(57)【要約】  遠心ポンプから形成され得るキャビテーション反応器（１）が示されている。反応器は、ステータ（２）と、ステータ（２）のチャンバ（２１）内に収容された少なくとも１つの遠心段（４）を有するロータ（３）とを備える。遠心段（４）の２つの壁（４１、４２）は、それらの間に間隙（４３）を画定し、間隙（４３）は、遠心段（４）の周辺部分（４６）においてステータ（２）のチャンバ（２１）と流体連通している区画（４７）に分割される。ステータ（２）のチャンバ（２１）の入口開口部（２５）に隣接する遠心段（４）の壁（４１）は、遠心段（４）の中央部分（４５）において閉鎖され、そのことにより、間隙（４３）を通る入口開口部（２５）から遠心段（４）の周辺部分（４６）への流体の流れを防止する。【選択図】図１
2022502254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ（２１）を画定するステータ（２）であって、流体を前記チャンバ（２１）内に導入し、前記チャンバ（２１）から排出するための第１および第２の開口部（２５、２６）を有する、ステータ（２）と、
前記ステータ（２）に接続され、長手方向（Ｘ−Ｘ）に延びる回転軸（Ａ−Ａ）を中心として前記ステータ（２）に対して回転可能な駆動シャフト（３１）を備えるロータ（３）であって、前記ロータ（３）は、前記駆動シャフト（３１）に固定され、前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）内に収容された遠心段（４）を備え、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）は、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）において前記遠心段（４）に対向し、かつ流体の流れを長手方向に案内するように成形された案内部分（２７）を有する、ロータ（３）と
を備えるキャビテーション反応器（１）であり、
前記遠心段（４）は、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）の近位にある第１の壁（４１）と、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）の遠位にある第２の壁（４２）とを備え、前記第１および第２の壁（４１、４２）は、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に対して横断方向に配置され、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に離間されることにより、それらの間に間隙（４３）を画定し、前記間隙（４３）は、前記第１および第２の壁（４１、４２）間の前記遠心段（４）内に形成された凹部であり、
前記遠心段（４）は、前記回転軸（Ａ−Ａ）を中心として円周方向に離間した前記間隙（４３）内の複数の隔壁（４４）を備え、前記隔壁（４４）は、前記回転軸（Ａ−Ａ）に近い前記遠心段（４）の中央部分（４５）と前記回転軸（Ａ−Ａ）から遠い前記遠心段（４）の周辺部分（４６）との間に延びる複数の区画（４７）に前記間隙（４３）を分割し、前記区画（４７）は、前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）において前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）と流体連通している、キャビテーション反応器（１）であって、
前記第１の壁（４１）は、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）で閉鎖され、そのことにより、前記間隙（４３）の前記区画（４７）を通る前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）と前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）との間の流体の流れを防止することを特徴とする、キャビテーション反応器（１）。
【請求項２】
前記第１および第２の壁（４１、４２）の各々は、内面（４１ａ、４２ａ）を有し、前記第１および第２の壁（４１、４２）の前記内面（４１ａ、４２ａ）は、互いに対向し、前記間隙（４３）に対向し、前記間隙（４３）は、前記第１および第２の壁（４１、４２）の前記内面（４１ａ、４２ａ）によって前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に画定される、請求項１に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項３】
前記チャンバ（２１）は、前記遠心段（４）全体を半径方向に取り囲む管状領域（２８）を有し、
前記間隙（４３）は、前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）において前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）の前記管状領域（２８）と流体連通している、請求項１または請求項２に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項４】
前記間隙（４３）は、主に、前記ステータ（２）の長手方向中心軸から離れる方向に延びる実質的に半径方向（Ｒ−Ｒ）に延びる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項５】
前記遠心段（４）の前記第１の壁（４１）は、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）に中央開口部（４９）を有し、前記遠心段（４）は、前記中央開口部（４９）を閉鎖するために前記第１の壁（４１）に固定された閉鎖部材（４８）を備える、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項６】
前記閉鎖部材（４８）は、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）における前記間隙（４３）の前記区画（４７）間の流体連通を防止するように成形される、請求項５に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項７】
前記間隙（４３）の前記区画（４７）は、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）において互いに流体連通している、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項８】
前記隔壁（４４）は、前記駆動シャフト（３１）が前記ステータ（２）に対して回転するときに前記間隙（４３）内で流体を回転させ、そのことにより、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）における前記間隙（４３）内の前記流体と前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）における前記流体との間に圧力差を生じさせるように成形される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項９】
前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）は、前記第１の開口部（２５）が形成された前壁（２２）と、前記前壁（２２）から前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に離間された後壁（２３）と、前記前壁（２２）と前記後壁（２３）とを互いに接続し、前記遠心段（４）を取り囲む周壁（２４）とによって画定され、
前記遠心段（４）の前記第１の壁（４１）は、前記ステータ（２）の前記前壁（２２）から離間され、前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）は、前記ステータ（２）の前記周壁（２４）から離間され、そのことにより、前記遠心段（４）の周りの前記第１の開口部（２５）と前記第２の開口部（２６）との間で流体が流れるようになる、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項１０】
前記ロータ（３）は、前記駆動シャフト（３１）に固定され、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に互いに離間された複数の遠心段（４）を備え、少なくとも１つの第１の遠心段（４）の前記第１の壁（４１）は、前記関連する間隙（４３）の前記区画（４７）を通る前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）と前記関連する周辺部分（４６）との間の流体の流れを防止するためにその中央部分（４５）で閉鎖され、少なくとも１つの第２の遠心段は、前記中央部分（４５）に開放中央開口部（４９）を有し、前記第２の遠心段（４）は、前記開放中央開口部（４９）から前記間隙（４３）の前記区画を通って前記関連する周辺部分（４６）へと流体を圧送するように構成される、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項１１】
前記第１の遠心段（４）は、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）の遠位にあり、前記第２の遠心段は、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）の近位にある、請求項９に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項１２】
前記チャンバ（２１）内の前記流体の圧力を、前記間隙（４３）内の空気溜まりを防止するように適合された閾値よりも高く維持するように構成された圧力調整手段を備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のキャビテーション反応器（１）。
【請求項１３】
請求項５に記載のキャビテーション反応器（１）の製造方法であって、
チャンバ（２１）を画定するステータ（２）であって、流体を前記チャンバ（２１）内に導入するための第１の開口部と、前記流体を前記チャンバ（２１）から排出するための第２の開口部（２６）とを有する、ステータ（２）と、
前記ステータ（２）に接続され、長手方向（Ｘ−Ｘ）に延びる回転軸（Ａ−Ａ）を中心として前記ステータ（２）に対して回転可能な駆動シャフト（３１）を備えるロータ（３）であって、前記ロータ（３）は、前記駆動シャフト（３１）に固定され、前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）内に収容された遠心段（４）を備え、前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）は、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）において前記遠心段（４）に対向し、かつ流体の流れを長手方向に案内するように成形された案内部分（２７）を有する、ロータ（３）と
を備える遠心ポンプであり、
前記遠心段（４）は、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に対して横断方向に配置され、前記長手方向（Ｘ−Ｘ）に離間されることにより、それらの間に間隙（４３）を画定する第１の壁（４１）および第２の壁（４２）を備え、前記間隙（４３）は、前記第１および第２の壁（４１、４２）間で前記遠心段（４）内に形成された凹部であり、前記第１の壁（４１）は、前記第２の壁（４２）と前記ステータ（２）の前記第１の開口部（２５）との間に配置され、
前記遠心段（４）は、前記回転軸（Ａ−Ａ）を中心として円周方向に離間した前記間隙（４３）内の複数の隔壁（４４）を備え、前記隔壁（４４）は、前記回転軸（Ａ−Ａ）に近い前記遠心段（４）の中央部分（４５）と前記回転軸（Ａ−Ａ）から遠い前記遠心段（４）の周辺部分（４６）との間に延びる複数の区画（４７）に前記間隙（４３）を分割し、前記区画（４７）は、前記遠心段（４）の前記周辺部分（４６）において前記ステータ（２）の前記チャンバ（２１）と流体連通しており、
前記遠心段（４）の前記第１の壁（４１）は、前記遠心段（４）の前記中央部分（４５）に中央開口部（４９）を有する、遠心ポンプを提供するステップと、
前記中央開口部（４９）を閉鎖するために閉鎖部材（４８）を前記第１の壁（４１）に固定するステップと
を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体（例えば、液体の混合物、液体と固体の混合物または液体と気体の混合物を含む）を処理するためにキャビテーションを使用するキャビテーション反応器の分野において、反応器から流出する流体の均質性を向上させるために、または液体中に分散された固体粒子または気泡のサイズを低減するために、適用される。特に、本発明は、単純な構造を有する効果的なキャビテーション反応器、およびそのような反応器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションは、ダクト内を流れる流体が、例えば、流体の速度または向きの急激な変化により、著しい圧力変化を受けたときに生じる。ダクトの最小圧力位置では、流体の平衡蒸気圧が流体の内圧を超えることがあり、その結果、特に液体が高張力にさらされる領域における、蒸気泡の形成につながる。流体圧力が再び増加すると（例えば、流体がポンプに入るときに最小圧力点を越えるので）、気泡が内破し、そのことにより、熱および超音波流体力学的衝撃波が発生し、ポンプ部品に重大な損傷を引き起こす可能性がある。
【０００３】
この場合、キャビテーションは破壊作用を有し、したがって、ポンプおよび液圧システムは、一般に、流体圧力を常に閾値より高く維持し、より高い圧力領域へと向けられた張力を流体に受けさせる急激な圧力変化を回避することによって、気泡形成を回避するように設計される。
【０００４】
他の状況では、キャビテーションは、キャビテーションが発生する機器に損傷を引き起こすことなく、衝撃波および衝撃波によって処理される流体において生成される熱を使用するために制御され得る。制御されたキャビテーションの有用な用途の特定の例としては、異なる液体の混合物、液体と固体粒子との混合物、または液体と気体との混合物などの流体のための混合、均質化、加熱、低温殺菌、浮遊、乳濁、抽出、反応および粒子または分子の還元が挙げられる。機器への損傷を回避するために、キャビテーションは、流体の中で、機器部品から離れて発生しなければならない。
【０００５】
キャビテータまたはキャビテーション反応器の一例は、本出願人による欧州特許第３２７８８６８号に開示されている。この反応器は、ステータとロータとを備え、ロータは、ステータの円筒空洞に収容されている。流体は、空洞内に導入され、ロータの回転運動によって駆動され、ロータの周りを流れ、空洞から排出される。ロータは円錐台形状を有し、その側面には、気泡の形成および内破に寄与する止まり穴が形成されている。
【０００６】
他の先行技術のキャビテーション反応器は、円筒形ロータを含み、円筒形ロータも同様に、その側面に止まり穴を有する。このような反応器の例は、米国特許第７３５４２２７号、米国特許出願公開第２００９１８４０５６号、および独国特許出願公開第２０１６１８２９０３号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、単純な構造を有し、そのことにより製造コストを低減することができるキャビテーション反応器を提供することである。本発明のさらなる目的は、高い効率を有するキャビテーション反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的および他の目的は、添付の請求項のいずれかに定義されるキャビテーション反応器およびキャビテーション反応器の製造方法によって達成される。特に、本出願人は、驚くべきことに、クローズドインペラを有する公知の遠心ポンプを低コストで修正することにより、ポンプ／反応器に重大な損傷を引き起こすことなく、またはさらにはポンプ／反応器にいかなる損傷も引き起こすことなく、有用に使用することができるキャビテーション反応器を実現することができることを見出した。
【０００９】
本発明のキャビテーション反応器は、遠心ポンプと同じように、ステータとロータとを備え、ステータの内側のチャンバ内に収容された遠心段を有する。流体は、ステータの第１の開口部および第２の開口部を通ってチャンバに出入りし得る。特に、第１の開口部は、公知のポンプの流体入口開口部と同じように、流体の長手方向の流れのためのガイドを形成する。遠心段は、ロータの回転軸の方向に対して横断方向に配置された２つの壁を備える。２つの壁間に間隙が形成され、間隙は、円周方向に離間した隔壁（例えば、遠心ポンプのブレードからなる）によって区画に分割される。間隙は、遠心段の周辺部分において、遠心段の外側のステータチャンバと流体連通している。
【００１０】
先行技術の遠心ポンプでは、流体は、間隙を画定する２つの壁の一方（特に、流体が流入するように設計された第１の開口部により近い壁）の中央に位置する開口部を通って間隙に流入した後、間隙を通って流れ、その後、遠心段の周辺部分で間隙から流出することが知られている。先行技術とは異なり、本発明によれば、この壁はその中央部分で閉鎖されている。
【００１１】
したがって、流体は、いずれにしても間隙内に存在するが、ステータの第１の開口部と第２の開口部との間を流れるように間隙内に流されるのではなく、例えば、遠心段の周りを流れ得る。
【００１２】
有利には、ステータが遠心段によって回転駆動されるときにステータ内で流速を有する間隙の外側の流体と、間隙を含む遠心段に対して静止している間隙の内側の流体との間に差圧が得られる。したがって、流体は、所望のキャビテーションを引き起こす張力を受ける。本出願人はまた、キャビテーションは、離間した２つの隔壁間の空間に集中する傾向があり、その空間では、流体の抵抗がより小さく、そのことにより遠心段の損傷が回避されることを見出した。
【００１３】
好適な実施形態では、間隙の区画は、遠心段の中央部分で互いに連通している。したがって、この領域内の流体は、遠心段から外に向けられた反対方向の張力を受け、この張力は、キャビテーションが保護される反応器部品から離れて生じるのにさらに役立つ。
【００１４】
この反応器は、間隙にアクセスするための中央開口部を閉鎖することによって、製造コストに関して最適化された、十分に確立した構造を使用する適切な遠心ポンプから形成され得る。当然のことながら、このような変化の結果としてポンピング能力が著しく低下するので、主な用途はキャビテーションとなる。
【００１５】
本発明のキャビテーション反応器は、一方向の流れのみをもたらす遠心ポンプとは異なり、長手方向に案内する第１の開口部から第２の開口部に向かって流れる流体、および第２の開口部から第１の開口部に向かって流れる流体の両方と共に使用され得ることに留意されたい。
【００１６】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面に示されるようなキャビテーション反応器の例示的かつ非限定的な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るキャビテーション反応器の横断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係るキャビテーション反応器の横断面図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態に係るキャビテーション反応器の横断面図である。
【図４】反応器の閉鎖部材が図示されていない、図３のキャビテーション反応器の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照すると、本発明の一実施形態に係るキャビテーション反応器全体は、数字１で表されている。反応器１は、ステータ２と、ステータ２に回転可能に接続されたロータ３とを備える。
【００１９】
ステータ２は、ロータ３を少なくとも部分的に収容するチャンバ２１を画定する。より詳細には、ステータ２のチャンバ２１は、ステータ２の前壁２２、後壁２３および周壁２４によって画定される。前壁２２および後壁２３は、長手方向ＸーＸに離間している。周壁２４は、前壁２２と後壁２３とを接続しており、好ましくは、遠心渦巻き構造または円筒形渦巻き構造として形成される。
【００２０】
ステータ２は、流体をチャンバ２１内に導入し、チャンバ２１から排出するための第１の開口部２５および第２の開口部２６を有する。特に、第１の開口部２５は流体入口としての機能を果たし、第２の開口部２６は流体出口としての機能を果たし、または逆に、第１の開口部２５は流体出口としての機能を果たし、第２の開口部２６は流体入口としての機能を果たし得る。
【００２１】
第１の開口部２５は、流体流を長手方向Ｘ−Ｘに案内するように意図された形状を有する案内部分２７を有する。例えば、図面の実施形態では、第１の開口部２５は、ステータ２の前壁２２内に形成される。他の実施形態では、第１の開口部２５は、第１の開口部２５に関連付けられ、チャンバ２１の内部に向かって案内部分２７において終端するチャネル（必ずしも直線状とは限らない）を有し得る。
【００２２】
図示されている実施形態では、第２の開口部２６は、ステータ２の周壁２４内に形成されて、流体が長手方向Ｘ−Ｘに対して垂直な方向、例えばステータ２の長手方向中心軸から離れる方向に延びる半径方向Ｒ−Ｒに流れるのを可能にする。しかしながら、第２の開口部２６がステータ２の後壁２３内に形成される実施形態が設けられてもよい。
【００２３】
ロータ３は、主に長手方向Ｘ−Ｘに延びる駆動シャフト３１を備える。駆動シャフト３１は、ステータ２に接続されており、長手方向Ｘ−Ｘに延び、好ましくはステータ２の長手方向中心軸と一致する回転軸Ａ−Ａを中心としてステータ２に対して回転するように適合される。
【００２４】
駆動シャフト３１は、ステータ２に対してロータ３を回転駆動するために、ステータ２のチャンバ２１の内側または外側のいずれかで、電気モータ（図示せず）と接続するように適合され得る。
【００２５】
ロータ３は、駆動シャフト３１に固定された少なくとも１つの遠心段４を備える。したがって、遠心段４は、回転軸Ａ−Ａを中心として、駆動シャフト３１と共にステータ２に対して回転するように適合される。
【００２６】
以下でさらに明確に説明するように、ロータ３は、公知の多段遠心ポンプと同様に、駆動シャフト３１に固定され、長手方向Ｘ−Ｘに離間した複数の遠心段４を備え得る。単一の遠心段４の特徴を最初に説明するが、特に明記しない限り、その特徴は全ての遠心段４に適用されるものと理解されたい。特に、以下の特徴は、好ましくは、ステータ２の第１の開口部２５に最も近い、すなわちステータ２の前壁２２に最も近い遠心段４に少なくとも適用される。
【００２７】
遠心段４は、ステータ２のチャンバ２１内に収容され、ステータ２の周壁２４によって取り囲まれる。したがって、ステータ２のチャンバ２１は、遠心段４全体を半径方向に取り囲み、遠心段４とステータ２の周壁２４との間に画定される管状領域２８を有する。管状領域２８はさらに、回転軸Ａ−Ａを取り囲み、好ましくはステータ２の前壁２２から後壁２３まで長手方向に延びる。
【００２８】
ステータ２の第１の開口部２５の案内部分２７は、長手方向Ｘ−Ｘにおいて遠心段４に対向し、より詳細には、回転軸Ａ−Ａは、案内部分２７を通って延びる。
【００２９】
遠心段４は、第１の壁４１および第２の壁４２を備える。第１の壁４１および第２の壁４２は、長手方向Ｘ−Ｘに離間されて、それらの間に間隙４３を画定する。
【００３０】
第１の壁４１は、ステータ３０の第１の開口部２５の近位にあり、第２の壁４２は、第１の開口部２５の遠位にある。すなわち、第１の壁４１は、第２の壁４２と第１の開口部２５との間に配置される。より詳細には、第１および第２の壁４１、４２の各々は、内面４１ａ、４２ａおよび外面４１ｂ、４２ｂを有する。第１および第２の壁４１、４２の内面４１ａ、４２ａは、互いに対向し、間隙４３に対向している。
【００３１】
したがって、間隙４３は、第１の壁４１と第２の壁４２との間の遠心段４に形成された凹部である。すなわち、間隙４３は、第１および第２の壁４１、４２の内面４１ａ、４２ａによって長手方向Ｘ−Ｘに画定される。さらに、間隙４３は、チャンバ２の管状領域２８まで半径方向に延びる。
【００３２】
一方、第１の壁４１の外面４１ｂは、対応する内面４１ａの反対側にあり、ステータ２の第１の開口部２５に対向する。同様に、第２の壁４２の外面４２ｂは、対応する内面４２ａの反対側にあるが、ステータ２の第１の開口部２５から離れた反対側に対向する。
【００３３】
第１および第２の壁４１、４２は、長手方向Ｘ−Ｘに対して横断方向に配置され、同じことが、それぞれの内面および外面４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに言える。さらに、第１および第２の壁４１、４２は、駆動シャフト３１から半径方向に突出する。例えば、図示されている実施形態では、第１および第２の壁４１、４２は、半径方向に延びる壁である。したがって、ロータ３は、特定の遠心ポンプのラジアルインペラについて一般的に知られているのと同様に、ラジアルロータである。すなわち、第１および第２の壁４１、４２は、回転軸Ａ−Ａを中心とするディスクまたはリングとして成形され得、長手方向Ｘ−Ｘに対して垂直に配置され得る。したがって、間隙４３は、主に、実質的に半径方向Ｒ−Ｒに延びる。
【００３４】
第１および第２の壁４１、４２は、必ずしも図面に概略的に示されているような平面形状を有するとは限らない。したがって、他の実施形態では、第１および第２の壁４１、４２は、公知の遠心ポンプの円錐状インペラのような円錐状または漏斗状のロータ３を画定するように適合された３次元形状を有する場合もある。すなわち、これらの壁において、回転軸Ａ−Ａに近い遠心段４の中央部分４５に位置する中央部分は、回転軸Ａ−Ａから離間した遠心段４の周辺部分４６に位置する壁の周辺部分に対して、ステータ２の第１の開口部２５に向かって突出する。
【００３５】
遠心段４は、間隙４３内に配置された複数の隔壁４４を備える。隔壁４４は、遠心ポンプのブレードとして成形され得、したがって、直線形状または湾曲形状を有し得、そのことにより、ロータ３の回転方向に配向された、回転軸Ａ−Ａを中心として延びる円周方向Ｃ−Ｃと鋭角または鈍角を画定する。それでも、制御されたキャビテーション効果が、回転軸Ａ−Ａを中心とするロータ３の両方の可能な回転方向においてもたらされ得ることに留意されたい。
【００３６】
各々の隔壁４４は、回転軸Ａ−Ａに近い内側端４４ａと、回転軸Ａ−Ａから離間した周辺端４４ｂとの間に延びる。さらに、隔壁４４は、回転軸Ａ−Ａを中心として円周方向に離間している。したがって、隔壁４４は、間隙４３を遠心段４の中央部分４５と遠心段４の周辺部分４６との間に延びる複数の区画４７に分割する。
【００３７】
隔壁４４は、駆動シャフト３１がステータ２に対して回転するときに間隙４３内の流体を回転駆動するように設計される。このことにより、遠心段４の中央部分４５における間隙４３内の流体と、遠心段４の周辺部分４５における流体との間に圧力差が生じる。遠心回転力によって生じるこの圧力差により、流体は遠心段４の中央部分４５から周辺部分４６まで区画４７を通って流れやすくなる。すなわち、中央部分４５の圧力は、周辺部分４６の圧力よりも低くなる。
【００３８】
間隙４３、特に区画４７は、遠心段４の周辺部分４６においてステータ２のチャンバ２１の管状領域２８と流体連通している。つまり、第１の壁４１の自由周縁部は、好ましくは長手方向Ｘ−Ｘにおいて、第２の壁４２の自由周縁部から離間している。したがって、チャンバ２１内の流体は、第１および第２の壁４１、４２の自由周縁部間の間隙４３に対して流出入し得る。
【００３９】
本発明の一態様では、第１の壁４１は、遠心段４の中央部分４５で閉鎖され、そのことにより、間隙４７を通る、すなわち、その区画４７を通る第１の開口部２５と遠心段４の周辺部分４６との間の流体の流れを防止する。より詳細には、中央部分４５において、遠心段４の外側のステータ２のチャンバ２１と間隙４３との間の流体連通が妨げられる。さらに、好適な実施形態では、間隙４３は、第１および第２の壁４１、４２の自由周縁部間の遠心段４の周辺部分４６のみにおいて、チャンバ２１の残りの部分、すなわちチャンバ２１の管状領域２８と流体連通している。
【００４０】
先行技術の遠心ポンプと同様に、第２の壁４２は、遠心段４の中央部分４５において同じように閉鎖され、そのことにより、間隙４７を通る第２の開口部２６と遠心段４の周辺部分４６との間の流体の流れを防止することに留意されたい。
【００４１】
特定の実施形態では、第１の壁４１は、例えば図２〜図４に示されているように、遠心段４の閉鎖部材４８によって閉鎖される。より詳細には、遠心段４の第１の壁４１は、遠心段４の中央部分４５に中央開口部４９を有する。閉鎖部材４８は、中央開口部４９を閉鎖するために、好ましくは取り外し可能に、第１の壁４１に固定される。
【００４２】
閉鎖部材４８がない場合、そのような中央開口部４９は、公知の遠心ポンプと同様に、遠心段４のための流体吸入口としての機能を果たすように適合され得る。開放中央開口部４９により、流体は、例えば、第１の開口部２５を通ってチャンバ２１にアクセスし、上述の圧力差により中央開口部４９を通って間隙４３内に引き込まれ、その後、遠心段４の周辺部分４６に向かって間隙４３内を流れ、間隙４３からチャンバ２１の管状領域２８内に排出されて第２の開口部２６に到達する。
【００４３】
しかしながら、閉鎖部材４８は、この流体経路を閉塞する。特に、流体は間隙４３内で半径方向に連続して流れなくなり、間隙４３の内側と、遠心段４の周辺部分４６における間隙４３の外側のチャンバ２１の管状領域２８との間に流体混合物のみが供給される。
【００４４】
中央開口部４９を有する実施形態は、公知の遠心ポンプ（図示せず）から、特にクローズドインペラ（またはロータ）を有する遠心ポンプから得られ、これは、遠心段４の第１の壁４１が中央部分４５で閉鎖される点を除いて、上述したような実質的に全ての特徴を示し得る。このポンプが設置されると、閉鎖部材４８は、第１の壁４１の中央開口部４９を閉鎖するために第１の壁４１に簡単に固定される。
【００４５】
代替的に、図１に示されているように、第１の壁４１は、中央開口部４９を有さず、例えば、中実ディスクまたは小さい方の口が閉じられた漏斗のように形成され得る。これは、第１の壁４１と一体の閉鎖部材４８の形成と同等であると考えられ得る。したがって、この実施形態は、製造後に公知の遠心ポンプに対して行われる変更を必要としないが、製造前には依然として低コストの設計変更を必要とする可能性がある。
【００４６】
遠心ポンプの典型的な流体経路は上述したように閉鎖されるので、流体流のための代替の通路をチャンバ２１の第１の開口部２５と第２の開口部２６との間に設ける必要があることに留意されたい。したがって、好適な実施形態では、遠心段４の第１の壁４１は、ステータ２の前壁２２から離間される。また、遠心段４の周辺部分４６は、ステータ２の周壁２４から離間される。いずれにせよ、以下に説明するように流体の通過に十分である限り、比較的短い距離でも問題ない。
【００４７】
このことにより、流体は、遠心段４の周りの第１の開口部２５と第２の開口部２６との間で管状領域２８を通って流れることができるようになる。より詳細には、流体は、第１の開口部２５を通って流れ、遠心段４の第１の壁４１とステータ２の前壁２２との間を実質的に半径方向ＲーＲに流れ、次いで、管状領域２８内に、すなわち、遠心段４の周辺部分４６とステータ４の周壁２４との間に実質的に長手方向Ｘ−Ｘに、好ましくはロータ３の回転による円周方向成分によって流入し、最後に第２の開口部２６を通って流れる。あるいは、流体流はまた、上記と反対の方向にキャビテーション反応器１の同じ部分に入る。
【００４８】
この流体流路は、図面に矢印Ｆで概略的に示されている。しかしながら、ロータ３が矢印Ｆと反対方向に回転する動作も可能であることを理解されたい。
【００４９】
好適な実施形態では、図２に示されているように、間隙４３の区画４７は、遠心段４の中央部分４５において互いに流体連通している。すなわち、２つの隣接する隔壁４４の内側端４４ａは、それらの間に、２つの隔壁４４間に配置された１つの区画４７から区画４４の残りの区画へ流体を流すための自由通路を画定する。有利には、遠心段４の中央部分４５における間隙４３内の流体は、遠心段４の周辺部分４６へと向けられた反対方向の張力（全体に両矢印Ｔで示されている）を受け、このことがキャビテーションを促進する。
【００５０】
代替の実施形態では、図３に示されているように、遠心段４の中央部分４５における間隙４３の区画４７間の流体連通は、例えば閉鎖部材４８によって、妨げられる。すなわち、閉鎖部材４８は、隔壁４４の内側端４４ａと接触し、より詳細には、閉鎖部材４８は、隣接する隔壁４４の対の内側端４４ａ間の空間を塞ぐように成形される。いずれにせよ、遠心段４の中央部分４５と周辺部分４６との間の圧力差によってキャビテーションが得られる。したがって、流体は一方向の張力を受ける。
【００５１】
本出願人は、キャビテーション反応器１の動作には、ロータ３が流体中に完全に浸漬されることが必要であることを見出した。特に、確実に空気を間隙４３から放出することが大切である。
【００５２】
そのためには、好ましくは、圧力調整部材が設けられ、圧力調整部材は、チャンバ２１内の流体圧力を閾値よりも高く維持するように構成され、閾値は、間隙４３内、特に遠心段４の中央部分４５における空気溜まりを防止するように適合される。
【００５３】
しかしながら、当業者は、間隙４３内の圧力は、処理のために流体を反応器１に供給し、処理された流体を受け取るように構成された液圧システムにおいては、キャビテーション反応器１の設置条件の影響を強く受けることをすぐに理解するであろう。したがって、圧力調整は、反応器１の外側にある液圧システムの部品、例えば液圧システムの１つまたは複数のポンプまたは弁によって実行され得る、あるいは圧力調整部材は、液圧システムの構造的特徴および動作特徴に応じて、反応器１とは別に設けられ得る、または省略されてもよい。
【００５４】
上述したように、ロータ３は、公知の多段遠心ポンプと同様に、駆動シャフト３１に固定され、長手方向Ｘ−Ｘに離間された１つまたは複数の遠心段４を備え得る。遠心段４は全て、ステータ２の同じチャンバ２１内に、またはステータ２の別個のチャンバ２１内に収容され得る。
【００５５】
これは、流体がより強いキャビテーションを受けるために行われ得る、またはキャビテーション能力に加えてポンピング機能をも有するキャビテーション反応器１を提供することを考慮して行われ得る。すなわち、単一のモノリシック装置は、制御されたキャビテーションおよび従来のポンピングタスクを同時に達成するように適合され得る。
【００５６】
ここで、ロータ３は、２つのタイプの遠心段４、すなわち、上述した特徴を組み込んだキャビテーションのための少なくとも１つの第１の遠心段４と、ポンピングのための少なくとも１つの第２の遠心段（図示せず）とを備える。各々の第２の遠心段は、上述した特徴のいくつかを含むが、第１の壁４１の閉鎖に関する特徴は含まない場合がある。
【００５７】
特に、第２の遠心段では、第１の壁４１は、遠心段４の中央部分４５に開放中央開口部４９を有する。したがって、第２の遠心段は、区画４７に沿って、開放中央開口部４９から間隙４３を通って周辺部分４６へと流体を圧送するように構成される。したがって、ポンピング遠心段は、流体が間隙４３にアクセスするために開放中央開口部４９を有するという点において、および第１の壁４１自体の設計によって閉鎖された、または中央の非開放開口部４９に閉鎖部材４８を設けることによって閉鎖された第１の壁４１を有さないという点において、キャビテーション遠心段４とは異なる。
【００５８】
好ましくは、ポンピング遠心段は、キャビテーション遠心段４の上流側に配置され、キャビテーション段において最大流体圧力が生成される。つまり、第１の遠心段４は、ステータ２の第１の開口部２５の遠位にあり、第２の遠心段は、ステータ２の第１の開口部２５の近位にあり、すなわち、第１の遠心段４は、第２の遠心段とステータ２の第１の開口部２５との間に配置される。
【００５９】
当業者であれば、添付の請求項によって定義される範囲から逸脱することなく、上述の変形形態に対して多くの同等の変更を想定することができることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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