JP4684882B2

JP4684882B2 - Fluid machinery

Info

Publication number: JP4684882B2
Application number: JP2005368519A
Authority: JP
Inventors: 康浩武内; 慶一宇野; 弘知麻; 博史小川; 和秀内田; 宏木下
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP2007170264A

Description

本発明は、例えば内燃機関の排熱を加熱源とするランキンサイクルに配設される膨張機と、この膨張機の駆動力によって駆動されて発電する発電機とから一体的に形成される膨張発電機に適用して好適な流体機械に関するものである。 The present invention is, for example, an expansion generator that is integrally formed from an expander that is disposed in a Rankine cycle that uses exhaust heat from an internal combustion engine as a heat source, and a generator that is driven by the driving force of the expander to generate electric power. The present invention relates to a fluid machine suitable for application to a machine.

従来、例えば特許文献１に示されるように、ランキン機関内に油分離装置が設けられたものが知られている。この油分離装置は、油溜め部に高熱源を導入する熱交換器が設けられており、潤滑油中に溶け込んだ冷媒を蒸発させて、冷媒含有量の少ない潤滑油をランキン機関内の膨張機に供給できるようにしている。
特開昭５８−３２９０８号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, an oil separation device is provided in a Rankine engine. This oil separator is provided with a heat exchanger that introduces a high heat source into the oil reservoir, evaporates the refrigerant dissolved in the lubricating oil, and supplies the lubricating oil with a low refrigerant content to the expander in the Rankine engine. To be able to supply.
JP 58-32908 A

しかしながら、上記の油分離装置は、膨張機に対して別体で形成されているので、構成が複雑となってランキン機関内での接続が増加すると共に、車両のように搭載条件の厳しいものにおいては、適用しにくいという面があった。 However, since the oil separation device is formed separately from the expander, the configuration is complicated and the number of connections in the Rankine engine increases. However, it was difficult to apply.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、簡素な構成で作動流体の含有量の少ない潤滑油を膨張部の摺動部に供給可能とする流体機械を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fluid machine that can supply lubricating oil having a small amount of working fluid with a simple configuration to a sliding portion of an expansion portion.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項１に記載の発明では、流体機械において、潤滑油を含み、加熱されて気相状態となった作動流体の膨張によって駆動力を発生する膨張部（１１０）と、膨張部（１１０）の駆動力によって駆動されて、発電する発電部（１２０）と、膨張部（１１０）から吐出される作動流体が流通する流路内に形成されて、作動流体中の潤滑油が膨張部（１１０）および発電部（１２０）の少なくとも一方の摺動部（１１３ｃ、１２５）に触れるように溜められるオイル溜め部（１０１）と、オイル溜め部（１０１）内の作動流体を加熱する加熱手段（１２２、１５１、１５２）とを有し、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、外部高熱源（１０）からの熱媒体が流通する熱媒体流路（１５１）としたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明に対して、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、発電部（１２０）において、力率が低下するように通電されることで発熱する電機子（１２２）であることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明に対して、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、電熱ヒータ（１５２）であることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, in the fluid machine, the expansion portion (110) that generates the driving force by the expansion of the working fluid that includes the lubricating oil and is heated to be in a gas phase state, and the expansion portion (110) The power generation unit (120) that is driven by the driving force to generate power and the working fluid discharged from the expansion unit (110) are formed in a flow path, and the lubricating oil in the working fluid is expanded in the expansion unit (110). And an oil reservoir (101) that is stored so as to touch at least one sliding portion (113c, 125) of the power generation unit (120), and heating means (122, 122) that heats the working fluid in the oil reservoir (101). 151, 152) and have a heating means (122,151,152) is characterized in that the heating medium flow path heat medium from the external high heat source (10) flows (151).
In the invention according to claim 2, in contrast to the invention according to claim 1, the heating means (122, 151, 152) is energized in the power generation section (120) so that the power factor is reduced. This is an armature (122) that generates heat.
Further, in the invention described in claim 3, in contrast to the invention described in claim 1, the heating means (122, 151, 152) is an electric heater (152).

これにより、上記従来技術で説明した別体の油分離装置を不要として、加熱手段（１２２、１５１、１５２）によってオイル溜め部（１０１）内の作動流体を加熱して、潤滑油から作動流体を蒸発させることができるので、粘度の高い潤滑油として摺動部（１１３ｃ、１２５）へ供給することができる。 This eliminates the need for a separate oil separation device described in the above prior art, and heats the working fluid in the oil reservoir (101) by the heating means (122, 151, 152), thereby removing the working fluid from the lubricating oil. Since it can evaporate, it can supply to a sliding part (113c, 125) as lubricating oil with high viscosity.

請求項４に記載の発明では、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、膨張部（１１０）の起動時に作動されることを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that the heating means (122, 151, 152) is activated when the expansion section (110) is activated.

通常、膨張部（１１０）の起動前においては、オイル溜め部（１０１）に作動流体が寝込んだ状態となっており、潤滑油の粘度は極めて低い状態にあり、起動時での摺動部（１１３ｃ、１２５）の潤滑性が劣る。よって、起動時に加熱手段（１２２、１５１、１５２）が作動されることで、潤滑油の粘度が高められて、起動時における摺動部（１１３ｃ、１２５）の潤滑性を向上させることができる。 Usually, before the expansion part (110) is started, the working fluid is in the oil reservoir (101) and the viscosity of the lubricating oil is extremely low, and the sliding part ( 113c, 125) is inferior in lubricity. Therefore, by operating the heating means (122, 151, 152) at the time of startup, the viscosity of the lubricating oil can be increased and the lubricity of the sliding portions (113c, 125) at the time of startup can be improved.

請求項５に記載の発明では、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、膨張部（１１０）の定常運転時に作動されることを特徴としている。 The invention according to claim 5 is characterized in that the heating means (122, 151, 152) is activated during the steady operation of the expansion section (110).

これにより、定常運転時においても潤滑油の粘度が低い場合は、加熱手段（１２２、１５１、１５２）が作動されることで、潤滑油の粘度が高められて、摺動部（１１３ｃ、１２５）の潤滑性を向上させることができる。 As a result, when the viscosity of the lubricating oil is low even during steady operation, the heating means (122, 151, 152) is operated to increase the viscosity of the lubricating oil, and the sliding portions (113c, 125). The lubricity can be improved.

請求項６に記載の発明では、加熱手段（１２２、１５１、１５２）は、潤滑油の粘度、あるいはこの粘度に相関する物理量が所定値より低い場合に作動されることを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that the heating means (122, 151, 152) is operated when the viscosity of the lubricating oil or a physical quantity correlated with the viscosity is lower than a predetermined value.

これにより、所定値以上の潤滑油の粘度が確保でき、確実な潤滑性の向上を図ることができる。 Thereby, the viscosity of the lubricating oil equal to or higher than a predetermined value can be secured, and reliable lubricity can be improved.

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る流体機械を冷媒ポンプ一体型膨張発電機（以下、ポンプ膨張発電機）１００として、このポンプ膨張発電機１００を、車両用のランキンサイクル３０に使用したものとしている。ポンプ膨張発電機１００は、膨張機（本発明における膨張部に対応）１１０と、電動機および発電機としてのモータジェネレータ（本発明における発電部に対応）１２０と、冷媒ポンプ１３０とが一体的に形成されたものである。以下、全体のシステム構成について図１を用いて説明する。 (First embodiment)
In this embodiment, a fluid machine according to the present invention is used as a refrigerant pump integrated expansion generator (hereinafter referred to as a pump expansion generator) 100, and the pump expansion generator 100 is used in a Rankine cycle 30 for a vehicle. . The pump expansion generator 100 includes an expander (corresponding to the expansion part in the present invention) 110, a motor generator (corresponding to the power generation part in the present invention) 120 as an electric motor and a generator, and a refrigerant pump 130. It has been done. The overall system configuration will be described below with reference to FIG.

ランキンサイクル３０は、エンジン（本発明における外部高熱源に対応）１０で発生した廃熱からエネルギー（膨張機１１０にて発生される駆動力）を回収するものであり、冷媒ポンプ１３０、加熱器３１、膨張機１１０、凝縮器３２が順次接続されて形成されている。 The Rankine cycle 30 recovers energy (driving force generated by the expander 110) from waste heat generated in the engine (corresponding to an external high heat source in the present invention) 10, and includes a refrigerant pump 130 and a heater 31. The expander 110 and the condenser 32 are sequentially connected.

冷媒ポンプ１３０は、ランキンサイクル３０内の冷媒（本発明における作動流体に対応）を後述する加熱器３１側へ圧送して循環させるものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機１００として後述する。 The refrigerant pump 130 pumps and circulates the refrigerant (corresponding to the working fluid in the present invention) in the Rankine cycle 30 to the heater 31 described later, and details thereof will be described later as a pump expansion generator 100.

加熱器３１は、冷媒ポンプ１３０から圧送される冷媒と、エンジン１０に設けられた温水回路２０内を循環するエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより、冷媒を加熱する（冷媒を過熱蒸気冷媒とする）熱交換器である。 The heater 31 heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant pumped from the refrigerant pump 130 and the engine cooling water (hot water) circulating in the hot water circuit 20 provided in the engine 10 (refrigerant). Is a heat exchanger.

尚、温水回路２０には、エンジン冷却水を循環させる電動式の水ポンプ２１、エンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却するラジエータ２２が設けられている。また、ラジエータ２２には、ラジエータバイパス流路２２ａが設けられて、エンジン冷却水の温度に応じて弁部が開閉するサーモスタット２２ｂによって、ラジエータ２２を流通するエンジン冷却水流量が調節されるようになっている。 The hot water circuit 20 is provided with an electric water pump 21 that circulates engine cooling water, and a radiator 22 that cools the engine cooling water by exchanging heat between the engine cooling water and outside air. Further, the radiator 22 is provided with a radiator bypass flow path 22a, and the flow rate of the engine coolant flowing through the radiator 22 is adjusted by a thermostat 22b whose valve portion opens and closes according to the temperature of the engine coolant. ing.

膨張機１１０は、上記加熱器３１から流出される過熱蒸気冷媒（本発明における気相状態となった作動流体に対応）の膨張により、駆動力を発生するものであり、詳細についてはポンプ膨張発電機１００として後述する。凝縮器３２は、膨張機１１０で膨張して吐出される低圧冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。 The expander 110 generates a driving force by the expansion of the superheated steam refrigerant (corresponding to the working fluid in a gas phase state in the present invention) flowing out from the heater 31. For details, see the pump expansion power generation. The machine 100 will be described later. The condenser 32 is a heat exchanger that cools the low-pressure refrigerant that is expanded and discharged by the expander 110 and liquefies it.

そして、上記ポンプ膨張発電機１００のモータジェネレータ１２０の作動を制御するための制御部４０が設けられている。制御部４０は、インバータ４１とコントローラ４２とを有している。 A control unit 40 for controlling the operation of the motor generator 120 of the pump expansion generator 100 is provided. The control unit 40 includes an inverter 41 and a controller 42.

インバータ４１は、モータジェネレータ１２０を電動機として作動させる時に、車両用のバッテリ１１からモータジェネレータ１２０に供給する電力を制御し、また、モータジェネレータ１２０が膨張機１１０の駆動力によって発電機として作動される時に、発電される電力をバッテリ１１に充電するものである。また、コントローラ４２は、上記インバータ４１の作動を制御するものである。 The inverter 41 controls electric power supplied from the vehicle battery 11 to the motor generator 120 when the motor generator 120 is operated as an electric motor, and the motor generator 120 is operated as a generator by the driving force of the expander 110. Sometimes, the battery 11 is charged with the electric power generated. The controller 42 controls the operation of the inverter 41.

次に、ポンプ膨張発電機１００の構成について図２を用いて説明する。ポンプ膨張発電機１００は、膨張機１１０と、モータジェネレータ１２０と、冷媒ポンプ１３０とが同軸上で連結され、一体的に形成されている。ポンプ膨張発電機１００は、作動軸が天地方向となり、下から順に膨張機１１０、モータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０となるように配設されている。 Next, the configuration of the pump expansion generator 100 will be described with reference to FIG. The pump expansion generator 100 is integrally formed by coaxially connecting an expander 110, a motor generator 120, and a refrigerant pump 130. The pump expansion generator 100 is arranged so that the operating shaft is in the vertical direction, and the expander 110, the motor generator 120, and the refrigerant pump 130 are arranged in order from the bottom.

膨張機１１０は、周知のスクロール型圧縮機構と同一構造を有するもので、具体的には、膨張機ハウジング１１１を成すフロントハウジング１１１ａおよび固定スクロール１１２、この固定スクロール１１２に対向して旋回変位する旋回スクロール１１３、高圧室１１４から作動室Ｖに繋がる流入ポート１１５等から成るものである。 The expander 110 has the same structure as a well-known scroll-type compression mechanism. Specifically, the expander housing 111 includes a front housing 111a and a fixed scroll 112, and a swivel that turns and displaces facing the fixed scroll 112. The scroll 113, the high pressure chamber 114, and the inflow port 115 connected to the working chamber V are included.

固定スクロール１１２は、板状の基板部１１２ａおよび基板部１１２ａから旋回スクロール１１３側に突出した渦巻状の歯部１１２ｂを有して構成され、一方、旋回スクロール１１３は、上記歯部１１２ｂに接触して噛み合う渦巻状の歯部１１３ｂ、およびこの歯部１１３ｂが形成された基板部１１３ａを有して構成されており、両歯部１１２ｂ、１１３ｂが接触した状態で旋回スクロール１１３が旋回することにより、両スクロール１１２、１１３により形成される作動室Ｖの体積が拡大縮小するようになっている。 The fixed scroll 112 includes a plate-like substrate portion 112a and a spiral tooth portion 112b that protrudes from the substrate portion 112a toward the orbiting scroll 113. On the other hand, the orbiting scroll 113 contacts the tooth portion 112b. The swirl-shaped tooth portion 113b and the base plate portion 113a on which the tooth portion 113b is formed are configured, and the orbiting scroll 113 is swung while the both tooth portions 112b and 113b are in contact with each other. The volume of the working chamber V formed by both scrolls 112 and 113 is enlarged or reduced.

高圧室１１４は、フロントハウジング１１１ａと固定スクロール１１３との間に形成される空間である。フロントハウジング１１１ａには、高圧室１１４内から外部に連通する高圧ポート１１１ｂが設けられており、この高圧ポート１１１ｂは加熱器３１に接続されている。 The high pressure chamber 114 is a space formed between the front housing 111 a and the fixed scroll 113. The front housing 111 a is provided with a high-pressure port 111 b that communicates from the inside of the high-pressure chamber 114 to the outside. The high-pressure port 111 b is connected to the heater 31.

流入ポート１１５は、基板部１１２ａの中心部に設けられて、上記高圧室１１４と、最小体積となる作動室Ｖとを連通させて、高圧室１１４に導入された高温、高圧の冷媒、つまり過熱蒸気冷媒を作動室Ｖに導くポートである。 The inflow port 115 is provided at the center of the substrate portion 112a, and communicates the high-pressure chamber 114 with the working chamber V having a minimum volume, so that a high-temperature and high-pressure refrigerant introduced into the high-pressure chamber 114, that is, overheating. This is a port for guiding the vapor refrigerant to the working chamber V.

膨張機１１０のシャフト１１６は、後述するモータジェネレータ１２０のモータ軸１２４に接続（一体化）されている。シャフト１１６の一方（図２中の下側）には、シャフト１１６の回転中心軸に対して偏心したクランク部１１６ａが設けられており、このクランク部１１６ａは、ベアリング（本発明における摺動部に対応）１１３ｃを介して旋回スクロール１１３に連結されている。尚、クランク部１１６ａは、偏心軸１１６ｂに回動可能なブッシュ１１６ｃが装着されて形成されている。 The shaft 116 of the expander 110 is connected (integrated) to a motor shaft 124 of a motor generator 120 described later. One of the shafts 116 (the lower side in FIG. 2) is provided with a crank part 116a that is eccentric with respect to the central axis of rotation of the shaft 116. The crank part 116a is a bearing (sliding part in the present invention). Corresponding) It is connected to the orbiting scroll 113 through 113c. The crank portion 116a is formed by mounting a rotatable bush 116c on an eccentric shaft 116b.

そして、旋回スクロール１１３と後述するモータハウジング１２１との間には、旋回スクロール１１３の滑らかな旋回運動を助ける摺動プレート（本発明における摺動部に対応）１１３ｄが介在されている。 A sliding plate (corresponding to a sliding portion in the present invention) 113 d that assists the smooth turning motion of the turning scroll 113 is interposed between the turning scroll 113 and a motor housing 121 described later.

尚、旋回スクロール１１３には、自転防止機構１１７が設けられており、この自転防止機構１１７によって、旋回スクロール１１３は、自転せずに、シャフト１１６（モータ軸１２４）の回転中心軸周りを公転旋回するようになっている。よって、作動室Ｖは、加熱器３１からの過熱蒸気冷媒の膨張によって、あるいはモータ軸１２４の回転（モータジェネレータ１２０からの駆動力）に伴って、旋回スクロール１１３の中心側から外径側に変位するほど、その体積が拡大するように変化する。 The orbiting scroll 113 is provided with an anti-rotation mechanism 117. By this anti-rotation mechanism 117, the orbiting scroll 113 does not rotate and revolves around the rotation center axis of the shaft 116 (motor shaft 124). It is supposed to be. Therefore, the working chamber V is displaced from the center side of the orbiting scroll 113 to the outer diameter side due to the expansion of the superheated steam refrigerant from the heater 31 or with the rotation of the motor shaft 124 (the driving force from the motor generator 120). The more it changes, the more its volume changes.

モータジェネレータ１２０は、ステータ１２２およびステータ１２２内で回転するロータ１２３等から成る交流式の回転機であり、固定スクロール１１２に固定されるモータハウジング１２１内に収容されている。モータハウジング１２１は、円筒状の容器体を成しており、円筒軸線方向の両端部に底面、上面を有している。 The motor generator 120 is an AC rotary machine including a stator 122 and a rotor 123 that rotates within the stator 122, and is housed in a motor housing 121 that is fixed to the fixed scroll 112. The motor housing 121 forms a cylindrical container body, and has a bottom surface and an upper surface at both ends in the cylindrical axis direction.

ステータ（本発明における加熱手段、電機子に対応）１２２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、モータハウジング１２１の内周面に固定されている。ロータ１２３は、永久磁石が埋設されたマグネットロータであり、モータ軸１２４に固定されている。モータ軸１２４は、モータハウジング１２１の底面、上面にそれぞれ固定された軸受け（本発明における摺動部に対応）１２５、１２６によって回転可能に支持されている。そして、モータ軸１２４の膨張機１１０側となる一端側（図２中の下側）は、上記膨張機１１０のシャフト１１６およびクランク部１１６ａに接続されており、また、冷媒ポンプ１３０側となる他端側（図２中の上側）は、直径が細くなるように形成されて、後述するポンプ軸１３２に接続されている。 A stator (corresponding to the heating means and armature in the present invention) 122 is a stator coil wound with a winding, and is fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 121. The rotor 123 is a magnet rotor in which a permanent magnet is embedded, and is fixed to the motor shaft 124. The motor shaft 124 is rotatably supported by bearings (corresponding to sliding portions in the present invention) 125 and 126 fixed to the bottom and top surfaces of the motor housing 121, respectively. One end side (lower side in FIG. 2) of the motor shaft 124 on the expander 110 side is connected to the shaft 116 and the crank portion 116a of the expander 110, and the other side on the refrigerant pump 130 side. The end side (upper side in FIG. 2) is formed to have a small diameter, and is connected to a pump shaft 132 described later.

モータハウジング１２１の底面の軸受け１２５近傍は、旋回スクロール１１３側に開口されており、モータハウジング１２１内部と、旋回スクロール１１３の上側、つまりベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄとが連通するようになっている。尚、軸受け１２５の周り（上方および外周側）には、冷媒および潤滑油中に混入される異物が、軸受け１２５に付着するのを防止するフィルタ１２７が設けられている。 The vicinity of the bearing 125 on the bottom surface of the motor housing 121 is opened to the orbiting scroll 113 side so that the inside of the motor housing 121 communicates with the upper side of the orbiting scroll 113, that is, the bearing 113c and the sliding plate 113d. . A filter 127 is provided around the bearing 125 (upper and outer peripheral sides) to prevent foreign matters mixed in the refrigerant and the lubricating oil from adhering to the bearing 125.

また、モータハウジング１２１の側方（図２中の左側）には、膨張機１１０の両スクロール１１２、１１３の低圧側（スクロールの外周側）から、モータハウジング１２１内の上方に連通する吐出ガス通路１２１ａが形成されている。また、吐出ガス通路１２１ａの反対側（図２中の右側）となるモータハウジング１２１の上方には、モータハウジング１２１内から外部に連通する低圧ポート１２１ｂが設けられており、この低圧ポート１２１ｂは、凝縮器３２に接続されている。 Further, on the side of the motor housing 121 (on the left side in FIG. 2), a discharge gas passage communicating from the low pressure side (the outer peripheral side of the scroll) of both the scrolls 112 and 113 of the expander 110 upward in the motor housing 121. 121a is formed. In addition, a low pressure port 121b communicating from the inside of the motor housing 121 to the outside is provided above the motor housing 121 on the opposite side (right side in FIG. 2) of the discharge gas passage 121a. Connected to the condenser 32.

よって、本ポンプ膨張発電機１００においては、後述するように、膨張機１１０から吐出される冷媒は、吐出ガス通路１２１ａを通り、モータハウジング１２１内に流入して、低圧ポート１２１ｂから流出することになる。そして、低圧ポート１２１ｂよりも下側となるモータハウジング１２１内、および軸受け１２５の下側から連通するモータハウジング１２１の底面と旋回スクロール１１３との間の空間は、冷媒中の潤滑油が溜まリ得るオイル溜め部１０１として形成されている。 Therefore, in the pump expansion generator 100, as will be described later, the refrigerant discharged from the expander 110 flows into the motor housing 121 through the discharge gas passage 121a and flows out from the low pressure port 121b. Become. In the motor housing 121 below the low pressure port 121b and the space between the bottom surface of the motor housing 121 communicating with the bearing 125 and the orbiting scroll 113, the lubricating oil in the refrigerant can accumulate. The oil reservoir 101 is formed.

モータハウジング１２１の底面と旋回スクロール１１３との間の空間には、冷媒の温度を検出する温度センサ１４１が設けられており、この温度センサ１４１によって検出された温度信号は、コントローラ４２に入力されるようになっている（図１）。また、低圧ポート１２１ｂには、冷媒の圧力を検出する圧力センサ１４２が設けられており、この圧力センサ１４２によって検出された圧力信号は、コントローラ４２に入力されるようになっている（図１）。 A temperature sensor 141 that detects the temperature of the refrigerant is provided in a space between the bottom surface of the motor housing 121 and the orbiting scroll 113, and a temperature signal detected by the temperature sensor 141 is input to the controller 42. (Fig. 1). The low pressure port 121b is provided with a pressure sensor 142 for detecting the pressure of the refrigerant, and the pressure signal detected by the pressure sensor 142 is input to the controller 42 (FIG. 1). .

そして、モータジェネレータ１２０は、ランキンサイクル３０の起動時において、バッテリ１１からインバータ４１を介して、ステータ１２２に電力が供給されることで、ロータ１２３を回転させて、膨張機１１０、および後述する冷媒ポンプ１３０を駆動するモータ（電動機）として作動する。また、モータジェネレータ１２０は、膨張機１１０の膨張時に発生した駆動力によってロータ１２３を回転させるトルクが入力されると、冷媒ポンプ１３０を駆動すると共に、膨張機１１０での発生駆動力が冷媒ポンプ１３０用の駆動力を超えた時に、電力を発生させるジェネレータ（発電機）として作動する。そして、得られた電力は、インバータ４１を介してバッテリ１１に充電されるようになっている。 The motor generator 120 rotates the rotor 123 by supplying power from the battery 11 to the stator 122 via the inverter 41 when the Rankine cycle 30 is started up, and expands the expander 110 and a refrigerant described later. It operates as a motor (electric motor) that drives the pump 130. In addition, when a torque for rotating the rotor 123 is input to the motor generator 120 by the driving force generated when the expander 110 is expanded, the motor generator 120 drives the refrigerant pump 130, and the generated driving force in the expander 110 is changed to the refrigerant pump 130. It operates as a generator (generator) that generates electric power when the driving force for use is exceeded. The obtained electric power is charged into the battery 11 via the inverter 41.

冷媒ポンプ１３０は、２段式のローリングピストン型のポンプであって、モータジェネレータ１２０の反膨張機側に配設されて、モータハウジング１２１に固定されるポンプハウジング１３１内に収容されている。 The refrigerant pump 130 is a two-stage rolling piston type pump, and is disposed on the anti-expander side of the motor generator 120 and accommodated in a pump housing 131 fixed to the motor housing 121.

冷媒ポンプ１３０は、ポンプハウジング１３１の内部に形成されるポンプ軸１３２、シリンダ１３３ａ、ロータ１３４等を有している。シリンダ１３３ａは、シリンダブロック１３３の中心部で円形に穿設されて形成されている。 The refrigerant pump 130 includes a pump shaft 132, a cylinder 133a, a rotor 134, and the like formed inside the pump housing 131. The cylinder 133a is formed in a circular shape at the center of the cylinder block 133.

ポンプ軸１３２は、スプラインによって上記モータ軸１２４と接続されており、シリンダブロック１３３を挟み込む端板１３７に固定された軸受け１３２ｂ、１３２ｃによって回転可能に支持されている。ポンプ軸１３２には、このポンプ軸１３２に対して偏心した円形のカム部１３２ａが形成されており、このカム部１３２ａの外周側には扁平円筒状のロータ１３４が装着されている。ロータ１３４の外径は、シリンダ１３３ａの内径より小さく設定されてシリンダ１３３ａ内に挿入されており、ロータ１３４はカム部１３２ａによってシリンダ１３３ａ内を公転する。また、ロータ１３４の外周部にはロータ１３４の半径方向に摺動可能として、中心側に押圧されてロータ１３４に当接するベーン１３５が設けられている。そして、シリンダ１３３ａ内において、ロータ１３４およびベーン１３５によって囲まれる空間がポンプ作動室Ｐとして形成されている。 The pump shaft 132 is connected to the motor shaft 124 by a spline, and is rotatably supported by bearings 132b and 132c fixed to an end plate 137 that sandwiches the cylinder block 133. The pump shaft 132 is formed with a circular cam portion 132a that is eccentric with respect to the pump shaft 132, and a flat cylindrical rotor 134 is mounted on the outer peripheral side of the cam portion 132a. The outer diameter of the rotor 134 is set smaller than the inner diameter of the cylinder 133a and is inserted into the cylinder 133a, and the rotor 134 revolves within the cylinder 133a by the cam portion 132a. In addition, a vane 135 that is slidable in the radial direction of the rotor 134 and that is pressed toward the center and contacts the rotor 134 is provided on the outer peripheral portion of the rotor 134. In the cylinder 133a, a space surrounded by the rotor 134 and the vane 135 is formed as a pump working chamber P.

シリンダブロック１３３には、ベーン１３５に近接して、このベーン１３５を挟むようにシリンダ１３３ａ内に連通する冷媒流入部１３３ｂ、および冷媒流出部（図示省略）が設けられている。冷媒流入部１３３ｂはポンプハウジング１３１を貫通する吸入ポート１３１ａに接続されており、また、冷媒流出部は吐出弁１３３ｃを介して、ポンプハウジング１３１とシリンダブロック１３３（端板１３７）との間に形成される高圧室１３６に連通している。そして、高圧室１３６はポンプハウジング１３１のモータジェネレータ１２０側となる側壁に形成された吐出ポート１３１ｂに繋がっている。 The cylinder block 133 is provided with a refrigerant inflow portion 133b that communicates with the inside of the cylinder 133a and a refrigerant outflow portion (not shown) so as to sandwich the vane 135 in the vicinity of the vane 135. The refrigerant inflow portion 133b is connected to a suction port 131a penetrating the pump housing 131, and the refrigerant outflow portion is formed between the pump housing 131 and the cylinder block 133 (end plate 137) via a discharge valve 133c. The high-pressure chamber 136 is communicated with. The high pressure chamber 136 is connected to a discharge port 131b formed on the side wall of the pump housing 131 on the motor generator 120 side.

この冷媒ポンプ１３０においては、冷媒はロータ１３４の公転作動によって、吸入ポート１３１ａ、冷媒流入部１３３ｂからポンプ作動室Ｐに流入され、冷媒流出部、吐出弁１３３ｃ、高圧室１３６を経て吐出ポート１３１ｂから吐出される。 In the refrigerant pump 130, the refrigerant flows into the pump working chamber P from the suction port 131 a and the refrigerant inflow portion 133 b by the revolution operation of the rotor 134, passes through the refrigerant outflow portion, the discharge valve 133 c, and the high pressure chamber 136, and is discharged from the discharge port 131 b. Discharged.

そして、一体的に形成されたシャフト１１６、モータ軸１２４、ポンプ軸１３２の内部には、ブッシュ１１６ｃの長手方向端部からカム部１３２ａの外周部に連通する通路としてのシャフト通路１０２が形成されている。尚、シャフト通路１０２内でカム部１３２ａの外周部に近接する部位は、所定の通路抵抗を有するように、内径が細く形成されている。 A shaft passage 102 is formed inside the integrally formed shaft 116, motor shaft 124, and pump shaft 132 as a passage communicating from the longitudinal end portion of the bush 116c to the outer peripheral portion of the cam portion 132a. Yes. A portion of the shaft passage 102 that is close to the outer peripheral portion of the cam portion 132a has a narrow inner diameter so as to have a predetermined passage resistance.

次に、本実施形態におけるポンプ膨張発電機１００の作動について図３〜図６を用いて説明する。 Next, the operation of the pump expansion generator 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

１．ランキンサイクル起動前
まず、エンジン１０の廃熱が充分得られる（エンジン冷却水温度が充分高い）場合で、ランキンサイクル３０を起動させる前に、コントローラ４２は、図３に示す制御フローに基づいて、モータジェネレータ１２０のステータ１２２を加熱手段として、モータハウジング１２１内および旋回スクロール１１３上側のオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱する。 1. Before Rankine Cycle Activation First, when the waste heat of the engine 10 is sufficiently obtained (the engine coolant temperature is sufficiently high), before starting the Rankine cycle 30, the controller 42 is based on the control flow shown in FIG. Using the stator 122 of the motor generator 120 as a heating means, the refrigerant in the motor housing 121 and the oil reservoir 101 above the orbiting scroll 113 is heated.

即ち、コントローラ４２は、図３中のステップＳ１００でモータハウジング１２１内の温度センサ１４１、および圧力センサ１４２から冷媒の温度、および圧力を検出する。 That is, the controller 42 detects the temperature and pressure of the refrigerant from the temperature sensor 141 and the pressure sensor 142 in the motor housing 121 in step S100 in FIG.

次に、ステップＳ１１０では、上記で検出した冷媒の温度、圧力から潤滑油の粘度を算出する。即ち、コントローラ４２には予め図４に示す温度圧力に対する冷媒溶解度特性（以下、冷媒溶解度特性）、および図５に示す温度に対する潤滑油粘度特性（以下、潤滑油粘度特性）が記憶されており、この両特性から潤滑油の粘度を算出する。 Next, in step S110, the viscosity of the lubricating oil is calculated from the temperature and pressure of the refrigerant detected above. That is, the controller 42 stores in advance a refrigerant solubility characteristic with respect to temperature and pressure (hereinafter referred to as refrigerant solubility characteristic) shown in FIG. 4 and a lubricating oil viscosity characteristic with respect to temperature (hereinafter referred to as lubricating oil viscosity characteristic) shown in FIG. From these two characteristics, the viscosity of the lubricating oil is calculated.

更に詳述すると、冷媒溶解度特性は、冷媒溶解度をパラメータとした場合の温度と圧力との関係を示したものである。例えば、圧力一定であれば温度が高いほど冷媒溶解度は低く、温度が一定であれば圧力が高いほど冷媒溶解度は高い。検出された温度Ｔ１と圧力Ｐ１に対して、図４中に示すように冷媒溶解度Ｙ１が定まる。 More specifically, the refrigerant solubility characteristic indicates the relationship between temperature and pressure when refrigerant solubility is used as a parameter. For example, if the pressure is constant, the higher the temperature is, the lower the refrigerant solubility is. If the temperature is constant, the higher the pressure is, the higher the refrigerant solubility is. With respect to the detected temperature T1 and pressure P1, the refrigerant solubility Y1 is determined as shown in FIG.

また、潤滑油粘度特性は、冷媒溶解度をパラメータとした場合の温度と潤滑油粘度との関係を示したものである。例えば、冷媒溶解度一定であれば、温度が高いほど潤滑油粘度は低く、冷媒溶解度が小さいほど潤滑油粘度は高い。上記冷媒溶解度特性から算出された冷媒溶解度Ｙ１と検出された温度Ｔ１とから図５中に示すように、粘度Ｎ１が定まる。 The lubricating oil viscosity characteristic shows the relationship between temperature and lubricating oil viscosity when refrigerant solubility is used as a parameter. For example, if the refrigerant solubility is constant, the higher the temperature, the lower the lubricating oil viscosity, and the lower the refrigerant solubility, the higher the lubricating oil viscosity. As shown in FIG. 5, the viscosity N1 is determined from the refrigerant solubility Y1 calculated from the refrigerant solubility characteristics and the detected temperature T1.

次に、ステップＳ１２０で、上記で得られた潤滑油粘度（Ｎ１）が予め定めた所定粘度（本発明における所定値に対応）より低いか否かを判定する。低いと判定すると、ステップＳ１３０で発電機１２０のステータ１２２に所定電圧で所定の直流電流を通電して、ステータ１２２を加熱手段として作動させるための通電時間を演算する。つまり、ステップＳ１１０で算出した冷媒溶解度から、現在の冷媒をどれだけ加熱して（どれだけの熱量で）蒸発させれば、潤滑油粘度が所定粘度以上となるかを計算し、この熱量（所定電圧×所定電流×時間）を得るために必要とされる時間を通電時間として算出する。 Next, in step S120, it is determined whether the lubricating oil viscosity (N1) obtained above is lower than a predetermined viscosity (corresponding to a predetermined value in the present invention). If determined to be low, in step S130, a predetermined DC current is supplied to the stator 122 of the generator 120 at a predetermined voltage, and an energization time for operating the stator 122 as a heating means is calculated. In other words, from the refrigerant solubility calculated in step S110, it is calculated how much the current refrigerant is heated (with how much heat) to evaporate, and the lubricating oil viscosity becomes equal to or higher than the predetermined viscosity. The time required to obtain (voltage × predetermined current × time) is calculated as the energization time.

次に、ステップＳ１４０でインバータ４１に通電指令を出し、インバータ４１からステータ１２２に所定電圧、所定電流で上記通電時間だけ通電する。尚、ここでは、ステータ１２２への通電に対して、ロータ１２３の回転作動はしないように、回転数はゼロ指示として通電を行う。すると、ステータ１２２は発熱して、モータハウジング１２１内および旋回スクロール１１３の上側空間、即ち、オイル溜め部１０１内に寝込んでいた冷媒が加熱されることになる。冷媒が加熱されることで、冷媒溶解度が低下し、冷媒に含まれる潤滑油の粘度が高くなり、高粘度の潤滑油として、膨張機１１０、モータジェネレータ１２０の摺動部、即ち、ベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄ、軸受け１２５、１２６に供給されることになる。 Next, in step S140, an energization command is issued to the inverter 41, and energization is performed from the inverter 41 to the stator 122 at a predetermined voltage and a predetermined current for the energization time. Here, the energization is performed with the rotation number indicating zero, so that the rotation of the rotor 123 is not performed with respect to the energization of the stator 122. Then, the stator 122 generates heat, and the refrigerant sleeping in the motor housing 121 and the upper space of the orbiting scroll 113, that is, the oil reservoir 101 is heated. By heating the refrigerant, the solubility of the refrigerant is lowered, the viscosity of the lubricating oil contained in the refrigerant is increased, and the sliding portion of the expander 110 and the motor generator 120, that is, the bearing 113c, is used as the high-viscosity lubricating oil. It is supplied to the sliding plate 113d and the bearings 125 and 126.

そして、ステップＳ１５０で通電時間が経過すると、通電を終了してステップＳ１６０へ移行して、ランキンサイクル３０の通常運転のための起動を行う。尚、ステップＳ１２０で潤滑油粘度が所定粘度より高い場合は、ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０を実行せずにステップＳ１６０を行う。 And if energization time passes in step S150, it will energize and will transfer to step S160 and will start Rankine cycle 30 for normal operation. If the lubricating oil viscosity is higher than the predetermined viscosity in step S120, step S160 is performed without executing steps S130 to S150.

２．ランキンサイクルの起動
ランキンサイクル３０の起動にあたっては、コントローラ４２はインバータ４１からの電力供給によりモータジェネレータ１２０をまず電動機として駆動させて、膨張機１１０および冷媒ポンプ１３０を作動させる。すると、冷媒ポンプ１３０から冷媒が加熱器３１に圧送され、圧送された冷媒は加熱器３１によって加熱される。 2. Starting the Rankine Cycle When starting the Rankine cycle 30, the controller 42 first drives the motor generator 120 as an electric motor by supplying power from the inverter 41 to operate the expander 110 and the refrigerant pump 130. Then, the refrigerant is pumped from the refrigerant pump 130 to the heater 31, and the pumped refrigerant is heated by the heater 31.

そして、加熱器３１によって加熱された高温高圧の過熱蒸気冷媒が、膨張機１１０の作動室Ｖに導入されて膨脹する。過熱蒸気冷媒の膨脹により旋回スクロール１１３が旋回すると、旋回スクロール１１３に接続されたモータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０が作動される。ここで、膨張機１１０の駆動力が冷媒ポンプ１３０駆動のための駆動力を超えると、モータジェネレータ１２０は発電機として作動されることになり、コントローラ４２はモータジェネレータ１２０によって発電される電力をインバータ４１を介してバッテリ１１に充電する。 Then, the high-temperature and high-pressure superheated vapor refrigerant heated by the heater 31 is introduced into the working chamber V of the expander 110 and expands. When the turning scroll 113 turns due to the expansion of the superheated steam refrigerant, the motor generator 120 and the refrigerant pump 130 connected to the turning scroll 113 are operated. Here, when the driving force of the expander 110 exceeds the driving force for driving the refrigerant pump 130, the motor generator 120 is operated as a generator, and the controller 42 converts the electric power generated by the motor generator 120 into an inverter. The battery 11 is charged via 41.

そして、膨張機１１０で膨脹を終えて圧力が低下した低圧冷媒は、凝縮器３２→冷媒ポンプ１３０→加熱器３１→膨脹機１１０の順に循環することになる（ランキンサイクル３０を循環）。 And the low-pressure refrigerant | coolant which finished the expansion in the expander 110, and the pressure fell will circulate in order of the condenser 32-> refrigerant pump 130-> heater 31-> expander 110 (circulates Rankine cycle 30).

３．定常運転
上記のようにランキンサイクル３０が起動されて、定常運転を行う際も、コントローラ４２は、図６に示す制御フローに基づいて、モータハウジング１２１内および旋回スクロール１１３上側のオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱する。尚、図６に示す制御フローは図３で説明した制御フローのステップＳ１２０よりも後のステップを変更したものである。 3. Steady operation When the Rankine cycle 30 is started as described above and the steady operation is performed, the controller 42 is also provided in the motor housing 121 and the oil reservoir 101 above the orbiting scroll 113 based on the control flow shown in FIG. Heat the refrigerant. The control flow shown in FIG. 6 is obtained by changing a step after step S120 of the control flow described in FIG.

即ち、コントローラ４２は、図６中のステップＳ１００〜ステップ１２０を上記（図３）と同様に行い、ステップＳ１２０で潤滑油粘度が所定粘度より小さいと判定すると、ステップＳ１３１でモータジェネレータ１２０の作動効率をあえて低下させて、ステータ１２２を加熱手段として作動させるための力率を計算する。つまり、ステップＳ１１０で算出した定常運転時における冷媒溶解度から、現在の冷媒をどれだけ加熱して（どれだけの熱量で）蒸発させれば、潤滑油粘度が所定粘度以上となるかを計算し、この熱量を得るための力率を計算する。力率は電圧に対する電流の位相差の余弦に等しい。 That is, the controller 42 performs steps S100 to S120 in FIG. 6 in the same manner as described above (FIG. 3), and if it is determined in step S120 that the lubricating oil viscosity is lower than the predetermined viscosity, the operation efficiency of the motor generator 120 in step S131. The power factor for operating the stator 122 as a heating means is calculated. That is, from the refrigerant solubility at the time of steady operation calculated in step S110, calculate how much the current refrigerant is heated (with how much heat) to evaporate, and the lubricating oil viscosity becomes a predetermined viscosity or more, The power factor for obtaining this amount of heat is calculated. The power factor is equal to the cosine of the phase difference of the current with respect to the voltage.

そして、ステップＳ１４１でインバータ４１に上記で計算した力率となる電流位相差指令を出し、ステップＳ１６１でモータジェネレータ１２０を作動させる。すると、ステータ１２２は電流位相差指令が出される前に比べて、より多く発熱する。 Then, in step S141, a current phase difference command that gives the power factor calculated above is issued to inverter 41, and motor generator 120 is operated in step S161. Then, the stator 122 generates more heat than before the current phase difference command is issued.

上記ランキンサイクル３０の定常運転時においては、加熱器３１によって加熱された高圧の過熱蒸気冷媒は、高圧ポート１１１ｂから高圧室１１４に流入し、以下、流入ポート１１５→作動室Ｖ→両スクロール１１２、１１３の低圧側（スクロールの外周側）→吐出ガス通路１２１ａ→モータハウジング１２１→低圧ポート１２１ｂの順に流れ、凝縮器３２に至る。 At the time of steady operation of the Rankine cycle 30, the high-pressure superheated vapor refrigerant heated by the heater 31 flows into the high-pressure chamber 114 from the high-pressure port 111b, and hereinafter, the inflow port 115 → the working chamber V → the two scrolls 112, 113 flows in the order of the low pressure side (the outer peripheral side of the scroll) → the discharge gas passage 121a → the motor housing 121 → the low pressure port 121b and reaches the condenser 32.

ここで、過熱蒸気冷媒が吐出ガス通路１２１ａからモータハウジング１２１内に流入すると、流路の拡大に伴って流速が低下し、冷媒から潤滑油が分離し、軸受け１２６に至ると共に、モータジェネレータ１２０のステータ１２２やロータ１２３の巻き線、あるいは部材間の隙間を通り自重によって落下し、軸受け１２５、ベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄに至る。この時、冷媒は上記の力率低下に伴うステータ１２２の発熱によって積極的に加熱され、冷媒溶解度が低下し、潤滑油の粘度が高くなり、高粘度の潤滑油として、上記軸受け１２６、１２５、ベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄに供給されることになる。 Here, when the superheated vapor refrigerant flows into the motor housing 121 from the discharge gas passage 121a, the flow velocity decreases as the flow path expands, the lubricating oil is separated from the refrigerant, reaches the bearing 126, and the motor generator 120 It passes through the windings of the stator 122 and the rotor 123 or the gap between the members and falls by its own weight, and reaches the bearing 125, the bearing 113c, and the sliding plate 113d. At this time, the refrigerant is positively heated by the heat generation of the stator 122 due to the power factor reduction, the refrigerant solubility is reduced, the viscosity of the lubricating oil is increased, and the bearings 126, 125, It is supplied to the bearing 113c and the sliding plate 113d.

また、ベアリング１１３ｃに至った潤滑油は、シャフト通路１０２を経て、冷媒ポンプ１３０のロータ１３４から軸受け１３２ｂ、１３２ｃへ至る。軸受け１３２ｂ、１３２ｃへ至った潤滑油は、ポンプ作動室Ｐから冷媒ポンプ１３０における液冷媒に再度溶け込み、ランキンサイクル３０内を再度循環する。 The lubricating oil reaching the bearing 113c passes through the shaft passage 102 and reaches the bearings 132b and 132c from the rotor 134 of the refrigerant pump 130. The lubricating oil that has reached the bearings 132b and 132c dissolves again in the liquid refrigerant in the refrigerant pump 130 from the pump working chamber P, and circulates in the Rankine cycle 30 again.

尚、ステップＳ１２０で潤滑油粘度が所定粘度より高い場合は、ステップＳ１３１〜ステップＳ１４１を実行せずにステップＳ１６１へ進み、ランキンサイクル３０の定常運転を継続する。 If the lubricant viscosity is higher than the predetermined viscosity in step S120, the process proceeds to step S161 without executing steps S131 to S141, and the steady operation of the Rankine cycle 30 is continued.

以上のように、本実施形態のポンプ膨張発電機１００においては、冷媒中の潤滑油の粘度に応じて、ステータ１２２を加熱手段として作動させ、冷媒を加熱し潤滑油の粘度を上昇させて、この高粘度の潤滑油を各摺動部１２６、１２５、１１３ｃ、１１３ｄに供給することができるので、各摺動部１２６、１２５、１１３ｃ、１１３ｄの潤滑性を上げて信頼性（耐久性）を向上させることができる。ここでは、上記従来技術で説明したような別体の油分離装置を不要としており、特に本実施形態のように車両に用いる場合では、搭載性に優れたものとすることができる。 As described above, in the pump expansion generator 100 of the present embodiment, the stator 122 is operated as a heating unit according to the viscosity of the lubricating oil in the refrigerant, and the refrigerant is heated to increase the viscosity of the lubricating oil. Since this high-viscosity lubricating oil can be supplied to each sliding part 126, 125, 113c, 113d, the lubricity of each sliding part 126, 125, 113c, 113d is increased and reliability (durability) is increased. Can be improved. Here, a separate oil separation device as described in the above prior art is unnecessary, and particularly when used in a vehicle as in the present embodiment, it can be excellent in mountability.

また、ステータ１２２を加熱手段とすることで、モータジェネレータ１２０の本来の構成部材を活用した潤滑性向上の対応が可能となる。 Further, by using the stator 122 as a heating means, it is possible to cope with an improvement in lubricity utilizing the original components of the motor generator 120.

また、本実施形態ではランキンサイクル３０の起動前にまず、ステータ１２２を発熱させて潤滑油の粘度を上昇させるようにしている。通常、膨張機１１０の起動前においては、オイル溜め部１０１に冷媒が寝込んだ状態となっており、潤滑油の粘度は極めて低い状態にあり、起動時での各摺動部１２６、１２５、１１３ｃ、１１３ｄの潤滑性が劣る。よって、起動時にステータ１２２が発熱するように作動されることで、潤滑油の粘度が高められて、起動時における各摺動部１２６、１２５、１１３ｃ、１１３ｄの潤滑性を向上させることができる。 In this embodiment, before the Rankine cycle 30 is started, the stator 122 is first heated to increase the viscosity of the lubricating oil. Usually, before starting the expander 110, the refrigerant has stagnated in the oil reservoir 101, the viscosity of the lubricating oil is extremely low, and the sliding parts 126, 125, 113c at the time of start-up are present. , 113d has poor lubricity. Therefore, by operating the stator 122 to generate heat at the time of startup, the viscosity of the lubricating oil is increased, and the lubricity of the sliding portions 126, 125, 113c, and 113d at the time of startup can be improved.

また、同様にランキンサイクル３０の定常運転時にも、潤滑油の粘度に応じてステータ１２２を発熱させて潤滑油の粘度を上昇させるようにしており、定常運転時においても確実に潤滑性を向上させることができる。 Similarly, during the steady operation of the Rankine cycle 30, the stator 122 generates heat in accordance with the viscosity of the lubricating oil to increase the viscosity of the lubricating oil, and the lubricity is reliably improved even during the steady operation. be able to.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対してランキンサイクル３０起動前の制御（制御フロー）を変更したものである。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. 2nd Embodiment changes the control (control flow) before Rankine cycle 30 starting with respect to the said 1st Embodiment.

第２実施形態における制御フローは、第１実施形態（図３）におけるステップＳ１３０、Ｓ１５０を廃止している。即ち、コントローラ４２は、ステップＳ１２０で潤滑油粘度が所定粘度よりも低いと判定すると、モータジェネレータ１２０のステータ１２２への通電時間を演算することなく、オイル溜め部１０１内の冷媒を加熱するために、ステップＳ１４０でステータ１２２への通電指令を出す。そして、ステップＳ１００に戻り、温度センサ１４１、圧力センサ１４２による冷媒の温度、圧力の検出を行い、ステップＳ１００〜ステップＳ１４０を繰り返す中で、ステップＳ１２０での潤滑油粘度が所定粘度以上となると、ステップＳ１６０に移行して、ランキンサイクル３０を起動する。 In the control flow in the second embodiment, steps S130 and S150 in the first embodiment (FIG. 3) are omitted. That is, if the controller 42 determines that the lubricating oil viscosity is lower than the predetermined viscosity in step S120, the controller 42 heats the refrigerant in the oil reservoir 101 without calculating the energization time to the stator 122 of the motor generator 120. In step S140, an energization command to the stator 122 is issued. Then, returning to step S100, the temperature and pressure of the refrigerant are detected by the temperature sensor 141 and the pressure sensor 142, and while repeating step S100 to step S140, when the lubricating oil viscosity in step S120 is equal to or higher than the predetermined viscosity, step S100 is performed. Shifting to S160, the Rankine cycle 30 is started.

本第２実施形態においては、ステータ１２２への通電時間の演算を不要として、時々刻々と冷媒の温度、圧力を検出することで、ランキンサイクル３０の起動前の潤滑油粘度を把握して、潤滑油粘度を所定粘度以上に高めることができる。 In the second embodiment, calculation of the energization time to the stator 122 is not necessary, and the temperature and pressure of the refrigerant are detected every moment, so that the lubricating oil viscosity before the start of the Rankine cycle 30 is grasped and lubrication is performed. The oil viscosity can be increased above a predetermined viscosity.

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対してオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱するための加熱手段を変更したものである。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. 3rd Embodiment changes the heating means for heating the refrigerant | coolant in the oil sump part 101 with respect to the said 1st Embodiment.

ここでは、モータハウジング１２１の外周部に温水ジャケット１５１を設け、温水回路２０のうち加熱器３１をバイパスする加熱器バイパス流路１５１ａを温水ジャケット１５１に接続するようにしている。この温水ジャケット１５１と加熱器バイパス流路１５１ａは、本発明における熱媒体流路に対応し、加熱手段を形成する。そして、加熱器バイパス流路１５１ａには、コントローラ４２によって開閉制御される開閉弁１５１ｂを設けている。 Here, a hot water jacket 151 is provided on the outer periphery of the motor housing 121, and a heater bypass flow path 151 a that bypasses the heater 31 in the hot water circuit 20 is connected to the hot water jacket 151. The hot water jacket 151 and the heater bypass channel 151a correspond to the heat medium channel in the present invention and form a heating means. The heater bypass channel 151a is provided with an on-off valve 151b that is controlled to open and close by the controller 42.

本第３実施形態においては、ランキンサイクル３０の起動前、および定常運転時において、コントローラ４２は、オイル溜め部１０１内の潤滑油粘度を算出して、潤滑油粘度が所定粘度より低い場合に、開閉弁１５１ｂを開いてエンジン１０からのエンジン冷却水（本発明における外部高熱源からの熱媒体に対応）を温水ジャケット１５１に流す。すると、温水ジャケット１５１を流れるエンジン冷却水（温水）からの伝熱によって、オイル溜め部１０１内の冷媒は加熱されるので、潤滑油粘度を高めることができる。即ち、ランキンサイクル３０における外部高熱源の熱媒体（エンジン冷却水）を有効に活用した加熱手段とすることができる。 In the third embodiment, the controller 42 calculates the lubricating oil viscosity in the oil reservoir 101 before starting the Rankine cycle 30 and during steady operation, and when the lubricating oil viscosity is lower than the predetermined viscosity, The on-off valve 151b is opened, and the engine cooling water from the engine 10 (corresponding to the heat medium from the external high heat source in the present invention) is allowed to flow through the hot water jacket 151. Then, the refrigerant in the oil reservoir 101 is heated by heat transfer from the engine cooling water (hot water) flowing through the hot water jacket 151, so that the lubricating oil viscosity can be increased. That is, a heating means that effectively uses the heat medium (engine cooling water) of the external high heat source in the Rankine cycle 30 can be provided.

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対してオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱するための加熱手段を変更したものである。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fourth embodiment, the heating means for heating the refrigerant in the oil reservoir 101 is changed with respect to the first embodiment.

ここでは、モータハウジング１２１の外周部に、コントローラ４２によってバッテリ１１から通電される電熱ヒータ１５２を設けるようにしており、この電熱ヒータ１５２を加熱手段としている。 Here, an electric heater 152 energized from the battery 11 by the controller 42 is provided on the outer periphery of the motor housing 121, and this electric heater 152 serves as a heating means.

本第４実施形態においては、ランキンサイクル３０の起動前、および定常運転時において、コントローラ４２は、オイル溜め部１０１内の潤滑油粘度を算出して、潤滑油粘度が所定粘度より低い場合に、電熱ヒータ１５２に通電する。すると、電熱ヒータ１５２の発熱によって、オイル溜め部１０１内の冷媒は加熱されるので、潤滑油粘度を高めることができる。 In the fourth embodiment, the controller 42 calculates the lubricating oil viscosity in the oil reservoir 101 before starting the Rankine cycle 30 and during steady operation, and when the lubricating oil viscosity is lower than a predetermined viscosity, The electric heater 152 is energized. Then, the refrigerant in the oil reservoir 101 is heated by the heat generated by the electric heater 152, so that the lubricating oil viscosity can be increased.

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、流体機械として膨張機１１０、モータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０が一体的に形成されると共に、下側から膨張機１１０、モータジェネレータ１２０、冷媒ポンプ１３０が配設される冷媒ポンプ一体型膨張機１００としたが、その構成、配置、使用姿勢は、以下のように種々変更して対応可能である。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, the expander 110, the motor generator 120, and the refrigerant pump 130 are integrally formed as a fluid machine, and the expander 110, the motor generator 120, and the refrigerant pump 130 are disposed from the lower side. Although the integrated expander 100 has been described, the configuration, arrangement, and usage posture can be changed as follows.

変形例１を図１０に示す。変形例１の流体機械１００Ａは、上記第１実施形態のポンプ膨張発電機１００に対して下側から冷媒ポンプ１３０、モータジェネレータ１２０、膨張機１１０を配設している。そして、加熱器３１から過熱蒸気冷媒が流入する高圧ポート１１１ｂをモータハウジング１２１の上方に設けると共に、膨張機１１０で膨張した低圧冷媒を吐出する低圧ポート１２１ｂを膨張機１１０の側方に設けている。 Modification 1 is shown in FIG. The fluid machine 100A of Modification 1 is provided with a refrigerant pump 130, a motor generator 120, and an expander 110 from below with respect to the pump expansion generator 100 of the first embodiment. A high-pressure port 111b into which superheated vapor refrigerant flows from the heater 31 is provided above the motor housing 121, and a low-pressure port 121b that discharges low-pressure refrigerant expanded by the expander 110 is provided at the side of the expander 110. .

変形例１においては、オイル溜め部１０１にモータジェネレータ１２０の摺動部としての軸受け１２５、１２６が配設されることになり、ステータ１２２を加熱手段としてオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱して、潤滑油粘度を高めることができる。軸受け１２５、１２６は、粘度の高められた潤滑油によって潤滑性が向上される。 In the first modification, bearings 125 and 126 as sliding portions of the motor generator 120 are disposed in the oil reservoir 101, and the refrigerant in the oil reservoir 101 is heated by using the stator 122 as a heating means. , The lubricating oil viscosity can be increased. The bearings 125 and 126 are improved in lubricity by the lubricating oil having an increased viscosity.

変形例２を図１１に示す。変形例２の流体機械１００Ｂは、上記第１実施形態のポンプ膨張発電機１００に対して使用姿勢を水平にすると共に、低圧ポート１２１ｂをモータハウジング１２１の冷媒ポンプ１３０側の上方に設けている。 Modification 2 is shown in FIG. The fluid machine 100 </ b> B of the second modification has a horizontal usage posture with respect to the pump expansion generator 100 of the first embodiment, and a low pressure port 121 b is provided above the refrigerant pump 130 side of the motor housing 121.

変形例２においては、上記低圧ポート１２１ｂよりも下側の領域で潤滑油が溜まり得るオイル溜め部１０１となり、このオイル溜め部１０１には膨張機１１０、モータジェネレータ１２０の摺動部としてのベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄ、軸受け１２５、１２６が配設されることになる。そして、ステータ１２２を加熱手段としてオイル溜め部１０１内の冷媒を加熱することで、潤滑油粘度を高めることができ、ベアリング１１３ｃ、摺動プレート１１３ｄ、軸受け１２５、１２６は、粘度の高められた潤滑油によって潤滑性が向上される。 In the second modification, an oil reservoir 101 is formed in which lubricating oil can be accumulated in a region below the low pressure port 121b. The oil reservoir 101 includes a bearing 113c as a sliding portion of the expander 110 and the motor generator 120. The sliding plate 113d and the bearings 125 and 126 are disposed. By heating the refrigerant in the oil reservoir 101 using the stator 122 as a heating means, the viscosity of the lubricating oil can be increased, and the bearing 113c, the sliding plate 113d, and the bearings 125 and 126 are lubricated with increased viscosity. Oil improves lubricity.

変形例３を図１２に示す。本発明の流体機械は、膨張機１１０とモータジェネレータ１２０を基本構成要素とするものであり、変形例３の流体機械１００Ｃのように、上記第１実施形態のポンプ膨張発電機１００に対して冷媒ポンプ１３０を廃止したものとしても良い。 Modification 3 is shown in FIG. The fluid machine of the present invention includes the expander 110 and the motor generator 120 as basic components, and, like the fluid machine 100C of the third modification, is a refrigerant with respect to the pump expansion generator 100 of the first embodiment. The pump 130 may be abolished.

変形例３に対して、図１３に示すように、膨張機１１０とモータジェネレータ１２０の上下位置を変更した変形例４（流体機械１００Ｄ）としたり、図１４に示すように、使用姿勢を水平とした変形例５（流体機械１００Ｅ）としても良い。 As shown in FIG. 13, the fourth modification is a modification 4 (fluid machine 100D) in which the vertical positions of the expander 110 and the motor generator 120 are changed as shown in FIG. The modified example 5 (fluid machine 100E) may be used.

また、冷媒を加熱するための加熱手段としては、インバータ４１をモータジェネレータ１２０のモータハウジング１２１の外周面に一体的に形成されるものとして、対応しても良い。 Further, as a heating means for heating the refrigerant, the inverter 41 may be formed as one that is integrally formed on the outer peripheral surface of the motor housing 121 of the motor generator 120.

また、上記各実施形態においては、膨張機１１０をスクロール型、冷媒ポンプ１３０をローリングピストン型としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ギヤポンプ型、トロコイド型等その他の形式のものを適用することができる。 In each of the above embodiments, the expander 110 is a scroll type and the refrigerant pump 130 is a rolling piston type. However, the present invention is not limited to this, and other types such as a gear pump type and a trochoid type are available. Can be applied.

また、上記各実施形態においては、加熱器３１における加熱源として、車両用のエンジン１０（エンジン冷却水）としたが、これに限らず、例えば、外燃機関、燃料電池車両の燃料電池スタック、各種モータ、インバータ等のように作動時に発熱を伴い、温度制御のためにその熱の一部を捨てるもの（廃熱が発生するもの）であれば、広く適用することができる。 Further, in each of the embodiments described above, the vehicle engine 10 (engine cooling water) is used as the heating source in the heater 31. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to various motors, inverters, and the like that generate heat during operation and discard a part of the heat for temperature control (waste heat is generated).

本発明の第１実施形態におけるシステム全体を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole system in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態における冷媒ポンプ一体型膨張発電機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the refrigerant pump integrated expansion generator in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態における起動前の潤滑油粘度向上に使用される制御フローである。It is a control flow used for the lubricating oil viscosity improvement before starting in 1st Embodiment of this invention. 温度圧力に対する冷媒溶解度を示す冷媒溶解度特性である。It is a refrigerant | coolant solubility characteristic which shows the refrigerant | coolant solubility with respect to temperature pressure. 温度に対する潤滑油粘度を示す潤滑油粘度特性である。It is the lubricating oil viscosity characteristic which shows the lubricating oil viscosity with respect to temperature. 本発明の第１実施形態における定常運転時の潤滑油粘度向上に使用される制御フローである。It is a control flow used for the lubricating oil viscosity improvement at the time of the steady operation in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態における起動前の潤滑油粘度向上に使用される制御フローである。It is a control flow used for the lubricating oil viscosity improvement before starting in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態における加熱手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heating means in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態における加熱手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heating means in 4th Embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態における変形例１の流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid machine of the modification 1 in other embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態における変形例２の流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid machine of the modification 2 in other embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態における変形例３の流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid machine of the modification 3 in other embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態における変形例４の流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid machine of the modification 4 in other embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態における変形例５の流体機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid machine of the modification 5 in other embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１０エンジン（外部高熱源）
１００冷媒ポンプ一体型膨張発電機（流体機械）
１０１オイル溜め部
１１０膨張機（膨張部）
１１３ｃベアリング（摺動部）
１１３ｄ摺動プレート（摺動部）
１２０モータジェネレータ（発電部）
１２２ステータ（加熱手段、電機子）
１２５、１２６軸受け（摺動部）
１５１温水ジャケット（加熱手段、熱媒体流路）
１５２電熱ヒータ（加熱手段） 10 Engine (external high heat source)
100 Refrigerant pump integrated expansion generator (fluid machine)
101 Oil reservoir 110 Expander (expanding part)
113c Bearing (sliding part)
113d Sliding plate (sliding part)
120 Motor generator (power generation unit)
122 Stator (heating means, armature)
125, 126 Bearing (sliding part)
151 Hot water jacket (heating means, heat medium flow path)
152 Electric heater (heating means)

Claims

An expansion section (110) that includes a lubricating oil and generates a driving force by expansion of a working fluid that has been heated to a gas phase;
A power generation section (120) that is driven by the driving force of the expansion section (110) to generate power;
The lubricating oil in the working fluid is formed in a flow path through which the working fluid discharged from the inflating part (110) flows, and at least one of the inflating part (110) and the power generation part (120). An oil reservoir (101) that is accumulated so as to touch the sliding portions (113c, 125);
Have a heating means (122,151,152) for heating the working fluid of the oil reservoir portion (101) within,
The fluid machine, wherein the heating means (122, 151, 152) is a heat medium flow path (151) through which a heat medium from an external high heat source (10) flows .

  An expansion section (110) that includes a lubricating oil and generates a driving force by expansion of a working fluid that has been heated to a gas phase;
  A power generation section (120) that is driven by the driving force of the expansion section (110) to generate power;
  The lubricating oil in the working fluid is formed in a flow path through which the working fluid discharged from the inflating part (110) flows, and at least one of the inflating part (110) and the power generation part (120). An oil reservoir (101) that is accumulated so as to touch the sliding portions (113c, 125);
  Heating means (122, 151, 152) for heating the working fluid in the oil reservoir (101),
  The fluid machine, wherein the heating means (122, 151, 152) is an armature (122) that generates heat when energized so as to reduce a power factor in the power generation unit (120).

  An expansion section (110) that includes a lubricating oil and generates a driving force by expansion of a working fluid that has been heated to a gas phase;
  A power generation section (120) that is driven by the driving force of the expansion section (110) to generate power;
  The lubricating oil in the working fluid is formed in a flow path through which the working fluid discharged from the inflating part (110) flows, and at least one of the inflating part (110) and the power generation part (120). An oil reservoir (101) that is accumulated so as to touch the sliding portions (113c, 125);
  Heating means (122, 151, 152) for heating the working fluid in the oil reservoir (101),
  The fluid machine, wherein the heating means (122, 151, 152) is an electric heater (152).

The fluid machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating means (122, 151, 152) is operated when the expansion portion (110) is activated.

The fluid machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating means (122, 151, 152) is operated during a steady operation of the expansion section (110).

It said heating means (122,151,152) is according to claim 4 or claim 5 viscosity of the lubricating oil, or a physical quantity correlating to the viscosity, characterized in that it is activated when lower than a predetermined value Fluid machinery.