JP3058595B2

JP3058595B2 - 気液混合装置

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Publication number: JP3058595B2
Application number: JP8215127A
Authority: JP
Inventors: 徹工藤
Original assignee: 徹工藤
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: JPH1033961A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高圧下で液体に
気体を溶解及び分散させて低圧状態で多数の微細な気泡
を発生する液体を製造する気液混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記従来の気液混合装置として図１４に
示すものがある。図１４に示す１２は高揚程の渦巻きポ
ンプ、１３はインジェクタである。このインジェクタ１
３は、図３に示すように、ノズル１４とこのノズル１４
と螺合する吹き出し部１５とからなっており、吹き出し
部１５の周壁には空気取り入れ口１６を穿設してある。
このノズル１４の入口１７より水を供給すると、水はノ
ズル孔１８及び吹き出し孔１９を通って出口２０から噴
出する。なお、水が吹き出し部１５の入口に形成されて
いる部屋２１を通過する際、空気取り入れ口１６より大
気圧の空気を引き込んで巻き込むことができ、これによ
って、空気を巻き込んだ水を吹き出し部１５の出口２０
から噴出することができる。

【０００３】この気液混合装置によると、渦巻きポンプ
１２を駆動すると、水２８が吸込み管２２を通り、この
吸込み管２２の出口で２方に分岐し、一方は、連通管２
３を通って渦巻きポンプ１２の吸込口２４に流入し、他
方は、インジェクタ１３が設けられている連通管２５を
通って吸込口２４に流入する。従って、ポンプ１２に
は、空気が混入した水が流入し、ポンプ１２は、空気が
混入した水を、インペラ（羽根車）の回転によって攪拌
して空気を水に溶解及び分散させることができる。な
お、ポンプ１２内の圧力は、インペラの回転によって高
められている。そして、この空気を溶解等した水を吐出
口２６より吐出する。この吐出口２６より吐出された水
は、大気圧下で気泡３０を発生する。

【０００４】この気液混合装置は、例えば排水処理工程
における浮上分離方式に使用されている。浮上分離方式
とは、沈降性の悪い浮遊物質を含む汚水中に気泡を含む
水を混入させて、気泡が汚水中を浮上する際にこの気泡
を浮遊物質に付着させることにより浮遊物質の比重を小
さくし、この比重の小さくなった浮遊物質を汚水面に浮
上させてこれを分離する方式である。

【０００５】しかし、図１４に示す気液混合装置では、
吸込口２４内の圧力は、ポンプ１２の吸込力によって大
気圧以下の低圧となっているので、インジェクタ１３か
ら吸込口２４に送り込まれてくる空気の体積は比較的大
きくなっており、これによって羽根車が空転する状態と
なり、ポンプ１２による水を押し出す能力が低下するこ
ととなる。その為にポンプ１２内の水圧を高圧にまで上
昇させることができないという問題がある。このよう
に、ポンプ１２内の圧力が高圧とならず、即ち、低圧の
状態であると、水に溶解させることができる空気量が少
なくなり、従って、このポンプ１２の吐出口２６より吐
出された水は、大気圧下で少量の気泡しか発生すること
ができないという問題がある。一方、羽根車が空転しな
いようにインジェクタ１３から吸込口２４に送り込まれ
てくる空気量を少なくすると、水に溶解させることがで
きる空気量が少なくなるので、吐出口２６より吐出され
た水は、大気圧下で少量の気泡しか発生することができ
ないという問題がある。このように、図１４に示す従来
の気液混合装置によると、例えば排水処理工程におい
て、気泡を浮遊物質に付着させる機会が少なくなり、汚
水面に浮上させることができる浮遊物質の量が少なくな
るという問題がある。

【０００６】そこで、上記問題を解決する為に本願出願
人は、図１５に示す気液混合装置（特許第２５１６１７
２号）を発明した。図１５に示す３１は第１のポンプ、
３２は第２のポンプ、１３はインジェクタである。この
気液混合装置は、第１のポンプ３１及び第２のポンプ３
２を駆動すると、第１のポンプ３１が、水を第１の吸込
口３５より吸込んで第１の吐出口３７から吐出し、第２
のポンプ３２が、第１の吐出口３７より吐出された水を
第２の吸込口３８より吸込んで第２の吐出口４２から吐
出する。第２の吐出口４２より吐出された水は、減圧装
置３３により減圧されて送出される。これにより、第１
の吐出口３７と第２の吐出口４２間の連通管４０内の水
の圧力を、主に第１のポンプ３１、それと第２のポンプ
３２によって高くすることができる。そして、インジェ
クタ１３は、第２の吸込口３８に空気を流入させること
ができ、これにより、第２のポンプ３２内に空気を流入
させることができる。その結果、第２のポンプ３２は、
空気が混入する水を所定の高圧力下でインペラにより攪
拌することができるので、空気を水に効率よく溶解及び
分散させることができる。

【０００７】このように、図１５に示す装置によると、
空気の混入する水を攪拌する第２のポンプ３２内の圧力
を主に第１のポンプ３１によって高圧にすることがで
き、これによって図１４に示すポンプ１２内の圧力より
も高くすることができる。従って、水に溶解及び分散さ
せる空気の量（重量）を図１４に示す装置よりも増加さ
せることができる。これによって、微細な気泡３０を多
量に含む水を吐出することができる。なお、図１５に示
す２８は清水、２９は浮遊物質を含む汚水である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１５に示す
従来の気液混合装置では、第２のポンプ３２内の圧力を
高くするための第１のポンプ３１を必要とするので、そ
の分の費用が高くつくし、装置の嵩が大きくなるという
問題がある。

【０００９】本発明は、装置の費用の低減を図り、小型
軽量の気液混合装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の気液混合装
置は、液体を吸い込む吸込口、及びこの吸込口より吸い
込んだ液体を吐出する吐出口を有するケーシングと、こ
のケーシング内に設けられている羽根車と、上記吸込口
より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く流路と、を備
え、上記流路の液体の流れる方向に対して直角方向の面
積が、上記吸込口側から上記吐出口側に向かうに従って
狭くなっている１段ポンプにおいて、上記吸込口側から
上記吐出口側に向かうに従って液体の圧力が順次昇圧さ
れていく上記流路の途中からその圧力液体中に気体を送
り込む気体流入手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１１】第２の発明の気液混合装置は、液体を吸い
込む吸込口、及びこの吸込口より吸い込んだ液体を吐出
する吐出口を有するケーシングと、このケーシング内に
設けられている羽根車と、上記吸込口より吸い込んだ液
体を上記吐出口に導く流路と、を備える１段ポンプにお
いて、上記流路の途中に設けられ上記流路の液体の流れ
る方向に対して直角方向の面積が狭い狭隘部と、この狭
隘部よりも上記吸込口側の上記流路内の圧力液体中に気
体を送り込む気体流入手段と、を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１２】第３の発明の気液混合装置は、液体を吸い
込む吸込口、及びこの吸込口より吸い込んだ液体を吐出
する吐出口を有するケーシングと、このケーシング内に
設けられ円板の外周部に多数の羽根を形成して成る羽根
車と、この羽根車の外周に沿って上記ケーシングに形成
され上記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く
流路と、を備え、上記流路の液体の流れる方向に対して
直角方向の面積が、上記吸込口側から上記吐出口側に向
かうに従って狭くなっている１段再生ポンプにおいて、
上記吸込口側から上記吐出口側に向かうに従って液体の
圧力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその圧力
液体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたことを特
徴とするものである。

【００１３】第４の発明の気液混合装置は、ケーシング
と、このケーシング内に設けられている羽根車と、上記
ケーシングに設けられ吸い込んだ液体が上記羽根車の中
心部に導かれる吸込口と、上記ケーシングに設けられ上
記吸込口より吸い込んだ液体を吐出する吐出口と、上記
羽根車の中心部から外周部に亘って形成され上記吸込口
より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く流路と、を備
え、上記流路の液体の流れる方向に対して直角方向の面
積が、上記羽根車の中心部側から外周部側に向かうに従
って狭くなっている１段うず巻ポンプにおいて、上記羽
根車の中心部側から外周部側に向かうに従って液体の圧
力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその圧力液
体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたことを特徴
とするものである。

【００１４】第５の発明の気液混合装置は、ケーシング
と、このケーシング内に設けられている羽根車と、上記
ケーシングに設けられ吸い込んだ液体が上記羽根車の中
心部に導かれる吸込口と、上記ケーシングに設けられ上
記吸込口より吸い込んだ液体を吐出する吐出口と、上記
羽根車の中心部から外周部に亘って形成され上記吸込口
より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く流路と、を備え
る１段うず巻ポンプにおいて、上記ケーシングの内面に
上記羽根車と非接触の状態で形成され上記羽根車の中心
部を包囲する環状の仕切り手段と、この仕切り手段と上
記羽根車の中心部との間の上記流路内の圧力液体中に気
体を送り込む気体流入手段と、を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１５】第６の発明の気液混合装置は、第５の発明
において、上記環状の仕切り手段を複数設けたことを特
徴とするものである。

【００１６】第７の発明の気液混合装置は、第１、第
２、第３、第４、第５、又は第６の発明において、上記
吐出口より吐出された液体を減圧して送出する減圧装置
を上記吐出口に設けたことを特徴とするものである。

【００１７】

【００１８】第８の発明の気液混合装置は、液体を吸い
込む吸込口、及びこの吸込口より吸い込んだ液体を吐出
する吐出口を有するケーシングと、このケーシング内に
設けられ円板の外周部に多数の羽根を形成して成る羽根
車と、この羽根車の外周に沿って上記ケーシングに形成
され上記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く
流路と、を備え、上記流路の液体の流れる方向に対して
直角方向の面積は、上記吸込口から液体の流れる方向に
向かって上記吐出口までの区間内で略一定に形成されて
いる１段再生ポンプにおいて、上記吸込口側から上記吐
出口側に向かうに従って液体の圧力が順次昇圧されてい
く上記流路の途中からその圧力液体中に気体を送り込む
気体流入手段を設けたことを特徴とするものである。

【００１９】第１、第３、第４の発明は、１段ポンプの
羽根車を回転駆動すると、液体を吸込口より吸込んで、
この吸い込んだ液体を流路に送り込んで吐出口から吐出
する。そして、吸込口内の液体の圧力は低圧であるが、
この吸込口より吸い込まれた液体の圧力は、流路を通る
間に順次高くなり、高圧の液体が吐出口より吐出され
る。このように、液体が流路を通る際に高圧となるの
は、流路の広さ（流路の液体の流れる方向に対して直角
方向の面積）が、吸込口側から吐出口側に向かうに従っ
て狭くなっているからである。また、気体流入手段は、
液体の圧力が順次昇圧されていく圧力液体が通る流路の
途中からこの圧力液体中に気体を送り込むことができ
る。これにより、羽根車は、その気体が送り込まれた流
路の途中から吐出口までの区間においてその気体が混入
する液体を高圧力下で攪拌することができるので、気体
を液体に溶解及び分散させることができる。

【００２０】第２の発明は、流路の途中に狭隘部（液体
の流れる方向に対して直角方向の流路の面積が狭くなっ
ている部分）設けてあり、これによりその狭隘部よりも
吸込口側の流路内の圧力を昇圧することができる。この
昇圧された圧力液体中に気体を気体流入手段によって送
り込むことができる。従って、羽根車は、狭隘部から吐
出口までの区間においてその気体が混入する液体を高圧
力下で攪拌することができるので、気体を液体に溶解及
び分散させることができる。

【００２１】第５の発明は、流路の途中に羽根車と非接
触の状態で仕切り手段を設けてあり、これによりその仕
切り手段よりも吸込口側の流路内の圧力を昇圧すること
ができる。つまり、流路の仕切り手段を設けた部分は、
液体の流れる方向に対して直角方向の面積が狭くなって
おり、これによりその仕切り手段よりも吸込口側の流路
内の液体の圧力を昇圧することができる。この昇圧され
た圧力液体中に気体を気体流入手段によって送り込むこ
とができる。従って、羽根車は、仕切り手段の後側から
吐出口までの区間においてその気体が混入する液体を高
圧力下で攪拌することができるので、気体を液体に溶解
及び分散させることができる。

【００２２】第６の発明によると、適切な複数の数の仕
切り手段を設けることにより流路内の流体圧力を所望の
圧力にすることができる。第７の発明によると、減圧装
置を設けることにより吐出口より吐出される液体を所望
の圧力に減圧することができる。

【００２３】

【００２４】第８の発明によると、１段再生ポンプの羽
根車を回転駆動すると、液体を吸込口より吸込んで、こ
の吸い込んだ液体を流路に送り込んで吐出口から吐出す
る。そして、吸込口内の液体の圧力は低圧であるが、こ
の吸込口より吸い込まれた液体の圧力は、流路を通る間
に順次高くなり、高圧の液体が吐出口より吐出される。
このように、液体が流路を通る際に高圧となるのは、羽
根車が液体を流体摩擦によって吐出口側の流路内に押し
込めるからである。また、気体流入手段は、液体の圧力
が順次昇圧されていく圧力液体が通る流路の途中からこ
の圧力液体中に気体を送り込むことができる。これによ
り、羽根車は、その気体が送り込まれた流路の途中から
吐出口までの区間においてその気体が混入する液体を高
圧力下で攪拌することができるので、気体を液体に溶解
及び分散させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１を参
照して説明する。この実施形態の気液混合装置は、請求
項３に記載の気液混合装置と対応する例であり、例えば
排水処理工程における浮上分離方式に使用するものであ
る。つまり、図１に示す気液混合装置は、タンク２７
（図１５参照）等に貯留されている浮遊物質を含まない
清水２８を吸込んで、高圧下でこの清水２８に空気を溶
解及び分散させ、そして、この空気を溶解等させた清水
を減圧して浮遊物質を含む汚水２９（図１５参照）中に
供給するものである。そうすると、従来例で説明したよ
うに、気泡３０が汚水２９中を浮上する際に浮遊物質に
付着して、浮遊物質の比重を小さくすることができ、こ
の比重の小さくなった浮遊物質を汚水面に浮上させてこ
れを分離することができる。

【００２６】図１に示す４３は１段再生ポンプ（カスケ
ードポンプ）、３４は気体流入手段である。１段再生ポ
ンプ４３は、ケーシング４４と羽根車４７と流路４８を
備えており、水を流体摩擦によって送り出すことができ
る。ケーシング４４は、図１に示すように、水を吸い込
む吸込口５２及びこの吸込口５２より吸い込んだ水を吐
出する吐出口５３を有している。羽根車４７は、図１及
び図２（ａ）に示すように、ケーシング４４内に１つ設
けられており、円板４７ａの外周部に多数の羽根４７ｂ
が形成されているものである。この羽根車４７の中心に
は軸５４を結合して設けてあり、この軸５４は軸受によ
って回動自在に支持されている。

【００２７】流路４８は、図１に示すように、羽根車４
７の外周に沿ってケーシング４４内に形成されており、
吸込口５２より吸い込んだ水を吐出口５３に導くもので
ある。図２（ａ）は、図１をＡ−Ａ方向から見た断面図
であり、図２（ｂ）は、図１に示すＢからＣまでの範囲
の流路４８を羽根車４７の外周側から中心部に向かって
見た展開図である。このように図２から分かるように、
流路４８は、この流路４８を形成するケーシング４４の
内壁面の横幅Ｗが吸込口５２側から吐出口５３側に向か
うに従って狭くなるように形成してあり、これにより、
流路４８内の水の流れる方向５５に対して直角方向の面
積Ｓが、吸込口５２側から吐出口５３側に向かうに従っ
て狭くなっている。

【００２８】なお、図には示さないが、１段再生ポンプ
４３は、軸５４がモータと連結しており、このモータに
よって回転駆動される。そして、図１に示す吸込口５２
には、吸込み管３６の一端が接続しており、吸込み管３
６の他端が図１５に示す清水２８中に漬かっている。そ
して、吐出口５３には、Ｔ字型接続管４５の１つの端部
が接続しており、このＴ字型接続管４５の他の端部に
は、減圧装置（減圧弁）３３を介して吐出管４６が接続
している。減圧装置３３は、入口から流入した空気が溶
解等されている高圧の清水を大気圧程度に減圧して出口
及び吐出管４６を通して排出する。この吐出管４６の他
端は、図１５に示す浮遊物質を含む汚水２９中に浸かっ
ている。そして、Ｔ字型接続管４５の更に別の端部は、
連通管５６等を介して後述するインジェクタ１３と連通
している。

【００２９】気体流入手段３４は、水の圧力が順次昇圧
されていく流路４８の途中から圧力水中に空気を送り込
むための手段であり、図１に示すようにインジェクタ１
３を備えている。インジェクタ１３は、図３に示すもの
であり、従来と同等のものであるので詳細な説明を省略
する。インジェクタ１３は、ノズル１４の入口１７に連
通管５７の一端が接続されており、この連通管５７の他
端が連通管５６を介してＴ字型接続管４５の１つの端部
と接続している。そして、インジェクタ１３の吹き出し
部１５の出口２０には、連通管５８の一端が接続してお
り、連通管５８の他端が連通管５９を介して流路４８と
連通している。この連通管５９は、図１に示すように、
流路４８のＢ〜Ｃ部分のうち略中間位置Ｄでこの流路４
８に連通するようにケーシング４４に接続されている。
更に、インジェクタ１３の空気取り入れ口１６には連通
管４９が接続しており、この連通管４９にはバルブ５０
を設けてある。このバルブ５０の他方の開口部は大気に
開放している。

【００３０】図１に示す５１、５１は、圧力計であり、
Ｔ字型接続管４５及び連通管５９内の圧力を測定するた
めのものである。

【００３１】次に、上記構成の気液混合装置により、空
気を溶解及び分散させた清水を製造する手順を説明す
る。まず、１段再生ポンプ４３を回転駆動する。する
と、１段再生ポンプ４３が、清水２８を吸込口５２より
吸込んで吐出口５３から吐出する。吐出口５３より吐出
された清水の一部は、Ｔ字型接続管４５を通って減圧装
置３３に流入し、減圧装置３３により略大気圧に減圧さ
れて吐出管４６から吐出する。一方、吐出口５３より吐
出された清水の一部は、Ｔ字型接続管４５により分岐さ
れてインジェクタ１３を通り、インジェクタ１３を通過
した清水は、流路４８の中間位置Ｄに流入して吸込口５
２より吸い込まれてくる清水２８と合流して再び吐出口
５３側に流れて吐出される。このようにインジェクタ１
３に清水が流れた状態でインジェクタ１３のバルブ５０
を開放する。すると、従来例で説明したように、インジ
ェクタ１３内を流れる清水がインジェクタ１３の空気取
り入れ口１６より空気を引き込んで巻き込むことがで
き、空気を巻き込んだ清水を吹き出し部１５の出口２０
から噴出することができる。

【００３２】ところで、吸込口５２内の清水２８の圧力
は低圧であるが、この吸込口５２より吸い込まれた清水
２８の圧力は、流路４８を通る間に順次高くなり、高圧
の清水２８が吐出口５３より吐出される。このように、
清水２８が流路４８を通る際に高圧となるのは、流路４
８の広さ（流路４８の清水２８の流れる方向に対して直
角方向の面積）Ｓが、吸込口５２側から吐出口５３側に
向かうに従って狭くなっているからである。また、気体
流入手段３４は、清水２８の圧力が順次昇圧されていく
圧力清水２８が通る流路４８の途中Ｄからこの圧力清水
２８中に空気を含む清水を送り込むことができる。これ
により、羽根車４７は、空気が送り込まれた流路４８の
途中Ｄから吐出口５３までの区間においてその空気が混
入する清水２８を高圧力下で攪拌することができるの
で、多量の空気を清水２８に効率よく溶解及び分散させ
ることができる。

【００３３】そして、このように高圧下で空気を溶解等
させた清水を減圧装置３３により減圧して、図１５に示
す大気圧下の状態にある浮遊物質を含む汚水２９中に供
給すると、汚水２９中に多数の超微細な気泡３０が発生
し、この多数の気泡３０が汚水２９中を浮上する際に多
くの浮遊物質に付着して、夫々の浮遊物質の比重を小さ
くすることができ、この比重の小さくなった浮遊物質を
汚水面に浮上させることができる。このようにして浮上
させた浮遊物は、効率よく水と分離し、除去することが
できる。

【００３４】また、上記気液混合装置によると、再生ポ
ンプ４３が１段式であるので、図１５に示す第２の従来
の装置の第１のポンプ３１が不要であり、従って、その
分だけこの気液混合装置の費用の低減を図ることがで
き、小型軽量にすることができる。

【００３５】第２実施形態の気液混合装置は、請求項５
に記載の気液混合装置と対応する例であり、図４及び図
５を参照して説明する。第１実施形態の気液混合装置と
第２実施形態の気液混合装置が相違するところは、本願
発明を、第１実施形態が１段再生ポンプ４３に適用して
いるのに対して、第２実施形態が開放形羽根車６２を備
える１段うず巻ポンプ６０に適用したところである。１
段うず巻ポンプ６０は、ケーシング６１と羽根車６２と
流路６３と仕切り手段７０を備えている。ケーシング６
１は、図４に示すように、水（清水）を吸い込みこの吸
い込んだ水が羽根車６２の中心部６２ｃに導かれる吸込
口６４及びこの吸込口６４より吸い込んだ水を吐出する
吐出口６５を有している。開放形羽根車６２は、図４に
示すように、ケーシング６１内に１つ設けられており、
円板６２ａの吸込口６４側の側面に８枚の羽根６２ｂが
形成されている開放形のものである。各羽根６２ｂは、
互いに間隔を隔てて円板６２ａの中心部から外周部に亘
ってうず巻状に形成されている。この羽根車６２の中心
には軸５４を結合して設けてあり、この軸５４は軸受６
６によって回動自在に支持されている。

【００３６】流路６３は、図４及び図５に示すように、
羽根車６２に設けられている８枚の羽根６２ｂの互いに
隣合うものどうしの間に８つ形成されており、吸込口６
４より吸い込まれて羽根車６２の中心部６２ｃに導かれ
た水を遠心力によって吐出口６５に導くものである。図
５に示すように、８つの各流路６３は、各流路６３を形
成する各２枚の羽根６２ｂの内側面の間隔Ｗが吸込口６
４側から吐出口６５側に向かうに従って広くなるように
形成してあり、これにより、流路６３内の水の流れる方
向６７に対して直角方向の面積Ｓが、中心部側（吸込口
６４側）から外周部側（吐出口６５側）に向かうに従っ
て広くなっている。

【００３７】仕切り手段７０（７０ａ、７０ｂ、７０
ｃ）は、図４及び図５に示すように、ケーシング６１の
羽根６２ｂと向かい合っている内壁面に羽根車６２と非
接触の状態で形成され、羽根車６２の中心部６２ｃを同
心とする直径の異なる３つの円環状の突条である。これ
ら３つの仕切り手段７０ａ、７０ｂ、７０ｃは、互いに
間隔を隔てて設けてあり、各羽根６２ｂに設けた切欠内
にこの切欠の内縁と隙間を隔てて配置してある。このよ
うに、各流路６３は、３つの仕切り手段７０ａ、７０
ｂ、７０ｃによって３つの第１〜第３の部屋６３ａ〜６
３ｃに区画されている。なお、第３の部屋６３ｃの外側
には、うず形室６８が形成されている。また、各仕切り
手段７０ａ、７０ｂ、７０ｃの先端部と羽根車６２の円
板６２ａとの間隔は狭くなっており、この箇所が狭隘部
７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）である。つまり、狭隘
部７１は、流路６３の水が流れる方向６７に対して直角
方向の面積Ｓが急激に狭くなっている。この狭隘部７１
が請求項２に記載の狭隘部である。

【００３８】仕切り手段７０ａ、７０ｂ、７０ｃによる
と、各狭隘部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを通る水の速度エ
ネルギを圧力エネルギに変換することができ、これによ
って流路６３内の圧力を第１、第２、第３の部屋６３
ａ、６３ｂ、６３ｃ及びうず形室６８の順に昇圧してい
くことができ、うず形室６８内の圧力が最高圧となる。
この仕切り手段７０は、数多く設けることにより流路６
３の部屋内の水の圧力を所望の圧力に昇圧することがで
きるが、仕切り手段７０を数多く設けるほど吐出流量が
減少することとなり、この吐出流量の減少を抑えるため
には羽根６２どうしの間隔を拡げると共に、羽根車６２
の直径を大きくする必要がある。従って、仕切り手段７
０の数は、流路６３の部屋内の水圧とこのポンプ６０の
吐出流量とを比較考量して適切な数に決定する必要があ
る。

【００３９】なお、図には示さないが、１段うず巻ポン
プ６０は、軸５４がモータと連結しており、このモータ
によって回転駆動される。そして、図４に示す吸込口６
４には、図には示さないが、第１実施形態と同様に吸込
み管３６の一端が接続しており、吸込み管３６の他端が
図１５に示す清水２８中に漬かっている。そして、吐出
口６５には、図には示さないが、連結管を介して第１実
施形態と同等の減圧装置３３を介して吐出管４６が接続
している。吐出管４６の他端は、図１５に示す浮遊物質
を含む汚水２９中に浸かっている。そして、図４に示す
ように、吐出口６５と連通するうず形室６８には、連通
管５７等を介してインジェクタ１３が接続している。

【００４０】気体流入手段３４は、水の圧力が順次昇圧
されていく流路６３に形成されている第１〜第３の部屋
６３ａ〜６３ｃのうち第３の部屋６３ｃ内の圧力水中に
空気を送り込むための手段である。この気体流入手段３
４は、第１実施形態のものと同等のものであり、詳細な
説明を省略する。この気体流入手段３４のインジェクタ
１３の吹き出し部１５の出口２０は、連通管５８、５９
を介して第３の部屋６３ｃと連通している。

【００４１】図４に示す５１は、圧力計であり、連通管
５９内の圧力を測定するためのものである。図には示さ
ないが、吐出口６５内の圧力を測定するための圧力計も
設けてある。

【００４２】次に、上記構成の気液混合装置により、空
気を溶解及び分散させた清水を製造する手順を説明す
る。まず、１段うず巻ポンプ６０を回転駆動する。する
と、１段うず巻ポンプ６０が、清水２８を吸込口６４よ
り吸込んで流路６３及びうず形室６８を通して吐出口６
５から吐出する。この吐出口６５から吐出された圧力清
水は連通管（図示せず）を通って第１実施形態と同様に
減圧装置３３に流入し、減圧装置３３により略大気圧に
減圧されて吐出管４６から吐出する。一方、うず形室６
８に送り込まれた圧力清水の一部は、連通管５７、及び
インジェクタ１３を通り、インジェクタ１３を通過した
清水は、流路６３の第３の部屋６３ｃ内に流入して吸込
口６４より吸い込まれてくる清水２８と合流して再び吐
出口６５側に流れて吐出される。なお、インジェクタ１
３は、従来例で説明したように、インジェクタ１３内を
流れる清水がインジェクタ１３の空気取り入れ口１６よ
り空気を引き込んで巻き込むことができ、空気を巻き込
んだ清水を吹き出し部１５の出口２０から噴出すること
ができる。

【００４３】ところで、吸込口６４内の清水２８の圧力
は低圧であるが、この吸込口６４より吸い込まれた清水
２８の圧力は、流路６３の第１〜第３の部屋６３ａ〜６
３ｃ及びうず形室６８の順に昇圧していき、高圧の清水
２８が吐出口６５より吐出される。このように、清水２
８が流路６３を通る際に高圧となるのは、流路６３の途
中に仕切り手段７０ａ〜７０ｃを設けて狭隘部７１ａ〜
７１ｃを形成してあるからである。また、気体流入手段
３４は、第３の部屋６３ｃ内の圧力清水２８中に空気を
含む圧力清水を送り込むことができる。これにより、羽
根車６２は、その空気が送り込まれた第３の部屋６３ｃ
内及びその外側のうず形室６８内に位置する羽根６２ｂ
によってその空気が混入する清水２８を高圧力下で攪拌
することができるので、多量の空気を清水２８に効率よ
く溶解及び分散させることができる。

【００４４】そして、このように高圧下で空気を溶解等
させた清水を減圧装置３３により減圧して、大気圧下の
状態にある浮遊物質を含む汚水２９中に供給すると、第
１実施形態と同様に、汚水２９中に多数の超微細な気泡
３０を発生させることができ、浮遊物質を汚水面に浮上
させることができる。このようにして浮上させた浮遊物
は、効率よく水と分離し、除去することができる。

【００４５】また、上記気液混合装置によると、第１実
施形態と同様に、うず巻ポンプ６０が１段式であるの
で、図１５に示す第２の従来の装置の第１のポンプ３１
が不要であり、従って、その分だけこの気液混合装置の
費用の低減を図ることができ、小型軽量にすることがで
きる。

【００４６】第３実施形態の気液混合装置を図６及び図
７を参照して説明する。第２実施形態の気液混合装置と
第３実施形態の気液混合装置が相違するところは、１段
うず巻ポンプ６０が、第２実施形態では開放形羽根車６
２を備えているのに対して、第３実施形態では密閉形羽
根車７２を備えるところである。これ以外は、第２実施
形態と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、
それらの詳細な説明を省略する。密閉形羽根車７２は、
図６及び図７に示すように、第２実施形態の開放形羽根
車６２に対して円板６２ａと間隔を隔てて対向する位置
に円環状の前面囲い板７２ａを設けたものである。この
前面囲い板７２ａと円板６２ａの間に８枚の羽根６２ｂ
が位置している。

【００４７】この密閉形羽根車７２を使用することによ
り、ポンプ効率の向上を図ることができる。これ以外
は、第２実施形態の気液混合装置と同様に作用して多量
の空気を清水２８に効率よく溶解及び分散させることが
できる。

【００４８】次に、参考技術を図１２を参照して説明す
る。第２実施形態の気液混合装置とこの参考技術の気液
混合装置が相違するところは、気体流入手段３４のイン
ジェクタ１３の吹き出し部１５の出口２０が、第２実施
形態では図４に示すように連通管５８、５９を介して第
３の部屋６３ｃと連通しているのに対して、参考技術で
は図１２に示すように連通管５８、５９を介して羽根車
６２の円板６２ａの流路６３が形成されている側面の反
対側に形成されている側面と、この側面と向かい合うケ
ーシング６１の内壁面と、の間に形成されている隙間６
１ａと連通しているところである。これ以外は、第２実
施形態と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示
し、それらの詳細な説明を省略する。

【００４９】気体流入手段３４は、空気が混入する高圧
水をケーシング６１と羽根車６２の円板６２ａとの隙間
６１ａに供給することができ、この隙間６１ａに送り込
まれた空気が混入する高圧水は、羽根車６２の遠心力に
より羽根車６２の外周部に形成されているうず形室６８
の圧力水中に送り込まれる。これにより、羽根車６２
は、空気が混入する高圧水をその高圧力下で攪拌するこ
とができるので、空気を水に効率よく溶解及び分散させ
ることができる。なお、気体流入手段３４は、空気が混
入する高圧水を流路６３ではなく上記隙間６１ａに送り
込んでいるので、この高圧水中の空気によって羽根車６
２の羽根６２ｂが空回りすることがなく、よって水を吐
出口６５より高圧で吐出することができる。この参考技
術では、仕切り手段７０ａ〜７０ｃを設けてあり、この
仕切り手段７０は、うず形室６８内の空気が流路６３を
通って吸込口６４側に移動しないようにしている。しか
し、この仕切り手段７０ａ〜７０ｃの個数は、流路６３
内を流れる水の流速及び空気量に応じて加減することが
でき、場合によっては省略することができる。これ以外
は、第２実施形態の気液混合装置と同様に作用して多量
の空気を清水２８に効率よく溶解及び分散させることが
できる。

【００５０】ただし、第１実施形態の１段再生ポンプ４
３の流路４８の幅Ｗは、図２（ｂ）の展開図に示すよう
に、吸込口５２側から吐出口５３側に向かうに従って狭
くなるように形成して、流路４８のＤ位置における水圧
が高圧となるように構成したが、流路４８の構成を図２
（ｂ）に示す構成とする代わりに、図８（ａ）の展開
図、及び図８（ｂ）に示す部分断面図に示すように、流
路４８の幅Ｗを一定となるように形成し、その流路４８
の両内壁面に４組の突条で形成した仕切り手段７３ａ、
７３ｂ、７３ｃ、７３ｄを互いに所定の間隔を隔てて設
けた構成としてもよい。この仕切り手段７３ａ、７３
ｂ、７３ｃ、７３ｄは、第２、第３実施形態の仕切り手
段７０ａ〜７０ｃと同等の作用をなすものであり、各仕
切り手段７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄの吸込口５２
側に形成された第１、第２、第３、第４の部屋４８ａ、
４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ内の水圧がこの順番で順次昇圧
されていき、第４の部屋４８ｄ内の水圧が最高となる。
そして、吐出口５３から吐出された高圧水をこれよりも
低圧であるが比較的高圧の水が流れ込んでいる第３の部
屋４８ｃ内に送り込み、これによって上記各実施形態と
同様に多量の空気を清水２８に効率よく溶解及び分散さ
せることができる。

【００５１】また、第１実施形態の１段再生ポンプ４３
の流路４８を更に別の形態としてもよい。つまり、図１
３に示すように流路４８の清水の流れる方向に対して直
角方向の面積を、吸込口５２から吐出口５３まで（Ｂ〜
Ｃ）を略一定に形成し、吐出口５３から吸込口５２まで
（Ｂ〜Ｃ以外の区間）には仕切り手段７９を設けてそれ
よりも狭く形成することができる。この１段再生ポンプ
４３によると、羽根車４７を回転駆動すると、清水を吸
込口５２より吸込んで、この吸い込んだ清水を流路４８
に送り込んで吐出口５３から吐出する。そして、吸込口
５２内の清水の圧力は低圧であるが、この吸込口５２よ
り吸い込まれた清水の圧力は、流路４８を通る間にしだ
いに高くなり、高圧の清水が吐出口５３より吐出され
る。このように、清水が流路４８を通る際に高圧となる
のは、羽根車４７が清水を流体摩擦によって吐出口５３
側の仕切り手段７９によって囲まれた流路４８内に押し
込めるからである。また、気体流入手段３４は、清水の
圧力が順次昇圧されていく圧力清水が通る流路４８の途
中Ｄからこの圧力清水中に清水と共に空気を送り込むこ
とができる。これにより、羽根車４７は、その空気が送
り込まれた流路４８の途中から吐出口５３までの区間に
おいてその空気が混入する清水を高圧力下で攪拌するこ
とができるので、多量の空気を清水に効率よく溶解及び
分散させることができる。

【００５２】そして、第２実施形態では、図５に示すよ
うに、８つの各流路６３は、各流路６３を形成する各２
枚の羽根６２ｂの内側面の間隔Ｗが吸込口６４側から吐
出口６５側に向かうに従って広くなるように形成してあ
り、これにより、流路６３内の水の流れる方向６７に対
して直角方向の面積Ｓが、中心部側（吸込口６４側）か
ら外周部側（吐出口６５側）に向かうに従って広くなる
構成としたが、図９又は図１０に示す構成としてもよ
い。

【００５３】図９に示す羽根車７４の８つの各流路７５
は、各流路７５を形成する各２枚の羽根７４ｂの内側面
の間隔Ｗが吸込口６４側から吐出口６５側に向かう各箇
所において略同一であり、これにより、流路７５内の水
の流れる方向６７に対して直角方向の面積Ｓが、中心部
側（吸込口６４側）から外周部側（吐出口６５側）に向
かう各箇所において略同一となる構成である。これ以外
は羽根車６２と同等である。

【００５４】図１０に示す羽根車７６の８つの各流路７
７は、各流路７７を形成する各２枚の羽根７６ｂの内側
面の間隔Ｗが吸込口６４側から吐出口６５側に向かうに
従って狭くなるように形成してあり、これにより、流路
７７内の水の流れる方向６７に対して直角方向の面積Ｓ
が、中心部側（吸込口６４側）から外周部側（吐出口６
５側）に向かうに従って狭くなる構成である。これ以外
は羽根車６２と同等である。流路７７の面積Ｓを水の流
れる方向６７に向かうに従って狭くなる構成とすること
により、流路７７内の水圧を中心部側（吸込口６４側）
から外周部側（吐出口６５側）に向かうに従って順次昇
圧していくことができる。

【００５５】なお、図９及び図１０に示す羽根車７４、
７６は、開放形であるが、図６及び図７に示す第３実施
形態のように各羽根車７４、７６に前面囲い板７２ａを
設けた密閉形の構成としてもよい。

【００５６】また、第２実施形態において、図４、図５
に示す仕切り手段７０ａ、７０ｂ、７０ｃを省略して、
羽根車６２の代わりに、図１１に示す開放形の羽根車７
８を設けた構成の気液混合装置としてもよい。図１１に
示す羽根車７８は、図１０に示す羽根車７６の仕切り手
段７０ａ、７０ｂ、７０ｃを通すための切欠（同心円上
に形成した３つの切欠）を省略したものであり、これ以
外は羽根車７６と同等である。勿論、図１１に示す開放
形の羽根車７８を設ける代わりに、図には示さないが、
羽根車７８に前面囲い板７２ａを設けた密閉形の羽根車
を設けた構成の気液混合装置としてもよい。

【００５７】更に、第２、第３実施形態において、３つ
の仕切り手段７０ａ〜７０ｃを設けた構成としたが、３
つ以外の１又は４つ以上の仕切り手段を設けた構成とし
てもよい。そして、第２、第３実施形態において、気体
流入手段３４のインジェクタ１３の吹き出し部１５の出
口２０が連通管５９を介して第３の部屋６３ｃと連通す
る構成としたが、インジェクタ１３の吹き出し部１５の
出口２０が第１又は第２の部屋６３ａ又は６３ｂと連通
する構成としてもよい。また、第１乃至第３実施形態で
は、減圧装置３３を設けた構成としたが、この減圧装置
３３を省略して、吐出口より空気を溶解等させた水を高
速で吐出する構成としてもよい。

【００５８】更に、上記第１乃至第３実施形態では、イ
ンジェクタ１３を使用して清水２８に空気を混入させる
構成としたが、インジェクタ１３を設けずに、各インジ
ェクタ１３と対応する位置を通過する清水に、所定量の
空気を強制的に混入させる構成とすることができる。空
気を強制的に供給する装置として、例えばコンプレッサ
を使用することができる。ただし、供給する空気量を調
整する為にコンプレッサの空気吐出口に流量調整弁を設
ける必要がある。勿論、インジェクタ１３及びこれと連
通する連通管を省略して、流路内のＤ位置又は第３の部
屋内の圧力水中に圧縮空気を直接送り込む構成としても
よい。

【００５９】そして、上記第１乃至第３実施形態では、
清水を吸込んで、この清水に空気を溶解及び分散させ
て、この空気を溶解等させた清水を浮遊物質を含む汚水
に供給して、この浮遊物質を汚水面に浮上させたが、清
水を吸い込まずに、浄化しようとする汚水を吸い込ませ
て、この汚水に空気を溶解及び分散させて、この空気を
溶解等させた汚水を元の汚水に戻して浮遊物質を浮上さ
せるようにしてもよい。

【００６０】また、上記第１乃至第３実施形態では、こ
の発明の気液混合装置を排水処理工程における浮上分離
方式に使用したが、これ以外の目的にも利用することが
できる。例えば、気泡が破裂するときに生じる超音波を
利用する洗浄装置に適応することができる。この場合、
空気を洗浄液に溶解及び分散させるとよい。そして、風
呂の湯の中に気泡を発生させることにより、身体の洗
浄、マッサージ用として使用することもできる。更に、
湖沼を浄化する装置としても利用することができる。更
に、気体、例えば炭酸ガス又はオゾンガスを、液体、例
えば水に混合、溶解させて、炭酸水又はオゾン水を製造
することができるし、気体を液体に混合、溶解させて、
気体と液体を化学反応させる処理にも使用することもで
きる。

【００６１】

【発明の効果】本発明の気液混合装置によると、１段ポ
ンプの流路の途中を通る高圧液体中に気体を送り込んで
気体と液体を高圧力下で混合する構成であるので、図１
５に示す第２の従来の装置の第１のポンプ３１が不要で
あり、従って、その分だけこの気液混合装置の費用の低
減を図ることができ、小型軽量にすることができる。そ
して、流路の途中を通る高圧液体中に気体を送り込んで
気体と液体を高圧力下で混合しているので、図１５に示
す従来の装置と同様に多量の気体を効率よく液体に溶解
及び分散させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る気液混合装置を
示す正面断面図である。

【図２】（ａ）は同第１実施形態に係る気液混合装置の
１段再生ポンプを図１のＡ−Ａ方向から見た断面図、
（ｂ）は同１段再生ポンプの流路を示す展開図である。

【図３】同第１乃至第３実施形態のインジェクタの拡大
断面図である。

【図４】同発明の第２実施形態に係る気液混合装置を示
す正面断面図である。

【図５】同第２実施形態の羽根車及び仕切り手段を示す
正面図である。

【図６】同発明の第３実施形態に係る気液混合装置を示
す正面断面図である。

【図７】同第３実施形態の羽根車及び仕切り手段を示す
正面図である。

【図８】同第１実施形態に係る気液混合装置の１段再生
ポンプの他の例を示す図であり、（ａ）は同他の例の１
段再生ポンプの流路を示す展開図、（ｂ）は同他の例の
１段再生ポンプの部分断面図である。

【図９】同第２実施形態の羽根車の他の第１の例を示す
正面図である。

【図１０】同第２実施形態の羽根車の他の第２の例を示
す正面図である。

【図１１】同第２実施形態の羽根車の他の第３の例を示
す正面図である。

【図１２】参考技術に係る気液混合装置を示す正面断面
図である。

【図１３】同第１実施形態に係る気液混合装置の１段再
生ポンプの更に他の例を示す図であり、その流路を示す
展開図である。

【図１４】従来の気液混合装置を示す正面図である。

【図１５】従来の他の気液混合装置を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

２８清水２９汚水３０気泡４３１段再生ポンプ４７、６２、７２羽根車４８、６３流路５２、６４吸込口５３、６５吐出口６０１段うず巻ポンプ６８うず形室７０（７０ａ〜７０ｂ）仕切り手段７１（７１ａ〜７１ｂ）狭隘部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吸い込む吸込口、及びこの吸込口
より吸い込んだ液体を吐出する吐出口を有するケーシン
グと、このケーシング内に設けられている羽根車と、上
記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く流路
と、を備え、上記流路の液体の流れる方向に対して直角
方向の面積が、上記吸込口側から上記吐出口側に向かう
に従って狭くなっている１段ポンプにおいて、上記吸込口側から上記吐出口側に向かうに従って液体の
圧力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその圧力
液体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたことを特
徴とする気液混合装置。
【請求項２】液体を吸い込む吸込口、及びこの吸込口
より吸い込んだ液体を吐出する吐出口を有するケーシン
グと、このケーシング内に設けられている羽根車と、上
記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐出口に導く流路
と、を備える１段ポンプにおいて、上記流路の途中に設けられ上記流路の液体の流れる方向
に対して直角方向の面積が狭い狭隘部と、この狭隘部よ
りも上記吸込口側の上記流路内の圧力液体中に気体を送
り込む気体流入手段と、を設けたことを特徴とする気液
混合装置。
【請求項３】液体を吸い込む吸込口、及びこの吸込口
より吸い込んだ液体を吐出する吐出口を有するケーシン
グと、このケーシング内に設けられ円板の外周部に多数
の羽根を形成して成る羽根車と、この羽根車の外周に沿
って上記ケーシングに形成され上記吸込口より吸い込ん
だ液体を上記吐出口に導く流路と、を備え、上記流路の
液体の流れる方向に対して直角方向の面積が、上記吸込
口側から上記吐出口側に向かうに従って狭くなっている
１段再生ポンプにおいて、上記吸込口側から上記吐出口側に向かうに従って液体の
圧力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその圧力
液体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたことを特
徴とする気液混合装置。
【請求項４】ケーシングと、このケーシング内に設け
られている羽根車と、上記ケーシングに設けられ吸い込
んだ液体が上記羽根車の中心部に導かれる吸込口と、上
記ケーシングに設けられ上記吸込口より吸い込んだ液体
を吐出する吐出口と、上記羽根車の中心部から外周部に
亘って形成され上記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐
出口に導く流路と、を備え、上記流路の液体の流れる方
向に対して直角方向の面積が、上記羽根車の中心部側か
ら外周部側に向かうに従って狭くなっている１段うず巻
ポンプにおいて、上記羽根車の中心部側から外周部側に向かうに従って液
体の圧力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその
圧力液体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたこと
を特徴とする気液混合装置。
【請求項５】ケーシングと、このケーシング内に設け
られている羽根車と、上記ケーシングに設けられ吸い込
んだ液体が上記羽根車の中心部に導かれる吸込口と、上
記ケーシングに設けられ上記吸込口より吸い込んだ液体
を吐出する吐出口と、上記羽根車の中心部から外周部に
亘って形成され上記吸込口より吸い込んだ液体を上記吐
出口に導く流路と、を備える１段うず巻ポンプにおい
て、上記ケーシングの内面に上記羽根車と非接触の状態
で形成され上記羽根車の中心部を包囲する環状の仕切り
手段と、この仕切り手段と上記羽根車の中心部との間の
上記流路内の圧力液体中に気体を送り込む気体流入手段
と、を設けたことを特徴とする気液混合装置。
【請求項６】請求項５に記載の気液混合装置におい
て、上記環状の仕切り手段を複数設けたことを特徴とす
る気液混合装置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５、又は６に記
載の気液混合装置において、上記吐出口より吐出された
液体を減圧して送出する減圧装置を上記吐出口に設けた
ことを特徴とする気液混合装置。
【請求項８】液体を吸い込む吸込口、及びこの吸込口
より吸い込んだ液体を吐出する吐出口を有するケーシン
グと、このケーシング内に設けられ円板の外周部に多数
の羽根を形成して成る羽根車と、この羽根車の外周に沿
って上記ケーシングに形成され上記吸込口より吸い込ん
だ液体を上記吐出口に導く流路と、を備え、上記流路の
液体の流れる方向に対して直角方向の面積は、上記吸込
口から液体の流れる方向に向かって上記吐出口までの区
間内で略一定に形成されている１段再生ポンプにおい
て、上記吸込口側から上記吐出口側に向かうに従って液体の
圧力が順次昇圧されていく上記流路の途中からその圧力
液体中に気体を送り込む気体流入手段を設けたことを特
徴とする気液混合装置。