JP2002070501A - 回転流体機械 - Google Patents

回転流体機械

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勤 高橋
Kensuke Honma
健介 本間
Naoki Ito
直紀 伊藤
Tsuneo Endo
恒雄 遠藤
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転流体機械において、ロータの精度の向
上、耐久性の向上、熱効率の向上およびコストの削減を
図る。 【解決手段】 ロータ２７に設けたシリンダ３３に嵌合
して往復動するピストン３７と、ロータ２７に設けたベ
ーン溝４３に嵌合して往復動するベーン４４とを備えた
回転流体機械において、ロータ２７は回転軸２１に支持
されてシリンダ３３を収納するロータコア３１と、円周
方向に分割されてロータコア３１の外周を囲むように固
定された１２個のロータセグメント３２とから構成さ
れ、隣接するロータセグメント３２間にベーン溝４３が
形成される。これにより、特別に精密な加工を必要とす
ることなくベーン溝４３の寸法精度を高めることがで
き、しかも比較的に高温のロータコア３１から比較的に
低温のロータセグメント３２への熱伝導を遮断し、ロー
タ２７外部への熱の放散を抑制して熱効率を高めること
が可能となるだけでなく、ロータ２７各部の熱変形を緩
和することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膨脹器あるいは圧
縮器として使用可能な回転流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５９−４１６０２号公報には二重
マルチベーン式回転流体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
された複数のベーン室の容積が拡大・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ベ
ーン室の容積が拡大・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。
【０００３】この二重マルチベーン式回転流体機械で
は、外側および内側の回転流体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流体機
械をそれぞれ独立した圧縮器として使用したり、外側お
よび内側の回転流体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。
【０００４】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式回転流
体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
よび中間シリンダ間でベーンにより区画された複数のベ
ーン室の容積が拡大・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中間シリンダ間
でベーンにより区画された複数のベーン室の容積が拡大
・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。
【０００５】このベーン式回転流体機械では、外側およ
び内側の回転流体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流体機械をそれぞれ
独立した圧縮器として使用したりできるほか、外側およ
び内側の回転流体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流体機
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のベー
ン式回転流体機械は、シリンダおよびベーンを支持する
ロータが一部材で構成されているためにベーン溝の加工
精度を高めることが困難であり、ベーン溝およびベーン
間のクリアランスが不均一になって耐摩耗性が低下した
りシール性が低下したりする可能性があった。またシリ
ンダを収納するロータの中心部は高温になるが、ロータ
が一部材で構成されているので中心部の熱がベーンを収
納する外周部に伝達し易くなり、熱変形によって上記不
具合が一層増長するだけでなく、ロータの中心部の熱が
外部に逃げ易くなって熱効率が低下するという問題があ
った。しかもロータが一部材で構成されているので、そ
の一部に不具合がある場合でもロータ全体を交換する必
要があり、コストの面で不利であった。
【０００７】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、シリンダおよびベーンを支持するロータを備えた回
転流体機械において、ロータの精度の向上、耐久性の向
上、熱効率の向上およびコストの削減を図ることを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前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、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
内に回転自在に収納されたロータに放射状に支持された
シリンダと、このシリンダに摺動自在に支持されたピス
トンとを備え、前記第２エネルギー変換手段はロータに
放射状に形成されたベーン溝と、このベーン溝に摺動自
在に支持されて外周面がロータチャンバの内周面に摺接
するベーンと備えたものにおいて、前記ロータは回転軸
に支持されてシリンダを収納するロータコアと、円周方
向に分割されてロータコアの外周を囲むように固定され
たロータセグメントとから構成され、隣接するロータセ
グメント間にベーンを摺動自在に支持するベーン溝を形
成したことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【０００９】上記構成によれば、回転流体機械のロータ
を、回転軸に支持されてシリンダを収納するロータコア
と、円周方向に分割されてロータコアの外周を囲むよう
に固定されたロータセグメントとから構成したので、最
後に組み付けるロータセグメントの寸法調整によって他
の全てのロータセグメントの組み付けによる集積誤差を
補償することができ、特別に精密な加工を必要とするこ
となく、隣接するロータセグメント間に形成されるベー
ン溝の寸法精度を高めることができる。
【００１０】また半径方向内側に位置するロータコアと
半径方向外側に位置するロータセグメントとを別部材で
構成したので、比較的に高温のロータコアから比較的に
低温のロータセグメントへの熱伝導を遮断し、ロータ外
部への熱の放散を抑制して熱効率を高めることが可能と
なるだけでなく、ロータ各部の熱変形を緩和することが
できる。
【００１１】またロータコアおよびロータセグメントの
各々の機能に見合った材質や加工方法を選択できるので
設計自由度や加工方法の自由度が増加し、各部の摺動面
の摩擦軽減、耐久性の向上、シール性の向上を図ること
ができる。
【００１２】またロータの一部に不具合が生じた場合で
も、ロータ全体を交換あるいは廃棄することなく、その
一部を交換するだけで補修することができるのでコスト
の削減に寄与することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１〜図１２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４の２−２線断面図に相当する膨脹器の縦
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は図４の一部拡大図、図７は図３の７−７線拡
大断面図、図８はロータチャンバおよびロータの断面形
状を示す模式図、図９はロータの分解斜視図、図１０は
ロータセグメントの分解斜視図、図１１はベーンの分解
斜視図、図１２は回転バルブの分解斜視図である。
【００１４】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）を気化させた高温高圧
状態の蒸気を発生する蒸発器３と、その蒸気の膨脹によ
って出力を発生する膨脹器４と、その膨脹器４において
圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して温度および
圧力が降下した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）を加圧して再度蒸発器３に供給す
る供給ポンプ６とを有する。
【００１５】先ず、膨脹器４の全体的な構造を図２〜図
６に基づいて説明する。
【００１６】膨脹器４のケーシング１１は金属製の第
１、第２ケーシング半体１２，１３より構成される。第
１、第２ケーシング半体１２，１３は、協働してロータ
チャンバ１４を構成する本体部１２ａ，１３ａと、それ
ら本体部１２ａ，１３ａの外周に一体に連なる円形フラ
ンジ１２ｂ，１３ｂとよりなり、両円形フランジ１２
ｂ，１３ｂが金属ガスケット１５を介して結合される。
第１ケーシング半体１２の外面は深い鉢形をなす中継チ
ャンバ外壁１６により覆われており、その外周に一体に
連なる円形フランジ１６ａが第１ケーシング半体１２の
円形フランジ１２ｂの左側面に重ね合わされる。第２ケ
ーシング半体１３の外面は、膨脹器４の出力を外部に伝
達するマグネットカップリング（図示せず）を収納する
排気チャンバ外壁１７により覆われており、その外周に
一体に連なる円形フランジ１７ａが第２ケーシング半体
１３の円形フランジ１３ｂの右側面に重ね合わされる。
そして前記４個の円形フランジ１２ａ，１３ａ，１６
ａ，１７ａは、円周方向に配置された複数本のボルト１
８…で共締めされる。中継チャンバ外壁１６および第１
ケーシング半体１２間に中継チャンバ１９が区画され、
排気チャンバ外壁１７および第２ケーシング半体１３間
に排気チャンバ２０が区画される。排気チャンバ外壁１
７には，膨脹器４で仕事を終えた降温降圧蒸気を凝縮器
５に導く排出口１７ｂが設けられる。
【００１７】両ケーシング半体１２，１３の本体部１２
ａ，１３ａは外方へ突出する中空軸受筒１２ｃ，１３ｃ
を有しており、それら中空軸受筒１２ｃ，１３ｃに、中
空部２１ａを有する回転軸２１が一対の軸受部材２２，
２３を介して回転可能に支持される。これにより、回転
軸２１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。また回転軸２１の右
端の小径部２１ｂは、第２ケーシング半体１３の中空軸
受筒１３ｃを貫通して排気チャンバ２０の内部に延び、
そこにマグネットカップリングのロータボス２４がスプ
ライン結合される。回転軸２１の右端の小径部２１ｂの
外周と第２ケーシング半体１３の中空軸受筒１３ｃの内
周との間はシール部材２５でシールされており、そのシ
ール部材２５は中空軸受筒１３ｃ内周に螺合するナット
２６により固定される。
【００１８】図４および図８から明らかなように、疑似
楕円状を成すロータチャンバ１４の内部に、円形を成す
ロータ２７が回転自在に収納される。ロータ２７は回転
軸２１の外周に嵌合してピン２８で一体に結合されてお
り、回転軸２１の軸線Ｌに対してロータ２７の軸線およ
びロータチャンバ１４の軸線は一致している。軸線Ｌ方
向に見たロータチャンバ１４の形状は４つの頂点を丸め
た菱形に類似した疑似楕円状であり、その長径ＤＬと短
径ＤＳとを備える。軸線Ｌ方向に見たロータ２７の形状
は真円であり、ロータチャンバ１４の短径ＤＳよりも僅
かに小さい直径ＤＲを備える。
【００１９】軸線Ｌと直交する方向に見たロータチャン
バ１４およびロータ２７の断面形状は何れも陸上競技の
トラック状を成している。即ち、ロータチャンバ１４の
断面形状は、距離ｄを存して平行に延びる一対の平坦面
１４ａ，１４ａと、これら平坦面１４ａ，１４ａの外周
を滑らかに接続する中心角１８０°の円弧面１４ｂとか
ら構成され、同様にロータ２７の断面形状は、距離ｄを
存して平行に延びる一対の平坦面２７ａ，２７ａと、こ
れら平坦面２７ａ，２７ａの外周を滑らかに接続する中
心角１８０°の円弧面２７ｂとから構成される。従っ
て、ロータチャンバ１４の平坦面１４ａ，１４ａとロー
タ２７の平坦面２７ａ，２７ａとは相互に接触し、ロー
タチャンバ１４内周面とロータ２７外周面との間には三
日月形を成す一対の空間（図４参照）が形成される。
【００２０】次に、図３、図６、図９および図１０を参
照してロータ２７の構造を詳細に説明する。
【００２１】ロータ２７は回転軸２１の外周に固定され
るロータコア３１と、ロータコア３１の周囲を覆うよう
に固定されてロータ２７の外郭を構成する１２個のロー
タセグメント３２…とから構成される。ロータコア３１
は円板状の本体部３１ａと、本体部３１ａの中心部から
軸方向両側に突出するギヤ状のボス部３１ｂ，３１ｂと
を備える。本体部３１ａにセラミック（またはカーボ
ン）製の１２本のシリンダ３３…が３０°間隔で放射状
に装着されてキャップ３４…およびキー３５…で抜け止
めされる。各々のシリンダ３３の内端には小径部３３ａ
が突設されており、小径部３３ａの基端はＯリング３６
を介してロータコア３１の本体部３１ａとの間をシール
される。小径部３３ａの先端は中空の回転軸２１の外周
面に嵌合しており、シリンダボア３３ｂは小径部３３ａ
および回転軸２１を貫通する１２個の第３蒸気通路Ｓ３
…を介して該回転軸２１の中空部２１ａに連通する。各
々のシリンダ３３の内部にはセラミック製のピストン３
７が摺動自在に嵌合する。ピストン３７が最も半径方向
内側に移動するとシリンダボア３３ｂの内部に完全に退
没し、最も半径方向外側に移動すると全長の約半分がシ
リンダボア３３ｂの外部に突出する。
【００２２】各々のロータセグメント３２は５個の部品
を結合して構成される。５個の部品は、中空部３８ａ，
３８ａを有する一対のブロック部材３８，３８と、Ｕ字
状の板体よりなる一対の側板３９，３９と、矩形状の板
体よりなる底板４０とであり、それらはロー付けにより
一体化される。
【００２３】各々のブロック部材３８の外周面、つまり
ロータチャンバ１４の一対の平坦面１４ａ，１４ａに対
向する面には軸線Ｌを中心として円弧状に延びる２本の
リセス３８ｂ，３８ｃが形成されており、このリセス３
８ｂ，３８ｃの中央に潤滑水噴出口３８ｄ，３８ｅが開
口する。またブロック部材３８の側板３９との結合面に
は、第２０水通路Ｗ２０および第２１水通路Ｗ２１が凹
設される。
【００２４】底板４０の中央には１２個のオリフィスを
有するオリフィス形成部材４１が嵌合しており、オリフ
ィス形成部材４１を囲むように底板４０に装着されたＯ
リング４２は、ロータコア３１の本体部３１ａの外周面
との間をシールする。ブロック部材３８に結合される底
板４０の表面には、オリフィス形成部材４１から放射方
向に延びる各２本の第１４〜第１９水通路Ｗ１４〜Ｗ１
９が凹設されており、それら第１４〜第１９水通路Ｗ１
４〜Ｗ１９は側板３９との結合面に向けて延びている。
【００２５】各々の側板３９のブロック部材３８，３８
および底板４０への結合面には第２２〜第２７水通路Ｗ
２２〜Ｗ２７が凹設される。底板４０の外側の第１４水
通路Ｗ１４、第１５水通路Ｗ１５、第１８水通路Ｗ１８
および第１９水通路Ｗ１９は、側板３９の第２２水通路
Ｗ２２、第２３水通路Ｗ２３、第２６水通路Ｗ２６およ
び第２７水通路Ｗ２７に連通し、底板４０の内側の第１
６水通路Ｗ１６および第１７水通路Ｗ１７は、ブロック
部材３８の第２０水通路Ｗ２０および第２１水通路Ｗ２
１を介して側板３９の第２４水通路Ｗ２４および第２５
水通路Ｗ２５に連通する。側板３９の第２２水通路Ｗ２
２、第２５水通路Ｗ２５、第２６水通路Ｗ２６および第
２７水通路Ｗ２７の外端は側板３９の外面に４個の潤滑
水噴出口３９ａ…として開口する。また側板３９の第２
３水通路Ｗ２３および第２４水通路Ｗ２４の外端は、ブ
ロック部材３８，３８の内部に形成した第２８水通路Ｗ
２８および第２９水通路Ｗ２９を介してリセス３８ｂ，
３８ｃ内の潤滑水噴出口３８ｄ，３８ｅにそれぞれ連通
する。半径方向外側に移動したピストン３７との干渉を
回避すべく、側板３９の外面には部分円弧状の断面を有
する切欠３９ｂが形成される。尚、第２０水通路Ｗ２０
および第２１水通路Ｗ２１を側板３９ではなくブロック
部材３８に形成した理由は、前記切欠３９ｂによって側
板３９が薄肉になり、第２０水通路Ｗ２０および第２１
水通路Ｗ２１を形成する肉厚を確保できないからであ
る。
【００２６】図２、図５、図９および図１１に示すよう
に、ロータ２７の隣接するロータセグメント３２…間に
放射方向に延びる１２個のベーン溝４３…が形成されて
おり、これらベーン溝４３…に板状のベーン４４…がそ
れぞれ摺動自在に嵌合する。各々のベーン４４はロータ
チャンバ１４の平行面１４ａ，１４ａに沿う平行面４４
ａ，４４ａと、ロータチャンバ１４の円弧面１４ｂに沿
う円弧面４４ｂと、両平行面４４ａ，４４ａ間に位置す
る切欠４４ｃとを備えて概略Ｕ字状に形成されており、
両平行面４４ａ，４４ａから突出する一対の支軸４４
ｄ，４４ｄにローラベアリング構造のローラ４５，４５
が回転自在に支持される。
【００２７】ベーン４４の円弧面４４ｂにはＵ字状に形
成された合成樹脂製のシール部材４６が保持されてお
り、このシール部材４６の先端はベーン４４の円弧面４
４ｂから僅かに突出してロータチャンバ１４の円弧面１
４ｂに摺接する。ベーン４４の平行部４４ａ，４４ａに
は合成樹脂製の摺動部材４７，４７が固定されており、
これら摺動部材４７，４７はロータチャンバ１４の平行
面１４ａ，１４ａに摺接する。またベーン４４の切欠４
４ｃの両側には合成樹脂製の摺動部材４８，４８が固定
されており、これら摺動部材４８，４８はロータコア３
１の本体部３１ａに摺接する。ベーン４４の両側面には
各々２個のリセス４４ｅ，４４ｅが形成されており、こ
れらリセス４４ｅ，４４ｅは、ロータセグメント３２の
各々の側板３９，３９の外面に開口する４個の潤滑水噴
出口３９ａ…の半径方向内側の２個に対向する。ベーン
４４の切欠４４ｃの中央に半径方向内向きに突設した突
起４４ｆが、ピストン３７の半径方向外端に当接する。
ベーン４４の内部には半径方向に延びる水排出通路４４
ｇが形成されており、その半径方向内端は前記突起４４
ｆの先端に開口し、その半径方向外端はベーン４４の一
方の側面に開口する。水排出通路４４ｇがベーン４４の
一方の側面に開口する位置は、ベーン４４が最も半径方
向外側に突出したときに、ロータ２７の円弧面２７ｂよ
りも半径方向外側に臨んでいる。
【００２８】第１、第２ケーシング半体１２，１３によ
り区画されるロータチャンバ１４の平坦面１４ａ，１４
ａには、４つの頂点を丸めた菱形に類似した疑似楕円状
の環状溝４９，４９が凹設されており、両環状溝４９，
４９に各々のベーン４４の一対のローラ４５，４５が転
動自在に係合する。これら環状溝４９，４９およびロー
タチャンバ１４の円弧面１４ｂ間の距離は全周に亘り一
定である。従って、ロータ２７が回転するとローラ４
５，４５を環状溝４９，４９に案内されたベーン４４が
ベーン溝４３内を半径方向に往復動し、ベーン４４の円
弧面４４ｂに装着したシール部材４６が一定量だけ圧縮
された状態でロータチャンバ１４の円弧面１４ｂに沿っ
て摺動する。これにより、ロータチャンバ１４およびベ
ーン４４…が直接固体接触するのを防止し、摺動抵抗の
増加や摩耗の発生を防止しながら、隣接するベーン４４
…間に区画されるベーン室５０…を確実にシールするこ
とができる。
【００２９】ロータチャンバ１４の平坦面１４ａ，１４
ａには、前記環状溝４９，４９の外側を囲むように一対
の円形シール溝５１，５１が形成される。各々の円形シ
ール溝５１には２個のＯリング５２，５３を備えた一対
のリングシール５４が摺動自在に各々嵌合しており、そ
のシール面は各々のロータセグメント３２に形成したリ
セス３８ｂ，３８ｃに対向している。一対のリングシー
ル５４，５４は、それぞれノックピン５５，５５で第
１、第２ケーシング半体１２，１３に対して回り止めさ
れる。
【００３０】ロータ２７の組み立ては次のようにして行
なわれる。図９において、予めシリンダ３３…、キャッ
プ３４…およびキー３５…を組み付けたロータコア３１
の外周に１２個のロータセグメント３２…を嵌合させ、
隣接するロータセグメント３２…間に形成された１２個
のベーン溝４３…にベーン４４…を嵌合させる。このと
き、ベーン４４…およびロータセグメント３２…の側板
３９…間に所定のクリアランスを形成すべく、ベーン４
４…の両面に所定厚さのシムを介在させておく。この状
態で、治具を用いてロータセグメント３２…およびベー
ン４４…をロータコア３１に向けて半径方向内向きに締
めつけ、ロータコア３１に対してロータセグメント３２
…を精密に位置決めした後、各々のロータセグメント３
２…を仮止めボルト５８…（図２参照）でロータコア３
１に仮り止めする。続いてロータ２７を治具から取り外
し、各々のロータセグメント３２にロータコア３１を貫
通するピン孔５６，５６を共加工し、それらピン孔５
６，５６にノックピン５７，５７を圧入してロータコア
３１にロータセグメント３２…を結合する。
【００３１】図３、図７および図１２から明らかなよう
に、回転軸２１の外周面を支持する一対の軸受部材２
２，２３はロータ２７側に向かって拡径するようにテー
パした内周面を備えており、その軸方向外端部が第１、
第２ケーシング半体１２，１３の中空軸受筒１２ｃ，１
３ｃに凹凸係合して回り止めされる。尚、回転軸２１に
対するロータ２７の組み付けを可能にすべく、左側の中
空軸受筒１２ｃに支持される回転軸２１の左端外周部は
別部材２１ｃで構成されている。
【００３２】中継チャンバ外壁１６の中心に開口１６ｂ
が形成されており、軸線Ｌ上に配置されたバルブハウジ
ング６１のボス部６１ａが前記開口１６ｂの内面に複数
のボルト６２…で固定され、かつナット６３で第１ケー
シング半体１２に固定される。回転軸２１の中空部２１
ａには円筒状の第１固定軸６４が相対回転自在に嵌合し
ており、この第１固定軸６４の右端内周に第２固軸６５
が同軸に嵌合する。第１固定軸６４から突出する第２固
定軸６５の右端外周部と回転軸２１の中空部２１ａとの
間がＯリング６６によりシールされる。第１固定軸６４
の内部に延びるバルブハウジング６１はフランジ６１ｂ
を備えており、このフランジ６１ｂの右側にＯリング６
７、第１固定軸６４の厚肉部６４ａ、Ｏリング６８、ワ
ッシャ６９、ナット７０および前記第２固定軸６５が順
次嵌合する。バルブハウジング６１に対してナット７０
および第２固定軸６５はネジ結合されており、従って第
１固定軸６４の厚肉部６４ａはバルブハウジング６１の
フランジ６１ｂとワッシャ６９との間に一対のＯリング
６６，６７を介して位置決めされる。
【００３３】第１ケーシング半体１２の中空軸受筒１２
ｃの内周にＯリング７１を介して支持された第１固定軸
６４の左端は、リング状のオルダム継ぎ手７２によって
バルブハウジング６１のボス部６１ａに連結されてお
り、このオルダム継ぎ手７２で第１固定軸６４の半径方
向の振れを許容することにより、第１固定軸６４の外周
に回転軸２１を介して支持したロータ２７の振れを許容
することができる。また第１固定軸６４の左端に緩く嵌
合する回り止め部材７３の腕部７３ａ，７３ａをボルト
７４，７４で第１ケーシング半体１２に固定することに
より、第１固定軸６４がケーシング１１に対して回り止
めされる。
【００３４】軸線Ｌ上に配置されたバルブハウジング６
１の内部に蒸気供給パイプ７５が嵌合してナット７６で
バルブハウジング６１に固定されており、この蒸気供給
パイプ７５の右端はバルブハウジング６１の内部に圧入
されたノズル部材７７に接続される。バルブハウジング
６１とノズル部材７７の先端部とに跨がって一対の凹部
８１，８１（図７参照）が１８０°の位相差をもって形
成されており、そこに環状のジョイント部材７８，７８
が嵌合して保持される。ノズル部材７７の中心には蒸気
供給パイプ７５に連なる第１蒸気通路Ｓ１が軸方向に形
成され、また第１固定軸６４の厚肉部６４ａには一対の
第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２が１８０°の位相差をもって半
径方向に貫通する。そして第１蒸気通路Ｓ１の末端部と
第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２の半径方向内端部とが前記ジョ
イント部材７８，７８を介して常時連通する。前述した
ように、回転軸２１に固定したロータ２７に３０°間隔
で保持された１２個のシリンダ３３…の小径部３３ａお
よび回転軸２１を１２本の第３蒸気通路Ｓ３…が貫通し
ており、これら第３蒸気通路Ｓ３…の半径方向内端部
は、前記第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２の半径方向外端部に連
通可能に対向する。
【００３５】第１固定軸６４の厚肉部６４ａの外周面に
は一対の切欠６４ｂ，６４ｂが１８０°の位相差をもっ
て形成されており、これら切欠６４ｂ，６４ｂは前記第
３蒸気通路Ｓ３…に連通可能である。切欠６４ｂ，６４
ｂと中継チャンバ１９とは、第１固定軸６４に斜めに形
成した一対の第４蒸気通路Ｓ４，Ｓ４と、第１固定軸６
４に軸方向に形成した第５蒸気通路Ｓ５と、バルブハウ
ジング６１のボス部６１ａに形成した第６蒸気通路Ｓ６
と、バルブハウジング６１のボス部６１ａ外周に開口す
る通孔６１ｃ…とを介して相互に連通する。
【００３６】図５に示すように、第１ケーシング半体１
２には、ロータチャンバ１４の短径方向を基準にしてロ
ータ２７の回転方向進み側１５°の位置に、放射方向に
整列した複数の吸気ポート７９…が形成される。この吸
気ポート７９…により、ロータチャンバ１４の内部空間
が中継チャンバ１９に連通する。また第２ケーシング半
体１３には、ロータチャンバ１４の短径方向を基準にし
てロータ２７の回転方向遅れ側１５°〜７５°の位置
に、放射方向複数列に整列した多数の排気ポート８０…
が形成される。この排気ポート８０…により、ロータチ
ャンバ１４の内部空間が排気チャンバ２０に連通する。
【００３７】第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２および第３蒸気通
路Ｓ３…、並びに第１固定軸６４の切欠６４ｂ，６４ｂ
および第３蒸気通路Ｓ３…は、第１固定軸６４および回
転軸２１の相対回転により周期的に連通する回転バルブ
Ｖを構成する。
【００３８】図２および図３から明らかなように、第
１、第２ケーシング半体１２，１３の円形シール溝５
１，５１に嵌合するリングシール５４，５４の背面に圧
力室８６，８６が形成されており、第１、第２ケーシン
グ半体１２，１３に形成された第１水通路Ｗ１は、パイ
プよりなる第２水通路Ｗ２および第３水通路Ｗ３を介し
て両圧力室８６，８６に連通する。第２ケーシング半体
１３の中空軸受筒１３ｃの半径方向外側に、２個のＯリ
ング８７，８８を備えたカバー８９で開閉されるフィル
ター室１３ｄが形成されており、その内部に環状のフィ
ルター９０が収納される。第２ケーシング半体１３の第
１水通路Ｗ１は、パイプよりなる第４水通路Ｗ４を介し
てフィルター９０の外周面に連通し、フィルター９０の
内周面は第２ケーシング半体１３に形成した第５水通路
Ｗ５を介して、第２ケーシング半体１３および回転軸２
１間に形成した環状の第６水通路Ｗ６に連通する。そし
て第６水通路Ｗ６は回転軸２１の内部を軸方向に延びる
１２本の第７水通路Ｗ７…、回転軸２１の外周に形成し
た環状溝２１ｄおよびロータコア３１の内部を半径方向
に延びる１２本の第８水通路Ｗ８…を介して１２個のオ
リフィス形成部材４１…にそれぞれ連通する。
【００３９】また回転軸２１の外周に形成した環状溝２
１ｄは軸方向に延びる１２本の第９水通路Ｗ９…（図７
参照）を介して回転軸２１の外周に形成した環状溝２１
ｅに連通し、環状溝２１ｅは回転軸２１の内部を軸方向
に延びる１２本の第１０水通路Ｗ１０…を介して回転軸
２１ｅの左端および第１ハウジング１２間に形成した環
状の第１１水通路Ｗ１１に連通する。環状の第６水通路
Ｗ６および第１１水通路Ｗ１１は、軸受部材２２，２３
に螺合したオリフィス形成ボルト９１…の外周のオリフ
ィスを通過し、更に軸受部材２２，２３内に形成した第
１２水通路Ｗ１２…を経て、軸受部材２２，２３内周お
よび回転軸２１の外周間の摺動面に連通する。そして軸
受部材２２，２３の内周および回転軸２１の外周間の摺
動部面はドレン用の第１３水通路Ｗ１３…を経てベーン
溝４３…に連通する。
【００４０】環状の第６水通路Ｗ６は、回転軸２１に軸
方向に穿設した２本の第３０水通路Ｗ３０，３０を経
て、回転軸２１の中空部２１ａ内周面と第１固定軸６４
の右端外周面との摺動部に連通する。第１固定軸６４の
厚肉部６４ａの右側に形成されたシール溝６４ｃは第１
固定軸６４の内部に斜めに穿設した第３１水通路Ｗ３
１，３１を介して第５蒸気通路Ｓ５に連通する。環状の
第１１水通路Ｗ１１は回転軸２１の中空部２１ａ内周面
と第１固定軸６４の左端外周面との摺動部に連通してお
り、第１固定軸６４の厚肉部６４ａの左側に形成された
シール溝６４ｄは、第１固定軸６４を半径方向に貫通す
る第３２水通路Ｗ３２，３２および前記第３１水通路Ｗ
３１，３１を介して第５蒸気通路Ｓ５に連通する。
【００４１】次に、上記構成を備えた本実施例の作用に
ついて説明する。
【００４２】先ず、膨張器４の作動について説明する。
図３において、蒸発器３からの高温高圧蒸気は蒸気供給
パイプ７５と、ノズル部材７７に軸方向に形成した第１
蒸気通路Ｓ１と、ノズル部材７７、ジョイント部材７
８，７８および第１固定軸６４の厚肉部６４ａを半径方
向に貫通する一対の第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２とに供給さ
れる。図６および図７において、ロータ２７と一体に回
転する回転軸２１が所定の位相に達すると、ロータチャ
ンバ１４の短径位置から矢印Ｒで示すロータ２７の回転
方向進み側に在る一対の第３蒸気通路Ｓ３，Ｓ３が一対
の第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２に連通し、第２蒸気通路Ｓ
２，Ｓ２の高温高圧蒸気が前記第３蒸気通路Ｓ３，Ｓ３
を経て一対のシリンダ３３，３３の内部に供給され、ピ
ストン３７，３７を半径方向外側に押圧する。これらピ
ストン３７，３７に押圧されたベーン４４，４４が半径
方向外側に移動すると、ベーン４４，４４に設けた一対
のローラ４５，４５と環状溝４９，４９との係合によ
り、ピストン３７，３７の前進運動がロータ２７の回転
運動に変換される。
【００４３】ロータ２７の矢印Ｒ方向の回転に伴って第
２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２と前記第３蒸気通路Ｓ３，Ｓ３と
の連通が遮断された後も、シリンダ３３，３３内の高温
高圧蒸気が更に膨張を続けることによりピストン３７，
３７をなおも前進させ、これによりロータ２７の回転が
続行される。ベーン４４，４４がロータチャンバ１４の
長径位置に達すると、対応するシリンダ３３，３３に連
なる第３蒸気通路Ｓ３，Ｓ３が第１固定軸６４の切欠６
４ｂ，６４ｂに連通し、ローラ４５，４５を環状溝４
９，４９に案内されたベーン４４，４４に押圧されたピ
ストン３７，３７が半径方向内側に移動することによ
り、シリンダ３３，３３内の蒸気は第３蒸気通路Ｓ３，
Ｓ３、切欠６４ｂ，６４ｂ、第４蒸気通路Ｓ４，Ｓ４、
第５蒸気通路Ｓ５、第６蒸気通路Ｓ６および通孔６１ｃ
…を通り、第１の降温降圧蒸気となって中継チャンバ１
９に供給される。第１の降温降圧蒸気は、蒸気供給パイ
プ７５から供給された高温高圧蒸気がピストン３７，３
７を駆動する仕事を終えて温度および圧力が低下したも
のである。第１の降温降圧蒸気の持つ熱エネルギーおよ
び圧力エネルギーは高温高圧蒸気に比べて低下している
が、依然としてベーン４４…を駆動するのに充分な熱エ
ネルギーおよび圧力エネルギーを有している。
【００４４】中継チャンバ１９内の第１の降温降圧蒸気
は第１ケーシング半体１２の吸気ポート７９…からロー
タチャンバ１４内のベーン室５０、つまりロータチャン
バ１４、ロータ２７および隣接する一対のベーン４４，
４４により区画された空間に供給され、そこで更に膨張
することによりロータ２７を回転させる。そして仕事を
終えて更に温度および圧力が低下した第２の降温降圧蒸
気は、第２ケーシング半体１３の排気ポート８０…から
排気チャンバ２０に排出され、そこから排出口１７ｂを
経て凝縮器５に供給される。
【００４５】このように、高温高圧蒸気の膨脹により１
２個のピストン３７…を次々に作動させてローラ４５，
４５および環状溝４９，４９を介しロータ２７を回転さ
せ、また高温高圧蒸気が降温降圧した第１の降温降圧蒸
気の膨脹によりベーン４４…を介しロータ２７を回転さ
せることによって回転軸２１より出力が得られる。
【００４６】次に、前記膨張器４の各摺動部の水による
潤滑について説明する。
【００４７】潤滑用の水の供給は凝縮器５からの水を蒸
発器３に加圧供給する供給ポンプ６（図１参照）を利用
して行われるもので、供給ポンプ６が吐出する水の一部
が潤滑用としてケーシング１１の第１水通路Ｗ１に供給
される。このように供給ポンプ６を膨張器４の各部の静
圧軸受けへの水の供給に利用することにより、特別のポ
ンプが不要になって部品点数が削減される。
【００４８】第１水通路Ｗ１に供給された水はパイプよ
りなる第２水通路Ｗ２および第３水通路Ｗ３を経て第１
ケーシング半体１２および第２ケーシング半体１３の円
形シール溝５１，５１の底部の圧力室８６，８６に供給
され、リングシール５４，５４をロータ２７の側面に向
けて付勢する。また第１水通路Ｗ１からパイプよりなる
第４水通路Ｗ４に供給された水はフィルター９０で異物
を濾過された後に、第２ケーシング半体１３に形成され
た第５水通路Ｗ５、第２ケーシング半体１３および回転
軸２１間に形成された第６水通路Ｗ６、回転軸２１内に
形成された第７水通路Ｗ７…、回転軸２１の環状溝２１
ｄおよびロータコア３１に形成された第８水通路Ｗ８…
に供給され、そこでロータ２７の回転に伴う遠心力で更
に加圧されてロータセグメント３２…のオリフィス形成
部材４１…に供給される。
【００４９】各々のロータセグメント３２において、オ
リフィス形成部材４１を通過して底板４０の第１４水通
路Ｗ１４に流出した水は、側板３９の第２２水通路Ｗ２
２を通って潤滑水噴出口３９ａ…から噴出し、オリフィ
ス形成部材４１を通過して底板４０の第１７水通路Ｗ１
７に流出した水は、ブロック部材３８の第２１水通路Ｗ
２１および側板３９の第２５水通路Ｗ２５を通って潤滑
水噴出口３９ａ…から噴出し、オリフィス形成部材４１
を通過して底板４０の第１８水通路Ｗ１８に流出した水
は、側板３９の第２６水通路Ｗ２６を通って潤滑水噴出
口３９ａ…から噴出し、オリフィス形成部材４１を通過
して底板４０の第１９水通路Ｗ１９に流出した水は、側
板３９の第２７水通路Ｗ２７を通って潤滑水噴出口３９
ａ…から噴出する。側板３９の表面に開口する前記４個
の潤滑水噴出口３９ａ…のうち、下側の２個はベーン４
４のリセス４４ｅ，４４ｅ内に連通する。
【００５０】オリフィス形成部材４１を通過して底板４
０の第１５水通路Ｗ１５に流出した水は、側板３９の第
２３水通路Ｗ２３およびブロック部材３８の第２９水通
路Ｗ２９を通ってリセス３８ｃ内の潤滑水噴出口３８ｅ
から噴出し、オリフィス形成部材４１を通過して底板４
０の第１６水通路Ｗ１６に流出した水は、ブロック部材
３８の第２０水通路Ｗ２０、側板３９の第２４水通路Ｗ
２４およびブロック部材３８の第２８水通路Ｗ２８を通
ってリセス３８ｂ内の潤滑水噴出口３８ｄから噴出す
る。
【００５１】而して、各々のロータセグメント３２の側
板３９の潤滑水噴出口３９ａ…からベーン溝４３内に噴
出した水は、ベーン溝４３に摺動自在に嵌合するベーン
４４との間に静圧軸受けを構成して該ベーン４４を浮動
状態で支持し、ロータセグメント３２の側板３９とベー
ン４４との固体接触を防止して焼き付きおよび摩耗の発
生を防止する。このように、ベーン４４の摺動面を潤滑
する水をロータ２７の内部に放射状に設けた第８水通路
Ｗ８を介して供給することにより、水を遠心力で加圧す
ることができるだけでなく、ロータ２７周辺の温度を安
定させて熱膨張による影響を少なくし、設定したクリア
ランスを維持して蒸気のリークを最小限に抑えることが
できる。
【００５２】ところで、各々のベーン４４に加わる円周
方向の荷重（板状のベーン４４に対して直交する方向の
荷重）には、ロータチャンバ１４内のベーン４４の前後
面に加わる蒸気圧の差圧による荷重と、ベーン４４に設
けたローラ４５，４５が環状溝４９，４９から受ける反
力の前記円周方向の成分との合力になるが、それらの荷
重はロータ２７の位相に応じて周期的に変化する。従っ
て、この偏荷重を受けたベーン４４はベーン溝４３内で
傾くような挙動を周期的に示すことになる。
【００５３】このようにして前記偏荷重でベーン４４が
傾くと、両側のロータセグメント３２の側板３９，３９
に開口する各４個の潤滑水吐出孔３９ａ…とベーン４４
との隙間が変化するため、隙間が広がった部分の水膜が
流失してしまい、かつ隙間が狭まった部分に水が供給さ
れ難くなるために摺動部に圧力が立たなくなり、ベーン
４４が側板３９，３９の摺動面に直接接触して摩耗が発
生する可能性がある。しかしながら、本実施例によれ
ば、ロータセグメント３２に設けたオリフィス形成部材
４１により潤滑水吐出孔３９ａ…にオリフィスを介して
水が供給されるため、上記不具合が解消される。
【００５４】即ち、潤滑水吐出孔３９ａ…とベーン４４
との隙間が広がった場合、水の供給圧力が一定であるの
で、定常状態でオリフィスの前後に発生する一定の差圧
に対し、前記隙間からの流出量の増大により水の流量が
増大することにより、オリフィス効果でオリフィスの前
後の差圧が増大して前記隙間の圧力が減少することとな
り、その結果、広がった隙間を狭めて元に戻す力が発生
する。また潤滑水吐出孔３９ａ…とベーン４４との隙間
が狭まった場合、前記隙間からの流出量が減少してオリ
フィスの前後の差圧が減少するため、その結果、前記隙
間の圧力が増大して狭まった隙間を広げて元に戻す力が
発生する。
【００５５】このように、ベーン４４に加わる荷重で潤
滑水吐出孔３９ａ…とベーン４４との隙間が変化して
も、その隙間の大きさの変化に応じて該隙間に供給され
る水の圧力をオリフィスが自動的に調整するので、ベー
ン４４および両側のロータセグメント３２の側板３９，
３９間のクリアランスを所望の大きさに安定して維持す
ることができる。これにより、ベーン４４および側板３
９，３９間に常時水膜を保持してベーン４４を浮動状態
で支持し、ベーン４４が側板３９，３９の摺動面に固体
接触して摩耗が発生するのを確実に回避することができ
る。
【００５６】またベーン４４の両面に各２個ずつ形成さ
れたリセス４４ｅ，４４ｅに水が保持されるため、この
リセス４４ｅ，４４ｅが圧力溜まりとなって水のリーク
による圧力低下を抑制する。その結果、一対の側板３
９，３９の摺動面に挟まれたベーン４４が水によって浮
動状態になり、摺動抵抗を皆無に近い状態まで低減する
ことが可能になる。またベーン４４が往復運動するとロ
ータ２７に対するベーン４４の半径方向の相対位置が変
化するが、前記リセス４４ｅ，４４ｅは側板３９，３９
側でなくベーン４４側に設けられており、かつベーン４
４に最も荷重の掛かるローラ４５，４５の近傍に設けら
れているため、往復運動するベーン４４を常に浮動状態
に保持して摺動抵抗を効果的に低減することが可能とな
る。
【００５７】尚、側板３９，３９に対するベーン４４の
摺動面を潤滑した水は遠心力で半径方向外側に移動し、
ベーン４４の円弧面４４ｂに設けたシール部材４６とロ
ータチャンバ１４の円弧面１４ｂとの摺動部を潤滑す
る。そして潤滑を終えた水は、ロータチャンバ１４から
排気ポート８０…を介して排出される。
【００５８】前述したように、第１ケーシング半体１２
および第２ケーシング半体１３の円形シール溝５１，５
１の底部の圧力室８６，８６に水を供給してリングシー
ル５４，５４をロータ２７の側面に向けて付勢し、かつ
各々のロータセグメント３２のリセス３８ｂ，３８ｃの
内部に形成した潤滑水噴出口３８ｄ，３８ｅから水を噴
出してロータチャンバ１４の平坦面１４ａ，１４ａとの
摺動面に静圧軸受けを構成することにより、円形シール
溝５１，５１の内部で浮動状態にあるリングシール５
４，５４でロータ２７の平坦面２７ａ，２７ａをシール
することができ、その結果ロータチャンバ１４内の蒸気
がロータ２７との隙間を通ってリークするのを防止する
ことができる。このとき、リングシール５４，５４とロ
ータ２７とは潤滑水噴出口３８ｄ，３８ｅから供給され
た水膜で隔絶されて固体接触することがなく、またロー
タ２７が傾いても、それに追従して円形シール溝５１，
５１内のリングシール５４，５４が傾くことにより、摩
擦力を最小限に抑えながら安定したシール性能を確保す
ることができる。
【００５９】尚、リングシール５４，５４とロータ２７
との摺動部を潤滑した水は、遠心力でロータチャンバ１
４に供給され、そこから排気ポート８０…を経てケーシ
ング１１の外部に排出される。
【００６０】一方、第６水通路Ｗ６から供給された水
は、軸受部材２３のオリフィス形成ボルト９１…の外周
に形成されたオリフィスおよび第１２水通路Ｗ１２…を
経て、軸受部材２３内周および回転軸２１外周の摺動面
に水膜を形成し、その水膜によって回転軸２１の右半部
の外周を浮動状態で支持することにより、回転軸２１と
軸受部材２３との固体接触を防止して焼き付きや摩耗が
発生しないように潤滑する。第６水通路Ｗ６から回転軸
２１に形成した第７水通路Ｗ７…、第９水通路Ｗ９…、
第１０水通路Ｗ１０…および第１１水通路Ｗ１１に供給
された水は、軸受部材２２のオリフィス形成ボルト９１
…の外周に形成されたオリフィスおよび第１２水通路Ｗ
１２…を経て、軸受部材２２内周および回転軸２１外周
の摺動面に水膜を形成し、その水膜によって回転軸２１
の左半部の外周を浮動状態で支持することにより、回転
軸２１と軸受部材２２との固体接触を防止して焼き付き
や摩耗が発生しないように潤滑する。両軸受部材２２，
２３の摺動面を潤滑した水は、その内部に形成した第１
３水通路Ｗ１３…を経てベーン溝４３…に排出される。
【００６１】尚、ベーン溝４３…に溜まった水はベーン
４４…の底部とベーン４４…の一側面とを接続する水排
出通路４４ｇ…に流入するが、この水排出通路４４ｇ…
はベーン４４…がロータ２７から最も突出する所定角度
範囲でロータチャンバ１４に開口するため、ベーン溝４
３…とロータチャンバ１４との圧力差によりベーン溝４
３…内の水は水排出通路４４ｇ…を経てロータチャンバ
１４に排出される。
【００６２】また第６水通路Ｗ６から回転軸２１に形成
した第３０水通路Ｗ３０…を経て供給された水は、第１
固定軸６４外周および回転軸２１内周の摺動面の右半部
を潤滑し、第１固定軸６４のシール溝６４ｃから第３１
水通路Ｗ３１，Ｗ３１を経て第５蒸気通路Ｓ５に排出さ
れる。更に、前記第１１水通路Ｗ１１からの水は、第１
固定軸６４外周および回転軸２１内周の摺動面の左半部
を潤滑し、第１固定軸６４のシール溝６４ｄから第３１
水通路Ｗ３１を経て第５蒸気通路Ｓ５に排出される。
【００６３】以上のように、膨張器４のロータ２７をロ
ータコア３１と複数のロータセグメント３２…とに分割
して構成したので、ロータ２７のベーン溝４３…の寸法
精度を容易に高めることができる。即ち、単体のロータ
２７においてベーン溝４３…の溝幅を精度良く加工して
摺動面を面粗度を高めることは極めて困難であるが、予
め製作した複数のロータセグメント３２…をロータコア
３１に組み付けることにより上記問題を解決することが
できる。しかも複数のロータセグメント３２…の組み付
けにより誤差が集積されても、最後の１個のロータセグ
メント３２の寸法を調整することにより前記誤差の集積
を吸収して全体として高精度のロータ２７を得ることが
できる。
【００６４】また高温高圧蒸気が供給される内側のロー
タコア３１と、比較的に低温である外側のロータセグメ
ント３２…とを別部材で構成したので、高温のロータコ
ア３１からロータセグメント３２…への熱伝導を抑制す
ることができ、ロータ２７外部への熱の放散を防止して
熱効率を高めることが可能となるだけでなく、ロータ２
７の熱変形を緩和して精度を高めることができる。しか
もロータコア３１およびロータセグメント３２…の各々
の機能に見合った材質や加工方法を選択できるので設計
自由度や加工方法の自由度が増加し、ロータセグメント
３２…およびベーン４４…の摺動面の摩耗軽減、耐久性
の向上、シール性の向上を図ることができる。更にロー
タ２７の一部に不具合が生じた場合でも、その一部を交
換するだけで補修することができるので、ロータ２７全
体を交換あるいは廃棄する場合に比べてコストの削減に
寄与することができる。
【００６５】以上説明した実施例以外にも、ピストン３
７…の前進運動をロータ２７の回転運動に変換する構成
として、ベーン４４…を介さず、ピストン３７…の前進
運動を直接ローラ４５…で受け、環状溝４９，４９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４
４…もローラ４５…と環状溝４９，４９との協働によ
り、前述の如くロータチャンバ１４の内周面から略一定
間隔で常時離間していればよく、ピストン３７…および
ローラ４５…が、またベーン４４…およびローラ４５…
が、各々独立して環状溝４９，４９と協働しても良い。
【００６６】前記膨脹器４を圧縮機として使用する場合
には、回転軸２１によりロータ２７を図４の反矢印Ｒ方
向に回転させて、流体としての外気をベーン４４…によ
り排気ポート８０…からロータチャンバ１４内に吸い込
んで圧縮し、このようにして得られた低圧縮空気を吸気
ポート７９…から中継チャンバ１９、通孔６１ｃ…、第
６蒸気通路Ｓ６、第５蒸気通路Ｓ５，Ｓ５、第４蒸気通
路Ｓ４，Ｓ４、第１固定軸６４の切欠６４ｂ，６４ｂお
よび第３蒸気通路Ｓ３…を経てシリンダ３３…内に吸入
し、そこでピストン３７…により圧縮して高圧縮空気と
する。このようにして得られた高圧縮空気は、シリンダ
３３…から第３蒸気通路Ｓ３…、第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ
２、第１蒸気通路Ｓ１および蒸気供給パイプ７５を経て
排出される。尚、膨脹器４を圧縮機として使用する場合
には、前記蒸気通路Ｓ１〜Ｓ５および蒸気供給パイプ７
５は、それぞれ空気通路Ｓ１〜Ｓ５および空気供給パイ
プ７５と読み変えるものとする。
【００６７】以上説明した膨張器４では、シリンダ３３
…およびピストン３７…から構成される第１エネルギー
変換手段と、ベーン４４…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２７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
回転軸２１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
２７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。
【００６８】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３３…およびピ
ストン３７…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２７に放射方向移動自在に支持したベーン４４…か
らなるため、ベーン４４…に加わる蒸気圧が直接ロータ
２７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。
【００６９】シリンダ３３…およびピストン３７…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４４…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。
【００７０】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２
７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３３…およびピストン３７…より
なる第１エネルギー変換手段とベーン４４…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流体機械を得ること
ができる。
【００７１】またロータ２７の軸線Ｌ（つまり回転軸２
１の軸線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２７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２７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２７の軸線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２７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。
【００７２】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
３３…およびピストン３７…から構成される第１エネル
ギー変換手段と、ベーン４４…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。
【００７３】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。
【００７４】例えば、実施例では回転流体機械として膨
張器４を例示したが、本発明は圧縮器としても適用する
ことができる。
【００７５】また実施例の膨張器４では、先ず第１エネ
ルギー変換手段であるシリンダ３３…およびピストン３
７…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４４…に供給しているが、例えば、図３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
する第６蒸気通路Ｓ６と、中継チャンバ１９とを連通ま
たは非連通とし、更に中継チャンバ１９に中継チャンバ
外壁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。
【００７６】
【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、回転流体機械のロータを、回転軸に支持され
てシリンダを収納するロータコアと、円周方向に分割さ
れてロータコアの外周を囲むように固定されたロータセ
グメントとから構成したので、最後に組み付けるロータ
セグメントの寸法調整によって他の全てのロータセグメ
ントの組み付けによる集積誤差を補償することができ、
特別に精密な加工を必要とすることなく、隣接するロー
タセグメント間に形成されるベーン溝の寸法精度を高め
ることができる。
【００７７】また半径方向内側に位置するロータコアと
半径方向外側に位置するロータセグメントとを別部材で
構成したので、比較的に高温のロータコアから比較的に
低温のロータセグメントへの熱伝導を遮断し、ロータ外
部への熱の放散を抑制して熱効率を高めることが可能と
なるだけでなく、ロータ各部の熱変形を緩和することが
できる。
【００７８】またロータコアおよびロータセグメントの
各々の機能に見合った材質や加工方法を選択できるので
設計自由度や加工方法の自由度が増加し、各部の摺動面
の摩擦軽減、耐久性の向上、シール性の向上を図ること
ができる。
【００７９】またロータの一部に不具合が生じた場合で
も、ロータ全体を交換あるいは廃棄することなく、その
一部を交換するだけで補修することができるのでコスト
の削減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４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】図２の５−５線断面図
【図６】図４の一部拡大図
【図７】図３の７−７線拡大断面図
【図８】ロータチャンバおよびロータの断面形状を示す
模式図
【図９】ロータの分解斜視図
【図１０】ロータセグメントの分解斜視図
【図１１】ベーンの分解斜視図
【図１２】回転バルブの分解斜視図
【符号の説明】
４ 膨張器 １４ ロータチャンバ ２１ 回転軸 ２７ ロータ ３１ ロータコア ３２ ロータセグメント ３３ シリンダ ３７ ピストン ４３ ベーン溝 ４４ ベーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 直紀 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 遠藤 恒雄 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 AA05 AA17 AB01 BB42 BB44 CC03 CC05 CC09 CC19 CC22 3H076 AA16 BB21 BB26 CC31 CC46 CC91

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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（４）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（１４）
    内に回転自在に収納されたロータ（２７）に放射状に支
    持されたシリンダ（３３）と、このシリンダ（３３）に
    摺動自在に支持されたピストン（３７）とを備え、前記
    第２エネルギー変換手段はロータ（２７）に放射状に形
    成されたベーン溝（４３）と、このベーン溝（４３）に
    摺動自在に支持されて外周面がロータチャンバ（１４）
    の内周面に摺接するベーン（４４）と備えたものにおい
    て、 前記ロータ（２７）は回転軸（２１）に支持されてシリ
    ンダ（３３）を収納するロータコア（３１）と、円周方
    向に分割されてロータコア（３１）の外周を囲むように
    固定されたロータセグメント（３２）とから構成され、
    隣接するロータセグメント（３２）間にベーン（４４）
    を摺動自在に支持するベーン溝（４３）を形成したこと
    を特徴とする回転流体機械。
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