路５０ｄを介して吸入される。気液分離器１７は、液化した作動流体と気体のままの状態の作動流体とを分離する。気液分離器１７の出口は、第５流路５０ｅを介して過冷却器１６の入口に接続されている。そして、気液分離器１７によって分離された液体の作動流体は、第５流路５０ｅを介して過冷却器１６に送られるとともに、過冷却器１６によって冷却される。

　過冷却器１６の出口は、第６流路５０ｆを介して吸入通路３１（ポンプ１１の入口）に接続されている。そして、過冷却器１６で冷却された温度の低い作動流体は、第６流路５０ｆ及び吸入通路３１を介してポンプ室２７に吸入される。このとき、過冷却器１６で冷却された温度の低い作動流体がポンプ室２７に送り込まれるため、ポンプ室２７内でのキャビテーションの発生が抑えられている。そして、ポンプ作動部３０の作動により作動流体が作動流体路１５を循環する。よって、ランキンサイクル装置１０では、作動流体は、複合流体機械２０の膨張機１２、凝縮器１４、気液分離器１７、過冷却器１６、複合流体機械２０のポンプ１１、熱交換器１３の並び順に沿って回路（作動流体路１５）を流れる。

　軸シール室４６には、軸シール室４６に作動流体を供給する供給通路５１ａと、軸シール室４６内の作動流体を作動流体路１５に排出する排出通路５１ｂとが接続されている。供給通路５１ａは、第２流路５０ｂ（作動流体路１５における熱交換器１３の出口と膨張機１２の入口との間の部分）に接続されている。供給通路５１ａには絞り部５１ｓが設けられており、供給通路５１ａを流れる作動流体は、絞り部５１ｓにより減圧されている。排出通路５１ｂは、第３流路５０ｃに接続されている。よって、排出通路５１ｂは、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分に接続されている。また、供給通路５１ａは、作動流体路１５における排出通路５１ｂよりも圧力が高い部分に接続されている。

　排出通路５１ｂには開閉弁５２が配設されている。開閉弁５２は制御部５５の制御を受ける。さらに、ランキンサイクル装置１０は、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力を検出する検出部としての圧力センサ５３を有する。本実施形態では、圧力センサ５３は第６流路５０ｆに配設されている。圧力センサ５３は制御部５５に電気的に接続されている。圧力センサ５３により検出された情報は制御部５５に送られる。

　制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開閉弁５２を閉弁するように開閉弁５２を制御する。ここで、「所定の圧力」とは、軸シール部材４７の耐圧（軸シール部材４７が耐え得ることが可能な限界圧力）よりも低い圧力である。軸シール部材４７の設計圧力は、ランキンサイクル装置１０の通常運転状態において生じ得る圧力の最大値に設定されている。本実施形態では、「所定の圧力」は、軸シール部材４７の設計圧力と等しい。また、制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開閉弁５２を開弁するように開閉弁５２を制御する。

　次に、第１の実施形態の作用について説明する。
　供給通路５１ａから軸シール室４６を介して排出通路５１ｂに排出される作動流体によって軸シール部材４７が潤滑される。また、排出通路５１ｂが、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分に接続されているため、軸シール室４６内の圧力が、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力に近づく。よって、軸シール室４６内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　ここで、本実施形態では、排出通路５１ｂには絞り部が設けられていない。排出通路５１ｂに絞り部を設けた場合、軸シール室４６内の圧力が、供給通路５１ａの圧力と、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力との間の中間圧になってしまう虞がある。本実施形態では、排出通路５１ｂには絞り部が設けられていないため、軸シール室４６内の圧力が中間圧になることが無い。よって、軸シール室４６内の圧力が常に一定である中間圧となって、軸シール部材４７に常に一定の圧力が加わってしまうといったことが防止される。

　車両の走行時に生じる負荷変動によって、車両エンジンＥに掛かる負荷が大きくなると、車両エンジンＥからの排熱の温度が上昇する。すると、熱交換器１３で車両エンジンＥからの排熱と熱交換される作動流体の温度も上昇する。作動流体の温度が上昇すればするほど、凝縮器１４において、作動流体を凝縮させて液化するために必要な凝縮圧力が高くなる。その結果、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分の圧力が高くなる。

　制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開閉弁５２を閉弁するように開閉弁５２を制御する。これにより、第３流路５０ｃと軸シール室４６とが非連通となり、軸シール室４６内の圧力が所定の圧力よりも高くなってしまうことが防止される。その結果、軸シール室４６内の圧力が軸シール部材４７の耐圧を上回って、軸シール部材４７がハウジング本体２２と駆動軸２４との間、詳細にはハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間、をシールすることができなくなってしまうことが防止される。これにより、軸シール室４６内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　そして、制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報が圧力センサ５３から送られると、開閉弁５２を開弁するように開閉弁５２を制御する。これにより、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力を下回っているときには、第３流路５０ｃと軸シール室４６とが排出通路５１ｂを介して連通する。そのため、軸シール室４６内の圧力が膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力に近づく。その結果、軸シール室４６内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　第１の実施形態では以下の利点を得ることができる。
　（１）ランキンサイクル装置１０は、排出通路５１ｂを開閉する開閉弁５２と、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力を検出する圧力センサ５３とを有する。さらに、ランキンサイクル装置１０は、圧力センサ５３が膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに開閉弁５２を閉弁するように開閉弁５２を制御する制御部５５を有する。これによれば、制御部５５は、圧力センサ５３が膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに開閉弁５２を閉弁するように開閉弁５２を制御する。このため、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分と軸シール室４６とが非連通となり、軸シール室４６内の圧力が所定の圧力よりも高くなってしまうことを防止することができる。その結果、軸シール室４６内の圧力が軸シール部材４７の耐圧を上回って、軸シール部材４７がハウジング本体２２の蓋部２２ａと駆動軸２４との間をシールすることができなくなってしまうことを防止することができる。そのため、軸シール室４６内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れてしまうことを防止することができる。

　（２）供給通路５１ａは、作動流体路１５における排出通路５１ｂよりも圧力が高い部分に接続され、供給通路５１ａには絞り部５１ｓが設けられている。これによれば、供給通路５１ａから軸シール室４６を介して排出通路５１ｂに排出される作動流体の流れをスムーズにすることができる。

　（３）制御部５５は、圧力センサ５３が膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報を検出したときに開閉弁５２を開弁するように開閉弁５２を制御する。これによれば、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力を下回っているときには、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分と軸シール室４６とが排出通路５１ｂを介して連通する。そのため、軸シール室４６内の圧力を膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力に近づけることができる。その結果、軸シール室４６内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６内の作動流体が大気側に漏れてしまうことを防止することができる。

　（４）圧力センサ５３は、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力を検出する。これによれば、制御部５５は、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力の情報を用いて、開閉弁５２を制御する。そのため、軸シール室４６内の圧力が所定の圧力よりも高くなってしまうことを防止し易くすることができる。

　（５）ハウジング本体２２と駆動軸２４との間に、ポンプ室２７と軸シール室４６との間をシールするシール部材４８を設けた。これによれば、ポンプ室２７内の作動流体がハウジング本体２２と駆動軸２４との間を介して軸シール室４６に流れ込んでしまうことを防止することができる。よって、ポンプ室２７内の作動流体が軸シール室４６に流れ込んで、軸シール室４６内の圧力が高くなってしまうことを防止することができる。

　（第２の実施形態）
　以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

　図２に示すように、ポンプ１１と膨張機２０Ａとは別体になっている。膨張機２０Ａのハウジング２１Ａは、有蓋筒状をなすハウジング本体２２Ａと、このハウジング本体２２Ａの開口端に接合されたリヤハウジング２３Ａとから形成されている。ハウジング本体２２Ａ内には駆動軸２４Ａが収容されている。

　ハウジング本体２２Ａ内には、ハウジング２１Ａに固定される略円筒状の支持ブロック３４Ａが設けられている。支持ブロック３４Ａは、ハウジング２１Ａの一部を構成する。そして、支持ブロック３４Ａにより、ハウジング本体２２Ａ内がリヤハウジング２３Ａ寄りの空間とハウジング本体２２Ａの蓋部２２ａ寄りの空間とに仕切られている。駆動軸２４Ａの第２端部（リヤハウジング２３Ａ寄りの部分）は、支持ブロック３４Ａに挿入されている。ハウジング本体２２内における支持ブロック３４とリヤハウジング２３Ａとの間に区画された収容室１２ｂには、膨張機部１２ａが収容されている。

　ハウジング２１Ａ内には、ハウジング本体２２Ａの蓋部２２ａと駆動軸２４Ａとの間をシールする環状の軸シール部材４７Ａが収容されている。そして、軸シール部材４７Ａ、駆動軸２４Ａ及びハウジング本体２２Ａの蓋部２２ａにより軸シール室４６Ａが区画されている。軸シール部材４７Ａは、ハウジング本体２２Ａの蓋部２２ａと駆動軸２４Ａとの間をシールすることによって、軸シール室４６Ａ内の作動流体が大気側に漏れることを防止する大気軸シールである。軸シール室４６Ａは、駆動軸２４Ａを取り囲むように環状に形成されている。また、支持ブロック３４Ａと駆動軸２４Ａとの間には、収容室１２ｂと軸シール室４６Ａとの間をシールする環状のシール部材３４ｓが配設されている。

　吐出空間４１と軸シール室４６Ａとは供給通路６１を介して連通している。供給通路６１には、供給通路６１の開度を調整可能な開度調整弁６１ｖが配設されている。開度調整弁６１ｖは制御部５５の制御を受ける。供給通路６１を流れる作動流体は、開度調整弁６１ｖにより減圧されている。よって、開度調整弁６１ｖは絞り部として機能する。また、軸シール室４６Ａは、排出通路５１Ａを介して第３流路５０ｃに連通している。

　供給通路６１及び排出通路５１Ａは、作動流体路１５における低圧側に接続されている。排出通路５１Ａは、作動流体路１５における供給通路６１が接続されている部分（吐出空間４１）よりも作動流体路１５における作動流体の流通方向の下流側の部分（第３流路５０ｃ）に接続されている。供給通路６１が接続されている吐出空間４１の圧力は、第３流路５０ｃの分だけ圧損が生じることから、排出通路５１Ａが接続されている第３流路５０ｃの圧力よりも高くなっている。

　排出通路５１Ａには開閉弁５２Ａが配設されている。開閉弁５２Ａは制御部５５の制御を受ける。制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを閉弁するように開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを制御する。また、制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを開弁するように開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを制御する。

　次に、第２の実施形態の作用について説明する。
　供給通路６１から軸シール室４６Ａを介して排出通路５１Ａに排出される作動流体によって軸シール部材４７Ａが潤滑される。また、排出通路５１Ａが、作動流体路１５における膨張機２０Ａの出口（吐出ポート４２）とポンプ１１の入口との間の部分に接続されている。そのため、軸シール室４６Ａ内の圧力が、膨張機２０Ａの出口とポンプ１１の入口との間の圧力に近づく。よって、軸シール室４６Ａ内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６Ａ内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを閉弁するように開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを制御する。これにより、吐出空間４１と軸シール室４６Ａとが非連通となるとともに、第３流路５０ｃと軸シール室４６Ａとが非連通となり、軸シール室４６Ａ内の圧力が所定の圧力よりも高くなってしまうことが防止される。その結果、軸シール室４６Ａ内の圧力が軸シール部材４７Ａの耐圧を上回って、軸シール部材４７Ａがハウジング本体２２Ａの蓋部２２ａと駆動軸２４Ａとの間をシールすることができなくなってしまうことが防止される。そのため、軸シール室４６Ａ内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６Ａ内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　そして、制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを開弁するように開度調整弁６１ｖ及び開閉弁５２Ａを制御する。これにより、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力を下回っているときには、第３流路５０ｃと軸シール室４６Ａとが排出通路５１Ａを介して連通する。そのため、軸シール室４６Ａ内の圧力が膨張機２０Ａの出口とポンプ１１の入口との間の圧力に近づく。その結果、軸シール室４６Ａ内の圧力と大気圧との差圧によって、軸シール室４６Ａ内の作動流体が大気側に漏れてしまうことが防止される。

　したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の利点（１）～（５）と同様の利点を得ることができる。
　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

　○　図３に示すように、第２の実施形態において、例えば、第２流路５０ｂ（作動流体路１５における熱交換器１３の出口と膨張機２０Ａの入口との間の部分）と軸シール室４６Ａとが供給通路６１Ａを介して連通していてもよい。供給通路６１Ａには切換弁６２ｖが配設されている。切換弁６２ｖは、制御部５５の制御を受ける。制御部５５は、圧力センサ５３により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報が圧力センサ５３から送られることで、切換弁６２ｖを閉弁するように切換弁６２ｖを制御する。また、供給通路６１Ａには絞り部６１ｓが設けられており、供給通路６１Ａを流れる作動流体は、絞り部６１ｓにより減圧されている。これによれば、熱交換器１３の出口と膨張機２０Ａの入口との間を流れる作動流体を、膨張機２０Ａを迂回した供給通路６１Ａを介して軸シール室４６Ａに供給することができる。そのため、作動流体に含まれる潤滑油により軸シール部材４７Ａと駆動軸２４Ａとの間の潤滑を良好なものとすることができる。

　○　図３に示す実施形態において、切換弁６２ｖを削除してもよい。この場合において、膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の圧力が所定の圧力に達したとしても、絞り部６１ｓによって減圧される。そのため、第２流路５０ｂからの作動流体が供給通路６１Ａを介して軸シール室４６Ａに流れることで、軸シール室４６Ａの圧力がすぐに所定の圧力に達してしまうことは無い。

　○　第１の実施形態において、供給通路５１ａが、作動流体路１５における熱交換器１３の出口と過冷却器１６の入口との間の部分に接続されていてもよい。例えば、供給通路５１ａが気液分離器１７に接続されていてもよい。気液分離器１７内の作動流体は、凝縮器１４によって凝縮されて液化した作動流体と、凝縮器１４によって凝縮されずに気体のままの状態の作動流体とが混合した確実な飽和状態にある。飽和状態の作動流体を、供給通路５１ａを介して軸シール室４６に供給することができ、軸シール室４６を飽和状態とすることができる。飽和状態である場合、少しでも熱が加えられれば、作動流体が気化した気体の状態になる。そのため、軸シール部材４７と駆動軸２４との摺動により発生する熱によって摺動部分の作動流体を飽和状態から気体の状態にすることができる。これにより、液体の作動流体と潤滑油とが混ざることにより、潤滑油の粘性が低下してしまうことを抑制することができる。過冷却器１６によって冷却されて液化した状態の作動流体は過冷却状態となっているため、作動流体は軸シール部材４７と駆動軸２４との摺動により発生する熱のみでは気化することはできない。したがって、過冷却器１６によって冷却されて液化した状態の作動流体に含まれる潤滑油で軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑を行う場合に比べると、軸シール部材４７と駆動軸２４との間の潤滑性能を良好なものとすることができる。

　○　第１の実施形態において、ポンプ１１と膨張機１２とが別体であってもよい。この場合、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とが一つの駆動軸で兼用されていてもよいし、ポンプ１１のポンプ軸と膨張機１２の駆動軸とがそれぞれ個々に設けられていてもよい。

　○　上記各実施形態において、圧力センサ５３は、膨張機１２，２０Ａの出口とポンプ１１の入口との間の圧力または膨張機１２，２０Ａの出口と開閉弁５２，５２Ａとの間の圧力を検出可能な位置に配設されていれば、その配設箇所は特に限定されるものではない。例えば、制御部５５は、圧力センサ５３が、膨張機１２，２０Ａの出口と開閉弁５２，５２Ａとの間の圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに開閉弁５２，５２Ａを閉弁するように開閉弁５２，５２Ａを制御してもよい。

　○　上記各実施形態において、検出部として、例えば、凝縮器１４の温度を検出する温度センサを用いてもよい。凝縮器１４の温度は凝縮圧力と相関がある。よって、例えば、凝縮器１４の温度と凝縮圧力とを関係付けたマップを用いて、温度センサから検出された温度から凝縮圧力を検出することができる。このように、温度センサを用いて、作動流体路１５における膨張機１２の出口とポンプ１１の入口との間の部分の圧力を検出してもよい。

　○　上記各実施形態において、所定の圧力は、軸シール部材４７，４７Ａの耐圧（軸シール部材４７，４７Ａが耐え得ることが可能な限界圧力）よりも低い圧力であればよい。例えば、所定の圧力を、軸シール部材４７，４７Ａの設計圧力よりも低い圧力としてもよい。また、所定の圧力を、軸シール部材４７，４７Ａの耐圧よりも低く、且つ軸シール部材４７，４７Ａの設計圧力よりも高い圧力にしてもよい。

　○　上記各実施形態において、供給通路５１ａ，６１，６１Ａの流路径を、供給通路５１ａ，６１，６１Ａを流れる作動流体が減圧される程度の流路径にしてもよい。これにより、供給通路５１ａ，６１，６１Ａ自体を絞り部として機能させることができる。これによれば、絞り部５１ｓ，６１ｓや開度調整弁６１ｖを別途設ける必要が無くなる。

　○　第２の実施形態及び図３に示す実施形態において、ハウジング２１Ａと駆動軸２４Ａとの間に、吐出空間４１と軸シール室４６Ａとの間をシールするシール部材が設けられていてもよい。

　○　上記各実施形態において、ポンプ作動部３０は、従動ギヤ２８及び主動ギヤ２９により構成されるものでなくてもよく、他の形態のポンプ作動部３０としてもよい。

Claims

　流体機械であるポンプと、
　熱交換器と、
　流体機械である膨張機と、
　凝縮器と、
　作動流体を循環させるべく前記ポンプ、前記熱交換器、前記膨張機、及び前記凝縮器を順次接続する作動流体路と、
　前記ポンプ及び前記膨張機の少なくとも一方のハウジングによって形成される収容室と、
　前記収容室を形成する前記ハウジング内に収容されるとともに前記収容室に延びる駆動軸と、
　前記収容室内に収容されて前記駆動軸の回転駆動に伴って作動する作動部と、
　前記ハウジング内に収容されて前記ハウジングと前記駆動軸との間をシールする軸シール部材と、
　前記軸シール部材、前記駆動軸及び前記ハウジングにより区画される軸シール室と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室に前記作動流体を供給する供給通路と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室内の作動流体を前記作動流体路に排出する排出通路であって、前記供給通路から前記軸シール室を介して前記排出通路に排出される前記作動流体によって前記軸シール部材が潤滑され、前記排出通路は前記作動流体路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の部分に接続されている、前記排出通路と、
　前記排出通路を開閉する開閉弁と、
　前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の圧力または前記膨張機の出口と前記開閉弁との間の圧力を検出する検出部と、
　前記検出部により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに前記開閉弁を閉弁するように前記開閉弁を制御する制御部と、を備えるランキンサイクル装置。
　前記供給通路の少なくとも一部に設けられる絞り部をさらに備え、
　前記供給通路は、前記作動流体路における前記排出通路よりも圧力が高い部分に接続される請求項１に記載のランキンサイクル装置。
　前記制御部は、前記検出部により検出された圧力が所定の圧力を下回っている旨の情報を検出したときに前記開閉弁を開弁するように前記開閉弁を制御する請求項１又は請求項２に記載のランキンサイクル装置。
　前記検出部は、前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の圧力を検出する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
　前記ハウジングと前記駆動軸との間に設けられ、前記収容室と前記軸シール室との間をシールするシール部材をさらに備える請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
　ポンプと、
　熱交換器と、
　膨張機と、
　凝縮器と、
　作動流体を循環させるべく前記ポンプ、前記熱交換器、前記膨張機、及び前記凝縮器を順次接続する作動流体路と、
　前記ポンプのハウジングによって形成されるポンプ室と、
　前記ハウジング内に収容されるとともに前記ポンプ室に延びるポンプ軸と、
　前記ポンプ室内に収容されて前記ポンプ軸の回転駆動に伴って作動するポンプ作動部であって、前記ポンプ作動部の作動により作動流体が前記作動流体路を循環する、前記ポンプ作動部と、
　前記ハウジング内に収容されて前記ハウジングと前記ポンプ軸との間をシールする軸シール部材と、
　前記軸シール部材、前記ポンプ軸、前記ハウジング及び前記ポンプ作動部により区画させる軸シール室と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室に前記作動流体を供給する供給通路と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室内の作動流体を前記作動流体路に排出する排出通路であって、前記供給通路から前記軸シール室を介して前記排出通路に排出される前記作動流体によって前記軸シール部材が潤滑され、前記排出通路は前記作動流体路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の部分に接続されている、前記排出通路と、
　前記排出通路を開閉する開閉弁と、
　前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の圧力または前記膨張機の出口と前記開閉弁との間の圧力を検出する検出部と、
　前記検出部により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに前記開閉弁を閉弁するように前記開閉弁を制御する制御部と、を備えるランキンサイクル装置。
　ポンプと、
　熱交換器と、
　膨張機と、
　凝縮器と、
　作動流体を循環させるべく前記ポンプ、前記熱交換器、前記膨張機、及び前記凝縮器を順次接続する作動流体路と、
　前記膨張機のハウジングによって形成される収容室と、
　前記ハウジング内に収容されるとともに前記収容室に延びる駆動軸と、
　前記収容室内に収容されて前記駆動軸の回転駆動に伴って作動する膨張機部と、
　前記ハウジング内に収容されて前記ハウジングと前記駆動軸との間をシールする軸シール部材と、
　前記軸シール部材、前記駆動軸及び前記ハウジングにより区画される軸シール室と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室に前記作動流体を供給する供給通路と、
　前記軸シール室に接続されて前記軸シール室内の作動流体を前記作動流体路に排出する排出通路であって、前記供給通路から前記軸シール室を介して前記排出通路に排出される前記作動流体によって前記軸シール部材が潤滑され、前記排出通路は前記作動流体路における前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の部分に接続されている、前記排出通路と、
　前記排出通路を開閉する開閉弁と、
　前記膨張機の出口と前記ポンプの入口との間の圧力または前記膨張機の出口と前記開閉弁との間の圧力を検出する検出部と、
　前記検出部により検出された圧力が所定の圧力に達した旨の情報を検出したときに前記開閉弁を閉弁するように前記開閉弁を制御する制御部と、を備えるランキンサイクル装置。
　前記検出部は圧力センサである請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。