JP6164570B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、主として膨張機として用いられるスクロール流体機械に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるスクロール圧縮機が知られている。このスクロール圧縮機は、一対の固定スクロール（１，２）、旋回スクロール（３）、駆動軸（５）および補助駆動軸（６）を備える。固定スクロール（１，２）は、鏡板（１ａ，２ａ）の片面に、渦巻き状の固定ラップ（１ｂ，２ｂ）が設けられている。旋回スクロール（３）は、鏡板（３ａ）の両面に、渦巻き状の旋回ラップ（３ｂ，３ｃ）が設けられている。固定ラップ（１ｂ，２ｂ）と旋回ラップ（３ｂ，３ｃ）とを噛み合わせた状態で、一対の固定スクロール（１，２）で旋回スクロール（３）が挟まれる。駆動軸（５）と補助駆動軸（６）とには、軸方向中途部に偏心軸部が設けられており、その偏心軸部に旋回スクロール（３）が軸受（１１ａ，１１ｂ）を介して保持される。駆動軸（５）の回転は、タイミングベルト（１７）を備えた回転同期機構を介して補助駆動軸（６）に伝達され、固定スクロール（１，２）に対し旋回スクロール（３）が旋回する。これに伴い、吸入口（２２）から気体を吸入し圧縮して、吐出口（１０）へ吐出する。

特許第３７５４２３７号公報

この種のスクロール流体機械では、固定ラップを取り囲むよう設けられる外周ラップ（ダストラップ）の先端部に、旋回スクロールの鏡板との隙間を埋める外部シール（ダストシール）が設けられる。また、この種のスクロール流体機械では、固定スクロールの鏡板から延出する固定ラップの先端部に、旋回スクロールの鏡板との隙間を埋めるチップシールが設けられる一方、旋回スクロールの鏡板から延出する旋回ラップの先端部に、固定スクロールの鏡板との隙間を埋めるチップシールが設けられる。

これら外部シールやチップシールは、摺動により摩耗する消耗部品であり、定期的な交換が必要である。ところが、従来、外部シールやチップシールの交換時期の目安を容易に知ることはできない。その上、従来、外部シールやチップシールの交換には、固定スクロールに対する旋回スクロールの軸受部の着脱を伴う大掛かりな分解作業が必要であり、ユーザにおいて容易に作業することができない。

また、特許文献１に記載の発明のように、旋回スクロールの直径方向に対向した箇所に、駆動軸と補助駆動軸との二本の駆動軸を配置する構成では、駆動軸間を結んだ方向（特許文献１の図１の左右方向）の一方または他方へ旋回スクロールが最も移動した際、死点を生ずることになるため、前述した回転同期機構が必須となり、駆動軸だけでなく補助駆動軸にも回転駆動力を付与する必要がある。そして、これに伴い、旋回スクロールから固定スクロールを取り外すには、回転同期機構の分解も必要となり、外部シールやチップシールの交換を一層困難としている。

さらに、前述したように、固定ラップを取り囲むよう設けられる外周ラップ（ダストラップ）の先端部には、旋回スクロールの鏡板との隙間を埋める外部シール（ダストシール）が設けられるが、その信頼性を向上し、スクロール流体機械を膨張機として用いる場合でも、軸受部への蒸気漏れを確実に防止したい。

本発明が解決しようとする課題は、外部シールやチップシールの交換時期の目安を容易に知ることができるスクロール流体機械を提供することにある。また、外部シールの信頼性を向上して、軸受部への蒸気漏れを確実に防止できるスクロール流体機械を提供することを課題とする。好ましくはさらに、大掛かりな分解を要することなく、容易に旋回スクロールから固定スクロールを取り外すことができ、それにより外部シールやチップシールの交換が容易なスクロール流体機械を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板部の両面に渦巻き状の旋回ラップが設けられた旋回スクロールと、端板の片面に渦巻き状の固定ラップが設けられ、前記固定ラップを前記旋回ラップと噛み合わせて、前記旋回スクロールを挟むよう設けられる一対の固定スクロールと、前記旋回スクロールの周方向複数箇所に配置される軸であり、軸方向中途部の偏心軸部に軸受を介して前記旋回スクロールが保持されることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回可能に保持するクランク軸とを備え、前記固定スクロールの端板に、前記固定ラップを取り囲むよう円筒状の外周ラップが設けられ、前記外周ラップには、前記端板からの延出先端部に、前記外周ラップの周方向に沿って、前記旋回スクロールの基板部との隙間を埋める複列の外部シールが設けられ、前記複列の外部シールの内、内周側のシール部から蒸気漏れが発生した際に、その漏れ蒸気を内周側外部シールと外周側外部シールとの間から外部へ導出可能に、前記固定スクロールに一または複数の貫通穴が形成されたことを特徴とするスクロール流体機械である。

請求項１に記載の発明によれば、スクロール流体機械を膨張機として用いた場合、複列の外部シールは、内周側に配置される外部シールほど、湿度、圧力および温度などの使用条件が過酷となり劣化が早いので、外周側に配置される外部シールよりも先にシール性能が低下する。そして、内周側の外部シールが劣化すると、複列の外部シール間に設けた貫通穴を介して、蒸気の漏れが発生したり増加したりする。そこで、それに基づき、外部シールの交換時期の目安とすることができる。また、外周ラップに複列の外部シールを設け、その外部シール間に外部への連通穴を設けることで、外周ラップの径方向外側へ行くに従って、蒸気の圧力を段階的に落とすことができる。それにより、外部シールの信頼性を向上し、軸受部への蒸気漏れを確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記旋回ラップの前記基板部から延出した先端部にチップシールが設けられ、前記固定ラップの前記端板から延出した先端部にチップシールが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械である。

請求項２に記載の発明によれば、旋回ラップや固定ラップの延出先端部にそれぞれチップシールが設けられるスクロール流体機械において、複列の外部シール間に設けた貫通穴を介して、蒸気の漏れが発生したり増加したりすることに基づき、外部シールだけでなく、チップシールの交換時期の目安とすることができる。

請求項３に記載の発明は、ハウジングに前記一対の固定スクロールが着脱可能に設けられ、前記ハウジングは、前記旋回ラップが旋回可能に収容される収容穴を備え、前記ハウジングには、前記収容穴の軸方向中途部に、一対のフランジが、前記収容穴の軸方向に離隔すると共に前記収容穴の内側へ延出して形成され、前記旋回スクロールの外周部は、前記一対のフランジ間の開口を介して、前記ハウジングの前記収容穴よりも外側において、前記クランク軸により前記固定スクロールに対し旋回可能に保持され、前記ハウジングのフランジに前記固定スクロールの端板が重ね合わされて着脱可能に固定され、前記ハウジングの周方向三箇所以上に設置されるクランク軸の内、一本にのみ回転駆動力が与えられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール流体機械である。

請求項３に記載の発明によれば、旋回スクロールは、旋回ラップをハウジングの収容穴内に配置して、ハウジングに旋回可能に保持される。一方、固定スクロールは、ハウジングの収容穴を閉じるように、ハウジングのフランジに着脱可能に設けられる。従って、ハウジングに対する旋回スクロールの軸受部を分解することなく、ハウジングから固定スクロールを容易に取り外すことができ、外部シールなどの交換も容易に行える。また、旋回スクロールを周方向三箇所以上でクランク軸によりハウジングに保持するので、旋回スクロールの回転時に死点を生ずることがない。従って、膨張機として用いる場合でも、回転同期機構を要することなく、流体により旋回スクロールを回転させて、一本のクランク軸にのみ回転駆動力が与えられる（つまり出力される）構成とできる。回転同期機構のない分だけ構成が簡易となるだけでなく、ハウジングに対する固定スクロールの着脱も容易となる。

請求項４に記載の発明は、前記一または複数の貫通穴からなる蒸気流出可能部は、前記固定スクロールの周方向複数箇所に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。

請求項４に記載の発明によれば、蒸気流出可能部を固定スクロールの周方向複数箇所に設けることで、外部シールなどの交換時期の目安を一層確実に把握することができる。

請求項５に記載の発明は、前記外周ラップの半径方向の寸法が異なる位置に、前記貫通穴が複数設けられ、これら貫通穴間を仕切る位置にも、前記外周ラップには周方向に沿って前記外部シールが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。

請求項５に記載の発明によれば、外部シール間に貫通穴を設けた構成を、外周ラップの半径方向に複数設けることで、外部シールなどの交換時期の目安を一層確実に把握することができる。また、外部シールの信頼性を一層向上し、軸受部への蒸気漏れを一層確実に防止することができる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記貫通穴から漏れる蒸気で被加熱流体を加温することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。

請求項６に記載の発明によれば、外部シール間の貫通穴から漏れる蒸気の熱を回収して、省エネルギーを図ることができる。

本発明によれば、外部シールやチップシールの交換時期の目安を容易に知ることができる。また、外部シールの信頼性を向上して、軸受部への蒸気漏れを確実に防止することができる。さらに、大掛かりな分解を要することなく、容易に旋回スクロールから固定スクロールを取り外すことができ、それにより外部シールやチップシールの交換が容易なスクロール流体機械を実現することができる。

本発明のスクロール流体機械の一実施例を示す概略平面図である。 図１のスクロール流体機械の底面図である。 図１におけるIII−III断面図である。 図１におけるIV−IV断面図である。 図４の部分拡大図である。 図５のVI−VI断面図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図６は、本発明のスクロール流体機械１の一実施例を示す概略図であり、図１は平面図、図２は底面図、図３は図１におけるIII−III断面図、図４は図１におけるIV−IV断面図、図５は図４の部分拡大図、図６は図５のVI−VI断面図である。なお、以下において、説明の便宜上、図３（厳密にはIII−III断面図であるからその左半分または右半分）における上下および左右として方向を述べることがあるが、特に明示のない限り、この方向はスクロール流体機械１の姿勢を限定する趣旨ではない。

図３に示すように、本実施例のスクロール流体機械１は、ハウジング２と、このハウジング２に旋回可能に保持される旋回スクロール３と、前記ハウジング２に着脱可能に固定される一対の固定スクロール４とを備える。

ハウジング２は、本実施例では、厚肉の短円筒状に形成され、その中央の貫通穴は、旋回スクロール３の旋回ラップ５を旋回可能に収容する収容穴６とされる。この収容穴６には、旋回スクロール３の旋回ラップ５の他、固定スクロール４の固定ラップ７も収容される。

ハウジング２の周側壁には、軸方向中途部の内周面に開口して中空部８が周方向に沿って形成されると共に、内周面には中空部８の開口９を挟んだ軸方向両側にフランジ１０が径方向内側へ延出して形成されている。より具体的には、ハウジング２の周側壁には、周方向に沿って連続的に中空部８が形成されており、その中空部８は、周側壁の内周面の上下方向中央部に、周方向に沿って連続的に開口しており、その開口９を挟んだ上下に、円環状の板状のフランジ１０が径方向内側へ延出して一体形成されている。

なお、本実施例では、ハウジング２は、上下二つの部材から構成されている。具体的には、ハウジング２は、図３において、上方に配置される上ハウジング材２Ａと、下方に配置される下ハウジング材２Ｂとから構成されている。前述した上下一対のフランジ１０の内、上方のフランジ１０は上ハウジング材２Ａに設けられ、下方のフランジ１０は下ハウジング材２Ｂに設けられている。両ハウジング材２Ａ，２Ｂは、外周部においてネジ１１（図１）により着脱可能に一体化される。

旋回スクロール３は、円板状の基板部１２の両面に、渦巻き状の旋回ラップ５が設けられて構成される。本実施例では、旋回スクロール３は、ハウジング２に旋回可能に保持される旋回スクロールベース１３と、その旋回スクロールベース１３の中央部の上下に固定される一対の旋回スクロール本体１４とから構成される。但し、場合により、旋回スクロールベース１３は、一対の旋回スクロール本体１４の内の一方または双方と一体形成されてもよい。

旋回スクロールベース１３は、円環状の板状部１５を備え、その中央部の丸穴１６は、上下両面において拡径されている。そして、その拡径穴１６ａには、旋回スクロール本体１４の端板１７がはめ込まれて固定される。

円環状の板状部１５の外周部には、周方向等間隔の三箇所に、クランク軸１８への取付筒１９が一体形成されている。取付筒１９は、軸線を上下方向に沿って配置されている。取付筒１９の上下方向寸法は、板状部１５の上下方向寸法（厚さ）よりも大きく形成されている。

各旋回スクロール本体１４は、円板状の端板１７の片面に、その板面と垂直に、一または複数の板状の旋回ラップ５が設けられている。具体的には、図３において、上側の旋回スクロール本体１４は、端板１７の上面に、上方へ向けて旋回ラップ５が設けられており、下側の旋回スクロール本体１４は、端板１７の下面に、下方へ向けて旋回ラップ５が設けられている。この際、各旋回ラップ５は、端板１７の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成されている。

各旋回ラップ５には、端板１７からの延出先端部（上側の旋回ラップ５の上端部、下側の旋回ラップ５の下端部）に、固定スクロール４の端板２０との隙間を埋めるためのチップシール２１が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられている。具体的には、図５に示すように、旋回ラップ５には、端板１７からの延出先端部の端面にシール溝（符号省略）が形成されており、そのシール溝にチップシール２１が前記端面から一部を突出させて装着されている。ハウジング２への各スクロール３，４の組付状態では、旋回ラップ５のチップシール２１は、固定スクロール４の端板２０との隙間を埋めるよう端板２０に押圧される。

各旋回スクロール本体１４は、その端板１７が、旋回スクロールベース１３の拡径穴１６ａにはめ込まれて、ネジ（図示省略）により旋回スクロールベース１３に着脱可能に固定される。これにより、旋回スクロールベース１３の板状部１５と旋回スクロール本体１４の端板１７とが一体化され、旋回スクロール３の基板部１２を構成する。そして、旋回スクロール３は、その基板部１２の両面に、旋回ラップ５が設けられた形状となる。なお、上下の旋回スクロール本体１４の端板１７間には、径方向中央部に円筒状のスペーサ２２が設けられ、各旋回スクロール本体１４の撓みが防止される。

旋回スクロール３は、ハウジング２の収容穴６に旋回ラップ５を配置した状態で、収容穴６の軸線と垂直に基板部１２が配置される。この際、基板部１２の外周部は、ハウジング２のフランジ１０間の開口９を介して、収容穴６より外方へ延出する。そして、旋回スクロール３は、周方向等間隔の三箇所に設けた取付筒１９において、クランク軸１８を介してハウジング２に旋回可能に保持される。図１および図２に示すように、クランク軸１８は、ハウジング２の周方向等間隔の三箇所に設けられる。図３に示すように、各クランク軸１８は、その軸線を上下方向に沿って配置される。この際、各クランク軸１８は、ハウジング２の中空部８を上下に貫通するよう設けられる。

三本のクランク軸１８の内、一本は、回転駆動力を与えられる駆動クランク軸（スクロール流体機械１を膨張機として用いる場合における被動機の駆動軸）１８Ｘとされ、残り二本は、そのような回転駆動力を与えられない従動クランク軸１８Ｙとされる。図３において、左側に示される一本が駆動クランク軸１８Ｘとされ、残り二本が従動クランク軸１８Ｙとされる。

駆動クランク軸１８Ｘは、従動クランク軸１８Ｙよりも軸方向一方（図３における下方）へ延出している。つまり、駆動クランク軸１８Ｘと従動クランク軸１８Ｙとは、基本的には同一の構成であるが、駆動クランク軸１８Ｘは従動クランク軸１８Ｙよりも下方への延出部１８ａを有する。

各クランク軸１８は、同一軸線上に配置された主軸部１８ｂ，１８ｃ間に、偏心軸部１８ｄが偏心して設けられている。各クランク軸１８は、偏心軸部１８ｄを挟んだ両側の主軸部１８ｂ，１８ｃにおいて、ハウジング２の上下に回転自在に保持される。本実施例では、上方の主軸部１８ｂは、上軸受２３を介してハウジング２の上壁に回転自在に保持され、下方の主軸部１８ｃは、下軸受２４を介してハウジング２の下壁に回転自在に保持される。

上軸受２３の外輪は、ハウジング２の上壁に設けた段付き穴の内、上方の大径穴に上方からはめ込まれ、大径穴の開口部に設けられる係止リング２５により保持される。また、上軸受２３の内輪は、クランク軸１８の上方の主軸部１８ｂにはめ込まれて固定される。

下軸受２４の外輪は、ハウジング２の下壁に設けた段付き穴の内、下方の大径穴に下方からはめ込まれ、大径穴の開口部に設けられる留めリング２６により保持される。また、下軸受２４の内輪は、クランク軸１８の下方の主軸部１８ｃにはめ込まれて、主軸部１８ｃの段部と主軸部１８ｃにねじ込まれる留めナット２７とにより保持される。

クランク軸１８の偏心軸部１８ｄには、旋回保持軸受２８を介して旋回スクロール３の取付筒１９が保持される。本実施例では、二つの旋回保持軸受２８が上下に重ねられて用いられる。旋回保持軸受２８の外輪は、旋回スクロール３の取付筒１９に設けた段付き穴の内、上方の大径穴に上方からはめ込まれ、大径穴の開口部に設けられる留めリング２９により保持される。また、旋回保持軸受２８の内輪は、クランク軸１８の偏心軸部１８ｄにはめ込まれて、偏心軸部１８ｄの下端部の段部と偏心軸部１８ｄにねじ込まれる留めナット３０とにより保持される。

各クランク軸１８には、旋回スクロール３の円滑な回転のために、ウェイトバランサ３１が設けられる。本実施例では、上側の主軸部１８ｂの下端部と、下側の主軸部１８ｃの上端部とに、それぞれウェイトバランサ３１が設けられる。

各固定スクロール４は、円板状の端板２０の片面に、その板面と垂直に、一または複数の板状の固定ラップ７が設けられている。具体的には、図３において、上側の固定スクロール４は、端板２０の下面に、下方へ向けて固定ラップ７が設けられており、下側の固定スクロール４は、端板２０の上面に、上方へ向けて固定ラップ７が設けられている。この際、固定ラップ７は、旋回ラップ５と対応した個数だけ設けられ、端板２０の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成されている。

各固定ラップ７には、端板２０からの延出先端部（上側の固定ラップ７の下端部、下側の固定ラップ７の上端部）に、旋回スクロール３の端板１７との隙間を埋めるためのチップシール３２が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられている。具体的には、図５に示すように、固定ラップ７には、端板２０からの延出先端部の端面にシール溝（符号省略）が形成されており、そのシール溝にチップシール３２が前記端面から一部を突出させて装着されている。ハウジング２への各スクロール３，４の組付状態では、固定ラップ７のチップシール３２は、旋回スクロール３の基板部１２との隙間を埋めるよう基板部１２に押圧される。

各固定スクロール４には、固定ラップ７を取り囲むように、円筒状の外周ラップ３３が設けられている。具体的には、図３において、上側の固定スクロール４は、端板２０の下面に、下方へ向けて外周ラップ３３が設けられており、下側の固定スクロール４は、端板２０の上面に、上方へ向けて外周ラップ３３が設けられている。外周ラップ３３の高さ（端板２０からの延出寸法）は、固定ラップ７の高さ（端板２０からの延出寸法）とほぼ対応している。

各外周ラップ３３には、端板２０からの延出先端部（上側の外周ラップ３３の下端部、下側の外周ラップ３３の上端部）に、複列の環状の外部シール３４が、着脱可能に、周方向に沿って設けられている。本実施例では、第一外部シール３４Ａと第二外部シール３４Ｂとが、内外二列に同心円状に設けられている。

図５に示すように、外周ラップ３３には、端板２０からの延出先端部の端面にシール溝（符号省略）が形成されており、そのシール溝に外部シール３４Ａ，３４Ｂが前記端面から一部を突出させて装着されている。ハウジング２への各スクロール３，４の組付状態では、外周ラップ３３の外部シール３４Ａ，３４Ｂは、旋回スクロール３の基板部１２との隙間を埋めるよう基板部１２に押圧される。

各外部シール３４Ａ，３４Ｂは、シール材として機能すればその素材を特に問わないが、典型的には合成樹脂により形成される。各外部シール３４Ａ，３４Ｂは、図示例では、断面矩形状であるが、場合によりこれ以外の断面形状であってもよい。なお、各外部シール３４Ａ，３４Ｂは、断面の大きさや形状が、本実施例では互いに同一とされるが、場合により互いに異ならせてもよい。

各外周ラップ３３には、軸受部への蒸気漏れ（言い換えれば各ラップ５，７間に導入された蒸気のハウジング中空部８への漏れ）を防止すると共に、前記チップシール２１，３２の寿命（摩耗による劣化）を検知する蒸気流出可能部３５が設けられている。本実施例では、図１および図２に示すように、固定スクロール４の径方向に対向した二箇所に、蒸気流出可能部３５が設けられている。蒸気流出可能部３５の具体的構成については後述する。

各固定スクロール４は、固定ラップ７を旋回ラップ５と噛み合わせた状態で、ハウジング２の上下に着脱可能に設けられる。具体的には、上側の固定スクロール４は、ハウジング２の上側のフランジ１０の上面に、端板２０の外周部が重ね合わされて、ネジ３６（図１）により着脱可能に固定される。また、下側の固定スクロール４は、ハウジング２の下側のフランジ１０の下面に、端板２０の外周部が重ね合わされて、ネジ３６（図２）により着脱可能に固定される。

ハウジング２と固定スクロール４との間は、Ｏリングなどのシール材３７で封止される。本実施例では、図３に示すように、フランジ１０の内周面に形成されたシール溝（符号省略）にシール材３７が装着されており、ハウジング２への固定スクロール４の組付時、そのシール材３７が固定スクロール４の外周ラップ３３の外周面に密着して、両者の隙間を封止する。但し、図３におけるフランジ１０の上下面にシール材３７を設け、ハウジング２への固定スクロール４の組付時、そのシール材３７が固定スクロール４の端板２０の下面に密着して、両者の隙間を封止するようにしてもよい。

一対の固定スクロール４には、図１および図２に示すように、それぞれ外周側に第一開口３８が設けられる一方、中央部に第二開口３９が設けられる。なお、図３に示すように、第一開口３８は、外周ラップ３３の内周側に配置される。また、図３において、上下に示される第二開口３９は、場合により、旋回スクロール３の基板部１２の中央に貫通穴をあけて互いに連通させてもよい。

次に、蒸気流出可能部３５について説明する。蒸気流出可能部３５は、本実施例では、図１および図２に示すように、固定スクロール４の径方向に対向した二箇所に設けられる。この際、図示例では、固定スクロール４の径方向に対向した二箇所に設けられる第一開口３８と、同じく固定スクロール４の径方向に対向した二箇所に設けられる蒸気流出可能部３５とは、９０度ごとに交互に配置される。

各蒸気流出可能部３５は、外周ラップ３３に設けられた貫通穴４０を備え、その貫通穴４０は、外周ラップ３３の延出先端面において、内外の外部シール３４Ａ，３４Ｂ間に開口する。そして、各蒸気流出可能部３５は、外部シール３４Ａ，３４Ｂ間の開口よりも外周ラップ３３の径方向内側に配置される外部シール（第一外部シール）３４Ａからの漏れ蒸気を、貫通穴４０を介して外部へ流出可能に構成される。

より詳細には、本実施例では、図５および図６に示すように、外周ラップ３３に設けられる貫通穴４０は、一方の開口部が、外周ラップ３３の外部シール３４Ａ，３４Ｂ間の端面に開口しており、他方の開口部が、固定スクロール４の端板２０に開口している。この際、貫通穴４０は、固定スクロール４の外周ラップ３３と端板２０とを貫通して、端板２０の板面と垂直に形成されている。但し、貫通穴４０の前記他方の開口部は、端板２０に開口させる以外に、外周ラップ３３の側面に開口させてもよい。たとえば、固定スクロール４の外周ラップ３３の外周面が少なくとも一部においてハウジング２外に露出する構成の場合、その露出する面に、貫通穴４０の前記他方の開口部を配置してもよい。

ところで、本実施例では、各蒸気流出可能部３５において、各外部シール３４Ａ，３４Ｂ間の隙間が狭く、貫通穴４０の大きさ（蒸気が通る流路断面積）を確保し難いことを考慮して、複数の貫通穴４０を隣接して形成している。図示例の場合、三つの貫通穴４０が、固定スクロール４の周方向に若干離隔して形成されている。そして、その貫通穴４０の端板２０側の開口部（前記他方の開口部）には、各貫通穴４０からの蒸気をまとめて一箇所から流出されるボックス４１を設けるのがよい。

本実施例のボックス４１は、図５および図６において、下方へ開口した中空の箱状であり、前記三つの貫通穴４０の開口を覆うように、端板２０に固定される。また、図５および図６において、ボックス４１の上壁には、外部への蒸気の流出穴４２が貫通形成されている。従って、三つの貫通穴４０からの蒸気は、ボックス４１で一つにまとめられ、流出穴４２から流出可能とされる。

本実施例のスクロール流体機械１は、膨張機として好適に用いられる。スクロール流体機械１を膨張機として用いる場合、流体を第二開口３９から流入させればよい。これにより、流体の力で旋回スクロール３が旋回し、膨張しながら第一開口３８から吐出させることができる。また、旋回スクロール３の回転駆動力を駆動クランク軸１８Ｘから取り出すことができる。つまり、流体により旋回スクロール３を回転させて、駆動クランク軸１８Ｘに回転駆動力が与えられる（つまり動力が出力される）。たとえば、駆動クランク軸１８Ｘの延出部１８ａには、被動機（膨張機により駆動される機械）の入力軸が直結、つまりカップリングを介して接続される。被動機は、ハウジング２に対する固定スクロール４の着脱を阻害しない位置に設けられる。なお、流体は、空気、水蒸気、冷媒蒸気など、特に問わない。

スクロール流体機械１を膨張機として用いた場合、複列の外部シール３４Ａ，３４Ｂの内、内周側に配置される第一外部シール３４Ａが、外周側に配置される第二外部シール３４Ｂよりも、湿度、圧力および温度などの使用条件が過酷となり劣化が早く、先にシール性能が低下する。そして、第一外部シール３４Ａが劣化すると、外部シール３４Ａ，３４Ｂ間に設けた貫通穴４０を介して、蒸気の漏れが発生したり増加したりする。そこで、それに基づき、チップシール２１，３２や外部シール３４Ａ，３４Ｂの交換時期の目安とすることができる。つまり、設定流量以上の蒸気の漏れが生じれば、チップシール２１，３２や外部シール３４Ａ，３４Ｂの交換を行えばよい。

また、本実施例のスクロール流体機械１によれば、外周ラップ３３に複列の外部シール３４Ａ，３４Ｂを設け、その外部シール３４Ａ，３４Ｂ間に外部へ蒸気を流出させる貫通穴４０を設けることで、外周ラップ３３の径方向外側へ行くに従って、蒸気の圧力を段階的に落とすことができる。それにより、外部シール３４Ａ，３４Ｂの信頼性を向上し、軸受部への蒸気漏れを確実に防止することができる。

さらに、本実施例のスクロール流体機械１によれば、たとえば水蒸気の膨張機として用いる場合において、少なくとも一つの貫通穴４０について、前記他方の開口部（特に好ましくは外周ラップ３３の側面への開口部）を下方へ向けて設置して使用するのが好ましい。その場合、その貫通穴４０を介してドレンを外部へ排出できることになり、膨張機としての信頼性を増すことができる。

本実施例のスクロール流体機械１では、旋回スクロール３は、旋回ラップ５をハウジング２の収容穴６内に配置して、収容穴６よりも外側においてハウジング２に旋回可能に保持される。一方、固定スクロール４は、固定ラップ７をハウジング２の収容穴６内に配置して、ハウジング２の収容穴６を閉じるように、収容穴６のフランジ１０に着脱可能に設けられる。その際、固定スクロール４の端板２０も収容穴６内に収容することで、コンパクトな構成とできる。

また、本実施例のスクロール流体機械１では、ハウジング２の周方向三箇所に設置されるクランク軸１８の内、一本にのみ回転駆動力が与えられるので、各クランク軸１８間を接続する回転同期機構が不要である。回転同期機構がないので、ハウジング２の収容穴６に対する固定スクロール４の着脱を阻害する部材はなく、ハウジング２に対する固定スクロール４の着脱が容易である。

このような構成であるから、ハウジング２に対する旋回スクロール３の軸受部を分解することなく、ハウジング２から固定スクロール４を容易に取り外すことができる。これにより、表面処理や素材に起因した部品の交換や再処理、異物の噛み込みの解消、内部の清掃などを容易に行うことができる。特に、旋回ラップ５のチップシール２１、固定ラップ７のチップシール３２、および外周ラップ３３の外部シール３４Ａ，３４Ｂの交換を容易に行うことができる。

ところで、前記実施例では、ハウジング２に対し固定スクロール４を着脱できるが、さらに旋回スクロールベース１３に対し旋回スクロール本体１４を着脱することもできる。この場合、図示例ではハウジング２の上下の軸受部について多少の分解が必要になるものの、上下の旋回スクロール本体１４を旋回スクロールベース１３から取り外すことができる。従って、上下の旋回スクロール本体１４を個別に取り扱うことができ、旋回ラップ５の不良時に、一枚単位（つまり上下の旋回スクロール本体１４の片側のみ）での交換も可能となる。また、旋回ラップ５に特別な表面処理を施したい場合でも、旋回スクロールベース１３と旋回スクロール本体１４とを別体に構成しておけば、旋回スクロールベース１３と旋回スクロール本体１４とを一体に形成した場合と比較して、表面処理時のサイズを小さくでき、コスト低減を図ることもできる。

なお、旋回スクロールベース１３に対し旋回スクロール本体１４を着脱可能とする際、ハウジング２の収容穴６を介して、旋回スクロールベース１３に対し旋回スクロール本体１４を着脱可能とすれば一層好ましい。その場合、旋回スクロール本体１４の端板１７の外径は、ハウジング２の収容穴６の内径、さらには収容穴６のフランジ１０の内径よりも小さく形成される。従って、ハウジング２から固定スクロール４を取り外した後、旋回スクロールベース１３から旋回スクロール本体１４をさらに取り外すことができる。しかも、その作業をハウジング２の収容穴６を介して行うことができ、軸受部の着脱を伴わないため、作業性が一層向上する。

本発明のスクロール流体機械１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、固定スクロール４の端板２０からの外周ラップ３３の延出先端部に、複列の外部シール３４を設け、固定スクロール４には、外周ラップ３３の外部シール３４間に開口して、一または複数の貫通穴４０を形成するのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、蒸気流出可能部３５は、前記貫通穴４０の外部シール３４間の開口よりも外周ラップ３３の径方向内側に配置される外部シール３４からの漏れ蒸気を外部へ流出可能であれば、設置個数や設置位置は適宜に変更可能である。つまり、内外の外部シール３４と、その間の貫通穴４０とのセットを、少なくとも一つ備えればよい。

また、外周ラップ３３の半径方向の寸法が異なる位置に、貫通穴４０が複数設けられ、これら貫通穴４０間を仕切る位置にも、外周ラップ３３には周方向に沿って外部シール３４が設けられてもよい。たとえば、前記実施例において、第一外部シール３４Ａと第二外部シール３４Ｂとの間に、さらに中間外部シールを備え、第一外部シール３４Ａと中間外部シールとの間、および中間外部シールと第二外部シール３４Ｂとの間に、それぞれ貫通穴４０に別箇に設けてもよい。ここで、中間外部シールをさらに複列として、中間外部シール間にも貫通穴４０を設けてもよい。いずれにしても、外部シール３４間に貫通穴４０を設けた構成を、外周ラップ３３の半径方向に複数設けることで、チップシール２１，３２や外部シール３４の交換時期の目安を一層確実に把握することができる。また、外部シール３４の信頼性を一層向上し、軸受部への蒸気漏れを一層確実に防止することができる。

なお、貫通穴４０の開口部の内外に配置される外部シール３４をそれぞれ複列としてもよい。たとえば、外周ラップ３３の径方向外側へ行くに従って、複列の第一外部シール３４Ａ、貫通穴４０、複列の第二外部シール３４Ｂが順に出現するよう構成してもよい。また、外周ラップ３３の周方向複数箇所に設けられる貫通穴４０同士（各蒸気流出可能部３５同士）が連通するように、外周ラップ３３の先端面の各外部シール３４間などに、外周ラップ３３の周方向に沿う溝を形成してもよい。

また、外周ラップ３３に設けられる貫通穴４０から漏れる蒸気で、ボイラ給水などの被加熱流体を加温するようにしてもよい。外部シール３４間の貫通穴４０から漏れる蒸気の熱を回収して、省エネルギーを図ることができる。

また、前記実施例のスクロール流体機械１は、真空ポンプとして用いることもできる。その場合、駆動クランク軸１８Ｘをモータにより逆回転させて、流体を第二開口３９から吸入して、第一開口３８へ吐出させればよい。また、前記実施例と同様にして、シール寿命の検知などを行うことができる。

また、前記実施例では、ハウジング２は、平面視において、円形とされたが、これに限らず、三角形状、その他の多角形状とされてもよい。また、場合により、上ハウジング材２Ａと上方の固定スクロール４とを一体的に構成し、下ハウジング材２Ｂと下方の固定スクロール４とを一体的に構成してもよい。

また、前記実施例では、ハウジング２の収容穴６にフランジ１０を設けて、そのフランジ１０に固定スクロール４の端板２０の外周部を重ね合わせて取り付けたが、フランジ１０の設置を省略して、ハウジング２の上下面（上壁の上面、下壁の下面）に固定スクロール４の端板２０の外周部を重ね合わせて取り付けるようにしてもよい。その場合も、ネジなどを用いて、ハウジング２に対し固定スクロール４を着脱可能に構成しておけばよい。

また、前記実施例では、クランク軸１８の本数を三本としたが、四本以上とすることもできる。その場合も、その内の一本のみを駆動クランク軸１８Ｘとし、残りを従動クランク軸１８Ｙとするのがよい。

さらに、前記実施例において、駆動クランク軸１８Ｘと従動クランク軸１８Ｙとを同一の構成として、部品の共通化を図ってもよい。たとえば、従動クランク軸１８Ｙとして、駆動クランク軸１８Ｘと同様の構成を採用してもよい。その場合でも、駆動クランク軸１８Ｘにのみ回転駆動力が与えられる。要は、クランク軸１８を少なくとも三本備え、その内の一本にのみ回転駆動力が与えられればよい。

その他、前記実施例では、旋回ラップ５の基板部１２から延出した先端部にチップシール２１を設け、固定ラップ７の端板２０から延出した先端部にチップシール３２を設けたが、これらチップシール２１，３２は場合により省略することができる。その場合でも、複列の外部シール３４間に設けた貫通穴４０を介した蒸気の流出の有無や量により、外部シール３４（特に内側の第一外部シール３４Ａ）の交換時期の目安とすることができる。また、外周ラップ３３に複列の外部シール３４を設け、その外部シール３４間に外部へ連通する貫通穴４０を設けることで、外周ラップ３３の径方向外側へ行くに従って、蒸気の圧力を段階的に落として、外部シール３４の信頼性を向上し、軸受部への蒸気漏れを確実に防止することができる。

１ スクロール流体機械
２ ハウジング
３ 旋回スクロール
４ 固定スクロール
５ 旋回ラップ
６ 収容穴
７ 固定ラップ
８ 中空部
９ 開口
１０ フランジ
１２ 基板部
１３ 旋回スクロールベース
１４ 旋回スクロール本体
１７ （旋回スクロール本体の）端板
１８ クランク軸
１８Ｘ 駆動クランク軸
１８Ｙ 従動クランク軸
１８ｂ，１８ｃ 主軸部
１８ｄ 偏心軸部
２０ （固定スクロールの）端板
２１ （旋回ラップの）チップシール
２８ 旋回保持軸受
３２ （固定ラップの）チップシール
３３ 外周ラップ
３４ 外部シール
３４Ａ 第一外部シール
３４Ｂ 第二外部シール
３５ 蒸気流出可能部
３８ 第一開口
３９ 第二開口
４０ 貫通穴
４１ ボックス
４２ 流出穴

Claims (6)

1. 基板部の両面に渦巻き状の旋回ラップが設けられた旋回スクロールと、
   端板の片面に渦巻き状の固定ラップが設けられ、前記固定ラップを前記旋回ラップと噛み合わせて、前記旋回スクロールを挟むよう設けられる一対の固定スクロールと、
   前記旋回スクロールの周方向複数箇所に配置される軸であり、軸方向中途部の偏心軸部に軸受を介して前記旋回スクロールが保持されることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回可能に保持するクランク軸とを備え、
   前記固定スクロールの端板に、前記固定ラップを取り囲むよう円筒状の外周ラップが設けられ、
   前記外周ラップには、前記端板からの延出先端部に、前記外周ラップの周方向に沿って、前記旋回スクロールの基板部との隙間を埋める複列の外部シールが設けられ、
   前記複列の外部シールの内、内周側のシール部から蒸気漏れが発生した際に、その漏れ蒸気を内周側外部シールと外周側外部シールとの間から外部へ導出可能に、前記固定スクロールに一または複数の貫通穴が形成された
   ことを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記旋回ラップの前記基板部から延出した先端部にチップシールが設けられ、
   前記固定ラップの前記端板から延出した先端部にチップシールが設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. ハウジングに前記一対の固定スクロールが着脱可能に設けられ、
   前記ハウジングは、前記旋回ラップが旋回可能に収容される収容穴を備え、
   前記ハウジングには、前記収容穴の軸方向中途部に、一対のフランジが、前記収容穴の軸方向に離隔すると共に前記収容穴の内側へ延出して形成され、
   前記旋回スクロールの外周部は、前記一対のフランジ間の開口を介して、前記ハウジングの前記収容穴よりも外側において、前記クランク軸により前記固定スクロールに対し旋回可能に保持され、
   前記ハウジングのフランジに前記固定スクロールの端板が重ね合わされて着脱可能に固定され、
   前記ハウジングの周方向三箇所以上に設置されるクランク軸の内、一本にのみ回転駆動力が与えられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記一または複数の貫通穴からなる蒸気流出可能部は、前記固定スクロールの周方向複数箇所に設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
5. 前記外周ラップの半径方向の寸法が異なる位置に、前記貫通穴が複数設けられ、
   これら貫通穴間を仕切る位置にも、前記外周ラップには周方向に沿って前記外部シールが設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
6. 前記貫通穴から漏れる蒸気で被加熱流体を加温する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。

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