(57)【要約】【課題】膨張機が収容されたハウジングの外部に取り出された回転駆動力を熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う補助動力として利用する。【解決手段】本発明の補助動力発生装置は、膨張機３を備えた熱機関４と、膨張機３で発生する回転駆動力を膨張機３のハウジング５の外部へ取り出す動力伝達軸６とを有する補助動力発生装置であって、膨張機３のハウジング５はその隔壁７で囲まれた内部に膨張機３の駆動部２を収容しており、動力伝達軸６は、隔壁７を間に介して膨張機３のハウジング５の内外に分断されているとともに膨張機３の回転駆動力をハウジング５の外部に伝達するべく磁気カップリング１０を備えており、磁気カップリング１０を介して取り出された回転駆動力を熱機関４とは別に設けられた駆動源１６の動力で回転機械１１を駆動させる際に駆動源１６の動力を補う補助動力に用いる。【選択図】図１
2013092144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張機を備えた熱機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を当該膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有する補助動力発生装置であって、
前記膨張機のハウジングはその隔壁で囲まれた内部に前記膨張機の駆動部を収容しており、
前記動力伝達軸は、前記隔壁を間に介して前記膨張機のハウジングの内外に分断されているとともに前記膨張機の回転駆動力を当該ハウジングの外部に伝達するべく磁気カップリングを備えており、
前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力を前記熱機関とは別に設けられた駆動源の動力で回転機械を駆動させる際に当該駆動源の動力を補う補助動力に用いることを特徴とする補助動力発生装置。
【請求項２】
前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記回転機械への前記補助動力の伝達状態を制御するクラッチ機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の補助動力発生装置。
【請求項３】
前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記動力伝達軸の回転速度を変速するとともに前記補助動力を下流側へ伝達する変速機が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の補助動力発生装置。
【請求項４】
前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記補助動力を用いて発電を行う発電機が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の補助動力発生装置。
【請求項５】
前記膨張機のハウジングの内部には、前記膨張機の駆動部を介して取り出された回転駆動力を用いて発電を行うとともに前記補助動力を下流側へ伝達する発電機が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の補助動力発生装置。
【請求項６】
前記回転機械が供給されたガスを高圧に圧縮する圧縮機であって、前記圧縮機の駆動源がモータとされており、
前記モータの動力でガス圧縮機を駆動させる際に、前記熱機関で発生した回転駆動力を当該モータの動力を補う補助動力に用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補助動力発生装置。
【請求項７】
前記熱機関は、熱源から供給された熱量により液体の作動媒体を気化させる蒸発器と、前記蒸発器で気化した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機で膨張した作動流体を凝縮させて液体の作動媒体に変化させる凝縮器と、液体の作動媒体を蒸発器に圧送する媒体循環ポンプと、を備えるバイナリサイクル機関であって、
前記熱機関の蒸発器には、前記圧縮機で断熱圧縮されたガスが有する熱量が、液体の作動媒体を気化させる熱源として供給されることを特徴とする請求項６に記載の補助動力発生装置。
【請求項８】
前記回転機械は、２つ以上の圧縮機を備えた多段圧縮機であって、
各圧縮機から吐出された高圧のガスが、前記熱機関内の作動媒体を気化させる熱源として前記蒸発器へ供給されることを特徴とする請求項６または７に記載の補助動力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関で発生した動力をこの熱機関の外部に取り出して、この熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う補助動力として利用することができる補助動力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関の中でも外燃機関は、水や、アンモニア、ペンタン、フロン、代替フロンなどの低沸点媒体（水より沸点の低い媒体）などの作動媒体（作動流体とも言う）をランキンサイクルなどの熱力学サイクルによって膨張させたり凝縮させたりすることで熱を動力に変換する（熱エネルギーを運動エネルギーに変換する）構成となっている。このような熱機関は作動媒体の蒸気を膨張させる膨張機を備えており、膨張機は外部から気密状に隔離されたハウジングの内部に収容されている。この膨張機で得られた回転駆動力は軸を介して膨張機が収容されているハウジング外に取り出され、コンプレッサ、ブロア、ポンプ、発電機などの回転機械を回転させるために用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、作動流体の膨張により回転力を発生する膨張機構と、膨張機構の回転力によって駆動される発電機と、膨張機構の回転力によって駆動されるポンプ機構とを備えた流体機械において、前記ポンプ機構を容量可変に構成したことを特徴とする流体機械が開示されている。
また、特許文献２には、ランキンサイクルの熱エネルギーを回転動力へと変換する膨張機と、回転動力により駆動されてランキンサイクルの圧力を上げる給液ポンプと、回転駆動力を発生するモータとを備え、これらで回転軸を共有した流体機械が開示されている。
【０００４】
これらの装置（流体機械）は、いずれも熱機関の一部である膨張機と、発電機やポンプなどの回転機械などを１つのハウジング内に一緒に収容したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８５７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１や特許文献２の装置（流体機械）においては、作動媒体の漏洩を防止するために膨張機を収容するハウジングにシールを設けることが必要不可欠になる。
ここで特許文献１や特許文献２の図１の記載例のように、膨張機と、発電機やポンプなどの回転機械とを１つのハウジング内に一緒に収容する場合、膨張機と回転機械とを繋ぐ軸の軸シールを不要とすることができる場合がある。しかしながら、ハウジングや回転機械として専用品が必要となり、汎用品が使用できないという問題が有る。また、動力発生装置やこれを用いた発電設備のイニシャルコストアップに繋がりやすい。
【０００７】
一方で特許文献２の図１９や図２０の記載例のように、動力伝達のための回転軸がハウジングを貫通して外部に突き出るような場合、特に大気中に放出されることが好ましくないような低沸点媒体を作動媒体に用いるバイナリ発電などにおいては、軸のシールは重要である。特許文献２の図１９や図２０の設備では、回転機（モータ９)と膨張機との間にシャフトシールが設けられていて、作動媒体が回転機側に漏洩しない構造を採用している。しかしながら、こういったシャフトシールを採用しても、作動媒体の漏洩を確実に防止することが難しく、また煩雑なシャフトシールのメンテナンスが必要である。また、動力発生装置やこれを用いた発電設備のランニングコストアップに繋がりやすい。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、一つのハウジング内に熱機関と回転機とを一緒に収容したり動力を伝達する軸に軸シール機構を採用したりしなくても、作動媒体の漏洩を防止しつつ膨張機で発生した回転駆動力を膨張機が収容されたハウジングの外部に効率よく伝達することができ、回転駆動力を熱機関とは別に設けられた駆動源の動力で駆動する回転機械に送ってこの駆動源の動力を補う補助動力として利用することが
できる補助動力発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の補助動力発生装置は次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明の補助動力発生装置は、膨張機を備えた熱機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を当該膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有する補助動力発生装置であって、前記膨張機のハウジングはその隔壁で囲まれた内部に前記膨張機の駆動部を収容しており、前記動力伝達軸は、前記隔壁を間に介して前記膨張機のハウジングの内外に分断されているとともに前記膨張機の回転駆動力を当該ハウジングの外部に伝達するべく磁気カップリングを備えており、前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力を前記熱機関とは別に設けられた駆動源の動力で回転機械を駆動させる際に当該駆動源の動力を補う補助動力に用いることを特徴とするものである。
【００１０】
好ましくは、前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記回転機械への前記補助動力の伝達状態を制御するクラッチ機構が設けられているとよい。
好ましくは、前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記動力伝達軸の回転速度を変速するとともに前記補助動力を下流側へ伝達する変速機が設けられているとよい。
【００１１】
好ましくは、前記磁気カップリングを介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路に、前記補助動力を用いて発電を行う発電機が設けられているとよい。
好ましくは、前記膨張機のハウジングの内部には、前記膨張機の駆動部を介して取り出された回転駆動力を用いて発電を行うとともに前記補助動力を下流側へ伝達する発電機が設けられているとよい。
【００１２】
好ましくは、前記回転機械が供給されたガスを高圧に圧縮する圧縮機であって、前記圧縮機の駆動源がモータとされており、前記モータの動力でガス圧縮機を駆動させる際に、前記熱機関で発生した回転駆動力を当該モータの動力を補う補助動力に用いるとよい。
好ましくは、前記熱機関は、熱源から供給された熱量により液体の作動媒体を気化させる蒸発器と、前記蒸発器で気化した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機と、前記膨張機で膨張した作動流体を凝縮させて液体の作動媒体に変化させる凝縮器と、液体の作動媒体を蒸発器に圧送する媒体循環ポンプと、を備えるバイナリサイクル機関であって、前記熱機関の蒸発器には、前記圧縮機で断熱圧縮されたガスが有する熱量が、液体の作動媒体を気化させる熱源として供給されるとよい。
【００１３】
好ましくは、前記回転機械は、２つ以上の圧縮機を備えた多段圧縮機であって、各圧縮機から吐出された高圧のガスが、前記熱機関内の作動媒体を気化させる熱源として前記蒸発器へ供給されるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の補助動力発生装置によれば、一つのハウジング内に熱機関と回転機械とを一緒に収容したり動力を伝達する軸に軸シール機構を採用したりしなくても、作動媒体の漏洩を防止しつつ膨張機で発生した回転駆動力を膨張機が収容されたハウジングの外部に効率よく伝達することができ、回転駆動力を熱機関とは別に設けられた駆動源の動力で駆動する回転機械に送ってこの駆動源の動力を補う補助動力として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図２】第２実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図３】第３実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図４】第４実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図５】第５実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図６】第６実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図７】第７実施形態の補助動力発生装置を示す図である。
【図８】膨張機からモータへの動力伝達の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
「第１実施形態」
以下、本発明に係る補助動力発生装置１の第１実施形態を、図面に基づき説明する。
図１に示すように、第１実施形態の補助動力発生装置１は、作動流体Ｔの蒸気の膨張により回転駆動する駆動部２（本実施形態においてはスクリュロータ２）を有する膨張機３を備えた熱機関４と、この膨張機３で発生する回転駆動力を膨張機３が収容されたハウジング５の外部へ取り出す動力伝達軸６とを有するものである。このハウジング５はその隔壁７で囲まれた内部に膨張機３の駆動部２を収容している。動力伝達軸６は、隔壁７を間に介してハウジング５の内に位置する駆動軸８とハウジング５外に位置する従動軸９とに分断されている。また分断された動力伝達軸６、即ち、駆動軸８と従動軸９には、膨張機３の回転駆動力をハウジング５の外部に伝達するために磁気カップリング１０が設けられている。このように、補助動力発生装置１は、駆動軸８および従動軸９からなる動力伝達軸６と磁気カップリング１０とで構成されており、動力伝達軸６によって回転駆動力をハウジング５の外部に伝達するとともに熱機関４とは別に設けられた回転機械１１に送って、この回転機械１１の補助動力として利用する構成とされている。
【００１７】
なお、第１実施形態では、熱機関４としてバイナリサイクルを例示する。とはいえ、熱機関４としては、熱を動力に変換する機関であれば、どのような機関も含まれる。バイナリサイクルのようなランキンサイクルを利用した機関以外にも、例えば蒸気機関、蒸気タービン、スターリングサイクルのような外燃機関、あるいはガスタービンのような内燃機関が含まれる。
【００１８】
図１に示すように、バイナリサイクルは、液体の作動流体Ｔを蒸発させる蒸発器１３と、この蒸発器１３で蒸発した作動流体Ｔの蒸気を膨張させて駆動部２（例えば、後述するスクリュロータ２）を回転駆動させる膨張機３と、この膨張機３で膨張した作動流体Ｔの蒸気を凝縮させて液体の作動流体Ｔに変化させる凝縮器１２と、この凝縮器１２で凝縮した液体の作動流体Ｔを蒸発器１３に圧送することにより作動流体Ｔを循環させる媒体循環ポンプ１４と、を閉ループ状に接続された循環流路上に備えている。
【００１９】
膨張機３は、膨張する前後の蒸気の圧力差を利用して回転駆動するスクリュロータ２（駆動部２）を有している。スクリュロータ２は、駆動軸８を中心に回転自在となっており、発生した回転駆動力を駆動軸８を介してこの駆動軸８に接続された磁気カップリング１０に伝達可能となっている。
膨張機３のスクリュロータ（駆動部）２の周囲にはハウジング５（隔壁７）が設けられており、このハウジング５により内部と外部とを気密的に隔離できるようになっている。この気密的に隔離されたハウジング５の内部には、スクリュロータ２と共にバイナリサイクルで用いられる低沸点媒体の作動流体Ｔが収容されている。
【００２０】
上述した膨張機のスクリュロータで生起した回転駆動力を、この膨張機が設けられた熱機関（上述したバイナリサイクルなど）とは別に設けられた駆動源の動力で駆動する回転機械に伝達してこの回転機械を駆動する補助動力に用いる場合には、通常は膨張機と回転機械との間に膨張機で発生した回転駆動力を回転機械に伝達可能な動力伝達手段を設けなくてはならない。
【００２１】
従来、このような動力伝達手段として、膨張機のハウジングの内外を貫通するように設けられた回転軸が採用される場合には、この回転軸とハウジングとの間から作動流体が漏洩することを抑制する軸シールの設置が必要不可欠となっていた。このような軸シールを設けると、装置のメンテナンスが煩雑となって、ランニングコストのアップに繋がったり、収容された作動流体の漏出の虞もあるため好ましくない。この問題を解決するために、従来は一つのハウジング内に膨張機と回転機械とを一緒に収容して作動流体の漏出を防止することも行われていた。このように膨張機と回転機械とを一つのハウジングに一緒に収容すると、両者間の軸シールが不要となる場合があるが、回転機械として適用できるものの範囲が非常に限られてしまい、イニシャルコストのアップに繋がったり、汎用品が使用できないため好ましくない。
【００２２】
そこで、本発明の補助動力発生装置１には、隔壁７を介して膨張機３の回転駆動力をハウジング５外に伝達する磁気カップリング１０を有するものとしている。すなわち、補助
動力発生装置１は、膨張機３と回転機械１１との間で回転駆動力を伝達可能とするために、隔壁７を間に介して駆動軸８と従動軸９とに分断された動力伝達軸６と、さらに隔壁７を介してハウジング５の内外に分かれているこれら両軸を磁気的に連結する磁気カップリング１０とを備えており、これらの動力伝達軸６と磁気カップリング１０とを有する動力伝達経路１５を具備している。そして、磁気カップリング１０を介して取り出された回転駆動力を上述した熱機関４（バイナリサイクル）とは別に設けられた駆動源１６の動力で駆動する回転機械１１に送って、この回転機械１１を駆動するための補助動力に用いている。
【００２３】
また、磁気カップリング１０を介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路１５には、動力伝達軸６の回転速度を変速するとともに補助動力を下流側へ伝達する変速機１７と、回転機械１１への補助動力の伝達状態を制御するクラッチ機構１８とが設けられている。
次に、補助動力発生装置１を構成する磁気カップリング１０、動力伝達軸６、変速機１７、クラッチ機構１８、並びにこの補助動力発生装置１で発生した補助動力を用いる回転機械１１について説明する。
【００２４】
図１に示すように、動力伝達軸６の一つである駆動軸８は、膨張機３のスクリュロータ２の回転軸心に沿って配備された回転軸である。駆動軸８の一端（図１の左側）は膨張機３の駆動部２であるスクリュロータ２に連結されており、他端（図１の右側）は隔壁７の近傍にまで伸びていて、この他端側の先端には駆動側磁石の装着された磁気カップリング１０の外筒体２０が設けられている。
【００２５】
一方、動力伝達軸６の一つである従動軸９は、駆動軸８と同軸な方向に沿って配備された回転可能な軸である。従動軸９の一端（図１の左側）は膨張機３側に向かって伸びていて、この一端には従動側磁石の装着された内挿体２２が設けられており、他端（図１の右側）は後述する回転機械１１に接続されている。
磁気カップリング１０は、駆動軸８に設けられた外筒体２０と、従動軸９に設けられた内挿体２２とで構成されている。外筒体２０は、回転機械１１側(反スクリュロータ２側）を向いて開口する有底円筒状の部材であり、非磁性体から形成されている。外筒体２０には駆動軸８が同軸状に連結されており、またその円筒状に形成された部分には、互いに対向するように、周方向に離れて配備された２個の駆動側磁石が設けられている。
【００２６】
内挿体２２は、円柱体であり、外筒体２０同様に非磁性体から形成されている。内挿体２２は、外筒体２０の内側に遊挿可能となっており、内挿体２２の外周面（外筒体２０の内側に挿し込まれる部分の外周面）には駆動側磁石に応じた数の従動側磁石が取り付けられている。
これら駆動側磁石と従動側磁石とは、互いに異なる磁極を対面させるようにして配備されていて、両磁石の間に隔壁７を透過して磁気的な引力が誘起されるようになっており、駆動軸８の回転駆動力を従動軸９に伝達できるようになっている。
【００２７】
なお、駆動側磁石及び従動側磁石は、図例ではネオジウム磁石やサマリウムコバルト磁石のような永久磁石であるが、電磁石を用いても良い。
上述した従動軸９には磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力が伝達されており、この従動軸９を介して変速機１７に回転駆動力を伝達可能とされている。この変速機１７は、入力側（従動軸９）の回転速度を回転機械１１に最適な回転速度に変速して出力側（従動軸９）に回転駆動力を伝達するものである。また、従動軸９には回転機械１１の回転軸（後述するポンプ駆動軸２３）が接続されている。このようにして変速機１７で変速された回転駆動力は回転機械１１の補助動力として下流側へ伝達される。この変速機１７には歯車やベルトなどを用いたものを利用することができる。また、変速機１７には、入力側の軸の回転数に対して、出力側の軸の回転数を減速するもの、増速するもの、等速にするものなどを用いることができる。
【００２８】
クラッチ機構１８は、回転機械１１への補助動力の伝達状態を制御するものであり、動力伝達経路１５上の変速機１７の出力側（従動軸９）に設けられて回転機械１１に対する回転駆動力の伝達を遮断・接続することが可能となっている。このクラッチ機構１８は、
互いに対面して配備された一対のクラッチ板（図示略）と、これら一対のクラッチ板を接離自在に操作する操作レバー２４とを有している。そして、操作レバー２４を用いてクラッチ板同士を面状態で接触させたり離間させたりすることで、回転機械１１に対する回転駆動力の伝達を遮断可能となっている。なお、クラッチ機構１８は、伝達状態を制御する際に任意に滑り状態を生じさせることができる摩擦クラッチを好適に用いることができ、またレバー操作以外の電磁操作や流体圧操作するものであってもよい。
【００２９】
回転機械１１は、上述した熱機関４（バイナリサイクル）とは別に設けられた駆動源１６の動力で駆動されるものであり、駆動源１６の動力で装置内部の部材を回転させて作動されるポンプやコンプレッサなどのような流体機械、あるいは自動車や船舶のようにエンジン（駆動源１６）を用いる機械において、エンジン（駆動源１６）の回転駆動力を用いて回転される部材が挙げられる。また、このような回転機械１１には、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンを駆動源１６として発電を行う発電機２５などを用いても良い。さらに、回転機械１１の駆動源１６には、内燃機関を利用したガソリンエンジンやディーゼルエンジンだけでなく電動モータなどを用いても良い。
【００３０】
ところで、本発明の補助動力発生装置１は、熱機関４の膨張機３から回転機械１１の回転ロータまでの動力伝達経路１５がどのような並びになっているか、また発電機２５が付帯されるか否かで、以降の第１実施形態〜第６実施形態に示すようなさまざまな実施形態を考えることができる。
図１に示すように、第１実施形態の補助動力発生装置１は、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力を動力伝達軸６の従動軸９を介して回転機械１１に送る動力伝達経路１５を有している。そして、この動力伝達経路１５上には、磁気カップリング１０から変速機１７、クラッチ機構１８、駆動源１６が順番に並んでおり、駆動源１６を経由した回転駆動力が最後にポンプロータ２６に出力される構成となっている。つまり、この第１実施形態の補助動力発生装置は、膨張機３からポンプロータ２６までの動力伝達経路１５上に駆動源１６である電動モータが存在するものであって、発電機２５を付帯しない装置の例を示すものである。
【００３１】
上述した補助動力発生装置１では、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力は、磁気カップリング１０に連結された従動軸９を介して最初に変速機１７に伝達される。そして、変速機１７で回転機械１１を駆動させるのに最適な回転速度に変速された後、変速後の回転駆動力はクラッチを介して回転機械１１の駆動源１６に伝達（入力）される。本実施形態の回転機械１１は、駆動源１６の動力をポンプ駆動軸２３を介してポンプロータ２６に伝達し、このポンプロータ２６を回転駆動することにより作動（吸引や吐出）するポンプとなっている。
【００３２】
そして、上述したように変速機１７で変速された後の回転駆動力は、駆動源１６自体の回転駆動力と合わさってこのポンプ駆動軸２３に直接的に入力されており、ポンプ駆動軸２３において磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力と駆動源１６で発生した動力とを合わせた動力が伝達されることにより、発生源が異なる２つの回転駆動力を併用してポンプを駆動できるようになっている。
【００３３】
言い換えれば、第１実施形態の補助動力発生装置１は、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力を、電動モータの動力でポンプを駆動させる際の補助動力に用いた例であるということもできる。このような補助動力発生装置１を用いれば、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力を補助動力として用いることができ、駆動源１６である電動モータの消費電力の削減に効果がある。また、電動モータに代えてガソリンエンジンを駆動源１６として用いた場合には、燃費向上に効果がある。
「第２実施形態」
なお、上述した第１実施形態は、動力伝達経路１５上に磁気カップリング１０、変速機１７、クラッチ機構１８、駆動源１６、ポンプロータ２６が順番に並んだものであったが、駆動源１６とポンプロータ２６との並びを動力伝達経路１５上で入れ替えて配置することもできる。
【００３４】
すなわち、図２に示すように、第２実施形態の補助動力発生装置１は、ポンプロータ２６のポンプ駆動軸２３の両端に変速機１７と駆動源１６である電動モータとが分かれて接続されているものであって、発電機２５を付帯しない装置の例を示すものである。
このような補助動力発生装置１を用いても、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力を補助動力として用いることができ、駆動源１６の消費電力の削減や燃費向上に効果がある。
「第３実施形態」「第４実施形態」
なお、上述した第１実施形態及び第２実施形態は発電機２５を付帯しない補助動力発生装置１の例であったが、以降に示す第３実施形態〜第６実施形態は発電機２５を付帯した補助動力発生装置１の例である。
【００３５】
すなわち、図３に示すように、第３実施形態の補助動力発生装置１には、変速機１７よりも回転機械１１側の動力伝達経路１５上に発電機２５が設けられている。そして、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力を用いてまず発電機２５を回転させて発電を行い、発電で余った余剰の回転駆動力を回転機械１１に送り、この余剰の回転駆動力を駆動源１６の動力を補う補助動力としている。
【００３６】
このような助動力発生装置１を用いれば、バイナリサイクル（熱機関４）を利用して発電を行う発電サイクルに対して、この発電サイクルの発電に用いられなかった回転駆動力を回転機械１１の駆動源１６の動力を補う補助動力として用いることができ、駆動源１６の消費電力の削減や燃費向上に効果がある。
一方、図３に示す第３実施形態の駆動源１６とポンプロータ２６との並びを動力伝達経路１５上で入れ替えて配置すれば、図４に示す第４実施形態の補助動力伝達装置１になる。
【００３７】
なお、第４実施形態の補助動力伝達装置１では、回転機械１１の駆動源１６である電動モータと発電機２５とを兼用する発電機能付きモータ２７が用いられている。このような発電機能付きモータ２７は、ポンプロータ２６を回転駆動するのに動力が不足するときは電動モータとして動作するが、動力が余っているときは発電機２５として動作する。
このような補助動力発生装置１を用いても、バイナリサイクル（熱機関４）を利用して発電を行う発電サイクルに対して、この発電サイクルの発電に用いられなかった回転駆動力を回転機械１１の駆動源１６の動力を補う補助動力として用いることができ、駆動源１６の消費電力の削減や燃費向上に効果を発揮することができる。
「第５実施形態」「第６実施形態」
なお、上述した第３実施形態や第４実施形態では発電機２５は膨張機３のハウジング５外に設けられていたが、以下の第５実施形態や第６実施形態に示すように発電機２５を膨張機３のハウジング５内に設けることもできる。
【００３８】
例えば、図５及び図６に示すように、膨張機３の駆動部２（スクリュロータ２）と磁気カップリング１０の外筒体２０との間の動力伝達経路１５上（駆動軸８上）に発電機２５を設けて発電を行い、発電に用いられなかった回転駆動力をハウジング５の外部に取り出して回転機械１１を駆動する補助動力に用いることもできる。
このような補助動力発生装置１を用いても、発電サイクルの発電に用いられなかった回転駆動力を回転機械１１の駆動源１６の動力を補う補助動力として用いることができ、駆動源１６の消費電力の削減や燃費向上に効果を発揮することができる。
「第７実施形態」
さて、本発明の補助動力伝達装置１が動力アシストする対象である回転機械１１は、多くの場合、回転作業に伴い多量の熱を発生する。
【００３９】
例えば、回転機械１１が空気などのガスＶを高圧に圧縮するガス圧縮機５０の場合には、断熱圧縮により高温であって非常に多くの熱量を有した高圧のガスＶを生成することとなる。このとき、生成された高圧のガスＶは、クーラ５４などの冷却装置により使用目的に応じて必要な温度にまで冷却される。つまり、ガス圧縮機５０すなわち回転機械１１で発生した熱量は廃熱されることが常であった。
【００４０】
そこで、本願発明者らは、回転機械１１で生成された熱を本発明の補助動力伝達装置１
に導入することで、有効な熱の再利用を行うことにした。
本発明の補助動力伝達装置１の第７実施形態（回転機械１１の熱の再利用）について、図面に基づき説明する。
図７に示すように、第７実施形態に係る補助動力伝達装置１の構成は、以下の点で第１実施形態の装置（図１参照）と略同じである。
【００４１】
すなわち、第７実施形態の補助動力伝達装置１、言い換えれば、第７実施形態の熱機関４はバイナリサイクルを利用した機関を用いている。
具体的には、補助動力伝達装置１は、熱源から供給された熱量により液体の作動流体Ｔ（作動媒体）を蒸発させる蒸発器１３と、この蒸発器１３で蒸発した作動流体Ｔの蒸気を膨張させて駆動部２を回転駆動させる膨張機３と、この膨張機３で膨張した作動流体Ｔの蒸気を凝縮させて液体の作動流体Ｔに変化させる凝縮器１２と、この凝縮器１２で凝縮した液体の作動流体Ｔを蒸発器１３に圧送することにより作動流体Ｔを循環させる媒体循環ポンプ１４と、を備えている。
【００４２】
これらの蒸発器１３、膨張機３、凝縮器１２、媒体循環ポンプ１４は、作動流体Ｔ（低沸点の有機媒体、例えば、代替フロン（Ｒ２４５ｆａ）など）を循環させる閉ループ状の循環配管５５により順に接続されている。
さらに、膨張機３を構成する駆動部２（スクリュロータ）は熱機関４内に密閉状態で収容されており、駆動部２が回転して発生する回転駆動力を熱機関４の外部へ取り出す動力伝達軸６には磁気カップリング１０が設けられている。この構成も第１実施形態と略同じである。この磁気カップリング１０を介して膨張機３で発生する回転駆動力を熱機関４の外部に伝達するとともに、回転機械１１に送って、この回転機械１１の補助動力として利用する構成とされている点も同じである。
【００４３】
加えて、第７実施形態の補助動力伝達装置１と回転機械１１との間には、動力伝達軸６の回転速度を変速するとともに補助動力を下流側へ伝達する変速機１７と、回転機械１１への補助動力の伝達状態を制御するクラッチ機構１８とが設けられている点も同じである。
その一方で、第７実施形態に係る補助動力伝達装置１の構成は、以下の点で第１実施形態と大きく異なっている。
【００４４】
まず、バイナリサイクルで構成された補助動力伝達装置１が動力アシストする対象である回転機械１１として、供給されたガスＶを高圧に圧縮する「ガス圧縮機」が採用されている。
ガス圧縮機５０は、外部からガスＶ（例えば、３０℃程度）を導入し、導入したガスＶをガス圧縮機５０内の圧縮手段（ロータ）５１，５２の回転により断熱圧縮し、高圧のガスＶにするものである。このとき、生成されたガスＶは、昇温（例えば、１８０℃程度）されて多量の熱を有するようになる。
【００４５】
第７実施形態のガス圧縮機５０は、軸直列に接続した複数の圧縮手段（一段目の圧縮手段５１、二段目の圧縮手段５２）と、この複数の圧縮手段を駆動させるモータ５３とを備え、且つ潤滑油を用いないオイルフリー式の多段ガス圧縮機とされている。駆動力を発生するモータ５３は電動モータである。しかしながら、モータ５３として油圧ポンプで駆動する油圧モータを用いてもよい。この油圧モータは、膨張機３からの動力により駆動されるとよい。
【００４６】
このようなガス圧縮機５０では、外部から導入されたガスＶが、一段目の圧縮手段で圧縮されて高圧のガスＶになり、まずは、補助動力伝達装置１に備えられた第１蒸発器５６（詳細は後述）の一次側へ流入するようになっている。第１蒸発器５６を流通したガスＶは、二段目の圧縮手段に送られてさらに圧縮され高圧のガスＶになる。生成された高圧のガスＶは、補助動力伝達装置１に備えられた第２蒸発器５７（詳細は後述）の一次側へ流入し、第２蒸発器５７を流通したガスＶは、クーラ５４などの冷却装置により使用目的に応じて必要な温度にまで冷却される。
【００４７】
以上述べたガス圧縮機５０（回転機械１１）は、１つのコンポーネントとして、ユーザに供給されているものであって、それ単体で稼働可能なものである。本実施形態の補助動
力伝達装置１は、このガス圧縮機５０に付加的に取り付けられ、ガス圧縮機５０に対して動力アシストを行うものとなっている。
一方、第７実施形態の補助動力伝達装置１自体（熱機関４自体）としては、以下の点で第１実施形態と異なっている。
【００４８】
すなわち、補助動力伝達装置１は、並列に配備された第１蒸発器５６、第２蒸発器５７を有している。つまり、蒸発器１３が媒体循環ポンプ１４の下流側に２つ以上備えられている。
第１蒸発器５６、第２蒸発器５７の入側には、媒体循環ポンプ１４の下流側に接続された循環配管５５から並列に分岐した配管がそれぞれ繋がっている。第１蒸発器５６、第２蒸発器５７の出側から延びる配管は、膨張機３の上流側の循環配管５５にそれぞれ繋がるようになっている。
【００４９】
このような補助動力伝達装置１に関し、第１蒸発器５６では、一段目の圧縮手段で生成された高圧のガスＶの熱量を利用して（熱交換して）、液体の作動流体Ｔを気化させて、蒸気の作動流体Ｔを生成する。また、第２蒸発器では、第１蒸発器５６と同様に、二段目の圧縮手段５２で生成された高圧のガスＶの熱量を利用して（熱交換して）、液体の作動流体Ｔを気化させて、蒸気の作動流体Ｔを生成する。このようにして生成された蒸気の作動流体Ｔは、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７の出側に接続された循環配管５５を通って膨張機３に送られる。
【００５０】
膨張機３では、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７で生成された作動流体Ｔの蒸気が膨張し、膨張前後の作動流体Ｔの圧力差を利用して駆動部２が回転駆動する。
膨張機３で生じた回転駆動力は、磁気カップリング１０を介して熱機関４の外部に取り出され、変速機１７（減速機）に伝達される。変速機１７では、ガス圧縮機５０を駆動させるのに最適な回転速度に変速された後、変速後の回転駆動力はクラッチ機構１８を介してガス圧縮機５０のモータ５３に伝達される。
【００５１】
このようにすることで、ガス圧縮機５０で生成された高圧ガスＶの熱量を捨てることなく再利用することができ、膨張機３の駆動部２で発生した回転駆動力をガス圧縮機５０に備えられたモータ５３の補助動力として利用することが可能となり、エネルギ効率の良いガス圧縮機５０を実現することができるようになる。
なお、膨張機３において膨張後の作動流体Ｔの挙動などは、第１実施形態と略同じであるため、説明を省略する。
【００５２】
さて、第７実施形態の説明においては、ガス圧縮機５０の圧縮手段５１，５２を軸直列に接続すると述べたが、具体的な接続方法には、図８に示すように他の形態（非軸直列）を採用することができる。
例えば、図８（ａ）に示すように、補助動力発生装置の膨張機３の出力軸には、変速機１７とクラッチ機構１８とが接続されていて、クラッチ機構１８の出力軸に、ガス圧縮機５０のモータ５３が接続される構成を採用してもよい。モータ５３の駆動軸にはブルギア５８が接続されている。このブルギア５８には２つのピニオンギア５９が噛み合わされており、ブルギア５８の回転駆動力を各ピニオンギア５９に伝達している。２つのピニオンギア５９は、ブルギア５８を挟むように配置されており、一段目の圧縮手段５１、二段目の圧縮手段５２の駆動軸にそれぞれ接続されている。
【００５３】
これにより、膨張機３で発生した回転駆動力をモータ５３の回転駆動力と共にブルギアに伝達し、このブルギア５８に噛み合うピニオンギア５９を通じて、一段目の圧縮手段５１及び二段目の圧縮手段５２に伝達している。
また、図８（ｂ）に示すように、補助動力発生装置の膨張機３の出力軸にはピニオンギア（第１ピニオンギア６０）が接続され、この第１ピニオンギア６０はブルギア５８に噛み合うような構成を採用することもできる。このブルギア５８はモータ５３の駆動軸に接続されている。
【００５４】
モータ５３の駆動軸に取り付けられたブルギア５８には、別のピニオンギア（第２ピニオンギア６１）が噛み合わされており、この第２ピニオンギア６１は一段目の圧縮手段５１の駆動軸に接続されている。さらに、ブルギア５８には別のピニオンギア（第３ピニオ
ンギア６２）が噛み合わされており、この第３ピニオンギア６２は二段目の圧縮手段５２の駆動軸に接続されている。
【００５５】
これにより、膨張機３で発生した回転駆動力をモータ５３からの駆動力が伝達されるブルギア５８に伝達し、このブルギア５８を介して噛み合うピニオンギア５９に伝え、一段目の圧縮手段５１及び二段目の圧縮手段５２に伝達することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５６】
例えば、上記実施形態では特に記載していないが、機構膨張機の回転速度をそのまま回転機械に入力できる場合においては、膨張機から回転機械までの動力伝達経路上に変速機は設けなくてもよい。また、磁気カップリングの駆動側磁石及び従動側磁石それぞれの磁石の数も２個に限らず、それ以上でもよい。
また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００５７】
１  補助動力発生装置
２  駆動部（スクリュロータ）
３  膨張機
４  熱機関
５  ハウジング
６  動力伝達軸
７  隔壁
８  駆動軸
９  従動軸
１０  磁気カップリング
１１  回転機械
１２  凝縮器
１３  蒸発器
１４  媒体循環ポンプ
１５  動力伝達経路
１６  駆動源
１７  変速機
１８  クラッチ機構
２０  外筒体
２２  内挿体
２３  ポンプ駆動軸
２４  操作レバー
２５  発電機
２６  ポンプロータ
２７  発電機能付きモータ
５０  ガス圧縮機
５１  １段目の圧縮手段（ロータ）
５２  ２段目の圧縮手段（ロータ）
５３  モータ
５４  クーラ（冷却装置）
５５  循環配管
５６  第１蒸発器
５７  第２蒸発器
５８  ブルギア
５９  ピニオンギア
６０  第１ピニオンギア
６１  第２ピニオンギア
６２  第３ピニオンギア
Ｔ  作動流体
Ｖ  ガス（空気）
Ｗ  冷却水    
【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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