(57)【要約】【課題】膨張機の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することのできる膨張機を提供する。【解決手段】ＥＣＵ８は、圧力センサＳ１による検出値Ｐが、ＥＣＵ８に設定されている目標圧力Ｐｔに一致するように、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂを制御する。サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂがいずれも全閉の状態のときに検出値Ｐが目標圧力Ｐｔより大きい場合には、ＥＣＵ８はサブ吸入ポート弁３２ａのみを開き、その開度を徐々に大きくしていく。サブ吸入ポート弁３２ａが全開になっても検出値Ｐが目標圧力Ｐｔより大きい場合には、ＥＣＵ８はサブ吸入ポート弁３２ｂも開き、その開度を徐々に大きくしていく。逆に、サブ吸入ポート弁３２ａが任意の開度で開いている状態で検出値Ｐが低下していき、目標圧力Ｐｔより小さい場合には、ＥＣＵ８はサブ吸入ポート弁３２ａの開度を徐々に小さくしていく。【選択図】図５
2013142355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの膨張室と、
該膨張室のいずれかと連通するメイン吸入ポートと、
前記膨張室のいずれかと連通する少なくとも１つのサブ吸入ポートと、
該サブ吸入ポートと前記膨張室とを連通及び遮断するサブ吸入ポート弁と
を備えた膨張機であって、
該膨張機は、
該サブ吸入ポート弁の開度を調整する制御手段と、
前記膨張機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と
をさらに備え、
前記制御手段には、前記冷媒の目標圧力が予め設定されており、前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記サブ吸入ポート弁の開度を調整する膨張機。
【請求項２】
複数の前記サブ吸入ポートを備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記複数のサブ吸入ポートのうちの１つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整し、前記１つのサブ吸入ポートに対応する前記サブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても前記圧力検出手段による検出値が前記目標圧力に一致しない場合に、前記複数のサブ吸入ポートのうちの他の１つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整する、請求項１に記載の膨張機。
【請求項３】
複数の前記サブ吸入ポートを備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記複数のサブ吸入ポートのうちの少なくとも２つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を同時に調整する、請求項１に記載の膨張機。
【請求項４】
前記膨張機に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記膨張機に吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段と
をさらに備え、
該流量調整手段には、前記冷媒の目標温度が予め設定されており、前記流量調整手段は、前記温度検出手段による検出値を前記目標温度に一致させるように、前記流量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膨張機。
【請求項５】
前記制御手段にはさらに、
前記目標圧力よりも低い所定圧力と、
任意の一定の温度である所定温度と
が予め設定されており、
前記圧力検出手段による検出値が前記所定圧力以上かつ前記温度検出手段による検出値が前記所定温度以上のときに、前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値を前記目標圧力に一致させるように、前記サブ吸入ポート弁の開度を調整する、請求項４に記載の膨張機。
【請求項６】
前記膨張機はスクロール式膨張機である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、膨張機に係り、特に、少なくとも１つのサブ吸入ポートを開閉して吸入容積を可変とする可変容積型の膨張機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクル等において冷媒を膨張させるために、膨張機が用いられる。膨張機は、吸入ポートから冷媒を吸入し、これを膨張室で膨張させて吐出ポートから吐出する。可変容積型の膨張機は、吸入ポートとして、メイン吸入ポートの他にサブ吸入ポートを備え、サブ吸入ポートを開閉することによって吸入容積を変更する。複数のサブ吸入ポートを備え、吸入容積を多段階に変更するスクロール膨張機の例が、特許文献１に示されている。また、複数のバイパスポートを開閉することにより容積制御を行なうスクロール圧縮機の例が、特許文献２及び３に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０３８６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１０５９９４号公報
【特許文献３】特開昭６２−２９１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の膨張機では、各サブ吸入ポートの開閉について特段の配慮がない。このため、吸入冷媒の圧力を適切な範囲内に維持するのが困難という問題があった。膨張機において、吸入冷媒の圧力が高すぎて耐圧限界を超えると、膨張機自身や吸入圧領域の配管等を損傷するおそれがあり、一方、吸入冷媒の圧力が低すぎると、膨張前後の差圧が小さくなって効率が悪化する。特許文献１〜３に記載される構成のいずれについても、このような吸入冷媒の圧力に関する配慮は必ずしも十分になされていない。少なくとも、吸入冷媒の圧力を適切な範囲内に維持するための具体的なサブ吸入ポートの開閉制御については記載がない。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、膨張機の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することのできる膨張機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】
【０００６】
この発明に係る膨張機は、少なくとも１つの膨張室と、膨張室のいずれかと連通するメイン吸入ポートと、膨張室のいずれかと連通する少なくとも１つのサブ吸入ポートと、サブ吸入ポートと膨張室とを連通及び遮断するサブ吸入ポート弁とを備えた膨張機であって、この膨張機は、サブ吸入ポート弁の開度を調整する制御手段と、膨張機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段とをさらに備え、制御手段には、冷媒の目標圧力が予め設定されており、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、サブ吸入ポート弁の開度を調整する。目標圧力を、耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に設定することにより、膨張機に吸入される冷媒の圧力が、耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に制御される。
複数の前記サブ吸入ポートを備え、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、複数のサブ吸入ポートのうちの１つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整し、１つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても圧力検出手段による検出値が目標圧力に一致しない場合に、複数のサブ吸入ポートのうちの他の１つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を調整してもよい。
複数の前記サブ吸入ポートを備え、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、複数のサブ吸入ポートのうちの少なくとも２つのサブ吸入ポートに対応するサブ吸入ポート弁の開度を同時に調整してもよい。
膨張機に吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段と、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段とをさらに備え、流量調整手段には、冷媒の目標温度が予め設定されており、流量調整手段は、温度検出手段による検出値を目標温度に一致させるように、流量を調整してもよい。
制御手段にはさらに、目標圧力よりも低い所定圧力と、任意の一定の温度である所定温度とが予め設定されており、圧力検出手段による検出値が所定圧力以上かつ温度検出手段による検出値が所定温度以上のときに、制御手段は、圧力検出手段による検出値を目標圧力に一致させるように、サブ吸入ポート弁の開度を調整してもよい。
膨張機はスクロール式膨張機であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、サブ吸入ポート弁を開閉することで膨張機の吸入容積を変更でき、サブ吸入ポート弁の開度を調整することによってサブ吸入ポートを介して吸入容積変更部分の膨張室に吸入される冷媒の流量を調整することができる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機の吸入絞り量を調整でき、膨張機に吸入される冷媒の圧力が目標圧力に一致するように制御されるので、膨張機の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。
【図２】図１の膨張機の構成を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図において、メイン吸入ポート周辺を拡大したものである。
【図４】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図において、可動スクロールが図３とは異なる位置にある状態のメイン吸入ポート周辺を拡大したものである。
【図５】図４のＶ−Ｖ線による断面図である。
【図６】図１のＥＣＵによるサブ吸入ポート弁の制御の例を示す図である。
【図７】図５のサブ吸入ポート弁の変形例を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る膨張機に吸入される冷媒の目標温度および目標圧力を示す概念図である。
【図１０】実施の形態３に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３に係る膨張機に吸入される冷媒の目標温度および目標圧力並びに所定温度および所定圧力を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る膨張機１００を含むランキンサイクルＲ１の構成を示している。ランキンサイクルＲ１はたとえば車両に搭載される。膨張機１００はスクロール式の容積可変型膨張機であり、ランキンサイクルＲ１を循環する冷媒を吸入し、膨張して吐出する。
【００１０】
ランキンサイクルＲ１は、ポンプ１、ボイラー２、膨張機１００、コンデンサ３をこの順に環状に接続する循環路を形成しており、作動流体としての冷媒が流通するようになっている。ポンプ１は、モータ４によって駆動され、液体の冷媒をボイラー２に圧送する。ボイラー２は、ポンプ１によって送られた冷媒と、車両のエンジン５の排気系統６の排気ガスとを内部で互いに熱交換させ、冷媒を加熱する。
【００１１】
膨張機１００は、その内部で、ボイラー２で加熱された後の高温高圧の冷媒を膨張させ、これによって回転駆動力を取り出す。この回転駆動力は、動力伝達機構７を介してエンジン５に伝達され、エンジン５の回転駆動力を補助する。動力伝達機構７はたとえばプーリおよびベルトによって構成される。コンデンサ３は、膨張機１００から吐出された冷媒を内部に流通させてコンデンサ３の周囲の空気と熱交換させ、冷媒を冷却・凝縮させる。そして、ポンプ１は、凝縮した液体の冷媒を再び圧送し、ランキンサイクルＲ１を循環させる。
【００１２】
膨張機１００は、膨張機１００に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段として、圧力センサＳ１を備えている。圧力センサＳ１は、ランキンサイクルＲ１において膨張機１００の上流側に設けられ、冷媒の圧力を電気信号に変換して出力する。また、膨張機１００は、膨張機１００自身を制御する制御手段としてのＥＣＵ８を備えている。ＥＣＵ８には、圧力センサＳ１による検出値Ｐについての、すなわち膨張機１００の入口の圧力についての目標圧力Ｐｔとして、膨張機１００の耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力が予め設定されている。尚、目標圧力Ｐｔと膨張機１００の耐圧限界との差としては、後述する動作によって検出値Ｐを目標圧力Ｐｔに一致させるように調整する際に、検出値Ｐの振れ幅を考慮しても、検出値Ｐが膨張機１００の耐圧限界に達しないようにするために十分な差が必要である。
【００１３】
図２には、膨張機１００の構成が示されている。膨張機１００は、膨張部１０１と、発電部１０２とを含んでいる。
膨張機１００は、膨張部１０１の筐体を構成する膨張部ハウジング１０と、発電部１０２の筐体を構成する発電部ハウジング２０とを有している。膨張部ハウジング１０は、第一膨張部ハウジング１０ａおよび第二膨張部ハウジング１０ｂからなる。第二膨張部ハウジング１０ｂの両側に、第一膨張部ハウジング１０ａおよび発電部ハウジング２０が連結されている。
【００１４】
膨張部１０１は、第一膨張部ハウジング１０ａの内部に固定スクロール１１を有している。固定スクロール１１は、第一膨張部ハウジング１０ａに固定されている。また、固定スクロール１１は、板状の基板１１ａと渦巻壁１１ｂとによって形成されている。渦巻壁１１ｂは基板１１ａ上に渦巻き状に形成され、基板１１ａから第二膨張部ハウジング１０ｂに向かう方向に突出している。
【００１５】
また、膨張部１０１は、第二膨張部ハウジング１０ｂの内部から第一膨張部ハウジング１０ａの内部にわたって、固定スクロール１１と対向するように、可動スクロール１２を有している。可動スクロール１２は、固定スクロール１１に対して第二膨張部ハウジング１０ｂ側に配置されており、固定スクロール１１の基板１１ａと略平行に配置される基板１２ａと、渦巻壁１２ｂとによって形成されている。渦巻壁１２ｂは基板１２ａ上に渦巻き状に形成され、基板１２ａから固定スクロール１１の基板１１ａに向かって突出している。また、可動スクロール１２では、基板１２ａから渦巻壁１２ｂと反対側に、筒状のシャフト支持部１２ｄが突出して形成されている。
【００１６】
そして、可動スクロール１２は、その渦巻壁１２ｂが固定スクロール１１の渦巻壁１１ｂ同士の間にはまりこむようにして、配置されている。可動スクロール１２の渦巻壁１２ｂは、固定スクロール１１の渦巻壁１１ｂと当接することによって、閉鎖された空間である三日月状の膨張室４０を形成することができる。
【００１７】
第一膨張部ハウジング１０ａの内部では、固定スクロール１１に対して可動スクロール１２の反対側に、吸入室１０ｃが形成されている。吸入室１０ｃは、第一膨張部ハウジング１０ａを貫通する吸入通路１０ｄを介して、膨張機１００の外部と連通する。
【００１８】
第一膨張部ハウジング１０ａおよび渦巻壁１１ｂには、渦巻壁１１ｂの最も外側の部分と第一膨張部ハウジング１０ａとを貫通して延びる吐出通路１０ｅが形成されている。可動スクロール１２の位置に応じて、膨張室４０と膨張機１００の外部とが吐出通路１０ｅを介して連通する。
【００１９】
膨張部１０１は、可動スクロール１２のシャフト支持部１２ｄ側に、駆動シャフト１３を有している。駆動シャフト１３は、第二膨張部ハウジング１０ｂ内の軸受１４によって回転可能に支持される拡径部１３ｂと、拡径部１３ｂから発電部ハウジング２０側に延びるメインシャフト部１３ａと、拡径部１３ｂから可動スクロール１２のシャフト支持部１２ｄ内に延びる偏心シャフト部１３ｃとを一体に有している。
【００２０】
メインシャフト部１３ａ、拡径部１３ｂおよび偏心シャフト部１３ｃはいずれも略円柱状であり、メインシャフト部１３ａの中心軸と拡径部１３ｂの中心軸とは同一直線上にある。また、偏心シャフト部１３ｃの中心軸は、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸と平行であるが同一直線上にはない位置に配置される。すなわち、偏心シャフト部１３ｃの中心軸は偏心している。また、偏心シャフト部１３ｃは、ブッシュ１５およびその外周の軸受１６を介して、シャフト支持部１２ｄと回転自在に嵌合している。
【００２１】
よって、偏心シャフト部１３ｃは、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸の周りを旋回するように回転することができる。そして、可動スクロール１２は、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸の周りを公転運動することによって、偏心シャフト部１３ｃを介して、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂをその中心軸周りに回転させることができる。また、可動スクロール１２が公転運動することによって、膨張室４０がメイン吸入ポート３０と連通して形成され、その後メイン吸入ポート３０から隔絶されて固定スクロール１１の基板１１ａの周縁に移動しつつ、容積を増大させる。
【００２２】
メインシャフト部１３ａの端部は、発電部ハウジング２０に設けられた軸受２０ｂによって回転可能に支持され、さらに発電部ハウジング２０から突出して動力伝達機構７のプーリ（図１参照）に連結されている。また、発電部ハウジング２０の内部において、メインシャフト部１３ａの周りにロータ２１が設けられ、メインシャフト部１３ａと一体に回転するように固定されている。さらに、発電部ハウジング２０の内周面には、ロータ２１を取り囲むようにして、コイル２２ａを有するステータ２２が固定されている。そして、発電部ハウジング２０、メインシャフト部１３ａ、ロータ２１およびステータ２２は、発電部１０２を構成し、発電部１０２は、メインシャフト部１３ａが回転されてロータ２１が回転することによってステータ２２のコイル２２ａに電流を発生することができる。
【００２３】
図３および図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図において、固定スクロール１１の中央周辺を拡大したものである。なお、図３と図４とでは、可動スクロール１２の位置が異なっており、いずれも必ずしも図２における可動スクロール１２の位置とは整合しない。
【００２４】
固定スクロール１１の基板１１ａには、吸入室１０ｃと膨張室４０とを連通する吸入ポートとして、単一のメイン吸入ポート３０と、２つのサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂとが形成されている。メイン吸入ポート３０はたとえば基板１１ａの中央を貫通して設けられる。メイン吸入ポート３０は、少なくとも膨張機１００の膨張動作中は常に開いている。
【００２５】
図５に示されるように、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂには、それぞれ対応するサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂが設けられている。サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂはそれぞれＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて、それぞれの開度が調整されるようになっている。
【００２６】
図３は、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂのサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂ（図５参照）がいずれも全閉の場合の、吸入完了時点に対応する可動スクロール１２の位置を示している。固定スクロール１１の中央側端が可動スクロール１２と接し、同時に可動スクロール１２の中央側端が固定スクロール１１と接し、これによって膨張室４０ａおよび４０ｂがメイン吸入ポート３０から隔絶されて形成される。この時点が図３の状態に対応する。サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂがいずれも全閉の場合、この時点で膨張室４０ａおよび４０ｂは吸入室１０ｃから隔絶されることになり、吸入行程が完了する。
【００２７】
図４は、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂのサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂ（図５参照）がいずれも任意の開度で開いている場合の、吸入完了時点に対応する可動スクロール１２の位置を示している。膨張室４０ａおよび４０ｂがメイン吸入ポート３０から隔絶されて形成された時点（図３に対応する時点）では、膨張室４０ａおよび４０ｂはそれぞれサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂを介して吸入室１０ｃと連通しているので、いずれも吸入行程は継続中である。その後、可動スクロール１２がさらに回転し、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂを塞ぐ位置に達する。この時点が図４の状態に対応する。この時点で膨張室４０ａおよび４０ｂは吸入室１０ｃから隔絶されることになり、吸入行程が完了する。
【００２８】
サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂが任意の開度で開いている場合（図４）には、これらが全閉の場合（図３）と比較して吸入行程の完了が遅くなるので、吸入容積がより大きくなる。さらに、開度に応じて、吸入容積が大きくなった部分のサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂを介しての吸入冷媒流量が異なる。すなわち、開度が大きくなるほど、吸入冷媒流量が大きくなる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機１００の吸入絞り量を調整でき、膨張機に吸入される冷媒の圧力Ｐが目標圧力Ｐｔに一致するように制御される。このように、膨張機１００の吸入圧力は、各サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂに対応するサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂの開度の調整により、連続的な調整が可能となる。
【００２９】
次に、この発明の実施の形態１に係る膨張機１００を含むランキンサイクルＲ１の動作を、図１〜５に基づいて説明する。
車両のエンジン５の稼動中、エンジン５から排気系統６に排出された排気ガスは、ボイラー２の内部を流通した後、車両の外部に排出される。エンジン５の稼働初期には、エンジン５の回転駆動力が動力伝達機構７を介して膨張機１００に伝達され、それによって、膨張部１０１および発電部１０２が回転駆動される。
【００３０】
また、エンジン５の稼動中、ポンプ１がモータ４によって駆動される。これによって、ポンプ１は、液体状態の冷媒をボイラー２に向かって圧送する。ポンプ１によって断熱加圧作用を受けた冷媒は、ボイラー２において排気ガスと熱交換を行うことによって等圧加熱されて高温高圧の過熱蒸気となり、膨張機１００に吸入され、断熱膨張して流出する。流出した冷媒は、コンデンサ３に流入し、コンデンサ３では周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し液体状態となって流出する。さらに、コンデンサ３から流出した冷媒は、ポンプ１に吸入されて再度圧送され、ランキンサイクルＲ１を循環する。
【００３１】
ボイラー２から流出した高温高圧の冷媒は、膨張部１０１の吸入通路１０ｄを通って吸入室１０ｃに流入する。さらに、吸入室１０ｃからメイン吸入ポート３０（および、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂが任意の開度で開いている場合には、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂ）を通って膨張室４０に流入する。膨張室４０内の冷媒は、その膨張力によって膨張室４０の容積を増大させる方向への回転駆動力を可動スクロール１２に付与し、それにより、膨張室４０は、固定スクロール１１の基板１１ａの中央のメイン吸入ポート３０近傍で形成された後、可動スクロール１２の回転に伴ってその容積を増加させつつ基板１１ａの周縁に向かって移動し、吐出通路１０ｅと連通するようになる。そして、容積を増加させた膨張室４０内で膨張した冷媒は、膨張部１０１の外部に排出される。
【００３２】
このとき、冷媒の膨張力による可動スクロール１２の回転駆動力が、駆動シャフト１３を介して伝達されることで、発電部１０２のロータ２１を回転駆動すると共にエンジン５の回転駆動力を補助する。ロータ２１が回転することによって、ステータ２２のコイル２２ａに交流電流が発生し、発生した交流電流は、図示しないコンバータで直流電流に変換された後、バッテリ等に充電される。
【００３３】
図６は、ＥＣＵ８によるサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂの制御の例を示す。図６に示すように、時間とともに圧力センサＳ１による検出値Ｐが変動しているとする。ＥＣＵ８（図１）は、検出値Ｐが、ＥＣＵ８に設定されている目標圧力Ｐｔに一致するように、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂを制御する。たとえば、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂがいずれも全閉の状態のときに検出値Ｐが上昇し目標圧力Ｐｔより大きくなると（図６のＡ）、ＥＣＵ８はサブ吸入ポート弁３２ａのみを開き、その開度を徐々に大きくしていく。すると、冷媒は、メイン吸入ポート３０を介してだけでなく、サブ吸入ポート弁３２ａの開度に応じた流量で冷媒がサブ吸入ポート３１ａを介しても膨張機１００に吸入されるので吸入絞り量が小さくなり、その結果、検出値Ｐが低下していく。サブ吸入ポート弁３２ａが任意の開度で開いている状態で検出値Ｐが低下していき、目標圧力Ｐｔより小さくなると（図６のＢ）、ＥＣＵ８はサブ吸入ポート弁３２ａの開度を徐々に小さくしていく。すると、サブ吸入ポート３１ａを介して膨張機１００に吸入される冷媒の流量が低下するので、吸入絞り量が大きくなり、その結果、検出値Ｐが上昇する。このように、ＥＣＵ８は、サブ吸入ポート３１ａの開度を調整することにより、検出値Ｐが目標圧力Ｐｔに一致するように制御する。
【００３４】
また、サブ吸入ポート弁３２ａの開度を大きくしていき全開の状態になっても検出値Ｐが上昇し目標圧力Ｐｔより大きい場合には、ＥＣＵ８は、サブ吸入ポート弁３２ｂを開き、その開度を徐々に大きくしていく。すると、冷媒は、メイン吸入ポート３０およびサブ吸入ポート３１ａを介してだけでなく、サブ吸入ポート弁３２ｂの開度に応じた流量で冷媒がサブ吸入ポート３１ｂを介しても膨張機１００に吸入されるので吸入絞り量が小さくなり、その結果、検出値Ｐが低下していく。
【００３５】
さらに、サブ吸入ポート弁３２ａが全開かつサブ吸入ポート弁３２ｂが任意の開度で開いている状態で検出値Ｐが目標圧力Ｐｔより小さい場合には、サブ吸入ポート弁３２ｂの開度を小さくすることにより吸入絞り量を大きくしていくが、サブ吸入ポート弁３２ｂが全閉になっても検出値Ｐが目標圧力Ｐｔより小さい場合には、ＥＣＵ８は、サブ吸入ポート弁３２ａの開度を小さくすることにより、検出値Ｐが目標圧力Ｐｔに一致するように制御する。
【００３６】
以上の説明では、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂそれぞれの開度調整は、一方のサブ吸入ポート弁の開度が全開又は全閉になっても検出値Ｐが目標圧力Ｐｔに一致しない場合に他方のサブ吸入ポート弁の開度を調整するようにしているが、この方法に限定するものではない。サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂそれぞれを、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか一方のサブ吸入ポート弁のみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりしてもよい。
【００３７】
このように、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂを開閉することで膨張機１００の吸入容積を変更でき、サブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂの開度を調整することによってサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂを介して吸入容積変更部分の膨張室４０に吸入される冷媒の流量を調整することができる。吸入容積を変更しながら、吸入容積変更部分への冷媒流量を調整することで膨張機１００の吸入絞り量を調整でき、膨張機１００に吸入される冷媒の圧力（圧力センサＳ１による検出値Ｐ）が目標圧力Ｐｔに一致するように制御されるので、膨張機１００の入口の圧力を耐圧限界以下でかつできるだけ高い圧力に精度よく制御することができる。
【００３８】
実施の形態１ではサブ吸入ポートの数は２であるが、１つのサブ吸入ポートが設けられてもよく、または３以上のサブ吸入ポートが設けられてもよい。いずれの場合にも、それぞれのサブ吸入ポートには、開度調整可能なサブ吸入ポート弁が設けられる。１つのサブ吸入ポートが設けられる場合には、実施の形態１において検出値Ｐを目標圧力Ｐｔに一致させる制御を行うに当たり、サブ吸入ポート弁３２ａの開度調整についての説明が当てはまる。３以上のサブ吸入ポートが設けられる場合には、それぞれのサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか１つのサブ吸入ポート弁のみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、他の少なくとも２つのサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりしてもよい。
【００３９】
実施の形態１では、サブ吸入ポートごとに別々のサブ吸入ポート弁が設けられていたが、この形態に限定するものではない。１つのサブ吸入ポート弁で複数のサブ吸入ポートの開度調整が行えるものであってもよい。このようなサブ吸入ポート弁の例をたとえば図７に示す。図７（ａ）に示されるように、サブ吸入ポート弁３２ｃは、固定スクロール１１の基板１１ａの吸入室１０ｃ（図２参照）側の面１１ａ１に、回転軸３３を介して、回転軸３３を中心に回転可能に設けられた板状の部材である。
【００４０】
図７（ｂ）に示されるように、サブ吸入ポート弁３２ｃには、サブ吸入ポート３１ａ用の孔３２ｃ１と、サブ吸入ポート３１ｂ用の孔３２ｃ２とが形成されている。サブ吸入ポート弁３２ｃが矢印Ｃの方向に回転すると、孔３２ｃ１とサブ吸入ポート３１ａとが部分的に重なり合って開口が形成され、この開口の大きさに応じた流量の冷媒がサブ吸入ポート３１ａに流入することになる。サブ吸入ポート弁３２ｃが矢印Ｃの方向にさらに回転すると、孔３２ｃ１はサブ吸入ポート３１ａを完全に露出することになり、サブ吸入ポート３１ａが全開の状態となる。サブ吸入ポート弁３２ｃが矢印Ｃの方向にさらに回転すると、サブ吸入ポート３１ａが全開の状態のまま、孔３２ｃ２とサブ吸入ポート３１ｂとが部分的に重なり合って開口が形成され、この開口の大きさに応じた流量の冷媒がサブ吸入ポート３１ｂに流入することになる。サブ吸入ポート弁３２ｃが矢印Ｃの方向にさらに回転すると、孔３２ｃ２はサブ吸入ポート３１ｂを完全に露出することになり、サブ吸入ポート３１ｂも全開の状態となる。このように、サブ吸入ポート弁３２ｃを矢印Ｃの方向に回転させて任意の位置で固定することにより、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂを任意の開度に調整することができる。
【００４１】
サブ吸入ポート弁３２ｃにおける孔３２ｃ１および３２ｃ２の位置および形状を変更することにより、サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂの開度調整を、同時に同じ開度になるように調整したり、同時に異なる開度で調整したり、開度調整の始まり又は終りの段階ではいずれか一方のサブ吸入ポートのみの開度調整を行うが、それ以外の段階では、他方のサブ吸入ポート弁を、同時に同じ開度又は異なる開度で調整したりすることができる。
【００４２】
膨張機１００は、膨張部１０１のみによって構成され、発電部１０２を含まないものであってもよい。
【００４３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る膨張機について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜７の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る膨張機は、実施の形態１に対して、膨張機の入口の圧力のみならず温度にも基づく制御を行うようにしたものである。
【００４４】
図８は、実施の形態２に係る膨張機１００ａを含むランキンサイクルＲ２の構成を示している。膨張機１００ａは、膨張機１００ａに吸入される冷媒の温度を検出する温度検出手段として、温度センサＳ２を備えている。また、ランキンサイクルＲ２には、ポンプ１と並列にバイパスＢが設けられている。バイパスＢには、バイパスＢを流れる冷媒の流量を調整する流量可変バルブＶが設けられている。さらに、ポンプ１と膨張機１００ａとは同一の駆動軸９を共有している。
【００４５】
温度センサＳ２は、ランキンサイクルＲ２において膨張機１００ａの上流側に設けられ、冷媒の温度を電気信号に変換し、ＥＣＵ８ｂに出力する。ＥＣＵ８ｂは、温度センサＳ２からの電気信号を受信し、これに基づいて流量可変バルブＶの動作を制御する。尚、ＥＣＵ８ｂには、温度センサＳ２による検出値Ｔについての、すなわち膨張機１００の入口の温度についての目標温度が予め設定されている。目標温度は、膨張機１００ａに吸入される冷媒の圧力に応じて決まる最適な温度であり、たとえば冷媒の等エントロピ線とすることができる。図９に、目標圧力Ｐｔおよび目標温度の概念図を示す。また、ＥＣＵ８ａは、圧力センサＳ１からの電気信号を受信し、これに基づいて膨張機１００ａの動作を制御する。このように、実施形態２においては、ＥＣＵ８ｂ、バイパスＢおよび流量可変バルブＶは、流量調整手段を構成する。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００４６】
膨張機１００ａの入口の圧力の制御については、実施の形態１で説明した動作と同じである。膨張機１００ａの入口の温度の制御については、温度センサＳ２による検出値Ｔが目標温度線に一致するように、ＥＣＵ８ｂが流量可変バルブＶの開度を調整する。具体的には、検出値Ｔが、図９において目標温度線よりも上側に位置する場合には、検出値Ｔが目標温度よりも低いため、ＥＣＵ８ｂは流量可変バルブＶの開度を大きくする。すると、ポンプ１によって圧送された冷媒のうち、バイパスＢを流れる冷媒の流量が増加し、ボイラー２に流入する冷媒の流量が低下する。これにより、膨張機１００ａに吸入される冷媒の温度が上昇する。逆に、検出値Ｔが、図９において目標温度線よりも下側に位置する場合には、検出値Ｔが目標温度よりも高いため、ＥＣＵ８ｂは流量可変バルブＶの開度を小さくする。すると、ポンプ１によって圧送された冷媒のうち、バイパスＢを流れる冷媒の流量が低下し、ボイラー２に流入する冷媒の流量が増加する。これにより、膨張機１００ａに吸入される冷媒の温度が低下する。この動作により、温度センサＳ２による検出値Ｔが目標温度に一致するように制御される。
【００４７】
このように、膨張機１００ａに吸入される冷媒の流量を調整する流量調整手段を設けることにより、膨張機１００ａに吸入される冷媒の圧力が目標圧力Ｐｔに一致するように制御されるだけでなく、膨張機１００ａに吸入される冷媒の温度も目標温度に一致するように制御されるので、膨張機１００ａの入口における冷媒の状態を、実施の形態１よりもさらに膨張効率の高い状態に維持することができる。
尚、実施の形態２においても、実施の形態１と同様の変形を施すことができる。
【００４８】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る膨張機について説明する。
この発明の実施の形態３に係る膨張機は、実施の形態２に対して、膨張機の入口の圧力および温度に基づく制御方法を変更したものである。
【００４９】
図１０は、実施の形態３に係る膨張機１００ｂを含むランキンサイクルＲ３の構成を示している。ＥＣＵ８ａは、圧力センサＳ１および温度センサＳ２からの両方の電気信号を受信し、これらに基づいて膨張機１００ｂの動作を制御する。また、ＥＣＵ８ａにはさらに、目標圧力Ｐｔよりも低い圧力の任意に設定可能な所定圧力Ｐｐと、任意に設定可能な一定の温度である（圧力センサＳ１による検出値Ｐに依存しない）所定温度Ｔｐとが予め設定されている。その他の構成は、実施の形態２と同じである。
【００５０】
図１１は、膨張機１００ｂに吸入される冷媒の状態（圧力と温度との関係）を、所定圧力Ｐｐと、所定温度Ｔｐとに基づいて、３つの制御領域に分割している。ＥＣＵ８ａは、圧力センサＳ１による検出値Ｐが所定圧力Ｐｐ以上かつ温度センサＳ２による検出値Ｔが所定温度Ｔｐ以上のときに、実施の形態１と同様の動作で圧力センサＳ１による検出値Ｐが目標圧力Ｐｔに一致するようにサブ吸入ポート弁３２ａおよび３２ｂの開度を調整する。一方、膨張機１００ｂに吸入される冷媒の温度制御は、圧力センサＳ１による検出値Ｐが所定圧力Ｐｐ以上か以下か温度センサＳ２による検出値Ｔが所定温度Ｔｐ以上か以下かにかかわらず、実施の形態２と同様の動作で、温度センサＳ２による検出値Ｔが目標温度に一致するように制御される。
【００５１】
このように、圧力センサＳ１による検出値Ｐが所定圧力Ｐｐ以上かつ温度センサＳ２による検出値Ｔが所定温度Ｔｐ以上のときに、膨張機１００ｂに吸入される冷媒の圧力を目標圧力Ｐｔに一致するように制御することによっても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
尚、実施の形態３においても、実施の形態１と同様の変形を施すことができる。
【００５２】
実施の形態２及び３では、流量調整手段は、ＥＣＵ８ｂ、バイパスＢおよび流量可変バルブＶから構成され、流量可変バルブＶの開度を変更してバイパスＢを流通する冷媒の流量を調整することにより、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整していたが、この形態に限定するものではない。ランキンサイクルに流量可変ポンプを設け、ランキンサイクルを循環する冷媒の流量を調整することにより、膨張機に吸入される冷媒の流量を調整するようにしてもよい。この場合、流量可変ポンプ又はポンプを駆動する回転数可変モータが流量調整手段を構成する。
【００５３】
実施の形態１〜３では、膨張機１００，１００ａ，１００ｂはいずれもスクロール式の容積可変型膨張機であったが、この形態に限定するものではない。任意の容積可変型膨張機、たとえばロータリー式等であってもよい。
実施の形態１〜３では、圧力センサＳ１はボイラー２の下流と膨張機１００，１００ａ，１００ｂの上流に配置されるが、この位置に限定するものではなく、ポンプ１の下流から膨張機１００，１００ａ，１００ｂの上流の領域のどこに配置されてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
８、８ａ  ＥＣＵ（制御手段）、８ｂ  ＥＣＵ（流量調整手段）、３０  メイン吸入ポート、３１ａ、３１ｂ  サブ吸入ポート、３２ａ、３２ｂ  サブ吸入ポート弁、４０、４０ａ、４０ｂ  膨張室、１００、１００ａ、１００ｂ  膨張機、Ｖ  流量可変バルブ（流量調整手段）、Ｒ１〜Ｒ３  ランキンサイクル、Ｓ１  圧力センサ（圧力検出手段）、Ｓ２  温度センサ（温度検出手段）、Ｐ  （圧力検出手段による）検出値、Ｐｐ  所定圧力、Ｐｔ  目標圧力、Ｔ  （温度検出手段による）検出値、Ｔｐ  所定温度。
【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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