ランキンサイクル装置
【課題】可動スクロールに背圧力を作用させて膨張室の密閉性を高めつつ機械的エネルギーの出力効率の低下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。
【解決手段】ランキンサイクル装置６０において、膨張部４０は、固定スクロール４６、及び可動スクロール４４を備えるとともに、可動スクロール４４の背面４４ｃ側に背圧室５１を備える。膨張部４０は、駆動軸２１の軸方向に沿って可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるための背圧力を発生させるために、背圧室５１より高圧領域から背圧室５１に作動流体を導入するための導入路５４を備える。そして、高圧領域は、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの領域である貯留部５３となっている。
【解決手段】ランキンサイクル装置６０において、膨張部４０は、固定スクロール４６、及び可動スクロール４４を備えるとともに、可動スクロール４４の背面４４ｃ側に背圧室５１を備える。膨張部４０は、駆動軸２１の軸方向に沿って可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるための背圧力を発生させるために、背圧室５１より高圧領域から背圧室５１に作動流体を導入するための導入路５４を備える。そして、高圧領域は、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの領域である貯留部５３となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体を吐出するポンプと、ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクル装置に用いられるスクロール式の膨張部は、駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールと、ハウジングに固定された固定スクロールとを備える。可動スクロールの可動側端板には可動側渦巻壁が立設されるとともに、固定スクロールの固定側端板には固定側渦巻壁が立設され、可動側渦巻壁と固定側渦巻壁との間には、膨張室が区画形成されている。そして、熱交換器で熱エネルギーを得た作動流体は、膨張部の吸入室に導入された後、膨張室に導入されて膨張し、この作動流体の膨張による可動スクロールの旋回に伴い機械的エネルギー（駆動力）が出力される。
【０００３】
ランキンサイクル装置において、スクロール式の膨張部での機械的エネルギーの出力効率を高めるには、作動流体を膨張室で効率良く膨張させることが重要であり、このためには、作動流体が膨張室から漏れないようにすること（密閉性）が重要である。スクロール式の膨張部において、膨張室の密閉性を高めるようにした技術としては、例えば特許文献１が挙げられる。
【０００４】
特許文献１においては、可動側端板の背面側（固定スクロールに対向する面とは反対側の面側）に区画された背圧室に背圧を導入することで、可動スクロールの背面に背圧力を作用させ、この背圧力により、駆動軸の軸方向に沿って可動スクロールを固定スクロールに押し付けている。その結果、可動側渦巻壁の先端が、固定側端板に押し付けられるとともに、可動側端板が固定側渦巻壁の先端に押し付けられ、膨張室の密閉性が高められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１８４５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１においては、背圧力は、膨張室に導入された作動流体を、ガス通路を経由して背圧室に導入することにより発生させている。このため、背圧室に導入された作動流体の持つ熱エネルギーは機械的エネルギーを出力させるために使用されておらず、ランキンサイクル装置としては、膨張室の密閉性を高めながらも、熱エネルギーから機械的エネルギーへの変換ロスが発生し、機械的エネルギーの出力効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、可動スクロールに背圧力を作用させて膨張室の密閉性を高めつつ機械的エネルギーの出力効率の低下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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器と、前記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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に関する。そして、前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備える。さらに、膨張部は、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えており、前記高圧領域は、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの領域である。
【０００９】
この発明によれば、背圧力を発生させるため、背圧室に導入される作動流体は、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体である。この領域に存在する作動流体は、熱交換器で熱エネルギーを受け取る前の作動流体である。このため、背圧室には、熱交換器で熱エネルギーを受け取った作動流体は導入されないのである。よって、本発明では、熱エネルギーを受け取った作動流体を、背圧力を発生させるために用いる場合のような、熱エネルギーから機械的エネルギーへの変換ロスが生じない。その結果、熱交換器で作動流体が受け取った熱エネルギーは、全て膨張部での機械的エネルギーの変換に用いられる。したがって、背圧力によって可動スクロールを固定スクロールに押し付け、膨張室の密閉性を高める構成としても、機械的エネルギーの出力効率が低下することがない。
【００１０】
また、前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備えていてもよい。
これによれば、背圧力を発生させるため、背圧室に導入される作動流体は、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体であり、この領域に存在する作動流体は、液状である。そして、この液状の作動流体は、導入通路を流れる際、熱交換部との熱交換により気化される。したがって、背圧室には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室内で駆動軸と共に回転部材が回転しても、背圧室の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
また、前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位であってもよい。
これによれば、膨張部は、廃熱源からの熱を受け取った高温の作動流体によって加熱されている。よって、膨張部を用いて作動流体を気化することができ、新たに部品を追加することなく作動流体を気化することができる。
【００１２】
また、前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材であってもよい。
これによれば、熱交換部材を用いることで、その熱交換部材に熱交換率を高めるための構成を付加することができ、作動流体同士の熱交換面積を適宜設定して、作動流体を効率良く気化させることができる。
【００１３】
また、前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられていてもよい。
これによれば、背圧室と低圧領域との差圧を導入側差圧調整機構により適正値に調整することができるため、可動スクロールの押し付け力を安定させることができる。
【００１４】
また、前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられていてもよい。
【００１５】
これによれば、背圧室と低圧領域との差圧を導出側差圧調整機構により適正値に調整することができるため、可動スクロールの押し付け力を安定させることができる。
また、前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられていてもよい。
【００１６】
これによれば、複合流体機械を短くすることができる。
また、前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられていてもよい。
【００１７】
これによれば、例えば、ポンプと膨張部とを別体に分け、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体をハウジング外で配管を介して背圧室に導入するようにする場合と比べると、配管が必要無いことから、ランキンサイクル装置の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００１８】
また、前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されていてもよい。
これによれば、ポンプと膨張部の間の距離を短くすることができる。その結果、導入手段の長さも短くすることができ、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体を背圧室に速やかに導入することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、可動スクロールに背圧力を作用させて膨張室の密閉性を高めつつ機械的エネルギーの出力効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は第１の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図、（ｂ）は導入路を示す拡大図、（ｃ）は導出路を示す拡大図。
【図２】ギヤポンプを示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】第２の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図４】第３の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図５】第４の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図６】（ａ）は導入通路の入口付近を拡大して示す図、（ｂ）は導入通路の出口付近を拡大して示す図、（ｃ）はプレート及び気化通路を示す平面図。
【図７】（ａ）は第５の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図、（ｂ）は導入通路の出口付近を拡大して示す図、（ｃ）は導入通路の入口付近を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、複合流体機械１１のハウジング１２は、筒状をなすセンタハウジング１３と、このセンタハウジング１３の一端（図１では左端）に接合されたフロントハウジング１４と、センタハウジング１３の他端（図１では右端）に接合されたリヤハウジング１５と、から形成されている。センタハウジング１３の内周面には、センタハウジング１３内に向けて延びる仕切壁１３ａが形成されるとともに、この仕切壁１３ａによってハウジング１２内が２つの空間に仕切られている。
【００２２】
ハウジング１２において、仕切壁１３ａとフロントハウジング１４との間の空間には、回転電機としてのモータ・ジェネレータ２０が収容されるとともに、仕切壁１３ａとリヤハウジング１５との間の空間には、支持ブロック２５及び膨張部４０が収容されている。
【００２３】
モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１は、フロントハウジング１４、仕切壁１３ａ、及び支持ブロック２５に支持された軸受１６によって回転可能に支持されている。駆動軸２１には、モータロータ２０ａが駆動軸２１と一体回転可能に固定されている。また、センタハウジング１３の内周面には、ステータ２０ｂがモータロータ２０ａを取り囲むように固定されている。
【００２４】
そして、モータ・ジェネレータ２０は、ステータ２０ｂのコイル２０ｃへの通電によりモータロータ２０ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ２０ａが回転されることでステータ２０ｂのコイル２０ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。なお、モータ・ジェネレータ２０にはインバータ２２を介してバッテリ２３が接続されるとともに、モータ・ジェネレータ２０で生じた電力はインバータ２２を介してバッテリ２３に蓄電されるようになっている。
【００２５】
仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側（図１では右側）の面には、駆動軸２１を取り囲むように長円状の凹部１３ｃが形成されている。そして、仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側の面にサイドプレート１７が固着されることにより、凹部１３ｃが閉鎖されて仕切壁１３ａとサイドプレート１７との間にポンプ室１８が区画されている。また、図２に示すように、ポンプ室１８には従動ギヤ１９が収容されるとともに、仕切壁１３ａとサイドプレート１７には、従動ギヤ１９の軸部１９ａが回転可能に支持されている。また、ポンプ室１８内には、駆動軸２１に取着された主動ギヤ２１ａが収容されている。そして、ポンプ室１８では、従動ギヤ１９と主動ギヤ２１ａとが互いに噛み合わされた状態で配設されるとともに、ポンプ室１８と、従動ギヤ１９と、主動ギヤ２１ａとからギヤポンプ３０が形成されている。
【００２６】
仕切壁１３ａにおけるポンプ室１８より下側には、吸入通路１３ｄが形成されている。この吸入通路１３ｄは、一端がセンタハウジング１３の外面（下面）に開口するとともに、他端がポンプ室１８に連通するように形成されている。また、仕切壁１３ａにおけるポンプ室１８より上側には、吐出通路１３ｅが形成されている。この吐出通路１３ｅは、一端がポンプ室１８に連通するとともに、他端がサイドプレート１７の周縁を越えて仕切壁１３ａの端面に開口している。
【００２７】
図１に示すように、仕切壁１３ａとリヤハウジング１５との間の空間には、上述のように支持ブロック２５が固設されるとともに、支持ブロック２５とリヤハウジング１５の間にスクロール式の膨張部４０が設けられている。駆動軸２１は支持ブロック２５を貫通するとともに、支持ブロック２５の内周面にはＯリング製の軸シール２８が装着されている。この軸シール２８により、駆動軸２１の周面と支持ブロック２５の内周面との間がシールされている。
【００２８】
支持ブロック２５を貫通した駆動軸２１の先端には、駆動軸２１の中心軸Ｌに対して偏心した位置に偏心軸４１が設けられるとともに、偏心軸４１は駆動軸２１の回転により中心軸Ｌの周りを公転するようになっている。偏心軸４１にはブッシュ４２が固定されるとともに、ブッシュ４２は偏心軸４１と共に中心軸Ｌの周りを公転するようになっている。このブッシュ４２には軸受４３を介して可動スクロール４４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト４５が固定されている。
【００２９】
可動スクロール４４は、軸受４３に支持された円盤状をなす可動側端板４４ａと、この可動側端板４４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁４４ｂとからなる。また、支持ブロック２５のリヤハウジング１５側には、固定スクロール４６が可動スクロール４４と対向するように固設されるとともに、支持ブロック２５と固定スクロール４６の対向する端面の間には、環状をなすプレート４９が介装されている。
【００３０】
そして、支持ブロック２５と固定スクロール４６との間に可動スクロール４４が配設されるとともに、可動スクロール４４はプレート４９の内側で旋回可能になっている。また、可動スクロール４４の外周部において、プレート４９に対向する端面には、Ｏリングよりなるシール部材５２が装着されるとともに、このシール部材５２によってプレート４９と可動スクロール４４との間がシールされている。
【００３１】
そして、可動スクロール４４において、シール部材５２より内周側と、支持ブロック２５の内側によって囲まれる空間により背圧室５１が区画されている。この背圧室５１は、可動スクロール４４に設けられたシール部材５２と、支持ブロック２５に設けられた軸シール２８とによって気密にシールされている。そして、可動スクロール４４において、固定スクロール４６への対向面と反対側の面（支持ブロック２５側の面）であり、背圧室５１に露出する面が背面４４ｃとなっている。
【００３２】
固定スクロール４６は、円盤状をなす固定側端板４６ａと、この固定側端板４６ａから可動スクロール４４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁４６ｂとを一体に備えている。そして、可動スクロール４４の可動側渦巻壁４４ｂと、固定スクロール４６の固定側渦巻壁４６ｂとは互いに噛み合わされ、可動スクロール４４と固定スクロール４６の間に容積変更可能な膨張室４７が区画される。
【００３３】
また、固定スクロール４６における固定側端板４６ａの中央部には吸入口４６ｃが形成されている。固定側端板４６ａとリヤハウジング１５との間には、吸入室４８が区画されるとともに、この吸入室４８には吸入口４６ｃを介して膨張前の膨張室４７に連通している。また、リヤハウジング１５には、吸入室４８に連通する吸入ポート１５ａが形成されている。さらに、固定スクロール４６の内周面と、可動スクロール４４における可動側渦巻壁４４ｂの最外周面との間、及び吸入室４８の外周側には吐出室５０が区画形成されるとともに、センタハウジング１３には吐出室５０に連通する吐出ポート１３ｇが形成されている。
【００３４】
複合流体機械１１において、センタハウジング１３の内周面と、サイドプレート１７と、支持ブロック２５との間には、貯留部５３が区画されている。この貯留部５３は、駆動軸２１を取り囲むように環状に形成されている。また、貯留部５３は、仕切壁１３ａに形成された吐出通路１３ｅを介して、ポンプ室１８に連通している。このため、ギヤポンプ３０のポンプ作用によって、ポンプ室１８から吐出通路１３ｅに吐出された高圧の作動流体は、吐出通路１３ｅを介して貯留部５３へ吐出されるようになっている。そして、貯留部５３の圧力は、背圧室５１の圧力よりも高い高圧領域となっている。また、センタハウジング１３の上部には、貯留部５３に連通する吐出孔１３ｈが形成されている。そして、貯留部５３へ吐出された作動流体は、吐出孔１３ｈを介して後述するランキンサイクル装置６０の熱交換器６２へ導出されるようになっている。
【００３５】
次に、上記複合流体機械１１が組み込まれたランキンサイクル装置６０について説明する。図１（ａ）に示すように、貯留部５３に連通する吐出孔１３ｈには第１流路６０ａを介して熱交換器６２の吸熱器６２ａが接続されている。熱交換器６２は、吸熱器６２ａに加え放熱器６２ｂを備える。この放熱器６２ｂは、排熱源としてのエンジン６４に接続された冷却水循環経路６５上に設けられている。冷却水循環経路６５上にはラジエータ６５ａが設けられている。そして、冷却水循環経路６５では、廃熱源としてのエンジン６４からの流体として、冷却水が循環するようになっている。
【００３６】
熱交換器６２における吸熱器６２ａの吐出側には、第２流路６０ｃを介して膨張部４０における吸入ポート１５ａが接続されている。膨張部４０の吐出ポート１３ｇには、第３流路６０ｄを介して凝縮器６１が接続されている。凝縮器６１の吐出側には第４流路６０ｅを介してギヤポンプ３０の吸入通路１３ｄが接続されている。
【００３７】
そして、上記構成のランキンサイクル装置６０においては、バッテリ２３からの電力がインバータ２２を介してモータ・ジェネレータ２０に供給されるとモータ・ジェネレータ２０が電動機として駆動され、ギヤポンプ３０が駆動される。このギヤポンプ３０から吐出された作動流体は、吐出通路１３ｅ、貯留部５３、及び吐出孔１３ｈを経由して、第１流路６０ａから熱交換器６２に導出される。よって、本実施形態では、吐出通路１３ｅ、貯留部５３、及び、吐出孔１３ｈにより、ギヤポンプ３０からの作動流体を熱交換器６２に導出する主流路が形成されている。
【００３８】
そして、熱交換器６２において、吸熱器６２ａと放熱器６２ｂとの間での熱交換により、作動流体がエンジン６４からの排熱によって加熱されるとともに、熱エネルギーを受け取る。加熱後の高温高圧の作動流体は、第２流路６０ｃを介して吸入ポート１５ａから膨張部４０の膨張室４７に導入されて膨張し、この膨張により膨張部４０が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。そして、この駆動力によって可動スクロール４４が旋回し、モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１が回転されるとともにギヤポンプ３０が駆動される。
【００３９】
このとき、エンジン６４からの排熱量が大きく、膨張部４０からの出力により、駆動軸２１が予め設定された所定回転数を越えて回転する場合には、モータ・ジェネレータ２０を発電機として機能させて駆動軸２１の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越える出力は電力に変換され、インバータ２２を介してバッテリ２３に充電される。
【００４０】
膨張を終えて圧力が低下した高温の作動流体は、吐出室５０に吐出された後、吐出ポート１３ｇを介して第３流路６０ｄへ吐出される。第３流路６０ｄへ吐出された作動流体は、凝縮器６１を通過して液化し、第４流路６０ｅを介して吸入通路１３ｄからポンプ室１８に導入される。そして、膨張部４０からの出力により駆動されるギヤポンプ３０により、ポンプ室１８に導入された作動流体は、吐出通路１３ｅを経由して貯留部５３へ吐出される。
【００４１】
貯留部５３が作動流体により満たされると、オーバーフローした作動流体が吐出孔１３ｈから第１流路６０ａに吐出され、第１流路６０ａを介して熱交換器６２へ供給される。以後、上述したように、作動流体は、膨張部４０、凝縮器６１、及びギヤポンプ３０を流れて、エンジン６４が駆動されている間は、作動流体はランキンサイクル装置６０の回路を循環する。
【００４２】
次に、可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるため、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体を背圧室５１に導入するための導入手段について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持ブロック２５には、導入手段としての導入路５４が形成されるとともに、この導入路５４によって、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域（貯留部５３）の作動流体を背圧室５１に導入できるようになっている。導入路５４は、ギヤポンプ３０から熱交換器６２に作動流体を導出する主流路（吐出通路１３ｅ、貯留部５３、吐出孔１３ｈ）から分岐した流路である。
【００４３】
導入路５４において、貯留部５３側の開口端にはフィルタ５５が固設されるとともに、このフィルタ５５によって貯留部５３から背圧室５１に導入される作動流体中の異物が除去されるようになっている。また、導入路５４において、フィルタ５５より背圧室５１側には、絞りプレート５６が固定されるとともに、この絞りプレート５６には、導入路５４の流路径を小さくする（絞る）絞り孔５６ａが形成されている。
【００４４】
図１（ｃ）に示すように、固定スクロール４６において、可動スクロール４４の外周側に区画された吐出室５０よりも外側には、導出路５７が形成されている。この導出路５７は、一端がプレート４９に形成された連通孔４９ａを介して背圧室５１に連通するとともに、他端が吸入室４８の外周側に区画された吐出室５０に連通している。なお、吐出室５０は、膨張室４７で膨張した低圧の作動流体が吐出される領域であり、背圧室５１より低圧の低圧領域となっている。
【００４５】
導出路５７には、導出路５７をプレート４９側から吐出室５０に向けて拡径させることで形成された段差によって弁座５７ａが形成されている。また、導出路５７内には、バネ受け５８が固定されるとともに、このバネ受け５８には圧縮状態のコイルバネ５９の一端が支持されている。また、バネ受け５８には逃がし通路５８ａが形成されるとともに、この逃がし通路５８ａによって、バネ受け５８よりもコイルバネ５９側の空間と、バネ受け５８よりも吐出室５０側の空間とを連通させている。コイルバネ５９の他端にはボールバルブ５９ａが固定されるとともに、コイルバネ５９の伸縮によりボールバルブ５９ａは弁座５７ａに対し接離可能になっている。
【００４６】
コイルバネ５９のバネ力は、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を越えると収縮するように設定されている。そして、コイルバネ５９の伸縮に伴うボールバルブ５９ａの弁座５７ａに対する接離により、背圧室５１と吐出室５０との差圧が予め設定された適正値に調整されるようになっている。すなわち、背圧室５１の圧力が予め設定された値を越え、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より高くなると、ボールバルブ５９ａが弁座５７ａから離間して、背圧室５１の圧力を低下させ、差圧を低下させる。このとき、背圧室５１から導出路５７に導出された作動流体は、逃がし通路５８ａを介して吐出室５０に排出される。
【００４７】
一方、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を下回り、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より低くなると、ボールバルブ５９ａが弁座５７ａに着座して、背圧室５１の圧力を上昇させ、差圧を上昇させる。したがって、本実施形態では、弁座５７ａと、コイルバネ５９と、ボールバルブ５９ａと、バネ受け５８とから導出側差圧調整機構７０が構成されている。
【００４８】
次に、上記複合流体機械１１が組み込まれたランキンサイクル装置６０の作用について説明する。ランキンサイクル装置６０において、貯留部５３には高圧の作動流体が貯留されている。そして、この貯留部５３と背圧室５１とは、導入路５４を介して連通されるとともに、導入路５４内の絞り孔５６ａにより、貯留部５３の作動流体が背圧室５１に噴霧される。すなわち、背圧室５１には、熱交換器６２に導出される前の作動流体、詳細には熱交換器６２から熱エネルギーを受け取る前の作動流体が導入される。
【００４９】
そして、背圧室５１に高圧の作動流体が導入されることにより、可動スクロール４４の可動側端板４４ａの背面４４ｃには背圧力が作用し、可動スクロール４４が、軸方向に沿って固定スクロール４６に押し付けられる。このため、可動スクロール４４の可動側端板４４ａと、固定スクロール４６の固定側渦巻壁４６ｂの先端、及び可動スクロール４４の可動側渦巻壁４４ｂの先端と、固定スクロール４６の固定側端板４６ａが、互いに押し付けられ、膨張室４７の密閉性が高められる。その結果、膨張室４７からの作動流体の漏れが抑制され、膨張室４７で効率良く膨張させることができる。
【００５０】
なお、背圧室５１への作動流体の導入により、背圧室５１の背圧力が変動するが、導出側差圧調整機構７０によって、背圧室５１と吐出室５０の差圧が適正値に調整される。このため、背圧室５１の背圧力が適正値に調整され、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付け力を安定させることができる。
【００５１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）膨張部４０における可動スクロール４４の背面４４ｃ側に背圧室５１を形成するとともに、この背圧室５１に、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を導入するようにした。この作動流体の導入により背圧室５１の背圧力を高め、可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるようにして、膨張室４７の密閉性を高めるようにした。すなわち、背圧力を発生させるため、背圧室５１に導入される作動流体は、熱交換器６２で熱エネルギーを受け取る前の作動流体である。よって、熱交換器６２で作動流体が受け取った熱エネルギーは、背圧力を発生させるために用いられず、全て膨張部４０での機械的エネルギーの変換に用いられる。その結果として、背圧力によって膨張室４７の密閉性を高める構成としても、機械的エネルギーの出力効率が低下することがない。
【００５２】
（２）ギヤポンプ３０と膨張部４０をハウジング１２内に収容した複合流体機械１１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１のハウジング１２内に導入路５４を設け、この導入路５４を経由して高圧の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。このため、例えば、ギヤポンプ３０と膨張部４０とを別体に分け、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体をハウジング１２外で配管を介して背圧室５１に導入するようにする場合と比べると、配管が必要無いことから、ランキンサイクル装置６０の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００５３】
（３）ギヤポンプ３０と膨張部４０をハウジング１２内に収容した複合流体機械１１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１の軸方向に沿ってギヤポンプ３０に隣り合わせて膨張部４０を並設した。このため、例えば、複合流体機械１１の軸方向に沿って、ギヤポンプ３０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０が並設されている場合と比べると、ギヤポンプ３０と膨張部４０との間にモータ・ジェネレータ２０が介在しない分だけ、ギヤポンプ３０と膨張部４０の間の距離を短くすることができる。その結果、導入路５４の通路長さも短くすることができ、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体を背圧室５１に速やかに導入することができる。
【００５４】
（４）背圧室５１と、この背圧室５１より低圧の吐出室５０とを導出路５７で連通させるとともに、導出路５７内に導出側差圧調整機構７０として弁座５７ａ、コイルバネ５９、ボールバルブ５９ａ、及びバネ受け５８を設けた。そして、ボールバルブ５９ａの弁座５７ａに対する接離により、背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたため、可動スクロール４４の固定スクロール４６に向けた押し付け力を安定させることができる。
【００５５】
（５）導入路５４内に絞りプレート５６を設け、この絞りプレート５６に小径の絞り孔５６ａを形成することで、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。そして、導入路５４にフィルタ５５を設けた。このため、フィルタ５５によって作動流体に含まれる異物を除去することができ、絞り孔５６ａが異物で詰まることを防止することができる。
【００５６】
（６）ハウジング１２内に、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体の貯留部５３を設けるとともに、ハウジング１２に貯留部５３から熱交換器６２へ作動流体を導出するための吐出孔１３ｈを形成した。そして、ギヤポンプ３０から熱交換器６２へ作動流体を導出するための主流路を貯留部５３内とした。また、この貯留部５３に面する支持ブロック２５に、貯留部５３（主流路）から分岐する導入路５４を形成し、この導入路５４によって高圧の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。そして、この導入路５４内にフィルタ５５を設けた。その結果、作動流体は貯留部５３（主流路）を流れて熱交換器６２に導出されるため、作動流体中に含まれる異物のほとんどは主流路での流れに乗って熱交換器６２に向けて流れる。よって、導入路５４には異物がほとんど流れ込まないため、フィルタ５５の表面積を小さくすることができる、すなわち、フィルタ５５をコンパクトにすることができる。
【００５７】
（７）背圧室５１に高圧の作動流体を導入し、背圧力によって可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるようにした。背圧力は、差圧調整機構７０により適正値に調整することができるため、可動スクロール４４の押し付け力を安定させることができる。このため、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付けを、付勢バネ等の機械的構成を用いて行う場合と異なり、押し付け力不足による作動流体の漏れ損失や過剰な押し付け力による機械的損失を低減することができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を構成した導入路５４は形成されていない。
【００５９】
図３に示すように、複合流体機械７１のハウジング７２は、筒状をなすセンタハウジング７３と、センタハウジング７３の一端（図３では左端）に接合されたサイドプレート７４と、サイドプレート７４に接合されたフロントハウジング７５と、センタハウジング７３の他端（図１では右端）に接合されたリヤハウジング７６とから形成されている。また、センタハウジング７３内には支持ブロック２５が固設されるとともに、支持ブロック２５とリヤハウジング７６との間には膨張部４０が収容されている。さらに、センタハウジング７３内にはモータ・ジェネレータ２０が収容されている。
【００６０】
サイドプレート７４のフロントハウジング７５側の面には、駆動軸２１を取り囲むように円形状の凹部７４ａが形成されている。そして、サイドプレート７４にフロントハウジング７５が接合されることにより、凹部７４ａが閉鎖されてポンプ室７７が区画されている。ポンプ室７７には従動ギヤ（図示せず）及び駆動軸２１に取着された主動ギヤ８０が収容されている。そして、ポンプ室７７では、従動ギヤと主動ギヤ８０とが互いに噛み合わされた状態で配設されるとともに、ポンプ室７７と、従動ギヤと、主動ギヤ８０とからギヤポンプ９０が形成されている。本実施形態の複合流体機械７１は、軸方向に沿ってギヤポンプ９０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０が並設されている。
【００６１】
サイドプレート７４におけるポンプ室７７より下側には、吸入通路７４ｂが形成されている。この吸入通路７４ｂは、一端（図３では下端）がサイドプレート７４の外面に開口するとともに、他端がポンプ室７７に連通するように形成されている。また、サイドプレート７４におけるポンプ室７７より上側には、吐出通路７４ｃが形成されている。この吐出通路７４ｃは、一端がポンプ室７７に連通するとともに、他端がサイドプレート７４の外面に開口している。そして、吸入通路７４ｂには、凝縮器６１に接続された第４流路６０ｅが接続されるとともに、吐出通路７４ｃには第１流路６０ａを介して熱交換器６２の吸熱器６２ａが接続されている。
【００６２】
さらに、サイドプレート７４及びセンタハウジング７３には、第１連通路８２が形成されている。この第１連通路８２は、ギヤポンプ９０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの領域の一部である吐出通路７４ｃに連通している。また、支持ブロック２５には、第１連通路８２と背圧室５１とを連通させる第２連通路８３が形成されている。そして、ギヤポンプ９０の吐出口付近の高圧の作動流体は、第１連通路８２及び第２連通路８３を介して背圧室５１に導入されるようになっている。よって、本実施形態では、第１連通路８２と第２連通路８３とが、ギヤポンプ９０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域から背圧室５１に作動流体を導入する導入手段を形成している。なお、図示しないが、第１連通路８２又は第２連通路８３内にはフィルタが設けられている。
【００６３】
したがって、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）、（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（８）ギヤポンプ９０と膨張部４０を一体化した複合流体機械７１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１の軸方向に沿ってギヤポンプ９０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０を並設した。そして、ハウジング７２の厚み内に第１連通路８２を形成するとともに、支持ブロック２５に第２連通路８３を形成し、ギヤポンプ９０と背圧室５１とを連通させた。このため、ギヤポンプ９０と膨張部４０との間にモータ・ジェネレータ２０が介在していても、ギヤポンプ９０から吐出された作動流体を背圧室５１に導入することができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を図４にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００６５】
図４に示すように、複合流体機械９１において、支持ブロック２５の内周面には、第１の実施形態のＯリング製の軸シール２８と異なり、Ｖパッキン製の軸シール９３が装着されるとともに、この軸シール９３により駆動軸２１の周面と支持ブロック２５の内周面との間がシールされている。また、サイドプレート１７と、支持ブロック２５の先端との間には、駆動軸２１を取り囲むようにＯリング製のシール部材９４が介装されるとともに、このシール部材９４により支持ブロック２５とサイドプレート１７との間がシールされている。なお、第３の実施形態では、吐出通路１３ｅは、貯留部５３に連通せず、センタハウジング１３の外面に開口している。
【００６６】
そして、ギヤポンプ３０の吐出側（吐出通路１３ｅ側）において、駆動軸２１の付近は、吸入通路１３ｄ側の低圧と、吐出通路１３ｅ側の高圧との間の圧力であり、やや高圧よりの中間圧となっている。この中間圧は、背圧室５１の圧力より高くなっているため、駆動軸２１付近の作動流体は、ギヤポンプ３０から背圧室５１に向けて流れようとする。ここで、軸シール９３の駆動軸２１に対する密接力を緩めに設定しておき、駆動軸２１に沿ったギヤポンプ３０から背圧室５１への作動流体の漏れを許容させる。すると、ギヤポンプ３０の駆動軸２１付近の作動流体は、駆動軸２１に沿って背圧室５１に向けて流れ、この作動流体により背圧室５１の背圧力を高めることができる。したがって、本実施形態では、駆動軸２１及び軸シール９３が、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を背圧室５１に導入するための導入手段を構成している。
【００６７】
したがって、上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（９）ギヤポンプ３０の駆動軸２１付近の作動流体を、駆動軸２１に沿って背圧室５１に導入するようにした。このため、ギヤポンプ３０から吐出された高圧の作動流体を背圧室５１に導入するため、ハウジング１２や支持ブロック２５に導入路を形成する場合と比べると、より簡単な構成とすることができる。
【００６８】
（第４の実施形態）
次に、本発明を具体化した第４の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第４の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００６９】
図５及び図６（ａ）に示すように、支持ブロック２５には、供給路１００が厚み方向に貫通して形成されるとともに、この供給路１００は一端が貯留部５３に向けて開口するとともに、他端がプレート４９に向けて開口している。また、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、プレート４９には、気化通路４９ｂがプレート４９の周方向に沿って半周に亘って延びるとともに、プレート４９を厚み方向を貫通して形成されている。そして、プレート４９は、支持ブロック２５と固定スクロール４６の対向する端面の間に挟持されていることから、それら端面によって気化通路４９ｂはシールされている。
【００７０】
気化通路４９ｂの一端は、供給路１００の他端に連通するとともに、気化通路４９ｂの他端は、背圧室５１に連通している。貯留部５３と、背圧室５１とは、供給路１００及び気化通路４９ｂを介して連通するとともに、本実施形態では、供給路１００及び気化通路４９ｂによって、導入手段としての導入通路が構成されている。
【００７１】
さて、貯留部５３の高圧の作動流体（液体）は、貯留部５３と背圧室５１との圧力差に基づいて、供給路１００によって絞られつつ、気化通路４９ｂに供給される。ここで、気化通路４９ｂを区画する固定スクロール４６は、膨張部４０で膨張した後の高温の作動流体によって加熱されている。このため、気化通路４９ｂを流れる液状の作動流体は、気化通路４９ｂを通過する際に固定スクロール４６との熱交換により、加熱され、気化する。よって、本実施形態では、固定スクロール４６が、膨張部４０の吐出側の作動流体と液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部として機能する。そして、背圧室５１には、気化した作動流体が導入される。
【００７２】
したがって、第４の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（１０）貯留部５３の液状の作動流体を、支持ブロック２５に形成した供給路１００及びプレート４９に形成した気化通路４９ｂを介して背圧室５１に導入するようにした。プレート４９は、高温の固定スクロール４６に熱的に結合されているため、気化通路４９ｂを作動流体が流れる際、固定スクロール４６の熱により作動流体を気化させることができる。したがって、背圧室５１には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室５１内でカウンタウェイト４５及び偏心軸４１が回転しても、背圧室５１の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができ、モータ・ジェネレータ２０の動力損失を低減することができる。
【００７３】
（１１）気化通路４９ｂは、プレート４９に形成されるとともに、プレート４９の周方向へ半周に亘って延びるように形成されている。そして、この気化通路４９ｂを通過する作動流体そのものにより、プレート４９を可動スクロール４４に向けて押し付けて可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けることができる。したがって、背圧室５１からの背圧力に加え、プレート４９を介した押し付け力により、可動スクロール４４を固定スクロール４６により強く押し付けることができる。
【００７４】
（１２）貯留部５３の液状の作動流体を気化させるため、プレート４９に気化通路４９ｂを形成した。すなわち、プレート４９を用いて可動スクロール４４を背圧力によって固定スクロール４６に押し付けるようにした。そして、プレート４９の材質を選定することで、可動スクロール４４の端面に対する摺動性を向上させることができる。また、プレート４９は、金属板状の部材であるため、例えば、気化通路４９ｂを支持ブロック２５や固定スクロール４６に形成する場合と比べると、気化通路４９ｂを簡単に形成することができる。
【００７５】
（１３）貯留部５３の液状の作動流体は、固定スクロール４６と熱交換して気化する。固定スクロール４６は、エンジン６４からの熱を受け取った高温の作動流体によって加熱されている。よって、膨張部４０の一部である固定スクロール４６を用いて作動流体を気化することができ、新たに部品を追加することなく作動流体を気化することができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
次に、本発明を具体化した第５の実施形態を図７にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第５の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００７７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、支持ブロック２５は、プレート４９に対向する側に第１圧入部２５ａが円板状に形成されるとともに、その第１圧入部２５ａよりもギヤポンプ３０側に、第１圧入部２５ａよりも小径の第２圧入部２５ｂが形成されている。第１圧入部２５ａにおいて、プレート４９と反対側（ギヤポンプ３０側）の端面には、膨張部４０からの作動流体が供給される供給空間２５ｃが環状に凹設されるとともに、導入空間２５ｃの開口端には支持面２５ｄが形成されている。なお、図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３には、供給空間２５ｃと吐出室５０とを連通させる供給通路１０２が形成されている。そして、供給空間２５ｃには、供給通路１０２を介して膨張後の高温の作動流体が供給されている。
【００７８】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３においては、第１圧入部２５ａの外周側に第１壁部１３１が形成されるとともに、この第１壁部１３１の内側に膨張部４０が設けられている。また、センタハウジング１３において、第１壁部１３１よりもギヤポンプ３０側に、第１壁部１３１よりも小径の第２壁部１３２が形成されている。センタハウジング１３の内周面には、第１壁部１３１と第２壁部１３２との内径差により、第１段差部１３３が環状に形成されている。さらに、センタハウジング１３において、第２壁部１３２よりもギヤポンプ３０側に、第２壁部１３２より小径の第３壁部１３４が形成されている。センタハウジング１３の内周面には、第２壁部１３２と第３壁部１３４との内径差により、第２段差部１３５が環状に形成されている。
【００７９】
そして、支持ブロック２５は、第１圧入部２５ａが第１壁部１３１の内側に圧入されるとともに、第２圧入部２５ｂが第３壁部１３４の内側に圧入されている。支持ブロック２５における支持面２５ｄと、センタハウジング１３における段差部１３３との間には、熱交換部のうちの熱交換部材としての熱交換プレート１０１の外周部が挟持されている。この熱交換プレート１０１の外周側には、熱交換フィン１０１ａが蛇腹状に形成されている。
【００８０】
また、支持ブロック２５における第２圧入部２５ｂの外周面と、センタハウジング１３における第２壁部１３２の内周面と、第２段差部１３５と、熱交換プレート１０１とで区画される空間には、導入空間１０３が環状に区画されている。この導入空間１０３は、支持ブロック２５の供給空間２５ｃと対向する位置に形成されている。
【００８１】
図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３には、貯留部５３と導入空間１０３とを連通させる第１導入流路１０４が形成されている。また、図７（ｂ）に示すように、支持ブロック２５には、導入空間１０３と背圧室５１とを連通させる第２導入通路１０８が形成されている。そして、貯留部５３と背圧室５１とは、第１導入流路１０４と、導入空間１０３と、第２導入通路１０８とを介して連通している。よって、本実施形態では、第１導入流路１０４と、導入空間１０３と、第２導入通路１０８とから導入手段としての導入通路が構成されている。
【００８２】
第１導入流路１０４には、背圧室５１と吐出室５０との差圧を調整する導入側差圧調整機構１１０が設けられている。導入側差圧調整機構１１０は、外部制御弁として構成されており、第１導入流路１０４に制御弁を配置するとともに、この制御弁を、コントローラに信号接続する。また、背圧室５１及び吐出室５０（低圧領域）それぞれの圧力を圧力センサ等により検出可能にする。そして、圧力センサによって検出された背圧室５１及び吐出室５０の圧力に基づき、コントローラが制御弁の開度を調整し、差圧を調整する。
【００８３】
そして、背圧室５１と吐出室５０との差圧が予め設定された適正値に調整されるようになっている。すなわち、背圧室５１の圧力が予め設定された値を越え、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より高いことを適宜の検出手段で検出すると、導入側差圧調整機構１１０により第１導入流路１０４が絞られる。その結果、背圧室５１に導入される作動流体が減少し、背圧室５１の圧力を低下させ、差圧を低下させる。
【００８４】
一方、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を下回り、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より低くなると、導入側差圧調整機構１１０による第１導入流路１０４の絞り量が減少する。その結果、背圧室５１に導入される作動流体が増加し、背圧室５１がの圧力を上昇させ、差圧を上昇させる。
【００８５】
さて、貯留部５３の高圧の作動流体（液体）は、第１導入流路１０４の導入側差圧調整機構１１０によって絞られつつ、導入空間１０３に導入される。また、熱交換プレート１０１を挟んで導入空間１０３に対向する供給空間２５ｃには、膨張部４０で膨張した高温の作動流体が供給されている。
【００８６】
よって、熱交換プレート１０１は、供給空間２５ｃに供給された作動流体によって加熱されている。このため、導入空間１０３に導入された作動流体は、熱交換プレート１０１との熱交換により、加熱され、気化する。よって、本実施形態では、熱交換プレート１０１が熱交換部のうちの熱交換部材として機能する。そして、背圧室５１には、気化した作動流体が導入される。
【００８７】
なお、背圧室５１への作動流体の導入により、背圧室５１の背圧力が変動するが、導入側差圧調整機構１１０によって、背圧室５１と吐出室５０の差圧が適正値に調整される。このため、背圧室５１の背圧力が適正値に調整され、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付け力を安定させることができる。
【００８８】
したがって、第５の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（１４）貯留部５３の液状の作動流体を、センタハウジング１３に形成した第１導入流路１０４、導入空間１０３、及び第２導入通路１０８を介して背圧室５１に導入するようにした。導入空間１０３は、熱交換プレート１０１を挟んで供給空間２５ｃに対向しており、この供給空間２５ｃには、膨張部４０で膨張した後の高温の作動流体が供給される。このため、熱交換プレート１０１は、高温の作動流体によって加熱されているため、導入空間１０３に作動流体が導入されると、その作動流体を気化させることができる。したがって、背圧室５１には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室５１内でカウンタウェイト４５及び偏心軸４１が回転しても、背圧室５１の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができ、モータ・ジェネレータ２０の動力損失を低減することができる。
【００８９】
（１５）作動流体を気化させるため、膨張後の作動流体と熱交換プレート１０１を介して熱交換させた。そして、熱交換プレート１０１には、熱交換率を高めるため、熱交換フィン１０１ａを形成した。熱交換プレート１０１のように膨張部４０とは別部材を用いることで、作動流体同士の熱交換面積を適宜設定することができ、作動流体を効率良く気化させることができる。
【００９０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第４の実施形態において、気化通路４９ｂをプレート４９に形成したが、支持ブロック２５又は固定スクロール４６に形成してもよい。
【００９１】
○ 第４の実施形態において、気化通路４９ｂの通路幅は任意に変更してもよい。例えば、気化通路４９ｂにおいて、供給路１００と対向する一端を小径の孔とし、その孔より他端側を幅広に形成し、気化通路４９ｂに絞りを形成してもよい。
【００９２】
○ 図３の２点鎖線に示すように、第１流路６０ａにおいて、熱交換器６２の入口付近から分岐された分岐流路９５を第２連通路８３に連通させてもよい。そして、ギヤポンプ９０から吐出され、かつ熱交換器６２に導入される前の高圧の作動流体を、第１流路６０ａ、分岐流路９５、及び第２連通路８３を経由して背圧室５１に導入してもよい。この場合、分岐流路９５、及び第２連通路８３により導入手段が形成される。なお、分岐流路９５又は第２連通路８３に導入側差圧調整機構を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしてもよい。
【００９３】
○ 第１及び第２の実施形態では、導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、これに限らない。導出側差圧調整機構７０の代わりに、第１の実施形態では導入路５４に導入側差圧調整機構を設け、第２の実施形態では第１連通路８２又は第２連通路８３に導入側差圧調整機構を設けて差圧を調整してもよい。
【００９４】
○ 第３の実施形態では、駆動軸２１及び軸シール９３が導入手段を構成したが、この第３の実施形態において、軸シール９３を圧力差によって駆動軸２１に対する密接力（シール力）を変更可能に構成し導入側差圧調整機構としてもよい。この場合、導出側差圧調整機構７０は削除する。\'81@○ 第４の実施形態では、導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、導出側差圧調整機構７０の代わりに、供給路１００に導入側差圧調整機構を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を調整してもよい。
【００９５】
○ 第５の実施形態では、第１導入流路１０４に導入側差圧調整機構１１０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、導入側差圧調整機構１１０の代わりに、第１の実施形態のように導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて差圧を調整してもよい。
【００９６】
○ 各実施形態では、モータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０，９０、及び膨張部４０が一体化された複合流体機械１１，７１，９１をランキンサイクル装置６０に組み込んで回路を構成したが、モータ・ジェネレータ、ギヤポンプ、及び膨張部をそれぞれ単体として回路に組み込んでもよい。そして、ギヤポンプと膨張部の背圧室とを導入手段としての配管で接続し、ギヤポンプから吐出された高圧の作動流体を配管を介して背圧室に導入するようにしてもよい。
【００９７】
○ 各実施形態では、複合流体機械１１，７１，９１のハウジング内にモータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０，９０、膨張部４０、及び導入手段が収容されていたが、複合流体機械のハウジング内には、ギヤポンプ３０，９０、膨張部４０、及び導入手段が収容され、ギヤポンプ３０，９０はハウジング外に設けられていてもよい。これによれば、ギヤポンプ３０，９０がハウジング内に設けられている場合と比べると、複合流体機械を短くすることができる。
【００９８】
○ 各実施形態において、ポンプはギヤポンプ３０，９０の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 各実施形態では、複合流体機械１１，７１，９１をランキンサイクル装置６０のみに用いたが、複合流体機械１１，７１，９１に圧縮部及びクラッチ機構を一体に設けて、冷凍サイクルを並設してもよい。
【００９９】
○ 排熱源からの流体は、エンジン６４からの排気ガスであってもよい。
○ 駆動軸２１をハウジング１２の外に突出させ、その駆動軸２１の突出端が動力伝達手段（クラッチ、プーリ、ベルト等）を介してエンジン６４に連結されていてもよい。
【０１００】
○ モータ・ジェネレータ２０をオルタネータに変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記導出手段にはフィルタが設けられている請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【０１０１】
（ロ）作動流体を吐出するポンプ、前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器、前記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ーを出力する膨張部、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、前記膨張部、及び前記ポンプをハウジング内に一体に備える複合流体機械であって、前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備え、さらに、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えることを特徴とする複合流体機械。
【０１０２】
（ハ）前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備える技術的思想（ロ）に記載の複合流体機械。
【０１０３】
（ニ）前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位である技術的思想（ハ）に記載の複合流体機械。
（ホ）前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材である技術的思想（ハ）に記載の複合流体機械。
【０１０４】
（ヘ）前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられている技術的思想（ハ）〜（ホ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０５】
（ト）前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられている技術的思想（ロ）〜（ヘ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０６】
（チ）前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられている技術的思想（ロ）〜（ト）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
（リ）前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられている技術的思想（ロ）〜（ト）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０７】
（ヌ）前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されている技術的思想（リ）に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【０１０８】
１１，７１，９１…複合流体機械、１２，７２…ハウジング、２１…駆動軸（導入手段）、３０，９０…ポンプとしてのギヤポンプ、４０…膨張部、４４…可動スクロール、４４ｃ…背面、４６…熱交換部としての固定スクロール、４９ｂ…導入手段としての導入通路を構成する気化通路、５１…背圧室、５３…高圧領域としての貯留部、５４…導入手段としての導入路、５７…導出路、６０…ランキンサイクル装置、６２…熱交換器、６４…排熱源としてのエンジン、７０…導出側差圧調整機構、８２…導入手段を形成する第１連通路、８３…導入手段を形成する第２連通路、９３…導入手段を形成する軸シール、１００…導入手段としての導入通路を構成する供給路、１０３…導入手段としての導入通路を形成する導入空間、１０４…導入手段としての導入通路を形成する第１導入流路、１０８…導入手段としての導入通路を形成する第２導入通路、１１０…導入側差圧調整機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体を吐出するポンプと、ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクル装置に用いられるスクロール式の膨張部は、駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールと、ハウジングに固定された固定スクロールとを備える。可動スクロールの可動側端板には可動側渦巻壁が立設されるとともに、固定スクロールの固定側端板には固定側渦巻壁が立設され、可動側渦巻壁と固定側渦巻壁との間には、膨張室が区画形成されている。そして、熱交換器で熱エネルギーを得た作動流体は、膨張部の吸入室に導入された後、膨張室に導入されて膨張し、この作動流体の膨張による可動スクロールの旋回に伴い機械的エネルギー（駆動力）が出力される。
【０００３】
ランキンサイクル装置において、スクロール式の膨張部での機械的エネルギーの出力効率を高めるには、作動流体を膨張室で効率良く膨張させることが重要であり、このためには、作動流体が膨張室から漏れないようにすること（密閉性）が重要である。スクロール式の膨張部において、膨張室の密閉性を高めるようにした技術としては、例えば特許文献１が挙げられる。
【０００４】
特許文献１においては、可動側端板の背面側（固定スクロールに対向する面とは反対側の面側）に区画された背圧室に背圧を導入することで、可動スクロールの背面に背圧力を作用させ、この背圧力により、駆動軸の軸方向に沿って可動スクロールを固定スクロールに押し付けている。その結果、可動側渦巻壁の先端が、固定側端板に押し付けられるとともに、可動側端板が固定側渦巻壁の先端に押し付けられ、膨張室の密閉性が高められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１８４５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１においては、背圧力は、膨張室に導入された作動流体を、ガス通路を経由して背圧室に導入することにより発生させている。このため、背圧室に導入された作動流体の持つ熱エネルギーは機械的エネルギーを出力させるために使用されておらず、ランキンサイクル装置としては、膨張室の密閉性を高めながらも、熱エネルギーから機械的エネルギーへの変換ロスが発生し、機械的エネルギーの出力効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、可動スクロールに背圧力を作用させて膨張室の密閉性を高めつつ機械的エネルギーの出力効率の低下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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器と、前記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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に関する。そして、前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備える。さらに、膨張部は、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えており、前記高圧領域は、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの領域である。
【０００９】
この発明によれば、背圧力を発生させるため、背圧室に導入される作動流体は、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体である。この領域に存在する作動流体は、熱交換器で熱エネルギーを受け取る前の作動流体である。このため、背圧室には、熱交換器で熱エネルギーを受け取った作動流体は導入されないのである。よって、本発明では、熱エネルギーを受け取った作動流体を、背圧力を発生させるために用いる場合のような、熱エネルギーから機械的エネルギーへの変換ロスが生じない。その結果、熱交換器で作動流体が受け取った熱エネルギーは、全て膨張部での機械的エネルギーの変換に用いられる。したがって、背圧力によって可動スクロールを固定スクロールに押し付け、膨張室の密閉性を高める構成としても、機械的エネルギーの出力効率が低下することがない。
【００１０】
また、前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備えていてもよい。
これによれば、背圧力を発生させるため、背圧室に導入される作動流体は、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体であり、この領域に存在する作動流体は、液状である。そして、この液状の作動流体は、導入通路を流れる際、熱交換部との熱交換により気化される。したがって、背圧室には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室内で駆動軸と共に回転部材が回転しても、背圧室の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
また、前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位であってもよい。
これによれば、膨張部は、廃熱源からの熱を受け取った高温の作動流体によって加熱されている。よって、膨張部を用いて作動流体を気化することができ、新たに部品を追加することなく作動流体を気化することができる。
【００１２】
また、前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材であってもよい。
これによれば、熱交換部材を用いることで、その熱交換部材に熱交換率を高めるための構成を付加することができ、作動流体同士の熱交換面積を適宜設定して、作動流体を効率良く気化させることができる。
【００１３】
また、前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられていてもよい。
これによれば、背圧室と低圧領域との差圧を導入側差圧調整機構により適正値に調整することができるため、可動スクロールの押し付け力を安定させることができる。
【００１４】
また、前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられていてもよい。
【００１５】
これによれば、背圧室と低圧領域との差圧を導出側差圧調整機構により適正値に調整することができるため、可動スクロールの押し付け力を安定させることができる。
また、前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられていてもよい。
【００１６】
これによれば、複合流体機械を短くすることができる。
また、前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられていてもよい。
【００１７】
これによれば、例えば、ポンプと膨張部とを別体に分け、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体をハウジング外で配管を介して背圧室に導入するようにする場合と比べると、配管が必要無いことから、ランキンサイクル装置の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００１８】
また、前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されていてもよい。
これによれば、ポンプと膨張部の間の距離を短くすることができる。その結果、導入手段の長さも短くすることができ、ポンプの吐出側から熱交換器の入口側までの領域に存在する作動流体を背圧室に速やかに導入することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、可動スクロールに背圧力を作用させて膨張室の密閉性を高めつつ機械的エネルギーの出力効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は第１の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図、（ｂ）は導入路を示す拡大図、（ｃ）は導出路を示す拡大図。
【図２】ギヤポンプを示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】第２の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図４】第３の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図５】第４の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図。
【図６】（ａ）は導入通路の入口付近を拡大して示す図、（ｂ）は導入通路の出口付近を拡大して示す図、（ｃ）はプレート及び気化通路を示す平面図。
【図７】（ａ）は第５の実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を示す図、（ｂ）は導入通路の出口付近を拡大して示す図、（ｃ）は導入通路の入口付近を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、複合流体機械１１のハウジング１２は、筒状をなすセンタハウジング１３と、このセンタハウジング１３の一端（図１では左端）に接合されたフロントハウジング１４と、センタハウジング１３の他端（図１では右端）に接合されたリヤハウジング１５と、から形成されている。センタハウジング１３の内周面には、センタハウジング１３内に向けて延びる仕切壁１３ａが形成されるとともに、この仕切壁１３ａによってハウジング１２内が２つの空間に仕切られている。
【００２２】
ハウジング１２において、仕切壁１３ａとフロントハウジング１４との間の空間には、回転電機としてのモータ・ジェネレータ２０が収容されるとともに、仕切壁１３ａとリヤハウジング１５との間の空間には、支持ブロック２５及び膨張部４０が収容されている。
【００２３】
モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１は、フロントハウジング１４、仕切壁１３ａ、及び支持ブロック２５に支持された軸受１６によって回転可能に支持されている。駆動軸２１には、モータロータ２０ａが駆動軸２１と一体回転可能に固定されている。また、センタハウジング１３の内周面には、ステータ２０ｂがモータロータ２０ａを取り囲むように固定されている。
【００２４】
そして、モータ・ジェネレータ２０は、ステータ２０ｂのコイル２０ｃへの通電によりモータロータ２０ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ２０ａが回転されることでステータ２０ｂのコイル２０ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。なお、モータ・ジェネレータ２０にはインバータ２２を介してバッテリ２３が接続されるとともに、モータ・ジェネレータ２０で生じた電力はインバータ２２を介してバッテリ２３に蓄電されるようになっている。
【００２５】
仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側（図１では右側）の面には、駆動軸２１を取り囲むように長円状の凹部１３ｃが形成されている。そして、仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側の面にサイドプレート１７が固着されることにより、凹部１３ｃが閉鎖されて仕切壁１３ａとサイドプレート１７との間にポンプ室１８が区画されている。また、図２に示すように、ポンプ室１８には従動ギヤ１９が収容されるとともに、仕切壁１３ａとサイドプレート１７には、従動ギヤ１９の軸部１９ａが回転可能に支持されている。また、ポンプ室１８内には、駆動軸２１に取着された主動ギヤ２１ａが収容されている。そして、ポンプ室１８では、従動ギヤ１９と主動ギヤ２１ａとが互いに噛み合わされた状態で配設されるとともに、ポンプ室１８と、従動ギヤ１９と、主動ギヤ２１ａとからギヤポンプ３０が形成されている。
【００２６】
仕切壁１３ａにおけるポンプ室１８より下側には、吸入通路１３ｄが形成されている。この吸入通路１３ｄは、一端がセンタハウジング１３の外面（下面）に開口するとともに、他端がポンプ室１８に連通するように形成されている。また、仕切壁１３ａにおけるポンプ室１８より上側には、吐出通路１３ｅが形成されている。この吐出通路１３ｅは、一端がポンプ室１８に連通するとともに、他端がサイドプレート１７の周縁を越えて仕切壁１３ａの端面に開口している。
【００２７】
図１に示すように、仕切壁１３ａとリヤハウジング１５との間の空間には、上述のように支持ブロック２５が固設されるとともに、支持ブロック２５とリヤハウジング１５の間にスクロール式の膨張部４０が設けられている。駆動軸２１は支持ブロック２５を貫通するとともに、支持ブロック２５の内周面にはＯリング製の軸シール２８が装着されている。この軸シール２８により、駆動軸２１の周面と支持ブロック２５の内周面との間がシールされている。
【００２８】
支持ブロック２５を貫通した駆動軸２１の先端には、駆動軸２１の中心軸Ｌに対して偏心した位置に偏心軸４１が設けられるとともに、偏心軸４１は駆動軸２１の回転により中心軸Ｌの周りを公転するようになっている。偏心軸４１にはブッシュ４２が固定されるとともに、ブッシュ４２は偏心軸４１と共に中心軸Ｌの周りを公転するようになっている。このブッシュ４２には軸受４３を介して可動スクロール４４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト４５が固定されている。
【００２９】
可動スクロール４４は、軸受４３に支持された円盤状をなす可動側端板４４ａと、この可動側端板４４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁４４ｂとからなる。また、支持ブロック２５のリヤハウジング１５側には、固定スクロール４６が可動スクロール４４と対向するように固設されるとともに、支持ブロック２５と固定スクロール４６の対向する端面の間には、環状をなすプレート４９が介装されている。
【００３０】
そして、支持ブロック２５と固定スクロール４６との間に可動スクロール４４が配設されるとともに、可動スクロール４４はプレート４９の内側で旋回可能になっている。また、可動スクロール４４の外周部において、プレート４９に対向する端面には、Ｏリングよりなるシール部材５２が装着されるとともに、このシール部材５２によってプレート４９と可動スクロール４４との間がシールされている。
【００３１】
そして、可動スクロール４４において、シール部材５２より内周側と、支持ブロック２５の内側によって囲まれる空間により背圧室５１が区画されている。この背圧室５１は、可動スクロール４４に設けられたシール部材５２と、支持ブロック２５に設けられた軸シール２８とによって気密にシールされている。そして、可動スクロール４４において、固定スクロール４６への対向面と反対側の面（支持ブロック２５側の面）であり、背圧室５１に露出する面が背面４４ｃとなっている。
【００３２】
固定スクロール４６は、円盤状をなす固定側端板４６ａと、この固定側端板４６ａから可動スクロール４４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁４６ｂとを一体に備えている。そして、可動スクロール４４の可動側渦巻壁４４ｂと、固定スクロール４６の固定側渦巻壁４６ｂとは互いに噛み合わされ、可動スクロール４４と固定スクロール４６の間に容積変更可能な膨張室４７が区画される。
【００３３】
また、固定スクロール４６における固定側端板４６ａの中央部には吸入口４６ｃが形成されている。固定側端板４６ａとリヤハウジング１５との間には、吸入室４８が区画されるとともに、この吸入室４８には吸入口４６ｃを介して膨張前の膨張室４７に連通している。また、リヤハウジング１５には、吸入室４８に連通する吸入ポート１５ａが形成されている。さらに、固定スクロール４６の内周面と、可動スクロール４４における可動側渦巻壁４４ｂの最外周面との間、及び吸入室４８の外周側には吐出室５０が区画形成されるとともに、センタハウジング１３には吐出室５０に連通する吐出ポート１３ｇが形成されている。
【００３４】
複合流体機械１１において、センタハウジング１３の内周面と、サイドプレート１７と、支持ブロック２５との間には、貯留部５３が区画されている。この貯留部５３は、駆動軸２１を取り囲むように環状に形成されている。また、貯留部５３は、仕切壁１３ａに形成された吐出通路１３ｅを介して、ポンプ室１８に連通している。このため、ギヤポンプ３０のポンプ作用によって、ポンプ室１８から吐出通路１３ｅに吐出された高圧の作動流体は、吐出通路１３ｅを介して貯留部５３へ吐出されるようになっている。そして、貯留部５３の圧力は、背圧室５１の圧力よりも高い高圧領域となっている。また、センタハウジング１３の上部には、貯留部５３に連通する吐出孔１３ｈが形成されている。そして、貯留部５３へ吐出された作動流体は、吐出孔１３ｈを介して後述するランキンサイクル装置６０の熱交換器６２へ導出されるようになっている。
【００３５】
次に、上記複合流体機械１１が組み込まれたランキンサイクル装置６０について説明する。図１（ａ）に示すように、貯留部５３に連通する吐出孔１３ｈには第１流路６０ａを介して熱交換器６２の吸熱器６２ａが接続されている。熱交換器６２は、吸熱器６２ａに加え放熱器６２ｂを備える。この放熱器６２ｂは、排熱源としてのエンジン６４に接続された冷却水循環経路６５上に設けられている。冷却水循環経路６５上にはラジエータ６５ａが設けられている。そして、冷却水循環経路６５では、廃熱源としてのエンジン６４からの流体として、冷却水が循環するようになっている。
【００３６】
熱交換器６２における吸熱器６２ａの吐出側には、第２流路６０ｃを介して膨張部４０における吸入ポート１５ａが接続されている。膨張部４０の吐出ポート１３ｇには、第３流路６０ｄを介して凝縮器６１が接続されている。凝縮器６１の吐出側には第４流路６０ｅを介してギヤポンプ３０の吸入通路１３ｄが接続されている。
【００３７】
そして、上記構成のランキンサイクル装置６０においては、バッテリ２３からの電力がインバータ２２を介してモータ・ジェネレータ２０に供給されるとモータ・ジェネレータ２０が電動機として駆動され、ギヤポンプ３０が駆動される。このギヤポンプ３０から吐出された作動流体は、吐出通路１３ｅ、貯留部５３、及び吐出孔１３ｈを経由して、第１流路６０ａから熱交換器６２に導出される。よって、本実施形態では、吐出通路１３ｅ、貯留部５３、及び、吐出孔１３ｈにより、ギヤポンプ３０からの作動流体を熱交換器６２に導出する主流路が形成されている。
【００３８】
そして、熱交換器６２において、吸熱器６２ａと放熱器６２ｂとの間での熱交換により、作動流体がエンジン６４からの排熱によって加熱されるとともに、熱エネルギーを受け取る。加熱後の高温高圧の作動流体は、第２流路６０ｃを介して吸入ポート１５ａから膨張部４０の膨張室４７に導入されて膨張し、この膨張により膨張部４０が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。そして、この駆動力によって可動スクロール４４が旋回し、モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１が回転されるとともにギヤポンプ３０が駆動される。
【００３９】
このとき、エンジン６４からの排熱量が大きく、膨張部４０からの出力により、駆動軸２１が予め設定された所定回転数を越えて回転する場合には、モータ・ジェネレータ２０を発電機として機能させて駆動軸２１の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越える出力は電力に変換され、インバータ２２を介してバッテリ２３に充電される。
【００４０】
膨張を終えて圧力が低下した高温の作動流体は、吐出室５０に吐出された後、吐出ポート１３ｇを介して第３流路６０ｄへ吐出される。第３流路６０ｄへ吐出された作動流体は、凝縮器６１を通過して液化し、第４流路６０ｅを介して吸入通路１３ｄからポンプ室１８に導入される。そして、膨張部４０からの出力により駆動されるギヤポンプ３０により、ポンプ室１８に導入された作動流体は、吐出通路１３ｅを経由して貯留部５３へ吐出される。
【００４１】
貯留部５３が作動流体により満たされると、オーバーフローした作動流体が吐出孔１３ｈから第１流路６０ａに吐出され、第１流路６０ａを介して熱交換器６２へ供給される。以後、上述したように、作動流体は、膨張部４０、凝縮器６１、及びギヤポンプ３０を流れて、エンジン６４が駆動されている間は、作動流体はランキンサイクル装置６０の回路を循環する。
【００４２】
次に、可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるため、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体を背圧室５１に導入するための導入手段について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持ブロック２５には、導入手段としての導入路５４が形成されるとともに、この導入路５４によって、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域（貯留部５３）の作動流体を背圧室５１に導入できるようになっている。導入路５４は、ギヤポンプ３０から熱交換器６２に作動流体を導出する主流路（吐出通路１３ｅ、貯留部５３、吐出孔１３ｈ）から分岐した流路である。
【００４３】
導入路５４において、貯留部５３側の開口端にはフィルタ５５が固設されるとともに、このフィルタ５５によって貯留部５３から背圧室５１に導入される作動流体中の異物が除去されるようになっている。また、導入路５４において、フィルタ５５より背圧室５１側には、絞りプレート５６が固定されるとともに、この絞りプレート５６には、導入路５４の流路径を小さくする（絞る）絞り孔５６ａが形成されている。
【００４４】
図１（ｃ）に示すように、固定スクロール４６において、可動スクロール４４の外周側に区画された吐出室５０よりも外側には、導出路５７が形成されている。この導出路５７は、一端がプレート４９に形成された連通孔４９ａを介して背圧室５１に連通するとともに、他端が吸入室４８の外周側に区画された吐出室５０に連通している。なお、吐出室５０は、膨張室４７で膨張した低圧の作動流体が吐出される領域であり、背圧室５１より低圧の低圧領域となっている。
【００４５】
導出路５７には、導出路５７をプレート４９側から吐出室５０に向けて拡径させることで形成された段差によって弁座５７ａが形成されている。また、導出路５７内には、バネ受け５８が固定されるとともに、このバネ受け５８には圧縮状態のコイルバネ５９の一端が支持されている。また、バネ受け５８には逃がし通路５８ａが形成されるとともに、この逃がし通路５８ａによって、バネ受け５８よりもコイルバネ５９側の空間と、バネ受け５８よりも吐出室５０側の空間とを連通させている。コイルバネ５９の他端にはボールバルブ５９ａが固定されるとともに、コイルバネ５９の伸縮によりボールバルブ５９ａは弁座５７ａに対し接離可能になっている。
【００４６】
コイルバネ５９のバネ力は、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を越えると収縮するように設定されている。そして、コイルバネ５９の伸縮に伴うボールバルブ５９ａの弁座５７ａに対する接離により、背圧室５１と吐出室５０との差圧が予め設定された適正値に調整されるようになっている。すなわち、背圧室５１の圧力が予め設定された値を越え、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より高くなると、ボールバルブ５９ａが弁座５７ａから離間して、背圧室５１の圧力を低下させ、差圧を低下させる。このとき、背圧室５１から導出路５７に導出された作動流体は、逃がし通路５８ａを介して吐出室５０に排出される。
【００４７】
一方、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を下回り、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より低くなると、ボールバルブ５９ａが弁座５７ａに着座して、背圧室５１の圧力を上昇させ、差圧を上昇させる。したがって、本実施形態では、弁座５７ａと、コイルバネ５９と、ボールバルブ５９ａと、バネ受け５８とから導出側差圧調整機構７０が構成されている。
【００４８】
次に、上記複合流体機械１１が組み込まれたランキンサイクル装置６０の作用について説明する。ランキンサイクル装置６０において、貯留部５３には高圧の作動流体が貯留されている。そして、この貯留部５３と背圧室５１とは、導入路５４を介して連通されるとともに、導入路５４内の絞り孔５６ａにより、貯留部５３の作動流体が背圧室５１に噴霧される。すなわち、背圧室５１には、熱交換器６２に導出される前の作動流体、詳細には熱交換器６２から熱エネルギーを受け取る前の作動流体が導入される。
【００４９】
そして、背圧室５１に高圧の作動流体が導入されることにより、可動スクロール４４の可動側端板４４ａの背面４４ｃには背圧力が作用し、可動スクロール４４が、軸方向に沿って固定スクロール４６に押し付けられる。このため、可動スクロール４４の可動側端板４４ａと、固定スクロール４６の固定側渦巻壁４６ｂの先端、及び可動スクロール４４の可動側渦巻壁４４ｂの先端と、固定スクロール４６の固定側端板４６ａが、互いに押し付けられ、膨張室４７の密閉性が高められる。その結果、膨張室４７からの作動流体の漏れが抑制され、膨張室４７で効率良く膨張させることができる。
【００５０】
なお、背圧室５１への作動流体の導入により、背圧室５１の背圧力が変動するが、導出側差圧調整機構７０によって、背圧室５１と吐出室５０の差圧が適正値に調整される。このため、背圧室５１の背圧力が適正値に調整され、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付け力を安定させることができる。
【００５１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）膨張部４０における可動スクロール４４の背面４４ｃ側に背圧室５１を形成するとともに、この背圧室５１に、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を導入するようにした。この作動流体の導入により背圧室５１の背圧力を高め、可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるようにして、膨張室４７の密閉性を高めるようにした。すなわち、背圧力を発生させるため、背圧室５１に導入される作動流体は、熱交換器６２で熱エネルギーを受け取る前の作動流体である。よって、熱交換器６２で作動流体が受け取った熱エネルギーは、背圧力を発生させるために用いられず、全て膨張部４０での機械的エネルギーの変換に用いられる。その結果として、背圧力によって膨張室４７の密閉性を高める構成としても、機械的エネルギーの出力効率が低下することがない。
【００５２】
（２）ギヤポンプ３０と膨張部４０をハウジング１２内に収容した複合流体機械１１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１のハウジング１２内に導入路５４を設け、この導入路５４を経由して高圧の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。このため、例えば、ギヤポンプ３０と膨張部４０とを別体に分け、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体をハウジング１２外で配管を介して背圧室５１に導入するようにする場合と比べると、配管が必要無いことから、ランキンサイクル装置６０の設置スペースをコンパクトにすることができる。
【００５３】
（３）ギヤポンプ３０と膨張部４０をハウジング１２内に収容した複合流体機械１１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１の軸方向に沿ってギヤポンプ３０に隣り合わせて膨張部４０を並設した。このため、例えば、複合流体機械１１の軸方向に沿って、ギヤポンプ３０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０が並設されている場合と比べると、ギヤポンプ３０と膨張部４０との間にモータ・ジェネレータ２０が介在しない分だけ、ギヤポンプ３０と膨張部４０の間の距離を短くすることができる。その結果、導入路５４の通路長さも短くすることができ、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体を背圧室５１に速やかに導入することができる。
【００５４】
（４）背圧室５１と、この背圧室５１より低圧の吐出室５０とを導出路５７で連通させるとともに、導出路５７内に導出側差圧調整機構７０として弁座５７ａ、コイルバネ５９、ボールバルブ５９ａ、及びバネ受け５８を設けた。そして、ボールバルブ５９ａの弁座５７ａに対する接離により、背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたため、可動スクロール４４の固定スクロール４６に向けた押し付け力を安定させることができる。
【００５５】
（５）導入路５４内に絞りプレート５６を設け、この絞りプレート５６に小径の絞り孔５６ａを形成することで、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。そして、導入路５４にフィルタ５５を設けた。このため、フィルタ５５によって作動流体に含まれる異物を除去することができ、絞り孔５６ａが異物で詰まることを防止することができる。
【００５６】
（６）ハウジング１２内に、ギヤポンプ３０から吐出された作動流体の貯留部５３を設けるとともに、ハウジング１２に貯留部５３から熱交換器６２へ作動流体を導出するための吐出孔１３ｈを形成した。そして、ギヤポンプ３０から熱交換器６２へ作動流体を導出するための主流路を貯留部５３内とした。また、この貯留部５３に面する支持ブロック２５に、貯留部５３（主流路）から分岐する導入路５４を形成し、この導入路５４によって高圧の作動流体を背圧室５１に導入するようにした。そして、この導入路５４内にフィルタ５５を設けた。その結果、作動流体は貯留部５３（主流路）を流れて熱交換器６２に導出されるため、作動流体中に含まれる異物のほとんどは主流路での流れに乗って熱交換器６２に向けて流れる。よって、導入路５４には異物がほとんど流れ込まないため、フィルタ５５の表面積を小さくすることができる、すなわち、フィルタ５５をコンパクトにすることができる。
【００５７】
（７）背圧室５１に高圧の作動流体を導入し、背圧力によって可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けるようにした。背圧力は、差圧調整機構７０により適正値に調整することができるため、可動スクロール４４の押し付け力を安定させることができる。このため、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付けを、付勢バネ等の機械的構成を用いて行う場合と異なり、押し付け力不足による作動流体の漏れ損失や過剰な押し付け力による機械的損失を低減することができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を構成した導入路５４は形成されていない。
【００５９】
図３に示すように、複合流体機械７１のハウジング７２は、筒状をなすセンタハウジング７３と、センタハウジング７３の一端（図３では左端）に接合されたサイドプレート７４と、サイドプレート７４に接合されたフロントハウジング７５と、センタハウジング７３の他端（図１では右端）に接合されたリヤハウジング７６とから形成されている。また、センタハウジング７３内には支持ブロック２５が固設されるとともに、支持ブロック２５とリヤハウジング７６との間には膨張部４０が収容されている。さらに、センタハウジング７３内にはモータ・ジェネレータ２０が収容されている。
【００６０】
サイドプレート７４のフロントハウジング７５側の面には、駆動軸２１を取り囲むように円形状の凹部７４ａが形成されている。そして、サイドプレート７４にフロントハウジング７５が接合されることにより、凹部７４ａが閉鎖されてポンプ室７７が区画されている。ポンプ室７７には従動ギヤ（図示せず）及び駆動軸２１に取着された主動ギヤ８０が収容されている。そして、ポンプ室７７では、従動ギヤと主動ギヤ８０とが互いに噛み合わされた状態で配設されるとともに、ポンプ室７７と、従動ギヤと、主動ギヤ８０とからギヤポンプ９０が形成されている。本実施形態の複合流体機械７１は、軸方向に沿ってギヤポンプ９０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０が並設されている。
【００６１】
サイドプレート７４におけるポンプ室７７より下側には、吸入通路７４ｂが形成されている。この吸入通路７４ｂは、一端（図３では下端）がサイドプレート７４の外面に開口するとともに、他端がポンプ室７７に連通するように形成されている。また、サイドプレート７４におけるポンプ室７７より上側には、吐出通路７４ｃが形成されている。この吐出通路７４ｃは、一端がポンプ室７７に連通するとともに、他端がサイドプレート７４の外面に開口している。そして、吸入通路７４ｂには、凝縮器６１に接続された第４流路６０ｅが接続されるとともに、吐出通路７４ｃには第１流路６０ａを介して熱交換器６２の吸熱器６２ａが接続されている。
【００６２】
さらに、サイドプレート７４及びセンタハウジング７３には、第１連通路８２が形成されている。この第１連通路８２は、ギヤポンプ９０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの領域の一部である吐出通路７４ｃに連通している。また、支持ブロック２５には、第１連通路８２と背圧室５１とを連通させる第２連通路８３が形成されている。そして、ギヤポンプ９０の吐出口付近の高圧の作動流体は、第１連通路８２及び第２連通路８３を介して背圧室５１に導入されるようになっている。よって、本実施形態では、第１連通路８２と第２連通路８３とが、ギヤポンプ９０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域から背圧室５１に作動流体を導入する導入手段を形成している。なお、図示しないが、第１連通路８２又は第２連通路８３内にはフィルタが設けられている。
【００６３】
したがって、上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）、（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（８）ギヤポンプ９０と膨張部４０を一体化した複合流体機械７１をランキンサイクル装置６０に組み込むとともに、複合流体機械１１の軸方向に沿ってギヤポンプ９０、モータ・ジェネレータ２０、及び膨張部４０を並設した。そして、ハウジング７２の厚み内に第１連通路８２を形成するとともに、支持ブロック２５に第２連通路８３を形成し、ギヤポンプ９０と背圧室５１とを連通させた。このため、ギヤポンプ９０と膨張部４０との間にモータ・ジェネレータ２０が介在していても、ギヤポンプ９０から吐出された作動流体を背圧室５１に導入することができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を図４にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００６５】
図４に示すように、複合流体機械９１において、支持ブロック２５の内周面には、第１の実施形態のＯリング製の軸シール２８と異なり、Ｖパッキン製の軸シール９３が装着されるとともに、この軸シール９３により駆動軸２１の周面と支持ブロック２５の内周面との間がシールされている。また、サイドプレート１７と、支持ブロック２５の先端との間には、駆動軸２１を取り囲むようにＯリング製のシール部材９４が介装されるとともに、このシール部材９４により支持ブロック２５とサイドプレート１７との間がシールされている。なお、第３の実施形態では、吐出通路１３ｅは、貯留部５３に連通せず、センタハウジング１３の外面に開口している。
【００６６】
そして、ギヤポンプ３０の吐出側（吐出通路１３ｅ側）において、駆動軸２１の付近は、吸入通路１３ｄ側の低圧と、吐出通路１３ｅ側の高圧との間の圧力であり、やや高圧よりの中間圧となっている。この中間圧は、背圧室５１の圧力より高くなっているため、駆動軸２１付近の作動流体は、ギヤポンプ３０から背圧室５１に向けて流れようとする。ここで、軸シール９３の駆動軸２１に対する密接力を緩めに設定しておき、駆動軸２１に沿ったギヤポンプ３０から背圧室５１への作動流体の漏れを許容させる。すると、ギヤポンプ３０の駆動軸２１付近の作動流体は、駆動軸２１に沿って背圧室５１に向けて流れ、この作動流体により背圧室５１の背圧力を高めることができる。したがって、本実施形態では、駆動軸２１及び軸シール９３が、ギヤポンプ３０の吐出側から熱交換器６２の入口側までの高圧領域の作動流体を背圧室５１に導入するための導入手段を構成している。
【００６７】
したがって、上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（２）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（９）ギヤポンプ３０の駆動軸２１付近の作動流体を、駆動軸２１に沿って背圧室５１に導入するようにした。このため、ギヤポンプ３０から吐出された高圧の作動流体を背圧室５１に導入するため、ハウジング１２や支持ブロック２５に導入路を形成する場合と比べると、より簡単な構成とすることができる。
【００６８】
（第４の実施形態）
次に、本発明を具体化した第４の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第４の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００６９】
図５及び図６（ａ）に示すように、支持ブロック２５には、供給路１００が厚み方向に貫通して形成されるとともに、この供給路１００は一端が貯留部５３に向けて開口するとともに、他端がプレート４９に向けて開口している。また、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、プレート４９には、気化通路４９ｂがプレート４９の周方向に沿って半周に亘って延びるとともに、プレート４９を厚み方向を貫通して形成されている。そして、プレート４９は、支持ブロック２５と固定スクロール４６の対向する端面の間に挟持されていることから、それら端面によって気化通路４９ｂはシールされている。
【００７０】
気化通路４９ｂの一端は、供給路１００の他端に連通するとともに、気化通路４９ｂの他端は、背圧室５１に連通している。貯留部５３と、背圧室５１とは、供給路１００及び気化通路４９ｂを介して連通するとともに、本実施形態では、供給路１００及び気化通路４９ｂによって、導入手段としての導入通路が構成されている。
【００７１】
さて、貯留部５３の高圧の作動流体（液体）は、貯留部５３と背圧室５１との圧力差に基づいて、供給路１００によって絞られつつ、気化通路４９ｂに供給される。ここで、気化通路４９ｂを区画する固定スクロール４６は、膨張部４０で膨張した後の高温の作動流体によって加熱されている。このため、気化通路４９ｂを流れる液状の作動流体は、気化通路４９ｂを通過する際に固定スクロール４６との熱交換により、加熱され、気化する。よって、本実施形態では、固定スクロール４６が、膨張部４０の吐出側の作動流体と液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部として機能する。そして、背圧室５１には、気化した作動流体が導入される。
【００７２】
したがって、第４の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（１０）貯留部５３の液状の作動流体を、支持ブロック２５に形成した供給路１００及びプレート４９に形成した気化通路４９ｂを介して背圧室５１に導入するようにした。プレート４９は、高温の固定スクロール４６に熱的に結合されているため、気化通路４９ｂを作動流体が流れる際、固定スクロール４６の熱により作動流体を気化させることができる。したがって、背圧室５１には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室５１内でカウンタウェイト４５及び偏心軸４１が回転しても、背圧室５１の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができ、モータ・ジェネレータ２０の動力損失を低減することができる。
【００７３】
（１１）気化通路４９ｂは、プレート４９に形成されるとともに、プレート４９の周方向へ半周に亘って延びるように形成されている。そして、この気化通路４９ｂを通過する作動流体そのものにより、プレート４９を可動スクロール４４に向けて押し付けて可動スクロール４４を固定スクロール４６に押し付けることができる。したがって、背圧室５１からの背圧力に加え、プレート４９を介した押し付け力により、可動スクロール４４を固定スクロール４６により強く押し付けることができる。
【００７４】
（１２）貯留部５３の液状の作動流体を気化させるため、プレート４９に気化通路４９ｂを形成した。すなわち、プレート４９を用いて可動スクロール４４を背圧力によって固定スクロール４６に押し付けるようにした。そして、プレート４９の材質を選定することで、可動スクロール４４の端面に対する摺動性を向上させることができる。また、プレート４９は、金属板状の部材であるため、例えば、気化通路４９ｂを支持ブロック２５や固定スクロール４６に形成する場合と比べると、気化通路４９ｂを簡単に形成することができる。
【００７５】
（１３）貯留部５３の液状の作動流体は、固定スクロール４６と熱交換して気化する。固定スクロール４６は、エンジン６４からの熱を受け取った高温の作動流体によって加熱されている。よって、膨張部４０の一部である固定スクロール４６を用いて作動流体を気化することができ、新たに部品を追加することなく作動流体を気化することができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
次に、本発明を具体化した第５の実施形態を図７にしたがって説明する。また、第１の実施形態の複合流体機械１１と同一構成については同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略又は簡略する。なお、第５の実施形態では、第１の実施形態で導入手段を形成した導入路５４は形成されていない。
【００７７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、支持ブロック２５は、プレート４９に対向する側に第１圧入部２５ａが円板状に形成されるとともに、その第１圧入部２５ａよりもギヤポンプ３０側に、第１圧入部２５ａよりも小径の第２圧入部２５ｂが形成されている。第１圧入部２５ａにおいて、プレート４９と反対側（ギヤポンプ３０側）の端面には、膨張部４０からの作動流体が供給される供給空間２５ｃが環状に凹設されるとともに、導入空間２５ｃの開口端には支持面２５ｄが形成されている。なお、図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３には、供給空間２５ｃと吐出室５０とを連通させる供給通路１０２が形成されている。そして、供給空間２５ｃには、供給通路１０２を介して膨張後の高温の作動流体が供給されている。
【００７８】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３においては、第１圧入部２５ａの外周側に第１壁部１３１が形成されるとともに、この第１壁部１３１の内側に膨張部４０が設けられている。また、センタハウジング１３において、第１壁部１３１よりもギヤポンプ３０側に、第１壁部１３１よりも小径の第２壁部１３２が形成されている。センタハウジング１３の内周面には、第１壁部１３１と第２壁部１３２との内径差により、第１段差部１３３が環状に形成されている。さらに、センタハウジング１３において、第２壁部１３２よりもギヤポンプ３０側に、第２壁部１３２より小径の第３壁部１３４が形成されている。センタハウジング１３の内周面には、第２壁部１３２と第３壁部１３４との内径差により、第２段差部１３５が環状に形成されている。
【００７９】
そして、支持ブロック２５は、第１圧入部２５ａが第１壁部１３１の内側に圧入されるとともに、第２圧入部２５ｂが第３壁部１３４の内側に圧入されている。支持ブロック２５における支持面２５ｄと、センタハウジング１３における段差部１３３との間には、熱交換部のうちの熱交換部材としての熱交換プレート１０１の外周部が挟持されている。この熱交換プレート１０１の外周側には、熱交換フィン１０１ａが蛇腹状に形成されている。
【００８０】
また、支持ブロック２５における第２圧入部２５ｂの外周面と、センタハウジング１３における第２壁部１３２の内周面と、第２段差部１３５と、熱交換プレート１０１とで区画される空間には、導入空間１０３が環状に区画されている。この導入空間１０３は、支持ブロック２５の供給空間２５ｃと対向する位置に形成されている。
【００８１】
図７（ｃ）に示すように、センタハウジング１３には、貯留部５３と導入空間１０３とを連通させる第１導入流路１０４が形成されている。また、図７（ｂ）に示すように、支持ブロック２５には、導入空間１０３と背圧室５１とを連通させる第２導入通路１０８が形成されている。そして、貯留部５３と背圧室５１とは、第１導入流路１０４と、導入空間１０３と、第２導入通路１０８とを介して連通している。よって、本実施形態では、第１導入流路１０４と、導入空間１０３と、第２導入通路１０８とから導入手段としての導入通路が構成されている。
【００８２】
第１導入流路１０４には、背圧室５１と吐出室５０との差圧を調整する導入側差圧調整機構１１０が設けられている。導入側差圧調整機構１１０は、外部制御弁として構成されており、第１導入流路１０４に制御弁を配置するとともに、この制御弁を、コントローラに信号接続する。また、背圧室５１及び吐出室５０（低圧領域）それぞれの圧力を圧力センサ等により検出可能にする。そして、圧力センサによって検出された背圧室５１及び吐出室５０の圧力に基づき、コントローラが制御弁の開度を調整し、差圧を調整する。
【００８３】
そして、背圧室５１と吐出室５０との差圧が予め設定された適正値に調整されるようになっている。すなわち、背圧室５１の圧力が予め設定された値を越え、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より高いことを適宜の検出手段で検出すると、導入側差圧調整機構１１０により第１導入流路１０４が絞られる。その結果、背圧室５１に導入される作動流体が減少し、背圧室５１の圧力を低下させ、差圧を低下させる。
【００８４】
一方、背圧室５１の圧力が予め設定された適正値を下回り、吐出室５０との差圧が予め設定された適正値より低くなると、導入側差圧調整機構１１０による第１導入流路１０４の絞り量が減少する。その結果、背圧室５１に導入される作動流体が増加し、背圧室５１がの圧力を上昇させ、差圧を上昇させる。
【００８５】
さて、貯留部５３の高圧の作動流体（液体）は、第１導入流路１０４の導入側差圧調整機構１１０によって絞られつつ、導入空間１０３に導入される。また、熱交換プレート１０１を挟んで導入空間１０３に対向する供給空間２５ｃには、膨張部４０で膨張した高温の作動流体が供給されている。
【００８６】
よって、熱交換プレート１０１は、供給空間２５ｃに供給された作動流体によって加熱されている。このため、導入空間１０３に導入された作動流体は、熱交換プレート１０１との熱交換により、加熱され、気化する。よって、本実施形態では、熱交換プレート１０１が熱交換部のうちの熱交換部材として機能する。そして、背圧室５１には、気化した作動流体が導入される。
【００８７】
なお、背圧室５１への作動流体の導入により、背圧室５１の背圧力が変動するが、導入側差圧調整機構１１０によって、背圧室５１と吐出室５０の差圧が適正値に調整される。このため、背圧室５１の背圧力が適正値に調整され、可動スクロール４４の固定スクロール４６への押し付け力を安定させることができる。
【００８８】
したがって、第５の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）、（６）及び（７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（１４）貯留部５３の液状の作動流体を、センタハウジング１３に形成した第１導入流路１０４、導入空間１０３、及び第２導入通路１０８を介して背圧室５１に導入するようにした。導入空間１０３は、熱交換プレート１０１を挟んで供給空間２５ｃに対向しており、この供給空間２５ｃには、膨張部４０で膨張した後の高温の作動流体が供給される。このため、熱交換プレート１０１は、高温の作動流体によって加熱されているため、導入空間１０３に作動流体が導入されると、その作動流体を気化させることができる。したがって、背圧室５１には、気体の作動流体が導入されるため、背圧室５１内でカウンタウェイト４５及び偏心軸４１が回転しても、背圧室５１の作動流体が液体の場合と比べると、作動流体による抵抗を小さくすることができ、モータ・ジェネレータ２０の動力損失を低減することができる。
【００８９】
（１５）作動流体を気化させるため、膨張後の作動流体と熱交換プレート１０１を介して熱交換させた。そして、熱交換プレート１０１には、熱交換率を高めるため、熱交換フィン１０１ａを形成した。熱交換プレート１０１のように膨張部４０とは別部材を用いることで、作動流体同士の熱交換面積を適宜設定することができ、作動流体を効率良く気化させることができる。
【００９０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第４の実施形態において、気化通路４９ｂをプレート４９に形成したが、支持ブロック２５又は固定スクロール４６に形成してもよい。
【００９１】
○ 第４の実施形態において、気化通路４９ｂの通路幅は任意に変更してもよい。例えば、気化通路４９ｂにおいて、供給路１００と対向する一端を小径の孔とし、その孔より他端側を幅広に形成し、気化通路４９ｂに絞りを形成してもよい。
【００９２】
○ 図３の２点鎖線に示すように、第１流路６０ａにおいて、熱交換器６２の入口付近から分岐された分岐流路９５を第２連通路８３に連通させてもよい。そして、ギヤポンプ９０から吐出され、かつ熱交換器６２に導入される前の高圧の作動流体を、第１流路６０ａ、分岐流路９５、及び第２連通路８３を経由して背圧室５１に導入してもよい。この場合、分岐流路９５、及び第２連通路８３により導入手段が形成される。なお、分岐流路９５又は第２連通路８３に導入側差圧調整機構を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしてもよい。
【００９３】
○ 第１及び第２の実施形態では、導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、これに限らない。導出側差圧調整機構７０の代わりに、第１の実施形態では導入路５４に導入側差圧調整機構を設け、第２の実施形態では第１連通路８２又は第２連通路８３に導入側差圧調整機構を設けて差圧を調整してもよい。
【００９４】
○ 第３の実施形態では、駆動軸２１及び軸シール９３が導入手段を構成したが、この第３の実施形態において、軸シール９３を圧力差によって駆動軸２１に対する密接力（シール力）を変更可能に構成し導入側差圧調整機構としてもよい。この場合、導出側差圧調整機構７０は削除する。\'81@○ 第４の実施形態では、導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、導出側差圧調整機構７０の代わりに、供給路１００に導入側差圧調整機構を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を調整してもよい。
【００９５】
○ 第５の実施形態では、第１導入流路１０４に導入側差圧調整機構１１０を設けて背圧室５１と吐出室５０との差圧を適正値に調整するようにしたが、導入側差圧調整機構１１０の代わりに、第１の実施形態のように導出路５７に導出側差圧調整機構７０を設けて差圧を調整してもよい。
【００９６】
○ 各実施形態では、モータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０，９０、及び膨張部４０が一体化された複合流体機械１１，７１，９１をランキンサイクル装置６０に組み込んで回路を構成したが、モータ・ジェネレータ、ギヤポンプ、及び膨張部をそれぞれ単体として回路に組み込んでもよい。そして、ギヤポンプと膨張部の背圧室とを導入手段としての配管で接続し、ギヤポンプから吐出された高圧の作動流体を配管を介して背圧室に導入するようにしてもよい。
【００９７】
○ 各実施形態では、複合流体機械１１，７１，９１のハウジング内にモータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０，９０、膨張部４０、及び導入手段が収容されていたが、複合流体機械のハウジング内には、ギヤポンプ３０，９０、膨張部４０、及び導入手段が収容され、ギヤポンプ３０，９０はハウジング外に設けられていてもよい。これによれば、ギヤポンプ３０，９０がハウジング内に設けられている場合と比べると、複合流体機械を短くすることができる。
【００９８】
○ 各実施形態において、ポンプはギヤポンプ３０，９０の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 各実施形態では、複合流体機械１１，７１，９１をランキンサイクル装置６０のみに用いたが、複合流体機械１１，７１，９１に圧縮部及びクラッチ機構を一体に設けて、冷凍サイクルを並設してもよい。
【００９９】
○ 排熱源からの流体は、エンジン６４からの排気ガスであってもよい。
○ 駆動軸２１をハウジング１２の外に突出させ、その駆動軸２１の突出端が動力伝達手段（クラッチ、プーリ、ベルト等）を介してエンジン６４に連結されていてもよい。
【０１００】
○ モータ・ジェネレータ２０をオルタネータに変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記導出手段にはフィルタが設けられている請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【０１０１】
（ロ）作動流体を吐出するポンプ、前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器、前記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ーを出力する膨張部、を有する回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、前記膨張部、及び前記ポンプをハウジング内に一体に備える複合流体機械であって、前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備え、さらに、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えることを特徴とする複合流体機械。
【０１０２】
（ハ）前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備える技術的思想（ロ）に記載の複合流体機械。
【０１０３】
（ニ）前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位である技術的思想（ハ）に記載の複合流体機械。
（ホ）前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材である技術的思想（ハ）に記載の複合流体機械。
【０１０４】
（ヘ）前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられている技術的思想（ハ）〜（ホ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０５】
（ト）前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられている技術的思想（ロ）〜（ヘ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０６】
（チ）前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられている技術的思想（ロ）〜（ト）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
（リ）前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられている技術的思想（ロ）〜（ト）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【０１０７】
（ヌ）前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されている技術的思想（リ）に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【０１０８】
１１，７１，９１…複合流体機械、１２，７２…ハウジング、２１…駆動軸（導入手段）、３０，９０…ポンプとしてのギヤポンプ、４０…膨張部、４４…可動スクロール、４４ｃ…背面、４６…熱交換部としての固定スクロール、４９ｂ…導入手段としての導入通路を構成する気化通路、５１…背圧室、５３…高圧領域としての貯留部、５４…導入手段としての導入路、５７…導出路、６０…ランキンサイクル装置、６２…熱交換器、６４…排熱源としてのエンジン、７０…導出側差圧調整機構、８２…導入手段を形成する第１連通路、８３…導入手段を形成する第２連通路、９３…導入手段を形成する軸シール、１００…導入手段としての導入通路を構成する供給路、１０３…導入手段としての導入通路を形成する導入空間、１０４…導入手段としての導入通路を形成する第１導入流路、１０８…導入手段としての導入通路を形成する第２導入通路、１１０…導入側差圧調整機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器と、
前記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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置であって、
前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備え、
さらに、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えており、
前記高圧領域は、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの領域であることを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備える請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位である請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材である請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項９】
前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されている請求項８に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１】
作動流体を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された作動流体と排熱源からの流体との間で熱交換させる熱交換器と、
前記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ーを出力する膨張部と、を有する回路を備えるランキンサイクル装置であって、
前記膨張部は、固定スクロール、及び前記固定スクロールに対して駆動軸の回転によって旋回する可動スクロールを備え、前記可動スクロールにおける前記固定スクロールへの対向面と反対側の背面側に背圧室を備え、
さらに、前記駆動軸の軸方向に沿って前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧力を発生させるために、高圧領域から前記背圧室に前記作動流体を導入するための導入手段を備えており、
前記高圧領域は、前記ポンプの吐出側から前記熱交換器の入口側までの領域であることを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記導入手段は、前記高圧領域と前記背圧室を連通させる導入通路であり、該導入通路に、液状の前記作動流体を気化させる熱交換部を備える請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記熱交換部は、前記膨張部において、前記熱交換器で熱交換された作動流体からの熱が伝達される部位である請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記熱交換部は、前記膨張部の吐出側の作動流体と前記液状の作動流体とを熱交換させる熱交換部材である請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記導入手段には、前記背圧室と、該背圧室より低圧領域との差圧を適正値に調整する導入側差圧調整機構が設けられている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記背圧室には、該背圧室より低圧領域と前記背圧室を連通させる導出路が接続され、該導出路には前記背圧室と前記低圧領域との差圧を適正値に調整する導出側差圧調整機構が設けられている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記膨張部及び前記導入手段は、複合流体機械のハウジング内に設けられている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
前記膨張部及び前記ポンプは、複合流体機械のハウジング内に設けられるとともに、前記導入手段は前記ハウジング内に設けられている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項９】
前記ハウジング内では、前記軸方向に沿って前記ポンプと前記膨張部が隣り合うように並設されている請求項８に記載のランキンサイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０７６５５（Ｐ２０１２−２０７６５５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６２２１（Ｐ２０１１−１８６２２１）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
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