WO1991013257A1

WO1991013257A1 - Dispositif destine a produire un ecoulement de fluide et son procede de fabrication

Info

Publication number: WO1991013257A1
Application number: PCT/JP1991/000281
Authority: WO
Inventors: Masataka Negishi
Original assignee: Nissho Giken Kabushiki Kaisha
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1991-03-02
Publication date: 1991-09-05
Also published as: EP0471089A1; JPH03253794A; EP0471089B1; AU638807B2; CA2054729C; AU7311491A; EP0471089A4; CA2054729A1; DE69111712T2; DE69111712D1; US5297926A

Description

— 一明細書起流機およびその製造方法技術分野

本発明は、送風機、ポンプ等の流体を送る起流機およびその製造方法に関する。

背景技術

回転軸線に直交する方向に複数枚の環状起流プレートを配列し、これら起流プレー卜を回転軸線まわりで回転させ、起流プレー卜の表面と流体（空気）との摩擦によつて流体を送る円扳型起流機は、特公昭 5 8—

1 7 3 5 9号公報等によって公知である。

この形式の起流機は、構造が簡単であるために安価に得られる利点があるが、流量等に関して十分な性能が得られない、という問題がある。

—方、起流機の駆動の為には、誘導モーターを使用することが多いが、誘導モーターの最大回転数は電源周波数により定まるので起流機回転数の上限が決ってしまう。この制限は軸受等の耐久性によっても起る。このように最大回転数が制限されると、より大きな流量が必要な場合、回転数の増大に代えて起流機のスペース効率の向上 (同じ寸法で流量を増大させる）をはかる必要がある。本発明の目的は、この形式の起流機の性能を極限にまつ

― Δ - ― で高めることにある。また、本発明の他の目的は、極限にまで高めた性能をもつこの形式の起流機の製造方法を守るしとにあ。

発明の開示

本発明の起流機は、回転軸線にほぼ直交する方向に間隙をおいて配列した複数枚の起流プレートと、これらの起流プレートを回転軸線まわりで回転駆動する手段とを備え、起流プレートは、それに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緣まで、径方向に形成され、隣接する起流プレートの間隙は、起流プレ一卜への付着力が強くて起流プレートと殆んど一緒に回転移動する至近流体境界層部分に接する起流プレート表面と、起流プレー卜への付着力が弱く起流プレー卜の回転による遠心力の影響が殆んどない流体境界層部分との距離の中間の値の 2倍に設定され、流体に遠心力が最も効果的に作用し易い間隙とされていることを特徴とする。

また、本発明に係る起流機の製造方法は、回転軸線に直交する方向に間隙をおいて配列した複数枚の起流プレ一卜と、これらの起流プレー卜を回転軸線まわりで回転駆動する手段とを備えた起流機の製造方法であって、起流プレー卜への付着力が弱く起流プレ一トの回転による遠心力の影響が殆んどない流体境界層部分までの起流プレート表面からの距離を定め、起流プレートの間隙が、起流プレート表面から遠心力の影響が殆んどない流体境界層部分までの前記距離の中間の値の 2倍となるようにして起流プレー卜を組立てることを特徵とする。

本発明の起流機においては、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接している至近流体境界層部分は、その起流プレートへの付着力により起流プレートと共に回転し、それに伴い発生する遠心力と付着力との合力により半径方向外方へ送られる。また、至近層部分に隣接する流体もズレ応力で至近流体境界層部分の移動に引きずられるようにしてそれより少し遅れて半径方向外方へ送られる。至近流体境界層部分から離れるにつれ、流体の流れは至近流体境界層部分からの遅れが大きくなる。このような遅れが大きくなる流体層部分が存在しないように、起流プレ一トの間隙を定めることによって、起流機の流量等.の性能は極限まで向上する。起流プレートの流体に対する付着力の影響が及ぶ流体境界層では、起流プレー卜への付着現象により、起流プレー卜の回転に伴って遠心力が作用する。この遠心力は起流プレ一卜の面よりの距離が大きい程小さく、起流プレー卜の面の近傍で最大となる。起流作用は遠心力と付着力の合力により生じる。起流プレー卜の面近傍では遠心力が大きいが付着力も大きい。

起流プレートに接している個所では付着力は無限大とみてよい。従つて、起流プレー卜の面上および至近部では遠心力が付着力により減殺される。起流プレー卜面上では実際上流体は付着したままである。一方、起流プレ一ト面から離れると、付着力が弱い為に遠心力が弱くなり起流が起こりにくい。従って、中間部に、付着力が程々にあつて遠心力も作用し、この遠心力が付着力に打勝つて最も効率よく起流を生じる箇所が存在するはずである。本発明は、この箇所を利用して起流機の流量等の性能を高めるものである。

図面の簡単な説明

第 1図は本発明の起流機の基本構成を示す斜視図、第 2図は同じく回転軸線方向断面図、

第 3図は同じく回転軸線に直交する方向の靳面図、第 4図は境界層の説明図、

第 5図は起流プレートの回転時の現象の説明図、第 6 a図および第 6 b図は本発明の基礎となった実験に用いた起流プレ一トの平面図および断面図、

第 6 c図は実験結果を示す斜視図、

第 7図は実験結果を示す線図、

第 8図は波形起流プレー卜の一例の平面図、

第 9図および第 1 0図は波形起流プレー卜の表面積増犬の対比説明図、

第 1 1図は流量についての実験結果を示すグラフ、第 1 2図は起流プレート'め波形の説明図、 — — 第 1 3図は起流プレー卜の他の例を示す平面図、第 1 4図は第 1 3図の起流プレー卜の側面図、第 1 5図は起流プレー卜の他の例と整流補助板を示す側面図、

第 1 6図は起流プレー卜のさらに他の例と整流補助板を示す側面図、

第 1 7図は起流プレー卜のさらに他の例を示す斜視図、第 1 8図乃至第 2 0図は起流プレート形状および配置の種々の異なる例を示す説明図、

第 2 1図および第 2 2図は騒音発生現象の説明図、第 2 3図は騒音のない状態の説明図、

第 2 4図は起流プレートとその連結部材を示す図、第 2 5図は起流プレートの連結材の改良例を示す図、第 2 6図はクロスフローファンへの本発明の利用例を示す図、

第 2 7図は起流プレー卜の他の例を示す図、

第 2 8図は第 2 7図の側面図、 ' 第 2 9図は第 2 7図の A— A線断面図、

第 3 0図および第 3 1図は起流プレー卜の波形の改変例を示す断面図、

第 3 2図は起流プレー卜の波形の他の例を示す図、第 3 3 , 3 4 , 3 5および第 3 6図は本発明の起流機の異なる応用例をそれぞれ示す図である。 — ら —

発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の基本原理を説明する。

第 1図および第 2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複数枚の環状扳状起流プレート Pが一体的に配設されている。起流プレート Pは互いに平行に間隙 C Lをおいて配列されており、中央部に円形開口 2を備えている。起流プレート Pに間隙 C Lを保つ為にスぺーサ 3が設けられており、また起流プレート Pを回転可能にするために、第 2図に示すように両端の起流プレート Pに回転軸 4 a , 4 bが固定され、一方の回転軸 4 bにモータ Mが連結されている。回転軸 4 a , 4 bは図示しない軸受により支持される。第 3図に示すように、起流プレート Pは吐出口 6をもつケーシング 5内に収容することができる。なお、一方の回転軸 4 a とその軸受はなくてもよい。

いま、これらの起流プレート Pを回転軸線 0— 0のまわりで一緒に回転させると、起流プレートの表面 7 (第 2図）が空気のような流体に接しているとすれば、間隙 C L中の流体は矢印で示すように起流プレー卜の半径方向外方へ向かう成分をもって送られ、これに伴い、開口 2を経て回転軸籙 0— 0の方向に流体が吸引される。このような原理で作動する起流機の一例は、特公昭 5 8— 1 7 3 5 9号公報に記載されている。このようにして空気が起流プレ一ト Pの表面 7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、付着に基づいて固体の回転で発生した遠心力と付着力との合力で流体の移動が発生するからである。付着現象を第 4図について説明する。同図で、固体 P ' の表面に隣接している流体が、図中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 ' の表面に近付く程固体の付着力の影響を強く受けて流速は遅くなる。この現象はズレ応力で説明される。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、固体の至近領域のきわめて薄い境界層部分 Aでは流体の粘性による上記ズレ応力の作用で流体は固体の影響を大きく受ける。境界層部分 Aの外側の領域 Bでも連続的にいくらかズレ応力が作用しているが、流体は固体 P ' の影響を殆んど受けない。この現象は、固体の表面の材質が何であっても生じる。以上の相対速度の関係は、流体が停止し、固体が移動する場合にも存在する。空気中で回転する平円板の場合には、回転により発生する遠心力の影響を大きく受ける境界層部分の厚さは、後述のように 1 mmよりかなり小さい。

いま、起流プレート Pは、第 5図に示すように矢印 D 方向に回転.させたとすると、起流プレート Pの片側の表面のみで生起される空気流は、矢印で示すように起流プ ― レート Pの外周縁に接線方向に放出され、その流量 Qは

Q = k · R ♦ N

で表わされる。ここで Rは起流プレー卜外周緣の半径、 Nは回転数、 kは定数である。即ち、流量は半径と回転数（即ち、起流プレートの周速）に比例して定まる。

このように、起流プレートの片側表面のみについて考えると、流量を決める要素としての半径と回転数が定められれば、流量は定数 kを大きくする以外に増加の途がない。いま、定数 kの増加については後述するとして、起流機の規定半径および規定長さ（軸方向）の範囲内で起流機の能力の向上をはかるとすれば、それは規定長さの範囲内でのスペース効率の向上以外にない。本発明の主目的はこのスペース効率の向上にある。

一定の軸方向長さの範囲内に収める起流プレー卜の厚みは薄い程よい。なんとなれば、流体の送りに関与するのは起流プレ一トの表面のみで、板厚は起流に何ら寄与していないからである。従って、起流プレー卜は必要な機械的強度の要求に耐えればよい。この場合機械的強度は、この形式の起流機では主として起流プレートの面内の固定部を中心に発生する板の平面張力と遠心力に対するものだけでよく、ねじれ、曲げ等の他の力の作用はない。従って、起流プレートはポリエチレンテレフ夕レー卜（P E T ) 等のプラスチック製でも充分耐えられる。このように、起流プレ一トを極限まで薄くできるとなると、回転軸方向、即ち起流扳厚み方向に関しての、流量に対するスペース効率は、起流プレート間の隙間寸法のみにより定まることになる。

そこで、最適の隙間寸法を定める為に、次のような実験を行った。第 6 a図および第 6 b図に示すような 2枚の平らな中空環状板 P ' を両者の間隙 C Lを調節可能に回転軸 9に固定し、内周縁近傍に小さな孔 8を形成し、この孔 8から空気に比し充分に軽く、環状板 P に対し腐食性を有する気体を矢印で示すように放出しつつ空気中で環状板をその中心を通る軸線まわりで回転させた。腐食性気体は環状板の遠心力付与作用を受ける空気の流れに乗って流動したので、その腐食軌跡を観察した。なお、気体は第 6 b図に示すように回転軸 9を経由して孔 8に送った。

この軌跡の観察結果によれば、環状板の間隙が大きい程、環状板 P " の回転方向 Eとは逆の円周方向へ気体が矢印 f で示すように回り込んだ。この「回り込み」の程度は第 6 a図の角度 0で表すことができる。気体の軌跡は第 6 c図に示すように濃淡になつて現れ、軌跡の濃い部分が流量が多く、薄い部分が流量が少ないことになる。回り込みの角度 0が大きい流れが多く見られるということは、環状板の付着力の影響の少ない部分が多いことを意味し、環状板 P " の回転のエネルギーが充分に利用されていないことになる。一方、回り込みの角度 0が小さい流れが多いことは、環状扳！³ " の付着力が強く、発生した遠心力が付着力により '减殺されて流れが少なくなつていることを意味している。

このような「回り込み」の観察から次のような分析結果が得られた。環状板の間隙 0. 1 3〜 0. 2 5 間の空気層、即ち各環状板の表面からそれぞれ 0. 1 3 / 2 〜 0. 2 5 Z 2 ramの厚さの空気層が環状板の表面に殆んど付着していると考えられる空気層であり、この空気層は第 4図に於いて、 aで示される部分の層である。

また、間隙 1. 0 romを超える部分の空気、即ち、各環状板の表面からそれぞれ 1. 0 / 2 を超える距離を離れている空気は、環状板の付着力と遠心力の影響が少ない空気であり、この空気は第 4図で cで示す領域外の空気である。また、上記 aの部分の空気層の厚さに相当する間隙では付着力が強すぎて、遠心力によっても起流しにくい状態にある。この空気層、即ち至近流体境界層部分 aは前述のようにきわめて薄いから厚さとしては、殆んど無視することができる。また、上記 cを超える部分の空気は環状板の作用を受けにくいので、上記 a と cの間に、遠心力の影響を受け易くスペース効率が最大になる bの領域（第 4図）があるはずである。その領域は 0 , 38Z 2〜 0. 5 Z 2 mm辺りであろう。

—方、内径 5 0 ram、外径 74 raraの起流プレートを軸方向長さ 2 I mraに重ね合わせて構成した送風機について、その間隙を変えて流量および静圧を測定したところ、第 7図に示す結果が得られた。この結果と、前記分折結果は大体符合する。よって、流体が空気である場合には、起流機の起流プレー卜の間隙は約 0 . 5 mni、即ち、対向する起流プレー卜の表面からそれらの中間点までの距離が約 0 . 5 / 2 である場合に、最大のスペース効率が得られることが判明した。

他の流体の場合にも、それぞれ最適の起流プレー卜間隙があることは前述したところから明らかであり、最適間隙は前述したと同じ手順によって定めることができる。

よって、起流機の最終的なスペース効率は、定められた軸方向長さ内に、起流板の一表面当りの最大スペース効率をもつ面を何面持ち得るかにより定まることになる。既に述べたように、起流プレートにより生起される流量 Qは、 Q = k * R * N

で表される（Rは起流プレー卜外径、 Nは回転数）。従つて、 Qを増加させるには定数 kを増加させるのか得策である。以下定数 kを増加させる実施例を説明する。

定数 kに含まれる因子の一つとしては、起流プレートの表面積がある。この表面積を增加させることによって定数 kを大きくし流量 Qを増加させることができると考えられる。起流プレートの内周緣半径および外周縁半径が規制されるとすれば、その表面積の増大は凹凸の形成により達成することができる。起流プレー卜の表面積を _ . _

増大させるといっても、単に表面積を増大させればよいのではない。既に述べたように、起流プレートの表面から約 0, 5 Ζ 2ιππιの距離までにある流体（空気の場合）が最も起流プレー卜の影響を受けて移動し易いわけであるから、起流プレートの表面から約 0. 5 2111111の位置における表面積の增加が最も効率がよいと考えられる。

これを実現するには、起流プレートの表面にほぼ半径方向に波頭が向く波形を形成するのがよいと考えられる, その一例を第 8図に示す。同図に示す環状起流プレーは矢印で示す回転方向と逆の方向に半径線に対して傾いている波形 1 0を有している。この波形の断面は例えば頂角が 6 0 ' の三角形断面をなしている。このように頂角が 6 0 ' の正三角形断面の波形を形成すると、起流プレートの表面積は平板の起流プレー卜の場合の 2 倍になる。しかし、第 9図に示すように、正三角形波形が小さいと、その波形の表面から 0. 5 Z 2mra

( 0. 2 5 mra) の距離にある点の軌跡 1 1は、同図に示すように極めて低い孤状波形になり 0. 2 5 mm位置までの起流プレー卜の影響を最も受ける至近境界層部分の形態は平板の起流プレー卜の場合と余り変わらず、定数 k の増大の効果は少ない。

これに対し、第 1 0図に示すように正三角形波形が大きいと、その波形の表面から 0. 2 5 ram位置までの起流プレートの影響を最も受ける至近境界層部分の形態は、同図の 1 2で示すようにかなり大きく変化し、 0 . 2 5 mmと対比して大きな波状を呈することになる。これは、後述の乱流境界層の形成を促し、これにより、起流プレ一卜の影響を受ける流体層の厚さの増大をもたらして流量の増大を可能にするのであろうとの結論を得ている。なお、凹凸が 0 . 2 5 ramに比較してかなり小さい場合、例えば細かい梨地面やフェルト状の面は起流プレー卜の表面積の増加には役立たない。

このようにかなり大きな波形表面を形成することにより、流量の増大をはかることができるカ、これは、 1枚の起流プレー卜の一表面についての話である。

ところで、理論的に計算してみるに、頂角が 6 0 · の三角形をなす波形表面をもつ起流プレートを、三角形断面の斜面同士が、斜面に直交する方向に 0 . 5 mmの間隙をおいて対向するように配置すると、両起流プレートは回転軸線方向に 0 . 5 ram/ s i n 3 0 ° 、即ち 1 mmの間隔をおいて対向することになり、起流プレー卜の軸線方向間隔が 0 . 5 の 2倍になり、一定の軸線方向寸法内に設置できる起流プレートの枚数が平板起流プレートの場合の半分に'なる。従って、理論的には、起流プレートの各表面の面積が 2倍になつて流量が増えても、それは枚数の半減によって打消されてしまうことになる。この事実は三角形波形の頂角が 6 0 ' 以外の場合でも同様でしかしながら、この理論計算による結果は実験結果とは符合しない。実験結果によれば、波形が大きいと、流量増大の効果がある。

以下、実験結果を次の表 1に示す。

実験 No. I I I I I I IV 小波中波中波起流プレ一ト ¥ 板波形頂部波形頂部波形頂部丸み丸み 60' 三角形紀プレート

74 74 74 74 外径（譲）同内径（ram) 50 50 50 50

同全長 (mm) 21 21 21 21 同枚数 30 16 12 9 起流プレー卜

0.5 0.5 1.23 1.0 間隔 (闘)

スぺーサ

0.5 1.0 1.5 2.0 厚さ（画）

、 /静圧

m³ /mii

2.000rpDi 0.28/2.2 0.33/2.2 0.37/2.1 0.44/2.6

2, 500rpm 0.37/3.4 0.41/3.5 0.47/3.3 0.56/4.1

3- OOOrpni 0.44/4.9 0.5 Z4.9 0.56/4.7 0.68/6.2

5, 000rpm 0.62/13.4 0.7 /13.8 0.78/13.5 0.98/17.4 表 1の結果は、理論計算の結果と異なっている。特に、起流プレート間隙（波形の斜面に直交する方向に測定した値）は実験 I I】、 I V (中波）の場合には最適値 0 . 5 mraとかなり異なり、それぞれ 1 . 2 3 rara、 1 . O mmとなつている。 ί Π の場合は波形の頂部が丸くなっているので、さきの理論値は関係ないとみても、波形の頂部が正三角形の頂点をなしている I Vの場合は、理論値が 1 ramでなければならないスぺーサ厚さが実験では 2 . O mmになつている。

この理由は、乱流境界層によるものと考えることができる。板の表面に沿って流体が流れている場合、板表面に高さ hの粗さを一様に分布させたとし、板の流れ方向長さが dであったとした場合、 h Z dの値がある値を越えると、層流境界層が乱流境界層に変化することが流体力学上知られている。そして、乱流境界層の厚さは、流速がある値を越えた領域では急速に増大する。表 1の実験の条件では、波形の形成により起流プレー卜の表面を流れる流体が上記条件を満たして、起流プレートの表面に、程々の付着力をもち効果的な遠心力を受ける乱流境界層が生じ、その厚さが、平板起流プレー卜の場合に生じる層流境界層の厚さを越えたものと考えられる。

いずれにしても、波形の形成により起流プレート間を流れる流体の流量が増大したことが認められる。また、小波より中波の方が流量の増大がみられること力認めら ― _

れ、らに頂部が丸く不完全な小波より頂部が三角形状をなす中波の方が、流量および静圧が増大することも認められる。流量増加の状態は、第 1 1図にも示されている。このように、波形を起流プレートに形成することにより総流量等が増大するうえに最適間隙も増加するので、起流プレー卜の必要枚数も少なくてすむようになり、その組付けが容易になり、起流機が軽量ですむようになる。起流プレート P i に前述のように半径方向成分をもつ方向に波形を形成すると、第 1 2図に示すように（この例では波形 1 0は完全に半径方向を向いている）各波形 1 0の内周縁部の山形が外周緣部の山形より小さくなる。従って、隣接する 2枚の起流プレート P i の回転軸線方向の間隙が、内周緣側で外周緣側より大きくなり、それだけ流体吸入口が大きくなる。これは、それだけ起流の可能性量の制限が少なくなることを意味する。

なお、第 8図の例では波形は回転方向と逆の方向へ回り込んでおり、また、第 1 2図の例では波形は半径方向を向いている力、波形の向きは回転方向へ湾曲させることもある。いずれの場合でも、起流プレートの回転時には、内周縁から外周縁へ向かって流れる流体は波形の溝に沿ってすべてが流れるのでなく、波形を越えて流れる流ねめる。

起流に最も寄与するのは、起流プレート Pの外周縁付近である。それは、外周縁では周速度が最も大きいから ― — である。このように起流に最も寄与する外周緣付近で最適実効間隙が形成されるように起流プレート組立体を設計するのが望ましい。

以上に述べたように、起流プレートに半径方向成分をもつ波形を形成することは、流量の増大には非常に望ましいことである。なお、以上に流量の増大について主に言及してきたが、この起流プレート型起流機は、元来、高回転大静圧型であって、流量の増大に工夫を施すことがより重要であるからである。

一方、起流機は誘導モータで駆動する場合が多いことを考えると、なるべく低い回転で大きい流量を出せることが、この形式の起流機に最も望まれるところである。以上に説明してきた本発明の起流機は従来の起流機に比し発生騒音が低いが、それでも、起流プレー卜の外周縁の波形部が吐出流体（空気）を切ることにより風切り音が発生する。この風切り音の発生を抑える手段をもつ起流機の例を第 1 3図ないし第 1 6図に示す。 ' 第 1 3図および第 1 4図に示す例では、各起流プレート P i„は第 8図に示す起流プレート P i の外周緣に沿つて平坦な環状板状整流部 1 3を一体的に備えている。整流板 1 3は半径方向外方へ突出しており、半径方向内側の波形部 1 0で生成された流体の乱流は、平板状整流部 1 3に沿つて流れる間に整流される。このようにして整流された流体流は起流プレートの外部にある静止流体を ― 丄 y ― 余り乱すことなく外部へ放出される。整流部 1 3の幅は、流体の粘性、起流プレー卜の波形部の状態、起流プレー卜の間隙等に応じて、乱流の圧力等の変動を減衰させるに必要な幅に決められる。

環状板状整流部 1 3と同様な整流部は、必要.により起流プレー卜の内周縁に形成することもできる。

第 1 5図に示す例では、起流扳 P _{l b}は波形部の半径方向途中部分にも環状板状の整流部 1 3 aを有しており、さらに外周緣部にも第 1 4図に示す整流部と同様な整流部 1 3を備えている。中間の整流部 1 3 aは波形部に沿つて流れる流体を途中部分で整流する。中間整流部 1 3 aの間には環状の整流補助板 1 4を設けて、整流状態をさらに改善することもできる。また、第 1 6図に示すように、外周縁の整流部 1 3の間に環状整流補助扳 1 4を設けてもよい。内周縁の整流部の間に整流補助板を設けることもできる。

第 1 7図には切起し片 1 5を形成した起流板 P ₂ を示す。切起し片 1 5は、起流板 P ₂ に半径方向成分をもつ方向に切込みを設け、切込み部を起すことにより形成される。切起し片 1 5の高さは流量 Q = k · R ♦ Nの定数 kが最も大きくなるように定める。また、切起し片 1 5 の半径方向外側には環状の整流部 1 4 aが形成されている。切起し片 1 5はスぺーサとして用いることもできる。以上に説明した起流機の起流プレー卜 Pは、第 1 8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

P _χ , P _y 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。

起流プレー卜 Pは、設計条件に応じて第 1 9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 2 0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。

多数の起流プレートを平行に設置して回転させるこの形式の起流機は、一般に送風機のように風切り音（羽根が空気流を横切ることにより出る音）が発生しない点で有利であるが、起流プレ一卜同士を連結するロッド等の部材が空気を切る音が発生すると考えられる。風切り音は、第 2 1図に示すように、空気等の流れの中に物体 S を置きその背後にカルマン渦が生じる場合や、第 2 2図に示すように空気等の流れを横切って物体 Sを矢印方向に移動させたりする場合に特に生じる。第 2 2図の場合に特に大きな風切り音が発生する。カルマン渦に関しては、第 2 3図に示すように、物体 Tを流れに対して流線形にしてカルマン渦が生じないようにすることが容易にできる。

第 2 4図に示すように、起流プレート Pを連結するために連結棒 1 6を起流プレートに貫通させたり、その他の連結手段を起流プレート間に設けたりすると'、それが起流プレート間を流れる流体に対し、第 2 2図に示すように作用して音を発生させることになるように一見見える。これは第 4図の B領域、即ち境界層外ではそうである。境界層外の流体は、固体の動きと無関係に近いからである。しかし、 A領域の境界層では違う。固体の動きの影響内であるからである。境界層を使っている起流プレート間にある連結手段は、プレートという固体表面と共に動く（相対的な動きのズレはあるが）境界層内流体と固体と一体の連結手段という関係にあり、第 2 2図の関係でなく、実は第 2 1図の関係にあるのである。これの防止は容易である。第 2 5図に示すように、起流プレ一卜 Pの表面に沿って流体が流れる設計上の軌跡 1 7 に関して流線形をなすように連結材 1 6 aの断面形状を設計すればよい。これにより、カルマン渦の発生もなく、連結材 1 6 aが流体の流れを横切ることもなくなり、騒音の発生をおさえることができる。この様に、境界層を利用することは、従来の送風機等の起流機で最大の弊害であり、諸悪の根源であって、また対策の打ちようのない第 2 2図の現象を比較的影響の小さい、しかも容易に対策の可能な第 2 1図の現象に置き換えるという点での効果があるといえる。尚、連結材 1 6 aはビン 1 8回りで回動調節可能にしておくのが好ましい。このように'、連結材などが通過する流体を横切りながらたたくように作用することがなくなることによって、たたきにより生まれる流体の高圧部分の反作用として低圧部分が生じることがなく、従って、液体での低圧部に於ける沸騰現象であるキヤビテ一ションの発生も防止される。

以上に述べた実施例では、起流機は通常の遠心式であつたが、本発明の起流機の原理は、第 2 6図に示すようにクロスフローファンにも利用することができる。同図中、 1 9はケーシング、 1 9 aは突部、 1 9 bは必要により設ける他の突部、 2 0はその吐出口である。

クロスフローファンの場合には、周知のように円柱形羽根車の円柱の一側から流体を吸収し他側から吐出する。このため、円柱の両端は閉じている。従来のクロスフ口一ファンでは、流体の吸入および吐出のそれぞれの場合に羽根が流体の流れを横切ってそれをたたく為、二重の風切り音が生じる。

本発明の原理により、平板状起流プレートを用いることにより、風切り音が生じなくなる利点がある。 '

クロスフローファンの場合にも、起流プレー卜に第 8 図に示すような波形や第 1 7図に示す切起しを形成することができる。この波形の湾曲の向きは、第 8図の場合 (遠心起流機の場合）に比し、回転方向に関して逆にする方が、流量の点で好ましい。

遠心式起流機の場合、.起流プレー卜の間隙は流体を半径方向外方へ放出するだけの観点での最適値を考えればよいが、クロスフローファンの場合には、流入の条件も加味されなければならず、流入、流出のバランスを計つたうえでの最適値でなければならぬ。起流プレ一卜に波形をつけた場合は、その波の形状、大きさ（ピッチ）等により実効的間隙が異なるので一概に言えないが、波形等の凹凸のない平板の起流プレートの場合、クロスフ口一形起流機では、遠心式の最適間隙が 0 . 5 mmであるのに対し、最適間隙は約 1 ramである。ちなみに、外径 7 4 ranu 内径 5 0 ιππιの円環状起流プレートをもつクロスフ口一ファンの場合、回転数にかかわらず最適間隙は 1 mmである。また、クロスフローファンの場合でも第 1 4図乃至第 1 7図に示した起流プレー卜の構成を採用することができる。

なお、空気流量はクロスフローファンでも外周縁の周速、すなわち回転数に比例することが発見された。

第 2 7図ないし第 2 9図は、例えばクロスフローファンに用いることのできる起流プレートの他の例を示す。この起流プレート P。は第 8図の実施例と類似の波形 1 0 aを有するとともに、多数の起流プレート P ₃ を一定間隔をおいて軸方向に連設するための突部 Rを一体的に備えている。突部 Rは、この実施例では周方向に一定の間隔をおいて突設され、その形状は第 2 9図に示すように円筒形をなしている。これらの突部 Rは、第 2 9図に示すように互いに突き合わせて突合せ面で接合する力、、一 91 0 281 または突部 Rのすべてに口ッドを通してロッドの両端に

螺合したナツ卜等ですベての起流プレートを緊締するた

めに使用される。これにより、起流プレートの組立てが

容易になる。なお、この起 ^プレート P ₃ は通常の遠心

式起流機にも用いることができる。なお、この突部は流

体が気体の場合流線形にすると、より好ましいことは前

述の通りである。

起流プレー卜の波形はさきの例では三角形断面とした

が、第 3 ◦図および第 3 1図に示すように、六角形の半

分を用いた形状としてもよく、また半円形、サイン曲線

形状他の多角形状としてもよい。

また、第 3 2図に示すように波形は、外周縁寄りでの

み前記実施例のように回り込み、内周縁へ寄った部分で

は曲折があるようにしてもよい。

以上に述べた起流機の実施例は、すべて、送風機、ポ

ンプ等を想定しているが、第 3 3図および第 3 4図に示

すように起流機を遮光機構として用いることもで έる。

第 3 3図の例では遮光壁 2 1に起流プレート Ρを取付け

たものが回転軸線 0— 0のまわりで回転する。これによ

り、空気は流通するが、光は遮光壁 2 1により遮られる _t 第 3 4図の例では、遮光壁 2 2の両側に起流プレート P

が取付けられており、気流は矢印方向に生じる。第 3 5

図の例では起流機はボックス 2 3の内外の遮光と遮音の

ために用いられている。 M l は駆動源である。第 3 6図の例では、ボックス 2 4内のエンジン等の駆動騒音源 M 2の騒音がボックス 2 4外に出ないように、起流機が用いられている。

本発明の起流機は、騒音およびキヤビテ一ションの発生がないのは勿論、最適な起流プレート間隙を有することによつて従来機の容積内で従来のモータ等駆動源を使つて同等に近い流量を得ることができる。また、起流プレー卜の表面に波形等の前述の起流促進手段を形成することにより、更に優れた性能を得ることができ、更に連結部材の特殊な設計等により騒音の発生およびキヤビテーションの発生を限りなく小さくかつ少なくすることが可能である。

産業上の利用可能性

本発明は、送風機、ポンプ、通気遮光装置、その他種々の用途に用いることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸線にほぼ直交する方向に間隙をおいて配列した複数枚の起流 'プレートと、これらの起流プレートを回転軸線まわりで回転駆動する手段とを備え、起流プレートは、それに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、それに沿つ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、径方向に形成され、隣接する起流プレー卜の間隙は、起流プレー卜への付着力が強くて起流プレートと殆んど一緒に回転移動する至近流体境界層部分に接する起流プレート表面と、起流プレ一トへの付着力が弱く起流プレー卜の回転による遠心力の影響が殆んどない流体境界層部分との距離の中間の値の 2倍に設定され、流体に遠心力が最も効果的に作用し易い間隙とされていることを特徵とする起流機。

2 . 起流プレー卜の表面が平面をなし、流体が空気であって、起流プレートの間隙は約 0 . 5 ramであることを特徴とする請求範囲 1記載の起流機。

3 . 起流プレー卜の表面に起流促進用突部が設けられていることを特徴とする請求範囲 1記載の起流機。

4 . 起流促進用突部が回転方向にみて波形をなし、波の稜部は放射方向の成分をもつ方向に延び、流体が空気であつて、起流プレートの間隙は約 1 mmないし約 2 rara であることを特徵する請求範囲 3記載の起流機。

5 . 起流プレートが薄板からなり、波形が起流プレ一卜の表裏に形成されていることを特徴とする請求範囲 4記載の起流機。

6 . 起流プレートの間隙を維持する突部が、隣接する起流プレー卜へ向けて一体的に形成されていることを特徵とする請求範囲 1記載の起流機。

7 . 隣接する起流プレートを連結する部材が、起流プレートに沿つて半径方向外方へ流れる流体の主たる流れの方向を向く断面流線形に形成されていることを特徵とする請求範囲 1記載の起流機。

8 . 起流プレートの半径方向に関しての一部に平板状の整流部が設けられている請求範囲 3記載の起流機。

9 . 瞵接する起流プレー卜の整流部の間に整流補助板が整流部に平行に設けられている請求範囲 8記載の起 ϋιι ο

1 0 . 回転軸線に直交する方向に間隙をおい配列した複数枚の円環状起流プレートと、これらの起流プレ一卜を回転軸線まわりで回転駆動する手段とを備え、起流プレートは、それに接する流体との付着現象のみによつて流体を移動させる表面を有し、隣接する起流プレー卜の間隙は起流プレー卜への付着力が強くて起流プレー卜と殆んど一緒に回転移動する至近流体境界層部分に接する起流プレート表面と、起流プレー卜への付着力が弱 ― Δ ― く起流プレートの回転による随伴の影響が殆んどない流体境界層部分との距離の中間の値の 2倍に設定されて、流体に起流プレートの影響が最も効果的に及び易い間隙とされ、起流プレートは全体的に円柱状をなし、円柱の軸方向両端が閉じられ、周面の一側から他側へ向かって流体を通すように構成されていることを特徵とするク口スフ口一型起流機。

1 1 . 起流プレートの表面に起流促進用突部が設けられていることを特徵とする請求範囲 1 0記載のクロスフロー型起流機。

1 2 . 起流促進用突部が回転方向にみて波形をなし、波の稜部は放射方向の成分をもつ方向に延び、流体が空気であって、起流プレ一卜の間隙は約 2關であることを特徵する請求範囲 3記載のクロスフロー型起流機。

1 3 . 起流プレートが薄板からなり、波形が起流プレートの表裏に形成されていることを特徵とする請求範囲 1 0記載のクロスフロー型起流機。

1 4 . 起流プレートの間隙を維持する突部が、隣接する起流プレー卜へ向けて一体的に形成されていることを特徵とする請求範囲 1 0記載のクロスフロー型起流機。

1 5 . 起流プレートの半径方向に関しての一部に平板状の整流部が設けられている請求範囲 1 1記載のク口スフロー型起流機。

1 6 . 隣接する起流プレー卜の整流部の間に整流補 ― z y ― 助板が整流部に平行に設けられている請求範囲 1 5記載のクロスフロー型起流機。

1 7 . 回転軸線に直交する方向に間隙をおいて配列した複数枚の起流プレー卜と、これらの起流プレー卜を回転事由線まわりで回転駆動する手段とを備えた起流機の製造方法であって、起流プレー卜への付着力が弱く起流プレートの回転による遠心力の影響が殆どない流体境界層部分までの起流プレート表面からの距離を定め、起流プレートの間隙が、起流プレート表面から遠心力の影響が殆んどない流体境界層部分までの前記距離の中間の値の 2倍となるようにして起流プレ一トを組立てることを特徴とする起流機の製造方法。