JP2009034578A - 気液混合用渦巻ポンプ及びこの気液混合用渦巻ポンプを使用したマイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプ内において気液混合流体を細泡化させることができる気液混合用渦巻ポンプの提供。
【解決手段】 吸入口１４から吸い込んだ気液混合流体を回転羽根車２の回転により吐出口１３から吐出させるようにした気液混合用渦巻ポンプＰであって、回転羽根車は、回転基板２１上に複数枚の主羽根２０が回転中心側から外周側に延長する状態で等間隔で配設され、かつ回転基板の外周部に気液混合流体の気泡をせん断させるための複数個の砕泡突起２２が前記主羽根間に等間隔で配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気液混合用渦巻ポンプ及びこの気液混合用渦巻ポンプを使用したマイクロバブル発生装置に関する。

近年、マイクロバブル（微細気泡）を含んだ気液混合流体は、水質浄化等の環境衛生面、浮上分離による固形物除去等の工業的用途、水耕栽培に使用する水の溶存酸素量向上等の農業的用途、そのほか殺菌用、脱臭用などとして、種々の産業において用いられるようになった。

このようなマイクロバブルを発生させるためのマイクロバブル発生装置について、本出願人において既に提案している（特許文献１参照）。
このマイクロバブル発生装置は、気液混合用ポンプの吸入口に接続した吸入配管の途中に圧縮機が接続され、気液混合用ポンプの吐出口に接続した吐出配管の途中にマイクロバブル発生器が配設されたものである。

即ち、圧縮機により気体が注入されることで得られた気液混合流体は、吸入配管から気液混合用ポンプに流入し、この気液混合用ポンプにより圧送されて吐出配管へと吐出され、次にこの吐出配管の途中に設けたマイクロバブル発生器に流入して、ここでマイクロバブルを発生させるようになっている。

前記気液混合用ポンプとしては通常の渦巻ポンプが用いられていた。
この渦巻ポンプは、吸入口から吸い込んだ気液混合流体を回転羽根車の回転により吐出口から吐出させるようにした渦巻ポンプであり、その回転羽根車は、回転基板上に複数枚の主羽根が回転中心側から外周側に延長する状態で等間隔で配設された構造になっていた（特許文献２参照）。
このような通常の渦巻ポンプを気液混合用ポンプとして利用することは可能ではあるが、回転羽根車が複数枚の主羽根を単に備えたものであるため、マイクロバブル発生器の手前で予備的に気液混合流体の気泡を細泡化させるための能力は少なく、この点において改良の余地を残していた。
特開２００６−３２６４８４号公報 特開２００２−２１７６１号公報

本発明は、気液混合用ポンプとして利用する渦巻ポンプにおいて、そのポンプ内において気液混合流体の気泡を細泡化させることができる気液混合用渦巻ポンプを提供することを第１の課題としている。

又、前記気液混合用渦巻ポンプを利用することによりマイクロバブル発生器の手前で予備的に気液混合流体の気泡を細泡化させ、効率よくマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供することを第２の課題としている。

上記第１の課題を解決するために、本発明（請求項１）の気液混合用渦巻ポンプは、
吸入口（１４）から吸い込んだ気液混合流体を回転羽根車（２）の回転により吐出口（１３）から吐出させるようにした気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）であって、
前記回転羽根車（２）は、回転基板（２１）上に複数枚の主羽根（２０）が回転中心側から外周側に延長する状態で等間隔で配設され、かつ前記回転基板（２１）の外周部に気液混合流体の気泡をせん断させるための複数個の砕泡突起（２２）が前記主羽根（２０，２０）間に等間隔で配設されている構成とした。

上記第２の課題を解決するために、本発明（請求項２）のマイクロバブル発生装置は、
請求項１記載の気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）を使用したマイクロバブル発生装置（Ａ）であって、
前記気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）の吸入口（１４）に接続した吸入配管（８）の途中にこの吸入配管（８）内に気体を注入させるための圧縮機（７）が接続され、
前記気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）の吐出口（１３）に接続した吐出配管（９）の途中にマイクロバブル発生器（Ｂ）が配設されている構成とした。

又、本発明（請求項３）のマイクロバブル発生装置は、
請求項２記載のマイクロバブル発生装置（Ａ）において、前記マイクロバブル発生器（Ｂ）が、
内部が少なくとも上下２段の仕切壁（６１，６２）によって下段室（４０）、中段室（４１）、上段室（４２）の３室に区画された函体（５０）と、
前記下段室（４０）に形成された気液混合流体の流入口（４３）と、
下段室（４０）と中段室（４１）とを区画する下側仕切壁（６１）に形成され、気液混合流体を通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔（４４）と、
中段室（４１）と上段室（４２）とを区画する上側仕切壁（６２）に形成され、気液混合流体を通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔（４５）と、
前記上段室（４２）に形成されたマイクロバブル混合液の流出口（４６）とを備えている構成とした。

なお、本発明の気液混合用渦巻ポンプ及びマイクロバブル発生装置において、液体として水や薬液等を対象にすることができるし、気体として空気やオゾンやガス等を対象にすることができる。
又、上記カッコ内の符号は、後述する実施例に記載した具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明（請求項１）の気液混合用渦巻ポンプは、回転基板の外周部に気液混合流体の気泡をせん断させるための複数個の砕泡突起が主羽根間に等間隔で配設された回転羽根車を備えている構成に特徴がある。

即ち、吸入口から吸い込まれた気液混合流体は回転羽根車の回転による遠心力によって主羽根の間を流路として回転中心側から外周側に向けて半径方向に流動し、回転基板の外周部に設けた複数個の砕泡突起の間を通って吐出口へと流動していくことになる。
この際、前記砕泡突起は回転しているため、半径方向に流動する気液混合流体に対して横切るように砕泡突起が衝突するため、気液混合流体の気泡がせん断によって細かく砕かれ（砕泡され）、細泡を発生させることができる。

又、前記砕泡突起は回転羽根車の周速が最も速い部分、即ち回転基板の外周部に設けられているため、回転基板の中心部分に比べて気液混合流体の気泡に対するせん断力が高く、効率よく細泡を発生させることができる。

なお、本発明（請求項１）の気液混合用渦巻ポンプは、後述のマイクロバブル発生装置のように、マイクロバブル発生器と組み合わせて使用する必要は必ずしもなく、細泡を必要とする場合の気液混合用として単独で使用できるのは当然である。

本発明（請求項２）のマイクロバブル発生装置は、気液混合ポンプとして、前記請求項１記載の気液混合用渦巻ポンプを用いた構成に特徴がある。
前記気液混合用渦巻ポンプを使用することにより、細泡化させた気液混合流体をマイクロバブル発生器に流入させることができる。
即ち、前記気液混合用渦巻ポンプを利用することによりマイクロバブル発生器の手前で予備的に気液混合流体の気泡を細泡化させることができ、マイクロバブル発生器において効率よくマイクロバブルを発生させることができる。

本発明（請求項３）のマイクロバブル発生装置は、気液混合用渦巻ポンプからの気液混合流体は、マイクロバブル発生器において、下段室、中段室、上段室に流入する度に攪拌されるため、水中に気体を溶解させる頻度を増加させることができ、気泡の分裂を少なくとも３回に亘って促すことができる。
また、下側仕切壁及び上側仕切壁に形成した多数の小孔を通過する度に気液混合流体の気泡のせん断が生じるため、少なくとも２回に亘ってせん断を生じさせることができ、十分な量のマイクロバブルを効率よく発生させることができる。

図１は本発明の実施例である気液混合用渦巻ポンプを示す軸直角方向断面図、図２はこの気液混合用渦巻ポンプを示す軸方向断面図である。

この気液混合用渦巻ポンプＰは、ケーシング１の内部に回転羽根車２（インペラ）が収容された自吸式ポンプに形成され、水と空気（気体）が混合した気液混合流体を圧送の対象としている。

前記ケーシング１は、回転羽根車２の周りに大渦形室１０と小渦形室１１が形成され、この大渦形室１０から延長した主管路１２の先端に吐出口１３が形成され、かつケーシング１の一側面には前記回転羽根車２の軸中心部に吸入口１４が形成されている。
又、前記小渦形室１１から延長した副管路１５が脇流路１６を介して前記主管路１２に連通するように形成されている。
なお、前記主管路１２内には、この主管路１２の延長方向に延長して板部材１７が設けられ、この板部材１７によって主管路１２内に発生する渦流を消滅させるようにしている。

前記回転羽根車２は、回転方向（矢印Ｍ方向）に凸弧状に湾曲形成した複数枚（実施例では４枚）の主羽根２０が回転中心側から外周側に延長する状態で等間隔で回転基板２１上に配設され、かつ前記回転基板２１の外周部に気液混合流体の気泡をせん断（空気せん断）させるための複数個の砕泡突起２２（実施例では６個）が前記主羽根２０，２０間に等間隔で配設されている。
前記回転羽根車２はケーシング１の他側面中央部に軸支された回転軸２３に連結され、この回転軸２３は図外の駆動モータに連結されている。

なお、前記主羽根２０及び砕泡突起２２の枚数は、ポンプ容量等を勘案して決定されるもので、通常、主羽根２０については３枚〜８枚、砕泡突起２２については隣り合う主羽根２０，２０間において３枚〜１０枚程度が適当と思われる。
主羽根としては、回転方向に凸弧状に形成したものに限らず、直線状に形成したものを回転羽根車２の半径方向に一定間隔で放射状に配設することができる。
又、砕泡突起２２についても、実施例では小羽根状に形成したが、ブレード状（板状）やピン状（断面丸形ピン、断面角形ピン、断面星形ピン等）に形成してもよい。

したがって、この気液混合用渦巻ポンプＰは、その自吸作動時において、自吸液（水）が小渦形室１１から副管路１５及び脇流路１６を経て主管路１２に合流し、この主管路１２から大渦形室１０に戻って再び小渦形室１１に流入するという循環流が生じ、この循環流によって吸入口１４から気液混合流体を吸入させる。

その後の揚水作動時では、吸入口１４から吸い込まれた気液混合流体は回転羽根車２の回転による遠心力によって主羽根２０，２０の間を流路として半径方向に流動し、砕泡突起２２，２２の間を通り、主管路１２から吐出口１３へと流動していくことになる。
このように気液混合流体が回転羽根車２の主羽根２０，２０の間を流路として半径方向に流動する際に、前記砕泡突起２２が気液混合流体に対して横切るように衝突するため、気液混合流体の気泡がせん断によって細かく砕かれ（砕泡され）、細泡を発生させることができる。

又、前記砕泡突起２２が回転基板２１の外周部に設けられており、この外周部は回転羽根車２の周速が最も速い部分であるため、回転基板２１の中心部分に比べて気液混合流体の気泡に対するせん断力が高く、効率よく細泡を発生させることができる。

なお、この実施例では、気液混合用渦巻ポンプＰの例として自吸式ポンプを示したが、自吸式ポンプに限らず、押し込み式ポンプに適用することができる。

次に、図３は本発明のマイクロバブル発生装置の実施例を示す概略図、図４はこのマイクロバブル発生装置に設けたマイクロバブル発生器の全体断面図、図５は下側小孔群を示す平面図、図６はその小孔を示す断面図、図７は上側小孔群を示す平面図、図８はその小孔を示す断面図である。

本実施例のマイクロバブル発生装置Ａは、前記気液混合用渦巻ポンプＰを使用したもので、この気液混合用渦巻ポンプＰの吸入口１４に接続した吸入配管８の途中にこの吸入配管８内に空気を注入させるための圧縮機７（空気圧縮機）が接続され、前記吐出口１３に接続した吐出配管９の途中にマイクロバブル発生器Ｂが配設されている。
即ち、圧縮機７により空気が注入されることで得られた気液混合流体は、吸入配管８から気液混合用渦巻ポンプＰに流入し、この気液混合用渦巻ポンプＰにより圧送されて吐出配管９の上流部９１に流入し、その途中に設けたマイクロバブル発生器Ｂに流入して、ここでマイクロバブルを発生させたのち、そのマイクロバブル混合水をマイクロバブル発生器Ｂから吐出配管９の下流部９２に排出させるようになっている。

前記マイクロバブル発生器Ｂは、図４に示すように、円形胴壁５０と、底壁５１と、天壁５２とで形成されたケーシングとしての函体５を有し、この函体５の内部が下側仕切壁６１と上側仕切壁６２によって下段室４０、中段室４１、上段室４２の３室に区画されたものになっている。
なお、函体５の内部を上下２段以上の仕切壁によって３室以上に区画できるのは勿論である。

前記下段室４０には、気液混合流体の流入口４３が形成されるもので、実施例では、函体中心Ｃからオフセットした円形胴壁５０寄り位置の底壁５１に開口するように形成されている。
なお、この流入口４３は気液混合用渦巻ポンプＰの吐出配管９の上流部９１に接続される。

前記下側仕切壁６１は、下段室４０と中段室４１とを区画するもので、気液混合流体を加圧状態で通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔４４が形成されている。
この場合、図５に示すように、多数の小孔４４が集合して下側小孔群４４ａが形成され、この下側小孔群４４ａが函体中心Ｃから前記流入口４３と１８０°反対方向にオフセットした円形胴壁５０寄り位置に形成されている。
なお、この下側仕切壁６１に形成された小孔４４は、図６に示すように、下面側及び上面側にテーパ部が形成され、気液混合流体がスムーズに通過できるようになっている。

前記上側仕切壁６２は、中段室４１と上段室４２とを区画するもので、気液混合流体を加圧状態で通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔４５が形成されている。
この場合、図７に示すように、多数の小孔４５が集合して上側小孔群４５ａが形成され、この上側小孔群４５ａが函体中心Ｃから前記下側小孔群４４ａと１８０°反対方向にオフセットした円形胴壁５０寄り位置に形成されている。
なお、この上側仕切壁６２に形成された小孔４５は、図８に示すように、上面側にテーパ部が形成され、気液混合流体がスムーズに通過できるようになっている。
又、上側小孔群４５ａを構成する小孔４５の内径Ｄ２が、下側小孔群４４ａを構成する小孔４４の内径Ｄ１よりも大きく（Ｄ１＜Ｄ２）形成されている。

前記上段室４２には、気液混合流体の流出口４６が形成されるもので、実施例では、函体中心Ｃから前記上側小孔群４５ａと１８０°反対方向にオフセットした円形胴壁５０に開口するように形成されている。
なお、この流出口４６は気液混合用渦巻ポンプＰの吐出配管９の下流部９２に接続される。

前記マイクロバブル発生器Ｂは、気液混合用渦巻ポンプＰの吐出口１３に接続した吐出配管９の途中に配設されるもので、上述したように、気液混合用渦巻ポンプＰによって気泡が細泡化された気液混合流体は流入口４３から下段室４０に流入する。
この下段室４０に加圧状態で流入した気液混合流体は下側仕切壁６１によって流動を阻止されるため、この下段室４０内で攪拌され、水中に気体を溶解させると共に、加圧状態で多数の小孔４４を通過して中段室４１に流入する。
この小孔４４を通過する際に気液混合流体は流路が絞られるため流速が速くなり、そして小孔４４を通過して中段室４１に流入すると急激に流路が拡大するため、気液混合流体の気泡にせん断（粉砕、砕泡）が生じ、マイクロバブルが発生する。

次に、中段室４１に流入した気液混合流体は上側仕切壁６２によって流動を阻止されるため、この中段室４１内で再び攪拌されると共に、加圧状態で多数の小孔４５を通過して上段室４２に流入する。
この際にも前記と同様に、水中への気体の溶解が促進されると共に、小孔４５を通過することにより気液混合流体の気泡にせん断が生じ、マイクロバブルが発生する。

そして、上段室４２に流入した気液混合流体は、ここでも攪拌されて気液混合流体の気泡の分裂が生じる。
このようにしてマイクロバブルを発生させたマイクロバブル混合水は、最終的に流出口４６から吐出配管９に排出されるものである。

従って、気液混合流体が下段室４０、中段室４１、上段室４２に流入する度に攪拌されるため、水中に気体を溶解させる頻度を増加させることができ、気泡の分裂を少なくとも３回に亘って促すことができるし、下側仕切壁６１及び上側仕切壁６２に形成した多数の小孔４４，４５を通過する度に気液混合流体の気泡にせん断が生じるため、少なくとも２回に亘ってせん断を生じさせることができ、十分な量のマイクロバブルを効率よく発生させることができる。

又、流入口４３、下側小孔群４４ａ、上側小孔群４５ａ、流出口４６を函体中心Ｃから交互反対方向にオフセットさせたので、気液混合流体が蛇行状に流動し、下段室４０、中段室４１、上段室４２に流入した気液混合流体を十分に攪拌させることができる。

気液混合流体の圧力は、小孔を通過する度に低下していくため、上側小孔群４５ａを通過するときの圧力は下側小孔群４４ａを通過するときの圧力よりも低下している。
これに対応するため、上側小孔群４５ａを構成する小孔４５の内径Ｄ２を、下側小孔群４４ａを構成する小孔４４の内径Ｄ１よりも大きく形成させたもので、これにより上側小孔群４５ａによるせん断を生じさせながら気液混合流体のスムーズな流動を確保することができる。

なお、前記小孔の内径は、ポンプの吐出圧及び吐出量、小孔の数、下段室、中段室、上段室の流路面積等を考慮して決定される。
函体についても、円形胴壁に限らず、角形胴壁の函体に形成してもよい。

実施例の気液混合用渦巻ポンプを示す軸直角方向断面図である。 この気液混合用渦巻ポンプを示す軸方向断面図である。 本発明のマイクロバブル発生装置の実施例を示す概略図である。 マイクロバブル発生器の全体断面図である。 下側小孔群を示す平面図である。 その小孔を示す断面図である。 上側小孔群を示す平面図である。 その小孔を示す断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
１３ 吐出口
１４ 吸入口
２ 回転羽根車
２０ 主羽根
２１ 回転基板
２２ 砕泡突起
４０ 下段室
４１ 中段室
４２ 上段室
４３ 流入口
４４ 小孔
４４ａ 下側小孔群
４５ 小孔
４５ａ 上側小孔群
４６ 流出口
５ 函体
５０ 円形胴壁
６１ 下側仕切壁
６２ 上側仕切壁
７ 圧縮機
８ 吸入配管
９ 吐出配管
Ａ マイクロバブル発生装置
Ｂ マイクロバブル発生器
Ｐ 気液混合用渦巻ポンプ

Claims (3)

1. 吸入口（１４）から吸い込んだ気液混合流体を回転羽根車（２）の回転により吐出口（１３）から吐出させるようにした気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）であって、
   前記回転羽根車（２）は、回転基板（２１）上に複数枚の主羽根（２０）が回転中心側から外周側に延長する状態で等間隔で配設され、かつ前記回転基板（２１）の外周部に気液混合流体の気泡をせん断させるための複数個の砕泡突起（２２）が前記主羽根（２０，２０）間に等間隔で配設されていることを特徴とする気液混合用渦巻ポンプ。
2. 請求項１記載の気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）を使用したマイクロバブル発生装置（Ａ）であって、
   前記気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）の吸入口（１４）に接続した吸入配管（８）の途中にこの吸入配管（８）内に気体を注入させるための圧縮機（７）が接続され、
   前記気液混合用渦巻ポンプ（Ｐ）の吐出口（１３）に接続した吐出配管（９）の途中にマイクロバブル発生器（Ｂ）が配設されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
3. 請求項２記載のマイクロバブル発生装置（Ａ）において、前記マイクロバブル発生器（Ｂ）が、
   内部が少なくとも上下２段の仕切壁（６１，６２）によって下段室（４０）、中段室（４１）、上段室（４２）の３室に区画された函体（５０）と、
   前記下段室（４０）に形成された気液混合流体の流入口（４３）と、
   下段室（４０）と中段室（４１）とを区画する下側仕切壁（６１）に形成され、気液混合流体を通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔（４４）と、
   中段室（４１）と上段室（４２）とを区画する上側仕切壁（６２）に形成され、気液混合流体を通過させることでその気液混合流体の気泡をせん断させてマイクロバブルを発生させるための多数の小孔（４５）と、
   前記上段室（４２）に形成されたマイクロバブル混合液の流出口（４６）とを備えているマイクロバブル発生装置。
   

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