JP2960459B2

JP2960459B2 - 渦流ブロワ

Info

Publication number: JP2960459B2
Application number: JP4927090A
Authority: JP
Inventors: 山崎　　進; 永一伊藤; 正行藤生; 肇藤田; 弘朝吹; 和男小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH03175196A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、粉粒体などの空気輸送装置、紙などの吸着
装置、エアレーシヨンなどの一般産業機械組込用の空気
動力源として用いられる渦流ブロワに関する。

〔従来の技術〕

従来の渦流ブロワは、羽根車を放射状に形成するのが
一般的である。しかし、渦流ブロワは小型で高い風圧が
得られる特徴を有し、さらに、この特徴を活かすため
に、従来種々の提案や検討がなされている。

日本機械学会論文集第45巻396号（昭和54.8）第1107
頁〜第1116頁には、羽根の内側端と軸中心を結ぶ円の半
径をR₁、外周端と軸中心を結ぶ円の半径をR₂としたと
き、R₁/R₂の値を変えることにより、渦流ブロワの特性
（吐出流量に対する吐出圧力特性）が変わることが示さ
れている。これによれば、流量係数，圧力係数ともにR₁
/R₂の値が、0.68のものの方が0.82のものより共に高
く、0.75とすると更に高くなることが示されている。現
在実用化されている渦流ブロワでは、R₁/R₂の値は0.68
程度が最小である。

渦流ブロワを小型にするためには、R₂の値を小さくす
れば良いが、次のような問題がある。すなわち、流量
は、R₂ ²（１−R₁/R₂）の値に大きく依存し、小型でかつ
必要流量を満足するには、R₁/R₂の値を小さくする必要
がある。しかし、R₁/R₂の値を0.75以下にすると上記し
たように、圧力係数が小さくなり、かつ外周半径R₂を小
さくしているので、外周半径R₂での周速u₂も小さくな
り、圧力特性は圧力係数とu₂の２乗の積で決まるので、
吐出圧力を極端に低下する。そのため、小形にするに
は、R₂を小さくし、且つR₁/R₂を小さくすることに加え
て、圧力係数を大幅に上げることが必要になる。

また、渦流ブロワの寸法を変えずに高い特性を得よう
とする場合いは次のような問題がある。すなわち、R₂の
値が一定の場合圧力性能を上げるために、R₁/R₂の値を
0.75程度まで大きくしていけば、流量は少なくなり、逆
に流量を大きくするためにR₁/R₂の値を小さくすると圧
力係数は低くなる。そのため、寸法を変えずに高い特性
を得ようとする場合にはR₁/R₂を小さくすることに加え
て、圧力係数を上げることが必要になる。渦流ブロワの
空力性能を改善することを目的としたものには、特開昭
50−5914号公報、特開昭61−155696号公報に記載のよう
に、羽根の軸方向入口角度，出口角度のみを90度より小
さく、或いは大きく一定角度傾斜させた羽根車を備えた
渦流ブロワ、実公昭55−48158号公報，実公昭56−85091
号公報に記載のように、その目的は明確ではないが、羽
根を周方向入口角度および周方向出口角度の両方、或い
は一方を一定角度傾け90度と異ならしめた羽根車を備え
た渦流ブロワが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

渦流ブロワでは、小型で、清浄な空気源を提供出来る
という利点のため、近年用途が拡がり、それに伴つて、
さらに高風圧なもの、あるいは吐出圧力は従来程度で、
さらに小型化したものが強く望まれている。しかし、上
記従来の技術を含め、これまでの技術では、周方向出口
角度，入口角度，軸方向羽根角度のいずれか一つの角度
のみしか考慮しておらず、渦流ブロワ特有の三次元的な
内部流れに対応した羽根形状を有していないため、渦お
よび澱みなど内部流れの乱れが発生するものであつた。
そのため、（１）所定の圧力を保つて、さらに小型化す
ること、（２）寸法を大きくすることなく流量を維持し
てより高い吐出圧力得ることは困難である。

又、従来の渦流ブロワは騒音の低減という点で配慮が
十分でなく、医療機器などのように静粛な環境で使用す
るものへ適用されにくい原因となつていた。

本発明は、上記した問題点を解決するためになされた
ものであって、空力性能を高めることができる渦流ブロ
ワを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の渦流ブロアは、
環状流路と該環状流路内に夫々連通する吸込口、吐出口
とを備えたケーシングと、前記環状流路に対向して回転
する複数の羽根を具備した羽根車と、該羽根車を回転駆
動する原動機とを備えた渦流ブロアにおいて、回転方向
側羽根面の前縁における周方向からとった軸方向入口角
度を羽根の内周端と中央部においてそれぞれγ₁,γ_ｃと
するとき、前記羽根の前縁側を回転横行に向かって倒れ
るように傾斜させ、γ₁,γ_ｃを共に90度より小さく、か
つγ_１＞γ_ｃとなるように少なくとも前記羽根の内周端
から中央部にいたる羽根形状を曲面で形成したものであ
る。

また、本発明の渦流ブロアは、環状流路と該環状流路
内に夫々連通する吸込口、吐出口とを備えたケーシング
と、前記環状流路に対向して回転する複数の羽根を具備
した羽根車と、該羽根車を回転駆動する原動機とを備え
た渦流ブロアにおいて、前記羽根の前縁側を回転方向に
向かって倒れるように傾斜させ、回転方向側羽根面の前
縁の周方向からとった軸方向角度を、羽根の内周端では
90度より小さく、内周端から中央部へ向かって漸次小さ
くなるように、かつ中央部から外周部へ向かって大きく
するように、羽根形状を曲面で形成したものである。

また、本発明の渦流ブロアは、環状流路と該環状流路
内に夫々連通する吸込口、吐出口とを備えたケーシング
と、前記環状流路に対向して回転する複数の羽根を具備
した羽根車と、該羽根車を回転駆動する原動機とを備え
た渦流ブロアにおいて、前記羽根の中央部、中央部と外
周端との中間部、中央部と内周端との中間部の周方向か
らとった軸方向角度をそれぞれγ_c,γ_o,γ_ｉとすると
き、前記羽根の前縁側を回転方向に向かって倒れるよう
に傾斜させ、γ_c,γ_o,γ_ｉがともに90度より小さく、γ
_ｃ＜γ_o,γ_ｃ＜γ_ｉとなる羽根形状を有するものであ
る。

〔作用〕

渦流ブロワの環状流路の中の流れの可視化実験を行つ
た結果、次のことが分かつた。

羽根５の内周端を5b,外周端を5a,外周端と内周端との
中央部を5cとしたとき、吸入口6aから環状流路８内に流
入した空気の環状流路８に沿つた羽根５の速度に対する
速度分布は、第７図ないし第14図に示すごとくとなり、
特に第10図に示すように、外周端5aから中央部5c付近ま
では羽根車の回転方向に対し正の値となるが、中央部5c
付近から内周端5b間は負の値となる。

一方、環状流路８を回転軸方向に横切つて流れる速度
分布は、第11図に示すように、既に知られていたことで
はあるが、外周端5aから中央部5c付近まではケーシング
側に向かう速度ベクトルを持ち、中央部5c付近から内周
端5b間では、羽根車側に向かう速度ベクトルを持つ。

それ故、本発明では、空気の環状流路に沿う速度ベク
トルと環状流路を回転軸方向に横切って流れる速度ベク
トルとの合成ベクトルに合うように、少なくとも羽根の
内周側の形状を定めたものである。これにより、内周側
に流入する空気の渦および澱みなどの内部流れの乱れの
発生が大幅に低減され、空力性能が向上する。

〔実施例〕

以下、図を参照して本発明の実施例について説明す
る。本発明の一実施例を第１図から第20図により説明す
る。

第１図において、１は羽根車、２は環状流路８を形成
するケーシング、４は羽根車１を回転駆動する原動機で
ある。羽根車１とケーシング２とは対向し、ケーシング
２に対し羽根車１が回転可能に取付けられている。原動
機４はベース部材7a上に、ベース部材7a及びケーシング
２に固定されている。環状流路８の一端は吸込み側通路
6aに、他端は図示していない吐出側通路に連通されてい
る。吸入側通路6aと吐出側通路とはベース部材を兼ねた
消温器７に設けられている。環状流路８は羽根車１の回
転中心、つまり原動機４の回転軸３を中心としてドーナ
ツ状に、回転軸３の軸心を通る平面で切断したときの断
面形状が半円弧状の形状をなすように形成されている。
環状流路８内に夫々連通する吸込み口と吐出口との間
は、羽根車１に形成されている複数枚の羽根５が通過で
きるように、微小空隙を保つて吸込み口と吐出口とが連
通しないように仕切る隔壁が形成されている。羽根車１
は、原動機４の回転軸３に固定され一体になつて回転す
るホイール９とシユラウド11から構成される。シユラウ
ド11には、羽根間流路10が形成されており、羽根間流路
10の中には、これを横切る方向に多数の羽根５が設けら
れている。

本実施例の渦流ブロワにおいては、羽根５の形状は、
第２図から第６図に示したように、少なくとも内周側は
３次元形状に形成されている。

この羽根５の形状を説明する前に環状流路８内の空気
の流れについてまず説明する。環状流路８内の空気の流
れは、第７図から第11図に示したようになる。吸込口6c
から吸込まれた空気は、第７図，第８図に示すように、
羽根車１に形成されるケーシング内流路2aとでなる円形
断面状の流路内を羽根１の回転にともなつて、該円形断
面状の中心のまわりを旋回運動しながら、吐出口へ向か
つて送られ、かつ圧力を高められて吐出口から吐出され
る。

この内部流れは、さらに詳しくは可視化実験および内
部流速測定により第９図から第14図に示すようになるこ
とが分かつた。

第３図及び第７図に示すように、羽根５の内周端を5
b,外周端を5c,外周端と内周端との中心部を5cとしたと
き、吸入口6cから環状流路８内に流入した空気の環状流
路８に沿つた羽根５の速度に対する速度分布は、第10図
に示すように、外周端5aから中央部5c付近までは羽根車
の回転方向に対して正の値となるが、中央部5c付近から
内周端5b間は負の値となる。

それ故、本実施例では、少なくとも内周端5bから中央
部5cに近づくにつれて環状流路に沿つた速度成分が回転
方向とは逆向きに大きくなることから、速度の大きい中
央部5c近くも剥離させないで流入させるため、羽根５の
環状流路に面した形状は内周側から中央部に向かつて後
退させている。

すなわち、本実施例では、内周側での羽根５を中央部
5cまで後退させることで内部ながれを一様に流入させる
ように、周方向角度β_１を定めている。

それ故、本実施例では、第10図に示したように、空気
が羽根に対して環状流路に沿う速度ベクトルと、第11図
に示したように、空気が羽根に対してもつ環状流路８を
回転軸方向に横切つて流れる速度ベクトルとの合成ベク
トル、すなわち、第14図の速度三角形のW_iに合うよう
に、羽根５の軸方向入口角度を定めている。

すなわち、合成速度ベクトルは、内周端5bでは羽根12
の前縁の入口角度は90度に近く、中央部5cに向かうに従
い前縁に入口角度を小さくなるように変化するため、こ
れに合うように軸方向入口角度を定めている。

第２図において、羽根車１の中心部には回転軸３を取
付けるための軸孔20が設けられている。この羽根車１に
は、第３図に示すように軸孔20の中心から半径R₁と半径
R₂との間にドーナツ状に羽根５と羽根間流路10が形成さ
れている。羽根間流路10を軸孔20の中心を通る平面で切
断したときの断面形状は半円弧状の形状をなすように形
成されている。

羽根５の断面形状は前記した空気の合成速度ベクトル
に適合するように形成されるが、例えば第２図から第６
図に示すようになつている。

第２図から第６図に示したように、羽根５の内周端5b
と軸孔20の中心（回転軸の回転中心）を結ぶ縁の半径
R₁,外周端5aと軸孔20の中心を結ぶ円の半径R₂,内周端5b
と外周端5aとの中央の半径をR_cとしたとき、羽根の前縁
のR_c点の位置5cは、内周端5bよりも羽根の回転方向にみ
たときに遅れており、且つ羽根の内周端5bでの入口角度
をγ_１、5cでの入口角度をγ_ｃとしたとき、γ_１とγ_ｃ
とは共に90度よりも小さく、かつγ_１とγ_ｃとは異なる
値を有し、かつγ_１＜γ_ｃとなるように、滑らかな曲面
で形成されている。さらに、中央部から外周部にかけて
は軸方向出口角度γを90度に形成している。

又、羽根５の前縁は、第３図に示すように中間点位置
よりわずかに外周側までは羽根車１の回転方向に対して
遅れるように、それより外周側では、軸孔20の中心に対
して放射状に形成されている。すなわち、第３図に示す
ように、内周端5bを通つて引いた接線と中間点5cと内周
端5bとを結ぶ線とのなす角度を90゜未満のβ_１に、外周
端5aを通つて引いた接線と中間点5cと外周端5bとを結ぶ
線とのなす角度を90゜のβ_２に形成している。この理由
は、中央部よりわずかに外側で空気の流れ方向が逆転す
るからである。

ここで、軸方向角度γは、羽根前縁での平面に対して
羽根前縁部の回転方向側の滑らかな曲面がなす角度と定
義される。又、羽根の断面の中心線をとつて定義しても
良い。

周方向角度βは、羽根車の軸心に対してなす同心円と
羽根前縁との交点において、前記円の接線と前記羽根前
縁とのなす角度のうち、回転方向と反対側の角度を言う
ように定義する。

このように羽根形状を形成することにより、空気はケ
ーシング内流路の外周側から旋回しながらケーシング内
周を通りケーシング羽根形状に沿つて羽根車内周側へ流
入し、３次元に羽根を沿つて滑らかで速度減少の少ない
内部流れを形成する。すなわち、周方向逆流成分を含む
入口流れに対応して流入させるので抵抗を小さく抑えて
流れを羽根５間に導くことができる。外周側に至つた空
気は、90度の軸方向出口角により内部流れを羽根間で周
方向前向きに変え、１旋回で流体に羽根５で仕事量を与
え、圧力を高められる。このように、少なくとも内周側
で三次元的に羽根に沿つて、滑らかで速度減少の少ない
内部流れを形成することができるので、渦，澱みの少な
い流れが実現できる。その結果、吐出圧力を高めること
ができ、騒音も小さい渦流ブロワが得られる。

第15図は、β_１の値を100度,90度,80度,60度,45度、
及び20度にし、且つγ_ｉの値を10度,20度,45度,70度,80
度、及び90度にしたときの従来例との圧力係数の比を示
す。従来例の圧力係数ψ_０を得たときの諸量はβ₁,
β_２、γ_i,γ_ｃ及びγ_ｏが全て90度である。また、本発
明の実施例として圧力係数ψを得たときのγ_ｃの値は、
γ_ｉよりも13度小さい値とした。β_２の値は90度に、ま
たR₁/R₂の値は0.58に固定した。

枠内の数字が1.0以上であれば従来のものよりも圧力
係数が高いことを示している。又、1.7よりも若干大き
ければ、圧力係数は14以上に相当する。

従つて、β_１が45度ないし80度、γ_ｉが20度ないし70
度、γ_ｃがγ_ｉよりも13度小さいとき圧力係数が14以上
の高圧にできる。

第16図はβ_２の値を70度にしたときの、第15図に示し
たものと同様に圧力係数の値を示している。この表から
β_２の値を70度にすると、β_２の値を90度にしたときよ
りも得られる圧力係数は小さくなるが、それでもβ_１が
45度ないし80度、γ_ｉが20度ないし70度、γ_ｃがγ_ｉよ
りも13度小さいとき圧力係数は従来のものよりも、大き
な値を示すことが分かる。

即ち、羽根の前縁の軸方向入口角度，前方向入口角度
の大きさが、空力性能を大きく左右する要因であること
を示している。

第17図は、本発明の実施例と従来の渦流ブロワの流量
係数φ対圧力係数ψの関係を示している。これから、本
発明によるるものの方が、流量係数，圧力係数共に大き
いことが分かる。

第18図は、周方向入口角度β_１を20度と90度に設定し
たときの流量係数φ対圧力係数ψの関係を示している。
この図から周方向入口角度β_１を20度に設定した方が、
流量係数，圧力係数共に大きいことが分かる。

第19図は、周方向入口角度β_１を変えたときの圧力係
数の比を示す図である。この時の周方向出口角度β_２は
90度に固定しており、β₁,β_２ともに90度の時と比較し
ている。この図から分かるように、90度から20度の範囲
では、β_１が小さくなる程、圧力係数は大きくなる。

第20図は、β₁,β_２ともに90度に設定し、羽根の前縁
の軸方向入口角度γ_１を変えたときの圧力係数の比を、
γ₁,β_２共に90度に設定したときを基準として示してい
る。この図から分かるように、γ_１の値が小さくなる程
圧力係数比は大きくなる。

以上述べたように、空気が環状流路に沿う速度ベクト
ルと環状流路８を回転方向に横切つて流れる速度ベクト
ルとの合成ベクトルに合うように、少なくとも羽根内周
側を羽根５の前縁の軸方向入口角度を定めており、又、
周方向入口角度を定め、三次元形状に羽根形状を成型し
ているので、内周側に流入する空気の渦および澱みなど
内部流れの乱れの発生が大幅に低減され、空力性能が従
来の渦流ブロワに比べて大幅に向上する。すなわち、羽
根の内周側を流体の流れに沿つた三次元形状に形成する
ことにより、空力性能を大幅に向上できる効果がある。

その結果、渦流ブロワを小形化するために比R₁/R₂を
0.75以下にすると圧力係数が小さくなるという従来の欠
点を克服できる。そのため、比R₁/R₂を0.75以下でかつ
0.3以上に設定しても吐出圧力を従来に比べて大幅に向
上できるため、羽根車の外径を小さくでき、渦流ブロワ
を小形化できる効果がある。

次に、吐出圧力をより高めた場合の他の実施例につい
て第21図から第33図により説明する。本実施例では、羽
根車５の内周側から中央部における羽根形状は、第２
図，第３図に示した形状に形成されている。又、中央部
5c付近から外周端5aまでは、前述したように、環状流路
８に沿つた羽根５の速度に対する空気の速度分布は第10
図に示すように羽根車の回転方向に対し正の値になり、
中央部5cから外周端5aに向かつては、環状流路８に沿つ
た速度成分が回転方向前向きに急激に大きくなることか
ら速度の小さい中央部に澱みをつくらないために、羽根
５の環状流路８に面した形状は中央部5cから外周端5bに
向かつて回転方向に前進する。

すなわち、本実施例では、外周側での流れを羽根５を
中央部5cから外周端5bに向かつて突き出すことにより一
様に流出させるように、周方向出口角度β_２を90度以上
に定めている。

一方、前述したように、第12図の速度三角形をW_oに合
うように軸方向出口角度γを定めている。

すなわち、半径がR_o＝（R₂＋R_c）/2である外周側の中
間点位置および半径がR₁＝（R₁＋R_c）/2である内周側の
中間点の位置での羽根12の前縁の入口角度をそれぞれγ
_o,γ_ｉとすると、第24図から第26図及び第37図に示した
ように、γ_o,γ_ｉともに90度より小さく、かつγ_ｏ＞γ
_c,γ_ｉ＞γ_ｃとなるように、滑らかな曲面（第22図ない
し第26図参照）で形成されている。周方向逆流成分を含
む入口流れに対応して流入され、外周部に至つた空気
は、軸方向出口角度γ_ｏにより内部流れを羽根間で周方
向前向きに変え、且つ周方向出口角β_２を有することで
羽根間において速度の遅い羽根中間点附付の流れと、速
度の早い羽根外周端，内周端附付の流れに同期性を持た
せることができ、内部損失となるよどみを生じさせるこ
となく、旋回成分を大きくし、羽根間での速度変化を小
さくできる。軸方向出口角γ_ｏ及び周方向出口角β_２を
設けることによつて、より１旋回で羽根の与える仕事量
を大きくかつ羽根内部圧力損失を大きくしないことで、
得られる圧力を大きくする作用がある。

また、β_２については、羽根間において内部速度の遅
い羽根中間点付近の流れと、内部速度の早い羽根外周
端，内周端付近の流れの同期性を持たせて内部圧力損失
となるよどみによる流れの乱れを防止する。

よつて軸方向出口角γ_ｏおよび周方向出口角２βを伴
わせ持つ形状により、羽根は流路内で、３次元的に滑ら
かで速度変化の少ない内部流れを形成する作用を行なう
圧力大の空力性能を得る。

羽根５の外周側形状を３次元形状にしたときの実験結
果を羽根形状β_１＝90度，γ_ｉ＝90度，β_２＝90度，γ
_ｏ＝90度,R₁/R₂＝0.58に設定した従来の渦流ブロワと比
較して第28図に示す。この図から分かるように外周形状
を前述のごとく３次元形状とすることにより、圧力係数
を２倍以上に向上することができる。従来の２次元羽根
形状を有する渦流ブロワにおける周方向出口角度β_２の
みに着目した実験結果では、第29図，第30図に示すよう
に、β_２は90度付近が最大の圧力係数となり良好なもの
であつた。しかし、軸方向出口角度γ_ｏを変化させると
圧力係数は従来に比べて大きくなる。これらから、第23
図に示す例では軸方向出口角度γ_ｏを45度，周方向出口
角度β_２を115度と同時に変えることにより前述した理
由により圧力係数を大幅に向上できる。

第32図は、軸方向出口角度γ_ｏと周方向出口角度β_２
とを変えた場合の圧力係数比のマツプを示した図であ
る。この図から分かるように、100゜≦β_２≦135゜,20
゜≦γ_ｏ≦70゜の範囲で圧力係数を大幅に向上できるこ
とが分かる。

第33図は、羽根５の内周側を３次元形状としたのに加
えて外周側も３次元形状としたときの実験結果を示す図
である。この図から分かるように、羽根形状全体を３次
元形状とすることにより、圧力係数をさらに向上でき、
圧力係数25程度を得ることができる。

本実施例では、第23図に示したように、羽根５の内周
側と外周側を結ぶ中央部5cを急激な角度変化を有するよ
うな羽根前縁形状の羽根車を示したが、第34図に示すよ
うに、羽根前縁形状を内周側5aから外周端5bにかけて緩
やかな角度変化を有するように形成しても良い。

以上説明した実施例では、羽根５を内周側では、羽根
車１の回転方向に対し後退させ、中間点5cより外周側で
は、放射状に設定する、あるいは前進させているが、羽
根を３次元形状とした場合には第23図に示すように、羽
根前縁形状を、内周側ではd,fで示す形状に形成しても
良く、外周側ではa,cで示す形状に形成しても良い。
又、これら、ａ〜c,d〜ｆで示す形状を組み合わせても
良い。

このように構成した本発明の他の実施例を第36図から
第40図に示す。本実施例では、吐出圧力を抑制するため
に、羽根５の外周側の前縁を第35図に示したｃの曲線と
なるように形成している。すなわち、第23図に示した羽
根５よりも第38図に示すように羽根の外周側断面を羽根
車１の回転方向に対して後退させて形成している。すな
わち、軸方向角度γを内周側では第40図に示すように第
26図と同様な角度γ_ｉに設定しているが、中央位置では
第39図に示すように90度より幾分小さために、外周側で
は第38図に示すように軸方向出口角度を90度より大きく
形成している。

本発明のさらに他の実施例を第41図から第44図に示
す。本実施例では、羽根５は、内周側では、第44図に示
すように軸方向入口角度γ_ｉを第23図に示す軸方向入口
角度と同様な角度に設けている。又、中央位置5cでは、
第43図に示すように軸方向角度γ_ｃを有し、かつ第41図
に示すように羽根車１の回転方向に対して後退している
中間部32を設けている。羽根５の外周側は第36図に示す
ように90度より大きい軸出口角度γ_ｏの羽根形状を形成
している。

このように、羽根の前縁を羽根車１の回転方向に対し
て後退させ、γ_ｏを90度より大きくすることにより、羽
根が空気に与える仕事量を小さめに抑えることができ、
吐出圧力，所要動力を低めにも制御できる効果がある。

次に、第35図において、羽根５の前縁を内周側はｆの
曲線に、外周側では外周側に向かつて羽根車の回転方向
に対して後退させるように形成した実施例を第45図と第
46図に示す。第45図は、本実施例の羽根車の部分的正面
図である。羽根は断面として現れていないが、捩じれの
方向を分かり易くするために、斜線を付して示してあ
る。図中、第３図と同一番号を付しているものは、同一
部品を示す。

第46図は、第45図の各半径B,C,D,E,Fにおける羽根断
面形状を示している。羽根の外周（B,C断面）では、羽
根前縁の軸方向出口角度γ_２が90度よりも大きく、Ｇと
Ｈを結ぶ直線に対して反回転方向にとつ状の曲線となる
ように形成されている。内周側（E,F断面）では、羽根
前縁は羽根車の回転方向に対して前進しており、ＨとＩ
を結ぶ直線に対して回転方向にとつ状の曲線となるよう
に、かつ軸線方向入口角度γ_１は90度より小さく形成さ
れている。又、中央部のＤ断面において、羽根前縁は軸
中心を中心とした放射状線に対してθt₀だけ回転方向に
対して前進している。そして、内周側の羽根前縁の軸方
向入口角度γ_１を流れの入射角γa₁とほぼ同じに形成
し、羽根内周側の他の断面（D,E断面）においても、各
々大きさと方向の異なる流れの入射角γe₁,γd₁に見合
つた羽根前縁の軸方向入口角度γを設定しているので、
渦，澱みを小さできる。外周側では、第46図Ｂ断面に示
したように、軸方向出口角度γ_２を90度よりも大幅な大
きく形成しているので、周方向流速成分cu₂が小さくな
り、旋回流の周方向進み角が小さくなり、吸入口から吐
出口までの旋回数を多くできる。又、吐出圧力を設定値
に制御することができる。

第47図は、ケーシング２に設けた吸入口と吐出口の間
に連通しないように仕切る隔壁の形状を示した図であ
る。騒音を大幅に低減した隔壁形状を示す。ケーシング
２は、回転軸３の軸線と平行を成す方向に開口する断面
が半円弧状の溝状を成る円弧状流路８を有している。こ
の溝内は一部が羽根車１と微小空隙を介して対抗する隔
壁25が仕切られている。そして円弧状流路８の一端は吸
込側通路6aに、他端は吐出側通路6bに接続してある。吸
込側通路6aと吐出側通路6bとはベース部材を兼ねた消音
器７内に平行を成すように設けてある。

隔壁25の吸込口側には吸込側ガイド26が設けており、
その先端26aは羽根５が外周側から切る（羽根の前縁と
交差する）ように、略水平を成している。これは吸込口
6cから円弧状流路８内に入つた空気がスムーズに羽根５
の入口（第11図で矢印が左方向を向いている）側に導く
働きをしているものと考えられる。また、軸線方向から
みると、吸込口6cは、吸込側ガイド26の陰に隠れて見え
ないようになつている。これは、円弧状流路８内で発生
している騒音を、直接吸込口側通路6aにださないで遮音
するのに役立つ。

隔壁25の吐出口側には吐出側ガイド28が設けており、
その先端28aは羽根５が内周側から切る（羽根の前縁が
交差する）ように、略中央部28b（羽根の流れ方向逆転
点と一致する部分）が、羽根車１の回転方向Ｆの反対側
に突出する形状を成している。これは円弧状流路８から
吐出口6bに出る空気が、羽根５の出口（第11図で矢印が
右方向を向いている）部分からスムーズに出るように導
く働きをしているものと考えられる。また、軸線方向か
ら見ると、吐出口6bは、吐出側ガイド28の陰に大部分隠
れるように成つている。これは、円弧状流路内で発生し
ている騒音を直接吐出通路6bに出さないで遮音するのに
役立つ。

第48図は第47図に示したケーシング２と第36図に示し
た羽根車１とを組み合わせて渦流ブロワを構成し、運転
したときの騒音の実測データである。

その組合せから吸込側ガイド26,吐出側ガイド28を取
り去つて運転したときの第48図に示す騒音データと比較
すれば、吸込側ガイド28,吐出側ガイド28を設けること
が、騒音の低下に非常に役立つことが分かる。

なお、円弧状流路８に沿つてみた26bから28b（羽根の
流れ方向逆転点、と一致する部分）迄の寸法１は、但しλ＝C/f ｆ＝Ｚ×ＮＺは前記羽根の枚数Ｎは前記シユラウドの回転速度Ｃは音速ｎは0,1,2,3… に成るようにＬの値を選択して実験したところ第48図の
最大騒音レベルが更に4dB低下した。

本発明の他の実施例を第49図に示す。本実施例では、
羽根５を設けた羽根車１を原動機４に近い側に設け、ケ
ーシング２をそれに対向させて設けている。こうするこ
とにより、羽根車のオーバーハンク量を小さくできる。
このように、回転体である羽根車１を軸受側に近づけて
いるので、羽根車１の振動を大幅に低減させることがで
き、ラジアル荷重に対する耐久性を向上させることがで
きる。

本発明の他の実施例を第50図から第54図に示す。第50
図から第54図に示した実施例では、一例として第23図か
ら第27図に示した羽根形状を両側に形成した両羽根形羽
根車に適用した場合を示している。第50図は、両羽根形
羽根車を搭載した渦流ブロワの斜視図であり、第１図と
同一番号を付したものは同一の部品を示している。本実
施例では、ケーシング２が両羽根の両側を覆うように形
成されており、両羽根の両側に環状流路８が形成されて
いる。又、吐出口6dと吸入口6cが連通しないようにケー
シングの両側に隔壁が設けられており、原動機４側には
吸入通路6aと吐出通路6bが設けられている。

このように構成することにより、圧力係数が高く、大
風量を得ることができる渦流ブロワを提供できる。又、
ケーシングの外径を小さくでき、渦流ブロワを小形にで
きる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、空気の環状流路に沿う速度ベクトル
と環状流路を回転軸方向に横切って流れる速度ベクトル
との合成ベクトルに合うように、少なくとも羽根の内周
側の形状を定めたことにより、羽根の内周側に流入する
空気の流れの乱れが低減され、空力性能が向上し、吐出
圧力を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す渦流ブロワの斜視図、
第２図は第１図に示した渦流ブロワの羽根車を示す斜視
図、第３図は第２図に示す羽根車の一部の拡大平面図、
第４図から第６図はそれぞれ第３図をＡ−Ａ線,B−Ｂ
線,C−Ｃ線に沿つて切断して示す断面図、第７図から第
14図は、羽根車内の内部流れを説明する図、第15図，第
16図は本発明の実施例の実験データを従来のものと比較
して示す図、第17図は本発明の実施例と従来の渦流ブロ
ワの流量係数対圧力係数の関係を比較して示す図、第18
図は周方向入口角度を特定の値に選んだ時の流量係数対
圧力係数の関係を示す図、第19図は周方向角度を変えた
ときの圧力係数比を示す図、第20図は軸方向入口角度を
変えたときの圧力係数比を示す図、第21図から第33図は
本発明の他の実施例を示す図で、第21図は羽根車の斜視
図、第22図は第21図に示した羽根車の形状を平面の集合
体で構成して各部の角度を視覚的に表現した斜視図、第
23図は第21図，第22図に示す羽根車の一部の拡大平面
図、第24図から第26図はそれぞれ第23図をＡ−Ａ線,B−
Ｂ線,C−Ｃ線に沿つて切断して示す断面図、第27図は第
21図に示した羽根車の各部の軸方向入口角、出口角の推
移を示すグラフ、第28図は本発明の実施例の実験データ
を従来のものと比較して示す図、第29図は従来技術であ
るβ_２のみを変えた場合の流量係数対圧力係数の関係を
示す図、第30図は第29図の流量係数０の時（締切時）の
β_２＝90゜を規準にした圧力比を示す図（γθ＝90
゜）、第31図は実験データによる軸方向出口角γθを変
化させた時の流量係数０時（締切時）のβ_２＝90゜，γ
θ＝90゜を基準にした圧力比を示す図、第32図は周方向
出口角及び軸方向出口角を変化させた時の流量係数０時
のβ_２＝90゜，γθ＝90゜を基準にした圧力を示す図、
第33図は外周側β₂,γθに加えて第１図の実施例のよう
に内周側β₁,γ_ｉについて考慮した場合と、外周側のみ
考慮した場合の流量係数対圧力係数を示す図、第34図は
羽根前縁の周方向角度を滑らかに変化させた他の実施例
を示す平面図、第35図は、本発明の羽根の前縁の形状を
変えた他の実施例を示す図、第36図から第40図は本発明
のさらに他の実施例を示す図で、第36図は羽根車の斜視
図、第37図は第36図に示す羽根車の一部の拡大平面図、
第38図から第40図はそれぞれ第37図をＡ−Ａ線,B−Ｂ
線,C−Ｃ線に沿つて切断して示す断面図、第41図から第
44図は本発明のさらに他の実施例を示す図で、第41図は
羽根車の斜視図、第42図から第44図はそれぞれ第23図に
示したＡ−Ａ線,B−Ｂ線,C−Ｃ線に相当する線に沿つて
切断して示す断面図、第45図及び第46図は本発明のさら
に他の実施例を示す図で、第45図は羽根車の斜視図、第
46図はそれぞれ第47図に示したＢ−Ｂ線,C−Ｃ線,D−Ｄ
線,E−Ｅ線,F−Ｆ線に相当する線に沿つて切断して示す
断面図、第47図はケーシングの吸入口と吐出口の間に形
成した隔壁形状を示す正面図、第48図は渦流ブロワの騒
音スペクトルを示す図、第49図は本発明の他の実施例を
示す斜視図、第50図から第54図は本発明のさらに他の実
施例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田肇茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者朝吹弘千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者小林和男千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献特開昭49−34607（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−69187（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04D 23/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】環状流路と該環状流路内に夫々連通する吸
込口、吐出口とを備えたケーシングと、前記環状流路に
対向して回転する複数の羽根を具備した羽根車と、該羽
根車を回転駆動する原動機とを備えた渦流ブロアにおい
て、回転方向側の羽根面の前縁における周方向からとっ
た軸方向入口角度を羽根の内周端と中央部においてそれ
ぞれγ₁,γ_ｃとするとき、前記羽根の前縁側を回転方向
に向かって倒れるように傾斜させ、γ₁,γ_ｃを共に90度
より小さく、かつγ_１＞γ_ｃとなるように少なくとも前
記羽根の内周端から中央部にいたる羽根形状を曲面で形
成したことを特徴とする渦流ブロア。
【請求項２】環状流路と該環状流路内に夫々連続する吸
込口、吐出口とを備えたケーシングと、前記環状流路に
対向して回転する複数の羽根を具備した羽根車と、該羽
根車を回転駆動する原動機とを備えた渦流ブロアにおい
て、前記羽根の前縁側を回転方向に向かって倒れるよう
に傾斜させ、回転方向側羽根面の前縁の周方向からとっ
た軸方向角度を、羽根の内周端では90度より小さく、内
周端から中央部へ向かって漸次小さくなるように、かつ
中央部から外周部へ向かって大きくするように、羽根形
状を曲面で形成したことを特徴とする渦流ブロア。
【請求項３】環状流路と該環状流路内に夫々連通する吸
込口、吐出口とを備えたケーシングと、前記環状流路に
対向して回転する複数の羽根を具備した羽根車と、該羽
根車を回転駆動する原動機とを備えた渦流ブロアにおい
て、前記羽根の中央部、中央部と外周端との中間部、中
央部と内周端との中間部の周方向からとった軸方向角度
をそれぞれγ_c,γ_O,γ_ｉとするとき、前記羽根の前縁側
を回転方向に向かって倒れるように傾斜させ、γ_c,γ_o,
γ_ｉがともに90度より小さく、γ_ｃ＜γ_o,γ_ｃ＜γ_ｉと
なる羽根形状を有することを特徴とする渦流ブロア。
【請求項４】前記羽根の内周端での周方向入口角度β_１
と、内周端と中央部との中間部の周方向からとった軸方
向角度γｉとを 45゜≦β_１≦80゜,20゜≦γ_ｉ≦70゜の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の渦
流ブロア。
【請求項５】前記羽根の外周端での周方向出口角度β_２
と、外周端と中央部との中間部の周方向からとった軸方
向角度γ_ｏとを０゜≦β_２≦135゜,20゜≦γ_ｏ≦70゜の
範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の渦流
ブロア。