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JPWO2010070757A1 - スクロール流体機械 - Google Patents

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Abstract

ケーシング100に回転可能に支持された回転軸102と、回転軸102に偏心して回転可能に支持された旋回軸104により旋回スクロール10を旋回駆動するスクロール流体機械において、ひとつの方法として、旋回軸104の一端に自転防止板109を取り付け、自転防止板109に自転防止ピン110を取り付ける。該自転防止ピン110が自転防止軸受(案内機構)111に内接しながら旋回運動するようにする。また別の方法として、旋回軸一端104bの外周面がバランス軸受(案内機構)51に内接しながら旋回運動するようにする。これらの方法により、偏心旋回駆動される旋回スクロールは振れ回りを起こさないで旋回運動するからスクロール流体機械の高速運転を可能にする。

Description

本発明は高速運転に適した偏心旋回駆動方式のスクロール流体機械に関する。
スクロール流体機械は、鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと、同様の旋回スクロールを組み合わせて構成した作動部とを有する。前記旋回スクロールを駆動装置の軸に固定し、自転させずに旋回運動させることにより、吸入管から流入する作動流体を圧縮させて吐出管から吐出させると圧縮機又はブロワーとして機能する。固定スクロールの入口から流入する高圧の作動流体を膨張させて出口から排出させると駆動装置の軸から動力を取り出す膨張機として機能する。
スクロール流体機械に用いる駆動装置として、旋回軸を有する偏心旋回駆動装置が提案されている。例えば特許第3761503号公報が開示するスクロール流体機械は、偏心旋回駆動装置とそれにより駆動される流体機械本体とを有する。上記偏心旋回駆動装置の旋回軸が流体機械本体の旋回スクロールに貫通して取り付けられている。上記旋回スクロールの両側に上記流体機械本体の固定スクロールに対して旋回軸を偏心旋回可能に支持する第1及び第2の偏心旋回支持手段を有する。
このスクロール流体機械では、旋回スクロールの両側に旋回軸を支持する旋回軸受が設けられている。両旋回軸受の外側には偏心旋回駆動装置の回転軸と軸線が一致した回転体を介して回転軸受が設けられている。そのため、運転時に旋回軸により回転軸受が駆動されるが、両旋回軸受を同期回転させる機構が設けられていないので、旋回軸の運動方向に回転軸受及び旋回軸受の回転抵抗がかかる。それにより旋回軸の円滑な駆動が妨げられ、ラップ同志が接触して騒音が生じたり、ラップが摩耗したり焼き付いたりする恐れがある。本発明の目的は旋回軸が円滑に駆動されつつ振れ回りを防止できるようにして,ラップ同士が接触せず,騒音やラップの摩耗や焼き付を防止する構造を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、運動方向には抵抗が少ない構造にして、ラップ同志が接触して振動騒音が発生したり、ラップが摩耗したり焼き付いたりしない、信頼性の高いスクロール流体機械を提供することを最も主要な特徴とする。そのために、回転数が高くなって旋回スクロールの遠心力が増大したり、吐出圧力と吸入圧力の差圧が大きくなって旋回軸に作用する半径方向の荷重が大きくなっても、旋回軸が半径方向に変位するのを防止する手段が設けられる。
本発明においては回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の旋回駆動部に嵌合され、両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び前記ケーシングの一端に固定される一対の固定スクロールを組み合わせて構成した作動部を有する流体機械において前記旋回軸が前記作動部を貫通し、最外部に位置する固定スクロールに案内機構を有し、前記旋回軸の一端が前記案内機構に案内されて旋回運動することにより,旋回軸に作用する半径方向の荷重をキャンセルさせる荷重を発生させる。これにより、旋回スクロールが設定された旋回半径以上に変位したり傾くことを防止する。案内機構とは、最も外側の固定スクロールに取り付けられた自転防止ガイドまたはバランス軸受のことである。自転防止ガイドは旋回軸の先端に取り付けられた自転防止板の2か所以上に取り付けられた自転防止ピンを案内する。バランス軸受は旋回軸の先端を案内する。
本発明のスクロール流体機械によれば、前記旋回軸の一端が前記案内機構に案内されて旋回運動することにより,旋回軸には半径方向の荷重が作用する。案内機構には、旋回軸の半径方向に作用する荷重をキャンセルさせる荷重が発生する。これにより、旋回スクロールが設定された旋回半径以上に変位したり傾いたりすることが防止できる。また、スクロール流体機械が高速回転で運転されて旋回スクロールの遠心力が大きい場合にも、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップが、互いに接触して振動騒音を発生させたり、摩耗したり、焼き付いたりしない。したがって、信頼性の高いスクロール流体機械を提供することができる。
第1実施例を示す軸方向断面図である。 図1のA-A断面図である。 第1実施例の変形例を示す部分断面図である。 第1実施例の別の変形例を示す軸方向断面図である。 第2実施例を示す軸方向断面図である。 図5のA-A断面図である。 第2実施例の変形例を示す軸方向断面図である。 第3実施例を示す軸方向断面図である。 第4実施例を示す軸方向断面図である。 第5実施例を示す軸方向断面図である。 第6実施例を示す軸方向断面図である。 第7実施例を示す軸方向断面図である。 第7実施例の変形例を示す軸方向断面図である。 図13における、スクロールラップ組み合わせ状態説明図である。 第8実施例を示す軸方向断面図である。 第8実施例の変形例を示す軸方向断面図である。 第9実施例を示す軸方向断面図である。 第10実施例を示す軸方向断面図である。 第10実施例の変形例を示す軸方向断面図である。 第9実施例又は第10実施例の変形例を示す軸方向断面図である。 第11実施例を示す軸方向断面図である。 旋回スクロールと旋回駆動軸の結合部の第1例を示す部分断面図である。 旋回スクロールと旋回駆動軸の結合部の第2例を示す部分断面図である。 旋回スクロールと旋回駆動軸の結合部の第3例を示す部分断面図である。 第12実施例の自転防止軸受の部分を示す部分断面図である。 第12実施例のバランス軸受の部分を示す部分断面図である。 第13実施例を示す軸方向断面図である。
符号の説明
1 第1固定スクロール
2 第2固定スクロール
3 第3固定スクロール
3g 断熱板
4 第4固定スクロール
5 第5固定スクロール
6 第6固定スクロール
10 旋回スクロール
11 第1旋回スクロール
12 第2旋回スクロール
13 第3旋回スクロール
14 第4旋回スクロール
36 通気口
50 軸受ブロック
51 バランス軸受(案内機構)
51a 第1バランス軸受(案内機構)
51b 第2バランス軸受(案内機構)
52 バランス軸受内輪
52a 第1バランス軸受内輪
52b 第2バランス軸受内輪
53 円筒部材
60 自転防止板
61 自転防止ピン
62 自転防止軸受(自転防止ガイド)
63 自転防止軸受内輪
64 自転防止摺動部材(自転防止ガイド)
71 吐出口
84 吸気口
85 排気口
100 ケーシング
101 回転軸受
102 回転軸
103 旋回軸受
104 旋回軸
104a 旋回駆動部
104b 旋回軸一端
104c 旋回軸他端
104d 第2旋回駆動部
107 吸入口
108 吐出口
109 自転防止板
110 自転防止ピン
111 自転防止軸受(案内機構)
112 自転防止軸受内輪
113 吐出カバー
114 吐出室
115 自転防止摺動部材(案内機構)
116 円筒部材
117 カバー
207a 圧縮機吸入口
207b 膨張機入口
208a 圧縮機吐出口
208b 膨張機出口
307 ブロワー吸入口
308 ブロワー吐出口


[1] 第1実施例
図1は第1実施例を示す。図2は図1のA-A断面図である。ケーシング100に鏡板に渦巻状のラップを有する第1固定スクロール1の反ラップ面が固着されている。第1固定スクロール1に重ねて、鏡板に渦巻状のラップを有する旋回スクロール10が設置され,旋回スクロール10に重ねて鏡板に渦巻状のラップを有する第2固定スクロール2が設置され,第1固定スクロール1に固着されている。第1固定スクロール1,旋回スクロール10および第2固定スクロール2は作動部を構成している。第1固定スクロールラップ1aと旋回スクロール10に設けられた旋回スクロールラップ10aが組み合わせられて1組の第1作動室21を構成している。旋回スクロール10に設けられた旋回スクロールラップ10bと第2固定スクロールラップ2aが組み合わせられて1組の第2作動室22を構成している。
ケーシング100には2箇所に回転軸受101の外輪が設置されている。回転軸受101の内輪には回転軸102が嵌合されている。ケーシング100にはモータのステータ105が固着され、回転軸102にはモータのロータ106が固着されている。また、回転軸102には全体の遠心力バランスをとるためのバランサー47が取り付けられている。回転軸102には回転中心から偏心した位置の両端に軸受ハウジングが設けられ、該軸受ハウジングに旋回軸受103の外輪が設置されている。旋回軸受103の内輪には旋回軸104が嵌合されている。旋回軸104は第1固定スクロール貫通口1cを貫通している。旋回スクロール10の中心には穴が設けられている。該穴は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。旋回軸一端104bには自転防止板109が固着されている。図2に示すとおり、自転防止板109の内面側3箇所には自転防止ピン110が埋設されている。自転防止軸受(案内機構)111が第2固定スクロール2の表側に自転防止ガイドとして設置されている。自転防止板109、自転防止ピン110および自転防止軸受(案内機構)111により自転防止手段が構成されている。自転防止ピン110は自転防止軸受内輪112に接する状態で組み合わされている。自転防止ピン110の外径をd1、自転防止軸受内輪112の内径をD1、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d1、 D1、 ε、δの間には次の関係があるように設定する。

2ε−δ≦D1−d1≦2ε+δ (数式1)

このようにD1−d1の値を設定すると、自転防止ピン110は自転防止軸受内輪112にほぼ接する状態を保ち、旋回軸104の自転は、確実に防止される。また、旋回軸一端104bが強い力で内側へ曲げられることもない。したがって、騒音が発生せず、機械損失は小さくなる。旋回軸一端104bは、旋回スクロール10の遠心力が旋回駆動部104aに作用しても、自転防止軸受(案内機構)111の軸受内部隙間が0になるとそれ以上は撓まない。それによりスクロールラップの接触が防止できる。したがってスクロール流体機械は、大きな旋回スクロールを有していても従来よりも高速回転が可能になる。
第2固定スクロール2の外面には、吐出カバー113が吐出室114を密封する状態で固着されている。吐出カバー113は自転防止板109および自転防止軸受(案内機構)111を内包している。吐出カバー113には吐出口108が設けられている。第2固定スクロール2の外周部には吸入口107が設けられている。
次に本スクロール流体機械の動作について説明する。ステータ105の巻線に通電されるとロータ106が回転し、回転軸102が回転して旋回軸104が後述するように自転を防止されて偏心駆動される。旋回軸104の一部である旋回駆動部104aが旋回スクロール10を旋回駆動する。第1固定スクロールラップ1aと旋回スクロールラップ10aで構成される第1作動室21及び第2固定スクロールラップ2aと旋回スクロールラップ10bで構成される第2作動室22が外周側から内周側へ移動し、容積が減少して内部の流体が圧縮される。旋回スクロール10の鏡板中央部には旋回鏡板連通口10cが設けられている。したがって作動室21と作動室22は中央部で連通する。その結果、流体は吸入口107から吸入され、吸入室130を経由して圧縮され、作動室22側へ合流し、第2固定スクロール貫通口2cを通って吐出室114へ流入し、吐出口108から外部へ吐出される。
自転防止ピン110の外径d1と自転防止軸受内輪112の内径D1および旋回半径εの間には数式1の関係があるから、自転防止ピン110は常に自転防止軸受内輪112との間にある程度の接触力を保ちながら旋回運動する。自転防止板109は、自転防止ピン110が自転防止板109の2箇所以上にあるから、旋回運動はするが、回転することはできない。自転防止板109が旋回軸一端104bに固着しているから、旋回軸104は自転を防止されて旋回運動する。また、旋回スクロール10は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されているから、自転を防止されて旋回運動する。
ところで、旋回スクロール10は質量を有しているから、旋回運動すると軸に直角な方向に遠心力が発生する。全体の遠心力はバランサー47によりキャンセルされる。しかし、前記遠心力は軸に旋回スクロールを半径方向に変位させようとする荷重になる。この荷重は旋回駆動部104aを撓ませようとする荷重になる。旋回駆動部104aは、旋回軸受103を支点として、合成荷重の方向に撓む。その結果、旋回スクロール10も合成荷重の方向へ傾きながら変位することになる。このため、旋回スクロールラップ10aおよび10bは第1固定スクロールラップ1aおよび第2固定スクロールラップ2aに近づく。ラップ同志が近づき過ぎると、漏れを少なく抑えるためにもともと小さく設定してあったラップ間の隙間が0になり、摺動を始める。そうするとラップに摺動損失が発生する。また、スクロール流体機械には振動騒音が発生する。さらにラップの摩耗が進行したり、ラップ同志に焼き付が発生したりする。すなわち、スクロール流体機械の性能と信頼性がともに損なわれることになる。
しかし本発明によれば、自転防止ピン110が自転防止軸受内輪112に接しているため、旋回軸一端104bは自転防止ピン110と自転防止軸受内輪112で決まる旋回半径以上に変位することができない。したがって旋回スクロール10が高速回転し、遠心力が増大して旋回駆動部104aを撓ませようとする荷重が大きくなっても、旋回駆動部104aの撓みが防止される。したがってラップ同志は接触しない。したがって本発明のスクロール流体機械は、大きな旋回スクロールを有していても従来よりも高速な回転を実現することができる。
図3は第1実施例の変形例を示す部分断面図である。図3に示すように自転防止ガイドとして自転防止軸受(案内機構)111の代わりに自転防止摺動部材(案内機構)115を用いている。自転防止板109、自転防止ピン110および自転防止摺動部材(案内機構)115により自転防止手段が構成されている。自転防止摺動部材(案内機構)115は樹脂などの自己潤滑性部材で作られている。自転防止ピン110が自転防止摺動部材(案内機構)115の内面に内接しながらガイドされて旋回運動するから、旋回軸104および旋回スクロール10の自転が防止されるとともに、旋回軸一端104bは自転防止ピン110と自転防止摺動部材(案内機構)115で決まる旋回半径以上に変位することができない。
こうすれば自転防止ピン110と自転防止摺動部材(案内機構)115とが接するから、旋回スクロールの自転は確実に防止される。また、旋回スクロール10の遠心力が旋回駆動部104aに作用しても、旋回軸一端104bは自転防止ピン110と自転防止摺動部材(案内機構)115とが接した後は撓まない。それにより、ラップ同志の接触は防止できる。したがって、本発明によるスクロール流体機械は大きな旋回スクロールを有していても従来よりも高速で高精度な旋回運動ができる。
図4は第1実施例の別の変形例を示す。図4は、第1実施例を真空ポンプとした場合において、回転軸後端102aにファン31を設けて冷却を行う例を示す。軸受盤35には貫通した通気口36が設けられている。ケーシング100の側面にはステータ105よりも第1固定スクロール1に近い側に排気口34が設けられている。旋回軸104には貫通した旋回軸通気路32が設けられている。ケーシング100の底板100aには穴が開いており、フィルタ30が取り付けられている。回転軸102とともにファン31が回転すると、フィルタ30を通して外部から空気が取り入れられる。フィルタ30から入った空気が、通気口36を通ってケーシング100内のモータ部空間33を通風し、排気口34から外部へ排出される。この間に、回転軸受101やステータ105が冷却され、過剰に温度上昇するのが防止される。また、フィルタ30から入った空気は、ファン31を出て、旋回軸通気路32を通って吐出室114に流入し、第1作動室21、第2作動室22から排出される空気とともに吐出口108から外部へ排出される。この間に、旋回軸受101や旋回スクロール10の中央部が冷却され、過剰に温度上昇するのが防止される。
図4にはまた、本発明の第1実施例を真空ポンプとした場合において、作動室側とケーシング側の空間をシールするシール部材を設けた例を示す。リング状の内面シール42は、第1固定スクロール貫通口1cを囲むように取り付けられている。シール板40は、内面シール42に接触するようにして旋回軸104に取り付けられている。シールカバー41はシール板40に面するケーシング側に取り付けられている。リング状の外面シール43はシールカバー41に取り付けられ、シール板40と接触している。この構成により、第1固定スクロール貫通口1cを挟んで作動室側の空間とケーシング側の空間は2重にシールされる。したがって、作動室を出た気体がケーシング内に漏れ込むことを確実に防止される。また、排出される気体は吐出カバー113により外気と遮断され、吐出口108に接続した図示しない外部配管を通じて排気される。したがって、有毒性のガスや腐食性の気体が作動室に流入しても、外気に漏れ出ることはない。
[2] 第2実施例
図5は第2実施例を示す。図6は図5のA-A断面図である。第1実施例と同一の部品は同一の記号と名称を用い、説明を省略する。吐出カバー113は第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。バランス軸受(案内機構)51は吐出カバー113の内部に取り付けられている。旋回軸一端104bの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。旋回軸一端104bの外径をd2、バランス軸受内輪52の内径をD2、本スクロール流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δの間には次の関係があるように設定する。

2ε−δ≦D2 −d2≦2ε+δ (数式2)

このようにD1−d1の値を設定すると、旋回軸一端104bはバランス軸受内輪52にほぼ接する状態を保つ。また、旋回軸一端104bが強い力で内側へ曲げられることもない。したがって、騒音が発生せず、機械損失は小さくなる。旋回軸一端104bは、旋回スクロール10の遠心力が旋回駆動部104aに作用しても、バランス軸受(案内機構)51の軸受内部隙間が0になるとそれ以上は撓まない。それによりスクロールラップの接触が防止できる。したがってスクロール流体機械は、大きな旋回スクロールを有していても従来よりも高速回転が可能になる。
自転防止板60は旋回軸他端104cに固着されている。自転防止ピン61は自転防止板60の2箇所以上に埋設されている。自転防止軸受62はケーシング100の底板100aに取り付けられている。自転防止ピン61は自転防止軸受内輪63に内接しながら旋回運動する。自転防止ピン61の外径をd3、自転防止軸受内輪63の内径をD3、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d3、 D3、 ε、δの間には次の関係があるように設定する。

2ε−δ≦D3 −d3≦2ε+δ (数式3)

このようにD1−d1の値を設定すると、自転防止ピン61は自転防止軸受内輪63にほぼ接する状態を保つ。したがって、旋回スクロール10の自転は確実に防止される。また、旋回軸他端104cが強い力で内側へ曲げられることもない。したがって、騒音が発生せず、機械損失は小さくなる。
図7は第2実施例の変形例を示す。図7に示すように、旋回軸一端104bは軸方向に曲面を有する樽型形状をしている。このようにすれば旋回軸一端104bはバランス軸受内輪52と片当たり接触がない。したがって、旋回軸一端104bとバランス軸受内輪52が接触する面には、かじりや摩耗が発生しにくくなる。したがって、スクロール流体機械の信頼性は高くなる。また、自転防止摺動部材64は、自転防止板60に取付けた自転防止ピン61のガイドとして用いられている。自転防止摺動部材64は樹脂などの自己潤滑性部材で作られている。自転防止摺動部材64は耐摩耗性表面処理した金属部材で作られてもよい。
[3] 第3実施例
図8は第3実施例を示す。カバー70は、第2固定スクロール2の中央部外面を密閉し、作動室側と大気側を遮断している。また、吐出口71は、ケーシング100外周のステータ105より底側に設けられている。流体は、吸入口107から流入し、第1作動室21、第2作動室22で圧縮され、第1固定スクロール貫通口1cからケーシング100内に入り、ケーシング100の内部を通過して吐出口71から外部へ吐出される。この構造によれば吐出カバー113の代わりに簡単なカバー70で済む。したがって、スクロール流体機械において、加工部品をひとつ減らせ、コストを安くできる。また、突起がなくなるので全長を短くすることができ、作動流体の移動でケーシング内を冷却することができる。
[4] 第4実施例
図9は第4実施例を示す。図9に示す流体機械は、旋回軸104の両端にスクロールを有するツイン型のスクロール流体機械である。ケーシング100の右側に、第1固定スクロール1の反ラップ面が固着されている。第1固定スクロール1に重ねて、第1旋回スクロール11が設置されている。第1旋回スクロール11に重ねて第2固定スクロール2が設置され,第1固定スクロール1に固着されている。第1固定スクロール1,第1旋回スクロール11および第2固定スクロール2は旋回軸一端側作動部を構成している。第1固定スクロールラップ1aと第1旋回スクロールラップ11aが組み合わせられて1組の第1作動室21を構成している。第1旋回スクロールラップ11bと第2固定スクロールラップ2aが組み合わせられて1組の第2作動室22を構成している。第1旋回鏡板連通口11cが第1旋回スクロール11の鏡板中央部に設けられている。それにより第1作動室21は第1旋回鏡板連通口11cを通して第2作動室22へ合流する。その結果、流体は第1吸入口107aから吸入され、第1吸入室131を経由して圧縮され、作動室22側へ合流し、第2固定スクロール貫通口2cを通って第1吐出カバー113a内の第1吐出室114aへ流入し、第1吐出口108aから外部へ吐出される。
ケーシング100の左側に、第3固定スクロール3の反ラップ面が固着されている。第3固定スクロール3に重ねて、第2旋回スクロール12が設置されている。第2旋回スクロール12に重ねて第4固定スクロール4が設置され,第3固定スクロール3に固着されている。第3固定スクロール3,第2旋回スクロール12および第4固定スクロール4は旋回軸他端側作動部を構成している。第3固定スクロールラップ3aと第2旋回スクロールラップ12aが組み合わせられて1組の第3作動室23を構成している。第2旋回スクロールラップ12bと第4固定スクロールラップ4aが組み合わせられて1組の第4作動室24を構成している。回転軸102が回転して、旋回軸104が自転を防止されて偏心駆動される。旋回軸104の一部である第2旋回駆動部104dは旋回スクロール12を旋回駆動する。作動流体は第3作動室23および第4作動室24の外周側から内周側へ移動し、容積が減少して、圧縮される。第2旋回鏡板連通口12cが第2旋回スクロール12の鏡板中央部に設けられている。それにより、第3作動室23は第2旋回鏡板連通口12cを通して第4作動室24へ合流する。その結果、第2吸入口107bから吸入された作動流体は、第2吸入室132を経由して圧縮され、第4固定スクロール貫通口4cを通り、第2吐出カバー113b内の第2吐出室114bへ流入し、第2吐出口108bから外部へ吐出される。
ケーシング100には2箇所に回転軸受101の外輪が設置されている。回転軸受101の内輪には回転軸102が嵌合されている。回転軸102には全体の遠心力バランスをとるためのバランサー47が2箇所に取り付けられている。ケーシング100にはモータのステータ105が固着され、回転軸102にはモータのロータ106が固着されている。また、回転軸102には全体の遠心力バランスをとるためのバランサー47が取り付けられている。回転軸102には回転中心から偏心した位置の両端に軸受ハウジングが設けられ、該軸受ハウジングに旋回軸受103の外輪が設置されている。旋回軸受103の内輪には旋回軸104が嵌合されている。旋回軸104は第1固定スクロール貫通口1cを貫通している。第1旋回スクロール11の中心には穴が設けられている。該穴は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。自転防止板109は旋回軸一端104bに固着されている。図2に示すとおり、自転防止ピン110は自転防止板109の内面側の3箇所に埋設されている。自転防止軸受(案内機構)111は第2固定スクロール2の表側に設置されている。自転防止ピン110は自転防止軸受内輪112に接する状態で組み合わされている。自転防止ピン110の外径をd1、自転防止軸受内輪112の内径をD1、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d1、 D1、 ε、δには数式1の関係があるように設定する。
旋回軸104は第3固定スクロール貫通口3cを貫通している。第2旋回スクロール12の中心には穴が設けられている。該穴は第2旋回駆動部104dに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸他端104cは第4固定スクロール貫通口4cを貫通し、外側まで延長されている。軸受ブロック50は第4固定スクロール4の鏡板外面に取り付けられている。バランス軸受(案内機構)51は軸受ブロック50の内部に取り付けられている。旋回軸他端104cの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cの外径をd2、バランス軸受内輪52の内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δには数式2の関係があるように設定する。
本実施例では以上のように1組のスクロール部をケーシング100の片側に設け、もう1組のスクロール部をケーシング100の反対側にも設けた。したがって、本実施例ではケーシング100の片側にスクロール部を1組設けた流体機械の2倍の流量を出すことができる。自転防止機構が旋回軸104の右側の旋回軸一端104bに設けられている。また自転防止ピン110の外径と自転防止軸受内輪112の内径との間には数式1の関係がある。したがって、旋回軸104の自転は確実に防止される。また遠心力による旋回軸一端104bの撓みが防止される。旋回軸他端104cの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。また、旋回軸他端104cとバランス軸受内輪52の間には数式2の関係がある。したがって、遠心力による旋回軸他端104cの撓みが防止される。
[5] 第5実施例
図10は第5実施例を示す。駆動部の構造は第4実施例と同じである。第4実施例と同一の部品は同一の記号と名称を用い、説明を省略する。本実施例が第4実施例と異なる点について述べる。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。第1吐出カバー113aが第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。第1バランス軸受(案内機構)51aが第1吐出カバー113aの内部に取り付けられている。旋回軸一端104bの外周面は第1バランス軸受内輪52aに内接しながら旋回運動する。旋回軸一端104bの外径をd2、第1バランス軸受内輪52aの内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δには数式2の関係となるように設定する。
第2吐出カバー113bが第4固定スクロール4の鏡板外面に取り付けられている。第2バランス軸受(案内機構)51bが第2吐出カバー113bの内部に取り付けられている。旋回軸他端104cの外周面は第2バランス軸受内輪52bに内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cの外径をd2、第2バランス軸受内輪52bの内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δには数式2の関係となるように設定する。
旋回軸受103の右側と第1固定スクロール1の鏡板の間に自転防止板60が相対的に回転しないように取り付けられている。自転防止ピン61が自転防止板の外周部の3箇所に埋設されている。自転防止軸受62が第1固定スクロール1の鏡板に設置されている。自転防止ピン61は自転防止軸受内輪63に内接しながら旋回運動する。自転防止ピン61の外径をd3、自転防止軸受内輪63の内径をD3、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d3、 D3、 ε、δには数式3の関係があるように設定する。
本実施例では以上のようにケーシング100の片側に1組のスクロール部を設け、ケーシング100のもう一方の片側にも1組のスクロール部を設けている。したがって本実施例は、本発明の第4実施例と同様、ケーシング100の片側にスクロール部を1組設けた流体機械の2倍の流量を出すことができる。旋回軸一端104bの外周面は第1バランス軸受内輪52aに内接しながら旋回運動する。旋回軸一端104bと第1バランス軸受内輪52aの間には数式2の関係がある。したがって、遠心力による旋回軸一端104bの撓みが防止される。また、旋回軸他端104cの外周面は第2バランス軸受内輪52bに内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cと第2バランス軸受内輪52bの間にも数式2の関係がある。したがって遠心力による旋回軸他端104cの撓みが防止される。
[6] 第6実施例
図11は第6実施例を示す。第2固定スクロール2の中央部外面を第1カバー70aで蓋をして、作動室側と大気側を遮断している。また、第4固定スクロール4の中央部外面を第2カバー70bで蓋をして、作動室側と大気側を遮断している。さらに、吐出口71がケーシング100の側面の一部に設けられている。第1作動室21および第2作動室22を出た流体は、第1固定スクロール貫通口1cからケーシング100内に入る。第3作動室23および第4作動室24を出た流体は、第3貫通口3cからケーシング100内に入る。ケーシング100内に入った流体は、ケーシング100の内部を通過して吐出口71から外部へ吐出される。この構造では図11で示すように簡単な第1カバー70a、第2カバー70bで済むから、図10で示すような第1吐出カバー113a、第2吐出カバー113bを使わなくて済む。したがってこの構造では加工部品を二つ減らすことができ、コストを安くでき、突起がなくなるので全長を短くできる。また、圧縮された作動流体でケーシング内を冷却することができる。
[7] 第7実施例
図12は第7実施例を示す。図12は旋回駆動部104aに2組のスクロール部を有する流体機械を示す。第1実施例と同一の部品は、同一の記号と名称を用い、説明を省略する。第1固定スクロール1の反ラップ面がケーシング100に固着されている。第1旋回スクロール11が第1固定スクロール1に重ねて設置されている。第3固定スクロール3が第1旋回スクロール11に重ねて設置され、第1固定スクロール1に固着されている。第2旋回スクロール12が第3固定スクロール3に重ねて設置されている。第2固定スクロール2が第2旋回スクロール12に重ねて設置され、第3固定スクロール3とともに第1固定スクロール1に固着されている。第1固定スクロール1,第1旋回スクロール11,第3固定スクロール3,第2旋回スクロール12および第2固定スクロール2は作動部を構成している。1組の第1作動室21が第1固定スクロールラップ1aと第1旋回スクロールラップ11aの組み合わせにより構成される。1組の第2作動室22が第1旋回スクロールラップ11bと第3固定スクロールラップ3aの組み合わせにより構成される。1組の第3作動室23が第3固定スクロールラップ3bと第2旋回スクロールラップ12aの組み合わせにより構成される。1組の第4作動室24が第2旋回スクロールラップ12bと第2固定スクロールラップ2aの組み合わせにより構成される。第3固定スクロール吸入連通口3dが第3固定スクロール3に設けられているから、第1吸入室131および第2吸入室132は連通している。第1旋回鏡板連通口11cが第1旋回スクロール11の鏡板中央部に設けられている。それにより第1作動室21は第1旋回鏡板連通口11cを通して第2作動室22へ合流する。第2旋回鏡板連通口12cが第2旋回スクロール12の鏡板中央部に設けられている。それにより第3作動室23は第2旋回鏡板連通口12cを通して第4作動室24へ合流する。したがって、流体は吸入口107からすべての作動室へ吸入され、吐出口108から外部へ吐出される。
旋回軸104は第1固定スクロール貫通口1cを貫通している。第1旋回スクロール11の中心には穴が設けられている。該穴は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸104は第3固定スクロール貫通口3cを貫通している。第2旋回スクロール12の中心にも穴が設けられている。該穴は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。吐出カバー113が第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。バランス軸受(案内機構)51が軸受吐出カバー113の内部に取り付けられている。旋回軸一端104bの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。旋回軸一端104bの外径をd2、バランス軸受内輪52の内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、D2、 ε、δの間には数式2関係があるように設定する。第2実施例と同様の自転防止機構が旋回軸他端104cに組み込まれている。底板100aには自転防止軸受62が装着されている。自転防止ピン61は自転防止軸受内輪63にほぼ接する状態を保つ。したがって、旋回軸104の自転は確実に防止される。
本実施例によれば旋回軸一端104bとバランス軸受内輪52とはほぼ接する状態を保つ。それにより第1旋回スクロール11および第2旋回スクロール12の遠心力が旋回駆動部104aに作用しても旋回軸一端104bはバランス軸受内輪52の軸受内部隙間が0になるとそれ以上は撓まない。したがって、ラップ同志の接触は防止される。またスクロール流体機械が大きな旋回スクロールを有していても従来よりも高速に回転できる。またケーシング100の片側にスクロール部を1組設けた流体機械の2倍の流量を出すことができる。
図13および図14は第7実施例において、吸入、吐出の位相をずらした例を示している。スクロール流体機械は組み付け時のラップの回転方向位置を変えることによって、旋回軸の偏心方向に対する吸入、吐出の位相を変えることができる。図14に示すように、第1固定スクロールラップ1aと第1旋回スクロールラップ11a、第3固定スクロールラップ3aと第1旋回スクロールラップ11b、第3固定スクロールラップ3bと第2旋回スクロールラップ12a、第2固定スクロールラップ2aと第2旋回スクロールラップ12bの組み合わせは、それぞれラップの位相が90度ずつ回転している。したがって、第1旋回スクロールラップ11a、第1旋回スクロールラップ11b、第2旋回スクロールラップ12a、第2旋回スクロールラップ12bはすべて同一方向(図では紙面右方向)に偏心しているにもかかわらず、4つの作動室の位相は90度ずつずれている。
[8] 第8実施例
図15は第8実施例を示す。第1実施例と同一の部品は、同一の記号と名称を用い、説明を省略する。第1固定スクロール1の反ラップ面がケーシング100の右側に固着されている。第1旋回スクロール11が第1固定スクロール1に重ねて設置されている。第3固定スクロール3が第1旋回スクロール11に重ねて設置され、第1固定スクロール1に固着されている。第2旋回スクロール12が第3固定スクロール3に重ねて設置されている。第2固定スクロール2が第2旋回スクロール12に重ねて設置され、第3固定スクロール3とともに第1固定スクロール1に固着されている。第1固定スクロール1,第1旋回スクロール11,第3固定スクロール3,第2旋回スクロール12および第2固定スクロール2は旋回軸一端側作動部を構成している。1組の第1作動室21が第1固定スクロールラップ1aと第1旋回スクロールラップ11aの組み合わせにより構成される。1組の第2作動室22が第1旋回スクロールラップ11bと第3固定スクロールラップ3aの組み合わせにより構成される。第1旋回鏡板連通口11cが第1旋回スクロール11の鏡板中央部に設けられている。第1作動室21は第1旋回鏡板連通口11cを通して第2作動室22へ合流する。1組の第3作動室23が第3固定スクロールラップ3bと第2旋回スクロールラップ12aの組み合わせにより構成される。1組の第4作動室24が第2旋回スクロールラップ12bと第2固定スクロールラップ2aの組み合わせにより構成される。第2旋回鏡板連通口12cが第2旋回スクロール12の鏡板中央部に設けられている。第3作動室23は第2旋回鏡板連通口12cを通して第4作動室24へ合流する。第3固定スクロール吸入連通口3dが第3固定スクロール3に設けられているから、第1吸入室131および第2吸入室132は連通している。また、第3固定スクロール貫通口3cが第3固定スクロール3の中央部に設けられているので、第1吸入口107aから吸入された流体は作動室21,22,23,24で圧縮されて、第1吐出カバー113a内の吐出室114に集合し、第1吐出口108aから外部へ吐出される。
第4固定スクロール4の反ラップ面がケーシング100の左側に固着されている。第3旋回スクロール13が第4固定スクロール4に重ねて設置されている。第6固定スクロール6が第3旋回スクロール13に重ねて設置され、第4固定スクロール4に固着されている。第4旋回スクロール14が第6固定スクロール6に重ねて設置されている。第5固定スクロール5が第4旋回スクロール14に重ねて設置され、第6固定スクロール6とともに第4固定スクロール4に固着されている。第4固定スクロール4,第3旋回スクロール13,第6固定スクロール6,第4旋回スクロール14および第5固定スクロール5は旋回軸他端側作動部を構成している。1組の第5作動室25が第4固定スクロールラップ4aと第3旋回スクロールラップ13aの組み合わせにより構成される。1組の第6作動室26が第3旋回スクロールラップ13bと第6固定スクロールラップ6aの組み合わせにより構成される。第3旋回鏡板連通口13cが第3旋回スクロール13の鏡板中央部に設けられている。第5作動室25は第3旋回鏡板連通口13cを通して第6作動室26へ合流する。1組の第7作動室27が第6固定スクロールラップ6bと第4旋回スクロールラップ14aの組み合わせにより構成される。1組の第8作動室28が第4旋回スクロールラップ14bと第5固定スクロールラップ5aの組み合わせにより構成される。第4旋回鏡板連通口14cが第4旋回スクロール14の鏡板中央部に設けられている。それにより、第7作動室27は第4旋回鏡板連通口14cを通して第8作動室28へ合流する。第6固定スクロール吸入連通口6dが第6固定スクロール6に設けられているから、第3吸入室133および第4吸入室134は連通している。また、第6固定スクロール貫通口6cが第6固定スクロール6の中央部に設けられているので、第2吸入口107bから吸入された流体は作動室25,26,27,28で圧縮されて、第2吐出カバー113bに設けられた第2吐出口108bから外部へ吐出される。
駆動部の構造は第1実施例と同じである。旋回軸104は第1固定スクロール貫通口1cを貫通している。第1旋回スクロール11および第2旋回スクロール12の中心には穴が設けられている。該穴は旋回駆動部104aに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。自転防止板109が旋回軸一端104bに固着されている。図2に示すとおり、自転防止ピン110が自転防止板109の内面側の3箇所に埋設されている。自転防止軸受(案内機構)111が自転防止ガイドとして第2固定スクロール2の表側に設置されている。自転防止板109、自転防止ピン110および自転防止軸受(案内機構)111により自転防止手段が構成されている。自転防止ピン110は自転防止軸受内輪112に接する状態で組み合わされている。自転防止ピン110の外径をd1、自転防止軸受内輪112の内径をD1、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d1、 D1、 ε、δには数式1の関係があるように設定する。
旋回軸104は第4固定スクロール貫通口4cを貫通している。第3旋回スクロール13および第4旋回スクロール14の中心には穴が設けられている。該穴は第2旋回駆動部104dに相対回転しない状態で嵌合されている。旋回軸他端104cは第5固定スクロール貫通口5cを貫通し、外側まで延長されている。第2吐出カバー113bが第5固定スクロール5の鏡板外面に取り付けられている。バランス軸受(案内機構)51が第2吐出カバー113bの内部に取り付けられている。旋回軸他端104cの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cの外径をd2、バランス軸受内輪52の内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、D2、 ε、δには数式2の関係があるように設定する。
本実施例では以上のように構成したから、ケーシング100の片側にスクロール部を1組設けた流体機械の4倍の流量を出すことができる。旋回軸104の右側の旋回軸一端104bに設けられている自転防止手段により、旋回軸104の自転は確実に防止される。また遠心力による旋回軸一端104bの撓みが防止される。旋回軸他端104cの外周面はバランス軸受内輪52に内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cとバランス軸受内輪52の間には数式2の関係がある。したがって遠心力による旋回軸他端104cの撓みが防止される。
図16は第8実施例の変形例を示す。駆動部の構造は第8実施例と同じである。本実施例において、第8実施例と同一の部品は同一の記号と名称を用い、説明を省略する。本実施例が第8実施例と異なる点について述べる。旋回軸一端104bは第2固定スクロール貫通口2cを貫通し、外側まで延長されている。第1吐出カバー113aが第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。第1バランス軸受(案内機構)51aが第1吐出カバー113aの内部に取り付けられている。旋回軸一端104bの外周面はバランス軸受内輪52aに内接しながら旋回運動する。旋回軸一端104bの外径をd2、バランス軸受内輪52aの内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δは数式2の関係となるように設定する。したがって遠心力による旋回軸一端104bの撓みが防止される。旋回軸他端104cは第5固定スクロール貫通口5cを貫通し、外側まで延長されている。第2吐出カバー113bが第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。第2バランス軸受(案内機構)51bが第2吐出カバー113bの内部に取り付けられている。旋回軸他端104cの外周面は第2バランス軸受内輪52bに内接しながら旋回運動する。旋回軸他端104cと第2バランス軸受内輪52bの間にも数式2の関係がある。したがって旋回軸他端104cの遠心力による撓みが防止される。
旋回軸受103の右側と第1固定スクロール1の鏡板の間に自転防止板60が相対的に回転しないように取り付けられている。自転防止ピン61が自転防止板60の外周部の3箇所に埋設されている。自転防止軸受62が第1固定スクロール1の鏡板に設置されている。自転防止板60、自転防止ピン61および自転防止軸受62により自転防止手段が構成されている。自転防止ピン61は自転防止軸受内輪63に内接しながら旋回運動する。自転防止ピン61の外径をd3、自転防止軸受内輪63の内径をD3、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d3、 D3、 ε、δには数式3の関係があるように設定する。
本実施例では以上のように構成したから、本発明の第8実施例と同様、ケーシング100の片側にスクロール部を1組設けた流体機械の4倍の流量を出すことができる。
[9] 第9実施例
図17は第9実施例を示す。第7実施例と同一の部品は、同一の記号と名称を用い、説明を省略する。第3固定スクロール3は2分割されている。第3固定スクロール第1鏡板3eと、第3固定スクロール第2鏡板3fとが背中合わせに密着して一体化されている。第3固定スクロール第1鏡板3eと第3固定スクロール第2鏡板3fの中央部には空間が設けられている。この空間には旋回駆動部104aに固着したシール板44が摺動可能に挟まれている。第3固定スクロール第1鏡板3eに装着されている第1シール45と、第3固定スクロール第2鏡板3fに装着されている第2シール46は、シール板44の両面をシールしている。このシールにより第3固定スクロール貫通口3cは中間で遮断されている。
第1固定スクロールラップ1a、第1旋回スクロールラップ11a、11b、および第3固定スクロールラップ3aの組み合わせによる第1作動室21と第2作動室22は圧縮機を構成している。また、第3固定スクロールラップ3b、第2旋回スクロールラップ12a、12b、および第2固定スクロールラップ2aの組み合わせによる第3作動室23と第4作動室24は膨張機を構成している。
第2固定スクロール2に設けられた吐出カバー113には膨張機入口207bが設けてあり、作動流体が流入する。作動流体は第2固定スクロール貫通口2cから第4作動室24の中央に入り、第2旋回鏡板連通口12cから第3作動室23へも入り、外周へ向かって移動しながら膨張する。このとき作動流体は第2旋回スクロール12に旋回力を与える。膨張機出口208bが第2固定スクロール2の外周部に設けられている。膨張し終わった作動流体は膨張機出口208bから排出される。圧縮機吸入口207aが第1固定スクロール1の外周部に設けられている。冷却器(給湯器)121の入口が膨張機出口208bに接続され、出口が圧縮機吸入口207aに接続されている。冷却器121で冷却されて低温になった作動流体は圧縮機吸入口207aから第1作動室21と第2作動室22へ入り、内周へ向かって移動しながら圧縮される。圧縮し終わった作動流体は第1旋回鏡板連通口11cにより合流し、第1固定スクロール貫通口1cからケーシング100内に入り、圧縮機吐出口208aから外部へ吐出される。加熱器(集熱器)120の入口が圧縮機吐出口208aに接続され、出口が膨張機入口207bに接続されている。圧縮機吐出口208aを出た作動流体は加熱器120で加熱されて高温になり、膨張機入口207bから膨張機に流入する。この行程において、膨張機の仕事量は圧縮機の動力よりも大きくなり、膨張機は圧縮機を駆動する。膨張機はさらに旋回駆動部104aを駆動し、旋回軸104を偏心駆動する。旋回軸104は回転軸102を回転させる。回転軸102は装着されたロータ105を回転させてステータ106の巻き線に起電力を発生させる。この結果、巻き線からは電力を取り出すことができる。すなわち本流体機械は発電機になる。
一般的には膨張機で圧縮機を駆動する場合、回転力として動力の伝達を行うのでそれぞれの駆動軸を支える軸受に損失が発生する。しかし本実施例の場合、膨張機と圧縮機は同一の旋回駆動部104aに装着されているので、動力は荷重として伝達され、膨張機と圧縮器の間には損失が全く発生しない。なお、作動流体は空気や窒素又はヘリウムなどの常温では液化しない安定な気体が好ましい。
[10] 第10実施例
図18は第10実施例を示す。本実施例では第9実施例と同様のスクロール流体機械において、4組の作動室のうち2組を膨張機として使用し、他の2組をブロワーとして使用し、燃料電池のシステムに応用した例を示している。
ブロワー吸入口307が第1固定スクロール1の外周部に設けられている。空気はブロワー吸入口307から第1作動室21と第2作動室22へ入り、内周へ向かって移動しながら圧縮される。圧縮し終わった空気は第1固定スクロール貫通口1cからケーシング100内に入り、ブロワー吐出口308から外部へ吐出される。膨張機入口207bが第2固定スクロール2の中央に設けられている。燃料電池122の入口がブロワー吐出口308に接続され、出口が膨張機入口207bに接続されている。燃料電池122を出た排気空気はまだある程度高圧を保っており、第2固定スクロール貫通口2cから第3作動室23と第4作動室24の中央に入り、外周へ向かって移動しながら膨張する。このとき空気は第2旋回スクロール12に旋回力を与える。膨張機出口208bが第2固定スクロール2の外周部に設けられている。膨張し終わった空気は、膨張機出口208bから排出される。この行程において、膨張機の仕事量はブロワーの第1旋回スクロール11を駆動する動力を補うことになり、全体の燃料電池システムとしてエネルギが回生される。
図19は第10実施例の変形例を示す。図19は、図15と同じ構造のスクロール流体機械を8組の作動室のうち4組の作動室を膨張機として使用し、他の4組の作動室をブロワーとして使用して燃料電池のシステムに応用した例を示している。
ブロワー吸入口307が第5固定スクロール5の外周部に設けられている。空気はブロワー吸入口307から第5作動室25、第6作動室26、第7作動室27、第8作動室28へ入り、内周へ向かって移動しながら圧縮される。圧縮し終わった空気は第5固定スクロール貫通口5cを通り第2吐出カバー113bに設けられたブロワー吐出口308から外部へ吐出される。膨張機入口207bが第2固定スクロール2に設置された第1吐出カバー113aの中央に設けられている。燃料電池122の入口がブロワー吐出口308に接続され、出口は膨張機入口207bに接続されている。燃料電池122を出た排気空気はまだある程度高圧を保っており、第2固定スクロール貫通口2cから第4作動室24、第3作動室23、第2作動室22、第1作動室21の中央に入り、外周へ向かって移動しながら膨張する。このとき空気は第1旋回スクロール11と第2旋回スクロール12に旋回力を与える。膨張機出口208bが第2固定スクロール2の外周部に設けられている。膨張し終わった空気は膨張機出口208bから排出される。この行程において、膨張機の仕事量はブロワーの第3旋回スクロール13と第4旋回スクロール14を駆動する動力を補うことになり、燃料電池全体のシステムとしてエネルギが回生される。
図20は第9または第10実施例の変形例を示す。断熱板3gが第3固定スクロール第1鏡板3eと第3固定スクロール第2鏡板3fとの間に挟み込まれている。膨張機はなるべく高温の流体を供給した方が発生動力が増加する。一方、圧縮機はなるべく低温の流体を吸入した方が消費動力が低下する。そこで加熱器120で加熱したなるべく高温の流体を膨張機入口207bと第2固定スクロール貫通口2cを通して作動室23、24に流入させる。一方、冷却器121で十分冷却した低温の流体を圧縮機吸入口207aを通して作動室21、22へ流入させる。
この場合、圧縮機の第1固定スクロール1、第1旋回スクロール11、第3固定スクロールラップ3aおよび第3固定スクロール第1鏡板3eは比較的低温になる。また、膨張機の第2固定スクロール2、第2旋回スクロール12、第3固定スクロールラップ3bおよび第3固定スクロール第2鏡板3fは比較的高温になる。しかし圧縮機の第3固定スクロールラップ3aと膨張機の第3固定スクロールラップ3bの間で熱伝導による熱移動量が多いと、第3固定スクロールラップ3aは低温が保てず圧縮機の消費動力が増加し、第3固定スクロールラップ3bは高温が保てず膨張機の発生動力が低下する。すなわち膨張機と圧縮機の動力差として取り出せる発電量が低下する。
そこで本実施例では圧縮機の第3固定スクロール第1鏡板3eと膨張機の第3固定スクロール第2鏡板3fの間に断熱板3gを挟みこみ、この間の熱伝導による熱移動量を少なくしている。このようにすれば膨張機と圧縮機の動力差として取り出せる発電量が低下せずに済む。
[11] 第11実施例
図21は第11実施例を示す。第2実施例と同一の部品は、同一の記号と名称を用い、説明を省略する。吐出カバー113が第2固定スクロール2の鏡板外面に取り付けられている。バランス軸受(案内機構)51が吐出カバー113の内部に取り付けられている。回転円筒80がバランス軸受内輪52に一体的に取り付けられている。ファン軸81が回転円筒80に一体に取り付けられている。ファン82がファン軸81に取り付けられている。旋回軸端104bの外周面は回転円筒80の内面に内接しながら旋回運動する。したがって、回転円筒80はバランス軸受内輪52とともに回転し、ファン軸81も回転してファン82が回転する。回転円筒80は吐出カバー113に取り付けられたシールリング83で内外をシールされている。したがって圧縮機であれば、流体は、吸入口107から吸入され、第1作動室21、第2作動室22で圧縮され、第1固定スクロール貫通口1cを通ってケーシング100内に流入し、吐出口108から外部へ吐出される。ファン82が回転すると、外気は吸気口84から取り込まれ、第2固定スクロール2の外面に吹き付けられ、第2固定スクロール2を冷却した後、排気口85から排出される。この構成によれば、ファン82は、例えば電動機のような特別な駆動装置なしで旋回軸104の旋回運動により回転し、第2固定スクロール2の冷却を行うことができる。したがってスクロール流体機械の部品点数が少なくなり、コストが低減できる。
図22乃至図24は、すべての実施例における、旋回スクロールを旋回駆動部104aまたは第2旋回駆動部104dに取り付ける方法について示す。旋回駆動部104aおよび第2旋回駆動部104dの断面は非円形をしている。旋回駆動部104aおよび第2旋回駆動部104dと嵌めあう旋回スクロール10および第1乃至第4の旋回スクロール11、12、13、14の中心に空いた穴も同様の非円形をしている。旋回駆動部の断面および旋回スクロールの穴は、図22の例では三角形曲面の形状を、図23の例では一部に平面カットを有する円形の形状を、図24の例では四角形の形状をしている。嵌め合いをこのような形状にしたので、旋回駆動部104a、第2旋回駆動部104dと旋回スクロールは相対的に回転しない。したがって旋回軸104の自転が防止されれば旋回スクロール10、11、12、13、14の自転も防止される。
また、旋回駆動部104aまたは第2旋回駆動部104dと旋回スクロールの穴の嵌めあいは隙間嵌めである。したがって、旋回スクロール10、11、12、13、14は旋回駆動部104a、第2旋回駆動部104d上を軸方向に移動することができる。したがって、旋回軸104が熱膨張により寸法変化しても旋回スクロール10、11、12、13、14は軸方向に荷重を受けることがない。旋回スクロール10,11,12,13,14は互いのラップ先端と鏡板面の間にわずかな隙間を有して固定スクロールに挟持されることにより位置決めされる。したがってラップ先端に無理な力が発生することがなく、ラップ先端の摩擦による損失や摩耗およびかじりなどが防止できる。
[12] 第12実施例
図25および図26は第12実施例を示す。図25では自己潤滑性の円筒部材116が自転防止軸受内輪112に装着されている。自転防止ピン110は円筒部材116に内接しながら旋回運動する。この場合、自転防止ピン110の外径をd1、円筒部材116の内径をD1、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d1、 D1、 ε、δには数式1の関係があるように設定する。
図26では自己潤滑性の円筒部材53がバランス軸受内輪52に装着されている。旋回軸端104bまたは旋回軸他端104cは円筒部材53に内接しながら旋回運動する。この場合、旋回軸一端104bまたは旋回軸他端104cの外径をd2、円筒部材53の内径をD2、本流体機械が運転されるときの旋回軸104の旋回半径をε、軸受内部隙間をδとすると、d2、 D2、 ε、δには数式2の関係があるように設定する。
円筒部材116または53の材質は一般にドライベアリングまたは無潤滑軸受と称される材質が適当である。材質の例としては、四フッ化エチレンなどのように自己潤滑性があり摺動性に優れる素材を主成分とする樹脂、この樹脂をコーティングした金属、油を含浸した樹脂または焼結金属、二硫化モリブデンを含浸したあるいはコーティングした樹脂または金属などが挙げられる。
このような構成にすることにより、円筒部材116と自転防止ピン110の接触面の潤滑がよくなり、自転防止ピン110の摩耗が低減できる。または、円筒部材53と旋回軸他端104cの接触面の潤滑がよくなり、旋回軸他端104cの摩耗が低減できる。
[13] 第13実施例
図27は第13実施例を示す。シールリング48が旋回スクロール中央部10dの両面に装着されている。シールリング48は旋回スクロール10が偏心運動した場合にも第1固定スクロール貫通口1cおよび第2固定スクロール貫通口2cにはみ出さない径にしてある。シールリング48は第1固定スクロール1および第2固定スクロール2の歯底面と摺動して、作動室21および22と外部とをシールしている。吐出口108は第2固定スクロール2の鏡板部に設けられていて、中央部作動室に連通する。また旋回鏡板連通口10cが旋回スクロール10の鏡板中央部に設けられている。したがって、吸入口107から吸入され、作動室21および22で圧縮された流体は第1固定スクロール貫通口1cおよび第2固定スクロール貫通口2cから外部へ出ることなく、吐出口108から外部へ吐出される。カバー117が固定スクロール2に取り付けられているが、該カバー内には流体は流れ込まない。第13実施例によれば、自転防止軸受(案内機構)111は流体経路中にない。したがって、自転防止軸受(案内機構)111は高温にならないとともに、腐食性の流体を取り扱う場合にも腐食されない。
旋回駆動機構において、従来構造では高速回転のとき遠心力により旋回駆動軸の先端が変位して、旋回スクロールラップが固定スクロールラップに強く接触し、ラップに摩耗やかじりが発生したり騒音が発生したりする。本発明によりこの課題が解決されるから、スクロール流体機械を高速回転仕様にして小型化できる。したがって、本発明は小型化が望まれる真空ポンプ、燃料電池用のブロワー、冷媒用圧縮機、家庭用およびパッケージ型の空調機、産業用空気圧縮機などに利用される可能性が大きい。

Claims (39)

  1. ケーシングにステータが固定され、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の旋回駆動部に嵌合され、両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び前記ケーシングの一端に固定される一対の固定スクロールを組み合わせて構成した作動部を有する流体機械において、前記旋回軸が前記作動部を貫通し、最外部に位置する固定スクロールに案内機構を有し、前記旋回軸の一端が前記案内機構に案内されて旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  2. 請求項1において、前記案内機構は最外部に位置する固定スクロールに固定された自転防止ガイドであり,前記旋回軸の一端に取り付けられた自転防止板と、該自転防止板の少なくとも2箇所以上に取り付けられた自転防止ピンと、前記自転防止ガイドにより自転防止手段が構成され,前記自転防止ピンが前記自転防止ガイドに内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  3. 請求項2において、前記自転防止ガイドは自転防止軸受であり、前記自転防止ピンが自転防止軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  4. 請求項2において、前記自転防止ガイドは円形穴を有する自転防止摺動部材であり、前記自転防止ピンが自転防止摺動部材に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  5. 請求項2において、前記自転防止ガイドは前記旋回軸の一端に発生する半径方向の荷重に等しい反力を発生し、前記旋回軸が半径方向に変位することを防止することを特徴とするスクロール流体機械。
  6. 請求項2において、回転軸後端に送風ファンを設け、外気を前記ケーシング内に導入し、通過させて排気することを特徴とするスクロール流体機械。
  7. 請求項2において、回転軸後端に送風ファンを設けるとともに前記旋回軸に貫通した通気路を設け、該通気路内を通風することを特徴とするスクロール流体機械。
  8. 請求項1において、前記案内機構はバランス軸受であり、前記旋回軸の先端外周面が最外部に位置する固定スクロールの中央部に設けられた前記バランス軸受の内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  9. 請求項8において、前記バランス軸受は前記旋回軸の一端に発生する半径方向の荷重に等しい反力を発生することにより、前記旋回軸が半径方向に変位することを防止することを特徴とするスクロール流体機械。
  10. 請求項8において、前記自転防止手段は前記旋回軸の他端に取り付けられた自転防止板と、該自転防止板の少なくとも2箇所以上に取り付けられた自転防止ピンと、ケーシングに固定された自転防止軸受により構成され、前記自転防止ピンが自転防止軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  11. 請求項8において、前記自転防止手段は前記旋回軸の他端に取り付けられた自転防止板と、該自転防止板の少なくとも2箇所以上に取り付けられた自転防止ピンと、ケーシングに固定された円形穴を有する自転防止摺動部材により構成され、前記自転防止ピンが自転防止摺動部材に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  12. 請求項8において、前記旋回軸の一端であって、前記バランス軸受内輪と接触する部分は軸方向に曲面になっていることを特徴とするスクロール流体機械。
  13. 請求項8において、最外部に位置する固定スクロールの中央部に作動室側と外気側とを遮断するカバーを設け、ケーシングの一部に吐出口を設けることを特徴とするスクロール流体機械。
  14. ケーシングにステータが固定され、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の旋回駆動部に嵌合された両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び前記ケーシングの一端に固定された渦巻状のラップを有する固定スクロールを組み合わせて構成した一対または複数対の作動部と、前記旋回軸の第2旋回駆動部に嵌合され、両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び前記ケーシングの他端に固定された渦巻状のラップを有する固定スクロールを組み合わせて構成した一対または複数対の作動部とを有する流体機械であって、前記旋回軸の一端は一端側の作動部を貫通しており、一端側の最外部に位置する固定スクロールに案内機構を有し、前記旋回軸の一端外周面が前記一端側の案内機構に案内されて旋回運動し、前記旋回軸の他端は他端側の作動部を貫通しており、他端側の最外部に位置する固定スクロールに案内機構を有し、前記旋回軸の他端外周面が前記他端側の案内機構に案内されて旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  15. 請求項14において、前記案内機構はバランス軸受または自転防止手段であり、前記旋回軸の一方の最外部に位置する固定スクロールの中央部に前記バランス軸受が設けられ、前記旋回軸の先端外周面が前記バランス軸受内輪に内接しながら旋回運動し、前記自転防止手段は、前記旋回軸の他端に取り付けられた自転防止板と、該自転防止板の少なくとも2箇所以上に取り付けられた自転防止ピンと、前記旋回軸の他方に位置する最外部に位置する固定スクロールに固定された自転防止ガイドにより構成され、前記自転防止ピンが前記自転防止ガイドに内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  16. 請求項15において、前記自転防止ガイドは自転防止軸受であり、前記自転防止ピンが自転防止軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  17. 請求項15において、前記自転防止ガイドは円形穴を有する自転防止摺動部材であり、自転防止ピンが前記自転防止摺動部材に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  18. 請求項15において、前記バランス軸受は前記旋回軸の一端に発生する半径方向の荷重に等しい反力を発生し、前記旋回軸が半径方向に変位することを防止することを特徴とするスクロール流体機械。
  19. 請求項15において、前記自転防止ガイドは前記旋回軸の他端に発生する半径方向の荷重に等しい反力を発生し、前記旋回軸が半径方向に変位することを防止することを特徴とするスクロール流体機械。
  20. 請求項14において、前記案内機構はバランス軸受であり、前記旋回軸の両端外周面が両側の最外部に位置する固定スクロールの中央部に設けられた前記バランス軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  21. 請求項20において、前記自転防止手段は、ケーシングの一端または他端に固定される最も内側の固定スクロールに固定された自転防止ガイドと、該自転防止ガイドの近傍の前記旋回軸に取り付けられた自転防止板と、該自転防止板の少なくとも2箇所以上に取り付けられた自転防止ピンにより構成され、該自転防止ピンが前記自転防止ガイドに内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  22. 請求項21において、前記自転防止ガイドは自転防止軸受であり、前記自転防止ピンが自転防止軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  23. 請求項21において、前記自転防止ガイドは円形穴を有する自転防止摺動部材であり、前記自転防止ピンが前記自転防止摺動部材に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  24. 請求項21において、最外部に位置する固定スクロールの中央部に作動室側と外気側とを遮断するカバーを設け、ケーシングの一部に吐出口を設けることを特徴とするスクロール流体機械。
  25. ケーシングにステータが固定され、(1)前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、(2)前記回転軸に固定されたロータと、(3)前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、(4)前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、(5)片面にラップを有する固定スクロール、両面にラップを有する旋回スクロール、両面にラップを有する固定スクロール、両面にラップを有する旋回スクロール、及び片面にラップを有する固定スクロールをこの順番にそれぞれ互いにラップを組み合わせて構成した4組の作動室とを有するスクロール流体機械であって、前記2個の旋回スクロールは前記旋回軸に直列に取り付けられ、前記3個の固定スクロールの鏡板には前記旋回軸が貫通して旋回運動可能な大きさの穴を設け、最外部に位置する固定スクロールの鏡板中央部にバランス軸受を設け、旋回軸の先端外周面が前記バランス軸受内輪に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
  26. 請求項25において、前記4組の作動室においてそれぞれの作動室の吸入開始または吐出開始の位相がすべてずれており、互いのずれ量は90度の倍数であることを特徴とするスクロール流体機械。
  27. 請求項25において、前記4組の作動室のうち、一方の2組の作動室が膨張機であり、隣接する他方の2組の作動室が圧縮機であり、前記膨張機と前記圧縮機の中間に位置し、鏡板の両側にラップを有する固定スクロールの鏡板中央部の貫通口には膨張機と圧縮機を仕切るシール機構が設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
  28. 請求項25において、前記4組の作動室のうち、一方の2組の作動室が膨張機であり、隣接する他方の2組の作動室がブロワーであり、前記膨張機と前期ブロワーの中間に位置し、鏡板の両側にラップを有する固定スクロールの鏡板中央部の旋回軸の貫通口には膨張機とブロワーを仕切るシール機構が設けられており、ブロワーの出口と膨張機の入り口は燃料電池に接続されていることを特徴とするスクロール流体機械。
  29. 請求項25において、前記4組の作動室の中間に位置し、鏡板の両側にラップを有する固定スクロールの鏡板が分割されており、前記分割された鏡板の間に断熱板が挟まれていることを特徴とするスクロール流体機械。
  30. 請求項1乃至12、請求項14乃至23、請求項25および請求項26のいずれかにおいて、ケーシングに直結した固定スクロールの鏡板の中央部に作動室側とケーシング側をシールするシール機構を設けたことを特徴とするスロール流体機械。
  31. 請求項27、28および30のいずれかにおいて、前記シールは旋回軸と一体に取り付けた円盤の両面をリング状のシール部材でシールすることを特徴とするスクロール流体機械。
  32. 請求項1乃至12、請求項14乃至23、請求項25および請求項26のいずれかにおいて、最も外側の固定スクロールの鏡板には吐出室側と外気側とを分離し、吐出口を構成する吐出カバーを設けることを特徴とするスクロール流体機械。
  33. 請求項8乃至26のいずれかにおいて、前記バランス軸受内輪に直結する回転軸を設け、該回転軸に送風機を取り付け、最外部に位置する固定スクロールの外面に送風することを特徴とするスクロール流体機械。
  34. 請求項1乃至33のいずれかにおいて、旋回駆動部または第2旋回駆動部と旋回スクロール中央部の穴の嵌めあい部断面形状が非円形であることを特徴とするスクロール流体機械。
  35. 請求項34において、旋回駆動部または第2旋回駆動部と前記旋回スクロール中央部の穴の嵌めあい部が互いに軸方向に摺動可能であることを特徴とするスクロール流体機械。
  36. 請求項2乃至5及び15乃至17のいずれかにおいて、前記旋回軸の一端に取り付けられた前記自転防止板に設けられた前記自転防止ピンの外径をd1、前記自転防止軸受内輪の内径または前記自転防止摺動部材の内径をD1、旋回軸の旋回半径をεとするとき、D1−d1と 2εの差は前記自転防止軸受の軸受内部隙間より小さい値に設定されていることを特徴とするスクロール流体機械。
  37. 請求項8、9、12、15、18、20、25、33および37のいずれかにおいて、前記旋回軸の一端または他端の外径をd2、前記バランス軸受内輪の内径をD2、旋回軸の旋回半径をεとするとき、D2−d2 の値と 2εの差は前記バランス軸受の軸受内部隙間より小さい値に設定されていることを特徴とするスクロール流体機械。
  38. 請求項10、11、15、16、17および19のいずれかにおいて、前記旋回軸の他端または中間部に取り付けられた前記自転防止板に取り付けられた前記自転防止ピンの外径をd3、前記自転防止軸受内輪の内径または自転防止摺動部材の内径をD3、旋回軸の旋回半径をεとするとき、D3−d3 の値と 2εの差は前記自転防止軸受の軸受内部隙間より小さい値に設定されていることを特徴とするスクロール流体機械。
  39. 請求項3、8、9、15、16、18、20、22および33のいずれかにおいて、前記自転防止軸受またはバランス軸受の内輪に自己潤滑性を有する円筒部材を装着し、自転防止ピンまたは旋回軸の先端外周面が前記円筒部材に内接しながら旋回運動することを特徴とするスクロール流体機械。
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