JPS63138199A - 気液混合移送用ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧縮性流体を移送するための装置に係り、具体
的には液体と気体を加圧・混合して移送するために用い
ることのできるポンプに関するものである。

［従来の技術］ 第４図（ａ）、（ｂ）は、従来の渦巻ポンプの一部切欠
正面図及び中央断面図である。同図中手は、図示しない
駆動軸が取付けられるポス１ａを有する土盤１と、該）
Ｅｆｌｌの一方の側面に設けられた複数の羽根２とによ
って構成されるインペラ本体３である。そして該インペ
ラ本体３の羽根２には、中央部に孔４ａが形成された円
盤形の側板４が固着されており、インペラ部５を形成し
ている。前記羽根２は土盤ｌの中心部から外周部に白砂
て円弧状に形成されており、各羽根２と土盤ｌの側面と
側板４の内面とによって、複数の流体通路６が構成され
ている。インペラａｌｓ５に設けられた註流体通路６の
形状は、第４図（Ｃ）に示すように、入口−の形状が正
方形であり、出口８に近づくに従って土盤１の側面と７
行な長辺を有する長方形状に広げられている。また＃流
体通路６の断面積は、入口側よりも出口側の方が大きく
なっている。そしてインペラ部５の外周部には、周方向
に沿って徐々に拡大するスパイラル空間を構成するケー
シング部９が設けられており、このスパイラル空間は吐
出口９ａに連通している。

［発明が解決しようとする間屈点］ ピストン、プランジャまたはロータ等による押のけ作用
によって流体を圧送する容積形ポンプにおいては、液体
と気体を一緒に圧送できる構造のものが種々知られてい
る。ところが一般的に最も広く使用されている前述のよ
うな構成の渦巻ポンプやディフューザポンプ簿の遠心ポ
ンプでは、液体と気体を混合して一緒に圧送することを
目的としたものはみられず、一般に圧送する流体中に含
まれる気体の割合がある程度大きくなると、異音・発熱
・振動・異常摩耗等が発生したり、流体の吐出が間欠的
になり又は流体を吐出できなくなる等、流体の圧送が円
滑に行なわれなくなってしまうことがあった。即ち前記
渦巻ポンプにおいて、インペラ部５を矢印方向に回転さ
せると共に中心部に流体を供給すると、人ロアから吸入
された流体は主として流体通路６の底面側に圧縮されて
外方へ移動しようとする。流体通路６の断面積は人［１
側よりも出口側の方が大きくなっており、かつその出口
８はインペラ部５の回動方向に沿って広げられた形状と
されている。従って流体通路６内における流体の流速は
−・定にはならず、第４図（ａ）、（ｄ）に示すように
、流体通路６内には圧力の高い部分Ａ１と低い部分Ａ２
ができてしまう。そして圧力の低い部分Ａ２には渦が発
生し、この渦がポンプの性能・効率に悪影習を与えるこ
とがあった。そして圧縮性流体である気体が、圧送され
る流体中にある程度以上の割合で含まれていると、この
渦のために旧ト振動・発熱等の障害や流体通路６内の異
常摩耗（特に流体の抵抗が大きい角部の摩耗）が発生し
、流体の圧送か円滑に行なわれなくなってしまうという
問題点があった。

次に、前記従来のポンプにおける流体通路６は断面形状
が矩形であり、その壁面はなめらかに連続しているわけ
ではなく角部６ａがある。そして角部６ａでは流体の抵
抗が大きいので渦が発生し、この渦が流体通路６内の角
部６ａを異常摩耗させてしまうことがあるという問題点
があった。

第４図（ｄ）に示すように、この渦は流体通路６内の圧
力の高い部分Ａ！に発生して当該部分の角部６ａを摩耗
させるだけでなく、特に圧力の低い部分ＡＩでは前記渦
と共に流体通路６の角部６ａを摩耗させることになる。

［発明の目的］ 運転中に流体通路の異常摩耗等の障害を発生させること
なく、気体と液体を加圧・混合して円滑に移送すること
のできる気液混合移送用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］ 本発明の気液混合移送用ポンプは、中心部の入口から外
周部の出口に向けて円弧状に貞設された複数の流体通路
を有するインペラ部と、該インペラ部の外周部に設けら
れたケーシング部とを具備し、前記インペラ部を回転駆
動させることによって面記入口から吸入した気体及び液
体を加圧・混合して市ｆ記出口から面記ケーシング内に
吐出する気液混合移送用ポンプであって、前記流体通路
は、流体の見掛は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
、かつその壁面は角部がないなめらかな形状に形成され
たことを特徴としている。

［作用］ 本発明の気液混合祁送用ポンプにおけるインペラ部の流
体通路は、圧縮航の流体が通過する入口側の断面積が大
きく、圧縮後の流体が通過する出口側の断面積を小さく
しである。従って、液体と圧縮性流体である気体とを一
緒に圧送する場合、流体通路内の入口から出口にかけて
流体の見掛は流速（一定時間内に流れる流体の見掛は体
積をその時間で除した値）が一定になるので、流体通路
中に圧力の異なる領域が生ずることはなく、流体通路内
に有害な渦は発生しない。さらに流体通路の壁面は角部
のないなめらかな形状とされているので、壁面と流体と
の抵抗はとの部分でも一様であって、特定の部分に流体
の渦が発生することはない。このように気体及び液体は
、なめらかな形状の流体通路内を一定の流速で渦を発生
させずに加圧・混合されて円滑に移送されていく。従っ
て運転中に異音や振動等の障害が発生することはなく、
かつ流体通路の壁面に異常摩耗が生ずることもない。

［実施例］ 以下本発明の実施例を第１図〜第３図によって説明する
。

第１図（ａ）〜（ｅ）は、実施例の気液混合移送用ポン
プにおける流体通路の形状を模式的に示したものであり
、いずれの流体通路１０ａ〜ＩＯｅにおいても入口１１
ａ〜ｌｉｅ側の断面積の方が、出口１２ａ〜１２ｅ側の
断面積よりも大きくなっている。

前記両断面積は、流体通路１０ａ〜ｌｏｅ内の流速が一
定になるように、出口１２ａ〜１２ｅでの流体圧力と圧
送しようとする気・液の混合割合等によって設定する。

例えば、水６　ｍ’／ｈ、空気２　ｍ＋’／ｈを混合６
送しようする場合、出口＋２ａＮ１２ｅでの流体の圧力
を５　ｋｇｆ／ｃｍ”とすれば空気の体積は゛約１７５
に圧縮されるので、入口１１ａ〜ｌｌｅ側の断面ｈＩ　
Ａ及び出口１２ａ〜１２ｅ側の断面積Ａ°は次式によっ
て決めることができる。

６＋２　　　　　６＋０．４ Ａ　　　　　　　　　Ａ’ 次に面記各流体通路１０ａ〜ｌＯｅの壁面は、いずわも
角部のないなめらかな形状とされている。第１図（ａ）
は、出入口の形状が、角部に丸みをつけた略正方形状（
略長方形状でもよい。）とされた例である。同図（ｂ）
は、入口１１ｂの形状がだ円形で出［コ１２ｂの形状が
円形とされた例である。

同図（ｃ）は、入口ｔｉｃの形状が円形で出口１２ｃの
形状がだ円形とされた例である。同図（ｄ）は、出入口
ｌｉｄ、　１２ｄの形状が大きさの異なるだ円形とされ
た例である。同図（ｅ）は、出入口１１ｅ　、　１２ｅ
の形状が大きさの異なる円形とされた例である。

前述のような流体通路ｌＯａ”−ｆｏｅを存するインペ
ラ部の構成は、［従来の技術］の項で説明したようなも
のであってもよい。即ち多数の羽根を有する円盤状のイ
ンペラ本体に側板を取付けた構造であワても、流体通路
を区画する各羽根や銅板内面等の形状を適宜に設定すれ
ば、角部のないなめらかな流体通路を構成することがで
きる。またインペラ部は、前述したような流体通路を有
する一体構造のものとしてもよいし、適当な分割構造と
して鋳造等によって形成してもよい。また本実施例にお
けるケーシング部や駆動軸は、インペラ部の構造にあわ
せ、従来の技術とほぼ同様に構成することができる。

次に、前述したような流体通路を有するインペラ部を具
備した気液混合移送用ポンプの作用について説明する。

本実施例の気液混合移送用ポンプにおけるインペラ部の
流体通路は、圧縮萌の流体が通過する入口側の断面積が
大きく、圧ｘｉ　ｔｉｔの流体が通過する出「１側の断
面積を小さくしである。従って、液体と圧縮性流体であ
る気体とを一緒に圧送する場合、流体通路内の入口から
出口にかけて流体の見掛は流速（一定時間内に流れる流
体の見掛は体積をその時間で除した値）か−・定になる
ので、流体通路中に圧力の異なる領域が生ずることはな
く、流体通路内に有害な渦は発生しない。さらに流体通
路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って、特
定の部分に流体の渦が発生することはない。このように
、吸入された気体及び液体はなめらかな形状の流体通路
内を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。そして気体は加圧されて細く砕かれ、液体中に分
散・混合されて液体と共にケーシング内に送られる。

また流体通路内にイｆ害な渦が発生しないので、ポンプ
の運転中に異音や撮動等の障害が発生することはなく、
かつ流体通路の壁面に異常摩耗が生ずることもない。

次に、前述のような構成の気液混合移送用ポンプ（以下
、ポンプ１３と略称する。）を、第２図に示すような構
成の装置を用いて試験した結果について説明する。

ポンプ１３のケーシング部１４に設けられた吐出口１４
ａには、弁を介して管路１５が接続され、該管路１５の
端部は水Ｊｆｉ１６に導かれている。水Ｍ１６の底部に
は水Ｍ１１６内の水を導く管路１７が接続されている。

該管路１７によって導かれる水はコンプレッサ１８から
供給される空気とパイプミキサ１９で合流し、前記ポン
プ１３に供給されるように構成されている。前記ポンプ
１３は市販の片側吸込式渦巻ポンプであり、性能は０．
１５ｍ’／ｍ１ｎＸ　４５ｍ　、　３．７ｋｗ　Ｘ　２
９００ｒｐｍであるが、インペラ部だけは面述のような
流体通路を有する直径２００ｍｍのものに交換しである
。但し流体通路の入口側断面積Ａと出口側断面積Ａ°と
は、圧送すべき水及び空気の量と、吐出圧力とに応じ、
次式に従って設定している。

０．０５＋０．０２　０．０５＋０．００４Ａ　　　　
　：Ａ’ 以上のような条件でポンプ１３を運転すると、ポンプ１
３の吐出圧力４．０ｋｇｆ／、ｃｍ’の時、吸引水量は
、０．０５ｍ３／ｌｌ１ｎ、同空気量は０．Ｏ２Ｎｍ３
７ｗ１ｎとなり、異「や撮動もなく安定的な吐出を得る
ことができた。即ちこのポンプ１３は吐出圧力４．０Ｊ
ｆ／ｃ＋ｏ２の時、最大４０％まで空気を水に混合して
移送′１−ることができる。また、この状態で長時間運
転を続けても、インペラ部の流体通路内には異常摩耗は
全く発生しないことが確認された。

この試験結果と比較するため、前記装置においてポンプ
１３のインペラ部を従来のものに取換え、同様にポンプ
を運転した。吐出圧力４　ｋｇｆ／ｃｍ２で吸引水！１
１０．Ｉａ＋’／ｓｉｎ　、同空気量０．００５Ｎｍ’
／ｆｆ１ｉｎの時に安定した吐出が得られたが、この吐
出圧力ではこれ以上の空気を移送させることはできなか
った。即ちこの実験例では、従来のポンプは最大５％ま
でしか空気を１ｕ合移送させることができなかった。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第３図（ａ）に示した本実施例の気液混合柊送用ポンプ
２０（以下、ポンプ２０と呼ぶ。）は５気体を液体に効
率よく溶解させて移送するために用いられるもので、前
記実施例と同様のインペラ部２１を有している。このイ
ンペラ部２１は、二つの渦巻室２２．２３を有するケー
シング部２４の内側の渦巻室２２内に設けられている。

内側の渦巻室２２は、前記実施例におけるケーシング部
と同様に、インペラ部２１の側周面との間に回転方向に
沿っ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２２を区画している隔壁２２ａの開口し
た一側面には、インペラ部２１を渦巻室２２内に支える
蓋板２５が嵌着されており、インペラ部２１に取付けら
れた駆動軸２６は該４板２５を挿通している。そして駆
動軸２６は軸受２７に支えられ、その端部はフランジ継
手２８によってモータＭの出力軸２９に連動連結されて
いる。他方、内側の渦巻室２２を区画している隔壁２２
ａの他側面には、＋ｉｆ記駆動軸２６と同軸に吸引管３
０が接続連通されており、インペラ部２１の入口に流体
を供給できるようになっている。そして前記渦巻室２２
の隔壁２２ａ及び前記吸引管３０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２３ａが吸
引管３０及び内側の隔壁２２ａと一体に形成されている
。外側の隔壁２３ａは、吸引管３０の吸引口３０ａ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３図くｂ）に示すように、外側の隔壁２３
ａによって区画された外側の渦巻室２３には、前記内側
の渦巻室２２が開口しており５内側の渦巻室２２で付勢
された流体が接線方向に沿って外側の渦巻室２３に流入
するように構成されている。また外側の渦巻室２３の隔
壁２３ａには、内側の渦巻室２２に近い位置に循環流体
抜出口３１が形成され、該循環流体抜出口３１と最も離
れた位置に吐出口３２が形成されている。また前記吸引
管３０の内部には細径の供給管３３が同軸に設けられて
おり、該供給管３３は吸引管３０の周壁部を貫通して外
部に連通している。

次に、ポンプ２０の外部には、通過する流体の運動エネ
ルギによって気体を吸引するインゼクタ３４が設けられ
ている。インゼクタ３４の入［１３４ａとＭ記循環流体
抜出口３１とは配管によって接続されている。またイン
ゼクタ３４の出口３４ｂと前記供給管３３とは配管によ
って接続されている。そしてインゼクタ３４の吸入口３
４ｃは所定圧力の気体中に開放されており、ポンプ２０
の吸引管３０には液体が供給されるようになっている。

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２１を回動させ、吸引管
３０から液体を供給する。インペラ部２１に吸込まれた
液体と気体は、なめらかな形状の流体通路を渦を発生さ
せることなく一定の流速で円滑に運動する。この過程で
気体は加圧されて細く砕かれ、液中に分散・混合される
。そして細かな気体が分散している液体は渦巻室２２内
に流入し、さらに渦巻室２２から接線方向に噴出して外
側の渦巻室２３内に渣人する。外側の渦巻室２３に流入
してきた時点で、液体中にはある程度の縫の気体が溶解
している。

次に該渦巻室２３では、液体と細かく分散した気体とが
激しく攪拌され、攪拌・滞留によって気体の溶解がさら
に進む。これと同時に、未溶解の気体は遠心力によって
中心部の隔壁２２ａの近傍に多く集まり、気体が溶解し
た液体は＃Ｉａ室２３の端部にある吐出口３２から接線
方向に外部へ向けて吐出する。

次に、未溶解の気体を多く含む液体は、第３図中に破線
で示すように、渦巻室２３内における流体の回転運動の
中心位置となる吸引管３０の近傍であって隔壁２２ａに
近い位置Ｓに多く集まる。

：徽 モして該橋体は循環流体抜出口３１より抜出され、イン
ゼクタ３４を通過する。この時、通過していく流体の運
動エネルギによって、インセクタ３４内に吸入口３４ｃ
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
によって異なる。例えば循環流体抜出口３１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
ギは小さいので、インセクタ３４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セク
タ３４内には多量の気体が吸込まれる。このように本装
置では、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３４を通過した流体は、インゼク
タ３４で吸込んだ適当量の空気と共に供給管３３を通フ
てインペラ部２１に流入する。このように本装置では、
適当量の液体を吸引管３゜から供給し、気体が溶解しき
れなかった一部の流体をインゼクタ３４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。即ち本実施例の装置では、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・液の接触チャンスが多いので、コンプレッ
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、外側の
渦巻室２３の内径が大きいと、運転条件によ７ては渦巻
室２３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ってしまう場合がある。

このような場合には、第３図（ｅ）に例示するように内
側の渦巻室３５を複数個とし、外側の渦巻本実施例のよ
うな気体の溶解装置としてのポンプ２０は、その構造が
簡ｒｐであるため製造コストを低くでき、また異常摩耗
等の障害が発生しにくいインペラ部２１を有しているこ
とがらメンテナンスも楽である。従って本実施例は種々
の分野で有効に利用することができ、例えば分散気泡や
析出気泡を利用する廃水の浮上分離施設に用いることが
できる。

なお以を説明した各実施例では、インペラ部が片吸込式
の構造であったが、これは両吸込式の構造であってもよ
い。

［発明の効果］ 本発明の気液混合移送用ポンプに用いられているインペ
ラ部は、流体通路の断面積が出口に向けて小さくなるよ
うに形成されており、かつ流体通路の壁面が角部のない
なめらかな形状に形成されている。従フて本発明の気液
混合移送用ポンプによれば、流体通路内にイｌ害な渦が
発生しないので流体通路の壁面に異常摩耗等の障害が発
生ずることはなく、気体と液体を効率よく混合して円滑
に圧送することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

′ｆ、１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例における
流体通路の形状を示す模式図５第２図は同実施例のポン
プを試験するために用いた装置系の構成図、第３図（ａ
）は本発明の他の実施例を示す断面図、同図（ｂ）は同
図（ａ）のｂ−ｂ切断線における断面図、同図（Ｃ）は
この実施例における渦巻室の他の構造を示す断面図、第
４図（ａ）及び（ｂ）は従来の渦巻ポンプの一例を示す
一部切欠き正面図及び断面図、同図（ｃ）は同渦巻ポン
プにおける流体通路の形状を示す模式図、同図（ｄ）は
同流体通路内に生ずる渦と摩耗部分を示す模式的断面図
である。 １０　ａ　〜１０　ｅ　＝　流体通路、１１ａ〜１１ｅ
−人［■、１２ａＰ−１２ｅ・−出口、１３−気液混合
移送用ポンプ（ポンプ）、１４−ケーシング部、２０−
−・気液混合移送用ポンプ（ポンプ）、２１−インペラ
部、２４・−ケーシング部。 第１図 第２図 第４ｖＡ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心部の入口から外周部の出口に向けて円弧状に貫設さ
   れた複数の流体通路を有するインペラ部と、該インペラ
   部の外周部に設けられたケーシング部とを具備し、前記
   インペラ部を回転駆動させることによって前記入口から
   吸入した気体及び液体を加圧・混合して前記出口から前
   記ケーシング内に吐出する気液混合移送用ポンプにおい
   て、前記流体通路は、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、かつその壁面は角部がないなめらか
   な形状に形成されたことを特徴とする気液混合移送用ポ
   ンプ。