(57)【要約】【課題】高い気体混入率での安定した揚水が可能な渦巻ポンプを提供する。【解決手段】渦巻ポンプは、インペラ８の主板１６の背面側とケーシング３との間に設けられた気体供給室２１と、気体供給室２１とボリュート室４とを連通するように設けた気泡混入孔２２と、一端が気体供給室２１に接続され、他端が気体供給源２４に接続された気体供給管２３とを備える。気体供給源２４から気体供給管２３を介して気体供給室２１に流入した気体は、回転しているインペラ８の主板１６の気泡混入孔２２を通過することにより細泡化されてボリュート室４内に供給される。【選択図】図１
2004156480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングにより構成されたボリュート室内にインペラを備え、このインペラの回転によって吸込口から液体を吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、
前記インペラの主板の背面側と前記ケーシングとの間に設けられた気体供給室と、
前記気体供給室と前記ボリュート室とを連通するように設けた、前記インペラの主板を貫通する気泡混入孔と、
一端が前記気体供給室に接続され、他端が気体供給源に接続された気体供給路とを備え、
前記気体供給源から前記気体供給路を介して気体供給室に流入した気体は、回転している前記インペラの主板の気泡混入孔を通過することにより細泡化されて前記ボリュート室内に供給されることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【請求項２】
ケーシングにより構成されたボリュート室内にインペラを備え、このインペラの回転によって吸込口から液体を吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、
前記ケーシングの吸込口側の外側に設けた気体供給室と、
前記気体供給室と前記ボリュート室とを連通するように設けた、前記ケーシングを貫通する気泡混入孔と、
一端が前記気体供給室に接続され、他端が気体供給源に接続された気体供給路とを備え、
前記気体供給源から前記気体供給路を介して気体供給室に流入した気体は、前記気泡混入孔を通過することにより細泡化されて前記ボリュート室内に供給されることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプが知られている。例えば、非特許文献１には、特殊形状のインペラを採用することにより、気泡を吸い込んでもエアロックによる揚水性能低下が少ない片吸込型の渦巻ポンプが記載されている。この種の渦巻ポンプの用途としては、例えば、曝気装置等の機器に対する空気、酸素、オゾン等の気体を混入した液体の圧送がある。
【０００３】
【非特許文献１】
古川明徳，「遠心ポンプの気水混相時の揚水性能について」，とりしまレビュー，株式会社酉島製作所，平成７年１１月２５日，Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．１，ｐ．１２−２１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の渦巻ポンプでは、吸込口の直前の管路内に配置した散気管から細泡化した気体を混入する必要がある。この吸込口の直前に配置した散気管によって吸込が阻害される。また、気体は細泡化後に吸込口に供給されるので、いったん細泡化された気体が渦巻ポンプの内部で合泡して気液混合の均一性が低下する。その結果、気体混入率が高くなるとエアロックの発生によって揚水性能が大幅に低下する。
【０００５】
一方、吐出口側で気体を供給することも考えられるが、この場合にはコンプレッサ等を使用して吐出圧を上回る高い混入圧で気体を混入する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構造で高い気体混入率での安定した揚水が可能な渦巻ポンプを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って、第１の発明は、ケーシングにより構成されたボリュート室内にインペラを備え、このインペラの回転によって吸込口から液体を吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、前記インペラの主板の背面側と前記ケーシングとの間に設けられた気体供給室と、前記気体供給室と前記ボリュート室とを連通するように設けた、前記インペラの主板を貫通する気泡混入孔と、一端が前記気体供給室に接続され、他端が気体供給源に接続された気体供給路とを備え、前記気体供給源から前記気体供給路を介して気体供給室に流入した気体は、回転している前記インペラの主板の気泡混入孔を通過することにより細泡化されて前記ボリュート室内に供給されることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【０００８】
第１の発明の渦巻ポンプでは、インペラの主板を貫通する気泡混入孔を設け、気体供給源から気体供給路を介して気体供給室に流入した気体は、回転中のインペラの主板に設けられた気泡混入孔を通過することにより細泡化されてボリュート室内に供給される。従って、ボリュート室内に均一かつ微細に細泡化された気体を供給することができる。また、気体の細泡化、細泡化された気体と液体との混合、及び気液二相流の加圧を一度に行って吐出口から吐出することができる。その結果、高い気体混入率での安定した揚水が可能である。さらに、気体混入のために散気管等の特別な機構が必要でなく、構造が簡易である。さらにまた、気体供給室が設けられた主板の背面側の圧力はボリュート室の吸込口側の圧力とほぼ等しいので、気体供給源から気体供給室への気体の供給圧は比較的低圧でよい。
【０００９】
第２の発明は、ケーシングにより構成されたボリュート室内にインペラを備え、このインペラの回転によって吸込口から液体を吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、前記ケーシングの吸込口側の外側に設けた気体供給室と、前記気体供給室と前記ボリュート室とを連通するように設けた、前記ケーシングを貫通する気泡混入孔と、一端が前記気体供給室に接続され、他端が気体供給源に接続された気体供給路とを備え、前記気体供給源から前記気体供給路を介して気体供給室に流入した気体は、前記気泡混入孔を通過することにより細泡化されて前記ボリュート室内に供給されることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【００１０】
第２の発明の渦巻ポンプでは、気体供給源から気体供給路を介してケーシングの吸込口側に設けられた気体供給室に流入した気体は、ケーシングを貫通する気泡混入孔を通過することにより細泡化されてボリュート室に供給される。従って、気体の細泡化、細泡化された気体と液体との混合、及び気液二相流の加圧を一度に行って吐出口から吐出することができ、高い気体混入率での安定した揚水が可能である。また、気体混入のために散気管等の特別な機構が必要でなく、構造が簡易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る横軸型の片吸込遠心渦巻ポンプを示している。
【００１２】
この渦巻ポンプは、ケーシング本体１と、このケーシング本体１に固定されたケーシングカバー２とからなるケーシング３を備え、ケーシング３内にはボリュート室４が設けられている。また、ケーシング本体１には液体の吸込口６と、気体を混入済みの液体、すなわち気液二相流の吐出口７とが設けられている。吸込口６及び吐出口７にはそれぞれ図示しない管路が接続されている。ボリュート室４内にはインペラ８が配置されている。インペラ８は、水平方向に延びてケーシングカバー２のシャフト穴９からボリュート室４内に突出する回転軸１１の先端側に固定されている。シャフト穴９の周囲にはボリュート室４内の液密性を保持するためシール１２が取り付られている。ケーシングカバー２の外側にはベアリングケース１３が固定されており、このベアリングケース１３に固定された２個のベアリング１４Ａ，１４Ｂにより回転軸１１の基端側が回転自在に支持されている。ベアリングケース１３から突出する回転軸１１の基端側はモータ１５に連結されている。
【００１３】
図１及び図２を参照すると、インペラ８は、円板状の主板１６と、この主板１６の前面側に間隔をあけて配置された側板１７と、主板１６と側板１７との間に設けられた複数の羽根１８とからなる。羽根１８の形状、姿勢、寸法、個数、及び配置等は、気泡を吸い込んだ場合に、合泡及びそれに起因するエアロックが発生しないように設定されている。かかる羽根１８の特殊な形状等については、例えば前述の非特許文献１に記載されている。主板１６とケーシングカバー２との間、及び側板１７とケーシング本体１との間には、それぞれ気体供給室２１と吐出口７側、及びボリュート室４の吸込口６側と吐出口７側とを仕切るためのウェアリング１９Ａ，１９Ｂが配設されている。
【００１４】
インペラ８の主板１６の背面側と、ケーシングカバー２と、ウェアリング１９Ａとによってボリュート室４から仕切られた円環状の空間が形成されている。この円環状空間が本実施形態における気体供給室２１である。気体供給室２１の構造は特に限定されず、インペラ８の主板１６に対して背面側に形成され、ボリュート室４に対して密閉又は半密閉の空間であればよい。
【００１５】
インペラ８の主板１６には気体供給室２１とボリュート室４とを連通させる複数の気泡混入孔２２が設けられている。気泡混入孔２２はウェアリング１９よりも内側の部位の主板１６に回転軸１１を取り囲むように配設されている。各気泡混入孔２２は主板１６をその板厚方向に貫通している。本実施形態では、気泡混入孔２２として孔径が一定の円形孔をほぼ等間隔で設けているが、気泡混入孔２２の形状、寸法、配列、個数等はこれに限定されず、気体混入率、混入させる気体の種類等に応じて種々に設定することができる。
【００１６】
気体供給室２１には気体供給管２３の一端が接続されている。詳細には、ケーシングカバー２の気体供給室２１を仕切る壁面を構成する部位、すなわちケーシングカバー２のウェアリング１９よりも内側の部位に気体供給管２３の一端が取り付けられている。気体供給管２３はベアリングケース１３の内部を介して渦巻ポンプの外側まで延びている。気体供給管２３の他端側は、図１において概略的に示す空気、酸素、オゾン等の気体を供給する気体供給源２４に接続されている。本実施形態では、気体供給管２３によって気体供給源２４と気体供給室２１とが接続されているが、気体供給源２４と気体供給室２１とを接続する何らかの供給路が設けられていればよい。例えば、両者を接続する経路の一部又は全部がケーシング３やベアリングケース１３中に設けられた流路により構成されていてもよい。また、液体の吸込圧が大気圧よりも低い場合には、気体供給管２３の端部を開放しておくだけで大気を吸引することができ、大気自体が気体供給源２４となる。
【００１７】
モータ１５によって駆動されて回転軸１１が回転すると、ボリュート室４内でインペラ８が回転する。インペラ８の回転によって発生する遠心力により、吸込口６から例えば水である液体が吸い込まれる。一方、気体供給源２４から気体供給管２３を介して気体供給室２１に流入した気体は、インペラ８の主板１６に設けられた気泡混入孔２２を通過して、ボリュート室４内に供給される。気体供給室２１に供給される気体は回転中のインペラ８の主板１６に設けられた複数の気泡混入孔２２を通過するので、均一かつ微細に細泡化された状態となっている。細泡化された状態でボリュート室４内に供給された気体は、直ちに液体と混合される。また、混合と同時に気液二相流が加圧され、それによつて吐出口７から吐出される。
【００１８】
このように本実施形態の渦巻ポンプでは、ボリュート室４内に均一かつ微細に細泡化された気体を供給することができ、しかも気体の気泡化、細泡化された気体と液体の混合、及び気液二相流の加圧を一度に行うことができる。そのため、高い気体混入率での安定した揚水が可能である。
【００１９】
また、本実施形態の渦巻ポンプでは、インペラ８の主板１６に設けた気泡混入孔２２からボリュート室４内に気体を供給するので、散気管を吸込口６の直前の管路に配設する必要がなく、構造が簡易である。さらに、散気管を吸込口６付近に配置することによる吸込効率の低下もない。
【００２０】
主板１６の背面側にある前記気体供給室２１は、ウェアリング１９Ａによってボリュート室４に対して仕切られているが、その圧力はボリュート室４の吸込口６側の圧力とほぼ等しい。従って、気体供給源２４から気体供給室２１への気体の供給圧力は比較的低圧でよく、コンプレッサ等を使用した高圧での圧送は不要である。また、気体混入率等の条件により圧送が必要である場合でも、その圧力は比較的低圧でよい。
【００２１】
（第２実施形態）
前記第１実施形態の片吸込遠心渦巻ポンプが横軸型であるのに対して、図３に示す本発明の第２実施形態に係る片吸込遠心渦巻ポンプは、回転軸１１が鉛直方向に延びる立軸型である。第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る横軸型の片吸込遠心渦巻ポンプを示している。
【００２３】
第３実施形態では、気体供給室２１はケーシング本体１の吸込口６側の外側に設けられている。詳細には、ケーシング本体１の吸込口６側である筒状部１ａの周囲を取り囲むように筒状壁２６が設けられ、この筒状壁２６とケーシング本体１の外面によって仕切られた円環状の空間が気体供給室２１を構成している。気体供給室２１の構造は特に限定されず、ケーシング本体１の吐出口７側に設けられ、ボリュート室４に対して密閉又は半密閉の空間であればよい。
【００２４】
ケーシング本体１の筒状部１ａには、気体供給室２１とボリュート室４を連通させる複数の気泡混入孔２２が設けられている。各気泡混入孔２２は筒状部１ａをその板厚方向に貫通している。気泡混入孔２２の形状、寸法、配列、個数等は図４に限定されず、気体混入率、混入させる気体の種類等に応じて種々に設定することができる。
【００２５】
一端が気体供給室２１に接続され、他端が気体供給源２４に接続され気体供給管２３が設けられている。気体供給管２３の全部又は一部をケーシング３に設けた流路により置換してもよい。
【００２６】
第３実施形態の渦巻ポンプでは、気体供給源２４から気体供給管２３を介して気体供給室２１に流入した気体は、ケーシング本体１を貫通する気泡混入孔２２を通過することにより細泡化されてボリュート室４の供給される。従って、気体の細泡化、細泡化された気体と液体との混合、及び気液二相流の加圧を一度に行って吐出口から吐出することができ、高い気体混入率での安定した揚水が可能である。また、気体混入のために散気管等の特別な機構が必要でなく、構造が簡易である。
【００２７】
第３実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、第１の発明の渦巻ポンプでは、インペラの主板の背面側とケーシングとの間に設けられた気体供給室と前記ボリュート室とを連通するように、インペラの主板を貫通する気泡混入孔を設けたので、簡易な構造で高い気体混入率での安定した揚水が可能である。また、気体供給源から気体供給室への気体の供給圧は比較的低圧でよいので、コンプレッサ等の使用が必要なく、又は比較的低圧のコンプレッサが使用可能である。
【００２９】
また、第２の発明の渦巻ポンプでは、ケーシングの吐出口側の外側に設けた気体供給室とボリュート室とを連通するように、ケーシングを貫通する気泡混入孔を設けたので、簡易な構造で高い気体混入率での安定した揚水が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る渦巻ポンプを示す断面図である。
【図２】インペラを示す図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る渦巻ポンプを示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る渦巻ポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
１  ケーシング本体
２  ケーシングカバー
３  ケーシング
４  ボリュート室
６  吸込口
７  吐出口
８  インペラ
９  シャフト穴
１１  回転軸
１２  シール
１３  ベアリングケース
１４Ａ，１４Ｂ  ベアリング
１５  モータ
１６  主板
１７  側板
１８  羽根
１９Ａ，１９Ｂ  ウェアリング
２１  気体供給室
２２  気泡混入孔
２３  気体供給管
２４  気体供給源
２６  筒状壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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