JP5466956B2 - 渦流ブロワ - Google Patents

Description

本発明は、渦流ブロワに関する。

軸線を中心とし、側方に圧力室を有する環状流路が設けられたケーシングと、軸線を中心として放射状に延び、軸線まわりに回転する羽根を有する羽根車とを備えた渦流ブロワが公知となっている。渦流ブロワは、羽根車を回転させることにより、羽根から圧力室へ空気を流出させ、環状流路に連通する吸込口から空気を吸い込むとともに、環状流路に連通する吐出口から空気を吐出する。

また、羽根の基端を結ぶ円をＲ１、羽根の先端を結ぶ円をＲ２、基端と先端との中央を結ぶ円をＲ３とした場合に、Ｒ３において羽根の前縁を羽根車の軸線と羽根の基端とを結ぶ延長線よりも後退させた渦流ブロワが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、羽根間に流入する空気の剥離を防止するように羽根間の断面積を定めた羽根が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許第２９６０４５９号公報 特許第３００３３５７号公報

しかしながら、上述した特許文献に開示された羽根は、いずれも圧力室に流出する空気の速度が羽根の径外方向４分の３の位置で最も速くなり羽根の先端で遅くなる。このため、羽根の径外方向４分の３の位置から流出する空気には羽根の先端から流出する空気が覆い被さることになり、羽根から圧力室への空気の流れが阻害されることになる。このように羽根から圧力室への空気の流れが阻害されると、圧力損失が生じることになり、高い吐出圧力を得ることができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い吐出圧力を得ることができる渦流ブロワを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、軸線を中心とする環状流路の側方に圧力室が設けられたケーシングと、前記軸線を中心として放射状に延びた羽根を有し、前記軸線まわりに回転する羽根車とを備え、羽根車を回転させることにより、羽根から圧力室へ空気を流出させ、環状流路に連通する吸込口から空気を吸い込むとともに、環状流路に連通する吐出口から空気を吐出する渦流ブロワにおいて、前記圧力室に臨む羽根の前縁は、羽根の前縁基端から径外方向に向けて軸線と羽根の前縁基端とを結ぶ延長面から一旦後退した後、羽根の前縁基端と羽根の前縁基端から径外方向に延びた羽根の前縁先端との中央となる羽根の前縁中央において前記延長面と一致または前記延長面よりも前進し、さらに、羽根の前縁中央から羽根の前縁先端までの領域において前記延長面と一致または前記延長面よりも漸次前進したことを特徴とする。

また、本発明は、上述した渦流ブロワにおいて、前記羽根の前面は、前記軸線を中心とし前記羽根の前縁基端を通る円筒面において流入する空気の流入角度が鋭角となるように形成された基端前面と、前記軸線を中心とし前記羽根の前縁先端を通る円筒面において流出する空気の流出角度が鈍角となるように形成され先端前面と、基端前面から先端前面に延在する連続面とを有することを特徴とする。

本発明にかかる渦流ブロワの圧力室に臨む羽根の前縁は、羽根の前縁基端から径外方向に向けて軸線と羽根の前縁基端とを結ぶ延長面から一旦後退した後、羽根の前縁基端と羽根の前縁基端から径外方向に延びた羽根の前縁先端との中央となる羽根の前縁中央において延長面と一致または延長面よりも前進するので、羽根の前縁基端から羽根の前縁中央までの領域において空気の流入を促進しつつ、羽根の中央から羽根の先端までの領域において空気に羽根車の回転方向と同一方向の速度成分が付与される。また、羽根の前縁中央から羽根の前縁先端までの領域において延長面と一致または延長面よりも漸次前進するので、羽根の中央から羽根の先端に向けて速度成分が増大し、先端からの空気の流出を促進する。したがって、本発明にかかる渦流ブロワは、羽根から圧力室への空気の流れが阻害されることなく、高い吐出圧力を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態である渦流ブロワの構造を示す図である。 図２は、図１に示した羽根車の側面図である。 図３は、図２に示した羽根の前面形状を示す正面図である。 図４は、図２に示した羽根の側面形状を示す側面図である。 図５−１は、図４に示した羽根の断面形状を示す断面図であって、基端における羽根の断面形状を示す図である。 図５−２は、図４に示した羽根の断面形状を示す断面図であって、基端と先端との中央を通る円筒面を切断面とした羽根の断面形状を示す図である。 図５−３は、図４に示した羽根の端面形状を示す端面図であって、先端における羽根の端面形状を示す図である。 図６−１は、図４に示した羽根の断面形状を示す断面図であって、基端における羽根の断面形状を示す図である。 図６−２は、図４に示した羽根の断面形状を示す断面図であって、基端と先端の中央よりも先端側を通る円筒面を切断面とした羽根の断面形状を示す図である。 図６−３は、図４に示した羽根の端面形状を示す端面図であって、先端における羽根の端面形状を示す図である。 図７は、羽根車の羽根間に流れる空気の速度分布を示す図である。 図８は、羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す側面図である。 図９は、基端において羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図である。 図１０は、先端において羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図である。 図１１は、比較対照となる羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態であるブロワの特性を示した図である。 図１３は、羽根の後面形状を変形した変形例を示す断面図であって、基端における羽根を示す図である。

以下に、本発明にかかる渦流ブロワの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態である渦流ブロワの構造を示す図（断面図）であり、図２は、図１に示した羽根車の側面図である。図３は、図２に示した羽根の前面形状を示す正面図である。

図１に示すように、本実施の形態である渦流ブロワは、ケーシング１、原動機２、羽根車３を備えている。

ケーシング１は、ケーシング本体１１とケーシングカバー１２とにより構成される。ケーシング本体１１とケーシングカバー１２とが接合され、内部に収容空間１４と収容空間１４に連設された環状流路１５とが形成される。環状流路１５は、水平方向に延在する軸線を中心とする円環状の流路であり、軸線の延在方向左方と右方とにそれぞれ圧力室１５Ａ，１５Ｂを有している。

ケーシング本体１１には、吸込口（図示せず）と吐出口１１Ｂとが設けてある。吸込口は、軸線と平行に設けられ、環状流路１５に連通している。吐出口１１Ｂは、吸込口と同様に、軸線と平行に設けられ、環状流路１５に連通している。なお、吸込口と吐出口１１Ｂとは隔壁（図示せず）によって隔てられ、吸込口から吸い込まれた空気が環状流路１５を通ることなく吐出口１１Ｂから吐出することはない。

原動機２は、羽根車３を回転駆動するためのもので、原動機２の出力軸２０の軸線が上述した環状流路１５の軸線と一致するようにケーシング本体１１に取り付けられている。

図１および図２に示すように、羽根車３は、原動機２の出力軸２０に取り付けられ、出力軸２０の軸線まわりに回転する。羽根車３は、ハブ３１、ディスク３２、リム３３、多数の羽根４を有している。ハブ３１は、軸線Ｏを中心とする円柱であって、軸線Ｏを通る軸穴３１Ａが設けてある。この軸穴３１Ａは、上述した原動機２の出力軸２０に嵌合され、取り付けられる。ディスク３２は、ハブ３１の一端から径外方向に延びる薄い円板であって、ハブ３１から径外方向に放射状に延びるリブ３２Ａが突設されている。リム３３は、ディスク３２の外周に設けられた円環であって、その中心は軸線Ｏに一致している。

図３に示すように、羽根４は、軸線Ｏを中心とする小径（半径Ｒ１）の円筒面ＳＡと、軸線Ｏを中心とする大径（半径Ｒ２）の円筒面ＳＢとの間であって、軸線Ｏと直交する二つの直交面ＳＳの間に形成される。

羽根４は、上述した小径の円筒面ＳＡを基端として径外方向に大径の円筒面ＳＢまで延在し、上述した大径の円筒面ＳＢが羽根４の先端となる。各羽根４は、小径の円筒面ＳＡを周方向に等分する位置に設けられ、大径の円筒面ＳＢに向けて径外方向に延在している。また、羽根４は、軸線Ｏと直交し、軸線Ｏの延在方向に二等分する直交面ＳＭを対称面として左右対称に形成されている。

図４は、羽根の側面形状を示す側面図であり、図５は、羽根の断面形状を示す断面図である。なお、図５に示す断面は、軸線を中心とする円筒面を切断面とする。

図４および図５に示すように、羽根４の前面４Ｆは、三次元の滑らかな曲面形状を有しており、側面４Ｓと交差する稜が羽根４の前縁４ＳＦとなる。

図４に示すように、圧力室１５Ａ（１５Ｂ）に臨む羽根の前縁４ＳＦは、羽根４の前縁基端Ａから径外方向に向けて軸線Ｏと羽根４の前縁基端Ａとを結ぶ延長面Ｓｍよりも一旦後退した後、羽根４の前縁基端Ａと羽根４の前縁基端Ａから径外方向に延びた羽根４の前縁先端Ｂとの中央（羽根４の前縁中央Ｃ）において延長面Ｓｍよりも前進している。また、羽根４の前縁中央Ｃから羽根４の前縁先端Ｂまでの領域において延長面Ｓｍと一致または延長面Ｓｍよりも前進している。

なお、圧力室１５Ａ（１５Ｂ）に臨む羽根４の前縁４ＳＦは、羽根４の前縁基端Ａから径外方向に向けて軸線Ｏと羽根４の前縁基端Ａとを結ぶ延長面Ｓｍよりも一旦後退していれば、羽根４の前縁中央Ｃにおいて延長面Ｓｍと一致してもよい。また、羽根４の前縁４ＳＦが前縁中央Ｃにおいて延長面Ｓｍと一致している場合には、前縁中央Ｃから前縁先端Ｂまでの領域において延長面Ｓｍと一致してもよい。

図５―１に示すように、羽根４の前面４Ｆは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁基端Ａを通る小径の円筒面ＳＡにおいて流入する空気の流入角度γＡが鋭角となるように形成された基端前面を有している。具体的には、流入角度γＡが４５度を中心とする３０度〜６０度の範囲となるように、凹となる円弧の半径ＲＡが基端前面に設定してある。

図５−３に示すように、羽根４の前面４Ｆは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁先端Ｂを通る大径の円筒面ＳＢにおいて流出する空気の流出角度γＢが直角または鈍角となるように形成された先端前面を有している。具体的には、流出角度γＢが１００度〜１０５度となるように、凸となる円弧の半径ＲＢが先端前面に設定してある。

図５−２に示すように、羽根４の前面４Ｆは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁中央Ｃを通る中径（半径Ｒ３）の円筒面ＳＣにおいて流入する空気の流入角度γＣが鋭角となるように形成された中央前面を有している。具体的には、凹となる円弧の半径ＲＣが中央前面に設定してある。なお、この円弧の半径ＲＣは、基端前面に設定した円弧の半径ＲＡよりも大きく設定してある。

図６は、図５と同様に、羽根の断面形状を示す断面図である。なお、図６に示す断面は、図５と同様に、軸線を中心とする円筒面を切断面としている。

羽根４の後面４Ｂは、三次元の滑らかな曲面形状を有しており、側面４Ｓと交差する稜が羽根の後縁４ＳＢとなる。

図６−１に示すように、羽根４の後面４Ｂは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁基端Ａを通る小径の円筒面ＳＡにおいて流入する空気の流入角度βＡが鋭角となるように形成された基端後面を有している。具体的には、流入角度βＡが４０度を中心とする３０度〜５０度の範囲となるように、凸となる円弧の半径ｒＡが基端後面に設定してある。

図６−３に示すように、羽根４の後面４Ｂは、軸線Ｏを中心として羽根の前縁先端Ｂを通る大径の円筒面ＳＢにおいて流出する空気の流出角度βＢが直角または鋭角となるように形成された先端後面を有している。具体的には、中央部を凸とし、流出角度βＢが９０度となるように、後縁４ＳＢを通る凹となる円弧の半径ｒＢが先端後面に設定してある。

図６−２に示すように、羽根４の後面４Ｂは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁中央Ｃと前縁先端Ｂの中央（径外方向４分の３の位置）を通る円筒面ＳＤにおいて中央部を凸とし、中央部から後縁４ＳＢに向けて凹となる円弧の半径ｒＤが設定してある。

また、図３に示すように、羽根４と該羽根４と隣り合う羽根４との間には、山形のリブ４０が設けてある。リブ４０は、リム３３の外周面から径外方向に向けて漸次狭くなっている。

図７は、羽根車の羽根間に流れる空気の速度分布を示す図であり、図８は、羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す側面図である。図９は、基端において羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図であり、図１０は、先端において羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図である。

上述した渦流ブロワにおいて、原動機２を駆動して羽根車３を回転させると、羽根４の前縁基端Ａから前縁中央Ｃまでの領域において空気が流入する。図７および図９に示すように、前縁基端Ａから前縁中央Ｃまでの領域から流入した空気は、当初、羽根車３の回転方向と反対方向に流れ、羽根車３の回転方向と反対方向の速度成分を有することになる。その後、羽根４の前面４Ｆが作用して羽根車３の回転方向と同一方向の速度成分が空気に付与され、空気は羽根車３の回転方向と同一方向に流れることになる。羽根車３の回転方向と同一方向に流れる空気の速度成分は、羽根４の中央から先端に至る領域において漸次増大するので、基端から中央までの領域の空気が先端に引き寄せられることになる。このような速度分布を有する空気は、図８に示すように、先端から流出する空気の流れを妨げることがなく、むしろ、先端から流出しようとする空気の流れを促進する。また、図１０に示すように、先端から流出する空気は、前方に隣り合う羽根４の後面４Ｂに干渉することなく流れる。

上述した渦流ブロワの羽根４の前縁４ＳＦは、前縁基端Ａから径外方向に向けて軸線Ｏと羽根４の前縁基端Ａとを結ぶ延長面Ｓｍから一旦後退した後、羽根４の前縁基端Ａと羽根の前縁基端Ａから径外方向に延びた羽根４の前縁先端Ｂとの中央となる前縁中央Ｃにおいて延長面Ｓｍよりも前進するので、羽根４の前縁基端Ａから羽根４の前縁中央Ｃまでの領域において空気の流入を促進しつつ、羽根の中央から羽根の先端までの領域において空気に羽根車の回転方向と同一方向の速度成分が付与される。また、羽根４の前縁中央Ｃから羽根４の前縁先端Ｂまでの領域において延長面Ｓｍよりも前進するので、羽根４の中央から羽根の先端に向けて速度成分が増大し、先端からの空気の流出を促進する。したがって、上述した渦流ブロワは、羽根４から圧力室１５Ａ（１５Ｂ）への空気の流れが阻害されることなく、高い吐出圧力を得ることができる。

また、羽根４の後面４Ｂは、軸線Ｏを中心として羽根４の前縁中央Ｃと前縁先端Ｂの中央（径外方向４分の３の位置）を通る円筒面ＳＤにおいて中央部を凸とし、中央部から後縁４ＳＢに向けて凹となる円弧の半径ｒＤが設定してあるので、先端において流出する空気は前方の羽根４の後面４Ｂに沿って流れることになり、羽根４の後面に衝突することによる圧力損失を抑制できる。

図１１は、比較対照となる羽根車の羽根間に流れる空気の流れを示す図である。この羽根車の羽根１０４の前縁１０４ＳＦは、羽根１０４の前縁基端Ａと前縁先端Ｂの中央となる羽根の前縁中央Ｃにおいて、軸線Ｏと前縁基端Ａとを結ぶ延長面Ｓｍよりも後退している。

この羽根１０４では、羽根１０４の先端における空気流が羽根１０４の先端から流出しようとする空気流に覆い被さることになり、先端から流出しようとする空気流の流出が妨げられる。

図１２は、本発明の実施の形態であるブロワの特性を示した図である。この図において、比較対照となる一のブロワの羽根車の羽根は、前縁基端から前縁中央に向けて放射状に延在した後、前縁中央から前縁先端に向けて前進している。

比較対照となるもう一つの渦流ブロワの羽根車の羽根は、図１１に示したものであって、羽根車の羽根の前縁は、前縁基端と前縁先端との中央となる前縁中央において、軸線と基端を結ぶ延長面Ｓｍよりも後退している。

図１２に示すように、本発明の実施の形態である渦流ブロワの羽根車を３４００ｒｐｍで回転させると、比較対照となる渦流ブロワよりも明らかに高い吐出圧力が得られることがわかる。

上述した本発明の実施の形態である渦流ブロワは、羽根４の先端からの空気流の流出が促進されるために、外形を大きくすることなく、高い吐出圧力を得ることができる。

なお、上述した実施の形態において、基端後面に凸となる円弧の半径ｒＡを設定しているが、図１３に示すように、基端後面に凹となる円弧の半径ｒＡ’を設定してもよい。

１ ケーシング
１１ ケーシング本体
１１Ｂ 吐出口
１２ ケーシングカバー
１４ 収容空間
１５ 環状流路
１５Ａ，１５Ｂ 圧力室
２ 原動機
２０ 出力軸
３ 羽根車
３１ ハブ
３１Ａ 軸穴
３２ ディスク
３２Ａ リブ
３３ リム
４ 羽根
４Ｆ 前面
４ＳＦ 前縁
４Ｂ 後面
４ＳＢ 後縁
４Ｓ 側面
４０ リブ
Ａ 前縁基端
Ｂ 前縁先端
Ｃ 前縁中央
Ｏ 軸線
ＳＡ 小径の円筒面
ＳＢ 大径の円筒面
ＳＣ 中径の円筒面
ＳＤ 円筒面
ＳＭ 直交面
ＳＳ 直交面
Ｓｍ 延長面
γＡ 流入角度
γＢ 流出角度
γＣ 流入角度
βＡ 流入角度
βＢ 流出角度

Claims (2)

1. 軸線を中心とする環状流路の側方に圧力室が設けられたケーシングと、前記軸線を中心として放射状に延びた羽根を有し、前記軸線まわりに回転する羽根車とを備え、
   羽根車を回転させることにより、羽根から圧力室へ空気を流出させ、環状流路に連通する吸込口から空気を吸い込むとともに、環状流路に連通する吐出口から空気を吐出する渦流ブロワにおいて、
   前記圧力室に臨む羽根の前縁は、羽根の前縁基端から径外方向に向けて軸線と羽根の前縁基端とを結ぶ延長面から一旦後退した後、羽根の前縁基端と羽根の前縁基端から径外方向に延びた羽根の前縁先端との中央となる羽根の前縁中央において前記延長面と一致または前記延長面よりも前進し、さらに、羽根の前縁中央から羽根の前縁先端までの領域において前記延長面と一致または前記延長面よりも漸次前進したことを特徴とする渦流ブロワ。
2. 前記羽根の前面は、
   前記軸線を中心とし前記羽根の前縁基端を通る円筒面において流入する空気の流入角度が鋭角となるように形成された基端前面と、
   前記軸線を中心とし前記羽根の前縁先端を通る円筒面において流出する空気の流出角度が鈍角となるように形成され先端前面と、
   基端前面から先端前面に延在する連続面と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の渦流ブロワ。

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