JPH01170795A - 渦流形ターボ機械 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、渦流形の真空ポンプ、圧縮機及びタービン等
、羽根車の回転により流体に螺旋運動を与え、この角運
動エネルギを圧力に変換する渦流形ターボ機械の改良に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種の渦流形ターボ機械としては、例えば
、特開昭５２−１４２３１３号公報に開示されているよ
うに、多数の羽根を有する羽根車をハウジング内に回転
可能に配置し、上記羽根車を駆動モータの駆動によって
回転させ、流体をハウジングの吸込口より該ハウジング
内の主流路に吸い込み、該主流路内において流体を主流
路の軸方向に螺旋運動させながら移送しつつ圧縮し、吐
出口よりハウジング外に吐出させるようにしたものが知
られている。

この渦流形ターボ機械における羽根車は、第８図に示す
ように、ハブ（ａ　）の外周面（ｂ）に多数の羽根（Ｃ
）が放射状に延設されて成り、該羽根（Ｃ）がハウジン
グ（ｄ　）内の主流路（ｅ　）に臨んでいる。そして、
上記羽根（Ｃ）は、ハブ（ａ　）の前面から後端外周面
に亘って扇状に形成されており、流体は羽根前縁（ｆ）
の根元より該羽根（Ｃ）に流入し、ハブ外周面（ｂ）の
円弧面に倣って流れ、羽根後縁（９）である外周より流
出して再び羽根前縁＜ｆ　）の根元より流入することに
なり、該動作を繰り返して螺旋運動することになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した渦流形ターボ機械においては、
羽根（Ｃ）が主流路（ｅ）に大きく突出し、ハブ外周面
（ｂ）を中心角が略９０度の扇状に形成しているため、
羽根（Ｃ）内における流体の回転移動距離が大きく、上
記主流路（ｅ　）の軸方向に対する流体の進み角度が大
きく、つまり、流体が羽根（Ｃ）に流入してから流出す
るまでの間に主流路（ｅ　）の軸方向に進む距離が大き
くなり、主流路（ｅ）を吸込口から吐出口までに流れる
間において、流体の回転数が少なかった。しかも、流体
が各羽根（Ｃ）と干渉し、大きい流体損失を生じるため
、流速が低下するという問題があった。従うて、第４図
破１（Ｐ＋）に示すように、吸込圧と吐出圧との圧力比
が低く、特に排気速度の大きさに拘らず全域に亘って圧
力比が低く、圧縮効率が悪いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、流体がハブの両端面に互っ
て略真直に羽根を通り抜けるようにして、該羽根によっ
て生ずる流体の進み角を小さくすると共に、羽根との干
渉を低減し、圧縮効率の向上を図ることを目的とするも
のである。

（ｌ？！１題点を解決するための手段）上記目的を達成
するために、本発明が講じた手段は、第１図及び第２図
に示すように、先ず、流体の吸込口（６１）及び吐出口
（６２）が開設された中空環状部を有するハウジング（
２）が設けられている。そして、該ハウジング（２）の
中空環状部（２３）内には流体の主流路（２４）が環状
空間で形成されている。加えて、上記ハウジング（２）
内には、上記主流路（２４）の内周部に臨む複数枚の羽
根（３２）、（３２）、・・・が略円筒面に形成された
ハブ（３１）の外周面（３１ａ）に突設されて成る羽根
車（３）が該ハブ外周面（３１ａ）が上記主流路（２４
）の一部を形成するように収納され、該羽根車（３）に
よって上記吸込口く６１）より主流路（２４）に吸込ま
れた流体を螺旋状に移送しつつ圧縮して上記吐出口（６
２）よりハウジング（２）外に吐出させる構成としてい
る。

（作用） 上記構成により、本発明では、羽根車（３）を回転する
と、流体は吸込口（６１）より主流路（２４）に吸込ま
れ、該主流路（２４）内において、羽根前縁（３２ａ）
より該羽根（３２）に流入し、後縁（３２ｂ）より流出
して主流路（２４）内を回転し、再び羽根（３２）に流
入することになる。そして、流体は上記羽根（３２）に
より角運動エネルギを得て回転しつつ主流路（２４）の
軸方向に流れ、この螺旋運動により圧縮されて吐出口（
６２）よりハウジング（２）外に吐出される。

従って、流体は羽根車（３）のハブ（３１）の両面に亘
つて略真直に羽根（３２）を通り扱け、角運動エネルギ
を得ることになり、該羽根（３２）によって生じる流体
の進み角が小さくなるので、流体の回転数が多くなり、
羽根（３２）を通る回数が多くなることから、与えられ
る角運動エネルギが大きくなり、圧縮効率を従来に比し
て大幅に向上させることができる。

また、流体が羽根（３２）に干渉することがなく、スム
ーズに渦流を形成するので、流速を高めることができ、
−層圧縮効率を向上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図及び第２図に示すように、（１）は渦流形ターボ
機械としての圧縮ポンプであって、気体等の各種流体を
螺旋状に移送しつつ圧縮して吐出するようにしている。

該圧縮ポンプ（１）はハウジング（２）内に羽根車（３
）が収納されて構成されており、該ハウジング（２）は
、第１図において左右に分割された第１ハウジング部材
（２１）と第２ハウジング部材（２２）とを一体内に組
合わせて形成されている。そして、咳両ハウジング部材
（２１）。

（２２）は、上記羽根車（３）の両端面を覆うディスク
部（２１ａ）、（２２ａ）と、該ディスク部（２１ａ　
）、（２２ａ　）の外周縁に連続形成され、半円弧状の
環状凹部を有する半トーラス部（２１ｂ）、（２２ｂ）
とより成り、該両手トーラス部（２１ｂ）、（２２ｂ）
で中空環状部（２３）を形成しており、該中央環状部（
２３）内に流体の主流路（２４）が環状空間で構成され
ている。

更に、上記主流路（２４）には、中空環状部（２３）の
内周面に所定幅のストリッパ部材（５）が設けられてい
て、上記主流路（２４）を高圧側と低圧側とに区画して
いる。そして、該ストリッパ部材（５）の内周部には上
記羽根車（３）が通る案内路（５１）が削設されており
、該ストリッパ部材（５）の−側方（第２図において右
側）には第１ハウジング部＠（２１）の半トーラス部（
２１ｂ）に流体の吸込口（６１）が、他側方（第２図に
おいて左側）には第２ハウジング部材（２２）の半トー
ラス部（２２ｂ）に流体の吐出口（６２）がそれぞれ開
設されていて、該吸込口（６１）から導入された流体と
吐出口（６２）から吐出される流体とがストリッパ部材
（５）で合流しないように構成されている。

一方、上記羽根車（３）は、円板状のハブ（３１）の外
周面（３１ａ）に複数枚の羽根（３２）が放射状に延設
されて構成されている。該ハブ（３１）の両端面は上記
両ハウジング部材（２１）、（２２＞のディスク部（２
１ａ　＞、（２２ａ　＞が近接して覆われており、該ハ
ブ（３１）の中央部に駆動軸（７）が連結されている。

該駆動軸（７）は上記主流路（２４）及びガイド部材（
４）と同心上に位置し、上記第２ハウジング部材（２２
）のディスク部（２２ａ）を貫通し、図示しないが、外
端にモータが連結されており、該モータの駆動にＪ、り
羽根車（３）が回転するように成っている。また、上記
ハブ外周面（３１ａ　）は、駆動軸（７）と同心上の円
筒面に形成され、上記主流路（２４）外周面の一部を構
成している。

上記羽根車（３）の羽根（３２）は、第３図に示すよう
に、上記ハブ外周面（３１ａ　）より遠心方向に突出し
て上記主流路（２４）内に臨んでおり、先端が上記ガイ
ド部材（４）の内周部に近接するように形成されている
。更に、該羽根（３２）は、上記ハブ（３１）の両端面
に亘って形成され、流体が羽根前線（３２ａ＞から後縁
（３２ｂ）に通り抜けると、上記ハブ（３１）の前面か
ら後面に通り抜けるように成っており、該羽根（３２）
の通過時の流れがほぼ軸流流れになり、この羽根（３２
）通過時に角運動エネルギが流体に与えられるように構
成されている。

更に、上記羽根（３２）は、翼形が略三日月状に形成さ
れて所定の反りを有するように形成されており、該羽根
（３２）の流入角（β１）及び流出角（β２）は、例え
ば、４５゛に形成され、該流入角（βｌ）によって流体
がスムーズに羽根（３２）に流入する一方、流出角（β
２）によって羽根（３２）の流出時に大きなエネルギが
与えられるように成っている。

次に、この圧縮ポンプ（１）の圧縮動作について説明す
る。

先ず、モータを駆動して駆動軸（７）を回転すると、羽
根車（３）がハウジング（２）内で回転し、各羽根（３
２）、（３２＞、・・・が主流路（２４）内を回転移動
することになる。一方、流体は吸込口（６１）よりハウ
ジング（２）内の主流路（２４）に吸込まれ、羽根前縁
（３２ａ＞より該羽根（３２）に流入し、後縁（３２ｂ
）より流出することになり、この羽根（３２）によって
流体に角運動エネルギが与えられ、上記主流路（２４）
の外周部を回転し、再び羽根（３２）に流入することに
なる。そして、流体は上記回転を繰り返しつつ主流路（
２４）の軸方向に移送され、螺旋運動して圧縮され、吐
出口（６２）よりハウジング（２）外に吐出されること
になる。

特に、流体はハブ（３１）の前面から後面に亘って羽根
（３２）を通り抜けることになるので、該羽根（３２）
によって生ずる流体の進み角が小さく、流体が一回転す
る間に主流路（２４）の軸方向に進上距離が小さくなり
、吸込口（６１）から吐出口（６２）まで移送される間
の回転数が増加することになる。しかも、流体は第２図
に示すように、吸込口（６１）側で進み角が大きく、吐
出口（６２）にいくに従って進み角が小さくなって、回
転数が多くなり、羽根（３２）を通る回数が増加（るこ
とになるので、流体に与えられる角運動エネルギが増大
することになる。その上、上記羽根（３２）は前縁（３
２ｂ）側及び後縁（３２ｂ）側が湾曲して反りを有して
いるため、流体が羽根（３２）にスムーズに流入すると
共に、羽根（３２）の流出時に大なるエネルギが与えら
れることになる。

更に、上記羽根（３２）と流体とが干渉することがなく
、スムーズに渦流を形成するので、流速を高めることが
できる。

従って、第４図実線（Ｐ２）に示すように、吸込圧と吐
出圧との圧力比を従来（破線（Ｐｌ）参照）に比して大
幅に向上させることができ、圧縮効率（ポンプ効率）を
向上させることができる。

第５図は他の実施例を示し、中空環状部（２３′）が卵
形に形成されており、ハブ外周面（３１ａ＋　）が上記
中空環状部（２３’　）に倣ってやや円弧状に形成され
ている。更に、上記ハブ外周面（３１ａ’）に突設され
た羽根（３２’　）の子午面はやや扇状に形成されてい
る。その他の構成並びに作用・効果は前実施例と同じで
ある。

第６図及び第７図は本発明の渦流形圧縮ポンプ（１′　
）を用いた複合真空ポンプ（ＡＩ＞、（Ａ２）を示し、
半導体製造装置などの真空室から空気を排除し、清浄な
真空を作り出すしのである。

第６図に示す複合真空ポンプ（Ａ１）は、ケーシング（
１０）内にねじ溝形圧縮ポンプ（Ｓ）と２台の渦流形圧
縮ポンプ（１’　）、（１’　）とが多段に組み合され
て収納されている。課り−シング（１０）の上部中央に
は上記真空室に開放される流入口（１０ａ）が、下部側
面には大気に開放される流出口（１０ｂ）がそれぞれ開
設されている。更に、上記ケーシング（１０）内には中
央部に駆動軸（１１）が上下に亘って設番ノられ、該駆
動軸（１１）は円筒状のボス部材（１１ａ）が−体に回
転するように外嵌されると共に、上端部がケーシング（
１０）上部のフレーム（１０ｃ）に、下端部がケーシン
グ（１０）の底部に回転自在に嵌合されて支持されてい
る。また、上記駆動軸（１１）の下部には駆動モータ（
１２）が連結されており、該駆動モータ（１２）はケー
シング（１０）に固定されたステータ（１２ａ）と、駆
動軸（１１）が嵌挿されたロータ（１２ｂ）とより成り
、上記駆動軸（１１）を回転するようにしている。

上記ねじ溝形圧縮ポンプ（Ｓ）は、上下一対の円板状ロ
ータ（１３）、（１３）と、−上下一対の円環状のステ
ータ（１４）、（１４）とが交互に重畳配設されて成り
、上記ケーシング（１０）の流入口（１０ａ）側（第５
図において上部）に設けられている。上記ロータ（１３
）、（１３）は中央部に上記駆動軸（１１）が嵌入され
て水平に該駆動軸（１１）に固定されると共に、該両ロ
ータ（１３）、（１３）は上記ボス部材（１１ａ）によ
り所定間隔を存して並設され、上記駆動軸（１１）の回
転によって回転するように成っている。また、上記ステ
ータ（１４）、（１４）は外周縁部にてケーシング（１
０）に水平に固定されると共に、上部のステータ（１４
）は上記両日−タ（１３）、（１３）間に、下部のステ
ータ（１４）は下部のロータ（１３）の下方にそれぞれ
並設されており、上記各ロータ（１３）、（１３）と各
ステータ（１４）、（１４）とは対向面が近接するよう
に設けられている。更に、上記上部のステータ（１４）
の両面及び下部のステータ（１４）の上面にはそれぞれ
螺旋溝（１４ａ）、（１４ａ＞、（１４ａ）が削設され
て３段のポンプ段に構成しており、上記ロータ（１３）
、（１３）の回転により流入口（１０ａ）からケーシン
グ（１０）内に空気を吸込み、上記各螺旋溝（１４ａ　
＞、（１４ａ　＞、（１４ａ　）に導入して圧縮し、上
記渦流形圧縮ポンプ（１′）に送り出している。

一方、上記渦流形圧縮ポンプ（１′）は第１図に示すも
のと同様であるが、駆動軸（１１）は羽根車（３）及び
ハウジング（２′）を貫通しており、該ハウジング（２
′）はディスク部（２１ａ’）、（２２ａ）と半トーラ
ス部（２１ｂ）。

（２２ｂ）とを覆う外函部（２１ｃ　＞、（２２ｃ　）
を備え、該外函部（２１ｃ　）、（２２ｃ　）内が冷却
水等が循環する冷却路（２１ｄ　）、（２２ｄ　）と成
っている。そして、該冷却路（２１ｄ）。

（２２ｄ）には冷却水等の流入管（２５ａ）及び流出管
（２５ｂ）が連通されている。更に、図示しないが、上
部製流形圧縮ポンプ（１′）の吐出口（６２）は下部製
流形圧縮ポンプ（１′）の吸込口（６１）に連通してい
る。

次に、上記複合真空ポンプ（Ａ１）の作用について説明
する。

先ず、駆動用モータ（１２）を始動すると、ねじ溝形圧
縮ポンプ（Ｓ）及び渦流形圧縮ポンプ（Ｖｌ）、（Ｖ２
）が共に起動し、真空室の空気が流入口（１０ａ）より
ケーシング（１０）内に吸込まれる。この吸込まれた空
気は、先ず、上記ねじ溝形圧縮ポンプ（Ｓ）の両ロータ
（１３）。

（１３）の回転により、上部ステータ（１４）の上面螺
旋溝（１４ａ）に導入して求心方向に螺旋運動した後、
下面螺旋溝（１４ａ）に移って遠心方向に螺旋運動し、
その後、下部ステータ（１４）の上面螺旋溝（１４ａ）
に移り、再び求心方向に螺旋運動して空気は１０Ｔｏｒ
ｒ程度に圧縮されて下方に吐出される。

続いて、上記ねじ溝形圧縮ポンプ（Ｓ）より吐出された
空気は、流入口（１０ａ）側の渦流形圧縮ポンプ（１′
）の吸入口（６１）より主流路（２４）に導入し、羽根
車（３）の回転により該主流路（２４）内を螺旋運動し
つつ主流路（２４）の軸方向に進み、この螺旋運動中に
おいて羽根（３２）により角運動エネルギが与えられて
圧縮される。その後、上記空気は流入口（１０ａ）側の
渦流形圧縮ポンプ（１′）の吐出口（６２）より吐出し
、流出口（１０ｂ）側の渦流形圧縮ポンプ（１′）の吸
込口（６１）より該圧縮ポンプ（１′）の主流路（２４
）に吸込まれ、上述と同様に螺旋運動して７６０Ｔｏｒ
ｒ程度に圧縮され、吐出口（６２）より吐出して、ケー
シング（１０）の流出口（１０ｂ）より大気に放出され
る。

第７図に示す複合真空ポンプ（Ａ２）は、他のねじ溝形
圧縮ポンプ（Ｓ′）を用いたもので、該ねじ溝形圧縮ポ
ンプ（Ｓ′）は、駆動軸（１１）に連結された円筒状の
ロータ（１５）で構成され、該ロータ（１５）の外周面
に螺旋溝（１５ａ）が削設されている。従って、ケーシ
ング（１０）に吸込まれた空気はケーシング（１０）と
螺旋溝（１５ａ）との空間に導入して圧縮された後、渦
流形圧縮ポンプ（１′　）に送られることになる。

その他の構成並びに作用・効果は第６図に示すものと同
様である。

尚、本発明は、圧縮ポンプ（１）の他、タービンなど各
種の渦流形ターボ機械に適用することができる。

また、羽根（３２）はハブ（３１）の厚さより小さく形
成してもよい。

（充用の効果） 以上のように、本発明の渦流形ターボ機械によれば、流
体がハブの前面から後面に亘つて略真直に羽根を通り扱
けるようにしたために、該羽根によって生ずる流体の進
み角を小さくすることができるので、主流路内において
流体の螺旋状の回転が多くなり、羽根を通る回数が増加
することから、流体に与えられる角運動エネルギが大き
くなり、圧縮効率を向上させることができる。

また、流体が羽根にに干渉することがなく、スムーズに
渦流を形成するので、流速を高めることができ、−層圧
縮効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示し、第１図は渦流
形圧縮ポンプの縦断面図、第２図は第１図■−■線にお
ける断面図、第３図は第２図■−■線における展開図で
ある。第４図は排気速度に対する圧力比の特性図である
。第５図は他の渦流形圧縮ポンプの縦断面図、第６図は
複合真空ポンプの縦断面図、第７図は他の複合真空ポン
プの縦断面図である。第８図は従来の渦流形ターボ機械
の要部を示す断面図である。 （１）、（１’　）・・・圧縮ポンプ、（２）、　　（
２′）・・・ハウジング、（３）・・・羽根中、（２３
）。 （２３’　）・・・中空環状部、（２４）・・・主流路
、（３１）・・・ハブ、（３１ａ）・・・ハブ外周面、
（３２）　・・・羽根、（３２ａ）−・・前縁、（３２
ｂ）−・・後縁、（ＡＩ）、（Ａ２）・・・複合真空ポ
ンプ。 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社代　　　　
　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　仏塔２図 １（迂糟ボンア） 第８図 第３図 第４図 ？ＩＦｉ速Ｉｔ　（／ｍａｎ　　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の吸込口（６１）及び吐出口（６２）が開設
   された中空環状部（２３）を有するハウジング（２）と
   、該ハウジング（２）の中空環状部（２３）内に環状空
   間で形成された流体の主流路（２４）と、該主流路（２
   ４）の内周部に臨む複数枚の羽根（３２）、（３２）、
   ・・・が略円筒面に形成されたハブ（３１）の外周面（
   ３１ａ）に突設されて成り、該ハブ外周面（３１ａ）が
   上記主流路（２４）の一部を形成するように上記ハウジ
   ング（２）内に収納されて上記吸込口（６１）より主流
   路（２４）に吸込まれた流体を螺旋状に移送しつつ圧縮
   して上記吐出口（６２）よりハウジング（２）外に吐出
   させる羽根車（３）とを備えていることを特徴とする渦
   流形ターボ機械。