JPH02207194A - 起流機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、送風機、ポンプ等の流体を送る起流機に間す
る。

（従来の技術） 送風機等の流体を送る起流機の形式としては、従来主と
して軸流式及び遠心式がある。軸流式送風機の典型的な
ものとしては、換気扇、扇風機なとがあげられる。この
擾な軸流式送風機では、捻れた羽根が用いられ、羽根の
回転軸方向背後から羽根の前方に向かフで空気が送られ
る０羽根の前面は、空気をスクリューコンベヤに似た原
理で前方へ向かって押し出す。

遠心式送風機の典型的なものとしては、シロッコファン
があげられる。この形式の送風機に於いても羽根はその
回転によフて空気を半径方向外方へ向かフで押し出すよ
うになっている。

液体を送るポンプに於いても、基本的には上記送風機と
同様で、羽根、インペラー等の面は液体を押し出すよう
に作用する。

（発明が解決しようとする課題） 以上に述べた従来の起流技術においては、例えば送風機
に例をとフで述べると、羽根の表面が空気に作用してそ
れを押し、軸方向または放射方向に進行させ、空気が羽
根の作用領域を去ろうとする時に、羽根の端部表面が出
て行こうとする空×流を横切るように移動する。

例えば、軸流扇風機に於いては、羽根の回転軸に近い所
で作られる小さい捻れ流と、回転軸から離れた羽根の外
周縫部により作られる捻れ流が互いに干渉して空気の流
れが乱れ、それにより騒音が発生するとともに、それに
加えて、羽根の先が空気流を横切る風切り音が生じ、騒
音レベルを低くするにも限度がある。

一方、遠心式であるシロッコファンに於いては、回転軸
に近い所は空気の吸入の為に羽根がないが、周速が最も
大きな羽根の外周近傍で空気を押し出すと同時にその空
気を羽根が横切るので、同様に騒音の発生は避けられな
い、この騒音は、ファンの直径が大になる程、また回転
数が高くなる程、著しく増加する０本発明は、上述の問
題点を解消することを主目的としてなされたものであり
、流体を送り出すメカニズムを完全に変えて、騒音の発
生を無くした起流機を提供しようとするものである。

（課題を解消するための手段） 本発明によれば、起流機は回転軸線にほぼ直交する方向
の起流プレートを有し、この起流プレートを回転軸線廻
りで回転駆動するための手段が設けられ、起流プレート
は、それに隣接する流体との生１１１の　に　っ　　　
　　　　　　　表面を有し、この表面は、それに沿って
　　　　に　　　　　せ゛れ適１が起流プレートを最後
に離れる起流プレート外縁まで、前記回転軸線にほぼ直
交する方向に連続している。

（作　用） 以上の構成に於いて起流プレートが回転駆動されると、
起流プレートの表面に直接接している流体は、同表面に
対して滑り得ないという現象により、起流プレート表面
に付着しつつそれと一緒に移動する。

それにより、移動する流体の分子に接している他の流体
分子もズレ応力で一緒に引きずられるようにして移動し
て送られる。このようにして遠心力により移動させられ
た流体は、起流プレートの表面が終わる外縁にまで達し
た後、起流プレートの横切り作用を受けることなく起流
プレートを離れる。このため、流体の乱流は生じない。

（実施例） 以下、図面について本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の起流機の基本的構成を示す。

同図に於いて、０−０は起流機の回転軸線であってこの
回転軸線に直交するように起流ブレー）Ｐが設けられて
いる。起流プレートＰは円板よりなり、互いに間隙Ｃを
おいて平行に配列されており、中央部には開口２を備え
ている。いま、これらの起流プレートＰを回転軸線Ｏ−
０の廻りで一緒に回転させると、起流プレートの表面３
が空電に接しているとすれば、間隙Ｃ中の空気は矢印で
示すように起流プレートＰの半径方向外方へ向かう成分
をもって送られ、開口２を経て回転軸線０−０の方向に
空気が吸引される。

このようにして空気が起流プレートＰの表面３に引きず
られて送られるのは、固体表面に接触している流体は固
体に付着しており、固体が移動すれば、それと共に移動
する、という現象があるからである。

この現象を第２図について説明する。同図においてＰｏ
は固体を示し、その表面に流体が隣接している。

いま固体が不動で、流体が図において左方へ流れている
と仮定する。この場合、流体の分子は固体Ｐ゛の表面に
近くなる程、固体の１１着力の影響を受け、流速は遅く
なる。矢印の長さは流速を示す、固体に直接接触してい
る流体分子は固体に付着して移動することがなく、固体
にきわめて近い領域の境界ＮＡでは流体の粘性によるず
れ応用が作用し、流速は固体の影響を大きく受ける。境
界ＪｉＡの外側の領域Ｂでは非粘性の流れが維持され、
流速は固体の影響を殆と受けない、この現象は、固体の
表面のｔオ質が何であっても（例えば、滑り易いガラス
、ろう等であっても）生じる。以上の相対速度の関係は
、流体が滲出し、固体が移動する場合にも存在する。

航空機が空気中で飛行する場合、空気の境界層の厚さは
数ミＩＪ　ｊ　−）ル程度である。空気中で回転する円
板の場合には、回転数をかなり上げた状態で円板の影響
を大きく受ける境界層の厚さはｌａｍ以下である。

再び第１図において、起流プレートＰの間隙Ｃは境界層
の厚さを考えると例えばｌｌ１１以下にするのが望まし
い、起流プレートＰは第３図に示すように円板にするの
がよく、より好ましくは、ケーシング４により囲むのが
よい。ケーシング４は回転軸線０が貫通するケーシング
側壁に吸入口を有し、更に吐出口５を備えている。起流
プレートＰが第３図で矢印り方向に回転駆動させると、
間隙Ｃ中の流体（空電〉は、起流プレートＰの回転方向
の成分をもって半径方向外方へ送られ、起流プレートＰ
の表面３に沿って流れ、流れを横切りそれを乱す作用を
まったく受けることなく、起流プレートＰの外縁を離れ
、吐出口から外部へ送り出される。

以上のように起流プレートＰにより生起される流体の流
れは、起流プレート自体による妨げをまったく受けない
ので、流れは層流となり、渦流、風切り音、笛吹き音が
発生することはなく、騒音の原因となるものはなく、エ
ネルギの損失は少ない。

第４図は本発明の起流機の具体的構造の一例を示す０図
に示すように、狭い間隙をおいて隣接する多数の起流ブ
レー）Ｐは環状の連結材６によって一体的に連結させて
おり、両端部の起流ブレー）Ｐは、閏ロアをも７た連結
材８により回転軸９に連結されている０両回転軸９には
モータＭが接続され、モータＭにより起流プレートＰが
回転する。吸入される流体は、閏ロア、２を経て流れる
。第５図に示すように、前記連結部材６は孔１１を有し
、吸入された流体は、これらの孔１１を通って起流プレ
ートＰの間隙へ流入する。第４．５図の例のように、起
流プレートＰの開口２を完全に空けておく代りに、第６
図に示すように、開口２内に起流ブレー）Ｐと一体をな
す支持材１２を設け、この支持材１２を介して、すべて
の起流プレートＰを１本の回転軸１３に支持してもよい
、この場合には、回転軸１３はすべての起流プレートの
開口２内を貫通する。支持材は第７図に１２ａで示すよ
うに曲げてもよい。

このような支持材！２．＋２ａを流体の通路を横切って
設けると、それが流体の流れの妨げになり、冒頭で述べ
た従来技術の場合のように騒音の原因のように思えるか
もしれないが、支持材＋２．Ｉ２ａは流体の流れを生起
させる半径方向外縁部の近くにはなく周速度も小さいか
ら、騒音の原因にはならない。ただし、流動抵抗にはな
るから、なるべく数を減らしたり細かくしたりする必要
がある。

第８図は、起流機への流体の吸入に必要なエネルギを低
減させる吸入促進手段の一例を示す、この例では、吸入
促進手段は回転軸線上で開口２内へ挿入された静止棒状
材１５である。棒状材１５は円形断面で先端へ行くにつ
れて細くなフており、回転軸９と同軸をなす、起流プレ
ートＰの回転により、吸入流体は矢印で示すように螺旋
状に流入して流入抵抗を下げる。棒状材１５の周面には
螺旋状の山または溝を形成することもできる。

第９図に示す実施例では、吸入促進手段としての棒状材
１５ａは、左右両側に通じており、中央部が膨らんでい
る。この例では、両側から吸入される流体の流入抵抗が
低くなる。棒状材＋５ａは回転させることもできる。回
転速度は起流プレートＰの回転数と異ならせてもよい。

第１０図および第１１図の実施例では吸入促進手段とし
ての棒状材＋５ｂは、隣接する２つの起流機にわたって
設けられ、しかも棒状材１５ｂと起流プレートＰの両端
部のものとの間に羽根１６が一体的に設けられている。

従って、羽根１６は起流プレートＰ及び棒状材＋５ｂと
同じ回転数で回転して吸入される流体を積極的に送る作
用を果たす、この羽根＋６は流体流を横切る作用をする
が、小さい羽根であり、周速が小さいので騒音レベルは
きわめて低い。第１＋図に示すように、隣接する起流プ
レートＰを連結する部材１７は羽根をなしており、この
羽根１７によって、起流プレートＰの間隙に積極的に流
体を送り込むようにしている。

第１２図に示す実施例では、多数の起流ブレー）Ｐをそ
の開口２の近傍で連結する部材自体に、ヘリコイド状の
流体吸入案内ガイド１８が設けられ、流体の吸入を効果
的にしている０以上に述べた実施例では、起流ブレー）
Ｐは単純な円板で回転軸線Ｏ−０に直交するように設置
されているが、起流プレートＰは、第１３図に示すよう
に回転軸線０−０に対し幾分傾斜するようにしてもよい
、この例では、左右一対の起流プレート群Ｐ１．Ｐ２は
、左右から流入してくる吸入流体が起流プレート間の隙
間に流入し易くする方向に幾分傾いた起流プレートＰを
備えている。

起流プレートＰは、設計条件に応じて第１４図に示すよ
うに傾斜に加えて湾曲させることもできる。

また、第１５図に示すように反対方向の複数の曲面を有
するようにしてもよい、いままで述べた実施例では起流
プレートＰＩＷＩの間隙は一定幅のものであったが、第
１６図に示すように間隙が半径方向外方へ向かって狭く
なるようにすることもできる０間隙が一定の場合には、
円周方向寸法が半径方向外方へ行くにつれて増大するこ
とにより、流体が流れる間隙の容積は半径方向外方へ向
かって増大することになるが、第１６図のようにするこ
とによって、間隙の容積の変化を調節することができ、
従って起流機の特性を変えることができる。第１６図の
下半分に示す例では、各起流ブレー）Ｐを半径方向外方
へ向かって二股状にすることにより、間隙の幅を半径方
向外方へ向かって漸減させている。

第１７図の例では、隣接する起流プレートＰの間隙が、
半径方向外方へ広がる部分と狭ばまる部分とが１つおき
に形成されている。

この例も、起流機の特性の調整の為に利用することがで
きる。

第１８図の例では、起流ブレー）Ｐの間隙は半径方向外
方へ向かって広がっている。

第１９図の例は、起流プレートＰの半径方向内縁及び外
縁にテーバ２０，２＋が付されている。内縁のテーバ２
０は起流ブレー）Ｐ閏の間隙内への流体の流入抵抗を少
なくする点で好ましい。

第２０図の例では、第１Ｇ図の上半部に示す例において
、各起流ブレー）Ｐの半径方向内縁及び外枠にテーバ２
２，２３がそれぞれ設けられて、流れを滑らかにしてい
る。

以上のいずれの実施例においても、起流プレートの形状
は、その表面の流体境界層をいかに効率よく形成せしめ
、その境界層を遠心力により、いかに効率よく起流プレ
ートから離脱させるかを考慮して決められる。

第２１図は、起流機を特に圧縮機とし、圧力を上げる場
合に適した例を示している。この例では起流機は内外二
段に形成されており、まず内側の第一段Ｐｌの起流プレ
ート間を通された流体は、その外側の第二段Ｐｏの起流
プレート間を通されてさらに昇圧される。

第２２図の例では、起流機は軸方向に多段に形成されて
いる。吸入口２５から吸入された流体は起流ブレー）Ｐ
により多段に圧縮されて吐出口２６から吐出される。

第２３図には、基本的に第２２図と同じであるが、軸方
向スラストが小さくなるように左右対称の流体の流れを
形成した実施例が示されている。

第２４図は、本発明の起流機が、密閉性を有しているこ
とを示している。今、空間２７　、２８が仕切り３０に
より仕切られ、この仕切り３０に起流機が設置されてい
るとする。起流機が運転されると、流体は、回転軸９の
廻りを経て軸方向に空間２８から吸入され、起流ブレー
）Ｐの間隙を通って空間２７に送られる。一方起流機が
停止すると、空間２７内の流体が空間２８へ向かって流
れようとしてもぐ空気の場合、逆風が空間２７から空間
２８へ流入しようとしても）従来の送風機等のように逆
方向の流体流で起流ブレー）Ｐが回転することはない、
同時に逆方向流に対し、起流ブレー）Ｐの細隙が大きな
流動抵抗を示し、更に流れの方向が９０°曲がらねばな
らないという点で、逆流に対しても密閉性の効果が大き
い。

一方、音波が同空間２７　、２８の間で伝細しようとし
ても、音波は縦波であるから起流プレート間の間隙で反
射を反復しながら進むので、動的にも静的にも反射の反
復で音のエネルギは吸収される。即ち、音の伝搬方向に
起流プレート間の間隙が閉じているので、遮音効果は優
れている。遮音効果は、間隙が狭く長い程、また回転数
が高い程大きくなる。又、第ｎ。

第２３図の様に多段にすればその効果は一段と大きくな
る。遮光効果についても同様であることが容易に理解で
きるはずである。防塵性の点でも、基本的に閉じている
構造が優れた性能を与える。

第２５図は、本発明の起流機をエンジンのマフラーとし
て用いた例を示す、この例では、エンジンの排気管３２
の途中のマフラー３３の内部に本発明の起流機が設置さ
れ、適当な駆動１１１ｉ３４により回転駆動されるよう
になっている。起流機は排気ガスによるターボファンで
駆動することもできる。排気ガスは矢印で示すように起
流機３５内を流れて外部へ排出される。

この時、前述の遮音特性により排気音が起流機で吸収さ
れる。このマフラーは、従来のマフラーのように排気ガ
スに大きな流動抵抗を与えることがなく、音のみを押さ
えて排気を積極的に排出する。

第２６図は、静電空気清浄機に本発明の起流機を用いた
例を示す、同図において、起流機３６の起流ブレー）Ｐ
は電極として構成されている。１１埃を含んだ空気は起
流機３６内に矢印方向に流入し、静電気により、Ｐの表
面で塵埃を吸着する。起流ブレー）Ｐの表面には塵が付
着するが、それは第２７図に示すように塵取りワイヤ３
８を起流プレート間隙に通すことにより回転を利用して
容易に除去することができる。

第２８図は、本発明の起流機を塵回収機に用いた例を示
す。吸寛空気４０が突き当たる部分に回収筒３９を設け
ておくと、起流プレートＰの作用で吸引される空気中の
比較的大きな塵はその慣性で回収筒３９内へ入り、細か
い塵は起流ブレー）Ｐの間隙内を空％　ＩＰＥと共に流
れる。起流プレート間隙につまフだ塵は塵取りワイヤ３
８で除去することができる。

第２９図に示すように、特性の異なる起流機を複数個、
回転軸Ｏ−０に沿って設置しておくことによって第２８
図で説明したと同じ原理で、空気中に浮遊する粉粒物の
分級く選別）を行なうこともてきる。

本発明の起流機は第３０図に示すように船舶の推進機と
しても用いることができる。流体を層流として送る特性
により、少ない損失で水を後方へ送って船を矢印Ｅ方向
に進ませることができる。尚、図中４２は水のガイドカ
バーである。この推進機は船首、船尾、船尾寄りの両側
等に設置することができる。

第３１図は、航空機の主翼４４に本発明の起流機を設け
た例を示す、起流機は４５．４６．４７で示すような位
置に設置し、主１４４の上面に沿う気流を生じさせ、こ
れにより主翼上面の空気の層流の剥＃ｌを防ぎ、揚力を
積極的に増加させる。

（発明の効果） 以上に述べたように、本発明の起流機では、従来の送風
機、ポンプ等と異なり、起流作用を行なう部材目体が、
生起させた流体の流れを横切ってそれを乱すという現象
がなく、作られた流体の流れは最後まで層流をなして送
り出される。従って渦流や羽根が流体を横切ることによ
り従来起きていた騒音の問題を完全に解消することがで
きる。また、従来の送風機、ポンプ等では、回転速度を
上げて吐出量を増加させようとすると、それに応じて羽
根が流体の流れをより激しく横切る現象が生じ、性能の
向上に限度があったが、本発明の起流機では回転速度の
上昇と共に吐出量が増大し、起流特性が飽和する現象が
生じることがない、一方、本発明の起流機は前述のよう
に基本的に密閉性があるので、運転停止時を含めて起流
機の吸入、吐出側の遮断状態を維持することができる。

また本発明の起流機から吐出される流体の流れは層流を
なしているから、吐出流は直進性に優れ、広がりが少な
く遠くまで到達する。そのほか本発明の起流機は、従来
の起流機にはない種々の用途に用いることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の起流機の基本的原理を示す図、第２
図は固体と流体の付着現象の説明図、第３図は第１図の
原理図の回転軸線方向に見た図、第４図は本発明の起流
機の一実施例の軸線に沿う断面図、第５図は第４図のｖ
−ｖ線断面図、第６図及び第７図は本発明の起流機に用
いる起流プレートのそれぞれ異なる例を示す図、第８図
は、吸入促進手段を備えた本発明の起流機の断面図、第
９図は第８図の変形例を示す断面図、第１Ｏ図は、さら
に他の変形例の断面図、第１１図は第１Ｏ図のＶｌ−Ｖ
ｌ線断面図、第１２図は本発明の他の実施例の斜ｔＵ図
、第１３図ないし第２０図は本発明の起流機における起
流プレートのＩ々の異なる断面形状及び配置の例を示す
説明図、第２１図は本発明の起流機を半径方向に多段に
形成した場合を示す略図、第２２図は本発明の起流機を
軸方向に多段にした場合を示す断面図、第２３図は第２
２図の変形例を示す図、第２４図は本発明の起流機の密
閉性を説明する断面図、第２５図は本発明の起流機を内
燃機間のマフラーに用いた例を示す断面図、第２６図は
本発明の起流機を静電空気洗浄機に使用した例を示す図
、第２７図は静電空気洗浄機における起流プレートの塵
除去方法を示す図、第２８図は本発明の起流機を塵回収
機４こ用いた例を示す図、第２９図は本発明の起流機を
複数用いて粉粒物の分級を行なう例を示した説明図、第
３０図は本発明の起流機を船舶の推進機として用いる例
を示す図、第３１図は本発明の起流機を航空機の主翼に
施した例を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸線にほぼ直交する方向の起流プレートを有し
   、この起流プレートを回転軸線まわりで回転駆動する手
   段を備え、起流プレートは、それに隣接する流体との付
   着現象のみによって流体を移動させる表面を有し、この
   表面は、それに沿って付着現象により移動させられる流
   体が起流プレートを最後に離れる起流プレート外縁まで
   、前記回転軸線にほぼ直交する方向に連続していること
   を特徴とする起流機。 ２、起流プレートが、狭い間隙を介して隣接する複数枚
   の円板により構成されている特許請求の範囲１記載の起
   流機。 ３、起流プレートを構成する円板の中心部に開口が設け
   られ、この開口が流体吸入部を構成している特許請求の
   範囲２記載の起流機。 ４、円板中心部の開口内に流体吸入促進手段が設けられ
   ている特許請求の範囲３記載の起流機。 ５、隣接する円板の対向する表面の間に形成される間隙
   が半径方向外方へ向かって変化している特許請求の範囲
   ２記載の起流機。 ６、隣接する円板の対向する表面の間の間隙が１ｍｍ以
   下である特許請求の範囲２記載の起流機。 ７、回転軸線に、ほぼ直交する方向の起流プレートを有
   し、この起流プレートを回転軸線廻りで回転駆動する手
   段を備え、起流プレートは、それに隣接する流体との付
   着現象のみによって流体を移動させる表面を有し、この
   表面は、それに沿って付着現象により移動させられる流
   体が起流プレートを最後に離れる起流プレート外縁まで
   、前記回転軸線に、ほぼ直交する方向に連続しており、
   起流プレートは電荷が与えられて電極として構成され除
   塵機能を有することを特徴とする起流機。