(57)【要約】【課題】  同一回転軸に複数の羽根車を接続した多段遠心流体機械において、そのリターン部分の改善により、効率向上を図る。【解決手段】  同一回転軸に複数の羽根車を接続した多段の遠心流体機械において、そのうちの少なくとも１段の羽根車の軸方向下流側に、徐々にその半径方向位置が小さくなるように螺旋状の板を設けることで、該羽根車の遠心方向から流出した流体の流路が下流側に向かって徐々にその流路面積が広くしながら、回転軸中心に向かうように構成し、その流路の終端が次段の羽根車の吸気口に到達するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一回転軸に複数の羽根車を接続した多段の遠心流体機械において、
前記羽根車の軸方向下流側に設けられ、徐々にその半径方向位置が小さくなる螺旋状の板と、前記羽根車の遠心方向から流出した流体が下流側に向かって徐々にその流路面積が広くなるようにした流路とを備えてなり、前記回転軸中心に向かうように構成され、前記流路の終端が次段の羽根車の吸気口となることを特徴とする遠心流体機械。
【請求項２】
請求項１記載の多段の遠心流体機械において、
前記螺旋板と次段の羽根車の吸込み口との間に流れの旋回を抑制するベーンを複数設けたことを特徴とする遠心流体機械。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の多段の遠心流体機械において、
前記螺旋板の回転軸方向の端部が、上流側の羽根車のハブ板に対して剥き出しになっていることを特徴とする遠心流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段遠心流体機械に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンに使用される二次空気供給装置の電動二次エアポンプ（別名、多段遠心流体機械とも言う）は、エンジンの冷間始動時において、その排気系に二次空気を供給することで排気ガス中の炭化水素や一酸化炭素の燃焼を助長させて排気ガスを浄化するものである。  
一方、電動二次エアポンプの下流側に位置する触媒および配管系は圧力損失が大きいために、この電動二次エアポンプは高圧であることが要求される。
【０００３】
高圧を要求される電動二次エアポンプにおいては、元来高圧タイプである遠心型の羽根車を複数直列に接続した多段式のものがあり、その構成は、特許文献１にも見られるように、電動二次エアポンプにも採用されている。  
一般には、それらの羽根車は一つの回転軸に接続され、同時に回転させられる構成となっている。
【０００４】
遠心式の羽根車はその回転軸方向から流体を吸込み、その遠心方向に排出する。そのため、一軸多段の構成とした場合、前段の羽根車からその遠心方向に流出した流体を、次段の羽根車の軸方向に位置する吸気口に導く流路構成が必要である。その流路には、前段の羽根車から流出した流れの旋回成分を低減し、次段の羽根車に対して予旋回をなくすという目的で、リターンベーンが設けられることが多い。
【０００５】
また、羽根車から流出した流れのエネルギーを活かすためには、ディフューザやスクロールといった流路構成を採って流れを減速し、静圧回復させることが有効であり、高効率を求められる産業用機器等ではそれらが多く採用されている。羽根車の外周部にディフューザを設け、最下流の羽根車を出た流れに対しては、さらにスクロールケーシングを設ける構成がよく知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１３３３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のように羽根車の外周にディフューザを設ける構成は、機器の大型化につながる。  
例えば、自動車エンジン用二次空気供給装置における多段遠心流体機械も、高圧であることが要求されるために、遠心型のターボファンを２段直列に繋いだ構成であるが、自動車への搭載を考えると機器の大型化は出来ないため、羽根車間の流路にはリターンベーンを設置するのみでディフューザ等による、そこでの静圧回復は望めなかった。
【０００８】
このように、従来、寸法上の制約から、羽根車間の流路にディフューザやスクロールといった静圧回復手段を施すことができなかった多段の遠心流体機械に対して、その部分の流路構成を改善することで、性能向上を図る必要がある。  
また、従来から、羽根車間の流路にディフューザやスクロールといった静圧回復手段を施すことが出来た多段の遠心流体機械に対しては、同等の性能のまま、その小型化を可能とする必要があった。
【０００９】
本発明の目的は、高効率でありながら低コストでコンパクトな多段遠心流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、同一回転軸に複数の羽根車を接続した多段の遠心流体機械において、前記羽根車の軸方向下流側に設けられ、徐々にその半径方向位置が小さくなる螺旋状の板と、前記羽根車の遠心方向から流出した流体が下流側に向かって徐々にその流路面積が広くなるようにした流路とを備えてなり、前記回転軸中心に向かうように構成され、前記流路の終端が次段の羽根車の吸気口となることにより達成される。
【００１１】
上記目的は、前記螺旋板と次段の羽根車の吸込み口との間に流れの旋回を抑制するベーンを複数設けたことにより達成される。
を特徴とする遠心流体機械。
【００１２】
上記目的は、前記螺旋板の回転軸方向の端部が、上流側の羽根車のハブ板に対して剥き出しになっていることにより達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高効率でありながら低コストでコンパクトな多段遠心流体機械を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。  
【実施例１】
【００１５】
図３は、本発明の一実施例を備えた二次エアポンプの斜視図である。  
図４は、図３示した二次エアポンプの縦断面図である。  
図３、図４において、二次エアポンプ１は遠心型の羽根車４ａ、４ｂを同軸に２つ接続した多段構造となっている。モーター２に電力を供給し、羽根車４ａ、４ｂを回転させると、空気はサイレンサ３の吸気口３１から流入し、その後に１段目の羽根車４ａに流入する。１段目の羽根車４ａで昇圧された空気の流れは、羽根車４ａの外周部分にある羽根出口から、遠心方向に流出する。流出した流れは羽根車４ａの回転方向に大きな旋回線分を有している。羽根車４ａから流出した流れは、羽根車４ａの背後に設けられた流路６を通り、２段目の羽根車４ｂの吸気口に向かう。
【００１６】
図２は、羽根車４ａの背後に設けられた流路６を構成する中間スクロール８の斜視図である。  
図１は、中間スクロール８から仕切り板９を外した状態での斜視図である。  
図１、図２において、中間スクロール８は、その外周寄りの部分に螺旋状の板７を設けている。螺旋状の板７は、羽根車の回転方向、すなわち空気の流れる方向１２に沿って、徐々にその半径方向位置が小さくなっている。それと同時に、螺旋板７とケーシング内壁８ａで挟まれた空間で構成される流路の面積は、下流側に向かって徐々にその流路面積が広くなっている。さらに下流側、すなわち半径位置の小さい部分には、案内板（以下、リターンベーンと言う）５が設けられており、そこを通る空気の流れの旋回は抑制され、２段目の羽根車４ｂに流入する。
【００１７】
２段目の羽根車４ｂでさらに昇圧された流れは、図３、図４に示したスクロールケーシング１０を通って下流側の配管に排気される。
【００１８】
図５は、従来のリターンベーン８’の形状を示す斜視図である。  
図６は、仕切り板９’を外したリターンベーン８’の斜視図である。  
図５、図６において、従来は、リターンベーン５’のみで、螺旋板は設けられていない。
【００１９】
本発明では、図４に示すように、螺旋板７によって、流路面積が徐々に拡大する流路６、すなわちディフューザ６を構成している。流路６が拡大することによって、そこを流れる流速は減速する。速度が減速されれば、その分の速度エネルギーは圧力エネルギーに変換される（静圧回収）ことになる。二次エアポンプ等の場合は、非常に高い旋回速度で羽根車から流出するために、わずかな減速でも得られる静圧上昇は大きく、効果的である。
【００２０】
また、本発明の場合、羽根車４ａの背後で、従来はリターンベーン５’が占めていた位置にディフューザ流路６も合わせて設けている、すなわち、リターン５とディフューザ流路６が１段目の羽根車４ａ背後の同一面内に設けられている。さらには、羽根車４ａから流出したわずかの領域を除いて、ディフューザ流路６の多くの部分が、羽根車外径よりも半径方向位置が小さい箇所に設けられており、非常にコンパクト性の高いものとなっている。
【００２１】
図７は、参考までに、従来のディフューザを有した産業用の多段遠心流体機械の概略を説明するための断面図である。  
図７に示すように従来は、半径方向位置で羽根車４１の外径よりも大きい位置にベーン付きディフューザ６１を設け、その下流側にリターンベーン５１を設けるのに対して、本発明では外形寸法を従来のままで、新たにディフューザ流路を設けることが可能となるので、コンパクト化が求められる自動車用二次エアポンプには特に適している。もちろん、図７に示したような産業用流体機械においても、特に小型化が必要なものに対しては、本発明は非常に有用である。
【００２２】
なお、本明細書では自動車用電動二次エアポンプを例に説明したが、本発明はこれに限らず、これと類似した構成をもつ多段遠心流体機械についても同様の効果を有することは言うまでもない。
【実施例２】
【００２３】
さらには、仕切り板９がない状態、すなわち図１に示したそのままの状態で、中間スクロール８を構成することも可能である。この場合、図４に示した螺旋板７の軸方向端部が羽根車４ａ背後のハブ板と直面することになり、そこで螺旋板７を乗り越えるような漏れ流れを許容することになるので、仕切り板９がある場合に比べて性能は低下するが、それでもディフューザ６によって静圧回収をしているので、従来並み以上の性能を確保することができる。仮に従来並みの性能となった場合でも、従来の仕切り板９’付きのリターンベーン８’に比べて、仕切り板９’がない分、構造が簡単になり、樹脂成型で製作する場合等は１回の型抜きで出来るため、低コスト化に効果がある。
【００２４】
以上の如く、本発明によれば、羽根車の遠心方向から流出した流体をその次段の羽根車の吸気口に導く流路において、下流側に向かって徐々にその流路面積が広くなるように螺旋板を設け、かつ、その流路の半径方向位置が徐々に小さくなり、その終端が次段の羽根車の吸気口に到達するようにしたことで、流れが減速され、静圧回収がなされる。 
さらに、螺旋板と次段の羽根車の吸気口との間にベーンを設けることで、次段の羽根車に流入する流れの予旋回を抑制できるので、次段の羽根車の性能低下を引き起こさない。
【００２５】
さらに、螺旋板の回転軸方向の端部に仕切り板がない構成とすれば、リターン部分の成型が１回で出来るようになるのでコスト低減が可能になる。
【００２６】
最終的には、本発明により、高効率、低コストでコンパクトな流体機械を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明のリターン（中間スクロール）の仕切り板を外した状態での斜視図である。
【図２】図２は、本発明のリターン（中間スクロール）の斜視図である。
【図３】図３は、本発明のエアポンプの斜視図である。
【図４】図４は、本発明のエアポンプの縦断面図である。
【図５】図５は、従来のリターンの斜視図である。
【図６】図６は、従来のリターンの仕切り板を外した状態での斜視図である。
【図７】図７は、従来の産業用流体機械の略断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…エアポンプ、２…モーター、３…サイレンサ、４…羽根車、５…リターンベーン、６…ディフューザ流路、７…螺旋板、８…中間スクロール、９…仕切り板、１０…スクロールケーシング、１１…吐出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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