JP4070620B2 - 撹拌タンク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸から放射方向に広がる複数の撹拌翼を備えた撹拌機、およびその撹拌機が取り付けられた撹拌タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような撹拌機および撹拌タンクは、複数の液体を均一に混合したり、液体に粉体を分散或いは溶解したりすること等に用いられ、その適用範囲は広い。例えば、特許文献１には、液体中の懸濁粒子を微細化させて分散させる撹拌タンクが記載されている。この特許文献１に記載された撹拌タンクは、複数の平板の撹拌翼からなるタービンの周囲に、回転軸の軸方向に広がる、固定的に配備された複数のバッフル板を備えており、タービンが回転すると、懸濁粒子はバッフル板に衝突し微細化される。
【０００３】
ところで、撹拌する液体の量は場面によって異なり、撹拌タンクの満水レベル近くまで液体を入れて撹拌を行わなければならない場面や、撹拌タンクの底部までしか液体を入れずに撹拌を行わなければならない場面がある。そのため、効率よく撹拌を行うことができる、撹拌タンクの液量可変レンジが広いことが望まれる。また、撹拌タンクでは、撹拌効率を上げるため、回転軸に沿った軸流を生じさせることが好ましい。特許文献２には、複数のひねり板の撹拌翼からなるプロペラの下方に、回転軸の放射方向に広がる、固定的に配備された複数の整流板を備えた撹拌タンクが記載されている。この特許文献２に記載された撹拌タンクでは、プロペラによって撹拌された液体が、下方の整流板に衝突して向きを変えることで軸流の発生を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７１６５０号公報 （第７図）
【特許文献２】
実開平４―９１７２６号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載された撹拌タンクでは、撹拌タンクの底部までしか液体を入れずに撹拌を行わなければならない場合には、撹拌機の回転軸を中心にしたボルテックス（渦巻き）が液面に発生し、空気を巻き込むことで撹拌効率が著しく低下してしまう。さらに、この撹拌タンクでは、撹拌タンクの底部までしか液体を入れずに粉体の溶解を行う場合には、タンク内で液体と粉体が分離したまま回転し、タンク内全体の混合状態が極めて悪化してしまう。そのため、この撹拌タンクでは、これらの不都合が生じないレベルまで液位レベルを上げて撹拌を行わざるを得ない。また、この撹拌タンクでは、撹拌タンクの満水レベル近くまで液体を入れて粉体の溶解を行う場合には、粉体が液面に浮いたままになりやすく、粉体が液面上で継子になってしまい撹拌効率が著しく低下してしまうことがある。このため、この撹拌タンクでは、継子が生じないレベルまで液量を少なくして撹拌を行わざるを得ない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、効率よく撹拌を行うことができる、撹拌タンクの液量可変レンジを上にも下にも広くとることができる撹拌機、および撹拌タンクを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のうちの撹拌機は、回転軸、
上記回転軸から放射方向に広がる複数の撹拌翼、および
上記撹拌翼の回転軌跡と交差しない翼の放射方向外方並びに上下方向にのびる板を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の撹拌機によれば、上記複数の撹拌翼は、上記板によって、上記放射方向外方から取り囲まれるとともに上記上下方向から挟み込まれているため、上記複数の撹拌翼が回転することで生じた回転流に、下方に向かって回りこむ流れが含まれていても、水平方向に向かって回りこむ流れが含まれていても、上方に向かって回りこむ流れが含まれていても、上記複数の撹拌翼近傍の回転流は総て上記板に衝突する。上記板に衝突した回転流の流れは上記回転軸に沿った強い軸流になり、液面のすぐ下には、液底に向かう強い流れが生じ、未溶解の粉体が、液中に巻き込まれることで液面上で継子になってしまうことが防止される。そのため、本発明の撹拌機によれば、撹拌タンクの、効率よく撹拌することができる液位レベルの上限を上昇させることができる。また、本発明の撹拌機では、撹拌機をタンク底部まで挿入し、上記板の、上記複数の撹拌翼の上方に位置する部分の少し上のレベルまでしか液体を入れずに撹拌を行わなければならない場面であっても、液面に生じるボルテックスの流れは、上記板の上方部分によって遮られ、空気の巻き込みが防止される。また、液位レベルが低くても強い軸流が生じることで、タンク内全体の混合状態は良好なものになる。そのため、本発明の撹拌機によれば、撹拌タンクの、効率よく撹拌することができる液位レベルの下限を下降させることができる。
【０００９】
また、本発明の撹拌機において、上記撹拌翼は、平板部材であることが好ましい。
【００１０】
上記撹拌翼を平板部材にすることで、撹拌機のコストを低減することができる。
【００１１】
上記目的を達成する本発明のうちの撹拌タンクは、回転軸から放射方向に延びる複数の撹拌翼が底部に取り付けられた撹拌タンクにおいて、
上記撹拌翼の回転軌跡と交差しない翼の放射方向外方並びに上下方向にのびる板を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の撹拌タンクの一実施形態を示す図である。
【００１４】
図１に示す撹拌タンク１は、タンク１０と撹拌機２０を備えている。図１に示すタンク１０は、上面１０ａと底面１０ｂがともに皿状の円筒体であって、いわゆる１０％皿型円筒タンクと称されるものである。このタンクのタンク長（タンクの高さ）は１３６０ｍｍであり、タンク径（タンクの、タンク長中央における直径）は８５０ｍｍである。このタンク１０の斜め上（図１では左上）には液体や粉体の供給口１１が設けられており、底面１０ｂの中心には、排出用のバルブ１２が設けられている。
【００１５】
また、図１に示す撹拌機２０は、本発明の撹拌機の一実施形態に相当するものであり、モータ２１、回転軸２２、タービン２３、２本のスティックバッフル２４、および整流板２５を備えている。回転軸２２、タービン２３、２本のスティックバッフル２４、および整流板２５はいずれも、ステンレスに樹脂コーティングを施した材料からなるものである。図１に示す撹拌機２０は、タンク１０の真上から垂直に挿入されてタンク１０に取り付けられている。モータ２１は、円筒状のケーシング２０ａ内で回転軸２２の一端に接続されている。回転軸２２の他端にはタービン２３が配備されている。タービン２３は、モータ２１に接続された回転軸２２が図中の実線の矢印が示す方向に回転することで正回転する。また、タービン２３は逆回転することも自在である。２本のスティックバッフル２４は、円筒状のケーシング２０ａの１８０度対向した位置に、回動不能に固着された棒状のものである。
【００１６】
ここで、図１とともに図２を用いて説明する。
【００１７】
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図２に示すタービン２３は、４枚の撹拌翼２３１からなるものである。各撹拌翼２３１は、回転軸２２の放射方向に９０度間隔で広がる平板である。また、図２に示す整流板２５は、中心に円筒状のボス部２５１を有する。ボス部２５１の周面には、４枚の板部材２５２が９０度間隔に配備されている。回転軸２２は、このボス部２５１を貫通して、回動自在に配備されている。図１に示すように、４枚の板部材２５２はいずれも、コ字状の平板であり、第１板部２５２１、第２板部２５２２、および第３板部２５２３からなるものである。第１板部２５２１は、板部材２５２のうちの、回転軸２２の軸方向に広がる部分であり、タービン２３を外方から取り囲んでいる。４枚の板部材２５２のうちの、図１に示す、１組の１８０度対向した板部材２５２の第１板部２５２１の上端には、スティックバッフル２４が固着されており、整流板２５は回動不能に固定的に配備されている。第２板部２５２２は、板部材２５２のうちの、回転軸２２に向かって第１板部２５２１の上端から広がる部分であり、その先端２５２２ａはボス部２５１に接続されている。図１に示す第３板部２５２３は、板部材２５２のうちの、回転軸２２に向かって第１板部２５２１の下端から広がる部分である。したがって、第２板部２５２２と第３板部２５２３が、本発明にいう板の、撹拌翼の回転軌跡と公差しない、撹拌翼の放射方向外方にのびる部分に相当し、第１板部２５２１が、本発明にいう板の、撹拌翼の上下方向にのびる部分に相当する。タービン２３は、これら第２板部２５２２と第３板部２５２３によって上下から挟み込まれるように配備されている。ここで、図１に示す撹拌タンク１では、底面１０ｂに配備されたバルブ１２を上方に突出させることで、タンク内の液体が排出される。図１には、上方に突出した状態のバルブ１２が示されている。図１に示すように、１８０度対向した板部材２５２の第３板部２５２３の先端２５２３ａどうしは所定距離を隔てており、この所定距離は、底面１０ｂに配備されたバルブ１２の径よりも長く、タービン２３の下方には、バルブ１２の突出スペースが確保されている。
【００１９】
また、図２に示すように、４枚の撹拌翼２３１はいずれも、回転軸２２の放射方向に、３５度傾斜した状態で広がっている。
【００２０】
図３（ａ）は、図１に示す撹拌タンクのタービン部分を、回転軸の軸方向に断面したときの断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＩ―Ｉ’断面図である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、撹拌翼２３１は、回転軸２２の軸方向に広がる矩形部２３１１と、底辺を矩形部２３１１の下縁に一致させて下方に突出する三角部２３１２からなる１枚の平板である。この撹拌翼２３１は、図３（ｂ）に示すように、回転軸２２の周面に、回転軸２２の軸心に直交する基準線Ｌに対して３５度傾斜した状態で取り付けられた角度付きタービン翼である。
【００２２】
ここで、図１を再び用いて、本実施形態の撹拌タンク１における撹拌作用について説明する。タンク１０中の液体内でタービン２３が正回転すると、回転軸２２を中心とした回転流が生じる。この回転流は、撹拌翼２３１が、図３を用いて説明したような角度付きタービン翼であることから、主として斜め下に向けて回りこんでいく流れとなり、第１板部２５２１と第３板部２５２３との境目に衝突する。また、この回転流には、斜め下に向けて回りこんでいく流れに比べれば少ないものの、水平方向に向けて回りこんでいく流れや、対向する第３板部２５２３間の、バルブ１２の突出スペースを抜けて回りこんでいく流れもあり、前者の流れは第１板部２５２１に衝突し、後者の流れは第３板部２５２３に衝突する。すなわち、タービン２３近傍の回転流は総て整流板に衝突する。各板部に衝突した回転流の流れは、向きを変え、タンク周壁に沿って液面下まで上昇し、液面下から回転軸に沿って下降する強い軸流になる。そのため、液面のすぐ下には、底面１０ｂに向かう強い流れが生じ、未溶解の粉体が、液中に巻き込まれることで液面上で継子になってしまうことが防止される。その結果、この撹拌タンク１では、液体を、底面１０ｂ中心から９４５ｍｍという非常に高いレベル（図１中の液面Ｓｈ参照）まで入れても効率よく撹拌することができ、この撹拌タンク１の最高撹拌容量は５００リットルになる。
【００２３】
また、本実施形態の撹拌タンク１では、タンク１０内の液量を少なくし、第２板部２５２２の少し上のレベルまでしか液体を入れずに撹拌を行っても、液面に生じるボルテックスの流れは、第２板部材２５２２によって遮られ、空気の巻き込みが防止される。しかも、上述のごとく強い軸流が生じているため、液面の状態は、そもそもボルテックスが生じにくい状態になっている。したがって、液レベルが低くても、モータ２１の回転速度を落とすことが不要となる。また、その強い軸流によって、液レベルが低くても、タンク内全体の混合状態は良好である。さらに、本実施形態の撹拌タンク１０では、対向する第３板部２５２３間にバルブ１２の突出スペースが確保されているため、タービン２３は、第３板部２５２３の配置スペースを残して、底面１０ｂに近接している。これらのことから、この撹拌タンク１では、液体を、底面１０ｂ中心から１２８ｍｍという非常に低いレベル（図１中の液面Ｓｌ参照）までしか入れなくても効率よく撹拌することができ、この撹拌タンク１の最低撹拌容量は４０リットルになる。
【００２４】
よって、図１に示す撹拌タンク１では、液量可変レンジは、５００リットルから４０リットルまでとなる。この撹拌タンク１では、この液量可変レンジの全領域において強い軸流が生じ、液面の、タンク周壁部分は高く盛り上がり、この全領域においてボルテックスの発生が抑えられ、液面の、回転軸２２部分（中心部分）は平坦である。なお、５００リットルから４０リットルまでの液量可変レンジで効率よい撹拌を行うことができるが、最も強い撹拌力が発揮されるのは、この液量可変レンジの２０％〜７０％の間である。また、撹拌効率は、原料の物性に大きく左右されるため、解けにくい原料や水面に浮きやすい原料の場合には、液位レベルの下限を、もう少し上昇させ底面中心から１４６ｍｍにすることが好ましい。この場合には、最低撹拌容量は、最高撹拌容量の１／１０に相当する５０リットルになる。
【００２５】
モータの回転速度を４００〜１８００ｒｐｍに設定した実験によれば、図１に示すタンク１０よりも容量が少ない、タンク長１２８０ｍｍ，タンク径８００ｍｍの１０％皿型円筒タンクを有する撹拌タンクに本発明を適用したところ、底面中心から１１４ｍｍの液位レベルから８５０ｍｍの液位レベルの間で効率よく撹拌することができ、この場合の最高撹拌容量は４００リットル，最低撹拌容量は３０リットルであった。また、図１に示すタンク１０よりも大容量の、タンク長１７６０ｍｍ，タンク径１１００ｍｍの１０％皿型円筒タンクを有する撹拌タンクに本発明を適用したところ、底面中心から１３５ｍｍの液位レベルから１１２５ｍｍの液位レベルの間で効率よく撹拌することができ、この場合の最高撹拌容量は１０００リットル，最低撹拌容量は６０リットルであった。さらに、タンク長２０００ｍｍ，タンク径１２５０ｍｍの１０％皿型円筒タンクを有する撹拌タンクに本発明を適用したところ、底面中心から１６４ｍｍの液位レベルから１３１０ｍｍの液位レベルの間で効率よく撹拌することができ、この場合の最高撹拌容量は１５００リットル，最低撹拌容量は１００リットルであった。またさらに、タンク長２５６０ｍｍ，タンク径１６００ｍｍの１０％皿型円筒タンクを有する撹拌タンクに本発明を適用したところ、底面中心から１７６ｍｍの液位レベルから１６００ｍｍの液位レベルの間で効率よく撹拌することができ、この場合の最高撹拌容量は３０００リットル，最低撹拌容量は１５０リットルであった。また、解けにくい原料や水面に浮きやすい原料に対しては、いずれの撹拌タンクにおいても、液位レベルの下限をもう少し上昇させて最低撹拌容量を高めにしておくことが好ましく、例えば、タンク径８００ｍｍの撹拌タンクでは、最低撹拌容量を最高撹拌容量の１／８に相当する５０リットルにすることが好ましく、タンク径１２５０ｍｍの撹拌タンクでは、最高撹拌容量の１／１２に相当する１２５リットルにしておくことが好ましく、タンク径１６００ｍｍの撹拌タンクでは、最高撹拌容量の１／１５に相当する２００リットルにしておくことが好ましい。
【００２６】
なお、ここでの説明では板部材２５２が４枚であるが、板部材の数は、２枚であっても、３枚であっても、あるいは５枚以上であってもよい。板部材を多く設ければ設けるほど軸流は強くなり、回転流と軸流の割合を、板部材の数によって調整することができる。また、板部材２５２は、平板であるが、これに限らず、例えば、タービン２３の正回転の方向に向かって湾曲した板であってもよい。
【００２７】
さらに、図３に示す撹拌翼２３１に代えて、図４に示す撹拌翼からなるタービンを用いてもよい。
【００２８】
図４（ａ）は、タービンが取り付けられた回転軸を、その回転軸の軸方向に断面したときの断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＩＩ―ＩＩ’断面図である。
【００２９】
図４（ａ）に示す撹拌翼２３２は、回転軸２２の軸方向に広がる矩形状の１枚の平板である。この撹拌翼２３２は、図４（ｂ）に示すように、回転軸２２に沿った状態、すなわち、回転軸２２の軸心に直交する基準線Ｌに対して９０度起立した状態で取り付けられた角度付きタービン翼である。タンク１０中の液体内で、図４に示す撹拌翼２３２を９０度間隔で合計４枚有するタービンが正回転すると、回転軸２２を中心とした回転流は、主として水平方向に向けて回りこんでいく流れとなり、第１板部２５２１に衝突する。また、ここでの回転流には、水平方向に向けて回りこんでいく流れに比べれば少ないものの、斜め下に向けて回りこんでいく流れや、対向する第３板部２５２３間の、バルブ１２の突出スペースを抜けて回りこんでいく流れもあり、前者の流れは第１板部２５２１と第３板部２５２３との境目に衝突し、後者の流れは第３板部２５２３に衝突する。その結果、強い軸流によって、液面に浮いている粉体の液中への巻き込み力は強くなり、最高撹拌容量を引き上げることができる。
【００３０】
また、図３に示す撹拌翼２３１に代えて、図５に示す撹拌翼からなるプロペラを用いてもよい。
【００３１】
図５は、プロペラを示す斜視図である。
【００３２】
図５に示すプロペラ２６は、回転軸２２の周りに１２０度間隔で配備された３枚のひねり板により構成されている。
【００３３】
タンク１０中の液体内で、図５に示すプロペラ２６が正回転すると、回転軸２２を中心とした回転流は、主としてバルブ１２の突出スペースを抜けて回りこんでいく流れとなり、第３板部２５２３に衝突する。また、ここでの回転流には、バルブ１２の突出スペースを抜けて回りこんでいく流れに比べれば少ないものの、斜め下に向けて回りこんでいく流れや、水平方向に向けて回りこんでいく流れもあり、前者の流れは第１板部２５２１と第３板部２５２３との境目に衝突し、後者の流れは第１板部２５２１に衝突する。その結果、強い軸流によって、液面に浮いている粉体の液中への巻き込み力は強くなり、最高撹拌容量を引き上げることができる。
【００３４】
さらに、図３に示す撹拌翼２３１に代えて、図６に示す撹拌翼からなるディスクタービンを用いてもよい。
【００３５】
図６は、ディスクタービンを示す正面図である。
【００３６】
図６に示すディスクタービン２７は、回転軸２２の周りを１周する円盤２３３と、その円盤２３３の周縁部に９０度間隔で配備された４枚の撹拌翼２３４により構成されている。図６では、これらの撹拌翼２３４は、円盤２３３に対して９０度の角度を持って取り付けられているが、円盤２３３に対して３０度、あるいは４５度の角度を持って取り付けてもよく、さらには、４枚に限らず、６枚であってもよい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の撹拌タンク１によれば、強い軸流が生じるため、粉体を液中に巻き込む力が強くなり、粉体を溶解しやすい。また、従来では、最低撹拌容量になるまで余分な液量を追加して撹拌していた場面でも、最低撹拌容量が引き下げられたことにより、余分な液量の追加が不要となり、コストを低減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、効率よく撹拌を行うことができる、撹拌タンクの液量可変レンジを上にも下にも広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撹拌タンクの一実施形態を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す撹拌タンクのタービン部分を、回転軸の軸方向に断面したときの断面図（ａ）と、（ａ）におけるＩ―Ｉ’断面図（ｂ）である。
【図４】タービンが取り付けられた回転軸を、その回転軸の軸方向に断面したときの断面図（ａ）と、（ａ）におけるＩＩ―ＩＩ’断面図（ｂ）である。
【図５】プロペラを示す斜視図である。
【図６】ディスクタービンを示す正面図である。
【符号の説明】
１ 撹拌タンク
１０ タンク
１０ａ 上面
１０ｂ 底面
１１ 供給口
１２ バルブ
２０ 撹拌機
２０ａ ケーシング
２１ モータ
２２ 回転軸
２３ タービン
２３１ 撹拌翼
２３１１ 矩形部
２３１２ 三角部
２４ スティックバッフル
２５ 整流板
２５１ ボス部
２５２ 板部材
２５２１ 第１板部
２５２２ 第２板部
２５２３ 第３板部

Claims (1)

1. 回転軸から放射方向に延びる複数の撹拌翼が底部に取り付けられた撹拌タンクにおいて、
   前記撹拌翼の回転軌跡と交差しない翼の放射方向外方と、前記撹拌翼の回転軌跡と交差しない翼の上下に重なる位置との双方に広がる板を備えたことを特徴とする撹拌タンク。

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