JP2010038120A - 流体機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】サイクルオイルレートを高くすることなく、装置内で潤滑オイルの必要量を確保する。
【解決手段】流体通路の一部を成すとともにモータジェネレータ120の外殻を成すモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部101に導く第2オイル通路144を設けている。
これによれば、冷媒と分離してモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルは、オイル分離室111dを通ることなく、モータハウジング121の内底からポンプハウジング131の一部を貫通させて設けた第2オイル通路144から直接オイル溜め部101)へ供給されてオイル循環に使用されるため、作動流体中に混入させた潤滑オイルを無駄なく潤滑に使うことができる。
【選択図】図2
【解決手段】流体通路の一部を成すとともにモータジェネレータ120の外殻を成すモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部101に導く第2オイル通路144を設けている。
これによれば、冷媒と分離してモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルは、オイル分離室111dを通ることなく、モータハウジング121の内底からポンプハウジング131の一部を貫通させて設けた第2オイル通路144から直接オイル溜め部101)へ供給されてオイル循環に使用されるため、作動流体中に混入させた潤滑オイルを無駄なく潤滑に使うことができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、例えば内燃機関の排熱を加熱源とするランキンサイクルに配設される膨張発電機、あるいは冷媒循環用のポンプと一体的に形成される膨張発電機に適用して好適な流体機械に関するものである。
従来の流体機械においては、冷媒などの作動流体中に潤滑オイルを混入するとともに、密閉されたハウジングの底部に溜まった潤滑オイルを膨張部などへ供給して摺動部の潤滑を果たすようにしている。しかしながら、膨張部の吐出側は吸入側に比べて作動流体の温度が低くなり、潤滑オイルに多くの作動流体が溶け込んでしまい、潤滑オイルの粘度が低下する。その結果、摺動部の油膜厚さが充分に確保できなくなり、潤滑不良が生じて流体機械の損傷を招くという問題がある。
この問題に対して、例えば、下記の特許文献1の第5実施形態(図6)に開示された流体機械では、膨張部の下側に回転電機部、回転電機部の下側にオイル溜め部を配設し、膨張部から吐出される作動流体をオイル溜め部へ導く流体通路と、オイル溜め部から膨張部の摺動部を経て流体通路に合流するオイル通路と、オイル溜め部の潤滑オイルをオイル通路に圧送するオイルポンプとを設けている。
そして、流体通路とオイル通路との合流点において、膨張部からの高温作動流体で潤滑オイルを加熱し、潤滑オイルに含まれる作動流体を蒸発させて粘度の高い潤滑オイルを摺動部へ供給するとともに、前記合流点の下流側にオイルセパレータを設けて分離した潤滑オイルをオイル溜め部に溜めるようにしている。
特開2007−218246号公報
しかしながら、上述した従来技術において、従来のサイクルオイルレートでは、低回転時などにオイルセパレータへ流入する潤滑オイル量が小さくなり、オイルポンプに供給される潤滑オイルが潤滑に必要な量よりも不足して潤滑不良となる可能性がある。サイクルオイルレートを高くすればこの問題は解決できるが、熱交換器の性能が低下してしまうという背反がある。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、サイクルオイルレートを高くすることなく、装置内で潤滑オイルの必要量を確保することのできる流体機械を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、加熱されて気相状態となった作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張部(110)と、膨張部(110)の下側に配設されて膨張部(110)とともに作動する回転電機部(120)と、回転電機部(120)の下側に配設されて作動流体から分離された潤滑オイルを溜めるオイル溜め部(101)と、膨張部(110)から吐出される作動流体を機外へ導く流体通路(111d、111e、116、121、121a)と、流体通路(111d)中に配設されて作動流体に含まれる潤滑オイルを分離する分離手段(106)と、分離手段(106)で分離された潤滑オイルをオイル溜め部(101)に導く第1オイル通路(143)と、オイル溜め部(101)に溜められた潤滑オイルを膨張部(110)の摺動部(113c、113d、118b)に供給するオイル供給路(102)と、オイル供給路(102)に潤滑オイルを圧送するオイルポンプ(105)とがハウジング(111、117、121、131)内に収容された流体機械において、
流体通路の一部を成すとともに回転電機部(120)の外殻を成すモータハウジング(121)の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部(101)に導く第2オイル通路(144、145)を備えていることを特徴としている。
流体通路の一部を成すとともに回転電機部(120)の外殻を成すモータハウジング(121)の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部(101)に導く第2オイル通路(144、145)を備えていることを特徴としている。
本発明は、モータハウジング(121)内に溜まる潤滑オイルも摺動部(113c、113d、118b)の潤滑に使用することを考えたものである。この請求項1に記載の発明によれば、作動流体と分離してモータハウジング(121)の内底に溜まった潤滑オイルは、オイル分離室(111d)を通ることなく、第2オイル通路(144、145)から直接オイル溜め部(101)へ供給されてオイル循環に使用されるため、作動流体中に混入させた潤滑オイルを無駄なく潤滑に使うことができる。
また、従来の分離手段(106)で分離されて第1オイル通路(143)からオイル溜め部(101)に供給される潤滑オイルに、モータハウジング(121)内で分離されて第2オイル通路(144、145)からオイル溜め部(101)に供給される潤滑オイルが加わるため、潤滑に充分な量の潤滑オイルをオイル溜め部(101)に確保することができる。
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の流体機械において、第2オイル通路(145)は、モータハウジング(121)内で第1オイル通路(143)に接続されていることを特徴としている。この請求項2に記載の発明によれば、モータハウジング(121)の下側に構成されるポンプハウジング(131)を貫通して、最下方に配設されるオイル溜め部(101)に連通するオイル通路を、従来の第1オイル通路(143)だけとすることができるため、ハウジング(131)の孔加工、その孔周りのシール部加工、およびシール部で用いるシール部材などが増えることを防げる。
また、請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の流体機械において、流体通路の一部であるモータハウジング(121)の内部空間から分離手段(106)が配設されたオイル分離室(111d)へ連通する連通孔(111e)の通路断面積に対して、第2オイル通路(144、145)の通路断面積が小さく形成されていることを特徴としている。
これは、第2オイル通路(144、145)の通路断面積を大きくすると、モータハウジング(121)内に潤滑オイルが溜まる間も無くオイル溜め部(101)へと抜けてしまい、潤滑オイルだけではなく作動流体までもが第2オイル通路(144、145)を抜けるようになってしまう。
これにより、正規の流体通路であるモータハウジング(121)の内部空間→連通孔(111e)→オイル分離室(111d)→分離手段(106)という流れが滞って、作動流体と潤滑オイルの流れが意図しないものとなってしまう。この請求項3に記載の発明によれば、連通孔(111e)の通路断面積に対して、第2オイル通路(144、145)の通路断面積を充分小さく形成することで、作動流体と潤滑オイルの流れが意図しないものとなるのを防ぐことができる。
また、請求項4に記載の発明では、請求項1または3に記載の流体機械において、モータハウジング(121)の内底は、第2オイル通路(144、145)の入口に向かって潤滑オイルが集合するように傾斜が設けられていることを特徴としている。この請求項3に記載の発明によれば、モータハウジング(121)の内底に溜まる潤滑オイルの量が少なくなったり、流体機械全体が傾いたりしたときにも、第2オイル通路(144、145)に流入する潤滑オイルの流れを途切れないようにすることができる。
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、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。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1および2を用いて詳細に説明する。まず図1は、本発明の実施形態に係るシステム全体を示す模式図である。本実施形態は、本発明に係る流体機械を冷媒ポンプ一体型膨張発電機(以下、ポンプ膨張発電機と略す)100として、車両用冷凍サイクル30の凝縮器32および気液分離器33が共用されるランキンサイクル40に使用している。
以下、本発明の第1実施形態について図1および2を用いて詳細に説明する。まず図1は、本発明の実施形態に係るシステム全体を示す模式図である。本実施形態は、本発明に係る流体機械を冷媒ポンプ一体型膨張発電機(以下、ポンプ膨張発電機と略す)100として、車両用冷凍サイクル30の凝縮器32および気液分離器33が共用されるランキンサイクル40に使用している。
ポンプ膨張発電機100は、膨張機(本発明で言う膨張部)110、電動機および発電機としてのモータジェネレータ(本発明で言う回転電機部)120、冷媒ポンプ130が一体的に構成されたものである。以下、全体のシステム構成について説明する。まず、冷凍サイクル30について簡単に説明すると、冷凍サイクル30は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するものであり、圧縮機31、凝縮器32、気液分離器33、減圧器34、蒸発器35が順次環状に接続されて形成されている。
圧縮機31は、駆動ベルト12、プーリ31a、電磁クラッチ31bを介して車両走行用のエンジン10の駆動力が伝達されて作動し、冷凍サイクル30内の冷媒を高温高圧に圧縮するものである。凝縮器32は、圧縮機31で高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。なお、ファン32aは、凝縮器32に冷却風(外気)を送るものである。気液分離器33は、凝縮器32で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。
減圧器34は、気液分離器33で分離された液相冷媒を減圧膨脹させる膨張弁である。蒸発器35は、減圧器34にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、空調ケース30a内に配設されている。そして、送風機35aによって空調ケース30a内に供給される空調用空気(外気あるいは内気)を冷却する。
そして、ランキンサイクル40は、エンジン10で発生した廃熱からエネルギー(膨張機110にて発生される駆動力)を回収するものであり、上記冷凍サイクル30に対して、凝縮器32、気液分離器33が共用されて形成されている。すなわち、凝縮器32と気液分離器33とをバイパスするバイパス流路41が設けられており、このバイパス流路41の気液分離器33側から冷媒ポンプ130、加熱器42、膨張機110が配設されており、凝縮器32に繋がることでランキンサイクル40が形成されている。
冷媒ポンプ130は、ランキンサイクル40内の冷媒(本発明で言う作動流体であり、冷凍サイクル30内の冷媒と同一)を後述する加熱器42側へ圧送して循環させるものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機100として後述する。加熱器42は、冷媒ポンプ130から圧送される冷媒と、エンジン10に設けられた温水回路20内を循環するエンジン冷却水(温水)との間で熱交換することにより、冷媒を加熱する(冷媒を過熱蒸気冷媒とする)熱交換器である。
なお、温水回路20には、エンジン冷却水を循環させる電動式の水ポンプ21、エンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却するラジエータ22、およびエンジン冷却水を加熱源として空調用空気を加熱するヒータコア23が設けられている。また、ラジエータ22には、ラジエータバイパス流路22aが設けられており、エンジン冷却水の温度に応じて弁部が開閉するサーモスタット22bによってラジエータ22を流通するエンジン冷却水の流量が調節されるようになっている。
なお、ヒータコア23は、蒸発器35とともに空調ケース30a内に配設されており、蒸発器35とヒータコア23とによって空調用空気は、乗員が設定する設定温度に調整される。膨張機110は、上記加熱器42から流出される過熱蒸気冷媒(本発明で言う気相状態となった作動流体)の膨張によって駆動力を発生するものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機100として後述する。
そして、上記冷凍サイクル30、ランキンサイクル40内の各種機器の作動を制御するための通電制御回路50が設けられている。通電制御回路50は、インバータ51と制御機器52とを有している。インバータ51は、モータジェネレータ120の作動を制御するものである。
すなわち、モータジェネレータ120を電動機として作動させる時には、車両用のバッテリ11からモータジェネレータ120に供給する電力を制御する。また、モータジェネレータ120が膨張機110の駆動力によって発電機として作動される時には、発電される電力をバッテリ11に充電するものである。また、制御機器52は、上記したインバータ51の作動を制御するとともに、冷凍サイクル30およびランキンサイクル40を作動させる際に電磁クラッチ31b、ファン32a、膨張機110内の図示しない均圧弁などを併せて制御するものである。
次に、ポンプ膨張発電機100の構成について図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1実施形態におけるポンプ膨張発電機100を示す断面図である。ポンプ膨張発電機100は、膨張機110と、モータジェネレータ120と、冷媒ポンプ130とが同軸上で連結され、一体的に構成されている。ポンプ膨張発電機100は、作動軸が天地方向となり、上から下に向けて順に膨張機110、モータジェネレータ120、冷媒ポンプ130となるように配設されている。
膨張機110は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するものであり、具体的には、スクロールハウジング(本発明で言うハウジング)を成すトップハウジング111と、旋回側ハウジング(本発明で言うハウジング)を成すミドルハウジング117との間に、固定側の固定スクロール112、この固定スクロール112に対向して旋回変位する旋回スクロール113、図示しない高圧室から作動室Vに繋がる流入ポート115、図示しない連通路を開閉する前記均圧弁などから成るものである。
固定スクロール112は、板状の基板部112aおよび基板部112aから旋回スクロール113側に突出した渦巻状の歯部112bを有して構成され、一方、旋回スクロール113は、上記歯部112bに接触して噛み合う渦巻状の歯部113b、およびこの歯部113bが形成された基板部113aを有して構成されており、両歯部112b、113bが接触した状態で旋回スクロール113が旋回することにより、両スクロール112、113により形成される作動室Vの体積が拡大縮小するようになっている。
旋回スクロール113とミドルハウジング117との間には、後述する冷媒中の潤滑オイルが供給されて、旋回スクロール113の滑らかな旋回運動を助ける摺動プレート(本発明で言う摺動部)113cが介在されている。シャフト118は、ミドルハウジング117に固定されたベアリング(本発明で言う摺動部)118bによって回転可能に支持されている。
また、ベアリング118b下方のミドルハウジング117には、シャフト118との間をシールして潤滑オイルの漏れを阻止するオイルシール109が設けられている。但し、実際にはオイルシール109とシャフト118との間には、0.1mm程度の小さな隙間があり、ベアリング118bの潤滑を行った潤滑オイルがその隙間を通り、モータジェネレータ120に溜まる構造となっている。
シャフト118は、一方の長手方向端部に、回転中心軸に対して偏心したクランク部118aを有するクランクシャフトである。このクランク部118aは、ベアリング(本発明で言う摺動部)113dを介して旋回スクロール113に連結されている。また、自転防止機構119は、シャフト118が1回転する間に旋回スクロール113がクランク部118a周りに1回転するようにするものである。
このため、シャフト118が回転すると、旋回スクロール113は、自転せずにシャフト118の回転中心軸周りを公転旋回する。そして、作動室Vは、例えばシャフト118の回転(モータジェネレータ120からの駆動力)に伴い、もしくは、加熱器42からの過熱蒸気冷媒の膨張によって、旋回スクロール113の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。
流入ポート115は、基板部112aの中心部に設けられており、前記高圧室と最小体積となる作動室Vとを連通させ、前記高圧室に導入された高温高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Vに導くポートである。前記高圧室には、加熱器42に接続される図示しない高圧ポートが設けられている。また、膨張機110から凝縮器32に接続される低圧ポート(本発明で言う流体通路)121aは、後述するモータハウジング(本発明で言うハウジング)121の上方(膨張機110側)に設けられている。
そして、低圧ポート121aの反対側となるモータハウジング121の側方には、膨張機110の両スクロール112、113の低圧側(スクロールの外周側)から下方に向けて延びて、モータハウジング121内の上方に繋がる吐出ガス通路(本発明で言う流体通路)116を設けている。よって、低圧ポート121aと膨張機110の低圧側(スクロールの外周側)との間は、吐出ガス通路116と、モータハウジング121内の空間とによって連通されるようになっている。
前記均圧弁は、ランキンサイクル40内の異常発生時(例えば、モータジェネレータ120の回転数異常や制御不能などの場合)に、前記高圧室と両スクロール112、113の低圧側とを繋ぐ前記連通路を強制的に開くことで、作動室V内での過熱蒸気冷媒の膨張作動が成されないようにして、膨張機110を安全且つ確実に停止させるための弁である。なお、前記均圧弁の具体的な構造および作動は、説明を省略する。
モータジェネレータ120は、ステータ122およびステータ122内で回転するロータ123などから成るものであり、ミドルハウジング117の下方に接続されるモータハウジング121内に収容されている。ステータ122は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング121の内周面に固定されている。
ロータ123は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸124に固定されている。モータ軸124の一端側は、上記膨張機110のシャフト118に接続されており、他端側は、直径が細くなるように形成されて、後述する冷媒ポンプ130のポンプ軸132に接続されている。
そして、モータジェネレータ120は、ランキンサイクル40の起動時において、バッテリ11からインバータ51を介して、ステータ122に電力が供給されることで、ロータ123を回転させて、膨張機110、および後述する冷媒ポンプ130を駆動するモータ(電動機)として作動する。
また、モータジェネレータ120は、膨張機110の膨張時に発生した駆動力によってロータ123を回転させるトルクが入力されると、冷媒ポンプ130を駆動するとともに、膨張機110での発生駆動力が冷媒ポンプ130用の駆動力を超えた時に、電力を発生させるジェネレータ(発電機)として作動する。そして、得られた電力は、インバータ51を介してバッテリ11に充電されるようになっている。
冷媒ポンプ130は、ローリングピストン型のポンプであり、モータジェネレータ120の反膨張機側に配設され、モータハウジング121の下方に接続されるポンプハウジング(本発明で言うハウジング)131内に収容されている。冷媒ポンプ130は、ポンプハウジング131の内部に形成されたシリンダ内にロータ134およびベーン135などを有している。
シリンダは、シリンダブロック133の中心部で、断面円形に穿設されて形成されている。ポンプ軸132は、上記モータ軸124と接続されており、シリンダブロック133を挟み込む端板137A、137Bのうち、下側の端板137Bに固定されたベアリング132bによって回転可能に支持されている。
ベアリング132bは、冷媒ポンプ130の主たる摺動部となる。ポンプ軸132には、このポンプ軸132に対して偏心した円形のカム部132aが形成されており、このカム部132aの外周側には扁平円筒状のロータ134が装着されている。ロータ134の外径は、シリンダの内径より小さく設定されてシリンダ内に挿入されており、ロータ134はカム部132aによってシリンダ内を公転する。
また、ロータ134の外周部には、ロータ134の半径方向に摺動可能として中心側に押圧されてロータ134に当接するベーン135が設けられている。そして、シリンダ内において、ロータ134およびベーン135によって囲まれる空間がポンプ作動室として形成されている。
シリンダブロック133には、ベーン135に近接して、このベーン135を挟むようにシリンダ内に連通する冷媒流入部および冷媒流出部(いずれも図示省略)が設けられている。前記冷媒流入部は、ポンプハウジング131を貫通する図示しない吸入ポートに接続されており、前記冷媒流出部は、図示しない吐出弁を介して、ポンプハウジング131とシリンダブロック133(端板137A、137B)との間に形成される高圧室136に連通している。
そして、高圧室136は、ポンプハウジング131のモータジェネレータ120側となる側壁に形成された図示しない吐出ポートに繋がっている。この冷媒ポンプ130において冷媒は、ロータ134の公転作動によって前記吸入ポート、前記冷媒流入部からポンプ作動室に流入され、前記冷媒流出部、前記吐出弁、高圧室136を経て前記吐出ポートから吐出される。
なお、モータジェネレータ120と冷媒ポンプ130との間となるモータ軸124(ポンプ軸132)には、両者120、130間をシールして潤滑オイルの漏れを阻止するオイルシール107が設けられている。但し、このオイルシール107も前述したミドルハウジング117に設けられたオイルシール109と同様に、実際にはオイルシール107とモータ軸124との間には、0.1mm程度の小さな隙間があり、モータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルがその隙間を通り、冷媒ポンプ130に供給される構造となっている。
本実施形態のポンプ膨張発電機100においては、ポンプ膨張発電機100内を冷媒とともに循環する潤滑オイルを溜めるとともに、その潤滑オイルの粘度を高めて摺動部に供給するための手段を備えている。その一部として、モータジェネレータ120のモータハウジング121の側壁には、上下方向に延びるオイル分離室(本発明で言う流体通路、オイル通路)111dが設けられている。
オイル分離室111dの上端側は、外部に開口して低圧ポート121aを形成している。また、低圧ポート121aの直下において、モータハウジング121に穿設された連通孔(本発明で言う流体通路)111eによって、モータハウジング121内とオイル分離室111d内とが連通されている。
連通孔111eと低圧ポート121aとの間には、分離手段としてのオイルセパレータ(遠心分離機、本発明で言う分離手段)106が設けられている。オイルセパレータ106は、上下方向に延びて、オイル分離室111dの内径よりも小径となる円筒状のパイプ部材から形成されている。
パイプ部材の上端側は大径部として形成されており、この大径部の外周面がオイル分離室111dの内周面に当接して、連通孔111eと低圧ポート121aとの間が閉塞されるとともに、パイプ部材の内部空間によって連通孔111eと低圧ポート121aとが連通されるようになっている。
そして、オイル分離室111dの下端側は、第1オイル通路143にて冷媒ポンプ130の下側に位置するオイル溜め部101内に連通している。つまり、ポンプハウジング131において、高圧室136の下側空間はオイル溜め部101として形成されている。そして、冷媒ポンプ130のシリンダブロック133を上下に挟み込む2つの端板137A、137Bのうち、下側となる端板137Bの下面には、高圧室136内に位置しつつオイル溜め部101と連通して、ポンプ軸132の回転に伴って作動するオイルポンプ105が設けられている。
このオイルポンプ105は、内歯歯車(アウタロータ)内で外歯歯車(インナロータ)が噛み合いながら公転して、流体(潤滑オイル)を圧送するトロコイドポンプ(ギアポンプ)としている。上記の両歯車が上側のポンプケース108Aの窪み部内に収容され、下側からポンプケース108Bで挟みこむ構造となっている。そして、下側のポンプケース108Bには、オイル溜め部101とオイルポンプの作動室とを繋ぐオイル吸入孔138が穿設されている。
一体的に形成されたシャフト118、モータ軸124、ポンプ軸132の内部には、冷媒ポンプ130の下側から上端まで長手方向に連通するシャフト通路103が形成されている。オイルポンプ105から圧送された潤滑オイルは、ベアリング132bを通過して潤滑を行った後、シャフト118の側面に開口したシャフト通路103の下端から上端に送られ、ベアリング113d、118bに給油しつつ、摺動プレート113cとオイルシール109とを通ってモータハウジング121内に循環するようになっている。
つまり、オイル吸入孔138→オイルポンプ105→シャフト通路103と順次連通してオイル供給路102を形成し、このオイル供給路102から摺動部113c、113d、118b→吐出ガス通路116→モータハウジング121の内部→連通孔111e→オイル分離室111d→オイル溜め部101が順次連通して潤滑オイルの循環通路を形成している。
次に、上述した構造のポンプ膨張発電機100における本実施形態の特徴的な構造について説明する。本実施形態のポンプ膨張発電機100は、モータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部101に導く第2オイル通路144を、モータハウジング121とポンプハウジング131とに連通させて設けている。そのため、モータハウジング121の内底は、第2オイル通路144の入口に向かって潤滑オイルが集合するように傾斜を設けている。また、この第2オイル通路144の通路断面積は、オイル分離室111dへ流入する連通孔111eの通路断面積に対して充分小さく形成している。
次に、本実施形態におけるポンプ膨張発電機100の作動の概要について説明する。ランキンサイクル40の作動時に、ポンプ膨張発電機100内においては、加熱器42によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒が前記高圧ポートから前記高圧室に流入し、以下、流入ポート115→作動室V→両スクロール112、113の低圧側(スクロールの外周側)を経てモータハウジング121内に至る。
そして、過熱蒸気冷媒は、モータハウジング121内から連通孔111eを通り、オイル分離室111dに流入する。オイル分離室111dにおいて過熱蒸気冷媒は、オイルセパレータ106の外周面に沿って旋回しながら下方へ流れる。この時、過熱蒸気冷媒中に含まれる潤滑オイルは、冷媒に対して比重量が大きいことから、冷媒から分離されてオイル分離室111dの内周面に集まり、重力によって下方へ流れてオイル溜め部101に溜められる。
一方、オイルセパレータ106によって潤滑オイルが分離された後の過熱蒸気冷媒は、オイルセパレータ106のパイプ部材の内部空間を通って低圧ポート121aから流出する。また、モータハウジング121内において、冷媒から分離してモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルは、重力によって第2オイル通路144を下方へ流れてオイル溜め部101に溜められる。
オイル溜め部101に溜められた潤滑オイルは、ポンプ軸132の回転に伴って作動するオイルポンプ105により、オイル吸入孔138から吸引され、ベアリング132bを通ってシャフト通路103内に流入する。
シャフト通路103内を流通する潤滑オイルは、クランク部118aの端面からベアリング113d、118b、摺動プレート113cおよびオイルシール109に供給されてモータハウジング121内に至る。このとき潤滑オイルは、膨張機110から吐出されてモータハウジング121内に流入する過熱蒸気冷媒と合流して加熱されることになり、潤滑オイルの粘度が高められる。
そして、潤滑オイルは過熱蒸気冷媒とともに連通孔111eからオイル分離室111dに流入して、更に下流側となるオイルセパレータ106に至り、上記循環を繰り返す。これにより、上から順に膨張機110、モータジェネレータ120、冷媒ポンプ130を配置する場合に、モータハウジング121内から連通するオイル分離室111dと、オイル供給路102とによって循環通路が形成され、オイルポンプ105によって潤滑オイルが循環される。
次に、本実施形態の特徴と、その効果について述べる。まず、流体通路の一部を成すとともにモータジェネレータ120の外殻を成すモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルを、オイル溜め部101に導く第2オイル通路144を設けている。これは、モータハウジング121内に溜まる潤滑オイルも摺動部113c、113d、118bの潤滑に使用することを考えたものである。
これによれば、冷媒と分離してモータハウジング121の内底に溜まった潤滑オイルは、オイル分離室111dを通ることなく、モータハウジング121の内底からポンプハウジング131の一部を貫通させて設けた第2オイル通路144から直接オイル溜め部101)へ供給されてオイル循環に使用されるため、作動流体中に混入させた潤滑オイルを無駄なく潤滑に使うことができる。
また、従来のオイルセパレータ106で分離されて第1オイル通路143からオイル溜め部101に供給される潤滑オイルに、モータハウジング121内で分離されて第2オイル通路144からオイル溜め部101に供給される潤滑オイルが加わるため、潤滑に充分な量の潤滑オイルをオイル溜め部101に確保することができる。
また、流体通路の一部であるモータハウジング121の内部空間からオイルセパレータ106が配設されたオイル分離室111dへ連通する連通孔111eの通路断面積に対して、第2オイル通路144の通路断面積を小さく形成している。これは、第2オイル通路144の通路断面積を大きくすると、モータハウジング121内に潤滑オイルが溜まる間も無くオイル溜め部101へと抜けてしまい、潤滑オイルだけではなく作動流体までもが第2オイル通路144を抜けるようになってしまうからである。
これにより、正規の流体通路であるモータハウジング121の内部空間→連通孔111e→オイル分離室111d→オイルセパレータ106という流れが滞って、作動流体と潤滑オイルの流れが意図しないものとなってしまう。しかし、本実施形態では、連通孔111eの通路断面積に対して、第2オイル通路144の通路断面積を充分小さく形成することで、作動流体と潤滑オイルの流れが意図しないものとなるのを防ぐことができる。
また、モータハウジング121の内底は、第2オイル通路144の入口に向かって潤滑オイルが集合するように傾斜が設けられている。これによれば、モータハウジング121の内底に溜まる潤滑オイルの量が少なくなったり、流体機械全体が傾いたりしたときにも、第2オイル通路144に流入する潤滑オイルの流れを途切れないようにすることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図3は、本発明の第2実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機を示す模式図である。なお、本実施形態においては、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。本実施形態での第2オイル通路145は、モータハウジング121内で第1オイル通路143に接続されるようにしている。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図3は、本発明の第2実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機を示す模式図である。なお、本実施形態においては、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。本実施形態での第2オイル通路145は、モータハウジング121内で第1オイル通路143に接続されるようにしている。
これによれば、モータハウジング121の下側に構成されるポンプハウジング131を貫通して、最下方に配設されるオイル溜め部101に連通するオイル通路を、従来の第1オイル通路143だけとすることができるため、ハウジング131の孔加工、その孔周りのシール部加工、およびシール部で用いるシール部材などが増えることを防げる。
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第1実施形態においては、加熱器42における加熱源として、車両走行用のエンジン10のエンジン冷却水としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータなどのように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの(廃熱が発生するもの)であれば、広く適用することができる。
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第1実施形態においては、加熱器42における加熱源として、車両走行用のエンジン10のエンジン冷却水としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータなどのように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの(廃熱が発生するもの)であれば、広く適用することができる。
また、上述の各実施形態では、膨張機110をスクロール型、冷媒ポンプ130をローリングピストン型、オイルポンプ105をトロコイド型としたが、その他の形式のものであっても良く、形式を問うものではない。
101…オイル溜め部
102…オイル供給路
105…オイルポンプ
106…オイルセパレータ(分離手段)
110…膨張機(膨張部)
111…トップハウジング(ハウジング)
111d…オイル分離室(流体通路)
111e…連通孔(流体通路)
113c…摺動プレート(摺動部)
113d…ベアリング(摺動部)
116…吐出ガス通路(流体通路)
117…ミドルハウジング(ハウジング)
118b…ベアリング(摺動部)
120…モータジェネレータ(回転電機部)
121…モータハウジング(流体通路)
121a…低圧ポート(流体通路)
131…ポンプハウジング(ハウジング)
143…第1オイル通路
144、145…第2オイル通路
102…オイル供給路
105…オイルポンプ
106…オイルセパレータ(分離手段)
110…膨張機(膨張部)
111…トップハウジング(ハウジング)
111d…オイル分離室(流体通路)
111e…連通孔(流体通路)
113c…摺動プレート(摺動部)
113d…ベアリング(摺動部)
116…吐出ガス通路(流体通路)
117…ミドルハウジング(ハウジング)
118b…ベアリング(摺動部)
120…モータジェネレータ(回転電機部)
121…モータハウジング(流体通路)
121a…低圧ポート(流体通路)
131…ポンプハウジング(ハウジング)
143…第1オイル通路
144、145…第2オイル通路
Claims (4)
- 加熱されて気相状態となった作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張部(110)と、
前記膨張部(110)の下側に配設されて前記膨張部(110)とともに作動する回転電機部(120)と、
前記回転電機部(120)の下側に配設されて前記作動流体から分離された潤滑オイルを溜めるオイル溜め部(101)と、
前記膨張部(110)から吐出される前記作動流体を機外へ導く流体通路(111d、111e、116、121、121a)と、
前記流体通路(111d)中に配設されて前記作動流体に含まれる前記潤滑オイルを分離する分離手段(106)と、
前記分離手段(106)で分離された前記潤滑オイルを前記オイル溜め部(101)に導く第1オイル通路(143)と、
前記オイル溜め部(101)に溜められた前記潤滑オイルを前記膨張部(110)の摺動部(113c、113d、118b)に供給するオイル供給路(102)と、
前記オイル供給路(102)に前記潤滑オイルを圧送するオイルポンプ(105)とがハウジング(111、117、121、131)内に収容された流体機械において、
前記流体通路の一部を成すとともに前記回転電機部(120)の外殻を成すモータハウジング(121)の内底に溜まった前記潤滑オイルを、前記オイル溜め部(101)に導く第2オイル通路(144、145)を備えていることを特徴とする流体機械。 - 前記第2オイル通路(145)は、前記モータハウジング(121)内で前記第1オイル通路(143)に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の流体機械。
- 前記流体通路の一部である前記モータハウジング(121)の内部空間から前記分離手段(106)が配設されたオイル分離室(111d)へ連通する連通孔(111e)の通路断面積に対して、前記第2オイル通路(144、145)の通路断面積が小さく形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の流体機械。
- 前記モータハウジング(121)の内底は、前記第2オイル通路(144、145)の入口に向かって前記潤滑オイルが集合するように傾斜が設けられていることを特徴とする請求項1または3に記載の流体機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008204724A JP2010038120A (ja) | 2008-08-07 | 2008-08-07 | 流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008204724A JP2010038120A (ja) | 2008-08-07 | 2008-08-07 | 流体機械 |
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JP2010038120A true JP2010038120A (ja) | 2010-02-18 |
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JP2008204724A Withdrawn JP2010038120A (ja) | 2008-08-07 | 2008-08-07 | 流体機械 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101369101B1 (ko) * | 2012-02-14 | 2014-02-28 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 발전 장치 |
KR101389650B1 (ko) * | 2011-10-06 | 2014-04-29 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 발전 장치 |
-
2008
- 2008-08-07 JP JP2008204724A patent/JP2010038120A/ja not_active Withdrawn
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