JP2019085899A

JP2019085899A - インペラ

Info

Publication number: JP2019085899A
Application number: JP2017213068A
Authority: JP
Inventors: 周平増田; Shuhei Masuda
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: JP6924121B2; WO2019087910A1

Abstract

【課題】羽根角度をインペラの使用条件に関わらず決定しても、流体を効率良く送ることができる構造のインペラを提供する。【解決手段】インペラ１は、中心軸部３とその中心軸部３の周囲に複数形成された羽根５とを有し、中心軸部３の軸心ＣＬを中心として回転することにより、中心軸部３の軸心ＣＬに沿った方向から隣り合う羽根５，５間に流入した流体を径方向外方側へ向けて流出させる。中心軸部３の先端部分１３には、羽根５，５間に流入する流体の流速を増す流速増加体６が設けられている。流速増加体６は、流体の流動方向上流側の端部から流体の流動方向下流側へ向かうにしたがって外径寸法を漸増させる上流側部分６ｂと、この上流側部分６ｂと中心軸部３の先端部分１３との間に位置し、上流側部分６ｂの最大外径よりも小径のくびれ部分１４が形成された下流側部分６ｃと、を有している。【選択図】図２

Description

この発明は、遠心式ブロワ等に使用されるインペラであって、軸方向に沿って流入した流体を径方向外方へ向けて流出させるインペラに関する。

遠心式ブロワ等に使用されるインペラは、流体を効率良く送るために、流入側の羽根角度を速度三角形の理論に基づいた角度にするのが一般的である（特許文献１参照）。
すなわち、図３（ａ）に示すように、速度三角形は、インペラ１００の流入側の周速度ベクトルＵと、インペラ１００の流入側の流体の絶対速度ベクトルＶと、絶対速度ベクトルＶの基点から周速度ベクトルＵの基点に向かう相対速度ベクトルＷとで形作られる。そして、流体流入側の羽根角度αは、軸流流れの方向と相対速度ベクトルＷとのなす角θよりも１０°〜１５°小さい角度に設定される。

特開２０１１−１３２８１０号公報

しかしながら、従来のインペラ１００は、回転数、流量、流速等のインペラ１００の使用条件から羽根角度αが決定されるため、インペラ１００の使用条件に関わらず羽根角度αを自由に決定できず、羽根１０１の設計自由度が少なかった。

そこで、本発明は、羽根角度をインペラの使用条件に関わらず決定しても、流体を効率良く送ることができる構造のインペラを提供する。

本発明は、中心軸部３と前記中心軸部３の周囲に複数形成された羽根５とを有し、前記中心軸部３の軸心ＣＬを中心として回転することにより、前記中心軸部３の軸心ＣＬに沿った方向から隣り合う前記羽根５，５間に流入した流体を径方向外方側へ向けて流出させるインペラ１に関するものである。本発明において、前記中心軸部３の流体流入側の先端部分１３には、前記羽根５，５間に流入する前記流体の流速を増す流速増加体６が設けられている。また、前記流速増加体６は、前記流体の流動方向上流側の端部から前記流体の流動方向下流側へ向かうにしたがって外径寸法を漸増させる上流側部分６ｂと、この上流側部分６ｂと前記中心軸部３の流体流入側の先端部分１３との間に位置し、前記上流側部分６ｂの最大外径よりも小径のくびれ部分１４が形成された下流側部分６ｃと、を有する円柱状体である。

本発明に係るインペラは、流速増加体が羽根間に流入する流体の流速を増加させ、流体の絶対速度及び相対速度を羽根角度に応じた好ましい数値にすることができ、流体を効率良く送ることができるため、インペラの使用条件に関わらず羽根角度を決定することができ、羽根の設計自由度を大きくすることができる。

本発明の実施例に係るインペラを示す図であり、図１（ａ）がインペラの平面図、図１（ｂ）がインペラの正面図、図１（ｃ）がインペラの裏面図、図１（ｄ）がインペラを斜め上方から見た外観斜視図である。図２（ａ）は本発明の実施例に係るインペラの縦断面図（図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す断面図）であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したインペラのＢ１部の拡大図である。図３（ａ）は従来のインペラの羽根と速度三角形との関係を示す図であり、図３（ｂ）は本発明の実施例に係るインペラの羽根と速度三角形との関係を示す図である。本発明に係るインペラの変形例１を示す図であり、インペラの流速増加体を拡大して示す図である。変形例１に係るインペラ１の効率（図５中において、実線で示す効率）と従来のインペラ（流速増加体６を設けないインペラ）の効率（図５中において、点線で示す効率）とを対比して示す図である。本発明に係るインペラの変形例２を示す縦断面図であり、図６（ａ）はインペラの中心軸部から流速増加体を分離した状態を示す図、図６（ｂ）はインペラの中心軸部に流速増加体を固定した状態を示す図である。本発明に係るインペラの変形例３を示す縦断面図であり、図７（ａ）はインペラの中心軸部から流速増加体を分離した状態を示す図、図７（ｂ）はインペラの中心軸部に流速増加体を固定した状態を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

図１及び図２は、本発明の実施例に係るインペラ１を示す図である。なお、図１（ａ）はインペラ１の平面図であり、図１（ｂ）はインペラ１の正面図であり、図１（ｃ）はインペラ１の裏面図であり、図１（ｄ）はインペラ１を斜め上方から見た外観斜視図である。また、図２（ａ）は本発明の実施例に係るインペラの縦断面図（図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す断面図）であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したインペラのＢ１部の拡大図である。

本実施例に係るインペラ１は、軸穴２が形成された円筒状の中心軸部３と、この中心軸部３の外周側に一体に形成された略テーパ形状の羽根支持部４と、中心軸部３の外周面３ａ及び羽根支持部４の外表面４ａに跨って形成され且つ中心軸部３の周囲に等間隔で位置するように複数形成された羽根５と、中心軸部３の流体流入側の先端部分に一体に形成された流速増加体６と、を有している。このような構造のインペラ１は、遠心式ブロワのケース７等に収容される（図２（ａ）参照）。

中心軸部３は、軸穴２がインペラ１の裏面側（図２（ａ）の下方側）に向かって開口するように形成されている。また、中心軸部３は、軸穴２の底面２ａの中央から流速増加体６の先端面６ａまで軸心ＣＬに沿って貫通する中心穴８が形成されている。

羽根５は、薄板状であり、中心軸部３の軸心ＣＬに沿った一端１０側から他端１１側に向かって一定のねじれ角で螺旋状に形成されている。この羽根５のねじれ方向は、図１（ａ）に示すように、インペラ１が反時計回り方向（左回り方向）に回転させられる場合、中心軸部３の軸心ＣＬに沿った一端１０側から他端１１側へ向かって時計回り方向（右回り方向）のねじれとなるように形成されている。

羽根支持部４は、複数の羽根５を接続し、且つ、隣り合う羽根５，５間の流路の底面を形作るようになっており、中心軸部３の肉厚寸法と同様の肉厚寸法に形成された板状体である。この羽根支持部４の外表面４ａは、中心軸部３の軸心ＣＬに沿った方向から隣り合う羽根５，５間に流入した流体を中心軸部３の軸心ＣＬに直交する径方向外方側へ向けて滑らかに案内する湾曲面状になっている。この羽根支持部４の裏面４ｂと中心軸部３の外周面３ａとの間には、中心軸部３の軸心ＣＬに沿った断面形状が略三角形状の肉抜き部１２が形成されている。

流速増加体６は、先端面６ａ（流体の流動方向上流側の端部）から流体の流動方向下流側へ向かうにしたがって外径寸法を漸増させる上流側部分６ｂと、この上流側部分６ｂと中心軸部３の流体流入側の先端部分１３との間に位置し、上流側部分６ｂの最大外径よりも小径のくびれ部分１４が形成された下流側部分６ｃと、を有する円柱状体である。この流速増加体６は、外表面が先端面６ａから中心軸部３の先端部分１３（流体の流動方向下流側の端部）まで滑らかに（圧力損失を生じさせるような尖った部分、圧力損失を生じさせるような段差部分等が無いように）形成されている。また、この流速増加体６は、円柱状体のような外観形状であり、中心軸部３から延びる中心穴８が軸心ＣＬに沿って貫通している。このような流速増加体６は、インペラ１がケース７内に収容されると、ケース７の流体導入路７ａの流路断面積を小さくし、流体導入路７ａを流動する流体の流れを絞り、インペラ１の羽根５，５間に流入する流体の流速を増加させる。しかも、流速増加体６は、最大径位置１５よりも流体流動方向下流側にくびれ部分１４が形成されているため、くびれ部分１４が無い場合と比較し、インペラ１の羽根５，５間に流入する流体の単位時間当たりの流量を増やすことができる。なお、流速増加体６は、中心軸部３の先端部分１３に段差を生じることなく滑らかに接続される。

図３は、従来のインペラ（流速増加体を設けないインペラ）１００の羽根１０１と速度三角形との関係（図３（ａ））と、本発明の実施例に係るインペラ１の羽根５と速度三角形との関係（図３（ｂ））と、を対比して示す図である。

図３（ａ）に示す従来のインペラ１００は、回転数、流量、流速等のインペラ１００の使用条件から周速度ベクトルＵ、絶対速度ベクトルＶ、及び相対速度ベクトルＷが定まり、羽根角度αが軸流流れの方向と相対速度ベクトルＷとのなす角θよりも１０°〜１５°小さい角度に設定される。その結果、従来のインペラ１００は、羽根角度αを任意に設定することができなかった。

図３（ｂ）に示す本実施例のインペラ１は、周速度ベクトルＵが従来のインペラ１００と同一である場合、羽根角度αを任意に設定し、相対速度ベクトルＷ２の向きと羽根５とがなす角度θ（１０°〜１５°）と羽根角度αとの和（α＋θ）が軸流流れの方向と相対速度ベクトルＷ２とのなす角度に一致するように流速増加体６の形状を決定する。このような本実施例のインペラ１は、流速増加体６を通過した流体の絶対速度Ｖ２を従来のインペラ１００における流体の絶対速度Ｖ１よりも大きくし（Ｖ２＞Ｖ１）、流速増加体６を通過した流体の相対速度Ｗ２を従来のインペラ１００における流体の相対速度Ｗ１よりも大きくする（Ｗ２＞Ｗ１）ことにより、従来のインペラ１００の羽根角度αよりも小さな羽根角度αにすることができる。その結果、本実施例に係るインペラ１は、射出成形によって製造する場合、金型から円滑に離型することが可能になり、生産性が向上する。

以上のような構成の本実施例に係るインペラ１は、流速増加体６が羽根５，５間に流入する流体の流速を増加させ、流体の絶対速度Ｖ２及び相対速度Ｗ２を羽根角度αに応じた好ましい数値にすることができ、流体を効率良く送ることができるため、インペラ１の使用条件に関わらず羽根角度αを決定することができ、羽根５の設計自由度を大きくすることができる。

（変形例１）
図４は、本実施例に係るインペラ１の変形例１を示す図であり、インペラ１の流速増加体６を拡大して示す図である。

図４に示すように、本変形例に係るインペラ１は、流速増加体６を通過する流体の流線に沿った方向に延びるリブ状突起１６が流速増加体６の外周面６ｄに沿って複数形成されている。このような本変形例に係るインペラ１は、流速増加体６の外周面６ｄに形成されたリブ状突起１６が整流機能を発揮し、流速増加体６を通過する流体の流動抵抗を低減することができる。

図５は、本変形例に係るインペラ１の効率（図５中において、実線で示す効率）と従来のインペラ（流速増加体６を設けないインペラ）の効率（図５中において、点線で示す効率）とを対比して示す図である。この図５に示すように、本変形例に係るインペラ１は、遠心式ブロワ等に使用された場合、従来のインペラを使用した場合と比較して、効率を向上させることができる。

なお、本変形例に係るインペラ１は、リブ状突起１６が流速増加体６の外周面６ｄに複数設けられる態様を例示したが、これに限られず、流速増加体６を通過する流体の流線に沿った方向に延びる溝がリブ状突起１６に代えて形成されてもよい。

（変形例２）
図６は、本実施例に係るインペラ１の変形例２を示す図であり、インペラ１の縦断面図である。なお、図６（ａ）は、流速増加体６を中心軸部３から分離した状態を示すインペラ１の縦断面図である。また、図６（ｂ）は、流速増加体６を中心軸部３に固定した状態を示すインペラ１の縦断面図である。

図６に示すように、流速増加体６は、インペラ１の中心軸部３と別に形成し、軸心ＣＬに沿って貫通する雌ねじ部１７をインペラ１の中心軸部３の中心穴８から突出する軸１８の雄ねじ部２０に螺合して、インペラ１の中心軸部３の先端部分に固定できるようになっている。なお、インペラ１は、流速増加体６を軸１８の雄ねじ部２０に螺合することにより、軸１８に流速増加体６で締め付け固定される。また、インペラ１は、流速増加体６を軸１８の雄ねじ部２０から分離することにより、軸１８から容易に分離される。

（変形例３）
図７は、本実施例に係るインペラ１の変形例３を示す図であり、インペラ１の縦断面図である。なお、図７（ａ）は、流速増加体６を中心軸部３から分離した状態を示すインペラ１の縦断面図である。また、図７（ｂ）は、流速増加体６を中心軸部３に固定した状態を示すインペラ１の縦断面図である。

図７に示すように、流速増加体６は、インペラ１の中心軸部３と別に形成し、軸心ＣＬに沿って一体に形成された雄ねじ部２１をインペラ１の中心軸部３に形成された中心穴８に挿通し、雄ねじ部２１をインペラ１の軸穴２に嵌合された軸１８の雌ねじ部２２に螺合することにより、中心軸部３の先端部分１３に固定できるようになっている。なお、インペラ１は、流速増加体６の雄ねじ部２１を軸１８の雌ねじ部２２に螺合することにより、軸１８に流速増加体６で締め付け固定される。また、インペラ１は、流速増加体６を軸１８の雌ねじ部２２から分離することにより、軸１８から容易に分離される。

（その他の変形例）
本実施例及び各変形例に係るインペラ１は、全体を合成樹脂材料で形成する場合に限定されず、全体を金属材料で形成してもよく、一部（例えば、流速増加体６）を金属材料で形成し、他部を合成樹脂材料で形成してもよい。

また、変形例２及び変形例３に係るインペラ１は、流速増加体６をねじ（雄ねじ部２０，２１、雌ねじ部１７，２２）で中心軸部３に締め付け固定する態様を例示したが、これに限られず、流速増加体６を中心軸部３に溶着するか、又は接着剤で固定してもよい。

１……インペラ、３……中心軸部、５……羽根、６……流速増加体、６ｂ……上流側部分、６ｃ……下流側部分、１３……先端部分、１４……くびれ部分、ＣＬ……軸心

Claims

中心軸部と前記中心軸部の周囲に複数形成された羽根とを有し、前記中心軸部の軸心を中心として回転することにより、前記中心軸部の軸心に沿った方向から隣り合う前記羽根間に流入した流体を径方向外方側へ向けて流出させるインペラにおいて、
前記中心軸部の流体流入側の先端部分には、前記羽根間に流入する前記流体の流速を増す流速増加体が設けられ、
前記流速増加体は、前記流体の流動方向上流側の端部から前記流体の流動方向下流側へ向かうにしたがって外径寸法を漸増させる上流側部分と、この上流側部分と前記中心軸部の流体流入側の先端部分との間に位置し、前記上流側部分の最大外径よりも小径のくびれ部分が形成された下流側部分と、を有する円柱状体である、
ことを特徴とするインペラ。
前記流速増加体は、前記流体の流動方向上流側の端部から前記流体の流動方向下流側の端部まで滑らかに形成された、
ことを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
前記流速増加体は、流線に沿った方向に延びるリブ状突起又は溝が外周面に沿って複数形成された、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインペラ。
前記流速増加体は、前記中心軸部に一体に形成された、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインペラ。
前記流速増加体は、前記中心軸部に固定された、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインペラ。