(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流入管の一端となる下流端がポンプの流入口に接続され、気体流入管の一端となる下流端が液体流入管の下流側に接続され、複数段のインペラを有するポンプを使用して液体中に気体を効率良く混合させる気液混合装置において、気液混合装置で生成されて吐出される高圧の気液混合体の一部を気液混合装置の流入側に循環して戻す循環管路を設け、当該循環管路の下流端を、気体流入管の下流端より上流側の液体流入管に配設し、循環管路を通じて気液混合装置の流入側に循環する高圧の気液混合体を利用して気液混合装置の流入側の圧力低下を抑えることを特徴とするキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インペラを有するポンプを使用して液体中に気体を効率良く混合させる気液混合の技術に係り、特に、ポンプ内の流入側で圧力が低くなってキャビテーションが発生するのを回避するキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体中に気体を効率良く混合させる気液混合装置が知られている。この気液混合装置には、液体と気体を効率良く混合させるためにインペラを有するポンプが一般に使用されている。
このインペラを有するポンプを用いた気液混合装置では、流入側からポンプ内に液体と気体を吸引流入させて、ポンプ内のインペラの回転によって流入した液体中に気体を効率良く混合させ、その気液混合体を吐出側から吐出させる構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインペラを有するポンプを用いた気液混合装置では、ポンプの吐出側から気液混合体を吐出させるので、ポンプの流入側には吸引力が発生し、この吸引力によってポンプの流入側の圧力が低くなり、いわゆるキャビテーションが生じる。このキャビテーションによって、流入側寄りのインペラ表面は損傷し易くなるという課題があった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、気液混合装置の流入側の圧力が低くなるのを防いでキャビテーションの発生を防止し、キャビテーションに起因する流入側寄りのインペラ表面の損傷を防止することのできるキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、この発明は、液体流入管の一端となる下流端がポンプの流入口に接続され、気体流入管の一端となる下流端が液体流入管の下流側に接続され、複数段のインペラを有するポンプを使用して液体中に気体を効率良く混合させる気液混合装置において、気液混合装置で生成されて吐出される高圧の気液混合体の一部を気液混合装置の流入側に循環して戻す循環管路を設け、当該循環管路の下流端を、気体流入管の下流端より上流側の液体流入管に配設し、循環管路を通じて気液混合装置の流入側に循環する高圧の気液混合体を利用して気液混合装置の流入側の圧力低下を抑える手段よりなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１はキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置の機構図、図２はキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置の側面図である。
【０００７】
図において、気液混合装置１は、液体流入管２、気体流入管３、ポンプ４、吐出管５、循環管路６などから主に構成されている。この気液混合装置１は、例えば海水からなる液体に例えばオゾンからなる気体を混合させる場合に使用される。海水にオゾンを混合させることによって、海水は殺菌される。
【０００８】
液体流入管２は例えば海水などの液体が流下する管路で、液体流入管２の一端となる下流端はポンプ４の流入口４１に接続されている。液体流入管２の他端となる上流端は図示しない液体タンクに接続されている。この図示しない液体タンクには例えば海水が貯留されている。又液体タンク内の液体を圧送する図示しないコンプレッサーが設けられていて、一定の圧力で液体が圧送される。
【０００９】
この実施の形態では、液体流入管２の下流側にはＴ字管２１が接続されていて、直角に流路が変化している。液体流入管２の直管２２の一端はＴ字管２１のＴ字の縦軸側の端部に接続されている。更にこのＴ字管２１のＴ字の横軸側の一端にはＴ字管２３のＴ字の縦軸側の端部が接続されている。そして、Ｔ字管２３のＴ字の横軸の一端がポンプ４の流入口４１に接続されている。
【００１０】
このように、液体流入管２の下流側は、Ｔ字管２１によって直角に流路が一旦変化し、さらにＴ字管２３によって元の向きに直角に流路が変化して直管２２に平行になった状態でポンプ４の流入口４１に接続されている。
【００１１】
気体流入管３は例えばオゾンなどの気体が流下する管路で、気体流入管３の一端となる下流端は液体流入管２の下流側を構成するＴ字管２３のＴ字の横軸側の他端からＴ字管２３の内部に挿入された状態で接続されている。
【００１２】
Ｔ字管２３のＴ字の横軸側の他端から内部に挿入された気体流入管３の下流端は、その向かい側となるＴ字管２３のＴ字の横軸側の一端側つまりポンプ４の流入口４１に向けて指向している。また、この気体流入管３の下流端側は液体流入管２のＴ字管２３の内部を流れる液体の流下方向と平行になるように挿入されている。
【００１３】
気体流入管３の他端となる上流端は図示しない気体タンクに接続され、この図示しない気体タンクには例えばオゾンが貯留されている。又気体タンク内の気体を圧送する図示しないコンプレッサーが設けられていて、一定の圧力で気体が圧送される。
【００１４】
ポンプ４は、液体流入管２及び気体流入管３から供給される液体と気体を混合する機器で、インペラ４２を有する構造からなり、インペラ４２の回転によって液体と気体を混合する構造になっている。このポンプ４の一端中央には流入口４１が外方に向かって一部突出した状態で形成されており、流入口４１には上記のＴ字管２３のＴ字の横軸側の一端が接続されている。
【００１５】
ポンプ４の内部の中央には回転軸４３が配置されており、回転軸４３は奥端側からポンプ４の流入口４１側に向けて取付けられていて、回転軸４３の軸芯方向はＴ字管２３のＴ字の横軸側及びＴ字管２３の内部に挿入されている気体流入管３の下流端側の軸芯方向と同一になっている。
【００１６】
この回転軸４３の周囲には円周方向に３〜４枚のインペラ４２が取付けられ、更に回転軸４３の軸芯方向の前後方向つまり奥端側から流入口４１に向けて所定の間隔をあけて複数段にインペラ４２がそれぞれ取付けられている。この実施の形態では前後方向に４段にインペラ４２が取付けられている。
【００１７】
多段のインペラ４２が取付けられた回転軸４３は、その奥端側がポンプ４の他端中央を貫通してその外方に接続して設置された駆動モーター４４の回転軸に減速機などを介して連動連結されている。
【００１８】
ポンプ４の内部は二重構造になっていて、多段のインペラ４２の外周側には円筒状に内部を仕切る内部仕切壁４５が設けられている。内部仕切壁４５は前段のインペラ４２の前方側は縮小傾斜して、流入口４１の内周面に接続している。この内部仕切壁４５によってポンプ４の内部はその内側のインペラ回転室４６とその外周の圧力室４７に区分される。
【００１９】
更に、内部仕切壁４５の内側となるインペラ回転室４６は、回転軸４３の軸芯方向の前後方向に所定の間隔をあけて取付けられている前後のインペラ４２の間に、回転室仕切壁４６ａが設けられていている。回転室仕切壁４６ａは回転軸４３の周辺が開口４６ｂされていて、前後の回転室仕切壁４６ａで仕切られた各インペラ回転室４６の内部はこの開口４６ｂを通じて連通している。
【００２０】
内部仕切壁４５はポンプ４の内部の奥端面に密接されておらず、その間に僅かな吐出隙間４５ａが形成されていて、内部仕切壁４５で仕切られるポンプ４内部のインペラ回転室４６とその外周の圧力室４７とはこの吐出隙間４５ａを通じて連通している。
【００２１】
圧力室４７の外周側面には、気液混合体をポンプ４の外部に吐出する吐出口４８が形成されている。この吐出口４８には吐出管５の一端が接続されていて、この吐出管５を通じてポンプ４で混合された気液混合体は次工程に圧送されるようになっている。
【００２２】
循環管路６はポンプ４の圧力室４７内の高圧力の気液混合体を圧力の低下が生じるポンプ４の流入側に戻すための通路で、圧力室４７内の高圧力の気液混合体はこの循環管路６を通ってポンプ４の流入側に戻されて、ポンプ４の流入側の圧力を高めてキャビテーションの発生を防いでいる。
【００２３】
循環管路６の上流端は圧力室４７の外周側面に形成された循環口４７ａに接続され、循環管路６の下流端は液体流入管２の下流側を構成する前記Ｔ字管２１のＴ字の横軸側の他端からＴ字管２１の内部に挿入された状態で接続されている。この循環管路６の下流端側は液体流入管２のＴ字管２１の内部を流れる液体の流下方向と平行になるように挿入されている。
【００２４】
循環管路６の途中には流量調整バルブ６１が設けられている。流量調整バルブ６１は循環管路６を通って戻される高圧の気液混合体の流量を調整するもので、高圧の気液混合体の流量の調整を通じてポンプ４の流入側の圧力の調整を図ることができる。この実施の形態では流量調整バルブ６１は循環管路６の上流側に設けられている。また、この実施の形態では循環管路６の下流端は、気体流入管３の下流端より上流側の液体流入管２に配設されている。
【００２５】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
この気液混合装置１を作動させるために、駆動モーター４４を駆動させて多段のインペラ４２を回転させる。又例えば海水からなる液体及び例えばオゾンからなる気体を圧送させるコンプレッサーを駆動させる。
【００２６】
駆動モーター４４の駆動により、液体流入管２を圧送された例えば海水からなる液体は、液体流入管２の直管２２を流下し、直管２２の下流端に接続されたＴ字管２１内に入り、そこで直角方向に進路を変えられて、Ｔ字管２１の横軸方向の一端からＴ字管２３に流入し、そこで直角方向に進路を変えられて直管２２と平行な元の状態になってポンプ４の流入口４１からポンプ４内に流入する。
【００２７】
一方、気体流入管３を圧送された例えばオゾンからなる気体は、気体流入管３の下流端からＴ字管２３に流入し、Ｔ字管２３を流れる例えば海水からなる液体と共にポンプ４の流入口４１からポンプ４内に流入する。
【００２８】
ポンプ４の内部のインペラ回転室４６では、多段のインペラ４２が駆動モーター４４によって回転する回転軸４３によって回転しており、ポンプ４内に流入した液体と気体は、回転するインペラ４２によって混合される。
【００２９】
即ち、ポンプ４内に流入した液体と気体は、先ず、前段のインペラ回転室４６のインペラ４２によって混合されて気液混合体となり、この気液混合体は回転室仕切壁４６ａの回転軸４３の周辺の開口４６ｂより２段目のインペラ回転室４６に圧送される。
【００３０】
２段目のインペラ４２によって更に混合された気液混合体は、回転室仕切壁４６ａの回転軸４３の周辺の開口４６ｂより３段目のインペラ回転室４６に圧送され、３段目のインペラ回転室４６で更に混合される。３段目のインペラ４２によって更に混合された気液混合体は、回転室仕切壁４６ａの回転軸４３の周辺の開口４６ｂより後段のインペラ回転室４６に圧送され、後段のインペラ回転室４６で更に混合される。
【００３１】
ポンプ４内に流入した液体と気体は、前段、２段、３段及び後段の各インペラ回転室４６を通過する度に混合が促進されると共に、圧力もその都度高められて、後段のインペラ回転室４６の吐出隙間４５ａから高圧の気液混合体として圧力室４７内に圧送される。
【００３２】
圧力室４７内に入った高圧の気液混合体の大部分は、圧力室４７の吐出口４８から吐出管５内に吐出され、吐出管５内を圧送する高圧の気液混合体は次工程に送られる。
【００３３】
圧力室４７に入った一部の高圧の気液混合体の大部分は、循環口４７ａから循環管路６内に入り、循環管路６内を圧送されて、循環管路６の下流端から液体流入管２の下流側の一部を構成するＴ字管２１内に入る。
【００３４】
ところで、ポンプ４の流入口４１側ではインペラ４２の回転によって吸引力が生じており、圧力が低く易い。しかし、Ｔ字管２１内に入った高圧の気液混合体は、液体流入管２及び気液混合体から圧送される液体及び気体と混合しながらその領域の圧力を高めながら、ポンプ４の流入口４１からポンプ４内に入るため、圧力が低くなり易いポンプ４内の流入口４１側の圧力を高めて、キャビテーションの発生を未然に防ぐことができる。
【００３５】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、この発明に係るキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置によれば、気液混合装置で生成されて吐出される高圧の気液混合体の一部を気液混合装置の流入側に循環して戻すことによって、この高圧の気液混合体を利用して気液混合装置の流入側の圧力低下を抑えることができ、その結果、気液混合装置の流入側の圧力が低くなるのを防いでキャビテーションの発生を防止することができる。これにより、キャビテーションに起因する流入側寄りのインペラ表面の損傷を防いで、インペラを有する気液混合装置の耐久性を高めることができるという、極めて新規的有益なる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置の機構図である。
【図２】この発明の実施の形態を示すキャビテーション防止機能を備えた気液混合装置の側面図である。
【符号の説明】
１    気液混合装置
２    液体流入管
２１    Ｔ字管
２２    直管
２３    Ｔ字管
３    気体流入管
４    ポンプ
４１    流入口
４２    インペラ
４３    回転軸
４４    駆動モーター
４５    内部仕切壁
４５ａ  吐出隙間
４６    インペラ回転室
４６ａ  回転室仕切壁
４６ｂ  開口
４７    圧力室
４７ａ  循環口
４８    吐出口
５    吐出管
６    循環管路
６１    流量調整バルブ
【図１】
0004278752.tif 000002
【図２】
0004278752.tif 000003