(57)【要約】【課題】気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプにおいて、揚水可能な気体混入率の向上とポンプ効率の向上を図る。【解決手段】渦巻ポンプのインペラ８は、インペラ吸込口４７から翼列までの間に、気液二相流を攪拌するための柱状体４８を備える。柱状体４８は両端が主板１６と側板１７とに固定されている。【選択図】  図１
2004278434.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、吸込口に供給された気液二相流を前記インペラの回転によってボリュート室内に吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、
前記インペラは、インペラ吸込口から翼列までの間に、気液二相流を攪拌するための攪拌体を備えることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【請求項２】
前記攪拌体は、その両端が前記インペラの主板と側板に固定された柱状体であることを特徴とする、請求項１に記載の渦巻ポンプ。
【請求項３】
前記柱状体は、前記インペラの翼列を構成する個々の羽根に対して少なくとも１個設けられていることを特徴する、請求項２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、従来の気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプでは、ボリュート室内のインペラの翼列に対して供給される気液二相流中の気泡はある程度の大きさがあり、十分に細泡化されていなかった。そのため、インペラで気体滞留が生じ易く、揚水可能な気体混入率を十分に高めることができなかった。
【０００５】
また、ボリュート室内において気液二相流中の気泡が大きいと気液二相流の均質性が損なわれるので損失が増加する。そのため、ポンプ効率向上にも限界があった。
【０００６】
さらに、インペラ通過中に攪拌されることで気液二相流中の液体と気体の混合が促進されるが、吐出される気液二相流中の気泡を例えば気泡径が１ｍｍ以下程度となるまで十分に細粒化することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプにおいて、揚水可能な気体混入率の向上とポンプ効率の向上を図ることを課題としている。また、本発明は、気液二相流を揚水可能な渦巻ポンプにおいて、吐出される気液二相流中の気泡を細泡化することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボリュート室内にインペラを備え、吸込口に供給された気液二相流を前記インペラの回転によってボリュート室内に吸入して吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、前記インペラは、インペラ吸込口から翼列までの間に、気液二相流を攪拌するための攪拌体を備えることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【０００９】
本発明の渦巻ポンプでは、インペラ吸込口から翼列までの間に攪拌体を設けたので、吸込口に供給された気液二相流は、インペラ吸込口から翼列に達する前に攪拌体によって攪拌される。この攪拌によって気液二相流中の気泡の粉砕と気体と液体の混合とが促進され、気泡が細泡化されるので、インペラの翼列に対して気泡が十分に細泡化された気液二相流が供給される。この気泡の細泡化により、気体混入率を高めた場合にも翼列での気体滞留が生じにくくなるので、揚水可能な気体混入率を向上することができる。また、気泡の細泡化により、インペラの翼列に供給される気液二相流の均質性が向上するので損失が減少し、ポンプ効率が向上する。さらに、インペラ吸込口から翼列に達する前に気泡が細粒化されることにより、吐出口から吐出される気液二相流中の気泡も細泡化される。
【００１０】
例えば、前記攪拌体は、その両端が前記インペラの主板と側板に固定された柱状体である。柱状体は円柱状、楕円柱状、又は角柱状であってもよく、その断面形状は特に限定されない。
【００１１】
前記柱状体を、前記インペラの翼列を構成する個々の羽根に対して少なくとも１個設けることが好ましい。これによって気液二相流が翼列を構成する個々の羽根に供給される前に確実に柱状体によって攪拌され、気泡が細泡化される。ただし、翼列を構成する羽根の複数個置きに柱状体を設けてもよい。例えば、翼列を構成する羽根の枚数が６枚である場合、２枚置き又は３枚置きに柱状体等からなる攪拌体を設けてもよい。
【００１２】
前記攪拌体は主板から側板に向けて又は側板から主板に向けて突出する突起であってもよい。この突起は柱状、半球状、直方体状、角錐状、円錐状のいずれであってもよく、その形状は特に限定されない。さらに、前記攪拌体はインペラ吸込口と翼列との間に設けられた格子体であってもよい。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。ケーシングカバー２の外側にはベアリングケース５が固定されている。
【００１５】
ケーシング本体１には吸込口６と吐出口７とが設けられている。吸込口６には液体を供給する吸込管５１が接続されている。また、吐出口７にはボリュート室４から吐出された気液二相流を下流側に吐出するための吐出管５２が接続されている。
【００１６】
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。回転軸１１の基端側は、ベアリングケース５に固定された２個のベアリング１４Ａ，１４Ｂにより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の基端はモータ１５に連結されている。
【００１７】
図２から図４をさらに参照すると、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とを備え、これらの羽根１８が翼列を構成している。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、ウェアリング１９Ａ，１９Ｂが配設されている。
【００１８】
側板１７には渦巻ポンプの吸込口６と対向して、インペラ吸込口４７が設けられている。
【００１９】
主板１６は背面側に向けて延びる両端開口の筒状部１６ａを備え、この筒状部１６ａには、インペラ８のボス部４１と主板１６を連結する複数の軸流送風羽根４６が設けられている。また、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である気体供給室４３が設けられている。軸流送風羽根４２間の隙間を介して気体供給室４３とボリュート室４が連通している。
【００２０】
吸込管５１から吸込口６には液体のみが供給され、気体は前記気体供給室４３を介して、インペラ吸込口４７に直接供給される。具体的には、インペラ８の回転時には、気体供給源４４から気体供給管４５を介して気体供給室４３に流入した気体が、インペラ８と共に回転する軸流送風羽根４６によってインペラ吸込口４７に送られる。その結果、吸込管５１から供給された液体と、気体供給室２１から供給された気体がインペラ吸込口４７で混合されて、気液二相流となる。また、軸流送風羽根４６の回転によって気液二相流が攪拌される。
【００２１】
インペラ吸込口４７と翼列を構成する羽根１８との間には、本発明の攪拌体である柱状体４８が配設されている。翼列を構成する個々の羽根１８毎に１個の柱状体４８が配置されている。また、各柱状体４８はその両端がインペラ８の主板１６と側板１７に固定されており、回転軸１１と平行に延びている。本実施形態では柱状体４８は円柱状である。しかし、柱状体４８は楕円柱状、又は角柱状であってもよく、その断面形状は特に限定されない。各羽根１８毎に２個以上の柱状体４８を設けてもよい。また、翼列を羽根１８の複数枚置き（例えば２枚置き又は３枚置き）に柱状体４８を設けてもよい。
【００２２】
インペラ吸込口４７に供給された気液二相流は、インペラ吸込口４７から羽根１８に達する前に柱状体４８によって攪拌される。この攪拌によって気液二相流中の気体と液体の混合と気泡の粉砕とが促進され、気泡が細泡化されるので、翼列に対して気泡が十分に細泡化された気液二相流が供給される。従って、気体混入率を高めた場合にも翼列での気体滞留が生じにくくなるので、揚水可能な気体混入率を向上することができる。また、気泡の細泡化により、インペラ１８の翼列に供給される気液二相流の均質性が向上するので損失が減少し、ポンプ効率が向上する。さらに、インペラ吸込口４７から翼列に達する前に気泡が細粒化されることにより、吐出口７から吐出される気液二相流中の気泡も十分に細泡化される。従って、空気、酵素、オゾン等を溶解する用途でこの渦巻ポンプを使用する場合には、高い溶解効率が得られる。特に、本実施形態では、翼列を構成する各羽根１８毎に柱状体４８を設けたので、気液二相流は各羽根１８に達する前に確実に柱状体４８で攪拌される。
【００２３】
（第２実施形態）
図５に示す本発明の第２実施例では、攪拌体として主板１６から側板１７に向けて延びる突起１４８を翼列を構成する各羽根１８毎に設けている。これらの突起１４８を設けることによっても、インペラ吸込口４７から翼列に達する前に気液二相流を攪拌して気泡の細泡化することができる。この細泡化により、揚水可能な気体混入率とポンプ効率とを向上することができる。また、吐出口７から吐出される気液二相流中の気泡も細泡化することができる。
【００２４】
本実施形態では、突起１４８は半球状である。しかし、突起の形状は特に限定されず、短柱状、半球状、直方体状、角錐状、円錐状等であってもよい。また、側板１７から主板１６に向けて突出するものであってもよい。
【００２５】
（第３実施形態）
図６及び図７に示す本発明の第３実施形態では、攪拌体として格子体２４８を設けている。この格子体２４８は両端開口の筒状であって両端が主板１６と側板１７に固定されている。格子体２４８には板厚方向に貫通する矩形の孔２４８ａが全面に設けられている。インペラ８の回転時には格子体２４８も回転軸１１回りに回転する。気液二相流は回転している格子体２４８の孔２４８ａを通過してインペラ吸込口４７から翼列に達するので、孔２４８ａを通過する際に攪拌され、気泡が粉砕される。従って、この格子体２４８を設けることによっても、インペラ吸込口４７から翼列に達する前に気液二相流中の気泡の細泡化し、気体混入率及びポンプ効率の向上と、吐出口７から吐出される気液二相流中の気泡の細泡化を図ることができる。
【００２６】
本発明は、前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、吸込管５１から吸込口６に気液二相流を供給する方式の渦巻ポンプや、ポンプの吸込口６に対して気体と液体を別々に供給する方式の渦巻ポンプにも本発明を適用できる。
【００２７】
【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、インペラ吸込口から翼列までの間に、気液二相流を攪拌するための攪拌体を設けたので、インペラの翼列に供給される前に気液二相流中の気泡を細粒することができる。そのため、揚水可能な気体混入率とポンプ効率が向上すると共に、吐出口から吐出される気液二相流中の気泡を細泡化することができる。
【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】インペラを示す部分拡大断面図である。
【図３】インペラを示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】インペラを示す部分破断斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態のインペラを示す部分破断斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態のインペラを示す断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。
【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
５  ベアリングケース
６  吸込口
７  吐出口
８  インペラ
１６  主板
１７  側板
１８  羽根
４１  ボス部
４２  軸流送風羽根
４３  気体供給室
４４  気体供給源
４５  気体供給管
４６  軸流送風羽根
４７  インペラ吸込口
４８  柱状体
５１  吸込管
５２  吐出管
１４８  突起
２４８  格子体
【図１】
2004278434.tif 000003
【図２】
2004278434.tif 000004
【図３】
2004278434.tif 000005
【図４】
2004278434.tif 000006
【図５】
2004278434.tif 000007
【図６】
2004278434.tif 000008
【図７】
2004278434.tif 000009