JP6769201B2 - Scroll fluid machine - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール流体機械に関するものである。 The present invention relates to a scroll fluid machine .
従来、固定スクロール及び旋回スクロールを備えるスクロール流体機械において、固定スクロールに設けられる外周ラップの先端に溝を設け、該溝にシール部材を配置して旋回スクロールとの隙間を塞ぐ構成が知られている。この種のスクロール流体機械を開示するものとして例えば特許文献1がある。特許文献1には、固定スクロール外周ラップの先端に、複列の外部シールを設けるスクロール流体機械について記載されている。 Conventionally, in a scroll fluid machine provided with a fixed scroll and a swivel scroll, a configuration is known in which a groove is provided at the tip of an outer peripheral wrap provided on the fixed scroll and a seal member is arranged in the groove to close a gap with the swivel scroll. .. Patent Document 1 discloses, for example, a scroll fluid machine of this type. Patent Document 1 describes a scroll fluid machine in which a double-row external seal is provided at the tip of a fixed scroll outer peripheral wrap.
特許文献1のように、外周ラップの先端にシール部材を配置することにより、外周ラップと旋回スクロールの基板部の間の隙間を埋めることができるものの、膨張対象の流体(例えば、蒸気)が溝の隙間からシール部材の背面側に回り込み、シール部材を旋回スクロール側に押し込む力を作用させることがある。流体の圧力を受けたシール部材は、通常よりも早く摩耗するため、流体の外部漏出や交換時期を早める原因になる。シール部材の異常摩耗を防止する観点から従来のシール構造には改善の余地があった。 As in Patent Document 1, by arranging the sealing member at the tip of the outer peripheral wrap, the gap between the outer peripheral wrap and the substrate portion of the swivel scroll can be filled, but the fluid to be expanded (for example, steam) is grooved. A force may be applied to push the seal member toward the swivel scroll side by wrapping around to the back side of the seal member through the gap. The sealing member that receives the pressure of the fluid wears faster than usual, which causes the fluid to leak to the outside and to accelerate the replacement period. There was room for improvement in the conventional seal structure from the viewpoint of preventing abnormal wear of the seal member.
本発明は、外周ラップの先端に配置されるシール部材の背面側に流体(例えば、蒸気)が回り込むことによって当該シール部材の先端が異常摩耗する事態を回避できるスクロール流体機械を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a scroll fluid machine capable of avoiding a situation in which the tip of the sealing member is abnormally worn due to fluid (for example, steam) wrapping around the back side of the sealing member arranged at the tip of the outer peripheral wrap. And.
本発明は、蒸気を作動流体とするスクロール流体機械であって、旋回側基板部の板面に渦巻き状の旋回ラップが設けられる旋回スクロールと、固定側基板部の板面に前記旋回ラップに噛み合う渦巻き状の固定ラップ及び前記固定ラップを取り囲む筒状の外周ラップが設けられる固定スクロールと、前記外周ラップの先端に設けられる凹状の収容部に周方向に沿って配置されるシール部材と、を備え、前記シール部材は、前記収容部に収容された状態で前記旋回側基板部に接触して前記旋回側基板部と前記外周ラップの隙間を埋める第1シール部と、前記収容部の内側において、前記旋回側基板部と非接触の状態で前記第1シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める第2シール部と、を有するスクロール流体機械に関する。 The present invention is a scroll fluid machine using steam as a working fluid, in which a swirling scroll provided with a spiral swirling lap on the plate surface of the swirling side substrate portion and the swirling lap meshing with the swirling lap on the plate surface of the fixed side substrate portion. A fixed scroll provided with a spiral fixed wrap and a tubular outer wrap surrounding the fixed wrap, and a seal member arranged along the circumferential direction in a concave accommodating portion provided at the tip of the outer wrap. The seal member is contained in a first seal portion that contacts the swivel side substrate portion in a state of being accommodated in the accommodating portion and fills a gap between the swivel side substrate portion and the outer peripheral wrap, and inside the accommodating portion . The present invention relates to a scroll fluid machine having a second seal portion that fills a gap between the inner peripheral side of the first seal portion and the accommodating portion in a non-contact state with the swivel side substrate portion .
前記シール部材は、前記収容部に配置され、前記第1シール部のみを前記旋回側基板部に付勢する付勢部材を更に備えることが好ましい。 It is preferable that the seal member is further provided with an urging member that is arranged in the accommodating portion and biases only the first seal portion to the swivel side substrate portion.
前記第2シール部は、Oリングであり、前記収容部の内周側の内壁には前記第2シール部を嵌め込む嵌合溝が設けられることが好ましい。 The second seal portion is an O-ring, and it is preferable that the inner wall on the inner peripheral side of the accommodating portion is provided with a fitting groove into which the second seal portion is fitted.
また、前記第1シール部と前記第2シール部は、一体的な成形品であってもよい。 Further, the first seal portion and the second seal portion may be integrally molded products.
本発明のスクロール流体機械によれば、外周ラップの先端に配置されるシール部材の背面側に流体(例えば、蒸気)が回り込むことによって当該シール部材の先端が異常摩耗する事態を回避できる。 According to the scroll fluid machine of the present invention, it is possible to avoid a situation in which the tip of the seal member is abnormally worn due to fluid (for example, steam) wrapping around the back side of the seal member arranged at the tip of the outer peripheral wrap.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<システム構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械(スクロール膨張機)が用いられる蒸気利用システム1の概略図である。本実施形態の蒸気利用システム1は、蒸気から駆動力を取り出し、その駆動力を利用して空気圧縮を行う空気圧縮装置でもある。
<System configuration>
FIG. 1 is a schematic view of a steam utilization system 1 in which a scroll fluid machine (scroll expander) according to an embodiment of the present invention is used. The steam utilization system 1 of the present embodiment is also an air compression device that extracts a driving force from steam and performs air compression using the driving force.
図1に示すように、本実施形態の蒸気利用システム1は、蒸気を供給する蒸気発生装置2と、蒸気発生装置から供給された蒸気により作動するスクロール膨張機3と、スクロール膨張機3から供給される駆動力によって駆動され、圧縮空気を吐出する圧縮機4と、ブロワ7と、各種の制御を行う制御装置5と、を主要な構成として備える。
As shown in FIG. 1, the steam utilization system 1 of the present embodiment is supplied from a steam generator 2 that supplies steam, a scroll expander 3 that is operated by steam supplied from the steam generator, and a scroll expander 3. A
蒸気発生装置2は、蒸気ボイラ11及び蒸気ボイラ11から蒸気が送られるスチームヘッダ12を備える。蒸気ボイラ11は、水道管や地下水源等から供給される水を加熱し、蒸気を生成する。スチームヘッダ12では、蒸気の凝縮水に起因する配管(蒸気・復水配管)の腐食を防止するために、復水処理剤添加装置13から復水処理剤が添加される。なお、本実施形態では、スチームヘッダ12に復水処理剤を添加する構成であるが、ボイラ給水に添加し、ボイラ缶体と蒸気・復水配管の両方を復水処理剤で保護する構成としてもよい。
The steam generator 2 includes a
スクロール膨張機3は、スチームヘッダ12から給蒸気管15を通じて供給される蒸気を膨張して駆動力を取り出す原動機である。スクロール膨張機3で駆動力を取り出された蒸気は、回収用のスチームヘッダ(図示省略)に送られる。スクロール膨張機3は、減圧弁としても機能するので、前述の回収用のスチームヘッダに送られた減圧後(膨張後)の蒸気は、低圧蒸気として各種の蒸気使用装置でそのまま利用することもできる。
The scroll expander 3 is a prime mover that expands the steam supplied from the
圧縮機4は、スクロール膨張機3から伝達機構6を通じて伝達された駆動力によって駆動する被動機であり、スクロール膨張機3と略同様の構造を有するスクロール式流体機械である。
The
ブロワ7は、給気ダクト240を介してスクロール膨張機3に冷却風を送る換気装置の給気源である。スクロール膨張機3を冷却した空気(冷却風)は排気ダクト250を介して外部に排出される。給気ダクト240には給気温度を検出する給気温度センサ241が配置されるとともに、排気ダクト250には排気温度を検出する排気温度センサ251が配置される。
The
制御装置5は、蒸気利用システム1の各種の制御を行うコンピュータであり、各種センサや開閉弁17等に電気的に接続されている。
The
<蒸気の供給経路及び排出経路>
図2は、本実施形態のスクロール膨張機3及びスクロール膨張機3に接続される蒸気配管及び換気構造の一例を示す正面図である。図3は、本実施形態のスクロール膨張機3の縦断面図である。図2に示すスクロール膨張機3は、旋回軸が横方向を向く縦置き型のスクロール膨張機3である。以下の説明において、スクロール膨張機3の厚み方向であってクランク軸70の向く水平方向と平行な方向を「軸方向」として説明することがある。
<Steam supply path and discharge path>
FIG. 2 is a front view showing an example of a steam pipe and a ventilation structure connected to the scroll expander 3 and the scroll expander 3 of the present embodiment. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the scroll expander 3 of the present embodiment. The scroll expander 3 shown in FIG. 2 is a vertical scroll expander 3 in which the turning axis faces in the horizontal direction. In the following description, the thickness direction of the scroll expander 3 and the direction parallel to the horizontal direction of the
<給蒸気管>
スクロール膨張機3に蒸気を供給する給蒸気管15について説明する。給蒸気管15は、スチームヘッダ12から送られるスクロール膨張機3に蒸気を供給する配管である。給蒸気管15には、上流側から順に、蒸気から水分を分離する給蒸気セパレータ16、蒸気の経路を開閉する開閉弁17等が配置される。
<Steam supply pipe>
The
給蒸気管15は、給蒸気セパレータ16の上部から上方に延びる直上配管151と、直上配管151の上端部から水平方向に延びるとともに開閉弁17が配置される水平配管152と、水平配管152から下方に傾斜してスクロール膨張機3に接続される接続配管153と、を含んで構成される。本実施形態では、給蒸気セパレータ16から蒸気を取り出す位置となる直上配管151と給蒸気セパレータ16の接続位置が、給蒸気管15がスクロール膨張機3に接続される接続位置よりも低い位置になっている。なお、本実施形態の接続配管153は屈曲部を有するL字状の配管である。
The
<排蒸気管>
スクロール膨張機3から減圧後(膨張後)の蒸気を取り出す排蒸気管18について説明する。排蒸気管18は、固定スクロール50と接続配管153の接続部分の下方で固定スクロール50に接続される第1排蒸気管181と、固定スクロール50と接続配管153の接続部分の上方で固定スクロール50に接続される第2排蒸気管182と、を含む。
<Steam exhaust pipe>
The
第1排蒸気管181及び第2排蒸気管182は、何れも固定スクロール50から水平方向に延出しており、排蒸気セパレータ19に接続される。第1排蒸気管181及び第2排蒸気管182を通じて蒸気が排蒸気セパレータ19に送られ、排蒸気セパレータで蒸気と水分が分離された後、回収用のスチームヘッダ(図示省略)に送られる。
Both the first
図3に示すように、本実施形態のスクロール膨張機3は、旋回スクロール30の両側面に1又は複数の旋回ラップ32が配置されており、この旋回スクロール30の両側には固定スクロール50がそれぞれ配置される構成である。上述の給蒸気管15及び排蒸気管18は、左右対称な形状となっており、図2において図示されない紙面奥側の固定スクロール50にも、同じ形状、本数(同様の構成)で接続されている。
As shown in FIG. 3, in the
<スクロール膨張機の構成>
次に、スクロール膨張機3の構成について説明する。図3に示すように、スクロール膨張機3は、ハウジング20と、このハウジング20に旋回可能に保持される旋回スクロール30と、旋回スクロール30を挟むようにハウジング20に固定される一対の固定スクロール50と、旋回スクロール30を旋回させる複数のクランク軸70と、を主要な構成として備える。
<Structure of scroll expander>
Next, the configuration of the
<ハウジング>
ハウジング20は、その両側面のそれぞれに軸方向(水平方向)に貫通する開口穴21が形成される。ハウジング20両側の開口穴21は、ハウジング20の内の中空部を介して連通している。各開口穴21の周壁の内側端部には、径方向内側に延出する円環状のフランジ22が設けられる。
<Housing>
The
ハウジング20の内部に旋回スクロール30が配置される、また、各固定スクロール50がフランジ22を介して旋回スクロール30の両側に固定される。ハウジング20の内部には、旋回スクロール30及び固定スクロール50を取り囲む環状の中空部が形成されており、この中空部がクランク軸70の偏芯軸部71の収容空間23となる。
The
ハウジング20の下部には収容空間23のクランク軸70を冷却するための給気口24が設けられ、上部には冷却後の空気が排気される排気口25が設けられる。
An
<旋回スクロール>
旋回スクロール30は、円板状の旋回側基板部31と、旋回側基板部31の両面にそれぞれ設けられる旋回ラップ32と、旋回側基板部31が着脱可能に固定されるとともに複数のクランク軸70が連結される旋回スクロールベース33と、を備える。
<Swirl scroll>
The
旋回ラップ32は、旋回側基板部31の板面から垂直(軸方向)に延出するとともに、旋回側基板部31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する板状に構成される。両側の旋回ラップ32は、互いに対応した形状となっている。各旋回ラップ32の先端には、固定スクロール50の固定側基板部51との隙間を埋めるためのチップシール34が設けられる。チップシール34は、旋回ラップ32の渦巻きに沿って配置される。
The
旋回スクロールベース33は、旋回側基板部31を取り囲む略三角形の枠状に形成されており、その内側に旋回側基板部31がボルト等の締結部材によって固定される。旋回スクロールベース33の略三角形の頂点部分(角部)に相当する位置には、クランク軸70の偏芯軸部71を連結する旋回軸受部35が配置される。
The
<固定スクロール>
旋回スクロール30の両側に配置される各固定スクロール50は、円板状の固定側基板部51と、固定側基板部51における旋回側基板部31に対向する板面(片面)に設けられる1又は複数の固定ラップ52と、固定ラップ52を取り囲む環状の外周ラップ55と、を備える。
<Fixed scroll>
Each of the fixed scrolls 50 arranged on both sides of the
各固定側基板部51は、その中央に厚み方向に貫通する中央開口部60が設けられる。中央開口部60は、スクロール膨張機3の外側と膨張室90を連通する貫通孔である。また、各固定側基板部51の外周側には第1開口部61及び第2開口部62が設けられる。第1開口部61と第2開口部62は、中央開口部60を挟んで径方向で対向する位置関係にある。本実施形態では、第1開口部61は固定側基板部51の下部に配置され、第2開口部62は固定側基板部51の上部に配置される。
Each fixed-
本実施形態では、中央開口部60には上述の給蒸気管15の下流側端部が接続され、第1開口部61には第1排蒸気管181が接続され、第2開口部62には第2排蒸気管182が接続される。
In the present embodiment, the downstream end of the above-mentioned
固定ラップ52は、旋回ラップ32と対応した個数、形状及び大きさで設けられ、固定側基板部51の板面から垂直(軸方向)に延出するとともに、固定側基板部51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構成される。各固定ラップ52の先端には、旋回スクロール30の旋回側基板部31との隙間を埋めるためのチップシール54が設けられる。チップシール54は、固定ラップ52の渦巻きに沿って配置される。
The fixed
外周ラップ55は、固定ラップ52を取り囲む円筒状に形成される。外周ラップ55の高さは、固定ラップ52の高さに略対応している。旋回側基板部31、固定側基板部51及び外周ラップ55に囲まれた空間が蒸気を膨張させる膨張室90として機能する。
The outer
<蒸気シール部材>
次に、膨張室90に導入された蒸気の漏出を防ぐ蒸気シール部材80について説明する。蒸気シール部材80は、外周ラップ55の先端に配置され、膨張室90を取り囲む環状のシール部材である(図3及び図7参照)。
<Steam seal member>
Next, the
図4は、本実施形態の蒸気シール部材80及びその近傍を示す拡大断面図である。図4に示すように、外周ラップ55の先端面551には、蒸気シール部材80を収容する収容部56が設けられる。収容部56は、円筒状の外周ラップ55の形状に応じて環状の溝であり、蒸気シール部材80を周方向に沿って配置可能に構成される。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the
本実施形態の蒸気シール部材80は、第1シール部81と、第1シール部81の内周側に配置される第2シール部82と、第1シール部81の基端側(背面側)に配置されるバネ83と、を備える。
The
第1シール部81は、例えばPTFE(polytetrafluoroethylene)を主成分とする樹脂材料により、膨張室90を取り囲む環状に形成される。第1シール部81は、その先端が旋回側基板部31の板面(固定側基板部51との対向面)に接触することにより、旋回側基板部31と外周ラップ55の隙間を塞いでいる。
The
第2シール部82は、例えばフッ素ゴムによって形成されるOリングであり、膨張室90側から第1シール部81側への蒸気(図4における鎖線)の侵入を防ぐためのものである。収容部56の内周側の内壁561には、第2シール部82を嵌め込む嵌合溝57が設けられる。嵌合溝57は、収容部56の内周側の内壁561の全周にわたって形成される。第2シール部82は、嵌合溝57に嵌め込まれた状態で第1シール部81の内周面811に接触して弾性変形し、第1シール部81の内周面811と収容部56の内壁561の隙間をシールする。
The
収容部56の底面562(第1シール部81の背面812と対向する面)には、バネ83を収容するためのバネ収容部58が形成される。バネ83は、第1シール部81の基端側の面である背面812に接触し、第1シール部81の先端面813を旋回側基板部31側に付勢する付勢部材である。旋回スクロール30の旋回によって摺動する旋回側基板部31と第1シール部81の先端面813との接触が維持されるように、バネ83の付勢力が調整されている。バネ83を構成する材料としては、金属又はフッ素ゴム等のゴム材料を用いることができ、例えば、環状の弾性部材に加工して使用される。
A
以上説明したように、本実施形態のスクロール膨張機3は、冷却風の給気口24が設けられるとともに冷却風の排気口25が設けられるハウジング20と、ハウジング20の内部に配置され、旋回側基板部31の板面に渦巻き状の旋回ラップ32が設けられ、その軸方向が横向きの旋回スクロール30と、ハウジング20の内部で旋回スクロール30に対向配置され、固定側基板部51の板面に旋回ラップ32に噛み合う渦巻き状の固定ラップ52及び固定ラップ52を取り囲む筒状の外周ラップ55が設けられる固定スクロール50と、外周ラップ55の先端に設けられる凹状の収容部56に周方向に沿って配置されるシール部材としての蒸気シール部材80を備える。
蒸気シール部材80は、収容部56に収容された状態で旋回側基板部31に接触して旋回側基板部31と外周ラップ55の隙間を埋める第1シール部81と、収容部56の内側で第1シール部81の内周側と収容部56の隙間を埋める第2シール部82と、を有する。
これにより、第1シール部81の背面側への蒸気の侵入を第2シール部82によって確実に防止できる。背面側に回り込んだ蒸気によって第1シール部81が旋回側基板部31側に押し込まれて異常摩耗が生じる事態を回避できるので、蒸気シール部材80のシール性能を安定的に維持できる。
As described above, the
The
As a result, the
また、本実施形態では、蒸気シール部材80は、収容部56に配置され、第1シール部81を旋回側基板部31に付勢する付勢部材としてのバネ83を更に備える。
これにより、第1シール部81の背面側への蒸気の回り込みを第2シール部82によって防ぎつつ、第1シール部81の押圧力をバネ83によって調整して第1シール部81の押圧力が強く過ぎるために生じる異常摩耗や押圧力が弱すぎるために生じる蒸気漏れをより確実に防止できる。
Further, in the present embodiment, the
As a result, the pressing force of the
また、本実施形態では、第2シール部82は、Oリングであり、収容部56の内周側の内壁561には第2シール部82を嵌め込む嵌合溝57が設けられる。
これにより、Oリングである第2シール部82が嵌合溝57に嵌り込むことにより、第2シール部82を収容部56の適切な位置に容易に組み付けることができる。また、嵌合溝57によって第2シール部82が適切な位置で保持されるので、大きな圧力にも十分対抗できる。
Further, in the present embodiment, the
As a result, the
以上説明した蒸気シール部材80は、第1シール部81と第2シール部82が別体で構成される例を説明したが、第1シール部と第2シール部を一体的に構成することもできる。図5は、第1変形例の蒸気シール部材280及びその近傍を示す拡大断面図である。なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
In the
図5に示すように、第1変形例の蒸気シール部材280は、第1シール部281と第2シール部282が一体的に成形されて構成される。第1シール部281はリング状に形成されており、第2シール部282は第1シール部281の内周面から径方向内側に突出する環状のリブである。蒸気シール部材280は、第2シール部282の先端が内周側の内壁561に接触した状態で収容部56に収容される。第1変形例は、嵌合溝57が内壁561に形成されていない点も上記実施形態と異なる。
As shown in FIG. 5, the
以上説明したように、第1変形例の蒸気シール部材280は、第1シール部281と第2シール部282が一体的な成形品として構成される。この構成によっても、上記実施形態の蒸気シール部材80と同様に、第1シール部281の背面側への蒸気の侵入を確実に防止できる。また、部品点数を削減して組付けの工数を削減できる。
As described above, the
図6は、第2変形例の蒸気シール部材380及びその近傍を示す拡大断面図である。図6に示すように、第2変形例の蒸気シール部材380は、第1シール部381と第2シール部382の形状が上記実施形態及び第1変形例と異なっている。なお、第2変形例の蒸気シール部材380は、異種ゴム同士や樹脂とゴムの一体成形等、異なる部材を組み合せて一体成形したものであってもよいし、第1シール部381と第2シール部382を別々に用意し、組み合せて第2変形例の蒸気シール部材380とすることもできる。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the
第2変形例の第2シール部382は、その断面形状が略V字状に形成されており、V字の一側(径方向外側)が第1シール部381の内側に埋設され、V字の他側(径方向内側)の先端が第1シール部381の内周面から径方向内側に飛び出して内周側の内壁561に接触している。この第2変形例においても、内壁561に接触する第2シール部382により、第1シール部381の背面側への蒸気の侵入を確実に防止できる。V字の溝の部分が蒸気の侵入側となっているので、溝の部分に侵入した蒸気によって第2シール部382が内壁561側に押し付けられ良好なシール性を発揮できる。また、第1変形例と同様に、部品点数を削減して組付けの工数を削減できる。なお、第2変形例においても第1変形例と同様に同じ材料で成形することもできる。
The
以上説明したように、第1変形例のように第1シール部281と第2シール部282を同じ材料で構成することもできるし、第2変形例のように異種ゴム同士や樹脂とゴムの一体成形等、異なる部材を組み合せて蒸気シール部材280を一体成形することもできる。また、蒸気シール部材80,280,380の径方向内側又は外側に蒸気シール部材を更に配置し、二重のシール構造とすることもできる。また、第2シール部82,282,382の断面形状も適宜変更することができる。第2シール部82の断面形状を円やV字状以外の形状として例えば矩形状のものに変更することもできる。このように、蒸気シール部材の構成は事情に応じて適宜変更できる。
As described above, the
<複数のクランク軸>
図3に示すように、クランク軸70は、偏芯軸部71と、この偏芯軸部71の両側に配置される基軸部72と、を備える。本実施形態では、基軸部72には、旋回スクロール30の回転を円滑にするウェイトバランサ75が設けられる。ウェイトバランサ75は、その形状や重さがクランク軸70の取り付ける位置によって適宜調整されている。
<Multiple crankshafts>
As shown in FIG. 3, the
偏芯軸部71が旋回スクロールベース33(旋回スクロール30)に連結されるとともに基軸部72がハウジング20のハウジング軸受部26に回転可能に支持される。ハウジング軸受部26は、クランク軸70の数に応じて開口穴21の周囲に配置される。各ハウジング軸受部26は、いずれも転がり軸受であり、同心円状に配置された略円筒状の内輪と外輪との間に、その周方向へ配列されて多数の転動体が保持されて構成される。
The
図7は、本実施形態のクランク軸70の配置及び換気構造を模式的に示す図である。図7に示すように、クランク軸70は、周方向で等間隔に合計3本配置されており、正面視で下向きの三角形の頂点に相当する位置に配置される。3本のクランク軸70は、同一の構造となっており、偏芯軸部71の位置を揃えた状態で、タイミングベルト又は歯車等によって構成される回転同期機構(図示省略)により同期回転する。3本のクランク軸70のうち、最も下側に位置するクランク軸70が圧縮機4に駆動力を伝達する駆動軸となっている。残り2本の上側クランク軸70Bは、出力を直接には行わない従動軸である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the arrangement and ventilation structure of the
開閉弁17が開状態になると、給蒸気管15の給蒸気セパレータ16から直上配管151、水平配管152及び接続配管153を通って蒸気がスクロール膨張機3の中央開口部60から膨張室90に流入する(図2参照)。本実施形態では、給蒸気セパレータ16から分岐する給蒸気管15により、左右両側の各固定スクロール50の中央開口部60に蒸気がそれぞれ供給される(図3参照)。膨張室90に流入した蒸気の圧力によって旋回スクロール30が旋回し、この旋回スクロール30の回転駆動力が回収動力として下側クランク軸70Aから取り出され、伝達機構6を介して圧縮機4に伝達される(図1参照)。
When the on-off
膨張室90で膨張した蒸気は、膨張しながら各固定スクロール50の第1開口部61から第1排蒸気管181を通じてスクロール膨張機3の外部に排出されるとともに、第2開口部62から第2排蒸気管182を通じてスクロール膨張機3の外部に排出される。第1排蒸気管181及び第2排蒸気管182を通過した蒸気は排蒸気セパレータ19で合流した後、水分が分離されて回収用のスチームヘッダに送られる。
The steam expanded in the
<停止時のドレン水排出構造>
開閉弁17が閉状態になると、給蒸気管15からの蒸気の供給が停止される。本実施形態では、開閉弁17が下方に傾斜する接続配管153ではなく、水平方向に延びる水平配管152に配置されているので、停止時にドレン水が上流から流れてきて開閉弁17の内部に溜まるような事態を防止できる。また、本実施形態の水平配管152は、給蒸気セパレータ16の上方に位置するので、直上配管151から水平配管152にドレン水が流れ込むことがなく、開閉弁17にドレン水が溜まり難い構造となっている。
<Drain water discharge structure when stopped>
When the on-off
図3に示すように、スクロール膨張機3は旋回軸が横向きの縦置き型なので、停止時に内部に残る蒸気が凝縮して生じたドレン水は重力により膨張室90の下部に集まる。ドレン水は、蒸気シール部材80によって下側に漏れることなく、第1開口部61から第1排蒸気管181を介して外部に排出される。即ち、第1開口部61は、蒸気を排出する経路であるとともに停止時にはドレン水を排出する経路としても機能することになる。
As shown in FIG. 3, since the
以上説明したように、本実施形態のスクロール膨張機3は、固定側基板部51に接続され、旋回スクロール30と固定スクロール50によって形成される膨張室90に膨張対象の蒸気を導入する給蒸気管15(接続配管153)と、外周ラップ55の先端に設けられ、膨張室90の外周をシールする蒸気シール部材80と、固定側基板部51に接続され、膨張室90から排出される蒸気を送る第1排蒸気管181と、を備え、膨張室90における蒸気シール部材80の内側の空間と第1排蒸気管181を連通する排出口としての第1開口部61が、固定側基板部51の下部に形成される。
これにより、膨張室90の下限付近に低圧側のポートとして第1開口部61が配置されるので、稼動時には第1開口部61を蒸気の排出口として機能させ、停止時には膨張室90からドレン水を外部に排出するドレン水排出口として機能させることができる。これによって、停止時等にドレン水が膨張室90の内側に溜まる事態を効果的に防止できる。
As described above, the
As a result, the
また、本実施形態では、スクロール膨張機3は、第1排蒸気管181とともに第2排蒸気管182が接続される排蒸気セパレータ19を更に備え、第1排蒸気管181は、固定側基板部51から水平方向に延出して排蒸気セパレータ19に接続される。
これにより、第1開口部61から排出されるドレン水の逆流が生じ難くなり、安定してドレン水を膨張室90の外部に排出できる。なお、本実施形態の第1排蒸気管181は、水平方向に延出する構成であるが、下側に傾斜するように構成してもよい。
Further, in the present embodiment, the
As a result, the backflow of the drain water discharged from the
また、本実施形態では、スクロール膨張機3は、給蒸気管15が接続される給蒸気セパレータ16と、給蒸気管15における給蒸気セパレータ16と固定側基板部51の間に配置される開閉弁17と、を更に備える。給蒸気管15は、水平方向に延びる水平部としての水平配管152及び水平配管152の下流側端部から固定側基板部51の接続部分である中央開口部60へ下側に傾斜する傾斜部としての接続配管153を有し、開閉弁17は、給蒸気管15の水平配管152に配置される。
これにより、開閉弁17の内部にドレン水が溜まる事態を効果的に防止でき、より一層安定的に蒸気をスクロール膨張機3に供給することができる。
Further, in the present embodiment, the
As a result, it is possible to effectively prevent the situation where drain water is accumulated inside the on-off
なお、本実施形態の構成に加えてドレン水を排出するための構成を別途設ける構成としてもよい。例えば、固定スクロール50の固定側基板部51又は外周ラップ55にドレン水を排出するためのドレン水排出口を第1開口部61とは別に形成することもできる。
In addition to the configuration of the present embodiment, a configuration for discharging drain water may be separately provided. For example, a drain water discharge port for discharging drain water may be formed separately from the
<スクロール膨張機の換気構造>
次に、スクロール膨張機3の換気構造について説明する。図7に示すように、ハウジング20の下部には冷却風の給気口24が設けられ、この給気口24に給気ダクト240が接続される。ハウジング20の上部には冷却風の排気口25が設けられ、この排気口25に排気ダクト250が接続される。本実施形態では、給気口24と排気口25は、固定スクロール50を挟んで上下方向に並んで配置される。
<Ventilation structure of scroll expander>
Next, the ventilation structure of the
ブロワ7から給気ダクト240を通じて送られてきた冷却風は給気口24からハウジング20の内部(収容空間23)に送られる。給気口24からハウジング20の内部に入った冷却風は下側クランク軸70Aの冷却を行った後、固定スクロール50の外周を沿うように二手に分かれる。二手に分かれた冷却風は、上方に移動して左右の上側クランク軸70Bのそれぞれを冷却した後、排気口25を通じてハウジング20の外側に排気される。
The cooling air sent from the
このように、本実施形態のスクロール膨張機3は、旋回ラップ32の外側であって旋回中心又は中央開口部60よりも上側で旋回スクロール30に連結される2本の上側クランク軸70Bと、旋回ラップ32の外側であって旋回中心又は中央開口部60よりも下側で旋回スクロール30に連結され、給気口24に対向する下側クランク軸70Aと、を備える。
これにより、給気口24からハウジング20の収容空間23に導入された冷却風は、下側クランク軸70A及びハウジング軸受部26を冷却した後、固定スクロール50の外周に沿って移動し、旋回ラップ32の外側に位置する2本の上側クランク軸70B及びハウジング軸受部26の冷却を行う。つまり、1つの給気口24から3箇所の冷却を効率的に行う構成を実現できるのである。
As described above, the
As a result, the cooling air introduced from the
また、本実施形態では、2本の上側クランク軸70B及び下側クランク軸70Aは、下向きの正三角形の頂点位置に対応するように、旋回スクロール30の周方向で等間隔に配置され、下側クランク軸70Aは、給気口24の中央の直上に位置している。
これにより、給気口24からハウジング20の内部に入った冷却風が下側クランク軸70Aを冷却した後に、2本の上側クランク軸70Bにそれぞれ向かう冷却風の量を均等にすることができ、各軸受部の冷却を効率良く行うことができる。
Further, in the present embodiment, the two
As a result, after the cooling air entering the inside of the
また、本実施形態では、下側クランク軸70Aが動力を伝達する駆動軸である。
これにより、動力を伝達する下側クランク軸70Aを確実に冷却することができ、駆動力の伝達をより安定的にすることができる。
Further, in the present embodiment, the
As a result, the
なお、本実施形態では、下向きの正三角形状にクランク軸70が配置されているが、場合によっては三角形の向きを斜めに配置することもできる。また、旋回スクロールベース33の形状が略三角形状に構成されているが、この形状に限定される訳ではなく、円形状等、その形状を適宜変更することもできる。
In the present embodiment, the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態及びその変形例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and can be appropriately modified.
1 蒸気利用システム
2 蒸気発生装置
3 スクロール膨張機(スクロール流体機械)
5 制御装置(判定部)
15 給蒸気管
16 給蒸気セパレータ
17 開閉弁
19 排蒸気セパレータ
20 ハウジング
24 給気口
25 排気口
30 旋回スクロール
31 旋回側基板部
32 旋回ラップ
50 固定スクロール
51 固定側基板部
52 固定ラップ
55 外周ラップ
56 収容部
57 嵌合溝
80,280,380 蒸気シール部材(シール部材)
81,281,381 第1シール部
82,282,382 第2シール部
83 バネ(付勢部材)
90 膨張室
60 中央開口部(接続部分)
61 第1開口部(排出口)
152 水平配管(水平部)
153 傾斜部(接続配管)
181 第1排蒸気管(排蒸気管)
241 給気温度センサ(給気温度検出部)
251 排気温度センサ(排気温度検出部)
1 Steam utilization system 2
5 Control device (judgment unit)
15
81,281,381 1st seal part 82,282,382
90
61 First opening (exhaust port)
152 Horizontal piping (horizontal part)
153 Inclined part (connection piping)
181 First steam exhaust pipe (steam exhaust pipe)
241 Air supply temperature sensor (Supply air temperature detector)
251 Exhaust temperature sensor (exhaust temperature detector)
Claims (4)
旋回側基板部の板面に渦巻き状の旋回ラップが設けられる旋回スクロールと、
固定側基板部の板面に前記旋回ラップに噛み合う渦巻き状の固定ラップ及び前記固定ラップを取り囲む筒状の外周ラップが設けられる固定スクロールと、
前記外周ラップの先端に設けられる凹状の収容部に周方向に沿って配置されるシール部材と、を備え、
前記シール部材は、
前記収容部に収容された状態で前記旋回側基板部に接触して前記旋回側基板部と前記外周ラップの隙間を埋める第1シール部と、
前記収容部の内側において、前記旋回側基板部と非接触の状態で前記第1シール部の内周側と前記収容部の隙間を埋める第2シール部と、を有するスクロール流体機械。 A scroll fluid machine that uses steam as the working fluid.
A swirl scroll with a spiral swirl lap on the plate surface of the swivel side substrate,
A fixed scroll provided with a spiral fixed wrap that meshes with the swirl wrap and a tubular outer peripheral wrap that surrounds the fixed wrap on the plate surface of the fixed side substrate portion.
A sealing member arranged along the circumferential direction is provided in the concave accommodating portion provided at the tip of the outer peripheral wrap.
The seal member is
A first seal portion that contacts the swivel side substrate portion while being housed in the accommodating portion and fills a gap between the swivel side substrate portion and the outer peripheral wrap.
A scroll fluid machine having an inner peripheral side of the first seal portion and a second seal portion that fills a gap between the accommodating portions inside the accommodating portion in a state of non-contact with the swivel side substrate portion .
前記収容部に配置され、前記第1シール部のみを前記旋回側基板部に付勢する付勢部材を更に備える請求項1に記載のスクロール流体機械。 The seal member is
The scroll fluid machine according to claim 1, further comprising an urging member arranged in the accommodating portion and urging only the first seal portion to the swivel side substrate portion.
前記収容部の内周側の内壁には前記第2シール部を嵌め込む嵌合溝が設けられる請求項1又は2に記載のスクロール流体機械。 The second seal portion is an O-ring and has an O-ring.
The scroll fluid machine according to claim 1 or 2, wherein a fitting groove for fitting the second seal portion is provided on the inner wall on the inner peripheral side of the accommodating portion.
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