(57)【要約】【課題】作動媒体に潤滑油を混入させないで膨張効率を高め、潤滑油を用いることなく、ハウジング内に設けられた機器類の潤滑性を保持する。【解決手段】作動媒体循環路１２から無給油型スクロール膨張機１６の供給口４６に、潤滑油が混入されていない作動媒体ｗが供給される。ハウジング３２の内部に密閉空間ｃ２が形成され、環状シール６２によって閉鎖空間ｃ１の作動媒体ｗが密閉空間ｃ２に漏出するのを抑制している。作動媒体ｗの排出口４８と密閉空間ｃ２とを連通する連通路１１２が設けられ、連通路１１２には、密閉空間ｃ２の圧力が排出口４８の作動媒体圧より高くなったときのみ開放する逆止弁１１４が設けられている。閉鎖空間ｃ１に供給された高圧の作動媒体ｗの膨張作用によって旋回スクロール体５０が旋回し、出力軸７４が回転する。【選択図】図２
2014218960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台板と該台板に立設された渦巻き形状のラップ部とを夫々有し、互いのラップ部が噛合するように対向配置されて作動媒体を封入する複数の閉鎖空間を形成し、前記複数の閉鎖空間のうち中心部に形成された閉鎖空間に供給された作動媒体の膨張作用によって相対的公転運動を行う一対のスクロール体と、
前記一対のスクロール体の相対的公転運動を出力軸に回転運動として伝達する駆動力変換機構とを備えた無給油型スクロール膨張機において、
前記複数の閉鎖空間のうち中心部に形成された閉鎖空間に作動媒体のみを供給する作動媒体供給部と、
前記一対のスクロール体及び前記駆動力変換機構を内蔵し、内部に密閉空間を形成するハウジングと、
前記一対のスクロール体のラップ部を囲む前記一対のスクロール体の摺接面に設けられた環状シール部材と、
前記ハウジング内部の密閉空間と前記閉鎖空間で膨張した後の作動媒体が排出される排出口とを連通させる連通路と、
前記連通路に設けられ、前記密閉空間の圧力が前記排出口の内圧より高くなったときのみ前記連通路を開放する逆止機構とを備え、
前記ハウジングの内部に設けられた軸受は自己潤滑型軸受であることを特徴とする無給油型スクロール膨張機。
【請求項２】
前記一対のスクロール体の一方が、前記ハウジングに固定された固定スクロール体であると共に、前記一対のスクロール体の他方が前記作動媒体の膨張作用によって公転運動を行う旋回スクロール体であり、
前記駆動力変換機構は、前記旋回スクロール体に結合され前記旋回スクロール体と共に公転運動する公転軸を有し、該公転軸は該公転軸の軸線に対して平行でかつ偏心した軸線を中心に回転する前記出力軸に接続され、
前記旋回スクロール体と前記ハウジングとの間に、前記旋回スクロール体の自転を防止し、自己潤滑型軸受を有する自転防止機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無給油型スクロール膨張機。
【請求項３】
前記自転防止機構は、
前記ハウジングに固定された第１の軸収納部に収納されたクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に支承する自己潤滑型の第１の転がり軸受と、
前記クランク軸に一体に形成されると共に、前記旋回スクロール体に固定された第２の軸収納部に収納され、軸線が前記クランク軸の軸線と平行でかつ偏心した偏心ピンと、
前記偏心ピンを回転自在に支承する自己潤滑型の第２の転がり軸受とを有するピンクランク機構であることを特徴とする請求項２に記載の無給油型スクロール膨張機。
【請求項４】
外部から供給される加熱媒体で作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
受動機が接続され、蒸発した作動媒体の膨張力を回転力に変換し、前記受動機を駆動させる膨張機と、
前記膨張機から排出された作動媒体を外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮機構と、
凝縮した作動媒体を加圧して前記蒸発器に供給する循環ポンプとを備えた動力発生装置において、
前記膨張機が請求項１〜３のいずれかの項に記載の無給油型スクロール膨張機であり、前記出力軸が前記受動機に接続されていることを特徴とする動力発生装置。
【請求項５】
前記受動機は、
前記出力軸が結合されたロータ軸を有し、前記出力軸の回転によって電力を回生する発電機であることを特徴とする請求項４に記載の動力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動力（回転トルク）の発生効率を高めた無給油型スクロール膨張機、及びこの無給油型スクロール膨張機を備えた動力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネ志向が浸透し、その一環として、温泉熱や工場排熱等の低温熱源を利用したバイナリー発電システムが注目されている。バイナリー発電システムは、低沸点の作動媒体を前記低温熱源によって加熱し、圧縮したガス状の作動媒体を膨張工程を担う流体機械に供給し、作動媒体の膨張力を回転トルクに変換することで発電を可能にしている。バイナリー発電システムは、熱サイクルとしてランキンサイクルを構成し、作動媒体を蒸発させる温熱源と蒸発した作動媒体を凝縮させる冷熱源とを必要とする。
【０００３】
低沸点の作動媒体として、安定した性状を有するＨＦＣ−２４５ｆａなどのフロン系媒体が多く用いられている。最近は、ニーズの多様化で、汎用化及び小型化の傾向にあり、膨張工程を担う流体機械として、従来のタービン機構に代わって、スクリュー型やスクロール型などの容積型膨張機が用いられている。特に、スクロール膨張機は、膨張機として用いた場合、小型のものであっても効率良く発電できることが知られている。容積型膨張機は、機器の潤滑性と形成される閉鎖空間のシール性の維持のため、エアコンなどの冷凍機と同様に、作動媒体に潤滑油を混合して使用されることが多い。
【０００４】
作動媒体と潤滑油とを混合して使用することは、機器の潤滑油と閉鎖空間のシール性の維持とを両立させる上で簡易かつ有効な方法である。即ち、例えば、作動媒体に対し１０〜２０％の潤滑油を積極的に混合することで、閉鎖空間のシール性能を向上させると共に、閉鎖空間から流出した作動媒体と潤滑油との混合流を、軸受やオルダムリング（旋回スクロール体の自転を防止する機構の一種）のように、多量の潤滑油を必要とする機器に導き、これらの機器の潤滑性を維持している。
しかし、本来、純度の高い作動媒体を使用したほうが膨張効率が良くなる。しかし、潤滑油量を減らした場合には、潤滑不良による焼き付きや必要動力の増大に至るおそれがある。そのため、冷凍機と同様に作動媒体に潤滑油を混合して使用する場合が多い。
【０００５】
特許文献１には、スクロール膨張機において、作動媒体に潤滑油を混入させないことで膨張効率を高め、膨張過程で液化する作動媒体の液膜で閉鎖空間のシール性及び潤滑性を維持すると共に、オルダム継手や軸受等が設けられた駆動室には潤滑油を供給することで、これら機器の潤滑性を維持するようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された構成では、駆動室に常時潤滑油を供給する必要があるため、大量の潤滑油が必要になると共に、潤滑油を供給するための機構を設ける必要があり、高コストとなるという問題がある。また、閉鎖空間に供給された高圧の作動媒体が固定スクロール体と旋回スクロール体との摺接面から駆動室に漏れ、駆動室に設けられた機器類の潤滑性を阻害するおそれがある。
あるいは、逆に、駆動室内の潤滑油が閉鎖空間に侵入し、作動媒体の純度を低下させ、膨張効率を低下させるおそれがある。さらには、作動媒体や潤滑油がハウジング外に漏れ出て、環境汚染やスクロール膨張機の機能低下を起こすおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑み、作動媒体に潤滑油を混入させないで膨張効率を高めると共に、閉鎖空間とハウジング内の他の空間とを分離させることで、作動媒体の純度をほぼ１００％に保ちつつ、潤滑油を用いることなく、ハウジング内に設けられた機器類の潤滑性を保持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、本発明は、台板と該台板に立設された渦巻き形状のラップ部とを夫々有し、互いのラップ部が噛合するように対向配置されて作動媒体を封入する複数の三日月形状の閉鎖空間を形成し、複数の閉鎖空間のうち中心部に形成された閉鎖空間に供給された作動媒体の膨張作用によって相対的公転運動を行う一対のスクロール体と、これらスクロール体の相対的公転運動を出力軸に回転運動として伝達する駆動力変換機構とを備えたスクロール膨張機に適用される。
【００１０】
スクロール膨張機は、一対のスクロール体の中心部に形成された閉鎖空間にガス状の作動媒体を供給し、ガス状の作動媒体の膨張作用によって、複数の閉鎖空間をラップ部に沿って中心部から外側へ移行させながら該閉鎖空間の容積を拡大させる。この膨張力によって一対のスクロール体に相対的な公転運動が発生する。この相対的公転運動は駆動力変換機構によって出力軸の回転運動に変換される。膨張後の作動媒体はスクロール体の周辺部に設けられた排出口から外部へ排出される。
【００１１】
本発明のスクロール膨張機では、作動媒体供給部から潤滑油が混合されていないほぼ１００％純度の作動媒体が供給される。そのため、作動媒体の膨張効率が向上する。本発明では、特許文献１と同様に、閉鎖空間に供給される作動媒体の液相部分により、閉鎖空間のシール性及び潤滑性を保持させる。
【００１２】
一対のスクロール体及び駆動力変換機構は、内部に密閉空間を形成するハウジングに収納される。これによって、作動媒体などがハウジング外に漏れ出るおそれがなくなり、環境汚染やスクロール膨張機の機能低下を招かない。
また、一対のスクロール体のラップ部を囲むこれらスクロール体の摺接面に環状シール部材を設けることで、閉鎖空間とハウジング内の密閉空間とを分離し、作動媒体が閉鎖空間から漏れ出るのを極力抑えることができる。これによって、作動媒体の膨張効率の低下を防止できる。
【００１３】
さらに、本発明のスクロール膨張機は、ハウジングの内部には、自己潤滑型軸受が設けられ、ハウジング内の密閉空間に潤滑油を供給しない。そのため、オルダムリングのように多量の潤滑油を必要とする機器類を設けない。自己潤滑型軸受は、例えば、予めグリースが封入されたグリース封入型軸受であり、あるいは、低摩擦で耐熱耐摩耗性を有する自己潤滑材料、例えばフッ素樹脂などで構成された軸受を言う。
これによって、ハウジングに潤滑油を供給するための機構が不要になり、低コスト化できる。環状シール部材は動的シール構造であり、閉鎖空間が高圧のとき環状シール部材から微量の作動媒体がハウジング内に漏れることもある。しかし、ハウジングの内部は密閉空間であるため、軸受に封入されたグリースや作動媒体がハウジング外へ漏れることはない。
【００１４】
本発明のスクロール膨張機は、さらに、ハウジング内部の密閉空間と膨張後の作動媒体が排出される排出口とを連通させる連通路と、密閉空間の圧力が排出口の内圧より高くなったときのみ連通路を開放する逆止機構とを備えている。これによって、ハウジング内の密閉空間に漏れ出た作動媒体ガスが排出口の作動媒体の排出圧力以上に上昇するのを防止でき、排出圧力以上となったときは排出口に回収できる。
【００１５】
本発明の一態様として、一対のスクロール体の一方が、ハウジングに固定された固定スクロール体であると共に、一対のスクロール体の他方が作動媒体の膨張作用によって公転運動を行う旋回スクロール体であり、駆動力変換機構は、旋回スクロール体に結合され旋回スクロール体と共に公転運動する公転軸を有し、該公転軸は公転軸の軸線に対して平行でかつ偏心した軸線を中心に回転する前記出力軸に接続され、旋回スクロール体とハウジングとの間に、旋回スクロール体の自転を防止し、自己潤滑型軸受を有する自転防止機構が設けられた構成とすることができる。
【００１６】
スクロール膨張機には２つのタイプがある。ひとつのタイプは、前述の構成を有し、ハウジングに固定された固定スクロール体と、固定スクロール体に対して公転運動を行う旋回スクロール体とを備えたタイプである。旋回スクロール体は偏心した公転軸を介して出力軸に接続され、旋回スクロール体の公転運動は出力軸に回転運動として伝達される。
このタイプは、固定スクロール体はハウジングに固定され、旋回スクロール体のみが公転運動を行うので、両スクロール体のラップ部を囲む摺接面のシールが容易である。
【００１７】
もうひとつのタイプは、互いに同期回転する駆動スクロール体及び従動スクロール体を有した両回転型のスクロール膨張機である。駆動スクロール体と従動スクロール体とは、作動媒体の膨張作用によって互いに平行でかつ偏心した軸線を中心に回転する。そして、従動スクロール体を駆動スクロール体と同期回転させる同期回転機構とを備え、旋回スクロール体は偏心した公転軸を介して出力軸に接続され、旋回スクロール体の公転運動は出力軸に回転運動として伝達される。
本発明は、前記両方のタイプのスクロール膨張機に適用できるが、特に、前者のタイプに適用されて好適である。
【００１８】
前記自転防止機構及び前記同期回転機構として、例えば、オルダムリング方式、ピンクランク方式、あるいはリング内をピンが案内される方式、凹部内をローラが案内される方式等がある。本発明では、多量の潤滑油を必要とするオルダムリング方式を用いない。そして、自己潤滑型軸受を用いることができるピンクランク方式等の機構を用いる。
【００１９】
前者のタイプに自転防止機構として適用されるピンクランク方式は、ハウジングに固定された第１の軸収納部に収納されたクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に支承する自己潤滑型の第１の転がり軸受と、
前記クランク軸に一体に形成されると共に、前記旋回スクロール体に固定された第２の軸収納部に収納され、軸線が前記クランク軸の軸線と平行でかつ偏心した偏心ピンと、
前記偏心ピンを回転自在に支承する自己潤滑型の第２の転がり軸受とを有するピンクランク機構とすることができる。かかる構成のピンクランク機構を用いることで、ハウジング内に潤滑油を供給する必要がなく、潤滑油供給機構が不要となり低コストとなる。
【００２０】
また、本発明の動力発生装置は、外部から供給される加熱媒体で作動媒体を蒸発させる蒸発器と、受動機が接続され、蒸発した作動媒体の膨張力を回転力に変換し、受動機を駆動させる膨張機と、膨張機から排出された作動媒体を外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮機構と、凝縮した作動媒体を加圧して蒸発器に供給する循環ポンプとを備えた動力発生装置であって、膨張機が本発明の構成を有する無給油型スクロール膨張機であり、無給油型スクロール膨張機の出力軸が受動機に接続されているものである。
【００２１】
本発明の動力発生装置は、ランキンサイクルを構成し、低温熱源から効率良く動力を発生できる。また、本発明の無給油型スクロール膨張機を備えたことで、さらに前記作用効果を得ることができる。
【００２２】
受動機は、例えば、無給油型スクロール膨張機の出力軸に結合されたロータ軸を有し、該出力軸の回転によって電力を回生する発電機である。受動機を発電機とすることで、低温熱源を用い、低コストで効率良い発電が可能になる。
なお、受動機は、発電機以外に、例えば、スクロール膨張機を駆動するモータであってもよく、この場合、スクロール膨張機で発生した駆動力（トルク）をモータの補助動力として用いることもできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、低コストで、機器類の安定した潤滑性を維持しながら、スクロール膨張機の膨張効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイナリー発電システムの系統図である。
【図２】前記バイナリー発電システムに設けられた無給油型スクロール膨張機の縦断面図である。
【図３】図２中のＡ部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２６】
本発明の一実施形態を図１〜図３により説明する。図１は、動力発生装置としてのバイナリー発電システム１０を示している。図１において、作動媒体ｗが循環する閉ループの作動媒体循環路１２に、蒸発器１４と、本発明に係る無給油型スクロール膨張機１６と、凝縮器２０とが設けられている。作動媒体ｗとして、例えばＨＦＣ−２４５ｆａなどのフロン系媒体が用いられる。無給油型スクロール膨張機１６は出力軸を介して発電機１８と接続されている。蒸発器１４には、熱媒体ｈが循環する熱媒体循環路２４が接続されている。蒸発器１４で液状の作動媒体ｗは熱媒体ｈと熱交換し、熱媒体ｈから吸熱して蒸発する。
【００２７】
熱媒体ｈとして、温泉の温熱源を吸収した熱媒体、工場排熱若しくはエンジン排熱を吸収した熱媒体、又は太陽熱を吸収した熱媒体等からなる低温の熱媒体が用いられる。
蒸発して高圧となった作動媒体ｗは、作動媒体循環路１２から無給油型スクロール膨張機１６に入る。作動媒体ｗは、無給油型スクロール膨張機１６で断熱膨張し、その膨張力で発電機１８のロータ軸を駆動し、電力を回生する。凝縮器２０には冷却媒体ｃが循環する冷却媒体循環路２６が接続されている。無給油型スクロール膨張機１６で断熱膨張した後の作動媒体ｗは、凝縮器２０で冷却媒体ｃと熱交換し、冷却媒体ｃによって冷却されて凝縮する。凝縮した作動媒体ｗは、循環ポンプ２２で蒸発器１４に送られる。
【００２８】
バイナリー発電は、ランキンサイクルを構成し、低温熱源でも発電できる反面、作動媒体が閉ループを循環する熱サイクルであるため、冷熱源を用いた凝縮工程を必要とする。凝縮工程は、一般的には、熱交換器を用いて、作動媒体と冷却水とを熱交換させて、作動媒体を凝縮させ、凝縮した作動媒体を液ポンプで蒸発器に送る工程となる。冷熱源として、地下水、河川水、水道水等が用いられ、冷熱源の冷却手段として冷却塔、チラー等が使われていることが多い。
【００２９】
次に、図２及び図３により、無給油型スクロール膨張機１６の構成を説明する。図２において、無給油型スクロール膨張機１６のハウジングは、直径が小さい中空円筒形のハウジング３０と、直径が大きい中空円筒形のハウジング３２とで構成されている。ハウジング３０とハウジング３２とは互いにボルト結合されている。ハウジング３０の上端に、発電機１８の構成機器を内蔵したケーシング３４がボルト結合され、ハウジング３２の下端に固定スクロール体３６がボルト結合されている。ハウジング３２の下端面に当接した固定スクロール体３６の外周側正面には環状のＯリング溝が形成されている。該Ｏリング溝にフッ素樹脂等からなり耐食性を有する継ぎ目の無いＯリング３８が挿入され、ハウジング３２の内部は密閉空間ｃ２が形成されている。また、ハウジング３０の内部も同様に密閉空間が形成されている。なお、Ｏリング溝はハウジング３２に形成してもよい。
【００３０】
固定スクロール体３６は、ほぼ円形の台板４０と台板４０から正面側に立設された渦巻き形状のラップ部４２とを有している。旋回スクロール体５０が固定スクロール体３６に対向配置されている。旋回スクロール体５０はほぼ円形の台板５２と台板５２から正面側（固定スクロール体３６に対向する側）に立設された渦巻き形状のラップ部５４とを有している。両ラップ部４２及び５４は互いに噛合して複数の三日月形状の閉鎖空間ｃ１を形成している。両ラップ部の先端面には渦巻き形状のシール溝が形成され、該シール溝にフッ素樹脂等からなる自己潤滑性のチップシール５８が挿入され、閉鎖空間ｃ１のシール性能を保持している。固定スクロール体３６及び旋回スクロール体５０の背面に多数の冷却フィン４４及び５６が突設されている。
【００３１】
固定スクロール体３６の台板４０の中心部には、複数の閉鎖空間ｃ１のうち中心部に形成された閉鎖空間ｃ１に作動媒体ｗを供給する供給口４６が形成され、台板４０の外周部には、膨張して仕事を終えた作動媒体ｗが排出される排出口４８が形成されている。
両ラップ部４２及び５４の半径方向外側で、旋回スクロール体５０の台板５２が摺接する固定スクロール体３６の外周側正面に、両ラップ部４２及び５４を囲む環状のシール溝６０が刻設され、シール溝６０に環状シール６２が挿入されている。環状シール６２によって複数の閉鎖空間ｃ１に供給された作動媒体ｗがハウジング３２の内部に形成された密閉空間ｃ２に漏れるのを防止している。
【００３２】
旋回スクロール体５０の背面には支持プレート６４がボルト結合されている。支持プレート６４の背面６４ａの中心部には、ボス部６６が一体に形成されている。ボス部６６の内部に偏心軸６８が配置され、偏心軸６８はころ軸受７０によって回転自在に支承されている。ころ軸受７０には予めグリースが封入されている。ころ軸受７０の入口側のボス部６６と偏心軸６８との間に、環状のグリース漏れ止め用シール７２が介装され、グリース漏れ止め用シール７２によって、ころ軸受７０に封入されたグリースが外部へ漏れ出るのを防止している。
【００３３】
偏心軸６８は、出力軸７４と一体に形成されている。偏心軸６８の軸線ａ１と出力軸７４の軸線ａ２とは、互いに平行でかつ半径方向へｔだけ偏心している。偏心軸６８と出力軸７４との間には、これらと一体にカウンタウェイト７６が形成されている。ハウジング３０の内部中央に、円筒形の軸収納部７８がハウジング３０と一体に形成されている。軸収納部７８の内部に２個の玉軸受８０が収納され、出力軸７４は、２個の玉軸受８０に回転自在に支承されている。２個の玉軸受８０には予めグリースが封入されている。２個の玉軸受８０の両側入口に環状のグリース漏れ止め用シール８１が設けられ、グリース漏れ止め用シール８１によって、玉軸受８０に封入されたグリースが外部に漏れ出るのを防止している。
【００３４】
かかる構成により、閉鎖空間ｃ１に供給された作動媒体ｗの膨張作用で生起する旋回スクロール体５０の旋回運動は、出力軸７４に回転運動として伝達される。
【００３５】
出力軸７４は発電機１８のロータ軸８２に同一軸線上で結合されている。ケーシング３４の内部で、ロータ軸８２の周囲にはロータ軸８２と共に回転するロータ８４が設けられ、ロータ８４の周囲にステータ８６が設けられている。ロータ軸８２の両端は玉軸受８８及び９０で回転自在に支承されている。
【００３６】
次に、旋回スクロール体５０の自転を防止する自転防止機構であるピンクランク機構９２の構成を説明する。ピンクランク機構９２は、ハウジング３２の周方向に１２０°間隔で３個配設されている。ハウジング３２に形成された軸収納部９４の内部にクランク軸９６が配置され、クランク軸９６は、軸収納部９４の内部に配置された２個の玉軸受９８で回転自在に支承されている。クランク軸９６は、ワッシャーを介してクランク軸９６に螺合したボルト１００で玉軸受９８から脱落するのを防止されている。２個の玉軸受９８には予めグリースが封入されており、軸収納部９４の入口に設けられた環状のグリース漏れ止め用シール１０２で、グリースが玉軸受９８から漏れ出るのを防止している。
【００３７】
軸線がクランク軸９６の軸線と平行で、かつ偏心軸６８と同様に半径方向へｔだけ偏心した偏心ピン１０６がクランク軸９６と一体に形成されている。また、支持プレート６４の背面に軸収納部１０４が一体に形成され、偏心ピン１０６は軸収納部１０４の内部に挿入されている。軸収納部１０４の内部で、偏心ピン１０６は２個の玉軸受１０８によって回転自在に支承されている。玉軸受１０８には予めグリースが封入されている。軸収納部１０４の入口には環状のグリース漏れ止め用シール１１０が設けられ、グリース漏れ止め用シール１１０によって、玉軸受１０８に封入されたグリースが外部へ漏れ出るのを防止している。
【００３８】
かかる構成において、蒸発器１４で蒸発して高圧となり、作動媒体ｗは、作動媒体供給部として機能する作動媒体循環路１２から供給口４６に供給される。供給口４６に供給される作動媒体ｗは潤滑油を含まないものである。作動媒体ｗは供給口４６から固定スクロール体３６及び旋回スクロール体５０の中心部に形成された閉鎖空間ｃ１に供給される。閉鎖空間ｃ１に供給された作動媒体ｗの膨張作用により、閉鎖空間ｃ１は拡大しながらラップ部に沿って外側へ移動する。この作動媒体ｗの膨張力によって旋回スクロール体５０が旋回（公転運動）する。旋回スクロール体５０は、ピンクランク機構９２によって自転が阻止され、公転運動のみ行う。
【００３９】
旋回スクロール体５０が公転運動を行うと、その公転運動が偏心軸６８を介して出力軸７４に回転運動として伝達される。出力軸７４が回転することで、発電機１８のロータ軸８２及びロータ８４が回転し、回生電力が発生する。
なお、密閉空間ｃ２に潤滑油は供給されない。そして、閉鎖空間ｃ１では、閉鎖空間ｃ１に供給される作動媒体ｗの液相部分により、シール性及び潤滑性が保持される。
【００４０】
排出口４８は作動媒体循環路１２に接続され、仕事を終えて排出口４８から排出された作動媒体ｗは作動媒体循環路１２を通って凝縮器２０に送られる。本実施形態では、ハウジング３２内の密閉空間ｃ２と排出口４８に接続された作動媒体循環路１２とに接続された連通路１１２が設けられている。連通路１１２には、密閉空間ｃ２の圧力が排出口４８の作動媒体圧より高くなったときのみ連通路１１２を開放する逆止弁１１４が設けられている。
【００４１】
次に、図３により、環状シール６２の構成を説明する。図３において、旋回スクロール体５０の台板５２が摺接する固定スクロール体３６の外周側正面３６ａに環状のシール溝６０が刻設され、シール溝６０に環状シール６２が嵌合されている。環状シール６２は、環状のバックアップチューブ１１８と、バックアップチューブ１１８の上に配置された四角断面を有する環状の摺動部材１１６とで構成されている。摺動部材１１６は、低摩擦で耐熱耐摩耗性を有する自己潤滑材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のやや硬質のフッ素樹脂、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等で構成されている。
【００４２】
バックアップチューブ１１８は、環状を有し、シリコーン樹脂又はフッ素ゴム等の良好なシール性を有する弾性材料で構成されている。
摺動部材１１６は固定スクロール体３６の外周側正面３６ａからわずかに突出するように配置することで、旋回スクロール体５０の台板５２に押圧される。これによって、旋回スクロール体５０と摺接する外周側正面３６ａの良好なシール性能を得ることができる。
なお、シール溝６０は、外周側正面３６ａと摺接する旋回スクロール体５０の台板５２の正面に形成してもよい。
【００４３】
本実施形態によれば、作動媒体循環路１２から潤滑油が混合されていないほぼ１００％純度の作動媒体ｗが供給されるため、作動媒体ｗの膨張効率が向上する。
また、環状シール６２は動的シール構造であり、閉鎖空間ｃ１が高圧のとき環状シール６２から微量の作動媒体がハウジング内に漏れることもある。しかし、ハウジング３２の内部は密閉空間であるため、軸受に封入されたグリースや作動媒体ｗがハウジング外へ漏れることはない。そのため、環境汚染や無給油型スクロール膨張機１６の機能低下を招かない。
また、環状シール６２を設けることで、閉鎖空間ｃ１と密閉空間ｃ２とを分離し、作動媒体ｗが閉鎖空間ｃ１から漏れ出るのを極力抑えることができる。これによって、作動媒体ｗの膨張効率の低下を防止できる。
【００４４】
また、ハウジング３０及び３２の内部に設けられた軸受は、すべてグリース封入型の軸受であり、密閉空間ｃ２に潤滑油を供給しないため、潤滑油を供給するための機構が不要になり、低コスト化できる。
また、連通路１１２及び逆止弁１１４が設けられているので、密閉空間ｃ２に漏れ出たガス状の作動媒体ｗが排出口４８の作動媒体ｗの排出圧力以上に上昇するのを防止でき、密閉空間ｃ２が排出圧力以上となったときは排出口４８に回収できる。
【００４５】
また、本実施形態では、固定スクロール体３６はハウジング３２に固定され、旋回スクロール体５０のみが公転運動を行うので、両スクロール体のラップ部を囲む摺接面のシールが容易である。
また、自転防止機構として、ピンクランク軸機構９２を設け、ピンクランク軸機構９２はグリース封入型の玉軸受９８及び１０８を有しているので、潤滑性能を保持できると共に、潤滑油供給機構が不要となり低コストとなる。
さらに、バイナリー発電システム１０は、ランキンサイクルを構成し、低温熱源を用いて効率良く発電できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、低コストで、機器類の安定した潤滑性を維持しながら、膨張効率を向上できる無給油型スクロール膨張機及び該無給油型スクロール膨張機を用いた効率良い動力発生装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０                                  バイナリー発電システム（動力発生装置）
１２                                  作動媒体循環路（作動媒体供給部）
１４                                  蒸発器
１６                                  無給油型スクロール膨張機
１８                                  発電機
２０                                  凝縮器
２２                                  循環ポンプ
２４                                  熱媒体循環路
２６                                  冷却媒体循環路
３０、３２                            ハウジング
３４                                  ケーシング
３６                                  固定スクロール体
３６ａ                              外周側正面
３８                                  Ｏリング
４０、５２                            台板
４２、５４                            ラップ部
４４、５６                            冷却フィン
４６                                  供給口
４８                                  排出口
５０                                  旋回スクロール体
５８                                  チップシール
６０                                  シール溝
６２                                  環状シール
６４                                  支持プレート
６４ａ                              背面
６６                                  ボス部
６８                                  偏心軸
７０                                  ころ軸受
７２、８１、１０２、１１０            グリース漏れ止め用シール
７４                                  出力軸
７６                                  カウンタウェイト
７８、９４、１０４                    軸収納部
８０、８８、９０、９８、１０８        玉軸受
８２                                  ロータ軸
８４                                  ロータ
８６                                  ステータ
９２                                  ピンクランク機構
９６                                  クランク軸
１００                                ボルト
１０６                                偏心ピン
１１２                                連通路
１１４                                逆止弁
１１６                                摺動部材
１１８                                バックアップチューブ
ａ１、ａ２                            軸線
ｃ                                    冷却媒体
ｃ１                                  閉鎖空間
ｃ２                                  密閉空間
ｈ                                    熱媒体
ｗ                                    作動媒体
【図１】
2014218960.tif 000003
【図２】
2014218960.tif 000004
【図３】
2014218960.tif 000005