JPH08323178A - 流体輸送・攪拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小出力の駆動源で大量の流体をゆっくり輸送
・攪拌することが可能であり、特に固形物混在液体を対
象とした場合にも、固形物に損傷を与える懸念のない流
体輸送・攪拌装置を提供せんとするものである。 【構成】 回転駆動手段（９）と、前記回転駆動手段
（９）の回転中心から外方へ向かって延びた管体であっ
てその外方端に排出口を設け且つこの排出口より回転中
心側に吸入路を設けて構成した遠心力発生部（２）とを
有し、前記遠心力発生部（２）を流体が満たされた槽内
に位置づけてなる流体輸送・攪拌装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体、気体、固形物混
在液体等の各種流体を小さな駆動力で大量に輸送したり
攪拌できる装置に関し、特に流体中に固形物が含まれる
固形物混在液体の場合には、この固形物に損傷を与える
ことなく輸送・攪拌できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体を輸送したり攪拌する装置として
は、ポンプや攪拌プロペラが知られている。ポンプはそ
の構造によって、往復ポンプ、回転ポンプ、うず巻きポ
ンプ、プロペラポンプ、空気揚水ポンプ、ジェットポン
プ等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらポンプは輸送圧
力は大きいものの流体の輸送量を増やすためには駆動源
の大幅なパワーアップが必要となり、小出力の駆動源を
用いて大量の流体をゆっくり輸送する用途には適さな
い。またこれらポンプはその構造が複雑であるうえに、
その多くは流路の途中部に回転翼やギヤ等の複雑な機構
部品が存在するため、流体が固形物混在液体である場合
には、固形物が損傷を受けたり、固形物が機構部品に噛
み込んでポンプ自体が作動しなくなる懸念もある。一
方、攪拌装置としては攪拌プロペラが最も一般的である
が、攪拌プロペラも、液中の固形物に損傷を与える懸念
があることから、固形物混在液体の攪拌には適用しがた
い。プロペラの周囲に固形物の接近を阻むネット等を取
りつける方法も考慮されるが、この方法は攪拌力の低下
を招き好ましくない。

【０００４】本発明はかかる現況に鑑みてなされたもの
であり、小出力の駆動源で大量の流体をゆっくり輸送・
攪拌することが可能であり、特に固形物混在液体を対象
とした場合にも、固形物に損傷を与える懸念のない流体
輸送・攪拌装置を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は次の構成を有する。即ち、回転駆動手段と、前記回
転駆動手段の回転中心から外方へ向かって延びた管体で
あってその外方端に排出口を設け且つこの排出口より回
転中心側に吸入路を設けて構成した遠心力発生部とを有
し、前記遠心力発生部を流体が満たされた槽内に位置づ
けたことを特徴としている。

【０００６】流体の輸送・攪拌は少なくとも遠心力発生
部が存在すれば可能となるが、より現実的な装置として
は請求項２記載のように流体を遠心力発生部の吸入路に
まで案内する流体案内管をその管軸を回転駆動手段の回
転軸に一致させて遠心力発生部に連設することが好まし
い。

【０００７】遠心力発生部を構成する管体と流体案内管
とは請求項３記載のように単一の管体から構成して両方
を一体的に回転させる場合と、請求項４記載のように遠
心力発生部を構成する管体を流体案内管に回転自在に連
結し、遠心力発生部のみを回転させる場合とがある。

【０００８】また遠心力発生部の回転動作に伴う流体抵
抗の軽減をはかるために、請求項５記載のように、遠心
力発生部の最大回転半径に一致した半径を有しその周壁
に遠心力発生部に設けた排出口に連通する開口を設けた
中空円筒ケースを遠心力発生部に外装することも好まし
い。

【０００９】

【作用】このような流体輸送・攪拌装置は、遠心力発生
部が回転することによって管内の流体に遠心力が作用
し、この結果、遠心力発生部に設けた排出口から流体が
排出され、他方、流体が排出されるのに対応して吸入路
を通じて流体が吸入される。流体の排出は排出口が回転
軸周りに回転しながら行われるから、流体の輸送と同時
に攪拌も行われることになる。遠心力発生部内に形成さ
れた流路には機構部は全く存在しないかあるいは存在し
ても回転力伝達用の軸杆のみであるから、大量の流体を
輸送することができる。そして固形物混在液体を対象と
した場合にも液中の固形物を破壊するおそれはない。遠
心力発生部の回転速度は比較的緩やかで且つその形状も
プロペラのような鋭利な部分が存在しないため遠心力発
生部の周囲に浮遊する固形物に対しても損傷を与えるこ
ともない。そして遠心力発生部の回転に要する駆動力は
小さなもので充分であるから回転駆動手段の小型化もは
かれる。

【００１０】遠心力発生部に流体案内管を連設したとき
には、槽内上層の流体は流体案内管を通じて遠心力発生
部に導入される。流体案内管の管軸は回転駆動手段の回
転軸に一致しているため流体案内管内では遠心力はほと
んど作用せず、流体案内管の回転が遠心力発生部による
流体の排出を阻害することはない。

【００１１】遠心力発生部を構成する管体と流体案内管
とを単一の管体から構成した場合は、遠心力発生部と流
体案内管とは一体的に回転させる。遠心力発生部を流体
案内管に対して回転自在に連結した場合は、遠心力発生
部のみを回転させる。

【００１２】遠心力発生部の最大回転半径に一致した半
径を有しその周壁に遠心力発生部を構成する管体の排出
口に連通する開口を設けた中空円筒ケースを、遠心力発
生部に外装して両部材を一体的に回転させるようにした
場合は、中空円筒ケースは回転対称形であるため回転に
伴う流体抵抗はほとんどなく、回転駆動手段の駆動力は
より小さくて済む。

【００１３】

【実施例】次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき
説明する。図１は本発明の一実施例を示す縦断面説明図
であり、図２は図１中のＡ−Ａ断面図である。本実施例
は回転駆動手段９から回転力の伝達を受けた輸送管１を
液体５０が満たされた槽４の内部に位置づけて構成され
る。槽底部には排液管５が接続され、他方、槽４の上方
には給液管６が設けられている。排液管５及び給液管６
の配置位置は他のものであってもよい。輸送管１はラッ
パ状に拡がった流体収集部７、直状の流体案内部３及び
湾曲形状の遠心力発生部２とから構成され、輸送管１の
軸心位置には回転軸となる軸杆８が貫設されている。軸
杆８の下端は湾曲形状の遠心力発生部２の管内壁に固着
され、他方、軸杆８の上端は増減速機構を介して電動モ
ータ等の回転駆動手段９に接続され、回転駆動手段９の
回転力が軸杆８を通じて輸送管１に伝達されるように構
成されている。

【００１４】本装置の最大の特徴は、遠心力発生部２を
設けたことにある。遠心力発生部２は図３に示す如く回
転駆動手段９の回転中心から外方へ向かって延びた管体
であり、その外方端に排出口１０が設けられ、他方、当
該遠心力発生部２の回転中心位置の周囲に吸入路１１が
形成されている。吸入路１１の形成位置は遠心力発生部
２を回転させたときに、遠心力の作用によって流体が吸
入路１１から排出口１０に向かって送り出される構造で
あればよく、その意味では吸入路１１の形成位置は回転
中心である必要性はない。しかしながら吸入路１１の回
転中心からの偏心は、吸入路１１と排出口１０との離間
距離を縮めて発生する遠心力の大きさを弱める結果をも
たらすから、特別な理由がない限り吸入路１１の中心は
回転中心と一致させることが好ましいことはいうまでも
ない。本発明においては、このような遠心力発生部２が
流体中に位置づけられていることが重要なのであって、
流体案内部３や流体収集部７は設けない場合もある。

【００１５】このような流体輸送・攪拌装置は、遠心力
発生部２を軸杆８を中心にして回転させると、遠心力発
生部２内の流体に遠心力が発生し、遠心力発生部２内の
流体が排出口１０を通って管外へ送り出され、他方、吸
入路１１から新たな流体が流入する。排出口１０は図５
に示すように３６０°回転するから、排出口１０からの
流体の送出は、流体の輸送効果と同時に槽内流体の攪拌
効果も発揮する。したがって本装置は、流体の輸送する
用途に用いることもできるし、また流体を攪拌する目的
で用いることもできる。また輸送と攪拌の両方を行う目
的で用いることもできる。

【００１６】流体は輸送管１内を通過して排出口１０か
ら管外に送出されるが、管内には軸杆８が存在するのみ
でその通過断面積は大きいから大量の流体を輸送・攪拌
することができる。しかも回転駆動手段９には輸送管１
を回転させる駆動力が要求されるだけであるから回転駆
動手段９も小出力のもので充分間に合い、消費電力も少
ない。また構造も単純であるから故障が少なく製造コス
トも安価である。

【００１７】本発明装置が対象とする流体は、液体、気
体、あるいは小さな固形物を多数混在させた固形物混在
液体等である。特に固形物混在液体を対象とした場合、
上記効果に加えて固形物への損傷回避効果が加わる。図
４は、槽内に固形物混在液体５１を満たした場合を示し
ている。このような例に該当するものとしては、バイオ
リアクターが挙げられる。バイオリアクターでは微生物
を担持させた微生物固定化用担体（以下、単に担体と称
す）を被処理液と一緒に反応槽内に収容し、この反応槽
内で担体が浮遊状態となっている被処理液を攪拌流動さ
せることにより、担体と被処理液との接触頻度を増し、
これによって生分解作用の促進と槽内被処理液の均質化
をはかる必要がある。図４の構成をバイオリアクターに
適用した場合、固形物混在液体５１としては被処理液５
１ａにセルロース等の担体５１ｂを浮遊させたものが対
象となる。このような固形物混在液体５１では、担体５
１ｂを傷つけることなく槽内全体に循環させることが重
要であるが、本装置は固形物混在液体５１の通過路とな
る輸送管１の内部には、軸杆８が存在するのみで、従来
ポンプのように回転翼やギヤ等の複雑な機構部品は存在
しないため、担体５１ｂが傷つけられることはない。

【００１８】以下、本発明の変形例について述べる。遠
心力発生部２としては例えば図６（ａ）に示すように急
角度に屈曲したものや、あるいは図６（ｂ）に示すよう
に傾斜状の直管を用いることもできる。また図７に示す
ように、遠心力発生部を二股状に分岐して二つの排出口
１０，１０を設けてもよい。尚、図示しないが排出口の
数を更に多くしてもよい。

【００１９】遠心力発生部２の回転に際して遠心力発生
部２に作用する流体抵抗の軽減をはかるには図８及び図
９で示す構造が効果的である。これは遠心力発生部２の
最大回転半径に一致した半径を有する中空円筒ケース１
２を遠心力発生部２に外装し、遠心力発生部２の排出口
１０をこの中空円筒ケース１２の周壁に位置づけたもの
である。中空円筒ケース１２は遠心力発生部２と一緒に
回転するが、中空円筒ケース１２は回転対称形であるた
め回転に際して大きな流体抵抗は作用しない。したがっ
て回転駆動手段９はより小出力なものが使用できる。

【００２０】図１０は回転駆動手段９を遠心力発生部２
の下方に配置した例であり、槽外に設置した回転駆動手
段９の回転駆動力を槽本体４の底壁を貫通する軸杆８ａ
を介して中空円筒ケース１２の底壁に固定した例であ
る。この場合、輸送管１内部に軸杆を貫設する必要がな
くなるので、輸送管１内の流体の流通はより円滑とな
る。特に流体が固形物混在液体である場合においては、
この傾向は一層顕著である。

【００２１】以上述べた各実施例は流体収集部７、流体
案内部３及び遠心力発生部２の全てを一体的に回転させ
るものであったが、図１１は遠心力発生部２ｄと流体案
内部３ａとをベアリング等の軸受１３を介して連結し、
遠心力発生部２ｄのみを回転させるようにした場合であ
る。このような構成とすれば回転駆動手段９はより小出
力なものでも使用できる。

【００２２】輸送管１が軸杆８の長手方向に長い場合、
輸送管１の下端において横ブレが発生するおそれがあ
る。図１２及び図１３は横ブレを防止した実施例であ
る。図１２は槽底壁にまで延長した軸杆８の端部を軸受
１４を介して槽底壁に回転自在に支持した場合であり、
また図１３は中空円筒ケース１２を滑り軸受１５を介し
て支持筒１６によって外装支持した場合である。このよ
うに輸送管１の上部と下部の両方を規制することによ
り、回転時の横ブレを防ぐことができる。

【００２３】流体収集部７及び流体案内部３は回転させ
ないから図１４に示すように流体案内部３ｂを屈曲させ
ることが可能であり、例えば槽内に設置される他の装置
類を避けて配管することも可能となる。

【００２４】以上述べた実施例は、いずれも槽内上部か
ら槽内下部に向かって流体を輸送するものであったが、
本発明は槽内下部から槽内上部に流体を輸送する用途に
も適用できる。例えば図１５に示すように遠心力発生部
を輸送管１’の上部に設けることとすれば槽内下部の流
体を槽内上部に吸い上げることが可能となる。このよう
な実施例は、例えばバイオリアクター等において被処理
液よりも高比重の担体を用いる場合に適用できる。

【００２５】上記各実施例は、同一槽内において流体を
高さ方向に輸送案内するものであったが、本発明は異な
る槽相互間における流体の輸送にも応用できる。図１６
はこの一例であり、槽４ａと槽４ｂとの間にわたって流
体案内部３ｃを設け、槽４ｂ内に前記流体案内部３ｃに
連通する補助案内部３ｄ及び軸受１３を介して中空円筒
ケース１２を外装した遠心力発生部２ｄを連設し、遠心
力発生部２ｄ及び中空円筒ケース１２を水平配置した回
転軸によって回転させる構成を採用した場合である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の流体輸送・攪拌装置は回転駆動
手段の回転中心から外方へ向かって延びた管体を回転さ
せたときに管体内部の流体に作用する遠心力を利用して
流体の輸送と攪拌を行うことにした。したがって構造が
簡単で故障も少ない流体輸送・攪拌装置が提供できる。
また遠心力発生部内に形成された流路には機構部品は全
く存在しないかあるいは存在しても回転力伝達用の軸杆
のみであるから、大量の流体を輸送することができる。
特に固形物混在液体を対象とした場合には固形物を破壊
したりする懸念もない。また遠心力発生部の外側に浮遊
する固形物に対しては、遠心力発生部の回転速度が比較
的緩やかで且つその形状もプロペラのような鋭利な部分
が存在しないため流体中に浮遊する固形物に損傷を与え
ることもない。しかも遠心力発生部を流体槽内で回転さ
せるのに要する駆動力は小さなもので充分であるから回
転駆動手段として小出力のものが使用できる。

【００２７】流体を遠心力発生部を構成する管体の吸入
路にまで案内する流体案内管を、その管軸を回転駆動手
段の回転軸に一致させて遠心力発生部を構成する管体に
連設したときには、流体案内管内では大きな遠心力は作
用しないため、遠心力発生部による流体の排出を阻害す
ることなく、槽内上層部の流体を遠心力発生部にまで案
内できる。

【００２８】遠心力発生部を流体案内部に回転自在に連
結し、遠心力発生部のみを回転させた場合は、回転駆動
手段に要求される駆動出力はより小さなもので充分とな
る。

【００２９】遠心力発生部の最大回転半径に一致した半
径を有しその周壁に遠心力発生部を構成する管体の排出
口に連通する開口を開設した中空円筒ケースを、遠心力
発生部と一体的に回転するように遠心力発生部に外装し
た場合は、回転に伴う流体抵抗が大幅に低下するため、
回転駆動手段の必要駆動力をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の流体輸送・攪拌装置の全体概要を示
す断面説明図

【図２】 図１におけるＡ−Ａ断面図

【図３】 遠心力発生部の構造を示す斜視図

【図４】 流体が固形物混在液体である場合の流体輸送
・攪拌装置の全体概要を示す断面説明図

【図５】 遠心力発生部の回転する様子を示す説明図

【図６】 （ａ）（ｂ）は遠心力発生部の他の形態を示
す斜視図

【図７】 遠心力発生部の他の形態を示す斜視図

【図８】 遠心力発生部の他の形態を示す斜視図

【図９】 図８で示した遠心力発生部を用いた流体輸送
・攪拌装置の全体概要を示す断面説明図

【図１０】 回転駆動手段の取付け態様の変形例を示す
断面説明図

【図１１】 遠心力発生部を流体案内部に対して回転可
能にした変形例を示す断面説明図

【図１２】 輸送管の上部と下部の両方を規制して横ブ
レを防止した実施例を示す断面説明図

【図１３】 輸送管の上部と下部の両方を規制して横ブ
レを防止した実施例を示す断面説明図

【図１４】 流体案内部を屈曲させた変形例を示す断面
説明図

【図１５】 槽内下部から上部へ向かって流体輸送を行
う実施例を示す断面説明図

【図１６】 二槽間で流体の輸送を行う実施例を示す断
面説明図

【符号の説明】

１，１’輸送管 ２，２ａ，２ｂ，
２ｃ 遠心力発生部 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ 流体案内部 ４，４ａ，４ｂ 槽 ５ 排液管 ６ 給液管 ７ 流体収集部 ８ 軸杆 ９ 回転駆動手段 １０ 排出口 １１ 吸入路 １２ 中空円筒ケース １３ 軸受 １４ 軸受 １５ 滑り軸受 １６ 支持筒 ５０ 流体 ５１ 固形物混在液体 ５０ａ 被処理液 ５１ｂ 担体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動手段と、 前記回転駆動手段の回転中心から外方へ向かって延びた
   管体であって、その外方端に排出口を設け且つこの排出
   口より回転中心側に吸入路を設けて構成した遠心力発生
   部と、 を有し、前記遠心力発生部を流体が満たされた槽内に位
   置づけてなる流体輸送・攪拌装置。
2. 【請求項２】 流体を遠心力発生部の吸入路にまで案内
   する流体案内管を、その管軸を回転駆動手段の回転軸に
   一致させて遠心力発生部を構成する管体に連設してなる
   請求項１記載の流体輸送・攪拌装置。
3. 【請求項３】 遠心力発生部を構成する管体と流体案内
   管とを単一の管体から構成し、遠心力発生部と流体案内
   管とを一体的に回転させてなる請求項２記載の流体輸送
   ・攪拌装置。
4. 【請求項４】 遠心力発生部を構成する管体を流体案内
   管に対して回転自在に連結し、固定設置した流体案内管
   に対して遠心力発生部を回転させてなる請求項２記載の
   流体輸送・攪拌装置。
5. 【請求項５】 遠心力発生部の最大回転半径に一致した
   半径を有しその周壁に遠心力発生部の排出口に連通する
   開口を設けた中空円筒ケースを、遠心力発生部に外装し
   てなる請求項１〜４のいずれか１項記載の流体輸送・攪
   拌装置。