JP6066199B2

JP6066199B2 - 撹拌機

Info

Publication number: JP6066199B2
Application number: JP2013110618A
Authority: JP
Inventors: 大亮杉舩; 隆宏十川; 和田　誠; 誠和田
Original assignee: Izumi Food Machinery Co Ltd
Current assignee: Izumi Food Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014226648A

Description

本発明は、撹拌機に関し、特に、固形物を混入した液体を均一に混合撹拌することができるようにした撹拌機に関するものである。

従来、液体の混合や溶解等を目的とした撹拌機として、回転撹拌手段により、円筒状の側壁を備えた撹拌槽に貯留された液体に、撹拌槽の側壁に沿う上昇流と撹拌槽の中心付近で下降する下降流とからなる、流れに回転方向の成分（旋回流）を含む循環流を発生させるようにした撹拌機が汎用されている（例えば、特許文献１〜２参照。）。

ところで、上記撹拌機においては、回転撹拌手段の撹拌翼の形状を工夫したり（特許文献１〜２参照。）、補助的な回転撹拌手段を付設することにより（特許文献２参照。）、液体の混合や溶解が効率よく行われるようにしていた。

特開２００９−２２００８３号公報特開２０１２−２００６２３号公報

しかしながら、上記従来の撹拌機は、回転撹拌手段の撹拌翼の形状が複雑となったり、補助的な回転撹拌手段を付設することにより、撹拌機の製造コストが上昇するとともに、撹拌槽内の構造が複雑になるため、撹拌機の洗浄に手数を要するという問題があり、１台の装置で性状の異なる多種類、少量の液体に対応し、多種類の製品を製造することに適応できるものではなかった。
また、上記従来の撹拌機において、液体の流れを剪断するために設けられている棒状の腕翼棒（特許文献１参照。）は、液体の流れと同じ方向に、かつ、液中で回転することになるため、液体の性状や液体に混入される固形物の性状によっては、十分な剪断効果、ひいては、液体の混合や溶解効果を得にくいという問題があった。

本発明は、上記従来の撹拌機の有する問題点に鑑み、簡易な構造で、液体を均一に混合撹拌できるようにするとともに、１台の装置で性状の異なる多種類、少量の液体に対応し、多種類の製品を製造することに適応できる撹拌機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撹拌機は、回転撹拌手段により、円筒状の側壁を備えた撹拌槽に貯留された液体に、撹拌槽の側壁に沿う上昇流と撹拌槽の中心付近で下降する下降流とからなる、流れに回転方向の成分を含む循環流を発生させるようにした撹拌機において、回転撹拌手段として、撹拌槽の中心軸の上方から鉛直方向に配設した回転軸に、板状又は放射状の翼片からなり、上辺が前記回転軸から撹拌槽の周壁に向かって延び、下辺が撹拌槽の底壁に沿った形状に形成された、撹拌槽の周壁の内径に対して０．７０〜０．９８倍の翼径を有する撹拌翼を、撹拌槽の底壁に対して撹拌槽の周壁の内径の０．０２〜０．０５倍の隙間を維持して回転するように設けた上部回転撹拌手段と、撹拌槽の底壁の中心部に設けた多機能型の下部回転撹拌手段と、該下部回転撹拌手段の外周側の撹拌槽の側壁から離れた位置に撹拌槽の底壁から液中に垂設した下部バッフルとを備え、前記撹拌翼に下部回転撹拌手段及び下部バッフルとの干渉を防止する切欠部を形成したことを特徴とする。

この場合において、循環流に剪断力を作用させる上部バッフルを、撹拌槽内に撹拌槽の側壁から離れた、撹拌翼に干渉しない位置に上方から鉛直方向に配設することができる。

また、前記下部バッフル又は上部バッフルを、棒状又は板状の部材から構成することができる。

本発明の撹拌機によれば、回転撹拌手段として、撹拌槽の中心軸の上方から鉛直方向に配設した回転軸に撹拌翼を設けた上部回転撹拌手段と、撹拌槽の底壁の中心部に設けた多機能型の下部回転撹拌手段とを備え、撹拌翼に下部回転撹拌手段との干渉を防止する切欠部を形成することにより、簡易な構造で、液体を均一に混合撹拌できるようにするとともに、１台の装置で性状の異なる多種類、少量の液体に対応し、多種類の製品を製造することに適応できる。

そして、下部バッフルを、撹拌槽の底壁から液中に垂設することにより、剪断作用を及ぼすことにより均一に混合撹拌した液体を、そのまま撹拌槽の底壁に形成した排出部から排出することができ、特に、バッチ処理の場合には、払い出しの最後まで液体に剪断作用を及ぼして均一に混合撹拌することができる。

また、回転撹拌手段の撹拌翼に、撹拌槽の底壁から液中に垂設した下部バッフルが通過する切欠部を形成することにより、回転撹拌手段により循環流を効率よく発生させるようにしながら、撹拌翼と撹拌槽の底壁から液中に垂設した下部バッフルとの干渉を防止することができる。

また、循環流に剪断力を作用させる上部バッフルを、撹拌槽内に撹拌槽の側壁から離れた、撹拌翼に干渉しない位置に上方から鉛直方向に配設することにより、簡易な構造で、液体に十分な剪断作用を及ぼして、液体を均一に混合撹拌することができる。
これにより、撹拌機の製造コストが上昇したり、撹拌槽内の構造が複雑になるため、撹拌機の洗浄に手数を要するといった従来の撹拌機の有する問題点を解消することができる。

そして、上部バッフルを、液面の上方から液中に垂設することにより、液面に浮上しやすい固形物を混入した液体を、液面に浮上した固形物を液中に引き込むようにして、均一に混合撹拌することができる。

また、前記下部バッフル又は上部バッフルを、棒状又は板状の部材から構成することにより、洗浄性の良い簡易な形状で、液体に十分な剪断作用を及ぼして、液体を均一に混合撹拌することができる。

本発明の撹拌機の一実施例を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。撹拌機の参考例を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。

以下、本発明の撹拌機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の撹拌機の一実施例を示す。
この撹拌機は、円筒状の側壁を備えた撹拌槽１に貯留された液体に、撹拌槽１の側壁に沿う上昇流と撹拌槽１の中心付近で下降する下降流とからなる、流れに回転方向の成分を含む循環流を発生させる回転撹拌手段、具体的には、上部回転撹拌手段２と、下部回転撹拌手段３とを備え、回転撹拌手段２には、撹拌槽１の内面に摺接するスクレーパ４を配設し、さらに、循環流に剪断力を作用させるバッフル、具体的には、上部バッフル５ａと、下部バッフル５ｂを、撹拌槽１内に撹拌槽１の側壁から離れた位置に鉛直方向に配設するようにしている。

この場合において、撹拌槽１は、円筒状の側壁と、底壁とを備え、底壁には排出部６を形成するようにしている。
このため、底壁は、液体の排出を円滑にできるように、コニカル（円錐台又は円錐）で構成しているが、平板又は鏡板で構成することもできる。
また、側壁は、必要に応じて、ジャケット構造（図示省略）とし、ジャケット内に熱媒体を流通させることにより、撹拌槽１に貯留された液体を加熱又は冷却するようにすることができる。

上部回転撹拌手段２は、撹拌槽１の中心軸の上方から鉛直方向に配設した回転軸２０の下端に、撹拌翼としての板状や放射状等の翼片からなる底翼２１を設けることによって、撹拌槽１に貯留された液体に、流れに回転方向の成分を含む循環流を発生させる撹拌機能を備えたものからなる。
底翼２１は、撹拌槽１の周壁の内径に対して０．７０〜０．９８倍、好ましくは、０．９０〜０．９５倍程度の翼径を有するとともに、撹拌槽１の底壁に対して均一で微小な隙間を維持して回転するように、下辺を撹拌槽１の底壁に沿った形状に形成し、隙間の寸法は、撹拌槽１の周壁の内径の０．０２〜０．０５倍程度となるように設定するようにしている。
ここで、底翼２１は、翼径をできるだけ大きくした方が、また、撹拌槽１の底壁と底翼２１の隙間はできるだけ小さくした方が、撹拌効率が向上し、低速の回転による撹拌が可能となる（上記の範囲に設定することにより、例えば、焼肉のたれの粒ゴマは壊さずに形状を維持するようにすることができる。）が、スクレーパ４を取り付ける際の作業性等を考慮して設定するようにする。
また、底翼２１には、後述の撹拌槽１の底壁に設けた下部回転撹拌手段３及び下部バッフル５ｂと干渉しないように切欠部２２、２３を形成するようにしている。
ここで、上記切欠部２２、２３は、できるだけ小さくした方が、撹拌効率が向上し、低速の回転による撹拌が可能となるが、ブレによる干渉や摩耗、メンテナンスの際の作業性等を考慮して設定する（例えば、下部回転撹拌手段３に対応する切欠部２２の上端は、撹拌槽１の底壁から撹拌槽１の周壁の内径の０．１５〜０．２５倍程度が好ましい。）ようにする。

下部回転撹拌手段３は、撹拌槽１の底壁の中心部に設けた多機能型、本実施例においては、撹拌槽１に貯留された液体に、流れに回転方向の成分を含む循環流を発生させる撹拌機能に加え、粉砕機能と、剪断機能とを備えたものからなる。
回転撹拌手段３は、具体的には、撹拌槽１の中心軸の下方から鉛直方向に配設した回転軸３０の上端に設けた固形物を粉砕するためのカッタ歯３１と、その下方に設けた撹拌槽１に貯留された液体に下降流を生じさせる半椀状の液体導入部３２ａを形成した円板３２と、液体導入部３２ａから導入された液体に剪断力を作用させて分散や乳化を行う円板３２に下向きに垂設した回転子３３ａと、撹拌槽１の底壁に上向きに垂設した固定子３３ｂとで構成するようにしている。
ここで、回転子３３ａ及び固定子３３ｂは、周面に多数のスリットや小孔を形成した円筒体や隙間をあけて円形に配列したバー部材で構成するようにしている。
この場合、下部回転撹拌手段３の回転軸３０の回転数は、上部回転撹拌手段２の回転軸２０の回転数よりも高速回転するように、それぞれの駆動手段（いずれも図示省略）を構成するようにする。
また、カッタ歯３１、液体導入部３２ａを形成した円板３２、回転子３３ａ及び固定子３３ｂの形状や設置の有無は、適宜選択することができ、例えば、固形物の粉砕の有無及びその程度、液体の混合と粉体の溶解（ダマをつぶす）の程度、乳化の有無等に応じて任意に決定することができる。

スクレーパ４は、撹拌槽１の周壁及び底壁に付着した物質を掻き取るためのもので、上部回転撹拌手段２の底翼２１に撹拌槽１の周壁に沿うように取り付けたスクレーパアーム４１及び底翼２１自体に、底翼２１の回転に伴って液体の圧力で先端側が撹拌槽１の周壁及び底壁側に付勢されるように合成樹脂製のスクレーパブレード４２を揺動自在に設けて構成するようにしている。
この場合、スクレーパブレード４２は、撹拌槽１の周壁又は底壁に摺接するように設置するほか、撹拌槽１の周壁又は底壁と微小な隙間を隔てて移動するように設置することもできる。
なお、スクレーパブレード４２が、撹拌槽１の周壁又は底壁に摺接する場合には、スクレーパブレード４２の周速が３ｍ／ｓ以下となるように上部回転撹拌手段２の回転軸２０の回転数を設定し、スクレーパブレード４２の極度の摩耗を防止することが好ましい。

循環流に剪断力を作用させる上部バッフル５ａは、撹拌槽１に貯留された液体の液面ＷＬの上方から液中に垂設するようにしている。
このため、上部バッフル５ａは、撹拌槽１の上壁若しくは上蓋又は撹拌槽１の側壁に設けたブラケット（いずれも図示省略）から下向きに垂設するようにする。
なお、上部バッフル５ａは、溶接により固設するほか、着脱可能に配設することもでき、これよりの配設位置や配設数を変更することができる。
この場合、上部バッフル５ａは、端部を閉塞したパイプ、丸棒、断面形状が正方形、長方形、六角形等の多角形、半円形等の曲面を含む異形の棒状の部材や平板（湾曲したものを含む。）等の板状の部材で構成することができるが、撹拌槽１をＣＩＰ（ＣｌｅａｎｉｎｇｉｎＰｌａｃｅ＝定置洗浄）することを考慮すると、洗浄性の良いパイプ又は丸棒で構成することが好ましく、また、剪断作用を高めるためには、断面形状を大きくしたり、板状の部材をその長辺側が液体の流れの方向を向くように設置するようにする。
また、上部バッフル５ａは、配設数を多くすることにより、剪断作用を高めることができるが、循環流に与える抵抗値の増加による循環流の流速の低下や原料投入口等のアクセサリ（図示省略）の撹拌槽１の上壁又は上蓋への配置等を考慮すると、配設数は１〜４程度とし、等角度間隔に配設するようにすることが好ましい。本実施例においては、配設数を２とし、直径が撹拌槽１の周壁の内径の０．０３〜０．１０倍、好ましくは、０．０４〜０．０８倍程度、下端が底翼２１の上辺近傍に達する長さのパイプ又は丸棒を、同内径の０．６〜０．９倍、好ましくは、０．７〜０．８倍程度の円周上に、等角度間隔に配設するようにしている。

循環流に剪断力を作用させる下部バッフル５ｂは、撹拌槽１の底壁から液中に垂設するようにしている。
なお、下部バッフル５ｂは、溶接により固設するほか、着脱可能に配設することもでき、これよりの配設位置や配設数を変更することができる。
この場合、下部バッフル５ｂは、端部を閉塞したパイプ、丸棒、断面形状が正方形、長方形、六角形等の多角形、半円形等の曲面を含む異形の棒状の部材や平板（湾曲したものを含む。）等の板状の部材で構成することができるが、下部バッフル５ｂとの干渉を防止するために底翼２１に形成する切欠部２３との関係（切欠部２３が大きくなると底翼２１の撹拌力が低下することとなる。）から、小さい断面形状で高い剪断作用を得ることができる断面形状が多角形の棒状の部材や平板（湾曲したものを含む。）等の板状の部材で構成することが好ましい。
また、下部バッフル５ｂは、配設数を多くすることにより、剪断作用を高めることができるが、循環流に与える抵抗値の増加による循環流の流速の低下や排出部６、温度計、レベル計等のアクセサリの撹拌槽１の底壁への配置等を考慮すると、配設数は１〜４程度とし、等角度間隔に配設するようにすることが好ましい。本実施例においては、配設数を３とし、一辺が撹拌槽１の周壁の内径の０．０３〜０．１０倍、好ましくは、０．０４〜０．０８倍程度、撹拌槽１の周壁に対する上端の高さが同内径の０．２倍程度の角棒又は平板を、同内径の０．４〜０．６倍、好ましくは、０．４５〜０．５５倍程度の円周上に、等角度間隔に配設するようにしている。
撹拌槽１をＣＩＰする場合は、下部バッフル５ｂが浸されるまで洗浄液を張り、底翼２１を低速で回転させることで十分に洗浄することができる。

ここで、本実施例の撹拌機を構成する上記各機構は、必要に応じて省略することができる。
例えば、撹拌槽１の周壁及び底壁に物質が付着しにくい液体（粘度１０００ｍＰａ・ｓ以下の液体）を対象とし、撹拌槽１に貯留された液体を加熱処理しない場合は、スクレーパ４を省略することができる。
また、図２に示す参考例のように、上部バッフル５ａ及び下部バッフル５ｂ（又はそのいずれか一方）を省略することもできる。
なお、下部バッフル５ｂを省略する場合には、下部バッフル５ｂと干渉しないように底翼２１に形成するようにしていた切欠部２３も省略するようにする。

本実施例の撹拌機の奏する作用効果は、以下のとおりである。
・回転撹拌手段に、上部回転撹拌手段２及び多機能型の下部回転撹拌手段３を備えることにより、水相当の粘度の液体から、高粘度（粘度２００００ｍＰａ・ｓ以上）の液体を均一に混合でき、特に、多機能型の下部回転撹拌手段３によって、増粘材等の難溶性の粉体の溶解、水と油の分散や乳化、チョコレート、バター、チーズ、野菜等の固形物の破砕、ペースト化を併せて行うことが可能となり、また、少ない仕込量でもすべてのプロセスが可能となるため、１台の装置で性状の異なる多種類、少量の液体に対応し、多種類の製品、例えば、固形物入り製品やスラリー製品を製造することができる。
・循環流に剪断力を作用させる上部バッフル５ａ及び下部バッフル５ｂを、撹拌槽１内に撹拌槽１の側壁から離れた位置に鉛直方向に配設することにより、簡易な構造で、液体に十分な剪断作用を及ぼして、循環流の回転方向の成分から上下循環流を作り出すことができ、比重差の大きい固形物を混入した液体、例えば、粒ゴマを混入した焼肉のたれ、固形物の混入割合が高いスラリー状の液体、低粘度（粘度１０００ｍＰａ・ｓ以下）の固形物を混入した液体等を均一に混合撹拌することができる。これにより、撹拌機の製造コストが上昇したり、撹拌槽１内の構造が複雑になるため、撹拌機の洗浄に手数を要するといった従来の撹拌機の有する問題点を解消することができる。
・上部バッフル５ａを、液面の上方から液中に垂設することにより、液面に浮上しやすい固形物を混入した液体、例えば、粒ゴマを混入した焼肉のたれを、液面に浮上した固形物を液中に引き込むようにして、均一に混合撹拌することができる。
・下部バッフル５ｂを、撹拌槽１の底壁から液中に垂設することにより、剪断作用を及ぼすことにより均一に混合撹拌した液体、例えば、粒ゴマを混入した焼肉のたれを、そのまま撹拌槽１の底壁に形成した排出部６から排出することができ、特に、バッチ処理の場合には、払い出しの最後まで液体に剪断作用を及ぼして均一に混合撹拌することができ、さらに、必要に応じて、撹拌槽から直接容器に充填するようにすることもできる。
・スクレーパ４を備えることにより、撹拌槽１の周壁及び底壁に付着した物質を掻き取るとともに、撹拌槽１の周壁及び底壁付近での液体の滞留を防止することができ、特に、撹拌槽１に貯留された液体をジャケット内に熱媒体を流通させることにより加熱処理する場合に、焦げが発生することを防止できる。
・底翼２１の翼径を撹拌槽１の周壁の内径に対して０．７０倍以上とすることにより、高粘度（粘度２００００ｍＰａ・ｓ以上）の液体を均一に混合できるとともに、撹拌効率を高めることができ、これにより、スクレーパブレード４２の周速を３ｍ／ｓ以下となるように上部回転撹拌手段２の回転軸２０の回転数を設定することが可能となり、スクレーパブレード４２の極度の摩耗を防止することができる。

以上、本発明の撹拌機について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の撹拌機は、簡易な構造で、液体を均一に混合撹拌できるとともに、１台の装置で性状の異なる多種類、少量の液体に対応し、多種類の製品を製造することに適応できるという特性を有していることから、固形物を混入した液体を均一に混合撹拌する用途、具体的には、各種ドレッシング、マヨネーズ、たれ、ケチャップ、各種ソース類等の調味料、調味食品、液状調理食品、液状食品添加物等の製造工程（撹拌槽から直接容器に充填するようにすることもできる。）に好適に用いることができるほか、各種液体の混合や溶解等を目的とした撹拌の用途に広く用いることができる。

１撹拌槽
２上部回転撹拌手段（回転撹拌手段）
２０回転軸
２１底翼（撹拌翼）
２２切欠部
２３切欠部
３下部回転撹拌手段（回転撹拌手段）
３０回転軸
３１カッタ歯
３２円板
３２ａ液体導入部
３３ａ回転子
３３ｂ固定子
４スクレーパ
５ａ上部バッフル（バッフル）
５ｂ下部バッフル（バッフル）
６排出部

Claims

回転撹拌手段により、円筒状の側壁を備えた撹拌槽に貯留された液体に、撹拌槽の側壁に沿う上昇流と撹拌槽の中心付近で下降する下降流とからなる、流れに回転方向の成分を含む循環流を発生させるようにした撹拌機において、
回転撹拌手段として、
撹拌槽の中心軸の上方から鉛直方向に配設した回転軸に、板状又は放射状の翼片からなり、上辺が前記回転軸から撹拌槽の周壁に向かって延び、下辺が撹拌槽の底壁に沿った形状に形成された、撹拌槽の周壁の内径に対して０．７０〜０．９８倍の翼径を有する撹拌翼を、撹拌槽の底壁に対して撹拌槽の周壁の内径の０．０２〜０．０５倍の隙間を維持して回転するように設けた上部回転撹拌手段と、
撹拌槽の底壁の中心部に設けた多機能型の下部回転撹拌手段と、
該下部回転撹拌手段の外周側の撹拌槽の側壁から離れた位置に撹拌槽の底壁から液中に垂設した下部バッフルとを備え、
前記撹拌翼に下部回転撹拌手段及び下部バッフルとの干渉を防止する切欠部を形成したことを特徴とする撹拌機。
循環流に剪断力を作用させる上部バッフルを、撹拌槽内に撹拌槽の側壁から離れた、撹拌翼に干渉しない位置に上方から鉛直方向に配設したことを特徴とする請求項１記載の撹拌機。
前記下部バッフルが、棒状又は板状の部材からなることを特徴とする請求項１又は２記載の撹拌機。
前記上部バッフルが、棒状又は板状の部材からなることを特徴とする請求項２記載の撹拌機。