JPWO2010013351A1 - スクロール流体機械 - Google Patents

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Abstract

ケーシング１に固定スクロール盤２を取り付け、固定スクロール盤２に３つの固定ラップ２ａを設け、ケーシング１に偏心ブシュ８を回転可能に支持し、偏心ブシュ８の偏心穴内に旋回軸１２を偏心可能に支持し、旋回軸１２に一体に３つの旋回ラップ３ａを持つスクロール盤３を設け、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に複数のポンプ室１３を形成し、固定スクロール盤２の外周部のシール壁２ｂの内部に形成される吸入室に連通する吸入ポート４を設け、固定スクロール盤２ａに吐出ポート４を設けて、偏心ブシュが１回転する間にポンプ室１３に作動流体を３回吸入、吐出することにより、脈動が小さく、振動、騒音が小さくできると共に、部品点数が少なく信頼性の高いスクロール流体機械を実現する。

Description

本発明はポンプ等として用いられるスクロール流体機械、たとえば液冷媒や油等を圧送する液ポンプとして単独で使用するスクロール流体機械、または、膨張機、空気圧縮機、真空ポンプ、冷媒ガス圧縮機、酸素吸入機用圧縮機等と組み合わせてポンプ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。
従来のスクロール流体機械においては、特開平８−２１０２６９号公報に示されるように、ポンプとして使用されるスクロール流体機械において、一対の固定スクロールと旋回スクロールでポンプを形成しており、従動クランクやオルダムリング等の自転防止機構を設ける必要があった。
また、従来のスクロール流体機械においては、特許第４０１４５８３号公報に示されるように、ポンプと膨張機を一体化したスクロール流体機械において、従動クランクやオルダムリング等の自転防止機構を設ける必要があった。さらに、発電機を冷却するために縦置きにして、発電機より上部から液冷媒を流入させていた。
しかし、特開平８−２１０２６９号公報に記載されたスクロール流体機械においては、旋回軸、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構を設ける必要があるから、構造が複雑となって、製造コストが高価となるとともに、信頼性が低下する。また、駆動軸が１回転する間に１回の吸入吐出しか行えず、圧力脈動が大きく、振動、騒音が大きくなっていた。
また、特許第４０１４５８３号公報に記載されたスクロール流体機械においては、膨張機部とポンプ部の他に従動クランク機構等の自転防止機構を別に設けていたために構造が複雑になると共に、縦置きしかできないために自由な配置ができなかった。また、ポンプ室がひとつのため、容積変化による圧力脈動が発生していた。また、発電機の熱により液冷媒が一部ガス化する恐れもあるのでポンプが本来の機能を果たせなくなる。
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、単純な構造で信頼性の高いスクロール流体機械を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明においては、ケーシングに固定スクロール盤を取り付け、上記固定スクロール盤に複数の固定ラップを設け、偏心旋回する旋回部材に旋回スクロール盤を取り付け、上記旋回スクロール盤に複数の旋回ラップを設け、上記固定ラップと上記旋回ラップとを重ね合わせたことを特徴とする。
また、上記固定スクロール盤の外周部にシール壁を設け、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤との間に吸入室を形成し、上記固定スクロール盤に上記吸入室に連通した吸入ポートを設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤の表側にカバーを設け、上記固定スクロール盤の上記固定ラップの中心部に吐出ポートを設け、上記カバーに上記吐出ポートと連通した集合吐出ポートを設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度を変えて複数設け、互いに隣接するラップの位相の角度をずらしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度１２０度ごとに３つ設け、互いに隣接する上記固定ラップの位相の角度を１２０度ずらしたことを特徴としてもよい。
また、上記ケーシングに上記カバーを固定し、上記カバーに上記固定スクロール盤を上記旋回部材の軸方向に移動可能に取り付けたことを特徴としてもよい。
また、上記旋回部材が、偏心ブシュの偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回部材が、電動機の回転軸の偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回ラップを３つ設け、上記旋回スクロール盤の３つの上記旋回ラップの中心によって形成された三角形の内心位置を相対回転を阻止された状態で上記旋回軸に取り付けたことを特徴としてもよい。
また、上記ケーシングに固定スクロールを取り付け、上記旋回軸の上記旋回スクロール盤が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロールを取り付け、上記固定スクロールのラップと上記旋回スクロールのラップとを重ね合わせたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤とを有する第１のスクロール作動部をポンプとして使用し、上記旋回スクロールと上記固定スクロールとを有する第２のスクロール作動部を膨張機として使用したことを特徴としてもよい。
また、上記第１のスクロール作動部と上記第２のスクロール作動部との間に断熱板を設けたことを特徴としてもよい。
また、上記ポンプの上記集合吐出ポートを蒸発器を介して上記膨張機の注入口に接続し、上記吸入ポートと上記集合吐出ポートとに接続されたリリーフ弁を設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤が鋳鉄製であり、上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回スクロール盤に表面処理を施したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方に表面処理を施したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型し、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤を上記旋回スクロール盤と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴としてもよい。
また、上記コーティング材がダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂であることを特徴としてもよい。
本発明に係るスクロール流体機械においては、旋回部材、旋回スクロール盤の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないから、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。
また、固定ラップを複数設け、隣接する固定ラップの位相をずらしたときには、集合吐出ポートの圧力脈動（圧力変動）を小さくすることができ、振動、騒音を低減することができる。
また、ケーシングにカバーを固定し、カバーに固定スクロール盤を旋回部材の軸方向に移動可能に取り付け、かつ旋回部材の背面には吐出圧力の流体を導き、受圧面積を適切にとり、ポンプ室側の流体力よりわずかに大きい力で旋回部材を固定部材に押し付ける構造にしたときには、固定ラップと旋回ラップとの間に形成された作動流体室の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
また、旋回部材が、電動機の回転軸の偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であるときには、電動機とポンプとを密閉容器内に一体に組み込むことができるから、ポンプの吸込圧力が高い場合にも、シールの必要がないから、構造が簡単となり、信頼性が向上する。また、発電機の冷却を膨張機を出た後の作動流体で行なった場合には、発電機だけのために液冷媒を流す必要はなく、ポンプ部に直接吸入できるので、縦置きでも横置きでもよく、自由な配置ができる。また、発電機の熱が液冷媒に伝わらないので液冷媒がガス化することがなく、ポンプの機能が阻害されることがない。
また、ケーシングの固定スクロール盤が取り付けられた側とは反対側に固定スクロールを取り付け、旋回軸の旋回スクロール盤が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロールを取り付け、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとを重ね合わせたときには、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないから、構造が簡単となり、信頼性が向上する。
また、固定スクロール盤と旋回スクロール盤とを有する第１のスクロール作動部をポンプとして使用し、旋回スクロールと固定スクロールとを有する第２のスクロール作動部を膨張機として使用したときには、ポンプと膨張機との回転速度が常に同一となるから、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。
また、第１のスクロール作動部と第２のスクロール作動部との間に断熱板を設けたときには、第１のスクロール作動部のポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
また、ポンプの集合吐出ポートを、蒸発器を介して膨張機の注入口に接続し、吸入ポートと集合吐出ポートとに接続されたリリーフ弁を設けたときには、集合吐出ポートにおける作動流体の圧力が所定値以上に上昇するのを防止することができるから、蒸発器に流入する作動流体の流量が過剰になるのを防止することができるので、作動流体が液体のまま膨張機に流入するのを防止することができる。
また、固定スクロール盤が鋳鉄製であり、旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であるときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、旋回スクロール盤に表面処理を施したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤および旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方に表面処理を施したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤および旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型して製造したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、コーティング材がダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂であるときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、上記固定スクロール盤を上記旋回スクロール盤と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
図１は本発明に係るスクロール流体機械を示す図である。
図２は図１に示したスクロール流体機械の固定スクロール盤を示す図である。
図３は図１に示したスクロール流体機械の旋回スクロール盤を示す図である。
図４は図１に示したスクロール流体機械の固定ラップと旋回ラップとが重ね合わされた状態を示す図である。
図５は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
図６は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
図７は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
図８は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
図９は本発明に係るスクロール流体機械を有するランキンサイクルを示す図である。
図１０は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係るスクロール流体機械を示す図、図２は図１に示したスクロール流体機械の固定スクロール盤を示す図、図３は図１に示したスクロール流体機械の旋回スクロール盤を示す図である。図１に示すように、ケーシング１に固定スクロール盤２が取り付けられ、固定スクロール盤２に３つの固定ラップ２ａが設けられ、隣接する固定ラップ２ａは配置角度を１２０度間隔にするとともに、互いの位相は１２０度ずれており、固定スクロール盤２の外周部にシール壁２ｂが設けられ、固定スクロール盤２に吸入ポート４が設けられ、固定スクロール盤２の固定ラップ２ａの中心部に吐出ポート５が設けられている。また、回転軸７と偏心ブシュ８とが一体となっており、ケーシング１に主軸受９、副軸受１０を介して回転軸７、偏心ブシュ８が回転可能に支持され、偏心ブシュ８の偏心穴内に旋回軸受１１を介して旋回軸１２（旋回部材）が回転可能に支持され、ケーシング１と偏心ブシュ８との間に軸シール１４が設けられている。
図４は図１に示したスクロール流体機械の固定ラップと旋回ラップとが重ね合された状態を示す図である。本発明に係るスクロール流体機械は、旋回軸１２に一体に旋回スクロール盤３が取り付けられ、旋回スクロール盤３に３つの旋回ラップ２ａが設けられ、図４に示すように、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとが重ね合わされており、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に複数のポンプ室１３（作動流体室）が形成されている。また、シール壁２ｂが旋回スクロール盤３に接触しており、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との間に吸入室４ａが形成されており、吸入室４ａに吸入ポート４が連通している。
また、図１に示すように、固定スクロール盤２の表側にカバー６が設けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に３つの吐出ポート５と連通した吐出室６ｂが形成され、カバー６に吐出室６ｂと連通した集合吐出ポート６ａが設けられている。そして、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３とを有する第１のスクロール作動部はポンプとして使用される。
このスクロール流体機械においては、モータ等により回転軸７を回転すると、旋回軸１２および旋回スクロール盤３は偏心ブシュ８本体の中心線を中心として偏心旋回運動するから、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に内周側へ移動する。したがって、液冷媒や油等の被圧送流体（作動流体）は吸入ポート４から吸引され、ポンプ室１３で圧送されて吐出ポート５から吐出され、さらに集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、３組の固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとが重ね合わされているから、旋回軸１２、旋回スクロール盤３が自転することがないので、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がない。このため、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。また、隣接する固定ラップ２ａの位相が１２０度ずれているから、順番に各吐出ポート５から圧送された被圧送流体が吐出されるので、吐出室６ｂ内の圧力の変動を小さくすることができ、振動、騒音を低減することができる。すなわち、ポンプが複数のスクロールラップで構成されているので、偏心ブシュ８が１回転する間に液冷媒が複数回吸入、吐出されるので、圧力脈動が小さく、振動、騒音を小さくすることができる。
なお、上述実施の形態では固定ラップ２ａの位相を１２０度ずらしたが、少しでも（たとえば１０度でも）固定ラップ２ａの位相をずらせば、固定ラップ２ａの位相をずらさない場合と比較して圧力脈動が小さくなり、振動、騒音を小さくすることができる。
（第２の実施の形態）
図５は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、ケーシング１にカバー６が固定され、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸１２の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。
このようなスクロール流体機械においては、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となり、信頼性が向上する。また、吐出室６ｂ内の圧力により固定スクロール盤２が図５紙面右方に押されるから、固定ラップ２ａの先端が旋回スクロール盤３に密着し、旋回ラップ３ａの先端が固定スクロール盤２に密着するから、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、被圧送流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
（第３の実施の形態）
図６は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、ケーシング１にステータ２０が固定され、ケーシング１に第１、第２の回転軸受２２ａ、２２ｂを介して回転軸２４が回転可能に支持され、回転軸２４にロータ２１が取り付けられ、ケーシング１、ステータ２０、回転軸２４、ロータ２１等により電動機が構成されている。また、回転軸２４の偏心穴内に第１、第２の偏心軸受２３ａ、２３ｂを介して旋回軸２５（旋回部材）が回転可能に支持され、回転軸２４の中心線と旋回軸２５の中心線とは偏っている。すなわち、旋回軸２５は回転軸２４に偏心して回転可能に支持されている。そして、旋回スクロール盤３の３つの旋回ラップ３ａの中心によって形成された三角形の内心位置が相対回転を阻止された状態でボルト等により旋回軸２５に取り付けられている。
このスクロール流体機械においては、ステータ２０の巻線に通電すると、ロータ２１、回転軸２４が回転し、旋回軸２５は回転軸２４の中心線を中心として偏心旋回するから、図１に示したスクロール流体機械と同様に、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に縮小し、圧送された被圧送流体が集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となり、信頼性が向上する。また、電動機とポンプとを密閉容器内に一体に組み込むことができるから、ポンプの吸込圧力が高い場合にも、シールの必要がない。
（第４の実施の形態）
図７は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、旋回軸２５に旋回スクロール盤３が取り付けられ、キー２６によって旋回軸２５に対して旋回スクロール盤３が回転するのを防止している。また、ケーシング１に固定スクロール３０が取り付けられ、固定スクロール３０に注入口３２が設けられ、旋回軸２５の旋回スクロール盤３が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロール３１が取り付けられ、固定スクロール３０のラップと旋回スクロール３１のラップとが重ね合わされており、固定スクロール３０のラップと旋回スクロール３１のラップとの間に複数の膨張室３３が形成されており、注入口３２は中央部の膨張室３３と連通しており、周辺部の膨張室３３はケーシング１内と連通しており、ケーシング１に排出口３４が設けられている。そして、ケーシング１、ステータ２０、回転軸２４、ロータ２１等により発電機が構成されている。固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３とを有する第１のスクロール作動部はポンプを構成している。また、固定スクロール３０と旋回スクロール３１とを有する第２のスクロール作動部は膨張機を構成している。さらに、このスクロール流体機械はポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。
このスクロール流体機械においては、注入口３２から高圧の作動流体を注入すると、膨張室３３内で作動流体が膨張するから、旋回スクロール３１、旋回軸２５が回転軸２４の中心線を中心として偏心旋回するので、回転軸２４、ロータ２１が回転する。このため、ステータ２０のコイルに電力が発生する。また、膨張した作動流体は排出口３４から排出される。一方、回転軸２４が回転すると、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に縮小するから、圧送された作動流体が集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、ポンプの回転軸が一回転する間に圧送作動流体は３回吸入、吐出されるので脈動が非常に小さくなり、振動、騒音が低減する。また、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。また、ポンプと膨張機との回転速度が常に同一となるから、膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。
（第５の実施の形態）
図８は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、このスクロール流体機械は図７に示したスクロール流体機械と同様にポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。また、図５に示したスクロール流体機械と同様に、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸２５の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。
このようなスクロール流体機械においては、図７に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上し、また膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。さらに、図５に示したスクロール流体機械と同様に、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
（第６の実施の形態）
図９は本発明に係るスクロール流体機械を有するランキンサイクルを示す図である。図に示すように、図７、図８に示したスクロール流体機械であるポンプエキスパンダ６０はポンプ５０、膨張機５１および発電機５２を有している。また、ポンプ５０の集合吐出ポート６ａは蒸発器５６を介して膨張機５１の注入口３２に接続されている。また、膨張機５１の排出口３４は凝縮器５３を介してポンプ５０の吸入ポート４に接続されている。また、吸入ポート４と集合吐出ポート６ａとに接続されたリリーフ弁５７が設けられている。また、蒸発器５６にボイラ５５が接続され、凝縮器５３に冷却器５４が接続されている。さらに、発電機５２に受電盤５８が接続されている。
このランキンサイクルにおいては、膨張機５１の排出口３４から排出されたフロンなどの作動流体は凝縮器５３に流入し、作動流体の温度は凝縮器５３と冷却器５４を循環する水により下がり、作動流体は液化してポンプ５０の吸入ポート４に流入する。つぎに、液化した作動流体はポンプ５０により昇圧されて高圧となり、集合吐出ポート６ａから蒸発器５６に流入し、蒸発器５６ではボイラ５５により過熱された水により作動流体が加熱されて高圧の気体となり、この高圧の作動流体が膨張機５１の注入口３２に注入され、回転軸２４が回転して、発電機５２が電力を発生し、受電盤５８に送電する。そして、膨張機５１の排出口３４から排出された作動流体は凝縮器５３に流入して液化する。また、吸入ポート４と集合吐出ポート６ａとに接続されたリリーフ弁５７が設けられているから、集合吐出ポート６ａにおける作動流体の圧力が一定値以上になると、作動流体がリリーフ弁５７を介して吸入ポート４側に流れる。
このようなランキンサイクルにおいては、ポンプ５０、膨張機５１および発電機５２が一体化しているから、部品点数が減少して小型になるので、ランキンサイクル全体の簡略化、小型軽量化を図ることができるとともに、ポンプと膨張機とを別々に設置した場合と比較してメンテナンス性が良好である。また、ポンプ５０は膨張機５１および発電機５２と一体となっているから、ポンプ５０は膨張機５１により直接駆動されるので、発電機５２で発生した電力を消費しないため、発電損失が減少し、発電効率が上昇する。また、集合吐出ポート６ａおける作動流体の圧力が一定値以上になると、作動流体がリリーフ弁５７を介して吸入ポート４側に流れるから、集合吐出ポート６ａにおける作動流体の圧力が所定値以上に上昇するのを防止することができるので、蒸発器５６に流入する作動流体の流量が過剰になるのを防止することができるため、蒸発器５６の能力不足により作動流体が液体のまま膨張機５１に流入するのを防止することができる。
（第７の実施の形態）
図１０は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、このスクロール流体機械は図７に示したスクロール流体機械と同様にポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。また、図５に示したスクロール流体機械と同様に、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸２５の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。また、第１のスクロール作動部と第２のスクロール作動部との間に熱伝導率の低い材料たとえばフッ素樹脂などからなる断熱板４１が設けられている。すなわち、断熱板４１の外周部はケーシング１とカバー６とに挟まれており、断熱板４１の中央部には穴が設けられており、穴には旋回スクロール盤３の旋回軸２５側に突出した突出部が貫通しており、断熱板４１の外周部と中央部との間の中間部は旋回スクロール盤３と回転軸２４の旋回スクロール盤３側の端部との間に位置している。つまり、断熱板４１はポンプと発電機との間に設けられている。
このようなスクロール流体機械においては、図７に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上し、また膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。さらに、図５に示したスクロール流体機械と同様に、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。また、発電機、膨張機が高温となったとしても、断熱板４１によって発電機、膨張機の熱がポンプに伝わるのを抑制することができる。すなわち、断熱板４１によってケーシング１からカバー６への熱伝導を抑制することができるとともに、断熱板４１によって発電機側の空間からポンプ側の空間への対流を抑制することができる。このため、ポンプに吸入された作動流体（液冷媒）が発電機、膨張機の熱によって加熱されるのを抑制することができるから、作動流体がガス化するのを防止することができるので、ポンプ内において作動流体に気泡が混じることがない。したがって、第１のスクロール作動部のポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
なお、断熱板を発電機と第２のスクロール作動部つまり膨張機との間に設けてもよい。この場合にも、膨張機が高温となったとしても、断熱板によって膨張機の熱がポンプに伝わるのを抑制することができるから、作動流体がガス化するのを防止することができるので、ポンプ内において作動流体に気泡が混じることがない。したがって、第１のスクロール作動部のポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
（その他の実施の形態）
なお、固定スクロール盤２を鋳鉄製とし、旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製としてもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、アルミニウム合金製の旋回スクロール盤３に陽極酸化などの表面処理を施してもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤２および旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方に陽極酸化などの表面処理を施してもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤２および旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂等のコーティング材をコーティングしてもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、旋回スクロール盤３を自己潤滑性樹脂で成型して製造してもよい。この場合、固定スクロール盤２を旋回スクロール盤３と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造してもよい。これらの場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤２または旋回スクロール盤３を自己潤滑性樹脂製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂等のコーティング材をコーティングしてもよい。この場合にも、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、以上の実施の形態のいずれかを組み合わせてもよい。
また、上述実施の形態においては、固定ラップ２ａ、旋回ラップ３ａを３つ設けたが、固定ラップ、旋回ラップをそれぞれ複数設ければよい。
本発明はポンプ等として用いられるスクロール流体機械、たとえば液冷媒や油等を圧送する液ポンプとして単独で使用するスクロール流体機械、または、膨張機、空気圧縮機、真空ポンプ、冷媒ガス圧縮機、酸素吸入機用圧縮機等と組み合わせてポンプ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。
従来のスクロール流体機械においては、特開平８−２１０２６９号公報に示されるように、ポンプとして使用されるスクロール流体機械において、一対の固定スクロールと旋回スクロールでポンプを形成しており、従動クランクやオルダムリング等の自転防止機構を設ける必要があった。
また、従来のスクロール流体機械においては、特許第４０１４５８３号公報に示されるように、ポンプと膨張機を一体化したスクロール流体機械において、従動クランクやオルダムリング等の自転防止機構を設ける必要があった。さらに、発電機を冷却するために縦置きにして、発電機より上部から液冷媒を流入させていた。
特開平８−２１０２６９号公報 特許第４０１４５８３号公報
しかし、特開平８−２１０２６９号公報に記載されたスクロール流体機械においては、旋回軸、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構を設ける必要があるから、構造が複雑となって、製造コストが高価となるとともに、信頼性が低下する。また、駆動軸が１回転する間に１回の吸入吐出しか行えず、圧力脈動が大きく、振動、騒音が大きくなっていた。
また、特許第４０１４５８３号公報に記載されたスクロール流体機械においては、膨張機部とポンプ部の他に従動クランク機構等の自転防止機構を別に設けていたために構造が複雑になると共に、縦置きしかできないために自由な配置ができなかった。また、ポンプ室がひとつのため、容積変化による圧力脈動が発生していた。また、発電機の熱により液冷媒が一部ガス化する恐れもあるのでポンプが本来の機能を果たせなくなる。
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、単純な構造で信頼性の高いスクロール流体機械を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明においては、ケーシングに固定スクロール盤を取り付け、上記固定スクロール盤に複数の固定ラップを設け、偏心旋回する旋回部材に旋回スクロール盤を取り付け、上記旋回スクロール盤に複数の旋回ラップを設け、上記固定ラップと上記旋回ラップとを重ね合わせたことを特徴とする。
また、上記固定スクロール盤の外周部にシール壁を設け、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤との間に吸入室を形成し、上記固定スクロール盤に上記吸入室に連通した吸入ポートを設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤の表側にカバーを設け、上記固定スクロール盤の上記固定ラップの中心部に吐出ポートを設け、上記カバーに上記吐出ポートと連通した集合吐出ポートを設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度を変えて複数設け、互いに隣接するラップの位相の角度をずらしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度１２０度ごとに３つ設け、互いに隣接する上記固定ラップの位相の角度を１２０度ずらしたことを特徴としてもよい。
また、上記ケーシングに上記カバーを固定し、上記カバーに上記固定スクロール盤を上記旋回部材の軸方向に移動可能に取り付けたことを特徴としてもよい。
また、上記旋回部材が、偏心ブシュの偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回部材が、電動機の回転軸の偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回ラップを３つ設け、上記旋回スクロール盤の３つの上記旋回ラップの中心によって形成された三角形の内心位置を相対回転を阻止された状態で上記旋回軸に取り付けたことを特徴としてもよい。
また、上記ケーシングに固定スクロールを取り付け、上記旋回スクロール盤が取り付けられた上記旋回軸の端部とは反対側の上記旋回軸の端部に旋回スクロールを取り付け、上記固定スクロールのラップと上記旋回スクロールのラップとを重ね合わせたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤とを有する第１のスクロール作動部をポンプとして使用し、上記旋回スクロールと上記固定スクロールとを有する第２のスクロール作動部を膨張機として使用したことを特徴としてもよい。
また、上記第１のスクロール作動部と上記第２のスクロール作動部との間に断熱板を設けたことを特徴としてもよい。
また、上記ポンプの上記集合吐出ポートを蒸発器を介して上記膨張機の注入口に接続し、上記吸入ポートと上記集合吐出ポートとに接続されたリリーフ弁を設けたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤が鋳鉄製であり、上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であることを特徴としてもよい。
また、上記旋回スクロール盤に表面処理を施したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方に表面処理を施したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型し、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴としてもよい。
また、上記固定スクロール盤を上記旋回スクロール盤と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴としてもよい。
また、上記コーティング材がダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂であることを特徴としてもよい。
本発明に係るスクロール流体機械においては、旋回部材、旋回スクロール盤の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないから、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。
また、固定ラップを複数設け、隣接する固定ラップの位相をずらしたときには、集合吐出ポートの圧力脈動（圧力変動）を小さくすることができ、振動、騒音を低減することができる。
また、ケーシングにカバーを固定し、カバーに固定スクロール盤を旋回部材の軸方向に移動可能に取り付け、かつ固定部材の背面には吐出圧力の流体を導き、受圧面積を適切にとり、ポンプ室側の流体力よりわずかに大きい力で固定部材を旋回部材に押し付ける構造にしたときには、固定ラップと旋回ラップとの間に形成された作動流体室の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
また、旋回部材が、電動機の回転軸の偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であるときには、電動機とポンプとを密閉容器内に一体に組み込むことができるから、ポンプの吸込圧力が高い場合にも、シールの必要がないから、構造が簡単となり、信頼性が向上する。また、発電機の冷却を膨張機を出た後の作動流体で行なった場合には、発電機だけのために液冷媒を流す必要はなく、液冷媒がポンプ部に直接吸入できるので、スクロール流体機 械は縦置きでも横置きでもよく、自由な配置ができる。また、発電機の熱が液冷媒に伝わらないので液冷媒がガス化することがなく、ポンプの機能が阻害されることがない。
また、ケーシングの固定スクロール盤が取り付けられた側とは反対側に固定スクロールを取り付け、旋回軸の旋回スクロール盤が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロールを取り付け、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとを重ね合わせたときには、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないから、スク ロール流体機械は構造が簡単となり、信頼性が向上する。
また、固定スクロール盤と旋回スクロール盤とを有する第１のスクロール作動部をポンプとして使用し、旋回スクロールと固定スクロールとを有する第２のスクロール作動部を膨張機として使用したときには、ポンプと膨張機との回転速度が常に同一となるから、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。
また、第１のスクロール作動部と第２のスクロール作動部との間に断熱板を設けたときには、第１のスクロール作動部のポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
また、ポンプの集合吐出ポートを、蒸発器を介して膨張機の注入口に接続し、吸入ポートと集合吐出ポートとに接続されたリリーフ弁を設けたときには、集合吐出ポートにおける作動流体の圧力が所定値以上に上昇するのを防止することができるから、蒸発器に流入する作動流体の流量が過剰になるのを防止することができるので、作動流体が液体のまま膨張機に流入するのを防止することができる。
また、固定スクロール盤が鋳鉄製であり、旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であるときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、旋回スクロール盤に表面処理を施したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤および旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方に表面処理を施したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤および旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型して製造したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方は自己潤滑性樹脂であり、固定スクロール盤、旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性が良好である。
また、コーティング材がダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂であるときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
また、上記固定スクロール盤を上記旋回スクロール盤と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造したときには、固定スクロール盤と旋回スクロール盤との摺動性がさらに良好である。
本発明に係るスクロール流体機械を示す図である。 図１に示したスクロール流体機械の固定スクロール盤を示す図である。 図１に示したスクロール流体機械の旋回スクロール盤を示す図である。 図１に示したスクロール流体機械の固定ラップと旋回ラップとが重ね合わされた状態を示す図である。 本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。 本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。 本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。 本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。 本発明に係るスクロール流体機械を有するランキンサイクルを示す図である。 本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係るスクロール流体機械を示す図、図２は図１に示したスクロール流体機械の固定スクロール盤を示す図、図３は図１に示したスクロール流体機械の旋回スクロール盤を示す図である。図１に示すように、ケーシング１に固定スクロール盤２が取り付けられ、固定スクロール盤２に３つの固定ラップ２ａが設けられ、隣接する固定ラップ２ａは配置角度を１２０度間隔にするとともに、互いの位相は１２０度ずれており、固定スクロール盤２の外周部にシール壁２ｂが設けられ、固定スクロール盤２に吸入ポート４が設けられ、固定スクロール盤２の固定ラップ２ａの中心部に吐出ポート５が設けられている。また、回転軸７と偏心ブシュ８とが一体となっており、ケーシング１に主軸受９、副軸受１０を介して回転軸７、偏心ブシュ８が回転可能に支持され、偏心ブシュ８の偏心穴内に旋回軸受１１を介して旋回軸１２（旋回部材）が回転可能に支持され、ケーシング１と偏心ブシュ８との間に軸シール１４が設けられている。
図４は図１に示したスクロール流体機械の固定ラップと旋回ラップとが重ね合された状態を示す図である。本発明に係るスクロール流体機械は、旋回軸１２に一体に旋回スクロール盤３が取り付けられ、旋回スクロール盤３に３つの旋回ラップ３ａが設けられ、図４に示すように、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとが重ね合わされており、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に複数のポンプ室１３（作動流体室）が形成されている。また、シール壁２ｂが旋回スクロール盤３に接触しており、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との間に吸入室４ａが形成されており、吸入室４ａに吸入ポート４が連通している。
また、図１に示すように、固定スクロール盤２の表側にカバー６が設けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に３つの吐出ポート５と連通した吐出室６ｂが形成され、カバー６に吐出室６ｂと連通した集合吐出ポート６ａが設けられている。そして、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３とを有する第１のスクロール作動部はポンプとして使用される。
このスクロール流体機械においては、モータ等により回転軸７を回転すると、旋回軸１２および旋回スクロール盤３は偏心ブシュ８本体の中心線を中心として偏心旋回運動するから、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に内周側へ移動する。したがって、液冷媒や油等の被圧送流体（作動流体）は吸入ポート４に吸引され、ポンプ室１３で圧送されて吐出ポート５から吐出され、さらに集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、３組の固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとが重ね合わされているから、旋回軸１２、旋回スクロール盤３が自転することがないので、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がない。このため、スクロール流体機械は、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。また、隣接する固定ラップ２ａの位相が１２０度ずれているから、順番に各吐出ポート５から圧送された被圧送流体が吐出されるので、吐出室６ｂ内の圧力の変動を小さくすることができ、振動、騒音を低減することができる。すなわち、ポンプが複数のスクロールラップで構成されているので、偏心ブシュ８が１回転する間に液冷媒が複数回吸入、吐出されるので、圧力脈動が小さく、振動、騒音を小さくすることができる。
なお、上述実施の形態では固定ラップ２ａの位相を１２０度ずらしたが、少しでも（たとえば１０度でも）固定ラップ２ａの位相をずらせば、固定ラップ２ａの位相をずらさない場合と比較して圧力脈動が小さくなる。それにより、スクロール流体機械の振動、騒音を小さくすることができる。
（第２の実施の形態）
図５は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、ケーシング１にカバー６が固定され、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸１２の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。
このようなスクロール流体機械においては、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となり、信頼性が向上する。また、吐出室６ｂ内の圧力により固定スクロール盤２が図５紙面右方に押されるから、固定ラップ２ａの先端が旋回スクロール盤３に密着し、旋回ラップ３ａの先端が固定スクロール盤２に密着するから、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、被圧送流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
（第３の実施の形態）
図６は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、ケーシング１にステータ２０が固定され、ケーシング１に第１、第２の回転軸受２２ａ、２２ｂを介して回転軸２４が回転可能に支持され、回転軸２４にロータ２１が取り付けられ、ケーシング１、ステータ２０、回転軸２４、ロータ２１等により電動機が構成されている。また、回転軸２４の偏心穴内に第１、第２の偏心軸受２３ａ、２３ｂを介して旋回軸２５（旋回部材）が回転可能に支持され、回転軸２４の中心線と旋回軸２５の中心線とは偏っている。すなわち、旋回軸２５は回転軸２４に偏心して回転可能に支持されている。そして、旋回スクロール盤３の３つの旋回ラップ３ａの中心によって形成された三角形の内心位置が相対回転を阻止された状態でボルト等により旋回軸２５に取り付けられている。
このスクロール流体機械においては、ステータ２０の巻線に通電すると、ロータ２１、回転軸２４が回転し、旋回軸２５は回転軸２４の中心線を中心として偏心旋回するから、図１に示したスクロール流体機械と同様に、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に縮小し、圧送された被圧送流体が集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回軸１２、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となり、信頼性が向上する。また、電動機とポンプとを密閉容器内に一体に組み込むことができるから、ポンプの吸込圧力が高い場合にも、シールの必要がない。
（第４の実施の形態）
図７は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、旋回軸２５に旋回スクロール盤３が取り付けられ、キー２６によって旋回軸２５に対して旋回スクロール盤３が回転するのを防止している。また、ケーシング１に固定スクロール３０が取り付けられ、固定スクロール３０に注入口３２が設けられ、旋回軸２５の旋回スクロール盤３が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロール３１が取り付けられ、固定スクロール３０のラップと旋回スクロール３１のラップとが重ね合わされており、固定スクロール３０のラップと旋回スクロール３１のラップとの間に複数の膨張室３３が形成されており、注入口３２は中央部の膨張室３３と連通しており、周辺部の膨張室３３はケーシング１内と連通しており、ケーシング１に排出口３４が設けられている。そして、ケーシング１、ステータ２０、回転軸２４、ロータ２１等により発電機が構成されている。固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３とを有する第１のスクロール作動部はポンプを構成している。また、固定スクロール３０と旋回スクロール３１とを有する第２のスクロール作動部は膨張機を構成している。さらに、このスクロール流体機械はポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。
このスクロール流体機械においては、注入口３２へ高圧の作動流体を注入すると、膨張室３３内で作動流体が膨張するから、旋回スクロール３１、旋回軸２５が回転軸２４の中心線を中心として偏心旋回するので、回転軸２４、ロータ２１が回転する。このため、ステータ２０のコイルに電力が発生する。また、膨張した作動流体は排出口３４から排出される。一方、回転軸２４が回転すると、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａとの間に形成されたポンプ室１３が徐々に縮小するから、圧送された作動流体が集合吐出ポート６ａから吐出される。
このようなスクロール流体機械においては、ポンプの回転軸が一回転する間に圧送作動流体は３回吸入、吐出されるので脈動が非常に小さくなり、振動、騒音が低減する。また、図１に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上する。また、ポンプと膨張機との回転速度が常に同一となるから、膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。
（第５の実施の形態）
図８は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、このスクロール流体機械は図７に示したスクロール流体機械と同様にポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。また、図５に示したスクロール流体機械と同様に、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸２５の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。
このようなスクロール流体機械においては、図７に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上し、また膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。さらに、図５に示したスクロール流体機械と同様に、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。
（第６の実施の形態）
図９は本発明に係るスクロール流体機械を有するランキンサイクルを示す図である。図に示すように、図７、図８に示したスクロール流体機械であるポンプエキスパンダ６０はポンプ５０、膨張機５１および発電機５２を有している。また、ポンプ５０の集合吐出ポート６ａは蒸発器５６を介して膨張機５１の注入口３２に接続されている。また、膨張機５１の排出口３４は凝縮器５３を介してポンプ５０の吸入ポート４に接続されている。また、吸入ポート４と集合吐出ポート６ａとに接続されたリリーフ弁５７が設けられている。また、蒸発器５６にボイラ５５が接続され、凝縮器５３に冷却器５４が接続されている。さらに、発電機５２に受電盤５８が接続されている。
このランキンサイクルにおいては、膨張機５１の排出口３４から排出されたフロンなどの作動流体は凝縮器５３に流入し、作動流体の温度は凝縮器５３と冷却器５４を循環する水により下がり、作動流体は液化してポンプ５０の吸入ポート４に流入する。つぎに、液化した作動流体はポンプ５０により昇圧されて高圧となり、集合吐出ポート６ａから蒸発器５６に流入し、蒸発器５６ではボイラ５５で加熱された水により作動流体が加熱されて高圧の気体となり、この高圧の作動流体が膨張機５１の注入口３２に注入され、回転軸２４が回転して、発電機５２が電力を発生し、受電盤５８に送電する。そして、膨張機５１の排出口３４から排出された作動流体は凝縮器５３に流入して液化する。また、吸入ポート４と集合吐出ポート６ａとに接続されたリリーフ弁５７が設けられているから、集合吐出ポート６ａにおける作動流体の圧力が一定値以上になると、作動流体がリリーフ弁５７を介して吸入ポート４側に流れる。
このようなランキンサイクルにおいては、ポンプ５０、膨張機５１および発電機５２が一体化しているから、部品点数が減少して小型になるので、ランキンサイクル全体の簡略化、小型軽量化を図ることができるとともに、ポンプと膨張機とを別々に設置した場合と比較してメンテナンス性が良好である。また、ポンプ５０は膨張機５１および発電機５２と一体となっているから、ポンプ５０は膨張機５１により直接駆動されるので、発電機５２で発生した電力を消費しないため、ポンプエキスパンダ６０の発電損失が減少し、発電効率が上昇する。また、集合吐出ポート６ａおける作動流体の圧力が一定値以上になると、作動流体がリリーフ弁５７を介して吸入ポート４側に流れるから、集合吐出ポート６ａにおける作動流体の圧力が所定値以上に上昇するのを防止することができるので、蒸発器５６に流入する作動流体の流量が過剰になるのを防止することができるため、蒸発器５６の能力不足により作動流体が液体のまま膨張機５１に流入するのを防止することができる。
（第７の実施の形態）
図１０は本発明に係る他のスクロール流体機械を示す図である。図に示すように、このスクロール流体機械は図７に示したスクロール流体機械と同様にポンプ、膨張機および発電機を有するポンプエキスパンダを構成している。また、図５に示したスクロール流体機械と同様に、カバー６に固定スクロール盤２が旋回軸２５の軸方向に移動可能に取り付けられ、カバー６と固定スクロール盤２との間に吐出室シール６ｃが設けられ、ピン１５によってカバー６に対して固定スクロール盤２が回転するのを防止している。また、第１のスクロール作動部と第２のスクロール作動部との間に熱伝導率の低い材料たとえばフッ素樹脂などからなる断熱板４１が設けられている。すなわち、断熱板４１の外周部はケーシング１とカバー６とに挟まれており、断熱板４１の中央部には穴が設けられており、穴には旋回軸２５側に突出した旋回スクロール盤３の突出部が貫通しており、断熱板４１の外周部と中央部との間の中間部は旋回スクロール盤３と旋回スクロール盤３側にある回転軸２ ４の端部との間に位置している。つまり、断熱板４１はポンプと発電機との間に設けられている。
このようなスクロール流体機械においては、図７に示したスクロール流体機械と同様に、旋回スクロール盤３の自転を防止する自転防止機構を設ける必要がなく、しかも膨張機の旋回スクロール３１の自転を防止する自転防止機構を設ける必要もないので、構造が簡単となって、製造コストが安価となるとともに、信頼性が向上し、また膨張機が高速のときにはポンプも高速となり、特に制御装置を設けなくとも常に流量バランスをとることができる。さらに、図５に示したスクロール流体機械と同様に、ポンプ室１３の密閉度が高くなり、作動流体の漏れが減少して、体積効率が高くなる。また、発電機、膨張機が高温となったとしても、断熱板４１によって発電機、膨張機の熱がポンプに伝わるのを抑制することができる。すなわち、断熱板４１によってケーシング１からカバー６への熱伝導を抑制することができるとともに、断熱板４１によって発電機側の空間からポンプ側の空間への対流を抑制することができる。このため、ポンプに吸入された作動流体（液冷媒）が発電機、膨張機の熱によって加熱されるのを抑制することができるから、作動流体がガス化するのを防止することができるので、ポンプ内において作動流体に気泡が混じることがない。したがって、第１のスクロール作動部つまりポンプは、ポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
なお、断熱板を発電機と第２のスクロール作動部つまり膨張機との間に設けてもよい。この場合にも、膨張機が高温となったとしても、断熱板によって膨張機の熱がポンプに伝わるのを抑制することができるから、作動流体がガス化するのを防止することができるので、ポンプ内において作動流体に気泡が混じることがない。したがって、第１のスクロール作動部つまりポンプは、ポンプ機能が阻害されることがないから、確実に作動流体を圧送することができる。
（その他の実施の形態）
なお、固定スクロール盤２を鋳鉄製とし、旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製としてもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、アルミニウム合金製の旋回スクロール盤３に陽極酸化などの表面処理を施してもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性がさらに良好である。
また、固定スクロール盤２および旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方に陽極酸化などの表面処理を施してもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤２および旋回スクロール盤３をアルミニウム合金製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂等のコーティング材をコーティングしてもよい。この場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、旋回スクロール盤３を自己潤滑性樹脂で成型して製造してもよい。この場合、固定スクロール盤２を旋回スクロール盤３と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造してもよい。これらの場合には、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、固定スクロール盤２または旋回スクロール盤３を自己潤滑性樹脂製とし、固定スクロール盤２、旋回スクロール盤３の少なくとも一方の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂等のコーティング材をコーティングしてもよい。この場合にも、固定スクロール盤２と旋回スクロール盤３との摺動性が良好である。
また、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、以上の実施の形態のいずれかを組み合わせてもよい。
また、上述実施の形態においては、固定ラップ２ａ、旋回ラップ３ａを３つ設けたが、固定ラップ、旋回ラップをそれぞれ複数設ければよい。

Claims (21)

  1. ケーシングに固定スクロール盤を取り付け、上記固定スクロール盤に複数の固定ラップを設け、偏心旋回する旋回部材に旋回スクロール盤を取り付け、上記旋回スクロール盤に複数の旋回ラップを設け、上記固定ラップと上記旋回ラップとを重ね合わせたことを特徴とするスクロール流体機械。
  2. 請求項１に記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤の外周部にシール壁を設け、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤との間に吸入室を形成し、上記固定スクロール盤に上記吸入室に連通した吸入ポートを設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  3. 請求項２または３に記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤の表側にカバーを設け、上記固定スクロール盤の上記固定ラップの中心部に吐出ポートを設け、上記カバーに上記吐出ポートと連通した集合吐出ポートを設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度を変えて複数設け、互いに隣接する上記固定ラップおよび上記旋回ラップの位相の角度をずらしたことを特徴とするスクロール流体機械。
  5. 請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定ラップおよび上記旋回ラップを、配置角度１２０度ごとに３つ設け、互いに隣接する上記固定ラップおよび上記旋回ラップの位相の角度を１２０度ずらしたことを特徴とするスクロール流体機械。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記ケーシングに上記カバーを固定し、上記カバーに上記固定スクロール盤を上記旋回部材の軸方向に移動可能に取り付けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記旋回部材が、偏心ブシュの偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴とするスクロール流体機械。
  8. 請求項１乃至６のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記旋回部材が、電動機の回転軸の偏心穴内に回転可能に支持された旋回軸であることを特徴とするスクロール流体機械。
  9. 請求項８に記載のスクロール流体機械において、上記旋回ラップを３つ設け、上記旋回スクロール盤の３つの上記旋回ラップの中心によって形成された三角形の内心位置を相対回転を阻止された状態で上記旋回軸に取り付けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  10. 請求項８または９に記載のスクロール流体機械において、上記ケーシングに固定スクロールを取り付け、上記旋回軸の上記旋回スクロール盤が取り付けられた端部とは反対側の端部に旋回スクロールを取り付け、上記固定スクロールのラップと上記旋回スクロールのラップとを重ね合わせたことを特徴とするスクロール流体機械。
  11. 請求項１０に記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤と上記旋回スクロール盤とを有する第１のスクロール作動部をポンプとして使用し、上記旋回スクロールと上記固定スクロールとを有する第２のスクロール作動部を膨張機として使用したことを特徴とするスクロール流体機械。
  12. 請求項１１に記載のスクロール流体機械において、上記第１のスクロール作動部と上記第２のスクロール作動部との間に断熱板を設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  13. 請求項１２に記載のスクロール流体機械において、上記ポンプの上記集合吐出ポートを、蒸発器を介して上記膨張機の注入口に接続し、上記吸入ポートと上記集合吐出ポートとに接続されたリリーフ弁を設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤が鋳鉄製であり、上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であることを特徴とするスクロール流体機械。
  15. 請求項１４に記載のスクロール流体機械において、上記旋回スクロール盤に表面処理を施したことを特徴とするスクロール流体機械。
  16. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方に表面処理を施したことを特徴とするスクロール流体機械。
  17. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤および上記旋回スクロール盤がアルミニウム合金製であり、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴とするスクロール流体機械。
  18. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴とするスクロール流体機械。
  19. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方を自己潤滑性樹脂で成型し、上記固定スクロール盤、上記旋回スクロール盤の少なくとも一方の表面にコーティング材をコーティングしたことを特徴とするスクロール流体機械。
  20. 請求項１９に記載のスクロール流体機械において、上記固定スクロール盤を上記旋回スクロール盤と同種または異種の自己潤滑性樹脂で成型して製造したことを特徴とするスクロール流体機械。
  21. 請求項１７または１９に記載のスクロール流体機械において、上記コーティング材がダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデンまたはフッ素樹脂であることを特徴とするスクロール流体機械。
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