JP2019205964A - 高気密型リアクタ及び被処理物の撹拌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の貫通孔の周辺に設けるシール部材の耐久性を向上させる。【解決手段】撹拌軸２の両端をそれぞれ回転可能に支持する軸受部６と、ケーシング本体３の内部を加熱する加熱部１５とを備えた高気密型リアクタ１において、ケーシング本体３と軸受部６との間を封止するシール部材２０の少なくとも一方側に、このシール部材２０を冷却する冷却通路２１，２２，２３を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、気密状態で被処理材料を撹拌する高気密型リアクタ及び被処理物の撹拌方法に関する。

従来より、反応系（重縮合、乳化、溶剤重合等）、脱モノマー、脱揮、脱泡、高真空下での各種試験など高気密状態で被処理材料を撹拌する高気密型リアクタは知られている。例えば、高気密型リアクタで樹脂材料の溶剤を回収する場合には、真空状態を確保するために、真空引きしながら樹脂材料を撹拌しなければならない。

従来より、例えばウィルソンシールが、低速、低圧用の撹拌機の軸シールとして広く使用されており、従来から使用されていたグランドパッキンでは満足できなかった真空シールが可能なものとして知られている。

しかし、このウィルソンシールは、通常フッ素ゴムで構成され、例えば−１０〜＋１２０℃の範囲で使用できる。すなわち、高温環境下では寿命が低下し、シール性能を確保できない。

そこで例えば、特許文献１のように、磁気カップリング機構を用いて混練機において、気密性が要求される原材料を混練することができるようにしている。

特開２０１２−１６２０１７号公報

特許文献１のような従来の混練機においても、軸受部と本体ケーシングとの合わせ面において、気密性を保つために、シール部材を設ける必要がある。このシール部材周辺が高温になる場合には、一般的な耐熱性しか有さない汎用のシール部材を使用することができず、シール部材の耐久性を保つためには、耐熱性の高い特別なシール構造を設けなければならないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受の貫通孔の周辺に設けるシール部材の耐久性を上げることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、シール部材の周辺を強制的に冷却するようにした。

具体的には、第１の発明では、長手方向中間に撹拌羽根を有して回転しながら被処理物を該撹拌羽根で撹拌する撹拌軸と、
上記撹拌軸の両端がそれぞれ挿通される一対の軸用貫通孔、上記被処理物が投入される投入口及び撹拌後の被処理物が排出される排出口を有する密閉状のケーシング本体と、
上記ケーシング本体のエアを吸い込む吸引部と、
上記ケーシング本体の一対の軸用貫通孔から飛び出す上記撹拌軸の両端をそれぞれ回転可能に支持する軸受部と、
上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱部とを備えた高気密型リアクタを対象とする。

そして、上記ケーシング本体と上記軸受部との間を封止するシール部材の少なくとも一方側には、該シール部材を冷却する冷却通路が形成されている。

上記の構成によると、高温になりやすいケーシング本体の熱が冷却通路によってシール部材に伝わりにくくなるので、シール部材の寿命が格段に向上する。

第２の発明では、第１の発明において、
上記冷却通路は、上記ケーシング本体における、上記シール部材の近傍に該シール部材の形状に合わせて設けられている。

上記の構成によると、少なくとも高温になりやすいケーシング本体側にシール部材の形状に合わせて冷却通路が設けられるので、シール部材が高温に晒されにくくなって寿命が延びる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記冷却通路は、上記軸受部における、上記シール部材の近傍に該シール部材の形状に合わせて設けられている。

上記の構成によると、例えば、シール部材のケーシング本体側に冷却通路を設けられないような場合でも、シール部材を効果的に冷却できる。一方で、ケーシング本体側と合わせてシール部材の両側にシール部材の形状に合わせて挟み込むように冷却通路を設ける場合には、さらに確実にシール部材の熱影響を防ぐことができ、シール部材の寿命が向上する。

第４の発明では、長手方向中間に撹拌羽根を有して回転しながら被処理物を該撹拌羽根で撹拌する撹拌軸と、上記撹拌軸の両端がそれぞれ挿通される一対の軸用貫通孔、上記被処理物が投入される投入口及び撹拌後の被処理物が排出される排出口を有する密閉状のケーシング本体と、上記ケーシング本体のエアを吸い込む吸引部と、上記ケーシング本体の一対の軸用貫通孔から飛び出す上記撹拌軸の両端をそれぞれ回転可能に支持する軸受部と、上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱部とを備えた高気密型リアクタを準備する準備工程と、
上記加熱部により上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱工程と、
被処理物をケーシング本体の投入口から投入する投入工程と、
上記撹拌軸を所定の回転速度で回転させながら上記被処理物を撹拌する撹拌工程と、
上記ケーシング本体の両端と軸受部との間のシール部材の近傍に設けた冷却通路に冷媒を流通させて上記シール部材の周辺を冷却する冷却工程と、
加熱されながら撹拌処理された被処理物を排出口から排出する排出工程とを含む構成とする。

上記の構成によると、本体ケーシングを加熱しているときに、冷却通路に冷媒を流通させてシール部材の周辺を冷却するので、ケーシング本体の熱がシール部材に伝わりにくくなり、シール部材の寿命が格段に向上する。

以上説明したように、本発明によれば、ケーシング本体と軸受部との間を封止するシール部材の少なくとも一方側にシール部材を冷却する冷却通路を形成したことにより、軸受の貫通孔の周辺に設けるシール部材の耐久性を上げることができる。

高気密型リアクタを示す概要図である。 高気密型リアクタを一部破断して示す斜視図である。 ケーシング本体及び軸受部を一部破断して示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態の高気密型リアクタ１を示し、この高気密型リアクタ１は、長手方向中間に撹拌羽根２ａを有して回転しながら被処理物Ａを撹拌羽根２ａで撹拌する、例えば一対の撹拌軸２を有する。この撹拌軸２は、密閉状のケーシング本体３内に回転可能に支持されている。撹拌羽根２ａの形状、位置、個数などの構成は特に限定されない。ケーシング本体３は、撹拌軸２の両端２ｂ，２ｃがそれぞれ挿通される一対の軸用貫通孔３ａ，３ｂと、被処理物Ａが投入される投入口３ｃ及び撹拌後の被処理物Ａが排出される排出口３ｄを有する。また、ケーシング本体３のエアを吸い込む吸引部３ｅがケーシング本体３の上部に設けられている。なお、図２及び図３では、投入口３ｃ及び吸引部３ｅは省略されている。原料供給機４ａから供給された被処理物Ａを供給機４ｂで撹拌した後、投入口３ｃから被処理物Ａが供給される。真空ポンプ５により吸引部３ｅからエアが吸い込まれ、ケーシング本体３内は、真空に近い状態に保たれる。例えば、ケーシング本体３内は、１Ｐａ〜０．６ＭＰａに保たれる。ケーシング本体３の外周を覆うヒーターやケーシング本体３に設けたジャケット等よりなる加熱部１５又は後述する軸内熱媒体流通路２ｄ等により、ケーシング本体３内は、３５０℃程度まで加熱可能となっている。例えば、図２及び図３に示すように、加熱部１５からの熱媒体をケーシング本体３に設けたジャケットに流通させるための熱媒体流通用ポート３ｇが設けられている。

ケーシング本体３の一対の軸用貫通孔３ａ，３ｂから飛び出す撹拌軸２の両端２ｂ，２ｃは、軸受部６でそれぞれ回転可能に支持されている。軸受部６内は、図示しないシールで両端２ｂ，２ｃを回転可能且つ密閉状に支持している。軸受部６内のシールによりある程度密閉は保たれるが、依然として一対の軸用貫通孔３ａ，３ｂと反対側の軸受部６の貫通孔６ａから飛び出す撹拌軸２の両端２ｂ，２ｃは、密閉性の確保が必要となる。そこで本実施形態では、これら貫通孔６ａから飛び出す撹拌軸２の両端２ｂ，２ｃを貫通孔密閉部７でそれぞれ密閉状に覆っている。貫通孔密閉部７は、例えば、鋼板の製缶品よりなり、パッキンなどを介してボルト等で軸受部６に密閉状に連結されている。

そして、撹拌軸２の入力端２ｃは、貫通孔密閉部７からさらに密閉状減速機室８内へ延び、密閉状減速機室８の連結軸８ａを介し、駆動モータ９の出力軸９ａから回転力が伝達されるようになっている。

一方、詳細は図示しないが、撹拌軸２の内部には、加熱部の他の方式として、熱媒体が流通する軸内熱媒体流通路２ｄが形成されている。高気密型リアクタ１は、この軸内熱媒体流通路２ｄに熱媒体を熱媒体供給機１１から供給し、また熱媒体供給機１１に回収する熱媒体供給路１０を備えている。そして、入力と反対側の端部２ｂ側の貫通孔密閉部７内に設けられたロータリジョイント１２を介して熱媒体供給路１０が軸内熱媒体流通路２ｄと接続されている。

そして、図３にも示すように、ケーシング本体３の両端の本体側フランジ部３ｆと、軸受部６の軸受側フランジ部６ｂとの間には、Ｏリングよりなるシール部材２０がそれぞれ設けられている。本実施形態では、ケーシング本体３が一対の撹拌軸２を収容するので幅が広くなっており、このシール部材２０は、長円形状となっているが、長円形状に限定されない。

そして、投入口３ｃ側のシール部材２０を挟持する本体側フランジ部３ｆには、このシール部材２０に対応した長円形状に第１冷却通路２１が形成されている。例えば、この第１冷却通路２１は、上方に第１入口２１ａと第１出口２１ｂとがそれぞれ形成されていて、冷媒供給装置２４から適温の熱媒体が供給されて第１冷却通路２１内を通り、冷媒供給装置２４に戻るようになっている。なお、この第１冷却通路２１は、軸受側フランジ部６ｂに設けられていてもよい。

本実施形態のように、投入口３ｃ側の軸受部６の内部にも軸受部内冷却通路２５を設け、これにより、軸受部６内の冷却を行って、軸受部６内に設けた各種シールが高熱になるのを防ぐようにしてもよい。

一方、排出口３ｄ側のシール部材２０を挟持する本体側フランジ部３ｆと軸受側フランジ部６ｂとには、このシール部材２０に対応した長円形状に第２冷却通路２２及び第３冷却通路２３が形成されている。これらの第２冷却通路２２及び第３冷却通路２３の上方には、第２入口２２ａ及び第２出口２２ｂ並びに第３入口２３ａ及び第３出口２３ｂがそれぞれ形成されており、冷媒供給装置２４から適度に冷却された又は室温の冷媒が供給されるようになっている。なお、排出口３ｄ側においても、第２冷却通路２２及び第３冷却通路２３の一方のみが設けられていてもよい。

次に、本実施形態に係る高気密型リアクタ１の作動について説明する。

まず、準備工程で、上記高気密型リアクタ１、粉体の被処理物Ａ、溶媒等を準備する。

次いで、加熱工程において、熱媒体供給機１１から加熱された熱媒体を熱媒体供給路１０へ供給し、ロータリジョイント１２を通過させて軸内熱媒体流通路２ｄ内に供給し、この軸内熱媒体流通路２ｄを通った熱媒体を熱媒体供給機１１に戻して再び加熱する。また、場合により、上述した加熱部１５による加熱も加えられ、稼働中のケーシング本体３内は、例えば、１Ｐａ〜０．６ＭＰａに保たれて３５０℃程度まで加熱される。

また投入工程において、原料供給機４ａで粉体の被処理物Ａが供給され、溶剤、触媒等が加えられながら供給機４ｂで撹拌され、撹拌された被処理物Ａが投入口３ｃから投入される。

また排気工程において、撹拌軸２が所定の回転速度で回転されているときに、真空ポンプ５で真空引きされる。揮発した溶剤等は、真空ポンプ５によってケーシング本体３から吸い出され、処理機１３で所定の処理が行われた後、溶剤等が取り除かれたエアが大気に放出される。

また撹拌工程では、上記加熱工程で加熱された状態で、撹拌軸２を所定の回転速度で回転させながら被処理物Ａを撹拌する。

また、冷却工程では、加熱工程で本体ケーシング３側を加熱するのに合わせ、ケーシング本体３の両端と軸受部６との間のシール部材２０の近傍に設けた第１〜第３冷却通路２１，２２，２３に冷媒を流通させてシール部材２０の周辺を冷却する。

そして、排出工程において、加熱されながら撹拌処理された被処理物Ａを排出口３ｄから排出する。

一連の工程において、気密性を必要とされるケーシング本体３の一対の軸用貫通孔３ａ，３ｂは、その外側に設けた軸受部６で覆われている。軸受部６と、本体ケーシング３との接続面にもシール構造が設けられるが、この軸受部６もある程度高温に晒されるので、従来は、熱に弱いウィルソンシール等のシール構造は設けられなかった。

しかし、本実施形態では、投入口３ｃ側のように軸受側フランジ部６ｂ側に冷却通路を設けられないような場合でも、少なくとも本体側フランジ３ｆに第１冷却通路２１を設けることで、シール部材２０を効果的に冷却できる。この第１冷却通路２１の冷却効果により、本体ケーシング３からの熱は、軸受部６へ伝わりにくくなるので、軸受部６に設けた他のシール構造も熱の影響を受けにくくなる。また上述したように軸受部内冷却通路を設ければ、軸受部６内の各種シールはさらに効果的に熱影響から保護される。

一方で、排出口３ｄ側のようにシール部材２０の両側にシール部材２０の形状に合わせて挟み込むように第２及び第３冷却通路２２，２３を設ける場合には、さらに確実にシール部材２０の熱影響を効果的に防ぐことができ、シール部材２０の寿命が向上する。第２及び第３冷却通路２２，２３の冷却効果によっても、本体ケーシング３からの熱は、軸受部６へ伝わりにくくなるので、軸受部６に設けた他のシール構造も熱の影響を受けにくくなる。

したがって、本実施形態に係る高気密型リアクタ１によると、ケーシング本体３と軸受部６との間を封止するシール部材２０の周辺にシール部材２０を冷却する第１〜第３冷却通路２１，２２，２３を形成したことにより、軸受部６の貫通孔６ａの周辺に設けたシール部材２０に熱が伝わりにくくして、その耐久性を上げることができる。このため、特別な耐熱性の高いシール部材を有さなくてもよくなる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、撹拌羽根２ａの内部に軸内熱媒体流通路２ｄを設けたが、これは設けられていなくてもよく、その場合には、加熱部１５により本体ケーシング３が加熱される。軸内熱媒体流通路２ｄを省く場合、ロータリジョイント１２や熱媒体供給路１０を設ける必要はない。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 高気密型リアクタ
２ 撹拌軸
２ａ 撹拌羽根
２ｂ 端部
２ｃ 入力端
２ｄ 軸内熱媒体流通路（加熱部）
３ ケーシング本体
３ａ，３ｂ 軸用貫通孔
３ｃ 投入口
３ｄ 排出口
３ｅ 吸引部
３ｆ 本体側フランジ部
３ｇ 熱媒体流通用ポート
４ａ 原料供給機
４ｂ 供給機
５ 真空ポンプ
６ 軸受部
６ａ 貫通孔
６ｂ 軸受側フランジ部
７ 貫通孔密閉部
８ 密閉状減速機室
８ａ 連結軸
９ 駆動モータ
９ａ 出力軸
１０ 熱媒体供給路
１１ 熱媒体供給機
１２ ロータリジョイント
１３ 処理機
１５ 加熱部
２０ シール部材
２１ 第１冷却通路
２１ａ 第１入口
２１ｂ 第１出口
２２ 第２冷却通路
２２ａ 第２入口
２２ｂ 第２出口
２３ 第３冷却通路
２３ａ 第３入口
２３ｂ 第３出口
２４ 冷媒供給装置
２５ 軸受部内冷却通路

Claims (4)

1. 長手方向中間に撹拌羽根を有して回転しながら被処理物を該撹拌羽根で撹拌する撹拌軸と、
   上記撹拌軸の両端がそれぞれ挿通される一対の軸用貫通孔、上記被処理物が投入される投入口及び撹拌後の被処理物が排出される排出口を有する密閉状のケーシング本体と、
   上記ケーシング本体のエアを吸い込む吸引部と、
   上記ケーシング本体の一対の軸用貫通孔から飛び出す上記撹拌軸の両端をそれぞれ回転可能に支持する軸受部と、
   上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱部とを備えた高気密型リアクタであって、
   上記ケーシング本体と上記軸受部との間を封止するシール部材の少なくとも一方側には、該シール部材を冷却する冷却通路が形成されている
   ことを特徴とする高気密型リアクタ。
2. 請求項１に記載の高気密型リアクタにおいて、
   上記冷却通路は、上記ケーシング本体における、上記シール部材の近傍に該シール部材の形状に合わせて設けられている
   ことを特徴とする高気密型リアクタ。
3. 請求項１又は２に記載の高気密型リアクタにおいて、
   上記冷却通路は、上記軸受部における、上記シール部材の近傍に該シール部材の形状に合わせて設けられている
   ことを特徴とする高気密型リアクタ。
4. 長手方向中間に撹拌羽根を有して回転しながら被処理物を該撹拌羽根で撹拌する撹拌軸と、上記撹拌軸の両端がそれぞれ挿通される一対の軸用貫通孔、上記被処理物が投入される投入口及び撹拌後の被処理物が排出される排出口を有する密閉状のケーシング本体と、上記ケーシング本体のエアを吸い込む吸引部と、上記ケーシング本体の一対の軸用貫通孔から飛び出す上記撹拌軸の両端をそれぞれ回転可能に支持する軸受部と、上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱部とを備えた高気密型リアクタを準備する準備工程と、
   上記加熱部により上記ケーシング本体の内部を加熱する加熱工程と、
   被処理物をケーシング本体の投入口から投入する投入工程と、
   上記撹拌軸を所定の回転速度で回転させながら上記被処理物を撹拌する撹拌工程と、
   上記ケーシング本体の両端と軸受部との間のシール部材の近傍に設けた冷却通路に冷媒を流通させて上記シール部材の周辺を冷却する冷却工程と、
   加熱されながら撹拌処理された被処理物を排出口から排出する排出工程とを含む
   ことを特徴とする被処理物の撹拌方法。

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