JPS62125834A - 羽根車装置 - 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】 ための羽根ｄｉ装置であって、羽根と、液体中ｒ：軸の
軸線の周りに回転するための羽根車を備える回転可能の
軸とを含み、羽根中（よ外側に向けられる径方向の液体
流を生じるべく形成される回転方向に前＆而をもつ少な
くとも２枚の羽根を含む。装置は液体を湿合し、そして
特に但し占有的でなく、容器内に含まれる液体に気体を
分散さけるために用いられることができる。

正］」１里 気体を液体内に分散する従来法は、液体用容器と、鉛直
に向き決めされた軸をもち、液体内に浸漬された回転す
る径方向流れ羽根車と、容器内の羽根ｑ（のＦ側の気体
分配ジェットまたはヘッダを含む混合装置を使用づ′る
というものである。従って羽根中または半径方向フロー
タ−ビンは気体９１１１〜手段を介して液体内に導入さ
れる気体を分散ざ１よる。クービンの羽根が液体中で回
転されるどきは、羽根の１’＋ｒＪ面の静水圧力が増加
し、羽根の後側で【ま減少りる。これｔＪ流体力学低抗
の当然の帰結であって、遠心力と］リオリの力と共に流
体を半ｉ￥ブＪ向に勅かり。但し圧力差のため気泡が羽
（Ｒの後側の低圧部分へ移動し、ここに集まり更に大き
な気体空洞へと結合する。実際にはこれらの空Ｊ１１は
羽根の層流を形成りることになり、流体力゛ｒ低抗の減
少、従ってタービンを回転さしるに要する力を急激に減
少ざＶもする。所望の撹拌度を保持づ゛るためには、従
って他に必要とされるにりはるかに大型の、はるかに原
価のかさむ撹１丁１機を設備１）ろことが必要である。

加えて、液体中への気体の分散は前記気泡の合体及び羽
根の復側により大さな気体吊が形成されるため、更に難
がしくなる。

混合されるべき液体が、液体内にそのまま溶けているこ
とが望ましい溶解気体を含んでいる場合もイえられてヰ
る。従ってこれらの気体が羽Ｉ只の１１′１′後の低圧
領域による液体から出発し、羽根の背１ｐに気体空洞を
形成しそして徐々に大型の気泡の形をとって液体から離
れていく。羽根の後面上の圧力らまた、液体が蒸発しそ
の発生した蒸気が前記の一体空洞を形成１６はど低いの
で、実際に（よこれらの２洞はタービンの駆動力を突発
的に降下させることになる。

従って本発明の第１の目的は、羽根車の駆ＩＪＪ力が、
装置の作動中、特に液体中への気体の分散と結合して羽
根の後縁上にこの種の気体空洞が発生Ｊることによって
低下しないような前記の種類のタービンまたは羽根車の
ための羽根配列を促供することである。

ｇ明の要約 請求範囲に開示した装置は主どして、羽根の後側が流７
腺形をしていることを特徴とする。ｎｈ記の如く、液体
は液体内の高と低の静水圧の結合によって撹拌される。

これは航空機の藺、並びに他の翼及び空気ないし水中翼
の周囲の状態に類似している。本発明によって、羽根の
後側の低圧領域を措造林株で満たすことによって、但し
羽根が従来体空洞の形成に利用できなくなる。従って本
発明でｔま、各々の嬰の後側は物理的に流線形にさ机て
おり、そし′Ｃ液体内で気体が分散する場合は、タービ
ンの起０Ｊ力と作動力との商が、商Ｑ／Ｎ　Ｄ３（但し
Ｑは気体流、Ｎはタービンの回転速度、及びＤ【よター
ビン直径を表わす）に関して、正常な商範囲Ｃ事実ト一
定であることを意味する。

本発明の好ましい具体例は添付の副請求範囲に開示１ノ
る。

問題の１１′１の混合装着では、羽根は直線形部Ｈで構
成されてよく、そのイー１効な直線形前表面は、羽根が
、？１′径方向から回転方向に４５°後方に広がった羽
根の何列前表面と、半径方向に延伸する羽根の有効前表
面とによって形成される間隔内に向き付すされるように
構成されている。羽根車あるいはタービンの羽根は事実
上純粋な半径流を生じるように形成されているから、こ
れらの羽根は羽ＩＦ！の回転平面に関しては対称である
前表面をもっことができる。従って羽根は平らな前表面
をもって面が流線形とみなされ（りるためには、羽根の
後側は前側から最も距たる位置にある羽根後端部分を（
１４成り゛る鋭い縁をもつはずである。羽根の後端はふ
つう笠辺三角形の断面をちつとにえられることができ、
その底辺は羽根の前表面の稜線を限定する。前記綾に交
わる「三角形の脚部」は指定があれば直線であってもよ
いが、好ましくは対称形に曲がっており、凹んだ側は相
互に向き合っている。

羽根は直線状の、円形またはテーパをつ（］た管部材の
セクタから構成されてもよく、これらのセクタは前記の
鋭い綾線が与えられるように中心線に沿って折り岩まれ
ている。本発明によれば、このセクタを対称形に折り畳
まずに円−円筒形管状部材のセクタから羽根の後部を形
成しても充分ではないことになる。

本発明羽根は首通はＶ形の板の形をしていてもよく、羽
根の凹み側は構造材料で満たされるか閉止され（もよい
。好ましくは、羽根は前＆而をつりで形成され、その最
大直径、叩ら長さ寸法は径方向に延伸し、史にその幅寸
法は一定であるが、あるいは半径方向に外側に先細にし
ている。

次に本発明を、非限定の例として、添付図面を参照して
以下に訂しく説明する。

Ｗ隻圀 直のバッフル２が備え付けられている。容器の底の部分
には、環状ジＪツ１−丁段３があり、その助りをかりて
円筒形気泡カーテンが液体中に導入される。鉛♂Ｊ１伯
４が手段３ど同軸に配置されており、そして駆動装置５
の助けを介しての回転のため取付（〕らＰＬでいる。軸
４の下端は９１７１〜手段３の上に同軸的に取付けられ
た円板６１を支える。不発用によれば、円板Ｇ　１　ｔ
Ｊその縁部に羽根６２をもつ。

第２図及び第５図は本発明羽根の第１形を表わしており
、この形式の羽根は事実上径方向に沿って一定の高さを
もつ。第３図はこの羽根の第１断面形状を表わしてａ３
つ、羽根６２１が半径Ｒの円−円筒形管状部材のレグメ
ントを含み、このセグメンｌ−ｉＪ管部材の１母線に沿
って決定され、中央母線に沿って析り督よれでｆテ骨状
突起６３を形成する。

羽根し好ましくは背骨状突起８３に）合って１端に割り
；１°４が付けられ、通常は円板６１へのはめ合いを可
能にする。羽根６２１は高さｈの半分Ｊ：り大きめの幅
Ｂをもつ。羽根６２１の凸形表面は羽根の後表面を形成
し、その凹形表面は前表面である。羽根６２１は円板６
１に取付けられ、その結果、背骨状突起Ｇ　３　ｔ；Ｌ
半径方向に延伸するか、あるいは多くとも４５°の範囲
で広がる。羽根６２１は鋭い形状の背骨状突起に３をも
つので、著しい気体空洞が作動中羽根の後／ｊに生じる
ことはない。一般にＶ形をしている羽根（，１円筒形素
材で作られているから、その後端は特に都合のよい流線
形をｂつ。第４図は第２図及び第５図から明らかな羽根
配列のｌ〔めの別の羽４１４　Ｉｆｌｉ而を表わす。第
４図の羽根６２２は平坦な台形機状素材から形成されて
ａ３つ、鋭いｉｉ′１線形の背骨４）（突起Ｇ３が形成
され、更に羽根の高さｈがその幅すより小さくなるよう
に、対称の線に沿って折りＸ、ｌまれる。第３図の具体
例と同様に、背骨状突起６３どｈ／２より大きな関係す
は、羽根が目的に適った流線形を与えられ、その結果、
気体空洞はｌ／ｌ′Ｏｊ中羽根の後方に少しも形成され
ないことを保証する。第３図の頂角後は従って１８０”
以下であり、第４図の偵角α′は６０°以下である。

この種の半径流形羽根形装置では、羽根の高さを半径方
向に外方へ減らしていくことができる。

第６図（よこの種の羽根を概略図で示す。この場合、第
８図の羽根６２３は円−円筒形管状木材のセクタから形
づくられ、このセクタは素材の軸に対して角度を形成覆
る而に沿って切断された管部材によって形成さ゛れ、こ
のようにして形成されたセクタ（よ、羽根６２３の断面
形状が第３図の羽根６２１のそｔしに対応するように鋭
い背骨突起６３を形成するべく中央ｉｎ　Ｆｌｌに沿っ
て１ｈつ畳まれる。また、羽根は円形断面をｂつチーバ
イ」きの管状木材によって形成されてしよく、テーバ管
のセグメ′ントは例えば２つの母線に沿って切出され、
その（Ｌｉ’？通は台形のセグメントが第７図の羽根６
２４に鋭い背骨突起６３を形成するべく、しグメントの
処１称の線である中央母線に沿って折り畳まれる。第７
図の羽根の断面配列は第３図のものに対応づる。第６図
及び第９図の羽根の具体例は、鋭い背骨突起６３を形成
づるため対称の線に沿って折り畳まれる平らな台形モ面
素材によって形成され、従って第９図の羽根６２；１の
断面配列は第４図のものに対応する。

第７図、第８図及び第９図の具体例では、羽根の長縁Ｇ
、Ｌ羽根が取付けられるとき羽根車の軸方向に〒１１′
（・ある１而内にある。第１１．．７．８及び９図の羽
根は、円板６１の縁に容易に取付りることがでさ・る２
」、うに、背骨突起６３に沿って１つの縁に切り込みが
設けられるのが望ましい。第３．４，７゜８及び９図の
羽根は、図示の形で使用されることがでさ、背骨突起Ｇ
３を通る面に対してそれらは対称であるから、羽根が純
粋な半径流を生じるべく取付（ノられるとさ、羽（Ｒの
長い縁は両方共、羽根中＋ｈｌ＋にり・１して平行な面
内にある。第３．４，７゜８．９図から明らかな羽根の
具体例、即ち凹んだ＋’＋；ｊ部を６つ羽根では、Ｑｌ
王ダ１域が前側に形成され、その結末、羽根の長さ方向
を通る断面内の流れ図は羽根の凹んだ＋）ｒＩ側が構造
材料で満たされたとぎど事実上同じである。

第７，８及び第９図の具体例では、背骨突起６３の方向
１ま、羽根の取付条件において半径に関する羽根の４１
効方向を決定する。しかし、第７．８及び９図の羽根が
前側を構造材料で檜１だされているとげれば、羽根の良
縁を通る面の平らな前表面となり、この前表面は取付条
件の半径に関する羽根のイ１効方向を決定するであろう
。

第１０図は第１図及び第２図に図示した種類の装置の従
来形羽根車羽根の、気体を液体中に分散さける操作中の
断面図である。大きな気体空洞が羽根の後側に形成され
ていることが分かる。本発明羽根は、この種の気体空洞
の発生を、平らな後表面をもつ羽根で後側の気体空洞と
事実上同じ形をしつ（１２端を与えられることによって
抑制し又いる。

第１１図は本発明羽根の断面、即ち第３．７及び８図の
羽根断面の流れ図を表わし、第１２図は構造材ｉ！ｌ−
Ｃ’満たした凹形前辺を６つ羽根の断面の流れ図である
。

第１３図は従来形遠心力タービン及び本発明遠心力ター
ビン）で０丁を、一般に第１図及び第２図の装置で気体
を液体中に分散させるため駆動した場合の気１ホ流の関
数としての必要出力を図解する。

第１３図ぐは、Ｐ／Ｐｏは駆動力／起動力を表わし、Ｑ
　／　Ｎ　ｌ）　３は気体流をタービン回転速度Ｎどク
ーψ ビ直径りの三乗との積で割った商を人わず。第１３図か
ら、起動力は、羽根が平らな後辺をもつ従来形遠心力ク
ービンについては気体流の増加ど」（に著しく降下し、
一方が本発明羽根をｂつ遠心力タービンの駆動力は気体
流を装置に適した範囲内で変化さけるため事実−Ｆ一定
であることが分かるであろう。第１３図の結上は、「１
径１５０　ｍｍ、回転速度４０Ｏｒｐｍ　、平形羽根を
６つ遠心力タービンを、直４ｒ２５０ｍ１Ｂ、回転速度
１８０　ｒｐｍ及び角度α＝１２０’、ｂ＝ｌ−ｚ’Ｔ
ン２及びＲ＝ｈをもつ第３図の羽根を備えた本発明ター
ビンと比較して得られたものである。

本発明によれば、遠心流羽根車で、羽根の回転面と一致
する中心面に関して対称である羽根をもつものが達成さ
れる３羽根の後表面は対称面内の説く強調された背骨突
起を末端とする。背骨突起は直線延長部をもつ。羽根は
平らな板状素材、円−円筒形管状素材、あるいは円断面
をもつテーパ（＝Ｊさ管状素材から出発して容易に製造
される。素材は事実上長方形らしくは台形をもら、対称
の線に沿って折り畳まれて鋭い背骨突起を形成する。

管状の出発材料のセクターの形状をｂつ素材の場合は、
索Ｈはその半分の凹形面が相ｎに向き合うＪ、うに折り
告まれている。羽根の長さ方向を通るｎ面では、羽根の
両方の自由縁の間の距離はその対称面内の羽根の伸ｆｌ
Ｊ、りも大である。羽根の四辺は（の前辺であるから、
静水圧は高く、従って気体空洞が羽根の前表面凹部内に
生じることはないであろう。そのように希望通りの場合
は、この四部は構造材料で羽根の自由端を通って仲良す
る面まで〆満たされることができよう。

第３図でｔま角度α−４２０’　、ｂ　＝、ｈ　ｒ丁／
２及びＲ・−ｈ、また第４図でｔよ角度α′慢θ０°で
ある。

羽根の上下縁を通る線ど、これに隣接する羽根後表面と
の間の角度１ま少なくとも５５°及び羽根の断面、即ち
羽ＩＲの長さ方向に対し重直り面内ではぜいぜいおＪ、
そ９０°ｌ、：）ヱづる。この角度は第３図、第７図及
び第８図の具体例では好ましくは９０°である。第４図
及び第９図て・はこの角度は６０°である。しかし第４
図及び第９図の具体例は、羽根の１す表面の断面形状が
第３図の例えば角度が７５°に達し、−・方αが６０°
にとどまるものに近くなるように付加的な析り賢み線を
付【ノてμ正してしよいことは明らかである。総ての具
体例に共通であるのは、ｂが好ましくは０．７１に等し
いか、あるいｔ、１ぞれ以１であることである。総ての
羽根配列にＪ３いて、羽根後縁の輪郭が装置の特性にと
って決定的で・あり、羽根のｒｆｆｈ　ｉＵは、後人１
ｍの対称面に関しでり・１称である凹面であっても、あ
るいは羽根複人面を決定する板部の前表面が完全にまた
は部分的に（ｉ／、　Ｘａ材で満たされて生じた平面板
によっても、ししくは板部の縁の間で接続されかつそれ
によって作られた四部の両端内ら満たす平面板によって
形成され得る平面であってもよい。

羽目車軸に対して径方向に伸延する。

羽根は晋通は軸線に重直な面内で縦軸方向に向い（いる
が、このような配列から外れることち可能′Ｃある。従
って、羽ＩＨの縦軸は曲がる（場合に、］、って（４１
シトフト軸而内で）及び／または前記垂直面と角磨をな
１ことが（゛ざる。羽根ｉｌｊの回転につれて羽根軸線
によって決まる表面は、従って羽根にとっで［一対称面
」であると児なりことがで３″！−た。

臨界流線形断面は羽根の周囲の相対的液流方向によっ（
決定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体中に気体を分散さけるための撹拌装置の１
１！！略図、第２図は第１図の■−■線による断面図、
第３図（よ第２図のΔ−Δ線にｊ；る、装置′１内の羽
根の第１の具体例の断面図、第４図は本発明の羽根の別
の形成を第３図に夕・１応して表わした断面図、第５図
は第３図または第４図の羽根を第２図のＣ−Ｃ線ににつ
て表わした断面図、第６図は本発明の羽根の別の形式の
説明図、第７図は第６図の羽根の第１ｆｇｉ而形状を図
解するために第６図のＢ−１３線によって表わした説明
図、第８図は第６図のＢ−Ｂ線ににって表わした第２吻
面形状の説明図、第９図は第６図のＢ−Ｂ線によって表
わした第３断面変形の断面図、第１０図は従来形態（１
りに沿う流れ条件の説明図、第１１図は本発明羽根の第
３図に示す具体例に沿う流れ条件の説明図、第１２図は
平らな前表面とかつ同質の断面をもつ本ｆｌ明羽根のＩ
Ｉ！ｌ略的説略図説明図３図は本発明装置と従来状態に
暴づく装置を用いて液体中に気体を分散させるための気
体供給量、羽ＩＲ車回Φλ速度及び直径に対応づる羽根
車起動力の変化の様ｒを説明りるグラフである。 １・・・・・・円筒形開放容器、２・・・・・・鉛直バ
ッフル、３・・・・・・環状ジェノ１〜手段、４・・・
・・・鉛直軸、１）・・・・・・駆動装；Ｖ、６・・・
・・・羽根１１１．６１・・・・・・円板、６２・・・
・・・羽（艮、６３・・・・・・背骨状突起。 堅 ｈ＼ ト Ｔ（−。 ｆＯ，＝

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器内の液体及び場合によっては気体を撹拌する
   ための羽根車装置であって、羽根と、液体中で軸の軸線
   の周りに回転するための羽根車を備える回転可能の軸と
   を含み、前記羽根車は少なくとも２枚の羽根を含んでお
   り、その回転方向の前表面は径方向に外側に向けられた
   液流を生じるべく形成されかつ向き付けされており、各
   羽根の後表面が、羽根軸の運動面に関して事実上対称で
   ある実質的に流線形の断面をもち、かつ対称面内によく
   形成された背骨状突起をもつことを特徴とする、装置。
2. （２）羽根が普通はＶ形である断面を含み、その両方の
   脚部が羽根の縦方向に関して対称的であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）羽根が２つの母線によって決定されるセグメント
   を含み、セグメントはその中心母線に沿って鋭く折り畳
   まれた円−円筒形、直線形、管状の部材であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）羽根が、管状部材の軸線に対して角度を形成する
   面に沿ってこの部材を切断することによって形成された
   直線形、円−円筒形管状部材のセグメントを含んでおり
   、セグメントは中心母線に沿って曲げられていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の装置。
5. （５）羽根が、２つの母線によって決定されたセグメン
   トによって形成され、セグメントが中心母線に沿って鋭
   く折り畳まれた、テーパを付けた円形管状部材であるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載の装置。
6. （６）羽根が、対称の線に関して鋭く折り畳まれた事実
   上直方形のあるいは台形の平板の素材を含んでいること
   を特徴とする、特許請求の範囲第３項から第５項のいず
   れかに記載の装置。
7. （７）羽根の長さ方向と垂直をなす面において、対称面
   と羽根縁との間の距離が対称面内の羽根の寸法より小で
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第６
   項のいずれかに記載の装置。
8. （８）羽根の凹んだ前表面が構造材料で羽根の縁を通る
   面まで満たされていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第２項から第７項のいずれかに記載の装置。
9. （９）羽根が、羽根車の回転面内でのそれらの有効前表
   面が、羽根車半径と、この半径に対し４５°を成す後方
   広がり線とによって決定される間隔内にあるように取付
   けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   から第８項のいずれかに記載の装置。
10. （１０）気体を液体中に分散させるための、羽根車領域
    に気体を供給するため、気体加熱器が取付けられている
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第９項の
    いずれかに記載の装置。