JP2021181038A - 撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被撹拌物（スラリー）の均一な撹拌・混合を行うことのできる撹拌装置の提供。【解決手段】撹拌装置１０は撹拌室２２を有する撹拌容器２０、複数のポンプ羽根３２を備えたポンプ羽根車３０、ポンプ羽根車３０を回転駆動する回転駆動軸４０、およびポンプ羽根車３０にスラリーを案内するための案内環５０を備え、案内環５０は、ポンプ羽根３２を取り囲み下方に向かって拡径する傾斜内周壁５２ａを備えた包囲部５２、スラリーをポンプ羽根車３０に導く下方に向かって縮径する環状導入部５３、包囲部５２から下方に延びた第１の垂直内周壁５４、ポンプ羽根車３０からのスラリーを案内環５０の周囲の撹拌室２２に排出する環状排出部５６、を備え、環状排出部５６は、複数形成された排出開口を備え、ポンプ羽根３２の第１の先端縁３２ａは案内環５０の包囲部５２の傾斜内周壁５２ａに対して第１の隙間を介して並行している、撹拌装置。【選択図】図１

Description

本発明は、撹拌装置に関し、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、誘電材、フェライト、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー、他のプレミックスおよび撹拌処理のための使用に特に適しているが、これに限定されるものではない。

撹拌装置としては、例えば、特開昭５０−１２８２６４号公報に開示されたミキサーが知られている。

特開昭５０−１２８２６４号公報

しかしながら、特許文献１では、撹拌容器内上部の混合溶液すなわち被撹拌物（以下、スラリーという）の流れが乱流になり、均一な撹拌を望めないことから、空気を含む継粉が液面近くに滞留したままとなり、処理時間が長くなるという欠点がある。

そこで、本発明は、スラリーの均一な撹拌・混合を行うことのできる撹拌装置を提供する。

上記課題は、本発明の下記（１）〜（７）の構成の撹拌装置によって達成される。
（１）
スラリーが投入される撹拌室を有する撹拌容器、前記撹拌室の下部に配置され、複数のポンプ羽根を備えたポンプ羽根車、前記ポンプ羽根車から下方に前記撹拌容器を貫通して延び、前記ポンプ羽根車を回転駆動する回転駆動軸、および前記ポンプ羽根車にスラリーを案内するための案内環を備え、
前記ポンプ羽根は、前記ポンプ羽根車の前記回転駆動軸に向かって斜め内側上方向に延びる第１の先端縁を備え、
前記案内環は、前記ポンプ羽根を取り囲み下方に向かって拡径する傾斜内周壁を備えた包囲部、前記包囲部から上方に延びスラリーを前記ポンプ羽根車に導く下方に向かって縮径する環状導入部、前記包囲部から下方に延びた第１の垂直内周壁、前記ポンプ羽根車からのスラリーを前記案内環の周囲の前記撹拌室内に排出する環状排出部、を備え、
前記環状排出部は、その周囲に間隔を隔てて複数形成された排出開口を備え、
前記第１の先端縁は前記案内環の前記包囲部の前記傾斜内周壁に対して第１の隙間を介して並行している、
ことを特徴とする撹拌装置。
（２）
前記案内環の前記環状導入部と前記包囲部との間には、第２の垂直内周壁が設けられている前記（１）の撹拌装置。
（３）
前記案内環の上部に延長用補助案内環を備えている前記（１）または（２）の撹拌装置。
（４）
前記環状導入部には、十字状の自由流れ規制部材が設けられている前記（１）〜（３）のいずれかの撹拌装置。
（５）
前記環状導入部の上部に、前記環状導入部の周壁から半径方向外方に延びる邪魔板が設けられている前記（１）〜（４）のいずれかの撹拌装置。
（６）
前記ポンプ羽根は、垂直方向に延びる第２の先端縁を有する下方部分を更に備え、
前記ポンプ羽根の前記第２の先端縁は前記垂直内周壁に対して、第２の隙間を介して並行している前記（１）〜（５）のいずれかの撹拌装置。
（７）
前記案内環は、スラリーの流れを、前記ポンプ羽根車の作用も相俟って軸流とし、更に前記環状排出部に設けた前記排出開口を介して噴流とし、これによって、前記撹拌室の周囲部を上昇流路とし、前記撹拌室の中央部を下降流路とする循環流路を流れる螺旋流とする前記（１）〜（６）のいずれかの撹拌装置。

本発明の撹拌装置によれば、スラリーの均一な撹拌・混合を行うことができる。

本発明の第一実施形態による撹拌装置を示す縦断面図である。 図１の撹拌装置の平面図である。 図１の案内環の環状排出部の水平断面図である。 図１の案内環の環状導入部の水平断面図である。 本発明の第二実施形態による撹拌装置を示す縦断面図である。 本発明の第三実施形態における撹拌装置のポンプ羽根の変形例について主要部を拡大して示した縦断面図である。 図１〜図６に示した本発明の実施形態による撹拌装置を組み込んだ循環型粉砕系を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

＜全体構成＞
図１〜図４を参照して、本発明の第一実施形態における撹拌装置１０について説明する。図１に示すように、撹拌装置１０は、撹拌容器２０、ポンプ羽根車３０、回転駆動軸４０、案内環５０、邪魔板６０、自由流れ規制部材６２を備えている。

＜撹拌容器＞
撹拌容器２０は、円筒状をなしており、その底面は皿形鏡板形状をなしている。撹拌容器２０は、撹拌室２２、スラリー排出部２６を備える。スラリー排出部２６は撹拌容器２０から外周方向に延びた管形状をしており、撹拌容器２０の下部に設けられていることが好ましい。スラリー排出部２６の外周方向の先端はキャップ等の容易に取り外し・組付けができる手段で塞げる構造であることが好ましい。
撹拌容器２０の外周には、冷媒体（通常は冷却水）を通すためのジャケット７０が設けられていることが好ましい。このジャケット７０には、下方部分に、冷却水を導入するための冷却水入口７２，上方部分に、冷却水を排出するための冷却水出口７４が設けられている。

上蓋２８は円盤状をなしており、管状のスラリー供給部２４を備える。上蓋２８は撹拌容器２０の上面に固定されている。固定の方法はボルトやクランプ等の比較的簡単に取り外し、組付けができるものが好ましい。

＜ポンプ羽根車＞
ポンプ羽根車３０は、撹拌室２２の下部に配置され、回転駆動軸４０により回転駆動させられるようになっている。回転駆動軸４０は、前記ポンプ羽根車３０から下方に前記撹拌容器２０を貫通して延び、その下部において、モーター等の駆動手段（図示せず）により駆動される。ポンプ羽根車３０は、斜流ポンプに使われる斜流ファンで構成されることが好ましい。

また、ポンプ羽根車３０は、複数枚のポンプ羽根３２を備え、各ポンプ羽根の第１の先端縁３２ａは、下端からポンプ羽根車３０の回転軸に向かって斜め内側上方向に延びている。ポンプ羽根車３０は、案内環５０により取り囲まれている。

＜案内環＞
案内環５０は、ポンプ羽根３２を取り囲み下方に向かって拡径する傾斜内周壁を備えた包囲部５２、包囲部５２から上方に延び、スラリーをポンプ羽根車に導く環状導入部５３、包囲部５２から下方に延びた第１の垂直内周壁５４、包囲部５２から下方に延び、ポンプ羽根車３０から噴出されるスラリーを、案内環５０の周囲の撹拌室２２内に排出する環状排出部５６を備えている。
案内環５０は、この環状排出部５６において、撹拌容器２０に直接あるいは間接に固定されている。

なお、環状排出部５６は、その下部周囲に間隔を隔てて複数形成された、排出開口５６ａを備えている。排出開口５６ａは、水平方向の長さよりも鉛直方向の長さが長い形状であってもよい。
また、案内環５０の環状導入部５３と包囲部５２の間には、環状導入部５３を介して、ポンプ羽根車３０に導入されるスラリーを整流化する第２の垂直内周壁５５が設けられていることが好ましい。

案内環５０の包囲部５２は、ポンプ羽根３２の第１の先端縁３２ａと僅かな隙間であるポンプ機能隙間（第１の隙間）ｇ１をもって並行して、斜めに延びる傾斜内周壁５２ａを備えている。

＜邪魔板＞
邪魔板６０は、案内環５０の上部に、案内環５０の周壁から半径方向外方に延びるように設けられている。

＜自由流れ規制部材＞
自由流れ規制部材６２は、環状導入部５３の内側に直接または間接的に固定され設けられている。自由流れ規制部材６２は、回転駆動軸を中心とした十字形で、回転軸方向に延びた形状をしている。

＜撹拌装置の動作＞
図１を参照して、撹拌装置１０の動作について説明する。まず、上蓋２８に設けられたスラリー供給部２４を通じて、原料（スラリー）を投入する。ポンプ羽根車３０を回転駆動軸４０により回転させると、スラリーは案内環５０を通って、ポンプ羽根車３０が回転して発生した遠心力によって上方から吸い込まれる。このスラリーの流れ（軸流）を、軸方向の下降流路ｆ１とすると、この軸流は、包囲部５２によって斜め下放射方向に変換され、更にその環状排出部５６の排出開口５６ａを介して通過面積を絞ることで加速され噴流となる。また、排出開口５６ａを介してスラリーの流れの通過面積を絞ることで、スラリーの流れが軸流から噴流となるとともに、スラリー中の継粉や凝集粗大粒子を解砕する作用をなすものである。解砕は、スラリーの流れが環状排出部５６の内壁に衝突することによっても行われる。

環状排出部５６の排出開口５６ａから排出された噴流は、撹拌室２２の内壁に沿って上昇する。このスラリーの流れ（軸流）を、軸方向の上昇流路ｆ２とすると、この軸流は、再度、軸方向の下降流路ｆ１を通過しながら、スラリーは繰り返し撹拌される。

第一実施形態のポンプ羽根車３０を回転駆動軸４０により回転させると、軸流だけでなく、回転方向の旋回流も発生する。この軸流と旋回流が合わさったスラリーの流れを螺旋流という。この螺旋流により、せん断力も形成されるので、良好な混合分散・解砕の効果が見込まれる。螺旋流の中心位置では速度が極大化しており、強力にスラリー中の継粉や凝集粗大粒子を巻き込むことができる。また、スラリーの流れが逆行する場所がなく、流速が一定以上に保たれるため、沈降や滞留といった懸念が少ない。これらの効果はポンプ羽根車３０を速く回転させれば増幅するため、ポンプ羽根車３０の外径部での周速８ｍ／ｓを超えた回転数で運転することが好ましい。

邪魔板６０と自由流れ規制部材６２は、旋回流を弱め、軸流に変換する効果がある。軸流はポンプ羽根車３０に吸い込まれやすいので、邪魔板６０と自由流れ規制部材６２は、ポンプ能力の向上すなわち大流量スラリー循環流に寄与する。また、邪魔板６０と自由流れ規制部材６２は、液面の波立ちや旋回流による渦の発生による空気の巻き込み防止、すなわち整流化にも寄与する。

撹拌・混合を終えたスラリーはスラリー排出部２６を開けることで、自重、またはポンプ等の送液手段により、排出され、回収される。

このように、撹拌室２２内に大流量のスラリー循環流、すなわち螺旋流を形成し、移動混合することで、スラリーの均一な撹拌・混合を行うことができる。また、スラリーの流れが排出開口５６ａから排出される際、及び環状排出部５６の内壁に衝突する際に、スラリー中の継粉や凝集粗大粒子が解砕され、このこともスラリーの均一な撹拌・混合に寄与する。

次に、本発明の第二実施形態に係る撹拌機について図５を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については第一実施形態と同一の記号を付して詳細な説明を省略する。第二実施形態の撹拌機１０は、延長用補助案内環６４が設けられ、かつ邪魔板６０が省略されている点で第一実施形態と相違する。

第二実施形態の延長用補助案内環６４は案内環５０の上端を起点として回転駆動軸上方向に延びた円筒形状をなしている。延長用補助案内環６４の下部は案内環５０の上方に固定されている。

第二実施形態は、例えば第一実施形態よりも原料（スラリー）の投入量が多い場合に使用する。案内環５０に延長用案内環６４を備えることで、軸方向の上昇流路ｆ２から軸方向の下降流路ｆ１への変換は延長用案内環６４の上方で起こり、スラリー液面ＳＬＹ付近の継粉や凝集粗大粒子を強力に巻き込むことができるので、スラリーの均一な撹拌・混合に寄与する。

次に、本発明の第三実施形態に係る撹拌機について図６を参照して説明する。第三実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については第一実施形態と同一の記号を付して詳細な説明を省略する。第三実施形態の撹拌装置１０はポンプ羽根車３０の形状において第一実施形態と相違する。

第三実施形態のポンプ羽根車３０は、垂直方向に延びる第２の先端縁３３ａを有する垂直羽根３３と、先端縁３２ａが下方部分３３の先端縁３３ａの上端からポンプ羽根車３０の回転軸に向かって内側に斜め上方向に延びるポンプ羽根３２を備える。

第三実施形態のポンプ羽根３２の第２の先端縁３３ａは、案内環の環状排出部５０の第１の垂直内周壁５４に対して、微小隙間であるせん断機能隙間（第２の隙間）ｇ２を介して並行している。せん断機能隙間（第２の隙間）ｇ２の幅は、０．２〜２ｍｍ程度が好ましい。

ポンプ羽根車３０を回転駆動軸４０により回転させると、スラリー中の凝集粗大粒子はせん断機能隙間（第２の隙間）ｇ２で発生するせん断力により解砕される。したがって、スラリー中の凝集粗大粒子は、せん断機能隙間（第２の隙間）ｇ２および排出開口５６ａによって、二重の解砕作用を受ける。すなわち、第三実施形態においては、解砕作用が向上することにより、スラリーがより均一に撹拌・混合される。

以上説明した撹拌装置１０は、例えば、図７に示したように、メディア撹拌型粉砕機１００と組み合わせ、スラリーを循環させて撹拌・混合・粉砕を行うことができる。メディア撹拌型粉砕機１００には、撹拌装置１０からポンプＰによりスラリーが供給される。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態では、撹拌容器２０の底板は、皿形鏡板形状である例について説明したが、これに限定されることはない。例えば平鏡板形状であってもよい。

実施形態では、邪魔板６０の形状は図１に示したように四角形であるが、スラリーの螺旋流のうち、粉砕室２２外側回転方向の流れ成分の一部を軸方向に変換し得る形状であれば、この限りでなく、例えば、半円・楕円・三角形等とすることもできる。

実施形態では上蓋２８が備えられている構造について説明したが、これに限定されることはない。例えば上蓋２８を撹拌容器２０から外した構成であってもよい。そうすることで、スラリーは撹拌容器２０の上部から直接投入してもよいし、スラリー供給するためのホース等の配管を撹拌室２２に差し入れてもよい。

実施形態では撹拌容器２０にスラリー排出部２６が管状で備わっている形状について説明したが、これに限定されることはない。例えば撹拌容器２０の下部に開閉できる窓部を備えた構成であってもよいし、撹拌室２２内にホース等の配管を差し入れ、スラリーを吸い出す構成であってもよい。

第二実施形態では第一実施形態同様、案内環５０の上部に邪魔板６０が備わっている構造としてもよい。

第三実施形態では延長用補助案内環６４が案内環５０の上部に備わっている構造としてもよい。

１０ 撹拌装置
２０ 撹拌容器
２２ 撹拌室
２４ スラリー供給部
２６ スラリー排出部
２８ 上蓋
３０ ポンプ羽根車
３２ ポンプ羽根
３２ａ 第１の先端縁
３３ 垂直羽根
３３ａ 第２の先端縁
４０ 回転駆動軸
５０ 案内環
５２ 包囲部
５２ａ 傾斜内周壁
５３ 環状導入部
５４ 第１の垂直内周壁
５５ 第２の垂直内周壁
５６ 環状排出部
５６ａ 排出開口
６０ 邪魔板
６２ 自由流れ規制部材
６４ 延長用補助案内環
ｆ１ 軸方向の下降流路
ｆ２ 軸方向の上昇流路
ｇ１ ポンプ機能隙間（第１の隙間）
ｇ２ せん断機能隙間（第２の隙間）
ＳＬＹ スラリー液面

Claims (7)

1. スラリーが投入される撹拌室を有する撹拌容器、前記撹拌室の下部に配置され、複数のポンプ羽根を備えたポンプ羽根車、前記ポンプ羽根車から下方に前記撹拌容器を貫通して延び、前記ポンプ羽根車を回転駆動する回転駆動軸、および前記ポンプ羽根車にスラリーを案内するための案内環を備え、
   前記ポンプ羽根は、前記ポンプ羽根車の前記回転駆動軸に向かって斜め内側上方向に延びる第１の先端縁を備え、
   前記案内環は、前記ポンプ羽根を取り囲み下方に向かって拡径する傾斜内周壁を備えた包囲部、前記包囲部から上方に延びスラリーを前記ポンプ羽根車に導く下方に向かって縮径する環状導入部、前記包囲部から下方に延びた第１の垂直内周壁、前記ポンプ羽根車からのスラリーを前記案内環の周囲の前記撹拌室内に排出する環状排出部、を備え、
   前記環状排出部は、その周囲に間隔を隔てて複数形成された排出開口を備え、
   前記第１の先端縁は前記案内環の前記包囲部の前記傾斜内周壁に対して第１の隙間を介して並行している、
   ことを特徴とする撹拌装置。
2. 前記案内環の前記環状導入部と前記包囲部との間には、第２の垂直内周壁が設けられている請求項１の撹拌装置。
3. 前記案内環の上部に延長用補助案内環を備えている請求項１または２の撹拌装置。
4. 前記環状導入部には、十字状の自由流れ規制部材が設けられている請求項１〜３のいずれかの撹拌装置。
5. 前記環状導入部の上部に、前記環状導入部の周壁から半径方向外方に延びる邪魔板が設けられている請求項１〜４のいずれかの撹拌装置。
6. 前記ポンプ羽根は、垂直方向に延びる第２の先端縁を有する下方部分を更に備え、
   前記ポンプ羽根の前記第２の先端縁は前記第１の垂直内周壁に対して、第２の隙間を介して並行している請求項１〜５のいずれかの撹拌装置。
7. 前記案内環は、スラリーの流れを、前記ポンプ羽根車の作用も相俟って軸流とし、更に前記環状排出部に設けた前記排出開口を介して噴流とし、これによって、前記撹拌室の周囲部を上昇流路とし、前記撹拌室の中央部を下降流路とする循環流路を流れる螺旋流とする請求項１〜６のいずれかの撹拌装置。
   
   

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