JP2008298027A - 渦流ブロワ - Google Patents

Abstract

【課題】
騒音を高くすることなく、圧力の高い渦流ブロワを提供する。
【解決手段】
本発明は、静止流路３上に設けられた吐出口９と吸込口８の間を回転方向に向かって仕切る隔壁１０の吐出側形状をブレード４ａ形状と同一とし、吐出口９に隔壁１０が重ならない位置関係とした。これは吐出側よりも吸込側の圧力変動が高く、騒音は吸込側により決まっているためである。これにより流れ１１が旋回する静止流路３を長くすることができ、流れ１１の旋回回数が増加し、圧力が高い渦流ブロワが得られた。
【選択図】 図２

Description

本発明は渦流ブロワに関する。

渦流ブロワは、単位羽根車外径当たりの仕事を表す無次元量である圧力係数が遠心式ブロワに比べ高い事が特徴で、比較的小容量のブロワとして従来から広く使用されている。この渦流ブロワに対する小型軽量化、高圧力化、更に低騒音化等に対する要求の高まりがあり、これに応じるために静止流路上に設けられた吸込口と吐出口の間を仕切る隔壁の形状についていろいろな提案がされている。

従来の渦流ブロワの隔壁形状は空力性能の向上や騒音低減の方法として、様々の検討がなされている。例えば、羽根車のブレード形状と隔壁形状の相関により騒音を低減するものとして特許文献１及び特許文献２に開示のものが知られている。

特許文献１には、羽根車のブレード形状が径方向に直線的な場合において、騒音の低減を図った構成が開示されている。すなわち、最も流れの変動が少ない流動中心で最終的に流れを遮断するような、隔壁の吐出側形状としている。そして、外周側の流出速度が最大の点で最終的に流れを隔壁が仕切るよりも、内周側から徐々に流れを仕切っていく形状とすることによって、騒音低減を図っている。

特許文献２はブレードが圧力係数が高くなるように三次元的に湾曲した形状をしている羽根車を有する渦流ブロワの場合での隔壁による騒音低減の提案がされている。正面から見た時に静止流路上の吸込口と吐出口に被るようなガイドを隔壁に設け、吸込側のガイドの先端は外周側からブレードを切り内周側から静止流路に開口する形状をし、吐出側のガイドは羽根車の内周側からブレードを仕切る形状にすることにより、流れが、羽根車とケーシングの間に発生する渦状の流れの速度分布に合い、騒音を小さくなるとしている。

特開昭51-27111号公報 特許番号第2680136号公報

渦流ブロワの騒音は、羽根車のブレードと隔壁の干渉により発生する周波数成分が卓越してあり、その周波数はブレードの枚数と回転数の乗数の整数倍となる。音の発生のメカニズムは、ブレードと隔壁の圧力干渉により圧力変動が発生し、それにより音が発生していると従来から考えられている。上記従来の技術における騒音低減も、上記のブレードと隔壁により発生する圧力変動を小さくする方法から提案されている。

隔壁の吐出側では流出速度が高い上にブレードと隔壁の形状が内周側から外周側に同時に仕切られると、圧力変動が大きくなり騒音が高くなると考えられ、隔壁形状を羽根形状に対して斜めに徐々に仕切っていく形状（以下、「スキュー」と呼ぶ）としている。隔壁の吸込側では、吐出側と同様にブレードと隔壁が一度にブレードを仕切られないようスキューにし、流入空気をスムーズにブレード入口に導き騒音を低減させる提案がなされている。

隔壁の機能は、渦流ブロワの圧力上昇を低下させないように、羽根車と隔壁の間を適当な隙間を保って適当なブレード枚数で仕切った長さを用いて、吐出口から吸込口への漏れ流量を低減することである。特に特許文献２のような従来の方法ではブレードが圧力を上げるために円周方向にも湾曲した形状しているため、特許文献１のような径方向に直線的なブレードの羽根車に比べ、ブレードの仕切り枚数に対する隔壁長さが長くなり、さらに羽根車隔壁の吸込側と吐出側の双方をスキューさせることより、有効静止流路が短くなっていた。

一方、渦流ブロワの圧力上昇は、静止流路の長さに影響を受けるが、従来の隔壁ではブレードの仕切り枚数長さ以上に、騒音低減のための隔壁のスキュー形状が吸込側、吐出側同時に行われ、これにより静止流路が短くなり、圧力が低くなっていた。更に特許文献２では、吸込口と吐出口は隔壁ガイドに被る構造であるため、吐出側でスムーズ流れが誘導されずに損失が発生していると考えられる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音を高くすることなく、圧力の高い渦流ブロワを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、回転軸を中心とした環状の溝を有するブレードケーシングと、このブレードケーシングの上記環状の溝内に、この環状の溝を横切って円周方向に区画する複数のブレードを備えた渦流ブロワの羽根車と、上記環状溝に対向した静止流路が設けられているケーシングとの組合せからなる渦流ブロワにおいて、静止流路上に設けられた吐出口と吸込口の間を回転方向に向かって仕切る隔壁の吐出側形状がブレードと同一形状としたことを特徴としている。

上記の態様において、より好ましい具体的形態は下記の通りである。
（１）静止流路上に設けられた吐出口に隔壁が重ならない位置関係にあること。
（２）羽根車のブレード形状が回転軸からみて湾曲していること。

本発明によれば、騒音を高くすることなく、圧力の高い渦流ブロワを提供することができる。

図１は、本実施例の渦流ブロワの構造を示す図である。図１において、１は誘導電動機、２は誘導電動機の回転軸、３はケーシングの静止流路、４は渦流ブロワの羽根車で、４ａは羽根車のブレード、４ｂは羽根車のブレードケーシングであり、これらを備えて構成されている。５は静止流路を構成しているケーシング、６は渦流ブロワのサイドカバー、７は吸音器で、その内部には吸込口に繋がる流路が配されている。このように、渦流ブロワの流量を外部に出力する吸込口と吐出口が同一方向に配置され、静止流路上には吐出口と吸込口を回転方向に向かって仕切る隔壁が設けられている。

ブレードケーシング４ｂは、回転軸２を中心とした環状の溝を有しており、このブレードケーシング４ｂの環状の溝内に羽根車４が配置される。羽根車４のブレード４ａは、ブレードケーシング４ｂの環状の溝を横切って円周方向に区画するように複数枚設けられており、環状の溝に対向する位置には静止流路３が位置するようにケーシング５と組み合わせられる。

図２は本実施例の渦流ブロワのサイドカバー６及び羽根車４を取外した状態を示す正面図で、ブレード４ｂと隔壁１０、吐出口９、吸込口８の位置関係を説明するために、ブレード４ｂを仮想的に細線で図示している。本実施例では、図２に示すように、吐出側の隔壁１０の形状はブレード形状と同一をしており、静止流路３上に設けられた吐出口９に隔壁１０が重ならない位置関係となっている。この時の、隔壁１０の背後に収まるブレード４ａの枚数（仕切り枚数）は、吐出側の圧力が一番高くなる枚数に調整される。

図３は従来の渦流ブロワのサイドカバー６及び羽根車４を取外した状態を示す正面図で、ブレード４ａと隔壁１０、吐出口９、吸込口８の位置関係を説明するために、ブレード４ａを仮想的に細線で図示している。具体的には、特許文献２の隔壁形状を示しており、正面から見た時に静止流路上の吸込口９と吐出口８に被るようなガイドが隔壁に設けられる。

また、吸込側のガイドの先端は外周側からブレードを切り内周側から静止流路３に開口する形状となっている。吐出側のガイドは羽根車４の内周側からブレード４ａを仕切る形状にすることにより、流れが、羽根車４とケーシング４ｂの間に発生する渦状の流れの速度分布に合い、低騒音化を図っている。

図４は本発明の別の実施例で、サイドカバー６及び羽根車４を取外した状態を示す正面図である。ブレード４ａと隔壁１０の位置関係を説明するために、ブレード４ａを仮想的に細線で図示している。図２の羽根車４とは異なる形状のブレード４ａの場合を組合わせた実施例で、ブレードの内周側が深さ方向にいくに従い、円周方向に膨らんだ形状をしている。

図５は本発明の別の実施例で、サイドカバー６及び羽根車４を取外した状態を示す正面図である。この例でも、ブレード４ａと隔壁１０の位置関係を説明するために、ブレード４ａを仮想的に細線で図示している。図２及び図４の実施例の羽根車４とは異なる形状のブレード４ａの場合を組合わせた実施例であり、ブレード形状が径方向に直線的な形状としている。

図６は本発明のさらに別の実施例で、サイドカバー６及び羽根車４を取外した状態を示す正面図である。この例でもブレード４ａと隔壁１０の位置関係を説明するために、ブレード４ａを仮想的に細線で図示している。図２の実施例の羽根車４とは異なる形状のブレード４ａの場合を組合わせた実施例で、ブレード形状が湾曲しているが、深さ方向に膨らまず直線的になっている。

上記の各実施例は、静止流路３上に設けられた吐出口９と吸込口８の間を回転方向に向かって仕切る隔壁１０の吐出側形状を、ブレード４ａの形状と合わせたことを特徴としている。

図７はこれらの実施例の作用を説明するための説明図であり、隔壁とブレードの位置関係とその位置での圧力、圧力変動の動向を模式的に示したものである。また、図８は、渦流ブロワの性能曲線を示した図であり、上記の実施例の効果を説明するものである。

以下、上記の実施例の作用効果について説明を加える。

渦流ブロワの圧力上昇は、ブレード４ａ内を内周から外周に向かって増速された流れが静止流路３に入ってから、静止流路形状に沿って内周側に案内される過程で減速、昇圧され、再びブレード４ａへ内周側から流入し圧力上昇する過程が繰り返される。このように何度か流れが渦を巻くように旋回する動作を繰り返し圧力上昇するため、渦流ブロワの圧力は、(ブレード１枚あたりの圧力上昇)×(旋回回数)、で決まる。

図３に示すように、従来の隔壁では、騒音低減を目的としてスキュー形状とした隔壁１０が用いられており、ブレード４ａの仕切り枚数長さ以上にスキュー形状が至っていた。そのため、吸込側、吐出側が同時に隔壁１０から露出し、これにより静止流路が短くなり、圧力が低くなっていた。さらに図３の例では、吸込口８と吐出口９は隔壁ガイドに被る構造であるため、吐出側でスムーズ流れが誘導されずに損失が発生しやすくなってしまっていた。

一般的に、圧力差が有る間隙の漏れ流量は間隙の大きさ（面積）と間隙前後の圧力差により決まる。具体的には、隙間の形状により決まる流量係数αと間隙の面積Ｆ、そして圧力差ΔＰの平方根に比例し、下記の式（１）で表される。

漏れ流量ΔＧ∝α×Ｆ×√ΔＰ …式（１）
図７は、本実施例の隔壁１０とブレード４ａの位置関係と圧力、圧力変動の動向をしめした模式図であり、隔壁部分では、ブレード４ａと隔壁１０にてシールが構成され、連続的なラビリンスシールを構成している。

吸込側では、隔壁により３枚のブレードが仕切られ、４箇所のシールを持つ構造となっている。各構成されるシールでの漏れ流量は質量保存則により一定で、隙間の形状は同じなので式（１）より、ほぼ直線的に圧力は降下していき、吸込側で隔壁の仕切りが無くなった時に吸込口の圧力の低い流れと一気に混合し、圧力変動が発生すると考えられる。

一方吐出側では、流量が隔壁に衝突する変動が主なため、吸込側に比べて吐出側の圧力変動は小さく、音の発生も小さいと考えられる。

本実施例では、上記のように吐出側の発生する音は吸込側に比べて小さいと考え、吐出側の隔壁のスキューを無くし、隔壁が吐出口に重ならない位置に配置することにより有効な静止流路を長くし、流れが旋回する回数を増加させることにより、騒音が増えることなく圧力上昇させることができると考えられる。

発明者らは、このような考え方を元に、吐出側の隔壁形状のスキューを無くしブレード形状と一致させ、隔壁が吐出口に重ならない位置に配置させて検証を実施した。図８は、本実施例の渦流ブロワと従来例の渦流ブロワの性能曲線を示した図であり、この図に示すように、従来例と比較して高い圧力が得られることが確認された。また、従来例と比較して騒音は変わらない結果を得た。

渦流ブロワの騒音源は吸込側であり、吐出側の隔壁形状をスキューさせたり、隔壁が吐出口に重なる位置に配置する必要はなく、隔壁形状をブレード形状に合わせることにより、騒音が同じで圧力の高い渦流ブロワが得られた。

本実施例の渦流ブロワの構造を示す図。 渦流ブロワのサイドカバー及び羽根車を取外した状態を示す正面図。 従来例におけるサイドカバー及び羽根車を取外した状態を示す正面図。 図２とは異なる別の実施例を示す図。 図２及び図４とは異なる別の実施例を示す図。 図２、図４及び図５とは異なる別の実施例を示す図。 本実施例の作用を説明するための説明図。 本実施例の渦流ブロワの性能曲線を示す図。

符号の説明

１…誘導電動機、２…誘導電動機の回転軸、３…ケーシングの静止流路、４…羽根車、４ａ…羽根車のブレード、４ｂ…羽根車のブレードケーシング、５…ケーシング、６…サイドカバー、７…吸音器、８…静止流路上の吸込口、９…静止流路上の吐出口、１０…隔壁、１１…内部流れ。

Claims (3)

1. 回転軸を中心とした環状の溝を有するブレードケーシングと、このブレードケーシングの上記環状の溝内に、この環状の溝を横切って円周方向に区画する複数のブレードを備えた渦流ブロワの羽根車と、上記環状溝に対向した静止流路が設けられているケーシングとの組合せからなる渦流ブロワにおいて、静止流路上に設けられた吐出口と吸込口の間を回転方向に向かって仕切る隔壁の吐出側形状がブレードと同一形状であることを特徴とする渦流ブロワ。
2. 請求項１の渦流ブロワにおいて、静止流路上に設けられた吐出口に隔壁が重ならない位置関係にあることを特徴とする渦流ブロワ。
3. 請求項１または請求項２の渦流ブロワにおいて、羽根車のブレード形状が回転軸からみて湾曲していることを特徴とする渦流ブロワ。

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