JP2015514178A - 回旋状の非接触型インペラ・ハウジング間シール・アセンブリを備えた渦流ブロワ - Google Patents

Abstract

渦流ブロワは、回転するインペラを取り囲む環状ハウジング・アセンブリを含み、円環状フロー・チャネルと、円環状フロー・チャネルに流体を受け入れる入口と、円環状フロー・チャネルから流体を放出する出口と、入口に近接した円環状フロー・チャネルの低流体圧領域と、出口に近接した円環状フロー・チャネルの高流体圧領域とを画成する。インペラおよびハウジング・アセンブリの同心の表面形状の間での非接触相互作用によって、インペラとハウジング・アセンブリとの間で、円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から低流体圧領域への対向する同心の流体経路が形成される。対向する同心の流体経路は、その中を通って円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から円環状フロー・チャネルの低流体圧領域へと流体が流れるのを制限するように回旋状にされる。

Description

本発明は、渦流ブロワに関する。

渦流ブロワは、空気もしくは他のガスなど、大量の流体を低圧または真空で移動させるために有用である。容積式圧縮機および真空ポンプとは異なり、サイド・チャネル・ブロワまたはリング圧縮機とも呼ばれる渦流ブロワは、非容積式方法（non-positive displacement method）によって流体分子を再生して、真空または圧力を作り出す。渦流ブロワは、空気圧輸送、下水エアレーション、真空吊上げ、真空包装、包装機器、印刷機、養殖／池のエアレーション、温泉、乾燥機、ほこり／煙除去、工業用真空システム、土壌蒸気抽出、および彫刻機器のチップ除去など、広範囲の用途に使用される。適切に設置された渦流ブロワは数年にわたって保守点検を要しない動作を提供するので、高い流体フローおよび低い真空／圧力が必要とされる場合は常に、理想的な解決策である。

一般的な渦流ブロワは、２９００〜３５００回転／分などのモータ公称速度で転回する、モータ軸に直接取り付けられたインペラを含む。インペラは、その周面に形成された多数のブレードから成る。これらのブレードの数、サイズ、および角度は、ブロワの空力性能特性に寄与する。インペラは、入口と出口との間にチャネルを有するハウジング・アセンブリ内で転回する。インペラが回転するにつれて、空気もしくは他のガスなどの流体が、入口から出口へとチャネルを通して推進される。流体は、入口から出口へとチャネルを通過するにつれて加圧されるが、その場合、出口を通って放出される流体の相対圧力は入口を通ってチャネルに入る流体よりも高い。入口付近のチャネルの取込み領域はブロワの低圧領域であり、出口付近のチャネルの放出領域はブロワの高圧領域である。流体が入口から出口へとチャネルを通して推進されるにつれて、流体はインペラ上の各ブレード間に捕捉され、外側および前方の両方でチャネルに追い込まれる。次に、流体はブレードの基部に戻る。このプロセスが、インペラが転回するのにしたがって何度も繰り返され、この再生によってブロワがその圧力／真空能力を獲得する。そこで、渦流ブロワは多段の往復動式圧縮機（reciprocal compressor）のように動作し、ブレード間の再生段それぞれによってもたらされる圧力増加はわずかなものにすぎないが、入口から出口までのチャネルを通したわずかな圧力増加の総計によって、比較的高い連続動作圧力を生じさせることができる。

渦流ブロワは、何らかの保守および監視を要するとしてもほとんど不要であるが、これはインペラが、ハウジング・アセンブリ・チャネルと接触しないため、磨耗がないことによる。自己潤滑性ベアリングが唯一の磨耗する部品である。渦流ブロワはオイルレスであり、複雑な取込みおよび排気弁調節を有さない。さらに、ほとんどのブロワ形式は、振動をほとんど生成しない動的に均衡したインペラとともに、任意の面に装着することができる。可動部品がほとんどないため、不適切に設置または操作されていない限り、渦流ブロワはほとんど故障することがない。

しかし、渦流ブロワは、インペラとハウジング・アセンブリとの間の精密な内部公差を有し、それにはブロワを、インペラとハウジング・アセンブリとの間に入り込んでブロワの故障原因となり得るデブリがない状態に保つことが求められる。１０ミクロン・フィルタなどのフィルタが、望まないデブリの取込みを防ぐのに使用される場合が多く、渦流ブロワのほとんどのメーカーは、自社のブロワの付属品としてのフィルタおよび安全弁を提供している。しかしながら、インペラおよびハウジング・アセンブリを精密公差で製造するには、非常に特殊な機器が必要とされ、面倒かつ高価である。さらに、渦流ブロワは現在、より一層高い放出圧を生成するために、ブレード間の再生段が１．２〜１．４ｐｓｉｇ（８．２７〜９．６５ｋＰａＧ）などのより一層高い圧力で動作することが可能になるように製造されている。これは、単段の渦流ブロワにおいて次第に一般的になっている。しかし、これらのブレード間再生段の圧力が増加したものでは、ハウジング・アセンブリの高圧領域から低圧領域へのインペラとハウジング・アセンブリとの間で漏れが生じ、それによってブロワの効率が低減される。渦流ブロワの分野におけるこれらおよび他の欠陥を所与として、当該技術において改善が継続していることが明白である。

本発明の原理によれば、渦流ブロワは、回転軸を中心として回転可能なインペラと、インペラを取り囲む環状ハウジング・アセンブリとを含む。環状ハウジング・アセンブリは、流体のための円環状フロー・チャネルと、円環状フロー・チャネルに流体を受け入れる入口と、円環状フロー・チャネルから流体を放出する出口と、入口に近接した円環状フロー・チャネルの低流体圧領域と、それに対向する出口に近接した円環状フロー・チャネルの高流体圧領域とを有する。円環状フロー・チャネルとインペラの回転軸との間に位置する、インペラおよび環状ハウジング・アセンブリの対向する同心の表面形状は、非接触相互作用して、インペラと環状ハウジング・アセンブリとの間で、円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から円環状フロー・チャネルの低流体圧領域への対向する同心の流体経路を形成する。対向する同心の流体経路は、その中を通って円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から円環状フロー・チャネルの低流体圧領域へと流体が流れるのを制限するように回旋状にされる。対向する同心の表面形状、および対向する同心の表面形状によってそれらの間に画成される対向する同心の流体経路は連続的である。さらに、対向する同心の流体経路は互いの鏡像である。対向する同心の流体経路はそれぞれ、円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から低流体圧領域へと２つの方向で延在し、その２つの方向は、第１の方向と、第１の方向とある角度で交差する別の第２の方向とを含む。第１の方向は、インペラの回転軸に対して実質的に直交する長手方向であり、第２の方向は、インペラの回転軸に対して実質的に平行な横断方向であり、角度は実質的に直角である。対向する同心の流体経路はそれぞれ、好ましくは、２つの方向で少なくともさらに一回延在する。インペラおよび環状ハウジング・アセンブリの対向する同心の表面形状は、舌および補完的な溝の対向する同心のリングを備える。

本発明の原理によれば、渦流ブロワは、回転軸を中心にして回転可能なインペラと、インペラを取り囲む環状ハウジング・アセンブリとを含む。環状ハウジング・アセンブリは、流体のための円環状フロー・チャネルと、円環状フロー・チャネルに流体を受け入れる入口と、円環状フロー・チャネルから液体を放出する出口と、入口に近接した円環状フロー・チャネルの低流体圧領域と、それに対向する出口に近接した円環状フロー・チャネルの高流体圧領域とを含む。この実施形態では、円環状フロー・チャネルとインペラの回転軸との間に位置する、インペラおよび環状ハウジング・アセンブリの対向する同心で非接触型の互いに噛み合ったリングが、インペラと環状ハウジング・アセンブリとの間で、円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から円環状フロー・チャネルの低流体圧領域への対向する同心の流体経路を形成する。対向する同心の流体経路は、その中を通って円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から円環状フロー・チャネルの低流体圧領域へと流体が流れるのを制限するように回旋状にされる。対向する同心の流体経路は互いの鏡像である。対向する同心の流体経路はそれぞれ、円環状フロー・チャネルの高流体圧領域から低流体圧領域へと２つの方向で延在し、その２つの方向は、第１の方向と、第１の方向とある角度で交差する別の第２の方向とを含む。第１の方向は、インペラの回転軸に対して実質的に直交する長手方向であり、第２の方向は、インペラの回転軸に対して実質的に平行な横断方向であり、角度は実質的に直角である。対向する同心の流体経路は、２つの方向で少なくともさらに一回延在する。

本発明の原理にしたがって構築され配置された渦流ブロワであって、インペラと、環状ハウジング・アセンブリと、インペラおよび環状ハウジング・アセンブリに形成された、その中を通ってハウジング・アセンブリの円環状フロー・チャネルの高流体圧領域からハウジング・アセンブリの円環状フロー・チャネルの低流体圧領域へと流体が流れるのを制限する、回旋状の非接触型インペラ・ハウジング間シール・アセンブリ（convoluted contactless impeller-to-housing seal assembly）を含む、渦流ブロワの等角分解組立図である。 ハウジング・アセンブリの下側部分に適用されたインペラを示す、図１のインペラおよびハウジング・アセンブリの下側部分の平面図である。 組み立てられた状態で示される図１の渦流ブロワの等角縦断面図である。 図３の実施形態の切断端部を示す正面図である。 図１の環状ハウジング・アセンブリの円環状フロー・チャネルの高流体圧領域における、インペラと環状ハウジング・アセンブリとの間に形成された対向する液体経路を示す、拡大し断片化し高度に一般化した縦断面図である。 環状ハウジング・アセンブリの円環状フロー・チャネルの低流体圧領域における、インペラと環状ハウジング・アセンブリとの間に形成された対向する液体経路を示す、図５に類似した図である。

ここで図面を参照すると、図面はいくつかの図面を通して同様の参照符号が対応する要素を指しており、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２を含む、本発明の原理にしたがって構築され配置された渦流ブロワ１０が示されている、図１〜４の関連部分に焦点を当てている。当該分野において周知であるように、インペラ１１は回転軸Ａを中心にして回転可能であり、環状ハウジング・アセンブリ１２はインペラ１１を取り囲んでいる。環状ハウジング・アセンブリ１２は、共にインペラ１１を取り囲むように接続される、上側部分２０および対向する下側部分２１から成る。当該分野において周知であるように、上側部分２０および下側部分２１は、ナット・ボルト式締結具などの締結具（図示なし）を用いて互いに堅く固着される。環状ハウジング・アセンブリ１２は、流体、即ち空気もしくは他のガスなどのガス状流体のための、従来的な円環状フロー・チャネル２４と、円環状フロー・チャネル２４に流体を受け入れる入口２５と、円環状フロー・チャネル２４から流体を放出する出口２６とを画成し、この配置もやはり当該分野において周知である。

インペラ１１は、環状ハウジング・アセンブリ１２の下側部分２１の中心にある穴３１を貫通するモータ軸３０に直接装着される。モータ軸３０は、電気モータ（図示なし）によって回転するように駆動され、それによって、２の円弧矢印線Ｂの方向で、チャネル２４を通して流体を入口２５から出口２６へと推進する回転がインペラ１１に対して付与される。モータ軸３０は、約２９００〜３５００回転／分などの選択速度でインペラ１１を回転させるが、これは一般的な周知の範囲である。インペラ１１は、その周面上に形成された多数の従来的なブレード４０を有する。インペラ１１は、回転軸Ａからチャネル２４内にある多数のブレード４０まで半径方向外向きに延在する。ブレード４０の数、サイズ、および角度は、ブロワ１０の空力性能特性を定義するように選択される。インペラ１１は、ハウジング・アセンブリ１２内で回転軸Ａを中心にして、転回または別の形で回転する。インペラ１１が回転するにつれて、ブレード４０はチャネル２５を通って図２の矢印線Ｂの方向で回転し、それによって、空気もしくは他のガスなどのガス状流体として定義される流体が、チャネル２４を通って入口２５から出口２６へと推進される。流体は、入口２５から出口２６へとチャネル２４を通過するにつれて次第に加圧されるが、その際、出口２６を通して放出されるガスは、入口２５を通してチャネル２４に入る流体よりも高い相対圧力の状態にある。このように、流体は、チャネル２４を通して、入口２５に近接したチャネルの低流体圧領域５０から出口２６に近接したチャネル２１の相対的に高流体圧の領域５１へと移動する。入口２５付近の、または別の形でそこに近接したチャネル２４の取込み領域は、ブロワ１０の低流体圧領域５０であり、出口２６付近の、または別の形でそこに近接したチャネル２４の放出領域は、ブロワ１０の高流体圧領域５１である。流体が転回／回転インペラ１１を介して入口２５から出口２６へとチャネル２４を通して推進されるにつれて、流体はインペラ１１の周面上の各ブレード４０間に捕捉され、外側にかつチャネル２４内に向かって前方に押しやられ、次に各ブレード４０の基部に押し戻される。このプロセスが、インペラ１１が転回するのにしたがって何度も繰り返され、この再生によってブロワがその圧力／真空能力を獲得する。そこで、ブロワ１０は多段の往復動式圧縮機のように動作し、ブレード間の再生段それぞれによってもたらされる圧力増加は、１．２〜１．４ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）（８．２７〜９．６５ｋＰａＧ）など、ごくわずかであるが、入口２５から出口２６までのチャネル２４を通したわずかな圧力増加の総計によって、約３ｐｓｉｇ（２０．６８ｋＰａＧ）など、比較的高い連続動作圧力を生じさせることができる。インペラ１１がハウジング・アセンブリ１２と接触することはなく、したがって磨耗しないため、保守を要するとしてもほとんど不要である。自己潤滑性ベアリング（図示なし）が唯一の磨耗する部品である。

ブロワ１０は、一般に、流体が一度だけ入口２５から出口２６へとチャネル２４を通って移動する、従来の単段の渦流ブロワを表す。後述するブロワ１０に対する改善を例外として、さらなる従来のブロワ１０の詳細は当業者であれば容易に想到されるものであり、それらについては考察しない。

動作中、チャネル２４内の流体は、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４のより低流体圧の領域５０へと、図２〜４に示される矢印線Ｃの方向で、インペラ１１と環状ハウジング・アセンブリ１２との間で漏れる傾向があり、それによってブロワ２０の動作効率が低減される可能性がある。矢印線Ｃの流体漏れの方向は、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと、インペラ１１の回転軸Ａの領域を横断する。高流体圧領域５１から低流体圧領域へと矢印線Ｃの方向で流体が漏れる傾向は、ブロワ２０の動作中におけるブロワ２０の内容積間の圧力差に比例する。

ブロワ１０の動作効率を維持するように、本発明の原理にしたがってブロワ１０のこの流体漏れの問題を解決するため、ブロワ１０は、矢印線Ｃの方向のように、流体が中を通ってチャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体域領域５０へと流れるのを制限するため、回旋状の無接触型インペラ・ハウジング間シール・アセンブリ６０を、インペラ１１と環状ハウジング・アセンブリ１２との間に形成する。このシール・アセンブリは、インペラ１１と環状ハウジング・アセンブリ１２との間に、図４に示されるような、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体域領域５０への矢印線Ｃの方向で、図４〜６においてそれぞれ６１および６２で全体が参照される、対向する同心の流体経路を形成する。対向する同心の流体経路６１および６２は、本発明によれば、チャネル２４の高流体圧領域５１およびチャネル２４の低流体圧領域５０の両方において、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体域領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体が中を通って流れるのを制限するように回旋状にされる。

インペラ１１は、図１〜５に７０で示される、環状の中間部またはウエスト部を有する。ウエスト部７０は、図１〜４に示されるように、インペラ１１の回転軸Ａとインペラ１１の周面に形成されたブレード４０との間に位置し、ウエスト部７０は、インペラ１１の回転軸Ａに対して同心である。ウエスト部７０は、環状ハウジング・アセンブリ１２の上側部分２０の内側面２０Ａに向かって上向きに面する上面または頂面７１と、それに対向する、環状ハウジング・アセンブリ１２の下側部分２１の内側面２１Ａに向かって下向きに面する下面または底面７２とを有する。

図３〜５を見ると、ウエスト部７０の上面７１、およびそれに対向する環状ハウジング・アセンブリ１２の上側部分２０の内側面２０Ａはそれぞれ、８０および８１で全体が示される、対向する同心の表面形状を有する。表面形状８０および８１はそれぞれ、インペラ１１および上側部分２０の機械部品である。表面形状８０および８１は正反対に対向し、連続的な切れ目のないリングであり、インペラ１１の回転軸Ａに対して同心であって、一方ではチャネル２４とチャネル２４に適用されたブレード４０との間に、他方ではインペラ１１の軸Ａとの間に位置する。表面形状８０および８１は非接触相互作用し、つまり、互いに物理的に触れずに、高流体圧領域５１から低流体圧領域５１へとブロワ２０を横断する矢印線Ｃの方向で、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体圧領域５０へと延在する、インペラ１１のウエスト部７０の上面７１と環状ハウジング・アセンブリ１２の上側部分２０の内側面２０Ａとの間に同心の流体経路６１（図４〜６）を形成する。

ウエスト部７０の下面７２、およびそれに対向する環状ハウジング・アセンブリ１２の下側部分２１の内側面２１Ａはそれぞれ、９０および９１で全体が示される、対向する同心の表面形状を有する。表面形状９０および９１はそれぞれ、インペラ１１および下側部分２１の機械部品である。表面形状９０および９１は、正反対に対向する表面形状８０および８１に正反対に対向し、連続的な切れ目のないリングであり、インペラ１１の回転軸Ａに対して同心であって、一方ではチャネル２４とチャネル２４に適用されたブレード４０との間に、他方ではインペラ１１の回転軸Ａとの間に位置する。表面形状９０および９１は非接触相互作用し、つまり、互いに物理的に触れずに、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へとブロワ２０を横断する矢印線Ｃの方向で、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体圧領域５０へと延在する、インペラ１１のウエスト部７０の下面７２と環状ハウジング・アセンブリ１２の下側部分２１の内側面２１Ａとの間に同心の流体経路６２（図４〜６）を形成する。表面形状８０および８１と表面形状９０および９１との間の非接触相互作用によって、インペラ１１が制限されることなく自由に転回することが可能になる。

同心の流体経路６１および６２は互いに対向し、切れ目がないという点で連続的であり、インペラ１１の回転軸Ａを連続的に取り巻くリングまたはリング状経路であり、それぞれ、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で中を通って流体が流れるのを制限するように回旋状にされる。同心の流体経路６１および６２は、回旋状にされるかまたは別の形で複雑化されるので、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体圧領域５０への方向とは異なる方向および角度で延在して、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネルの低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体が中を通って流れるのに対する抵抗をもたらすという点で、中を流れる流体に対するこの抵抗を提供する。

本実施形態では、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２の対向する同心の表面形状８０および８１はそれぞれ、非接触相互作用して対向する同心の流体経路６１および６２を形成する、チャネル２４とインペラ１１の回転軸Ａとの間に位置するインペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２の対向する同心の特徴または部品を含むか、あるいは別の形でそれらによって画成される。これら同心の部品は、同心かつ連続的なリング状舌部（ring tongues）およびそれを補完する同心かつ連続的なリング溝の形態である、本明細書の同心かつ連続的で補完的な雄および雌要素から成る。

図４〜５を見ると、表面形状８０、８１、９０、および９１が示される。インペラ１１の表面形状８０は、対向するリング状舌部１０１および１０２によって分離された中央のリング溝１００によって特徴付けられ、環状ハウジング・アセンブリ１２の上側部分２０の表面形状８１は、対向するリング溝１０３によって分離された中央のリング状舌部１１０によって特徴付けられ、それらはすべて、インペラ１１の回転軸Ａに対して同心である。表面形状８０の中央のリング溝１００は、表面形状８１のリング状舌部１１０を非接触で受け入れ、表面形状８１のリング溝１１１は、表面形状８０のリング状舌部１０１を非接触で受け入れ、表面形状８１のリング溝１１２は、表面形状８０のリング状舌部１０２を非接触で受け入れ、この非接触の舌部・溝間の相互作用によって、同心の流体経路６１が形成される。そのため、リング状舌部１０１、１０２、および１１０は、図５に明白に示されるように互いに噛み合い、流体経路６１を形成し画成する、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２の非接触の互いに噛み合ったリングを画成する。

リング状舌部１０１とリング溝１１１との間の非接触相互作用は、表面形状８０および８１の間の最も内側の非接触相互作用を形成し、リング状舌部１０２とリング溝１１２との間の非接触相互作用は、表面形状８０および８１の間の最も外側の非接触相互作用を形成し、リング溝１００とリング状舌部１１０との間の非接触相互作用は、表面形状８０および８１の間の最も内側ならびに最も外側の非接触相互作用のどちらかの側に位置する、表面形状８０および８１の間の中間の非接触相互作用を形成し、それによって流体経路６１が形成される。

流体経路６１は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと異なる方向で延在するという点で回旋状にされる。図５のように高流体圧領域５１側から見て、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向における流体経路６１の差は、リング状舌部１０２とリング溝１１２との間の長手方向６１Ａ、ならびにそれと角度Φ１で交差する、リング状舌部１０２および１１０の間の横断方向６１Ｂを含む。本実施形態では、長手方向６１Ａは、インペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に直交し、横断方向６１Ｂは、インペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に平行であり、角度Φ１は実質的に直角である。「実質的に」という用語は、本明細書で使用するとき、本発明の分野の当業者には理解されるような、本明細書に記載する本発明を保護するのに適切であろう軽微なばらつきを受け入れるために使用される。

表面形状８０および８１の間における最も外側および中間の非接触相互作用に沿った、流体経路６１の２つの方向は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で中を通って流体が流れるのを制限する、流体経路６１内の回旋を画成する。流体は、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で、流体経路６１の方向６１Ａおよび６１Ｂを通過する傾向があるので、流体５０は、長手方向６１Ａに入って横断方向６１Ｂに向かって流れ、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ１に遭遇し、流体フローがそこで中断され乱されて、それによって長手方向６１Ａから横断方向６１Ｂに入る流体のフローに対する抵抗が生じる。そこで、角度Φ１で交差する長手方向６１Ａおよび横断方向６１Ｂの回旋は、流体経路６１内の回旋を画成し、流体経路６１のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向の流体経路６１における追加の方向は、角度Φ２の障害物で横断方向６１Ｂと交差する、リング溝１００とリング状舌部１１０との間の長手方向６１Ｃ、角度Φ３の障害物で長手方向６１Ｃと交差する、リング状舌部１１０および１０１の間の横断方向６１Ｄ、ならびに、角度Φ４の障害物で横断方向６１Ｄと交差する、リング状舌部１０１とリング溝１１１との間の長手方向６１Ｅを含む。この実施形態では、長手方向６１Ｃは、長手方向６１Ａに実質的に平行であり、インペラ１１の回転軸Ａおよび横断方向６１Ｂに対して実質的に直交し、角度Φ２によって提供される障害物は実質的に直角であり、横断方向６１Ｄは、横断方向６１Ｂおよびインペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に平行であり、長手方向６１Ａおよび６１Ｃに対して実質的に直交し、角度Φ３によって提供される障害物は実質的に直角であり、長手方向６１Ｅは、長手方向６１Ｃに実質的に平行であり、長手方向６１Ａに対して実質的に直列であり、インペラ１１の回転軸Ａならびに横断方向６１Ｂおよび６１Ｃに対して実質的に直交し、角度Φ４によって提供される障害物は実質的に直角である。角度Φ１およびΦ２は、横断方向６１Ａの対向する側の錯角であり、角度Φ２およびΦ３は、長手方向６１Ｃの同じ側の内対角であり、角度Φ３およびΦ４は、横断方向６１Ｄの対向する側の錯角である。「実質的に」という用語は、本明細書で使用するとき、本発明の分野の当業者には理解されるような、本明細書に記載する本発明を保護するのに適切であろう軽微なばらつきを受け入れるために使用される。

表面形状８０および８１の間の最も外側および中間の非接触相互作用に沿って、横断方向６１Ｂと長手方向６１Ｃとの間に画成される流体経路６１の追加の方向、表面形状８０および８１の間の中間および最も内側の非接触相互作用に沿って、横断方向６１Ｄと長手方向６１Ｃとの間に画成される流体経路６１の追加の方向、ならびに、表面形状８０および８１の間の中間および最も内側の非接触相互作用に沿って、長手方向６１Ｅと横断方向６１Ｄとの間に画成される流体経路６１の追加の方向は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で中を通って流体が流れるのをそれぞれ制限する、流体経路６１内における追加の連続的な回旋を画成する。

流体はさらに、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体経路６１の方向６１Ｂおよび６１Ｃを通過する傾向があり得るので、流体５０は、横断方向６１Ｂに入り、長手方向６１Ｃに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ２に遭遇し、流体フローがそこでさらに妨害され乱されて、それによって横断方向６１Ｂから長手方向６１Ｃに入る流体のフローに対するさらなる抵抗が生じる。そこで、角度Φ２で交差する横断方向６１Ｂおよび長手方向６１Ｃの回旋は、流体経路内の別の回旋を画成し、流体経路６１のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

流体はさらにまた、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体経路６１の方向６１Ｃおよび６１Ｄを通過する傾向があり得るので、流体５０は、長手方向６１Ｃに入り、横断方向６１Ｄに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ３に遭遇し、流体フローがそこでやはり中断され乱されて、それによって長手方向６１Ｃから横断方向６１Ｄに入る流体のフローに対するさらなる抵抗層が生じる。そこで、角度Φ３で交差する長手方向６１Ｃおよび横断方向６１Ｄの回旋は、流体経路内のさらに別の回旋を画成し、流体経路６１のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのにさらに一層抵抗するように回旋状にされる。

流体はさらにまた、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体経路６１の方向６１Ｄおよび６１Ｅを通過する傾向があり得るので、流体５０は、横断方向６１Ｄに入り、長手方向６１Ｅに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ４に遭遇し、流体フローがそこでやはりさらに中断され乱されて、それによって横断方向６１Ｄから長手方向６１Ｅに入る流体のフローに対するさらなる一層の抵抗が生じる。そこで、角度Φ４で交差する横断方向６１Ｄおよび長手方向６１Ｅの追加の回旋は、流体経路内のさらに別の回旋を画成し、流体経路６１のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

そこで、記載した障害物または回旋によって、即ち、角度Φ１で交差する方向６１Ａおよび６１Ｂによって提供される障害物／回旋、角度Φ２で交差する方向６１Ｂおよび６１Ｃによって提供される障害物／回旋、角度Φ３で交差する方向６１Ｃおよび６１Ｄによって提供される障害物／回旋、ならびに角度Φ４で交差する方向６１Ｄおよび６１Ｅによって提供される障害物／回旋によって画成される、流体経路６１の回旋状の性質は、高流体圧領域５１において矢印線Ｃの方向で、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと中を通って流れる流体に対する抵抗を提供する。記載した流体経路６１の回旋状の区画または障害物はそれぞれ、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされ、本発明の原理にしたがって、記載した流体経路６１の回旋状の区画または障害物の全体が互いに協働して、流体が中を通って流れるのに抵抗するように流体経路６１を回旋状にする。

本実施形態では、流体経路６１の長手方向６１Ａ、６１Ｃ、および６１Ｅは長さが等しく、横断方向６１Ｂおよび６１Ｄは長さが等しく、例証したように、これらの方向は協働して、縁部がチェッカー盤形状の流体経路を形成する。所望であれば、方向の長さはある程度変動してもよい。

インペラ１１の表面形状９０は、インペラ１１の表面形状８０と同一であり、それに対向する鏡像であり、かつ同一に機能し、下側部分２１の表面形状９１は、上側部分２０の表面形状８１と同一であり、その鏡像であり、かつ同一に機能する。そのため、表面形状８０および８１の特徴を説明するのに使用されるのと同じ参照符号が、表面形状９０および９１の共通の特徴を説明するのに以下で使用される。

表面形状８０および８１と同様に、インペラ１１の表面形状９０は、対向するリング状舌部１０１および１０２によって分離された中央のリング溝１００によって特徴付けられ、環状ハウジング・アセンブリ１２の下側部分２１の表面形状９１は、対向するリング溝１０３によって分離された中央のリング状舌部１１０によって特徴付けられ、それらはすべて、インペラ１１の回転軸Ａに対して同心である。表面形状９０の中央のリング溝１００は、表面形状９１のリング状舌部１１０を非接触で受け入れ、表面形状９１のリング溝１１１は、表面形状９０のリング状舌部１０１を非接触で受け入れ、表面形状９１のリング溝１１２は、表面形状９０のリング状舌部１０２を非接触で受け入れ、この非接触の舌部・溝間の相互作用によって、同心の流体経路６２が形成される。そのため、リング状舌部１０１、１０２、および１１０は、図５に明白に示されるように互いに噛み合い、流体経路６２を形成し画成する、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２の非接触の互いに噛み合ったリングを画成する。

リング状舌部１０１とリング溝１１１との間の非接触相互作用は、表面形状９０および９１の間の最も内側の非接触相互作用を形成し、リング状舌部１０２とリング溝１１２との間の非接触相互作用は、表面形状９０および９１の間の最も外側の非接触相互作用を形成し、リング溝１００とリング状舌部１１０との間の非接触相互作用は、表面形状９０および９１の間の最も内側ならびに最も外側の非接触相互作用のどちらかの側に位置する、表面形状９０および９１の間の中間の非接触相互作用を形成し、それによって流体経路６２が形成される。

流体経路６２は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと異なる方向で延在するという点で回旋状にされる。図５のように高流体圧領域５１側から見て、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向における流体経路６２の差は、リング状舌部１０２とリング溝１１２との間の長手方向６１Ａ、ならびにそれと角度Φ１で交差する、リング状舌部１０２および１１０の間の横断方向６１Ｂを含む。本実施形態では、長手方向６１Ａは、インペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に直交し、横断方向６１Ｂは、インペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に平行であり、角度Φ１は実質的に直角である。「実質的に」という用語は、本明細書で使用するとき、本発明の分野の当業者には理解されるような、本明細書に記載する本発明を保護するのに適切であろう軽微なばらつきを受け入れるために使用される。

表面形状９０および９１の間における最も外側および中間の非接触相互作用に沿った、流体経路６２の２つの方向は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向で中を通って流体が流れるのを制限する、流体経路６２内の回旋を画成する。流体は、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で、流体経路６２の方向６１Ａおよび６１Ｂを通過する傾向があるので、流体５０は、長手方向６１Ａに入って横断方向６１Ｂに向かって流れ、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ１に遭遇し、流体フローがそこで中断され乱されて、それによって長手方向６１Ａから横断方向６１Ｂに入る流体のフローに対する抵抗が生じる。そこで、角度Φ１で交差する長手方向６１Ａおよび横断方向６１Ｂの回旋は、流体経路６２内の回旋を画成し、流体経路６２のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向の流体経路６２における追加の方向は、角度Φ２の障害物で横断方向６１Ｂと交差する、リング溝１００とリング状舌部１１０との間の長手方向６１Ｃ、角度Φ３の障害物で長手方向６１Ｃと交差する、リング状舌部１１０および１０１の間の横断方向６１Ｄ、ならびに、角度Φ４の障害物で横断方向６１Ｄと交差する、リング状舌部１０１とリング溝１１１との間の長手方向６１Ｅを含む。この実施形態では、長手方向６１Ｃは、長手方向６１Ａに実質的に平行であり、インペラ１１の回転軸Ａおよび横断方向６１Ｂに対して実質的に直交し、角度Φ２は実質的に直角であり、横断方向６１Ｄは、横断方向６１Ｂおよびインペラ１１の回転軸Ａに対して実質的に平行であり、長手方向６１Ａおよび６１Ｃに対して実質的に直交し、角度Φ３は実質的に直角であり、 長手方向６１Ｅは、長手方向６１Ｃに実質的に平行であり、長手方向６１Ａに対して実質的に直列であり、インペラ１１の回転軸Ａならびに横断方向６１Ｂおよび６１Ｃに対して実質的に直交し、角度Φ４は実質的に直角である。「実質的に」という用語は、本明細書で使用するとき、本発明の分野の当業者には理解されるような、本明細書に記載する本発明を保護するのに適切であろう軽微なばらつきを受け入れるために使用される。

表面形状９０および９１の間の最も外側および中間の非接触相互作用に沿って、横断方向６１Ｂと長手方向６１Ｃとの間に画成される流体経路６２の追加の方向、表面形状９０および９１の間の中間および最も内側の非接触相互作用に沿って、横断方向６１Ｄと長手方向６１Ｃとの間に画成される流体経路６２の追加の方向、ならびに、表面形状９０および９１の間の中間および最も内側の非接触相互作用に沿って、長手方向６１Ｅと横断方向６１Ｄとの間に画成される流体経路６２の追加の方向は、チャネル２４の高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で中を通って流体が流れるのを制限する、流体経路６２内における追加の連続的な回旋を画成する。

流体はさらに、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体経路６２の方向６１Ｂおよび６１Ｃを通過する傾向があり得るので、流体５０は、横断方向６１Ｂに入り、長手方向６１Ｃに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ２に遭遇し、流体フローがそこでさらに中断され乱されて、それによって横断方向６１Ｂから長手方向６１Ｃに入る流体のフローに対するさらなる抵抗が生じる。そこで、角度Φ２で交差する横断方向６１Ｂおよび長手方向６１Ｃの回旋は、流体経路内の別の回旋を画成し、流体経路６２のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

流体はさらにまた、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０への矢印線Ｃの方向で流体経路６２の方向６１Ｃおよび６１Ｄを通過する傾向があり得るので、流体５０は、長手方向６１Ｃに入り、横断方向６１Ｄに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ３に遭遇し、流体フローがそこでやはり中断され乱されて、それによって長手方向６１Ｃから横断方向６１Ｄに入る流体のフローに対するさらなる抵抗層が生じる。そこで、角度Φ３で交差する長手方向６１Ｃおよび横断方向６１Ｄの回旋は、流体経路６２内のさらに別の回旋を画成し、流体経路６２のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのにさらに一層抵抗するように回旋状にされる。

流体はさらにまた、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で流体経路６２の方向６１Ｄおよび６１Ｅを通過する傾向があり得るので、流体５０は、横断方向６１Ｄに入り、長手方向６１Ｅに向かって流れることがあり、そこで、流体が中を通って流れるのを妨害する障害物であるそれらの間の角度Φ４に遭遇し、流体フローがそこでやはりさらに中断され乱されて、それによって横断方向６１Ｄから長手方向６１Ｅに入る流体のフローに対するさらなる一層の抵抗が生じる。そこで、角度Φ４で交差する横断方向６１Ｄおよび長手方向６１Ｅの追加の回旋は、流体経路内のさらに別の回旋を画成し、流体経路６２のこの回旋状の区画または障害物は、上述したように、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされる。

そこで、記載した障害物または回旋によって、即ち、角度Φ１で交差する方向６１Ａおよび６１Ｂによって提供される障害物／回旋、角度Φ２で交差する方向６１Ｂおよび６１Ｃによって提供される障害物／回旋、角度Φ３で交差する方向６１Ｃおよび６１Ｄによって提供される障害物／回旋、ならびに角度Φ４で交差する方向６１Ｄおよび６１Ｅによって提供される障害物／回旋によって画成される、流体経路６２の回旋状の性質は、高流体圧領域５１において矢印線Ｃの方向で、高流体圧領域５１から低流体圧領域５０へと中を通って流れる流体に対する抵抗を提供する。記載した流体経路６２の回旋状の区画または障害物はそれぞれ、流体が中を通って流れるのに抵抗するように回旋状にされ、本発明の原理にしたがって、記載した流体経路６２の回旋状の区画または障害物の全体が互いに協働して、流体が中を通って流れるのに抵抗するように流体経路６２を回旋状にする。

本実施形態では、流体経路６２の長手方向６１Ａ、６１Ｃ、および６１Ｅは長さが等しく、横断方向６１Ｂおよび６１Ｄは長さが等しく、例証したように、これらの方向は協働して、縁部がチェッカー盤形状の流体経路を形成する。所望であれば、方向の長さはある程度変動してもよい。この好ましい実施形態では、流体経路６１および６２は長さが等しい。

例証および参照に関して、図６は、チャネル２４の低流体圧領域５０における対向する液体経路６１および６２を示す図５に類似した図であり、例証および参照のため、図５の参照符号が図６にも示される。この構成では、流体経路６１および６２の回旋は、表面形状８０と８１との間および表面形状９０と９１との間の最も内側の非接触相互作用から、表面形状８０と８１との間および表面形状９０と９１との間の最も外側の非接触相互作用へと逆方向であるにもかかわらず、上述した形で、チャネル２４の高流体圧領域から低流体圧領域へと矢印線Ｃの方向で中を通る流体フローを制限して、流体経路６１および６２の回旋が、流体経路６１および６２の長手方向６１Ｅから長手方向６１Ａへと流体が中を通って流れるのを制限する。

本開示によれば、流体経路６１および６２は、上述したように、流体が中を通って流れるのを制限するように回旋状にされる。流体経路６１および６２の回旋状の性質は、インペラ１１と環状ハウジング・アセンブリ１２との間の流体経路６１および６２の寸法における公差を、従来の渦流ブロワにおいて現在必要とされているよりも、約１０００分の２０インチ（０．０５ｃｍ）などの緩いものにすることができ、それによって製造コストを低減することができる。他の実施形態では、所望であれば、流体経路６１および６２の寸法の公差は１０００分の２０（０．０５ｃｍ）インチ未満であることができる。記載した表面形状８０、８１、９０、および９１は、流体経路６１および６２を画成し、対応する方向間の交差角度を含む、記載した流体経路６１および６２の異なる方向によって画成される回旋は、記載したように流体経路６１および６２を流体が通るのを制限する、それらの回旋状の特性を画成する。本明細書で説明した教示と整合性がある、表面形状またはテクスチャ加工の他の形態を、表面形状８０、８１、９０、および９１に使用することができる。本開示によれば、流体経路６１および６２の異なる方向は、好ましくは直角である角度で交差する長手方向および横断方向である。所望であれば、流体経路６１および６２の回旋状の障害物または特性を提供するため、鋭角および／または鈍角などの斜角で交差する、他の鋭角および／または斜角の流体経路方向を使用することができる。

本開示によれば、渦流ブロワ１０は、インペラ１１と環状ハウジング・アセンブリ１２との間で、チャネル２４の高流体圧領域５１およびチャネル２４の低流体圧領域５０の両方で、チャネル２４の高流体圧領域５１からチャネル２４の低流体圧領域５０へと矢印線Ｃの方向で、流体が中を通って流れるのを制限するように回旋状にされた、流体経路６１および６２を含む、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２内に形成される、回旋状の非接触型インペラ・ハウジング間シール・アセンブリ６０を組み込む。流体経路６１および６２の異なる方向６１Ａ〜６１Ｅは、チャネル２４の高流体圧領域５０から低流体圧領域５１へのあらゆる流体漏れの経路を増加させる一方で、本実施形態では角度Φ１、Φ２、Φ３、およびΦ４である様々な障害物／角度を通って、任意の漏れた流体が角度付きの角を多数回曲がるようにする。本発明から逸脱することなく、本開示による流体経路６１および６２と同様に機能するように、交差がより少数またはより多数の流体経路およびそれに対応する角度を、流体経路６１および６２に使用することができる。そのため、リング状舌部およびそれに対応するリング溝の他の数、または同心かつ連続的で補完的な雄および雌要素の他の形態を、インペラ１１および環状ハウジング・アセンブリ１２それぞれの対向する同心の表面形状８０および８１に使用して、本発明から逸脱することなく、他の数の交差する流体経路を形成することができる。環状ハウジング・アセンブリ１２は、本実施形態では２つの主要部品で、即ち上側部分２０および下側部分２１で構築されるが、所望であれば、対向する側面部分、および場合によっては２つまたはそれ以上の周囲部分の間の１つまたはそれ以上の中間部分を含む、２つを超える部分で構築することができる。さらに、シール・アセンブリ６０は、本実施形態では単段の渦流ブロワにおいて開示されているが、本明細書に記載したのと同じようにして、多段の下流ブロワに組み込むことができる。

本発明について、好ましい実施形態を参照して上述してきた。しかし、当業者であれば、本発明の性質および範囲から逸脱することなく、実施形態に対して変更および修正を行ってもよいことを認識するであろう。例証目的で選択された本明細書の実施形態に対する様々な変更および修正が、当業者には容易に想到されるであろう。かかる修正および変形は、それらが本発明の趣旨から逸脱しない程度まで、本発明の範囲に含まれるものとする。

本発明について、当業者が本発明を理解し実施することができるように、明瞭かつ簡潔な用語で十分に記載している。

Claims (12)

1. 回転軸を中心にして回転可能なインペラと、
   前記インペラを取り囲み、流体のための円環状フロー・チャネル、前記円環状フロー・チャネルに流体を受け入れる入口、および、前記円環状フロー・チャネルから流体を放出する出口を有する、環状ハウジング・アセンブリと、
   前記入口に近接した前記円環状フロー・チャネルの低流体圧領域、およびそれに対向する前記出口に近接した前記円環状フロー・チャネルの高流体圧領域と、
   前記円環状フロー・チャネルと前記インペラの前記回転軸との間に位置する、前記インペラおよび前記環状ハウジング・アセンブリの対向する同心の表面形状であって、非接触相互作用して、前記インペラと前記環状ハウジング・アセンブリとの間で、前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記円環状フロー・チャネルの前記低流体圧領域への対向する同心の流体経路を形成し、前記対向する同心の流体経路が、その中を通って前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記円環状フロー・チャネルの前記低流体圧領域へと流体が流れるのを制限するように回旋状にされる、同心の表面形状と、
   を備えることを特徴とする渦流ブロワ。
2. 前記対向する同心の表面形状、および前記対向する同心の表面形状によってそれらの間に画成される前記対向する同心の流体経路が連続的であることを特徴とする請求項１記載の渦流ブロワ。
3. 前記対向する同心の流体経路が互いの鏡像であることを特徴とする請求項２記載の渦流ブロワ。
4. 前記対向する同心の流体経路がそれぞれ、前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記低流体圧領域へと２つの方向で延在し、前記２つの方向が、第１の方向、および、前記第１の方向とある角度で交差する別の第２の方向を含むことを特徴とする請求項２記載の渦流ブロワ。
5. 前記第１の方向が前記インペラの前記回転軸に関して実質的に直交する長手方向であり、前記第２の方向が前記インペラの前記回転軸に対して実質的に平行な横断方向であり、前記角度が実質的に直角であることを特徴とする請求項４記載の渦流ブロワ。
6. 前記対向する同心の流体経路がそれぞれ、前記２つの方向で少なくともさらに一回延在することを特徴とする請求項４記載の渦流ブロワ。
7. 前記インペラおよび前記環状ハウジング・アセンブリの前記対向する同心の表面形状が、舌および補完的な溝の対向する同心のリングを備えることを特徴とする請求項５記載の渦流ブロワ。
8. 回転軸を中心にして回転可能なインペラと、
   前記インペラを取り囲み、流体のための円環状フロー・チャネルと、前記円環状フロー・チャネルに流体を受け入れる入口、および、前記円環状フロー・チャネルから流体を放出する出口を有する、環状ハウジング・アセンブリと、
   前記入口に近接した前記円環状フロー・チャネルの低流体圧領域、およびそれに対向する前記出口に近接した前記円環状フロー・チャネルの高流体圧領域と、
   前記円環状フロー・チャネルと前記インペラの前記回転軸との間に位置する、前記インペラおよび前記環状ハウジング・アセンブリの対向する同心で非接触型の互いに噛み合ったリングであって、前記インペラと前記環状ハウジング・アセンブリとの間で、前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記円環状フロー・チャネルの前記低流体圧領域への対向する同心の流体経路を形成し、前記対向する同心の流体経路が、その中を通って前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記円環状フロー・チャネルの前記低流体圧領域へと流体が流れるのを制限するように回旋状にされる、リングと、
   を備えることを特徴とする渦流ブロワ。
9. 前記対向する同心の流体経路が互いの鏡像であることを特徴とする請求項８に記載の渦流ブロワ。
10. 前記対向する同心の流体経路がそれぞれ、前記円環状フロー・チャネルの前記高流体圧領域から前記低流体圧領域へと２つの方向で延在し、前記２つの方向が、第１の方向、および、前記第１の方向とある角度で交差する別の第２の方向を含むことを特徴とする請求項９記載の渦流ブロワ。
11. 前記第１の方向が、前記インペラの前記回転軸に関して実質的に直交する長手方向であり、前記第２の方向が、前記インペラの前記回転軸に対して実質的に平行な横断方向であり、前記角度が実質的に直角であることを特徴とする請求項１０記載の渦流ブロワ。
12. 前記対向する同心の流体経路がそれぞれ、前記２つの方向で少なくともさらに一回延在することを特徴とする請求項１０記載の渦流ブロワ。

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