JP5243341B2

JP5243341B2 - 撹拌装置の流体撹拌部及び撹拌装置

Info

Publication number: JP5243341B2
Application number: JP2009114999A
Authority: JP
Inventors: 賢一最上; 英博熊沢
Original assignee: MG Grow Up Corp; Malufuku Suisan Co Ltd
Current assignee: MG Grow Up Corp; Malufuku Suisan Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP2010260031A

Description

本発明は、流体収容部内に収容した流体を撹拌、さらには、複数種類の流体を混合する流体撹拌部、及び同流体撹拌部を具備する撹拌装置に関する。

従来、撹拌装置に装備する流体撹拌部の一形態として、回転駆動源に連結した回転軸に取り付けられて撹拌槽内の液中に配設される混合回転体がある（例えば、特許文献１参照）。

そして、混合回転体は、上下２枚の円板を一組みとして重ね合わせ、上方の円板の中央には流入口を形成すると共に、互いに対向する前面には、前方開口する多数の筒状の小室をほぼ全面にわたって整然と配列させて形成し、上方の円板の小室と、下方の円板の小室とは互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列させている。このようにして、かかる撹拌装置は、液体を一方の小室から他方の複数の小室へ分流させたり、一方の複数の小室から他方の小室へ合流させたりすることで、撹拌するようにしている。

特許第３６２３０４４号公報

ところが、前記した撹拌装置では上下２枚の円板の対向する面にそれぞれ多数の小室を全面にわたって形成しているため、撹拌効率は高いものの、洗浄等のメンテナンス作業に手間を要するという課題がある。特に撹拌する対象となる液体の種類が多い場合には、頻繁に２枚の円板を分離して各小室内を丹念に洗浄しなければならないという煩雑さがある。そこで、撹拌効率は良好に確保したまま、洗浄等のメンテナンス作業の手間を軽減し、さらには製造コストを低減することができる撹拌装置の開発が望まれていた。

本発明では、流体を撹拌する撹拌装置に装備する流体撹拌部であって、上記流体撹拌部は、対向状態にして同軸的に配置した一対の撹拌体を同一軸線廻りに回転させて、一方の撹拌体の回転中心である中心部に形成した流入部を通して流入した流体を、両撹拌体間に形成した撹拌流路を通して放射線方向に流動させて、両撹拌体の外周縁部間に形成した流出部から流出させるように構成すると共に、撹拌流路は、流入部側から流出部側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成し、同撹拌流路内には、一方の撹拌体から他方の撹拌体に向けて突出させた一方側蛇行流路形成片と、他方の撹拌体から一方の撹拌体に向けて突出させた他方側蛇行流路形成片とを撹拌流路の伸延方向に間隔を開けて交互に配置して、流入部から流入した流体は、各蛇行流路形成片を越流しながら流出部側に蛇行状態に流動して撹拌されるようにしたことを特徴とする撹拌装置の流体撹拌部を提供するものである。

また、本発明は以下の構成にも特徴を有する。
（１）撹拌流路は、一方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する一側流路形成凹部と、他方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する他側流路形成凹部とを対向状態に配置して形成し、一方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を他側流路形成凹部内に配置すると共に、他方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を一側流路形成凹部内に配置したこと。
（２）一方の撹拌体は円板状に形成すると共に、他方の撹拌体は一方の撹拌体よりもやや大径円板状の本片と同本片の周縁部から延設した周壁形成片とから一方の撹拌体を収容可能な凹部を有する蓋状に形成して、同凹部内に収容した一方の撹拌体の外周縁部と上記周壁形成片の内周面との間にリング状の間隙を形成し、同間隙に前記流出部を連通させたこと。

また、本発明では、モーターに、流体流入口と流体流出口とを有する流体収容ケースを取り付け、同流体収容ケース内に前記（１）〜（３）のいずれかに記載の流体撹拌部を配置すると共に、同流体撹拌部を上記モーターの駆動軸に連動連結したことを特徴とする撹拌装置を提供するものである。

（１）請求項１記載の本発明では、流体を撹拌する撹拌装置に装備する流体撹拌部であって、上記流体撹拌部は、対向状態にして同軸的に配置した一対の撹拌体を同一軸線廻りに回転させて、一方の撹拌体の回転中心である中心部に形成した流入部を通して流入した流体を、両撹拌体間に形成した撹拌流路を通して放射線方向に流動させて、両撹拌体の外周縁部間に形成した流出部から流出させるように構成すると共に、撹拌流路は、流入部側から流出部側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成し、同撹拌流路内には、一方の撹拌体から他方の攪拌体に向けて突出させた一方側蛇行流路形成片と、他方の撹拌体から一方の攪拌体に向けて突出させた他方側蛇行流路形成片とを撹拌流路の伸延方向に間隔を開けて交互に配置して、流入部から流入した流体は、各蛇行流路形成片を越流しながら流出部側に蛇行状態に流動して撹拌されるようにしている。

このようにして、流体中にて一対の撹拌体を一体的に回転させると、同流体は流入部から流入されて撹拌流路を経て流出部から流出される。そして、かかる流入部→撹拌流路→流出部→流入部という流体の循環流路が形成される。

この際、撹拌流路は流入部側から流出部側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成することで、撹拌流路を通過する流体の線速度を漸次増大させることができる。しかも、撹拌体にはその中心部から周縁部に向けて遠心力が大きく作用する。そのため、流体は流入部側から流出部側に撹拌流路中を円滑に流れて、同流出部から放出される。その結果、堅実に循環流路が形成される。また、流入部から流入した流体は各蛇行流路形成片を越流しながら折り返し状に流動して流出部側に蛇行状態に流動する。この蛇行状態に流動する流体にはせん断力が作用するが、このせん断力は速度勾配に比例するため、流体に作用するせん断力を流動方向において漸次増大させることができる。そのため、流体に作用するせん断力により流体への撹拌作用（分散作用）が増大される。その結果、流体を循環流路中にて循環させることで撹拌効率を促進させることができる。

（２）請求項２記載の本発明では、撹拌流路は、一方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する一側流路形成凹部と、他方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する他側流路形成凹部とを対向状態に配置して形成し、一方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を他側流路形成凹部内に配置すると共に、他方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を一側流路形成凹部内に配置している。

このように、一方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を他側流路形成凹部内に配置すると共に、他方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を一側流路形成凹部内に配置しているため、撹拌流路を蛇行流路となすことができると共に、蛇行流路の振幅を大きく形成することができる。その結果、流体にせん断力が作用する蛇行流路の流路長を可及的に長く形成することができて、撹拌効率を向上させることができる。

（３）請求項３記載の本発明では、一方の撹拌体は円板状に形成すると共に、他方の撹拌体は一方の撹拌体よりもやや大径円板状の本片と同本片の周縁部から延設した周壁形成片とから一方の撹拌体を収容可能な凹部を有する蓋状に形成して、同凹部内に収容した一方の撹拌体の外周縁部と上記周壁形成片の内周面との間にリング状の間隙を形成し、同間隙に前記流出部を連通させている。

このように、一方の撹拌体の外周縁部と上記周壁形成片の内周面との間に形成したリング状の間隙に流出部を連通させているため、流出部から流出される流体を間隙を通して所要の方向に案内することができる。この際、間隙はリング状に形成されて流出部と連通されているため、同流出部から放出される流体は遠心力を受けながら間隙に沿って円周方向に流動されながらスパイラル状の軌跡を描きながら前記した循環流路を形成する。そのため、循環流路がスムーズにかつ堅実に形成されて、この点からも撹拌効率を向上させることができる。

（４）請求項４記載の本発明では、モーターに、流体流入口と流体流出口とを有する流体収容ケースを取り付け、同流体収容ケース内に請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体撹拌部を配置すると共に、同流体撹拌部を上記モーターの駆動軸に連動連結している。

このようにして、流体収容ケース内に流体流入口から撹拌対象である流体を流入させて、同流体を流体収容ケース内に満たし、同状態にてモーターの駆動軸に連動連結した流体撹拌部を回転させることで、流体を堅実に撹拌することができる。

しかも、かかる撹拌装置は軽量化、コンパクト化を容易に図ることができる。そのため、持ち運びが楽（搬送性が良好）で操作も簡単であるため、幅広い分野において撹拌作業に適用させることができる。

本発明に係る撹拌装置の一部切欠説明図。本発明に係る流体撹拌部の正面断面説明図。同流体撹拌部の平面説明図。同流体撹拌部の底面説明図。同流体撹拌部の分解斜視説明図。上方の撹拌体の正面断面説明図。上方の撹拌体の底面説明図。下方の撹拌体の正面断面説明図。下方の撹拌体の平面説明図。

本発明を実施するための形態は、以下の通りである。

図１は、本発明に係る流体撹拌部Ａを装備する撹拌装置Ｋを示す一部切欠説明図である。撹拌装置Ｋは、図１に示すように、原動機部としてのモーターＭのモーターケース１の下端部に、流体を収容する流体収容部として有底筒状に形成した流体収容ケース２の開口縁部を着脱自在に取り付け、同流体収容ケース２内の流体を撹拌する流体撹拌部Ａを配設している。そして、流体撹拌部ＡはモーターＭの駆動軸３に着脱自在に連動連結している。また、流体収容ケース２には流体流入口としての液体流入口２ａと流体流出口としての液体流出口２ｂと流体流入口としての気体流入口２ｃを形成して、液体流入口２ａに液体流入パイプ４の先端部を接続し、液体流出口２ｂに液体流出パイプ５の基端部を接続し、気体流入口２ｃに気体流入パイプ６の先端部を接続している。Ｐ１,Ｐ２は圧送ポンプ、Ｃはコンプレッサ、Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３は第１・第２・第３開閉弁、Ｔ１は第１タンクとしての液体供給タンク、Ｔ２は第２タンクとしての液体貯留タンク、Ｔ３は第３タンクとしての気体供給タンクである。ａは流体撹拌部Ａの回転方向、Ｒは循環流路である。

このようにして、第１開閉弁Ｖ１を開弁して液体供給タンクＴ１から流体としての１種類ないしは複数種類の液体を、圧送ポンプＰ１により流体流入パイプ４を通して流体収容ケース２内に流入させる。液体を一定量流入させた後は第１開閉弁Ｖ１を閉弁する。この際、第２開閉弁Ｖ２は閉弁している。流体収容ケース２内にて流体撹拌部Ａを回転させることで、液体をナノレベルに超微細化すると共に均一に撹拌することができる。その後、第２開閉弁Ｖ２を開弁して流体収容ケース２内から撹拌処理後の液体を、圧送ポンプＰ２により流体流出パイプ５を通して流出（回収）させて、液体貯留タンクＴ２に貯留することができる。流体撹拌部Ａを回転させて撹拌する際には、必要に応じて、第３開閉弁Ｖ３を開弁して気体供給タンクＴ３から流体としての空気や酸素や低酸素（酸素濃度が３０％位の空気）等の気体を、コンプレッサＣにより気体流入パイプ６から流入させることもできる。そして、気体を一定量流入させた後は第３開閉弁Ｖ３を閉弁して、液体と気体を流体撹拌部Ａにより撹拌することで、気体を数μｍレベルに超微細化すると共に均一にすることができる。例えば、重油と水と低酸素を混合・撹拌することで超微細な低酸素混じりの均一なエマルジョン燃料となすことができる。また、塗料や農薬を撹拌して超微細に均一化することもできる。

次に、本発明に係る流体撹拌部Ａの構成を、図２〜図１２を参照しながら詳説する。ここで、図２は流体撹拌部Ａの正面断面説明図、図３は同流体撹拌部Ａの平面説明図、図４は同流体撹拌部Ａの底面説明図、図５は同流体撹拌部Ａの分解斜視説明図、図６は上方の撹拌体の正面断面説明図、図７は上方の撹拌体の底面説明図、図８は下方の撹拌体の正面断面説明図、図９は下方の撹拌体の平面説明図である。

すなわち、流体撹拌部Ａは、図２〜図５に示すように、一対（本実施形態では上下一対）の撹拌体１０,１１を対向状態に配置して、ビス１７を介して同軸的に連結して構成している。そして、前記モーターＭの駆動軸３に上方の撹拌体１０を着脱自在に取り付けて、駆動軸３と両撹拌体１０,１１とを一体的に同一軸線廻りに回転させるようにしている。また、下方の撹拌体１１の回転中心である中心部には流入部１２を形成し、両撹拌体１０,１１間には流入部１２から放射線方向に複数（本実施形態では８本）の撹拌流路１３を円周方向に均等に配置して形成し、両撹拌体１０,１１の外周縁部間には各撹拌流路１３の先端部に連通する流出部１４を形成している。１８はビス孔である。

このようにして、モーターＭにより駆動軸３を介して流体撹拌部Ａを回転させることで、下方の撹拌体１１の中心部に形成した流入部１２を通して流入した流体を、両撹拌体１０,１１間に形成した８本の撹拌流路１３を通して放射線方向に流動させて、両撹拌体１０,１１の外周縁部間に形成した各流出部１４から流出させるようにしている。

さらに具体的に説明すると、図８及び図９に示すように、下方の撹拌体１１は円板状に形成すると共に、少なくとも上面を扁平な当接面１１ａとなしている。そして、中心部には円形に開口する流入部１２を形成している。図６及び図７に示すように、上方の撹拌体１０は下方の撹拌体１１よりもやや大径円板状の本片１０ａと同本片１０ａの周縁部から延設した周壁形成片１０ｂとから下方の撹拌体１１を収容可能な凹部１５を有する蓋状に形成している。そして、図２及び図４に示すように、本片１０ａの少なくとも下面を扁平な当接面１０ｃとなしている。また、凹部１５内に下方の撹拌体１１を収容すると共に、本片１０ａの当接面１０ｃに下方の撹拌体１１の当接面１１ａを密接状態に面接触させている。そして、下方の撹拌体１１の外周縁部１１ｂと上記周壁形成片１０ｂの内周面１０ｄとの間にリング状の間隙１６を形成し、同間隙１６に前記流出部１４を連通させている。図２,図３及び図６中、１０ｅは駆動軸３に取り付けるための取付ボス部、１０ｆは取付ボルト、１０ｇはボルト孔である。

撹拌流路１３は、図２及び図４に示すように、流入部１２側から流出部１４側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成している。図４中、Ｗ１は撹拌流路１３の基端幅、Ｗ２は撹拌流路１３の先端幅であり、基端幅Ｗ１＞先端幅Ｗ２となしている。図６及び図７に示すように、撹拌流路１３内には四角形板状に形成した上方側蛇行流路形成片１０ｈを仕切り状に配設すると共に、同上方側蛇行流路形成片１０ｈの先端部を上方の撹拌体１０から下方の撹拌体１１に向けて突出させている。また、図８及び図９に示すように、撹拌流路１３内には四角形板状に形成した下方側蛇行流路形成片１１ｃを仕切り状に配設すると共に、同下方側蛇行流路形成片１１ｃの先端部を下方の撹拌体１１から上方の撹拌体１０に向けて突出させている。そして、図２及び図４に示すように、これら蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃは撹拌流路１３の伸延方向に間隔を開けて交互に配置している。

このようにして、流入部１２から流入した流体は、各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃを越流しながら折り返し状に流動して、流出部側に蛇行状態に流動するようにしている。そして、流体は蛇行流動中に撹拌されるようにしている。

撹拌流路１３は、図７及び図９に示すように、上方の撹拌体１０の流入部１２側から流出部側１４に向けて放射状に伸延する上側流路形成凹部１３ａと、下方の撹拌体１１の流入部１２側から流出部１４側に向けて放射状に伸延する下側流路形成凹部１３ｂとを対向状態に配置して形成している。

また、図２に示すように、上方側蛇行流路形成片１０ｈは上側流路形成凹部１３ａ内から突出させて、同上側流路形成凹部１３ａ内をその伸延方向に多数個に区画すると共に、先端の越流縁部１０ｉを下側流路形成凹部１３ｂ内まで伸延させて配置している。下方側蛇行流路形成片１１ｃは下側流路形成凹部１３ｂ内から突出させて、同下側流路形成凹部１３ｂ内をその伸延方向に多数個に区画すると共に、先端の越流縁部１１ｄを上側流路形成凹部１３ａ内まで伸延させて配置している。そして、各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃは互い違い（交互）に略等間隔で配置している。

このように、各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃは互い違い（交互）に配置すると共に、各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃの越流縁部１０ｉ,１１ｄを相互に対向する流路形成凹部１３ｂ,１３ａ内まで伸延させることで、撹拌体１０,１１の回転軸線方向に往復して放射線方向に伸延する蛇行流路を形成することができると共に、この蛇行流路の振幅を大きく形成することができる。その結果、流体にせん断力が作用する蛇行流路の流路長を可及的に長く形成することができて、撹拌効率を向上させることができる。

本発明の実施形態は上記のように構成しているものであり、流体中にて一対の撹拌体１０,１１を一体的に回転させると、同流体は流入部１２から流入されて撹拌流路１３を経て流出部１４から流出される。そして、かかる流入部１２→撹拌流路１３→流出部１４→流入部１２という流体の循環流路Ｒ（図１参照）が形成される。

この際、撹拌流路１３は流入部１２側から流出部１４側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成することで、撹拌流路１３を通過する流体の線速度を漸次増大させることができる。しかも、撹拌体１０,１１にはその中心部から周縁部に向けて遠心力が大きく作用する。そのため流体は流入部１２側から流出部１４側に撹拌流路１３中を円滑に流れて、堅実に循環流路Ｒが形成される。そして、流入部１２から流入した流体は各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃを越流しながら折り返し状に流動して流出部１４側に蛇行状態に流動する。この蛇行状態に流動する流体にはせん断力が作用するが、このせん断力は速度勾配に比例するため、流体に作用するせん断力を流動方向において漸次増大させることができる。そのため、流体に作用するせん断力により流体への撹拌作用（分散作用）が増大される。その結果、流体を循環流路Ｒ中にて循環させることで撹拌効率を促進させることができる。

しかも、上方側蛇行流路形成片１０ｈは先端の越流縁部１０ｉを下側流路形成凹部１３ｂ内に配置すると共に、下方側蛇行流路形成片１１ｃは先端の越流縁部１１ｄを上側流路形成凹部１３ａ内に配置しているため、撹拌流路１３を蛇行流路となすことができると共に、撹拌流路１３の振幅を大きく形成することができる。その結果、流体にせん断力が作用する蛇行流路の流路長を可及的に長く形成することができて、撹拌効率を向上させることができる。

さらには、上方の撹拌体１０の外周縁部と上記周壁形成片１０ｂの内周面１０ｄとの間に形成したリング状の間隙１６に流出部を連通させているため、流出部１４から流出される流体を間隙１６を通して所要の方向（本実施形態では下方）に案内することができる。この際、間隙１６はリング状に形成されて流出部１４と連通されているため、同流出部１４から放出される流体は遠心力を受けながら間隙１６に沿って円周方向に流動されて、スパイラル状の軌跡を描きながら前記した循環流路Ｒを形成する。そのため、循環流路Ｒがスムーズにかつ堅実に形成されて、この点からも撹拌効率を向上させることができる。

また、撹拌装置Ｍは、流体収容ケース２内に液体流入口２ａから撹拌対象である流体を流入させて、同流体を流体収容ケース２内に満たし、同状態にてモーターＭの駆動軸３に連動連結した流体撹拌部Ａを回転させることで、流体を堅実に撹拌することができる。

しかも、かかる撹拌装置Ｍは軽量化、コンパクト化を容易に図ることができる。そのため、持ち運びが楽（搬送性が良好）で操作も簡単であるため、幅広い分野において撹拌作業に適用させることができる。メンテナンス作業を行う際には、モーターケース１の下端部から流体収容ケース２を取り外し、さらには、駆動軸３から流体撹拌部Ａを取り外すことができる。そして、流体撹拌部Ａはビス１７を取り外すことで撹拌体１０,１１を分離することができる。従って、各撹拌体１０,１１のメンテナンス作業、例えば、各流路形成凹部１３ａ,１３ｂの洗浄を迅速かつ簡単に行うことができる。その結果、撹拌対象となる流体によっては頻繁に洗浄等のメンテナンス作業を要する場合があるが、このような場合にも好適なものとなる。

また、他実施形態として、撹拌流路１３の断面積に大→小→大→小の交互の変化をもたせることで、撹拌流路１３内を流動する流体に脈流を形成して撹拌効率を増大させることもできる。例えば、各蛇行流路形成片１０ｈ,１１ｃの越流縁部１０ｉ,１１ｄを凹状ないしは凸状に形成することで、流路断面積が交互に大→小→大→小と変化するように形成することができる。

撹拌効率を良好に確保したまま、洗浄等のメンテナンス作業の手間を軽減し、さらには製造コストを低減することができる流体撹拌部を提供することができる。そして、かかる流体撹拌部を具備する撹拌装置を提供することができる。

Ａ流体撹拌部
Ｍ撹拌装置
１モーター
２流体収容ケース
３駆動軸
１０上方の撹拌体
１１下方の撹拌体

Claims

流体を撹拌する撹拌装置に装備する流体撹拌部であって、
上記流体撹拌部は、対向状態にして同軸的に配置した一対の撹拌体を同一軸線廻りに回転させて、一方の撹拌体の回転中心である中心部に形成した流入部を通して流入した流体を、両撹拌体間に形成した撹拌流路を通して放射線方向に流動させて、両撹拌体の外周縁部間に形成した流出部から流出させるように構成すると共に、
撹拌流路は、流入部側から流出部側に向けて流路断面積を漸次縮小させて形成し、同撹拌流路内には、一方の撹拌体から他方の撹拌体に向けて突出させた一方側蛇行流路形成片と、他方の撹拌体から一方の撹拌体に向けて突出させた他方側蛇行流路形成片とを撹拌流路の伸延方向に間隔を開けて交互に配置して、
流入部から流入した流体は、各蛇行流路形成片を越流しながら流出部側に蛇行状態に流動して撹拌されるようにしたことを特徴とする撹拌装置の流体撹拌部。
撹拌流路は、一方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する一側流路形成凹部と、他方の撹拌体の流入部側から流出部側に向けて放射状に伸延する他側流路形成凹部とを対向状態に配置して形成し、
一方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を他側流路形成凹部内に配置すると共に、他方側蛇行流路形成片は先端の越流縁部を一側流路形成凹部内に配置したことを特徴とする請求項1記載の撹拌装置の流体撹拌部。
一方の撹拌体は円板状に形成すると共に、他方の撹拌体は一方の撹拌体よりもやや大径円板状の本片と同本片の周縁部から延設した周壁形成片とから一方の撹拌体を収容可能な凹部を有する蓋状に形成して、同凹部内に収容した一方の撹拌体の外周縁部と上記周壁形成片の内周面との間にリング状の間隙を形成し、同間隙に前記流出部を連通させたことを特徴とする請求項1又は２記載の撹拌装置の流体撹拌部。
モーターに、流体流入口と流体流出口とを有する流体収容ケースを取り付け、同流体収容ケース内に請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体撹拌部を配置すると共に、同流体撹拌部を上記モーターの駆動軸に連動連結したことを特徴とする撹拌装置。