JP2015213886A - Agitation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被撹拌液を収容する貯留槽内に、回転駆動される撹拌翼を備えた撹拌装置に関する。 The present invention relates to a stirring device including a stirring blade that is rotationally driven in a storage tank that stores a liquid to be stirred.
塗布液の中には、凝集し易い性質を有する塗布液が存在する。たとえば、燃料電池(FCV)において触媒層と電解質膜とによって構成されるCCM(Catalyst Coated Membrane)用の触媒スラリー塗布液は、CCM触媒内のカーボン粒子同士が結合し易い状態にあるため、塗布液中に凝集物が生じ易い。 Among the coating liquids, there are coating liquids having a property of being easily aggregated. For example, a catalyst slurry coating solution for CCM (Catalyst Coated Membrane) constituted by a catalyst layer and an electrolyte membrane in a fuel cell (FCV) is in a state in which carbon particles in the CCM catalyst are easily bonded to each other. Aggregates tend to form inside.
凝集物がスラリー塗布液中に混ざると、たとえば、成膜品質の低下や、塗布冶具への詰りの発生、設備の故障、粘度の上昇などの種々の不具合が生じる。 When the agglomerates are mixed in the slurry coating solution, various problems such as, for example, a decrease in film formation quality, clogging of the coating jig, equipment failure, and an increase in viscosity occur.
したがって、凝集し易い性質を有する塗布液は、塗布液中の凝集物を撹拌して細かくする必要がある。すなわち、当該塗布液は、通常、塗布作業前に貯留槽内に収容され、当該貯留槽内で撹拌翼を回転駆動して撹拌される。 Therefore, it is necessary to make the coating liquid having the property of easily agglomerating finely by stirring the aggregate in the coating liquid. That is, the coating liquid is usually stored in a storage tank before the coating operation, and is stirred by rotating a stirring blade in the storage tank.
撹拌装置に関する技術としては、たとえば、有底筒状の反応槽内で回転駆動され、上下方向の撹拌流を形成するU字状の撹拌翼を備えた撹拌装置が開示されている(特許文献1参照)。U字状の撹拌翼は、ボトムパドルと、反応槽の内壁に沿って立設された一対のサイドパドルと、モノマー相と水相との界面に配置されたミドルパドルとを有している。 As a technique related to the stirring device, for example, a stirring device that is rotationally driven in a bottomed cylindrical reaction tank and includes a U-shaped stirring blade that forms a vertical stirring flow is disclosed (Patent Document 1). reference). The U-shaped stirring blade has a bottom paddle, a pair of side paddles erected along the inner wall of the reaction tank, and a middle paddle disposed at the interface between the monomer phase and the aqueous phase.
ところで、特許文献1のU字状の撹拌翼の構造では、依然として塗布液の撹拌(せん断)効果が弱く、凝集物の細分化ができない。また、塗布液の凝集による撹拌乱流や、高速撹拌回転による乱流が生じて、気泡が発生しやすい。 By the way, in the structure of the U-shaped stirring blade of Patent Document 1, the stirring (shearing) effect of the coating liquid is still weak, and the aggregate cannot be subdivided. In addition, agitation turbulence due to aggregation of the coating liquid and turbulence due to high-speed agitation rotation occur, and bubbles are likely to be generated.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、気泡の発生を抑えつつ、被撹拌液の凝集物を細分化することができる撹拌装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said situation, and it aims at providing the stirring apparatus which can subdivide the aggregate of a to-be-stirred liquid, suppressing generation | occurrence | production of a bubble.
上記目的を達成するための本発明に係る撹拌装置は、貯留槽、回転駆動装置、ボトム翼、およびパドル翼を備える。上記貯留槽は、被撹拌液を収容する。上記回転駆動装置は、上記貯留槽内で回転軸を回転駆動する。上記ボトム翼はU字形状に形成され、上記回転軸の下端に設けられる。上記パドル翼は、上記U字形状のボトム翼の内側に位置するように、上記回転軸に設けられる。上記パドル翼は、せん断流を形成するための液切り板を有する。 In order to achieve the above object, a stirring device according to the present invention includes a storage tank, a rotation drive device, a bottom blade, and a paddle blade. The storage tank contains a liquid to be stirred. The rotational drive device rotationally drives the rotational shaft in the storage tank. The bottom blade is formed in a U shape and is provided at the lower end of the rotating shaft. The paddle blade is provided on the rotating shaft so as to be positioned inside the U-shaped bottom blade. The paddle blade has a liquid draining plate for forming a shear flow.
本発明に係る撹拌装置では、回転駆動されるU字形状ボトム翼の撹拌によって、回転軸から放射状に循環流が形成される。液面から貯留槽の底部に向かって流れ下る循環流は、パドル翼の液切り板によってせん断される。したがって、本発明に係る撹拌装置によれば、パドル翼の液切り板が形成するせん断流によって、被撹拌液の凝集物を細分化することができる。また、パドル翼の液切り板がせん断流を形成するので、ボトム翼およびパドル翼を低速回転させることができる。ボトム翼およびパドル翼を低速回転させると、乱流が発生せず、気泡の発生を抑制することができる。 In the stirring device according to the present invention, a circulating flow is formed radially from the rotating shaft by the stirring of the U-shaped bottom blade that is rotationally driven. The circulating flow flowing down from the liquid level toward the bottom of the storage tank is sheared by the liquid draining plate of the paddle blade. Therefore, according to the stirring device according to the present invention, the aggregate of the liquid to be stirred can be subdivided by the shear flow formed by the liquid cutting plate of the paddle blade. Moreover, since the liquid draining plate of the paddle blade forms a shear flow, the bottom blade and the paddle blade can be rotated at a low speed. When the bottom blade and the paddle blade are rotated at a low speed, turbulent flow does not occur and generation of bubbles can be suppressed.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and are different from the actual ratios.
まず、図1から図9を参照して、本実施形態に係る撹拌装置の構成について説明する。図1は本実施形態に係る撹拌装置の全体構造の模式図である。 First, with reference to FIG. 1 to FIG. 9, the configuration of the stirring device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of the overall structure of a stirring device according to this embodiment.
図1に示すように、本実施形態の撹拌装置100は、概説すると、被撹拌液1を収容する貯留槽10と、貯留槽10内で回転軸21を回転駆動する回転駆動装置20と、回転軸21の下端に設けられたU字形状のボトム翼30と、U字形状のボトム翼30の内側に位置するように回転軸21に設けられたパドル翼40と、を備えている。パドル翼40は、せん断流を形成するための液切り板41を有している。以下、詳述する。 As shown in FIG. 1, the stirrer 100 according to the present embodiment can be summarized as a storage tank 10 that stores the liquid to be stirred 1, a rotation drive device 20 that rotationally drives a rotary shaft 21 in the storage tank 10, and a rotation. A U-shaped bottom blade 30 provided at the lower end of the shaft 21 and a paddle blade 40 provided on the rotary shaft 21 so as to be positioned inside the U-shaped bottom blade 30 are provided. The paddle blade 40 has a liquid draining plate 41 for forming a shear flow. Details will be described below.
貯留槽10は、撹拌対象となる被撹拌液1を収容する。被撹拌液1としては、たとえば、CCM用の触媒スラリー塗布液等の凝集し易い性質を有するスラリー塗布液が挙げられる。 The storage tank 10 stores the liquid to be stirred 1 to be stirred. Examples of the liquid to be stirred 1 include a slurry coating liquid having a property of being easily aggregated, such as a CCM catalyst slurry coating liquid.
貯留槽10は、概ね有底円筒体状の金属製容器である。当該貯留槽の底面は、皿型鏡板形状のように、曲面もしくは球面状に形成されている。 The storage tank 10 is a substantially bottomed cylindrical metal container. The bottom surface of the storage tank is formed in a curved surface or a spherical shape like a dish-shaped end plate shape.
貯留槽10の構成材料としては、たとえば、SUS316やSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が挙げられるが、例示の材料に限定されない。貯留槽10の接液部は、鏡面仕上げをすることが好ましい。 Examples of the constituent material of the storage tank 10 include austenitic stainless steel such as SUS316 and SUS304, but are not limited to the exemplified materials. The liquid contact portion of the storage tank 10 is preferably mirror-finished.
貯留槽10の構成材料として例示の材料以外を用いる場合は、接液部をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の撥水性や耐溶剤性を有する合成樹脂でコーティングすることが好ましい。撥水性や耐溶剤性を有する合成樹脂で表面処理することにより、接液の滑り性が向上する。また、接液の固着や凝集に効果があるとともに、溶剤での洗浄性が向上する。 When materials other than the exemplified materials are used as the constituent material of the storage tank 10, it is preferable to coat the wetted part with a synthetic resin having water repellency and solvent resistance such as polytetrafluoroethylene (PTFE). Surface treatment with a synthetic resin having water repellency and solvent resistance improves the slipperiness of liquid contact. In addition, it is effective in fixing and agglomerating the liquid and improving the cleaning property with a solvent.
貯留槽10の開口部には、円板状の蓋体11が開閉可能に設けられている。蓋体11の中心部には、回転駆動装置20の回転軸21が挿通されている。回転駆動装置20の接続は、たとえば、フェルール接続のように、回転駆動装置20と蓋体11との間で密閉性を保持可能な構造であることが好ましい。 A disc-shaped lid 11 is provided at the opening of the storage tank 10 so as to be openable and closable. A rotation shaft 21 of the rotation drive device 20 is inserted through the center of the lid body 11. The connection of the rotary drive device 20 is preferably a structure capable of maintaining a hermetic seal between the rotary drive device 20 and the lid body 11, for example, a ferrule connection.
回転駆動装置20としては、たとえば、ユニコントロールズ株式会社製やアドバンテック東洋株式会社製、新東科学株式会社製などのモータが挙げられる。当該モータは、電動、エア駆動等の制約はない。塗布液は有機溶剤であり、防爆対応を考慮すると、エア駆動モータを用いることが好ましい。 Examples of the rotation drive device 20 include motors such as those manufactured by Unicontrols Corporation, Advantech Toyo Corporation, and Shinto Kagaku Corporation. The motor is not limited by electric drive or air drive. The coating solution is an organic solvent, and it is preferable to use an air drive motor in consideration of explosion protection.
回転軸21の構成材料としては、たとえば、SUS316、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。また、回転軸21の表面は、鏡面仕上げをすることが好ましい。 As a constituent material of the rotating shaft 21, for example, austenitic stainless steel such as SUS316 and SUS304 is preferable. Moreover, it is preferable that the surface of the rotating shaft 21 is mirror-finished.
図2から図4を参照して、本実施形態におけるボトム翼について説明する。図2(a)は本実施形態におけるボトム翼の平面図、図2(b)は正面図である。 With reference to FIG. 2 to FIG. 4, the bottom blade in the present embodiment will be described. FIG. 2A is a plan view of the bottom wing in this embodiment, and FIG. 2B is a front view.
図2(a)(b)に示すように、ボトム翼30は、正面視においてU字形状を呈している。U字形状のボトム翼30の中央部には、回転軸21を取り付けるための取付ベース31が設けられている。取付ベース31は、ほぼ円筒体状であって、中心部に回転軸21の下端を挿入するための挿入孔32が形成されている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the bottom blade 30 has a U-shape when viewed from the front. An attachment base 31 for attaching the rotating shaft 21 is provided at the center of the U-shaped bottom blade 30. The mounting base 31 is substantially cylindrical and has an insertion hole 32 for inserting the lower end of the rotating shaft 21 at the center.
取付ベース31の周壁には、挿入孔32に至るように貫通孔33が形成されている。貫通孔33は、ボトム翼30の面に対して直交する方向に相対向しており、上下2箇所に形成されている。回転軸21には、不図示のタップ加工が施されている。 A through hole 33 is formed in the peripheral wall of the mounting base 31 so as to reach the insertion hole 32. The through-holes 33 are opposed to each other in the direction perpendicular to the surface of the bottom blade 30 and are formed at two locations on the upper and lower sides. The rotary shaft 21 is tapped (not shown).
取付ベース31の挿入孔32に回転軸21の下端を挿入し、当該取付ベース31の貫通孔33を通して回転軸21のタップ部に取付ボルト(図示せず)螺合することにより、回転軸21にボトム翼30が固定される。回転軸21に直接ボルト固定することにより、取付ボルトの落下防止対策となり、送液ポンプ(図示せず)の異物混入対策となる。 By inserting the lower end of the rotating shaft 21 into the insertion hole 32 of the mounting base 31 and screwing a mounting bolt (not shown) into the tap portion of the rotating shaft 21 through the through hole 33 of the mounting base 31, the rotating shaft 21 is fitted. The bottom wing 30 is fixed. By directly fixing the bolts to the rotating shaft 21, it is possible to prevent the mounting bolts from dropping and to prevent foreign matter from entering the liquid feed pump (not shown).
あるいは、ボトム翼30の固定は、回転軸21にタップ加工を施さず、取付ベース31に雌ねじ部を形成し、セットビスを回転軸21に至るまで螺合して行うこともできる。しかし、セットビスによる固定構造は、当該セットビスの落下の可能性があり、回転軸21の外周面への傷付きが懸念される。 Alternatively, the bottom blade 30 can be fixed by not tapping the rotating shaft 21, forming a female thread portion on the mounting base 31, and screwing a set screw up to the rotating shaft 21. However, the fixing structure using the set screw may cause the set screw to fall, and there is a concern that the outer peripheral surface of the rotating shaft 21 may be damaged.
U字形状のボトム翼30は、タンク10の底面に沈降する粒子を巻上げるために、タンク10の曲面もしくは球面状の底面に極力近付けることが好ましい。ボトム翼30の回転動作を維持するためには、タンク10の底面に接触してはいけない。 The U-shaped bottom blade 30 is preferably as close as possible to the curved or spherical bottom surface of the tank 10 in order to wind up particles that settle on the bottom surface of the tank 10. In order to maintain the rotational movement of the bottom blade 30, it should not contact the bottom surface of the tank 10.
取付ベース31を含むボトム翼30の構成材料としては、たとえば、SUS316、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。U字形状ボトム翼30の表面は、鏡面仕上げすることが好ましい。 As a constituent material of the bottom blade 30 including the mounting base 31, for example, austenitic stainless steel such as SUS316 and SUS304 is preferable. The surface of the U-shaped bottom blade 30 is preferably mirror-finished.
次に、ボトム翼30の断面形状のアスペクト比について説明する。図3は本実施形態におけるボトム翼のアスペクト比の説明に供する図である。 Next, the aspect ratio of the cross-sectional shape of the bottom blade 30 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the aspect ratio of the bottom blade in the present embodiment.
図3に示すように、ボトム翼30の断面形状のアスペクト比は、回転方向に臨んだ板幅Aが貯留槽10の壁面の臨んだ板幅Bよりも大きく(A>B)、設定されていることが好ましい。当該アスペクト比をA>Bに設定することにより、貯留槽10の底面に沈降した粒子をU字形状のボトム翼面で押し上げるような混合撹拌流が生成される。 As shown in FIG. 3, the aspect ratio of the cross-sectional shape of the bottom blade 30 is set such that the plate width A facing in the rotation direction is larger than the plate width B facing the wall surface of the storage tank 10 (A> B). Preferably it is. By setting the aspect ratio to A> B, a mixed stirring flow is generated that pushes up the particles that have settled on the bottom surface of the storage tank 10 with a U-shaped bottom blade surface.
図4(a)は本実施形態におけるボトム翼を複数枚設けた状態の平面図、図4(b)は正面図である。 FIG. 4A is a plan view of a state in which a plurality of bottom blades are provided in the present embodiment, and FIG. 4B is a front view.
図4(a)(b)に示すように、回転軸の下端には、複数枚のU字形状のボトム翼30を交差させて取り付けても構わない。図4(a)(b)の例では、U字形状の2対のボトム翼30が中心部において十字状に交差するように設けられている。ボトム翼30の枚数は限定されないが、回転方向に等間隔で配置することが好ましい。 As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a plurality of U-shaped bottom blades 30 may be attached to intersect with the lower end of the rotating shaft. In the example of FIGS. 4A and 4B, two U-shaped bottom wings 30 are provided so as to intersect in a cross shape at the center. The number of the bottom blades 30 is not limited, but it is preferable to arrange them at regular intervals in the rotation direction.
図5から図10を参照して、本実施形態におけるパドル翼40について説明する。図5は本実施形態におけるボトム翼およびパドル翼の斜視図である。図6(a)は本実施形態におけるパドル翼の正面図、図6(b)は平面図である。 With reference to FIGS. 5 to 10, the paddle blade 40 in the present embodiment will be described. FIG. 5 is a perspective view of the bottom blade and the paddle blade in the present embodiment. FIG. 6A is a front view of a paddle blade in the present embodiment, and FIG. 6B is a plan view.
図5に示すように、パドル翼40は、U字形状のボトム翼30の内側に位置するように、回転軸21に設けられている。パドル翼40は、せん断流を形成するための液切り板41を有している。パドル翼40は、複数枚の液切り板41を有している。本実施形態のパドル翼40には、たとえば、4枚の液切り板41が回転方向に等間隔で配置されているが、液切り板41の枚数は例示の数に限定されない。図6(b)に示すように、4枚の液切り板41は、中心の取付ベース42において十字状に交差するように設けられている。 As shown in FIG. 5, the paddle blade 40 is provided on the rotating shaft 21 so as to be positioned inside the U-shaped bottom blade 30. The paddle blade 40 has a liquid draining plate 41 for forming a shear flow. The paddle blade 40 has a plurality of liquid cutting plates 41. In the paddle blade 40 of the present embodiment, for example, four liquid cutting plates 41 are arranged at equal intervals in the rotation direction, but the number of liquid cutting plates 41 is not limited to the illustrated number. As shown in FIG. 6B, the four liquid draining plates 41 are provided so as to cross in a cross shape at the central mounting base 42.
取付ベース42には、回転軸21を挿通させるための挿通孔43が形成されている。取付ベース42の周壁には、挿通孔43に至るように雌ねじ部44が形成されている。雌ねじ部44は、取付ベース42の径方向に相対向しており、上下2箇所に形成されている。 The attachment base 42 is formed with an insertion hole 43 through which the rotary shaft 21 is inserted. A female thread 44 is formed on the peripheral wall of the mounting base 42 so as to reach the insertion hole 43. The female screw portions 44 are opposed to each other in the radial direction of the mounting base 42 and are formed at two locations on the upper and lower sides.
パドル翼40の固定は、取付ベース42の中心の挿通孔43に回転軸21を挿通させ、当該取付ベース42の雌ねじ部44にセットビスを回転軸21に至るまで螺合することにより行われる。セットビスでパドル翼40を固定するので、回転軸21におけるパドル翼40の高さ位置は可変である。あるいは、パドル翼40の固定は、ボトム翼30と同様に、回転軸21に不図示のタップ加工を施し、取付ベース42の貫通孔を介して、取付ボルトを回転軸21のタップに螺合することにより行ってもよい。 The paddle blade 40 is fixed by inserting the rotary shaft 21 through the insertion hole 43 at the center of the mounting base 42 and screwing a set screw into the female screw portion 44 of the mounting base 42 until reaching the rotary shaft 21. Since the paddle blade 40 is fixed with the set screw, the height position of the paddle blade 40 on the rotating shaft 21 is variable. Alternatively, the paddle blade 40 is fixed by performing tapping (not shown) on the rotating shaft 21 and screwing the mounting bolt to the tap of the rotating shaft 21 through the through hole of the mounting base 42, as with the bottom blade 30. It may be done by.
図6(a)に示すように、各液切り板41は、パドル翼40の回転方向に対して傾斜角度θ1をもたせて取り付けられている。パドル翼40の回転方向に対して各液切り板41に傾斜角度θ1をもたせることにより、パドル翼40をボトム翼30を同一の回転軸21に設け、パドル翼40をボトム翼30がと同一の回転数であっても、各液切り板41のせん断力が向上する。 As shown in FIG. 6A, each liquid cutting plate 41 is attached with an inclination angle θ <b> 1 with respect to the rotational direction of the paddle blade 40. By providing each liquid cutting plate 41 with an inclination angle θ1 with respect to the rotation direction of the paddle blade 40, the paddle blade 40 is provided on the same rotating shaft 21, and the paddle blade 40 is the same as the bottom blade 30. Even at the rotational speed, the shearing force of each liquid cutting plate 41 is improved.
取付ベース42を含むパドル翼40の構成材料としては、たとえば、SUS316、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。U字形状ボトム翼30の表面は、鏡面仕上げすることが好ましい。 As a constituent material of the paddle blade 40 including the mounting base 42, for example, austenitic stainless steel such as SUS316 and SUS304 is preferable. The surface of the U-shaped bottom blade 30 is preferably mirror-finished.
図7は本実施形態におけるパドル翼を複数段設けた状態の平面図である。なお、図7では、取付ベースは省略して図示している。 FIG. 7 is a plan view showing a state in which a plurality of paddle blades are provided in the present embodiment. In FIG. 7, the mounting base is omitted.
図7に示すように、パドル翼40は、同一の回転軸21に複数段設けることができる。複数段のパドル翼40,40同士は、各段の液切り板41が同一方向を向くように設定してもよい。もしくは、各段の液切り板41は、角度θ2をずらして配置してもよい(図7参照)。各段の液切り板41の角度θ2をずらすことにより、貯留槽10内の全体においてせん断効果の均一化を図ることができ、凝集物の細分化効果を向上させることができる。複数段のパドル翼40,40同士のずれ角度θ2は、任意に設定することができる。 As shown in FIG. 7, the paddle blade 40 can be provided in a plurality of stages on the same rotating shaft 21. The plurality of paddle blades 40, 40 may be set so that the liquid draining plates 41 of each stage face the same direction. Alternatively, the liquid draining plates 41 at each stage may be arranged by shifting the angle θ2 (see FIG. 7). By shifting the angle θ2 of the liquid draining plate 41 at each stage, the shear effect can be made uniform throughout the entire storage tank 10, and the fragmentation effect of the aggregates can be improved. The shift angle θ2 between the plurality of paddle blades 40, 40 can be arbitrarily set.
同一の回転軸21に複数段のパドル翼40を設ける場合は、複数段のパドル翼40を近接させて配置してもよく、もしくは、軸方向に離間させて配置してもよい。各段のパドル翼40の高さ位置は任意に設定することができるが、U字形状のボトム翼30の内側に配置されていることが好ましい。各段のパドル翼40は、回転軸21における高さ位置をフレキシブルに調整することができる。 In the case where a plurality of paddle blades 40 are provided on the same rotating shaft 21, the plurality of paddle blades 40 may be disposed close to each other or may be disposed apart from each other in the axial direction. Although the height position of the paddle blade 40 of each stage can be set arbitrarily, it is preferable that the paddle blade 40 is disposed inside the U-shaped bottom blade 30. The paddle blade 40 of each stage can flexibly adjust the height position on the rotating shaft 21.
図8は本実施形態における液切り板のすくい角の説明に供する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining the rake angle of the liquid draining plate in the present embodiment.
図8に示すように、各液切り板41は、パドル翼40の回転方向前側にすくい角θ3を有する。すくい角度θ3は、図8(a)(b)に示すように、液面側へ傾斜していてもよく、図8(c)(d)に示すように、貯留槽10の底面側へ傾斜していてもよい。図(a)(c)は、液切り板41の回転方向前端のみに、すくい角θ3が形成されている。図(b)(d)は、液切り板41の全幅に亘って、すくい角θ3が形成されている。 As shown in FIG. 8, each liquid draining plate 41 has a rake angle θ <b> 3 on the front side in the rotational direction of the paddle blade 40. The rake angle θ3 may be inclined to the liquid surface side as shown in FIGS. 8A and 8B, and is inclined to the bottom surface side of the storage tank 10 as shown in FIGS. 8C and 8D. You may do it. In the drawings (a) and (c), a rake angle θ3 is formed only at the front end of the liquid cutting plate 41 in the rotation direction. In the drawings (b) and (d), a rake angle θ3 is formed over the entire width of the liquid cutting plate 41.
図9(a)は本実施形態における液切り板の角度調整機構の一例の正面図、図9(b)はシャフトベース部の側面図である。 FIG. 9A is a front view of an example of the angle adjusting mechanism of the liquid cutting plate in the present embodiment, and FIG. 9B is a side view of the shaft base portion.
図9に示すように、液切り板41は、角度調整機構45を備えている。液切り板41の角度調整機構50は、取付ベース42に形成された雌ねじ部44と、液切り板41の基部に固定されたボルト46と、該ボルト46に螺合された調整ナット47と、から構成される。液切り板41は、取付ベース42の挿通孔43に回転軸を挿通させ、取付ベース42の雌ねじ部44に当該液切り板41の基部のボルト46を螺合することにより、回転軸に取り付けられる。そして、調整ナット47を回して任意の角度で固定することにより、傾斜角度θ1を調整することができる(図6(a)参照)。 As shown in FIG. 9, the liquid draining plate 41 includes an angle adjusting mechanism 45. The angle adjusting mechanism 50 of the liquid cutting plate 41 includes an internal thread portion 44 formed on the mounting base 42, a bolt 46 fixed to the base portion of the liquid cutting plate 41, an adjustment nut 47 screwed to the bolt 46, Consists of The liquid draining plate 41 is attached to the rotary shaft by inserting the rotary shaft through the insertion hole 43 of the mounting base 42 and screwing the bolt 46 at the base of the liquid draining plate 41 into the female screw portion 44 of the mounting base 42. . The tilt angle θ1 can be adjusted by turning the adjustment nut 47 and fixing it at an arbitrary angle (see FIG. 6A).
図10(a)は本実施形態における液切り板の角度調整機構の他例の正面図、図10(b)は側面図である。 FIG. 10A is a front view of another example of the angle adjusting mechanism of the liquid cutting plate in the present embodiment, and FIG. 10B is a side view.
図10に示す角度調整機構45は、液切り板41の基部に固定された断面多角形状のシャフト48と、取付ベース42の周壁に形成された当該シャフト48の断面多角形状に対応する貫通孔(図示せず)と、から構成される。取付ベース42に形成された断面多角形状の貫通孔に、液切り板41の断面多角形状のシャフト48を任意の角度で差し込み、たとえば、ピンや止め輪で当該シャフト48を固定することにより、傾斜角度θ1を調整することができる(図6(a)参照)。 An angle adjusting mechanism 45 shown in FIG. 10 includes a shaft 48 having a polygonal cross section fixed to the base of the liquid cutting plate 41 and a through-hole corresponding to the polygonal cross section of the shaft 48 formed on the peripheral wall of the mounting base 42. (Not shown). A shaft 48 having a polygonal cross section of the liquid cutting plate 41 is inserted into a through-hole having a polygonal cross section formed in the mounting base 42 at an arbitrary angle. For example, the shaft 48 is fixed by a pin or a retaining ring. The angle θ1 can be adjusted (see FIG. 6A).
次に、図1から図12を参照して、本実施形態に係る撹拌装置の作用について説明する。図11は本実施形態に係る撹拌装置の貯留槽内撹拌による液流れ状態の模式図である。図12は本実施形態における液切り板周辺の液流れ状態の模式図である。 Next, with reference to FIGS. 1-12, the effect | action of the stirring apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 11 is a schematic diagram of a liquid flow state by stirring in the storage tank of the stirring device according to the present embodiment. FIG. 12 is a schematic diagram of a liquid flow state around the liquid draining plate in the present embodiment.
本実施形態に係る撹拌装置100は、凝集し易い性質を有するスラリー塗布液等の被撹拌液の撹拌に適する撹拌装置である。凝集し易い性質を有するスラリー塗布液としては、CCM用の触媒スラリー塗布液が挙げられる。CCM触媒は、Pt触媒がカーボン粒子に担持され、カーボン粒子がアイオノマー(電解質液)に覆われている。 The stirrer 100 according to this embodiment is a stirrer suitable for stirring a liquid to be stirred such as a slurry coating liquid having a property of easily agglomerating. Examples of the slurry coating solution having the property of easily aggregating include a catalyst slurry coating solution for CCM. In the CCM catalyst, a Pt catalyst is supported on carbon particles, and the carbon particles are covered with an ionomer (electrolyte solution).
カーボンは活性物質である。そのため、カーボンは、エネルギーを安定化するために、不活性物質になろうとする。カーボンは、表面積が大きく、活性エネルギーが大きい。したがって、カーボンは、表面積を小さくしようとして、様々な物質と結合する。消臭剤等に用いられる炭化材はこの性質を利用して、カーボンに匂い物質を吸着させている。 Carbon is an active substance. Therefore, carbon tends to become an inert substance in order to stabilize energy. Carbon has a large surface area and a large active energy. Therefore, carbon combines with various substances in an attempt to reduce the surface area. Carbonized materials used for deodorants and the like use this property to adsorb odorous substances to carbon.
さて、CCM触媒の場合は、カーボンは粒子となっており、カーボン粒子が自由に動ける状態である。カーボン粒子は軽いため、非常に動きやすい。また、Pt触媒を効率的に担持させるためにカーボン粒子の表面に凹凸をもうけており、より表面積が大きくなっている。以上のことから、CCM触媒内のカーボン粒子同士が結合し易い状態となっているため、CCM触媒スラリー塗布液は凝集し易い。 In the case of a CCM catalyst, carbon is particles, and the carbon particles can move freely. Since carbon particles are light, they are very mobile. Moreover, in order to carry | support a Pt catalyst efficiently, the unevenness | corrugation is provided in the surface of the carbon particle, and the surface area is larger. From the above, since the carbon particles in the CCM catalyst are easily bonded to each other, the CCM catalyst slurry coating liquid is likely to aggregate.
CCM触媒スラリー塗布液が凝集すると、以下に列挙するように、たとえば、成膜品質の低下や、塗布冶具への詰りの発生、設備の故障、粘度の上昇などの種々の不具合が生じる。 When the CCM catalyst slurry coating solution aggregates, various problems such as a decrease in film formation quality, clogging of the coating jig, failure of equipment, and an increase in viscosity occur as listed below.
凝集物がスラリー塗布液中に混ざって、そのまま塗布成膜されると、成膜面に突起や異物が現れ、凹み故障、凸故障、異物故障などの成膜品質の低下となる。 When the agglomerates are mixed in the slurry coating solution and applied as it is, a projection or a foreign substance appears on the film forming surface, resulting in a decrease in film formation quality such as a dent failure, a convex failure, or a foreign matter failure.
凝集物がスラリー塗布液中に混ざって、そのまま送液されると、塗布冶具に詰まり、品質異常を発生させる。たとえば、スリットダイコータの場合は、スリット隙間に凝集物が詰まることで、詰り箇所の吐出不良となり、塗布膜のすじ故障となる。インクジェット塗布の場合は、インクジェットノズルに凝集物が詰って、吐出不良となり、ドット抜け故障となる。スプレー塗布の場合は、スプレーノズルに凝集物が詰って、吐出不良や拡散不良となり、膜厚が不均一となる。 If the agglomerates are mixed in the slurry coating solution and fed as it is, the coating jig is clogged and quality abnormalities are generated. For example, in the case of a slit die coater, agglomerates are clogged in the slit gap, resulting in defective ejection at the clogged portion and a streak failure of the coating film. In the case of inkjet coating, the inkjet nozzle is clogged with aggregates, resulting in ejection failure and dot missing failure. In the case of spray coating, agglomerates are clogged in the spray nozzle, resulting in ejection failure and diffusion failure, resulting in non-uniform film thickness.
凝集物が配管中やフィルタに詰まると、ポンプの送液圧が高まり、ポンプ過負荷やポンプ内部品の摩耗などの設備故障が発生する。 If the aggregates clog the pipe or the filter, the pumping pressure increases, causing equipment failure such as pump overload and wear of parts in the pump.
凝集の発生により、固形分率が上昇し、粘度が上昇する。それによって、塗布膜厚のばらつきなどの品質故障を発生させる。 Due to the occurrence of aggregation, the solid content increases and the viscosity increases. As a result, quality failures such as variations in coating film thickness occur.
図1および図2に示すように、本実施形態に係る撹拌装置100は、U字形状のボトム翼30を備える。U字形状のボトム翼30は、回転軸21の回転により、当該回転軸21近傍の中心部から放射線状に循環流を形成する。すなわち、図11に示すように、U字形状のボトム翼30の回転によって、貯留槽10の中心部から底部へ向かい、底部で折り返して壁面へ沿って上り、液面で折り返して中心部へ下るような循環流Cが発生する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the stirring device 100 according to the present embodiment includes a U-shaped bottom blade 30. The U-shaped bottom blade 30 forms a circulating flow radially from the central portion in the vicinity of the rotary shaft 21 by the rotation of the rotary shaft 21. That is, as shown in FIG. 11, by rotation of the U-shaped bottom blade 30, the storage tank 10 goes from the center to the bottom, folds back at the bottom, rises along the wall surface, folds at the liquid level, and goes down to the center. Such a circulating flow C is generated.
また、図3に示すように、ボトム翼30の断面形状のアスペクト比は、回転方向に臨んだ板幅Aが貯留槽10の壁面の臨んだ板幅Bよりも大きく(A>B)、設定されている。当該アスペクト比をA>Bに設定することにより、貯留槽10の底面に沈降した粒子をU字形状のボトム翼面で押し上げるような混合撹拌流が生成される。 Further, as shown in FIG. 3, the aspect ratio of the cross-sectional shape of the bottom blade 30 is set such that the plate width A facing in the rotation direction is larger than the plate width B facing the wall surface of the storage tank 10 (A> B). Has been. By setting the aspect ratio to A> B, a mixed stirring flow is generated that pushes up the particles that have settled on the bottom surface of the storage tank 10 with a U-shaped bottom blade surface.
さらに、図4に示すように、回転軸の下端に、複数枚のU字形状のボトム翼30を交差させて取り付けることにより、混合撹拌流の生成効果が増大する。 Furthermore, as shown in FIG. 4, the effect of generating a mixed stirring flow is increased by attaching a plurality of U-shaped bottom blades 30 to the lower end of the rotating shaft.
また、図1、図5および図6に示すように、本実施形態に係る撹拌装置100は、U字形状のボトム翼30の内側に位置するように、回転軸21の中間部にパドル翼40を備える。パドル翼40は、せん断流を形成するための液切り板41を有する。すなわち、図11に示すように、パドル翼40の液切り板41は、貯留槽10の液面から中心部を経て底面へと下る循環流をせん断する。パドル翼40の液切り板41がせん断流Sを形成することにより、塗布液中の凝集物を細分化することができる。また、パドル翼40の液切り板41がせん断流Sを形成するので、ボトム翼30およびパドル翼40を低速回転させることができる。ボトム翼30およびパドル翼40を低速回転させると、乱流が発生せず、気泡の発生を抑制することができる。 In addition, as shown in FIGS. 1, 5, and 6, the stirring device 100 according to the present embodiment has a paddle blade 40 at an intermediate portion of the rotary shaft 21 so as to be positioned inside the U-shaped bottom blade 30. Is provided. The paddle blade 40 has a liquid draining plate 41 for forming a shear flow. That is, as shown in FIG. 11, the liquid draining plate 41 of the paddle blade 40 shears the circulating flow from the liquid surface of the storage tank 10 to the bottom surface through the central portion. When the liquid cutting plate 41 of the paddle blade 40 forms the shear flow S, the aggregates in the coating liquid can be subdivided. Further, since the liquid cutting plate 41 of the paddle blade 40 forms the shear flow S, the bottom blade 30 and the paddle blade 40 can be rotated at a low speed. When the bottom blade 30 and the paddle blade 40 are rotated at a low speed, turbulent flow is not generated, and generation of bubbles can be suppressed.
さらに、図6(a)に示すように、液切り板41には、パドル翼40の回転方向に対して傾斜角度θ1をもたせている。図12に示すように、パドル翼40の回転方向Rに対して液切り板41に傾斜角度θ1をもたせることにより、せん断力が向上する。かつ、液切り板41に傾斜角度θ1をもたせることにより、乱流を引き起こす抵抗流の発生を抑止することができる。したがって、ボトム翼30およびパドル翼40を気泡の発生リスクの少ない領域で低速回転させても、高速回転と同様の凝集物の細分化効果を得ることができる。また、抵抗流の発生が抑えられるので、乱流が生ぜず、気泡の発生を一層抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 6A, the liquid draining plate 41 has an inclination angle θ <b> 1 with respect to the rotational direction of the paddle blade 40. As shown in FIG. 12, the shear force is improved by providing the liquid cutting plate 41 with the inclination angle θ1 with respect to the rotation direction R of the paddle blade 40. In addition, by providing the liquid cutting plate 41 with the inclination angle θ1, it is possible to suppress the generation of a resistance flow that causes a turbulent flow. Therefore, even if the bottom blade 30 and the paddle blade 40 are rotated at a low speed in a region where there is little risk of bubble generation, the same effect of agglomerating as in high-speed rotation can be obtained. Further, since the generation of resistance flow is suppressed, turbulent flow does not occur and generation of bubbles can be further suppressed.
また、図1、図5から図6に示すように、パドル翼40は、複数枚の液切り板41で構成されている。パドル翼40を複数枚の液切り板41で構成することにより、スラリー塗布液のせん断効果が向上する。また、図7に示すように、同一の回転軸21に、複数段のパドル翼40を設けることによっても、スラリー塗布液のせん断効果が向上する。 As shown in FIGS. 1 and 5 to 6, the paddle blade 40 is composed of a plurality of liquid cutting plates 41. By configuring the paddle blade 40 with a plurality of liquid cutting plates 41, the shearing effect of the slurry coating liquid is improved. Further, as shown in FIG. 7, the shear effect of the slurry coating liquid is also improved by providing a plurality of paddle blades 40 on the same rotating shaft 21.
さらに、複数段のパドル翼40は、回転軸21における高さ位置が調整可能である。回転軸21におけるパドル翼40の高さ位置を調整することにより、貯留槽10の保持液量や液粘度によらず、柔軟にせん断効果を付与することができる。 Furthermore, the height position of the rotary shaft 21 of the plurality of paddle blades 40 can be adjusted. By adjusting the height position of the paddle blade 40 on the rotating shaft 21, the shear effect can be flexibly applied regardless of the amount of liquid retained in the storage tank 10 and the liquid viscosity.
そして、図8に示すように、液切り板41は、パドル翼40の回転方向前側にすくい角θ3を有する。液切り板41の回転方向前側にすくい角を有することにより、スラリー塗布液のせん断力が向上する。循環流に対して乱流を発生させることなく、流れを安定させたままで、液切り板41を回転させることができる。液切り板41を傾斜角度θ1の方向に回転させることにより、気泡の発生を抑制することができる。 As shown in FIG. 8, the liquid draining plate 41 has a rake angle θ <b> 3 on the front side in the rotational direction of the paddle blade 40. By having a rake angle on the front side in the rotation direction of the liquid cutting plate 41, the shearing force of the slurry coating liquid is improved. The liquid draining plate 41 can be rotated while the flow is stabilized without generating a turbulent flow with respect to the circulating flow. By rotating the liquid cutting plate 41 in the direction of the inclination angle θ1, the generation of bubbles can be suppressed.
加えて、図9および図10に示すように、液切り板41は、当該液切り板41の傾斜角度θ1を調整するための角度調整機構45を備えている。せん断流Sを形成するための液切り板41の傾斜角度が調整可能であるので、液種や、液粘度、液特性によって傾斜角度θ1を変えることができる。 In addition, as shown in FIGS. 9 and 10, the liquid cutting plate 41 includes an angle adjusting mechanism 45 for adjusting the inclination angle θ <b> 1 of the liquid cutting plate 41. Since the inclination angle of the liquid cutting plate 41 for forming the shear flow S can be adjusted, the inclination angle θ1 can be changed depending on the liquid type, liquid viscosity, and liquid characteristics.
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but these are examples for explaining the present invention, and the scope of the present invention is not intended to be limited to these embodiments. The present invention can be implemented in various modes different from the above-described embodiments without departing from the gist thereof.
1 被撹拌液、
10 貯留槽、
20 回転駆動装置、
21 回転軸、
30 ボトム翼、
40 パドル翼、
41 液切り板、
45 角度調整機構、
θ1 傾斜角度、
θ3 すくい角、
S せん断流、
100 撹拌装置。
1 stirring liquid,
10 Reservoir,
20 rotary drive,
21 rotation axis,
30 Bottom wing,
40 paddle wings,
41 Draining board,
45 Angle adjustment mechanism,
θ1 tilt angle,
θ3 rake angle,
S shear flow,
100 Stirrer.
Claims (7)
前記貯留槽内で回転軸を回転駆動する回転駆動装置と、
前記回転軸の下端に設けられたU字形状のボトム翼と、
前記U字形状のボトム翼の内側に位置するように前記回転軸に設けられたパドル翼と、
を備え、
前記パドル翼は、せん断流を形成するための液切り板を有することを特徴とする撹拌装置。 A storage tank containing the liquid to be stirred;
A rotational drive device for rotationally driving the rotational shaft in the storage tank;
A U-shaped bottom wing provided at the lower end of the rotating shaft;
A paddle blade provided on the rotating shaft so as to be located inside the U-shaped bottom blade;
With
The paddle blade has a liquid draining plate for forming a shear flow.
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