(57)【要約】【課題】スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えることができるスクロール膨張機を提供すること。【解決手段】固定スクロール１１と旋回スクロール１２とを噛み合わせて膨張室を形成する膨張機構と、旋回スクロール１２の旋回に伴って高圧作動流体が吸入される主吸入口２０と、主吸入口２０から隔離され、かつ膨張室内に連通した副吸入口としての内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏと、内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏをそれぞれ開閉する内側開閉弁４１ｉ及び外側開閉弁４１ｏと、を備え、膨張機構作動時に、内側連通孔３１ｉは、旋回スクロール１２の内周に最初に形成される内側膨張室を連通し、外側連通孔３１ｏは、旋回スクロール１２の外周に最初に形成される外側膨張室を連通する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した高圧作動流体を膨張して低圧作動流体を吐出するスクロール膨張機であって、
固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて膨張室を形成する膨張機構と、
前記旋回スクロールの旋回に伴って前記高圧作動流体が吸入される主吸入口と、
前記主吸入口から隔離され、前記高圧作動流体を前記膨張室内に吸入する副吸入口と、
前記副吸入口を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁を制御する制御部と、
を備え、
前記副吸入口は、前記膨張機構作動時に、前記旋回スクロールの内周に最初に形成される内側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する内側連通孔と、前記旋回スクロールの外周に最初に形成される外側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する外側連通孔と、で一対となるように形成されることを特徴とするスクロール膨張機。
【請求項２】
一対の前記副吸入口は、前記主吸入口を中心として互いに対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項３】
前記高圧作動流体の吸入圧力を検出する高圧圧力検出部と、
前記低圧作動流体の吐出圧力を検出する低圧圧力検出部と、
をさらに備え、
前記吐出圧力に対する前記吸入圧力の圧力比に応じて、対となる前記開閉弁を同時に開閉制御することを特徴とする請求項２に記載のスクロール膨張機。
【請求項４】
前記内側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の外側に形成され、
前記外側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の内側に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項５】
前記副吸入口の径は、前記旋回スクロールに形成された板状渦巻歯の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスクロール膨張機。
【請求項６】
前記副吸入口の形成位置から前記旋回スクロールの旋回角が進んだ位置に、さらに一対以上の前記副吸入口が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスクロール膨張機。
【請求項７】
複数対の前記副吸入口は、それぞれ前記旋回角が１８０°進む毎に設けられることを特徴とする請求項６に記載のスクロール膨張機。
【請求項８】
前記制御部は、前記圧力比の所定値を一つ以上設定し、前記所定値に達するに応じて、一対または複数対の前記開閉弁を段階的に制御することを特徴とする請求項３〜７に記載のスクロール膨張機。
【請求項９】
前記旋回スクロールの旋回軸に連結した動力回収機を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のスクロール膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えるスクロール膨張機に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積型膨張機の一つとしてスクロール膨張機がある。スクロール膨張機は、固定スクロールの板状渦巻歯が旋回スクロールの板状渦巻歯に互いに噛み合った状態で、旋回スクロールが固定スクロールの中心に対して旋回することによって、固定スクロールの中心の吸入口から吸入された冷媒や蒸気などの作動流体を膨張させ、外周側の吐出口から吐出する。スクロール膨張機は、中心部の吸入容積と外側の吐出容積との容積比が幾何的に一つに決定される。
【０００３】
なお、特許文献１には、スクロール膨張機の膨張室に連通するサブ吸入ポートを設け、このサブ吸入ポートの開度を調整することによって、スクロール膨張機に吸入される冷媒の圧力が目標圧力となるように制御する膨張機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４２３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スクロール膨張機では、容積比が幾何的に一つに決定されるため、膨張比も一定となる。この膨張比が一定であることから、スクロール膨張機では、設定された運転条件以外の膨張処理が行われた場合、膨張不足や過膨張が発生し、膨張効率の低下により作動流体から回収する動力が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えることができるスクロール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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスクロール膨張機は、吸入した高圧作動流体を膨張して低圧作動流体を吐出するスクロール膨張機であって、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて膨張室を形成する膨張機構と、前記旋回スクロールの旋回に伴って前記高圧作動流体が吸入される主吸入口と、前記主吸入口から隔離され、前記高圧作動流体を前記膨張室内に吸入する副吸入口と、前記副吸入口を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記副吸入口は、前記膨張機構作動時に、前記旋回スクロールの内周に最初に形成される内側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する内側連通孔と、前記旋回スクロールの外周に最初に形成される外側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する外側連通孔と、で一対となるように形成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、一対の前記副吸入口は、前記主吸入口を中心として互いに対称となる位置に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記高圧作動流体の吸入圧力を検出する高圧圧力検出部と、前記低圧作動流体の吐出圧力を検出する低圧圧力検出部と、をさらに備え、前記吐出圧力に対する前記吸入圧力の圧力比に応じて、対となる前記開閉弁を同時に開閉制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記内側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の外側に形成され、前記外側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の内側に形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記副吸入口の径は、前記旋回スクロールに形成された板状渦巻歯の厚さよりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記副吸入口の形成位置から前記旋回スクロールの旋回角が進んだ位置に、さらに一対以上の前記副吸入口が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、複数対の前記副吸入口は、それぞれ前記旋回角が１８０°進む毎に設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記制御部は、前記圧力比の所定値を一つ以上設定し、前記所定値に達するに応じて、一対または複数対の前記開閉弁を段階的に制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記旋回スクロールの旋回軸に連結した動力回収機を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態であるスクロール膨張機の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したスクロール膨張機本体のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、内側連通孔、外側連通孔、追加内側連通孔及び追加外側連通孔を開にした状態における旋回スクロールが０°のときのスクロール膨張機本体の膨張行程を示す図である。
【図４】図４は、内側連通孔、外側連通孔、追加内側連通孔及び追加外側連通孔を開にした状態における旋回スクロールが９０°のときのスクロール膨張機本体の膨張行程を示す図である。
【図５】図５は、内側連通孔、外側連通孔、追加内側連通孔及び追加外側連通孔を開にした状態における旋回スクロールが１８０°のときのスクロール膨張機本体の膨張行程を示す図である。
【図６】図６は、内側連通孔、外側連通孔、追加内側連通孔及び追加外側連通孔を開にした状態における旋回スクロールが２７０°のときのスクロール膨張機本体の膨張行程を示す図である。
【図７】図７は、内側連通孔、外側連通孔、追加内側連通孔及び追加外側連通孔を開にした状態における旋回スクロールが３６０°（０°）のときのスクロール膨張機本体の膨張行程を示す図である。
【図８】図８は、制御部による内側開閉弁、外側開閉弁、追加内側開閉弁及び追加外側開閉弁の開閉制御処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施の形態による膨張損失の低減を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、追加内側連通孔及び追加外側連通孔の設置の変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、追加外側連通孔などの連通孔の径と旋回スクロールの板状渦巻歯の厚さとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１における連通孔が長穴である場合における、連通孔の径と旋回スクロールの板状渦巻歯の厚さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００１９】
＜スクロール膨張機の構成＞
図１は、本発明の実施の形態であるスクロール膨張機１の構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示したスクロール膨張機本体２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
図１に示すように、スクロール膨張機１は、スクロール膨張機本体２、発電機３、制御部４及び表示操作部５を有する。スクロール膨張機本体２は、配管Ｌ１から高圧室１７を介して吸入される作動流体の一例である高圧蒸気ＨＷを膨張して、配管Ｌ２から低圧蒸気ＬＷを吐出する。スクロール膨張機本体２は、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とを有した膨張機構である。固定スクロール１１と旋回スクロール１２とは、それぞれ板状渦巻歯が互いに噛み合わされた状態で、旋回スクロール１２が固定スクロール１１の中心２０ａを旋回し、この旋回に伴って主吸入口２０から吸入される高圧蒸気ＨＷを、固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間に形成される膨張室によって膨張させて低圧蒸気ＬＷを生成する。なお、固定スクロール１１および旋回スクロール１２の各内壁及び各外壁は、インボリュート曲線ＬＩを形成している。
【００２１】
固定スクロール１１および旋回スクロール１２は、筐体１０ａ，１０ｂによって形成された筐体１０内に設けられる。高圧蒸気ＨＷの膨張は、旋回スクロール１２が固定スクロール１１に対して回転方向ＡＬで公転運動することによって行われる。クランクシャフト１３は、旋回スクロール１２の旋回に伴って回転する軸であり、軸回転は発電機３に伝達される。スラスト軸受１４は、旋回スクロール１２の回転に対してスラスト方向に軸支する。クランクシャフト１３には、旋回スクロール１２の公転運動に対する回転バランスをとるためのバランスウェイト１５が設けられている。
【００２２】
配管Ｌ１には、高圧蒸気ＨＷの吸入圧力Ｐｓを検出して制御部４に出力する高圧圧力検出部２２が設けられる。また、配管Ｌ１には、高圧蒸気ＨＷの吸入温度Ｔｐを検出して制御部４に出力する高圧温度検出部２３を有する。また、配管Ｌ２には、低圧蒸気ＬＷの吐出圧力Ｐｄを検出して制御部４に出力する低圧圧力検出部２４を有する。また、配管Ｌ２には、低圧蒸気ＬＷの吐出温度Ｔｄを検出して制御部４に出力する低圧温度検出部２５を有する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、固定スクロール１１には、旋回スクロール１２の旋回に伴って高圧蒸気ＨＷが吸入される主吸入口２０から隔離されて旋回スクロール１２と固定スクロール１１との間であって旋回スクロール１２の内側に最初に形成される初段内側膨張室Ｒｉ１に連通して高圧蒸気ＨＷを高圧室１７から流入させる内側連通孔３１ｉと、旋回スクロール１２の旋回に伴って主吸入口２０から隔離されて旋回スクロール１２と固定スクロール１１との間であって旋回スクロール１２の外側に最初に形成された初段外側膨張室Ｒｏ１に連通して高圧蒸気ＨＷを高圧室１７から流入させる外側連通孔３１ｏとが形成される。
【００２４】
また、内側連通孔３１ｉの位置から旋回スクロール１２の旋回角が１８０°進んだ位置に設けられて初段内側膨張室Ｒｉ１に連通する追加内側連通孔３２ｉと、外側連通孔３１ｏの位置から旋回スクロール１２の旋回角が１８０°進んだ位置に設けられて初段外側膨張室Ｒｏ１に連通する追加外側連通孔３２ｏとが形成される。内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏは、副吸入口の一例である。
【００２５】
なお、内側連通孔３１ｉ及び追加内側連通孔３２ｉは、固定スクロール１１の板状渦巻歯の外側に沿って形成され、外側連通孔３１ｏ及び追加外側連通孔３２ｏは、固定スクロール１１の板状渦巻歯の内側に沿って形成される。また、内側連通孔３１ｉと外側連通孔３１ｏとは、固定スクロール１１の中心２０ａを通る直線上に配置される。また、追加内側連通孔３２ｉと追加外側連通孔３２ｏとは、固定スクロール１１の中心２０ａを通る直線上に配置される。
【００２６】
内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏの高圧室１７側には、それぞれ、内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏが設けられる。内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏは、制御部４によって、内側開閉弁４１ｉと外側開閉弁４１ｏとの対、及び、追加内側開閉弁４２ｉと追加外側開閉弁４２ｏとの対をそれぞれ同時に開閉制御される。
【００２７】
なお、発電機３は、旋回スクロール１２の旋回軸であるクランクシャフト１３に連結して高圧蒸気ＨＷの膨張に伴う軸動力を回収する動力回収機として機能し、発電された電気エネルギーを外部出力する。
【００２８】
また、表示操作部５は、例えばタッチパネルであり、制御部４に対する各種操作入力及び各種表示出力を行う入出力デバイスである。
【００２９】
図２に示すように、スクロール膨張機本体２では、主吸入口２０近傍に形成された初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１は、旋回スクロール１２が回転方向ＡＬに旋回することによって、順次周方向に沿って外側に移動しつつ膨張する。周方向外側の初段内側膨張室Ｒｉ１´及び初段外側膨張室Ｒｏ１´は、旋回スクロール１２が３回転した状態を示している。初段内側膨張室Ｒｉ１と初段外側膨張室Ｒｏ１とを加えた容積Ｖ１は、初段内側膨張室Ｒｉ１´と初段外側膨張室Ｒｏ１´とを加えた容積Ｖ２（＞容積Ｖ１）となり、高圧蒸気ＨＷは、旋回スクロール１２の旋回によって膨張される。
【００３０】
＜膨張行程＞
次に、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏを開にした状態におけるスクロール膨張機本体２の膨張行程について説明する。図３〜図７は、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏを開にした状態におけるスクロール膨張機本体２の膨張行程を示す図である。
【００３１】
図３に示すように、まず旋回スクロール１２の旋回角０°において、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とによって主吸入口２０近傍に初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１が形成される。初段内側膨張室Ｒｉ１は、内側連通孔３１ｉによって高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷが流入可能となる。また、初段外側膨張室Ｒｏ１は、外側連通孔３１ｏによって高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷが流入可能となる。一方、主吸入口２０周辺の領域ＲＣも、主吸入口２０を介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷが流入される。したがって、初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１は、領域ＲＣの高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態となり、このまま旋回スクロール１２が旋回しても膨張を開始せず、高圧蒸気ＲＷと同じ高圧状態が維持される。
【００３２】
その後、図４に示すように、旋回スクロール１２が旋回角９０°になると、初段内側膨張室Ｒｉ１は、さらに追加内側連通孔３２ｉを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ｒｏ１も、さらに追加外側連通孔３２ｏを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。
【００３３】
その後、図５に示すように、旋回スクロール１２が旋回角１８０°になると、初段内側膨張室Ｒｉ１は、追加内側連通孔３２ｉのみを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ｒｏ１も、追加外側連通孔３２ｏのみを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。なお、この旋回スクロール１２が旋回角１８０°のとき、内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏは、旋回スクロール１２の板状渦巻歯によって塞がれる。
【００３４】
その後、図６に示すように、旋回スクロール１２が旋回角２７０°になると、この場合も、図３（ｃ）と同様に、初段内側膨張室Ｒｉ１は、追加内側連通孔３２ｉのみを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＲＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ｒｏ１も、追加外側連通孔３２ｏのみを介して高圧室１７に連通して高圧蒸気ＲＷと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。一方、この段階では、次段の内側膨張室及び外側膨張室は形成されておらず、内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏは、主吸入口２０周辺の領域ＲＣに連通し、主吸入口２０とともに、主吸入口２０周辺の領域ＲＣと高圧室１７との間を連通して高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態に維持する。したがって、主吸入口２０から初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１までの領域は、すべて高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態となり、膨張が行われない。
【００３５】
その後、図７に示すように、旋回スクロールが旋回角３６０°（０°）になると、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏは、旋回スクロール１２の板状渦巻歯によって塞がれる。一方、主吸入口２０近傍には、次段内側膨張室Ｒｉ２及び次段外側膨張室Ｒｏ２が形成され、次段内側膨張室Ｒｉ２及び次段外側膨張室Ｒｏ２は、それぞれ内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏを介して高圧室１７に連通し、高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態となる。また、主吸入口２０の周辺の領域ＲＣも、主吸入口２０を介して高圧室１７に連通し、高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態となる。したがって、この時点まで、初段内側膨張室Ｒｉ１、初段外側膨張室Ｒｏ１、次段内側膨張室Ｒｉ２、次段外側膨張室Ｒｏ２及び領域ＲＣは、すべて高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態となり、膨張されていない。
【００３６】
この旋回角３６０°を過ぎると、初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１は、高圧室１７と連通することがないので、旋回スクロール１２の旋回に伴って膨張することになる。すなわち、内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏをすべて開として、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏをすべて高圧室と連通状態とすることによって、旋回スクロール１２が１回転するまでの間、膨張を行わず、１回転後に膨張開始を行うようにしている。すなわち、膨張開始時点を３６０°遅らせるようにしている。この結果、膨張比を小さくできる。
【００３７】
なお、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏを閉じたままにした場合、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏは高圧室１７とは連通しない。この場合、図５に示したように、旋回スクロール１２が旋回角１８０°になるまで、初段内側膨張室Ｒｉ１、初段外側膨張室Ｒｏ１及び領域ＲＣは、高圧蒸気ＨＷと同じ高圧状態になって膨張が行われない。旋回角１８０°からさらに旋回スクロール１２が旋回すると、初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１はその後、膨張を開始する。すなわち、この場合は、膨張開始点を１８０°まで遅らせることができる。この場合の膨張比は、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏをすべて開にした場合に比べて、大きくなるが、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏをすべて閉にした場合に比べて小さくなる。
【００３８】
また、内側連通孔３１ｉと外側連通孔３１ｏとは、固定スクロール１１の中心２０ａを通る直線上に対として配置される。さらに、追加内側連通孔３２ｉと追加外側連通孔３２ｏとは、固定スクロール１１の中心２０ａを通る直線上に対として配置される。これにより、初段内側膨張室Ｒｉ１と初段外側膨張室Ｒｏ１とは、等圧状態となり、初段内側膨張室Ｒｉ１と初段外側膨張室Ｒｏ１との間の旋回スクロール１２の板状渦巻歯の壁面の変形を抑えることができる。
【００３９】
＜制御部による開閉弁制御処理＞
次に、制御部４による内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏの開閉制御処理手順について説明する。この開閉制御処理は、膨張比（圧力比）を調整するためのものである。図８は、制御部４による内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏの開閉制御処理手順を示すフローチャートである。
【００４０】
図８に示すように、まず制御部４は、内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏのすべてを閉にしておく（ステップＳ１０１）。その後、制御部４は、吸入圧力Ｐｓ及び吐出圧力Ｐｄを取得し、吐出圧力Ｐｄに対する吸入圧力Ｐｓの比である圧力比ΔＰを求め、圧力比ΔＰが所定値Ｐａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この所定値Ｐａは、内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏのすべてを閉にした状態における圧力比ΔＰである設定値よりも小さい値である。
【００４１】
圧力比ΔＰが所定値Ｐａ以下である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、内側開閉弁４１ｉ及び外側開閉弁４１ｏを同時に開にするとともに、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏを閉のままにする（ステップＳ１０３）。一方、圧力比ΔＰが所定値Ｐａ以下でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、ステップＳ１０２の判定処理を繰り返す。
【００４２】
その後、圧力比ΔＰが所定値Ｐａを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。圧力比ΔＰが所定値Ｐａを超える場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０１に移行して、内側開閉弁４１ｉ、外側開閉弁４１ｏ、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏのすべてを閉にする。一方、圧力比ΔＰが所定値Ｐａを超えない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）には、さらに圧力比ΔＰが所定値Ｐｂ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。この所定値Ｐｂは、所定値Ｐａよりも小さい値である。圧力比ΔＰが所定値Ｐｂ以下でない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、ステップＳ１０３に移行して、内側開閉弁４１ｉ及び外側開閉弁４１ｏを開にし、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏを閉のままとする現在の状態を維持する。
【００４３】
一方、圧力比ΔＰが所定値Ｐｂ以下である場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、内側開閉弁４１ｉ及び外側開閉弁４１ｏを開のままで、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏを同時に閉にする（ステップＳ１０６）。その後、圧力比ΔＰが所定値Ｐｂを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。圧力比ΔＰが所定値Ｐｂを超えた場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３に移行して、追加内側開閉弁４２ｉ及び追加外側開閉弁４２ｏを同時に閉にする。一方、圧力比ΔＰが所定値Ｐｂを超えない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）には、膨張処理の終了指示があったか否かを判定する（ステップＳ１０８）。膨張処理の終了指示がない場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）には、ステップＳ１０６に移行して現在の状態を維持する。一方、膨張処理の終了指示があった場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）には、本処理を終了する。
【００４４】
＜膨張損失の低減＞
次に、本実施の形態による膨張損失の低減について説明する。図９は、本実施の形態による膨張損失の低減を説明する説明図である。図９（ａ）は、膨張行程に伴う初段内側膨張室Ｒｉ１の容積と初段外側膨張室Ｒｏ１の容積とを加算した膨張室容積Ｖの変化に対する膨張行程に伴う初段内側膨張室Ｒｉ１及び初段外側膨張室Ｒｏ１の圧力Ｐの変化を示す図である。図９（ａ）は、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏを設けない従来の膨張室容積Ｖの変化に対する圧力Ｐの変化を示している。圧力変化ｄＰは、吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄとの差であり、圧力変化ｄＰは、設定値である。
【００４５】
ここで、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏを設けない場合、スクロール膨張機本体２の中心部の吸入容積Ｖ１と吐出容積Ｖ２との容積比（Ｖ２／Ｖ１）が幾何的に一つに決定されるため、次式に示すように、圧力比ΔＰ（＝Ｐｓ／Ｐｄ）も一定となる。
Ｐｓ／Ｐｄ＝（Ｖ２／Ｖ１）＾κ
なお、Ｐｓは吸入圧力、Ｐｄは吐出圧力、Ｖ２は吐出容積、Ｖ２は吸入容積、κは断熱指数である。
【００４６】
ここで、図９（ｂ）に示すように、吐出圧力Ｐｄが設定値よりも大きい吐出圧力Ｐｄ´に上昇した場合、膨張行程では、吐出圧力Ｐｄとなるまで減圧する膨張を行うため、過膨張損失Ｓａが発生する。これに対し、本実施の形態では、図９（ｃ）に示すように、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏにより高圧室１７に連通して初段内側膨張室Ｒｉ１の圧力及び初段外側膨張室Ｒｏ１の圧力を吸入圧力Ｐｓに維持し、膨張開始点を膨張室容積Ｖが膨張室容積Ｖ´になるまで遅らせて膨張行程を短縮している。すなわち、圧力変化ｄＰを圧力変化ｄＰ´に小さくし、圧力比ΔＰを小さくしている。この結果、無駄な過膨張損失Ｓａが発生せず、膨張効率の低下を抑止することができる。
【００４７】
また、図９（ｄ）に示すように、吸入圧力Ｐｓが設定値よりも小さい吸入圧力Ｐｓ´に上昇した場合、膨張行程では、圧力変化ｄＰとなるまで膨張行程を行って減圧するため、過膨張損失Ｓｂが発生する。これに対し、本実施の形態では、図９（ｅ）に示すように、内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏにより高圧室１７に連通して初段内側膨張室Ｒｉ１の圧力及び初段外側膨張室Ｒｏ１の圧力を吸入圧力Ｐｓ´に維持し、膨張開始点を膨張室容積Ｖが膨張室容積Ｖ´になるまで遅らせて膨張行程を短縮している。すなわち、圧力変化ｄＰを圧力変化ｄＰ´´に小さくし、圧力比ΔＰを小さくしている。この結果、無駄な過膨張損失Ｓｂが発生せず、膨張効率の低下を抑止することができる。
【００４８】
ここで、膨張開始点は、内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏの連通、さらに内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏのすべての連通という多段階の制御によって圧力変化ｄＰ（圧力比ΔＰ）を変化することができる。具体的には、圧力変化ｄＰの変化に応じて、図９（ｃ）及び図９（ｅ）の膨張室容積Ｖ´の位置を多段階に変化することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態では、内側連通孔３１ｉ及び外側連通孔３１ｏの対と、追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏの対からなる２対の連通孔を設けていたが、さらに複数対の連通孔を設けて、さらに多段階に圧力比を可変にしてもよい。
【００５０】
すなわち、内側連通孔３１ｉの位置から固定スクロール１１に沿って旋回スクロール１２の旋回角が進んだ位置に、初段内側膨張室Ｒｉ１に連通する１以上の追加内側連通孔を設けるとともに、外側連通孔３１ｏの位置から固定スクロール１１に沿って旋回スクロールの旋回角が進んだ位置に、初段外側膨張室Ｒｏ１に連通する１以上の追加外側連通孔を設けるようにしてもよい。上記の追加内側連通孔３２ｉ及び追加外側連通孔３２ｏは旋回角が１８０°進んだ一例である。なお、各追加内側連通孔及び各追加外側連通孔には、それぞれ開閉する１以上の追加内側開閉弁及び１以上の追加外側開閉弁が設けられ、制御部４によって開閉制御される。
【００５１】
具体的には、図１０に示すように、内側連通孔３１ｉの位置から旋回スクロール１２の旋回角が９０°進んだ位置に追加内側連通孔３３ｉ、及び、外側連通孔３１ｏの位置から旋回スクロールの旋回角が９０°進んだ位置に追加外側連通孔３３ｏを対として設ける。内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３３ｉ及び追加外側連通孔３３ｏが閉になっている場合、旋回スクロールの旋回角が１８０°（半回転）になるまで、圧縮開始点を遅らせることができる。
【００５２】
また、図１０に示すように、内側連通孔３１ｉの位置から旋回スクロール１２の旋回角が２７０°進んだ位置に追加内側連通孔３４ｉ、及び、外側連通孔３１ｏの位置から旋回スクロールの旋回角が２７０°進んだ位置に追加外側連通孔３４ｏを対として設ける。内側連通孔３１ｉ、外側連通孔３１ｏ、追加内側連通孔３３ｉ、追加外側連通孔３３ｏ、追加内側連通孔３２ｉ、追加外側連通孔３２ｏ、追加内側連通孔３４ｉ及び追加外側連通孔３４ｏが閉になっている場合、旋回スクロールの旋回角が５４０°（１回転半）になるまで、圧縮開始点を遅らせることができる。
【００５３】
なお、上記の実施の形態では、各連通孔が設けられる位置の旋回角の進み角は、１８０°単位、あるいは９０°単位としていたが、これに限らずの任意の進み角の位置に設けてもよい。
【００５４】
また、連通孔の径は、旋回スクロール１２の板状渦巻歯の厚さよりも小さくする。例えば、図１１に示すように、外側連通孔３１ｏの径Ｗ２は、旋回スクロール１２の板状渦巻歯の厚さＷ１よりも小さくする。これにより、外側連通孔３１ｏを介して旋回スクロール１２を跨いだ蒸気の圧力漏れが回避される。
【００５５】
なお、図１２に示すように、外側連通孔３１ｏ´が長穴である場合、短手方向の径Ｗ２´は旋回スクロール１２の板状渦巻場の厚さＷ１よりも小さくする。
【００５６】
さらに、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  スクロール膨張機
２  スクロール膨張機本体
３  発電機
４  制御部
５  表示操作部
１０  筐体
１０ａ，１０ｂ  筐体
１１  固定スクロール
１２  旋回スクロール
１３  クランクシャフト
１４  スラスト軸受
１５  バランスウェイト
１７  高圧室
２０  主吸入口
２０ａ  中心
２２  高圧圧力検出部
２３  高圧温度検出部
２４  低圧圧力検出部
２５  低圧温度検出部
３１ｏ  外側連通孔
３１ｉ  内側連通孔
３２ｏ，３３ｏ，３４ｏ  追加外側連通孔
３２ｉ，３３ｉ，３４ｉ  追加内側連通孔
４１ｏ  外側開閉弁
４１ｉ  内側開閉弁
４２ｏ  追加外側開閉弁
４２ｉ  追加内側開閉弁
ＡＬ  回転方向
ｄＰ  圧力変化
ＨＷ  高圧蒸気
Ｌ１，Ｌ２  配管
ＬＷ  低圧蒸気
Ｐａ，Ｐｂ  所定値
Ｐｄ  吐出圧力
Ｐｓ  吸入圧力
ＲＣ  領域
Ｒｉ１  初段内側膨張室
Ｒｉ２  次段内側膨張室
Ｒｏ１  初段外側膨張室
Ｒｏ２  次段外側膨張室
ＲＷ  高圧蒸気
Ｓａ，Ｓｂ  過膨張損失
Ｖ  膨張室容積
Ｖ１  吸入容積
Ｖ２  吐出容積
ΔＰ  圧力比
【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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【図１２】
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