JPS63140898A - 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、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１例えばポンプ・コンプレッサ・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ッサで気体を送り込
み、該圧力容器中に液体と気体を滞留させ、はぼ静的な
状態で気体を液面から溶解させるものである。また圧力
容器に流体の攪拌機を取付け、気体の溶解を促道させる
ようにしたものもある。

［発明が解決しようとする間顕点］ 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艮〈
なってしまうという問題点があった。攪拌機を設ければ
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、さらに攪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っ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ｙＡｗｌ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ってしまうという問題点が
あった。

［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
［１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Ｓａ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っ
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攪拌され、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
、前記流体は続けて攪拌され、攪拌・滞留によって気体
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って第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＃
１巻室の端部に集まっ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、インセクタ内を出口に向けて通過していく。この時
、インセクタ内を通過していく流体の運動エネルギの大
小に応した吸引力で、インセクタ内には吸引口から相応
量の気体が吸込まれる。そして眞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萌
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図によって説明する
。

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１ｗＡ動軸
６が取付けられるボス４ａを有する土盤４と、該土盤４
の一方の側面に設けられた複数の羽根５とによって構成
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［
Ｍ（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
土盤４の側面と側板７の内面とによって複数の流体通路
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っており
、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は流
速（一定時間内に流わる流体の見掛は体積をその時間で
除した値）が一定になるように５出口ｌＯでの流体圧力
と圧送しようとする気・液混合割合等によって設定する
。例えば、水６　ｍ’／ｈ、空気２　ｔｍ”／ｈを混合
移送しようとする場合、出［１１Ｏでの流体の圧力を５
　ｋｇｆ／ｃｍ”とすれば気体の体積は約１７５に圧縮
されるので、入口９側の断面積Ａ及び出口１０ｇ５の断
面Ｍ　Ａ　’は次式によって定めることができる。

６＋２　　　６＋０．４ Ａ　　　　　　Ａ’ 次に、前記インペラ部２は、第１及び第２の渦巻室１１
．１２を仔するケーシング部１３の第１の渦巻室１１に
よって、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ｉｓ室１１は、インペラ部２１の外周部と
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＃１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１４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１４
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編−［１６によってモータＭの出
力軸１７に連動連結されている。他方、第１の渦巻室１
１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が接続連通されてあり、インペラ
部２０入口９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１２ａは、吸引管１８の吸引【］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によって区画さおだ第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って
第２の渦さ室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１２
ａには図示しない抜出管がｎ設されている。該抜出管の
開口端部である循Ｆ！流体抜出口２１は、第２の′ｔ＆
壱室皇室１２心部、即ち流体の回転運動の中心に設けら
れた吸引管１８の近傍であって前記吐出口２０からは離
れた位置に設けられており、当該位置に集まった一部の
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
動エネルギによって気体を吸入するイ゛ンゼクタ２３が
設けられている。インゼクタ２３の入口２３ａと前記抜
出管とは配管によって接続されている。またインゼクタ
２３の出口２３ｂと前記供給管２２とは配管によって接
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Ｍ８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！におけるイン
ペラ部２の流体通路８は、圧縮航の流体が通過する入口
９側の断面積が人きく、圧縮後の流体が通過する出口１
０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は流速（−・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８中に圧力の異なる領域
が生ずることはなく、ｆｒＬ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って、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ｌの運転中に
％斤や振動専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に流入して攪拌され、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、攪
拌・滞留によって気体の溶解がさらに進む。そして一方
では、第２の渦８室１２の中心部、即ち吸引管１８の外
周面と隔壁１１ａの一部に近い第１図中にＦｉｌｍで囲
った領域Ｓに、未溶解の気体を多く含む液体が、遠心力
によって集まってくる。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［１２０か
ら外部に向けて接線方向に吐出される。

１１η記末溶解の気体を含む液体は、循環流体抜出［１
２１から抜出されてインゼクタ２３の入［１２３ａに供
給され、インセクタ２３内を出Ｅｌ　２３　ｂ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
ギによって、インセクタ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看によって
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、註流体の運動エネルギは小さ
いので、インセクタ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てインセクタ２３内
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ｑ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で吸込んだ適当量の空気と共に供給管２２を通っ
てインペラ部２に流入する。このように本実施例では、
適当量の液体を吸引管１８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２３との間で循環さ
せながら吸気１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！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、第
２の渦巻室１２の内径が大きいと、運転条件によっては
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りてしまう場合があ
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６．６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。従ってｎη記水
ポンプ１種々の分野で有効に利用することができ、噴に
気体を液体に溶解させるためだけでなく、他の目的を用
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。従って１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、モしてポンプ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って調節すれば、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って析出するので、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屡施
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３！節できるので好都
合である。

次に、＠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　、７　ｋｗｘ　２９００　ｒｐｒｓ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８７．３４２の第２のｔｉｈｓ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′Ａ節できるようにする。ここでポンプ１を運転し
て水にチッソガスを溶解させると、第２の渦巻室１２内
の圧力が４　、　１　ｋｇｆ／ｃ■２の時、吐出流体量
１３０　Ｑ　／ｗｉｎ、溶解チッソガス量３．６ＩＬ／
ｗｉｎの結果を得た。即ち１３０１　／ｍｉｎの水に対
して約２．８％のチッ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は滞留時間
は、わずか３．４秒であった。

１前述した試験結果と比較するため、従来の溶解装置に
よってチッ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２００ｕで３枚のじゃま板を有する
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ッ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
にチッソガスボンベからは所定量のチッソガスを送り、
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
内の液面をト方位置に保つ。溶解タンク内の圧力を４　
、　１　ｋｇｆ／ｃｍ”に保ちながら種々の条件で試験
したところ、２．８％のチッソガスを溶解させることが
できた時の水量はわずか４５１　／ｓｉｎであり、しか
も溶解時間は計算上４〜Ｓ分程度必要であった。

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

［発明の効′Ｘ］ 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った一部の流
体を第２の＃１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。従って本発明によれば、簡惟な構成の装置で
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、１〇−出口、１１・−筆１の＃１巻室、１
２−一部２の渦巻室、２〇−吐出口、２１・−循環流体
抜出口、２３−・インゼクタ、２３ｃ−吸入口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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って吸入口から
   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. （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. （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。