JP5185851B2

JP5185851B2 - 撹拌装置

Info

Publication number: JP5185851B2
Application number: JP2009029844A
Authority: JP
Inventors: 裕利半田; 一剛竹井; 智宏小川
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: JP2010185766A

Description

本発明は撹拌装置に関する。さらに詳しくは、撹拌対象物を収容する容器を備えてこの収容物を撹拌する撹拌装置であって、上記容器の内部温度を測定するのに適した温度測定装置を備えた撹拌装置に関するものである。

前述した撹拌装置の一例として、特許文献１に開示されているような反応装置が知られている。この反応装置は処理対象物を収容するための容器を有している。容器の側部の外周面には加熱剤や冷却剤が流通するジャケットが形成されている。この容器の中心軸に沿って上部から容器内に回転軸が挿入されている。この回転軸の下端には、処理対象物を撹拌するための撹拌翼が取り付けられている。この容器の底部近傍には、容器内部の温度を測定するための温度センサが取り付けられている。この温度センサは温度測定用の探針であり、容器壁を貫入してその内部に突出している。この場合、探針が撹拌翼と接触しないように配置したとしても、撹拌される処理対象物の流動から衝撃等の影響を受ける可能性がある。さらに、探針に処理対象物が付着する可能性がある。特許文献１にはこの探針の構造についての詳細な説明は無い。

特許文献２には、処理対象物を収容するための容器を備えた多機能濾過器が開示されている。この濾過器の容器にも、上記特許文献１の反応装置と同様の撹拌翼が備えられている。そして、容器底部には濾過板が取り付けられている。この濾過板を容器に固定するためのピンには、容器内部の温度を測定するための温度センサが内蔵されている。この温度センサの構造についての詳細な説明は無い。

また、温度センサを容器の上部から容器内に進入させたものも知られている。この場合、温度センサの下端（先端）は、撹拌翼の上下動ストロークの範囲より上方の位置となるように配置する必要がある。その結果、温度センサが処理対象物に接触しないことが多く、その精確な温度を測定することが難しい。

図７に示すようなシース熱電対５１が上記温度センサ等として用いられることがある。一般に、シース熱電対５１は、低炭素ステンレス鋼等の金属製のチューブ状シース５２に熱電対５３が挿入されたものである。シース５２内には熱電対素線を保護するために酸化マグネシウム等の充填剤５５が充填されている。このシース熱電対５１を、低炭素ステンレス鋼、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、チタン等の金属製保護管５４、または、ガラスやテフロン（登録商標）等の非金属製保護管に収納して用いることがある。

熱電対５３の感温部である先端部はシース５２の内部先端に接触させるのが好ましいが、離間してしまっている場合がある。また、保護管５４の内部には前記と同様の充填剤５５が充填されており、シース熱電対５１は動くことのないようにこの充填剤５５に埋め込まれている。シース熱電対５１の先端はできるだけ保護管５４の先端内面５４ａに接触するようにされているが、確実ではない。このような構造であるから、シース熱電対５１によって対象物の温度を精確に測定するためには、シース熱電対５１の先端のみではなく、先端から所定長さ（たとえば、シース径の３〜６倍程度であり、以下、感温部ともいう）にわたって対象物に接触させるのが好ましい。

ところが、上記した保護管内収納型の熱電対では、測定対象物の温度に最も近いと思われる保護管５４の先端内面にシース熱電対５１の先端のみが接触しているか、または、離間しているおそれすらある。さらに、保護管５４内の充填剤５５を伝わる他の熱源からの熱の影響を受ける可能性、すなわち、外乱の可能性もある。

保護管の先端に孔を明け、シース熱電対の先端を保護管外部に突出させたものも知られている。しかし、この形式の場合には、使用先によっては、シース材質に制限があったり、シース熱電対に対する外力からの保護が十分ではないことがある。さらに、シース熱電対を保護管に固定するための銀ロウ材の成分が温度測定対象物に影響を与えるおそれもある。

本発明の撹拌装置は、筒状の側部を有する容器と、の容器のほぼ中心軸回りに回転可能に設けられた撹拌翼と、記側部に形成された、容器内収容物の温度を測定するための温度測定装置とを備えており、この温度測定装置が、シース内に熱電対が収容されたシース熱電対と、このシース熱電対を収容するための、平板状の底部を有する筒状の保護管とを備えており、この保護管の平坦に形成されている底面に、前記シース熱電対の先端から所定長さの感温部が密着状態で固定されている。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、対象物の温度を高精度に測定することができる保護管式の温度測定装置を装備した撹拌装置を提供することを目的としている。

本発明の撹拌装置は、
円筒状の側部を有する容器と、
この容器のほぼ中心軸回りに回転可能に設けられた撹拌翼と、
前記側部に形成された、容器内収容物の温度を測定するための温度測定装置とを備えており、
この温度測定装置が、シース内に熱電対が収容されたシース熱電対と、このシース熱電対を収容するための、平板状の底部を有する筒状の保護管とを備えており、
この保護管の底部の内面に、前記シース熱電対の先端から所定長さの感温部が密着状態で固定されている。

温度測定装置の保護管の平板状底部の内面に、換言すれば温度測定装置の先端の平坦な内面に、シース熱電対の所定長さの感温部が密着状態にあるので、効率よく容器内部の測定対象物の温度を検出することができる。しかも、感温部は温度測定装置の先端内面に密着しているので、保護管の側周面からの熱的外乱が抑制される。

前記温度測定装置の底部外面を、前記容器の内面と同一の面を構成する形状にするのが好ましい。こうすれば、取り付けられた容器内面に撹拌翼の先端が近接している撹拌装置にも安心して適用することができる。

前記温度測定装置を容器側部に取り付けるために容器側部に筒状のボス部材を固定し、このボス部材の内側空洞に筒状の断熱用ブッシュを挿入し、この断熱用ブッシュの内側空洞が容器の内外を連通するように構成し、断熱用ブッシュの内側空洞に前記温度測定装置を挿入した上で着脱可能に固定することができる。こうすることにより、温度測定装置の側周面からの熱的外乱が一層効果的に抑制される。

前記保護管の底部の内面に溝を形成し、前記シース熱電対の感温部をこの溝に嵌着した上で固定するようにしてもよい。溝に嵌着することにより、保護管の底部への密着度が上昇する。さらに、シース熱電対を保護管底部の外部（温度測定対象物が存在している）から隔てる底部の肉厚が薄くなり、一層精確な温度測定が可能となる。

前記保護管を円筒状とし、前記溝を保護管の断面中心を中心とする円状に延びる部分を含んだ形状とすることができる。こうすることにより、十分な溝長さを確保することができる。さらに、感温部を保護管の側周面に接触させないような溝配置が容易となる。

前記シース熱電対を、螺旋状に湾曲した上で保護管の内周面に弾力的に接触させるようにして保護管内に収容することができる。こうすることにより、酸化マグネシウム等の充填剤を使用しなくても、シース熱電対が自身の弾力によって保護管内面突っ張るような体勢で固定状態を得ることができる。その結果、酸化マグネシウム等を充填した場合に比較して、この充填剤を伝わる熱的外乱を回避することができるという利点を有する。

本発明の撹拌装置によれば、保護管を通して測定対象物の温度を精確に測定することができる温度測定装置を装備しているので、撹拌翼や測定対象物の流動による影響を受けにくい。

本発明に係る撹拌装置の一実施形態である濾過乾燥装置を示す正面断面図である。図１の濾過乾燥装置の容器の内周面のうち、温度測定装置とバルブとが取り付けられている範囲を示す展開図であり、図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視図である。本発明の一実施形態に係る温度測定装置が、図１の濾過乾燥装置の容器に取り付いた状態を示す一部断面図である。図３における温度測定装置を示す一部切り欠き側面図である。図４の温度測定装置に含まれるシース熱電対の一部分を示す斜視図である。図４の温度測定装置に含まれる保護管の先端部の端板部を内側から見た図に相当する、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。従来の保護管付きシース熱電対の一例を示す一部切り欠き側面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明に係る撹拌装置の一実施形態である濾過乾燥装置、および、この濾過乾燥装置に装備された度測定装置の一例について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る濾過乾燥装置２を示す正面断面図である。この濾過乾燥装置２はベル型ハウジングの形状を呈した容器３を有している。この容器３の中心軸に沿って上部から容器内に回転軸４が挿入されており、この回転軸４の下端に撹拌翼５が取り付けられている。撹拌翼５の先端は容器３の内周面に近接している。容器３の上端には回転軸４を回転駆動するための駆動装置６が設置されている。容器３内の底部には濾材７が充填されている。容器３の側部の外周面には熱媒体が循環するジャケット８が形成されている。容器３内のスラリー等の処理対象物（処理物ともいう）Ｍは、この熱媒体によって加熱されながら前記攪拌翼５によって撹拌される。その過程で濾液が底部の排液口９から排出される。容器３の底部に近い側面には、処理物Ｍの排出口を開閉するためのバルブ１０が設置されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図であり、前記容器３の外周面のうちバルブ１０が取り付けられている範囲の展開図である。容器３の外周面のうち、バルブ１０が設置されている部分は上記ジャケット８で覆うことはできない。図示のごとく、その範囲ではジャケット８は切り欠かれた形状８ａを呈している。このジャケット８が形成されていない範囲の容器３の側板に、すなわちバルブ１０に隣接した位置に、前記温度測定装置１を取り付けるのが好ましい。この範囲に設置することにより、ジャケット８の加熱媒体の熱の影響を受けにくい。

図３も併せて参照すれば明らかなように、この温度測定装置１は、容器３の側板３ａを貫通して形成された取付孔１１に挿入された状態で、ボス部材１２と断熱用ブッシュ１４とによって取り付けられている。具体的には、円筒状のボス部材１２が、この取付孔１１に挿入された状態で、溶接によって容器側板３ａに固定されている。ボス部材１２の内径側空洞が容器３の内外を連通することになる。このボス部材１２の後端には溶接によってフランジ１３が取り付けられている。このボス部材１２の内径側空洞には、円筒状の断熱用ブッシュ１４が挿入されている。この断熱用ブッシュ１４の内径側空洞が容器３の内外を連通することになる。断熱用ブッシュ１４の材料としては、熱伝導率の低い合成樹脂（たとえばＰＴＦＥ）等を用いるのが好ましい。さらに、断熱用ブッシュ１４の内部を中空にして空気を充填してもよい。または、断熱用ブッシュ１４を用いずに、容器３内部とのシールを施した上で、ボス部材１２と探針部１６との間に断熱用の間隙が形成されるようにスペーサを介装してもよい。断熱用ブッシュ１４の後端には放射状に拡がる鍔部１５が形成されている。この断熱用ブッシュ１４の内径側空洞に温度測定装置１の円柱状の探針部１６が挿入されている。この探針部１６の長手方向中間部分にはフランジ１７が取り付けられている。

前記断熱用ブッシュ１４の鍔部１５を、ボス部材１２のフランジ１３と温度測定装置１のフランジ１７とで挟み、これらをボルト２６で固定している。こうすることにより、ボス部材１２、断熱用ブッシュ１４および温度測定装置１の三者を一体化して容器３に固定している。こうすることにより、温度測定装置１に対する周囲の熱源からの影響が抑制される。たとえばこの温度測定装置１に上記ジャケット８が近接している場合であっても、ジャケット８からの熱が温度測定装置１に伝わりにくい。断熱用ブッシュ１４の外周面の溝には、ボス部材１２の内周面との間をシールするために、オーリング等のシール部材１８が装着されている。探針部１６の外周面の溝には、断熱用ブッシュ１４の内周面との間をシールするために、オーリング等のシール部材１９が装着されている。ボス部材１２、断熱用ブッシュ１４および温度測定装置１の先端面は互いに一致させられている。さらに、これらの面は容器３の内周面とも一致させられている。こうすることにより、容器３内で旋回する撹拌翼や流動する処理物Ｍから力学的な影響を受けることがなく、処理物が付着することも抑制される。

図４には前記温度測定装置１が詳細に示されている。図４は、温度測定装置１をその探針部１６の一部を切り欠いて示す側面図である。温度測定装置１は、フランジ１７を有する前記探針部１６と、この探針部１６の基端側に着脱可能に接続された端子箱２０とを備えている。探針部１６は、シース熱電対２１と、このシース熱電対２１を収容した保護管２２とからなる。シース熱電対２１は前述した従来のものと同じであり、金属製のチューブ状シースに熱電対が挿入されたものである。したがって、詳細な説明は省略する。シース内の熱電対としては、Ｋ型（クロメル−アルメル）、Ｅ型（クロメル−コンスタンタン）、Ｊ型（鉄−コンスタンタン）、Ｔ型（銅−コンスタンタン）等、測定温度範囲等に応じて限定無く選択することができる。また、シース熱電対２１としてはシングルエレメントでもダブルエレメントでもよい。

図４および図５に示すように、本実施形態ではシース熱電対は螺旋状に湾曲させられた状態で保護管２２内に収容されている。図５は保護管２２内に収容された状態のシース熱電対２１の一部を示す斜視図である。保護管２２の内面は二点鎖線で示している。シース熱電対２１を予め湾曲させるときの曲率半径（螺旋の中心軸方向に見たときの曲率半径）は、保護管２２の内面半径より大きくしている。したがって、シース熱電対２１を螺旋状のまま保護管２２に挿入すると、そのほぼ全長にわたって保護管２２の内面に弾力的に押圧される。その結果、シース熱電対２１は自力で保護管２２内に固定されることになる。したがって、保護管２２内に固定用の酸化マグネシウム等の充填剤を充填する必要がなく、シース熱電対２１の周囲は断熱効果のある空気が充満するので温度測定上の外乱を受けにくい。もちろん、前記湾曲の形状は、螺旋状等の三次元的なものに限定はされない。保護管が円筒状であれば、たとえば、シース熱電対２１を一平面内にジグザグ状、葛折り状、サインカーブ状等に湾曲させて保護管内面に押圧させてもよい。

図６は保護管２２の先端部の端板部２３を内側から見た図に相当する、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図示のごとく、端板部２３の内面には、保護管２２の内径より小さい直径の円形溝２４ａと、この円形溝２４ａの一直径方向の直径溝２４ｂとが形成されている。これらの溝２４ａ、２４ｂの各幅は、シース熱電対２１を嵌着するためにシース熱電対２１の横断面の直径と同程度の大きさにされている。また、各溝２４ａ、２４ｂの横断面形状を半円形とするのがシースの端板部２３への密着表面積が大きくなるので好ましい。

一方、図５に示すように、シース熱電対２１の先端部の所定長さ部分は前記螺旋状部分より小さな曲率半径で湾曲させられている。この部分は保護管２２の円筒部の内周面には当接しない。この部分は、図６に示す保護管２２の端板部２３の前記溝２４ａ、２４ｂに嵌着、固定される部分である。すなわち、シース熱電対２１の先端部分はまず円形溝２４ａに嵌り込み、最終的に直径溝２４ｂに至ってシース熱電対２１の先端は直径溝２４ｂの途中で終わる。シース熱電対２１の先端の所定長さ部分は上述したように溝２４ａ、２４ｂに嵌着され、その上で銀ロウ付け等によって端板部２３に固着される。したがって、シース熱電対２１の感温部２５とされる先端部の所定長さの範囲（たとえば、シース径の３〜６倍程度）が保護管２２の端板部２３に密着させられる。しかも、保護管２２のうちで、端板部２３は、容器３内の処理物Ｍの温度に最も近い温度になっている。シース熱電対２１を溝２４ａ、２４ｂに嵌着することにより、単に端板部２３の内面に接触させる場合に比べても、シース熱電対２１が測定対象物に対してより一層近付く。また、前記溝２４ａ、２４ｂ内に固着されたシース熱電対２１の感温部２５は、保護管２２の他の部分には接触していない。さらに、前述のとおり、この保護管２２内には充填剤が充填されていないので、感温部２５には他の熱源から熱が伝わりにくい。以上から、この温度測定装置１によれば、処理物Ｍの温度を精確に測定することができる。

シース熱電対２１の感温部２５の湾曲形状、および、端板部２３の溝の形状は、それぞれ図５および図６に示すものに限定されることはない。たとえば、端板部２３の溝形状が図６に示すものであっても、感温部２５の湾曲形状を、図５とは逆に、まず直径溝２４ｂの中間部から入って円形溝２４ａに移り、円形溝２４ａに沿って一周近く進んで終わるような形状としてもよい。または、円形溝２４ａの円周が前記感温部２５の長さより長い場合には、直径溝２４ｂを省略し、感温部２５を円形溝２４ａのみに沿って嵌着させてもよい。また、渦巻き状の溝を形成してもよい。溝の形状は、シース熱電対２１を嵌着させる作業性や感温部を十分にカバーする長さを確保する観点から、以上説明した円形状や渦巻き状が好ましい。しかし、Ｕ字状や直線状のみの溝であってもよい。

以上説明した実施形態では撹拌装置として濾過乾燥装置を例示したが、本発明の温度測定装置の適用は濾過乾燥装置には限定されない。すなわち、容器内部の処理対象物を加熱する装置には限定されない。たとえば、加熱乾燥機の後工程で使用される冷却ホッパーや晶析缶のように、容器内部の処理対象物を冷却するような撹拌装置にも適用することもできる。この場合には、ジャケット８には冷却媒体を循環させることになる。

本発明の撹拌装置によれば、装備される温度想定装置を取付対象の容器の内部に突出させる必要なく、また、熱的な外乱が抑制される。その結果、容器内部の測定対象物の温度を精確に測定することができる。したがって、加熱用ジャケット等によって容器を加熱する機能を有した濾過乾燥装置等の撹拌装置として有用である。

１ … 温度測定装置
２ … 濾過乾燥装置
３ … 容器
４ … 回転軸
５ … 撹拌翼
６ … 駆動装置
７ … 濾材
８ … ジャケット
９ … 排液口
１０ … バルブ
１１ … 取付孔
１２ … ボス部材
１３ … （ボス部材の）フランジ
１４ … 断熱用ブッシュ
１５ … （断熱用ブッシュの）鍔部
１６ … 探針部
１７ … （探針部の）フランジ
１８ … シール部材
１９ … シール部材
２０ … 端子箱
２１ … シース熱電対
２２ … 保護管
２３ … 端板部
２４ａ … 円形溝
２４ｂ … 直径溝
２５ … 感温部
２６ … ボルト
Ｍ … 処理物

Claims

円筒状の側部を有する容器と、
この容器のほぼ中心軸回りに回転可能に設けられた撹拌翼と、
前記側部に形成された、容器内収容物の温度を測定するための温度測定装置とを備えており、
この温度測定装置が、シース内に熱電対が収容されたシース熱電対と、このシース熱電対を収容するための、平板状の底部を有する筒状の保護管とを備えており、
この保護管の平坦に形成されている底面に、前記シース熱電対の先端から所定長さの感温部が密着状態で固定されている、撹拌装置。
前記温度測定装置の底部外面が、容器の内面と同一の面を構成している、請求項１記載の撹拌装置。
前記温度測定装置を容器側部に取り付けるために容器側部に固定された筒状のボス部材と、このボス部材の内側空洞に挿入された筒状の断熱用ブッシュとをさらに備えており、
この断熱用ブッシュの内側空洞が容器の内外を連通するように構成されており、この断熱用ブッシュの内側空洞に前記温度測定装置が挿入された上で着脱可能に固定されている、請求項１または２記載の撹拌装置。
前記保護管の底部の内面に溝が形成されており、前記シース熱電対の感温部がこの溝に嵌着された上で固定されている、請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載の撹拌装置。
前記保護管が円筒状を呈しており、前記溝が保護管の断面中心を中心とする円状に延びる部分を有している、請求項４に記載の撹拌装置。
前記シース熱電対が、螺旋状に湾曲された上で保護管の内周面に弾力的に接触させられている、請求項１〜５のうちのいずれか一の項に記載の撹拌装置。