複合流体機械
【課題】回転電機部の冷却効率を向上させることができる複合流体機械を提供する。
【解決手段】ハウジング１２内において、第１収容空間１５ａと第２収容空間１５ｂとは隔壁部１５によって隔離されるとともに、第１収容空間１５ａにはモータ・ジェネレータ１７が収容されている。さらに、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置には、冷凍サイクルを循環した冷媒を第１収容空間１５ａを介して圧縮機部３１へ吸入するための吸入孔１３ｂが、隔壁部１５と隣接する位置に形成されている。
【解決手段】ハウジング１２内において、第１収容空間１５ａと第２収容空間１５ｂとは隔壁部１５によって隔離されるとともに、第１収容空間１５ａにはモータ・ジェネレータ１７が収容されている。さらに、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置には、冷凍サイクルを循環した冷媒を第１収容空間１５ａを介して圧縮機部３１へ吸入するための吸入孔１３ｂが、隔壁部１５と隣接する位置に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機部とをハウジング内に備えた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の流体機械が挙げられる。この流体機械は、流体を圧縮する圧縮機部と、エンジン（外部駆動源）の廃熱（排熱）エネルギーによって回転駆動力を発生する膨張機部と、電動機及び発電機の両機能を備えるモータ（回転電機部）とを備えている。さらに、流体機械はプーリを介してエンジンと連結され、流体機械には、プーリ、モータ及び圧縮機部の間における動力伝達経路を切替えるとともに、その回転動力の回転数を減速または増速して伝達する変速機構が設けられている。そして、流体機械におけるこれら各機器の配列は、ハウジング内において、プーリ側から膨張機部、モータ、変速機構、圧縮機部の順になっている。
【０００３】
このような流体機械では、その駆動部となるモータの冷却が重要になっている。そして、特許文献１の流体機械では、ハウジングの周壁における膨張機部よりもプーリ側に低圧ポート（吸入孔）を形成し、低温の冷媒を低圧ポートからハウジング内へ吸引するとともに、膨張機部、モータ、変速機構を横切るようにハウジング内を通過させて、圧縮機部へ吸入させるようにしている。これにより、低温の冷媒、及び冷媒に含まれるオイルがモータの周りを通過することでモータが冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の流体機械では、低圧ポートから吸入された冷媒は、モータを通過する前に膨張機部を通過するため、冷媒が膨張機部からの熱を受けて温められてしまう。よって、モータは、この温められた冷媒によって冷却されることになり、モータの冷却効率が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、回転電機部の冷却効率を向上させ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機部と、をハウジング内に備え、前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部が並設され、前記ハウジングには、前記回転電機部が収容される第１収容空間と、前記膨張機部が収容される第２収容空間とを隔離する隔壁部が設けられるとともに、前記冷凍サイクル用作動流体を、前記第１収容空間を介して前記圧縮機部へ吸入するための吸入孔が、前記第１収容空間と対応する位置に形成されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、圧縮機部へ冷凍サイクル用作動流体が吸入されるとき、低温の冷凍サイクル用作動流体が吸入孔を介して回転電機部が収容された第１収容空間に吸入され、低温の冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部が冷却される。このとき、第１収容空間と第２収容空間とは隔壁部によって隔離されているため、第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体は、第２収容空間に収容された膨張機部の熱を受け難い。よって、冷凍サイクル用作動流体は、膨張機部の熱によって温められることなく回転電機部を冷却することができ、膨張機部の熱によって温められた冷凍サイクル用作動流体により回転電機部を冷却する場合に比べて、回転電機部の冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハウジング内では、前記回転電機部の駆動軸及び前記圧縮機部の圧縮機軸の軸方向に沿って、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部がこの順序で並設され、前記吸入孔は、前記軸方向において、前記圧縮機部よりも前記隔壁部寄りに形成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明によれば、吸入孔から第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体が、第１収容空間における隔壁部側から圧縮機部側に向かって流れる。よって、第１収容空間全体に亘って冷凍サイクル用作動流体が行き渡り、冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部全体を冷却することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ハウジング内には、前記回転電機部の駆動軸と前記圧縮機部の圧縮機軸とを、接続状態又は切断状態に切り替える切替手段が、前記圧縮機部と前記回転電機部との間に設けられていることを要旨とする。
【００１２】
この発明によれば、吸入孔から第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体は、圧縮機部に向かって流れる際に、切替手段を横切って流れるため、この冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部に加えて切替手段も冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、回転電機部の冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における複合流体機械を示す縦断面図。
【図２】車両用排熱回収システムを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
まず、本実施形態の複合流体機械１１を備えた車両用排熱回収システム１０の全体構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、車両用排熱回収システム１０は、排熱源としてのエンジンＥｇを備えるとともに、別々のサイクルで構成された冷凍サイクル３０と、ランキンサイクル２０とを併せ持つ。冷凍サイクル３０内は、車両空調用のために冷凍サイクル用作動流体としての冷媒が循環し、ランキンサイクル２０内は、エンジンＥｇからの排熱によって加熱されるランキンサイクル用作動流体としての冷媒が循環する。そして、車両用排熱回収システム１０において、複合流体機械１１は、ランキンサイクル２０の一部及び冷凍サイクル３０の一部を構成している。
【００１７】
次に、複合流体機械１１について説明する。なお、以下の説明において、複合流体機械１１の「前」及び「後」は、図１に示す矢印Ｙの方向を前後方向とする。
図１に示すように、複合流体機械１１はハウジング１２を備えている。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の前端（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の後端（他端）に隔壁部１５を介して接合されたリヤハウジング１６とから形成されている。
【００１８】
センタハウジング１３の中央部における内周面には、センタハウジング１３の内側へ延びる区画形成部１３ａが設けられている。そして、ハウジング１２内には、センタハウジング１３、隔壁部１５、及び区画形成部１３ａによって第１収容空間１５ａが区画形成されるとともに、リヤハウジング１６と隔壁部１５とによって第２収容空間１５ｂが区画形成されている。第１収容空間１５ａ及び第２収容空間１５ｂは、隔壁部１５により互いに隔離された状態になっている。さらに、ハウジング１２内には、センタハウジング１３、フロントハウジング１４、及び区画形成部１３ａによって第３収容空間１５ｃが区画形成されるとともに、第１収容空間１５ａ及び第３収容空間１５ｃは、区画形成部１３ａにより互いに隔離された状態になっている。
【００１９】
センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であって、且つ隔壁部１５と隣接する位置には、吸入孔１３ｂが形成されている。また、区画形成部１３ａには連通孔１３ｃが形成されるとともに、この連通孔１３ｃにより第１収容空間１５ａと第３収容空間１５ｃとが連通している。
【００２０】
第１収容空間１５ａには回転電機部としてのモータ・ジェネレータ１７が収容されている。モータ・ジェネレータ１７は駆動軸１８を有している。区画形成部１３ａには駆動軸１８の前端側（一端側）が挿通可能な挿通孔１３ｅが形成されている。そして、駆動軸１８の前端側が、挿通孔１３ｅ内に設けられた軸受２４によって回転可能に支持されるとともに、後端側（他端側）が、隔壁部１５に設けられた駆動軸用軸受２５によって回転可能に支持されている。したがって、駆動軸１８は、軸受２４及び駆動軸用軸受２５によって軸方向（図１に示す軸線Ｌの方向）の両側が回転可能に支持されている。
【００２１】
駆動軸１８には、モータロータ１７ａが駆動軸１８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１７ｂがモータロータ１７ａ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１７は、ステータ１７ｂのコイル１７ｃへの通電によりモータロータ１７ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ１７ａが回転されることでステータ１７ｂのコイル１７ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。
【００２２】
図２に示すように、モータ・ジェネレータ１７にはインバータ１９を介してバッテリ１９ａが接続され、モータ・ジェネレータ１７で生じた電力はインバータ１９を介してバッテリ１９ａに蓄電されるようになっている。また、インバータ１９には、複合流体機械１１を全般に亘って制御する制御部２１が接続されている。
【００２３】
図１に示すように、センタハウジング１３内の前側には支持ブロック１３ｄが固設されている。支持ブロック１３ｄには、圧縮機軸２２の軸方向中央部が圧縮機軸用軸受２３によって回転可能に支持されるとともに、この圧縮機軸２２は駆動軸１８と同軸上に配置されている。また、駆動軸１８及び圧縮機軸２２は、駆動軸１８の前端面（軸方向一端面）と、圧縮機軸２２の後端面（軸方向他端面）とが互いに対向するように配置されている。
【００２４】
圧縮機軸２２の後端には突起部２２ａが設けられるとともに、この突起部２２ａには第１クラッチ板２６が嵌着されている。また、駆動軸１８の前端には突起部１８ａが設けられるとともに、この突起部１８ａには第２クラッチ板２７が嵌着されている。第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とは互いに対向した状態となっている。第２クラッチ板２７は、区画形成部１３ａの前面と対向する位置に配置されている。
【００２５】
また、支持ブロック１３ｄの後端側には電磁コイル２８が、第１クラッチ板２６と対向するように配設されている。そして、電磁コイル２８に対して通電が行われると、電磁コイル２８が励磁されて第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とが互いに吸着して接続状態になる一方で、電磁コイル２８に対する通電が行われなくなると、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とが離間して切断状態になる。よって、第１クラッチ板２６、第２クラッチ板２７及び電磁コイル２８によって切替手段としての電磁クラッチ２９が構成されている。
【００２６】
第３収容空間１５ｃにはスクロール式の圧縮機部３１が設けられている。圧縮機軸２２の前端には、圧縮機軸２２の中心軸に対して偏心した位置に偏心軸２２ｂが設けられるとともに、偏心軸２２ｂは圧縮機軸２２の回転により圧縮機軸２２の中心軸周りを公転するようになっている。
【００２７】
偏心軸２２ｂにはブッシュ３２が固定されるとともに、ブッシュ３２は偏心軸２２ｂとともに圧縮機軸２２の中心軸周りを公転するようになっている。このブッシュ３２には軸受装置３３を介して可動スクロール３４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト３５が固定されている。可動スクロール３４は、軸受装置３３に支持された円盤状をなす可動側端板３４ａと、この可動側端板３４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁３４ｂとからなる。
【００２８】
また、センタハウジング１３内における前端には、固定スクロール３６が可動スクロール３４と対向するように固設されている。固定スクロール３６は、円盤状をなす固定側端板３６ａと、この固定側端板３６ａから可動スクロール３４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁３６ｂとからなる。そして、可動スクロール３４の可動側渦巻壁３４ｂと、固定スクロール３６の固定側渦巻壁３６ｂとは互いに噛み合わされて容積変更可能な作動室３７を区画する。
【００２９】
また、固定スクロール３６における固定側端板３６ａの中央部には吐出口３６ｃが形成されるとともに、この吐出口３６ｃは吐出弁３８により開閉可能になっている。固定側端板３６ａとフロントハウジング１４との間には、吐出チャンバ３９が区画されるとともに、この吐出チャンバ３９には吐出口３６ｃを介して圧縮後の作動室３７に連通している。また、フロントハウジング１４には、吐出チャンバ３９に連通する吐出孔１４ａが形成されている。さらに、固定スクロール３６の内周面と、可動スクロール３４における可動側渦巻壁３４ｂの最外周面との間には吸入チャンバＳが区画形成されている。
【００３０】
リヤハウジング１６内には、隔壁部１５に対向するように第１サイドプレート４１が固設されるとともに、第２サイドプレート４２が第１サイドプレート４１と対向するように、ハウジング１２の後側（軸方向他側）へ間隔を空けて固設されている。そして、駆動軸１８は、隔壁部１５、第１サイドプレート４１、及び第２サイドプレート４２を貫通している。また、隔壁部１５と第１サイドプレート４１との間には、ポンプ室４３が区画されるとともに、ポンプ室４３内には従動軸（図示せず）に取着された従動ギヤ（図示せず）と、駆動軸１８に取着された主動ギヤ４４が配設されている。そして、ポンプ室４３と、従動ギヤと、主動ギヤ４４とからギヤポンプ４５が形成されている。
【００３１】
第２収容空間１５ｂには膨張機部５１が収容されている。リヤハウジング１６において、第１サイドプレート４１と第２サイドプレート４２との間には筒状をなすシリンダブロック４６が収容されている。シリンダブロック４６内において、駆動軸１８には円筒状をなすロータ４７が駆動軸１８と一体回転可能に止着されるとともに、ロータ４７の外周面には、ロータ４７の軸方向全体に亘って延びるベーン４８が出没可能に収容されている。そして、駆動軸１８の回転に伴うロータ４７の回転によってベーン４８の先端面がシリンダブロック４６の内周面に接触すると、ロータ４７の外周面と、シリンダブロック４６の内周面と、隣り合うベーン４８と、第１及び第２サイドプレート４１，４２との間に作動室４９が区画されるようになっている。
【００３２】
また、膨張機部５１において、リヤハウジング１６と第２サイドプレート４２との間には吐出空間５２が区画されるとともに、リヤハウジング１６には吐出空間５２に連通する吐出ポート１６ａが形成されている。また、膨張機部５１において、リヤハウジング１６には作動室４９に連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３３】
そして、上記構成の複合流体機械１１において、ハウジング１２内では、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かって圧縮機部３１、電磁クラッチ２９、モータ・ジェネレータ１７、及び膨張機部５１の順序で並設されている。
【００３４】
次に、上記複合流体機械１１を備えた車両用排熱回収システム１０におけるランキンサイクル２０及び冷凍サイクル３０について説明する。
図２に示すように、冷凍サイクル３０は、複合流体機械１１における圧縮機部３１、凝縮器Ｃ、膨張弁Ｖ、及び蒸発器Ｅが環状に接続されて形成されている。冷凍サイクル３０において、圧縮機部３１の吐出孔１４ａには圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃが接続されている。そして、圧縮機部３１で高温高圧に圧縮された冷媒は圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃに導入されるとともに凝縮器Ｃで冷却される。凝縮器Ｃの吐出側には流路Ｒ２を介して蒸発器Ｅが接続されるとともに、流路Ｒ２上には膨張弁Ｖが設けられている。そして、膨張弁Ｖは、凝縮器Ｃで冷却された冷媒を減圧膨張させ、蒸発器Ｅは膨張弁Ｖによって減圧された冷媒を蒸発させる。
【００３５】
また、蒸発器Ｅの吐出側は圧縮側吸入流路Ｒ３を介して吸入孔１３ｂに接続されるとともに、圧縮側吸入流路Ｒ３上には逆止弁Ｇが設けられ、逆止弁Ｇは蒸発器Ｅ側から吸入孔１３ｂ側のみに冷媒が流れることを許容する。そして、冷媒は、圧縮機部３１で圧縮された後、吐出孔１４ａから凝縮器Ｃ、膨張弁Ｖ、蒸発器Ｅ及び逆止弁Ｇを通過して吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに吸入されるようになっている。さらに、第１収容空間１５ａに吸入された冷媒は、連通孔１３ｃから第３収容空間１５ｃを介して圧縮機部３１に吸入され、冷凍サイクル３０を循環するようになっている。
【００３６】
一方、ランキンサイクル２０は、複合流体機械１１の膨張機部５１、凝縮器５３、複合流体機械１１のギヤポンプ４５、及び第１ボイラ５４、第２ボイラ５５が環状に接続されて形成されている。
【００３７】
ランキンサイクル２０を詳細に説明すると、ギヤポンプ４５におけるポンプ室４３の吐出側には第１流路５６ａを介して第１ボイラ５４の吸熱器５４ａが接続されている。また、第１ボイラ５４は、吸熱器５４ａに加え放熱器５４ｂを備えている。この放熱器５４ｂは、エンジンＥｇに接続された冷却水循環経路５７上に設けられている。冷却水循環経路５７上にはラジエータ５７ａが設けられている。そして、車両のエンジンＥｇを冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路５７を循環して放熱器５４ｂ及びラジエータ５７ａで放熱する。
【００３８】
第１ボイラ５４において、吸熱器５４ａの吐出側には接続通路５６ｂを介して第２ボイラ５５の吸熱器５５ａが接続されている。また、第２ボイラ５５は、吸熱器５５ａに加え放熱器５５ｂを備えている。この放熱器５５ｂは、エンジンＥｇに接続された排気通路５８上に設けられている。そして、エンジンＥｇからの排気は、放熱器５５ｂで放熱した後、マフラ５９から排気される。よって、ギヤポンプ４５から吐出された冷媒は、第１及び第２ボイラ５４，５５の吸熱器５４ａ，５５ａと放熱器５４ｂ，５５ｂとの間での熱交換によりエンジンＥｇからの排熱によって加熱される。
【００３９】
第２ボイラ５５において、吸熱器５５ａの吐出側には、膨張側吸入流路５６ｃを介して膨張機部５１における吸入ポートが接続されるとともに、第１及び第２ボイラ５４，５５で加熱された高温高圧の冷媒は、膨張側吸入流路５６ｃを介して膨張機部５１に導入されるようになっている。膨張機部５１の吐出ポート１６ａには、膨張側吐出流路５６ｄを介して凝縮器５３が接続されている。そして、膨張機部５１で膨張した低圧の冷媒は、膨張側吐出流路５６ｄを介して凝縮器５３へ吐出されるようになっている。凝縮器５３の吐出側には、第２流路５６ｅを介してギヤポンプ４５のポンプ室４３が接続されている。
【００４０】
そして、ランキンサイクル２０内の冷媒は、ギヤポンプ４５のポンプ作用により、膨張機部５１、凝縮器５３、ポンプ室４３、第１ボイラ５４、及び第２ボイラ５５を通過してランキンサイクル２０を循環するようになっている。
【００４１】
次に、上記車両用排熱回収システム１０の作用について説明する。
車両のエンジンＥｇが駆動されると、第１ボイラ５４及び第２ボイラ５５において、吸熱器５４ａ，５５ａと放熱器５４ｂ，５５ｂとの間での熱交換により、冷媒がエンジンＥｇからの排熱によって加熱される。加熱後の高圧の冷媒は、膨張側吸入流路５６ｃを介して吸入ポート（図示せず）から膨張機部５１の作動室４９に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部５１が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。すなわち、この駆動力によってロータ４７が回転し、モータ・ジェネレータ１７の駆動軸１８が回転されるとともにギヤポンプ４５が駆動される。
【００４２】
このとき、エンジンＥｇからの排熱量が大きく、膨張機部５１からの出力により、駆動軸１８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１７を発電機として機能させて駆動軸１８の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越えさせた出力は電力に変換され、インバータ１９を介してバッテリ１９ａに充電される。
【００４３】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒は、吐出空間５２に吐出された後、吐出ポート１６ａを介して膨張側吐出流路５６ｄへ吐出される。膨張側吐出流路５６ｄへ吐出された冷媒は、凝縮器５３を通過し、第２流路５６ｅを介してポンプ室４３に導入される。そして、膨張機部５１からの出力により駆動されるギヤポンプ４５により、ポンプ室４３に導入された冷媒は第１ボイラ５４及び第２ボイラ５５へ供給される。したがって、エンジンＥｇが駆動されている間は、冷媒はランキンサイクル２０を循環する。
【００４４】
ランキンサイクル２０を冷媒が循環している状態において、エアコンスイッチ（図示せず）をＯＮする。すると、制御部２１は、電磁コイル２８に給電し、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とを連結させ、駆動軸１８と圧縮機軸２２とを接続状態とし、圧縮機部３１が駆動される。駆動軸１８と圧縮機軸２２とを接続状態としたとき、その接続による負荷によりモータ・ジェネレータ１７の回転数が低下しようとする。このとき、エアコン要求を満たすため、圧縮機軸２２を要求された回転数で回転させるために、制御部２１は、バッテリ１９ａからインバータ１９を介してモータ・ジェネレータ１７に給電し、モータ・ジェネレータ１７を電動機として機能させる。
【００４５】
すると、モータ・ジェネレータ１７の駆動力によって駆動軸１８が回転されるとともに圧縮機部３１がエアコン要求を満たすための回転数で回転し圧縮機部３１が駆動される。すなわち、圧縮機部３１が駆動される際、必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ１７により負担される。なお、膨張機部５１からの出力により、圧縮機部３１がエアコン要求を満たすための回転数で回転可能になると、制御部２１は、モータ・ジェネレータ１７への給電を停止し、その後、圧縮機部３１は膨張機部５１からの出力により駆動される。
【００４６】
そして、圧縮機部３１が駆動されると、可動スクロール３４が固定スクロール３６に対して旋回して圧縮側吸入流路Ｒ３から吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに冷媒が吸入される。第１収容空間１５ａに吸入された冷媒は、第１収容空間１５ａにおいて、隔壁部１５側から区画形成部１３ａ側（圧縮機部３１側）に向かって流れるため、第１収容空間１５ａ全体に亘って冷媒が行き渡り、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７全体が冷却される。
【００４７】
第１収容空間１５ａにおいて区画形成部１３ａ側に流れた冷媒は、連通孔１３ｃを介して第３収容空間１５ｃに流入するとともに、電磁クラッチ２９を横切って圧縮機部３１の吸入チャンバＳ内に吸入される。この電磁クラッチ２９を横切る冷媒によって電磁クラッチ２９全体が冷却される。
【００４８】
さらに、可動スクロール３４の旋回に伴い作動室３７の冷媒が圧縮される。そして、圧縮機部３１の作動室３７で圧縮された冷媒は、所定の圧力まで圧縮されると吐出弁３８を押し退けて吐出口３６ｃから吐出チャンバ３９に吐出される。さらに、圧縮された冷媒は、圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃへ吐出され、凝縮器Ｃで凝縮された後、膨張弁Ｖで減圧される。さらに、膨張弁Ｖを通過した冷媒は、蒸発器Ｅで気化され、逆止弁Ｇを経由して圧縮側吸入流路Ｒ３から吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに還流される。
【００４９】
エアコンスイッチがＯＦＦされる、又はエアコンによる圧縮機部３１の駆動要求がない場合は、制御部２１は電磁コイル２８への通電を止めて、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７との接続状態を解除する。すると、圧縮機部３１の駆動が停止される。
【００５０】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置には吸入孔１３ｂが形成されている。よって、冷凍サイクル３０を循環した冷媒を吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａを介して圧縮機部３１へ吸入させ、低温の冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を冷却することができる。そして、モータ・ジェネレータ１７が収容された第１収容空間１５ａは、隔壁部１５により膨張機部５１が収容された第２収容空間１５ｂと隔離されているため、第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が膨張機部５１の熱を受け難くなり、第１収容空間１５ａの冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を効率良く冷却することができる。その結果、膨張機部５１の熱によって温められた冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を冷却する場合に比べて、モータ・ジェネレータ１７の冷却効率を向上させることができる。
【００５１】
（２）吸入孔１３ｂは、センタハウジング１３において、連通孔１３ｃ（圧縮機部３１）側よりも隔壁部１５側に形成され、しかも隔壁部１５と隣接する位置に形成されている。よって、吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が、第１収容空間１５ａにおける隔壁部１５側から区画形成部１３ａ側に向かって流れる。したがって、第１収容空間１５ａ全体に亘って冷媒が行き渡り、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７全体を冷却することができる。
【００５２】
（３）電磁クラッチ２９は、ハウジング１２内において圧縮機部３１とモータ・ジェネレータ１７との間に設けられている。よって、吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が、モータ・ジェネレータ１７及び電磁クラッチ２９を横切って圧縮機部３１に向かうように流れるため、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７に加えて電磁クラッチ２９全体も冷却することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、ハウジング１２内において、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かって圧縮機部３１、電磁クラッチ２９、モータ・ジェネレータ１７、及び膨張機部５１の順序で並設されていたが、これに限らない。例えば、ハウジング１２内において、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かってモータ・ジェネレータ１７、圧縮機部３１及び膨張機部５１の順序で並設されていてもよい。この場合、圧縮機部３１をベーンタイプで構成し、その圧縮機部３１の圧縮機軸２２を中空状に形成するとともに駆動軸１８を貫挿させ、圧縮機軸２２の前端に一方のクラッチ板を固定するとともに、一方のクラッチ板と対向するように他方のクラッチ板を駆動軸１８の外周に固定する。よって、圧縮機部３１とモータ・ジェネレータ１７との間に、電磁コイル２８への通電を制御することで一方のクラッチ板と他方のクラッチ板とを吸着させたり離間させたりして、駆動軸１８と圧縮機軸２２との間を接続状態又は切断状態に切り替える切替手段としての電磁クラッチ２９が設けられている。また、この場合、隔壁部１５は、圧縮機部３１と膨張機部５１との間、又はモータ・ジェネレータ１７と圧縮機部３１との間に設けられている。
【００５４】
○ 実施形態において、切替手段を、圧縮機軸２２に固定された第１クラッチ板２６と、駆動軸１８に固定された第２クラッチ板２７とを、電磁コイル２８の励磁によって吸着させるタイプの電磁クラッチ２９に具体化したが、これに限らず、例えば、スプリングクラッチや、他のタイプの電磁クラッチに具体化してもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、吸入孔１３ｂは、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であって、且つ隔壁部１５と隣接する位置に形成されていたが、これに限らず、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であれば、吸入孔１３ｂの形成位置は特に限定されない。
【００５６】
○ 実施形態において、圧縮機部３１は可動スクロール３４と固定スクロール３６とで構成されるタイプに限らず、例えば、ピストンタイプやベーンタイプなどであってもよい。
【００５７】
○ 実施形態において、膨張機部５１はベーンタイプに限らず、他のタイプの圧縮機構であってもよい。
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。
【００５８】
（イ）前記切替手段は、前記圧縮機軸に固定された第１クラッチ板と、前記駆動軸に固定された第２クラッチ板とを電磁コイルの励磁によって吸着させる電磁クラッチであることを特徴とする請求項３に記載の複合流体機械。
【００５９】
（ロ）前記吸入孔は、前記隔壁部と隣接する位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３、及び前記技術的思想（イ）のいずれか一項に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００６０】
１２…ハウジング、１３ｂ…吸入孔、１５…隔壁部、１５ａ…第１収容空間、１５ｂ…第２収容空間、１７…回転電機部としてのモータ・ジェネレータ、１８…駆動軸、２２…圧縮機軸、２９…切替手段としての電磁クラッチ、３１…圧縮機部、５１…膨張機部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機部とをハウジング内に備えた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の流体機械が挙げられる。この流体機械は、流体を圧縮する圧縮機部と、エンジン（外部駆動源）の廃熱（排熱）エネルギーによって回転駆動力を発生する膨張機部と、電動機及び発電機の両機能を備えるモータ（回転電機部）とを備えている。さらに、流体機械はプーリを介してエンジンと連結され、流体機械には、プーリ、モータ及び圧縮機部の間における動力伝達経路を切替えるとともに、その回転動力の回転数を減速または増速して伝達する変速機構が設けられている。そして、流体機械におけるこれら各機器の配列は、ハウジング内において、プーリ側から膨張機部、モータ、変速機構、圧縮機部の順になっている。
【０００３】
このような流体機械では、その駆動部となるモータの冷却が重要になっている。そして、特許文献１の流体機械では、ハウジングの周壁における膨張機部よりもプーリ側に低圧ポート（吸入孔）を形成し、低温の冷媒を低圧ポートからハウジング内へ吸引するとともに、膨張機部、モータ、変速機構を横切るようにハウジング内を通過させて、圧縮機部へ吸入させるようにしている。これにより、低温の冷媒、及び冷媒に含まれるオイルがモータの周りを通過することでモータが冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の流体機械では、低圧ポートから吸入された冷媒は、モータを通過する前に膨張機部を通過するため、冷媒が膨張機部からの熱を受けて温められてしまう。よって、モータは、この温められた冷媒によって冷却されることになり、モータの冷却効率が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、回転電機部の冷却効率を向上させ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、発電機又は電動機として機能する回転電機部と、をハウジング内に備え、前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部が並設され、前記ハウジングには、前記回転電機部が収容される第１収容空間と、前記膨張機部が収容される第２収容空間とを隔離する隔壁部が設けられるとともに、前記冷凍サイクル用作動流体を、前記第１収容空間を介して前記圧縮機部へ吸入するための吸入孔が、前記第１収容空間と対応する位置に形成されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、圧縮機部へ冷凍サイクル用作動流体が吸入されるとき、低温の冷凍サイクル用作動流体が吸入孔を介して回転電機部が収容された第１収容空間に吸入され、低温の冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部が冷却される。このとき、第１収容空間と第２収容空間とは隔壁部によって隔離されているため、第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体は、第２収容空間に収容された膨張機部の熱を受け難い。よって、冷凍サイクル用作動流体は、膨張機部の熱によって温められることなく回転電機部を冷却することができ、膨張機部の熱によって温められた冷凍サイクル用作動流体により回転電機部を冷却する場合に比べて、回転電機部の冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハウジング内では、前記回転電機部の駆動軸及び前記圧縮機部の圧縮機軸の軸方向に沿って、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部がこの順序で並設され、前記吸入孔は、前記軸方向において、前記圧縮機部よりも前記隔壁部寄りに形成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明によれば、吸入孔から第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体が、第１収容空間における隔壁部側から圧縮機部側に向かって流れる。よって、第１収容空間全体に亘って冷凍サイクル用作動流体が行き渡り、冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部全体を冷却することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ハウジング内には、前記回転電機部の駆動軸と前記圧縮機部の圧縮機軸とを、接続状態又は切断状態に切り替える切替手段が、前記圧縮機部と前記回転電機部との間に設けられていることを要旨とする。
【００１２】
この発明によれば、吸入孔から第１収容空間に吸入された冷凍サイクル用作動流体は、圧縮機部に向かって流れる際に、切替手段を横切って流れるため、この冷凍サイクル用作動流体によって回転電機部に加えて切替手段も冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、回転電機部の冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における複合流体機械を示す縦断面図。
【図２】車両用排熱回収システムを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
まず、本実施形態の複合流体機械１１を備えた車両用排熱回収システム１０の全体構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、車両用排熱回収システム１０は、排熱源としてのエンジンＥｇを備えるとともに、別々のサイクルで構成された冷凍サイクル３０と、ランキンサイクル２０とを併せ持つ。冷凍サイクル３０内は、車両空調用のために冷凍サイクル用作動流体としての冷媒が循環し、ランキンサイクル２０内は、エンジンＥｇからの排熱によって加熱されるランキンサイクル用作動流体としての冷媒が循環する。そして、車両用排熱回収システム１０において、複合流体機械１１は、ランキンサイクル２０の一部及び冷凍サイクル３０の一部を構成している。
【００１７】
次に、複合流体機械１１について説明する。なお、以下の説明において、複合流体機械１１の「前」及び「後」は、図１に示す矢印Ｙの方向を前後方向とする。
図１に示すように、複合流体機械１１はハウジング１２を備えている。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の前端（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の後端（他端）に隔壁部１５を介して接合されたリヤハウジング１６とから形成されている。
【００１８】
センタハウジング１３の中央部における内周面には、センタハウジング１３の内側へ延びる区画形成部１３ａが設けられている。そして、ハウジング１２内には、センタハウジング１３、隔壁部１５、及び区画形成部１３ａによって第１収容空間１５ａが区画形成されるとともに、リヤハウジング１６と隔壁部１５とによって第２収容空間１５ｂが区画形成されている。第１収容空間１５ａ及び第２収容空間１５ｂは、隔壁部１５により互いに隔離された状態になっている。さらに、ハウジング１２内には、センタハウジング１３、フロントハウジング１４、及び区画形成部１３ａによって第３収容空間１５ｃが区画形成されるとともに、第１収容空間１５ａ及び第３収容空間１５ｃは、区画形成部１３ａにより互いに隔離された状態になっている。
【００１９】
センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であって、且つ隔壁部１５と隣接する位置には、吸入孔１３ｂが形成されている。また、区画形成部１３ａには連通孔１３ｃが形成されるとともに、この連通孔１３ｃにより第１収容空間１５ａと第３収容空間１５ｃとが連通している。
【００２０】
第１収容空間１５ａには回転電機部としてのモータ・ジェネレータ１７が収容されている。モータ・ジェネレータ１７は駆動軸１８を有している。区画形成部１３ａには駆動軸１８の前端側（一端側）が挿通可能な挿通孔１３ｅが形成されている。そして、駆動軸１８の前端側が、挿通孔１３ｅ内に設けられた軸受２４によって回転可能に支持されるとともに、後端側（他端側）が、隔壁部１５に設けられた駆動軸用軸受２５によって回転可能に支持されている。したがって、駆動軸１８は、軸受２４及び駆動軸用軸受２５によって軸方向（図１に示す軸線Ｌの方向）の両側が回転可能に支持されている。
【００２１】
駆動軸１８には、モータロータ１７ａが駆動軸１８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１７ｂがモータロータ１７ａ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１７は、ステータ１７ｂのコイル１７ｃへの通電によりモータロータ１７ａを回転させる電動機としての機能と、モータロータ１７ａが回転されることでステータ１７ｂのコイル１７ｃに電力を生じさせる発電機としての機能とを併せ持つ。
【００２２】
図２に示すように、モータ・ジェネレータ１７にはインバータ１９を介してバッテリ１９ａが接続され、モータ・ジェネレータ１７で生じた電力はインバータ１９を介してバッテリ１９ａに蓄電されるようになっている。また、インバータ１９には、複合流体機械１１を全般に亘って制御する制御部２１が接続されている。
【００２３】
図１に示すように、センタハウジング１３内の前側には支持ブロック１３ｄが固設されている。支持ブロック１３ｄには、圧縮機軸２２の軸方向中央部が圧縮機軸用軸受２３によって回転可能に支持されるとともに、この圧縮機軸２２は駆動軸１８と同軸上に配置されている。また、駆動軸１８及び圧縮機軸２２は、駆動軸１８の前端面（軸方向一端面）と、圧縮機軸２２の後端面（軸方向他端面）とが互いに対向するように配置されている。
【００２４】
圧縮機軸２２の後端には突起部２２ａが設けられるとともに、この突起部２２ａには第１クラッチ板２６が嵌着されている。また、駆動軸１８の前端には突起部１８ａが設けられるとともに、この突起部１８ａには第２クラッチ板２７が嵌着されている。第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とは互いに対向した状態となっている。第２クラッチ板２７は、区画形成部１３ａの前面と対向する位置に配置されている。
【００２５】
また、支持ブロック１３ｄの後端側には電磁コイル２８が、第１クラッチ板２６と対向するように配設されている。そして、電磁コイル２８に対して通電が行われると、電磁コイル２８が励磁されて第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とが互いに吸着して接続状態になる一方で、電磁コイル２８に対する通電が行われなくなると、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とが離間して切断状態になる。よって、第１クラッチ板２６、第２クラッチ板２７及び電磁コイル２８によって切替手段としての電磁クラッチ２９が構成されている。
【００２６】
第３収容空間１５ｃにはスクロール式の圧縮機部３１が設けられている。圧縮機軸２２の前端には、圧縮機軸２２の中心軸に対して偏心した位置に偏心軸２２ｂが設けられるとともに、偏心軸２２ｂは圧縮機軸２２の回転により圧縮機軸２２の中心軸周りを公転するようになっている。
【００２７】
偏心軸２２ｂにはブッシュ３２が固定されるとともに、ブッシュ３２は偏心軸２２ｂとともに圧縮機軸２２の中心軸周りを公転するようになっている。このブッシュ３２には軸受装置３３を介して可動スクロール３４が回転可能に支持されるとともに、カウンタウェイト３５が固定されている。可動スクロール３４は、軸受装置３３に支持された円盤状をなす可動側端板３４ａと、この可動側端板３４ａから突設された渦巻状の可動側渦巻壁３４ｂとからなる。
【００２８】
また、センタハウジング１３内における前端には、固定スクロール３６が可動スクロール３４と対向するように固設されている。固定スクロール３６は、円盤状をなす固定側端板３６ａと、この固定側端板３６ａから可動スクロール３４に向けて突設された渦巻状の固定側渦巻壁３６ｂとからなる。そして、可動スクロール３４の可動側渦巻壁３４ｂと、固定スクロール３６の固定側渦巻壁３６ｂとは互いに噛み合わされて容積変更可能な作動室３７を区画する。
【００２９】
また、固定スクロール３６における固定側端板３６ａの中央部には吐出口３６ｃが形成されるとともに、この吐出口３６ｃは吐出弁３８により開閉可能になっている。固定側端板３６ａとフロントハウジング１４との間には、吐出チャンバ３９が区画されるとともに、この吐出チャンバ３９には吐出口３６ｃを介して圧縮後の作動室３７に連通している。また、フロントハウジング１４には、吐出チャンバ３９に連通する吐出孔１４ａが形成されている。さらに、固定スクロール３６の内周面と、可動スクロール３４における可動側渦巻壁３４ｂの最外周面との間には吸入チャンバＳが区画形成されている。
【００３０】
リヤハウジング１６内には、隔壁部１５に対向するように第１サイドプレート４１が固設されるとともに、第２サイドプレート４２が第１サイドプレート４１と対向するように、ハウジング１２の後側（軸方向他側）へ間隔を空けて固設されている。そして、駆動軸１８は、隔壁部１５、第１サイドプレート４１、及び第２サイドプレート４２を貫通している。また、隔壁部１５と第１サイドプレート４１との間には、ポンプ室４３が区画されるとともに、ポンプ室４３内には従動軸（図示せず）に取着された従動ギヤ（図示せず）と、駆動軸１８に取着された主動ギヤ４４が配設されている。そして、ポンプ室４３と、従動ギヤと、主動ギヤ４４とからギヤポンプ４５が形成されている。
【００３１】
第２収容空間１５ｂには膨張機部５１が収容されている。リヤハウジング１６において、第１サイドプレート４１と第２サイドプレート４２との間には筒状をなすシリンダブロック４６が収容されている。シリンダブロック４６内において、駆動軸１８には円筒状をなすロータ４７が駆動軸１８と一体回転可能に止着されるとともに、ロータ４７の外周面には、ロータ４７の軸方向全体に亘って延びるベーン４８が出没可能に収容されている。そして、駆動軸１８の回転に伴うロータ４７の回転によってベーン４８の先端面がシリンダブロック４６の内周面に接触すると、ロータ４７の外周面と、シリンダブロック４６の内周面と、隣り合うベーン４８と、第１及び第２サイドプレート４１，４２との間に作動室４９が区画されるようになっている。
【００３２】
また、膨張機部５１において、リヤハウジング１６と第２サイドプレート４２との間には吐出空間５２が区画されるとともに、リヤハウジング１６には吐出空間５２に連通する吐出ポート１６ａが形成されている。また、膨張機部５１において、リヤハウジング１６には作動室４９に連通する吸入ポート（図示せず）が形成されている。
【００３３】
そして、上記構成の複合流体機械１１において、ハウジング１２内では、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かって圧縮機部３１、電磁クラッチ２９、モータ・ジェネレータ１７、及び膨張機部５１の順序で並設されている。
【００３４】
次に、上記複合流体機械１１を備えた車両用排熱回収システム１０におけるランキンサイクル２０及び冷凍サイクル３０について説明する。
図２に示すように、冷凍サイクル３０は、複合流体機械１１における圧縮機部３１、凝縮器Ｃ、膨張弁Ｖ、及び蒸発器Ｅが環状に接続されて形成されている。冷凍サイクル３０において、圧縮機部３１の吐出孔１４ａには圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃが接続されている。そして、圧縮機部３１で高温高圧に圧縮された冷媒は圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃに導入されるとともに凝縮器Ｃで冷却される。凝縮器Ｃの吐出側には流路Ｒ２を介して蒸発器Ｅが接続されるとともに、流路Ｒ２上には膨張弁Ｖが設けられている。そして、膨張弁Ｖは、凝縮器Ｃで冷却された冷媒を減圧膨張させ、蒸発器Ｅは膨張弁Ｖによって減圧された冷媒を蒸発させる。
【００３５】
また、蒸発器Ｅの吐出側は圧縮側吸入流路Ｒ３を介して吸入孔１３ｂに接続されるとともに、圧縮側吸入流路Ｒ３上には逆止弁Ｇが設けられ、逆止弁Ｇは蒸発器Ｅ側から吸入孔１３ｂ側のみに冷媒が流れることを許容する。そして、冷媒は、圧縮機部３１で圧縮された後、吐出孔１４ａから凝縮器Ｃ、膨張弁Ｖ、蒸発器Ｅ及び逆止弁Ｇを通過して吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに吸入されるようになっている。さらに、第１収容空間１５ａに吸入された冷媒は、連通孔１３ｃから第３収容空間１５ｃを介して圧縮機部３１に吸入され、冷凍サイクル３０を循環するようになっている。
【００３６】
一方、ランキンサイクル２０は、複合流体機械１１の膨張機部５１、凝縮器５３、複合流体機械１１のギヤポンプ４５、及び第１ボイラ５４、第２ボイラ５５が環状に接続されて形成されている。
【００３７】
ランキンサイクル２０を詳細に説明すると、ギヤポンプ４５におけるポンプ室４３の吐出側には第１流路５６ａを介して第１ボイラ５４の吸熱器５４ａが接続されている。また、第１ボイラ５４は、吸熱器５４ａに加え放熱器５４ｂを備えている。この放熱器５４ｂは、エンジンＥｇに接続された冷却水循環経路５７上に設けられている。冷却水循環経路５７上にはラジエータ５７ａが設けられている。そして、車両のエンジンＥｇを冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路５７を循環して放熱器５４ｂ及びラジエータ５７ａで放熱する。
【００３８】
第１ボイラ５４において、吸熱器５４ａの吐出側には接続通路５６ｂを介して第２ボイラ５５の吸熱器５５ａが接続されている。また、第２ボイラ５５は、吸熱器５５ａに加え放熱器５５ｂを備えている。この放熱器５５ｂは、エンジンＥｇに接続された排気通路５８上に設けられている。そして、エンジンＥｇからの排気は、放熱器５５ｂで放熱した後、マフラ５９から排気される。よって、ギヤポンプ４５から吐出された冷媒は、第１及び第２ボイラ５４，５５の吸熱器５４ａ，５５ａと放熱器５４ｂ，５５ｂとの間での熱交換によりエンジンＥｇからの排熱によって加熱される。
【００３９】
第２ボイラ５５において、吸熱器５５ａの吐出側には、膨張側吸入流路５６ｃを介して膨張機部５１における吸入ポートが接続されるとともに、第１及び第２ボイラ５４，５５で加熱された高温高圧の冷媒は、膨張側吸入流路５６ｃを介して膨張機部５１に導入されるようになっている。膨張機部５１の吐出ポート１６ａには、膨張側吐出流路５６ｄを介して凝縮器５３が接続されている。そして、膨張機部５１で膨張した低圧の冷媒は、膨張側吐出流路５６ｄを介して凝縮器５３へ吐出されるようになっている。凝縮器５３の吐出側には、第２流路５６ｅを介してギヤポンプ４５のポンプ室４３が接続されている。
【００４０】
そして、ランキンサイクル２０内の冷媒は、ギヤポンプ４５のポンプ作用により、膨張機部５１、凝縮器５３、ポンプ室４３、第１ボイラ５４、及び第２ボイラ５５を通過してランキンサイクル２０を循環するようになっている。
【００４１】
次に、上記車両用排熱回収システム１０の作用について説明する。
車両のエンジンＥｇが駆動されると、第１ボイラ５４及び第２ボイラ５５において、吸熱器５４ａ，５５ａと放熱器５４ｂ，５５ｂとの間での熱交換により、冷媒がエンジンＥｇからの排熱によって加熱される。加熱後の高圧の冷媒は、膨張側吸入流路５６ｃを介して吸入ポート（図示せず）から膨張機部５１の作動室４９に導入されて膨張し、この膨張により膨張機部５１が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。すなわち、この駆動力によってロータ４７が回転し、モータ・ジェネレータ１７の駆動軸１８が回転されるとともにギヤポンプ４５が駆動される。
【００４２】
このとき、エンジンＥｇからの排熱量が大きく、膨張機部５１からの出力により、駆動軸１８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１７を発電機として機能させて駆動軸１８の回転数を抑えるようにする。そして、所定回転数を越えさせた出力は電力に変換され、インバータ１９を介してバッテリ１９ａに充電される。
【００４３】
膨張を終えて圧力が低下した冷媒は、吐出空間５２に吐出された後、吐出ポート１６ａを介して膨張側吐出流路５６ｄへ吐出される。膨張側吐出流路５６ｄへ吐出された冷媒は、凝縮器５３を通過し、第２流路５６ｅを介してポンプ室４３に導入される。そして、膨張機部５１からの出力により駆動されるギヤポンプ４５により、ポンプ室４３に導入された冷媒は第１ボイラ５４及び第２ボイラ５５へ供給される。したがって、エンジンＥｇが駆動されている間は、冷媒はランキンサイクル２０を循環する。
【００４４】
ランキンサイクル２０を冷媒が循環している状態において、エアコンスイッチ（図示せず）をＯＮする。すると、制御部２１は、電磁コイル２８に給電し、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７とを連結させ、駆動軸１８と圧縮機軸２２とを接続状態とし、圧縮機部３１が駆動される。駆動軸１８と圧縮機軸２２とを接続状態としたとき、その接続による負荷によりモータ・ジェネレータ１７の回転数が低下しようとする。このとき、エアコン要求を満たすため、圧縮機軸２２を要求された回転数で回転させるために、制御部２１は、バッテリ１９ａからインバータ１９を介してモータ・ジェネレータ１７に給電し、モータ・ジェネレータ１７を電動機として機能させる。
【００４５】
すると、モータ・ジェネレータ１７の駆動力によって駆動軸１８が回転されるとともに圧縮機部３１がエアコン要求を満たすための回転数で回転し圧縮機部３１が駆動される。すなわち、圧縮機部３１が駆動される際、必要とされる動力の一部がモータ・ジェネレータ１７により負担される。なお、膨張機部５１からの出力により、圧縮機部３１がエアコン要求を満たすための回転数で回転可能になると、制御部２１は、モータ・ジェネレータ１７への給電を停止し、その後、圧縮機部３１は膨張機部５１からの出力により駆動される。
【００４６】
そして、圧縮機部３１が駆動されると、可動スクロール３４が固定スクロール３６に対して旋回して圧縮側吸入流路Ｒ３から吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに冷媒が吸入される。第１収容空間１５ａに吸入された冷媒は、第１収容空間１５ａにおいて、隔壁部１５側から区画形成部１３ａ側（圧縮機部３１側）に向かって流れるため、第１収容空間１５ａ全体に亘って冷媒が行き渡り、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７全体が冷却される。
【００４７】
第１収容空間１５ａにおいて区画形成部１３ａ側に流れた冷媒は、連通孔１３ｃを介して第３収容空間１５ｃに流入するとともに、電磁クラッチ２９を横切って圧縮機部３１の吸入チャンバＳ内に吸入される。この電磁クラッチ２９を横切る冷媒によって電磁クラッチ２９全体が冷却される。
【００４８】
さらに、可動スクロール３４の旋回に伴い作動室３７の冷媒が圧縮される。そして、圧縮機部３１の作動室３７で圧縮された冷媒は、所定の圧力まで圧縮されると吐出弁３８を押し退けて吐出口３６ｃから吐出チャンバ３９に吐出される。さらに、圧縮された冷媒は、圧縮側吐出流路Ｒ１を介して凝縮器Ｃへ吐出され、凝縮器Ｃで凝縮された後、膨張弁Ｖで減圧される。さらに、膨張弁Ｖを通過した冷媒は、蒸発器Ｅで気化され、逆止弁Ｇを経由して圧縮側吸入流路Ｒ３から吸入孔１３ｂを介して第１収容空間１５ａに還流される。
【００４９】
エアコンスイッチがＯＦＦされる、又はエアコンによる圧縮機部３１の駆動要求がない場合は、制御部２１は電磁コイル２８への通電を止めて、第１クラッチ板２６と第２クラッチ板２７との接続状態を解除する。すると、圧縮機部３１の駆動が停止される。
【００５０】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置には吸入孔１３ｂが形成されている。よって、冷凍サイクル３０を循環した冷媒を吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａを介して圧縮機部３１へ吸入させ、低温の冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を冷却することができる。そして、モータ・ジェネレータ１７が収容された第１収容空間１５ａは、隔壁部１５により膨張機部５１が収容された第２収容空間１５ｂと隔離されているため、第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が膨張機部５１の熱を受け難くなり、第１収容空間１５ａの冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を効率良く冷却することができる。その結果、膨張機部５１の熱によって温められた冷媒によりモータ・ジェネレータ１７を冷却する場合に比べて、モータ・ジェネレータ１７の冷却効率を向上させることができる。
【００５１】
（２）吸入孔１３ｂは、センタハウジング１３において、連通孔１３ｃ（圧縮機部３１）側よりも隔壁部１５側に形成され、しかも隔壁部１５と隣接する位置に形成されている。よって、吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が、第１収容空間１５ａにおける隔壁部１５側から区画形成部１３ａ側に向かって流れる。したがって、第１収容空間１５ａ全体に亘って冷媒が行き渡り、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７全体を冷却することができる。
【００５２】
（３）電磁クラッチ２９は、ハウジング１２内において圧縮機部３１とモータ・ジェネレータ１７との間に設けられている。よって、吸入孔１３ｂから第１収容空間１５ａに吸入された冷媒が、モータ・ジェネレータ１７及び電磁クラッチ２９を横切って圧縮機部３１に向かうように流れるため、この冷媒によってモータ・ジェネレータ１７に加えて電磁クラッチ２９全体も冷却することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、ハウジング１２内において、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かって圧縮機部３１、電磁クラッチ２９、モータ・ジェネレータ１７、及び膨張機部５１の順序で並設されていたが、これに限らない。例えば、ハウジング１２内において、駆動軸１８及び圧縮機軸２２の軸方向に沿って前側から後側に向かってモータ・ジェネレータ１７、圧縮機部３１及び膨張機部５１の順序で並設されていてもよい。この場合、圧縮機部３１をベーンタイプで構成し、その圧縮機部３１の圧縮機軸２２を中空状に形成するとともに駆動軸１８を貫挿させ、圧縮機軸２２の前端に一方のクラッチ板を固定するとともに、一方のクラッチ板と対向するように他方のクラッチ板を駆動軸１８の外周に固定する。よって、圧縮機部３１とモータ・ジェネレータ１７との間に、電磁コイル２８への通電を制御することで一方のクラッチ板と他方のクラッチ板とを吸着させたり離間させたりして、駆動軸１８と圧縮機軸２２との間を接続状態又は切断状態に切り替える切替手段としての電磁クラッチ２９が設けられている。また、この場合、隔壁部１５は、圧縮機部３１と膨張機部５１との間、又はモータ・ジェネレータ１７と圧縮機部３１との間に設けられている。
【００５４】
○ 実施形態において、切替手段を、圧縮機軸２２に固定された第１クラッチ板２６と、駆動軸１８に固定された第２クラッチ板２７とを、電磁コイル２８の励磁によって吸着させるタイプの電磁クラッチ２９に具体化したが、これに限らず、例えば、スプリングクラッチや、他のタイプの電磁クラッチに具体化してもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、吸入孔１３ｂは、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であって、且つ隔壁部１５と隣接する位置に形成されていたが、これに限らず、センタハウジング１３の周壁における第１収容空間１５ａと対応する位置であれば、吸入孔１３ｂの形成位置は特に限定されない。
【００５６】
○ 実施形態において、圧縮機部３１は可動スクロール３４と固定スクロール３６とで構成されるタイプに限らず、例えば、ピストンタイプやベーンタイプなどであってもよい。
【００５７】
○ 実施形態において、膨張機部５１はベーンタイプに限らず、他のタイプの圧縮機構であってもよい。
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。
【００５８】
（イ）前記切替手段は、前記圧縮機軸に固定された第１クラッチ板と、前記駆動軸に固定された第２クラッチ板とを電磁コイルの励磁によって吸着させる電磁クラッチであることを特徴とする請求項３に記載の複合流体機械。
【００５９】
（ロ）前記吸入孔は、前記隔壁部と隣接する位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３、及び前記技術的思想（イ）のいずれか一項に記載の複合流体機械。
【符号の説明】
【００６０】
１２…ハウジング、１３ｂ…吸入孔、１５…隔壁部、１５ａ…第１収容空間、１５ｂ…第２収容空間、１７…回転電機部としてのモータ・ジェネレータ、１８…駆動軸、２２…圧縮機軸、２９…切替手段としての電磁クラッチ、３１…圧縮機部、５１…膨張機部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、
冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、
発電機又は電動機として機能する回転電機部と、をハウジング内に備え、
前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部が並設され、
前記ハウジングには、前記回転電機部が収容される第１収容空間と、前記膨張機部が収容される第２収容空間とを隔離する隔壁部が設けられるとともに、前記冷凍サイクル用作動流体を、前記第１収容空間を介して前記圧縮機部へ吸入するための吸入孔が、前記第１収容空間と対応する位置に形成されていることを特徴とする複合流体機械。
【請求項２】
前記ハウジング内では、前記回転電機部の駆動軸及び前記圧縮機部の圧縮機軸の軸方向に沿って、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部がこの順序で並設され、
前記吸入孔は、前記軸方向において、前記圧縮機部よりも前記隔壁部寄りに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記ハウジング内には、前記回転電機部の駆動軸と前記圧縮機部の圧縮機軸とを、接続状態又は切断状態に切り替える切替手段が、前記圧縮機部と前記回転電機部との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合流体機械。
【請求項１】
ランキンサイクル用作動流体の膨張によって機械的エネルギーを出力する膨張機部と、
冷凍サイクル用作動流体を圧縮する圧縮機部と、
発電機又は電動機として機能する回転電機部と、をハウジング内に備え、
前記ハウジング内では、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部が並設され、
前記ハウジングには、前記回転電機部が収容される第１収容空間と、前記膨張機部が収容される第２収容空間とを隔離する隔壁部が設けられるとともに、前記冷凍サイクル用作動流体を、前記第１収容空間を介して前記圧縮機部へ吸入するための吸入孔が、前記第１収容空間と対応する位置に形成されていることを特徴とする複合流体機械。
【請求項２】
前記ハウジング内では、前記回転電機部の駆動軸及び前記圧縮機部の圧縮機軸の軸方向に沿って、前記圧縮機部、前記回転電機部、及び前記膨張機部がこの順序で並設され、
前記吸入孔は、前記軸方向において、前記圧縮機部よりも前記隔壁部寄りに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合流体機械。
【請求項３】
前記ハウジング内には、前記回転電機部の駆動軸と前記圧縮機部の圧縮機軸とを、接続状態又は切断状態に切り替える切替手段が、前記圧縮機部と前記回転電機部との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合流体機械。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−８０４４４（Ｐ２０１１−８０４４４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３５２３０（Ｐ２００９−２３５２３０）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【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４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【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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