JP2003239701A - 膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膨張機のアキシャルピストンシリンダ群の膨
張室からの熱逃げを最小限に抑える。 【解決手段】 膨張機はピストン４２およびシリンダス
リーブ４１間に区画された膨張室４３に高温高圧蒸気を
供給することで、ピストン４２で斜板３１を押圧してロ
ータ２２を回転駆動する。膨張室４３に面するロータヘ
ッド３８に環状の断熱空間７０を形成することで、膨張
室４３に供給された高温高圧蒸気の熱がロータ２２に逃
げるのを抑えて熱効率の低下を防止することができる。
またシリンダスリーブ４１の端面とロータヘッド３８の
端面との間にメタルガスケット３６を介在させて膨張室
４３をシールしたので、肉厚の大きい環状のシール部材
を介して膨張室４３をシールする場合に比べて、シール
まわりの無駄ボリュームを減らすことができ、これによ
り膨張機の容積比（膨張比）を大きく確保し、熱効率を
高めて出力の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシングと、ケ
ーシングに回転自在に支持されたロータと、ロータにそ
の軸線を囲むように環状に配置されたアキシャルピスト
ンシリンダ群とを備え、アキシャルピストンシリンダ群
のピストンおよびシリンダスリーブ間に区画された膨張
室にロータリバルブを介して高温高圧蒸気を供給するこ
とでロータを回転駆動する膨張機に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる膨張機は、本出願人が特願２００
１−６１４２４号により既に提案している。この膨張機
はランキンサイクル装置に用いられるもので、ロータに
設けた複数のシリンダスリーブ内の膨張室にロータリバ
ルブを介して蒸気を供給・排出するようになっている。
シリンダスリーブはロータの一端面から穿設した有底円
筒状の凹部に嵌合して保持されており、膨張室はシリン
ダスリーブの内面と、ロータの凹部の底面と、シリンダ
スリーブに嵌合するピストンの頂面とによって区画され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで膨張室に供給
された高温高圧蒸気に充分な仕事を行わせるのは、膨張
室の壁面からの熱逃げを抑えて蒸気の温度低下を最小限
に抑えることが必要である。しかしながら、上記従来の
ものは、ヒートマスが大きい部材であるロータに膨張室
が直接面しているため、膨張室内の熱がロータに逃げ易
くなって熱効率の低下を招く問題があった。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、膨張機のアキシャルピストンシリンダ群の膨張室か
らの熱逃げ即ち熱損失を最小限に抑えることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、ケーシング
と、ケーシングに回転自在に支持されたロータと、ロー
タにその軸線を囲むように環状に配置されたアキシャル
ピストンシリンダ群とを備え、アキシャルピストンシリ
ンダ群のピストンおよびシリンダスリーブ間に区画され
た膨張室にロータリバルブを介して高温高圧蒸気を供給
することでロータを回転駆動する膨張機において、前記
ロータの膨張室に臨む位置に断熱空間を設けたことを特
徴とする膨張機が提案される。

【０００６】上記構成によれば、膨張機のロータに設け
たアキシャルピストンシリンダ群のピストンおよびシリ
ンダスリーブ間に膨張室を区画し、ロータの膨張室に臨
む位置に断熱空間を設けたので、膨張機に供給された高
温高圧蒸気の熱がロータに逃げるのを最小限に抑えて熱
効率の低下を防止することができる。

【０００７】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記ロータは、別体のシリン
ダスリーブを保持する第１ロータ半体と、ロータリバル
ブを収納する第２ロータ半体とを前記軸線方向に結合し
てなり、第１ロータ半体およびシリンダスリーブの端面
と第２ロータ半体の端面との間にメタルガスケットを介
在させて膨張室をシールしたことを特徴とする膨張機が
提案される。

【０００８】上記構成によれば、別体のシリンダスリー
ブを保持する第１ロータ半体にロータリバルブを収納す
る第２ロータ半体を軸線方向に結合してロータを構成す
る際に、第１ロータ半体およびシリンダスリーブの端面
と第２ロータ半体の端面との間にメタルガスケットを介
在させて膨張室をシールしたので、肉厚の大きい環状の
シール部材を介して膨張室をシールする場合に比べて、
シールまわりの無駄ボリュームを減らすことができ、こ
れにより膨張機の容積比（膨張比）を大きく確保し、熱
効率を高めて出力の向上を図ることができる。またシリ
ンダスリーブがロータと別体であるため、ロータの材質
に制約されずに熱伝導性、耐熱性、強度、耐摩耗性等を
考慮してシリンダスリーブの材質を選択することがで
き、しかも摩耗・損傷したシリンダスリーブだけを交換
することができるので経済的である。

【０００９】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ロータ
に、シリンダスリーブの外周面が露出する切欠を円周方
向に形成したことを特徴とする膨張機が提案される。

【００１０】上記構成によれば、ロータに円周方向に形
成した切欠からシリンダスリーブの外周面を露出させた
ので、ロータのヒートマスを減少させて熱効率の向上を
図るとともに重量を軽減することができ、しかも前記切
欠を断熱空間とし機能させることでシリンダスリーブか
らの熱逃げを抑制することができる。

【００１１】また請求項４に記載された発明によれば、
請求項３の構成に加えて、前記切欠の周囲を断熱カバー
で覆ったことを特徴とする膨張機が提案される。

【００１２】上記構成によれば、ロータの切欠の周囲を
断熱カバーで覆ったので、露出するシリンダスリーブの
外壁からの熱逃げを一層効果的に抑制することができ
る。

【００１３】尚、実施例のスリーブ支持フランジ３３，
３４，３５は本発明の第１ロータ半体に対応し、実施例
のロータヘッド３８は本発明の第２ロータ半体に対応す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１５】図１〜図１３は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は膨張機の縦断面図、図２は図１の２−２線
断面図、図３は図１の３−３線矢視図、図４は図１の４
部拡大図、図５は図１の５部拡大図、図６はロータの分
解斜視図、図７は図４の７−７線断面図、図８は図４の
８−８線断面図、図９は図４の９部拡大図、図１０は図
５の１０−１０線断面図、図１１は図５の１１−１１線
断面図、図１２は図５の１２−１２線断面図、図１３は
図５の１３−１３線断面である。

【００１６】図１〜図９に示すように、本実施例の膨張
機Ｍは例えばランキンサイクル装置に使用されるもの
で、作動媒体としての高温高圧蒸気の熱エネルギーおよ
び圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して出力す
る。膨張機Ｍのケーシング１１は、ケーシング本体１２
と、ケーシング本体１２の前面開口部にシール部材１３
を介して複数本のボルト１４…で結合される前部カバー
１５と、ケーシング本体１２の後面開口部にシール部材
１６を介して複数本のボルト１７…で結合される後部カ
バー１８と、ケーシング本体１２の下面開口部にシール
部材１９を介して複数本のボルト２０…で結合されるオ
イルパン２１とで構成される。

【００１７】ケーシング１１の中央を前後方向に延びる
軸線Ｌまわりに回転可能に配置されたロータ２２は、そ
の前部を前部カバー１５に設けたボールベアリング２３
によって支持され、その後部をケーシング本体１２に設
けたボールベアリング２４によって支持される。前部カ
バー１５の後面に２個のシール部材２５，２６およびノ
ックピン２７を介して嵌合する斜板ホルダ２８が複数本
のボルト２９…で固定されており、この斜板ホルダ２８
にアンギュラボールベアリング３０を介して斜板３１が
回転自在に支持される。斜板３１の軸線は前記ロータ２
２の軸線Ｌに対して傾斜しており、その傾斜角は固定で
ある。

【００１８】ロータ２２は、前記ボールベアリング２３
で前部カバー１５に支持された出力軸３２と、出力軸３
２の後部に相互に所定幅の切欠５７，５８（図４および
図９参照）を介して一体に形成された３個のスリーブ支
持フランジ３３，３４，３５と、後側のスリーブ支持フ
ランジ３５にメタルガスケット３６を介して複数本のボ
ルト３７…で結合され、前記ボールベアリング２４でケ
ーシング本体１２に支持されたロータヘッド３８と、３
個のスリーブ支持フランジ３３，３４，３５に前方から
嵌合して複数本のボルト３９…で前側のスリーブ支持フ
ランジ３３に結合された断熱カバー４０とを備える。

【００１９】３個のスリーブ支持フランジ３３，３４，
３５には各々５個のスリーブ支持孔３３ａ…，３４ａ
…，３５ａ…が軸線Ｌまわりに７２°間隔で形成されて
おり、それらのスリーブ支持孔３３ａ…，３４ａ…，３
５ａ…に５本のシリンダスリーブ４１…が後方から嵌合
する。各々のシリンダスリーブ４１の後端にはフランジ
４１ａが形成されており、このフランジ４１ａが後側の
スリーブ支持フランジ３５のスリーブ支持孔３５ａに形
成した段部３５ｂに嵌合した状態でメタルガスケット３
６に当接して軸方向に位置決めされる（図９参照）。各
々のシリンダスリーブ４１の内部にピストン４２が摺動
自在に嵌合しており、ピストン４２の前端は斜板３１に
形成したディンプル３１ａに当接するとともに、ピスト
ン４２の後端とロータヘッド３８との間に蒸気の膨張室
４３が区画される。

【００２０】ロータ２２と一体の出力軸３２内部に軸線
Ｌ上に延びるオイル通路３２ａが形成されており、この
オイル通路３２ａの前端は径方向に分岐して出力軸３２
の外周の環状溝３２ｂに連通する。ロータ２２の中央の
スリーブ支持フランジ３４の径方向内側位置において、
前記オイル通路３２ａの内周にシール部材４４を介して
オイル通路閉塞部材４５が螺合しており、その近傍のオ
イル通路３２ａから径方向外側に延びる複数のオイル孔
３２ｃ…が出力軸３２の外周面に開口する。

【００２１】前部カバー１５の前面に設けた凹部１５ａ
と、前部カバー１５の前面にシール部材４６を介して複
数本のボルト４７…で固定したポンプカバー４８との間
に配置されたトロコイド型のオイルポンプ４９は、前記
凹部１５ａに回転自在に嵌合するアウターロータ５０
と、出力軸３２の外周に固定されてアウターロータ５０
に噛合するインナーロータ５１とを備える。オイルパン
２１の内部空間はオイルパイプ５２および前部カバー１
５のオイル通路１５ｂを介してオイルポンプ４９の吸入
ポート５３に連通し、オイルポンプ４９の吐出ポート５
４は前部カバー１５のオイル通路１５ｃを介して出力軸
３２の環状溝３２ｂに連通する。

【００２２】シリンダスリーブ４１に摺動自在に嵌合す
るピストン４２はエンド部６１、中間部６２およびトッ
プ部６３からなる。エンド部６１は斜板３１のディンプ
ル３１ａに当接する球面部６１ａを有する部材であっ
て、中間部６２の先端に溶接で結合される。中間部６２
は大容積の中空空間６２ａを有する円筒状の部材であっ
て、トップ部６３に近い外周部に直径が僅かに減少した
小径部６２ｂを有しており、そこを半径方向に貫通する
ように複数のオイル孔６２ｃ…が形成されるとともに、
小径部６２ｂよりも前方の外周部に複数本の螺旋状のオ
イル溝６２ｄ…が形成される。膨張室４３に臨むトップ
部６３は中間部６２と一体に形成されており、その内面
に形成された隔壁６３ａと、その後端面に嵌合して溶接
された蓋部材６４との間に断熱空間６５（図９参照）が
形成される。トップ部６３の外周には２本の圧縮リング
６６，６６と１本のオイルリング６７とが装着されてお
り、オイルリング６７が嵌合するオイルリング溝６３ｂ
は複数のオイル孔６３ｃ…を介して中間部６２の中空空
間６２ａに連通する。

【００２３】ピストンのエンド部６１および中間部６２
は高炭素鋼製、トップ部６３はステンレス製であり、そ
のうちエンド部６１には高周波焼入れが、中間部６２に
は焼入れが施される。その結果、斜板３１に大きな面圧
で当接するエンド部６１の耐高面圧性と、厳しい潤滑条
件でシリンダスリーブ４１に摺接する中間部６２の耐摩
耗性と、膨張室４３に臨んで高温高圧に晒されるトップ
部６３の耐熱・耐蝕性とが満たされる。

【００２４】シリンダスリーブ４１の中間部外周に環状
溝４１ｂ（図６および図９参照）が形成されており、こ
の環状溝４１ｂに複数のオイル孔４１ｃ…が形成され
る。シリンダスリーブ４１の回転方向の取付位置に関わ
らず、出力軸３２に形成したオイル孔３２ｃ…と、ロー
タ２２の中央のスリーブ支持フランジ３４に形成したオ
イル孔３４ｂ…（図４および図６参照）とが環状溝４１
ｂに連通する。ロータ２２の前側および後側のスリーブ
支持フランジ３３，３５と断熱カバー４０との間に形成
された空間６８は、断熱カバー４０に形成したオイル孔
４０ａ…（図４および図７参照）を介してケーシング１
１の内部空間に連通する。

【００２５】ロータ２２の前側のスリーブ支持フランジ
３３の後面にボルト３７…で結合されたロータヘッド３
８の前側もしくは膨張室４３…側に環状の蓋部材６９が
溶接されており、蓋部材６９の背面もしくは後面に環状
の断熱空間７０（図９参照）が区画される。ロータヘッ
ド３８はノックピン５５により後側のスリーブ支持フラ
ンジ３５に対して回転方向に位置決めされる。

【００２６】尚、５個のシリンダスリーブ４１…と５個
のピストン４２…とは本発明のアキシャルピストンシリ
ンダ群５６を構成する。

【００２７】次に、ロータ２２の５個の膨張室４３…に
蒸気を供給・排出するロータリバルブ７１の構造を、図
５および図１０〜図１３に基づいて説明する。

【００２８】図５に示すように、ロータ２２の軸線Ｌに
沿うように配置されたロータリバルブ７１は、バルブ本
体部７２と、固定側バルブプレート７３と、可動側バル
ブプレート７４とを備える。可動側バルブプレート７４
は、ロータ２２の後面にノックピン７５で回転方向に位
置決めされた状態で、オイル通路閉塞部材４５（図４参
照）に螺合するボルト７６で固定される。尚、ボルト７
６はロータヘッド３８を出力軸３２に固定する機能も兼
ね備えている。

【００２９】図５から明らかなように、可動側バルブプ
レート７４に平坦な摺動面７７を介して当接する固定側
バルブプレート７３は、バルブ本体部７２の前面の中心
に１本のボルト７８で固定されるとともに、バルブ本体
部７２の外周部に環状の固定リング７９および複数本の
ボルト８０で固定される。その際に、固定リング７９の
内周に形成した段部７９ａが固定側バルブプレート７３
の外周にインロウ嵌合するように圧入され、かつ固定リ
ング７９の外周に形成した段部７９ｂがバルブ本体部７
２の外周にインロウ嵌合することで、バルブ本体部７２
に対する固定側バルブプレート７３の同軸性が確保され
る。またバルブ本体部７２と固定側バルブプレート７３
との間に、固定側バルブプレート７３を回転方向に位置
決めするノックピン８１が配置される。

【００３０】従って、ロータ２２が回転すると、可動側
バルブプレート７４および固定側バルブプレート７３は
摺動面７７において相互に密着しながら相対回転する。
固定側バルブプレート７３および可動側バルブプレート
７４は、カーボンやセラミックス等の耐久性に優れた材
質で構成されており、更にまたその摺動面７７に耐熱
性、潤滑性、耐蝕性、耐摩耗性を有する部材を介在させ
たりコーティングしたりすれば更に耐久性を向上でき
る。

【００３１】ステンレス製のバルブ本体部７２は、大径
部７２ａおよび小径部７２ｂを備えた段付き円柱状の部
材であって、その大径部７２ａおよび小径部７２ｂの外
周面が、それぞれシール部材８２，８３を介して後部カ
バー１８の円形断面の支持面１８ａ，１８ｂに軸線Ｌ方
向に摺動自在に嵌合し、バルブ本体部７２の外周面に植
設したピン８４が後部カバー１８に軸線Ｌ方向に形成し
た切欠１８ｃに嵌合することで回転方向に位置決めされ
る。後部カバー１８に軸線Ｌを囲むように複数個のプリ
ロードスプリング８５…が支持されており、これらプリ
ロードスプリング８５…に大径部７２ａおよび小径部７
２ｂ間の段部７２ｃを押圧されたバルブ本体部７２は、
固定側バルブプレート７３および可動側バルブプレート
７４の摺動面７７を密着させるべく前方に向けて付勢さ
れる。

【００３２】バルブ本体部７２の後面に接続された蒸気
供給パイプ８６は、バルブ本体部７２の内部に形成した
第１蒸気通路Ｐ１と、固定側バルブプレート７３に形成
した第２蒸気通路Ｐ２とを介して摺動面７７に連通す
る。またケーシング本体１２および後部カバー１８とロ
ータ２２との間にはシール部材８７でシールされた蒸気
排出室８８が形成されており、この蒸気排出室８８はバ
ルブ本体部７２の内部に形成した第６、第７蒸気通路Ｐ
６，Ｐ７と、固定側バルブプレート７３に形成した第５
蒸気通路Ｐ５とを介して摺動面７７に連通する。バルブ
本体部７２と固定側バルブプレート７３との合わせ面に
は、第１、第２蒸気通路Ｐ１，Ｐ２の接続部を囲むシー
ル部材８９と、第５、第６蒸気通路Ｐ５，Ｐ６の接続部
を囲むシール部材９０とが設けられる。

【００３３】軸線Ｌを囲むように等間隔で配置された５
個の第３蒸気通路Ｐ３…が可動側バルブプレート７４を
貫通しており、軸線Ｌを囲むようにロータ２２に形成さ
れた５個の第４蒸気通路Ｐ４…の両端が、それぞれ前記
第３蒸気通路Ｐ３…および前記膨張室４３…に連通す
る。第２蒸気通路Ｐ２の摺動面７７に開口する部分は円
形であるのに対し、第５蒸気通路Ｐ５の摺動面７７に開
口する部分は軸線Ｌを中心とする円弧状に形成される。

【００３４】次に、上記構成を備えた本実施例の膨張機
Ｍの作用を説明する。

【００３５】蒸発器で水を加熱して発生した高温高圧蒸
気は蒸気供給パイプ８６からロータリバルブ７１のバル
ブ本体部７２に形成した第１蒸気通路Ｐ１と、このバル
ブ本体部７２と一体の固定側バルブプレート７３に形成
した第２蒸気通路Ｐ２とを経て、可動側バルブプレート
７４との摺動面７７に達する。そして摺動面７７に開口
する第２蒸気通路Ｐ２はロータ２２と一体に回転する可
動側バルブプレート７４に形成した対応する第３蒸気通
路Ｐ３に所定の吸気期間において瞬間的に連通し、高温
高圧蒸気は第３蒸気通路Ｐ３からロータ２２に形成した
第４蒸気通路Ｐ４を経てシリンダスリーブ４１内の膨張
室４３に供給される。

【００３６】ロータ２２の回転に伴って第２蒸気通路Ｐ
２および第３蒸気通路Ｐ３の連通が絶たれた後も膨張室
４３内で高温高圧蒸気が膨張することで、シリンダスリ
ーブ４１に嵌合するピストン４２が上死点から下死点に
向けて前方に押し出され、その前端のエンド部６１が斜
板３１のディンプル３１ａを押圧する。その結果、ピス
トン４２が斜板３１から受ける反力でロータ２２に回転
トルクが与えられる。そしてロータ２２が５分の１回転
する毎に、相隣り合う新たな膨張室４３内に高温高圧蒸
気が供給されてロータ２２が連続的に回転駆動される。

【００３７】ロータ２２の回転に伴って下死点に達した
ピストン４２が斜板３１に押圧されて上死点に向かって
後退する間に、膨張室４３から押し出された低温低圧蒸
気は、ロータ２２の第４蒸気通路Ｐ４と、可動側バルブ
プレート７４の第３蒸気通路Ｐ３と、摺動面７７と、固
定側バルブプレート７３の円弧状の第５蒸気通路Ｐ５
と、バルブ本体部７２の第６、第７蒸気通路Ｐ６，Ｐ７
とを経て蒸気排出室８８に排出され、そこから凝縮器に
供給される。

【００３８】ロータ２２の回転に伴って出力軸３２に設
けたオイルポンプ４９が作動し、オイルパン２１からオ
イルパイプ５２、前部カバー１５のオイル通路１５ｂ、
吸入ポート５３を経て吸入されたオイルが吐出ポート５
４から吐出され、前部カバー１５のオイル通路１５ｃ、
出力軸３２のオイル通路３２ａ、出力軸３２の環状溝３
２ｂ、出力軸３２のオイル孔３２ｃ…、シリンダスリー
ブ４１の環状溝４１ｂおよびシリンダスリーブ４１のオ
イル孔４１ｃ…を経て、ピストン４２の中間部６２に形
成した小径部６２ｂとシリンダスリーブ４１との間の空
間に供給される。そして前記小径部６２ｂに保持された
オイルの一部は、ピストン４２の中間部６２に形成した
螺旋状のオイル溝６２ｄ…に流れてシリンダスリーブ４
１との摺動面を潤滑し、また前記オイルの他の一部はピ
ストン４２のトップ部６３に設けた圧縮リング６６，６
６およびオイルリング６７とシリンダスリーブ４１との
摺動面を潤滑する。

【００３９】供給された高温高圧蒸気の一部が凝縮した
水が内部に生じた膨張室４３からシリンダスリーブ４１
およびピストン４２の摺動面に浸入してオイルに混入す
ることは避けられず、そのために前記摺動面の潤滑条件
は厳しいものとなるが、必要量のオイルをオイルポンプ
４９から出力軸３２の内部を通してシリンダスリーブ４
１およびピストン４２の摺動面に直接供給することで、
充分な油膜を維持して潤滑性能を確保するとともにオイ
ルポンプ４９の小型化を図ることができる。

【００４０】シリンダスリーブ４１およびピストン４２
の摺動面からオイルリング６７によって掻き取られたオ
イルは、オイルリング溝６３ｂの底部に形成したオイル
孔６３ｃ…からピストン４２の内部の中空空間６２ａに
流入する。前記中空空間６２ａはピストン４２の中間部
６２を貫通する複数のオイル孔６２ｃ…を介してシリン
ダスリーブ４１の内部に連通しており、かつシリンダス
リーブ４１の内部は複数のオイル孔４１ｃ…を介して該
シリンダスリーブ４１の外周の環状溝４１ｂに連通して
いる。環状溝４１ｂの周囲はロータ２２の中央のスリー
ブ支持フランジ３４によって覆われているが、スリーブ
支持フランジ３４にはオイル孔３４ｂが形成されている
ため、ピストン４２の中空空間６２ａ内のオイルは遠心
力で半径方向外側に付勢され、スリーブ支持フランジ３
４のオイル孔３４ｂを通して断熱カバー４０内の空間６
８に排出され、そこから断熱カバー４０のオイル孔４０
ａ…を通してオイルパン２１に戻される。その際に、前
記オイル孔３４ｂはスリーブ支持フランジ３４の半径方
向外端よりも軸線Ｌ寄りに偏倚した位置にあるため、そ
のオイル孔３４ｂよりも半径方向外側にあるオイルは遠
心力でピストン４２の中空空間６２ａに保持される。

【００４１】このように、ピストン４２の内部の中空空
間６２ａに保持されたオイルとピストン４２の外周の小
径部６２ｂとに保持されたオイルとは、膨張室４３の容
積が増加する膨張行程において前記小径部６２ｂからト
ップ部６３側に供給され、また膨張室４３の容積が減少
する圧縮行程において前記小径部６２ｂからエンド部６
１側に供給されるため、ピストン４２の軸方向全域を確
実に潤滑することができる。またピストン４２の中空空
間６２ａの内部でオイルが流動することで、高温高圧蒸
気に晒されるトップ部６３の熱を低温のエンド部６１に
伝えてピストン４２の温度が局部的に上昇するのを回避
することができる。

【００４２】第４蒸気通路Ｐ４から高温高圧蒸気が膨張
室４３に供給されたとき、膨張室４３に臨むピストン４
２のトップ部６３と中間部６２との間には断熱空間６５
が形成されており、また膨張室４３に臨むロータヘッド
３８にも断熱空間７０が形成されているため、膨張室４
３からピストン４２およびロータヘッド３８への熱逃げ
を最小限に抑えて膨張機Ｍの性能向上に寄与することが
できる。またピストン４２の内部に大容積の中空空間６
２ａを形成したので、ピストン４２の重量を低減するこ
とができるだけでなく、ピストン４２の熱マスを減少さ
せて膨張室４３からの熱逃げを更に効果的に低減するこ
とができる。

【００４３】後側のスリーブ支持フランジ３５とロータ
ヘッド３８との間にメタルガスケット３６を介在させて
膨張室４３をシールしたので、肉厚の大きい環状のシー
ル部材を介して膨張室４３をシールする場合に比べて、
シールまわりの無駄ボリュームを減らすことができ、こ
れにより膨張機Ｍの容積比（膨張比）を大きく確保し、
熱効率を高めて出力の向上を図ることができる。またシ
リンダスリーブ４１をロータ２２と別体で構成したの
で、ロータ２２の材質に制約されずに熱伝導性、耐熱
性、強度、耐摩耗性等を考慮してシリンダスリーブ４１
の材質を選択することができ、しかも摩耗・損傷したシ
リンダスリーブ４１だけを交換することができるので経
済的である。

【００４４】またロータ２２の外周面に円周方向に形成
した２個の切欠５７，５８からシリンダスリーブ４１の
外周面が露出するので、ロータ２２の重量を軽減できる
だけでなく、ロータ２２の熱マスを減少させて熱効率の
向上を図ることができ、しかも前記切欠５７，５８を断
熱空間として機能させることでシリンダスリーブ４１か
らの熱逃げを抑制することができる。更に、ロータ２２
の外周部を断熱カバー４０で覆ったので、シリンダスリ
ーブ４１からの熱逃げを一層効果的に抑制することがで
きる。

【００４５】ロータリバルブ７１は固定側バルブプレー
ト７３および可動側バルブプレート７４間の平坦な摺動
面７７を介してアキシャルピストンシリンダ群５６に蒸
気を供給・排出するので、蒸気のリークを効果的に防止
することができる。なぜならば、平坦な摺動面７７は高
精度の加工が容易なため、円筒状の摺動面に比べてクリ
アランスの管理が容易であるからである。しかも複数本
のプリロードスプリング８５…でバルブ本体部７２にプ
リセット荷重を与えて固定側バルブプレート７３および
可動側バルブプレート７４の摺動面７７に面圧を発生さ
せるので、摺動面７７からの蒸気のリークを一層効果的
に抑制することができる。

【００４６】またロータリバルブ７１のバルブ本体部７
２が熱膨張係数の大きいステンレス製であり、このバル
ブ本体７２に固定される固定側バルブプレート７３が熱
膨張係数の小さいカーボン製あるいはセラミックス製で
あるため、熱膨張係数の差によって両者間のセンタリン
グがずれる可能性があるが、固定リング７９の内周の段
部７９ａを固定側バルブプレート７３の外周に圧入によ
りインロウ嵌合させ、かつ固定リング７９の外周の段部
７９ｂをバルブ本体部７２の外周にインロウ嵌合させた
状態で、固定リング７９を複数本のボルト８０…でバル
ブ本体部７２に固定したので、インロウ嵌合の調芯作用
により固定側バルブプレート７３をバルブ本体部７２に
対して精密にセンタリングし、蒸気の供給・排出タイミ
ングのずれを防止して膨張機Ｍの性能低下を防止するこ
とができる。しかもボルト８０…の締結力で固定側バル
ブプレート７３とバルブ本体部７２との当接面を均一に
密着させ、その当接面からの蒸気の漏れを抑制すること
ができる。

【００４７】更に、後部カバー１８をケーシング本体１
２から取り外すだけで、ケーシング本体１２に対してロ
ータリバルブ７１を着脱することができるので、修理、
清掃、交換等のメンテナンス作業性が大幅に向上する。
また高温高圧蒸気が通過するロータリバルブ７１は高温
になるが、オイルによる潤滑が必要な斜板３１や出力軸
３２がロータ２２を挟んでロータリバルブ７１の反対側
に配置されるので、高温となるロータリバルブ７１の熱
でオイルが加熱されて斜板３１や出力軸３２の潤滑性能
が低下するのを防止することができる。またオイルはロ
ータリバルブ７１を冷却して過熱を防止する機能も発揮
する。

【００４８】以上、本発明の実施例を説明したが、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。

【００４９】例えば、実施例ではランキンサイクル装置
の膨張機Ｍを例示したが、本発明の膨張機Ｍは他の任意
の用途に適用可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、膨張機のロータに設けたアキシャルピストン
シリンダ群のピストンおよびシリンダスリーブ間に膨張
室を区画し、ロータの膨張室に臨む位置に断熱空間を設
けたので、膨張機に供給された高温高圧蒸気の熱がロー
タに逃げるのを最小限に抑えて熱効率の低下を防止する
ことができる。

【００５１】また請求項２に記載された発明によれば、
別体のシリンダスリーブを保持する第１ロータ半体にロ
ータリバルブを収納する第２ロータ半体を軸線方向に結
合してロータを構成する際に、第１ロータ半体およびシ
リンダスリーブの端面と第２ロータ半体の端面との間に
メタルガスケットを介在させて膨張室をシールしたの
で、肉厚の大きい環状のシール部材を介して膨張室をシ
ールする場合に比べて、シールまわりの無駄ボリューム
を減らすことができ、これにより膨張機の容積比（膨張
比）を大きく確保し、熱効率を高めて出力の向上を図る
ことができる。またシリンダスリーブがロータと別体で
あるため、ロータの材質に制約されずに熱伝導性、耐熱
性、強度、耐摩耗性等を考慮してシリンダスリーブの材
質を選択することができ、しかも摩耗・損傷したシリン
ダスリーブだけを交換することができるので経済的であ
る。

【００５２】また請求項３に記載された発明によれば、
ロータに円周方向に形成した切欠からシリンダスリーブ
の外周面を露出させたので、ロータのヒートマスを減少
させて熱効率の向上を図るとともに重量を軽減すること
ができ、しかも前記切欠を断熱空間とし機能させること
でシリンダスリーブからの熱逃げを抑制することができ
る。

【００５３】また請求項４に記載された発明によれば、
ロータの切欠の周囲を断熱カバーで覆ったので、シリン
ダスリーブからの熱逃げを一層効果的に抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】膨張機の縦断面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図１の３−３線矢視図

【図４】図１の４部拡大図

【図５】図１の５部拡大図

【図６】ロータの分解斜視図

【図７】図４の７−７線断面図

【図８】図４の８−８線断面図

【図９】図４の９部拡大図

【図１０】図５の１０−１０線断面図

【図１１】図５の１１−１１線断面図

【図１２】図５の１２−１２線断面図

【図１３】図５の１３−１３線断面図

【符号の説明】

１１ ケーシング ２２ ロータ ３３ スリーブ支持フランジ（第１ロータ半体） ３４ スリーブ支持フランジ（第１ロータ半体） ３５ スリーブ支持フランジ（第１ロータ半体） ３６ メタルガスケット ３８ ロータヘッド（第２ロータ半体） ４０ 断熱カバー ４１ シリンダスリーブ ４２ ピストン ４３ 膨張室 ５６ アキシャルピストンシリンダ群 ５７ 切欠 ５８ 切欠 ７１ ロータリバルブ ７０ 断熱空間 Ｌ 軸線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング（１１）と、 ケーシング（１１）に回転自在に支持されたロータ（２
   ２）と、 ロータ（２２）にその軸線（Ｌ）を囲むように環状に配
   置されたアキシャルピストンシリンダ群（５６）と、を
   備え、 アキシャルピストンシリンダ群（５６）のピストン（４
   ２）およびシリンダスリーブ（４１）間に区画された膨
   張室（４３）にロータリバルブ（７１）を介して高温高
   圧蒸気を供給することでロータ（２２）を回転駆動する
   膨張機において、 前記ロータ（２２）の膨張室（４３）に臨む位置に断熱
   空間（７０）を設けたことを特徴とする膨張機。
2. 【請求項２】 前記ロータ（２２）は、別体のシリンダ
   スリーブ（４１）を保持する第１ロータ半体（３３，３
   ４，３５）と、ロータリバルブ（７１）を収納する第２
   ロータ半体（３８）とを前記軸線（Ｌ）方向に結合して
   なり、第１ロータ半体（３３，３４，３５）およびシリ
   ンダスリーブ（４１）の端面と第２ロータ半体（３８）
   の端面との間にメタルガスケット（３６）を介在させて
   膨張室（４３）をシールしたことを特徴とする、請求項
   １に記載の膨張機。
3. 【請求項３】 前記ロータ（２２）に、シリンダスリー
   ブ（４１）の外周面が露出する切欠（５７，５８）を円
   周方向に形成したことを特徴とする、請求項１または請
   求項２に記載の膨張機。
4. 【請求項４】 前記切欠（５７，５８）の周囲を断熱カ
   バー（４０）で覆ったことを特徴とする、請求項３に記
   載の膨張機。