JP2007174938A - 攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱変性や気泡の混入によって混合液の性状が損なわれないで粉体と液体とを混合することができ、かつ装置コストを低減することのできる攪拌装置を提供する。
【解決手段】攪拌手段は、容器１０２の底部１０２ｃに開口した攪拌羽根室１０３と、当該攪拌羽根室１０３内に収納された攪拌羽根１０８とから構成される。攪拌羽根１０８は、上段の渦流羽根１１０と下段の遠心羽根１１４とが回転軸１０９に設けられて構成され、渦流羽根１１０は、ロータボディ１１１と当該ロータボディ１１１の上端面に放射状に設けられたインペラ１１２とから構成される。遠心羽根１１４は、ロータボディ下端面１１１ｃと攪拌羽根室側壁１０５と攪拌羽根室底板１０６との間に形成された加圧室１０７内に配置され、加圧室１０７と容器１０２の上部側壁１０２ａとは、循環通路１１５を介して連通されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、攪拌装置に関し、特に、大豆粉末等の粉体と水等の液体を混合する攪拌装置に関するものである。

豆腐は良質な植物性タンパク源としてだけではなく、脂質、炭水化物およびカルシウムをバランスよく備えた食品として古くから食されている。

近年、粉末状にし加工した大豆と水（または温水）を混合した後で煮沸して豆乳とし、豆乳に凝固剤（ニガリ）を加えて凝固させて豆腐を製造する方法が実施されるようになり、この豆腐の製造方法によれば大豆滓（オカラ）が発生せず、大豆滓に含まれる食物繊維、レシチン、サポニンおよびイソフラボンといった有効成分がそのまま豆腐中に残るため優良な健康食品として大いに注目を集めている。

また、この豆腐製造方法によれば、従来、産業廃棄物として処理していた大豆滓が発生しないので処理コストも削減でき、製造工程が簡易であり、かつ短時間で製造できることから製造コストも低減できるという効果がある。

しかし、この豆腐の製造法は、大豆粉末が油脂分を多く含むため大豆粉末と水を混合する工程において混合むら（ダマ）が発生し、できあがった豆腐の食感が粉っぽく不味いという問題があった。

そこで、図４に示すように、筒状容器１５１と蓋１５２とで形成された空間内にモータ１５４の駆動により高速回転する回転羽根１５３を設け、加水管１５５に接続した噴霧ノズル１５６を備えた豆腐製造装置１５０が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この豆腐製造装置１５０では、筒状容器１５１内に大豆粉末と水を投入し、回転羽根１５３を毎分１〜３万回転の超高速で回転させて筒状容器１５１内に激しい攪拌流Ｃを形成し、この攪拌流Ｃに噴霧ノズル１５６から、別途設けた高圧ポンプで加圧した水を図示中のＳ方向に噴霧することで大豆粉末粒子と水分子とが激しく衝突し、大豆粉末の親水性が向上して、水との混合状態が均質になるというものである。

なお、この豆腐製造装置１５０には、排出口１５７、バルブ１５８、ヒータ１５９、添加管１６１と接続した添加口１６０が附設されており、大豆粉末を水に溶いた後、回転羽根１５３の回転数を下げて低速で攪拌しながら容器内をヒータ１５９で加熱し、煮沸して豆乳とし、さらに、豆乳に添加口１６０から凝固剤を添加し、初期凝固状態の豆腐とし、バルブ１５８を開いて排出口１５７から他容器（図示略）へと移し、凝固させて豆腐を製造することができる。
特開２００３−２８９８２１号公報

しかし、この豆腐製造装置１５０の攪拌装置では、回転羽根１５３が毎分１〜３万回転と超高速で回転するため、大豆粉末と水との混合液が回転羽根１５３によって激しく叩かれて瞬間的に煮沸温度以上の高温状態（キャビテーション状態）となるので、熱変性が発生し、大豆本来の風味が著しく失われてしまう。

また、回転羽根１５３が超高速で回転するので、微細化した気泡が大量に発生し、この微細気泡が大豆粉末と水との混合液内に取り込まれて豆腐の風味が低下する。

さらには、回転羽根１５３の超高速回転を実現するためにモータ１５４の出力を強大にする必要があり、回転羽根１５３の回転軸やモータ１５４等の保持部を高精度、かつ高剛性に作成する必要もある。回転羽根１５３は摩耗に耐えうるよう特殊合金等で作成するか、耐摩耗性の表面処理を施す必要がある。噴霧ノズル１５６から水を噴霧するために高圧ポンプを備える必要がある。このように、この豆腐製造装置１５０の攪拌装置は装置コストが甚大である。

本発明は、熱変性や気泡の混入によって混合液の性状が損なわれることなく粉体と液体とを混合することができ、かつ装置コストを低く抑えることができる攪拌装置を提供するものである。

本発明の攪拌装置は、上記課題を解決するために、容器の底部に粉体と液体とを混合するための攪拌手段を備えた攪拌装置において、前記攪拌手段が、前記容器の底部に開口した攪拌羽根室と、当該攪拌羽根室内に収納された攪拌羽根とからなり、当該攪拌羽根が上段の渦流羽根と下段の遠心羽根とが同軸に設けられて構成されており、前記渦流羽根がロータボディと当該ロータボディの上端面に放射状に設けられたインペラとからなり、前記ロータボディ下端面と前記攪拌羽根室の内側壁面と前記攪拌羽根室の内底面との間に加圧室が形成されており、前記遠心羽根が前記加圧室内に配置されており、前記加圧室と前記容器の上部側壁に設けられている開口とが循環通路を介して連通されている。

この発明によれば、上段の渦流羽根によって渦流と攪拌羽根室へと液体を吸引する流れが発生し、下段の遠心羽根によって加圧された液体は循環通路を経て容器の上部へと吐出される。これによって、容器内では、渦を巻きながら下方へ向かう旋回流が発生するが、循環通路を通過する液体の流速が早いので、循環通路から吐出された液体と容器内の液体とが衝突する際の衝撃によって攪拌効果が格段と向上し、粉体と液体とが速やかに、かつ均質に混合される。

また、循環路部は、容器と比較して通路面積が小さく、液体の流速を高めることができるので、攪拌羽根の回転数を従来のように数万回転まで上げなくても充分な攪拌効果を確保することができる。したがって、粉体の熱変性や気泡の発生を抑制することができるとともに、回転駆動装置として低出力のモータを使用でき、かつその回転機構部分の精度や剛性を必要以上に高める必要がなくなり、装置コストを低減することができる。

また、攪拌によって、容器内の液面付近に滞留する粉体のダマを包含する気泡は、下方へ向かう旋回流によって攪拌羽根室内に吸引され細分化され、攪拌羽根の回転によってダマは消滅する。一方、攪拌羽根室内に吸引された気泡には過剰な遠心力が作用せず、気泡が微細化して混合液内に取り込まれるということはなく、循環通路へと移送される液体とは分離して、再び液面に浮上し消滅することになる。

また、上記攪拌装置において、前記インペラの外周面と前記ロータボディの外周面とを連続する傾斜面とし、前記攪拌羽根室の開口部の内側壁面の下部を前記連続する傾斜面の略延長面上の傾斜面とし、前記インペラの上端面と前記攪拌羽根室の開口部の下端面とが近接して配置されているものとすることができる。

この構成によれば、攪拌羽根室の開口部との間で液体にせん断力が作用して攪拌が効率的に行なえるとともに、気泡が傾斜面に沿って上昇、分離しやすくなる。

また、上記攪拌装置において、インペラの上端面に回転方向に向かって延出するカッターブレードが設けられているものとすることができる。

この構成によれば、カッターブレードによる旋回流の下方へのガイド作用によって、攪拌羽根室から容器側へと液体が逆流することを防止でき、さらには、液体中でダマになった粉体を効果的に細分化することができるので、攪拌を安定的、かつ効果的に行うことができる。

また、上記攪拌装置において、前記ロータボディの外周面の下部に円筒部が設けられており、当該円筒部の表面に凹凸が形成されているとともに、前記攪拌羽根室の内側壁と前記円筒部とが近接して配置されているものとすることができる。

この構成によれば、液体は、攪拌羽根室の内側壁とロータボディの円筒部との間で、円筒部に形成された凹凸によって揉まれるので、攪拌を効果的に行うことができる。

また、上記攪拌装置において、前記容器の下部が縮径しており、当該容器の内壁面の下部が前記攪拌羽根室の開口部の内側壁面の上部と連続しているものとすることができる。

この構成によれば、容器内での液体の旋回流の周速が下方に向かうに従って早くなるため、攪拌を効果的に行うことができる。

また、上記攪拌装置において、前記粉体が大豆粉末であり、かつ前記液体が水または温水であって、前記循環通路が他の豆腐製造設備へと分岐しているとともに、当該分岐点には前記容器の上部側壁へ通じる通路と前記他の豆腐製造設備へ通じる通路とを切り換えるための三方弁が設けられているものとすることができる。

この構成によれば、大豆粉末と水または温水の混合液を他の豆腐製造設備へ移送するためのポンプ等を別途備える必要がなく、設備費を低減できるとともに、当該攪拌装置での攪拌工程が終了すると直ちに混合液を次工程の豆腐製造設備へと移送することができるので、豆乳または豆腐製造のサイクルタイムを短縮することができる。

本発明の攪拌装置によれば、熱変性や気泡の混入によって混合液の性状が損なわれることなく粉体と液体とを混合することができ、かつ装置コストを低く抑えることができる。

以下、本発明の実施の一形態である豆腐製造設備としての攪拌装置について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

まず、本実施の形態に係る攪拌装置の構成について説明する。図１は、当該攪拌装置の構造を模式的に表した側面方向からの断面図である。図２は、図１に示す攪拌装置の攪拌羽根室内の構造を模式的に表した部分拡大図である。図３は、図２に示すインペラのＡ−Ａ断面における図中矢印方向からの断面図である。

図１および図２に示すように、攪拌装置１００は、容器１０２と、この容器１０２の底部１０２ｃに開口した攪拌羽根室１０３と、この攪拌羽根室１０３内に収納された攪拌羽根１０８とからなり、これらは架台１１７上に設けられている。また、攪拌羽根室１０３と、攪拌羽根１０８とで攪拌手段を構成している。

容器１０２は、円筒形状の上部側壁１０２ａと、下方へ向かって縮径する下部縮径部１０２ｂとからなる筒体であり、底部１０２ｃには吸引口（後述する温水と大豆粉末の未混合液が吸引される吸引口）が設けられているとともに、上端には開口（後述する温水と大豆粉末とが投入される投入口）が設けられており、大気開放されている。そして、底部１０２ｃの内壁垂直面は、後述する攪拌羽根室１０３の攪拌羽根開口部１０４の内壁垂直面と連続している。

攪拌羽根室１０３は、容器１０２の吸引口と対向する位置に、これに連接するように設けられている攪拌羽根開口部１０４を介して容器１０２の底部１０２ｃに開口しており、攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａおよび攪拌羽根室底板１０６の上面１０６ａによって囲まれた略箱状の半閉空間となっている。攪拌羽根開口部１０４には、開口部内壁傾斜面１０４ａと開口部天井面１０４ｂとが形成されている。

攪拌羽根１０８は、回転軸１０９の上段に渦流羽根１１０が設けられ、下段に遠心羽根１１４が設けられた構成となっている。渦流羽根１１０は、ロータボディ１１１と、このロータボディ１１１の上端面に放射状に設けられたインペラ１１２（平面視図示略）とからなる。なお、回転軸１０９は、架台１１７内に設けられた、回転駆動装置としてのモータに接続されている（図示略）。

ロータボディ１１１は、上半部がロータボディ外周部１１１ａを傾斜面とする円錐台形状を呈している。そして、ロータボディ下端面１１１ｃ、攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａ、および攪拌羽根室底板１０６の上面によって加圧室１０７が形成されており、この加圧室１０７に遠心羽根１１４が配設されている。

インペラ１１２は、円錐台形状のベース１１２ｂの傾斜面に、羽根上端部がベース１１２ｂの傾斜面と略倣って傾斜するように設けられ、この羽根上端部には攪拌羽根１０８の回転方向側へと突出するカッターブレード１１３が断面逆Ｌ字状に設けられている（図３を参照）。インペラ１１２の外周部１１２ａは下方に向かう傾斜面を有している。

ロータボディ外周部１１１ａの傾斜面とインペラ１１２の外周部１１２ａの傾斜面は、連続した渦流羽根外周傾斜面１１０ａを構成しており、この渦流羽根外周傾斜面１１０ａの略延長面上に開口部内壁傾斜面１０４ａが配設されている。すなわち、ロータボディ外周部１１１ａの傾斜面、インペラ１１２の外周部１１２ａの傾斜面および開口部内壁傾斜面１０４ａは、下方に向かって拡径する１つの円錐面を形成している。また、渦流羽根外周傾斜面１１０ａ、攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａおよび開口部天井面１０４ｂで攪拌空間１０３ａを形成している。

ロータボディ外周部１１１ａの下部には、その表面に凹凸が形成された円筒状の凹凸形状形成部１１１ｂが設けられており、この凹凸形状形成部１１１ｂは攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａと近接して配置されている。

容器１０２と攪拌羽根室１０３とは循環通路１１５によって連通している。循環通路１１５の一端は、加圧室１０７（より詳細には、遠心羽根１１４の外周面が位置する攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａ）に取入口１１５ａとして開口し、他端は、容器１０２の上部側壁１０２ａに吐出口１１５ｂとして開口している。取入口１１５ａと吐出口１１５ｂは、それぞれ混合液の回転方向に向かって開口している（平面視図示略）。

循環通路１１５は、途中で豆腐製造設備の次工程である煮窯装置へと分岐しており、この分岐点には、容器１０２の上部側壁１０２ａに開口する吐出口１１５ｂへの通路と、この豆腐製造設備への通路とを切り換えるための三方弁１１６が設けられている。

次に、攪拌装置１００を用いて豆腐（または豆乳）の中間原料である大豆粉末と温水の混合液を製造する場合を説明する。

三方弁１１６を、攪拌羽根室１０３と容器１０２とが連通するように切り換え、容器１０２上端の投入口から３０〜４０℃の温水と乾燥大豆を微粉砕した大豆粉末とを投入して、モータを始動し、攪拌羽根１０８を回転させる。このとき、モータの回転数は、４０００ｒｐｍ程度である。

温水と大豆粉末の混在した液体（以下、未混合液と称する）は、渦流羽根１１０による渦流の作用によって容器１０２内で旋回するとともに、容器１０２の吸引口から攪拌羽根開口部１０４を介して攪拌羽根室１０３へと吸引される。すなわち、容器１０２内では下方へ向かう旋回流が発生する。未混合液の旋回流は、下部縮径部１０２ｂによって底部１０２ｃに向かうにつれて旋回速度が高まる。未混合液は、この容器１０２内における旋回流によって温水と大豆粉末とが攪拌、混合される。

攪拌羽根室１０３内に吸引された未混合液は、インペラ１１２の上端面と攪拌羽根開口部１０４の開口部天井面１０４ｂとが近接して配置されているので、せん断力が作用して攪拌、混合される。また、インペラ１１２上端部のカッターブレード１１３によってダマが粉砕、細分化される。この際、カッターブレード１１３とベース１１２ｂの傾斜面によって斜め下方への流れが付与されるので、未混合液が容器１０２側へと逆流することはない。ここで、未混合液は、攪拌空間１０３ａで一旦滞留することになり、この際、未混合液から気泡が分離し、渦流羽根外周傾斜面１１０ａおよび開口部内壁傾斜面１０４ａに沿って上昇し、容器１０２へと戻り液面まで浮上して消滅する。

気泡が分離された未混合液は、攪拌空間１０３ａが下方へ向かうにつれて断面積が減少することから再び加速し、攪拌、混合される。さらに、未混合液が移送され、凹凸形状形成部１１１ｂに至ると、未混合液は攪拌羽根室側壁１０５の内周面１０５ａとこの凹凸形状形成部１１１ｂとの狭い空間部において揉みこまれて攪拌、混合される。このように、未混合液は、攪拌空間１０３ａで気泡が分離され、攪拌空間１０３ａおよび凹凸形状形成部１１１ｂでより効果的に攪拌、混合される。

凹凸形状形成部１１１ｂを経て加圧室１０７に移送された未混合液は、遠心羽根１１４によって加圧されて取入口１１５ａから循環通路１１５へと圧送される。そして、三方弁１１６を介して循環通路１１５内を移送された未混合液は、吐出口１１５ｂから容器１０２内へと吐出される。容器１０２内に吐出された未混合液は、容器１０２内で旋回する未混合液と衝突して攪拌、混合作用が向上し、液面付近に滞留するダマを含む気泡を粉砕する。

循環通路１１５は容器１０２の下部縮径部１０２ｂや底部１０２ｃの吸引口などと比較して通路面積が小さいので、通過する未混合液の流速を高めて吐出させることができ、吐出した未混合液と容器１０２内の未混合液とが衝突する際の衝撃によって攪拌効果が格段と向上する。

そして、未混合液が充分に混合されることにより、温水と大豆粉末が充分に混合された液体（以下、単に混合液と称する）が得られたことをもって攪拌工程が終了したら、三方弁１１６を切り換えて、その混合液を豆腐製造設備の次工程である煮窯装置（図示略）へと移送する。

このように、攪拌装置１００は、混合液を豆腐製造設備の次工程である煮窯装置へと移送するために別途ポンプ等を設けることを必要としない構成となっているので、設備費を低減することができる。また、未混合液の攪拌と混合液の移送とを連続して行えるので豆腐製造のサイクルタイムを短縮することができる。特に、豆腐製造においては、攪拌から煮窯、保温貯留、冷却成形といった全体の工程のうち攪拌と煮窯をいかに短時間で済ませるかによって豆腐の風味に差が出るため、これらの工程間の移送時間が短縮されることは重要な意義を持つ。

さらに、容器１０２内の混合液の煮釜装置への移送が終了したら、モータを停止し、攪拌羽根１０８の回転を止める。以降、同様の攪拌工程を繰り返し行う。

以上に説明したように、本発明の攪拌装置においては、容器内の旋回流、攪拌羽根と開口部とのせん断力、攪拌空間、凹凸形状形成部での揉み、循環経路部からの吐出による衝突、と多段にわたって混合液の攪拌、混合作用を向上させる作用が発揮される構成を有することから、未混合液にはキャビテーションが発生するような高負荷がかからずに短時間で、かつ良好な混合状態の混合液を得ることができる。また、本発明の豆腐製造設備としての攪拌装置によって得られる大豆粉末と温水の混合液は、熱変性が極めて少なく気泡の混合も少ないので、豆腐製造の中間原料として理想的である。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、本発明の実施の形態では、豆腐製造設備としての攪拌装置を例示して説明したが、本発明の攪拌装置は、粉体と液体の混合において短時間で、かつ熱変性なしに、さらには気泡の混入の少ない混合液を得ることが要求される場合に好適であり、混合する対象物が大豆粉末と水（または温水）に特定されることはない。

本発明の実施の形態における攪拌装置の構造を模式的に表した側面方向からの断面図である。 図１に示す攪拌装置の攪拌羽根室内の構造を模式的に表した部分拡大図である。 図２に示すインペラのＡ−Ａ断面における図中矢印方向からの断面図である。 従来の攪拌装置の構成を模式的に表した側面方向からの断面図である。

符号の説明

１００ 攪拌装置
１０２ 容器
１０２ａ 上部側壁
１０２ｂ 下部縮径部
１０２ｃ 底部
１０３ 攪拌羽根室
１０３ａ 攪拌空間
１０４ 攪拌羽根開口部
１０４ａ 開口部内壁傾斜面
１０４ｂ 開口部天井面
１０５ 攪拌羽根室側壁
１０５ａ 内周面
１０６ 攪拌羽根室底板
１０６ａ 上面
１０７ 加圧室
１０８ 攪拌羽根
１０９ 回転軸
１１０ 渦流羽根
１１０ａ 渦流羽根外周傾斜面
１１１ ロータボディ
１１１ａ ロータボディ外周部
１１１ｂ 凹凸形状形成部
１１１ｃ ロータボディ下端面
１１２ インペラ
１１２ａ 外周部
１１２ｂ ベース
１１３ カッターブレード
１１４ 遠心羽根
１１５ 循環通路
１１５ａ 取入口
１１５ｂ 吐出口
１１６ 三方弁
１１７ 架台

Claims (6)

1. 容器の底部に粉体と液体とを混合するための攪拌手段を備えた攪拌装置において、
   前記攪拌手段が、前記容器の底部に開口した攪拌羽根室と、当該攪拌羽根室内に収納された攪拌羽根とからなり、当該攪拌羽根が上段の渦流羽根と下段の遠心羽根とが同軸に設けられて構成されており、前記渦流羽根がロータボディと当該ロータボディの上端面に放射状に設けられたインペラとからなり、前記ロータボディ下端面と前記攪拌羽根室の内側壁面と前記攪拌羽根室の内底面との間に加圧室が形成されており、前記遠心羽根が前記加圧室内に配置されており、前記加圧室と前記容器の上部側壁に設けられている開口とが循環通路を介して連通されていることを特徴とする攪拌装置。
2. 前記インペラの外周面と前記ロータボディの外周面とを連続する傾斜面とし、前記攪拌羽根室の開口部の内側壁面の下部を前記連続する傾斜面の略延長面上の傾斜面とし、前記インペラの上端面と前記攪拌羽根室の開口部の下端面とが近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記インペラの上端面に回転方向に向かって延出するカッターブレードが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の攪拌装置。
4. 前記ロータボディの外周面の下部に円筒部が設けられており、当該円筒部の表面に凹凸が形成されているとともに、前記攪拌羽根室の内側壁と前記円筒部とが近接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の攪拌装置。
5. 前記容器の下部が縮径しており、当該容器の内壁面の下部が前記攪拌羽根室の開口部の内側壁面の上部と連続していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の攪拌装置。
6. 前記粉体が大豆粉末であり、かつ前記液体が水または温水であって、
   前記循環通路が他の豆腐製造設備へと分岐しているとともに、当該分岐点には前記容器の上部側壁へ通じる通路と前記他の豆腐製造設備へ通じる通路とを切り換えるための三方弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の攪拌装置。
   
   
   
   
   
   
   

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