JP2015086739A - 羽根車とそれを備えた送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 腐食性ガスを送る環境でも長期間の安定した運転ができる羽根車を提供すること。【解決手段】 送風機の駆動軸に取付けられる羽根車１を、駆動軸に取付けられる主板１１とこの主板１１に立設された複数の翼１２とをプラスチックで一体的に成形された本体１０と、翼１２の開放端部に固定されるプラスチックで成形された側板２０とを備え、本体１０は、翼１２の開放端部から本体１０の軸心と平行に突出する複数の係止ピン１６を有し、側板２０は、翼１２の係止ピン１６を挿入して反挿入側で固定する係止穴２１を有するとともに、中央部分に向けて係止穴２１を設けた部分の厚みが増すように形成する。【選択図】 図３

Description

本願発明は、化学工場や薬品工場などの腐食性ガスの送風機に用いられる羽根車とそれを備えた送風機に関する。

従来、種々の工場などで送風機が用いられており、効率が良く騒音が小さい送風機として翼形羽根を備えた羽根車を用いた送風機が多く用いられている。

この種の羽根車に関する先行技術として、例えば、ディスクとシュラウドとを金属素材で形成し、翼形羽根をプラスチック材で形成し、これらを固着したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の先行技術として、翼形状部と翼形形状取付部とに分けることで、それぞれの機能に最適な素材（金属＋非金属）及び形状を選択できるようにして、設計の自由度を増すようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−２７２４９３号公報 特開平７−１０３１９０号公報

ところで、上記したような羽根車が用いられる工場には、化学工場や薬品工場などもある。このような工場では、例えば、無機酸系ガスや有機酸系ガス及びアルカリ系ガスのような腐食性ガスを送風機で排気する必要がある。

しかしながら、上記した先行技術の羽根車をこのような腐食性ガスを送る送風機に用いた場合、数週間から数ヶ月で金属素材が腐食して長時間の安定した運転が難しい。また、羽根車が腐食によって損傷し、腐食性ガスの排気が止まる場合もある。

また、金属素材が腐食によって損傷した場合、送風機を停止させて羽根車を交換しなければならないため、非常に多くの時間と労力及び費用を要し、工場においては生産性を低下させる。

しかも、この種の送風機には長時間運転（例えば、２４時間運転）する場合があるとともに、メンテナンス回数も限られる（例えば、半年に１回程度）場合があるため、安定した運転ができることが望まれている。

そこで、本願発明は、腐食性ガスを送る環境でも長時間の安定した運転ができる羽根車と、それを備えた送風機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の羽根車は、送風機の駆動軸に取付けられる羽根車であって、前記駆動軸に取付けられる主板と、前記主板に立設された複数の翼と、をプラスチックで一体的に成形された本体と、前記翼の開放端部に固定されるプラスチックで成形された側板と、を備え、前記本体は、前記翼の開放端部から突出する複数の係止ピンを有し、前記側板は、前記翼の係止ピンを挿入して反挿入側で固定する係止穴を有するとともに、中央部分に向けて前記係止穴を設けた部分の厚みが増すように形成されている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「プラスチック」は、繊維強化プラスチックなどを含む。

この構成により、羽根車はプラスチックで形成され、耐腐食性の高い羽根車を構成することができる。しかも、本体の係止ピンに固定する側板の厚みが中央部分に向けて増すように形成したので、経年使用によっても安定した固定状態を保つことができ、長時間の安定した運転ができる。

また、前記係止ピンは、翼の開放端部における翼長方向に複数本が設けられ、中央部分側の係止ピンの外径が半径方向外側の係止ピンよりも大きく形成されていてもよい。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「係止ピンの大きさ」は、「太さ」、「長さ」のいずれか又はいずれも含む概念である。

このように構成すれば、遠心力によって大きな引っ張り力が作用する中央部分側における係止ピンの安定した強度を保つことができる。

また、前記本体の係止ピンと側板の係止穴とを同心円上に備え、前記側板は、同心円上の係止穴の位置における係止ピンの突出側表面が、軸心に対して直交する平面状に形成されていてもよい。

このように構成すれば、係止ピンを挿入して側板から突出する部分の表面を平面状とし、軸心と平行方向から押圧してカシメ（加熱押圧）ることができ、係止ピンに作用する荷重が係止ピンの軸心方向に作用するようにできる。

また、前記側板は、同心円上の係止穴の位置において外面が段部に形成され、かつ中央部分に向けて厚みが増すように形成されていてもよい。

このように構成すれば、側板の全周に同心円上の段部が形成されるので、回転体である側板を回転対称に形成して重量バランスを容易に保つことができる。しかも、軸心に対して直交するように形成された係止穴の段部のみが厚みが増すので、部分的な厚みの増加で全体的な重量増加を抑えつつ、係止ピンで結合している中央部分の強度をより適切に保つことができる。

一方、本願発明の送風機は、前記いずれかの羽根車を備えた送風機であって、前記羽根車の中央部分に気体を導く吸込口を有し、羽根車の周方向から気体を吐出する吐出口を有するケーシングを備えている。

この構成により、耐腐食性の高い羽根車を備え、効率が良く騒音が小さい腐食性ガス用の遠心送風機を構成することができる。

本願発明によれば、プラスチックによって形成された羽根車によって、化学工場や薬品工場などの腐食性ガスの送風機において経年使用に耐えうるので、長期間の安定した運転が可能となる。

図１は本願発明の一実施形態に係る羽根車の本体を示す図面であり、(a) は断面図、(b) は平面図である。 図２は図１の本体に固定する側板であり、(a) は平面図、(b) は断面図、(c) は底面図、(d) は(b) に示すII部の拡大図である。 図３は図１の本体と図２の側板とを固定した状態の図面であり、(a) は断面図、(b) は一部断面した平面図である。 図４は図３に示す羽根車を備えた送風機の断面図である。

以下、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、例えば、化学工場などで、約−１０℃〜５０℃以下、締切り最大圧力が約０．５ｋＰａ〜２．５ｋＰａ以下の環境で、最大回転数における最外周部の周速が約６５ｍ／ｓで使用されるような羽根車を例に説明する。

図１(a),(b) に示すように、この実施形態の羽根車１（図３）の本体１０は、円板状の主板１１と、この主板１１に立設される複数の翼１２とを有している。これら主板１１と翼１２は、一体的に形成されている。この図では、翼１２を同一面に示して説明する。

上記主板１１には、中央部に駆動軸３２（図４）に取付けるための金属製のボス１３が設けられている。また、主板１１には、このボス１３の外周部から翼１２と反対方向に筒状体１４が突設されている。筒状体１４は、羽根車１を後述するように送風機３０に取付けたときに、ボス１３を取付ける駆動軸３２を覆うように延びている。この筒状体１４により、駆動軸３２が腐食性ガスと接しないようにする。

上記翼１２は、断面が翼形状となっており、主板１１との接合部分の翼長が最も長く、開放端部（主板１１側と反対側の端部）１５の部分の翼長が最も短くなっている。この翼１２の開放端部１５は、周囲から中央部分に向かって主板１１からの距離が長くなるように湾曲した形状となっている。開放端部１５の湾曲形状は、後述する側板２０の湾曲した内面に沿う形状となっている。この実施形態では、８枚の翼１２が設けられた例である。なお、この実施形態の翼形状は一例であり、使用条件に応じた翼形状とすればよい。また、翼１２の枚数も一例であり、使用条件に応じて好ましい枚数とすればよい。

そして、翼１２の開放端部１５には、主板１１の軸心Ｃと平行に複数の係止ピン１６が設けられている。これらの係止ピン１６は、主板１１の軸心Ｃに対して同心円（一点鎖線で示す円）上に設けられている。係止ピン１６は、翼１２の開放端部１５における翼長方向に複数本が設けられている。

また、この実施形態では、翼長方向に設けられた複数本の係止ピン１６の内、一番中央部分の係止ピン１６は、直径が太く、また長く形成されている。さらに、その外方の係止ピン１６も、最外方部分の係止穴２１に比べて少し太く、また長く形成されている。このように中央部分の係止ピン１６を太く、長くすることで、翼１２の中央部分において側板２０との結合が強固に行われるようにしている。しかも、長い係止ピン１６の上端が翼１２の開放端部１５から離れるので、後述するように側板２０を固定するときに加熱押圧してカシメるときの熱応力が係止ピン１６の基部に作用するのを抑えることができる。

さらに、主板１１の翼１２と反対側に裏羽根１７が設けられている。この裏羽根１７により、送風機３０（図４）の駆動軸３２に取付けたときの、筒状体１４の貫通部から２次空気を吸引することで、送風機３０内部の腐食性ガスＧが漏洩するのを防止している。

このような本体１０は、翼１２と主板１１とは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などによって一体成形される。また、上記ボス１３も主板１１の成形時に一体となるように設けられる。この成形された本体１０は、各構成が軸心Ｃに対して回転対称となっている。

図２(a) 〜(d) は、上記翼１２の開放端部１５に固定される円板状の側板２０を示す図面である。なお、図２(b) では周方向にずれた位置の係止穴２１を同一面に示して説明する。図２(b) に示すように、側板２０は、翼１２と接する内側が、翼１２の開放端部１５の湾曲形状に沿うように湾曲した形状となっている。この側板２０には、上記翼１２の端部に設けられた係止ピン１６を挿入して係止する係止穴２１が設けられている。図２(a) に示すように、この係止穴２１も、上記本体１０の係止ピン１６と同様に、側板２０の軸心Ｃ（主板１１の軸心Ｃ）に対して同心円（一点鎖線で示す円）上に設けられている。

そして、図２(b) に示すように、側板２０に設けられた係止穴２１の中央部分は、同心円上の係止穴２１の位置における係止ピン１６の突出側（外側）表面が、軸心Ｃに対して直交する平面状の座２２に形成されている。この実施形態では、最も中央部分とその半径方向外側の係止ピン１６の突出側表面が、軸心Ｃと直交する平面状の座２２に形成されている。このように、側板２０の外面に平面状の座２２を形成することにより、側板２０の外面には同心円の段部２５が形成されている。このように、座２２の部分となる段部２５を全周に設けることで、一体成形時の重量バランスが安定して保てるようにしている。また、図２(d) にも示すように、係止穴２１の外面側には、外側に係止ピン１６の端部のカシメた部分が入り込む凹部２３が形成されている。

このように、係止ピン１６を挿入して側板２０から突出させる部分を、軸心Ｃに対して直交する平面状の座２２とすることで、この係止ピン１６の突出した部分を外側から軸方向にカシメて側板２０を本体１０に固定することができる。従って、係止ピン１６に作用させる荷重が係止ピン１６の軸方向に作用し、斜めの荷重が残らないようにできる。

また、上記側板２０は、同心円上に設けられた係止穴２１の部分の中央部分において厚みが増すようにしている。係止穴２１は、上記したように軸心Ｃに対して直交する平面状の座２２を有し、この座２２の部分の厚みが中央部分に向けて増すように形成されている。この実施形態では、最も中央部分の係止ピン１６を挿入する係止穴２１の部分が最も厚みが増している。

このようにすれば、側板２０と翼１２とを結合している中央部分の係止ピン１６と係止穴２１との結合強度を高めることができ、翼１２と側板２０との結合状態をより長時間適切に保つことができる。

さらに、図２(c) に示すように、側板２０の内面には、上記翼１２の開放端部１５が入り込む位置決めリブ２４が設けられている。上記翼１２の開放端部１５は、この位置決めリブ２４の間に入り込み、係止ピン１６が係止穴２１に挿入される。この側板２０も、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などによって一体成形される。この成形された側板２０は、各構成が軸心Ｃに対して回転対称となっている。

図３は、上記本体１０に側板２０を固定した状態を示している。図示するように、翼１２の開放端部１５に設けられた係止ピン１６に側板２０の係止穴２１を挿入し、外側から係止ピン１６の先端部分をカシメ（加熱押圧など）ることで、係止ピン１６の先端部が係止穴２１の凹部２３を埋めて側板２０が本体１０に固定される。このように固定された本体１０と側板２０は、軸心Ｃに対して回転対称となっているため、例えば、最外周部における周速が約６５ｍ／ｓの高速回転で長時間運転されるような使用条件でも、長時間安定して使用することができる。なお、この羽根車１は、例えば、定格回転数の最外周部における周速が３０ｍ／ｓ〜６５ｍ／ｓの高速回転で使用される場合に好適である。

また、上記したように、側板２０の係止穴２１が設けられた座２２に対して直交するように押圧するため、側板２０の係止穴２１から突出している係止ピン１６を軸方向に押圧して座２２の凹部２３に固定することができる。しかも、係止ピン１６を軸方向に押圧するため、固定後の係止ピン１６に斜めの力が残ることを防止することができる。

さらに、この実施形態では、側板２０の最も中央部分の係止ピン１６の外径が太く形成され、しかも、この係止ピン１６を固定する中央部分の係止穴２１は、厚みが増した座２２に形成されているため、側板２０の中央部分をより強固に固定することができる。これにより、回転時に側板２０に遠心力が作用し、その遠心力によって円弧状断面に形成された側板２０の中央部分には外向きに広がろうとする大きな引っ張り力が作用するが、その大きな引っ張り力を厚みの厚い段部２５の係止穴２１と太い係止ピン１６とによって支持することができる。

このように、本体１０に側板２０を固定することにより、本体１０と側板２０とが一体となったプラスチック製の羽根車１が形成される。この羽根車１は、ボス１３以外がプラスチックで形成されているため、耐食性の高い羽根車１となる。この羽根車１は、主板１１の中央部分に設けられたボス１３を一方向に回転駆動することにより、周囲の翼１２によって側板２０の中央部分から翼１２の周囲へ気体を流すことができる。

図４は、上記羽根車１を遠心送風機３０に備えさせた例を示している。羽根車１は、ボス１３が、駆動モータで駆動するベルト３１で回転駆動する駆動軸３２にナット３３で取付けられている。ナット３３と駆動軸３２の先端部分には、これらを腐食性ガスＧから守るようにカバー３４が取付けられている。また、羽根車１は、周囲に設けられたケーシング３５の中に収められている。このケーシング３５には、羽根車１の側板２０に向けて気体を案内するラッパ状の筒体３６が設けられている。ケーシング３５のフランジ３７，３８には、羽根車１の中央部分に腐食性ガスＧを吸込む吸込パイプ（吸込口）３９が設けられ、羽根車１の周方向から腐食性ガスＧを吐出する吐出パイプ４０（吐出口）が取付けられている。

このような遠心送風機３０によれば、駆動軸３２で羽根車１を回転させることにより、吸込パイプ３９から吸込まれた腐食性ガスＧは、羽根車１の周囲から吐出パイプ４０に吐出される。なお、この実施形態では遠心送風機３０を例に説明したが、他の送風機であってもよい。

以上のように、上記羽根車１によれば、本体１０及び側板２０をプラスチック（繊維強化プラスチック）で一体成形し、本体１０の翼１２に設けられた係止ピン１６を側板２０の係止穴２１に挿入して固定することで一体となった羽根車１を形成することができる。しかも、この羽根車１は、全体がプラスチック製であるため、腐食性ガスの送風機３０に用いたとしても、長時間の安定した運転が可能となる。

従って、上記羽根車１を用いた送風機３０によれば、メンテナンス期間が長い設備などでも、腐食性ガス中で安定した運転が可能となり、安定した運用が可能な送風機３０を提供することが可能となる。

なお、上記実施形態では、化学工場、薬品工場などにおける腐食性ガスの送風機を例に説明したが、その他、多種類のガス体を取り扱う化学実験室のドラフトチャンバー用送風機、バイオ、ＩＣ研究室の送風機、トイレ、浴室の排送風機、厨房設備の送風機、及び浄化槽設備の臭気用送風機など、種々の送風機における羽根車１として使用できる。羽根車の用途は、上記実施形態に限定されるものではない。

また、羽根車１の使用条件も、例えば、約−１０℃〜５０℃以下で、締切り最大圧力が約０．５ｋＰａ〜２．５ｋＰａ以下の環境であれば、長期間使用しても安定した運転が可能であり、上記実施形態に限定されるものではない。

さらに、上記実施形態は一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本願発明に係る羽根車は、化学工場や薬品工場、化学実験室やバイオ、ＩＣ研究室などにおける腐食性ガスの送風機に利用することができる。

１ 羽根車
１０ 本体
１１ 主板
１２ 翼
１３ ボス
１４ 筒状体
１５ 開放端部
１６ 係止ピン
１７ 裏羽根
２０ 側板
２１ 係止穴
２２ 座
２３ 凹部
３０ 送風機
３１ 駆動モータ
３２ 駆動軸
３５ ケーシング

Claims (5)

1. 送風機の駆動軸に取付けられる羽根車であって、
   前記駆動軸に取付けられる主板と、前記主板１１に立設された複数の翼と、をプラスチックで一体的に成形された本体と、
   前記翼の開放端部に固定されるプラスチックで成形された側板と、を備え、
   前記本体は、前記翼の開放端部から該本体の軸心と平行に突出する複数の係止ピンを有し、
   前記側板は、前記翼の係止ピンを挿入して反挿入側で固定する係止穴を有するとともに、中央部分に向けて前記係止穴を設けた部分の厚みが増すように形成されていることを特徴とする羽根車。
2. 前記係止ピンは、翼の開放端部における翼長方向に複数本が設けられ、中央部分側の係止ピンの外径が半径方向外側の係止ピンよりも大きく形成されている請求項１に記載の羽根車。
3. 前記本体の係止ピンと側板の係止穴とを同心円上に備え、
   前記側板は、同心円上の係止穴の位置における係止ピンの突出側表面が、軸心に対して直交する平面状に形成されている請求項１又は２に記載の羽根車。
4. 前記側板は、同心円上の係止穴の位置において外面が段部に形成され、かつ中央部分に向けて厚みが増すように形成されている請求項３に記載の羽根車。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の羽根車を備えた送風機であって、
   前記羽根車の中央部分に気体を導く吸込口を有し、羽根車の周方向から気体を吐出する吐出口を有するケーシングを備えていることを特徴とする送風機。

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