(57)【要約】【課題】  膨張機のロックなどに起因する流体回路における作動流体の異常高圧を抑制するに当たり、簡易な構造で適切に動作する開閉弁を備える流体機械、当該流体機械を用いた流体回路及び廃熱利用装置を提供する。【解決手段】  流体機械１５のハウジングには第１通路５７と、第２通路５９と、膨張機４０を迂回して第１通路５７と第２通路５９とを接続するバイパス通路５６が形成されている。バイパス通路５６には、開閉弁１０２が設けられている。開閉弁１０２は、第１通路５７がバイパス通路５６を介して第２通路５９と連通する連通状態と、第１通路５７がバイパス通路５６を介して第２通路５９と連通することを妨げる遮断状態と、に切り替える。開閉弁１０２は、第１通路５７の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上の場合は連通状態とし、第１開口部５５から流入する作動流体の少なくとも一部をバイパス通路を介して第２通路５９に流入させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられている膨張機と、を備え、
前記ハウジングには、
作動流体が流入する吸入部と、
作動流体が吐出される吐出部と、
前記吸入部と前記膨張機を接続する吸入通路と、
前記膨張機と前記吐出部を接続する吐出通路と、
前記膨張機を迂回して前記吸入通路と前記吐出通路とを接続するバイパス通路と、が形成されており、
前記膨張機は、前記吸入部から前記吸入通路を介して流入する作動流体によって駆動し、作動流体を前記吐出通路を介して前記吐出部に吐出し、
前記バイパス通路には、前記バイパス通路を開閉する開閉弁が設けられており、
前記開閉弁は、一方に大気圧、他方に作動流体の圧力が作用して該開閉弁の開閉方向に反転可能な駆動部材を有し、  前記吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上の場合は前記駆動部材を開弁方向に反転させるように変形して前記開閉弁を開き、前記吸入部から流入する作動流体の少なくとも一部を前記バイパス通路を介して前記吐出通路に流入させることを特徴とする、流体機械。
【請求項２】
前記開閉弁は、
バイパス通路上に設けられた弁座と、
前記弁座に当接又は離間可能な弁体と、
前記弁体に連結され、作動流体の圧力を受ける受圧板と、
前記受圧板と前記駆動部材を連結する連結部材と、
前記受圧板に連結されて、前記駆動部材の動作に応じて前記開閉弁の開閉方向に伸縮するベローズとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記バイパス通路は、前記弁座の上流側に設けられ、前記弁体を収容するための収容空間と、前記弁座の下流側に設けられ、前記収容空間と前記吐出通路とを接続可能な通路部と、を有しており、
前記弁座は、前記収容空間と前記通路部とを連通可能な開口を有しており、
前記開閉弁は、前記収容空間と前記通路部とを連通可能な連通孔をさらに備えており、
前記連通孔の通路断面積は、前記開口の通路断面積よりも小さくされており、
前記弁体は、前記駆動部材に接続されている第１弁体と、前記第１弁体と前記弁座の間に配置される第２弁体を有しており、
前記第１弁体は、前記収容空間の作動流体の圧力と大気圧の差圧が前記第１所定値未満の場合は、前記連通孔を閉じており、前記収容空間の作動流体の圧力と大気圧の差圧が前記第１所定値以上の場合は、前記駆動部材とともに変位して前記連通孔を開き、
前記第２弁体は、前記収容空間の作動流体の圧力と前記吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値未満の場合は、前記弁座に当接して前記開口を閉じており、前記収容空間の作動流体の圧力と前記吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値以上の場合は、前記弁座から離間して前記開口を開くことを特徴とする、請求項２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記第２弁体は、前記収容空間の作動流体の圧力と前記吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値以上の場合は、塑性変形することで前記弁座から離間することを特徴とする、請求項３に記載の流体機械。
【請求項５】
前記収容空間にはストッパが形成されており、
前記ストッパは、前記第２弁体の塑性変形時に前記第２弁体と当接して前記第２弁体の塑性変形量を制御することを特徴とする、請求項４に記載の流体機械。
【請求項６】
前記第２弁体はダイヤフラムにより構成されており、
前記連通孔は前記ダイヤフラムに形成されていることを特徴とする、請求項３〜５の何れか一項に記載の流体機械。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の前記流体機械と、
前記流体機械の前記吸入部に一端が接続されると共に、前記流体機械の前記吐出部に他端が接続される循環路と、を備えることを特徴とする流体回路。
【請求項８】
前記流体回路は、ランキンサイクルを利用した流体回路であり、前記循環路には、ポンプと、加熱器と、前記膨張機と、凝縮器がこの順に接続されており、
前記加熱器で加熱された作動流体は前記吸入部に流入し、前記吐出部から吐出された作動流体は前記凝縮器に流入することを特徴とする、請求項７に記載の流体回路。
【請求項９】
第１の作動流体が循環する請求項８に記載の流体回路を備えており、
前記加熱器は、エンジンで発生する熱を伝達する第２の作動流体と前記第１の作動流体との間で熱交換を行うことで、前記第２の作動流体を冷却する一方で前記第１の作動流体を加熱することを特徴とする廃熱利用装置。
【請求項１０】
前記加熱器で前記第１の作動流体と熱交換する前記第２の作動流体は、前記エンジンに吸気される吸気系流体であることを特徴とする、請求項９に記載の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、流体機械、当該流体機械を用いた流体回路及び廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルに利用される流体機械が知られている。この流体機械は膨張機を備えている。流体機械は入口ポートと出口ポートを備えており、入口ポートから流入する作動流体は出口ポートから吐出される。膨張機は、入口ポートから連通路を通って流入する作動流体によって駆動される。膨張機の駆動中に膨張機に異物が噛み込むなどして膨張機がロックすると、膨張機の入口ポート側（別言すれば、膨張機の上流側）の作動流体の圧力が上昇し、異常高圧となる場合がある。このような、ランキンサイクルを循環する作動流体の異常高圧を開放するために、膨張機を迂回するバイパス通路を形成した流体機械が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３６３６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の流体機械は、入口ポートに弁機構を備えている。弁機構は、入口ポートから膨張機への作動流体の流入を制御する。即ち、弁機構は、入口ポートと連通路とが連通する状態と、入口ポートとバイパス通路とが連通する状態と、入口ポートが連通路及びバイパス通路のいずれとも連通しない状態とを切り替える。弁機構は、ランキンサイクルの起動中は入口ポートと連通路を連通させ、膨張機へ作動流体を導く。一方、ランキンサイクルの停止時は、入口ポートと連通路とを遮断するとともに、入口ポートとバイパス通路とを遮断し、両通路への作動流体の流入を遮断する。入口ポートにおける作動流体の圧力が異常高圧となると、弁機構は入口ポートとバイパス通路を連通させて入口ポート側の圧力を出口ポート側に開放する。
【０００５】
特許文献１の技術によると、ランキンサイクルを循環する作動流体が異常高圧となることを抑制できるとされている。しかしながら、特許文献１の弁機構はＥＣＵによって制御されるため、構造が複雑になるという問題がある。また、ＥＣＵと電気的に接続されている各種センサ（例えば、入口ポートにおける作動流体の圧力を検知するセンサ）の短絡、断線、誤作動などの不具合により、弁機構が適切に動作せず、ランキンサイクルを循環する作動流体が異常高圧となることを抑制できない虞がある。
【０００６】
本明細書では、膨張機のロックなどに起因する流体回路における作動流体の異常高圧を抑制するに当たり、簡易な構造で適切に動作する開閉弁を備える流体機械、当該流体機械を用いた流体回路及び廃熱利用装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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膨張機を備える。ハウジングには、作動流体が流入する吸入部と、作動流体が吐出される吐出部と、吸入部と膨張機を接続する吸入通路と、膨張機と吐出部を接続する吐出通路と、膨張機を迂回して吸入通路と吐出通路とを接続するバイパス通路が形成されている。膨張機は、吸入部から吸入通路を介して流入する作動流体によって駆動し、作動流体を吐出通路を介して吐出部に吐出する。バイパス通路には、開閉弁を開閉する開閉弁が設けられている。開閉弁は、一方に大気圧、他方に作動流体の圧力が作用して該開閉弁の開閉方向に反転可能な駆動部材を有する。開閉弁は、吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上の場合は駆動部材を開弁方向に反転させるように変形して開閉弁を開き、吸入部から流入する作動流体の少なくとも一部をバイパス通路を介して吐出通路に流入させる。
【０００８】
この流体機械では、吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上となると、開閉弁が吸入通路と吐出通路とをバイパス通路を介して連通させる。すると、吸入部から流入する作動流体の少なくとも一部がバイパス通路を介して吐出通路に流入する。これにより、吸入通路の作動流体の圧力が低下し、吸入通路の作動流体の圧力が異常高圧となることを抑制することができる。このとき、開閉弁は、吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧に基づいて連通状態と遮断状態とを切り替える。このため、ＥＣＵにより制御される開閉弁と比較して、開閉弁の構造を簡素化できる。また、ＥＣＵと電気的に接続される各種センサが不要となるため、これらのセンサの短絡、断線、誤作動などの不具合に起因して開閉弁が動作しなくなるということがなくなる。即ち、不具合が発生する可能性を低減することができる。この構成によると、簡易な構造で適切に動作する開閉弁を実現できる。流体機械はこのような開閉弁を備えることにより、流体機械に流入する作動流体の圧力が異常高圧となることを適切に抑制することができる。
【０００９】
また、本明細書は、上記の流体機械を備えた流体回路を開示する。この流体回路は、上記の流体機械と、循環路を備える。循環路は、流体機械の吸入部に一端が接続されると共に、流体機械の吐出部に他端が接続される。また、上記の流体回路は、例えばランキンサイクルを利用した流体回路としてもよい。この流体回路の循環路には、ポンプと、加熱器と、上記の膨張機と、凝縮器がこの順に接続されていてもよい。この場合、加熱器で加熱された作動流体は吸入部に流入し、吐出部から吐出された作動流体は凝縮器に流入する。
【００１０】
吸入通路は、吸入部を介して循環路に接続されている。このため、循環路のうち吸入通路と接続されている側の循環路（以下では、「吸入通路側循環路」とも称する）の作動流体の圧力は、吸入通路の作動流体の圧力と略同一となっている。従って、吸入通路側循環路の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上となると、上記の開閉弁が吸入通路と吐出通路とをバイパス通路を介して連通させる。これにより、吸入通路側循環路（及び吸入通路）の作動流体の圧力が低下し、循環路の作動流体の圧力が異常高圧となることを抑制することができる。即ち、簡易な構造を有する開閉弁により、流体回路の作動流体の圧力が異常高圧となることを適切に抑制することができる。また、開閉弁が連通状態に切り替わることで、吸入部に流入する作動流体はバイパス通路を通って吐出部から吐出され、循環路を通って再び吸入部に流入する。このため、作動流体は膨張機を迂回して流体回路を循環することを継続することができる。これは、流体回路がランキンサイクルを利用する場合であっても同様である。即ち、吸入通路の作動流体の圧力が上昇する事態が発生しても、作動流体は膨張機を迂回するバイパス通路を通って凝縮器、ポンプ、加熱器の順に流体回路を循環することを継続することができる。
【００１１】
また、本明細書は、上記の流体回路を備えた廃熱利用装置を開示する。廃熱利用装置は、第１の作動流体が循環する流体回路を備える。流体回路は、ランキンサイクルを利用している。加熱器は、エンジンで発生する熱を伝達する第２の作動流体と第１の作動流体との間で熱交換を行うことで、第２の作動流体を冷却する一方で第１の作動流体を加熱する。また、加熱器で第１の作動流体と熱交換する第２の作動流体は、例えばエンジンに吸気される吸気系流体としてもよい。
【００１２】
この構成によると、簡易な構造を有する開閉弁により、廃熱利用装置が備える流体回路の第１の作動流体の圧力が異常高圧となることを適切に抑制することができる。また、この廃熱利用装置では、第２の作動流体は、流体回路を循環する第１の作動流体と加熱器で熱交換することにより冷却される。上述したように、第１の作動流体は、吸入通路の第１の作動流体の圧力が上昇する事態が発生しても、膨張機を迂回して流体回路を循環し続けることができる。このため、第１の作動流体は、第２の作動流体を冷却し続けることができる。従って、第２の作動流体がエンジンに吸気される吸気系流体の場合は、冷却されて密度が大きくなった状態の第２の作動流体をエンジンに供給し続けることができる。この結果、第２の作動流体の供給効率が低下することを抑制でき、エンジンの出力の低下を抑制することができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の廃熱利用装置の模式構成図を示す。
【図２】実施例１の流体機械の断面図を示す。
【図３】実施例１の流体機械の開閉弁の閉弁時の部分拡大図を示す。
【図４】実施例１の流体機械の開閉弁の開弁時の部分拡大図を示す。
【図５】変形例１の廃熱利用装置の模式構造図を示す。
【図６】実施例２の流体機械の断面図を示す。
【図７】実施例２の流体機械の開閉弁の閉弁時の部分拡大図を示す。
【図８】実施例２の流体機械の開閉弁が開弁動作を開始したときの部分拡大図を示す。
【図９】実施例２の流体機械の開閉弁の開弁時の部分拡大図を示す。
【図１０】実施例３の廃熱利用装置の模式構成図を示す。
【図１１】実施例４の廃熱利用装置の模式構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（特徴１）  本明細書が開示する開閉弁は、バイパス通路上に設けられた弁座と、弁座に当接又は離間可能な弁体と、弁体に連結され、作動流体の圧力を受ける受圧板と、受圧板と駆動部材を連結する連結部材と、受圧板に連結されて、駆動部材の動作に応じて開閉弁の開閉方向に伸縮するベローズを備えていてもよい。
【００１７】
特徴１によると、開閉弁は、吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧に基づいて弁体を弁座から離間または当接することで、開閉弁を開閉する。この構成によると、ＥＣＵを使用せずに開閉弁を制御でき、開閉弁の構造を簡素化できる。
【００１８】
（特徴２）  本明細書が開示するバイパス通路は、収容空間と通路部を有していてもよい。収容空間は、弁座の上流側に設けられ、弁体を収容してもよい。通路部は、弁座の下流側に設けられ、収容空間と吐出通路とを接続可能としてもよい。弁座は、収容空間と通路部とを連通可能な開口を有してもよい。開閉弁は、収容空間と通路部とを連通可能とする連通孔をさらに備えていてもよい。連通孔の通路断面積は、開口の通路断面積よりも小さくされていてもよい。弁体は、駆動部材に接続されている第１弁体と、第１弁体と弁座の間に配置される第２弁体を有していてもよい。第１弁体は、収容空間の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値未満の場合は、連通孔を閉じており、収容空間の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上の場合は、駆動部材とともに変位して連通孔を開いてもよい。第２弁体は、収容空間の作動流体の圧力と吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値未満の場合は、弁座に当接して開口を閉じており、収容空間の作動流体の圧力と吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値以上の場合は、弁座から離間して開口を開いてもよい。
【００１９】
特徴２によると、開閉弁は連通孔及び開口を有している。連通孔と開口はともに収容空間と通路部とを連通している。連通孔の通路断面積は、開口の通路断面積よりも小さくされている。弁体は第１弁体と第２弁体を有している。第１弁体は、収容空間の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上となると、駆動部材とともに変位して連通孔を開く。すると、収容空間の作動流体が連通孔を介して通路部に流出し、収容空間の作動流体の圧力が低下する。このため、収容空間の作動流体の圧力と吸入通路の作動流体の圧力の差圧が次第に大きくなり、この差圧が第２所定値に達すると第２弁体が弁座から離間して開口を開く。即ち、第１弁体は連通孔を開閉し、第２弁体は開口を開閉する。このため、第１弁体は連通孔を閉じられるだけの大きさであればよい。上述したように、連通孔は開口よりも小さい通路断面積を有するため、上記の構成によると、第１弁体の大きさを、開口の大きさと比較して小型化できる。従って、第１弁体が接続されている駆動部材も小型化できる。この結果、開口の大きさを小さくすることなく、駆動部材及び第１弁体の大きさを小さくすることが可能となる。開閉弁の設置により流体機械が大型化することを抑制することができる。
【００２０】
（特徴３）  本明細書が開示する第２弁体は、収容空間の作動流体の圧力と吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値以上の場合は、塑性変形することで弁座から離間してもよい。この構成によると、第２弁体が弁座から離間すると、流体機械の振動などに起因して、第２弁体が再度弁座に当接することはない。このため、開口を確実に開き続けることができる。
【００２１】
（特徴４）  本明細書が開示する流体機械では、収容空間にストッパが形成されていてもよい。ストッパは、第２弁体の塑性変形時に第２弁体と当接して第２弁体の塑性変形量を制御してもよい。この構成によると、第２弁体が大きく塑性変形することに起因して第２弁体が破断・脱落し破片などが生じる可能性を低減することができる。
【００２２】
（特徴５）  本明細書が開示する流体機械では、第２弁体はダイヤフラムにより構成されていてもよい。連通孔はダイヤフラムに形成されていてもよい。この構成によると、収容空間の作動流体の圧力と吸入通路の作動流体の圧力の差圧が第２所定値以上となった場合に、ダイヤフラムは弁座から離間して開口を適切に開くことができる。
【実施例１】
【００２３】
実施例１の廃熱利用装置１０を図を用いて説明する。廃熱利用装置１０は車両に搭載される。図１に示すように、廃熱利用装置１０は車両の駆動系１１に用いられ、流体回路７８を備えている。流体回路７８はランキンサイクルを利用している。駆動系１１は、排気還流用回路１１ａとエンジン冷却用回路１１ｂを備えている。
【００２４】
まず、駆動系１１について説明する。排気還流用回路１１ａは、内燃機関としてのエンジン８６と、配管８１、８２ａ，８２ｂ、８４と、後述する還流排気ボイラ７４の放熱器７４ｂと、配管８２ａに設置された流量調整弁８８により構成される。エンジン８６は水冷式エンジンであり、排ガスが混入した燃焼用空気（後述）を吸入する吸気口８６ａと、排ガスを排出する排気口８６ｂが形成されている。エンジン８６には冷却液（例えばＬＬＣ）が流れるウォータジャケット（図示省略）が形成されている。ウォータジャケットの一端はエンジン冷却用回路１１ｂの配管９０ａ（後述）に接続されており、他端は配管９０ｂ（後述）に接続されている。なお、排ガスは「第２の作動流体」の一例に相当する。
【００２５】
配管８１は、一端がエンジン８６の排気口８６ｂに接続されており、他端がマフラ（図示省略）と接続されている。排気口８６ｂから排出される排ガスは、配管８１を通ってマフラから排出される。配管８２ａは、一端が配管８１に接続されており、他端が還流排気ボイラ７４の放熱器７４ｂの一端に接続されている。配管８２ｂは、一端が放熱器７４ｂの他端に接続されており、他端がエンジン８６の吸気口８６ａに接続されている。配管８２ａ，８２ｂには、後述する流量調整弁８８により、配管８１を流れる排ガスの一部が流入可能となっている。配管８４は、一端が配管８２ｂと接続されており、他端がエアインテーク（図示省略）と接続されている。エアインテークから取り込んだ燃焼用空気は、配管８４を通って配管８２ｂに流入する。これにより、配管８２ｂを流れる排ガスは、燃焼用空気に混入された状態でエンジン８６の吸気口８６ａに吸入される。
【００２６】
排気口８６ｂからは高温の排ガスが排出される。高温の排ガスは配管８２ａを通って還流排気ボイラ７４に流入する。還流排気ボイラ７４の放熱器７４ｂを流れる高温の排ガスは、還流排気ボイラ７４の吸熱器７４ａ（後述）を流れる低温の作動流体と熱交換することで冷却される。これにより、排ガスは冷却された状態で上述した燃焼用空気に混入され、エンジン８６に流入する。ここで、流量調整弁８８は、ＥＣＵ（図示省略）によって制御される。流量調整弁８８は弁の開度を調整することにより、配管８１から配管８２ａに流入する排ガスの流量を調整する。これにより、エンジン８６から排出された排ガスの一部は、配管８２ａ，放熱器７４ｂ、配管８２ｂを通ってエンジン８６に還流する。なお、エンジン８６に還流する排ガスは、「吸気系流体」の一例に相当する。
【００２７】
エンジン冷却用回路１１ｂは、ラジエータ９２と、ポンプ９４と、配管９０ａ、９０ｂにより構成される。エンジン冷却用回路１１ｂは従来公知の構成であるため、その詳細な説明は省略し、以下に簡単に説明する。ラジエータ９２とエンジン８６は配管９０ａによって接続されており、エンジン８６とラジエータ９２は配管９０ｂによって接続されている。配管９０ｂにはポンプ９４が設置されている。ポンプ９４はＥＣＵによって制御される。ＥＣＵがポンプ９４を駆動すると、冷却液は配管９０ｂを介してラジエータ９２に流入する。冷却液はラジエータ９２で外部の空気と熱交換して冷却され、配管９０ａを流れてエンジン８６のウォータジャケットの一端に流入する。ウォータジャケットを流れることによりエンジン８６を冷却して高温となった冷却液は、配管９０ｂを通ってポンプに流入する。
【００２８】
続いて、廃熱利用装置１０の流体回路７８について説明する。流体回路７８は、ポンプ７２と、還流排気ボイラ７４と、流体機械１５と、コンデンサ７６と、これらを接続する配管７０ａ〜７０ｄによって構成されている。流体回路７８はランキンサイクルを利用した回路であり、作動流体はポンプ７２、還流排気ボイラ７４、流体機械１５の膨張機４０、コンデンサ７６をこの順に流れる。ポンプ７２と還流排気ボイラ７４の吸熱器７４ａの一端とは配管７０ａによって接続されている。吸熱器７４ａの他端と、流体機械１５のガス吸入部５５（後述）とは配管７０ｂによって接続されている。流体機械１５のガス吐出部５８（後述）とコンデンサ７６とは、配管７０ｃによって接続されている。コンデンサ７６とポンプ７２とは、配管７０ｄによって接続されている。流体回路７８には、作動流体が循環している。なお、ガス吸入部５５は「吸入部」の一例に相当し、ガス吐出部５８は「吐出部」の一例に相当し、作動流体は「第１の作動流体」の一例に相当する。また、還流排気ボイラ７４は「加熱器」の一例に相当し、コンデンサ７６は「凝縮器」の一例に相当し、配管７０ａ〜７０ｄは「循環路」の一例に相当する。
【００２９】
次に、ランキンサイクルについて簡単に説明する。本実施例では、ポンプ７２はＥＣＵによって制御される。ＥＣＵがポンプ７２を駆動することにより、ポンプ７２に流れ込んだ低温低圧の作動流体（液相）は、ポンプ７２により昇圧され低温高圧の作動流体（液相）となって吐出される。吐出された作動流体は配管７０ａを通って還流排気ボイラ７４に流入する。還流排気ボイラ７４では、吸熱器７４ａを流れる低温の作動流体が、上述した放熱器７４ｂを流れる高温の排ガスと熱交換することで加熱されて気化する。還流排気ボイラ７４から排出される高温高圧の作動流体（気相）は、配管７０ｂを通って流体機械１５のガス吸入部５５に流入する。ガス吸入部５５に流入した高温高圧の作動流体は、ガス吸入通路５７（後述）を通って膨張機４０に流入し、旋回室（後述）で膨張することで機械的エネルギーを出力する。旋回室で膨張して圧力が下がった作動流体（気相）は、ガス吐出通路５９（後述）を通ってガス吐出部５８から吐出されて配管７０ｃを通ってコンデンサ７６に送られる。膨張機４０を含む流体機械１５の構成については後で詳しく説明する。コンデンサ７６に送られた高温低圧の作動流体は冷却されて液化する。コンデンサ７６で冷却された低温低圧の作動流体（液相）は、配管７０ｄを通ってポンプ７２に流れ込み、以下同様のサイクルを繰り返す。
【００３０】
図１、２に示すように、流体機械１５は膨張機４０と発電機３０を備える。膨張機４０と発電機３０は機械的に接続されている。ランキンサイクルによって膨張機４０が出力する機械的エネルギーは、発電機３０によって電気エネルギーに変換され、発電機３０に接続されている負荷３２にで使用される。以下に、流体機械１５について図２を参照して詳細に説明する。
【００３１】
流体機械１５は、フロントハウジング１２、リアハウジング１３及び仕切壁１４を備えている。フロントハウジング１２及びリアハウジング１３は有底の略筒状を有する。仕切壁１４はその一面でフロントハウジング１２の開口を覆うと共に、その他面でリアハウジング１３の開口を覆っている。フロントハウジング１２には発電機３０が収容されており、リアハウジング１３には膨張機４０が収容されている。リアハウジング１３には、固定スクロール５２が固設されている。固定スクロール５２のフロントハウジング１２側には、旋回スクロール５０が配置されている。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は、軸受４５を介してブッシュ４４に旋回可能に支持されている。ブッシュ４４は、偏心軸４２のリアハウジング１３側の端部に取付けられている。偏心軸４２は、軸２４のリアハウジング１３側の端面に取付けられている。軸２４は、仕切壁１４に形成された貫通孔を貫通しており、その一端が軸受２５によって仕切壁１４に回転可能に支持されている。偏心軸４２の軸線は、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。偏心軸４２は軸２４の軸線周りを公転する。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。
【００３２】
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４０が構成される。リアハウジング１３の底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、ガス吸入通路５７を介して連通している。旋回スクロール５０のフロントハウジング１２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４０の上方には、膨張機４０の内部空間からフロントハウジング１２の上部に向かって、フロントハウジング１２を貫通するガス吐出通路５９が形成されている。その通路の上端部の開口には、ガス吐出部５８が形成されている。なお、ガス吸入通路５７は、「吸入通路」の一例に相当し、ガス吐出通路５９は、「吐出通路」の一例に相当する。
【００３３】
還流排気ボイラ７４から配管７０ｂを通ってガス吸入部５５に送られた作動流体は、ガス吸入通路５７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、旋回スクロール５０が旋回する。旋回スクロール５０の旋回運動は、偏心軸４２を介して軸２４の回転運動に変換される。一方、旋回室で膨張して圧力が下がった作動流体は、ガス吐出通路５９を通ってガス吐出部５８から吐出されて配管７０ｃを通ってコンデンサ７６に送られる。
【００３４】
続いて、発電機３０について説明する。軸２４のフロントハウジング１２側の端部は、軸受２３を介してフロントハウジング１２に回転可能に支持されている。軸２４の中央部には、永久磁石からなるロータ２０が固定されている。ロータ２０の外周面とフロントハウジング１２の内周面の間には、ヨーク２２が固定されている。ヨーク２２には３組のコイル２１が巻回されている。３組のコイル２１はそれぞれ同一巻数であり、互いに等間隔に配置されている。
【００３５】
上述したように、旋回スクロール５０の旋回運動は、偏心軸４２を介して軸２４の回転運動に変換される。軸２４が回転すると、ロータ２０は軸２４と一体となって回転し、これによりコイル２１に３相の交流電流が発生する。発生した交流電流は負荷３２に供給され、負荷３２で使用される。
【００３６】
次に、図２〜４を参照して流体機械１５が備える開閉機構１００について説明する。上述したように、流体機械１５のリアハウジング１３の底部にはガス吸入部５５が形成されている。ガス吸入部５５はリアハウジング１３の底部に形成された通路と連通している。以下では説明を簡単にするために、この通路の内、図２〜４において、ガス吸入部５５の位置よりも下側に形成されている通路を特にガス吸入通路５７と称し、上側に形成されている通路を特にバイパス通路５６ａと称する。別言すれば、膨張機４０が通常運転している場合にガス吸入部５５から流入した作動流体が流れる通路がガス吸入通路５７であり、作動流体が流れていない（停滞している）通路がバイパス通路５６ａである。ここで、膨張機４０がロックするなどして作動流体が膨張機４０に流入できない場合は、バイパス通路５６ａ及びガス吸入通路５７では作動流体は流れずに停滞する。この場合、バイパス通路５６ａとガス吸入通路５７とでは、作動流体の圧力がそれぞれ略同一となる。
【００３７】
リアハウジング１３には、バイパス通路５６ａとガス吐出通路５９とを連通するＬ字型の通路が形成されている。以下では、この通路をバイパス通路５６ｂと称する。バイパス通路５６ａとバイパス通路５６ｂにより、バイパス通路５６が形成されている。バイパス通路５６は、膨張機４０を迂回してガス吸入通路５７とガス吐出通路５９とを接続している。
【００３８】
バイパス通路５６ａの下流側（即ち、バイパス通路５６ｂ側）には、開閉弁１０２が設けられている。開閉弁１０２は弁座１０４、弁体１０８、ベローズ１１４、受圧板１１６、皿バネ１１８及び弁棒１２０により構成されている。弁座１０４は、Ｌ字型のバイパス通路５６ｂの上流側の部分に形成されている。即ち、バイパス通路５６ｂの上流側の端部には開口１０５が形成され、この開口１０５に弁座１０４が形成されている。従って、弁座１０４は開口１０５を有しているということもできる。開口１０５はバイパス通路５６ａとバイパス通路５６ｂとを連通している（図４参照）。弁座１０４の上流側の端面には弁座面１０６が形成されている。なお、皿バネ１１８は「駆動部材」の一例に相当し、弁棒１２０は「連結部材」の一例に相当する。
【００３９】
ベローズ１１４は、一端がリアハウジング１３の上部に固定されており、他端が円形状の受圧板１１６の一方の面１１６ａに固定されている。ベローズ１１４は図面の上下方向に伸縮可能となっている。ベローズ１１４には例えば真鍮又はステンレスが用いられるが、これに限られない。皿バネ１１８は、中央部が突出した形状を有しており、上下方向に反転可能となっている。皿バネ１１８の中央部が下方に突出している場合（図３参照）は、皿バネ１１８の外縁部はリアハウジング１３の上部に形成されたバネ受け１３ａに支持される。一方、皿バネ１１８の中央部が上方に突出している場合（図４参照）は、皿バネ１１８の外縁部はバネ受け１３ｂに支持される。皿バネ１１８には例えばバネ鋼が用いられるが、これに限られない。皿バネ１１８の中央部には、弁棒１２０の一端が固定されている。弁棒１２０の他端は受圧板１１６の一方の面１１６ａに固定されている。受圧板１１６の他方の面１１６ｂ（面１１６ａの裏面）には、弁体１０８が固定されている。
【００４０】
弁体１０８は開口１０５よりも大きくされている。弁体１０８は弁座面１０６と当接または離間する。弁体１０８が弁座面１０６に当接すると開口１０５が閉じられ、これにより開閉弁１０２は閉弁する。弁体１０８が弁座面１０６から離間すると開口１０５が開かれ、これにより開閉弁１０２は開弁する。弁体１０８の当接面にはリング状の溝が形成され、その溝の内部にシール部材１１０が嵌合している。シール部材１１０により、弁体１０８が弁座面１０６に当接したとき（即ち、閉弁時）に、弁体１０８と弁座面１０６との間が確実に密封される。ベローズ１１４、受圧板１１６及び皿バネ１１８により形成される空間には、内部空間１２４が形成されている。リアハウジング１３には、連通孔１２２が形成されている。内部空間１２４は、連通孔１２２を介してリアハウジング１３の外部と連通している。このため、内部空間１２４は大気圧に保たれる。
【００４１】
受圧板１１６の面１１６ｂ（厳密には弁体１０８が接続されている面を除く面１１６ｂ）に図３の下方向からかかる押圧力が、面１１６ａに図３の上方向からかかる合力（詳細は後述）以上となると、弁棒１２０が皿バネ１１８を押し上げる。これにより皿バネ１１８は反転し、中央部が上に突出した状態となる。これによりベローズ１１４が収縮し、受圧板１１６が上方向に移動する。このとき、弁棒１２０及び受圧板１１６を介して皿バネ１１８に接続されている弁体１０８も皿バネ１１８と一体となって上方向に移動する。これにより、開閉弁１０２が開弁する。
【００４２】
次に、図３、４を参照して開閉弁１０２の動作について説明する。膨張機４０が通常運転している場合は、バイパス通路５６ａの作動流体が面１１６ｂを押圧する押圧力は、面１１６ａにかかる大気圧力と皿バネ１１８のバネ力の和よりも小さくなっている。このため、図３に示すように開閉弁１０２は閉弁しており、ガス吸入通路５７がバイパス通路５６を介してガス吐出通路５９と連通することが妨げられている（遮断状態）。ここで、膨張機４０は種々の理由によりロックする場合がある。ロックする原因としては、例えば膨張機４０に異物が噛み込んだり、配管中のバリが作動流体に混入した状態で膨張機４０に流入したりすることが挙げられる。この場合、作動流体は膨張機４０の吸入口５３に流入できず、作動流体の流れが停止する。上述したように、ポンプ７２と還流排気ボイラ７４とを接続する配管７０ａには逆止弁が設けられているため、ポンプ７２が駆動を続けることで膨張機４０の上流側（即ち、ガス吸入通路５７、バイパス通路５６ａ、配管７０ｂなど）の作動流体の圧力が上昇する。このとき、ガス吸入通路５７とバイパス通路５６ａの作動流体の圧力は略同一となっている。膨張機４０の上流側の作動流体の圧力が上昇して、面１１６ｂにかかる作動流体の押圧力が面１１６ａにかかる大気圧力と皿バネ１１８のバネ力の和よりも大きくなると、開閉弁１０２が開弁する（図４参照）。開閉弁１０２が開弁すると、ガス吸入通路５７はバイパス通路５６を介してガス吐出通路５９と連通する（連通状態）。これにより、ガス吸入通路５７の作動流体はバイパス通路５６を通ってガス吐出通路５９に流入し、ガス吸入通路５７の作動流体の圧力が低下する。開閉弁１０２の開閉動作は次のように説明することもできる。即ち、上記の押圧力を面１１６ｂの面積（弁体１０８が接続されている面を除いた面積）で除した圧力と大気圧との差が、バネ力を面１１６ａの面積で除した圧力（以下では「バネ圧力」とも称する）よりも大きい場合に開閉弁１０２が開弁する。バネ圧力は「第１所定値」の一例に相当する。
【００４３】
実施例１の流体機械１５、流体回路７８及び廃熱利用装置１０の利点について説明する。本実施例の開閉弁１０２は、膨張機４０の上流側の作動流体の圧力と大気圧との差圧がバネ圧力以上となると、開弁してガス吸入通路５７とガス吐出通路５９とがバイパス通路５６を介して連通する。これにより、膨張機４０の上流側の作動流体の圧力が異常高圧となることが抑制される。また、開閉弁１０２はガス吸入通路５７の作動流体の圧力と大気圧の差圧に基づいて連通状態と遮断状態を切り替える。このため、ＥＣＵにより制御される開閉弁と比較して、開閉弁の構造を簡素化できる。ＥＣＵと電気的に接続される各種センサが不要となるため、これらのセンサの不具合に起因して開閉弁が動作しなくなるということがなくなる。即ち、不具合が発生する可能性を低減することができる。このため、膨張機４０の上流側の作動流体の圧力が異常高圧となることをより確実に抑制することができる。また、ＥＣＵにより制御される開閉弁は、弁を駆動するためのアクチュエータが必要となるが、本実施例では、圧力差を利用して弁体１０８が駆動されるため、そのようなアクチュエータを不要とすることができる。このため、開閉機構１００を軽量化できる。
【００４４】
また、本実施例の排気還流用回路１１ａでは、エンジン８６から排出される排ガスの一部を再度エンジン８６に還流する排気再循環技術を用いている。排気再循環によりマフラから排出される排ガス中の窒素酸化物を低減することができる。一般に、排気再循環では、エンジン８６に還流する排ガスの供給効率を向上するために、還流排気を冷却するための冷却機構が設けられる。排ガスを冷却した状態でエンジン８６に還流させることで、エンジン８６はより多くの排ガスを吸気でき、エンジン８６の出力を向上することができる。本実施例では、冷却機構として廃熱利用装置１０の還流排気ボイラ７４を採用している。冷却機構に廃熱利用装置１０を用いることで、還流排気を冷却してエンジン８６の出力を向上すると共に、還流排気の排熱を利用して発電することができる。
【００４５】
開閉弁１０２の開弁時は、バイパス通路５６がガス吸入通路５７とガス吐出通路５９とを連通させる。これにより、膨張機４０がロックして作動流体が膨張機４０を流通できなくなる事態が発生しても、作動流体は流れを停止することなく流体回路７８を循環し続けることができる。このため、作動流体は、排気還流用回路１１ａ（厳密には、配管８２ａ）を流れる還流排気を還流排気ボイラ７４にて冷却し続けることができる。従って、エンジン８６には冷却された還流排気が供給される。結果として、膨張機４０がロックしても、エンジン８６の出力が低下することを抑制することができる。
【００４６】
（変形例１）
次に、図５を参照して変形例１について説明する。以下では実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構造や動作については詳細な説明を省略する。その他の実施例についても同様とする。
【００４７】
変形例１の廃熱利用装置１６０は駆動系１１１に用いられる。駆動系１１１では、エアインテーク（図示省略）から取り込まれた空気は配管１８４を通ってエンジン８６に吸気される。吸気された空気はエンジン８６で燃料を燃焼し、燃焼後の高温の排ガスは配管１８１ａを通って排ガスボイラ１７４に送られる。高温の排ガスは、低温の作動流体と排ガスボイラ１７４にて熱交換することにより冷却される。冷却された排ガスは配管１８１ｂを通ってマフラ（図示省略）から排出される。流体回路７８は、排ガスボイラ１７４で回収した熱を利用して発電を行う。この構成によっても、流体機械１５の開閉弁１０２は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【実施例２】
【００４８】
次に、図６〜９を参照して実施例２の廃熱利用装置について説明する。本実施例の廃熱利用装置は、開閉機構２００の構造が実施例１の開閉機構１００と異なっており、その他の構成は実施例１と同様である。
【００４９】
開閉弁２０２は、バイパス通路５６ａに設けられている。開閉弁２０２は、弁座１０４、弁体１１３、ベローズ１１４、受圧板１１６、皿バネ１１８及び弁棒１２０により構成されている。弁座１０４及びベローズ１１４、受圧板１１６、皿バネ１１８及び弁棒１２０は開閉弁１０２と略同一の構成である。弁体１１３は、第１弁体１０８と第２弁体１０９により構成される。第１弁体１０８は略円柱形状を有しており、開閉弁１０２の弁体１０８と略同一の構成である。第２弁体１０９は、金属製のダイヤフラムにより構成されている。ダイヤフラムは略円形状を有しており、その外縁部はリアハウジング１３とリアハウジング１３の着脱可能部１３ｃ（後述）との間に固定されている。以下では、説明を分かりやすくするために、バイパス通路５６ａのうち第２弁体１０９の裏面より上側の空間を特に収容空間６０と称する。弁体１１３とベローズ１１４、受圧板１１６、皿バネ１１８及び弁棒１２０は、収容空間６０に収容されている。着脱可能部１３ｃは、リアハウジング１３の一部を構成しており、リアハウジング１３の本体部に対して着脱可能となっている。着脱可能部１３ｃを取り外すことにより第２弁体１０９を容易に交換できる（後述）。
【００５０】
開閉弁２０２の閉弁時は、第２弁体１０９の裏面は弁座面１０６に当接している。図７から明らかなように、弁座１０４の開口１０５の径は、第１弁体１０８の径よりも大きくされている。第２弁体１０９の略中央部には、連通孔１０９ａが形成されており、第２弁体１０９の外周部には連通孔１０９ｂが形成されている。連通孔１０９ａの径は連通孔１０９ｂの径よりも大きく、第１弁体１０８の径よりも小さくされている。このため、連通孔１０９ｂの通路断面積は、開口１０５の通路断面積よりも小さい。第１弁体１０８と第２弁体１０９の表面とは、当接状態と非当接状態が切り替えられるようになっている。当接状態の場合は、連通孔１０９ａは第１弁体１０８によって塞がれる。非当接状態の場合は、連通孔１０９ａは収容空間６０とバイパス通路５６ｂとを連通する。連通孔１０９ｂは、第２弁体１０９より下側のバイパス通路５６ａと収容空間６０とを連通する。なお、バイパス通路５６ｂは「通路部」の一例に相当する。
【００５１】
収容空間６０には、リアハウジング１３の着脱可能部１３ｃの上部から下側に向かってストッパ１２６が形成されている。ストッパ１２６は略円筒形状を有しており、ベローズ１１４の外周側にベローズ１１４と一定の間隔を空けて形成されている。開閉弁２０２が閉弁している時は、ストッパ１２６の下端と第２弁体１０９の表面との間には、所定の間隔が形成されている。なお、本実施例ではストッパ１２６は略円筒形状を有するが、これに限られず、ストッパ１２６の側面に貫通孔が形成されていてもよいし、複数の縦長の板状部が柵状にベローズ１１４の外周を取り囲んでいてもよい。即ち、ストッパ１２６の下端と第２弁体１０９の表面との間に所定の間隔が形成される構成であれば、ストッパ１２６は周方向全体に形成されていなくてもよい。また、ストッパ１２６の内周面の径は、弁座１０４の開口１０５の径よりも大きくされている。即ち、ストッパ１２６の方が弁座１０４よりも、開閉弁２０２の径方向外側に位置している。しかしながら、これに限られず、例えば弁座１０４の方がストッパ１２６よりも径方向外側に位置していてもよい。
【００５２】
第２弁体１０９の外周部には、上方向に突出した波状の襞１０９ｃが形成されている。襞１０９ｃはストッパ１２６よりも外周側に、周方向に亘って形成されている。
【００５３】
次に、図７〜９を参照して開閉弁２０２の動作について説明する。膨張機４０が通常運転している場合は、ガス吸入部５５から流入する作動流体の一部はバイパス通路５６ａ及び収容空間６０で停滞している。このとき、収容空間６０の作動流体の圧力と大気圧の差圧はバネ圧力よりも小さいため、第１弁体１０８は連通孔１０９ａを閉じている（図７参照）。ここで、膨張機４０がロックすると、膨張機４０の上流側の作動流体の圧力が上昇する。このとき、ガス吸入通路５７とバイパス通路５６ａ（収容空間６０を含む）の作動流体の圧力は略同一となる。膨張機４０の上流側の作動流体の圧力が上昇して、収容空間６０の作動流体の圧力と大気圧の差圧がバネ圧力以上となると、第１弁体１０８は皿バネ１１８と一体となって上方向に移動し、これにより連通孔１０９ａが開かれる。この時点では、第２弁体１０９の裏面は弁座面１０６に当接して開口１０５を閉じている（図８参照）。
【００５４】
連通孔１０９ａが開かれると、収容空間６０内の作動流体は、連通孔１０９ａを介してバイパス通路５６ｂに流れ出す。これにより収容空間６０の作動流体の圧力が低下する。このとき、収容空間６０の作動流体の圧力よりも、ガス吸入通路５７の作動流体の圧力（厳密には第２弁体１０９の下側のバイパス通路５６ａ）の方が相対的に高くなるため、ガス吸入通路５７の作動流体は連通孔１０９ｂを介して収容空間６０に流れ込む。これにより、ガス吸入通路５７の作動流体の圧力が若干低下すると共に、収容空間６０の作動流体の圧力が若干上昇する。しかしながら、連通孔１０９ａは連通孔１０９ｂよりも大きくされているため、収容空間６０から流出する作動流体の量の方が収容空間６０に流入する作動流体の量よりも多い。このため、収容空間６０の作動流体の圧力はガス吸入通路５７の作動流体の圧力よりも早く低下し、これにより収容空間６０の作動流体の圧力とガス吸入通路５７の作動流体の圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、収容空間６０の作動流体が連通孔１０９ａを介してバイパス通路５６ｂに流れ出すことにより次第に大きくなる。上記の差圧が第２弁体１０９のバネ圧力（即ち、第２弁体１０９のバネ力を第２弁体１０９の表面の面積で除した値）以上となると、第２弁体１０９の襞１０９ｃの内周部分が上方向に塑性変形し、第２弁体１０９の表面がストッパ１２６に当接する。これにより第２弁体１０９は弁座面１０６から離間して開口１０５が開かれ、開閉弁２０２が開弁する（図９参照）。第２弁体１０９は、ストッパ１２６に当接することでそれ以上塑性変形することが抑制される。即ち、ストッパ１２６は、ストッパ１２６の下端と第２弁体１０９との間隔を調整することにより、第２弁体１０９の塑性変形量を制御する。塑性変形した第２弁体１０９は、膨張機４０が運転を再開する際に新しい第２弁体１０９に交換される。なお、第２弁体１０９のバネ圧力が「第２所定値」の一例に相当する。
【００５５】
実施例２の開閉弁２０２の構成によっても、実施例１の開閉弁１０２と同様の作用効果を奏する。なお、開閉弁２０２は、収容空間６０の作動流体の圧力（即ち、ガス吸入通路５７の作動流体の圧力）と大気圧の差圧が皿バネ１１８のバネ圧力以上の場合に第１弁体１０８が連通孔１０９ａを開く。その後、作動流体の流出により圧力が低下した収容空間６０の作動流体の圧力とガス吸入通路５７の作動流体の圧力の差圧が第２弁体１０９のバネ圧力以上となると第２弁体１０９が開口１０５を開き、開閉弁２０２が開弁する。即ち、開閉弁２０２は、収容空間６０の作動流体の圧力と大気圧の差圧が皿バネ１１８のバネ圧力以上となることがトリガとなって開弁動作を開始する。請求項１の「前記吸入通路の作動流体の圧力と大気圧の差圧が第１所定値以上の場合は前記駆動部材を開弁方向に反転させるように変形して前記開閉弁を開き」とは、収容空間６０の作動流体の圧力と大気圧の差圧が皿バネ１１８のバネ圧力以上となると即座に開弁する場合だけでなく、上記のように開弁動作を開始することも含まれることに留意されたい。
【００５６】
また、開閉弁２０２では、第１弁体１０８と弁座１０４との間に第２弁体１０９を配置することにより、第１弁体１０８が開口１０５を塞ぐ必要がなくなる。このため、第１弁体１０８の大きさを、開口１０５の大きさと比較して小型化できる。従って、開口１０５の大きさを小さくすることなく、皿バネ１１８、受圧板１１６及び第１弁体１０８の大きさを小さくすることが可能となる。皿バネ１１８を小さくすることで、皿バネ１１８の反転動作に伴うハウジング１３ａ〜１３ｃへの負担を軽減することができる。皿バネ１１８を設置するためにハウジング１３ａ〜１３ｃの強度を高くする必要がない。また、皿バネ１１８を小さくすることで、開閉弁２０２の設置により流体機械が大型化することを抑制することができる。
【００５７】
また、第２弁体１０９は塑性変形するため、第２弁体１０９が弁座面１０６から離間すると、流体機械１１５の振動などに起因して、第２弁体１０９が再度弁座面１０６に当接することはない。このため、開口１０５を確実に開き続けることができる。また、開閉機構２００では、ストッパ１２６が第２弁体１０９の塑性変形量を制御する。このため、第２弁体１０９が大きく塑性変形することが抑制される。従って、第２弁体１０９が破断・脱落し破片などが生じる可能性を低減することができる。また、本実施例ではリアハウジング１３が着脱可能部１３ｃを有する。このため、着脱可能部１３ｃを取り外すことで、塑性変形した第２弁体１０９を新しい第２弁体１０９に容易に交換することが可能となる。
【実施例３】
【００５８】
本実施例は、廃熱利用装置２１０が用いられる駆動系２１１に特徴を有する。図１０に示すように、駆動系２１１の回路２１１ａは、エンジン８６と過給器２５０を備える。過給器２５０はエンジン８６の排ガスの圧力を利用して外部から取り込んだ空気を圧縮してエンジン８６に供給する。過給器２５０にはターボチャージャが用いられる。エンジン８６と過給器２５０とは配管２８１で接続されている。過給器２５０と加圧空気ボイラ２７４とは配管２８２ａで接続されている。加圧空気ボイラ２７４とエンジン８６とは配管２８２ｂで接続されている。
【００５９】
エンジン８６から排出される排ガスは配管２８１を通って過給器２５０に送られ、その後マフラ（図示省略）から排出される。過給器２５０は排ガスの圧力を利用してタービン（図示省略）を回転し、エアインテーク（図示省略）から配管２８４を介して取り込んだ空気を、圧縮機（図示省略）により圧縮する。過給器２５０により圧縮された高圧の空気（加圧空気）は配管２８２ａを通って加圧空気ボイラ２７４に送られる。加圧空気ボイラ２７４では、流体回路７８を流れる低温の作動流体と熱交換することで高圧の加圧空気が冷却される。冷却されて密度が大きくなった加圧空気は、配管２８２ｂを通ってエンジン８６に吸気される。
【００６０】
本実施例の駆動系２１１は、過給器２５０を備えており、エンジン８６に加圧空気を供給する。これにより、エンジンの出力が向上するとともに、マフラから排出される排ガスの有害成分を減少させることができる。一般に、過給器２５０を備える回路では、エンジン８６に吸気される加圧空気の供給効率を向上するために、加圧空気を冷却するインタークーラが設けられる。これにより、エンジン８６はより多くの加圧空気を吸気でき、エンジン８６の出力を向上することができる。本実施例では、インタークーラの代わりに廃熱利用装置２１０の加圧空気ボイラ２７４を用いて加圧空気を冷却する。このため、インタークーラを不要とすることができるとともに、廃熱利用装置２１０では加圧空気の排熱を利用して発電することができる。なお、加圧空気は、過給器２５０で圧縮されることで高圧となる。過給器２５０はエンジン８６の排ガスの圧力により駆動されるものであり、過給器２５０が駆動することで加圧空気が生成される。このため、加圧空気は、エンジン８６の排ガスを間接的に利用することで生成されるということができる。即ち、配管２８２ｂを流れる加圧空気は、「吸気系流体」の一例に相当する。
【００６１】
この廃熱利用装置２１０は、実施例１の廃熱利用装置１０と同様の作用効果を奏する。即ち、膨張機４０がロックしても、作動流体は流体回路７８を循環し続けることができる。このため、作動流体は、回路２１１ａを流れる加圧空気を加圧空気ボイラ２７４にて冷却し続けることができる。従って、膨張機４０がロックしても、エンジン８６の出力が低下することを抑制することができる。なお、廃熱利用装置２１０に実施例２の開閉弁２０２を用いても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例４】
【００６２】
本実施例は、廃熱利用装置３１０がエンジン冷却用回路３００に用いられている。エンジン冷却用回路３００では、エンジン８６と冷却液ボイラ３７４が配管３９０ａ，３９０ｂによって接続されている。配管３９０ｂにはポンプ（図示省略）が設置されている。ＥＣＵがポンプを駆動すると、冷却液は配管３９０ｂを介してラジエータ９２に流入する。エンジン８６を冷却して高温となった冷却液は冷却液ボイラ３７４にて、流体回路７８を流れる低温の作動流体と熱交換して冷却される。冷却された冷却液は、配管３９０ａを流れてエンジン８６に流入し、エンジン８６を冷却する。
【００６３】
エンジン８６の冷却には一般にラジエータが用いられるが、本実施例では、ラジエータの代わりに冷却液ボイラ３７４を採用している。これにより、ラジエータを不要とすることができるとともに、廃熱利用装置３１０ではエンジン８６の排熱を利用して発電することができる。
【００６４】
この廃熱利用装置３１０は、実施例１の廃熱利用装置１０と同様の作用効果を奏する。即ち、膨張機４０がロックしても、作動流体は、エンジン８６を冷却して高温となった冷却液を、冷却液ボイラ３７４にて冷却し続けることができる。このため、膨張機４０がロックしても、エンジン８６を冷却し続けることができる。なお、廃熱利用装置３１０に実施例２の開閉弁２０２を用いても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
例えば、廃熱利用装置は排熱を利用して発電するものに限られない。例えば、膨張機とポンプが連結されており、膨張機が出力する機械的エネルギーでポンプを駆動してもよい。余った機械的エネルギーは動力伝達機構を介して車両エンジンの駆動に用いてもよい。
【００６７】
また、開閉弁として、例えばピストンを用いてワンウェイクラッチの直動版とした開閉弁を用いることもできる。また、廃熱利用装置は、還流排気ボイラと加圧空気ボイラを備える駆動系に用いることもできる。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
１０：廃熱利用装置
１２：フロントハウジング
１３：リアハウジング
１４：仕切壁
１５：流体機械
３０：発電機
４０：膨張機
５５：ガス吸入部
５６：バイパス通路
５７：ガス吸入通路
５８：ガス吐出部
５９：ガス吐出通路
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ：配管
７２：ポンプ
７４：還流排気ボイラ
７６：コンデンサ
７８：流体回路
８６：エンジン
１０２：開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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