JP2014126046A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 低圧領域の圧力が変動する環境下で用いられる場合においても、シール部材の劣化や破損を抑制するとともに、ポンプ効率が低下することを抑制する技術を提供する。
【解決手段】 本明細書が開示する流体機械１０では、ハウジング１２に、駆動軸２２に沿ってポンプ作動室３０と貫通孔３７が形成されている。貫通孔には、シール部材３８が設けられている。シール部材は、駆動軸の外周面と貫通孔の内周面との間をシールし、貫通孔の内部領域３６とハウジング外とを区画する。ハウジングには、内部領域とギヤポンプ２０の吸入領域３１とを連通する連通路３５がさらに形成されている。連通路は、連通路を開閉するための開度調整弁６０を備える。開度調整弁は、内部領域の圧力と基準圧力の差が所定値以上の場合は連通路を開放する。基準圧力は、開度調整弁より吸入領域側の連通路の圧力によっては変動しない圧力に設定されている。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、流体機械に関する。

一般に、歯車やロータの回転運動により作動流体の吸込及び吐出を行う流体機械では、作動流体の一部を駆動軸の軸受に意図的に流出させて軸受を潤滑させる機能を有する。このため、軸受潤滑後の作動流体を流体機械の吸入側（以下、低圧領域とも称する）に還流させるために、駆動軸収容室（軸受潤滑後の作動流体が貯留する領域）と低圧領域とを連通させる帰還通路を設けることが知られている。帰還通路を設けることで、作動流体を低圧領域に適切に還流させることができる。

駆動軸収容室と低圧領域とを連通させると、駆動軸収容室内の圧力が低下し、ポンプ作動室（歯車やロータが収容される空間であり、詳細にはポンプ作動室の高圧側の空間）と駆動軸収容室との圧力差が大きくなる。その結果、ポンプ作動室から駆動軸収容室への作動流体の漏れ量が多くなる。作動流体が、軸受を潤滑するために必要な量以上に漏れると、ポンプの移送効率が下がり、ポンプ性能が低下する。一方、駆動軸収容室と低圧領域とを連通する帰還通路を無くすと、ポンプ作動室と駆動軸収容室の圧力差が小さくなるため、ポンプ作動室から駆動軸収容室への作動流体の漏れ量を少なくすることができる。しかしながら、作動流体が駆動軸収容室から排出されにくくなるため、駆動軸収容室内の圧力が高くなり、駆動軸収容室とハウジング外とをシールするシール部材に作用する負荷が大きくなる。結果として、シール部材が劣化したり破損したりする虞がある。

そこで、特許文献１には帰還通路内にチェックバルブを設ける技術が開示されている。チェックバルブは、駆動軸収容室と低圧領域との差圧が所定のクラッキング圧に達すると開くようになっている。特許文献１の技術によると、クラッキング圧を制御することで、駆動軸収容室の内圧がシール部材の使用耐圧を越えることが防止され、シール部材の劣化・破損を抑制することができる。

特開平９−１４１５４号公報

特許文献１の技術では、駆動軸収容室の圧力を、低圧領域の圧力との差圧により制御している。しかしながら、例えばランキンサイクルで使用される流体機械では、低圧領域の圧力は凝縮器における凝縮温度により決定されるため、流体機械の運転中に低圧領域の圧力が変動することがある。この場合、特許文献１の技術では、圧力変動によって低圧領域の圧力が上昇すると、駆動軸収容室の圧力も上昇する（駆動軸収容室の圧力は流体機械の駆動に伴い成り行きで決まる圧力であるため）。低圧領域の圧力と駆動軸収容室の圧力が共に上昇するため、駆動軸収容室の圧力がシール部材の使用耐圧を超える場合でも、駆動軸収容室と低圧領域との差圧が所定のクラッキング圧に達せずに開閉弁が開弁せず、シール部材の使用耐圧を超えた負荷がシール部材にかかる虞がある。或いは、駆動軸収容室の圧力（厳密には駆動軸収容室とハウジング外との差圧）がシール部材の使用耐圧未満であっても、低圧領域の圧力低下によってチェックバルブが開いて駆動軸収容室の圧力が低下し、結果としてポンプ性能が低下する虞がある。

本明細書では、低圧領域の圧力が変動する環境下で用いられる場合においても、シール部材の劣化や破損を抑制するとともに、ポンプ効率が低下することを抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する流体機械は、ハウジングと、ハウジング内に設けられているポンプ部と、ポンプ部を駆動する駆動軸を備える。ハウジングには、駆動軸に沿って、ポンプ作動室と、貫通孔が形成されている。ポンプ作動室は、ポンプ部を収容する。貫通孔は、ポンプ作動室からハウジング外に延びている。駆動軸は、ポンプ作動室及び貫通孔を貫通して、その一端がハウジング外に突出している。貫通孔には、シール部材が設けられている。シール部材は、駆動軸の外周面と貫通孔の内周面との間をシールし、貫通孔の内部領域とハウジング外とを区画する。ハウジングには、内部領域とポンプ部の吸入領域とを連通する連通路がさらに形成されている。連通路は、連通路を開閉するための開度調整弁を備える。開度調整弁は、内部領域の圧力と基準圧力の差が所定値以上の場合は連通路を開放する。基準圧力は、開度調整弁より吸入領域側の連通路の圧力によっては変動しない圧力に設定されている。

この流体機械では、内部領域の圧力と基準圧力との差に基づいて開度調整弁を制御する。基準圧力は、開度調整弁より吸入領域側の連通路の圧力によっては変動しない。即ち、基準圧力は吸入領域の圧力の変動に伴って変動することがない。内部領域の圧力と基準圧力との差は、内部領域の圧力の変動によってのみ変動する。即ち、吸入領域の圧力上昇に伴い内部領域の圧力が上昇して、基準圧力との差が所定値以上になると、開度調整弁が開き、内部領域と吸入領域が連通する。すると、内部領域の圧力が低下する。従って、内部領域の圧力上昇に起因して、シール部材の劣化や破損が生じることを抑制することができる。また、開度調整弁の閉弁時は連通路は閉鎖しているため、内部領域の圧力は吸入領域の圧力よりも高く、吐出領域の圧力よりも低い圧力に保たれる。このため、ポンプ作動室から内部領域への作動流体の漏れを抑制することができる。この構成によると、吸入領域の圧力変動に関わらず内部領域の圧力を一定の範囲に制御することができる。このため、吸入領域の圧力が変動する環境下で用いられても、シール部材の劣化や破損を抑制するとともに、ポンプ効率が低下することを抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。

実施例１の流体機械の断面図を示す。 実施例１の流体機械の開度調整弁の開弁時の部分拡大図を示す。 実施例１の流体機械の開度調整弁の閉弁時の部分拡大図を示す。 実施例２の流体機械の断面図を示す。 実施例２の流体機械の開度調整弁の部分拡大図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１） 本明細書が開示する流体機械では、基準圧力は、真空圧または大気圧であり、開度調整弁は、内部領域の圧力と、真空圧または大気圧との差圧に応じて開閉してもよい。真空圧または大気圧は吸入領域の圧力変動によっては変化しないため、開度調整弁は内部領域の圧力を適切に制御することができる。

（特徴２） 本明細書が開示する流体機械では、ハウジングに、内部領域の圧力を検知する圧力センサが設けられていてもよい。圧力センサは、基準圧力と内部領域の圧力差に応じた電気信号を出力してもよい。開度調整弁は、圧力センサからの電気信号に応じて開閉してもよい。特徴２の構成によっても、開度調整弁は内部領域の圧力を適切に制御することができる。

（特徴３） 本明細書が開示する流体機械は、ランキンサイクルに用いられてもよい。ランキンサイクルでは、凝縮器で凝縮された低温低圧の作動流体がポンプ部の吸入領域に送られる。即ち、ポンプ部の吸入領域の圧力は、凝縮器から送られる作動流体の温度に依存する。従って、ランキンサイクルに用いられる流体機械では、凝縮器で凝縮される作動流体の温度変動に伴って吸入領域の圧力が変動することがある。本明細書が開示する流体機械の構成によると、開度調整弁は、吸入領域の圧力の変動の影響を受けずに内部領域の圧力を制御することができる。このため、本明細書が開示する流体機械をランキンサイクルに用いると、シール部材の劣化や破損を抑制するとともに、ポンプ効率が低下することを抑制することができる。

実施例１の流体機械１０を図を用いて説明する。本実施例の流体機械１０は、ランキンサイクルに用いられる。流体機械１０は、有底の略筒状であるハウジング本体１２と、ハウジング本体１２の開口側を閉じるリアハウジング１３を備えている。ハウジング本体１２の内部にはプレート１４が配設されている。プレート１４は、ハウジング本体１２内の空間をリアハウジング１３側とハウジング本体１２の底部側とに区画する。ハウジング本体１２の底部側の空間にはギヤポンプ２０が収容されている。駆動軸２２の一端は駆動源（図示省略）に接続されている。駆動源によって駆動軸２２が駆動される。ハウジング本体１２のリアハウジング１３側には膨張機部４０が収容されている。ハウジング本体１２の内部において、プレート１４のハウジング本体１２底部側には、作動流体の流路がプレート１４と略平行に形成されている。上記流路の一端はハウジング本体１２の上部（紙面の上側）に開口している。上記流路の他端はプレート１４を介して吐出液貯留室５６に連通している。吐出液貯留室５６は、ハウジング本体１２の内部であって、ポンプ作動室３０とベアリングホルダー（軸受を収容するハウジング部）との間の空間に設けられている。ハウジング本体１２の下部には、吐出液貯留室５６と連通する液吐出部１９が形成されている。

上記流路（すなわち、ハウジング本体１２の底部側に形成され、プレート１４と平行に延びる流路）にはポンプ作動室３０が形成されている。ポンプ作動室３０はギヤポンプ２０を収容する。ハウジング本体１２の上部の開口からギヤポンプ２０までの流路を吸入流路１６と称し、ギヤポンプ２０から吐出液貯留室５６までの流路を吐出流路１８と称する。説明を分かりやすくするために、本実施例ではポンプ作動室３０の内部において吸入流路１６が占める領域を特に吸入領域３１と称し、同様に、ポンプ作動室３０内部において吐出流路１８が占める領域を特に吐出領域３３と称する。ポンプ作動室３０のハウジング本体１２底部側には、貫通孔３７が形成されている。貫通孔３７は、ハウジング本体１２の内部を、ポンプ作動室３０からハウジング本体１２の外側に向かって貫通する筒状の空洞であり、ハウジング本体１２の底部に開口する。ギヤポンプ２０を駆動する駆動軸２２は、ハウジング本体１２に軸受を介して回転可能に支持されている。駆動軸２２は、ポンプ作動室３０及び貫通孔３７を貫通して、その一端がハウジング本体１２の外部に突出している。即ち、ハウジング本体１２の内部には、駆動軸２２に沿って、ポンプ作動室３０と貫通孔３７が隣接して配置されている。

続いて、ギヤポンプ２０について説明する。ギヤポンプ２０は、駆動軸２２によって駆動される駆動ギヤ２１と、駆動ギヤ２１に従動する従動ギヤ（図示省略）を備える。駆動ギヤ２１と従動ギヤは、互いの歯が噛合するようにポンプ作動室３０に配設されている。駆動軸２２は、駆動ギヤ２１の中心を貫通するように駆動ギヤ２１に取付けられている。駆動軸２２が回転すると、それに伴い駆動ギヤ２１が回転し、駆動ギヤ２１と噛合する従動ギヤも回転する。駆動ギヤと従動ギヤが回転することで、ポンプ動作が行われる。なお、ポンプ作動室３０において、駆動ギヤ２１の歯と従動ギヤの歯とが離反する側の領域が吸入領域３１に対応し、駆動ギヤ２１の歯と従動ギヤの歯とが噛み合う側の領域が吐出領域３３に対応する。ギヤポンプ２０は、「ポンプ部」の一例に相当する。

ここで、駆動軸２２の軸受部について説明する。前述したように、貫通孔３７はポンプ作動室３０に隣接するようにポンプ作動室３０のハウジング本体１２底部側に形成されている。貫通孔３７には駆動軸２２が挿通されており、貫通孔３７を貫通し、その一端がハウジング本体１２の外側に位置している。貫通孔３７には、シール部材３８ａ、３８ｂが配設されている。シール部材３８ａ、３８ｂは、駆動軸２２の外周面と貫通孔３７の内周面との間を完全に封止（シール）する。シール部材３８ａ、３８ｂによって、貫通孔３７の内部の空間が、内部領域３６とハウジング本体１２の外側（大気）とに区画される。ここで、「貫通孔の内部の空間」とは、厳密には貫通孔３７の内部において駆動軸２２が占める空間を除いた空間を指すことに留意されたい。シール部材３８ａ、３８ｂが内部領域３６とハウジング本体１２の外側とを完全に封止することにより、内部領域３６からハウジング本体１２外への作動流体の漏れが防止される。本実施例ではシール部材３８ａにはゴム製のＶパッキンが用いられ、シール部材３８ｂにはテフロン製のＶパッキンが用いられるが、シール部材３８ａ、３８ｂの材質やパッキンの種類はこれらに限られない。なお、本実施例ではシール部材３８ａ、３８ｂに２個のリップパッキンを用いたが、内部領域３６とハウジング本体１２外とを封止できるのであれば、リップパッキンの個数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。

ハウジング本体１２内部には、内部領域３６と吸入流路１６とを連通する連通路３５が形成されている。前述したように、吸入流路１６のポンプ作動室３０側の領域が吸入領域３１であるため、内部領域３６は、吸入領域３１と連通しているということができる。連通路３５には、連通路３５を開閉する開閉機構９０が設けられている。開閉機構９０は、内部領域３６の圧力と大気圧の圧力との圧力差によって開閉するベローズ弁６０によって構成されている。

ここで、図２、３を参照して開閉機構９０について説明する。図２はベローズ弁６０の閉弁時、図３はベローズ弁６０の開弁時を示す。ハウジング本体１２の底部側にはベローズ弁６０を収容するための貫通孔７１が形成されている。貫通孔７１は、ハウジング本体１２の内部を貫通する筒状の空洞であり、ハウジング本体１２の底部に開口する。貫通孔７１は連通路３５と連通するように形成される。具体的には、貫通孔７１は連通路３５の屈曲部に形成されており、図２における貫通孔７１の下側及び右側において、連通路３５と連通している。以下では、説明を簡単にするために、貫通孔７１の下側で連通している連通路３５を連通路３５ａ、貫通孔７１の右側で連通している連通路３５を連通路３５ｂと称する。即ち、図１に示すように、貫通孔７１は、連通路３５ａを介して貫通孔３７の内部領域３６と連通しており、連通路３５ｂを介して吸入流路１６（吸入領域３１を含む）と連通している。貫通孔７１には弁座部材７３が配置されている。弁座部材７３は、内部に弁収容空間３４が形成された有底筒状の部材である。弁座部材７３の底面には、開口７３ｂと弁座面６２が形成されている。弁座部材７３の側面には開口７３ａが形成されている。開口７３ｂは連通路３５ｂに接続されており、弁座部材７３の開口７３ａは連通路３５ａに接続されている。弁座面６２は、後述する弁体６１と当接する。弁座部材７３の外周面には２つのＯリング７６が配されており、弁座部材７３と貫通孔７１との間がシールされている。弁座部材７３は、リング７８によって貫通孔７１内に固定され、貫通孔７１からの脱落が防止されている。弁座部材７３の開口端（図２の左側の端部）には、バネ受７５が嵌合されている。

次に、弁収容空間３４に収容されるベローズ弁６０の構成について説明する。バネ受７５と板７２との間には、ベローズ６６が、図２の左右方向に伸縮するように取付けられている。ベローズ６６の内部空間７４には、バネ６８が、図２の左右方向に伸縮するように、バネ受７５と板７２との間に取付けられている。バネ受７５には、内部空間７４と貫通孔７１の開口部（即ち、ハウジング本体１２の外部）とを連通する通路６５が形成されている。このため、内部空間７４の圧力は大気圧に保たれる。板７２の中央部には弁棒６４の一端が取付けられている。弁棒６４の他端には球状の弁体６１が取付けられている。ベローズ６６、バネ６８、板７２、弁棒６４、弁体６１、及び弁座部材７３によりベローズ弁６０が構成される。以下では、板７２の、弁収容空間３４に露出している側の面（即ち、弁棒６４が取付けられている面）を面７２ａ、面７２ａの裏面（即ち、内部空間７４に露出している側の面）を面７２ｂと称する。図１、２に示すように、ベローズ弁６０の閉弁時は、弁体６１が弁座面６２に当接し、弁収容空間３４と連通路３５ｂとの連通が遮断される。この状態では、弁収容空間３４は連通路３５ａを介して貫通孔３７の内部領域３６とのみ連通している。即ち、ベローズ弁６０の閉弁時は、弁収容空間３４の圧力は内部領域３６の圧力と略同一となる。

板７２の面７２ａに図２の右方向からかかる押圧力が、面７２ｂに図２の左方向からかかる合力（詳細は後述）以上となると、弁体６１、弁棒６４、板７２が一体となって左方向に移動する。これにより、図３に示すように、弁体６１が弁座面６２から離間し、ベローズ弁６０が開弁する。ベローズ弁６０が開弁すると、弁収容空間３４は連通路３５ｂとも連通する。即ち、内部領域３６が、連通路３５ａ、弁収容空間３４、連通路３５ｂを介して吸入領域３１と連通する。なお、ベローズ弁６０は「開度調整弁」の一例に相当する。

次に、膨張機部４０について簡単に説明する。膨張機自体の構造は既知であるためその詳細な説明は省略する。図１に示すように、駆動軸２２の他端には、駆動軸２２と同軸上に、駆動軸２２と一体となって回転する従動軸２４が取付けられている。従動軸２４は、軸受２５によってハウジング本体１２に回転可能に支持されている。従動軸２４のリアハウジング１３側の端部には、偏心軸４２が取付けられている。偏心軸４２の軸線は、従動軸２４の軸線から偏心した位置（すなわち、両者の軸線が重ならない位置）に設けられている。このため、駆動軸２２の回転に伴い従動軸２４が回転すると、偏心軸４２は、従動軸２４の軸線周りを公転する。偏心軸４２のリアハウジング１３側の端部には、ブッシュ４４が取付けられている。ブッシュ４４には、軸受４５を介して旋回スクロール５０が旋回可能に支持されている。なお、旋回スクロール５０には自転防止ピン５４が形成されており、旋回スクロール５０の自転を防止できるようになっている。従って、旋回スクロール５０がブッシュ４４に対して軸受４５を介して旋回可能に支持されていても、旋回スクロール５０が偏心軸４２の軸線周りに自転することはない。上記の説明から明らかなように、従動軸２４が回転すると、旋回スクロール５０も従動軸２４の軸線周りを公転する。ハウジング本体１２のリアハウジング１３側には、固定スクロール５２が固設されている。旋回スクロール５０と固定スクロール５２は、互いの渦巻き板が対向するように配置されている。旋回スクロール５０が固定スクロール５２内を旋回することにより、互いの渦巻き板によって仕切られた空間（以下、旋回室とも称する）の体積が変動するようになっている。固定スクロール５２の中心には吸入口５３が設けられている。旋回スクロール５０、固定スクロール５２、自転防止ピン５４により膨張機部４０が構成される。リアハウジング１３の上部の開口にはガス吸入部５５が設けられている。吸入口５３とガス吸入部５５とは、ガス吸入室５７を介して連通している。旋回スクロール５０のポンプ作動室３０側には、背圧室４８が形成されている。背圧室４８は吸入口５３と旋回室を介して連通している。一方、膨張機の上方には、膨張機の内部空間からハウジング本体１２の上部に向かって、ハウジング本体１２を貫通する吐出流路が形成されている。その流路の上端部の開口には、ガス吐出口５８が形成されている。

ハウジング本体１２の下部に設けられた液吐出部１９は、流路７０ａを介してボイラの吸熱器（後述）に接続されている。ボイラは、車両のエンジン（図示省略）から排出される排ガスやラジエータ（図示省略）の冷却に用いられる冷却液（以下、排熱源とも称する）からの熱を放熱する放熱器と、放熱器から放熱される熱を吸熱する吸熱器とを有する熱交換器である。ボイラの吸熱器は、流路７０ｂを介してリアハウジング１３の上部に設けられたガス吸入部５５に接続されている。ガス吸入部５５は、ガス吸入室５７、膨張機の吸入口５３及び旋回室を経由してハウジング本体１２の上部に設けられたガス吐出部５８に連通している。ガス吐出部５８は、流路７０ｃを介してコンデンサに接続されている。コンデンサはガス吐出部５８から供給されるガスを凝縮して液体に状態変化させる凝縮器である。コンデンサは、流路７０ｄを介してハウジング本体１２の上部に設けられた吸入流路１６に接続されている。吸入流路１６はポンプ作動室３０を介して吐出流路１８と連通しており、吐出流路１８は吐出液貯留室５６を介して液吐出部１９と連通している。

次に、流体機械１０の動作について説明する。駆動源から動力が伝達されると、駆動軸２２が駆動され、駆動軸２２が回転する。駆動軸２２の回転に伴い駆動ギヤ２１が回転すると、駆動ギヤ２１と噛合する従動ギヤが、駆動ギヤ２１と逆回りに回転することで、ギヤポンプ２０として機能する。駆動ギヤ２１及び従動ギヤが回転すると、ギヤ同士が離反する側、即ちポンプ作動室３０の吸入領域３１が低圧になり、ギヤ同士が噛合する側、即ち吐出領域３３が高圧になる。これにより、吸入流路１６を流れる低温低圧の作動流体（液相）が吸入領域３１に流れ込み、ギヤポンプ２０により昇圧され吐出領域３３に吐出される。吐出された作動流体は吐出流路１８を流れて吐出液貯留室５６に一時的に貯えられる。吐出液貯留室５６に貯えられた作動流体は、液吐出部１９から吐出されて流路７０ａを通ってボイラに送られる。ボイラに送られた低温高圧の作動流体（液相）は、吸熱器にて放熱器と熱交換を行い、加熱されて気化する。ボイラから排出される高温高圧の作動流体（気相）は、流路７０ｂを通ってガス吸入部５５に送られる。ガス吸入部５５に送られた作動流体はガス吸入室を通り、吸入口５３を経由して、旋回室に流れ込む。旋回室に流れ込んだ作動流体の一部は背圧室４８に導入される。背圧室４８内の作動流体の圧力により、旋回スクロール５０が固定スクロール５２側に押付けられる。この状態で旋回室に流れ込んだ圧縮気体である作動流体が膨張すると、膨張機部４０が機械的エネルギー（駆動力）を出力する。この駆動力によって旋回スクロール５０が旋回する。旋回スクロール５０が旋回すると偏心軸４２及び従動軸２４を経由して、駆動軸２２が駆動される。駆動軸２２の駆動に伴い、ギヤポンプ２０が駆動されるとともに、動力伝達機構（図示せず）を介して車両エンジン（図示せず）の駆動を補助する。旋回室で膨張して圧力が下がった作動流体は、ガス吐出部５８から吐出されて流路７０ｃを経由してコンデンサに送られる。コンデンサに送られた高温低圧の作動流体（気相）は冷却されて液化する。コンデンサで冷却された低温低圧の作動流体（液相）は、流路７０ｄを経由して吸入流路１６に流れ込み、以下同様のサイクルを繰り返す。

続いて、貫通孔３７の内部領域３６の流体の圧力について説明する。エンジンの駆動に伴いギヤポンプ２０が駆動されると、ポンプ作動室３０の吐出領域３３に吐出される作動流体の一部が、駆動軸２２と軸受２３との間の僅かな隙間を伝って内部領域３６に漏出する。これにより、軸受２３が潤滑され駆動軸２２と軸受２３との間の摺動抵抗が低下する。上記の「僅かな隙間」は、駆動軸２２と軸受２３との間を潤滑するために、意図的に形成されている。内部領域３６内の作動流体の圧力は、吐出領域３３からの作動流体の漏出により上昇するものの、吐出領域３３の圧力にまで上昇することはない。即ち、内部領域３６の流体の圧力は、ギヤポンプ２０の駆動に伴い成り行きで決まる圧力である。別言すれば、内部領域３６の流体の圧力は、ポンプ作動室３０の吸入領域３１の流体の圧力より高く、吐出領域３３の流体の圧力より低い。

次に、ベローズ弁６０の動作について説明する。上述したように、ランキンサイクルは閉回路サイクルであるため、低圧液領域を流れる作動流体の圧力は、コンデンサにおける作動流体の凝縮温度によって決定される。このため、コンデンサの凝縮温度が変動すると、吸入流路１６を流れる作動流体の圧力も変動する。即ち、ギヤポンプ２０の駆動中に、吸入領域３１の流体の圧力が変動する。上述したように、内部領域３６の流体の圧力は成り行きで決まる圧力であるため、吸入領域３１の流体の圧力が変動すると、内部領域３６の流体の圧力も変動する。例えば、コンデンサの凝縮温度が比較的に高い場合は、吸入領域３１の流体の圧力が高くなり、内部領域３６の流体の圧力も高くなる。内部領域３６と弁収容空間３４とは連通路３５ａにより連通している。このため、内部領域３６の圧力上昇により弁収容空間３４の圧力が上昇し、面７２ａにかかる押圧力が、バネ６８のバネ力と面７２ｂにかかる大気圧力との合力以上となると、弁体６１、弁棒６４、及び板７２が一体となって図２の左方向に変位する。これにより、弁体６１と弁座面６２が離間してベローズ弁６０が開弁する。ベローズ弁６０が開弁すると、連通路３５ａと連通路３５ｂが弁収容空間３４を介して連通する。このため、内部領域３６と吸入領域３１とが連通し、内部領域３６の流体の圧力（及び弁収容空間３４の圧力）が降圧する。弁収容空間３４の圧力が低下すると、面７２ａにかかる押圧力と上記の合力との大小関係が逆転し、弁体６１、弁棒６４、及び板７２が一体となって図２の右方向に変位して弁体６１と弁座面６２が当接する。これによりベローズ弁６０が閉弁する。このとき、内部領域３６の流体の圧力は降圧するため、吐出領域３３から作動流体の一部が駆動軸２２と軸受２３との間の僅かな隙間を伝って内部領域３６に漏出し、内部領域３６の流体の圧力が上昇する。これにより、内部領域３６の流体の圧力は再び吸入領域３１と吐出領域３３との中間の圧力に保たれる。ベローズ弁６０の開弁、閉弁は次のように言い換えることができる。即ち、ベローズ弁６０は、弁収容空間３４の圧力と大気圧との差が、バネ６８のバネ力を面７３ｂの面積で除した圧力（以下、バネ圧力と称する）以上の場合は開弁し、バネ圧力未満の場合は閉弁する。

一方、コンデンサの凝縮温度が比較的に低い場合は、吸入領域３１の流体の圧力が低くなる。吸入領域３１の流体の圧力が急激に低下した場合、内部領域３６の流体の圧力は高いため、内部領域３６の流体の圧力と吸入領域３１の流体の圧力の圧力差は大きくなる。ただし、上述したようにベローズ弁６０は、弁収容空間３４の圧力と大気圧の差に応じて開閉する。このため、内部領域３６の流体の圧力と吸入領域３１の流体の圧力の圧力差が大きくなってもベローズ弁６０が開弁することはない。これによって、ポンプ効率が低下することを防止することができる。なお、ベローズ６６の内部空間７４における大気圧は、「基準圧力」の一例に相当する。

本実施例の流体機械１０の利点を説明する。この流体機械１０では、内部領域３６と吸入流路１６（吸入領域３１を含む）とを連通する連通路３５に、ベローズ弁６０が形成されている。内部領域３６の流体の圧力（即ち、弁収容空間３４の流体の圧力）が上昇し、内部領域３６の流体の圧力と大気圧との差がバネ６８のバネ圧力以上となると、ベローズ弁が開弁する。これにより、内部領域３６と吸入領域３１が連通すると、内部領域３６の圧力が低下する。従って、内部領域３６の圧力上昇に起因して、シール部材の劣化や破損が生じることを抑制することができる。また、内部領域３６の圧力と大気圧との差がバネ圧力未満の場合はベローズ弁が閉弁しているため、内部領域３６の圧力は吸入領域３１よりも高く、吐出領域３３よりも低い圧力に保たれる。このため、連通路３５にベローズ弁６０が形成されていない場合と比較して、ポンプ作動室３０から内部領域３６に漏出する作動流体の漏れ量を抑制することができる。従って、ポンプの移送効率が低下することを抑制することができる。また、バネ６８のバネ定数を調整することにより、ベローズ弁６０が、開弁時と閉弁時の中間の開度になるように設定することもできる。これにより、内部領域３６の流体の圧力を適切に制御できる。

また、本実施例の流体機械１０は、ランキンサイクルに用いられる。ランキンサイクルは閉回路サイクルであるため、吸入領域３１の流体の圧力はコンデンサの凝縮温度の変動により変動する。従来のように吸入領域の流体の圧力を基準として開度調整弁の開閉動作を行う場合は、内部領域の流体の圧力を適切に制御できない虞がある。しかしながら、本実施例の構成によると、ベローズ弁６０は大気圧を基準の圧力とするため、大気圧と内部領域３６との差は、内部領域３６の圧力の変動によってのみ変動する。従って、ベローズ弁６０の開閉動作により、内部領域３６の流体の圧力を、所望の圧力に制御することが可能となる。本実施例の流体機械１０をランキンサイクルに用いることにより、シール部材３８の劣化や破損を抑制するとともに、ポンプ効率が低下することを抑制することができる。

また、一般に、ランキンサイクル用の作動流体には、フロン、水、エタノール、フッ素系溶剤、アンモニア等が使用される。このような作動流体は、例えば油圧ポンプの作動流体（オイル）に比べて粘度が低く、シール部材を含む摺動部（例えば、駆動軸２２と軸受２３の摺動部等）の油膜厚さが薄くなりやすく、シール部材の信頼性を損なう虞がある。これに対し、本実施例の流体機械１０では、内部領域３６と吸入領域３１とを連通させる連通路３５を形成し、連通路３５にベローズ弁６０を配置する。ベローズ弁６０により内部領域３６の流体の圧力を所望の圧力範囲に制御することができる。このため、内部領域３６の流体の圧力が大幅に変動することが抑制される。従って、シール部材を含む摺動部の油膜が大幅な圧力変動に伴い過剰に薄くなり、摺動部が摩耗するといった事象の発生を抑制することができる。また、シール部材３８の使用耐圧を超える圧力がシール部材３８にかかることが抑制され、シール部材３８の信頼性を維持することができる。

実施例２の流体機械を図４、５を用いて説明する。実施例２の流体機械は、実施例１の流体機械１０の一部を変更したものである。従って、ここでは実施例１の流体機械１０との相違点について説明する。なお、実施例１の流体機械１０と同一の部材については同一符号を用い、その詳細な説明を省略することとする。

図４に示すように、貫通孔３７の内部領域３７には、内部領域３７の流体の圧力を検知する圧力センサ８０が設置されている。また、ハウジング本体１２の底部側には、実施例１のベローズ弁６０と略同一の位置に電磁弁８５が配置されている。圧力センサ８０、及び電磁弁８５を構成するソレノイドコイル９４（後述）は、それぞれＥＣＵ８７と電気的に接続されている。ＥＣＵ８７は、ソレノイドコイル９４を通電制御する駆動回路（図示省略）を備えている。

次に、図５を参照して開閉機構９０ａについて説明する。ハウジング本体１２の底部側には、電磁弁８５を収容するための収容室８３が形成されている。収容室８３は、実施例１の貫通孔７１と略同一の位置に形成されている。収容室８３には、弁座部材８１が、Ｏリング９８を介して収容室８３の内周面と当接するように配置されている。弁座部材８１には、後述する弁体８２と当接する弁座面８４が形成されている。弁座部材８１は、収容室８３と連通孔３５ａ、３５ｂとの連通を妨げないように配置されている。

続いて、電磁弁８５の構成について説明する。収容室８３にはプランジャ８８が収容されている。プランジャ８８には弁棒８６の一端が取付けられている。弁棒８６の他端には弁体８２が取付けられている。図５に示すように、プランジャ８８、弁棒８６、及び弁体８２は同軸上に配置されている。この軸上には、ステータコア９２が、プランジャ８８と一定の間隔を空けて配置されている。プランジャ８８及びステータコア９２の外周にはソレノイドコイル９４が配置されている。ソレノイドコイル９４の外周にはヨーク９６が、Ｏリング９８を介してケース９９の内周面と当接するように配置されている。図４、５に示すように、電磁弁８５の閉弁時は、連通路３５ａは連通路３５ｂとの連通が遮断される。電磁弁８５が開弁すると、内部領域３６が、連通路３５ａ、収容室８３、連通路３５ｂを介して吸入領域３１と連通する。なお、電磁弁８５は「開度調整弁」の一例に相当する。

次に、開閉機構９０ａの動作について説明する。電磁弁８５は従来公知の構成であるため、詳細な説明は省略する。圧力センサ８０は、内部領域３６の流体の圧力を検知し、大気圧との差圧を電気信号に変換してＥＣＵ８７に出力する。ＥＣＵ８７は、圧力センサ８０から送られる電気信号に基づいて、駆動回路を駆動してソレノイドコイル９４を通電制御する。具体的には、駆動回路は、内部領域３６の流体の圧力と大気圧との差圧が所定の値以上の場合は、電気信号に基づいてソレノイドコイル９４に駆動電流を流し、上記の差圧が所定の値未満の場合はソレノイドコイル９４に駆動電流を流さない構成となっている。吸入領域３１の流体の圧力上昇に伴い内部領域３６の流体の圧力が上昇し、内部領域３６の流体の圧力と大気圧との差圧が所定の値以上となると、ＥＣＵ８７は駆動回路に駆動電流を印加する。すると、ソレノイドコイル９４に駆動電流が流れ、ヨーク９６、ステータコア９２、プランジャ８８に磁束が形成され、プランジャ８８はステータコア９２に磁気的に吸引される。これにより、弁体８２、弁棒８６、及びプランジャ８８が一体となって図５の左側に変位し、電磁弁８５が開弁する。一方、内部領域３６の流体の圧力と大気圧との差圧が所定の値未満の場合は、ソレノイドコイル９４に駆動電流が流れないため、プランジャ８８がステータコア９２に磁気的に吸引されることなく、電磁弁８５は閉弁する。電磁弁８５の開閉による内部領域３６の流体の圧力の変動の様子は実施例１と同様であるため説明は省略する。なお、大気圧は「基準圧力」の一例に相当する。実施例２の流体機械１０ａによっても、実施例１の流体機械１０と同様の利点を得ることができる。また、駆動回路に印加する電流値又は電圧値を可変とすることにより、電磁弁８５が、開弁時と閉弁時の中間の開度になるように設定することもできる。これにより、内部領域３６の流体の圧力を適切に制御できる。

以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する流体機械は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、実施例１ではバネ受７５に通路６５を形成してベローズ６６の内部空間７４を大気圧としたが、通路６５を形成せずに内部空間７４を真空圧に保ってもよい。この場合、真空圧が基準圧力となる。また、上記の実施例では開度調整弁が開弁することで連通路３５ａと連通路３５ｂとが連通し、閉弁することで連通が遮断されるが、逆の構成であってもよい。即ち、開度調整弁が閉弁することで連通路３５ａと連通路３５ｂとが連通し、開弁することで連通が遮断される構成であってもよい。また、内部領域３６の圧力を検知する装置は圧力センサに限られない。例えば、吸入領域３１の流体の圧力と吐出領域３３の流体の圧力を検知することで内部領域３６の流体の圧力を予測する構成であってもよい。また、他の領域の圧力を検知するための圧力計を転用して、内部領域３６の流体の圧力を検知してもよい。また、上記の実施例では、作動流体を圧縮するギヤポンプ２０と、作動流体を膨張させる膨張機部４０を同一のハウジング内に設けたが、ギヤポンプ２０と膨張機部４０は別の装置としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：流体機械
１２：ハウジング本体
１３：リアハウジング
１４：プレート
１６：吸入流路
１８：吐出流路
１９：液吐出部
２０：ギヤポンプ
２１：駆動ポンプ
２２：駆動軸
２３：軸受
２４：従動軸
２５：軸受
３０：ポンプ作動室
３１：吸入領域
３２：第１流体領域
３３：吐出領域
３４：遮蔽部材
３５：連通路
３６：内部領域
３７：貫通孔
３８ａ、３８ｂ：シール部材
４０：膨張機部
４２：偏心軸
４４：ブッシュ
４５：軸受
４８：背圧室
５０：旋回スクロール
５２：固定スクロール
５３：吸入口
５４：自転防止ピン
５５：ガス吸入部
５６：吐出液貯留室
５７：ガス吐出室
６０：ベローズ弁
６１、８２：弁体
６２、８４：弁座面
６４、８６：弁棒
６５：通路
６６：ベローズ
６８：バネ
７１：貫通孔
７２：板
７３、８１：弁座部材
７４：内部空間
７５：バネ受
８０：圧力センサ
８３：収容室
８５：電磁弁
８７：ＥＣＵ
８８：プランジャ
９０：開閉機構
９２：ステータコア
９４：ソレノイドコイル
９６：ヨーク

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられているポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動する駆動軸と、を備え、
   前記ハウジングには、前記駆動軸に沿って、前記ポンプ部を収容するポンプ作動室と、前記ポンプ作動室からハウジング外に延びる貫通孔が形成されており、
   前記駆動軸は、前記ポンプ作動室及び前記貫通孔を貫通して、その一端が前記ハウジング外に突出しており、
   前記貫通孔には、
   前記駆動軸の外周面と前記貫通孔の内周面との間をシールし、前記貫通孔の内部領域と前記ハウジング外とを区画するシール部材が設けられており、
   前記ハウジングには、前記内部領域と前記ポンプ部の吸入領域とを連通する連通路がさらに形成されており、
   前記連通路は、前記連通路を開閉するための開度調整弁を備え、
   前記開度調整弁は、前記内部領域の圧力と基準圧力の差が所定値以上の場合は前記連通路を開放し、
   前記基準圧力は、前記開度調整弁より前記吸入領域側の前記連通路の圧力によっては変動しない圧力に設定されていることを特徴とする、流体機械。
2. 前記基準圧力は、真空圧または大気圧であり、
   前記開度調整弁は、前記内部領域の圧力と、真空圧または大気圧との差圧に応じて開閉することを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記ハウジングには、前記内部領域の圧力を検知する圧力センサが設けられており、
   前記圧力センサは、前記基準圧力と前記内部領域の圧力差に応じた電気信号を出力し、
   前記開度調整弁は、前記圧力センサからの電気信号に応じて開閉することを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体機械を備えるランキンサイクル。
   

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