WO2002020986A1 - Machine a fluide rotative - Google Patents

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WO2002020986A1
WO2002020986A1 PCT/JP2001/007652 JP0107652W WO0220986A1 WO 2002020986 A1 WO2002020986 A1 WO 2002020986A1 JP 0107652 W JP0107652 W JP 0107652W WO 0220986 A1 WO0220986 A1 WO 0220986A1
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rotor
vane
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steam
energy
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PCT/JP2001/007652
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Tsutomu Takahashi
Kensuke Honma
Naoki Itoh
Tsuneo Endoh
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Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
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Priority to EP01961353A priority patent/EP1316724A1/en
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a rotating fluid machine that can be used as an expander or a compressor.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 59-41602 describes a double multi-vane type rotary fluid machine.
  • a circular vane support ring is disposed between an elliptical outer cam ring and an elliptical inner cam ring, and the outer ends of a plurality of vanes slidably supported in the vane support ring in the radial direction. And the inner end thereof are brought into contact with the inner peripheral surface of the outer cam ring and the outer peripheral surface of the inner cam ring, respectively.
  • the vane support ring rotates relative to the outer cam ring and the inner cam ring
  • the volume of the plurality of vane chambers defined by the vanes between the outer cam ring and the vane support ring expands and contracts, and the expander or the compressor expands.
  • the capacity of a plurality of vane chambers defined by vanes between the inner cam ring and the vane support ring expands and contracts to function as an expander or a compressor.
  • the outer and inner rotating fluid machines can be used as independent expanders, and the outer and inner rotating fluid machines can be used as independent compressors.
  • One and the other of the outer and inner rotating fluid machines may be used as expanders and compressors, respectively.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-29069 describes a vane type rotary fluid machine usable as an expander or a compressor.
  • a circular intermediate cylinder is eccentrically arranged between a circular outer cam ring and a circular inner cam ring arranged concentrically, and a plurality of bases slidably supported in the intermediate cylinder in the radial direction.
  • the outer end and the inner end of the cam ring contact the inner peripheral surface of the outer cam ring and the outer peripheral surface of the inner cam ring, respectively.
  • the intermediate cylinder rotates relative to the outer cam ring and the inner cam ring, the volumes of the plurality of vane chambers defined by the vanes between the outer cam ring and the intermediate cylinder expand and contract to expand the expander.
  • it functions as a compressor, and the capacity of a plurality of vane chambers divided by vanes between the inner force mulling and the intermediate cylinder expands and contracts to function as an expander or a compressor.
  • the outer and inner rotating fluid machines can be used as independent expanders, and the outer and inner rotating fluid machines can be used as independent compressors.
  • the outer and inner rotating fluid machines can be connected in series and operated as a two-stage expander or two-stage compressor. Cut.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and in a rotary fluid machine having a mouth for supporting a cylinder and a vane, improved rotor accuracy, improved durability, improved thermal efficiency, and reduced cost.
  • the aim is to reduce emissions.
  • At least a first energy conversion means and a second energy conversion means are provided, and a working fluid having pressure energy is input to the first and second energy conversion means.
  • the first and second energy conversion means can function as an expander that integrates and outputs the generated mechanical energy.
  • the first energy conversion means includes a cylinder radially supported by a rotor rotatably housed in a mouth chamber, and a piston slidably supported by the cylinder;
  • the conversion means includes a vane groove formed radially over the mouth and a vane slidably supported by the vane groove and having an outer peripheral surface slidably in contact with an inner peripheral surface of the roaster chamber.
  • the rotor is constituted by an orifice core supported by a rotating shaft and accommodating a cylinder, and an orifice segment divided in a circumferential direction and fixed so as to surround an outer periphery of the roast core.
  • a rotary fluid machine characterized in that a vane groove for slidably supporting a vane is formed between adjacent rotor segments.
  • the rotor of the rotary fluid machine is provided with a rotor core supported by the rotating shaft and accommodating the cylinder, and a rotor core divided circumferentially and fixed so as to surround the outer periphery of the rotor core. Since it is composed of the evening segment, the dimensional adjustment of the rotor segment to be assembled at the end can compensate for the accumulation error due to the assembly of all other opening and closing segments, and it does not require any special precision machining. The dimensional accuracy of the vane grooves formed between the rotating segments can be improved.
  • the relatively high-temperature mouth-to-night segment can be changed from the relatively high-temperature mouth-to-night core.
  • the heat dissipation to the outside of the rotor can be suppressed and the thermal efficiency can be increased, and the thermal deformation of each part of the mouth can be reduced.
  • the material and processing method can be selected according to the functions of the core and mouth segment, the degree of freedom of design and processing method is increased, and the sliding surface of each part is reduced in friction and durable. And sealing performance can be improved.
  • the rotor can be repaired simply by replacing part of the rotor without replacing or discarding the entire rotor, thereby contributing to cost reduction.
  • FIG. 1 is a schematic view of a waste heat recovery device of an internal combustion engine
  • FIG. 2 is an expander corresponding to a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • Fig. 3 is an enlarged cross-sectional view around the rotation axis of Fig. 2
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of Fig. 2 along line 4-14
  • Fig. 5 is a cross-sectional view of line 5-5 in Fig. 2
  • Fig. 6 is Fig. 4
  • Fig. 7 is an enlarged cross-sectional view taken along the line 7-7 in Fig. 3, Fig.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the cross-sectional shape of the rotor chamber and the mouth
  • Fig. 9 is a disassembled perspective view of Rho
  • Fig. 1 0 is an exploded perspective view of the mouth-to-night segment
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the vane
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the rotary valve.
  • a waste heat recovery device 2 of an internal combustion engine 1 generates high-temperature, high-pressure steam obtained by evaporating a high-pressure liquid (eg, water) using waste heat (eg, exhaust gas) of the internal combustion engine 1 as a heat source.
  • Evaporator 3 an expander 4 that generates an output by expanding the steam, and a condenser 5 that converts pressure energy into mechanical energy in the expander 4 to liquefy the steam whose temperature and pressure have dropped.
  • a supply pump 6 for pressurizing the liquid (for example, water) from the condenser 5 and supplying it to the evaporator 3 again.
  • the casing 11 of the expander 4 includes first and second casing halves 12 and 13 made of metal.
  • the first and second casing halves 12 and 13 cooperate to form a main body 12a and 13a, which together form a channel 14 and a main body 12a and 13a.
  • Circular flanges 12b and 13b are integrally connected to the outer periphery of the cylinder, and both circular flanges 12b and 13b are connected via a metal gasket 15.
  • the outer surface of the first casing half 12 is covered by a deep bowl-shaped relay chamber outer wall 16, and a circular flange 16 a integrally formed on the outer periphery thereof is a circular flange of the first casing half 12. It is superimposed on the left side of 1 2 b.
  • the outer surface of the second casing half 13 is covered by an outer chamber 17 that houses a magnet coupling (not shown) that transmits the output of the expander 4 to the outside.
  • the continuous circular flange 17 a is superimposed on the right side of the circular flange 13 b of the second casing half 13.
  • the four circular flanges 12a, 13a, 16a, and 17a are fastened together by a plurality of bolts 18 arranged in a circumferential direction.
  • a relay chamber 19 is defined between the relay chamber outer wall 16 and the first casing half 12, and the exhaust chamber outer wall 17 and
  • An exhaust chamber 20 is defined between the second casing half 13 and the second casing half 13.
  • the outer wall 17 of the exhaust chamber is provided with an outlet 17 b for guiding the temperature-reduced pressure-reduced steam, which has been completed in the expander 4, to the condenser 5.
  • the main bodies 12 &, 13 a of the two casing halves 1 2, 13 have hollow shaft receiving cylinders 12 c, 13 c protruding outward.
  • a rotating shaft 21 having a hollow portion 21a is rotatably supported by 13c via a pair of bearing members 22 and 23.
  • the axis L of the rotating shaft 21 passes through the intersection of the major axis and the minor axis in the substantially elliptical mouth chamber 14.
  • the small-diameter portion 21b at the right end of the rotating shaft 21 extends through the hollow bearing cylinder 13c of the second casing half 13 into the exhaust chamber 20, where the magnet coupling port is located. Evening boss 24 is splined.
  • a seal member 25 seals between the outer periphery of the small-diameter portion 2 1b at the right end of the rotating shaft 21 and the inner periphery of the hollow shaft receiving cylinder 13 c of the second casing half 13.
  • the screw member 25 is fixed by a nut 26 screwed into the inner periphery of the hollow bearing cylinder 13c.
  • a rotor 27 having a circular shape is rotatably housed in a rotor chamber 14 having a pseudo-elliptical shape.
  • the rotor 27 is fitted on the outer periphery of the rotating shaft 21 and is integrally connected with the pin 28.
  • the rotor 27 has an axis L of the mouth 27 and an axis L of the mouth 1 with respect to the axis L of the rotating shaft 21.
  • the axes of 4 are coincident.
  • the shape of the rhombic chamber 14 as viewed in the axial direction is a pseudo-elliptical shape similar to a rhombus with four rounded vertices, and has a major axis D L and a minor axis DS.
  • the shape of the rotor 27 as viewed in the direction of the axis L is a perfect circle, and has a diameter DR slightly smaller than the short diameter DS of the rotor chamber 14.
  • the cross-sections of the mouth chamber 14 and the roof 27 viewed in a direction perpendicular to the axis L are both track-type tracks. That is, the cross-sectional shape of the rotor chamber 14 is such that a pair of flat surfaces 14a, 14a extending in parallel at a distance d and the outer circumferences of these flat surfaces 14a, 14a are smoothly connected. Similarly, the cross-sectional shape of the rotor 27 has a pair of flat surfaces 27a and 27a extending in parallel with a distance d.
  • the flat surfaces 27a and 27a have an arc surface 27b having a central angle of 180 ° and smoothly connecting the outer periphery of the flat surfaces 27a and 27a.
  • the flat surfaces 14a and 14a of the rotor 14 and the flat surfaces 27a and 27a of the mouth 27 are mutually reciprocal.
  • a pair of crescent-shaped spaces are formed between the inner peripheral surface of the chamber 14 and the outer peripheral surface of the rotor 27.
  • FIG. 3 the structure of the mouth 27 will be described in detail with reference to FIGS. 3, 6, 9, and 10.
  • the rotor 27 has a mouth core 31 fixed to the outer periphery of the rotating shaft 21 and a rotor core 27 fixed to cover the periphery of the mouth core 31 to form an outer shell of the rotor 27. It is composed of Rou-Yu segment 3 2....
  • the mouth core 31 has a disc-shaped main body 31a, and gear-shaped bosses 31b, 31b protruding from the center of the main body 31a on both sides in the axial direction.
  • Two ceramic (or bonbon) cylinders 33 ... are mounted radially at 30 ° intervals on the main body 3l a and are secured by caps 34 and keys 35....
  • each cylinder 33 a small-diameter portion 3 3a is protruded, and the base end of the small-diameter portion 3 3a is via the O-ring 36. Sealed between and.
  • the tip of the small-diameter portion 33 a is fitted on the outer peripheral surface of the hollow rotary shaft 21, and the cylinder pore 33 b is formed of one or two third steam passages that pass through the small-diameter portion 33 a and the rotary shaft 21. It communicates with the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21 via S 3.
  • a ceramic piston 37 is slidably fitted inside each cylinder 33. When the piston 37 moves most inward in the radial direction, it retracts completely inside the cylinder bore 33b, and when it moves most radially outward, about half of the entire length projects outside the cylinder bore 33b.
  • Each rotor segment 32 is formed by connecting five parts.
  • the five parts include a pair of block members 38, 38 having hollow portions 38a, 38a, a pair of side plates 39, 39 made of a U-shaped plate, and a rectangular plate.
  • Bottom plate 40 made of body, which is integrated by brazing.
  • each block member 38 On the outer peripheral surface of each block member 38, that is, on the surface facing the pair of flat surfaces 14a, 14a of the rotor chamber 14, two recesses 38b extending in an arc around the axis L are provided. , 38c are formed, and lubricating water outlets 38d, 38e are opened at the center of the recesses 38b, 38c. Further, a 20th water passage W20 and a 21st water passage W21 are recessed on the joint surface of the block member 38 with the side plate 39.
  • An orifice forming member 41 having two orifices is fitted in the center of the bottom plate 40.
  • the ring 42 attached to the bottom plate 40 so as to surround the orifice forming member 41 seals between the orifice forming member 41 and the outer peripheral surface of the main body 31 a of the rotor core 31.
  • the fourteenth to nineteenth water passages Wl4 to W19 extend toward the joint surface with the side plate 39.
  • the 22nd to 27th water passages W22 to W27 are recessed on the connecting surfaces of each side plate 39 to the block members 38, 38 and the bottom plate 40.
  • the 14th water passage W14, the 15th water passage W15, the 18th water passage W18 and the 19th water passage W19 outside the bottom plate 40 are the 22nd water passage W22 and the 23rd water passage of the side plate 39.
  • W23, 26th water passage W26 and 27th water passage W27, and 16th water passage W16 and 17th water passage W17 inside bottom plate 40 are connected to 20th water passage W20 of block member 38.
  • the 24th water passage W24 and the 25th water passage W25 of the side plate 39 via the 21st water passage W21.
  • the outer ends of the 22nd water passage W22, the 25th water passage W25, the 26th water passage W26 and the 27th water passage W27 of the side plate 39 have four lubricating water jets on the outer surface of the side plate 39.
  • the reason why the twentieth water passage W20 and the twenty-first water passage W21 are formed not in the side plate 39 but in the block member 38 is that the notch 39b makes the side plate 39 thin, and the twentieth water passage W20 and the twenty-first water passage W21. This is because the wall thickness for forming the water passage W21 cannot be secured.
  • each vane 44 is a parallel plane 14a of the mouth chamber 14 and a parallel plane along the 14a 4
  • rollers 45, 45 having a mouth labeling structure are rotatably supported at d, 44d.
  • the arc surface 4 4 b of the vane 4 4 holds a U-shaped synthetic resin sealing member 4 6.
  • the tip of the sealing member 4 6 is at the arc surface 4 4 of the vane 4 4. It slightly protrudes from b and slides on the arc surface 14 b of the mouth chamber 14.
  • Synthetic resin sliding members 47, 47 are fixed to the parallel portions 44a, 44a of the vane 44, and these sliding members 47, 47 are parallel to the rotor chamber 14. Sliding contact with surfaces 14a and 14a.
  • sliding members 48, 48 made of synthetic resin are fixed, and these sliding members 48, 48 are attached to the main body 3 of the rotor core 31. 1 Slide into a.
  • Two recesses 44 e and 44 e are formed on both sides of the vane 44, respectively, and these recesses 44 e and 44 e are formed on the respective side plates of the mouth-to-night segment 32.
  • a water discharge passage 44 g extending in the radial direction is formed inside the vane 44, and the inner end in the radial direction is the protrusion 4.
  • the flat surfaces 14a and 14a of the rotor chamber 14 defined by the first and second casing halves 12 and 13 have a pseudo-elliptical ring shape similar to a rhombus with four rounded vertices.
  • Grooves 49, 49 are recessed, and a pair of rollers 45, 45 of each vane 44 is rotatably engaged with both annular grooves 49, 49.
  • the distance between the annular grooves 49, 49 and the arc surface 14b of the mouth chamber 14 is constant over the entire circumference. Therefore, when the mouth 27 rotates, the vanes 44 guided by the annular grooves 49, 49 reciprocate the rollers 45, 45 in the vane grooves 43 in the radial direction.
  • the seal member 46 mounted on the arc surface 44 b of the pin 44 slides along the arc surface 14 b of the low pressure chamber 14 while being compressed by a certain amount. This allows the rotor chambers 14 and vanes 4... To prevent solid contact of the vanes directly, prevent the sliding resistance from increasing and wear, and securely seal the vane chamber 50 between the adjacent vanes 44 ... Can be done.
  • a pair of circular seal grooves 51, 51 are formed on the flat surfaces 14 a, 14 a of the mouth chamber 14 so as to surround the outer sides of the annular grooves 49, 49.
  • Each circular seal—a pair of ring seals 54 with two O-rings 5 2, 5 3 are fitted in the grooves 51 in a sliding manner. It faces the recesses 38b and 38c formed in the evening segment 32.
  • the pair of ring seals 54, 54 are respectively prevented from rotating with respect to the first and second casing halves 12, 13 by knock pins 55, 55, respectively.
  • Assembling the mouth 27 is performed as follows.
  • 12 rotor segments 32 are fitted around the outer periphery of a rotatable core 31 to which a cylinder 33 ', a cap 34 and a key 35 have been previously assembled, and the rotor segments 32 are adjacent to each other.
  • the vanes 4 4 are fitted into the 12 vane grooves 4 3 formed between the mouth segments 3 2.
  • shims of a predetermined thickness are interposed on both sides of the vanes 44 in order to form a predetermined clearance between the vanes 44 and the side plates 39 of the rotor segments 32.
  • a pair of bearing members 22 and 23 supporting the outer peripheral surface of the rotating shaft 21 are tapered so that the diameter increases toward the rotor 27 side. It has a peripheral surface, and its outer end in the axial direction is unevenly engaged with the hollow bearing cylinders 12 c and 13 c of the first and second casing halves 12 and 13 and is prevented from rotating. .
  • the outer periphery of the left end of the rotating shaft 21 supported by the left hollow bearing cylinder 12 c is made of a separate member 21 c so that the rotor 27 can be assembled to the rotating shaft 21. .
  • An opening 16 b is formed at the center of the relay chamber outer wall 16, and the boss portion 6 1 a of the valve housing 61 arranged on the axis L is provided with a plurality of ports 6 2 on the inner surface of the opening 16 b. ... And fixed to the first casing half 12 with a nut 63.
  • a cylindrical first fixed shaft 64 is rotatably fitted into the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21, and a second fixed shaft 6 5 is fitted around the inner right end of the first fixed shaft 64.
  • a ring 66 seals between the outer periphery of the right end of the second fixed shaft 65 projecting from the first fixed shaft 64 and the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21.
  • the valve housing 61 extending inside the first fixed shaft 64 has a flange 61b, and a ring 67 on the right side of the flange 61b, and a thick portion 64 of the first fixed shaft 64.
  • a, the O-ring 68, the washer 69, the nut 70, and the second fixed shaft 65 are sequentially fitted.
  • the nut ⁇ 0 and the second fixed shaft 65 are screwed to the valve housing 61, so that the thick portion 64a of the first fixed shaft 64 is flush with the flange 61b of the valve housing 61. 6 and 9 via a pair of O-rings 66, 67.
  • the left end of the first fixed shaft 64 supported on the inner circumference of the hollow bearing cylinder 1 2c of the first casing half 1 2 via the O-ring 7 1 is fixed to the left end by a ring-shaped Oldham coupling 72. It is connected to the boss 6 1 a of the housing 6 1, and the Oldham coupling 7 2 allows the first fixed shaft 64 to swing in the radial direction, thereby rotating around the outer periphery of the first fixed shaft 64. The swing of the shaft 27 supported via the shaft 21 can be tolerated. Also, the arm portions 7 3 a and 73 a of the detent member 73 loosely fitted to the left end of the first fixed shaft 64 are fixed to the first casing half 12 with the ports 7 4 and 74. As a result, the first fixed shaft 64 is prevented from rotating with respect to the casing 11.
  • a steam supply pipe 75 is fitted inside the valve housing 61 arranged on the axis L, and is fixed to the valve housing 61 with a nut 76.
  • the right end of the steam supply pipe 75 is located at the valve housing. It is connected to the nozzle member 77 press-fitted inside 61.
  • a pair of recesses 81, 81 are formed with a phase difference of 180 ° between the valve housing 61 and the tip of the nozzle member 77 (see Fig. 7).
  • the joint members 78 and 78 are fitted and held.
  • a first steam passage S1 connected to the steam supply pipe 75 is formed in the center of the nozzle member 77 in the axial direction, and a pair of second steam passages is formed in the thick portion 64a of the first fixed shaft 64.
  • S2, S2 at 180 ° Penetrate in the radial direction with a phase difference.
  • the end of the first steam passage S1 and the radially inner end of the second steam passages S2, S2 always communicate with each other via the joint members 78, 78.
  • the small-diameter portions 33 a of the two cylinders 33 held at intervals of 30 ° by the rotor 27 fixed to the rotary shaft 21 and the rotary shaft 21 are connected to the third
  • the steam passages S 3 are penetrated, and the radial inner ends of the third steam passages S 3 are opposed to the radial outer ends of the second steam passages S 2, S 2 so as to be able to communicate with each other.
  • a pair of notches 6 4 b and 6 4 b are formed on the outer peripheral surface of the thick portion 64 a of the first fixed shaft 64 with a phase difference of 180 °, and these notches 6 4 b and 6 4 b can communicate with the third steam passage S3.
  • the notches 6 4 b, 6 4 b and the relay chamber 19 are formed by a pair of fourth steam passages S 4, S 4 formed obliquely on the first fixed shaft 64, and axially connected to the first fixed shaft 64.
  • the formed fifth steam passage S5, the sixth steam passage S6 formed in the boss portion 61a of the valve housing 61, and the through hole 61c open to the outer periphery of the boss portion 61a of the valve housing 61. ... and communicate with each other.
  • the first casing half 12 is radially aligned with the rotor 27 at a position 15 ° on the leading side in the rotational direction of the rotor 27 with respect to the minor axis direction of the rotor chamber 14.
  • the second casing half 13 is arranged in multiple rows in the radial direction at positions 15 ° to 75 ° on the rotation-delay side of the rotor 27 with reference to the short diameter direction of the rotor chamber 14.
  • a large number of exhaust ports 80 are formed. The exhaust ports 80 communicate the interior space of the vacuum chamber 14 with the exhaust chamber 20.
  • the second steam passages S 2, S 2 and the third steam passage S 3 ⁇ , and the notches 6 4 b, 6 4 b of the first fixed shaft 64 and the third steam passage S 3... are the first fixed shaft.
  • a rotary valve V that periodically communicates with the relative rotation of the rotary shaft 4 and the rotary shaft 21 is configured.
  • the pressure chambers 8 are provided on the back surfaces of the ring seals 54, 54 fitted in the circular seal grooves 51, 51 of the first and second casing halves 12, 23. 6 and 86
  • the first water passage W1 formed in the first and second casing halves 12 and 13 includes a second water passage W2 formed of a pipe and a third water passage W2. It communicates with both pressure chambers 86, 86 via passage W3.
  • 2nd casing half 13 hollow bearing cylinder 13c A filter chamber 13d opened and closed by a cover 89 provided with two O-rings 87, 88 is formed on the outside in the radial direction, and an annular filter 190 is housed therein. It is.
  • the first water passage W1 of the second casing half 13 communicates with the outer peripheral surface of the filter 90 via a fourth water passage W4 formed of a pipe.
  • a fifth water passage W5 formed in the casing half 13 communicates with an annular sixth water passage W6 formed between the second casing half 13 and the rotating shaft 21.
  • the sixth water passage W 6 extends in the axial direction inside the rotary shaft 21 1 .Two seventh water passages W 7 ′, an annular groove 2 1 d formed on the outer periphery of the rotary shaft 21, and a port
  • the orifice forming members 4 1 Communicate with the 12 orifice forming members 4 1.
  • the annular groove 2 1 d formed on the outer periphery of the rotating shaft 21 is formed on the outer periphery of the rotating shaft 21 through two ninth water passages W 9 ”(see FIG. 7) extending in the axial direction.
  • the annular groove 21 e e communicates with the groove 21 e, and the annular groove 21 e extends axially inside the rotary shaft 21.
  • 12 The left end of the rotary shaft 21 e through two first 10 water passages W 10 ...
  • the annular sixth water passage W 6 and the first water passage W 11 communicate with the annular first water passage W 11 formed between the first housing 12 and the bearing member 2 2, 2 3.
  • the annular sixth water passage W 6 passes through two 30 water passages W 30, 30 drilled in the axial direction on the rotating shaft 21, and passes through the inner periphery of the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21. And the sliding part between the surface and the right outer peripheral surface of the first fixed shaft 64.
  • the seal groove 64 c formed on the right side of the thick portion 64 a of the first fixed shaft 64 is provided with a third water passage W 31, 31 obliquely formed inside the first fixed shaft 64.
  • the annular first water passage W l 1 communicates with a moving part between the inner peripheral surface of the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21 and the outer peripheral surface of the left end of the first fixed shaft 64, and the first fixed shaft
  • FIG. 3 the high-temperature and high-pressure steam from the evaporator 3 is supplied to a steam supply pipe 75, a first steam passage S1 formed in the nozzle member 77 in the axial direction, a nozzle member 77, and joint members 78, 78. And a pair of second steam passages S 2, S 2 penetrating in the radial direction through the thick portion 64 a of the first fixed shaft 64.
  • FIGS. 6 and 7 when the rotating shaft 21 rotating integrally with the rotor 27 reaches a predetermined phase, the rotation direction of the rotor 27 indicated by the arrow R from the short diameter position of the mouth chamber 14 is shown.
  • a pair of third steam passages S 3, S 3 on the advancing side communicate with the pair of second steam passages S 2, S 2, and the high-temperature high-pressure steam in the second steam passages S 2, S 2 is supplied to the third steam passage S 2, S 2.
  • the steam is supplied to the inside of the pair of cylinders 33, 33 through the steam passages S3, S3, and the pistons 37,
  • the first temperature-lowering steam is the one in which the high-temperature and high-pressure steam supplied from the steam supply pipe 75 has completed the work of driving the pistons 37, 37, and the temperature and pressure have dropped. Although the heat and pressure energy of the first cooling and cooling steam is lower than that of the high-temperature and high-pressure steam, it still has enough heat and pressure energy to drive the vanes 44 ... .
  • the first temperature-reduced and reduced-pressure steam in the relay chamber 19 is supplied from the intake port 79 of the first casing half 12 to the vane chamber 50 in the rotor chamber 14, that is, the mouth overnight chamber 14.
  • the air is supplied to the space defined by the mouth 27 and a pair of adjacent vanes 44, 44, and the rotor 27 is rotated by further expanding there.
  • the second temperature-reduced pressure-reduced steam whose temperature and pressure have been further reduced is discharged from the exhaust port 80 of the second casing half 13 to the exhaust chamber 20, and from there the outlet 17b is provided. After that, it is supplied to the condenser 5.
  • Water for lubrication is supplied using a supply pump 6 (see Fig. 1) that pressurizes the water from the condenser 5 to the evaporator 3, and a part of the water discharged from the supply pump 6 is supplied. It is supplied to the first water passage W1 of the casing 11 for lubrication.
  • a supply pump 6 By using the supply pump 6 to supply water to the hydrostatic bearings of each part of the expander 4, a special pump is not required and the number of parts is reduced. .
  • the water supplied to the first water passage W1 passes through the second water passage W2 and the third water passage W3, which are pipes, and is circularly sealed by the first casing half 12 and the second casing half 13. It is supplied to the pressure chambers 86, 86 at the bottom of the grooves 51, 51, and urges the ring seals 54, 54 toward the side of the mouth 27.
  • the water supplied from the first water passage W1 to the fourth water passage W4 formed of a pipe is filtered by a filter 90 for foreign substances, and then the fifth water passage formed in the second casing half 13 is formed.
  • each row segment 32 the water that has passed through the orifice forming member 41 and flowed out into the 14th water passage W14 of the bottom plate 40 flows through the second water passage W22 of the side plate 39. Through the orifice forming member 41, and flows out to the 17th water passage W17 of the bottom plate 40. Through the water passage W21 and the twenty-fifth water passage W25 of the side plate 39, the lubricating water is spouted from the lubricating water outlet 39a, passes through the orifice forming member 41, and passes through the orifice forming member 41, the 18th water of the bottom plate 40.
  • the water that has flowed out to the passage W 18 flows out of the lubricating water jet 39 a through the 26 th water passage W 26 of the side plate 39, passes through the orifice forming member 41, and passes through the bottom plate 4.
  • the water that has flowed into the 0th 19th water passage W19 flows through the 27th water passage W27 of the side plate 39 and is ejected from the lubricating water outlet 39a.
  • the lower two of the four lubricating water outlets 39a which open on the surface of the side plate 39, communicate with the recesses 44e, 44e of the vane 44.
  • the water spouted from the lubricating water spouts 3 9a of the side plates 39 of each mouth segment 32 into the vane grooves 43 is slidably fitted into the vane grooves 43.
  • a static pressure bearing is formed between the vane 44 and the vane 44 to support the vane 44 in a floating state, thereby preventing solid contact between the side plate 39 of the roof segment 32 and the vane 4 4.
  • seizure and wear In this way, by supplying the water for lubricating the driving surfaces of the vanes 44 through the eighth water passage W8 radially provided inside the rotor 27, the water can be pressurized by centrifugal force.
  • the temperature around the rotor 27 can be stabilized to reduce the influence of thermal expansion, and the set clearance can be maintained to minimize steam leakage.
  • each vane 44 the load in the direction perpendicular to the plate-shaped vane 44
  • the lubricating water is supplied to the gap according to the change in the size of the gap.
  • the orifice automatically adjusts the pressure of the flowing water, so that the clearance between the vanes 44 and the side plates 39, 39 of the roving segments 32 on both sides can be maintained at a desired level. it can.
  • the water film is always held between the vane 44 and the side plates 39, 39 to support the vane 4 in a floating state, and the vane 44 is solidly attached to the sliding surface of the side plates 39, 39. It is possible to reliably avoid the occurrence of wear due to contact.
  • the recesses 44 e and 44 e serve as pressure pools to form water. Suppress pressure drop due to leak. As a result, the vanes 44 sandwiched between the sliding surfaces of the pair of side plates 39, 39 are floated by the water, and the sliding resistance is reduced to a state near zero. It becomes possible.
  • the vane 44 reciprocates, the relative position of the vane 44 in the radial direction with respect to the rotor 27 changes, but the recesses 44 e and 44 e are not located on the side plates 39 and 39 side but on the vane side. It is provided on the 44 side and is located near the rollers 45, 45 where the load is most applied to the vane 44, so the reciprocating vane 44 is always kept floating. As a result, the sliding resistance can be effectively reduced.
  • the water lubricating the sliding surface of the vane 44 against the side plates 39, 39 moves radially outward due to centrifugal force, and is provided on the arc surface 44b of the vane 44. Lubricating the sliding part between the lubricating member 46 and the mouth surface 14 b of the chamber 14. The lubricated water is discharged from the rotor chamber 14 through the exhaust ports 80.
  • the ring seals 54, 54 With the ring seals 54, 54 in the state, the flat surfaces 27a, 27a of the mouth 27 can be sealed, and as a result, the steam in the rotor chamber 14 becomes a gap with the rotor 27. Leaks through the body. At this time, the ring seals 54, 54 and the rotor 27 are separated by the water film supplied from the lubricating water outlets 38d, 38e so that they do not come into solid contact with each other. Even if 2 7 is inclined, the ring seals 5 4 and 5 4 in the circular seal grooves 5 1 and 5 1 are followed to ensure stable sealing performance while minimizing frictional force. Can be.
  • Water lubricating the moving parts of the ring seals 54, 54 and the roaster 27 is supplied to the outlet chamber 14 by centrifugal force, and from there through the exhaust ports 80 ... Thing is discharged outside of 1 1.
  • the water supplied from the sixth water passage W 6 passes through the orifice formed on the outer periphery of the orifice forming port 91 of the bearing member 23 and the first water passage W 1 2.
  • a water film is formed on the sliding surface of the inner circumference and the outer circumference of the rotating shaft 21, and the outer circumference of the right half of the rotating shaft 21 is supported by the water film in a floating state, so that the rotating shaft 21 and the rotating shaft 21 are separated from each other. Lubricate to prevent solid contact with the bearing members 23 and to prevent seizure and wear.
  • the water supplied to the 10th water passage W10 and the first water passage W11 is supplied to the orifice formed on the outer periphery of the orifice forming port 91 of the bearing member 22 and to the first water passage W110.
  • a water film is formed on the sliding surface of the inner circumference of the bearing member and the outer circumference of the rotating shaft through the water passage, and the outer circumference of the left half of the rotating shaft is floated by the water film.
  • the water lubricated on the sliding surfaces of the two bearing members 22 and 23 is discharged into the vane grooves 43 through the first water passages W13 formed therein.
  • the water collected in the groove 43 flows into a water discharge passage 44 g connecting the bottom of the vane 44 and one side of the vane 44, but this water discharge passage 44 g ...
  • the vane grooves 4 3 are formed by the pressure difference between the vane grooves 43 and the rotor chamber 14. .. Are discharged to the rotor chamber 14 through the water discharge passages 44 g.
  • the water supplied from the sixth water passage W6 through the 30th water passage W30 formed on the rotating shaft 21 slides on the outer periphery of the first fixed shaft 64 and the inner periphery of the rotating shaft 21.
  • the right half of the surface is lubricated, and is discharged from the seal groove 64 c of the first fixed shaft 64 to the fifth steam passage S 5 via the third water passages W 31 and W 31.
  • the water from the first water passage W l 1 lubricates the left half of the sliding surface of the first fixed shaft 64 and the inner circumference of the rotating shaft 21, and the first fixed shaft 64
  • the gas is discharged from the seal groove 64d through the third water passage W31 to the fifth steam passage S5.
  • the mouth 27 of the expander 4 is divided into the rotor core 31 and the plurality of rotor segments 32, so that the vane groove 43 of the mouth 27 is formed.
  • the dimensional accuracy of can be easily increased. That is, it is extremely difficult to increase the surface roughness of the sliding surface by precisely processing the groove widths of the vane grooves 4 3... In a single rotor 27.
  • the accumulation of the errors can be absorbed to obtain a highly accurate mouthpiece 27 as a whole.
  • heat dissipation to the outside of the rotor 27 can be prevented and thermal efficiency can be increased.
  • the material and machining method can be selected according to the functions of the mouth core 31 and the rotor segment 32, the degree of freedom in design and machining method is increased, and the rotor segment 32 and the rotor segment 32 can be selected.
  • the wear of the sliding surface of the pin 4 4 ... can be reduced, the durability can be improved, and the sealing performance can be improved.
  • even if a part of the mouth 27 is defective, it can be repaired simply by replacing a part of it, which is more costly than replacing or discarding the entire mouth 27. Can be reduced.
  • the forward movement of the piston 37 is directly performed by a roller without passing through the vanes 44. It can be converted to rotational motion by engaging with the annular grooves 49, 49.
  • the vanes 44 are always separated from the inner peripheral surface of the rotor chamber 14 at substantially constant intervals by the cooperation of the rollers 45 and the annular grooves 49, 49 as described above. Frequently, the pistons 37 and the rollers 45 and the vanes 44 and the collars 45 may cooperate with the annular grooves 49 and 49 independently.
  • the rotor 27 When the expander 4 is used as a compressor, the rotor 27 is rotated in the direction indicated by the arrow R in FIG. 4 by the rotating shaft 21, and the outside air as fluid is exhausted by the vanes 4 4. The compressed air is sucked into the mouth chamber 14 through the air port 80 ... and compressed, and the low-compressed air thus obtained is passed through the intake port 79 ...
  • the first energy conversion means composed of the cylinders 33 and the pistons 37 and the second energy conversion means composed of the vanes 4.
  • the energy of the high-temperature and high-pressure steam is taken out to the rotating shaft 21 as mechanical energy by cooperation of the first and second energy conversion means connected in series. Therefore, the mechanical energy output from the first energy conversion means and the mechanical energy output from the second energy conversion means can be automatically integrated through the mouth 27, and a power transmission means such as a gear is provided. No special energy integration measures are required.
  • the first energy conversion means is composed of a combination of a cylinder 33 and a piston 37, which easily seals the working fluid and hardly leaks. Can be minimized.
  • the second energy conversion means is composed of the vanes 44 supported movably in the radial direction by the rotor 27, the steam pressure applied to the vanes 44 is directly converted into the rotational motion of the rotor 27.
  • a special conversion mechanism for converting the reciprocating motion into the rotary motion is not required, and the structure is simplified.
  • the second energy conversion means which can effectively convert a large amount of steam at low pressure into mechanical energy, is arranged so as to surround the outer periphery of the first energy conversion means, so that the overall size of the expander 4 can be reduced. it can.
  • the first energy conversion means consisting of the cylinders 33 and the pistons 37 has a high conversion efficiency between pressure energy and mechanical energy when high temperature and high pressure steam is used as the working fluid
  • the second energy conversion means consisting of the vanes 44 ...
  • the energy conversion means has the characteristic that the conversion efficiency between pressure energy and mechanical energy is high even when relatively low temperature and low pressure steam is used as the working fluid. Therefore, the first and second energy conversion means are connected in series, and first, the high-temperature and high-pressure steam is passed through the first energy conversion means and converted into mechanical energy, and as a result, the first temperature-lowering pressure-reduced pressure is reduced. By passing the steam through the second energy conversion means and converting it to mechanical energy again, the energy contained in the original high-temperature and high-pressure steam can be used effectively and thoroughly. Can be converted to one.
  • the air drawn into the roaster chamber 14 by rotating the mouth 27 with external mechanical energy can be used at a relatively low temperature.
  • the first energy conversion means which is compressed and heated by the second energy conversion means, which operates effectively even with low-pressure working fluid, and the compressed and heated air is effectively operated by the relatively high-temperature, high-pressure working fluid.
  • the mechanical energy can be efficiently converted to the pressure energy (thermal energy) of the compressed air.
  • a fluid machine can be obtained.
  • the axis L of the mouth 27 (that is, the axis L of the rotating shaft 21) coincides with the center of the mouth chamber 14, and the low
  • the pressure energy is converted into mechanical energy in the upper right quadrant and the lower left quadrant, which are point-symmetric with respect to the rotation axis L.
  • the generation of vibration can be suppressed by preventing the partial load from being applied to 27.
  • the part that converts the pressure energy of the working fluid to mechanical energy or the part that converts the mechanical energy to the pressure energy of the working fluid is located at two locations 180 ° off the axis L of the rotor 27.
  • the load applied to the rotor 27 becomes a couple, which enables smooth rotation, and furthermore, the efficiency of intake timing and exhaust timing can be improved.
  • the evaporator 3 that generates high-temperature high-pressure steam by heating water with the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 and the high-temperature high-pressure steam supplied from the Rankine composed of an expander 4 that converts the output, a condenser 5 that liquefies the temperature-reduced pressure-reduced steam discharged by the expander 4, and a supply pump 6 that supplies the water liquefied by the condenser 5 to the evaporator 3.
  • a positive displacement expander 4 is used.
  • This displacement type expander 4 can not only recover energy with high efficiency in a wide rotation speed range from low speed to high speed, compared to a non-displacement type expander such as an evening bottle, Internal combustion engine 1 It has excellent responsiveness and responsiveness to changes in thermal energy (changes in exhaust gas temperature and flow rate).
  • the expander 4 is connected to the first energy converting means composed of the cylinders 33 and the pistons 37 and the second energy converting means composed of the vanes 4 4. Since the expander 4 is of the double expansion type arranged in the inner and outer directions, the expander 4 can be reduced in size and weight to improve the space efficiency, and the efficiency of heat energy recovery by the Rankine cycle can be further improved.
  • first, high-temperature, high-pressure steam is supplied to the cylinders 33,... (2) Supply to the vanes (4), which are energy conversion means.
  • a sixth steam passage (S6) for discharging the first temperature-reduced pressure-reduced steam from the first energy conversion means shown in FIG. By providing a means for communicating or not communicating with the chamber 19 and further providing a means for independently supplying steam to the relay chamber 19 via the relay chamber outer wall 16 independently of the second energy conversion means, Steam having different temperatures and pressures may be individually supplied to the first and second energy conversion means. Furthermore, it is also possible to individually supply steam having different temperatures and pressures from the first and second energy conversion means, and further supply the steam which has passed through the first energy conversion means and has been lowered in temperature and pressure to the second energy conversion means. good.
  • the rotary fluid machine according to the present invention is suitable for use as an expander of a Rankine cycle device, but can also be used as an expander for any other use or a compressor for any other use. It is.

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Description

明 細 回転流体機械
発明の分野
本発明は、 膨張機あるいは圧縮機として使用可能な回転流体機械に関する。 背景技術
日本特開昭 5 9 - 4 1 6 0 2号公報には二重マルチべ一ン式回転流体機械が記 載されている。 このものは、 楕円形の外側カムリングと楕円形の内側カムリング との間に円形のベーン支持リングを配置し、 このべ一ン支持リングに半径方向に 摺動自在に支持した複数のベーンの外端および内端を、 それぞれ外側のカムリン グの内周面および内側のカムリングの外周面に当接させたものである。 従って、 外側カムリングおよび内側カムリングに対してベーン支持リングが相対回転する と、 外側カムリングおよびべーン支持リング間でベーンにより区画された複数の ベーン室の容積が拡大 ·縮小して膨張機あるいは圧縮機として機能し、 また内側 カムリングおよびべーン支持リング間でベ一ンにより区画された複数のベーン室 の容積が拡大 ·縮小して膨張機あるいは圧縮機として機能するようになっている この二重マルチべ一ン式回転流体機械では、 外側および内側の回転流体機械を それぞれ独立した膨張機として使用したり、 外側および内側の回転流体機械をそ れぞれ独立した圧縮機として使用したり、 外側および内側の回転流体機械の一方 および他方をそれぞれ膨張機および圧縮機として使用したりすることができる。 また日本特開昭 6 0 - 2 0 6 9 9 0号公報には膨張機あるいは圧縮機として使 用可能なベーン式回転流体機械が記載されている。 このものは、 同心に配置した 円形の外側カムリングと円形の内側カムリングとの間に円形の中間シリンダを偏 心させて配置し、 この中間シリンダに半径方向に摺動自在に支持した複数のベ一 ンの外端および内端を、 それぞれ外側のカムリングの内周面および内側のカムリ ングの外周面に当接させたものである。 従って、 外側カムリングおよび内側カム リングに対して中間シリンダが相対回転すると、 外側カムリングおよび中間シリ ンダ間でベ一ンにより区画された複数のベーン室の容積が拡大 ·縮小して膨張機 あるいは圧縮機として機能し、 また内側力ムリングぉよび中間シリンダ間でベー ンにより区画された複数のベ一ン室の容積が拡大 ·縮小して膨張機あるいは圧縮 機として機能するようになっている。
このべ一ン式回 ¾流体機械では、 外側および内側の回転流体機械をそれぞれ独 立した膨張機として使用したり、 外側および内側の回転流体機械をそれぞれ独立 した圧縮機として使用したりできるほか、 外側および内側の回転流体機械の一方 を通過した作動流体を他方を通過させることにより、 外側および内側の回転流体 機械を直列に接続して 2段膨張機あるいは 2段圧縮機として作動させることがで ぎる。
ところで、 従来のベーン式回転流体機械は、 シリンダおよびべーンを支持する ロータが一部材で構成されているためにべーン溝の加工精度を高めることが困難 であり、 ベーン溝およびべーン間のクリアランスが不均一になって耐摩耗性が低 下したりシール性が低下したりする可能性があった。 またシリンダを収納する口 —夕の中心部は高温になるが、 ロータがー部材で構成されているので中心部の熱 がべ一ンを収納する外周部に伝達し易くなり、 熱変形によって上記不具合が一層 増長するだけでなく、 ロータの中心部の熱が外部に逃げ易くなつて熱効率が低下 するという問題があった。 しかも口一夕が一部材で構成されているので、 その一 部に不具合がある場合でもロータ全体を交換する必要があり、 コストの面で不利 であった。
発明の開示
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、 シリンダおよびべーンを支持す る口一夕を備えた回転流体機械において、 ロータの精度の向上、 耐久性の向上、 熱効率の向上およびコストの削減を図ることを目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明の特徴によれば、 少なくとも第 1エネルギ 一変換手段および第 2エネルギー変換手段を備え、 圧力エネルギーを有する作動 流体を第 1、 第 2エネルギー変換手段に入力して前記圧力エネルギーを機械エネ ルギ一に変換することにより、 第 1、 第 2エネルギー変換手段がそれぞれ発生し た機械エネルギーを統合して出力する膨張機として機能することが可能であり、 かつ機械エネルギーを第 1、 第 2エネルギー変換手段に入力して前記機械工ネル ギーを圧力エネルギーに変換することにより、 第 1、 第 2エネルギー変換手段が それぞれ発生した作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮機として機 能することが可能である回転流体機械であって、 前記第 1エネルギー変換手段は 口一夕チャンバ内に回転自在に収納されたロータに放射状に支持されたシリンダ と、 このシリンダに摺動自在に支持されたピストンとを備え、 前記第 2エネルギ 一変換手段は口一夕に放射状に形成されたべ一ン溝と、 このべーン溝に摺動自在 に支持されて外周面がロー夕チャンバの内周面に摺接するベ一ンと備えたものに おいて、 前記ロータは回転軸に支持されてシリンダを収納する口一夕コアと、 円 周方向に分割されてロー夕コアの外周を囲むように固定された口一夕セグメント とから構成され、 隣接するロータセグメント間にべ一ンを摺動自在に支持するべ 一ン溝を形成したことを特徴とする回転流体機械が提案される。
上記構成によれば、 回転流体機械のロー夕を、 回転軸に支持されてシリンダを 収納するロータコアと、 円周方向に分割されて口一夕コアの外周を囲むように固 定された口一夕セグメントとから構成したので、 最後に組み付けるロータセグメ ントの寸法調整によって他の全ての口一夕セグメントの組み付けによる集積誤差 を補償することができ、 特別に精密な加工を必要とすることなく、 隣接するロー 夕セグメント間に形成されるべーン溝の寸法精度を高めることができる。
また半径方向内側に位置するロー夕コアと半径方向外側に位置するロー夕セグ メントとを別部材で構成したので、 比較的に高温の口一夕コアから比較的に低温 の口一夕セグメントへの熱伝導を遮断し、 ロータ外部への熱の放散を抑制して熱 効率を高めることが可能となるだけでなく、 口一夕各部の熱変形を緩和すること ができる。
またロー夕コアおよび口一夕セグメントの各々の機能に見合つた材質や加工方 法を選択できるので設計自由度や加工方法の自由度が増加し、 各部の摺動面の摩 擦軽減、 耐久性の向上、 シール性の向上を図ることができる。
またロータの一部に不具合が生じた場合でも、 ロータ全体を交換あるいは廃棄 することなく、 その一部を交換するだけで補修することができるのでコストの削 減に寄与することができる。
図面の簡単な説明 図 1〜図 1 2は本発明の一実施例を示すもので、 図 1は内燃機関の廃熱回収装 置の概略図、 図 2は図 4の 2— 2線断面図に相当する膨張機の縦断面図、 図 3は 図 2の回転軸線周りの拡大断面図、 図 4は図 2の 4一 4線断面図、 図 5は図 2の 5— 5線断面図、 図 6は図 4の一部拡大図、 図 7は図 3の 7— 7線拡大断面図、 図 8はロータチャンバおよび口一夕の断面形状を示す模式図、 図 9はロー夕の分 解斜視図、 図 1 0は口一夕セグメントの分解斜視図、 図 1 1はべ一ンの分解斜視 図、 図 1 2は回転バルブの分解斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
図 1において、 内燃機関 1の廃熱回収装置 2は、 内燃機関 1の廃熱 （例えば排 気ガス） を熱源として、 高圧状態の液体 （例えば水） を気化させた高温高圧状態 の蒸気を発生する蒸発器 3と、 その蒸気の膨張によって出力を発生する膨張機 4 と、 その膨張機 4において圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して温度およ び圧力が降下した蒸気を液化する凝縮器 5と、 凝縮器 5からの液体 （例えば水） を加圧して再度蒸発器 3に供給する供給ポンプ 6とを有する。
先ず、 膨張機 4の全体的な構造を図 2〜図 6に基づいて説明する。
膨張機 4のケーシング 1 1は金属製の第 1、 第 2ケーシング半体 1 2 , 1 3よ り構成される。 第 1、 第 2ケーシング半体 1 2， 1 3は、 協働して口一夕チャン ノ 1 4を構成する本体部 1 2 a， 1 3 aと、 それら本体部 1 2 a , 1 3 aの外周 に一体に連なる円形フランジ 1 2 b， 1 3 bとよりなり、 両円形フランジ 1 2 b , 1 3 bが金属ガスケット 1 5を介して結合される。 第 1ケーシング半体 1 2の 外面は深い鉢形をなす中継チャンバ外壁 1 6により覆われており、 その外周に一 体に連なる円形フランジ 1 6 aが第 1ケ一シング半体 1 2の円形フランジ 1 2 b の左側面に重ね合わされる。 第 2ケ一シング半体 1 3の外面は、 膨張機 4の出力 を外部に伝達するマグネットカツプリング (図示せず) を収納する排気チャンバ 外壁 1 7により覆われており、 その外周に一体に連なる円形フランジ 1 7 aが第 2ケーシング半体 1 3の円形フランジ 1 3 bの右側面に重ね合わされる。 そして 前記 4個の円形フランジ 1 2 a， 1 3 a , 1 6 a , 1 7 aは、 円周方向に配置さ れた複数本のボルト 1 8…で共締めされる。 中継チャンバ外壁 1 6および第 1ケ —シング半体 1 2間に中継チャンバ 1 9が区画され、 排気チャンバ外壁 1 7およ び第 2ケーシング半体 1 3間に排気チャンバ 2 0が区画される。 排気チャンバ外 壁 1 7には， 膨張機 4で仕事を終えた降温降圧蒸気を凝縮器 5に導く排出口 1 7 bが設けられる。
両ケーシング半体 1 2 , 1 3の本体部1 2 &， 1 3 aは外方へ突出する中空軸 受筒 1 2 c , 1 3 cを有しており、 それら中空軸受筒 1 2 c， 1 3 cに、 中空部 2 1 aを有する回転軸 2 1がー対の軸受部材 2 2 , 2 3を介して回転可能に支持 される。 これにより、 回転軸 2 1の軸線 Lは略楕円形をなす口一夕チャンバ 1 4 における長径と短径との交点を通る。 また回転軸 2 1の右端の小径部 2 1 bは、 第 2ケーシング半体 1 3の中空軸受筒 1 3 cを貫通して排気チャンバ 2 0の内部 に延び、 そこにマグネットカツプリングの口一夕ボス 2 4がスプライン結合され る。 回転軸 2 1の右端の小径部 2 1 bの外周と第 2ケーシング半体 1 3の中空軸 受筒 1 3 cの内周との間はシール部材 2 5でシールされており、 そのシ一ル部材 2 5は中空軸受筒 1 3 c内周に螺合するナツト 2 6により固定される。
図 4および図 8から明らかなように、 疑似楕円状を成すロータチャンバ 1 4の 内部に、 円形を成すロータ 2 7が回転自在に収納される。 ロータ 2 7は回転軸 2 1の外周に嵌合してピン 2 8で一体に結合されており、 回転軸 2 1の軸線 Lに対 して口一夕 2 7の軸線および口一夕チャンバ 1 4の軸線は一致している。 軸線 方向に見たロー夕チャンバ 1 4の形状は 4つの頂点を丸めた菱形に類似した疑似 楕円状であり、 その長径 D Lと短径 D Sとを備える。 軸線 L方向に見たロータ 2 7の形状は真円であり、 ロー夕チャンバ 1 4の短径 D Sよりも僅かに小さい直径 D Rを備える。
軸線 Lと直交する方向に見た口一夕チャンバ 1 4およびロー夕 2 7の断面形状 は何れも陸上競技のトラック状を成している。 即ち、 ロータチャンバ 1 4の断面 形状は、 距離 dを存して平行に延びる一対の平坦面 1 4 a， 1 4 aと、 これら平 坦面 1 4 a , 1 4 aの外周を滑らかに接続する中心角 1 8 0 ° の円弧面 1 4 bと から構成され、 同様にロータ 2 7の断面形状は、 距離 dを存して平行に延びる一 対の平坦面 2 7 a， 2 7 aと、 これら平坦面 2 7 a , 2 7 aの外周を滑らかに接 続する中心角 1 8 0 ° の円弧面 2 7 bとから構成される。 従って、 ロータチヤン ノ 1 4の平坦面 1 4 a , 1 4 aと口一夕 2 7の平坦面 2 7 a， 2 7 aとは相互に 接触し、 口一夕チャンバ 1 4内周面とロータ 2 7外周面との間には三日月形を成 す一対の空間 （図 4参照） が形成される。
次に、 図 3、 図 6、 図 9および図 1 0を参照して口一夕 2 7の構造を詳細に説 明する。 ，
ロータ 2 7は回転軸 2 1の外周に固定される口一夕コア 3 1と、 口一夕コア 3 1の周囲を覆うように固定されてロー夕 2 7の外郭を構成する 1 2個のロー夕セ ' グメント 3 2…とから構成される。 口一夕コア 3 1は円板状の本体部 3 1 aと、 本体部 3 1 aの中心部から軸方向両側に突出するギヤ状のボス部 3 1 b， 3 1 b とを備える。 本体部 3 l aにセラミック （または力一ボン） 製の 1 2本のシリン ダ 3 3…が 3 0 ° 間隔で放射状に装着されてキャップ 3 4…およびキー 3 5…で 抜け止めされる。 各々のシリンダ 3 3の内端には小径部 3 3 aが突設されており 、 小径部 3 3 aの基端は 0リング 3 6を介して口一夕コア 3 1の本体部 3 1 aと の間をシールされる。 小径部 3 3 aの先端は中空の回転軸 2 1の外周面に嵌合し ており、 シリンダポア 3 3 bは小径部 3 3 aおよび回転軸 2 1を貫通する 1 2個 の第 3蒸気通路 S 3…を介して該回転軸 2 1の中空部 2 1 aに連通する。 各々の シリンダ 3 3の内部にはセラミック製のピストン 3 7が摺動自在に嵌合する。 ピ ストン 3 7が最も半径方向内側に移動するとシリンダボア 3 3 bの内部に完全に 退没し、 最も半径方向外側に移動すると全長の約半分がシリンダポア 3 3 bの外 部に突出する。
各々のロータセグメント 3 2は 5個の部品を結合して構成される。 5個の部品 は、 中空部 3 8 a , 3 8 aを有する一対のブロック部材 3 8 , 3 8と、 U字状の 板体よりなる一対の側板 3 9， 3 9と、 矩形状の板体よりなる底板 4 0とであり 、 それらはロー付けにより一体化される。
各々のブロック部材 3 8の外周面、 つまりロータチャンバ 1 4の一対の平坦面 1 4 a , 1 4 aに対向する面には軸線 Lを中心として円弧状に延びる 2本のリセ ス 3 8 b , 3 8 cが形成されており、 このリセス 3 8 b， 3 8 cの中央に潤滑水 噴出口 3 8 d , 3 8 eが開口する。 またブロック部材 3 8の側板 3 9との結合面 には、 第 2 0水通路 W 2 0および第 2 1水通路 W 2 1が凹設される。
底板 4 0の中央には 1 2個のオリフィスを有するオリフィス形成部材 4 1が嵌 合しており、 オリフィス形成部材 41を囲むように底板 40に装着された〇リン グ 42は、 ロータコア 31の本体部 3 1 aの外周面との間をシールする。 ブロッ ク部材 38に結合される底板 40の表面には、 オリフィス形成部材 41から放射 方向に延びる各 2本の第 14〜第 1 9水通路 Wl 4〜W1 9が凹設されており、 それら第 14〜第 19水通路 Wl 4〜W19は側板 39との結合面に向けて延び ている。
各々の側板 39のプロック部材 38, 38および底板 40への結合面には第 2 2〜第 27水通路 W 22〜W27が凹設される。 底板 40の外側の第 14水通路 W 14、 第 1 5水通路 W 15、 第 18水通路 W 18および第 19水通路 W 1 9は 、 側板 39の第 22水通路 W 22、 第 23水通路 W 23、 第 26水通路 W 26お よび第 27水通路 W27に連通し、 底板 40の内側の第 16水通路 W1 6および 第 17水通路 W 17は、 ブロック部材 38の第 20水通路 W 20および第 2 1水 通路 W2 1を介して側板 39の第 24水通路 W 24および第 25水通路 W 2 5に 連通する。 側板 39の第 22水通路 W22、 第 25水通路 W25、 第 26水通路 W26および第 27水通路 W 27の外端は側板 39の外面に 4個の潤滑水噴出口
39 a…として開口する。 また側板 39の第 23水通路 W 23および第 24水通 路 W 24の外端は、 ブロック部材 38, 38の内部に形成した第 28水通路 W 2 8および第 29水通路 W 29を介してリセス 38 b, 38 c内の潤滑水噴出口 3 8 d， 38 eにそれぞれ連通する。 半径方向外側に移動したピストン 37との干 渉を回避すべく、 側板 39の外面には部分円弧状の断面を有する切欠 3 9 bが形 成される。 尚、 第 20水通路 W20および第 21水通路 W21を側板 3 9ではな くブロック部材 38に形成した理由は、 前記切欠 39 bによって側板 3 9が薄肉 になり、 第 20水通路 W20および第 21水通路 W2 1を形成する肉厚を確保で きないからである。
図 2、 図 5、 図 9および図 1 1に示すように、 ロータ 27の隣接する口一タセ グメント 32…間に放射方向に延びる 12個のベーン溝 43…が形成されており 、 これらべーン溝 43…に板状のベーン 44…がそれぞれ摺動自在に嵌合する。 各々のべ一ン 44は口一夕チヤンバ 14の平行面 14 a, 14 aに沿う平行面 4
4 a, 44 aと、 ロー夕チャンバ 14の円弧面 14 bに沿う円弧面 44 bと、 両 平行面 4 4 a , 4 4 a間に位置する切欠 4 4 cとを備えて概略 U字状に形成され ており、 両平行面 4 4 a， 4 4 aから突出する一対の支軸 4 4 d , 4 4 dに口一 ラベァリング構造のローラ 4 5 , 4 5が回転自在に支持される。
ベーン 4 4の円弧面 4 4 bには U字状に形成された合成樹脂製のシール部材 4 6が保持されており、 このシール部材 4 6の先端はべ一ン 4 4の円弧面 4 4 bか ら僅かに突出して口一夕チャンバ 1 4の円弧面 1 4 bに摺接する。 ベーン 4 4の 平行部 4 4 a， 4 4 aには合成樹脂製の摺動部材 4 7， 4 7が固定されており、 これら摺動部材 4 7， 4 7はロー夕チャンバ 1 4の平行面 1 4 a , 1 4 aに摺接 する。 またべ一ン 4 4の切欠 4 4 cの両側には合成樹脂製の摺動部材 4 8， 4 8 が固定されており、 これら摺動部材 4 8 , 4 8はロータコア 3 1の本体部 3 1 a に摺接する。 ベーン 4 4の両側面には各々 2個のリセス 4 4 e， 4 4 eが形成さ れており、 これらリセス 4 4 e， 4 4 eは、 口一夕セグメント 3 2の各々の側板
3 9， 3 9の外面に開口する 4個の潤滑水噴出口 3 9 a…の半径方向内側の 2個 に対向する。 ベーン 4 4の切欠 4 4 cの中央に半径方向内向きに突設した突起 4 4 f が、 ピストン 3 7の半径方向外端に当接する。 ベーン 4 4の内部には半径方 向に延びる水排出通路 4 4 gが形成されており、 その半径方向内端は前記突起 4
4 f の先端に開口し、 その半径方向外端はべーン 4 4の一方の側面に開口する。 水排出通路 4 4 gがべ一ン 4 4の一方の側面に開口する位置は、 ベーン 4 4が最 も半径方向外側に突出したときに、 ロータ 2 7の円弧面 2 7 bよりも半径方向外 側に臨んでいる。
第 1、 第 2ケーシング半体 1 2， 1 3により区画されるロータチャンバ 1 4の 平坦面 1 4 a , 1 4 aには、 4つの頂点を丸めた菱形に類似した疑似楕円状の環 状溝 4 9 , 4 9が凹設されており、 両環状溝 4 9， 4 9に各々のべ一ン 4 4の一 対のローラ 4 5， 4 5が転動自在に係合する。 これら環状溝 4 9， 4 9および口 一夕チャンバ 1 4の円弧面 1 4 b間の距離は全周に亘り一定である。 従って、 口 一夕 2 7が回転するとローラ 4 5， 4 5を環状溝 4 9 , 4 9に案内されたべーン 4 4がべ一ン溝 4 3内を半径方向に往復動し、 ベ一ン 4 4の円弧面 4 4 bに装着 したシール部材 4 6がー定量だけ圧縮された状態でロー夕チャンバ 1 4の円弧面 1 4 bに沿って摺動する。 これにより、 ロータチャンバ 1 4およびべ一ン 4 … が直接固体接触するのを防止し、 摺動抵抗の増加や摩耗の発生を防止しながら、 隣接するべーン 4 4…間に区画されるべーン室 5 0…を確実にシールすることが できる。
口一夕チャンバ 1 4の平坦面 1 4 a， 1 4 aには、 前記環状溝 4 9， 4 9の外 側を囲むように一対の円形シール溝 5 1， 5 1が形成される。 各々の円形シール —溝 5 1には 2個の 0リング 5 2 , 5 3を備えた一対のリングシール 5 4が摺動自 在に各々嵌合しており、 そのシール面は各々の口一夕セグメント 3 2に形成した リセス 3 8 b , 3 8 cに対向している。 一対のリングシール 5 4， 5 4は、 それ ぞれノックピン 5 5 , 5 5で第 1、 第 2ケ一シング半体 1 2， 1 3に対して回り 止めされる。
口一夕 2 7の組み立ては次のようにして行なわれる。 図 9において、 予めシリ ンダ 3 3 '··、 キャップ 3 4…およびキー 3 5…を組み付けたロー夕コア 3 1の外 周に 1 2個のロータセグメント 3 2…を嵌合させ、 隣接する口一夕セグメント 3 2…間に形成された 1 2個のベ一ン溝 4 3…にべ一ン 4 4…を嵌合させる。 この とき、 ベ一ン 4 4…およびロータセグメント 3 2…の側板 3 9…間に所定のクリ ァランスを形成すべく、 ベーン 4 4…の両面に所定厚さのシムを介在させておく 。 この状態で、 治具を用いてロータセグメント 3 2…およびべ一ン 4 4…をロー 夕コア 3 1に向けて半径方向内向きに締めつけ、 ロータコア 3 1に対してロー夕 セグメント 3 2…を精密に位置決めした後、 各々のロー夕セグメント 3 2…を仮 止めポルト 5 8 ··· (図 2参照） でロータコア 3 1に仮り止めする。 続いてロータ 2 7を治具から取り外し、 各々のロータセグメント 3 2に口一夕コア 3 1を貫通 するピン孔 5 6， 5 6を共加工し、 それらピン孔 5 6， 5 6にノックピン 5 7 , , 5 7を圧入してロー夕コア 3 1にロー夕セグメント 3 2…を結合する。
図 3、 図 7および図 1 2から明らかなように、 回転軸 2 1の外周面を支持する 一対の軸受部材 2 2 , 2 3はロータ 2 7側に向かって拡径するようにテーパした 内周面を備えており、 その軸方向外端部が第 1、 第 2ケ一シング半体 1 2 , 1 3 の中空軸受筒 1 2 c , 1 3 cに凹凸係合して回り止めされる。 尚、 回転軸 2 1に 対するロータ 2 7の組み付けを可能にすべく、 左側の中空軸受筒 1 2 cに支持さ れる回転軸 2 1の左端外周部は別部材 2 1 cで構成されている。 中継チャンバ外壁 1 6の中心に開口 1 6 bが形成されており、 軸線 L上に配置 されたバルブハウジング 6 1のボス部 6 1 aが前記開口 1 6 bの内面に複数のポ ルト 6 2…で固定され、 かつナツト 6 3で第 1ケ一シング半体 1 2に固定される 。 回転軸 2 1の中空部 2 1 aには円筒状の第 1固定軸 6 4が相対回転自在に嵌合 しており、 この第 1固定軸 6 4の右端内周に第 2固軸 6 5が同軸に嵌合する。 第 1固定軸 6 4から突出する第 2固定軸 6 5の右端外周部と回転軸 2 1の中空部 2 1 aとの間が〇リング 6 6によりシールされる。 第 1固定軸 6 4の内部に延びる バルブハウジング 6 1はフランジ 6 1 bを備えており、 このフランジ 6 1 bの右 側に〇リング 6 7、 第 1固定軸 6 4の厚肉部 6 4 a、 Oリング 6 8、 ヮッシャ 6 9、 ナット 7 0および前記第 2固定軸 6 5が順次嵌合する。 バルブハウジング 6 1に対してナツト Ί 0および第 2固定軸 6 5はネジ結合されており、 従って第 1 固定軸 6 4の厚肉部 6 4 aはバルブハウジング 6 1のフランジ 6 1 bとヮッシャ 6 9との間に一対の 0リング 6 6， 6 7を介して位置決めされる。
第 1ケ一シング半体 1 2の中空軸受筒 1 2 cの内周に 0リング 7 1を介して支 持された第 1固定軸 6 4の左端は、 リング状のオルダム継ぎ手 7 2によってバル ブハウジング 6 1のボス部 6 1 aに連結されており、 このオルダム継ぎ手 7 2で 第 1固定軸 6 4の半径方向の振れを許容することにより、 第 1固定軸 6 4の外周 'に回転軸 2 1を介して支持したロー夕 2 7の振れを許容することができる。 また 第 1固定軸 6 4の左端に緩く嵌合する回り止め部材 7 3の腕部 7 3 a , 7 3 aを ポルト 7 4 , 7 4で第 1ケ一シング半体 1 2に固定することにより、 第 1固定軸 6 4がケ一シング 1 1に対して回り止めされる。
軸線 L上に配置されたバルブハウジング 6 1の内部に蒸気供給パイプ 7 5が嵌 合してナツト 7 6でバルブハウジング 6 1に固定されており、 この蒸気供給パイ プ 7 5の右端はバルブハウジング 6 1の内部に圧入されたノズル部材 7 7に接続 される。 バルブハウジング 6 1とノズル部材 7 7の先端部とに跨がって一対の凹 部 8 1 , 8 1 (図 7参照） 力 1 8 0 ° の位相差をもって形成されており、 そこに 環状のジョイント部材 7 8， 7 8が嵌合して保持される。 ノズル部材 7 7の中心 には蒸気供給パイプ 7 5に連なる第 1蒸気通路 S 1が軸方向に形成され、 また第 1固定軸 6 4の厚肉部 6 4 aには一対の第 2蒸気通路 S 2， S 2が 1 8 0 ° の位 相差をもって半径方向に貫通する。 そして第 1蒸気通路 S 1の末端部と第 2蒸気 通路 S 2， S 2の半径方向内端部とが前記ジョイント部材 7 8， 7 8を介して常 時連通する。 前述したように、 回転軸 2 1に固定したロータ 2 7に 3 0 ° 間隔で 保持された 1 2個のシリンダ 3 3…の小径部 3 3 aおよび回転軸 2 1を 1 2本の 第 3蒸気通路 S 3…が貫通しており、 これら第 3蒸気通路 S 3…の半径方向内端 部は、 前記第 2蒸気通路 S 2， —S 2の半径方向外端部に連通可能に対向する。 第 1固定軸 6 4の厚肉部 6 4 aの外周面には一対の切欠 6 4 b , 6 4 bが 1 8 0 ° の位相差をもって形成されており、 これら切欠 6 4 b， 6 4 bは前記第 3蒸 気通路 S 3…に連通可能である。 切欠 6 4 b， 6 4 bと中継チャンバ 1 9とは、 第 1固定軸 6 4に斜めに形成した一対の第 4蒸気通路 S 4， S 4と、 第 1固定軸 6 4に軸方向に形成した第 5蒸気通路 S 5と、 バルブハウジング 6 1のボス部 6 1 aに形成した第 6蒸気通路 S 6と、 バルブハウジング 6 1のボス部 6 1 a外周 に開口する通孔 6 1 c…とを介して相互に連通する。
図 5に示すように、 第 1ケ一シング半体 1 2には、 ロータチャンバ 1 4の短径 方向を基準にしてロータ 2 7の回転方向進み側 1 5 ° の位置に、 放射方向に整列 した複数の吸気ポート 7 9…が形成される。 この吸気ポート 7 9…により、 ロー 夕チャンバ 1 4の内部空間が中継チャンバ 1 9に連通する。 また第 2ケーシング 半体 1 3には、 ロー夕チャンバ 1 4の短径方向を基準にしてロータ 2 7の回転方 向遅れ側 1 5 ° 〜7 5 ° の位置に、 放射方向複数列に整列した多数の排気ポート 8 0…が形成される。 この排気ポート 8 0…により、 ロー夕チャンバ 1 4の内部 空間が排気チヤンバ 2 0に連通する。
第 2蒸気通路 S 2 , S 2および第 3蒸気通路 S 3 ···、 並びに第 1固定軸 6 4の 切欠 6 4 b， 6 4 bおよび第 3蒸気通路 S 3…は、 第 1固定軸 6 4および回転軸 2 1の相対回転により周期的に連通する回転バルブ Vを構成する。
図 2および図 3から明らかなように、 第 1、 第 2ケーシング半体 1 2 , 1 3の 円形シール溝 5 1， 5 1に嵌合するリングシール 5 4， 5 4の背面に圧力室 8 6 , 8 6が形成されており、 第 1、 第 2ケ一シング半体 1 2， 1 3に形成された第 1水通路 W 1は、 パイプよりなる第 2水通路 W 2および第 3水通路 W 3を介して 両圧力室 8 6， 8 6に連通する。 第 2ケ一シング半体 1 3の中空軸受筒 1 3 cの 半径方向外側に、 2個の Oリング 8 7 , 8 8を備えたカバ一 8 9で開閉されるフ ィルター室 1 3 dが形成されており、 その内部に環状のフィルタ一 9 0が収納さ れる。 第 2ケーシング半体 1 3の第 1水通路 W 1は、 パイプよりなる第 4水通路 W 4を介してフィルター 9 0の外周面に連通し、 フィル夕一 9 0の内周面は第 2 ケ一シング半体 1 3に形成した第 5水通路 W 5を介して、 第 2ケ一シング半体 1 3および回転軸 2 1間に形成した環状の第 6水通路 W 6に連通する。 そして第 6 水通路 W 6は回転軸 2 1の内部を軸方向に延びる 1 2本の第 7水通路 W 7 ··'、 回 転軸 2 1の外周に形成した環状溝 2 1 dおよび口一夕コア 3 1の内部を半径方向 に延びる 1 2本の第 8水通路 W 8…を介して 1 2個のオリフィス形成部材 4 1… にそれぞれ連通する。
また回転軸 2 1の外周に形成した環状溝 2 1 dは軸方向に延びる 1 2本の第 9 水通路 W 9 "， （図 7参照） を介して回転軸 2 1の外周に形成した環状溝 2 1 eに 連通し、 環状溝 2 1 eは回転軸 2 1の内部を軸方向に延びる 1 2本の第 1 0水通 路 W 1 0…を介して回転軸 2 1 eの左端および第 1ハウジング 1 2間に形成した 環状の第 1 1水通路 W l 1に連通する。 環状の第 6水通路 W 6および第 1 1水通 路 W 1 1は、 軸受部材 2 2 , 2 3に螺合したオリフィス形成ポルト 9 1…の外周 のオリフィスを通過し、 更に軸受部材 2 2， 2 3内に形成した第 1 2水通路 W 1 2…を経て、 軸受部材 2 2， 2 3内周および回転軸 2 1の外周間の搢動面に連通 する。 そして軸受部材 2 2， 2 3の内周および回転軸 2 1の外周間の摺動部面は ドレン用の第 1 3水通路 W 1 3…を経てべ一ン溝 4 3…に連通する。
環状の第 6水通路 W 6は、 回転軸 2 1に軸方向に穿設した 2本の第 3 0水通路 W 3 0 , 3 0を経て、 回転軸 2 1の中空部 2 1 a内周面と第 1固定軸 6 4の右端 外周面との摺動部に連通する。 第 1固定軸 6 4の厚肉部 6 4 aの右側に形成され たシール溝 6 4 cは第 1固定軸 6 4の内部に斜めに穿設した第 3 1水通路 W 3 1 ， 3 1を介して第 5蒸気通路 S 5に連通する。 環状の第 1 1水通路 W l 1は回転 軸 2 1の中空部 2 1 a内周面と第 1固定軸 6 4の左端外周面との搢動部に連通し ており、 第 1固定軸 6 4の厚肉部 6 4 aの左側に形成されたシール溝 6 4 dは、 第 1固定軸 6 4を半径方向に貫通する第 3 2水通路 W 3 2 , 3 2および前記第 3 1水通路 W 3 1 , 3 1を介して第 5蒸気通路 S 5に連通する。 次に、 上記構成を備えた本実施例の作用について説明する。
先ず、 膨張機 4の作動について説明する。 図 3において、 蒸発器 3からの高温 高圧蒸気は蒸気供給パイプ 7 5と、 ノズル部材 7 7に軸方向に形成した第 1蒸気 通路 S 1と、 ノズル部材 7 7、 ジョイント部材 7 8 , 7 8および第 1固定軸 6 4 の厚肉部 6 4 aを半径方向に貫通する一対の第 2蒸気通路 S 2， S 2とに供給さ れる。 図 6および図 7において、 ロー夕 2 7と一体に回転する回転軸 2 1が所定 の位相に達すると、 口一夕チャンバ 1 4の短径位置から矢印 Rで示すロー夕 2 7 の回転方向進み側に在る一対の第 3蒸気通路 S 3 , S 3がー対の第 2蒸気通路 S 2 , S 2に連通し、 第 2蒸気通路 S 2 , S 2の高温高圧蒸気が前記第 3蒸気通路 S 3， S 3を経て一対のシリンダ 3 3 , 3 3の内部に供給され、 ピストン 3 7，
3 7を半径方向外側に押圧する。 これらピストン 3 7， 3 7に押圧されたベ一ン
4 4 , 4 4が半径方向外側に移動すると、 ベ一ン 4 4， 4 4に設けた一対のロー ラ 4 5， 4 5と環状溝 4 9， 4 9との係合により、 ピストン 3 7， 3 7の前進運 動がロータ 2 7の回転運動に変換される。
口一夕 2 7の矢印 R方向の回転に伴って第 2蒸気通路 S 2， S 2と前記第 3蒸 気通路 S 3 , S 3との連通が遮断された後も、 シリンダ 3 3 , 3 3内の高温高圧 蒸気が更に膨張を続けることによりピストン 3 7 , 3 7をなおも前進させ、 これ により口一夕 2 7の回転が続行される。 ベ一ン 4 4， 4 4が口一夕チャンバ 1 4 の長径位置に達すると、 対応するシリンダ 3 3， 3 3に連なる第 3蒸気通路 S 3 , S 3が第 1固定軸 6 4の切欠 6 4 b , 6 4 bに連通し、 ローラ 4 5 , 4 5を環 状溝 4 9， 4 9に案内されたべ一ン 4 4， 4 4に押圧されたピストン 3 7 , 3 7 が半径方向内側に移動することにより、 シリンダ 3 3 , 3 3内の蒸気は第 3蒸気 通路 S 3， S 3、 切欠 6 4 b , 6 4 b、 第 4蒸気通路 S 4， S 4、 第 5蒸気通路
5 5、 第 6蒸気通路 S 6および通孔 6 1 c…を通り、 第 1の降温降圧蒸気となつ て中継チャンバ 1 9に供給される。 第 1の降温降圧蒸気は、 蒸気供給パイプ 7 5 から供給された高温高圧蒸気がピストン 3 7， 3 7を駆動する仕事を終えて温度 および圧力が低下したものである。 第 1の降温降圧蒸気の持つ熱エネルギーおよ び圧力エネルギーは高温高圧蒸気に比べて低下しているが、 依然としてベーン 4 4…を駆動するのに充分な熱エネルギーおよび圧力エネルギーを有している。 中継チャンバ 1 9内の第 1の降温降圧蒸気は第 1ケーシング半体 1 2の吸気ポ ート 7 9…からロータチャンバ 1 4内のベ一ン室 5 0、 つまり口一夕チャンバ 1 4、 口一夕 2 7および隣接する一対のベ一ン 4 4， 4 4により区画された空間に 供給され、 そこで更に膨張することによりロータ 2 7を回転させる。 そして仕事 を終えて更に温度および圧力が低下した第 2の降温降圧蒸気は、 第 2ケーシング 半体 1 3の排気ポート 8 0…から排気チャンバ 2 0に排出され、 そこから排出口 1 7 bを経て凝縮器 5に供給される。
このように、 高温高圧蒸気の膨張により 1 2個のピストン 3 7…を次々に作動 させてローラ 4 5， 4 5および環状溝 4 9 , 4 9を介しロー夕 2 7を回転させ、 また高温高圧蒸気が降温降圧した第 1の降温降圧蒸気の膨張によりべーン 4 … を介しロータ 2 7を回転させることによって回転軸 2 1より出力が得られる。 次に、 前記膨張機 4の各摺動部の水による潤滑について説明する。
潤滑用の水の供給は凝縮器 5からの水を蒸発器 3に加圧供給する供給ポンプ 6 (図 1参照） を利用して行われるもので、 供給ポンプ 6が吐出する水の一部が潤 滑用としてケーシング 1 1の第 1水通路 W 1に供給される。 このように供給ボン プ 6を膨張機 4の各部の静圧軸受けへの水の供給に利用することにより、 特別の ポンプが不要になつて部品点数が削減される。.
第 1水通路 W 1に供給された水はパイプよりなる第 2水通路 W 2および第 3水 通路 W 3を経て第 1ケーシング半体 1 2および第 2ケーシング半体 1 3の円形シ —ル溝 5 1， 5 1の底部の圧力室 8 6 , 8 6に供給され、 リングシール 5 4， 5 4を口一夕 2 7の側面に向けて付勢する。 また第 1水通路 W 1からパイプよりな る第 4水通路 W 4に供給された水はフィルター 9 0で異物を濾過された後に、 第 2ケーシング半体 1 3に形成された第 5水通路 W 5、 第 2ケーシング半体 1 3お よび回転軸 2 1間に形成された第 6水通路 W 6、 回転軸 2 1内に形成された第 7 水通路 W 7 "'、 回転軸 2 1の環状溝 2 1 dおよびロータコア 3 1に形成された第 8水通路 W 8…に供給され、 そこでロータ 2 7の回転に伴う遠心力で更に加圧さ れてロータセグメント 3 2…のオリフィス形成部材' 4 1…に供給される。
各々のロー夕セグメント 3 2において、 オリフィス形成部材 4 1を通過して底 板 4 0の第 1 4水通路 W 1 4に流出した水は、 側板 3 9の第 2 2水通路 W 2 2を 通って潤滑水噴出口 3 9 a…から噴出し、 オリフィス形成部材 4 1を通過して底 板 4 0の第 1 7水通路 W 1 7に流出した水は、 ブロック部材 3 8の第 2 1水通路 W 2 1および側板 3 9の第 2 5水通路 W 2 5を通って潤滑水噴出口 3 9 a…から 噴出し、 オリフィス形成部材 4 1を通過して底板 4 0の第 1 8水通路 W 1 8に流 出した水は、 側板 3 9の第 2 6水通路 W 2 6を通って潤滑水噴岀ロ 3 9 a…から 噴出し、 オリフィス形成部材 4 1を通過して底板 4 0の第 1 9水通路 W 1 9に流 出した水は、 側板 3 9の第 2 7水通路 W 2 7を通って潤滑水噴出口 3 9 a…から 噴出する。 側板 3 9の表面に開口する前記 4個の潤滑水噴出口 3 9 a…のうち、 下側の 2個はべーン 4 4のリセス 4 4 e , 4 4 e内に連通する。
オリフィス形成部材 4 1を通過して底板 4 0の第 1 5水通路 W 1 5に流出した 水は、 側板 3 9の第 2 3水通路 W 2 3およびプロック部材 3 8の第 2 9水通路 W 2 9を通ってリセス 3 8 c内の潤滑水噴出口 3 8 eから噴出し、 オリフィス形成 部材 4 1を通過して底板 4 0の第 1 6水通路 W 1 6に流出した水は、 ブロック部 材 3 8の第 2 0水通路 W 2 0、 側板 3 9の第 2 4水通路 W 2 4およびブロック部 材 3 8の第 2 8水通路 W 2 8を通ってリセス 3 8 b内の潤滑水噴出口 3 8 から 噴出する。
而して、 各々の口一夕セグメント 3 2の側板 3 9の潤滑水噴出口 3 9 a…から ベ一ン溝 4 3内に噴出した水は、 ベーン溝 4 3に摺動自在に嵌合するベ一ン 4 4 との間に静圧軸受けを構成して該ベーン 4 4を浮動状態で支持し、 ロー夕セグメ ント 3 2の側板 3 9とべ一ン 4 4との固体接触を防止して焼き付きおよび摩耗の 発生を防止する。 このように、 ベーン 4 4の搢動面を潤滑する水をロー夕 2 7の 内部に放射状に設けた第 8水通路 W 8を介して供給することにより、 水を遠心力 で加圧することができるだけでなく、 ロータ 2 7周辺の温度を安定させて熱膨張 による影響を少なくし、 設定したクリアランスを維持して蒸気のリークを最小限 に抑えることができる。
ところで、 各々のべーン 4 4に加わる円周方向の荷重 （板状のベ一ン 4 4に対 して直交する方向の荷重） には、 口一夕チャンバ 1 4内のベーン 4 4の前後面に 加わる蒸気圧の差圧による荷重と、 ベ一ン 4 4に設けたローラ 4 5 , 4 5が環状 溝 4 9 , 4 9から受ける反力の前記円周方向の成分との合力になるが、 それらの 荷重はロータ 2 7の位相に応じて周期的に変化する。 従って、 この偏荷重を受け たべ一ン 4 4はべ一ン溝 4 3内で傾くような挙動を周期的に示すことになる。 このようにして前記偏荷重でベーン 4 4が傾くと、 両側の口一夕セグメント 3 2の側板 3 9， 3 9に開口する各 4個の潤滑水吐出孔 3 9 a…とべ一ン 4 4との 隙間が変化するため、 隙間が広がった部分の水膜が流失してしまい、 かつ隙間が 狭まった部分に水が供給され難くなるために摺動部に圧力が立たなくなり、 ベ一 ン 4 4が側板 3 9 , 3 9の摺動面に直接接触して摩耗が発生する可能性がある。 しかしながら、 本実施例によれば、 ロー夕セグメント 3 2に設けたオリフィス形 成部材 4 1により潤滑水吐出孔 3 9 a…にオリフィスを介して水が供給されるた め、 上記不具合が解消される。
即ち、 潤滑水吐出孔 3 9 a…とべ一ン 4 4との隙間が広がった場合、 水の供給 圧力が一定であるので、 定常状態でオリフィスの前後に発生する一定の差圧に対 し、 前記隙間からの流出量の増大により水の流量が増大することにより、 オリフ ィス効果でオリフィスの前後の差圧が増大して前記隙間の圧力が減少することと なり、 その結果、 広がった隙間を狭めて元に戻す力が発生する。 また潤滑水吐出 孔 3 9 a…とべ一ン 4 4との隙間が狭まった場合、 前記隙間からの流出量が減少 してオリフィスの前後の差圧が減少するため、 その結果、 前記隙間の圧力が増大 して狭まった隙間を広げて元に戻す力が発生する。
このように、 ベ一ン 4 4に加わる荷重で潤滑水吐出孔 3 9 a…とべ一ン 4 4と の隙間が変化しても、 その隙間の大きさの変化に応じて該隙間に供給される水の 圧力をオリフィスが自動的に調整するので、 ベーン 4 4および両側のロー夕セグ メント 3 2の側板 3 9 , 3 9間のクリアランスを所望の大きさに 定して維持す ることができる。 これにより、 ベーン 4 4および側板 3 9， 3 9間に常時水膜を 保持してベ一ン 4 4を浮動状態で支持し、 ベーン 4 4が側板 3 9 , 3 9の摺動面 に固体接触して摩耗が発生するのを確実に回避することができる。
またべ一ン 4 4の両面に各 2個ずつ形成されたリセス 4 4 e , 4 4 eに水が保 持されるため、 このリセス 4 4 e， 4 4 eが圧力溜まりとなって水のリークによ る圧力低下を抑制する。 その結果、 一対の側板 3 9 , 3 9の摺動面に挟まれたベ ーン 4 4が水によって浮動状態になり、 摺動抵抗を皆無に近い状態まで低減する ことが可能になる。 またべ一ン 4 4が往復運動するとロータ 2 7に対するベーン 4 4の半径方向の相対位置が変化するが、 前記リセス 4 4 e , 4 4 eは側板 3 9 , 3 9側でなくべーン 4 4側に設けられており、 かつべ一ン 4 4に最も荷重の掛 かるローラ 4 5， 4 5の近傍に設けられているため、 往復運動するべーン 4 4を 常に浮動状態に保持して摺動抵抗を効果的に低減することが可能となる。
' 尚、 側板 3 9， 3 9に対するべ一ン 4 4の摺動面を潤滑した水は遠心力で半径 方向外側に移動し、 ベ一ン 4 4の円弧面 4 4 bに設けたシ一ル部材 4 6と口一夕 チャンバ 1 4の円弧面 1 4 bとの摺動部を潤滑する。 そして潤滑を終えた水は、 ロータチャンバ 1 4から排気ポ一ト 8 0…を介して排出される。
前述したように、 第 1ケ一シング半体 1 2および第 2ケーシング半体 1 3の円 形シール溝 5 1， 5 1の底部の圧力室 8 6， 8 6に水を供給してリングシール 5 4， 5 4をロー夕 2 7の側面に向けて付勢し、 かつ各々のロー夕セグメント 3 2 のリセス 3 8 b , 3 8 cの内部に形成した潤滑水噴出口 3 8 d , 3 8 eから水を 噴出してロー夕チャンバ 1 4の平坦面 1 4 a， 1 4 aとの摺動面に静圧軸受けを 構成することにより、 円形シール溝 5 1 , 5 1の内部で浮動状態にあるリングシ ール 5 4 , 5 4で口一夕 2 7の平坦面 2 7 a， 2 7 aをシールすることができ、 その結果ロータチャンバ 1 4内の蒸気がロータ 2 7との隙間を通ってリークする のを防止することができる。 このとき、 リングシール 5 4， 5 4とロー夕 2 7と は潤滑水噴出口 3 8 d , 3 8 eから供給された水膜で隔絶されて固体接触するこ とがなく、 また口一夕 2 7が傾いても、 それに追従して円形シール溝 5 1 , 5 1 内のリングシール 5 4 , 5 4が傾くことにより、 摩擦力を最小限に抑えながら安 定したシール性能を確保することができる。
尚、 リングシ一ル 5 4， 5 4とロー夕 2 7との搢動部を潤滑した水は、 遠心力 で口一夕チャンバ 1 4に供給され、 そこから排気ポート 8 0…を経てケ一シング 1 1の外部に排出される。
一方、 第 6水通路 W 6から供給された水は、 軸受部材 2 3のオリフィス形成ポ レト 9 1…の外周に形成されたオリフィスおよび第 1 2水通路 W 1 2…を経て、 軸受部材 2 3内周および回転軸 2 1外周の摺動面に水膜を形成し、 その水膜によ つて回転軸 2 1の右半部の外周を浮動状態で支持することにより、 回転軸 2 1と 軸受部材 2 3との固体接触を防止して焼き付きや摩耗が発生しないように潤滑す る。 第 6水通路 W 6から回転軸 2 1に形成した第 7水通路 W 7 、 第 9水通路 W
9 ···、 第 1 0水通路 W 1 0…および第 1 1水通路 W 1 1に供給された水は、 軸受 部材 2 2のオリフィス形成ポルト 9 1…の外周に形成されたオリフィスおよび第
1 2水通路 W 1 2…を経て、 軸受部材 2 2内周および回転軸 2 1外周の摺動面に 水膜を形成し、 その水膜によって回転軸 2 1の左半部の外周を浮動状態で支持す ることにより、 回転軸 2 1と軸受部材 2 2との固体接触を防止して焼き付きや摩 耗が発生しないように潤滑する。 両軸受部材 2 2 , 2 3の摺動面を潤滑した水は 、 その内部に形成した第 1 3水通路 W 1 3…を経てべーン溝 4 3…に排出される 尚、 ベ一ン溝 4 3…に溜まった水はべーン 4 4…の底部とベーン 4 4…の一側 面とを接続する水排出通路 4 4 g…に流入するが、 この水排出通路 4 4 g…はべ ーン 4 4…がロータ 2 7から最も突出する所定角度範囲でロータチャンバ 1 4に 開口するため、 ベーン溝 4 3…とロー夕チャンバ 1 4との圧力差によりべーン溝 4 3…内の水は水排出通路 4 4 g…を経てロータチャンバ 1 4に排出される。 また第 6水通路 W 6から回転軸 2 1に形成した第 3 0水通路 W 3 0…を経て供 給された水は、 第 1固定軸 6 4外周および回転軸 2 1内周の摺動面の右半部を潤 滑し、 第 1固定軸 6 4のシール溝 6 4 cから第 3 1水通路 W 3 1 , W 3 1を経て 第 5蒸気通路 S 5に排出される。 更に、 前記第 1 1水通路 W l 1からの水は、 第 1.固定軸 6 4外周および回転軸 2 1内周の摺動面の左半部を潤滑し、 第 1固定軸 6 4のシール溝 6 4 dから第 3 1水通路 W 3 1を経て第 5蒸気通路 S 5に排出さ れる。
以上のように、 膨張機 4の口一夕 2 7をロー夕コア 3 1と複数のロータセグメ ント 3 2…とに分割して構成したので、 口一夕 2 7のべーン溝 4 3…の寸法精度 を容易に高めることができる。 即ち、 単体のロータ 2 7においてべ一ン溝 4 3… の溝幅を精度良く加工して摺動面を面粗度を高めることは極めて困難であるが、 予め製作した複数のロータセグメント 3 2…をロータコア 3 1に組み付けること により上記問題を解決することができる。 しかも複数のロー夕セグメント 3 2 の組み付けにより誤差が集積されても、 最後の 1個のロー夕セグメント 3 2の寸 3 9
法を調整することにより前記誤差の集積を吸収して全体として高精度の口一夕 2 7を得ることができる。
また高温高圧蒸気が供給される内側のロータコア 3 1と、 比較的に低温である 外側の口一夕セグメント 3 2…とを別部材で構成したので、 高温のロータコア 3 1からロー夕セグメント 3 2…への熱伝導を抑制することができ、 ロータ 2 7外 部への熱の放散を防止して熱効率を高めることが可能となるだけでなく、 ロー夕 2 7の熱変形を緩和して精度を高めることができる。 しかも口一夕コア 3 1およ びロータセグメント 3 2…の各々の機能に見合った材質や加工方法を選択できる ので設計自由度や加工方法の自由度が増加し、 ロータセグメント 3 2…およびべ —ン 4 4…の摺動面の摩耗軽減、 耐久性の向上、 シール性の向上を図ることがで きる。 更に口一夕 2 7の一部に不具合が生じた楊合でも、 その一部を交換するだ けで補修することができるので、 口一夕 2 7全体を交換あるいは廃棄する場合に 比べてコストの削減に寄与することができる。
以上説明した実施例以外にも、 ピストン 3 7…の前進運動をロー夕 2 7の回転 運動に変換する構成として、 ベ一ン 4 4…を介さず、 ピストン 3 7…の前進運動 を直接ローラ 4 5…で受け、 環状溝 4 9， 4 9との係合で回転運動に変換するこ ともできる。 またべ一ン 4 4…もローラ 4 5…と環状溝 4 9， 4 9との協働によ り、 前述の如くロータチャンバ 1 4の内周面から略一定間隔で常時離間していれ ばよく、 ピストン 3 7…およびローラ 4 5…が、 またべーン 4 4…および口一ラ 4 5…が、 各々独立して環状溝 4 9， 4 9と協働しても良い。
前記膨張機 4を圧縮機として使用する場合には、 回転軸 2 1によりロータ 2 7 を図 4の反矢印 R方向に回転させて、 流体としての外気をべーン 4 4 ···により排 気ポート 8 0…から口一夕チャンバ 1 4内に吸い込んで圧縮し、 このようにして 得られた低圧縮空気を吸気ポート 7 9…から中継チャンバ 1 9、 通孔 6 1 c "-、 第 6蒸気通路 S 6、 第 5蒸気通路 S 5 , S 5、 第 4蒸気通路 S 4 , S 4、 第 1固 定軸 6 4の切欠 6 4 b , 6 4 bおよび第 3蒸気通路 S 3…を経てシリンダ 3 3… 内に吸入し、 そこでピストン 3 7 ··'により圧縮して高圧縮空気とする。 このよう にして得られた高圧縮空気は、 シリンダ 3 3…から第 3蒸気通路 S 3 ···、 第 2蒸 気通路 S 2， S 2、 第 1蒸気通路 S 1および蒸気供給パイプ 7 5を経て排出され る。 尚、 膨張機 4を圧縮機として使用する場合には、 前記蒸気通路 S 1〜S 5お よび蒸気供給パイプ 7 5は、 それぞれ空気通路 S 1〜S 5および空気供給パイプ 7 5と読み変えるものとする。
以上説明した膨張機 4では、 シリンダ 3 3…およびピストン 3 7…から構成さ れる第 1エネルギー変換手段と、 ベーン 4 4…から構成される第 2エネルギー変 換手段とが共通のロータ 2 7に設けられており、 直列に接続された第 1、 第 2ェ ネルギー変換手段の協働により高温高圧蒸気のエネルギーを機械エネルギーとし て回転軸 2 1に取り出すようになつている。 従って、 第 1エネルギー変換手段が 出力する機械エネルギーと第 2エネルギー変換手段が出力する機械エネルギーと を口一夕 2 7を介して自動的に統合することができ、 ギヤ等の動力伝達手段を有 する特別のエネルギー統合手段が不要となる。
第 1エネルギー変換手段は作動流体のシールが容易でリークが発生し難いシリ ンダ 3 3…およびピストン 3 7…の組み合わせからなるため、 高温高圧蒸気のシ 一ル性を高めてリークによる効率低下を最小限に抑えることができる。 一方、 第 2エネルギー変換手段はロータ 2 7に放射方向移動自在に支持したベ一ン 4 4… からなるため、 ベ一ン 4 4…に加わる蒸気圧が直接ロータ 2 7の回転運動に変換 され、 往復運動を回転運動に変換するための特別の変換機構が不要になって構造 が簡略化される。 しかも低圧で大流量の蒸気を効果的に機械エネルギーに変換し 得る第 2エネルギー変換手段を第 1エネルギー変換手段の外周を囲むように配置 したので、 膨張機 4全体の寸法をコンパクト化することができる。
シリンダ 3 3…およびピストン 3 7…よりなる第 1エネルギー変換手段は高温 高圧蒸気を作動流体とした場合に圧力エネルギーおよび機械エネルギー間の変換 効率が高く、 またべーン 4 4…よりなる第 2エネルギー変換手段は比較的に低温 低圧の蒸気を作動流体とした場合でも圧力エネルギーおよび機械エネルギー間の 変換効率が高いという特性を有している。 従って、 第 1、 第 2エネルギー変換手 段を直列に接続し、 先ず高温高圧蒸気を第 1エネルギー変換手段を通過させて機 械エネルギーに変換し、 その結果として圧力の低下した第 1の降温降圧蒸気を第 2エネルギー変換手段を通過させて再度機械エネルギーに変換することにより、 当初の高温高圧蒸気に含まれるエネルギーを余すところ無く有効に機械工ネルギ 一に変換することができる。
尚、 本実施例の膨張機 4を圧縮機として使用する場合でも、 外部からの機械工 ネルギ一で口一夕 2 7を回転させてロー夕チヤンバ 1 4に吸入した空気を、 比較 的に低温低圧の作動流体でも有効に作動する第 2エネルギー変換手段で圧縮して 昇温させ、 その圧縮，昇温した空気を、 比較的に高温高圧の作動流体により有効 に'作動する第 1エネルギー変換手段で更に圧縮して昇温させることにより、 機械 エネルギーを圧縮空気の圧力エネルギー （熱エネルギー） に効率的に変換するこ とができる。 而して、 シリンダ 3 3…およびピストン 3 7…よりなる第 1ェネル ギー変換手段とベーン 4 4…よりなる第 2エネルギー変換手段とを組み合わせた ことにより、 両者の特長を兼ね備えた高性能な回転流体機械を得ることができる また口一夕 2 7の軸線 L (つまり回転軸 2 1の軸線 L ) が口一夕チャンバ 1 4 の中心に一致しており、 かつ図 4および図 5でロー夕 2 7を上下左右に 9 0 ° ず つ 4分割したとき、 回転軸線 Lに対して点対称な右上の四半部と左下の四半部と で圧力エネルギーから機械エネルギーへの変換が行われるため、 ロータ 2 7に偏 荷重が加わるのを防止して振動の発生を抑えることができる。 即ち、 作動流体の 圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する部分、 あるいは機械エネルギーを作 動流体の圧力エネルギーに変換する部分が、 ロータ 2 7の軸線 Lを中心として 1 8 0 ° ずれた 2個所に配置されるので、 ロー夕 2 7に加わる荷重が偶力となって スムーズな回転が可能になり、 しかも吸気タイミングおよび排気タイミングの効 率化を図ることができる。
而して、 本実施例では内燃機関 1の排気ガスの熱エネルギーで水を加熱して高 温高圧蒸気を発生する蒸発器 3と、 蒸発器 3から供給された高温高圧蒸気を一定 トルクの軸出力に変換する膨張機 4と、 膨張機 4が排出した降温降圧蒸気を液化 する凝縮器 5と、 凝縮器 5で液化された水を蒸発器 3に供給する供給ポンプ 6と から構成されるランキンサイクルにおいて、 その膨張機 4として容積型のものを 採用している。 この容積型の膨張機 4は、 夕一ビンのような非容積型の膨張機に 比べて、 低速から高速までの広い回転数領域において高い効率でエネルギー回収 を行うことが可能であるばかりか、 内燃機関 1の回転数の増減に伴う排気ガスの 熱エネルギーの変化 （排気ガスの温度変化や流量変化） に対する追従性や応答性 にも優れている。 しかも膨張機 4を、 シリンダ 3 3…およびピストン 3 7…から 構成される第 1エネルギー変換手段と、 ベ一ン 4 4…から構成される第 2ェネル ギー変換手段とを直列に接続して半径方向内外に配置した二重膨張型としたので 、 膨張機 4を小型軽量化してスペース効率の向上を図りながらランキンサイクル による熱エネルギーの回収効率を更に向上させることができる。
以上、 本発明の実施例を詳述したが、 本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種 々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、 実施例の膨張機 4では、 先ず第 1エネルギー変換手段であるシリンダ 3 3…およびピストン 3 7…に高温高圧蒸気を供給した後に、 それが降温降圧し た第 1の降温降圧蒸気を第 2エネルギー変換手段であるべーン 4 4…に供給して いるが、 例えば、 図 3で示す第 1エネルギー変換手段からの第 1の降温降圧蒸気 を排出する第 6蒸気通路 S 6と、 中継チャンバ 1 9とを連通または非連通とし、 更に中継チャンバ 1 9に中継チャンバ外壁 1 6を介して第 2エネルギー変換手段 に独立して蒸気を個別に供給可能とする手段を構成することにより、 第 1、 第 2 エネルギー変換手段にそれぞれ温度および圧力の異なる蒸気を個別に供給しても 良い。 更に、 第 1、 第 2エネルギー変換手段のそれぞれ温度および圧力の異なる 蒸気を個別に供給すると共に、 第 1エネルギー変換手段を通過して降温降圧した 蒸気を更に第 2エネルギー変換手段に供給しても良い。
産業上の利用可能性
本発明に係る回転流体機械は、 ランキンサイクル装置の膨張機として使用する のに適しているが、 他の任意の用途の膨張機や、 他の任意の用途の圧縮機して用 いることも可能である。

Claims

請求の範囲
1. 少なくとも第 1エネルギー変換手段および第 2エネルギ一変換手段を備え、 圧力エネルギーを有する作動流体を第 1、 第 2エネルギー変換手段に入力して 前記圧力エネルギーを機械エネルギーに変換することにより、 第 1、 第 2ェネル ギ一変換手段がそれぞれ発生した機械エネルギーを統合して出力する膨張機 （4 ) として機能することが可能であり、
かつ機械エネルギーを第 1、 第 2エネルギー変換手段に入力して前記機械エネ ルギ一を圧力エネルギーに変換することにより、 第 1、 第 2エネルギー変換手段 がそれぞれ発生した作動流体の圧力エネルギーを統合して出力する圧縮機として 機能することが可能である回転流体機械であつて、
前記第 1エネルギー変換手段は口一夕チャンバ （14) 内に回転自在に収納さ れたロータ （27) に放射状に支持されたシリンダ (33) と、 このシリンダ ( 33) に摺動自在に支持されたピストン （37) とを備え、 前記第 2エネルギー 変換手段はロータ （27) に放射状に形成されたべ一ン溝 （43) と、 このべ一 ン溝 （43) に搢動自在に支持されて外周面がロータチャンバ （14) の内周面 に摺接するベ一ン （44) と備えたものにおいて、
前記ロータ （27) は回転軸 （2 1) に支持されてシリンダ （33) を収納す るロータコア （31) と、 円周方向に分割されてロー夕コア （3 1) の外周を囲 むように固定されたロータセグメント （32) とから構成され、 隣接するロー夕 セグメント （32) 間にべーン （44) を摺動自在に支持するべーン溝 （43) を形成したことを特徴とする回転流体機械。
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