JP2022028574A - 攪拌体及び利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、効果的な攪拌を可能とする攪拌体及び利用方法を提供することにある。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、回転板及び該回転板と接合する回転盤並びに該回転板を直接または間接的に取り付けられる回転軸からなり、該回転盤が開口を有するかまたは開口を形成することを特徴とする攪拌体及び該攪拌体は上方に開口を向けて容器内に設置されることを特徴とする利用方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を中心に回転することにより、各種流体を効果的に駆動させる攪拌体及びその利用方法に関する。

従来、一般的に攪拌機に用いる攪拌体には回転羽根が使用される。回転羽根を具体的に例示すればプロペラ翼、タービン翼等である。

プロペラ翼は軸方向に押し出す流動が主であり、横方向への流動が弱いため、攪拌槽の広がりが大きい場合には、大きなプロペラ翼を必要とする。そのため、攪拌時の抵抗も大きく、大きな動力を必要とする問題がある。また、プロペラ翼の真下には、攪拌流が生じにくく、被攪拌物が堆積することが往々にあり、高速回転を余儀なくされる。

その結果として、液面が大きく乱れて、空気を巻き込んだり、液跳ねを生じさせたりする。このような問題に対し、プロペラ翼の形状を工夫した攪拌装置（例えば、特許文献１参照）等が提案されている。

また、プロペラ翼とは異なる形状の攪拌体の提案もなされる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０－２４０６１２号公報 特開２０１５－０４７５４０号公報 特開２０１３－２３３４７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の攪拌装置は、プロペラ翼の形状を工夫し攪拌効果を高めているが、依然としてプロペラ翼の駆動に多大な動力を必要とする割に攪拌効率が低いという点に変わりなかった。また、被攪拌物の粘性が非常に高い場合には、そもそも被攪拌物中でプロペラ翼を回転させることが困難となることもある。

特許文献２では、全くプロペラ翼と異なり、大きな液流を発生させて粘性の高い液体や固形物を含む混合液体の流通を良くし、滞留や目詰まりを防止し円滑な流通によって撹拌効率を向上させる遠心撹拌体であり、ユニークであるものの、水流をもたらす水量が攪拌体に比して小さく、大きな攪拌力を提供することが困難である。

特許文献３では、特許文献２同様にプロペラ翼を有さず、ユニークであるが、攪拌体の大きさに比して液攪拌に使用される容量小さく、攪拌効率が小さい。また、大容量の攪拌を行うために攪拌体を大きくすると、その重量が過大となり事実上使用できないという問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、大容量の攪拌に対応する効率的な流体流を可能とする攪拌体を提供するものである。

本発明者は、上記の目的を達成するために、鋭意検討をした結果、下記の発明に到った。即ち、本発明は以下の［１］～［５］に関するものである。
［１］回転板及び該回転板の相対する端面と接合する少なくとも１つの回転盤並びに該回転板を直接または間接的に取り付けられる回転軸からなり、該回転盤の少なくとも１つが開口を有するかまたは開口を形成することを特徴とする攪拌体。
［２］回転板の相対する端面のそれぞれと接合する２つの回転盤の少なくとも１つの回転盤が開口を有するかまたは開口を形成することを特徴とする［１］に記載の攪拌体。
［３］２つの回転盤の大きさが同一でないことを特徴とする［１］及び［２］に記載の攪拌体。
［４］回転盤が延伸管を備え、該延伸管は開口の一部分もしくは全てを該延伸管内に含むことを特徴とする［１］、［２］及び［３］に記載の攪拌体。
［５］延伸管が該延伸管の側面に孔を有することを特徴とする［４］に記載の攪拌体。
［６］［１］、［２］、［３］、［４］及び［５］に記載の攪拌体は、上方に開口を向けて容器内に設置されることを特徴とする利用方法。

本発明によれば、大容量の攪拌にも対応できる効率的な液流を可能とする。

本発明に関わる攪拌体及び攪拌体の利用に関して以下の図によって示す。但し、ここに示したものは本発明の理解を補助するものであり、本発明を限定するものではない。
本発明の攪拌体を構成する部分の名称を示す図である。 本発明の請求項１に記載される攪拌体の構成を示す例図である。 本発明の請求項２に記載される攪拌体の構成を示す例図である。 本発明の請求項３に記載される攪拌体の垂直断面の例図である。 本発明の請求項４に記載される攪拌体の構成を示す例図である。 攪拌体の構成部の長さを表す図である。

図１は本発明中で使用する言葉が示すところの理解を目的とした図である。図１で示す攪拌体は、上回転盤２と回転板４の上側の端面６が接合され、下回転盤３と回転板４の下側の端面７が接合され、回転板４は回転軸に取付けるためのスリーブ５と接合される。攪拌動力に繋がる回転軸１がスリーブ５に納められ、回転軸は孔１０を通してボルトで固定され、本発明の攪拌体が構成される。ここでの上下は図中の上下を示し、攪拌体の利用方法における上下を意味しない。

上回転盤２は延伸管１１の内径と同じ径の孔を有し、スリーブ５に接することなく、上回転盤が回転板の端面６と接合される。これにより開口８を形成し、開口８は延伸管１１の中に含む形で設けられる。

同様に、下回転盤３はスリーブ５と接することなく、回転板４の下側の端面７と接合され、開口９を形成し、開口９を管内に含む延伸管１２が設けられる。

図２は、請求項１に記載される攪拌体例の構成を示す図である。上回転盤２と回転板４の上側の端面６が接合され、回転板４は回転軸に取付けるためのスリーブ５と接合される。回転板と接合する回転盤上に設けられた開口８が例示される。攪拌動力に繋がる回転軸１がスリーブ５に納められ、回転軸は孔１０を通してボルトで固定され、請求項１の攪拌体が構成される。ここでは、下回転盤があっても、無くても構わず、図２では下回転盤が記載されていない。

図１及び図２では、回転板４は、回転軸１にスリーブ５を通して固定されるが、直接的に回転軸１に接合することも可能である。

図３は、請求項２に記載される攪拌体例の構成を示すための図である。図３（１）では、上回転盤２と回転板４の上側の１つの端面６が接合され、下回転盤３と回転板４の下側の１つの端面７が接合され、回転板４は回転軸に取付けるためのスリーブ５と接合される。攪拌動力に繋がる回転軸１がスリーブ５に納められ、回転軸は孔１０を通してボルトで固定される。上回転盤２は中央に孔を有し、該孔はスリーブ５と接合もされ、上回転盤２は開口を有さないし、備えない。

図３（２）では、回転軸１は省略されている。図３（１）と同様に上回転盤２は回転板４の上側に端面６と接合されるとともに、スリーブ５にも接合される。また、上回転盤は２つから構成され、図３（２）で示す開口８を回転盤２は有する。回転板４は、回転軸１にスリーブ５を通して固定されるが、直接的に回転軸１に接合されることも可能である。

また、図３（１）、（２）共に、下回転盤３がスリーブ５に接することなく開口９を形成することを例示しているが、図３（２）で示す上回転盤に設けた開口を下回転盤に更に設けることも可能である。

図４は、請求項３に記載される攪拌体の垂直断面の例図である。図４（１）、（２）では、上回転盤２が下回転盤３より大きい場合が例示されるが、上回転盤が下回転盤より小さいことも可能である。また、（１）では回転板の端面が回転盤に合致し、回転板が台形状になっているが、（２）で示すように回転板が、回転盤と異なる長さを持つこともできる。剪断を必要とする攪拌の場合は図４（２）に示す回転板が回転盤から外に出ることが好ましい。

図５は、請求項４に記載される攪拌体例の構成を示す図である。（１）では、回転軸１を省略しているが、上下の回転盤に開口を備え、上回転盤２はスリーブ５と接合し、開口は孔を設けることによって開口８を作成する。下回転盤３の開口９は延伸管１２を備える。また、（２）では開口８及び開口９がそれぞれ延伸管１１及び１２を備えることを例示する。

さらに、図５（３）では上回転盤２は、開口８を管内に含む延伸管１１を備え、該延伸管は請求項５に記載の孔１３を側面に有する。また、下回転盤３は開口９を有し、延長管１２は、開口９を含み、請求項５に記載の孔１４を側面に有することを例示する。

延伸管の側面に設けられた孔は、形状を問わず、円形である必要はなく、四角形などの形であっても良い。延伸管の側面に図６（３）の延伸管１１に示すように正対して同じ大きさの孔を設けることができる。該孔は回転しながら液を吸入し、攪拌効果を高める作用がある。この効果を高めるために、図６（３）の下の延伸管で例示するように、非対称の孔を設けることもできる。延伸管から吸入する場所を調整するために、開口部の大きさを調整することができる。

延伸管の側面の孔からの吸入を増加するために、延伸管の先端の開口を一部もしくは全部封じることは有効である。その際に、非対称に封じる事や延伸管の側面に孔を非対称に設けることは、槽内の液の流動に摂動を与えることで槽内を液の流動性を乱し、液の回転を抑制し、攪拌効果を高めるため好ましい。

回転板の枚数に特に制限はないが、４枚以上、６枚以上あると液の流動が滑らかで好ましい。回転板は、変形四角形であっても良い。特に、上もしくは下方向への吹き出しを強めるために上下の回転盤の大きさを変えることは好ましい方法である。

回転盤は一般に平板を使用するが、特に液の粘度、不均一系などの要因によって湾曲したものを選択することもできる。

本実施形態にかかる攪拌体は種々の材料で作成することができる。すなわち、鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム及び種々の合金等の金属、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリイミド、フッ素樹脂などの汎用及びエンジニヤリング高分子から作成することができ、さらにスーパーエンプラ、さらにはそれらの混合物、ポリマーアロイ、フィラー強化材、コンポジット等から作成することができ、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂から作成することもできる。また、攪拌体表面を別の材料でコート、被覆、塗装、化学的処理、物理的処理することも可能である。

ここまで、攪拌体の構造について記載してきたが、本発明の利用方法について記す。攪拌体の説明の便宜上、図に上下の表記を行ない、説明の理解を図ってきたが、その記載は、攪拌体の利用方法における上下ではなく、これまでに記載した上下に捉われる必要はない。容器内の効果的な攪拌は、攪拌体を容器の下方に設置し、開口を上方に向けて設置するのが良い。さらに、容器底に堆積するものが多い場合には、底からの吸入も図るべく、下方にも開口を有することが好ましい。容器が深い場合には延伸管を備えた攪拌体を用いて、前述のように設置するのが好ましい。さらには、該延伸管の側面に孔を備えることが攪拌体を、容器底近くに設置することが好ましい。

また、本発明の攪拌体は複数組み合わせて使用することもでき、既存のプロペラ等の攪拌体と共に攪拌軸に備えて使用することもできる。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を説明する。実施例で対比に使用するものは、全長１２０ｍｍの４枚羽根のプロペラ攪拌機である。３５０ｍｍφ、６００ｍｍ高さの円筒状の容器を使用して、底から４５０ｍｍまで水で満たした。約１ｍｍの大きさのポリエチレンテレフタレート樹脂細粒（比重：１．３）、ポリスチレン樹脂細粒（比重：１．０４）を入れて、液流及び堆積物への攪拌効果を観察した。

使用する攪拌体を図６に示す。図６（１）は攪拌体を下方から見た平面図及び（２）は側面図であり、図中には、図１で示した構成部分を示す番号と関係する構成部分の長さを記した。

実施例で使用する攪拌体を図６（２）に示す攪拌体の各構成部分の長さを表１に示す。

表１の番号１の攪拌体を１２０ｒｐｍの条件で使用した。

攪拌体の設置は、容器底面から攪拌体の最下部までの距離を１００ｍｍである。その結果を表２に示した。

番号２の攪拌体を使用した以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

番号３の攪拌体を使用した以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

番号４の攪拌体を使用した以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

番号５の攪拌体を使用し、攪拌体の設置を容器底面から攪拌体の最下部までの距離を５０ｍｍにした以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

番号６の攪拌体を使用し、攪拌体の設置を容器底面から攪拌体の最下部までの距離を３０ｍｍにした以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

比較例１

１２０ｍｍの翼長を有する４枚羽根のプロペラ翼を使用し、回転速度を表２に示すように高めた以外は実施例１と同一条件で実施し、その結果を表２に示した。

本発明の攪拌体は静謐性に優れ、大きな攪拌性能を有し、小規模の攪拌ばかりでなく、大規模の攪拌に利用される。

１ 回転軸
２ 上回転盤
３ 下回転盤
４ 回転板
５ 回転軸に固定するスリーブ
６ 回転板の上側の端面
７ 回転板の下側の端面
８ 上回転盤に設けられた上開口
９ 下回転盤に設けられた下開口
１０ 回転軸に固定用孔
１１ 上回転盤に設けられた上延伸管
１２ 下回転盤に設けられた下延伸管
１３ 上延伸管側面に設けられた孔
１４ 下延伸管側面に設けられた孔
１Ｈ 回転軸径
２Ｈ 上回転盤の半径
３Ｈ 下回転盤の半径
４Ｖ 上回転盤と下回転盤間の距離
５Ｈ 回転軸に固定するスリーブ径
８Ｈ 上開口の半径
９Ｈ 下開口の半径
１１Ｈ 上延伸管の半径
１１Ｖ 上延伸管の長さ
１２Ｈ 下延伸管の半径
１２Ｖ 下延伸管の長さ

Claims (6)

1. 回転板及び該回転板の相対する端面と接合する少なくとも１つの回転盤並びに該回転板を直接または間接的に取り付けられる回転軸からなり、該回転盤の少なくとも１つが開口を有するかまたは開口を形成することを特徴とする攪拌体
2. 請求項１において、回転板の相対する端面のそれぞれと接合する２つの回転盤の少なくとも１つの回転盤が開口を有するかまたは開口を形成することを特徴とする攪拌体
3. 請求項１及び請求項２において、２つの回転盤の大きさが同一でないことを特徴とする攪拌体
4. 請求項１、請求項２及び請求項３において、回転盤が延伸管を備え、該延伸管は開口の一部分もしくは全てを該延伸管内に含むことを特徴とする攪拌体
5. 請求項４において、延伸管が該延伸管の側面に孔を有することを特徴とする攪拌体
6. 請求項１から請求項５に記載の攪拌体は、上方に開口を向けて容器内に設置されることを特徴とする利用方法

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