JP2019118874A - Heating and cooling agitation device - Google Patents

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Abstract

To provide a heating and cooling agitation device of which a high heating and cooling efficiency and small-sizing can be realized.SOLUTION: A heating and cooling agitation device 100 agitates a processed product 20 accommodated in a container 21 while heating and cooling the product. The heating and cooling agitation device 100 comprises: an impeller 1 which is rotatably located in the container 21; a current-carrying part 10 which is so located in the container 21 as to be capable of heat exchanging between itself and the impeller 1; a power supply part 3 which is located outside the container 21, and supplies electric current to the current-carrying part 10; a cooling pipe 13 which is so located in the container 21 as to be capable of heat exchanging between itself and the impeller 1, and in which a coolant 14 is flown; and a cooling part 8 which is located outside the container 21, and circulates the coolant 14 in the cooling pipe 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、容器内に収容された被処理物を加熱冷却しながら撹拌するための加熱冷却撹拌装置に関する。   The present invention relates to a heating / cooling / stirring apparatus for stirring a workpiece contained in a container while heating / cooling.

近年、モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器、および下水汚泥からエネルギー源であるメタンガスを回収する汚泥処理装置などの様々な分野においては、被処理物を加熱冷却しながら撹拌するように構成された加熱冷却撹拌装置が利用されている。   In recent years, in various fields such as a polymerization reactor that combines large amounts of monomers to generate a large polymer substance, and a sludge treatment apparatus that recovers methane gas that is an energy source from sewage sludge, stirring is performed while heating and cooling an object to be treated A heating, cooling, and stirring apparatus configured to be used is used.

被処理物を加熱しながら撹拌するための構成としては、従来より、被処理物が収容された容器の外側に抵抗ヒータ、蒸気、温水および油などの加熱手段を配置し、加熱手段を用いて容器を加熱することで被処理物を加熱する構成が知られている(たとえば、実用新案登録第3012756号(特許文献1)参照)。また、被処理物を冷却しながら撹拌するための構成としては、容器の外部に冷媒路などの冷却手段を配置し、冷却手段を用いて容器を冷却することで被処理物を冷却する構成が知られている(たとえば、水科他、「ニュートン流体の撹拌槽壁伝熱係数に関する実験的研究」、化学工学論文集vol.30,No.8(1966)(非特許文献2)参照)。   As a configuration for heating and stirring an object to be treated, conventionally, a heating means such as a resistance heater, steam, warm water and oil is disposed outside a container containing the object to be treated, and the heating means is used DESCRIPTION OF RELATED ART The structure which heats a to-be-processed object by heating a container is known (for example, refer to the utility model registration 3012756 (patent document 1)). Moreover, as a structure for stirring while cooling an object to be treated, a cooling means such as a refrigerant path is disposed outside the container, and the object to be treated is cooled by cooling the container using the cooling means. It is known (for example, Mizuki et al., “Experimental study on the heat transfer coefficient of the stirred tank wall of Newtonian fluid”, Chemical Engineering Proceedings Vol. 30, No. 8 (1966) (Non-patent Document 2)).

実用新案登録第3012756号Utility model registration number 3012756

嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人 化学工学会、第81年会(2016)Shibata et al., "Temperature uniformity and heat transfer characteristics in simultaneous heating and stirring operation of starch syrup with induction heating and stirring blades", 81st Annual Meeting of the Chemical Engineering Society of Japan (2016) 水科他、「ニュートン流体の撹拌槽壁伝熱係数に関する実験的研究」、化学工学論文集vol.30,No.8(1966)Hydrology et al., "Experimental study on the wall heat transfer coefficient of stirred fluid of Newtonian fluid", Chemical Engineering Proceedings vol. 30, No. 8 (1966)

しかしながら、容器外部に加熱手段および冷却手段を配置する構成では、被処理物の粘度が高くなると、被処理物の撹拌が困難となるために、被処理物の温度ばらつきが大きくなるという課題がある。さらに、撹拌槽の槽壁近傍において被処理物の流動が悪くなるため、熱伝達特性が低下するとともに、熱応答性が低下するという課題もある。   However, in the configuration in which the heating means and the cooling means are disposed outside the container, when the viscosity of the object to be treated becomes high, the agitation of the object to be treated becomes difficult, so there is a problem that the temperature variation of the object to be treated becomes large. . Furthermore, since the flow of the object to be treated becomes worse near the tank wall of the stirring tank, there is a problem that the heat transfer characteristic is lowered and the heat responsiveness is lowered.

本願発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、撹拌翼を電磁誘導加熱することにより高粘度の被処理物における温度ばらつきを低減できることを見出した(たとえば、嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人 化学工学会、第81年会(2016)(非特許文献1)参照)。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have found that temperature variation in a high viscosity object to be treated can be reduced by electromagnetic induction heating of the stirring blade (for example, Shibata et al., “Temperature uniformity and heat transfer characteristics in simultaneous heating and stirring operation of starch syrup with induction heating and stirring blades,” Chemical Society of Japan, 81st Annual Meeting (2016) (see Non-Patent Document 1).

しかしながら、一方で、撹拌翼を電磁誘導加熱するためには、容器外部に電磁誘導コイルを配置する必要があるため、加熱冷却撹拌装置の体格の小型化に限界が生じることが懸念される。また、電磁誘導コイルが発生した交番磁界を容器内の撹拌翼に十分鎖交させるためには、容器を非導電体で形成する必要があり、容器の形状および大きさ、ならびに撹拌翼の形状などが制約されることが懸念される。   However, on the other hand, since it is necessary to arrange an electromagnetic induction coil in the exterior of a container in order to carry out electromagnetic induction heating of a stirring blade, there is concern that a limit will arise in size reduction of a physique of a heating cooling stirring device. Also, in order to link the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil to the stirring blades in the container sufficiently, the container needs to be formed of a non-conductive material, and the shape and size of the container, and the shape of the stirring blades, etc. Is concerned that

さらに、容器外部に電磁誘導コイルを配置することで、該コイルで発生するジュール熱(銅損)は損失として空気中に放熱されるため、加熱効率が低いことが懸念される。   Furthermore, by disposing an electromagnetic induction coil outside the container, the Joule heat (copper loss) generated by the coil is dissipated into the air as a loss, so there is a concern that the heating efficiency is low.

さらには、被処理物の温度の高速制御および加熱冷却撹拌装置における省電力化の要求を受けて、加熱冷却効率の改善も重要な課題となっている。   Furthermore, in response to demands for high-speed control of the temperature of the object to be treated and power saving in the heating and cooling stirring apparatus, improvement in heating and cooling efficiency is also an important issue.

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高い加熱冷却効率および装置の小型化を実現することができる加熱冷却撹拌装置を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a heating, cooling, and stirring apparatus capable of realizing high heating and cooling efficiency and downsizing of the apparatus.

この発明のある局面によれば、加熱冷却撹拌装置は、容器に収容された被処理物を加熱冷却しながら撹拌するための装置であって、容器内に回転可能に配置された撹拌翼と、容器内に撹拌翼との間で熱交換可能に配置された通電部と、容器外部に配置され、通電部に電流を供給する給電部と、容器内に撹拌翼との間で熱交換可能に配置され、内部に冷媒を通流させる冷却管と、容器外部に配置され、冷却管内に冷媒を循環させる冷却部とを備える。   According to one aspect of the present invention, a heating, cooling, and stirring apparatus is an apparatus for stirring while heating and cooling an object stored in a container, the stirring blade rotatably disposed in the container, In the container, a conductive unit disposed so as to be able to exchange heat with a stirring blade, and a power supply unit disposed outside the container to supply a current to the conductive unit, and capable of exchanging heat between the stirring blade inside the container The cooling pipe includes a cooling pipe disposed to flow the refrigerant therein, and a cooling unit disposed outside the container and circulating the refrigerant in the cooling pipe.

この発明によれば、通電部および冷却管が、容器内で撹拌翼との間で熱交換可能に配置されているため、撹拌翼によって被処理物の撹拌と加熱冷却とを一元化することができる。これにより、被処理物の粘度によらず、高速に被処理物の加熱および冷却を行なうことができ、高い加熱冷却効率を実現することができる。よって、被処理物の温度制御の高速化および加熱冷却撹拌装置の省電力化に貢献することができる。また、容器外部の加熱手段および冷却手段が不要となるため、加熱冷却撹拌装置の小型化を実現し得る。   According to the present invention, since the current-carrying portion and the cooling pipe are disposed in the container so as to be able to exchange heat with the stirring blade, the stirring blade can unify the stirring and heating / cooling of the object by the stirring blade. . Thereby, the object to be treated can be heated and cooled at high speed regardless of the viscosity of the object to be treated, and high heating and cooling efficiency can be realized. Therefore, it can contribute to speeding-up of the temperature control of the object to be processed and power saving of the heating, cooling, and stirring apparatus. Moreover, since the heating means and cooling means of the container exterior become unnecessary, size reduction of a heating cooling stirring apparatus is realizable.

本発明の実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the heating cooling stirring apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1のII−II線での断面図である。It is sectional drawing in the II-II line of FIG. 実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置の電気的回路構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an electrical circuit configuration of the heating, cooling, and stirring apparatus according to the first embodiment. 外部加熱・冷却方式および内部加熱・冷却方式における熱伝達特性および熱応答性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heat transfer characteristic and heat responsiveness in an external heating and cooling system and an internal heating and cooling system. 実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示した図である。FIG. 2 is a view schematically showing a heat transfer path in the heating, cooling, and stirring apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置による被処理物の温度制御の一例を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for describing an example of temperature control of an object to be processed by the heating, cooling, and stirring apparatus according to the first embodiment. 本発明の実施の形態2に係る加熱冷却撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the heating cooling stirring apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the heating cooling stirring apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図8のIX−IX線での断面図である。It is sectional drawing in the IX-IX line of FIG. 本発明の実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the heating cooling stirring apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 図10のXI−XI線での断面図である。It is sectional drawing in the XI-XI line of FIG. 実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置の他の構成を概略的に示した図である。FIG. 14 is a view schematically showing another configuration of the heating, cooling, and stirring apparatus according to the fourth embodiment. 図12の線XIII−XIIIに沿った断面図である。It is sectional drawing along line XIII-XIII of FIG. 実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。FIG. 18 is a view for explaining an example of the configuration of a stirring blade and a current-carrying part applied to the heating, cooling, and stirring apparatus according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。FIG. 18 is a view for explaining an example of the configuration of a stirring blade and a current-carrying part applied to the heating, cooling, and stirring apparatus according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。FIG. 18 is a view for explaining an example of the configuration of a stirring blade and a current-carrying part applied to the heating, cooling, and stirring apparatus according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。FIG. 18 is a view for explaining an example of the configuration of a stirring blade and a current-carrying part applied to the heating, cooling, and stirring apparatus according to the fourth embodiment. 本発明の実施の形態6に係る加熱冷却撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the heating cooling stirring apparatus which concerns on Embodiment 6 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding portions in the drawings have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
この発明の実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100は、容器21の内部に収容された被処理物20を加熱冷却しながら撹拌するための装置である。加熱冷却撹拌装置100は、たとえば原料モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器に適用することができる。
First Embodiment
The heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention is an apparatus for stirring the object to be processed 20 contained in the inside of the container 21 while heating and cooling. The heating, cooling, and stirring apparatus 100 can be applied to, for example, a polymerization reactor in which raw material monomers are combined to form a large polymer substance.

図1は、本発明の実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100の構成を概略的に示した図である。なお、図1は、加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。   FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring apparatus 100. As shown in FIG.

図1を参照して、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100は、撹拌翼1と、回転軸2と、給電部3と、導電線7a,7bと、冷却部8と、冷媒路9a,9bと、通電部10と、冷却管13と、容器21と、蓋部22とを備える。   Referring to FIG. 1, heating / cooling / stirring apparatus 100 according to the first embodiment includes stirring blade 1, rotating shaft 2, power feeding unit 3, conductive wires 7 a and 7 b, cooling unit 8, and refrigerant passage 9 a. , 9b, a conducting unit 10, a cooling pipe 13, a container 21, and a lid 22.

図1には、容器21の内部に被処理物20が収容されている状態が示されている。容器21には蓋部22が取り付けられている。容器21および蓋部22は、たとえば樹脂で形成されている。なお、容器21および蓋部22は、導電体および非導電体のいずれから構成されていてもよい。   The state in which the to-be-processed object 20 is accommodated in the inside of the container 21 is shown by FIG. A lid 22 is attached to the container 21. The container 21 and the lid 22 are formed of, for example, a resin. The container 21 and the lid 22 may be made of either a conductor or a nonconductor.

被処理物20は、たとえば原料モノマーである。ただし、被処理物20は、原料モノマーに限定されず、気体、液体、固体(紛体、粒体等)およびこれらの混合物のいずれにも適用可能である。   The workpiece 20 is, for example, a raw material monomer. However, the to-be-processed object 20 is not limited to a raw material monomer, It is applicable also to any of gas, a liquid, solid (powder, a granule, etc.), and these mixtures.

撹拌翼1は、容器21の内部に配置されており、少なくとも一部分が被処理物20中に浸漬されている。撹拌翼1は、たとえばマックスブレンド翼である。なお、後述するように、撹拌翼1には、被処理物20の粘度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。   The stirring blade 1 is disposed inside the container 21, and at least a portion thereof is immersed in the object to be treated 20. The stirring blade 1 is, for example, a max blend blade. In addition, the stirring blade of a suitable shape can be used for the stirring blade 1 according to the viscosity of the to-be-processed object 20 so that it may mention later.

撹拌翼1は、少なくとも一部分に導電体(第1導電体)が形成されている。撹拌翼1の少なくとも一部分は、代表的には金属で形成されている。当該少なくとも一部分はたとえばステンレス鋼(SUS304)で形成されている。具体的には、撹拌翼1は、その一部分が導電体で形成され、かつ、残りの部分が非導電体で形成された構造を採ることができる。あるいは、撹拌翼1は、全体が導電体で形成された構造を採ることができる。以下の説明では、全体が導電体で形成されている撹拌翼1について例示する。   The stirring blade 1 has a conductor (first conductor) formed at least in part. At least a portion of the stirring blade 1 is typically formed of metal. The said at least one part is formed, for example with stainless steel (SUS304). Specifically, the stirring blade 1 can have a structure in which a part thereof is formed of a conductor and the remaining part is formed of a non-conductor. Alternatively, the stirring blade 1 can have a structure formed entirely of a conductor. In the following description, it illustrates about the stirring blade 1 currently formed with the conductor entirely.

回転軸2は、軸方向AXにおける一方端部が、容器21の内部にて撹拌翼1の主軸に接続されている。回転軸2は、たとえばステンレス鋼(SUS304)で形成されている。回転軸2の一方端部と主軸との間には封止部材(図示せず)が配置されており、回転軸2の一方端部と主軸の間の隙間を封止することができる。封止部材には、たとえば絶縁性のOリングを用いることができる。   One end of the rotation shaft 2 in the axial direction AX is connected to the main shaft of the stirring blade 1 inside the container 21. The rotating shaft 2 is formed of, for example, stainless steel (SUS 304). A sealing member (not shown) is disposed between one end of the rotary shaft 2 and the main shaft, and the gap between the one end of the rotary shaft 2 and the main shaft can be sealed. For example, an insulating O-ring can be used as the sealing member.

回転軸2は、蓋部22に形成された貫通孔22aに挿入されている。回転軸2と貫通孔22aとの間には封止部材23が配置されている、封止部材23は、回転軸2と貫通孔22aとの隙間を封止可能に構成されている。封止部材23は、たとえばシールテープである。この場合、回転軸2の外周面にシールテープを巻いた状態で回転軸2を貫通孔22aに挿入することで、封止部材23によって回転軸2と貫通孔22aとの隙間を封止することができる。   The rotating shaft 2 is inserted into a through hole 22 a formed in the lid 22. A sealing member 23 is disposed between the rotary shaft 2 and the through hole 22a. The sealing member 23 is configured to be able to seal the gap between the rotary shaft 2 and the through hole 22a. Sealing member 23 is, for example, a sealing tape. In this case, the sealing member 23 seals the gap between the rotary shaft 2 and the through hole 22a by inserting the rotary shaft 2 into the through hole 22a while sealing tape is wound around the outer peripheral surface of the rotary shaft 2. Can.

容器21の外部において、回転軸2の軸方向AXにおける他方端部は、図示しないモータの回転軸に連結されている。モータによって回転軸2を回転駆動させることにより、撹拌翼1が回転する。これにより、被処理物20が撹拌される。   At the outside of the container 21, the other end in the axial direction AX of the rotary shaft 2 is connected to the rotary shaft of a motor (not shown). The stirring blade 1 is rotated by rotationally driving the rotating shaft 2 by the motor. Thereby, the to-be-processed object 20 is stirred.

給電部3は、容器21の外部に配置されており、通電部10に対して電流を供給するように構成されている。本実施の形態では、給電部3が通電部10に対して高周波電流を供給する構成について説明する。ただし、給電部3は、通電部10に対して直流電流を供給する構成としてもよい。   The power supply unit 3 is disposed outside the container 21 and configured to supply a current to the conduction unit 10. In the present embodiment, a configuration in which the power feeding unit 3 supplies a high frequency current to the conduction unit 10 will be described. However, the power supply unit 3 may be configured to supply a direct current to the conduction unit 10.

具体的には、給電部3は、スリップリング4と、交流電源5と、高周波トランス6と、導電線7a,7bとを含む。交流電源5はたとえば商用電源である。高周波トランス6は、交流電源5から電力の供給を受けて高周波の交流電力を生成する。スリップリング4は、高周波トランス6に電気的に接続されるカーボンブラシ(図示せず)を含んでおり、このカーボンブラシを回転体である導電線7a,7bに面接触させることにより、導電線7a,7bに高周波電流を供給するように構成されている。導電線7a,7bは、回転軸2の内部に形成された空間を通って容器21の内部に延びている。   Specifically, power supply unit 3 includes slip ring 4, AC power supply 5, high frequency transformer 6, and conductive lines 7 a and 7 b. AC power supply 5 is, for example, a commercial power supply. The high frequency transformer 6 receives supply of power from the AC power supply 5 to generate high frequency AC power. The slip ring 4 includes a carbon brush (not shown) electrically connected to the high frequency transformer 6, and the carbon brush is brought into surface contact with the conductive wires 7a and 7b, which are rotating members, to thereby form the conductive wire 7a. , 7b are configured to supply a high frequency current. The conductive wires 7 a and 7 b extend to the inside of the container 21 through the space formed inside the rotary shaft 2.

通電部10は、容器21の内部に配置されている。容器21の内部において、導電線7aは通電部10の一方端部に電気的に接続されている。導電線7bは通電部10の他方端部に電気的に接続されている。これにより、給電部3から通電部10に対して高周波電流が供給される経路が形成される。   The energizing unit 10 is disposed inside the container 21. Inside the container 21, the conductive wire 7 a is electrically connected to one end of the conducting unit 10. The conductive wire 7 b is electrically connected to the other end of the conducting unit 10. As a result, a path through which the high frequency current is supplied from the power supply unit 3 to the conduction unit 10 is formed.

通電部10は、撹拌翼1との間で熱交換可能に配置されている。実施の形態1では、通電部10は、撹拌翼1の翼部分の表面に近接して配置されている。図1の例では、通電部10が撹拌翼1の翼部分に接合されている。なお、撹拌翼1と通電部10との間で熱交換が可能であれば、撹拌翼1の表面と通電部10との間に隙間があってもよい。   The energizing unit 10 is disposed so as to be able to exchange heat with the stirring blade 1. In the first embodiment, the conducting unit 10 is disposed in the vicinity of the surface of the wing portion of the stirring blade 1. In the example of FIG. 1, the conducting unit 10 is joined to the blade portion of the stirring blade 1. In addition, as long as heat exchange can be performed between the stirring blade 1 and the conducting unit 10, a gap may be provided between the surface of the stirring blade 1 and the conducting unit 10.

ただし、本実施の形態に係る加熱冷却撹拌装置100では、給電部3が通電部10に対して高周波電流を供給する構成を採用するため、撹拌翼1の表面と冷却管13との間の間隔は閾値以下であることが好ましい。   However, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the present embodiment, the distance between the surface of the stirring blade 1 and the cooling pipe 13 is adopted because the power supply unit 3 adopts a configuration for supplying high frequency current to the conduction unit 10 Is preferably equal to or less than a threshold.

上記「閾値」は、通電部10と撹拌翼1との間に電気的結合を形成することができる間隔とされる。「電気的結合を形成することができる間隔」とは、電磁誘導の現象を生じさせることができる間隔をいう。言い換えれば、通電部10は、撹拌翼1と電気的結合を形成することが可能に配置されている。本実施の形態では、通電部10に高周波電流を流すことによって、通電部10と撹拌翼1との間に電気的結合が形成されるため、後述するように、両者の間で電磁誘導作用を利用することが可能となる。   The “threshold” is a distance at which an electrical connection can be formed between the current-carrying unit 10 and the stirring blade 1. The "interval capable of forming an electrical connection" refers to an interval capable of causing the phenomenon of electromagnetic induction. In other words, the current-carrying portion 10 is disposed so as to form an electrical connection with the stirring blade 1. In the present embodiment, an electrical coupling is formed between the current-carrying portion 10 and the stirring blade 1 by supplying a high frequency current to the current-carrying portion 10. Therefore, as described later, the electromagnetic induction action is performed between the two. It becomes possible to use.

冷却部8は、容器21の外部に配置されており、冷却管13内に冷媒14を循環させるように構成されている。冷媒14には、たとえば純水や絶縁油などの絶縁性媒体、または不凍液を混合した水などの冷却水を用いることができる。冷却部8は、冷媒14を冷却する熱交換器82と、ポンプ84と、ロータリージョイント86と、熱交換器82およびロータリージョイント86とを接続する供給管8aおよび排出管8bと、冷媒路9a,9bとを含む。   The cooling unit 8 is disposed outside the container 21 and is configured to circulate the refrigerant 14 in the cooling pipe 13. As the refrigerant 14, for example, an insulating medium such as pure water or insulating oil, or a cooling water such as water mixed with an antifreeze liquid can be used. The cooling unit 8 includes a heat exchanger 82 for cooling the refrigerant 14, a pump 84, a rotary joint 86, a supply pipe 8a and a discharge pipe 8b for connecting the heat exchanger 82 and the rotary joint 86, and a refrigerant path 9a, And 9b.

熱交換器82は、たとえば、ラジエータなどに設けられており、外部の空気を用いて冷媒14を冷却する。冷却された冷媒14はポンプ84によって、供給管8aを通じてロータリージョイント86に供給される。ロータリージョイント86は、冷媒路9aに冷媒14を供給するとともに、冷媒路9bから排出される冷媒14を、排出管8bを通じて熱交換器82に供給するように構成される。   The heat exchanger 82 is provided, for example, in a radiator or the like, and cools the refrigerant 14 using external air. The cooled refrigerant 14 is supplied by the pump 84 to the rotary joint 86 through the supply pipe 8a. The rotary joint 86 is configured to supply the refrigerant 14 to the refrigerant passage 9 a and to supply the refrigerant 14 discharged from the refrigerant passage 9 b to the heat exchanger 82 through the discharge pipe 8 b.

冷媒路9a,9bは、回転軸2の内部に形成された空間を通って容器21の内部に延びている。冷却管13は、容器21の内部に配置されている。容器21の内部において、冷媒路9aは冷却管13の一方端部に接続され、冷媒路9bは冷却管13の他方端部に接続されている。これにより、冷却部8と冷却管13との間を冷媒14が循環する経路が形成される。   The refrigerant paths 9 a and 9 b extend through the space formed inside the rotary shaft 2 to the inside of the container 21. The cooling pipe 13 is disposed inside the container 21. Inside the container 21, the refrigerant passage 9 a is connected to one end of the cooling pipe 13, and the refrigerant passage 9 b is connected to the other end of the cooling pipe 13. Thus, a path in which the refrigerant 14 circulates between the cooling unit 8 and the cooling pipe 13 is formed.

冷却管13は、撹拌翼1との間で熱交換可能に配置されている。実施の形態1では、冷却管13は、撹拌翼1の翼部分の表面に近接して配置されている。図1の例では、冷却管13は、撹拌翼1の翼部分に接合している。なお、撹拌翼1と冷却管13との間で熱交換が可能であれば、撹拌翼1の表面と冷却管13との間に隙間があってもよい。   The cooling pipe 13 is disposed so as to exchange heat with the stirring blade 1. In the first embodiment, the cooling pipe 13 is disposed close to the surface of the wing portion of the stirring blade 1. In the example of FIG. 1, the cooling pipe 13 is joined to the wing portion of the stirring blade 1. In addition, as long as heat exchange can be performed between the stirring blade 1 and the cooling pipe 13, there may be a gap between the surface of the stirring blade 1 and the cooling pipe 13.

次に、図1に示した通電部10および冷却管13の詳細な構成について説明する。
図2は、図1のII−II線での断面図である。図2を参照して、撹拌翼1の平板部分の表面には、通電部10および冷却管13が接合されている。
Next, detailed configurations of the current-carrying unit 10 and the cooling pipe 13 shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. Referring to FIG. 2, a conductive portion 10 and a cooling pipe 13 are joined to the surface of the flat plate portion of the stirring blade 1.

通電部10は、導電体11(第2導電体)と、導電体11の外周を覆う絶縁体12とを有する。導電体11は、代表的に金属で形成されている。導電体11は、たとえば、厚みが数mm程度のアルミ(Al)プレートで形成されている。絶縁体12は、たとえば金属酸化物で形成されている。導電体11がアルミプレートである場合、絶縁体12はアルミナ(Al)で形成することができる。 The conducting unit 10 includes a conductor 11 (second conductor) and an insulator 12 covering the outer periphery of the conductor 11. The conductor 11 is typically formed of metal. The conductor 11 is formed of, for example, an aluminum (Al) plate having a thickness of about several millimeters. Insulator 12 is formed of, for example, a metal oxide. When the conductor 11 is an aluminum plate, the insulator 12 can be formed of alumina (Al 2 O 3 ).

通電部10は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼1に接合されている。これにより、導電体11は絶縁体12を介して撹拌翼1に接合される。すなわち、通電部10は、電気絶縁性を保ちつつ撹拌翼1に接合される。   The current-carrying portion 10 is joined to the stirring blade 1 using, for example, an adhesive. Thus, the conductor 11 is joined to the stirring blade 1 via the insulator 12. That is, the conduction part 10 is joined to the stirring blade 1 while maintaining the electrical insulation.

冷却管13は、中空形状を有しており、内部に冷媒14を通流させることができる。冷却管13は、非導電体からなり、たとえば絶縁性樹脂で形成されている。冷却管13は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼1に接合されている。これにより、撹拌翼1と冷媒14との間で熱交換を行なうことができるため、撹拌翼1を冷却することができる。   The cooling pipe 13 has a hollow shape and can allow the refrigerant 14 to flow therethrough. The cooling pipe 13 is made of a non-conductive material, and is formed of, for example, an insulating resin. The cooling pipe 13 is joined to the stirring blade 1 using, for example, an adhesive. Thereby, since heat exchange can be performed between the stirring blade 1 and the refrigerant 14, the stirring blade 1 can be cooled.

なお、通電部10および冷却管13を撹拌翼1に接合させる他の形態としては、通電部10および冷却管13を撹拌翼1にねじ止めしてもよい。あるいは、接着剤やねじ等の固定部材を用いず、単に通電部10および冷却管13を撹拌翼1に重ね合わせるようにしてもよい。   Note that, as another embodiment in which the current-carrying portion 10 and the cooling pipe 13 are joined to the stirring blade 1, the current-carrying portion 10 and the cooling pipe 13 may be screwed to the stirring blade 1. Alternatively, the current-carrying portion 10 and the cooling pipe 13 may be simply superimposed on the stirring blade 1 without using a fixing member such as an adhesive or a screw.

なお、図2では、通電部10および冷却管13は、撹拌翼1の同一表面に近接して配置されているが、この配置に限定されるものではない。たとえば、撹拌翼1の第1の表面に近接して通電部10を配置し、第1の表面とは異なる第2の表面に近接して冷却管13を配置してもよい。   In addition, in FIG. 2, although the electricity_supply part 10 and the cooling pipe 13 are arrange | positioned adjacent to the same surface of the stirring blade 1, it is not limited to this arrangement | positioning. For example, the current-carrying part 10 may be disposed in the vicinity of the first surface of the stirring blade 1 and the cooling pipe 13 may be disposed in the vicinity of the second surface different from the first surface.

次に、図3を参照して、本実施の形態に係る加熱冷却撹拌装置100の電気的回路構成を説明する。   Next, with reference to FIG. 3, an electrical circuit configuration of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

図3を参照して、高周波トランス6は、交流電源5からの電力を受けて高周波の交流電力を生成する。スリップリング4は、高周波トランス6から高周波の交流電力の供給を受け、導電線7a,7bへ電力を伝送する。これにより、導電線7a,7bを通じて通電部10に高周波電流が供給される。なお、通電部10に高周波電流を供給するための電流経路には、直流(DC)カット用のキャパシタC1が接続されている。   Referring to FIG. 3, high frequency transformer 6 receives power from AC power supply 5 to generate high frequency AC power. Slip ring 4 receives supply of high frequency AC power from high frequency transformer 6, and transmits power to conductive lines 7a and 7b. Thereby, a high frequency current is supplied to the conduction unit 10 through the conductive wires 7a and 7b. A direct current (DC) cutting capacitor C1 is connected to a current path for supplying a high frequency current to the current applying unit 10.

通電部10に高周波電流を流すと、時間的に変化する交番磁界が発生する。この交番磁界が撹拌翼1の導電体に鎖交すると、導電体の内部で電磁誘導作用が生じて起電力が誘導される。この起電力によって、導電体に渦状の誘導電流(渦電流)が発生する。渦電流は、導電体の電気抵抗によってジュール熱に変換される。撹拌翼1の導電体に発生したジュール熱は、被処理物20に伝達されることにより、被処理物20を加熱する。   When a high frequency current is supplied to the conduction unit 10, an alternating magnetic field that changes temporally is generated. When this alternating magnetic field is linked to the conductor of the stirring blade 1, an electromagnetic induction action is generated inside the conductor to induce electromotive force. The electromotive force generates a vortex-like induced current (eddy current) in the conductor. Eddy current is converted to Joule heat by the electrical resistance of the conductor. The Joule heat generated in the conductor of the stirring blade 1 is transferred to the object 20 to heat the object 20.

このように、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100では、撹拌翼1を電磁誘導加熱することで、撹拌翼1から熱を受けて被処理物20を加熱することができる。すなわち、加熱冷却撹拌装置100は、被処理物20を加熱するための熱源を容器21の内部に有している。本願明細書では、このような加熱方式を「内部加熱方式」と称する。これに対して、被処理物20を加熱するための熱源を容器21の外部に有する加熱方式を「外部加熱方式」と称する。   As described above, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, the workpiece 20 can be heated by receiving heat from the stirring blade 1 by electromagnetic induction heating the stirring blade 1. That is, the heating, cooling, and stirring apparatus 100 has a heat source for heating the object 20 inside the container 21. In this specification, such a heating system is called an "internal heating system." On the other hand, the heating method which has a heat source for heating the to-be-processed object 20 outside the container 21 is called an "external heating method."

内部加熱方式では、撹拌翼1によって被処理物20の撹拌と加熱とを一元化することができるため、被処理物20の撹拌と加熱とが容器21の内外で別々に行なわれる外部加熱方式に比べて、良好な熱伝達特性を得ることができる。これにより、被処理物20の温度の均一化を促進することができる。さらに、加熱時の被処理物20の温度の立上り時間を短くできるため、高速の温度制御が可能となる。   In the internal heating method, since the stirring and heating of the object 20 can be unified by the stirring blade 1, compared with the external heating method in which the stirring and heating of the object 20 are separately performed inside and outside the container 21. Thus, good heat transfer characteristics can be obtained. Thereby, equalization | homogenization of the temperature of the to-be-processed object 20 can be promoted. Furthermore, since the rise time of the temperature of the processing object 20 at the time of heating can be shortened, high-speed temperature control becomes possible.

特に、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100においては、高周波電流の通電部10を、容器21の内部に、撹拌翼1と電気的結合を形成することが可能に配置している。本願明細書では、通電部が容器内に配置されている内部加熱方式を「内部通電型内部加熱方式」とも称する。これに対して、通電部が容器外部に配置されている内部加熱方式を「外部通電型内部加熱方式」とも称する。   In particular, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, the high-frequency current conducting unit 10 is disposed in the container 21 so as to be able to form an electrical connection with the stirring blade 1. In the specification of the present application, the internal heating method in which the current-carrying portion is disposed in the container is also referred to as "internal current-carrying internal heating method". On the other hand, the internal heating method in which the current-carrying part is disposed outside the container is also referred to as "externally conductive internal heating method".

内部通電型内部加熱方式では、通電部10を撹拌翼1に近接して配置できるため、通電部が発生する交番磁界を撹拌翼1に十分に鎖交させることができる。よって、撹拌翼1の配置位置および形状に制約が生じず、設計の自由度を高くすることができる。   In the internal conduction type internal heating method, since the current-carrying portion 10 can be disposed in the vicinity of the stirring blade 1, the alternating magnetic field generated by the current-carrying portion can be sufficiently linked to the stirring blade 1. Therefore, restriction | limiting does not arise in the arrangement position and shape of the stirring blade 1, and the freedom degree of design can be made high.

また、通電部10は、アルミプレート等の導電体で形成することができるため、撹拌翼1の形状に応じて適当な形状を採ることができる。たとえば通電部10を薄膜の導電体とすれば、通電部10を配置することで撹拌翼1が大きくなることもない。   Moreover, since the conduction part 10 can be formed with conductors, such as an aluminum plate, according to the shape of the stirring blade 1, an appropriate shape can be taken. For example, if the conducting part 10 is a thin film conductor, the stirring blade 1 will not be large by arranging the conducting part 10.

さらに、後述するように、内部通電型内部加熱方式は、外部通電型内部加熱方式に比べて、高い加熱効率を実現し得る。   Furthermore, as will be described later, the internal conduction type internal heating system can realize higher heating efficiency than the external conduction type internal heating system.

実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100では、さらに、被処理物20を冷却するための冷媒14を通流させる冷却管13を容器21の内部に有している。本願明細書では、このように被処理物20を冷却するための冷却手段を容器21に有する冷却方式を「内部冷却方式」と称する。これに対して、冷却手段を容器21の外部に有する冷却方式を「外部冷却方式」とも称する。   In the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, a cooling pipe 13 for allowing the refrigerant 14 for cooling the workpiece 20 to flow is further provided inside the container 21. In the specification of the present application, a cooling method in which the container 21 has cooling means for cooling the object 20 in this manner is referred to as an “internal cooling method”. On the other hand, the cooling method which has a cooling means outside the container 21 is also called an "external cooling method."

以上説明したように、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100は、内部加熱方式および内部冷却方式(以下、まとめて「内部加熱・冷却方式」とも称する)を採用する。以下、内部加熱・冷却方式における熱伝達特性および熱応答特性について、外部加熱方式および外部冷却方式(以下、まとめて「外部加熱・冷却方式」とも称する)における熱伝達特性および熱応答特性と対比しながら考察する。   As described above, the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment employs the internal heating method and the internal cooling method (hereinafter collectively referred to as “internal heating / cooling method”). Hereinafter, the heat transfer characteristics and thermal response characteristics in the internal heating and cooling system are compared with the heat transfer characteristics and thermal response characteristics in the external heating system and the external cooling system (hereinafter collectively referred to as “external heating and cooling system”) While thinking.

内部加熱・冷却方式とは、図1に示したように、撹拌翼を加熱および冷却することで被処理物を加熱および冷却するものである。一方、外部加熱・冷却方式とは、抵抗ヒータ、蒸気、温水および油などの加熱手段および、冷媒路などの冷却手段を容器(撹拌槽)外部に配置し、撹拌槽壁を加熱および冷却することで被処理物を加熱および冷却するものである。   In the internal heating / cooling system, as shown in FIG. 1, the object to be treated is heated and cooled by heating and cooling the stirring blade. On the other hand, with the external heating / cooling system, heating means and cooling means such as resistance heaters, heating means such as steam, warm water and oil, and cooling means such as a refrigerant path are disposed outside the container (stirring tank) Heat and cool the object to be treated.

図4は、外部加熱・冷却方式および内部加熱・冷却方式における熱伝達特性および熱応答性を説明するための図である。図4の横軸は撹拌レイノルズ数Reを示し、縦軸はヌッセルト数Nuを示す。   FIG. 4 is a diagram for explaining heat transfer characteristics and heat responsiveness in the external heating / cooling system and the internal heating / cooling system. The horizontal axis of FIG. 4 shows the stirring Reynolds number Re, and the vertical axis shows the Nusselt number Nu.

なお、撹拌レイノルズ数Reは、容器内部の被処理物の撹拌流れの状況を表わすパラメータであり、Re=dN/νで定義される。dは撹拌翼の幅、Nは撹拌翼の回転数(1/s)、νは動粘性係数(m/s)である。ヌッセルト数Nuは、被処理物への熱の伝わり易さを表わすパラメータであり、Nu=hd/kで定義される。hは伝熱係数(W/mK)、kは熱伝導率(W/mK)である。 And the stirring Reynolds number Re is a parameter representing the stirring flow of the container inside of the treatment object status is defined by Re = d 2 N / ν. d is the width of the stirring blade, N is the number of revolutions of the stirring blade (1 / s), and ν is the kinematic viscosity (m 2 / s). The Nusselt number Nu is a parameter that represents the ease of heat transfer to the object, and is defined by Nu = hd / k. h is the heat transfer coefficient (W / m 2 K) and k is the thermal conductivity (W / m K).

図4中の直線は、非特許文献2に記載される、外部冷却時における撹拌槽壁と被処理物としての水との間の熱伝達特性を表わす相関式を示している。図4中の丸印は、本願発明者らが撹拌翼の電磁誘導加熱実験で得た測定データであり、図4の左上に示される形状を有する撹拌翼と水との間の加熱時における熱伝達特性を示している。   The straight line in FIG. 4 shows a correlation equation described in Non-Patent Document 2, which represents the heat transfer characteristic between the stirred tank wall and the water as the object to be treated during external cooling. Circles in FIG. 4 are measurement data obtained by the inventors of the present invention in the electromagnetic induction heating experiment of the stirring blade, and the heat at the time of heating between the stirring blade having the shape shown in the upper left of FIG. The transfer characteristics are shown.

なお、非特許文献2に記載の伝熱相関式は冷却時の熱伝達特性を表わし、本願発明者らの測定データは加熱時の熱伝達特性を表わすものであるが、図4の特性図は基本的には加熱時および冷却時の両方の熱伝達特性を表わすものである。   Although the heat transfer correlation equation described in Non-Patent Document 2 represents the heat transfer characteristic at the time of cooling, and the measurement data of the present inventors represent the heat transfer characteristic at the time of heating, the characteristic diagram of FIG. Basically, it represents the heat transfer characteristics of both heating and cooling.

図4を参照して、内部加熱・冷却方式は、外部加熱・冷却方式に比べて、ヌッセルト数Nuが高く、熱伝達性能が良いことが分かる。これは、撹拌翼を加熱および冷却する構成では、被処理物に対して撹拌翼が回転するために、撹拌翼の回転方向において、被処理物と撹拌翼との間に回転速度と同じ大きさの相対的な速度が常に生じているのに対して、撹拌槽壁を加熱および冷却する構成では、撹拌翼が回転していても撹拌槽壁の近傍において、被処理物の粘性のために被処理物の流速が減衰し、撹拌翼の回転速度よりも遅くなるためである。   Referring to FIG. 4, it can be seen that the internal heating / cooling system has a higher Nusselt number Nu and better heat transfer performance than the external heating / cooling system. This is the same size as the rotational speed between the object and the agitating blade in the rotational direction of the agitating blade because the agitating blade rotates with respect to the object in the configuration in which the agitating blade is heated and cooled In the configuration where heating and cooling of the stirring vessel wall is performed, the relative velocity of the stirring vessel is always generated, and even when the stirring blade is rotating, the object to be treated is thickened in the vicinity of the stirring vessel wall. This is because the flow velocity of the treatment is attenuated and becomes slower than the rotational speed of the stirring blade.

さらに、所定の温度に素早く制御するためには、(i)加熱および冷却時の時定数が小さいこと、または(ii)加熱および冷却時の熱量が大きいことが必要条件とされる。   Furthermore, in order to quickly control to a predetermined temperature, (i) a time constant for heating and cooling is small, or (ii) a large amount of heat is required for heating and cooling.

熱伝達特性は、上記(i)の時定数に影響を及ぼす。たとえば、ステップ状に加熱および冷却を切り換えて撹拌翼または撹拌槽を加熱および冷却する場合の熱応答性を考える。一般的に、熱応答性は、時定数τ(sec)で評価され、τ=mCp/(hA)で求められる。   The heat transfer characteristics affect the time constant of (i) above. For example, consider heat responsiveness when heating and cooling are switched stepwise to heat and cool the stirring blade or the stirring tank. Generally, the thermal responsiveness is evaluated by a time constant τ (sec), and is obtained by τ = mCp / (hA).

ここで、hは伝熱係数(W/mK)、Aは伝熱面積(m)であり、hAは熱コンダクタンス(W/K)、mは撹拌翼または撹拌槽の質量(kg)、Cpは撹拌翼または撹拌槽の比熱(J/kgK)であり、mCpが熱容量(J/K)である。つまり、熱コンダクタンスhAが大きく、熱容量mCpが小さい方が時定数τが小さく、結果的に熱応答性が良い。 Here, h is the heat transfer coefficient (W / m 2 K), A is the heat transfer area (m 2 ), h A is the thermal conductance (W / K), m is the mass of the stirring blade or the stirring tank (kg) , Cp is the specific heat (J / kg K) of the stirring blade or the stirring tank, and mCp is the heat capacity (J / K). That is, when the thermal conductance hA is large and the thermal capacity mCp is small, the time constant τ is small, and as a result, the thermal responsiveness is good.

図4によれば、内部加熱・冷却方式は、外部加熱・冷却方式と比較して、その熱伝達特性が1.3〜2.2倍優れており、さらに、実機において、撹拌翼の熱容量は、撹拌槽の熱容量の約1/4以下であると考えられる。この結果、内部加熱・冷却方式の時定数は、外部加熱・冷却方式の時定数の約1/5以下となり、その熱応答性は大幅に改善される。これらの効果は、被処理物の粘度が大きくなるほど、顕著になるものと予想される。   According to FIG. 4, the heat transfer characteristic of the internal heating / cooling system is superior to that of the external heating / cooling system by 1.3 to 2.2 times, and the heat capacity of the agitating blade in the actual machine is , Or less than about 1⁄4 of the heat capacity of the stirred tank. As a result, the time constant of the internal heating / cooling system is about 1⁄5 or less of the time constant of the external heating / cooling system, and its thermal responsiveness is significantly improved. These effects are expected to be more pronounced as the viscosity of the material to be treated is increased.

特に、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100においては、つまり、内部冷却方式では、冷却管13を、撹拌翼1との間で熱交換可能に配置している。そのため、撹拌翼1によって被処理物20の撹拌と冷却とを一元化することができ、冷却効率の向上および装置の小型化を実現することができる。   In particular, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, that is, in the internal cooling system, the cooling pipe 13 is disposed so as to be able to exchange heat with the stirring blade 1. Therefore, the stirring and cooling of the object to be treated 20 can be unified by the stirring blade 1, and the improvement of the cooling efficiency and the downsizing of the apparatus can be realized.

図5は、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100における熱伝達経路を概略的に示す図である。図5では、2つの構成要素間の電気的接続または電気的結合が破線で示され、2つの構成要素間の熱的接続が実線で示されている。   FIG. 5 is a view schematically showing a heat transfer path in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment. In FIG. 5, the electrical connection or electrical coupling between the two components is shown in dashed lines, and the thermal connection between the two components is shown in solid lines.

図5を参照して、給電部3、通電部10および撹拌翼1は電気的に接続されている。これにより、給電部3から高周波電流の供給を受けて通電部10が発生する交番磁界によって撹拌翼1が電磁誘導加熱される。そして、撹拌翼1と被処理物20との間の熱的接続により、被処理物20が加熱される。   Referring to FIG. 5, the power feeding unit 3, the current-carrying unit 10, and the stirring blade 1 are electrically connected. As a result, the stirring blade 1 is electromagnetically heated by the alternating magnetic field generated by the energization unit 10 upon receiving the supply of the high frequency current from the feeding unit 3. And the to-be-processed object 20 is heated by the thermal connection between the stirring blade 1 and the to-be-processed object 20. As shown in FIG.

さらに、通電部10は、撹拌翼1に熱的に接続されるとともに、被処理物20に熱的に接続されている。通電部10に高周波電流を流すと、通電部10の電気抵抗によってジュール熱が発生する。通電部10が発生したジュール熱は、撹拌翼1および被処理物20にそれぞれ伝達される。   Furthermore, the current-carrying unit 10 is thermally connected to the stirring blade 1 and thermally connected to the workpiece 20. When a high frequency current is supplied to the conducting unit 10, Joule heat is generated by the electrical resistance of the conducting unit 10. The Joule heat generated by the energizing unit 10 is transmitted to the stirring blade 1 and the object 20, respectively.

このように、内部通電型によれば、撹拌翼1が発生するジュール熱に加えて、通電部10が発生するジュール熱を被処理物20の加熱に用いることができる。したがって、投入熱量が同じであれば、内部通電型は、外部通電型に比べてより大きな熱量を被処理物20の加熱に使用することができる。このため、被処理物20の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部通電型は、外部通電型に比べて投入熱量を小さくできる。よって、加熱効率が高くなり、消費電力を低減することができる。   As described above, according to the internal energization type, in addition to the Joule heat generated by the stirring blade 1, the Joule heat generated by the energization unit 10 can be used to heat the workpiece 20. Therefore, if the amount of heat input is the same, the internal conduction type can use a larger amount of heat for heating the object 20 than the external conduction type. Therefore, the heating rate of the object 20 can be increased. Conversely, in order to obtain the same heating rate, the internal conduction type can reduce the amount of heat input compared to the external conduction type. Therefore, the heating efficiency can be increased, and the power consumption can be reduced.

また、内部通電型は、上述したように、外部通電型に比べて効率が良く、大きな熱量を投入でき、被処理物20の加熱速度が高くできることから、被処理物20の温度制御において高い応答性を実現することができる。   Further, as described above, the internal conduction type is more efficient than the external conduction type, can input a large amount of heat, and can increase the heating rate of the object 20, so the temperature control of the object 20 is highly responsive. Can be realized.

冷却管13は、冷却部8に熱的に接続されるとともに、被処理物20に熱的に接続されている。これにより、冷却部8が冷却管13内に冷媒14を循環させると、冷媒14および被処理物20の間で熱交換が行なわれ、被処理物20が冷却される。   The cooling pipe 13 is thermally connected to the cooling unit 8 and also thermally connected to the workpiece 20. As a result, when the cooling unit 8 circulates the refrigerant 14 in the cooling pipe 13, heat exchange is performed between the refrigerant 14 and the object to be treated 20, and the object to be treated 20 is cooled.

冷却管13は、さらに、撹拌翼1に熱的に接続されている。よって、冷媒14および撹拌翼1の間で熱交換が行なわれ、撹拌翼1が冷却される。このように、内部冷却方式では、冷媒14を用いて被処理物20および撹拌翼1を冷却できるため、外部冷却方式に比べて、被処理物20の冷却速度を高めることができる。よって、被処理物20の温度制御において高い応答性を実現することができる。   The cooling pipe 13 is further thermally connected to the stirring blade 1. Therefore, heat exchange is performed between the refrigerant 14 and the stirring blade 1, and the stirring blade 1 is cooled. As described above, in the internal cooling system, since the object to be treated 20 and the stirring blade 1 can be cooled using the refrigerant 14, the cooling rate of the object to be treated 20 can be increased as compared with the external cooling system. Therefore, high responsiveness can be realized in temperature control of the processing object 20.

以上説明したように、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100は、内部通電型内部加熱方式による被処理物の加熱と、内部冷却方式による被処理物の冷却とを実行可能に構成されている。このような構成とすることにより、被処理物の加熱および冷却を必要とする反応操作において、その必要性に応じて、加熱と冷却とを選択的に切り換えて実行することが可能となる。また、給電部3および冷却部8を互いに独立して駆動させることができるため、加熱時間および冷却時間の各々を任意に設定することができる。   As described above, the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment is configured to be able to execute heating of the object by the internal conduction type internal heating method and cooling of the object by the internal cooling method. There is. With such a configuration, it is possible to selectively switch between heating and cooling in accordance with the necessity in a reaction operation requiring heating and cooling of an object to be treated. Further, since the power feeding unit 3 and the cooling unit 8 can be driven independently of each other, each of the heating time and the cooling time can be set arbitrarily.

さらに、上述したように、内部通電型内部加熱方式は高効率かつ高伝熱なことから高い加熱速度を実現する。また、内部冷却方式は高伝熱なことから高い冷却速度を実現する。したがって、加熱および冷却による被処理物の温度制御において高い応答性を発揮することができる。   Furthermore, as described above, the internal conduction type internal heating system realizes high heating rate because of high efficiency and high heat transfer. In addition, the internal cooling system achieves a high cooling rate due to high heat transfer. Therefore, high responsiveness can be exhibited in temperature control of the processing object by heating and cooling.

図6に、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100による被処理物20の温度制御の一例を示す。図6では、被処理物の加熱および保温と、被処理物の冷却および保温とを、交互に実行する操作が示されている。   In FIG. 6, an example of temperature control of the to-be-processed object 20 by the heating cooling stirring apparatus 100 which concerns on Embodiment 1 is shown. FIG. 6 shows an operation of alternately performing heating and heat retention of the object to be treated and cooling and heat retention of the object to be treated.

図6に示す操作において、被処理物の加熱時には、冷却部8を停止させた状態で給電部3を駆動し、通電部10に高周波電流を供給する。そして、被処理物の温度が加熱目標温度に到達すると、給電部3の運転を停止させる。また、被処理物の冷却時には、給電部3を停止させた状態で冷却部8を駆動し、冷却管13内に冷媒14を循環させる。そして、被処理物の温度が冷却目標温度に到達すると、冷却部8の運転を停止させる。   In the operation shown in FIG. 6, when heating an object to be processed, the power supply unit 3 is driven in a state where the cooling unit 8 is stopped, and a high frequency current is supplied to the conduction unit 10. Then, when the temperature of the object to be processed reaches the heating target temperature, the operation of the power supply unit 3 is stopped. Further, when the object to be processed is cooled, the cooling unit 8 is driven in a state in which the power supply unit 3 is stopped, and the refrigerant 14 is circulated in the cooling pipe 13. Then, when the temperature of the processing object reaches the cooling target temperature, the operation of the cooling unit 8 is stopped.

図6(A)は、比較例として、外部加熱方式および外部冷却方式を採用した加熱冷却装置を用いて、被処理物の加熱冷却処理を実行したときの、被処理物の温度の時間的変化を示している。図6(B)は、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100を用いて、被処理物の加熱冷却処理を実行したときの、被処理物の温度の時間的変化を示している。   FIG. 6A shows, as a comparative example, a temporal change in the temperature of the object when the object is heated and cooled using the heating and cooling device adopting the external heating method and the external cooling method. Is shown. FIG. 6 (B) shows a temporal change of the temperature of the processing object when the heating and cooling processing of the processing object is performed using the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment.

図6(A)および図6(B)を比較すると、本実施の形態では、比較例に比べて、加熱速度および冷却速度がともに速く、制御応答性に優れていることが分かる。これによると、被処理物の温度を高精度に制御することが可能となる。   Comparing FIGS. 6A and 6B, it can be seen that, in the present embodiment, both the heating rate and the cooling rate are faster and the control response is excellent as compared with the comparative example. According to this, it is possible to control the temperature of the object to be processed with high accuracy.

また、加熱および冷却の各々において、所望の目標温度に高速に制御することができるため、加熱および冷却を高速に切り換えることが可能となる。また、加熱および冷却の各々の処理時間が短縮されることで、1回の加熱冷却処理に要する加熱冷却撹拌装置100の運転時間も短縮される。これにより、1回の加熱冷却処理における加熱冷却撹拌装置100の消費電力を削減することができ、結果的に加熱冷却撹拌装置100のランニングコストの低減が可能となる。   In addition, since heating and cooling can be controlled to a desired target temperature at high speed, heating and cooling can be switched at high speed. Moreover, the processing time of each of heating and cooling is shortened, so that the operating time of the heating and cooling stirring device 100 required for one heating and cooling process is also shortened. Thereby, the power consumption of the heating-cooling stirring apparatus 100 in one heating-cooling process can be reduced, and as a result, the running cost of the heating-cooling stirring apparatus 100 can be reduced.

[実施の形態2]
実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100においては、さらに、給電部3および冷却部8を同時に駆動することによって、被処理物の加熱および冷却を並行して実行することができる。これを利用して、容器21の内部において、任意の温度分布を能動的に形成することができる。
Second Embodiment
In the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, heating and cooling of the object to be processed can be performed in parallel by simultaneously driving the power supply unit 3 and the cooling unit 8. Using this, any temperature distribution can be actively formed inside the container 21.

実施の形態2では、容器21の内部における温度分布の形成に好適な加熱冷却撹拌装置100の構成について説明する。   In the second embodiment, the configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 suitable for forming a temperature distribution inside the container 21 will be described.

図7は、本発明の実施の形態2に係る加熱冷却撹拌装置100の構成を概略的に示した図である。図7は、実施の形態2に係る加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。実施の形態2に係る加熱冷却撹拌装置100は、図1に示した加熱冷却撹拌装置100と比較して、通電部10および冷却管13の配置が異なる。   FIG. 7 is a view schematically showing the configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 7 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the second embodiment. The heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the second embodiment differs from the heating, cooling, and stirring apparatus 100 shown in FIG. 1 in the arrangement of the current-carrying unit 10 and the cooling pipe 13.

図7を参照して、通電部10は、撹拌翼1の第1の部分110の表面に近接して配置されている。図7の例では、通電部10は、撹拌翼1の第1の部分110の表面に接合されている。実施の形態1で説明したように、撹拌翼1の表面と通電部10との間に閾値以下の大きさの隙間があってもよい。   Referring to FIG. 7, the current-carrying portion 10 is disposed close to the surface of the first portion 110 of the stirring blade 1. In the example of FIG. 7, the conducting unit 10 is joined to the surface of the first portion 110 of the stirring blade 1. As described in the first embodiment, a gap having a size equal to or smaller than the threshold may be provided between the surface of the stirring blade 1 and the current-carrying unit 10.

冷却管13は、撹拌翼1の第2の部分120の表面に近接して配置されている。図7の例では、冷却管13は、撹拌翼1の第2の部分120の表面に接合されている。実施の形態1で説明したように、撹拌翼1の表面と冷却管13との間に閾値以下の大きさの隙間があってもよい。   The cooling pipe 13 is disposed close to the surface of the second portion 120 of the stirring blade 1. In the example of FIG. 7, the cooling pipe 13 is joined to the surface of the second portion 120 of the stirring blade 1. As described in the first embodiment, there may be a gap having a size equal to or smaller than the threshold between the surface of the stirring blade 1 and the cooling pipe 13.

図7に示すように、第1の部分110は、第2の部分120よりも、容器21の深さ方向(紙面垂直方向)の上部に位置する。すなわち、通電部10は、容器21の深さ方向の上部に配置され、冷却管13は、容器21の深さ方向の下部に配置されている。   As shown in FIG. 7, the first portion 110 is located above the second portion 120 in the depth direction (vertical direction in the drawing) of the container 21. That is, the energizing unit 10 is disposed at the upper portion in the depth direction of the container 21, and the cooling pipe 13 is disposed at the lower portion in the depth direction of the container 21.

給電部3から通電部10に高周波電流を供給すると、電磁誘導加熱作用によって、撹拌翼1の第1の部分110が加熱される。一方、冷却部8が冷却管13内に冷媒14を循環させると、撹拌翼1の第2の部分120が冷却される。これにより、容器21の深さ方向の上部に位置する被処理物20は加熱される一方で、深さ方向の下部に位置する被処理物20は冷却される。その結果、被処理物20全体では、容器21の深さ方向の上側における温度が、深さ方向の下側における温度よりも高くなるという温度分布が形成されることになる。   When a high frequency current is supplied from the feeding unit 3 to the conducting unit 10, the first portion 110 of the stirring blade 1 is heated by the electromagnetic induction heating action. On the other hand, when the cooling unit 8 circulates the refrigerant 14 in the cooling pipe 13, the second portion 120 of the stirring blade 1 is cooled. Thereby, the workpiece 20 located at the upper part in the depth direction of the container 21 is heated, while the workpiece 20 located at the lower part in the depth direction is cooled. As a result, in the entire workpiece 20, a temperature distribution is formed such that the temperature at the upper side in the depth direction of the container 21 is higher than the temperature at the lower side in the depth direction.

図7の左端には、容器21の深さ方向における被処理物20の温度分布が模式的に示されている。これによると、被処理物20は、容器21の底部から上部に向かって上昇するような温度勾配を有している。   At the left end of FIG. 7, the temperature distribution of the object 20 in the depth direction of the container 21 is schematically shown. According to this, the workpiece 20 has a temperature gradient that rises from the bottom to the top of the container 21.

なお、図7に示す温度分布のうち、高温側の温度は、給電部3から通電部10に供給される電流の大きさまたは通電時間を可変することにより調整することができる。また、低温側の温度は、冷却部8にて冷却管13内に通流させる冷媒14の温度、流量または通流時間を可変することで調整することができる。すなわち、給電部3および冷却部8を互いに独立して制御することによって、最大温度および最小温度を任意に設定できるため、任意の温度勾配および温度分布に自在に変化させることができる。   In the temperature distribution shown in FIG. 7, the temperature on the high temperature side can be adjusted by changing the magnitude or the conduction time of the current supplied from the power supply unit 3 to the conduction unit 10. Further, the temperature on the low temperature side can be adjusted by changing the temperature, the flow rate, or the flow time of the refrigerant 14 flowing in the cooling pipe 13 by the cooling unit 8. That is, since the maximum temperature and the minimum temperature can be arbitrarily set by controlling the power supply unit 3 and the cooling unit 8 independently of each other, any temperature gradient and temperature distribution can be freely changed.

このように、実施の形態2に係る加熱冷却撹拌装置100においては、給電部3および冷却部8を同時に駆動することによって、容器21の内部に温度分布を能動的に形成することができる。これによれば、たとえば被処理物を結晶化させる処理において、結晶の粒径を制御することが可能となる。   As described above, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the second embodiment, the temperature distribution can be actively formed inside the container 21 by simultaneously driving the power feeding unit 3 and the cooling unit 8. According to this, for example, in the process of crystallizing the object to be treated, it is possible to control the grain size of the crystal.

結晶化(晶析と呼ばれる)の推進力は、原則として被処理物の濃度と溶解度との濃度差であり、この濃度差を与えるには、冷却もしくは蒸発などの複数の方法がある。代表的には、冷却により溶解度を下降させて結晶を析出させる場合と、加熱蒸発により被処理物の濃度を上げて結晶を析出させる場合とがある。これらの操作により過飽和な状態が作り出されると、結晶化が開始される。図7のように、容器21の深さ方向の上部を高温部分とし、深さ方向の下部を低温部分とする温度分布を形成した場合、低温部分で生成された結晶のうち粒径が大きいものは、容器21の底部に沈下する。一方、粒径が小さい結晶は、撹拌によって容器21の上部に運ばれ、高温部分において溶解される。このサイクルが繰り返されることで、容器21の底部には、一様に粒径が大きい結晶が蓄積されていくことになる。したがって、粒径が均一化された結晶を得ることができる。   The driving force for crystallization (referred to as crystallization) is, in principle, the concentration difference between the concentration of the substance to be treated and the solubility, and there are multiple methods such as cooling or evaporation to give this concentration difference. Typically, there are a case where the solubility is lowered by cooling to precipitate crystals, and a case where the concentration of an object to be treated is raised by heating evaporation to precipitate crystals. When a supersaturation state is created by these operations, crystallization is initiated. As shown in FIG. 7, when a temperature distribution is formed such that the upper portion in the depth direction of the container 21 is a high temperature portion and the lower portion in the depth direction is a low temperature portion, crystals having a large grain size among the crystals generated in the low temperature portion Sinks to the bottom of the container 21. On the other hand, crystals with a small particle size are conveyed to the top of the vessel 21 by stirring and dissolved in the high temperature part. By repeating this cycle, crystals having a large particle diameter will be accumulated at the bottom of the container 21 uniformly. Therefore, crystals having a uniform particle size can be obtained.

[実施の形態3]
実施の形態3では、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100における通電部10および冷却管13の変形例について説明する。なお、実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100は、通電部10および冷却管13を除いて、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100と同じ構成を備える。
Third Embodiment
In the third embodiment, modifications of the current-carrying unit 10 and the cooling pipe 13 in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment will be described. The heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the third embodiment has the same configuration as the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment except for the current-carrying unit 10 and the cooling pipe 13.

図8は、本発明の実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100の構成を概略的に示した図である。図8は、実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。図9は、図8のIX−IX線での断面図である。   FIG. 8 is a view schematically showing the configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the third embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX of FIG.

図8および図9を参照して、実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100において、通電部10の少なくとも一部分は、撹拌翼1の内部に配置されている。通電部10は、導電体11と、導電体11の外周を覆う絶縁体12とを有している。したがって、通電部10は、撹拌翼1と電気的に絶縁されている。   With reference to FIGS. 8 and 9, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the third embodiment, at least a part of the current-carrying unit 10 is disposed inside the stirring blade 1. The conductive portion 10 includes a conductor 11 and an insulator 12 covering the outer periphery of the conductor 11. Therefore, the conducting unit 10 is electrically insulated from the stirring blade 1.

冷却管13の少なくとも一部分は、撹拌翼1の内部に配置されている。具体的には、撹拌翼1の平板部分には、その表面に対して平行な方向に延在する開口部が形成されている。この開口部の一方端部は冷媒路9aに接続され、開口部の他方端部は冷媒路9bに接続されている。これにより、開口部は、冷媒14を通流させる冷却管13として機能し得る。冷却管13を冷媒14が循環することにより、撹拌翼1と冷媒14との間で熱交換を行なうことができるため、撹拌翼1を冷却することができる。   At least a portion of the cooling pipe 13 is disposed inside the stirring blade 1. Specifically, an opening extending in a direction parallel to the surface of the flat plate portion of the stirring blade 1 is formed. One end of the opening is connected to the refrigerant passage 9a, and the other end of the opening is connected to the refrigerant passage 9b. Thus, the opening can function as a cooling pipe 13 through which the refrigerant 14 flows. Since the heat exchange can be performed between the stirring blade 1 and the refrigerant 14 by circulating the refrigerant 14 in the cooling pipe 13, the stirring blade 1 can be cooled.

図8および図9の例では、冷却管13は、撹拌翼1の平板部分の側部および底部の外周に沿って延在している。通電部10は、撹拌翼1の平板部分に螺旋状に配置されており、その一部分が冷却管13の内部に位置している。通電部10において、導電体11は、たとえばリッツ線などの線径の細い導電線からなる導電コイルを用いることができる。   In the examples of FIGS. 8 and 9, the cooling pipe 13 extends along the outer periphery of the side and bottom of the flat plate portion of the stirring blade 1. The current-carrying portion 10 is spirally disposed on the flat plate portion of the stirring blade 1, and a portion thereof is located inside the cooling pipe 13. In the conductive portion 10, as the conductor 11, for example, a conductive coil made of a thin conductive wire such as a litz wire can be used.

実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100によれば、実施の形態1に係る加熱冷却撹拌装置100と同様に、内部通電型内部加熱方式による被処理物の加熱と、内部冷却方式による被処理物の冷却とを選択的に切り換えて実行することができる。   According to the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the third embodiment, as in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first embodiment, the heating of the object by the internal conduction type internal heating system and the processing by the internal cooling system The cooling of the object can be selectively switched and executed.

具体的には、被処理物20の加熱時には、冷却部8を停止させた状態で給電部3を駆動し、通電部10に高周波電流を供給する。一方、被処理物20の冷却時には、給電部3を停止させた状態で冷却部8を駆動し、冷却管13の内部に冷媒14を循環させる。なお、給電部3および冷却部8を互いに独立して駆動させることができるため、加熱時間および冷却時間の各々を任意に設定することができる。   Specifically, at the time of heating the workpiece 20, the power supply unit 3 is driven in a state in which the cooling unit 8 is stopped, and a high frequency current is supplied to the conduction unit 10. On the other hand, when the workpiece 20 is cooled, the cooling unit 8 is driven in a state in which the power supply unit 3 is stopped, and the refrigerant 14 is circulated in the cooling pipe 13. In addition, since the power feeding unit 3 and the cooling unit 8 can be driven independently of each other, each of the heating time and the cooling time can be set arbitrarily.

あるいは、給電部3および冷却部8を同時に駆動することによって、被処理物20の加熱および冷却を並行して実行することができる。これを利用して、容器21の内部において撹拌翼1ならびに、結果として被処理物20の温度分布を能動的に形成することができる。   Alternatively, heating and cooling of the object 20 can be performed in parallel by simultaneously driving the power supply unit 3 and the cooling unit 8. By utilizing this, the temperature distribution of the stirring blade 1 and, as a result, the object 20 can be actively formed inside the container 21.

図8の例では、通電部10に高周波電流を通電させた状態で、冷却管13に冷媒14を循環させると、撹拌翼1の外周部分が冷却される一方で、撹拌翼1の中央部分が加熱される。これにより、撹拌翼1の外周部分には温度が低い部分が形成され、撹拌翼1の中央部分には温度が高い部分が形成されることになる。   In the example of FIG. 8, when the refrigerant 14 is circulated through the cooling pipe 13 in a state in which the high frequency current is supplied to the conductive part 10, the outer peripheral portion of the stirring blade 1 is cooled while the central portion of the stirring blade 1 is It is heated. As a result, a low temperature portion is formed on the outer peripheral portion of the stirring blade 1, and a high temperature portion is formed on the central portion of the stirring blade 1.

なお、高温部分の温度は、給電部3から通電部10に供給される電流の大きさまたは通電時間を可変することにより調整することができる。また、低温部分の温度は、冷却部8にて冷却管13内に通流させる冷媒14の温度、流量または通流時間を調整することで調整することができる。すなわち、給電部3および冷却部8を互いに独立して制御することによって、温度勾配を自在に変化させることができる。このように、撹拌翼1自体を加熱および冷却することによって容器21の内部に任意の温度分布を形成することができるため、能動的な加熱冷却手段を実現できる。   The temperature of the high temperature portion can be adjusted by changing the magnitude of the current supplied from the power supply unit 3 to the current supply unit 10 or the current supply time. Further, the temperature of the low temperature portion can be adjusted by adjusting the temperature, the flow rate, or the flow time of the refrigerant 14 flowing in the cooling pipe 13 by the cooling unit 8. That is, the temperature gradient can be freely changed by controlling the power feeding unit 3 and the cooling unit 8 independently of each other. Thus, since any temperature distribution can be formed inside the container 21 by heating and cooling the stirring blade 1 itself, an active heating and cooling means can be realized.

[実施の形態4]
実施の形態1から3では、通電部10と冷却管13とが互いに別部材として形成される構成について説明したが、通電部10と冷却管13とを一体として形成してもよい。
Fourth Embodiment
In the first to third embodiments, the configuration in which the current-carrying portion 10 and the cooling pipe 13 are formed as separate members has been described, but the current-carrying portion 10 and the cooling pipe 13 may be integrally formed.

実施の形態4では、通電部および冷却管が一体化された加熱冷却撹拌装置について説明する。   In the fourth embodiment, a heating, cooling, and stirring apparatus in which a current-carrying portion and a cooling pipe are integrated will be described.

図10は、本発明の実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100の構成を概略的に示した図である。図10は、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。   FIG. 10 is a view schematically showing the configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 10 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring device 100 according to the fourth embodiment.

図10を参照して、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100は、図1に示した加熱冷却撹拌装置100と比較して、通電部10および導電線7a,7b、ならびに冷却管13および冷媒路9a,9bに代えて、通電部15および中空の導電管19a,19bを備える点が異なる。   Referring to FIG. 10, heating / cooling / stirring apparatus 100 according to the fourth embodiment is compared with heating / cooling / stirring apparatus 100 shown in FIG. It differs in that it has an electrification part 15 and hollow conductive tubes 19a and 19b instead of the refrigerant paths 9a and 9b.

導電管19a,19bの一方端部はロータリージョイント86に接続されている。ロータリージョイント86は、導電管19aに冷媒14を供給するとともに、導電管19bから排出される冷媒14を、排出管8bを通じて熱交換器82に供給する。   One ends of the conductive tubes 19 a and 19 b are connected to a rotary joint 86. The rotary joint 86 supplies the refrigerant 14 to the conductive pipe 19a, and supplies the refrigerant 14 discharged from the conductive pipe 19b to the heat exchanger 82 through the discharge pipe 8b.

導電管19a,19bは、回転軸2の内部に形成された空間を通って容器21の内部に延びている。スリップリング4は、高周波トランス6に電気的に接続されるカーボンブラシ(図示せず)を回転体である導電管19a,19bに面接触させることにより、導電線19a,19bに高周波電流を供給する。   The conductive tubes 19 a and 19 b extend to the inside of the container 21 through the space formed inside the rotary shaft 2. The slip ring 4 supplies a high frequency current to the conductive wires 19a and 19b by bringing a carbon brush (not shown) electrically connected to the high frequency transformer 6 into surface contact with the conductive tubes 19a and 19b as rotating members. .

通電部15は、容器21の内部に配置されている。容器21の内部において、導電管19aの他方端部は、通電部15の一方端部に電気的に接続されている、導電管19bの他方端部は、通電部15の他方端部に電気的に接続されている。これにより、給電部3から通電部15に対して高周波電流が供給される経路が形成される。   The energizing unit 15 is disposed inside the container 21. Inside the container 21, the other end of the conductive tube 19 a is electrically connected to one end of the conductive portion 15. The other end of the conductive tube 19 b is electrically connected to the other end of the conductive portion 15. It is connected to the. As a result, a path through which the high frequency current is supplied from the feeding unit 3 to the conducting unit 15 is formed.

図11は、図10のXI−XI線での断面図である。図11を参照して、通電部15は、導電体16(第2導電体)と、導電体16の外周を覆う絶縁体17とを有している。   11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. Referring to FIG. 11, the conductive unit 15 includes a conductor 16 (second conductor) and an insulator 17 covering the outer periphery of the conductor 16.

導電体16は、内部に中空部分が設けられた管状の形状を有している。導電体16は、代表的に金属で形成されている。導電体16は、中空部分に冷媒14を通流させることができる構造となっている。導電体16には、たとえばホローコンダクタまたはマイクロチャンネルなどを用いることができる。これにより、冷却部8と通電部15との間を冷媒14が循環する経路が形成される。   The conductor 16 has a tubular shape in which a hollow portion is provided. Conductor 16 is typically formed of metal. The conductor 16 has a structure that allows the refrigerant 14 to flow through the hollow portion. For the conductor 16, for example, a hollow conductor or a microchannel can be used. Thus, a path in which the refrigerant 14 circulates between the cooling unit 8 and the conduction unit 15 is formed.

通電部15は、撹拌翼1との間で熱交換可能に配置されている。実施の形態4では、通電部15は、撹拌翼1の平板部分の表面に近接して配置されている。図11の例では、通電部15は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼1に接合されている。ただし、実施の形態1で説明したように、撹拌翼1の表面と通電部15との間に閾値以下の大きさの隙間があってもよい。これにより、撹拌翼1と冷媒14との間で熱交換を行なうことができるため、撹拌翼1を冷却することができる。   The energizing unit 15 is disposed so as to be able to exchange heat with the stirring blade 1. In the fourth embodiment, the current-carrying portion 15 is disposed in the vicinity of the surface of the flat plate portion of the stirring blade 1. In the example of FIG. 11, the conducting unit 15 is joined to the stirring blade 1 using, for example, an adhesive. However, as described in the first embodiment, there may be a gap having a size equal to or less than the threshold between the surface of the stirring blade 1 and the current-carrying portion 15. Thereby, since heat exchange can be performed between the stirring blade 1 and the refrigerant 14, the stirring blade 1 can be cooled.

以上説明したように、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100において、通電部15は、内部に冷媒14を通流させるように構成されている。したがって、通電部15は、冷却管としても機能し得る。言い換えれば、冷却管は、導電体で形成されており、給電部3から高周波電流が供給されるように構成されている。すなわち、冷却管は、通電部としても機能し得る。   As described above, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the fourth embodiment, the energizing unit 15 is configured to allow the refrigerant 14 to flow therethrough. Therefore, the conduction unit 15 can also function as a cooling pipe. In other words, the cooling pipe is formed of a conductor, and is configured to be supplied with a high frequency current from the power feeding unit 3. That is, the cooling pipe can also function as a conducting unit.

なお、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100においても、実施の形態1から3に係る加熱冷却撹拌装置100と同様に、内部通電型内部加熱方式による被処理物の加熱と、内部冷却方式による被処理物の冷却とを実行可能に構成されている。したがって、高い加熱速度および高い冷却速度が実現されるため、加熱および冷却による被処理物の温度制御において高い応答性を発揮することができる。   In the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the fourth embodiment, as in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the first to third embodiments, the heating of the object by the internal conduction type internal heating system and the internal cooling system And cooling of the object to be processed. Therefore, since a high heating rate and a high cooling rate are realized, high responsiveness can be exhibited in temperature control of an object by heating and cooling.

特に、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100においては、給電部3と冷却部8とを選択的に切り換えて駆動することで、通電部15を介して、被処理物20の加熱と冷却とを選択的に切り換えて実行することができる。このとき、給電部3および冷却部8を互いに独立して駆動させることができるため、加熱時間および冷却時間の各々を任意に設定することができる。   In particular, in the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the fourth embodiment, heating and cooling of the object to be processed 20 are performed via the energizing unit 15 by selectively switching between the feeding unit 3 and the cooling unit 8 and driving. And can be selectively switched and executed. At this time, since the power supply unit 3 and the cooling unit 8 can be driven independently of each other, each of the heating time and the cooling time can be set arbitrarily.

具体的には、被処理物20の加熱時には、冷却部8を停止させた状態で給電部3を駆動し、通電部15に高周波電流を供給する。また、被処理物20の冷却時には、給電部3を停止させた状態で冷却部8を駆動し、通電部15内に冷媒14を循環させる。   Specifically, at the time of heating the workpiece 20, the power supply unit 3 is driven in a state where the cooling unit 8 is stopped, and a high frequency current is supplied to the conduction unit 15. Further, when the object to be processed 20 is cooled, the cooling unit 8 is driven in a state in which the power supply unit 3 is stopped, and the refrigerant 14 is circulated in the conduction unit 15.

上述した加熱冷却操作においては、被処理物20の温度を高速制御することができるため、加熱および冷却を高速に切り換えることが可能となる。また、加熱および冷却の各々の処理時間が短縮されるため、1回の加熱冷却処理に要する加熱冷却撹拌装置100の運転時間も短縮される。これにより、加熱冷却撹拌装置100の省電力化が可能となる。   In the heating and cooling operation described above, since the temperature of the object to be treated 20 can be controlled at high speed, heating and cooling can be switched at high speed. Moreover, since each processing time of heating and cooling is shortened, the operating time of the heating-cooling stirring apparatus 100 required for one heating-cooling process is also shortened. Thereby, power saving of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 can be achieved.

図12は、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100の他の構成を概略的に示した図である。図12は、実施の形態4に係る加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。図13は、図中の線XIII−XIIIに沿った断面図である。   FIG. 12 is a view schematically showing another configuration of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the fourth embodiment. FIG. 12 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring device 100 according to the fourth embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view along line XIII-XIII in the figure.

図13を参照して、撹拌翼1は、第1の翼部分1Aと、第2の翼部分1Bとを有する。第1の翼部分1Aと第2の翼部分1Bとは軸方向AXに沿って対向するように配置されている.図13の例では、第1の翼部分1Aおよび第2の翼部分1Bは、撹拌翼1の平板部分を軸方向AXに沿って2分割することによって形成されている。   Referring to FIG. 13, the stirring blade 1 has a first wing portion 1A and a second wing portion 1B. The first wing portion 1A and the second wing portion 1B are arranged to be opposed along the axial direction AX. In the example of FIG. 13, the first wing portion 1A and the second wing portion 1B are formed by dividing the flat plate portion of the stirring wing 1 into two along the axial direction AX.

通電部15は、第1の翼部分1Aおよび第2の翼部分1Bの間に配置されている。具体的には、通電部15は、第1の翼部分1Aおよび第2の翼部分1Bの少なくとも一方に近接して配置されている。   The energizing unit 15 is disposed between the first wing portion 1A and the second wing portion 1B. Specifically, the conductive portion 15 is disposed in proximity to at least one of the first wing portion 1A and the second wing portion 1B.

なお、通電部15は、図13に示されるように、コイルの巻き数が1である単巻きコイルであってもよく、コイルの巻き数が2以上である複数巻きコイルであってもよい。   In addition, as FIG. 13 shows, the electricity supply part 15 may be a single-turn coil whose number of turns of a coil is 1, and may be a multi-turn coil whose number of turns of a coil is two or more.

図13の例によれば、通電部15は、第1の翼部分1Aの表面および第2の翼部分1Bの表面に接合されているため、加熱時において、通電部15で発生したジュール熱を第1の翼部分1Aおよび第2の翼部分1Bに対して均等に伝達することができる。また、冷却時において、通電部15の内部を通流する冷媒14は、第1の翼部分1Aおよび第2の翼部分1Bから均等に熱を吸収することができる。これにより、撹拌翼1と被処理物20との間の熱伝達率を向上させることができるため、加熱冷却効率を向上させることができる。   According to the example of FIG. 13, since the conductive portion 15 is joined to the surface of the first wing portion 1A and the surface of the second wing portion 1B, the Joule heat generated in the conductive portion 15 during heating is It can be equally transmitted to the first wing portion 1A and the second wing portion 1B. Further, at the time of cooling, the refrigerant 14 flowing through the inside of the conductive portion 15 can absorb heat equally from the first wing portion 1A and the second wing portion 1B. Thereby, the heat transfer coefficient between the stirring blade 1 and the object to be treated 20 can be improved, so the heating and cooling efficiency can be improved.

[実施の形態5]
実施の形態5では、図14から図17を参照して、上述した実施の形態3に係る加熱冷却撹拌装置100に適用され得る撹拌翼、および通電部15の構成例について説明する。加熱冷却撹拌装置100は、内部通電型内部加熱方式および内部冷却方式を採用するため、撹拌翼の位置および形状に対する制約がない。したがって、被処理物の粘度および撹拌翼の回転速度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
Fifth Embodiment
In the fifth embodiment, a configuration example of a stirring blade that can be applied to the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the above-described third embodiment and an electric conduction unit 15 will be described with reference to FIGS. 14 to 17. The heating / cooling / stirring apparatus 100 adopts the internally-powered internal heating method and the internally-cooling method, so there is no restriction on the position and shape of the stirring blade. Therefore, an appropriately shaped stirring blade can be used depending on the viscosity of the material to be treated and the rotational speed of the stirring blade.

最初に、図14および図15を参照して、ディスクタービン翼からなる撹拌翼および通電部15の構成例を説明する。ディスクタービン翼は、主に低粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。   First, with reference to FIG. 14 and FIG. 15, the example of a structure of the stirring blade which consists of a disk turbine blade, and the electricity_supply part 15 is demonstrated. The disk turbine blade is a stirring blade mainly used for stirring a low viscosity material to be treated.

図14(A)は、撹拌翼1を回転軸2の上方から見た図である。図14(A)は、図14(A)中の線XIV−XIVに沿った断面図である。   FIG. 14A is a view of the stirring blade 1 as viewed from above the rotating shaft 2. Fig. 14 (A) is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in Fig. 14 (A).

図14(A)に示されるように、撹拌翼1は、その外周に沿って複数枚の羽根が配置された円盤形状を有している。通電部15は撹拌翼1の外周面に巻回されている。通電部10において、導電体16はたとえば導電コイルである。導電コイルはたとえばアルミで形成されている。導電体16の外周を覆う絶縁体17はたとえばアルミナで形成されている。   As shown in FIG. 14 (A), the stirring blade 1 has a disk shape in which a plurality of blades are disposed along the outer periphery thereof. The energizing portion 15 is wound around the outer peripheral surface of the stirring blade 1. In energization unit 10, conductor 16 is, for example, a conductive coil. The conductive coil is formed of, for example, aluminum. Insulator 17 covering the outer periphery of conductor 16 is made of alumina, for example.

図14(B)を参照して、通電部15は、撹拌翼1の外周面に形成された溝部1a内に配置されている。なお、通電部15を巻回した後、溝部1a内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼1の内部に通電部15を配置することができる。   Referring to FIG. 14 (B), the conductive portion 15 is disposed in a groove portion 1 a formed on the outer peripheral surface of the stirring blade 1. The conductive portion 15 can be disposed inside the stirring blade 1 by impregnating the groove portion 1 a with a thermosetting resin after winding the conductive portion 15.

撹拌翼1の外周面に通電部15を巻回すると、撹拌翼1の表面に出っ張りが生じるため、本来の撹拌翼の形状が損なわれてしまう場合がある。このような場合、撹拌翼の動力数が設計値からずれてしまい、撹拌動力も設計値からずれてしまう可能性がある。図14(B)に示すように、通電部15を撹拌翼1に埋め込んだ構成とすることにより、本来の撹拌翼1の形状を損なうことなく、撹拌翼1に近接して通電部15を配置することができる。   When the current-carrying portion 15 is wound around the outer peripheral surface of the stirring blade 1, a protrusion is generated on the surface of the stirring blade 1, so the original shape of the stirring blade may be lost. In such a case, the power number of the stirring blade may deviate from the design value, and the agitation power may also deviate from the design value. As shown in FIG. 14 (B), by making the conductive portion 15 embedded in the stirring blade 1, the conductive portion 15 is disposed in the vicinity of the stirring blade 1 without damaging the original shape of the stirring blade 1. can do.

図15(A)は、撹拌翼1を回転軸2の上方から見た図である。図15(B)は、図15(B)中の線XV−XVに沿った断面図である。   FIG. 15A is a view of the stirring blade 1 as viewed from above the rotating shaft 2. FIG. 15 (B) is a cross-sectional view along the line XV-XV in FIG. 15 (B).

図15(A)を参照して、通電部15は、撹拌翼1の平面部分の内部に配置されている。具体的には、図15(B)に示されるように、通電部15は、撹拌翼1の表面の平面部分に形成された溝部1a内に配置されている。通電部15を配置した後、溝部1a内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼1の内部に通電部15を配置するとともに、撹拌翼1の表面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。   Referring to FIG. 15 (A), the current-carrying portion 15 is disposed inside the flat portion of the stirring blade 1. Specifically, as shown in FIG. 15 (B), the current-carrying portion 15 is disposed in the groove portion 1 a formed in the flat portion of the surface of the stirring blade 1. After the conductive portion 15 is disposed, by impregnating the groove portion 1 a with a thermosetting resin, the conductive portion 15 can be disposed inside the stirring blade 1, and the surface of the stirring blade 1 can be made smooth. Thereby, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained.

次に、図16および図17を参照して、ヘリカル翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ヘリカル翼は、主に高粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。   Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the example of a structure of the stirring blade which consists of a helical wing | blade, and an electricity_supply part is demonstrated. The helical blade is a stirring blade mainly used for stirring a high viscosity material to be treated.

図16は、撹拌翼1を回転軸2に垂直な方向から見た図である。図16を参照して、撹拌翼1は、帯状の翼を螺旋状に配置させたものである。通電部15は帯状の翼の外周面に巻回されている。通電部15において、導電体16はたとえば導電コイルである。通電部15は、撹拌翼1の外周面に形成された溝部(図示せず)内に配置されている。なお、通電部15を巻回した後、溝部内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼1に近接して通電部15を配置させるとともに、撹拌翼1の外周面を平滑にすることができる。   FIG. 16 is a view of the stirring blade 1 as seen from the direction perpendicular to the rotating shaft 2. Referring to FIG. 16, the stirring blade 1 has a belt-like blade arranged in a spiral shape. The conducting unit 15 is wound around the outer peripheral surface of the belt-like blade. In energization unit 15, conductor 16 is, for example, a conductive coil. The energizing unit 15 is disposed in a groove (not shown) formed on the outer peripheral surface of the stirring blade 1. Note that, after winding the current-carrying portion 15, the groove portion may be impregnated with a thermosetting resin to dispose the current-carrying portion 15 in the vicinity of the stirring blade 1 and to make the outer peripheral surface of the stirring blade 1 smooth. Can.

容器21は、少なくとも一部分に導電体(第3導電体)が形成されている。容器21の導電体は、通電部15に近い位置に形成されていることが好ましい。通電部15に近い位置とは、通電部15が発生した交番磁界を十分鎖交することができる位置を意味する。図16の例では、容器21の壁面に、通電部15と対向するように導電体を配置することが好ましい。このようにすると、通電部15が発生した交番磁界を容器21の導電体に鎖交させることにより、容器21を電磁誘導加熱することができる。よって、加熱効率を一層向上させることができる。   The container 21 has a conductor (third conductor) formed at least in part. It is preferable that the conductor of the container 21 be formed at a position close to the conducting part 15. The position close to the conducting unit 15 means a position where the alternating magnetic field generated by the conducting unit 15 can be linked sufficiently. In the example of FIG. 16, it is preferable to dispose a conductor on the wall surface of the container 21 so as to face the conducting unit 15. Thus, the container 21 can be heated by electromagnetic induction by interlinking the alternating magnetic field generated by the conductive unit 15 with the conductor of the container 21. Therefore, the heating efficiency can be further improved.

図17(A)は、撹拌翼1を回転軸2に垂直な方向から見た図である。図17(B)は、図中の線XVII−XVIIに沿った断面図である。図17(A)、(B)を参照して、通電部15は、螺旋状の翼に形成された溝部(図示せず)内に配置されている。図15と同様に、図15と同様に、図17においても、通電部15を翼の表面に形成された溝部内に配置することで、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。   FIG. 17A is a view of the stirring blade 1 as seen from the direction perpendicular to the rotation shaft 2. FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line XVII-XVII in the figure. Referring to FIGS. 17A and 17B, current-carrying portion 15 is disposed in a groove (not shown) formed in a spiral wing. Similar to FIG. 15, in FIG. 17 as well as FIG. 15, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained by arranging the current-carrying part 15 in the groove formed on the surface of the blade.

なお、実施の形態5では、通電部と冷却管とが一体に形成された通電部15の構成例について説明したが、図14および図15のディスクタービン翼および図16および図17のヘリカル翼に対して、通電部10および冷却管13が互いに別部材として形成された構成を適用することも可能である。   In the fifth embodiment, a configuration example of the current-carrying portion 15 in which the current-carrying portion and the cooling pipe are integrally formed has been described. However, the disk turbine blade of FIGS. 14 and 15 and the helical blade of FIGS. On the other hand, it is also possible to apply the composition where electric conduction part 10 and cooling pipe 13 were formed as another member mutually.

[実施の形態6]
上述した実施の形態1から4では、通電部10(または通電部15)に高周波電流を供給するための給電部3において、交流電源5と通電部10とを接触させて給電する構成について説明したが、交流電源5から通電部10に非接触で給電する構成としても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Sixth Embodiment
In the first to fourth embodiments described above, in the power supply unit 3 for supplying a high frequency current to the conductive unit 10 (or the conductive unit 15), the configuration has been described in which the AC power supply 5 and the conductive unit 10 are brought into contact to supply power. However, the same effect as that of the embodiment can be obtained even when the AC power supply 5 supplies power to the current-carrying unit 10 without contact.

図18は、本発明の実施の形態6に係る加熱冷却撹拌装置100の構成を概略的に示した図である。図18は、実施の形態6に係る加熱冷却撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。実施の形態6に係る加熱冷却撹拌装置100の基本的構成は、給電部3を除いて、図1に示した加熱冷却撹拌装置100と同じである。   FIG. 18 is a view schematically showing a configuration of a heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 18 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating, cooling, and stirring device 100 according to the sixth embodiment. The basic configuration of the heating, cooling, and stirring apparatus 100 according to the sixth embodiment is the same as the heating, cooling, and stirring apparatus 100 shown in FIG. 1 except for the power supply unit 3.

実施の形態6において、給電部3は、スリップリング4に代えて、送電コイルL1および受電コイルL2を有している。送電コイルL1は、高周波の交流電力を高周波トランス6から受けると、送電コイルL1の周囲に生成される電磁界を通じて、受電コイルL2へ非接触で送電する。すなわち、送電コイルL1および受電コイルL2は、非接触で電力を伝送する非接触給電を実現する。図18に示されるように、送電コイルL1は、回転軸2の外周を囲うように配置されている。送電コイルL1は、回転軸2の回転に対して静止状態を保ち得る。   In the sixth embodiment, power feeding unit 3 includes power transmission coil L1 and power reception coil L2 instead of slip ring 4. When receiving the high frequency AC power from the high frequency transformer 6, the power transmission coil L1 transmits the non-contact power to the power receiving coil L2 through the electromagnetic field generated around the power transmission coil L1. That is, the power transmission coil L1 and the power reception coil L2 realize non-contact power feeding which transmits power in a non-contact manner. As shown in FIG. 18, the power transmission coil L1 is disposed so as to surround the outer periphery of the rotation shaft 2. The power transmission coil L1 can remain stationary with respect to the rotation of the rotary shaft 2.

受電コイルL2は、送電コイルL1から出力される高周波の電力を非接触で受電する。受電コイルL2は、回転軸2の外周を囲うように配置されている。受電コイルL2は、回転軸2と一体的に回転するように構成されている。   The power receiving coil L2 receives the high frequency power output from the power transmitting coil L1 in a contactless manner. The power receiving coil L2 is disposed to surround the outer periphery of the rotating shaft 2. The power receiving coil L2 is configured to rotate integrally with the rotating shaft 2.

受電コイルL2の一方端部には、導電線7aが電気的に接続されている。受電コイルL2の他方端部には、導電線7bが電気的に接続されている。これにより、受電コイルL2から導電線7a,7bを通じて通電部10に対して高周波電流が供給される経路が形成される。   The conductive wire 7a is electrically connected to one end of the power receiving coil L2. The conductive wire 7b is electrically connected to the other end of the power receiving coil L2. As a result, a path in which a high frequency current is supplied from the power receiving coil L2 to the conductive unit 10 through the conductive wires 7a and 7b is formed.

[加熱冷却撹拌装置の適用例]
上述した実施の形態では、モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器に本発明の加熱冷却撹拌装置を適用する構成について説明したが、本発明の加熱冷却撹拌装置は、重合反応器に限らず、様々な分野に適用することができる。たとえば、下水汚泥からエネルギー源であるメタンガスを回収する汚泥処理装置、有機物を発酵させる発酵処理装置、高粘度物質の脱溶剤、脱モノマーおよび脱揮を行なう蒸発器、食材を加熱冷却しながら撹拌する調理器などに本発明の加熱冷却撹拌装置を適用することができる。
[Application example of heating and cooling stirring device]
In the embodiment described above, although the configuration in which the heating, cooling, and stirring apparatus of the present invention is applied to a polymerization reactor that generates large macromolecular substances by combining monomers is described, the heating, cooling, and stirring apparatus of the present invention is a polymerization reaction. It can be applied to various fields as well as For example, a sludge treatment apparatus for recovering methane gas, which is an energy source, from sewage sludge, a fermentation treatment apparatus for fermenting organic matter, a solvent for removing high viscosity substances, an evaporator for removing monomers and degassing, and stirring while heating and cooling foodstuffs. The heating, cooling, and stirring apparatus of the present invention can be applied to a cooker or the like.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all the modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

1 撹拌翼、1a 溝部、1A 第1の翼部分、1B 第2の翼部分、2 回転軸、3 給電部、4 スリップリング、5 交流電源、6 高周波トランス、7a,7b,19a,19b 導電線、8 冷却部、8a 供給管、8b 排出管、9a,9b 冷媒路、10,15 通電部、11,16 導電体、12,17 絶縁体、13 冷却管、14 冷媒、20 被処理物、21 容器、22 蓋部、22a 貫通孔、23 封止部材、82 熱交換器、84 ポンプ、86 ロータリージョイント、100 加熱冷却撹拌装置、110 第1の部分、120 第2の部分、L1 送電コイル、L2 受電コイル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 stirring blade, 1a groove part, 1A 1st wing part, 1B 2nd wing part, 2 rotating shafts, 3 electric power feeding part, 4 slip ring, 5 alternating current power supply, 6 high frequency transformer, 7a, 7b, 19a, 19b conductive wire , 8 cooling unit, 8a supply pipe, 8b discharge pipe, 9a, 9b refrigerant passage, 10, 15 electric conduction unit, 11, 16 conductor, 12, 17 insulator, 13 cooling pipe, 14 refrigerant, 20 object to be treated, 21 22 lid, 22a through hole, 23 sealing member, 82 heat exchanger, 84 pump, 86 rotary joint, 100 heating and cooling stirring device, 110 first portion, 120 second portion, L1 power transmission coil, L2 Receiving coil.

Claims (10)

容器に収容された被処理物を加熱冷却しながら撹拌するための加熱冷却撹拌装置であって、
前記容器内に回転可能に配置された撹拌翼と、
前記容器内に前記撹拌翼との間で熱交換可能に配置された通電部と、
前記容器外部に配置され、前記通電部に電流を供給する給電部と、
前記容器内に前記撹拌翼との間で熱交換可能に配置され、内部に冷媒を通流させる冷却管と、
前記容器外部に配置され、前記冷却管内に前記冷媒を循環させる冷却部とを備える、加熱冷却撹拌装置。
A heating / cooling / stirring apparatus for stirring while heating / cooling an object contained in a container, which is an apparatus for
A stirring blade rotatably disposed in the container;
A conducting unit disposed in the container so as to be capable of exchanging heat with the stirring blade;
A feeding unit disposed outside the container and supplying a current to the conducting unit;
A cooling pipe disposed in the container so as to be capable of exchanging heat with the stirring blade, and allowing a refrigerant to flow therethrough;
And a cooling unit disposed outside the container and configured to circulate the refrigerant in the cooling pipe.
前記通電部の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の第1の部分との間で熱交換可能に配置され、
前記冷却管の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の前記第1の部分とは異なる第2の部分との間で熱交換可能に配置される、請求項1に記載の加熱冷却撹拌装置。
At least a portion of the current-carrying portion is arranged to be heat exchangeable with the first portion of the stirring blade,
The heating and cooling stirring device according to claim 1, wherein at least a part of the cooling pipe is arranged to be heat exchangeable with a second part different from the first part of the stirring blade.
前記第1の部分は、前記第2の部分に比べて、前記容器の深さ方向の上部に位置する、請求項2に記載の加熱冷却撹拌装置。   The heating, cooling, and stirring apparatus according to claim 2, wherein the first portion is located at an upper portion in the depth direction of the container, compared to the second portion. 前記通電部の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の表面に近接して配置され、
前記冷却管の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の表面に近接して配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。
At least a portion of the conductive portion is disposed in proximity to the surface of the stirring blade,
The heating, cooling, and stirring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the cooling pipe is disposed close to the surface of the stirring blade.
前記通電部の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の内部に配置され、
前記冷却管の少なくとも一部分は、前記撹拌翼の内部に配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。
At least a portion of the conducting part is disposed inside the stirring blade,
The heating, cooling, and stirring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the cooling pipe is disposed inside the stirring blade.
前記通電部は、中空形状の導電体を有し、
前記冷却管は、前記導電体の中空部分に前記冷媒を通流させるように構成される、請求項1に記載の加熱冷却撹拌装置。
The conducting part has a hollow conductor.
The heating and cooling stirring device according to claim 1, wherein the cooling pipe is configured to cause the refrigerant to flow through the hollow portion of the conductor.
前記撹拌翼は、少なくとも一部分に第1導電体が形成され、
前記通電部は、第2導電体と、前記第2導電体を覆う絶縁体とを有し、
前記給電部は、前記通電部に高周波電流を供給する、請求項1から6のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。
The stirring blade has a first conductor formed at least in part,
The conducting unit includes a second conductor and an insulator covering the second conductor,
The heating, cooling, and stirring apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the power feeding unit supplies a high frequency current to the conduction unit.
前記給電部は、前記通電部に直流電流を供給する、請求項1から6のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。   The heating, cooling, and stirring device according to any one of claims 1 to 6, wherein the power feeding unit supplies a direct current to the conduction unit. 前記加熱冷却撹拌装置は、前記給電部および前記冷却部の一方を選択的に駆動するように構成される、請求項1から8のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。   The heating, cooling, and stirring apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the heating, cooling, and stirring apparatus is configured to selectively drive one of the power feeding unit and the cooling unit. 前記加熱冷却撹拌装置は、前記給電部および前記冷却部を同時に駆動するように構成される、請求項1から8のいずれか1項に記載の加熱冷却撹拌装置。   The heating, cooling, and stirring apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the heating, cooling, and stirring apparatus is configured to simultaneously drive the power feeding unit and the cooling unit.
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