JP2014001667A

JP2014001667A - Rankine cycle device

Info

Publication number: JP2014001667A
Application number: JP2012136778A
Authority: JP
Inventors: Masashi Inoue; 雅至井ノ上; Yasuhiro Takeuchi; 康浩武内; Yasunori Niiyama; 泰徳新山; Kentaro Fukuda; 健太郎福田; Kazuki Iwatani; 和樹岩谷
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Rankine cycle device capable of always obtaining a constant lubrication oil supply amount with a simple constitution.SOLUTION: A Rankine cycle device comprises: a pump 1; an evaporator 2; an expander 3; a condenser 4; an oil separator 7; a lubrication oil flow passage 8 extending from the oil separator 7 to the expander 3; a variable throttle device 9 having a variable throttle valve 90 provided in the middle of the lubrication oil flow passage, and operation fluid pressure detection means 91 for detecting a pressure of operation fluid in the expander; and a stationary throttle section provided on the lubrication oil flow passage on a downstream side of the variable throttle valve in series with the variable throttle valve. The variable throttle device controls a pressure of lubrication oil on an outlet side so that a differential pressure between the pressure of the lubrication oil on the outlet side of the variable throttle valve and a low pressure of the operation fluid on the emission side of the expander becomes constant.

Description

本発明は、ランキンサイクル装置に関するものであって、より詳しくは、作動流体から分離された潤滑油が膨張機に供給されるランキンサイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a Rankine cycle apparatus, and more particularly, to a Rankine cycle apparatus in which lubricating oil separated from a working fluid is supplied to an expander.

ランキンサイクル装置の作動流体に混合された潤滑油を分離回収して、潤滑の必要な膨張機及びポンプに適量を供給するランキンサイクル装置が特許文献１で知られている。特許文献１の装置では、再生熱交換器の下流に配設されたオイル分離器によって分離されたオイルが第１潤滑油供給路を介して膨張機へ及び第２潤滑油供給路を介してポンプへそれぞれ供給される。 Patent Document 1 discloses a Rankine cycle apparatus that separates and collects lubricating oil mixed in a working fluid of the Rankine cycle apparatus and supplies an appropriate amount to an expander and a pump that require lubrication. In the apparatus of Patent Document 1, oil separated by an oil separator disposed downstream of a regenerative heat exchanger is pumped to an expander via a first lubricating oil supply path and via a second lubricating oil supply path. Supplied to each.

特許文献１の図１に示される実施例では、作動流体の圧力が高い場合、例えば膨張機の膨張室の圧力が高くなり、膨張機の要潤滑部へ流入する潤滑油が減少して潤滑不足を招く一方で、作動流体の圧力が低い場合、膨張機の膨張室の圧力が低くなり、要潤滑部へ流入する潤滑油が過剰になってランキンサイクルの効率低下を招く恐れがある。 In the embodiment shown in FIG. 1 of Patent Document 1, when the pressure of the working fluid is high, for example, the pressure of the expansion chamber of the expander increases, and the lubricating oil flowing into the lubrication required portion of the expander decreases, resulting in insufficient lubrication. On the other hand, when the pressure of the working fluid is low, the pressure of the expansion chamber of the expander becomes low, and there is a possibility that the lubricating oil flowing into the required lubrication part becomes excessive and the Rankine cycle efficiency is lowered.

一方、特許文献１の特に図２に示される実施例では、膨張機及びポンプへの供給潤滑油量の最適化を図るために、可変絞り機構が、第１及び第２潤滑油供給路に配設されて、膨張機及びポンプの検出された回転数に応じた適正な潤滑油供給量となるように制御装置によって制御される。これにより、膨張機等に対する適正量の潤滑油の供給が実現されると考えられる。ただし、制御装置とそのプログラムを含めて比較的複雑な構成が必要とされる。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2 of Patent Document 1 in particular, a variable throttle mechanism is arranged in the first and second lubricating oil supply passages in order to optimize the amount of lubricating oil supplied to the expander and the pump. And is controlled by the control device so as to obtain an appropriate amount of lubricating oil supplied in accordance with the detected rotational speeds of the expander and the pump. Thereby, it is considered that supply of an appropriate amount of lubricating oil to the expander or the like is realized. However, a relatively complicated configuration including the control device and its program is required.

特開２００９−１３８６８４号公報JP 2009-138684 A

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成によって、常に一定の潤滑油供給量を得ることのできるランキンサイクル装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a Rankine cycle apparatus that can always obtain a constant lubricating oil supply amount with a simple configuration.

上記目的を達成するため、本発明は、作動流体を圧送するポンプ（１）と、作動流体を加熱する蒸発器（２）と、作動流体を膨張させて動力を取り出す膨張機（３）と、作動流体を冷却する凝縮器（４）と、ポンプ（１）、蒸発器（２）、膨張機（３）、及び凝縮器（４）を接続して作動流体の循環路を形成する作動流体管路（５）と、蒸発器（２）から膨張機（３）へ至る作動流体管路（５）の途中に配設されて、作動流体から潤滑油を分離する油分離器（７）と、油分離器（７）から膨張機（３）の要潤滑部へ延びる潤滑油流路（８）と、潤滑油流路（８）の途中に設けられた可変絞り弁（９０）、及び膨張機（３）における作動流体の圧力を検知する作動流体圧力検知手段（９１，２９１）を有する可変絞り装置（９、２０９）と、可変絞り弁（９０）よりも下流の潤滑油流路（８）に、可変絞り弁（９０）に対して直列に設けられた固定絞り部と、を具備するランキンサイクル装置であって、可変絞り装置（９、２０９）が、検知した作動流体の圧力に基づいて、可変絞り弁（９０）の出口側の潤滑油圧力と作動流体の膨張機（３）における吐出側の低圧力との間の差圧が一定になるように、出口側の潤滑油圧力を制御するランキンサイクル装置を提供する。 To achieve the above object, the present invention includes a pump (1) for pumping a working fluid, an evaporator (2) for heating the working fluid, an expander (3) for expanding the working fluid to extract power, A condenser (4) that cools the working fluid and a working fluid pipe that connects the pump (1), the evaporator (2), the expander (3), and the condenser (4) to form a working fluid circulation path. An oil separator (7) disposed in the middle of the path (5) and the working fluid line (5) from the evaporator (2) to the expander (3) to separate the lubricating oil from the working fluid; Lubricating oil flow path (8) extending from the oil separator (7) to the required lubrication part of the expander (3), a variable throttle valve (90) provided in the middle of the lubricating oil flow path (8), and the expander A variable throttle device (9, 209) having working fluid pressure detecting means (91, 291) for detecting the pressure of the working fluid in (3); A Rankine cycle device comprising: a fixed throttle portion provided in series with a variable throttle valve (90) in a lubricating oil flow path (8) downstream of the throttle valve (90), wherein the variable throttle device (9, 209) is based on the detected pressure of the working fluid and the difference between the lubricating oil pressure on the outlet side of the variable throttle valve (90) and the low pressure on the discharge side of the expander (3) of the working fluid. Provided is a Rankine cycle device for controlling the lubricant pressure on the outlet side so that the pressure becomes constant.

これによれば、膨張機における作動流体の圧力の増減に応じて可変絞り弁の出口側の潤滑油圧力が増減されることにより、前記出口側の潤滑油圧力と作動流体の膨張機における吐出側の低圧力との間の差圧がほぼ一定に制御され、その結果、膨張機にはほぼ一定の潤滑油量が供給される。 According to this, the lubricating oil pressure on the outlet side of the variable throttle valve is increased or decreased in accordance with the increase or decrease of the pressure of the working fluid in the expander, whereby the outlet side lubricating oil pressure and the discharge side of the working fluid in the expander Is controlled to be substantially constant, and as a result, a substantially constant amount of lubricating oil is supplied to the expander.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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ものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１の実施形態によるランキンサイクル装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of a Rankine cycle device by a 1st embodiment of the present invention. 第１の実施形態によるランキンサイクル装置が備える可変絞り弁の模式的縦断面図である。It is a typical longitudinal section of a variable throttle valve with which a Rankine cycle device by a 1st embodiment is provided. 本発明の第２の実施形態によるランキンサイクル装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the Rankine-cycle apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 第２の実施形態によるランキンサイクル装置が備える直接的圧力検出手段の模式的拡大縦断面図である。It is a typical expanded longitudinal cross-sectional view of the direct pressure detection means with which the Rankine cycle apparatus by 2nd Embodiment is provided. 第１の実施形態によるランキンサイクル装置の変形例の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the modification of the Rankine cycle device by a 1st embodiment. 第１及び第２の実施形態によるランキンサイクル装置が備える可変絞り弁の変形例である。It is a modification of the variable throttle valve with which the Rankine cycle apparatus by 1st and 2nd embodiment is provided.

本発明の第１の実施形態によるランキンサイクル装置を、図１及び図２を参照して以下に説明する。このランキンサイクル装置は、ランキンサイクルを作動させるために、作動流体を圧送するポンプ１と、ポンプ１により圧送された作動流体を高温熱源との間で熱交換をして加熱する蒸発器２と、ポンプ１により昇圧されて蒸発器２で加熱された作動流体を膨張させる間に動力を取り出す膨張機３と、膨張機３で減圧した作動流体を低温熱源との間で熱交換をして冷却する凝縮器４と、ポンプ１、蒸発器２、膨張機３、及び凝縮器４を接続して作動流体の循環路を形成する作動流体管路５と、膨張機３に一体に連結された回転電機６とを具備している。 A Rankine cycle device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. The Rankine cycle device includes a pump 1 that pumps the working fluid to operate the Rankine cycle, and an evaporator 2 that heats the working fluid pumped by the pump 1 by exchanging heat with a high-temperature heat source. The expander 3 that extracts power while expanding the working fluid that has been pressurized by the pump 1 and heated by the evaporator 2, and cools the working fluid decompressed by the expander 3 by exchanging heat with a low-temperature heat source. A condenser 4, a pump 1, an evaporator 2, an expander 3, a working fluid pipe line 5 that forms a working fluid circulation path by connecting the condenser 4, and a rotating electrical machine integrally coupled to the expander 3 6.

また本実施形態のランキンサイクル装置は、蒸発器２と膨張機３との間に配設されて作動流体から潤滑油を分離する油分離器７と、油分離器７から膨張機３の要潤滑部へ連通する潤滑油流路８と、前記潤滑油流路８の途中に設けられた可変絞り装置９とをさらに具備している。 The Rankine cycle device according to the present embodiment includes an oil separator 7 that is disposed between the evaporator 2 and the expander 3 and separates lubricating oil from the working fluid, and requires lubrication of the expander 3 from the oil separator 7. And a variable throttle device 9 provided in the middle of the lubricating oil flow path 8.

本実施形態では、高温熱源として、例えば車両用内燃機関の高温の冷却水或いは排気ガスを利用することができ、低温熱源として例えば凝縮器４の周囲の比較的低温の空気を利用することができ、また作動流体として例えばフロン系の冷媒を使用することができる。 In the present embodiment, for example, high-temperature cooling water or exhaust gas of a vehicle internal combustion engine can be used as the high-temperature heat source, and relatively low-temperature air around the condenser 4 can be used as the low-temperature heat source. Further, for example, a chlorofluorocarbon refrigerant can be used as the working fluid.

膨張機３は、周知のスクロール型のものであって、固定スクロール３１として働く最上部の略円板状のトップハウジング３１と、その下部に結合された円板状のミドルハウジング３２と、トップハウジング３１及びミドルハウジング３２の間に配置された旋回スクロール３３と具備している。固定スクロール３１（トップハウジング）及び旋回スクロール３３は、対向して互いに噛み合うらせん状の歯部３１ａ、３３ａをそれぞれ有しており、これららせん状の歯部３１ａ、３３ａの間に膨張室３４が形成される。 The expander 3 is of a well-known scroll type, and has an uppermost substantially disc-shaped top housing 31 that functions as a fixed scroll 31, a disc-shaped middle housing 32 coupled to the lower portion thereof, and a top housing. 31 and a orbiting scroll 33 disposed between the middle housing 32 and the middle housing 32. The fixed scroll 31 (top housing) and the orbiting scroll 33 have helical tooth portions 31a and 33a that mesh with each other so as to face each other, and an expansion chamber 34 is formed between the helical tooth portions 31a and 33a. Is done.

膨張機３のシャフト３５は回転電機６のシャフト３５と共用されており、前記シャフト３５はその中心軸線から偏心したクランク部３５ａによって旋回スクロール３３を軸支している。したがって、旋回スクロール３３は、シャフト３５の中心軸線に対して所定の公転半径で公転可能であるが、このとき図示しない自転防止機構によって自転が防止される。 The shaft 35 of the expander 3 is shared with the shaft 35 of the rotating electrical machine 6, and the shaft 35 supports the orbiting scroll 33 by a crank portion 35 a that is eccentric from the center axis. Therefore, the orbiting scroll 33 can revolve with a predetermined revolution radius with respect to the central axis of the shaft 35, but at this time, rotation is prevented by a rotation prevention mechanism (not shown).

膨張機３のトップハウジング３１は、作動流体の流入ポート３６及び吐出ポート３７を備えており、流入ポート３６は中心部に設けられて中心側の膨張室３４に通じており、吐出ポート３７は外周部に設けられて外周側の膨張室３４に通じている。膨張機３はこのように構成されているので、流入ポート３６から中心側の膨張室３４に流入した高温高圧の作動流体は、膨張室３４が外縁側に向かって順次拡大するときに断熱膨張することにより旋回スクロール３３及び従ってシャフト３５を回転させて動力を生み出した後に、外周側の吐出ポート３７から温度及び圧力共に低下した状態で、凝縮器４へ向けて流出する。 The top housing 31 of the expander 3 includes an inflow port 36 and a discharge port 37 for the working fluid. The inflow port 36 is provided in the center and communicates with the expansion chamber 34 on the center side. It is provided in the section and communicates with the expansion chamber 34 on the outer peripheral side. Since the expander 3 is configured as described above, the high-temperature and high-pressure working fluid that has flowed from the inflow port 36 into the expansion chamber 34 on the center side undergoes adiabatic expansion when the expansion chamber 34 sequentially expands toward the outer edge side. As a result, the orbiting scroll 33 and thus the shaft 35 are rotated to generate power, and then flow out from the discharge port 37 on the outer peripheral side toward the condenser 4 in a state where both temperature and pressure are reduced.

膨張機３のミドルハウジング３２は、その外周部に設けられた潤滑油流入ポート３８と、この潤滑油流入ポート３８と膨張機３内の軸受部或いは摺動部等の要潤滑部を結ぶ潤滑油内部通路８３とを備えている。潤滑油内部通路８３は、流路断面積が縮小された固定絞り部（図示せず）を含んでいる。 The middle housing 32 of the expander 3 has a lubricating oil inflow port 38 provided on the outer periphery thereof, and a lubricating oil that connects the lubricating oil inflow port 38 and a lubrication required portion such as a bearing portion or a sliding portion in the expander 3. And an internal passage 83. The lubricating oil internal passage 83 includes a fixed throttle portion (not shown) having a reduced flow passage cross-sectional area.

回転電機６は、膨張機３のミドルハウジング３２の下側に結合されており、また膨張機３と共通のシャフト３５と、ステータ６１と、ステータ６１内で回転するロータ６２と、それらを収容する円筒状の回転電機主ハウジング６３と、その下側に結合された略円板状の軸受ハウジング６４と、その下側に固定された円板状のベースプレート６５とを具備している。ロータ６２は、永久磁石（図示せず）が埋設されたマグネットロータであって、シャフト３５に固定されている。回転電機主ハウジング６３は、上部玉軸受６６を介してシャフト３５の上部を回転可能に支持しており、軸受ハウジング６４は下部玉軸受６７を介してシャフト３５の下部を回転可能に支持している。 The rotating electrical machine 6 is coupled to the lower side of the middle housing 32 of the expander 3, and houses the shaft 35 common to the expander 3, the stator 61, the rotor 62 that rotates in the stator 61, and these. A cylindrical rotating electrical machine main housing 63, a substantially disc-shaped bearing housing 64 coupled to the lower side thereof, and a disc-shaped base plate 65 fixed to the lower side thereof are provided. The rotor 62 is a magnet rotor in which a permanent magnet (not shown) is embedded, and is fixed to the shaft 35. The rotating electrical machine main housing 63 supports the upper part of the shaft 35 via an upper ball bearing 66 so as to be rotatable, and the bearing housing 64 supports the lower part of the shaft 35 via a lower ball bearing 67 so as to be rotatable. .

このように構成された回転電機６は、本ランキンサイクル装置の始動時において、バッテリ（図示せず）からインバータ（図示せず）を介してステータ６１に電力が供給されたとき、ロータ６２を回転させて膨張機３を始動する電動機として作動する一方で、膨張機３の旋回スクロール３３及びシャフト３５が作動流体によって回転されると電力を発生する発電機として作動する。 The rotating electrical machine 6 configured as described above rotates the rotor 62 when electric power is supplied from a battery (not shown) to the stator 61 via an inverter (not shown) when the Rankine cycle apparatus is started. The rotating scroll 33 and the shaft 35 of the expander 3 operate as a generator that generates electric power when rotated by the working fluid.

本実施形態の油分離器７は、円筒状に形成された本体部を有する遠心分離式のものであり、ここで分離された潤滑油は潤滑油流路８へ送られ、また潤滑油が分離された作動流体は作動流体管路５を介して膨張機３へ送られる。 The oil separator 7 of the present embodiment is a centrifugal type having a main body formed in a cylindrical shape, and the lubricating oil separated here is sent to the lubricating oil flow path 8, and the lubricating oil is separated. The working fluid is sent to the expander 3 via the working fluid pipe 5.

潤滑油流路８は、油分離器７によって作動流体から分離された潤滑油を、可変絞り装置９を介して、膨張機３へ供給するために設けられており、油分離器７と可変絞り装置９との間の第１潤滑油流路８１と、可変絞り装置９と膨張機３の潤滑油流入ポート３８との間の第２潤滑油流路８２と、膨張機３内の潤滑油内部通路８３とから構成されている。 The lubricating oil flow path 8 is provided to supply the lubricating oil separated from the working fluid by the oil separator 7 to the expander 3 via the variable throttle device 9. A first lubricating oil passage 81 between the device 9, a second lubricating oil passage 82 between the variable throttle device 9 and the lubricating oil inflow port 38 of the expander 3, and the inside of the lubricating oil in the expander 3 And a passage 83.

可変絞り装置９は、前述したとおり、油分離器７から膨張機３へ至る潤滑油流路８の途中に設けられており、可変絞り弁９０と、作動流体圧力検知手段としての感温筒９１と、それらを流体接続する接続管路９２とを具備している。 As described above, the variable throttle device 9 is provided in the middle of the lubricating oil flow path 8 from the oil separator 7 to the expander 3, and includes a variable throttle valve 90 and a temperature sensitive cylinder 91 as a working fluid pressure detection means. And a connecting pipe 92 for fluidly connecting them.

可変絞り弁９０は、潤滑油流通室９４を内部に形成する略円筒状の弁ハウジング９３と、弁ハウジング９３の頂部に結合されたダイヤフラム９５と、ダイヤフラム９５を弁ハウジング９３との間で挟持して固定するとともにダイヤフラム９５の上部に制御圧力室９６を形成するドーム形の蓋９７と、可変絞り部９８とを具備しており、前記可変絞り部９８は、円形の弁口１０１と、前記弁口１０１を取り囲む略円錐状の弁座１０２と、ステム１０３を介してダイヤフラム９５の図の下面に接続されて弁座１０２の下方に配置された球状の弁体１０４とから構成される。 The variable throttle valve 90 includes a substantially cylindrical valve housing 93 that forms a lubricating oil flow chamber 94 therein, a diaphragm 95 coupled to the top of the valve housing 93, and the diaphragm 95 sandwiched between the valve housing 93. And a dome-shaped lid 97 that forms a control pressure chamber 96 in the upper part of the diaphragm 95, and a variable throttle part 98. The variable throttle part 98 includes a circular valve port 101, the valve A substantially conical valve seat 102 that surrounds the mouth 101 and a spherical valve body 104 that is connected to the lower surface of the diaphragm 95 via a stem 103 and is disposed below the valve seat 102.

また、可変絞り弁９０は、底面の潤滑油流入ポート９９及び外周面上部の潤滑油吐出ポート１０５に加えてさらに、弁口１０１が弁体１０４によって閉鎖されているときでも所定の最少量の潤滑油の流通を可能にするように形成されたバイパス通路１０６を弁ハウジング９３に備え、接続管路９２の一端が接続される制御流体ポート１０７を蓋９７に備えている。したがって、可変絞り弁９０の制御圧力室９６が接続管路９２によって感温筒９１に流体接続される。 Further, the variable throttle valve 90 has a predetermined minimum amount of lubrication even when the valve port 101 is closed by the valve body 104 in addition to the lubricating oil inflow port 99 on the bottom surface and the lubricating oil discharge port 105 on the upper peripheral surface. The valve housing 93 is provided with a bypass passage 106 formed to allow oil to flow, and the control fluid port 107 to which one end of the connection pipe 92 is connected is provided in the lid 97. Therefore, the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90 is fluidly connected to the temperature sensitive cylinder 91 by the connection pipe 92.

感温筒９１は、熱伝導率の高い金属から円筒状に形成されている。感温筒９１及び接続管路９２及び可変絞り弁９０の制御圧力室９６の中に、作動流体と同じ種類の流体からなる制御流体が気液混合状態で封入されている。制御流体は感温筒９１に気液混合状態で、接続管路９２及び可変絞り弁９０の制御圧力室９６の中に気相状態で封入されていることが望ましい。 The temperature sensing cylinder 91 is formed in a cylindrical shape from a metal having high thermal conductivity. A control fluid made of the same type of fluid as the working fluid is sealed in a gas-liquid mixed state in the temperature sensing cylinder 91, the connecting pipe 92, and the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90. It is desirable that the control fluid is sealed in the gas-liquid mixture in the temperature sensing tube 91 and in the control pressure chamber 96 of the connection line 92 and the variable throttle valve 90.

本実施形態では、感温筒９１は、膨張機３で膨張される作動流体の比較的高温の吸入側温度と比較的低温の吐出側温度の中間の温度を検出するために、膨張機３の固定スクロール３１の上面の中心と外縁部との中間に取付けられている。 In the present embodiment, the temperature sensing cylinder 91 detects the intermediate temperature between the relatively high temperature suction side temperature and the relatively low temperature discharge side temperature of the working fluid expanded by the expander 3. The fixed scroll 31 is attached between the center of the upper surface and the outer edge.

可変絞り装置９はこのように構成されているので、可変絞り弁９０の制御圧力室９６には感温筒９１内の制御流体の前記中間の温度に対応する圧力が作用し、潤滑油流通室９４には潤滑油の圧力が作用する。可変絞り弁９０の開度は、弁口１０１の下側に位置する弁体１０４がダイヤフラム９５と連動して図の上下に移動するので、ダイヤフラム９５の下面に作用する潤滑油の圧力と、ダイヤフラム９５の上面に作用する制御流体の圧力との差圧により定まる。また、弁体１０４が弁口１０１の下側に位置しているので、制御流体の圧力の増大応じて、ダイヤフラム９５の下面に作用する潤滑油の圧力の増大が生じ、制御流体の圧力の低下応じて、潤滑油の圧力の低下が生じる。 Since the variable throttle device 9 is configured in this way, a pressure corresponding to the intermediate temperature of the control fluid in the temperature sensing cylinder 91 acts on the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90, and the lubricating oil circulation chamber. The pressure of the lubricating oil acts on 94. The opening degree of the variable throttle valve 90 is such that the valve body 104 positioned below the valve port 101 moves up and down in the drawing in conjunction with the diaphragm 95, so that the pressure of the lubricating oil acting on the lower surface of the diaphragm 95 and the diaphragm It is determined by the differential pressure with the pressure of the control fluid acting on the upper surface of 95. Further, since the valve body 104 is positioned below the valve port 101, the pressure of the lubricating oil acting on the lower surface of the diaphragm 95 increases with the increase of the pressure of the control fluid, and the pressure of the control fluid decreases. Accordingly, the pressure of the lubricating oil is reduced.

ランキンサイクルが作動して、作動流体が作動流体管路５を流通すると、作動流体は蒸発器２の下流側に設けられた油分離器７により、混入していた潤滑油が作動流体から分離される。分離された潤滑油は、油分離器７内の比較的高い圧力と膨張機３内の要潤滑部の比較的低い圧力との間の圧力差に基づいて、第１潤滑油流路８１から、可変絞り弁９０、及び第２潤滑油流路８２を経由して膨張機３の潤滑油流入ポート３８から膨張機３内へ流入し、膨張機３内の潤滑油内部通路８３を介して軸受部或いは摺動部等の要潤滑部へ流入しそこを潤滑した後、作動流体に合流して、作動流体と共に吐出ポート３７から膨張機３の外へ流出する。 When the Rankine cycle is activated and the working fluid flows through the working fluid pipe 5, the working fluid is separated from the working fluid by the oil separator 7 provided on the downstream side of the evaporator 2. The Based on the pressure difference between the relatively high pressure in the oil separator 7 and the relatively low pressure of the lubrication required portion in the expander 3, the separated lubricating oil is extracted from the first lubricating oil passage 81. It flows into the expander 3 from the lubricating oil inflow port 38 of the expander 3 via the variable throttle valve 90 and the second lubricant flow passage 82, and the bearing portion via the lubricant internal passage 83 in the expander 3. Or after flowing into a lubrication required part, such as a sliding part, and lubricating there, it merges with a working fluid and flows out of the expander 3 from the discharge port 37 with a working fluid.

膨張機３内の潤滑油内部通路８３には固定絞り（図示せず）が設けられているので、潤滑油がそこを通るときに減圧されるため可変絞り弁９０の下流側の第２潤滑油流路８２内の圧力は中間圧、即ち油分離器７における高圧力と膨張機吐出口における低圧力との間の中間圧となっている。前記固定絞りの流路抵抗はほぼ一定であるので、前記中間圧と前記低圧力との間の差圧がほぼ一定になるように可変絞り弁９０によって制御すれば、膨張機３に流入する作動流体の圧力の変化に拘わらずほぼ一定の潤滑油量を要潤滑部に常に供給することが可能になる。 Since the lubricating oil internal passage 83 in the expander 3 is provided with a fixed throttle (not shown), the second lubricating oil on the downstream side of the variable throttle valve 90 because the pressure is reduced when the lubricating oil passes therethrough. The pressure in the flow path 82 is an intermediate pressure, that is, an intermediate pressure between a high pressure in the oil separator 7 and a low pressure at the expander discharge port. Since the flow resistance of the fixed throttle is substantially constant, if the variable throttle valve 90 is controlled so that the differential pressure between the intermediate pressure and the low pressure is substantially constant, the flow into the expander 3 is controlled. Regardless of the change in the pressure of the fluid, it is possible to always supply a substantially constant amount of lubricating oil to the lubrication required portion.

本実施形態の可変絞り弁９０は、ダイヤフラム９５の下面にステム１０３により接続された球形の弁体１０４が弁口１０１の下方に位置しているので、膨張機３へ流入する作動流体の温度が上昇し、その結果、前記中間の温度を検知する感温筒９１内及び従って可変絞り弁９０の制御圧力室９６内の制御流体の圧力が上昇すると、可変絞り弁９０の弁開度が増大してダイヤフラム９５の下面に作用する潤滑油の前記中間の圧力も上昇する。反対に、膨張機３へ流入する作動流体の温度が低下すると、逆の作用により、ダイヤフラム９５の下面に作用する潤滑油の前記中間の圧力も低下する。その結果、潤滑油の中間の圧力と膨張機３の吐出側の低圧力との間の差圧をほぼ一定に制御することが可能になる。 In the variable throttle valve 90 of the present embodiment, since the spherical valve body 104 connected to the lower surface of the diaphragm 95 by the stem 103 is located below the valve port 101, the temperature of the working fluid flowing into the expander 3 is As a result, when the pressure of the control fluid in the temperature sensing cylinder 91 for detecting the intermediate temperature and thus in the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90 increases, the valve opening of the variable throttle valve 90 increases. Thus, the intermediate pressure of the lubricating oil acting on the lower surface of the diaphragm 95 also increases. On the contrary, when the temperature of the working fluid flowing into the expander 3 is lowered, the intermediate pressure of the lubricating oil acting on the lower surface of the diaphragm 95 is also lowered due to the reverse action. As a result, the differential pressure between the intermediate pressure of the lubricating oil and the low pressure on the discharge side of the expander 3 can be controlled to be substantially constant.

また、本実施形態の可変絞り弁９０は、膨張機３の作動流体の圧力が所定の圧力以下になった場合には、弁口１０１は弁体１０４により閉鎖されるが、バイパス通路１０６が設けられているので、そこを通して一定量の潤滑油が流通することが可能である。このように、可変絞り弁９０は、膨張機３の作動流体の圧力が所定の圧力以下になった場合には、前述の制御を行うことはなく、最小限の潤滑油を供給する固定絞りとして働く。 Further, in the variable throttle valve 90 of the present embodiment, when the pressure of the working fluid of the expander 3 becomes a predetermined pressure or less, the valve port 101 is closed by the valve body 104, but the bypass passage 106 is provided. Therefore, a certain amount of lubricating oil can be circulated therethrough. Thus, when the pressure of the working fluid of the expander 3 becomes equal to or lower than the predetermined pressure, the variable throttle valve 90 does not perform the above-described control and serves as a fixed throttle that supplies a minimum amount of lubricating oil. work.

次に、本発明の第２の実施形態によるランキンサイクル装置について、図３及び図４を参照して以下に説明する。第２の実施形態によるランキンサイクル装置は、その可変絞り装置２０９が、圧力検出手段として感温筒９１に代えて直接的圧力検出手段２９１を具備することにおいて第１の実施形態の場合と異なっているが、その他の構成は図３に示されるようにほとんど同様である。したがって、その異なっている部分を主に以下に説明する。 Next, a Rankine cycle device according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The Rankine cycle device according to the second embodiment differs from that of the first embodiment in that the variable throttle device 209 includes a direct pressure detection means 291 instead of the temperature sensitive cylinder 91 as a pressure detection means. However, other configurations are almost the same as shown in FIG. Therefore, the differences will be mainly described below.

第２の実施形態における可変絞り装置２０９は、可変絞り弁９０と、直接的圧力検出手段２９１と、それらを流体接続する接続管路９２とを具備している。 The variable throttle device 209 according to the second embodiment includes a variable throttle valve 90, a direct pressure detection unit 291 and a connection pipe line 92 that fluidly connects them.

直接的圧力検出手段２９１は、膨張機の固定スクロール３に形成されたシリンダ室２９２と、このシリンダ室２９２内に摺動可能に配設されたピストン２９３とを具備している。シリンダ室２９２はピストン２９３によって図の下側の第１室２９２ａと上側の第２室２９２ｂに区画されている。第１室２９２ａは、膨張機３の膨張室３４に流体連通されており、したがって第１室２９２ａには膨張室３４の作動流体の圧力が作用する。本実施形態では、第１室２９２ａに作用する圧力が、作動流体の流入圧力と吐出圧力との間の中間の圧力であるように、第１室２９２ａは、膨張室３４の半径方向のほぼ中間の部位と流体連通している。 The direct pressure detection means 291 includes a cylinder chamber 292 formed in the fixed scroll 3 of the expander, and a piston 293 slidably disposed in the cylinder chamber 292. The cylinder chamber 292 is partitioned by a piston 293 into a lower first chamber 292a and an upper second chamber 292b. The first chamber 292a is in fluid communication with the expansion chamber 34 of the expander 3, so that the pressure of the working fluid in the expansion chamber 34 acts on the first chamber 292a. In the present embodiment, the first chamber 292a is substantially in the radial direction of the expansion chamber 34 so that the pressure acting on the first chamber 292a is an intermediate pressure between the inflow pressure and the discharge pressure of the working fluid. In fluid communication with the site of

一方、直接的圧力検出手段２９１の第２室２９２ｂは接続管路９２を介して可変絞り弁９０の制御圧力室９６に流体連通されている。第２室２９２ｂ及び接続管路９２及び制御圧力室９６内には制御流体として非圧縮性流体である油圧油が封入されている。 On the other hand, the second chamber 292 b of the direct pressure detection means 291 is in fluid communication with the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90 via the connection pipe line 92. The second chamber 292b, the connecting pipe line 92, and the control pressure chamber 96 are filled with hydraulic oil that is an incompressible fluid as a control fluid.

可変絞り装置２０９はこのように構成されているので、直接的圧力検出手段２９１のピストン２９３の第１室２９２ａ側の端面に作用する膨張室３４内の作動流体の流入圧力と吐出圧力との間の中間の圧力が、油圧油を介して可変絞り弁９０の制御圧力室９６内に伝達される。その結果、第２の実施形態でも、作動流体の圧力を伝える制御流体の圧力の増大応じて、可変絞り弁９０のダイヤフラム９５の下面に作用する潤滑油の圧力の増大が生じ、制御流体の圧力の低下応じて、潤滑油の圧力の低下が生じる。 Since the variable throttle device 209 is configured as described above, it is between the inflow pressure and the discharge pressure of the working fluid in the expansion chamber 34 that acts on the end surface of the piston 293 of the direct pressure detection means 291 on the first chamber 292a side. Is transmitted into the control pressure chamber 96 of the variable throttle valve 90 via hydraulic oil. As a result, also in the second embodiment, the pressure of the lubricating oil acting on the lower surface of the diaphragm 95 of the variable throttle valve 90 increases in accordance with the increase in the pressure of the control fluid that transmits the pressure of the working fluid. As the pressure decreases, the pressure of the lubricating oil decreases.

その他の実施形態
第１の実施形態においては、感温筒９１は膨張機３の固定スクロール３１の上面に取付けられたが、感温筒９１は、作動流体の吸入側温度と吐出側温度の中間温度を検出可能な構成であればどこに取付けられてもよく、例えば図５に示されるように、膨張機３へ至る作動流体管路５に取り付けられてもよい。ただしこの場合、作動流体管路５の表面と感温筒９１との間に温度補償用の熱抵抗部材９１ａが挿入される。この熱抵抗部材９１ａは、感温筒９１が膨張機３の流入口より上流の作動流体管路５に取付けられているにもかかわらず前記中間温度を示すようにその厚さ及び材質が決定されている。また、このような熱抵抗部材９１ａを用いないで、感温筒９１自体の厚さを厚くするか或いは低熱伝導率の材料を選択する等によって作動流体管路５の表面と感温筒９１内の流体までの熱抵抗を調整してもよい。 Other Embodiments In the first embodiment, the temperature sensing cylinder 91 is attached to the upper surface of the fixed scroll 31 of the expander 3, but the temperature sensing cylinder 91 is intermediate between the suction side temperature and the discharge side temperature of the working fluid. It may be attached anywhere as long as the temperature can be detected. For example, as shown in FIG. 5, it may be attached to the working fluid line 5 leading to the expander 3. However, in this case, a thermal resistance member 91 a for temperature compensation is inserted between the surface of the working fluid pipe 5 and the temperature sensing cylinder 91. The thickness and material of the heat resistance member 91a are determined so as to show the intermediate temperature even though the temperature sensing cylinder 91 is attached to the working fluid pipe 5 upstream from the inlet of the expander 3. ing. Further, without using such a heat resistance member 91a, the surface of the working fluid pipe line 5 and the inside of the temperature sensing cylinder 91 can be obtained by increasing the thickness of the temperature sensing cylinder 91 itself or selecting a material having low thermal conductivity. The thermal resistance up to the fluid may be adjusted.

第１及び第２の実施形態において、可変絞り弁９０は、弁口１０１が弁体１０４により閉鎖された場合でも所定の最少量の潤滑油の流通を可能にするためにバイパス通路１０６を有していたが、このようなバイパス通路１０６に代えて、可変絞り弁９０が、図６に示されるような、ストッパ１０８を有することも可能である。このストッパ１０８は、弁体１０４が弁座１０２に接触するのを阻止するように、弁座１０２から弁口１０１の中心側に向かって突出している。 In the first and second embodiments, the variable throttle valve 90 has a bypass passage 106 to allow a predetermined minimum amount of lubricating oil to flow even when the valve port 101 is closed by the valve body 104. However, instead of such a bypass passage 106, the variable throttle valve 90 may have a stopper 108 as shown in FIG. The stopper 108 protrudes from the valve seat 102 toward the center of the valve port 101 so as to prevent the valve body 104 from contacting the valve seat 102.

第１及び第２の実施形態において、可変絞り弁９０はダイヤフラム９５を利用したものであったが、可変絞り弁が、ダイヤフラムに代えて、シリンダ室内に摺動可能に配設されたピストンを利用するタイプのものであってもよい。この場合ピストンの一方の端面に制御圧力室の圧力が作用し、他方の端面に潤滑油流通室の圧力が作用する。 In the first and second embodiments, the variable throttle valve 90 uses the diaphragm 95. However, the variable throttle valve uses a piston slidably disposed in the cylinder chamber instead of the diaphragm. It may be of the type to do. In this case, the pressure of the control pressure chamber acts on one end face of the piston, and the pressure of the lubricating oil circulation chamber acts on the other end face.

１ポンプ
２蒸発器
３膨張機
４凝縮器
５作動流体管路
７油分離器
８潤滑油流路
９可変絞り装置
９０可変絞り弁
９１作動流体圧力検知手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump 2 Evaporator 3 Expander 4 Condenser 5 Working fluid line 7 Oil separator 8 Lubricating oil flow path 9 Variable throttle device 90 Variable throttle valve 91 Working fluid pressure detection means

Claims

作動流体を圧送するポンプ（１）と、
作動流体を加熱する蒸発器（２）と、
作動流体を膨張させて動力を取り出す膨張機（３）と、
作動流体を冷却する凝縮器（４）と、
前記ポンプ（１）、蒸発器（２）、膨張機（３）、及び凝縮器（４）を接続して作動流体の循環路を形成する作動流体管路（５）と、
前記蒸発器（２）から前記膨張機（３）へ至る作動流体管路（５）の途中に配設されて、作動流体から潤滑油を分離する油分離器（７）と、
前記油分離器（７）から前記膨張機（３）の要潤滑部へ延びる潤滑油流路（８）と、
前記潤滑油流路（８）の途中に設けられた可変絞り弁（９０）、及び膨張機（３）における作動流体の圧力を検知する作動流体圧力検知手段（９１，２９１）を有する可変絞り装置（９、２０９）と、
前記可変絞り弁（９０）よりも下流の前記潤滑油流路（８）に、前記可変絞り弁（９０）に対して直列に設けられた固定絞り部と、を具備するランキンサイクル装置であって、
前記可変絞り装置（９、２０９）が、検知した作動流体の圧力に基づいて、前記可変絞り弁（９０）の出口側の潤滑油圧力と作動流体の前記膨張機（３）における吐出側の低圧力との間の差圧が一定になるように、前記出口側の潤滑油圧力を制御することを特徴とする、ランキンサイクル装置。 A pump (1) for pumping the working fluid;
An evaporator (2) for heating the working fluid;
An expander (3) that expands the working fluid and extracts power;
A condenser (4) for cooling the working fluid;
A working fluid line (5) connecting the pump (1), the evaporator (2), the expander (3), and the condenser (4) to form a circulation path of the working fluid;
An oil separator (7) disposed in the middle of the working fluid line (5) from the evaporator (2) to the expander (3) for separating lubricating oil from the working fluid;
A lubricating oil flow path (8) extending from the oil separator (7) to a lubrication required portion of the expander (3);
A variable throttle device having a variable throttle valve (90) provided in the middle of the lubricating oil passage (8) and a working fluid pressure detecting means (91, 291) for detecting the pressure of the working fluid in the expander (3). (9,209),
A Rankine cycle device comprising: a fixed throttle portion provided in series with the variable throttle valve (90) in the lubricating oil flow path (8) downstream of the variable throttle valve (90). ,
Based on the pressure of the working fluid detected by the variable throttle device (9, 209), the lubricating oil pressure on the outlet side of the variable throttle valve (90) and the low pressure on the discharge side of the working fluid in the expander (3) are reduced. The Rankine cycle device, wherein the outlet side lubricating oil pressure is controlled so that a differential pressure between the pressure and the pressure is constant.

前記作動流体圧力検知手段（９１）が感温筒（９１）から構成され、
前記可変絞り弁（９０）は、ダイヤフラム（９５）と、前記ダイヤフラム（９５）の一方の側に設けられた制御圧力室（９６）及び他方の側に設けられた潤滑油流通室（９４）とを有しており、
前記感温筒（９１）は、作動流体と同種の流体である制御流体が気液混合状態で封入されていて、前記膨張機（３）における作動流体の入口温度と出口温度との間の中間温度を検知するように配置されるとともに、前記可変絞り弁（９０）の前記制御圧力室（９６）に前記制御流体を介して流体連通されており、
前記可変絞り弁（９０）は、前記ダイヤフラム（９５）の一方の側面に作用する制御流体の圧力と他方の側面に作用する潤滑油の圧力との差圧に応じて、該可変絞り弁の開度を調節する、請求項１に記載のランキンサイクル装置。 The working fluid pressure detection means (91) comprises a temperature sensing tube (91),
The variable throttle valve (90) includes a diaphragm (95), a control pressure chamber (96) provided on one side of the diaphragm (95), and a lubricating oil circulation chamber (94) provided on the other side. Have
The temperature sensing cylinder (91) is filled with a control fluid that is the same type of fluid as the working fluid in a gas-liquid mixed state, and is intermediate between the inlet temperature and the outlet temperature of the working fluid in the expander (3). Arranged to detect temperature, and in fluid communication with the control pressure chamber (96) of the variable throttle valve (90) via the control fluid;
The variable throttle valve (90) opens the variable throttle valve according to a differential pressure between the pressure of the control fluid acting on one side surface of the diaphragm (95) and the pressure of the lubricating oil acting on the other side surface. The Rankine cycle apparatus according to claim 1, wherein the degree is adjusted.

前記作動流体圧力検知手段（２９１）が直接的圧力検知手段（２９１）から構成され、
前記直接的圧力検知手段（２９１）は、シリンダ室（２９２）と、前記シリンダ室（２９２）内に摺動可能に配設されたピストン（２９３）と、を具備しており、
前記シリンダ室（２９２）が前記ピストン（２９３）により第１室（２９２ａ）と第２室（２９２ｂ）とに区画され、前記第１室（２９２ａ）は、前記膨張機（３）における作動流体の流入圧力と吐出圧力との間の中間の圧力が作用するように前記膨張機（３）の膨張室（３４）に流体連通され、前記第２室（２９２ｂ）は前記中間の圧力を前記可変絞り弁（９０）の前記制御圧力室（９６）に伝えるために非圧縮性の制御流体を介して前記制御圧力室（９６）に流体連通されており、
前記可変絞り弁（９０）は、前記ダイヤフラム（９５）の一方の側面に作用する制御流体の圧力と他方の側面に作用する潤滑油の圧力との差圧に応じて該可変絞り弁の開度を調節する、請求項１に記載のランキンサイクル装置。 The working fluid pressure detection means (291) comprises direct pressure detection means (291),
The direct pressure detection means (291) includes a cylinder chamber (292) and a piston (293) slidably disposed in the cylinder chamber (292).
The cylinder chamber (292) is partitioned into a first chamber (292a) and a second chamber (292b) by the piston (293), and the first chamber (292a) is used for working fluid in the expander (3). The intermediate chamber is in fluid communication with the expansion chamber (34) of the expander (3) so that an intermediate pressure between the inflow pressure and the discharge pressure acts, and the second chamber (292b) reduces the intermediate pressure to the variable throttle. In fluid communication with the control pressure chamber (96) via an incompressible control fluid to communicate to the control pressure chamber (96) of a valve (90);
The variable throttle valve (90) has an opening degree of the variable throttle valve according to a differential pressure between the pressure of the control fluid acting on one side surface of the diaphragm (95) and the pressure of the lubricating oil acting on the other side surface. The Rankine cycle apparatus according to claim 1, wherein

前記可変絞り弁（９０）は、前記制御圧力室（９６）に作用する圧力が所定の値以下の場合に、一定の最少の開度を維持する固定絞りとして働く、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。 The variable throttle valve (90) serves as a fixed throttle that maintains a certain minimum opening degree when a pressure acting on the control pressure chamber (96) is a predetermined value or less. The Rankine cycle apparatus according to claim 1.