JP7061512B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌装置に関する。

液体または粉体と液体の混合体などの対象物体を分散および混合などの攪拌をするための装置として、攪拌羽根を有する攪拌装置が用いられている。特許文献１には、従来の攪拌装置の一例が開示されている。本文献に開示された構成においては、回転駆動される回転軸の先端に攪拌羽根が取り付けられている。攪拌羽根は、対象物体を収容した攪拌容器内において回転されることにより、対象物体の分散および混合などの攪拌を行う。

対象物体の粘度が高くなるほど、分散および混合の難度が高くなる。分散および混合を高度化するには、拡散羽根による対象物体の攪拌能力を高める必要がある。しかしながら、攪拌羽根による攪拌能力を高めると、液体の対象物体に旋回流による渦が生じやすくなる。過大な渦が生じると、攪拌装置の機能を低下させるおそれがある。

特開２００６－２０５０７１号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することが可能な攪拌装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される攪拌装置は、底部および円筒状の側壁部を有する攪拌槽と、前記攪拌槽内において回転する攪拌羽根と、前記攪拌槽の前記底部から前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に繋がる還流管路と、を備える攪拌装置であって、前記攪拌槽の下方に位置し且つ前記攪拌槽と前記還流管路との間に介在するポンプ槽と、前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸と、前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置され、且つ各々が前記攪拌槽の径方向中心から径方向外方に向かうほど前記攪拌羽根の回転方向後方に位置する形状である、複数のバッフルと、を備え、前記攪拌羽根から前記攪拌槽の径方向外方に流動する液体が、前記複数のバッフルから前記攪拌槽の径方向外方に向けて排出されることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数のバッフルは、前記底部または前記側壁部に固定されている。

本発明によれば、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づく攪拌装置を示す断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に基づく攪拌装置の使用形態の一例を示す断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に基づく攪拌装置の使用形態の他の例を示す断面図である。 比較例としての攪拌装置の使用形態の一例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に基づく攪拌装置を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づく攪拌装置を示す要部断面図である。 図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

以降の説明において、攪拌とは、分散および混合を含む概念である。対象物体を分散するとは、化学的に１つの相となっている物質（たとえば液体）中において、他の物質（例えば液体または粉体）をミクロな状態で散在させる動作をいう。また、対象物体を混合するとは、容器に収容された対象物体がより均一な性状となるように容器内においてかき混ぜる動作をいう。

＜第１実施形態＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ａ１は、攪拌容器１、攪拌羽根２、ポンプ羽根３、回転軸４およびモータ５を備えている。

攪拌容器１は、攪拌対象材を収容し、この攪拌対象材を攪拌するための容器である。本実施形態においては、攪拌容器１は、攪拌槽１１、蓋部１２、ポンプ槽１３、連結管路１４、還流管路１５および複数のバッフル１６を有する。

攪拌槽１１は、攪拌対象材を収容し、攪拌対象材を攪拌する主要部位である。攪拌槽１１は、底部１１１および側壁部１１２を有する。底部１１１は、攪拌槽１１の下端部分であり、図示された例においては、下方に僅かに膨出する曲面形状である。ただし、底部１１１の形状は特に限定されず、平板状であってもよい。側壁部１１２は、底部１１１から上方に繋がっており、円筒状である。

蓋部１２は、攪拌槽１１を上方から塞いでおり、たとえば攪拌容器１の密閉性を維持するためのものである。

ポンプ槽１３は、攪拌槽１１の下方に設けられており、たとえば上下方向を軸方向とする偏平な円筒状である。ポンプ槽１３の平面視中心は、攪拌槽１１の平面視中心と一致している。

連結管路１４は、攪拌槽１１の底部１１１とポンプ槽１３とを繋いでいる。連結管路１４は、短管状であり、平面視中心が、攪拌槽１１およびポンプ槽１３の平面視中心と一致している。

還流管路１５は、底部１１１から流出した液体を攪拌槽１１の外部を経由して攪拌槽１１に還流させるための経路である。還流管路１５は、ポンプ槽１３の側方に繋がっている。図示された例においては、還流管路１５は、側方注入口１５１、天側注入口１５２、散布部１５３およびバルブ部１５４を有する。

側方注入口１５１は、攪拌槽１１の側壁部１１２に繋がっており、還流された液体が攪拌槽１１に側方から流入される部位である。

天側注入口１５２は、攪拌槽１１の上方に設けられており、図示された例においては、蓋部１２を貫通して設けられている。天側注入口１５２は、還流された液体が攪拌槽１１に上方から流入される部位である。

散布部１５３は、天側注入口１５２に取り付けられており、天側注入口１５２から流入する液体を攪拌槽１１内に散布することによって攪拌槽１１内を洗浄する機能を有するものであり、いわゆるシャワーボール（洗浄ノズル）である。

バルブ部１５４は、側方注入口１５１および天側注入口１５２のいずれかに選択的に液体を還流させるためのものであり、たとえば三方弁等によって構成される。

複数のバッフル１６は、攪拌槽１１内において底部１１１に沿って配置されている。複数のバッフル１６は、各々が攪拌槽１１の径方向中心から径方向外方に向かうほど攪拌羽根２の回転方向Ｎ後方に位置する形状である。図示された例においては、バッフル１６は、攪拌羽根２の回転方向Ｎ前方に位置する面が凸曲面であり、回転方向Ｎ後方に位置する面が凹曲面である。バッフル１６の材質は特に限定されず、たとえばステンレス等の金属からなる。また、バッフル１６の形状は特に限定されず、曲面を有する形状のほか、平面視において直線状であってもよいし、屈曲形状であってもよい。

図示された例においては、バッフル１６は、リブ状であり、攪拌槽１１の底部１１１に全長にわたって固定されている。バッフル１６は、底部１１１に対して、たとえば溶接によって固定される。なお、バッフル１６を固定する手法は特に限定されない。また、バッフル１６は、たとえば攪拌槽１１に対して脱着可能であってもよい。また、バッフル１６は、別の部材を介して間接的に攪拌槽１１の底部１１１等に固定されていてもよい。バッフル１６の高さは特に限定されない。バッフル１６の高さは、攪拌羽根２の回転によって生じる流動に応じて、後述する効果を奏する観点から適宜設定すればよい。たとえば、図示された攪拌羽根２が主に径方向に沿った流動を生じさせる場合、複数のバッフル１６は、径方向から見て攪拌羽根２と重なる高さが好ましい。

攪拌羽根２は、攪拌槽１１に収容された攪拌対象材を攪拌するためのものであり、回転方向Ｎに回転することによって液体を攪拌しうる旋回流等の流動を生じさせる。図２において、攪拌羽根２は、時計回りに回転する。攪拌羽根２としては、従来公知の様々な構成の羽根を用いることが可能であり、いわゆるプロペラ形、パドル形、タービン形、コーン形等の形式が例示される。

図示された例は、攪拌羽根２として、タービン形を用いた場合である。このような攪拌羽根２は、主板２１および複数の羽根板２２を有する。主板２１は、たとえば円板状の部材であり、たとえばステンレス等の金属からなる。複数の羽根板２２は、たとえばステンレス等の金属からなり、主板２１に固定されている。複数の羽根板２２は、主板２１の円周に沿って等ピッチで配置されている。羽根板２２は、主板２１に対して傾いており、あるいは起立している。

ポンプ羽根３は、攪拌槽１１内の液体を連結管路１４を通して吸引し、還流管路１５へと送るためのものである。ポンプ羽根３は、ポンプ槽１３に収容された状態で回転方向Ｎに回転することにより、液体を還流管路１５に送ることが可能であればその構成は特に限定されない。

図示された例は、ポンプ羽根３として、遠心ポンプを用いた例である。このようなポンプ羽根３は、たとえば主板３１および複数の羽根板３２を有する。主板３１は、たとえば円板状の部材であり、たとえばステンレス等の金属からなる。複数の羽根板３２は、たとえばステンレス等の金属からなり、主板３１の上面に固定されている。羽根板３２は、放射状に配置されており、径方向外方に向かうほど回転方向Ｎ後方に位置するように湾曲している。

回転軸４は、攪拌羽根２およびポンプ羽根３を回転させる軸である。回転軸４は、ポンプ槽１３、連結管路１４および底部１１１に挿通されており、攪拌羽根２およびポンプ羽根３が取り付けられている。図示された例においては、回転軸４の上端に攪拌羽根２が固定されている。

モータ５は、回転軸４を回転させる駆動源である。モータ５は、回転軸４に直接連結されていてもよいし、ギヤ（図示略）を介して連結されていてもよい。

次に、攪拌装置Ａ１の使用例および作用について説明する。

図３および図４は、攪拌装置Ａ１の使用形態の一例を示している。図示された形態においては、攪拌槽１１に攪拌対象材８が収容されている。攪拌対象材８は、攪拌装置Ａ１によって攪拌される対象物体である。攪拌対象材８の種類は特に限定されず、１種類の液体または複数種類の液体の混合体や、これらのいずれかと粉体等の固体との混合体等が例示される。また、バルブ部１５４は、側方注入口１５１へと向かう経路を開状態とし、天側注入口１５２に向かう経路を閉状態としている。図中のハッチングは、閉状態を概念的に示している。

図６は、攪拌装置Ａ１との比較例としての攪拌装置Ｘを示している。攪拌装置Ｘは、複数のバッフル１６を備えないこと以外は、攪拌装置Ａ１と同様の構成である。攪拌対象材８を攪拌すべく、モータ５によって回転軸４が回転方向Ｎに回転する。これにより、攪拌羽根２およびポンプ羽根３が回転方向Ｎに回転する。攪拌羽根２が回転方向Ｎに回転することにより、攪拌対象材８には、回転方向Ｎと同方向の旋回流Ｆｘが発生する。この旋回流は、攪拌対象材８を攪拌する流動の一要素である。また、攪拌羽根２の形式に応じて、攪拌対象材８には、径方向の流動成分を有する輻流や、攪拌槽１１内を循環する循環流等が、適宜生じる。並びに循環流によって攪拌羽根２の上方には上から下への吸い込み流れが形成され、攪拌羽根２の下方には、攪拌羽根２から底部１１１へと下降する流れが生じる。攪拌対象材８の液面８１には、循環流による上から下への流れと回転方向Ｎと同方向の旋回流Ｆｘによって、空気吸い込み渦が生じる。これにより、液面８１の中央下端は、攪拌羽根２に接近する。たとえば液体と粉体との攪拌（分散）を十分に行うには、強い旋回流Ｆｘにより液面８１に空気吸い込み渦が生じて液面８１の中央下端が攪拌羽根２により接近していることが好ましい。しかし、空気吸い込み渦は、攪拌羽根２を超えてポンプ羽根３に到達すると、ポンプ槽１３が空運転状態となり、ポンプ羽根３の吐出ができないという問題が生じる。

一方、図４に示すように、攪拌装置Ａ１においては、攪拌羽根２の回転に伴う遠心力によって、攪拌羽根２から径方向外方に攪拌対象材８が流動させられる。底部１１１付近においては、複数のバッフル１６が設けられているため、攪拌羽根２から径方向外方に流動する攪拌対象材８が、複数のバッフル１６に沿って流動させられる。複数のバッフル１６は、径方向外方に向かうほど回転方向Ｎ後方に位置する形状である。このため、複数のバッフル１６に沿ったバッフル流Ｆ２が生じる。このバッフル流Ｆ２は、回転方向Ｎには沿っておらず、周方向において回転方向Ｎと反対側に流動する成分を有する。このようなバッフル流Ｆ２は、全体として回転方向Ｎと反対側に流動する旋回流を生じさせる。この旋回流が、攪拌槽１１の下方から上方に及ぶことにより、攪拌槽１１には、攪拌羽根２の近傍を除いて、回転方向Ｎと反対方向に回転する旋回流Ｆ１が形成される。旋回流Ｆ１により、攪拌対象材８には回転方向Ｎと反対方向の空気吸い込み渦が生じる。しかし、攪拌羽根２の近傍では、回転方向Ｎの局所的な旋回流が生じている。このため、空気吸い込み渦が、攪拌羽根２近傍の局所的な旋回流によって打ち消され、空気吸い込み渦が攪拌羽根２に到達することが抑制される。すなわち、空気吸い込み渦が、ポンプ羽根３に到達することを抑制することができる。また、複数のバッフル１６を備えることにより、攪拌羽根２の近傍に攪拌対象材８を十分に存在させることが可能であり、攪拌能力の向上に好ましい。

ポンプ羽根３の回転により、ポンプ羽根３の中心から攪拌対象材８が吸引され、ポンプ羽根３の径方向外方に位置する還流管路１５に攪拌対象材８が吐出される。この攪拌対象材８は、還流管路１５を通じて、側方注入口１５１から攪拌槽１１へと注入される。この攪拌対象材８の還流Ｆ５により、攪拌槽１１内において攪拌対象材８が淀んでしまうこと等を防止することができる。

図５は、攪拌装置Ａ１の使用形態の他の例を示している。同図に示す形態は、たとえば図３および図４に示した攪拌を目的とした使用形態の後に、攪拌装置Ａ１（攪拌容器１）を洗浄することを目的としている。攪拌槽１１には、洗浄液９が収容されている。洗浄液９は、攪拌容器１内に付着した攪拌対象材８等を洗浄するための液体である。また、バルブ部１５４は、側方注入口１５１へと向かう経路を閉状態とし、天側注入口１５２へと向かう経路を開状態としている。この状態で、モータ５を回転することによって、攪拌羽根２およびポンプ羽根３を回転させる。これにより、攪拌羽根２によって、攪拌槽１１内の洗浄液９に旋回流Ｆ１を生じさせるとともに、ポンプ羽根３によって、洗浄液９を還流管路１５を通じて天側注入口１５２から攪拌槽１１へと注入する還流Ｆ６が生じる。

図１に示すように、バッフル１６が、径方向から見て攪拌羽根２と重なる高さであることにより、攪拌羽根２から径方向に沿って攪拌対象材８が吐出される場合に、バッフル流Ｆ２を確実に生じさせることができる。なお、攪拌羽根２から下方に向かうように攪拌対象材８が吐出される場合は、バッフル１６が攪拌羽根２に対して相対的に低い構成であってもよい。このような構成においては、底部１１１の近傍で、より薄いバッフル流Ｆ２が形成される。また、攪拌羽根２の近傍における局所的な旋回流とバッフル流Ｆ２とが不当に干渉することを回避することができる。

図７～図９は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ａ２は、複数のバッフル１６の構成が、上述した攪拌装置Ａ１と異なっている。

本実施形態においては、バッフル１６は、一対の脚部１６１を有する。一対の脚部１６１は、バッフル１６の径方向両端に設けられており、攪拌槽１１の底部１１１に接する部位である。バッフル１６のうち一対の脚部１６１の間の部分は、底部１１１から離間している。このため、バッフル１６と底部１１１との間に隙間１６２が形成されている。

本実施形態によっても、攪拌装置Ａ２の攪拌能力を高めつつ、空気吸い込み渦がポンプ羽根３に到達することを抑制することができる。また、本発明のバッフル１６は、その全体が底部１１１に接するように固定された構成に限定されず、その一部が底部１１１から離間した構成であってもよい。このような構成であっても、複数のバッフル１６が底部１１１に沿って形成されていることにより、図４に例示したバッフル流Ｆ２を生じさせることができる。また、バッフル１６と底部１１１との接触箇所を減少することにより、たとえばこの接触箇所に攪拌対象材８が溜まってしまい、洗浄が困難となることを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図８および図９は、本発明の第３実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ａ３は、複数のバッフル１６の固定構造が、上述した実施形態と異なっている。

攪拌装置Ａ３の攪拌容器１は、支持部材１６３を有する。支持部材１６３は、円環形状の部材であり、たとえばステンレス等の金属からなる。支持部材１６３は、攪拌槽１１に接して、攪拌槽１１に固定されている。図示された例においては、支持部材１６３は、側壁部１１２の下方部分に固定されている。

複数のバッフル１６は、支持部材１６３に支持されており、側壁部１１２に間接的に固定されている。バッフル１６は、底部１１１から上方に離間している。これにより、バッフル１６の全長と同じ長さの隙間１６２が形成されている。

本実施形態によっても、攪拌装置Ａ３の攪拌能力を高めつつ、空気吸い込み渦がポンプ羽根３に到達することを抑制することができる。また、本発明のバッフル１６は、底部１１１から全体が離間した構成であってもよい。また、支持部材１６３を攪拌槽１１に対して脱着自在の構成とすることにより、攪拌容器１の洗浄時に、支持部材１６３とともに複数のバッフル１６を攪拌槽１１から取り外すことが可能であり、洗浄をより容易かつ確実に行うことができる。

本発明に係る攪拌装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る攪拌装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ２，Ａ３：攪拌装置
１ ：攪拌容器
２ ：攪拌羽根
３ ：ポンプ羽根
４ ：回転軸
５ ：モータ
８ ：攪拌対象材
９ ：洗浄液
１１ ：攪拌槽
１２ ：蓋部
１３ ：ポンプ槽
１４ ：連結管路
１５ ：還流管路
１６ ：バッフル
２１ ：主板
２２ ：羽根板
３１ ：主板
３２ ：羽根板
８１ ：液面
９１ ：液面
１１１ ：底部
１１２ ：側壁部
１５１ ：側方注入口
１５２ ：天側注入口
１５３ ：散布部
１５４ ：バルブ部
１６１ ：脚部
１６２ ：隙間
１６３ ：支持部材
Ｆ１ ：旋回流
Ｆ２ ：バッフル流
Ｆ５，Ｆ６：還流
Ｎ ：回転方向

Claims (2)

1. 底部および円筒状の側壁部を有する攪拌槽と、
   前記攪拌槽内において回転する攪拌羽根と、
   前記攪拌槽の前記底部から流出した液体を前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に還流させる還流管路と、を備える攪拌装置であって、
   前記攪拌槽の下方に位置し且つ前記攪拌槽と前記還流管路との間に介在するポンプ槽と、
   前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、
   前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、
   前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸と、
   前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置され、且つ各々が前記攪拌槽の径方向中心から径方向外方に向かうほど前記攪拌羽根の回転方向後方に位置する形状である、複数のバッフルと、
   を備え、
   前記攪拌羽根から前記攪拌槽の径方向外方に流動する液体が、前記複数のバッフルから前記攪拌槽の径方向外方に向けて排出されることを特徴とする、攪拌装置。
2. 前記複数のバッフルは、前記底部または前記側壁部に固定されている、請求項１に記載の攪拌装置。
   

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