(57)【要約】【課題】ロータの１回転あたりの容量を多くして大流量が得られる小型であって、自給性能を向上させた６葉式２軸容積回転ポンプを提供すること。【解決手段】吸込口２と吐出口３を設けたケーシング１内に一対のロータ５を収め、各ロータ５のロータ軸６をケーシング１の両側に夫々固定されたハウジング１５，１６によって回転自由に支持した２軸容積回転ポンプｐであって、ロータ５は、ロータ軸６を中心として等角度間隔で放射方向に延びる６つの羽根７が形成されていて、各羽根７の回転方向における厚さ（ｔ）を一定に形成すると共に当該羽根７の頂部７ａと谷部７ｂとの間隔寸法（ｈ）を厚さ（ｔ）の３〜５倍に設け、ロータ軸６の回転中心（ｏ）同士を結ぶ仮想線（ｖ）が垂直方向、水平方向又は所定角度で斜め方向の何れかに設定されるようにケーシング１及びロータ５，５を配設した。【選択図】図２
2012087663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込口と吐出口を設けたケーシング内に一対のロータを収め、各ロータのロータ軸を該ケーシングの両側に夫々固定されたハウジングによって回転自由に支持した２軸容積回転ポンプであって、
前記ロータは、前記ロータ軸を中心として等角度間隔で放射方向に延びる６つの羽根が形成されていて、各羽根の回転方向における厚さを一定に形成すると共に当該羽根の頂部と谷部との間隔寸法を該厚さの３〜５倍に設けたことを特徴とする６葉式２軸容積回転ポンプ。
【請求項２】
前記ロータ軸の軸封部が、前記ハウジング側に固定したフローティングシートと、そのロータ軸に装着したシールリングの対向部同士を接触させることにより軸封を施すメカニカルシール構造とされ、外周に凹凸部が形成された円形カッターを該ロータ軸の各側面に固定し、前記ハウジング室の内周面と該カッターの凹凸部との間に隙間を生ずるように設けたことを特徴とする請求項１に記載の６葉式２軸容積回転ポンプ。
【請求項３】
前記ロータ軸の軸封部が、前記ハウジング側に固定したオイルシールの内縁部と、そのロータ軸に装着したスリーブの外周面とを接触させることにより軸封を施すオイルシール構造とされ、外周に凹凸部が形成された円形カッターを該ロータ軸の各側面に固定し、前記ハウジング室の内周面と該カッターの凹凸部との間に隙間を生ずるように設けたことを特徴とする請求項１に記載の６葉式２軸容積回転ポンプ。
【請求項４】
前記ロータ軸の回転中心同士を結ぶ仮想線が垂直方向、水平方向又は所定角度で斜め方向の何れかに設定されるように前記ケーシング及びロータを配設したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の６葉式２軸容積回転ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所・製鉄所等から排出される二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの回収装置、河川や湖沼等の閉鎖水域における汚染水及び浄化槽から放出される汚水の水質改善を行なう装置等に利用可能な６葉式２軸容積回転ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
水、オイル、燃料等の液体・気体等の流体を移送するためのポンプとして、ギヤポンプやベーンポンプが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、流体用の入口部及び出口部と加圧面を有するハウジングと、チャンバ内に加圧面に対して所定の隙間を持って噛み合い状態で回転可能に収められた一対のギヤ（平歯車）と、ギヤと加圧面との隙間を調整する装置を備えたギヤポンプが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、環状ロータと波形ロータの一対をケーシング内に噛み合い状態で回転可能に収め、環状ロータの半径方向に形成された６つのシリンダ口に、底部に遊挿されたベーンがバネを介して押し出されるように板状のピストンを夫々挿入し、両端をケーシングに固定された支軸を環状ロータの回転軸線と平行させて当該ロータ内に通し、その支軸の周面にベーンの先端を弾接させるように設けたベーンポンプが開示されている。
【０００５】
ところで、特許文献１においては、上部及び下部ハウジングの間に装着されて摺動可能な中央ハウジングのチャンバ内面の第１ローブ・第２ローブと、一対のギヤとの空間が大きいことから、ポンプ効率が良くない。また、ギヤポンプの分解や部品交換をすることなく前記隙間を調整ネジによって調整することができるとされているが、その調整作業は容易ではない。特許文献２においては、ピストンやベーンが環状ロータに入り込んでしまってスムーズに出没動作をしない状態が生ずることがある。このときに、流体の逆流現象が加圧室内部で発生するのでポンプの機能は低下する。
【０００６】
従来のギヤポンプやベーンポンプでは、ギヤ又はロータの１回転あたりの容量が少なく、容量を多くするために毎分１０００回転以上の高速運転を行なうと振動が大きくなる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１２９５８９号公報
【特許文献２】特開平６−４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ロータの１回転あたりの容量を多くして大流量が得られる小型であって、自給性能を向上させた６葉式２軸容積回転ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、吸込口と吐出口を設けたケーシング内に一対のロータを収め、各ロータのロータ軸を該ケーシングの両側に夫々固定されたハウジングによって回転自由に支持した２軸容積回転ポンプであって、
前記ロータは、前記ロータ軸を中心として等角度間隔で放射方向に延びる６つの羽根が形成されていて、各羽根の回転方向における厚さを一定に形成すると共に当該羽根の頂部と谷部との間隔寸法を該厚さの３〜５倍に設けたことを特徴とする。
【００１０】
同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の６葉式２軸容積回転ポンプにおいて、前記ロータ軸の軸封部が、前記ハウジング側に固定したフローティングシートと、そのロータ軸に装着したシールリングの対向部同士を接触させることにより軸封を施すメカニカルシール構造とされ、外周に凹凸部が形成された円形カッターを該ロータ軸の各側面に固定し、前記ハウジング室の内周面と該カッターの凹凸部との間に隙間を生ずるように設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
軸封部は、ハウジング側に固定したフローティングシートと、ロータ軸に装着したシールリングの対向部同士を接触させることにより軸封を施すメカニカルシール構造とされ、吸入する流体に混入する繊維等の夾雑物がハウジング室に侵入しても、夾雑物は円形カッターによって裁断されて低圧側の吸込み作用によってケーシング内へ戻されて流体と一緒に排出される。この軸封部を備えたポンプは、流体が主に液体の場合でウォータポンプに適する。
【００１２】
同様の目的を達成するために請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の６葉式２軸容積回転ポンプにおいて、前記ロータ軸の軸封部が、前記ハウジング側に固定したオイルシールの内縁部と、そのロータ軸に装着したスリーブの外周面とを接触させることにより軸封を施すオイルシール構造とされ、外周に凹凸部が形成された円形カッターを該ロータ軸の各側面に固定し、前記ハウジング室の内周面と該カッターの凹凸部との間に隙間を生ずるように設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
軸封部は、ハウジング側に固定したオイルシールの内縁部と、ロータ軸に装着したスリーブの外周面とを接触させることにより軸封を施すオイルシール構造とされ、吸入する流体に混入するゴミ等の夾雑物がハウジング室に進入しても、夾雑物は円形カッターによって切断されてオイルシール内への侵入が防止される。この軸封部を備えたポンプは、流体が主に気体の場合でブロワに適する。
【００１４】
同様の目的を達成するために請求項４に記載した発明は、請求項１から３の何れかに記載の６葉式２軸容積回転ポンプにおいて、前記ロータ軸の回転中心同士を結ぶ仮想線が垂直方向、水平方向又は所定角度で斜め方向の何れかに設定されるように前記ケーシング及びロータを配設したことを特徴とするものである。
【００１５】
ロータ軸の配置により吸入口や吐出口の位置を変えることができることから、様々な用途に合わせて本発明に係るポンプを設計することができる。
【発明の効果】
【００１６】
（請求項１の発明）
この６葉式２軸容積回転ポンプは、ロータの１回転あたりの容量を多くして大流量が得られる小型構造とされ、低速運転ができることから騒音や振動が少なく、ウォータポンプ、空気ブロワ、湿式ブロワ等の様々な用途に利用可能である。さらに、ウォータポンプに使用した場合には、吸込水量に対して５０％以上の吸込空気量を得ることができ、自給性能が低下しないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプの正面図
【図２】同、側面図
【図３】ロータの回転角度を変化させて連続的に表した説明図
【図４】メカニカルシール構造の軸封部の説明図
【図５】オイルシール構造の軸封部の説明図
【図６】本発明に係るポンプの利用例１
【図７】本発明に係るポンプの利用例２
【図８】本発明に係るポンプの性能試験結果を示すグラフ
【図９】二酸化炭素ガス溶存量の測定結果を示すグラフ（１）
【図１０】二酸化炭素ガス溶存量の測定結果を示すグラフ（２）
【図１１】本発明に係るポンプと比較例における二酸化炭素ガスの溶解量の測定結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプ（以下、本発明に係るポンプともいう）ｐは、吸込口２と吐出口３を設けたケーシング１内に一対のロータ５，５を収め、各ロータ５のロータ軸６をケーシング１の両側に夫々固定されたハウジング１５，１６に夫々装着されたベアリング１７によって回転自由に支持するように設けられている。ハウジング１５から突出する下方のロータ軸６には、プ−リ２０を取り付けて別途モータ装置により駆動するように設けている。ハウジング１６から突出するロータ軸６，６には、タイミングギヤ２１を夫々固定して当該ギヤ同士を噛合させるように設ける。２２はハウジング１６の外端面に取り付けたギヤカバーである。
【００２０】
この実施例におけるケーシング１及びロータ５，５については、図２に示すように、ロータ軸６，６の回転中心（ｏ）同士を結ぶ仮想線（ｖ）を所定角度、ここでは４５度で斜め方向に設定するように配置されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明に係るポンプｐの吸入口や吐出口の位置を限定することにより様々な設置状態に対応可能であることから、仮想線（ｖ）が斜め方向に限らず、垂直方向又は水平方向の何れかに設定する場合もある。
【００２１】
ロータ５は、ロータ軸６を中心として（６０度の）等角度間隔で放射方向に延びる６つの羽根（葉片）７が一体状に形成され、各羽根７の回転方向における厚さ（ｔ）を一定に形成して側面から見て直線形とすると共に当該羽根７の頂部７ａと谷部７ｂとの間隔寸法（ｈ）を厚さ（ｔ）の３〜５倍に設けられる。そして、ロータ５は、羽根７の頂部７ａとケーシング１の内面１ａとの隙間を０．３ｍｍ程度に保って互いに反対方向に回転するように設けられている。
【００２２】
ロータ５の回転角度を１０度毎に変化させて連続的に表した状態を図３に示す。
吸込側と吐出側の間におけるケーシング１の内面１ａに対して最大で４つの羽根７が同時に閉じて３つの室が生ずることから、室間における流体の内部漏れが少ない。これにより、本発明に係るポンプｐの効率は、ルーツポンプに比べて高い。
【００２３】
図２において、一方のロータ５の羽根７の頂部７ａと他方のロータ５の谷部７ｂとの隙間は、最大で５ｍｍ程度となる。これにより、本発明に係るポンプｐは、ルーツポンプに見られるロータ間における流体の閉じ込み現象が発生しなくなり、１０００ｒｐｍ以上の高速回転をしても振動が少ない。また、２つの羽根７の頂部７ａによりケーシング１の内面１ａを閉じたときに生ずる室の容積が大きいことから、ロータの１回転当たりの容量が多くなり、小型で大流量を得ることができる。参考として、同一軸間寸法・外形寸法とした各種ロータ形状の１回転当たりの概略容量を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2012087663.tif 000003
【００２５】
ロータ軸６の軸封部については、流体が主に液体の場合でウォータポンプに適するメカニカルシール構造、又は流体が主に気体の場合でブロワに適するオイルシール構造の何れかを採用する。以下に、各シール構造について述べる。
【００２６】
（メカニカルシール構造）
図４において、ロータ軸６の各側面には、外周に平行な凹凸部２５ａが連続して形成された円形カッター２５を固定し、ケーシング１に連通するハウジング室１８の内周面と該カッター２５の凹凸部２５ａとの間に僅かな隙間（ｃ）を生ずるように設けている。ロータ軸６には、ウレタン製ショックゴム２６とシールリング２７とが円形カッター２５の端面に密着するように順に装着されている。２７ａはシールリング２７の端面に周設された金属製シール部である。ベアリング１７の外輪側には、オイルシール３０が内装されたカラー部材２９を嵌着し、そのカラー部材２９の奥にフローティングシート３１を嵌着している。３１ａはフローティングシート３１の端面に周設された金属製シール部である。３２はフローティングシート３１の段部に装着されてカラー部材２９に密着するように設けられたＯリング、３３はベアリング１７の外方でハウジング１５に装着されたダストシールである。１８ａはハウジング室に溜まるドレンを排出するためのドレン孔である。
【００２７】
しかして、ハウジング１５側に固定したフローティングシート３１と、ロータ軸６に装着したシールリング２７の対向部同士、即ちシール部３１ａ，２７ａ同士を接触させることにより軸封を施すメカニカルシール構造が構成される。また、ハウジング１６側についても、同様のメカニカルシール構造の軸封を施すものとする。
【００２８】
（オイルシール構造）
ロータ軸６には、ケーシング１内からハウジング室１８に浸入する水等を遠心力作用によって吹き飛ばす振り切りリング３６を挟み込むように前後にスリーブ３５，３５を装着している。ハウジング１６側には、各スリーブ３５に夫々対応するように前方（奥）に２個、後方に１個のオイルシール３８が固定されている。３９はベアリング１７の外方でハウジング１５に装着されたダストシールである。１８ａはハウジング室１８に溜まるドレンを排出するためのドレン孔である。
【００２９】
なお、ロータ軸６の各側面に円形カッター２５を固定する点に関しては、メカニカルシール構造の場合と変わらないので説明を省く。
【００３０】
しかして、ハウジング１５側に固定したオイルシール３８の内縁部３８ａと、ロータ軸６に装着したスリーブ３５の外周面とを接触させることにより軸封を施すオイルシール構造が構成される。なお、ハウジング１６側についても、同様のオイルシール構造を施すものとする。
【００３１】
以上により、ロータ５，５の回転により吸込口２から吸い込まれる流体を圧縮して吐出口３から吐出する本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプｐが構成される。
【００３２】
（ポンプの利用例）
本発明に係るポンプｐの利用例を図面に基づいて説明する。
図６に示す二酸化炭素ガス回収装置は、発電所等から排出される二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを本発明に係るポンプｐにより吸い込まれる水に混合させて水中に放出し溶存させることにより回収を行なうために使用される。機台５１上には、本発明に係るポンプｐと、このポンプを駆動するためのモータ装置５２が設置されている。ポンプｐの吸込口２には、先端にストレーナ５４を取り付けた吸入管５３を接続し、吐出口３には排出管５７を接続している。吸入管５３には、二酸化炭素ガスを導入するためのガス導入管５５が接続されている。６０は補給管６１から補給される水を溜める第１水槽、６２は二酸化炭素ガスを溶存させるための第２水槽である。
【００３３】
図７に示す微細気泡発生装置は、河川や湖沼等の特に閉鎖水域の汚染された水に微細気泡を吹き込むことにより水質を改善するために使用される。この装置は、前記二酸化炭素ガス回収装置の構成とほぼ同じ構成とされており、同じ構成要素については記号を流用して図面に記載した。吸入管５３には、外気を導入するための空気導入管５６が接続されている。６５は河川や湖沼等の閉鎖水域である。
【００３４】
本発明に係るポンプｐは、水と、二酸化炭素ガス又は空気を同時に吸引することによって各羽根７の回転方向の背面側に吸込負圧による局部真空が発生すると共に吐出側の圧力により瞬間的に室内に閉じ込められた気泡が微細化される。そこで、かかるポンプを上記装置に使用した場合にポンプから放出されて水中に溶解する二酸化炭素ガス又は空気は、微細気泡となって長期間拡散しないことが出願人の実験により確かめられている。
【００３５】
（実験１）
本発明に係るポンプについて、水１００％から空気１００％に至る吸込み性能試験を行なった。その結果を図８のグラフに示す。
（実験条件）
本発明に係るポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：４５０ｒｐｍ
モータ装置
出力：１．５Ｋｗ
【００３６】
実験の結果、水１００％から空気１００％の全領域においてキャビテーションの発生もなく、安定して運転できることが確認された。
【００３７】
（実験２）
本発明に係るポンプについて、吸引した水に３０％濃度の二酸化炭素ガスを混入させるように調整し、ポンプの吐出口から水中に放出された後の二酸化炭素ガスの溶存量を測定した。その結果を図９のグラフに示す。
また、水中の二酸化炭素ガスの溶存量に関し、ポンプの吐出口直後で排水を採取して瞬時値を測定した。その結果を図１０のグラフに示す。
（実験条件）
本発明に係るポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：２５０ｒｐｍ
モータ装置
出力：０．７５Ｋｗ
吸込水量：２００リットル／分
吸込二酸化炭素ガス量：２０リットル／分
吸込空気量：４７リットル／分
水槽容積：９５０リットル
水温：３０℃
【００３８】
実験の結果、水中における二酸化炭素ガスの溶存量は、３０分経過後に約４８０ｍｇ／Ｌとなり、二酸化炭素ガスが効果的に溶存することが確認された。また、二酸化炭素ガスの瞬時値に関しては、僅か１０秒経過で約２３０ｍｇ／Ｌ、３０秒経過で約２７０ｍｇ／Ｌとなり、以後変化が少なく、短時間でも多量の二酸化炭素ガスが溶存することが確認された。
【００３９】
（実験３）
本発明に係るポンプと比較例の２葉式ルーツポンプについて、吸込み水量と吸込み二酸化炭素ガス量との混合比率を変えつつポンプの吐出口直後の二酸化炭素ガスの水中への溶解量を比較する実験を行なった。その結果を図１１に示す。
（実験条件）
本発明に係るポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：２５０ｒｐｍ
モータ装置
出力：０．７５Ｋｗ
比較例の２葉式ルーツポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：７００ｒｐｍ
モータ装置
出力：１．５Ｋｗ
【００４０】
実験の結果、本発明に係るポンプは比較例のルーツポンプよりも多くの二酸化炭素ガスを溶解させることが確認された。このことは、本発明に係るポンプでは、ケーシング内で二酸化炭素ガスと水の混合する回数が比較例よりも多いことに起因すると考えられる。
【符号の説明】
【００４１】
ｐ・・・本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプ
（０）・・・回転中心
（ｖ）・・・仮想線
（ｈ）・・・間隔寸法
（ｔ）・・・羽根の厚さ
（ｃ）・・・隙間
１・・・ケーシング
２・・・吸込口  ３・・・吐出口
５・・・ロータ
６・・・ロータ軸
７・・・羽根
７ａ・・・頂部  ７ｂ・・・谷部
１５，１６・・・ハウジング
２５・・・円形カッター
２５ａ・・・凹凸部
２７・・・シールリング
３１・・・フローティングシート
３５・・・スリーブ
３８・・・オイルシール
３８ａ・・・内縁部
【図１】
2012087663.tif 000004
【図２】
2012087663.tif 000005
【図３】
2012087663.tif 000006
【図４】
2012087663.tif 000007
【図５】
2012087663.tif 000008
【図６】
2012087663.tif 000009
【図７】
2012087663.tif 000010
【図８】
2012087663.tif 000011
【図９】
2012087663.tif 000012
【図１０】
2012087663.tif 000013
【図１１】
2012087663.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月1日(2011.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
軸封部は、ハウジング側に固定したオイルシールの内縁部と、ロータ軸に装着したスリーブの外周面とを接触させることにより軸封を施すオイルシール構造とされ、吸入する流体に混入するゴミ等の夾雑物がハウジング室に侵入しても、夾雑物は円形カッターによって切断されてオイルシール内への侵入が防止される。この軸封部を備えたポンプは、流体が主に気体の場合でブロワに適する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
ロータ５の回転角度を１０度毎に変化させて連続的に表した状態を図３に示す。
吸込側と吐出側の間におけるケーシング１の内面１ａに対して最大で４つの羽根７が同時に閉じて３つの室が生ずることから、室間における流体の内部漏れが少ない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図２において、一方のロータ５の羽根７の頂部７ａと他方のロータ５の谷部７ｂとの隙間は、最大で１ｍｍ程度となる。図３において、（２）・（３）及び（５）・（６）に示すロータ５，５の位置では、閉じ込み現象が発生する。そして、各ロータ５，５の回転方向の背面側の吸込負圧による局部真空によってガスと水との混合作用が繰り返されて微細気泡が生ずる。なお、局部真空によってキャビテーションが発生するが、本発明に係るポンプｐは２葉式回転ポンプに比べてキャビテーション音や振動が小さくなる。
また、２つの羽根７の頂部７ａによりケーシング１の内面１ａを閉じたときに生ずる室の容積が大きいことから、ロータ５，５の１回転当たりの容量が多くなり、小型で大流量を得ることができる。参考として、同一軸間寸法・外形寸法とした各種ロータ形状の１回転当たりの概略容量を表１に示す。