JP2001254664A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランキンサイクル装置の膨張器の効率を高
め、高温高圧蒸気のエネルギーを効率的に機械エネルギ
ーに変換する。 【解決手段】 内燃機関の排気ガスで水を加熱して発生
した高温高圧蒸気の圧力エネルギーを機械エネルギーに
変換し、その結果発生した降温降圧蒸気を復水して再度
前記廃熱で加熱するランキンサイクル装置に設けられ、
圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張器４は
第１、第２エネルギー変換手段からなる容積型のもので
あり、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャンバ
１４の内部に回転自在に収納されたロータ３１に放射状
に形成されたシリンダ３９と、このシリンダ３９内を摺
動するピストン４１とから構成され、前記第２エネルギ
ー変換手段は、ロータ３１から放射状に出没し、その外
周面がロータチャンバ１４の内周面に摺接するベーン４
２から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランキンサイクル
装置の膨脹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】特開昭５８−４８０７６号公報にはベー
ン型の膨張器を備えたランキンサイクル装置が記載され
ている。このものは、ガスバーナを熱源とする蒸発器で
発生した高温高圧蒸気のエネルギーをベーン型の膨張器
を介して機械エネルギーに変換し、その結果として発生
した降温降圧蒸気を凝縮器で復水した後に供給ポンプで
再度蒸発器に戻すようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記特開昭
５８−４８０７６号公報に開示されたものは、膨張器と
して単純なベーンモータを用いているため、蒸発器で発
生した高温高圧蒸気のエネルギーを膨張器で効率良く機
械エネルギーに変換することが難しいという問題があっ
た。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、ランキンサイクル装置の膨張器の効率を高め、高温
高圧蒸気のエネルギーを効率的に機械エネルギーに変換
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に記載された発明によれば、原動機の廃熱で水
を加熱して発生した高温高圧蒸気の圧力エネルギーを機
械エネルギーに変換し、その結果発生した降温降圧蒸気
を復水して再度前記廃熱で加熱するランキンサイクル装
置に設けられ、圧力エネルギーを機械エネルギーに変換
する容積型の膨張器よりなる回転式流体機械において、
前記膨張器は少なくとも第１エネルギー変換手段および
第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して機械エネルギー
に変換することにより、第１、第２エネルギー変換手段
がそれぞれ発生した機械エネルギーを統合して出力する
ことを特徴とする回転式流体機械が提案される。

【０００６】上記構成によれば、原動機の廃熱で水を加
熱して発生した高温高圧蒸気の圧力エネルギーを機械エ
ネルギーに変換し、その結果発生した降温降圧蒸気を液
化して再度前記廃熱で加熱するランキンサイクル装置に
おいて、圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する膨
張器を容積型のもので構成したので、タービンのような
非容積型の膨張器に比べて、低速から高速までの広い回
転数領域において高い効率でエネルギー回収を行い、ラ
ンキンサイクルによる熱エネルギーの回収効率を更に向
上させることが可能となり、しかも原動機の回転数の増
減に伴う廃熱のエネルギーの変化に対する追従性や応答
性にも優れている。更に前記容積型の膨張器は第１エネ
ルギー変換手段の出力および第２エネルギー変換手段の
出力を統合して出力するので、高温高圧蒸気の圧力エネ
ルギーを無駄なく機械エネルギーに変換できるだけでな
く、膨張器を小型軽量化してスペース効率の向上を図る
ことができる。

【０００７】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、前記第１エネルギー変換手段
は、ロータチャンバの内部に回転自在に収納されたロー
タに放射状に形成されたシリンダと、このシリンダ内を
摺動するピストンとから構成され、前記第２エネルギー
変換手段は、ロータから放射状に出没し、その外周面が
ロータチャンバの内周面に摺接するベーンから構成され
たことを特徴とする回転式流体機械が提案される。

【０００８】上記構成によれば、第１エネルギー変換手
段を、ロータチャンバの内部に回転自在に収容されたロ
ータに放射状に形成されたシリンダと、このシリンダ内
を摺動するピストンとから構成したので、高圧の蒸気の
シール性を高めてリークによる効率低下を最小限に抑え
ることができる。また第２エネルギー変換手段を、ロー
タに放射方向移動自在に支持されてロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成したので、圧力エネルギ
ーおよび機械エネルギーの変換機構の構造が簡単であ
り、コンパクトな構造でありながら大流量の蒸気を処理
できる。このように、ピストンおよびシリンダを持つ第
１エネルギー変換手段とベーンを持つ第２エネルギー変
換手段とを組み合わせたことにより、両者の特長を兼ね
備えた高性能な回転式流体機械を得ることができる。

【０００９】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項２の構成に加えて、ベーンおよびピストンに連動
するローラを設け、このローラをロータチャンバを区画
するケーシングに形成した非円形の環状溝に係合させる
ことにより、ピストンの往復運動とロータの回転運動と
を相互に変換すると共に、ベーンの外周面とロータチャ
ンバの内周面との間隙を規制することを特徴とする回転
式流体機械が提案される。

【００１０】上記構成によれば、ロータチャンバの内部
で回転する少なくともロータに対して放射方向に移動す
るベーンおよびピストンに連動するローラを設け、この
ローラをロータチャンバを区画するケーシングに形成し
た非円形の環状溝に係合させたので、ローラおよび環状
溝よりなる簡単な構造で、ピストンの往復運動をロータ
の回転運動に変換することができ、しかもローラの移動
軌跡を環状溝で案内することにより、ベーンの外周面と
ロータチャンバの内周面との間隙を規制して異常摩耗の
発生やリークの発生を防止することができる。

【００１１】また請求項４に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記第１、第２エネルギー変
換手段を備えたロータを回転自在に収納するロータチャ
ンバの中心側に高温高圧蒸気を配置し、前記ロータチャ
ンバの外周側に降温降圧蒸気を配置したことを特徴とす
る回転式流体機械が提案される。

【００１２】上記構成によれば、ロータを回転自在に収
納するロータチャンバの中心側および外周側にそれぞれ
高温高圧蒸気および降温降圧蒸気を配置したので、ロー
タチャンバの中心側からリークした高温高圧蒸気をロー
タチャンバの外周側の降温降圧蒸気で捕捉回収し、リー
クした前記高温高圧蒸気を無駄なく利用して回転式流体
機械全体の効率を高めることができる。しかもロータチ
ャンバの外周側に降温降圧蒸気を配置したので、ロータ
チャンバから外部への蒸気のリークを防止するためのシ
ールが容易になると共に、ロータチャンバから外部への
熱のリークを防止するための断熱が容易になる。

【００１３】また請求項５に記載された発明によれば、
請求項４の構成に加えて、前記第１エネルギー変換手段
は、ロータチャンバの内部に回転自在に収納されたロー
タに放射状に形成されたシリンダと、このシリンダ内を
摺動するピストンとから構成され、前記第２エネルギー
変換手段は、ロータから放射状に出没し、その外周面が
ロータチャンバの内周面に摺接するベーンから構成され
たことを特徴とする回転式流体機械が提案される。

【００１４】上記構成によれば、第１エネルギー変換手
段を、ロータチャンバの内部に回転自在に収容されたロ
ータに放射状に形成されたシリンダと、このシリンダ内
を摺動するピストンとから構成したので、高圧の蒸気の
シール性を高めてリークによる効率低下を最小限に抑え
ることができる。また第２エネルギー変換手段を、ロー
タに放射方向移動自在に支持されてロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成したので、圧力エネルギ
ーおよび機械エネルギーの変換機構の構造が簡単であ
り、コンパクトな構造でありながら大流量の蒸気を処理
できる。このように、ピストンおよびシリンダを持つ第
１エネルギー変換手段とベーンを持つ第２エネルギー変
換手段とを組み合わせたことにより、両者の特長を兼ね
備えた高性能な回転式流体機械を得ることができる。

【００１５】尚、実施例の内燃機関１は本発明の原動機
に対応し、また実施例のシリンダ部材３９は本発明のシ
リンダに対応する。

【００１６】

【発明の実施の形態】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】以上のように回転バルブＶを膨張器４の中
心に配置し、回転バルブＶの中心に配置した固定軸６５
の内部を通して供給した高温高圧蒸気をロータ３１の回
転に伴って各シリンダ部材３９に配分しているので、通
常のピストン機構に使用される吸排気バルブが不要にな
って構造が簡略化される。また回転バルブＶは固定軸６
５と中空軸６４とが周速が小さい小径部で相互に摺動す
るため、シール性および耐摩耗性を両立させることがで
きる。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】前記各種構成要素を用いて、図５から明ら
かなようにベーン式流体機械、例えばベーンポンプ、ベ
ーンモータ、送風機、ベーン圧縮機等を構成することが
可能である。即ち、そのベーン式流体機械は、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、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４２とを備え、ロータ３１の
回転軸線Ｌを含む仮想平面Ａにおけるロータチャンバ１
４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、各ベーン４２はベーン本体４３と、そ
のベーン本体４３に装着されてロータチャンバ１４にば
ね力、遠心力および蒸気力を以て押圧されるシール部材
４４とよりなり、そのシール部材４４は、ロータチャン
バ１４の半円形断面部Ｂ１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をそれぞれ摺動する一対の平行部５６とを有する。
この場合、各ベーン本体４３は、シール部材４４の両平
行部５６に対応する一対の平行部４８を有し、各ベーン
本体４３の先端面をロータチャンバ１４の内周面４５か
ら常時離間すべく、両平行部４８に設けられたローラ５
９を、ケーシング７の対向内端面４７に形成された両環
状溝６０にそれぞれ転動自在に係合させる。

【００４７】従って、ベーン本体４３とロータチャンバ
１４の内周面との間のシール作用は、シール部材４４自
体のばね力と、シール部材４４自体に作用する遠心力
と、高圧側のロータチャンバ１４からベーン本体４３の
Ｕ字溝５２に浸入した蒸気がシール部材４４を押し上げ
る蒸気圧とにより発生する。このように、前記シール作
用は、ロータ３１の回転数に応じてベーン本体４３に作
用する過度の遠心力の影響を受けないので、シール面圧
はベーン本体４３に加わる遠心力に依存せず、常に良好
なシール性と低フリクション性とを両立させることがで
きる。

【００４８】ところで特開昭５９−４１６０２号公報に
は二重マルチベーン型回転機械が記載されている。この
ものは、楕円形の外側カムリングと楕円形の内側カムリ
ングとの間に円形のベーン支持リングを配置し、このベ
ーン支持リングに半径方向に摺動自在に支持した複数の
ベーンの外端および内端を、それぞれ外側のカムリング
の内周面および内側のカムリングの外周面に当接させた
ものである。従って、外側カムリングおよび内側カムリ
ングに対してベーン支持リングが相対回転すると、外側
カムリングおよびベーン支持リング間でベーンにより区
画された複数の作動室の容積が拡大・縮小して膨張器あ
るいは圧縮器として機能し、また内側カムリングおよび
ベーン支持リング間でベーンにより区画された複数の作
動室の容積が拡大・縮小して膨張器あるいは圧縮器とし
て機能するようになっている。

【００４９】この二重マルチベーン型回転機械では、外
側および内側の回転機械をそれぞれ独立した膨張器とし
て使用したり、外側および内側の回転機械をそれぞれ独
立した圧縮器として使用したり、外側および内側の回転
機械の一方および他方をそれぞれ膨張器および圧縮器と
して使用したりすることができる。

【００５０】また特開昭６０−２０６９９０号公報には
膨張器あるいは圧縮器として使用可能なベーン型回転機
械が記載されている。このものは、同心に配置した円形
の外側カムリングと円形の内側カムリングとの間に円形
の中間シリンダを偏心させて配置し、この中間シリンダ
に半径方向に摺動自在に支持した複数のベーンの外端お
よび内端を、それぞれ外側のカムリングの内周面および
内側のカムリングの外周面に当接させたものである。従
って、外側カムリングおよび内側カムリングに対して中
間シリンダが相対回転すると、外側カムリングおよびベ
ーン支持リング間でベーンにより区画された複数の作動
室の容積が拡大・縮小して膨張器あるいは圧縮器として
機能し、また内側カムリングおよびベーン支持リング間
でベーンにより区画された複数の作動室の容積が拡大・
縮小して膨張器あるいは圧縮器として機能するようにな
っている。

【００５１】このベーン型回転機械では、外側および内
側の回転機械をそれぞれ独立した膨張器として使用した
り、外側および内側の回転機械をそれぞれ独立した圧縮
器として使用したりできるほか、外側および内側の回転
機械の一方を通過した作動流体を他方を通過させること
により、外側および内側の回転機械を直列に接続して２
段膨張器あるいは２段圧縮器として作動させることがで
きる。

【００５２】また特開昭５７−１６２９３号公報にはベ
ーン型のロータリコンプレッサが記載されている。この
ものは、非円形のカムリングの内部に円形のロータを回
転自在に配置し、このロータに放射状に支持した複数の
ベーンの先端がカムリングの内周面に沿って移動するよ
うに、各ベーンの中間に設けたローラをケーシングに設
けたローラ軌道に係合させてガイドするようになってい
る。

【００５３】また特開昭６４−２９６７６号公報にはラ
ジアルプランジャポンプが記載されている。このもの
は、円形のカムリングの内部に偏心して配置したロータ
に複数のシリンダを放射状に形成し、これらシリンダに
摺動自在に嵌合するプランジャの先端をカムリングに内
周面に当接させて往復動させることによりポンプとして
作動させるようになっている。

【００５４】ところで、前記特開昭５９−４１６０２号
公報、特開昭６０−２０６９９０号公報に開示されたも
のは半径方向の内外に配置された複数のベーン型回転機
械を備えているが、ベーン型回転機械は圧力エネルギー
および機械エネルギーの変換機構の構造が簡単であり、
コンパクトな構造でありながら大流量の作動流体を処理
できる反面、ベーンの摺動部からの作動流体のリーク量
が大きいために高効率化が難しいという問題がある。

【００５５】また前記特開昭６４−２９６７６号公報に
開示されたラジアルプランジャポンプは、シリンダに摺
動自在に嵌合するピストンで作動流体の圧縮を行うため
に作動流体のシール性が高く、高圧の作動流体を用いて
もリークによる効率低下を最小限に抑えることができる
反面、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクラン
ク機構やや斜板機構が必要になって構造が複雑化すると
いう問題がある。

【００５６】従って、回転式流体機械においてピストン
式のものが持つ利点とベーン式のものが持つ利点とを併
せ持たせることが望ましい。

【００５７】そこで、以上説明した膨張器４では、シリ
ンダ部材３９およびピストン４１から構成される第１エ
ネルギー変換手段と、ベーン４２から構成される第２エ
ネルギー変換手段とが共通のロータ３１に設けられてお
り、直列に接続された第１、第２エネルギー変換手段の
協働により高温高圧蒸気のエネルギーを機械エネルギー
として出力軸２３に取り出すようになっている。従っ
て、第１エネルギー変換手段が出力する機械エネルギー
と第２エネルギー変換手段が出力する機械エネルギーと
をロータ３１を介して自動的に統合することができ、ギ
ヤ等の動力伝達手段を有する特別のエネルギー統合手段
が不要となる。

【００５８】第１エネルギー変換手段は作動流体のシー
ルが容易でリークが発生し難いシリンダ３９およびピス
トン４１の組み合わせからなるため、高温高圧蒸気のシ
ール性を高めてリークによる効率低下を最小限に抑える
ことができる。一方、第２エネルギー変換手段はロータ
３１に放射方向移動自在に支持したベーン４２からなる
ため、ベーン４２に加わる蒸気圧が直接ロータ３１の回
転運動に変換され、往復運動を回転運動に変換するため
の特別の変換機構が不要になって構造が簡略化される。
しかも低圧で大流量の蒸気を効果的に機械エネルギーに
変換し得る第２エネルギー変換手段を第１エネルギー変
換手段の外周を囲むように配置したので、膨張器４全体
の寸法をコンパクト化することができる。

【００５９】シリンダ３９およびピストン４１よりなる
第１エネルギー変換手段は高温高圧蒸気を作動流体とし
た場合に圧力エネルギーおよび機械エネルギー間の変換
効率が高く、またベーン４２よりなる第２エネルギー変
換手段は比較的に低温低圧の蒸気を作動流体とした場合
でも圧力エネルギーおよび機械エネルギー間の変換効率
が高いという特性を有している。従って、第１、第２エ
ネルギー変換手段を直列に接続し、先ず高温高圧蒸気を
第１エネルギー変換手段を通過させて機械エネルギーに
変換し、その結果として圧力の低下した第１の降温降圧
蒸気を第２エネルギー変換手段を通過させて再度機械エ
ネルギーに変換することにより、当初の高温高圧蒸気に
含まれるエネルギーを余すところ無く有効に機械エネル
ギーに変換することができる。

【００６０】尚、本実施例の膨張器４を圧縮器として使
用する場合でも、外部からの機械エネルギーでロータ３
１を回転させてロータチャンバ１４に吸入した空気を、
比較的に低温低圧の作動流体でも有効に作動する第２エ
ネルギー変換手段で圧縮して昇温させ、その圧縮・昇温
した空気を、比較的に高温高圧の作動流体により有効に
作動する第１エネルギー変換手段で更に圧縮して昇温さ
せることにより、機械エネルギーを圧縮空気の圧力エネ
ルギー（熱エネルギー）に効率的に変換することができ
る。而して、シリンダ３９およびピストン４１よりなる
第１エネルギー変換手段とベーン４２よりなる第２エネ
ルギー変換手段とを組み合わせたことにより、両者の特
長を兼ね備えた高性能な回転式流体機械を得ることがで
きる。

【００６１】またロータ３１の回転軸線Ｌ（つまり出力
軸２３の回転軸線Ｌ）がロータチャンバ１４の中心に一
致しており、かつ図４および図５でロータ３１を上下左
右に９０°ずつ４分割したとき、回転軸線Ｌに対して点
対称な右上の四半部と左下の四半部とで圧力エネルギー
から機械エネルギーへの変換が行われるため、ロータ３
１に偏荷重が加わるのを防止して振動の発生を抑えるこ
とができる。即ち、作動流体の圧力エネルギーを機械エ
ネルギーに変換する部分、あるいは機械エネルギーを作
動流体の圧力エネルギーに変換する部分が、ロータ３１
の回転軸線Ｌを中心として１８０°ずれた２個所に配置
されるので、ロータ３１に加わる荷重が偶力となってス
ムーズな回転が可能になり、しかも吸気タイミングおよ
び排気タイミングの効率化を図ることができる。

【００６２】即ち、少なくとも第１エネルギー変換手段
および第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギー
を有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入
力して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する
ことにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ
発生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器とし
て機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械におい
て、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャンバの
内部に回転自在に収容されたロータに放射状に形成され
たシリンダと、このシリンダ内を摺動するピストンとか
ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータか
ら放射方向に出没し、その外周面がロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成されるようにする。

【００６３】上記第１の構成によれば、第１エネルギー
変換手段を、ロータチャンバの内部に回転自在に収容さ
れたロータに放射状に形成されたシリンダと、このシリ
ンダ内を摺動するピストンとから構成したので、高圧の
作動流体のシール性を高めてリークによる効率低下を最
小限に抑えることができる。また第２エネルギー変換手
段を、ロータに放射方向移動自在に支持されてロータチ
ャンバの内周面に摺接するベーンから構成したので、圧
力エネルギーおよび機械エネルギーの変換機構の構造が
簡単であり、コンパクトな構造でありながら大流量の作
動流体を処理できる。このように、ピストンおよびシリ
ンダを持つ第１エネルギー変換手段とベーンを持つ第２
エネルギー変換手段とを組み合わせたことにより、両者
の特長を兼ね備えた高性能な回転式流体機械を得ること
ができる。

【００６４】また上記第１の構成に加えて、前記第１エ
ネルギー変換手段は、ピストンの往復運動と回転軸の回
転運動とを相互に変換すると共に、前記第２エネルギー
変換手段は、ベーンの円周方向の移動と前記回転軸の回
転運動とを相互に変換するようにする。

【００６５】上記第２の構成によれば、第１エネルギー
変換手段はピストンの往復運動と回転軸の回転運動とを
相互に変換し、第２エネルギー変換手段はベーンの円周
方向の移動と前記回転軸の回転運動とを相互に変換する
ので、回転軸からの外力の入力により第１、第２エネル
ギー変換手段で流体を圧縮し、また高圧流体の供給によ
り第１、第２エネルギー変換手段で回転軸を駆動するこ
とができる。これにより第１、第２エネルギー変換手段
で機械エネルギーを統合して出力し、あるいは第１、第
２エネルギー変換手段で作動流体の圧力エネルギーを統
合して出力することができる。

【００６６】また上記第２の構成に加えて、前記回転軸
はロータを支持するようにする。

【００６７】上記第３の構成によれば、回転軸にロータ
を支持したので、ロータに設けたピストンおよびシリン
ダ、あるいはベーンにより発生した機械エネルギーを効
率的に回転軸に出力することができ、また回転軸に機械
エネルギーを入力するだけで、該回転軸に支持したロー
タに設けたピストンおよびシリンダ、あるいはベーンに
より作動流体を効率的に圧縮することができる。

【００６８】また上記第１の構成に加えて、て膨張器と
して機能するときは前記第１エネルギー変換手段を通過
した作動流体の全量が前記第２エネルギー変換手段を通
過し、圧縮器として機能するときは前記第２エネルギー
変換手段を通過した作動流体の全量が前記第１エネルギ
ー変換手段を通過するようにする。

【００６９】上記第４の構成によれば、第１、第２エネ
ルギー変換手段を直列に接続し、膨張器として機能する
ときは、先ず高圧の作動流体を第１エネルギー変換手段
を通過させて圧力エネルギーの一部を機械エネルギーに
変換し、その結果として圧力の低下した作動流体を更に
第２エネルギー変換手段を通過させて圧力エネルギーの
残部を機械エネルギーに変換することにより、作動流体
の圧力エネルギーを機械エネルギーに効率的に変換する
ことができる。逆に、圧縮器として機能するときは、機
械エネルギーで回転軸を回転させて作動流体を第２エネ
ルギー変換手段で圧縮し、その圧縮された作動流体を第
１エネルギー変換手段で更に圧縮することにより、機械
エネルギーを作動流体の圧力エネルギーに効率的に変換
することができる。

【００７０】また上記第１の構成に加えて、膨張器とし
て機能するときはロータの位相が１８０°ずれた２個所
で作動流体の圧力エネルギーを機械エネルギーに変換
し、圧縮器として機能するときはロータの位相が１８０
°ずれた２個所で機械エネルギーを作動流体の圧力エネ
ルギーに変換するようにする。

【００７１】上記第５の構成によれば、作動流体の圧力
エネルギーを機械エネルギーに変換する部分、あるいは
機械エネルギーを作動流体の圧力エネルギーに変換する
部分がロータの位相が１８０°ずれた２個所に配置され
るので、ロータに加わる荷重が偶力となって該ロータの
スムーズな回転が可能になり、しかも吸気タイミングお
よび排気タイミングの効率化を図ることができる。

【００７２】また前記特開昭５９−４１６０２号公報、
特開昭６０−２０６９９０号 公報に開示されたものは
高圧流体の圧力でベーンを円周方向に押圧してロータを
回転駆動し、あるいはロータを外力で回転駆動してベー
ンで流体を圧縮するようになっているが、ベーン以外に
ロータに放射状に設けたシリンダに摺動自在に嵌合する
ピストンを備え、ベーンと連動してシリンダ内を往復運
動するピストンで機械エネルギーと作動流体の圧力エネ
ルギーとの変換を行うものでは、ピストンの往復運動を
ロータの回転運動に変換する機構（例えば、クランク機
構や斜板機構）が必要になり、装置全体の構造が複雑に
なって大型化や大重量化の原因となる問題がある。

【００７３】また前記特開昭５７−１６２９３号公報に
開示されたものは各ベーンの中間に設けたローラをケー
シングに設けたローラ軌道に係合させてガイドするよう
になっているが、前記ベーンは円周方向の荷重を発生す
るだけで半径方向の荷重を発生するものではないため、
ローラおよびローラ軌道の係合は機械エネルギーと作動
流体の圧力エネルギーとの変換には寄与していない。

【００７４】また前記特開昭６４−２９６７６号公報に
開示されたものはラジアルプランジャポンプであり、円
形のカムリングの内部に偏心してロータが配置されてい
るために、回転軸に偏荷重が加わって振動が発生する要
因となる問題がある。

【００７５】従って、ロータに設けられて一体に移動す
るピストンおよびベーンを備えた回転式流体機械におい
て、機械エネルギーと作動流体の圧力エネルギーとの変
換を簡単な構造でスムーズに行うと共に、ベーンの外周
面とロータチャンバの内周面との間隙を的確に管理する
ことが望ましい。

【００７６】そこで、以上説明した膨張器４では、シリ
ンダ部材３９およびピストン４１から構成される第１エ
ネルギー変換手段と、ベーン４２から構成される第２エ
ネルギー変換手段とが共通のロータ３１に設けられてお
り、第１、第２エネルギー変換手段の協働により高温高
圧蒸気のエネルギーを機械エネルギーとして出力軸２３
に取り出すようになっている。シリンダ部材３９および
ピストン４１から構成される第１エネルギー変換手段
は、ピストン４１により放射方向に往復運動するベーン
ピストンユニットＵ１〜Ｕ１２に設けたローラ５９が、
第１、第２半体８，９に設けた略楕円形の環状溝６０に
転動可能に係合している。従って、ピストン４１の往復
運動、つまりベーンピストンユニットＵ１〜Ｕ１２の往
復運動はローラ５９および環状溝６０を介してロータ３
１の回転運動に変換される。このようにローラ５９およ
び環状溝６０を用いたことにより、往復運動を回転運動
に変換するための複雑で大型なクランク機構や斜板機構
が不要になり、膨張器４の構造を簡略化してコンパクト
化を図るとともに、フリクションによるエネルギー損失
を最小限に抑えることができる。

【００７７】またベーン４２から構成される第２エネル
ギー変換手段は、第１エネルギー変換手段で降温降圧し
た第１の降温降圧蒸気の圧力を受けてロータ３１を回転
させる極めてシンプルな構造でありながら、大流量の蒸
気を効率的に処理することができる。そして高温高圧蒸
気で作動する第１エネルギー変換手段が出力する機械エ
ネルギーと、第１の降温降圧蒸気で作動する第２エネル
ギー変換手段が出力する機械エネルギーとを統合して出
力することにより、当初の高温高圧蒸気のエネルギーを
余すところなく利用して膨張器４のエネルギー変換効率
を高めることができる。

【００７８】またベーンピストンユニットＵ１〜Ｕ１２
がロータ３１に対して放射方向に往復運動する際に、ベ
ーンピストンユニットＵ１〜Ｕ１２に設けたローラ５９
を環状溝６０で案内することにより、ベーン４２の外周
面とロータチャンバ１４の内周面との間の間隙を一定に
確保することが可能となる。しかもベーン本体４３とロ
ータチャンバ１４の内周面との間のシール作用は、シー
ル部材４４自体のばね力と、シール部材４４自体に作用
する遠心力と、高圧側のロータチャンバ１４からベーン
本体４３のＵ字溝５２に浸入した蒸気がシール部材４４
を押し上げる蒸気圧とにより発生するので、前記シール
作用はロータ３１の回転数に応じてベーン本体４３に作
用する過度の遠心力の影響を受けず、常に良好なシール
性と低フリクション性とを両立させることができ、ベー
ン４２およびロータチャンバ１４間のベーン本体４３の
遠心力による過剰な面圧による異常摩耗の発生やフリク
ションロスの発生を防止すると共に、ベーン４２および
ロータ室１４の間隙からの蒸気のリークの発生を最小限
に抑えることができる。

【００７９】またロータ３１の回転軸線Ｌ（つまり出力
軸２３の回転軸線Ｌ）がロータチャンバ１４の中心に一
致しており、かつ図４および図５でロータ３１を上下左
右に９０°ずつ４分割したとき、回転軸線Ｌに対して点
対称な右上の四半部と左下の四半部とで圧力エネルギー
から機械エネルギーへの変換が行われるため、ロータ３
１に偏荷重が加わるのを防止して振動の発生を抑えるこ
とができる。

【００８０】即ち、少なくとも第１エネルギー変換手段
および第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギー
を有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入
力して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する
ことにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ
発生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器とし
て機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械であっ
て、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャンバの
内部に回転自在に収容されたロータに放射状に形成され
たシリンダと、このシリンダ内を摺動するピストンとか
ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータか
ら放射方向に出没し、その外周面がロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成された回転式流体機械に
おいて、少なくともピストンに連動するローラを設け、
このローラをロータチャンバを区画するケーシングに形
成した非円形の環状溝に係合させることにより、ピスト
ンの往復運動とロータの回転運動とを相互に変換するよ
うにする。

【００８１】上記第６の構成によれば、ロータチャンバ
の内部で回転する少なくともロータに対して放射方向に
移動するピストンに連動するローラを設け、このローラ
をロータチャンバを区画するケーシングに形成した非円
形の環状溝に係合させたので、ローラおよび環状溝より
なる簡単な構造で、膨張器として機能する場合にはピス
トンの往復運動をロータの回転運動に変換することがで
き、圧縮器として機能する場合にはロータの回転運動を
ピストンの往復運動に変換することができる。

【００８２】また少なくとも第１エネルギー変換手段お
よび第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギーを
有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入力
して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換するこ
とにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発
生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器として
機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械であっ
て、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャンバの
内部に回転自在に収容されたロータに放射状に形成され
たシリンダと、このシリンダ内を摺動するピストンとか
ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータか
ら放射方向に出没し、その外周面がロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成された回転式流体機械に
おいて、少なくともベーンに連動するローラを設け、こ
のローラをロータチャンバを区画するケーシングに形成
した非円形の環状溝に係合させることにより、ベーンの
外周面とロータチャンバの内周面との間隙を規制するよ
うにする。

【００８３】上記第７の構成によれば、ロータチャンバ
の内部で回転する少なくともロータに対して放射方向に
移動するベーンに連動するローラを設け、このローラを
ロータチャンバを区画するケーシングに形成した非円形
の環状溝に係合させたので、ローラの移動軌跡を環状溝
で案内することにより、ベーンの外周面とロータチャン
バの内周面との間隙を規制して異常摩耗の発生やリーク
の発生を防止することができる。

【００８４】また、少なくとも第１エネルギー変換手段
および第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギー
を有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入
力して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する
ことにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ
発生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器とし
て機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械であっ
て、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャンバの
内部に回転自在に収容されたロータに放射状に形成され
たシリンダと、このシリンダ内を摺動するピストンとか
ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータか
ら放射方向に出没し、その外周面がロータチャンバの内
周面に摺接するベーンから構成された回転式流体機械に
おいて、ベーンおよびピストンに連動するローラを設
け、このローラをロータチャンバを区画するケーシング
に形成した非円形の環状溝に係合させることにより、ピ
ストンの往復運動とロータの回転運動とを相互に変換す
ると共に、ベーンの外周面とロータチャンバの内周面と
の間隙を規制するようにする。

【００８５】上記第８の構成によれば、ロータチャンバ
の内部で回転する少なくともロータに対して放射方向に
移動するベーンおよびピストンに連動するローラを設
け、このローラをロータチャンバを区画するケーシング
に形成した非円形の環状溝に係合させたので、ローラお
よび環状溝よりなる簡単な構造で、膨張器として機能す
る場合にはピストンの往復運動をロータの回転運動に変
換することができ、圧縮器として機能する場合にはロー
タの回転運動をピストンの往復運動に変換することがで
きる。しかもローラの移動軌跡を環状溝で案内すること
により、ベーンの外周面とロータチャンバの内周面との
間隙を規制して異常摩耗の発生やリークの発生を防止す
ることができる。

【００８６】また上記第６〜第８の何れかの構成に加え
て、ロータの回転軸をロータチャンバの中心に一致させ
る。

【００８７】上記第９の構成によれば、ロータの回転軸
がロータチャンバの中心に一致しているので、ロータに
偏荷重が加わるのを防止してロータの回転に伴う振動を
防止することができる。

【００８８】ところで、膨張器として機能するベーン型
回転機械に供給された高温高圧蒸気は、その圧力エネル
ギー（熱エネルギー）がベーンで機械エネルギーに変換
されるに伴って温度および圧力が低下する。一方、圧縮
器として機能するベーン型回転機械では、機械エネルギ
ーで駆動されるベーンで圧縮された作動流体の温度およ
び圧力が次第に増加する。

【００８９】従って、複数の回転機械を半径方向内外に
配置した場合に、内側の回転機械に低圧の作動流体が供
給され、外側の回転機械に高圧の作動流体が供給される
と、高圧の作動流体がケーシングの外部にリークし易い
ために作動流体の圧力が無駄に消費されてしまう問題が
ある。また複数の回転機械を半径方向内外に配置した場
合に、内側の回転機械に低温の作動流体が供給され、外
側の回転機械に高温の作動流体が供給されると、作動流
体の熱がケーシングの外部にリークし易いために熱効率
が低下してしまう問題がある。

【００９０】従って、少なくとも第１エネルギー変換手
段および第２エネルギー変換手段を半径方向内外に配置
した回転式流体機械において、作動流体の熱および圧力
のリークを最小限に抑えて回転式流体機械の効率を高め
ることが望ましい。

【００９１】そこで、以上説明した膨張器４では、シリ
ンダ部材３９およびピストン４１から構成される第１エ
ネルギー変換手段がロータチャンバ１４の中心側に配置
されており、ベーン４２から構成される第２エネルギー
変換手段が前記第１エネルギー変換手段を囲むように半
径方向外側に配置されている。従って、高温高圧蒸気が
先ず中心側の第１エネルギー変換手段（シリンダ部材３
９およびピストン４１）に供給され、そこで機械エネル
ギーに変換された後の第１の降温降圧蒸気が外周側の第
２エネルギー変換手段（ベーン４２）に供給されること
になる。このように、第１、第２エネルギー変換手段を
半径方向内外に配置した場合に、内側の第１エネルギー
変換手段に高温高圧蒸気を供給し、外側の第２エネルギ
ー変換手段に降温降圧蒸気を供給することにより、内側
の第１エネルギー変換手段からリークした高温高圧蒸気
の圧力や熱を外側の第２エネルギー変換手段で捕捉回収
し、リークした高温高圧蒸気を無駄なく利用して膨張器
４全体の効率を高めることができる。しかもロータチャ
ンバ１４の外周側に比較的に低圧かつ低温の第１の降温
降圧蒸気が供給される第２エネルギー変換手段を配置し
たので、ロータチャンバ１４から外部への作動流体のリ
ークを防止するためのシールが容易になるだけでなく、
ロータチャンバ１４から外部への熱のリークを防止する
ための断熱も容易になる。

【００９２】尚、本発明の回転式流体機械を圧縮器とし
て使用する場合には、外側の第２エネルギー変換手段で
あるベーン４２により第１段の圧縮を受けて圧縮された
圧縮空気は圧力および温度が上昇し、その圧縮空気は内
側の第１エネルギー変換手段であるシリンダ手段３９お
よびピストン４１で第２段の圧縮を受けて圧力および温
度が更に上昇する。従って、回転式流体機械を圧縮器と
して使用した場合にも、内側の第１エネルギー変換手段
からリークした高温高圧の圧縮空気の圧力や熱を外側の
第２エネルギー変換手段で捕捉回収して圧縮器全体の効
率を高めることができるだけでなく、ロータチャンバ１
４から外部への圧縮空気のリークを防止するためのシー
ルが容易になり、しかもロータチャンバ１４から外部へ
の熱のリークを防止するための断熱も容易になる。

【００９３】即ち、少なくとも第１エネルギー変換手段
および第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギー
を有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入
力して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する
ことにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ
発生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器とし
て機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械におい
て、前記第１、第２エネルギー変換手段を備えたロータ
を回転自在に収納するロータチャンバの中心側に高圧の
作動流体を配置し、前記ロータチャンバの外周側に低圧
の作動流体を配置するようにする。

【００９４】上記第１０の構成によれば、ロータを回転
自在に収納するロータチャンバの中心側および外周側に
それぞれ高圧の作動流体および低圧の作動流体を配置し
たので、ロータチャンバの中心側からリークした高圧の
作動流体をロータチャンバの外周側の低圧の作動流体で
捕捉回収し、リークした前記高圧の作動流体を無駄なく
利用して回転式流体機械全体の効率を高めることがで
き、しかもロータチャンバから外部への作動流体のリー
クを防止するためのシールが容易になる。

【００９５】また少なくとも第１エネルギー変換手段お
よび第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギーを
有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入力
して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換するこ
とにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発
生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器として
機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械におい
て、前記第１、第２エネルギー変換手段を備えたロータ
を回転自在に収納するロータチャンバの中心側に高温の
作動流体を配置し、前記ロータチャンバの外周側に低温
の作動流体を配置するようにする。

【００９６】上記第１１の構成によれば、ロータを回転
自在に収納するロータチャンバの中心側および外周側に
それぞれ高温の作動流体および低温の作動流体を配置し
たので、ロータチャンバの中心側からリークした高温の
作動流体をロータチャンバの外周側の低温の作動流体で
捕捉回収し、リークした前記高温の作動流体を無駄なく
利用して回転式流体機械全体の効率を高めることがで
き、しかもロータチャンバから外部への熱のリークを防
止するための断熱が容易になる。

【００９７】また少なくとも第１エネルギー変換手段お
よび第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギーを
有する作動流体を第１、第２エネルギー変換手段に入力
して前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換するこ
とにより、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発
生した機械エネルギーを統合して出力する膨張器として
機能することが可能であり、かつ機械エネルギーを第
１、第２エネルギー変換手段に入力して前記機械エネル
ギーを作動流体の圧力エネルギーに変換することによ
り、第１、第２エネルギー変換手段がそれぞれ発生した
作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮器と
して機能することが可能である回転式流体機械におい
て、前記第１、第２エネルギー変換手段を備えたロータ
を回転自在に収納するロータチャンバの中心側に高圧か
つ高温の作動流体を配置し、前記ロータチャンバの外周
側に低圧かつ低温の作動流体を配置するようにする。

【００９８】上記第１２の構成によれば、ロータを回転
自在に収納するロータチャンバの中心側および外周側に
それぞれ高圧かつ高温の作動流体および低圧かつ低温の
作動流体を配置したので、ロータチャンバの中心側から
リークした高圧かつ高温の作動流体をロータチャンバの
外周側の低圧かつ低温の作動流体で捕捉回収し、リーク
した前記高圧かつ高温の作動流体を無駄なく利用して回
転式流体機械全体の効率を高めることができる。しかも
ロータチャンバの外周側に低圧かつ低温の作動流体を配
置したので、ロータチャンバから外部への作動流体のリ
ークを防止するためのシールが容易になると共に、ロー
タチャンバから外部への熱のリークを防止するための断
熱が容易になる。

【００９９】また前記第１０〜第１２のいずれかの構成
に加えて、前記第１エネルギー変換手段は、ロータチャ
ンバの内部に回転自在に収容されたロータに放射状に形
成されたシリンダと、このシリンダ内を摺動するピスト
ンとから構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロ
ータから放射方向に出没し、その外周面がロータチャン
バの内周面に摺接するベーンから構成されるようにす
る。

【０１００】上記第１３の構成によれば、第１エネルギ
ー変換手段を、ロータチャンバの内部に回転自在に収容
されたロータに放射状に形成されたシリンダと、このシ
リンダ内を摺動するピストンとから構成したので、高圧
の作動流体のシール性を高めてリークによる効率低下を
最小限に抑えることができ、また第２エネルギー変換手
段を、ロータに放射方向移動自在に支持されてロータチ
ャンバの内周面に摺接するベーンから構成したので、圧
力エネルギーおよび機械エネルギーの変換機構の構造が
簡単であり、コンパクトな構造でありながら大流量の作
動流体を処理できる。このように、ピストンおよびシリ
ンダを持つ第１エネルギー変換手段とベーンを持つ第２
エネルギー変換手段とを組み合わせたことにより、両者
の特長を兼ね備えた高性能な回転式流体機械を得ること
ができる。

【０１０１】而して、本実施例では内燃機関１の排気ガ
スの熱エネルギーで水を加熱して高温高圧蒸気を発生す
る蒸発器３と、蒸発器３から供給された高温高圧蒸気を
一定トルクの軸出力に変換する膨張器４と、膨張器４が
排出した降温降圧蒸気を液化する凝縮器５と、凝縮器５
で液化された水を蒸発器３に供給する供給ポンプ６とか
ら構成されるランキンサイクルにおいて、その膨張器４
として容積型のものを採用している。この容積型の膨張
器４は、タービンのような非容積型の膨張器に比べて、
低速から高速までの広い回転数領域において高い効率で
エネルギー回収を行うことが可能であるばかりか、内燃
機関１の回転数の増減に伴う排気ガスの熱エネルギーの
変化（排気ガスの温度変化や流量変化）に対する追従性
や応答性にも優れている。しかも膨張器４を、シリンダ
部材３９およびピストン４１から構成される第１エネル
ギー変換手段と、ベーン４２から構成される第２エネル
ギー変換手段とを直列に接続して半径方向内外に配置し
た二重膨張型としたので、膨張器４を小型軽量化してス
ペース効率の向上を図りながらランキンサイクルによる
熱エネルギーの回収効率を更に向上させることができ
る。

【０１０２】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。

【０１０３】例えば、実施例の膨張器４では、先ず第１
エネルギー変換手段であるシリンダ部材３９およびピス
トン４１に高温高圧蒸気を供給した後に、それが降温降
圧した第１の降温降圧蒸気を第２エネルギー変換手段で
あるベーン４２に供給しているが、例えば、図２で示す
第１エネルギー変換手段からの第１の降温降圧蒸気を排
出する通孔ｔと、中継チャンバ２０とを連通または非連
通とし、更に中継チャンバ２０にシェル型部材１６を介
して第２エネルギー変換手段に独立して蒸気を個別に供
給可能とする手段を構成することにより、第１、第２エ
ネルギー変換手段にそれぞれ温度および圧力の異なる蒸
気を個別に供給しても良い。更に、第１、第２エネルギ
ー変換手段のそれぞれ温度および圧力の異なる蒸気を個
別に供給すると共に、第１エネルギー変換手段を通過し
て降温降圧した蒸気を更に第２エネルギー変換手段に供
給しても良い。

【０１０４】また実施例はベーンピストンユニットＵ１
〜Ｕ１２のベーン本体４３にローラ５９を設けている
が、ベーンピストンユニットＵ１〜Ｕ１２の他の部分、
例えばピストン４１にローラ５９を設けても良い。

【０１０５】

【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、原動機の廃熱で水を加熱して発生した高温高
圧蒸気の圧力エネルギーを機械エネルギーに変換し、そ
の結果発生した降温降圧蒸気を液化して再度前記廃熱で
加熱するランキンサイクル装置において、圧力エネルギ
ーを機械エネルギーに変換する膨張器を容積型のもので
構成したので、タービンのような非容積型の膨張器に比
べて、低速から高速までの広い回転数領域において高い
効率でエネルギー回収を行い、ランキンサイクルによる
熱エネルギーの回収効率を更に向上させることが可能と
なり、しかも原動機の回転数の増減に伴う廃熱のエネル
ギーの変化に対する追従性や応答性にも優れている。更
に前記容積型の膨張器は第１エネルギー変換手段の出力
および第２エネルギー変換手段の出力を統合して出力す
るので、高温高圧蒸気の圧力エネルギーを無駄なく機械
エネルギーに変換できるだけでなく、膨張器を小型軽量
化してスペース効率の向上を図ることができる。

【０１０６】また請求項２に記載された発明によれば、
第１エネルギー変換手段を、ロータチャンバの内部に回
転自在に収容されたロータに放射状に形成されたシリン
ダと、このシリンダ内を摺動するピストンとから構成し
たので、高圧の蒸気のシール性を高めてリークによる効
率低下を最小限に抑えることができる。また第２エネル
ギー変換手段を、ロータに放射方向移動自在に支持され
てロータチャンバの内周面に摺接するベーンから構成し
たので、圧力エネルギーおよび機械エネルギーの変換機
構の構造が簡単であり、コンパクトな構造でありながら
大流量の蒸気を処理できる。このように、ピストンおよ
びシリンダを持つ第１エネルギー変換手段とベーンを持
つ第２エネルギー変換手段とを組み合わせたことによ
り、両者の特長を兼ね備えた高性能な回転式流体機械を
得ることができる。

【０１０７】また請求項３に記載された発明によれば、
ロータチャンバの内部で回転する少なくともロータに対
して放射方向に移動するベーンおよびピストンに連動す
るローラを設け、このローラをロータチャンバを区画す
るケーシングに形成した非円形の環状溝に係合させたの
で、ローラおよび環状溝よりなる簡単な構造で、ピスト
ンの往復運動をロータの回転運動に変換することがで
き、しかもローラの移動軌跡を環状溝で案内することに
より、ベーンの外周面とロータチャンバの内周面との間
隙を規制して異常摩耗の発生やリークの発生を防止する
ことができる。

【０１０８】また請求項４に記載された発明によれば、
ロータを回転自在に収納するロータチャンバの中心側お
よび外周側にそれぞれ高温高圧蒸気および降温降圧蒸気
を配置したので、ロータチャンバの中心側からリークし
た高温高圧蒸気をロータチャンバの外周側の降温降圧蒸
気で捕捉回収し、リークした前記高温高圧蒸気を無駄な
く利用して回転式流体機械全体の効率を高めることがで
きる。しかもロータチャンバの外周側に降温降圧蒸気を
配置したので、ロータチャンバから外部への蒸気のリー
クを防止するためのシールが容易になると共に、ロータ
チャンバから外部への熱のリークを防止するための断熱
が容易になる。

【０１０９】また請求項５に記載された発明によれば、
第１エネルギー変換手段を、ロータチャンバの内部に回
転自在に収容されたロータに放射状に形成されたシリン
ダと、このシリンダ内を摺動するピストンとから構成し
たので、高圧の蒸気のシール性を高めてリークによる効
率低下を最小限に抑えることができる。また第２エネル
ギー変換手段を、ロータに放射方向移動自在に支持され
てロータチャンバの内周面に摺接するベーンから構成し
たので、圧力エネルギーおよび機械エネルギーの変換機
構の構造が簡単であり、コンパクトな構造でありながら
大流量の蒸気を処理できる。このように、ピストンおよ
びシリンダを持つ第１エネルギー変換手段とベーンを持
つ第２エネルギー変換手段とを組み合わせたことによ
り、両者の特長を兼ね備えた高性能な回転式流体機械を
得ることができる。

【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脹器の縦断
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】要部を拡大した図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

【符号の説明】

１ 内燃機関（原動機） ４ 膨脹器 ７ ケーシング １４ ロータチャンバ ３１ ロータ ３９ シリンダ部材（シリンダ） ４１ ピストン ４２ ベーン ５９ ローラ ６０ 環状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G081 BA06 BA20 BB00 BC07 BD00 3H084 AA00 AA02 AA29 AA46 AA60 BB00 BB16 BB26 CC00 CC02 CC12 CC21 CC38 CC56 CC57 CC59 CC62

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機（１）の廃熱で水を加熱して発生
   した高温高圧蒸気の圧力エネルギーを機械エネルギーに
   変換し、その結果発生した降温降圧蒸気を復水して再度
   前記廃熱で加熱するランキンサイクル装置に設けられ、
   圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する容積型の膨
   張器（４）よりなる回転式流体機械において、 前記膨張器（４）は少なくとも第１エネルギー変換手段
   および第２エネルギー変換手段を備え、圧力エネルギー
   を第１、第２エネルギー変換手段に入力して機械エネル
   ギーに変換することにより、第１、第２エネルギー変換
   手段がそれぞれ発生した機械エネルギーを統合して出力
   することを特徴とする回転式流体機械。
2. 【請求項２】 前記第１エネルギー変換手段は、ロータ
   チャンバ（１４）の内部に回転自在に収納されたロータ
   （３１）に放射状に形成されたシリンダ（３９）と、こ
   のシリンダ（３９）内を摺動するピストン（４１）とか
   ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータ
   （３１）から放射状に出没し、その外周面がロータチャ
   ンバ（１４）の内周面に摺接するベーン（４２）から構
   成されたことを特徴とする、請求項１に記載の回転式流
   体機械。
3. 【請求項３】 ベーン（４２）およびピストン（４１）
   に連動するローラ（５９）を設け、このローラ（５９）
   をロータチャンバ（１４）を区画するケーシング（７）
   に形成した非円形の環状溝（６０）に係合させることに
   より、ピストン（４１）の往復運動とロータ（３１）の
   回転運動とを相互に変換すると共に、ベーン（４２）の
   外周面とロータチャンバ（１４）の内周面との間隙を規
   制することを特徴とする、請求項２に記載の回転式流体
   機械。
4. 【請求項４】 前記第１、第２エネルギー変換手段を備
   えたロータ（３１）を回転自在に収納するロータチャン
   バ（１４）の中心側に高温高圧蒸気を配置し、前記ロー
   タチャンバ（１４）の外周側に降温降圧蒸気を配置した
   ことを特徴とする、請求項１に記載の回転式流体機械。
5. 【請求項５】 前記第１エネルギー変換手段は、ロータ
   チャンバ（１４）の内部に回転自在に収納されたロータ
   （３１）に放射状に形成されたシリンダ（３９）と、こ
   のシリンダ（３９）内を摺動するピストン（４１）とか
   ら構成され、前記第２エネルギー変換手段は、ロータ
   （３１）から放射状に出没し、その外周面がロータチャ
   ンバ（１４）の内周面に摺接するベーン（４２）から構
   成されたことを特徴とする、請求項４に記載の回転式流
   体機械。