(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】渦巻ポンプは、吸込口６、インペラ８が収容されたボリュート室４、及び吐出口７に攪拌用の突起２１，２２，２３を備える。【選択図】図１
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【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、
前記吸込口に前記気液二相流を攪拌するための第１の突起を備えることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【請求項２】
前記ボリュート室内に、前記気液二相流を攪拌するための第２の突起をさらに備え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】
前記吐出口に前記気液二相流を攪拌するための第３の突起をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の渦巻ポンプ。
【請求項４】
ボリュート室内にインペラを備え、吸込口に供給された液体を前記インペラの回転よってボリュート室内に吸入し、この吸入された液体と前記吸込口又は前記ボリュート室に供給された気体を気液二相流として吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、
前記ボリュート室内に前記気液二相流を攪拌するための突起を備えることを特徴とする、渦巻ポンプ。
【請求項５】
ボリュート室内にインペラを備え、吸込口に供給された液体を前記インペラの回転よってボリュート室内に吸入し、この吸入された液体と前記吸込口又は前記ボリュート室に供給された気体を気液二相流として吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、
前記吐出口に前記気液二相流を攪拌するための突起を備え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】
本発明の第１の態様は、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、前記吸込口に前記気液二相流を攪拌するための第１の突起を備えることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る渦巻ポンプでは、吸込口に供給された気液二相流は、ボリュート室内に吸入される前に吸込口において第１の突起によって攪拌される。この攪拌によって気液二相流を構成する気体と液体の混合と気泡の粉砕が促進され、気泡が細泡化されるので、ボリュート室内のインペラ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インペラ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、ボリュート室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、ボリュート室に吸入され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】
前記ボリュート室内に、前記気液二相流を攪拌するための第２の突起をさらに設けてもよい。
【００１１】
ボリュート室内では回転するインペラによって気液二相流が攪拌され、それによって気液二相流中の気泡が細泡化される。前記ボリュート室内に第２の突起を備えることで、インペラによる細泡化に加え、第２の突起による攪拌によっても気液二相流中の気泡が細泡化される。従って、ボリュート室内に第２の突起を設けることで、ボリュート室内での気体の細泡化が促進され、気液二相流の均質性がより高まるので、ポンプ効率がさらに向上する。また、吐出口から吐出される気液二相流中の気泡もより細泡化される。
【００１２】
前記吐出口に前記気液二相流を攪拌するための第３の突起をさらに設けてもよい。
【００１３】
第３の突起をさらに設けた場合には、ボリュート室を通過後であって吐出口から吐出される前に、気液二相流が再度攪拌されるので、吐出口から吐出される気液二相流中の気泡がさらに細泡化される。
【００１４】
本発明の第２の態様は、ボリュート室内にインペラを備え、吸込口に供給された液体を前記インペラの回転よってボリュート室内に吸入し、この吸入された液体と前記吸込口又は前記ボリュート室に供給された気体を気液二相流として吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、前記ボリュート室内に前記気液二相流を攪拌するための突起を備えることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【００１５】
本発明の第２の態様に係る渦巻ポンプでは、回転するインペラによる細泡化に加え、突起による攪拌によってもボリュート室内で気液二相流中の気泡が細泡化さ、気液二相流の均質性がより向上するので、ポンプ効率も向上する。また、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。
【００１６】
本発明の第３の態様は、ボリュート室内にインペラを備え、吸込口に供給された液体を前記インペラの回転よってボリュート室内に吸入し、この吸入された液体と前記吸込口又は前記ボリュート室に供給された気体を気液二相流として吐出口から吐出する渦巻ポンプにおいて、前記吐出口に前記気液二相流を攪拌するための突起を備えることを特徴とする、渦巻ポンプを提供する。
【００１７】
本発明の第３の態様に係る渦巻ポンプでは、ボリュート室を通過後であって吐出口から吐出される前に、突起によって気液二相流が攪拌されるので、吐出口から吐出される気液二相流中の気泡が細泡化される。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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には気液二相流を供給する吸込管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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ウェアリング１９Ａ，１９Ｂが配設されている。
【００２３】
吸込口６には吸込管５１から供給された気液二相流を攪拌するための吸込口突起（第１の突起）２１が設けられている。また、ボリュート室４にも気液二相流を攪拌するためのボリュート室突起（第２の突起）２２が設けられている。さらに、吐出口７にも吐出管５２に吐出される前に気液二相流を攪拌するための吐出口突起（第３の突起）２３が設けられている。
【００２４】
本実施形態では、吸込口突起２１、ボリュート室突起２２、及び吐出口突起２３は同一の形状であり、図４に示すように、壁面から突出する短円柱状の軸部２４と、この軸部２４の先端に設けられた楕円球状の頭部２５とを備えている。軸部２４の径は細く、頭部２５の外径は軸部２４の直径よりも大きい。吸込口突起２１、ボリュート室突起２２、及び吐出口突起２３は気体と液体を攪拌する効果は高いが、損失は小さいものであることが好ましい。図４のような形状の吸込口突起２１、ボリュート室突起２２、及び吐出口突起２３では、径が細く抵抗を最小限としている軸部２４の先端に攪拌効果はあるが抵抗の小さい頭部２５が設けられているので、いわば吸込口６、ボリュート室４、又は吐出口７の壁面から軸部２４の突出量だけ離れた位置に頭部２５が浮いている状態となっている。この点で図４の形状により、損失を抑制しつつ高い攪拌効果が得られる。
【００２５】
吸込口６には吸込管５１側の第１列２６Ａを構成する４個の吸込口突起２１と、ボリュート室４側の第２列２６Ｂを構成する４個の吸込口突起２１とが設けられている。図２に示すように、第１列２６Ａを構成する４個の吸込口突起２１は、吸込口６の中心Ｃ１を向いて１対毎に互いに対向している。同様に、第２列２６Ｂを構成する４個の吸込口突起２１も、中心Ｃ１を向いて１対毎に互いに対向している。
【００２６】
ボリュート室突起２２は、ボリュート室４の外側壁面４ａに気液二相流の流れ方向に沿って複数対（例えば２対）配置されている。図１では、１対のボリュート室突起２２のみが図示されている。
【００２７】
吐出口７にはボリュート室４側の第１列２７Ａを構成する４個の吐出口突起２３と、吐出管５２側の第２列２７Ｂを構成する４個の吐出口突起２３とが設けられている。図３に示すように、第１列２７Ａを構成する４個の吐出口突起２３は、吐出口７の中心Ｃ２を向いて１対毎に互いに対向している。同様に、第２列２７Ｂを構成する４個の吐出口突起２３も中心Ｃ２を向いて１対毎に互いに対向している。第１列２７Ａを構成する吐出口突起２３よりも、第２列２７Ｂを構成する吐出口突起２３の寸法を大きく設定している。
【００２８】
吸込管５１から吸込口６に供給される気液二相流は、インペラ８の回転により発生する遠心力でボリュート室４内に吸入され、吐出口７から吐出管５２に吐出される。
【００２９】
気液二相流は、ボリュート室４に吸入される前に吸込口６において吸込口突起２１によって攪拌される。この攪拌によって気液二相流を構成する気体と液体の混合と気泡の粉砕が促進されて気泡が細粒化されるので、ボリュート室４内のインペラ８に対して供給される気液二相流中の気泡は十分に細泡化される。この気泡の細泡化により、気体混入率を高めた場合にもインペラ８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、ボリュート室４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。
【００３０】
ボリュート室４内では回転するインペラ８によって気液二相流が攪拌され、それによって気液二相流中の気泡が細泡化される。このインペラ８による攪拌に加え、ボリュート室突起２２によっても気液二相流が攪拌されて気泡が細泡化される。このようにボリュート室突起２２を設けることで、ボリュート室４内での気体の細泡化が促進され、気液二相流の均質性がより向上するので、ポンプ効率がさらに向上する。
【００３１】
以上のように、吸込口突起２１による攪拌と、ボリュート室突起２２による攪拌とにより、吐出口７から吐出管５２に吐出される気液二相流中の気泡が細粒化される。これに加え、ボリュート室４を通過後、吐出口７に吐出される前に、吐出口突起２３によって気液二相流が再度攪拌され、吐出管５２には気泡がさらに細泡化された気液二相流が吐出される。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。
【００３２】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２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。
【００３３】
第２実施形態では、吸込管５１から吸込口６には液体のみが供給され、気体は液体とは別に吸込口６に供給される。詳細には、ケーシング本体１の吸込口６側である筒状部６ａの周囲を取り囲むように筒状壁３１が設けられ、この筒状壁３１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３２を構成している。筒状壁３１には気体供給室３２と吐出口６内を連通させる複数の気泡混入孔３３が設けられている。気体供給源３４から気体供給管３５を介して気体供給室３２に流入した気体は、気泡混入孔３３を通過することにより細泡化されて吸込口６に供給される。この細泡化された気体が吸込管５１から供給された液体に混合され、気液二相流としてボリュート室４に吸い込まれる。
【００３４】
吸込口６の気泡混入孔３３よりもボリュート室４側に吸込口突起２１が設けられている。従って、ボリュート室４に吸い込まれる前に気液二相流が攪拌されて気泡が細粒化される。また、ボリュート室４内にはボリュート室突起２２が設けられているので、インペラ８による攪拌に加え、ボリュート室突起２２によっても気液二相流が攪拌されて気泡が細粒化される。さらに、吐出口６に吐出口突起２３が設けられているので、吐出管５２に吐出される前に吐出口突起２３によって気液二相流が再度攪拌される。このように、吸込口突起２１、ボリュート室突起２２、及び吐出口突起２３を設けたことにより、気液二相流中の気泡が十分に細泡化されるため、揚水可能な気体混入率とポンプ効率が向上し、吐出口７から気泡が十分に細泡化された気液二相流が吐出される。
【００３５】
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。
【００３６】
（第３実施形態）
図６に示す本発明の第３実施形態に係る横軸型の片吸込遠心渦巻ポンプでは、吸込管５１から吸込口６には液体のみが供給され、気体は液体とは別にボリュート室４に供給される。
【００３７】
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４２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２１とボリュート室４が連通している。
【００３８】
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に流入した気体は、インペラ８と共に回転する軸流送風羽根４６によってボリュート室４に送られる。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。
【００３９】
このように第３実施形態では、気体と液体の混合がボリュート室４で行われるので、吸込口６には攪拌用の突起を設けていない。しかし、ボリュート室４にはボリュート室突起２２が設けられ、吐出口７には吐出口突起２３が設けられている。
【００４０】
ボリュート室４内にボリュート室突起２２が設けられているので、インペラ８と軸流送風羽根４２による攪拌に加え、ボリュート室突起２２によっても気液二相流が攪拌されて気泡が細粒化される。さらに、吐出口６に吐出口突起２３が設けられているので、吐出管５２に吐出される前に吐出口突起２３によって気液二相流が再度攪拌される。このように、ボリュート室突起２２と吐出口突起２３を設けたことにより、気液二相流中の気泡が十分に細泡化されるため、揚水可能な気体混入率とポンプ効率が向上し、吐出口から気泡が十分に細泡化された気液二相流が吐出される。
【００４１】
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。
【００４２】
（第４実施形態）
図７に示す本発明の第４実施形態に係る横軸型の片吸込遠心渦巻ポンプでは、第３実施形態と同様に、気体供給源４４からインペラ８の背面側の気体供給室４３を介してボリュート室４に気体が供給される。しかし、軸流送風羽根（図６の符号４２参照）は設けられておらず、その代わりに主板１６に気体供給室４３とボリュート室４とを連通させる気泡混入孔１６ｂが設けられている。
【００４３】
気体供給源４４から気体供給管４５を介して気体供給室４３に流入した気体は、インペラ８の主板１６に設けられた気泡混入孔１６ｂ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、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。
【００４４】
このように第４実施形態では、気体と液体の混合がボリュート室４で行われるので、吸込口６には攪拌用の突起を設けていない。しかし、ボリュート室４にはボリュート室突起２２が設けられ、吐出口７には吐出口突起２３が設けられている。
【００４５】
ボリュート室４内にボリュート室突起２２が設けられているので、インペラ８による攪拌に加え、ボリュート室突起２２によっても気液二相流が攪拌されて気泡が細粒化される。さらに、吐出口６に吐出口突起２３が設けられているので、吐出管５２に吐出される前に吐出口突起２３によって気液二相流が再度攪拌される。このようにボリュート室突起２２と吐出口突起２３を設けたことにより、吐出口からは気泡が十分に細泡化された気液二相流が吐出される。
【００４６】
第４実施形態のその他の構成及び作用は第３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。
【００４７】
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、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、吐出口７に直方体状の吐出口突起２３を間隔をあけてリング状に設けてもよい。吸込口突起２１やボリュート室突起２２を同様の形状としてもよい。
【００４８】
第１実施形態や第２実施形態のように吸込口６に気液二相流が供給される場合には、吸込口６の吸込口突起２１のみを設けてもよい。この場合でもボリュート室４に吸い込まれる前の気液二相流を攪拌して気泡を細泡化できるので、揚水可能な気体混合率とポンプ効率を向上し、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。また、ボリュート室４のボリュート室突起２２のみを設けてもよい。この場合でもボリュート室４内での気泡の細泡化が促進される。さらに、吐出口６の吐出口突起２３のみを設けた場合でも、ボリュート室４から吐出された後に気液二相流が攪拌されるので、吐出口６から吐出される気液二相流中の気泡が細泡化される。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の態様では、渦巻ポンプの吸込口に突起を設けることにより、ボリュート室内に吸入される前に気液二相流を構成する気体と液体の混合を促進して気泡を細粒することができるので、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。また、本発明の第２の態様では、渦巻ポンプのボリュート室に突起を設けることにより、ボリュート室内における気液二相流中の気泡の細泡化が促進されるので、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。さらに、本発明の第３の態様では、渦巻ポンプの吐出口に突起を設けることにより、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実施形態の渦巻ポンプを示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】突起を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の渦巻ポンプを示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の渦巻ポンプを示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の渦巻ポンプを示す断面図である。
【図８】（Ａ）は突起の他の例を示す部分断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ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
４ａ  外側壁面
５  ベアリングケース
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
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  吸込口突起（第１の突起）
２２  ボリュート室突起（第２の突起）
２３  吐出口突起（第３の突起）
２４  軸部
２５  頭部
３１  筒状壁
３２  気体供給室
３３  気泡混入孔
３４  気体供給源
３５  気体供給管
１６ａ  筒状部
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
１６ｂ  気体混入孔
５１  吸込管
５２  吐出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004270493.tif 000005
【図４】
2004270493.tif 000006
【図５】
2004270493.tif 000007
【図６】
2004270493.tif 000008
【図７】
2004270493.tif 000009
【図８】
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