JP2001221150A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転式流体機械の回転バルブからの高圧流体
のリークを最小限に抑えて回転式流体機械を効率的に駆
動できるようにする。 【解決手段】 膨張器あるいは圧縮器のロータに形成し
たシリンダに高圧流体を供給・排出する第１通路９４，
９５と前記シリンダからロータチャンバに低圧流体を供
給・排出する第２通路１０２，１０３とを、ロータを回
転自在に支持する固定軸６５内に形成する。ロータと一
体に回転して前記第１通路９４，９５あるいは前記第２
通路１０２，１０３を通孔ｃを介してシリンダに選択的
に連通させる切換機構６４を固定軸６５に相対回転可能
かつ密封状態に嵌合させる。そして、固定軸６５および
切換機構６４の摺動面に前記第１通路９４，９５の外周
を囲むポート溝１２４，１２５を形成し、このポート溝
１２４，１２５を前記第２通路１０２，１０３に連通さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膨張器あるいは圧
縮器として使用可能な回転式流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、かかる回転式流体機械として、例
えば特開平４−３６２４１号公報に記載されたものが公
知である。また本出願人は、特願平１１−５７９３３
号、特願平１１−５７９３４号により、内燃機関の廃熱
を回収すべく、廃熱を熱源として高温高圧蒸気を発生さ
せる蒸発器と、この高温高圧蒸気の膨張によって出力を
発生する膨張器と、この膨張器から排出された降温降圧
蒸気を液化する凝縮器とを有する内燃機関の廃熱回収装
置を提案している。

【０００３】上記特願平１１−５７９３３号、特願平１
１−５７９３４号で提案された膨張器は、ロータに放射
状に形成したシリンダにピストンを摺動自在に嵌合さ
せ、ロータの中心に配置した固定軸から各シリンダに順
次高温高圧蒸気を供給してピストンを駆動することによ
りロータを回転させるようになっている。中空の固定軸
の内部から所定のタイミングで各シリンダに高温高圧蒸
気を供給するための回転バルブは、シリンダに連通する
通孔が形成された中空軸の内周面に高温高圧蒸気を導く
カーボン製のシールブロックを弾発的に摺接させたもの
で、その弾発力はスプリングおよび高温高圧蒸気により
作動するベローズにより発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のものは、カーボン製のシールブロックおよびＳＵＳ系
金属の中空軸の摺動部から高温高圧蒸気がリークするの
を完全に防止することが難しく、高温高圧蒸気の一部が
ロータの駆動に寄与せずに無駄に排出されてしまう可能
性があった。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、回転式流体機械の回転バルブからの高圧流体のリー
クを最小限に抑えて回転式流体機械効率的に駆動できる
ようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、ロータチャン
バを有するケーシングと、そのロータチャンバ内に収容
されたロータと、前記ロータに、その回転軸線回りに放
射状に配置されて放射方向に往復動自在である複数のベ
ーンピストンユニットとを備え、各ベーンピストンユニ
ットは、前記ロータチャンバ内を摺動するベーンと、そ
のベーンの非摺動側に当接するピストンとよりなり、膨
脹器として機能するときは、高圧流体の膨脹により前記
ピストンを作動させて動力変換装置を介し前記ロータを
回転させると共に前記高圧流体の圧力降下による低圧流
体の膨脹により前記ベーンを介し前記ロータを回転さ
せ、一方、圧縮機として機能するときは、前記ロータの
回転により前記ベーンを介して低圧縮流体を前記ピスト
ン側に供給し、また前記ベーンにより前記ピストンを作
動させて前記低圧縮流体を高圧縮流体に変換する膨脹機
能および圧縮機能を持つ回転式流体機械において、前記
ロータに形成したシリンダに高圧流体を供給・排出する
第１通路と該シリンダからロータチャンバに低圧流体を
供給・排出する第２通路とをロータを回転自在に支持す
る固定軸内に形成し、ロータと一体に回転して前記第１
通路あるいは前記第２通路をシリンダに選択的に連通さ
せる切換機構を前記固定軸に相対回転可能かつ密封状態
に嵌合させ、固定軸および切換機構の摺動面に前記第１
通路の外周を囲むポート溝を形成したことを特徴とする
回転式流体機械が提案される。

【０００７】上記構成によれば、ロータと一体に回転し
て第１通路あるいは第２通路をシリンダに選択的に連通
させる切換機構が固定軸に相対回転可能かつ密封状態に
嵌合しており、かつ固定軸および切換機構の摺動面に第
１通路の外周を囲むポート溝を形成したので、第１通路
から供給された高圧流体が切換機構を経てシリンダに流
入せずにリークした場合、あるいはピストンで圧縮され
た高圧流体が第１通路に供給されずにリークした場合で
も、その高圧流体を前記ポート溝で捕捉して外部への漏
れを最小限に抑えることができ、したがって回転式流体
機械を膨張器として使用する場合には出力性能の向上を
図り、回転式流体機械を圧縮器として使用する場合には
圧縮性能の向上を図ることができる。

【０００８】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記ポート溝を前記第２通路
と連通させたことを特徴とする回転式流体機械が提案さ
れる。

【０００９】上記構成によれば、第１通路を囲むポート
溝を第２通路と連通させたので、リークによってピスト
ンの駆動に使用されなかった高圧流体、あるいはピスト
ンによる圧縮後にリークしてしまった高圧流体がポート
溝により回収され、第２通路を経てベーンの駆動あるい
はピストンによる圧縮に使用されるため、回転式流体機
械全体としてのエネルギー効率の向上に寄与することが
できる。

【００１０】尚、実施例の段付形シリンダ部材３９は本
発明のシリンダに対応し、実施例の中空軸６４は本発明
の切換機構に対応し、実施例の第１、第２供給管９４，
９５は本発明の第１通路に対応し、実施例の第１、第２
凹状排出部１０２，１０３は本発明の第２通路に対応す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１２】図１〜図１４は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は内燃機関の廃熱回収装置の概略図、図２は
図５の２−２線断面図に相当する膨張器の縦断面図、図
３は図２の回転軸線周りの拡大断面図、図４は図２の４
−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６はロ
ータチャンバおよびロータの断面形状を示す説明図、図
７はベーン本体の正面図、図８はベーン本体の側面図、
図９は図７の９−９線断面図、図１０はシール部材の正
面図、図１１は図４の回転軸線周りの拡大図、図１２は
図１１の１２−１２線矢視図、図１３は図３の１３部拡
大図、図１４は図１３の固定軸を破断しない状態を示す
図である。

【００１３】図１において、内燃機関１の廃熱回収装置
２は、内燃機関１の廃熱、例えば排気ガスを熱源とし
て、高圧状態の液体、例えば水から温度上昇を図られた
高圧状態の蒸気、つまり高温高圧蒸気を発生する蒸発器
３と、その高温高圧蒸気の膨脹によって出力を発生する
膨脹器４と、その膨脹器４から排出される、前記膨脹後
の、温度および圧力が降下した蒸気、つまり降温降圧蒸
気を液化する凝縮器５と、凝縮器５からの液体、例えば
水を蒸発器３に加圧供給する供給ポンプ６とを有する。

【００１４】膨脹器４は特殊な構造を有するもので、次
のように構成される。

【００１５】図２〜図５において、ケーシング７は金属
製第１、第２半体８，９より構成される。両半体８，９
は、略楕円形の凹部１０を有する主体１１と、それら主
体１１と一体の円形フランジ１２とよりなり、両円形フ
ランジ１２を金属ガスケット１３を介し重ね合せること
によって略楕円形のロータチャンバ１４が形成される。
また第１半体８の主体１１外面は、シェル形部材１５の
深い鉢形をなす主体１６により覆われており、その主体
１６と一体の円形フランジ１７が第１半体８の円形フラ
ンジ１２にガスケット１８を介して重ね合せられ、３つ
の円形フランジ１２，１２，１７は、それらの円周方向
複数箇所においてボルト１９によって締結される。これ
により、シェル形部材１５および第１半体８の両主体１
１，１６間には中継チャンバ２０が形成される。

【００１６】両半体８，９の主体１１は、それらの外面
に外方へ突出する中空軸受筒２１，２２を有し、それら
中空軸受筒２１，２２に、ロータチャンバ１４を貫通す
る中空の出力軸２３の大径部２４が軸受メタル（または
樹脂製軸受）２５を介して回転可能に支持される。これ
により出力軸２３の軸線Ｌは略楕円形をなすロータチャ
ンバ１４における長径と短径との交点を通る。また出力
軸２３の小径部２６は、第２半体９の中空軸受筒２２に
存する孔部２７から外部に突出して伝動軸２８とスプラ
イン結合２９を介して連結される。小径部２６および孔
部２７間は２つのシールリング３０によりシールされ
る。

【００１７】ロータチャンバ１４内に円形のロータ３１
が収容され、その中心の軸取付孔３２と出力軸２３の大
径部２４とが嵌合関係にあって、両者３１，２４間には
かみ合い結合部３３が設けられている。これによりロー
タ３１の回転軸線は出力軸２３の軸線Ｌと合致するの
で、その回転軸線の符号として「Ｌ」を共用する。

【００１８】ロータ３１に、その回転軸線Ｌを中心に軸
取付孔３２から放射状に延びる複数、この実施例では１
２個のスロット状空間３４が円周上等間隔に形成されて
いる。各空間３４は、円周方向幅が狭く、且つロータ３
１の両端面３５および外周面３６に一連に開口するよう
に、両端面３５に直交する仮想平面内において略Ｕ字形
をなす。

【００１９】各スロット状空間３４内に、同一構造の第
１〜第１２ベーンピストンユニットＵ１〜Ｕ１２が、次
のように放射方向に往復動自在に装着される。略Ｕ字形
の空間３４において、その内周側を区画する部分３７に
段付孔３８が形成され、その段付孔３８に、セラミック
（またはカーボン）よりなる段付形シリンダ部材３９が
嵌入される。シリンダ部材３９の小径部ａ端面は出力軸
２３の大径部２４外周面に当接し、その小径孔ｂが大径
部２４外周面に開口する通孔ｃに連通する。またシリン
ダ部材３９の外側に、その部材３９と同軸上に位置する
ようにガイド筒４０が配置される。そのガイド筒４０の
外端部は、ロータ３１外周面に存する空間３４の開口部
に係止され、また内端部は段付孔３８の大径孔ｄに嵌入
されてシリンダ部材３９に当接する。またガイド筒４０
は、その外端部から内端部近傍まで相対向して延びる一
対の長溝ｅを有し、両長溝ｅは空間３４に面する。シリ
ンダ部材３９の大径シリンダ孔ｆ内にセラミックよりな
るピストン４１が摺動自在に嵌合され、そのピストン４
１の先端部側は常時ガイド筒４０内に位置する。

【００２０】図２および図６に示すように、ロータ３１
の回転軸線Ｌを含む仮想平面Ａ内におけるロータチャン
バ１４の断面Ｂは、直径ｇを相互に対向させた一対の半
円形断面部Ｂ１と、両半円形断面部Ｂ１の両直径ｇの一
方の対向端相互および他方の対向端相互をそれぞれ結ん
で形成される四角形断面部Ｂ２とよりなり、略競技用ト
ラック形をなす。図６において、実線示の部分が長径を
含む最大断面を示し、一方、一部を２点鎖線で示した部
分が短径を含む最小断面を示す。ロータ３１は、図６に
点線で示したように、ロータチャンバ１４の短径を含む
最小断面よりも若干小さな断面Ｄを有する。

【００２１】図２および図７〜図１０に明示するよう
に、ベーン４２は略Ｕ字板形（馬蹄形）をなすベーン本
体４３と、そのベーン本体４３に装着された略Ｕ字板形
をなすシール部材４４と、ベーンスプリング５８とより
構成される。

【００２２】ベーン本体４３は、ロータチャンバ１４の
半円形断面部Ｂ１による内周面４５に対応した半円弧状
部４６と、四角形断面部Ｂ２による対向内端面４７に対
応した一対の平行部４８とを有する。各平行部４８の端
部側にコ字形の切欠き４９と、それらの底面に開口する
四角形の盲孔５０と、各切欠き４９よりも、さらに端部
側に在って外方へ突出する短軸５１とが設けられる。ま
た半円弧状部４６および両平行部４８の外周部分に、外
方に向って開口するＵ字溝５２が一連に形成され、その
Ｕ字溝５２の両端部は両切欠き４９にそれぞれ連通す
る。さらに半円弧状部４６の両平面部分にそれぞれ欠円
形断面の一対の突条５３が設けられている。両突条５３
は、それらによる仮想円柱の軸線Ｌ１が、両平行部４８
間の間隔を２等分し、且つ半円弧状部４６を周方向に２
等分する直線に一致するように配置されている。また両
突条５３の内端部は両平行部４８間の空間に僅か突出し
ている。

【００２３】シール部材４４は、例えばＰＴＦＥより構
成されたもので、ロータチャンバ１４の半円形断面部Ｂ
１による内周面４５を摺動する半円弧状部５５と、四角
形断面部Ｂ２による対向内端面４７を摺動する一対の平
行部５６とを有する。また半円弧状部５５の内周面側に
一対の弾性爪５７が、内方へ反るように設けられてい
る。

【００２４】ベーン本体４３のＵ字溝５２にシール部材
４４が装着され、また各盲孔５０にベーンスプリング５
８が嵌め込まれ、さらに各短軸５１にボールベアリング
構造のローラ５９が取付けられる。各ベーン４２はロー
タ３１の各スロット状空間３４に摺動自在に収められて
おり、その際、ベーン本体４３の両突条５３はガイド筒
４０内に、また両突条５３の両側部分はガイド筒４０の
両長溝ｅ内にそれぞれ位置し、これにより両突条５３の
内端面がピストン４１の外端面と当接することができ
る。両ローラ５９は第１、第２半体８，９の対向内端面
４７に形成された略楕円形の環状溝６０にそれぞれ転動
自在に係合される。これら環状溝６０およびロータチャ
ンバ１４間の距離はそれらの全周に亘り一定である。ま
たピストン４１の前進運動をベーン４２を介してローラ
５９と環状溝６０との係合によりロータ３１の回転運動
に変換する。

【００２５】このローラ５９と環状溝６０との協働で、
図５に明示するように、ベーン本体４３の半円弧状部４
６における半円弧状先端面６１はロータチャンバ１４の
内周面４５から、また両平行部４８はロータチャンバ１
４の対向内端面４７からそれぞれ常時離間し、これによ
りフリクションロスの軽減が図られている。そして、２
条一対で構成されている環状溝６０により軌道を規制さ
れるため、左右の軌道誤差によりローラ５９を介してベ
ーン４２は軸方向に微小変位角の回転を生じ、ロータチ
ャンバ１４の内周面４５との接触圧力を増大させる。こ
のとき、略Ｕ字板形（馬蹄形）をなすベーン本体４３で
は、方形（長方形）ベーンに比べてケーシング７との接
触部の径方向長さが短いので、その変位量を大幅に小さ
くできる。また図２に明示するように、シール部材４４
において、その両平行部５６は各ベーンスプリング５８
の弾発力によりロータチャンバ１４の対向内端面４７に
密着し、特に両平行部５６の端部とベーン４２間を通し
ての環状溝６０へのシール作用を行う。また半円弧状部
５５は、両弾性爪５７がベーン本体４３およびロータチ
ャンバ１４内の内周面４５間で押圧されることによっ
て、その内周面４５に密着する。即ち、方形（長方形）
ベーンに対し略Ｕ字板形のベーン４２の方が変曲点を持
たないので、密着が良好となる。方形ベーンは角部があ
り、シール性維持は困難となる。これによりベーン４２
およびロータチャンバ１４間のシール性が良好となる。
さらに熱膨脹にともない、ベーン４２とロータチャンバ
１４は変形する。このとき方形ベーンに対し略Ｕ字形の
ベーン４２は、より均一に相似形を持って変形するた
め、ベーン４２とロータチャンバ１４とのクリアランス
のバラツキが少なく、シール性も良好に維持可能とな
る。

【００２６】図２および図３において、出力軸２３の大
径部２４は第２半体９の軸受メタル２５に支持された厚
肉部分６２と、その厚肉部分６２から延びて第１半体８
の軸受メタル２５に支持された薄肉部分６３とを有す
る。その薄肉部分６３内にセラミック（または金属）よ
りなる中空軸６４が、出力軸２３と一体に回転し得るよ
うに嵌着される。その中空軸６４の内側に固定軸６５が
配置され、その固定軸６５は、ロータ３１の軸線方向厚
さ内に収まるように中空軸６４に嵌合された大径中実部
６６と、出力軸２３の厚肉部分６２に存する孔部６７に
２つのシールリング６８を介して嵌合された小径中実部
６９と、大径中実部６６から延びて中空軸６４内に嵌合
された薄肉の中空部７０とよりなる。その中空部７０の
端部外周面と第１半体８の中空軸受筒２１内周面との間
にシールリング７１が介在される。

【００２７】シェル形部材１５の主体１６において、そ
の中心部内面に、出力軸２３と同軸上に在る中空筒体７
２の端壁７３がシールリング７４を介して取付けられ
る。その端壁７３の外周部から内方へ延びる短い外筒部
７５の内端側は第１半体８の中空軸受筒２１に連結筒７
６を介して連結される。端壁７３に、それを貫通するよ
うに小径で、且つ長い内管部７７が設けられ、その内管
部７７の内端側は、そこから突出する短い中空接続管７
８と共に固定軸６５の大径中実部６６に存する段付孔ｈ
に嵌着される。内管部７７の外端部分はシェル形部材１
５の孔部７９から外方へ突出し、その外端部分から内管
部７７内に挿通された第１の高温高圧蒸気用導入管８０
の内端側が中空接続管７８内に嵌着される。内管部７７
の外端部分にはキャップ部材８１が螺着され、そのキャ
ップ部材８１によって、導入管８０を保持するホルダ筒
８２のフランジ８３が内管部７７の外端面にシールリン
グ８４を介して圧着される。

【００２８】図２〜図４および図１１に示すように、固
定軸６５の大径中実部６６に、第１〜第１２ベーンピス
トンユニットＵ１〜Ｕ１２のシリンダ部材３９に、中空
軸６４および出力軸２３に一連に形成された複数、この
実施例では１２個の通孔ｃを介して高温高圧蒸気を供給
し、またシリンダ部材３９から膨脹後の第１の降温降圧
蒸気を通孔ｃを介して排出する回転バルブＶが次のよう
に設けられている。

【００２９】図１１には膨張器４の各シリンダ部材３９
に所定のタイミングで蒸気を供給・排出する回転バルブ
Ｖの構造が示される。大径中実部６６内において、中空
接続管７８に連通する空間８５から互に反対方向に延び
る第１、第２孔部８６，８７が形成され、第１、第２孔
部８６，８７は大径中実部６６の外周面に開口する第
１、第２凹部８８，８９の底面に開口する。第１、第２
凹部８８，８９に、供給口９０，９１を有するカーボン
製第１、第２シールブロック９２，９３が装着され、そ
れらの外周面は中空軸６４内周面に摺擦する。第１、第
２孔部８６，８７内には同軸上に在る短い第１、第２供
給管９４，９５が遊挿され、第１、第２供給管９４，９
５の先端側外周面に嵌合した第１、第２シール筒９６，
９７のテーパ外周面ｉ，ｊが第１、第２シールブロック
９２，９３の供給口９０，９１よりも内側に在ってそれ
に連なるテーパ孔ｋ，ｍ内周面に嵌合する。また大径中
実部６６に、第１、第２供給管９４，９５を囲繞する第
１、第２環状凹部ｎ，ｏと、それに隣接する第１、第２
盲孔状凹部ｐ，ｑとが第１、第２シールブロック９２，
９３に臨むように形成され、第１、第２環状凹部ｎ，ｏ
には一端側を第１、第２シール筒９６，９７外周面に嵌
着した第１、第２ベローズ状弾性体９８，９９が、また
第１、第２盲孔状凹部ｐ，ｑには第１、第２コイルスプ
リング１００，１０１がそれぞれ収められ、第１、第２
ベローズ状弾性体９８，９９および第１、第２コイルス
プリング１００，１０１の弾発力で第１、第２シールブ
ロック９２，９３を中空軸６４内周面に押圧する。

【００３０】また大径中実部６６において、第１コイル
スプリング１００および第２ベローズ状弾性体９９間な
らび第２コイルスプリング１０１および第１ベローズ状
弾性体９８間に、常時２つの通孔ｃに連通する第１、第
２凹状排出部１０２，１０３と、それら排出部１０２，
１０３から導入管８０と平行に延びて固定軸６５の中空
部ｒ内に開口する第１、第２排出孔１０４，１０５とが
形成されている。

【００３１】これら第１シールブロック９２と第２シー
ルブロック９３といったように、同種部材であって、
「第１」の文字を付されたものと「第２」の文字を付さ
れたものとは、固定軸６５の軸線に関して点対称の関係
にある。

【００３２】固定軸６５の中空部ｒ内および中空筒体７
２の外筒部７５内は第１の降温降圧蒸気の通路ｓであ
り、その通路ｓは、外筒部７５の周壁を貫通する複数の
通孔ｔを介して中継チャンバ２０に連通する。

【００３３】図２および図５に示すように、第１半体８
の主体１１外周部において、ロータチャンバ１４の短径
の両端部近傍に、半径方向に並ぶ複数の導入孔１０６よ
りなる第１、第２導入孔群１０７，１０８が形成され、
中継チャンバ２０内の第１の降温降圧蒸気がそれら導入
孔群１０７，１０８を経てロータチャンバ１４内に導入
される。また第２半体９の主体１１外周部において、ロ
ータチャンバ１４の長径の一端部と第２導入孔群１０８
との間に、半径方向および周方向に並ぶ複数の導出孔１
０９よりなる第１導出孔群１１０が形成され、また長径
の他端部と第１導入孔群１０７との間に、半径方向およ
び周方向に並ぶ複数の導出孔１０９よりなる第２導出孔
群１１１が形成される。これら第１、第２導出孔群１１
０，１１１からは、相隣る両ベーン４２間での膨脹によ
り、さらに温度および圧力が降下した第２の降温降圧蒸
気が外部に排出される。

【００３４】出力軸２３等は水により潤滑されるように
なっており、その潤滑水路は次のように構成される。即
ち、図２および図３に示すように第２半体９の中空軸受
筒２２に形成された給水孔１１２に給水管１１３が接続
される。給水孔１１２は、第２半体９側の軸受メタル２
５が臨むハウジング１１４に、またそのハウジング１１
４は出力軸２３の厚肉部分６２に形成された通水孔ｕ
に、さらにその通水孔ｕは中空軸６４の外周面母線方向
に延びる複数の通水溝ｖ（図１１も参照）に、さらにま
た各通水溝ｖは第２半体８側の軸受メタル２５が臨むハ
ウジング１１５にそれぞれ連通する。また出力軸２３の
厚肉部分６２内端面に、通水孔ｕと、中空軸６４および
固定軸６５の大径中実部６６間の摺動部分とを連通する
環状凹部ｗが設けられている。

【００３５】これにより、各軸受メタル２５および出力
軸２３間ならびに中空軸６４および固定軸６５間が水に
より潤滑され、また両軸受メタル２５および出力軸２３
間の間隙からロータチャンバ１４内に進入した水によっ
て、ケーシング７と、シール部材４４および各ローラ５
９との間の潤滑が行われる。

【００３６】図４において、ロータ３１の回転軸線Ｌに
関して点対称の関係にある第１および第７ベーンピスト
ンユニットＵ１，Ｕ７は同様の動作を行う。これは、点
対称の関係にある第２、第８ベーンピストンユニットＵ
２，Ｕ８等についても同じである。

【００３７】例えば、図１１も参照して、第１供給管９
４の軸線がロータチャンバ１４の短径位置Ｅよりも図４
において反時計方向側に僅かずれており、また第１ベー
ンピストンユニットＵ１が前記短径位置Ｅに在って、そ
の大径シリンダ孔ｆには高温高圧蒸気は供給されておら
ず、したがってピストン４１およびベーン４２は後退位
置に在るとする。

【００３８】この状態からロータ３１を僅かに、図４反
時計方向に回転させると、第１シールブロック９２の供
給口９０と通孔ｃとが連通して導入管８０からの高温高
圧蒸気が小径孔ｂを通じて大径シリンダ孔ｆに導入され
る。これによりピストン４１が前進し、その前進運動は
ベーン４２がロータチャンバ１４の長径位置Ｆ側へ摺動
することによって、ベーン４２を介して該ベーン４２と
一体のローラ５９と環状溝６０との係合によりロータ３
１の回転運動に変換される。通孔ｃが供給口９０からず
れると、高温高圧蒸気は大径シリンダ孔ｆ内で膨脹して
ピストン４１をなおも前進させ、これによりロータ３１
の回転が続行される。この高温高圧蒸気の膨脹は第１ベ
ーンピストンユニットＵ１がロータチャンバ１４の長径
位置Ｆに至ると終了する。その後は、ロータ３１の回転
に伴い大径シリンダ孔ｆ内の第１の降温降圧蒸気は、ベ
ーン４２によりピストン４１が後退させられることによ
って、小径孔ｂ、通孔ｃ、第１凹状排出部１０２、第１
排出孔１０４、通路ｓ（図３参照）および各通孔ｔを経
て中継チャンバ２０に排出され、次いで図２および図５
に示すように、第１導入孔群１０７を通じてロータチャ
ンバ１４内に導入され、相隣る両ベーン４２間でさらに
膨脹してロータ３１を回転させ、その後第２の降温降圧
蒸気が第１導出孔群１１０より外部に排出される。

【００３９】このように、高温高圧蒸気の膨脹によりピ
ストン４１を作動させてベーン４２を介しロータ３１を
回転させ、また高温高圧蒸気の圧力降下による降温降圧
蒸気の膨脹によりベーン４２を介しロータ３１を回転さ
せることによって出力軸２３より出力が得られる。

【００４０】尚、実施例以外にも、ピストン４１の前進
運動をロータ３１の回転運動に変換する構成として、ベ
ーン４２を介さず、ピストン４１の前進運動を直接ロー
ラ５９で受け、環状溝６０との係合で回転運動に変換す
ることもできる。またベーン４２もローラ５９と環状溝
６０との協働により、前述の如くロータチャンバ１４の
内周面４５および対向内端面４７から略一定間隔で常時
離間していればよく、ピストン４１とローラ５９、およ
びベーン４２とローラ５９との各々が格別に環状溝６０
と協働しても良い。

【００４１】前記膨脹器４を圧縮機として使用する場合
には、出力軸２３によりロータ３１を図４時計方向に回
転させて、ベーン４２により、流体としての外気を第
１、第２導出孔群１１０，１１１からロータチャンバ１
４内に吸込み、このようにして得られた低圧縮空気を第
１、第２導入孔群１０７，１０８から中継チャンバ２
０、各通孔ｔ、通路ｓ、第１、第２排出孔１０４，１０
５、第１、第２凹状排出部１０２，１０３、通孔ｃを経
て大径シリンダ孔ｆに供給し、またベーン４２によりピ
ストン４１を作動させて低圧空気を高圧空気に変換し、
その高圧空気を通孔ｃ、供給口９０，９１、および第
１、第２供給管９４，９５を経て導入管８０に導入する
ものである。

【００４２】さて、図１１〜図１４から明らかなよう
に、固定軸６５の内部に収納した第１、第２シールブロ
ック９２，９３の周囲に第１、第２ポート溝１２４，１
２５が刻設される。固定軸６５の外周面に刻設された前
記第１、第２ポート溝１２４，１２５は概略小判形であ
って、それぞれ第１、第２シールブロック９２，９３の
外周を囲むように配置されるとともに、その長軸側の両
端が第１、第２凹状排出部１０２，１０３に連通してい
る。

【００４３】従って、第１、第２シールブロック９２，
９３の第１、第２供給管９４，９５から供給された高温
高圧蒸気の一部が中空軸６４の通孔ｃを通過せずに中空
軸６４の内周面に沿って漏れた場合であっても、その漏
れた蒸気は該蒸気よりも低圧の第１、第２ポート溝１２
４，１２５に捕捉されて第１、第２凹状排出部１０２，
１０３に供給され、そこから第１、第２排出口１０４，
１０５を経てロータチャンバ１４に供給されてベーン４
２の駆動に供される。即ち、中空軸６４の通孔ｃを通過
せずにピストン４１の駆動に直接使用されなかった高温
高圧蒸気も、第１、第２ポート溝１２４，１２５に捕捉
されることによりベーン４２の駆動に使用されるため、
膨張器４全体としてのエネルギー効率の向上に寄与する
ことができる。

【００４４】また固定軸６５および中空軸６４の摺動面
に供給される潤滑水の圧力（図１３および図１４の矢印
Ｗ参照）は、第１、第２凹状排出部１０２，１０３から
中空軸６４の内周面に沿ってリークしようとする降温降
圧蒸気の圧力よりも高く設定されているため、前記降温
降圧蒸気が中空軸６４の内周面に沿ってリークすること
がなく、第１、第２排出孔１０４，１０５に導入されて
ベーン４２の駆動に有効に利用される。

【００４５】尚、上記実施例では回転式流体機械を膨張
器４として使用する場合について説明したが、回転式流
体機械を圧縮器として使用する場合にも前記第１、第２
ポート溝１２４，１２５は有効に機能する。即ち、出力
軸２３によりロータ３１を回転させてベーン４２により
外気を第１、第２導出孔群１１０，１１１からロータチ
ャンバ１４内に吸込んで圧縮し、このようにして得られ
た圧縮空気を第１、第２導入孔群１０７，１０８から中
継チャンバ２０、各通孔ｔ、通路ｓ、第１、第２排出孔
１０４，１０５、第１、第２凹状排出部１０２，１０
３、通孔ｃを経て大径シリンダ孔ｆに供給してピストン
４１で更に圧縮し、この圧縮空気を高圧蒸気用導入管８
０を介して取り出すことができる。

【００４６】このとき、中空軸６４の通孔ｃから該中空
軸６４の内周面に沿って漏れた圧縮空気は第１、第２ポ
ート溝１２４，１２５に捕捉されて第１、第２凹状排出
部１０２，１０３に戻されるので、その圧縮空気を通孔
ｃから大径シリンダ孔ｆに供給してピストン４１で再度
圧縮して圧縮器としての圧縮効率の低下を防止すること
ができる。

【００４７】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００４８】例えば、実施例では回転式流体機械として
膨張器４を例示したが、本発明は圧縮器に対しても適用
することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、ロータと一体に回転して第１通路あるいは第
２通路をシリンダに選択的に連通させる切換機構が固定
軸に相対回転可能かつ密封状態に嵌合しており、かつ固
定軸および切換機構の摺動面に第１通路の外周を囲むポ
ート溝を形成したので、第１通路から供給された高圧流
体が切換機構を経てシリンダに流入せずにリークした場
合、あるいはピストンで圧縮された高圧流体が第１通路
に供給されずにリークした場合でも、その高圧流体を前
記ポート溝で捕捉して外部への漏れを最小限に抑えるこ
とができ、したがって回転式流体機械を膨張器として使
用する場合には出力性能の向上を図り、回転式流体機械
を圧縮器として使用する場合には圧縮性能の向上を図る
ことができる。 また請求項２に記載された発明によれ
ば、第１通路を囲むポート溝を第２通路と連通させたの
で、リークによってピストンの駆動に使用されなかった
高圧流体、あるいはピストンによる圧縮後にリークして
しまった高圧流体がポート溝により回収され、第２通路
を経てベーンの駆動あるいはピストンによる圧縮に使用
されるため、回転式流体機械全体としてのエネルギー効
率の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の廃熱回収装置の概略図

【図２】図５の２−２線断面図に相当する膨張器の縦断
面図

【図３】図２の回転軸線周りの拡大断面図

【図４】図２の４−４線断面図

【図５】図２の５−５線断面図

【図６】ロータチャンバおよびロータの断面形状を示す
説明図

【図７】ベーン本体の正面図

【図８】ベーン本体の側面図

【図９】図７の９−９線断面図

【図１０】シール部材の正面図

【図１１】図４の回転軸線周りの拡大図

【図１２】図１１の１２−１２線矢視図

【図１３】図３の１３部拡大図

【図１４】図１３の固定軸を破断しない状態を示す図

【符号の説明】

４ 膨脹器 ７ ケーシング １４ ロータチャンバ ３１ ロータ ３９ 段付形シリンダ部材（シリンダ） ４１ ピストン ４２ ベーン ６４ 中空軸（切換機構） ６５ 固定軸 ９４ 第１供給管（第１通路） ９５ 第２供給管（第２通路） １０２ 第１凹状排出部（第２通路） １０３ 第２凹状排出部（第２通路） １２４ 第１ポート溝 １２５ 第２ポート溝 Ｌ 回転軸線 Ｕ１〜Ｕ１２ ベーンピストンユニット

フロントページの続き (72)発明者 本間 健介 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 松本 謙司 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA00 AA05 AB05 BB16 BB42 CC03 CC05 CC13 CC16 CC19 CC23 3H040 AA07 BB00 BB05 BB12 CC04 CC09 DD02 DD07 DD10 DD13 DD18 DD21 DD39 3H076 AA16 BB10 BB21 CC31 CC36 CC41 CC91

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータチャンバ（１４）を有するケーシ
   ング（７）と、そのロータチャンバ（１４）内に収容さ
   れたロータ（３１）と、前記ロータ（３１）に、その回
   転軸線（Ｌ）回りに放射状に配置されて放射方向に往復
   動自在である複数のベーンピストンユニット（Ｕ１〜Ｕ
   １２）とを備え、各ベーンピストンユニット（Ｕ１〜Ｕ
   １２）は、前記ロータチャンバ（１４）内を摺動するベ
   ーン（４２）と、そのベーン（４２）の非摺動側に当接
   するピストン（４１）とよりなり、膨脹器（４）として
   機能するときは、高圧流体の膨脹により前記ピストン
   （４１）を作動させて動力変換装置を介し前記ロータ
   （３１）を回転させると共に前記高圧流体の圧力降下に
   よる低圧流体の膨脹により前記ベーン（４２）を介し前
   記ロータ（３１）を回転させ、一方、圧縮機として機能
   するときは、前記ロータ（３１）の回転により前記ベー
   ン（４２）を介して低圧縮流体を前記ピストン（４１）
   側に供給し、また前記ベーン（４２）により前記ピスト
   ン（４１）を作動させて前記低圧縮流体を高圧縮流体に
   変換する膨脹機能および圧縮機能を持つ回転式流体機械
   において、 前記ロータ（３１）に形成したシリンダ（３９）に高圧
   流体を供給・排出する第１通路（９４，９５）と該シリ
   ンダ（３９）からロータチャンバ（１４）に低圧流体を
   供給・排出する第２通路（１０２，１０３）とをロータ
   （３１）を回転自在に支持する固定軸（６５）内に形成
   し、 ロータ（３１）と一体に回転して前記第１通路（９４，
   ９５）あるいは前記第２通路（１０２，１０３）をシリ
   ンダ（３９）に選択的に連通させる切換機構（６４）を
   前記固定軸（６５）に相対回転可能かつ密封状態に嵌合
   させ、 固定軸（６５）および切換機構（６４）の摺動面に前記
   第１通路（９４，９５）の外周を囲むポート溝（１２
   ４，１２５）を形成したことを特徴とする回転式流体機
   械。
2. 【請求項２】 前記ポート溝（１２４，１２５）を前記
   第２通路（１０２，１０３）と連通させたことを特徴と
   する、請求項１記載の回転式流体機械。