JP5769332B2 - スクロール膨張機 - Google Patents

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Description

本発明は、導入される高圧流体が膨張室から流出して構成機器等に悪影響を及ぼすのを防止できるスクロール膨張機に関する。
スクロール膨張機は、旋回スクロール及び固定スクロールの渦巻き状に形成されたラップを噛み合わせて形成した膨張室に高圧流体を導入し、高圧流体の膨張時のエネルギーによって旋回スクロールを旋回させるものである。そして、旋回スクロールの旋回運動を圧縮時のエネルギーとして利用したり、あるいは、旋回スクロールの旋回運動を回転軸を介して発電機に伝達し、回生電力を得るようにしている。
スクロール膨張機は、タービン型膨張機と比べて、小規模な設備で、かつ小さな動力で駆動して、回生電力を得ることができるという利点がある。例えば、船内で、エンジンの熱により蒸気を製造し、高圧蒸気をスクロール膨張機に導入して、回生電力を得、その電力を船内で使用することができる。あるいは、地上の設備で、高圧蒸気を用いて得た電力を商用電源に供給することもできる。特許文献１には、かかる回生発電機を備えたスクロール膨張機が開示されている。
特開２００７−３２２９１号公報
スクロール膨張機の旋回スクロール及び固定スクロールで形成される膨張室のシール面には、圧縮機で用いられるダストシールや、真空ポンプで用いられるＰシール等のような、面圧を利用したダイナミックシールが用いられている。
該膨張室には、通常、０．５〜１．０ＭＰａ程度の高圧流体が導入され、この高圧流体が膨張して、仕事をした後、大気圧よりわずかな加圧状態で膨張室からハウジング外に排出される。このとき、旋回スクロールと固定スクロールのシール面から少量の漏れが発生する。
高圧流体が水蒸気等である場合には、水蒸気が膨張室外に流出し、凝縮されると、回転軸や自転規制機構の軸受装置等が発錆したり、凝縮水がグリースなどの潤滑剤に混入し、潤滑剤の粘度が低下して、流出したり、あるいは潤滑剤が乳化する等の問題が発生する。膨張室のシール面を完全にシールするために、大掛かりなシール機構とする必要があり、そのようなシール機構は、旋回スクロールの高速旋回の下で、寿命が短縮してしまうという問題もある。
そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、スクロール膨張機に腐食性流体を供給した場合に生じるハウジング内機器類の発錆や、潤滑剤の流出、乳化等を低コストな手段で防止できるようにすることを課題とする。
かかる課題を解決するため、本発明のスクロール膨張機は、鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、噛み合わされて膨張室を形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸と、該回転軸と連結されて電力を回生する発電機とを備え、膨張室に流入した高圧流体の膨張エネルギーによって旋回スクロールを旋回させ電力を回生させるスクロール膨張機において、
前記旋回スクロールと発電機間のハウジングに設けられた入口開口と、固定スクロール側に設けられた出口開口と、該入口開口から前記回転軸の周囲を通り、旋回スクロールと固定スクロールとのシール面の外側を通って出口開口に至る通風路と、該通風路に入口開口から外気を導入し、該外気を該入口開口から該出口開口へと流す送風機とを備え、
該送風機は前記ハウジングの外側で前記入口開口に面した位置に配設され、前記送風機によって前記入口開口から通風路を経由し前記出口開口に至る通風を形成させるようにし、前記通風路は、前記回転軸の軸受装置、前記自転規制機構の軸受装置、及び前記シール面の外周部に面して形成され、前記シール面から漏れた膨張後の流体が前記各軸受装置に向かわずに前記固定スクロールの外周部に設けられた前記出口開口からハウジング外に排出されるように構成され、さらに、前記旋回スクロールと前記固定スクロールが前記シール面にて当接し、該シール面には該旋回スクロールと該固定スクロールとの間の位置にダストシールを設けたものである。
本発明装置では、送風機によって旋回スクロールの背面側からハウジング内に外気を導入し、旋回スクロール側から旋回スクロールと固定スクロールとのシール面の外側を通ってハウジング外に排出させる通風を形成させるようにしている。
この通風の風圧によって、該シール面から漏れた膨張後の流体は、旋回スクロールの背面側に向わずに、ハウジング外に排出されるので、腐食性流体による回転軸や自転規制機構の軸受装置等、機器類の発錆を防止できると共に、凝縮水が潤滑剤に混入して、潤滑剤の流出や乳化をもたらす現象を解消できる。
本発明装置では、前記通風路は、旋回スクロールと連動する回転軸の軸受装置、旋回スクロールの自転規制機構の軸受装置、及び旋回スクロールと固定スクロールとのシール面の外周部に面して形成され、前記シール面から漏れた膨張後の流体が前記各軸受装置に向かわずに前記固定スクロールの外周部に設けられた前記出口開口からハウジング外に排出されるようにしている。
これによって、該シール面から漏れた膨張後の流体が前記各軸受装置に向わずに固定スクロールの外周部に設けられた出口開口からハウジング外に排出されるので、該軸受装置の発錆を防止できると共に、ハウジング内に導入される外気によって、これら軸受装置を冷却することもできる。そのため、ハウジング内の機器類が高圧蒸気によって加熱されても、外気によって冷却できるので、装置の信頼性を維持できる。
本発明装置では、送風機をハウジングの外側で通風路の入口開口に面した位置に配設するようにしている。このように、送風機をハウジング外に配設すれば、送風機がじゃまにならないので、ハウジング内での通風路の形成がさらに容易になる。また、送風機をハウジング外に配置することによって、送風機の保守点検が容易になる。
さらに、送風機の駆動モータの電力として、発電機で回生した電力を使うこともできる。これによって、送風機の必要電力を節減できる。
本発明装置によれば、鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、噛み合わされて膨張室を形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸と、該回転軸と連結されて電力を回生する発電機とを備え、膨張室に流入した高圧流体の膨張エネルギーによって旋回スクロールを旋回させ電力を回生させるスクロール膨張機において、前記旋回スクロールと発電機間のハウジングに設けられた入口開口と、固定スクロール側に設けられた出口開口と、該入口開口から前記回転軸の周囲を通り、旋回スクロールと固定スクロールとのシール面の外側を通って出口開口に至る通風路と、該通風路に入口開口から外気を導入し、該外気を該入口開口から該出口開口へと流す送風機とを備え、該送風機は前記ハウジングの外側で前記入口開口に面した位置に配設され、前記送風機によって前記入口開口から通風路を経由し前記出口開口に至る通風を形成させるようにし、前記通風路は、前記回転軸の軸受装置、前記自転規制機構の軸受装置、及び前記シール面の外周部に面して形成され、前記シール面から漏れた膨張後の流体が前記各軸受装置に向かわずに前記固定スクロールの外周部に設けられた前記出口開口からハウジング外に排出されるように構成され、さらに、前記旋回スクロールと前記固定スクロールが前記シール面にて当接し、該シール面には該旋回スクロールと該固定スクロールとの間の位置にダストシールを設けたので、該シール面から漏れた膨張後の流体を、旋回スクロールの背面側に向わせずに、該背面側から離した状態でハウジング外に排出できる。
そのため、旋回スクロールの背面側に配設された軸受装置等、機器類の発錆や潤滑剤に凝縮水等が混入して、潤滑剤の粘度が低下することによって潤滑剤を流出させたり、又は潤滑剤が乳化する問題を解消できると共に、外気により機器類の冷却も合わせて行なうことができ、機器類の信頼性を維持できる。
本発明装置の第１実施形態の正面視断面図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明装置の第２実施形態の正面視断面図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１〜図３に示す本実施形態のスクロール膨張機１０Ａにおいて、ハウジング１２の内部は、後述する入口開口５８及び出口開口６４を除いて、密閉されている。ハウジング１２の上部に、発電機１６を内蔵した発電機ケーシング１４が連結されている。ハウジング１２内の下部に旋回スクロール１８及び固定スクロール２４が設けられている。旋回スクロール１８は、鏡板２０と、鏡板２０に立設された渦巻き状のラップ２２とからなる。固定スクロール２４は、鏡板２６と、鏡板２６に立設された渦巻き状のラップ２８とからなる。
旋回スクロール１８のラップ２２と固定スクロール２４のラップ２８とが向い合わせに配置されて、これらが互いに噛み合わされ、密閉された膨張室ｂを形成する。旋回スクロール１８の鏡板２０と固定スクロール２４とが当接するシール面Ｃには、ダストシール２９が介装されている。
旋回スクロール１８の背面には、支持板１９が固設されている。支持板１９の背面１９ａの中央部には、ボス部３０が一体に形成されている。ボス部３０には、スリーブ３２を介して偏心軸３４が嵌合されている。偏心軸３４はその上部に一体に設けられた回転軸３６に対して軸線が偏心した位置にある。図２中の偏心軸３４に、回転軸３６の回転中心Ｏが図示されている。
回転軸３６は、回転ころ軸受からなる軸受装置３８及び発電機ケーシング１４内に設けられた、回転ころ軸受からなる軸受装置４０及び４１で回転可能に支持されている。また、支持板１９の背面１９ａに、旋回スクロール１８の自転を規制し、旋回スクロール１８を公転運動のみ行なわせる自転規制機構４２が設けられている。
この自転規制機構４２は、ハウジング１２に形成された軸収納部４４に、ピンクランク軸４６が、回転ころ軸受からなる軸受装置４８を介して回転可能に支持されている。また、支持板１９の背面１９ａに軸収納部５０が一体に設けられ、ピンクランク軸４６に対して軸線が偏心した位置に連結された偏心ピン５２が、該軸収納部５０に、回転ころ軸受からなる軸受装置５４を介して回転可能に支持されている。
また、軸受装置３８と軸受装置４０の間の回転軸３６の外周面に、複数（４枚）の送風羽根５６が装着されている。そして、送風羽根５６の近傍のハウジング１２に、周方向に複数の入口開口５８が穿設されている。ハウジング１２と一体に設けられ、図３に示すように、軸受装置３８を支承する軸収納部６０に、回転軸３６の周方向に複数の円弧状の通風孔６２が穿設されている。また、図２に示すように、固定スクロール２４の外周面近傍のハウジング１２に、周方向に複数の円形の出口開口６４が穿設されている。
かかる構成のスクロール膨張機１０Ａにおいて、固定スクロール２４の中央部に設けられた高圧流体が、例えば、高圧蒸気ｓである場合、高圧蒸気ｓは膨張室ｂに供給され、その膨張時のエネルギーによって旋回スクロール１８を旋回させる。旋回スクロール１８は、自転規制機構４２によってその自転運動が規制されているので、偏心軸３４によって公転運動のみ行なう。旋回スクロール１８が旋回することによって、回転軸３６が回転し、回転軸３６が回転することによって、発電機１６のロータ１６ａが回転し、電力が発生する。
また、回転軸３６が回転することで、送風羽根５６が回転する。送風羽根５６が回転することによって、入口開口５８から外気ａがハウジング１２の内部に導入される。ハウジング１２内に導入された外気ａは、通風孔６２を通り、さらに、支持板１９の背面１９ａに沿って流れると共に、自転規制機構４２の周囲を通る。そして、さらに、旋回スクロール１８及び固定スクロール２４の外周部に沿って流れ、出口開口６４からハウジング１２の外部に排出される。
本実施形態によれば、ハウジング１２内に形成される外気ａの流れの風圧によって、シール面Ｃから漏れた高圧蒸気ｓは、旋回スクロール１８の背面側に向わずに、逆方向に向い、出口開口６４からハウジング外に排出される。そのため、旋回スクロール１８の背面側に配置された軸受装置３８、４０、４８及び５４等、ハウジング内機器類は、シール面Ｃから漏洩した高圧蒸気ｓの凝縮水による発錆を生じない。また、該凝縮水が潤滑剤に混入して潤滑剤の粘度を低下させ、潤滑剤を流出させたり、あるいは潤滑剤を乳化させることがなくなる。
また、外気ａの流通路が、回転軸３６の軸受装置３８、自転規制機構４２の軸受装置４８、５４、及びシール面Ｃの外周部に面して形成されているので、外気ａによってこれら機器類を冷却できる付加的効果もある。そのため、高圧蒸気ｓによってハウジング１２内の機器類が加熱されても、これら機器類の温度を低下させることができるので、機器類の信頼性を維持できる。
また、送風羽根５６が回転軸３６に装着されているので、送風羽根５６の駆動装置が不要になり、送風羽根５６の構成を簡素化かつ低コストにできる。従って、ハウジング１２内の外気ａの通風路を確保するのが容易になる。
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図４により説明する。本実施形態のスクロール膨張機１０Ｂでは、送風羽根７２及び図示省略の駆動モータを備えた送風機７０を、軸受装置３８と発電機ケーシング１４との間のハウジング１２の外側壁に取付けたものである。そして、送風機７０を取付けた領域のハウジング隔壁に、送風羽根７２の直径に相当した大径の入口開口７１を設けている。その他の構成は、第１実施形態と同一であるので、同一符号を付し、それら同一構成の機器類の説明を省略する。
本実施形態によれば、送風機７０をハウジング１２の外側に配設したので、ハウジング１２の内部で通風路の形成がさらに容易になる。また、送風機７０をハウジング１２の外側に配置することによって、送風機７０の保守点検が容易になる。また、送風機７０の駆動モータの電力として、発電機１６で回生した電力を使うこともできる。これによって、送風機７０の必要電力を節減できる。
本発明によれば、スクロール膨張機に高圧流体として、腐食性流体を導入した場合でも、腐食性流体による内部機器類の発錆や潤滑剤の流出、乳化等を簡単かつ低コストな設備で防止できるスクロール膨張機を実現できる。
１０Ａ、１０Ｂ スクロール膨張機
１２ ハウジング
１４ 発電機ケーシング
１６ 発電機
１６ａ ロータ
１８ 旋回スクロール
１９ 支持板
１９ａ 背面
２０、２６ 鏡板
２２、２８ ラップ
２４ 固定スクロール
２９ ダストシール
３０ ボス部
３２ スリーブ
３４ 偏心軸
３６ 回転軸
３８、４０、４１、４８、５４ 軸受装置
４２ 自転規制機構
４４、５０、６０ 軸収納部
４６ ピンクランク軸
５２ 偏心ピン
５６、７２ 送風羽根
５８、７１ 入口開口
６２ 通風孔
６４ 出口開口
６６ 導入路
６８ 排出路
７０ 送風機
Ｃ シール面
ａ 外気
ｂ 膨張室
ｓ 高圧蒸気

Claims (1)

  1. 鏡板と該鏡板に立設された渦巻き状のラップとからなり、噛み合わされて膨張室を形成する固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を規制する自転規制機構と、旋回スクロールの旋回運動に連動して回転する回転軸と、該回転軸と連結されて電力を回生する発電機とを備え、膨張室に流入した高圧流体の膨張エネルギーによって旋回スクロールを旋回させ電力を回生させるスクロール膨張機において、
    前記旋回スクロールと発電機間のハウジングに設けられた入口開口と、固定スクロール側に設けられた出口開口と、該入口開口から前記回転軸の周囲を通り、旋回スクロールと固定スクロールとのシール面の外側を通って出口開口に至る通風路と、該通風路に入口開口から外気を導入し、該外気を該入口開口から該出口開口へと流す送風機とを備え、
    該送風機は前記ハウジングの外側で前記入口開口に面した位置に配設され、
    前記送風機によって前記入口開口から通風路を経由し前記出口開口に至る通風を形成させるようにし、
    前記通風路は、前記回転軸の軸受装置、前記自転規制機構の軸受装置、及び前記シール面の外周部に面して形成され、前記シール面から漏れた膨張後の流体が前記各軸受装置に向かわずに前記固定スクロールの外周部に設けられた前記出口開口からハウジング外に排出されるように構成され、
    さらに、前記旋回スクロールと前記固定スクロールが前記シール面にて当接し、該シール面には該旋回スクロールと該固定スクロールとの間の位置にダストシールを設けることを特徴とするスクロール膨張機。
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