(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持され、円板状本体部の一面に遠心羽根を有する流体搬送用のインペラと、
一方の軸方向端部が前記インペラに接続され、前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを収容し第１流体供給口及び第２流体供給口と第１及び第２流体の分散流体の流出口を有する収容室が画定された筐体と、を備え、
前記収容室は、前記円板状本体部に対して遠心羽根が設けられた面の背面側に、供給された前記第２流体及び前記第１流体を前記円板状本体部の求心方向及び遠心方向へ循環流動させて、前記第２流体を第１流体中に分散させるための分散空間を備えることを特徴とする、流体分散ポンプ。
【請求項２】
前記第２流体供給口は、前記分散空間に開口するように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の流体分散ポンプ。
【請求項３】
前記インペラの本体部に対向し、前記モータの回転軸及び筐体の内側壁から離間するように前記収容室内に設けられた環状の仕切り部を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の流体分散ポンプ。
【請求項４】
さらに、前記分散空間内の流体の循環流に沿うよう設けられた分散流路を形成する分散部を備え、
前記分散流路は、断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部と、断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部と、前記流路縮小部と流路拡大部との接続部分に隙間最小部を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
【請求項５】
さらに、前記分散空間内の流体の循環流に沿うよう設けられた分散流路を形成する分散部を備え、
前記分散部が前記仕切り部として機能することを特徴とする、請求項３に記載の流体分散ポンプ。
【請求項６】
前記分散部は、円板状の分散部本体の前記インペラとの対向面に、前記インペラと前記分散部本体に挟まれた空間に前記分散流路を画定する凸状部が設けられていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の流体分散ポンプ。
【請求項７】
前記分散部は、円板状の分散部本体の前記筐体内壁との対向面に、前記筐体内壁と前記分散部本体に挟まれた空間に前記分散流路を画定する凸状部が設けられていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の流体分散ポンプ。
【請求項８】
前記分散流路は、前記円板状の分散部本体の側壁を厚み方向に貫通するように、前記分散部本体に設けられた環状スリットとして構成されている、請求項４又は５に記載の流体分散ポンプ。
【請求項９】
前記モータは、前記インペラの回転軸と同軸で回転するロータを含むキャンドモータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体を分散、例えば、液体中に微細気泡を分散させながら、これらの流体を送液するための流体分散ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的分野において、２つの流体を分散させ、さらに分散流体を搬送する操作については広く行なわれているところである。
【０００３】
特に、近年、例えば、液体に気体を分散する分野において、工程の多様化に伴い、また、反応の効率化や迅速化などのため、気体を微細化して液体中に分散したいという要求が多くなってきている。
【０００４】
気泡を微細化するための微細気泡発生装置は、非特許文献１などに多種類のものが提案されている。例えば、（ａ）ベンチュリ管等を用いた流路拡大方式（非特許文献２及び特許文献１を参照）、（ｂ）加圧溶解気体の過飽和析出方式（加圧溶解式）、（ｃ）旋回流気泡せん断方式（旋回流式）、（ｄ）オリフィス等を用いた高圧開放方式、（ｅ）微細孔からの気体吐出方式、（ｆ）超音波や機械による気泡破壊方式などである。
【０００５】
いずれの方法も気泡発生方式や発生気泡の破壊方法を様々に工夫している。特に、（ａ）〜（ｄ）の方法は圧力変動や水流によるもの、（ｅ）の方法は気体を吐出する孔径を小さくすることによるもの、（ｆ）の方法は水流以外の動力（媒質の振動や機械によるせん断）によるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３０８２４
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】大成博文，「マイクロバブルの基礎」，泡のエンジニアリング，２００５年，ｐｐ．４２３−４２９
【非特許文献２】藤原暁子，「ベンチュリ管を用いたマイクロバブル発生手法」，エコインダストリー，２００６，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．３，２７−３０
【０００８】
これらの各種方法には、それぞれ利点及び欠点があるが、特に問題となるのは、圧力を発生させるためのポンプを必要とすることである。例えば、（ａ）の方式ではベンチュリ管に気液混合流体を搬送するため、（ｂ）（ｄ）の方式では加圧のため、（ｅ）の方式では流体を微細孔に通すため、などにそれぞれ流体を加圧させるためのポンプが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さらに、上記の各種方法では、気泡を微細化して分散させた気液分散流体を使用目的に応じて反応槽などへ流動させるために別にポンプが必要となる。すなわち、微細気泡を作成するためと微細気泡を作成した気液混合流を搬送するために、それぞれポンプが必要となり、その結果、装置が全体として大型化するという問題を生じていた。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、２つの流体を分散させながら分散流体を搬送することができる流体分散ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の流体分散ポンプを提供する。
【００１２】
本発明の第１態様によれば、回転可能に支持され、円板状本体部の一面に遠心羽根を有する流体搬送用のインペラと、
一方の軸方向端部が前記インペラに接続され、前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラを収容し第１流体供給口及び第２流体供給口と第１及び第２流体の分散流体の流出口を有する収容室が画定された筐体と、を備え、
前記収容室は、前記円板状本体部に対して遠心羽根が設けられた面の背面側に、供給された前記第２流体及び前記第１流体を前記円板状本体部の求心方向及び遠心方向へ循環流動させて前記第２流体を第１流体中に分散させるための分散空間を備える、流体分散ポンプを提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記第２流体供給口は、前記分散空間に開口するように設けられている、第１態様の流体分散ポンプを提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、前記インペラの本体部に対向し、前記モータの回転軸及び筐体の内側壁から離間するように前記収容室内に設けられた環状の仕切り部を備える、第１又は第２態様の流体分散ポンプを提供する。
【００１５】
本発明の第４態様によれば、さらに、前記分散空間内の流体の循環流に沿うよう設けられた分散流路を形成する分散部を備え、
前記分散流路は、断面積が徐々に縮小するように構成された流路縮小部と、断面積が徐々に拡大するように構成された流路拡大部と、前記流路縮小部と流路拡大部との接続部分に隙間最小部を備えることを特徴とする、第１から３態様のいずれか１つの分散ポンプを提供する。
【００１６】
本発明の第５態様によれば、
さらに、前記分散空間内の流体の循環流に沿うよう設けられた分散流路を形成する分散部を備え、
前記分散部が前記仕切り部として機能することを特徴とする、第３態様の流体分散ポンプを提供する。
【００１７】
本発明の第６態様によれば、前記分散部は、円板状の分散部本体の前記インペラとの対向面に、前記インペラと前記分散部本体に挟まれた空間に前記分散流路を画定する凸状部が設けられていることを特徴とする、第４又は第５態様の流体分散ポンプを提供する。
【００１８】
本発明の第７態様によれば、前記分散部は、円板状の分散部本体の前記筐体内壁との対向面に、前記筐体内壁と前記分散部本体に挟まれた空間に前記分散流路を画定する凸状部が設けられていることを特徴とする、第４又は第５態様の流体分散ポンプを提供する。
【００１９】
本発明の第８態様によれば、前記分散流路は、前記円筒形の分散部本体の側壁を厚み方向に貫通するように、前記分散部本体に設けられた環状スリットとして構成されている、第４態様の流体分散ポンプを提供する。なお、前記分散流路は、前記円筒形の分散部本体の側壁を厚み方向に貫通する管路として構成してもよい。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、前記モータは、前記インペラの回転軸と同軸で回転するロータを含むキャンドモータであることを特徴とする、第１から第８態様のいずれか１つの分散ポンプを提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、筐体の収容室内に設けられたインペラの本体部により、収容室内を区画する。収容室内では、インペラが回転し遠心羽根によって、回転軸から遠くなるにつれて高圧となるように流体に圧力分布が与えられる。この圧力分布によって、分散空間に流出した流体がインペラの本体部に対して求心方向及び遠心方向へ循環流動する。すなわち、本発明によれば、インペラの遠心羽根の回転によって生じた圧力分布によって、流体の搬送だけではなく、分散空間で２つの流体の分散を行なうように構成されているため、流体の分散及び搬送を同時に行なうことができる。
【００２２】
また、本発明において、第２流体供給口は、前記分散空間に開口することで、循環流中に直接第２流体を供給して分散の効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明の第３態様によれば、循環流を効率よく求心方向及び遠心方向に循環させるために、分散空間に仕切り部を設けている。仕切り部を設けることにより、分散空間の流体の流れを仕切られた領域で一方向に案内することができ、流体を効率よく循環させることができる。
【００２４】
本発明の第４態様によれば、分散空間に設けられた分散部の分散流路がベンチュリ管と同様の効果を呈し、分散空間で循環する流体を効率よく分散する。分散流路の具体的な構成は、環状スリットでもよいし、単なる管路であってもよい。
【００２５】
分散部は、対向する２つの面の間に流路縮小部、流路拡大部、隙間最小部が形成されるように構成されていればよく、２つの板部材を対向して構成してもよいし、インペラや筐体の壁面を１つの面として用いてもよい。この場合、分散部を構成する部材の対向面に分散流路を画定する凸状部を構成する。
【００２６】
本発明の第７態様によれば、分散流路で区分された分散部本体の一部が仕切り部として機能するため、流体を分散空間において効率よく循環させることができる。
【００２７】
本発明の第８態様分散部の具体的構成として、前記円筒形の分散部本体の側壁に環状スリットとして分散流路を設けることで簡単な構成で分散部を構成できる。なお、分散流路は、円筒形の分散部本体の側壁を厚み方向に貫通する管路により構成することもできる。
【００２８】
本発明の第９態様によれば、キャンドモータの特性により液漏れのおそれがなく、どのような設置場所にも設置でき、さらに、高温、高圧、高真空の系にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる流体分散ポンプの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の流体分散ポンプの送液分散部の部分拡大図である。
【図３】図１の流体分散ポンプの変形例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる流体分散ポンプの断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる流体分散ポンプの断面図である。
【図６Ａ】図５の流体分散ポンプの分散部の部分拡大図である。
【図６Ｂ】図５の流体分散ポンプの変形例の分散部の部分拡大図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる流体分散ポンプの断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかる流体分散ポンプの断面図である。
【図９】本発明の第６実施形態にかかる流体分散ポンプの断面図である。
【図１０】図９の流体分散ポンプの部分拡大図である。
【図１１】図９の流体分散ポンプに用いられる分散部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る流体分散ポンプについて、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。図１において、流体分散ポンプ１ａは、２つの流体、例えば、液体と気体あるいは液体と液体を分散させて送液するものである。流体分散ポンプ１ａは、送液分散部２とモータ３及び両者を接続するカップリング４を備えている。
【００３２】
送液分散部２は、モータ３の動力により回転するインペラ８により流体を取り込み、供給された第２流体と分散させて排出する。モータ３は、送液分散部２の分散、送液機能を実現できる動力源であればその構成について問うものではなく、種々のものを利用することができる。カップリング４は、送液分散部２の回転軸７とモータ３とを接続する部材である。
【００３３】
送液分散部２は、回転軸７の軸受である基部５とケーシングとしての中間筐体６ａ及び主筐体６ｂを備えている。基部５には、回転軸７の軸受であるボールベアリング５ａと軸受部分から液体が流出しないようにするための回転シール５ｂが設けられている。
【００３４】
基部５に回転シール５ｂとボールベアリング５ａを取り付けた後、中間筐体６ａを基部５に取り付ける。中間筐体６ａは円筒状の部材であり、中央部分の開口に回転軸７を挿入する。また、中間筐体６ａには第２流体供給口１７が設けられている。
【００３５】
主筐体６ｂは、中間筐体６ａに固定され、第１流体供給口１５と液体流出口１６が設けられている。中間筐体６ａと主筐体６ｂとで収容室１２が画定される。液体流出口１６は、第１流体供給口１５に対して口径が小さくなるように構成されており、第１流体供給口１５から供給された流体が直接的に液体流出口１６から流出してしまわないように構成されている。
【００３６】
収容室１２内には、インペラ８が収納されている。インペラ８は、回転軸７の先端にボルト１８により締結される。図１に示すように、インペラ８は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、円板状のインペラ後面部９及びインペラ前面部１１で構成されるインペラ本体部の内部に送液用の遠心羽根１０を備えた構成となっている。
【００３７】
インペラ８は、中間筐体６ａのインペラ本体の後面部９に対向する対向面１９とインペラ８との間に隙間が生じるように収容室１２内に収納される。収容室１２内は、インペラ後面部９を基準として送液空間１３と分散空間１４とに区画される。
【００３８】
送液空間１３は、インペラ８の遠心羽根１０の回転によって収容室１２内の流体を液体流出口１６側に搬送するための空間であり、分散空間１４は、供給された流体をインペラ８の遠心羽根１０の回転によって生じた圧力によって、インペラ本体の後面部９の求心方向及び遠心方向へ循環させるための空間である。
【００３９】
次に、図１，図２を用いて流体分散ポンプ１ａの動作を説明する。なお、以下、第１流体供給口１５から供給される流体及び第２流体供給口１７から供給される流体はともに液体であるとして説明する。
【００４０】
モータ３が回転すると、回転軸７に連結されているインペラ８も一体に回転し、第１液体が第１流体供給口１５より取り込まれる。インペラ８が回転することにより、第１液体が回転軸７から遠心方向に送られ、一部が液体流出口１６から流出する。
【００４１】
インペラの遠心羽根１０の回転により送液空間１３内に圧力分布が生じる。回転軸７から離れるにつれて圧力が高くなり、図２に示すように、回転軸７から遠い側の領域Ａ２の方が、回転軸７に近い側の領域Ａ１よりも高圧になる。
【００４２】
インペラ８によって遠心力が付加された流体の一部は、主筐体６ｂの液体流出口１６から外部へ流出する。上記のように、液体流出口１６の口径は、第１流体供給口１５よりも小さく構成されているため、一部の流体は、送液空間１３から分散空間１４へ移動する。
【００４３】
インペラの後面も回転しているために、後面近傍では放射流が形成される。また、遠心力によって前記領域Ａ２は回転軸７の近傍領域Ａ３よりも高圧となる。この圧力差によって液体流出口１６から流出しなかった液体は、矢印９０に示すように中間筐体の表面近くを流れてインペラ８の分散空間１４へ移動する。第２流体供給口１７から供給された第２の流体は、矢印９２に示すように、収容室１２の分散空間１４内へ移動し、第１流体と合流して分散流体となる。回転軸７の近傍領域Ａ３に存在する分散流体は、インペラ後面近くに形成される放射流によってインペラ本体部（インペラ後面部９）の遠心方向へ移動する。すなわち、循環流は、インペラ後面近傍の放射流と圧力差による静止している中間筐体６ａの対向面１９近傍の求心流の組み合わせで発生する。なお、放射流を発生させやすくするために、インペラ後面部９の表面はある程度の粗さを有していてもよい。
【００４４】
図２に示すように、第２流体供給口１７は回転軸７の近傍に開口するように構成されており、流体の圧力分布により第２流体の供給のための圧力を低く設定することができる。ただし、図３に示すように第２流体供給口１７の開口の位置を中間筐体６ａの中間部分に設けてもよい。
【００４５】
分散空間１４内では、矢印９３に示すように、インペラ後面近くで放射流が形成されるため、分散空間１４内で流体が循環する。分散空間１４内では、第１流体と第２流体が混合し、強い循環流によって両流体が分散される。
【００４６】
分散空間１４内の流体は、循環中に一部が送液空間１３に戻り、液体流出口１６から流出する。
【００４７】
本実施形態によれば、インペラの遠心羽根１０が設けられているインペラ本体部のインペラ後面部９を基準として収容室内を２つの空間に区画しているため、インペラの遠心力によって高い圧力を付与された流体が遠心羽根１０の反対側に存在する分散空間１４へ移動する。分散空間内では、インペラによって付与された高圧力及びインペラ後面近傍の放射流により、流体がインペラの本体部の求心方向及び遠心方向へ循環するため、２つの流体を分散することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。図４に示す流体分散ポンプ１ｂは、第１実施形態にかかる流体分散ポンプと共通な部分を有しているため、以下の説明においては、相違点を中心に説明する。
【００４９】
第２実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｂは、収容室１２の分散空間１４に仕切り部材２０を備えている。仕切り部材２０は、環状の板状の部材で構成されており、インペラ８のインペラ後面部９及び中間筐体６ａの対向面１９に略平行に両者から離間するように設けられている
【００５０】
仕切り部材２０を設けることによって、分散空間１４の流体の流れを仕切り部材２０で案内し、仕切られた領域ごとに一方向にすることができ、流体を効率よく循環させることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。第３実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｃは、収容室１２の分散空間１４に分散部２１を備えている。本実施形態にかかる流体分散ポンプは、第１流体として液体、第２流体として気体を用い、第２流体である気体を微細気泡にして第１流体である液体中に分散するポンプとして説明する。ただし、第１、第２流体ともに液体を用いることもできる。
【００５２】
分散部２１は、図５，図６Ａに示すように、対向配置された環状の２枚の板部材２２，２３により構成されている。２枚の板部材２２，２３の間に板部材２２，２３の全周にわたって環状に形成された隙間は、循環する流体が流れる分散流路として機能する。
【００５３】
第１の板部材２２は、中間筐体６ａの対向面１９に密接して配置される。分散部２１を構成する２枚の板部材２２，２３は、中央部分２４，２５が薄肉に構成され、その外側に突起２６が設けられている。突起２６は、２枚の板部材２２，２３の対向する２つの面に設けられる。突起の表面はテーパー状に構成され、分散流路の断面積が外径側から内径側に向かうに従って徐々に縮小するように構成された流路縮小部２７、流路の断面積が外径側から内径側に向かうに従って徐々に拡大するように構成された流路拡大部２８、流路縮小部と流路拡大部との境界部分に隙間最小部２９を備える。
【００５４】
液体流出口１６から流出しなかった液体は、インペラ８の背面の分散空間１４へ移動する。分散空間１４では、第２流体供給口１７から取り込まれた気体と液体とが存在している。分散空間１４の圧力は、回転軸７近傍の流体の領域の圧力よりも高いため流体は回転軸７に近づくように移動する。このとき、気体と液体との混合物は、矢印９４に示すように、分散部２１の流路に設けられた流路縮小部２７および流路拡大部２８を順に通過して回転軸７に近づく方向に移動する。そして、気体と液体との混合物が流路縮小部２７を経て流路拡大部２８を通るとき、流路間隙の変化により気体と液体との混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化される。
【００５５】
この気体の微細化は、主として、液体の流速、気体の量、隙間最小部２９および流路拡大部２８の間隙寸法などによって決定される。例えば、液体の流速がある閾値以下であると、気泡径が小さくならず十分な微細化が行われない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、隙間最小部２９および流路拡大部２８の間隙寸法によって調整することができる。一方、液体の流速が閾値以上になると、気泡径が小さくなって十分な微細化が行われる。分散流路に設けられた流路拡大部２８がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が分散部２１の流路内を通過することにより、気体を微細化することができる。
【００５６】
分散部２１の流路を通過した微細気泡分散流体は、矢印９５に示すように、インペラ８と板部材２３の間の隙間を通って、インペラ８の遠心方向へ移動し、分散空間内で流体が循環する。
【００５７】
分散部の板部材２３の薄肉部２５は、分散空間１４内の循環流の中央近傍に位置するため、仕切り部材としても機能し、薄肉部２５によって循環流を効率よく流動させることができる。
【００５８】
なお、第３実施形態にかかる流体分散ポンプの変形例として、図６Ｂに示す構成の流体分散ポンプを構成してもよい。この分散ポンプは、収容室１２の分散空間１４に設けられている分散部２１の位置が、インペラ８に隣接するように配置され、後部筐体６ａの対向面１９との間に流体流路としての隙間を有している。
【００５９】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。第４実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｄは、第３実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｃと比較して、分散空間１４に設けられた分散部２１の構成が異なる。
【００６０】
分散部２１は、円板状の板部材３０を備える。板部材３０はインペラ後面部９の遠心羽根１０が設けられていない側の表面に隣接して平行に配置される。インペラ後面部９と板部材３０の対向面の間に設けられる隙間は、分散部２１の分散流路を構成する。
【００６１】
分散空間１４に流入した流体は、矢印に示すようにインペラ後面部９の求心方向及び遠心方向へ循環する。板部材３０は、分散空間１４内の循環流の中央近傍に位置するため、仕切り部材としても機能し、循環流を効率よく流動させることができる。
【００６２】
また、板部材のインペラ後面部９との対向面には、突起３２が設けられており、当該突起３２によって、流路縮小部２７、流路拡大部２８及び隙間最小部２９が形成される。循環流が分散流路を通過することにより、流路間隙の変化により気体と液体との混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化される。
【００６３】
（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。第５実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｅは、第３実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｃと比較して、分散領域１４に設けられた分散部２１の構成が異なる。
【００６４】
分散部２１は、円板状の板部材３３を備える。板部材３３は中間筐体６ａの対向面１９に隣接して平行に配置される。中間筐体６ａの対向面１９と板部材３０の対向面の間に設けられる隙間は、分散部２１の分散流路を構成する。板部材３３は仕切り部材としても機能する。
【００６５】
また、板部材の中間筐体６ａとの対向面には、突起３４が設けられており、当該突起３４によって、流路縮小部２７、流路拡大部２８及び隙間最小部２９が形成される。循環流が分散流路を通過することにより、流路間隙の変化により気体と液体との混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化される。
【００６６】
（第６実施形態）
図９は、本発明の第６実施形態にかかる流体分散ポンプの模式的構造を示す図である。図１０は、図９の流体分散ポンプの部分拡大図である。第６実施形態にかかる流体分散ポンプ１ｆは、モータとしてキャンドモータ３ａを用いたキャンドモータポンプである。以下、本実施形態にかかる流体分散ポンプは、第１流体として液体第２流体として気体を用い、第２流体である気体を微細気泡にして第１流体である液体中に分散するものとして説明する。ただし、第１、第２流体とも液体としてもよい。
【００６７】
キャンドモータ３ａは、回転子４０と固定子４１とを備える。回転子４０には回転軸７が圧入固着され、この回転軸７の前後部にそれぞれスリーブ４２，４３およびスラストカラー４４，４５が装着されている。回転軸７は、これらスリーブ４２，４３およびスラストカラー４４，４５を介して前後部の軸受４６，４７に回転自在に支持されている。これら軸受４６，４７は、各々中間筐体６ａ、後部軸受箱４８に挿入されて固定されている。
【００６８】
中間筐体６ａは、固定子４１を挿入固着した固定子枠４９の前部フランジ５０面に固定され、後部軸受箱４８はガスケット５１を介して固定子枠４９の後部端面５２に液密に締結固定されている。
【００６９】
回転子４０は非磁性で薄肉円筒状の回転子キャン５３と側板５４とが液密に溶着されて密封されており、固定子４１は固定子枠４９の端部と非磁性で薄肉円筒状の固定子キャン５５とが液密に溶着されており、回転子４０と固定子４１とはキャン隙間５６を介して対向配設されている。
【００７０】
後部軸受箱４８には、潤滑液注入口５７が設けられている。本実施形態では潤滑液は、本実施形態にかかる流体分散ポンプの吐出液であり、潤滑液流出口５８から吐出され、潤滑液管路５９を通って潤滑液注入口５７へ供給される。
【００７１】
主筐体６ｂは、中間筐体６ａに液密に締結固定されている。主筐体６ｂと中間筐体６ａは、収容室１２を画定する。
【００７２】
主筐体６ｂには、第１流体供給口１５及び液体流出口１６が設けられている。第１流体供給口１５は、回転子４０の回転軸７の延在位置に設けられ、液体流出口１６は、主筐体６ｂの回転軸７に対し交差する方向に位置する面に設けられる。
【００７３】
収容室１２内には、インペラ８及び回転子４０が収納される。
【００７４】
中間筐体６ａの対向面１９とインペラ８との間の隙間には、分散部２１が設けられる。分散部２１は、中間筐体６ａの対向面１９に当接して配置される。分散部２１は、図９に示すように、２枚の板部材２２，２３で構成された分散部本体を備え、これら板部材２２，２３間に板部材２２，２３の全周にわたって設けられたスリットは、分散流路を形成する。
【００７５】
２枚の板部材２２，２３がそれぞれ対向する側の対向面には、図９に示すように、突起２６が形成されており、分散流路には、流路縮小部２７、流路拡大部２８、隙間最小部２９が設けられている。
【００７６】
中間筐体６ａを貫通する管路として設けられた第２流体供給口１７は、分散部２１の隙間最小部２９の近傍に開口する。
【００７７】
次に、流体分散ポンプ１ｆの動作を説明する。なお、以下、第１流体供給口１５から供給される流体を液体とし、第２流体供給口１７から供給され液体に分散部２１で分散する流体を気体として説明する。
【００７８】
キャンドモータ３ａに対して供給される潤滑液は、潤滑液注入口５７より注入され、後部の軸受４７を潤滑冷却し、キャン隙間５６を通って回転子４０と固定子４１とを冷却し、前部の軸受４６を潤滑冷却し、収容室１２内に戻って外部に排出される。
【００７９】
モータ３の回転軸７が回転すると、インペラ８も一体に回転し、液体を第１流体供給口１５より取り入れる。インペラ８が回転することにより、液体が回転軸から遠心方向に送られ、一部が液体流出口１６から流出する。
【００８０】
このインペラ８の回転により生じた収容室１２内において生じた圧力分布により循環空間１４において循環流が生じる。循環流が分散部２１の分散流路を通過するときの圧力変化により微細気泡が発生する。
【００８１】
なお、気体と液体との混合物が分散部２１の分散流路を通るとき、分散流路を流れる流体のために第２流体供給口１７は負圧になり、空気が自吸されて収容室１２内へ供給される。
【００８２】
なお、本実施形態では、分散空間１４内の流体の循環を促進するため、分散部２１のインペラに近い側に設けられている板部材２３には、回転軸側へ伸びる薄肉部２５が設けられている。板部材２３によって、分散空間１４内を仕切ることにより、薄肉部２５を含む板部材２３とインペラの本体部に対する対向面との空間、すなわち、分散流路では、流体は求心方向へ移動しやすくなり、また、循環羽根が位置するインペラの本体部と板部材２３との空間では、流体が遠心方向へ移動しやすくなる。このような構成を採用することにより、分散空間１４内の流体の循環が促進され、また、流体が分散部２１をより効率よく通過することとなるため、微細気泡の発生を促進することができる。
【００８３】
本実施形態にかかる流体分散ポンプは、収容室１２内で遠心羽根１０によって加圧された流体の一部が遠心羽根１０の背後で循環流を起こす機構を有している。また、循環流路に空気を自給させることができ、その自給させた空気を遠心羽根１０の流れに合流させて、液体流出口１６から流出させることができる。また、循環流の途中に分散部２１を備え、気泡の微細化を行なうことができるため、流体の搬送と微細気泡の生成とを１つの装置で行なうことができる。また、収容室内に循環羽根を備えることで、加圧条件下での使用であっても、差圧を発生させることができ、気泡の微細化を行なうことができる。
【００８４】
図１１は、分散部の変形例を示す図である。図１１の分散部２１ａは、環状のスリットではなく、環状の分散部本体の側壁に放射状に伸びて貫通する管路状の分散流路を備えている。環状の分散流路はそれぞれ、外径側から内径側に向かうに従って分散流路の間隙が縮小していく流路縮小部２７が設けられる。また、この流路縮小部２７の内径側で分散流路の間隙が外径側から内径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部２８が形成され、これら流路縮小部２７と流路拡大部２８との間に分散流路の間隙が最も小さくなる隙間最小部２９が設けられている。
【００８５】
図１１に示す構成の分散部であっても、分散流路に設けられた流路拡大部２８がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が分散部２１の分散流路内を通過することにより、気体を微細化することができる。
【００８６】
上記各実施形態にかかる流体分散ポンプは、収容室１２内で遠心羽根１０によって加圧された流体の一部が遠心羽根１０の背後で循環流を起こす機構を有している。流体を遠心羽根１０の流れに合流させて、液体流出口１６から流出させることができる。また、循環流の途中に分散部を備えることで、気泡の微細化を行なうことができるため、流体の搬送と微細気泡の生成とを１つの装置で行なうことができる。
【００８７】
以上説明したように、本発明の各実施形態にかかる流体分散ポンプによれば、流体搬送機能を有するポンプの遠心羽根の背後に流体を循環させることができる分散空間を確保する。また、分散空間内で流体を循環させるために、流動用の遠心羽根によって生じた圧力差を用いることができる。
【００８８】
また、循環流の途中に分散部を備えることで、気泡の微細化を行なうことができ、発生する気泡のサイズは、気体の流速、気体の量、分散部の構成などによって決定され、マイクロバブルのレベルにまで微細化することができる。
【００８９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明にかかる流体分散ポンプは、２つの流体を分散させ、さらに流出することができるため、化学プラントなどの種々のプラントにおいて好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ  流体分散ポンプ
２  送液分散部
３  モータ
３ａ  キャンドモータ
４  カップリング
５  基部
６ａ  中間筐体
６ｂ  主筐体
７  回転軸
８  インペラ
９  インペラ後面部
１０  遠心羽根
１１  インペラ前面部
１２  収容室
１３  送液空間
１４  分散空間
１５  第１流体供給口
１６  液体流出口
１７  第２流体供給口
２０  仕切り部材
２１  分散部
２２，２３  板部材
２６  突起
２７  流路縮小部
２８  流路拡大部
２９  隙間最小部
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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