JP2013144949A - Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus - Google Patents
Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013144949A JP2013144949A JP2012005681A JP2012005681A JP2013144949A JP 2013144949 A JP2013144949 A JP 2013144949A JP 2012005681 A JP2012005681 A JP 2012005681A JP 2012005681 A JP2012005681 A JP 2012005681A JP 2013144949 A JP2013144949 A JP 2013144949A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scroll
- type fluid
- revolution
- fluid machine
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スクロール型流体機械と、このスクロール型流体機械を備えたランキンサイクルと、このランキンサイクルを備えた廃熱利用装置とに関する。 The present invention relates to a scroll type fluid machine, a Rankine cycle including the scroll type fluid machine, and a waste heat utilization apparatus including the Rankine cycle.
特許文献1に従来の廃熱利用装置が開示されている。この廃熱利用装置は、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器を有して作動流体を循環させるランキンサイクルを備えている。また、この廃熱利用装置は、膨張機の回転軸を駆動可能であるとともに、この回転軸によって発電するモータジェネレータを備えている。 Patent Document 1 discloses a conventional waste heat utilization device. This waste heat utilization apparatus includes a Rankine cycle that includes a pump, a boiler, an expander, and a condenser and circulates a working fluid. In addition, the waste heat utilization device can drive the rotating shaft of the expander and includes a motor generator that generates electric power using the rotating shaft.
膨張機としては、特許文献2記載のスクロール型流体機械が採用され得る。このスクロール型流体機械は、図6に示すように、回転軸90、固定スクロール91、可動スクロール92、ピン94、ブッシュ95及びバランサ96を備えている。
As the expander, a scroll type fluid machine described in Patent Document 2 can be adopted. As shown in FIG. 6, the scroll type fluid machine includes a rotating
回転軸90は回転軸線Osに沿って延びており、回転軸線Os回りに回転可能である。固定スクロール91は、図示しない固定側端板上に固定側渦巻壁91bが形成されている。可動スクロール92は、図示しない可動側端板上に可動側渦巻壁92bが形成されている。この可動スクロール92は、固定スクロール91と対向して配置されることによって固定スクロール91との間に容積変更可能な作用室93を形成する。また、この可動スクロール92の可動側端板には、図示しない軸受装置が設けられるボスが形成されており、ボスの円筒状の内周面は公転軸線Ocと同心の被公転面とされている。回転軸線Osと公転軸線Ocとは公転半径Rだけ離れている。
The
また、回転軸90にはピン94が一体に突設されている。ピン94は駆動軸線Odに沿って延びている。回転軸線Osと駆動軸線Odとは偏心距離eだけ離れている。また、ピン94の外周面は駆動軸線Odと同心の円筒状の駆動面94aとされている。
Further, a
ピン94と可動スクロール92との間には円柱状のブッシュ95が設けられている。このブッシュ95はピン孔を有し、ピン孔の内周面がピン94の駆動面94aと嵌合する円筒状の被駆動面95aとされている。また、ブッシュ95の外周面は被公転面と軸受装置を介して嵌合する公転面95bとされている。そして、ブッシュ95は、駆動面94aと被駆動面95aとの嵌合により、駆動軸線Od回りで回転可能に支持されている。また、ブッシュ95は、被公転面と公転面95bとの嵌合により、可動スクロール92とともに公転軸線Oc回りで公転半径Rの公転円Cに沿って公転可能である。ブッシュ95は可動スクロール92の公転運動時のアンバランスを相殺するバランサ96を一体に有し得る。
A
廃熱利用装置では、ランキンサイクルにおいて、ポンプが作動流体を圧送し、ボイラが作動流体を加熱する。また、膨張機が作動流体の膨張及び減圧を行い、凝縮器が作動流体の冷却を行う。このため、ボイラに例えば車両の廃熱を導けば、膨張機の回転軸が回転し、モータジェネレータが発電を行う。こうして、この廃熱利用装置では、廃熱に基づくエネルギーの回収が可能であるとともに、車両の廃熱を冷却することが可能である。 In the waste heat utilization apparatus, in the Rankine cycle, the pump pumps the working fluid and the boiler heats the working fluid. The expander expands and depressurizes the working fluid, and the condenser cools the working fluid. For this reason, if, for example, the waste heat of the vehicle is introduced into the boiler, the rotating shaft of the expander rotates and the motor generator generates power. Thus, with this waste heat utilization device, it is possible to recover energy based on waste heat and cool the waste heat of the vehicle.
また、この廃熱利用装置では、ポンプが故障した場合、モータジェネレータによって膨張機の回転軸を駆動し、作動流体の循環を行うことが可能である。この場合、膨張機は送風機として機能することとなる。こうして、この廃熱利用装置では、ポンプの故障時における廃熱の冷却を確保可能としている。 Further, in this waste heat utilization device, when the pump fails, the rotating shaft of the expander can be driven by the motor generator to circulate the working fluid. In this case, the expander functions as a blower. Thus, in this waste heat utilization apparatus, it is possible to ensure cooling of the waste heat at the time of pump failure.
しかし、特許文献2記載のスクロール型流体機械は、専ら冷媒を圧縮するための圧縮機として開発されたものであり、ランキンサイクルの膨張機や送風機として使用すると、十分な性能が得られ難い。 However, the scroll type fluid machine described in Patent Document 2 has been developed exclusively as a compressor for compressing a refrigerant. When used as an expander or blower of Rankine cycle, it is difficult to obtain sufficient performance.
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ランキンサイクルの膨張機や送風機として使用した場合に高い性能を発揮可能なスクロール型流体機械を提供することを解決すべき課題としている。また、本発明は、高い性能を発揮可能なランキンサイクル、ひいては廃熱利用装置を提供することも解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and it is a problem to be solved to provide a scroll type fluid machine that can exhibit high performance when used as an expander or blower of Rankine cycle. Yes. Moreover, this invention also makes it the subject which should be solved to provide the Rankine cycle which can exhibit high performance, and also a waste-heat utilization apparatus.
本発明のスクロール型流体機械は、回転軸線に沿って延び、該回転軸線回りに回転可能な回転軸と、
固定側端板上に固定側渦巻壁が形成された固定スクロールと、
可動側端板上に可動側渦巻壁が形成され、該固定スクロールと対向して配置されることによって該固定スクロールとの間に容積変更可能な作用室を形成し、かつ該回転軸線から公転半径だけ離れた公転軸線と同心の被公転面が形成された可動スクロールと、
該回転軸に支持されて該回転軸線から偏心距離だけ離れた駆動軸線に沿って延び、該駆動軸線と同心の駆動面を有する駆動部と、
該駆動部と該可動スクロールとの間に設けられ、該駆動面と嵌合する被駆動面を有するとともに該被公転面と嵌合する公転面を有し、該駆動面と該被駆動面との嵌合によって該駆動軸線回りで回転可能に支持され、かつ該被公転面と該公転面との嵌合によって該可動スクロールとともに該公転軸線回りで該公転半径の公転円に沿って公転可能なブッシュとを備えたスクロール型流体機械において、
前記可動スクロールは、前記スクロール型流体機械が送風機として機能している場合の該可動スクロールの公転時に前記公転円の接線方向に作用する荷重のうち、前記駆動軸線と前記公転軸線とを接続する平面に直交する垂直分力を超える付勢力を有する付勢手段により、前記固定スクロールに向かって付勢されていることを特徴とする(請求項1)。
The scroll type fluid machine of the present invention includes a rotation shaft that extends along the rotation axis and is rotatable about the rotation axis.
A fixed scroll having a fixed spiral wall formed on the fixed end plate;
A movable-side spiral wall is formed on the movable-side end plate, and a working chamber whose volume can be changed is formed between the movable scroll and the fixed scroll, and a revolving radius from the rotation axis A movable scroll formed with a revolving surface concentric with a revolving axis separated by a distance,
A drive unit that is supported by the rotary shaft and extends along a drive axis that is separated from the rotary axis by an eccentric distance, and has a drive surface concentric with the drive axis;
A driving surface provided between the driving unit and the movable scroll, and having a driven surface that fits the driving surface and a revolving surface that fits the revolving surface; the driving surface and the driven surface; And can be revolved along the revolution circle of the revolution radius around the revolution axis together with the movable scroll by fitting between the revolving surface and the revolution surface. In a scroll type fluid machine having a bush,
The movable scroll is a plane that connects the drive axis and the revolution axis among loads acting in the tangential direction of the revolution circle when the scroll is revolving when the scroll fluid machine functions as a blower. It is urged toward the fixed scroll by an urging means having an urging force exceeding a vertical component force orthogonal to (Claim 1).
発明者らは、従来のスクロール型流体機械では十分な性能が得られ難い原因を以下のように究明した。そして、この究明に基づいて、本発明のスクロール型流体機械を完成させるに至った。 The inventors have investigated the reason why it is difficult to obtain sufficient performance with the conventional scroll type fluid machine as follows. And based on this investigation, it came to complete the scroll type fluid machine of this invention.
すなわち、従来の一般的なスクロール型流体機械が廃熱利用装置におけるランキンサイクルにおいて膨張機として機能している場合、図6に示すように、作動流体が作用室93で膨張及び減圧されるため、作用室93が中心側から外周側に向かって容積を拡大しながら移動する。このため、可動スクロール92が公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。同時に、図7(A)に示すように、ブッシュ95も公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って図中右回りに公転する。このため、回転軸90が回転軸線Os回りに図中右回りで回転する。回転軸90の回転によってモータジェネレータやオルタネータが発電を行い得る。
That is, when the conventional general scroll type fluid machine functions as an expander in the Rankine cycle in the waste heat utilization apparatus, the working fluid is expanded and depressurized in the
この間、可動スクロール92及びブッシュ95には、作用室93の反作用により、公転円Cの接線方向に荷重Fd1が作用する。この荷重Fd1は、図7(B)に示すように、駆動軸線Odと公転軸線Ocとを接続する平面Lpの方向の平行分力Fd1t(=e・Fd1・cosθ)と、平面Lpに直交する平面Lnの方向の垂直分力Fd1n(=e・Fd1・sinθ)とに分けられ得る。このため、ブッシュ95は、図7(A)に示すように、この垂直分力Fd1nが可動スクロール92を固定スクロール91に押し付ける付勢力になる。このため、この際には作用室93内の作動流体に漏れは生じ難い。この場合、作動流体の圧力によって回転軸90が効果的に回転することから、高い発電効率が発揮される。
During this time, the load Fd1 acts on the
しかし、このスクロール型流体機械が送風機として機能している場合、図8(A)に示すように、モータ等によって回転軸90が回転軸線Os回りに図中右回りで駆動される。このため、ブッシュ95が公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。同時に、可動スクロール92も公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。こうして、作用室93が中心側から外周側に向かって容積を拡大しながら移動し、作動流体が作用室93で送風され、作動流体の循環が行われる。
However, when this scroll type fluid machine functions as a blower, as shown in FIG. 8A, the
この際、可動スクロール92及びブッシュ95には、図7(A)とは逆方向に荷重Fd2が作用する。なお、送風機として機能する場合は、配管圧損を上回る程度の差圧(例えば0.1MPa)を発生させればよい。このときの差圧は、スクロール型流体機械が膨張機として機能しているときの差圧(例えば3MPa)に比べて小さいから、荷重Fd2の大きさは荷重Fd1よりも小さい。この荷重Fd2も、図8(B)に示すように、平面Lpの方向の平行分力Fd2tと、平面Lnの方向の垂直分力Fd2nとに分けられ得る。この垂直分力Fd2nは可動スクロール92を固定スクロール91から引き離す付勢力になっている。このため、この際には作用室93内の作動流体に漏れが生じ易い。このため、従来のスクロール型流体機械では十分な性能が得られ難い。
At this time, a load Fd2 acts on the
一方、本発明のスクロール型流体機械は、可動スクロールが付勢手段により固定スクロールに向かって付勢されている。この付勢手段は、スクロール型流体機械が送風機として機能している場合の可動スクロールの公転時に公転円の接線方向に作用する荷重のうち、駆動軸線と公転軸線とを接続する平面に直交する垂直分力を超える付勢力を有している。 On the other hand, in the scroll type fluid machine of the present invention, the movable scroll is urged toward the fixed scroll by the urging means. This urging means is a vertical perpendicular to the plane connecting the drive axis and the revolution axis among the loads acting in the tangential direction of the revolution circle at the time of revolution of the movable scroll when the scroll type fluid machine functions as a blower. Has an urging force exceeding the component force.
このため、このスクロール型流体機械では、ブッシュに対し、垂直分力と付勢手段の付勢力との合力が駆動部の回転方向と逆側に向かう方向に作用する。このため、このスクロール型流体機械が送風機として機能している場合でも、ブッシュはその合力によって可動スクロールを固定スクロールに押し付ける方向に駆動軸線回りで揺動するように付勢される。このため、この際には作用室内の作動流体に漏れが生じ難い。 For this reason, in this scroll type fluid machine, the resultant force of the vertical component force and the urging force of the urging means acts on the bush in the direction opposite to the rotation direction of the drive unit. For this reason, even when this scroll type fluid machine functions as a blower, the bush is biased by the resultant force so as to swing around the drive axis in the direction of pressing the movable scroll against the fixed scroll. For this reason, at this time, it is difficult for the working fluid in the working chamber to leak.
したがって、本発明のスクロール型流体機械は、ランキンサイクルの膨張機や送風機として使用した場合に高い性能を発揮することができる。 Therefore, the scroll type fluid machine of the present invention can exhibit high performance when used as an expander or blower of Rankine cycle.
付勢手段は、回転軸とブッシュとの間、駆動部とブッシュとの間、ブッシュと可動スクロールとの間等に設けられ得る。付勢手段としては、ばね、ゴム等を採用することができる。 The urging means can be provided between the rotating shaft and the bush, between the drive unit and the bush, between the bush and the movable scroll, or the like. As the biasing means, a spring, rubber or the like can be employed.
ブッシュは、可動スクロールの公転運動時のアンバランスを相殺するバランサを一体に有し得る。そして、付勢手段は、回転軸とバランサとの間に設けられていることが好ましい(請求項2)。この場合、対面する回転軸とバランサとの間に容易に付勢手段を設けることができ、スクロール型流体機械の構造の簡素化を実現できる。 The bush may integrally have a balancer that cancels out the imbalance during the revolving motion of the movable scroll. The biasing means is preferably provided between the rotating shaft and the balancer. In this case, the biasing means can be easily provided between the rotating shaft and the balancer facing each other, and the structure of the scroll type fluid machine can be simplified.
本発明のランキンサイクルは、ポンプ、ボイラ、膨張機及び凝縮器を有して作動流体を循環させるランキンサイクルにおいて、
前記膨張機は上記スクロール型流体機械であることを特徴とする(請求項3)。
The Rankine cycle of the present invention includes a pump, a boiler, an expander, and a condenser, and circulates a working fluid.
The expander is the scroll type fluid machine (claim 3).
本発明のランキンサイクルは、上記スクロール型流体機械の作用効果により、高い性能を発揮することができる。 The Rankine cycle of this invention can exhibit high performance by the effect of the said scroll type fluid machine.
本発明の廃熱利用装置は、上記ランキンサイクルを備えた廃熱利用装置であって、
前記スクロール型流体機械の前記回転軸を駆動可能であるとともに、該回転軸によって発電するモータジェネレータを備え、
該スクロール型流体機械と該モータジェネレータとが一体にされていることを特徴とする(請求項4)。
The waste heat utilization apparatus of the present invention is a waste heat utilization apparatus provided with the Rankine cycle,
A motor generator capable of driving the rotating shaft of the scroll type fluid machine and generating electric power by the rotating shaft;
The scroll fluid machine and the motor generator are integrated with each other (claim 4).
本発明の廃熱利用装置は、上記ランキンサイクルの作用効果により、高い性能を発揮することができる。また、本発明の廃熱利用装置は、スクロール型流体機械がモータジェネレータを発電させ、エネルギーを電力の形で回収することができるとともに、モータジェネレータによってスクロール型流体機械の回転軸を駆動し、スクロール型流体機械を容易に送風機として機能させることができる。さらに、本発明の廃熱利用装置は、スクロール型流体機械とモータジェネレータとが一体であるため、車両等への優れた搭載性を実現することができる。 The waste heat utilization apparatus of this invention can exhibit high performance by the effect of the Rankine cycle. Further, the waste heat utilization apparatus of the present invention is capable of generating electric power by a scroll-type fluid machine and recovering energy in the form of electric power, driving a rotating shaft of the scroll-type fluid machine by the motor generator, and scrolling. The mold fluid machine can easily function as a blower. Furthermore, since the scroll-type fluid machine and the motor generator are integrated, the waste heat utilization apparatus of the present invention can realize excellent mountability on a vehicle or the like.
本発明のスクロール型流体機械は、ランキンサイクルの膨張機や送風機として使用した場合に高い性能を発揮可能である。本発明のランキンサイクル及び廃熱利用装置は高い性能を発揮可能である。 The scroll type fluid machine of the present invention can exhibit high performance when used as an expander or blower of Rankine cycle. The Rankine cycle and waste heat utilization apparatus of the present invention can exhibit high performance.
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例のスクロール型流体機械は、図1に示すように、フロントハウジング12とリヤハウジング14とからなるハウジング10を備えている。フロントハウジング12は、後端側が開口する有底筒状をなしている。リヤハウジング14はフロントハウジング12の後端側を塞ぐ蓋状をなしている。フロントハウジング12内には、軸支部材16が設けられているとともに、軸支部材16の後方に固定スクロール18が設けられている。フロントハウジング12とリヤハウジング14とは、軸支部材16及び固定スクロール18を互いに当接させた状態で収納しながら、フロントハウジング12の後端とリヤハウジング14の前端とが互いに突き合わされ、図示しないボルトによって相互に固定されている。フロントハウジング12内には、軸支部材16よりも前方に電動機室20が形成されている。
As shown in FIG. 1, the scroll type fluid machine of the embodiment includes a
フロントハウジング12の底壁の内面中央には軸受ボス12aが形成され、軸受ボス12aには軸受装置22が設けられている。また、軸支部材16には軸孔16aが貫設されており、軸孔16a内には軸受装置24及び軸封部材26が設けられている。回転軸28は軸受装置22、24により回転可能に支持されている。すなわち、回転軸28は、図2及び図3に示すように、回転軸線Osに沿って延びており、回転軸線Os回りに回転可能である。
A bearing
図1に示すように、固定スクロール18と軸支部材16との間に可動スクロール30が設けられている。固定スクロール18は、固定側端板18aと、この固定側端板18aから一体に立ち上げられた固定側渦巻壁18bとを有している。固定側端板18aとリヤハウジング14との間は流入室44とされており、固定側端板18aの中心部分には流入室44に連通する流入ポート18cが貫設されている。リヤハウジング14には流入室44を外部に開く流入口14a貫設されている。
As shown in FIG. 1, a
可動スクロール30は、可動側端板30aと、この可動側端板30aから一体に立ち上げられた可動側渦巻壁30bとを有している。この可動スクロール30は、固定スクロール18と対向して配置されることによって固定スクロール18との間に容積変更可能な作用室32を形成する。軸支部材16には電動機室20に連通する流出ポート16bが貫設されており、可動側端板30aの周縁の一部は最外周側の作用室32と流出ポート16bとを連通可能になっている。
The
また、この可動スクロール30の可動側端板30aの裏面にはボス30cが形成されている。ボス30cの円筒状の内周面は公転軸線Ocと同心の被公転面30dとされている。図2及び図3に示すように、回転軸線Osと公転軸線Ocとは公転半径Rだけ離れている。
A
また、図1に示すように、回転軸28にはピン34が一体に突設されている。ピン34は、図2及び図3に示すように、駆動軸線Odに沿って延びている。回転軸線Osと駆動軸線Odとは偏心距離eだけ離れている。また、ピン34の外周面は駆動軸線Odと同心の円筒状の駆動面34aとされている。
Further, as shown in FIG. 1, a
図1に示すように、ピン34と可動スクロール30との間には円柱状のブッシュ36及び軸受装置38が設けられている。ブッシュ36はピン孔36aを有し、ピン孔36aの内周面がピン34の駆動面34aと嵌合する円筒状の被駆動面36bとされている。また、ブッシュ36の外周面は、図2及び図3に示すように、可動スクロール30の被公転面30dと軸受装置38を介して嵌合する公転面36cとされている。そして、ブッシュ36は、駆動面34aと被駆動面36bとの嵌合により、駆動軸線Od回りで回転可能に支持されている。また、ブッシュ36は、被公転面30dと軸受装置38を介した公転面36cとの嵌合により、可動スクロール30とともに公転軸線Oc回りで公転半径Rの公転円Cに沿って公転可能である。また、ブッシュ36は可動スクロール30の公転運動時のアンバランスを相殺するバランサ40を一体に有している。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、軸支部材16の後面側には3個以上の規制孔42aが凹設されており、各規制孔42a内にはリング42bが嵌合されている。可動スクロール30の可動側端板30aには、各リング42b内に突出し、各リング42bの内周面を摺接するようにピン42cが固定されている。各規制孔42a、各リング42b及び各ピン42cは、可動スクロール30が公転のみを行い、自転をしないようにするための自転防止機構42を構成している。
As shown in FIG. 1, three or more restricting
図2に示すように、回転軸28の後端にばね座28aが形成され、バランサ40の前端にもばね座40aが形成さえている。ばね座28a、40aは駆動軸線Odと公転軸線Ocとを接続する平面Lpと平行である。ばね座28a、40a間には後述の付勢力Fsを有する押圧ばね46が設けられている。
As shown in FIG. 2, a
ハウジング10、軸支部材16、回転軸28、固定スクロール18、可動スクロール30、ピン34、ブッシュ36、バランサ40、自転防止機構42、押圧ばね46等によってスクロール型流体機械50が構成されている。
The
図1に示すように、電動機室20内には、ステータ62がフロントハウジング12の内周面に固定して設けられている。ステータ62の内側には、回転軸28に固定されたロータ64が設けられている。ステータ62は図示しないバッテリに接続されている。また、フロントハウジング11の底壁における軸受ボス14の下方には、電動機室20を外部に開く流出口12bが貫設されている。ハウジング10、軸支部材15、回転軸28、ロータ64、ステータ62等によってモータジェネレータ60が構成されている。モータジェネレータ60は、スクロール型流体機械50の回転軸28を駆動可能であるとともに、この回転軸28によって発電可能である。
As shown in FIG. 1, a
スクロール型流体機械50及びモータジェネレータ60は一体の装置100とされている。この装置100の流出口12bには配管102を介して凝縮器104が接続されている。凝縮器104には配管106を介してポンプ108が接続されている。ポンプ108には配管110を介してボイラ112が接続されている。ボイラ112は配管114を介して装置100の流入口14aに接続されている。配管102等の内部には作動流体としての冷媒が充填されている。これら装置100、凝縮器104、ポンプ108、ボイラ112、配管102、106、110、114等によってランキンサイクル200が構成されている。
The
凝縮器104には冷媒を空冷するためのファン302が設けられている。また、ボイラ112には、例えば車両のエンジンを冷却するための冷却水が流通する配管304が接続されている。これらランキンサイクル200、ファン302、配管304等によって廃熱利用装置が構成されている。
The
この廃熱利用装置では、ランキンサイクル200において、ポンプ108が冷媒を圧送し、ボイラ112はエンジンの冷却水によって冷媒を加熱する。また、装置100が冷媒の膨張及び減圧を行い、凝縮器104が冷媒の冷却を行う。
In this waste heat utilization apparatus, in the
この間、スクロール型流体機械50は、膨張機として機能する。この場合、ボイラ112によって加熱された冷媒は流入口14aから流入室44に流入し、流入ポート18cから中心側の作用室32に流入する。この冷媒は、高圧であるため、図3に示すように、作用室32で膨張及び減圧され、作用室32が中心側から外周側に向かって容積を拡大しながら移動する。このため、可動スクロール30が公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。同時に、図4(A)に示すように、ブッシュ36も公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。このため、回転軸28が回転軸線Os回りに図中右回りで回転する。回転軸28の回転によってモータジェネレータ60のロータ64がステータ62内で回転し、発電が行われる。
During this time, the
この際、可動スクロール30及びブッシュ36には、作用室32の反作用により、公転円Cの接線方向に荷重Fd1が作用する。この荷重Fd1は、図4(B)に示すように、駆動軸線Odと公転軸線Ocとを接続する平面Lpの方向の平行分力Fd1t(=e・Fd1・cosθ)と、平面Lpに直交する平面Lnの方向の垂直分力Fd1n(=e・Fd1・sinθ)とに分けられ得る。
At this time, the load Fd1 acts on the
また、このスクロール型流体機械50は、可動スクロール30が押圧ばね46により固定スクロール18に向かって付勢されている。この押圧ばね46は、ばね座28a、40aが平面Lpと平行であることから、平面Lnの方向に公転軸線Ocに対して付勢力Fsを付与する。付勢力Fsは、図4(B)に示すように、垂直分力Fd1nより大きい。
In the scroll
このため、公転軸線Ocには、垂直分力Fd1nと押圧ばね46の付勢力Fsとの合力Gがピン34の回転方向と逆側に向かう方向に作用する。つまり、合力Gが可動スクロール30を固定スクロール18に押し付ける付勢力になる。このため、この際には作用室32内の冷媒に漏れは生じ難い。
For this reason, the resultant force G of the vertical component force Fd1n and the urging force Fs of the
このため、図1に示すボイラ112がエンジンの冷却水によって冷媒を加熱することに起因して、冷媒の圧力によって回転軸28が効果的に回転する。このため、モータジェネレータ60において、高い発電効率が発揮される。こうして、この廃熱利用装置では、廃熱に基づくエネルギーの回収を効果的に行うことができる。また、ボイラ112はエンジンの冷却水を冷却し、エンジンを高性能に維持する。
For this reason, due to the
また、ポンプ108が故障した場合、装置100では、モータジェネレータ60によって回転軸28を駆動する。これにより、図5(A)に示すように、回転軸28が回転軸線Os回りに図中右回りで駆動される。このため、ブッシュ36が公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。同時に、可動スクロール30も公転軸線Oc回りで公転円Cに沿って公転する。こうして、作用室32が中心側から外周側に向かって容積を拡大しながら移動し、冷媒が作用室32で送風され、冷媒の循環が行われる。この場合、スクロール型流体機械50は送風機として機能する。こうして、この廃熱利用装置では、ポンプ108の故障時におけるエンジンの冷却を確保可能としている。
When the
この際、ピン34には反作用として荷重Fe2が作用する。このため、可動スクロール30及びブッシュ36には、図4(A)とは逆方向に荷重Fd2が作用する。なお、送風機として機能する場合は、配管圧損を上回る程度の差圧(例えば0.1MPa)を発生させればよい。このときの差圧は、スクロール型流体機械50が膨張機として機能しているときの差圧(例えば3MPa)に比べて小さいから、荷重Fd2の大きさは荷重Fd1よりも小さい。この荷重Fd2も、図5(B)に示すように、平面Lpの方向の平行分力Fd2tと、平面Lnの方向の垂直分力Fd2nとに分けられ得る。また、このスクロール型流体機械50では、可動スクロール30が押圧ばね46の付勢力Fsにより固定スクロール18に向かって付勢されている。
At this time, the load Fe2 acts on the
付勢力Fsは垂直分力Fd2nより大きいことから、ブッシュ36に対し、垂直分力Fd2nと押圧ばね46の付勢力Fsとの合力Gがピン34の回転方向と逆側に向かう方向に作用する。このため、このスクロール型流体機械50が送風機として機能している場合でも、合力Gは可動スクロール30を固定スクロール18に押し付ける方向に付勢される。このため、この際には作用室32内の冷媒に漏れが生じ難い。
Since the urging force Fs is larger than the vertical component force Fd2n, the resultant force G of the vertical component force Fd2n and the urging force Fs of the
したがって、実施例のスクロール型流体機械50は、ランキンサイクル200の膨張機や送風機として使用した場合に高い性能を発揮することができる。そして、実施例のランキンサイクル200は、上記スクロール型流体機械50の作用効果により、高い性能を発揮することができる。
Therefore, the scroll
また、このスクロール型流体機械50では、ブッシュ36がバランサ40を一体に有し、回転軸28とバランサ40との間に押圧ばね46が設けられている。このため、対面する回転軸28とバランサ40との間に容易に押圧ばね46を設けることができ、スクロール型流体機械50の構造の簡素化を実現できる。
In this scroll
また、実施例の廃熱利用装置は、上記ランキンサイクル200の作用効果により、高い性能を発揮することができる。また、実施例の廃熱利用装置は、スクロール型流体機械50がモータジェネレータ60を発電させ、エネルギーを電力の形で回収することができるとともに、モータジェネレータ60によってスクロール型流体機械50の回転軸28を駆動し、スクロール型流体機械50を容易に送風機として機能させることができる。さらに、実施例の廃熱利用装置は、スクロール型流体機械50とモータジェネレータ60とが一体であるため、車両への優れた搭載性を実現することができる。
Moreover, the waste heat utilization apparatus of an Example can exhibit high performance with the effect of the said
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。 While the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be appropriately modified and applied without departing from the spirit thereof.
例えば、ボイラ112の熱源としては、エンジンの冷却水に限られず、過給器を経た加圧空気、エンジンに供給される前の還流排気等を採用することができる。
For example, the heat source of the
また、駆動部は、回転軸に形成されてブッシュのピン孔に嵌合するピンに限られず、ブッシュに形成されて回転軸のピン孔に嵌合するピンであってもよい。 The drive unit is not limited to a pin that is formed on the rotating shaft and fits into the pin hole of the bush, but may be a pin that is formed on the bush and fits into the pin hole of the rotating shaft.
本発明は車両等に利用可能である。 The present invention is applicable to vehicles and the like.
Os…回転軸線
28…回転軸
18a…固定側端板
18b…固定側渦巻壁
18…固定スクロール
30a…可動側端板
30b…可動側渦巻壁
32…作用室
R…公転半径
Oc…公転軸線
30d…被公転面
30…可動スクロール
e…偏心距離
Od…駆動軸線
34a…駆動面
34…駆動部(ピン)
36b…被駆動面
36c…公転面
C…公転円
36…ブッシュ
50…スクロール型流体機械
Fd1、Fd2…可動スクロールの公転時に公転円の接線方向に作用する荷重
Lp…駆動軸線と公転軸線とを接続する平面
Fd1n、Fd2n…垂直分力
Fs…付勢力
46…付勢手段(押圧ばね)
40…バランサ
108…ポンプ
112…ボイラ
100…膨張機、送風機(装置)
104…凝縮器
200…ランキンサイクル
60…モータジェネレータ
Os ...
36b ... Drive
40 ... balancer 108 ... pump 112 ...
104 ...
Claims (4)
固定側端板上に固定側渦巻壁が形成された固定スクロールと、
可動側端板上に可動側渦巻壁が形成され、該固定スクロールと対向して配置されることによって該固定スクロールとの間に容積変更可能な作用室を形成し、かつ該回転軸線から公転半径だけ離れた公転軸線と同心の被公転面が形成された可動スクロールと、
該回転軸に支持されて該回転軸線から偏心距離だけ離れた駆動軸線に沿って延び、該駆動軸線と同心の駆動面を有する駆動部と、
該駆動部と該可動スクロールとの間に設けられ、該駆動面と嵌合する被駆動面を有するとともに該被公転面と嵌合する公転面を有し、該駆動面と該被駆動面との嵌合によって該駆動軸線回りで回転可能に支持され、かつ該被公転面と該公転面との嵌合によって該可動スクロールとともに該公転軸線回りで該公転半径の公転円に沿って公転可能なブッシュとを備えたスクロール型流体機械において、
前記可動スクロールは、前記スクロール型流体機械が送風機として機能している場合の該可動スクロールの公転時に前記公転円の接線方向に作用する荷重のうち、前記駆動軸線と前記公転軸線とを接続する平面に直交する垂直分力を超える付勢力を有する付勢手段により、前記固定スクロールに向かって付勢されていることを特徴とするスクロール型流体機械。 A rotation axis extending along the rotation axis and rotatable about the rotation axis;
A fixed scroll having a fixed spiral wall formed on the fixed end plate;
A movable-side spiral wall is formed on the movable-side end plate, and a working chamber whose volume can be changed is formed between the movable scroll and the fixed scroll, and a revolving radius from the rotation axis A movable scroll formed with a revolving surface concentric with a revolving axis separated by a distance,
A drive unit that is supported by the rotary shaft and extends along a drive axis that is separated from the rotary axis by an eccentric distance, and has a drive surface concentric with the drive axis;
A driving surface provided between the driving unit and the movable scroll, and having a driven surface that fits the driving surface and a revolving surface that fits the revolving surface; the driving surface and the driven surface; And can be revolved along the revolution circle of the revolution radius around the revolution axis together with the movable scroll by fitting between the revolving surface and the revolution surface. In a scroll type fluid machine having a bush,
The movable scroll is a plane that connects the drive axis and the revolution axis among loads acting in the tangential direction of the revolution circle when the scroll is revolving when the scroll fluid machine functions as a blower. A scroll type fluid machine that is biased toward the fixed scroll by a biasing means having a biasing force exceeding a vertical component force orthogonal to the fixed scroll.
前記付勢手段は、前記回転軸と該バランサとの間に設けられている請求項1記載のスクロール型流体機械。 The bush integrally has a balancer that cancels an unbalance during the revolving motion of the movable scroll,
The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein the urging means is provided between the rotating shaft and the balancer.
前記膨張機は請求項1又は2記載のスクロール型流体機械であることを特徴とするランキンサイクル。 In the Rankine cycle which has a pump, a boiler, an expander and a condenser and circulates a working fluid,
The Rankine cycle characterized in that the expander is a scroll type fluid machine according to claim 1 or 2.
前記スクロール型流体機械の前記回転軸を駆動可能であるとともに、該回転軸によって発電するモータジェネレータを備え、
該スクロール型流体機械と該モータジェネレータとが一体にされていることを特徴とする廃熱利用装置。 A waste heat utilization apparatus comprising the Rankine cycle according to claim 3,
A motor generator capable of driving the rotating shaft of the scroll type fluid machine and generating electric power by the rotating shaft;
A waste heat utilization apparatus, wherein the scroll type fluid machine and the motor generator are integrated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012005681A JP2013144949A (en) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012005681A JP2013144949A (en) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013144949A true JP2013144949A (en) | 2013-07-25 |
Family
ID=49040867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012005681A Pending JP2013144949A (en) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013144949A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023209459A1 (en) * | 2023-09-27 | 2025-03-27 | Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Balancing device for a scroll compressor |
-
2012
- 2012-01-13 JP JP2012005681A patent/JP2013144949A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023209459A1 (en) * | 2023-09-27 | 2025-03-27 | Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Balancing device for a scroll compressor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5931564B2 (en) | Double-rotating scroll expander and power generation device including the expander | |
JP5769332B2 (en) | Scroll expander | |
JP4709076B2 (en) | Positive displacement fluid machine | |
WO2010109875A1 (en) | Fluid machine | |
US20060254309A1 (en) | Fluid machine | |
JP2007255327A (en) | Expander controlling device | |
KR20140035837A (en) | Power generating apparatus and operation method thereof | |
JP5891192B2 (en) | Power generation device and power generation system | |
JP5592838B2 (en) | Fluid machinery | |
JP2013144949A (en) | Scroll type fluid machinery, rankine cycle and waste heat utilizing apparatus | |
JP2009270529A (en) | Positive displacement fluid machine | |
JP5106334B2 (en) | Fluid machinery | |
KR101357203B1 (en) | Scroll expander generating system using heat source of automobile | |
JP2012122343A (en) | Exhaust heat regenerative device | |
JP2012246872A (en) | Waste heat recovery mechanism, and waste heat recovery apparatus | |
JP7063461B2 (en) | Scroll expander | |
WO2013118824A1 (en) | Scroll-type expander and fluid machine provided with same | |
JP7096961B2 (en) | Waste heat recovery system and compound scroll fluid machine used for it | |
WO2020059396A1 (en) | Expander and binary power generation device | |
KR20140097906A (en) | Electric Water Pump for Vehicle`s Heat Recovery Device and Heat Recovery Device thereof | |
KR20160056703A (en) | Engine applied Organic Rankine Cycle | |
JP2008075637A (en) | Fluid machine | |
KR101578482B1 (en) | Electro Water Pump for Co-generation System | |
WO2019235185A1 (en) | Scroll type expansion machine | |
WO2022113558A1 (en) | Scroll fluid machine |