JP2009085049A - 安全弁を備えたルーツ式ブロワ - Google Patents

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Komei Yokoi
康名 横井
Toshiaki Kato
利明 加藤
Masashi Takeda
昌史 竹田
Hiroyuki Ito
博之 伊藤
Yoshinobu Ito
義展 伊藤
Ikuto Yokoi
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Abstract

【課題】圧力変化があってもほぼ一定の風量が得られ、小動力で運転可能な安全弁を備えたルーツ式ブロワを提供すること。
【解決手段】安全弁を備えた低圧域において使用されるルーツ式ブロワであって、
自重式安全弁20は、ルーツ式ブロワBの吐出管7に接続可能とされた管部21に弁体30を収容するハウジング24を一体に設け、吐出管7の内部と連通するように設けられた上向きの連通口25に形成した弁座26に弁体30の下端部を接触させ、その接触状態を自重により保持可能に設けると共に当該弁体30の後部にチャタリング防止用バネ部材たるコイルバネ35を装着し、管部21内のガス圧力が瞬間的に上昇した場合、その圧力により弁体30を押し上げて連通口25を開放することによりハウジング24に流入するガスが放出口37から外部へ排出される。
【選択図】図1

Description

本発明は、安全弁を備えた低圧の領域において使用されるルーツ式ブロワに関する。
ルーツ式ブロワは、ガスを移送するものとして真空と圧縮用に利用されており、吐出側の圧力が瞬間的に上昇したときのガスを外部へ逃がすために安全弁を設置している。
特許文献1には、弁座に接触して弁ポートを閉鎖する閉鎖部材が固定された心棒と、その心棒に螺合するスリーブと、その閉鎖部材を弁座に接触させるようにスリーブを当該弁座に向けて付勢するコイルバネを備え、心棒に固定した握りを回転操作してスリーブを進退させることにより弁の設定圧力を調節する構造とされている。
ところで、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内において使用されるルーツ式ブロワにおいては、安全弁の役割が重要であり、特許文献1に見られるようなコイルバネを用いて設定圧力を調節する構造の安全弁では、バネ定数の低いコイルバネを用いたとしても低い圧力に設定する調節が難しい。このため、吐出側の圧力が瞬間的に上昇したときのガスを外部へ逃す際に圧力上昇状態が速やかに解消しないので、ルーツ式ブロワの駆動モータがオーバーロードになる虞がある。そこで、かかる事態を考慮して、出力の大きな駆動モータを選定せざるを得なかった。
また、上記低圧域において使用されるブロワとして、リングブロワ、ターボブロワ等が使用されているが、圧力の変化に伴い風量の変化が甚だしく、使用上の制約があった。
実公昭45−27990号公報
本発明の目的は、圧力変化があってもほぼ一定の風量が得られ、小動力で運転可能な安全弁を備えたルーツ式ブロワを提供することにある。
前記目的を達成するために請求項1に記載した発明は、安全弁を備えた低圧域において使用されるルーツ式ブロワであって、前記安全弁は、前記ルーツ式ブロワの吐出管に接続可能とされた管部に弁体を収容するハウジングを一体に設け、前記吐出管の内部と連通するように設けられた上向きの連通口に形成した弁座に前記弁体の下端部を接触させ、その接触状態を自重により保持可能に設けると共に当該弁体の後部にチャタリング防止用バネ部材を装着し、前記ハウジングに流入するガスを外部へ排出する放出口を当該ハウジングに設けたことを特徴とする。
同様の目的を達成するために請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の安全弁を備えたルーツ式ブロワにおいて、前記弁座と前記弁体の下端部との間に、球状シール部材を介装したことを特徴とするものである。
同様の目的を達成するために請求項3に記載した発明は、安全弁を備えた低圧域において使用されるルーツ式ブロワであって、前記安全弁は、前記ルーツ式ブロワの吐出管に接続可能とされた管部にバタフライ形弁を収容するハウジングを一体に設け、前記吐出管の内部と連通するように設けられた上向きの連通口を該バタフライ形弁の取付け部に揺動可能に形成された弁体により開閉可能に設け、その弁体に取り付けられた錘によって前記弁体による閉鎖状態を保持可能に設け、前記ハウジングに流入するガスを外方へ排出する放出口を当該ハウジングに設けたことを特徴とする。
同様の目的を達成するために請求項4に記載した発明は、請求項1から3の何れかに記載した安全弁を備えたルーツ式ブロワにおいて、前記安全弁の放出口から排出されるガスをバイパスさせて前記ルーツ式ブロワの吸入側へ導入させるように設けたことを特徴とするものである。
同様の目的を達成するために請求項5に記載した発明は、請求項1から4の何れかに記載した安全弁を備えたルーツ式ブロワにおいて、前記低圧域については、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内であることを特徴とするものである。
(請求項1の発明)
この安全弁を備えたルーツ式ブロワは、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内の低圧域においてほぼ一定の風量を確実に得ることができ、小動力で運転可能である。加えて、吐出側のガスの圧力が瞬間的に上昇した場合にも駆動モータにオーバーロードを生じる虞がない。
(請求項2の発明)
このルーツ式ブロワは、安全弁を構成する弁体の下端部と弁座との間に球状シール部材を介装しているので、弁体による閉鎖状態が良好である。
(請求項3の発明)
このルーツ式ブロワは、バタフライ式安全弁を採用しているので、移送するガスとしての空気中にオイルミストやウォータミストを多く含む場合にも安全弁の開閉動作が円滑に行なわれる。
(請求項4の発明)
このルーツ式ブロワは、安全弁から排出されるガスをバイパスさせてルーツ式ブロワの吸入側へ導入させるように設けているので、吐出側のガスの圧力が瞬間的に上昇した場合にも設定圧力を維持することができると共に駆動モータにオーバーロードを生じる虞がない。
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る安全弁を備えたルーツ式ブロワの説明図、図2は他の形態の安全弁の説明図、図3は図2に示すバタフライ形弁の平面図である。
本発明に係る安全弁を備えたルーツ式ブロワBは、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内の低圧域において使用されるに適する構造とされ、安全弁として上下方向に移動して連通口を閉鎖・開放する自重式と、バタフライ式の2種類の実施形態について説明する。なお、移送するガスについては、空気を例にして述べる。
図1において、ルーツ式ブロワBは、取付け部2を備えたブロワ本体1に、吸入口4と吐出口6が形成されたケーシング3を一体に設け、ケーシング3内に、3葉式ロータ9,11が夫々設けられた一対のロータシャフト8,10を回転可能に配置し、吸入口4と吐出口6の間が連通することのないように両ロータ9,11を回転させることにより吸入口4から空気を吸入し、吸入した空気を吐出口6から吐出する公知構成とされている。5は吸入口4に連通するように一体に形成されたフランジ5aを備えた吸入管、7は吐出口6に連通するように一体に形成されたフランジ7aを備えた吐出管である。
(自重式安全弁)
自重式安全弁20は、図1に示すように、入口側にフランジ21aを出口側にフランジ21bを備えた管部21に弁体30を収容する縦向き円筒形のハウジング24を一体に設け、その管部21の上壁部に上向きの連通口25が設けられている。フランジ21aは、前記ルーツ式ブロワBのフランジ7aに図示しないボルト・ナットにより接続可能に設けられ、連通口25は前記吐出管7の内部と連通するように設けられている。26は連通口25の上端面に形成された弁座である。
弁体30は、ほぼ弾頭形状とされていて下部30bをテーパ形に形成され、上部30aに倒れ防止用ピン31を周設している。また、弁体30とハウジング24の内周面24aとの隙間については、約2mmに設けられている。33は弁座26と弁体30の下端部30cとの間に介装されたゴム製の球状シール部材である。弁体30の上端に形成された凹部(後部)30dには、チャタリング防止用バネ部材である弱い弾発力のコイルバネ35をセットし、放出口37が設けられたキャップ36を同ハウジング24のネジ孔27に螺着することにより該バネ部材35を取り付けている。
なお、チャタリング防止用バネ部材については、コイルバネ35に限らず、弾力性を有するゴム製リングを用いることも可能である。また、球状シール部材33については、管部21を通過するガスの性質によりゴム製に代えてステンレス製のものを用いることも可能である。さらには、弁体30の底部を球面状に設けることにより、球状シール部材33を使用しない構成とすることも可能である。
しかして、弁体30の自重により球状シール部材33を弁座26に接触させて連通口25を閉鎖状態に保持可能に設け、他方、ルーツ式ブロワBの吐出側の空気圧力、言い換えると管部21内の空気圧力が瞬間的に上昇した場合に球状シール部材33及び弁体30を押し上げることにより連通口25を開放して放出口37から外部へ空気を逃がすように設けた自重式安全弁20が構成される。
また、自重式安全弁20の放出口37から排出される空気をバイパスさせてルーツ式ブロワBの吸入側へ導入させる構造とすることもできる(請求項4に対応)。具体的には、放出口37と吸入管5との間をバイパス管41により接続するように設ける。
なお、弁体30の重さについては、ルーツ式ブロワの口径や連通口の大きさにより異なるが、例えば、連通口の大きさが直径30mmの場合は約1.1kgである。また、連通口を通過するガスの速さについては、30m/秒程度を想定して連通口の大きさ、弁体の重さ等を設計するものとする。
(バタフライ式安全弁)
このバタフライ式安全弁50は、図2に示すように、管部51の上部に形成した段付穴52に、バタフライ形弁65を収容する縦向きのハウジング54の底部54aを嵌着し、その底部54aの中央に連通口55を設けている。管部51には、前述した自重式安全弁20の管部21と同様、フランジ51a,51bを備えており、連通口55は前記ルーツ式ブロワBの吐出管7の内部と連通するように設けられている。58はハウジング54のネジ孔56に螺着されたキャップ、59はキャップ58に設けられた放出口である。
バタフライ形弁65は、図3に示すように、複数の取付け穴67を備えたリング形状の取付け部66の内側に一体にヒンジ68を形成し、そのヒンジ68により円板形の弁体69を揺動可能に設けている。弁体69には、芯金71が適宜埋設されている。そして、金属製の球状錘75の軸76を弁体69の中心穴70に通して当該軸76にナット77を螺合することにより、球状錘75を弁体69に固定している。
しかして、球状錘75の重さを利用して弁体69をハウジング54の底部54aの内面に接触させて連通口55を閉鎖状態に保持可能に設け、他方、管部51内の空気圧力が瞬間的に上昇した場合に弁体69を押し上げることにより連通口55を開放して放出口59から外部へ空気を逃がすように設けたバタフライ式安全弁50が構成される。
なお、このバタフライ式安全弁50については、前記自重式安全弁20と同様に、放出口59から排出される空気をバイパスさせてルーツ式ブロワBの吸入側へ導入させる構造とすることもできる。
(実験)
本発明に係る安全弁を備えたルーツ式ブロワと比較例のターボブロワ及びリングブロワの性能を測定する実験を下記条件にて行なった。その結果を図4に示す。
安全弁については、自重式安全弁20を使用し、表1に示すように、弁体の重さについては、5種類のルーツ式ブロワの口径に対応して夫々異なるものを採用した。
図中に表した本発明に係る5種類のルーツ式ブロワ
A:50mm(口径)、0.75kW(モータ出力)
B:65mm、2.2kW
C:80mm、3.7kW
D:100mm、3.7kW
E:125mm、5.5kW
比較例1の3種類のターボブロワ
T1:80mm(口径)、2.2kW(モータ出力)
T2:80mm、3.7kW
T3:100mm、7.5kW
比較例2の3種類のリングブロワ
R1:32.5mm(口径)、120W(モータ出力)
R2:40mm、0.6kW
R3:40mm、1.3kW
Figure 2009085049
実験の結果、図4によれば、本発明に係るルーツ式ブロワは、圧力が0〜15kPaの範囲においてほぼ一定の風量が得られることが確認された。これに対し、比較例のターボブロワ及びリングブロワでは、圧力と風量の関係を表す曲線が倒れた緩いカーブを示しており、風量と圧力の関係が一様でなく、動力の選定が難しいことが確認された。
また、本発明に係るルーツ式ブロワについて真空と圧縮の領域における性能を測定したところ、図5に示すように圧力に関係なくほぼ一定の風量を得られることが確認された。
以上に述べた通り、この安全弁を備えたルーツ式ブロワは、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内の低圧域においてほぼ一定の風量を確実に得ることができ、小動力で運転可能であるという利点を有する。
本発明に係る安全弁を備えたルーツ式ブロワの説明図 他の形態の安全弁の説明図 図2に示すバタフライ形弁の平面図 本発明に係るルーツ式ブロワと比較例の性能を測定したグラフ 本発明に係るルーツ式ブロワの性能を測定したグラフ
符号の説明
B・・・本発明に係る安全弁を備えたルーツ式ブロワ
7・・・吐出管
20・・・自重式安全弁(安全弁)
21・・・管部
24・・・ハウジング
25・・・連通口
26・・・弁座
30・・・弁体
35・・・コイルバネ(チャタリング防止用バネ部材)
37・・・放出口
41・・・バイパス管
50・・・バタフライ式安全弁(安全弁)
51・・・管部
54・・・ハウジング
55・・・連通口
59・・・放出口
65・・・バタフライ形弁
69・・・弁体
75・・・球状錘(錘)

Claims (5)

  1. 安全弁を備えた低圧域において使用されるルーツ式ブロワであって、
    前記安全弁は、前記ルーツ式ブロワの吐出管に接続可能とされた管部に弁体を収容するハウジングを一体に設け、前記吐出管の内部と連通するように設けられた上向きの連通口に形成した弁座に前記弁体の下端部を接触させ、その接触状態を自重により保持可能に設けると共に当該弁体の後部にチャタリング防止用バネ部材を装着し、前記ハウジングに流入するガスを外部へ排出する放出口を当該ハウジングに設けたことを特徴とする安全弁を備えたルーツ式ブロワ。
  2. 前記弁座と前記弁体の下端部との間に、球状シール部材を介装したことを特徴とする請求項1に記載の安全弁を備えたルーツ式ブロワ。
  3. 安全弁を備えた低圧域において使用されるルーツ式ブロワであって、
    前記安全弁は、前記ルーツ式ブロワの吐出管に接続可能とされた管部にバタフライ形弁を収容するハウジングを一体に設け、前記吐出管の内部と連通するように設けられた上向きの連通口を該バタフライ形弁の取付け部に揺動可能に形成された弁体により開閉可能に設け、その弁体に取り付けられた錘によって前記弁体による閉鎖状態を保持可能に設け、前記ハウジングに流入するガスを外方へ排出する放出口を当該ハウジングに設けたことを特徴とする安全弁を備えたルーツ式ブロワ。
  4. 前記安全弁の放出口から排出されるガスをバイパスさせて前記ルーツ式ブロワの吸入側へ導入させるように設けたことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載した安全弁を備えたルーツ式ブロワ。
  5. 前記低圧域については、吸入側と吐出側との圧力差が15kPaの範囲内であることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載した安全弁を備えたルーツ式ブロワ。
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