JP2024062969A - 攪拌用インペラ - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌時間と消費電力が減少し、攪拌性能を向上させることができる攪拌用インペラを提供する。【解決手段】容器の内部に上下方向に配置される内軸と、内軸を囲むように配置される外軸とを含み、内軸には、前記内軸の長手方向に沿って水平方向に配置されるパドル翼と、前記内軸の下端に水平方向に配置され、容器の底面と近接して配置されるアンカー翼が設置され、外軸には、パドル翼とアンカー翼を囲むように配置され、容器の内壁面と近接して配置されるヘリカル翼が設置される、攪拌用インペラとする。【選択図】図１１

Description

本発明は、攪拌用インペラに関し、より具体的には、内軸にパドル翼とアンカー翼が設置され、外軸にヘリカル翼が設置される構造からなることにより、攪拌時間と消費電力が減少し、攪拌性能が向上する攪拌用インペラに関する。

攪拌技術は、化学分野だけでなく、化粧品、製薬、電子材料、食品、製紙、原油採掘、水処理など、様々な産業において核心工程技術（重要なプロセス技術）として位置付けられており、産業で使用される流体としては、高粘度流体、もしくは、特に、降状応力を有する粘塑性流体が使用されることが多い。

特に、二次電池活物質のスラリーは、粘度が高くて攪拌が難しいため、これを攪拌するために、現在、ＰＤミキサ（Planetary Disper Mixer）が使用されているが、これに適用されるヘリカル形状のインペラは、システムの全体において高いエネルギー散逸率を要し、非攪拌領域の大きさが大きいため、攪拌時間が長く、効率的な攪拌を行うことができない問題がある。

韓国登録特許第１０－１９１５４１３号（２０１８年１０月３０日登録）

本発明は、上記のような問題を解決するために導き出され、内軸にパドル翼とアンカー翼が設置され、外軸にヘリカル翼が設置される構造からなることにより、攪拌時間と消費電力が減少し、攪拌性能が向上することができる攪拌用インペラを提供することを目的とする。

本発明の一例による攪拌用インペラは、容器内の流体を攪拌するためのインペラであって、前記容器の内部に上下方向に配置される内軸と、前記内軸を囲むように配置される外軸とを含み、前記内軸には、前記内軸の長手方向に沿って水平方向に配置されるパドル翼と、前記内軸の下端に水平方向に配置され、前記容器の底面と近接して配置されるアンカー翼が設置され、前記外軸には、前記パドル翼とアンカー翼を囲むように配置され、前記容器の内壁面と近接して配置されるヘリカル翼が設置されてもよい。

前記内軸と外軸が逆の方向に回転し、前記内軸に設置された前記パドル翼とアンカー翼は、第１方向に回転し、前記外軸に設置された前記ヘリカル翼は、前記第１方向とは逆の方向である第２方向に回転するように構成されてもよい。

前記ヘリカル翼は、本体部と、前記本体部の下部に位置する底部とを含み、前記ヘリカル翼の底部は、少なくとも一部が前記アンカー翼と水平方向に同一線上に位置してもよい。

前記ヘリカル翼の底部と前記アンカー翼との間で前記流体内の固形物が粉砕されてもよい。

前記ヘリカル翼の底部と前記アンカー翼との最小間隔は、前記流体内の固形物の有効径以内に形成されてもよい。

前記アンカー翼の水平方向の外側端部面は、垂直に形成され、前記ヘリカル翼の底部のうち前記アンカー翼の水平方向の外側端部面に対向する外側端部面は、少なくとも一部分が垂直に形成されてもよい。

前記容器の底面と前記アンカー翼との間で前記流体内の固形物が粉砕されてもよい。

前記アンカー翼は、中心部から水平方向の外側に行くほど、前記容器の底面から前記アンカー翼の下端面までの距離が大きくなるように、前記アンカー翼の下端面が上昇する構造からなってもよい。

前記アンカー翼の下端面のうち、水平方向の外側端部と中心部の高さの差は、前記流体内の固形物の有効径以内に形成されてもよい。

前記ヘリカル翼の底部は、前記流体が前記ヘリカル翼に沿って上昇するように、回転方向に対して所定の角度、傾斜して形成されてもよい。

前記ヘリカル翼は、前記ヘリカル翼の外側面と前記容器の内壁面との間隔が、前記流体内の固形物の有効径以内になるように、前記容器の内壁面から所定の距離、離隔して配置されてもよい。

前記パドル翼のうち前記内軸から一方向に延びた部分を一側翼とすると、前記一側翼は、板状に形成され、前記流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度、傾斜して形成されてもよい。

前記ヘリカル翼は、前記容器内に流体の上昇流を形成し、前記パドル翼は、前記容器内に流体の下降流を形成してもよい。

前記パドル翼のうち前記内軸から一方向に延びる部分を一側翼とすると、前記一側翼は、前記内軸から延長方向に沿って一箇所まで形成される板状の中心部と、前記中心部の外側に形成される板状の外縁部とを含み、前記中心部は、前記流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度、傾斜して形成され、前記外縁部は、前記流体を上昇させるように、前記中心部とは逆の方向に傾斜して形成されてもよい。

前記ヘリカル翼と前記パドル翼の前記外縁部は、前記容器内に流体の上昇流を形成し、前記パドル翼の前記中心部は、前記容器内に流体の下降流を形成してもよい。

前記中心部の勾配と前記外縁部の勾配は、互いに同一であるか、互いに相違するように構成されてもよい。

前記中心部の水平方向の長さは、前記一側翼の全体の水平方向の長さの０．８０～０．８５倍であり、前記外縁部の水平方向の長さは、前記一側翼の全体の水平方向の長さの０．１５～０．２０倍であり、前記中心部の水平方向の長さは、前記容器の半径の０．５５～０．６０倍であってもよい。

前記パドル翼には、前記パドル翼を貫通する貫通孔が少なくとも一つ以上形成されてもよい。

前記貫通孔は、水平方向に延びたライン形状に形成され、前記貫通孔の上下方向の幅は、前記流体内の固形物の有効径の２倍以内に形成されてもよい。

前記攪拌用インペラは、前記流体を解重合するためのものであってもよい。

前記アンカー翼の両端には、前記ヘリカル翼の底部の内側面に沿って一定の隙間を形成するように突出する突出プレートが形成されてもよい。

前記突出プレートは、前記ヘリカル翼の底部と平行または交差した形態で取り付けられ、前記突出プレートの設置角度またはヘリカル翼の底部と対向する長さの変化により、前記ヘリカル翼の底部との交差面積を調整してもよい。

本発明によると、攪拌時間と消費電力が減少し、攪拌性能が向上することができる。

また、本発明は、解重合に最適化したインペラ構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態によるインペラを示す図である。 図１において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図である。 図１において外軸に設置されたヘリカル翼を分離して示す図である。 アンカー翼を分離して示す図である。 ヘリカル翼をまた示す図である。 インペラの一部をまた示す図である。 ヘリカル翼の底部とアンカー翼を拡大して示す図である。 ヘリカル翼の底部の様々な実施形態を示す図である。 ヘリカル翼の底部を分離して示す図である。 容器の底部分での流体の流れを説明するための図である。 本発明の第１実施形態による容器内の流体の流れを概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図である。 本発明の第１実施形態による容器内の流体の速度場を示す図である。 本発明の第２実施形態によるインペラを示す図である。 図１４において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図である。 図１５においてパドル翼を分離して示す図である。 図１５においてパドル翼を分離して示す図である。 本発明の第２実施形態による容器内の流体の流れを概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図である。 本発明の第２実施形態による容器内の流体の速度場を示す図である。 本発明の第３実施形態によるインペラを示す図である。 図２１において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図である。 図２２においてパドル翼を分離して示す図である。 図２２においてパドル翼を分離して示す図である。 本発明の第３実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図である。 本発明の第３実施形態による容器内の流体の速度場を示す図である。 ターゲット均一度に逹するまでにかかる攪拌時間を示す図である。 モータの消費電力を示す図である。 パドル翼の角度変化による攪拌性能とモータの消費電力を示す図である。 本発明の第４実施形態によるヘリカル翼とアンカー翼を示す図である。 図３０のＡ部分の拡大図である。 本発明の第４実施形態によるヘリカル翼の突出プレートの設置角度を例示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明について説明する。

本発明は、容器の内部に設置されて容器内部の流体（すなわち、攪拌対象物）を攪拌する攪拌用インペラに関する。流体は、ポリマー（例えば、ＰＥＴ、ＰＡ、ＰＵなど）であることができ、本発明のインペラは、当該ポリマーを解重合（Depolymerization）するための解重合攪拌用インペラであることができる。また、本発明は、このような解重合に最適化したインペラ構造を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態によるインペラを示す図であり、本発明のインペラ１０は、大きく分けて、内軸１１と外軸１２を含み、内軸１１にはパドル翼１００とアンカー翼２００が設置され、外軸１２にはヘリカル翼３００が設置される構造からなる。容器２０は、内部に流体を収容して攪拌する場所を提供するものであり、図示されているように、略円筒状に形成されることができる。

図２は、図１において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図であり、図３は、図１において外軸に設置されたヘリカル翼を分離して示す図である。

内軸１１は、容器の内部に、上下方向（または垂直方向）に配置される。内軸１１は、モータのような駆動部から動力の伝達を受けて回転する回転軸に該当する。内軸１１は、例えば、図２のように、一種の一字シャフトで構成され、容器の内部の中央に設置されることができる。

外軸１２は、内軸１１と同心に配置される。外軸１２も駆動部から動力の伝達を受けて回転する回転軸に該当する。外軸１２は、例えば、図３のように、上部にリングが形成され、下部に略四角形状の構造物が連結された構造からなることができ、内軸１１と同心をなすように、内軸１１を基準に対称構造からなることができる。外軸１２は、内部に内軸１１を収容しながら、上述の四角形状の構造物が容器２０の内壁面に近接して形成されることができる。

本実施形態において、内軸１１と外軸１２は、互いに逆の方向に回転するように構成されることができる。このように、内軸１１と外軸１２が逆の方向に回転するに伴い、内軸１１に設置されたパドル翼１００とアンカー翼２００は、第１方向に回転し、外軸１２に設置されたヘリカル翼３００は、第１方向とは逆の方向である第２方向に回転する。これは、後述するインペラ翼、すなわち、パドル翼１００、アンカー翼２００、ヘリカル翼３００の構造的特徴と結合し、容器内の流体の循環および固形物の生成防止などにおいて有利な利点を提供することができる。

内軸１１と外軸１２の回転速度は、互いに同一であるか、相違するように設定されることができる。内軸１１と外軸１２は、それぞれ、上述のように、駆動部から動力の伝達を受けて回転するが、この際、内軸１１と外軸１２は、それぞれ、別のモータから別に動力の伝達を受けるように構成されるか、または、ギヤボックスなどを介して一つのモータから生成される動力をそれぞれに分配するように構成されることができる。

図２をまた参照すると、内軸１１には、パドル翼１００とアンカー翼２００が設置される。

まず、パドル翼１００について説明すると、以下のとおりである。

パドル翼１００は、ピッチパドル（Pitched Paddle）インペラに該当する。パドル翼１００は、内軸１１の長手方向に沿って、内軸１１に水平方向（または半径方向）に設置される。パドル翼１００は、内軸１１から半径方向の一側（一方の側）と他側（他方の側）にそれぞれ延びた構造からなり、全体的に板状の構造からなる。

パドル翼１００は、容器内の流体の下降流を形成する。すなわち、容器内の流体の下降流は、主に、パドル翼１００によって形成される。このために、パドル翼１００は、流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度、傾斜して形成される。

より具体的には、パドル翼１００のうち内軸１１から一方向に延びた部分を一側翼１００Ａとすると、一側翼１００Ａは、板状に形成され、回転方向に対して勾配を有するように設置される。また、パドル翼１００のうち内軸１１から他方向に延びた部分を他側翼１００Ｂとすると、他側翼１００Ｂも板状に形成され、回転方向に対して勾配を有するように設置される。一側翼１００Ａと他側翼１００Ｂは、内軸１１を基準に対称構造を有し、互いに同じ大きさと形態に形成されることができる。以下、説明の便宜上、一側翼１００Ａのみを基準に説明する。

パドル翼１００、すなわち、一側翼１００Ａが傾斜した程度は、水平面を基準に４５゜に形成されることが好ましく、ただし、これに限定されず、１５～７５゜内において適宜設計変更することができる。

パドル翼１００は、多数個で構成されることができ、それぞれのパドル翼１００は、内軸１１の長手方向に沿って互いに離隔配置されることができる。ここで、それぞれのパドル翼１００は、互いに延びる方向が相違するように構成されることができる。例えば、図２のように、第１パドル翼１００－１は、第１方向に配置され、第２パドル翼１００－２は、第１方向とは相違する第２方向、すなわち、第１パドル翼１００－１と垂直な方向に配置されることができる。さらに、第３パドル翼１００－３は、第２パドル翼１００－２と垂直な方向に配置されることができ、図示していないが、その他にも、このような配列構造が繰り返されるように、パドル翼１００がさらに設置されることができる。パドル翼１００の数を調節して、容器内の流体の下降流の強度や程度を調節することができる。

次に、アンカー翼２００について説明すると、以下のとおりである。アンカー翼２００は、アンカーパドル（Anchor Paddle）インペラ１０に該当する。アンカー翼２００は、内軸１１の下端に水平方向に設置され、容器の底面に近接して配置される。アンカー翼２００は、内軸１１から半径方向の一側と他側にそれぞれ延びた構造からなり、全体的に板状の構造からなる。

アンカー翼２００は、容器内の底部分で流体の放射方向の流れを形成し、且つ固形物の粉砕機能を行う。より具体的には、アンカー翼２００と容器の底面との間で流体内の固形物（Lumps、塊）が粉砕され、粉砕された固形物は、アンカー翼２００の回転によって放射方向の外側に分散する。

アンカー翼２００は、粉砕能の向上のために、以下のような構造に形成されることができる。図４は、アンカー翼を分離して示す図であり、図示されているように、アンカー翼２００は、水平方向の外側から中心部に行くほど容器の底面からアンカー翼２００の下端面までの距離が小さくなるように、アンカー翼２００の下端面２００Ｄが下降する構造からなることができる。換言すれば、アンカー翼２００の半径方向の中心から外側に行くほど底面との間隔が大きく形成されるように、アンカー翼２００の下端面２００Ｄが半径方向の中心から外側に行くほど上昇する構造からなることができる。このように構成されることにより、様々な大きさの固形物を大きさ別に粉碎することができ、アンカー翼２００の粉砕能が向上することができる。

ここで、アンカー翼２００の下端面のうち、水平方向の外側端部と中心部の高さの差２００＿Ｈは、流体内の固形物の有効径以内（同一であるか小さい）に形成されることが、構造的な面で好ましい。固形物の有効径は、予め設定された値であり、流体の種類や状態などを考慮して適宜推定されることができ、有効径の推定平均値に該当することができる。

さらに、アンカー翼２００の水平方向の外側端部面２００Ｓは、垂直に形成されることができる。これは、ヘリカル翼３００との相互作用のためであり、詳細な内容は後述する。

図３をまた参照すると、外軸１２には、ヘリカル翼３００が設置される。ヘリカル翼３００は、パドル翼１００とアンカー翼２００を囲むように配置されるとともに、容器の内壁面に近接して配置される。

ヘリカル翼３００は、ヘリカルリボン（Helical Ribbon）インペラに該当する。本発明のヘリカル翼３００は、二つのヘリカルリボン３００－１、３００－２で構成されたダブルヘリカルリボンに該当することができる。

ヘリカル翼３００は、容器内の流体の上昇流を形成する。すなわち、容器内の流体の上昇流は、主に、ヘリカル翼３００によって形成される。

ヘリカル翼３００は、ヘリカル翼３００の外側面と容器の内壁面との間隔（clearance）が流体内の固形物の有効径以内になるように、容器の内壁面から所定の距離、離隔して配置される。これにより、ヘリカル翼３００と容器の内壁面との攪拌（Scrapping）時にスムーズな流体の流れが形成されることができ、且つ容器内の流体の流れのデッドゾーンが抑制されることができる。

図５は、ヘリカル翼をまた示す図であり、図示されているように、ヘリカル翼３００は、本体部３１０と、本体部３１０の下部に位置する底部３２０とを含む。例えば、本体部（３１０、以下、「ヘリカル翼の本体部」とする）は、上述の外軸１２の四角形状の構造物までのヘリカル翼３００の部分を意味し得、底部３２０（以下、「ヘリカル翼の底部」とする）は、ヘリカル翼の本体部３１０の下部であり、且つ上述の外軸１２の四角形状の構造物の下に位置するヘリカル翼３００の下部の部分を意味し得る。

ここで、ヘリカル翼の底部３２０は、少なくとも一部がアンカー翼２００と水平方向に同一線上に位置するように形成される。図６は、インペラの一部をまた示す図であり、図７は、ヘリカル翼の底部とアンカー翼を拡大して示す図であり、図示されているように、ヘリカル翼の底部３２０は、アンカー翼２００と同一線上に位置することができる。すなわち、ヘリカル翼３００は、下端面が容器の底面に近接して下部まで延びた構造を有することができ、これにより、ヘリカル翼の底部３２０の半径方向の外側端部面３２０Ｓが、アンカー翼２００の半径方向の外側端部面２００Ｓと対向するように構成されることができる。

図８は、ヘリカル翼の底部の様々な実施形態を示す図であり、図示されているように、ヘリカル翼の底部３２０は、様々な形態に構成されることができるが、共通して、ヘリカル翼の底部３２０のうちアンカー翼２００の水平方向の外側端部面に対向する外側端部面３２０Ｓは、少なくとも一部分がアンカー翼２００の水平方向の外側端部面と平行に形成されることができる。すなわち、上述のように、アンカー翼２００の水平方向の外側端部面２００Ｓは、垂直に形成され、それに対応して、ヘリカル翼の底部３２０の外側端部面３２０Ｓのうち少なくとも一部は、垂直に形成されることができる。

このように構成されることにより、ヘリカル翼の底部３２０とアンカー翼２００との間で流体内の固形物が分解することができる。上述のように、内軸１１と外軸１２は、逆の方向に回転し、これにより、ヘリカル翼３００とアンカー翼２００が逆の方向に回転するようになり、ヘリカル翼の底部３２０とアンカー翼２００との間で渦流が発生し、当該作用により固形物の粉砕作用が向上することができる。ここで、図７のように、ヘリカル翼３００の底部とアンカー翼２００との最小間隔Ｇは、流体内の固形物の有効径以内に形成されることができ、これは、流体の流れの形成と固形物の生成防止の面において有利に作用することができる。

図９は、ヘリカル翼の底部を分離して示す図であり、図示されているように、ヘリカル翼の底部３２０は、流体がヘリカル翼３００に沿って上昇するように、回転方向に対して所定の角度、傾斜して形成される。すなわち、ヘリカル翼の底部３２０は、垂直方向ｖを基準に、回転方向に対して前方へ所定の角度３２０＿θ傾斜して構成され、これにより、流体がヘリカル翼３００の底部を支持して上昇することができる。ヘリカル翼の底部３２０は、回転方向に対して２０゜傾斜して設計されることが好ましく、ただし、これに限定されるものではなく、０～６０゜において適宜設計変更することができる。

図１０は、容器の底部分での流体の流れを説明するための図であり、図示されているように、アンカー翼２００と容器の底面との間で固形物が粉砕され、アンカー翼２００とヘリカル翼３００の底部との間で渦流が発生し、容器の底部分で固形物の生成が防止される。

図１１は、本発明の第１実施形態による容器内の流体の流れを概略的に示す図であり、本発明の各構成要素、すなわち、内軸１１と外軸１２、そして、内軸１１に設置されるパドル翼１００とアンカー翼２００、および外軸１２に設置されるヘリカル翼３００が上述の構造に構成されることにより、容器の底部分では、流体の外縁への放射状流れが形成され、容器の外縁部分では、流体の上昇流が形成され、容器の中央部分では、流体の下降流が形成され、容器の内部で流体が循環するように構成される。

すなわち、容器の底部分では、固形物が粉砕されるとともにアンカー翼２００の回転によって流体が外縁に放射され、容器の底部から外縁に放射された流体は、ヘリカル翼３００の底部を介して上昇し、ヘリカル翼３００の本体部を介して容器内の上部に上昇するようになり、容器内の上部に上昇した流体は、パドル翼１００を介して再度容器の底部に下降し、ここで、本発明によると、各翼の構造と、翼間の相互作用または翼と容器との相互作用により、攪拌性能が向上し、デッドゾーンが抑制され、流体内の固形物の生成が防止されることができる。

図１２は、本発明の第１実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図であり、左側から順に、容器の中央部、容器の底部、容器の外縁部でのフローパターンを示す。図１３は、本発明の第１実施形態による容器内の流体の速度場を示す図であり、速度ベクトルおよび重力方向ｋの速度場を示し、図１２と類似するフローパターンが生成されることを確認することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１４は、本発明の第２実施形態によるインペラを示す図であり、本例は、上記の第１実施形態と比較して、残りの全体的な構造は同一であり、ただし、パドル翼１００の構造において差がある。以下、第１実施形態と同じ構成および重複する内容に関する説明は省略する。

図１５は、図１４において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図であり、図１６、図１７は、図１５においてパドル翼を分離して示す図である。図示されているように、本実施形態において、パドル翼１００は、延長方向の一箇所に逆転箇所Ｐを有し、逆転箇所Ｐを基点に、パドル翼１００の勾配が逆転する。

より具体的には、パドル翼１００のうち内軸１１から一方向に延びる部分を一側翼１００Ａとすると、一側翼１００Ａは、内軸１１から延長方向に沿って一箇所まで形成される中心部１１０と、中心部１１０の外側に形成される外縁部１２０とを含む。中心部１１０と外縁部１２０は、それぞれ板状の構造からなる。また、一側翼の中心部１１０は、流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度１１０＿θ傾斜して形成され、一側翼の外縁部１２０は、流体を上昇させるように、一側翼の中心部１１０とは逆の方向に所定の角度１２０＿θ傾斜して形成される。一方、他側翼１００Ｂは、一側翼とは対称構造に、同じ大きさと形態に形成されることができることは言うまでもない。

パドル翼１００をこのように構成する理由は、パドル翼１００の半径方向の外側に流体の上昇流を形成して、容器内の上昇流を補強するためであり、第１実施形態では、ヘリカル翼３００によってのみ上昇流が生成されるのに対し、本実施形態では、パドル翼１００の外縁部１２０にも上昇流が生成されることにより、流体の循環に役に立つことができる。

本実施形態のパドル翼１００において、設計変数は、第１実施形態のパドル翼１００に比べて様々であり、例えば、パドル翼の勾配、長さなどが、設計変数として選択されることができる。

図１６をまた参照すると、一側翼の中心部１１０の勾配と、外縁部１２０の勾配は、互いに同様に構成されることができる。例えば、中心部１１０は、回転方向に対して上部が前方へ傾斜し、その時の角度は、水平方向を基準に４５゜に形成され、外縁部１２０は、回転方向に対して上部が後方へ傾斜し、その時の角度は、水平方向を基準に４５゜に形成されることができる。中心部と外縁部がそれぞれ４５゜に形成されることが好ましいが、その他にも、３０゜、または１５～７５゜から適宜選択されることができる。また、一側翼の中心部１１０の勾配と外縁部１２０の勾配は、互いに相違するように構成されることができ、これは、容器内の流体の下降および上昇流を考慮して、適宜設計することができる。

図１７をまた参照すると、一側翼の中心部１１０の水平方向の長さ１１０＿Ｌは、一側翼１００Ａの全体の水平方向の長さ１００Ａ＿Ｌの０．８０～０．８５倍であり、一側翼の外縁部１２０の水平方向の長さ１２０＿Ｌは、それに対応して、一側翼１００Ａの全体の水平方向の長さ１００Ａ＿Ｌの０．１５～０．２０倍に形成されることができる。また、一側翼の中心部１１０の水平方向の長さ１１０＿Ｌは、容器の半径Ｒの０．５５～０．６０倍に形成されることができる。これは、本発明のインペラ１０構造でスムーズな流体の流れを形成するのに適する設計条件に該当する。

図１８は、本発明の第２実施形態による容器内の流体の流れを概略的に示す図であり、図１１と比較して、パドル翼の外縁部による流体の上昇流が追加されたことを確認することができる。すなわち、本実施形態の場合、ヘリカル翼だけでなく、パドル翼によっても上昇流が形成され、容器の半径方向の外縁部分で流体の上昇がスムーズになることで、容器内の流体の循環性が向上することができる。

図１９は、本発明の第２実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図であり、左側から順に、容器の中央部、容器の底部、容器の外縁部でのフローパターンを示す。図２０は、本発明の第２実施形態による容器内の流体の速度場を示す図であり、速度ベクトルおよび重力方向ｋの速度長を示し、図１９と類似するフローパターンが生成されることを確認することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図２１は、本発明の第３実施形態によるインペラを示す図であり、本例は、上記の第２実施形態と比較して、残りの全体的な構造は同一であり、ただし、パドル翼１００に貫通孔１００Ｈが形成される点で差がある。

図２２は、図２１において内軸に設置されたパドル翼とアンカー翼を分離して示す図であり、図２３、図２４は、図２２においてパドル翼を分離して示す図である。図示されているように、本実施形態において、パドル翼には、貫通孔が形成される。

より具体的には、パドル翼１００には、パドル翼１００を貫通する貫通孔１００Ｈが少なくとも一つ以上形成され、貫通孔１００Ｈは、水平方向に延びたライン形状に形成される。このような構造の貫通孔１００Ｈは、パドル翼１００の回転時に、流体との抵抗を減少させて消費電力を減少させるのに役に立ち、且つ、流体内の固形物の生成防止に役に立つことができる。例えば、貫通孔１００Ｈの上下方向の幅１００Ｈ＿Ｗは、流体内の固形物の有効径の２倍以内に形成されることができ、これは、本インペラ構造において抵抗の減少および固形物の生成防止に最適化した条件に該当することができる。

貫通孔１００Ｈは、上述の一側翼の中心部１１０と、外縁部１２０それぞれに形成されることができ、したがって、中心部１１０に形成される貫通孔１１０Ｈと、外縁部１２０に形成される貫通孔１２０Ｈとを含むことができる。

また、図示されているように、ライン形状の貫通孔１００Ｈは、多数形成され、それぞれが上下方向に離隔配列されることができ、ここで、貫通孔１００Ｈによるパドル翼１００の開口面積（Open Area）は、略４０～５０％程度に形成されることができる。より具体的には、パドル翼１００の開口面積は、４３％程度に形成されることが、回転容易性、モータの消費電力の減少、攪拌性維持の面などにおいて好ましい。

本実施形態による容器内の流体のフローパターンは、図１１のように、第２実施形態のフローパターンと実質的に同じ形態に形成されることができる。

一方、特に図示していないが、第１実施形態のパドル翼１００に本ライン形状の貫通孔が形成されてもよいことは言うまでもない。

図２５は、本発明の第３実施形態による容器内の流体のフローパターンを示す図であり、左側から順に、容器の中央部、容器の底部、容器の外縁部でのフローパターンを示す。図２６は、本発明の第３実施形態による容器内の流体の速度場を示す図であり、速度ベクトルおよび重力方向ｋの速度場を示し、図２５と類似するフローパターンが生成されることを確認することができる。

次に、本発明の第１～第３実施形態の各種のデータについて説明する。

図２７は、ターゲット均一度に逹するまでかかる攪拌時間を示し、第１～第３実施形態において、ターゲット均一度が０．９５であるときには、略８０秒程度であり、ターゲット均一度が０．９９であるときには、略１４４秒程度であることを確認することができる。

図２８は、モータの消費電力を示し、第１、第２実施形態と比較して、パドル翼に貫通孔が形成された第３実施形態の場合、内軸の消費電力が相対的に減少したことを確認することができる。

図２９は、パドル翼の角度変化による攪拌性能とモータの消費電力を示し、パドル翼の中心部と外縁部がそれぞれ３０゜／４５゜である場合を組み合わせて示すデータである。

図３０は、本発明の第４実施形態によるヘリカル翼３００とアンカー翼２００を示す図であり、図３１は、図３０のＡ部分を拡大した図であり、図３０および図３１を参照すると、アンカー翼２００の両端に、ヘリカル翼の底部３２０の内側面に沿って一定の隙間を形成するように突出する突出プレート２１０がさらに形成されることができる。

前記突出プレート２１０は、ヘリカル翼の底部３２０の内側面との隙間を最小化して維持することにより、インペラの混練（kneading）および粉砕（grinding）性能を強化することができる。好ましくは、前記突出プレート２１０とヘリカル翼の底部３２０の内側面との隙間Ｇは、５～１０ｍｍに維持されることが好ましい。隙間Ｇが５ｍｍ以下である場合には、挟まりが発生する可能性があり、隙間Ｇが１０ｍｍ以上である場合には、混練（kneading）および粉砕（grinding）性能の強化効果があまり現れない。

一方、前記突出プレート２１０は、図３２の左側図に示されているように、前記ヘリカル翼の底部３２０と平行な角度を有するように形成されるか、図３２の右側図に示されているように、前記ヘリカル翼の底部３２０と交差した形態で形成されることができる。このように突出プレート２１０の設置角度を調節することにより、ヘリカル翼の底部３２０と接する面積を調節することができ、これにより、混練（kneading）および粉砕（grinding）性能を調節することができる。

また、突出プレート２１０がヘリカル翼の底部３２０の内側面と対向する長さを変更することにより、前記ヘリカル翼の底部３２０と接する面積を調節することができ、これにより、混練（kneading）および粉砕（grinding）性能を調節することもできる。

以上、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明しているが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくても、他の具体的な形態に実施され得ることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的なものであって、限定的なものではないことを理解すべきである。

１０ インペラ
１１ 内軸
１２ 外軸
１００ パドル翼
２００ アンカー翼
３００ ヘリカル翼
２０ 容器

Claims (22)

1. 容器内の流体を攪拌するためのインペラであって、
   前記容器の内部に上下方向に配置される内軸と、
   前記内軸を囲むように配置される外軸とを含み、
   前記内軸には、前記内軸の長手方向に沿って水平方向に配置されるパドル翼と、前記内軸の下端に水平方向に配置され、前記容器の底面と近接して配置されるアンカー翼が設置され、
   前記外軸には、前記パドル翼とアンカー翼を囲むように配置され、前記容器の内壁面と近接して配置されるヘリカル翼が設置される、攪拌用インペラ。
2. 前記内軸と外軸が逆の方向に回転し、
   前記内軸に設置された前記パドル翼とアンカー翼は、第１方向に回転し、前記外軸に設置された前記ヘリカル翼は、前記第１方向とは逆の方向である第２方向に回転するように構成される、請求項１に記載の攪拌用インペラ。
3. 前記ヘリカル翼は、本体部と、前記本体部の下部に位置する底部とを含み、
   前記ヘリカル翼の底部は、少なくとも一部が前記アンカー翼と水平方向に同一線上に位置する、請求項２に記載の攪拌用インペラ。
4. 前記ヘリカル翼の底部と前記アンカー翼との間で前記流体内の固形物が粉砕される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
5. 前記ヘリカル翼の底部と前記アンカー翼との最小間隔は、前記流体内の固形物の有効径以内に形成される、請求項４に記載の攪拌用インペラ。
6. 前記アンカー翼の水平方向の外側端部面は、垂直に形成され、
   前記ヘリカル翼の底部のうち前記アンカー翼の水平方向の外側端部面に対向する外側端部面は、少なくとも一部分が垂直に形成される、請求項４に記載の攪拌用インペラ。
7. 前記容器の底面と前記アンカー翼との間で前記流体内の固形物が粉砕される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
8. 前記アンカー翼は、中心部から水平方向の外側に行くほど、前記容器の底面から前記アンカー翼の下端面までの距離が大きくなるように、前記アンカー翼の下端面が上昇する構造からなる、請求項７に記載の攪拌用インペラ。
9. 前記アンカー翼の下端面のうち、水平方向の外側端部と中心部の高さの差は、前記流体内の固形物の有効径以内に形成される、請求項８に記載の攪拌用インペラ。
10. 前記ヘリカル翼の底部は、前記流体が前記ヘリカル翼に沿って上昇するように、回転方向に対して所定の角度傾斜して形成される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
11. 前記ヘリカル翼は、前記ヘリカル翼の外側面と前記容器の内壁面との間隔が、前記流体内の固形物の有効径以内になるように、前記容器の内壁面から所定の距離離隔して配置される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
12. 前記パドル翼のうち前記内軸から一方向に延びた部分を一側翼とすると、
    前記一側翼は、板状に形成され、前記流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度傾斜して形成される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
13. 前記ヘリカル翼は、前記容器内に流体の上昇流を形成し、
    前記パドル翼は、前記容器内に流体の下降流を形成する、請求項１２に記載の攪拌用インペラ。
14. 前記パドル翼のうち前記内軸から一方向に延びる部分を一側翼とすると、
    前記一側翼は、前記内軸から延長方向に沿って一箇所まで形成される板状の中心部と、前記中心部の外側に形成される板状の外縁部とを含み、
    前記中心部は、前記流体を下降させるように、回転方向に対して所定の角度傾斜して形成され、前記外縁部は、前記流体を上昇させるように、前記中心部とは逆の方向に傾斜して形成される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
15. 前記ヘリカル翼と前記パドル翼の前記外縁部は、前記容器内に流体の上昇流を形成し、
    前記パドル翼の前記中心部は、前記容器内に流体の下降流を形成する、請求項１４に記載の攪拌用インペラ。
16. 前記中心部の勾配と前記外縁部の勾配は、互いに同一であるか、互いに相違するように構成される、請求項１４に記載の攪拌用インペラ。
17. 前記中心部の水平方向の長さは、前記一側翼の全体の水平方向の長さの０．８０～０．８５倍であり、
    前記外縁部の水平方向の長さは、前記一側翼の全体の水平方向の長さの０．１５～０．２０倍であり、
    前記中心部の水平方向の長さは、前記容器の半径の０．５５～０．６０倍である、請求項１４に記載の攪拌用インペラ。
18. 前記パドル翼には、前記パドル翼を貫通する貫通孔が少なくとも一つ以上形成される、請求項３に記載の攪拌用インペラ。
19. 前記貫通孔は、水平方向に延びたライン形状に形成され、
    前記貫通孔の上下方向の幅は、前記流体内の固形物の有効径の２倍以内に形成される、請求項１８に記載の攪拌用インペラ。
20. 前記攪拌用インペラは、前記流体を解重合するためのものである、請求項１に記載の攪拌用インペラ。
21. 前記アンカー翼の両端には、前記ヘリカル翼の底部の内側面に沿って一定の隙間を形成するように突出する突出プレートが形成される、請求項４に記載の攪拌用インペラ。
22. 前記突出プレートは、前記ヘリカル翼の底部と平行または交差した形態で取り付けられ、
    前記突出プレートの設置角度またはヘリカル翼の底部と対向する長さの変化により、前記ヘリカル翼の底部との交差面積を調整する、請求項２１に記載の攪拌用インペラ。