JPWO2008143056A1 - 分散攪拌機および分散槽 - Google Patents

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Abstract

タンク66内の液体に分散し攪拌する気体を微細化することができ、別途ポンプや攪拌機を設ける必要のない分散攪拌機11を提供する。回転体13には、回転体13の内径側と外径側とに開口する流路53を設ける。流路53には流路53の間隙が内径側から外径側に拡大する流路拡大部56を設ける。回転体13の流路拡大部56がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を微細化できる。回転体13の回転によりポンプ作用および攪拌作用を呈し、別途ポンプや攪拌機を設ける必要がない。

Description

本発明は、流体の分散攪拌に用いられる分散攪拌機、およびこの分散攪拌機を用いた分散槽に関する。
近年、例えば、液体に気体を分散し攪拌する分野において、工程の多様化に伴い、また、反応の効率化や迅速化などのため、気体を微細化することを要求されることが多くなってきた。
従来、分散攪拌機では、液体容器の底部に、鉛直方向の軸を中心に回転可能に支承された星型の羽根車が設置され、この羽根車を取り囲むようにステータが設置されているものがある。羽根車の下端面に気体供給導管が接続され、羽根車の外径部に気体流出口が設けられ、さらに羽根車の端面に液体を供給するための液体供給部が設けられている。そして、羽根車の回転により羽根車内に吸い込まれた気体が気体流出口からステータの流路内に放出され、このステータの流路に接続された管から容器内の液体中に気体が吐出される（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、このような構成の分散攪拌機では、液体中に吐出される気泡の径が大きかったため、気体の微細化の要求に対応できない。
また、気体を微細化する方法としては、管路にベンチュリ管を設ける方法が知られている。これは、気体を含んだ液体がベンチュリ管を流れるとき、絞り部と流路拡大部の圧力変化により、気体が微細化される現象を利用したものである（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、ベンチュリ管を用いる場合は、ベンチュリ管に送液するポンプ設備などを別途必要とするとともに、ベンチュリ管から反応槽内へ吐出される微細気泡を含んだ流体を反応槽内に均一に分散させるための攪拌機などが別途必要であった。
特開平６−１８２３７９号公報（第５頁、図１−２） 特開２００７−８４３号公報（第３−４頁、図１−２）
上述のように、従来の分散攪拌機では、液体中に吐出される気泡の径が大きかったため、気体の微細化の要求に対応できず、また、ベンチュリ管を用いる場合は、ベンチュリ管に送液するポンプ設備などを別途必要とするとともに、ベンチュリ管から反応槽内へ吐出される微細気泡を含んだ流体を反応槽内に均一に分散させるための攪拌機などが別途必要であった。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、流体を微細化することができるとともに、微細化した流体を分散し攪拌できる分散攪拌機、およびこの分散攪拌機を用いた分散槽を提供することを目的とする。
請求項１記載の分散攪拌機は、回転体を備えた分散攪拌機であって、前記回転体の内径側と外径側とに開口し連通して設けられた流路と、この流路の間隙が内径側から外径側に拡大するように設けられた流路拡大部とを具備したものである。
請求項２記載の分散攪拌機は、請求項１記載の分散攪拌機において、回転体を形成する互いに対向して設けられた複数枚の円盤を具備し、流路および流路拡大部は、これら円盤間に設けられたものである。
請求項３記載の分散攪拌機は、請求項１記載の分散攪拌機において、回転体と対向して設けられた固定部材を具備し、流路および流路拡大部は、回転体と前記固定部材との間に設けられたものである。
請求項４記載の分散攪拌機は、請求項１ないし３いずれか記載の分散攪拌機において、流路の流路拡大部より内径側に設けられた多孔性部材を具備したものである。
請求項５記載の分散攪拌機は、請求項１ないし４いずれか記載の分散攪拌機において、回転体には、流路拡大部の内径側と、流路拡大部の外径側と、流路拡大部の内径側および外径側の両方とのいずれかに、遠心翼が設けられたものである。
請求項６記載の分散攪拌機は、請求項１ないし５いずれか記載の分散攪拌機において、回転体の一端面が上方に向けて配置されるとともに、この一端面に回転体の内側と外側とを連通する孔部が設けられているものである。
請求項７記載の分散攪拌機は、回転体とこの回転体の外径部外側に設けられたステータとを備えた分散攪拌機であって、前記ステータの内径側と外径側とに開口し連通して設けられた流路と、この流路の間隙が内径側から外径側に拡大するように設けられた流路拡大部とを具備したものである。
請求項８記載の分散攪拌機は、請求項７記載の分散攪拌機において、回転体と、ステータの流路の流路拡大部より内径側との少なくとも一方に設けられた多孔性部材を具備したものである。
請求項９記載の分散攪拌機は、請求項７または８記載の分散攪拌機において、ステータは、回転体を覆い、上面に孔部が設けられているものである。
請求項１０記載の分散攪拌機は、請求項７ないし９いずれか記載の分散攪拌機において、ステータの外部で回転体と一体に回転する攪拌翼を具備したものである。
請求項１１記載の分散攪拌機は、請求項１ないし１０いずれか記載の分散攪拌機において、回転体の外面に攪拌翼が設けられたものである。
請求項１２記載の分散攪拌機は、請求項１ないし１１いずれか記載の分散攪拌機において、回転体を回転駆動するキャンドモータを具備したものである。
請求項１３記載の分散槽は、流体を貯留するタンクと、このタンクの底部および側部の少なくともいずれかに設けられ、前記タンク内に貯留された流体に他の流体を分散し攪拌する請求項１２記載の分散攪拌機とを具備したものである。
請求項１４記載の分散槽は、請求項１３記載の分散槽において、タンク内に貯留された流体を外部に取り出すとともに取り出した流体をタンク内に戻す外部循環路と、前記タンク内に貯留された流体を前記外部循環路に循環させるポンプとを具備したものである。
請求項１５記載の分散槽は、流体を貯留するタンクと、このタンク内に貯留された流体を外部に取り出すとともに取り出した流体をタンク内に戻す外部循環路と、前記タンク内に貯留された流体を前記外部循環路に循環させるポンプと、前記外部循環路に設けられ、前記外部循環路内を循環する流体に他の流体を分散し攪拌する請求項１２記載の分散攪拌機とを具備したものである。
請求項１６記載の分散槽は、請求項１４または１５記載の分散槽において、タンク内から外部循環路に取り出した流体の一部を次工程に送出する送出路を具備したものである。
請求項１７記載の分散槽は、請求項１３ないし１６いずれか記載の分散槽において、タンク内に貯留された流体より比重の軽い他の流体を前記分散攪拌機に供給する流体供給路と、前記タンク内に貯留された流体より上方に分離した他の流体を前記分散攪拌機に戻す流体循環路とを具備したものである。
請求項１記載の分散攪拌機によれば、回転体の流路に設けられた流路拡大部がベンチュリ管と同様の効果を呈し、流路を通過する流体を微細化することができるとともに、微細化した流体を分散し攪拌できる。
請求項２記載の分散攪拌機によれば、請求項１記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体の複数枚の円盤間の流路に設けられた流路拡大部がベンチュリ管と同様の効果を呈し、流路を通過する流体を微細化することができるとともに、微細化した流体を分散し攪拌できる。
請求項３記載の分散攪拌機によれば、請求項１記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体と固定部材との間の流路に設けられた流路拡大部がベンチュリ管と同様の効果を呈し、流路を通過する流体を微細化することができるとともに、微細化した流体を分散し攪拌できる。
請求項４記載の分散攪拌機によれば、請求項１ないし３いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、流路の流路拡大部より内径側に設けられた多孔性部材により、流路拡大部より内径側において２種類以上の流体の良好な接触を図りながら圧力を増加させて流体を溶解でき、流路を通過する流体をより確実に微細化できる。
請求項５記載の分散攪拌機によれば、請求項１ないし４いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体は、流路拡大部の内径側と、流路拡大部の外径側と、流路拡大部の内径側および外径側の両方とのいずれかに設けられた遠心翼により、その回転体自体が遠心ポンプ羽根車と同様の作用効果を呈し、別途ポンプを要することなく流体をより一層確実に流すことができる。
請求項６記載の分散攪拌機によれば、請求項１ないし５いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体の上方に向けて配置される一端面に回転体の内側と外側とを連通して設けられた孔部により回転体内に残留する気体を排出できるとともに、分散させる流体の供給が過剰であればその孔部から流出するために、分散させる流体の適切な供給量を把握できる。
請求項７記載の分散攪拌機によれば、ステータの流路に設けられた流路拡大部がベンチュリ管と同様の効果を呈し、回転体から吐き出されてステータの流路を通過する流体を微細化することができるとともに、微細化した流体を分散し攪拌できる。
請求項８記載の分散攪拌機によれば、請求項７記載の分散攪拌機の効果に加えて、流路の流路拡大部より内径側に設けられた多孔性部材により、２種類以上の流体の良好な接触を図りながら流体の圧力を増加させて流体を溶解でき、流路を通過する流体をより確実に微細化できる。
請求項９記載の分散攪拌機によれば、請求項７または８記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体を覆うステータの上面に設けられた孔部により、ステータ内に残留する気体を排出してキャビテーションの発生や回転体が機能しないのを防止できるとともに、分散させる流体の供給が過剰であればその孔部から流出するために、分散させる流体の適切な供給量を把握できる。
請求項１０記載の分散攪拌機によれば、請求項７ないし９いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、ステータの外部で回転体と一体に回転する攪拌翼により、別途攪拌機を要することなく流体をより確実に攪拌することができる。
請求項１１記載の分散攪拌機によれば、請求項１ないし１０いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、回転体に設けられた攪拌翼により、回転体自体の攪拌作用によって、別途攪拌機を要することなく流体をより確実に攪拌することができる。
請求項１２記載の分散攪拌機によれば、請求項１ないし１１いずれか記載の分散攪拌機の効果に加えて、分散攪拌機は、キャンドモータの特性により、液漏れのおそれがなく、どのような設置場所にも設置でき、さらに、高温、高圧、高真空の系にも使用できる。
請求項１３記載の分散槽によれば、タンクに設けられた分散攪拌機により、タンク内に貯留された液体に他の流体を分散し攪拌できる。しかも、キャンドモータを用いた分散攪拌機であるため、この分散攪拌機をタンクの底部や側部に設けることができ、タンクの上部にモータを設けた場合にタンクの上方に分散攪拌機の軸を抜くために必要なメンテナンススペースを必要とすることがなく、さらに、ベンチュリ管を用いて流体を微細化する場合に別途必要なポンプおよび攪拌機を必要としないため、安価に分散槽を提供することができる。
請求項１４記載の分散槽によれば、請求項１３記載の分散槽の効果に加えて、分散攪拌機による攪拌作用に加えて、外部循環路により、タンク内に貯留された流体をより確実に攪拌できる。
請求項１５記載の分散槽によれば、外部循環路によりタンク内に貯留された流体を循環させて攪拌できるとともに、外部循環路に設けられた分散攪拌機により外部循環路内を循環する液体に他の流体を分散し攪拌できる。
請求項１６記載の分散槽によれば、請求項１４または１５記載の分散槽の効果に加えて、送出路により、タンク内から外部循環路に取り出した流体の一部を次工程に送出することができる。
請求項１７記載の分散槽によれば、請求項１３ないし１６いずれか記載の分散槽の効果に加えて、流体供給路からタンク内に貯留された流体より比重の軽い他の流体を分散攪拌機に供給できるうえに、流体循環路によってタンク内に貯留された流体より上方に分離した他の流体を分散攪拌機に戻すことができ、分散させる他の流体の再利用が可能で、分散させる他の流体の消費効率が良くなり、系全体の効率も改善できる。
本発明の第１の実施の形態を示す分散攪拌機および分散槽の断面図である。 同上分散攪拌機の回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第５の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第６の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第７の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第８の実施の形態を示す分散攪拌機であって、回転体の部分を示す断面図である。 本発明の第９の実施の形態を示す分散攪拌機であって、回転体の部分を示す断面図である。 本発明の第１０の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第１１の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体の部分を示す断面図、(b)は回転体の流路を示す底面図である。 本発明の第１２の実施の形態を示す分散攪拌機であって、回転体の部分を示す断面図である。 本発明の第１３の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。 本発明の第１４の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。 本発明の第１５の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。 本発明の第１６の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。 本発明の第１７の実施の形態を示す分散攪拌機であって、(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。 本発明の第１８の実施の形態を示す分散攪拌機であって、回転体およびステータの部分を示す断面図である。 本発明の第１９の実施の形態を示す分散槽の断面図である。 本発明の第２０の実施の形態を示す分散槽の断面図である。
符号の説明
11 分散攪拌機
12 キャンドモータ
13 回転体
51，52 円盤
53 流路
54 遠心翼
56 流路拡大部
60 攪拌翼
65 分散槽
66 タンク
69 固定部材
73 多孔性部材としての金網
75 ステータ
88 孔部
93 攪拌翼
97 外部循環路
98 ポンプ
99 送出路
102 流体供給路
103 流体循環路
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２に第１の実施の形態を示す。図１は分散攪拌機および分散槽の断面図、図２は分散攪拌機の回転体の流路を示す底面図である。
図１において、11は分散攪拌機であり、この分散攪拌機11は、キャンドモータ12と羽根車である回転体13とを備えている。
キャンドモータ12は、回転子16に回転軸17が圧入固着され、この回転軸17の前後部にそれぞれスリーブ18，19およびスラストカラー20，21が装着され、これらスリーブ18，19およびスラストカラー20，21を介して回転軸17が前後部の軸受22，23に回転自在に支持されている。これら軸受22，23は、各々前部軸受箱24、後部軸受箱25に挿入されて固定されている。
前部軸受箱24は、固定子26を挿入固着した固定子枠27の前部フランジ28面にボルト29にて締結固定され、後部軸受箱25はガスケット30を介して固定子枠27の後部端面31にボルト32にて液密に締結固定されている。
回転子16は非磁性で薄肉円筒状の回転子キャン33と側板34とが液密に溶着されて密封されており、固定子26は固定子枠27の端部と非磁性で薄肉円筒状の固定子キャン35とが液密に溶着されており、回転子16と固定子26とはキャン隙間36を介して対向配設されている。
後部軸受箱25には、潤滑液注入口37が一体に設けられている。固定子枠27の前部フランジ28には、前部軸受箱24に連通する潤滑液流路38が穿設され、この潤滑液流路38と連通するように潤滑液排出口39が設けられている。
回転軸17には回転軸17と共に回転するメカニカルシールの回転環40が固着され、この回転環40と回転摺動するメカニカルシールの固定環41によって軸封部42が形成されている。なお、ここではメカニカルシールを用いているが、条件によってはメカニカルシールをなくすことも可能であり、また、例えばグランドパッキン、Ｏリング、オイルシール、ＶＦシールなどの他のシール構造を用いてもよい。
メカニカルシールの固定環41は固定環支え43を介して軸封部支持体44に装着固定され、この軸封部支持体44は固定子枠27の前部フランジ28面にボルトにて液密に締結されている。
軸封部支持体44には、流体流路45を形成する中空筒体である流体流路形成体46がボルト47にて締結されている。そして、流体流路45は、流体流路形成体46と軸封部支持体44および回転軸17との間の隙間、軸封部支持体44および固定子枠27の前部フランジ28に穿設されている流路によって形成されている。固定子枠27の前部フランジ28には、流体流路45に連通する流体注入口48が形成されている。流体流路形成体46の先端と回転軸17との間には、回転体13の内径側に位置して、流体流路45に連通する流体流出口49が形成されている。
また、図１および図２において、回転体13は、２枚の円盤51，52を備え、これら円盤51，52間には、全周にわたって流路53が形成され、この流路53の中心側に円盤51，52を連結する複数の遠心翼54が放射状に配列されて設けられている。
円盤51，52の対向面には、遠心翼54より外径側の流路53の位置で、内径側から外径側に向かって拡開するテーパー部51a，52aが対向して形成されている。したがって、流路53には、遠心翼54より外径側の位置に、内径側から外径側に向かうに従って流路53の間隙が縮小していく流路縮小部55が設けられ、この流路縮小部55の外径側で流路53の間隙が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部56が形成され、これら流路縮小部55と流路拡大部56との間に流路53の間隙が最も小さくなる間隙最小部57が設けられている。
キャンドモータ12側に位置する一方の円盤52の中心側部分には、円盤52の外側に開口する液体取入口59が設けられている。
キャンドモータ12側に対して反対側に位置するもう一方の円盤51の外面には、複数の攪拌翼60が放射状に配列されて突設されている。円盤51の中心側部分には、キャンドモータ12の回転軸17に取り付けられるボス61が形成されている。
そして、キャンドモータ12の回転軸17の先端に回転体13がボルト62により締結され、これらキャンドモータ12と回転体13とにより分散攪拌機11が構成されている。
また、図１において、65は分散槽で、この分散槽65は、タンク66内に貯留する液体などの第１の流体に、気体、タンク66内の液体と溶け合わない液体、および気泡を含む液体などの少なくともいずれか１つを含む他の流体である第２の流体を分散し攪拌させるものである。そして、分散槽65は、タンク66の底部にキャンドモータ12の固定子枠27の前部フランジ28が図示しないボルトによりガスケット67を介して液密に締結されており、タンク66内に回転体13が配置された状態でタンク66に分散攪拌機11が取り付けられている。
次に、図１および図２を用いて分散攪拌機11の動作を説明する。
なお、以下、タンク66内に貯留する流体を液体とし、このタンク66内の液体に分散攪拌機11で分散し攪拌する流体を気体として説明する。
キャンドモータ12に対して供給される潤滑液は、潤滑液注入口37より注入され、後部の軸受23を潤滑冷却し、キャン隙間36を通って回転子16と固定子26とを冷却し、前部の軸受22を潤滑冷却し、潤滑液排出口39より排出される。
潤滑液の極めて一部は、メカニカルシールの回転環40と固定環41の回転摺動を滑らかにし、軸封部42より流体流路45へ流出する。この潤滑液としてタンク66内の液体が用いられた場合には、潤滑液の一部が流体流路45つまりタンク66内へ流出しても問題ない。
また、気体を流体注入口48より注入すると、気体は流体流路45より回転体13の中心側に供給される。
そして、キャンドモータ12の回転軸17が回転すると、回転体13も一体に回転し、タンク66内の液体を回転体13の液体取入口59より取り入れ、気体と液体との混合物は、回転体13の流路53の流路縮小部55および流路拡大部56を順に通過して回転体13外に吐出される。そして、気体と液体との混合物が流路縮小部55を経て流路拡大部56を通るとき、流路間隙の変化により気体と液体との混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化される。
この気体の微細化は、主として、気体の流速、気体の量、間隙最小部57および流路拡大部56の間隙寸法などによって決定される。例えば、気体の流速がある閾値以上であると、気泡の径が十分に小さくならず十分な微細化がなされない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、間隙最小部57および流路拡大部56の間隙寸法によって調整することができる。一方、気体の流速が閾値以下になると、気泡の径は十分に小さくなって微細化される。
このように、回転体13の流路53に設けられた流路拡大部56がベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が回転体13の流路53内を通過することにより、気体を微細化することができ、また、円盤51，52は、その円盤51，52自体がポンプ羽根車と同様の作用効果を呈し、他にポンプを要することなく液体を流すことができる。
また、回転体13の流路拡大部56より内径側に設けられた遠心翼54により、その回転体13自体が遠心ポンプ羽根車と同様の作用効果を呈し、別途ポンプを要することなく液体をより一層確実に流すことができる。
また、回転体13の外面に設けられた攪拌翼60により、別途攪拌機を要することなくタンク66内の気体を含んだ液体をより一層確実に攪拌することができる。
なお、攪拌翼60を設ける回転体13の外面には、円盤51の外面に限らず、円盤52の外面、これら円盤51，52の外径部が含まれ、いずれに設けてもよい。
次に、図３に第２の実施の形態を示す。図３(a)は回転体の部分を示す断面図、図３(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第２の実施の形態は、図１および図２に示す第１の実施の形態における攪拌翼60が無い構成である。
攪拌翼60が無くとも、回転体13から吐き出される液体の流れと回転している円盤51，52とで、タンク66内の液体を攪拌できる。
タンク66内の液体の物性やタンク66の寸法などの条件によっては、攪拌翼60が無くとも、十分な作用効果を呈する。
次に、図４は第３の実施の形態を示す。図４(a)は回転体の部分を示す断面図、図４(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第３の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態において、遠心翼54を、流路拡大部56の外径側に形成した構成である。
このような構成でも、図３に示す第２の実施の形態と同様の作用効果を呈する。特に、外径側の遠心翼54の方が大きな遠心力を発生させるので、遠心効果がより高まる。
次に、図５は第４の実施の形態を示す。図５(a)は回転体の部分を示す断面図、図５(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第４の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態において、遠心翼54を、流路拡大部56より内径側と、流路拡大部56より外径側との両方に形成した構成である。
このような構成とすれば、気体と液体との混合物を回転体13内により確実に流すことができる。特に、外径側の遠心翼54の方が大きな遠心力を発生させるので、遠心効果がより高まる。
次に、図６は第５の実施の形態を示す。図６(a)は回転体の部分を示す断面図、図６(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第５の実施の形態は、図１および図２に示す第１の実施の形態における遠心翼54と攪拌翼60が無い構成である。この場合、円盤51，52を連結する構造を別に設けることにより、円盤51，52を一体に回転させることができる。
遠心翼54が無くても、回転体13はポンプと同様の効果を呈し、回転体13を回転させることにより、回転体13内に液体を流すことができる。
攪拌翼60が無くとも、回転体13から吐き出される液体の流れと回転している円盤51，52とで、タンク66内の液体を攪拌できる。
タンク66内の液体の物性やタンク66の寸法などの条件によっては、遠心翼54および攪拌翼60が無くとも、十分な作用効果を呈する。
次に、図７は第６の実施の形態を示す。図７(a)は回転体の部分を示す断面図、図７(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第６の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態において、一方の円盤52を、円盤51と分離し、キャンドモータ12の流体流路形成体46に固定した固定部材69として構成したものである。
この固定部材69として構成される円盤52は、内周部が流体流路形成体46に固定され、内周部近傍に複数の液体取入口59が形成されている。
そして、キャンドモータ12の駆動によって円盤51のみが回転し、円盤52は回転しないが、流路53において、液体の強い剪断力場が形成されるため、流路拡大部56による拡大流れに加えて、剪断流れを形成でき、気泡を細分化できる。
なお、この第６の実施の形態の円盤51と円盤52との関係とは逆に、上側の円盤51を固定部材69とし、下側の円盤52のみが回転するように構成したとしても同様である。
また、回転体13は、上側の円盤51に遠心翼54や攪拌翼60を設けてもよいし、図６の第５の実施の形態と同様に遠心翼54や攪拌翼60を設けなくてもよい。
次に、図８は第７の実施の形態を示す。図８(a)は回転体の部分を示す断面図、図８(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第７の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態における流路53を変更した構成である。
下側の一方の円盤52にのみテーパー部52aを設けて、流路拡大部56を設けたものであるが、このような構成も図３に示す第２の実施の形態と同様の作用効果を呈し、さらに、回転体13の製造が容易になる効果が得られる。
図８においては下側の円盤52だけにテーパー部52aを設けているが、上側の円盤51だけにテーパー部を設けたとしても同様である。
次に、図９は第８の実施の形態を示す。図９は回転体およびステータの部分を示す断面図である。
この第９の実施の形態では、図３に示す第２の実施の形態の構成において、回転体13の液体取入口59に対向した固定部分である流体流路形成体46の外周に、回転体13の回転によって液体取入口59に取り入れる液体が流れやすくなるように案内する案内部70が設けられている。
この案内部70により、回転体13の液体取入口59への液体の流入がスムーズになるために回転体13の外径部からの液体の吐出量を増加させることができる。
次に、図１０は第９の実施の形態を示す。図１０は回転体の部分を示す断面図である。
この第９の実施の形態では、図３に示す第２の実施の形態の構成において、回転体13の液体取入口59の外径側の縁部に、回転体13の回転によって液体取入口59に取り入れる液体が流れやすくなるように案内する案内部70が設けられている。
この案内部70により、回転体13の液体取入口59への液体の流入がスムーズになるために回転体13の外径部からの液体の吐出量を増加させることができる。
次に、図１１は第１０の実施の形態を示す。図１１(a)は回転体の部分を示す断面図、図１１(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第１０の実施の形態は、円盤51，52間に、複数の遠心翼54によって区画されて回転体13の内径側と外径側とに開口する複数の流路53を形成し、各流路53に流路縮小部55、間隙最小部57およびこの流路拡大部56を設けた構成である。
各流路53は、回転体13の軸方向の断面において流路間隙が変わらず、回転体13の径方向の断面において流路間隙が縮小する流路縮小部55および流路間隙が拡大する流路拡大部56を設けた構成である。
このような構成でも、図３に示す第２の実施の形態と同様の作用効果を呈する。
次に、図１２は第１１の実施の形態を示す。図１２(a)は回転体の部分を示す断面図、図１２(b)は回転体の流路を示す底面図である。
この第１１の実施の形態は、回転体13が、キャンドモータ12の回転軸17に取り付けられるボス61が形成された回転体本体71と、この回転体本体71の周囲から回転体13の回転方向（図１２(b)矢印方向）に対して反対側となる接線方向に向かって突設した複数のベンチュリ管72とを備えた構成である。
回転体本体71には、各ベンチュリ管72の内径側に連通する液体取入口59が形成されている。
各ベンチュリ管72は、回転体13の内径側と外径側とに開口する筒状の流路53を有し、この流路53に流路縮小部55、間隙最小部57およびこの流路拡大部56がそれぞれ形成されている。
このような構成とすると、ベンチュリ管72の内側で気体と液体との混合物を流すポンプ作用を呈し、ベンチュリ管72の外側でタンク66内の液体の攪拌作用を呈する。
なお、ベンチュリ管72の外形は、円筒状でも、四角形やそれ以上の角を有する多角形筒状などのいずれでよいが、多角形筒状であれば、タンク66内の液体の攪拌作用を向上させることができる。
次に、図１３は第１２の実施の形態を示す。図１３は回転体の部分を示す断面図である。
この第１２の実施の形態は、図５に示す第４の実施の形態の構成において、流路拡大部56の内径側の遠心翼54を無くし、あるいはその遠心翼54を残したまま、流路拡大部56より内径側に多孔性部材としての金網73を全周域にわたって設けた構成である。
そして、流体注入口48より注入される気体が流体流出口49から回転体13の中心側に供給され、キャンドモータ12の駆動により回転する回転体13の液体取入口59からタンク66内の液体を取り入れ、これら気体と液体との混合物は、金網73で交わり、流路53の流路縮小部55および流路拡大部56を順に通過して回転体13外に吐出される。
気体と液体との混合物が金網73を通過する際、気体と液体との良好な接触を図ることができるとともに、遠心翼54および金網73による遠心効果により流路拡大部56より内径側での圧力を増加させて気体を液体に加圧溶解でき、この気体を加圧溶解した液体が流路53を通過するときの圧力降下によって過溶解していた気体が微細気泡として析出されるとともに、溶解気体で飽和した液体が吐出される。
また、金網73を設けた回転体13からの吐出流量を確保するためには、遠心翼54を例えば回転体13の周方向に４５°間隔で配置するなどして遠心効果を高めることが好ましい。
なお、多孔性部材としては、金網73に限らず、例えば複数の孔をあけた板などを用いてもよい。
次に、図１４は第１３の実施の形態を示す。図１４(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、図１４(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。
この第１３の実施の形態は、回転体13の外径部外側にステータ75を配設した構成である。
回転体13は、互いに対向して流路を形成する２枚の円盤51，52、およびこれら円盤51，52間に設けられた複数の遠心翼54を備え、キャンドモータ12側に対して反対側に位置する円盤51の中心側部分が上方に開口されている。
ステータ75は、流体流路形成体46を兼用して一体に形成されたステータ本体76を有し、このステータ本体76には回転体13が回転可能に配置される回転体収容部77が形成され、この回転体収容部77内から回転体13の回転方向（図１４(b)矢印方向）に対応した接線方向に向かってステータ本体76の外径側に開口する複数の流路53が形成されている。これら各流路53は、軸方向の断面において流路間隙は変わらず、径方向の断面において流路間隙が縮小する流路縮小部55および流路間隙が拡大する流路拡大部56が設けられている。
ステータ75の上部に液体取入口59が形成されている。さらに、ステータ75の上部にステー78aを介してパイプ78が連結され、このパイプ78の上端部がタンク66の上部まで延設されて支持されることにより、パイプ78内を通じて回転体13に気体を供給することもできる。すなわち、回転体13に対する気体の供給は、下部のキャンドモータ12側と上部のパイプ78側のいずれからでも供給することができる。パイプ78から気体を供給する場合には、パイプ78の下端であって円盤51の中心の開口側部分が上方から取り込まれる気体が回転体13に流出する流体流出口49として形成される。
流体流路45はステータ本体76と回転体13の円盤52との間の隙間を通じて各流路53に連通され、これらステータ本体76と回転体13の円盤52の外径部との間に流体流出口49が形成されている。
そして、気体を流体注入口48より注入すると、気体は流体流路45より回転体13の外径部に供給される。あるいは、気体をパイプ78の上端から注入すると、気体はパイプ78より回転体13の内径側に供給される。
回転体13が回転すると、タンク66内の液体を回転体13の液体取入口59より吸入し、回転体13に供給される気体と液体との混合物がステータ75の各流路53に吐出される。そして、気体と液体との混合物が流路53の流路拡大部56を通過するとき、気体と液体との混合物は流路間隙の変化により流速が変化するため、圧力が変化し、気体が微細化される。
なお、ステータ75の下側にタンク66内の液体を取り入れる液体取入口59を設けてもよい。
次に、図１５は第１４の実施の形態を示す。図１５(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、図１５(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。
この第１４の実施の形態では、図１４に示す第１３の実施の形態の構成において、ステータ75が、ステータ本体76の周囲から回転体13の回転方向（図１５(b)矢印方向）に対応した接線方向に向かって突設した複数のベンチュリ管79を備えた構成である。
各ベンチュリ管79は、回転体13の内径側と外径側とに開口する各流路53を有し、この流路53に流路縮小部55、間隙最小部57およびこの流路拡大部56がそれぞれ形成されている。
このような構成でも、図１４に示す第１３の実施の形態と同様の作用効果を呈する。
次に、図１６は第１５の実施の形態を示す。図１６(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、図１６(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。
この第１５の実施の形態では、図１４に示す第１３の実施の形態の構成において、ステータ75が２枚の円盤82，83を備え、これら円盤82，83間には全周にわたって流路53が形成されている。
円盤82，83の対向面には、内径側から外径側に向かって拡開するテーパー部82a，83aが対向して形成されている。したがって、流路53には、流路縮小部55、間隙最小部57および流路拡大部56が形成されている。
このような構成でも、図１４に示す第１３の実施の形態と同様の作用効果を呈する。
また、このステータ75の流路に設けられるテーパー部82a，83aは図８に示す第７の実施の形態の如く、円盤82，83の片側だけに設けてもよい。
次に、図１７は第１６の実施の形態を示す。図１７(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、図１７(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。
この第１６の実施の形態では、図１６に示す第１５の実施の形態の構成において、ステータ75の上側の円盤82に回転体13の上面を覆う覆い部86が形成され、この覆い部86の中心には、覆い部86の下面に窪み部87が形成されているとともに、この窪み部87を貫通し開口する孔部88が形成されている。下側の円盤83の内周部近傍には複数の液体取入口59が形成されている。
回転体13は、一方の円盤51および複数の遠心翼54を備えている。
このように構成された分散攪拌機11を用いた分散槽65では、処理の開始時において、タンク66内は空の状態であり、このタンク66内に液体を溜める初期のときに、分散攪拌機11のステータ75内に残留する気体を孔部88から排出できる。これにより、分散攪拌機11の可動時に、ステータ75内に気体が残留することによるキャビテーションの発生や回転体13が機能しないのを防止できる。
さらに、流体注入口48から注入する気体の供給量が過剰であれば、ステータ75内に供給された気体のうち、液体に溶融しきれない過剰な分の気体がステータ75の孔部88から流出するため、この孔部88から気体が流出するか否かを目視で確認することによって気体の適切な供給量を把握でき、孔部88からの気体が流出するようであれば流出しないように気体の供給量を適切に調整できる。これにより、気体の供給量が過剰であった場合のようなキャビテーションの発生や回転体13が機能しないなどの不具合を防止できる。
なお、図１ないし図１３に示す各実施の形態においても、回転体13の上方へ向く一端面である円盤51の中心寄り位置（例えば、ボス61より外側位置、ボス61の部分など）に、回転体13の内側と外側とに連通する孔部を形成することにより、上述したステータ75に設けた孔部88と同様の作用効果が得られる。
次に、図１８は第１７の実施の形態を示す。図１８(a)は回転体およびステータの部分を示す断面図、図１８(b)は回転体およびステータの流路を底面側から見た断面図である。
この第１７の実施の形態では、図１７に示す第１６の実施の形態の構成において、キャンドモータ12の回転軸17がステータ75を貫通する位置まで延設され、この回転軸17の先端にステータ75の外部で回転体13と一体に回転する攪拌翼体91が取り付けられている。
この攪拌翼体91は、円盤92を有し、この円盤92がステータ75側に対して反対側の外面に、複数の攪拌翼93が放射状に配置されて突設されている。円盤92の中心側部分には、キャンドモータ12の回転軸17に取り付けられるボス94が形成されている。そして、攪拌翼体91は、キャンドモータ12の回転軸17の先端に回転体13とともにボルト62により共締めされて締結されている。
そして、ステータ75の外部で回転体13と一体に回転する攪拌翼体91の攪拌翼93により、別途攪拌機を要することなくタンク66内の気体を含んだ液体をより一層確実に攪拌することができる。
次に、図１９は第１８の実施の形態を示す。図１９は回転体およびステータの部分を示す断面図である。
この第１８の実施の形態では、図１９に示す第１８の実施の形態の構成において、回転体13の遠心翼54を無くし、あるいはその遠心翼54を残したまま、多孔性部材としての金網73を全周域にわたって設けた構成である。
そして、キャンドモータ12の駆動により回転体13が回転し、流体注入口48より注入される気体が流体流出口49から回転体13の中心側に供給され、キャンドモータ12の駆動で回転する回転体13によりステータ75の液体取入口59からタンク66内の液体を取り入れ、これら気体と液体との混合物は、回転体13の金網73で交わり、ステータ75の流路53の流路縮小部55および流路拡大部56を順に通過してステータ75外に吐出される。
気体と液体との混合物が金網73を通過する際、気体と液体との良好な接触を図ることができるとともに、金網73による遠心効果により流路拡大部56より内径側での圧力を増加させて気体を液体に加圧溶解でき、この気体を加圧溶解した液体が流路53を通過するときの圧力降下によって過溶解していた気体が微細気泡として析出されるとともに、溶解気体で飽和した液体が吐出される。
なお、金網73は、回転体13に設ける例に限らず、ステータ75の流路53の流路拡大部56より内径側に設けてよく、回転体13側とステータ75側の両方に設けてもよい。
また、多孔性部材としては、金網73に限らず、例えば複数の孔をあけた板などを用いてもよい。
次に、図２０は第１９の実施の形態を示す。図２０は分散槽の断面図である。
この第１９の実施の形態では、タンク66の底部と側面上部側とを接続する外部循環路97が設けられ、この外部循環路97にタンク66の底部から液体を外部循環路97内に取り出すとともにこの外部循環路97からタンク66の側面上部に戻すように循環させるポンプ98が配設されている。
また、外部循環路97には、ポンプ98の吐出側に、タンク66内から外部循環路97に取り出した気体を含んだ液体の一部を次工程に送出する送出路99が接続されている。外部循環路97と送出路99との接続箇所より各下流側にはバルブ100，101がそれぞれ配設され、これらバルブ100，101による流量調整によって送出路99からの気体を含んだ液体の送出量を調整することができる。
そして、ポンプ98の稼動により、タンク66の底部から気体を含んだ液体を外部循環路97に取り出すとともにタンク66の上部側に戻すことにより、タンク66内の気体を含んだ液体を攪拌し、混合できる。
そのため、分散攪拌機11による攪拌作用に加えて、外部循環路97により、タンク66内の気体を含んだ液体をより確実に攪拌できる。
また、送出路99により、タンク66内から外部循環路97に取り出した気体を含んだ液体の一部を次工程に送出することができる。このとき、外部循環路97に送出路99を接続することにより、ポンプ98による吐出圧力を利用して、気体を含んだ液体を送出できる。
タンク66には、２種類以上の流体が存在するので、タンク66の下部側には液体が貯留され、上部側には液体中に分散しきれない気体が液体との比重差で分離して貯留される。
分散攪拌機11の流体注入口48には、外部から気体を加圧供給する流体供給路102が接続されている他に、タンク66の上部側の気体を流体供給路102の一部を共用して分散攪拌機11に戻す流体循環路103が接続されている。これら流体供給路102および流体循環路103には、バルブ104，105がそれぞれ配設されている。
タンク66の上部には、気体を外部に排出する気体排出路106が接続され、この気体排出路106にバルブ107が配設されている。
この構成により、流体供給路102によって気体を分散攪拌機11に供給できるうえに、分散攪拌機11の回転体13の回転による自吸方式で、流体循環路103を通じてタンク66内の上部側の気体を分散攪拌機11に戻し、その気体をタンク66内の液体に分散し攪拌することができるため、分散させる気体の再利用が可能で、分散させる気体の消費効率が良くなり、系全体の効率も改善できる。
また、分散攪拌機11として、図１４ないし図１６に示す第１３ないし第１５の実施の形態の構成の分散攪拌機11を用いる場合には、この分散攪拌機11のステータ75に固定されたパイプ78の上端部をタンク66内の上部側の気体が貯留される領域に配置する。これにより、分散攪拌機11の回転体13の回転による自吸方式で、パイプ78を通じてタンク66内の上部側の気体を分散攪拌機11に戻し、その気体をタンク66内の液体に分散し攪拌することができる。そのため、パイプ78も流体循環路103として機能する。
次に、図２１は第２０の実施の形態を示す。図２１は分散槽の断面図である。
この第２０の実施の形態では、図２０に示す第１９の実施の形態の構成において、分散攪拌機11がタンク66でなく外部循環路97に設けられた構成である。すなわち、外部循環路97におけるタンク66の底部とポンプ98との間に分散攪拌室110が形成され、この分散攪拌室110内に分散攪拌機11の回転体13が配置されている。
そして、ポンプ98の稼動により、タンク66の底部から液体を外部循環路97に取り出すとともにタンク66の上部側に戻すことにより、タンク66内の気体を含んだ液体を攪拌し、混合できる。
このとき、分散攪拌機11により、外部循環路97に取り込まれた液体に気体を分散し、攪拌できる。
また、送出路99により、タンク66内から外部循環路97に取り出した気体を含んだ液体の一部を次工程に送出する場合、外部循環路97に取り込まれた液体に分散攪拌機11で気体を分散し、攪拌しているため、確実に気体が分散し、攪拌された気体を含む液体を送出路99に送出できる。
なお、分散攪拌機11には、回転体13とステータ75とを備えた分散攪拌機11を用いてもよい。
なお、本発明に係る分散攪拌機11の回転体13の流路形状またはステータ75の流路形状は上記各実施の形態で説明した形状にとらわれるものでなく、流路拡大部56が設けられるものならどのような形状でもよい。
例えば、流路53には、流路縮小部55を設けなくてもよく、流路53の内径側には間隙最小部57の間隔の通路部を設けてもよい。また、流路53の径方向に、複数段の流路拡大部56を連続して設けてもよく、これにより流路53を通過する流体をより微細化できる。また、流路53を回転体13に設ける場合、流路53の外径側の吐出口が回転体13の円盤51の外面に開口するように流路53を斜めに形成してもよい。
また、分散攪拌機11は１本の回転軸17に回転体13または回転体13とステータ75とをそれぞれ複数段設けた構成としてもよく、そうした場合には液体に分散し攪拌できる気体量を増大させることができる。
また、回転体13に流体を供給する部分の構成は、上記各実施の形態で説明した構成にとらわれるものでなく、問題なく流体が供給されるならどのような構成でもよい。
また、流路53には、ベンチュリ管などに限らず、全周にわたって多数の孔をあけたオリフィスを用いても、気体を微細化できる。
また、このように構成される分散攪拌機11および分散槽65は、タンク66内に貯留する液体などの第１の流体に、気体、タンク66内の液体と溶け合わない液体、および気泡を含む液体などの少なくともいずれか１つを含む他の流体である第２の流体を分散し攪拌させるものに限らず、懸濁液の２次粒子（１次粒子が凝集したもの）の１次粒子への分散、分散液中の液滴の微細化にも適用できる。
本発明は、第１の流体に第２の流体を分散し攪拌する分野などに利用される。

Claims (17)

  1. 回転体を備えた分散攪拌機であって、
    前記回転体の内径側と外径側とに開口し連通して設けられた流路と、
    この流路の間隙が内径側から外径側に拡大するように設けられた流路拡大部と
    を具備したことを特徴とする分散攪拌機。
  2. 回転体を形成する互いに対向して設けられた複数枚の円盤を具備し、
    流路および流路拡大部は、これら円盤間に設けられた
    ことを特徴とする請求項１記載の分散攪拌機。
  3. 回転体と対向して設けられた固定部材を具備し、
    流路および流路拡大部は、回転体と前記固定部材との間に設けられた
    ことを特徴とする請求項１記載の分散攪拌機。
  4. 流路の流路拡大部より内径側に設けられた多孔性部材を具備した
    ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の分散攪拌機。
  5. 回転体には、流路拡大部の内径側と、流路拡大部の外径側と、流路拡大部の内径側および外径側の両方とのいずれかに、遠心翼が設けられた
    ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の分散攪拌機。
  6. 回転体の一端面が上方に向けて配置されるとともに、この一端面に回転体の内側と外側とを連通する孔部が設けられている
    ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の分散攪拌機。
  7. 回転体とこの回転体の外径部外側に設けられたステータとを備えた分散攪拌機であって、
    前記ステータの内径側と外径側とに開口し連通して設けられた流路と、
    この流路の間隙が内径側から外径側に拡大するように設けられた流路拡大部と
    を具備したことを特徴とする分散攪拌機。
  8. 回転体と、ステータの流路の流路拡大部より内径側との少なくとも一方に設けられた多孔性部材を具備した
    ことを特徴とする請求項７記載の分散攪拌機。
  9. ステータは、回転体を覆い、上面に孔部が設けられている
    ことを特徴とする請求項７または８記載の分散攪拌機。
  10. ステータの外部で回転体と一体に回転する攪拌翼を具備した
    ことを特徴とする請求項７ないし９いずれか記載の分散攪拌機。
  11. 回転体の外面に攪拌翼が設けられた
    ことを特徴とする請求項１ないし１０いずれか記載の分散攪拌機。
  12. 回転体を回転駆動するキャンドモータを具備した
    ことを特徴とする請求項１ないし１１いずれか記載の分散攪拌機。
  13. 流体を貯留するタンクと、
    このタンクの底部および側部の少なくともいずれかに設けられ、前記タンク内に貯留された流体に他の流体を分散し攪拌する請求項１２記載の分散攪拌機と
    を具備したことを特徴とする分散槽。
  14. タンク内に貯留された流体を外部に取り出すとともに取り出した流体をタンク内に戻す外部循環路と、
    前記タンク内に貯留された流体を前記外部循環路に循環させるポンプとを具備した
    ことを特徴とする請求項１３記載の分散槽。
  15. 流体を貯留するタンクと、
    このタンク内に貯留された流体を外部に取り出すとともに取り出した流体をタンク内に戻す外部循環路と、
    前記タンク内に貯留された流体を前記外部循環路に循環させるポンプと、
    前記外部循環路に設けられ、前記外部循環路内を循環する流体に他の流体を分散し攪拌する請求項１２記載の分散攪拌機と
    を具備したことを特徴とする分散槽。
  16. タンク内から外部循環路に取り出した流体の一部を次工程に送出する送出路を具備した
    ことを特徴とする請求項１４または１５記載の分散槽。
  17. タンク内に貯留された流体より比重の軽い他の流体を前記分散攪拌機に供給する流体供給路と、
    前記タンク内に貯留された流体より上方に分離した他の流体を前記分散攪拌機に戻す流体循環路とを具備した
    ことを特徴とする請求項１３ないし１６いずれか記載の分散槽。
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