複合流体機械
【課題】ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制して、ポンプ吸入側でのキャビテーションの発生を抑えることができる複合流体機械を提供する。
【解決手段】複合流体機械１１において、モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１の軸方向に沿った、ギヤポンプ３０の吸入通路１３ｄ及びギヤポンプ３０と、膨張機部４０との間に液冷媒の貯留部５１が設けられている。この貯留部５１にはギヤポンプ３０の吐出通路１７ａが連通している。そして、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒は、貯留部５１を経由して第１ボイラ６２へ吐出されるように構成されている。
【解決手段】複合流体機械１１において、モータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１の軸方向に沿った、ギヤポンプ３０の吸入通路１３ｄ及びギヤポンプ３０と、膨張機部４０との間に液冷媒の貯留部５１が設けられている。この貯留部５１にはギヤポンプ３０の吐出通路１７ａが連通している。そして、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒は、貯留部５１を経由して第１ボイラ６２へ吐出されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル装置に用いられ、膨張機部と、ポンプと、回転電機とをハウジング内に一体に備える複合流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合流体機械として、例えば、特許文献１の一体ユニットが挙げられる。図４に示すように、一体ユニット８０は、ギヤポンプ８１と、モータ／発電機８２と、膨張機８３とが、モータ／発電機８２のシャフト８４の軸方向に沿って並設されて形成されている。ギヤポンプ８１のハウジングは、遮断壁８８と、ケーシング８９とから構成されている。シャフト８４の先端に設けられた駆動シャフト８４ａは、遮断壁８８を貫通してケーシング８９に支持されている。また、遮断壁８８とケーシング８９には従動シャフト８５が支持されている。
【０００３】
遮断壁８８とケーシング８９との間に区画される空間内には、駆動シャフト８４ａと一体回転する主動ギヤ８６が配設されるとともに、従動シャフト８５と一体回転する従動ギヤ８７が互いに噛み合うように配設されている。そして、駆動シャフト８４ａと、主動ギヤ８６と、従動シャフト８５と、従動ギヤ８７とからギヤポンプ８１が構成されている。また、遮断壁８８内には、遮断壁８８とケーシング８９との間の空間に連通する吐出通路及び吐出孔（図示せず）と、吸入通路及び吸入孔（図示せず）とが形成されている。
【０００４】
一体ユニット８０において、ギヤポンプ８１とモータ／発電機８２との間には、上記遮断壁８８が介在している。この遮断壁８８により、一体ユニット８０内には、モータ／発電機８２及び膨張機８３が収容された空洞部９０が区画されるとともに、遮断壁８８によりギヤポンプ８１と空洞部９０とが遮断されている。
【０００５】
そして、ランキンサイクル装置の稼働時、膨張機８３から吐出された作動流体は空洞部９０に流出する。一方、ランキンサイクル装置のコンデンサ（図示せず）で冷却されて液体となった作動流体は、ギヤポンプ８１のポンプ作用により吸入通路及び吸入孔を流通してギヤポンプ８１内に吸入され、さらに、吐出孔及び吐出通路を流通した後、ランキンサイクル装置の熱交換器へ吐出される。
【０００６】
一体ユニット８０の内部において、膨張機８３によって膨張された作動流体と、ギヤポンプ８１内の作動流体とは、遮断壁８８を介して熱交換を行う。すなわち、膨張機８３によって膨張された作動流体の持つ熱が、ギヤポンプ８１内の作動流体に遮断壁８８を介して奪われ、ギヤポンプ８１内の作動流体が昇温される。その結果、一体ユニット８０では、その内部で熱交換を行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３８７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１の一体ユニット８０においては、膨張機８３によって膨張された作動流体と、ギヤポンプ８１内の作動流体とが、遮断壁８８を介して熱交換を行う。そして、ギヤポンプ８１に作動流体を吸入するための吸入通路及び吸入孔は、遮断壁８８の内部に形成されている。このため、ハウジング内において、ギヤポンプ８１へ吸入される前の作動流体に遮断壁８８を介して膨張後の作動流体の熱が伝達され、ポンプへ吸入される前の作動流体の飽和蒸気圧が上昇する。その結果、キャビテーションが発生し、ギヤポンプ８１による作動流体の移送能力が低下してしまう。
【０００９】
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、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制して、ポンプ吸入側でのキャビテーションの発生を抑えることができる複合流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、吸入通路を介して作動流体を吸入するとともに吐出通路を介して前記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機部と、前記膨張機部から吐出された作動流体を凝縮する凝縮器と、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、前記膨張機部と、前記ポンプと、発電機又は電動機として機能する回転電機と、をハウジング内に一体に備える複合流体機械である。そして、複合流体機械において、前記回転電機の駆動軸の軸方向に沿った、前記吸入通路及び前記ポンプと前記膨張機部との間に前記作動流体の貯留部が設けられるとともに、前記ポンプの吐出通路が前記貯留部に連通され、前記ポンプから吐出された作動流体が、前記貯留部を経由して前記熱交換器へ吐出されるように構成されている。
【００１１】
これによれば、貯留部の作動流体により、膨張後の作動流体がポンプに直接接触することが無くなる。そして、膨張機部によって膨張された作動流体の持つ熱は、膨張機部及びハウジングを介して貯留部に貯留された作動流体に伝達され、膨張後の作動流体の持つ熱がポンプに直接伝達されることが無くなる。よって、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制することができる。その結果として、ポンプの吸入側でキャビテーションが発生することが抑制される。
【００１２】
また、前記膨張機部は、前記駆動軸と一体回転する従動軸を回転中心として駆動されるとともに前記軸方向に直交する方向に沿って前記ハウジング内全体に亘るように設けられ、前記貯留部は前記従動軸を取り囲むように該従動軸の周面と前記ハウジングの内面との間の空間に形成されていてもよい。
【００１３】
これによれば、貯留部全体が作動流体によって満たされることにより、膨張機部へ吸入される作動流体の持つ熱、及び吐出される作動流体の持つ熱の両方がポンプに直接伝達されることが無くなる。
【００１４】
また、前記回転電機、前記ポンプ、前記貯留部、及び前記膨張機部が、この順序で前記軸方向に沿って並設されていてもよい。これによれば、貯留部内の作動流体により、膨張後の作動流体の持つ熱が、ポンプに直接伝達されることが回避される。その結果、軸方向に沿ってポンプよりさらに膨張機部から離れた位置に配設された回転電機が、膨張後の作動流体の持つ熱により加熱されることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制して、ポンプ吸入側でのキャビテーションの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を模式的に示す図。
【図３】複合流体機械を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】背景技術の一体ユニットを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１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の内側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によってセンタハウジング１３内が２つの空間に仕切られている。
【００１８】
仕切壁１３ａとフロントハウジング１４との間には回転電機としてのモータ・ジェネレータ２０が収容されている。モータ・ジェネレータ２０は駆動軸２１を有するとともに、この駆動軸２１は、仕切壁１３ａ及びフロントハウジング１４に設けられた軸受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。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。図２に示すように、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。
【００１９】
図１に示すように、仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側の面には、駆動軸２１を取り囲むように長円形状の凹部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３に示すように、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。そして、ポンプ室１８内には、従動ギヤ１９と、駆動軸２１に取着された主動ギヤ２１ａが互いに噛み合わされた状態で配設されている。そして、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。
【００２０】
図１に示すように、仕切壁１３ａには、ポンプ室１８（凹部１３ｃ）に連通する吸入通路１３ｄが形成されている。本実施形態では、吸入通路１３ｄは、センタハウジング１３の上面に開口するように複合流体機械１１の上部に形成されている。また、仕切壁１３ａ及びサイドプレート１７には、ポンプ室１８（凹部１３ｃ）に連通する吐出通路１７ａが仕切壁１３ａからサイドプレート１７に跨るように形成されている。本実施形態では、吐出通路１７ａは ポンプ室１８の下部に位置するように形成されている。
【００２１】
センタハウジング１３内において、仕切壁１３ａよりリヤハウジング１５側の空間内には支持ブロック２５が固設されている。駆動軸２１の他端側（リヤハウジング１５側）は、サイドプレート１７を貫通して支持ブロック２５に挿入されるとともに、駆動軸２１の他端側には従動軸２６が駆動軸２１と一体回転可能に設けられている。この従動軸２６は、支持ブロック２５に設けられた軸受２７によって回転可能に支持されている。
【００２２】
複合流体機械１１において、仕切壁１３ａと、リヤハウジング１５との間には、作動流体としての冷媒を膨張させる膨張機部４０が設けられている。膨張機部４０において、従動軸２６の先端には、従動軸２６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は従動軸２６の回転により従動軸２６の中心軸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には軸受装置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。
【００２３】
可動スクロール４４は、軸受装置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、センタハウジング１３内において、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ている。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が回転可能に配設されている。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て容積変更可能な作動室４７を区画する。
【００２４】
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、吸入チャンバ４８が区画されるとともに、この吸入チャンバ４８には吸入口４６ｃを介して膨張前の作動室４７に連通している。また、リヤハウジング１５には、吸入チャンバ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の最外周面との間には吐出チャンバ５０が区画形成されるとともに、センタハウジング１３には吐出チャンバ５０に連通する吐出ポート１３ｇが形成されている。本実施形態では、吐出ポート１３ｇはセンタハウジング１３の下部に下方へ向けて開口するように形成されている。上記構成の膨張機部４０は、従動軸２６の軸方向に直交する方向に沿ってセンタハウジング１３内全体に亘るように設けられている。
【００２５】
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５１が区画されている。この貯留部５１は、従動軸２６を取り囲むように環状に形成されている。すなわち、貯留部５１は、この貯留部５１内に露出する支持ブロック２５の外周面全体を囲むように形成されている。また、貯留部５１は、サイドプレート１７に形成された吐出通路１７ａ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から吐出された作動流体は、吐出通路１７ａを介して貯留部５１へ吐出されるようになっている。センタハウジング１３には、貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈが形成されている。そして、貯留部５１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へ吐出されるようになっている。
【００２６】
次に、上記複合流体機械１１が用いられるランキンサイクル装置６０について説明する。
ランキンサイクル装置６０は、複合流体機械１１の膨張機部４０、凝縮器６１、複合流体機械１１のギヤポンプ３０、及び熱交換器としての第１ボイラ６２、第２ボイラ６３を順次接続してなる回路を備える。
【００２７】
図１及び図２に示すように、貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈには第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２の吸熱器６２ａが接続されている。第１ボイラ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、車両のエンジン６４を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路６５を循環して放熱器６２ｂ及びラジエータ６５ａで放熱する。
【００２８】
第１ボイラ６２の吸熱器６２ａの吐出側には接続通路６０ｂを介して第２ボイラ６３の吸熱器６３ａが接続されている。第２ボイラ６３は、吸熱器６３ａに加え放熱器６３ｂを備える。この放熱器６３ｂは、エンジン６４に接続された排気通路６６上に設けられている。そして、エンジン６４からの排気は、放熱器６３ｂで放熱した後、マフラ６７から排気される。よって、ギヤポンプ３０から吐出され、さらに貯留部５１を経由した液冷媒は、第１及び第２ボイラ６２，６３の吸熱器６２ａ，６３ａと放熱器６２ｂ，６３ｂとの間での熱交換によりエンジン６４からの排熱によって加熱される。
【００２９】
第２ボイラ６３の吸熱器６３ａの吐出側には、第２流路６０ｃを介して膨張機部４０における吸入ポート１５ａが接続され、第１及び第２ボイラ６２，６３で加熱された高温高圧の冷媒ガスは第２流路６０ｃ及び吸入ポート１５ａを介して膨張機部４０に吸入されるようになっている。膨張機部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。そして、膨張機部４０で膨張した低圧の冷媒ガスは、第３流路６０ｄを介して凝縮器６１へ吐出されるようになっている。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。よって、ランキンサイクル装置６０では、冷媒は、複合流体機械１１の膨張機部４０、凝縮器６１、複合流体機械１１のギヤポンプ３０、第１ボイラ６２、及び第２ボイラ６３の並び順に沿って回路を流れるようになっている。
【００３０】
さて、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。ギヤポンプ３０により、液冷媒が第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２へ送られる。
【００３１】
そして、第１ボイラ６２及び第２ボイラ６３において、吸熱器６２ａ，６３ａと放熱器６２ｂ，６３ｂとの間での熱交換により、液冷媒がエンジン６４からの排熱によって加熱される。加熱後の高温高圧の冷媒ガスは、第２流路６０ｃを介して吸入ポート１５ａから膨張機部４０の作動室４７に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部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が回転し、従動軸２６を介してモータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１回転されるとともにギヤポンプ３０が駆動される。
【００３２】
このとき、エンジン６４からの排熱量が大きく、膨張機部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。
【００３３】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒ガスは、吐出チャンバ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へ吐出された冷媒ガスは、凝縮器６１を通過して液化し（液冷媒）、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、膨張機部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に導入された液冷媒は、吐出通路１７ａを経由して貯留部５１へ吐出される。すると、貯留部５１に液冷媒が貯留され、ギヤポンプ３０と膨張機部４０との間に液冷媒が介在する状態となる。
【００３４】
そして、貯留部５１が液冷媒により満たされると、オーバーフローした液冷媒が吐出孔１３ｈから第１流路６０ａに吐出され、第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２及び第２ボイラ６３へ供給される。以後、上述したように、冷媒は、膨張機部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、冷媒はランキンサイクル装置６０の回路を循環する。
【００３５】
上記複合流体機械１１が用いられたランキンサイクル装置６０において、貯留部５１にはギヤポンプ３０によって吐出された液冷媒が貯留され、ギヤポンプ３０と膨張機部４０との間には液冷媒が介在されている。そして、貯留部５１が液冷媒によって満たされることにより、貯留部５１内に露出する支持ブロック２５の側面の全体、貯留部５１内に露出するセンタハウジング１３の内周面（内面）の全体、及び貯留部５１に露出するサイドプレート１７の面の全体に液冷媒が接触している。
【００３６】
そして、吐出チャンバ５０及び吐出ポート１３ｇ内の冷媒ガス、すなわち、膨張機部４０によって膨張された冷媒ガスの持つ熱は、可動スクロール４４、固定スクロール４６、センタハウジング１３及び支持ブロック２５を介して、貯留部５１に貯留された液冷媒に伝達される。すなわち、膨張後の冷媒ガスがサイドプレート１７に直接接触することが無くなり、膨張後の冷媒ガスの持つ熱がサイドプレート１７に直接伝達されることが無くなる。
【００３７】
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）駆動軸２１の軸方向において、ギヤポンプ３０及びその吸入通路１３ｄと、膨張機部４０との間には貯留部５１が設けられている。そして、この貯留部５１は、ギヤポンプ３０の吐出通路１７ａに連通し、貯留部５１にはギヤポンプ３０から吐出された液冷媒が貯留される。このため、膨張機部４０での膨張後の冷媒ガスの熱は貯留部５１の液冷媒に伝達される。よって、膨張後の冷媒ガスの持つ熱がギヤポンプ３０に直接伝達されることが無くなり、ギヤポンプ３０へ吸入される前の液冷媒がハウジング１２内で膨張後の冷媒ガスにより加熱されることを抑制することができる。その結果、ギヤポンプ３０の吸入側でのキャビテーションの発生が抑制され、ギヤポンプ３０による液冷媒の移送能力低下を抑制することができる。
【００３８】
（２）複合流体機械１１には、モータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０、貯留部５１及び膨張機部４０がこの順序で駆動軸２１の軸方向に沿って並設されている。そして、貯留部５１内の液冷媒により、膨張後の冷媒ガスの持つ熱が、ギヤポンプ３０に直接伝達されることが回避される。その結果、ギヤポンプ３０よりさらに膨張機部４０から離れた位置に配設されたモータ・ジェネレータ２０が、膨張後の冷媒ガスの持つ熱により加熱されることを抑制することができる。
【００３９】
（３）膨張機部４０は、駆動軸２１の軸方向に直交する方向（径方向）に沿ってセンタハウジング１３内全体に亘るように設けられている。また、貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように従動軸２６の周面とセンタハウジング１３の内周面との間の空間に形成されている。よって、膨張機部４０において支持ブロック２５を介してギヤポンプ３０側に臨む面の全てが貯留部５１に面している。したがって、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされることにより、膨張機部４０へ吸入される冷媒ガスの持つ熱、及び吐出される冷媒ガスの持つ熱の両方がギヤポンプ３０に直接伝達されることが無くなる。
【００４０】
（４）貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように従動軸２６の周面とセンタハウジング１３の内周面との間の空間に形成されている。そして、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされると、センタハウジング１３の内周面に液冷媒が接触する。このため、膨張機部４０の熱がセンタハウジング１３を介して伝わっても、その熱は貯留部５１の液冷媒に伝達される。したがって、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされることにより、膨張機部４０へ吸入される冷媒ガスの持つ熱、及び吐出される冷媒ガスの持つ熱の両方がセンタハウジング１３を介してギヤポンプ３０に伝達されることが抑制される。
【００４１】
（５）貯留部５１を設けることにより、膨張機部４０から吐出された冷媒ガスの持つ熱は、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒に伝達される。よって、膨張機部４０から吐出された後、凝縮器６１で放熱される熱の一部を、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒の加熱に用いることができ（内部熱交換を行うことができ）、ランキンサイクル装置６０の効率を向上させることができる。
【００４２】
（６）ギヤポンプ３０の吐出通路１７ａはポンプ室１８の下部に位置するようにサイドプレート１７の下部に形成されている。よって、貯留部５１の下部側には液冷媒が速やかに貯留される。また、膨張機部４０の吐出ポート１３ｇは、センタハウジング１３の下部に形成される。このため、貯留部５１全体に液冷媒が貯留されなくても、貯留部５１内の液冷媒により、膨張機部４０から吐出された冷媒ガスの持つ熱が、ギヤポンプ３０に直接伝達されることが回避される。
【００４３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 膨張後の冷媒ガスの持つ熱を貯留部５１の液冷媒に伝えることができるのであれば、貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように環状に形成されていなくてもよく、例えば、従動軸２６より下方のみに設けられていてもよい。
【００４４】
○ 実施形態では、複合流体機械１１を、駆動軸２１の軸方向に沿ってモータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０、貯留部５１、及び膨張機部４０の順序で並設したが、吸入通路１３ｄ及びギヤポンプ３０と、膨張機部４０との間に膨張機部４０が介在されていれば順序は変更してもよい。例えば、複合流体機械１１を、駆動軸２１の軸方向に沿って、ギヤポンプ３０、モータ・ジェネレータ２０、貯留部５１、及び膨張機部４０の順序で並設してもよい。
【００４５】
○ 作動流体は冷媒でなくてもよい。
○ 実施形態において、ポンプはギヤポンプ３０の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 実施形態において、膨張機部４０はスクロール型とは他の形式であってもよい。
【００４６】
○ 実施形態では、複合流体機械１１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に圧縮機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。
【００４７】
○ 貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈをセンタハウジング１３の上部に形成してもよい。これにより、ギヤポンプ３０の停止時に冷媒ガスが貯留部５１に溜まるのを防止するとともに、貯留部５１を常に液冷媒で満たすことができる。
【００４８】
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）前記ポンプの吐出通路が前記ハウジングの下部に設けられるとともに、前記膨張機部の吐出ポートが前記ハウジングの下部に設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【００４９】
（ロ）前記貯留部には作動流体として液冷媒が貯留される請求項１〜請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００５０】
１１…複合流体機械、１２…ハウジング、１３ｄ…吸入通路、１７ａ…吐出通路、２０…回転電機としてのモータ・ジェネレータ、２１…駆動軸、２６…従動軸、３０…ポンプとしてのギヤポンプ、４０…膨張機部、５１…貯留部、６０…ランキンサイクル装置、６１…凝縮器、６２…熱交換器としての第１ボイラ、６３…熱交換器としての第２ボイラ、６４…排熱源としてのエンジン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル装置に用いられ、膨張機部と、ポンプと、回転電機とをハウジング内に一体に備える複合流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合流体機械として、例えば、特許文献１の一体ユニットが挙げられる。図４に示すように、一体ユニット８０は、ギヤポンプ８１と、モータ／発電機８２と、膨張機８３とが、モータ／発電機８２のシャフト８４の軸方向に沿って並設されて形成されている。ギヤポンプ８１のハウジングは、遮断壁８８と、ケーシング８９とから構成されている。シャフト８４の先端に設けられた駆動シャフト８４ａは、遮断壁８８を貫通してケーシング８９に支持されている。また、遮断壁８８とケーシング８９には従動シャフト８５が支持されている。
【０００３】
遮断壁８８とケーシング８９との間に区画される空間内には、駆動シャフト８４ａと一体回転する主動ギヤ８６が配設されるとともに、従動シャフト８５と一体回転する従動ギヤ８７が互いに噛み合うように配設されている。そして、駆動シャフト８４ａと、主動ギヤ８６と、従動シャフト８５と、従動ギヤ８７とからギヤポンプ８１が構成されている。また、遮断壁８８内には、遮断壁８８とケーシング８９との間の空間に連通する吐出通路及び吐出孔（図示せず）と、吸入通路及び吸入孔（図示せず）とが形成されている。
【０００４】
一体ユニット８０において、ギヤポンプ８１とモータ／発電機８２との間には、上記遮断壁８８が介在している。この遮断壁８８により、一体ユニット８０内には、モータ／発電機８２及び膨張機８３が収容された空洞部９０が区画されるとともに、遮断壁８８によりギヤポンプ８１と空洞部９０とが遮断されている。
【０００５】
そして、ランキンサイクル装置の稼働時、膨張機８３から吐出された作動流体は空洞部９０に流出する。一方、ランキンサイクル装置のコンデンサ（図示せず）で冷却されて液体となった作動流体は、ギヤポンプ８１のポンプ作用により吸入通路及び吸入孔を流通してギヤポンプ８１内に吸入され、さらに、吐出孔及び吐出通路を流通した後、ランキンサイクル装置の熱交換器へ吐出される。
【０００６】
一体ユニット８０の内部において、膨張機８３によって膨張された作動流体と、ギヤポンプ８１内の作動流体とは、遮断壁８８を介して熱交換を行う。すなわち、膨張機８３によって膨張された作動流体の持つ熱が、ギヤポンプ８１内の作動流体に遮断壁８８を介して奪われ、ギヤポンプ８１内の作動流体が昇温される。その結果、一体ユニット８０では、その内部で熱交換を行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３８７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１の一体ユニット８０においては、膨張機８３によって膨張された作動流体と、ギヤポンプ８１内の作動流体とが、遮断壁８８を介して熱交換を行う。そして、ギヤポンプ８１に作動流体を吸入するための吸入通路及び吸入孔は、遮断壁８８の内部に形成されている。このため、ハウジング内において、ギヤポンプ８１へ吸入される前の作動流体に遮断壁８８を介して膨張後の作動流体の熱が伝達され、ポンプへ吸入される前の作動流体の飽和蒸気圧が上昇する。その結果、キャビテーションが発生し、ギヤポンプ８１による作動流体の移送能力が低下してしまう。
【０００９】
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、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制して、ポンプ吸入側でのキャビテーションの発生を抑えることができる複合流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、吸入通路を介して作動流体を吸入するとともに吐出通路を介して前記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機部と、前記膨張機部から吐出された作動流体を凝縮する凝縮器と、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、前記膨張機部と、前記ポンプと、発電機又は電動機として機能する回転電機と、をハウジング内に一体に備える複合流体機械である。そして、複合流体機械において、前記回転電機の駆動軸の軸方向に沿った、前記吸入通路及び前記ポンプと前記膨張機部との間に前記作動流体の貯留部が設けられるとともに、前記ポンプの吐出通路が前記貯留部に連通され、前記ポンプから吐出された作動流体が、前記貯留部を経由して前記熱交換器へ吐出されるように構成されている。
【００１１】
これによれば、貯留部の作動流体により、膨張後の作動流体がポンプに直接接触することが無くなる。そして、膨張機部によって膨張された作動流体の持つ熱は、膨張機部及びハウジングを介して貯留部に貯留された作動流体に伝達され、膨張後の作動流体の持つ熱がポンプに直接伝達されることが無くなる。よって、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制することができる。その結果として、ポンプの吸入側でキャビテーションが発生することが抑制される。
【００１２】
また、前記膨張機部は、前記駆動軸と一体回転する従動軸を回転中心として駆動されるとともに前記軸方向に直交する方向に沿って前記ハウジング内全体に亘るように設けられ、前記貯留部は前記従動軸を取り囲むように該従動軸の周面と前記ハウジングの内面との間の空間に形成されていてもよい。
【００１３】
これによれば、貯留部全体が作動流体によって満たされることにより、膨張機部へ吸入される作動流体の持つ熱、及び吐出される作動流体の持つ熱の両方がポンプに直接伝達されることが無くなる。
【００１４】
また、前記回転電機、前記ポンプ、前記貯留部、及び前記膨張機部が、この順序で前記軸方向に沿って並設されていてもよい。これによれば、貯留部内の作動流体により、膨張後の作動流体の持つ熱が、ポンプに直接伝達されることが回避される。その結果、軸方向に沿ってポンプよりさらに膨張機部から離れた位置に配設された回転電機が、膨張後の作動流体の持つ熱により加熱されることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプへ吸入される前の作動流体がハウジング内で膨張後の作動流体により加熱されることを抑制して、ポンプ吸入側でのキャビテーションの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】実施形態の複合流体機械及びランキンサイクル装置を模式的に示す図。
【図３】複合流体機械を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】背景技術の一体ユニットを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１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の内側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によってセンタハウジング１３内が２つの空間に仕切られている。
【００１８】
仕切壁１３ａとフロントハウジング１４との間には回転電機としてのモータ・ジェネレータ２０が収容されている。モータ・ジェネレータ２０は駆動軸２１を有するとともに、この駆動軸２１は、仕切壁１３ａ及びフロントハウジング１４に設けられた軸受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。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。図２に示すように、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。
【００１９】
図１に示すように、仕切壁１３ａのリヤハウジング１５側の面には、駆動軸２１を取り囲むように長円形状の凹部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３に示すように、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。そして、ポンプ室１８内には、従動ギヤ１９と、駆動軸２１に取着された主動ギヤ２１ａが互いに噛み合わされた状態で配設されている。そして、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。
【００２０】
図１に示すように、仕切壁１３ａには、ポンプ室１８（凹部１３ｃ）に連通する吸入通路１３ｄが形成されている。本実施形態では、吸入通路１３ｄは、センタハウジング１３の上面に開口するように複合流体機械１１の上部に形成されている。また、仕切壁１３ａ及びサイドプレート１７には、ポンプ室１８（凹部１３ｃ）に連通する吐出通路１７ａが仕切壁１３ａからサイドプレート１７に跨るように形成されている。本実施形態では、吐出通路１７ａは ポンプ室１８の下部に位置するように形成されている。
【００２１】
センタハウジング１３内において、仕切壁１３ａよりリヤハウジング１５側の空間内には支持ブロック２５が固設されている。駆動軸２１の他端側（リヤハウジング１５側）は、サイドプレート１７を貫通して支持ブロック２５に挿入されるとともに、駆動軸２１の他端側には従動軸２６が駆動軸２１と一体回転可能に設けられている。この従動軸２６は、支持ブロック２５に設けられた軸受２７によって回転可能に支持されている。
【００２２】
複合流体機械１１において、仕切壁１３ａと、リヤハウジング１５との間には、作動流体としての冷媒を膨張させる膨張機部４０が設けられている。膨張機部４０において、従動軸２６の先端には、従動軸２６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は従動軸２６の回転により従動軸２６の中心軸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には軸受装置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。
【００２３】
可動スクロール４４は、軸受装置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、センタハウジング１３内において、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ている。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が回転可能に配設されている。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て容積変更可能な作動室４７を区画する。
【００２４】
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、吸入チャンバ４８が区画されるとともに、この吸入チャンバ４８には吸入口４６ｃを介して膨張前の作動室４７に連通している。また、リヤハウジング１５には、吸入チャンバ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の最外周面との間には吐出チャンバ５０が区画形成されるとともに、センタハウジング１３には吐出チャンバ５０に連通する吐出ポート１３ｇが形成されている。本実施形態では、吐出ポート１３ｇはセンタハウジング１３の下部に下方へ向けて開口するように形成されている。上記構成の膨張機部４０は、従動軸２６の軸方向に直交する方向に沿ってセンタハウジング１３内全体に亘るように設けられている。
【００２５】
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５１が区画されている。この貯留部５１は、従動軸２６を取り囲むように環状に形成されている。すなわち、貯留部５１は、この貯留部５１内に露出する支持ブロック２５の外周面全体を囲むように形成されている。また、貯留部５１は、サイドプレート１７に形成された吐出通路１７ａ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から吐出された作動流体は、吐出通路１７ａを介して貯留部５１へ吐出されるようになっている。センタハウジング１３には、貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈが形成されている。そして、貯留部５１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へ吐出されるようになっている。
【００２６】
次に、上記複合流体機械１１が用いられるランキンサイクル装置６０について説明する。
ランキンサイクル装置６０は、複合流体機械１１の膨張機部４０、凝縮器６１、複合流体機械１１のギヤポンプ３０、及び熱交換器としての第１ボイラ６２、第２ボイラ６３を順次接続してなる回路を備える。
【００２７】
図１及び図２に示すように、貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈには第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２の吸熱器６２ａが接続されている。第１ボイラ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、車両のエンジン６４を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路６５を循環して放熱器６２ｂ及びラジエータ６５ａで放熱する。
【００２８】
第１ボイラ６２の吸熱器６２ａの吐出側には接続通路６０ｂを介して第２ボイラ６３の吸熱器６３ａが接続されている。第２ボイラ６３は、吸熱器６３ａに加え放熱器６３ｂを備える。この放熱器６３ｂは、エンジン６４に接続された排気通路６６上に設けられている。そして、エンジン６４からの排気は、放熱器６３ｂで放熱した後、マフラ６７から排気される。よって、ギヤポンプ３０から吐出され、さらに貯留部５１を経由した液冷媒は、第１及び第２ボイラ６２，６３の吸熱器６２ａ，６３ａと放熱器６２ｂ，６３ｂとの間での熱交換によりエンジン６４からの排熱によって加熱される。
【００２９】
第２ボイラ６３の吸熱器６３ａの吐出側には、第２流路６０ｃを介して膨張機部４０における吸入ポート１５ａが接続され、第１及び第２ボイラ６２，６３で加熱された高温高圧の冷媒ガスは第２流路６０ｃ及び吸入ポート１５ａを介して膨張機部４０に吸入されるようになっている。膨張機部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。そして、膨張機部４０で膨張した低圧の冷媒ガスは、第３流路６０ｄを介して凝縮器６１へ吐出されるようになっている。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。よって、ランキンサイクル装置６０では、冷媒は、複合流体機械１１の膨張機部４０、凝縮器６１、複合流体機械１１のギヤポンプ３０、第１ボイラ６２、及び第２ボイラ６３の並び順に沿って回路を流れるようになっている。
【００３０】
さて、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。ギヤポンプ３０により、液冷媒が第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２へ送られる。
【００３１】
そして、第１ボイラ６２及び第２ボイラ６３において、吸熱器６２ａ，６３ａと放熱器６２ｂ，６３ｂとの間での熱交換により、液冷媒がエンジン６４からの排熱によって加熱される。加熱後の高温高圧の冷媒ガスは、第２流路６０ｃを介して吸入ポート１５ａから膨張機部４０の作動室４７に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部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が回転し、従動軸２６を介してモータ・ジェネレータ２０の駆動軸２１回転されるとともにギヤポンプ３０が駆動される。
【００３２】
このとき、エンジン６４からの排熱量が大きく、膨張機部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。
【００３３】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒ガスは、吐出チャンバ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へ吐出された冷媒ガスは、凝縮器６１を通過して液化し（液冷媒）、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、膨張機部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に導入された液冷媒は、吐出通路１７ａを経由して貯留部５１へ吐出される。すると、貯留部５１に液冷媒が貯留され、ギヤポンプ３０と膨張機部４０との間に液冷媒が介在する状態となる。
【００３４】
そして、貯留部５１が液冷媒により満たされると、オーバーフローした液冷媒が吐出孔１３ｈから第１流路６０ａに吐出され、第１流路６０ａを介して第１ボイラ６２及び第２ボイラ６３へ供給される。以後、上述したように、冷媒は、膨張機部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、冷媒はランキンサイクル装置６０の回路を循環する。
【００３５】
上記複合流体機械１１が用いられたランキンサイクル装置６０において、貯留部５１にはギヤポンプ３０によって吐出された液冷媒が貯留され、ギヤポンプ３０と膨張機部４０との間には液冷媒が介在されている。そして、貯留部５１が液冷媒によって満たされることにより、貯留部５１内に露出する支持ブロック２５の側面の全体、貯留部５１内に露出するセンタハウジング１３の内周面（内面）の全体、及び貯留部５１に露出するサイドプレート１７の面の全体に液冷媒が接触している。
【００３６】
そして、吐出チャンバ５０及び吐出ポート１３ｇ内の冷媒ガス、すなわち、膨張機部４０によって膨張された冷媒ガスの持つ熱は、可動スクロール４４、固定スクロール４６、センタハウジング１３及び支持ブロック２５を介して、貯留部５１に貯留された液冷媒に伝達される。すなわち、膨張後の冷媒ガスがサイドプレート１７に直接接触することが無くなり、膨張後の冷媒ガスの持つ熱がサイドプレート１７に直接伝達されることが無くなる。
【００３７】
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）駆動軸２１の軸方向において、ギヤポンプ３０及びその吸入通路１３ｄと、膨張機部４０との間には貯留部５１が設けられている。そして、この貯留部５１は、ギヤポンプ３０の吐出通路１７ａに連通し、貯留部５１にはギヤポンプ３０から吐出された液冷媒が貯留される。このため、膨張機部４０での膨張後の冷媒ガスの熱は貯留部５１の液冷媒に伝達される。よって、膨張後の冷媒ガスの持つ熱がギヤポンプ３０に直接伝達されることが無くなり、ギヤポンプ３０へ吸入される前の液冷媒がハウジング１２内で膨張後の冷媒ガスにより加熱されることを抑制することができる。その結果、ギヤポンプ３０の吸入側でのキャビテーションの発生が抑制され、ギヤポンプ３０による液冷媒の移送能力低下を抑制することができる。
【００３８】
（２）複合流体機械１１には、モータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０、貯留部５１及び膨張機部４０がこの順序で駆動軸２１の軸方向に沿って並設されている。そして、貯留部５１内の液冷媒により、膨張後の冷媒ガスの持つ熱が、ギヤポンプ３０に直接伝達されることが回避される。その結果、ギヤポンプ３０よりさらに膨張機部４０から離れた位置に配設されたモータ・ジェネレータ２０が、膨張後の冷媒ガスの持つ熱により加熱されることを抑制することができる。
【００３９】
（３）膨張機部４０は、駆動軸２１の軸方向に直交する方向（径方向）に沿ってセンタハウジング１３内全体に亘るように設けられている。また、貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように従動軸２６の周面とセンタハウジング１３の内周面との間の空間に形成されている。よって、膨張機部４０において支持ブロック２５を介してギヤポンプ３０側に臨む面の全てが貯留部５１に面している。したがって、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされることにより、膨張機部４０へ吸入される冷媒ガスの持つ熱、及び吐出される冷媒ガスの持つ熱の両方がギヤポンプ３０に直接伝達されることが無くなる。
【００４０】
（４）貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように従動軸２６の周面とセンタハウジング１３の内周面との間の空間に形成されている。そして、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされると、センタハウジング１３の内周面に液冷媒が接触する。このため、膨張機部４０の熱がセンタハウジング１３を介して伝わっても、その熱は貯留部５１の液冷媒に伝達される。したがって、貯留部５１全体が液冷媒によって満たされることにより、膨張機部４０へ吸入される冷媒ガスの持つ熱、及び吐出される冷媒ガスの持つ熱の両方がセンタハウジング１３を介してギヤポンプ３０に伝達されることが抑制される。
【００４１】
（５）貯留部５１を設けることにより、膨張機部４０から吐出された冷媒ガスの持つ熱は、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒に伝達される。よって、膨張機部４０から吐出された後、凝縮器６１で放熱される熱の一部を、ギヤポンプ３０から吐出された液冷媒の加熱に用いることができ（内部熱交換を行うことができ）、ランキンサイクル装置６０の効率を向上させることができる。
【００４２】
（６）ギヤポンプ３０の吐出通路１７ａはポンプ室１８の下部に位置するようにサイドプレート１７の下部に形成されている。よって、貯留部５１の下部側には液冷媒が速やかに貯留される。また、膨張機部４０の吐出ポート１３ｇは、センタハウジング１３の下部に形成される。このため、貯留部５１全体に液冷媒が貯留されなくても、貯留部５１内の液冷媒により、膨張機部４０から吐出された冷媒ガスの持つ熱が、ギヤポンプ３０に直接伝達されることが回避される。
【００４３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 膨張後の冷媒ガスの持つ熱を貯留部５１の液冷媒に伝えることができるのであれば、貯留部５１は従動軸２６を取り囲むように環状に形成されていなくてもよく、例えば、従動軸２６より下方のみに設けられていてもよい。
【００４４】
○ 実施形態では、複合流体機械１１を、駆動軸２１の軸方向に沿ってモータ・ジェネレータ２０、ギヤポンプ３０、貯留部５１、及び膨張機部４０の順序で並設したが、吸入通路１３ｄ及びギヤポンプ３０と、膨張機部４０との間に膨張機部４０が介在されていれば順序は変更してもよい。例えば、複合流体機械１１を、駆動軸２１の軸方向に沿って、ギヤポンプ３０、モータ・ジェネレータ２０、貯留部５１、及び膨張機部４０の順序で並設してもよい。
【００４５】
○ 作動流体は冷媒でなくてもよい。
○ 実施形態において、ポンプはギヤポンプ３０の他の形態のポンプとしてもよい。
○ 実施形態において、膨張機部４０はスクロール型とは他の形式であってもよい。
【００４６】
○ 実施形態では、複合流体機械１１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に圧縮機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。
【００４７】
○ 貯留部５１に連通する吐出孔１３ｈをセンタハウジング１３の上部に形成してもよい。これにより、ギヤポンプ３０の停止時に冷媒ガスが貯留部５１に溜まるのを防止するとともに、貯留部５１を常に液冷媒で満たすことができる。
【００４８】
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）前記ポンプの吐出通路が前記ハウジングの下部に設けられるとともに、前記膨張機部の吐出ポートが前記ハウジングの下部に設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【００４９】
（ロ）前記貯留部には作動流体として液冷媒が貯留される請求項１〜請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００５０】
１１…複合流体機械、１２…ハウジング、１３ｄ…吸入通路、１７ａ…吐出通路、２０…回転電機としてのモータ・ジェネレータ、２１…駆動軸、２６…従動軸、３０…ポンプとしてのギヤポンプ、４０…膨張機部、５１…貯留部、６０…ランキンサイクル装置、６１…凝縮器、６２…熱交換器としての第１ボイラ、６３…熱交換器としての第２ボイラ、６４…排熱源としてのエンジン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入通路を介して作動流体を吸入するとともに吐出通路を介して前記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機部と、
前記膨張機部から吐出された作動流体を凝縮する凝縮器と、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、
前記膨張機部と、前記ポンプと、発電機又は電動機として機能する回転電機と、をハウジング内に一体に備える複合流体機械であって、
前記回転電機の駆動軸の軸方向に沿った、前記吸入通路及び前記ポンプと前記膨張機部との間に前記作動流体の貯留部が設けられるとともに、
前記ポンプの吐出通路が前記貯留部に連通され、
前記ポンプから吐出された作動流体が、前記貯留部を経由して前記熱交換器へ吐出されるように構成されている複合流体機械。
【請求項２】
前記膨張機部は、前記駆動軸と一体回転する従動軸を回転中心として駆動されるとともに前記軸方向に直交する方向に沿って前記ハウジング内全体に亘るように設けられ、前記貯留部は前記従動軸を取り囲むように該従動軸の周面と前記ハウジングの内面との間の空間に形成されている請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記回転電機、前記ポンプ、前記貯留部、及び前記膨張機部が、この順序で前記軸方向に沿って並設されている請求項１又は請求項２に記載の複合流体機械。
【請求項１】
吸入通路を介して作動流体を吸入するとともに吐出通路を介して前記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機部と、
前記膨張機部から吐出された作動流体を凝縮する凝縮器と、を順次接続してなる回路を備えるランキンサイクル装置に用いられ、
前記膨張機部と、前記ポンプと、発電機又は電動機として機能する回転電機と、をハウジング内に一体に備える複合流体機械であって、
前記回転電機の駆動軸の軸方向に沿った、前記吸入通路及び前記ポンプと前記膨張機部との間に前記作動流体の貯留部が設けられるとともに、
前記ポンプの吐出通路が前記貯留部に連通され、
前記ポンプから吐出された作動流体が、前記貯留部を経由して前記熱交換器へ吐出されるように構成されている複合流体機械。
【請求項２】
前記膨張機部は、前記駆動軸と一体回転する従動軸を回転中心として駆動されるとともに前記軸方向に直交する方向に沿って前記ハウジング内全体に亘るように設けられ、前記貯留部は前記従動軸を取り囲むように該従動軸の周面と前記ハウジングの内面との間の空間に形成されている請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記回転電機、前記ポンプ、前記貯留部、及び前記膨張機部が、この順序で前記軸方向に沿って並設されている請求項１又は請求項２に記載の複合流体機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９６３１５（Ｐ２０１１−１９６３１５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６４１２（Ｐ２０１０−６６４１２）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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