(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口および吐出口を備えたケーシング内に羽根車を設け、該羽根車の中心部に吸入室、外方に吐出室を設け、羽根車の周方向に複数の仕切板を配設して羽根車内通路を形成した気体ポンプにおいて、吸入室を泡沫で充満させる泡沫供給手段および吐出室の液体を回収する液体回収手段を設け、羽根車の回転により泡沫を吸入室から吐出室に移送させることにより泡沫内の気体および泡沫間の気体を圧縮することを特徴とする気体ポンプ。
【請求項２】
隣接する仕切板の距離を、羽根車の吸入面から吐出面にかけて一定とすることを特徴とする請求項1の記載の気体ポンプ。
【請求項３】
隣接する仕切板の距離を、羽根車の吸入面から吐出面にかけて徐々に狭くすることを特徴とする請求項1の記載の気体ポンプ。
【請求項４】
仕切板を回転方向に対して前進方向に湾曲させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項５】
仕切板の高さを羽根車の吸入面から吐出面にかけて徐々に小さくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項６】
羽根車内通路を吸入面から吐出面にかけて補助仕切板で徐々に分割することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項７】
羽根車の吸入面が、入口から奥にかけて縮径された傾斜面を形成していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項８】
ケーシングの吸入口に比較して羽根車の吸入面が小さくなるように形成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項９】
泡沫供給手段が、界面活性剤を含有する溶液を収容する槽に撹拌翼を設置してなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の気体ポンプ。
【請求項１０】
吸入口および吐出口を備えたケーシング内に羽根車を設け、該羽根車の中心部に吸入室、外方に吐出室を設け、羽根車の周方向に複数の仕切板を配設して羽根車内通路を形成した気体ポンプにおいて、該気体ポンプを冷凍サイクルの圧縮機として設置し、羽根車の回転により冷凍サイクルの蒸発器における泡沫状冷媒を吸入室から吐出室に移送させることにより泡沫内の冷媒および泡沫間の冷媒を圧縮することを特徴とする気体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプ又は圧縮機として使用される気体ポンプに関するものであり、特に、泡沫をピストンとして利用する気体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転する管に、その回転中心の方向から断続的に液体を注入し、遠心力によってこの液体が外側に向かって半径方向に移動する作用を利用し、気体等を移送、加圧するようにしたポンプが知られている（以下「従来技術１」という。例えば許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０８５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術１は、液体をピストンとして利用して気体の圧縮を行うものであるが、回転体に液体を注入すると、羽根車の外周に近い部分では、図１２（ａ）に示すように、管路の回転方向側の壁に偏ってしまい、羽根車の中心に近い部分では、図１２（ｂ）に示すように、管路の反回転方向側の壁に偏ってしまい、管路を液体がシールすることができなくなり、液体をピストンとして利用することが不可能になるという問題があった。さらに、大きな吸入空間を確保するために液体注入量を減らした場合、図１２（ｃ）に示すように、液体が管路をシールできず、同様の問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、泡沫をピストンとして利用するという従来にはない新規な知見に基づいてなされたものであって、羽根車内通路を大きくして圧縮流量を増大させるとともに、羽根車内通路におけるピストンの偏りがなく、ピストンの軽量化に伴う消費動力の低減を図ることができる気体ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の気体ポンプは、第１に、吸入口および吐出口を備えたケーシング内に羽根車を設け、該羽根車の中心部に吸入室、外方に吐出室を設け、羽根車の周方向に複数の仕切板を配設して羽根車内通路を形成した気体ポンプにおいて、吸入室を泡沫で充満させる泡沫供給手段および吐出室の液体を回収する液体回収手段を設け、羽根車の回転により泡沫を吸入室から吐出室に移送させることにより泡沫内の気体および泡沫間の気体を圧縮することを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第２に、第１の特徴において、隣接する仕切板の距離を、羽根車の吸入面から吐出面にかけて一定とすることを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第３に、第１の特徴において、隣接する仕切板の距離を、羽根車の吸入面から吐出面にかけて徐々に狭くすることを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、仕切板を回転方向に対して前進方向に湾曲させることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の気体ポンプは、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、仕切板の高さを羽根車の吸入面から吐出面にかけて徐々に小さくすることを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、羽根車内通路を吸入面から吐出面にかけて補助仕切板で徐々に分割することを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第７に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、羽根車の吸入面が、入口から奥にかけて縮径された傾斜面を形成していることを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第８に、第１ないし第７のいずれかの特徴において、ケーシングの吸入口に比較して羽根車の吸入面が小さくなるように形成することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の気体ポンプは、第９に、第１ないし第８のいずれかの特徴において、泡沫供給手段が、界面活性剤を含有する溶液を収容する槽に撹拌翼を設置してなることを特徴としている。
また、本発明の気体ポンプは、第１０に、吸入口および吐出口を備えたケーシング内に羽根車を設け、該羽根車の中心部に吸入室、外方に吐出室を設け、羽根車の周方向に複数の仕切板を配設して羽根車内通路を形成した気体ポンプにおいて、該気体ポンプを冷凍サイクルの圧縮機として設置し、羽根車の回転により冷凍サイクルの蒸発器における泡沫状冷媒を吸入室から吐出室に移送させることにより泡沫内の冷媒および泡沫間の冷媒を圧縮することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以下の優れた効果を奏する。
（１）通常の遠心式気体圧縮機に比べて、回転数および回転半径を小さくすることができる。
（２）液体をピストンとして利用する気体圧縮機に比べて、羽根車入口の開口部を大きくすることができ、羽根車内通路も大きくできることから、圧縮流量を大きくできる。また、羽根車内通路におけるピストンの偏りを防止することができる。さらに、ピストンの質量を小さくできることから、消費動力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の気体ポンプの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【００１１】
以下、本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る気体ポンプの全体構成を説明する説明図
である。
図１において、気体ポンプ１は、吸入口が上側に、吐出口が下側になるように配置されており、吸入管２から吸入した気体を圧縮して吐出管３から吐出するようになっている。
気体ポンプ１の吸入室を泡沫で充満させるための泡沫供給手段４が吸入管２の入口側に接続して設けられている。泡沫供給手段４は、界面活性剤を含有する溶液５を収容する槽６と、該槽６の溶液５中に大気を導入する大気導入管７からなり、気体ポンプ１の駆動に伴って大気導入管７から槽６を介して大気が気体ポンプ１に吸入されるに際し、溶液５内を通過する大気が溶液５を起泡させる。なお、槽６に図示しない撹拌翼を設置しておき、気体ポンプ１の起動にあたって、予め泡を形成しておくようにしてもよい。
起泡により槽６内に充満した泡沫１９は、気体ポンプ１の吸入管２を経由してから吸入口に進入する。
【００１２】
図２は、気体ポンプ１の羽根車を示す平面図、図３は、同羽根車を示す正面断面図である。
羽根車１０は、平面視で円形をしており、円形の底板１１上に螺旋形をした複数の仕切板１２が固定されており、底板１には図示しないモータ等で駆動される駆動軸１３が結合されている。仕切板１２は、中心部に吸入室１４を形成するように、中心から所定の半径の範囲には形成されておらず、吸入室１４に面した吸入面１５から吐出面１６に向かって、平面視で、回転方向に対して前進方向に湾曲した形状をなしている。また、仕切板１２は、図３に示すように、その高さが羽根車１０の吸入面１５から吐出面１６にかけて徐々に小さくなるように形成されている。
さらに、羽根車１０の吸入面１５は、図３に示すように、入口から奥にかけて縮径された傾斜面を形成している。
【００１３】
図２および図３に示す例では、仕切板１２は、１２枚設けられており、隣接する仕切板１２の距離ｄは、羽根車の吸入面１５から吐出面１６にかけて一定となっており、等幅の羽根車内通路１７を１２個形成している。また、隣接する仕切板１２の距離ｄは、羽根車の吸入面１５から吐出面１６にかけて徐々に狭くなるように設定されてもよい。
また、各羽根車内通路１７内には、該羽根車内通路１７を吸入面１５から吐出面１６にかけて徐々に分割するように補助仕切板１８が設けられている。図２および図３に示す例では、補助仕切板１８は２段階に設けられており、第１段補助仕切板１８−１と第２段補助仕切板１８−２からなっている。この補助仕切板１８は、羽根車内通路１７を平面方向において分割するだけでなく、上下方向において分割してもよく、図３（ｂ）には、羽根車内通路１７を上下方向に分割する補助仕切板１８−３が設けられている。
【００１４】
図４および図５は、羽根車内通路１７内においてピストン作用をなす泡沫１９の挙動を説明する図であって、図４は、隣接する仕切板１２の距離が羽根車の吸入面１５から吐出面１６にかけて徐々に狭くなるように設定されている場合、図５は、隣接する仕切板１２の距離ｄが羽根車の吸入面１５から吐出面１６にかけて一定となっている場合を示している。また、いずれの場合も、泡沫１９が断続的に進入した場合を示している。
図４において、羽根車通路１７内に先に進入した泡沫１９は、羽根車の回転により遠心力を受け、外方に移動し、後から進入した泡沫１９との間に吸入気体を閉じこめた状態になっている。この状態で泡沫１９が羽根車外方に移動するにしたがい、泡沫１９の間に閉じこめられた気体は徐々に圧縮され、羽根車の吐出面１６から吐出室に放出される。また、泡沫１９自体も徐々に圧縮され、体積を減少させながら羽根車の吐出面１６から吐出室に放出される。その過程において、各泡内に閉じこめられている気体も圧縮される。
泡沫１９が連続的に羽根車通路１７内に供給される場合、圧縮される気体は、各泡内および泡間に存在する気体であり、上記と同様、圧縮される。
【００１５】
図６および７は、図２および３に示した羽根車１０を用いた気体ポンプ１を説明する説明図であって、上方から吸入する例を示している。
羽根車１０は、ケーシング２０で覆われ、駆動軸１３で回転される。
気体ポンプ１の吸入室１４から泡沫１９が吸入されると、泡沫１９内の気体および泡沫間の気体は羽根車１０の通路１７で圧縮され、吐出面１６から吐出室２１に放出されるが、その際、泡沫１９が潰れて液状になり、内部の気体と分離される。分離された圧縮気体は吐出管２２から吐出され、液体は液体回収手段２３により回収されるようになっている。
【００１６】
図６および７に示した例において、泡沫供給手段４は、界面活性剤を含有する溶液５を収容する槽６に撹拌翼８を設けて、起泡させ、気体ポンプ１の吸入室１４に泡沫１９を供給するようにしており、この泡沫供給手段４は気体ポンプ１の吸入室１４の上方に位置して設けられている。撹拌翼８により連続的に発生された泡は、液面に一層の状態で拡散するだけではなく、下部の泡に押し出されるように生成し、何層にも重なりながら上方へ膨らんだ状態で前進し、吸入室１４に充満する。吸入室１４に充満した泡沫１９は、後方の泡沫１９に押し出される押出し作用、および、羽根車１０の回転により発生される１０Ｐａ以上の負圧により羽根車１０の通路１７内に吸入される。
また、ケーシング２０の吸入口２５を、羽根車１０の吸入面１５の径より大きく形成して羽根車１０の通路１７に泡沫１９が吸入され易くしている。
なお、図６に示した例では、吸入室１４の一部の空間にのみ泡沫１９が供給されるように区画部材２４が設けられ、羽根車通路１７に断続的に泡沫１９が供給される。
図７に示した例では、区画部材２４を設けることなく、羽根車通路１７に連続的に泡沫１９が供給されるようになっている。
【００１７】
図８および９は、図２および３に示した羽根車１０を用いた気体ポンプ１を説明する説明図であって、下方から吸入する例を示している。
泡沫供給手段４は、界面活性剤を含有する溶液５を収容する槽６に撹拌翼８を設けて、起泡させ、気体ポンプ１の吸入室１４に泡沫１９を供給するようにしており、この泡沫供給手段４は気体ポンプ１の吸入室１４の下方に位置して設けられている。撹拌翼８により連続的に発生された泡は、  図６、７の場合と同様、吸入室１４に充満し、後方の泡沫１９の押出し作用、および、羽根車１０の回転により発生される負圧により羽根車１０の通路１７に吸入される。
図９に示した例は、吸入室１４の一部の空間にのみ泡沫１９が供給されるように区画部材２４が設けられており、また、図８に示した例は、羽根車通路１７に連続的に泡沫１９が供給されるように、区画部材２４が設けられていない。
また、撹拌翼８は、マグネット２６を介して駆動されるため、槽６に撹拌翼８の回転軸を貫通して設ける必要がない。
【００１８】
図１０は、冷凍サイクル２７の蒸発器２８における泡沫混入冷媒２９を吸入して圧縮する圧縮機として本発明の気体ポンプ１を適用した例を示したものである。
この例の場合、蒸発器２８において冷媒自身が泡沫を形成しているため、泡沫供給手段４を設ける必要がない。また、気体ポンプ１は横から泡沫を吸入するようになっている。
【００１９】
図１１は、気体ポンプ１の下方から泡沫を吸入する例の変形例を示したものである。
泡沫供給手段４は、界面活性剤を含有する溶液５を収容する槽６から別途設けた液体ポンプ３０で溶液５を吸入し、気体ポンプ１の前に設けた撹拌翼８にて起泡させ、気体ポンプ１に泡沫を供給する。
この例の場合、液体ポンプ３０と撹拌翼８とを吸入起泡装置として一体化することが可能であり、また、一体化された吸入起泡装置を気体ポンプ１を駆動する動力で駆動するようにすることも可能である。
さらに、気体ポンプ１の羽根車を利用して泡沫を発生させるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る気体ポンプの全体構成を説明する説明図である。
【図２】気体ポンプ１の羽根車を示す平面図である。
【図３】羽根車を示す正面断面図である。
【図４】羽根車内通路内においてピストン作用をなす泡沫の挙動を説明する図である。
【図５】羽根車内通路内においてピストン作用をなす泡沫の挙動を説明する図である。
【図６】図２および３に示した羽根車を用いた気体ポンプを説明する説明図であって、上方から吸入する一例を示している。
【図７】図２および３に示した羽根車を用いた気体ポンプを説明する説明図であって、上方から吸入する他の例を示している。
【図８】図２および３に示した羽根車を用いた気体ポンプを説明する説明図であって、下方から吸入する一例を示している。
【図９】図２および３に示した羽根車を用いた気体ポンプを説明する説明図であって、下方から吸入する他の例を示している。
【図１０】冷凍サイクルの蒸発器における泡沫混入冷媒を吸入して圧縮する圧縮機として本発明の気体ポンプを適用した例を示したものである。
【図１１】気体ポンプの下方から泡沫を吸入する例の変形例を示したものである。
【図１２】従来技術１の作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    気体ポンプ
２    吸入管
３    吐出管
４    泡沫供給手段
５    溶液
６    槽
７    大気導入管
８    撹拌翼
１０  羽根車
１１  底板
１２  仕切板
１３  駆動軸
１４  吸入室
１５  吸入面
１６  吐出面
１７  羽根車内通路
１８  補助仕切板
１９  泡沫
２０  ケーシング
２１  吐出室
２２  吐出管
２３  液体回収手段
２４  区画部材
２５  ケーシングの吸入口
２６  マグネット
２７  冷凍サイクル
２８  蒸発器
２９  泡沫混入冷媒
３０  液体ポンプ
【図１】
0005019473.tif 000002
【図２】
0005019473.tif 000003
【図３】
0005019473.tif 000004
【図４】
0005019473.tif 000005
【図５】
0005019473.tif 000006
【図６】
0005019473.tif 000007
【図７】
0005019473.tif 000008
【図８】
0005019473.tif 000009
【図９】
0005019473.tif 000010
【図１０】
0005019473.tif 000011
【図１１】
0005019473.tif 000012
【図１２】
0005019473.tif 000013