JPS63306201A - ランキンサイクル機関の膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はランキンサイクル機関の膨張機の構造に関する
もので、雄ローターと雌ローターとが互いに非接触状態
で同期的に互いに反対方向へ回転し合う様に構成された
新しい膨張機を提供しようとしたものである。

ランキンサイクル機関は一般に第１図に示す様に加熱源
（燃料の燃焼熱エネルギー，温水，太陽熱，工場廃熱，
地熱等―図では燃料噴射弁Ｆより噴射される燃料の燃焼
熱エネルギー）により加熱される蒸気発生器Ｅ内で発生
した高圧の作動流体（Ｈ２Ｏ，アンモニア，フロン等）
を膨張機ＥＸへ導き、ここで膨張させた作動流体を凝縮
器Ｃで没却・液化させ、この液化した作動流体を■液ポ
ンプＰで加圧しながら熱交換器Ｈで熱交換させつつ再び
蒸気発生器Ｅ内へ送り込み、かくしてランキンサイクル
を行なわせ、膨張機ＥＸから動力を取り出す様になって
いる。

この様なランキンサイクル機関では膨張機として住復ピ
ストン式，スクリュー式，タービン式等が使用されてい
るが、これらはいずれも多くの欠点を有している。

即ち、住復ピストン式膨張機はピストンの住復運動の伴
う摩擦損失や振動が大で、摺動部に潤滑油を使用する必
要がある為、膨張機入口温度を高めて熱効事を向上させ
る事ができない欠点がある。

又、住復ピストン式膨張機ではピストンストロークが制
限される為、第２図のＰ―Ｖ線図からも明らかな様に作
動流体の完全膨張が行えず、斜線の部分に相当する損失
が生じ、高い熱効事を■期待する事はできない。

スクリュー式膨張機は高価であり、ローターは非接触式
である為、漏減による損失が大で、ブローホールの影響
により低速では効率が低い欠点がある。

又、タービン式膨張機は小型のものには効率が低く不適
であり、速度型回転機械である為、効率の高い運転域は
狭く、負荷や回転速度の変動が激しい用途には不適であ
る等の欠点がある。

本発明の目的は以上の様な欠点を解消する新しいランキ
ンサイクル機関の膨張機を提供する事であり、膨張機の
入口部や出口部の圧力が変仕しても常時高効事を維持で
きる様にすることで、以上図面に従って説明する。

第３図は本発明のよるランキンサイクル機関の膨張機の
一実施例で、１１はサイドケーシングに固定された固定
中空体を示している。

羽根２は羽根支持体４にしっかりと固定・支持され、固
定中空体９の周囲に密接して（０．１〜０．３ｍｍ程度
の微小な間隙を保って）固定される如く備えられた固定
中空体１１の周囲に密接しながら固定中空体９と一体的
に回転する。

雌ローター５はローターケーシング内周面に密接する雌
ローター外周部６及びこの雌ローター外周部６から陥没
しながら羽根２が嵌り込む陥没部７とを有し、雄ロータ
ー１（羽根２，羽根支持体４から成るローター）と雌ロ
ーター５とは互いに非接触状態で（０．１〜０．３ｍｍ
程度の微小な間隙を保って）同期歯車によって同期的に
互いに反対方向へ回転し合う様になっている。

雌ローター外周部６は固定中空体１１に密接する様に構
成され、望ましくは図示の如く固定中空体１１に雌ロー
ター外周部６が密接する欠円部１３を形成し、両者を面
状に密接させる様にするのが良い。

共に羽根２の線ｌ１（実際は面であるが、断面を考えて
いる）に注目すると、線ｌ１は雄ローター５の線ｌ３の
先端部（点又は小さな丸みとする）によって創成され、
羽根２の線ｌ２と雌ローター５の線ｌ４との内でいずれ
か一方の線は他方の線によって互いに創成し合う様にな
っている。

この場合、線ｌ２とｌ４はと線の全域にわたって互いに
創成し合う様にする事が望ましいが、製作等の都合があ
れば線ｌ２の根元側の部分と線ｌ４の先端部側の部分と
が互いに創成し合う様にすると■に線ｌ２に先端部側の
部分と線ｌ４の根元側の部分との間と大きな間隙を残し
ておく様に構成しても、膨張機としての容量は若干小さ
くなるものの（線ｌ２とｌ４との歯合いが始まると、そ
の歯合いの期間の後半は排出通路１４内と連通状態とな
り、圧力を閉じ込めておく事ができなくなる為、この無
効の膨張行程に相当する分だけ膨張機としての容量が小
となる）膨張機としての機能は維持する事ができるもの
である。

即ち雌ローターの陥没部７と同陥没部７へ嵌り込むべき
雄ローターの羽根に注目すると、同陥没部７を形成する
遅れ側の壁面の先端部側にある部分（線ｌ３の先端部―
点又は小さな丸み）によって創成される同羽根２の羽根
側面（線ｌ１）の裏側にある羽根側面の断面の線（線ｌ
２）と同陥没部７を形成する進み側の壁面の断面の線（
線ｌ４）との内でいずれか一方の線が他方の線の少なく
とも比較的多くを占める部分によって互いに創成し合う
様に構成するのである。

線ｌ１の先端部と線ｌ３（但し、その先端部は除く）と
の間には、両者が最も接近した状態でも作動流体が自由
に出入いりできる十分な間隙を残しておく様にしておく
。

線ｌ５は雄ローター外周部３が密接する円弧である。

今、雄ローターの羽根と雌ローター５とによって挟まれ
た作動室８に注目すると、同作動室８は同作動室８の最
小容積状態から中間容積状態（固定中空体１１に形成さ
れた連通口１２と固定中空体９に形成された開閉口１０
との連通が遮断された時の同作動室８の容積状態）まで
連通口１２及び開閉口１０を介して固定中空体９内へ連
通し、連通口１２と開閉口１０との連通が遮断されると
、同作動室８内へ流入した固定中空体９内からの作動流
体（高圧の気体）は同作動室８の容積の拡大によって密
閉的に排出通路１４内の圧力にほぼ等しくなるまで膨張
し、然る後に排出通路１４内へ排出される様になってい
る。

同作動室８のＰ―Ｖ線図（圧力―容積線図）を第４図に
示すが、完全膨張が可能であり、極めて高い効事を有す
る膨張機である事が理解されよう。

羽根２が連通口１２を連通する時、連通口１２を介して
同作動室８とこの進み側にある作動室とが連通する事を
防ぐには連通口１２の中心角を■１、羽根２の固定中空
体１１の周囲に密接する部分の中心角■２をとして、■
１≦■２とすれば良い。

尚、雄ローターの羽根２の数，雌ローターの陥没部７の
数を各口２枚，２個としたが、この他例えば３枚，２個
のものも考えられる事は明らかである。

以上の膨張機を第１図の膨張機ＥＸの代りに備え、蒸気
発生器Ｅ内からの作動流体を固定中空体９内へ導入する
様に構成すれば、ランキンサイクル機関が得られ、発電
機等の負荷を駆動する事ができる。

本発明によるランキンサイクル機関の膨張機は以上の如
く構成されており、共に本発明のよって得られる効果を
述べる。

本発明によるランキンサイクル機関の膨張機では、雄ロ
ーターの羽根２や雌ローター５は広い面積を以ってロー
ターケーシング内周面に密接しており、実際にはこれら
の部分にラビリンス溝も多数形成するので、漏減による
損失は極めて小さい。

従来、ランキンサイクル機関の膨張機としてスクリュー
式膨張機が提案されたが、このタイプはローター間やロ
ーターとローターケーシング内周面間が線と線とで密接
している為、漏減による損失はかなり大きく、更にブロ
ーホールの影響により低速では効率が急激に落ち込む欠
点があった。

本発明における膨張機では、上記に加え雌ローター５を
固定中空体１１に面状に密接させ、この部分（欠円部１
３）にラビリンス溝も多数形成する事によって漏減のよ
る損失を殆ど０とする事ができる上、ブローホールが形
成させる事もないので、本質的に高い熱効率が期待でき
るのである。

又、本発明における膨張機は純粋な回転機械であり、高
速回転が容易な為、住復ピストン式膨張機に比し極めて
小型となるから完全膨張の達成が可能となり（第４図参
照）、加えて摩擦損失が極めて小さく、潤滑油をロータ
ー間やローターとローターケーシング内壁面に供給する
必要がない為、膨張機入口温度を高めて熱効事を向上さ
せる事ができる。

以上から本発明のよれば極めて高い熱効率が得られる事
が理解されよう。

又、本発明によるランキンサイクル機関の膨張機は完全
にバランスの取れた回転機械である為、住復ピストン式
膨張機とは違って振動や騒音の発生は全くなく、スクリ
ュー式膨張機とは違ってローターが軸の回りにヘリカル
状にねじれていない為、ローターの製作が容易であり、
従って製造原価も低■となる。

更には容積型回転機械である為、タービング式膨張機と
は違って小型のものでも効率が高く、広い範囲にわたっ
て高い効事を維持する事ができる為、負荷や回転速度の
変動が激しい用途にも容易に適合させる事が可能となる
。

かくして本発明の目的を達成する。

本発明によるランキンサイクル機関の膨張機は第５図に
示す如く二股膨張式とし、更に熱効事を向上させる事が
できる。

即ち第５図において、第３図の如く構成された一段目の
膨張機ＥＸ１と二段目の膨張機ＥＸ２とが各々連結され
て１つの膨張機を構成し（各々はローターの長さが異な
る）、蒸気発生器Ｅ内からの高圧の作動流体は一段目の
膨張機ＥＸ１の固定中空体９内へ導入され、一段目の膨
張機ＥＸ１の作動室８内で膨張した作動流体は更に二段
目の膨張機ＥＸ２の固定中空体９内へ導入され、この二
段目の膨張機ＥＸ２の作動室８内で膨張した作動流体は
排出通路１４を経て凝縮器Ｃへ飛び導入されるようにな
っている。

蒸気発生器Ｅ内からの高圧の作動流体を二段膨張させて
いるから、漏減による損失は激減し、熱効事を向上させ
る事ができる。

第５図における羽根支持体４′は固定中空体９に直接的
に固定されているわけではないが、各々の羽根２に作用
する遠心力を平衡させ、補強する役割を負っている。

１５は同期歯車、１６は回動中空体９に固定された歯車
で、この歯車１６を介して発電機等の負荷を駆動するの
である。

共に、膨張機の入口部や出口部における圧力は常に一定
とは限らず、変仕した場合には膨張機の作動室８内での
過膨張や膨張不足が発生し、効率が悪化する問題がある
。

例えば膨張機Ｃを冷却する空気や冷却水の温度が変仕し
た場合には作動流体の凝縮圧力，即ち膨張機の出口部の
圧力が変仕し、この作動流体の凝縮圧力が高くなった場
合には第６図に示す如く作動室８内での過膨張が発生し
、斜線の部分に相当する動力損失を生じる。

逆に作動流体の凝縮圧力が低下した場合には第７図に示
す如く作動室８内での膨張不足が発生し、斜線の部分に
相当する動力損失を生じ、いずれも熱効率が悪化する。

この不具合を解消するには、高圧の作動流体が作動室８
内へ流入する時の流入遮断時期を可変とするのが良い。

即ち第８図において、固定中空体１１の内部には回動体
１７が回動自在に備えられており（詳しくは回動体１７
は固定中空体９の内周面に密接して回動自在に備えられ
ている）、作動室８は連通口１２及び開閉口１０及び回
動体１７に形成された制御口１８を介して固定中空体９
内へ連通する様になっているのである。

今、凝縮機Ｃを冷却する空気や冷却水の温度が変仕して
（高くなって）作動流体の凝縮圧力、即ち膨張機の出口
部の圧力が高くなった場合には、回動体１７を第８図に
示す位置まで回動させ、開閉口１０と制御口１８との連
通遮断時期を遅らせる事によって固定中空体９内から作
動室８内へ減入する作動流体の流入遮断時期を第３図の
場合よりも遅らせる様に制御するのである（この為、連
通口１２を第３図のものより拡大してある）。

従って、作動室８との固定中空体９内との連通が遮断さ
れた後の同作動室８の容積の拡大による膨張行程が短縮
され、結果として同作動室８内における過膨張が消減し
、同作動室８内の圧力がほぼ排出通路１４内の圧力に等
しくなった時点で同作動室８が排出通路１４内へ連通す
る様に構成する事ができるから、第６図における過膨張
による損失は消減し、熱効事を向上させる事ができる。

逆に凝縮器Ｃを冷却する空気や冷却水の温度が変仕して
（低下して）作動流体の凝縮圧力，即ち膨張機の出口部
の圧力が低下した場合には、回動体１７を第８図に示す
位置から反時計方向に回動させて開閉口１０と制御口１
８との連通遮断時期を早める様に制御するのである。

従って、作動室８との固定中空体９内との連通が遮断さ
れた後の同作動室８の容積の拡大による膨張行程が長く
なり、同作動室８内のにおける膨張不足が消減し、同作
動室８内の圧力がほぼ排出通路１４内の圧力に等しくな
った時点で同作動室８が排出通路１４内へ連通する様に
構成する事ができるから、第７図における膨張不足によ
る損失は消減し、熱効事を向上させる事ができる。

かくして回動体１７を回動させる事により開閉口１０と
制御口１８との連通遮断時期を変仕させて、作動室８内
における過膨張や膨張不足を消減させ、熱効事を向上さ
せているのである。

回動体１７は例えば膨張機の出口部の圧力（排出通路１
４内の圧力）を感知して作動するダイアフラム装置によ
って駆動するのである。

回動体１７を固定中空体９の外周面と密接させて備える
様にした（回動体１７はもちろん固定中空体１１の内部
にある）実施例を第９図に示す。

即ち第９図において、回動体１７を回動させる事により
開閉口１０と制御口１８との連通遮断時期を変仕させて
作動室８内における過膨張や膨張不足を消減させ、熱効
事を向上させるのである。

例えば膨張機の出口部の圧力が低下した場合には、図示
の如く回動体１７を所定位置まで回動させて開閉口１０
と制御口１８との連通遮断時期を早め、第７図における
膨張不足による損失を消減させる様に制御するわけであ
る。

この場合、第１０図に示す如く開閉口１０と制御口１８
とが連通を開始する瞬間には連通口１２が羽根２によっ
て覆われていないと固定中空体９内の高圧の作動流体が
逃げ出して損失が増大するから、回動体１７を回動させ
て開閉口１０と制御口１８との連通遮断時期を早めると
は限度がある（即ち、回動体１７の制御位置は第９，１
０図に示す位置が限界で、これより更に回動体１７を反
時計方向に回動させる事はできない）。

もし第１０図において羽根の固定中空対１１の周囲に密
接する部分がもっと大であれば、開閉口１０と制御口１
８とが連通を開始する瞬間には連通口１２は所定期間だ
け前に羽根２によって既に覆われているから、回動体１
７を更に回動させて開閉口１０と制御口１８との連通遮
断時期を一層早めることが出来る。

回動体１７を更に回動させて開閉口１０と制御口１８と
の連通遮断時期を一層早める事のできるもう１つの方法
は、第１１図に示す如く羽根の固定中空体１１の周囲に
密接する部分に密接する密接片１９を回動体１７に固着
しておく事である。

これにより、開閉口１０と制御口１８とが連通を開始す
る瞬間に連通口１２が羽根２によって覆われていなくて
も、密接片１９により固定中空体９内の高圧の作動流体
が逃げ出す事を防止する事ができる。

共に、本発明による膨張機を使用したランキンサイクル
機関の効率の良い出力制御法について説明する。

一般にランキンサイクル機関では、蒸気発生器Ｅを加熱
する加熱源の加熱量を変える（燃料噴射弁Ｆの燃料噴射
量を変える）と共に膨張機ＥＸへ導入させる作動流体の
流量を絞り弁Ｇにより絞って出力を制御する方法が採用
されているが、この方法は簡単ではあるが、絞りによる
損失が大で、断熱に落差が低下するので、機関の部分負
荷域における熱効率が大幅に悪化する欠点がある。

部分負荷域でも高い熱効事を維持できる出力制御法は、
断熱に落差を減少させる事なく（高く維持しながら）蒸
気発生器Ｅを加熱する加熱源の加熱量及び作動流体の流
量を変える（減少させる）事であり、これを第１２図に
よって説明する。

即ち第１２図において、固定中空体１１の内部に回動体
１７が回動自在に備えられ（図では回動体１７が第８図
と同様に固定中空体９の内周面の密接させて備えてある
が、第９図を同様に固定中空体９の外周面に密接させて
備えるようにしても良い）、ケーシング内壁面（図では
ローターケーシング内周面）へ開口しながら膨張機の低
圧側（排出通路１４内）へ通ずる連通路２２に連通弁２
０，２１を備えてある。

従って機関の部分負荷域において出力を減少させるには
、蒸気発生器Ｅを加熱する加熱源の加熱量を減少させる
と共に回動体１７を図示の如く回動させて開閉口１０と
制御口１８との連通遮断時期を早め、固定中空体９内か
ら作動室８内へ流入する作動流体の量を減じ、作動流体
の流量を減少させる様に制御するのである。

この時、もし連通弁２０，２１が共に全閉していれば、
開閉口１０と制御口１８との連通が遮断された時点まで
に作動室８内へ流入した作動流体の量は減少しているか
ら（但し、この時の作動流体の圧力・温度は不変である
）、同作動室８のＰ―Ｖ線図も示した第１３図からも明
らかな様に同作動室８内で過膨張が起り、斜線の部分に
相当する動力損失を生ずる為、図示の如く連通弁２０を
開いてこれも防ぐ様にするのである。

即ち、同作動室８内へ流入した作動流体は開閉口１０と
制御口１８との連通が遮断された後は同作動室８の容積
の拡大によって密閉的に膨張し、排出通路１４内の圧力
のほぼ等しくなった時点で同作動室８が連通路２２を介
して排出通路１４へ連通し、かくして同作動室８のＰ―
Ｖ線図が第１４図の如く描かれる様にして過膨張による
損失を消減させる様にしているのである。

機関の出力を更に減少させるには回動体１７も更に反時
計方向に回動させると共に連通弁２１をも開く様にする
。

この時、作動室８のＰ―Ｖ線図は第１５図の如く描かれ
る。

この様に蒸気発生器Ｅを加熱する加熱源の加熱量を変仕
させると共に作動流体を絞る事なしに回動体１７を回動
させる事によって作動流体の流量を変仕させて機関の出
力を制御しているので、絞りによって作動流体の流量を
変仕させる従来の方法に比較して絞りによる損失は全く
なく、断熱に落差を常時高く維持する事ができる為、部
分負荷域における熱効事を大幅に向上させる事が可能と
なる。

尚、連通弁は図では２個備えたが、３個備える様にして
も、逆に１個のみ備える様にしても良い。

機関の全負荷域では連通弁２０，２１を共に全閉とする
事は言うまでもない。

連通路２２のローターケーシング内周面に開口する開口
部の中心角を■３、羽根２の雄ローター外周部３の中心
角を■４とすれば、■３≦■４となる様に構成されてい
るから、連通弁２０，２１が全閉した状態では羽根２が
連通路２２のローターケーシング外周面に開口する開口
部を通過する時、これらの開口部を介して作動室間が互
いに連通状態に陥る事はない。

第１２図では、連通弁を開いた時には回動体１７を回動
させる事によって開閉口１０を制御口１８との連通遮断
時期を変仕させる様に構成してあるから、回動体１７の
制御位置如何によっては作動室８のＰ―Ｖ線図が正確に
第１４，１５図の如く■かれずに若干の膨張又は膨張不
足が生ずる事もあり（とは言うものの、絞りによって作
動流体の流量を制御する従来の方法よりは熱効率は遥か
に良い）、従って理想的には作動室８が膨張機の低圧側
（排出通路１４内）へ連通し始める時期を第１２図の様
に段階的ではなく（連通弁２０，２１の単純な開閉では
なく）連続的に変える事が望ましい。

これを第１６図に示す。

即ち第１６図においてＡ―Ａ′線断面図は第１７図に示
され、Ｂ―Ｂ′線断面図は第１８図に示されており、分
離壁２９によって固定中空体１１内を（固定中空体９内
を）（蒸気発生器Ｅからの）高圧の作動流体が導入され
る高圧空間Ｘと、通路３０を介して排出通路１４内へ連
通する低圧空間Ｙとに区分している（以後の説明は第１
６，１７，１８図を同時に参照のこと）、高圧空間Ｘ側
の固定中空体１１内には回動体１７が回動自在に備えら
れ（図では回動体１７が第８図と同様に固定中空体９の
内周面に密接させて備えられており、第９図と同様に固
定中空体９の外周面に密接させて備える様にしても良い
）、これにより作動室８は最小容積状態から中間容積状
態まで高圧空間Ｘ側の固定中空対１１と形成された連通
口１２，高圧空間Ｘ側の固定中空体９に形成された開閉
口１０，回動体１７に形成された制御口１８を介して高
圧空間Ｘ内へ連通する様になる。

他方、低圧空間Ｙ側の固定中空体１１内には低圧回動体
２３が回動自在に備えられ（図では固定中空体９の内周
面に密接させて備えられている）、これにより作動室８
は所定の容積状態から最大容積状態まで低圧空間Ｙ側の
固定中空体１１に形成された低圧連通口２６，低圧空間
Ｙ側の固定中空体９に形成された低圧開閉口２５，低圧
回動体２３に形成された低圧制御口２４を介して低圧空
間Ｙ内へ連通する事になる。

従って、機関の出力を減少させる為に蒸気発生器Ｅを加
熱する加熱源の加熱量を減少させると共に回動体１７を
回動させて第１７図に示す制御位置まで回動させれば、
開閉口１０と制御口１８との連通遮断時期が早まり作動
流体の流量は減少するのであり、作動室８内へ流入した
作動流体は開閉口１０と制御口１８との連通が遮断され
た後は同作動室８の容積の拡大によって密閉的に膨張し
、排出通路１４内の圧力にほぼ等しくなった時点で同作
動室８が低圧連通口２６，低圧開閉口２５，低圧制御口
２４を介して排出通路１４内へ連通し、かくして同作動
室８のＰ―Ｖ線図が正確に第１４，１５図の如く描かれ
る様にして過膨張又は膨張不足による損失を常時消滅さ
せる様にしているのである。

即ち、低圧回動体２３を回動体１７の制御位置に対応さ
せて回動させる事により作動室８が排出通路１４内へ連
通し始める時期（低圧開閉口２５と低圧制御口２４との
連通開始時期）を連続的に変える事が可能となる。

かくして部分負荷域においても常時高い熱効事を維持す
る事ができる。

連絡弁２８は特に必要不可欠なものではないが、作動室
８が低圧連通口２６，低圧開閉口２５，低圧制御口２４
を介して排出通路１４内へ連通する時、連絡弁２８を開
いておいて作動室８が連絡路２７をも介して排出通路１
４内へ連通させ、連通断面積を拡大させる役割を果すも
のである。

これにより低圧連通口２６の軸方向長を小とし、連通口
１２の断面積を拡大させる効果が生まれる。

連絡路２７のローターケーシング内周面に開口する開口
部を羽根２が通過する時、作動室８内の圧力が排出通路
１４内の圧力よりも高い場合は連絡弁２８そ全閉させて
おかなければならないから、連絡弁２８の切換点（開か
ら閉へ、又は閉から開へ切換える点）は低圧回動体２３
の制御位置によって従属的に定められる事になる。

機関の全負荷域では、連絡弁２８を全閉させると共に低
圧連通口２６，低圧開閉口２５，低圧制御口２４の三者
が、同時に互いに連通し合う事のない位置まで低圧回動
体２３を回動させる事は言うまでもない。

尚、低圧回動体２３は例えばカム等を介して回動体１７
へ連動する様に構成される様になっている。

低圧回動体２３を低圧空間Ｙ側の固定中空体９の外周面
に密接させて備える様にした実施例を第１９図に示す。

尚、第１９図において羽根２の固定中空対１１の周囲に
密接する部分の中心角を■２，低圧連通口２６の中心角
を■５とすれば、■２≧■５となっているから、羽根２
が低圧連通口２６を通過する時、作動空間が互いに連通
状態に陥る事はないが、低圧連通口２６の大きさが制限
される結果、低圧回動体２３の制御範囲も制限される様
になる。

低圧回動体２３の制御範囲を拡大するには、第２０図に
示す如く低圧連通口２６′を別に新設すれば良い。

低圧連通口２６′が図示の如く低圧回動体２３によって
完全に閉鎖されている時には、羽根２が低圧連通口２６
′２６を通過しても隔壁３１によって作動空間が互いに
連通状態に陥る事はない。

本発明は以上の如く構成されているので、摩擦損失や漏
減による損失が極めて小さく、潤滑油を作動室内へ供給
する必要がない事から膨張機入口温度を高められる上、
高圧の作動流体を完全膨張させる事ができる為、極めて
高い熱効率が得られ、かつ低振動・低騒音・低価格であ
り、タービン式膨張機とは違って小型のものでも熱効率
が高く、負荷や回転速度の変動が激しい用途にも容易に
適合させる事ができ、更には膨張機入口部や出口部の圧
力が変仕しても常時高い熱効事を維持する事のできるラ
ンキンサイクル機関の膨張機を提供する事が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はランキンサイクル機関の一般的な構成図，第２
・４・６・７・１３・１４・１５図はＰ―Ｖ線図，第３
・５・８・９・１０・１１・１２・１６・１９・２０図
は本発明によるランキンサイクル機関の膨張機を示す図
，第１７図は第１６図のＡ―Ａ′線断面図，第１８図は
第１６図のＢ―Ｂ′線断面図である。 Ｆは燃料噴射弁，Ｅは蒸気発生器，Ｇは絞弁，Ｈは熱交
換器，Ｃは凝縮器、Ｐは給液ポンプ，ＥＸは膨張機，Ｉ
は雄ローター，２は羽根，３は雄ローター外周部，４は
羽根支持体，４′は羽根支持体，５は雌ローター，６は
雌ローター外周部，７は陥没部，８は作動室，９は固定
中空体，１０は開閉口，１１は固定空中体，１２は連通
口，１３は欠円部，１４は排出通路，１５は同期歯車，
１６は歯車，１７は回動体，１８は制御口，１９は密接
片，２０・２１は連通弁，２２は連通路，２３は低圧回
動体，２４は低圧制御口，２５は低圧開閉口，２６は低
圧連通口，２６′は低圧連通口，２７は連絡路，２８は
連絡弁，２９は分離壁，３０は通路，３１は隔壁，Ｘは
高圧空間，Ｙは低圧空間である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の外部に固定される如く備えられた固
   定中空体の周囲に密接しながら前記回転中空体と一体的
   に回転する羽根を備えた雄ローターと、ローターケーシ
   ング内周面に密接する雌ローター外周部及びこの雌ロー
   ター外周部から陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌
   り込む陥没部を有する雌ローターとが互いに非接触状態
   で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ロ
   ーター外周部が前記固定中空体に密接する様に構成した
   膨張機であり、前記雌ローターの陥没部と同陥没部へ嵌
   り込むべき雄ローターの羽根に注目し、同陥没部を形成
   する遅れ側の壁面の先端部側にある部分によって創成さ
   れる同羽根の羽根側面の裏側にある羽根側面の断面の線
   と同陥没部を形成する進み側の壁面の断面の線との内で
   いずれか一方の線が他方の線の少なくとも比較的多くを
   占める部分によって互いに創成し合う様に構成し、更に
   前記雄ローターの羽根と雌ローターとによって挟まれた
   作動室に注目し、同作動室の最小容積状態から中間容積
   状態まで同作動室が前記固定中空体に形成された連通口
   及び前記回転中空体に形成された開閉口を介して前記回
   転中空体内へ連通する様にし、以上の如く構成された膨
   張機を備え、加熱源により加熱される蒸気発生器内から
   の作動流体を前記膨張機の回転中空体内へ導入し、更に
   前記膨張機の作動室内で膨張した作動流体を凝縮器内へ
   導入せしめ、かつ前記凝縮器内からの作動流体を再び前
   記蒸気発生器内へ導入させる様にした事を特徴とするラ
   ンキンサイクル機関の膨張機。
2. （２）回転中空体の外部に固定される如く備えられた固
   定中空体の周囲に密接しながら前記回転中空体と一体的
   に回転する羽根を備えた雄ローターと、ローターケーシ
   ング内周面に密接する雌ローター外周部及びこの雌ロー
   ター外周部から陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌
   り込む陥没部を有する雌ローターとが互いに非接触状態
   で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ロ
   ーター外周部が前記固定中空体に密接する様にすると共
   に前記固定中空体の内部に回動体を回動自在に備える様
   にした膨張機械であり、前記雌ローターの陥没部と同陥
   没部へ嵌り込むべき雄ローターの羽根に注目し、同陥没
   部を形成する遅れ側の壁面の先端部側にある部分によっ
   て創成される同羽根の羽根側面の裏側にある羽根側面の
   断面の線と同陥没部を形成する進み側の壁面の断面の線
   との内でいずれか一方の線が他方の線の少なくとも比較
   的多くを占める部分によって互いに創成し合う様に構成
   し、更に前記雄ローターの羽根と雌ローターとによって
   挟まれた作動室に注目し、同作動室の最小容積状態から
   中間容積状態まで同作動室が前記固定中空体に形成され
   た連通口及び前記回転中空体に形成された開閉口及び前
   記回動体に形成された制御口を介して前記回転中空体内
   へ連通する様にし、前記回動体を回動させる事により前
   記開閉口と制御口との連通遮断時期を変仕させて同作動
   室と前記回転中空体内との連通遮断時期を変仕させる様
   にせしめ、以上の如く構成された膨張機を備え、加熱源
   により加熱される蒸気発生器内からの作動流体を前記膨
   張機の回転中空体内へ導入し、更に前記膨張機の作動室
   内で膨張した作動流体を凝縮器内へ導入せしめ、かつ前
   記凝縮器内からの作動流体を再び前記蒸気発生器内へ導
   入させる様にした事を特徴とするランキンサイクル機関
   の膨張機。
3. （３）固定中空体に雌ローター外周部が密接する欠円部
   を形成する様にした特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のランキンサイクル機関の膨張機。