(57)【要約】【課題】複数の膨張機を備えたランキンサイクル動力回収装置において、膨張機潤滑油の配管をコンパクトにすると共に、膨張機潤滑油の使用総量を減らし、かつ、膨張機潤滑油冷却器を省略できるようにすることを目的とする。【解決手段】蒸気発生器３と、内燃機関１等の廃棄熱源と、スクロール形の高圧段膨張機５と、スクロール形の低圧段膨張機６と、凝縮器７と、復水ポンプ８と、を備えている。前記高圧段膨張機５の潤滑油入口５ｃは、高圧段用潤滑油ポンプ２１を介して前記低圧段膨張機６の潤滑油出口６ｄに接続し、前記低圧段膨張機６の潤滑油入口６ｃは、低圧段用潤滑油ポンプ２２を介して前記高圧段膨張機５の潤滑油出口５ｄに接続しており、これにより、前記各膨張機５，６内にて、膨張機潤滑油と作動媒体とを熱交換する。【選択図】図１
2008175123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器と、該蒸気発生器を加熱する廃棄熱源と、前記蒸気発生器で発生する作動媒体の蒸気により駆動するスクロール形の複数の膨張機と、該膨張機から排出された作動媒体の蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮した作動媒体の凝縮液を蒸気発生器に供給する復水ポンプと、を備えたランキンサイクル動力回収装置において、
前記膨張機として、高圧蒸気が供給される高圧段膨張機と、該高圧段膨張機よりも低圧の蒸気が供給される低圧段膨張機と、を備え、
前記高圧段膨張機の潤滑油入口は、高圧段用潤滑油ポンプを介して前記低圧段膨張機の潤滑油出口に接続され、前記低圧段膨張機の潤滑油入口は、低圧段用潤滑油ポンプを介して前記高圧段膨張機の潤滑油出口に接続され、前記各膨張機内にて、膨張機潤滑油と作動媒体とを熱交換するように構成されていることを特徴とするランキンサイクル動力回収装置。
【請求項２】
請求項１記載のランキンサイクル動力回収装置において、
前記高圧段膨張機の作動媒体出口は前記低圧段膨張機の作動媒体入口に接続されているランキンサイクル動力回収装置。
【請求項３】
請求項１記載のランキンサイクル動力回収装置において、
前記廃棄熱源として、液冷式の往復動内燃機関を備え、
前記蒸気発生器として、前記往復動内燃機関の排気ガスの熱を利用して作動媒体を蒸発させて前記高圧段膨張機に供給する高圧段用蒸気発生器と、前記往復動内燃機関の機関冷却液を前記往復動内燃機関の熱で蒸発させて前記低圧段膨張機に供給する低圧段用蒸気発生器と、を備えているランキンサイクル動力回収装置。
【請求項４】
請求項３記載のランキンサイクル動力回収装置において、
前記低圧段膨張機の作動媒体入口は、前記高圧段膨張機の作動媒体出口及び前記低圧段用蒸気発生器の作動媒体出口に接続され、前記高圧段膨張機からの作動媒体と前記低圧段用蒸気発生器からの作動媒体とを合流させ、低圧段膨張機に供給しているランキンサイクル動力回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のランキンサイクル動力回収装置において、
前記低圧段膨張機に熱交換室を設け、
該熱交換室において、廃棄熱源としての内燃機関の機関潤滑油と、低圧段膨張機内の作動媒体とを熱交換するように構成しているランキンサイクル動力回収装置。
【請求項６】
請求項５記載のランキンサイクル動力回収装置において、
前記熱交換室の機関潤滑油出口は、機関潤滑油冷却器を介して前記内燃機関の機関潤滑油入口に接続され、
前記機関潤滑油冷却器には、冷却媒体として前記復水ポンプの凝縮液を供給するように構成しているランキンサイクル動力回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生器と、廃棄熱源と、スクロール形の複数の膨張機と、凝縮器と、復水ポンプ等から構成され、発電等に利用されるランキンサイクル動力回収装置に関し、特に、上記膨張機に用いられる膨張機潤滑油の循環及びその冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクル動力回収装置に備えられたスクロール形の膨張機は、一般に、固定スクロールと揺動スクロールとを、互いのスクロールラップが噛み合うように軸方向に対向配置し、駆動軸を有する前記揺動スクロールを前記固定スクロールに対して偏芯配置し、スクロールラップ間で形成された膨張室内で気相の作動媒体を膨張させることにより、揺動スクロールを公転させ、それにより、駆動軸を駆動するように構成されている。公転する揺動スクロールは、固定スクロールとスラスト軸受との間で摺動可能に挟持されており、揺動スクロールの公転運動時、駆動軸やスラスト軸受等の摩擦による出力ロスを防ぐためには、各摺動部の潤滑が必要である。
【０００３】
スクロール形の膨張機の各摺動部を潤滑する方式としては、従来、潤滑油を混合した膨張機の作動媒体自体で行う方式（特許文献１）と、作動媒体とは別に膨張機潤滑油を循環させて行う方式があるが、潤滑性能の点では、作動媒体自体で潤滑を行う方式よりも、別の膨張機潤滑油を用いる方式が優れ、また、膨張機内の油路形成の自由度も大きく、製造が容易である。
【特許文献１】特開２０００−２２７０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作動媒体とは別の膨張機潤滑油を循環させる方式では、潤滑油ポンプ並びに潤滑使用後の潤滑油を冷却する潤滑油冷却器が必要となり、単一のスクロール形の膨張機を備えたランキンサイクル動力回収装置では、小容量の一つの潤滑油ポンプと小容量の一つの潤滑油冷却器を備えればよいが、複数の膨張機を備えたランキンサイクル動力回収装置では、膨張機毎にそれぞれ潤滑油ポンプと潤滑油冷却器を備えるか、あるいは、大容量の潤滑油ポンプと潤滑油冷却器を備えなければならず、また、使用する潤滑油も大量に必要となる。
【０００５】
[発明の目的]
本発明は、複数のスクロール形膨張機を備えたランキンサイクル動力回収装置において、各膨張機に供給される作動媒体の供給経路並びに膨張機潤滑油の循環経路等を工夫することにより、膨張機潤滑油の使用量を節約できると共に潤滑油冷却器を省略でき、経済的でコンパクトな膨張機潤滑油の循環構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、蒸気発生器と、該蒸気発生器を加熱する廃棄熱源と、前記蒸気発生器で発生する作動媒体の蒸気により駆動するスクロール形の複数の膨張機と、該膨張機から排出された作動媒体の蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮した作動媒体の凝縮液を蒸気発生器に供給する復水ポンプと、を備えたランキンサイクル動力回収装置において、前記膨張機として、高圧蒸気が供給される高圧段膨張機と、該高圧段膨張機よりも低圧の蒸気が供給される低圧段形膨張機と、を備え、前記高圧段膨張機の潤滑油入口は、高圧段用潤滑油ポンプを介して前記低圧段膨張機の潤滑油出口に接続され、前記低圧段膨張機の潤滑油入口は、低圧段用潤滑油ポンプを介して前記高圧段膨張機の潤滑油出口に接続され、前記各膨張機内にて、膨張機潤滑油と作動媒体とを熱交換するように構成されている。
【０００７】
上記構成によると、高圧段膨張機から排出された膨張機潤滑油を直接低圧段膨張機の潤滑に利用し、低圧段膨張機から排出された膨張機潤滑油を直接高圧段膨張機の潤滑に利用しているので、短い循環経路にて両膨張機に膨張機潤滑油を循環させることができ、膨張機潤滑油循環経路がコンパクトになる。
【０００８】
しかも、低圧段膨張機内では、高圧段膨張機から排出される高温の膨張機潤滑油と作動媒体とが熱交換することにより、膨張機潤滑油は冷却されるので、膨張機潤滑油の冷却器が不要となり、一方、作動媒体は加熱されるので、低圧段膨張機の出力が向上する。すなわち、高圧段膨張機の熱損失及び機関損失を、膨張機潤滑油の熱交換により、低圧段膨張機の出力として一部回収できるのである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のランキンサイクル動力回収装置において、前記高圧段膨張機の作動媒体出口を前記低圧段膨張機の作動媒体入口に接続している。
【００１０】
上記構成によると、一種類の作動媒体により、両膨張機を作動させることができると共に、作動媒体上流側の膨張機を高圧（高温）形の膨張機とし、作動媒体の下流側膨張機を低圧（低温）形の膨張機として、簡単に設定することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のランキンサイクル動力回収装置において、前記廃棄熱源として、液冷式の往復動内燃機関を備え、前記蒸気発生器として、前記往復動内燃機関の排気ガスの熱を利用して作動媒体を蒸発させて前記高圧段膨張機に供給する高圧段用蒸気発生器と、前記往復動内燃機関の機関冷却液を前記往復動内燃機関の熱で蒸発させて前記低圧段膨張機に供給する低圧段用蒸気発生器と、を備えている。
【００１２】
上記構成によると、単一の内燃機関の排気ガスの熱と内燃機関内の要冷却部の熱とを、高圧段膨張機と低圧段膨張機との作動媒体蒸発にそれぞれ利用しているので、内燃機関の動力回収効率が向上する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のランキンサイクル動力回収装置において、前記低圧段膨張機の作動媒体入口は、前記高圧段膨張機の作動媒体出口及び前記低圧段用蒸気発生器の作動媒体出口に接続され、前記高圧段膨張機からの作動媒体と前記低圧段用蒸気発生器からの作動媒体とを合流させ、低圧段膨張機に供給している。
【００１４】
上記構成によると、低圧段膨張機に供給される作動媒体の量を増加させることができるので、より多くの作動媒体の加熱と、機関潤滑油の冷却が可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のランキンサイクル動力回収装置において、前記低圧段膨張機に熱交換室を設け、該熱交換室内において、廃棄熱源としての内燃機関の機関潤滑油と、低圧段膨張機内の作動媒体とを熱交換するように構成している。
【００１６】
上記構成によると、熱交換室において、内燃機関内で高温となった機関潤滑油と、低圧段膨張機内の作動媒体とを熱交換することにより、作動媒体に熱を与え、低圧段膨張機の出力を向上させることができ、一方、機関潤滑油を冷却することにより、機関潤滑油冷却器を小形化することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のランキンサイクル動力回収装置において、前記熱交換室の機関潤滑油出口は、機関潤滑油冷却器を介して前記内燃機関の機関潤滑油入口に接続され、前記機関潤滑油冷却器には、冷却媒体として前記復水ポンプの凝縮液を供給するように構成している。
【００１８】
上記構成によると、復水ポンプから蒸気発生器に供給される作動媒体の温度を上昇させ、蒸気発生器における蒸気発生を促進し、その量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［発明の第１の実施の形態］
図１及び図２は、本発明によるランキンサイクル動力回収装置の第１の実施の形態であり、これらの図面に基づいて第１の実施の形態を説明する。
【００２０】
（ランキンサイクル動力回収装置の全体の概要）
図１はランキンサイクル動力回収装置の配管略図であり、ランキンサイクル動力回収装置は、廃熱源である内燃機関１と、該内燃機関１の排気装置２に接続された蒸気発生器３と、スクロール形の高圧段膨張機５と、スクロール形の低圧段膨張機６と、凝縮器７と、復水ポンプ８等と、を備え、各膨張機５、６の動力取出部には発電機９、９がそれぞれ連結されている。
【００２１】
スクロール形の各膨張機５，６を駆動するための作動媒体としては、水（水蒸気）が用いられている。蒸気発生器３の作動媒体出口（蒸気出口）３ｂは蒸気通路１１を介して高圧段膨張機５の作動媒体入口（蒸気入口）５ａに接続され、高圧段膨張機５の作動媒体出口（蒸気出口）５ｂは蒸気通路６２を介して低圧段膨張機６の作動媒体入口（蒸気入口）６ａに接続され、低圧段膨張機６の作動媒体出口（蒸気出口）６ｂは蒸気通路６３を介して凝縮器７の入口に接続され、凝縮器７の出口は復水ポンプ８の吸入口に接続され、復水ポンプ８の吐出口は蒸気発生器３の作動媒体入口３ａに接続されている。符号８ａは、凝縮器７の冷却媒体用のポンプである。
【００２２】
ランキンサイクル動力回収装置には、前記作動媒体の循環経路とは別に、各膨張機５，６に潤滑油を供給するための膨張機潤滑油循環経路を備えており、該膨張機潤滑油循環経路には、高圧段用潤滑油ポンプ２１及び低圧段用潤滑油ポンプ２２が配設されている。高圧段用潤滑油ポンプ２１の吐出口２１ｂは油路３１を介して高圧段膨張機５の潤滑油入口５ｃに接続され、吸入口２１ａは油路３２を介して低圧段膨張機６の潤滑油出口６ｄに接続され、低圧段膨張機６の潤滑油出口６ｄから排出される潤滑油を高圧段膨張機５の潤滑油入口５ｃに供給するようになっている。低圧段用潤滑油ポンプ２２の吐出口２２ｂは油路３３を介して低圧段膨張機６の潤滑油入口６ｃに接続され、吸入口２２ａは油路３４を介して高圧段膨張機５の潤滑油出口５ｄに接続され、高圧段膨張機５の潤滑油出口５ｄから排出される潤滑油を低圧段膨張機６の潤滑油入口６ｃに供給するようになっている。
【００２３】
（高圧段膨張機５の構造）
図２は、各スクロール形膨張機５，６の内部構造を示しており、左側に記載した高圧段膨張機５は、軸方向に対向配置された固定スクロール２５及び揺動スクロール２６と、環状のスラスト軸受２７と、揺動軸部（偏芯軸部）２８ａを一体に有するクランク状の駆動軸２８と、該駆動軸２８を回転自在に支持するころ軸受３７と、該ころ軸受３７及び前記スラスト軸受２７を支持する軸受ハウジング３８と、から主構成されている。
【００２４】
固定スクロール２５は、円板状の台板２５ａと、該台板２５ａの鏡面に形成された渦巻き状の固定スクロールラップ２５ｂと、台板２５ａの外周端部に形成された環状外周壁２５ｃとを一体に備えている。
【００２５】
揺動スクロール２６は、円板状の台板２６ａと、該台板２６ａの鏡面に形成された渦巻き状の揺動スクロールラップ２６ｂとを一体に備えている。
【００２６】
両スクロール２５，２６は、両スクロールラップ２５ｂ，２６ｂが互いに噛み合うように軸方向に対向配置され、両スクロールラップ２５ｂ，２６ｂと鏡面との間で複数の三日月状の膨張室２９を形成している。固定スクロール２５の軸芯部分には作動媒体供給体４０が設けられ、該作動媒体供給体４０には前記作動媒体入口５ａが形成され、該作動媒体入口５ａは作動媒体通路４１を介して軸芯部分の膨張室２９に連通している。
【００２７】
スラスト軸受２７は、外周端部が、固定スクロール２５の外向きフランジ部と軸受ハウジング３８の外向きフランジ部との間に挟持され、スラスト軸受２７の内周端部には環状のランド部２７ａが形成され、該ランド部２７ａにより、揺動スクロール２６の背面を摺動自在に支持している。
【００２８】
揺動スクロール２６の背面の中央部にはボス部２６ｃが一体に形成されており、該ボス部２６ｃの内周面に、ニードル軸受（又は軸受メタル）４３を介して前記駆動軸２８の揺動軸部２８ａが回転自在に嵌合している。揺動軸部２８ａの軸芯は、駆動軸２８の軸芯から一定量だけ変位しており、揺動軸部２８ａが揺動スクロール２６と共に駆動軸回りに公転することにより、駆動軸２８を回転するようになっている。また、揺動スクロール２６の背面と軸受ハウジング３８との間には、揺動スクロール２６の公転時に、揺動スクロール２６が自転するのを防止するために、リング状のオルダム継手４５が介装されている。
【００２９】
駆動軸２８の軸芯部分には、軸長方向に延びる潤滑油路５０が形成され、該潤滑油路５０の一端は前記潤滑油入口５ｃとなっている。潤滑油路５０の他端は絞り５１を介して前記揺動スクロール２６のボス部２６ｃ内に開口し、潤滑油を揺動スクロール２６の台板２６ａの中央部に向けて噴射するようになっている。揺動スクロール２６の台板２６ａの背面と軸受ハウジング３１の正面との間で形成された空間部の下端部には、潤滑油溜まり５３が形成され、該潤滑油溜まり５３は、前記潤滑油出口５ｄ及び油路３４を介して低圧段用潤滑油ポンプ２２の吸入口２２ａに連通している。
【００３０】
（低圧段膨張機６の構造）
図２において、低圧段膨張機６の基本的な構造は、潤滑油経路を除いて前記高圧段膨張機５と略同様であり、同じ機能を果たす同名称の部品には、同じ符号を付してある。
【００３１】
図２の右側に記載した低圧段膨張機６において、駆動軸２８の軸芯部分には、軸長方向に延びる潤滑油路５０が形成され、該潤滑油路５０の一端は前記潤滑油入口６ｃとなっている。潤滑油路５０の他端は絞り５１を介して揺動スクロール２６のボス部２６ｃ内に開口し、潤滑油を揺動スクロール２６の台板２６ａの中央部に向けて噴射するようになっている。上記潤滑油経路に加え、該実施の形態では、軸受ハウジング３８の外周壁にも潤滑油入口６ｃが形成され、該潤滑油入口６ｃ及び油路５６を介してスラスト軸受２７のランド部２７ａに形成された環状油室５８に連通している。
【００３２】
（作動媒体の流れ）
（１）図１において、液相の作動媒体（凝縮液等）が通過する通路６１は破線で示し、気相の作動媒体（蒸気）が通過する通路１１，６２，６３は実線で示している。蒸気発生器３で発生した高温高圧の蒸気（気相の作動媒体）は、高圧段膨張機５の中心部の作動媒体入口５ａに供給される。
【００３３】
（２）図２において、高圧段膨張機５の中心部の作動媒体入口５ａから中心部付近の膨張室２９内に圧入された高温高圧の蒸気は、膨張室２９内で膨張することにより、揺動スクロール２６を公転させ、それにより駆動軸２８を回転させ、発電する。
【００３４】
（３）高圧段膨張機５内で膨張した蒸気は、外周端部の作動媒体出口５ｂから排出され、図１の通路６２を通り、低圧段膨張機６の作動媒体入口６ａに供給される。低圧段膨張機６内では、前記高圧段膨張機５と同様に膨張し、発電機９を駆動し、作動媒体出口６ｂから排出される。
【００３５】
（４）低圧段膨張機６から排出された蒸気は凝縮水も含んでおり、通路６３を通って凝縮器７に供給され、全体が凝縮される。
【００３６】
（５）凝縮器７で凝縮された作動媒体は、通路６１を通って復水ポンプ８に吸い込まれ、再度、蒸気発生器３に供給され、内燃機関１の排気ガスの熱により、蒸発する。
【００３７】
（膨張機潤滑油の流れ）
（１）図１において、膨張機潤滑油循環経路は、太い実線で示している。高圧段用潤滑油ポンプ２１内で加圧され吐出口２１ｂから吐出された膨張機潤滑油は、高圧段膨張機５の潤滑油入口５ｃから高圧段膨張機５内に入り、各摺動部を潤滑すると共に、高圧段膨張機５内の作動媒体と熱交換し、温度上昇して潤滑油出口５ｄから排出され、油路３４を介して低圧段用潤滑油ポンプ２２に吸い込まれる。
【００３８】
（２）低圧段用潤滑油ポンプ２２内で加圧され吐出口２２ｂからから吐出された高温の膨張機潤滑油は、低圧段膨張機６の潤滑油入口６ｃから低圧段膨張機６内に入り、各摺動部を潤滑すると共に、低圧段膨張機６内の作動媒体と熱交換し、冷却されて潤滑油出口６ｄから排出され、高圧段用潤滑油ポンプ２１に吸い込まれる。
【００３９】
（３）図２により、各膨張機５、６内の膨張機潤滑油の流れ及び作用を詳しく説明する。図２の左側に記載した高圧段膨張機５において、駆動軸２８内の潤滑油路５０に供給された膨張機潤滑油は、絞り５１から揺動スクロール２６の中心部の背面に吹き付けられ、これにより、中心部の膨張室２９内の蒸気（作動媒体）はインピンジメント冷却され、一方、膨張機潤滑油は熱交換により温度が上昇する。温度上昇した膨張機潤滑油は、ボス部２６ｃ内の軸受４３を潤滑すると共に径方向の外方に移動し、スラスト軸受２７のランド部２７ａを潤滑した後、（高温）潤滑油溜まり５３に溜まり、潤滑油出口５ｄから排出され、低圧段用潤滑油ポンプ２２に吸い込まれる。
【００４０】
（４）図２の右側に記載した低圧段膨張機６において、低圧段用潤滑油ポンプ２２により加圧された高温の膨張機潤滑油は、駆動軸２８に形成された潤滑油入口６ｃから供給されると共に、固定スクロール２５の外周壁に形成された潤滑油入口６ｃからも供給される。駆動軸２８内の潤滑油路５０に供給された高温の膨張機潤滑油は、絞り５１から揺動スクロール２６の中心部の背面に吹き付けられ、中心部の膨張室２９内の蒸気（作動媒体）を加熱する。これにより、低圧段膨張機６の出力が増加され、一方、膨張機潤滑油は冷却される。インピンジメントによる熱交換（加熱及び冷却）は、少ない潤滑油量でも大きな熱伝達率を得ることができ、効率的な熱の授受ができる。また、固定スクロール２５の外周端部の潤滑油入口６ｃから供給された膨張機潤滑油は、スラスト軸受２７の環状油室５８に供給され、これにより、ランド部２７ａを潤滑すると共に低圧段膨張機６の外周端部近傍の作動媒体を加熱し、低圧段膨張機６の出力を増加させる。低圧段膨張機６の軸受４３及びスラスト軸受２７のランド部２７ａを潤滑した潤滑油は、（低温）潤滑油溜まり５３に溜まり、潤滑油出口６ｄを介して高圧段用潤滑油ポンプ２１に吸い込まれる。
【００４１】
（５）このように、高圧段膨張機５の熱損失及び機械損失並びに低圧段膨張機６の機械損失の一部が、膨張機潤滑油と作動媒体との熱交換を介して、低圧段膨張機６内の作動媒体の加熱に利用されるので、上記損失を出力の一部として回収できる。ちなみにランキンサイクル効率を２０％とし、膨張機の理想仕事量に対して１０％の入熱から２％を動力として回収でき、膨張機効率は約２ポイント向上する。勿論、外部の潤滑油冷却機構も省略できる。
【００４２】
［発明の第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態であり、高圧段膨張機５と低圧圧段膨張機６とを、同一回転軸（駆動軸）７０上に配置し、両膨張機５，６間の中央部に共通の発電機９を配置した構造となっている。高圧段膨張機５と発電機９との間に高圧段用潤滑油ポンプ２１及び高圧側の潤滑油溜まり５３が配置され、低圧段膨張機６と発電機９との間に低圧段用潤滑油ポンプ２２及び低圧側の潤滑油溜まり５３が配置されている。その他の構造は、第１の実施の形態と同様であり、詳細は省略している。
【００４３】
該実施の形態によると、各潤滑油ポンプ２１，２２と潤滑油溜まり５３，５３の潤滑油が熱遮断のバッファとなり、各膨張機５，６から発電機９への熱伝達を遮断し、発電機９の温度上昇を防ぐことができる。勿論、低圧段膨張機６では、前記第１の実施の形態と同様に、機械損失と熱損失の一部を、潤滑油の熱交換により、出力として回収できる。
【００４４】
［発明の第３の実施の形態］
図４〜図６は、本発明の第３の実施の形態であり、図４において、内燃機関１として往復動内燃機関を備え、低圧段膨張機６の作動媒体として、往復動内燃機関１の機関冷却液を用いている。さらに、低圧段膨張機６に熱交換室８１を増設し、該熱交換室８１において、内燃機関１から排出される高温の機関潤滑油と低圧段膨張機６内の作動媒体との熱交換を行うようになっている。
【００４５】
詳しく説明する。図４において、低圧段膨張機６の作動媒体循環経路として、内燃機関１の要冷却部（シリンダ及びシリンダヘッド等）の上側に蒸発タンク（低圧段用蒸気発生器）８０を設けており、該蒸発タンク８０の蒸気出口（低圧段用作動媒体出口）８０ｂは低圧段膨張機６の作動媒体入口６ａに接続されている。低圧段膨張機６の作動媒体出口６ｂは、高圧段膨張機５の作動媒体出口５ｂに接続された通路６２に合流し、凝縮器７に接続されている。凝縮器７の出口は、通路６１を介して第１の復水ポンプ８に接続され。該第１の復水ポンプ８の出口に接続された通路７１は、分岐通路７１ａを介して内燃機関１内の冷却液通路に接続されると共に、第２の復水ポンプ７２に接続されている。該第２の復水ポンプ７２の出口に接続された通路７４は、後述する機関潤滑油冷却器７３を介して蒸気発生器３の作動媒体入口３ａに接続されている。
【００４６】
低圧段膨張機６に増設した熱交換室８１の潤滑油入口８１ａは、内燃機関１の潤滑油出口１ｂに接続され、熱交換室８１の潤滑油出口８１ｂは、潤滑油冷却器７３を介して内燃機関１の潤滑油入口１ａに接続されている。上記機関潤滑油冷却器７３には、前述のように、復水ポンプ７２からの液状の作動媒体が供給され、この作動媒体により、機関潤滑油を最終的に冷却して、内燃機関１に戻すようになっている。
【００４７】
すなわち、低圧段膨張機６の熱交換室８１内においては、内燃機関１内で高温となった機関潤滑油と、低圧段膨張機６内の作動媒体とを熱交換することにより、作動媒体に熱を与え、低圧段膨張機６の出力を向上させ、一方、機関潤滑油を冷却しており、これにより、機関潤滑油冷却器７３を小形化することができる。また、機関潤滑油冷却器７３に第２の復水ポンプ７２からの作動媒体を供給することにより、該作動媒体の温度を上昇させ、蒸気発生器３における蒸気発生を促進させることができる。
【００４８】
図５及び図６は低圧段膨張機６の熱交換室８１の具体例であり、図５に示すように、低圧段膨張機６の固定ハウジング２５の背面に螺旋状の熱交換室８１が形成され、カバー８３により覆われている。図６に示すように、螺旋状の熱交換室８１の外周端部に機関潤滑油入口８１ａが形成され、中央部に機関潤滑油出口８１ｂが形成されている。
【００４９】
図４の内燃機関１の潤滑油出口１ｂから排出された高温（９０℃〜１００℃）の機関潤滑油は、油路８４を介して熱交換室８１に送られ、図６において、熱交換室８１の外周端部の潤滑油入口８１ａから熱交換室８１内に入り、中央部へと流れる。高温の機関潤滑油は、熱交換室８１内を流れる間に、図５の低圧段膨張機６の膨張室２９内の作動媒体と熱交換する。すなわち、機関潤滑油は冷却され、膨張室２９内の作動媒体は加熱される。
【００５０】
上記のように、熱交換室８１の外周端部から高温の機関潤滑油を導入していると、熱交換相手の作動媒体は中央部から膨張室２９に導入されているので、作動媒体の温度が最も低下する外周端部において、作動媒体と機関潤滑油との温度差が最も大きくなり、効率良く熱交換できる。
【００５１】
内燃機関１の冷却は９０℃前後で行われ、機関冷却液に逃げるエネルギーは燃料エネルギーの約３０％ある。一方、内燃機関１で機関潤滑油に逃げる熱量は、燃料エネルギーの５〜１０％であり、排出時の温度は９０℃前後ある。つまり熱源として考えれば、機関潤滑油は低圧段膨張機６用の作動媒体と同じ温度レベルにあり、量的には冷却水に逃げる熱量の約１／６〜１／３程度ある。ランキンサイクル動力回収装置の低圧段膨張機６の作動媒体は、９０℃前後から室温近くまで温度降下することから、低圧段膨張機６の膨張途中の作動媒体の加熱のために、内燃機関１の機関潤滑油は十分使用可能である。
【００５２】
また、該実施の形態においては、機関潤滑油冷却器７３の冷却液側に復水ポンプ７２からの作動媒体を通すことにより、機関潤滑油に逃げたエネルギーを作動媒体のエネルギーとして回収でき、動力回収量を増やすことができると共に、熱交換室８１で冷却しきれなかった分を十分冷却することができる。
【００５３】
［発明の第４の実施の形態］
図７は本発明の第４の実施の形態であり、前記第３の実施の形態に加え、高圧段膨張機５の作動媒体出口５ｂから排出される作動媒体を、内燃機関１の蒸発タンク８０の蒸気出口（低圧段用作動媒体出口）８０ｂから供給される作動媒体と合流させて、低圧段膨張機６の作動媒体入口６ａに供給する構造である。その他の構造は第３の実施の形態と同じであり、同じ部品には同じ符号を付している。
【００５４】
第４の実施の形態によると、低圧段膨張機６に供給される作動媒体の量が、図５の第３の実施の形態に比べて増加するので、より多くの作動媒体の加熱と、機関潤滑油の冷却が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明によるランキンサイクル動力回収装置の第１の実施の形態の全体配管図である。
【図２】図１のランキンサイクル動力回収装置の各膨張機の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の全体配管略図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の全体配管略図である。
【図５】第３の実施の形態の各膨張機の断面図である。
【図６】第３の実施の形態の熱交換室の背面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の全体配管略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  往復動形の内燃機関（廃棄熱源）
２  排気装置
３  蒸気発生器
５  スクロール形の高圧段膨張機
５ａ  作動媒体入口
５ｂ  作動媒体出口
５ｃ  膨張機潤滑油入口
５ｄ  膨張機潤滑油出口
６  スクロール形の低圧段膨張機
６ａ  作動媒体入口
６ｂ  作動媒体出口
６ｃ  膨張機潤滑油入口
６ｄ  膨張機潤滑油出口
７  凝縮器
８  復水ポンプ
９  発電機
２１  高圧段用潤滑油ポンプ
２１ａ  吸込口
２１ｂ  吐出口
２２  低圧段用潤滑油ポンプ
２２ａ  吸込口
２２ｂ  吐出口
２９  膨張室
７３  機関潤滑油冷却器
８０  蒸発タンク（低圧段用の蒸気発生器の一例）
８１  熱交換室
【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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