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Title:
FLUID MACHINE, RANKINE CIRCUIT, AND SYSTEM FOR UTILIZING WASTE HEAT FROM VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/139877
Kind Code:
A1
Abstract:
A system for utilizing waste heat from a vehicle has a Rankine circuit, and the Rankine circuit has a fluid machine. An electric power generation unit of the fluid machine has a third rotation body placed coaxial with a first rotation body of a pump unit and with a second rotation body of an expansion unit. Further, the fluid machine has a drive shaft integrally connected to at least the first rotation body among the first, second, and third rotation bodies and also has a power transmission unit connected to the drive shaft and transmitting power from the outside to the drive shaft.

Inventors:
WADA HIROFUMI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/057899
Publication Date:
November 20, 2008
Filing Date:
April 24, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SANDEN CORP (JP)
WADA HIROFUMI (JP)
International Classes:
F01C13/04; F01C1/02; F02G5/00; F04B35/00; F04C23/02; F25B11/02
Foreign References:
JP2005030386A2005-02-03
JP2004293310A2004-10-21
JPH08261579A1996-10-11
JP2002527670A2002-08-27
JP2006266113A2006-10-05
JP2005030386A2005-02-03
Other References:
See also references of EP 2143880A1
Attorney, Agent or Firm:
NAGATO, Kanji (8-1 Shinbashi 5-chome, Minato-k, Tokyo 04, JP)
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Claims:
第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1、第2及び第3の回転体のうち少なくとも前記第1の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸に連結され、前記駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝達ユニットと
を備える流体機械。
前記動力伝達ユニットは、前記駆動軸に前記外部からの動力を断続的に伝達する電磁クラッチであること請求項1に記載の流体機械。
前記発電ユニットは、交流電流を発生する請求項1に記載の流体機械。
前記駆動軸は、前記第1、第2及び第3の回転体と一体に連結されている請求項1に記載の流体機械。
前記膨張ユニットの容量は可変である請求項4に記載の流体機械。
前記駆動軸と前記第1及び第3の回転体とは一体に連結される一方、前記駆動軸と前記第2の回転体とは連結部材を介して連結され、
 前記連結部材は、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する請求項1に記載の流体機械。
前記ポンプユニットの仕事を低減するためのポンプバイパス手段を更に備える請求項4に記載の流体機械。
前記駆動軸と前記第1の回転体とは一体に連結される一方、前記駆動軸と前記第2及び第3の回転体とは連結部材を介して連結され、
 前記連結部材は、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2及び第3の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2及び第3の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する請求項1に記載の流体機械。
前記発電ユニットは、フィールドコイルを有し、前記フィールドコイルへの通電量を調整することにより前記発電ユニットの発電量は可変である請求項4に記載の流体機械。
熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備えるランキン回路において、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1及び第3の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸に連結され、前記駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝達ユニットと、
 前記駆動軸と前記第2の回転体とを連結する連結部材であって、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する連結部材と
を含むランキン回路。
前記流体機械のポンプユニットと前記加熱器との間を延びる前記循環路の部分に介挿されたチェックバルブと、
 前記加熱器と前記流体機械の膨張ユニットとの間を延びる前記循環路の部分に介挿された循環路開閉弁と
を更に備える請求項10に記載のランキン回路。
前記発電ユニットは、フィールドコイルを有し、前記フィールドコイルへの通電量を調整することにより前記発電ユニットの発電量は可変である請求項10に記載のランキン回路。
前記ポンプユニットの仕事を低減するためのポンプバイパス手段を更に有する請求項10に記載のランキン回路。
熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備えるランキン回路において、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸に連結され、前記駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝達ユニットと、
 前記駆動軸と前記第2及び第3の回転体とを連結する連結部材であって、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2及び第3の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2及び第3の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する連結部材と
を含むランキン回路。
前記流体機械のポンプユニットと前記加熱器との間を延びる前記循環路の部分に介挿されたチェックバルブと、
 前記加熱器と前記流体機械の膨張ユニットとの間を延びる前記循環路の部分に介挿された循環路開閉弁と
を更に備える請求項14に記載のランキン回路。
熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備えるランキン回路において、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け入れた作動流体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1、第2及び第3の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸に連結され、前記駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝達ユニットと
を含むランキン回路。
前記流体機械のポンプユニットと前記加熱器との間を延びる前記循環路の部分に介挿されたチェックバルブと、
 前記加熱器と前記流体機械の膨張ユニットとの間を延びる前記循環路の部分に介挿された循環路開閉弁と、
 前記循環路開閉弁が閉じているときに、前記第2の回転体の回転に伴い前記循環路開閉弁と前記膨張ユニットとの間を延びる前記循環路の部分の圧力低下を防止する圧力低下防止手段と
を更に備える請求項16に記載のランキン回路。
前記圧力低下防止手段は、
 前記循環路に前記膨張ユニットと並列に設けられた外部返戻路と、
 前記外部返戻路を開閉する返戻路開閉弁と
を有する請求項17に記載のランキン回路。
前記圧力低下防止手段は、
 前記流体機械の膨張ユニットに設けられ、膨張過程又は膨張後の前記熱媒体を上流側に返戻する内部返戻路と、
 前記内部返戻路を開閉する返戻路開閉弁と
を有する請求項18に記載のランキン回路。
前記返戻路開閉弁は電磁弁である請求項18に記載のランキン回路。
前記返戻路開閉弁は逆止弁である請求項18に記載のランキン回路。
前記膨張ユニットの容量は可変である請求項16に記載のランキン回路。
前記発電ユニットは、フィールドコイルを有し、前記フィールドコイルへの通電量を調整することにより前記発電ユニットの発電量は可変である請求項16に記載のランキン回路。
前記ポンプユニットの仕事を低減するためのポンプバイパス手段を更に有する請求項16に記載のランキン回路。
車両に設置されるランキン回路を備える車両の廃熱利用システムにおいて、
 前記ランキン回路は、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加熱器と、凝縮器とを含み、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱媒体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、受け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1及び第3の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸及び前記車両の内燃機関と連結され、前記駆動軸に前記内燃機関からの動力を伝達する動力伝達ユニットと、
 前記駆動軸と前記第2の回転体とを連結する連結部材であって、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する連結部材と
を有する車両の廃熱利用システム。
 車両に設置されるランキン回路を備える車両の廃熱利用システムにおいて、
 前記ランキン回路は、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加熱器と、凝縮器とを含み、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱媒体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、受け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸及び前記車両の内燃機関と連結され、前記駆動軸に前記内燃機関からの動力を伝達する動力伝達ユニットと、
 前記駆動軸と前記第2及び第3の回転体とを連結する連結部材であって、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いときは、前記第2及び第3の回転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろうとすると、前記第2及び第3の回転体から前記駆動軸への動力伝達を許容する連結部材と
を含む車両の廃熱利用システム。
 車両に設置されるランキン回路を備える車両の廃熱利用システムにおいて、
 前記ランキン回路は、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞれ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加熱器と、凝縮器とを含み、
 前記流体機械は、
 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転に伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱媒体を昇圧してから吐出するポンプユニットと、
 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、受け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出する膨張ユニットと、
 前記第1及び第2の回転体と同軸上に配置された第3の回転体を有し、前記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユニットと、
 前記第1、第2及び第3の回転体と一体に連結された駆動軸と、
 前記駆動軸及び前記車両の内燃機関と連結され、前記駆動軸に前記内燃機関からの動力を伝達する動力伝達ユニットと
を含む車両の廃熱利用システム。
Description:
流体機械、ランキン回路及び車 の廃熱利用システム

 本発明は流体機械、ランキン回路及び車 の廃熱利用システムに関する。

 例えば車両のエンジン等の内燃機関の廃熱 用システムを構成するランキン回路は、作 流体(熱媒体)が循環する循環路を有し、循 路には、ポンプ、蒸発器(熱交換器)、膨張機 、及び凝縮器が順次介挿される。
 ポンプは、例えば電動モータによって駆動 れ、作動流体を循環させる。作動流体は、 発器を通過する際に廃熱を受け取り、膨張 で膨張する。この際、作動流体の熱エネル ーは、トルクに変換されて外部に出力され 例えば、凝縮器を空冷するためのファンを 転させるのに用いられる。

 特開2005-30386号公報は、かかるランキン回路 に適したコンパクト且つ低コストな流体機械 として、ポンプ、膨張機及びモータが一つの 駆動軸を共有する流体機械を開示している。 この流体機械では、モータが外部からの電力 供給を受けて作動することでポンプが起動さ せられる。ポンプの起動により作動流体が循 環し、熱エネルギーを受け取った作動流体が 膨張機で膨張する。モータを起動させた後は 、モータへの給電が停止され、膨張機から出 力されるトルクによってポンプが作動させら れるとともに、モータは発電機として機能さ せられる。
 上述した特開2005-30386号公報の流体機械では 、回転駆動力を発生するモータに発電機能を 持たせているため、モータの発電効率は、発 電機能のみを有する発電機の発電効率に比べ て低くなる。

 また、特開2005-30386号公報の流体機械ではモ ータが直流モータであるが、一般に、直流モ ータは交流モータに比べて重量が大きく、発 電機として用いた場合には発電効率が低く、 その上、ブラシのメンテナンスが必要になる 。
 更に、特開2005-30386号公報の流体機械では、 膨張機で回収した熱エネルギー、換言すれば 膨張機で発生したトルクが電力に一旦変換さ れ、回収した熱エネルギーをトルクとして外 部に出力することはできない。

 本発明の目的は、膨張ユニット及びポンプ ニットに加え、高効率で発電可能な発電ユ ットを備えた小型の流体機械、当該流体機 を用いたランキン回路及び車両の廃熱利用 ステムを提供することにある。
 上記の目的を達成するべく、本発明によれ 、第1の回転体を有し、前記第1の回転体の 転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回 転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け 入れた作動流体を膨張させてから送出する膨 張ユニットと、前記第1及び第2の回転体と同 上に配置された第3の回転体を有し、前記第 3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電 ニットと、前記第1、第2及び第3の回転体の ち少なくとも前記第1の回転体と一体に連結 れた駆動軸と、前記駆動軸に連結され、前 駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝 ユニットとを備える流体機械が提供される

 本発明の流体機械では、ポンプユニット、 張ユニット及び発電ユニットの第1、第2及 第3の回転体が同軸上に配置されているため 流体機械の小型化が可能である。
 そして、この流体機械では、駆動軸とポン ユニットの第1の回転体とが少なくとも一体 に連結され、且つ、外部からの動力を伝達す る動力伝達ユニットが駆動軸に連結されてお り、ポンプユニットを外部からの動力により 起動可能である。このため、発電ユニットが 電動機としての機能を有さなくてもよい。そ れ故、この流体機械では、発電効率が高くな るように発電ユニットが構成され、発電ユニ ットは高効率にて発電する。
 また、この流体機械によれば、膨張ユニッ で発生したトルクを動力伝達ユニットを介 て外部に出力可能である。

 好ましくは、前記動力伝達ユニットは、前 駆動軸に前記外部からの動力を断続的に伝 する電磁クラッチである。好ましい態様の 体機械では、電磁クラッチを切ることによ 、流体機械に動力を供給している動力源の 荷が削減される。
 好ましくは、前記発電ユニットは、交流電 を発生する。好ましい態様の流体機械では 発電ユニットが交流電流を発生するもので るため、直流モータに比べて軽量であり、 電効率が高く、ブラシが不要なのでメンテ ンスも容易である。
 好ましくは、前記駆動軸は、前記第1、第2 び第3の回転体と一体に連結されている。好 しい態様の流体機械では、第1、第2及び第3 回転体と駆動軸とが一体に連結されている め、簡単な構成にて、ポンプユニット、膨 ユニット及び発電ユニットを同時に作動さ ることができる。

 好ましくは、前記膨張ユニットの容量は可 である。好ましい態様の流体機械では、膨 ユニットの容量が可変であるため、状況に じて、膨張ユニットの容量を最適に調整可 である。例えば、流体機械の起動直後には 膨張ユニットの容量を小さくして作動流体 膨張させないようにすることで、駆動軸に かる負荷が軽減され、流体機械の消費動力 削減される。
 好ましくは、前記駆動軸と前記第1及び第3 回転体とは一体に連結される一方、前記駆 軸と前記第2の回転体とは連結部材を介して 結され、前記連結部材は、前記第2の回転体 の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低いと きは、前記第2の回転体と前記駆動軸との間 の動力伝達を遮断し、前記第2の回転体の回 数が前記駆動軸の回転数よりも高くなろう すると、前記第2の回転体から前記駆動軸へ の動力伝達を許容する。

 好ましい態様の流体機械では、膨張ユニッ の第2の回転体の回転数が駆動軸の回転数よ りも低いときは、連結部材が、第2の回転体 駆動軸との間での動力伝達を遮断すること 、駆動軸にかかる負荷が軽減され、流体機 の消費動力が削減される。
 一方、第2の回転体の回転数が駆動軸の回転 数よりも高いときは、連結部材が第2の回転 から駆動軸への動力伝達を許容することで 膨張ユニットで発生したトルクが駆動軸に 達される。駆動軸に伝達されたトルクは、 電ユニットで電力に変換されるのみならず ポンプユニットの動力として利用される。 のため、膨張ユニットで発生したトルクが 分に大きければ、流体機械は外部からの動 を受けることなく独立して作動可能である 更には、膨張ユニットで発生したトルクは 動力伝達ユニットを介して外部に出力可能 ある。

 好ましくは、流体機械は、前記ポンプユニ トの仕事を低減するためのポンプバイパス 段を更に備える。好ましい態様の流体機械 は、ポンプバイパス手段によりポンプユニ トの仕事を低減することにより、外部から 力された動力を発電ユニットでの発電に優 的に利用することができる。更には、この 体機械は、状況に応じて発電機としてのみ 用することも可能であり、これにより外部 発電機を削減することができる。
 好ましくは、前記駆動軸と前記第1の回転体 とは一体に連結される一方、前記駆動軸と前 記第2及び第3の回転体とは連結部材を介して 結され、前記連結部材は、前記第2及び第3 回転体の回転数が前記駆動軸の回転数より 低いときは、前記第2及び第3の回転体と前記 駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前記第 2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回 数よりも高くなろうとすると、前記第2及び 第3の回転体から前記駆動軸への動力伝達を 容する。

 好ましい態様の流体機械では、膨張ユニッ の第2の回転体の回転数が駆動軸の回転数よ りも低いときは、連結部材が、第2及び第3の 転体と駆動軸との間での動力伝達を遮断す ことで、駆動軸にかかる負荷が軽減され、 体機械の消費動力が削減される。
 一方、膨張ユニットで発生したトルクは、 電ユニットで電力に変換されるのみならず 第2及び第3の回転体の回転数が駆動軸の回 数よりも高いときは、連結部材を介して駆 軸へ伝達される。駆動軸に伝達されたトル は、ポンプユニットの動力として利用され このトルクが十分に大きければ、流体機械 外部からの動力を受けることなく独立して 動可能である。更には、膨張ユニットで発 したトルクは、動力伝達ユニットを介し外 に出力可能である。
 好ましくは、前記発電ユニットは、フィー ドコイルを有し、前記フィールドコイルへ 通電量を調整することにより前記発電ユニ トの発電量は可変である。好ましい態様の 体機械では、発電量が可変であるため、状 に応じて発電量の最適化が可能である。

 また、もう1つの本発明によれば、熱媒体 を循環させるための循環路にそれぞれ介挿さ れた流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備え るランキン回路が提供される。前記流体機械 は、第1の回転体を有し、前記第1の回転体の 転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の 転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受 入れた作動流体を膨張させてから送出する 張ユニットと、前記第1及び第2の回転体と同 軸上に配置された第3の回転体を有し、前記 3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電 ニットと、前記第1及び第3の回転体と一体 連結された駆動軸と、前記駆動軸に連結さ 、前記駆動軸に外部からの動力を伝達する 力伝達ユニットと、前記駆動軸と前記第2の 転体とを連結する連結部材であって、前記 2の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数よ りも低いときは、前記第2の回転体と前記駆 軸との間での動力伝達を遮断し、前記第2の 転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも くなろうとすると、前記第2の回転体から前 記駆動軸への動力伝達を許容する連結部材と を含むランキン回路が提供される。

 もう1つの本発明のランキン回路は、1つの 体機械がポンプと、発電機と、膨張ユニッ の機能をもっているため、簡単な構成を有 る。
 また、このランキン回路では、外部からの 力によるポンプユニットの起動後、膨張ユ ットの第2の回転体の回転数が駆動軸の回転 数よりも低い間、連結部材が、第2の回転体 駆動軸との間での動力伝達を遮断する。こ によりポンプユニットの起動から所定の間 駆動軸にかかる負荷が軽減され、流体機械 消費動力が削減される。
 一方、第2の回転体の回転数が駆動軸の回転 数よりも高いときは、連結部材が第2の回転 から駆動軸への動力伝達を許容することで 膨張ユニットで発生したトルクが駆動軸に 達される。駆動軸に伝達されたトルクは、 電ユニットで電力に変換されるのみならず ポンプユニットの動力として利用される。 のため、膨張ユニットで発生したトルクが 分に大きければ、流体機械は外部からの動 を受けることなく独立して作動可能である 更には、膨張ユニットで発生したトルクは 動力伝達ユニットを介し外部に出力可能で る。

 好ましくは、ランキン回路は、前記流体機 のポンプユニットと前記加熱器との間を延 る前記循環路の部分に介挿されたチェック ルブと、前記加熱器と前記流体機械の膨張 ニットとの間を延びる前記循環路の部分に 挿された循環路開閉弁とを更に備える。
 好ましい態様のランキン回路では、循環路 閉弁を閉じることにより、外部からの動力 、チェックバルブから循環路開閉弁に亘る 環路の部分に圧力エネルギーとして蓄えら る。蓄えられた圧力エネルギーは、循環路 閉弁を開くことにより、膨張ユニットでト クに変換され、そして、発電ユニットで電 に変換される。すなわち、このランキン回 では、状況に応じて、外部からの動力を電 以外のかたちで蓄えられる。
 好ましくは、前記発電ユニットは、フィー ドコイルを有し、前記フィールドコイルへ 通電量を調整することにより前記発電ユニ トの発電量は可変である。

 好ましい態様のランキン回路では、発電量 可変であるため、状況に応じて発電量の最 化が可能である。例えば、このランキン回 では、外部からの動力又は膨張ユニットで 生したトルクを発電ユニットで電力に変換 能であるが、これら動力又はトルクが十分 あるときには発電量を増大し、逆のときに 発電量を減少させることにより、動力又は ルクが有効に活用される。あるいは、外部 らの動力を圧力に変換しているときに発電 を減少させることで、外部からの動力がよ 優先的に圧力に変換される。
 好ましくは、前記ポンプユニットの仕事を 減するためのポンプバイパス手段を更に有 る。
 好ましい態様のランキン回路では、ポンプ イパス手段によりポンプユニットの仕事を 減することにより、外部から入力された動 を発電ユニットでの発電に優先的に利用す ことができる。換言すれば、状況に応じて 流体機械を発電機としてのみ利用すること 可能であり、これにより外部の発電機を削 することができる。

 また、もう1つの本発明によれば、熱媒体 を循環させるための循環路にそれぞれ介挿さ れた流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備え るランキン回路が提供される。前記流体機械 は、第1の回転体を有し、前記第1の回転体の 転に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の 転を伴いながら、作動流体を受け入れ、受 入れた作動流体を膨張させてから送出する 張ユニットと、前記第1及び第2の回転体と同 軸上に配置された第3の回転体を有し、前記 3の回転体の回転に伴い電力を発生する発電 ニットと、前記第1の回転体と一体に連結さ れた駆動軸と、前記駆動軸に連結され、前記 駆動軸に外部からの動力を伝達する動力伝達 ユニットと、前記駆動軸と前記第2及び第3の 転体とを連結する連結部材であって、前記 2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸の 転数よりも低いときは、前記第2及び第3の回 転体と前記駆動軸との間での動力伝達を遮断 し、前記第2及び第3の回転体の回転数が前記 動軸の回転数よりも高くなろうとすると、 記第2及び第3の回転体から前記駆動軸への 力伝達を許容する連結部材とを含む。

 もう1つの本発明のランキン回路は、1つの 体機械がポンプと、発電機と、膨張ユニッ の機能をもっているため、簡単な構成を有 る。
 また、このランキン回路では、外部からの 力によるポンプユニットの起動後、膨張ユ ットの第2の回転体の回転数が駆動軸の回転 数よりも低いときは、連結部材が、第2及び 3の回転体と駆動軸との間での動力伝達を遮 する。これによりポンプユニットの起動か 所定の間、駆動軸にかかる負荷が軽減され 流体機械の消費動力が削減される。
 一方、膨張ユニットで発生したトルクは、 電ユニットで電力に変換されるのみならず 第2及び第3の回転体の回転数が駆動軸の回 数よりも高いときは、連結部材を介して駆 軸へ伝達される。駆動軸に伝達されたトル は、ポンプユニットの動力として利用され このトルクが十分に大きければ、流体機械 外部からの動力を受けることなく作動可能 ある。更には、膨張ユニットで発生したト クは、動力伝達ユニットを介して外部に出 可能である。

 好ましくは、ランキン回路は、前記流体機 のポンプユニットと前記加熱器との間を延 る前記循環路の部分に介挿されたチェック ルブと、前記加熱器と前記流体機械の膨張 ニットとの間を延びる前記循環路の部分に 挿された循環路開閉弁とを更に備える。
 好ましい態様のランキン回路では、循環路 閉弁を閉じることにより、外部からの動力 、チェックバルブから循環路開閉弁に亘る 環路の部分に圧力エネルギーとして蓄えら る。蓄えられた圧力エネルギーは、循環路 閉弁を開くことにより、膨張ユニットでト クに変換され、そして、発電ユニットで電 に変換される。すなわち、このランキン回 では、状況に応じて、外部からの動力を電 以外のかたちで蓄えられる。
 また、もう1つの本発明によれば、熱媒体を 循環させるための循環路にそれぞれ介挿され た流体機械と、加熱器と、凝縮器とを備える ランキン回路が提供される。前記流体機械は 、第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回 に伴い作動流体を吸入し、吸入した作動流 を昇圧してから吐出するポンプユニットと 第2の回転体を有し、前記第2の回転体の回 を伴いながら、作動流体を受け入れ、受け れた作動流体を膨張させてから送出する膨 ユニットと、前記第1及び第2の回転体と同軸 上に配置された第3の回転体を有し、前記第3 回転体の回転に伴い電力を発生する発電ユ ットと、前記第1、第2及び第3の回転体と一 に連結された駆動軸と、前記駆動軸に連結 れ、前記駆動軸に外部からの動力を伝達す 動力伝達ユニットとを含む。

 もう1つの本発明のランキン回路は、1つの 体機械がポンプと、発電機と、膨張ユニッ の機能をもっているため、簡単な構成を有 る。
 好ましくは、ランキン回路は、前記流体機 のポンプユニットと前記加熱器との間を延 る前記循環路の部分に介挿されたチェック ルブと、前記加熱器と前記流体機械の膨張 ニットとの間を延びる前記循環路の部分に 挿された循環路開閉弁と、前記循環路開閉 が閉じているときに、前記第2の回転体の回 転に伴い前記循環路開閉弁と前記膨張ユニッ トとの間を延びる前記循環路の部分の圧力低 下を防止する圧力低下防止手段とを更に備え る。
 好ましい態様のランキン回路は、外部から 動力が、チェックバルブから循環路開閉弁 亘る循環路の部分に圧力エネルギーとして えられる。蓄えられた圧力エネルギーは、 環路開閉弁を開くことにより、膨張ユニッ でトルクに変換され、そして、発電ユニッ で電力に変換される。すなわち、このラン ン回路では、状況に応じて、外部からの動 を電力以外のかたちで蓄えられる。

 この一方で、循環路開閉弁が閉じていると に、圧力低下防止手段が循環路開閉弁と前 膨張ユニットとの間を延びる循環路の部分 圧力低下を防止することにより、膨張ユニ トが真空ポンプのような状態で作動するこ はない。このため、循環路開閉弁が閉じて ても、膨張ユニットの消費動力の増大が抑 され、外部からの動力が優先的に圧力に変 されて蓄えられる。
 好ましくは、前記圧力低下防止手段は、前 循環路に前記膨張ユニットと並列に設けら た外部返戻路と、前記外部返戻路を開閉す 返戻路開閉弁とを有する。
 好ましい態様のランキン回路では、簡単な 成にて圧力防止手段が構成される。
 好ましくは、前記圧力低下防止手段は、前 流体機械の膨張ユニットに設けられ、膨張 程又は膨張後の前記熱媒体を上流側に返戻 る内部返戻路と、前記内部返戻路を開閉す 返戻路開閉弁とを有する。好ましい態様の ンキン回路では、簡単な構成にて圧力防止 段が構成される。
 好ましくは、前記返戻路開閉弁は電磁弁で る。好ましい態様のランキン回路では、簡 な構成にて圧力防止手段が構成される。

 好ましくは、前記返戻路開閉弁は逆止弁で る。好ましい態様のランキン回路では、逆 弁を用いることによって、より簡単な構成 て圧力防止手段が構成される。
 好ましくは、前記膨張ユニットの容量は可 である。好ましい態様のランキン回路では 膨張ユニットの容量が可変であるため、状 に応じて、膨張ユニットの容量を最適に調 可能である。例えば、流体機械の起動直後 は、膨張ユニットの容量を小さくして作動 体を膨張させないようにすることで、駆動 にかかる負荷が軽減され、流体機械の消費 力が削減される。

 好ましくは、前記発電ユニットは、フィー ドコイルを有し、前記フィールドコイルへ 通電量を調整することにより前記発電ユニ トの発電量は可変である。好ましい態様の ンキン回路では、発電量が可変であるため 状況に応じて発電量の最適化が可能である 例えば、このランキン回路では、外部から 動力又は膨張ユニットで発生したトルクを 電ユニットで電力に変換可能であるが、こ ら動力又はトルクが十分であるときには発 量を増大し、逆のときには発電量を減少さ ることにより、動力又はトルクが有効に活 される。あるいは、外部からの動力を圧力 変換しているときに発電量を減少させるこ で、外部からの動力がより優先的に圧力に 換される。
 好ましくは、ランキン回路は、前記ポンプ ニットの仕事を低減するためのポンプバイ ス手段を更に有する。好ましい態様のラン ン回路では、ポンプバイパス手段によりポ プユニットの仕事を低減することにより、 部から入力された動力を発電ユニットでの 電に優先的に利用することができる。換言 れば、状況に応じて、流体機械を発電機と てのみ利用することも可能であり、これに り外部の発電機を削減することができる。

 また、もう1つの本発明によれば、車両に 設置されるランキン回路を備える車両の廃熱 利用システムにおいて、前記ランキン回路は 、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞ れ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機 関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加 熱器と、凝縮器とを含み、前記流体機械は、 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転 伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の 転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、 け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出 る膨張ユニットと、前記第1及び第2の回転体 と同軸上に配置された第3の回転体を有し、 記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する 電ユニットと、前記第1及び第3の回転体と 体に連結された駆動軸と、前記駆動軸及び 記車両の内燃機関と連結され、前記駆動軸 前記内燃機関からの動力を伝達する動力伝 ユニットと、前記駆動軸と前記第2の回転体 を連結する連結部材であって、前記第2の回 転体の回転数が前記駆動軸の回転数よりも低 いときは、前記第2の回転体と前記駆動軸と 間での動力伝達を遮断し、前記第2の回転体 回転数が前記駆動軸の回転数よりも高くな うとすると、前記第2の回転体から前記駆動 軸への動力伝達を許容する連結部材とを有す る車両の廃熱利用システムが提供される。

 また、もう1つの本発明によれば、車両に 設置されるランキン回路を備える車両の廃熱 利用システムにおいて、前記ランキン回路は 、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞ れ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機 関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加 熱器と、凝縮器とを含み、前記流体機械は、 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転 伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の 転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、 け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出 る膨張ユニットと、前記第1及び第2の回転体 と同軸上に配置された第3の回転体を有し、 記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する 電ユニットと、前記第1の回転体と一体に連 結された駆動軸と、前記駆動軸及び前記車両 の内燃機関と連結され、前記駆動軸に前記内 燃機関からの動力を伝達する動力伝達ユニッ トと、前記駆動軸と前記第2及び第3の回転体 を連結する連結部材であって、前記第2及び 第3の回転体の回転数が前記駆動軸の回転数 りも低いときは、前記第2及び第3の回転体と 前記駆動軸との間での動力伝達を遮断し、前 記第2及び第3の回転体の回転数が前記駆動軸 回転数よりも高くなろうとすると、前記第2 及び第3の回転体から前記駆動軸への動力伝 を許容する連結部材とを含む車両の廃熱利 システムが提供される。

 また、もう1つの本発明によれば、車両に 設置されるランキン回路を備える車両の廃熱 利用システムにおいて、前記ランキン回路は 、熱媒体を循環させるための循環路にそれぞ れ介挿された流体機械と、前記車両の内燃機 関で発生した廃熱を前記熱媒体に受け渡す加 熱器と、凝縮器とを含み、前記流体機械は、 第1の回転体を有し、前記第1の回転体の回転 伴い前記熱媒体を吸入し、吸入した前記熱 体を昇圧してから吐出するポンプユニット 、第2の回転体を有し、前記第2の回転体の 転を伴いながら、前記熱媒体を受け入れ、 け入れた前記熱媒体を膨張させてから送出 る膨張ユニットと、前記第1及び第2の回転体 と同軸上に配置された第3の回転体を有し、 記第3の回転体の回転に伴い電力を発生する 電ユニットと、前記第1、第2及び第3の回転 と一体に連結された駆動軸と、前記駆動軸 び前記車両の内燃機関と連結され、前記駆 軸に前記内燃機関からの動力を伝達する動 伝達ユニットとを含む車両の廃熱利用シス ムが提供される。

 本発明の車両の廃熱利用システムでは、1つ の流体機械がポンプ、膨張器及び発電機の機 能を有するため、構成が簡単である。また、 内燃機関と流体機械の動力伝達装置とを連結 するための構成も簡単である。これらの結果 、この廃熱利用システムは、車両への設置が 容易である。
 一方、この廃熱利用システムによれば、内 機関の廃熱が電力に変換されるため、車両 燃費が向上するが、内燃機関と流体機械の 力伝達ユニットとが連結されていることに り、車両の制動時又は減速時に運動エネル ーを電力に変換することも可能である。従 て、この廃熱利用システムによれば、車両 燃費が更に向上する。

 本発明は、以下の詳細な説明及び添付の 面によってより十分に理解されるけれども 図面は一例であって本発明を限定するもの はない。

第1実施形態に係る車両の廃熱利用シス テムの構成を概略的に示す図、 図1のシステムに適用された流体機械の 概略的な縦断面図、 第2実施形態に係る車両の廃熱利用シス テムの構成を概略的に示す図、 第3実施形態に係る車両の廃熱利用シス テムの構成を概略的に示す図、 第4実施形態に係る車両の廃熱利用シス テムの構成を概略的に示す図、 第5実施形態に係る車両の廃熱利用シス テムの構成を概略的に示す図、 変形例の圧力低下防止手段を示す図、 変形例のポンプユニットの概略を示す 、 変形例の発電ユニットの概略を示す図 ある。

 図1は、第1実施形態に係る車両の廃熱利用 ステムAを示し、廃熱利用システムAは、例え ば、車両のエンジン(内燃機関)10から排出さ る排気ガスの熱を回収する。そのために廃 利用システムAはランキン回路12を備え、ラ キン回路12は、作動流体(熱媒体)が循環する 環路13を有する。循環路13は、例えば管やパ イプによって構成される。
 循環路13には、作動流体を流動させるべく 流体機械14のポンプユニット16が介挿され、 に、作動流体が流動する方向でみてポンプ ニット16の下流には、加熱器18、流体機械14 膨張ユニット20及び凝縮器22が順次介挿され ている。すなわち、ポンプユニット16は、凝 器22側にて作動流体を吸入し、吸入した作 流体を昇圧してから加熱器18に向けて吐出す る。ポンプユニット16から吐出された作動流 は、低温高圧の液状態である。

 加熱器18は熱交換器であって、循環路13の一 部を構成する低温流路18aと、低温流路18aとの 間で熱交換可能な高温流路18bとを有する。高 温流路18bは、例えばエンジン10から延びる排 管24に介挿されている。従って加熱器18を通 過するとき、低温高圧の液状態の作動流体は 、エンジン10で発生した排気ガスの熱を受け る。加熱器18が排気ガスの熱を作動流体に け渡すことで、作動流体は加熱され、高温 圧の過熱蒸気状態となる。
 流体機械14の膨張ユニット20は、過熱蒸気状 態となった作動流体を膨張させ、これにより 作動流体は、高温低圧の過熱蒸気状態になる 。
 凝縮器22は熱交換器であり、膨張ユニット20 から流出した作動流体を外気との熱交換によ って凝縮させ、低温低圧の液状態にする。具 体的には、凝縮器22の近傍には電動ファン(図 示せず)が配置され、車両前方からの風や電 ファンからの風によって作動流体は冷却さ る。凝縮器22で冷却された作動流体は、再び ポンプユニット16に吸入され、循環路13を循 する。

 ここで、前述した膨張ユニット20は、作動 体を膨張させるのみならず、作動流体の熱 ネルギーをトルク(回転力)に変換して出力可 能である。膨張ユニット20から出力されるト クを利用可能なように、膨張ユニット20に 、ポンプユニット16に加え、発電ユニット26 連結されている。発電ユニット26には、発 した電力を使用又は蓄電する、例えばバッ リー等の電気的な負荷28が適当に接続されて いる。
 また、流体機械14は、トルクを入出力する めの動力伝達ユニット30を有し、動力伝達ユ ニット30は、例えば電磁クラッチである。電 クラッチは、ECU(電子制御装置)31によって作 動させられ、断続的にトルクを伝達可能であ る。

 より詳しくは、図2に示したように、膨張ユ ニット20、発電ユニット26及びポンプユニッ 16がこの順序で直列に連結されている。
 膨張ユニット20は、例えばスクロール式の 張機である。膨張ユニット20のカップ状のケ ーシング32(膨張ユニット用ケーシング)の開 は、仕切り壁34によって略覆われているが、 仕切り壁34の中央には貫通孔が形成されてい 。
 膨張ユニット用ケーシング32内には、固定 クロール36が固定され、固定スクロール36の 面側には高圧室38が区画されている。高圧 38は、膨張ユニット用ケーシング32に形成さ た入口ポート及び入口ポートに接続された 環路13の一部を介して加熱器18と連通してい る。

 固定スクロール36の正面側には、可動スク ール40が噛み合うように配置されている。固 定スクロール36と可動スクロール40との間に 、作動流体を膨張させる膨張室42が区画され 、可動スクロール40の周囲は、膨張した作動 体を受け入れる低圧室44として区画されて る。固定スクロール36の基板の略中央には、 導入孔46が貫通して形成され、この導入孔46 通じて固定及び可動スクロール36,40の径方向 中央に位置する膨張室42と高圧室38とが連通 る。
 径方向中央の膨張室42内で作動流体が膨張 ると、膨張室42の容積が増大し且つ膨張室42 固定及び可動スクロール36,40の渦巻壁に沿 て径方向外側に移動する。そして、膨張室42 は、最終的には低圧室44と連通し、膨張した 動流体が低圧室44に流入する。低圧室44は、 図示しない出口ポート及び当該出口ポートに 接続された循環路13の一部を通じて、凝縮器2 2と連通している。

 かかる作動流体の膨張に伴い、可動スクロ ル40は固定スクロール36に対して旋回運動さ せられるが、この旋回運動は旋回機構によっ て回転運動に変換される。
 すなわち、可動スクロール40の基板の背面 はボスが一体に形成され、ボス内には、ニ ドルベアリング48を介して偏心ブッシュ50が 対回転可能に配置されている。偏心ブッシ 50にはクランクピン52が挿通され、クランク ピン52は円盤形状のディスク54から偏心して 出している。ディスク54におけるクランクピ ン52とは反対側からは同軸にて軸部(第2の回 体)56が一体に突出し、軸部56は、ボールベア リング等のラジアルベアリング58を介して、 切り壁34によって回転可能に支持されてい 。すなわち、可動スクロール40の旋回運動は 、軸部56の回転運動に変換される。
 なお、旋回機構は、旋回運動中の可動スク ール40の自転を阻止するとともにスラスト を受けるために、例えばボールカップリン 60を有し、ボールカップリング60は、可動ス ロール40の基板の外周部と、当該外周部と 向する仕切り壁34の部分との間に配置される 。

 一方、ポンプユニット16は、例えばトロコ ド型のポンプであるが、ギヤポンプであっ もよい。ポンプユニット16は、両端が開口し た円筒状のケーシング(ポンプユニット用ケ シング62)を有し、ポンプユニット用ケーシ グ62内には、所定の間隔をあけて1組の環状 カバー64が配置されている。これらカバー64 間には内歯(第1の回転体)66が回転可能に配 され、更に内歯66を囲むように外歯68が固定 て配置されている。
 内歯66と外歯68との間には、内歯66の回転に い作動流体を昇圧するポンプ室70が区画さ 、ポンプ室70内には、図示しない吸入ポート 及び当該吸入ポートに接続された循環路13の 部を通じて、凝縮器22から作動流体が吸入 れる。そして、ポンプ室70内で昇圧された作 動流体は、図示しない吐出ポート及び当該吐 出ポートに接続された循環路13の一部を通じ 、加熱器18に向けて吐出される。
 内歯66を回転させるために、内歯66は、駆動 軸72に対して一体に回転可能に固定されてい 。駆動軸72は、カバー64及びポンプユニット 用ケーシング62を貫通しており、ポンプユニ ト用ケーシング62の開口端に固定された蓋 材74も貫通している。蓋部材74は、筒部76と ランジ部78とからなり、フランジ部78がポン ユニット用ケーシング62の開口端に接合さ ている。

 筒部76の内側には、その両端に位置してラ アルベアリング79,80が1つずつ配置され、筒 76は、これらラジアルベアリング79,80を介し 、駆動軸72を回転可能に支持している。ま 、筒部76の内側には、例えばリップシール等 の軸封止部材81が配置され、軸封止部材81は 筒部76内を気密に仕切っている。
 筒部76から突出した駆動軸72の一端に、動力 伝達ユニット30としての電磁クラッチが連結 れている。
 具体的には、動力伝達ユニット30は、筒部76 の外側にラジアルベアリング82を介して配置 れたロータ83を有し、ロータ83の外周面には プーリ84が固定されている。プーリ84とエン ン10のプーリとの間には、一点鎖線で示した けれどもベルト85が架け渡され、例えばエン ン10からの動力供給を受けて、プーリ84及び ロータ83は回転可能である。また、ロータ83 内側には、ソレノイド86が配置され、ソレノ イド86は、ECU31からの給電により磁場を発生 る。

 ロータ83の端面近傍には、環状のアーマチ ア88が配置され、アーマチュア88は、板ばね の弾性部材90を介してボス92に連結されてい る。ボス92は、駆動軸72の一端にスプライン 合されており、それゆえアーマチュア88は駆 動軸72と一体に回転可能である。そして、ソ ノイド86の磁場によって、アーマチュア88は 、弾性部材90の付勢力に抗しながらロータ83 端面に吸着可能であり、これにより、ロー 83とアーマチュア88との間で動力が伝達可能 なる。
 発電ユニット26の円筒状のケーシング(発電 ニット用ケーシング)93は、仕切り壁34とポ プユニット用ケーシング62との間に挟まれて おり、膨張ユニットケーシング32、仕切り壁3 4、発電ユニット用ケーシング93、ポンプユニ ット用ケーシング62及び蓋部材74は、相互に 結されることにより、流体機械14のための一 つのハウジングを構成している。
 発電ユニット用ケーシング93内には、ポン ユニット用ケーシング62に固定された支持部 材97が配置され、駆動軸72の中央部は、ラジ ルベアリング99及び支持部材97を介して、ポ プユニット用ケーシング62によって回転自 に支持されている。

 駆動軸72の他端は、仕切り壁34の貫通孔まで 達しており、駆動軸72の他端は、ニードルベ リング94を介して、仕切り壁34により回転自 在に支持されている。また、駆動軸72の他端 内側には、連結部材としてのワンウェイク ッチ95が固定され、駆動軸72の他端と旋回機 構の軸部56とは、ワンウェイクラッチ95を介 て連結されている。
 ワンウェイクラッチ95は、軸部56と駆動軸72 が同一方向で回転するときに、軸部56の回 数が駆動軸72の回転数よりも低いときには、 軸部56と駆動軸72との間の動力伝達を遮断す 。一方ワンウェイクラッチ95は、軸部56の回 数が駆動軸72の回転数よりも高くなろうと ると、軸部56と駆動軸72との間の動力伝達を 容し、軸部56と駆動軸72とが一体に回転する 。

 発電ユニット用ケーシング93内を延びる駆 軸72の部分には、回転子(第3の回転体)96が固 され、回転子96は例えば永久磁石からなる 従って、回転子96は、軸部56及び内歯66と同 上に配置されている。
 発電ユニット用ケーシング93の内周面には 回転子96を囲むようにステータが固定され、 ステータは、ヨーク98と、ヨーク98に巻回さ た例えば3組のコイル100とを有する。コイル1 00は、回転子96の回転に伴い、3相の交流電流 発生するように配線され、発生した交流電 は、図示しない引き出し線を通じて、外部 負荷28に供給される。
 なお、発電ユニット26は、電動機としての 能を有さないため、ヨーク98の形状やコイル 100の巻数等は、発電効率が高くなるように構 成される。
 以下、上述した車両の廃熱利用システムAの 使用方法について、流体機械14及びランキン 路12の動作を中心に説明する。

<起動>
 ランキン回路12を起動させるべく、ECU31が動 力伝達ユニット30をオン作動させると、エン ン10の動力が駆動軸72に入力される。駆動軸 72の回転に伴い、ポンプユニット16の内歯66が 回転し、ポンプユニット16は、上流側にて作 流体を吸入し、吸入した作動流体を昇圧し 下流側にて吐出する。
 これにより循環路13内を作動流体が循環し 作動流体は加熱器18で加熱され、膨張ユニッ ト20で膨張する。
 ランキン回路12の起動直後は、循環路13内の 作動流体の圧力が低いため、可動スクロール 40の回転数、換言すれば、旋回機構の軸部56 回転数は、駆動軸72の回転数よりも低い。こ のためワンウェイクラッチ95は、軸部56と駆 軸72との間での動力伝達を遮断する。

<自律運転及び発電>
 ランキン回路12の起動後、循環路13内の作動 流体の圧力が十分に上昇すると、旋回機構の 軸部56の回転数は、駆動軸72の回転数よりも くなろうとする。自由状態の旋回機構の軸 56の回転数が駆動軸72の回転数よりも高くな と、ワンウェイクラッチ95はロック状態に り、軸部56と駆動軸72とが一体に回転する。
 そして、軸部56から駆動軸72に伝達されるト ルクがポンプユニット16の作動に十分な大き になると、ECU31は動力伝達ユニット30をオフ 作動させ、エンジン10からの動力供給を遮断 る。これにより、流体機械14は、膨張ユニ ト20で発生したトルクを利用してポンプユニ ット16を作動させる自律運転に移行する。
 この一方、駆動軸72の回転に伴い、発電ユ ット26の回転子96が回転し、発電ユニット26 交流電流を生成する。交流電流は負荷28に供 給され、負荷28によって適当に備蓄又は消費 れる。負荷28は、交流電流を直流電流に変 する整流器を含んでいてもよい。

<回生ブレーキ>
 流体機械14が自律運転に移行した後は、エ ジン10の負荷が軽減されるが、車両の制動時 や減速時には、ECU31が動力伝達ユニット30を ン作動、即ち電磁クラッチを繋いでもよい これにより流体機械14は回生ブレーキとして の機能を発揮し、エンジン10に減速のための 助的な負荷が加わるのみならず、発電ユニ ト26が発電し、車両の運動エネルギーが電 に変換される。

<その他>
 また、流体機械14を自律運転に移行させず 、流体機械14のトルクをエンジン10に供給し もよい。すなわち、膨張ユニット20で発生 たトルクのうち、ポンプユニット16及び発電 ユニット26で消費されるトルクを超える部分 、動力伝達ユニット30を介してエンジン10に 出力してもよい。
 上述したように、第1実施形態の車両の廃熱 利用システムAは、車両のエンジン10で発生し た廃熱を流体機械14により電力に変換するた 、車両の燃費が向上する。
 そして、この廃熱利用システムAは、1つの 体機械14がポンプと、発電機と、膨張ユニッ トの機能をもっているため、簡単な構成を有 する。
 特に、流体機械14では、ポンプユニット16の 内歯66、膨張ユニット20の軸部56及び発電ユニ ット26の回転子96が同軸上に配置されている め、流体機械14の小型化が可能である。この ため、この流体機械14は軽重量で低コストで り、車両への搭載性もよい。

 また、流体機械14では、駆動軸72とポンプユ ニット16の内歯66とが少なくとも一体に連結 れ、且つ、外部からの動力を伝達する動力 達ユニット30が駆動軸72に連結されており、 ンプユニット16を外部からの動力により起 可能である。このため、発電ユニット26が電 動機としての機能を有さなくてもよい。それ 故、流体機械14では、発電効率が高くなるよ に発電ユニット26が構成され、駆動軸72によ って伝達される動力が高効率にて電力に変換 される。
 更に、この流体機械14によれば、状況に応 て、膨張ユニット20で発生したトルクを外部 に出力して利用可能であり、エンジン10の動 を補うことも可能である。
 また、上述した廃熱利用システムAでは、外 部からの動力による流体機械14のポンプユニ ト16の起動後、膨張ユニット20の軸部56の回 数が駆動軸72の回転数よりも低い間、連結 材としてのワンウェイクラッチ95が、軸部56 駆動軸72との間での動力伝達を遮断する。 れによりポンプユニット16の起動から所定の 間、駆動軸72にかかる負荷が軽減され、流体 械14の消費動力が削減される。

 本発明は上記した第1実施形態に限定される ことはなく、種々の変形が可能である。
 例えば、廃熱利用システムAは、排気ガスの 熱を電力に変換するものであったが、エンジ ン10の冷却水の熱を電力に変換するものであ てもよい。更に廃熱利用システムAは、車両 以外にも適用可能であるが、エンジン10と動 伝達装置30との連結は容易であることから 車両に好適である。
 流体機械14の発電ユニット26は、交流電流を 発生するものであったが、直流電流を発生す るものであってもよい。ただし、交流電流を 発生する発電ユニット26は、直流発電機(直流 モータ)に比べて軽量であり、発電効率が高 、ブラシが不要なのでメンテナンスも容易 ある。
 流体機械14の駆動軸72は、1本の部材により 成されていたが、複数の部材を継手等によ 一体に連結して駆動軸を構成してもよい。
 流体機械14では、動力伝達ユニット30が動力 を断続可能な電磁クラッチであったけれども 、常時動力を伝達する単なるプーリであって もよい。ただし、電磁クラッチであれば、流 体機械14と外部との間でのトルクの入出力を 宜断続することができる。

 図3は、第2実施形態に係る車両の廃熱利用 ステムBの概略構成を示している。なお、第1 実施形態の廃熱利用システムAと同一の構成 ついては、同じ符号を付して説明を省略す 。
 廃熱利用システムBは、チェックバルブ102と 循環路開閉弁104を更に備える。チェックバル ブ102は、流体機械14のポンプユニット16と加 器18との間を延びる循環路13の部分に介挿さ 、ポンプユニット16から加熱器18に向かう方 向でのみ、作動流体の通過を許容する。循環 路開閉弁104は、加熱器18と流体機械14の膨張 ニット20との間を延びる循環路13の部分に介 され、ECU31からの信号に基づいて、循環路13 を開閉可能である。
 また、廃熱利用システムBは、ポンプバイパ ス手段を有する。ポンプバイパス手段は、ポ ンプユニット16と並列にて循環路13に設けら た外部バイパス路106と、外部バイパス路106 介挿されたバイパス路開閉弁108とにより構 されている。バイパス路開閉弁108は電磁弁 あり、ECU31からの信号に基づいて、外部バイ パス路106を開閉可能である。

 この廃熱利用システムBでは、循環路開閉弁 104によって循環路13を膨張ユニット20の手前 閉じることにより、外部からの動力が、チ ックバルブ102から循環路開閉弁104に亘る循 路13の部分に圧力エネルギーとして蓄えられ る。蓄えられた圧力エネルギーは、循環路開 閉弁104を開くことにより、膨張ユニット20で ルクに変換され、そして、発電ユニット26 電力に変換される(蓄圧回生)。すなわち、こ の廃熱利用システムBでは、状況に応じて、 部からの動力を電力以外のかたちで蓄えら る。
 また、廃熱利用システムBでは、ポンプバイ パス手段によりポンプユニット16をバイパス ることにより、ポンプユニット16の仕事が 減される。これにより、外部から入力され 動力を発電ユニット16での発電に優先的に利 用することができる。換言すれば、状況に応 じて、流体機械14を発電機としてのみ利用す ことも可能であり、これにより外部の発電 (オルタネータ)を削減し、車両の軽量化を ることもできる。

 図4は、第3実施形態に係る車両の廃熱利用 ステムCの概略構成を示している。なお、第1 実施形態の廃熱利用システムA及び第2実施形 の廃熱利用システムBと同一の構成について は、同じ符号を付して説明を省略する。
 廃熱利用システムCに適用された流体機械110 にあっては、動力伝達ユニット30及びポンプ ニット16の内歯66が第1駆動軸112と一体に連 されている。発電ユニット30の回転子96及び 張ユニット20の軸部56は、第2駆動軸114と一 に連結され、第1駆動軸112と第2駆動軸114とは 、連結部材としてのワンウェイクラッチ116に より連結されている。
 ワンウェイクラッチ116は、第2駆動軸114の回 転数、即ち軸部56及び回転子96の回転数が第1 動軸112の回転数よりも低いときには、第1駆 動軸112と第2駆動軸114と第1駆動軸112との間の 力伝達を遮断する。一方、ワンウェイクラ チ116は、第2駆動軸114の回転数が駆動軸72の 転数よりも高くなろうとすると、第1駆動軸 112と第2駆動軸114との間の動力伝達を許容し 第1駆動軸112と第2駆動軸114とが一体に回転す る。

 この廃熱利用システムCにあっても、流体機 械110の起動から所定の間、ワンウェイクラッ チ116によって第1駆動軸112から第2駆動軸114へ 動力伝達が遮断され、流体機械110の消費動 が削減される。
 一方、膨張ユニット30で発生したトルクは 発電ユニット26で電力に変換されるのみなら ず、第2軸部114の回転数が第1駆動軸112の回転 よりも高いときは、ワンウェイクラッチ116 介して第1駆動軸112へ伝達される。第1駆動 112に伝達されたトルクは、ポンプユニット16 の動力として利用され、このトルクが十分に 大きければ、流体機械110は外部からの動力を 受けることなく作動可能である。更には、膨 張ユニット20で発生したトルクは、動力伝達 ニット30を介し外部に出力可能である。
 また、廃熱利用システムCにおいても、循環 路開閉弁104を閉じることにより圧力エネルギ ーを蓄え、蓄えた圧力エネルギーを電力に変 換可能である。なお、廃熱利用システムAの うに、廃熱利用システムCからチェックバル 102及び循環路開閉弁104を削除してもよい。

 図5は、第4実施形態に係る車両の廃熱利用 ステムDの概略構成を示している。なお、廃 利用システムA~Cと同一の構成については、 じ符号を付して説明を省略する。
 廃熱利用システムDに適用された流体機械120 にあっては、動力伝達ユニット30、ポンプユ ット16の内歯66、発電ユニット30の回転子96 び膨張ユニット20の軸部56は、1本の駆動軸122 と一体に連結されている。
 また、廃熱利用システムDは、循環路13に膨 ユニット20と並列に設けられた外部返戻路12 4と、外部返戻路124に介挿された返戻路開閉 としての電磁弁126とを更に備える。電磁弁12 6は、ECU31からの信号に基づいて、外部返戻路 124を開閉可能である。
 この廃熱利用システムDの流体機械120でも、 循環路開閉弁104が循環路13を閉じている間、 力が圧力エネルギーとして蓄えられるが、 の一方で、ポンプユニット20の可動スクロ ル40は旋回運動している。そこで、この廃熱 利用システムDでは、循環路開閉弁104が循環 13を閉じているときに、電磁弁126を開作動さ せて外部返戻路124を開くことにより、循環路 開閉弁104と膨張ユニット20との間を延びる循 路13の部分の圧力が低下するのを抑制する これにより、膨張ユニット20が真空ポンプの ように作動することが防止され、膨張ユニッ ト20から駆動軸122にかかる負荷の増大が抑制 れる。

 また、流体機械120の起動後、循環路13内の 動流体の圧力が十分に上昇するまでの間は 循環路開閉弁104を開作動させて循環路13を開 いていても、電磁弁126を開作動させて外部返 戻路124を開けておくことで、膨張ユニット20 バイパスする。これにより、起動から所定 間、膨張ユニット20から駆動軸122にかかる 荷が削減される。
 流体機械120の起動後、作動流体の圧力が十 に上昇した後は、電磁弁126を閉作動させて 部返戻路124を閉じることで、流体機械120は 律運転に移行する。
 なお、廃熱利用システムDから外部返戻路124 及び電磁弁126を削除してもよく、チェックバ ルブ102及び循環路開閉弁104を削除してもよい 。

 図6は、第5実施形態に係る車両の廃熱利用 ステムEの概略構成を示している。なお、廃 利用システムA~Dと同一の構成については、 じ符号を付して説明を省略する。
 廃熱利用システムEは、返戻路開閉弁として 逆止弁128を備えている。逆止弁128は、膨張ユ ニット20の直下流の圧力が直上流の圧力より 低くなったとき、下流から上流に向けて作 流体が流動するのを許容する。この逆止弁1 28は、循環路開閉弁104と膨張ユニット20との を延びる循環路13の部分の圧力が低下するの を自律的に抑制する。これにより逆止弁128は 、電磁弁126と同様に、圧力エネルギーを蓄え ているときや、起動から所定の間、膨張ユニ ット20から駆動軸122にかかる負担を低減する
 上述した廃熱利用システムD及びEでは、外 返戻路124及び返戻路開閉弁が、循環路開閉 104と膨張ユニット20との間を延びる循環路13 部分の圧力の低下を防止する手段として機 していたが、圧力低下防止手段はこれらに 定されない。

 例えば圧力低下防止手段は、膨張ユニット2 0の容量可変手段であってもよい。容量可変 段は、例えば図7に示したように、固定スク ール36の基板に形成されたバイパス孔130を する。バイパス孔130は、内部流路132によっ 導入孔46又は高圧室38と連通し、内部流路132 は、容量制御弁134が介挿される。ECU31は、 量制御弁134の開閉作動を制御可能であり、 れにより膨張ユニット20の容量は可変である 。この場合、容量制御弁134を開作動させて内 部流路132を開くことにより、返戻開閉弁を開 作動させて返戻路124を開くのと同様の効果を 得られる。そして、容量可変手段を圧力低下 防止手段として用いる場合には、返戻路開閉 弁に相当する容量制御弁134を逆止弁としても よい。
 更に、上述した廃熱利用システムB、D及びE は、外部バイパス路106及びバイパス路開閉 がポンプバイパス手段を構成していたが、 ンプバイパス手段はこれに限定されない。

 例えば、図8に示したように、上流側のポン プ室70と下流側のポンプ室70とを連通する内 バイパス路140を設け、この内部バイパス路14 0にバイパス路開閉弁142を介挿してもよい。 イパス路開閉弁142の開閉作動は、ECU31により 制御される。
 この場合、ECU31がバイパス路開閉弁142を開 動させて内部バイパス路140を開くと、昇圧 程の作動流体が逃がされる。これによりポ プユニット16での仕事を低減し、外部から入 力されたトルクを発電ユニット26での発電に み利用することができる。
 第1乃至第5実施形態では、発電ユニット26の 回転子96として永久磁石を使用していたが、 磁石を使用してもよい。この場合、図9に示 したように、回転子に設けられたフィールド コイル(モータコイル)150に供給する電流量をE CU31により調整すれば、発電量を制御するこ ができ、発電ユニット26で消費されるトルク も調整可能になる。これを利用すれば、状況 に応じて、外部からの動力をポンプユニット 16、発電ユニット26及び膨張ユニット20に適当 に配分することができ、あるいは、膨張ユニ ット20で発生したトルクをポンプユニット16 び発電ユニット26に適当に配分することがで きる。

 具体的には、流体機械14,120の起動時には、 電量を少なくして発電ユニット26の駆動ト クを抑制し、自律運転に移行してから、発 量を増やすことができる。また、圧力エネ ギーを蓄えるときに、発電量を少なくして 電ユニット26の駆動トルクを抑制することも できる。更に、車両の制動時や減速時には、 発電量を増やして発電ユニット26の駆動トル を増大して、エンジン10への制動力を増や てもよい。
 第1乃至第5実施形態では、ポンプユニット16 はトロコイド型であったが、ポンプユニット の型式は特に限定されない。また、膨張ユニ ット20はスクロール式であったが、膨張ユニ トの型式も特に限定されない。例えば、膨 ユニット20は往復動式であってもよく、こ 場合には、ポンプユニット16、発電ユニット 26及び膨張ユニット20の配列も特に限定され い。