JP4344451B2 - Rotary fluid machine - Google Patents
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Description
【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式流体機械に関する。
【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。
【0003】
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。
【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。
【0005】
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。
【0006】
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の形成し、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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0008】
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。
【0009】
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を目的とする。
【0010】
【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、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、前記第2エネルギー変換手段を、ロータから放射方向に出没し、外周面がロータチャンバの内周面にシール部材を介して摺接するベーンから構成し、これらベーンおよびピストンに連動するローラを、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、その係合により、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。
【0011】
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シール部材を介して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。
【0012】
また、ロータチャンバの内部で回転する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、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。
【0013】
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、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。
【0015】
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、前記回転軸はロータを支持することを特徴とする回転式流体機械が提案される。
【0016】
上記構成によれば、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。
【0017】
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、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ことを特徴とする回転式流体機械が提案される。
【0018】
上記構成によれば、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。
【0019】
また請求項5に記載された発明によれば、請求項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ことを特徴とする回転式流体機械が提案される。
【0020】
上記構成によれば、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。
【0021】
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1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たことを特徴とする回転式流体機械が提案される。
【0022】
上記構成によれば、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。
【0023】
尚、実施例の出力軸23は本発明の回転軸に対応し、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。
【0024】
【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。
【0025】
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。
【0026】
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11,16間には中継チャンバ20が形成される。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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12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31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。
【0030】
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41の先端部側は常時ガイド筒40内に位置する。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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58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。
【0036】
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46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14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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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72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76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78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15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。
【0040】
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。
【0041】
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94,95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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
固定軸65の中空部r内および中空筒体72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。
【0045】
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109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110,111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。
【0046】
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25が臨むハウジング114に、またそのハウジング114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。
【0047】
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59との間の潤滑が行われる。
【0048】
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U2,U8等についても同じである。
【0049】
例えば、図11も参照して、第1供給管94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。
【0050】
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31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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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14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102,103、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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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31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。
【0058】
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31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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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、本発明は圧縮器としても適用することができる。
【0062】
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。
【0063】
【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、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シール部材を介して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、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、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。
【0065】
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】
また請求項3に記載された発明によれば、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。
【0067】
また請求項4に記載された発明によれば、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。
【0068】
また請求項5に記載された発明によれば、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。
【0069】
また請求項6に記載された発明によれば、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。
【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】
7 ケーシング
4 膨脹器
14 ロータチャンバ
23 出力軸(回転軸)
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary fluid machine that can be used as an expander or a compressor.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-41602 describes a double multi-vane rotary machine. In this structure, a circular vane support ring is arranged between an elliptical outer cam ring and an elliptical inner cam ring, and the outer ends and inner ends of a plurality of vanes supported radially slidably on the vane support ring. The ends are brought into contact with the inner peripheral surface of the outer cam ring and the outer peripheral surface of the inner cam ring, respectively. Therefore, when the vane support ring rotates relative to the outer cam ring and the inner cam ring, the volume of the plurality of working chambers partitioned by the vane between the outer cam ring and the vane support ring is expanded and reduced to function as an expander or a compressor. In addition, the volume of the plurality of working chambers partitioned by the vanes between the inner cam ring and the vane support ring is enlarged or reduced to function as an expander or a compressor.
[0003]
In this double multi-vane rotating machine, the outer and inner rotating machines can be used as independent expanders, the outer and inner rotating machines can be used as independent compressors, and the outer and inner rotating machines can be used. One and the other can be used as an expander and a compressor, respectively.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-206990 describes a vane type rotary machine that can be used as an expander or a compressor. In this arrangement, a circular intermediate cylinder is eccentrically disposed between a circular outer cam ring and a circular inner cam ring arranged concentrically, and the outer sides of a plurality of vanes supported slidably in the radial direction on the intermediate cylinder. The end and the inner end are brought into contact with the inner peripheral surface of the outer cam ring and the outer peripheral surface of the inner cam ring, respectively. Therefore, when the intermediate cylinder rotates relative to the outer cam ring and the inner cam ring, the volume of the plurality of working chambers partitioned by the vane between the outer cam ring and the vane support ring is enlarged and reduced to function as an expander or a compressor. In addition, the volume of the plurality of working chambers partitioned by the vanes between the inner cam ring and the vane support ring is enlarged and reduced to function as an expander or a compressor.
[0005]
In this vane type rotating machine, the outer and inner rotating machines can be used as independent expanders, and the outer and inner rotating machines can be used as independent compressors. By allowing the working fluid that has passed through one to pass through the other, the outer and inner rotary machines can be connected in series and operated as a two-stage expander or a two-stage compressor.
[0006]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 64-29676 discloses a radial plunger pump. In this type, a plurality of cylinders are radially formed in a rotor arranged eccentrically inside a circular cam ring, and the tip of a plunger that is slidably fitted to these cylinders is brought into contact with the inner peripheral surface of the cam ring to reciprocate. It is made to operate as a pump by moving it.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, what is disclosed in the above-mentioned JP-A-59-41602 and JP-A-60-206990 includes a plurality of vane-type rotating machines arranged inside and outside in the radial direction. The structure of the pressure energy and mechanical energy conversion mechanism is simple and can handle a large amount of working fluid while having a compact structure, but it is highly efficient due to the large amount of working fluid leaked from the sliding part of the vane. There is a problem that it is difficult.
[0008]
In addition, the radial plunger pump disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-29676 has a high working fluid sealability because the working fluid is compressed by a piston that is slidably fitted into the cylinder, and the working fluid is high pressure. Although the efficiency reduction due to leakage can be suppressed to a minimum even with the use of, the crank mechanism and the swash plate mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into a rotational motion are required, and the structure becomes complicated.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to combine the advantages of a piston type and a vane type in a rotary fluid machine.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least a first energy conversion means and a second energy conversion means are provided, and a working fluid having pressure energy is input to the first and second energy conversion means. Then, by converting the pressure energy into mechanical energy, the first and second energy conversion means can function as an expander that integrates and outputs the generated mechanical energy, and the mechanical energy is converted into the first energy. 1. Compression that is input to the second energy conversion means and converts the mechanical energy into pressure energy of the working fluid, thereby integrating and outputting the pressure energy of the working fluid generated by the first and second energy conversion means, respectively. In the rotary fluid machine capable of functioning as a container, the first energy conversion meansTheA cylinder formed radially on a rotor rotatably accommodated in the rotor chamber, and a piston that slides in the cylinderShiThe second energy conversion meansThe, Appearing radially from the rotor, OutsideThe peripheral surface is the inner peripheral surface of the rotor chamberThrough the seal memberConsists of sliding vanesThe vanes and the piston interlocking with the piston are engaged with a non-circular annular groove formed in the casing defining the rotor chamber, and the reciprocating motion of the piston and the rotational motion of the rotor are mutually converted by the engagement. And restricting the gap between the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the rotor chamberA rotary fluid machine characterized by this is proposed.
[0011]
According to the above configuration, the first energy conversion means is composed of the cylinder formed radially in the rotor rotatably accommodated in the rotor chamber and the piston sliding in the cylinder. It is possible to improve the sealing performance of the working fluid and minimize the efficiency reduction due to leakage. The second energy conversion means is supported by the rotor so as to be movable in the radial direction, and is disposed on the inner peripheral surface of the rotor chamber.Through the seal memberSince the vane is in sliding contact, the structure of the pressure energy and mechanical energy conversion mechanism is simple, and a large flow rate of working fluid can be processed with a compact structure. As described above, by combining the first energy conversion means having the piston and the cylinder and the second energy conversion means having the vane, a high-performance rotary fluid machine having both features can be obtained.
[0012]
Further, since the roller interlocking with the vane and the piston moving in the radial direction with respect to the rotor rotating inside the rotor chamber is engaged with the non-circular annular groove formed in the casing defining the rotor chamber, the roller and A simple structure consisting of an annular groove can convert the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotor when it functions as an expander, and the reciprocating motion of the rotor when it functions as a compressor. Can be converted to In addition, by guiding the movement trajectory of the roller with the annular groove, the gap between the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the rotor chamber can be regulated to prevent occurrence of abnormal wear and leakage.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the first energy converting means converts the reciprocating motion of the piston and the rotational motion of the rotating shaft to each other, and A rotary fluid machine is proposed in which the two energy conversion means mutually converts the movement of the vane in the circumferential direction and the rotational movement of the rotary shaft.
[0014]
According to the above configuration, the first energy converting means mutually converts the reciprocating motion of the piston and the rotating motion of the rotating shaft, and the second energy converting means is the movement of the vane in the circumferential direction and the rotating motion of the rotating shaft. Are mutually converted, so that the fluid is compressed by the first and second energy converting means by the input of external force from the rotating shaft, and the rotating shaft is driven by the first and second energy converting means by supplying the high pressure fluid. Can do. Thereby, the mechanical energy can be integrated and output by the first and second energy conversion means, or the pressure energy of the working fluid can be integrated and output by the first and second energy conversion means.
[0015]
According to the invention described in
[0016]
According to the above configuration, since the rotor is supported on the rotating shaft, the mechanical energy generated by the pistons and cylinders or vanes provided on the rotor can be efficiently output to the rotating shaft, and the mechanical energy can be applied to the rotating shaft. Just by inputting, the working fluid can be efficiently compressed by the piston and cylinder or vane provided on the rotor supported by the rotating shaft.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, when functioning as an expander, the total amount of the working fluid that has passed through the first energy conversion unit is the second energy conversion unit. When rotating and functioning as a compressor, a rotary fluid machine is proposed in which the entire amount of working fluid that has passed through the second energy conversion means passes through the first energy conversion means.
[0018]
According to the above configuration, when the first and second energy conversion means are connected in series and function as an expander, first, a high-pressure working fluid is passed through the first energy conversion means, and a part of the pressure energy is mechanically transmitted. By converting the working fluid whose pressure has been reduced as a result of passing through the second energy converting means to convert the remainder of the pressure energy into mechanical energy, the pressure energy of the working fluid is efficiently converted into mechanical energy. Can be converted. Conversely, when functioning as a compressor, the rotating shaft is rotated by mechanical energy, the working fluid is compressed by the second energy conversion means, and the compressed working fluid is further compressed by the first energy conversion means. The mechanical energy can be efficiently converted into the pressure energy of the working fluid.
[0019]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, when functioning as an expander, the pressure energy of the working fluid is converted into mechanical energy at two positions where the phase of the rotor is shifted by 180 °. In addition, a rotary fluid machine is proposed that converts mechanical energy into pressure energy of the working fluid at two locations where the rotor phase is 180 ° shifted when functioning as a compressor.
[0020]
According to the above configuration, the portion that converts the pressure energy of the working fluid into the mechanical energy or the portion that converts the mechanical energy into the pressure energy of the working fluid is arranged at two positions whose phases of the rotor are shifted by 180 °. As a result, the rotor can rotate smoothly and the intake timing and exhaust timing can be made more efficient.The
[0021]
And claims6According to the invention described in claim1In addition to the above structure, a rotary fluid machine is proposed in which the rotation axis of the rotor is aligned with the center of the rotor chamber.
[0022]
According to the above configuration, since the rotation axis of the rotor coincides with the center of the rotor chamber, it is possible to prevent the load from being applied to the rotor and to prevent vibration associated with the rotation of the rotor.
[0023]
In addition, the
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, a waste heat recovery device 2 of an internal combustion engine 1 uses a waste heat of the internal combustion engine 1, for example, exhaust gas, as a heat source, a high pressure state steam that is raised in temperature from a high pressure liquid, for example, water, that is, a high temperature. An
[0025]
The
[0026]
2-5, the
[0027]
The main body 11 of both
[0028]
A
[0029]
In the
[0030]
In each slot-
[0031]
As shown in FIGS. 2 and 6, the cross section B of the
[0032]
As clearly shown in FIGS. 2 and 7 to 10, the
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
A
[0036]
With the cooperation of the
[0037]
The sealing action between the
[0038]
2 and 3, the large-
[0039]
In the
[0040]
As shown in FIGS. 2 to 4 and 11, the large-diameter
[0041]
FIG. 11 shows the structure of a rotary valve V that supplies and discharges steam to each
[0042]
In the large-diameter
[0043]
The
[0044]
The inside of the hollow portion r of the fixed
[0045]
As shown in FIGS. 2 and 5, the first and second portions formed of a plurality of introduction holes 106 arranged in the radial direction in the vicinity of both ends of the short diameter of the
[0046]
The
[0047]
Thereby, between each bearing
[0048]
In FIG. 4, the first and seventh vane piston units U <b> 1 and U <b> 7 that are point-symmetric with respect to the rotation axis L of the
[0049]
For example, referring also to FIG. 11, the axis of the
[0050]
When the
[0051]
As described above, the
[0052]
In addition to the embodiment, as a configuration for converting the forward movement of the
[0053]
When the
[0054]
In the
[0055]
Since the first energy conversion means is composed of a combination of the
[0056]
The first energy conversion means composed of the
[0057]
Even when the
[0058]
Further, when the rotation axis L of the rotor 31 (that is, the rotation axis L of the output shaft 23) coincides with the center of the
[0059]
Thus, in this embodiment, the
[0060]
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention can perform a various design change in the range which does not deviate from the summary.
[0061]
For example, in the embodiment, the
[0062]
Moreover, in the
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the first energy conversion means includes the cylinder formed radially in the rotor rotatably accommodated in the rotor chamber, and the sliding in the cylinder. Therefore, it is possible to improve the sealing performance of the high-pressure working fluid and minimize the efficiency reduction due to leakage. The second energy conversion means is supported by the rotor so as to be movable in the radial direction, and is disposed on the inner peripheral surface of the rotor chamber.Through the seal memberSince the vane is in sliding contact, the structure of the pressure energy and mechanical energy conversion mechanism is simple, and a large flow rate of working fluid can be processed with a compact structure. As described above, by combining the first energy conversion means having the piston and the cylinder and the second energy conversion means having the vane, a high-performance rotary fluid machine having both features can be obtained.
[0064]
Further, since the roller interlocked with the vane and the piston moving in the radial direction with respect to at least the rotor rotating inside the rotor chamber is engaged with the non-circular annular groove formed in the casing defining the rotor chamber, the roller In addition, when it functions as an expander, it can convert the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotor, and when it functions as a compressor, the rotational motion of the rotor is reciprocated by the piston. Can be converted into motion. In addition, by guiding the movement trajectory of the roller with the annular groove, the gap between the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the rotor chamber can be regulated to prevent occurrence of abnormal wear and leakage.
[0065]
According to the second aspect of the present invention, the first energy converting means converts the reciprocating motion of the piston and the rotational motion of the rotating shaft to each other, and the second energy converting means is the movement of the vane in the circumferential direction. Since the rotary motion of the rotary shaft is mutually converted, the fluid is compressed by the first and second energy converting means by the input of external force from the rotary shaft, and the first and second energy converting means are supplied by supplying the high pressure fluid. Can drive the rotating shaft. Thereby, the mechanical energy can be integrated and output by the first and second energy conversion means, or the pressure energy of the working fluid can be integrated and output by the first and second energy conversion means.
[0066]
According to the invention described in
[0067]
According to the invention described in
[0068]
According to the fifth aspect of the present invention, the portion that converts the pressure energy of the working fluid into mechanical energy, or the portion that converts the mechanical energy into pressure energy of the working fluid has two locations where the phase of the rotor is shifted by 180 °. Therefore, the load applied to the rotor becomes a couple, and the rotor can rotate smoothly, and the intake timing and exhaust timing can be made more efficient.The
[0069]
And claims6According to the invention described in (1), since the rotation axis of the rotor coincides with the center of the rotor chamber, it is possible to prevent an uneven load from being applied to the rotor and to prevent vibration associated with the rotation of the rotor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a waste heat recovery device for an internal combustion engine.
2 is a longitudinal sectional view of an inflator corresponding to the sectional view taken along line 2-2 of FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view around the rotation axis of FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.
5 is an enlarged cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the cross-sectional shape of the rotor chamber and the rotor.
FIG. 7 is a front view of the vane body.
FIG. 8 is a side view of the vane body.
9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 in FIG.
FIG. 10 is a front view of a sealing member.
11 is an enlarged view around the rotation axis in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
7 Casing
4 Inflator
14 Rotor chamber
23 Output shaft (rotary shaft)
31 rotor
39 Cylinder member (cylinder)
41 piston
42 Vane
59 Laura
60 annular groove
Claims (6)
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を、ロータチャンバ(14)の内部に回転自在に収容されたロータ(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)とから構成し、前記第2エネルギー変換手段を、ロータ(31)から放射方向に出没し、外周面がロータチャンバ(14)の内周面にシール部材(44)を介して摺接するベーン(42)から構成し、これらベーン(42)およびピストン(41)に連動するローラ(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、その係合により、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回転式流体機械。Comprising at least first energy conversion means and second energy conversion means,
The working fluid having pressure energy is input to the first and second energy conversion means and the pressure energy is converted into mechanical energy, whereby the mechanical energy generated by the first and second energy conversion means is integrated and output. Can function as an inflator (4)
The mechanical energy is input to the first and second energy conversion means to convert the mechanical energy into the pressure energy of the working fluid, thereby integrating the pressure energy of the working fluid generated by the first and second energy conversion means, respectively. In a rotary fluid machine that can function as a compressor that outputs
Said first energy conversion means, piston sliding with rotatably accommodated a cylinder formed radially in the rotor (31) (39) therein, inside the cylinder (39) of the rotor chamber (14) ( 41) and constitute from, the second energy converting means, infested radially from the rotor (31), an outer peripheral surface in sliding contact with a sealing member (44) on the inner peripheral surface of the rotor chamber (14) A non-circular annular groove (60) formed of a vane (42) and having a roller (59) interlocking with the vane (42) and the piston (41) formed in a casing (7) defining the rotor chamber (14). By this engagement, the reciprocating motion of the piston (41) and the rotational motion of the rotor (31) are mutually converted, and the outer peripheral surface of the vane (42) and the rotor chamber (14) Rotary fluid machine which is characterized by regulating the gap between the circumferential surface.
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