CN105587341B - 涡旋流体机械 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够维持良好的旋转状态的涡旋流体机械。涡旋膨胀机(1)具备：驱动涡旋体(6)，将第1轴线(A1)作为旋转轴线；从动涡旋体(7)，将相对于第1轴线(A1)偏心的第2轴线(A2)作为旋转轴线；轴承板(8)，将第2轴线(A2)作为旋转轴线；圆筒状的驱动销(22)，被安装于驱动涡旋体(6)；圆筒状的导向环(23)，具有大于驱动销(22)的外径的内径。驱动销(22)在将第1轴线(A1)作为中心的圆周上以等间隔被配置有4个。导向环(23)在将第2轴线(A2)作为中心的圆周上以对应于驱动销(22)的方式以等间隔被配置有4个。

Description

涡旋流体机械
技术领域
本发明涉及涡旋流体机械(scroll fluid machine)。
背景技术
涡旋流体机械通过使具有螺旋状的卷的涡旋体彼此相对地进行运动从而能够使工作介质压缩或者膨胀。涡旋膨胀机是涡旋流体机械的一种。涡旋膨胀机具有由一对涡旋体形成的膨胀室。涡旋膨胀机通过在膨胀室内使高压的工作介质膨胀从而将该膨胀时的能量转换成旋转能量。作为这样的领域的技术，众所周知有专利文献1所记载的涡旋膨胀机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2011-252434号公报
涡旋流体机械的涡旋体围绕各自的旋转轴进行旋转。一方的涡旋体相对于另一方的涡旋体进行相对地回旋。例如，专利文献1的涡旋流体机械具备用于相对的回旋运动的自转限制机构。容许回旋运动的机构其结构比容许旋转运动的机构(例如轴承)更复杂。另外，容许回旋运动的机构处于机械性的接触部位变多的趋势。因此，在回旋运动的时候容易发生力的变动或力矩的变动，所以难以维持良好的旋转状态。
发明内容
本发明是有鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于，提供一种能够维持良好的旋转状态的涡旋流体机械。
本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械，具备：驱动涡旋体，具有一对驱动端板以及从驱动端板竖立设置的驱动卷(lap)并且将第1轴线作为旋转轴线；从动涡旋体，具有从动端板以及从从动端板竖立设置的从动卷，被配置于一对驱动端板之间并且将相对于第1轴线偏心的第2轴线作为旋转轴线；轴承板，被配置于从动涡旋体的两侧且具有被连结于从动涡旋体的一对板，将第2轴线作为旋转轴线；圆筒状的驱动销，被安装于驱动涡旋体并从驱动端板向轴承板突出；圆筒状的导向环，被安装于轴承板并且具有大于驱动销的外径的内径；驱动销在将第1轴线作为中心的圆周上以等间隔被配置有n个(n≥4)以上，导向环在将第2轴线作为中心的圆周上以对应于驱动销的方式以等间隔被配置有m个(m＝n≥4)以上。
在上述涡旋流体机械中，驱动销围绕第1轴线进行公转。该驱动销的一端向导向环内配置。因此，驱动销一边推压导向环的内周面一边围绕第1轴线进行公转。伴随着该公转的力(以下也称之为“销输入”)的方向一直是将第1轴线作为中心的圆的切线方向。于是，从驱动销向导向环作用销输入的垂直方向成分(以下也称之为“向导向环的作用力”)。另一方面，销输入的方向由驱动销的公转位置而发生变化。例如，在销输入的垂直方向成分为垂直向下的情况下，力作用于导向环。相对于此，在销输入的垂直方向成分为垂直向上的情况下，力不作用于导向环。在此，驱动销以及导向环以等间隔被配置有4个以上。如果这样的话，则以推压导向环的方式使垂直向下的力发生的驱动销以及导向环的组合存在2个。因此，在涡旋体的回旋运动中，驱动涡旋体被至少2组驱动销以及导向环支撑。根据该结构，因为驱动涡旋体的支撑力被圆滑地交接，所以在回旋运动时的支撑力的变动被抑制。因此，根据本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械，能够维持良好的旋转状态。
在一个方式中，驱动销的数量(n)以及导向环的数量(m)也可以是偶数。将驱动端板的中心作为旋转运动的基准来进行说明。从驱动涡旋体向从动涡旋体，除了向上述导向环的作用力之外，力矩也进行作用。该力矩基于直到从第1轴线向导向环的作用力被输入的位置为止的距离(以下也称之为“作用距离”)和向导向环的作用力的大小。驱动销被配置于将第1轴线作为中心的圆周上。另一方面，被驱动销推压的导向环被配置于将第2轴线作为中心的圆周上。根据该驱动销的配置，力矩会周期性地进行变化。在此，驱动销以及导向环的数量为偶数。这样的话，则使垂直向下方向的向导向环的作用力发生的驱动销以及导向环的组合的数量不管公转角度如何而均为一定。因此，因为力矩的周期性变动被抑制，所以在回旋运动时所产生的力矩的周期性变动被抑制。因此，根据本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械，能够维持更良好的旋转状态。
在一个方式中，驱动销的数量(n)以及导向环的数量(m)也可以是6(n＝m＝6)。因为驱动销以及导向环的数量是偶数，所以在回旋运动时所产生的力矩的周期性的变动被抑制。另外，在驱动销以及导向环的数量为6的情况下，在相对于驱动涡旋体的从动涡旋体的回旋运动中，驱动涡旋体一直由2组以上的驱动销以及导向环来支撑。因此，本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械因为能够适当地抑制在回旋运动时所产生的力矩的周期性变动以及作用于导向环的力的变动，所以能够维持更良好的旋转状态。
发明的效果
根据本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械，能够维持良好的旋转状态。
附图说明
图1是本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机的截面图。
图2是表示在沿着图1的II-II线的截面上驱动销以及导向环的配置的正面图。
图3是放大表示驱动销以及导向环的截面图。
图4A、图4B、图4C、图4D、图4E以及图4F是表示实施方式所涉及的涡旋膨胀机中的销输入、向导向环的作用力以及分力的概念图。
图5A是表示向导向环的作用力的图表。图5B是表示输入力矩的图表。图5C是表示分力的图表。图5D是表示分力力矩的图表。
图6A是表示变形例1所涉及的涡旋膨胀机的向导向环的作用力的图表。图6B是表示变形例1所涉及的涡旋膨胀机的输入力矩的图表。图6C是表示变形例1所涉及的涡旋膨胀机的分力的图表。图6D是表示变形例1所涉及的涡旋膨胀机的分力力矩的图表。
图7A是表示变形例2所涉及的涡旋膨胀机的输入力矩的图表。图7B是表示变形例2所涉及的涡旋膨胀机的分力力矩的图表。
图8A是表示比较例所涉及的涡旋膨胀机的向导向环的作用力的图表。图8B是表示比较例所涉及的涡旋膨胀机的输入力矩的图表。图8C是表示比较例所涉及的涡旋膨胀机的分力的图表。图8D是表示比较例所涉及的涡旋膨胀机的分力力矩的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行详细的说明。在附图的说明中将相同符号标注于相同要素，省略重复的说明。
如图1所示，具有涡旋膨胀机1的发电系统100将涡旋膨胀机1作为动力源并驱动发电机101。从工作介质供给部102将作为工作介质的蒸汽V提供给涡旋膨胀机1。作为该蒸汽V，例如可以列举水蒸汽或用于兰金循环(Rankine cycle)的制冷剂。涡旋膨胀机1通过在涡旋膨胀机1的内部使被提供的蒸汽V膨胀，从而将在膨胀时所产生的能量转换成旋转能量。涡旋膨胀机1通过驱动轴而将旋转能量传递到发电机101。膨胀后的蒸汽V向涡旋膨胀机1的外部排出。被排出的蒸汽V的温度低于被提供的蒸汽V的温度。涡旋膨胀机1将对应于在供给时的蒸汽V的温度与在排出时的蒸汽V的温度的温度差的能量作为旋转能量来进行取出。
涡旋膨胀机1具备作为主要构成部件的外壳(housing)2、输入驱动轴3、输出驱动轴4、驱动涡旋体6、从动涡旋体7、轴承板8、以及联动机构9。
外壳2具有一对壳体(case)11,12。外壳2形成容纳空间S1。在容纳空间S1中容纳驱动涡旋体6、从动涡旋体7、轴承板8、联动机构9。壳体11具有轴孔11a。输入驱动轴3被插入到轴孔11a。轴孔11a的中心轴线规定第1轴线A1。在壳体11中配置驱动轴承11b、从动轴承11c。驱动轴承11b旋转支撑输入驱动轴3。从动轴承11c旋转支撑轴承板8。驱动轴承11b的中心轴线与第1轴线A1相一致。另一方面，从动轴承11c的中心轴线与第2轴线A2相一致。第2轴线A2相对于第1轴线A1仅偏心距离t。第2轴线A2被轴承保持部11f的中心轴线规定。从动轴承11c被嵌入到轴承保持部11f。盖13被安装于壳体11的开口端11d。盖13是与工作介质供给部102的接口(interface)。在第1轴线A1的方向上，油封14被配置于驱动轴承11b与开口端11d之间。壳体12具有与壳体11大致相同的结构。即，壳体12具有轴孔11a。在壳体12配置驱动轴承11b以及从动轴承11c。另外，壳体12具有排出口11e。排出口11e排出膨胀后的蒸汽V。
输入驱动轴3被插入到壳体11的轴孔11a。因此，输入驱动轴3的旋转轴线与第1轴线A1相一致。输入驱动轴3的一端被安装于驱动涡旋体6。输入驱动轴3具有工作介质导入孔3a。工作介质导入孔3a导入蒸汽V。工作介质导入孔3a从输入驱动轴3的一端贯通到另一端。输出驱动轴4被插入到壳体12的轴孔11a。因此，输出驱动轴4的旋转轴线与第1轴线A1相一致。输出驱动轴4的一端被安装于驱动涡旋体6。另外，输出驱动轴4的另一端被连结于发电机101。
驱动涡旋体6被容纳于容纳空间S1。驱动涡旋体6能够围绕第1轴线A1进行旋转。驱动涡旋体6具有一对驱动端板16、一对驱动卷17。一对驱动端板16分别具有圆盘形状。在一方的驱动端板16的外周边缘部16c上连结有另一方的驱动端板16的外周边缘部16c。输入驱动轴3被安装于在一方的驱动端板16上的外表面16a。另外，一方的驱动端板16具有工作介质导入孔16b。工作介质导入孔16b导入蒸汽V。工作介质导入孔16b与输入驱动轴3的工作介质导入孔3a相连通。在另一方的驱动端板16的外表面16a上安装输出驱动轴4。在驱动端板16的内表面16d上竖立设置驱动卷17。驱动卷17具有螺旋形状或者漩涡形状。即，驱动卷17被配置于一对驱动端板16之间。上述的输入驱动轴3以及输出驱动轴4通过驱动涡旋体6而被一体化。输入驱动轴3、输出驱动轴4以及驱动涡旋体6围绕第1轴线A1成为一体地进行旋转。
从动涡旋体7被容纳于容纳空间S1。从动涡旋体7能够围绕第2轴线A2进行旋转。从动涡旋体7具有从动端板18、从动卷19。从动端板18具有圆盘形状。从动端板18被配置于驱动涡旋体6的驱动端板16之间。从动端板18相对于轴承板8被连结。在从动端板18的两个面上在朝向驱动端板16的方向上竖立设置有从动卷19。从动卷19具有螺旋形状或者漩涡形状。驱动端板16、从动端板18、驱动卷17以及从动卷19形成膨胀室S2。用于使蒸汽V膨胀的膨胀室S2具有螺旋形状或者漩涡形状。
轴承板8以能够围绕第2轴线A2进行旋转的方式支撑从动涡旋体7。轴承板8具有一对板21。板21具有大致圆盘形状。一对板21在第1轴线A1(或者第2轴线A2)的方向上分别被配置于驱动端板16与壳体11,12之间。即，轴承板8以夹着驱动涡旋体6以及从动涡旋体7的方式被配置。板21的外周边缘部相对于从动端板18的外周边缘部被连结。板21具有旋转轴部21a。旋转轴部21a的旋转中心轴为第2轴线A2。旋转轴部21a被形成于与壳体11相对的板21的表面侧。旋转轴部21a嵌合于从动轴承11c。因此，轴承板8和从动涡旋体7围绕第2轴线A2进行旋转。该从动涡旋体7被连结于轴承板8。
联动机构9使驱动涡旋体6和从动涡旋体7联动。具体来说，联动机构9使驱动涡旋体6和从动涡旋体7互相同步旋转。联动机构9具有驱动销22、导向环23。驱动销22被安装于驱动涡旋体6。导向环23被安装于轴承板8。因此，涡旋膨胀机1中的驱动销22的数量为4个(n＝4)。另外，导向环23的数量也为4个(m＝4)。如图2所示，涡旋膨胀机1具有4个联动机构9。联动机构9沿着围绕第1轴线A1的圆周方向以90度的间隔被配置。在与第1轴线A1相平行的假想轴线上配置联动机构9。一方的联动机构9被配置于输入驱动轴3侧。另一方的联动机构9被配置于输出驱动轴4侧。
如图3所示，驱动销22的一端侧被安装于驱动涡旋体6的驱动端板16。驱动销22的另一端侧被配置于导向环23内。驱动销22具有销部24、凸缘部26。销部24具有沿着第1轴线A1的方向进行延伸的圆柱形状。凸缘部26被形成于驱动销22的一端侧。销部24和凸缘部26被形成为一体。驱动销22由金属材料(例如SUS303材料)构成。销部24的一端被嵌入到驱动端板16的凹部。凸缘部26相对于驱动端板16的外表面16a由例如螺栓来进行固定。销部24的另一端侧被配置于导向环23内。
销部24的另一端侧上的外周面22s与导向环23的内周面23a相接触。外周面22s具有硬质膜27。硬质膜27主要通过由碳化氢或者碳的同位素构成的非晶质材料来形成。具体来说，硬质膜27是类金刚石碳(Diamond like carbon：DLC)。硬质膜27的膜厚为例如1μm以上且5μm以下。由类金刚石碳构成的硬质膜27相对于驱动销22上的与导向环23的接触部分给予润滑性以及耐磨损性。硬质膜27除了主成分的碳化氢或者碳的同位素之外也可以含有作为添加材料的其他成分。对于硬质膜27的形成来说，例如可以使用等离子CVD法或者PVD法。
驱动销22具有凝结液供给孔22a。凝结液供给孔22a将蒸汽V或者凝结液引导到导向环23的内部。凝结液供给孔22a将凝结液提供给导向环23与驱动销22之间。在蒸汽V为水蒸汽的情况下，凝结液为水。凝结液供给孔22a为从销部24的一端面直到另一端面的贯通孔。销部24的一端侧被嵌入到驱动端板16。凝结液供给孔22a在销部24的一端侧连通于驱动端板16的凝结液供给孔16e。膨胀室S2通过凝结液供给孔16e以及凝结液供给孔22a而与导向环23的内部相连接。因此，膨胀室S2内的蒸汽V或者凝结液被导入到导向环23的内部。还有，在导向环23内优选导入膨胀后的蒸汽V。因此，驱动端板16的凝结液供给孔16e如果设置于与被形成于驱动卷17之间的空间S2a相连通的位置的话即可。所谓空间S2a，是指驱动涡旋体6的最外周的驱动卷部17a与邻接于驱动卷部17a的驱动卷部17b之间的空间。另外，具有与凝结液供给孔16e相连通的凝结液供给孔22a的驱动销22如果被安装于驱动端板16上的与凝结液供给孔16e同样的位置的话即可。具体来说，以凝结供给孔16e的轴线被配置于驱动卷部17a,17b之间的方式将驱动销22安装于驱动端板16。
导向环23被安装于板21的内表面21b。板21的内表面21b与驱动涡旋体6的外表面16a相面对面。导向环23由具有自润滑性的高分子树脂材料构成。对于高分子树脂材料来说，可以列举聚醚醚酮(PEEK)树脂。还有，导向环23也可以是聚苯硫醚(PPS)树脂。导向环23具有圆筒形状。导向环23具有环部28、凸缘部29。凸缘部29被形成于环部28的一端侧。环部28被嵌入到板21的凹部。凸缘部29相对于板21通过螺栓而被固定。环部28具有导向孔23b。在导向孔23b中配置驱动销22。导向孔23b由导向环23的内周面23a来划定。导向孔23b的内经大于驱动销22的销部24的外径。驱动销22的中心轴线相对于导向环23的中心轴线进行偏心。该偏心量与相对于第1轴线A1的第2轴线A2的偏心量(距离t：参照图1)相同。因此，驱动销22的硬质膜27接触于环部28的内周面23a。
如图1所示，在具有上述结构的涡旋膨胀机1中，蒸汽V从工作介质供给部102通过盖13而被提供。蒸汽V通过盖13的贯通孔以及输入驱动轴3的工作介质导入孔3a而被导入到膨胀室S2。被导入到膨胀室S2的蒸汽V在由驱动卷17以及从动卷19形成的空间中进行膨胀。于是，蒸汽V从膨胀室S2的中心向外周移动。从膨胀室S2排出到外壳2内的蒸汽V从排出口11e被排出。由该膨胀而发生相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的公转运动(回旋运动)。该公转运动如果从外壳2来看的话则可以看到围绕第1轴线A1的驱动涡旋体6的旋转运动、围绕第2轴线A2的从动涡旋体7的旋转运动。因此，被安装于驱动涡旋体6的输出驱动轴4围绕第1轴线A1进行旋转。该输出驱动轴4的旋转运动被传递到发电机101。
该涡旋膨胀机1由驱动销22和导向环23而限制相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的自转运动并容许相对的公转运动。基于该原理的涡旋膨胀机1简单且构成要素少。因此，制造成本降低。于是，驱动销22和导向环23限制相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的自转运动。于是，在驱动销22的外周面22s抵接于导向环23的内周面23a的状态下，在驱动销22的外周面22s与导向环23的内周面23a之间产生向内周面23a或者外周面22s的切线方向的滑行。该滑行容许相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的公转运动。因此，涡旋膨胀机1没有必要为了限制驱动涡旋体6和从动涡旋体7的相对的运动而使用包含滚动体的轴承。因此，涡旋膨胀机1能够抑制机械能损失的增大。再有，在驱动销22的外周面22s上形成包含类金刚石碳的硬质膜27。导向环23由聚醚醚酮树脂所构成。根据这些硬质膜27与聚醚醚酮树脂的接触，能够获得良好的滑行状态。因此，能够遍及长期间而实现低磨损且稳定的回旋动作。再有，在凝结液存在于驱动销22与导向环23之间的情况下，因为驱动销22与导向环23的摩擦系数被减低，所以机械能损失被进一步减少。因此，根据涡旋膨胀机1，能够维持良好的旋转状态。
驱动销22具有凝结液供给孔22a。凝结液供给孔22a将由蒸汽V的凝结形成的凝结液提供给驱动销22与导向环23之间。根据凝结液供给孔22a，蒸汽V或者凝结液由膨胀室S2中的蒸汽V的膨胀压而朝着驱动销22的前端侧的开口被强制地供给。因此，凝结液被强制地提供给驱动销22与导向环23之间。根据该凝结液，因为驱动销22与导向环23的润滑状态变得良好，所以能够降低伴随着相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的旋转运动的机械能损失。于是，根据稳定的凝结液的供给，能够减少必要动力以及动作声音。总之，涡旋膨胀机1将通过被蒸汽化的气体由膨胀而被凝结从而生成的凝结液作为润滑剂来进行利用。
接着，对本实施方式所涉及的涡旋膨胀机1的动作进行详细的说明。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E以及图4F是表示联动机构9A,9B,9C,9D以第1轴线A1为旋转中心进行公转的情况的模式图。着眼于联动机构9A。如图4A所示，联动机构9A的驱动销22在以第1轴线A1为中心的假想圆C1的切线方向上被驱动。伴随着驱动销22的公转的力在以下的说明中被称作为“销输入F1”。
如图4B所示，联动机构9A以逆时针旋转仅公转30°。此时的公转角度α为30°。在此情况下，销输入F1的方向也为假想圆C1的切线方向。另外，销输入F1的大小与图4A的销输入F1相同。不管联动机构9A的公转角度α如何，销输入F1的方向均是假想圆C1的切线方向。另外，不管联动机构9A的公转角度α如何，销输入F1的大小均为一定。另一方面，在图4B的状态下，销输入F1的垂直方向成分的方向是朝着导向环23的内周面23a的方向(参照图4B的F2)。因此，驱动销22被推压到导向环23。该销输入F1的垂直方向成分在以下的说明中称之为“向导向环的作用力F2”。
如图4C所示，联动机构9A从图4B的状态进一步以逆时针旋转仅公转60°。联动机构9A处于从初始位置仅公转90°的位置。此时的公转角度α为90°。在图4C的状态下，假想圆C1的切线方向与垂直方向相一致。因此，向导向环的作用力F2的大小与销输入F1的大小相等。
如图4D所示，联动机构9A从图4C的状态进一步以逆时针旋转仅公转60°。联动机构9A处于从初始位置仅公转150°的位置。此时的公转角度α为150°。在图4D的状态下，销输入F1的垂直方向成分的朝向是朝着导向环23的内周面23a的方向。因此，销输入F1的垂直方向成分作为向导向环的作用力F2而作用于导向环23。此时的向导向环的作用力F2小于图4C中的向导向环的作用力F2。
如图4E所示，联动机构9A从图4D的状态进一步以逆时针旋转仅公转30°。联动机构9A处于从初始位置仅公转180°的位置。在图4E的状态下，销输入F1的方向为水平。因此，销输入F1的垂直方向成分的大小为零。换言之，向导向环的作用力F2的大小为零。
如图4F所示，联动机构9A从图4E的状态进一步以逆时针旋转仅公转30°。联动机构9A处于从初始位置仅公转210°的位置。此时的公转角度α为210°。在图4F的状态下，销输入F1的垂直方向成分的朝向为垂直向上。因此，驱动销22不会被推压到导向环23。图4F所表示的垂直方向成分的朝向持续直到联动机构9A再次返回到图4A的位置。
参照图5A、图5B、图5C以及图5D，对上述的销输入F1进行说明。图5A表示公转角度α与向导向环的作用力F2的关系。纵轴表示作用力的大小。横轴表示公转角度α。曲线G5a表示与联动机构9A相关的向导向环的作用力F2。如果着眼于曲线G5a的话，则在公转角度α为0°的时候，作用力F2的大小为零。随着公转角度α接近于90°，作用力F2的大小增大。于是，在公转角度α为90°的时候，作用力F2的大小为最大值。之后，在公转角度α为90°～180°的时候，作用力F2的大小降低。于是，在公转角度α为180°的时候，作用力F2的大小为零。之后，在公转角度α为180°～360°的时候，作用力F2的大小为负。
曲线G5b表示与联动机构9B(参照图4A)相关的向导向环的作用力F2。联动机构9B被配置于相对于联动机构9A仅分开90°的位置。因此，与联动机构9B相关的曲线G5b相对于与联动机构9A相关的曲线G5a其相位错开90°。曲线G5c表示与联动机构9C(参照图4A)相关的向导向环的作用力F2。联动机构9C被配置于相对于联动机构9A仅分开180°的位置。因此，与联动机构9C相关的曲线G5c相对于与联动机构9A相关的曲线G5a其相位仅错开180°。曲线G5d表示与联动机构9D(参照图4A)相关的向导向环的作用力F2。联动机构9D被配置于相对于联动机构9A仅分开270°的位置。因此，与联动机构9D相关的曲线G5d相对于与联动机构9A相关的曲线G5a其相位错开270°。还有，曲线G5e表示合计作用力。所谓合计作用力，是将联动机构9A的作用力F2、联动机构9B的作用力F2、联动机构9C的作用力F2、以及联动机构9D的作用力F2加在一起后的合力。
如图5A所示，在本实施方式的涡旋膨胀机1中，除了联动机构9A的公转角度α为0°、90°、180°以及270°的情况之外，在联动机构9A,9B,9C,9D中的至少2个中，会产生驱动销22推压导向环23的方向(垂直向下)的向导向环的作用力F2。换言之，在相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的回旋运动中，驱动涡旋体6至少被2组驱动销22以及导向环23支撑。
涡旋膨胀机1的驱动销22围绕第1轴线A1进行公转。驱动销22的另一端向导向环23内进行配置。因此，驱动销22一边推压导向环23的内周面23a一边围绕第1轴线A1进行公转。伴随着公转的力的方向一直是将第1轴线A1作为中心的圆的切线方向。如果设置有导向环23的板21进行旋转的话则从驱动销22向导向环23进行作用的力的方向发生变化。向导向环23进行作用的力也会有是销输入F1的垂直方向成分的情况。另一方面，销输入F1的方向根据驱动销22的公转位置而发生变化。例如，在销输入F1的垂直方向成分为垂直朝下的情况下，力作用于导向环23。相对于此，在销输入F1的垂直方向成分为垂直朝上的情况下，力不作用于导向环23。在此，驱动销22以及导向环23以90°的间隔被配置有4个。如果这样的话，则使垂直朝下方向的向导向环的作用力F2产生的驱动销22以及导向环23的组合至少存在2个。在相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的回旋运动中，驱动涡旋体6被至少2组驱动销22以及导向环23支撑。根据该结构，因为驱动涡旋体6的支撑力被圆滑地交接，所以在回旋运动时的支撑力的变动被抑制。因此，根据本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机1，能够维持良好的旋转状态。
涡旋膨胀机1由相对于导向环23的驱动销22的滑行而容许驱动销22的公转运动。具有驱动销22和导向环23的联动机构9具有各个部件所具有的尺寸误差或在组装时能够产生的装配误差。这些误差会在多个联动机构9之间产生一点点松动。驱动销22具有硬质膜27。硬质膜27接触于树脂制的导向环23的内周面23a。根据该结构，导向环23的内周面由于驱动销22与导向环23的摩擦而发生磨损。因此，因为在联动机构9之间的一点点松动被消除，所以能够更加圆滑地进行相对于驱动涡旋体6的从动涡旋体7的相对的回旋运动。
图5B表示公转角度α与输入力矩的关系。所谓输入力矩，基于从第1轴线A1向导向环的作用力F2被输入的位置为止的距离(作用距离)、以及向导向环的作用力F2的大小。换言之，作用距离是从驱动销22被设置的驱动端板16的中心到向导向环的作用力F2被输入的位置为止的距离。驱动销22被配置于假想圆C1上。另一方面，导向环23被配置于将第2轴线A2作为中心的假想圆C2。根据该配置，输入力矩周期性地发生变化。曲线G5f表示与联动机构9A相关的输入力矩。曲线G5g表示与联动机构9B相关的输入力矩。曲线G5h表示与联动机构9C相关的输入力矩。曲线G5i表示与联动机构9D相关的输入力矩。曲线G5j表示合计输入力矩。所谓合计输入力矩，是将联动机构9A的输入力矩、联动机构9B的输入力矩、联动机构9C的输入力矩、以及联动机构9D的输入力矩加在一起后的合计力矩。驱动销22以及导向环23的数量为偶数。因此，存在于向导向环的作用力F2成为垂直朝下的区域(公转角度α为0°以上且180°以下)的联动机构9的数量为一定(2个)。根据该配置，如曲线G5j所示的那样，由于作用距离周期性地发生变化而引起的输入力矩的周期性变动被抑制。因此，合计输入力矩为一定。
如果严密地来说的话，则作用距离在联动机构9A,9B,9C,9D进行一次旋转的期间周期性地发生变化。在驱动涡旋体6以及从动涡旋体7之间的位置关系或力关系根据所选择的基准而使看到的变化不同。例如，图4A、图4B、图4C、图4D、图4E以及图4F是将设置有驱动销22的驱动端板16的中心(即第1轴线A1)作为旋转运动的基准的示意图。同样的，图5A、图5B、图5C以及图5D等也是将驱动端板16的中心作为旋转运动的基准的示意图。另一方面，在将设置有导向环23的板21的中心(即第2轴线A2)作为旋转运动的基准的情况下，表示与图4A等不同的情况。
如图4B等所示，销输入F1被分解成垂直方向成分的向导向环的作用力F2、水平方向成分的分力F3。图5C表示公转角度α与分力F3的关系。曲线G5k表示与联动机构9A相关的分力F3。曲线G5m表示与联动机构9B相关的分力F3。曲线G5n表示与联动机构9C相关的分力F3。曲线G5o表示与联动机构9D相关的分力F3。曲线G5k,G5m,G5n,G5o的相位差对应于联动机构9A,9B,9C,9D的配置角度。曲线G5p表示合计分力。所谓合计分力，是将联动机构9A的分力F3、联动机构9B的分力F3、联动机构9C的分力F3、以及联动机构9D的分力F3加在一起后的合计分力。例如，如曲线G5k所示，在公转角度α为零(α＝0°)的时候，分力F3的大小与销输入F1的大小相一致。在公转角度α为90°(α＝90°)的时候，分力F3的大小为零。在公转角度α为180°(α＝180°)的时候，分力F3的大小与销输入F1的大小相一致。此时的分力F3的方向与公转角度α为零(α＝0°)的时候的方向相反。
在此，假定间隙不存在于驱动卷17与从动卷19之间的(所谓零泄露)这样的条件。在该假定下，从动涡旋体7相对于驱动涡旋体6相对地回旋，在此情况下，分力F3为水平成分。因此，因为不具有垂直方向成分，所以能够无视分力F3。可是，使间隙不存在于驱动卷17与从动卷19之间的条件是理想的条件。在接近于实际的环境的状态下，间隙存在于驱动卷17与从动卷19之间。在此情况下，分力F3的朝向非水平。如果这样的话，则分力F3因为具有垂直方向成分，所以不能够无视分力F3。
图5D表示公转角度α与分力力矩的关系。所谓分力力矩，基于从第1轴线A1分力F3被输入的位置为止的距离、以及分力F3的大小。曲线G5q表示与联动机构9A相关的分力力矩。曲线G5r表示与联动机构9B相关的分力力矩。曲线G5s表示与联动机构9C相关的分力力矩。曲线G5t表示与联动机构9D相关的分力力矩。各个曲线G5q,G5r,G5s,G5t的相位差对应于联动机构9A,9B,9C,9D的配置角度。曲线G5u表示合计分力力矩。合计分力力矩是将联动机构9A的分力力矩、联动机构9B的分力力矩、联动机构9C的分力力矩、以及联动机构9D的分力力矩加在一起后的合计分力力矩。如曲线G5u所示，与输入力矩(图5B的曲线G5j)相同，合计分力力矩也不管公转角度α如何而均为一定。因此，即使是在不能够无视分力F3的条件下，根据具有4个(偶数个)联动机构9A,9B,9C,9D的涡旋膨胀机1，也能够抑制合计分力力矩的变动。因此，涡旋膨胀机1能够维持良好的旋转状态。
在此，一边表示比较例所涉及的涡旋膨胀机的动作一边对本实施方式所涉及的涡旋膨胀机1的效果进一步进行说明。比较例所涉及的涡旋膨胀机在具备3个联动机构的方面与本实施方式所涉及的涡旋膨胀机1不同。比较例所涉及的涡旋膨胀机的联动机构沿着围绕第1轴线A1的圆周方向以120°间隔被配置。比较例的涡旋膨胀机中的其他结构以及联动机构单体的结构与本实施方式所涉及的涡旋膨胀机1相同。以下，着眼于具有4个联动机构9的涡旋膨胀机1与具有3个联动机构的涡旋膨胀机的在动作上的不同点来进行说明。
图8A表示比较例的涡旋膨胀机中的公转角度α与向导向环的作用力F2的关系。曲线G8a表示与第1联动机构相关的向导向环的作用力F2。曲线G8b表示与第2联动机构相关的向导向环的作用力F2。曲线G8c表示与第3联动机构相关的向导向环的作用力F2。另外，曲线D8d表示合计作用力。着眼于公转角度α是60°以上且120°以下的角度区域L。在角度区域L中，产生对应于曲线G8a的仅在第1联动机构中垂直向下方向的向导向环的作用力F2。
即，具备3个联动机构9的涡旋膨胀机具有驱动涡旋体6被1组驱动销22以及导向环23支撑的期间(角度区域L)。另一方面，具备4个联动机构9的涡旋膨胀机1被至少2个联动机构9支撑。即，具备4个联动机构9的涡旋膨胀机1，其至少2组驱动销22以及导向环23产生支撑力。因此，涡旋膨胀机1因为驱动涡旋体6的支撑力的交接变得圆滑，所以能够维持良好的旋转状态。另外，如果对比较例的合计作用力(图8A的曲线G8d)和本实施方式的合计作用力(图5A的曲线G5e)进行比较的话，则在整体上本实施方式的合计作用力大于比较例的合计作用力。因此，本实施方式的结构的每一个联动机构9所负担的负荷小于比较例的结构。根据本实施方式的涡旋膨胀机1，能够提高联动机构9的设计自由度。
图8B表示与比较例的涡旋膨胀机相关的公转角度α与输入力矩的关系。曲线G8e表示与第1联动机构相关的输入力矩。曲线G8f表示与第2联动机构相关的输入力矩。曲线G8g表示与第3联动机构相关的输入力矩。曲线G8h表示合计输入力矩。着眼于合计输入力矩(曲线G8h)。比较例的合计输入力矩由公转角度α而发生变动。另一方面，本实施方式的合计输入力矩(图5B的曲线G5j)不管公转角度α如何而均为一定。因此，根据本实施方式的涡旋膨胀机1，因为由于公转角度α而引起的合计输入力矩的变动被抑制，所以能够维持良好的旋转状态。
图8C表示与比较例的涡旋膨胀机相关的公转角度α与分力F3的关系。曲线G8i表示第1联动机构的分力F3。曲线G8j表示第2联动机构的分力F3。曲线G8k表示第3联动机构的分力F3。曲线G8m表示合计分力。图8D表示与比较例的涡旋膨胀机相关的公转角度α与分力力矩的关系。曲线G8n表示第1联动机构的分力力矩。曲线G8o表示第2联动机构的分力力矩。曲线G8p表示第3联动机构的分力力矩。曲线G8q表示合计分力力矩。着眼于合计分力力矩(图8D的曲线G8q)。比较例的合计分力力矩由公转角度α而发生变动。可以认为这是因为比较例的涡旋膨胀机中的联动机构9的数量为3个，因而推压导向环23的驱动销22的数量以在一次旋转的期间为1根或者2根的方式进行变化。另一方面，本实施方式的合计分力力矩(图5D的曲线G5u)不管公转角度α如何而均为一定。因此，根据本实施方式的涡旋膨胀机1，因为由于公转角度α而引起的合计分力力矩的变动被抑制，所以能够维持良好的旋转状态。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述实施方式，在不变更各权利要求所记载的要点的范围内可以进行变形。
〈变形例1〉
例如，涡旋膨胀机也可以具备5个由驱动销22以及导向环23构成的联动机构9。在此情况下，连动机构9将第1轴线A1作为中心并以72°的间隔被配置。图6A表示具备5个联动机构9的涡旋膨胀机(以下，也称之为“变形例1的涡旋膨胀机”)中的公转角度α与向导向环的作用力F2的关系。曲线G6a,G6b,G6c,G6d,G6e分别对应于5个联动机构9的各个。曲线G6f表示合计作用力。如果着眼于与联动机构9相关的向导向环的作用力F2(曲线G6a,G6b,G6c,G6d,G6e)的话则可以了解到在公转角度α从0°到360°之间至少2个联动机构9产生支撑力。例如，在公转角度α为90°的时候，对应于曲线G6a的连动机构9、对应于曲线G6b的连动机构9、对应于曲线G6e的连动机构9的3个联动机构9产生支撑力。因此，2个或者3个联动机构9即使是在任意的公转角度α中也均会产生支撑力。换言之，与支撑相关的连动机构9成为1个情况不存在。因此，变形例1的涡旋膨胀机能够维持更加良好的旋转状态。另外，如果着眼于合计作用力(图6A的曲线G6f)的话则与上述实施方式的合计作用力(图5A的曲线G5e)相比较，整体上变大。因此，能够更加减少每一个联动机构9所负担的负荷。
图6B表示与变形例1的涡旋膨胀机相关的公转角度α与输入力矩的关系。图6C表示与变形例1的涡旋膨胀机相关的公转角度α与分力F3的关系。图6D表示与变形例1的涡旋膨胀机相关的公转角度α与分力力矩的关系。在各图中，曲线G6h,G6i,G6j,G6k,G6m、曲线G6o,G6p,G6q,G6r,G6s、曲线G6u,G6v,G6w,G6x,G6y分别对应于5个联动机构9的各个。图6B的曲线G6n表示合计输入力矩。图6C的曲线G6t表示合计分力。图6D的曲线G6z表示合计分力力矩。如果着眼于合计输入力矩(图6B的曲线G6n)以及合计分力力矩(图6D的曲线G6z)的话，则合计输入力矩以及合计分力力矩对应于公转角度α而周期性地变化。
〈变形例2〉
例如，涡旋膨胀机也可以具备6个由驱动销22以及导向环23构成的联动机构9。在此情况下，连动机构9将第1轴线A1作为中心并以60°的间隔被配置。图7A表示与具备6个联动机构9的涡旋膨胀机(以下也称之为“变形例2的涡旋膨胀机”)相关的公转角度α与输入力矩的关系。图7B表示与变形例2的涡旋膨胀机相关的公转角度α与分力力矩的关系。曲线G7a,G7b,G7c,G7d,G7e,G7f分别对应于6个联动机构9的各个。曲线G7h,G7i,G7j,G7k,G7m,G7n分别对应于6个联动机构9的各个。图7A的曲线G7g表示合计输入力矩。图7B的曲线G7o表示合计分力力矩。如果着眼于合计分力力矩(图7A的曲线G7g)以及合计分力力矩(图7B的曲线G7o)的话，则大小不管公转角度α如何而均为一定。变形例2的涡旋膨胀机与变形例1的涡旋膨胀机相同，在公转角度α为从0°到360°之间，至少2个联动机构9产生支撑力。因此，2个或者3个联动机构9即使是在任意的公转角度α中也均参与支撑。换言之，参与支撑的连动机构9瞬间地成为1个情况不存在。因此，变形例2的涡旋膨胀机能够维持更加良好的旋转状态。
〈变形例3〉
例如，在上述实施方式中，作为涡旋流体机械的具体例子，例示了涡旋膨胀机。本发明的一个方式所涉及的涡旋流体机械并不限定于涡旋膨胀机。例如，涡旋流体机械也可以是涡旋压缩机或涡旋真空泵等。
符号的说明
1…涡旋膨胀机、2…外壳、3…输入驱动轴、4…输出驱动轴、6…驱动涡旋体、7…从动涡旋体、8…轴承板、9…联动机构、12…壳体、13…盖、14…油封、16…驱动端板、17…驱动卷、17a,17b…驱动卷部、18…从动端板、19…从动卷、21…板、22…驱动销、22a…凝结液供给孔、23…导向环、27…硬质膜、100…发电系统、101…发电机、102…工作介质供给部、A1…第1轴线、A2…第2轴线、S1…容纳空间、S2…膨胀室、V…蒸汽、α…公转角度、F1…销输入、F2…向导向环的作用力、F3…分力。

Claims (3)

1.一种涡旋流体机械，其特征在于：
具备：
驱动涡旋体，具有一对驱动端板以及从所述驱动端板竖立设置的驱动卷并且将第1轴线作为旋转轴线；
从动涡旋体，具有从动端板以及从所述从动端板竖立设置的从动卷，被配置于一对所述驱动端板之间并且将相对于所述第1轴线偏心的第2轴线作为旋转轴线；
轴承板，被配置于所述从动涡旋体的两侧，具有被连结于所述从动涡旋体的一对板，将所述第2轴线作为旋转轴线；
圆筒状的驱动销，被安装于所述驱动涡旋体并从所述驱动端板向所述轴承板突出，且具有贯通孔；以及
圆筒状的导向环，被安装于所述轴承板并具有大于所述驱动销的外径的内径，
所述驱动销在将所述第1轴线作为中心的圆周上以等间隔被配置有n个以上，其中，n≥4，
所述导向环在将所述第2轴线作为中心的圆周上以对应于所述驱动销的方式以等间隔被配置有m个以上，其中，m＝n≥4。
2.如权利要求1所述的涡旋流体机械，其特征在于：
所述驱动销的数量为n，所述导向环的数量为m，n以及m为偶数。
3.如权利要求1或者2所述的涡旋流体机械，其特征在于：
所述驱动销的数量为n，所述导向环的数量为m，n以及m为6从而n＝m＝6。
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