JP2010142694A

JP2010142694A - 撹拌装置

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Publication number: JP2010142694A
Application number: JP2008320086A
Authority: JP
Inventors: Eiji Aizawa; 栄次相澤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: JP5288179B2

Abstract

【課題】撹拌軸の近傍の流動体に対する撹拌効率が高い撹拌装置を提供する。
【解決手段】回転トルクを伝達するための撹拌軸と、撹拌軸に支持され流動体を撹拌するための撹拌翼と、撹拌軸に支持され流動体を流通するための撹拌軸に近い流入口と撹拌軸から離れた流出口とを有しそれらを連絡する流通空間の境界が遮蔽された流通遮蔽体とを備える。また、撹拌翼と流通遮蔽体は複数であって撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は流動体を撹拌する技術分野に属する。特に、撹拌軸の近傍の流動体に対する撹拌効率を向上させた撹拌装置に関する。

流動体に浸漬した翼を回転させ流動体に渦流を生成させることにより撹拌を行う回転型の撹拌装置が知られている。中でもディスクタービン翼は単純な形状でありながらプロペラ翼等に比べ撹拌性能が高く利用可能範囲が広いという特性を有する。その翼には様々な形状のものがあり、それらを組合せたり多段に重ねて撹拌効率を高める工夫が行われている。しかし、様々な流動特性を有する流動体の撹拌を実際に行うと、図３（Ａ）に示すように、流動体と翼との共回り現象によって撹拌軸の部位に固体的回転部が形成されることがしばしばある。このような固体的回転部が形成されると撹拌所要時間が大幅に増加するという問題がある。図３（Ｂ）に示すように撹拌槽内に邪魔板を設置することは撹拌効率を高めることになり撹拌所要時間を短縮するために不可欠とされている。しかし、邪魔板を設置することで邪魔板背面部の滞留・付着の原因となるという問題がある。

そこで、それらの問題を解決するために従来から様々な形状の回転翼を適用した撹拌装置の発明が知られている(たとえば、特許文献１、特許文献２)。しかし、これらの撹拌装置においては撹拌効率の向上効果は認められるものの、翼の形状が複雑であったり翼の面積が大型化するという問題がある。翼形状が複雑であるときには翼そのものの製作が困難となる。また、翼面積が大型化すると回転させるためのモータに大きな負荷がかかる。どちらの場合であっても操作性を悪化させたり、装置のコストアップにつながるという問題がある。
特願２０００−３２８９８７特願２００３−１４９０６９

本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、特に、撹拌軸の近傍の流動体に対する撹拌効率が高く、撹拌軸の部位に固体的回転部が形成されることがなく、邪魔板を設置しなくても全体の撹拌効率が高いため撹拌所要時間を大幅に減少させることができる撹拌装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る撹拌装置は、回転トルクを伝達するための撹拌軸と、前記撹拌軸に支持され流動体を撹拌するための撹拌翼と、前記撹拌軸に支持され流動体を流通するための前記撹拌軸に近い流入口と前記撹拌軸から離れた流出口とを有しそれらを連絡する流通空間の境界が遮蔽された流通遮蔽体とを備えるようにしたものである。
また、本発明の請求項２に係る撹拌装置は、請求項１に係る撹拌装置において、前記撹拌翼は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられているようにしたものである。
また、本発明の請求項３に係る撹拌装置は、請求項１または２に係る撹拌装置において、前記流通遮蔽体は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられているようにしたものである。
また、本発明の請求項４に係る撹拌装置は、請求項１〜３のいずれかに係る撹拌装置において、前記撹拌軸に支持され流動体を流通するための流通孔を設けた孔付部材と、前記流通孔の一方の開口部に設けられ前記流通孔を延長する延長管とを備え、前記流通遮蔽体は前記孔付部材と前記延長管から成り前記流通孔の他方の開口部を前記流入口とし外側への前記延長管の開口部を前記流出口とするようにしたものである。
また、本発明の請求項５に係る撹拌装置は、請求項４に係る撹拌装置において、前記撹拌翼は直接的には前記延長管に支持され前記撹拌翼の面と前記延長管の軸とは並行しているようにしたものである。
また、本発明の請求項６に係る撹拌装置は、請求項４または５に係る撹拌装置において、前記孔付部材は点対称に配置した１対の孔付部材であって、前記１対の孔付部材の間に前記撹拌軸を中心とする円盤を備えるようにしたものである。

本発明の請求項１に係る撹拌装置によれば、撹拌軸により回転トルクが伝達され、撹拌軸に支持された撹拌翼により流動体が撹拌され、撹拌軸に支持された流通遮蔽体は撹拌軸に近い流入口と撹拌軸から離れた流出口とを有しそれらを連絡する流通空間の境界が遮蔽されているから流動体を流通する。すなわち、撹拌軸の回転により撹拌翼が流動体を撹拌するとともに、流通遮蔽体が撹拌軸に近い流動体を流入口へと流入し、その流動体を撹拌軸から離れた流出口から流出する。したがって、撹拌軸の近傍の流動体に対する撹拌効率が高く、撹拌軸の部位に固体的回転部が形成されることがなく、邪魔板を設置しなくても全体の撹拌効率が高いため撹拌所要時間を大幅に減少させることができる撹拌装置が提供される。
また、本発明の請求項２に係る撹拌装置によれば、請求項１に係る撹拌装置において、前記撹拌翼は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられている。複数の撹拌翼により撹拌効率がさらに高くなる。
また、本発明の請求項３に係る撹拌装置によれば、請求項１または２に係る撹拌装置において、前記流通遮蔽体は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられている。複数の流通遮蔽体により撹拌軸の近傍の流動体に対する撹拌効率がされあに高くなる。
また、本発明の請求項４に係る撹拌装置によれば、請求項１〜３のいずれかに係る撹拌装置において、前記撹拌軸に支持され流動体を流通するための流通孔を設けた孔付部材と、前記流通孔の一方の開口部に設けられ前記流通孔を延長する延長管とを備え、前記流通遮蔽体は前記孔付部材と前記延長管から成り前記流通孔の他方の開口部を前記流入口とし外側への前記延長管の開口部を前記流出口とする。孔付部材によって撹拌軸に支持され、延長管によって撹拌軸から離れた位置に流出口を設けた流通遮蔽体を形成することができる。孔付部材と延長管の使用により流通遮蔽体の設計自由度が高い。
また、本発明の請求項５に係る撹拌装置によれば、請求項４に係る撹拌装置において、前記撹拌翼は直接的には前記延長管に支持され前記撹拌翼の面と前記延長管の軸とは並行している。部品数が少なくシンプルであるため洗浄等における操作性が良く低装置コストである。
また、本発明の請求項６に係る撹拌装置は、請求項４または５に係る撹拌装置において、前記孔付部材は点対称に配置した１対の孔付部材であって、前記１対の孔付部材の間に前記撹拌軸を中心とする円盤を備える。回転バランスを得やすく、また円盤の上下における流動体の干渉が避けられ流動が対称となり均等な撹拌効果を得やすい。

次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。本発明の撹拌装置における構成の一例を図１に示す。図１において、１は撹拌軸、２ａ，２ｂは孔付部材、３ａ，３ｂは延長管、４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは撹拌翼、６は円盤、２１ａ，２１ｂは流入口、３１ａ，３１ｂは流出口である。
撹拌軸１は孔付部材２ａ，２ｂ、延長管３ａ，３ｂ、撹拌翼４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、円盤６、等を直接的または間接的に支持する軸である。また、撹拌軸１は回転型の本発明の撹拌装置において、回転トルクを撹拌翼４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ等に伝達する回転軸である。すなわち、撹拌軸１における少なくとも一端はモータ等の回転駆動源の回転出力軸に結合しており、そのモータ等から回転トルクを得ている。撹拌軸１は強度を必要とし、多くの場合において、棒形状の鋼材でできており、その材料は鉄、ステンレス、その他の合金等である。

孔付部材２ａ，２ｂは、図１に示す一例においては、点対称に配置した１対の孔付部材である。点対称となる点は撹拌軸１の軸中心に含まれている。点対称に配置することにより撹拌軸１を回転したときの回転バランスが得やすくなる。
孔付部材２ａ，２ｂの各々は流動体を流通するための流通孔を設けた部材であって撹拌軸１によって支持される。孔付部材２ａ，２ｂは、図１に示す一例においては、概ね円柱形状の外形を有する。流通孔はその開口部が２つあり、２つの開口部はその円柱形状の円周面に設けられている。一方の開口部は延長管３ａ，３ｂに結合している（図２参照）。また、他方の開口部は流動体の流入口となっており、図１に一例を示すように、特殊な開口形状となっている。この開口形状は、撹拌軸１が図１に示す矢印の方向に回転したときに、流動体を吸入し易くする形状である。開口形状は、図１に示す一例においては、撹拌軸１に巻きつくように変形した漏斗形状となっている（図２参照）。
孔付部材２ａ，２ｂは、撹拌軸１ほどの強度を必要としないが、その材料として鉄、ステンレス、その他の合金等を好適に使用することができる。機械的な強度を有し化学的な安定性を有するプラスチック材料、複合材料、等を使用することもできる。

延長管３ａ，３ｂは孔付部材２ａ，２ｂの流通孔を延長する管である。延長管３ａ，３ｂは流通孔の一方の開口部に設けられている（図２参照）。
また、延長管３ａは、図１に示す一例においては、撹拌翼４ａ，５ａを支持し、延長管３ｂは撹拌翼４ｂ，５ｂを支持している。
延長管３ａ，３ｂは、図１に一例を示すように、撹拌翼４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを支持するときには強度を必要とし、鉄、ステンレス、その他の合金等を材料とする鋼管を好適に使用することができる。

円盤６は１対の孔付部材２ａ，２ｂの間に設けられた円盤である。円盤６の円中心は撹拌軸１の軸中心に含まれている。円盤６を設けることにより円盤６の上下における流動体の干渉が避けられ流動が対称となり均等な撹拌効果を得やすい。
なお、円盤６は円盤６を撹拌翼４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの支持体として使用するもできる。円盤６は、鉄、ステンレス、その他の合金等を材料とする鋼板を好適に使用することができる。

流入口２１ａ，２１ｂは孔付部材２ａ，２ｂの周面に設けられた流通孔の開口部であって延長管３ａ，３ｂが設けられいない側（他方）の開口部である。流入口２１ａ，２１ｂは、図１に示すように、流出口３１ａ，３１ｂに比較して撹拌軸１に近い位置に配置されている。
流出口３１ａ，３１ｂは延長管３ａ，３ｂが孔付部材２ａ，２ｂによって支持されていない側の端部の開口部である。流出口３１ａ，３１ｂは、図１に示すように、流入口２１ａ，２１ｂに比較して撹拌軸１から離れた位置に配置されている。

孔付部材２ａと延長管３ａの組合せ、および孔付部材２ｂと延長管３ｂの組合の各々は、その組合せによって各々が延長された流通孔を形成している。この延長された流通孔は流動体を流通するための撹拌軸１に近い流入口２１ａ，２１ｂと撹拌軸１から離れた流出口３１ａ，３１ｂが開口し、それらを連絡する流通空間の境界が遮蔽された流通遮蔽体となっている。
流動体を流通する流通空間の境界が遮蔽された流通遮蔽体としては、このような組合せだけではなく、様々な形態で構成することができる。たとえば、単純な１本の鋼管によって流通遮蔽体を構成することもできる。

流通遮蔽体における流入口と流出口だけが開口しそれらを連絡する流通空間の境界が遮蔽されている構造は、流通する流動体に特別な作用効果を生じることになる。すなわち、流通遮蔽体の外側の流動によって内側の流動が干渉（影響）されることがない。したがって、流通遮蔽体の内部の流動体の流動は、撹拌軸の回転によって作用する遠心力によって実質的に支配されることになる。流入口は撹拌軸に近く、流出口は撹拌軸から離れているから流出口における遠心力は流入口のそれよりも大きい。さらに、漏斗形状の流入口が流動体に向かって進むときには流入口に流動体を押し込む力（結果として吸引力）も作用する。その結果、流動体の流入口から流出口への効率的な流動を生じさせることができる。

以上、構成について説明した。次に、本発明の撹拌装置における動作について説明する。本発明の撹拌装置における流通遮蔽体の動作についての説明図を図２に示す。動作原理における差異はないから、図２においては、一対の一方の流通遮蔽体である孔付部材２ａと延長管３ａの組合せだけを示す。
図２（Ａ）に示すように、撹拌軸１に回転トルクが作用すると、流通遮蔽体が回転を始める。
図２（Ｂ）に示すように、流通遮蔽体が回転することにより、流通遮蔽体の孔付部材２ａにおける流入口２１ａに流動体が流入する。流動体が流入する状態が矢印Ａによって示されている。流入口２１ａが漏斗形状であれば流動体に向かって進むときに流動体の流入が促進される。
図２（Ｃ）に示すように、さらに流通遮蔽体が回転することにより、流入口２１に流入した流動体には遠心力が作用する。流動体は流通遮蔽体の孔付部材２ａの流通孔と延長管３ａによって延長された流通孔を通過する。そして、流通遮蔽体の延長管３ａにおける流出口から流出する。流動体が流出する状態が矢印Ｂによって示されている。

次に、実施例を示す。下記のテスト条件において本発明の撹拌装置と、流通遮蔽体を有しない同形状の従来の撹拌装置とを用いて撹拌の比較実験を行った。
（テスト条件）
グリセリン水溶液：１００ｃｐｓ
翼回転速度：２００ｒｐｍ
実験では透明アクリル製の撹拌槽を用い槽内における液の色と流れを可視化した。よう素滴定法に基づき、あらかじめグリセリン水溶液によう素を混ぜ、翼付近からチオ硫酸ナトリウム溶液を注入し、槽内における液の色の残り具合（褐色→透明）から撹拌に要した時間を測定した。
（テスト結果）
本発明の撹拌装置・・・・・・・・撹拌所要時間１２秒
従来の撹拌装置・・・・・・・・・撹拌所要時間２５秒
テスト結果から明らかなように本発明の撹拌装置により撹拌所要時間が大幅に短縮される。また、本発明の撹拌装置においては撹拌軸の近傍の流動体に対して撹拌効率が高く、撹拌軸の部位に固体的回転部が形成されないことが視認された。

本発明の撹拌装置における構成の一例示す図である。本発明の撹拌装置における流通遮蔽体の動作についての説明図である。従来の撹拌装置における動作の説明図である。

符号の説明

１撹拌軸
２ａ，２ｂ孔付部材
３ａ，３ｂ延長管
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ撹拌翼
６は円盤
２１ａ，２１ｂ流入口
３１ａ，３１ｂ流出口

Claims

回転トルクを伝達するための撹拌軸と、
前記撹拌軸に支持され流動体を撹拌するための撹拌翼と、
前記撹拌軸に支持され流動体を流通するための前記撹拌軸に近い流入口と前記撹拌軸から離れた流出口とを有しそれらを連絡する流通空間の境界が遮蔽された流通遮蔽体と、
を備えることを特徴とする撹拌装置。
請求項１記載の撹拌装置において、前記撹拌翼は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられていることを特徴とする撹拌装置。
請求項１または２に記載の撹拌装置において、前記流通遮蔽体は複数であって前記撹拌軸の軸回りに等角度間隔で設けられていることを特徴とする撹拌装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の撹拌装置において、前記撹拌軸に支持され流動体を流通するための流通孔を設けた孔付部材と、前記流通孔の一方の開口部に設けられ前記流通孔を延長する延長管とを備え、前記流通遮蔽体は前記孔付部材と前記延長管から成り前記流通孔の他方の開口部を前記流入口とし外側への前記延長管の開口部を前記流出口とすることを特徴とする撹拌装置。
請求項４に記載の撹拌装置において、前記撹拌翼は直接的には前記延長管に支持され前記撹拌翼の面と前記延長管の軸とは並行していることを特徴とする撹拌装置。
請求項４または５に記載の撹拌装置において、前記孔付部材は点対称に配置した１対の孔付部材であって、前記１対の孔付部材の間に前記撹拌軸を中心とする円盤を備えることを特徴とする撹拌装置。