JPH029993A - 渦流形ターボ機械 - 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、渦流形の真空ポンプ、圧縮機及びタービン等
、羽根車の回転により流体に螺旋運動を与え、この角運
動エネルギを圧力に変換する渦流形ターボ機械に関し、
特に、冷却対策に係るものである。

（従来の技術） 従来よりこの種の渦流形ターボ機械としては、実開昭５
６−７６１８８号公報に開示されているように、中空環
状部を有するハウジング内に羽根車が収納配設され、該
中空環状部内が流体の主流路に形成される一方、上記羽
根車は該主流路に臨む複数枚の羽根がハブの外周面に突
設されて成り、該羽根車を駆動モータの駆動によって回
転させ、流体をハウジングの吸込口より上記主流路に吸
込み、該主流路内において流体を主流路の軸方向に螺旋
運動させながら移送しつつ圧縮し、吐出口よりハウジン
グ外に吐出させるようにしたものが知られている。

この渦流形ターボ機械において、羽根車を高速回転する
と、主流路内の流体温度が高温、例えば、２００℃以上
になる。そこで、第８図に示すように、ハウジング（ａ
）の中空環状部（ｂ）をトーラス部（ｃ）と該トーラス
部（ｃ）を覆うカバー部（ｄ）とより形成し、該トーラ
ス部（ｃ）とカバ一部（ｄ）との間に冷却路（ｅ）を形
成している。そして、該冷却路（ｅ）に冷却水を流し、
羽根車（ｆ）の羽根（ｇ）の回転により圧縮されて高温
となる流体を冷却水で冷却するようにしている。

（発明が解決しようとする課″、ＸＪ）上述した渦流形
ターボ機械において、冷却路（ｅ）の冷却水と主流路（
ｈ）の流体とがトーラス部（Ｃ）を介して熱交換するよ
うにしている。

しかしながら、第９図に示すように、トーラス部（Ｃ）
の内周面は滑らかな円弧面に形成されて流体がスムーズ
に螺旋運動するようにしているため、上記トーラス部（
ｃ）の表面積が限られて伝熱面積が限定されており、熱
交換効率が悪いという問題があった。そして、この熱交
換の低効率のため羽根車（ｆ）が高温となって膨張し、
ハウジング（ａ）に接して回転が阻止されるという危険
性があった。また、従来、上記羽根車（ｆ）のみで流体
を螺旋運動させているため、主流路（ｈ）内での回転数
が少なく、圧縮効率が悪いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、中空環状
部の内周面に流体を案内する四部を形成して伝熱面積を
拡大することによって、熱交換効率の向上を図ると共に
、流体の回転数を増大して圧縮効率の向上を図ることを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、請求項（１）及び（２に係
る発明が講じた手段は、第１図に示すように、先ず、流
体の吸込口（６１）及び吐出口（６２）が開設された中
空環状部（２３）を有するハウジング（２）が形成され
、該ハウジング（２）の中空環状部（２３）内に環状空
間で流体の主流路（２４）が形成されている。そして、
該主流路（２４）を包囲して上記ハウジング（２）の中
空環状部（２３）には冷却媒体が流れる冷却路（２５）
が形成されている。更に、上記主流路（２４）に臨む複
数枚の羽根（３２）、（３２）、・・・がハブ（３１）
の外周面に突設されて成り、上記吸込口（６１）より主
流路（２４）に吸込まれた流体を螺旋状に移送しつつ圧
縮して上記吐出口（６２）よりハウジング（２）外に吐
出させる羽根車（３）が設けられている。

加えて、上記中空環状部（２３）の内周面には吸込口（
６１）から吐出口（６２）に向って螺旋方向に刳設され
、上記流体の螺旋運動を案内する螺旋溝（８）が形成さ
れた構成としている。

また、上記螺旋溝（８）は、中空環状部（２３）の吸込
口（６１）から吐出口（６２）に亘って複数条形成され
ると共に、横断面の周方向に連続形成された構成として
いる。

（作用） 上記構成により、請求項（１）及び（２）に係る発明で
は、羽根車（３）を回転すると、流体は吸込口（６１）
より主流路（２４）に吸込まれ、該主流路（２４）内に
おいて、羽根（３２）に前縁より流入して後縁より流出
し、主流路（２４）内を回転して再び羽根（３２）に流
入することになる。

そして、この流体は上記羽根（３２）により角運動エネ
ルギを得て回転しつつ主流路（２４）の軸方向に流れ、
この螺旋運動により圧縮されて吐出口（６２）よりハウ
ジング（２）外に吐出される。

一方、冷却路（２５）には冷却水などの冷却媒体が流れ
ており、上記主流路（２４）の流体と熱交換して該流体
を冷却している。

この流体の螺旋運動中において、中空環状部（２３）の
内周面に螺旋溝（８）が設けられているので、流体と冷
却媒体との間の伝熱面積が十分広く確保され、該流体が
十分冷却される一方、該流体は螺旋溝（８）に沿って回
転するので、主流路（２４）内の回転数が上昇してハウ
ジング（２）外に吐出されることになる。

（発明の効果） 従って、請求項（１）に係る発明の渦流形ターボ機械に
よれば、中空環状部（２３）の内周面に螺旋溝（８）を
形成したために、流体と冷却媒体との間の伝熱面積を増
大させることができるので、該流体と冷却媒体との熱交
換効率を向上させることができる。この熱交換効率の向
上により羽根車（３）の温度上昇を防止することができ
ることから、該羽根車（３）の膨張を防止することがで
き、ハウジング（２）との接触を防止して羽根車（３）
の回転を確実に確保することができる。

更に、流体を螺旋溝（８）で強制的に案内させるので、
主流路（２４）内での流体の回転数を増加させることが
でき、圧縮効率の向上を図ることができる。

また、請求項（２）に係る発明では、螺旋溝（８）を吸
込口（６１）より吐出口（６２）まで複数条形成し、周
方向に連続形成しているので、確実に熱交換効率を向上
させることができると共に、圧縮効率の向上を確実に図
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図及び第２図に示すように、（１）は渦流形ターボ
機械としての圧縮ポンプであって、気体等の各種流体を
螺旋状に移送しつつ圧縮して吐出するようにしている。

該圧縮ポンプ（１）はハウジング（２）内に羽根車（３
）が収納配設されて構成されており、該ハウジング（２
）は、第１図において左右に分割された第１ハウジング
部材（２１）と第２ハウジング部材（２２）とを一体的
に組合わせて形成されている。更に、該両ハウジング部
材（２１）。

（２２）は、上記羽根車（３）の両端面を覆うディスク
部（２１ａ）、　　（２２ａ）に半トーラス部（２１ｂ
）、　　（２２ｂ）とカバ一部（２１ｃ）。

（２２ｃ）とが形成されて成り、該両軍トーラス部（２
１ｂ）、（２２ｂ）とカバ一部（２１ｃ）。

（２２ｃ）とによって中空環状部（２３）がハウジング
（２）に形成されている。該半トーラス部（２１ｂ）、
　　（２２ｂ）は横断面半円弧状で上記ディスク部（２
１ａ）、（２２ｂ）の外周縁に環状に連続形成されてお
り、該両ハウジング部材（２１）、　　（２２）の半ト
ーラス部（２１ｂ）。

（２２ｂ）によって流体の主流路（２４）が円環状空間
で形成されている。また、上記カバ一部（２１ｃ）、　
　（２２ｃ）は横断面略し字状に形成されていて、上記
半トーラス部（２１ｂ）、　　（２２ｂ）の背面側を覆
って上記ディスク部（２１ａ）（２２ａ）の外周縁に環
状に連続形成されている。

そして、該カバ一部（２１ｃ）、（２２ｃ）と半トーラ
ス部（２１ｂ）、　　（２２ｂ）との間が上記主流路（
２４）を包囲するように冷却路（２５）。

（２５）に形成されており、該冷却路（２５）に連通し
て冷却媒体である冷却水の流入管（２６ａ）と流出管（
２６ｂ）とが上記カバ一部（２１ｃ）。

（２２ｃ）に連結され、上記冷却水が冷却路（２５）を
流れるように構成されている。

更に、上記主流路（２４）には、中空環状部（２３）に
おける両軍トーラス部（２１ｂ）。

（２２ｂ）の内周面に所定幅のストリッパ部材（５）が
設けられていて、上記主流路（２４）を高圧側と低圧側
とに区画している。そして、該ストリッパ部材（５）の
内周部には上記羽根車（３）が通る案内路（５１）が刳
設されており、該ストリッパ部材（５）の−側方（第２
図において右側）には第１ハウジング部材（２１）の半
トーラス部（２ｌ　ｂ）に流体の吸込口（６１）が、他
側方（第２図において左側）には第２ハウジング部材（
２２）の半トーラス部（２２ｂ）に流体の吐出口（６２
）がそれぞれ開設されていて、該吸込口（６１）から導
入された流体と吐出口（６２）から吐出される流体とが
ストリッパ部材（５）で合流しないように構成されてい
る。

一方、上記羽根車（３）は円板状のハブ（３１）の外周
面（３ａ）に複数枚の羽根（３２）が放射状に延設され
て構成されている。該ハブ（３１）の両端面は上記両ハ
ウジング部材（２１）、　　（２２）のディスク部（２
１ａ）、（２２ａ）が近接して覆われており、該ハブ（
３１）の中央部に駆動軸（７）が連結されている。該駆
動軸（７）は上記主流路（２４）と同心上に位置し、上
記第２ハウジング部材（２２）のディスク部（２２ａ）
を貫通し、図示しないが、外端にモータが連結されてお
り、該モータの駆動により羽根車（３）が回転するよう
に成っている。また、上記ノ１ブ外周面（３ａ）は駆動
軸（７）と同心上の円筒面に形成され、上記主流路（２
４）外周面の一部を構成している。

上記羽根車（３）の羽根（３２）は、子午面矩形状に形
成されると共に、上記ハブ外周面（３ａ）より遠心方向
に突出して上記主流路（２４）内に臨むように形成され
ている。更に、該羽根（３２）は、上記ハブ（３１）の
両端面に亘って形成され、流体が羽根（３２）の前縁か
ら後縁に通り抜けると、上記ハブ（３１）の前面から後
面に通り抜けるように成っており、該羽根（３２）の通
過時の流れがほぼ軸流流れになり、この羽根（３２）通
過時に角運動エネルギが流体に与えられ、該流体が主流
路（２４）内において螺旋方向に移送されつつ圧縮され
るように構成されている。また、上記ハブ（３１）とデ
ィスク部（２１ｂ）、　　（２２ｂ）との間にはラビリ
ンスシール（３３）が形成されて該ハブ（３１）とディ
スク部（２１ａ）。

（２２ａ）との間がシールされている。

上記中空環状部（２３）における両軍トーラス部（２１
ｂ）、　　（２２ｂ）の内周面には、本発明の特徴とす
る螺旋溝（８）が創設されている。該螺旋溝（８）は、
第３図にも示すように、横断面Ｕ字状に形成されていて
、上記両軍トーラス部（２１ｂ）、（２２ｂ）の内周表
面積を増大させて伝熱面積を増加させるように構成され
ている。

更に、上記螺旋溝（８）は、上記吸込口（６１）より吐
出口（６２）に亘って４条形成されると共に、上記半ト
ーラス部（２１ｂ）、　　（２２ｂ）の横断面周方向に
おいて全周に亘って連続形成されている。つまり、上記
各螺旋溝（８）は、主流路（２４）の外周面に羽根車（
３）の突出部を除いて螺旋上に連続して吸込口（６１）
より吐出口（６２）まで形成されている。また、上記螺
旋溝（８）は、流体の螺旋運動の案内するように形成さ
れており、ピッチが吸込口（６１）側で大きく、吐出口
（６２）に向ってやや小さくなるように形成されて、流
体の主流路（２４）内における回転数を増加させるよう
に構成されている。

次に、この圧縮ポンプ（１）の圧縮動作について説明す
る。

先ず、モータを駆動して駆動軸（７）を回転すると、羽
根車（３）がハウジング（２）内で回転し、各羽根（３
２）、　　（３２）、・・・が主流路（２４）内を回転
移動することになる。一方、流体は吸込口（６１）より
ハウジング（２）内の主流路（２４）に吸込まれ、羽根
（３２）前縁より該羽根（３２）に流入し、後縁より流
出することにななり、この羽根（３２）によって流体に
角運動エネルギが与えられ、上記主流路（２４）の外周
部を回転し、再び羽根（３２）に流入することになる。

そして、流体は上記回転を繰り返しつつ主流路（２４）
の軸方向に移送され、螺旋運動して圧縮され、吐出口（
６２）よりハウジング（２）外に吐出されることになる
。

一方、冷却路（２５）に流入管（２６ａ）より冷却水が
流入しており、該冷却水は冷却路（２５）を通り流出管
（２６ｂ）より流出し、この冷却路（２５）内において
主流路（２４）の流体と半トーラス部（２１ｂ）、　　
（２２ｂ）を介して熱交換し、ハウジング（２）及び羽
根車（３）の温度上昇を防止している。

この流体の螺旋運動中において、半トーラス部（２１ｂ
）、　　（２２ｂ）の内周面に螺旋溝（８）。

（８）、・・・が創設されているので、該内周面の表面
積が広くなって流体の接触面積が広く、十分な伝熱面積
が確保されて該流体が冷却されることになる。

また、流体は羽根車（３）による螺旋運動に加えて螺旋
溝（８）、（８）、・・・で案内されるので、回転ピッ
チが小さくなり、主流路（２４）内で多数回転して吐出
されることになる（第２図矢符参照）。

従って、上記中空環状部（２３）の内周面に螺旋溝（８
）を形成したために、流体と冷却水との間の伝熱面積を
増大させることができるので、該流体と冷却水との熱交
換効率を向上させることができる。この熱交換効率の向
上により羽根車（３）の温度上昇を防止することができ
ることから、該羽根車（３）の膨張を防止することがで
き、ハウジング（２）との接触を防止して羽根車（３）
の回転を確実に確保することができる。

更に、流体を螺旋溝（８）で強制的に案内させるので、
主流路（２４）内での流体の回転数を増加させることが
でき、圧縮効率の向上を図ることができる。

また、螺旋溝（８）を吸込口（６１）より吐出口（６２
）まで４条形成し、周方向に連続形成しているので、確
実に熱交換効率を向上させることができると共に、圧縮
効率の向上を確実に図ることができる。

第４図及び第５図は他の螺旋溝（８１）、　　（８２）
を示しており、第４図に示す螺旋溝（８１）は横断面半
円弧状に形成され、一方、第５図に示す螺旋溝（８２）
は横断面Ｖ字状に形成されている。そして、該両螺旋溝
（８１）、（８２）は前実施例における螺旋溝（８）と
同様に伝熱面積を増大させると共に、流体の螺旋運動を
案内するようにしている。その他の構成並びに作用、効
果は前実施例と同様である。

第６図および第７図は羽根車（３）における他の羽根（
３２ａ）、　　（３２ｂ）を示しており、第６図に示す
羽根（３２ａ）は子午面扇状に形成されている。つまり
、ハブ（３１）の外周面（３１ａ）が中心角略９０度の
円弧状に形成され、該外周面（３１ａ）に上記羽根（３
２ａ）が主流路（２４）の略中心軸方向に向って逆扇状
に突設されている。更に、上記主流路（２４）の中心軸
上には円環状のガイド部材（４）が設けられており、該
ガイド部材（４）は流体が該ガイド部材（４）の周囲に
沿って流れるように該流体を案内している。また、第７
図に示す羽根（３２ｂ）は子午面矩形状に形成されると
共に、駆動軸（７）の軸方向に突設されている。つまり
、主流路（２４ｂ）及びガイド部材（４ｂ）が駆動軸（
７）の直交方向に長円形に形成される一方、上記ノ１ブ
（３１）の外周面（３ｌ　ｂ）が主流路（２４ｂ）の外
周に倣う略２次曲線状に形成され、該外周面（３ｌ　ｂ
）の先端部より羽根（３２ｂ）がガイド部材（４ｂ）に
向って突出している。その他、螺旋溝（８）などの構成
並びに作用、効果は前実施例と同様である。

尚、本実施例において、螺旋溝（８）は４条形成したが
、３条以下或いは５条以上形成してもよく、また、吸込
口（６１）から吐出口（６２）に亘って全体に形成する
必要はなく、吐出口（６２）側のみなどに形成してもよ
い。また更に、螺旋溝（８）は回転方向に部分的に形成
してもよく、その上、断面形状は実施例に限られず、広
幅などに形成して溝間の凸部で流体を案内するようにし
てもよい。

また、上記主流路（２４）、　　（２４ｂ）の形状、羽
根（３２）、　　（３２ａ）、　　（３２ｂ）の形状な
どは実施例に限られず、ガイド部材（４）、（４ｂ）も
必ずしも設ける必要はない。

また、本発明は圧縮ポンプに限られず、真空ポンプ、タ
ービンなどの渦流形ターボ機械に適用できることは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示しており、第１図
は圧縮ポンプの横断面図、第２図は羽根車を省略して示
す第１図■−■線における断面図、第３図は主流路を示
す拡大横断面図である。第４図及び第５図は他の螺旋溝
を示す横断面図、第６図及び第７図は他の羽根車等を示
す要部の横断面図である。第８図及び第９図は従来例を
示し、第８図は主流路を示す横断面図、第９図は同要部
の拡大横断面図である。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ノ１ウジング、
（３）・・・羽根車、（４）、　　（４ｂ）・・・ガイ
ド部材、（８）、　　（８１）、　　（８２）・・・螺
旋溝、（２３）・・・中空環状部、（２４）、　　（２
４ｂ）・・・主流路、（２５）・・・冷却路、（３２）
、　　（３２ａ）、　　（３２ｂ）・・・羽根。 １（Ｉｉｉ汀ζンフ゛） 第２ 図 ２４（左流路） 第４ 第５ ′／ 第 図 第 図 第８ 図 り 第９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）流体の吸込口（６１）及び吐出口（６２）が開設
   された中空環状部（２３）を有するハウジング（２）と
   、 該ハウジング（２）の中空環状部（２３）内に環状空間
   で形成された流体の主流路（２４）と、 該主流路（２４）を包囲して上記ハウジング（２）の中
   空環状部（２３）に形成され、冷却媒体が流れる冷却路
   （２５）と、 上記主流路（２４）に臨む複数枚の羽根（３２）、（３
   ２）、・・・がハブ（３１）の外周面に突設されて成り
   、上記吸込口（６１）より主流路（２４）に吸込まれた
   流体を螺旋状に移送しつつ圧縮して上記吐出口（６２）
   よりハウジング（２）外に吐出させる羽根車（３）と、 上記中空環状部（２３）の内周面に吸込口 （６１）から吐出口（６２）に向って螺旋方向に刳設さ
   れ、上記流体の螺旋運動を案内する螺旋溝（８）と、 を備えていることを特徴とする渦流形ターボ機械。 （２）螺旋溝（８）は、中空環状部（２３）の吸込口（
   ６１）から吐出口（６２）に亘って複数条形成されると
   共に、横断面の周方向に連続形成されていることを特徴
   とする請求項（１）記載の渦流形ターボ機械。