JPH10202077A - 混合方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性状、大きさ、分量比等が全く異なる種々の
物質を迅速かつ効率良く混合するための、新規な方法お
よびそのための装置を提供する。また、混合物の性質又
は混合条件に応じて、予め容器内に非混合領域、即ち混
合物質の不動部分を形成することにより、混合される部
分の物質に最適の運動を与え、混合効率を向上させる。 【解決手段】 混合域が自然落下可能な下降領域とこれ
を取り囲む領域内において強制的に上昇させられる上昇
領域とから形成され、複数の混合物質は、該上昇領域に
おいてその下部から強制的に上昇させられ、かつその上
昇経路途中からその最上部に渡って漸次下降領域内に落
下させられることにより、その上昇領域および下降領域
内の双方において混合され、この動作を繰り返すことを
特徴とする混合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定容器内で複数の物
質を混合する新規な方法とこれを実施する装置に係り、
特にその混合作用が混合物を強制的に上昇される上昇領
域と自然落下により下降させる下降領域とに区別した、
実質的に二つの領域内で同時併行して行われることを特
徴とするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的に公知の固定容器内での混合
方法においては、固定容器内に充填されている全ての物
質を撹拌しながら混合し、あるいは該固定容器内に充填
されている全ての物質を撹拌しながら、さらに他の物質
を該固定容器内に投入しつつ、これらを撹拌混合するも
のである。さらに、公知のリボン翼が液体混合用の攪拌
翼として使用されている。しかも層流域において適用さ
れているのが通例である。特例としては乱流域において
も使用できるように（レイノルズ数１０を越える１００
以上においても適用できるように）邪魔板を設置するな
どの工夫がなされたものもある（特開昭５５−７０３３
２号公報）。

【０００３】しかし、いずれも撹拌動作等による混合作
用が領域的に見て均一であり、言い替えると混合される
物質の挙動が同質であって、混合物の性状特質に応じた
混合作用がなされておらず、その結果充分な異相系の攪
拌が実施できず、または混合物の性質や分量比によって
は均一に混合するために長時間を要し、かつ多大なエネ
ルギ−を要する欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの欠
点を軽減し性状、大きさ、分量比等が全く異なる種々の
物質を迅速かつ効率良く混合するための、新規な方法お
よびそのための装置を提供する。また、混合物の性質又
は混合条件に応じて、予め容器内に非混合領域、即ち混
合物質の不動部分を形成することにより、混合される部
分の物質に最適の運動を与え、混合効率を向上させよう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】混合域が自然落下可能な
下降領域とこれを取り囲む領域内において強制的に上昇
させられる上昇領域とから形成され、複数の混合物質
は、該上昇領域においてその下部から強制的に上昇させ
られ、かつその上昇経路途中からその最上部に渡って漸
次下降領域内に落下させられることにより、その上昇領
域および下降領域内の双方において混合され、この動作
を繰り返すことを特徴とする混合方法。

【０００６】

【実施の形態】本発明に係る混合方法及び装置の基本的
混合原理について説明する。図１は本発明に係る混合方
法の根幹である、異なる混合領域とこれを形成する為の
螺旋翼及び混合物が移動し混合する状態の概略的挙動を
示している。螺旋翼１１は、所望巾で最適ピッチの連続
した螺旋構造のものであり、仕様としての外径Ｄ・内径
ｄ・高さＨ・ピッチＰ・・・等は、混合しようとする物
質、翼の材質・回転数・消費動力・・・等の諸条件を考
慮して決定される。

【０００７】同図において、駆動源１２によって矢印Ｆ
の方向に回動する螺旋翼１１は、下方にある担材或いは
複数の混合物を実質的に翼面上に沿わせながら下方から
上方へ向けて強制的に上昇させる上昇領域［Ａ］を形成
する。他方、螺旋翼の中央部位に設けた空間１３は、こ
れら上昇してきた担材或いは複数の混合物を該空間１３
から再び下方へ向けて自然落下状態で下降させる下降領
域［Ｂ］を形成する。なお、図中太い矢印は各部分にお
ける大方の混合物の移動方向を示している。

【０００８】ところで、上昇過程にある混合物等の移動
状況の詳細を説明すると、容器下方において螺旋翼１１
端部で掬い上げられた混合物粒塊等（液状粘性物を含
む）の夫々が、螺旋翼の上面を回転力の反作用により上
方へ向けて転動又は滑動しながら上昇し、且つ一部は遠
心力作用により外方へ向けても転動又は滑動し、また他
の一部は内方へ転動又は滑動しながら空間１３から自然
落下する。よって、螺旋翼１１上面における複数の混合
物粒塊等の夫々は、仮に螺旋翼１１の外方即ち上昇領域
［Ａ］の外周に容器又は混合充填物によって形成された
壁体が存する場合、外方部位が内方部位（中央部位）に
比べて高密度化傾向となりながらの移動をする。

【０００９】このため先ずそれらの異なる転動、滑動速
度により該上昇領域内において１次の混合が実施され
る。更にある粒塊等は外方に移動して高密度化された混
合物壁面か或いは容器壁面により移動を制限され、その
摩擦等による速度差によって内方位置の粒塊等と混合さ
れ２次の混合が実施される。なお、これらの作用に付い
ては後述の種々の実施例により更に明確に理解される。

【００１０】一方、下降過程にある複数の混合物移動の
詳細は、中央部位に設けた空間１３から下方へ向けて自
然落下状態にて下降する際に、混合物自身の軽重による
落下移動速度の早遅差が発生し、該早遅差の影響を夫々
が受けながらの移動を前記空間１３内で展開しながら混
合され３次の混合が実施される。さらに、下降領域にお
ける下降途中で螺旋翼１１の上面へ再度載置（落下物同
士の衝突によりその一部は螺旋翼上に落下するため）さ
れて上昇するもの、また逆に上昇領域における上昇途中
で螺旋翼の上面より内方にはみ出し、前記空間１３から
下方へ向けて再度自然落下状態にて下降を展開するもの
などを取り込みながら、その落下位置、速度差により複
合的に混合され４次の混合が実施される。

【００１１】なお、螺旋翼１１の撹拌域即ち上昇領域
［Ａ］に対して容器平面積が比較的大きな場合には、上
昇領域［Ａ］に存する本来は混合物である充填物は、該
充填物が特に粒状物であるとき、前記外方高密度化傾向
に助けられて撹拌域内からの充填物の補充を受けながら
円筒状の壁が初期段階に形成され、該円筒状の壁の形成
によって撹拌域外のものは略々その移動が停止し、撹拌
域内に存する複数の混合物と混合されることがなくな
る。

【００１２】しかも、前記外方高密度化傾向は、撹拌域
外に存する充填物のさらなる移動を阻止する点で著効が
あり、この事は撹拌域内に存する複数の混合物が上昇領
域を介して回動する際の回動速度を減少させるに役立つ
摩擦力の発生に対しても著効を奏する。（その挙動は上
記螺旋翼上での混合物の動きとしても説明したが、詳細
は図２の説明から一層明らかである。）

【００１３】［実施例１］図２は図１に示すごとき螺旋
翼を平面視略々正方形容器内に設けた形式の混合装置の
縦断面を示す模式図である。本実施例は、充填物である
担材がもみ殻を擂潰した細粉であり、投入物がご飯とお
かずの混ぜ物（以下投入物という）である場合の混合装
置の概略と、充填物及び混合物（担材と投入物との混合
物）の挙動を示している。

【００１４】先ず装置について実施例を詳細に説明する
と、固定容器５１はその平面形状が正方形になされ、内
のりの一辺が２６５mm、内のりの高さが５６５mmであ
り、固定容器５１の中央には撹拌手段２０が設けられて
いる。この撹拌手段２０は中央部位に空間部２３を備え
る連続螺旋翼２１から成り、この螺旋翼２１の下方には
固定容器５１の外に設けられた駆動手段２２が連結され
ている。螺旋翼２１は、全体が螺旋状になされ、外径１
８５mm、内径１３０mm、ピッチ７５mm、全高３３７．５
mmの中空状をしており、容器５１と外径との隙間は最小
部分で４０mmになされている。この際、螺旋翼２１は、
底部に内のり高さ７１mmの空隙２９を残し該空隙２９か
ら上方に向けて設けてあり、毎分回転数を１１５回とし
た。そして、下方の空隙２９には、螺旋翼２１の撹拌域
内へ向けて適量の空気を供給する空気供給手段５２が備
えてある。なお、符号５３は中央部に空気抜き孔を有
し、投入口５４を開閉する蓋を示している。

【００１５】稼働に先立ち、まず前述した充填物２５を
固定容器５１の内のり高さ４８３．５mmまで投入し、駆
動手段２２によって撹拌手段２０を稼働させる。稼働に
より前述の外方高密度化傾向に従って、螺旋翼２１とそ
の外側の不動域２６における充填物２５との境に壁２７
が形成され、外方の即ち不動域２６の充填物２５は、螺
旋翼２１との連れ回りが起こらない状態となる。次に、
上記の高密度化傾向で消費された消費相当分の新たな担
材（不動域２６の密度が高くなり全体としてカサが減少
した分）を補充して、混合領域での担材の必要高さを保
持する。上記のごとき実施例によると、上昇領域の面積
は１３６cm² 、同じく下降領域の面積は１３３cm² とな
り、その比は略々１：１である。

【００１６】続いて、斯かる混合装置を用いた実施例の
混合方法及びそれにより達成される有機物の消滅工程を
説明する。投入物の供給は、撹拌域における下降領域
［Ｂ］の上方部位へ向けて投入口５４より行われる。供
給される投入物の量は毎日約５００ｇ（１人前相当の食
物）であり、撹拌域における担材の物性は自然状態の大
きさで０．３mm以上のもみ殻擂潰細粉であって、大きさ
０．６mm〜１．２mmのものを全体の約５０％含み、初期
含水率は約６０％のものである。なお、攪拌域とその外
周部における担材の物性は必ずしも同一であることを要
しない。

【００１７】撹拌域における充填物と投入物との両者の
混合は、上述の図１における原理に基づくが、本実施例
では、係る混合作業を連続して行わず、数時間毎に（例
えば８時間毎に）２分間の混合作業を行う点にも特徴が
ある。また、混合作業中を含む稼動時間の全てにおい
て、空気供給手段５２からの空気が連続的に供給される
点もこの装置の特徴であって、その供給量は毎分約４リ
ットルとしている。

【００１８】なお、以上の実施例によれば、投入混合物
として毎日供給される約５００ｇの投入物を、微生物に
よって分解されながら固定容器５１内から順次に消滅さ
せる為のものであって、斯かる消滅は、野菜くず（残野
菜）・有機汚泥・広くは動物または植物材料・・・等に
も適用することができる。

【００１９】［実施例２］図３は、実施例１と近似の装
置において、担材が液状のものであり投入物が粒状のも
のであるときに特に適する装置例について説明する。具
体的には、液状のものがクリ−ムであり、粒状のものが
ア−モンド粒であるアイスクリ−ム原料の混合例につい
ての説明である。

【００２０】係る混合に際しては、充填物が液状のクリ
−ムであることから、実施例１において説明したごとき
円筒状の壁が稼働の初期階段に形成されることがない点
で実施例１と相違する。したがって、撹拌域内における
ア−モンド粒の移動は、上昇領域を介して下方から上方
へ向けて強制的に上昇させることは可能であるが、撹拌
域外へ飛散したア−モンド粒は、下方から順次に上方へ
向けて堆積されて移動が停止・静止することになる。

【００２１】そこで、この実施例に係る装置は、図３に
示すごとく固定容器の底部に、前記堆積されたア−モン
ド粒を撹拌域内へ向けて掻き集める為の掻き板３１を備
えることより、堆積停滞されることなく実質的には撹拌
域外のア−モンド粒をも撹拌域内へ向けて移動でき、前
述したア−モンド粒入りのアイスクリ−ム原料を実施例
１同様、上述の基本的混合原理によって好適に混合させ
ることができるように成った。従って、本願発明の特徴
的構成の１つは、「実質的に上方へ向けて強制的に上昇
させられる領域」も明らかに「上昇領域」に含むものと
言える。

【００２２】［実施例３］図４は他の実施例である翼断
面形状の１つを示しており、螺旋翼・平板状翼・曲面板
状翼・・・等における外周縁の端部を上方へ向けて適量
折り曲げた曲縁部４１を施したものである。この様な形
状の翼断面とすることは、初期段階において形成する円
筒状の壁をさらに良好に造形させる点で優れている。こ
の場合、実施例１と同様に螺旋翼２１上面の混合粒塊等
は該翼面に従って上方及び外周方向に移動するが、外周
方向に移動した粒塊は上記曲縁部４１により外方への移
動を阻止されてその速度を減じながら内方に向うため、
そこで上昇中の粒塊等と混合されて更に一部は内方に向
い、落下領域に達する。

【００２３】従って、この様な手段を有する螺旋翼によ
る時は、大きな容器内で流動性の高い担材或いは混合物
をも上記の攪拌原理に従って容易に混合させることがで
きる。なお、その他曲縁部４１の有無とは別に、その翼
の上面を回転する軸線側へ向けて外周縁側が内周縁側よ
りも高位となるように傾斜させ、遠心力作用により外方
へ向けて移動する力を減少させる形状のものであっても
よい。

【００２４】［実施例４］次に、液状のものがセメント
スラリ−であり、粒状のものが砂であるモルタルの混合
例について説明する。係る混合に際しては、先ず固定容
器に充填されている水と外部から投入されるセメントと
を均一に混合してセメントスラリ−をつくり、次に該セ
メントスラリ−と後行して外部から投入される砂とを均
一に混合してモルタルをつくる。何れの混合過程におい
ても、上記の基本的混合原理によって好適に混合させる
ことができる。なお、先行のセメントスラリ−における
混合は、後行のモルタルにおける混合に比較して撹拌手
段の撹拌エネルギ−を大きくする（螺旋翼の回転速度を
アップする）とさらに良好な混合効果が得られる。

【００２５】［実施例５］続いて、タイルセメントの混
合実施例について説明する。タイルセメントは、建物の
壁に内装、外装タイルを圧着する際に特に用いるもので
あって、その組成は一般にセメント、珪砂及び顔料から
なる。 混合比の一例 セメント（６００kg）：珪砂（５００kg）：顔料（２８
kg）＝２１：１８：１（重量比） 混合手順 螺旋翼を回転させながら、先ず珪砂を投入し、その後セ
メントを投入して珪砂とセメントの両者を混合する。次
いで、顔料を徐々に供給する。この場合、珪砂とセメン
トの全重量に対し１／３９の量の顔料を上記下降領域へ
徐々に供給することにより、即ち容器の底部から上昇し
てきた珪砂とセメントとの混合物が下降するその途中に
顔料を混ぜることにより、即座に均一な混合を得た。な
お、タイルセメント混合の類似用途として、建物のモル
タル製パネル材等の為のモルタル原料に顔料を混合した
カラーモルタルの混合に利用可能である。

【００２６】［実施例６］更にまた、図５乃至図７は固
定容器の底面積が広い場合において、該固定容器６１に
複数の撹拌手段Ｌ２０、Ｃ２０、Ｒ２０を併設したもの
を示している。この配列において好ましくは、相隣する
撹拌手段の外径を互いに一部重複させるように形成し、
且つ相隣する撹拌手段の回転方向を逆方向に向けるとよ
い。

【００２７】この実施例装置の詳細は図６、図７に明ら
かである。図６及び図７より明らかなごとく、３個の攪
拌手段Ｌ２０、Ｃ２０、Ｒ２０は夫々の螺旋翼Ｌ２１、
Ｃ２１、Ｒ２１が夫々矢印ａ、ｂ、ｃのように相隣り合
う同士が逆に回転させられる。また、各攪拌手段Ｌ２
０、Ｃ２０、Ｒ２０は夫々上下に例えば３枚の螺旋翼２
１−１、２１−２、２１−３を何れも不連続に備え、且
つ各螺旋翼は夫々、図にも明らかなごとく平面視で例え
ば２７０°の範囲の翼面を有している。そして、各攪拌
手段の翼を互にその接点において重複する位置で回転さ
せ、且つその翼の欠落部分（約９０°）の位置を互に、
例えば約４５°ずらした状態で同期回転することとして
いる。勿論これらの数値は一例に過ぎない。

【００２８】これにより、例えば攪拌手段Ｌ２０の翼２
１−３表面上端から図示右方向で落下する混合物質は、
続いてその下方向で旋回する攪拌手段Ｃ２０の翼２１−
２表面下端により掬い揚げられ、同様に前述の混合原理
作用を継続しながら、更にその図示右方において、同様
に攪拌手段Ｒ２０の翼２１−２により掬い揚げられ、上
述の混合原理による混合を繰り返す。従って、全体で見
ると同一容器６１内おいて各攪拌手段部分でのみ成ら
ず、複数の攪拌手段間でも担材や混合物質が容易に往復
し、迅速且つ均質な混合が行われる。

【００２９】更に、図７から容易に理解されるように、
各攪拌手段２０の１つはそれ自体で例えば他の実施例に
利用できる、攪拌手段としての異なった実施形態を容易
に提供できることを示している。即ち、例えば上記攪拌
手段Ｌ２０について見ると、その上下に設けられた複数
段の螺旋翼２１−１、２１−２、２１−３を各々互にそ
の位相をずらして回転駆動軸等に固定することにより、
下方の翼上端から落下する混合物を上方の翼下端が掬い
揚げることが可能であり、実質的には各翼２１−１、２
１−２、２１−３が恰も、連続した螺旋翼である場合の
ごとき混合動作を遂行することができるものである。従
って、本願発明の特徴的構成要件の１つは、「上下に実
質的に連続した螺旋翼」を持つ点にあるとも言える。

【００３０】［実施例７］図８、図９は他の混合装置に
関する実施例の説明図である。この実施例に係る装置
は、攪拌翼の外径に略々等しい内径の円筒型容器を有
し、攪拌手段はその駆動軸ＤＳが図示しない軸上方の回
転駆動手段により駆動されている。図８に従ってその具
体的実施例について説明すると、円筒容器６１はその高
さＨｄ＝１３２０mm、円筒内径Ｄｄ＝９６７mmとしてい
る。また、駆動軸ＤＳはその上端部により駆動するもの
とし、該駆動軸に固定される螺旋翼はその外径をＤｓ＝
９４０mm、その内径ｄｓ＝６５５mm、ピッチＰ＝２８５
mm、翼の全高Ｈｓ＝９２６．２５mmとし、更に外周のリ
ード角を５．５１°としている。

【００３１】従って、この装置を２２．５ｒｐｍの回転
速度で操作すると、螺旋翼の周速度を１．１１ｍ／ｓｅ
ｃとすることができる。そして、上記のごとき実施例に
よると、攪拌域の内上昇領域の面積は３５７０cm² 、同
じく下降領域の面積は３３７０cm² となる。この実施例
においては連続した螺旋翼２１を使用したが、この螺旋
翼は実質的に連続したものであれば、例えば実施例６に
おいて説明したごとき攪拌手段の１つが利用できること
も自明である。

【００３２】図９は、該実施例における混合攪拌時の作
用の概略を説明する概念図であって、容器６１の内側壁
と螺旋翼２１の外周端との関係において混合物は、実施
例１の場合と略々同様の挙動を呈する。即ち、担材或い
は混合物はそれ自体で不移動部位を生ずることなく、容
器内部が全て混合領域である上昇領域と下降領域として
機能する。そして、翼下端で掬い揚げられた混合物は、
上昇するに従って実施例１と同様の作用を繰り返しつ
つ、その各所において、種々の混合形態による混合が行
われつつ進行する。

【００３３】

【効果】混合領域内における混合が、少なくとも撹拌域
内における上昇領域と下降領域との両領域内にて同時併
行して行われることから、短時間で且つ均一（均等）状
態の混合効果を得ることができる。特に充填物を粒状の
ものにしたときは、高密度化傾向による円筒状の壁が形
成されることから前記混合効果をさらに有効なものとな
す著効を奏する。また、粒状のものと液状のものを混合
するときは、粒状のものに遠心力作用が働くことから撹
拌域外への飛散を助長させて撹拌域内と共に液状のもの
との混合効果が向上する。

【００３４】一方、本発明の装置によれば、混合容器の
形状に応じた最適な混合作用を得ることができるととも
に、ほんの一部の改変によって多様な質、量の混合物質
に対応した最適混合装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の混合原理を説明する、螺旋翼の上面に
おる混合物の移動を示す模式図である。

【図２】混合装置の１実施例の縦断面とその混合作用を
説明する模式図である。

【図３】掻き板を備える撹拌手段の実施例を示す一部断
面説明図である。

【図４】撹拌手段である螺旋翼の外周縁の端部に曲縁部
を形成した実施例の、翼切断面図である。

【図５】１つの容器内に複数の撹拌手段を設ける実施例
の、説明概略図である。

【図６】図５における各最上端部の翼の位置関係説明図
である。

【図７】図５における各攪拌手段における、複数の螺旋
翼の配置関係説明図である。

【図８】第４の実施例に関する装置の断面図である。

【図９】図８に示す実施例の攪拌状態を説明する模式図
である。

【符号の説明】

１１、２１ 螺旋翼 １２、２２ 回転駆動手段 １３、２３ 空間 ２５ 充填物（混合物） ２６ 不動域 ２７ （担材又は混合物の）壁 ３１ 掻き板 ５１、６１ 容器 ５２ 空気供給装置 ［Ａ］ 上昇領域 ［Ｂ］ 下降領域

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 混合域が自然落下可能な下降領域とこれ
   を取り囲む領域内において強制的に上昇させられる上昇
   領域とから形成され、複数の混合物質は、該上昇領域に
   おいてその下部から強制的に上昇させられ、かつその上
   昇経路途中からその最上部に渡って漸次下降領域内に落
   下させられることにより、その上昇領域および下降領域
   内の双方において混合され、この動作を繰り返すことを
   特徴とする混合方法。
2. 【請求項２】 上記上昇経路途中からその最上部に渡っ
   て漸次下降領域内に落下させられる過程において、該落
   下させられた複数の混合物質はその下降経路途中からそ
   の最下部に渡って漸次上昇領域内へ再度載置されて上昇
   させられるものを含むことを特徴とする請求項１記載の
   混合方法。
3. 【請求項３】 上記混合動作中に更に他の混合物質を下
   降領域内に随時投入することを特徴とする請求項１又は
   ２記載の混合方法。
4. 【請求項４】 上記上昇領域は実質的に連続する帯状螺
   旋翼の旋回により形成され、且つ上記下降領域は該帯状
   螺旋翼の中央部空間により形成されることを特徴とする
   請求項１乃至３記載の何れかの混合方法。
5. 【請求項５】 縦軸回りに旋回可能な実質的に連続する
   帯状螺旋翼と、これを収納した固定容器とを有する請求
   項１乃至４記載の何れかの混合方法を実施する装置。
6. 【請求項６】 縦軸回りに旋回可能な実質的に連続する
   帯状螺旋翼と、これを収納しその内径が該螺旋翼の外径
   に近似の略々円筒状の固定容器とを有する請求項１乃至
   ４記載の何れかの混合方法を実施する装置。
7. 【請求項７】 上昇領域の平面投影面積と下降領域の平
   面投影面積の比が略々１：１である請求項５又は６記載
   の装置。
8. 【請求項８】 夫々複数の螺旋翼からなる複数の攪拌手
   段を並列に設け、隣接する翼が協働して実質的に連続し
   た上昇領域を形成することを特徴とする請求項１乃至４
   記載の何れかの混合方法を実施する装置。