WO2003027440A1 - Machine hydraulique rotative - Google Patents

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WO2003027440A1
WO2003027440A1 PCT/JP2002/009720 JP0209720W WO03027440A1 WO 2003027440 A1 WO2003027440 A1 WO 2003027440A1 JP 0209720 W JP0209720 W JP 0209720W WO 03027440 A1 WO03027440 A1 WO 03027440A1
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chamber
vane
rotor
steam
water
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PCT/JP2002/009720
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Tsutomu Takahashi
Tsuneo Endoh
Hiroshi Ichikawa
Yasunari Kimura
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Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines

Definitions

  • the present invention relates to a rotary fluid machine that mutually converts pressure energy of a gas-phase working medium and rotational energy of a rotor.
  • the rotary fluid machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-320534 has a vane piston unit combining a vane and a biston, and is provided with a radial direction at low speed.
  • the piston which is slidably fitted to the cylinder provided in the cylinder, mutually converts the pressure energy of the gas phase working medium and the rotational energy of the mouth through a power conversion device composed of an annular groove and rollers.
  • a vane slidably supported by the rotor in the radial direction converts the pressure energy of the gas-phase working medium and the rotational energy of the rotor into each other.
  • such a rotary fluid machine is provided with an elliptical mouth chamber formed in a casing and a circular mouth house rotatably housed in the inside thereof.
  • the diameter substantially equal to the short diameter of the overnight chamber, the clearance between the rotor and the rotor chamber is minimized at both ends of the short diameter.
  • the intake port and the exhaust port face each other in the circumferential direction at the minimum clearance, and the gas-phase working medium leaks from the high-pressure vane chamber communicating with the intake port to the low-pressure vane chamber communicating with the exhaust port. This is prevented by bringing the seal member at the tip of the vane into contact with the inner peripheral surface of the rotor chamber.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to prevent a gas-phase working medium from leaking from an intake port to an exhaust port through a clearance between a rotor chamber and a rotor of a rotary fluid machine. Aim.
  • a rotatable chamber formed in a casing, a rotor rotatably housed in a mouth chamber, and a radially formed rotatable chamber.
  • a rotary fluid machine equipped with an intake port and an exhaust port for supplying and discharging a phase working medium, an area where the pressure difference between the adjacent vane chambers is large between the end of the exhaust port and the beginning of the intake port.
  • a rotary fluid machine is provided, wherein at least one of the outer peripheral surface of the rotor and the inner peripheral surface of the rotor chamber is provided with a means for preventing leakage of the gas phase working medium.
  • At least one of the outer circumferential surface of the rotor and the inner circumferential surface of the rotor chamber is located in a region where the pressure difference between the adjacent vane chambers sandwiched between the end of the exhaust port and the start of the intake port is large. Since the means for preventing leakage of the phase working medium is provided, it is possible to prevent leakage of the gas phase working medium from the high-pressure intake port to the low-pressure exhaust port, thereby improving the performance of the rotary fluid machine.
  • a rotary fluid machine in which the leak preventing means is a labyrinth in addition to the first aspect.
  • the leak preventing means is constituted by the labyrinth, problems such as wear of the seal member which occur when the leak preventing means is constituted by the seal member can be avoided.
  • the labyrinth 43 g ... of the embodiment corresponds to the leak preventing means of the present invention, and the steam and water of the embodiment respectively correspond to the gas phase working medium and the liquid phase working medium of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a waste heat recovery device for an internal combustion engine
  • FIG. 2 is an expander corresponding to a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG.
  • Fig. 3 is an enlarged sectional view around the axis of Fig. 2
  • Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in Fig. 2
  • Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in Fig. 2
  • Fig. 6 is a sectional view of Fig. 2
  • Fig. 7 is a sectional view taken along the line 7-7 in Fig. 5
  • Fig. 8 is a sectional view taken along the line 8-8 in Fig. 5, Fig.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line 9-9 in Fig. 8, and Fig. Fig. 3 is a cross-sectional view taken along the line 110--11, Fig. 11 is an exploded perspective view of the rotor, and Fig. 12 is the lubricant distribution section of the rotor.
  • Fig. 13 is a schematic diagram showing the cross-sectional shape of the rotor chamber and rotor, Fig. 14A is a diagram showing the shape of the annular groove of the casing (Example), and Fig. 14B is the annular shape of the casing.
  • Figure 15A shows the shape of the groove (conventional example)
  • Figure 15A shows the shape of the inner peripheral surface of the low pressure chamber and the timing of intake and exhaust (Example)
  • Figure 15B shows the opening and closing chamber. (Conventional example) showing the shape of the inner peripheral surface and the intake / exhaust timing of FIG.
  • FIG. 19 to FIG. 21 are explanatory diagrams of the operation of the labyrinth according to the second embodiment of the present invention.
  • 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 12 a and 13 a constituting a rotor chamber 14 and a main body 12 a and 13 a Circular flanges 12 b and 13 b are integrally connected to the outer periphery of the cylinder, and the two circular flanges 12 b and 13 b are connected via a metal gasket 15.
  • the outer surface of the first casing half 12 is covered by a relay bowl outer wall 16 having a deep pot shape, and a circular flange 16 a integrally connected to the outer periphery thereof is formed by a circular flange 1 of the first casing half 12. It is superimposed on the left side of 2b.
  • the outer surface of the second casing half 13 is covered with an exhaust chamber outer wall 17 that houses a magnet coupling (not shown) that transmits the output of the expander 4 to the outside, and is a circular shape that is integrally connected to the outer periphery.
  • the 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 12b, 13b, 16a, 17a are fastened together by a plurality of ports 18 arranged circumferentially.
  • a relay chamber 19 is defined between the outer wall 16 of the relay chamber and the first casing half 12.
  • an exhaust chamber 20 is defined between the exhaust chamber outer wall 17 and the second casing half 13.
  • On the outer wall 17 of the exhaust chamber there is provided an outlet (not shown) for guiding the temperature-reduced pressure-reduced steam, which has finished work in the expander 4, to the condenser 5.
  • the main bodies 12a and 13a of the two casing halves 12 and 13 have hollow bearing cylinders 12c and 13c protruding left and right, respectively, and these hollow bearing cylinders 1 2c , 13 c, a rotating shaft 21 having a hollow portion 21 a is rotatably supported via a pair of bearing members 22, 23.
  • the axis L of the rotating shaft 21 passes through the intersection of the major axis and the minor axis in the rotor chamber 14 having a substantially elliptical shape.
  • a seal block 25 is housed inside a lubricating water introduction member 24 screwed to the right end of the second casing half 13 and fixed with a nut 26.
  • a small-diameter portion 21b at the right end of the rotating shaft 21 is supported inside the seal block 25, and a pair of seal members 27 and 27 are arranged between the seal block 25 and the small-diameter portion 21b.
  • a pair of seal members 28, 28 are disposed between the seal block 25 and the lubricating water introducing member 24, and a seal member 29 is disposed between the lubricating water introducing member 24 and the second casing half 13. Will be placed.
  • the filter 30 fits into a recess formed on the outer periphery of the hollow bearing cylinder 13 c of the second casing half 13, and is screwed into the second casing half 13. Is stopped by.
  • a pair of seal members 32 and 33 are provided between the filter cap 31 and the second casing half 13.
  • a circular opening 41 is rotatably housed inside the pseudo-elliptical opening chamber 14.
  • the rotor 41 is fitted and integrally connected to the outer periphery of the rotating shaft 21, and the axis of the rotor 41 and the axis of the mouth chamber 14 coincide with the axis L of the rotating shaft 21.
  • the shape of the mouth chamber 14 as viewed in the direction of the axis L is a pseudo-elliptical shape resembling a rhombus with four rounded vertices, and has a major axis D L and a minor axis DS.
  • the shape of the crown 41 as viewed in the direction of the axis L is a perfect circle, and has a diameter DR slightly smaller than the minor diameter DS of the mouth chamber 14.
  • the cross-sections of the mouth chamber 14 and the roof 41 viewed in a direction perpendicular to the axis L are both track-type tracks for athletics.
  • the cross-sectional shape of the mouth chamber 14 is such that a pair of flat surfaces 14a, 14a extending in parallel at a distance d, And a circular surface 14b with a central angle of 180 ° that smoothly connects the outer circumferences of the flat surfaces 14a and 14a. It consists of a pair of flat surfaces 4 1 a and 4 la extending in parallel, and an arc surface 4 1 b with a central angle of 180 ° that smoothly connects the outer circumferences of these flat surfaces 4 1 a and 4 la. .
  • the flat surfaces 14 a, 14 a of the mouth chamber 14 and the flat surfaces 41 a, 4 la of the mouth 41 contact each other, and the inner peripheral surface of the rotor chamber 14 and the mouth.
  • One night 41 A pair of crescent-shaped spaces (see Fig. 4) are formed between the outer peripheral surface.
  • the rotor 41 includes a rotor core 42 integrally formed on the outer periphery of the rotating shaft 21.
  • ⁇ ⁇ ⁇ 4 4 4 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Two cylinders 44 made of ceramic (or carbon) are radially mounted on the rotor core 42 at intervals of 30 °, and are stopped by clips 45.
  • a small diameter portion 44 a protrudes from the inner end of each cylinder 44, and the base end of the small diameter portion 44 a is sealed with the sleeve 84 via a C seal 46.
  • the tip of the small-diameter portion 44 a is fitted to the outer peripheral surface of the hollow sleeve 84, and the cylinder pores 44 b extend through the small-diameter portion 44 a and the rotating shaft 21 two third steam passages S 3 and communicate with the first and second steam passages S 1; S 2, S 2 inside the rotary shaft 21.
  • a ceramic piston 47 is slidably fitted inside each cylinder 44. When the piston 47 moves most inward in the radial direction, it completely retracts into the cylinder bore 44b, and when it moves most radially outward, about half of the entire length projects outside the cylinder bore 44b.
  • Each rotatable segment 43 is a hollow wedge-shaped member having a central angle of 30 °, and the surface facing the pair of flat surfaces 14a, 14a of the rotor chamber 14 is centered on the axis L.
  • Two recesses 43a, 43b extending in an arc shape are formed, and lubricating water outlets 43c, 43d are opened in the center of the recesses 43a, 43b.
  • four lubricating water jets 43 e, 43 e; 43 f, 43 f are opened on the end face of the rotor segment 43, that is, the surface facing the vane 48 described later.
  • the arc surface of each row segment 43 forming the arc surface 41b of the row 41 includes the axis L.
  • a large number of labyrinths 4 3 g ... extending in the plane are recessed.
  • the labyrinth 43 g... is composed of a U-shaped groove, and for each mouth segment 43, for example, 16 pieces are provided.
  • the assembly of the rotor 41 is performed as follows. Cylinders 4 4 ⁇ Clips 4 ⁇ and C seals 4 ⁇ 6 ⁇ 12 pieces of mouth opening segments 4 3... are fitted around the outer periphery of the assembled rotor core 4 2 Fit the vanes 4 8 to the 12 vane grooves 49 formed between 4 3. At this time, in order to form a predetermined clearance between the vanes 48 and the rotor segments 43, shims having a predetermined thickness are interposed on both surfaces of the vanes 48.
  • the jigs are used to fasten the rope segments 43 and vanes 48 inward in the radial direction toward the cores 42, and After precisely positioning evening segment 4 3..., temporarily fasten each mouth segment 4 3... to roasting core 42 with temporary fastening ports 50 (see Fig. 8). Subsequently, two knock pin holes 51, 51 penetrating through the mouth core 42 in each mouth segment 43 are co-processed, and four knock pins 5 are formed in the knock pin holes 51, 51. Press-fit 2 and join the low-blow segments 4 3 to the mouth core 4 2.
  • a through hole 53 penetrating the rotor segment 43 and the mouth core 42 is formed between the two knock pin holes 51, 51.
  • Recesses 54, 54 are formed at both ends of the through hole 53, respectively.
  • Two pipe members 55, 56 are fitted into the through holes 53 through sealing members 57 to 60, and the orifice forming plate 61 and the lubrication are fitted in the respective recesses 54.
  • the water distribution member 62 is fitted and fixed with the nut 63.
  • the orifice forming plate 61 and the lubricating water distribution member 62 are inserted through the knock pin holes 61a, 61a of the orifice forming plate 61 to the knock pin holes 62a, 62a of the lubricating water distribution member 62.
  • the two dowel pins 64, 64 that fit together are prevented from rotating with respect to the rotor segment 43, and the lubricating water distribution member 62 and the nut 63 are sealed by the o-ring 65.
  • the small-diameter portion 55a formed at the outer end of the one pipe member 55 communicates with the sixth water passage W6 inside the pipe member 55 through the through-hole 55b, and the small-diameter portion 5a.
  • 5a lubrication It communicates with a radial distribution groove 62b formed on one side of the water distribution member 62.
  • the distribution grooves 62b of the lubricating moisture distribution member 62 extend in six directions, and the ends of the distribution grooves 62b extend to the six orifices 61b, 61b; 61c, 61c; 61d, 61d of the orifice forming plate 61. Communicate.
  • the structure of the orifice forming plate 61, the lubricating water distribution member 62 and the nut 63 provided at the outer end of the other pipe member 56 is the same as the structure of the orifice forming plate 61, the lubricating water distribution member 62 and the nut 63 described above. Is the same as
  • the downstream side of the two orifices 6 lb, 61 b of the orifice forming plate 61 is opened to face the vane 48 via the seventh water passages W 7, W 7 formed inside the row segment 43.
  • the other two orifices 61 c, 61 c communicate with the two lubricating water jets 43 e, 43 e, and the downstream side of the other two orifices 61 c, an eighth water passage W formed inside the orifice segment 43. 8, W 8 and communicate with the two lubricating water jets 43 f and 43 f that open to face the vane 48, and further downstream of the other two orifices 61 d and 6 Id.
  • the two lubricating water outlets 43 c, 43 d open through the ninth water passages W9, W9 formed inside the mouth-night segment 43 so as to face the mouth-night chamber 14.
  • annular groove 67 defined by a pair of O-rings 66, 66 is formed on the outer periphery of the cylinder 44, and a sixth groove formed inside one pipe member 55 is formed.
  • the water passage W6 communicates with the annular groove 67 via four through holes 55c, which penetrate the pipe member 55, and a tenth water passage W10 formed inside the rotor core 42.
  • the annular groove 67 communicates with the sliding surface of the cylinder pore 44b and the piston 47 via the orifice 44c. The position of the orifice 44c of the cylinder 44 is set so that the piston 47 does not come off the sliding surface of the piston 47 when the piston 47 moves between the top dead center and the bottom dead center.
  • the first water passage W1 formed in the lubricating water introduction member 24 is formed in the second water passage W2 formed in the seal block 25 and the small diameter portion 21b of the rotating shaft 21.
  • Third water passage W 3 annular groove 68 a formed on the outer periphery of water passage forming member 68 fitted to the center of rotating shaft 21, fourth water passage W 4 formed on rotating shaft 21, rotor core 42 Pipe member 69 and row It communicates with the small-diameter portion 55a of the one pipe member 55 via fifth water passages W5, W5 formed so as to bypass the knock pin 52 on the radially inner side of the evening segment 43.
  • two vane grooves 49 extending radially are formed between adjacent row segments 43 of the mouth 41.
  • the plate-like vanes 48 are respectively slidably fitted in the vane grooves 49.
  • Each vane 48 is parallel to the parallel surfaces 14a, 48a along the parallel surfaces 14a, 14a of the row chamber 14 and the arc surface 14b of the mouth chamber 14 It is formed in a substantially U-shape with an arc surface 48b and a notch 48c located between the two parallel surfaces 48a, 48a, and from the two parallel surfaces 48a, 48a.
  • Rollers 71, 71 having a mouth-labeling structure are rotatably supported by a pair of projecting spindles 48d, 48d.
  • the arc surface 48b of the vane 48 holds a synthetic resin sealing member 72 formed in a U-shape, and the tip of the sealing member 72 is at the arc surface 48 of the vane 48. It slightly protrudes from b and slides on the arc surface 14 b of the row chamber 14.
  • Two recesses 48 e, 48 e are formed on both sides of the vane 48, respectively, and these recesses 48 e, 48 e are radially inwardly opened at the end faces of the row segment 43. Opposing the two lubricating water jets 4 3 e and 4 3 e.
  • a piston receiving member 73 protruding radially inward at the center of the notch 48 c of the vane 48 abuts on the radially outer end of the piston 47.
  • the flat surfaces 14a and 14a of the chamber chamber 14 defined by the first and second casing halves 12 and 13 have diamonds with four rounded vertices.
  • Pseudo-elliptical annular grooves 7 4, 7 4 similar to the above are recessed, and a pair of rollers 7 1, 7 1 of each vane 4 8 can roll freely in both annular grooves 7 4, 7 4 Engages.
  • the distance between these annular grooves 74, 74 and the arc surface 14b of the low pressure chamber 14 is constant over the entire circumference. Accordingly, when the mouth 41 rotates, the vanes 48 guided by the annular grooves 74, 74 reciprocate the rollers 71, 71 in the vane grooves 49 in the radial direction.
  • the seal member 72 mounted on the arc surface 4 8 b of FIG. 8 slides along the arc surface 14 b of the mouth chamber 14 in a state where it is compressed by a certain amount. This prevents the rotor chambers 14 and vanes 48 ... from making direct solid contact, increasing sliding resistance and reducing friction. It is possible to reliably seal the vane chamber 75 between adjacent vanes 48 while preventing the occurrence of wear.
  • the flat surfaces 14a, 14a of the mouth chamber 14 have a pair of circular sealing grooves 76, 7 so as to surround the outside of the annular grooves 74, 74. 6 is formed.
  • a pair of ring seals 79 having two O-rings 77, 78 are slidably fitted in each circular seal groove 76, and the sealing surfaces thereof are in the respective rotatable segments 4. It faces the recesses 4 3 a and 4 3 b (see FIG. 4) formed in FIG.
  • the pair of ring seals 79, 79 are prevented from rotating with respect to the first and second casing halves 12, 13 by knock pins 80, 80, respectively.
  • an opening 16b is formed at the center of the outer wall 16 of the relay chamber, and the boss 8 of the fixed shaft support member 8 1 arranged on the axis L 1a is fixed to the inner surface of the opening 16b with a plurality of ports 82, and is fixed to the first casing half 12 with a nut 83.
  • a cylindrical cylindrical sleeve 84 is fixed to the hollow portion 21 a of the rotating shaft 21, and is fixed to the inner peripheral surface of the sleeve 84 with the fixed shaft support member 81.
  • the outer peripheral surface of the shaft 85 is engaged with the relative rotation.
  • the left end of the fixed shaft 85 is sealed with the first casing half 12 by a seal member 86, and the right end of the fixed shaft 85 is sealed with the rotary shaft 21 by a seal member 87.
  • a steam supply pipe 88 is fitted into a fixed shaft support member 81 arranged on the axis L and fixed with a nut 89.
  • the right end of the steam supply pipe 88 is the center of the fixed shaft 85. Press-fit.
  • a first steam passage S1 connected to the steam supply pipe 88 is formed in the axial direction, and a pair of second steam passages S2, S2 is formed on the fixed shaft 85. Penetrates radially with a phase difference of 0 °.
  • the small-diameter portion 4 4a... of the two cylinders 44 held at an interval of 30 ° in the mouth 41 fixed to the rotary shaft 21 and the sleeve 84 are connected to the two
  • the third steam passages S3 are penetrated, and the radially inner ends of these third steam passages S3 ... can communicate with the radially outer ends of the second steam passages S2, S2. opposite.
  • a pair of cutouts 85a, 85a are formed on the outer peripheral surface of the fixed shaft 85 with a phase difference of 180 °, and these cutouts 85a, 85a are provided in the third steam passage. Communication with S 3... It is possible.
  • the notches 85a, 85a and the relay chamber 19 are formed in a pair of fourth steam passages S4, S4 formed in the fixed shaft 85 in the axial direction, and formed in the fixed shaft support member 81 in the axial direction.
  • the formed fifth annular steam passage S5 and the fixed shaft support member 81 communicate with each other via a through-hole 81b open on the outer periphery of the boss 8la.
  • the first casing half 12 and the second casing half 13 are provided with the rotation of the rotor 41 with respect to the short diameter direction of the mouth chamber 14.
  • a plurality of intake ports 90... Aligned in the radial direction are formed at a position of 15 ° on the leading side in the direction R.
  • the interior space of the rotor chamber 14 communicates with the relay chamber 19 by the intake ports 90.
  • the second casing half 13 includes a plurality of pieces at positions 15 ° to 75 ° on the delay side in the rotation direction R of the rotor 41 with respect to the minor axis direction of the rotor chamber 14. Exhaust ports 91 are formed.
  • the exhaust ports 91 By means of the exhaust ports 91, the internal space of the mouth-evening chamber 14 communicates with the exhaust chamber 20.
  • the exhaust ports 91 are formed inside the second casing half 13 so that the sealing members 72 of the vanes 48 are not damaged by the edges of the exhaust ports 91. Open into shallow recesses 13d, 13d.
  • the second steam passages S2, S2 and the third steam passage S3 ... and the cutouts 85a, 85a of the fixed shaft 85 and the third steam passage S3 ... are formed by the fixed shaft 85 and the rotating shaft 21.
  • a rotary valve V that periodically communicates by the relative rotation of the two is configured (see Fig. 10).
  • the pressure chambers 9 2, 9 are provided on the back of the ring seals 79, 79 fitted in the circular seal grooves 76, 76 of the first and second casing halves 12, 13.
  • the first water passage W 11 formed in the first and second casing halves 1 2, 13 is formed by a first water passage W 1 2 3 Communicate with both pressure chambers 9 2, 92 via water passage W 13, and ring seals 79, 79 are directed to the side of rotor 41 by the water pressure applied to both pressure chambers 92, 92. Be energized.
  • the first water passage W11 communicates with the outer peripheral surface of the annular filter 30 via a first fourth water passage W14 composed of a pipe, and the inner peripheral surface of the filter 30 is a second casing half. It communicates with the 16th water passage W 16 formed in the second casing half 13 through the 15th water passage W 15 formed in 13.
  • the water supplied to the 16th water passage W16 lubricates the sliding surfaces of the fixed shaft 85 and the sleeve 84. Also, from the inner circumferential surface of the filter 30 The water supplied to the outer periphery of the bearing member 17 through the water passage Wl 7 lubricates the outer peripheral surface of the rotating shaft 21 through an orifice penetrating the bearing member 23.
  • water supplied to the outer periphery of the bearing member 22 from the first water passage Wl 1 through the eighteenth water passage W18 formed of a pipe lubricates the outer peripheral surface of the rotary shaft 21 through an orifice penetrating the bearing member 22. After that, the sliding surfaces of the fixed shaft 85 and the sleeve 84 are lubricated.
  • the high-temperature and high-pressure steam from the evaporator 3 passes through a steam supply pipe 88, a first steam passage S1 passing through the center of the fixed shaft 85, and a pair of second steam passages S2 penetrating through the fixed shaft 85 in the radial direction. , S 2.
  • a steam supply pipe 88 a first steam passage S1 passing through the center of the fixed shaft 85
  • the temperature-reduced pressure-reduced steam 1 is the one in which the high-temperature and high-pressure steam supplied from the steam supply pipe 88 has completed the work of driving the pistons 47, 47, and the temperature and pressure have dropped. Although the thermal energy and pressure energy of the first cooling / lowering steam are lower than those of the high temperature / high pressure steam, they still have enough heat energy and pressure energy to drive the vanes 48 ... .
  • the first temperature-reduced and reduced-pressure steam in the relay chamber 19 is supplied from the intake ports 90 of the first and second casing halves 12, 13 to the vane chambers 75 in the low chamber 14. Then, by further expanding, the vanes 48 are pressed to rotate the rope 41. After the work is completed, the second temperature-reduced pressure-reduced steam whose temperature and pressure have further decreased is discharged from the exhaust ports 91 of the second casing half 13 to the exhaust chamber 20 and is supplied to the condenser 5 therefrom. You.
  • the expansion of the high-temperature and high-pressure steam causes the two pistons 47 to operate one after another to rotate the rotor 41 through the rollers 71 and 71 and the annular grooves 74 and 74, and to increase the temperature.
  • the output of the rotating shaft 21 is obtained by rotating the rotor 41 through the vanes 48 by the expansion of the first temperature-reduced step-down steam in which the high-pressure steam is stepped down.
  • lubrication of the vanes 48 and the pistons 47 of the expander 4 with water will be described.
  • 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 of the lubricating water introduction member 24 is replaced by the second water passage W2 of the seal block 25, the third water passage of the rotary shaft 21, Through the annular groove 68 a of the water passage forming member 68, the fourth water passage W 4 of the rotating shaft 21, the pipe member 69, and the fifth water passage W 5, W 5 formed in the row segment 43.
  • the water flowing into the small-diameter portion 55a of the one pipe member 55 and the water flowing into the small-diameter portion 55a flows into the through-hole 55b of the one pipe member 55 and the two pipe members 55, 56.
  • Through the formed sixth water passage W 6 and the through hole 56 b formed in the other pipe member 56 Flows into the small diameter portion 56 a of the other pipe member 56.
  • 6 1 b; 6 1 c, 6 1 c; 6 1 d, a part of the water that has passed through the d , 43 e; 43 f, 43 f, and other parts are lubricated water outlets 4 in the arc-shaped recesses 43 a, 43 b formed on the side of the mouth segment 43. Eject from 3 c, 4 3 d.
  • a ring seal is formed by supplying water to the pressure chambers 9 2 and 92 at the bottom of the circular sealing grooves 76 and 76 of the first casing half 12 and the second casing half 13. 7 9, 79 are urged toward the side of the mouth 41, and the lubricating water jets 4 3 c, 4 formed inside the recesses 43 a, 43 b of each rotor segment 43.
  • the water lubricating the sliding part between the ring seals 79, 79 and the rotor 41 is supplied to the rotor chamber 14 by centrifugal force, from there through the exhaust port 91, to the outside of the casing 11. Is discharged.
  • the first water passage W1 and the first water passage W11 are independent, and water is supplied at a pressure required in each lubricating portion.
  • the water supplied from the first water passage W1 mainly supports the vanes 48 and the rotor 41 in a floating state with a static pressure bearing. A high pressure that can antagonize load fluctuation is required.
  • the water supplied from the first water passage Wl1 mainly lubricates around the fixed shaft 85 and leaks from the third steam passages S3 and S3 to the outer periphery of the fixed shaft 85. To reduce the effects of thermal expansion of the fixed shaft 85, rotating shaft 21, rotary shaft 41, etc. Is fine.
  • the first water passage W1 for supplying high-pressure water and the first water passage W11 for supplying lower-pressure water are provided. It is possible to solve the problem when only one water supply system for supplying water is provided. In other words, excessive pressure of water is supplied around the fixed shaft 85, and the amount of water flowing out to the relay chamber 19 increases, and the fixed shaft 85, rotating shaft 21, rotor 41, etc. are supercooled. As a result, it is possible to prevent a problem that the steam temperature is lowered and the output of the expander 4 can be increased while reducing the amount of supplied water.
  • FIG. 14A shows the shape of the annular groove 74 of the present embodiment
  • FIG. 14B shows the shape of the annular groove 74 of the conventional example.
  • the annular groove 74 of the conventional example has an elliptical shape
  • the annular groove 74 of the present embodiment has a rhombic shape with four rounded vertices.
  • the clearance between the inner peripheral surface 93 of the low pressure chamber 14 and the outer peripheral surface 94 of the low pressure chamber 41 is at the point P1 at phase 0 ° and at the point P2 at phase 180 °. It reaches the minimum value and gradually increases from the minimum value before and after that.
  • the clearance between the inner peripheral surface 93 of the roaster chamber 14 and the outer peripheral surface 94 of the roaster chamber 41 is within ⁇ 16 ° with respect to the points P1 and P2. It is kept at a certain minimum value, and gradually increases from the minimum value before and after that.
  • the inner circumference of the mouth chamber The surface 93 and the annular groove 74 constitute a partial arc centered on the axis L.
  • Rotary valve V is referenced to point P 1 at phase 0 ° and point P 2 at phase 180 ° — notch 85a of fixed shaft 85 at position 16 ° and the third steam passage S3.
  • the communication is cut off and the steam discharge ends, and the second steam passage S2 and the third steam passage at a position + 16 ° with reference to the point P1 at phase 0 ° and the point P2 at phase 180 °
  • the passage S3 communicates and steam supply is started. Therefore, the internal space of the cylinder 44 is sealed within a range of ⁇ 16 ° with respect to the points P1 and P2.
  • High-temperature and high-pressure steam is supplied to the cylinder 44.However, when the high-temperature and high-pressure steam supplied to the cylinder 44 is cooled and liquefied at the time of a cold start of the expander 4, etc., water is supplied to the cylinder 44. Stagnation may cause war hammer phenomena.
  • FIG. 15A shows the intake and exhaust timings of the present embodiment
  • FIG. 15B shows the intake and exhaust timings of the conventional example.
  • the rotor 41 has 12 vanes 48 supported at equal intervals, and the central angle formed by a pair of adjacent vanes 48 is 30 °.
  • the phase of the vane 48 when the communication between the vane chamber 75 partitioned by the pair of vanes 48 and the exhaust port 91 is interrupted (exhaust end) Phase) is set to 124 ° with reference to the P1 and P2 points, and the phase of the vane 48 when the vane chamber 75 communicates with the intake port 90 (intake start phase) Is set at + 4 ° with reference to points P1 and P2. Therefore, at the moment when the communication between the vane chamber 75 and the low-pressure exhaust port 91 is interrupted, steam is introduced because the vane chamber 75 is already in communication with the high-pressure intake port 90. .
  • the rotation direction R is delayed.
  • the projecting amount of the vane 48 on the leading side in the rotating direction R is larger than the projecting amount of the vane 48 on the leading side in the rotating direction R.
  • the torque in the direction opposite to the rotation direction R of 1 acts.
  • the reverse rotation of the mouth 41 may occur at the time of startup, or vibration due to torque fluctuation may occur during operation.
  • the phase difference between the exhaust end phase and the intake start phase is 28 °, which is smaller than the vane angle of 30 °.
  • the low-pressure exhaust port 91 is a period during which steam blow-through from the intake port 90 to the exhaust port 91.
  • steam blow-through from the intake port 90 to the exhaust port 91 occurs slightly.
  • the pressure is increased from + 4 ° to + 6 °, the communication between the vane chamber 75 and the low-pressure exhaust port 91 ... is cut off, and the vane chamber 75 is connected to the high-pressure intake port 90 ...
  • the volume of the vane chamber 75 will be temporarily reduced at the moment of communication. This is because the exhaust end phase and the intake start phase are asymmetrical in the front-rear direction.
  • the volume of the sealed vane chamber 75 is reduced in this way, when the liquefied steam or water for lubrication is confined in the vane chamber 75, the hammer phenomenon occurs. May cause vibration, noise, and decrease in durability.
  • the exhaust end phase and the intake start phase are set to ⁇ 15 ° and + 15 °, respectively, and the phase is set to ⁇ 16 ° to 16 °.
  • the clearance between the inner peripheral surface 93 of the rotor chamber 14 and the outer peripheral surface 94 of the rotor chamber 41 is set constant. Therefore, when steam is supplied to the vane chamber 75 from the high-pressure intake port 90, the vane on the lag side in the rotation direction R is selected from the pair of vanes 48 that partition the vane chamber 75.
  • Both the amount of protrusion of 8 and the amount of protrusion of the vane 48 on the leading side in the rotation direction R are equal to the clearance, and the torque in the direction opposite to the rotation direction R of the rotor 41 is prevented from acting. Reverse rotation phenomenon in the evening 41 ⁇ Torque fluctuation can be avoided.
  • the communication between the vane chamber 75 and the low-pressure exhaust port 91 is shut off, and the vane chamber 75 is connected to the high-pressure intake port 90. At the moment of passage, the volume of the vane chamber 75 having a certain clearance does not change.Therefore, even if water is trapped in the vane chamber 75, there is no possibility that the hammer phenomenon will occur overnight, and vibration will occur. Noise, durability, etc. can be reliably prevented.
  • the intake start phase of this embodiment is + 15 °, which is later than the conventional intake start phase of + 4 °, it is disadvantageous in securing a large expansion ratio. Therefore, in the present embodiment, the shape of the inner peripheral surface 93 of the mouth chamber 14 (that is, the shape of the annular groove 74) is adopted so as to reduce the volume of steam suction in the early stage of the intake stroke. The same expansion ratio is secured.
  • the clearance between the outer peripheral surface 94 of the mouth 41 and the outer peripheral surface 94 of the mouth 14 is constant in the section where the phase of the inner peripheral surface 93 of the mouth and evening chamber 14 is from ⁇ 16 ° to about 16 °.
  • Fig. 16 shows that the sealing member 7 2 (f) on the leading side (hereinafter simply referred to as the leading side) of the rotation direction R of the mouth 41 reaches the intake port 90.
  • the high-pressure steam at the intake ports 90 ... tries to leak to the exhaust port 9 through the lagging-side sealing member 72 (r), but the temperature is between 16 ° and 16 °.
  • the labyrinths 43 g in the section of ° exhibit sealing properties due to the labyrinth effect, so that leakage of steam through the lagging side sealing member 72 (r) can be effectively prevented.
  • FIG. 17 shows that the rotor 41 further rotates from the state shown in Fig. 16, and the lag side seal member 7 2 (r) shows a state in which it has reached a substantially intermediate position between the intake port 90 and the exhaust port 91
  • FIG. 18 shows that the mouth 41 is further rotated from the state shown in FIG. This shows a state in which the seal member 72 (r) has reached the position immediately before the intake ports 90.
  • the labyrinth 43g in the section from 16 ° to 16 ° exhibits sealing properties by the labyrinth effect, and the lag side sealing member 7 2 (r) The leak of steam through the gas can be effectively prevented.
  • FIGS. 19 to 21 correspond to the phases of the vanes 48 in FIGS. 16 to 19, respectively.
  • the labyrinth 43 g is provided on the entire circumference of the rotor 41.
  • the labyrinth is provided only in about one quarter of the delay side of each row segment 43. Since 4 3 g are provided, the labyrinth 4 3 g is provided at a position adjacent to the leading side of the sealing member 72 of the vane 48. Therefore, the labyrinth 43g adjacent to the leading side of the seal member 72 reduces the high pressure of the intake port 90 by the labyrinth effect, and reduces the pressure difference between the front and rear of the seal member 72 to reduce steam leakage. Can be effectively prevented. According to the present embodiment, the number of labyrinths 43 g can be reduced while maintaining the effect of preventing steam leakage, thereby contributing to a reduction in processing cost.
  • the forward movement of the pistons 47 is directly performed without passing through the vanes 48. It can be received by the rollers 71 and converted into rotary motion by engagement with the annular grooves 74, 74.
  • the vanes 48 may be always separated from the inner peripheral surface of the rotor chamber 14 at regular intervals as described above by cooperation of the rollers 71 and the annular grooves 74, 74.
  • the pistons 47 and the rollers 71, and the vanes 48 and the rollers 7 “may cooperate independently with the annular grooves 74, 74.
  • the rotary shaft 21 rotates the outlet 41 in the direction indicated by the arrow R in FIG. , Is sucked into the rotor chamber 14 and compressed, and the low-pressure air obtained in this manner is supplied from the intake port 90 to the relay chamber 19, the through hole 8 1 1 ⁇ , the fifth steam passage S 5,
  • the fourth steam passages S4, S4, the cutouts 85a, 85a of the fixed shaft 85, and the third steam passages S3, are sucked into the dilindrers 44, where the pistons 47 press the pistons 47, respectively. Shrink to high compressed air.
  • the highly compressed air thus obtained is discharged from the cylinder 44 through the third steam passage S3—, the second steam passage S2, S2, the first steam passage SI, and the steam supply pipe 88.
  • the expander 4 When the expander 4 is used as a compressor, the steam passages S1 to S5 and the steam supply pipe 88 are replaced with the air passages S1 to S5 and the air supply pipe 88, respectively. Shall be.
  • the expander 4 has been exemplified as the rotary fluid machine, but the present invention can also be applied as a compressor.
  • steam and water are used as the gas phase working medium and the liquid phase working medium, but any other suitable working medium can be used.
  • the labyrinth 43 g is provided on the rotor 41 side, but the same operation and effect can be achieved by providing the labyrinth on the rotor chamber 14 side.
  • the labyrinths 43 g in the embodiment extend in a U-shaped groove in a plane including the axis L, but may be divided into a plurality of small chambers by partition walls extending in the circumferential direction.
  • the present invention can be suitably applied to an expander using steam (water) as a working medium.
  • the present invention can be applied to an expander using any other working medium or a compressor using any other working medium. Is also applicable.

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Description

明 細 書 回転流体機械
発明の分野
本発明は、 気相作動媒体の圧力エネルギーとロー夕の回転エネルギーとを相互 に変換する回転流体機械に関する。
背景技術
日本特開 2 0 0 0 - 3 2 0 5 4 3号公報に開示された回転流体機械はべ一ンぉ よびビストンを複合したベ一ンピストンュニットを備えており、 ロー夕に半径方 向に設けられたシリンダに摺動自在に嵌合するピストンが、 環状溝とローラとで 構成された動力変換装置を介して気相作動媒体の圧力エネルギーと口一夕の回転 エネルギーとを相互に変換し、 かつロータに半径方向摺動自在に支持されたべ一 ンが気相作動媒体の圧力エネルギーとロー夕の回転エネルギーとを相互に変換す るようになっている。
ところで、 かかる回転流体機械は、 ケ一シングに形成した楕円状の口一夕チヤ ンバと、 その内部に回転自在に収納した円形の口一夕とを備えており、 口一夕の 直径を口一夕チヤンバの短径と略等しく設定することにより、 前記短径の両端位 置でロー夕およびロータチャンバ間のクリアランスが最小になる。 このクリアラ ンス最小位置の円周方向両側に吸気ポートおよび排気ポー卜が臨んでおり、 吸気 ポートに連通する高圧のベーン室から排気ポートに連通する低圧のベーン室に気 相作動媒体がリークするのを、 ベ一ンの先端のシール部材をロータチャンバの内 周面に当接させることで阻止している。 しかしながら、 ベ一ンの先端のシール部 材だけで気相作動媒体のリークを完全に阻止することは困難であり、 圧力差のあ るべーン室間で気相作動媒体がリークすることにより回転流体機械の性能が低下 する問題があった。
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、 回転流体機械のロー夕チヤンバ およびロータ間のクリアランスを通って吸気ポートから排気ポー卜へ気相作動媒 体がリークするのを防止することを目的とする。 上記目的を達成するために、 本発明の第 1の特徴によれば、 ケ一シングに形成 したロー夕チャンバと、 口一夕チャンバ内に回転自在に収容したロータと、 ロー 夕に放射状に形成した複数のベーン溝と、 各々のべーン溝に摺動自在に支持した 複数のベ一ンと、 ロー夕、 ケーシングおよびべーンにより区画されたべーン室と 、 ベ一ン室に気相作動媒体を供給 ·排出する吸気ポートおよび排気ポートとを備 えた回転流体機械において、 排気ポートの末端および吸気ポ一トの始端に挟まれ て隣り合うベーン室間の圧力差が大きくなる領域で、 ロー夕の外周面およびロー 夕チャンバの内周面の少なくとも一方に気相作動媒体のリーク防止手段を設けた 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、 排気ポートの末端および吸気ポートの始端に挟まれて隣り 合うベーン室間の圧力差が大きくなる領域で、 ロー夕の外周面およびロータチヤ ンバの内周面の少なくとも一方に気相作動媒体のリーク防止手段を設けたので、 高圧の吸気ポートから低圧の排気ポートへの気相作動媒体のリークを防止して回 転流体機械の性能を向上させることができる。
また本発明の第 2の特徴によれば、 上記第 1の特徴に加えて、 前記リーク防止 手段はラビリンスである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、 リーク防止手段をラビリンスで構成したので、 リーク防止 手段をシール部材で構成した場合に発生するシール部材の摩耗等の問題が回避さ れる。
尚、 実施例のラビリンス 4 3 g…は本発明のリーク防止手段に対応し、 実施例 の蒸気および水はそれぞれ本発明の気相作動媒体および液相作動媒体に対応する 図面の簡単な説明
図 1〜図 1 8は本発明の第 1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の軸線周りの拡大断面図、 図 4は図 2の 4— 4線断面図、 図 5は図 2の 5 一 5線断面図、 図 6は図 2の 6— 6線断面図、 図 7は図 5の 7— 7線断面図、 図 8は図 5の 8— 8線断面図、 図 9は図 8の 9 _ 9線断面図、 図 1 0は図 3の 1 0 一 1 0線断面図、 図 1 1はロー夕の分解斜視図、 図 1 2はロータの潤滑水分配部 の分解斜視図、 図 1 3はロー夕チャンバおよびロータの断面形状を示す模式図、 図 1 4 Aはケーシングの環状溝の形状を示す図 （実施例）、 図 1 4 Bはケーシン グの環状溝の形状を示す図 （従来例）、 図 1 5 Aはロー夕チャンバの内周面の形 状および吸気 ·排気のタイミングを示す図 （実施例）、 図 1 5 Bは口一夕チャン バの内周面の形状および吸気 ·排気のタイミングを示す図 （従来例）、 図 1 6〜 図 1 8はラビリンスの作用説明図である。 図 1 9〜図 2 1は本発明の第 2実施例 を示すラビリンスの作用説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の第 1実施例を図 1〜図 1 8に基づいて説明する。
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。
図 2および図 3に示すように、 膨張機 4のケーシング 1 1は金属製の第 1、 第 2ケ一シング半体 1 2 , 1 3より構成される。 第 1、 第 2ケ一シング半体 1 2 , 1 3は、 協働してロータチャンバ 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ケーシング 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ケーシング半体 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ップリング （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 b , 1 3 b , 1 6 a , 1 7 aは、 円周方向に配置された複数本のポルト 1 8…で共締めされる。 中継 チャンバ外壁 1 6および第 1ケ一シング半体 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 （図示せず） が設けられる。
両ケーシング半体 1 2 , 1 3の本体部 1 2 a , 1 3 aは左右外方へ突出する中 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は略楕円形をなすロータチャンバ 1 4における長径と短径との交点を通る。
第 2ケーシング半体 1 3の右端に螺合する潤滑水導入部材 2 4の内部にシール ブロック 2 5が収納されてナット 2 6で固定される。 シールブロック 2 5の内部 に回転軸 2 1の右端の小径部 2 1 bが支持されており、 シールブロック 2 5およ び小径部 2 1 b間に一対のシール部材 2 7 , 2 7が配置され、 シールプロック 2 5および潤滑水導入部材 2 4間に一対のシール部材 2 8 , 2 8が配置され、 更に 潤滑水導入部材 2 4および第 2ケーシング半体 1 3間にシール部材 2 9が配置さ れる。 また第 2ケーシング半体 1 3の中空軸受筒 1 3 cの外周に形成された凹部 にフィルター 3 0が嵌合し、 第 2ケーシング半体 1 3に螺合するフィル夕一キヤ ップ 3 1により抜け止めされる。 フィルターキャップ 3 1および第 2ケーシング 半体 1 3間に一対のシール部材 3 2， 3 3が設けられる。
図 4、 図 1 3図 1 4 Aおよび図 1 4 Bから明らかなように、 疑似楕円状を成す 口一夕チヤンバ 1 4の内部に、 円形を成す口一夕 4 1が回転自在に収納される。 ロータ 4 1は回転軸 2 1の外周に嵌合して一体に結合されており、 回転軸 2 1の 軸線 Lに対してロータ 4 1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 L方向に見た口一夕チャンバ 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 たロー夕 4 1の形状は真円であり、 口一夕チャンバ 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 4 1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、 口一夕チャンバ 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、 同様にロー夕 4 1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 4 1 a， 4 l aと、 これら平坦面 4 1 a， 4 l aの外周を滑らかに接 続する中心角 1 8 0 ° の円弧面 4 1 bとから構成される。 従って、 口一夕チャン バ 1 4の平坦面 1 4 a , 1 4 aと口一夕 4 1の平坦面 4 1 a , 4 l aとは相互に 接触し、 ロータチャンバ 1 4内周面と口一夕 4 1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および図 1 1を参照してロー夕 4 1の構造を詳細に説明する ロー夕 4 1は回転軸 2 1の外周に一体に形成されたロー夕コア 4 2と、 ロー夕 コア 4 2の周囲を覆うように固定されてロー夕 4 1の外郭を構成する 1 2個の口 一夕セグメント 4 3…とから構成される。 ロータコア 4 2にセラミック （または カーボン） 製の 1 2本のシリンダ 4 4…が 3 0 ° 間隔で放射状に装着されてクリ ップ 4 5…で抜け止めされる。 各々のシリンダ 4 4の内端には小径部 4 4 aが突 設されており、 小径部 4 4 aの基端は Cシール 4 6を介してスリーブ 8 4との間 をシールされる。 小径部 4 4 aの先端は中空のスリーブ 8 4の外周面に嵌合して おり、 シリンダポア 4 4 bは小径部 4 4 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の内部の第 1、 第 2蒸気通路 S 1 ； S 2 , S 2に連通する。 各々のシリンダ 4 4の内部にはセラミック製のピストン 4 7が摺動自在に嵌合する。 ピストン 4 7が最も半径方向内側に移動するとシリン ダボア 4 4 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 4 4 bの外部に突出する。
各々のロー夕セグメント 4 3は 3 0 ° の中心角を有する中空の楔状部材であつ て、 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 4 3 a， 4 3 bが形成されており、 こ のリセス 4 3 a , 4 3 bの中央に潤滑水噴出口 4 3 c， 4 3 dが開口する。 また ロータセグメント 4 3の端面、 つまり後述するべ一ン 4 8に対向する面には 4個 の潤滑水噴出口 4 3 e , 4 3 e ； 4 3 f , 4 3 fが開口する。 またロー夕 4 1の 円弧面 4 1 bを構成する各々のロー夕セグメント 4 3の円弧面には、 軸線 Lを含 む面内に延びる多数のラビリンス 4 3 g…が凹設される。 ラビリンス 4 3 g…は • 断面 U字状の溝からなり、 各々の口一夕セグメント 4 3について例えば 1 6個ず つ設けられる。
ロータ 4 1の組み立ては次のようにして行なわれる。 予めシリンダ 4 4 ···、 ク リップ 4 5…および Cシール 4 6…組み付けたロー夕コア 4 2の外周に 1 2個の 口一夕セグメント 4 3…を嵌合させ、 隣接するロー夕セグメント 4 3…間に形成 された 1 2個のベ一ン溝 4 9…にべ一ン 4 8…を嵌合させる。 このとき、 ベ一ン 4 8…およびロータセグメント 4 3…間に所定のクリアランスを形成すべく、 ベ —ン 4 8…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 てロー夕セグメント 4 3…およびべーン 4 8…を口一夕コア 4 2に向けて半径方 向内向きに締めつけ、 ロー夕コア 4 2に対して口一夕セグメント 4 3…を精密に 位置決めした後、 各々の口一夕セグメント 4 3…を仮止めポルト 5 0 ··· (図 8参 照） でロー夕コア 4 2に仮り止めする。 続いて各々の口一夕セグメント 4 3に口 一夕コア 4 2を貫通する 2個のノックピン孔 5 1， 5 1を共加工し、 それらノッ クピン孔 5 1， 5 1に 4本のノックピン 5 2…を圧入して口一夕コア 4 2にロー 夕セグメント 4 3…を結合する。
図 8、 図 9および図 1 2から明らかなように、 ロータセグメント 4 3および口 一夕コア 4 2を貫通する貫通孔 5 3が 2個のノックピン孔 5 1， 5 1の間に形成 されており、 この貫通孔 5 3の両端にそれぞれ凹部 5 4 , 5 4が形成される。 貫 通孔 5 3の内部には 2本のパイプ部材 5 5， 5 6がシール部材 5 7〜 6 0を介し て嵌合するとともに、 各々の凹部 5 4内にオリフィス形成プレート 6 1および潤 滑水分配部材 6 2が嵌合してナツト 6 3で固定される。 オリフィス形成プレート 6 1および潤滑水分配部材 6 2は、 オリフィス形成プレート 6 1のノックピン孔 6 1 a , 6 1 aを貫通して潤滑水分配部材 6 2のノックピン孔 6 2 a , 6 2 aに 嵌合する 2本のノックピン 6 4， 6 4でロータセグメント 4 3に対して回り止め され、 かつ潤滑水分配部材 6 2およびナツト 6 3間は〇リング 6 5によりシール される。
一方のパイプ部材 5 5の外端部に形成された小径部 5 5 aは貫通孔 5 5 bを介 してパイプ部材 5 5の内部の第 6水通路 W 6に連通し、 かつ小径部 5 5 aは潤滑 水分配部材 62の一側面に形成した放射状の分配溝 62 bに連通する。 潤滑水分 配部材 62の分配溝 62 bは 6つの方向に延びており、 その先端がオリフィス形 成プレート 61の 6個のオリフィス 61 b， 61 b ； 61 c, 61 c ； 61 d, 61 dに連通する。 他方のパイプ部材 56の外端部に設けらられたオリフィス形 成プレート 61、 潤滑水分配部材 62およびナット 63の構造は、 前述したオリ フィス形成プレート 61、 潤滑水分配部材 62およびナツト 63の構造と同一で ある。
そしてオリフィス形成プレート 61の 2個のオリフィス 6 l b, 61 bの下流 側は、 ロー夕セグメント 43の内部に形成した第 7水通路 W 7, W 7を介して、 ベーン 48に対向するように開口する前記 2個の潤滑水噴出口 43 e, 43 eに 連通し、 他の 2個のオリフィス 61 c, 61 cの下流側は、 口一夕セグメント 4 3の内部に形成した第 8水通路 W 8, W 8を介して、 ベーン 48に対向するよう に開口する前記 2個の潤滑水噴出口 43 f， 43 f に連通し、 更に他の 2個のォ リフィス 61 d， 6 I dの下流側は、 口一夕セグメント 43の内部に形成した第 9水通路 W9, W9を介して、 口一夕チャンバ 14に対向するように開口する前 記 2個の潤滑水噴出口 43 c, 43 dに連通する。
図 5を併せて参照すると明らかなように、 シリンダ 44の外周に一対の Oリン グ 66， 66で区画された環状溝 67が形成されており、 一方のパイプ部材 55 の内部に形成した第 6水通路 W6は、 そのパイプ部材 55を貫通する 4個の貫通 孔 55 c…およびロータコア 42の内部に形成した第 10水通路 W10を介して 前記環状溝 67に連通する。 そして環状溝 67はオリフィス 44 cを介してシリ ンダポア 44 bおよびピストン 47の摺動面に連通する。 シリンダ 44のオリフ イス 44 cの位置は、 ピストン 47が上死点および下死点間を移動するときに、 そのピストン 47の摺動面から外れない位置に設定されている。
図 3および図 9から明らかなように、 潤滑水導入部材 24に形成した第 1水通 路 W1は、 シールブロック 25に形成した第 2水通路 W2、 回転軸 21の小径部 21 bに形成した第 3水通路 W 3···、 回転軸 21の中心に嵌合する水通路形成部 材 68の外周に形成した環状溝 68 a、 回転軸 21に形成した第 4水通路 W 4、 ロータコア 42および口一夕セグメント 43に跨がるパイプ部材 69およびロー 夕セグメント 4 3の半径方向内側のノックピン 5 2を迂回するように形成した第 5水通路 W 5 , W 5を介して、 前記一方のパイプ部材 5 5の小径部 5 5 aに連通 する。
図 7、 図 9および図 1 1に示すように、 口一夕 4 1の隣接するロー夕セグメン ト 4 3…間に放射方向に延びる 1 2個のベ一ン溝 4 9…が形成されており、 これ らべ一ン溝 4 9…に板状のベーン 4 8…がそれぞれ摺動自在に嵌合する。 各々の ベ一ン 4 8はロー夕チヤンバ 1 4の平行面 1 4 a， 1 4 aに沿う平行面 4 8 a , 4 8 aと、 口一夕チャンバ 1 4の円弧面 1 4 bに沿う円弧面 4 8 bと、 両平行面 4 8 a , 4 8 a間に位置する切欠 4 8 cとを備えて概略 U字状に形成されており 、 両平行面 4 8 a， 4 8 aから突出する一対の支軸 4 8 d， 4 8 dに口一ラベァ リング構造のローラ 7 1， 7 1が回転自在に支持される。
ベーン 4 8の円弧面 4 8 bには U字状に形成された合成樹脂製のシール部材 7 2が保持されており、 このシール部材 7 2の先端はべ一ン 4 8の円弧面 4 8 bか ら僅かに突出してロー夕チャンバ 1 4の円弧面 1 4 bに摺接する。 ベーン 4 8の 両側面には各々 2個のリセス 4 8 e , 4 8 eが形成されており、 これらリセス 4 8 e , 4 8 eは、 ロー夕セグメント 4 3の端面に開口する半径方向内側の 2個の 潤滑水噴出口 4 3 e , 4 3 eに対向する。 ベーン 4 8の切欠 4 8 cの中央に半径 方向内向きに突設したピストン受け部材 7 3が、 ピストン 4 7の半径方向外端に 当接する。
図 4から明らかなように、 第 1、 第 2ケーシング半体 1 2， 1 3により区画さ れるロー夕チャンバ 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 7 4 , 7 4が凹設されており、 両環状溝 7 4， 7 4に各々のべーン 4 8の一対のローラ 7 1 , 7 1が転動自在に係合する。 これら 環状溝 7 4， 7 4およびロー夕チャンバ 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 4 1が回転するとローラ 7 1， 7 1を環状溝 7 4 , 7 4に案内されたべーン 4 8がべーン溝 4 9内を半径方向に往復動し、 ベーン 4 8の円弧面 4 8 bに装着したシール部材 7 2がー定量だけ圧縮された状態で口 一夕チャンバ 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およびべーン 4 8…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、 隣接するべ一ン 4 8…間に区画されるべ一ン室 7 5— を確実にシールすることができる。
図 2から明らかなように、 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 7 4 , 7 4の外側を囲むように一対の円形シール溝 7 6， 7 6が形成 される。 各々の円形シール溝 7 6には 2個の Oリング 7 7， 7 8を備えた一対の リングシール 7 9が摺動自在に嵌合しており、 そのシール面は各々のロー夕セグ メント 4 3に形成したリセス 4 3 a , 4 3 b (図 4参照） に対向している。 一対 のリングシール 7 9 , 7 9は、 それぞれノックピン 8 0， 8 0で第 1、 第 2ケー シング半体 1 2， 1 3に対して回り止めされる。
図 2、 図 3および図 1 0から明らかなように、 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上に配置された固定軸支持部材 8 1のボス 部 8 1 aが前記開口 1 6 bの内面に複数のポルト 8 2…で固定され、 かつナツト 8 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にはセ ラミックで円筒状に形成したスリーブ 8 4が固定されており、 このスリーブ 8 4 の内周面に固定軸支持部材 8 1と一体化された固定軸 8 5の外周面が相対回転自 在に嵌合する。 固定軸 8 5の左端は第 1ケーシング半体 1 2との間をシール部材 8 6によりシールされ、 固定軸 8 5の右端は回転軸 2 1との間をシール部材 8 7 によりシールされる。
軸線 L上に配置された固定軸支持部材 8 1の内部に蒸気供給パイプ 8 8が嵌合 してナット 8 9で固定されており、 この蒸気供給パイプ 8 8の右端は固定軸 8 5 の中心に圧入される。 固定軸 8 5の中心には蒸気供給パイプ 8 8に連なる第 1蒸 気通路 S 1が軸方向に形成され、 また固定軸 8 5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。 前述したように、 回転軸 2 1に固定した口一夕 4 1に 3 0 ° 間隔で保持された 1 2個のシリンダ 4 4…の 小径部 4 4 a…およびスリーブ 8 4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。
固定軸 8 5の外周面には一対の切欠 8 5 a , 8 5 aが 1 8 0 ° の位相差をもつ て形成されており、 これら切欠 8 5 a , 8 5 aは前記第 3蒸気通路 S 3…に連通 可能である。 切欠 8 5 a， 8 5 aと中継チャンバ 1 9とは、 固定軸 8 5に軸方向 に形成した一対の第 4蒸気通路 S 4， S 4と、 固定軸支持部材 8 1に軸方向に形 成した環状の第 5蒸気通路 S 5と、 固定軸支持部材 8 1のボス部 8 l a外周に開 口する通孔 8 1 b…とを介して相互に連通する。
図 2および図 4に示すように、 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には、 口一夕チャンバ 1 4の短径方向を基準にしてロー夕 4 1の回転方 向 Rの進み側 1 5 ° の位置に、 放射方向に整列した複数の吸気ポート 9 0…が形 成される。 この吸気ポート 9 0…により、 ロータチャンバ 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ケ一シング半体 1 3には、 ロータチャンバ 1 4の短径方向を基準にしてロー夕 4 1の回転方向 Rの遅れ側 1 5 ° 〜7 5 ° の位 置に、 複数の排気ポート 9 1…が形成される。 この排気ポート 9 1…により、 口 —夕チャンバ 1 4の内部空間が排気チャンバ 2 0に連通する。 ベーン 4 8…のシ 一ル部材 7 2…が排気ポート 9 1…のエッジで傷付かないように、 それら排気ポ ート 9 1…は第 2ケ一シング半体 1 3の内部に形成した浅い凹部 1 3 d , 1 3 d に開口する。
第 2蒸気通路 S 2， S 2および第 3蒸気通路 S 3… 並びに固定軸 8 5の切欠 8 5 a , 8 5 aおよび第 3蒸気通路 S 3…は、 固定軸 8 5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 1 0参照)。
図 2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 7 6， 7 6に嵌合するリングシール 7 9 , 7 9の背面に圧力室 9 2， 9 2が形 成されており、 第 1、 第 2ケーシング半体 1 2 , 1 3に形成された第 1 1水通路 W 1 1は、 パイプょりなる第 1 2水通路 W 1 2および第 1 3水通路 W 1 3を介し て両圧力室 9 2 , 9 2に連通し、 両圧力室 9 2 , 9 2に加わった水圧でリングシ —ル 7 9 , 7 9はロータ 4 1の側面に向けて付勢される。
第 1 1水通路 W 1 1は、 パイプよりなる第 1 4水通路 W 1 4を介して環状のフ ィルター 3 0の外周面に連通し、 フィルター 3 0の内周面は第 2ケーシング半体 1 3に形成した第 1 5水通路 W 1 5を介して第 2ケーシング半体 1 3に形成した 第 1 6水通路 W 1 6に連通する。 第 1 6水通路 W 1 6に供給された水は固定軸 8 5およびスリーブ 8 4の摺動面を潤滑する。 またフィルター 3 0の内周面から第 17水通路 Wl 7を介して軸受部材 23の外周に供給された水は、 軸受部材 23 を貫通するオリフィスを通して回転軸 21の外周面を潤滑する。 一方、 第 1 1水 通路 Wl 1からパイプよりなる第 18水通路 W18を介して軸受部材 22の外周 に供給された水は、 軸受部材 22を貫通するオリフィスを通して回転軸 21の外 周面を潤滑した後に、 固定軸 85およびスリーブ 84の摺動面を潤滑する。
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 88、 固定軸 85の中心を通る第 1蒸気通路 S 1、 固 定軸 85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 10において、 口一夕 41および回転軸 21と一体に矢印 R方向に回転するス リーブ 84が固定軸 85に対して所定の位相に達すると、 口一夕チャンバ 14の 短径位置からロータ 41の回転方向 Rの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 44, 44の内部 に供給され、 ピストン 47, 47を半径方向外側に押圧する。 図 4において、 こ れらピストン 47， 47に押圧されたベーン 48， 48が半径方向外側に移動す ると、 ベーン 48, 48に設けた一対のローラ 71 , 71と環状溝 74， 74と の係合により、 ピストン 47, 47の前進運動が口一夕 41の回転運動に変換さ れる。
ロータ 41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 44, 44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 47， 47をなおも前進させ、 これにより口一夕 41の回転が続行される。 ベ一ン 48, 48がロー夕チャンバ 14の長径位置に 達すると、 対応するシリンダ 44， 44に連なる第 3蒸気通路 S 3， S 3が固定 軸 85の切欠 85 a， 85 aに連通し、 ローラ 71, 71を環状溝 74， 74に 案内されたべ一ン 48， 48に押圧されたピストン 47, 47が半径方向内側に 移動することにより、 シリンダ 44， 44内の蒸気は第 3蒸気通路 S 3, S 3、 切欠 85 a， 85 a、 第 4蒸気通路 S 4, S 4、 第 5蒸気通路 S 5および通孔 8 l b…を通り、 第 1の降温降圧蒸気となって中継チャンバ 19に供給される。 第 1の降温降圧蒸気は、 蒸気供給パイプ 8 8から供給された高温高圧蒸気がピスト ン 4 7， 4 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 ベて低下しているが、 依然としてベーン 4 8…を駆動するのに充分な熱エネルギ —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、 第 2ケーシング半体 1 2 , 1 3の吸気ポート 9 0…からロー夕チャンバ 1 4内のベ一ン室 7 5…に供給され 、 そこで更に膨張することによりべ一ン 4 8…を押圧してロー夕 4 1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 9 1…から排気チャンバ 2 0に排出され、 そこから凝縮器 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 4 7…を次々に作動 させてローラ 7 1， 7 1および環状溝 7 4 , 7 4を介しロー夕 4 1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 8… を介しロー夕 4 1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のべ一ン 4 8…およびピストン 4 7…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 ポンプが不要になって部品点数が削減される。
図 3および図 8において、 潤滑水導入部材 2 4の第 1水通路 W 1に供給された 水は、 シールブロック 2 5の第 2水通路 W 2…、 回転軸 2 1の第 3水通路 、 水通路形成部材 6 8の環状溝 6 8 a、 回転軸 2 1の第 4水通路 W 4、 パイプ部 材 6 9およびロー夕セグメント 4 3に形成した第 5水通路 W 5 , W 5を経て一方 のパイプ部材 5 5の小径部 5 5 aに流入し、 また前記小径部 5 5 aに流入した水 は一方のパイプ部材 5 5の貫通孔 5 5 b、 両パイプ部材 5 5 , 5 6に形成した第 6水通路 W 6および他方のパイプ部材 5 6に形成した貫通孔 5 6 bを経て、 該他 方のパイプ部材 5 6の小径部 5 6 aに流入する。
各々のパイプ部材 5 5， 5 6の小径部 5 5 a， 5 6 aから各々の潤滑水分配部 材 6 2の分配溝 6 2 bを経てオリフィス形成プレート 6 1の 6個のオリフィス 6 1 b , 6 1 b ； 6 1 c , 6 1 c ； 6 1 d , 6 1 dを通過した水の一部は、 口一夕 セグメント 4 3の端面に開口する 4個の潤滑水噴出口 4 3 e , 4 3 e ； 4 3 f , 4 3 fから噴出し、 他の一部は口一夕セグメント 4 3の側面に形成した円弧状の リセス 4 3 a， 4 3 b内の潤滑水噴出口 4 3 c , 4 3 dから噴出する。
而して、 各々のロー夕セグメント 4 3の端面の潤滑水噴出口 4 3 e， 4 3 e ； 4 3 f , 4 3 fからべ一ン溝 4 9内に噴出した水は、 ベーン溝 4 9に摺動自在に 嵌合するベーン 4 8との間に静圧軸受けを構成して該べ一ン 4 8を浮動状態で支 持し、 ロータセグメント 4 3の端面とベ一ン 4 8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 8の摺動面を潤滑する水 を口一夕 4 1の内部に放射状に設けた水通路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、 ロー夕 4 1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。
またべーン 4 8の両面に各 2個ずつ形成されたリセス 4 8 e , 4 8 eに水が保 持されるため、 このリセス 4 8 e , 4 8 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、 一対のロータセグメント 4 3 , 4 3の端面に 挟まれたベーン 4 8が水によって浮動状態になり、 摺動抵抗を効果的に低減する ことが可能になる。 またべーン 4 8が往復運動すると口一夕 4 1に対するベーン 4 8の半径方向の相対位置が変化するが、 前記リセス 4 8 e， 4 8 eはロータセ グメント 4 3側でなくべーン 4 8側に設けられており、 かつべーン 4 8に最も荷 重の掛かるローラ 7 1 , 7 1の近傍に設けられているため、 往復運動するべーン 4 8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、 口一夕セグメント 4 3に対するベーン 4 8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、 ベーン 4 8の円弧面 4 8 bに設けたシール部材 7 2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、 ロー夕チャンバ 1 4から排気ポート 9レ ··を介して排出される。 図 2において、 第 1ケ一シング半体 1 2および第 2ケ一シング半体 1 3の円形 シール溝 7 6 , 7 6の底部の圧力室 9 2 , 9 2に水を供給してリングシール 7 9 , 7 9を口一夕 4 1の側面に向けて付勢し、 かつ各々のロータセグメント 4 3の リセス 4 3 a , 4 3 bの内部に形成した潤滑水噴出口 4 3 c， 4 3 dから水を噴 出して口一夕チャンバ 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 7 6 , 7 6の内部で浮動状態にあるリンダシー ル 7 9， 7 9で口一夕 4 1の平坦面 4 1 a， 4 1 aをシールすることができ、 そ の結果口一夕チャンバ 1 4内の蒸気が口一夕 4 1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 7 9 , 7 9と口一夕 4 1とは 潤滑水噴出口 4 3 c , 4 3 d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 4 1が傾いても、 それに追従して円形シール溝 7 6， 7 6内 のリングシール 7 9， 7 9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、 リングシール 7 9， 7 9とロー夕 4 1との摺動部を潤滑した水は、 遠心力 でロータチャンバ 1 4に供給され、 そこから排気ポート 9 1…を経てケーシング 1 1の外部に排出される。
更に、 図 5において、 パイプ部材 5 5の内部の第 6水通路 W 6からロー夕セグ メント 4 3の内部の第 1 0水通路 W 1 0およびシリンダ 4 4の外周の環状溝 6 7 を経てシリンダ 4 4およびピストン 4 7の摺動面に供給された水は、 その摺動面 に形成される水膜の粘性によりシール機能を発揮し、 シリンダ 4 4に供給された 高温高圧蒸気がピストン 4 7との摺動面を通ってリークするのを効果的に防止す る。 このとき、 高温状態にある膨張機 4の内部を通ってシリンダ 4 4およびピス トン 4 7の摺動面に供給された水は加温されているため、 その水によってシリン ダ 4 4に供給された高温高圧蒸気が冷却されて膨張機 4の出力が低下するのを最 小限に抑えることができる。
また第 1水通路 W 1と第 1 1水通路 W 1 1とは独立しており、 各々の潤滑部に おいて必要とする圧力で水を供給している。 具体的には、 第 1水通路 W 1から供 給される水は、 前述したように主にべ一ン 4 8…やロータ 4 1を静圧軸受けで浮 動状態に支持するものであるため、 荷重変動に拮抗し得る高圧が必要とされる。 それに対して、 第 1 1水通路 W l 1から供給される水は、 主に固定軸 8 5まわり を水潤滑するとともに、 第 3蒸気通路 S 3， S 3から固定軸 8 5の外周にリーク する高温高圧蒸気を封止して固定軸 8 5、 回転軸 2 1、 ロー夕 4 1等の熱膨張の 影響を低減するものであるため、 少なくとも中継チャンバ一 1 9の圧力よりも高 い圧力であれば良い。
このように、 高圧の水を供給する第 1水通路 W 1と、 それよりも低圧の水を供 給する第 1 1水通路 W 1 1との二つの水供給系統を設けたので、 高圧の水を供給 する一つの水供給系統だけを設けた場合の不具合を解消することができる。 つま り固定軸 8 5まわりに過剰な圧力の水が供給されて中継チャンバ一 1 9への水の 流出量が増加したり、 固定軸 8 5、 回転軸 2 1、 ロータ 4 1等が過冷却されて蒸 気温度が低下したりする不具合を防止することができ、 水の供給量を削減しなが ら膨張機 4の出力を増加させることができる。
しかもシール用の媒体として蒸気と同一物質である水を用いたことにより、 蒸 気に水が混入しても何ら問題はない。 仮に、 シリンダ 4 4およびピストン 4 7の 摺動面をオイルでシールした場合には、 水あるいは蒸気にオイルが混入するのが 避けられないため、 オイルを分離する特別のフィル夕一装置が必要となってしま う。 またべーン 4 8およびべーン溝 4 9の摺動面を潤滑する水の一部を兼用して バイパスさせることでシリンダ 4 4およびピストン 4 7の摺動面をシールするの で、 その水を前記摺動面に導く水通路を別途特別に設ける必要をなくして構造を 簡素化することができる。
図 1 4 Aには本実施例の環状溝 7 4の形状が示され、 図 1 4 Bには従来例の環 状溝 7 4の形状が示される。 従来例の環状溝 7 4は楕円形状であるのに対し、 本 実施例の環状溝 7 4は 4つの頂点を丸めた菱形状とされる。 その結果、 従来例で はロー夕チャンバ 1 4の内周面 9 3とロー夕 4 1の外周面 9 4とのクリアランス が位相 0 ° の P 1点および位相 1 8 0 ° の P 2点において最小値になり、 その前 後で最小値から漸増している。 一方、 本実施例ではロー夕チャンバ 1 4の内周面 9 3とロー夕の 4 1の外周面 9 4とのクリアランスが P 1点および P 2点を基準 とする ± 1 6 ° の範囲において一定の最小値に保持され、 その前後で最小値から 漸増している。 つまり、 前記 ± 1 6 ° の範囲において口一夕チャンバ 1 4の内周 面 9 3および環状溝 7 4は軸線 Lを中心とする部分円弧を構成している。
回転バルブ Vは、 位相 0 ° の P 1点および位相 1 8 0 ° の P 2点を基準とする — 1 6 ° の位置で固定軸 8 5の切欠 8 5 aおよび第 3蒸気通路 S 3の連通が遮断 して蒸気の排出が終了し、 位相 0 ° の P 1点および位相 1 8 0 ° の P 2点を基準 とする + 1 6 ° の位置で第 2蒸気通路 S 2および第 3蒸気通路 S 3が連通して蒸 気の供給が開始される。 従って、 P 1点および P 2点を基準とする ± 1 6 ° の範 囲においてシリンダ 4 4の内部空間が密閉されることになる。 シリンダ 4 4の内 部空間が密閉された状態でピストン 4 7が移動した場合、 シリンダ 4 4内に圧縮 性の蒸気が存在していれば問題がないが、 非圧縮性の水が存在していればウォー 夕ハンマー現象が発生することになる。 シリンダ 4 4に供給されるのは高温高圧 蒸気であるが、 膨張機 4の冷間始動時等にシリンダ 4 4に供給された高温高圧蒸 気が冷却されて液化すると、 シリンダ 4 4内に水が滞留してウォー夕ハンマー現 象を起こす可能性がある。
しかしながら本実施例では、 シリンダ 4 4の内部空間が密閉される領域、 つま り P 1点および P 2点を基準とする ± 1 6 ° の範囲で環状溝 7 4は軸線 Lを中心 とする部分円弧を成しているため、 ピストン 4 7がシリンダ 4 4に対して移動し ないようにしてウォー夕ハンマー現象の発生を確実に防止することができる。 図 1 5 Aには本実施例の吸気 ·排気タイミングが示され、 図 1 5 Bには従来例 の吸気 ·排気タイミングが示される。 尚、 上記何れの場合にも、 ロータ 4 1には 1 2枚のベーン 4 8が等間隔で支持されており、 従って隣接する一対のベーン 4 8が成す中心角は 3 0 ° となる。 図 1 5 Bに示す従来例は、 一対のベーン 4 8に より区画されたべ一ン室 7 5と排気ポート 9 1…との連通が遮断されるときのべ —ン 4 8の位相 （排気終了位相） が、 P 1点および P 2点を基準として一 2 4 ° に設定され、 ベーン室 7 5が吸気ポート 9 0…と連通するときのべーン 4 8の位 相 （吸気開始位相） が、 P 1点および P 2点を基準として + 4 ° に設定されてい る。 従って、 ベーン室 7 5と低圧の排気ポート 9 1…との連通が遮断された瞬間 に、 ベーン室 7 5は既に高圧の吸気ポート 9 0…に連通しているために蒸気が導 入される。 このとき、 _ 2 4 ° の排気終了位相と + 4 ° の吸気開始位相が非対称 であるため、 ベーン室 7 5を区画する一対のベ一ン 4 8のうち、 回転方向 Rの遅 れ側のベーン 4 8の突出量が回転方向 Rの進み側のベーン 4 8の突出量よりも大 きくなり、 回転方向 Rの遅れ側のベーン 4 8により大きな蒸気圧が作用してロー 夕 4 1の回転方向 Rと逆方向のトルクが作用してしまう。 その結果、 始動時に口 一夕 4 1の逆回転現象が発生したり、 運転中にトルク変動による振動が発生した りする可能性がある。
また図 1 5 Bに示す従来例は、 排気終了位相と吸気開始位相との位相差が 2 8 ° であってベーン間角度の 3 0 ° よりも小さいため、 ベーン室 7 5が高圧の吸気 ポート 9 0…および低圧の排気ポート 9 1…に同時に連通する期間が存在し、 こ の期間に吸気ポート 9 0…から排気ポート 9 1…への蒸気の吹き抜けが僅かに発 生する。 この蒸気の吹き抜けを回避するにはべーン室 7 5が高圧の吸気ポート 9 1…および低圧の排気ポート 9 1…に同時に連通する期間を無くすことが必要で あり、 そのために例えば吸気開始位相を + 4 ° から + 6 ° に増加させると、 ベ一 ン室 7 5と低圧の排気ポート 9 1…との連通が遮断され、 かつべ一ン室 7 5が高 圧の吸気ポート 9 0…に連通する瞬間にベーン室 7 5の容積が一時的に減少する ことになる。 これは排気終了位相と吸気開始位相とが前後非対称であることに起 因している。 このようにして密閉されたべーン室 7 5の容積が減少すると、 蒸気 が液化した水や潤滑用の水が前記べーン室 7 5に閉じ込められている場合に、 ゥ ォ一夕ハンマー現象が発生して振動、 騒音、 耐久性の低下等の原因となる可能性 がある。
それに対して、 図 1 5 Aに示す本実施例は、 排気終了位相および吸気開始位相 がそれぞれ— 1 5 ° および + 1 5 ° に設定されており、 かつ位相が— 1 6 ° 〜十 1 6 ° の区間でロー夕チャンバ 1 4の内周面 9 3およびロー夕 4 1外周面 9 4間 のクリアランスが一定に設定されている。 従って、 高圧の吸気ポート 9 0…導か らべ一ン室 7 5に蒸気が供給されたとき、 ベ一ン室 7 5を区画する一対のベーン 4 8のうち、 回転方向 Rの遅れ側のベーン 4 8の突出量および回転方向 Rの進み 側のベーン 4 8の突出量が共に前記クリアランスと等しくなり、 ロー夕 4 1の回 転方向 Rと逆方向のトルクが作用するのを防止してロー夕 4 1の逆回転現象ゃト ルク変動の発生を回避することができる。 しかもべーン室 7 5と低圧の排気ポー ト 9 1…との連通が遮断され、 かつべ一ン室 7 5が高圧の吸気ポート 9 0 ···に連 通する瞬間に、 一定のクリアランスを有するベ一ン室 7 5は容積が変化しないた め、 ベーン室 7 5に水が閉じ込められていてもゥォ一夕ハンマー現象が発生する 虞がなくなり、 振動、 騒音、 耐久性の低下等を確実に防止することができる。 ところで、 蒸気の圧力エネルギーを機械エネルギーに効率的に変換するには、 吸気ポート 9 0…からべーン室 7 5に吸入された蒸気が排気ポート 9 1…から排 出されるまでの膨張比を大きくすることが必要であり、 そのためには吸気開始位 相をできるだけ早めることが望ましい。 しかしながら、 本実施例の吸気開始位相 は + 1 5 ° であって従来例の吸気開始位相の + 4 ° よりも遅れているので、 膨張 比を大きく確保する上では不利である。 そこで、 本実施例では吸気行程初期にお ける蒸気の吸入体積が小さくなるような口一夕チャンバ 1 4の内周面 9 3の形状 (つまり環状溝 7 4の形状） を採用し、 従来例と同等の膨張比を確保している。 さて、 + 1 5 ° に設定された吸気開始位置から— 1 5 ° に設定された排気終了 位置までの領域には、 3 0 ° 間隔で配置された少なくとも 1個のベーン 4 8のシ 一ル部材 7 2が介在し、 このシール部材 7 2によって高圧の吸気ポート 9 0…か ら低圧の排気ポート 9 1…への蒸気のリーク防止が図られるが、 実際にはシール 部材 7 2だけで蒸気のリークを完全に阻止することは困難である。 そこで本実施 例では、 口一夕チャンバ 1 4の内周面 9 3の位相が— 1 6 ° 〜十 1 6 ° の区間で 口一夕 4 1の外周面 9 4とのクリアランスが一定であることを利用し、 そこに口 一夕 4 1の外周に設けたラビリンス 4 3 g…を臨ませることで蒸気のリーク防止 効果を得ている。
図 1 6は口一夕 4 1の回転方向 Rの進み側 （以下、 単に進み側という） のシー ル部材 7 2 ( f ) が吸気ポート 9 0…に達し、 ロータ 4 1の回転方向 Rの遅れ側 (以下、 単に遅れ側という） のシール部材 7 2 ( r ) が排気ポート 9 1…を通過 した状態を示している。 この場合、 吸気ポート 9 0…の高圧の蒸気は遅れ側のシ 一ル部材 7 2 ( r ) を通過して排気ポート 9レ ··にリークしようとするが、 ー 1 6 ° 〜十 1 6 ° の区間に在るラビリンス 4 3 g…がラビリンス効果によるシール 性を発揮することにより、 遅れ側のシール部材 7 2 ( r ) を通しての蒸気のリー クを効果的に阻止することができる。
図 1 7は図 1 6の状態からロー夕 4 1が更に回転し、 遅れ側のシール部材 7 2 ( r ) が吸気ポート 9 0…および排気ポート 9 1…の略中間位置に達した状態を 示しており、 図 1 8は図 1 7の状態から口一夕 4 1が更に回転し、 遅れ側のシ一 ル部材 7 2 ( r ) が吸気ポート 9 0…の直前位置に達した状態を示している。 上 記何れの場合にも、 — 1 6 ° 〜十 1 6 ° の区間に在るラビリンス 4 3 g…がラビ リンス効果によるシール性を発揮することにより、 遅れ側のシール部材 7 2 ( r ) を通しての蒸気のリークを効果的に阻止することができる。
尚、 ラビリンス 4 3 g…には蒸気が液化した水や潤滑用の水が滞留し易いため 、 その液封効果によつても蒸気のシール性が高められる。
次に、 図 1 9〜図 2 1に基づいて本発明の第 2実施例を説明する。 図 1 9〜図 2 1におけるべ一ン 4 8の位相は、 前記図 1 6〜図 1 9におけるべ一ン 4 8の位 相にそれぞれ対応している。
第 1実施例ではロータ 4 1の全周にラビリンス 4 3 g…が設けられていたが、 第 2実施例では各々のロー夕セグメント 4 3の遅れ側の約 4分の 1の領域だけに ラビリンス 4 3 g…が設けられているため、 そのラビリンス 4 3 g…はべーン 4 8のシール部材 7 2の進み側に隣接する位置に設けられることになる。 従って、 シール部材 7 2の進み側に隣接するラビリンス 4 3 g…で吸気ポート 9 0…の高 圧をラビリンス効果により減圧し、 シール部材 7 2の前後の圧力差を緩和して蒸 気のリークを効果的に阻止することができる。 本実施例によれば、 蒸気のリーク 防止効果を維持しながらラビリンス 4 3 g…の数を減少させて加工コス卜の削減 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 4 7…の前進運動をロータ 4 1の回転 運動に変換する動力変換装置の構成として、 ベーン 4 8…を介さず、 ピストン 4 7…の前進運動を直接ローラ 7 1…で受け、 環状溝 7 4 , 7 4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 8…もローラ 7 1…と環状溝 7 4 , 7 4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 4 7…およびローラ 7 1…が、 またべーン 4 8 …およびローラ 7レ "が、 各々独立して環状溝 7 4， 7 4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により口一夕 4 1 を図 4の反矢印 R方向に回転させて、 外気をべーン 4 8…により排気ポート 9 1 …からロータチャンバ 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 9 0…から中継チャンバ 1 9、 通孔 8 1 1ν··、 第 5蒸気通路 S 5 , 第 4蒸気通路 S 4， S 4、 固定軸 8 5の切欠 8 5 a , 8 5 aおよび第 3蒸 気通路 S 3…を経てジリンダ 4 4…内に吸入し、 そこでピストン 4 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 4 4 …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 Iおよび 蒸気供給パイプ 8 8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 8 8は、 それぞれ空気通 路 S 1〜S 5および空気供給パイプ 8 8と読み変えるものとする。
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、 実施例では回転流体機械として膨張機 4を例示したが、 本発明は圧縮 機としても適用することができる。
また実施例では気相作動媒体および液相作動媒体として蒸気および水を用いて いるが、 他の適宜の作動媒体を用いることができる。
また実施例ではロータ 4 1側にラビリンス 4 3 g…を設けているが、 ロー夕チ ヤンバ 1 4側にラビリンスを設けても同様の作用効果を達成することができる。 また実施例のラビリンス 4 3 g…は軸線 Lを含む面内で U字溝状に延びている が、 それを円周方向に延びる隔壁で複数の小室に仕切っても良い。
産業上の利用可能性
本発明は蒸気 （水） を作動媒体とする膨張機に好適に適用可能であるが、 他の 任意の作動媒体を用いた膨張機、 あるいは他の任意の作動媒体を用いた圧縮機に 対しても適用可能である。

Claims

請求の範囲
1. ケ一シング （1 1) に形成したロー夕チャンバ （14) と、 口一夕チャンバ (14) 内に回転自在に収容したロー夕 （41) と、 ロー夕 （41) に放射状に 形成した複数のベーン溝 （49) と、 各々のべーン溝 （49) に摺動自在に支持 した複数のベ一ン （48) と、 ロータ （41)、 ケーシング （1 1) およびべ一 ン （48) により区画されたべーン室 （75) と、 ベ一ン室 （75) に気相作動 媒体を供給 ·排出する吸気ポート （90) および排気ポート （91) とを備えた 回転流体機械において、
排気ポート （91) の末端および吸気ポート （90) の始端に挟まれて隣り合 うべーン室 （75) 間の圧力差が大きくなる領域で、 ロータ （41) の外周面お よびロータチャンバ （14) の内周面の少なくとも一方に気相作動媒体のリーク 防止手段を設けたことを特徴とする回転流体機械。
2. 前記リーク防止手段はラビリンス （43 g) であることを特徴とする、 請求 項 1に記載の回転流体機械。
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