(57)【要約】【目的】１ロータで３段圧縮できる構造の渦流形流体機械の提供により、ルーツブロワに変わる高圧力の流体機械や高真空度が確保できる流体機械を提供することを目的とする。【構成】環状溝は渦流流速がどの位置でも一定になるように、流路断面積を無段階に減少した構造をもった渦流形流体機械にし、１ロータで３段圧縮が可能で、高圧縮、高吐出効率の機械になっている。加工機械が汎用機で済み、メンテナンスが容易な構成を図る【効果】本発明によれば、従来品に比較し、吐出効率が良好で、そのため３段にしても吐出温度の上昇は低い。性能のよい機械が低コストで提供できる。オイルフリーの真空ポンプでは７．５×１０−１Ｔｏｒｒ以上の高真空が得られる現在までに存在しない機械を提供することが可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング、若しくはケーシングカバーに吸気口及び排気口を有し、ケーシング内に多数の羽根を備えたロータを回転軸中心で支持し、ケーシング内の上記、ロータの羽根に対向する部分に、ロータの回転方向に沿って、吸気口から排気口に至るよう凌駕して設けられた羽根に面して、開口した環状溝を有し、回転により、ロータの羽根、環状溝に渦流を起さしめる構成の渦流形流体機械にあって、環状溝の構成において上記、吸気口に於ける渦流流速と排気口に於ける渦流流速とが、等しくなるように該、流体機械の圧縮による排気風量の減少に対応して、吸気口環状溝の断面積より減少した、排気口環状溝断面積を有する構成にし、上記、環状溝の任意の位置における断面積は、吸気口から排気口に至る過程において、無段階に減少させたことを特徴とする渦流形流体機械。
【請求項２】
ケーシング、若しくはケーシングカバーに吸気口及び排気口を有し、ケーシング内に多数の羽根を備えたロータを回転軸中心で支持し、回転により、ロータ羽根、環状溝に渦流を起さしめる構成の渦流形流体機械において、ロータは羽根部を軸方隔壁によって上、下に分室し、下方の内周部は垂直隔壁にて、更に、左、右に分室し、大なる羽根を構築する部分を１段に、小なる羽根を構築する部分を３段とし、軸方隔壁の上方、外周部の羽根を構築する部分を２段として、各羽根は間隔をおいて、放射状に設定し、回転によって、吸気口より入った気体は、下方、内周部の１段環状溝渦流流路で１段渦流を発生させ、該、渦流は１段渦流阻止壁、直前の１，２段連通口より軸方隔壁のロータ幅、全体を羽根とした上方、外周部の２段環状溝渦流流路で２段渦流を発生させ、圧縮の上、２段渦流阻止壁、直前の２，３段連通口より垂直隔壁の下方、内周部の３段環状溝渦流流路で最終渦流を発生圧縮させて、３段渦流阻止壁、直前の排気口より吐出する構成とすることを特徴とした３段式渦流形流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体を加圧する放射状の羽根を有し、複数段にて高圧縮比を保持する構成と、性能向上に好適なケーシング環状溝の構造の渦流形流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より存在する渦流形流体機械は、一回転で吸入、排気をする一段式であって、図６に示す構成が主流になっている。すなわち、ケーシング１とケーシングカバー２との、環状溝渦流流路７、７Ａに、放射状の羽根４を備えたロータ３を高速回転させ、ケーシング１の側面に、吸気口１３を、又吸気、排気を区分する渦流阻止壁１０、１０Ａを夾んで、排気口１６より加圧気体を取出す構成にしている。
【０００３】
次に図７に示す構造は、従来の渦流形流体機械として、前述した環状溝渦流流路７、７Ａの吸気から排気に至る構成にあって、ケーシング１の中心より吸気Ｃ−Ｃ′、および排気Ｄ−Ｄ′の放射状線の線上にて表わされる、環状溝渦流流路７、７Ａの断面、Ｇ−Ｆと、Ｊ−Ｈは同一面積にて構成している。
すなわち、環状溝２０は馬蹄形のどの位置を、ケーシング１の中心からの放射線上で断面しても、同一断面積になっている。この構成は回転により羽根４、相互間に渦流圧力を発生させるのに大きな障害となる。即ち、渦流流速が吸気より排気に至る過程で、大きく減速することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術に示した構成において、図６、図７にあって解決しようとする課題を説明する。羽根４の回転で、羽根４の両側に構成されている環状溝渦流流路７、７Ａによって、環状溝２０の内面に沿って、左、右の両流路７、７Ａに渦流圧力を発生させ、吸気から排気までの一回転で、一回排気する構成を示している。すなわち、ロータ３の高速回転にて、吸気口１３で吸気した気体は羽根４と、前述の環状溝渦流流路７、７Ａとの間で発生させた渦流圧力となって昇圧し、渦流阻止壁１０、１０Ａ、１０Ｂを夾んで、一回転して隣接する排気口１６より加圧、排出されるが、ブロワ利用を例として説明すれば、吸入圧力が大気圧で吐出圧力は吐出風量３００ｌ／ｍ〜１５００ｌ／ｍの小形機では、３００〜５００ｍｍＡｑの加圧が最高で、市場要求が多い２０００〜３０００ｍｍＡｑの圧力は確保ができない。又、大形機として吐出風量３〜５ｍ３／ｍの範囲では、１３００〜２５００ｍｍＡｑの加圧が最高となり、ルーツブロワの吐出圧力範囲であり、市場性の多い６０００〜８０００ｍｍＡｑの圧力確保は不可能である。
本発明は従来の渦流形流体機械は、吐出圧力が極めて低圧力しか確保できないので、ロータ構造を画期的に改良して、市場性を視野に入れた高い吐出圧力を得る渦流形流体機械を発明し、昇圧力不足の課題を解決しようとしている。更に現状のルーツブロワ等で問題視されている、高コスト化の課題も解決し、ルーツブロワと同じ仕様を確保する再期的な構成を達成させた、低コストの渦流形流体機械も提供しようとしている。
【０００５】
次に図７に示す従来構成の、環状溝２０の課題について述べる。該、環状溝２０は、吸気口１３の環状溝渦流流路７と、排気口１６の環状溝渦流流路７Ａとは同じ形状で、同じ寸法で構成されている。故に、環状溝２０は溝、全周に渉って同一形状、同一容積である。従って、この環状溝２０に対向して回転する羽根４が、発生させる吸気口１３、近辺の渦流は、最も昇圧に適した渦流速度に設計されて、無段階に昇圧し乍ら、排気口１６に達するが、該、羽根４、相互間の渦流気体は、行程上で無段階に圧力を上昇させると共に、流体体積も昇圧に応じて体積を縮小させる。その為に渦流速度も無段階に減速することになり、当初設定した環状溝２０、全周に於ける必要な渦流速度を保持することができない現象が起こる。故に、環状溝２０、全周に渉って渦流速度を一定に保持できないことによって、渦流圧力が下降し、排出口１６の吐出圧力が設計値を満たさない現象とか、吐出風量が減少する課題が残る。本発明は、これらの重要な課題を解決しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記、課題を解決するため、本発明ではブロワの例として、小形機で２０００〜３０００ｍｍＡｑ、大形機では６０００〜８０００ｍｍＡｑの吐出圧力を確保するのを目的とした構成であって、図１に示す如く、該、発明では吸気口１３と排気口１６とに連なるケーシング１、及びケーシングカバー２内に、ロータ３を設け、羽根４、５、６により発生する渦流圧力は、垂直隔壁３Ａ、軸方隔壁３Ｂにより、一つのロータ３上でＴ字形３段に構成し、直列に圧縮し、吸気口１３より排気口１６へ加圧される構成になっている。
【０００７】
すなわちロータ３は、その羽根部を垂直隔壁３Ａによって左・右に又、軸方、隔壁３Ｂによって上、下に分室し、下方、内周部で垂直隔壁３Ａにて分室した、大なる羽根４を構築する部分を１段、同じく小なる羽根６を構築する部分を３段とし、軸方隔壁３Ｂの上方、外周部の羽根５を構築する部分を２段、として圧縮する構成にて、各連通口、１４、１５にて１、２、３段を直列に加圧するように構成している。
【０００８】
又、本ロータ構成は、ロータ３、一つにて３段圧縮するのを一構成としているが、ロータを並設して、４段以上の渦流形流体機械とする方法として、軸方向に従来構造の１段ロータを、又軸方隔壁にて上、下のみに分室した２段式ロータを、更に本発明の如き３段式ロータ等、必要なロータを並設し、４段以上の複数段として圧縮比を増大した、ブロワ及び真空ポンプも構成できる。
【０００９】
次に環状溝２０の全周に渉って渦流速度を一定に保つことができない課題を解決するため、本発明では次の如き手段をとっている。すなわち図２において、１段の環状溝渦流流路の７、７Ａの環状溝２０について説明する。環状溝渦流流路７は、吸気口１３に連なり、連通口１４に計画した１段吐出圧力が保持できるような、渦流速度が発生するＣ−Ｃ′断面積に形状を構成する。該、環状溝２０に対向する羽根４により、連通口１４の、Ｄ−Ｄ′断面積と形状は、圧縮された吸気流体が、Ｃ−Ｃ′点の渦流速度と同一の速度が保てる縮小された寸法に構成すべく、環状溝２０を無段階に小さくするため、Ｇ点よりＪ点に、構造円弧１９を各角度に於いて、渦流圧力に相応する環状溝断面積を考慮して設定、構成する。尚、羽根５による２段の環状溝２０Ｂ、羽根６で構成する３段の環状溝２０Ａについても同様な手段を施す。
【００１０】
【作用】
上記に示したロータ３をＴ形３段とした構成と、縮小した容積をもつ環状溝２０の構成について、特徴ある作用は、ロータ３において、軸方隔壁３Ｂの下方にある１段の羽根４及び、３段の羽根６は垂直隔壁３Ａによって必要な容量と圧縮比を考慮し、分室して構成でき、羽根４、６の回転周速を設定し乍ら、ロータ３の幅と羽根の高さを決定することで、合理的な幅寸法で吐出風量を計画できる。特に環状溝渦流流路７、９は羽根の高さが大となっても、それに相応した深さｂ１、ｂ２を保てる。次に２段の羽根５は、１段で圧縮された必要風量を吸入させるのと、ロータ３の幅寸法で羽根５を計画できるので、高さが低く保持し乍ら、周速の設定ができる。従って、羽根５の高さが低くなり、ロータ３の外径寸法を小に設定可能である。
【００１１】
環状溝２０、２０Ａ、２０Ｂは、共に吸気から排気にかけて、ロータ３がもつ圧縮に相応した渦流速度がどの位置にても、同一の速度が維持できるように、図３から図４にみる如く断面積、容積を縮小した構成にしている。
又、本発明構成を真空ポンプに適用すれば、回転シール面が少ない構成であると共に、流体通過部は外気とは完全に遮断しているので、ブロワにおける圧縮比以上の高真空比が期待できる。
【００１２】
【実施例】
図１〜図５は本発明の実施例で、その構成と作動を説明する。本発明の構成は、ロータ３を３段式としたもので、１、３段を下方の内周部に２段を上方、外周部に設け、ロータ３の外周面は摺動シール面を設定せず、大なる隙間を設けた構成である。
すなわちロータ３は、羽根部を垂直隔壁３Ａによって、左、右に又、軸方隔壁３Ｂによって、上、下、にＴ字形に分室し、各段には渦流気体を発生させる羽根４、５、６を放射状に空間を保って連続して設け、上方、外周部、２段のロータ３の外周面は渦流流路８で両側に渦流を起さしめる。吸気口１３より吸気した気体は、１段で計画した圧縮比の渦流気体が環状溝渦流流路７Ａで得られるように、ロータ３の回転で環状溝渦流流路７より、無段階に容積を縮小した環状溝２０内で渦流加圧し乍ら、同じく流路７Ａより連通口１４を通じ、上方の外周部の２段へ流入する。１段で加圧された気体は、更に羽根５で、無段階に容積を縮小した環状溝２０Ｂ内で、２段圧縮比まで加圧する。加圧された気体は連通口１５より、ロータ３の下方、内周部、環状溝渦流流路９の３段へ加圧されつつ流入する。２段で加圧された気体は、サイドカバー２に設けた無段階に容積を縮小した環状溝２０Ａで、３段圧縮比まで渦流加圧しつつ、排気口１６より排気させる。１、２、３段の各環状溝２０、２０Ａ、２０Ｂは吸気側と排気側に夾設した渦流阻止壁１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで前記、環状溝２０、２０Ａ、２０Ｂを封止する。
【００１３】
図３は、図２におけるＣ−Ｃ′断面によるケーシング１、ケーシングカバー２、ロータ３の装着を示し、ケーシング１内のアールＴ、Ｕとロータ３におけるアールＲ、Ｓによって最適な渦流を発生させる状態を表わし、環状溝２０は幅ｆ１と深さｂ１にて側壁Ｋを構成した環状溝断面形状の始点である。
図４は図２におけるＤ−Ｄ′断面によるケーシング１、ケーシングカバー２、ロータ３の装着を示し、環状溝２０は幅ｆ２と深さｂ２に寸法が小さくなり、吸入気体がロータ３の回転で羽根４で渦流加圧されて、連通口１４における圧縮比迄圧縮され、吸入容積を縮小されても、図３における最適な渦流と同じ流速の渦流を発生させ、計画した吐出圧力が得られる断面、構成にしている。
図５は図１のＢ矢視を示し、吸気口１３から排気口１６に至る過程の渦流阻止壁の配設位置を表わしている。
【００１４】
【発明の効果】
図１〜図５に示すように、本発明による構成にあって、特徴として示されることは、ロータ３は合理的に軸方向に幅の短い寸法内に１段、３段を下方内周部に、２段を上方外周部に圧縮構成として配設し、特に２段は、ケーシング１の内周面とロータ３の外周面が微少のすきまで回転する構成に設定していない点にある。一つのロータ３で３段迄圧縮する場合、必然的にケーシング１内温度は上昇傾向にあり、その際、ロータ３の外周面とケーシング１の内周面との微少のすきまがある構成は、ロータ３の膨脹にて、接触する危険があるが、本発明構成はその懸念は全く存在しない。従って加工、組立も簡便である。３段以上を１つのロータ３で構成し、その外周面がケーシング１の内周面と微少のすきまでもって構成しない構造は本発明の３段式ロータのみである。
次に環状溝２０は同一断面形態とせず、計画した各圧縮比に応じて圧縮時の渦流速度が一定に保持できるように環状溝２０を無段階に縮小し、圧縮比を保つに支障のない構造としたことにより、各段共、高い吐出圧力を得ることができると共に、吐出効率のよい渦流形流体機械を提供できる。
【００１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３段式渦流形流体機械の縦断面図。
【図２】図１、Ａ矢視による環状溝構成図。
【図３】図２、Ｃ−Ｃ′断面、１段吸気口ロータ装着図。
【図４】図２、Ｄ−Ｄ′断面、１段排気位置ロータ装着図。
【図５】図１、Ｂ矢視によるロータ及びケーシング側面図。
【図６】従来構造の１段渦流形流体機械の縦断面図。
【図７】図６、Ｖ矢視による環状溝構成図。
【００１６】
【符号の説明】
１………ケーシング              ２………ケーシングカバー
３………ロータ                  ４………１段羽根
５………２段羽根                ６………３段羽根
７………１段環状溝渦流流路（吸気側）
７Ａ……１段環状溝渦流流路（排気側）
８、２０Ｂ……２段環状溝        ９、２０Ａ………３段環状溝
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ………各段渦流阻止壁
１２………１、２段及び２、３段シール面
１２Ａ……１、３段羽根下部シール面
１３………吸気口                １４、１５………各段連通口
１６………排気口
１９、１９Ａ………無段階縮小環状溝構成壁
２０………１段環状溝
【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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