(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻状のスクロール歯を備えた固定スクロールと、この固定スクロールと対峙するように渦巻状のスクロール歯を備えて前記固定スクロールとで膨張室を形成し、当該膨張室に流入した作動流体の膨張力で偏芯揺動運動する揺動スクロールと、該揺動スクロールの偏芯揺動運動を回転運動に変える回転運動変換機構と、これらを収納する密閉ケースを備えて、前記膨張室で作動流体が膨張することにより回転エネルギーを取出すスクロール型膨張機において、
前記固定スクロールに固着して設けられて、前記密閉ケース内の作動流体を前記膨張室に導く作動流体導入管と、
一端が前記作動流体導入管と接続され、他端が前記密閉ケースの底部に貯留する潤滑油に浸るように設けられて、前記作動流体導入管を流動して前記膨張室に流入する冷媒により前記密閉ケースの底部に貯留した潤滑油が吸上げられる潤滑油吸込管とを備えることを特徴とするスクロール型膨張機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定スクロールと揺動スクロールとにより形成される空間を膨張室として作用させることにより、作動流体の膨張エネルギーを回転エネルギーとして取出すことが可能なスクロール型膨張機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ランキンサイクルの膨張機として横置スクロール型膨張機を用いた提案がなされている（例えば特開平１０−６１５７７号公報）。
【０００３】
このような横置スクロール型の膨張機は、固定スクロール、揺動スクロール、揺動スクロールの偏芯揺動運動を回転運動に変換する回転運動変換機構等を備え、これらが密閉ケース内に収納された構成となっている。
【０００４】
この固定スクロールと揺動スクロールとの摺動面には、給油ポンプで密閉ケースの底部に貯留している潤滑油を汲上げて供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、給油ポンプの形成には複雑な切削加工等を必要とするためコストアップの要因となる問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、簡単、かつ、安価な構成で確実に潤滑油が供給できるようにしたスクロール型膨張機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、渦巻状のスクロール歯を備えた固定スクロールと、この固定スクロールと対峙するように渦巻状のスクロール歯を備えて固定スクロールとで膨張室を形成し、当該膨張室に流入した作動流体の膨張力で偏芯揺動運動する揺動スクロールと、該揺動スクロールの偏芯揺動運動を回転運動に変える回転運動変換機構と、これらを収納する密閉ケースを備えて、膨張室で作動流体が膨張することにより回転エネルギーを取出すスクロール型膨張機において、固定スクロールに固着して設けられて、密閉ケース内の作動流体を膨張室に導く作動流体導入管と、一端が作動流体導入管と接続され、他端が密閉ケースの底部に貯留する潤滑油に浸るように設けられて、ベルヌーイの定理に従い作動流体導入管を流動して膨張室に流入する冷媒により密閉ケースの底部に貯留した潤滑油が吸上げられる潤滑油吸込管とを備えて、簡単、かつ、安価な構成で確実に潤滑油が供給できるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に係る横置スクロール型膨張機の概略構成を示す断面図である。
【０００９】
なお、以下の説明では、横置スクロール型膨張機を例に説明するが本発明はこれに限定されるものではなく、縦置スクロール型膨張機であってもよい。
【００１０】
当該膨張機１２は、固定スクロール３１、揺動スクロール３２、回転運動変換機構３３、回転軸３４等を有し、これらが密閉ケース３５内に収納された構成となっており、作動流体は吸入管４０を介して当該密閉ケース３５内に吸入されるようになっている。
【００１１】
固定スクロール３１の中心には、密閉ケース３５内の作動流体を後述する膨張室Ｒに導く作動流体導入管３８が設けられると共に、当該作動流体導入管３８の途中に潤滑油吸込管４７が設けられ、その開放端は密閉ケース３５の底部に貯留している潤滑油４８に浸るように設けられている。
【００１２】
固定スクロール３１と揺動スクロール３２とは、それぞれ鏡面研磨された鏡板４２，４３に渦巻状のスクロール歯４４，４５が立設されて、スクロール歯４４と鏡板４３、スクロール歯４５と鏡板４２とが当接して、これらが形成する空間が膨張室Ｒを形成している。
【００１３】
なお、スクロール歯４４，４５が渦巻状に形成され、かつ、固定スクロール３１に対して揺動スクロール３２が後述するように偏芯揺動して運動するため、膨張室Ｒは複数形成されると共に、揺動スクロール３２の動きに応じて当該膨張室Ｒの容積が変化するようになっている。
【００１４】
そして、作動流体導入管３８と連通した中心側の膨張室Ｒは最も空間容積が小さく、周辺部に行くに従い当該膨張室Ｒの空間容積は大きくなっている。
【００１５】
これにより作動流体導入管３８を介して最も空間容積が小さい膨張室Ｒに流入した作動流体の膨張力により揺動スクロール３２が固定スクロール３１に対して偏芯揺動するようになる。当該偏芯揺動により膨張室Ｒは拡張すると共に、徐々に周辺部に広がり吐出口３９から膨張機１２外に吐出される。
【００１６】
揺動スクロール３２の偏芯揺動運動は、オルダムリング等からなる回転運動変換機構３３により回転運動に変換されて、これにより回転軸３４が回転し、当該回転軸３４に連結された発電機４６等を駆動するようになっている。
【００１７】
このような回転軸３４はメカニカルシール２５によりシールされて密閉ケース３５内の作動流体が機外に漏出しないようになっている。
【００１８】
なお、スクロール歯４４，４５と鏡板４２，４３とが密接に当接していなければ、膨張室Ｒの作動流体が漏れてしまうので、揺動スクロール３２は所定の力で固定スクロール３１側に付勢されている。
【００１９】
しかし、この付勢力を余り大きくすると、スクロール歯４４，４５と鏡板４２，４３との摺動によりこれらの摩耗が大きくなってしまい、またこれらの間に働く摩擦力が大きなエネルギー損失を生じさせてしまう。
【００２０】
そこで、スクロール歯４４，４５と鏡板４２，４３との摺動面を潤滑して、余り大きな力で揺動スクロール３２を付勢しなくても膨張室Ｒの機密性が高められるようにすると共に、摩擦によるエネルギー損失を低減させるようにする必要がある。
【００２１】
従来は、特開平１０−６１５７７号公報にみられるように複雑な切削加工等を行って給油ポンプを形成しているためコストアップの要因となっていたが、本発明では、以下の原理に基づき潤滑油吸込管４７を作動流体導入管３８に接続することにより潤滑油４８の供給が行えるようにしている。
【００２２】
即ち、吸入管４０を介して密閉ケース３５内に吸入された作動流体は、作動流体導入管３８を経て膨張室Ｒに流入する。このとき、作動流体の密度をρ、密閉ケース３５内の圧力及び作動流体の流速をＰ１，Ｖ１、作動流体導入管３８内を流動する作動流体の流速及び圧力をＶ２，Ｐ２とすると、ベルヌーイの定理により、
Ｐ１＋ρＶ１2／２＝Ｐ２＋ρＶ２2／２      …（１）
が成立つ。
【００２３】
このとき、密閉ケース３５内での作動流体の流速は略ゼロと近似できるので、式１でＶ１＝０とするとＰ１＞Ｐ２となり、作動流体導入管３８内の圧力Ｐ２が密閉ケース３５内の圧力Ｐ１より小さくなるため、この差圧δＰにより密閉ケース３５の底部に貯留している潤滑油４８が潤滑油吸込管４７を介して作動流体導入管３８に吸込まれる。
【００２４】
そして、潤滑油４８は当該作動流体導入管３８を流動する作動流体により膨張室Ｒに運ばれて、スクロール歯４４，４５と鏡板４２，４３との摺動面を潤滑するようになる。
【００２５】
なお、差圧δＰは作動流体の流速Ｖ２の２乗に比例し、この流速Ｖ２は作動流体導入管３８の径が小さくなるに従い大きくなる。しかし、このことは膨張室Ｒに流入する作動流体の流入抵抗も増大することを意味するので、膨張室Ｒに供給すべき作動流体量と潤滑油量とを勘案して最適な管径に適宜設定することが好ましい。
【００２６】
図２は、このような膨張機の適用例としてランキンサイクルに適用した際の構成を示す図である。なお、このような作動流体として、例えばＲ２４５ｆａのような冷媒が例示でき、以下の説明では当該作動流体を冷媒と記載して説明する。
【００２７】
このランキンサイクル１０は、作動流体を蒸発させる蒸発器１１、該蒸発器１１から作動流体が供給されて、その膨張仕事により回転エネルギーが取出される膨張機１２、該膨張機１２で仕事した作動流体を凝縮させる凝縮器１５、凝縮した作動流体を蒸発器１１に供給するポンプ１３等を有して、これらが作動流体配管１６により略環状に接続されている。
【００２８】
なお、図２において蒸発器１１には、エンジン排ガス等の熱源流体が冷媒と対向流をなすように流動して、当該熱源流体と冷媒とが熱交換することにより該熱源流体の熱を回収して発電エネルギーとして利用できるようになっている。
【００２９】
このような構成で、蒸発器１１で熱源流体から熱回収して蒸発した冷媒は膨張機１２に流入する。膨張機１２に流入した冷媒は、作動流体導入管３８を流動する際に密閉ケース３５の底部に貯留された潤滑油を潤滑油吸込管４７から吸込み膨張室Ｒに流入する。
【００３０】
そして、冷媒は膨張して揺動スクロール３２を偏芯揺動させ、その運動が回転運動変換機構３３により回転運動に変換されて発電機４６が駆動される。
【００３１】
一方、膨張室Ｒに流入した潤滑油４８は、スクロール歯４４，４５と鏡板４２，４３との摺動面を潤滑して、これらの間に働く摩擦力を低減させながら膨張室Ｒの気密性を高める。
【００３２】
膨張機１２で仕事した冷媒は凝縮器１５に流動して、当該凝縮器１５で外気等と熱交換して凝縮し、その後ポンプ１３に流動して、当該ポンプで圧送されて蒸発器１１に流動する。
【００３３】
蒸発器１１には、上述したように熱源流体が循環しているので、これと熱交換して蒸発加熱されて、当該熱源流体の熱を回収して膨張機１２へと流動するサイクルを繰返す。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一端が膨張室に冷媒を導く作動流体導入管に接続され、他端が密閉ケースの底部に貯留する潤滑油に浸るように設定された潤滑油吸込管を設けたので、ベルヌーイの定理に従い作動流体導入管を流動する作動流体により潤滑油吸込管を介して密閉ケースの底部に貯留した潤滑油が吸上げられて作動流体と共に膨張室に運ばれ、固定スクロールと揺動スクロールとの摺動面を簡単、かつ、安価な構成で確実に潤滑できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるスクロール型膨張機の概略断面図である。
【図２】スクロール型膨張機を用いたランキンサイクルの構成図である。
【符号の説明】
１０  ランキンサイクル
１１  蒸発器
１２  膨張機
１３  ポンプ
１５  凝縮器
３１  固定スクロール
３２  揺動スクロール
３３  回転運動変換機構
３４  回転軸
３５  密閉ケース
３８  作動流体導入管
３９  吐出口
４０  吸入管
４７  潤滑油吸込管
４８  潤滑油
【図１】
0003773836.tif 000002
【図２】
0003773836.tif 000003