JPH04128598A - 渦流型流体装置 - 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） この発明は、真空ポンプや圧縮機として使用される渦流
型流体装置に関し、その冷却手段を改良したものである
。

（従来の技術） 従来、この種装置においては、実開昭５６−７６１８８
号公報に開示されているものがあり、第８図に示すよう
に、羽根車（３０）かハウジング（３１）内に回転自在
に設けられ、該ハウジング（３１）内の主流路（３４）
に流体に導入し５、該主流路（３４）内で流体を螺旋運
動し７つつ圧縮１゜て吐出するようにしている。そして
、羽根車（３０）を収容するハウジング（３１）内に冷
却通路（３２）を設け、この通路に冷却液を供給１．循
環させることで羽根車（３０）や回転軸（３３）を冷却
し、両部材の温度上４に伴う材料強度の低下を防いてい
た。第８図中、符号（３５）は、羽根車（３０）とハウ
ジング（３１）との間の回転面に設けられたラビリンス
シールである。

（発明か解決しようとする課題） 」二足従来装置では、冷却液によりハウジング（３１）
の熱を今って主流路（３４）内の気体を冷や１７、羽根
車（３０）の温度１　’ｉ？を防いでいる。

つまり、気体に対して仕事をし圧縮熱を受ける羽根車（
３０）は、気体を介して間接的に冷却されていた訳であ
り、冷却効率か低い点に問題があった。こうした従来装
置では、羽根車（３０）の高速化により圧縮比を向上す
ることに限度があり、さらに、羽根車（３０）や回転軸
（３３）の形成材料が、高度の耐熱性を偏えた特殊金属
に限定される等の不利を免れない。

ハウジング内部に冷却通路（３２）を設けるため、ハウ
ジング（３１）が大型化し、さらに、冷却液を循環させ
、その熱を外部に放出するだめの付帯設備が必要となり
、全体装置が大型化する欠点もあった。

この発明は、上記の問題点を解消するものであって、そ
の目的は、羽根車の直接冷却を実現して冷却効率を向上
し、渦流型圧縮装置の高圧縮比化と低コスト化を実現す
ることにある。

この発明の他の目的は、冷却手段の構造を簡素化して、
渦流型流体装置の小型化および軽量化を実現することに
ある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、この発明が講じた手段は、
第１図に示すように、周面上に多数個のブレード（７）
を有する円板状の羽根車（１）と、この羽根車（１）を
回転自在に収容するハウジング（２）と、ハウジング（
２）に支持されて羽根車（１）へ回転動力を伝える回転
軸（３）とを備えていること、 ハウジング（２）の内部には、羽根中（１）のハブ部（
５）を収容する車室（６）と、前記ブレード（７）の回
転領域に沿って配設された主流路（８）とが径方向に連
続して設けられており、主流路（８）の一端に吸込Ｄ（
１０）が、他端に吐出［−１１（１１）がそれぞれ設け
られていること、ハウジング（２）の周壁に車室（６）
に連通ずる冷却１１８０（２０）が形成されていること
、冷却開口（２０）に臨むハブ部（５）に放熱体（２１
）が設けられていること、 車室（６）とハブ部（５）との間の隙間を封止する磁気
シール１段（４）が冷却開口（２０）より径方向外側に
設けられていることを要件とする。

冷却開口（２０）と放熱体（２１）を含む冷却手段は、
送風ファンと同様構造に構成することができ、この場合
、ハブ部（５）において放射状に配置された一群のファ
ンブレード（２１ａ）で放熱体（２１）を構成し、さら
に、ファンブレード（２１ａ）の一端部で開口する人口
開口（２０ａ）と、他端部て開口する出口開口（２０ｂ
）とて冷却開口（２０）を構成し１、羽根車（１）の回
転動作によって、ファンブレード（２１ａ）が冷却空気
を一方向へ強制的に送出するよう、前記入口開口（２（
１）　ａ　）および出「］開口（２０ｂ）を配置する。

冷却手段を送風ファン状に構成するについては、軸流フ
ァン状の構造や遠心ファン状の構造等を採ることができ
、前者形態においては、ハブ部（５）の厚み方向一側に
面して人口間口（２０ａ　）を、他側に而し、で出口開
口（２０ｂ）をそれぞれ形成し、冷却空気がハブ部（５
）を厚め方向に貫通し。

で送出されるよう一群の７アンブレード（２１ａ）を配
置する。

また、後者形態においては、一群のファンブレード（２
１ａ）の径方向中心側の端部に面して入口間ｎ（２０ａ
）を、径ブｊ向外側の端部に面して出口開口（２０ｂ）
をそれぞれ配置し、冷却空気がファンブレード（２１ａ
）に沿って放射状に送出されるよう一群のファンブレー
ド（２１ａ）を配置する。

（作用） 上記の構成により、この発明では、羽根車（１）のハブ
部（５）が、冷却開口（２０）を介して常に大気と連通
しており、羽根車（１）を回転駆動するとハブ部（５）
に設けた放熱体（２１）が外部空気と接触して放熱を行
う。つまり、圧縮等の熱を受ける羽根車（１）は直接的
に冷却され、しかも自己の回転動作を利用して積極的に
放熱体（２１）と外部空気の接触重音を高め、効率良く
冷却を行うことができる。

とくに、放熱体（２１）を一群のファンブレド（２１ａ
）で形成し、放熱体（２］）及び冷却開口（２０）を送
風ファン状に構成する形態では、外部空気を強制的に一
方向へ送出して、常に新気を放熱体（２１）およびハブ
部（５）に供給できるので、羽根車（１）をさらに効率
良く冷却できる。

外部空気を冷却開口（２０）を介してＪＸブ部（５）へ
導入し、そこに設けた放熱体（２１）が羽根中（１）と
同行回転することで放熱を行うので、従来装置において
不ｉｉＪ欠であった冷却通路や冷却液の送給手段等を省
略できる。

（第１実施例） 第２図ないし第４図はこの発明に係る渦流型圧縮装置の
第１実施例を示す。

第３図において、渦流型流体装置である圧縮装置は、円
板状の羽根車（］）と、羽根車（］）を収容するハウジ
ング（２）と、図外のモータの回転動力を羽根車（１）
に伝える回転軸（３）、および羽根車（１）の回転面に
設けられた上下一対の磁気ンール手段（４）などで構成
され、羽根車（１）の回転周面に沿って気体を過圧送給
する。

ハウジング（２）は上下の分割ケース（２ａ）。

（２ｂ）を一体に接合して形成されており、両分割ケー
ス（２ａ）、（２ｂ）の接合面間に羽根車（１）のハブ
部（５）を収容する車室（６）と、羽根車（１）のブレ
ード（７）の回転領域に沿って設けられた主流路（８）
とを径方向内外に連続して形成し、さらに車室（６）の
下面中央に連続して軸受室（愕〕）を開［１してなる。

第Ｃ”図に示すように、主流路（８）は十面視Ｃ字状に
形成されており、その一方の端部に吸込口（１０）を設
け、他方の端部に吐出口（１１）を設ける。吸込［」（
１０）はハウジング（２）の周面で開口し、吐出口（１
１）はハウジング（２）の−４一端面で開１＝１されて
いる。

主流路（８）は、断面り字形の流路壁（８ａ）とこれの
内部中央に配置された断面り字形のコア体（８ｂ）とで
、０字形の無端環状断面形に１し成されており、この断
面形を羽根車（１）の周面に沿って連続させてなる。ち
ょうど厚内の管材をＣ字形に折り曲げたときの内壁部に
相当する空間として主流路（８）が形成されている。

羽根車（１）はハブ部（５）の周面上に多数のブレード
（７）を放射状に突設して構成され、ブレード（７）の
突端がコア体（８ｂ）の垂直面壁に接近対向する状態で
ハウジング（２）内に組み込まれ、回転軸（３）と軸受
（１８）を介して回転目ｎ゛に支持されている。この組
み付は状態において、主流路（８）の０字形の通路断面
の直線部（コア（８ｂ）と車室（６）との間）は、ブレ
ード（７）の回転領域によって占められる。ブレード（
７）は、主流路（８）内において下向きに空気を送り出
し５、第４図に矢印で示すように０字形の通路断面に沿
って旋回させ、同時に羽根車（１）の回転方向に沿う運
動力をり、える。この旋回を繰り返し行うことによって
旋回気流の圧力が増加する。

第２図において、磁気シール手段（４）は、７１１部（
５）の上下端面の周縁寄りに突設されたリング状のシー
ル壁（１４）と、このシール壁（］４）を径方向内外に
挾む一対のボールプロ・ツク（１５）、　　（１５）と
、リング状の永久磁石（１６）、およびシール壁（１４
）とボールプロ・ツク（１５）　　　（１５）との間の
隙間を塞ぐ磁性流体（１７）とからなる。このシール手
段（４）は、車室（６）と・１ブ部（５）との間の隙間
を封止して、主流路（８）内の加圧空気が漏れ出ること
を防Ｉ卜する。尚、少なくともシール壁（１４）は鉄ま
たは鉄系の合金などの透磁性材料で形成されている。

運転時に圧縮熱を受けて羽根車０）や回転軸（３）が加
熱されるのを防ぐために、空冷式の冷却手段がハウジン
グ（２）および羽根車（コ）を利用して設けられている
。

この冷却手段は、車室（６）に連通ずる冷却開口（２０
）と、この冷却開口（２０）に臨む７１１部（５）に設
けられた放熱体（２１）とからなり、羽根車（１）に同
行して放熱体（２１）が回転することを利用して、冷却
空気をノ＼ウジング（２）の上面側から下面側へと強制
的に通過させる。詳しくは、ハウジング（２）の上面で
開口し車室（６）に連通ずる入口開口（２０ａ）と、車
室（６）からハウジング（２）の下面に向って開口され
る出口開口（２０ｂ）とて冷却開口（２０）を形成する
。更に、第３図に示すように、羽）１（車（１）の中央
ボス部（１ａ）と、ブレードボス部（１ｂ）との間に設
けられた一群のファンブレード（２１ａ）で放熱体（２
１）を形成し、これらファン・ブレード（２１ａ）でン
令却空気を入口開口（２０ａ）から吸込み、出り二１開
口（２０ｂ）へ向−）で送出する。入目開口（２０ａ）
および出口間［１（２０ｂ）は、磁気シール手段（４）
より径方向内側に位置して設けられている。

次に、主として上記冷却−丁一段の冷却作用を説明する
。

運転状態において、羽根中（１）は回転軸（３）、ｌ！
：几に回転して、そのブレード（７）で主流路（８）内
に貸間流を（１、しさせ、連続的に加圧しながら旋回流
を主流路（８）に沿って周回移動させる。−力、ファン
フレード（２１ａ）は、羽根車（１）と同方向に回転し
て入１１開口（２０ａ）から冷却空気を吸い込み、加圧
し５た後出口開口（２０ｂ）を介してハウジング（３）
の下面外方へ吹き出す。このフ７ンブ［メート（，２１
ａ）で形成された空気流によって羽根車（］）は直接冷
却され、ファンブレード（２１ａ）やブレードボス部（
１ｂ）などの表面から圧縮熱を放散する。また、前記空
気流は出口開口２０　ｂの内周壁を介して、軸受（１８
）および回転軸（３）に伝えられた熱を９い、その温度
上昇を防ぐ。従って、羽根！ｌｉ　（１）や回転軸（３
）か圧縮熱を受けて過熱状態に陥ることを確実に防」１
−でき、より高い回転数で羽根車（１）を駆動して、そ
の圧縮比を向上することができる。さらに、効率良く冷
却を伝えるので、高度の耐熱性を備えた特殊金属で羽根
車（１）や回転軸（３）を形成する必要もなく、これら
稼動部品の製造コストを低減できる。

ハブ部（５）とｉｔｃ室（６）との間の隙間を磁気シー
ル手段（４）で封止するので、ラビリンスシールが適用
されていた従来装置に比べて、主流路（８）内の加圧空
気が車室（６）側へ漏れ出ることを碇実に防止して、圧
縮効率を向−してさ、高圧縮比化にも充分に対応できる
。

（第２実施例） 第５図および第６図は冷却手段を変更したこの発明の第
２実施例を示す。これでは、ハブ部（５）の上面に一群
のファンブレード（２１ａ）を回転下手側へ向って傾く
よう放射状に配置し、その中各端部に面して入口開口（
２０ａ）を設け、径方向外側の端部に面して出口開口（
２０ｂ）を設ける。冷却空気は、入口開口（２０ａ）を
介して吸込まれ、ファンブレード（２１ａ）で放射状に
送出されて出口開口（２０ｂ、）から放出される。この
ように、冷却手段は遠心ファン状に構成することもでき
る。なお、第１実施例と同等の部材には、同一の符号を
付してその説明を省略する。

（第３実施例） 第７図は冷却手段をさらに変更したこの発明の第３実施
例を示す。これでは、車室（６）の上面側に限って冷却
開口（２０）を形成し、この冷却開口（２０）に臨むハ
ブ部（５）の上面に放熱体（２１）を設ける。放熱体（
２１）は一群のリブ状突起からなり、冷却開口（２０）
内の空気に接触して放熱を行う。

尚、上記第１実施例で説明した圧縮装置では、冷却空気
がハブ部（５）を厚み方向へ貫通するので、圧縮装置を
多段状に重ねて使用することができ、この場合は、前段
側の吐出口（１１）を次段側の吸込口く１０）に接続す
る。冷却空気は、終段装置側から初段装置側へ向って送
出することが好ましい。

また、第２実施例および第３実施例で説明した冷却手段
は、車室（６）の上面側に限って設けることもでき、必
要かあれば１１室（６）の上下両側に設けてもよい。場
合によっては、ハウジング（２）内に設けだ液冷り式の
冷却手段と併用することもてきる。

また、回転軸（３）は両端が軸受（１８）で支持される
構造に変更することもでき、片持支持である必要はない
。

また、本発明の渦流型流体装置は圧縮装置に眼られるも
のではない。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明では、車室（６）に連通
ずる冷却開口（２０）を設け、この冷却開口（２０）に
沖むハブ部（５）に放熱体（２１）を設けて、羽根車（
１）の熱を放熱体（２１）を介して外部へ放出できるよ
うにした。これにより、羽根中（１）を外部空気で直接
冷却でき、さらに、羽根中（１）の回転動作を利用して
放熱体（２１）と外部空気の接触度合を高め、効率良く
冷却を行うことが一〇きる。従って、この発明の流体装
置によｒｔば、羽根車（１）を高速度で運転する場合、
羽根車（１）や回転軸（３）が過熱されて材料強度が低
下するのを防止し、圧縮比等を支障なく向」二すること
ができ、さらに、羽根車（１）や回転軸（３）の冷却を
充分に行えるので、これらの部材を高度の耐熱性を備え
た特殊金属で形成する必要がなく、製造コストを低減で
きる。

特に、放熱体（２１）を一群のファンブレード（２１ａ
）で構成し、羽根車（１）の回転動作を利用して、ファ
ンブレード（２１ａ）で冷却空気を強制的に送出する場
合には、常に新気を放熱体（２１）および羽根車（１）
に供給してさらに効率良く冷却を行うことができる。

ハウジング（２）に冷却開口（２０）を設けると共に、
ハブ部（５）に放熱体（２１）を設けて羽根車（１）を
直接冷却するので、従来装置において不ｉ１Ｊ欠であっ
た昂却通路や冷却液を送給するための（＝１帯設備を全
て省略でき、装置全体の小型化と軽量化を同時に実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る渦流Ｊ４−′！流体装置の構造
原理を示す断面図である。 第２図にないし第４図はこの発明の第１実施例を示Ｌ５
、第２図は磁気シール手段の断面図、第３図は圧縮装置
の縦断側面図、第４図は第２図におけるＡ−Ａ線断面図
である。 第５図および’７３６図はこの発明の第２実施例を示し
、第５図は圧縮装置の縦断側面図、第６図は羽根車の概
略を示す斜視図である。 第７図はこの発明の第３実施例を示す圧縮装置の縦断側
面図である。 第８図は従来例を示す渦流型流体装置の縦断面図である
。 （１）・・・羽根車 （２）・・・ハウジング （３）・・・回転軸 （４）・・磁気シール手段 （５）・・・ハブ部 （６）・・車室 （７）・・ブレード （８）・・・主流路 （１０）・・吸込口 （］１）・・・吐出口 （２０）・・・冷却開口 （２１）・・・放熱体 ほか１名 第４ 図 （１）・・・羽根車 （２）・・・ハウジング （３）・・・回転軸 （４）・・・磁気シール手段 （５）・・・ハブ部 （６）・車室 （７）・・ブレード （８）・・・主流路 （１０）・・吸込口 （１１）・・吐出口 （２０）・冷却開口 （２１）−・・放熱体 第 医 第２ 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）周面上に多数個のブレード（７）を有する円板状
   の羽根車（１）と、この羽根車（１）を回転自在に収容
   するハウジング（２）と、ハウジング（２）に支持され
   て羽根車（１）へ回転動力を伝える回転軸（３）とを備
   えており、ハウジング（２）の内部には、羽根車（１）
   のハブ部（５）を収容する車室（６）と、前記ブレード
   （７）の回転領域に沿って配設された主流路（８）とが
   径方向に連続して設けられており、主流路（８）の一端
   に吸込口（１０）が、他端に吐出口（１１）がそれぞれ
   設けられている渦流型流体装置であって、 ハウジング（２）の周壁に車室（６）に連通する冷却開
   口（２０）が形成されており、 冷却開口（２０）に臨むハブ部（５）に放熱体（２１）
   が設けられており、 車室（６）とハブ部（５）との間の隙間を封止する磁気
   シール手段（４）が冷却開口（２０）より径方向外側に
   設けられている渦流型流体装置。
2. （２）放熱体（２１）がハブ部（５）において放射状に
   配置された一群のファンブレード（２１ａ）からなり、
   ファンブレード（２１ａ）の一端部で開口する入口開口
   （２０ａ）と、他端部で開口する出口開口（２０ｂ）と
   で冷却開口（２０）が構成されており、 羽根車（１）の回転動作によって、ファンブレード（２
   １ａ）が冷却空気を一方向へ強制的に送出するよう、前
   記入口開口（２０ａ）および出口開口（２０ｂ）を配置
   した請求項（１）記載の渦流型流体装置。
3. （３）ハブ部（５）の厚み方向一側に面して入口開口（
   ２０ａ）が、他側に面して出口開口（２０ｂ）がそれぞ
   れ形成されており、 冷却空気がハブ部（５）を厚み方向に貫通して送出され
   るよう一群のフアンブレード（２１ａ）を配置した請求
   項（２）記載の渦流型流体装置。
4. （４）一群のファンブレード（２１ａ）の径方向中心側
   の端部に面して入口開口（２０ａ）が、径方向外側の端
   部に面して出口開口（２０ｂ）がそれぞれ配置されてお
   り、 冷却空気がファンブレード（２１ａ）に沿って放射状に
   送出されるよう一群のファンブレード（２１ａ）を配置
   した請求項（２）記載の渦流型流体装置。