JP2003097210A - 回転流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転流体機械の回転バルブから固定軸および
回転軸の摺動面にリークした気相作動媒体を捕集するポ
ートに、前記摺動面を潤滑する液相作動媒体が流入する
のを最小限に抑える。 【解決手段】 回転流体機械の固定軸を覆う固定スリー
ブ８６は、気相作動媒体を供給する通路Ｓ２と気相作動
媒体を排出する切欠８６ａとを備えており、それらの軸
方向外側には通路Ｓ２からリークした気相作動媒体を捕
集して再利用するための２列のポート８８ｄ，８７ｄが
形成される。固定スリーブ８６の外周に螺旋溝８８ｂを
形成し、固定スリーブ８６の外周に嵌合する回転スリー
ブとの相対回転により螺旋溝８８ｂにねじポンプ作用を
発揮させることで、固定スリーブ８６および回転スリー
ブの摺動面を潤滑する高圧の液相作動媒体がポート８８
ｄ，８７ｄに流入するのを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相作動媒体の圧
力エネルギーとロータの回転エネルギーとを相互に変換
する回転流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開２０００−３２０５４３号公報に開
示された回転流体機械はベーンおよびピストンを複合し
たベーンピストンユニットを備えており、ロータに半径
方向に設けられたシリンダに摺動自在に嵌合するピスト
ンが、環状溝とローラとで構成された動力変換装置を介
して気相作動媒体の圧力エネルギーとロータの回転エネ
ルギーとを相互に変換し、かつロータに半径方向摺動自
在に支持されたベーンが気相作動媒体の圧力エネルギー
とロータの回転エネルギーとを相互に変換するようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる回転
流体機械では、ケーシングに固定した固定軸の外周にロ
ータと一体に回転する中空の回転軸を嵌合させて回転自
在に支持することで、固定軸の外周面および回転軸の内
周面間に高温の気相作動媒体を供給・排出するための回
転バルブを構成している。

【０００４】回転バルブを通過する気相作動媒体が、ケ
ーシングに固定した固定軸の外周とロータに固定した回
転軸の内周とのクリアランスを通ってリークすると、回
転流体機械の性能低下の原因となるため、リークした気
相作動媒体を回転バルブを囲むように形成したポートに
捕集することで、その気相作動媒体を再利用することが
考えられる。しかしながら、固定軸および回転軸の摺動
面に高圧の液相作動媒体を供給して静圧軸受けを構成す
るものでは、その液相作動媒体がポートに流入してしま
い、静圧軸受けの性能低下や液相作動媒体の消費量増加
が発生するだけでなく、ポートに捕集した気相作動媒体
に液相作動媒体が混合してしまい、気相作動媒体の温度
が低下して再利用可能な圧力エネルギーが減少してしま
う問題がある。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、回転流体機械の回転バルブから固定軸および回転軸
の摺動面にリークした気相作動媒体を捕集するポート
に、前記摺動面を潤滑する液相作動媒体や前記摺動面に
発生する摩耗粉が流入するのを最小限に抑えることを目
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、ケーシング内
に回転自在に収容したロータと、ロータと一体に回転す
る中空の回転軸と、ケーシングに固定した固定軸と、固
定軸および回転軸の摺動面に形成されて高温の気相作動
媒体の供給・排出を制御する回転バルブと、固定軸に回
転バルブを囲むように形成されて前記摺動面にリークし
た気相作動媒体を捕集するポートとを備え、固定軸およ
び回転軸の摺動面に液相作動媒体を供給して静圧軸受け
を構成する回転流体機械であって、固定軸および回転軸
の少なくとも一方の表面に、液相作動媒体のポートへの
流入を阻止する螺旋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。

【０００７】上記構成によれば、固定軸および回転軸の
少なくとも一方の表面に螺旋溝を形成したので、固定軸
および回転軸の摺動面に静圧軸受けを構成する液相作動
媒体がポートに流入するのを、固定軸および回転軸の相
対回転による螺旋溝のねじポンプ作用により発生する動
圧で対向させて阻止することができる。これにより、静
圧軸受けの機能を効果的に発揮させて回転軸の潤滑性お
よび調芯性を高めることができるだけでなく、静圧軸受
けにおける液相作動媒体の消費量を削減することがで
き、しかも回転バルブからリークしてポートに捕集され
た気相作動媒体がポートに流入する液相作動媒体で冷却
されて回転流体機械の性能が低下するのを防止すること
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、ポートの内側における固定軸
および回転軸の少なくとも一方の表面に、回転バルブに
おいて発生した摩耗粉を捕集する摩耗粉捕集溝を形成し
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、ポートの内側における
固定軸および回転軸の少なくとも一方の表面に摩耗粉捕
集溝を形成したので、回転バルブの摺動面の摩耗により
発生した摩耗粉を摩耗粉捕集溝に捕集し、前記摺動面に
おけるフリクションの増加や焼き付きの発生を防止する
ことができる。

【００１０】尚、実施例のポート孔８８ｄ…およびポー
ト溝８７ｄ，８７ｄは本発明のポートに対応し、実施例
の蒸気および水はそれぞれ本発明の気相作動媒体および
液相作動媒体に対応する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１〜図２１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張機の縦
断面図、図３は図２の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２の６−６線断面図、図７は図５の７−７線断面
図、図８は図５の８−８線断面図、図９は図８の９−９
線断面図、図１０は図３の１０−１０線断面図、図１１
はロータの分解斜視図、図１２はロータの潤滑水分配部
の分解斜視図、図１３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１４は回転バルブおよび固定
軸支持ばねを示す、図３の要部拡大図、図１５は固定軸
の外周面を示す、図２の要部拡大図、図１６は図１４の
１６−１６線断面図、図１７は第１固定軸の要部拡大
図、図１８はノズル部材の拡大図、図１９は図１４の１
９−１９線断面図、図２０は固定スリーブを焼き嵌めし
た場合の作用を説明する図、図２１は固定軸および回転
軸の熱膨張の関係を示すグラフである。

【００１２】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、その蒸気の膨張によ
って出力を発生する膨張機４と、その膨張機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。

【００１３】図２および図３に示すように、膨張機４の
ケーシング１１は金属製の第１、第２ケーシング半体１
２，１３より構成される。第１、第２ケーシング半体１
２，１３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１２ｂ，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、
膨張機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１
７ａ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１２ｂ，１３ｂ，１６ａ，１７ａは、円周方向に配置
された複数本のボルト１８…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１７には，膨張機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（図示せず）が
設けられる。

【００１４】両ケーシング半体１２，１３の本体部１２
ａ，１３ａは左右外方へ突出する中空軸受筒１２ｃ，１
３ｃを有しており、それら中空軸受筒１２ｃ，１３ｃ
に、中空部２１ａを有する外側スリーブ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、外側スリーブ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。
尚、金属製の外側スリーブ２１は後述するセラミック製
の内側スリーブ８５と協働して回転軸１１３を構成す
る。

【００１５】第２ケーシング半体１３の右端に螺合する
潤滑水導入部材２４の内部にシールブロック２５が収納
されてナット２６で固定される。シールブロック２５の
内部に外側スリーブ２１の右端の小径部２１ｂが支持さ
れており、シールブロック２５および小径部２１ｂ間に
一対のシール部材２７，２７が配置され、シールブロッ
ク２５および潤滑水導入部材２４間に一対のシール部材
２８，２８が配置され、更に潤滑水導入部材２４および
第２ケーシング半体１３間にシール部材２９が配置され
る。また第２ケーシング半体１３の中空軸受筒１３ｃの
外周に形成された凹部にフィルター３０が嵌合し、第２
ケーシング半体１３に螺合するフィルターキャップ３１
により抜け止めされる。フィルターキャップ３１および
第２ケーシング半体１３間に一対のシール部材３２，３
３が設けられる。

【００１６】図４および図１３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４１が回転自在に収納される。ロータ４１は外
側スリーブ２１の外周に嵌合して一体に結合されてお
り、外側スリーブ２１の軸線Ｌに対してロータ４１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Ｄ
Ｌと短径ＤＳとを備える。軸線Ｌ方向に見たロータ４１
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。

【００１７】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４１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４１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４１ａ，４１ａと、こ
れら平坦面４１ａ，４１ａの外周を滑らかに接続する中
心角１８０°の円弧面４１ｂ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４１の平坦面４１ａ，４１ａとは相互に接触し、ロー
タチャンバ１４内周面とロータ４１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。

【００１８】次に、図３〜図６および図１１を参照して
ロータ４１の構造を詳細に説明する。

【００１９】ロータ４１は外側スリーブ２１の外周に一
体に形成されたロータコア４２と、ロータコア４２の周
囲を覆うように固定されてロータ４１の外郭を構成する
１２個のロータセグメント４３…とから構成される。ロ
ータコア４２にセラミック（またはカーボン）製の１２
本のシリンダ４４…が３０°間隔で放射状に装着されて
クリップ４５…で抜け止めされる。各々のシリンダ４４
の内端には小径部４４ａが突設されており、小径部４４
ａの基端はＣシール４６を介して内側スリーブ８５との
間をシールされる。小径部４４ａの先端は中空の内側ス
リーブ８５の外周面に嵌合しており、シリンダボア４４
ｂは小径部４４ａおよび回転軸１１３を貫通する１２個
の第３蒸気通路Ｓ３…を介して固定軸１０２の内部の第
１、第２蒸気通路Ｓ１；Ｓ２，Ｓ２に連通する。各々の
シリンダ４４の内部にはセラミック製のピストン４７が
摺動自在に嵌合する。ピストン４７が最も半径方向内側
に移動するとシリンダボア４４ｂ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４４ｂの外部に突出する。

【００２０】各々のロータセグメント４３は３０°の中
心角を有する中空の楔状部材であって、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４３ａ，
４３ｂが形成されており、このリセス４３ａ，４３ｂの
中央に潤滑水噴出口４３ｃ，４３ｄが開口する。またロ
ータセグメント４３の端面、つまり後述するベーン４８
に対向する面には４個の潤滑水噴出口４３ｅ，４３ｅ；
４３ｆ，４３ｆが開口する。

【００２１】ロータ４１の組み立ては次のようにして行
なわれる。予めシリンダ４４…、クリップ４５…および
Ｃシール４６…組み付けたロータコア４２の外周に１２
個のロータセグメント４３…を嵌合させ、隣接するロー
タセグメント４３…間に形成された１２個のベーン溝４
９…にベーン４８…を嵌合させる。このとき、ベーン４
８…およびロータセグメント４３…間に所定のクリアラ
ンスを形成すべく、ベーン４８…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４３…およびベーン４８…をロータコア４２
に向けて半径方向内向きに締めつけ、ロータコア４２に
対してロータセグメント４３…を精密に位置決めした
後、各々のロータセグメント４３…を仮止めボルト５０
…（図８参照）でロータコア４２に仮り止めする。続い
て各々のロータセグメント４３にロータコア４２を貫通
する２個のノックピン孔５１，５１を共加工し、それら
ノックピン孔５１，５１に４本のノックピン５２…を圧
入してロータコア４２にロータセグメント４３…を結合
する。

【００２２】図８、図９および図１２から明らかなよう
に、ロータセグメント４３およびロータコア４２を貫通
する貫通孔５３が２個のノックピン孔５１，５１の間に
形成されており、この貫通孔５３の両端にそれぞれ凹部
５４，５４が形成される。貫通孔５３の内部には２本の
パイプ部材５５，５６がシール部材５７〜６０を介して
嵌合するとともに、各々の凹部５４内にオリフィス形成
プレート６１および潤滑水分配部材６２が嵌合してナッ
ト６３で固定される。オリフィス形成プレート６１およ
び潤滑水分配部材６２は、オリフィス形成プレート６１
のノックピン孔６１ａ，６１ａを貫通して潤滑水分配部
材６２のノックピン孔６２ａ，６２ａに嵌合する２本の
ノックピン６４，６４でロータセグメント４３に対して
回り止めされ、かつ潤滑水分配部材６２およびナット６
３間はＯリング６５によりシールされる。

【００２３】一方のパイプ部材５５の外端部に形成され
た小径部５５ａは貫通孔５５ｂを介してパイプ部材５５
の内部の第６水通路Ｗ６に連通し、かつ小径部５５ａは
潤滑水分配部材６２の一側面に形成した放射状の分配溝
６２ｂに連通する。潤滑水分配部材６２の分配溝６２ｂ
は６つの方向に延びており、その先端がオリフィス形成
プレート６１の６個のオリフィス６１ｂ，６１ｂ；６１
ｃ，６１ｃ；６１ｄ，６１ｄに連通する。他方のパイプ
部材５６の外端部に設けらられたオリフィス形成プレー
ト６１、潤滑水分配部材６２およびナット６３の構造
は、前述したオリフィス形成プレート６１、潤滑水分配
部材６２およびナット６３の構造と同一である。

【００２４】そしてオリフィス形成プレート６１の２個
のオリフィス６１ｂ，６１ｂの下流側は、ロータセグメ
ント４３の内部に形成した第７水通路Ｗ７，Ｗ７を介し
て、ベーン４８に対向するように開口する前記２個の潤
滑水噴出口４３ｅ，４３ｅに連通し、他の２個のオリフ
ィス６１ｃ，６１ｃの下流側は、ロータセグメント４３
の内部に形成した第８水通路Ｗ８，Ｗ８を介して、ベー
ン４８に対向するように開口する前記２個の潤滑水噴出
口４３ｆ，４３ｆに連通し、更に他の２個のオリフィス
６１ｄ，６１ｄの下流側は、ロータセグメント４３の内
部に形成した第９水通路Ｗ９，Ｗ９を介して、ロータチ
ャンバ１４に対向するように開口する前記２個の潤滑水
噴出口４３ｃ，４３ｄに連通する。

【００２５】図５を併せて参照すると明らかなように、
シリンダ４４の外周に一対のＯリング６６，６６で区画
された環状溝６７が形成されており、一方のパイプ部材
５５の内部に形成した第６水通路Ｗ６は、そのパイプ部
材５５を貫通する４個の貫通孔５５ｃ…およびロータコ
ア４２の内部に形成した第１０水通路Ｗ１０を介して前
記環状溝６７に連通する。そして環状溝６７はオリフィ
ス４４ｃを介してシリンダボア４４ｂおよびピストン４
７の摺動面に連通する。シリンダ４４のオリフィス４４
ｃの位置は、ピストン４７が上死点および下死点間を移
動するときに、そのピストン４７の摺動面から外れない
位置に設定されている。

【００２６】図３および図９から明らかなように、潤滑
水導入部材２４に形成した第１水通路Ｗ１は、シールブ
ロック２５に形成した第２水通路Ｗ２、外側スリーブ２
１の小径部２１ｂに形成した第３水通路Ｗ３…、外側ス
リーブ２１の中心に嵌合する水通路形成部材６８の外周
に形成した環状溝６８ａ、外側スリーブ２１に形成した
第４水通路Ｗ４、ロータコア４２およびロータセグメン
ト４３に跨がるパイプ部材６９およびロータセグメント
４３の半径方向内側のノックピン５２を迂回するように
形成した第５水通路Ｗ５，Ｗ５を介して、前記一方のパ
イプ部材５５の小径部５５ａに連通する。

【００２７】図７、図９および図１１に示すように、ロ
ータ４１の隣接するロータセグメント４３…間に放射方
向に延びる１２個のベーン溝４９…が形成されており、
これらベーン溝４９…に板状のベーン４８…がそれぞれ
摺動自在に嵌合する。各々のベーン４８はロータチャン
バ１４の平行面１４ａ，１４ａに沿う平行面４８ａ，４
８ａと、ロータチャンバ１４の円弧面１４ｂに沿う円弧
面４８ｂと、両平行面４８ａ，４８ａ間に位置する切欠
４８ｃとを備えて概略Ｕ字状に形成されており、両平行
面４８ａ，４８ａから突出する一対の支軸４８ｄ，４８
ｄにローラベアリング構造のローラ７１，７１が回転自
在に支持される。

【００２８】ベーン４８の円弧面４８ｂにはＵ字状に形
成された合成樹脂製のシール部材７２が保持されてお
り、このシール部材７２の先端はベーン４８の円弧面４
８ｂ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４８の両側面には各々２個のリ
セス４８ｅ，４８ｅが形成されており、これらリセス４
８ｅ，４８ｅは、ロータセグメント４３の端面に開口す
る半径方向内側の２個の潤滑水噴出口４３ｅ，４３ｅに
対向する。ベーン４８の切欠４８ｃの中央に半径方向内
向きに突設したピストン受け部材７３が、ピストン４７
の半径方向外端に当接する。

【００２９】図４から明らかなように、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，１４ａ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７４，７４が凹設さ
れており、両環状溝７４，７４に各々のベーン４８の一
対のローラ７１，７１が転動自在に係合する。これら環
状溝７４，７４およびロータチャンバ１４の円弧面１４
ｂ間の距離は全周に亘り一定である。従って、ロータ４
１が回転するとローラ７１，７１を環状溝７４，７４に
案内されたベーン４８がベーン溝４９内を半径方向に往
復動し、ベーン４８の円弧面４８ｂに装着したシール部
材７２が一定量だけ圧縮された状態でロータチャンバ１
４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４８…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４８…間に区画されるベーン室７５
…を確実にシールすることができる。

【００３０】図２から明らかなように、ロータチャンバ
１４の平坦面１４ａ，１４ａには、前記環状溝７４，７
４の外側を囲むように一対の円形シール溝７６，７６が
形成される。各々の円形シール溝７６には２個のＯリン
グ７７，７８を備えた一対のリングシール７９が摺動自
在に嵌合しており、そのシール面は各々のロータセグメ
ント４３に形成したリセス４３ａ，４３ｂ（図４参照）
に対向している。一対のリングシール７９，７９は、そ
れぞれノックピン８０，８０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。

【００３１】図２、図３、図１０および図１４から明ら
かなように、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上に配置されたばね支持部材
８１のボス部８１ａおよび固定スリーブ支持部材８２の
ボス部８２ａが前記開口１６ｂの内面に複数のボルト８
３…で共締めされ、かつ固定スリーブ支持部材８２はナ
ット８４で第１ケーシング半体１２に固定される。金属
製の外側スリーブ２１の中空部２１ａにはセラミックよ
うな熱膨張率が小さい材料で円筒状に形成した内側スリ
ーブ８５が焼き嵌めにより固定されており、この内側ス
リーブ８５の内周面に固定スリーブ８６が相対回転自在
に嵌合する。固定スリーブ８６はセラミックのような熱
膨張率が小さい材料で構成された内側スリーブ８７と、
その外周に焼き嵌めにより一体化された金属製の外側ス
リーブ８８とから成るもので、その左端は半径方向の相
対移動を許容するオルダム継ぎ手８９を介して固定スリ
ーブ支持部材８２に支持される。オルダム継ぎ手８９に
近い位置で、固定スリーブ８６は第１ケーシング半体１
２との間をシール部材９０によりシールされる。

【００３２】中空の固定スリーブ８６の内部には蒸気供
給パイプ９１、第１固定軸９２、第２固定軸９３、第３
固定軸９４および固定軸支持ばね９５が配置される。軸
線Ｌ上に配置された蒸気供給パイプ９１は、ばね支持部
材８１のボス部８１ａを貫通してナット９７で固定され
る。第１固定軸９２は右端が閉塞されたパイプ状の部材
であって、その左端開口部に蒸気供給パイプ９１の右端
が嵌合する。固定スリーブ８６の内側スリーブ８７は半
径方向内側に突出する厚肉部８７ａを有しており、この
厚肉部８７ａの内周と第１固定軸９２の外周との間に、
中央部が閉塞されたパイプ状の部材である第２固定軸９
３が挟持され、内側スリーブ８７の厚肉部８７ａと第２
固定軸９３との間にシール部材９８，９９が配置され
る。第２固定軸９３の右端のねじ部が、右端が閉塞され
たパイプ状の部材である第３固定軸９４の内周面に螺合
し、第３固定軸９４の右端に設けられた２個のシール部
材１００，１０１が、それぞれ固定スリーブ８６の内側
スリーブ８７の内周面および回転軸１１３の外側スリー
ブ２１の内周面に当接する。

【００３３】上記固定スリーブ８６、第１固定軸９２、
第２固定軸９３および第３固定軸９４は本発明の固定軸
１０２を構成する。

【００３４】図１４および図１９に最も良く示されるよ
うに、蒸気供給パイプ９１の外周に配置される固定軸支
持ばね９５は、ばね支持部材８１のボス部８１ａから右
側に延びる多重円筒支持部を構成する円筒ばね部８１ｂ
と、第２固定軸９３の中央部から左側に延びる同じく多
重円筒支持部を構成する円筒ばね部９３ａとを接続す
る。即ち、固定軸支持ばね９５は軸線Ｌを中心として同
心に配置された７個の円筒ばね１０３ａ，１０３ｂ，１
０３ｃ；１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ；１０５からな
り、ばね支持部材８１の円筒ばね部８１ｂの外周に隙間
を存して嵌合する３個の円筒ばね１０３ａ，１０３ｂ，
１０３ｃが端部において交互に溶接されるとともに、第
２固定軸９３の円筒ばね部９３ａの外周に隙間を存して
嵌合する３個の円筒ばね１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ
が端部において交互に溶接され、更に最外周の円筒ばね
１０５の両端がその内側の円筒ばね１０３ｃ，１０４ｃ
に溶接される。

【００３５】図１０および図１４から明らかなように、
第１固定軸９２および内側スリーブ８７に挟まれた第２
固定軸９３に２個のカラー１０６，１０６が嵌合すると
ともに、内側スリーブ８７の厚肉部８７ａに２個のノズ
ル部材１０７，１０７が嵌合する。第１固定軸９２の中
心には蒸気供給パイプ９１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９２、第２固定軸９
３および固定スリーブ８６には、前記カラー１０６，１
０６およびノズル部材１０７，１０７の内部を通る２本
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。前述したように、回転軸１１３に
固定したロータ４１に３０°間隔で保持された１２個の
シリンダ４４…の小径部４４ａ…および回転軸１１３の
内側スリーブ８５を１２本の第３蒸気通路Ｓ３…が貫通
しており、これらの第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。

【００３６】固定スリーブ８６の厚肉部８７ａの外周面
には一対の切欠８６ａ，８６ａが１８０°の位相差をも
って形成されており、これら切欠８６ａ，８６ａは前記
第３蒸気通路Ｓ３…に連通可能である。切欠８６ａ，８
６ａと中継チャンバ１９とは、固定スリーブ８６に軸方
向に形成した４本の第４蒸気通路Ｓ４…と、固定スリー
ブ８６および固定スリーブ支持部材８２の内部に形成し
た第５蒸気通路Ｓ５と、固定スリーブ支持部材８２のボ
ス部８２ａ外周に開口する通孔８２ｂ…とを介して相互
に連通する。

【００３７】図２および図４に示すように、第１ケーシ
ング半体１２および第２ケーシング半体１３には、ロー
タチャンバ１４の短径方向を基準にしてロータ４１の回
転方向Ｒの進み側１５°の位置に、放射方向に整列した
複数の吸気ポート１０８…が形成される。この吸気ポー
ト１０８…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１
３には、ロータチャンバ１４の短径方向を基準にしてロ
ータ４１の回転方向Ｒの遅れ側１５°〜７５°の位置
に、複数の排気ポート１０９…が形成される。この排気
ポート１０９…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。ベーン４８…のシール
部材７２…が排気ポート１０９…のエッジで傷付かない
ように、それら排気ポート１０９…は第２ケーシング半
体１３の内部に形成した浅い凹部１３ｄ，１３ｄに開口
する。

【００３８】第２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２および第３蒸気通
路Ｓ３…、並びに固定スリーブ８６の切欠８６ａ，８６
ａおよび第３蒸気通路Ｓ３…は、固定軸１０２および回
転軸１１３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（図１０参照）。

【００３９】図１７から明らかなように、第１固定軸９
２の左端外周部には複数の切欠９２ａ…が形成されてお
り、これらの切欠９２ａ…間に形成された凸部９２ｂ…
が固定軸支持ばね９５の円筒ばね９３ａに当接する。内
部を高温高圧蒸気が通過する第１固定軸９２が温度上昇
しても、その凸部９２ｂ…のみを円筒ばね９３ａに当接
させることで、固定軸支持ばね９５に伝達される熱を最
小限に抑えることができる。

【００４０】図１８から明らかなように、内側スリーブ
８７に嵌合するノズル部材１０７の外周に環状溝１０７
ａが形成されており、更にその端部に複数の切欠１０７
ｂ…が形成されている。これにより、内部を高温高圧蒸
気が通過するノズル部材１０７の熱が内側スリーブ８７
に伝達されるのを最小限に抑えることができる。

【００４１】図１４〜図１６から明らかなように、外側
スリーブ８８の回転バルブＶを挟む２個所において環状
に配置された複数個（実施例では１２個）ポート孔８８
ｄ…が形成され、内側スリーブ８７には前記ポート孔８
８ｄ…に連通する２個のポート溝８７ｄ，８７ｄが環状
に形成される。ポート孔８８ｄ…およびポート溝８７
ｄ，８７ｄは、内側スリーブ８７および外側スリーブ８
８の結合面に軸線Ｌ方向に形成された２本の通路８７
ｂ，８７ｂと、内側スリーブ８７に形成した環状溝８７
ｃと、外側スリーブ８８に形成した通孔８８ａとを介し
て中継チャンバ１９に連通する。外側スリーブ８８の外
周面の２列のポート孔８８ｄ…の軸方向外側に、複数に
分割されて螺旋状に延びる螺旋溝８８ｂ…が形成され
る。２列のポート孔８８ｄ…の両側において、螺旋溝８
８ｂ…の傾斜方向は相互に逆方向になる。また外側スリ
ーブ８８の外周面の２列のポート孔８８ｄ…の軸方向内
側は、２本の摩耗粉補集溝８８ｃ，８８ｃが形成され
る。

【００４２】図２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７６，７６に嵌合
するリングシール７９，７９の背面に圧力室１１０，１
１０が形成されており、第１、第２ケーシング半体１
２，１３に形成された第１１水通路Ｗ１１は、パイプよ
りなる第１２水通路Ｗ１２および第１３水通路Ｗ１３を
介して両圧力室１１０，１１０に連通し、両圧力室１１
０，１１０に加わった水圧でリングシール７９，７９は
ロータ４１の側面に向けて付勢される。

【００４３】第１１水通路Ｗ１１は、パイプよりなる第
１４水通路Ｗ１４を介して環状のフィルター３０の外周
面に連通し、フィルター３０の内周面は第２ケーシング
半体１３に形成した第１５水通路Ｗ１５を介して第２ケ
ーシング半体１３に形成した第１６水通路Ｗ１６に連通
する。第１６水通路Ｗ１６に供給された水は固定軸１０
２の外側スリーブ８８および回転軸１１３の内側スリー
ブ８５の摺動面を潤滑する。またフィルター３０の内周
面から第１７水通路Ｗ１７を介して軸受部材２３の外周
に供給された水は、軸受部材２３を貫通するオリフィス
を通して回転軸１１３の外側スリーブ２１の外周面を潤
滑するとともに、静圧軸受けを構成して浮動状態で支持
することで摩擦力を低減して焼き付きを防止する。一
方、第１１水通路Ｗ１１からパイプよりなる第１８水通
路Ｗ１８を介して軸受部材２２の外周に供給された水
は、軸受部材２２を貫通するオリフィスを通して回転軸
１１３の外側スリーブ２１の外周面を潤滑するととも
に、固定軸１０２の外側スリーブ８８および回転軸１１
３の内側スリーブ８５の摺動面を潤滑する。

【００４４】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。

【００４５】先ず、膨張機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９１、固定軸１０２の中心を通る第１蒸気通路Ｓ
１、固定軸１０２を半径方向に貫通する一対の第２蒸気
通路Ｓ２，Ｓ２に供給される。図１０において、ロータ
４１および外側スリーブ２１と一体に矢印Ｒ方向に回転
する内側スリーブ８５が固定軸１０２に対して所定の位
相に達すると、ロータチャンバ１４の短径位置からロー
タ４１の回転方向Ｒの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Ｓ２，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４４，４４の内部
に供給され、ピストン４７，４７を半径方向外側に押圧
する。図４において、これらピストン４７，４７に押圧
されたベーン４８，４８が半径方向外側に移動すると、
ベーン４８，４８に設けた一対のローラ７１，７１と環
状溝７４，７４との係合により、ピストン４７，４７の
前進運動がロータ４１の回転運動に変換される。

【００４６】ロータ４１の回転に伴って第２蒸気通路Ｓ
２，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４４，４４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４７，４７をなおも
前進させ、これによりロータ４１の回転が続行される。
ベーン４８，４８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４４，４４に連なる第３蒸気
通路Ｓ３，Ｓ３が固定スリーブ８６の外周面に形成した
一対の切欠８６ａ，８６ａに連通し、ローラ７１，７１
を環状溝７４，７４に案内されたベーン４８，４８に押
圧されたピストン４７，４７が半径方向内側に移動する
ことにより、シリンダ４４，４４内の蒸気は第３蒸気通
路Ｓ３，Ｓ３、切欠８６ａ，８６ａ、第４蒸気通路Ｓ
４，Ｓ４、第５蒸気通路Ｓ５および通孔８２ｂ…を通
り、第１の降温降圧蒸気となって中継チャンバ１９に供
給される。第１の降温降圧蒸気は、蒸気供給パイプ９１
から供給された高温高圧蒸気がピストン４７，４７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４８…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。

【００４７】中継チャンバ１９内の第１の降温降圧蒸気
は第１、第２ケーシング半体１２，１３の吸気ポート１
０８…からロータチャンバ１４内のベーン室７５…に供
給され、そこで更に膨張することによりベーン４８…を
押圧してロータ４１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１０９…から排気
チャンバ２０に排出され、そこから凝縮器５に供給され
る。

【００４８】このように、高温高圧蒸気の膨張により１
２個のピストン４７…を次々に作動させてローラ７１，
７１および環状溝７４，７４を介しロータ４１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
気の膨張によりベーン４８…を介しロータ４１を回転さ
せることによって回転軸１１３より出力が得られる。

【００４９】次に、前記膨張機４のベーン４８…および
ピストン４７…の水による潤滑について説明する。

【００５０】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を膨張機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。

【００５１】図３および図８において、潤滑水導入部材
２４の第１水通路Ｗ１に供給された水は、シールブロッ
ク２５の第２水通路Ｗ２…、外側スリーブ２１の第３水
通路Ｗ３…、水通路形成部材６８の環状溝６８ａ、外側
スリーブ２１の第４水通路Ｗ４、パイプ部材６９および
ロータセグメント４３に形成した第５水通路Ｗ５，Ｗ５
を経て一方のパイプ部材５５の小径部５５ａに流入し、
また前記小径部５５ａに流入した水は一方のパイプ部材
５５の貫通孔５５ｂ、両パイプ部材５５，５６に形成し
た第６水通路Ｗ６および他方のパイプ部材５６に形成し
た貫通孔５６ｂを経て、該他方のパイプ部材５６の小径
部５６ａに流入する。

【００５２】各々のパイプ部材５５，５６の小径部５５
ａ，５６ａから各々の潤滑水分配部材６２の分配溝６２
ｂを経てオリフィス形成プレート６１の６個のオリフィ
ス６１ｂ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｃ；６１ｄ，６１ｄを
通過した水の一部は、ロータセグメント４３の端面に開
口する４個の潤滑水噴出口４３ｅ，４３ｅ；４３ｆ，４
３ｆから噴出し、他の一部はロータセグメント４３の側
面に形成した円弧状のリセス４３ａ，４３ｂ内の潤滑水
噴出口４３ｃ，４３ｄから噴出する。

【００５３】而して、各々のロータセグメント４３の端
面の潤滑水噴出口４３ｅ，４３ｅ；４３ｆ，４３ｆから
ベーン溝４９内に噴出した水は、ベーン溝４９に摺動自
在に嵌合するベーン４８との間に静圧軸受けを構成して
該ベーン４８を浮動状態で支持し、ロータセグメント４
３の端面とベーン４８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４８
の摺動面を潤滑する水をロータ４１の内部に放射状に設
けた水通路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４１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。

【００５４】またベーン４８の両面に各２個ずつ形成さ
れたリセス４８ｅ，４８ｅに水が保持されるため、この
リセス４８ｅ，４８ｅ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、一対のロータセ
グメント４３，４３の端面に挟まれたベーン４８が水に
よって浮動状態になり、摺動抵抗を効果的に低減するこ
とが可能になる。またベーン４８が往復運動するとロー
タ４１に対するベーン４８の半径方向の相対位置が変化
するが、前記リセス４８ｅ，４８ｅはロータセグメント
４３側でなくベーン４８側に設けられており、かつベー
ン４８に最も荷重の掛かるローラ７１，７１の近傍に設
けられているため、往復運動するベーン４８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。

【００５５】尚、ロータセグメント４３に対するベーン
４８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４８の円弧面４８ｂに設けたシール部材７
２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１０９…を介して排出される。

【００５６】図２において、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７６，７６
の底部の圧力室１１０，１１０に水を供給してリングシ
ール７９，７９をロータ４１の側面に向けて付勢し、か
つ各々のロータセグメント４３のリセス４３ａ，４３ｂ
の内部に形成した潤滑水噴出口４３ｃ，４３ｄ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７６，７６の内部で浮動状態にあるリングシール７
９，７９でロータ４１の平坦面４１ａ，４１ａ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４１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７９，７９とロ
ータ４１とは潤滑水噴出口４３ｃ，４３ｄ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４１が傾いても、それに追従して円形シール溝７６，
７６内のリングシール７９，７９が傾くダンパー効果に
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。

【００５７】尚、リングシール７９，７９とロータ４１
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１０９…を経てケー
シング１１の外部に排出される。

【００５８】更に、図５において、パイプ部材５５の内
部の第６水通路Ｗ６からロータセグメント４３の内部の
第１０水通路Ｗ１０およびシリンダ４４の外周の環状溝
６７を経てシリンダ４４およびピストン４７の摺動面に
供給された水は、その摺動面に形成される水膜の粘性に
よりシール機能を発揮し、シリンダ４４に供給された高
温高圧蒸気がピストン４７との摺動面を通ってリークす
るのを効果的に防止する。このとき、高温状態にある膨
張機４の内部を通ってシリンダ４４およびピストン４７
の摺動面に供給された水は加温されているため、その水
によってシリンダ４４に供給された高温高圧蒸気が冷却
されて膨張機４の出力が低下するのを最小限に抑えるこ
とができる。

【００５９】しかもシール用の媒体として蒸気と同一物
質である水を用いたことにより、蒸気に水が混入しても
何ら問題はない。仮に、シリンダ４４およびピストン４
７の摺動面をオイルでシールした場合には、水あるいは
蒸気にオイルが混入するのが避けられないため、オイル
を分離する特別のフィルター装置が必要となってしま
う。またベーン４８およびベーン溝４９の摺動面を潤滑
する水の一部を兼用してバイパスさせることでシリンダ
４４およびピストン４７の摺動面をシールするので、そ
の水を前記摺動面に導く水通路を別途特別に設ける必要
をなくして構造を簡素化することができる。

【００６０】ところで、回転バルブＶにおける蒸気のシ
ール性を確保するには、回転軸１１３および固定軸１０
２の摺動面のクリアランスを精密に管理する必要があ
る。膨張機４の冷間時に回転バルブＶの近傍において、
高温の蒸気が通過する固定軸１０２が先行して熱膨張
し、回転軸１１３が遅れて熱膨張するため、その熱膨張
量の差によって固定軸１０２の外周面が摩耗する。この
とき、固定軸１０２がケーシング１１に強固に固定され
ていると、ロータ４１の回転振れによって固定軸１０２
の外周面が不均一に接触して偏摩耗するために、回転バ
ルブＶにおける蒸気のシール性の低下、摺動抵抗の増
加、ロータ４１の回転挙動の悪化等の不具合が発生する
問題がある。

【００６１】しかしながら、本実施例によれば、固定軸
１０２が固定軸支持ばね９５でケーシング１１に対して
フローティング支持されているので、ロータ４１の回転
振れが回転軸１１３を介して固定軸１０２に伝達された
ときに、固定軸支持ばね９５のダンパー効果で発揮され
る追従作用による調芯作用でロータ４１の回転振れを抑
制し、固定軸１０２および回転軸１１３の摺動部におけ
る摩擦抵抗の増加や異常摩耗の発生を効果的に回避する
ことができる。このように、固定軸支持ばね９５の作用
で固定軸１０２の外周面が均一に摩耗すれば、膨張機４
の熱間時に固定軸１０２の前記均一に摩耗した部分のク
リアランスが均一に狭まり、回転バルブＶのシール性が
確保される。尚、固定軸１０２の左端はオルダム継ぎ手
８９を介して回転不能かつ半径方向移動可能に支持され
ているため、固定軸支持ばね９５のダンパー効果で発揮
される追従作用による固定軸１０２の調芯作用を支障な
く発揮させることができる。

【００６２】また蒸気の熱による固定軸１０２の熱膨張
量を小さく抑えれば、回転バルブＶの近傍における固定
軸１０２の外周面の摩耗を更に減少させることができ
る。そのために、本実施例では熱膨張率が小さいセラミ
ック等で形成した内側スリーブ８７の外周に金属製の外
側スリーブ８８を焼き嵌めして固定スリーブ８６を構成
している。

【００６３】即ち、図２０（Ａ）に示すように、常温時
において内側スリーブ８７の外径Ｄｏは外側スリーブ８
８の内径Ｄｉよりも大きくなっており、図２０（Ｂ）に
示すように、金属製の外側スリーブ８８を加熱して熱膨
張させることにより、その内径Ｄｉ′を内側スリーブ８
７の外径Ｄｏよりも大きくした状態で、内側スリーブ８
７の外周に外側スリーブ８８を嵌合させる。この状態か
ら外側スリーブ８８を冷却して収縮させると、図２０
（Ｃ）に示すように、外側スリーブ８８の内周面が内側
スリーブ８７の外周面に密着して焼き嵌めが完了する。
焼き嵌めが完了した状態では、本来ならば内径がＤｉま
で減少するはずの外側スリーブ８８（鎖線参照）は、内
側スリーブ８７に阻止されて内径が前記Ｄｉよりも大き
い内径Ｄ″までしか収縮できず（Ｄｉ＜Ｄｉ″＜
Ｄ′）、外側スリーブ８８に引張方向の内部応力が作用
した状態となる。

【００６４】従って、図２０（Ｄ）に示すように、外側
スリーブ８８および内側スリーブ８７が蒸気により加熱
されたとき、その外側スリーブ８８の熱膨張は前記引張
方向の内部応力によりキャンセルされ、外側スリーブ８
８の外径は実質的に増加しない。実際には、外側スリー
ブ８８の外径は、熱膨張率が小さいセラミック等で形成
した内側スリーブ８７の僅かな熱膨張量に支配され、そ
の内側スリーブ８７に押し広げられて僅かながら増加す
る。このようにして、回転軸１１３の内側スリーブ８５
に対して摺動する延び易い金属製のカラーである外側ス
リーブ８８を有する固定スリーブ８６の熱膨張による外
径の変化を焼き嵌めにより抑制することができるので、
固定スリーブ８６の外周面の摩耗を最小限に抑えて回転
バルブＶからの蒸気のリークを防止することができる。

【００６５】尚、固定スリーブ８６の外側スリーブ８８
を金属製としたことにより、セラミック製のスリーブに
施すことが困難な低摩擦材のコーティングを外側スリー
ブ８８に施すことを可能にし、回転軸１１３側の焼き嵌
め構造と相俟って内側スリーブ８５との間の摩擦抵抗を
一層低減するとともに、クリアランスの増大を抑制して
蒸気のリークを低減することができる。

【００６６】上述した固定軸１０２の固定スリーブ８６
と同様に、回転軸１１３もセラミック製の内側スリーブ
８５の外周に金属製の外側スリーブ２１を焼き嵌めによ
り一体化して構成されており、外側スリーブ２１には引
張方向の内部応力が作用した状態となる。

【００６７】次に、上記焼き嵌めによる効果を図２１に
基づいて説明する。

【００６８】図２１（Ｄ）は、回転軸１１３および固定
軸１０２を共に金属製とした従来例に対応するももであ
り、冷間時に固定軸１０２の内部を通して高温の蒸気を
回転バルブＶに供給すると、先ず固定軸１０２側が大き
く熱膨張して回転軸１１３の内周面に接触し、ａ点およ
びｂ点間で摺動面の摩耗が発生する。尚、この摩耗は組
立て後の膨張機４の最初の運転時にのみ発生するもので
ある。時間が経過して固定軸１０２および回転軸１１３
の温度が共に充分に上昇した熱間時になると、回転軸１
１３の膨張量が固定軸１０２の膨張量よりも大きくな
り、両者間のクリアランスが次第に拡大する。このよう
に、従来のものは固定軸１０２および回転軸１１３が共
に熱膨張することで、摺動面の摩耗と熱間時のクリアラ
ンスの増加とが発生してしまう。

【００６９】一方、図２１（Ａ）は、回転軸１１３およ
び固定軸１０２の両方に焼き嵌めを採用した本実施例の
特性を示すもので、冷間時から熱間時にかけて回転軸１
１３および固定軸１０２の半径は殆ど変化せず、両者の
摺動面のクリアランスは常に略一定に保持される。

【００７０】図２１（Ｂ）は、回転軸１１３側だけに焼
き嵌めを採用した場合の特性を示すもので、蒸気の供給
開始に伴って固定軸１０２側が熱膨張し、殆ど熱膨張し
ない回転軸１１３の内周面に接触して固定軸１０２の外
周面に摩耗が発生する。この摩耗は組立て後の膨張機４
の最初の運転時にのみ発生するものであり、一旦摩耗に
よる擦り合わせが完了すると、次回からの運転では両者
の摺動面のクリアランスは常に略一定に保持される。

【００７１】図２１（Ｃ）は、固定軸１０２側だけに焼
き嵌めを採用した場合の特性を示すもので、蒸気の供給
開始に伴って回転軸１１３側が熱膨張し、殆ど熱膨張し
ない回転軸１１３との間のクリアランスが次第に増加す
るが、固定軸１０２および回転軸１１３の接触が回避さ
れるために摩耗は発生せず、両者間の摺動抵抗を最小限
に抑えることができる。

【００７２】以上のように、回転軸１１３および固定軸
１０２の両方に焼き嵌めを採用した場合に最大の効果が
発揮されるが、回転軸１１３および固定軸１０２の一方
だけに焼き嵌めを採用した場合にも、所定の効果を得る
ことができる。

【００７３】上述のようにして回転バルブＶからの蒸気
のリーク防止を図っても、若干の蒸気が回転軸１１３お
よび固定軸１０２の摺動面にリークするのは避けられな
い。そのリークした蒸気は固定スリーブ８６の外周面に
環状に形成したポート孔８８ｄ…およびポート溝８７
ｄ，８７ｄに捕捉され、そこから内側スリーブ８７およ
び外側スリーブ８８の結合面に形成された２本の通路８
７ｂ，８７ｂと、内側スリーブ８７に形成した環状溝８
７ｃと、外側スリーブ８８に形成した通孔８８ａとを介
して中継チャンバ１９に供給される。中継チャンバ１９
に供給された蒸気は、ピストン４７…の駆動を終えた第
１の降温降圧蒸気と合流してベーン４８…の駆動に供さ
れる。このように、回転バルブＶからリークした蒸気を
ポート孔８８ｄ…およびポート溝８７ｄ，８７ｄに捕捉
して再利用することにより、膨張機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。

【００７４】また固定スリーブ８６の金属製の外側スリ
ーブ８８が回転軸１１３のセラミック製の内側スリーブ
８５との摺動により摩耗したとき、その摩耗粉は外側ス
リーブ８８の外周面に形成した摩耗粉補集溝８８ｃ，８
８ｃに補集され、固定スリーブ８６および回転軸１１３
の内側スリーブ８５の摺動面に堆積することが防止され
る。これにより、前記摺動面における摩擦抵抗の増加や
焼き付きの発生を回避することができる。

【００７５】また第１６水通路Ｗ１６から供給されて固
定スリーブ８６および回転軸１１３の内側スリーブ８５
の摺動面を潤滑した水と、軸受部材２２，２３を貫通す
るオリフィスを通して回転軸１１３の外周面を潤滑する
とともに固定スリーブ８６および回転軸１１３の内側ス
リーブ８５の摺動面を潤滑した水とが、固定スリーブ８
６の外周に形成したポート孔８８ｄ…およびポート溝８
７ｄ，８７ｄを経て中継チャンバー１９に流入すると、
中継チャンバー１９内の第１の降温降圧蒸気が冷やされ
てしまい、膨張機４の出力が低下する虞がある。

【００７６】しかしながら、本実施例によれば、固定ス
リーブ８６および回転軸１１３の内側スリーブ８５の摺
動面を潤滑する水が固定スリーブ８６の両端側から中央
のポート孔８８ｄ…およびポート溝８７ｄ，８７ｄに向
かって流れるとき、外側スリーブ８８の外周に形成した
螺旋溝８８ｂ…の作用で潤滑水をポート孔８８ｄ…およ
びポート溝８７ｄ，８７ｄから離反するように押し戻す
圧力を発生させることができる。即ち、回転軸１１３の
内側スリーブ８５と固定スリーブ８６との相対回転によ
り、螺旋溝８８ｂ…に保持された潤滑水がねじポンプの
作用で加圧され、ポート孔８８ｄ…およびポート溝８７
ｄ，８７ｄから離反するように押し戻されるのである。

【００７７】尚、螺旋溝８８ｂ…を短く分断せずにポー
ト孔８８ｄ…およびポート溝８７ｄ，８７ｄに連通させ
ると、高圧の潤滑水が螺旋溝８８ｂ…の内部を素通りし
て低圧のポート孔８８ｄ…およびポート溝８７ｄ，８７
ｄに流入する虞があるが、螺旋溝８８ｂ…を短く分断し
たことにより上記問題が解消される。

【００７８】また第１水通路Ｗ１と第１１水通路Ｗ１１
とは独立しており、各々の潤滑部において必要とする圧
力で水を供給している。具体的には、第１水通路Ｗ１か
ら供給される水は、前述したように主にベーン４８…や
ロータ４１を静圧軸受けで浮動状態に支持するものであ
るため、荷重変動に拮抗し得る高圧が必要とされる。そ
れに対して、第１１水通路Ｗ１１から供給される水は、
主に固定軸１０２まわりと軸受け部材２２，２３とを水
潤滑するとともに静圧軸受けを構成し、第３蒸気通路Ｓ
３，Ｓ３から固定軸１０２の外周にリークする高温高圧
蒸気を封止して固定軸１０２、回転軸１１３、ロータ４
１等の熱膨張の影響を低減するものであるため、少なく
とも中継チャンバー１９の圧力よりも高い圧力であれば
良い。

【００７９】このように、高圧の水を供給する第１水通
路Ｗ１と、それよりも低圧の水を供給する第１１水通路
Ｗ１１との二つの水供給系統を設けたので、高圧の水を
供給する一つの水供給系統だけを設けた場合の不具合を
解消することができる。つまり固定軸１０２まわりに過
剰な圧力の水が供給されて中継チャンバー１９への水の
流出量が増加したり、固定軸１０２、回転軸１１３、ロ
ータ４１等が過冷却されて蒸気温度が低下したりする不
具合を防止することができ、水の供給量を削減しながら
膨張機４の出力を増加させることができる。

【００８０】以上説明した実施例以外にも、ピストン４
７…の前進運動をロータ４１の回転運動に変換する動力
変換装置の構成として、ベーン４８…を介さず、ピスト
ン４７…の前進運動を直接ローラ７１…で受け、環状溝
７４，７４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４８…もローラ７１…と環状溝７４，７
４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４７…およびローラ７１…が、またベーン４８…およ
びローラ７１…が、各々独立して環状溝７４，７４と協
働しても良い。

【００８１】前記膨張機４を圧縮機として使用する場合
には、回転軸１１３によりロータ４１を図４の反矢印Ｒ
方向に回転させて、外気をベーン４８…により排気ポー
ト１０９…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１
０８…から中継チャンバ１９、通孔８２ｂ…、第５蒸気
通路Ｓ５、第４蒸気通路Ｓ４，Ｓ４、固定軸１０２の切
欠８６ａ，８６ａおよび第３蒸気通路Ｓ３…を経てシリ
ンダ４４…内に吸入し、そこでピストン４７…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４４…から第３蒸気通路Ｓ３…、第
２蒸気通路Ｓ２，Ｓ２、第１蒸気通路Ｓ１および蒸気供
給パイプ９１を経て排出される。尚、膨張機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９１は、それぞれ空気通路Ｓ１〜Ｓ５
および空気供給パイプ９１と読み変えるものとする。

【００８２】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。

【００８３】例えば、実施例では回転流体機械として膨
張機４を例示したが、本発明は圧縮機としても適用する
ことができる。

【００８４】また実施例では気相作動媒体および液相作
動媒体として蒸気および水を用いているが、他の適宜の
作動媒体を用いることができる。

【００８５】また実施例ではポート孔８８ｄ…およびポ
ート溝８７ｄ，８７ｄを固定軸１０２側に設けている
が、それらを回転軸１１３側に設けても良い。

【００８６】

【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、固定軸および回転軸の少なくとも一方の表面
に螺旋溝を形成したので、固定軸および回転軸の摺動面
に静圧軸受けを構成する液相作動媒体がポートに流入す
るのを、固定軸および回転軸の相対回転による螺旋溝の
ねじポンプ作用により発生する動圧で対向させて阻止す
ることができる。これにより、静圧軸受けの機能を効果
的に発揮させて回転軸の潤滑性および調芯性を高めるこ
とができるだけでなく、静圧軸受けにおける液相作動媒
体の消費量を削減することができ、しかも回転バルブか
らリークしてポートに捕集された気相作動媒体がポート
に流入する液相作動媒体で冷却されて回転流体機械の性
能が低下するのを防止することができる。

【００８７】また請求項２に記載された発明によれば、
ポートの内側における固定軸および回転軸の少なくとも
一方の表面に摩耗粉捕集溝を形成したので、回転バルブ
の摺動面の摩耗により発生した摩耗粉を摩耗粉捕集溝に
捕集し、前記摺動面におけるフリクションの増加や焼き
付きの発生を防止することができる。

【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張機の縦断
面図

【図３】図２の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２の６−６線断面図

【図７】図５の７−７線断面図

【図８】図５の８−８線断面図

【図９】図８の９−９線断面図

【図１０】図３の１０−１０線断面図

【図１１】ロータの分解斜視図

【図１２】ロータの潤滑水分配部の分解斜視図

【図１３】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１４】回転バルブおよび固定軸支持ばねを示す、図
３の要部拡大図

【図１５】固定軸の外周面を示す、図２の要部拡大図

【図１６】図１４の１６−１６線断面図

【図１７】第１固定軸の要部拡大図

【図１８】ノズル部材の拡大図

【図１９】図１４の１９−１９線断面図

【図２０】固定スリーブを焼き嵌めした場合の作用を説
明する図

【図２１】固定軸および回転軸の熱膨張の関係を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１１ ケーシング ４１ ロータ ８７ｄ ポート溝（ポート） ８８ｂ 螺旋溝 ８８ｃ 摩耗粉捕集溝 ８８ｄ ポート孔（ポート） １０２ 固定軸 １１３ 回転軸 Ｖ 回転バルブ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 勤 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 田島 雄一郎 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） 3G081 BA06 BB00 BC07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング（１１）内に回転自在に収容
   したロータ（４１）と、ロータ（４１）と一体に回転す
   る中空の回転軸（１１３）と、ケーシング（１１）に固
   定した固定軸（１０２）と、固定軸（１０２）および回
   転軸（１１３）の摺動面に形成されて高温の気相作動媒
   体の供給・排出を制御する回転バルブ（Ｖ）と、固定軸
   （１０２）に回転バルブ（Ｖ）を囲むように形成されて
   前記摺動面にリークした気相作動媒体を捕集するポート
   （８７ｄ，８８ｄ）とを備え、 固定軸（１０２）および回転軸（１１３）の摺動面に液
   相作動媒体を供給して静圧軸受けを構成する回転流体機
   械であって、 固定軸（１０２）および回転軸（１１３）の少なくとも
   一方の表面に、液相作動媒体のポート（８７ｄ，８８
   ｄ）への流入を阻止する螺旋溝（８８ｂ）を形成したこ
   とを特徴とする回転流体機械。
2. 【請求項２】 ポート（８７ｄ，８８ｄ）の内側におけ
   る固定軸（１０２）および回転軸（４１）の少なくとも
   一方の表面に、回転バルブ（Ｖ）において発生した摩耗
   粉を捕集する摩耗粉捕集溝（８８ｃ）を形成したことを
   特徴とする、請求項１に記載の回転流体機械。