涡旋膨胀机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及作为工作介质而被供给蒸汽的涡旋(scroll)膨胀机。
【背景技术】
[0002]涡旋流体机械通过使具有螺旋状的卷(lap)的涡旋体彼此相对地运动而使工作介质压缩或膨胀。涡旋膨胀机是涡旋流体机械的一种。涡旋膨胀机具有由一对涡旋体形成的膨胀室。涡旋膨胀机通过在膨胀室内使高压的工作介质膨胀，从而将该膨胀时的能量转换成旋转能量。作为这样的领域的技术，已知有专利文献I所记载的涡旋膨胀机。
[0003]专利文献I所记载的涡旋膨胀机具有固定涡旋和回旋涡旋。该回旋涡旋通过自转限制机构来限制自转运动，所以仅可以进行公转运动。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2011-252434号公报
[0007]但是，近年来，研究探讨小型的发电设备。涡旋膨胀机由于扭矩变动少且装置结构比较简单，所以期待作为能够适当地应用于小型发电设备的装置。对于向小型发电设备输入的能量源来说，例如，有从工厂等排出的蒸汽。蒸汽在膨胀过程中一部分产生凝结。凝结液在利用了润滑油的旋转部件间有可能妨碍良好的旋转状态。另外，对于旋转部件的支承来说有时会利用轴承。在此，如果轴承的数量多，则有可能增大机械的能量损耗。于是，对于涡旋膨胀机这样的旋转机械来说，从减少能量损耗的观点出发，要求具有转动体的轴承数量的减少、旋转部件间的良好的旋转状态的维持。
【发明内容】
[0008]本发明是有鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于，提供一种能够维持良好的旋转状态的涡旋膨胀机。
[0009]本发明的一个方式是一种涡旋膨胀机，是作为工作介质而被供给蒸汽的涡旋膨胀机，具备:驱动涡旋体，其具有一对驱动端板及自驱动端板竖立设置的驱动卷，以第一轴线为旋转轴线；从动涡旋体，其具有从动端板及自从动端板竖立设置的从动卷，配置于一对驱动端板之间并且以相对于第一轴线偏心的第二轴线为旋转轴线；轴承板，其具有以夹着从动涡旋体的方式配置且与从动涡旋体连结的一对板，以第二轴线为旋转轴线；圆筒状的驱动销，其安装于驱动涡旋体，从驱动端板朝向轴承板突出；圆筒状的导向环，其安装于轴承板，具有比驱动销的外径大的内径，在与导向环的内周面接触的驱动销的外周面，形成有包含类金刚石碳的膜，导向环的内周面由具有自润滑性的高分子树脂材料构成。
[0010]本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机具备驱动销和导向环。驱动销和导向环限制从动涡旋体相对于驱动涡旋体的相对的自转运动。再有，在驱动销的外周面与导向环的内周面抵接的状态下，在驱动销的外周面和导向环的内周面之间产生向内周面或外周面的切线方向的滑动。该滑动容许从动涡旋体相对于驱动涡旋体的相对的公转运动。根据该结构，涡旋膨胀机没有必要为了规定驱动涡旋体和从动涡旋体的相对运动而使用包含转动体的轴承。因此，涡旋膨胀机能够抑制机械的能量损耗的增大。另外，在驱动销的外周面形成有包含类金刚石碳的膜。导向环的内周面由具有自润滑性的高分子树脂材料构成。根据包含类金刚石碳的膜和具有自润滑性的高分子树脂材料的接触，获得了良好的滑动状态。另夕卜，在驱动销和导向环之间存在凝结液的情况下，驱动销和导向环之间的摩擦系数减小，所以进一步抑制了机械的能量损耗的增大。因此，根据本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机，能够维持良好的旋转状态。
[0011 ] 在一个方式中，驱动销也可以具有凝结液供给部。凝结液供给部也可以向驱动销和导向环之间供给由蒸汽的凝结形成的凝结液。根据该凝结液供给部，由于在驱动销和导向环之间被供给有凝结液，所以驱动销和导向环的润滑状态变得良好。因此，根据凝结液供给部，能够适当地抑制伴随着驱动涡旋体和从动涡旋体的相对的旋转运动的机械的能量损耗的增大。
[0012]在一个方式中，驱动销及导向环的至少一方也可以具有凝结液保持部。凝结液保持部也可以将由蒸汽的凝结形成的凝结液保持在驱动销和导向环之间。根据该凝结液保持部，在驱动销和导向环之间保持有凝结液。该凝结液能够有助于驱动销和导向环的良好的润滑状态。因此，根据凝结液保持部，能够适当地抑制伴随着驱动涡旋体和从动涡旋体的相对的旋转运动的机械性的能量损耗的增大。
[0013]根据本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机，能够维持良好的旋转状态。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的一个方式所涉及的涡旋膨胀机的剖面图。
[0015]图2是表示驱动销及导向环的配置的正面图。
[0016]图3是将驱动销及导向环放大表示的剖面图。
[0017]图4A、图4B及图4C是将变形例所涉及的涡旋膨胀机的驱动销及导向环放大表示的剖面图。
[0018]符号的说明
[0019]L...涡旋膨胀机、2…外壳、3…输入驱动轴(驱动轴)、4…输出驱动轴(驱动轴)、6…驱动祸旋体、7…从动祸旋体、8…轴承板、9…联动机构、12…壳体、13…盖、14...油封、16...驱动端板、17…驱动卷、17a、17b…驱动卷部、18…从动端板、19…从动卷、21…板、22、22A、22B、220..驱动销、22a、22b…凝结液供给孔(凝结液供给部)、22c...螺旋槽(凝结液供给部)、22d…凹窝(凝结液保持部)、23、23A…导向环、27...硬质膜、31、32…亲水膜(凝结液保持部)、100...发电系统、101...发电机、102...工作介质供给部、Al...第一轴线、A2…第二轴线、SI...收纳空间、S2...膨胀室、V...蒸汽、W...凝结液膜。
【具体实施方式】
[0020]以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。在附图的说明中，对相同的要素标记相同的符号，省略重复的说明。
[0021]如图1所示，具有涡旋膨胀机I的发电系统100将涡旋膨胀机I作为动力源而驱动发电机101。在涡旋膨胀机1，从工作介质供给部102作为工作介质而被供给蒸汽V。作为该蒸汽V，例如可以举出水蒸汽、或兰金循环所使用的制冷剂。涡旋膨胀机I通过使所供给的蒸汽V在涡旋膨胀机I的内部膨胀，从而将膨胀时所产生的能量转换成旋转能量。涡旋膨胀机I经由驱动轴将旋转能量传递至发电机101。膨胀后的蒸汽V排出到涡旋膨胀机I的外部。排出的蒸汽V的温度比供给的蒸汽V的温度低。涡旋膨胀机I取出与供给时的蒸汽V的温度和排出时的蒸汽V的温度的温度差相对应的能量来作为旋转能量。
[0022]涡旋膨胀机1，作为主要的构成部件而具备外壳(housing) 2、输入驱动轴3、输出驱动轴4、驱动祸旋体6、从动祸旋体7、轴承板8、以及联动机构9。
[0023]外壳2具有一对壳体(case) 11、12。外壳2形成收纳空间SI。在收纳空间SI，收纳有驱动涡旋体6、从动涡旋体7、轴承板8、以及联动机构9。壳体11具有轴孔11a。在轴孔11a，穿通(插入)有输入驱动轴3。轴孔Ila的中心轴线规定第一轴线Al。在壳体11，配置有驱动轴承Ilb以及从动轴承11c。驱动轴承Ilb旋转支承输入驱动轴3。从动轴承Ilc旋转支承轴承板8。驱动轴承Ilb的中心轴线与第一轴线Al —致。另一方面，从动轴承Ilc的中心轴线与第二轴线A2—致。第二轴线A2相对于第一轴线Al仅以距离t进行偏心。第二轴线A2由轴承保持部Ilf的中心轴线来规定。从动轴承Ilc嵌入到轴承保持部Hf。在壳体11的开口端lld，安装有盖13。盖13是与工作介质供给部102的接口(interface)。在第一轴线Al的方向上，在驱动轴承Ilb和开口端IId之间，配置有油封14。壳体12具有与壳体11大致相同的构造。即，壳体12具有轴孔11a。在壳体12，配置有驱动轴承Ilb及从动轴承11c。另外，壳体12具有排出口 lie。排出口 lie排出膨胀后的蒸汽V。
[0024]输入驱动轴3穿通(插入)于壳体11的轴孔11a。因此，输入驱动轴3的旋转轴线与第一轴线Al —致。输入驱动轴3的一端安装于驱动涡旋体6。输入驱动轴3具有工作介质导入孔3a。工作介质导入孔3a导入蒸汽V。工作介质导入孔3a从输入驱动轴3的一端贯通到另一端。输出驱动轴4穿通(插入)于壳体12的轴孔11a。因此，输出驱动轴4的旋转轴线与第一轴线Al—致。输出驱动轴4的一端安装于驱动涡旋体6。另外，输出驱动轴4的另一端与发电机101连结。
[0025]驱动涡旋体6被收纳于收纳空间SI。驱动涡旋体6能够绕第一轴线Al旋转。驱动涡旋体6具有一对驱动端板16、以及一对驱动卷17。一对驱动端板16分别具有圆盘形状。在一方的驱动端板16的外周缘部16c，连结有另一方的驱动端板16的外周缘部16c。在一方的驱动端板16的外表面16a，安装有输入驱动轴3。另外，一方的驱动端板16具有工作介质导入孔16b。工作介质导入孔16b导入蒸汽V。工作介质导入孔16b与输入驱动轴3的工作介质导入孔3a连通。在另一方的驱动端板16的外表面16a，安装有输出驱动轴
4。在驱动端板16的内表面16d，竖立设置有驱动卷17。驱动卷17具有螺旋形状或涡卷形状。即，驱动卷17配置于一对驱动端板16之间。上述的输入驱动轴3及输出驱动轴4经由驱动涡旋体6而被一体化。输入驱动轴3、输出驱动轴4及驱动涡旋体6绕第一轴线Al成为一体地进行旋转。
[0026]从动涡旋体7收纳于收纳空间SI。从动涡旋体7能够绕第二轴线A2旋转。从动涡旋体7具有从动端板18和从动卷19。从动端板18具有圆盘形状。从动端板18配置于驱动涡旋体6的驱动端板16之间。从动端板18相对于轴承板8被连结。在从动端板18的两个面，在朝向驱动端板16的方向上竖立设置有从动卷19。从动卷19具有螺旋形状或涡卷形状。驱动端板16、从动端板18、驱动卷17及从动卷19形成膨胀室S2。用于使蒸汽V膨胀的膨胀室S2具有螺旋形状或涡卷形状。
[0027]轴承板8能够绕第二轴线A2旋转地支承从动涡旋体7。轴承板8具有一对板21。板21具有大致圆盘形状。一对板21在第一轴线Al (或第二轴线A2)的方向上分别配置于驱动端板16和壳体11、12之间。S卩，轴承板8以夹着驱动涡旋体6及从动涡旋体7的方式配置。板21的外周缘部相对于从动端板18的外周缘部被连结。板21具有旋转轴部21a。旋转轴部21a的旋转中心轴为第二轴线A2。旋转轴部21a形成于与壳体11相对的板21的表面侧。旋转轴部21a与从动轴承Ilc嵌合。因此，轴承板8和从动涡旋体7绕第二轴线A2进行旋转。该从动涡旋体7与轴承板8连结。
[0028]联动机构9使驱动涡旋体6和从动涡旋体7联动。具体来说，联动机构9使驱动涡旋体6和从动涡旋体7互相同步旋转。联动机构9具有驱动销22和导向环23。驱动销22安装于驱动涡旋体6。导向环23安装于轴承板8。如图2所示，涡旋膨胀机I具有三个