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技術 軸流送風機

出願人 ティーエルティー-ターボ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
発明者 ラルフ・ノイマイヤー
出願日 2001年6月20日 (18年10ヶ月経過) 出願番号 2001-185906
公開日 2002年1月31日 (18年3ヶ月経過) 公開番号 2002-031097
状態 未査定
技術分野 非容積形送風装置 非容積形ポンプのケーシング 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 操作駆動装置 流れ反転 鏡面対称的 設備特性 並行運転 流入条件 送風機ハウジング 回転数制御機構
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この項目の情報は公開日時点(2002年1月31日)のものです。
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図面 (3)

課題

両方向の運転で等しい空力的性能を可能にする反転可能な軸流送風機を提供する。

解決手段

軸流送風機が、回転数を制御された駆動モータ14によって駆動され、回転軸を中心に調節可能な羽根13を備えた羽根車11を有する。羽根車11には前段案内車15が前置され、後段案内車16が後置されていて、それぞれが案内羽根17、18を備えている。前段案内車15と後段案内車16の各案内羽根17、18は、羽根車11の半径方向中心面に対して鏡面対称的に形成されていて、流れの方向に対して所定の角度で設定可能であって、しかも流れが反転すると前段案内車15が後段案内車の機能を引き受け、後段案内車16が前段案内車の機能を引き受ける。

概要

背景

現代軸流送風機は、機械的エネルギー流体エネルギーに変換する、出力を最適化した制御可能な作業機械である。ここで制御可能とは、羽根車回転数を調節でき、かつ揚力勾配を実際の回転数と吐出し量適合させるために羽根設定角度を変更できることを言う。

送風機の効率90%は、運転コストが最小限に接近することを保証する。しかし、設計点における効率が極めて重要であるだけでなく、部分負荷領域(Teillastgebiet)における効率もしばしば決定的な意味を持つ。送風機の最も好適な制御方式は、羽根車の回転数を変化させることによって実現される。

しかし、回転数の制御は、すべての運転点(Betriebspunkte)がエネルギー論的に最適な設備特性曲線上に位置する場合にのみ有効である。設備制約されて(たとえばシステム予圧、他の送風機などとの並行運転によって)運転点の位置がエネルギー論的に最適な設備特性曲線から外れる場合は、回転数を変更することと並んで、羽根の設定角度を変えて高い部分負荷効率を達成することも有意義である。この目的のために、羽根車の羽根は回転軸を中心に調節できるように形成されている。羽根車は、存在する旋回成分運動エネルギー静圧に変換する後段案内車と組み合わせることもできる。羽根車に相応に適合させた後段案内車によって、空力学的な効率が著しく高まる。さらに送風機において前段案内車を取り付けることも可能である。前段案内車は、送風機の利用可能な圧力増加の変化を引き起こす。羽根車の前で形成された旋回逆旋回または順旋回)に応じて、送風機特性曲線引き上げたり引き下げたりする。

冒頭に記載した軸流送風機を、たとえばトンネル換気に使用する場合、送風機の課題の1つは、少なくとも時々空気流方向反転を生じさせることである。これは火災の場合に、可燃ガス通常運転における吐出し方向とは反対方向で、より近い位置にあるトンネル出口送り出す必要がある場合に当てはまる。空気流の方向反転を達成するために、羽根車の回動可能な羽根を、所望された流れの反転が生じるほどに回動させることが知られている。しかし、この運転方式では達成可能な効率が急激に低下せざるを得ない。なぜならば、流れ反転が行われた後で、場合によって存在する後段案内車が誤って配置された「前段案内車」として、羽根車への流入条件をはなはだしく障害するであろうからである。吐き出される空気量を基準として、空力学的性能も、エネルギー消費量も、通常運転に比べて著しく劣化する。このような品質低下を回避するために、吐出し方向の反転が必要な場合に、送風機全体を機械的に軸心を中心に羽根車の回転軸に対して直角に180°回動させることがすでに試みられた。しかしこれが妥当コストで行われるのは比較的小型の軸流送風機のみである。

それゆえ、航空機エンジンで知られているような推力反転は、軸流送風機ではエネルギー論的に有意味運転が可能ではないため除外される。しかも、この場合は逆流運転が短時間だけ行われるに過ぎないが、軸流送風機の方向転換は比較的長時間にわたり、エネルギー論的に有利な観点で行われなければならないという事情もある。

概要

両方向の運転で等しい空力学的性能を可能にする反転可能な軸流送風機を提供する。

軸流送風機が、回転数を制御された駆動モータ14によって駆動され、回転軸を中心に調節可能な羽根13を備えた羽根車11を有する。羽根車11には前段案内車15が前置され、後段案内車16が後置されていて、それぞれが案内羽根17、18を備えている。前段案内車15と後段案内車16の各案内羽根17、18は、羽根車11の半径方向中心面に対して鏡面対称的に形成されていて、流れの方向に対して所定の角度で設定可能であって、しかも流れが反転すると前段案内車15が後段案内車の機能を引き受け、後段案内車16が前段案内車の機能を引き受ける。

目的

本発明の課題は、冒頭で述べた反転可能な軸流送風機を改良して、両方向の運転において所定の容積流で等しい空力学的性能、たとえば高い圧力係数や高い効率を可能にすることである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

回転数を制御された駆動モータ(14)によって駆動され、回転軸を中心に調節可能な羽根(13)を備えている羽根車(11)を有する、流れの方向が反転可能な軸流送風機において、羽根車(11)の前に前段案内車(15)が接続され、羽根車(11)の後ろ後段案内車(16)が接続されていて、それぞれが案内羽根(17、18)を備えており、前段案内車(15)と後段案内車(16)の各案内羽根(17、18)が羽根車(11)の半径方向中心面に対して鏡面対称的に配置されており、さらに案内羽根(17、18)が流れの方向に対して所定の角度に設定可能であって、流れが反転すると前段案内車(15)が後段案内車の機能を引き受け、後段案内車(16)が前段案内車の機能を引き受けることを特徴とする軸流送風機。

請求項2

前段案内車(15)と後段案内車(16)の各案内羽根(17、18)が湾曲していることを特徴とする、請求項1記載の軸流送風機。

請求項3

前段案内車(15)と後段案内車(16)の各案内羽根(17、18)が、固定した部分(22)と、回転軸(19)を中心に調節可能な部分(23)とからなり、案内羽根(17、18)の調節可能な部分(23)が案内車(11)に面しており、案内羽根面内で案内羽根(17、18)の固定した部分(22)と調節可能な部分(23)との間の分離線に沿って回転軸(19)が延びていることを特徴とする、請求項1または2に記載の軸流送風機。

請求項4

前段案内車(15)と後段案内車(16)の各案内羽根(17、18)が、流れの両方向で最適な運転状態を達成できるような角度に設定可能であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の軸流送風機。

請求項5

羽根車(11)の羽根(13)がその回転軸に対して鏡面対称的に形成されていて、最適な運転状態および/または流れの反転を達成できるような回転角度に調節可能であることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の軸流送風機。

請求項6

羽根車(11)の駆動モータ(14)が反転可能な非同期電動機であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の軸流送風機。

技術分野

0001

本発明は、請求項1の前文に記載した流れの方向が反転可能な軸流送風機に関する。

背景技術

0002

現代の軸流送風機は、機械的エネルギー流体エネルギーに変換する、出力を最適化した制御可能な作業機械である。ここで制御可能とは、羽根車回転数を調節でき、かつ揚力勾配を実際の回転数と吐出し量適合させるために羽根設定角度を変更できることを言う。

0003

送風機の効率90%は、運転コストが最小限に接近することを保証する。しかし、設計点における効率が極めて重要であるだけでなく、部分負荷領域(Teillastgebiet)における効率もしばしば決定的な意味を持つ。送風機の最も好適な制御方式は、羽根車の回転数を変化させることによって実現される。

0004

しかし、回転数の制御は、すべての運転点(Betriebspunkte)がエネルギー論的に最適な設備特性曲線上に位置する場合にのみ有効である。設備制約されて(たとえばシステム予圧、他の送風機などとの並行運転によって)運転点の位置がエネルギー論的に最適な設備特性曲線から外れる場合は、回転数を変更することと並んで、羽根の設定角度を変えて高い部分負荷効率を達成することも有意義である。この目的のために、羽根車の羽根は回転軸を中心に調節できるように形成されている。羽根車は、存在する旋回成分運動エネルギー静圧に変換する後段案内車と組み合わせることもできる。羽根車に相応に適合させた後段案内車によって、空力学的な効率が著しく高まる。さらに送風機において前段案内車を取り付けることも可能である。前段案内車は、送風機の利用可能な圧力増加の変化を引き起こす。羽根車の前で形成された旋回逆旋回または順旋回)に応じて、送風機特性曲線引き上げたり引き下げたりする。

0005

冒頭に記載した軸流送風機を、たとえばトンネル換気に使用する場合、送風機の課題の1つは、少なくとも時々空気流方向反転を生じさせることである。これは火災の場合に、可燃ガス通常運転における吐出し方向とは反対方向で、より近い位置にあるトンネル出口送り出す必要がある場合に当てはまる。空気流の方向反転を達成するために、羽根車の回動可能な羽根を、所望された流れの反転が生じるほどに回動させることが知られている。しかし、この運転方式では達成可能な効率が急激に低下せざるを得ない。なぜならば、流れ反転が行われた後で、場合によって存在する後段案内車が誤って配置された「前段案内車」として、羽根車への流入条件をはなはだしく障害するであろうからである。吐き出される空気量を基準として、空力学的性能も、エネルギー消費量も、通常運転に比べて著しく劣化する。このような品質低下を回避するために、吐出し方向の反転が必要な場合に、送風機全体を機械的に軸心を中心に羽根車の回転軸に対して直角に180°回動させることがすでに試みられた。しかしこれが妥当コストで行われるのは比較的小型の軸流送風機のみである。

0006

それゆえ、航空機エンジンで知られているような推力反転は、軸流送風機ではエネルギー論的に有意味運転が可能ではないため除外される。しかも、この場合は逆流運転が短時間だけ行われるに過ぎないが、軸流送風機の方向転換は比較的長時間にわたり、エネルギー論的に有利な観点で行われなければならないという事情もある。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の課題は、冒頭で述べた反転可能な軸流送風機を改良して、両方向の運転において所定の容積流で等しい空力学的性能、たとえば高い圧力係数や高い効率を可能にすることである。

課題を解決するための手段

0008

この課題を解決するために本発明では、羽根車の前に前段案内車が接続され、羽根車の後ろに後段案内車が接続されていて、それぞれ案内羽根を備えており、前段案内車と後段案内車の各案内羽根が羽根車の半径方向中心面に対して鏡面対称的に形成されており、さらに案内羽根が流れの方向に対して所定の角度で設定可能であって、しかも流れが反転すると前段案内車が後段案内車の機能を引き受け、後段案内車が前段案内車の機能を引き受けるようにした。本発明の好ましい構成が、請求項2以下に記載されている。

0009

前段案内車と後段案内車とを使用することにより、さらにこれらの案内車の羽根の形成および調節可能性により、流れが反転すると前段案内車および後段案内車の機能を互いに交換することが可能となる。この場合、案内羽根は羽根車の羽根と同じく、その都度、必要性に応じて最適な位置となるように設定可能である。羽根車および/または羽根の回転方向を調節して空気流を反転させた後で、両方向の軸流送風機の運転は、等しい空気運動のためのエネルギー消費量が両方の流れの方向で等しく、反転不可能な一方向のみの軸流送風機のエネルギー消費量に近くなるように可能である。

0010

本発明による軸流送風機の上記用途にとって、調節可能な後段案内車を使用することが重要である。この理由からこの軸流送風機では羽根車の前に調節可能な前段案内車が接続されていて、流れが反転すると後段案内車の機能を引き受けることができるようになっている。その際に圧力増加を変化させるという前段案内車の能力は不要になる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

0012

本発明による送風機は、一方の側では吸込ボックス3と吸込みスリーブ2を介して接続され、他方の側では吹出しスリーブ4を介して吹出しボックス5と接続されている送風機ハウジング1を有する。送風機ハウジング1の内部には、ハウジング壁と離間して軸流送風機が支持されていて、流路6を形成している。

0013

軸流送風機は、流線形の流入部8と円筒形の中央部9と流線形の流出部10とを有するハブ7を包含している。ハブ7の円筒形の中央部9には、羽根車11が配置されている。羽根車11は、ハブ7の中央部9と一直線をなしている羽根車ハブ12を有する。

0014

羽根車11はその外周に羽根13を装備している。羽根13は、羽根車11に向かって半径方向に延びている回転軸を中心に回動可能である。羽根13の調節は、運転中、または静止時に機械的、電気的または油圧的操作駆動装置によって行われる。

0015

図2に見られるように、羽根13は回転軸を基準に回動して鏡面対称的な配置にできる。羽根13を、操作駆動装置を介して、特性曲線図に従いすべての流量および運転状態に対して最適な効率が達成されるように回動させることができる。

0016

羽根13は鏡面対称的にできるので、流れ反転が生じるように回動させることができる。この場合、吸込みスリーブ2は吹出しスリーブとなり、吹出しスリーブ4は吸込みスリーブとなる。このような流れの反転は、たとえばトンネルの換気に軸流送風機を使用する場合、火災の際に可燃ガスを特定の通気坑または付近にある通気坑またはトンネル出口に送り出す必要がある場合に望ましい。

0017

羽根車11の駆動は、ハブ7内に内蔵電動機として配置されている駆動モータ14によって行われる。駆動モータ14は非同期電動機として形成されていて、回転数制御機構を備えている。この回転数制御機構は種々の運転状態において最適な効率の調整にも用いられる。非同期電動機の回転方向はスイッチを切り替えるだけで反転させることができる。非同期電動機とともに羽根車11の回転方向も変化するので、羽根13の調節によって流れの方向の反転も達成される。

0018

送風機ハウジング1の内部では、前段案内車15が羽根車11に前置され、固定した後段案内車16が後置されている。両案内車15、16は、好ましくは湾曲した案内羽根17、18を備えている。この湾曲は、案内羽根17、18が、互いに鈍角に突き当たる直線的な部材からなることによって生じている。前段案内車15の案内羽根17は、後段案内車16の案内羽根18に対して鏡面対称的に形成されており、羽根車11の半径方向中心面が対称面を形成する。

0019

前段案内車15と後段案内車16の案内羽根17、18は、回転軸19を中心に回動可能に支承されている。この支承に基づきこれらの案内羽根17、18は、流れの方向に対して特定の角度で設定できる。案内羽根17、18の設定は、回転軸19と係合している操作レバー21により、戻しばね20のばね力に抗して機械的または電気的に行われる。操作レバー21は送風機ハウジング1に支持されている。案内羽根17、18の設定は、羽根13の回動と同様に最適な効率を調整する働きをする。

0020

特別の実施形態において、案内羽根17、18は、固定した部分22と調節可能な部分23とからなる。案内羽根17、18の両部分22、23の分離面(Trennebene)は、案内羽根17、18の平面上で回転軸19に沿っている。案内羽根17、18の調節可能な部分23は、それぞれ羽根車11に面している。

0021

図2に示した案内羽根13の位置で、矢印25に従う回転方向の軸流送風機は、矢印24で示された流れの方向に空気流を形成する。この場合、前段案内車15と後段案内車16の案内羽根17、18は実線で示した位置を取る。非同期電動機を切り替え、案内羽根13を相応に回動させることによって流れの方向を反転させると、案内羽根17、18は調節されて、図2破線で略示した位置を取る。この場合、前段案内車15が後段案内車の機能を引き受け、後段案内車16が前段案内車の機能を引き受ける。案内羽根17、18を相応に設定することにより、両流れ方向で軸流送風機の最適な運転が可能である。

図面の簡単な説明

0022

図1本発明による軸流送風機の縦断面図である。
図21つの羽根車と2つの案内車の概略平面図である。

--

0023

1送風機ハウジング
2吸込みスリーブ
3 吸込みボックス
4吹出しスリーブ
5 吹出しボックス
6流路
7 ハブ
8 流入部
9 中央部
10 流出部
11羽根車
12羽根車ハブ
13羽根
14駆動モータ
15前段案内車
16後段案内車
17、18案内羽根
19回転軸
20戻しばね
21操作レバー
22 固定した部分
23 調節可能な部分
24、25 矢印

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