JP2000227080A - Scroll type expansion machine - Google Patents

Scroll type expansion machine

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JP2000227080A
JP2000227080A JP11028714A JP2871499A JP2000227080A JP 2000227080 A JP2000227080 A JP 2000227080A JP 11028714 A JP11028714 A JP 11028714A JP 2871499 A JP2871499 A JP 2871499A JP 2000227080 A JP2000227080 A JP 2000227080A
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JP
Japan
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scroll
pressure
working chamber
type expander
chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11028714A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ogawa
博史 小川
Shinji Houchiyou
伸次 庖丁
Yasuhiro Nonobe
康宏 野々部
Motoo Harada
基生 原田
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.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP11028714A priority Critical patent/JP2000227080A/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C28/26Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise efficiency of a scroll type expansion machine as a prime mover. SOLUTION: In this scroll type expansion machine, high pressure fluid is supplied to a suction chamber 11a on the center part, and in a working chamber 10 moving from the center part to the outer circumferential part, fluid expanded into low pressure is discharged from a discharge chamber 17 on the outer circumferential part. Bypass ports 13a, 13b and check valves communicating the moving working chamber 10 to the low pressure part such as the atomspheric space or the discharge chamber are provided on the end plate or the like of a rotor or a shell 9, at excessive expansion when pressure in the working chamber lowers than pressure in the lower pressure part, the check valve is opened to introduce fluid of the low pressure part to the working chamber, the pressure in the working chamber is raised up to the pressure of the low pressure part, and the expansion machine is prevented from being in the driven state. The bypass ports 13a, 13b are formed on the positions returned by angular range less than 360 deg. from the winding end parts 8c, 9b of the outer circumference of the scroll.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮された空気の
ような圧縮性の流体によって作動して回転動力を発生す
る原動機としてのスクロール型膨張機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scroll type expander as a prime mover which generates rotational power by operating with a compressible fluid such as compressed air.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、特開平8−28461号公報に
記載されているように、スクロール型膨張機は容積型流
体機械の一種であって、良く知られているスクロール型
圧縮機と同様な構成を有しているが、圧縮された流体を
供給されて回転動力を発生するものであるために、流体
の流れる方向が圧縮機とは逆であって、流体の吸入側と
吐出側が反対になっていると共に、駆動軸が出力軸とな
っている点が異なる。スクロール型圧縮機と同様にスク
ロール型膨張機においては、実質的に同じ形状のラッ
プ、即ち渦巻き形の羽根を有する2つのスクロールが1
80°ずれた位相において噛み合うことによって、相互
間に三日月形の作動室を偶数個形成する。そして、中心
部の吸入室からそれに隣接する一対の作動室へ供給され
る圧縮された流体が作動室内で膨張することにより、作
動室の容積が拡大する方向に作動室を中心部から外周部
に向かって移動させるので、可動スクロールが公転して
それから動力を取り出すことができる。従って、スクロ
ール型膨張機においては吸入及び吐出の容積が作動室の
容積として幾何学的に定まっている。
2. Description of the Related Art As described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28461, a scroll type expander is a kind of positive displacement type fluid machine and has the same configuration as a well-known scroll type compressor. However, since the compressed fluid is supplied to generate rotational power, the flow direction of the fluid is opposite to that of the compressor, and the suction side and the discharge side of the fluid are opposite. And the drive shaft is the output shaft. In a scroll-type expander as well as a scroll-type compressor, two scrolls having substantially the same shape of wrap, that is, spiral-shaped blades, are one.
By meshing at phases shifted by 80 °, an even number of crescent-shaped working chambers are formed between each other. Then, the compressed fluid supplied from the central suction chamber to the pair of adjacent working chambers expands in the working chamber, so that the working chamber moves from the center to the outer periphery in the direction in which the volume of the working chamber increases. Since the movable scroll revolves, power can be taken from the orbit. Therefore, in the scroll type expander, the suction and discharge volumes are geometrically determined as the volume of the working chamber.

【0003】より具体的に説明すると、図3の(a)に
示すように、噛み合っている2つのスクロールの中心部
において、一方のラップの巻き始め部が他方のスクロー
ルのラップに接触することによって閉じる作動室内に、
中心部の吸入室から吸入された圧縮空気のような流体が
閉じ込められて吸入室から遮断された瞬間における作動
室の容積を吸入容積Vs と呼ぶと共に、図3(c)に示
すように、噛み合っている2つのスクロールの外周部に
おいて、一方のスクロールのラップの巻き終わり部が他
方のスクロールのラップから離れて作動室が開き、作動
室が外周部の吐出室と連通する瞬間における作動室の容
積を吐出容積Vd と呼ぶことにすると、これらの容積は
いずれも幾何学的に一定値として決まる。このため、作
動室における圧縮性流体の膨張が断熱膨張であると仮定
すると、容積比(Vs /Vd )が一定であることから、
κを比熱比とすれば吐出圧力Pd は吸入圧力Ps によっ
て次式のように表すことができる。
More specifically, as shown in FIG. 3A, at the center of two meshing scrolls, the start of winding of one wrap contacts the wrap of the other scroll. In the closed working room,
The volume of the working chamber at the moment of fluid such as compressed air drawn from the suction chamber of the central portion is cut off from the suction chamber confined with called the suction volume V s, as shown in FIG. 3 (c), At the outer peripheral portions of the two scrolls meshing with each other, the end of the wrap of one scroll is separated from the wrap of the other scroll to open the working chamber, and the working chamber at the moment when the working chamber communicates with the discharge chamber at the outer periphery. If will be referred to as volume and ejection volume V d, these volumes are both determined as a geometrically constant value. Therefore, when the expansion of the compressible fluid is assumed to be adiabatic expansion in the working chamber, since the volume ratio (V s / V d) is constant,
the discharge pressure P d if the κ specific heat ratio may be expressed as follows by the suction pressure P s.

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】即ち、吸入時の圧力Ps により吐出直前の
作動室内の圧力Pd が決定される。従って、例えば、1
回転当たりの吸入容積が239ccで、吐出容積が33
3ccのスクロール型膨張機においては、図4(a)に
示すように、供給される圧縮された流体が吸入室から所
定の圧力(0.06MPa)において吸入(I)されて
膨張し、作動室の圧力が所定の圧力(0MPa)と等し
くなった時に作動室が吐出室と連通して吐出(II)され
る場合は理想的な膨張状態であるが、この場合は図4
(a)の下段に示すPV線図において、曲線の左側の部
分の面積に相当する気体の有する全ての膨張エネルギー
を動力として回収することができるので、断熱膨張とし
ての理論的な効率は100%となる。
Namely, the pressure P d of the working chamber just before the discharge is determined by the pressure P s at the time of inhalation. Thus, for example, 1
The suction volume per rotation is 239 cc and the discharge volume is 33
In a 3 cc scroll type expander, as shown in FIG. 4 (a), a supplied compressed fluid is sucked (I) at a predetermined pressure (0.06 MPa) from a suction chamber, expands, and expands into a working chamber. When the working chamber is discharged (II) in communication with the discharge chamber when the pressure becomes equal to a predetermined pressure (0 MPa), an ideal expansion state is obtained.
(A) In the PV diagram shown in the lower part, all the expansion energy of the gas corresponding to the area of the part on the left side of the curve can be recovered as power, so the theoretical efficiency as adiabatic expansion is 100% Becomes

【0006】これに対して、例えば図4(b)のよう
に、吸入時(I)の圧力が所定の圧力(0.06MP
a)よりも高い0.08MPaである場合は、吐出開始
(II)の瞬間においては作動室内の圧力が所定の圧力
(0MPa)まで減圧されていない(膨張不足の状態)
ため、吐出が完了(III )する時までにその下段のPV
線図において斜線によって示す部分の動力が未回収とな
る。その結果、理論的な効率は81.5%となる。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 4B, the pressure at the time of inhalation (I) is a predetermined pressure (0.06MPa).
If the pressure is 0.08 MPa, which is higher than a), the pressure in the working chamber is not reduced to the predetermined pressure (0 MPa) at the moment of the start of discharge (II) (underexpanded state).
Therefore, by the time the discharge is completed (III), the lower PV
In the diagram, the power indicated by the hatched portion is not recovered. As a result, the theoretical efficiency is 81.5%.

【0007】更に、膨張不足の場合とは反対に、図4
(c)に示すように吸入圧力が所定の吸入圧力よりも低
くて例えば0.04MPaの場合は、吐出開始(II)の
時期において作動室の圧力が負圧(過膨張の状態)とな
るので、負圧になってから吐出が終わる時(III )まで
は、膨張機が駆動力を発生する代わりに外部から回転駆
動されることになる結果、その下段のPV線図において
斜線によって示す部分の動力が損失となり、理論的な効
率は低下して62.9%となる。
Further, contrary to the case of insufficient expansion, FIG.
As shown in (c), when the suction pressure is lower than the predetermined suction pressure and is, for example, 0.04 MPa, the pressure in the working chamber becomes a negative pressure (over-expanded state) at the time of the discharge start (II). Until the discharge is completed after the negative pressure is reached (III), the expander is driven to rotate from the outside instead of generating a driving force. Power is lost and the theoretical efficiency drops to 62.9%.

【0008】また、特開平10−266980号公報に
は過膨張を防止するために作動室とケース内とを連通し
得る制御通路を固定スクロールに形成したスクロール式
膨張機が記載されている。しかし、その制御通路を設け
る位置を示している同公報の図9によれば、制御通路は
スクロールの外周の巻き終わり部から360°以上中心
側へ戻った位置にあるため、依然として過膨張の発生す
る領域が存在する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-266980 discloses a scroll-type expander in which a control passage through which a working chamber and the inside of a case can communicate is formed in a fixed scroll in order to prevent over-expansion. However, according to FIG. 9 of the publication showing the position where the control passage is provided, since the control passage is located at a position which is returned to the center side by more than 360 ° from the end of the winding on the outer periphery of the scroll, the overexpansion still occurs. There is an area to do.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
に従来のスクロール型膨張機に見られる圧縮された流体
の膨張の過不足に起因する効率の低下の問題を簡単な手
段によって解決して、理想的な膨張の状態に近い高い効
率を挙げることができる、改良されたスクロール型膨張
機を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, the present invention solves the problem of a decrease in efficiency caused by excessive or insufficient expansion of a compressed fluid in a conventional scroll type expander by simple means. It is another object of the present invention to provide an improved scroll-type expander that can achieve high efficiency close to an ideal expansion state.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項1
に記載されたスクロール型膨張機を提供する。
According to the present invention, there is provided a method for solving the above-mentioned problems.
And a scroll-type expander described in (1).

【0011】本発明によれば、スクロール型膨張機にお
いて、作動室の少なくとも一部と低圧部とを連通させ得
るバイパスポートが設けられる。このバイパスポート
は、可動スクロール及び固定スクロールにおいて、外周
部の巻き終わり部から中心部の巻き始め部に向かって、
それぞれラップに沿って360°以下の角度範囲だけ戻
った位置に配置される。そのバイパスポートに逆止弁を
設けることにより、作動室内の圧力が低圧部の圧力より
も低下した時に、その差圧によって逆止弁を開弁させ
て、バイパスポートを介して低圧部から流体を作動室内
へ導入し、作動室内の圧力を低圧部の圧力まで高める。
According to the present invention, in the scroll type expander, a bypass port capable of communicating at least a part of the working chamber with the low pressure portion is provided. This bypass port, in the movable scroll and the fixed scroll, from the winding end portion of the outer peripheral portion toward the winding start portion of the central portion,
Each is arranged at a position returned by an angle range of 360 ° or less along the lap. By providing a check valve in the bypass port, when the pressure in the working chamber becomes lower than the pressure in the low pressure section, the check valve is opened by the differential pressure, and the fluid is discharged from the low pressure section through the bypass port. It is introduced into the working chamber and increases the pressure in the working chamber to the pressure in the low pressure section.

【0012】従って、作動室内の圧力が低圧部の圧力よ
りも低くなるような所謂過膨張の状態であっても、逆止
弁が開弁することによって、バイパスポートを通じて低
圧部から流体が作動室内へ導入され、作動室の圧力が低
圧部の圧力よりも低くなることが防止されるから、どの
ような場合でも過膨張の状態となることはなく、スクロ
ール型膨張機を外部の動力によって駆動する状態が生じ
ないので、スクロール型膨張機の効率が低下することは
なく、動力の損失を避けることができる。
Therefore, even in a so-called over-expansion state in which the pressure in the working chamber becomes lower than the pressure in the low-pressure section, the check valve is opened, and the fluid from the low-pressure section passes through the bypass port from the working chamber. To prevent the pressure in the working chamber from becoming lower than the pressure in the low-pressure section, so that in any case, the state is not over-expanded, and the scroll-type expander is driven by external power. Since no state occurs, the efficiency of the scroll-type expander does not decrease, and power loss can be avoided.

【0013】この場合、低圧部は吐出室であってもよい
し、任意の大気圧の空間であってもよい。吐出室を低圧
部として利用すれば、大気から遮断されて密閉されたサ
イクルを形成することになるから、作動流体として空気
以外の任意の気体を使用することが可能になる。
In this case, the low-pressure section may be a discharge chamber or a space at an arbitrary atmospheric pressure. If the discharge chamber is used as a low-pressure part, a closed cycle is formed by being cut off from the atmosphere, so that any gas other than air can be used as a working fluid.

【0014】バイパスポートは必要に応じて4個以上設
けることも可能であって、それらのうちの複数個が同じ
作動室に同時に開口するようにしてもよいし、また、全
て異なる作動室に開口するようにしてもよい。このよう
に多数のバイパスポートを設ける場合、中心部寄りにあ
るものを、外周部寄りにあるものの位置から中心部の巻
き始め部に向って、ラップに沿って360°以下の角度
範囲だけ戻った位置に配置するのが好適である。
If necessary, four or more bypass ports may be provided. A plurality of the bypass ports may be simultaneously opened to the same working chamber, or all of the bypass ports may be opened to different working chambers. You may make it. In the case where a large number of bypass ports are provided in this manner, the one located near the center is returned from the position of the one located near the outer periphery toward the winding start part in the center by an angle range of 360 ° or less along the wrap. It is preferable to arrange them at positions.

【0015】本発明の特徴である逆止弁を備えたバイパ
スポートは、可動スクロールのエンドプレート上に設け
ることができる。この場合は可動スクロールを両歯型と
することも可能であり、それによって全体を小型化する
と共に、スクロール型膨張機の容量を倍増させることが
できる。また、このバイパスポートを固定スクロールの
エンドプレート上に設けることも可能である。
The bypass port provided with the check valve which is a feature of the present invention can be provided on the end plate of the movable scroll. In this case, the movable scroll may be of a double-tooth type, whereby the whole size can be reduced and the capacity of the scroll type expander can be doubled. The bypass port can be provided on the end plate of the fixed scroll.

【0016】本発明のスクロール型膨張機は、別の駆動
部を備えた圧縮機に付設して、圧縮機から圧縮された流
体を供給される機器から排出される排気をスクロール型
膨張機を駆動するための圧縮された流体として吸入室へ
受け入れて、その排気によって作動するように構成する
こともできる。この場合に、スクロール型膨張機の出力
シャフトと圧縮機のシャフトとの間にワンウエイクラッ
チを設けて、膨張機の回転数が別の駆動部の回転数を上
回った時だけ、スクロール型膨張機の出力が圧縮機へ伝
達されるようにすれば、無駄になるエネルギーを動力の
損失なしに回収することができる。
The scroll type expander of the present invention is attached to a compressor provided with another drive unit, and drives the scroll type expander by discharging exhaust gas discharged from a device supplied with fluid compressed from the compressor. It can also be configured to receive the compressed fluid into the suction chamber as a working fluid and operate by the exhaust gas. In this case, a one-way clutch is provided between the output shaft of the scroll type expander and the shaft of the compressor, and only when the rotational speed of the expander exceeds the rotational speed of another drive unit, the one-way clutch of the scroll type expander is used. If the output is transmitted to the compressor, wasteful energy can be recovered without loss of power.

【0017】本発明のスクロール型膨張機は、具体的な
用途として、例えば燃料電池へ酸素を供給するシステム
に使用することができる。この場合の燃料電池は酸素と
水素の化学反応によって直接に電力を発生する装置のこ
とである。燃料電池には酸素供給系と水素供給系との2
つの圧力回路が設けられる。本発明のスクロール型膨張
機は一応この酸素供給系に使用することを想定している
が、勿論、水素供給系に使用することも可能である。
As a specific application, the scroll type expander of the present invention can be used, for example, in a system for supplying oxygen to a fuel cell. The fuel cell in this case is a device that directly generates electric power by a chemical reaction between oxygen and hydrogen. A fuel cell has an oxygen supply system and a hydrogen supply system.
Two pressure circuits are provided. The scroll type expander of the present invention is supposed to be used for this oxygen supply system, but of course, it can be used for a hydrogen supply system.

【0018】燃料電池においては、供給される酸素の密
度を増加させるために、併設された圧縮機によって加圧
された酸素を供給する。また、燃料電池の出口側の圧力
も同様な理由から一定の圧力に高められる。従って、本
発明のスクロール型膨張機は燃料電池から排出される気
体に残っているエネルギーを回収して動力として活用す
るために利用することがきる。
[0018] In a fuel cell, in order to increase the density of supplied oxygen, oxygen pressurized by an attached compressor is supplied. Further, the pressure on the outlet side of the fuel cell is also increased to a constant pressure for the same reason. Therefore, the scroll-type expander of the present invention can be used to recover the energy remaining in the gas discharged from the fuel cell and utilize it as power.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の第1実施例としてのスク
ロール型膨張機の構成を図1及び図2を用いて説明す
る。図において、1はハウジング、2はメインベアリン
グ、3はシャフトシール、4はメインベアリング2によ
って軸承されるシャフトであって、発生する回転動力を
外部へ伝達することができるように一端をハウジング1
から外部へ突出している。5はシャフト4の他端(内
端)に一体的に偏心して形成された駆動ボスであって、
後述のロータの公転を回転運動に変換する。6はシャフ
ト4に取り付けられたバランスウエイト、7は駆動ボス
5に取り付けられたロータベアリング、8はロータベア
リング7を介して駆動ボス5によって軸承されるロータ
(可動スクロール)であって、渦巻き形の羽根であるラ
ップ8aとロータベアリング7によって支持されるエン
ドプレート8bとからなっている。なお、図示していな
いが、ロータ8のエンドプレート8bは、ロータ8の自
転を防止すると共に公転のみを許す自転防止機構を備え
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a scroll type expander as a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, 1 is a housing, 2 is a main bearing, 3 is a shaft seal, and 4 is a shaft that is supported by the main bearing 2, one end of which is a housing 1 so that generated rotational power can be transmitted to the outside.
From the outside. Reference numeral 5 denotes a drive boss formed integrally and eccentrically at the other end (inner end) of the shaft 4.
The revolution of the rotor described later is converted into a rotational motion. 6 is a balance weight attached to the shaft 4, 7 is a rotor bearing attached to the drive boss 5, 8 is a rotor (movable scroll) that is supported by the drive boss 5 via the rotor bearing 7, and is a spiral type. It comprises a wrap 8a as a blade and an end plate 8b supported by a rotor bearing 7. Although not shown, the end plate 8b of the rotor 8 has a rotation preventing mechanism that prevents the rotation of the rotor 8 and allows only the revolution.

【0020】9はハウジング1に接続するハウジングの
他の一部を構成するように固定されたシェル(固定スク
ロール)であって、前述のロータ8と対向する位置に固
定されており、ロータ8のラップ8aに対して位相を1
80°ずらして噛み合う実質的にラップ8aと同じ形状
の渦巻き形のラップ9aと、ハウジング1の延長部分を
構成しているシェル9の端壁を兼ねるエンドプレート9
eを備えている。10は噛み合っているラップ8aとラ
ップ9aとの間に対になって偶数個形成される移動可能
な空間としての作動室であって、軸方向に見たときに略
三日月形の形状を有する。
Reference numeral 9 denotes a shell (fixed scroll) fixed so as to constitute another part of the housing connected to the housing 1, and is fixed at a position facing the rotor 8 described above. Phase 1 for lap 8a
A spiral wrap 9a having substantially the same shape as the wrap 8a meshing with an offset of 80 °, and an end plate 9 serving also as an end wall of a shell 9 constituting an extension of the housing 1.
e. Reference numeral 10 denotes an even number of movable chambers formed as a pair of movable spaces between the meshed wraps 8a and 9a, and has a substantially crescent shape when viewed in the axial direction.

【0021】11はシェル9のエンドプレート9eの中
心部に設けられた吸入ポートであって、圧縮された流体
としての加圧された空気を導入する。11aは2つのラ
ップ8a,9aの中心部に形成されて、吸入ポート11
に連通している吸入室、12はシェル9の外周の一部に
開口するように設けられた吐出ポートである。吐出ポー
ト12は、噛み合っている2つのラップ8a,9aの外
周部の空間としての吐出室17に常時連通している。な
お、前述のように、作動室10がロータ8の公転によっ
て吸入室11aから遮断された瞬間の容積を吸入容積V
s 、圧力を吸入圧力Ps とすると共に、作動室10がロ
ータ8の公転によって吐出室17へ開放された瞬間の容
積を吐出容積Vd 、圧力を吐出圧力Pd と呼ぶことにす
る。
Reference numeral 11 denotes a suction port provided at the center of the end plate 9e of the shell 9, and introduces pressurized air as a compressed fluid. 11a is formed at the center of the two wraps 8a and 9a,
The suction chamber 12 communicates with the suction port 12 and is a discharge port provided so as to open to a part of the outer periphery of the shell 9. The discharge port 12 is always in communication with a discharge chamber 17 as a space on the outer peripheral portion of the two meshed wraps 8a and 9a. As described above, the volume at the moment when the working chamber 10 is shut off from the suction chamber 11a by the revolution of the rotor 8 is defined as the suction volume V.
s, along with the the suction pressure P s pressure, working chamber 10 is the ejection volume V d the volume of moment it is opened to the discharge chamber 17 by the revolution of the rotor 8, it will be referred to as pressure and the discharge pressure P d.

【0022】本発明の特徴に対応して、第1実施例のス
クロール型膨張機は、図2に示すように、2つのラップ
8a,9aの外周部のそれぞれの巻き終わり部8c,9
bから中心部の巻き始め部に向かって、各ラップ8a,
9aに沿って360°以下の角度範囲だけ戻った位置に
おいて、シェル9の底面であるエンドプレート9eに外
部と連通するバイパスポート13a,13bが設けられ
ている。それらのバイパスポート13a,13bには、
外部の大気圧の空間から作動室10内へ向かう流体の流
れのみを許す逆止弁14が設けられている。この場合の
逆止弁14は球状のもので、エンドプレート9eに取り
付けられたストッパ15によって支持されており、スト
ッパ15には流体が通過するバイパスポート15aが設
けられている。
In accordance with the feature of the present invention, the scroll type expander of the first embodiment has, as shown in FIG. 2, a winding end portion 8c, 9 on the outer peripheral portion of each of the two wraps 8a, 9a.
b, toward the center of the winding start, each wrap 8a,
At positions returned by an angle range of 360 ° or less along 9a, bypass plates 13a and 13b communicating with the outside are provided on an end plate 9e which is the bottom surface of the shell 9. The bypass ports 13a and 13b have
A check valve 14 is provided to allow only a fluid flow from the outside atmospheric pressure space into the working chamber 10. In this case, the check valve 14 is spherical, and is supported by a stopper 15 attached to the end plate 9e. The stopper 15 is provided with a bypass port 15a through which a fluid passes.

【0023】なお、図示実施例においては、膨張不足と
なる状態を回避して、常に本発明の特徴のある作用効果
が確実に得られるようにするため、吐出容積Vd が理想
的膨張時の吐出容積よりも大きくなるように、つまり図
4(c)の場合と同様に僅かに過膨張となるように、2
つのラップ8a,9aの渦巻き形の形状を決定して、吸
入容積Vs 、吐出容積Vd を設定すると共に、目標とす
る吸入圧力Ps 及び吐出圧力Pd が設定されている。
In the illustrated embodiment, the discharge volume Vd is set at the time of the ideal expansion in order to avoid the state of insufficient expansion and to always obtain the function and effect characteristic of the present invention. 2 so that it is larger than the discharge volume, that is, slightly overexpanded as in the case of FIG.
One lap 8a, determine the spiral shape of 9a, the suction volume V s, and sets the ejection volume V d, the suction pressure and the target P s and the discharge pressure P d is set.

【0024】第1実施例のスクロール型膨張機はこのよ
うな構成を有するので、圧縮された流体、例えば加圧さ
れた空気が吸入ポート11を介して吸入室11aへ供給
されて、図2のように作動室10が吸入室11aに向か
って開いている時期に作動室10内へ流入し、その後に
作動室10が閉じて加圧された空気がその中に閉じ込め
られると、加圧された空気が作動室10内で膨張するこ
とによって作動室10の容積を拡大させようとするの
で、それに応じるために作動室10が2つのラップ8
a,9aの中心部から外周部に向かって移動する。それ
によってラップ8aを有するロータ8がシャフト4の軸
心の回りに公転することになる。
Since the scroll-type expander of the first embodiment has such a structure, a compressed fluid, for example, pressurized air is supplied to the suction chamber 11a through the suction port 11 and is turned on as shown in FIG. As described above, when the working chamber 10 flows into the working chamber 10 when the working chamber 10 is open toward the suction chamber 11a, and then the working chamber 10 is closed and pressurized air is trapped therein, the pressurized air is pressurized. Since the air expands in the working chamber 10 so as to increase the volume of the working chamber 10, the working chamber 10 is divided into two wraps 8 in order to respond thereto.
a, 9a move from the center to the outer periphery. As a result, the rotor 8 having the wrap 8a revolves around the axis of the shaft 4.

【0025】このように作動室10内にある加圧された
空気が膨張するのに伴って、作動室10が中心部から外
周部に向かって移動しながら容積を拡大して行くので、
作動室10内の空気の圧力も漸次低下して行く。図示実
施例の場合は吐出容積Vd を図4(a)に示す理想的膨
張の場合の吐出容積よりも大きく設定してあるので、作
動室10が吐出室17に向かって開く少し前に、作動室
10内の圧力が吐出室17の圧力と等しくなる。それ以
上作動室10内の圧力が低下すると、シャフト4の回転
を維持するために今度は外部からシャフト4を介して回
転駆動する必要があるので、図4(c)の場合のように
動力損失が生じるが、第1実施例においては、作動室1
0内の圧力が外部よりも低下しようとしたときに逆止弁
14が開弁して、バイパスポート13a,13bを介し
て低圧部である大気圧の空間から外気を作動室10内へ
導入し、作動室10内の圧力が0MPa以下に低下する
のを防止する。
As the pressurized air in the working chamber 10 expands as described above, the working chamber 10 expands in volume while moving from the center to the outer periphery.
The pressure of the air in the working chamber 10 also gradually decreases. Since the illustrated embodiment is set larger than the discharge volume in the case of the ideal expansion shown in FIG. 4 (a) the ejection volume V d, shortly before the working chamber 10 is opened toward the discharge chamber 17, The pressure in the working chamber 10 becomes equal to the pressure in the discharge chamber 17. If the pressure in the working chamber 10 further decreases, it is necessary to rotate the shaft 4 from outside through the shaft 4 in order to maintain the rotation of the shaft 4, so that the power loss as shown in FIG. However, in the first embodiment, the working chamber 1
The check valve 14 opens when the pressure in the chamber 0 is about to drop below that of the outside, and outside air is introduced into the working chamber 10 from the atmospheric pressure space, which is a low-pressure section, through the bypass ports 13a and 13b. In addition, the pressure in the working chamber 10 is prevented from lowering to 0 MPa or less.

【0026】このようにして作動室10内が負圧になる
ことが防止されるので、シャフト4を外部から駆動する
状態が発生しない。従って、図4(a)に示した理想的
膨張の場合と同様に、加圧された空気が有していたエネ
ルギーが理論的には全て回転動力に変換される。そし
て、作動室10内で完全に膨張し、更に逆止弁14を介
して外気を吸入することによって外気の圧力に等しくな
った空気が、作動室10が吐出室17に向かって開いた
ときに吐出ポート12へ流出する。
In this manner, since the inside of the working chamber 10 is prevented from becoming negative pressure, a state in which the shaft 4 is driven from the outside does not occur. Therefore, as in the case of the ideal expansion shown in FIG. 4A, all the energy of the pressurized air is theoretically converted into rotational power. When the working chamber 10 opens toward the discharge chamber 17, the air completely expanded in the working chamber 10 and further equalized to the pressure of the outside air by sucking the outside air through the check valve 14. It flows out to the discharge port 12.

【0027】次に、図5を参照して本発明の第2実施例
を説明する。前述の第1実施例と同じ構成部分について
は同じ参照符号を付すことによって重複する説明を省略
することにする。作動室10内の圧力が必要以上に低下
した時に過膨張の状態となって効率が低下するのを防止
するために設けられた逆止弁14が、第1実施例におい
ては外気に開放しているバイパスポート15aを介して
大気圧の空気を受け入れるように構成されているのに対
して、第2実施例においては外気を受け入れるのではな
く、吐出室17内へ吐出された低圧の空気をバイパスポ
ート16a,16bを介して受け入れるようになってい
る点が異なっている。それによって外気から遮断された
密閉サイクルが構成されるので、作動流体として空気以
外の貴重な気体や大気中へ放出すると有害な気体など、
任意の圧縮性流体を使用することも可能になる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the first embodiment, a check valve 14 provided to prevent the efficiency from being reduced due to overexpansion when the pressure in the working chamber 10 is reduced more than necessary is opened to the outside air in the first embodiment. The second embodiment is configured to receive the atmospheric pressure air through the bypass port 15a, but does not receive the outside air but bypasses the low pressure air discharged into the discharge chamber 17 in the second embodiment. The difference is that the port is adapted to be received through ports 16a and 16b. As a result, a closed cycle that is shut off from the outside air is configured, so valuable gases other than air as a working fluid and gases harmful if released into the atmosphere
It is also possible to use any compressible fluid.

【0028】同様に、図6は本発明の第3実施例を示す
もので、この場合は逆止弁14がシェル9のエンドプレ
ート9eではなくロータ8のエンドプレート8bに設け
られていることと、作動室10内が必要以上に低圧にな
って逆止弁14が開弁したときに、ハウジング1内に形
成された空間18から流体を受け入れて作動室10の圧
力低下を防止するようになっている点に特徴がある。空
間18は駆動ボス5の周囲に形成されており、図示しな
い穿孔や溝等からなる通路によって吐出室17及び吐出
ポート12に連通していて、低圧となった吐出流体が空
間18内へ常時導入されている。従って、第3実施例の
場合も第2実施例と同様に外気から密閉されたサイクル
が形成されるので、空気以外の任意の作動流体を使用す
ることもできる。なお、13a’及び13b’は逆止弁
14と作動室10とを連通するバイパスポートを示して
いる。
Similarly, FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. In this case, the check valve 14 is provided not on the end plate 9e of the shell 9 but on the end plate 8b of the rotor 8. When the pressure in the working chamber 10 becomes lower than necessary and the check valve 14 is opened, fluid is received from the space 18 formed in the housing 1 to prevent the pressure in the working chamber 10 from dropping. The feature is that it is. The space 18 is formed around the drive boss 5, and communicates with the discharge chamber 17 and the discharge port 12 through a passage such as a perforation or a groove (not shown), so that a low-pressure discharge fluid is constantly introduced into the space 18. Have been. Therefore, also in the third embodiment, since a closed cycle is formed from the outside air as in the second embodiment, any working fluid other than air can be used. Reference numerals 13a 'and 13b' denote bypass ports that communicate the check valve 14 and the working chamber 10.

【0029】図7は本発明の第4実施例を示すもので、
この場合は前述の2個のバイパスポート13a及び13
bの他に、2個のバイパスポート13c及び13dが設
けられている点に特徴がある。バイパスポート13c,
13dは、前述のバイパスポート13a,13bが開口
している位置よりも、更にラップ8a,9aに沿って中
心部の巻き始め部の方へ360°以下の角度範囲だけ戻
った位置に開口している。これらのバイパスポート13
c,13dにも逆止弁14が設けられていることは言う
までもない。なお、第4実施例においてはバイパスポー
ト13a,13bとバイパスポート13c,13dがそ
れぞれ別の作動室10に開口しているが、必ずしもそれ
に限られる訳ではなく、同じ作動室10に複数個のバイ
パスポートが同時に開口するように設けられていてもよ
いし、また、これらのバイパスポートはロータ8のエン
ドプレート8b又はシェル9のエンドプレート9eのい
ずれに設けられていてもよく、その数は4個以上の多数
であってもよい。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
In this case, the two bypass ports 13a and 13
It is characterized in that two bypass ports 13c and 13d are provided in addition to b. Bypass port 13c,
13d is opened at a position that is returned by an angle range of 360 ° or less toward the center winding portion along the wraps 8a and 9a from the position where the bypass ports 13a and 13b are open. I have. These bypass ports 13
Needless to say, check valves 14 are also provided in c and 13d. In the fourth embodiment, the bypass ports 13a, 13b and the bypass ports 13c, 13d are respectively opened to different working chambers 10. However, the present invention is not limited to this. The ports may be provided so as to open at the same time, and these bypass ports may be provided on either the end plate 8b of the rotor 8 or the end plate 9e of the shell 9, and the number thereof is four. More than the above may be used.

【0030】図7に示す第4実施例においては、バイパ
スポートを4個以上の多数個設けることによって、それ
らが設けられた全ての作動室10において内部の圧力が
不必要に低下することを確実に防止することができるの
で、吸入圧力の変動に対して有効に作動可能な範囲が広
くなり、過膨張による効率の低下を一層確実に防止する
ことができる。また、1つの作動室10に対して複数個
のバイパスポートが同時に連通する場合は、バイパスポ
ートを通過する流体の圧力損失を低減することができ
る。
In the fourth embodiment shown in FIG. 7, by providing a large number of four or more bypass ports, it is ensured that the internal pressure is unnecessarily reduced in all the working chambers 10 in which they are provided. Therefore, the range in which operation can be effectively performed with respect to the fluctuation of the suction pressure is widened, and the decrease in efficiency due to overexpansion can be more reliably prevented. Further, when a plurality of bypass ports communicate with one working chamber 10 at the same time, the pressure loss of the fluid passing through the bypass port can be reduced.

【0031】図8に本発明の第5実施例を示す。この実
施例において使用されるロータ8’は所謂両歯スクロー
ルと呼ばれるもので、そのエンドプレート8b’は両側
に渦巻き形のラップ8a’及び8b’を備えている。そ
してそれらのラップに対応して固定スクロールも、他の
実施例の場合と同様なラップ9a’とエンドプレート9
e’からなるシェル9’の他に、ハウジング1に形成さ
れた渦巻き形のラップ1aとエンドプレート1bからな
るものが設けられる。この場合の逆止弁14はロータ
8’のエンドプレート8b’に設けられているが、ロー
タ8’が両歯スクロールであるため、逆止弁14に接続
する半径方向のバイパスポート13eは、エンドプレー
ト8b’を貫通して両側の作動室10を連通させるバイ
パスポート13fの中間に接続している。そしてストッ
パ15’のバイパスポートは吐出室17に開口してい
る。
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. The rotor 8 'used in this embodiment is what is called a double-toothed scroll, and its end plate 8b' has spiral wraps 8a 'and 8b' on both sides. The fixed scroll corresponding to these wraps also has the same wrap 9a 'and end plate 9 as in the other embodiments.
In addition to the shell 9 'made of e', a shell made of a spiral wrap 1a and an end plate 1b formed on the housing 1 is provided. In this case, the check valve 14 is provided on the end plate 8b 'of the rotor 8'. However, since the rotor 8 'is a double-toothed scroll, the radial bypass port 13e connected to the check valve 14 has an end. It is connected to the middle of a bypass port 13f which penetrates the plate 8b 'and communicates the working chambers 10 on both sides. The bypass port of the stopper 15 ′ is open to the discharge chamber 17.

【0032】また、ロータ8’が両歯スクロールである
ために、吸入室11a’の他に駆動ボス5の周囲にも吸
入室11bが形成されており、両者は連通孔19によっ
て連通して共通の吸入ポート11に接続している。更に
作動室についても、一側に形成される偶数個の作動室1
0aの他に、それと同じ形状の作動室10bが他側に偶
数個形成される。このように第5実施例のスクロール型
膨張機は単一のロータ8’のエンドプレート8b’の両
側に作動室10a及び10bが形成されて、前述の各実
施例の約2倍の容量をもたらすにもかかわらず、併合に
よって全体に小型化されるという特徴がある。
Since the rotor 8 'is a double-toothed scroll, a suction chamber 11b is also formed around the drive boss 5 in addition to the suction chamber 11a'. Connected to the suction port 11. Further, as for the working chambers, an even number of working chambers 1 formed on one side are provided.
In addition to Oa, an even number of working chambers 10b having the same shape are formed on the other side. As described above, in the scroll type expander of the fifth embodiment, the working chambers 10a and 10b are formed on both sides of the end plate 8b 'of the single rotor 8' to provide about twice the capacity of each of the above-described embodiments. Nevertheless, there is a feature that the size is reduced as a whole by merging.

【0033】図9は本発明の第6実施例を示すもので、
この場合は本発明のスクロール型膨張機を排気エネルギ
ーの回収のために圧縮機に併設したものである。図9に
おいて左端の部分20はスクロール型圧縮機を示してお
り、中央の部分21は圧縮機20を駆動するモータを示
している。これらの圧縮機20とモータ21は共通のシ
ャフト22によって作動的に連結されている。そして本
発明のスクロール型膨張機23もまたシャフト22によ
ってそれらに連結されており、膨張機23が発生する回
転動力はシャフト22に取り付けられたクランク24を
介して圧縮機20へ供給される。この場合の膨張機23
は前述の第1実施例におけるものと同様な構成を有して
いるが、膨張機23を駆動するために供給される圧縮さ
れた流体としては、圧縮機20から圧縮された流体の供
給を受ける図示しない機器から排出される排気を利用す
る。
FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention.
In this case, the scroll type expander of the present invention is provided in addition to the compressor to recover exhaust energy. In FIG. 9, a left end portion 20 shows a scroll compressor, and a central portion 21 shows a motor for driving the compressor 20. The compressor 20 and the motor 21 are operatively connected by a common shaft 22. The scroll type expander 23 of the present invention is also connected to them by the shaft 22, and the rotational power generated by the expander 23 is supplied to the compressor 20 via the crank 24 attached to the shaft 22. Expander 23 in this case
Has a configuration similar to that of the first embodiment described above, except that the compressed fluid supplied to drive the expander 23 is supplied from the compressor 20. Exhaust gas discharged from equipment not shown is used.

【0034】従って、圧縮機20はモータ21によって
駆動されるだけでなく、それ自体が発生して他の機器へ
供給した圧縮流体の排気エネルギーを、膨張機23によ
って再び回転動力に変換することにより補助的に駆動さ
れるので、システム全体としてのエネルギー消費量が少
なくなり、運転効率が向上する。
Therefore, the compressor 20 is not only driven by the motor 21, but also converts the exhaust energy of the compressed fluid generated by itself and supplied to other devices into rotational power by the expander 23. Since the auxiliary driving is performed, the energy consumption of the entire system is reduced, and the operation efficiency is improved.

【0035】図10に示す第7実施例は図9に示した第
6実施例の変形に相当するもので、第6実施例と異なる
点は、共通のシャフト22と膨張機23のクランク24
とを直結しないで、それらの間にワンウエイクラッチ2
5を設けている点にある。ワンウエイクラッチ25は膨
張機23の回転数がシャフト22の回転数、即ちモータ
21及び圧縮機20の回転数よりも高くなる時だけ噛み
合って、膨張機23がモータ21の駆動力を助勢するこ
とができるようになっており、膨張機23の回転数が低
い間は係合関係が解除されて、膨張機23がモータ21
と圧縮機20の回転を妨げないように回転する。
The seventh embodiment shown in FIG. 10 corresponds to a modification of the sixth embodiment shown in FIG. 9, and differs from the sixth embodiment in that the common shaft 22 and the crank 24 of the expander 23 are different.
Do not directly connect with, one way clutch 2 between them
5 is provided. The one-way clutch 25 is engaged only when the rotation speed of the expander 23 is higher than the rotation speed of the shaft 22, that is, the rotation speeds of the motor 21 and the compressor 20, so that the expander 23 assists the driving force of the motor 21. When the rotational speed of the expander 23 is low, the engagement relationship is released, and the expander 23
And the compressor 20 so as not to hinder the rotation.

【0036】第7実施例においては、このようにして廃
棄されるエネルギーのうちで利用可能な部分だけを回転
動力として再生させて、圧縮機20の駆動のために有効
に利用するので、システム全体の効率が向上するばかり
でなく、起動時や停止時のように、膨張機23が圧縮機
20を十分に駆動することができない過渡的な状態等に
おいては、膨張機23がモータ21のブレーキとなるこ
とを避けることができるから、膨張機23を無意味に空
転させるために生じる機械損失を低減させることができ
るので、第6実施例の場合よりも更に高い効率を挙げ得
る。
In the seventh embodiment, only the usable portion of the energy discarded in this way is regenerated as rotational power and is effectively used for driving the compressor 20, so that the entire system is Not only does the efficiency of the motor 21 improve, but also in a transient state where the expander 23 cannot drive the compressor 20 sufficiently, such as during start-up and stop, the expander 23 operates with the brake of the motor 21. Since it is possible to avoid such a situation, it is possible to reduce the mechanical loss caused due to the idle rotation of the expander 23 meaninglessly, so that higher efficiency can be obtained as compared with the sixth embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例としてのスクロール型膨張
機を示す縦断側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a scroll type expander as a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の横断正面図である。FIG. 2 is a cross-sectional front view of the first embodiment.

【図3】2つのスクロールが形成する作動室の膨張過程
を示す作動説明図である。
FIG. 3 is an operation explanatory view showing an expansion process of an operation chamber formed by two scrolls.

【図4】本発明の作用効果を比較例と対比して説明する
ための線図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation and effect of the present invention in comparison with a comparative example.

【図5】第2実施例のスクロール型膨張機を示す縦断側
面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional side view showing a scroll type expander of a second embodiment.

【図6】第3実施例のスクロール型膨張機を示す縦断側
面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional side view showing a scroll type expander of a third embodiment.

【図7】第4実施例のスクロール型膨張機を示す横断正
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional front view showing a scroll type expander of a fourth embodiment.

【図8】第5実施例のスクロール型膨張機を示す縦断側
面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional side view showing a scroll type expander of a fifth embodiment.

【図9】第6実施例の全体構成を示す縦断側面図であ
る。
FIG. 9 is a vertical sectional side view showing the entire configuration of the sixth embodiment.

【図10】第7実施例の全体構成を示す縦断側面図であ
る。
FIG. 10 is a vertical sectional side view showing the entire configuration of the seventh embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…シャフト 5…駆動ボス 8…ロータ(可動スクロール) 8a…ロータのラップ(渦巻き形の羽根) 8b…ロータのエンドプレート 8c…ロータのラップの巻き終わり部 9…シェル(固定スクロール) 9a…シェルのラップ(渦巻き形の羽根) 9b…シェルのラップの巻き終わり部 9e…シェルのエンドプレート 10…作動室 11…吸入ポート 11a…吸入室 12…吐出ポート 13a,〜,13f…バイパスポート 14…逆止弁 15…ストッパ 16a,16b…バイパスポート 17…吐出室 18…空間 20…スクロール型圧縮機 21…モータ 22…共通のシャフト 23…スクロール型膨張機 24…クランク 25…ワンウエイクラッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Shaft 5 ... Drive boss 8 ... Rotor (movable scroll) 8a ... Rotor wrap (spiral-shaped blade) 8b ... Rotor end plate 8c ... Rotor wrap winding end part 9 ... Shell (fixed scroll) 9a ... Shell 9b ... End of winding of shell wrap 9e ... End plate of shell 10 ... Working chamber 11 ... Suction port 11a ... Suction chamber 12 ... Discharge port 13a, ..., 13f ... Bypass port 14 ... Reverse Stop valve 15 Stopper 16a, 16b Bypass port 17 Discharge chamber 18 Space 20 Scroll compressor 21 Motor 22 Common shaft 23 Scroll expander 24 Crank 25 One-way clutch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庖丁 伸次 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 野々部 康宏 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 基生 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3H039 AA02 AA04 AA12 BB28 CC02 CC03 CC07 CC26 CC30 CC34 CC40  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shinji Knife 14 Iwatani, Shimowakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Prefecture Inside Japan Automotive Parts Research Institute, Inc. (72) Inventor Motoki Harada 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F-term (reference) 3H039 AA02 AA04 AA12 BB28 CC02 CC03 CC07 CC26 CC30 CC34 CC40

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 渦巻き形のラップ及びエンドプレートを
有し、回転可能なシャフトの回りに公転をすることがで
きるように支持された可動スクロールと、 渦巻き形のラップ及びエンドプレートを有し、前記可動
スクロールと噛み合うことによって間に複数個の作動室
を形成するように、前記可動スクロールに対向して固定
される固定スクロールと、 前記可動スクロール及び前記固定スクロールの中心部に
おいて、前記作動室へ高圧の流体を供給する吸入室と、 前記可動スクロール及び前記固定スクロールの外周部に
おいて、前記作動室から排出される低圧の流体を受け取
る吐出室とを備えており、 前記吸入室から前記作動室内へ供給された高圧の流体が
前記作動室内で膨張することによって、前記作動室が前
記中心部から前記外周部に向かって移動しながらその容
積が増大し、それに伴って前記作動室内の流体の圧力が
低下したのちに前記吐出室へ排出されるように構成され
たスクロール型膨張機において、 前記作動室の少なくとも一部と低圧部とを連通させ得る
バイパスポートと、前記バイパスポートに設けられて前
記作動室内の圧力が前記低圧部の圧力よりも低下した時
に開弁することにより、前記バイパスポートを介して前
記低圧部から流体を前記作動室内へ導入し、前記作動室
内の圧力を前記低圧部の圧力まで高めるように作動する
逆止弁とを備えていると共に、前記バイパスポートが、
前記可動スクロール及び前記固定スクロールの前記外周
部の巻き終わり部から前記中心部の巻き始め部に向かっ
て、それぞれ前記ラップに沿って360°以下の角度範
囲だけ戻った位置に配置されていることを特徴とするス
クロール型膨張機。
An orbiting scroll having a spiral wrap and an end plate and supported for revolving about a rotatable shaft; and a spiral wrap and an end plate; A fixed scroll fixed to face the movable scroll so as to form a plurality of working chambers therebetween by engaging with the movable scroll, and a high pressure is applied to the working chamber at the center of the movable scroll and the fixed scroll. And a discharge chamber that receives a low-pressure fluid discharged from the working chamber at an outer peripheral portion of the movable scroll and the fixed scroll, and supplies the low-pressure fluid from the suction chamber to the working chamber. The high-pressure fluid expanded in the working chamber causes the working chamber to move from the central portion to the outer peripheral portion. A scroll type expander configured to be discharged to the discharge chamber after the volume of the working chamber increases while the pressure of the fluid in the working chamber is reduced, and at least a part of the working chamber. A low-pressure part provided with the low-pressure part through the bypass port, the valve being opened when the pressure in the working chamber is lower than the pressure in the low-pressure part. And a check valve that operates to increase the pressure in the working chamber to the pressure in the low-pressure section, and the bypass port includes:
The movable scroll and the fixed scroll are arranged at positions returned by an angle range of 360 ° or less along the wrap from the winding end portion of the outer peripheral portion to the winding start portion of the central portion, respectively. A scroll type expander characterized by:
【請求項2】 請求項1において、前記低圧部が前記吐
出室であることを特徴とするスクロール型膨張機。
2. The scroll type expander according to claim 1, wherein the low-pressure section is the discharge chamber.
【請求項3】 請求項1において、前記低圧部が大気圧
の空間であることを特徴とするスクロール型膨張機。
3. The scroll-type expander according to claim 1, wherein the low-pressure section is a space of an atmospheric pressure.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記バイパスポートが4個以上設けられると共に、それ
ら全てが相互に異なる前記作動室に開口するように構成
されていることを特徴とするスクロール型膨張機。
4. The method according to claim 1, wherein
A scroll-type expander, wherein four or more bypass ports are provided, and all of them are configured to open to the working chambers different from each other.
【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記バイパスポートが4個以上設けられると共に、それ
らのバイパスポートのうちの複数個が同じ作動室に同時
に開口するように構成されていることを特徴とするスク
ロール型膨張機。
5. The method according to claim 1, wherein
A scroll-type expander, wherein four or more bypass ports are provided, and a plurality of the bypass ports are simultaneously opened in the same working chamber.
【請求項6】 請求項4又は5において、前記作動室が
移動することによって同じ作動室に順次に開口し得る複
数個の前記バイパスポートのうちで、前記中心部寄りに
あるものが、前記外周部寄りにあるものの位置から前記
中心部の巻き始め部に向かって、前記ラップに沿って3
60°以下の角度範囲だけ戻った位置に配置されている
ことを特徴とするスクロール型膨張機。
6. The bypass port according to claim 4, wherein, among the plurality of bypass ports that can be sequentially opened in the same working chamber by moving the working chamber, one of the bypass ports that is closer to the center is the outer periphery. Along the wrap from the position of the nearer part to the beginning of winding at the center
A scroll-type expander, wherein the scroll-type expander is disposed at a position returned by an angle range of 60 ° or less.
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記バイパスポートが前記可動スクロールの前記エンド
プレートに設けられていることを特徴とするスクロール
型膨張機。
7. The method according to claim 1, wherein
The scroll type expander, wherein the bypass port is provided in the end plate of the movable scroll.
【請求項8】 請求項7において、前記可動スクロール
が両歯型であることを特徴とするスクロール型膨張機。
8. The scroll type expander according to claim 7, wherein the movable scroll is a double tooth type.
【請求項9】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記バイパスポートが前記固定スクロールの前記エンド
プレートに設けられていることを特徴とするスクロール
型膨張機。
9. The method according to claim 1, wherein
The scroll-type expander, wherein the bypass port is provided on the end plate of the fixed scroll.
【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかにおい
て、駆動部を備えた圧縮機に付設され、前記圧縮機から
圧縮された流体を供給される機器の排気を前記吸入室へ
受け入れて、その排気によって作動するように構成され
ていることを特徴とするスクロール型膨張機。
10. The apparatus according to claim 1, which is attached to a compressor provided with a drive unit, receives exhaust gas of a device supplied with fluid compressed from the compressor into the suction chamber, and receives the exhaust gas. A scroll-type expander configured to be operated by exhaust gas.
【請求項11】 請求項10において、出力シャフトが
前記圧縮機のシャフトに対してワンウエイクラッチを介
して連結されていることを特徴とするスクロール型膨張
機。
11. The scroll-type expander according to claim 10, wherein an output shaft is connected to a shaft of the compressor via a one-way clutch.
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