(57)【要約】【課題】スクロール膨張機において、旋回動作する旋回スクロールと外周ラップの間からの流体の外部流出を確実に防止できるシール部材の構成を提供すること。【解決手段】スクロール膨張機３は、固定ラップ５２を取り囲む筒状の外周ラップ５５の先端に設けられる凹状の収容部５６に周方向に沿って配置される蒸気シール部材８０を備える。蒸気シール部材８０は、収容部５６に配置される付勢部材としての第１バネ８３と、収容部５６に収容された状態で、第１バネ８３によって旋回側基板部３１側に付勢され、旋回側基板部３１に接触して当該旋回側基板部３１と外周ラップ５５の隙間を埋める第１シール部８１と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回側基板部の板面に渦巻き状の旋回ラップが設けられる旋回スクロールと、
固定側基板部の板面に前記旋回ラップに噛み合う渦巻き状の固定ラップ及び前記固定ラップを取り囲む筒状の外周ラップが設けられる固定スクロールと、
前記外周ラップの先端に設けられる凹状の収容部に周方向に沿って配置されるシール部材と、を備え、
前記シール部材は、
前記収容部に配置される付勢部材と、
前記収容部に収容された状態で、前記付勢部材によって前記旋回側基板部側に付勢され、前記旋回側基板部に接触して当該旋回側基板部と前記外周ラップの隙間を埋める第１シール部と、
を有するスクロール膨張機。
【請求項２】
前記付勢部材は、前記収容部に配置される環状の斜め巻コイルバネであって、当該斜め巻コイルバネの周方向に並ぶ巻部が、前記第１シール部を前記旋回側基板部側に付勢する付勢方向に対して傾斜している請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項３】
前記付勢部材は、
前記収容部に周方向に沿って配置される環状部と、
前記環状部に周方向で間欠的に配置される複数の板バネと、
を有する請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項４】
前記シール部材は、
前記収容部の内側で前記第１シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める第２シール部を更に備える請求項１から３の何れかに記載のスクロール膨張機。
【請求項５】
前記第２シール部は、
前記収容部の前記第１シール部の内周側で周方向に沿って配置される環状の第２斜め巻コイルバネと、
弾性を有する高分子材料によって成形され、前記第２斜め巻コイルバネを被覆して前記第１シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める被覆部と、
を有し、
前記第２斜め巻コイルバネの周方向に並ぶ巻部は、前記付勢部材の前記第１シール部を前記旋回側基板部側に付勢する付勢方向に直交する方向に対して傾斜している請求項４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、スクロール膨張機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定スクロール及び旋回スクロールを備えるスクロール膨張機において、固定スクロールに設けられる外周ラップの先端に溝を設け、該溝にシール部材を配置して旋回スクロールとの隙間を塞ぐ構成が知られている。この種のスクロール膨張機を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、固定スクロール外周ラップの先端に、複列の外部シールを設けるスクロール膨張機について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外周ラップの先端にシール部材を配置することにより、外周ラップと旋回スクロールの基板部の間の隙間を埋めることができるものの、動作中は旋回スクロールがシール部材に対して常に摺動する状態となる。回転中にシール部材の先端が旋回スクロールから離れて隙間が生じれば膨張対象の流体（例えば、蒸気）が外部に漏出するおそれがある。シール性の更なる向上という観点で従来技術には改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、スクロール膨張機において、旋回動作する旋回スクロールと外周ラップの間からの流体の外部流出を確実に防止できるシール部材の構成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】
本発明は、旋回側基板部の板面に渦巻き状の旋回ラップが設けられる旋回スクロールと、固定側基板部の板面に前記旋回ラップに噛み合う渦巻き状の固定ラップ及び前記固定ラップを取り囲む筒状の外周ラップが設けられる固定スクロールと、前記外周ラップの先端に設けられる凹状の収容部に周方向に沿って配置されるシール部材と、を備え、前記シール部材は、前記収容部に配置される付勢部材と、前記収容部に収容された状態で、前記付勢部材によって前記旋回側基板部側に付勢され、前記旋回側基板部に接触して当該旋回側基板部と前記外周ラップの隙間を埋める第１シール部と、を有するスクロール膨張機に関する。
【０００７】
前記付勢部材は、前記収容部に配置される環状の斜め巻コイルバネであって、当該斜め巻コイルバネの周方向に並ぶ巻部が、前記第１シール部を前記旋回側基板部側に付勢する付勢方向に対して傾斜していることが好ましい。
【０００８】
前記付勢部材は、前記収容部に周方向に沿って配置される環状部と、前記環状部に周方向で間欠的に配置される複数の板バネと、を有することが好ましい。
【０００９】
前記シール部材は、前記収容部の内側で前記第１シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める第２シール部を更に備えることが好ましい。
【００１０】
前記第２シール部は、前記収容部の前記第１シール部の内周側で周方向に沿って配置される環状の第２斜め巻コイルバネと、弾性を有する高分子材料によって成形され、前記第２斜め巻コイルバネを被覆して前記第１シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める被覆部と、を有し、前記第２斜め巻コイルバネの周方向に並ぶ巻部は、前記付勢部材の前記第１シール部を前記旋回側基板部側に付勢する付勢方向に直交する方向に対して傾斜していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスクロール膨張機が備えるシール部材の構成によれば、スクロール膨張機において、旋回動作する旋回スクロールと外周ラップの間からの流体の外部流出を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械（スクロール膨張機）が用いられる蒸気利用システムの概略図である。
【図２】本実施形態のスクロール膨張機及びスクロール膨張機に接続される蒸気配管の取り回しの一例を示す正面図である。
【図３】本実施形態のスクロール膨張機の縦断面図である。
【図４】本実施形態の蒸気シール部材及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図５】本実施形態の第１バネの配置状態を軸方向で見た図である。
【図６】本実施形態の第１バネの一部を軸方向で拡大した図である。
【図７Ａ】本実施形態の第１バネの巻部の軸方向（付勢方向）に対する傾斜を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】本実施形態の収容部にセットされた第１バネを模式的に示す図である。
【図８】本実施形態の第２バネの一部を軸方向で拡大した図である。
【図９】第１変形例の蒸気シール部材及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図１０】第２変形例の蒸気シール部材及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図１１】第３変形例の蒸気シール部材及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図１２】第４変形例の蒸気シール部材及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図１３】第４変形例の第１バネの配置状態を軸方向で見た図である。
【図１４】本実施形態のクランク軸の配置及び換気構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械（スクロール膨張機）が用いられる蒸気利用システム１の概略図である。本実施形態の蒸気利用システム１は、蒸気から駆動力を取り出し、その駆動力を利用して空気圧縮を行う空気圧縮装置でもある。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の蒸気利用システム１は、蒸気を供給する蒸気発生装置２と、蒸気発生装置から供給された蒸気により作動するスクロール膨張機３と、スクロール膨張機３から供給される駆動力によって駆動され、圧縮空気を吐出する圧縮機４と、ブロワ７と、各種の制御を行う制御装置５と、を主要な構成として備える。
【００１６】
蒸気発生装置２は、蒸気ボイラ１１及び蒸気ボイラ１１から蒸気が送られるスチームヘッダ１２を備える。蒸気ボイラ１１は、水道管や地下水源等から供給される水を加熱し、蒸気を生成する。スチームヘッダ１２では、蒸気の凝縮水に起因する配管（蒸気・復水配管）の腐食を防止するために、復水処理剤添加装置１３から復水処理剤が添加される。なお、本実施形態では、スチームヘッダ１２に復水処理剤を添加する構成であるが、ボイラ給水に添加し、ボイラ缶体と蒸気・復水配管の両方を復水処理剤で保護する構成としてもよい。
【００１７】
スクロール膨張機３は、スチームヘッダ１２から給蒸気管１５を通じて供給される蒸気を膨張して駆動力を取り出す原動機である。スクロール膨張機３で駆動力を取り出された蒸気は、回収用のスチームヘッダ（図示省略）に送られる。スクロール膨張機３は、減圧弁としても機能するので、前述の回収用のスチームヘッダに送られた減圧後（膨張後）の蒸気は、低圧蒸気として各種の蒸気使用装置でそのまま利用することもできる。
【００１８】
圧縮機４は、スクロール膨張機３から伝達機構６を通じて伝達された駆動力によって駆動する被動機であり、スクロール膨張機３と略同様の構造を有するスクロール式流体機械である。
【００１９】
ブロワ７は、給気ダクト２４０を介してスクロール膨張機３に冷却風を送る換気装置の給気源である。スクロール膨張機３を冷却した空気（冷却風）は排気ダクト２５０を介して外部に排出される。給気ダクト２４０には給気温度を検出する給気温度センサ２４１が配置されるとともに、排気ダクト２５０には排気温度を検出する排気温度センサ２５１が配置される。
【００２０】
制御装置５は、蒸気利用システム１の各種の制御を行うコンピュータであり、各種センサや開閉弁１７等に電気的に接続されている。
【００２１】
＜蒸気の供給経路及び排出経路＞
図２は、本実施形態のスクロール膨張機３及びスクロール膨張機３に接続される蒸気配管及び換気構造の一例を示す正面図である。図３は、本実施形態のスクロール膨張機３の縦断面図である。図２に示すスクロール膨張機３は、旋回軸が横方向を向く縦置き型のスクロール膨張機３である。以下の説明において、スクロール膨張機３の厚み方向であってクランク軸７０の向く水平方向と平行な方向を「軸方向」として説明することがある。
【００２２】
＜給蒸気管＞
スクロール膨張機３に蒸気を供給する給蒸気管１５について説明する。給蒸気管１５は、スチームヘッダ１２から送られるスクロール膨張機３に蒸気を供給する配管である。給蒸気管１５には、上流側から順に、蒸気から水分を分離する給蒸気セパレータ１６、蒸気の経路を開閉する開閉弁１７等が配置される。
【００２３】
給蒸気管１５は、給蒸気セパレータ１６の上部から上方に延びる直上配管１５１と、直上配管１５１の上端部から水平方向に延びるとともに開閉弁１７が配置される水平配管１５２と、水平配管１５２から下方に傾斜してスクロール膨張機３に接続される接続配管１５３と、を含んで構成される。本実施形態では、給蒸気セパレータ１６から蒸気を取り出す位置となる直上配管１５１と給蒸気セパレータ１６の接続位置が、給蒸気管１５がスクロール膨張機３に接続される接続位置よりも低い位置になっている。なお、本実施形態の接続配管１５３は屈曲部を有するＬ字状の配管である。
【００２４】
＜排蒸気管＞
スクロール膨張機３から減圧後（膨張後）の蒸気を取り出す排蒸気管１８について説明する。排蒸気管１８は、固定スクロール５０と接続配管１５３の接続部分の下方で固定スクロール５０に接続される第１排蒸気管１８１と、固定スクロール５０と接続配管１５３の接続部分の上方で固定スクロール５０に接続される第２排蒸気管１８２と、を含む。
【００２５】
第１排蒸気管１８１及び第２排蒸気管１８２は、何れも固定スクロール５０から水平方向に延出しており、排蒸気セパレータ１９に接続される。第１排蒸気管１８１及び第２排蒸気管１８２を通じて蒸気が排蒸気セパレータ１９に送られ、排蒸気セパレータで蒸気と水分が分離された後、回収用のスチームヘッダ（図示省略）に送られる。
【００２６】
図３に示すように、本実施形態のスクロール膨張機３は、旋回スクロール３０の両側面に１又は複数の旋回ラップ３２が配置されており、この旋回スクロール３０の両側には固定スクロール５０がそれぞれ配置される構成である。上述の給蒸気管１５及び排蒸気管１８は、左右対称な形状となっており、図２において図示されない紙面奥側の固定スクロール５０にも、同じ形状、本数（同様の構成）で接続されている。
【００２７】
＜スクロール膨張機の構成＞
次に、スクロール膨張機３の構成について説明する。図３に示すように、スクロール膨張機３は、ハウジング２０と、このハウジング２０に旋回可能に保持される旋回スクロール３０と、旋回スクロール３０を挟むようにハウジング２０に固定される一対の固定スクロール５０と、旋回スクロール３０を旋回させる複数のクランク軸７０と、を主要な構成として備える。
【００２８】
＜ハウジング＞
ハウジング２０は、その両側面のそれぞれに軸方向（水平方向）に貫通する開口穴２１が形成される。ハウジング２０両側の開口穴２１は、ハウジング２０の内の中空部を介して連通している。各開口穴２１の周壁の内側端部には、径方向内側に延出する円環状のフランジ２２が設けられる。
【００２９】
ハウジング２０の内部に旋回スクロール３０が配置される、また、各固定スクロール５０がフランジ２２を介して旋回スクロール３０の両側に固定される。ハウジング２０の内部には、旋回スクロール３０及び固定スクロール５０を取り囲む環状の中空部が形成されており、この中空部がクランク軸７０の偏芯軸部７１の収容空間２３となる。
【００３０】
ハウジング２０の下部には収容空間２３のクランク軸７０を冷却するための給気口２４が設けられ、上部には冷却後の空気が排気される排気口２５が設けられる。
【００３１】
＜旋回スクロール＞
旋回スクロール３０は、円板状の旋回側基板部３１と、旋回側基板部３１の両面にそれぞれ設けられる旋回ラップ３２と、旋回側基板部３１が着脱可能に固定されるとともに複数のクランク軸７０が連結される旋回スクロールベース３３と、を備える。
【００３２】
旋回ラップ３２は、旋回側基板部３１の板面から垂直（軸方向）に延出するとともに、旋回側基板部３１の中央部から外周部へ向けてインボリュート曲線の渦巻き状に湾曲する板状に構成される。両側の旋回ラップ３２は、互いに対応した形状となっている。各旋回ラップ３２の先端には、固定スクロール５０の固定側基板部５１との隙間を埋めるためのチップシール３４が設けられる。チップシール３４は、旋回ラップ３２の渦巻きに沿って配置される。
【００３３】
旋回スクロールベース３３は、旋回側基板部３１を取り囲む略三角形の枠状に形成されており、その内側に旋回側基板部３１がボルト等の締結部材によって固定される。旋回スクロールベース３３の略三角形の頂点部分（角部）に相当する位置には、クランク軸７０の偏芯軸部７１を連結する旋回軸受部３５が配置される。
【００３４】
＜固定スクロール＞
旋回スクロール３０の両側に配置される各固定スクロール５０は、円板状の固定側基板部５１と、固定側基板部５１における旋回側基板部３１に対向する板面（片面）に設けられる１又は複数の固定ラップ５２と、固定ラップ５２を取り囲む環状の外周ラップ５５と、を備える。
【００３５】
各固定側基板部５１は、その中央に厚み方向に貫通する中央開口部６０が設けられる。中央開口部６０は、スクロール膨張機３の外側と膨張室９０を連通する貫通孔である。また、各固定側基板部５１の外周側には第１開口部６１及び第２開口部６２が設けられる。第１開口部６１と第２開口部６２は、中央開口部６０を挟んで径方向で対向する位置関係にある。本実施形態では、第１開口部６１は固定側基板部５１の下部に配置され、第２開口部６２は固定側基板部５１の上部に配置される。
【００３６】
本実施形態では、中央開口部６０には上述の給蒸気管１５の下流側端部が接続され、第１開口部６１には第１排蒸気管１８１が接続され、第２開口部６２には第２排蒸気管１８２が接続される。
【００３７】
固定ラップ５２は、旋回ラップ３２と対応した個数、形状及び大きさで設けられ、固定側基板部５１の板面から垂直（軸方向）に延出するとともに、固定側基板部５１の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して構成される。各固定ラップ５２の先端には、旋回スクロール３０の旋回側基板部３１との隙間を埋めるためのチップシール５４が設けられる。チップシール５４は、固定ラップ５２の渦巻きに沿って配置される。
【００３８】
外周ラップ５５は、固定ラップ５２を取り囲む円筒状に形成される。外周ラップ５５の高さは、固定ラップ５２の高さに略対応している。旋回側基板部３１、固定側基板部５１及び外周ラップ５５に囲まれた空間が蒸気を膨張させる膨張室９０として機能する。
【００３９】
＜蒸気シール部材＞
次に、膨張室９０に導入された蒸気の漏出を防ぐ蒸気シール部材８０について説明する。蒸気シール部材８０は、外周ラップ５５の先端に配置され、膨張室９０を取り囲む環状のシール部材である（図３及び図１４参照）。
【００４０】
図４は、本実施形態の蒸気シール部材８０及びその近傍を示す拡大断面図である。図４に示すように、外周ラップ５５の先端面５５１には、蒸気シール部材８０を収容する収容部５６が設けられる。
【００４１】
まず、収容部５６の構成について説明する。収容部５６は、円筒状の外周ラップ５５の形状に応じた環状の溝であり、蒸気シール部材８０を周方向に沿って配置可能に構成される。収容部５６の内周側の内壁５６１には、段差部５６５が形成される。段差部５６５は、内周側の内壁５６１の一部を切り欠くように形成されており、収容部５６の全周にわたって形成される。また、収容部５６の底面５６２には凹状のバネ収容部５８が形成される。段差部５６５は、環状の収容部５６の全域に形成される。
【００４２】
本実施形態の蒸気シール部材８０は、収容部５６に配置される第１シール部８１と、第１シール部８１の基端側(背面側)のバネ収容部５８に配置される第１バネ８３と、第１シール部８１の内周側の段差部５６５に配置される第２シール部９１と、を備える。
【００４３】
第１シール部８１は、その基端側が収容部５６に入り込んだ状態で、先端側が旋回側基板部３１の板面（固定側基板部５１との対向面）に接触することにより、旋回側基板部３１と外周ラップ５５の隙間を塞いでいる。第１シール部８１は、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）を主成分とする樹脂材料により、膨張室９０を取り囲む環状に形成される。
【００４４】
図５は、本実施形態の第１バネ８３の配置状態を軸方向（付勢方向）で見た図である。図５に示すように、第１バネ８３は、コイル状のバネの一側の端部と他側の端部を接続した環状の部材である。
【００４５】
図６は、本実施形態の第１バネ８３の一部を軸方向で拡大した図である。図６に示すように、本実施形態の第１バネ８３は、軸方向で圧縮可能なアキシャル型の斜め巻コイルバネであり、金属製の線状部材を螺旋状に巻き回した巻部８３１が周方向に並んでいる。第１バネ８３は、環状の第１バネ８３の中心Ｏを通過する径方向（図６中の鎖線１０１）に対して傾斜するとともに軸方向に対しても傾斜している。
【００４６】
図７Ａは、本実施形態の第１バネ８３の巻部の軸方向（付勢方向）に対する傾斜を模式的に示す図である。図７Ａでは、第１バネ８３がバネ収容部５８に収容される前の状態（自然長の状態）が示されている。
【００４７】
図７Ａに示すように、第１バネ８３の径方向視において、第１シール部８１を付勢する付勢方向（図７中の矢印１０２）に対して巻部８３１の向き（図７中の矢印１０３）がバネ収容部５８の底面５８１側に傾いている。巻部８３１の付勢方向に対する傾斜角度αは、旋回スクロール３０の旋回によって摺動する旋回側基板部３１と第１シール部８１の先端面８１３との接触が適切に維持されるように設定される。第１シール部８１のシール性を維持する観点で、第１バネ８３の巻部８３１の傾斜角度αは、２０°以上４０°以下の範囲であることが好ましい。
【００４８】
図７Ｂは、本実施形態の収容部５６にセットされた第１バネ８３を模式的に示す図である。図７Ｂに示すように、第１バネ８３は、バネ収容部５８に収容された状態ではバネ収容部５８の底面５８１と第１シール部８１の背面８１２に挟み込まれた状態となり、第１シール部８１から受ける荷重によって各巻部８３１が自然長の状態から更に底面５８１側に倒れた状態となる。この状態で、第１シール部８１は第１バネ８３の付勢力によって旋回側基板部３１側に押圧される。
【００４９】
次に、第２シール部９１について説明する。図４に示すように、第２シール部９１は、収容部５６の段差部５６５に配置される。本実施形態の第２シール部９１は、第２バネ９１０と、第２バネ９１０を被覆する被覆部９１５と、を備える。
【００５０】
図８は、本実施形態の第２バネ９１０の一部を軸方向で拡大した図である。第２バネ９１０は、コイル状のバネの一側の端部と他側の端部を接続した環状の金属製部材である。第２バネ９１０は、旋回軸の径方向で圧縮可能なラジアル型のコイルリングバネであり、金属製の線状部材を螺旋状に巻き回した巻部９１１が周方向に並んでいる。各巻部９１１は、旋回軸の径方向であって付勢方向に直交する方向（図８中の鎖線１０１）に対して巻部９１１が周方向の一側に傾いている。
【００５１】
付勢方向に直交する方向（図８中の鎖線１０１）に対する巻部９３１の傾斜角度βは、第２シール部９１が収容部５６の段差部５６５に収容される前の状態（自然長の状態）での傾斜角度とする。なお、傾斜角度βは、第１シール部８１の背面８１２側への蒸気の回り込みを防ぐ観点から、その範囲が設定される。
【００５２】
被覆部９１５は、第２バネ９１０を覆うように成形される環状のカバー部材である。被覆部９１５は、樹脂，ゴム，エラストマー等の高分子材料によって成形される。本実施形態の被覆部９１５は、フッ素ゴムによって成形される。被覆部９１５により、周方向に並ぶ巻部９１１間の隙間が塞がれ、第１シール部８１の内周面と収容部５６の間の隙間が埋められ、第１シール部８１の背面８１２側への蒸気の侵入（図４における鎖線の矢印）が妨げられる。
【００５３】
本実施形態の被覆部９１５の形状について説明する。被覆部９１５の断面は、開口側が段差部５６５の底面を向いた略Ｕ字状に形成されている。第２バネ９１０は、被覆部９１５のＵ字の内側に相当する位置に配置される。第２シール部９１が収容部５６に配置された状態では、被覆部９１５を介して第１シール部８１と収容部５６の内壁５６１に第２バネ９１０が挟み込まれ、自然長の状態から径方向（付勢方向に直交する方向）に圧縮される。そして、第２バネ９１０の元の形状に戻ろうとする力によって被覆部９１５のＵ字の両側に相当する部分が第１シール部８１の内周面及び収容部５６の内壁５６１のそれぞれに押し付けられ、径方向でのシール性が確保される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態のスクロール膨張機３は、冷却風の給気口２４が設けられるとともに冷却風の排気口２５が設けられるハウジング２０と、ハウジング２０の内部に配置され、旋回側基板部３１の板面に渦巻き状の旋回ラップ３２が設けられ、その軸方向が横向きの旋回スクロール３０と、ハウジング２０の内部で旋回スクロール３０に対向配置され、固定側基板部５１の板面に旋回ラップ３２に噛み合う渦巻き状の固定ラップ５２及び固定ラップ５２を取り囲む筒状の外周ラップ５５が設けられる固定スクロール５０と、外周ラップ５５の先端に設けられる凹状の収容部５６に周方向に沿って配置されるシール部材としての蒸気シール部材８０を備える。そして、蒸気シール部材８０は、収容部５６に配置される付勢部材としての第１バネ８３と、収容部５６に収容された状態で、第１バネ８３によって旋回側基板部３１側に付勢され、旋回側基板部３１に接触して当該旋回側基板部３１と外周ラップ５５の隙間を埋める第１シール部８１と、を有する。
【００５５】
これにより、第１バネ（付勢部材）８３の付勢力によって第１シール部８１が旋回側基板部３１側に押し付けられているので、固定スクロール５０に対して旋回スクロール３０が旋回している間も、旋回側基板部３１と外周ラップ５５の間で良好なシール性を維持することできる。また、第１シール部８１の押圧力を第１バネ８３によって正確に調整できるので第１シール部８１の押圧力が強く過ぎるために生じる異常摩耗や押圧力が弱すぎるために生じる蒸気漏れをより確実に防止できる。これによって一次側の圧力が高圧であるスクロール膨張機３においても、適切な押圧力で旋回側基板部３１に押圧される第１シール部８１によって蒸気の外部への漏出を確実に防止できる構成を実現できる。
【００５６】
また、本実施形態では、第１バネ８３は、収容部５６に配置される環状の斜め巻コイルバネであって、当該第１バネ８３の周方向に並ぶ巻部８３１が、第１シール部８１を旋回側基板部３１側に付勢する付勢方向に対して傾斜している。
【００５７】
これにより、巻部８３１が傾斜しているので、製造時に付勢力を機能させるために自然長の状態から撓ませた状態にする際の初期荷重を軽くすることができる。第１バネ８３が付勢方向に変位する斜め巻コイルバネなので、付勢方向の変位幅を大きく確保でき、追従性よく第１シール部によって旋回側基板部と前記外周ラップの隙間を埋めることができ、シール性能をより一層向上させることができる。更に、第１バネ８３が環状に配置されているので、周方向においても偏りなく均一なシール性能を実現できる。
【００５８】
また、本実施形態では、蒸気シール部材８０は、収容部５６の内側で第１シール部８１の内周側と収容部５６の隙間を埋める第２シール部９１を更に備える。
【００５９】
これにより、第２シール部９１により、第１シール部８１における旋回側基板部３１に接触する側の反対側への蒸気の回り込みを防ぐことができる。背面側に侵入した蒸気によって第１シール部８１が旋回側基板部３１側に押し込まれて異常摩耗が生じる事態を回避できるので、蒸気シール部材８０のシール性能を安定的に維持できる。
【００６０】
また、本実施形態の第２シール部９１は、収容部５６の第１シール部８１の内周側で周方向に沿って配置される環状の第２バネ９１０と、弾性を有する高分子材料によって成形され、第２バネ９１０を被覆して第１シール部８１の内周側と収容部５６の隙間を埋める被覆部９１５と、を有する。第２バネ９１０の周方向に並ぶ巻部９１１は、第１バネ８３の第１シール部８１を旋回側基板部３１側に付勢する付勢方向に直交する方向に対して傾斜している。
【００６１】
これにより、圧縮永久歪量が小さい金属製の第２バネ９１０によって付勢力を良好に維持して長寿命化を実現できるとともに、第２バネ９１０の隙間が被覆部９１５によって覆われているので、第１シール部８１の背面８１２側へ蒸気の回り込みも確実に防止できる。また、第２バネ９１０が斜め巻コイルバネであるので、付勢方向に直交する方向（径方向）の変位幅を大きく確保でき、第１シール部８１の内周側と収容部５６の隙間も追従性よく埋めることができ、シール性をより一層向上させることができる。
【００６２】
以上説明した蒸気シール部材８０の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
図９は、第１変形例の蒸気シール部材１８０及びその近傍を示す拡大断面図である。図９に示す第１変形例の第２シール部８２は、フッ素ゴム等によって形成されるＯリングである。第２変形例では、収容部５６の内周側の内壁５６１に、第２シール部８２を嵌め込む嵌合溝５７が設けられる。嵌合溝５７は、収容部５６の内周側の内壁５６１の全周にわたって形成される。第２シール部８２は、嵌合溝５７に嵌め込まれた状態で第１シール部８１の内周面８１１に接触して弾性変形し、第１シール部８１の内周面８１１と収容部５６の内壁５６１の隙間をシールする。
【００６４】
Ｏリングである第２シール部８２が嵌合溝５７に嵌り込むことにより、第２シール部８２を収容部５６の適切な位置に容易に組み付けることができる。また、嵌合溝５７によって第２シール部８２が適切な位置で保持されるので、大きな圧力にも十分対抗できる。
【００６５】
図１０は、第２変形例の蒸気シール部材２８０及びその近傍を示す拡大断面図である。図１０に示すように、第１変形例の蒸気シール部材２８０は、第１シール部２８１と第２シール部２８２が一体的に成形されて構成される。第１シール部２８１はリング状に形成されており、第２シール部２８２は第１シール部２８１の内周面から径方向内側に突出する環状のリブである。蒸気シール部材２８０は、第２シール部２８２の先端が内周側の内壁５６１に接触した状態で収容部５６に収容される。第１変形例は、嵌合溝５７が内壁５６１に形成されていない点も上記実施形態と異なる。
【００６６】
以上説明したように、第２変形例の蒸気シール部材２８０は、第１シール部２８１と第２シール部２８２が一体的な成形品として構成される。この構成によっても、上記実施形態の蒸気シール部材８０と同様に、第１シール部２８１の背面側への蒸気の侵入を防止できる。また、部品点数を削減して組付けの工数を削減できる。
【００６７】
図１１は、第３変形例の蒸気シール部材３８０及びその近傍を示す拡大断面図である。図１１に示すように、第３変形例の蒸気シール部材３８０は、第１シール部３８１と第２シール部３８２の形状が上記実施形態及び第１変形例と異なっている。
【００６８】
第３変形例の第２シール部３８２は、その断面形状が略Ｖ字状に形成されており、Ｖ字の一側（径方向外側）が第１シール部３８１の内側に埋設され、Ｖ字の他側（径方向内側）の先端が第１シール部３８１の内周面から径方向内側に飛び出して内周側の内壁５６１に接触している。この第３変形例においても、内壁５６１に接触する第２シール部３８２により、第１シール部３８１の背面側への蒸気の侵入を確実に防止できる。Ｖ字の溝の部分が蒸気の侵入側となっているので、溝の部分に侵入した蒸気によって第２シール部３８２が内壁５６１側に押し付けられ良好なシール性を発揮できる。
【００６９】
第３変形例の蒸気シール部材３８０は、第１シール部３８１と第２シール部３８２を異種ゴム同士や樹脂とゴムの一体成形等、異なる部材を組み合せて一体成形することで、部品点数を削減して組付けの工数を削減できる。なお、第１シール部３８１と第２シール部３８２を別々に用意し、組み合せて第３変形例の蒸気シール部材３８０とすることもできる。また、第２変形例のように、第１シール部３８１と第２シール部３８２を同じ材料で成形してもよい。
【００７０】
以上説明した第１変形例から第３変形例では、第１バネ８３の構成が上記実施形態と同じものを例として説明した。次に、付勢部材としての第１バネの構成が異なる第４変形例について説明する。
【００７１】
図１２は、第４変形例の蒸気シール部材４８０及びその近傍を示す拡大断面図である。図１３は、第４変形例の第１バネ９５０の配置状態を軸方向で見た図である。なお、第４変形例の第２シール部９１は、本実施形態の構成と同様である。
【００７２】
図１２及び図１３に示すように、第４変形例の蒸気シール部材４８０が備える第１バネ９５０は、収容部５６に周方向に沿って配置される環状部９５５と、環状部に周方向で間欠的に配置される複数の板バネ９５１と、を備える。
【００７３】
環状部９５５は、線状部材を環状につなげた金属製部材である。板バネ９５１は、環状部９５５に周方向で等間隔に配置される。第４変形例では、環状部９５５と板バネ９５１が一体的な構成となっている。
【００７４】
板バネ９５１は、周方向で見て略Ｖ字の爪状に形成されており、Ｖ字の一側に相当する位置の底部９５２がバネ収容部５８の底面５８１に接触するとともに、Ｖ字の他側に相当する位置の先端部９５３が第１シール部８１の背面８１２に接触する。
【００７５】
収容部５６に収容された状態では、バネ収容部５８と第１シール部８１によって自然長の状態よりも底部９５２と先端部９５３が近付くように圧縮される。そして、板バネ９５１の復元力によって第１シール部８１が旋回側基板部３１側に押し込まれる。第４変形例の構成によれば、周方向に間欠的に配置されている板バネ９５１によって第１シール部８１を複数個所で安定して付勢することができる。
【００７６】
以上説明したように、蒸気シール部材の構成は事情に応じて適宜変更することができる。例えば、蒸気シール部材８０，２８０，３８０，４８０の径方向内側又は外側に蒸気シール部材を更に配置し、二重のシール構造とすることもできる。また、第２シール部８２，２８２，３８２の断面形状も他の形状に適宜変更することができる。例えば、第２シール部の断面形状を円やＶ字状以外の形状として例えば矩形状のものに変更することもできる。また、第１バネ８３は、金属以外のもの、例えば、フッ素ゴム等のゴム材料を用いて構成することもできる。
【００７７】
＜複数のクランク軸＞
図３に示すように、クランク軸７０は、偏芯軸部７１と、この偏芯軸部７１の両側に配置される基軸部７２と、を備える。本実施形態では、基軸部７２には、旋回スクロール３０の回転を円滑にするウェイトバランサ７５が設けられる。ウェイトバランサ７５は、その形状や重さがクランク軸７０の取り付ける位置によって適宜調整されている。
【００７８】
偏芯軸部７１が旋回スクロールベース３３（旋回スクロール３０）に連結されるとともに基軸部７２がハウジング２０のハウジング軸受部２６に回転可能に支持される。ハウジング軸受部２６は、クランク軸７０の数に応じて開口穴２１の周囲に配置される。各ハウジング軸受部２６は、いずれも転がり軸受であり、同心円状に配置された略円筒状の内輪と外輪との間に、その周方向へ配列されて多数の転動体が保持されて構成される。
【００７９】
図１４は、本実施形態のクランク軸７０の配置及び換気構造を模式的に示す図である。図１４に示すように、クランク軸７０は、周方向で等間隔に合計３本配置されており、正面視で下向きの三角形の頂点に相当する位置に配置される。３本のクランク軸７０は、同一の構造となっており、偏芯軸部７１の位置を揃えた状態で、タイミングベルト又は歯車等によって構成される回転同期機構（図示省略）により同期回転する。３本のクランク軸７０のうち、最も下側に位置するクランク軸７０が圧縮機４に駆動力を伝達する駆動軸となっている。残り２本の上側クランク軸７０Ｂは、出力を直接には行わない従動軸である。
【００８０】
開閉弁１７が開状態になると、給蒸気管１５の給蒸気セパレータ１６から直上配管１５１、水平配管１５２及び接続配管１５３を通って蒸気がスクロール膨張機３の中央開口部６０から膨張室９０に流入する（図２参照）。本実施形態では、給蒸気セパレータ１６から分岐する給蒸気管１５により、左右両側の各固定スクロール５０の中央開口部６０に蒸気がそれぞれ供給される（図３参照）。膨張室９０に流入した蒸気の圧力によって旋回スクロール３０が旋回し、この旋回スクロール３０の回転駆動力が回収動力として下側クランク軸７０Ａから取り出され、伝達機構６を介して圧縮機４に伝達される（図１参照）。
【００８１】
膨張室９０で膨張した蒸気は、膨張しながら各固定スクロール５０の第１開口部６１から第１排蒸気管１８１を通じてスクロール膨張機３の外部に排出されるとともに、第２開口部６２から第２排蒸気管１８２を通じてスクロール膨張機３の外部に排出される。第１排蒸気管１８１及び第２排蒸気管１８２を通過した蒸気は排蒸気セパレータ１９で合流した後、水分が分離されて回収用のスチームヘッダに送られる。
【００８２】
＜停止時のドレン水排出構造＞
開閉弁１７が閉状態になると、給蒸気管１５からの蒸気の供給が停止される。本実施形態では、開閉弁１７が下方に傾斜する接続配管１５３ではなく、水平方向に延びる水平配管１５２に配置されているので、停止時にドレン水が上流から流れてきて開閉弁１７の内部に溜まるような事態を防止できる。また、本実施形態の水平配管１５２は、給蒸気セパレータ１６の上方に位置するので、直上配管１５１から水平配管１５２にドレン水が流れ込むことがなく、開閉弁１７にドレン水が溜まり難い構造となっている。
【００８３】
図３に示すように、スクロール膨張機３は旋回軸が横向きの縦置き型なので、停止時に内部に残る蒸気が凝縮して生じたドレン水は重力により膨張室９０の下部に集まる。ドレン水は、蒸気シール部材８０によって下側に漏れることなく、第１開口部６１から第１排蒸気管１８１を介して外部に排出される。即ち、第１開口部６１は、蒸気を排出する経路であるとともに停止時にはドレン水を排出する経路としても機能することになる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態のスクロール膨張機３は、固定側基板部５１に接続され、旋回スクロール３０と固定スクロール５０によって形成される膨張室９０に膨張対象の蒸気を導入する給蒸気管１５（接続配管１５３）と、外周ラップ５５の先端に設けられ、膨張室９０の外周をシールする蒸気シール部材８０と、固定側基板部５１に接続され、膨張室９０から排出される蒸気を送る第１排蒸気管１８１と、を備え、膨張室９０における蒸気シール部材８０の内側の空間と第１排蒸気管１８１を連通する排出口としての第１開口部６１が、固定側基板部５１の下部に形成される。
これにより、膨張室９０の下限付近に低圧側のポートとして第１開口部６１が配置されるので、稼動時には第１開口部６１を蒸気の排出口として機能させ、停止時には膨張室９０からドレン水を外部に排出するドレン水排出口として機能させることができる。これによって、停止時等にドレン水が膨張室９０の内側に溜まる事態を効果的に防止できる。
【００８５】
また、本実施形態では、スクロール膨張機３は、第１排蒸気管１８１とともに第２排蒸気管１８２が接続される排蒸気セパレータ１９を更に備え、第１排蒸気管１８１は、固定側基板部５１から水平方向に延出して排蒸気セパレータ１９に接続される。
これにより、第１開口部６１から排出されるドレン水の逆流が生じ難くなり、安定してドレン水を膨張室９０の外部に排出できる。なお、本実施形態の第１排蒸気管１８１は、水平方向に延出する構成であるが、下側に傾斜するように構成してもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、スクロール膨張機３は、給蒸気管１５が接続される給蒸気セパレータ１６と、給蒸気管１５における給蒸気セパレータ１６と固定側基板部５１の間に配置される開閉弁１７と、を更に備える。給蒸気管１５は、水平方向に延びる水平部としての水平配管１５２及び水平配管１５２の下流側端部から固定側基板部５１の接続部分である中央開口部６０へ下側に傾斜する傾斜部としての接続配管１５３を有し、開閉弁１７は、給蒸気管１５の水平配管１５２に配置される。
これにより、開閉弁１７の内部にドレン水が溜まる事態を効果的に防止でき、より一層安定的に蒸気をスクロール膨張機３に供給することができる。
【００８７】
なお、本実施形態の構成に加えてドレン水を排出するための構成を別途設ける構成としてもよい。例えば、固定スクロール５０の固定側基板部５１又は外周ラップ５５にドレン水を排出するためのドレン水排出口を第１開口部６１とは別に形成することもできる。
【００８８】
＜スクロール膨張機の換気構造＞
次に、スクロール膨張機３の換気構造について説明する。図１４に示すように、ハウジング２０の下部には冷却風の給気口２４が設けられ、この給気口２４に給気ダクト２４０が接続される。ハウジング２０の上部には冷却風の排気口２５が設けられ、この排気口２５に排気ダクト２５０が接続される。本実施形態では、給気口２４と排気口２５は、固定スクロール５０を挟んで上下方向に並んで配置される。
【００８９】
ブロワ７から給気ダクト２４０を通じて送られてきた冷却風は給気口２４からハウジング２０の内部（収容空間２３）に送られる。給気口２４からハウジング２０の内部に入った冷却風は下側クランク軸７０Ａの冷却を行った後、固定スクロール５０の外周を沿うように二手に分かれる。二手に分かれた冷却風は、上方に移動して左右の上側クランク軸７０Ｂのそれぞれを冷却した後、排気口２５を通じてハウジング２０の外側に排気される。
【００９０】
このように、本実施形態のスクロール膨張機３は、旋回ラップ３２の外側であって旋回中心又は中央開口部６０よりも上側で旋回スクロール３０に連結される２本の上側クランク軸７０Ｂと、旋回ラップ３２の外側であって旋回中心又は中央開口部６０よりも下側で旋回スクロール３０に連結され、給気口２４に対向する下側クランク軸７０Ａと、を備える。
これにより、給気口２４からハウジング２０の収容空間２３に導入された冷却風は、下側クランク軸７０Ａ及びハウジング軸受部２６を冷却した後、固定スクロール５０の外周に沿って移動し、旋回ラップ３２の外側に位置する２本の上側クランク軸７０Ｂ及びハウジング軸受部２６の冷却を行う。つまり、１つの給気口２４から３箇所の冷却を効率的に行う構成を実現できるのである。
【００９１】
また、本実施形態では、２本の上側クランク軸７０Ｂ及び下側クランク軸７０Ａは、下向きの正三角形の頂点位置に対応するように、旋回スクロール３０の周方向で等間隔に配置され、下側クランク軸７０Ａは、給気口２４の中央の直上に位置している。
これにより、給気口２４からハウジング２０の内部に入った冷却風が下側クランク軸７０Ａを冷却した後に、２本の上側クランク軸７０Ｂにそれぞれ向かう冷却風の量を均等にすることができ、各軸受部の冷却を効率良く行うことができる。
【００９２】
また、本実施形態では、下側クランク軸７０Ａが動力を伝達する駆動軸である。
これにより、動力を伝達する下側クランク軸７０Ａを確実に冷却することができ、駆動力の伝達をより安定的にすることができる。
【００９３】
なお、本実施形態では、下向きの正三角形状にクランク軸７０が配置されているが、場合によっては三角形の向きを斜めに配置することもできる。また、旋回スクロールベース３３の形状が略三角形状に構成されているが、この形状に限定される訳ではなく、円形状等、その形状を適宜変更することもできる。
【００９４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態及びその変形例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１  蒸気利用システム
２  蒸気発生装置
３  スクロール膨張機（スクロール流体機械）
５  制御装置（判定部）
１５  給蒸気管
１６  給蒸気セパレータ
１７  開閉弁
１９  排蒸気セパレータ
２０  ハウジング
２４  給気口
２５  排気口
３０  旋回スクロール
３１  旋回側基板部
３２  旋回ラップ
５０  固定スクロール
５１  固定側基板部
５２  固定ラップ
５５  外周ラップ
５６  収容部
５７  嵌合溝
８０，１８０，２８０，３８０，４８０  蒸気シール部材（シール部材）
８１，２８１，３８１  第１シール部
８２，９１，２８２，３８２  第２シール部
８３，９５０  第１バネ（第１付勢部材）
９０  膨張室
６０  中央開口部（接続部分）
６１  第１開口部（排出口）
１５２  水平配管（水平部）
１５３  傾斜部（接続配管）
１８１  第１排蒸気管（排蒸気管）
２４１  給気温度センサ（給気温度検出部）
２５１  排気温度センサ（排気温度検出部）
９１０  第２バネ（第２付勢部材）
９１５  被覆部
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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