JPH0545832Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、渦流形の真空ポンプ、圧縮機及びタ
ービン等、羽根車の回転で気体に一定の螺旋運動
を与え、この運動エネルギを圧力に変換するいわ
ゆる渦流形ターボ機械の改良に関する。

（従来の技術） 従来より、このような渦流形ターボ機械として
は、例えば、特開昭52−142313号公報に開示され
ているように、多数の羽根を有する羽根車をハウ
ジング内に回転可能に配置し、上記羽根車を駆動
用モータの駆動によつて回転させることにより、
気体を上記ハウジングに設けられた吸込口からハ
ウジング内の主流路に吸い込み、この主流路内に
おいて気体を周方向に螺旋運動させながら移送し
つつ圧縮して吐出口より吐出させるようにしたも
のが一般によく知られている。

（考案が解決しようとする課題） 上述した渦流形ターボ機械において、ハウジン
グ内の主流路は該ハウジング内に設けられたスト
リツパ部材によつて高圧側と低圧側とに区画さ
れ、該ストリツパ部材の近傍に吸込口と吐出口と
が開設されているが、上記ストリツパ部材には羽
根車の羽根が通る案内路を形成する必要がある。

従つて、上記主流路の高圧側と低圧側とは案内
路と羽根との少隙を介して連通することになり、
吐出口に向つて圧縮された高圧気体が上記案内路
を通つて再び低圧側に流れ、この低圧側に流れる
キヤリオーバ気体が漏れ損失となつていた。特
に、このターボ機械を真空ポンプとして用いた場
合、高い到達真空度を示す所謂閉切り点近傍にお
いては、上記キヤリオーバ気体が漏れ損失の大部
分を占めており、従来、このキヤリオーバ気体の
防止については何らの対策も施されておらず、高
効率化を阻害する最も大きな要因となつていた。

本考案は、斯かる点に鑑み、主流路におけるキ
ヤリオーバ気体をストリツパ部材より積極的に取
り出し、このキヤリオーバ気体のエネルギを利用
して曲がりエゼクタで上流側の渦流形ターボ手段
の気体を吸込み下流側の渦流形ターボ手段の主流
路に導入することにより、キヤリオーバ気体を低
減して高圧力比化や高効率化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、本考案が講じた手
段は、第１図及び第６図に示すように、まず、気
体の吸込口と吐出口６とを有し、主流路３を構成
する中空円環状のハウジング１と、外主流路３に
おいて上記流入口５から流入した気体を螺旋状に
移送して上記吐出口６より吐出させる羽根車８
と、上記主流路３を高圧側と低圧側とに区画する
と共に上記羽根車８の案内路４ｂが形成されたス
トリツパ部材４とを備えた複数の渦流形ターボ手
段Ａ，Ｂが上記羽根車８の回転軸方向に重畳して
配置された渦流形ターボ機械を対象としている。

そして、隣合う渦流形ターボ手段Ａ，Ｂにおけ
るハウジング１の隣接部の外周部には周方向に延
びる周溝１ｄが該両渦流形ターボ手段Ａ，Ｂのハ
ウジング１に亘つて形成され、上記下流側の各渦
流形ターボ手段Ａのストリツパ部材４には、案内
路４ｂを流れるキヤリオーバ気体の取出口１０が
該案内路４ｂの外周面に形成されている。

一方、上記周溝１ｄには、上記ハウジング１に
円弧管体９が取付けられている。該円弧管体９
は、一端側に形成された負圧チヤンバ１３ｂに開
口され且つ上流側の渦流形ターボ手段Ｂの吐出口
６に連通して該渦流形ターボ手段Ｂから吐出する
吸込気体が流入する流入口１５と、他端側に設け
られ且つ下流側の渦流形ターボ手段Ａの吸込口５
に連通する流出口１６と、上記下流側の渦流形タ
ーボ手段Ａにおけるストリツパ部材４の取出口１
０に連通し該取出口１０から取出したキヤリオー
バ気体を駆動気体として上記負圧チヤンバ１３ｂ
に噴出せしめて該負圧チヤンバ１３ｂを負圧にす
る噴射ノズル１３ａと、上記取出口１０からのキ
ヤリオーバ気体の噴出流により上記流入口１５か
らの吸込気体を昇圧して上記流出口１６に導くデ
イフユーザ部１４とを備えた曲がりエゼクタ１２
に構成されたものである。

（作用） 上記構成により、本考案では、羽根車８を回転
させると、気体は吸込口５より主流路３に導入さ
れ、上記羽根車８の回転動作により主流路３内を
周方向に螺旋運動しながら移送され、吐出口６よ
り吐出される。そして、上流側の渦流形ターボ手
段Ｂから下流側の渦流形ターボ手段Ａに気体は順
次流れて圧縮等されることになる。

この動作中において、吐出口６側に圧縮された
高圧気体の一部がキヤリオーバ気体となつてスト
リツパ部材４の案内路４ｂに流れることになる。
その際、このキヤリオーバ気体は、上記下流側の
渦流形ターボ手段Ａにおけるストリツパ部材４の
取出口１０より曲がりエゼクタ１２に流れ込むこ
とになる。そして、該エゼクタ１２に流れ込んだ
キヤリオーバ気体の速度エネルギを利用し、駆動
気体としてこのキヤリオーバ気体を負圧チヤンバ
１３ｂに噴射し、上流側の渦流形ターボ手段Ｂか
ら吐出される気体を流入口１５より吸込み、昇圧
した後、上記下流側の渦流形ターボ手段Ａにおけ
る吸込口５より主流路３に導入させる。

従つて、主流路３において、高圧側から低圧側
に漏れるキヤリオーバ気体を低減することができ
るので、漏れ損失の低下を図ることができる。し
かも、このキヤリオーバ気体を利用して吸込気体
を昇圧することができるから、装置全体の圧力比
並びに効率を向上させることができる。また、円
弧管体９でハウジング１に曲がりエゼクタ１２を
一体成形できるので、装置全体をコンパクトにす
ることができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図〜第６図は本考案の実施例に係る渦流形
ターボ機械としての圧縮ポンプを示し、第６図に
示すように、渦流形ターボ手段である下流側の渦
流形圧縮ポンプＡと該圧縮ポンプＡに同様な構成
の上流側の渦流形圧縮ポンプＢとを組合せた複合
圧縮ポンプである。

そこで、上記各圧縮ポンプＡ，Ｂについて説明
する。１は、第１図で左右２つの第１ハウジング
部材１ａ及び第２ハウジング部材１ｂを一体的に
組み合わせて形成された縦断面略円形の中空部を
有する円環状ハウジング、２は先端が該ハウジン
グ１の第２ハウジング部材１ｂ中央部を貫通し、
かつ基端が図示しない駆動用モータの駆動軸に回
転一体に連結され、該モータの駆動により回転せ
しめられる回転軸であつて、上記ハウジング１の
内部には、ハウジング１内周面と後述するガイド
部材７外周面とで円環状主流路３が構成されてい
る。

また、上記ハウジング１の主流路３には、該主
流路３を高圧側と低圧側とに分断するようにスト
リツパ部材４が形成され、ハウジング１の上記第
１ハウジング部材１ａにおけるストリツパ部材４
の一方側（第４図で左側）には吸込口５が、上記
第２ハウジング部材１ｂにおけるストリツパ部材
４の他方側（第４図で右側）には吐出口６がそれ
ぞれ形成されていて、上記吸込口５から導入され
た気体と吐出口６から吐出される気体とが上記ス
トリツパ部材４により合流しないようになされて
いる。

更に、上記ハウジング１の主流路３内のほぼ中
央部には、駆動用モータの始動により回転する後
述する羽根車８の外周に近接して気体の流れをガ
イドする円環状ガイド部材７が配置されている。
このガイド部材７の外周には、半径方向外側に突
出した複数（７つ）の支持部７ａ，７ａ，……が
周方向に所定間隔をあけて一体的に形成されてい
て、該各支持部７ａに対応して上記ハウジング１
内周面に形成した嵌合溝１ｃに各支持部７ａを嵌
合させるとともに、上記ガイド部材７の外周形状
に対応して上記ストリツパ部材４に形成した嵌合
溝４ａにガイド部材７を嵌合させることにより、
ガイド部材７がその中心を上記回転軸２の回転軸
心に対応せしめて支持配置されている。

一方、上記回転軸２の上端には、ハウジング１
内に臨む多数の羽根８ａ，８ａ，……を円板状ハ
ブ８ｂ先端外周面に有する羽根車８が上記各羽根
８ａの先端をガイド部材７の外周面に近接せしめ
て回転一体に支持されている。そして、上記羽根
車８を上記回転軸２の回転動作によつて回転させ
ることにより、上記吸込口５からハウジング１の
主流路３内に導入された気体を周方向に螺旋運動
させながら移送しつつ圧縮して上記吐出口６より
吐出するようになされている。

この複合圧縮ポンプにおいて、上流側の圧縮ポ
ンプＢにおける第２ハウジング１６の下面と下流
側の圧縮ポンプＡにおける第１ハウジング１ａの
上面とは接して両ポンプＡ，Ｂが一体に形成され
ている。そして、回転軸２は下流側の圧縮ポンプ
Ａのハウジング１を貫通して上流側の圧縮ポンプ
Ｂのハウジング１内に導入されており、１本の回
転軸２に各ポンプＡ，Ｂの羽根車８が連設されて
いる。

更に、本考案の特徴として、上記ハウジング１
にはストリツパ部材４と吸込口５との間に外部の
吸込気体を昇圧して上記主流路３に導入する円弧
管体９が一体的に設けられている。つまり、上記
下流側の渦流形圧縮ポンプＡにおけるストリツパ
部材４には上記羽根車８の羽根８ａが通る案内路
４ｂが内周部に形成され、該案内路４ｂの外周面
に取出口１０が開口されており、該案内部４ｂよ
り上記主流路３の高圧側から低圧側に漏れるキヤ
リオーバ気体を上記取出口１０から円弧管体９に
導くように構成されている。そして、上記円弧管
体９には流路管１１が連接され、該流路管１１は
上記ハウジング１及びガイド部材７を貫通してス
トリツパ部材４の取出口１０に連通されている。

一方、上記円弧管体９は、上流側の圧縮ポンプ
Ｂにおける第２ハウジング１ｂの下部周縁部の周
溝１ｄと下流側の圧縮ポンプＡにおける第１ハウ
ジング１ａの上部周縁部の周溝１ｄとの間に嵌合
されていて、該円弧管体９はハウジング１に添つ
た円弧状に形成されると共に、断面矩形状に形成
されており、外周面はハウジング１と面一に両ポ
ンプＡ，Ｂのハウジング１，１内に一体に着脱自
在に組込まれている。

また、上記円弧管体９は、曲がりエゼクタ１２
に構成され、上流側の負圧部１３に下流側のデイ
フユーザ部１４が連接されて構成されている。該
負圧部１３は、流路管１１の端部に形成された噴
射ノズル１３ａが負圧チヤンバ１３ｂ内に導入さ
れると共に、該チヤンバ１３ｂには上流側の圧縮
ポンプＢの吐出口６に連通して該吐出口６より吐
出する吸込気体の流入口１５が開口されて成り、
上記取出口１０より流出するキヤリオーバ気体を
駆動気体として上記負圧チヤンバ１３ｂ内に噴射
し、該チヤンバ１３ｂ内に生ずる負圧を利用して
上流側の圧縮ポンプＢからの気体を流入口１５よ
り吸込んでいる。

一方、上記デイフユーザ部１４は、上流側の先
細り部１４ａに平行部１４ｂを介して末広部１４
ｃが連接されて成り、該末広部１４ｃの端部には
流出口１６が開設されて該流出口１６が下流側の
圧縮ポンプＡにおける吸込口５に連通されてい
る。そして、上記取出口１０からのキヤリオーバ
気体と流入口１５からの吸込気体との混合気体を
デイフユーザ部１４で昇圧して上記主流路３に送
り込んでいる。

次に、上記実施例に係る圧縮ポンプＡ，Ｂの作
動によりハウジング１内を循環する気体の流れに
ついて説明するに、先ず、各圧縮ポンプＡ，Ｂ
は、駆動用モータの始動による回転軸２の回転動
作により羽根車８が回転する。この羽根車８の回
転動作により、吸込口５から上記ハウジング１の
主流路３内に流入した気体はガイド部材７周りを
螺旋運動しつつ主流路３内を周方向に循環して圧
縮される。そして、上記主流路３内をほぼ一周し
た気体は、吐出口６よりに吐出される。

この際、上記主流路３内に吸い込まれた気体
は、上記ガイド部材７にガイドされてその周りを
スムーズに適数回螺旋運動し、その回数だけ上記
羽根車８を効率良く横断してその都度羽根車８か
ら運動エネルギを受け取り、これにより主流路３
内における気体の流れがスムーズになされて圧縮
比を高めることができる。

上記圧縮動作中において、主流路３内は吐出口
６側が高圧域に、吸込口５側が低圧域になつてお
り、ストリツパ部材４の案内路４ｂを通り高圧気
体の一部がキヤリオーバ気体となつて高圧側より
低圧側に向つて流れることになる。その際、下流
側の圧縮ポンプＡにおける案内路４ｂに取出口１
０が開口しているので、上記キヤリオーバ気体は
曲がりエゼクタ１２に流れ、流路管１１を介して
負圧チヤンバ１３ｂ内にノズル１３ａより高速で
噴射される。この気体の噴射により該負圧チヤン
バ１３ｂ内が負圧になるので、流入口１５より上
流側の圧縮ポンプＢからの吸込気体が吸込まれ
る。そして、この吸込気体と上記取出口１０から
のキヤリオーバ気体との混合気体はデイフユーザ
部１４で昇圧され、上記下流側の圧縮ポンプＡの
吸込口５より主流路３に導入し、上述したように
主流路３で圧縮されて吐出される。

次に上記エゼクタ１２による吸込気体の昇圧に
ついて具体例に基づき説明する。

先ず、ストリツパ部材４の案内路４ｂに漏れる
キヤリオーバ気体の重量G₁は、 G₁＝γ・Ｆ・ｖ・ｃ …… γ：空気の比重（1.2Kg／m³） Ｆ：羽根８ａの断面積（m²） ｖ：羽根８ａの移動速度（ｍ／ｓ） ｃ：有効度（0.2） である。

そこで、真空ポンプとして用い、大気に排気す
る場合、直径300mmの羽根車８を7000r.p.m.で回
転させ、羽根８ａの断面積Ｆ＝0.015×0.019（m²）
とすると、重量G₁は、式より、 G₁＝1.2×0.015×0.019×110×0.2 ＝0.0076（Kg／ｓ） となる。

一方、吸込口５の排気速度（ｕ）を20／ｓと
すると、主流路３における圧力比ｓが８の場合
は、吸込口５からの流入気体の重量G₂は、次式
から G₂＝γ・ｕ・（１／ｓ） …… G₂＝1.2×0.02×（１／８） ＝0.003（Kg／ｓ） となる。

この場合、エゼクタ１２のキヤリオーバ気体の
圧力をP₁、流入口１５の吸込気体の圧力をP₂、
エゼクタ１２の出口側の混合気体の圧力をP₃と
すると、重量流量比はG₂／G₁＝0.39、吸込気体
とキヤリオーバ気体との圧力比はP₁／P₂＝８で
あるので、吸込気体と混合気体との圧力比は
P₃／P₂＝2.8となる。

従つて、従来の吸込気体に比して吸込口５にお
ける気体圧力を昇圧させることができ、全体の圧
力比を従来より高めることができると共に、この
圧力比に伴つて効率も上昇させることができる。
よつて、上記ストリツパ部材４における案内路４
ｂから低圧側に流れるキヤリオーバ気体を低減す
ることができると同時に、圧力比並びに効率を向
上させることができ、下流側の圧縮ポンプＡにお
ける圧力比並びに効率を向上させることができ
る。

第５図は本考案のものと従来例との性能を比較
して示しており、排気量に対する到達真空度は従
来が破線M1であるのに比し、本考案のものは実
線M2となり、性能を著しく向上させることがで
きる。

特に、本考案の渦流形ターボ機械を圧縮ポンプ
として用い、螺子溝形圧縮ポンプと組合せた複合
ポンプにおいては、到達真空度は10^-3Torr程度
であり、その吸込口での排気速度を1000／ｓと
すると、最下流側の渦流形圧縮ポンプにおける吸
込圧力を100Torrとすると、圧力比が10⁵となり、
排気速度が0.01／ｓになつてほぼ閉切り点に近
い状態を作動点とすることになる。よつて、圧力
比並びに効率を著しく向上させることができる。

また、上記円弧管体９ａで曲がりエゼクタ１２
をハウジング１に一体形成しているので、装置全
体をコンパクトにすることができる。

尚、本実施例の渦流形ターボ機械は圧縮ポンプ
について説明したが、本考案の渦流形ターボ機械
はこれに限られるものではない。

また、本考案においては、ガイド部材７は必ず
しも設ける必要はないが、気体の高圧縮比などの
点より設けることが好ましい。

また、本実施例は、２つの圧縮ポンプを設けた
複合圧縮ポンプについて説明したが、本考案は、
３つ以上の圧縮ポンプを設けるものであつてもよ
いことは勿論である。

（考案の効果） 以上のように、本考案の渦流形ターボ機械によ
れば、主流路を仕切るストリツパ部材にキヤリオ
ーバ気体の取出口を開口し、円弧管体により構成
される曲がりエゼクタで該取出口とハウジングの
吸込口とを連通すると共に、該エゼクタでキヤリ
オーバ気体により上流側の渦流形ターボ手段から
の気体を吸込むようにしたために、主流路の高圧
側から低圧側に流れるキヤリオーバ気体を確実に
低減することができるので、漏れ損失の低下を図
ることができる。特に、真空ポンプにおける閉切
り点での損失を大幅に低減することができる。

また、従来のキヤリオーバ気体を取出し、吸込
気体を昇圧することができるので、圧力比や効率
を著しく向上させることができる。

また、円弧管体で曲がりエゼクタをハウジング
に一体形成しているので、装置全体をコンパクト
にすることができる。

また、ハウジングの外周面に円弧管体を取付け
るので、該円弧管体の取付け及び取外しを容易に
行うことができる。

また、複数の渦流形ターボ手段の間に円弧管体
を設けるので、各渦流形ターボ手段の吐出口と吸
込口との位置関係から、デイフユーザ部を十分に
確保することができることから、円弧管体内で気
体を十分昇圧させることができる。

また、取出口を案内路の外周面に形成している
ので、遠心力を有効に利用することができ、良好
な昇圧性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示し、第１図はエゼク
タの断面平面図、第２図は同側面図である。第３
図は渦流形ターボ手段の縦断面図、第４図は第３
図−線における断面図である。第５図は排気
量に対する真空度を示す図である。第６図は渦流
形ターボ機械としての複合圧縮ポンプの全体を示
す縦断面図である。 １……ハウジング、３……主流路、４……スト
リツパ部材、４ｂ……案内路、５……吸込口、６
……吐出口、７……ガイド部材、８……羽根車、
９……円弧管体、１０……取出口、１２……曲が
りエゼクタ、１３……負圧部、１３ａ……ノズ
ル、１４……デイフユーザ部、１５……流入口、
１６……流出口。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 気体の吸込口５と吐出口６とを有し、主流路３
   を構成する中空円環状のハウジング１と、該主流
   路３において上記流入口５から流入した気体を螺
   旋状に移送して上記吐出口６より吐出させる羽根
   車８と、上記主流路３を高圧側と低圧側とに区画
   すると共に上記羽根車８の案内路４ｂが形成され
   たストリツパ部材４とを備えた複数の渦流形ター
   ボ手段Ａ，Ｂが上記羽根車８の回転軸方向に重畳
   して配置された渦流形ターボ機械であつて、 隣合う渦流形ターボ手段Ａ，Ｂにおけるハウジ
   ング１の隣接部の外周部には周方向に延びる周溝
   １ｄが該両渦流形ターボ手段Ａ，Ｂのハウジング
   １に亘つて形成され、 上記下流側の渦流形ターボ手段Ａのストリツパ
   部材４には、案内路４ｂを流れるキヤリオーバ気
   体の取出口１０が該案内路４ｂの外周面に形成さ
   れる一方、 上記周溝１ｄには、上記ハウジング１に円弧管
   体９が取付けられ、 該円弧管体９は、一端側に形成された負圧チヤ
   ンバ１３ｂに開口され且つ上流側の渦流形ターボ
   手段Ｂの吐出口６に連通して該渦流形ターボ手段
   Ｂから吐出する吸込気体が流入する流入口１５
   と、他端側に設けられ且つ下流側の渦流形ターボ
   手段Ａの吸込口５に連通する流出口１６と、上記
   下流側の渦流形ターボ手段Ａにおけるストリツパ
   部材４の取出口１０に連通し該取出口１０から取
   出したキヤリオーバ気体を駆動気体として上記負
   圧チヤンバ１３ｂに噴出せしめて該負圧チヤンバ
   １３ｂを負圧にする噴射ノズル１３ａと、上記取
   出口１０からのキヤリオーバ気体の噴出流により
   上記流入口１５からの吸込気体を昇圧して上記流
   出口１６に導くデイフユーザ部１４とを備えた曲
   がりエゼクタ１２に構成されていることを特徴と
   する渦流形ターボ機械。