(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記動翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項２】
上記複数の翼の上記他端部側の縁における上記動翼の周方向に対する角度は、上記動翼に供給される上記液体の流れが上記複数の翼から剥離しないように選ばれている請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項３】
上記複数の翼の上記他端部側の縁における上記動翼の周方向に対する角度をθI とした時、上記動翼とともに回転する回転座標系から見た時の上記動翼に供給される上記液体の流れに対する迎角の絶対値｜θI −αI ｜（ただし、αI ＝ｔａｎ-1（ＵI ／ＲΩ）、ＵI は静止座標系から見た時の上記動翼への上記液体の吸い込み流速、上記動翼の半径、Ωは上記動翼の角速度）が０度よりも大きく２０度以下である請求項２記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項４】
上記複数の翼の上記一端部側の縁における上記動翼の周方向に対する角度θF は６０度以上９０度以下である請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項５】
上記静翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記旋回流が供給される側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられている請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項６】
上記複数の翼の上記一端部側の縁における上記静翼の周方向に対する角度は、上記動翼から供給される上記旋回流が上記複数の翼から剥離しないように選ばれている請求項５記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項７】
上記複数の翼は、上記中心軸方向に投影したときに隙間が現れないように構成されている請求項５記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項８】
上記静翼は、上記複数の翼のうちの一つの翼に設けられた給気孔と上記円柱状の本体の上記他端部に設けられた噴射孔とを有し、上記給気孔と上記噴射孔とは上記円柱状の本体内に設けられた通路を介して互いに連通している請求項５記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項９】
上記渦崩壊ノズルは縮流部および渦崩壊部を有し、上記縮流部に上記気体を導入した上記旋回流を供給することにより上記渦崩壊部から上記マイクロバブルを発生させるようにした請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１０】
上記渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とがなす角度をθ0 とした時、０度＜θ0 ＜１８０度であり、上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とが滑らかに繋がっている請求項９記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１１】
上記動翼の上記吸込口側に、上記吸込口から上記吐出口に向かって同軸に順次配置されたもう一つの動翼およびもう一つの静翼を有する請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１２】
上記もう一つの動翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、上記もう一つの静翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を上記もう一つの静翼の中心軸の方向に縦断するように設けられ、上記動翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、上記静翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の流入側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられている請求項１１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１３】
上記動翼は上記吸込口から上記吐出口に向かう方向に断面積が増加する円錐台状の本体とこの円錐台状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円錐台状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円錐台状の本体の上記液体の流入側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられている請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１４】
上記渦崩壊ノズルの下流側の端面側に、上記渦崩壊ノズルと対向し、かつ同軸に設けられた圧力遮断用ノズルを有し、上記渦崩壊ノズルの下流側の端面と上記圧力遮断用ノズルの上流側の端面との間に間隙が形成され、この間隙の間隔は上記渦崩壊ノズルおよび上記圧力遮断用ノズルの中心軸から放射方向に増大し、上記圧力遮断用ノズルのうちの上記渦崩壊ノズルの出口と対向する部分は上記渦崩壊ノズルの上記出口から出てくる上記旋回流の中心部の低圧部を上記圧力遮断用ノズルの下流側と遮断するように構成され、上記圧力遮断用ノズルのうちの上記渦崩壊ノズルの上記出口と対向する部分は上記渦崩壊ノズルの上記出口に貫入していない請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１５】
上記ケーシングの断面積が上記吸込口から上記動翼に向かって減少して最小断面積となった後、上記動翼に向かって増加するように上記ケーシングが構成され、
上記吸込口と上記動翼との間の部分の上記ケーシング内に外部から気体を導入し、
上記ケーシングの上記吸込口と上記動翼との間の部分において渦崩壊を起こさせるようにした請求項１記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１６】
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記静翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記旋回流が供給される側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用動翼であって、
円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、かつ上記複数の翼の上記他端部側の縁における上記動翼の周方向に対する角度は、上記動翼に供給される上記液体の流れが上記複数の翼から剥離しないように選ばれているマイクロバブル発生ポンプ用動翼。
【請求項１７】
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記動翼は円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用静翼であって、
円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記旋回流が供給される側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、かつ上記複数の翼の上記一端部側の縁における上記静翼の周方向に対する角度は、上記動翼から供給される上記旋回流が上記複数の翼から剥離しないように選ばれているマイクロバブル発生ポンプ用静翼。
【請求項１８】
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記ケーシングの上記吸込口に上記吸込口を閉塞するように、中心に貫通孔を有する吸込板が上記動翼および上記渦崩壊ノズルと同軸に設けられ、
上記動翼は上記ケーシングの内径より直径が小さい渦流羽根車からなり、
上記吸込口に設けられた上記吸込板の上記貫通孔から吸い込まれる液体を上記渦流羽根車に供給して旋回流を生成し、
上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプ。
【請求項１９】
上記渦流羽根車と上記渦崩壊ノズルとの間に静翼を有する請求項１８記載のマイクロバブル発生ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、新規な原理に基づくマイクロバブル発生ポンプならびにこのマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用動翼およびマイクロバブル発生ポンプ用静翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルは、発生時において気泡径が一般に１０〜数１０μｍである微細気泡であり、水中で普通に発生する直径数ｍｍ程度の気泡と比べると極めて小さい。マイクロバブルは、このように極端に小さいため、微細なゴミを吸着して水面に浮上させる性質を持ち、水産物の洗浄や水質浄化などの各種の処理に応用されている。
従来、このマイクロバブルの発生装置としては、旋回流型マイクロバブル発生装置が多く用いられている。この旋回流型マイクロバブル発生装置としては、液体の旋回流の中心部に気体を注入し、遠心分離を利用してマイクロバブルを発生させるものが知られている（例えば、国際公開第０１／０９７９５８号パンフレット参照）。また、渦崩壊現象を利用した旋回流型マイクロバブル発生装置も知られている（例えば、特開２００５−１６９２８６号公報および国際公開第０６／０７５４５２号パンフレット参照）。
上述の従来の旋回流型マイクロバブル発生装置においては、液体の旋回流を生成しながら所望の流量を得るためには、管路に供給する液体に圧力を掛ける必要があるため、実用的にはポンプ、取り分け揚程の高いポンプが必ず必要である。この揚程の高いポンプとしては、ターボ型ポンプがよく用いられる。
しかしながら、本発明者の検討によれば、旋回流型マイクロバブル発生装置とターボ型ポンプとからなる系全体で見た場合には、多くのエネルギーの無駄が生じており、エネルギー効率が低いという欠点があった。
特に、旋回流型マイクロバブル発生装置を水域の浄化などを目的として広範囲、長時間にわたり使用する場合には、マイクロバブルの発生のエネルギー効率の向上がその運用に際して重要な課題となる。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、高いエネルギー効率でマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生ポンプならびにこのマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用動翼およびマイクロバブル発生ポンプ用静翼を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、小型のモータでも高いエネルギー効率でマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生ポンプならびにこのマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用動翼およびマイクロバブル発生ポンプ用静翼を提供することである。
【発明の開示】
【０００３】
本発明者の検討によれば、旋回流型マイクロバブル発生装置にターボ型ポンプを接続する場合には、旋回流型マイクロバブル発生装置とターボ型ポンプとを一体として分析すると、ターボ型ポンプの動翼で発生した旋回流を静翼で制止し、旋回流型マイクロバブル発生装置で再度、旋回流を発生させているため、エネルギーの無駄が生じ、エネルギー効率の低下を招いていた。
そこで、本発明者は、マイクロバブル発生のエネルギー効率の向上を図るために、鋭意研究を行った結果、従来とは全く異なる新しい発想の下に、液体の旋回流の生成、液体の輸送および渦崩壊によるマイクロバブル発生の機能を持つ新規なポンプを案出するに至った。
すなわち、上記課題を解決するために、この発明は、
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプである。
ここで、動翼は、渦崩壊発生条件を満足するために、中心軸方向の流速の２倍以上の旋回流速を発生させる形状とすることが必要である。動翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体の液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられる。複数の翼は、円柱状の本体の外周面に互いに同じ形状のものが互いに等間隔で設けられる。この場合、複数の翼の上記の他端部側の縁における動翼の周方向（接線方向）に対する角度は、好適には、動翼に供給される液体の流れが複数の翼から剥離しないように選ばれる。具体的には、例えば、複数の翼の上記の他端部側の縁における動翼の周方向に対する角度をθＩとした時、動翼とともに回転する回転座標系から見た時の動翼に供給される液体の流れに対する迎角の絶対値｜θＩ−αＩ｜（ただし、αＩ＝ｔａｎ−１（ＵＩ／ＲΩ）、ＵＩは静止座標系から見た時の動翼への液体の吸い込み流速、Ｒは動翼の半径、Ωは動翼の角速度）が０度よりも大きく２０度以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。また、複数の翼の上記の一端部側の縁における動翼の周方向に対する角度θＦは、好適には例えば６０度以上９０度以下、より好適には８５度以上９０度以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。
静翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体の旋回流が供給される側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられる。複数の翼は、円柱状の本体の外周面に互いに同じ形状のものが互いに等間隔で設けられる。この場合、複数の翼の上記の一端部側の縁における静翼の周方向に対する角度は、好適には、動翼から供給される旋回流が複数の翼から剥離しないように選ばれる。具体的には、例えば、複数の翼の上記の一端部側の縁における静翼の周方向に対する角度をφＩ、静止座標系から見た時の動翼からの液体の噴出し角をαＦとした時、αＦ＞φＩの場合には、静翼に供給される液体の流れに対する迎角（αＦ−φＩ）が０度よりも大きく２０度以下に選ばれ、φＩ＞αＦの場合には、静翼に供給される液体の流れに対する迎角（φＩ−αＦ）が０度よりも大きく２０度以下に選ばれる。好適には、複数の翼は、静翼の中心軸方向に投影したときに隙間が現れないように構成され、具体的には、例えば、複数の翼が静翼の中心軸方向に投影したときに互いに重なり合うように構成される。
静翼または静翼の後段における旋回流への気体の導入は、種々の方法によって行うことが可能である。典型的な一つの例では、静翼は、複数の翼のうちの一つの翼に設けられた給気孔と円柱状の本体の上記の他端部、例えば他端部の中心に設けられた噴射孔とを有し、これらの給気孔と噴射孔とは円柱状の本体内に設けられた通路を介して互いに連通している。典型的には、一つの翼に設けられた給気孔に対応する部分のケーシングに孔が設けられ、この孔に外部から気体導入用の配管が接続される。
渦崩壊ノズルは、典型的には、縮流部および渦崩壊部を有し、この縮流部に気体を導入した旋回流を供給することにより渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる。典型的には、渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とがなす角度をθ０とした時、０度＜θ０＜１８０度であり、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とが滑らかに繋がっているが、これに限定されるものではない。θ０は、好適には、９０度＜θ０＜１８０度、例えば１００度程度である。縮流部は、典型的には、渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており（あるいは、縮流部は渦崩壊部に向かってすぼまっており）、渦崩壊部との境界部（あるいは接続部）において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。第１の部分の内周面と第２の部分の端面とが滑らかに繋がっているため、渦崩壊ノズルの噴出し面である第２の部分の端面に旋回流を付着させることができ、コアンダ効果により渦崩壊を効率的に起こさせることができる。ここで、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことを言う。渦崩壊ノズルは、ケーシングと別体に設け、これをケーシングに取り付けてもよいし、ケーシング自体を渦崩壊ノズルの内周面と同一の形状に加工してもよい。
マイクロバブル発生ポンプは、動翼の吸込口側に、吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置されたもう一つの動翼およびもう一つの静翼を有するようにしてもよい。この構成は、高揚程のマイクロバブル発生ポンプを得る場合に適している。この場合、もう一つの動翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体の液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられる。これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面に互いに同じ形状のものが互いに等間隔で設けられる。また、もう一つの静翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上をこのもう一つの静翼の中心軸の方向に縦断するように設けられる。これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面に互いに同じ形状のものが互いに等間隔で設けられる。また、元からある動翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体の液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられる。また、元からある静翼は、典型的には、円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体の液体の流入側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられる。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、動翼を斜流ポンプの動翼と同様に構成してもよい。具体的には、この場合、動翼は、例えば、マイクロバブル発生ポンプの吸込口から吐出口に向かう方向に断面積が増加する円錐台状の本体とこの円錐台状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、円錐台状の本体の外周面上を縦断するように、かつ円錐台状の本体の液体の流入側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられるが、これに限定されるものではない。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、渦崩壊ノズルの下流側の端面側に、渦崩壊ノズルと対向し、かつ同軸に設けられた圧力遮断用ノズルを有するようにしてもよい。この場合、渦崩壊ノズルの下流側の端面と圧力遮断用ノズルの上流側の端面との間に間隙が形成され、この間隙の間隔は渦崩壊ノズルおよび圧力遮断用ノズルの中心軸から放射方向に増大し、圧力遮断用ノズルのうちの渦崩壊ノズルの出口と対向する部分は渦崩壊ノズルの出口から出てくる旋回流の中心部の低圧部を圧力遮断用ノズルの下流側と遮断するように構成され、圧力遮断用ノズルのうちの渦崩壊ノズルの出口と対向する部分は渦崩壊ノズルの出口に貫入しないように構成される。渦崩壊ノズルの出口から噴出されたマイクロバブルは、渦崩壊ノズルの下流側の端面と圧力遮断用ノズルの上流側の端面との間の間隙を通って外部に向かう。気柱内圧力の極小化、言い換えると吸い込み圧力の極大化の観点からは、渦崩壊ノズルの下流側の端面の頂角をθＶＢ、圧力遮断用ノズルの上流側の端面の頂角をθＳＵとした時、θＳＵ≦θＶＢであることが好ましく、Δθ≡θＶＢ−θＳＵ＝０°〜２０°であることがより好ましい。これに加えて、気柱内圧力の極小化、言い換えると吸い込み圧力の極大化の観点から、渦崩壊ノズルの下流側の端面における出口の直径をＤｅ、渦崩壊ノズルおよび圧力遮断用ノズルの中心軸上における渦崩壊ノズルと圧力遮断用ノズルとの間隔をｔとした時、ｔがほぼＤｅ／４であることが好ましい。渦崩壊ノズルの出口は典型的には円筒形状であり、この場合はこの円筒形状の出口の全長にわたって直径Ｄｅは一定であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて、出口の長さ方向で直径Ｄｅを変化させてもよい。
圧力遮断用ノズルは、ケーシング内に収容し、渦崩壊ノズルの出口から噴出されたマイクロバブルは上記の間隙を通り、さらにケーシングと圧力遮断用ノズルの外周面にこの圧力遮断用ノズルの中心軸に平行に設けられた複数の溝との間の空間を通って外部に放出されるように構成してもよい。あるいは、圧力遮断用ノズルの外周面に溝を形成する代わりに、この圧力遮断用ノズルの内部のこの圧力遮断用ノズルの外周面に近接する部分に、この圧力遮断用ノズルの中心軸に平行な複数の孔を設けてもよい。あるいは、圧力遮断用ノズルは下流側にすぼまった形状を有し、かつ圧力遮断用ノズルの内部には、ケーシングの内壁に隣接する部分の上記の間隙と圧力遮断用ノズルの下流側の端面との間を連通し、かつ圧力遮断用ノズルの下流側の端面で互いに合流する複数の孔が設けられており、上記の出口から噴出されたマイクロバブルは上記の間隙を通り、さらに圧力遮断用ノズルの上記の複数の孔を通って外部に放出されるように構成してもよい。これらの溝または孔のアスペクト比（長さ／内径）は、１より大きいことが好ましい。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、ケーシングの吸込口と動翼との間の部分において渦崩壊を起こさせるようにしてもよい。このためには、例えば、ケーシングの断面積が吸込口から動翼に向かって減少して最小断面積となった後、断面積が動翼に向かって増加するようにケーシングを構成するようにすればよい。この場合、吸込口と動翼との間の部分、好適には最小断面積となる部分のケーシング内に外部から気体を導入する。
マイクロバブルを発生させる液体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、水（温水を含む）、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）、石油、ガソリンなどの液体燃料などである。
旋回流の中心に供給する気体および吸込口と動翼との間の部分のケーシング内に外部から導入する気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、アルゴンなどである。
また、この発明は、
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用動翼であって、
円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記液体の出口側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、かつ上記複数の翼の上記他端部側の縁における上記動翼の周方向に対する角度は、上記動翼に供給される上記液体の流れが上記複数の翼から剥離しないように選ばれているものである。
また、この発明は、
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼、静翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記吸込口から吸い込まれる液体を上記動翼に供給して旋回流を生成し、
上記旋回流を上記静翼に供給し、上記静翼または上記静翼の後段において上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプに用いられるマイクロバブル発生ポンプ用静翼であって、
円柱状の本体とこの円柱状の本体の外周面に設けられた複数の翼とからなり、これらの複数の翼は、上記円柱状の本体の外周面上を縦断するように、かつ上記円柱状の本体の上記旋回流が供給される側の一端部から他端部に向かうにつれて彎曲するように設けられ、かつ上記複数の翼の上記一端部側の縁における上記静翼の周方向に対する角度は、上記動翼から供給される上記旋回流が上記複数の翼から剥離しないように選ばれているものである。
上記のマイクロバブル発生ポンプ用動翼およびマイクロバブル発生ポンプ用静翼の発明においては、上記のマイクロバブル発生ポンプの発明に関連して説明したことが成立する。
さらに、この発明は、
ケーシングの内部に吸込口から吐出口に向かって同軸に順次配置された動翼および渦崩壊ノズルを有し、
上記ケーシングの上記吸込口に上記吸込口を閉塞するように、中心に貫通孔を有する吸込板が上記動翼および上記渦崩壊ノズルと同軸に設けられ、
上記動翼は上記ケーシングの内径より直径が小さい渦流羽根車からなり、
上記吸込口に設けられた上記吸込板の上記貫通孔から吸い込まれる液体を上記渦流羽根車に供給して旋回流を生成し、
上記旋回流の中心に気体を導入し、この気体を導入した上記旋回流を上記渦崩壊ノズルに供給して渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、上記液体とともに上記吐出口から吐き出すようにしたマイクロバブル発生ポンプである。
このマイクロバブル発生ポンプは、用途などに応じて、渦流羽根車と渦崩壊ノズルとの間に静翼を有する。
このマイクロバブル発生ポンプの発明においては、その性質に反しない限り、上記のマイクロバブル発生ポンプの発明に関連して説明したことが成立する。
この発明によれば、高いエネルギー効率でマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生ポンプを実現することができる。このマイクロバブル発生ポンプは、例えば、水域の浄化などを目的として広範囲、長時間にわたり使用する場合にも適している。また、このマイクロバブル発生ポンプは、小型のモータでマイクロバブルを発生させる場合にも適している。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第２図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼および静翼の部分を示す略線図である。
第３図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼および静翼の部分を示す略線図である。
第４図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼および静翼の部分を示す略線図である。
第５図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼の翼の液体の流入側の端の迎角Δαを説明するための略線図である。
第６図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの静翼を示す断面図である。
第７図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの静翼を示す斜視図である。
第８図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼の具体例を示す展開図である。
第９図Ａおよび第９図Ｂは、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの静翼の設計例を示す略線図である。
第１０図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの渦崩壊ノズルを示す断面図である。
第１１図は、この発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを池の水質浄化に適用した例を示す略線図である。
第１２図は、この発明の第２の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第１３図は、この発明の第３の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼を示す略線図である。
第１４図Ａおよび第１４図Ｂは、この発明の第３の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼を示す略線図である。
第１５図は、この発明の第４の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第１６図は、この発明の第４の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼の具体例を示す略線図である。
第１７図は、この発明の第４の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを用いて行った実験の結果を示す略線図である。
第１８図は、この発明の第４の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを用いて行った実験の結果を示す略線図である。
第１９図は、この発明の第５の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第２０図は、この発明の第５の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを用いて行った実験の結果を示す略線図である。
第２１図は、この発明の第５の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを用いて行った実験の結果を示す略線図である。
第２２図は、この発明の第６の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第２３図は、この発明の第７の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第２４図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第２５図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの吸込板を示す斜視図である。
第２６図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの渦流羽根車の設計例を示す平面図である。
第２７図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの渦流羽根車の設計例を示す平面図である。
第２８図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの渦流羽根車の設計例を示す平面図である。
第２９図は、第２８図に示す渦流羽根車の側面図である。
第３０図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおいて吸込板から給気を行う場合の吸込板の一例を示す断面図である。
第３１図は、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおいて吸込板から給気を行う場合の吸込板の他の例を示す断面図である。
第３２図は、第３１図に示す吸込板の貫通孔の角の曲がり部を拡大して示す断面図である。
第３３図は、この発明の第９の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
第３４図は、この発明の第１１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの静翼の具体例を示す平面図である。
第３５図は、第３４図に示す静翼の側面図である。
第３６図は、この発明の第１２の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
【０００５】
１１      ケーシング
１２      吸込口
１３      吐出口
１４      動翼
１４ａ    回転軸
１４ｂ    本体
１４ｃ    翼
１５      静翼
１５ａ    本体
１５ｂ    翼
１６      渦崩壊ノズル
１６ａ    縮流部
１６ｂ    渦崩壊部
１８      旋回流
２２      マイクロバブル発生ポンプ
２３      マイクロバブル
４１      圧力遮断用ノズル
６１      吸込板
６１ａ    貫通孔
６２      渦流羽根車
６２ａ    円板
６２ｂ    羽根
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」という。）について説明する。
第１図はこの発明の第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプを示す。
第１図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプは、円筒状のパイプからなるケーシング１１の内部に吸込口１２から吐出口１３に向かって同軸に順次配置された動翼１４、静翼１５および渦崩壊ノズル１６を有する。動翼１４はこの動翼１４と一体に設けられた軸１４ａを有する。この軸１４ａはモータ１７の回転軸に直結されており、この軸１４ａをモータ１７により回転させることにより動翼１４を中心軸の周りに回転させることができるようになっている。モータ１７としては、例えば水中モータが用いられるが、これに限定されるものではない。
このマイクロバブル発生ポンプが水などの液体中に置かれたとき、吸込口１２から吸い込まれる液体を中心軸の周りに回転している動翼１４に供給して旋回流を生成する。すなわち、吸込口１２から吸い込まれた液体は、動翼１４の後述の円柱状の本体１４ｂによって中心部が閉塞されるため、動翼１４の本体１４ｂの外周面に存在する翼１４ｃの間の溝に沿って流れ、動翼１４が中心軸の周りに回転していることにより旋回流が生成される。この旋回流を静翼１５に供給し、静翼１５または静翼１５の後段において旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体を導入した旋回流を渦崩壊ノズル１６に供給する。そして、この渦崩壊ノズル１６において、コアンダ効果を用いて渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、液体とともに吐出口１３から吐き出す。
ここで、気体を導入した旋回流が渦崩壊ノズル１６に入ると、旋回流は縮流され、吐出口１３から静翼１５の中心に向かって正の圧力勾配が発生することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブルが発生する。
動翼１４および静翼１５の詳細について説明する。第２図および第３図はαＦ≧φＦ（φＦは静翼１５の終端部１５ｄにおける翼１５ｂの周方向に対する角度）の場合の動翼１４および静翼１５を示す。第４図はαＦ＜φＦの場合の動翼１４および静翼１５を示す。
第２図、第３図および第４図に示すように、動翼１４は、円柱状の本体１４ｂとこの円柱状の本体１４ｂの外周面に互いに同じ角度離れて設けられた互いに同じ形状の複数の翼１４ｃとからなる。これらの複数の翼１４ｃは、円柱状の本体１４ｂの外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体１４ｂの液体の出口側の一端部、すなわち終端部１４ｄから他端部、すなわち始端部１４ｅに向かうにつれて彎曲するように設けられている。この場合、複数の翼１４ｃの始端部１４ｅ側の縁における動翼１４の周方向に対する角度は、動翼１４に供給される液体の流れが複数の翼１４ｃから剥離しないように選ばれている。具体的には、複数の翼１４ｃの始端部１４ｅ側の縁における動翼１４の周方向に対する角度をθＩとした時、動翼１４とともに回転する回転座標系から見た時の動翼１４に供給される液体の流れに対する迎角Δα＝（θＩ−αＩ）が０度より大きく２０度以下、典型的には５度以上２０度以下に選ばれる（第５図参照。）。ここで、αＩ＝ｔａｎ−１（ＵＩ／ＲΩ）であり、ＵＩは静止座標系から見た時の動翼１４への液体の吸い込み流速、Ｒは動翼１４の半径、Ωは動翼１４の角速度である。また、複数の翼１４ｃの終端部１４ｄ側の縁における動翼１４の周方向に対する角度θＦは、例えば８５度以上９０度以下に選ばれる。
このマイクロバブル発生ポンプを通過する液体の体積流量をＱとおくと、
0005493153.tif 000002
が成立する。ここで、ＳＩ、ＳＦはそれぞれ動翼１４の始端部１４ｅおよび終端部１４ｄにおける流体断面積である。軸方向流速ＵＩ、ＵＦは動翼１４とともに回転する回転座標系で見ても不変である。したがって、動翼１４とともに回転する回転座標系から見た時の動翼１４の終端部１４ｄにおける流速の回転方向成分は、回転方向と逆向きにＵＦ／ｔａｎθＦとなる。以上から、静止座標系から見た時の動翼１４からの流体の噴出し角αＦは
0005493153.tif 000003
を満たす（ただし、動翼１４の終端部１４ｄで流れが剥離しないと仮定する）。
静翼１５は、円柱状の本体１５ａとこの円柱状の本体１５ａの外周面に互いに同じ角度離れて設けられた互いに同じ形状の複数の翼１５ｂとからなる。これらの複数の翼１５ｂは、円柱状の本体１５ａの外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体１５ａの旋回流が供給される側の一端部、すなわち始端部１５ｃから他端部、すなわち終端部１５ｄに向かうにつれて彎曲するように設けられる。この場合、複数の翼１５ｂの始端部１５ｃ側の縁における静翼１５の周方向に対する角度φＩは、動翼１４から供給される旋回流が複数の翼１５ｂから剥離しないように選ばれている。具体的には、αＦ＞φＩの場合には、迎角（αＦ−φＩ）が０度よりも大きく２０度以下に選ばれ、φＩ＞αＦの場合には、迎角（φＩ−αＦ）が０度よりも大きく２０度以下に選ばれる。
静翼１５は次のようにして設計される。
まず、渦崩壊を発生させる条件、すなわち旋回流速が中心軸方向の流速の２倍以上の条件から、静翼１５の終端部１５ｄにおける翼１５ｂの、静翼１５の周方向に対する角度φＦが
ｃｏｔφＦ≧２（φＦ≦２６度）
を満たすように決定する。次に、φＦとαＦ（静止座標系から見た動翼１４からの流体の噴出し角）との大小を比較し、以下の条件、すなわち流れが剥離しない条件を満たすように決定する。
φＦ≦αＦのときは、
φＦ≦φＩかつαＦ−２０度＜φＩ≦αＦ（０度＜αＦ−φＩ≦２０度より）
φＦ＞αＦのときは、
φＩ≦φＦかつαＦ＜φＩ≦αＦ＋２０度（０度＜φＩ−αＦ≦２０度より）
この場合、複数の翼１５ｂは、静翼１５の中心軸方向に投影したときに隙間が現れないように構成され、具体的には、複数の翼１５ｂが静翼１５の中心軸方向に投影したときに互いに重なり合うように構成されている。
ただし、αＦとφＦとの大小にかかわらず、渦崩壊を発生させるには最終的な流速の向きがφＦとなり、かつ、この流速の向きで渦崩壊条件を満たすように設計すればよい。ただし、最終的な流速の向きがφＦとなるためには、流れが静翼１５に沿う方向となるように制御されることが必要である。そのためには、上述のように、複数の翼１５ｂが、静翼１５の中心軸方向に投影したときに互いに重なり合うように構成されることが必要である。このように複数の翼１５ｂが、静翼１５の中心軸方向に投影したときに互いに重なり合うように構成されていることにより、発生した旋回流によりケーシング１１内が低圧となるために生じる逆流（ポンプの吐出口１３から吸い込まれた液体がポンプの吸込口１２から排出されること）を有効に防止することもできる。
第６図および第７図はそれぞれ静翼１５の縦断面図および斜視図である。第６図および第７図に示すように、静翼１５の複数の翼１５ｂのうちの一つの翼には給気孔１５ｅが設けられている。また、円柱状の本体１５ａの他端部１５ｄの中心軸上には噴射孔１５ｆが設けられている。給気孔１５ｅと噴射孔１５ｆとは円柱状の本体１５ａ内に設けられた通路１５ｇを介して互いに連通している。一つの翼１５ｂに設けられた給気孔１５ｅに対応する部分のケーシング１１に孔（図示せず）が設けられ、この孔に外部から気体導入用の配管（図示せず）が接続される。
動翼１４の具体例を第８図に示す。この動翼１４は４枚の翼１４ｃを有する。第８図は動翼１４の円柱状の本体１４ｂの外周面の周方向の展開図であり、４枚の翼１４ｃの形状が示されている。動翼１４の中心軸方向の長さ（翼長）は４．１ｃｍである。
第９図Ａは静翼１５の具体例、第９図Ｂは静翼１５がケーシング１１の内部に入っている状態を示す。この静翼１５は４枚の翼１５ｂを有する。第９図Ａにおいて、矢印は流れの方向を示す。第９図Ａおよび第９図Ｂに示すように、この静翼１５においては、逆流を防止するために、４枚の翼１５ｂは、静翼１５の中心軸方向に投影した時にそれらの間に隙間が生じないように構成されている。また、静翼１５の翼１５ｂの旋回流が出て行く側の縁が周方向となす角度はほぼ０度となっている。
渦崩壊ノズル１６の詳細を第１０図に示す。
第１０図に示すように、渦崩壊ノズル１６は、テーパー状に成形した縮流部１６ａと渦崩壊部１６ｂとからなる。縮流部１６ａは、テーパー状に細くなる管であり、狭い側は渦崩壊部１６ｂに連接される。縮流部１６ａの細くなる角度（テーパー角）１６ｅは、ケーシング１１の大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度１６ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部１６ｂの先端にはテーパー部１６ｈが設けられ、出口がテーパー状に広がっている。渦崩壊部１６ｂの出口の角度（テーパー角）１６ｉは、例えば、６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。
この渦崩壊ノズル１６では、旋回流１８の中心に形成される気柱は渦崩壊部１６ｂを通過し、テーパー部１６ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部１６ｈに張り付いた気泡は、旋回流１８により剪断または破砕され、マイクロバブルが発生する。このように気柱がテーパー部１６ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
なお、コアンダ効果により、旋回流１８が渦崩壊部１６ｂからテーパー部１６ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱も広がり、気泡がテーパー部１６ｈに張り付く。
この渦崩壊ノズル１６の寸法は、円筒状の渦崩壊部１６ｂの長さ１６ｇについては、内径１６ｆと同程度である。
次に、このマイクロバブル発生ポンプの適用例について説明する。以下においては、このマイクロバブル発生ポンプを池水の水質浄化に適用した例について説明する。この例を第１１図に示す。
第１１図に示すように、この例では、池２１の底２１ａの近くにこのマイクロバブル発生ポンプ２２を設置し、このマイクロバブル発生ポンプ２２からマイクロバブル２３を発生させ、池２１の水に供給する。このマイクロバブル発生ポンプ２２のモータ１７としては、例えば水中モータが用いられる。このモータ１７の電力は、太陽光を受けて発電を行う太陽電池パネル２４からケーブル２５を介して供給される。このマイクロバブル発生ポンプ２２のエネルギー効率は高く、したがってモータ１７の消費電力も低いため、太陽電池パネル２４により供給される電力でもモータ１７を駆動するのに十分である。例えば、太陽電池パネル２４の発電能力は０．３ｋＷ程度でもよい。
この第１の実施の形態によれば、マイクロバブル発生ポンプは、ケーシング１１の内部に吸込口１２から吐出口１３に向かって同軸に順次配置された動翼１４、静翼１５および渦崩壊ノズル１６を有し、吸込口１２から液体を吸い込み、渦崩壊ノズル１６において渦崩壊を起こさせることによりマイクロバブルを発生させ、液体とともに吐出口１３から吐き出すようにしているので、高いエネルギー効率でマイクロバブルを発生させることができる。また、このマイクロバブル発生ポンプは、低揚程で大流量の用途に適している。このため、このマイクロバブル発生ポンプは、水域の浄化などを目的として広範囲、長時間にわたり使用する場合に適用して好適なものである。
次に、この発明の第２の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第１２図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプは、第１の実施の形態と同様に、円筒状のパイプからなるケーシング１１の内部に吸込口１２から吐出口１３に向かって同軸に順次配置された動翼１４、静翼１５および渦崩壊ノズル１６を有する。このマイクロバブル発生ポンプは、これらに加えて、動翼１４の吸込口１２側に、吸込口１２から吐出口１３に向かって同軸に順次配置された動翼３１および静翼３２を有する。動翼３１は動翼１４の軸１４ａと一体に設けられ、この軸１４ａをモータ１７により回転させることにより、動翼１４とともに中心軸の周りに回転させることができるようになっている。
この場合、動翼３１は、円柱状の本体３１ａとこの円柱状の本体３１ａの外周面に設けられた複数の翼３１ｂとからなる。これらの複数の翼３１ｂは、円柱状の本体３１ａの外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体３１ａの液体の出口側の一端部、すなわち終端部３１ｃから他端部、すなわち始端部３１ｄに向かうにつれて彎曲するように設けられる。これらの複数の翼３１ｂは、円柱状の本体３１ａの外周面に互いに同じ形状のものが互いに等間隔に設けられる。また、静翼３２は、円柱状の本体３２ａとこの円柱状の本体３２ａの外周面に設けられた複数の翼３２ｂとからなる。これらの複数の翼３２ｂは、円柱状の本体３２ａの外周面上をこの静翼３２の中心軸の方向に縦断するように設けられる。すなわち、複数の翼３２ｂは静翼３２の中心軸に平行な方向に設けられている。また、動翼１４は、第１の実施の形態と同様に、円柱状の本体１４ｂとこの円柱状の本体１４ｂの外周面に設けられた複数の翼１４ｃとからなり、これらの複数の翼１４ｃは、円柱状の本体１４ｂの外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体１４ｂの終端部１４ｄから始端部１４ｅに向かうにつれて彎曲するように設けられている。また、静翼１５は、第１の実施の形態と同様に、円柱状の本体１５ａとこの円柱状の本体１５ａの外周面に設けられた複数の翼１５ｂとからなり、これらの複数の翼１５ｂは、円柱状の本体１５ａの外周面上を縦断するように、かつ円柱状の本体１５ａの始端部１５ｃから終端部１５ｄに向かうにつれて彎曲するように設けられている。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプに比べて高揚程のマイクロバブル発生ポンプを実現することができるという利点を得ることができる。
次に、この発明の第３の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおける動翼１４として、揚程を液体の遠心力により発生させる斜流ポンプの動翼と同様の形状のものを用いる。この動翼１４の形状の一例を第１３図、第１４図Ａおよび第１４図Ｂに示す。この動翼１４の複数の翼１４ｃの吸込口１２側の縁の形状は高い揚程を得ることができる形状に選ばれており、吐出口１３側の形状は旋回流１８を得ることができる形状に選ばれている。具体的には、この場合、動翼１４は、例えば、マイクロバブル発生ポンプの吸込口１２から吐出口１３に向かう方向に断面積が増加する円錐台状の本体１４ｂとこの本体１４ｂの外周面に設けられた複数の翼１４ｃとからなり、これらの翼１４ｃは、本体１４ｂの外周面上を縦断するように、かつ本体１４ｂの終端部から始端部に向かうにつれて彎曲するように設けられている。このように動翼１４の複数の翼１４ｃの吐出口１３側の形状が旋回流１８を得ることができる形状に選ばれていることは、斜流ポンプと大きく異なる点である。参考までに、第１４図Ｂに斜流ポンプにおける翼１４ｃの形状を一点鎖線で示す。
このマイクロバブル発生ポンプの上記以外の構成は第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと同様である。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、より高揚程のマイクロバブル発生ポンプを得ることができるという利点を得ることができる。
次に、この発明の第４の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第１５図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおいて、渦崩壊ノズル１６の先端（下流側）に圧力遮断用ノズル４１が設けられている。より詳細には、渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂの下流側の端面Ｐ１側に、この渦崩壊ノズル１６と同軸に、かつ渦崩壊部１６ｂと対向して圧力遮断用ノズル４１が設置されている。圧力遮断用ノズル４１の外形は渦崩壊ノズル１６と同様に円柱形状を有し、例えばケーシング１１の外径と同じ直径を有するが、これに限定されるものではない。渦崩壊部１６ｂは円柱形状の、マイクロバブルの噴出口Ｔを有する。渦崩壊部１６ｂの下流側の端面Ｐ１と圧力遮断用ノズル４１の上流側の端面Ｐ２との間には間隙４２が形成されている。この間隙４２の間隔は渦崩壊ノズル１６および圧力遮断用ノズル４１の中心軸から放射方向に直線的に徐々に増加している。圧力遮断用ノズル４１のうちの噴出口Ｔと対向する部分は、この噴出口Ｔから出てくる旋回流の中心部の低圧部をこの圧力遮断用ノズル４１の下流側と遮断するように構成されている。言い換えると、この場合、圧力遮断用ノズル４１のうちの噴出口Ｔと対向する部分には貫通孔が設けられていない。また、この圧力遮断用ノズル４１のうちの噴出口Ｔと対向する部分は渦崩壊部１６ｂ、より詳細には噴出口Ｔに貫入していない。この場合、渦崩壊部１６ｂの噴出口Ｔから気液混相流（例えば、水と空気などの混相流）が噴出され、エッジ１６ｋおよびテーパー部１６ｈでマイクロバブルが生成され、間隙４２を通って外部（水などの液体）にマイクロバブルが放出される。
渦崩壊ノズル１６の先端に圧力遮断用ノズル４１が設けられていることにより、次のような効果を得ることができる。
（ａ）音波の発生に伴う騒音を低減することができる。
音波の発生は、マイクロバブル発生ポンプを民生品もしくは水質改善に使用する際の騒音問題を引き起こし、また、マイクロバブル発生ポンプから発せられる音波は旋回周波数とポンプ内部に形成される気柱の固有周波数との二種類の周波数の振動が存在する。この場合、圧力遮断用ノズル４１を渦崩壊ノズル１６の下流側に設置しているので、渦崩壊をスパイラル型からバブル型に遷移させることができる。バブル型の渦崩壊は気柱を伸縮させる外力が小さいため、気柱音が小さくなる。また、圧力遮断用ノズル４１は渦崩壊ノズル１６の下流側の端面Ｐ１側に固定しているため、旋回流１８の乱れが小さくなり、旋回音および気柱音が軽減される。
（ｂ）水中放出時の放出流体の再吸い込みを防止することができる。
マイクロバブルによるフロックの泡沫浮上分離時に放出流体を再吸い込みすることでフロックが破壊され、液中に分散されることを阻止することができる。すなわち、圧力遮断用ノズル４１により放出されたマイクロバブル水は再吸い込みされない。
（ｃ）旋回流の中心における低圧部の生成による溶解気体の再気泡化を防止することができる。
マイクロバブル発生ポンプでは旋回流中心部の圧力が低下し、この気体圧力の低下は、生成気泡径の縮小と同時に、溶存気体が気体として析出することを意味する。この場合、圧力遮断用ノズル４１の設置により縮流部を設けることで、渦崩壊部１６ｂの噴出口Ｔにおける圧力を高くすることができる。
このマイクロバブル発生ポンプを用いて実験を行った結果について説明する。
この実験は、ケーシング１１の内径を７９ｍｍ、渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂの内径１６ｆを３０ｍｍとし、圧力遮断用ノズル４１を用いた場合（渦崩壊ノズル１６と圧力遮断用ノズル４１との間の最小距離ｈ＝３．０ｍｍ）と用いない場合とについて流量および吸い込み圧力を測定した。第１６図に示すように、動翼１４の外形の直径は７８ｍｍ、円柱状の本体１４ｂの長さ（翼長）は４１．８ｍｍまたは２３．０ｍｍ、本体１４ｂの直径は３８ｍｍ、翼１４ｃの高さは２０ｍｍ、翼１４ｃの枚数は４枚である。ただし、動翼１４の翼１４ｃ間の溝の断面積が小さいと十分な流量を得ることができないため、翼１４ｃを一旦、第１６図に示すように形成した後に、第１６図中点線で示すように、翼１４ｃの前縁部をカットして翼１４ｃ間の溝の断面積を十分に大きくして実験を行った。静翼１５の外形の直径は７９ｍｍ、円柱状の本体１５ａの長さ（翼長）は１０ｍｍ、本体１５ａの直径は３８ｍｍ、翼１５ｃの高さは２０ｍｍ、翼１５ｃの枚数は４枚である。また、モータ１７としては水中モータを用いた。
第１７図および第１８図に実験結果を示す。第１７図および第１８図は、水中モータの消費電力に対する流量（Ｌ／ｍｉｎ）および吸い込み圧力（ｋＰａ）をプロットしたものである。第１７図および第１８図に示すように、流量および吸い込み圧力ともに、圧力遮断用ノズル４１の影響を大きく受ける。渦崩壊ノズル１６と圧力遮断用ノズル４１との間の最小距離ｈを最適値である３．０ｍｍに選ぶことにより、流量は圧力遮断用ノズル４１がないときに比べて５割以上増加している。
また、動翼１４の翼長を短くすることにより、同じ消費電力における流量および吸い込み圧力は逆に大きくなっている。これは、翼１４ｃの形状を最適に選ぶことにより、マイクロバブル発生ポンプのエネルギー効率のさらなる向上を図ることができることを示している。
図示は省略するが、動翼１４の翼長を２０．０ｍｍとした実験では、圧力遮断用ノズル４１を最適に配置することで流量は１００Ｌ／ｍｉｎになった。一方で、圧力遮断用ノズル４１を用いない場合には、消費電力０．７５ｋＷで流量は６０Ｌ／ｍｉｎであった。
マイクロバブルの生成効率は流量に比例するため、このマイクロバブル発生ポンプは、消費電力の少ないマイクロバブル発生機構を持つことが示された。
一方で、空気の吸い込み圧力は圧力遮断用ノズル４１を設置することで幾分小さくなる傾向にあるが、動翼１４および静翼１５を最適に選ぶことで、制御することができる。
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第５の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおいては、ケーシング１１の内部に渦崩壊ノズル１６が収容固定されていたのに対し、第１９図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、この渦崩壊ノズル１６に対応する部分のケーシング１１がこの渦崩壊ノズル１６の縮流部１６ａおよび渦崩壊部１６ｂの内周面と同一の形状に加工されており、この部分が渦崩壊ノズル１６となっている。第１９図においては、動翼１４の駆動用のモータ１７の図示は省略されている。その他のことは第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと同様である。
このマイクロバブル発生ポンプを用いて実験を行った結果について説明する。
この実験は、マイクロバブル発生ポンプの各部の寸法を第１９図に示すように設定し、圧力遮断用ノズル４１（第１９図においては図示せず）を用いた場合（渦崩壊ノズル１６と圧力遮断用ノズル４１との間の最小距離ｈ＝５．０ｍｍ）と用いない場合、また、渦崩壊ノズル１６の内径１６ｆを４ｃｍまたは３ｃｍとした場合について消費電力、流量および吸い込み圧力を測定した。ケーシング１１の吸込口１２側にはフランジ部１１ａを設け、吸込口１２側を底板５１で蓋をした。底板５１はフランジ部１１ａにねじ５２により固定した。動翼１４はモータ１７により回転されるが、第１９図においては動翼１４の軸１４ａと直結されたモータ１７の回転軸１７ａだけが示されている。モータ１７としては水中モータを用いた。この水中モータは定格０．３ｋＷで０．５５ｋＷまで負荷可能である。底板５１の中心には、回転軸１７ａの直径よりも大きな直径を有する貫通孔５１ａが設けられている。そして、この貫通孔５１ａと回転軸１７ａとの間の隙間から水が吸い込まれるようになっている。
第２０図および第２１図に実験結果を示す。第２０図および第２１図は、水中モータの消費電力に対する流量（Ｌ／ｍｉｎ）および吸い込み圧力（ｋＰａ）をプロットしたものである。第２０図および第２１図に示すように、渦崩壊ノズル１６の内径１６ｆを大きくすると、流量は増えるが、吸い込み圧力は低下する。また、圧力遮断用ノズル４１を設けると、流量および吸い込み圧力とも増加し、効率が高くなる。
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第６の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、動翼１４は、その下流のみでなく上流においても旋回流を発生させることができるように、翼１４ｃの両端の角度はともに、円柱状の本体１４ｂの周方向に対して例えば９０度から８５度程度とする。第２２図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第５の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと同様に、渦崩壊ノズル１６に対応する部分のケーシング１１がこの渦崩壊ノズル１６の縮流部１６ａおよび渦崩壊部１６ｂの内周面と同一の形状に加工されている。これに加えて、吸込口１２と動翼１４との間の部分のケーシング１１は、吸込口１２から動翼１４に向かうにつれて断面積が減少し、最小の断面積となった後、動翼１４に向かって再び増加するように加工されている。吸込口１２と動翼１４との間の部分のケーシング１１の内部、好適には最小の断面積となる部分に外部から気体（空気など）が自給されるようになっている。そして、この最小の断面積となった部分のケーシング１１の内部で渦崩壊が起きる。このとき、渦崩壊が起きる条件は、断面積が最小となった断面の部分で流れが超臨界となることである。具体的には、ポンプ流量をＱ、断面積が最小となる断面の半径をｒ、動翼１４の回転角速度をωとしたとき、下記の条件が満足されるときである。
0005493153.tif 000004
計算すると、
0005493153.tif 000005
となる。ここで、Ｓｅ，ｃｒは臨界サーキュレーション数で２程度となる。
この場合、吸込口１２から吸い込まれた液体は、この吸込口１２から動翼１４に向かってケーシング１１の断面積が減少しているため、縮流されて旋回流が生成される。このとき、旋回流が生成されやすいように、動翼１４の翼１４ｃの上流側（吸込口１２側）の縁の迎角Δαは大きめに、具体的には、例えば２０度＜Δα＜９０度の範囲内に選ばれている。この旋回流は、ケーシング１１の最小の断面積の部分から断面積が増加する部分に入ると不安定となり（渦核の不安定性）、渦崩壊が発生する。このとき、流れは超臨界から亜臨界となり、強い乱流が発生する。
以上のことから分かるように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、コアンダ効果を利用して渦崩壊を起こさせる渦崩壊ノズル１６に加えて、その前段（吸込口１２側）に、渦核の不安定性により渦崩壊を起こさせるもう一つの渦崩壊ノズルが設けられていると考えることができる。
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、このマイクロバブル発生ポンプは、例えば水中で使用しマイクロバブルの生成にかかわらなければ、水の体積流量の数％の体積流量の空気を微粒化して水中に大量に放出することができる。このため、一般的なマイクロバブル発生装置に比べて溶存酸素供給効率の大幅な向上を図ることができる。
次に、この発明の第７の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプにおいては、モータ１７として水中モータを用いているが、必ずしも水中モータを用いる必要はない。そこで、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、モータ１７として水中モータではない、通常のモータを用いる場合について説明する。
すなわち、第２３図に示すように、ケーシング１１に孔を開け、この孔に動翼１４の回転軸１４ａを通す。そして、モータ１７にメカニカルシールを施す。こうすることで、マイクロバブル発生ポンプを水中に入れても、モータ１７が浸水または漏水しないようにすることができるので、モータ１７として通常のモータを用いることができる。
次に、この発明の第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第２４図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプの動翼１４が設けられていない代わりに、吸込板６１および渦流羽根車６２が静翼１５および渦崩壊ノズル１６と同軸に、吸込口１２から静翼１５に向かって順次設けられている。吸込板６１はケーシング１１に固定されている。これに対し、渦流羽根車６２にはモータ１７の回転軸１７ａの先端に直結された軸６３が取り付けられており、この軸６３をモータ１７により回転させることにより渦流羽根車６２を回転させることができるようになっている。
吸込板６１の斜視図を第２５図に示す。第２５図に示すように、吸込板６１の中心には貫通孔６１ａが設けられている。この吸込板６１の中心軸に垂直な方向のこの貫通孔６１ａの断面形状は円形である。この吸込板６１はケーシング１１の吸込口１２にはめ込まれており、貫通孔６１ａを除いて吸込口１２を閉塞している。液体は吸込板６１の貫通孔６１ａから内部に吸い込まれる。
渦流羽根車６２は円板６２ａとこの円板６２ａの一方の面にこの面に対して垂直に設けられた複数の羽根６２ｂとからなる。これらの羽根６２ｂは渦流羽根車６２の中心軸の周りに回転対称に、かつ、円板６２ａの中心軸から半径Ｄｍｉの円周から円板６２ａの外周まで延在して設けられている。これらの羽根６２ｂの形状は、この渦流羽根車６２に入ってくる液体により旋回流を生成することができる限り特に限定されないが、例えば、第２６図に示すように、渦流羽根車６２の中心軸から放射方向に直線状に延在するように設けるのが好ましい。これらの羽根６２ｂの形状は、第２７図に示すように、内側から外側に向かって湾曲するように設けてもよい。これらの羽根６２ｂの数は必要に応じて選ばれが、例えば３〜６枚である。
渦流羽根車６２の羽根６２ｂの形状をより一般的に説明する。第２８図にこの渦流羽根車６２の平面図を示す。第２９図はこの渦流羽根車６２の側面図を示す。第２８図には、一例として羽根６２ｂの数が５枚である場合が示されているが、これに限定されるものではない。円板６２ａの半径方向と羽根６２ｂの接線とがなす角度をθＦｄｅｇ（度で表した角度）とする。羽根６２ｂの形状はθＦｄｅｇ＝一定の式で示される曲線で表される。具体的には、第２８図に示す（ｘ，ｙ）座標系および極座標系（ｒ，θ）を考えると、
ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓθ，ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎθ
ｒ（θ）＝Ｒｉｎｅｘｐ（θｃｏｔθＦ）
θＦ＝π（θＦｄｅｇ／１８０）
と表される。ここで、Ｒｉｎ＝Ｄｍｉ／２、ＲＩ＝Ｄｍｏ／２である（第２９図参照。）。θＦｄｅｇ＝０度のときは羽根６２ｂの形状は直線状である（第２６図参照。）。θＦｄｅｇが大きくなるにしたがって、旋回流は小さくなり、放射方向の流れが大きくなる。第２８図に示す例では、θＦｄｅｇ＝４０度、Ｒｉｎ＝４ｍｍ、ＲＩ＝１５ｍｍである。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第２４図において矢印で示されるように、吸込口１２から吸い込まれる液体は吸込板６１の貫通孔６１ａを通り、渦流羽根車６２の羽根６２ｂの間の溝を通り、渦流羽根車６２の外側から静翼１５の翼１５ｂの間の溝を通って渦崩壊ノズル１６に入るようになっている。
渦流羽根車６２の直径をＤｍ０、静翼１５の本体１５ａの直径をＤとすると、渦流羽根車６２で生成された旋回流およびマイクロバブル発生ポンプの中心軸方向の流れが静翼１５を通過することができるようにするために、Ｄｍ０≧Ｄに選ばれる。また、渦流羽根車６２の中心部の羽根６２ｂのない部分（直径Ｄｍｉの部分）では吸込板６１の貫通孔６１ａを通過する噴流が形成される。この場合、吸込板６１の貫通孔６１ａの直径をＤｓとすると、吸い込み圧力が大きくなるためには、一般に、Ｄｍｉ〜Ｄｓとする。また、吸込板６１の貫通孔６１ａに、モータ１７の回転軸１７ａと直結された軸６３が挿入される場合は、流体断面積を確保するために、軸６３の直径をＤｐとしたとき、Ｄｓ＞Ｄｐとするが、軸６３の直径ＤｐはＤｓに対してできる限り小さい方がよく、例えばＤｓ≧２Ｄｐとするのが好ましい。
吸込口１２から吸い込まれる液体への給気は、静翼１５またはその後段において行ってもよいが、吸込板６１から行うようにしてもよい。第３０図は吸込板６１の中心軸を含む断面図である。第３０図に示すように、貫通孔６１ａの内面に給気孔６１ｃが設けられている。この給気孔６１ｃは吸込板６１の内部に設けられた通路６１ｄを介して吸込板６１の外周面に達している。この通路６１ｄに対応する部分のケーシング１１に孔（図示せず）が設けられ、この孔に外部から気体導入用の配管（図示せず）が接続される。
この場合、吸込板６１の貫通孔６１ａの形状は次のように選ぶのが好ましい。例えば、第３１図に示すように、貫通孔６１ａの形状をこの貫通孔６１ａの直径が液体の流れ方向に漸次拡大するテーパー形状とする。テーパー角θは例えば２〜５度程度であるが、これに限定されるものではない。貫通孔６１ａの入り口の角は流れが剥離するように曲率を大きくする。こうすることで、第３２図に示すように、貫通孔６１ａの内面に空気膜６４が生成するため、渦流羽根車６２の周方向に満遍なく気体が供給される。
上述のように吸込板６１から給気を行う利点は、気泡が渦流羽根車６２で砕かれ、また、渦流羽根車６２の揚程により加圧溶解されるため、微細気泡の発生効率の向上を図ることができることである。
静翼１５の設計は、具体的には次のように行うことができる。静翼１５の半径をＲＤ、また簡単のためＤ＝Ｄｍ０≡２ＲＩとする。このとき、静止座標系から見た渦流羽根車６２からの流体の噴出し角αＦは近似的に
0005493153.tif 000006
から見積もることができる。ここで、ＵＤ、ＵＦはそれぞれ渦流羽根車６２の始端部および終端部における軸方向流速、θＦは渦流羽根車６２の終端部における羽根６２ｂの、渦流羽根車６２の周方向に対する角度、ｈは羽根６２ｂの高さ、Ωは渦流羽根車６２の角速度である。式（３）から求めたαＦを０度＜αＦ−φＩ≦２０度の式に代入することで静翼１５の始端角φＩを見積もることができる。
吸込板６１の吸込口、すなわち貫通孔６１ａで圧力が十分に低下するためには、渦流羽根車６２の放射方向の流れがケーシング１１の内壁に極度に拘束されないことが必要である。そのためには、ＲＤ≫ＲＩとすることが望ましい。
渦流羽根車６２の典型的な例としてＲＤ≫ＲＩおよびθＦ＝９０度のときには、
0005493153.tif 000007
である。さらに、一般にＱ／（πＲＩ３Ω）＜１であるから、ＲＤ≫ＲＩのとき、式（５）より
0005493153.tif 000008
となる。ＲＤ≫ＲＩについては、ＲＤ≧２ＲＩが必要と考えられる。
ケーシング１１の内半径ＲＤと渦流羽根車６２の半径ＲＩとの関係については次の通りである。
渦流羽根車６２の回転によって回転軸から外向きに圧力勾配が発生し、ケーシング１１の内壁近くでは圧力が上昇する。この圧力は静翼１５に流体を流す力として作用する。また、ケーシング１１の内壁の圧力はケーシング１１の内半径ＲＤが大きいほど大きくなる。したがって、より多くの流量を流すためにはＲＤ≫ＲＩが望ましい。
ここでは、渦流羽根車６２について、渦流羽根車６２の中心軸から放射方向の距離をｒとし、渦流羽根車６２による圧力を大まかに見積もることでＲＤとＲＩとの関係について考察する。
まず、ケーシング１１内の流れを３つの領域に分け、半径方向流速Ｖｒ、周方向流速Ｖφを求める。すなわち、
領域Ｉ：渦流羽根車６２の羽根６２ｂのない領域（ｒ＜Ｒｉｎ）
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領域ＩＩ：渦流羽根車６２の羽根６２ｂのある領域（Ｒｉｎ＜ｒ＜ＲＩ）
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領域ＩＩＩ：渦流羽根車６２の外側の領域（ｒ＞ＲＩ）
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ここで、Ｑは吸込板６１の貫通孔６１ａ、すなわち吸込口から供給される流量である。
この流れによる圧力Ｐは、粘性を無視し、オイラーの運動方程式
0005493153.tif 000012
から算定する。ここで、ρは流体の密度である。最終的に
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となる。ただし、Ｐ０はｒ＝０における圧力である。式（１３）からｒ→∞のとき、圧力は
0005493153.tif 000014
に漸近する。これがケーシング１１を十分に大きくしたときに対応する最大圧力となる。したがって、ケーシング１１の内径ＲＤは式（１３）の圧力がＰｉｎｆに十分に近くなるように選べばよい。そこで、無次元量
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を算定し、これが１よりも十分に小さくなるときのｒを求める。分かりやすくするために、次式で定義される無次元量ε、Ｍ、ｎを導入する。
0005493153.tif 000016
式（１６）を式（１５）に代入すると
0005493153.tif 000017
となる。渦流ポンプの翼ではＭは２程度、またε≪１であるから、式（１７）は
0005493153.tif 000018
となる。仮にΛ＝０．１とするとｎ＝２．２であり、このとき放射方向の流れがケーシング１１によって拘束されることによる影響は十分に小さいと見なすことができる。一方でｎ＝１．５のときはΛ＝０．２２、ｎ＝１ではΛ＝０．５で旋回流による圧力の半分がケーシング１１の影響により生かされないことになる。
この第８の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができるほか、小型で低消費電力のモータ１７を用いて効率よくマイクロバブルを発生させることができる。
次に、この発明の第９の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第３３図に示すように、渦流羽根車６２によって生成された流れの旋回方向流速を小さくし、軸方向流速を大きくしたい場合には、静翼１５の翼１５ｂを単純な形状として直線状に形成する。このマイクロバブル発生ポンプのその他のことは第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと同様である。
この第９の実施の形態によれば、第８の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第１０の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、静翼１５の本体１５ａの内部にモータ１７が組み込まれており、このモータ１７により渦流羽根車６２を回転させることができるようになっている。このマイクロバブル発生ポンプのその他の構成は第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと同様である。
この第１０の実施の形態によれば、第８の実施の形態と同様な利点に加えて、モータ１７の回転軸１７ａが吸込板６１の貫通孔６１ａを貫通していないので、貫通孔６１ａの全体に液体を流すことができ、マイクロバブル発生ポンプに流すことができる流量を大きくすることができるという利点を得ることができる。
次に、この発明の第１１の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと異なり、静翼１５の翼１５ｂを静翼１５の中心軸の方向に投影したとき、これらの翼１５ｂが相互に重なり合っていない。すなわち、渦流羽根車６２によって生成された流れは逆流を生じないため、静翼１５の翼１５ｂに重なりは不要である。結果的に翼１５ｂの間の隙間が大きくなり、この隙間を通して液体中の浮遊物（繊維や固形物など）を容易に通過させることができる。具体的には、例えば、第３４図に示すように、静翼１５の翼１５ｂを静翼１５の中心軸の方向に投影したとき、翼１５ｂと翼１５ｂとの間には空隙がある。渦流羽根車６２ではφＦ＞αＦが成立するため、静翼１５の翼１５ｂの形状は第１の実施の形態と同様とすることができる。また、φＦはφＦ≦２６度を満たす必要があるため、渦流羽根車６２の羽根６２ｂの始端で剥離するおそれはほとんどないことから（渦崩壊ノズル１６で縮流しても渦崩壊条件を満たすには、φＦ≦２０度となる）、羽根６２ｂを直線状（φＦ＝φＩ）としてもよい。静翼１５の側面図を第３５図に示す。第３４図および第３５図に示すように、静翼１５の複数の翼１５ｂのそれぞれに給気孔１５ｅが設けられている。また、本体１５ａの始端部１５ｄの中心軸上には噴射孔１５ｆが設けられている。給気孔１５ｅと噴射孔１５ｆとは、本体１５ａおよび翼１５ｂ内に設けられた通路１５ｇを介して互いに連通している。それぞれの給気孔１５ｅに対応する部分のケーシング１１に孔（図示せず）が設けられ、この孔に外部から気体導入用の配管（図示せず）が接続される。第３５図に示すように、静翼１５の翼１５ｂの傾斜角Θを大きくすることにより、マイクロバブル発生ポンプの流量を増加させることができる。ただし、Θが２０度以上となると剥離が生じるため流量は逆に小さくなる。
この第１１の実施の形態によれば、第８の実施の形態と同様な利点を得ることができるほか、静翼１５の翼１５ｂを静翼１５の中心軸の方向に投影したとき、翼１５ｂと翼１５ｂとの間に空隙があるため、静翼１５を通り抜ける流量を増やすことができ、マイクロバブルの発生効率を十分に高くすることができる。
次に、この発明の第１２の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプについて説明する。
第３６図に示すように、このマイクロバブル発生ポンプにおいては、第８の実施の形態によるマイクロバブル発生ポンプと異なり、静翼１５が設けられていない。
このように静翼１５を設けずに渦崩壊ノズル１６で渦崩壊を発生させるための条件を以下に示す。
渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂの内面の半径をｒｅ（渦崩壊部１６ｂの内径１６ｆの１／２）とおくと、この渦崩壊部１６ｂにおける軸方向の平均流速は
0005493153.tif 000019
で与えられる。一方で、渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂにおける旋回流速は、渦流羽根車６２で生成された旋回流が循環の法則に従うとして算定することができる。渦流羽根車６２で生成される循環Ｃは
0005493153.tif 000020
であり、渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂでは周方向流速をＶｅとおくと、
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となる。式（２０）、（２１）から
0005493153.tif 000022
が得られる。ＵＦは流量の連続条件から
0005493153.tif 000023
となる。
さて、渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂのサーキュレーション数Γｅは
0005493153.tif 000024
となる。渦流羽根車６２で発生する流量Ｑは、羽根６２ｂの面積および回転速度に比例するため、
0005493153.tif 000025
と置くことができる。ここで、ζは渦崩壊ノズル１６の渦崩壊部１６ｂの内面の半径ｒｅ、吸込板６１の貫通孔６１ａの半径Ｒｓ（＝Ｄｓ／２）およびθＦに依存する無次元係数である。式（２５）を式（２４）に代入すると
0005493153.tif 000026
となる。渦崩壊が発生するためにはΓｅ≧２である必要があるから、
0005493153.tif 000027
となるように渦流羽根車６２および渦崩壊ノズル１６を設計すれば、静翼１５がない場合でも、渦崩壊を発生させ、マイクロバブルを発生させることができる。次元解析からζはＲｓ／ｒｅおよびθＦに依存するため、式（２７）においてパラメータ間の関係を明示すると、
0005493153.tif 000028
となる。
式（２８）からｈが小さい方が渦崩壊には有利となる。これは、流量よりも旋回流の方が強くなるためである。また、Ｒｓ≪ｒｅのとき、すなわち渦崩壊ノズル１６がない場合には、流量は最大となり
0005493153.tif 000029
となる。式（２９）中の最大値は、一般の渦流ポンプではＯ（ζ）＝０．１であるから、０．１のオーダーになると考えられる。
さらに、旋回流速が強くなるθＦ＝９０度のときは、式（２８）は
0005493153.tif 000030
となる。
実験によれば、式（２７）または式（２８）の条件は必然的に満たされていることが判明した。逆に、マイクロバブルの発生効率を高くするためには、軸方向流速を大きくして流量を増やす必要がある。そのためには、動翼１４のθＦを４０度程度とすることが有利である。
この第１２の実施の形態によれば、第８の実施の形態と同様な利点に加えて、静翼１５を設けていないことにより、マイクロバブル発生ポンプを通る液体中の浮遊物（繊維や固形物など）の寸法を大きくすることができるとともに、マイクロバブル発生ポンプの構成を簡単にすることができるという利点を得ることができる。
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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