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JP2012007518A - Scroll expander - Google Patents

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JP2012007518A
JP2012007518A JP2010142855A JP2010142855A JP2012007518A JP 2012007518 A JP2012007518 A JP 2012007518A JP 2010142855 A JP2010142855 A JP 2010142855A JP 2010142855 A JP2010142855 A JP 2010142855A JP 2012007518 A JP2012007518 A JP 2012007518A
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JP
Japan
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wrap
scroll
orbiting scroll
orbiting
wraps
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010142855A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Unami
厚 宇波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anest Iwata Corp
Original Assignee
Anest Iwata Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Anest Iwata Corp filed Critical Anest Iwata Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce leakage of working fluid between the ends of orbiting scroll wraps and a panel of a fixed scroll by increasing orbital torque to obtain stable orbiting force.SOLUTION: The wraps of the fixed scroll and the orbiting scroll form involute curves. The wraps of the fixed scroll are constituted of two rolls of wraps 72a, 72b in which phases are shifted by 180° with each other around an involute base circle I, and the wraps of the orbiting scroll are constituted of two rolls of wraps 74a, 74b in which phases are shifted by 180° with each other around an involute base circle I. The fixed scroll wraps and the orbiting scroll wraps are arranged with the phases shifted by 90° with each other to the involute base circles. With this, load acting points D generated by pressure differences of gas pockets Gadjacent with the orbiting scroll wraps interposed between them are increased and high torque is loaded to the orbiting scroll wraps.

Description

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。   The present invention relates to a scroll expander that can efficiently convert energy of a high-pressure working fluid into rotational force.

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。   The scroll expander introduces a high-pressure working fluid into a gas pocket formed by meshing spiral wraps provided on the orbiting scroll and the fixed scroll, and orbits the orbiting scroll by the energy at the time of expansion of the working fluid. The turning force of the scroll is taken out as a rotational force. The extracted rotational force can be used as an auxiliary force for rotating the scroll compressor integrated with the scroll expander, or the revolving motion of the orbiting scroll can be transmitted to the rotating shaft of the generator to obtain regenerative power. Or used as power for fluid machinery such as pumps.

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。
The scroll expander has an advantage that it can be driven by a small-scale facility and with small power compared to the turbine expander. As the working fluid, for example, surplus compressed air used in a factory can be used, or surplus high-pressure steam of a steam turbine plant can be used.
In addition, steam can be produced in the ship by the heat of the engine, high pressure steam can be introduced into the scroll expander to obtain regenerative power, and the power can be used in the ship. Alternatively, electric power obtained by using high-pressure steam with ground equipment can be supplied to a commercial power source. Patent Document 1 discloses a scroll expander including such a regenerative generator.

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I(中心O)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I(中心O)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。
The curvilinear shape of the spiral wrap is appropriately selected from curvilinear shapes such as an involute curve, an arc, an ellipse, and a number of spirals based on the design purpose. As the wrap shape of the conventional scroll expander, the wrap shape of the scroll compressor is adopted as it is.
FIG. 7 shows a wrap structure of a conventional scroll expander. In FIG. 7, the fixed scroll wrap 102 forms a one-turn involute curve starting from one point on the circumference of the involute basic circle I 1 (center O 1 ) and spreading in a spiral shape. The orbiting scroll wrap 104 forms an involute curve that spreads in a spiral shape starting from one point on the circumference of the involute basic circle I 2 (center O 2 ). The starting points of both laps are arranged with a phase shift of 180 °.

インボリュート基礎円I及びI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Iの中心O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、O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。 The radius of the involute basic circles I 1 and I 2 is the same, and the center of the orbital trajectory C around which the orbiting scroll revolves coincides with the center O 1 of the involute basic circle I 1 of the fixed scroll wrap 102. A working fluid is introduced from an inflow port (not shown) provided at the center of the end plate of the fixed scroll, and a torque for turning the orbiting scroll around O 1 is generated by the pressure of the working fluid. The rotating shaft of the orbiting scroll is rotated by this orbiting torque, and the rotational force is taken out as a driving force.

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S〜S10を形成することで、密閉されたガスポケットG〜G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。 The fixed scroll wrap 102 and the turning scroll wrap 104 form sealed gas pockets G 1 to G 8 by forming sealing points S 1 to S 10 . The orbiting scroll is swung by the pressure of the high-pressure fluid introduced from the inflow port into the gas pocket. At this time, each gas pocket expands in volume and simultaneously moves outward along a spiral path along the wrap while the inside of the gas pocket is decompressed. The gas pocket is opened on the outer peripheral side of the wrap, and the fluid released from the gas pocket is discharged from a discharge port (not shown) provided outside the wrap.

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。   When the pressures of the gas pockets adjacent to each other with the orbiting scroll wrap 104 being the same, no load is applied to the orbiting scroll wrap 104, and no orbiting torque is generated in the orbiting scroll wrap 104. In the scroll compressor, in order to reduce the load on the drive motor, the wrap structure is designed so that an extra load is not applied to the orbiting scroll wrap 104 in the process of compressing the fluid to be compressed. Therefore, the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each a single wrap, the phase of the starting point on the circumference of the involute basic circle of these wraps is shifted by 180 °, and the gas pockets of the same pressure are arranged symmetrically as much as possible. I am doing so.

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GとG、GとG、GとG、及びGとG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f〜f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。
That is, in FIG. 7, the gas pockets G 1 and G 2 , G 3 and G 4 , G 5 and G 6 , and G 7 and G 8 that are adjacent to each other with the orbiting scroll wrap 104 interposed therebetween have the same pressure. Therefore, no load is generated on the orbiting scroll wrap in these gas pocket regions. A load is generated only in a region where there is a pressure difference between adjacent gas pockets, and loads f 1 to f 5 are generated at five locations as shown in the figure.
Therefore, in the scroll expander that employs the wrap shape of the scroll compressor, the number of load application points D at which a load for obtaining the turning torque is generated is small. Therefore, the turning torque generated in the turning scroll wrap does not increase.

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。   Patent Document 2 discloses a scroll compressor or scroll expander that has an improved wrap structure for fixed scrolls and orbiting scrolls in order to eliminate fluctuations in driving torque applied to the orbiting scrolls due to gas pocket pressure changes. It is disclosed.

特開2007−32291号公報JP 2007-32291 A 特開平11−141473号公報JP-A-11-141473

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。   When the wrap structure used in the scroll compressor is employed in the scroll expander as in the prior art, the torque for turning the orbiting scroll cannot be increased. Therefore, a stable turning force cannot be obtained unless the amount and pressure of the working fluid are stable.

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。   In addition, since the wrap structure shown in FIG. 7 is one turn for both the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap, if an attempt is made to increase the number of load application points E, the radius of the involute base circle is reduced and the spiral wrap between It is necessary to narrow the interval and increase the winding length. However, if the radius of the involute foundation circle is reduced, the turning radius C of the orbiting scroll must be reduced. Therefore, there is a problem that the distance between the turning center and the load application point cannot be obtained, and the turning torque cannot be increased.

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。   Moreover, since the wrap structure is a single turn, the pressure difference between adjacent gas pockets sandwiching the orbiting scroll wrap increases. On the contrary, there is also a problem that the working fluid leaks between the gas pockets sandwiching the orbiting scroll wrap.

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。   In view of the above-described problems of the prior art, a first object of the present invention is to increase a turning torque and obtain a stable turning force in a scroll expander. A second object is to reduce the leakage of the working fluid between the gas pockets sandwiching the orbiting scroll wrap.

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。
In order to solve such a problem, the scroll expander of the first aspect of the present invention is:
A fixed scroll and a orbiting scroll, each of which comprises an end plate and a spiral wrap standing on the end plate, and the wrap is engaged to form a plurality of gas pockets; a rotation regulating mechanism for regulating the rotation of the orbiting scroll; A scroll expander that includes a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the scroll and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid flowing into the gas pocket;
The wrap forms an involute curve, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of two wraps whose phases are shifted from each other by 180 ° around the involute base circle,
The fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are arranged so that the phases are shifted from each other by 90 °.

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。   In the first device of the present invention, the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap each have two windings. Therefore, even if the winding length of one wrap is not taken long, the winding length of the two wraps is summed up. The length can be long enough. Therefore, since it is not necessary to reduce the radius of the involute basic circle of each lap, the turning radius of the orbiting scroll can be increased. Thereby, since the distance between the turning center of the orbiting scroll and the load application point can be increased, the orbiting torque acting on the orbiting scroll can be increased.

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。
In addition, by using two turns, the area of each gas pocket in the direction along the wrap can be halved compared to the conventional case. Therefore, the number of gas pockets can be increased, and thereby the number of load application points can be increased, so that the turning torque can be increased.
In addition, since the starting points on the circumference of the involute foundation circle of each of the two scrolls of the fixed scroll or the orbiting scroll are arranged 180 degrees apart from each other, while forming the involute curve between the two rolls, It becomes easy to arrange the laps while keeping them at regular intervals.

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。   Further, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll lap are arranged with the phases shifted from each other by 90 °, a sealed gas pocket can be formed between the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap. Therefore, many load action points can be generated in the orbiting scroll wrap, and thereby the orbiting torque can be increased.

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。   Further, as described above, the area in the direction along the lap of each gas pocket can be halved, so that the pressure difference between the gas pockets sandwiching the orbiting scroll wrap is reduced, so that the working fluid leaks between the gas pockets. Can be reduced.

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。
The scroll expander of the second invention is
A fixed scroll and a orbiting scroll, each of which comprises an end plate and a spiral wrap standing on the end plate, and the wrap is engaged to form a plurality of gas pockets; a rotation regulating mechanism for regulating the rotation of the orbiting scroll; A scroll expander that includes a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the scroll and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid flowing into the gas pocket;
The wrap forms an involute curve, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of three winding wraps whose phases are shifted from each other by 120 ° around the involute basic circle,
The fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are arranged with the phases shifted from each other by 60 °.

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。   In the second device of the present invention, the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each made up of three windings. Therefore, compared with the first device of the present invention, it is not necessary to take a longer winding length of one wrap. The turning radius of the scroll can be further increased. For this reason, the distance between the turning center of the orbiting scroll and the load application point can be further increased, and thereby a larger turning torque can be generated.

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。   In addition, because the phases of the three wraps of the fixed scroll and the orbiting scroll are shifted by 60 ° from each other, it is easy to keep the wraps at regular intervals while forming an involute curve. Become. Further, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are arranged with the phases shifted from each other by 60 °, a sealed gas pocket can be formed between the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap. Further, similarly to the first device of the present invention, the leakage of the working fluid between the gas pockets sandwiching the orbiting scroll wrap can be reduced.

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。   According to the first device of the present invention, the fixed scroll and the orbiting scroll, which are composed of the end plate and the spiral wrap erected on the end plate, and which are engaged with each other to form a plurality of gas pockets, In a scroll expander that includes a rotation restricting mechanism that restricts rotation and a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the orbiting scroll and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid that has flowed into the gas pocket. An involute curve is formed, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of two wraps whose phases are shifted from each other by 180 ° around the involute basic circle, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are in phase with each other. Since it is arranged 90 ° apart, it can generate high turning torque, Therefore, even when the inflow amount and pressure of the working fluid are not stable, a stable turning force can be generated. Further, since the pressure difference between the adjacent gas pockets with the orbiting scroll wrap interposed therebetween can be reduced, the leakage of the working fluid can be reduced.

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。   Further, according to the second invention apparatus, the fixed scroll and the orbiting scroll which are composed of the end plate and the spiral wrap standing on the end plate, and the wrap is engaged to form a plurality of gas pockets, and the orbit. In a scroll expander that includes a rotation restricting mechanism that restricts rotation of the scroll and a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the orbiting scroll, and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid that has flowed into the gas pocket. The wrap forms an involute curve, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of three wraps whose phases are shifted from each other by 120 ° around the involute basic circle, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are mutually connected. Since the phase is shifted by 60 °, it is the same as the first device of the present invention. The effect of this can be obtained.

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。It is front view sectional drawing of the scroll expander which concerns on 1st Embodiment of this invention apparatus. 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。It is sectional drawing which shows the wrap structure of the scroll expander which concerns on 1st Embodiment. 図2の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 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。It is an effect | action figure of the synthetic | combination load added to the turning scroll lap of the scroll expander which concerns on 1st Embodiment. 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。It is sectional drawing which shows the wrap structure of the comparative example with respect to the scroll expander which concerns on 1st Embodiment. 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。It is sectional drawing which shows the wrap structure of the scroll expander which concerns on 2nd Embodiment of this invention apparatus. 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。It is sectional drawing which shows the wrap structure of the conventional scroll expander.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.

(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。
(Embodiment 1)
An embodiment of the first device of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the scroll expander 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the inside of the housing 12 is sealed except for an inlet opening 58 and an outlet opening 64 described later. A generator casing 14 incorporating a generator 16 is connected to the upper portion of the housing 12. An orbiting scroll 18 and a fixed scroll 24 are provided in the lower part of the housing 12. The orbiting scroll 18 includes an end plate 20 and a spiral wrap 22 that is erected integrally with the end plate 20. The fixed scroll 24 includes an end plate 26 and a spiral wrap 28 erected integrally with the end plate 26.

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。   The wrap 22 of the orbiting scroll 18 and the wrap 28 of the fixed scroll 24 are arranged to face each other, and are engaged with each other to form a sealed gas pocket G. An introduction path 66 for introducing a high-pressure working fluid s is provided in the rear casing of the fixed scroll 24, and an inlet 67 for introducing the working fluid into the gas pocket G is formed in the end plate 26 of the fixed scroll 24. . A dust seal 29 is interposed on the seal surface W where the end plate 20 of the orbiting scroll 18 and the housing end surface of the fixed scroll 24 abut.

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。   A support plate 19 is fixed to the rear surface of the orbiting scroll 18. A boss 30 is integrally formed at the center of the back surface 19 a of the support plate 19. An eccentric shaft 34 is fitted to the boss portion 30 via a sleeve 32. The eccentric shaft 34 is in a position where the axis is eccentric with respect to the rotary shaft 36 provided integrally therewith.

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。   A shaft housing part 60 integrated with the housing 12 is provided inside the housing 12, and a bearing device 38 including a rotary roller bearing is housed in the shaft housing part 60. In the generator casing 14, bearing devices 40 and 41 including rotary roller bearings are provided, and the rotating shaft 36 is rotatably supported by the bearing device 38 and the bearing devices 40 and 41. Further, on the back surface 19a of the support plate 19, a rotation restricting mechanism 42 that restricts the rotation of the orbiting scroll 18 and causes the orbiting scroll 18 to perform only a revolving motion is provided.

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。   Hereinafter, the configuration of the rotation restriction mechanism 42 will be described. A shaft housing portion 44 is formed in the housing 12, and a bearing device 48 including a rotary roller bearing is housed in the shaft housing portion 44. A pin crankshaft 46 is rotatably supported via a bearing device 48. In addition, a shaft storage portion 50 is integrally provided on the back surface 19 a of the support plate 19, and a bearing device 54 including a rotary roller bearing is stored in the shaft storage portion 50. An eccentric pin 52 connected to a position where the axis is eccentric with respect to the pin crankshaft 46 is rotatably supported via a bearing device 54.

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。   A plurality (four) of blower blades 56 are mounted on the outer peripheral surface of the rotating shaft 36 between the bearing device 38 and the bearing device 40. A plurality of inlet openings 58 are formed in the circumferential direction in the housing 12 in the vicinity of the upper side of the blower blades 56. A plurality of ventilation holes 62 are formed in the shaft housing 60 in the circumferential direction of the rotation shaft 36. A plurality of circular outlet openings 64 are formed in the housing 12 near the outer peripheral surface of the fixed scroll 24 in the circumferential direction.

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。   In the scroll expander 10 having such a configuration, when the high-pressure working fluid provided in the central portion of the fixed scroll 24 is, for example, high-pressure steam s, the high-pressure steam s is supplied to the gas pocket G, and the pressure of the working fluid The orbiting scroll 18 is turned. Since the rotation of the orbiting scroll 18 is restricted by the rotation restricting mechanism 42, only the revolution movement (orbiting movement) is performed by the eccentric shaft 34. When the orbiting scroll 18 performs the orbiting motion, the rotating shaft 36 rotates. And when the rotating shaft 36 rotates, the rotor 16a of the generator 16 rotates and electric power is generated.

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。   Further, the rotation blade 36 rotates, whereby the blower blade 56 rotates. As the air blowing blade 56 rotates, the outside air a is introduced into the housing 12 from the inlet opening 44. The outside air “a” introduced into the housing 12 passes through the ventilation hole 62, flows along the back surface 18 a of the orbiting scroll 18, and passes around the rotation restricting mechanism 42. Further, it flows along the outer peripheral portions of the orbiting scroll 18 and the fixed scroll 24, and is discharged from the outlet opening 64 to the outside of the housing 12.

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。   According to the scroll expander 10 having such a configuration, the high-pressure steam s leaked from the sealing surface W due to the wind pressure of the flow of the outside air a formed in the housing 12 is not directed to the back side of the orbiting scroll 18 but is reversed. It is discharged in the direction from the outlet opening 64 to the outside of the housing. Therefore, in-housing devices such as the bearing devices 38, 40, 48, and 54 disposed on the back side of the orbiting scroll 18 do not rust due to the condensed water of the steam s leaked from the seal surface W. In addition, the condensed water is not mixed into the lubricant to reduce the viscosity of the lubricant, so that the lubricant does not flow out or the lubricant is not emulsified.

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。   Further, the flow path of the outside air a is formed so as to face the outer peripheral portion of the bearing device 38 of the rotating shaft 36, the bearing devices 48 and 54 of the rotation restricting mechanism 42, and the seal surface W. There is also the additional effect of cooling the class. Therefore, even if the device pair in the housing 12 is heated by the high-temperature and high-pressure steam s, the temperature of these devices can be lowered, so that the reliability of the devices can be maintained.

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。   Further, since the blower blades 56 are mounted on the rotary shaft 36, a driving device for the blower blades 56 is not necessary, and the configuration of the blower blades 56 can be simplified and reduced in cost. Therefore, it is easy to secure a ventilation path for the outside air a in the housing 12.

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I(中心O)の円周上の一点A、Aを起点としている。起点A、A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。 Next, the configuration of the wrap 22 of the orbiting scroll 28 and the wrap 28 of the fixed scroll 24 will be described with reference to FIGS. The fixed scroll wrap 72 and the orbiting scroll wrap 74 are each composed of two wraps 72a, 72b and 74a, 74b. These wraps form an involute curve. The fixed scroll wraps 72a and 72b start from one point A 1 and A 2 on the circumference of the involute basic circle I 1 (center O 1 ), respectively. The starting points A 1 and A 2 have a phase difference of 180 ° on the circumference of the involute basic circle I 1 .

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I(中心O)の円周上の一点B、Bを起点としている。起点B、Bは、インボリュート基礎円Iの円周上で180°の位相差を有している。また、起点A、Aと起点B、Bとは、インボリュート基礎円I,I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Iとインボリュート基礎円Iの半径は同一である。 The orbiting scroll wraps 74a and 74b start from one point B 1 and B 2 on the circumference of the involute basic circle I 2 (center O 2 ), respectively. The starting points B 1 and B 2 have a phase difference of 180 ° on the circumference of the involute basic circle I 2 . The starting points A 1 and A 2 and the starting points B 1 and B 2 are arranged with a phase difference of 90 ° from each other on the circumference of the involute basic circles I 1 and I 2 . Note that the involute basic circle I 1 and the involute basic circle I 2 have the same radius.

また、インボリュート基礎円Iの中心Oと起点Bとは一致し、中心O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I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。
Further, the center O 2 of the involute basic circle I 1 coincides with the starting point B 2, and the center O 1 coincides with the center of the turning trajectory C of the orbiting scroll wraps 74a and 74b. Further, a working fluid inlet 67 is formed in the end plate 26 of the fixed scroll 24 concentrically with the involute basic circle I 1 .
Sealing points S 1 to 9 are formed between the wraps, and a plurality (seven) of gas pockets G 1 to 7 are formed in the region between the sealing points. Each gas pocket expands due to the pressure of the working fluid flowing into the central inlet 67, and at the same time reduces the internal pressure while following a spiral path along the wrap toward the outside, and is provided on the outer peripheral side of the wrap. Discharged from the outlet.

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I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。 As shown in FIG. 3, when there is a pressure difference between the pressure Pi of the inner gas pocket and the pressure Pφ of the outer gas pocket across the orbiting scroll wrap (Pφ <Pi, ΔP = Pi−Pφ), the orbiting scroll wrap the load due to the pressure difference of the two gas pockets that acts on each of the regions of the acts in the tangential direction of the circumference of the involute base circle I 2. The resultant force of the load acting on each area of the orbiting scroll wrap is added to the load application point D.

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Iの半径である。
In FIG. 2, the load action points D that the gas pockets G 1 to 7 act on the orbiting scroll lap and the resultant forces that act on the load action points D are represented by fa 1 to fa 4 and fb 1 to fb 3.
FIG. 4 shows load acting points of a load fa (fa = fa1 + fa2 + fa3 + fa4), a load fb (fb = fb1 + fb2 + fb3), and a resultant force F (F = fa + fb), which are obtained by combining the resultant forces added to the respective gas acting points G. Yes. In the figure, Rc is the turning radius of the orbiting scroll 18, R i2 is the radius of the involute base circle I 2.

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Iの中心O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Iの半径と旋回軌跡Cの半径Rcとは略同一である。
In FIG. 4, X is calculated by the formula X = (fa−fb) · R i2 / (fa + fb), and the torque τ generated in the orbiting scroll 18 can be calculated by τ = F (Rc−X).
In this embodiment, the center O 1 of the involute basic circle I 1 and the center of the turning locus C coincide with each other, and the radius of the involute basic circle I 1 and the radius Rc of the turning locus C are shown in FIG. Is substantially the same.

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I、Iの半径を小さくすることなく、ラップ長を長くできる。
According to the present embodiment, the pressures of the gas pockets adjacent to each other with the orbiting scroll wraps 74a and 74b interposed therebetween are different from each other. Therefore, the same number (seven) of load application points D as the number of formed gas pockets G 1 to G 7 are generated in the orbiting scroll wrap.
Moreover, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each constituted by two turns, the wrap length can be increased without reducing the radius of the involute basic circles I 1 and I 2 as compared with the case of one turn.

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O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。 Therefore, since the radius of the turning trajectory C can be increased, the distance L between the center O 1 of the turning trajectory C and the acting point of the resultant force F can be increased, thereby increasing the turning torque applied to the orbiting scroll. Further, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap each have two turns, the area of each gas pocket in the direction along the wrap can be halved compared to the conventional example shown in FIG. Since the number of gas pockets formed oppositely by half is increased, the number of load application points D acting on the orbiting scroll wraps 74a and 74b increases, and this can also increase the orbiting torque τ.

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。
As described above, since the energy of the working fluid can be efficiently converted into the rotational force, a stable rotational force can be obtained even if the inflow amount and pressure of the working fluid are not stable.
Further, compared to the conventional example, the pressure difference between the adjacent gas pockets can be reduced by increasing the number of gas pockets by sandwiching the orbiting scroll wrap. Therefore, the leakage of the working fluid between the gas pockets can be reduced.

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I,I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S〜S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。 FIG. 5 shows, as a comparative example, a wrap structure in which the phase difference on the involute basic circles I 1 and I 2 between the fixed scroll wrap 72a (or 72b) and the orbiting scroll wrap 74a (or 74b) is 45 °. ing. As illustrated, in this comparative example, the sealing points S 1 to S 4 are formed between the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap, but the number of gas pockets G to be formed and the capacity of each gas pocket G are reduced. ing. This makes it impossible to increase the turning torque that acts on the turning scroll wrap.

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。   In the present embodiment, the generator 16 is connected to the rotary shaft 36. Instead, a rotary machine such as a pump is connected to the rotary shaft 36, and the rotational force of the rotary shaft 36 is directly used as the driving force of the rotary machine. You may make it utilize as. Alternatively, the rotary shaft 36 may be coupled to the rotary shaft of the scroll compressor, and the rotational force obtained by the scroll expander 10 may be used as an assist for the driving force of the scroll compressor.

(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Iの円周上を起点とし、これら起点A、A、A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Iの円周上を起点とし、これら起点B、B、B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Iと同心状に配置されている。
(Embodiment 2)
Next, an embodiment of the first inventive device will be described with reference to FIG. In FIG. 6, in this embodiment, each of the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap is composed of three wraps. Fixed scroll wrap 82a~c the three is the starting point of the circumference on the involute base circle I 1, these starting points A 1, A 2, A 3 has a phase difference of 120 °. Also, three of the orbiting scroll wrap 84a~c is a starting point of the circumference on the involute base circle I 2, these origins B 1, B 2, B 3 has a phase difference of 120 °. The starting point of each fixed scroll wrap and the starting point of each orbiting scroll wrap are arranged so as to have a phase difference of 60 °. The working fluid inlet 86 is arranged concentrically with the involute foundation circle I 1 .

本実施形態においても、多くの密閉点S〜S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I、Iの半径を小さくすることなく、ラップ長を長くできる。
In this embodiment, a number of sealing points S 1 to S 8 are formed, a number of gas pockets G 1 to 5 is formed. That is, as in the first embodiment, the pressures of the gas pockets adjacent to each other across the orbiting scroll wrap are different at any part. Therefore, the same number (five) of load application points D as the number of gas pockets G 1 to 5 formed are generated in the orbiting scroll wrap.
Moreover, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each constituted by three turns, the wrap length can be increased without reducing the radius of the involute basic circles I 1 and I 2 as compared with the case of two turns.

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O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。 Therefore, since the radius of the turning trajectory C can be increased, the distance L between the center O 1 of the turning trajectory C and the acting point of the resultant force F can be increased, thereby increasing the turning torque applied to the orbiting scroll. In addition, since the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap each have three turns, the area of each gas pocket in the direction along the wrap can be further reduced as compared with the first embodiment. And since the number of gas pockets formed in the opposite direction can be increased by the reduced amount, the number of load application points D acting on the orbiting scroll wrap increases, thereby increasing the orbiting torque τ.

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。
As described above, since the energy of the working fluid can be efficiently converted into the rotational force, a stable rotational force can be obtained even if the inflow amount and pressure of the working fluid are not stable.
Further, since the number of gas pockets can be increased, the pressure difference between adjacent gas pockets can be reduced with the orbiting scroll wrap interposed therebetween. Therefore, the leakage of the working fluid between the gas pockets can be reduced.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scroll expander which can convert the energy which a working fluid has efficiently into rotational force, and can obtain the stable rotational force is realizable.

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
、A、B、B 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
i2 インボリュート基礎円Iの半径
1〜10 密閉点
W シール面
a 外気
s 高圧蒸気
f1〜5、fa1〜a4、fb1〜b3 荷重
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Scroll expander 12 Housing 14 Generator casing 16 Generator 16a Rotor 18 Orbiting scroll 19 Support plate 19a Back surface 20, 26 End plate 22, 28 Wrap 24 Fixed scroll 29 Dust seal 30 Boss part 32 Sleeve 34 Eccentric shaft 36 Rotating shaft 38, 40 , 41, 48, 54 Bearing device 42 Rotation restricting mechanism 44, 50, 60 Shaft storage portion 46 Pink rank shaft 52 Eccentric pin 56 Blower blade 58 Inlet opening 62 Ventilation hole 64 Outlet opening 66 Inlet path 67, 86 Inlet 72 a, 72 b , 82a, 82b, 82c fixed scroll wrap 74a, 74b, 84a, 84b, 84c orbiting scroll wrap A 1, A 2, B 1 , B 2 origin C turn trajectory D load application point G, G 1 to 8 gas pockets L distance Rc turn trajectory radius R i2 Nboryuto base circle I 2 of radius S 1 to 10 sealed point W sealing surface a fresh air s autoclaving f1~5, fa1~a4, fb1~b3 load

Claims (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。
A fixed scroll and a orbiting scroll, each of which comprises an end plate and a spiral wrap standing on the end plate, and the wrap is engaged to form a plurality of gas pockets; a rotation regulating mechanism for regulating the rotation of the orbiting scroll; A scroll expander that includes a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the scroll and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid flowing into the gas pocket;
The wrap forms an involute curve, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of two wraps whose phases are shifted from each other by 180 ° around the involute base circle,
A scroll expander characterized in that the phase of the orbiting scroll wrap is shifted by 90 ° with respect to the fixed scroll wrap.
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。
A fixed scroll and a orbiting scroll, each of which comprises an end plate and a spiral wrap standing on the end plate, and the wrap is engaged to form a plurality of gas pockets; a rotation regulating mechanism for regulating the rotation of the orbiting scroll; A scroll expander that includes a rotating shaft that rotates in conjunction with the orbiting motion of the scroll and that orbits the orbiting scroll by the action force of the high-pressure fluid flowing into the gas pocket;
The wrap forms an involute curve, and the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap are each composed of three winding wraps whose phases are shifted from each other by 120 ° around the involute basic circle,
A scroll expander characterized in that the phase of the orbiting scroll wrap is shifted by 60 ° with respect to the fixed scroll wrap.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3141709A1 (en) 2015-09-10 2017-03-15 Anest Iwata Corporation Binary power generation system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS639691A (en) * 1986-06-27 1988-01-16 Mitsubishi Electric Corp scroll fluid machine
JPH0717977U (en) * 1993-09-08 1995-03-31 大宇▲機▼電工業株式会社 Scroll fluid equipment

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS639691A (en) * 1986-06-27 1988-01-16 Mitsubishi Electric Corp scroll fluid machine
JPH0717977U (en) * 1993-09-08 1995-03-31 大宇▲機▼電工業株式会社 Scroll fluid equipment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3141709A1 (en) 2015-09-10 2017-03-15 Anest Iwata Corporation Binary power generation system

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