(57)【要約】  【課題】  ２つの流体、特に気体と液体と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。  【解決手段】  円板状の本体部の一面に遠心羽根を有する液体を吸排するインペラ４８と、一方の軸方向端部が前記インペラ４８に接続され、前記インペラを回転させるモータ１２と、前記インペラ本体部５０の他面側に設けられ、前記インペラの回転軸１７と同軸で回転する循環羽根５２と、前記インペラ４８と循環羽根５２を収容し液体の吸込口と吐出口及び気体の吸込口を有する収容室４０が画定された筐体３９と、前記収容室４０内の前記インペラの遠心羽根に対し循環空間４２に前記インペラ４８及び循環羽根５２に隣接して配置され、前記循環羽根５２の遠心方向延在位置から開口し前記循環羽根５２から離れるにつれて拡大する流路５６が設けられた環状の気泡分散部５３と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持され、円板状の本体部の一面に遠心羽根を有する第１流体を吸排するインペラと、
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、
前記インペラ本体部に対して前記遠心羽根が設けられていない他面側に設けられ、前記インペラの回転軸と同軸で回転する循環羽根と、
前記インペラと循環羽根を収容し第１流体の供給口と分散流体の吐出口及び第２流体の供給口を有する収容室が画定された筐体と、
前記収容室内の前記インペラの遠心羽根に対する背面側の循環空間に前記インペラ及び循環羽根に隣接して配置され、前記循環羽根の遠心方向延在位置から開口し前記循環羽根から離れるにつれて拡大する流路が設けられた環状の分散部と、
を備えたことを特徴とする、流体分散ポンプ。
【請求項２】
前記流路は、前記循環羽根から離れるにつれて、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、前記流路の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環状の隙間最小部を備えた、環状スリットを備え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】
前記循環羽根は、前記遠心羽根よりも大きくなるように構成されてい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】
前記循環羽根は、前記インペラ本体部の他面上に設けられてい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】
前記循環羽根は、前記インペラ本体部に対向して設けられた循環羽根支持部に設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
【請求項６】
前記分散部は、
対向して設けられた複数枚の板状部材で構成され、
これらの板状部材の間の隙間が前記流路として画定されたことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の流体分散ポンプ。
【請求項７】
前記分散部を構成する板状部材のうち少なくとも１枚は、前記インペラ本体部を構成することを特徴とする、請求項６に記載の流体分散ポンプ。
【請求項８】
前記分散部を構成する板状部材は、環状に構成され、前記インペラ本体部の外径側にインペラ本体部に隣接して配置され、
さらに、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部には、前記板状部材と前記インペラ本体部の間から流体が漏れ出すことを防止する漏れ防止機構が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の流体分散ポンプ。
【請求項９】
前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面にそれぞれ対向して設けられた突状縁部であることを特徴とする、請求項８に記載の流体分散ポンプ。
【請求項１０】
前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面から開口し、前記インペラ中心部分にまで伸びる前記インペラ本体部内に設けられた経路であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の流体分散ポンプ。
【請求項１１】
前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面を互いに噛み合う凹凸形状で構成されることを特徴とする、請求項８に記載の流体分散ポンプ。
【請求項１２】
前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面に設けられたダブルオリフィスであることを特徴とする、請求項１１に記載の流体分散ポンプ。
【請求項１３】
前記漏れ防止機構は、前記循環羽根支持部に設けられた漏れ防止羽根であることを特徴とする、請求項８に記載の流体分散ポンプ。
【請求項１４】
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１３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、気体及び液体などの２つの流体を分散させながら、これらの分散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、これらの分散流体を送液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、円板状の本体部の一面に遠心羽根を有する第１流体を吸排するインペラと、
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、
前記インペラ本体部に対して前記遠心羽根が設けられていない他面側に設けられ、前記インペラの回転軸と同軸で回転する循環羽根と、
前記インペラと循環羽根を収容し第１流体の供給口と分散流体の吐出口及び第２流体の供給口を有する収容室が画定された筐体と、
前記収容室内の前記インペラの遠心羽根に対する背面側の循環空間に前記インペラ及び循環羽根に隣接して配置され、前記循環羽根の遠心方向延在位置から開口し前記循環羽根から離れるにつれて拡大する流路が設けられた環状の分散部と、
を備えたことを特徴とする、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、前記流路は、前記循環羽根から離れるにつれて、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、前記流路の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環状の隙間最小部を備えた、環状スリットを備えることを特徴とする、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、前記循環羽根は、前記遠心羽根よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする、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、前記循環羽根は、前記インペラ本体部の他面上に設けられていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの流体分散ポンプを提供する。
【００１６】
本発明の第５態様によれば、前記循環羽根は、前記インペラ本体部に対向して設けられた循環羽根支持部に設けられていることを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つ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、
対向して設けられた複数枚の板状部材で構成され、
これらの板状部材の間の隙間が前記流路として画定されたことを特徴とする、第１から第５態様のいずれか１つ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、前記分散部を構成する板状部材のうち少なくとも１枚は、前記インペラ本体部を構成することを特徴とする、第６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、前記分散部を構成する板状部材は、環状に構成され、前記インペラ本体部の外径側に隣接して配置され、
さらに、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部には、前記板状部材と前記インペラ本体部の間から流体が漏れ出すことを防止する漏れ防止機構が設けられていることを特徴とする、第６態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面にそれぞれ対向して設けられた突状縁部であることを特徴とする、第８態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２１】
本発明の第１０態様によれば、前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面から開口し、前記インペラの中心部分にまで伸びる前記インペラ本体部内に設けられた経路であることを特徴とする、第８又は第９態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２２】
本発明の第１１態様によれば、前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面を互いに噛み合う凹凸形状で構成されることを特徴とする、第８態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２３】
本発明の第１２態様によれば、前記漏れ防止機構は、前記隣接配置された板状部材と前記インペラ本体部の対向面に設けられたダブルオリフィスであることを特徴とする、第１１態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２４】
本発明の第１３態様によれば、前記漏れ防止機構は、前記循環羽根支持部に設けられた漏れ防止羽根であることを特徴とする、第８態様の流体分散ポンプを提供する。
【００２５】
本発明の第１４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１３態様のいずれか１つの流体分散ポンプを提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、筐体の収容室内に設けられたインペラ本体部により、収納室内を区画する。収容室内では、インペラの遠心羽根の回転によって、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、遠心羽根が設けられていない循環空間で流体がインペラ本体部に対して求心方向へ流動する。また、循環空間に設けられた循環羽根の回転により、求心方向に移動した流体をインペラ本体部に対して遠心方向へ送り出すことができるため、循環空間で、流体が、求心方向及び遠心方向に循環することとなる。また、分散部がインペラ及び循環羽根に隣接して配置されているため、循環羽根の回転によって流体に与えられた力は、分散部の流路を通過するための原動力として用いることができる。このため、流体を分散部の流路を容易に通すことができ、気泡の微細化及び分散の条件を調整しやすくすることができる。
【００２７】
特に、流路が前記循環羽根の遠心方向延在位置から開口するように配置されることによって、循環羽根の回転によって与えられた遠心力を、効率よく流路を通過させるための原動力として用いやすくすることができる。
【００２８】
本発明の第２態様によれば、分散部の流路がベンチュリ管と同様の効果を呈し、流体が気液混合流体の場合など流体中の気泡を微細化することができる。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。
【００２９】
本発明の第３態様によれば、循環羽根を遠心羽根よりも大きくすることで、遠心羽根の回転によって与えられた圧力よりもさらに大きい圧力を循環流に与えることができ、循環空間内の流体を流出口側へ導きやすくすることができる。
【００３０】
本発明の第４態様によれば、循環羽根をインペラ本体部の他面側に設けることで、収納室をより小型化することができる。
【００３１】
本発明の第５態様によれば、循環羽根をインペラとは別に構成された循環羽根支持部に設けることにより、分散部の位置に応じて、循環羽根の取り付け位置を調整することができる。
【００３２】
本発明の第６態様によれば、簡単な構成で、分散部の流路を作成することができる。また、板状部材の１枚をインペラ本体部と共用することにより、装置の小型化を図ることができる。
【００３３】
本発明の第８態様によれば、板状部材の１枚を環状に構成し、インペラ本体部の外径側に設けることで、収納室の厚み寸法を小さくすることができる。また、漏れ防止機構を備えることによって、インペラ本体部と板状部材の間の隙間を通って、流体が漏れ出さないようにすることができる。
【００３４】
漏れ防止機構としては、具体的には、板状部材と前記インペラ本体部の対向面に突状縁部を設けて両者間の隙間に形成される流路を長くする構成や、ダブルオリフィスなどの対向面を凹凸状にする構成など、隙間の通過抵抗を増す構成があげられる。また、管路を設けて隙間に存在する流体を再度中心部側に戻す構成などがあげられる。さらに、循環羽根とは別の漏れ防止羽根を設ける構成を採用してもよい。
【００３５】
本発明の第１４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】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる気液分散ポンプの断面図である。
【図２】図１の気液分散ポンプの送液気泡分散部の部分拡大図である。
【図３】図１の気液分散ポンプの収納室の部分拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図８】本発明の第６実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図９】本発明の第７実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１０】本発明の第８実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１１】本発明の第９実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１２】本発明の第１０実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１３】本発明の第１１実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１４】本発明の第１２実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１５】本発明の第１３実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１６】本発明の第１４実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【図１７】本発明の第１５実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の流体分散ポンプにかかる実施形態の気液分散ポンプについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下、各実施形態は、第１流体として液体、第２流体として気体を用い、微細気泡にした気体を液体中に分散させて流出する気液分散ポンプについて説明するが、本発明の流体分散ポンプは気液分散ポンプに限定されるものではなく、液体中に液体を分散させるポンプなどを含むものである。
【００３８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる気液分散ポンプの断面図である。図１において、気液分散ポンプ１ａは、液体中に供給された気体を微細気泡として分散させるものであり、キャンドモータ１２と送液気泡分散部１３とを備えている。
【００３９】
キャンドモータ１２は、回転子１６と固定子２６とを備える。回転子１６には回転軸１７が圧入固着され、この回転軸１７の前後部にそれぞれスリーブ１８，１９およびスラストカラー２０，２１が装着されている。回転軸１７は、これらスリーブ１８，１９およびスラストカラー２０，２１を介して前後部の軸受２２，２３に回転自在に支持されている。これら軸受２２，２３は、各々前部軸受箱２４、後部軸受箱２５に挿入されて固定されている。
【００４０】
前部軸受箱２４は、固定子２６を挿入固着した固定子枠２７の前部フランジ２８面に固定され、後部軸受箱２５はガスケット３０を介して固定子枠２７の後部端面３１に液密に締結固定されている。
【００４１】
回転子１６は非磁性で薄肉円筒状の回転子キャン３３と側板３４とが液密に溶着されて密封されており、固定子２６は固定子枠２７の端部と非磁性で薄肉円筒状の固定子キャン３５とが液密に溶着されており、回転子１６と固定子２６とはキャン隙間３６を介して対向配設されている。
【００４２】
後部軸受箱２５には、潤滑液注入口３７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気液分散ポンプの吐出液であり、潤滑液流出口３８から吐出され、潤滑液管路４６を通って潤滑液注入口３７へ供給される。
【００４３】
筐体３９は、前部軸受箱２４に液密に締結固定されている。筐体３９と前部軸受箱２４は、収納室４０を画定する。
【００４４】
筐体３９には、液体供給口４４及び液体流出口４３が設けられている。液体供給口４４は、回転子１６の回転軸１７の延在位置に設けられ、液体流出口４３は、筐体３９の回転軸１７に対し交差する方向に位置する面に開口する。
【００４５】
収納室４０内には、インペラ４８が収納される。インペラ４８は、キャンドモータ１２の回転軸１７の先端に締結される。図１および図２に示すように、インペラ４８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に前部カバーを備えたインペラ本体部５０の内側に送液用の遠心羽根５１を備えた構成となっている。なお、遠心羽根５１は、インペラ４８の中心から放射状に伸びる羽根であり、設置枚数は送液量などの諸条件により決定される。
【００４６】
インペラ４８は、収納室４０内において、前部軸受箱２４のインペラ本体部５０の対向面２４ａとインペラ４８との間に十分な空間が形成されるように配置されている。インペラ本体部５０によって、収納室４０内は、送液空間４１と循環空間４２に区画される。送液空間４１は、インペラ４８の遠心羽根５１によって、収納室４０内の流体を液体流出口４３側に搬送し、循環空間４２では、遠心羽根５１によって吐出された流体の一部が送液空間４１から移動し、インペラ４８の遠心羽根５１の回転によって生じた圧力差によって、インペラ本体部５０の遠心方向及び求心方向へ循環する。
【００４７】
また、回転軸１７には、循環羽根支持部５８を介して循環羽根５２が設けられている。循環羽根支持部５８は、循環空間４２内に配置されている。循環羽根支持部５８は、インペラ４８の本体部と対向するように設けられた円板状の部材であり、循環羽根５２を内部にすなわち、インペラ４８に対して対向しない面側に備えている。
【００４８】
なお、本実施形態においては、循環羽根５２は、遠心羽根５１に比較して大径に又は設置枚数が多くなるように構成されており、循環羽根５２の回転による流体に与える遠心力は、遠心羽根５１よりも大きいものとなっている。
【００４９】
前部軸受箱２４のインペラ本体部５０の対向面２４ａとインペラ４８との間の空間には、気泡分散部５３が設けられる。気泡分散部５３は、循環羽根５２の外側領域を囲うようにして配置される。気泡分散部５３は、図３に示すように、２枚の円板５４，５５で構成された気泡分散部本体を備え、これら円板５４，５５の対向面との隙間が分散流路５６として画定される。すなわち、分散流路５６は、円板５４，５５の全周にわたって環状に形成される。
【００５０】
２枚の円板５４，５５がそれぞれ対向する側の対向面には、図３に示すように、内径側から外径側に向かって狭まるようにテーパー部が対向して形成されており、流路５６には、内径側から外径側に向かうに従って分散流路５６の間隙が縮小していく流路縮小部５６ａが設けられる。また、この流路縮小部５６ａの外径側で分散流路５６の間隙が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部５６ｂが形成され、これら流路縮小部５６ａと流路拡大部５６ｂとの間に分散流路５６の間隙が最も小さくなる隙間最小部５６ｃが設けられている。
【００５１】
２つの円板５４，５５は、図３に示すとおり、上記の分散流路５６を構成する部分から内側方向に向かって、仕切り部５４ａ，５５ａが設けられている。仕切り部５４ａ，５５ａの間には、循環羽根支持部５８が収まり、上記分散流路５６は、循環羽根５２の遠心方向に沿って伸びるように構成されている。
【００５２】
仕切り部５５ａは、インペラ４８に近接して配置され、インペラ４８との間に生じる隙間４２ｂは小さいものとなっている。一方、仕切り部５４ａは、前部軸受箱２４との間に隙間４２ｂよりも大きい隙間４２ａを設けるように配置されている。したがって、気泡分散部５３は、当該隙間４２ａを通るように、流体の流動方向を案内することができる。
【００５３】
前部軸受箱２４を貫通する管路として設けられた気体供給流路４５は、送液空間４１の回転軸１７の近接位置に開口する。
【００５４】
次に、図１から図３を用いて気液分散ポンプ１ａの動作を説明する。なお、以下、液体供給口４４から供給される流体を液体とし、気体供給流路４５から供給され液体に気泡分散部５３で分散する流体を空気として説明する。
【００５５】
キャンドモータ１２の運転の前提として、収納室４０及び分散室内に流体が充填されていることが必要である。このとき、流体気液分散ポンプ１ａ内に存在する空気は、図示しない空気抜きユニットから抜かれ、流体気液分散ポンプ１ａ内に液体が充填される。
【００５６】
キャンドモータ１２に対して供給される潤滑液は、矢印８１に示すように、潤滑液注入口３７より注入され、後部の軸受２３を潤滑冷却し、キャン隙間３６を通って回転子１６と固定子２６とを冷却し、前部の軸受２２を潤滑冷却し、収納室４０内に戻って外部に排出される。
【００５７】
キャンドモータ１２の回転軸１７が回転すると、インペラ４８及び循環羽根５２も一体に回転し、矢印９０に示すように、液体を液体供給口４４より取り入れる。インペラ４８が回転することにより、液体が回転軸１７から遠心方向に送られ、一部が液体流出口４３から流出する。
【００５８】
インペラ４８の回転により収納室４０内の液体の圧力分布が生じる。回転軸１７から離れるにつれて圧力が高くなり、図３に示すように、回転軸１７から遠い側の領域Ａ２の方が、回転軸１７に近い側の領域Ａ１よりも高圧になる。
【００５９】
液体流出口４３から流出しなかった液体は、送液空間４１から循環空間４２へ移動し、筐体３９と気泡分散部５３との隙間を通り低圧側の回転軸方向へ移動する。循環空間４２では、気体供給流路４５から空気が取り込まれるため、流体は気液混合流体として存在する。また、循環羽根５２が回転することで、気液混合流体は、気泡分散部５３の仕切り部５４ａと回転軸１７の間を通って循環羽根５２側に引き寄せられ、循環羽根５２の回転によって遠心力が付加される。
【００６０】
循環羽根５２の回転によって、遠心力が付加された気液混合流体は、循環羽根の遠心方向へ移動し、循環羽根の遠心方向位置に開口する分散流路５６の流路縮小部５６ａおよび流路拡大部５６ｂを順に通過する。そして、気体と液体との混合物が流路縮小部５６ａを経て流路拡大部５６ｂ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。
【００６１】
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５６ｃおよび流路拡大部５６ｂ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、気泡の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５６ｃおよび流路拡大部５６ａ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、気泡の径が小さくなって十分な微細化が行われる。分散流路５６に設けられた流路拡大部５６ｂ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気泡分散部５３の分散流路５６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。
【００６２】
微細気泡分散液は分散流路５６を通って気泡分散部５３の外側へ移動する。上記のように、循環羽根５２は遠心羽根５１よりも大径に構成されているため、循環羽根５２の回転によって与えられた流体の圧力は、遠心羽根５１の回転によって与えられた圧力よりも高い圧力となり、液体吐出口４３側へ移動して、筐体３９の外部へ吐出される。
【００６３】
本実施形態にかかる気液分散ポンプ１ａは、収納室４０内で遠心羽根５１の回転によって加圧された流体の一部が遠心羽根５１の背後で循環流を起こす機構を有している。また、循環流路に供給された空気を微細気泡として液体中に分散させて、液体流出口４３から流出させることができる。すなわち、気液分散ポンプ１ａは、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、収納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。
【００６４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第２実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｂは、気泡分散部５３を構成する円板の１つをインペラ本体部５０のインペラ後面部を利用したものである。
【００６５】
インペラ本体部５０の後面の外縁部分は肉厚に構成されており、当該肉厚部５９に気泡分散部５３の円板５５が密接して固定されている。肉厚部５９と円板５５の対向面の隙間は、分散流路５６を形成し、流路縮小部５６ａと流路拡大部５６ｂが形成される。
【００６６】
また、循環羽根５２は循環羽根支持部ではなく、インペラ本体部５０の遠心羽根５１が設けられていない側の後面上の肉厚部の内径側に直接設けられている。
【００６７】
上記構成を採用することにより、気泡分散部５３の一部を構成するインペラ４８の回転によって循環羽根５２が回転し、気液混合流体がインペラ本体部５０の後面に沿って遠心方向に送られる。また、インペラ本体部５０の外縁部分は気泡分散部としての分散流路５６を構成し、気液混合流体が分散流路を通過することで、気泡が微細化される。
【００６８】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。第３実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｃは、気泡分散部５３を構成する円板の１つをインペラ本体部５０のインペラ後面部を利用したものである。
【００６９】
第３実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｃでは、気泡分散部５３を一枚の円板状の板部材５５で構成し、循環羽根５２に隣接するように構成する。板部材５５は、循環羽根５２の外側部分にまで延在し、外側部分に分散流路の隙間最小部５６ｃを画定する突起６０を全周にわたって設けている。
【００７０】
突起６０によって、板部材５５とインペラ本体部５０との隙間寸法が異なるため、流路拡大部と流路縮小部が形成され、当該部分を通過した気液混合流体を微細気泡分散液とすることができる。
【００７１】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。第４実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｄは、インペラ本体部５０の背面側に設けられる循環空間４２の容積を小さくするとともに、循環空間４２内に供給される流体を潤滑液注入口３７（図１参照）からキャン隙間３６に供給された潤滑液を利用するものである。
【００７２】
潤滑液注入口３７から供給された潤滑液は、キャン隙間３６及び前部軸受２２を通り、矢印９２に示すようにインペラの背面側の循環空間４２に到達する。循環空間４２では、気体供給流路４５が開口し、潤滑液に空気を供給する。また、循環空間４２内に設けられた循環羽根５２の回転によって、潤滑液が遠心方向へ移動する。
【００７３】
循環空間には、前部軸受箱２４の対向面２４ａの循環羽根２２の外側部分に設けられた環状の気泡分散部５３が設けられている。気泡分散部５３とインペラ本体部５０との隙間は、分散流路５６を形成する。気泡分散部５３のインペラ本体部５０との対向面がテーパー状に形成されており、分散流路５６中に、流路拡大部５６ａ、流路縮小部５６ｂ、隙間最小部５６ｃを画定する。
【００７４】
気泡分散部５３とインペラ本体部５０との隙間寸法が異なるため、分散流路５６を通過した流体中の気液が微細気泡に生成される。
【００７５】
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。第５実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｅは、第４実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｄと大部分の構成を共通にするが、気体供給流路４５の開口が、気泡分散部５３の分散流路５６中に設けられている点で異なる。
【００７６】
この構成を採用することにより、分散流路５６中の流体の流速が速くなる部分に気体供給流路４５が開口されているため、流体の差圧により気体供給流路４５を通る空気の自吸が促進される。
【００７７】
（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第６実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｆは、気泡分散部を鉤型に構成することによって、簡易な構成で微細気泡を発生させることができるようにしたものである。具体的には、循環羽根５２の背面側に配置された気液分散部５３を、循環羽根５２の外側で鉤型に屈曲させ、インペラ本体部５０の側壁５０ａと気泡分散部の対向面とで隙間最小部５６ｃを形成する。さらに、隙間最小部５６ｃの前後に流路縮小部と流路拡大部を形成するために、気泡分散部５３の対向部位にテーパー部を設け、インペラ本体部５０の側壁５０ａとの隙間に分散流路５６を画定するようにしてある。
【００７８】
上記構成を採用することにより、簡単な構成により、気泡分散部の流路を構成することができ、微細気泡を発生させることができる。
【００７９】
（第７実施形態）
図９は、本発明の第７実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第７実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｇでは、循環羽根５２が回転軸１７に直接設けられている。また、気泡分散部５３により画定される分散流路５６中に空気を供給するために、気体供給流路４５から分離した分岐管６１を備えている。
【００８０】
本実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｇによれば、気泡分散部５３と前部軸受箱２４のとの間の隙間寸法を大きくして、循環空間４２内を通って循環する、流量を多くすることができ、さらに、気泡分散部５３に空気を直接供給することができるため、微細気泡の分散量を増大することができる。
【００８１】
（第８実施形態）
図１０は、本発明の第８実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第８実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｈは、循環羽根支持部５８の両面及び側面にも循環羽根５２を設けた構成であり、循環流に与えられる遠心力を高める構成である。
【００８２】
また、気泡分散部５３に設けられる分散流路５６は、途中で９０度屈曲するように構成されており、分散流路５６の流路拡大部５６ｂから流出した流体を液体流出口４３の近傍に位置するよう構成されている。
【００８３】
本実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｈは、分散流路５６を屈曲させて微細気泡分散液を効率よく装置外部に流出させるように構成される。また、分散流路５６の屈曲による流動抵抗の増加分を補うために、循環羽根５２の面積を大きくし、より分散流路５６に気液混合流体が通過しやすいように構成されている。
【００８４】
（第９実施形態）
図１１は、本発明の第９実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第９実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｉは、図１に示す第１実施形態の循環羽根５２がインペラ本体部の後面上に構成されている。また、気泡分散部５３を構成する１枚の円板５５は、インペラ本体部５０の円板とほぼ同一平面となるように配置されている。この構成により循環空間４２の容積を小さくすることができる。
【００８５】
一方で、インペラ本体部と気泡分散部５３の円板５５との間には、隙間６２が形成される。この隙間６２は循環羽根５２により遠心力が与えられた流体が通過しにくくするためにより小さくすることが好ましい。ただし、インペラ４８の高速回転時にも円板５５に接触しない程度に隙間６２を構成することが好ましい。
【００８６】
図１１の第９実施形態にかかる気液分散ポンプは、収納室の循環空間の容量を小さくすることができる。
【００８７】
（第１０実施形態）
図１２は、本発明の第１０実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１０実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｊは、図１１に示す第９実施形態と同様に、循環羽根５２がインペラ本体部の後面上に構成されている。また、図１２に示すように、気泡分散部５３を構成する１枚の円板５５の面５５ｂは、インペラ本体部５０の円板の遠心羽根５１が設けられている側の面とほぼ同一平面となるように配置されている。
【００８８】
このように構成することにより、収納室の循環空間の容量を小さくすることができるが、インペラ本体部と気泡分散部５３の円板５５との間には、隙間６２が形成される。本実施形態では、この隙間６２を通過する流体の量を少なくするために、インペラ本体部５０及び円板５５の対向面に突状縁部６３が設けられている。この突状縁部６３は、当該隙間６２を通過して送液空間４１に流体が漏れ出すことを防止する漏れ防止機構として機能する。
【００８９】
突状縁部６３は、対向配置されており、インペラ本体部５０及び円板５５が対向する面を大きくして流動抵抗を大きくする。突状縁部６３を設けることにより、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間を通って流体が送液空間４１に漏れ出すこと防止することができる。
（第１１実施形態）
図１３は、本発明の第１１実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１１実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｋは、第９実施形態にかかる気液分散ポンプと比較し、インペラ本体部内に循環空間４２とインペラ本体部の側面とを結ぶ経路６４が形成されている点で異なる。この経路６４は、円板状のインペラ本体部の内部に中空状に形成されており、漏れ防止機構として形成されているものである。
【００９０】
この経路６４は、インペラ本体部５０の側面から開口しインペラ４８の回転中心近傍にまで伸びるように構成されている。循環羽根５２が回転すると、遠心方向に流体が送られる一方、回転軸１７近傍に流体が移動する。当該循環羽根５２の回転に伴い、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間に存在する流体を経路６４内に吸込み循環羽根５２の中心近傍から吐出する。
【００９１】
第１１実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｋによれば、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間に存在する流体を経路６４内に吸込むことで、当該隙間に存在する流体が送液空間４１に漏れ出すことを防止することができる。
【００９２】
（第１２実施形態）
図１４は、本発明の第１２実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１２実施形態にかかる気液分散ポンプ１Ｌは、第９実施形態にかかる気液分散ポンプと比較し、インペラ本体部５０と円板５５の対向面が互いに噛み合うように凹凸構造６５に構成されている点で異なる。この凹凸構造６５は、漏れ防止機構として形成されているものである。
【００９３】
凹凸構造６５は、気泡分散部５３の円板５５及びインペラ本体部５０の対向面がそれぞれ厚み方向に噛み合う薄肉部分を備え、当該薄肉部分が対向するように構成されている。この凹凸構造６５により、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間は屈曲するため、当該隙間を通過する流体の流動抵抗が大きくなる。
【００９４】
第１２実施形態にかかる気液分散ポンプ１Ｌによれば、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間を屈曲させて、流体が当該隙間を通過しにくくすることができる。したがって、当該隙間に存在する流体が送液空間４１に漏れ出すことを防止することができる。
【００９５】
（第１３実施形態）
図１５は、本発明の第１３実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１３実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｍは、第１２実施形態にかかる気液分散ポンプ１Ｌと同様にインペラ本体部５０と円板５５の対向面が互いに噛み合うように凹凸構造６５としたものである。ただし、凹凸構造により形成される隙間は、流路縮小部５６ａ、流路拡大部５６ｂ、隙間最小部５６ｃが形成される、第２の分散流路５６ｓとなるように構成されている。
【００９６】
第１３実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｍによれば、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間を屈曲させて、流体が当該隙間を通過しにくくすることができる。また、当該隙間は、分散流路としての機能を備えるように流路縮小部５６ａ、流路拡大部５６ｂ、隙間最小部５６ｃが形成され、微細気泡を発生することができる。したがって、当該隙間に存在する流体が送液空間４１に漏れ出すことを防止でき、また、当該隙間を通過した流体中の気液を微細気泡とすることができる。
【００９７】
（第１４実施形態）
【００９８】
図１６は、本発明の第１４実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１４実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｎは、第１２実施形態にかかる気液分散ポンプ１Ｌと同様にインペラ本体部５０と円板５５の対向面が互いに噛み合うように凹凸構造６５としたものである。ただし、凹凸構造により形成される隙間は、ダブルオリフィス６６となるように構成されている。また、突状縁部６３がインペラ本体部５０と円板５５の対向面に設けられている。
【００９９】
第１４実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｎによれば、インペラ本体部５０及び円板５５との隙間を屈曲させて、流体が当該隙間を通過しにくくすることができる。また、当該隙間は、ダブルオリフィス６６で構成されているため、当該隙間を通過する流体は著しく制限される。また、突状縁部６３により、隙間に入り込む流体の量を制限することができるため、ダブルオリフィス６６との相互作用により、当該隙間を通過して送液空間４１に流体が漏れ出すことを効果的に防止することができる。
【０１００】
（第１５実施形態）
図１７は、本発明の第１５実施形態にかかる気液分散ポンプの部分拡大図である。この第１５実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｏは、第１実施形態にかかる気液分散ポンプと比較して、気泡分散部５３を構成する１つの円板５５の仕切り部が短くなった構成である。当該円板５５の仕切り部５５ａを短くすることで、循環羽根支持部５８とインペラ４８との隙間６８の流体の流通を促進することができる。しかし、円板５５とインペラ本体部５０との間の隙間６２を流体が流動しやすくなり、流体が気泡分散部５３を通過せずに送液空間４１に漏れ出す可能性が高くなる。
【０１０１】
本実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｏは、循環羽根支持部５８の循環羽根５２が設けられていない側の面に漏れ防止羽根６７を備える。漏れ防止羽根６７は、循環羽根支持部５８の外縁領域にのみ設けられ、循環羽根支持部５８とインペラ４８との隙間６８の流体を遠心方向に移動させる。このため、遠心力が負荷された流体が隙間６２を通る向きと逆向きに流体を移動させる。
【０１０２】
本実施形態にかかる気液分散ポンプ１ｏによれば、漏れ防止羽根６７によって、インペラ４８と循環羽根支持部５８との隙間６８に流体が入り込まないように攪拌し、循環羽根５２の回転により遠心力が与えられた流体が隙間６８を通過することを防止し、より多くの流体を気泡分散部５３に送り込むことができるようにできる。
【０１０３】
本発明の各実施形態にかかる気液分散ポンプは、収納室４０内で遠心羽根５１によって加圧された流体の一部が遠心羽根５１の背後で循環流を起こす機構を有している。空気を遠心羽根５１の流れに合流させて、液体流出口４３から流出させることができる。また、循環流の途中に気泡分散部を備え、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。収納室内に循環羽根を備えることで、気泡分散部への流路を効率よく通過させることができ、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。
【０１０４】
以上説明したように、本発明の各実施形態にかかる気液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循環空間を確保し、当該循環空間に設けられた気泡分散部により、流体中に分散されている気体を微細化して分散させることができる。循環空間で流体を循環させるために、吐出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。また、微細化した気泡を表側領域に戻して液体流出口から流出させることができるため、本実施形態にかかる気液分散ポンプのみで、微細気泡の分散と分散した流体の吐出を行うことができる。
【０１０５】
気泡分散部によって分散される気泡のサイズは、液体の流速、気体の量、気泡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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
本発明にかかる流体分散ポンプは、２つの流体、特に気体を微細気泡のレベルにまで微細化して液体中に効率よく分散させ、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】
【０１０８】
１ａ〜１ｏ  気液分散ポンプ
１２  キャンドモータ
１３  送液分散部
１６  回転子
１７  回転軸
１８,１９  スリーブ
２０，２１  スラストカラー
２２，２３  軸受
２４  前部軸受箱
２５  後部軸受箱
２６  固定子
２７  固定子枠
２８  前部フランジ
３０  ガスケット
３１  後部端面
３３  回転子キャン
３４  側板
３５  固定子キャン
３６  キャン隙間
３７  潤滑液注入口
３８  潤滑液流出口
３９  筐体
４０  収納室
４１  送液空間
４２  循環空間
４３  液体流出口
４４  液体供給口
４５  気体供給流路
４６  潤滑液管路
４８  インペラ
５０  インペラ本体部
５１  遠心羽根
５２  循環羽根
５３  気泡分散部
５４，５５  円板
５６  分散流路
５６ａ  流路縮小部
５６ｂ  流路拡大部
５６ｃ  隙間最小部
５８  循環羽根支持部
６２  隙間
６３  突状縁部
６４  経路
６５  凹凸構造
６６  ダブルオリフィス
６７  漏れ防止羽根
６８  隙間
【図１】
2011052637.tif 000003
【図２】
2011052637.tif 000004
【図３】
2011052637.tif 000005
【図４】
2011052637.tif 000006
【図５】
2011052637.tif 000007
【図６】
2011052637.tif 000008
【図７】
2011052637.tif 000009
【図８】
2011052637.tif 000010
【図９】
2011052637.tif 000011
【図１０】
2011052637.tif 000012
【図１１】
2011052637.tif 000013
【図１２】
2011052637.tif 000014
【図１３】
2011052637.tif 000015
【図１４】
2011052637.tif 000016
【図１５】
2011052637.tif 000017
【図１６】
2011052637.tif 000018
【図１７】
2011052637.tif 000019