JP2011143338A - 横置き型撹拌システム用撹拌軸 - Google Patents

Abstract

【課題】横置き型撹拌システムにより撹拌される基質の比重に関係なく、水平設置を可能とし、運転時の回転撓みが防止される撹拌軸を提供すること。
【解決手段】本発明の横置き型撹拌システム用撹拌軸は、中空筒体でなる撹拌軸部材；該撹拌軸部材の外周面に設けられた少なくとも１つの撹拌部材；および該撹拌軸部材の外周面および端面の少なくとも一方に設けられ、該撹拌軸部材の内部への液状物の導入および該撹拌軸部材の内部からの液状物の排出を可能とする少なくとも２つの管台を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、横置き型撹拌システム用撹拌軸に関する。さらに詳しくは、横置き型撹拌システムに水平に設置し得、回転時の撓みが防止される撹拌軸に関する。

従来、横置き型メタン発酵システムなどのような横置き型撹拌システムは、撹拌軸の質量を軽くするため、中空構造の撹拌軸が用いられている。例えば、図１に示す従来の横置き型メタン発酵システムは、発酵槽１０および撹拌軸１１を備え、撹拌軸１１が軸シール１４を介して発酵槽１０に設置されている。発酵槽１０内に投入される基質の種類が一定の場合、基質と撹拌軸１１との比重差の特定が可能である。したがって、必要な回転トルクに合わせた撹拌軸１１の径および厚みで撹拌軸１１の自重１６が特定できるので、浮力１７を考慮して、撹拌軸１１の径および厚みの調整が可能である。

しかし、基質が一定ではない場合、例えば繊維、プラスチック、ゴム、皮革、ガラス、ビニール、ごみ袋、石、陶磁器、金属などが発酵槽１０内に含まれていると、基質と撹拌軸１１との比重差の特定が困難になる。

このように、基質と撹拌軸１１との比重差が設計時と大きく異なると、浮力１７と撹拌軸１１の自重１６とのバランスが崩れて撹拌軸の回転撓みが大きくなる。その結果、軸シール１４の損耗、駆動機１３への過負荷などによって、運転に支障を来すことになる。

このような、回転撓みを防止した撹拌軸（シャフト）を備える発酵槽が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されているシャフトは、中空部に充填されたガスまたは空気による浮揚力で、回転撓みを防止している。

しかし、中空シャフト中のガスまたは空気は、シャフトに浮力を与え、またシャフトの損傷の発見・防止に利用されているが、これらの気体と水分とが共存すれば、シャフトに腐食損傷を与えるおそれがある。

特許文献２には、回転軸を備える長尺型（横置き型）製氷機が記載されている。この装置では、氷掻き取り部材を取り付ける回転軸の撓みを防止するため、回転軸が自重に相当する浮力を被冷却液から受けるように構成されている。

特表２００８−５２８２６０号公報 特開平９−２９６９７３号公報

本発明の目的は、横置き型撹拌システムにより撹拌される基質の比重に関係なく、水平設置を可能とし、運転時の回転撓みが防止される撹拌軸を提供することにある。

本発明は、横置き型撹拌システム用撹拌軸を提供し、該撹拌軸は、中空筒体でなる撹拌軸部材；該撹拌軸部材の外周面に設けられた少なくとも１つの撹拌部材；および該撹拌軸部材の外周面および端面の少なくとも一方に設けられ、該撹拌軸部材の内部への液状物の導入および該撹拌軸部材の内部からの液状物の排出を可能とする少なくとも２つの管台を備える。

１つの実施態様では、さらに、上記撹拌軸部材の外周面および端面の少なくとも一方に、該撹拌軸部材の内部への不活性ガスの導入および該撹拌軸部材の内部からの不活性ガスの排出を可能とする、少なくとも２つの管台が設けられる。

１つの実施態様では、上記不活性ガスは窒素である。

ある実施態様では、上記液状物は水である。

また、本発明は、上記横置き型撹拌システム用撹拌軸および撹拌槽を備える、横置き型撹拌システムを提供する。

１つの実施態様では、上記横置き型撹拌システムはメタン発酵システムである。

さらに、本発明は、横置き型撹拌システム用撹拌軸の撓み防止方法を提供し、該方法は、該撹拌軸を構成する撹拌軸部材の内部に液状物を導入し、あるいは該撹拌軸部材の内部から液状物を排出して、該撹拌軸の自重を調整する工程を包含する。

１つの実施態様では、上記撹拌軸の自重を調整する工程において、さらに、不活性ガスを前記撹拌軸部材の内部に導入し、あるいは該撹拌軸部材の内部から排出する。

１つの実施態様では、上記不活性ガスは窒素である。

ある実施態様では、上記液状物が水である。

本発明によれば、横置き型撹拌システムにより撹拌される基質の比重に関係なく、水平設置を可能とし、運転時の回転撓みが防止される撹拌軸を提供し得る。

メタン発酵システムの撹拌軸として、従来の撹拌軸を用いた実施態様を示す図である。 メタン発酵システムの撹拌軸として、本発明の撹拌軸を用いた一実施態様を示す図である。

（Ａ）横置き型撹拌システム用撹拌軸
図２に、本発明の撹拌軸の一実施態様であるメタン発酵システムの撹拌軸を示す。本発明の撹拌軸２１は、撹拌軸部材２２、撹拌部材（図示せず）、および管台２８１で構成される。

撹拌軸部材２２は、本発明の撹拌軸２１の根幹をなす部材であり、中空筒体でなる。撹拌軸部材２２の材質は特に限定されないが、強度の観点から金属製が好ましい。また、撹拌軸部材２２は、回転運動を行うため、円筒形状であることが好ましい。

撹拌軸部材２２の長さは、設置する撹拌槽の大きさによって適宜設定され得る。好ましくは１０ｍ以上であり得る。また、撹拌軸部材２２の太さ（外径）も、設置する撹拌槽の大きさによって適宜設定され得る。好ましくは５０ｃｍ〜１５０ｃｍであり得る。

撹拌軸部材２２の外周面には、少なくとも１つの撹拌部材が設けられる。撹拌部材は、一般的には撹拌羽根であり、撹拌される基質の種類、撹拌槽の大きさなどによって、撹拌羽根の大きさ、個数、形状などは、適宜設定され得る。

撹拌軸部材２２の両端面のうち一方の端面は、本発明の撹拌軸２１に回転力を伝える駆動機２３に接続し得るように構成されている。

撹拌軸部材２２の外周面および他の端面の少なくとも一方に、管台が設けられる。図２は、撹拌軸部材２２の外周面および端面の両方に管台が設けられた実施態様である。管台２８１Ａおよび２８２Ａは、撹拌軸部材２２の外周面に設けられ、管台２８１Ｂおよび２８２Ｂは、撹拌軸部材２２の端面に設けられている。管台は少なくとも２つ、すなわち液状物２１１を導入および排出する管台２８１Ａおよび２８１Ｂのみを設ければよいが、さらに、不活性ガス２１２を導入および排出する管台２８２Ａおよび２８２Ｂを設けることが好ましい。

管台２８１Ａおよび２８１Ｂは、液状物２１１を撹拌軸部材２２の内部（中空部）へ導入し、撹拌軸部材２２の内部から液状物２１１を排出し得るように設けられる。

液状物２１１は、液状であれば特に限定されず、例えば、水、油類、アルコール類などが挙げられる。液状物２１１は、安価で入手しやすく、取り扱いが容易な点で、水が好ましい。

管台２８２Ａおよび２８２Ｂは、不活性ガスの導入および排出のために設けられている。不活性ガス２１２は、撹拌軸部材２２の内部に存在する酸素および液状物２１１に溶存する酸素によって、撹拌軸部材２２の内部が腐食するのを防止するために用いられる。

不活性ガス２１２としては、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素などが挙げられる。不活性ガス２１２は、入手しやすく、環境への配慮の点で、窒素が好ましい。

（Ｂ）横置き型撹拌システム
本発明の横置き型撹拌システムは、本発明の撹拌軸および撹拌槽を備える。撹拌槽の容量、長さ、深さなどは、本発明の撹拌軸の長さを考慮して適宜設定され得る。本発明の撹拌システムは、メタン発酵システムとして用いることが好ましい。

図２は、上記のように、本発明の撹拌システムをメタン発酵システムとして用いた一実施態様である。このメタン発酵システムは、発酵槽２０および本発明の撹拌軸２１を備える。

撹拌軸２１は、撹拌軸２１に取り付けられた撹拌部材（図示せず）が発酵槽２０の内壁面に接触しないように、発酵槽２０の深さ方向のほぼ中央部を、発酵槽２０の長手方向に、発酵槽２０内を貫通するように設置される。

撹拌軸２１は、一般的に軸シール２４を介して発酵槽２０に設置される。発酵槽２０の壁面と撹拌軸２１とが直接接触することによる損耗の防止、発酵槽２０の内容物の漏れの防止などのため、軸シール２４が用いられる。

撹拌軸２１は、駆動機２３に接続されて回転運動を生じる。

（Ｃ）横置き型撹拌システム用撹拌軸の撓み防止方法
本発明の横置き型撹拌システム用撹拌軸の撓み防止方法は、撹拌軸を構成する撹拌軸部材の内部に液状物を導入し、あるいは撹拌軸部材の内部から液状物を排出して、撹拌軸の自重を調整する工程を包含する。以下、図２を参照して説明する。

まず、運転前（立上時）に、発酵槽２０内に水を加えていき、撹拌軸２１が浮力２７により浮き上がり始めたとき、管台２８１Ａから撹拌軸２１（撹拌軸部材２２）内部に液状物２１１（例えば水など）の導入を開始する。発酵槽２０内の水位が撹拌軸２１の上面に達するまで発酵槽２０に水を供給し、そして撹拌軸２１が水平になるまで撹拌軸２１内部に液状物２１１を導入する。

次いで、発酵槽２０内に基質を加え、運転を始める。基質が導入されると、発酵槽２０内の比重が変化するので、撹拌軸２１の水平度を定期的に測定し、管台２８１Ｂへ液状物２１１を導入あるいは管台２８１Ｂから液状物２１１を排出して、撹拌軸２１の自重を調節して水平状態を維持する。

発酵終了後、あるいは発酵槽２０の保守点検の際は、発酵槽２０内の基質を排出すると同時に、撹拌軸２１内部の液状物２１１も管台２８１Ｂから排出すればよい。

一方、撹拌軸２１内に水などの液状物２１１を導入するので、撹拌軸２１（撹拌軸部材２２）内部の腐食防止（例えば酸化防止）のため、不活性ガス２１２（例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素など）を、撹拌軸２１内に導入することが好ましい。

例えば、立上時あるいは運転時に管台２８２Ａから、窒素などの不活性ガス２１２を導入し、不活性ガス２１２を管台２８２Ｂから導入または排出すればよい。

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に制限されない。

（実施例１）
図２に示すメタン発酵システムを用いて、運転時の撹拌軸中央部の撓みを検証した。

発酵槽２０（全長４０ｍ、直径７ｍ）に、本発明の撹拌軸２１を、軸シール２４を介して設置した。発酵槽２０に水を加えていき、撹拌軸２１が浮き上がり始めたときから、管台２８１Ａから撹拌軸２１内部に水（液状物２１１）を導入した。発酵槽２０内の水位が撹拌軸２１の上面に達するまで水を入れ、その水位で撹拌軸２１が水平になるまで撹拌軸２１内部に水を導入し、合わせて管台２８２Ａから窒素（不活性ガス２１２）を導入した。

次いで、発酵槽２０にメタン発酵用の基質を加え、メタン発酵システムの運転を開始した。運転中は定期的に撹拌軸２１の水平度を測定し、水平度を維持するために、管台２８１Ｂから水を導入または排出、および管台２８２Ｂから窒素を導入または排出した。

年間８０００時間を超え、６年間運転を行ったが、撹拌軸２１は、ほとんど撓むことがなかった。

（比較例１）
従来の撹拌軸を備えるメタン発酵システム（図１）を用いて、運転時の撹拌軸中央部の撓みを検証した。

発酵槽１０（全長４０ｍ、直径７ｍ）に、従来の撹拌軸１１を、軸シール１４を介して設置した。発酵槽１０に水およびメタン発酵用の基質を加え、メタン発酵システムを運転させた。

撹拌軸の上面まで基質の水位が上がった時点で、撹拌軸１１の中央部は、最大で約９０ｍｍの撓みを生じていた。

本発明によれば、横置き型撹拌システムにより撹拌される基質の比重に関係なく、水平設置を可能とし、運転時の回転撓みが防止される撹拌軸を提供し得る。したがって、本発明は、メタン発酵システムなど撹拌が必要なシステムにおいて有用である。

１０、２０ 発酵槽
１１、２１ 撹拌軸
１２、２２ 撹拌軸部材
１３、２３ 駆動機
１４、２４ 軸シール
１５、２５ 基質
１６、２６ 自重
１７、２７ 浮力
２１１ 液状物
２１２ 不活性ガス
２８１Ａ、２８１Ｂ、２８２Ａ、２８２Ｂ 管台

Claims (10)

1. 横置き型撹拌システム用撹拌軸であって、
   中空筒体でなる撹拌軸部材；
   該撹拌軸部材の外周面に設けられた少なくとも１つの撹拌部材；および
   該撹拌軸部材の外周面および端面の少なくとも一方に設けられ、該撹拌軸部材の内部への液状物の導入および該撹拌軸部材の内部からの液状物の排出を可能とする少なくとも２つの管台；
   を備える、撹拌軸。
2. さらに、前記撹拌軸部材の外周面および端面の少なくとも一方に、該撹拌軸部材の内部への不活性ガスの導入および該撹拌軸部材の内部からの不活性ガスの排出を可能とする、少なくとも２つの管台が設けられる、請求項１に記載の撹拌軸。
3. 前記不活性ガスが窒素である、請求項２に記載の撹拌軸。
4. 前記液状物が水である、請求項１から３のいずれかの項に記載の撹拌軸。
5. 請求項１から４のいずれかの項に記載の横置き型撹拌システム用撹拌軸および撹拌槽を備える、横置き型撹拌システム。
6. メタン発酵システムである、請求項５に記載の横置き型撹拌システム。
7. 横置き型撹拌システム用撹拌軸の撓み防止方法であって、
   該撹拌軸を構成する撹拌軸部材の内部に液状物を導入し、あるいは該撹拌軸部材の内部から液状物を排出して、該撹拌軸の自重を調整する工程、
   を包含する、方法。
8. 前記撹拌軸の自重を調整する工程において、さらに、不活性ガスを前記撹拌軸部材の内部に導入し、あるいは該撹拌軸部材の内部から排出する、請求項７に記載の撓み防止方法。
9. 前記不活性ガスが窒素である、請求項８に記載の撓み防止方法。
10. 前記液状物が水である、請求項７から９のいずれかの項に記載の撓み防止方法。

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