(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の背面側に気体を供給する気体供給管２３を備える。インペラ８は、回転軸１１に固定されたボス部４１と、ボス部４１の外側を隙間をあけて取り囲み、前面側にインペラ羽根４５が設けられた環状の主板４２と、背面側でボス部４１と主板４２を連結するように設けられた複数の軸流送風羽根４６と、軸流送風羽根４６よりも前面側でボス部４１と主板４２間の隙間を塞ぐように設けられた多孔板４７とを備える。インペラ８の背面側に供給された気体は、回転している軸流送風羽根４６によって前面側に送られ、多孔板４７を通過することにより細泡化される。【選択図】図１
2004156481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記インペラの背面側に気体を供給する気体供給路を備え、
前記インペラは、
回転軸に固定されたボス部と、
該ボス部の外側を隙間をあけて取り囲み、前面側にインペラ羽根が設けられた環状の主板と、
前記インペラの背面側で前記ボス部と前記主板を連結するように設けられた複数の軸流送風羽根と
を備え、
前記気体供給路により前記インペラの背面側に供給された気体は、回転している前記軸流送風羽根によって前記ボリュート室に供給されることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【請求項２】
前記軸流送風羽根よりも前面側で前記ボス部と主板間の隙間を塞ぐように設けられた多孔板をさらに備え、
前記回転している軸流送風羽根によってボリュート室に供給される気体は、前記多孔板を通過することにより細泡化されることを特徴とする請求項１に記載の、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５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、本発明は、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、前記インペラの背面側に気体を供給する気体供給路を備え、前記インペラは、回転軸に固定されたボス部と、該ボス部の外側を隙間をあけて取り囲み、前面側にインペラ羽根が設けられた環状の主板と、前記インペラの背面側で前記ボス部と前記主板を連結するように設けられた複数の軸流送風羽根とを備え、前記気体供給路により前記インペラの背面側に供給された気体は、回転している前記軸流送風羽根によって前記ボリュート室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】
前記軸流送風羽根よりも前面側で前記ボス部と主板間の隙間を塞ぐように設けられた多孔板をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
本発明の渦巻ポンプでは、気体供給路によりインペラの背面側に供給された気体は、回転している軸流送風羽根によってボリュート室に供給される。軸流送風羽根の回転によって気液攪拌がなされ、ボリュート室には細泡化された状態で気体が供給される。多孔板を設けた場合には、回転している前記軸流送風羽根によってインペラの前面側に送られた気体は、多孔板を通過することにより細泡化されて前記ボリュート室に供給される。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、吸込口の直前の管路に散気管を配置する必要がないので、吸込効率の低下を防止することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、インペラ８は、回転軸１１に固定されたボス部４１を備えている。インペラ８の主板４２は全体として環状であり、ボス部４１の外側を隙間４３をあけて取り囲むように設けられている。この主板４２の前面側には間隔をあけて側板４４が配置されており、主板４２と側板４４との間には複数のインペラ羽根４５が設けられている。インペラ羽根４５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。かかるインペラ羽根４５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。
【００１３】
主板４２は背面側に向けて延びる筒状部４２ａを備え、この筒状部４２ａとケーシングカバー２との間には、後述する気体供給室２１と吐出口７側とを仕切るためのウェアリング１９Ａが配設されている。また、側板４４とケーシング本体１との間に、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１９Ｂが配設されている。
【００１４】
インペラ８の背面側には、ボス部４１と主板４２を連結する複数の軸流送風羽根４６が設けられている。この軸流送風羽根４６はインペラ８の回転時に、隙間４３を通ってインペラ８の背面側から前面側（回転軸１１の軸方向）に気体を送る機能と気液攪拌を行う機能とを有する。本実施形態では、各軸流送風羽根４６は回転軸１１の軸方向に対して斜めに配置された薄い翼形板である。ただし、軸流送風羽根４６の形状、姿勢、寸法、個数、及び配置等は、送風量等の条件に応じて種々に設定することができる。
【００１５】
インペラ８の軸流送羽根４６よりも前面側にはボス部４１と主板４２の隙間４３を塞ぐ多孔板４７が設けられている。本実施形態では、多孔板４７は円錐面の頂点付近を除去した形状であり、先端側がボス部４１の先端付近に溶接等の手段により固定され、基端側が主板４２の内縁に溶接等の手段により固定されている。多孔板４７は板厚方向に貫通する孔により気体を粉砕して通過させるものであればよく、その材質は特に限定されない。例えば、多孔板４７として、金属等のメッシュ体、パンチングメタル、櫛状のスリット等、種々の多孔質材料を使用することができる。
【００１６】
インペラ８の主板４２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である気体供給室２１が設けられている。ボス部４１と主板４２の筒状部４２ａの間の隙間４３は、この気体供給室２１と連通している。ただし、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、隙間４３と連通していればよい。
【００１７】
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１９Ａ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。
【００１８】
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、回転中の軸流送風羽根４６によって隙間４３を通ってインペラ８の前面側に送られる。気体は多孔板４７を通過してボリュート室４内に供給される。多孔板４７を通過する際に、気体は均一かつ微細に細泡化される。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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、本実施形態の渦巻ポンプでは、インペラ８の背面側に供給された気体を軸流送風羽根４６によって多孔板４７を介してボリュート室４内に供給するので、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。さらにまた、空気供給圧力が液体吸込圧力よりも低くても、軸流送風羽根４６により強制的に空気を吸引することができる。
【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に示す本発明の第３実施形態の渦巻ポンプは、立軸型の水中ポンプであり、一体に設けられた水中モータ４８の出力軸４８ａにインペラ８が固定されている。また、多孔板４７は平坦の環状である。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。
【００２３】
前記第１から第３実施形態では、インペラ８ｆ軸流送風羽根４６よりも前面側に多孔板４７を設けているが、この多孔板４７をなくしてもよい。この場合、回転する軸流送風羽根４６により気液攪拌がなされ、細泡化された気体がボリュート室４に供給される。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の渦巻ポンプでは、インペラに設けた軸流送風羽根により気液攪拌がなされ、細泡化された気体がボリュート室４に供給される。また、多孔板を設けた場合には、気体供給路によりインペラの背面側に供給された気体は軸流送風羽根によって多孔板を介してボリュート室に供給される。従って、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、構造が簡易であり、吸込効率の低下も防止することができる。
【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
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
４１  ボス部
４２  主板
４２ａ  筒状部
４３  間隔
４４  側板
４５  インペラ羽根
４６  軸流送風羽根
４７  多孔板
４８  水中モータ
４８ａ  出力軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004156481.tif 000006