JPH0228720B2 - Honpu - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体と液体を吸引して圧送するポン
プに係り、特に吸引した気体を液体に効率よく溶
解・分散させて吐出するポンプに関するものであ
る。

［従来の技術］ 大気圧以上の圧力下で気体を液体に溶解させる
従来の装置としては、例えばポンプ・コンプレツ
サ・圧力容器等より構成される装置が知られてい
る。この装置は、液体を収納した圧力容器中にコ
ンプレツサで気体を送り込み、該圧力容器中に液
体と気体を滞留させ、ほぼ静的な状態で気体を液
面から溶解させるものである。また圧力容器に流
体の撹拌機を取付け、気体の溶解を促進させるよ
うにしたものもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述した従来の溶解装置によれば、圧力容器内
における気液の接触面積が非常に少なく、しかも
溶解は静的な状態で行なわれていた。このため気
液の溶解効率が低く、圧力容器を相当大形にしな
いと溶解に要する時間が長くなつてしまうという
問題点があつた。撹拌機を設ければ溶解は多少促
進されるが、液面でのみ気体が溶解することに変
わりはなく、さらに撹拌機を駆動するための動力
を新たに設けなければならないという問題が生ず
る。また、前記従来の装置によつて気体の静的な
溶解を行なわせるためには、圧力容器内にある液
体の液面位置を制御する必要がある。このため圧
力容器内に導入する気体の量を調節する手段や、
圧力容器内の未溶解の気体を分離する気体抜弁等
の設備等を設ける必要があり、装置全体が複雑で
高価なものになつてしまうという問題点があつ
た。

［発明の目的］ 本発明は、気体を液体に効率よく溶解又は混合
させることのできる小形で簡単な構成のポンプを
提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のポンプは、回転駆動されて流体を加圧
するインペラ部と、該インペラ部の外周部に設け
られた第１の渦巻室と、前記第１の渦巻室から接
線方向に吐出される流体を受入れて周方向に案内
する略円筒形の第２の渦巻室と、前記第２の渦巻
室の略中心部に設けられた循環流体抜出口と、前
記第２の渦巻室の端部に設けられて流体を外部に
向けて接線方向に吐出させる吐出口と、入口が前
記循環流体抜出口に連通されると共に出口が前記
インペラ部に連通され、内部を通過する流体のエ
ネルギによつて吸入口から気体を取入れるインゼ
クタと、を具備することを特徴としている。

［作用］ インペラ部を回転駆動させ、液体と気体をイン
ペラ部に吸込む。インペラ部に吸込まれた気体は
加圧されて細かく砕かれ、液体中に分散・混合さ
れる。この流体は第１の渦巻室に流入して撹拌さ
れ、一部の気体は液体中に溶解する。次に、この
流体は第１の渦巻室から接線方向に吐出して第２
の渦巻室内に流入する。第２の渦巻室内で、前記
流体は続けて撹拌され、撹拌・滞留によつて気体
は液体にさらに溶解していく。これと同時に、未
溶解の気体を含む液体は遠心力によつて第２の渦
巻室の中心部に多く集まり、他方では気体の溶解
した液体は第２の渦巻室の端部に集まつて吐出口
から外部に向けて接線方向に吐出される。そして
未溶解の気体を含む液体は、循環流体抜出口から
抜出されてインゼクタの入口に供給され、インゼ
クタ内の出口に向けて通過していく。この時、イ
ンゼクタ内を通過していく流体の運動エネルギの
大小に応じた吸引力で、インゼクタ内には吸引口
から相応量の気体が吸込まれる。そして前記イン
ゼクタを通過した流体は、インゼクタで吸込まれ
た気体と共にインペラ部に回帰し、新たに供給さ
れる液体と共に圧縮されて前述した作用を受ける
ことになる。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図及び第２図によつて
説明する。

第１図に示す本実施例のポンプ１は、気体を液
体に効率よく溶解させるために用いられるもの
で、インペラ部２は多くの気体を液体と共に圧送
できるような構造とされている。第１図及び第２
図ａに示す３は、駆動軸６が取付けられるボス４
ａを有する主盤４と、該主盤４の一方の側面に設
けられた複数の羽根５とによつて構成されるイン
ペラ本体である。そして該インペラ本体３の羽根
５には、中央部に孔が形成された円盤形の側板７
が固着されており、インペラ部２を構成してい
る。第２図ａの断面図に示すように、前記羽根５
は、円弧状にカーブした爪形の断面形状を有して
おり、各羽根５と主盤４の側面と側板７の内面と
によつて複数の流体通路８が構成されている。こ
の流体通路８は、第２図ｂに示すように、楕円形
状の入口９側の断面積が大きく、楕円形状の出口
１０側の断面積の方が小さくなつており、その壁
面は角部のないなめらかな形状とされている。前
記両断面積は、流体通路８内における流体の見掛
け流速（一定時間内に流れる流体の見掛け体積そ
の時間で除した値）が一定になるように、出口１
０での流体圧力と圧送しようとする気・液混合割
合等によつて設定する。例えば、水６m³／ｈ、空
気２m³／ｈを混合移送しようとする場合、出口１
０での流体の圧力を５Kgｆ／cm²とすれば気体の体
積は約1/5に圧縮されるので、入口９側の断面積
Ａ及び出口１０側の断面積A′は次式によつて定
めることができる。

６＋２／Ａ＝６＋0.4／A′ 次に、前記インペラ部２は、第１及び第２の渦
巻室１１，１２を有するケーシング部の第１の渦
巻室１１によつて、流体通路８の出口１０がある
外周部を囲まれている。第１の渦巻室１１は、イ
ンペラ部２１の外周部との間に回転方向に沿つて
徐々に拡大していくスパイラル空間を構成してい
る。この渦巻室１１を区画している隔壁１１ａの
開口した一側面には、インペラ部２を渦巻室１１
の隔壁１１ａ内に支える蓋板が嵌着されており、
インペラ部２に取付けられた駆動軸６は該蓋板１
４を挿通している。そして駆動軸６は軸受１５に
支えられ、その端部はフランジ継手１６によつて
モータＭの出力軸１７に連動連結されている。他
方、第１の渦巻室１１を区画している隔壁１１ａ
の他側面には、前記駆動軸６と同軸に吸引管１８
が接続連通されており、インペラ部２の入口９に
流体を供給できるようになつている。そして前記
渦巻室１１の隔壁１１ａ及び前記吸引管１８の一
部を中心とし、これらをとり囲むようにして、略
円筒形の隔壁１２ａが吸引管１８及び内側の隔壁
１１ａと一体に形成されている。外側の隔壁１２
ａは、吸引管１８の吸引口１９に近い渦巻室１２
の一端部に近づくにつれて内径が徐々に小さくな
るように形成されている。また第２図ａに示すよ
うに、外側の隔壁１２ａによつて区画された第２
の渦巻室１２には、前記第１の渦巻室１１が開口
しており、第１の渦巻室１１で付勢された流体が
接線方向に沿つて第２の渦巻室１２に流入するよ
うに構成されている。そして内径が小さい第２の
渦巻室１２の端部には、周状の隔壁１２ａに対し
て接線方向に吐出口２０が設けられており、第２
の渦巻室１２内を周方向に回転しながら端部に移
動してきた一部の流体が、外部に向けて接線方向
に吐出されるように構成されている。また外側の
隔壁１２ａには図示しない抜出管が貫設されてい
る。該抜出管の開口端部である循環流体抜出口２
１には、第２の渦巻室１２の中心部、即ち流体の
回転運動の中心に設けられた吸引管１８の近傍で
あつて前記吐出口２０からは離れた位置に設けら
れており、当該位置に集まつた一部の流体を室内
から抜出せるように構成されている。また前記吸
引管１８の内部には細径の供給管２２が同軸に設
けられており、該供給管２２は吸引管１８の周壁
部を貫通して外部に連通している。

次に、外側の隔壁１２ａの外部には、通過する
流体の運動エネルギによつて気体を吸入するイン
ゼクタ２３の設けられている。インゼクタ２３の
入口２３ａと前記抜出管とは配管によつて接続さ
れている。またインゼクタ２３の出口２３ｂと前
記供給管２２とは配管よつて接続されている。そ
してインゼクタ２３の吸入口２３ｃは所定圧力の
気体中に開放されており、ポンプ１の吸引管１８
には液体が供給されるようになつている。

次に以上の構成における作用を説明する。

モータＭを駆動してインペラ部２を回動させ、
吸引管１８から液体を供給する。インペラ部２に
吸込まれた液体と気体は、なめらかな形状の流体
通路８を移動しながら加圧される。本実施例のポ
ンプ１におけるインペラ部２の流体通路８は、圧
縮前の流体が通過する入口９側の断面積が大き
く、圧縮後の流体が通過する出口１０側の断面積
を小さくしてある。従つて、液体と圧縮性流体で
ある気体とを一緒に圧送すると、流体通路８内の
入口９から出口１０にかけて流体の見掛け流速
（一定時間内に流れる流体の見掛け体積をその時
間で除した値）が一定になるので、流体通路８中
に圧力の異なる領域が生ずることはなく、流体通
路８内に有害な渦が発生する等の不都合がおきる
ことはない。さらに流体通路８の壁面は角部のな
いなめらかな形状とされているので、壁面と流体
との抵抗はどの部分でも一様であつて、特定の部
分に壁面を摩耗させる流体の渦が発生することも
ない。このように、インペラ部２に吸入された気
体及び液体は滑らかな形状の流体通路８内の渦を
発生させることなく一定の流速で円滑に移送され
るので、相当量の気体を液体と共に圧送した場合
でも、ポンプ１の運転中に異音や振動等の障害が
発生することはなく、かつ流体通路８の壁面が異
常に摩耗することはない。そしてインペラ部２に
おいて、吸入された気体は加圧されて細く砕か
れ、液体中に分散・混合される。この流体は第１
の渦巻室１１に流入して撹拌され、一部の気体は
液体中に溶解する。

次に、この流体は第１の渦巻室１１から接線方
向に吐出して第２の渦巻室１２内に流入する。該
渦巻室１２では、液体と細かく分散した気体とが
激しく回転運動し、撹拌・滞留によつて気体の溶
解がさらに進む。そして一方では、第２の渦巻室
１２の中心部、即ち吸引管１８の外周面と隔壁１
１ａの一部に近い第１図中に破線で囲つた領域Ｓ
に、未溶解の気体を多く含む液体が、遠心力によ
つて集まつてくる。また他方、気体の溶解した液
体は、第２の渦巻室１２の端部に集まり、吐出口
２０から外部に向けて接線方向に吐出される。

前記未溶解の気体を含む液体は、循環流体抜出
口２１から抜出されてインゼクタ２３の入口２３
ａに供給され、インゼクタ２３内を出口２３ｂに
向けて通過していく。この時、通過していく流体
の運動エネルギによつて、インゼクタ２３内に吸
入口２３ｃから気体が吸引される。気体の吸引力
は、通過していく流体の運動エネルギの大小・即
ち該流体が含む気体の量によつて異なる。例えば
循環流体抜出口２１より抜出された流体が多くの
気体を含む場合、該流体の運動エネルキは小さい
ので、インゼクタ２３内に吸引される気体の量は
少くなる。逆に該流体が空気をほとんど含まなけ
れば、その運動エネルギに対応する強い吸引力で
インゼクタ２３には多量の気体が吸込まれる。こ
のように本実施例のポンプ１では、気体の吸引量
は自己コントロールされている。

次に、前記インゼクタ２３を通過した流体は、
インゼクタ２３で吸入んだ適当量の空気と共に供
給管２２を通つてインペラ部２に流入する。この
ように本実施例では、適用量の液体を吸引管１８
から供給し、気体が溶解しきれなかつた一部の流
体をインゼクタ２３との間で循環させながら吸気
量の自己コントロールを行ない、気体を液体に溶
解させている。即ち本実施例のポンプ１では、気
体と液体の接触面積が大きく、しかも流体を循環
させていることから気・液の接触チヤンスが多い
ので、コンプレツサや圧力タンク等を用いた従来
の溶解装置に比べて、気体の溶解を効率よく行な
うことができる。なお、第２の渦巻室１２の内径
が大きいと、運転条件によつては渦巻室１２内で
液中の気泡どうしが会合してしまい、効率的な気
体の溶解が行なわれなくなつてしまう場合があ
る。このような場合には、第２図ｃに例示するよ
うに第１の渦巻室１１を複数個とし、第２の渦巻
室１２の内径を小さくしてもよい。

本実施例のような気体の溶解装置としてのポン
プ１は、その構造が簡単であるため製造コストを
円低くでき、また異常摩耗等の障害が発生しにく
いインペラ部２を有していることからメンテナン
スも楽である。従つて前記ポンプ１は種々の分野
で有効に利用することができ、単に気体を液体に
溶解させるためだけでなく、他の目的に用いるこ
ともできる。即ち前記ポンプ１によれば、気体の
一部は液体に溶解され、残りの一部が微細な分散
気泡として液体中に混合されることになる。従つ
て前記インゼクタ２３に流入する循環流体の量や
インゼクタ２３が吸込む気体の量、そしてポンプ
１から吐出される溶解液の吐出量等をバルブ操作
等によつて調節すれば、液体中に溶解する気体と
液体中に混合する分散気泡の量・割合を任意に設
定することができる。液体中に溶解した気体は大
気圧下では気泡となつて析出するので、このよう
な析出気泡や、前記分散気泡を利用する廃水の浮
上分離施設にこのポンプを用いれば、廃水の性質
に応じて分散気泡と析出気泡の割合・量を任意に
調節できるので好都合である。

次に、前記実施例のような構造のポンプ１を試
験した結果について具体例をあげて説明する。
3.7kw×2900rpmの通常の渦巻ポンプを前記実施
例のような構造に改造する。まず第２図ｂに示し
たような形状の流体通路８を有するインペラ部２
を取付ける。その流体通路８における出口側断面
積の入口側断面積に対する縮少率は例えば15％と
する。また内容積7.3の第２の渦巻室１２・吸
引管１８・インゼクタ２３等を取付けると共に、
配管部分にバルブや流量計を設けて各部における
流体の流量を適宜に調節できるようにする。ここ
でポンプ１を運転して水をチツソガスを溶解させ
ると、第２の渦巻室１２内の圧力が4.1Kgｆ／cm²
の時、吐出流体量130／min、溶液チツソガス
3.6／minの結果を得た。即ち130／minの水
に対して約2.8％のチツソガスを溶解させること
ができ、また第２の渦巻室１２におけるこの時の
見掛け滞留時間は、わずか3.4秒であつた。

前述した試験結果と比較するため、従来の溶解
装置によつてチツソガスを水に溶解させた場合の
運転結果の一例を示す。まず容量200で３枚の
じやま板を有する円筒形の溶解タンクと、水を圧
送する通常のポンプを配管で結ぶ。該配管の中間
にはパイプミキサを設け、該配管のポンプ寄りの
部分にはチツソガス添加口を設ける。そして、溶
解タンクにポンプから所定量の水を送ると共にチ
ツソガスボンベからは所定量のチツソガスを送
り、溶解タンクから所定量の水を抜き出しながら
溶解タンク内の液面を上方位置に保つ。溶解タン
ク内の圧力を4.1Kgｆ／cm²に保ちながら種々の条
件で試験したところ、2.8％のチツソガスを溶解
させることができた時の水量はわずか45／min
であり、しかも溶解時間は計算上４〜５分程度必
要であつた。

以上説明した実施例のポンプでは、インペラ部
２が片吸込式の構造であつたが、これは両吸込式
の構造であつてもよい。

［発明の効果］ 本発明のポンプは、２つの渦巻室で気体を液体
に溶解・分散させると共に、気体が溶解しきれな
かつた一部の流体を第２の渦巻室から抜出し、イ
ンゼクタを介して吸気量の自己コントロールを行
ないながら該流体を循環させている。従つて本発
明によれば、簡単な構成の装置で気体を液体に短
時間で効率よく溶解・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】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図ａは第１図のａ−ａ切断線における断面図、同
図ｂは同実施例におけるインペラ部の流体通路の
形状を示す図、同図ｃは同実施例における渦巻室
の他の構造を示す断面図である。 １……ポンプ、２……インペラ部、８……流体
通路、９……入口、１０……出口、１１……第１
の渦巻室、１２……第２の渦巻室、２０……吐出
口、２１……循環流体抜出口、２３……インゼク
タ、２３ｃ……吸入口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転駆動されて流体を加圧するインペラ部
   と、該インペラ部の外周部に設けられた第１の渦
   巻室と、前記第１の渦巻室から接線方向に吐出さ
   れる流体を受入れて周方向に案内する略円筒形の
   第２の渦巻室と、前記第２の渦巻室の略中心部に
   設けられた循環流体抜出口と、前記第２の渦巻室
   の端部に設けられて流体を外部に向けて接線方向
   に吐出させる吐出口と、入口が前記循環流体抜出
   口に連通されると共に出口が前記インペラ部に連
   通され、内部を通過する流体のエネルギによつて
   吸入口から気体を取入れるインゼクタと、を具備
   することを特徴とするポンプ。 ２ 前記第１の渦巻室が、インペラ部の軸方向に
   関して隣り合う複数室に分けて設けられた特許請
   求の範囲第１項記載のポンプ。 ３ 前記インペラ部の流体通路は、流体の見掛け
   流速が出口と入口とで等しくなるように、出口側
   の断面積が入口側の断面積より小さく形成された
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のポンプ。