JP6927510B2 - Heating and stirring device - Google Patents

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Description

この発明は、容器内に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置に関する。 The present invention relates to a heating and stirring device for heating and stirring an object to be processed contained in a container.

近年、下水処理場および廃水処理場などで大量に発生する下水汚泥からメタンガスを主成分とするバイオガスを回収する技術の実用化が進められている。下水汚泥からバイオガスを回収する一手法として、汚泥を減容および減量すると同時にメタンガスを回収することができるメタン発酵処理技術がある(たとえば、国際公開第2012/132799号公報(特許文献1)参照)。このメタン発酵処理技術では、一般的に、メタン発酵槽に投入した下水汚泥を撹拌しながら加熱するための加熱撹拌装置が用いられる。 In recent years, practical application of a technique for recovering biogas containing methane gas as a main component from sewage sludge generated in large quantities in sewage treatment plants and wastewater treatment plants has been promoted. As a method for recovering biogas from sewage sludge, there is a methane fermentation treatment technique capable of recovering methane gas at the same time as reducing the volume and weight of sludge (see, for example, International Publication No. 2012/132799 (Patent Document 1)). ). In this methane fermentation treatment technique, a heating and stirring device for heating the sewage sludge put into the methane fermentation tank while stirring is generally used.

加熱撹拌装置においては、従来、被処理物が収容された容器の外側に抵抗ヒータなどの加熱手段を配置し、加熱手段を用いて容器を加熱することで被処理物を加熱する構成が知られている(たとえば、実用新案登録第3012756号(特許文献2)参照)。従来の加熱撹拌装置には、抵抗ヒータなどの加熱手段以外に、蒸気、温水および油などを熱源として使用するものもある。 Conventionally, in a heating and stirring device, a configuration is known in which a heating means such as a resistance heater is arranged outside a container in which an object to be processed is housed, and the container is heated by using the heating means to heat the object to be processed. (See, for example, Utility Model Registration No. 3012756 (Patent Document 2)). Some conventional heating and stirring devices use steam, hot water, oil, or the like as a heat source in addition to the heating means such as a resistance heater.

国際公開第2012/132799号公報International Publication No. 2012/132799 実用新案登録第3012756号Utility model registration No. 3012756

嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人 化学工学会、第81年会(2016)Shimada et al., "Temperature uniformity and heat transfer characteristics in simultaneous operation of heating and stirring water candy with induction heating and stirring blades", Society of Chemical Engineers of Japan, 81st Annual Meeting (2016)

しかしながら、上記特許文献2に記載される容器外部に加熱手段を配置する構成では、被処理物の粘度が高くなると、被処理物の撹拌が困難となり、結果的に被処理物の温度のばらつきが大きくなるという課題がある。 However, in the configuration in which the heating means is arranged outside the container described in Patent Document 2, when the viscosity of the object to be processed becomes high, it becomes difficult to stir the object to be processed, and as a result, the temperature of the object to be processed varies. There is a problem of growing up.

本願発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、撹拌翼を電磁誘導加熱することにより高粘度の被処理物における温度ばらつきを低減できることを見出した(たとえば、嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人 化学工学会、第81年会(2016)(非特許文献1)参照)。 As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors of the present application have found that the temperature variation in a highly viscous object to be processed can be reduced by electromagnetically inducing heating the stirring blade (for example, Shimada et al., Et al. "Temperature uniformity and heat transfer characteristics in simultaneous operation of heating and stirring water candy with an induction heating and stirring blade", Chemical Engineering Society, 81st Annual Meeting (2016) (Non-Patent Document 1)).

その一方で、撹拌翼を電磁誘導加熱するためには、容器外部に電磁誘導コイルを配置する必要があるため、加熱撹拌装置の体格の小型化には限界が生じていた。また、電磁誘導コイルが発生した交番磁界を容器内の撹拌翼に十分鎖交させるためには、容器を非導電体で形成する必要があり、容器の形状および大きさ等が制約されていた。さらに、加熱撹拌装置の省電力化の要求を受けて、加熱効率の改善も求められていた。 On the other hand, in order to electromagnetically induce and heat the stirring blade, it is necessary to arrange the electromagnetic induction coil outside the container, so that there is a limit to the miniaturization of the physique of the heating and stirring device. Further, in order to sufficiently interlink the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil with the stirring blade in the container, the container must be formed of a non-conductor, and the shape and size of the container are restricted. Further, in response to the demand for power saving of the heating and stirring device, improvement of heating efficiency has also been required.

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、装置の小型化および高い加熱効率を実現することができる加熱撹拌装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a heating and stirring device capable of realizing miniaturization of the device and high heating efficiency.

この発明によれば、容器に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置は、撹拌翼と、通電部と、給電部とを備える。撹拌翼は、容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分に第1導電体部が形成されている。通電部は、第2導電体部と、第2導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する。給電部は、容器外部に配置され、通電部に高周波電流を供給する。容器内において、通電部の少なくとも一部分は撹拌翼の近傍に配置される。 According to the present invention, the heating and stirring device for heating and stirring the object to be processed contained in the container includes a stirring blade, an energizing unit, and a feeding unit. The stirring blade is rotatably arranged in the container, and the first conductor portion is formed at least in a part thereof. The energizing portion has a second conductor portion and an insulator that covers the outer periphery of the second conductor portion. The power feeding unit is arranged outside the container and supplies a high frequency current to the energizing unit. In the container, at least a part of the energizing part is arranged in the vicinity of the stirring blade.

この発明によれば、高周波電流の通電部が容器内で撹拌翼の近傍に配置されているため、撹拌翼は、通電部が発生する交番磁界の電磁誘導作用によってジュール熱を発生するとともに、通電部にて発生するジュール熱を受けて加熱される。これにより、容器外部の電磁誘導コイルが不要となるため、加熱撹拌装置を小型化することができる。また、高い加熱効率を実現するため、加熱撹拌装置の省電力化に貢献することができる。 According to the present invention, since the energizing portion of the high-frequency current is arranged in the vicinity of the stirring blade in the container, the stirring blade generates Joule heat by the electromagnetic induction action of the alternating magnetic field generated by the energizing portion and energizes. It is heated by receiving the Joule heat generated in the part. This eliminates the need for an electromagnetic induction coil outside the container, so that the heating and stirring device can be miniaturized. Further, since high heating efficiency is realized, it is possible to contribute to power saving of the heating and stirring device.

この発明の実施の形態に係る加熱撹拌装置の構成を概略的に示した図である。It is a figure which showed schematic the structure of the heating stirring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1のII−II線での断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 通電部の他の構成例を説明する図である。It is a figure explaining another structural example of a current-carrying part. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置の電気的回路構成を説明する図である。It is a figure explaining the electric circuit structure of the heating agitator which concerns on this embodiment. 外部加熱方式の加熱撹拌装置(図5(a))および内部加熱方式の加熱撹拌装置(図5(b))の構成を概略的に示した図である。It is a figure which showed schematic structure of the heating and stirring device of the external heating type (FIG. 5A) and the heating and stirring device of the internal heating type (FIG. 5B). 外部加熱方式の加熱撹拌装置および内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について撹拌レイノルズ数と最大ばらつき温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stirring Reynolds number and the maximum variation temperature for each of the heating stirrer of an external heating type and the heating stirrer of an internal heating type. 外部加熱方式の加熱撹拌装置および内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について撹拌レイノルズ数と熱コンダクタンスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stirring Reynolds number and the thermal conductance for each of the heating stirrer of an external heating type and the heating stirrer of an internal heating type. 2種類の内部加熱方式の加熱撹拌装置の相違点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference between two kinds of internal heating type heating and stirring apparatus. 内部通電型加熱撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示した図である。It is a figure which showed schematicly the heat transfer path in an internal energization type heating agitator. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the stirring blade and the energizing part applied to the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る加熱撹拌装置の変更例の構成を概略的に示した図である。It is a figure which showed roughly the structure of the modification example of the heating stirring apparatus which concerns on this embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

[加熱撹拌装置の構成]
この発明の実施の形態に係る加熱撹拌装置100は、容器13の内部に収容された被処理物20を加熱撹拌するための装置である。加熱撹拌装置100は、たとえば下水汚泥からバイオガスを回収する汚泥処理装置に適用することができる。
[Structure of heating and stirring device]
The heating and stirring device 100 according to the embodiment of the present invention is a device for heating and stirring the object to be processed 20 housed inside the container 13. The heating and stirring device 100 can be applied to, for example, a sludge treatment device that recovers biogas from sewage sludge.

まず、図1を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置100の構成について説明する。なお、図1は、加熱撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。 First, the configuration of the heating / stirring device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the heating and stirring device 100 along the axial direction AX.

図1を参照して、加熱撹拌装置100は、撹拌翼1と、回転軸2と、封止部材3,15と、給電部4と、導電線9a,9bと、通電部10と、容器13と、蓋部14とを備える。 With reference to FIG. 1, the heating and stirring device 100 includes a stirring blade 1, a rotating shaft 2, sealing members 3, 15 and a feeding portion 4, conductive wires 9a and 9b, an energizing portion 10, and a container 13. And a lid portion 14.

図1には、容器13の内部に被処理物20が収容されている状態が示されている。容器13には蓋部14が取り付けられている。容器13および蓋部14は、たとえば樹脂で形成されている。なお、容器13および蓋部14は、導電体および非導電体のいずれから構成されていてもよい。 FIG. 1 shows a state in which the object to be processed 20 is housed inside the container 13. A lid portion 14 is attached to the container 13. The container 13 and the lid portion 14 are made of, for example, resin. The container 13 and the lid portion 14 may be composed of either a conductor or a non-conductor.

被処理物20は、たとえば下水汚泥である。ただし、被処理物20は、下水汚泥に限定されず、気体、液体、固体(紛体、粒体等)およびこれらの混合物のいずれにも適用可能である。 The object to be treated 20 is, for example, sewage sludge. However, the object to be treated 20 is not limited to sewage sludge, and can be applied to any of gas, liquid, solid (powder, granule, etc.) and a mixture thereof.

撹拌翼1は、容器13の内部に配置されており、その一部分が被処理物20中に浸漬されている。撹拌翼1は、たとえばアンカー翼である。なお、後述するように、撹拌翼1には、被処理物20の粘度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。 The stirring blade 1 is arranged inside the container 13, and a part thereof is immersed in the object 20 to be processed. The stirring blade 1 is, for example, an anchor blade. As will be described later, as the stirring blade 1, a stirring blade having an appropriate shape depending on the viscosity of the object to be processed 20 can be used.

撹拌翼1は、少なくとも一部分に導電体部(第1導電体部)が形成されている。撹拌翼1の少なくとも一部分は、代表的には金属で形成されている。当該少なくとも一部分はたとえばステンレス鋼(SUS304)で形成されている。 A conductor portion (first conductor portion) is formed in at least a part of the stirring blade 1. At least a part of the stirring blade 1 is typically made of metal. At least a part thereof is made of, for example, stainless steel (SUS304).

具体的には、撹拌翼1は、その一部分を導電体で形成し、残りの部分を非導電体で形成した構造を採ることができる。あるいは、撹拌翼1全体を導電体で形成した構造を採ることができる。たとえば、撹拌翼1が軸部分と羽根部分とで構成されている場合、前者の構造として、羽根部分(もしくはその一部)を導電体で形成し、軸部分を含む残りの部分を非導電体で形成することができる。一方、後者の構造として、軸部分および羽根部分をともに導電体で形成することができる。以下の説明では、全体が導電体で形成されている撹拌翼1について例示する。 Specifically, the stirring blade 1 can adopt a structure in which a part thereof is made of a conductor and the other part is made of a non-conductor. Alternatively, a structure in which the entire stirring blade 1 is formed of a conductor can be adopted. For example, when the stirring blade 1 is composed of a shaft portion and a blade portion, as the former structure, the blade portion (or a part thereof) is formed of a conductor, and the remaining portion including the shaft portion is a non-conductor. Can be formed with. On the other hand, as the latter structure, both the shaft portion and the blade portion can be formed of a conductor. In the following description, the stirring blade 1 which is entirely made of a conductor will be illustrated.

回転軸2は、軸方向AXにおける一方端部が、容器13の内部にて撹拌翼1の主軸1aに接続されている。回転軸2は、たとえばステンレス鋼(SUS304)で形成されている。回転軸2の一方端部と主軸1aとの間に封止部材3が配置されている。封止部材3は、回転軸2の一方端部と主軸1aとの間の隙間を封止可能に構成されている。封止部材3には、たとえば絶縁性のOリングを用いることができる。 One end of the rotating shaft 2 in the axial direction AX is connected to the main shaft 1a of the stirring blade 1 inside the container 13. The rotating shaft 2 is made of, for example, stainless steel (SUS304). The sealing member 3 is arranged between one end of the rotating shaft 2 and the main shaft 1a. The sealing member 3 is configured to be able to seal the gap between one end of the rotating shaft 2 and the main shaft 1a. For the sealing member 3, for example, an insulating O-ring can be used.

回転軸2は、蓋部14に形成された貫通孔14aに挿入されている。回転軸2と貫通孔14aとの間には封止部材15が配置されている、封止部材15は、回転軸2と貫通孔14aとの隙間を封止可能に構成されている。封止部材15は、たとえばメカニカルシールである。この場合、回転軸2の外周面にメカニカルシールを巻いた状態で回転軸2を貫通孔14aに挿入することで、封止部材15によって回転軸2と貫通孔14aとの隙間を封止することができる。 The rotating shaft 2 is inserted into a through hole 14a formed in the lid portion 14. A sealing member 15 is arranged between the rotating shaft 2 and the through hole 14a. The sealing member 15 is configured to be able to seal the gap between the rotating shaft 2 and the through hole 14a. The sealing member 15 is, for example, a mechanical seal. In this case, the gap between the rotating shaft 2 and the through hole 14a is sealed by the sealing member 15 by inserting the rotating shaft 2 into the through hole 14a with the mechanical seal wound around the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. Can be done.

容器13の外部において、回転軸2の軸方向AXにおける他方端部は、図示しないモータの回転軸に連結されている。モータによって回転軸2を回転駆動させることにより、撹拌翼1が回転する。これにより、被処理物20が撹拌される。 Outside the container 13, the other end of the rotating shaft 2 in the axial direction AX is connected to a rotating shaft of a motor (not shown). The stirring blade 1 is rotated by rotationally driving the rotating shaft 2 by the motor. As a result, the object to be processed 20 is agitated.

給電部4は、容器13の外部に配置されており、通電部10に対して高周波電流を供給するように構成されている。具体的には、給電部4は、交流電源5と、高周波トランス6と、送電コイル7と、受電コイル8と、導電線9a,9bとを含む。 The power feeding unit 4 is arranged outside the container 13 and is configured to supply a high frequency current to the energizing unit 10. Specifically, the power feeding unit 4 includes an AC power supply 5, a high frequency transformer 6, a power transmission coil 7, a power receiving coil 8, and conductive wires 9a and 9b.

交流電源5はたとえば商用電源である。高周波トランス6は、交流電源5から電力を受けて高周波の交流電力を生成する。 The AC power supply 5 is, for example, a commercial power supply. The high-frequency transformer 6 receives power from the AC power source 5 to generate high-frequency AC power.

送電コイル7は、高周波の交流電力を高周波トランス6から受けると、送電コイル7の周囲に生成される電磁界を通じて、受電コイル8へ非接触で送電する。すなわち、送電コイル7および受電コイル8は、非接触で電力を伝送する非接触給電を実現する。図1に示されるように、送電コイル7は、回転軸2の外周を囲うように配置されている。送電コイル7は、回転軸2の回転に対して静止状態を保ち得る。 When the power transmission coil 7 receives high-frequency AC power from the high-frequency transformer 6, the power transmission coil 7 transmits power to the power reception coil 8 in a non-contact manner through an electromagnetic field generated around the power transmission coil 7. That is, the power transmission coil 7 and the power reception coil 8 realize non-contact power supply that transmits electric power in a non-contact manner. As shown in FIG. 1, the power transmission coil 7 is arranged so as to surround the outer circumference of the rotating shaft 2. The power transmission coil 7 can remain stationary with respect to the rotation of the rotating shaft 2.

受電コイル8は、送電コイル7から出力される高周波の電力を非接触で受電する。図1に示されるように、受電コイル8は、回転軸2の外周を囲うように配置されている。受電コイル8は、回転軸2と一体的に回転するように構成されている。 The power receiving coil 8 receives high-frequency power output from the power transmission coil 7 in a non-contact manner. As shown in FIG. 1, the power receiving coil 8 is arranged so as to surround the outer circumference of the rotating shaft 2. The power receiving coil 8 is configured to rotate integrally with the rotating shaft 2.

受電コイル8の一方端部には、導電線9aが電気的に接続されている。受電コイル8の他方端部には、導電線9bが電気的に接続されている。導電線9a,9bは、回転軸2の内部に形成された空間を通って容器13の内部に延びている。 A conductive wire 9a is electrically connected to one end of the power receiving coil 8. A conductive wire 9b is electrically connected to the other end of the power receiving coil 8. The conductive wires 9a and 9b extend into the container 13 through the space formed inside the rotating shaft 2.

通電部10は、容器13の内部に配置されている。容器13の内部において、導電線9aは通電部10の一方端部に電気的に接続されている。導電線9bは通電部10の他方端部に電気的に接続されている。これにより、受電コイル8から導電線9a,9bを通じて通電部10に対して高周波電流が供給される経路が形成される。 The energizing unit 10 is arranged inside the container 13. Inside the container 13, the conductive wire 9a is electrically connected to one end of the energizing portion 10. The conductive wire 9b is electrically connected to the other end of the energizing portion 10. As a result, a path is formed in which a high-frequency current is supplied from the power receiving coil 8 to the energized portion 10 through the conductive wires 9a and 9b.

通電部10は、撹拌翼1に接触している。図1の例では、通電部10は、撹拌翼1の羽根部分に接触している。図2は、図1のII−II線での断面図である。図2を参照して、通電部10は、導電体部11(第2導電体部)と、導電体部11の外周を覆う絶縁体12とを有している。導電体部11は、代表的に金属で形成されている。導電体部11は、たとえば、厚みが数mm程度のアルミ(Al)プレートで形成されている。絶縁体12は、たとえば金属酸化物で形成されている。導電体部11がアルミプレートである場合、絶縁体12はアルミナ(Al)で形成することができる。 The energizing unit 10 is in contact with the stirring blade 1. In the example of FIG. 1, the energizing unit 10 is in contact with the blade portion of the stirring blade 1. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. With reference to FIG. 2, the energizing portion 10 has a conductor portion 11 (second conductor portion) and an insulator 12 that covers the outer periphery of the conductor portion 11. The conductor portion 11 is typically made of metal. The conductor portion 11 is formed of, for example, an aluminum (Al) plate having a thickness of about several mm. The insulator 12 is made of, for example, a metal oxide. When the conductor portion 11 is an aluminum plate, the insulator 12 can be formed of alumina (Al 2 O 3).

通電部10は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼1に接合されている。これにより、通電部10を電気絶縁性を保ちつつ撹拌翼1に接触させることができる。なお、通電部10と撹拌翼1との電気的絶縁性が確保されれば、たとえば、図3に示すように、絶縁体12を撹拌翼1が覆う状態で、通電部10を撹拌翼1に接触させてもよい。 The energizing portion 10 is joined to the stirring blade 1 by using, for example, an adhesive. As a result, the energizing portion 10 can be brought into contact with the stirring blade 1 while maintaining electrical insulation. If the electrical insulation between the energizing unit 10 and the stirring blade 1 is ensured, for example, as shown in FIG. 3, the energizing unit 10 becomes the stirring blade 1 with the insulating body 12 covered by the stirring blade 1. You may make contact.

なお、通電部10を撹拌翼1に接触させる他の形態としては、通電部10を撹拌翼1にねじ止めしてもよい。あるいは、接着剤やねじ等の固定部材を用いずに、単に通電部10を撹拌翼1に重ね合わせるようにしてもよい。 As another form in which the energizing unit 10 is brought into contact with the stirring blade 1, the energizing unit 10 may be screwed to the stirring blade 1. Alternatively, the energizing portion 10 may be simply superposed on the stirring blade 1 without using a fixing member such as an adhesive or a screw.

本実施の形態に係る加熱撹拌装置100において、通電部10は、容器13の内部で、撹拌翼1の近傍に配置されている。「撹拌翼1の近傍に配置される」とは、撹拌翼1と通電部10との間隔が閾値以下であることを意味する。図1に示したように、通電部10が撹拌翼1に接触している構成は、撹拌翼1と通電部10との間隔が実質的に0であるため、これに当て嵌まる。一方、図1の構成とは対照的に、撹拌翼1および通電部10の表面同士が離間している構成であっても、その間隔が閾値以下であればこれに当て嵌まる。 In the heating and stirring device 100 according to the present embodiment, the energizing unit 10 is arranged inside the container 13 in the vicinity of the stirring blade 1. “Placed in the vicinity of the stirring blade 1” means that the distance between the stirring blade 1 and the energizing portion 10 is equal to or less than the threshold value. As shown in FIG. 1, the configuration in which the energizing unit 10 is in contact with the stirring blade 1 is applicable because the distance between the stirring blade 1 and the energizing unit 10 is substantially 0. On the other hand, in contrast to the configuration of FIG. 1, even if the surfaces of the stirring blade 1 and the energizing portion 10 are separated from each other, this applies if the distance is equal to or less than the threshold value.

なお、上記「閾値」は、通電部10と撹拌翼1との間に電気的結合を形成することができる間隔とされる。電気的結合を形成することができる間隔とは、電磁誘導の現象を生じさせることができる間隔をいう。本実施の形態に係る加熱撹拌装置100では、通電部10と撹拌翼1との間に電気的結合が形成されることで、後述するように、両者の間で電磁誘導作用を利用することが可能となる。したがって、上記の「撹拌翼1の近傍に配置される」という表現は、「撹拌翼1との間に電気的結合を形成することが可能な位置に配置される」と言い換えることもできる。 The "threshold value" is an interval at which an electrical bond can be formed between the energizing unit 10 and the stirring blade 1. The interval at which an electrical bond can be formed means an interval at which the phenomenon of electromagnetic induction can occur. In the heating and stirring device 100 according to the present embodiment, an electrical bond is formed between the energizing unit 10 and the stirring blade 1, so that an electromagnetic induction action can be utilized between the two, as will be described later. It will be possible. Therefore, the above expression "arranged in the vicinity of the stirring blade 1" can be rephrased as "arranged at a position where an electrical bond can be formed with the stirring blade 1."

続いて、図4を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置100の電気的回路構成を説明する。図4を参照して、高周波トランス6は、交流電源5からの電力を受けて高周波の交流電力を生成する。送電コイル7は、高周波トランス6から高周波の交流電力の供給を受け、受電コイル8へ非接触で電力を伝送する。受電コイル8は、送電コイル7からの高周波の交流電力を受けると、導電線9a,9bを通じて通電部10に高周波電流を供給する。なお、通電部10に高周波電流を供給するための電流経路には、直流(DC)カット用のキャパシタC1が接続されている。 Subsequently, with reference to FIG. 4, the electric circuit configuration of the heating and stirring device 100 according to the present embodiment will be described. With reference to FIG. 4, the high-frequency transformer 6 receives power from the AC power source 5 to generate high-frequency AC power. The power transmission coil 7 receives high-frequency AC power from the high-frequency transformer 6 and transmits power to the power-receiving coil 8 in a non-contact manner. When the power receiving coil 8 receives high frequency AC power from the power transmitting coil 7, the power receiving coil 8 supplies a high frequency current to the energized portion 10 through the conductive wires 9a and 9b. A direct current (DC) cut capacitor C1 is connected to the current path for supplying a high frequency current to the energizing unit 10.

通電部10に高周波電流を流すと、時間的に変化する交番磁界が発生する。この交番磁界が撹拌翼1の導電体部に鎖交すると、導電体部の内部で電磁誘導作用が生じて起電力が誘導される。この起電力によって、導電体部に渦状の誘導電流(渦電流)が発生する。渦電流は、導電体部の電気抵抗によってジュール熱に変換される。撹拌翼1の導電体部に発生したジュール熱は、被処理物20に伝達されることにより、被処理物20を加熱する。 When a high-frequency current is passed through the energizing unit 10, an alternating magnetic field that changes with time is generated. When this alternating magnetic field interlinks with the conductor portion of the stirring blade 1, an electromagnetic induction action is generated inside the conductor portion to induce an electromotive force. Due to this electromotive force, an eddy current (eddy current) is generated in the conductor portion. Eddy currents are converted to Joule heat by the electrical resistance of the conductor. The Joule heat generated in the conductor portion of the stirring blade 1 is transferred to the object to be processed 20 to heat the object to be processed 20.

このように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置100では、撹拌翼1を加熱することで、撹拌翼1から熱を受けて被処理物20が加熱される。すなわち、加熱撹拌装置100は、被処理物20を加熱するための熱源を容器13の内部に有している。本願明細書では、このような加熱方式を「内部加熱方式」と称する。これに対して、被処理物20を加熱するための熱源を容器13の外部に有する加熱方式を「外部加熱方式」と称する。 As described above, in the heating / stirring device 100 according to the present embodiment, by heating the stirring blade 1, the object 20 to be processed is heated by receiving heat from the stirring blade 1. That is, the heating and stirring device 100 has a heat source for heating the object to be processed 20 inside the container 13. In the present specification, such a heating method is referred to as an "internal heating method". On the other hand, a heating method having a heat source for heating the object 20 to be processed outside the container 13 is referred to as an "external heating method".

[外部加熱方式の説明]
従来の加熱撹拌装置においては、外部加熱方式が一般的に採用されていた。図5(a)に、外部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物40を収容した容器30の壁面の外周側に導電線32が巻回されている。導電線32には図示しない電源が電気的に接続されている。容器30はたとえば金属製容器である。撹拌翼34は、たとえば複数枚の平羽根を有するディスクタービン翼である。
[Explanation of external heating method]
In the conventional heating and stirring device, an external heating method has been generally adopted. FIG. 5A shows a configuration example of an external heating type heating / stirring device. In this configuration example, the conductive wire 32 is wound around the outer peripheral side of the wall surface of the container 30 containing the object to be processed 40. A power supply (not shown) is electrically connected to the conductive wire 32. The container 30 is, for example, a metal container. The stirring blade 34 is, for example, a disc turbine blade having a plurality of flat blades.

この状態で導電線32に電流を流すと、導電線32の電気抵抗に起因してジュール熱が発生する。なお、ジュール熱は抵抗を流れる電流の2乗値に比例する。図中に破線矢印で示されるように、発生したジュール熱が容器30の壁面から内側へと伝達されることにより、被処理物40が加熱される。 When a current is passed through the conductive wire 32 in this state, Joule heat is generated due to the electric resistance of the conductive wire 32. The Joule heat is proportional to the square value of the current flowing through the resistor. As shown by the broken line arrow in the figure, the generated Joule heat is transferred inward from the wall surface of the container 30, so that the object to be processed 40 is heated.

しかしながら、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上述した外部加熱方式では、被処理物40の粘度が高くなると、被処理物の温度の均一化が難しくなるという新たな課題が生じ得ることを見出した。そして、その新たな課題に対する新たな解決手段として、本願発明者らは内部加熱方式に想到した(たとえば、非特許文献1を参照)。以下、このような新たな課題、およびその新たな課題に対する新たな解決手段である内部加熱方式について説明する。 However, as a result of intensive research by the inventors of the present application, in the above-mentioned external heating method, when the viscosity of the object to be processed 40 becomes high, a new problem may arise that it becomes difficult to make the temperature of the object to be uniform uniform. I found. Then, as a new solution to the new problem, the inventors of the present application have come up with an internal heating method (see, for example, Non-Patent Document 1). Hereinafter, such a new problem and an internal heating method as a new solution to the new problem will be described.

[内部加熱方式の説明]
図5(b)に、本願発明者らが考案した内部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物40を収容した容器30の底面の下側に電磁誘導コイル38が配置されている。電磁誘導コイル38は、銅等の導電線材をコイル状に巻回したものである。電磁誘導コイル38には図示しない高周波電源が接続されている。
[Explanation of internal heating method]
FIG. 5B shows a configuration example of an internal heating type heating / stirring device devised by the inventors of the present application. In this configuration example, the electromagnetic induction coil 38 is arranged below the bottom surface of the container 30 containing the object to be processed 40. The electromagnetic induction coil 38 is formed by winding a conductive wire such as copper in a coil shape. A high frequency power supply (not shown) is connected to the electromagnetic induction coil 38.

容器30は非導電体からなり、たとえばアクリル樹脂で形成されている。撹拌翼34は導電体からなり、たとえばステンレス鋼(SUS304)で形成されている。撹拌翼34は、図5(a)の撹拌翼34と同一の構造を有するディスクタービン翼である。 The container 30 is made of a non-conductive material and is made of, for example, an acrylic resin. The stirring blade 34 is made of a conductor and is made of, for example, stainless steel (SUS304). The stirring blade 34 is a disc turbine blade having the same structure as the stirring blade 34 of FIG. 5 (a).

電磁誘導コイル38に高周波電流を流すと、交番磁界が発生する。この交番磁界を受けて撹拌翼34の内部で電磁誘導作用が生じることにより、撹拌翼34に渦電流が発生する。渦電流は、撹拌翼34の電気抵抗によって、ジュール熱に変換される。撹拌翼34に発生したジュール熱は、図中に破線矢印で示されるように、被処理物40に伝達されることにより、被処理物40を加熱する。 When a high frequency current is passed through the electromagnetic induction coil 38, an alternating magnetic field is generated. An electromagnetic induction action is generated inside the stirring blade 34 in response to this alternating magnetic field, so that an eddy current is generated in the stirring blade 34. The eddy current is converted to Joule heat by the electrical resistance of the stirring blade 34. The Joule heat generated in the stirring blade 34 is transferred to the object to be processed 40 as shown by the broken line arrow in the drawing, thereby heating the object to be processed 40.

このように、内部加熱方式では、撹拌翼34を電磁誘導加熱することによって被処理物40を加熱する。すなわち、撹拌翼34によって被処理物の撹拌と加熱とを一元化することができる。このようにすると、被処理物40の撹拌と加熱とが容器30の内外で別々に行なわれる外部加熱方式に比べて、良好な熱伝達特性を得ることができる。これにより、被処理物40の温度の均一化を促進することができる。以下、その理由について説明する。 As described above, in the internal heating method, the object to be processed 40 is heated by electromagnetic induction heating of the stirring blade 34. That is, the stirring blade 34 can unify the stirring and heating of the object to be processed. In this way, better heat transfer characteristics can be obtained as compared with an external heating method in which stirring and heating of the object to be processed 40 are performed separately inside and outside the container 30. This makes it possible to promote uniform temperature of the object to be processed 40. The reason will be described below.

図6に、図5(a)に示す外部加熱方式の加熱撹拌装置および図5(b)に示す内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について、被処理物の温度ばらつきを評価した結果を示す。図6の横軸は撹拌レイノルズ数Reを示し、縦軸は最大ばらつき温度ΔTmax[K]を示す。 FIG. 6 shows the results of evaluating the temperature variation of the object to be processed for each of the external heating type heating and stirring device shown in FIG. 5 (a) and the internal heating type heating and stirring device shown in FIG. 5 (b). The horizontal axis of FIG. 6 shows the stirring Reynolds number Re, and the vertical axis shows the maximum variation temperature ΔTmax [K].

撹拌レイノルズ数Reとは、慣性力と粘性力との比を表したものである。慣性力は、概して流体が動き続けようとする力に相当する。粘性力は、概して流体が動こうとするのを止めようとする力に相当する。撹拌レイノルズ数Reは、容器内の被処理物である流体の運動に対する粘性の影響を表わす無次元数であり、次式(1)で定義される。 The stirring Reynolds number Re represents the ratio of the inertial force and the viscous force. The inertial force generally corresponds to the force that the fluid tries to keep moving. The viscous force generally corresponds to the force that tries to stop the fluid from moving. The stirring Reynolds number Re is a dimensionless number representing the effect of viscosity on the motion of the fluid to be treated in the container, and is defined by the following equation (1).

Re=ρ・n・d/μ …(1)
式(1)において、ρは被処理物の密度[kg/m]、nは撹拌翼の回転速度[rps]、dは撹拌翼の直径[m]、μは被処理物の粘度[kg/(m・s)]である。
Re = ρ ・ n ・ d 2 / μ… (1)
In the formula (1), ρ is the density of the object to be treated [kg / m 3 ], n is the rotation speed of the stirring blade [rps], d is the diameter of the stirring blade [m], and μ is the viscosity of the object to be processed [kg]. / (M · s)].

式(1)で与えられる撹拌レイノルズ数Reは、撹拌翼の回転速度nが高くなるほど慣性力が大きくなるため、大きな値となる。一方、被処理物の粘度μが高くなるほど粘性力が大きくなるため、撹拌レイノルズ数Reは小さな値となる。 The stirring Reynolds number Re given by the formula (1) becomes a large value because the inertial force increases as the rotation speed n of the stirring blade increases. On the other hand, as the viscosity μ of the object to be treated increases, the viscous force increases, so that the stirring Reynolds number Re becomes a small value.

被処理物の最大ばらつき温度ΔTmaxは、加熱撹拌動作の実行中において、撹拌翼34の主軸からの水平方向の距離、および容器30の底面からの高さの少なくとも一方が互いに異なる複数の測定点において被処理物40の温度を測定し、その得られた複数の温度測定値のうちの最高値と最低値との差を算出したものである。 The maximum variation temperature ΔTmax of the object to be processed is determined at a plurality of measurement points where at least one of the horizontal distance from the main axis of the stirring blade 34 and the height from the bottom surface of the container 30 is different from each other during the heating and stirring operation. The temperature of the object to be processed 40 was measured, and the difference between the highest value and the lowest value among the obtained plurality of temperature measurement values was calculated.

図6において、k1は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Reと最大ばらつき温度ΔTmaxとの関係を示す。k2は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Reと最大ばらつき温度ΔTmaxとの関係を示す。 In FIG. 6, k1 shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax in the heating and stirring device of the external heating type. k2 shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax in the heating and stirring device of the internal heating type.

図6に示されるように、外部加熱方式および内部加熱方式のいずれにおいても、撹拌レイノルズ数Reと最大ばらつき温度ΔTmaxとの間には、撹拌レイノルズ数Reが大きくなるほど最大ばらつき温度ΔTmaxが小さくなるという相関があることが確認された。 As shown in FIG. 6, in both the external heating method and the internal heating method, the maximum variation temperature ΔTmax decreases as the stirring Reynolds number Re increases between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax. It was confirmed that there was a correlation.

さらに、外部加熱方式と内部加熱方式との間で上記の相関を比較すると、同じ撹拌レイノルズ数Reに対する最大ばらつき温度ΔTmaxは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認された。 Furthermore, when the above correlation was compared between the external heating method and the internal heating method, it was confirmed that the maximum variation temperature ΔTmax for the same stirring Reynolds number Re was smaller in the internal heating method than in the external heating method. ..

ここで、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて被処理物の温度ばらつきが小さくなることの理由としては、容器内部に形成される温度分布の違いが挙げられる。詳細には、外部加熱方式では、導電線32が巻回される容器30の壁面付近において被処理物40の温度が局所的に高くなり、容器30の壁面付近の高温部分と中心側の低温部分との間に分厚い温度境界層が形成される。これに対して、内部加熱方式では、熱源となる撹拌翼34が回転しているため、温度境界層が薄くなり、結果的に被処理物40の温度の均一化に寄与し得る。 Here, the reason why the temperature variation of the object to be processed is smaller in the internal heating method than in the external heating method is the difference in the temperature distribution formed inside the container. Specifically, in the external heating method, the temperature of the object to be processed 40 rises locally near the wall surface of the container 30 around which the conductive wire 32 is wound, and the high temperature portion near the wall surface of the container 30 and the low temperature portion on the center side. A thick temperature boundary layer is formed between the and. On the other hand, in the internal heating method, since the stirring blade 34 serving as a heat source is rotating, the temperature boundary layer becomes thin, and as a result, it can contribute to uniform temperature of the object to be processed 40.

なお、外部加熱方式では、被処理物40の粘度μが高くなるほど、または撹拌翼34の回転速度nが低くなるほど(すなわち、撹拌レイノルズ数Reが小さくなるほど)、撹拌力が弱まって温度境界層が分厚くなるため、被処理物40の温度ばらつきも大きくなる傾向がある。一方、内部加熱方式は、撹拌レイノルズ数Reが小さくなっても、温度境界層が分厚くなることを抑制できるため、被処理物40の温度ばらつきを小さくすることができる。 In the external heating method, the higher the viscosity μ of the object to be processed 40 or the lower the rotation speed n of the stirring blade 34 (that is, the smaller the stirring Reynolds number Re), the weaker the stirring force and the temperature boundary layer becomes. Since the thickness is increased, the temperature variation of the object to be processed 40 tends to be large. On the other hand, in the internal heating method, even if the stirring Reynolds number Re becomes small, it is possible to suppress the thickening of the temperature boundary layer, so that the temperature variation of the object to be processed 40 can be reduced.

さらに、本願発明者らは、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について熱伝達特性を評価することにより、熱伝達特性と被処理物の温度ばらつきとの関係について検証した。熱伝達特性の評価では、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について、熱コンダクタンスhAを算出し、その算出した熱コンダクタンスhAと撹拌レイノルズ数Reとの関係を導出した。 Furthermore, the inventors of the present application have verified the relationship between the heat transfer characteristics and the temperature variation of the object to be treated by evaluating the heat transfer characteristics for each of the external heating method and the internal heating method. In the evaluation of the heat transfer characteristics, the heat conductance hA was calculated for each of the external heating method and the internal heating method, and the relationship between the calculated heat conductance hA and the stirring Reynolds number Re was derived.

詳細には、外部加熱方式(図5(a)参照)において、容器30の壁面と被処理物40との間の熱伝達過程における伝熱量W1は、次式(2)で与えられる。なお、伝熱量W1は、電源から導電線32への入力電力によって決まる。 Specifically, in the external heating method (see FIG. 5A), the heat transfer amount W1 in the heat transfer process between the wall surface of the container 30 and the object to be processed 40 is given by the following equation (2). The heat transfer amount W1 is determined by the input power from the power source to the conductive wire 32.

W1=h1・A1・ΔT1 …(2)
式(2)において、h1は容器30と被処理物40との間の熱伝達率を示し、A1は容器30の表面積を示し、ΔT1は容器30の壁面の平均温度と被処理物40の平均温度との温度差を示す。h1・A1は外部加熱方式における熱コンダクタンスを表している。
W1 = h1, A1, ΔT1 ... (2)
In formula (2), h1 indicates the heat transfer coefficient between the container 30 and the object to be processed 40, A1 indicates the surface area of the container 30, and ΔT1 is the average temperature of the wall surface of the container 30 and the average of the object to be processed 40. Indicates the temperature difference from the temperature. h1 and A1 represent thermal conductance in the external heating method.

一方、内部加熱方式(図5(b)参照)において、撹拌翼34と被処理物40との間の熱伝達過程における伝熱量W2は、次式(3)で与えられる。なお、伝熱量W2は、高周波電源から電磁誘導コイル38への入力電力によって決まる。 On the other hand, in the internal heating method (see FIG. 5B), the heat transfer amount W2 in the heat transfer process between the stirring blade 34 and the object to be processed 40 is given by the following equation (3). The heat transfer amount W2 is determined by the input power from the high frequency power supply to the electromagnetic induction coil 38.

W2=h2・A2・ΔT2 …(3)
式(3)において、h2は撹拌翼34と被処理物40との間の熱伝達率を示し、A2は撹拌翼34の表面積を示し、ΔT2は撹拌翼34の平均温度と被処理物40の平均温度との温度差を示す。h2・A2は内部加熱方式における熱コンダクタンスを示す。
W2 = h2, A2, ΔT2 ... (3)
In the formula (3), h2 indicates the heat transfer coefficient between the stirring blade 34 and the object to be processed 40, A2 indicates the surface area of the stirring blade 34, and ΔT2 is the average temperature of the stirring blade 34 and the object to be processed 40. Shows the temperature difference from the average temperature. h2 and A2 indicate the thermal conductance in the internal heating method.

外部加熱方式および内部加熱方式の各々において、撹拌レイノルズ数Reと熱コンダクタンスhAとの関係を導出した。図7に、撹拌レイノルズ数Reと熱コンダクタンスhAとの関係を示す。図7の横軸は撹拌レイノルズ数Reを示し、縦軸は熱コンダクタンスhAを示す。 The relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA was derived in each of the external heating method and the internal heating method. FIG. 7 shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA. The horizontal axis of FIG. 7 shows the stirring Reynolds number Re, and the vertical axis shows the thermal conductance hA.

図7において、白菱形は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Reと熱コンダクタンスhAとの関係を示す。黒四角は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Reと熱コンダクタンスhAとの関係を示す。 In FIG. 7, the white rhombus shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA in the heating and stirring device of the external heating type. The black squares show the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA in the heating and stirring device of the internal heating type.

図7に示されるように、外部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Reの大きさによらず、熱コンダクタンスhAは略一定値を示すことが確認された。一方、内部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Reと熱コンダクタンスhAとの間に、撹拌レイノルズ数Reが大きくなるほど熱コンダクタンスhAが大きくなるという相関があることが確認された。 As shown in FIG. 7, it was confirmed that in the external heating method, the thermal conductance hA showed a substantially constant value regardless of the magnitude of the stirring Reynolds number Re. On the other hand, in the internal heating method, it was confirmed that there is a correlation between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA that the thermal conductance hA increases as the stirring Reynolds number Re increases.

この相関を、図6に示した撹拌レイノルズ数Reと最大ばらつき温度ΔTmaxとの関係に組み合わせると、撹拌レイノルズ数Reが大きくなるほど、熱コンダクタンスhAが大きくなる一方で、最大ばらつき温度ΔTmaxが小さくなることが分かる。 Combining this correlation with the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax shown in FIG. 6, the larger the stirring Reynolds number Re, the larger the thermal conductance hA, while the smaller the maximum variation temperature ΔTmax. I understand.

さらに、図7からは、同じ撹拌レイノルズ数Reに対する熱コンダクタンスhAは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも大きくなることが確認された。上述のように、図6からは、同じ撹拌レイノルズ数Reに対する最大ばらつき温度ΔTmaxは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認されている。これらは、熱コンダクタンスhAが大きくなると、最大ばらつき温度ΔTmaxが小さくなるという相関にも当てはまる。 Further, from FIG. 7, it was confirmed that the thermal conductance hA for the same stirring Reynolds number Re was larger in the internal heating method than in the external heating method. As described above, from FIG. 6, it is confirmed that the maximum variation temperature ΔTmax for the same stirring Reynolds number Re is smaller in the internal heating method than in the external heating method. These also apply to the correlation that the maximum variation temperature ΔTmax decreases as the thermal conductance hA increases.

以上の評価結果から、熱コンダクタンスhAと被処理物の温度ばらつきとは密接な関係性を有していることが理解される。本願発明者らは、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスhAが大きいため、被処理物の温度ばらつきを小さくすることができるものと考えている。これは、撹拌レイノルズ数Reが小さくなる状態、たとえば被処理物の粘度μが高い状態、または撹拌翼の回転速度nが低い状態において、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて、被処理物の温度均一性が優れていることを表している。 From the above evaluation results, it is understood that the thermal conductance hA and the temperature variation of the object to be treated have a close relationship. The inventors of the present application consider that the internal heating method has a larger thermal conductance hA than the external heating method, so that the temperature variation of the object to be processed can be reduced. This is because when the stirring Reynolds number Re is small, for example, when the viscosity μ of the object to be processed is high, or when the rotation speed n of the stirring blade is low, the internal heating method is compared with the external heating method. It shows that the temperature uniformity is excellent.

以上の関係は、撹拌翼にディスクタービン翼を用いた場合で得られたものであるが、アンカー翼やマックスブレンド翼などの中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、この関係は成り立つものと思われる。すなわち、中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスhAが大きく、それ故に、被処理物の温度ばらつきが小さいという優位性が保たれるものと思われる。 The above relationship was obtained when a disc turbine blade was used for the stirring blade, but this relationship is also obtained when a stirring blade compatible with medium and high viscosity such as an anchor blade or Max Blend blade is used. It seems to hold true. That is, even when a stirring blade compatible with medium and high viscosities is used, the internal heating method has an advantage that the thermal conductance hA is large and therefore the temperature variation of the object to be processed is small as compared with the external heating method. It seems to be kept.

上述した利点を備えた内部加熱方式について、本願発明者らはさらに鋭意研究を進めた。その結果、図1に示したような、高周波電流の通電部10の少なくとも一部分を撹拌翼1に接触させる構成において、装置の小型化および加熱効率の向上を含む優れた効果が得られることを見出した。以下、図8を参照して、本実施の形態により得られる主な効果をまとめて説明する。 The inventors of the present application have further studied the internal heating method having the above-mentioned advantages. As a result, it has been found that in a configuration in which at least a part of the high-frequency current energizing portion 10 is brought into contact with the stirring blade 1 as shown in FIG. 1, excellent effects including miniaturization of the apparatus and improvement of heating efficiency can be obtained. rice field. Hereinafter, the main effects obtained by the present embodiment will be collectively described with reference to FIG.

図8には、内部加熱方式の加熱撹拌装置として、2種類の加熱撹拌装置が示されている。図8の紙面に向かって左側には図5(b)に示した加熱撹拌装置が示されている。紙面に向かって右側には図1に示した本実施の形態に係る加熱撹拌装置が示されている。 FIG. 8 shows two types of heating and stirring devices as internal heating type heating and stirring devices. The heating and stirring device shown in FIG. 5 (b) is shown on the left side of the paper in FIG. The heating and stirring device according to the present embodiment shown in FIG. 1 is shown on the right side of the paper.

図5(b)の加熱撹拌装置は、高周波電流の通電部である電磁誘導コイルが容器の底面の下側に配置されている。以下の説明では、図5(b)の加熱撹拌装置を、通電部が容器外部に配されていることから、「外部通電型加熱撹拌装置」とも称する。これに対して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置では、高周波電流の通電部が容器の内部において撹拌翼に接触されている。よって、本実施の形態に係る加熱撹拌装置を「内部通電型加熱撹拌装置」とも称する。以下、これら2種類の加熱撹拌装置の相違点について説明する。 In the heating and stirring device of FIG. 5B, an electromagnetic induction coil, which is a current-carrying part of a high-frequency current, is arranged under the bottom surface of the container. In the following description, the heating / stirring device of FIG. 5B is also referred to as an “externally energizing type heating / stirring device” because the energizing portion is arranged outside the container. On the other hand, in the heating and stirring device according to the present embodiment, the current-carrying portion of the high-frequency current is in contact with the stirring blade inside the container. Therefore, the heating / stirring device according to the present embodiment is also referred to as an “internally energized heating / stirring device”. Hereinafter, the differences between these two types of heating and stirring devices will be described.

(1)通電部の構成
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部に通電部である電磁誘導コイルが配置されているため、装置の体格が大きくなるという課題がある。たとえば図5(b)のように、電磁誘導コイルを容器の底面の下側に配置する構成では、装置の体格が軸方向AXに大きくなってしまう。装置の体格が大きくなることを抑えるためには、電磁誘導コイルを、巻軸方向の厚みが薄肉となる扁平形状に成形することが好ましい。
(1) Configuration of Energizing Unit The external energizing type heating / stirring device has a problem that the physique of the apparatus becomes large because the electromagnetic induction coil which is the energizing unit is arranged outside the container. For example, in the configuration in which the electromagnetic induction coil is arranged below the bottom surface of the container as shown in FIG. 5B, the physique of the device becomes large in the axial direction AX. In order to prevent the body of the device from becoming large, it is preferable to form the electromagnetic induction coil into a flat shape having a thin wall in the winding axis direction.

これに対して、内部通電型加熱撹拌装置においては、通電部を容器内部に収めているため、装置の体格が大きくなることを抑制することができる。また、通電部は導電体で形成されていればよい。そのため、通電部は、撹拌翼に接触しやすい形状となるように、撹拌翼の形状に応じて適当な形状を採ることができる。撹拌翼および通電部の構成例については後述する。 On the other hand, in the internally energized heating / stirring device, since the energized portion is housed inside the container, it is possible to prevent the device from becoming large in size. Further, the energizing portion may be formed of a conductor. Therefore, the energizing portion can take an appropriate shape according to the shape of the stirring blade so as to have a shape that easily contacts the stirring blade. A configuration example of the stirring blade and the energizing unit will be described later.

また、通電部はアルミプレート等の導電体で形成することができるため、撹拌翼に通電部を貼り合せることで、撹拌翼と通電部とを容易に接触させることができる。さらに、通電部を薄膜の導電体とすれば、通電部を接触させることで撹拌翼が大きくなることもない。 Further, since the energizing portion can be formed of a conductor such as an aluminum plate, the energizing portion can be easily brought into contact with the stirring blade by attaching the energizing portion to the stirring blade. Further, if the energized portion is made of a thin-film conductor, the stirring blade does not become large due to the contact of the energized portion.

(2)撹拌翼の位置制約
外部通電型加熱撹拌装置においては、容器の底面の下側に位置する電磁誘導コイルが発生する交番磁界を撹拌翼に十分に鎖交させるため、撹拌翼を容器の底面に近づけて配置することが好ましい。このように、電磁誘導コイルの配置位置に応じて電磁誘導コイルの配置位置を決める必要があり、撹拌翼の配置位置に制約が生じ易い。
(2) Positional restrictions on the stirring blade In the externally energized heating and stirring device, the stirring blade is mounted on the container in order to sufficiently link the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil located under the bottom surface of the container to the stirring blade. It is preferable to place it close to the bottom surface. As described above, it is necessary to determine the arrangement position of the electromagnetic induction coil according to the arrangement position of the electromagnetic induction coil, and the arrangement position of the stirring blade is likely to be restricted.

これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部および撹拌翼の間に電気的結合が形成され、結果的に通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の配置位置に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。撹拌翼がどのような位置に配置されていても、撹拌翼の近傍に通電部が配置されていれば、通電部と撹拌翼とを電気的に結合することができるためである。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring device, since the energizing part and the stirring blade are in contact with each other, an electric bond is formed between the energizing part and the stirring blade, and as a result, the energizing part is generated. The magnetic field can be sufficiently linked to the stirring unit. Therefore, since the arrangement position of the stirring blade is not restricted, the degree of freedom in design can be increased. This is because, regardless of the position of the stirring blade, if the energizing portion is arranged in the vicinity of the stirring blade, the energizing portion and the stirring blade can be electrically coupled.

(3)撹拌翼の形状制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器の底面に対して垂直に延びる磁束をできるだけ多く撹拌翼に鎖交させるために、撹拌翼は、容器の底面に平行に延在する平面を有することが好ましい。そのため、たとえばディスクタービン翼などのディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。このように、交番磁界の向きに応じて撹拌翼の形状を決める必要があり、撹拌翼の形状に制約が生じ易い。
(3) Restriction on the shape of the stirring blade In the externally energized heating and stirring device, the stirring blade extends parallel to the bottom surface of the container in order to link the stirring blade with as much magnetic flux as possible perpendicular to the bottom surface of the container. It is preferable to have a flat surface. Therefore, it is preferable to use a stirring blade having a disk shape such as a disk turbine blade. As described above, it is necessary to determine the shape of the stirring blade according to the direction of the alternating magnetic field, and the shape of the stirring blade is likely to be restricted.

一方、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の位置と同様、撹拌翼の形状にも制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring device, as described above, since the energizing portion and the stirring blade are in contact with each other, the alternating magnetic field generated by the energizing portion can be sufficiently linked to the stirring portion. Therefore, as with the position of the stirring blade, the shape of the stirring blade is not restricted, so that the degree of freedom in design can be increased.

(4)被処理物の粘度制約
加熱撹拌装置において、一般的に、被処理物および撹拌目的に応じて、撹拌翼の回転速度および形状が定められる。たとえば、図5(a)および(b)に示されるディスクタービン翼は、撹拌レイノルズ数Reが中〜高程度となる範囲(たとえば、被処理物の粘度が低い場合、または撹拌翼の回転速度が高い場合)において好適に用いられる。一方、図1に示されるアンカー翼は、撹拌レイノルズ数Reが低〜中程度となる範囲(たとえば、被処理物の粘度が高い場合、または、撹拌翼の回転速度が低い場合)において好適に用いられる。
(4) Viscosity Restriction of Object to be Processed In a heating and stirring device, the rotation speed and shape of the stirring blade are generally determined according to the object to be processed and the purpose of stirring. For example, the disc turbine blades shown in FIGS. 5A and 5B have a stirring Reynolds number Re in the range of medium to high (for example, when the viscosity of the object to be processed is low, or the rotation speed of the stirring blade is high. When it is high), it is preferably used. On the other hand, the anchor blade shown in FIG. 1 is preferably used in a range in which the stirring Reynolds number Re is low to medium (for example, when the viscosity of the object to be processed is high or the rotation speed of the stirring blade is low). Be done.

しかしながら、外部通電型加熱撹拌装置では、上記(3)撹拌翼の形状制約の項目で説明したように、電磁誘導加熱の行ないやすさの観点から、ディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。そのため、撹拌レイノルズ数Reは中〜高の範囲内にあることが好ましいとされ、結果的に被処理物は粘度が低いことが好ましいとされる。 However, in the externally energized heating and stirring device, as described in the item (3) Shape restriction of the stirring blade, it is preferable to use a stirring blade having a disk shape from the viewpoint of ease of performing electromagnetic induction heating. Therefore, it is preferable that the stirring Reynolds number Re is in the range of medium to high, and as a result, the viscosity of the object to be treated is preferably low.

これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、撹拌翼の形状に制約がないため、被処理物の粘度においても制約が課されることがない。したがって、被処理物の粘度が高い場合であっても、その粘度に見合った撹拌翼を使用することができるため、被処理物の粘度に制約がない。 On the other hand, in the internally energized heating / stirring device, as described above, since the shape of the stirring blade is not restricted, the viscosity of the object to be processed is not restricted. Therefore, even when the viscosity of the object to be processed is high, there is no restriction on the viscosity of the object to be processed because a stirring blade suitable for the viscosity can be used.

(5)容器の材質制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部の電磁誘導コイルが発生した交番磁界を、容器内部の撹拌翼に十分に鎖交させるため、容器を非導電体で形成する必要がある。そのため、容器の材質に制約が生じ易い。なお、非導電体からなる容器は、一般的に、金属等の導電体からなる容器に比べて機械的強度が劣るため、容器の大型化や高圧化が不利となり得る。
(5) Material restrictions of the container In the externally energized heating and stirring device, the container must be formed of a non-conductor in order to sufficiently interlink the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil outside the container with the stirring blade inside the container. There is. Therefore, the material of the container is likely to be restricted. Since a container made of a non-conductor is generally inferior in mechanical strength to a container made of a conductor such as metal, it may be disadvantageous to increase the size and pressure of the container.

これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部が容器内部に収められているため、容器を介さずに撹拌翼に交番磁界を鎖交させることができる。そのため、容器の材質に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。したがって、容器の大型化や高圧化にも容易に対応し得る。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring device, since the energizing portion is housed inside the container, the alternating magnetic field can be interlinked with the stirring blade without going through the container. Therefore, there are no restrictions on the material of the container, and the degree of freedom in design can be increased. Therefore, it is possible to easily cope with the increase in size and pressure of the container.

たとえば、容器を透明材料で形成することで、加熱撹拌処理の実行中の被処理物の状態を観察することができる。あるいは、容器の少なくとも一部分を導電体で形成してもよい。このようにすると、通電部が発生した交番磁界を容器の導電体部分に鎖交させることができるため、容器も電磁誘導加熱することが可能となる。 For example, by forming the container with a transparent material, it is possible to observe the state of the object to be treated during the heating and stirring treatment. Alternatively, at least a part of the container may be made of a conductor. In this way, the alternating magnetic field generated by the energized portion can be interlinked with the conductive portion of the container, so that the container can also be electromagnetically induced and heated.

(6)加熱効率
一般的に、加熱撹拌装置における加熱効率は、投入した熱量に対する被処理物の加熱に使用される熱量の比で定義される。加熱効率が高いほど、投入熱量を小さくできるため、消費電力を低減することができる。
(6) Heating efficiency Generally, the heating efficiency in a heating and stirring device is defined by the ratio of the amount of heat used for heating the object to be processed to the amount of heat input. The higher the heating efficiency, the smaller the amount of heat input can be, so that the power consumption can be reduced.

ここで、上述した外部加熱方式(図5(a)参照)および内部加熱方式(図5(b)参照)において加熱効率を比較すると、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも加熱効率を高くすることができる。 Here, when the heating efficiencies are compared between the external heating method (see FIG. 5A) and the internal heating method (see FIG. 5B) described above, the internal heating method has higher heating efficiency than the external heating method. can do.

詳細には、外部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、容器の加熱に使用される。一方、内部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、撹拌翼の加熱に使用される。 Specifically, in the external heating method, the amount of heat input is used for heating the object to be processed and also for heating the container. On the other hand, in the internal heating method, the input heat amount is used for heating the object to be processed and also for heating the stirring blade.

上述したように、内部加熱方式は外部加熱方式に比べて熱コンダクタンスhAが大きい。そのため、撹拌翼と被処理物との温度差が、容器と被処理物との温度差より大きい場合であっても、容器から被処理物に伝達される熱量と同量の熱量を撹拌翼から被処理物に伝達することができる。言い換えると、同じ熱量を被処理物に伝達する場合であれば、撹拌翼の加熱温度は容器の加熱温度よりも低くてよい。さらに、容器と撹拌翼とでは、一般的に撹拌翼の方が容器よりも熱容量が小さい。 As described above, the internal heating method has a larger thermal conductance hA than the external heating method. Therefore, even when the temperature difference between the stirring blade and the object to be processed is larger than the temperature difference between the container and the object to be processed, the same amount of heat as the amount of heat transferred from the container to the object to be processed is transferred from the stirring blade. It can be transmitted to the object to be processed. In other words, the heating temperature of the stirring blade may be lower than the heating temperature of the container as long as the same amount of heat is transferred to the object to be processed. Further, in the container and the stirring blade, the stirring blade generally has a smaller heat capacity than the container.

これらの理由により、撹拌翼の加熱に使用される熱量は、容器の加熱に使用される熱量よりも小さく済むことになる。その結果、投入熱量が同じであれば、内部加熱方式では、外部加熱方式に比べてより大きな熱量を被処理物の加熱に使うことができるため、被処理物の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて投入熱量を小さくできる。よって、消費電力を低減することができる。 For these reasons, the amount of heat used to heat the stirring blades is smaller than the amount of heat used to heat the container. As a result, if the input heat amount is the same, the internal heating method can use a larger amount of heat for heating the object to be processed than the external heating method, so that the heating rate of the object to be processed can be increased. Conversely, in order to obtain the same heating rate, the internal heating method can reduce the amount of heat input as compared with the external heating method. Therefore, the power consumption can be reduced.

さらに、この内部加熱方式において、外部通電型と内部通電型とで加熱効率を比較すると、以下のような理由から、内部通電型は、外部通電型に比べて高い加熱効率を実現することができる。 Further, in this internal heating method, when the heating efficiency is compared between the externally energized type and the internally energized type, the internal energized type can realize higher heating efficiency than the externally energized type for the following reasons. ..

図9に、内部通電型加熱撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示す。図9では、2つの構成要素間の電気的接続または電気的結合が破線で示され、当該構成要素間の熱的接続が実線で示されている。 FIG. 9 schematically shows a heat transfer path in the internal energization type heating and stirring device. In FIG. 9, the electrical connection or electrical coupling between the two components is shown by the dashed line, and the thermal connection between the components is shown by the solid line.

図9を参照して、内部通電型加熱撹拌装置において、受電コイル8および通電部10は電気的に接続されている。さらに、通電部10および撹拌翼1は電気的に結合されている。これにより、受電コイル8から高周波電流の供給を受けて通電部10が発生する交番磁界によって撹拌翼1が電磁誘導加熱される。そして、撹拌翼1と被処理物20との間の熱的接続により、被処理物20が加熱される。 With reference to FIG. 9, in the internal energization type heating and stirring device, the power receiving coil 8 and the energizing unit 10 are electrically connected. Further, the energizing unit 10 and the stirring blade 1 are electrically coupled. As a result, the stirring blade 1 is electromagnetically induced and heated by the alternating magnetic field generated by the energizing unit 10 by receiving the supply of high-frequency current from the power receiving coil 8. Then, the object to be processed 20 is heated by the thermal connection between the stirring blade 1 and the object to be processed 20.

さらに、通電部10は、撹拌翼1に熱的に接続されるとともに、被処理物20に熱的に接続されている。通電部10に高周波電流を流すと、通電部10の電気抵抗によってジュール熱が発生する。通電部10が発生したジュール熱は、撹拌翼1および被処理物20にそれぞれ伝達される。 Further, the energizing unit 10 is thermally connected to the stirring blade 1 and thermally connected to the object 20 to be processed. When a high-frequency current is passed through the energizing unit 10, Joule heat is generated by the electric resistance of the energizing unit 10. The Joule heat generated by the energizing unit 10 is transferred to the stirring blade 1 and the object 20 to be processed, respectively.

このように、内部通電型によれば、撹拌翼1が発生するジュール熱に加えて、通電部10が発生するジュール熱を被処理物20の加熱に用いることができる。したがって、投入熱量が同じであれば、内部通電型は、外部通電型に比べてより大きな熱量を被処理物20の加熱に使用することができる。このため、被処理物20の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部通電型は、外部通電型に比べて投入熱量を小さくできる。よって、加熱効率が高くなり、消費電力を低減することができる。 As described above, according to the internal energization type, in addition to the Joule heat generated by the stirring blade 1, the Joule heat generated by the energizing portion 10 can be used for heating the object 20 to be processed. Therefore, if the input heat amount is the same, the internal energization type can use a larger amount of heat than the external energization type for heating the object 20 to be processed. Therefore, the heating rate of the object 20 to be processed can be increased. Conversely, in order to obtain the same heating rate, the internal energization type can reduce the amount of heat input as compared with the external energization type. Therefore, the heating efficiency is high and the power consumption can be reduced.

また、内部通電型は、外部通電型に比べて、被処理物20の温度制御において目標温度への高い応答性を実現することができる。 Further, the internal energization type can realize higher responsiveness to the target temperature in the temperature control of the object to be processed 20 as compared with the external energization type.

ここで、撹拌翼1にジュール熱を発生させる手法としては、本実施の形態のように、通電部10に高周波電流を通電して撹拌翼1に渦電流を発生させる構成の他に、撹拌翼1に直接的に直流電流を通電し、撹拌翼1の電気抵抗によってジュール熱を発生させる構成を採ることができる。 Here, as a method of generating Joule heat in the stirring blade 1, in addition to the configuration in which a high-frequency current is applied to the energized portion 10 to generate an eddy current in the stirring blade 1, as in the present embodiment, the stirring blade 1 is generated. It is possible to adopt a configuration in which a direct current is directly applied to 1 and Joule heat is generated by the electric resistance of the stirring blade 1.

しかしながら、撹拌翼1に直流電流を通電する構成では、被処理物20の加熱に十分な熱量を得るために、撹拌翼1の導電体部分の電気抵抗を高くする必要がある。また、大電流を撹拌翼1に流すために高電圧の直流電源が必要となる。 However, in a configuration in which a direct current is applied to the stirring blade 1, it is necessary to increase the electric resistance of the conductor portion of the stirring blade 1 in order to obtain a sufficient amount of heat for heating the object 20 to be processed. Further, a high-voltage DC power supply is required to pass a large current through the stirring blade 1.

これに対して、通電部10に高周波電流を通電する構成では、高周波電流の表皮効果によって、電流は通電部10の全体を均等に流れるのではなく、通電部10の表面上もしくは表面付近に集中して流れる。これにより、通電部10の実質的な電気抵抗を高くすることができるため、小さな電流でも十分な熱量を通電部10に発生させることができる。 On the other hand, in the configuration in which the high-frequency current is applied to the energizing portion 10, the current does not flow evenly throughout the energizing portion 10 due to the skin effect of the high-frequency current, but is concentrated on or near the surface of the energizing portion 10. And flow. As a result, the substantial electrical resistance of the energizing unit 10 can be increased, so that a sufficient amount of heat can be generated in the energizing unit 10 even with a small current.

また、撹拌翼1に電流を直接的に通電する場合、撹拌翼1の形状によっては電流経路を確保することが難しいという課題がある。よって、撹拌翼1の形状に制約が生じる。一方、本実施の形態によれば、導電体で形成された通電部10を撹拌翼1に接触させることで、容易に電流経路を形成することができる。 Further, when a current is directly applied to the stirring blade 1, there is a problem that it is difficult to secure a current path depending on the shape of the stirring blade 1. Therefore, the shape of the stirring blade 1 is restricted. On the other hand, according to the present embodiment, the current path can be easily formed by bringing the energizing portion 10 formed of the conductor into contact with the stirring blade 1.

以上のように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置によれば、導電体からなる通電部10により、撹拌翼1の形状によらず高周波電流の経路を容易に確保することができるとともに、高周波電流の表皮効果によって、小電流で大きなジュール熱を通電部10に発生させることができる。さらに、撹拌翼1においても、表皮効果によって渦電流が撹拌翼1の表面上または表面付近に集中して流れることから、大きなジュール熱を撹拌翼1に発生させることができる。この結果、撹拌翼1に直流電流を通電する構成に比べて、装置の体格を小型化できるとともに、加熱効率を高めることができる。 As described above, according to the heating / stirring device according to the present embodiment, the energizing portion 10 made of a conductor can easily secure a high-frequency current path regardless of the shape of the stirring blade 1, and also has a high-frequency current. Due to the skin effect of the electric current, a large Joule heat can be generated in the energized portion 10 with a small electric current. Further, also in the stirring blade 1, since the eddy current is concentrated on or near the surface of the stirring blade 1 due to the skin effect, a large Joule heat can be generated in the stirring blade 1. As a result, the body size of the apparatus can be reduced and the heating efficiency can be improved as compared with the configuration in which the stirring blade 1 is energized with a direct current.

[撹拌翼および通電部の構成例]
以下、図10から図16を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用され得る撹拌翼および通電部の構成例について説明する。図8で説明したように、本実施の形態に係る内部通電型加熱撹拌装置は、撹拌翼の位置および形状に対する制約がない。したがって、被処理物の粘度および撹拌翼の回転速度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
[Structure example of stirring blade and current-carrying part]
Hereinafter, a configuration example of a stirring blade and an energizing portion that can be applied to the heating and stirring device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 16. As described with reference to FIG. 8, the internally energized heating / stirring device according to the present embodiment has no restrictions on the position and shape of the stirring blades. Therefore, a stirring blade having an appropriate shape can be used according to the viscosity of the object to be processed and the rotation speed of the stirring blade.

最初に、図10および図11を参照して、ディスクタービン翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ディスクタービン翼は、主に低粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 First, a configuration example of a stirring blade composed of a disc turbine blade and a current-carrying portion will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The disc turbine blade is a stirring blade mainly used for stirring a low-viscosity object to be processed.

図10(a)は、撹拌翼1を主軸1aの上方から見た図である。図10(b)は、図10(a)中の線X−Xに沿った断面図である。 FIG. 10A is a view of the stirring blade 1 viewed from above the main shaft 1a. 10 (b) is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 10 (a).

図10(a)に示されるように、撹拌翼1は、その外周に沿って複数枚の羽根が配置された円盤形状を有している。通電部10は撹拌翼1の外周面に巻回されている。通電部10において、導電体部はたとえば導電コイルである。導電コイルはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体12はたとえばアルミナで形成されている。 As shown in FIG. 10A, the stirring blade 1 has a disk shape in which a plurality of blades are arranged along the outer periphery thereof. The energizing portion 10 is wound around the outer peripheral surface of the stirring blade 1. In the energizing unit 10, the conductive unit is, for example, a conductive coil. The conductive coil is made of, for example, aluminum. The insulator 12 that covers the outer periphery of the conductor portion is made of, for example, alumina.

図10(b)を参照して、通電部10は、撹拌翼1の外周面に形成された溝部1b内に配置されている。なお、通電部10を巻回した後、溝部1b内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼1に通電部10を接触させるとともに、撹拌翼1の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部1b内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。 With reference to FIG. 10B, the energizing portion 10 is arranged in the groove portion 1b formed on the outer peripheral surface of the stirring blade 1. After winding the energizing portion 10, the groove portion 1b is impregnated with an insulating material such as a thermosetting resin to bring the energizing portion 10 into contact with the stirring blade 1 and smooth the outer peripheral surface of the stirring blade 1. can do. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove portion 1b.

撹拌翼1の外周面に通電部10を巻回すると、撹拌翼1の表面に出っ張りが生じるため、本来の撹拌翼の形状が損なわれてしまう場合がある。このような場合、撹拌翼の動力数が設計値からずれてしまい、撹拌動力も設計値からずれてしまう可能性がある。図10(b)に示すように、通電部10を撹拌翼1に埋め込んだ構成とすることにより、本来の撹拌翼1の形状を損なうことなく、撹拌翼1と通電部10とを接触することができる。 When the energizing portion 10 is wound around the outer peripheral surface of the stirring blade 1, the surface of the stirring blade 1 is projected, so that the original shape of the stirring blade may be impaired. In such a case, the power number of the stirring blade may deviate from the design value, and the stirring power may also deviate from the design value. As shown in FIG. 10B, by embedding the energizing portion 10 in the stirring blade 1, the stirring blade 1 and the energizing portion 10 are brought into contact with each other without impairing the original shape of the stirring blade 1. Can be done.

図11(a)は、撹拌翼1を主軸1aの上方から見た図である。図11(b)は、図11(a)中の線XI−XIに沿った断面図である。 FIG. 11A is a view of the stirring blade 1 viewed from above the main shaft 1a. 11 (b) is a cross-sectional view taken along the line XI-XI in FIG. 11 (a).

図11(a)を参照して、通電部10は、撹拌翼1の表面の平面部分に貼り合わされている。通電部10において、導電体部はたとえば導電テープである。導電テープはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体はたとえばアルミナで形成されている。 With reference to FIG. 11A, the energizing portion 10 is attached to the flat surface portion of the surface of the stirring blade 1. In the energizing portion 10, the conductive portion is, for example, a conductive tape. The conductive tape is made of, for example, aluminum. The insulator that covers the outer circumference of the conductor portion is made of, for example, alumina.

図11(b)に示されるように、通電部10は、撹拌翼1の表面の平面部分に形成された溝部1b内に配置されている。通電部10を貼り合せた後、溝部1b内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼1に通電部10を接触させるとともに、撹拌翼1の表面を平滑にすることができる。あるいは、溝部1b内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。これにより、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。 As shown in FIG. 11B, the energizing portion 10 is arranged in the groove portion 1b formed in the flat surface portion of the surface of the stirring blade 1. By impregnating the groove portion 1b with a thermosetting resin after the energizing portion 10 is bonded, the energizing portion 10 can be brought into contact with the stirring blade 1 and the surface of the stirring blade 1 can be smoothed. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove portion 1b. As a result, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained.

次に、図12から図14を参照して、マックスブレンド翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。マックスブレンド翼は、主に中粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 Next, with reference to FIGS. 12 to 14, a configuration example of the stirring blade and the energizing portion made of the Max Blend blade will be described. The Max Blend blade is a stirring blade mainly used for stirring a medium-viscosity object to be processed.

図12(a)は、撹拌翼1を主軸1aに垂直な方向から見た図である。図12(b)は、図中の矢印XII1の向きから見た部分斜視図である。図12(c)は、図中の線XII2−XII2に沿った断面図である。 FIG. 12A is a view of the stirring blade 1 viewed from a direction perpendicular to the spindle 1a. FIG. 12B is a partial perspective view seen from the direction of arrow XII1 in the drawing. FIG. 12 (c) is a cross-sectional view taken along the line XII2-XII2 in the drawing.

図12(a)を参照して、撹拌翼1は、複数の貫通孔が格子状に形成された平板形状を有している。通電部10は撹拌翼1の平板部分の側面に巻回されている。通電部10において、導電体部はたとえば導電コイルである。 With reference to FIG. 12A, the stirring blade 1 has a flat plate shape in which a plurality of through holes are formed in a grid pattern. The energizing portion 10 is wound around the side surface of the flat plate portion of the stirring blade 1. In the energizing unit 10, the conductive unit is, for example, a conductive coil.

図12(b)および(c)を参照して、通電部10は、撹拌翼1の平板部分の側面に形成された溝部1b内に配置されている。なお、通電部10を巻回した後、溝部1b内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼1に通電部10を接触させるとともに、撹拌翼1の側面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。あるいは、溝部1b内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。 With reference to FIGS. 12 (b) and 12 (c), the energizing portion 10 is arranged in the groove portion 1b formed on the side surface of the flat plate portion of the stirring blade 1. After winding the energizing portion 10, the groove portion 1b is impregnated with an insulating material such as a thermosetting resin to bring the energizing portion 10 into contact with the stirring blade 1 and smooth the side surface of the stirring blade 1. be able to. As a result, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove portion 1b.

図13(a)は、撹拌翼1を主軸1aに垂直な方向から見た図である。図13(b)は、図中の線XIII−XIIIに沿った断面図である。 FIG. 13A is a view of the stirring blade 1 viewed from a direction perpendicular to the spindle 1a. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII in the drawing.

図13(a)を参照して、通電部10は、撹拌翼1の平板部分の表面に貼り合わされている。通電部10において、導電体部はたとえば導電テープである。図13(b)に示されるように、通電部10は、撹拌翼1の平板部分の表面に形成された溝部1b内に配置されている。通電部10を貼り合せた後、溝部1b内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼1に通電部10を接触させるとともに、撹拌翼1の表面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。あるいは、溝部1b内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。 With reference to FIG. 13A, the energizing portion 10 is attached to the surface of the flat plate portion of the stirring blade 1. In the energizing portion 10, the conductive portion is, for example, a conductive tape. As shown in FIG. 13B, the energizing portion 10 is arranged in the groove portion 1b formed on the surface of the flat plate portion of the stirring blade 1. After the energizing portion 10 is bonded, the groove portion 1b is impregnated with an insulating material such as a thermosetting resin so that the energizing portion 10 is brought into contact with the stirring blade 1 and the surface of the stirring blade 1 is smoothed. can. As a result, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove portion 1b.

図14(a)は、撹拌翼1を主軸1aに垂直な方向から見た図である。図14(b)、(c)は、図中の線XIV−XIVに沿った断面図である。 FIG. 14A is a view of the stirring blade 1 viewed from a direction perpendicular to the spindle 1a. 14 (b) and 14 (c) are cross-sectional views taken along the line XIV-XIV in the figure.

図14(a)を参照して、撹拌翼1は、第1の部分1Aおよび第2の部分1Bを含む。第1の部分1Aと第2の部分1Bとは軸方向AXに沿って対向するように配置されている。図14の例では、第1の部分1Aおよび第2の部分1Bは、撹拌翼1の平板部分を軸方向AXに沿って2分割することによって形成されている。なお、第1の部分1Aおよび第2の部分1Bの少なくとも一方は、少なくとも一部分に導電体部(第1導電体部)が形成されている。 With reference to FIG. 14 (a), the stirring blade 1 includes a first portion 1A and a second portion 1B. The first portion 1A and the second portion 1B are arranged so as to face each other along the axial direction AX. In the example of FIG. 14, the first portion 1A and the second portion 1B are formed by dividing the flat plate portion of the stirring blade 1 into two along the axial direction AX. At least one of the first portion 1A and the second portion 1B has a conductor portion (first conductor portion) formed at least in a part thereof.

図14(b)に示されるように、通電部10は、第1の部分1Aと第2の部分1Bとの間に配置されている。通電部10において、導電体部はたとえば導電テープである。たとえば、第1の部分1Aに通電部10を貼り合せた後、第1の部分1Aと第2の部分1Bとを貼り合せることで、撹拌翼1に通電部10を接触させることができる。なお、第1の部分1A内に通電部10を埋め込ませてもよい。 As shown in FIG. 14B, the energizing portion 10 is arranged between the first portion 1A and the second portion 1B. In the energizing portion 10, the conductive portion is, for example, a conductive tape. For example, by attaching the energizing portion 10 to the first portion 1A and then attaching the first portion 1A and the second portion 1B, the energizing portion 10 can be brought into contact with the stirring blade 1. The energizing portion 10 may be embedded in the first portion 1A.

なお、通電部10は、図14(b)に示されるように、コイルの巻き数が1である単巻きコイルであってもよく、図14(c)に示されるように、コイルの巻き数が2以上である複数巻きコイルであってもよい。 The energizing unit 10 may be a single-wound coil in which the number of coil turns is 1, as shown in FIG. 14 (b), and the number of coil turns may be as shown in FIG. 14 (c). It may be a multi-winding coil in which is 2 or more.

図14に示す構成例によれば、通電部10を第1の部分1Aおよび第2の部分1Bで挟み込むことにより、通電部10が発生したジュール熱を第1の部分1Aおよび第2の部分1Bに対して均等に伝達することができる。これにより、撹拌翼1と被処理物との間の熱伝達率を上昇させることができるため、結果的に加熱効率を向上させることができる。 According to the configuration example shown in FIG. 14, by sandwiching the energizing portion 10 between the first portion 1A and the second portion 1B, the Joule heat generated by the energizing portion 10 is transferred to the first portion 1A and the second portion 1B. Can be transmitted evenly to. As a result, the heat transfer coefficient between the stirring blade 1 and the object to be processed can be increased, and as a result, the heating efficiency can be improved.

また、図14に示す構成例では、通電部10が撹拌翼1の強度を補強する働きをするため、撹拌翼1の堅牢性を高めることができる。 Further, in the configuration example shown in FIG. 14, since the energizing unit 10 functions to reinforce the strength of the stirring blade 1, the robustness of the stirring blade 1 can be improved.

最後に、図15および図16を参照して、ヘリカル翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ヘリカル翼は、主に高粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 Finally, with reference to FIGS. 15 and 16, a configuration example of a stirring blade composed of a helical blade and an energized portion will be described. The helical blade is a stirring blade mainly used for stirring a highly viscous object to be processed.

図15は、撹拌翼1を主軸に垂直な方向から見た図である。図15を参照して、撹拌翼1は、帯状の翼を螺旋状に配置させたものである。通電部10は帯状の翼の外周面に巻回されている。通電部10において、導電体部はたとえば導電コイルである。通電部10は、撹拌翼1の外周面に形成された溝部(図示せず)内に配置されている。なお、通電部10を巻回した後、溝部内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼1に通電部10を接触させるとともに、撹拌翼1の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。 FIG. 15 is a view of the stirring blade 1 as viewed from a direction perpendicular to the main axis. With reference to FIG. 15, the stirring blade 1 has strip-shaped blades arranged in a spiral shape. The energizing portion 10 is wound around the outer peripheral surface of the band-shaped blade. In the energizing unit 10, the conductive unit is, for example, a conductive coil. The energizing portion 10 is arranged in a groove portion (not shown) formed on the outer peripheral surface of the stirring blade 1. By impregnating the groove portion with the thermosetting resin after winding the energizing portion 10, the energizing portion 10 can be brought into contact with the stirring blade 1 and the outer peripheral surface of the stirring blade 1 can be smoothed. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove.

容器13は、少なくとも一部分に導電体部(第3導電体部)が形成されている。容器13の導電体部は、通電部10に近い位置に形成されていることが好ましい。通電部10に近い位置とは、通電部10と電気的に結合することができる位置であって、通電部10が発生した交番磁界を十分鎖交することができる位置を意味する。図15の例では、容器13の壁面に、通電部10と対向するように導電体部を配置することが好ましい。このようにすると、通電部10が発生した交番磁界を容器13の導電体部に鎖交させることにより、撹拌翼1を加熱するとともに、容器13を電磁誘導加熱することができる。よって、加熱効率を一層向上させることができる。 A conductor portion (third conductor portion) is formed in at least a part of the container 13. The conductor portion of the container 13 is preferably formed at a position close to the current-carrying portion 10. The position close to the energizing unit 10 means a position capable of electrically coupling with the energizing unit 10 and sufficiently interlinking the alternating magnetic field generated by the energizing unit 10. In the example of FIG. 15, it is preferable to arrange the conductor portion on the wall surface of the container 13 so as to face the energizing portion 10. In this way, the alternating magnetic field generated by the energizing portion 10 is interlinked with the conductor portion of the container 13 to heat the stirring blade 1 and the container 13 can be electromagnetically induced heated. Therefore, the heating efficiency can be further improved.

図16(a)は、撹拌翼1を主軸に垂直な方向から見た図である。図16(b)は、図中の線XVI−XVIに沿った断面図である。図16(a)、(b)を参照して、通電部10は、螺旋状の翼の表面に貼り合わされている。通電部10において、導電体部はたとえば導電テープである。図11および図13と同様に、図16においても、通電部10を翼の表面に形成された溝部内に配置することで、本来の撹拌翼1の形状を保つことができる。たとえば、溝部内に通電部10を配置した後、溝部内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させてもよい。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。 FIG. 16A is a view of the stirring blade 1 viewed from a direction perpendicular to the main axis. FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI in the drawing. With reference to FIGS. 16A and 16B, the energizing portion 10 is attached to the surface of the spiral blade. In the energizing portion 10, the conductive portion is, for example, a conductive tape. Similar to FIGS. 11 and 13, in FIG. 16, by arranging the energizing portion 10 in the groove formed on the surface of the blade, the original shape of the stirring blade 1 can be maintained. For example, after arranging the energizing portion 10 in the groove portion, the groove portion may be impregnated with an insulating material such as a thermosetting resin. Alternatively, a conductive coil coated with insulation may be embedded in the groove.

[給電部の構成例]
上述した実施の形態では、通電部10に高周波電流を供給するための給電部4において、交流電源5から通電部10に非接触で給電を行なう構成について説明したが、交流電源5と通電部10とを接触させる構成としても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[Configuration example of power supply unit]
In the above-described embodiment, the configuration in which the AC power supply 5 supplies power to the current-carrying unit 10 in a non-contact manner in the power-feeding unit 4 for supplying the high-frequency current to the current-carrying part 10 has been described. The same effect as that of the embodiment can be obtained as the configuration in which the device is brought into contact with the device.

図17に、本実施の形態に係る加熱撹拌装置の変更例の構成を示す。図17は、本変更例に係る加熱撹拌装置100の軸方向AXに沿った断面構造を示している。 FIG. 17 shows a configuration of a modified example of the heating / stirring device according to the present embodiment. FIG. 17 shows a cross-sectional structure of the heating / stirring device 100 according to the modified example along the axial direction AX.

本変更例に係る加熱撹拌装置100の基本的構成は、給電部4を除いて、図1に示した加熱撹拌装置100と同じである。本変更例において、給電部4は、送電コイル7および受電コイル8に代えて、スリップリング16を有している。スリップリング16は、高周波トランス6に電気的に接続されるカーボンブラシ(図示せず)を含んでおり、このカーボンブラシを回転体である通電部10に面接触させることにより、通電部10に高周波電流を供給可能に構成されている。 The basic configuration of the heating / stirring device 100 according to this modified example is the same as that of the heating / stirring device 100 shown in FIG. 1 except for the power feeding unit 4. In this modified example, the power feeding unit 4 has a slip ring 16 instead of the power transmitting coil 7 and the power receiving coil 8. The slip ring 16 includes a carbon brush (not shown) electrically connected to the high frequency transformer 6, and by bringing the carbon brush into surface contact with the energizing portion 10 which is a rotating body, the energizing portion 10 is brought into high frequency. It is configured to be able to supply current.

[加熱撹拌装置の適用例]
上述した実施の形態では、下水汚泥からエネルギー源であるメタンガスを回収する汚泥処理装置に本発明の加熱撹拌装置を適用する構成について説明したが、本発明の加熱撹拌装置は、下水汚泥処理装置に限らず、様々な分野に適用することができる。たとえば、有機物を発酵させる発酵処理装置、モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器、高粘度物質の脱溶剤、脱モノマーおよび脱揮を行なう蒸発器、食材を加熱撹拌する調理器などに本発明の加熱撹拌装置を適用することができる。
[Application example of heating and stirring device]
In the above-described embodiment, the configuration in which the heating / stirring device of the present invention is applied to the sludge treatment device that recovers methane gas as an energy source from the sewage sludge has been described. Not limited to it, it can be applied to various fields. For example, a fermentation processing device that ferments organic substances, a polymerization reactor that combines monomers to produce a giant polymer substance, a evaporator that removes a solvent from a high-viscosity substance, removes a monomer and volatilizes it, and a cooker that heats and stirs ingredients. The heating and stirring device of the present invention can be applied to the above.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1,34 撹拌翼、1a 主軸、1b 溝部、1A 第1の部分、1B 第2の部分、2 回転軸、3,15 封止部材、4 給電部、5 交流電源、6 高周波トランス、7 送電コイル、8 受電コイル、9a,9b,32 導電線、10 通電部、11 導電体部、12 絶縁体、13,30 容器、14 蓋部、16 スリップリング、20,40 被処理物、38 電磁誘導コイル、100 加熱撹拌装置。 1,34 Stirrer blade, 1a spindle, 1b groove, 1A first part, 1B second part, 2 rotation shaft, 3,15 sealing member, 4 power supply part, 5 AC power supply, 6 high frequency transformer, 7 transmission coil , 8 Power receiving coil, 9a, 9b, 32 Conductive wire, 10 Currenting part, 11 Conductor part, 12 Insulator, 13,30 Container, 14 Lid part, 16 Slip ring, 20,40 Object to be processed, 38 Electromagnetic induction coil , 100 heating and stirring device.

Claims (5)

容器に収容された被処理物を加熱攪拌するための加熱攪拌装置であって、
前記容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分が第1導電体部として形成された攪拌翼と、
前記容器内に配置され、前記攪拌翼に固定された第2導電体部と、前記第1導電体部と前記第2導電体部との間に設けられた絶縁体とを有し、前記攪拌翼とともに回転する通電部と、
前記容器外部に配置され、前記通電部に高周波電流を供給する給電部とを備え、
前記容器内において、前記通電部の少なくとも一部分は、前記攪拌翼に接触して配置されることにより、前記第2導電体部が発生する交番磁界を前記第1導電体部に鎖交することが可能とされている、加熱攪拌装置。
A heating and stirring device for heating and stirring an object to be processed contained in a container.
A stirring blade rotatably arranged in the container and at least a part of which is formed as a first conductor portion.
It has a second conductor portion arranged in the container and fixed to the stirring blade, and an insulator provided between the first conductor portion and the second conductor portion, and the stirring is performed. The energizing part that rotates with the wings and
It is provided outside the container and includes a feeding unit that supplies a high-frequency current to the energizing unit.
In the container, at least a part of the energizing portion may be arranged in contact with the stirring blade to interlink the alternating magnetic field generated by the second conductor portion with the first conductor portion. A heating and stirring device that is possible.
前記第2導電体部は、前記攪拌翼の外周に巻回された導電コイルを含み、
前記導電コイルは、前記攪拌翼の前記外周に形成された溝部内に配置される、請求項1に記載の加熱攪拌装置。
The second conductor portion includes a conductive coil wound around the outer circumference of the stirring blade.
The heating and stirring device according to claim 1, wherein the conductive coil is arranged in a groove formed on the outer periphery of the stirring blade.
前記第2導電体部は、前記攪拌翼の表面に貼り合わされた導電テープを含み、
前記導電テープは、前記攪拌翼の前記表面に形成された溝部内に配置される、請求項1に記載の加熱攪拌装置。
The second conductor portion includes a conductive tape attached to the surface of the stirring blade.
The heating and stirring device according to claim 1, wherein the conductive tape is arranged in a groove formed on the surface of the stirring blade.
前記攪拌翼は、第1の平板部分と、前記第1の平板部分に対向配置される第2の平板部分とを含み、
前記第1の平板部分および前記第2の平板部分の少なくとも一方は、少なくとも一部分が前記第1導電体部として形成されており
前記通電部は、前記第1の平板部分と前記第2の平板部分との間に配置される、請求項1に記載の加熱攪拌装置。
The stirring blade includes a first flat plate portion and a second flat plate portion arranged to face the first flat plate portion.
At least one of the first flat plate portion and the second flat plate portion is formed as the first conductor portion .
The heating and stirring device according to claim 1, wherein the energizing portion is arranged between the first flat plate portion and the second flat plate portion.
前記容器は、少なくとも一部分が第3導電体部として形成されており、
前記第3導電体部は、前記通電部と対向するように配置されることにより、前記第2導電体部が発生する交番磁界を前記第3導電体部に鎖交することが可能とされている、請求項1から4のいずれか1項に記載の加熱攪拌装置。
At least a part of the container is formed as a third conductor portion, and the container is formed.
By arranging the third conductor portion so as to face the energized portion, it is possible to interlink the alternating magnetic field generated by the second conductor portion with the third conductor portion. It is, heating and stirring device according to any one of claims 1 to 4.
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