JP2019052596A

JP2019052596A - ターボファン用羽根車、ターボファン及びターボファン用羽根車の製造方法

Info

Publication number: JP2019052596A
Application number: JP2017177593A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　英昭; Hideaki Saito; 英昭斎藤
Original assignee: Pulakai Co Ltd
Current assignee: Pulakai Co Ltd
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN109505800A

Abstract

【課題】排気ガスを効率よく排気し、容易に製造し、強度の低下を防ぐと共に、破損する可能性を低減すること。【解決手段】羽根車４は、円板状の主板１０と、主板１０の中心軸方向から見て主板１０に重なるように主板１０に対向して設けられる板状のシュラウド２０と、シュラウド２０に設けられると共に中心軸方向に向けて開口する吸気孔４０と、主板１０とシュラウド２０との間に設けられと共に中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔５０と、主板１０とシュラウド２０との間に設けられると共に主板１０及びシュラウド２０に接続し、回転した際に排気ガスを吸気孔４０から吸気して排気孔５０から排気する羽根車３０と、を有する。主板１０とシュラウド２０と羽根部３０とは、互いに接合部及びパーティングラインを有することなく一体に形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ターボファン用羽根車、ターボファン及びターボファン用羽根車の製造方法に関する。

従来、学校、研究所、公共施設又は工場等に備えられた基礎実験又は応用実験に欠かせない設備から排出される排気ガスを、吸気してダクトを介して外部に排気するターボファンが知られている。かかるターボファンは、ケーシングと、ケーシング内部に位置する羽根車と、羽根車を回転させるモーターと、を有し、羽根車が回転することにより多風量及び高風圧で排気ガスを吸気して外部に排気する。また、ターボファンの羽根車は、圧力損失を大きくして排気ガスを効率良く排気するために、円環状且つ板状のシュラウドと呼ばれる部分を有している。

従来、ターボファン用羽根車の製造方法としては、一体成型により形成する方法と（例えば、特許文献１）、複数の部品を互いに溶接等で接合して形成する方法と（例えば、特許文献２）、がある。ターボファン用羽根車を一体成型により形成する場合には、ターボファン用羽根車を形成する材料としては、一般に耐熱性の高い強化ポリプロピレン（ＦＲＰＰ）等のポリプロピレンを使用する。一方、ターボファン用羽根車を溶接等で接合して形成する場合には、ターボファン用羽根車を形成する材料としては、強化ポリプロピレンにはガラス繊維が含まれているため使用できず、また、ポリプロピレンは耐熱性に優れているために溶接し難いので、一般にポリ塩化ビニルを使用する。

特開２０１０−１７４６７１号公報特開２００３−３２８９８９号公報

しかしながら、従来のターボファン用羽根車においては、シュラウドを設けているために一体成型で形成する際に複雑な構造の成型用金型を用いる必要があり、容易に製造できないという課題を有する。これに対して、従来のターボファン用羽根車においては、溶接等で接合して形成することにより上記の課題を解決することはできるものの、一体成型により形成する場合に比べて強度が低いために高速で回転させることができないと共に長寿命にすることができず、また、接合箇所に寸法上の誤差を生じた場合には、その誤差を生じた部分に対して回転する際に応力が加わる等によって破損する可能性があるという課題を有する。

本発明の目的は、排気ガスを効率よく排気することができ、容易に製造することができ、強度の低下を防ぐことができると共に、破損する可能性を低減することができるターボファン用羽根車、ターボファン及びターボファン用羽根車の製造方法を提供することである。

本発明に係るターボファン用羽根車は、回転することにより排気ガスを吸気して排気するターボファン用羽根車であって、円板状の主板と、正面視で前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、前記シュラウドに設けられると共に前記主板の中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられと共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に前記排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する羽根車と、を有し、前記主板と前記シュラウドと前記羽根部とは、互いに接合部及びパーティングラインを有することなく一体に形成されている。

ターボファン用羽根車が回転することにより、中心軸方向から吸気孔を介して吸気された排気ガスを、シュラウドにより中心軸方向に逃がすことなく、遠心力により排気孔を介して主板の中心軸から遠心方向に向けて排気する。

本発明に係るターボファンは、上記のターボファン用羽根車と、前記吸気孔に連通する吸気部と前記排気孔に連通する排気部とを備え、前記ターボファン用羽根車を収納するケーシングと、回転可能な回転軸を備えるモーターと、を有し、前記ターボ用羽根車は、前記回転軸に接続して前記回転軸と共に回転することにより、前記排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する。

モーターによりターボファン用羽根車を回転させることにより、中心軸方向から吸気孔を介して吸気された排気ガスを、シュラウドにより中心軸方向に逃がすことなく、遠心力により排気孔を介して主板の中心軸から遠心方向に向けて排気する。

本発明に係るターボファン用羽根車の製造方法は、円板状の主板と、正面視で前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、前記シュラウドに設けられると共に前記主板の中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられと共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する羽根車と、を有するターボファン用羽根車の製造方法であって、前記主板と前記シュラウドと前記羽根部とは、素材を切削することにより一体に形成されている。

本発明によれば、排気ガスを効率よく排気することができ、容易に製造することができ、強度の低下を防ぐことができると共に、破損する可能性を低減することができる。

本発明の実施形態に係るターボファンの側面図である。本発明の実施形態に係るターボファンの平面図である。本発明の実施形態に係るターボファン用羽根車の斜視図である。本発明の実施形態に係るターボファン用羽根車の正面図である。本発明の実施形態に係るターボファン用羽根車の側面図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態に係るターボファン及びターボファン用羽根車につき、詳細に説明する。図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｙ軸の正方向を前方向、ｙ軸の負方向を後ろ方向、ｘ軸方向を左右方向、ｚ軸の正方向を上方向、及びｚ軸の負方向を下方向として説明する。

＜ターボファンの構成＞
本発明の実施形態に係るターボファン１の構成につき、図１及び図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本実施形態に係るターボファン１は、樹脂により形成された所謂ケミカルファンであり、有害物質を取り扱う際等に用いられる図示しないドラフトチャンバーに取り付けられ、ドラフトチャンバーで生じた有害物質を除去した後の排気ガスを、吸気してダクトを介して外部に排気する。

具体的には、ターボファン１は、ケーシング２と、羽根車４と、モーター７と、を有している。

ケーシング２は、ポリプロピレン等の樹脂により形成されており、内部に羽根車４を収納している。ケーシング２は、ドラフトチャンバーに接続していると共にドラフトチャンバーからの排気ガスを吸気するための吸気部５と、ダクトに接続していると共に排気ガスをダクトに排気するための排気部６と、を備えている。

羽根車４は、モーター７の回転軸８に接続され、回転軸８と共に回転して、吸気部５から排気ガスを吸気すると共に吸気した排気ガスを排気部６から排気させる。

モーター７は、縦型のモーターであり、ケーシング２に対して下向きに設置されている。モーター７は、回転軸８を有しており、図示しない電源から電力が供給されることにより駆動して回転軸８を回転させることにより、回転軸８に接続されている羽根車４を回転させる。

＜羽根車の構成＞
本発明の実施形態に係る羽根車４の構成につき、図３から図５を参照しながら、以下に詳細に説明する。

羽根車４は、ターボファン用羽根車であり、回転することにより排気ガスを吸気して排気する。具体的には、羽根車４は、主板１０と、シュラウド２０と、羽根部３０と、吸気孔４０と、排気孔５０と、を有している。

主板１０は、円板状である。主板１０には、回転軸８が挿通される挿通孔１１が中心部に形成されている。

シュラウド２０は、円環状であり、主板１０の中心軸方向（前後方向）から見て（正面視で）主板１０に重なるように主板１０に対向して設けられている。シュラウド２０は、主板１０との間で空間Ｓを形成している。シュラウド２０の外周端部２１は、主板１０の中心軸方向から見て外周端部１２に重なっている。

羽根部３０は、空間Ｓに複数設けられている。羽根部３０は、主板１０とシュラウド２０との間に設けられていると共に、主板１０及びシュラウド２０に接続している。羽根部３０は、主板１０の外周端部１２及びシュラウド２０の外周端部２１から主板１０の挿通孔１１に向けて延設されると共に、外周端部１２及び外周端部２１に沿って互いに間隔を設けて配列されている。

吸気孔４０は、シュラウド２０の中心部に設けられ、主板１０の中心軸方向に向けて開口している、吸気孔４０は、主板１０とシュラウド２０との間の空間Ｓに連通していると共に、吸気部５に連通している。

排気孔５０は、隣り合う羽根部３０と主板１０とシュラウド２０とで囲まれて形成されている。排気孔５０は、主板１０の中心軸方向に直交する方向に向けて開口している。排気孔５０は、空間Ｓに連通していると共に、排気部６に連通している。

上記の構成を有する羽根車４は、複数の異なる耐熱性を有する樹脂の中から選択された樹脂を用いて形成可能であり、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はポリプロピレンにより形成されていることが好ましく、ポリプロピレンで形成されている場合には特に強化ポリプロピレン（ＦＲＰＰ）により形成されていることが好ましい。

＜羽根車の製造方法＞
本発明の実施形態に係る羽根車４の製造方法につき、以下に詳細に説明する。

まず、素材としての樹脂材料を切削加工機にセットする。かかる切削加工機としては、５軸加工を行う加工機が好ましい。５軸加工は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸に加えて、２軸の回転軸を追加して、左右、前後、上下及び回転軸の２軸方向に加工対象物を移動させながら行う加工である。また、樹脂材料としては、複数の異なる耐熱性を有する樹脂の中から、排気ガスの性質等に応じて選択した樹脂を使用可能である。

次に、切削加工機により樹脂材料を移動及び回転させながら樹脂材料を前後方向から切削することにより、吸気孔４０を形成し、続いて主板１０とシュラウド２０との間の空間Ｓ及び挿通孔１１を形成すると共に羽根部３０の一部を形成する。

次に、切削加工機により樹脂材料を移動及び回転させながら樹脂材料を上下方向及び左右方向から切削して排気孔５０を形成すると共に羽根部３０を形成することにより羽根車４が完成する。

このように樹脂を切削して形成された羽根車４は、成型用金型を使用する必要がないと共に溶接等により接合する必要がないため、主板１０と、シュラウド２０と、羽根部３０と、は互いに接合部及び成型用金型の境界部分を示すパーティングラインを有することなく一体に形成されている。

また、主板１０と、シュラウド２０と、羽根部３０と、を溶接する必要がないため、高い耐熱性を有するポリプロピレンを用いて羽根車４を形成することができる。

また、主板１０と、シュラウド２０と、羽根部３０と、を一体成型する必要がないため、シュラウド２０を設ける場合であっても複雑な構成を有する成型用金型を不要にすることができ、容易に製造することができると共に製造コストを低減することができる。

クロム酸を含む排気ガスを排気する際に、ポリプロピレンで形成した羽根車４は腐食して劣化し易いため不適であるが、ポリ塩化ビニルで形成した羽根車４は腐食し難いため適している。また、高温度の排気ガスを排気する際に、ポリ塩化ビニルで形成した羽根車４は耐熱性が低いために不適であるが、ポリプロピレンで形成した羽根車４は耐熱性が高いため適している。本実施形態では、羽根車４により吸気及び排気する排気ガスの性質等に応じて、羽根車４を形成する材料を選択して羽根車４を形成することができる。

＜羽根車の動作＞
本発明の実施形態に係る羽根車４の動作につき、以下に詳細に説明する。

羽根車４は、挿通孔１１に回転軸８が挿通されて接続されることにより、回転軸８と一体に回転する。

羽根車４は、モーター７の駆動力により回転軸８と共に回転して、吸気孔４０から主板１０とシュラウド２０との間の空間Ｓに排気ガスを吸気し、空間Ｓに吸気した排気ガスを遠心力により、外周端部１２及び外周端部２１の方に移動させると共に、空間Ｓから排気孔５０を介して主板１０の挿通孔１１から遠心方向に向けて排気する。この際に、シュラウド２０を設けて排気ガスが主板１０の中心軸方向に逃げないようにすることにより、排気する排気ガスに対する圧力損失を低減することができ、排気ガスを排気孔５０から効率よく排気することができる。

また、主板１０と、シュラウド２０と、羽根部３０と、は互いに接合部を有することなく一体に形成されていることにより、溶接等により接合する場合に比べて、羽根車４の強度を向上させることができるため、羽根車４を高速で回転させることができ、羽根車４を長寿命にすることができると共に、接合して形成されないので接合部における寸法上の誤差を生じないために羽根車４が破損する可能性を低減することができる。

このように、本実施形態によれば、主板１０とシュラウド２０と羽根部３０とは互いに接合部及びパーティングラインを有することなく一体に形成されていることにより、排気ガスを効率よく排気することができ、容易に製造することができ、強度の低下を防ぐことができると共に、破損する可能性を低減することができる。

本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

具体的には、上記実施形態において、５軸加工により羽根車を切削して形成したが、３軸加工により羽根車を切削して形成してもよいし、切削可能な任意の加工機を用いて羽根車を切削して形成することができる。

また、上記実施形態において、羽根車４を形成する材料としては、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニルに限らず、排気ガスの性質等に応じて任意の材料を用いることができる。

また、上記実施形態において、排気ガスを吸気孔４０から吸気して排気孔５０から排気できれば羽根部３０の形状を任意の形状にすることができる。

また、上記実施形態において、ターボファンは図１及び図２の形状に限らず、ベルト式等の任意の形状にすることができる。

本発明に係るターボファン用羽根車、ターボファン及びターボファン用羽根車の製造方法は、排気ガスを吸気して排気するのに好適である。

１ターボファン
２ケーシング
４羽根車
５吸気部
６排気部
７モーター
８回転軸
１０主板
１１挿通孔
１２外周端部
２０シュラウド
２１外周端部
３０羽根部
４０吸気孔
５０排気孔
Ｓ空間

本発明に係るターボファン用羽根車は、回転することにより排気ガスを吸気して排気する樹脂により形成されたターボファン用羽根車であって、円板状の主板と、前記主板の中心軸方向から見て前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、前記シュラウドに設けられると共に前記中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に前記排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する複数の羽根部と、を有し、前記主板と前記シュラウドと前記複数の羽根部とは、ポリ塩化ビニルよりもポリプロピレンの方が前記排気ガスによって腐食し易い場合にはポリ塩化ビニルにより形成され、ポリ塩化ビニルよりもポリプロピレンの方が前記排気ガスに対して耐熱性が高い場合にはポリプロピレンにより形成されると共に、互いに接合部及びパーティングラインを有することなく一体に形成されている。

本発明に係るターボファン用羽根車の製造方法は、円板状の主板と、正面視で前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、前記シュラウドに設けられると共に前記主板の中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する複数の羽根部と、を有する樹脂により形成されたターボファン用羽根車の製造方法であって、前記主板と前記シュラウドと前記羽根部とは、ポリ塩化ビニルよりもポリプロピレンの方が前記排気ガスによって腐食し易い場合にはポリ塩化ビニルにより形成され、ポリ塩化ビニルよりもポリプロピレンの方が前記排気ガスに対して耐熱性が高い場合にはポリプロピレンにより形成されると共に、樹脂材料を切削することにより一体に形成されている。

Claims

回転することにより排気ガスを吸気して排気するターボファン用羽根車であって、
円板状の主板と、
前記主板の中心軸方向から見て前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、
前記シュラウドに設けられると共に前記中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、
前記主板と前記シュラウドとの間に設けられと共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、
前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に前記排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する複数の羽根部と、
を有し、
前記主板と前記シュラウドと前記複数の羽根部とは、
互いに接合部及びパーティングラインを有することなく一体に形成されている、
ことを特徴とするターボファン用羽根車。
前記主板と前記シュラウドと前記複数の羽根部とは、
複数の異なる耐熱性を有する樹脂の中から選択した樹脂により形成可能である、
ことを特徴とする請求項１記載のターボファン用羽根車。
前記主板と前記シュラウドと前記複数の羽根部とは、
ポリ塩化ビニル又はポリプロピレンにより形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のターボファン用羽根車。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のターボファン用羽根車と、
前記吸気孔に連通する吸気部と前記排気孔に連通する排気部とを備え、前記ターボファン用羽根車を回転可能に収納するケーシングと、
回転軸を備えるモーターと、
を有し、
前記ターボファン用羽根車は、
前記回転軸に接続すると共に前記モーターの駆動力により前記回転軸と共に回転することにより、前記排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する、
ことを特徴とするターボファン。
円板状の主板と、
正面視で前記主板に重なるように前記主板に対向して設けられる板状のシュラウドと、
前記シュラウドに設けられると共に前記主板の中心軸方向に向けて開口する吸気孔と、
前記主板と前記シュラウドとの間に設けられと共に前記中心軸方向に直交する方向に向けて開口する排気孔と、
前記主板と前記シュラウドとの間に設けられると共に前記主板及び前記シュラウドに接続し、回転した際に排気ガスを前記吸気孔から吸気して前記排気孔から排気する複数の羽根部と、
を有するターボファン用羽根車の製造方法であって、
前記主板と前記シュラウドと前記羽根部とは、素材を切削することにより一体に形成されている、
ことを特徴とするターボファン用羽根車の製造方法。