(57)【要約】【課題】旋回トルクを増大させて、安定した旋回力を得られるようにする。また、旋回スクロールラップ先端と固定スクロール鏡板からの作動流体の漏れを低減する。【解決手段】固定スクロール及び旋回スクロールのラップはインボリュート曲線をなす。固定スクロールラップのラップをインボリュート基礎円Ｉ１を中心に位相が互いに１８０°ずれた二巻きのラップ７２ａ、７２ｂで構成し、旋回スクロールラップをインボリュート基礎円Ｉ２を中心に位相が互いに１８０°ずれた二巻きのラップ７４ａ、７４ｂで構成している。固定スクロールラップと旋回スクロールラップとは、インボリュート基礎円に対して互いに位相を９０°ずつずらして配置されている。これによって、旋回スクロールラップを挟んで隣接したガスポケットＧ１〜７の圧力差によって発生する荷重作用点Ｄを増やし、旋回スクロールラップに高いトルクを負荷させる。【選択図】図２
2012007518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、
前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１８０°ずれた二巻きのラップで構成され、
固定スクロールラップに対し旋回スクロールラップの位相が９０°ずらして配置されてなることを特徴とするスクロール膨張機。
【請求項２】
鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、
前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１２０°ずれた三巻きのラップで構成され、
固定スクロールラップに対し旋回スクロールラップの位相が６０°ずらして配置されてなることを特徴とするスクロール膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の作動流体のもつエネルギーを効率良く回転力に変換可能にしたスクロール膨張機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール膨張機は、旋回スクロール及び固定スクロールに設けられた渦巻き状のラップを噛み合わせて形成したガスポケットに高圧の作動流体を導入し、作動流体の膨張時のエネルギーによって旋回スクロールを旋回させ、旋回スクロールの旋回力を回転力として取り出すようにしたものである。取り出した回転力は、スクロール膨張機と一体型のスクロール圧縮機を回転させるための補助力として利用したり、あるいは、旋回スクロールの旋回運動を発電機の回転軸に伝達し、回生電力を得るようにしたり、あるいはポンプのような流体機械の動力として利用している。
【０００３】
スクロール膨張機は、タービン型膨張機と比べて、小規模な設備で、かつ小さな動力で駆動できるという利点がある。作動流体として、例えば、工場内で使用される余剰圧縮空気を用いたり、あるいは蒸気タービンプラントの余剰高圧蒸気を用いることができる。
また、船内で、エンジンの熱により蒸気を製造し、高圧蒸気をスクロール膨張機に導入して、回生電力を得、その電力を船内で使用したりすることができる。あるいは、地上の設備で、高圧蒸気を用いて得た電力を商用電源に供給することもできる。特許文献１には、かかる回生発電機を備えたスクロール膨張機が開示されている。
【０００４】
前記渦巻き状ラップの曲線形状は、インボリュート曲線、円弧、楕円、台数螺旋等の曲線形状の中から、その設計目的に基づいて適宜選択されている。従来のスクロール膨張機のラップ形状は、スクロール圧縮機のラップ形状をそのまま採用していた。
図７に、従来のスクロール膨張機のラップ構造を示す。図７において、固定スクロールラップ１０２は、インボリュート基礎円Ｉ１（中心Ｏ１）の円周上の一点を起点とし、渦巻き状に広がる一巻きのインボリュート曲線を形成している。旋回スクロールラップ１０４は、インボリュート基礎円Ｉ２（中心Ｏ２）の円周上の一点を起点とし、渦巻き状に広がるインボリュート曲線を形成している。両ラップの起点は位相を１８０°ずらして配置されている。
【０００５】
インボリュート基礎円Ｉ１及びＩ２の半径は同一であり、旋回スクロールが公転する旋回軌跡Ｃの中心は、固定スクロールラップ１０２のインボリュート基礎円Ｉ１の中心Ｏ１と一致する。固定スクロールの鏡板の中心部に設けられた図示省略の流入口から作動流体を導入し、この作動流体の圧力によって、Ｏ１を中心として旋回スクロールを旋回させるトルクが発生する。この旋回トルクによって旋回スクロールの回転軸を回転させ、その回転力を駆動力として取り出す。
【０００６】
固定スクロールラップ１０２と旋回スクロールラップ１０４とは、密閉点Ｓ１〜Ｓ１０を形成することで、密閉されたガスポケットＧ１〜Ｇ８を形成する。流入口からガスポケットに導入される高圧流体の圧力によって旋回スクロールが旋回する。このとき、各ガスポケットは、容積が拡大し、かつ同時にガスポケット内が減圧しながら、ラップに沿う渦巻き状の経路を外側に向かって移動する。ラップの外周側でガスポケットは開放され、ガスポケットから開放された流体は、ラップの外側に設けられた図示省略の吐出口から吐出される。
【０００７】
旋回スクロールラップ１０４を挟んで隣接したガスポケットの圧力が同一の場合は、旋回スクロールラップ１０４に荷重が付加されないため、旋回スクロールラップ１０４に旋回トルクは発生しない。スクロール圧縮機では、駆動モータの負荷を低減するため、被圧縮流体を圧縮する過程で旋回スクロールラップ１０４に余分な荷重が付加されないように、ラップ構造が設計されている。そのため、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々一巻きのラップとし、これらのラップのインボリュート基礎円の円周上における起点の位相を１８０°ずらし、なるべく同圧のガスポケットが左右対称に配置されるようにしている。
【０００８】
即ち、図７において、旋回スクロールラップ１０４を挟んで隣接したガスポケットＧ１とＧ２、Ｇ３とＧ４、Ｇ５とＧ６、及びＧ７とＧ８とが夫々同圧である。そのため、これらガスポケットの領域で旋回スクロールラップには荷重が発生しない。荷重が発生するのは、隣接したガスポケット間に圧力差がある領域のみであり、図示のように、５箇所に荷重ｆ１〜ｆ５が発生している。
従って、スクロール圧縮機のラップ形状を採用したスクロール膨張機では、旋回トルクを得るための荷重が発生する荷重作用点Ｄの数が少ない。そのため、旋回スクロールラップに発生する旋回トルクは大きくならない。
【０００９】
なお、特許文献２には、ガスポケットの圧力変化により旋回スクロールに付加される駆動トルクが変動するのを解消するため、固定スクロール及び旋回スクロールのラップ構造を改良したスクロール圧縮機又はスクロール膨張機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３２２９１号公報
【特許文献２】特開平１１−１４１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のように、スクロール圧縮機で用いられたラップ構造をスクロール膨張機に採用した場合、旋回スクロールを旋回させるためのトルクを増大させることができない。そのため、作動流体の量や圧力が安定していないと、安定した旋回力を得ることができない。
【００１２】
また、図７に示すラップ構造は、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップとも一巻きであるため、荷重作用点Ｅの数を多く取ろうとすると、インボリュート基礎円の半径を小さくし、渦巻き状のラップ間の間隔を狭くして、巻き長を長くせざるを得ない。しかし、インボリュート基礎円の半径を小さくすると、旋回スクロールの旋回半径Ｃも小さくせざるを得ない。そのため、旋回中心と荷重作用点間の距離が取れなくなり、旋回トルクを大きくできないという問題がある。
【００１３】
また、ラップ構造が一巻きであるため、旋回スクロールラップを挟む隣接したガスポケットの圧力差が増大する。このことが、逆に旋回スクロールラップを挟むガスポケット間の作動流体の漏れを助長しているという問題もある。
【００１４】
そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、スクロール膨張機において、旋回トルクを増大させて、安定した旋回力を得られるようにすることを第１の目的とする。また、旋回スクロールラップを挟むガスポケット間の作動流体の漏れを低減することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる課題を解決するため、第１の本発明のスクロール膨張機は、
鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、
前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１８０°ずれた二巻きのラップで構成され、
固定スクロールラップと旋回スクロールラップとが互いに位相を９０°ずらして配置されてなるものである。
【００１６】
第１の本発明装置では、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々二巻きとしたため、一本のラップの巻き長を長く取らなくても、二本のラップの巻き長を合計することで、巻き長を十分長くできる。そのため、各ラップのインボリュート基礎円の半径を小さくしないで済むので、旋回スクロールの旋回半径も大きく取ることができる。これによって、旋回スクロールの旋回中心と荷重作用点との距離を大きく取ることができるので、旋回スクロールに作用する旋回トルクを大きくできる。
【００１７】
また、二巻きとしたことにより、ラップに沿う方向の個々のガスポケットの領域を従来と比べて半減できる。そのため、ガスポケットの数を増やすことができ、これによって、荷重作用点の数を増加できるので、旋回トルクを増大できる。
また、固定スクロール又は旋回スクロールの夫々の二巻きのラップのインボリュート基礎円の円周上の起点が互いに１８０°ずらして配置されているので、二巻きのラップ同士をインボリュート曲線を形成しながら、各ラップ間を等間隔に維持して配置するのが容易になる。
【００１８】
また、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとが互いに位相を９０°ずらして配置されているので、固定スクロールラップと旋回スクロールラップ間で密閉されたガスポケットを形成可能になる。そのため、旋回スクロールラップに多くの荷重作用点を発生させることができ、これによって、旋回トルクを増大できる。
【００１９】
さらに、前述のように、個々のガスポケットのラップに沿う方向の領域を半減できるので、旋回スクロールラップを挟むガスポケット間の圧力差は低減し、これによって、該ガスポケット間の作動流体の漏れを低減できる。
【００２０】
また、第２の本発明のスクロール膨張機は、
鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、
前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１２０°ずれた三巻きのラップで構成され、
固定スクロールラップと旋回スクロールラップとが互いに位相を６０°ずらして配置されてなるものである。
【００２１】
第２の本発明装置では、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々三巻きとしたため、第１の本発明装置と比べて、さらに、一本のラップの巻き長を長く取らなくて済むため、旋回スクロールの旋回半径をさらに大きく取ることができる。そのため、旋回スクロールの旋回中心と荷重作用点との距離をさらに大きく取ることができ、これによって、さらに大きな旋回トルクを発生できる。
【００２２】
また、固定スクロール及び旋回スクロールの各三巻きのラップ同士の位相が互いに６０°ずらして配置されているので、インボリュート曲線を形成しながら、ラップ間を等間隔に維持して配置するのが容易になる。また、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとが互いに位相を６０°ずらして配置されているので、固定スクロールラップと旋回スクロールラップ間で密閉されたガスポケットを形成可能になる。さらに、第１の本発明装置と同様に、旋回スクロールラップを挟むガスポケット間の作動流体の漏れを低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
第１の本発明装置によれば、鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１８０°ずれた二巻きのラップで構成され、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとが互いに位相を９０°ずらして配置されてなるので、高い旋回トルクを発生でき、そのため、作動流体の流入量や圧力が安定しない場合でも、安定した旋回力を発生させることができる。また、旋回スクロールラップを挟んで隣接したガスポケット間の圧力差を小さくできるので、作動流体の漏れを低減できる。
【００２４】
また、第２の本発明装置によれば、鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、該ラップが噛み合わされて複数のガスポケットを形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸とを備え、ガスポケットに流入した高圧流体の作用力によって旋回スクロールを旋回させるスクロール膨張機において、前記ラップがインボリュート曲線を形成しており、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップが夫々インボリュート基礎円を中心に位相が互いに１２０°ずれた三巻きのラップで構成され、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとが互いに位相を６０°ずらして配置されてなるので、前記第１の本発明装置と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係るスクロール膨張機の正面視断面図である。
【図２】第１実施形態に係るスクロール膨張機のラップ構造を示す断面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】第１実施形態に係るスクロール膨張機の旋回スクロールラップに加わる合成荷重の作用図である。
【図５】第１実施形態に係るスクロール膨張機に対する比較例のラップ構造を示す断面図である。
【図６】本発明装置の第２実施形態に係るスクロール膨張機のラップ構造を示す断面図である。
【図７】従来のスクロール膨張機のラップ構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（実施形態１）
第１の本発明装置の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。まず、図１により、本実施形態に係るスクロール膨張機１０の全体構成を説明する。図１において、ハウジング１２の内部は、後述する入口開口５８及び出口開口６４を除いて、密閉されている。ハウジング１２の上部に、発電機１６を内蔵した発電機ケーシング１４が連結されている。ハウジング１２内の下部に旋回スクロール１８及び固定スクロール２４が設けられている。旋回スクロール１８は、鏡板２０と、鏡板２０に一体に立設された渦巻き状のラップ２２とからなる。固定スクロール２４は、鏡板２６と、鏡板２６に一体に立設された渦巻き状のラップ２８とからなる。
【００２８】
旋回スクロール１８のラップ２２と固定スクロール２４のラップ２８とが向い合わせに配置されて、これらが互いに噛み合わされ、密閉されたガスポケットＧを形成する。固定スクロール２４の背面側ケーシングに、高圧の作動流体ｓを導入する導入路６６が設けられ、固定スクロール２４の鏡板２６に、ガスポケットＧに作動流体を導入する流入口６７が穿設されている。旋回スクロール１８の鏡板２０と固定スクロール２４のハウジング端面とが当接するシール面Ｗには、ダストシール２９が介装されている。
【００２９】
旋回スクロール１８の背面には、支持板１９が固設されている。支持板１９の背面１９ａの中央部には、ボス部３０が一体に形成されている。ボス部３０には、スリーブ３２を介して偏心軸３４が嵌合されている。偏心軸３４はその上部に一体に設けられた回転軸３６に対して軸線が偏心した位置にある。
【００３０】
ハウジング１２の内部には、ハウジング１２と一体の軸収納部６０が設けられ、軸収納部６０に回転ころ軸受からなる軸受装置３８が収納されている。発電機ケーシング１４内には、回転ころ軸受からなる軸受装置４０及び４１が設けられ、回転軸３６は、軸受装置３８及び軸受装置４０及び４１で回転可能に支持されている。また、支持板１９の背面１９ａに、旋回スクロール１８の自転を規制し、旋回スクロール１８を公転運動のみ行なわせる自転規制機構４２が設けられている。
【００３１】
以下、自転規制機構４２の構成を説明する。ハウジング１２に軸収納部４４が形成され、この軸収納部４４に回転ころ軸受からなる軸受装置４８が収納されている。そして、ピンクランク軸４６が、軸受装置４８を介して回転可能に支持されている。また、支持板１９の背面１９ａに軸収納部５０が一体に設けられ、該軸収納部５０に、回転ころ軸受からなる軸受装置５４が収納されている。そして、ピンクランク軸４６に対して軸線が偏心した位置に連結された偏心ピン５２が、軸受装置５４を介して回転可能に支持されている。
【００３２】
また、軸受装置３８と軸受装置４０の間の回転軸３６の外周面に、複数枚（４枚）の送風羽根５６が装着されている。そして、送風羽根５６の上方近傍のハウジング１２に、周方向に複数の入口開口５８が穿設されている。軸収納部６０に、回転軸３６の周方向に複数の通風孔６２が穿設されている。また、固定スクロール２４の外周面近傍のハウジング１２に、周方向に複数の円形の出口開口６４が穿設されている。
【００３３】
かかる構成のスクロール膨張機１０において、固定スクロール２４の中央部に設けられた高圧の作動流体が、例えば、高圧蒸気ｓである場合、高圧蒸気ｓはガスポケットＧに供給され、作動流体の圧力によって旋回スクロール１８を旋回させる。旋回スクロール１８は、自転規制機構４２によってその自転運動が規制されているので、偏心軸３４によって公転運動（旋回運動）のみ行なう。旋回スクロール１８が旋回運動を行なうことによって、回転軸３６が回転する。そして、回転軸３６が回転することによって、発電機１６のロータ１６ａが回転し、電力が発生する。
【００３４】
また、回転軸３６が回転することで、送風羽根５６が回転する。送風羽根５６が回転することによって、入口開口４４から外気ａがハウジング１２の内部に導入される。ハウジング１２内に導入された外気ａは、通風孔６２を通り、さらに、旋回スクロール１８の背面１８ａに沿って流れると共に、自転規制機構４２の周囲を通る。そして、さらに、旋回スクロール１８及び固定スクロール２４の外周部に沿って流れ、出口開口６４からハウジング１２の外部に排出される。
【００３５】
かかる構成のスクロール膨張機１０によれば、ハウジング１２内に形成される外気ａの流れの風圧によって、シール面Ｗから漏れた高圧蒸気ｓは、旋回スクロール１８の背面側に向わずに、逆方向に向い、出口開口６４からハウジング外に排出される。そのため、旋回スクロール１８の背面側に配置された軸受装置３８，４０、４８及び５４等、ハウジング内機器類は、シール面Ｗから漏洩した蒸気ｓの凝縮水による発錆を生じない。また、該凝縮水が潤滑剤に混入して潤滑剤の粘度を低下させ、潤滑剤を流出させたり、あるいは潤滑剤を乳化させることがなくなる。
【００３６】
また、外気ａの流通路が、回転軸３６の軸受装置３８、自転規制機構４２の軸受装置４８，５４、及びシール面Ｗの外周部に面して形成されているので、外気ａによってこれら機器類を冷却できる付加的効果もある。そのため、高温高圧蒸気ｓによってハウジング１２内の機器対が加熱されても、これら機器類の温度を低下させることができるので、機器類の信頼性を維持できる。
【００３７】
また、送風羽根５６が回転軸３６に装着されているので、送風羽根５６の駆動装置が不要になり、送風羽根５６の構成を簡素化かつ低コストにできる。従って、ハウジング１２内の外気ａの通風路を確保するのが容易になる。
【００３８】
次に、旋回スクロール２８のラップ２２及び固定スクロール２４のラップ２８の構成を図２〜図４により説明する。固定スクロールラップ７２及び旋回スクロールラップ７４は、夫々二本のラップ７２ａ、７２ｂ及び７４ａ、７４ｂで構成されている。これらのラップは、インボリュート曲線を形成している。固定スクロールラップ７２ａ、７２ｂは、夫々インボリュート基礎円Ｉ１（中心Ｏ１）の円周上の一点Ａ１、Ａ２を起点としている。起点Ａ１、Ａ２は、インボリュート基礎円Ｉ1の円周上で１８０°の位相差を有している。
【００３９】
旋回スクロールラップ７４ａ、７４ｂは、夫々インボリュート基礎円Ｉ２（中心Ｏ２）の円周上の一点Ｂ１、Ｂ２を起点としている。起点Ｂ１、Ｂ２は、インボリュート基礎円Ｉ２の円周上で１８０°の位相差を有している。また、起点Ａ１、Ａ２と起点Ｂ１、Ｂ２とは、インボリュート基礎円Ｉ１，Ｉ２の円周上で互いに９０°ずつの位相差をもって配置されている。なお、インボリュート基礎円Ｉ１とインボリュート基礎円Ｉ２の半径は同一である。
【００４０】
また、インボリュート基礎円Ｉ１の中心Ｏ２と起点Ｂ２とは一致し、中心Ｏ１と旋回スクロールラップ７４ａ、７４ｂの旋回軌跡Ｃの中心とは一致している。また、固定スクロール２４の鏡板２６に、インボリュート基礎円Ｉ１と同心状に作動流体の流入口６７が穿設されている。
各ラップ間には密閉点Ｓ１〜９が形成され、これら密閉点間に領域に、複数（７個）のガスポケットＧ１〜７が形成される。各ガスポケットは、中央の流入口６７に流入した作動流体の圧力によって膨張し、かつ同時に内圧が低減しながら、外側に向かってラップに沿う渦巻き状の経路を辿り、ラップの外周側に設けられた吐出口から吐出される。
【００４１】
図３に示すように、旋回スクロールラップを挟んで内側ガスポケットの圧力Ｐｉと外側ガスポケットの圧力Ｐφとの間に圧力差がある場合（Ｐφ＜Ｐｉ、ΔＰ＝Ｐｉ−Ｐφ）、旋回スクロールラップの各領域に作用する両ガスポケットの差圧による荷重は、インボリュート基礎円Ｉ２の円周上の接線方向に作用する。旋回スクロールラップの各領域に作用する荷重の合力は、荷重作用点Ｄに付加される。
【００４２】
図２に、各ガスポケットＧ１〜７が旋回スクロールラップに作用する荷重作用点Ｄ及び各荷重作用点Ｄに作用する合力を、ｆａ１〜ｆａ４、ｆｂ１〜ｆｂ３で表している。
また、図４に、各ガス作用点Ｇに付加される前記合力を合成した荷重ｆａ（ｆａ＝ｆａ１＋ｆａ２＋ｆａ３＋ｆａ４）、荷重ｆｂ（ｆｂ＝ｆｂ１＋ｆｂ２＋ｆｂ３）及び合力Ｆ（Ｆ＝ｆａ＋ｆｂ）の荷重作用点を示している。図中、Ｒｃは旋回スクロール１８の旋回半径であり、Ｒｉ２はインボリュート基礎円Ｉ２の半径である。
【００４３】
図４において、Ｘは、式Ｘ＝（ｆａ−ｆｂ）・Ｒｉ２／（ｆａ＋ｆｂ）で計算され、旋回スクロール１８に発生するトルクτは、τ＝Ｆ（Ｒｃ−Ｘ）で計算できる。
なお、本実施形態において、インボリュート基礎円Ｉ１の中心Ｏ１と旋回軌跡Ｃの中心とは一致しており、図３に示すように、インボリュート基礎円Ｉ１の半径と旋回軌跡Ｃの半径Ｒｃとは略同一である。
【００４４】
本実施形態によれば、旋回スクロールラップ７４ａ、７４ｂを挟んで隣接したガスポケットの圧力は、どの部分でも異なっている。そのため、形成されるガスポケットＧ１〜７の数と同数（７個）の荷重作用点Ｄが旋回スクロールラップに発生する。
また、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々二巻きで構成しているので、一巻きの場合と比べて、インボリュート基礎円Ｉ１、Ｉ２の半径を小さくすることなく、ラップ長を長くできる。
【００４５】
そのため、旋回軌跡Ｃの半径を大きく取れるので、旋回軌跡Ｃの中心Ｏ１と合力Ｆの作用点との距離Ｌを大きく取ることができ、これによって、旋回スクロールに付与する旋回トルクを増大できる。また、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々二巻きとしたので、ラップに沿う方向の個々のガスポケットの領域を、図７に示す従来例と比べて半減できる。半減した分だけ逆に形成されるガスポケットの数を増加できるので、旋回スクロールラップ７４ａ、７４ｂに作用する荷重作用点Ｄの数が増加し、これによっても、旋回トルクτを増大できる。
【００４６】
このように、作動流体のもつエネルギーを効率良く回転力に変換できるので、作動流体の流入量や圧力が安定していなくても、安定した回転力を得ることができる。
また、従来例と比べて、ガスポケットの数を増やすことができる分、旋回スクロールラップを挟んで隣接するガスポケット間の圧力差を低減できる。そのため、ガスポケット間の作動流体の漏れを低減できる。
【００４７】
図５に、比較例として、固定スクロールラップ７２ａ（又は７２ｂ）と旋回スクロールラップ７４ａ（又は７４ｂ）とのインボリュート基礎円Ｉ１，Ｉ２上の位相差を４５°とした場合のラップ構造を示している。図示のように、この比較例では、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップ間で密閉点Ｓ１〜Ｓ４が形成されるが、形成されるガスポケットＧの数及び各ガスポケットＧの容量が少なくなっている。これでは、旋回スクロールラップに作用する旋回トルクを増大させることができない。
【００４８】
なお、本実施形態では、回転軸３６に発電機１６を接続しているが、代わりに、回転軸３６にポンプ等の回転機械を接続し、回転軸３６の回転力をそのまま回転機械の駆動力として利用するようにしてもよい。あるいは、回転軸３６がスクロール圧縮機の回転軸に結合され、スクロール膨張機１０で得た回転力を該スクロール圧縮機の駆動力の補助として利用するようにしてもよい。
【００４９】
（実施形態２）
次に、第１の本発明装置の一実施形態を図６により説明する。図６において、本実施形態では、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップとも、夫々３本のラップで構成されている。３本に固定スクロールラップ８２ａ〜ｃは、インボリュート基礎円Ｉ１の円周上を起点とし、これら起点Ａ１、Ａ２、Ａ３は１２０°の位相差を有する。また、３本の旋回スクロールラップ８４ａ〜ｃは、インボリュート基礎円Ｉ２の円周上を起点とし、これら起点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は１２０°の位相差を有する。各固定スクロールラップの起点と各旋回スクロールラップの起点とは、夫々６０°の位相差をもつように配置されている。作動流体の流入口８６は、インボリュート基礎円Ｉ１と同心状に配置されている。
【００５０】
本実施形態においても、多くの密閉点Ｓ１〜Ｓ８が形成され、多くのガスポケットＧ１〜５が形成される。即ち、第１実施形態と同様に、旋回スクロールラップを挟んで隣接したガスポケットの圧力は、どの部分でも異なっている。そのため、形成されるガスポケットＧ１〜５の数と同数（５個）の荷重作用点Ｄが旋回スクロールラップに発生する。
また、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々三巻きで構成しているので、二巻きの場合と比べて、インボリュート基礎円Ｉ１、Ｉ２の半径を小さくすることなく、ラップ長を長くできる。
【００５１】
そのため、旋回軌跡Ｃの半径を大きく取れるので、旋回軌跡Ｃの中心Ｏ１と合力Ｆの作用点との距離Ｌを大きく取ることができ、これによって、旋回スクロールに付与する旋回トルクを増大できる。また、固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを夫々三巻きとしたので、ラップに沿う方向の個々のガスポケットの領域を、第１実施形態よりさらに減少できる。そして、減少した分だけ逆に形成されるガスポケットの数を増加できるので、旋回スクロールラップに作用する荷重作用点Ｄの数が増加し、これによって、旋回トルクτを増大できる。
【００５２】
このように、作動流体のもつエネルギーを効率良く回転力に変換できるので、作動流体の流入量や圧力が安定していなくても、安定した回転力を得ることができる。
また、ガスポケットの数を増やすことができる分、旋回スクロールラップを挟んで隣接するガスポケット間の圧力差を低減できる。そのため、ガスポケット間の作動流体の漏れを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、作動流体のもつエネルギーを効率良く回転力に変換して、安定した回転力を得ることができるスクロール膨張機を実現できる。
【符号の説明】
【００５４】
１０                  スクロール膨張機
１２                  ハウジング
１４                  発電機ケーシング
１６                  発電機
１６ａ                ロータ
１８                  旋回スクロール
１９                  支持板
１９ａ                背面
２０、２６            鏡板
２２、２８            ラップ
２４                  固定スクロール
２９                  ダストシール
３０                  ボス部
３２                  スリーブ
３４                  偏心軸
３６                  回転軸
３８、４０、４１、４８、５４    軸受装置
４２                  自転規制機構
４４、５０，６０      軸収納部
４６                  ピンクランク軸
５２                  偏心ピン
５６                  送風羽根
５８                  入口開口
６２                  通風孔
６４                  出口開口
６６                  導入路
６７，８６            流入口
７２ａ、７２ｂ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ    固定スクロールラップ
７４ａ、７４ｂ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ    旋回スクロールラップ
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２    起点
Ｃ                    旋回軌跡
Ｄ                    荷重作用点
Ｇ、Ｇ１〜８            ガスポケット
Ｌ                    距離
Ｒｃ                  旋回軌跡半径
Ｒｉ２                  インボリュート基礎円Ｉ２の半径
Ｓ１〜１０              密閉点
Ｗ                    シール面
ａ                    外気
ｓ                    高圧蒸気
ｆ１〜５、ｆａ１〜ａ４、ｆｂ１〜ｂ３    荷重
【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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