(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送液用の主ポンプの揚液流路中に、気液分離用羽根車を備えた気液分離装置が介設され、該気液分離用羽根車の回転により発生する竜巻状空洞の尾底部を受け止めて該竜巻状空洞の伸展を阻止する空洞受けが設けられると共に、該竜巻状空洞の中央部近傍に臨んだ箇所が排気通路によって真空装置に接続されたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
送液用の羽根車を備えた主ポンプの揚液流路中に、気液分離用羽根車が設けられ、該気液分離用羽根車の回転により発生する竜巻状空洞の尾底部を受け止めて該竜巻状空洞の伸展を阻止する空洞受けが設けられると共に、該竜巻状空洞の中央部近傍に臨んだ箇所が排気通路によって真空装置に接続されたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
前記主ポンプの羽根車の中央部近傍に臨んだ箇所も、排気通路によって真空装置に接続されたことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記主ポンプの羽根車と前記気液分離用羽根車とが、隣接して形成されたことを特徴とする、請求の範囲第２項又は第３項に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記気液分離用羽根車の吸込側の流路が、該気液分離用羽根車の回転方向に沿って巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記気液分離用羽根車の吸込側の流路中に、揚液を減圧する絞り手段が介設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記気液分離用羽根車の吸込側の流路中に、揚液の加熱手段が介設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項８】
揚液流路中に、キャビテーション発生手段が付設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記主ポンプの構成部材が、キャビテーションを発生しやすい形状に形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１０】
前記気液分離用羽根車が、キャビテーションを発生しやすい形状に形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第９項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１１】
揚液中の異物の破砕手段が付設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１２】
気体の通過は許容し液体の通過は阻止する保護手段が、前記排気通路中に介設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１３】
羽根車を備えた副ポンプが付設され、前記排気通路は該副ポンプの吸込口に連通され、該副ポンプの吐出口は還流路によって前記主ポンプの吸込側に連通され、該副ポンプの羽根車の中央部近傍に臨んだ箇所は前記真空装置に連通されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１２項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記副ポンプの駆動力投入の時点から遅延して開弁し、該副ポンプの駆動力遮断の時点に直ちに閉鎖する弁手段が、前記排気通路中に介設されたことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記真空装置の排気口が、還気路によって前記主ポンプの吐出側に連通されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１４項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１６】
前記主ポンプ、気液分離用羽根車、副ポンプ、真空装置のうちの少なくとも２つが、同じ回転軸系を有することを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１５項のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記気液分離用羽根車及び空洞受けが、多段に配設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１６項のいずれかに記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、気泡を大量に含む液でも連続吸上げ輸送が可能であるのみならず、高度な脱泡作用、脱気作用、更には揚液の滅菌作用なども奏することのできる、多目的なポンプ装置に関するものである。
背景技術
気泡を大量に含む液をポンプで吸上げ輸送することは一般に困難とされており、特に遠心ポンプの場合、排気用の真空装置を併用したとしても、この気泡を抜き取りつつ揚液を連続吸上げ輸送することは容易ではないという問題があった。
この問題を明快に解決したのが、特公昭４０−３６５５号「遠心ポンプ」の発明である。（以下、この発明を「原発明１」と呼称する。）その内容は、送液用の主ポンプに対し、その主ポンプ羽根車の中央部近傍に連通した吸込口を有する空洞引抜き用副ポンプを付設し、その副ポンプの吐出口を主ポンプの吸込口に連通させ、副ポンプ羽根車の中央部近傍から真空装置への排気通路を設けることによって、主ポンプ羽根車の中央部近傍の空洞を強力に排除し、揚液が常に連続の状態を保つようにしたものである。
又、原発明１を改良し、その排気通路中に真空装置の発生負圧により開閉する安全弁を介在させることによって、ポンプ停止中の揚液の侵入による真空装置の故障を防止するようにしたものが、特公昭４２−３１４５号「自吸式遠心ポンプ」の発明である。（以下、この発明を「原発明２」と呼称する。）
そして、原発明２を更に改良し、その排気通路中に緩作動弁や急作動弁からなる弁機構等の安全装置を介在させることによって、ポンプ停止中のみならず、ポンプ起動、運転、停止の全行程にわたって、主ポンプと真空装置の間での液の侵入を確実に防止するようにしたものが、国際公開ＷＯ９８／０４８３３（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９７／００８５７「自吸式遠心ポンプ装置」）の発明である。（以下、この発明を「原発明３」と呼称する。）
原発明３のポンプ装置の構造は、第１２図に例示したように、主ポンプ１と副ポンプ４と真空装置１２とを備え、主ポンプ羽根車２の中央部近傍は副ポンプ４の吸込口ｃに連通され、副ポンプ吐出口ｄは還流路ｅによって主ポンプ吸込口ａに連通され、副ポンプ羽根車５の中央部近傍は排気通路ｈによって真空装置１２に接続され、そのポンプ装置の原動機入力の投入の時点から遅延して開弁する緩作動弁１３と、原動機入力の遮断の時点に直ちに閉鎖する急作動弁１４とが、排気通路ｈ中に直列に介装されている。そして、真空装置１２に液封式真空ポンプが採用された第１２図のものにおいては、緩作動弁１３は、該液封式真空ポンプの作動液の液圧の上昇に伴い弁駆動室ｗの内圧が徐々に上昇することによって、一定時間経過後に開弁するようになっている。
又、原発明３の実施形態の一つとして第１３図のものも提案されている。これは、主ポンプ羽根車２の中央部近傍から副ポンプ吸込口ｃへの連通路が、主ポンプ羽根車２の吸込側の空洞発生箇所に臨んで設けられたものであり、主ポンプ羽根車２の吸込側に渦巻き状の流入路が形成され、又、主ポンプ羽根車２と連動して回転する小口径の羽根２３が設けられ、主ポンプ羽根車２の吸込側の、図中の点線のような形状になる空洞の気体を吸込んで副ポンプ４に送るようになっている。
原発明３のポンプ装置は、気泡を大量に含む液や泥状物等の吸上げを容易に行えるのみならず、ポンプ起動、運転、停止の全行程にわたって主ポンプと真空装置の間での液の侵入が防がれ、完全自動運転ができるポンプ装置であり、実用上極めて有用なものであるが、しかし依然として未解決の課題が残っている。それは、揚液の単なる輸送にとどまらない更に高度な用途、例えば、高度な脱泡や、揚液中に溶存する気体を追い出す脱気などに適用しようとすれば、依然として気液分離性能が不足することである。
気液分離を促進し、特に揚液中に溶存する気体を析出させて追い出す方法としては、流路中にオリフィス等の抵抗物を設けて揚液を減圧したり、揚液温度を上げるなどの方法があることは公知であるが、問題は、その結果として析出してきた気体をいかに完璧に捉えて揚液と分離できるかである。高度な脱泡、脱気性能を追求しようとすれば、それだけ真空装置も強力なものとする必要があるが、それは揚液が気体に混じって真空装置に引き込まれやすくなることも意味しており、従って、排気前に十分に気液分離をしなければならない。
原発明３のポンプ装置においては、基本的には、主ポンプ羽根車２の回転によって気液分離のための遠心力は発生しているが、同時に強烈な渦流や乱流が発生しているため、気泡分の一部が遠心分離しきれず、渦流や乱流に紛れつつ揚液に連れられて主ポンプ吐出口ｂに抜け出る可能性があり、十分な気液分離ができない場合がある。又、第１３図のように主ポンプ羽根車２と連動して回転する小口径の羽根２３を設けたものにしても、それは主ポンプ羽根車２の吸込側の渦巻き状流入路によって生成された空洞が潰れないように保持する役割を果たしているにすぎず、やはり主ポンプ羽根車２では遠心分離しきれなかった気泡分の一部が揚液に連れられてそのまま主ポンプ吐出口ｂに抜け出る可能性がある。
なお、一般的な従来技術として、渦巻き状の流入路を備えたサイクロン式の気液分離機構がよく用いられるが、揚液自身の運動エネルギーによる旋回力に頼ったものであるために、十分な気液分離が行われるとは言い難い。
そこで本発明は、原発明３に依然として残された課題を、簡潔な構成によって解決し、安定的且つ確実に作動する気液分離機構等を導入して、高度な脱泡作用、脱気作用、更には揚液の滅菌作用なども奏することのできる、高性能かつ多目的なポンプ装置を得ることを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するために、この発明に係るポンプ装置は、送液用の主ポンプの揚液流路中に、気液分離用羽根車を備えた気液分離装置が介設され、該気液分離用羽根車の回転により発生する竜巻状空洞の尾底部を受け止めて該竜巻状空洞の伸展を阻止する空洞受けが設けられると共に、該竜巻状空洞の中央部近傍に臨んだ箇所が排気通路によって真空装置に接続されたことを主な特徴としている。
又、もう一つの発明に係るポンプ装置は、送液用の羽根車を備えた主ポンプの揚液流路中に、気液分離用羽根車が設けられ、該気液分離用羽根車の回転により発生する竜巻状空洞の尾底部を受け止めて該竜巻状空洞の伸展を阻止する空洞受けが設けられると共に、該竜巻状空洞の中央部近傍に臨んだ箇所が排気通路によって真空装置に接続されたことを主な特徴としている。
本発明においては、前記主ポンプの羽根車の中央部近傍に臨んだ箇所も、排気通路によって真空装置に接続された構成であってもよい。
又、前記主ポンプの羽根車と前記気液分離用羽根車とが、隣接して形成されてもよい。
又、前記気液分離用羽根車の吸込側の流路が、該気液分離用羽根車の回転方向に沿って巻き込まれる形状に形成されてもよい。
又、前記気液分離用羽根車の吸込側の流路中に、揚液を減圧する絞り手段が介設されてもよい。
又、前記気液分離用羽根車の吸込側の流路中に、揚液の加熱手段が介設されてもよい。
又、揚液流路中に、キャビテーション発生手段が付設されてもよい。
又、前記主ポンプの構成部材が、キャビテーションを発生しやすい形状に形成されてもよい。
又、前記気液分離用羽根車が、キャビテーションを発生しやすい形状に形成されてもよい。
又、揚液中の異物の破砕手段が付設されてもよい。
又、気体の通過は許容し液体の通過は阻止する保護手段が、前記排気通路中に介設されてもよい。
又、羽根車を備えた副ポンプが付設され、前記排気通路は該副ポンプの吸込口に連通され、該副ポンプの吐出口は還流路によって前記主ポンプの吸込側に連通され、該副ポンプの羽根車の中央部近傍に臨んだ箇所は前記真空装置に連通された構成であってもよい。
又、前記副ポンプの駆動力投入の時点から遅延して開弁し、該副ポンプの駆動力遮断の時点に直ちに閉鎖する弁手段が、前記排気通路中に介設されてもよい。
又、前記真空装置の排気口が、還気路によって前記主ポンプの吐出側に連通されてもよい。
又、前記主ポンプ、気液分離用羽根車、副ポンプ、真空装置のうちの少なくとも２つが、同じ回転軸系を有する構成であってもよい。
又、前記気液分離用羽根車及び空洞受けが、多段に配設されてもよい。
これらの構成によって、本発明のポンプ装置においては、主ポンプによって送液される際に、気液分離用羽根車によって揚液中の気泡は強制的に遠心分離され、この気液分離用羽根車の中央部近傍に発生する竜巻状空洞は空洞受けによってその尾底部の伸展が阻止され、気体は該空洞の中央部近傍から排気通路を経由して真空装置に吸引されるので、強力な脱泡作用が行われる。
又、減圧等によって揚液中の溶存気体を析出させ、発生した気泡を気液分離用羽根車で強制的に遠心分離することによって、強力な脱気作用が行われる。
更に、脱気の後に揚液中にキャビテーションを発生させることによって、滅菌等の作用を果たすこともできる。
そして、真空装置への揚液の侵入等を阻止して、装置の安全管理の完璧を期すことができる他、揚液中の異物の破砕も行うなど、多様な用途に容易に適用させることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付すものとし、本発明の各実施例について詳細を説明する。
第１図の第１実施例は、脱泡ポンプとしての使用例を示したものである。送液用の主ポンプ１の吸込側の流路中に気液分離装置７が介設されており、入口ｆと出口ｇとを備えた気液分離装置容器７ａの中には、適宜の枚数の羽根を備えた気液分離用羽根車８が設けられている。気液分離用羽根車８は、容器７ａの内壁との間隙が少ない外径を持つよう形成され、容器７ａを密封的に貫通する軸を介して原動機９によって回転駆動される。又、この気液分離用羽根車８の回転により発生する竜巻状空洞ｓの尾底部を受け止めて、該竜巻状空洞ｓが伸展して主ポンプ１に吸い込まれることを阻止する空洞受け１０が設けられている。その空洞受け１０の外周と容器７ａ内壁との間の間隙部ｔは、気液分離用羽根車８の回転に伴う遠心力によって容器７ａ内壁に押し付けられた揚液のみが通過できる流路面積まで狭めておくものとする。竜巻状空洞ｓの中央部近傍に臨んだ箇所には、その空洞気体を排出するための排気管１１が設けられ、該排気管１１は排気通路ｈによって真空装置１２に接続されている。真空装置１２は、液封式真空ポンプでもよいし、その他の形式の真空ポンプでも負圧発生装置でもよい。
この第１実施例のポンプ装置を作動させると、主ポンプ１のポンプ作用によって揚液は気液分離装置７の入口ｆから出口ｇへと導かれるが、その際に、気液分離用羽根車８の回転によって揚液中の気泡は強制的に遠心分離され、この気液分離用羽根車８の中央部近傍に、図中の点線のような形状の竜巻状空洞ｓを発生する。この竜巻状空洞ｓは、その尾底部が伸展して主ポンプ１に吸い込まれることが空洞受け１０によって阻止される。そして、該空洞気体は、竜巻状空洞ｓの中央部近傍に臨んで設けられた排気管１１から排気通路ｈを経由して真空装置１２に吸引され、その排気口ｊから本ポンプ装置の系外に排出される。
この気液分離プロセスは、気液分離用羽根車８によって揚液が強制的に回転させられて発生する強力な遠心力に基づいており、且つ空洞受け１０によって空洞尾底部の伸展が阻止されるので、単なるサイクロン式等に比べるとはるかに液分の少ない良質な空洞が得られる上、液分は容器７ａ内壁に沿って回転した後、空洞受け１０と容器７ａ内壁との間の絞られた間隙部ｔを優先的に流過するため、その間隙部ｔから気泡分が抜け出る可能性も少なく、従って、強力な脱泡が行われるものである。
本図においては、気液分離装置７は主ポンプ１の吸込側の流路中に介設されているが、使用条件によっては吐出側の流路中に介設されてもよい。なお、揚液は気液分離用羽根車８によって強制的に気液分離されるが、気液分離装置入口ｆの流路が気液分離用羽根車８の回転方向に沿って巻き込まれる形状に形成されると更に好ましいことは勿論であり、第１図にはこの形状に形成された入口ｆが図示されている。
図中の１５は、排気通路ｈを通過する気体中に揚液が混入した場合に、その揚液の通過を阻止して気体のみを真空装置１２向けに通過させる保護手段の一例であり、容器の上部に気液分離装置７からの入口ｋと真空装置１２への出口ｍとを備え、気液分離装置７より侵入した揚液が容器底部に滞留し、気体のみが通過可能になるよう形成された液溜槽形式のものが例示されている。その気液分離性能を上げるために、入口ｋの流入路を図示したように容器内壁に対して接線方向にして、遠心分離効果を発生させる形式とすれば更に望ましい。この保護手段１５によって、万一気液分離装置７が作動不充分となった場合などの緊急時にも、真空装置１２への揚液の侵入を防いで、装置の安全を期すことができる。容器の底部には、滞留液を排出するためのドレン口ｎが設けられているが、このドレン口ｎからの排出操作は、手動でもよいし、滞留液が所定量に達したら自動排出する仕組みにしてもよいし、更には常に吸引排出するようにしてもよい。このほかにも、気体の通過は許容し液体の通過は阻止する保護手段を、排気通路ｈ中に更に介設してもよい。
なお、真空装置１２の排気口ｊは、本ポンプ装置の系外に開放させる代わりに、図中の点線によって示された還気路ｕによって主ポンプ１の吐出側に連通させてもよいことが図示されている。これは、特に、気泡を大量に含む液の吸上げを行いながらもその気泡を除去したくないという場合の適用例を示すもので、主ポンプ１のポンプ作用による送液を可能とするためにまず脱泡を行い、送液が行われた後で気泡を再び揚液に混入させ、揚液の元の状態に復帰させるというものである。この真空装置１２の排気圧力が主ポンプ１の吐出圧力を下回る場合には、還気路ｕ中にコンプレッサー等の昇圧手段２４を介在させて昇圧しておけばよい。
第２図の第２実施例は、脱気ポンプとしての使用例を示したものであり、第１実施例のものの気液分離装置７における入口ｆの流路中に、揚液を減圧する絞り手段１７（図中ではその一例として固定オリフィス）が介設されている。
液体の流れを絞って減圧すると、液体中に溶けている気体が気泡となって析出するいわゆる「脱気」現象が発生することが知られている。この第２実施例においては、減圧により揚液中で析出した気泡を気液分離装置７によって強制的に遠心分離し、残った揚液のみを主ポンプ１に送り込み、強力な脱気が行われるものである。
この第２実施例のものの用途は、例えば純水や清浄液の製造、発錆防止用の脱酸素ボイラー水の製造、その他の脱気水の製造、油の脱気など、広い産業分野にわたる。又、その脱気の後に所望のガス（例えばオゾン等）を混入させるという使い方もある。
なお、揚液の温度を上げることも脱気効率の向上に役立つので、気液分離装置入口ｆの流路中に揚液の加熱手段１８を介設してもよいことが例示されている。この加熱手段１８は、ヒーター式、熱交換器式等、適宜に選択してよい。
その他の構成及び作用は第１実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第３図の第３実施例は、キャビテーションによる滅菌作用等を持つポンプとしての使用例を示したものであり、第２実施例のものの主ポンプ１の揚液流路中に、キャビテーション発生手段１９が付設されている。
液体の圧力が低下する時、ある限界の圧力（蒸気圧）より低下すると、その液体自身の蒸気泡を生ずる「キャビテーション」現象が発生することが知られている。キャビテーションの発生しやすい条件としては、例えば、圧力が十分低いこと、温度が高いこと、渦や乱流による圧力変動があることなどがあり、その蒸気泡の崩壊時には非常に高い圧力、例えば数百気圧〜１千気圧にも達する圧力（衝撃波）及び局部的な高温を発生するものとされている。
キャビテーションは、その蒸気泡の崩壊時の衝撃波が流体機器の性能劣化、壊食、振動、騒音等の原因となるので、通常は回避すべきものとされているが、この第３実施例においては、逆に積極的にその衝撃波を利用することによって、細菌類を物理的に破壊する、即ち滅菌等の作用を行わせるものである。
一方、キャビテーションに類似した現象として、前述の通り、液体中に溶けていた気体が気泡となって析出する「脱気」があり、これも減圧によって発生するため、「ガスキャビテーション」と称してキャビテーションの一種に含められる場合もあるが、その気泡の崩壊時に発生する圧力はキャビテーションの蒸気泡の崩壊に較べれば格段に小さい。
液体の蒸気泡が発生するという真の意味のキャビテーション現象が発生する前に、溶存気体が析出する脱気現象が発生することが普通であるが、その結果としてキャビテーション蒸気泡中の気体含有量が多くなると、蒸気泡が崩壊する際、気体がクッションの働きをしてキャビテーション衝撃波を減衰させるので、キャビテーションを利用する見地からすれば不都合である。そこで、この第３実施例においては、揚液をキャビテーション発生手段１９に哂す前に、まず脱気により発生する気体を除去し、キャビテーション蒸気泡中の気体含有量を極力減らしておくことにより、キャビテーションをより強力に作用させ、滅菌等の役割を有効に果たさせるものである。
キャビテーション発生手段１９については、公知の超音波発振式のものでもよいし、プロペラ等を回転させて発生させる方式のものでもよく、適宜に選択可能である。
この第３実施例のものの用途は、滅菌による純水や清浄液の製造のほかにも、例えば草藻、プランクトン、貝卵のような小生物の破壊駆除、クラスター分解による水質改良、液体中の粒子の微粒化、液体の脱臭、液体中の不純物の組成破壊（キャビテーション崩壊による高圧と高温を利用）など、広い産業分野にわたるものであり、一々の例示は省略するが、基本的に本発明が物理的な現象を利用しているものであって、環境汚染の原因となる化学薬剤を使用しなくてもよいという点に実用上の大きな特長がある。
なお、絞り手段１７は、固定式のものでもよいが、開度調整可能であれば運転調整上便利であり、本図には開閉弁形式のものが例示されている。
その他の構成及び作用は第２実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第４図の第４実施例は、第１実施例の脱泡ポンプにおける主ポンプ１の部分に遠心ポンプを採用し、気液分離装置７の部分と一体化して、よりコンパクトな装置としたものである。
送液用の主ポンプ羽根車２の吸込側に隣接して、適宜の枚数の羽根を備えた気液分離用羽根車８が設けられ、主ポンプ１の送液の前に気泡分の分離が十分に行われるようになっている。気液分離用羽根車８は、流路内壁との間隙が少ない外径を持つよう形成され、主軸６を介して主ポンプ羽根車２と共に回転駆動される。又、この気液分離用羽根車８の回転により発生する竜巻状空洞の尾底部を受け止めて、該竜巻状空洞が伸展して主ポンプ羽根車２に吸い込まれることを阻止する空洞受け１０が設けられている。その空洞受け１０の外周と流路内壁との間の間隙部ｔは、気液分離用羽根車８の回転に伴う遠心力によって流路内壁に押し付けられた揚液のみが通過できる流路面積まで狭めておくものとする。竜巻状空洞の中央部近傍に臨んだ箇所は、主軸６中に設けられた連通孔６ａ及び排気通路ｈによって真空装置１２に接続されている。
又、主ポンプ羽根車２は、孔やスリット等により中央部近傍の前面側と背面側とが連通されており、その中央部近傍に臨んだ箇所も、排気通路ｈによって真空装置１２に接続されている。
排気通路ｈを通過する気体中に揚液が混入した場合に、その揚液の通過を阻止して気体のみを真空装置１２向けに通過させる保護手段としては、第１図に記載の保護手段１５と同様のものを使用してもよいわけであるが、この第４実施例においては、より確実な手段として、原発明３等の技術的思想に依拠した副ポンプ形式のものを例示してある。即ち、羽根車５を備えた副ポンプ４が、主ポンプ１に対して隔板３を隔てて付設されている。その副ポンプ羽根車５は、孔やスリット等により中央部近傍の前面側と背面側とが連通されており、又、真空装置１２の吸引力（真空度）に負けないだけの吐出能力（遠心力）を持つ構造にしてある。そして、主ポンプ羽根車２の中央部近傍も、気液分離用羽根車８からの連通孔６ａも共に、副ポンプ吸込口ｃに連通されている。この副ポンプ吸込口ｃの通過可能量は、副ポンプ羽根車５の吐出可能量よりも小さく設定されているものとする。更に、副ポンプ吐出口ｄは、還流路ｅによって主ポンプ吸込側に連通され、副ポンプ羽根車５の中央部近傍に臨んだ箇所は、真空装置１２に連通されている。
なお、気液分離用羽根車８の中央部近傍から副ポンプ吸込口ｃへの連通方法については、第４図に例示したような主軸６の軸心部に連通孔６ａを設ける方法の他にも、主軸６と各羽根車との嵌合部周辺に連通孔を設ける方法や、更には、気液分離用羽根車８の吸込側に立設した排気管及び隔板３に穿設した連通孔を経由して副ポンプ吸込口ｃに連通する方法もあり、適宜選択してよい。
この第４実施例のポンプ装置を作動させると、主ポンプ１のポンプ作用によって、揚液は、気液分離用羽根車８→主ポンプ吸込口ａ→主ポンプ吐出口ｂの経路で移送されるが、その際に、気液分離用羽根車８の回転によって揚液中の気泡は強制的に遠心分離され、この気液分離用羽根車８の中央部近傍に竜巻状空洞を発生する。この竜巻状空洞は、その尾底部が伸展して主ポンプ羽根車２に吸い込まれることが空洞受け１０によって阻止される。そして、該空洞気体は、竜巻状空洞の中央部近傍に臨んで設けられた連通孔６ａから副ポンプ４を経由して真空装置１２に吸引される。又、揚液中に気液分離用羽根車８でも分離しきれなかった気泡が残っている場合は、主ポンプ羽根車２の中央部近傍に再び空洞が形成されるが、その空洞気体も副ポンプ４を経由して真空装置１２に吸引される。
副ポンプ４に向かう気体に揚液が混入してきたとしても、副ポンプ羽根車５が真空装置１２の吸引力（真空度）に負けないだけの吐出能力（遠心力）を持つ構造にしてあるから、副ポンプ羽根車５は直ちに気液分離を行い、液分はその吐出口ｄから還流路ｅを経由して主ポンプ１の吸込側に返され、副ポンプ羽根車５の中央部近傍にできた空洞気体は真空装置１２に吸引される。従って、この運転中は排気通路ｈには揚液が行かないので、真空装置１２は安全であり、真空装置１２は十分に強力なものを使用できることとなる。
このように、気液分離を気液分離用羽根車８と主ポンプ羽根車２の２段構えで行い、更に排気中の混入揚液も副ポンプ４で分離するという構成を備えているので、強力な真空装置を用いた高度な脱泡を行い得るものである。又、以上の構成によって、本発明のポンプ装置は高度な自吸性能をも有している。
なお、揚液は気液分離用羽根車８によって強制的に気液分離されるが、気液分離用羽根車８の吸込側流路が気液分離用羽根車８の回転方向に沿って巻き込まれる形状に形成されると更に好ましいことは勿論であり、第４図にはこの形状に形成された吸込側流路が図示されている。
次に、第４図における排気通路ｈに付設された諸機構について説明する。
副ポンプ４より真空装置１２に至る排気通路ｈ中には、副ポンプ４の駆動力投入の時点から遅延して開弁する緩作動弁１３と、副ポンプ４の駆動力遮断の時点に直ちに閉鎖する急作動弁１４とが直列に介設されている。緩作動弁１３の遅延開弁作動によって、ポンプ起動の瞬間に主ポンプ１側の揚液が真空装置１２に引き込まれるのを防止し、急作動弁１４の即閉鎖作動によって、ポンプ停止の瞬間に主ポンプ１側の揚液が真空装置１２に引き込まれたり真空装置１２の作動液が主ポンプ１側に引き込まれたりするのを防止する。本図においては説明の簡単のために緩作動弁１３も急作動弁１４も電気的に開閉タイミングが制御（制御系統の図示は省略）されるものを例示している。この緩作動弁１３と急作動弁１４を、開弁は遅延時間をもって行い閉鎖は瞬時に行うよう制御された１個の弁に形成してもよい。
そして、第４図には、更に安全を期すための追加の保護手段として、気体の通過は許容し液体の通過は阻止するフロート弁１６や液溜槽１５が排気通路ｈ中に介装された例が図示されている。
フロート弁１６は、フロートの浮力によって閉鎖する一般的な形式のものが例示されており、ポンプ起動、運転、停止の全ての時点にわたって、副ポンプ４側の液面が上昇した場合に排気通路ｈを強制的に閉鎖する。又、液溜槽１５は、第１図に記載のものを更に簡略化したものが例示されており、容器の上部に入口ｋと出口ｍを備え、副ポンプ４又は真空装置１２のいずれかより侵入した液体がこの容器底部に滞留し、気体分のみが通過可能になるよう形成されている。これらの追加の保護手段によって、万一前述の一連の作動機構が損傷して作動不充分となった場合などの緊急時にも、排気通路ｈ中の液体の通過を阻止して、装置の安全の完璧を期すことができる。これら緩作動弁１３、急作動弁１４、フロート弁１６、液溜槽１５は、それぞれに有効な作用をするものであり、それらの内の一部のみを適用してもよい。
なお、第１実施例のものと同様に、この第４実施例のものにおいても、真空装置１２の排気口ｊを、図中の点線によって示された還気路ｕによって（必要に応じて昇圧手段２４を介在させた上で）主ポンプ１の吐出側に連通させれば、脱泡及び送液の後に気泡を再び揚液に混入させ、揚液の元の状態に復帰させるという使い方もできる。
その他の構成及び作用は第１実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第５図の第５実施例は、第４実施例のものの気液分離用羽根車８の気液遠心分離性能を更に向上させる手段の一つとして、その外径を大きくした適用例を示したものである。この場合、気液分離用羽根車８の回転に伴う遠心力によって流路内壁に強く押し付けられた揚液が、その遠心力に逆らいつつスムーズに主ポンプ吸込口ａに吸込まれて行くように、適宜の流れガイドを設ければ更に効果的である。このガイドは溝状のものでも羽根状のものでもよく、本図中には羽根状のガイド２２を例示してある。
なお、気液分離用羽根車８の吸込側中央部に、図示のようなキャップ状の部材を取付けておけば、揚液に遠心力の及ばない盲点を解消することができて好都合である。
その他の構成及び作用は第４実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第６図の第６実施例は、脱気ポンプとしての使用例を示したものであり、第５実施例のものの気液分離用羽根車８の吸込側の流路中に、揚液を減圧する絞り手段１７が介設され、減圧により揚液中で析出した気泡が気液分離用羽根車８によって強制的に遠心分離されるようになっている。
又、全体の構成について、気液分離用羽根車８を空洞受け１０と共に主ポンプ羽根車２の吸込側に一体的に形成し、副ポンプ４を気液分離用羽根車８の吸込側に設けて、更にコンパクトな装置にまとめた例を示したものである。
なお、絞り手段１７は、固定式でもよいが、図示のように開度調整可能とすれば更に好ましい。又、脱気効率の向上のために、気液分離用羽根車８の吸込側の流路中に揚液の加熱手段１８を介設してもよいことが例示されている。
その他の構成及び作用は第５実施例及び第２実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第７図の第７実施例は、第６実施例のものの気液分離用羽根車８及び空洞受け１０を多段に配設した例を示したものである。本実施例の場合、気液分離用羽根車８及び空洞受け１０が２段に構成されており、これによって、主ポンプ羽根車２も含めて合計３段階で気液分離が行われ、気泡を捕捉する機会を増やすようになっている。図示は省略するが、気液分離用羽根車８、空洞受け１０、主ポンプ羽根車２、副ポンプ羽根車５のいずれも、更に段数を増やしてもよいことは勿論である。
なお、本実施例においては、排気通路ｈ周辺の構成について、排気通路ｈ中に揚液が混入することは副ポンプ４のみでも十分に防いでくれるので、排気通路ｈをそのまま真空装置１２に直結させるという簡易な構成にしても実用上はほぼ差し支えないことも例示した。勿論、第６実施例のように排気通路ｈ中に各種保護手段を設ければ更に好ましい。
その他の構成及び作用は第６実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第８図の第８実施例は、脱気ポンプとしての他の使用例を示したものであり、第４〜第５実施例のものの気液分離用羽根車８の吸込側の流路中に、揚液を減圧する絞り手段１７が介設され、減圧により揚液中で析出した気泡が気液分離用羽根車８によって強制的に遠心分離されるようになっている。
又、副ポンプ４を真空装置１２と同一の回転軸上に設けて、吸込流路ｃ’を介して主ポンプ１と接続してもよいことを例示してある。
そして、真空装置１２が液封式真空ポンプである場合の適用例として、緩作動弁１３を電気式から液圧式の弁に置き換えたものを例示してある。その構造は、原発明３の公開公報に記載の構造に依拠したもので、液封式真空ポンプ１２の作動液の液圧の上昇に伴い弁駆動室ｗの内圧が徐々に上昇することによって、一定時間経過後に開弁するようになっている。この緩作動弁１３に急作動弁１４の機能も合体させて、開弁は遅延時間をもって行い閉鎖は瞬時に行う１個の弁に構成する方法もあるが、原発明３の公開公報に詳しく記述されているので、詳説は省略する。なお、液溜槽１５については、該真空ポンプ１２の吸気口ｉの側に直結して取付けられた例を示した。液封式真空ポンプ１２の作動原理及び構造は公知のものなので、その詳説は省略する。
その他の構成及び作用は第４〜第５実施例及び第２実施例のものと同様なので詳説は省略する。
第９図の第９実施例は、キャビテーションによる滅菌作用等を持つポンプとしての使用例を示したものであり、第８実施例のものにキャビテーションを発生させる仕組みを付加している。又、全体の構成について、主ポンプ１、気液分離用羽根車８、副ポンプ４、真空装置１２の全てを同一の回転軸上に配置して、コンパクトな装置にまとめた例を示したものである。第１０図は第９図におけるＸ−Ｘ’断面、第１１図は第９図におけるＹ−Ｙ’断面を図示したものであり、主ポンプ羽根車２、気液分離用羽根車８、副ポンプ羽根車５の形状の一例を示している。
キャビテーションを発生させる方法としては、超音波発振式などのキャビテーション発生手段を揚液流路中に設ける方法もあるが、この第９実施例においては、主ポンプ１の構成部材、特に主ポンプ羽根車２をキャビテーションを発生しやすい形状に形成したものを例示した。キャビテーションの発生しやすい羽根車とは、渦や乱流による圧力変動を引き起こしやすい羽根車ということであるから、例えば、局所的な凹凸や表面粗さがあること、羽根の断面形状が流線型でないことなどが好ましい形状の条件となる。本実施例においては、その一例として、主ポンプ羽根車２に平板状の羽根を設けたものが例示してある。その表面には、凹凸を設けたり、適宜個数の穴を設けたり、櫛歯状や網目状にするなど、渦や乱流の起きやすい形状にすれば更に好ましい。
なお、キャビテーションの発生位置が羽根面から離れて下流側に来ることを「スーパーキャビテーション」と称し、この状態では、羽根面のキャビテーション壊食がほとんど起こらないので、主ポンプ羽根車２をスーパーキャビテーション羽根型とするのも好ましい。スーパーキャビテーション羽根型としては、前記の平板状のもののほか、くさび状のものなど種々の公知の形状が適用できる。
気液分離用羽根車８についても、同様にキャビテーションを発生しやすい形状に形成してもよく、更にスーパーキャビテーション羽根型としてもよい。
本実施例においては、更に、揚液に混入した異物を破砕するための破砕手段の一例として、気液分離用羽根車８に先行してこれと同軸の回転刃部２０を設け、これに対応してケーシング側に固定刃部２１を設けたものを図示してある。これによって、揚液中に閉塞の原因となる異物、例えば繊維、塊、その他の挟雑物、草藻類、その他の小生物等が混じる場合に、それらを物理的に破砕しながら送液することができる。勿論、異物を捕捉するストレーナーをこの破砕手段の代わりに使用したり、両者を併用してもよい。
その他の構成及び作用は第８実施例及び第３実施例のものと同様なので詳説は省略する。
次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
絞り手段１７については、その目的に添ったものであれば、オリフィス（固定式でも可変式でもよい）や各種開閉弁を使用するなど適宜に選択してよく、又、複数設置してもよいし、更に、アクチュエーターを取付けて遠隔操作してもよい。加熱手段１８についても、ヒーター式、熱交換器式など適宜に選択してよい。
主ポンプ羽根車２については、ノンクロッグ型、オープン型、セミオープン型、クローズド型など、公知のいかなる形状のものも適用できる。気液分離用羽根車８、空洞受け１０、副ポンプ羽根車５についても、各種公知の形状のものが適用可能であり、気液分離をより効果的にするために、外径を大きくしたり、複数個を装着してもよい。又、主ポンプ羽根車２と気液分離用羽根車８、もしくは主ポンプ羽根車２と副ポンプ羽根車５とを、一体的に形成させて、コンパクトな装置にまとめることもできる。
副ポンプ４の吐出口ｄと主ポンプ１の吸込側との間の還流路ｅは、ポンプケーシングと一体鋳造で形成しても、別途配管を装着してもよい。
真空装置１２は、各種公知のものが適用可能であり、個数も１つでもよいし、分岐して任意の真空装置を追加してもよい。
なお、主ポンプ１、気液分離用羽根車８、副ポンプ４、真空装置１２の全てが同じ回転軸上にあっても、あるいはいずれかが異なる回転軸系を持ってもよく、前記の各実施例に述べた組合せや配置の他にも、適宜に組合せや配置を選択できることは言うまでもない。
本発明の技術的思想は、主ポンプ１が遠心ポンプ以外の方式、例えば斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦流ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤーポンプ等の場合にも適用できることは勿論である。
その他、本発明の各構成要素にわたって、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数や位置や配列順序を変更したり、従来技術を援用するなど、種々設計変更可能であり、更にその素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
産業上の利用可能性
本発明は、気泡を大量に含む液でも連続吸上げ輸送が可能なポンプ装置を、簡潔な構成によって改良し、安定的且つ確実に作動する気液分離機構等を導入して、高度な脱泡作用、脱気作用、更には揚液の滅菌作用、小生物の駆除作用、不純物の破壊作用、異物の破砕作用なども奏することのできる、高性能かつ多目的なポンプ装置を得たものである。真空装置への揚液の侵入等による故障がなく、耐久力があり、完全自動運転ができて管理上の手が掛からず、小型化も大型化も容易に実施でき、設備及び管理コストも極めて経済的であり、その実施効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第２図は、本発明の第２実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第３図は、本発明の第３実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第４図は、本発明の第４実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第５図は、本発明の第５実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第６図は、本発明の第６実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第７図は、本発明の第７実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第８図は、本発明の第８実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第９図は、本発明の第９実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第１０図は、第９図におけるＸ−Ｘ’断面図である。
第１１図は、第９図におけるＹ−Ｙ’断面図である。
第１２図は、従来技術例を示す縦断面図（一部側面図）である。
第１３図は、従来技術例を示す縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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