特許 5797586 スクロール形流体機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797586

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】スクロール形流体機械

(51)【国際特許分類】

   F01C 1/02 20060101AFI20151001BHJP

   F01C 21/06 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   F01C1/02 B

   F01C21/06

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-47341(P2012-47341)

(22)【出願日】2012年3月2日

(65)【公開番号】特開2013-181506(P2013-181506A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2014年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006781

【氏名又は名称】ヤンマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080621

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 寿一郎

(72)【発明者】

【氏名】濱地 康之

(72)【発明者】

【氏名】小野 泰右

【審査官】 佐藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５１７８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３２９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３２９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７０２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３５５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１６６６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２７４８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００１０５９８１（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｃ １／０２

Ｆ０１Ｃ ２１／０６

Ｆ０４Ｃ １８／０２

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各鏡板にスクロールラップが突出して設けられる、固定スクロールと可動スクロールとが、互いの前記スクロールラップを噛み合わせるように対向配置され、両スクロールの前記鏡板と前記スクロールラップとにより膨張室が形成され、前記膨張室に蒸気が供給されるスクロール形流体機械であって、
前記可動スクロール及び前記固定スクロールの少なくとも一方の前記鏡板に蒸気加熱器を備え、
前記蒸気加熱器に蒸気が供給されて前記膨張室内の蒸気を加熱した後に、前記蒸気加熱器内の蒸気が前記膨張室に供給され、
前記蒸気加熱器は、蒸気が通過する蒸気通路が形成され、前記蒸気通路がオリフィスを介して前記膨張室に連通されるとともに、前記蒸気通路の途中部が凝縮水通路によって前記オリフィスと連通される
スクロール形流体機械。

【請求項2】

前記蒸気通路は、中心部に前記オリフィスが配置される渦巻き状に形成され、その外周部に蒸気供給口が配置される請求項１に記載のスクロール形流体機械。

【請求項3】

前記蒸気通路は、前記鏡板における平面視で前記蒸気加熱器が設けられた前記鏡板の前記スクロールラップと重複する位置に配置される請求項２に記載のスクロール形流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スクロール形流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作動媒体を水とする膨張機であるスクロール形流体機械が公知となっている。固定スクロールと揺動スクロールとで形成される膨張室内で高温高圧の気相である水（以下、単に「蒸気」と記す）を膨張させることで出力軸を回転させるものである。

【0003】

このようなスクロール形流体機械においては、出力を増大させるために、膨張室の摺動部に液膜を介在させることによりシール性と潤滑性を確保して蒸気の漏出や摺動部の摩擦抵抗を低減する必要がある。一方、膨張室のシール性と潤滑性を確保するために蒸気に潤滑油を混合すると膨張室から排出された蒸気から潤滑油を分離する装置が必要となる。そこで、飽和状態の蒸気が膨張する過程で凝縮することにより生じた液相である水（以下、単に「水」と記す）をシール性と潤滑性を確保するための液膜として利用するものがある。例えば、特許文献１に記載の如くである。

【0004】

しかし、特許文献１に開示されている技術は、蒸気が膨張室内で膨張する過程によって凝縮して生じた水によってシール及び潤滑を行う。このため、シール及び潤滑に必要な量の水が生じるまでは十分なシール性と潤滑性を確保することができない。特に、膨張室に供給された直後の蒸気は、液相がほとんど存在しないために膨張室のシール性と潤滑性が十分でない場合がある。つまり、膨張前の蒸気においては、膨張室の摺動部に液膜を介在させることが困難であるため、蒸気の漏出や摺動部の摩擦抵抗が増加してスクロール形流体機械の出力低下の要因となる問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、作動媒体の液相としての水を膨張室のシール及び潤滑に用いるとともに出力を増加させるスクロール形流体機械の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１においては、各鏡板にスクロールラップが突出して設けられる、固定スクロールと可動スクロールとが、互いの前記スクロールラップを噛み合わせるように対向配置され、両スクロールの前記鏡板と前記スクロールラップとにより膨張室が形成され、前記膨張室に蒸気が供給されるスクロール形流体機械であって、前記可動スクロール及び前記固定スクロールの少なくとも一方の前記鏡板に蒸気加熱器を備え、前記蒸気加熱器に蒸気が供給されて前記膨張室内の蒸気を加熱した後に、前記蒸気加熱器内の蒸気が前記膨張室に供給され、前記蒸気加熱器は、蒸気が通過する蒸気通路が形成され、前記蒸気通路がオリフィスを介して前記膨張室に連通されるとともに、前記蒸気通路の途中部が凝縮水通路によって前記オリフィスと連通されるものである。

【0008】

請求項２においては、前記蒸気通路は、中心部に前記オリフィスが配置される渦巻き状に形成され、その外周部に蒸気供給口が配置されるものである。

【0009】

請求項３においては、前記蒸気通路は、前記鏡板における平面視で前記蒸気加熱器が設けられた前記鏡板の前記スクロールラップと重複する位置に配置されるものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0011】

請求項１に係る発明によれば、膨張室内で膨張することにより温度が低下した蒸気を膨張室に供給される前の高温の蒸気によって再び加熱することができる。これにより、スクロール形流体機械の出力が増大する。

【0012】

また、固定スクロールと可動スクロールとの少なくとも一方に設けられる蒸気加熱器に供給された蒸気をそのまま膨張室に供給することができるので配管が容易になる。

【0013】

また、膨張室内の蒸気と蒸気加熱器内の蒸気との間で熱交換が行われる。そして、蒸気加熱器内で凝縮して生じた水をオリフィスによって吸引して膨張室内へ供給することができる。これにより、蒸気が供給された直後の膨張室内の摺動部分に液膜が生成されて膨張室のシール性及び潤滑性が維持される。

【0014】

請求項２に係る発明によれば、膨張室内の蒸気温度が最も低下している固定スクロールの外縁部分から高温の蒸気を供給することができる。これにより、膨張室内の蒸気が効率的に加熱されて出力が増加する。

【0015】

請求項３に係る発明によれば、スクロールラップを重点的に加熱することができる。これにより、スクロールラップが放熱フィンの役目をはたして膨張室内の蒸気が効率的に加熱されて出力が増加する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムの構成を示す概略図。

【図2】（ａ）本発明の一実施形態であるスクロール形流体機械の断面図、（ｂ）同じくスクロール形流体機械の図２（ａ）におけるＸ矢視図。

【図3】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムにおける作動媒体（水）の相変化を表す図。

【図4】本発明の一実施形態に係るスクロール形流体機械における可動スクロールの動作態様を示す概略図。

【図5】（ａ）本発明の一実施形態であるスクロール形流体機械の蒸気加熱器の動作態様を示す拡大断面図、（ｂ）本発明の一実施形態であるスクロール形流体機械の膨張室に形成される液膜を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

【0018】

まず、本発明の一実施形態に係るスクロール形流体機械を備えたランキンサイクル発電システム１００の構成について図１を用いて説明する。

【0019】

ランキンサイクル発電システム１００は、作動媒体を水（蒸気）とするスクロール形流体機械を膨張機として用いて発電機３を駆動する。図１に示すように、ランキンサイクル発電システム１００は、スクロール形流体機械１と、発電機３と、蒸気発生器４と、作動媒体供給ポンプ６と、凝縮器８とを具備する。

【0020】

スクロール形流体機械１は、作動媒体通路２を介して蒸気発生器４から作動媒体として高温高圧の蒸気が供給される。スクロール形流体機械１は、供給された蒸気を作動媒体として発電機３を駆動して発電を行う。蒸気発生器４は、作動媒体通路５を介して作動媒体供給ポンプ６から水が供給される。作動媒体供給ポンプ６は、作動媒体通路７を介して凝縮器８によって蒸気を凝縮させて生じた水を吸引する。凝縮器８は、作動媒体通路９を介してスクロール形流体機械１の膨張室Ｃから排出された蒸気が供給される。

【0021】

このような構成のランキンサイクル発電システム１００において、スクロール形流体機械１は、蒸気発生器４によって発生された高温高圧の蒸気のエネルギーを回転力に変換して発電機３を駆動する。スクロール形流体機械１から排出された蒸気は、凝縮器８によって水に凝縮された後に蒸気発生器４によって再び高温高圧の蒸気としてスクロール形流体機械１に供給される。

【0022】

以下では、本発明の一実施形態に係るスクロール形流体機械１の構成について、図２を参照して説明する。なお、図２中の白矢印は、作動流体である蒸気の流れ方向を示している。

【0023】

スクロール形流体機械１は、高温高圧の蒸気のエネルギーを回転動力に変換して出力する膨張機である。図２（ａ）に示すように、スクロール形流体機械１は、主に固定スクロール１１と、可動スクロール１４と、クランク軸１５とを具備する。

【0024】

固定スクロール１１は、膨張室Ｃを構成する部材である。固定スクロール１１は、鏡板１１ａと、鏡板１１ａの一側板面に形成される鏡板１１ａの中心から、端部に向かう渦巻き状の仕切り板（以降、固定スクロールラップ１１ｂという）からなる。固定スクロールラップ１１ｂは、いわゆるインボリュート曲線に基づいて形成されている。固定スクロール１１は、後述の可動スクロール１４と組み合わされて膨張室Ｃを構成する。固定スクロール１１は、クランク軸１５を支持しているフレーム１６に固定されている。固定スクロール１１の外縁部には、蒸気排出口１１ｃが設けられている。蒸気排出口１１ｃは、作動媒体通路９を介して凝縮器８が接続される。

【0025】

蒸気加熱器１２は、膨張室Ｃ内の蒸気を加熱する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、蒸気加熱器１２は、固定スクロール１１の鏡板１１ａの他側板面に設けられる。蒸気加熱器１２は、固定スクロール１１の鏡板１１ａと、加熱器仕切り板１２ａと、加熱器カバー１３と、を具備する。加熱器仕切り板１２ａは、鏡板１１ａの他側板面に鏡板１１ａの中心部から外縁部に向かう渦巻き状に形成される。加熱器仕切り板１２ａの反鏡板側の端面は、加熱器カバー１３によって覆われている。これにより、蒸気加熱器１２は、加熱器仕切り板１２ａと加熱器カバー１３とから渦巻き状の蒸気通路１２ｂが構成される。加熱器仕切り板１２ａは、鏡板１１ａにおける平面視で固定スクロールラップ１１ｂと固定スクロールラップ１１ｂとの間に形成される。すなわち、蒸気通路１２ｂは、鏡板１１ａにおける平面視で固定スクロールラップ１１ｂと重複する位置に配置される。

【0026】

蒸気加熱器１２は、その中心部の鏡板１１ａに固定スクロール１１の鏡板の一側板面（膨張室Ｃ側）と他側板面（蒸気加熱器１２側）とを連通するようにしてオリフィス１２ｃが形成される。すなわち、蒸気加熱器１２は、オリフィス１２ｃを介して膨張室Ｃと連通される。オリフィス１２ｃは、蒸気加熱器１２側から膨張室Ｃ側にむけて縮径するように構成される。加えて、オリフィス１２ｃの途中部は、鏡板１１ａに形成される凝縮水通路１１ｄを介して蒸気通路１２ｂの途中部に連通される。つまり、オリフィス１２ｃに蒸気加熱器１２側から膨張室Ｃ側に流体（蒸気）が流れるとベンチュリ効果によりオリフィス１２ｃ部分の圧力が蒸気加熱器１２内の圧力よりも低くなるように構成される。

【0027】

凝縮水通路１１ｄは、蒸気加熱器１２（固定スクロール１１）の外縁部から蒸気加熱器１２の中心部にあるオリフィス１２ｃに向かうようにして形成される。凝縮水通路１１ｄは、近接している蒸気通路１２ｂの少なくとも一箇所以上と連通される。即ち、凝縮水通路１１ｄと蒸気通路１２ｂの間に連通孔が、半径方向で所定間隔をあけて複数開口されている。蒸気加熱器１２は、外縁部の蒸気通路１２ｂ端部に蒸気供給口１２ｄが形成される。蒸気供給口１２ｄには、作動媒体通路２を介して蒸気発生器４が接続される。

【0028】

可動スクロール１４は、膨張室Ｃを構成する部材である。可動スクロール１４は、鏡板１４ａと鏡板の一側板面に形成される渦巻き状の仕切り板（以降、可動スクロールラップ１４ｂという）からなる。可動スクロールラップ１４ｂは、いわゆるインボリュート曲線に基づいて形成される。可動スクロール１４は、固定スクロール１１と対向するように配置されている。より詳細に説明すると、可動スクロール１４は、固定スクロールラップ１１ｂの隙間に対向する可動スクロールラップ１４ｂが挿入され、互いに組み合わされた状態で配置されている。固定スクロール１１は、可動スクロール１４の鏡板１４ａの一側板面と、これに対向する固定スクロールラップ１１ｂの端面との間に微小隙間が生じるように配置される。同様に、可動スクロール１４は、固定スクロール１１の鏡板１１ａの一側板面と、これに対向する可動スクロールラップ１４ｂの端面との間に微小隙間が生じるように配置される。

【0029】

クランク軸１５は、端部に偏心軸（以降、ピン部１５ａという）が形成された部材である。ピン部１５ａは、クランク軸１５対して偏心しているため、クランク軸１５の外周を公転するように構成される。クランク軸１５は、フレーム１６によって回転自在に支持される。ピン部１５ａは、可動スクロール１４の鏡板１４ａを軸受部１７介して支持している。従って、ピン部１５ａは、可動スクロール１４の旋回運動に伴ってクランク軸１５の外周を公転する。すなわち、可動スクロール１４の旋回運動によってクランク軸１５が回転される。

【0030】

次に、図３を用いて、ランキンサイクル発電システム１００における作動媒体（水）の相変化について説明する。

【0031】

図３は、本実施形態におけるＴ−Ｓ線図（温度−エントロピ線図）である。図中における矢印は、作動媒体である水又は蒸気のランキンサイクルを示している。

【0032】

図３に示すように、温度Ｔ１は、凝縮器８の入口温度、温度Ｔ２は、蒸気温度である。点Ａ１は蒸気発生器４の入口（凝縮器８の出口）における作動媒体の状態である。点Ａ２は蒸気発生器４内での蒸気発生開始点である。点Ａ３は蒸気発生器４の出口（スクロール形流体機械１の供給口）における作動媒体の状態である。点Ａ４はスクロール形流体機械１の蒸気排出口１１ｃ（凝縮器８の入口）における作動媒体の状態である。

【0033】

点Ａ１から点Ａ２の間において、作動媒体は、液相である水として存在し、蒸気発生器４によって加熱及び加圧される。そして、点Ａ２の状態において作動媒体は、水から気相である蒸気への相変化を開始する。

【0034】

点Ａ２から点Ａ３の間において、作動媒体は、蒸気発生器４によってさらに加熱及び加圧される。この間において、作動媒体は、液相である水と気相である蒸気とが混在している。作動媒体は、点Ａ３の状態において蒸気への相変化が完了される。点Ａ３から点Ａ４の間において、作動媒体は、スクロール形流体機械１の膨張室Ｃ内において膨張しながら仕事（可動スクロール１４の旋回）をする。膨張室Ｃ内における作動媒体の膨張は、近似的な断熱膨張であることから作動媒体の温度が低下する。この間において、作動媒体の一部は、凝縮して気相である蒸気から液相である水への相変化を開始する。

【0035】

点Ａ４から点Ａ１の間において、作動媒体は、凝縮器８によって冷却され、一定圧力の状態で凝縮する。この間において、作動媒体は、気相である蒸気から液相である水への相変化を開始する。この結果、作動媒体は、点Ａ１の状態において液相である水への相変化が完了される。

【0036】

次に、図４を用いて、可動スクロール１４の動作態様を説明する。具体的には、供給された蒸気によって可動スクロール１４が旋回運動を行なう態様について説明する。なお、図中の矢印は、可動スクロール１４の旋回方向を示している。また、図中の斜線部は、供給された蒸気を示している。

【0037】

図４（Ａ）は、固定スクロール１１と可動スクロール１４で構成される膨張室Ｃに蒸気が供給された状態を示している。ここで、膨張室Ｃとは、固定スクロール１１と可動スクロール１４の鏡板１１ａ・１４ａの板面、及び固定スクロールラップ１１ｂの側面と可動スクロールラップ１４ｂの側面とが接触して構成される空間（蒸気が閉じ込められている空間）である。膨張室Ｃには、蒸気加熱器１２からオリフィス１２ｃを介して蒸気が供給される。

【0038】

図４（Ｂ）は、固定スクロール１１に対して可動スクロール１４が図４（Ａ）の状態から旋回した状態を示している。可動スクロール１４は、蒸気の膨張により、可動スクロールラップ１４ｂが接触している固定スクロールラップ１１ｂ上の位置が固定スクロールラップ１１ｂにそって固定スクロール１１の外縁部に向かうように移動される。つまり、可動スクロール１４は、膨張室Ｃに供給された蒸気が膨張し、該膨張室Ｃを押し広げようとする力によって旋回される。これにより、可動スクロール１４は、回転軸Ｌを中心として旋回される。この際、蒸気は膨張に伴って温度が低下する。可動スクロール１４の移動に伴い、膨張室Ｃに連通している蒸気加熱器１２のオリフィス１２ｃは、可動スクロールラップ１４ｂの端面によって閉塞される。すなわち、膨張室Ｃは密閉される。

【0039】

図４（Ｃ）は、固定スクロール１１に対して可動スクロール１４が図４（Ｂ）の状態から更に旋回した状態を示している。可動スクロール１４は、膨張室Ｃに供給された蒸気がさらに膨張し、該膨張室Ｃを押し広げようとする力によって旋回される。膨張室Ｃは、可動スクロールラップ１４ｂが接触している固定スクロールラップ１１ｂ上の位置の移動により、その体積を増加させながら外縁部に向かって連続的に移動される。これにより、可動スクロール１４は、回転軸Ｌを中心としてさらに旋回される。この際、蒸気はその膨張に伴って更に温度が低下する。可動スクロール１４の移動に伴い、固定スクロール１１の中心部に、別途の膨張室Ｃが構成される。別途の膨張室Ｃは、オリフィス１２ｃを介して蒸気加熱器１２と連通されるとともに蒸気が供給される。

【0040】

図４（Ｄ）は、固定スクロール１１に対して可動スクロール１４が図４（Ｃ）の状態から更に旋回した状態を示している。可動スクロール１４は、膨張室Ｃ及び別途の膨張室Ｃに供給された蒸気の膨張によってさらに旋回される。これにより、可動スクロール１４は、回転軸Ｌを中心としてさらに旋回される。この際、蒸気はその膨張に伴って更に温度が低下する。膨張室Ｃは、さらに外縁部に向かって移動され、固定スクロール１１の蒸気排出口１１ｃと連通される。この結果、膨張室Ｃに供給された蒸気は、スクロール形流体機械１の外部に排出される。

【0041】

このように、可動スクロール１４は、膨張室Ｃに供給された蒸気が膨張し、膨張室Ｃを押し広げようとする力によって３６０°旋回される。また、クランク軸１５は、可動スクロール１４の旋回運動によって３６０°回転される。なお、可動スクロール１４が所定の旋回角度付近に近づくと、中央部分に現れた別途の膨張室Ｃにオリフィス１２ｃが連通され、該膨張室Ｃに蒸気が供給される。こうして、こうして、可動スクロール１４の連続した旋回運動によってクランク軸１５が回転される。換言すると、本スクロール形流体機械１は、このような動作を繰り返すことによって連続的に回転動力を得ているのである。

【0042】

次に、蒸気加熱器１２の動作態様を図２及び図５を用いて説明する。

【0043】

図２に示すように、蒸気加熱器１２は、蒸気発生器４によって生成された蒸気が作動媒体通路２を介して蒸気供給口１２ｄから蒸気通路１２ｂに供給される（図１参照）。この際、蒸気加熱器１２は、蒸気通路１２ｂ内を通過する蒸気の熱によって固定スクロールラップ１１ｂを加熱する。固定スクロールラップ１１ｂは、膨張室Ｃの一部を構成しているため、膨張室Ｃ内の蒸気との間で熱交換が行われる。つまり、蒸気加熱器１２は、膨張によって温度が低下した膨張室Ｃ内の蒸気に固定スクロールラップ１１ｂを介して熱を供給する。この結果、膨張室Ｃ内の蒸気は、再び温度が上昇し、これに伴って膨張室Ｃ内の圧力が上昇する。すなわち、蒸気の可動スクロール１４を旋回する力が増大する。

【0044】

加えて、蒸気加熱器１２は、蒸気供給口１２ｄが形成される外縁部の温度が最も高い。一方、固定スクロール１１は、蒸気排出口１１ｃが形成される外縁部の温度が最も低い。つまり、蒸気加熱器１２は、膨張によって最も温度が低下した蒸気が満ちている外縁部の膨張室Ｃの近傍から蒸気発生器４から蒸気が供給される（図２（ｂ）白矢印参照）。この結果、外縁部の膨張室Ｃ内の蒸気は、高温の蒸気によって加熱され、これに伴って膨張室Ｃ内の圧力が上昇する。すなわち、蒸気加熱器１２は、効率よく膨張室Ｃ内の蒸気と熱交換をすることができる。

【0045】

一方、蒸気通路１２ｂ内の蒸気は、膨張室Ｃ内の蒸気との熱交換により温度が低下する。この結果、図５（ａ）に示すように、蒸気通路１２ｂ内の蒸気は、蒸気通路１２ｂを通過する過程においてその一部が凝縮して水Ｗが生じる。すなわち、蒸気加熱器１２は、凝縮器８と同等の作用を奏し、一部の蒸気を気相から液相へ相変化させる（図３における点Ａ４から点Ａ１参照）。

【0046】

蒸気通路１２ｂを通過した蒸気は、中心部のオリフィス１２ｃを介して膨張室Ｃ内に排出される（図５（ａ）白矢印参照）。この際、オリフィス１２ｃ部分の圧力は、ベンチュリ効果により蒸気加熱器１２内の圧力よりも低くなる。従って、オリフィス１２ｃの途中部に連通されている凝縮水通路１１ｄ内には、圧力の低いオリフィス１２ｃに向かって流れが生じる。これにより、蒸気通路１２ｂ内に生じた水Ｗが、凝縮水通路１１ｄを介してオリフィス１２ｃ内に吸引される（図５（ａ）矢印参照）。つまり、蒸気加熱器１２は、オリフィス１２ｃ内で気相である蒸気と液相である水Ｗとを膨張室Ｃに排出する。

【0047】

蒸気加熱器１２から排出された水Ｗは、膨張室Ｃ内に蒸気とともに供給される。これにより、図５（ｂ）に示すように、膨張室Ｃは、固定スクロール１１及び可動スクロール１４の鏡板１１ａ・１４ａの板面と、これに対向する固定スクロールラップ１１ｂ及び可動スクロールラップ１４ｂの端面との間に構成される微小隙間に液膜Ｆが生成される。これにより、膨張室Ｃは、微小隙間が閉塞される。同様に、膨張室Ｃは、固定スクロールラップ１１ｂの側面と可動スクロールラップ１４ｂの側面との接触面に液膜Ｆが生成される。これにより、膨張室Ｃは、接触面の微小隙間が閉塞されるとともに接触面の摩擦が抑制される。この結果、膨張室Ｃは、蒸気の漏出及び接触面の磨耗が低減される。すなわち、膨張室Ｃは、微小隙間及び接触面に液膜Ｆが介在することよってシール性と潤滑性とを確保することができる。

【0048】

以上が本実施形態に係るスクロール形流体機械１の構成と可動スクロール１４の動作態様についての説明である。スクロール形流体機械１は、可動スクロール１４の旋回運動によって一本のクランク軸１５が回転するように構成されているが、このような構成に限定するものではない。また、本発明の技術的思想は、上述したスクロール形流体機械１への適用に限るものではなく、その他の構成のスクロール形流体機械１に適用することが可能である。

【0049】

以上の如く、各鏡板１１ａ・１４ａにそれぞれスクロールラップ１１ｂ・１４ｂが突出して設けられる固定スクロール１１と可動スクロール１４とが、互いのスクロールラップ１１ｂ・１４ｂを噛み合わせるように対向配置され、両スクロールの鏡板１１ａ・１４ａと各スクロールラップ１１ｂ・１４ｂとにより膨張室Ｃが形成され、膨張室Ｃに蒸気が供給されるスクロール形流体機械１であって、可動スクロール１４及び固定スクロール１１の少なくとも一方の鏡板に蒸気加熱器１２を備え、蒸気加熱器１２に蒸気が供給されて膨張室Ｃ内の蒸気を加熱した後に、蒸気加熱器１２内の蒸気が膨張室Ｃに供給されるものである。このように構成することで、膨張室Ｃ内で膨張することにより温度が低下した蒸気を膨張室Ｃに供給される前の高温の蒸気によって再び加熱することができる。これにより、スクロール形流体機械１の出力が増大する。また、固定スクロール１１と可動スクロール１４との少なくとも一方に設けられる蒸気加熱器１２に供給された蒸気をそのまま膨張室Ｃに供給することができるので配管が容易になる。

【0050】

また、蒸気加熱器１２は、蒸気が通過する蒸気通路１２ｂが形成され、蒸気通路１２ｂがオリフィス１２ｃを介して膨張室Ｃに連通されるとともに、蒸気通路１２ｂの途中部が凝縮水通路１１ｄによってオリフィス１２ｃと連通されるものである。このように構成することで、膨張室Ｃ内の蒸気と蒸気加熱器１２内の蒸気との間で熱交換が行われる。そして、蒸気加熱器１２内に凝縮して生じた水Ｗをオリフィス１２ｃによって吸引して膨張室Ｃ内へ供給することができる。これにより、蒸気が供給された直後の膨張室Ｃ内の摺動部分に液膜Ｆが生成されて膨張室Ｃのシール性及び潤滑性が維持される。

【0051】

また、蒸気通路１２ｂは、中心部にオリフィス１２ｃが配置される渦巻き状に形成され、その外周部に蒸気供給口１２ｄが配置されるものである。このように構成することで、膨張室Ｃ内の蒸気温度が最も低下している固定スクロール１１の外縁部分から高温の蒸気を供給することができる。これにより、膨張室Ｃ内の蒸気が効率的に加熱されて出力が増加する。

【0052】

また、蒸気通路１２ｂは、鏡板１１ａにおける平面視で蒸気加熱器１２が設けられたスクロールラップ１１ｂと重複する位置に配置されるものである。このように構成することで、スクロールラップを重点的に加熱することができる。これにより、スクロールラップ１１が放熱フィンの役目をはたして膨張室Ｃ内の蒸気が効率的に加熱されて出力が増加する。

【符号の説明】

【0053】

１ スクロール形流体機械
１１ 固定スクロール
１２ 蒸気加熱器
１１ａ 鏡板
１１ｂ 固定スクロールラップ
１４ 可動スクロール
１４ａ 鏡板
１４ｂ 可動スクロールラップ
Ｃ 膨張室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】