JP2007319840A - 撹拌混合装置及び原料撹拌混合システム - Google Patents

Abstract

【課題】均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができ、且つ、フィルタの閉塞を抑制できる撹拌混合装置等を提供すること。
【解決手段】撹拌混合装置２０は、内部に流路２１１を有するケーシング２１と、このケーシング２１内部に配置され振動モータ２２に接続された撹拌体２３と、を備える。ケーシング２１は、原料が導入される導入口２４１が設けられた導入室２４と、連通路２５を介して導入室２４に連通し、内部の流体が排出される排出口２６１及びこの排出口２６１を被覆するフィルタ２６２が設けられた排出室２６と、を有する。連通路２５は、フィルタ２６１付近での温度が有意に低下する程度に、導入室２４から排出室２６に流入する撹拌混合物の圧力を低下させる隔壁２５１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体を撹拌し混合する撹拌混合装置、及び、撹拌混合装置を備える原料撹拌混合システムに関する。

従来、筒状のケーシング内で螺旋状の撹拌羽根を上下振動させることで、強力な撹拌混合を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１４は、このような従来例に係る撹拌混合装置９０の概略構成を示した図であり、撹拌混合装置９０は、内部に流路を有するケーシング９１を有し、このケーシング９１の内部には撹拌体９５が配置されている。この撹拌体９５の振動軸９３は、振動モータ９２に接続されており、この振動軸９３の周囲には螺旋状の撹拌羽根９４が設けられている。これにより、撹拌体９５がケーシング９１内で上下動し、流体を撹拌混合できる。

ケーシング９１の下端側には導入口９６が設けられ、この導入口９６から原料が導入される。一方、ケーシング９１の上端側には、フィルタ９９が設けられており、このフィルタ９９で流体がろ過され、未溶解物又は未溶融物が除去される。また、ケーシング９１の上端側には、フィルタ９９によって被覆された排出口９８も設けられており、フィルタ９９でろ過された流体は排出口９８から排出される。

また、ケーシング９１には、仕切り板１０１が設けられており、この仕切り板１０１でケーシング９１の内部空間が仕切られて複数の撹拌室９１ａ〜９１ｄが形成されている。なお、仕切り板１０１の中央には開口が形成されている。

このような撹拌混合装置９０は、まず、導入口９６を介して原料がケーシング９１内部に導入されると、振動モータ９２によって振動軸９３が上下に振動する。これに伴って、各撹拌室９１ａ〜９１ｄ内では各々の撹拌体９５の周囲で強力な渦流が発生し、この渦流によって原料が混合される。やがて、ケーシング９１内部の流路を通って撹拌室９１ｄに移動した撹拌混合物は、フィルタ９９でろ過される。その後、ろ過された撹拌混合物は、排出口９８を介して排出される。

以上の撹拌混合装置９０によれば、排出口９８をフィルタ９９で被覆したので、未溶解物又は未溶融物が撹拌混合物内に残存した場合であっても、フィルタ９９でのろ過によって、未溶解物又は未溶融物は除去される。従って、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる。
特開平１０−３２８５４７号公報

しかしながら、前述した撹拌混合装置には以下のような問題があった。
つまり、フィルタに捕捉された未溶解物又は未溶融物によりフィルタが閉塞されるため、撹拌混合物がフィルタを通過するのが妨害される。これにより、撹拌混合装置からの撹拌混合物の排出量が低減されて撹拌混合物の製造効率が悪化する。また、フィルタの閉塞が更に進行すると、撹拌混合物がフィルタを通過できずにケーシング内圧を急上昇させるため、導入口から逆流するおそれがある。

また、原料の流動性を向上させて、原料を迅速且つ充分に混合撹拌するために、原料とともにスチームを導入する場合には、スチームの導入に伴って原料が加温及び加圧される。これにより、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が大量発生して、フィルタの閉塞が深刻化する。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができ、且つ、フィルタの閉塞を抑制できる撹拌混合装置、及び撹拌混合装置を備える原料撹拌混合システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、筒状のケーシング内で螺旋状の撹拌羽根を上下振動させることで、強力な撹拌混合を行う装置において、流体の圧力を低下させる圧力調整手段を所定位置に設置することにより、混合撹拌効率は維持又は向上されつつ、フィルタに負荷される圧力及び温度が低減化されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 内部に流路を有するケーシングと、このケーシング内部に配置され振動源に接続された振動軸及びこの振動軸の周囲に設けられた撹拌羽根を有する撹拌体と、を備える撹拌混合装置であって、前記ケーシングは、原料が導入される原料導入口が設けられた導入室と、流体が流通する連通路を介して前記導入室に連通し、内部の流体が排出される排出口及びこの排出口を被覆するフィルタが設けられた排出室と、を有し、前記撹拌混合装置は、前記導入室から前記排出室に流入する撹拌混合物の圧力の調整をする圧力調整手段を備える撹拌混合装置。

（１）の発明によれば、排出口をフィルタで被覆したので、未溶解物又は未溶融物が撹拌混合物内に残存した場合であっても、フィルタでのろ過によって、未溶解物又は未溶融物は除去される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる。
しかも、圧力調整手段を設けたので、導入室から排出室へと流入する混合撹拌物の圧力が調整されることを通じて、撹拌混合装置内の温度を簡易且つ自在に変化できる。これとともに、混合撹拌装置内の圧力のゆらぎが生じることにより、フィルタの閉塞を抑制できる。

ここで、「圧力調整手段」とは、具体的には、ケーシング内部の流路を極小に狭める絞り構造やフィルタ、導入室へ原料を圧入するポンプの圧力を低減する手段等である。

例えば、排出室に流入する流体の圧力が低下するように調整された場合には、排出室に設けられたフィルタに負荷される圧力が低減化されるので、フィルタの閉塞を抑制できる。

また、スチーム等の導入に伴って原料が加温及び加圧される場合であっても、排出室に流入する撹拌混合物が冷却されるので、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が抑制される。そこで、圧力調整手段による圧力の調整は、フィルタ付近での温度が有意に低下する程度に、排出室内の圧力の低下を生じさせるものであることが好ましい。

「フィルタ付近での温度が有意に低下する」とは、フィルタの閉塞を実質的に防止できる程度に温度が低下することを指し、より詳しくは、フィルタでの未溶解物又は未溶融物の焦げを実質的に防止できる程度に温度が低下することを指す。即ち、温度の低下幅は、フィルタの孔径、原料の組成、量及び粘度、並びに、撹拌体の形状及び振動速度等に応じて、適宜設定されてよい。

また、圧力調整手段は、圧力の調整の度合を変化させる調整幅変化手段を備えることが好ましい。これにより、原料の導入速度、撹拌体の振動速度等の条件が変化しても、圧力低下の度合を適宜変化させることで、フィルタに負荷される圧力が適度に低減化されるので、フィルタの閉塞をより確実に抑制できる。

（２） （１）記載の撹拌混合装置において、前記導入室は、開口が形成され且つ内部空間を複数の撹拌室に仕切る仕切り板を有する撹拌混合装置。

（２）の発明によれば、導入室の内部空間を仕切って撹拌室を形成したので、原料が狭小な各撹拌室において混合撹拌される。このため、原料は、より迅速且つ充分に混合撹拌される。よって、より均一に溶解又は溶融された混合撹拌物をより迅速に得ることができる。

（３） （１）又は（２）記載の撹拌混合装置において、前記圧力調整手段は、前記連通路に設けられた絞り構造を備える撹拌混合装置。

（３）の発明によれば、導入室と排出室とを連通する連通路に絞り構造を設けたので、導入室から排出室へと流入する混合撹拌物は減圧される。これにより、排出室に設けられたフィルタに負荷される圧力が低減化されるので、フィルタの閉塞を抑制できる。
更に、導入室の内圧は加圧されるから、導入室内における混合及び撹拌の効率が促進される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を迅速に得ることができる。

また、導入室から排出室へと流入する混合撹拌物は減圧されると、排出室に流入する撹拌混合物が冷却される。このため、（３）の発明は、スチーム等の導入に伴って原料が加温及び加圧される場合において、特に有効である。

ここで、絞り構造は、連通路に対して着脱可能に設けられていることが好ましい。これにより、絞り構造を連通路から独立して交換できる。このため、フィルタの孔径、原料の組成及び粘度、並びに、撹拌体の形状等の初期条件に応じて、適切な絞り構造を選択することにより、フィルタに負荷される圧力が適度に低減化される。よって、撹拌混合装置の有用性及び汎用性を向上できる。

また、絞り構造は、導入室から排出室へと流れる流体の流れを妨害するため、撹拌混合物によって経時的に磨耗しやすい。しかし、絞り構造を連通路に対して着脱可能に設けることで、絞り構造のみを独立して新品に交換すればよく、維持費用を低減化できる。

（４） （１）から（３）いずれか記載の撹拌混合装置において、前記圧力調整手段は、前記撹拌混合装置に原料を圧入するポンプにより圧入される原料圧を一時的に低下させる圧入圧低減手段を備える撹拌混合装置。

（４）の発明によれば、圧力調整手段に圧入圧低減手段を設けたので、撹拌混合装置に圧入される原料圧が低減される。また、撹拌混合装置による単位原料量当たりの撹拌混合時間が増加するため、撹拌混合物中に残存する未溶解物又は未溶融物の溶解又は溶融が促進される。これにより、焦げ等の原因となる未溶解物又は未溶融物の量が低減化されるから、フィルタの閉塞の進行を抑制できる。

（５） （１）から（４）いずれか記載の撹拌混合装置において、前記導入室には、スチームが導入されるスチーム導入口が更に設けられている撹拌混合装置。

（５）の発明によれば、導入室にスチーム導入口を更に設けたので、原料はスチームとともに導入室へと導入される。これにより、原料は加温及び加圧されて、流動性が向上するので、原料を迅速且つ充分に混合撹拌できる。

ただし、スチームの導入に伴って原料が加温及び加圧されると、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が大量発生して、フィルタの閉塞が深刻化するおそれがある。しかしながら、（５）の発明によれば、連通路には圧力調整手段が設けられているので、スチームの導入に伴って原料が加温及び加圧されても、導入室から排出室へと流入する混合撹拌物は減圧される。よって、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が抑制されるから、フィルタの閉塞を抑制できる。

（６） （１）から（５）いずれか記載の撹拌混合装置と、この撹拌混合装置に原料を導入する原料導入装置と、を備える原料撹拌混合システムであって、前記原料導入装置は、前記原料導入口に接続された原料供給路を介して前記原料導入口に原料を圧入するポンプと、前記原料供給路に設けられた圧力センサと、を有し、前記原料撹拌混合システムは、前記ポンプの出力を制御する制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記圧力センサでの検出値が所定値を超えた場合に、前記原料供給路に押し出される原料圧が一時的に低下するように前記ポンプの駆動を制御する出力低下判断手段を有する原料撹拌混合システム。

（６）の発明によれば、排出口をフィルタで被覆したので、未溶解物又は未溶融物が撹拌混合物内に残存した場合であっても、フィルタでのろ過によって、未溶解物又は未溶融物は除去される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる。
しかし、フィルタが閉塞すると、撹拌混合物の流れがより妨害される結果、原料供給路を流れる原料の圧力が上昇する。

そこで（６）の発明によれば、原料撹拌混合システムは以下のように動作する。
まず、圧力センサが原料供給路を流れる原料の圧力を検出する。すると、圧力センサでの検出値が所定値を超えた場合には、出力低下判断手段が、フィルタに閉塞が発生しているものと判断して、原料供給路に押し出される原料圧が一時的に低下するようにポンプの駆動を制御する。

これにより、排出室内も減圧されて、排出室に設けられたフィルタに負荷される圧力が一時的に低減化される。また、閉塞が発生したものと判断される場合には、撹拌混合装置による単位原料量当たりの撹拌混合時間が増加するため、撹拌混合物中に残存する未溶解物又は未溶融物の溶解又は溶融が促進される。
従って、焦げ等の原因となる未溶解物又は未溶融物の量が低減化されるから、フィルタの閉塞の進行を抑制できる。

また、排出室内の減圧により、排出室に流入する撹拌混合物が冷却されるので、（６）の発明は、スチーム等の導入に伴って原料が加温及び加圧される場合において、特に有効である。

「所定値」とは、ポンプの駆動速度、フィルタの孔径、原料の組成及び量、並びに、撹拌体の形状及び振動速度等に応じて、フィルタの閉塞を所望の程度に抑制できる程度に未溶解物又は未溶融物の量が低減化されるように、適宜設定されてよい。

ここで、連通路は、フィルタ付近での温度が有意に低下する程度に、導入室から排出室に流入する撹拌混合物の圧力の調整をする圧力調整手段と、圧力調整手段による圧力の調整の度合を変化させる調整幅変化手段と、を有し、制御手段は、圧力センサでの検出値が所定値を超えた場合に、圧力調整手段による圧力の調整の度合が拡大するように調整幅変化手段を制御する調整幅判断手段を更に有することが好ましい。このように構成された原料撹拌混合システムは、以下のように動作する。

まず、圧力センサが原料供給路を流れる原料の圧力を検出する。すると、圧力センサでの検出値が所定値を超えた場合には、フィルタに閉塞が発生しているものと判断し、出力低下判断手段が、原料供給路に押し出される原料圧が一時的に低下するようにポンプの駆動を制限するとともに、調整幅判断手段が、圧力調整手段による圧力の調整の度合が拡大するように調整幅変化手段を制御する。

このように、フィルタに閉塞が発生しているものと判断される場合には、撹拌混合装置による単位原料量当たりの撹拌混合時間が増加するとともに、導入室から排出室へと流れる撹拌混合物の圧力の調整の度合が拡大する。これにより、撹拌混合物中に残存する未溶解物又は未溶融物の溶解又は溶融が促進される。
よって、焦げ等の原因となる未溶解物又は未溶融物の量が低減化され、更に、未溶解物又は未溶融物が焦げることが抑制されるから、フィルタの閉塞の進行をより抑制できる。

また、導入室から排出室へと流れる撹拌混合物の圧力の調整の度合が拡大すると、導入室から排出室へと流入する撹拌混合物がより冷却されるので、この発明は、スチーム等の導入に伴って原料が加温及び加圧される場合において、特に有効である。

本発明によれば、排出口をフィルタで被覆したので、未溶解物又は未溶融物が撹拌混合物内に残存した場合であっても、フィルタでのろ過によって、未溶解物又は未溶融物は除去される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる。
しかも、圧力調整手段を設けたので、導入室から排出室へと流入する混合撹拌物の圧力が調整されることを通じて、撹拌混合装置内の温度を簡易且つ自在に変化できる。これとともに、混合撹拌装置内の圧力のゆらぎが生じることにより、フィルタの閉塞を抑制できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原料撹拌混合システム１０の概略構成図である。図２は、原料撹拌混合システム１０を構成する撹拌混合装置２０の要部拡大図である。図３は、原料撹拌混合システム１０のブロック図である。

図１に示されるように、本実施形態に係る原料撹拌混合システム１０は、原料を撹拌混合する撹拌混合装置２０と、この撹拌混合装置２０に原料を導入する原料導入装置３０と、この原料導入装置３０を制御する制御装置４０と、を備える。

［撹拌混合装置］
ここで、原料撹拌混合システム１０内の撹拌混合装置２０は、内部に流路２１１を有するケーシング２１を有し、このケーシング２１内部には撹拌体２３が配置されている。この撹拌体２３の振動軸２３１は、振動源としての振動モータ２２に接続されるとともに、振動軸２３１の周囲には螺旋状の撹拌羽根２３２が設けられている。これにより、撹拌体２３は、ケーシング２１内を軸方向に上下動して、流体を撹拌混合できる。

ケーシング２１は、原料が導入される導入室２４を有し、この導入室２４には、流体が流通する連通路２５を介して、排出室２６が連通されている。本実施形態においては、導入室２４には、原料導入口としての導入口２４１が設けられており、この導入口２４１から原料が導入される。

また、排出室２６にはフィルタ２６２が設けられており、このフィルタ２６２で流体はろ過され、未溶解物又は未溶融物が除去される。また、排出室２６には、フィルタ２６２によって被覆された排出口２６１も設けられており、フィルタ２６２でろ過された流体は排出口２６１から排出される。

導入室２４は仕切り板２７を有し、この仕切り板２７により導入室２４の内部空間が仕切られることで、複数の撹拌室２８ａ〜２８ｃが形成されている。なお、仕切り板２７の中央には開口２７１が形成されている。

連通路２５は、圧力調整手段及び絞り構造としての隔壁２５１を有し、この隔壁２５１の中央部には流通孔２５２が形成されている。この流通孔２５２は振動軸２３１の断面径よりも僅かに大きい径を有するため、隔壁２５１は振動軸２３１に僅かな幅（ｄ）を介して近接している（図１における領域Ａ）。この幅（ｄ）を通って排出室２６へ流れた撹拌混合物は、僅かな幅（ｄ）から解放されて減圧される。

導入室２４及び排出室２６は、隔壁２５１を介して隣接配置されている。また、隔壁２５１は、連通路２５に対して着脱可能に設けられている。これにより、連通路２５のメンテナンスの際における隔壁２５１の洗浄や、隔壁２５１の交換等が容易となる。

［原料導入装置］
原料導入装置３０は、原料を内部に収容する原料収容部３１と、原料収容部３１から導入口２４１へと連通する原料供給路３２と、原料収容部３１に収容された原料を原料供給路３２に押し出すポンプ３３と、を有する。

原料収容部３１は、原料供給口３１１を有し、この原料供給口３１１を介して原料が供給される。そして、原料供給路３２の途中には、圧力センサとしての圧力計４２が配置されている。

ポンプ３３は、原料収容部３１内部に配置されたインペラ３３２を有し、このインペラ３３２には原料回転源としての回転モータ３３１が接続されている。具体的には、回転モータ３３１はインペラ３３２の回転軸３３３に接続されており、この回転軸３３３の周囲には螺旋状のスクリュー羽根３３４が設けられている。これにより、インペラ３３２は原料収容部３１内で回転し、原料を原料供給路３２へと押し出す。

回転モータ３３１には速度計４３が設けられており、この速度計４３で回転軸３３３の回転速度を計測される。また、回転モータ３３１は後述の制御装置４０に接続されている。ここで、圧力計４２及び速度計４３としては、特に限定されず、市販のものを使用できる。

このような原料撹拌混合システム１０の動作は、以下のようになる。

まず、回転モータ３３１を駆動する。すると、回転軸３３３及びスクリュー羽根３３４が回転して、原料収容部３１内部に収容された原料が原料供給路３２へと押し出される。原料は、導入口２４１からケーシング２１内部に導入される。

続いて、振動モータ２２を駆動する。すると、振動軸２３１及び撹拌羽根２３２が振動して、撹拌室２８ａ内では強力な渦流が発生し、この渦流によって原料が混合される。このようにして形成された撹拌混合物は、仕切り板２７と振動軸２３１との隙間を通って撹拌室２８ａから撹拌室２８ｂ、撹拌室２８ｃへと順次移動した後、隔壁２５１と振動軸２３１との間の僅かな幅（ｄ）の隙間を通って、導入室２４から排出室２６へと流れる。

ここで、排出室２６へ流れた撹拌混合物は、僅かな幅（ｄ）の隙間から開放されて減圧され、フィルタに負荷される圧力が減圧される。このため、捕捉された未溶解物又は未溶融物によるフィルタ２６２の閉塞が抑制されるので、ろ過が円滑に行われる。また、撹拌混合物中の雑味成分量も低減されることが期待できる。

最後に、ろ過された撹拌混合物は、排出口２６１を介して排出される。ここで、ろ過が円滑に行われることから、排出口２６１からの排出も円滑に行われる。

［制御装置］
図４は、原料撹拌混合システム１０を構成する制御装置４０のブロック図である。
制御装置４０は、制御手段としての制御部４１と、この制御部４１に接続された圧力計４２及び速度計４３と、を有する。

圧力計４２は、原料供給路３２を流れる原料の圧力を検出し、回帰式算出部４１１に送信する。一方、速度計４３は、回転モータ３３１の回転速度、即ちインペラ３３２の回転速度を検出し、回帰式算出部４１１に送信する。これら圧力計４２及び速度計４３は従来公知のものであってよく、検出値の送信方式も特に限定されない。

制御部４１は、回帰式算出部４１１と、出力判断手段及び圧入圧低減手段としての出力低下判断部４１２と、を有する。

回帰式算出部４１１は、圧力計４２での圧力検出値と速度計４３での回転速度検出値とを連続的に関連付けることで、圧力及び回転速度の回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）を算出する。

出力低下判断部４１２は、圧力計４２での圧力検出値が所定値を超えた場合に、原料供給路３２に押し出される原料圧が一時的に低下するようにポンプ３３の駆動を制御する。具体的には、速度計４３での回転速度検出値及び回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）に基づいて算出される回帰値から、圧力計４２での圧力検出値が所定割合以上に解離した場合に、回転モータ３３１の回転速度を減速させる。

図５は、制御装置４０のフローチャートである。この図５を参照しながら、以上の制御装置４０の動作を説明する。

まず、圧力計４２が原料供給路３２を流れる原料の圧力を検出するとともに、速度計４３が回転モータ３３１の回転速度を検出する（ＳＴ１）。

次に、制御部４１の回帰式算出部４１１で、圧力計４２からの圧力検出値及び速度計４３からの回転速度検出値を連続的に受け取り、これら検出値に基づいて、圧力及び回転速度との回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）を算出する（ＳＴ２）。

続いて、出力低下判断部４１２は、速度計４３での回転速度検出値及び回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）に基づいて算出される回帰値から、圧力計４２での圧力検出値が所定割合以上に解離したか否か、つまり所定値を超えたか否かを判別する（ＳＴ３）。この判別が“ＮＯ”のときは、回転モータ３３１の回転速度を維持又は加速させ（ＳＴ４）、再びＳＴ１へと戻る。

一方、ＳＴ３での判別が“ＹＥＳ”のときは、フィルタ２６２の閉塞が発生しているものと判断し、回転モータ３３１の回転速度を減速させた（ＳＴ５）後、再びＳＴ１へと戻る。

［作用効果］
本実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。

（Ａ）排出口２６１をフィルタ２６２で被覆したので、未溶解物又は未溶融物が撹拌混合物内に残存した場合であっても、フィルタ２６２でのろ過によって、未溶解物又は未溶融物は除去される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を得ることができる。

（Ｂ）導入室２４と排出室２６とを連通する連通路２５に隔壁２５１を設けたので、導入室２４から排出室２６へと流入する混合撹拌物は減圧される。これにより、排出室２６に設けられたフィルタ２６２に負荷される圧力が低減化されるので、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。
また、導入室２４の内圧は維持又は加圧されるから、導入室２４内における混合及び撹拌の効率が維持又は促進される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を迅速に得ることができる。

（Ｃ）隔壁２５１を連通路２５に対して着脱可能に設けたので、隔壁２５１を連通路２５から独立して交換できる。このため、フィルタ２６２の孔径、原料の組成及び粘度、並びに、撹拌体２３の形状等の初期条件に応じて、適切な隔壁２５１を有する連通路２５を選択することにより、フィルタ２６２に負荷される圧力が適度に低減化される。よって、撹拌混合装置２０の有用性及び汎用性を向上できる。

（Ｄ）隔壁２５１が磨耗した場合には、隔壁２５１のみを独立して新品に交換すればよいので、維持費用を低減化できる。

（Ｅ）制御部４１に出力低下判断部４１２を設けたので、閉塞が発生したものと判断される場合には、排出室２６内が減圧されて、フィルタ２６２に負荷される圧力が低減化される。また、撹拌混合装置２０による単位原料量当たりの撹拌混合時間が増加されるため、撹拌混合物中に残存する未溶解物又は未溶融物の溶解又は溶融が促進される。これにより、焦げ等の原因となる未溶解物又は未溶融物の量が低減化されるから、フィルタ２６２の閉塞の進行を抑制できる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る原料撹拌混合システム１０Ａの概略構成図である。図７は、原料撹拌混合システム１０Ａを構成する撹拌混合装置２０Ａの要部拡大図である。本実施形態では、連通路２５Ａの構成及び原料導入装置３０Ａの構造が第１実施形態と異なる。

即ち、図６に示されるように、本実施形態に係る原料導入装置３０Ａの原料供給路３２Ａの途中には、スチーム供給部３４が設けられており、このスチーム供給部３４からスチームとしての水蒸気が供給される。

また、図７に示されるように、隔壁２５１の排出室２６側の面には、調整幅変化手段としての伸縮部材２５４が載置されている。この伸縮部材２５４の中央部には貫通孔が形成され、この貫通孔は流通孔２５２と略同一の径を有する。この貫通孔、流通孔２５２及び開口２７１は、同軸上に配置され、これら貫通孔、流通孔２５２及び開口２７１には振動軸２３１が挿通されている。

なお、伸縮部材２５４は、隔壁２５１に対して着脱可能に設置されている。これにより、伸縮部材２５４を隔壁２５１から独立して交換できるので、種々の初期条件に応じて、適切な伸縮性を有する伸縮部材２５４を選択することにより、撹拌混合物が冷却される。よって、撹拌混合装置２０Ａの有用性及び汎用性を向上できる。また、伸縮部材２５４が磨耗した場合には、この伸縮部材２５４のみを独立して新品に交換すればよいので、維持費用を低減化できる。

本実施形態において、伸縮部材２５４は、温度に依存して伸縮する性質を有する。具体的には、フィルタ２６２が閉塞を起こす等によって排出室２６内の撹拌混合物の温度が上昇すると、伸縮部材２５４が伸長して貫通孔を縮径させるため、導入室２４から排出室２６に流入する撹拌混合物の圧力低下の度合が拡大する。一方、排出室２６内の撹拌混合物の温度が下降すると、伸縮部材２５４が縮小して貫通孔を拡径させるため、導入室２４から排出室２６に流入する撹拌混合物の圧力低下の度合が縮小する。

このような１０Ａの動作は、以下のようになる。
まず、回転モータ３３１を駆動する。すると、回転軸３３３及びスクリュー羽根３３４が回転して、原料収容部３１内部に収容された原料が原料供給路３２Ａへと押し出される。原料は、スチーム供給部３４から供給される水蒸気と混在し、高温且つ高圧の状態で、導入口２４１Ａからケーシング２１内部に導入される。つまり、本実施形態において、導入口２４１Ａは、原料導入口及びスチーム導入口として作用する。

続いて、振動モータ２２を駆動する。すると、振動軸２３１及び撹拌羽根２３２が振動して、撹拌室２８ａ内では強力な渦流が発生し、この渦流によって原料及び水蒸気が混合される。ここで、水蒸気の影響で原料の流動性が向上されているので、原料の混合は迅速に行われる。このようにして形成された撹拌混合物は、仕切り板２７と振動軸２３１との隙間を通って撹拌室２８ａから撹拌室２８ｂ、撹拌室２８ｃへと順次移動した後、隔壁２５１と振動軸２３１との間の僅かな幅（ｄ）の隙間を通って、導入室２４から排出室２６へと流れる。

ここで、排出室２６へ流れた高温且つ高圧の撹拌混合物は、僅かな幅（ｄ）の隙間から開放されて減圧され、この減圧の過程で冷却される。従って、本装置では、フィルタ２６２付近での温度が有意に低下した状態で、撹拌混合物がフィルタ２６２でろ過されることになる。このため、フィルタ２６２で未溶解物又は未溶融物が除去される過程において、焦げの発生等が抑制されるので、ろ過が円滑に行われる。また、撹拌混合物中の雑味成分量も低減されることが期待できる。

最後に、ろ過された撹拌混合物は、排出口２６１を介して排出される。ここで、ろ過が円滑に行われることから、排出口２６１からの排出も円滑に行われる。

［作用効果］
本実施形態によれば、前述した第１実施形態による作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。

（Ｂ’）導入室２４と排出室２６とを連通する連通路２５に隔壁２５１を設けたので、導入室２４から排出室２６へと流入する混合撹拌物は減圧される。これにより、排出室２６に流入する撹拌混合物が冷却され、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が抑制されるので、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。
また、導入室２４の内圧は維持又は加圧されるから、導入室２４内における混合及び撹拌の効率が維持又は促進される。よって、均一に溶解又は溶融された混合撹拌物を迅速に得ることができる。

（Ｃ’）フィルタ２６２の孔径、原料の組成及び粘度、水蒸気の温度、並びに、撹拌体２３の形状等の初期条件に応じて、適切な隔壁２５１を有する連通路２５Ａを選択することにより、撹拌混合物が冷却される。よって、撹拌混合装置２０Ａの有用性及び汎用性を向上できる。

（Ｅ’）制御部４１に出力低下判断部４１２を設けたので、閉塞が発生したものと判断される場合には、排出室２６内が減圧される。これにより、排出室２６に流入する撹拌混合物が冷却され、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が抑制されるので、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。

（Ｆ）原料供給路３２Ａにスチーム供給部３４を設けたので、原料は水蒸気とともに導入室２４へと導入される。これにより、原料は加温及び加圧されて、流動性が向上するので、原料を迅速且つ充分に混合撹拌できる。しかも、連通路２５Ａには隔壁２５１が設けられているので、水蒸気の導入に伴って原料が加温及び加圧されても、導入室２４から排出室２６へと流入する混合撹拌物は減圧される。よって、未溶解物又は未溶融物の焦げ等が抑制されるから、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。

（Ｇ）連通路２５Ａに伸縮部材２５４を更に設けたので、フィルタ２６２の閉塞状況の変化等で排出室２６内の混合撹拌物の温度が変動すると、撹拌混合物の圧力低下の度合が適宜変化する。これにより、撹拌混合物が冷却されるから、フィルタ２６２の閉塞をより確実に抑制できる。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係る原料撹拌混合システム１０Ｂのブロック図である。本実施形態では、撹拌混合装置２０Ｂの構造及び制御装置４０Ｂの構成が第２実施形態と異なる。

即ち、図８に示されるように、本実施形態に係る撹拌混合装置２０Ｂの連通路２５Ｂには、調整幅変化手段としての抵抗弁２５５が設けられている。この抵抗弁２５５は、開度が変化されることによって、導入室２４から排出室２６に流入する撹拌混合物の圧力低下の度合を変化させる。なお、抵抗弁２５５は、制御装置４０Ｂに接続されている。

図９は、制御装置４０Ｂのブロック図である。
制御装置４０Ｂの制御部４１Ｂは、調整幅判断手段としての低下幅判断部４１３を更に有する。

低下幅判断部４１３は、圧力計４２での検出値が所定値を超えた場合、導入室２４から排出室２６に流入する撹拌混合物の圧力低下の度合が拡大するように、抵抗弁２５５の開度を変更する。具体的には、速度計４３での回転速度検出値及び回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）に基づいて算出される回帰値から、圧力計４２での圧力検出値が所定割合以上に解離した場合に、抵抗弁２５５の開度を変更する。

図１０は、制御装置４０Ｂのフローチャートである。この図１０を参照しながら、以上の制御装置４０Ｂの動作を説明する。

まず、圧力計４２が原料供給路３２を流れる原料の圧力を検出するとともに、速度計４３が回転モータ３３１の回転速度を検出する（ＳＴ１１）。

次に、制御部４１の回帰式算出部４１１で、圧力計４２からの圧力検出値及び速度計４３からの回転速度検出値を連続的に受け取り、これら検出値に基づいて、圧力及び回転速度との回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）を算出する（ＳＴ１２）。

続いて、出力低下判断部４１２は、速度計４３での回転速度検出値及び回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）に基づいて算出される回帰値から、圧力計４２での圧力検出値が所定割合以上に解離したか否か、つまり所定値を超えたか否かを判別する（ＳＴ１３）。この判別が“ＮＯ”のときは、回転モータ３３１の回転速度を維持又は加速させ（ＳＴ１４）、再びＳＴ１１へと戻る。

一方、ＳＴ１３での判別が“ＹＥＳ”のときは、フィルタ２６２の閉塞が発生しているものと判断し、回転モータ３３１の回転速度を減速させた（ＳＴ１５）後、ＳＴ１６の処理に移る。

ＳＴ１６では、低下幅判断部４１３が、速度計４３での回転速度検出値及び回帰式Ｐ＝ｆ（Ｒ）に基づいて算出される回帰値から、圧力計４２での圧力検出値が所定割合以上に解離したか否か、つまり所定値を超えたか否かを判別する（ＳＴ１６）。この判別が“ＮＯ”のときは、再びＳＴ１１へと戻る。

一方、ＳＴ１６での判別が“ＹＥＳ”のときは、抵抗弁２５５の開度を変更し、導入室２４から排出室２６へと流れる撹拌混合物の圧力低下の度合を拡大させた（ＳＴ１７）後、ＳＴ１６へと戻る。

［作用効果］
本実施形態によれば、前述した第２実施形態による作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。

（Ｈ）連通路２５Ｂに抵抗弁２５５を設けたので、原料及び水蒸気の導入速度、撹拌体２３の振動速度等の条件が変化しても、抵抗弁２５５の開度を適宜変化させることにより、撹拌混合物が冷却される。よって、フィルタ２６２の閉塞をより確実に抑制できる。

（Ｉ）制御部４１Ｂに低下幅判断部４１３を更に設けたので、フィルタ２６２に閉塞が発生しているものと判断される場合には、抵抗弁２５５の開度を変更し、導入室２４から排出室２６へと流れる撹拌混合物の圧力低下の度合を拡大する。これにより、導入室２４から排出室２６へと流入する撹拌混合物がより冷却される。
よって、未溶解物又は未溶融物が焦げることが抑制されるから、フィルタ２６２の閉塞の進行をより抑制できる。

＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係る原料撹拌混合システム１０Ｃの概略構成図である。本実施形態では、スチーム供給部３４の配置が第２実施形態と異なる。

即ち、撹拌混合装置２０Ｃは、スチーム供給部３４Ｃａ〜３４Ｃｃを有する。これらスチーム供給部３４Ｃａ〜３４Ｃｃは、それぞれ、導入室２４Ｃの撹拌室２８Ｃａ〜２８Ｃｃに設けられている。

なお、導入口２４１Ｃは原料導入口を構成し、スチーム供給部３４Ｃａ〜３４Ｃｃの開口はスチーム導入口を構成する。

［作用効果］
本実施形態によれば、前述した第２実施形態による作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。

（Ｊ）導入室２４Ｃの内部空間を仕切って撹拌室２８Ｃａ〜２８Ｃｃを形成したので、原料及び水蒸気が狭小な各撹拌室２８Ｃａ〜２８Ｃｃにおいて混合撹拌される。このため、原料及び水蒸気は、より迅速且つ充分に混合撹拌される。よって、より均一に溶解又は溶融された混合撹拌物をより迅速に得ることができる。

（Ｋ）撹拌室２８Ｃａ〜２８Ｃｃの各々にスチーム供給部３４Ｃａ〜３４Ｃｃを設けたので、各撹拌室２８Ｃａ〜２８Ｃｃに水蒸気が導入される。これにより、原料と水蒸気との接触程度が向上し、原料及び水蒸気はより迅速且つ充分に混合撹拌される。しかも、連通路２５には隔壁２５１が設けられているので、水蒸気の導入量が増加しても、撹拌混合物が冷却されるから、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。
よって、より均一に溶解又は溶融された混合撹拌物をより迅速に得ることができ、且つ、フィルタ２６２の閉塞を抑制できる。

＜変形例＞
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、以下のような変形例が挙げられる。

［変形例１］
図１２は、本発明の変形例１に係る原料撹拌混合システム１０Ｄの概略構成図である。
本変形例では、連通路２５Ｄの構造が前記実施形態と異なる。
即ち、撹拌混合装置２０Ｄの連通路２５Ｄは、ケーシング２１の外径よりも小さい外径の連通管２５１Ｄからなり、この連通管２５１Ｄには流通孔２５２Ｄが形成されている。この流通孔２５２Ｄは、少なくとも開口２７１より小さい径を有し、圧力調整手段を構成する。
このように、絞り構造は、導入室から排出室へと流れる流体の流れを妨害する構造であれば、特に限定されない。

［変形例２］
図１３は、本発明の実施形態に係る連通路２５の変形例を示す断面図である。
即ち、連通路は、図１３（Ａ）に示されるように、中央部に流通孔２５２が形成された隔壁２５１（第１実施形態と同様）のような連通路２５であってもよく、図１３（Ｂ）に示されるように、中央部に形成され流通孔２５２よりも小さい径の流通孔２５２Ｅと、この流通孔２５２Ｅを囲むように形成された複数の小孔２５３と、を有する隔壁２５１Ｅのような連通路２５Ｅであってもよい。

［その他］
前記実施形態では、スチームとして水蒸気が導入される構成としたが、特に限定されず、原料の溶解性に優れる溶媒（例えば、アルコール類）が導入されてもよく、複数種の溶媒が導入されてもよい。
また、原料としては、特に限定されず、粉体、液体、流体のいずれを採用してもよい。

本発明の第１実施形態に係る原料撹拌混合システムの概略構成図である。 前記実施形態に係る撹拌混合装置の要部拡大図である。 前記実施形態に係る原料撹拌混合システムのブロック図である。 前記実施形態に係る制御装置のブロック図である。 前記実施形態に係る制御装置のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る原料撹拌混合システムの概略構成図である。 前記実施形態に係る撹拌混合装置の要部拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る原料撹拌混合システムのブロック図である。 前記実施形態に係る制御装置のブロック図である。 前記実施形態に係る制御装置のフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る原料撹拌混合システムの概略構成図である。 本発明の変形例１に係る原料撹拌混合システムの概略構成図である。 本発明の変形例２に係る連通路の断面図である。 従来例に係る撹拌混合装置の概略構成図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 原料撹拌混合システム
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 撹拌混合装置
２１ ケーシング
２２ 振動モータ（振動源）
２３ 撹拌体
２４、２４Ｃ 導入室
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｄ 連通路
２６ 排出室
２７ 仕切り板
２８、２８Ｃ 撹拌室
３０、３０Ａ 原料導入装置
３２、３２Ａ 原料供給路
３３ ポンプ
４１、４１Ｂ 制御部（制御手段）
４２ 圧力計（圧力センサ）
２１１ 流路
２３１ 振動軸
２３２ 撹拌羽根
２４１、２４１Ａ、２４１Ｃ 導入口（原料導入口）
２５１ 隔壁（圧力調整手段、絞り構造）
２６１ 排出口
２６２ フィルタ
４１２ 出力低下判断部（出力低下判断手段、圧入圧低減手段）

Claims (6)

1. 内部に流路を有するケーシングと、このケーシング内部に配置され振動源に接続された振動軸及びこの振動軸の周囲に設けられた撹拌羽根を有する撹拌体と、を備える撹拌混合装置であって、
   前記ケーシングは、原料が導入される原料導入口が設けられた導入室と、
   流体が流通する連通路を介して前記導入室に連通し、内部の流体が排出される排出口及びこの排出口を被覆するフィルタが設けられた排出室と、を有し、
   前記撹拌混合装置は、前記導入室から前記排出室に流入する撹拌混合物の圧力の調整をする圧力調整手段を備える撹拌混合装置。
2. 請求項１記載の撹拌混合装置において、
   前記導入室は、開口が形成され且つ内部空間を複数の撹拌室に仕切る仕切り板を有する撹拌混合装置。
3. 請求項１又は２記載の撹拌混合装置において、
   前記圧力調整手段は、前記連通路に設けられた絞り構造を備える撹拌混合装置。
4. 請求項１から３いずれか記載の撹拌混合装置において、
   前記圧力調整手段は、前記導入室へと圧入される原料の圧入圧を一時的に低下させる圧入圧低減手段を備える撹拌混合装置。
5. 請求項１から４いずれか記載の撹拌混合装置において、
   前記導入室には、スチームが導入されるスチーム導入口が更に設けられている撹拌混合装置。
6. 請求項１から５いずれか記載の撹拌混合装置と、この撹拌混合装置に原料を導入する原料導入装置と、を備える原料撹拌混合システムであって、
   前記原料導入装置は、前記原料導入口に接続された原料供給路を介して前記原料導入口に原料を圧入するポンプと、前記原料供給路に設けられた圧力センサと、を有し、
   前記原料撹拌混合システムは、前記ポンプの出力を制御する制御手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記圧力センサでの検出値が所定値を超えた場合に、前記原料供給路に押し出される原料圧が一時的に低下するように前記ポンプの駆動を制御する出力低下判断手段を有する原料撹拌混合システム。

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