(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部にスクロール部が立設された固定スクロール及び可動スクロールを有し、凝縮器で液化された後に蒸発器で気化された作動流体が前記固定スクロールのスクロール部と前記可動スクロールのスクロール部との間に形成される膨張室で膨張することによって動力を発生するスクロール型膨張機であって、
前記固定スクロールの基部に形成され、外部に開口する吸入ポートと、
前記固定スクロールの基部に形成され、前記吸入ポートから前記膨張室内に開口する導入口まで延びて前記吸入ポートに流入した作動流体を前記膨張室へと導く作動流体通路であって、その途中に当該作動流体通路よりも大きい断面積を有する空間が存在しない前記作動流体通路と、
当該スクロール型膨張機の固定部分と前記可動スクロールの基部との間に配置され、前記可動スクロールに作用するスラスト力を受けると共に前記可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構と、
を備え、
前記自転阻止機構は、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構である、
スクロール型膨張機。
【請求項２】
前記自転阻止機構は、
前記固定部分に取り付けられた固定側プレートと、
前記可動スクロールの基部に取り付けられた可動側プレートと、
前記固定側プレートと前記可動側プレートとの間に転動自在に保持されたボールと、
を含み、
前記固定側プレート及び前記可動側プレートのうちの少なくとも前記固定側プレートに円弧状の溝断面を有する環状レース溝が形成され、前記ボールが前記環状レース溝に沿って転動する、請求項１に記載のスクロール型膨張機。
【請求項３】
前記可動スクロールの基部と前記可動側プレートとの間に、前記可動側プレートの弾性変形を許容する隙間が設けられている、請求項１又は２に記載のスクロール型膨張機。
【請求項４】
前記作動流体通路は、前記吸入ポートからほぼ水平方向に延びて前記導入口に接続している、請求項１〜３のいずれか一つに記載のスクロール型膨張機。
【請求項５】
前記作動流体通路は、前記吸入ポートからほぼ鉛直方向に延びる鉛直通路と、当該鉛直通路からほぼ水平方向に延びて前記導入口に接続する水平通路と、を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のスクロール型膨張機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載のスクロール型膨張機と、このスクロール型膨張機で発生した動力によって駆動されて前記作動流体の吸引・吐出を行うポンプユニットと、が一体に構成されている、流体機械。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一つに記載のスクロール型膨張機と、このスクロール型膨張機が発生した動力によって駆動されて発電を行う発電ユニットと、が一体に構成されている、流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型膨張機及びこれを備えた流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蒸発発生器で蒸発した高温高圧の気相の作動媒体（冷媒）が固定スクロールの台板（基部）の中心部に形成された貫通孔を介して膨張室に導入されるように構成されたスクロール型膨張機が記載されている。このようなスクロール型膨張機では、外部から供給された作動流体が直接的に膨張室へと導かれるので、スクロール型膨張機における作動流体の熱損失や圧力損失等が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３７９４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載されたスクロール型膨張機においては、蒸発発生器で十分に気化されていない作動流体が供給された場合、すなわち、膨張室に液相の作動流体が導入された場合が考慮されていない。膨張室に液相の作動流体が導入されると、内部の摺動部分や回転部分にも液相の作動流体が侵入して潤滑油を流してしまうため、例えばスラスト軸受部に焼付きなどが発生するおそれがある。このため、上記特許文献１に記載されたスクロール型膨張機は、耐久性・信頼性の面で課題を有していた。
【０００５】
ここで、液相の作動流体が膨張室に導入されることを防止するため、外部から供給された作動流体が液相の作動流体を溜めることのできる吸入室等を経由して膨張室に導入するようにスクロール型膨張機を構成することも考えられる。
しかし、そのようにすると、上記吸入室等を形成するための部品（ケーシング等）が新たに必要となり、構造が複雑化すると共にコストアップや装置の大型化を招く。また、上記吸入室等はある程度の容積を有するため、当該吸入室等で作動流体の圧力損失や熱損失が生じてエネルギー損失が増加するおそれもある。
【０００６】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、構造が比較的簡単であり、エネルギー損失が少なく、かつ、高い耐久性・信頼性を有するスクロール型膨張機及びこれを備えた流体機械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】
本発明の一側面によると、基部にスクロール部が立設された固定スクロール及び可動スクロールを有し、凝縮器によって液化された後に蒸発器によって気化された作動流体が前記固定スクロールのスクロール部と前記可動スクロールのスクロール部との間に形成される膨張室で膨張することによって動力を発生するスクロール型膨張機は、前記固定スクロールの基部に形成され、外部に開口する吸入ポートと、前記固定スクロールの基部に形成され、前記吸入ポートから前記膨張室内に開口する導入口まで延びて前記吸入ポートに流入した作動流体を前記膨張室へと導く作動流体通路であって、その途中に当該作動流体通路よりも大きい断面積を有する空間が存在しない前記作動流体通路と、当該スクロール型膨張機の固定部分と前記可動スクロールの基部との間に配置され、前記可動スクロールに作用するスラスト力を受けると共に前記可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構と、を備え、前記自転阻止機構は、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構である。
【発明の効果】
【０００８】
実験によって、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構は、潤滑不十分の状態であっても高い耐久性を有することが確認されている。
上記スクロール型膨張機は、このような自転阻止機構によって可動スクロールに作用するスラスト力を受けると共に可動スクロールの自転を阻止するように構成されているので、外部から液相の作動流体が供給されて潤滑不足となった場合であっても不具合が発生せず、高い耐久性・信頼性を確保できる。また、作動流体通路が固定スクロールの基部に形成されており、外部から供給された作動流体が直接的に膨張室へ導かれるので、構造が比較的簡単であり、作動流体の圧力損失や熱損失も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるスクロール型膨張機が適用された廃熱利用装置の構成を示す図である。
【図２】上記スクロール型膨張機を備えたポンプ一体型膨張機の構成を示す図である。
【図３】図２の自転阻止機構周辺の拡大図である。
【図４】上記ポンプ一体型膨張機の変形例を示す図である。
【図５】変形例における自転阻止機構を示す図である。
【図６】変形例における他の自転阻止機構を示す図である。
【図７】上記スクロール型膨張機を備えた発電機一体型膨張機の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるスクロール型膨張機が適用された廃熱利用装置１の構成を示している。この廃熱利用装置１は、車両に搭載されてエンジン１０の廃熱を回収して利用する装置であり、ランキンサイクル装置２と、ランキンサイクル装置２の出力をエンジン１０に伝達する伝達機構３と、制御ユニット４と、を含んで構成される。
【００１１】
エンジン１０は、水冷式の内燃機関であり、冷却水循環路１１を流れる冷却水によって冷却される。冷却水循環路１１には、ランキンサイクル装置２の蒸発器２２が配置されている。
【００１２】
ランキンサイクル装置２は、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を回収して動力に変換して出力する。ランキンサイクル装置２は、作動流体（冷媒）の循環路２１を有しており、この循環路２１には、蒸発器２２、膨張機２３、凝縮器２４及びポンプ２５がこの順序で配置されている。
【００１３】
蒸発器２２は、エンジン１０から熱を吸収した冷却水と作動流体との間で熱交換を行わせることによって作動流体を加熱して蒸発（気化）させる熱交換器である。
膨張機２３は、蒸発器２２で加熱されて過熱蒸気となった作動流体を膨張させて回転エネルギーに変換することによって動力を発生するスクロール型膨張機である。
凝縮器２４は、膨張機２３を経由した作動流体と外気との間で熱交換を行わせることによって作動流体を冷却して凝縮（液化）させる熱交換器である。
ポンプ２５は、凝縮器２４で液化された作動流体を蒸発器２２へと送出する機械式ポンプである。このポンプ２５が駆動されて作動流体の吸引・吐出を行うことで作動流体が循環路２１を循環する。
【００１４】
ここで、本実施形態においては、膨張機２３とポンプ２５が回転軸２６を介して連結された「ポンプ一体型膨張機２７」として構成されている。すなわち、ポンプ一体型膨張機２７の回転軸２６は、膨張機２３の出力軸としての機能及びポンプ２５の駆動軸としての機能を有している。
そして、ランキンサイクル装置２は、まずエンジン１０によってポンプ２５（ポンプ一体型膨張機２７におけるポンプ部分）が駆動されることによって起動し、その後、膨張機２３（ポンプ一体型膨張機２７における膨張機の部分）が十分な動力を発生すると、この膨張機２３で発生した動力によってポンプ２５が駆動されるようになっている。
【００１５】
伝達機構３は、ポンプ一体型膨張機２７の回転軸２６に取り付けられたプーリ３１と、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに取り付けられたクランクプーリ３２と、プーリ３１及びクランクプーリ３２に巻回されたベルト３３と、ポンプ一体型膨張機２７の回転軸２６とプーリ３１との間に設けられた電磁クラッチ３４と、を有する。
そして、電磁クラッチ３４をオン（締結）／オフ（解放）することにより、エンジン１０とランキンサイクル装置２（具体的にはポンプ一体型膨張機２７）との間で動力を伝達／遮断できるようになっている。
【００１６】
制御ユニット４は、電磁クラッチ３４の作動を制御する機能を有しており、電磁クラッチ３４をオン／オフ制御することでランキンサイクル装置２の作動／停止を制御する。
すなわち、制御ユニット４は、電磁クラッチ３４をオン（締結）し、エンジン１０によってポンプ２５（ポンプ一体型膨張機２７におけるポンプ部分）を作動させることによりランキンサイクル装置２を起動する。その後、膨張機２３（ポンプ一体型膨張機２７における膨張機部分）が作動して動力を発生するようになると、膨張機２３で発生した動力の一部がポンプ２５を駆動し、その余の動力が伝達機構３を介してエンジン１０に伝達されて、エンジン１０の出力（駆動力）をアシストする。
【００１７】
ここで、図では省略しているが、膨張機バイパス路及びこの膨張機バイパス路を開閉するバイパス弁を設け、必要に応じて（例えば蒸発器２２における作動流体の過熱が不十分である場合に）バイパス弁を開弁することによって膨張機２３をバイパスさせて作動流体を流通させるように構成してもよい。また、蒸発器２２が、ランキンサイクル装置２の作動流体とエンジン１０の排気との間で熱交換を行うように構成してもよい。
【００１８】
図２は、ポンプ一体型膨張機２７の構成を示している。
ポンプ一体型膨張機２７は、ランキンサイクル装置２の作動流体を循環させるポンプ２５と、蒸発器２２で加熱されて気化した作動流体が膨張することによって動力を発生する膨張機２３とが回転軸２６を介して一体に構成された流体機械である。
ポンプ一体型膨張機２７は、膨張機２３を構成する膨張ユニット５０と、ポンプ２５を構成するポンプユニット６０と、を備える。
【００１９】
膨張ユニット５０（スクロール型膨張機）は、固定スクロール５１と、膨張機ハウジング５２と、可動スクロール５３と、を含んで構成される。
固定スクロール５１は、円盤状の基部５１ａと、この基部５１ａの一方の面（図では左側の面）に立設された渦巻状のスクロール部５１ｂと、を有する。
膨張機ハウジング５２は、大内径部５２ａと小内径部５２ｂとを有する筒状に形成されており、大内径部５２ａの内周面の一部が、固定スクロール５１の基部５１ａの外周面の一部に嵌合している。
可動スクロール５３は、膨張機ハウジング５２の大内径部５２ａに収容されている。可動スクロール５３は、固定スクロール５１と同様に、円盤状の基部５３ａと、この基部５３ａの一方の面（図では右側の面）に立設された渦巻状のスクロール部５３ｂと、を有する。また、基部５３ａの他方の面（図では左側の面）には、ポンプユニット６０側に突出する筒状部５３ｃが形成されている。
【００２０】
固定スクロール５１と可動スクロール５３は、互いのスクロール部５１ｂ、５３ｂが噛み合うように配置され、固定スクロール５１のスクロール部５１ｂと可動スクロール５３のスクロール部５３ｂとの間に作動流体を膨張させる膨張室５４が形成される。
固定スクロール５１の基部５１ａのほぼ中央には、外部に開口する吸入ポート５１ｃから膨張室５４に開口する導入口５１ｄまで延びる作動流体通路５１ｅが形成されている。この作動流体通路５１ｅは、その断面積が吸入ポート５１ｃの開口面積以下に形成されている。そして、蒸発器２２を経由して膨張機２３（膨張ユニット５０）へと送られた作動流体は、吸入ポート５１ｃから流入し、作動流体通路５１ｅ及び導入口５１ｄを介して膨張室５４へと導かれる。
【００２１】
可動スクロール５３の基部５３ａに形成された筒状部５３ｃの内側には、ニードルベアリング５５を介して偏心ブッシュ８３が設けられている。この偏心ブッシュ８３は、後述する従動クランク機構８０を構成する。
膨張室５４へと導かれた作動流体は膨張室５４内で膨張し、この膨張室５４内での作動流体の膨張に伴って可動スクロール５３は固定スクロール５１に対して旋回運動を行う。そして、この可動スクロール５３の旋回運動は、従動クランク機構８０によって回転軸２６の回転運動に変換される。
【００２２】
ここで、旋回運動中の可動スクロール５３の自転を阻止すると共に可動スクロール５３に作用するスラスト力を受けるため、可動スクロール５３の基部５３ａとこれに対向する膨張機ハウジング５２の端面（固定部分）との間には、自転阻止機構５６が配置されている。
【００２３】
図３は、自転阻止機構５６周辺の拡大図である。
自転阻止機構５６は、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構であり、膨張機ハウジング５２の大内径部５２ａと小内径部５２ｂとを繋ぐ段差面５２ｃに取り付けられたリング状の固定側プレート５６１と、可動スクロール５３の基部５３ａのスクロール部５３ｂとは反対側の面に取り付けられたリング状の可動側プレート５６２と、固定側プレート５６１と可動側プレート５６２の間に転動自在に保持された複数のボール５６３と、を備える。
【００２４】
固定側プレート５６１には、溝断面が円弧状の環状レース溝５６４が周方向に等間隔で形成されている。この環状レース溝５６４は、可動スクロール５３の旋回運動に対応するように形成されている。
【００２５】
可動側プレート５６２には、ボール５６３を転動自在に収容する半球状又はすり鉢状の凹部５６５が周方向に等間隔で形成されている。この凹部５６５の個数は、固定側プレート５６１の環状レース溝５６４の個数と同じである。可動側プレート５６２は、その内縁側がピン５６６によって可動スクロール５３の基部５３ａに固定されており、凹部５６５の形成された部分を含む外縁側と可動スクロール５３の基部５３ａとの間には所定の隙間ｃが設けられている。この隙間ｃによって、可動側プレート５６２の上記外縁側の可動スクロール５３側への弾性変形が許容されている。
【００２６】
各ボール５６３は、固定側プレート５６１の環状レース溝５６４と可動側プレート５６２の凹部５６５との間に転動自在に配置されている。
そして、可動スクロール５３が旋回すると、各ボール５６３が対応する固定側プレート５６１の環状レース溝５７４に沿って転動し、これにより、可動スクロール５３の自転が阻止される。
【００２７】
図２に戻って、ポンプユニット６０は、ギヤポンプとして構成されており、回転軸２６に固定された駆動ギヤ６１と、従動軸６２に固定されて駆動ギヤ６１と噛み合う従動ギヤ６３と、駆動ギヤ６１及び従動ギヤ６３を収容するポンプ室６４を形成するポンプハウジング６５と、を含む。
【００２８】
ポンプハウジング６５は、駆動ギヤ６１及び従動ギヤ６３が配置される凹陥部を膨張ユニット５０側の面に有する第１ハウジング６６と、この第１ハウジング６６の膨張ユニット５０側に配置されて前記凹陥部を閉塞する第２ハウジング６７とからなり、第２ハウジング６７によって閉塞された第１ハウジング６６の前記凹陥部がポンプ室６４となる。
また、第２ハウジング６７には、膨張ユニット５０側に突出する筒状部６７ａが形成されており、この筒状部６７ａの外周面が膨張機ハウジング５２の小内径部５２ｂの内周面に嵌合している。
【００２９】
回転軸２６は、ポンプハウジング６５（第１ハウジング６６及び第２ハウジング６７）を貫通して延びており、膨張ユニット５０側の端部に大径部２６ａを有している。回転軸２６は、第１ハウジング６６側に設けられたボールベアリング６８及び第２ハウジング６７の筒状部６７ａの内側に設けられたボールベアリング６９によって回転可能に支持されている。また、従動軸６２は、第１ハウジング６６及び第２ハウジング６７にそれぞれ配置された軸受７０，７１によって回転可能に支持されている。
【００３０】
回転軸２６の一端側（図では左側）には、伝達機構３を構成するプーリ３１及び電磁クラッチ３４が配置されている。また、回転軸２６の他端側（図では右側）は、従動クランク機構８０を介して可動スクロール５２に連結されている。
【００３１】
従動クランク機構８０は、回転軸２６の大径部２６ａの端面に固定されたフランジ部８１と、このフランジ部８１の端面に回転軸２６の軸心からずらして設けられたクランクピン８２と、可動スクロール５３の筒状部５３ｃの内側にニードルベアリング５５を介して設けられた偏心ブッシュ８３と、を含んで構成される。また、クランクピン８２は、偏心ブッシュ８３にブッシュ中心からずらした位置に形成された挿通孔に挿通しており、偏心ブッシュ８３はクランクピン８２回りに揺動可能に構成されている。これにより、偏心ブッシュ８３の旋回運動によってクランクピン８２も旋回運動を行う。
かかる従動クランク機構８０によって、可動スクロール５３の旋回運動が回転軸２６の回転運動に変換され、この回転軸２６の回転によってポンプユニット６０が駆動される。
【００３２】
なお、偏心ブッシュ８３及び可動スクロール５２のバランスを取り、膨張ユニット５０における振動の発生を抑制するため、偏心ブッシュ８３にはカウンタウェイト（バランスウェイト）８４が固定されている。また、フランジ部８１に設けられた規制穴８１ａと、偏心ブッシュ８３に設けられた規制突起８３ｂとの係合によって、クランクピン８２回りの偏心ブッシュ８３の揺動範囲が規制されている。
【００３３】
以上説明したポンプ一体型膨張機２７において、スクロール型膨張機として構成される膨張ユニット５０は、膨張室５４内で作動流体が膨張することによって動力を発生する。より具体的には、膨張室５４内での作動流体の膨張に伴って可動スクロール５３が旋回運動し、この可動スクロール５４の旋回運動が従動クランク機構８０によって回転軸２６の回転運動（駆動力）に変換され、この回転運動（駆動力）によってポンプユニット６０が駆動される。
【００３４】
ここで、外部から膨張ユニット５０に供給された作動流体は、固定スクロール５１の基部５１ａに形成された作動流体通路５１ｅのみを経て膨張室５４へと導入され、その途中に作動流体通路５１ｅよりも大きい断面積を有する吸入室等の空間（バッファ空間）が存在しない。このため、上記バッファ空間を形成するための部品が不要であり、部品点数の増加を抑制し、かつ、シンプルな構造を実現できる。また、作動流体は作動流体通路５１ｅのみを経て膨張機５４へと導入されるので、膨張ユニット５０内での作動流体の圧力損失や熱損失を抑制することができ、エネルギー損失を少なくできる。
【００３５】
ところで、このように、外部から供給された作動流体が作動流体通路５１ｅのみを経て膨張室５４へと導入される構成においては、液相の作動流体が膨張室５４に導入されてしまい、その結果、内部の潤滑油が流されて摺動部分や回転部分が潤滑不足に陥ることが懸念される。
【００３６】
この点、本実施形態による膨張ユニット５０においては、可動スクロール５３の自転を阻止するために回転すると共に可動スクロール５３に作用するスラスト力を受けて摺動する構成として、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構５６を用いている。このような自転阻止機構５６は、潤滑不足の状態においても焼付き等の不具合が発生せず、高い耐久性を有することが実験によって確認されている。
このため、本実施形態におる膨張ユニット（スクロール型膨張機）によると、上述したようなシンプルな構造及びエネルギー損失の低減の実現と、高い耐久性・信頼性の確保とを両立させることができる。
【００３７】
また、本実施形態における自転阻止機構５６においては、可動側プレート５６２の凹部５６５が形成された部分を含む外縁側と、可動スクロール５３の基部５３ａとの間に所定の隙間ｃが設けられ、可動側プレート５６２の弾性変形が許容されている。このため、自転阻止機構５６に大きなスラスト力が作用した場合であっても、ボール５６３が変形等することが抑制され、機能低下や騒音の発生を防止できる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能であることはもちろんである。以下、いくつかの変形例について説明する。
上記実施形態では、固定スクロール５１の基部５１ａに形成された作動流体通路５１ｅがほぼ水平方向に延びているが、図４に示すように、作動流体通路をＬ字状に形成してもよい。具体的には、作動流体通路が、固定スクロール５１の基部５１ａの上面に開口する吸入ポート５１ｃからほぼ鉛直方向に延びる鉛直通路５１ｆと、この鉛直通路５１ｆからほぼ水平方向に延びる水平通路５１ｇとを有してもよい。
このようにすると、作動流体の循環路２１の蒸発器２２から膨張ユニット５０（膨張機２３）へと至る部分を膨張ユニット５０の上方に配置できるので、例えば膨張ユニット５０の側方のスペースに余裕がない場合や当該スペースを他の目的で利用した場合に便宜であり、レイアウト自由度が高くなり、スペースの有効利用を図ることができる。
【００３９】
なお、この場合において、より好ましくは、図４に示すように、水平通路５１ｇが鉛直通路５１ｆの途中から水平方向に延びる、換言すれば、鉛直通路５１ｆの下端部が水平通路５１ｇの下方に位置するように作動流体通路を構成する。このようにすると、水平通路５１ｇよりも下側に位置する鉛直通路５１ｆの部分が液溜り部５１ｈとなって液相の作動流体を溜める機能を有することになるので、膨張室５４内に導入される液相の作動流体の量を低減できる。
【００４０】
また、上記実施形態における自転阻止機構５６に代えて、図５に示すような自転阻止機構５７を用いてもよい。
図５において、自転阻止機構５７は、膨張機ハウジング５２の段差面５２ｃに取り付けられたリング状の固定側プレート５７１と、可動スクロール５３の基部５３ａに取り付けられたリング状の可動側プレート５７２と、固定側プレート５７１と可動側プレート５７２の間に転動自在に保持された複数のボール５７３と、を備える。
【００４１】
固定側プレート５７１及び可動側プレート５７２には、それぞれ溝断面が円弧状の環状レース溝５７４が周方向に等間隔で形成されている。この環状レース溝５７４は、可動スクロール５３の旋回運動に対応するように形成されている。
各ボール５７３は、固定側プレート５７１の環状レース溝５７４と可動側プレート５７２の環状レース溝５７４との間に転動自在に配置されている。
そして、可動スクロール５３が旋回すると、各ボール５７３が対応する環状レース溝５７４に沿って転動し、これにより、可動スクロール５３の自転が阻止される。
【００４２】
さらに、上記自転阻止機構５６に代えて、図６に示すような自転阻止機構５８を用いてもよい。
図６において、自転阻止機構５８は、膨張機ハウジング５２の段差面５２ｃに取り付けられた固定レース５８１及び固定リング５８２と、可動スクロール５３の基部５３ａに取り付けられた可動レース５８３及び可動リング５８４と、を有する。
固定レース５８１及び可動レース５８３は、両面が平坦なリング形状を有しており、固定リング５８２及び可動リング５８４には、それぞれ円形のボール収容部（貫通孔）５８５が周方向に等間隔で形成されている。
【００４３】
ボール５８６は、固定リング５８２及び可動リング５８４の各ボール収容部５８５の間に配置された状態で固定レース５８１及び可動レース５８２によって保持されている。
そして、可動スクロール５３が旋回すると、各ボール５８６が貫通孔５８５の内周に沿って転動し、これにより、可動スクロール５３の自転が阻止される。なお、この自転阻止機構５８においては、固定レース５８１が固定側プレートに相当し、可動レース５８３が可動側プレートに相当する。
【００４４】
これらの自転阻止機構５７、５８も、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構であり、上記実施形態における自転阻止機構５６と同様、潤滑不足の状態においても焼付き等の不具合が発生せず、高い耐久性を有することが実験によって確認されている。この結果、上記実施形態と同様、スクロール型膨張機おいて、上述したようなシンプルな構造及びエネルギー損失の低減の実現と、高い耐久性・信頼性の確保とを両立させることができる。
なお、自転阻止機構は、ボールを転動部材として用いたボールカップリング式の自転阻止機構であればよく、上述したものに限るものではない。例えば、固定側プレートと可動側プレートとの間にリング状の中間プレートを有し、固定側プレートに形成された各溝と中間プレートの一方の面に形成された各溝との間、及び、中間プレートの他方の面に形成された各溝と可動側プレートに形成された各溝との間に、それぞれボールが転動自在に配置された構成を有する自転阻止機構としてもよい。また、可動スクロールの端面が可動側プレートとして機能するよう形成されていてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態ではランキンサイクル装置２のポンプ２５と膨張機２３を一体に構成してポンプ一体型膨張機（流体機械）２６としているが、膨張機単体として利用してもよい。また、ランキンサイクル装置２の膨張機２３と発電機を一体に構成して発電機一体型膨張機（流体機械）としてもよい。この場合には、膨張機２３で発生した動力で発電機を駆動し、発電機で発電した電力を例えば車載バッテリや車載電動機（いずれも図示省略）に供給するように構成する。
以下、発電機一体型膨張機の構成について説明するが、上述したポンプ一体型膨張機２６（図２）と共通する要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図７は、発電機一体型膨張機の構造を示している。
図７に示すように、発電機一体型膨張機９０は、膨張機２３を構成する膨張ユニット５０と、発電機を構成する発電ユニット１００と、を備える。なお、発電機一体型膨張機９０の回転軸２６は、膨張ユニット５０（膨張機２３）の出力軸としての機能及び発電ユニット１００（発電機）の入力軸として機能を有する。
【００４７】
発電ユニット１００は、発電機ハウジング１１０と、発電機ハウジング１１０内に配置された発電機１２０と、を含む。
発電機ハウジング１１０は、膨張ユニット５０側に開口する発電機１２０の収容空間１１１を形成する第１ハウジング１１２と、この第１ハウジング１１２の膨張ユニット５０側に配置されて収容空間１１１を閉塞する第２ハウジング１１３とからなる。第２ハウジング１１３には、膨張ユニット５０側に突出する筒状部１１３ａが形成され、この筒状部１１３ａの外周面が膨張機ハウジング５２の小内径部５２ｂの内周面に嵌合している。
【００４８】
発電機１２０は、回転軸２６に固定された例えば永久磁石からなる回転子（ロータ）１２１と、この回転子１２１を囲むように第１ハウジング１１２の内周面に固定された固定子（ステータ）１２２と、を備える。固定子１２２は、ヨーク１２２ａと、ヨーク１２２ａに巻回された例えば３組のコイル１２２ｂとを有しており、回転子１０２の回転に伴って三相交流を発生する。
【００４９】
回転軸２６は、発電機ハウジング１１０（第１ハウジング１１２及び第２ハウジング１１３）を貫通して延びており、膨張ユニット５０側の端部に大径部２６ａを有している。回転軸２６は、第１ハウジング１１２側に設けられたボールベアリング６８及び第２ハウジング１１３の筒状部１１３ａの内側に設けられたボールベアリング６９によって回転可能に支持されている。また、回転軸２６の他端側（図において右側）は、従動クランク機構８０を介して可動スクロール５２に連結されている。
【００５０】
そして、上記実施形態と同様、従動クランク機構８０によって可動スクロール５３の旋回運動が回転軸２６の回転運動に変換され、これにより、発電機１２０が駆動されて発電する。なお、上述したポンプ一体側膨張機２６についての変形例は、上記発電機一体型膨張機９０についても適用可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１…廃熱利用装置、２…ランキンサイクル装置、２２…蒸発器、２３…膨張機、２４…凝縮器、２５…ポンプ、２６…回転軸、２７…ポンプ一体型膨張機（流体機械）、５０…膨張ユニット（スクロール型膨張機）、５１…固定スクロール、５１ａ…基部、５１ｂ…スクロール部、５１ｃ…吸入ポート、５１ｄ…導入口、５１ｅ…作動流体通路、５１ｆ…鉛直通路、５１ｇ…水平通路、５１ｈ…液溜り部、５２…膨張機ハウジング、５２ｃ…段差面（端面）、５３…可動スクロール、５３ａ…基部、５３ｂ…スクロール部、５４…膨張室、５６〜５８…自転阻止機構、６０…ポンプユニット、９０…発電機一体型膨張機（流体機械）、１００…発電ユニット、５６１，５７１…固定側プレート、５６２，５７２…可動側プレート、５６３，５７３…ボール、５６４，５７４…環状レース溝
【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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