JP2011064153A - 流体分散ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの流体を分散させながら分散流体を搬送することができる流体分散ポンプを提供する。
【解決手段】 第１収容室１３内に回転可能に収容され遠心羽根を有する第１インペラ６と、第２収容室２３内に回転可能に収容され遠心羽根を有する第２インペラ１６と、前記第１インペラ６及び第２インペラ１６を回転させるモータ４と、前記第１収容室１３を内包し、第１供給口１１と第１流出口１２を備える第１ケーシング８ａ，８ｂと、前記第２収容室２３を内包し、第２供給口２１と第２流出口２２を備える第２ケーシング１８と、前記第１流出口と第２供給口を連通させる連通経路９０を画定する経路画定部と、前記第２収容室２３内の前記第２インペラ１６の外径側に設けられ、前記第２収容室１２内に存在する第１流体及び第２流体の混合流体を分散させる分散部２６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの流体を分散、例えば、液体中に微細気泡を分散させながら、これらの流体を送液するための流体分散ポンプに関する。

工業的分野において、２つの流体を分散させ、さらに分散流体を搬送する操作については広く行なわれているところである。

特に、近年、例えば、液体に気体を分散する分野において、工程の多様化に伴い、また、反応の効率化や迅速化などのため、気体を微細化して液体中に分散することが要求されることが多くなってきている。

気泡を微細化するための微細気泡発生装置は、非特許文献１などに多種類のものが提案されている。例えば、（ａ）ベンチュリ管等を用いた流路拡大方式（非特許文献２及び特許文献１を参照）、（ｂ）加圧溶解気体の過飽和析出方式（加圧溶解式）、（ｃ）旋回流気泡せん断方式（旋回流式）、（ｄ）オリフィス等を用いた高圧開放方式、（ｅ）微細孔からの気体吐出方式、（ｆ）超音波や機械による気泡破壊方式などである。

いずれの方法も気泡発生方式や発生気泡の破壊方法を様々に工夫している。特に、（ａ）〜（ｄ）の方法は圧力変動や水流によるもの、（ｅ）の方法は気体を吐出する孔径を小さくすることによるもの、（ｆ）の方法は水流以外の動力（媒質の振動や機械によるせん断）によるものである。

特開２００３−２３０８２４

大成博文，「マイクロバブルの基礎」，泡のエンジニアリング，２００５年，ｐｐ．４２３−４２９ 藤原暁子，「ベンチュリ管を用いたマイクロバブル発生手法」，エコインダストリー，２００６，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．３，２７−３０

これらの各種方法には、それぞれ利点及び欠点があるが、特に問題となるのは、圧力を発生させるためのポンプを必要とすることである。例えば、（ａ）の方式では、ベンチュリ管に気液混合流体を搬送するため、（ｂ）（ｄ）の方式では加圧のため、（ｅ）の方式では流体を微細孔に通すため、などにそれぞれ流体を加圧させるためのポンプが必要となる。

さらに、上記の各種方法では、気泡を微細化して分散させた気液分散流体を使用目的に応じて反応槽などへ搬送するために別にポンプが必要となる。すなわち、微細気泡を作成するためと微細気泡を作製した気液混合流を搬送するために、それぞれポンプが必要となり、その結果、装置が全体として大型化するという問題を生じていた。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、２つの流体を分散させながら分散流体を搬送することができる流体分散ポンプを提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の流体分散ポンプを提供する。

本発明の第１態様によれば、第２流体を第１流体中に分散させて吐出する流体分散ポンプであって、
第１収容室内に回転可能に収容され、流体に遠心力を付加可能な遠心羽根を有する第１インペラと、
第２収容室内に回転可能に収容され、流体に遠心力を付加可能な遠心羽根を有する第２インペラと、
前記第１インペラ及び第２インペラに接続された回転軸を回転させるモータと、
前記第１収容室を内包し、少なくとも第１流体を内部に供給する第１供給口と第１流出口を備える第１ケーシングと、
前記第２収容室を内包し、第２供給口と第１流体及び第２流体の分散流体を外部に吐出する第２流出口を備える第２ケーシングと、
前記第１流出口と第２供給口を連通させる連通経路を画定する経路画定部と、
前記第２収容室内の前記第２インペラの外径側に設けられ、前記第２収容室内に存在する第１流体及び第２流体の混合流体を分散させる分散部と、
を備えることを特徴とする、流体分散ポンプを提供する。

本発明の第２態様によれば、前記分散部は、
環状に構成された分散部本体と、
断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部と、前記流路の断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部と、前記流路縮小部と流路拡大部との接続部分に隙間最小部を備えた微細化流路を備え、前記第１流体中に前記第２流体を微細化して分散させることを特徴とする、第１態様の流体分散ポンプを提供する。

本発明の第３態様によれば、前記微細化流路は、前記分散部本体に環状に設けられた環状スリットとして構成されている、第２態様の分散ポンプを提供する。

本発明の第４態様によれば、前記第１インペラ及び第２インペラは、前記回転軸の一端側に設けられ、
前記第１ケーシングは、前記第１インペラの背面側に流体を前記回転軸側に流動させる流体移動空間を形成するように構成され、
前記第２ケーシングは、流体移動空間から連通する前記回転軸に沿った空間を第２供給口とすることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの流体分散ポンプを提供する。

本発明の第５態様によれば、前記第１インペラ及び第２インペラは、前記回転軸の両端に設けられ、
前記経路画定部は、前記第１流出口から流出された流体を、前記第１収容室の外部を通して前記第２収容室内へ供給する管路で構成されていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの流体分散ポンプを提供する。

本発明の第６態様によれば、
前記第１収容室及び第２収容室は、それぞれ複数設けられていることを特徴とする、第１から第５態様のいずれか１つの流体分散ポンプを提供する。

本発明の第７態様によれば、前記第１インペラ及び第２インペラは、それぞれの前記第１収容室及び第２収容室に１つずつ収容されていることを特徴とする、第６態様の流体分散ポンプを提供する。

本発明によれば、第１流体のみ又は第１流体及び第２流体を第１供給口から第１収容室内部に供給し、これを第２供給口を介して第２収容室に搬送する。第２収容室内では、第１収容室から送られた第１流体と第２流体の混合流体又は第１収容室から送られた第１流体と第２収容室内に外部から供給された第２流体で構成される両流体を分散させる。両流体の分散は、第２収容室内に設けられた分散部により行なわれ、２つの流体を効率よく分散する。各収容室内には、回転軸に固定された第１及び第２のインペラが収容されているため、第１流体及び第２流体を流出、分散を独立して行なうことができる。本発明によれば、第１，第２収容室にそれぞれインペラを用いているため，第１，第２流体の分散及び搬送を単体の装置でかつ効率よく行うことができる。

また、本発明の第２態様によれば、分散部は、微細化流路がベンチュリ管と同様の効果を呈し、第２ケーシング内で第１及び第２流体の混合流体を高度に分散させることができる。第２ケーシング内にはインペラが設けられており、高圧条件下で分散部を通過させることができるため、マイクロレベルの第２流体の微細化も可能である。微細化流路の具体的な構成は、環状スリットでもよいし、単なる管路であってもよい。

本発明の第４態様によれば、回転軸の両端側に第１及び第２のケーシングを設けることで、両流体を独立して吐出及び分散させることができ、双方の効果をより向上させることができる。

本発明の第５態様によれば、連続して設けられたケーシングによって流体をそれぞれ供給することができるため、装置を小型化することができる。

本発明の第６態様及び第７態様によれば、それぞれ複数の収容室を備え、それぞれにインペラを用いることで、流体搬送及び流体分散をより確実に行なうことができ、さらに、ポンプから最終的に吐出される流体の吐出圧力を高くすることができる。

本発明の第１実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。 図１の流体分散ポンプに用いられる分散部の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。 図６の流体分散ポンプに用いられる仕切り板の外観構成を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る流体分散ポンプについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下、各実施形態は、第１流体として液体、第２流体として気体を用い、マイクロレベルの微細気泡にした気体を液体中に分散させて流出する気液分散ポンプについて説明するが、本発明の流体分散ポンプは気液分散ポンプに限定されるものではなく、液体中に液体を分散させるポンプなどを含むものである。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。流体分散ポンプ１ａは、送液部２と、微細気泡発生部３と、モータ４と、それぞれモータ４と送液部２、微細気泡発生部３を接続するカップリング５を備えている。

モータ４は、送液部２の分散、送液機能を実現できる動力源であればその構成について問うものではなく、種々のものを利用することができる。カップリング５は、送液部２及び微細気泡発生部３の回転軸７とモータ４とを接続する部材である。

送液部２は、モータ４の動力により回転する第１インペラ６により第１流体（液体）を取り込み、第２流体（気体）とともに排出する。なお、このときの第２流体の気泡は、必ずしもマイクロバブルのレベルにはなっていない。

送液部２は、回転軸７の軸受箱である第１基部８ｃと第１ケーシングとしての中間筐体８ａ及び主筐体８ｂを備えている。第１基部８ｃには、回転軸７の軸受９ｂ部分から液体が流出しないようにするための回転シール９ａが設けられている。

第１基部８ｃに回転シール９ａを取り付けた後、中間筐体８ａを第１基部８ｃに取り付ける。中間筐体８ａは円筒状の部材であり、中央部分の開口に回転軸７を挿入する。また、中間筐体８ａには第２供給口１０が設けられている。

主筐体８ｂは、中間筐体８ａに固定され、第１供給口１１と混合流体流出口１２が設けられている。中間筐体８ａと主筐体８ｂとで第１収容室１３が画定される。

第１収容室１３内には、第１インペラ６が収納されている。第１インペラ６は、回転軸７の一端側７ａに固定される。図１に示すように、第１インペラ６は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、円板状のインペラ後面部１５を備えたインペラ本体部の内部に送液用の遠心羽根１４を備えた構成となっている。

第１供給口１１から取り込まれた液体及び第２供給口１０から取り込まれた気体からなる気液混合流体は、第１インペラ６の回転により混合流体流出口１２から第１収容室１３の外へ送られる。後述するように混合流体流出口１２は外部管路９０と接続されており、気液混合流体は外部管路９０を通って混合流体供給口２１に送られる。

微細気泡発生部３は、モータ４の動力により回転する第２インペラ１６により流体を取り込み、供給された第１流体（液体）中に第２流体（気体）をマイクロバブルの状態にして分散させて排出する。

微細気泡発生部３は、回転軸７の軸受箱である第２基部１７と第２ケーシング１８を備えている。第２基部１７には、回転軸７の軸受２０ｂ部分から液体が流出しないようにするための回転シール２０ａが設けられている。第２ケーシング１８によって第２収容室２３が画定される。

第２基部１７に回転シール２０を取り付けた後、第２ケーシング１８を第２基部１７に取り付ける。第２ケーシング１８には混合流体供給口２１と分散流体吐出口２２が設けられている。混合流体供給口２１は、外部管路９０により主筐体８ｂに設けられている混合流体流出口１２と連結されており、混合流体流出口１２から流出した気液混合流体が混合流体供給口２１を通じて矢印で図示するように第２収容室２３内に供給される。

第２収容室２３内には、第２インペラ１６が収納されている。第２インペラ１６は、回転軸７の他端側７ｂに固定される。図１に示すように、第２インペラ１６は、オープンタイプの遠心インペラで構成され、円板状のインペラ本体部２４に送液用の遠心羽根２５を備えた構成となっている。

また、第２収容室２３内には、分散部を構成する気泡微細化部２６が設けられている。気泡微細化部２６は、第２基部１７に固定される。気泡微細化部２６は、図２に示すように、２枚の円板２７，２８で構成された分散部本体を備え、これら円板２７，２８の対向面には、円板２７，２８の全周にわたって微細化流路２９（図２参照）が形成されている。

は、図２に示すとおりリング状の部材である。円板２７の円板２８との対向面は、斜めに構成されたテーパ面として形成されている。当該テーパ面は、後述する流路縮小部、流路拡大部、隙間最小部を画定する。

円板２８は、図２に示すとおり、中心部分に開口３０が設けられたリング状の部材である。開口３０の周りにはスリーブ３１が設けられており、第２ケーシング１８の混合流体供給口２１の外周側で第２ケーシング１８の内面１８ａと密閉密着する。また、円板２７との対向面には斜めに構成されたテーパ面として形成されている。当該テーパ面は、後述する流路縮小部、流路拡大部、隙間最小部を画定する。

図１に示すように、気泡微細化部２６によって第２収容室２３は、内側領域３２と外側領域３３に分割される。すなわち、内側領域３２は、第２基部１７と円板２７、２８及びスリーブ３１によって区画され、外側領域は、第２ケーシング１８と円板２８によって区画される。

２枚の円板２７，２８がそれぞれ対向する側の対向面の間に形成されている微細化流路２９は、断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部３４と、流路の断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部３５と、流路縮小部３４と流路拡大部３５との接続部分に微細化流路２９の間隙が最も小さくなる隙間最小部３６を備える。

気泡微細化部２６によって仕切られた内側領域３２内には、図１に示すように、第２インペラ１６の遠心羽根２５が位置する。第２インペラ１６が回転することで、内側領域３２内に存在する流体は、第１収容室内での第１インペラ６による加圧に加え、第２インペラ１６の回転遠心力によってさらに加圧され、気泡微細化部２６の微細化流路２９を通過する。

内側領域３２では、気体と液体との気液混合流体が存在している。このとき、第２インペラ１６の回転によって気液混合流体は、気泡微細化部２６の微細化流路２９に設けられた流路縮小部３４および流路拡大部３５を順に通過して移動する。そして、気液混合流体が流路縮小部３４を経て流路拡大部３５を通るとき、流路間隙の変化により気液混合流体は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化された微細気泡分散液が生成する。

この気体の微細化は、主として、液体の流速、気体の量、隙間最小部３６および流路拡大部３５の間隙寸法などによって決定される。例えば、液体の流速がある閾値以下であると、気泡の径が小さくならず十分な微細化が行われない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、隙間最小部３６および流路拡大部３５の間隙寸法によって調整することができる。一方、液体の流速が閾値以上になると、気泡の径が小さくなって十分な微細化が行われる。微細化流路２９に設けられた流路拡大部３５がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が気泡微細化部２６の微細化流路２９内を通過することにより、気体を微細化することができる。

微細化流路２９を通過した微細気泡分散液は、矢印で図示するように気泡微細化部２６と第２ケーシング１８とによって画定された外側領域３３の間に移動し、分散流体吐出口２２から外部に吐出される。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。流体分散ポンプ１ｂは、送液部２と、微細気泡発生部３と、モータ４と、それぞれモータ４と送液部２、微細気泡発生部３を接続するカップリング５を備えている。

モータ４は、送液部２の分散、送液機能を実現できる動力源であればその構成について問うものではなく、種々のものを利用することができる。カップリング５は、送液部２及び微細気泡発生部３の回転軸７とモータ４とを接続する部材である。

送液部２は、モータ４の動力により回転する第１インペラ６により第１流体（液体）を取り込み、第２流体（気体）とともに排出する。なお、このときの第２流体の気泡は、必ずしもマイクロバブルのレベルにはなっていない。

送液部２には第１ケーシング８が設けられている。また、微細気泡発生部３には、第２ケーシング１８が設けられている。第２ケーシング１８には、回転軸７の軸受部分から液体が流出しないようにするための回転シール９ａが設けられている。組み立て時においては、第２ケーシング１８に回転シール９ａを取り付けた後、第１ケーシング８を第２ケーシング１８に取り付ける。

第１ケーシング８には、第１供給口１１と混合流体流出口１２が設けられている。混合流体流出口１２は第２ケーシングの混合流体供給口２１としても機能する。第１ケーシング８は、第１収容室１３を画定する。第１供給口１１は、第１流体としての液体を供給するものである。なお、第２供給口１０は第１供給口１１に連通しており、第１流体としての液体は、気泡を吹き込まれた気液混合流体の状態で第１収容室１３内に供給される。

なお、第２供給口１０は必ずしも第１供給口に連通している必要はなく、図３の符号１０ａに示すように、第１収容室１３に連通するように構成されていてもよい。

第１収容室１３内には、第１インペラ６が収納されている。第１インペラ６は、回転軸７の一端側７ａに固定される。図３に示すように、第１インペラ６は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、円板状のインペラ後面部１５を備えたインペラ本体部の内部に送液用の遠心羽根１４を備えた構成となっている。

第１インペラ６は、インペラ本体の後面部１５に対向する対向面８ｔと第１インペラ６との間に隙間が生じるように第１収容室１３内に収納される。第１収容室１３内は、インペラ後面部１５を基準として送液空間１３ａと流体移動空間１３ｂとに区画される。

送液空間１３ａは、第１インペラ６の遠心羽根１４の回転によって収容室１２内の第１インペラ６の外径側に搬送するための空間であり、流体移動空間１３ｂは、供給された流体をインペラ８の遠心羽根１４の回転によって生じた圧力によって、インペラ本体の後面部１５の求心方向へ移動させるための空間である。

第１収容室１３内に取り込まれた液体は、第１インペラ６の回転により遠心力が付加され、第１インペラ６の外径側へ送られる。第１インペラ６の回転により、第１収容室１３内の流体は外径側が高圧になり、第１インペラの背面側に位置する流体移動空間１３ｂへ送られる。流体移動空間１３ｂでは、回転軸７に近い側の流体圧力が低いため外径側の流体が回転軸７に近づくように移動し、第２供給口１０から取り込まれた気体と混合して混合流体出口１２から第２収容室へ搬送される。

第１ケーシング８と第２ケーシングとの間の壁は、回転軸７と隙間をおいて設けられており、当該隙間が流体が第２ケーシング１８内へ移動ための流路となる。

微細気泡発生部３は、第２ケーシング１８を備えている。第２ケーシング１８には混合流体供給口２１と分散流体吐出口２２が設けられている。

混合流体供給口２１は、上記のように第１収容室１３と連通しており、混合流体流出口１２から流出した気液混合流体が第２収容室２３内に供給される。

第２収容室２３内には、第２インペラ１６が収納されている。第２インペラ１６は、回転軸７の第１インペラ６に対してモータ側の位置に固定される。図３に示すように、第２インペラ１６は第１インペラと同様にクローズタイプの遠心インペラで構成されている。ただし、第２インペラ１６は第１インペラと同様のものに限定されるものではなく、遠心羽根を供えていれば他の形式のものであってもよい。

また、第２収容室２３内には、気泡微細化部２６が設けられている。気泡微細化部２６は、第２ケーシング１８と第１ケーシング８とにそれぞれ接触するように配置される。気泡微細化部２６は、気泡微細化部本体を備え、気泡微細化部本体を構成する円板２７，２８の対向面に微細化流路２９が形成されている。

気泡微細化部２６によって第２収容室２３は、内側領域３２と外側領域３３に区画される。気泡微細化部２６によって仕切られた内側領域３２内には、図１に示すように、第２インペラ１６の遠心羽根２５が位置する。第２インペラ１６が回転することで、内側領域３２内に存在する流体は、第２インペラ１６の回転遠心力によって加圧され、気泡微細化部２６の微細化流路２９を通過する。

内側領域３２では、気体と液体との気液混合流体が存在している。このとき、第２インペラ１６の回転によって気液混合流体は、気泡微細化部２６の微細化流路２９に設けられた流路縮小部３４および流路拡大部３５を順に通過して移動する。そして、気液混合流体が流路縮小部３４を経て流路拡大部３５を通るとき、流路間隙の変化により気液混合流体は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化された微細気泡分散液が生成する。

微細化流路２９を通過した微細気泡分散液は、気泡微細化部２６と第２ケーシング１８とによって画定された外側領域３３の間に移動し、分散流体吐出口２２から外部に吐出される。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。第３実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｃは、図１に示した第１形態にかかる流体分散ポンプ１ａの具体的態様として、モータにキャンドモータを用いた構成の実施形態である。

キャンドモータ５０は、回転子５３と固定子６４とを備える。回転子５３は、回転子鉄心５４と回転子鉄心５４に圧入固着された回転軸７を備え、この回転軸７の前後部にそれぞれスリーブ５６，５７およびスラストカラー５８，５９が装着されている。回転軸７は、これらスリーブ５６，５７およびスラストカラー５８，５９を介して前後部の軸受６０，６１に回転自在に支持されている。これら軸受６０，６１は、各々前部軸受箱６２、後部軸受箱６３に挿入されて固定されている。

前部軸受箱６２は、固定子６４を挿入固着した固定子枠６５の前部フランジ６６面に締結固定される。また、後部軸受箱６３はガスケット６８を介して固定子枠６５の後部端面６９に液密に締結固定されている。

回転子５３は、回転子鉄心５４を内包し非磁性で薄肉円筒状の回転子キャン７１と側板７２とが液密に溶着されて密封されている。また、固定子６４は、固定子枠６５の端部と非磁性で薄肉円筒状の固定子キャン７３とが液密に溶着された内部に密封されている。回転子５３と固定子６４とはキャン隙間７４を介して対向配置される。

送液部２に設けられる第１ケーシング８ｂは、前部フランジ６６にガスケットを介して液密に締結固定されている。第１ケーシングの構成例としての第１ケーシング８ｂと前部フランジ６６は、第１収容室１３を画定する。

第１ケーシング８ｂには、第１供給口１１及び混合流体流出口１２が設けられている。第１供給口１１は、回転子５３の回転軸７の延在位置に設けられ、混合流体流出口１２は、第１ケーシング８ｂの回転軸７に対し交差する方向に位置する面に設けられる。第２供給口１０は、第１供給口１１に連通して設けられる。

第１収容室１３内には、第１インペラ６が収納される。第１インペラ６は、キャンドモータ１０の回転軸７の一端側７ａに固定される。図４に示すように、第１インペラ６は、クローズタイプの遠心インペラで構成されている。

インペラ本体部のインペラ後面１５には、インペラ後面の表裏を連通する貫通孔１５ａが設けられている。貫通孔１５ａは、インペラ後面の表裏間の流体の流れを促進するものであり、設置個数は特に限定されるものではない。

第１インペラ６が回転することで、第１供給口１１及び第２供給口１０から第１収容室１３内に気液混合流体が供給され、第１インペラ６の回転によって遠心力が付与された液体は、混合流体流出口１２から流出する。

第１収容室１３内において、第１インペラ６のインペラ本体部１５と前部軸受箱６２との間に生じる隙間から、第１供給口１１から第１収容室１３内に供給された液体の一部が、前部軸受箱６２、キャン隙間７４、後部軸受箱６３に供給されてキャンドモータ５０の潤滑・冷却液として機能する。

前部軸受箱６２には、キャン隙間７４及び後部軸受箱６３に流体を流通させやすくするため、貫通孔６２ａが設けられている。

キャン隙間７４を通った流体は、回転軸７の後端側に移動し、回転軸７内に設けられている流体通路７ｃを通して第１収容室１３へ戻される。

微細気泡発生部３に設けられる第２ケーシング１８は、後部軸受箱６３に液密に締結固定されている。第２ケーシング１８と後部軸受箱６３は、第２収容室２３を画定する。

第２ケーシングの一部を構成する後部軸受箱６３には、混合流体供給口２１及び分散流体吐出口２２が設けられている。

第２収容室２３内には、第２インペラ１６のほか、気泡微細化部２６が収納される。第２インペラ１６は、キャンドモータ５０の回転軸７の他端側７ｂに固定される。図４に示すように、第２インペラ１６は、円板状のインペラ本体部２４の表面に、送液用の遠心羽根２５を備えた構成となっている。

第２収容室２３内に設けられた気泡微細化部２６は、後部軸受箱６３に固定される。気泡微細化部２６は、図２に示すように、固定された２枚の円板２７，２８で構成された分散部本体を備え、これら円板２７，２８の対向面には、円板２７，２８の全周にわたって微細化流路２９が形成されている。

２枚の円板２７，２８がそれぞれ対向する側の対向面に形成されている微細化流路２９は、断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部３４と、流路の断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部３５と、流路縮小部３４と流路拡大部３５との接続部分に微細化流路２９の間隙が最も小さくなる隙間最小部３６を備える。

内側領域３２では、気液混合流体が存在している。このとき、第２インペラ１６の回転によって気液混合流体は、気泡微細化部２６の微細化流路２９に設けられた流路縮小部３４および流路拡大部３５を順に通過して移動する。そして、気液混合流体が流路縮小部３４を経て流路拡大部３５を通るとき、流路間隙の変化により気液混合流体は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化された微細気泡分散液が生成する。

この気体の微細化は、主として、液体の流速、気体の量、隙間最小部３６および流路拡大部３５の間隙寸法などによって決定される。例えば、液体の流速がある閾値以下であると、気泡の径が小さくならず十分な微細化が行われない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、隙間最小部３６および流路拡大部３５の間隙寸法によって調整することができる。一方、液体の流速が閾値以上になると、気泡の径が小さくなって十分な微細化が行われる。微細化流路２９に設けられた流路拡大部３５がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が気泡微細化部２６の微細化流路２９内を通過することにより、気体を微細化することができる。

微細化流路２９を通過した微細気泡分散液は、気泡微細化部２６と第２ケーシング１８とによって画定された外側領域３３の間に移動し、分散流体吐出口２２から外部に吐出される。

次に、図５を用いて流体分散ポンプ１ｄの動作を説明する。キャンドモータ５０の運転の前提として、第１収容室１３及び第２収容室２３内に流体が充填されていることが必要である。このとき、流体分散ポンプ１内に存在する空気は、空気抜きユニット９１から抜かれ、流体分散ポンプ１ｄ内に液体が充填される。

キャンドモータ５０の回転軸７が回転すると、第１インペラ６及び第２インペラ１６も一体に回転し、気液混合流体を第１供給口１１より第１収容室１３内へ取り入れる。第１インペラ６が回転することにより液体が回転軸から遠心方向に送られ、一部が混合流体流出口１２から流出し、外部管路９０及び混合流体供給口２１を通って第２収容室２３の内側領域３２へ送られる。

混合流体流出口１２から流出しなかった一部の流体は、前部軸受箱６２、キャン隙間７４に供給されてキャンドモータ１０の潤滑・冷却液として機能し、回転軸内に設けられている流体通路７ｃを通して第１収容室１３へ戻される。

第２収容室２３内に設けられた第２インペラ１６は、第２収容室２３内の気液分散流体を回転軸７側から遠心方向に移動させる。上記の通り、第２収容室２３内の気液混合流体は、第２インペラの回転により、気泡微細化部２６を通過して気泡が微細化される。

微細化流路２９を通過した微細気泡分散液は、気泡微細化部２６と第２ケーシング１８との間の外側領域３３に移動し、分散流体吐出口２２から吐出される。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。第４実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｄは、図３に示した第２形態にかかる流体分散ポンプ１ｂの具体的態様として、モータにキャンドモータを用いた構成の実施形態である。

キャンドモータ５０の回転子５３及び固定子６４の構成は、図４に示すものとほぼ同様である。ただし、第４実施形態のキャンドモータ５０は、回転軸７の一端側に２つのインペラ６，１６が設けられ、他端側７ｂにはインペラが設けられておらず、また、ケーシングも設けられていない。

第１インペラ６は回転軸７の先端に設けられ、第２インペラ１６は、第１インペラ６よりも回転子５３（図３参照）側に設けられている。第１インペラ６と第２インペラ１６の間には、第２軸受７７が設けられ、第２軸受箱７８により支持されている。

前部フランジ６６面に前部軸受箱６２には、第２ケーシング１８が設けられている。第２ケーシング内には、第２インペラ１６及び気泡微細化部２６が設けられている。第２ケーシングには分散流体吐出口２２が設けられ、気泡微細化部２６により生成されたマイクロバブル分散流体が吐出される。

第１ケーシング８ｂは、第２ケーシング１８と連続して設けられている。第１ケーシング８ｂには、第２供給口１０、第１供給口１１が設けられており、内部に収納されている第１インペラ６に気液混合流体を供給する。

また、第１ケーシング８ｂ内には、流路形成部７５が設けられている。流路形成部７５は、第１インペラ６への気液混合流体の供給及び、第１インペラにより外径方向へ送られた気液混合流体を図５に示す矢印に示すように回転軸７側に案内し、さらに第２収容室２３へ案内するための流路を形成する。

第１インペラ６の背面には、仕切り板７６が設けられている。仕切り板７６には、環状リブ７６ａが設けられ、第１インペラ６の本体部の背面に設けられている環状リブ７６ａと接触することによって、第１インペラ６と仕切り板７６との間に流体が流入することを抑制する。また、仕切り板７６の背後には、第１インペラによって外径側に送られた流体を回転軸側に戻すための案内部材を設けてもよい。具体的には、円板状の部材である仕切り部の背面に仕切り部の放射方向に延びる羽部部材などを設けることができる。

図５に示すように、経路画定部として機能する流路形成部７５、仕切り板７６，第２軸受箱７８によって第１収容室１３と第２収容室２３とを連通させるための連通流路１３ａが第１及び第２ケーシング８ｂ，１８内に形成される。連通流路１３ａの入口及び出口がそれぞれ混合流体流出口と混合流体供給口として機能する。

第２収容室２３内には気泡微細化部２６が設けられている。気泡微細化部２６は、円板２７，２８で構成された分散部本体を備え、両円板の対向面の隙間に微細化流路２９が形成されている（図２参照）。

第２収容室２３内では、第２インペラ１６の回転によって気液混合流体は、気泡微細化部２６の微細化流路２９に設けられた流路縮小部３４および流路拡大部３５を順に通過して移動する。そして、気液混合流体が流路縮小部３４を経て流路拡大部３５を通るとき、流路間隙の変化により気液混合流体は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化された微細気泡分散液が生成する（図２参照）。

第２ケーシング１８内において、微細化流路２９を通過した微細気泡分散液は、気泡微細化部２６と第２ケーシング１８との間に移動し、分散流体吐出口２２から流出する。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態にかかる流体分散ポンプの構成を示す断面図である。第５実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｅは、図３に示した第２形態にかかる流体分散ポンプ１ｂと同様に、回転軸の一方側に第１及び第２のインペラを設けた構成であり、モータにキャンドモータを用いた構成の実施形態である。

流体分散ポンプ１ｅは、回転軸７の一端側に４枚の第１インペラ６及び４枚の第２インペラ１６とを備え、それぞれ２枚ずつが上流側のケーシング内に、２枚ずつが下流側のケーシング内に収納されている。

上流側のケーシングとしては、中間筐体８ａ及び主筐体８ｂが設けられている。主筐体８ｂには、第１供給口１１が設けられている。

上流側のケーシングは、内部空間を第１収容室１３ａ，１３ｂに仕切る仕切り部７５ａ及び第２収容室２３ａ，２３ｂに仕切る分散仕切り部２６ａを備えている。上流側のケーシング内では、第１供給口１１側からモータ５０側に向かって流体が流動し、第１収容室１３ａ，１３ｂ及び第２収容室２３ａ，２３ｂはその方向にそれぞれ配置されている。

図６に示すように、第１収容室１３ａ，１３ｂ内には第１インペラ６がそれぞれ設けられ、第２収容室２３ａ，２３ｂには第２インペラ１６がそれぞれ設けられている。第１インペラ６及び第２インペラ１６は、クローズタイプのインペラで構成されており、回転軸７の回転にしたがって一体的に回転する。

仕切り部７５ａは、第１インペラ６の回転に伴って外径側に移動した流体を回転軸７側に戻すための流路を画定する。なお、第１インペラ６の背後に、第１インペラによって外径側に送られた流体を回転軸側に戻すための案内部材を設けてもよい。

分散仕切り部２６ａは、仕切り部７５ａと同様に第２インペラ１６の回転に伴って外径側に移動した流体を回転軸７側に戻すための流路を画定するものである。分散仕切り部２６ａは、流路の途中には微細化流路２９が形成され気泡微細化部として機能する。

上流側のケーシング内では、第１供給口１１から流動した気液混合流体は、回転軸の回転に伴い、先端に設けられたインデューサ８９で第１収容室１３ａ内に送り込まれる。第１収容室１３ａ内では、第１インペラ６の回転に伴い、気液混合流体が外径側に送られ、さらに第１インペラ６の背面側で回転軸７側に移動する。

第１インペラ６の背面側には、外径側に送られた流体を内径側に案内するための案内部材８５が設けられる。案内部材８５は、図７に示すように円板状の部材であり、円板状の本体８５ａの中心部分に回転軸が挿入される貫通穴８５ｂが設けられている。また、本体部８５ａの裏面側には、放射羽状に形成された案内羽根８５ｃが設けられる。本体部８５ａの外径側には、貫通穴８５ｄが設けられている。

第１インペラ６によって外径側に送られた流体は、本体部８５ａの貫通穴８５ｄを通過して案内部材８５の背面側へ移動する。案内部材８５の背面側では、案内羽根８５ｃによって流体が内径方向へ案内され、貫通穴８５ｂを通して下流側の収容室へ搬送される。

さらに、下流側に設けられている第１収容室１３ｂ内に送られた気液混合流体は、さらに、第２収容室２３ａ内で、第２インペラ１６の回転に伴い外径側に送られ、途中に設けられた微細化流路２９を通過してマイクロバブルのレベルにまで気泡が微細化される。

下流側のケーシングは、内部空間を第１収容室１３ｃ，１３ｄに仕切る仕切り部７５ｂ及び第２収容室２３ｃ，２３ｄに仕切る分散仕切り部２６ｂを備えている。上流側のケーシング内では、モータ５０側から上流側ケーシング側に向かって流体が流動し、第１収容室１３ｃ，１３ｄ及び第２収容室２３ｃ，２３ｄはその方向にそれぞれ配置されている。なお、上流側ケーシングから流動した流体を第１収容室１３ｃに導くため、仕切り部７５ｂ，分散仕切り部２６ｂの外側には、連絡経路８２が設けられている。

図６に示すように、第１収容室１３ｃ，１３ｄ内には第１インペラ６がそれぞれ設けられ、第２収容室２３ｃ，２３ｄには第２インペラ１６がそれぞれ設けられている。第１インペラ６及び第２インペラ１６は、クローズタイプのインペラで構成されており、回転軸７の回転にしたがって一体的に回転する。

仕切り部７５ｂは、第１インペラ６の回転に伴って外径側に移動した流体を回転軸７側に戻すための流路を画定する。なお、第１インペラ６の背後に、第１インペラによって外径側に送られた流体を回転軸側に戻すための案内部材を設けてもよい。

分散仕切り部２６ｂは、仕切り部７５ｂと同様に第２インペラ１６の回転に伴って外径側に移動した流体を回転軸７側に戻すための流路を画定するものであるが、流路の途中に微細化流路２９が形成された気泡微細化部２６が設けられている。

下流側のケーシング内では、上流側ケーシングの第２収容室２３ｂから流動した気液混合流体は、連絡通路８２を通過して第１収容室１３ｃ内に送り込まれる。第１収容室１３ｃ内では、第１インペラ６の回転に伴い、気液混合流体が外径側に送られ、さらに第１インペラ６の背面側で回転軸７側に移動する。

さらに、下流側に設けられている第１収容室１３ｄ内に送られた気液混合流体は、さらに、第２収容室２３ｃ内で、第２インペラ１６の回転に伴い外径側に送られ、途中に設けられた微細化流路２９を通過してマイクロバブルのレベルにまで気泡が微細化される。

このようにして形成された微細気泡分散液は、第２ケーシング１８ｂに設けられた分散流体吐出口２２から装置外部に吐出される。

本実施形態にかかる分散ポンプは、第１インペラ及び第２インペラがそれぞれ４つずつ設けられており、送液の圧力を高くすることができ、さらに微細気泡を生成する気泡微細化部を複数回通過するため、微細気泡の発生をより効率よく行うことができる。

本実施形態にかかる流体分散ポンプは、それぞれの第１収容室１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ内で第１インペラ６によって液体を流出させるとともに、第２収容室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに送り込み、それぞれの第２収容室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ内に設けられている第２インペラ１６と気泡微細化部２６によって微細気泡を発生させる機構を有している。よって、第１収容室１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと第２収容室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがそれぞれ独立しているため、流体搬送のポンプ機能及び微細気泡発生機能の効率をそれぞれ高めることができ、効率よく微細気泡分散液を生成することができる。

本第５実施形態においては、第１収容室及び第２収容室が複数設けられているが、流体が流れる流路において配置される順序は特に問われるものではない。すなわち、図６に示す流体分散ポンプでは、第１収容室１３ａ、第１収容室１３ｂを通過した後、第２収容室２３ａ、第２収容室２３ｂを通過するように、すなわち、２つずつを１ユニットとして流体を流すように構成されている。ただし、流体が第１収容室と第２収容室を交互に流れるように構成してもよい。また、必ずしも第１収容室と第２収容室は、同数設けられている必要はない。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる分散ポンプによれば、流体搬送機能を有するポンプの遠心羽根と同軸に気泡を微細化するための第２インペラを設け、送液用の第１収容室とは別に構成された分散用の第２収容室内に設けられた気泡微細化部（分散部）により、流体中に分散されている気泡を微細化して分散させることができる。また、微細化した気泡を分散流体吐出口２２から流出させることができるため、本実施形態にかかる分散ポンプのみで、効率よく微細気泡分散液を生成が可能であり、微細気泡の分散及び流体の吐出を１つの装置で行うことができる。

分散部によって分散される気泡のサイズは、液体の流速、気体の量、分散部の構成などによって決定され、マイクロバブルのレベルにまで微細化することができる。

本発明にかかる分散ポンプは、２つの流体、特に気体を微細気泡のレベルにまで微細化して液体中に分散させ、さらに流出することができるため、化学プラントなどの種々のプラントにおいて好適に利用することができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 流体分散ポンプ
２ 送液部
３ 微細気泡発生部
４ モータ
５ カップリング
６ 第１インペラ
７ 回転軸
８ｃ 第１基部
９ａ 回転シール
１０ 第２供給口
１１ 第１供給口
１２ 混合流体流出口
１３ 第１収容室
１４ 遠心羽根
１５ インペラ後面部
１６ 第２インペラ
１７ 第２基部
１８ 第２ケーシング
２０ 回転シール
２１ 混合流体供給口
２２ 分散流体吐出口
２２ａ 貫通孔
２３ 第２収容室
２４ インペラ本体部
２５ 遠心羽根
２６ 気泡微細化部（分散部）
２７，２８ 円板
２９ 微細化流路
３０ 開口
３１ スリーブ
３２ 内側領域
３３ 外側領域
３４ 流路縮小部
３５ 流路拡大部
３６ 隙間最小部

Claims (7)

1. 第２流体を第１流体中に分散させて吐出する流体分散ポンプであって、
   第１収容室内に回転可能に収容され、流体に遠心力を付加可能な遠心羽根を有する第１インペラと、
   第２収容室内に回転可能に収容され、流体に遠心力を付加可能な遠心羽根を有する第２インペラと、
   前記第１インペラ及び第２インペラに接続された回転軸を回転させるモータと、
   前記第１収容室を内包し、少なくとも第１流体を内部に供給する第１供給口と第１流出口を備える第１ケーシングと、
   前記第２収容室を内包し、第２供給口と第１流体及び第２流体の分散流体を外部に吐出する第２流出口を備える第２ケーシングと、
   前記第１流出口と第２供給口を連通させる連通経路を画定する経路画定部と、
   前記第２収容室内の前記第２インペラの外径側に設けられ、前記第２収容室内に存在する第１流体及び第２流体の混合流体を分散させる分散部と、
   を備えることを特徴とする、流体分散ポンプ。
2. 前記分散部は、
   環状に構成された分散部本体と、
   断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部と、前記流路の断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部と、前記流路縮小部と流路拡大部との接続部分に隙間最小部を備えた分散流路を備え、前記第１流体中に前記第２流体を微細化して分散させることを特徴とする、請求項１に記載の分散ポンプ。
3. 前記分散流路は、前記分散部本体に環状に設けられた環状スリットとして構成されている、請求項２に記載の流体分散ポンプ。
4. 前記第１インペラ及び第２インペラは、前記回転軸の一端側に設けられ、
   前記第１ケーシングは、前記第１インペラの背面側に流体を前記回転軸側に流動させる流体移動空間を形成するように構成され、
   前記第２ケーシングは、流体移動空間から連通する前記回転軸に沿った空間を第２供給口とすることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
5. 前記第１インペラ及び第２インペラは、前記回転軸の両端に設けられ、
   前記経路画定部は、前記第１流出口から流出された流体を、前記第１収容室の外部を通して前記第２収容室内へ供給する管路で構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
6. 前記第１収容室及び第２収容室は、それぞれ複数設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
7. 前記第１インペラ及び第２インペラは、それぞれの前記第１収容室及び第２収容室に１つずつ収容されていることを特徴とする、請求項６に記載の流体分散ポンプ。

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