KR20160002993U

KR20160002993U - 교반날개 및 교반장치

Info

Publication number: KR20160002993U
Application number: KR2020167000023U
Authority: KR
Inventors: 쇼지 모리나가; 가즈아키 가와카미
Original assignee: 스미토모 쥬기카이 프로세스 기키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-08-30
Also published as: JPWO2015098290A1; WO2015098290A1; TWM504636U; KR200487606Y1; TW201529155A; EP3088075A1; CN205868121U; EP3088075B1; EP3088075A4; JP6393694B2

Abstract

교반장치에 구비된 교반축에 장착되는 교반날개로서, 교반축에 장착되는 판형상의 지지부와, 지지부의 바깥둘레 가장자리측에 배치된 복수의 블레이드부를 구비한다. 블레이드부는, 지지부의 일방의 면으로부터 돌출되는 제1 블레이드부와, 지지부의 타방의 면으로부터 돌출됨과 함께, 제1 블레이드부와는 비대칭이 되는 제2 블레이드부와, 제1 블레이드부와 제2 블레이드부 중 적어도 일방에 형성되는 개구부를 포함한다.

Description

교반날개 및 교반장치{STIRRING BLADE AND STIRRING DEVICE}

본원은, 일본 특허출원 2013-270311호에 근거하는 우선권을 주장하고, 인용에 의하여 본원 명세서에 원용된다.

본 고안은, 혼합을 목적으로 한 교반날개 및 이를 구비한 교반장치에 관한 것이다.

종래, 피교반물을 교반하는 교반장치로서, 예를 들면 원통형상의 교반조와, 그 교반조의 중심부에 배치된 교반축과, 그 교반축의 하부측에 장착된 교반날개를 구비한 것이 알려져 있다.

또, 이런 종류의 교반장치에 구비된 교반날개로서는, 교반축에 장착되는 판형상부재와, 그 판형상부재의 바깥둘레측에 고정된 복수 매의 평판형상의 블레이드부를 구비한 것이 알려져 있다. 이러한 교반장치에 의하면, 교반축이 축심을 중심으로 회전하면, 교반날개가 교반축과 함께 회전하고, 이 회전에 의하여, 피교반물이 교반되어 혼합된다.

그러나, 이러한 교반날개를 이용하여 피교반물의 교반을 행한 경우, 평판형상의 블레이드부의 이면측에 대량의 캐비티가 발생하는 일이 있다(캐비테이션). 그러면, 교반 효율이 저하될 우려가 있다.

따라서, 블레이드부의 종단면이 그 블레이드부의 반회전방향을 향하여 만곡 및/또는 굴곡진 형상을 갖도록 구성된 교반날개가 제안되어 있다(일본 공개특허공보 2004-35724호 참조). 이러한 교반날개에 의하면, 캐비테이션이 억제된다.

일본 공개특허공보 2004-35724호

그러나, 일본 공개특허공보 2004-35724호에 나타내는 바와 같은 교반날개에서도, 블레이드부의 이면측에는 캐비테이션이 발생하고 있다. 이로 인하여, 캐비테이션의 억제가 아직 충분하다고는 할 수 없다. 또, 교반날개가 피교반물로부터 받는 저항이 비교적 크기 때문에, 그만큼 큰 구동력을 필요로 한다. 이와 같이, 상기 교반날개는, 교반 효율이 충분하다고는 할 수 없어, 교반 효율이 더 향상된 교반날개가 요망되고 있다.

본 고안은, 상기 문제점을 감안하여, 교반 효율이 향상된 교반날개 및 이를 구비한 교반장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 고안에 관한 교반날개는, 교반장치에 구비된 교반축에 장착된 교반날개로서, 상기 교반축에 장착되는 판형상의 지지부와, 상기 지지부의 바깥둘레 가장자리측에 배치된 복수의 블레이드부를 구비하고, 상기 지지부는, 제1면과 제2면을 가지며, 상기 각 블레이드부는, 상기 지지부에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 일방의 면으로부터 돌출되는 제1 블레이드부와, 상기 지지부에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 타방의 면으로부터 돌출됨과 함께, 제1 블레이드부와는 비대칭이 되는 제2 블레이드부와, 상기 제1 블레이드부와 상기 제2 블레이드부 중 적어도 일방에 형성되는 개구부를 포함한다.

또, 상기 구성의 교반날개에 있어서는, 상기 지지부는 원형으로 구성되고, 상기 복수의 블레이드부는, 지지부의 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 마련되어 있으며, 상기 지지부의 원주방향에 있어서 인접하는 2개의 블레이드부 중, 일방의 블레이드부에 있어서의 상기 제1 블레이드부가 상기 지지부의 제1면에 마련됨과 함께, 타방의 블레이드부에 있어서의 상기 제1 블레이드부가 상기 지지부의 제2면에 마련되고, 상기 일방의 블레이드부에 있어서의 상기 제2 블레이드부가 상기 지지부의 제2면에 마련됨과 함께, 상기 타방의 블레이드부에 있어서의 상기 제2 블레이드부가 상기 지지부의 제1면에 마련될 수 있다.

또, 비대칭이 되는 제1 블레이드부와 제2 블레이드부에 대하여, 예를 들면, 제1 블레이드부가 직선형상으로 형성되고, 제2 블레이드부가 만곡형상으로 형성되는 구성을 채용해도 된다.

도 1은, 본 고안의 제1 실시형태에 관한 교반날개를 구비한 교반장치의 개략 종단면도이다.
도 2에 있어서, 도 2의 (a) 부분은, 본 실시형태에 관한 교반날개의 상면도이다. 도 2의 (b) 부분은, (a) 부분의 X-X 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 교반날개에 있어서의, 블레이드부의 일례를 나타내는 부분 측면도이다.
도 4에 있어서, 도 4의 (a) 부분은, 성능시험에서 제공한 본 실시형태에 관한 교반날개의 상면도이다. 도 4의 (b) 부분은, (a) 부분의 X-X 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이다.
도 5는, 성능시험의 시험 데이터를 나타낸다. 상측의 그래프는, 통기량과 kLa(총괄 물질이동용량계수)의 관계를 나타내는 그래프이다. 하측의 그래프는, 통기량과 액체에 전달되는 동력(단위체적당)의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 고안의 제1 실시형태에 관한 교반날개에 대하여, 이것이 구비되는 교반장치와 함께 도 1~도 3을 참조하면서 설명한다. 다만, 도 1에 있어서는, 교반날개(4)를 파선으로 개략적으로 나타내고, 도 2, 도 3에 있어서, 교반날개(4)를 상세하게 나타낸다.

본 실시형태의 교반날개(4)를 구비한 교반장치(1)는, 수직형 교반장치이다. 이 교반장치(1)는, 피교반물(액체(L))을 수용하는 교반조(2)와, 그 교반조(2) 내에 회전 가능하게 장착된 교반축(3)과, 그 교반축(3)에 장착된 교반날개(4)와, 교반축(3)을 회전시키는 구동부(5)를 구비하고 있다. 또, 교반장치(1)는, 교반조(2)의 바닥부(22)로부터 교반조(2) 내에 다른 피교반물(기체(G))을 공급하는 기체공급부(6)를 더 구비하고 있다. 다만, 본 실시형태에서는, 교반조(2)에 수용된 피교반물이 액체(L) 및 기체(G)이다. 이하, 기체(G)를 액체 중에 분산시키는 경우를 예로 들어 설명하지만, 피교반물의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 액체(L)에는, 비교적 저점도이고 유동성이 높은 액체 외에, 비교적 고점도이고 유동성이 낮은 액체 등도 포함된다.

교반조(2)는, 세로방향으로 긴 원통형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 교반조(2)는, 원통형상의 직동부(直胴部)(21)와, 그 직동부(21)의 하단에 장착된 단면형상이 반타원 또는 접시형 형상 등으로 이루어진 바닥부(22)와, 직동부(21)의 상단에 장착된 단면형상이 반타원 또는 접시 형상 등으로 이루어진 정상부(23)를 구비하고 있다. 또, 교반조(2)는, 교반축(3)의 축심방향(A)이 연직방향(도 1의 상하방향)과 일치하도록, 교반축(3)을 유지하고 있다.

교반축(3)은, 교반조(2)의 중심부에 배치되어 있다. 교반축(3)의 하단부는, 교반조(2)의 바닥부(22)에 마련된 베어링(도시하지 않음)을 통하여 지지되고 있다. 한편, 교반축(3)의 상단부는, 교반조(2)의 정상부(23)보다 상방까지 뻗어나가, 그 정상부(23)보다 상방에 배치된 구동부(5)(여기에서는, 예를 들면 모터(M)라고 함)에 접속되어 있다. 교반축(3)은, 이러한 구동부(5)의 구동을 받아 회전한다. 다만, 교반축(3)으로서, 그 하단부가 무엇에도 지지되어 있지 않은 구성을 채용해도 된다. 또, 교반축(3)의 하단부가 바닥부(22)보다 하방까지 뻗어나가, 그 바닥부(22)보다 하방에 배치된 구동부(5)와 접속되어 있는 구성을 채용해도 된다.

도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 교반날개(4)는, 교반축(3)에 장착 가능한 원통형상의 보스(41)와, 그 보스(41)로부터 교반축(3)의 직경방향(B)으로 뻗어나가 있는 평판형상이고 원형(원반형상 또는 도넛형상)인 지지부(42)와, 그 지지부(42)의 둘레 가장자리부(바깥둘레 가장자리측)에 장착된 복수의 블레이드부(43)를 구비하고 있다. 지지부(42)와, 보스(41) 및 블레이드부(43)는, 각각 용접 등에 의하여 고정되어 있다.

도 2의 (a) 부분에 나타내는 바와 같이, 보스(41)는, 교반축(3)에 삽통되는 관통구멍(41a)을 갖고 있다. 교반날개(4)는, 그 보스(41)의 관통구멍(41a)에 교반축(3)이 삽통된다. 교반날개(4)는, 보스(41)와 교반축(3)이 나사 체결되거나, 또는 용접되는 것 등에 의하여, 교반축(3)에 장착되도록 되어 있다.

지지부(42)는, 보스(41)가 중심에 위치하도록 그 보스(41)의 바깥둘레면으로부터 직경방향(B)의 바깥둘레측으로 돌출되어 형성되어 있다. 또, 지지부(42)는, 교반축(3)의 축심방향(A)에 대하여 직교하도록 보스(41)에 고정되어 있다. 보스(41)의 직경방향(B)에 있어서의 지지부(42)의 길이는, 교반조(2)의 반경 등에 따라 적절하게 설계할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 교반조(2)의 직경의 20~50% 정도가 될 수 있다.

도 2의 (a) 부분에 나타내는 바와 같이, 복수(도면예에서는 6개)의 블레이드부(43)는, 지지부(42)의 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 각 블레이드부(43)는 지지부(42)의 바깥둘레 가장자리로부터 직경 외측 방향으로는 튀어나오지 않도록 배치되고, 본 실시형태에서는 각 블레이드부(43)의 바깥둘레 가장자리와 지지부(42)의 바깥둘레 가장자리는 평면에서 보았을 때 일치하고 있다. 도 2의 (b) 부분에 나타내는 바와 같이, 블레이드부(43)는, 지지부(42)의 일방의 면인 상면(제1면)(42a)으로부터 돌출됨과 함께, 직경방향에서 보았을 때 직선형상으로 형성되는 제1 블레이드부(43a)와, 지지부(42)의 타방의 면인 하면(제2면)(42b)으로부터 돌출됨과 함께, 직경방향에서 보았을 때 만곡형상으로 형성되는 제2 블레이드부(43b)를 갖고 있다. 또, 블레이드부(43)의 일단측은 지지부(42)에 고정되고, 블레이드부(43)의 타단측은 지지부(42)로부터 소정 간격을 갖고 배치되어 있다. 그리고, 지지부(42)는, 블레이드부(43)가 해방되어 있는 측을 향하여 회전한다.[0022]

제1 블레이드부(43a)가 직경방향에서 보았을 때 직선형상으로 형성되고, 제2 블레이드부(43b)가 직경방향에서 보았을 때 만곡형상으로 형성되어 있는 점에서, 43a, 43b 모두는 지지부(42)를 기준으로 하여 비대칭인 형상으로 되어 있다. 제1 블레이드부(43a)는, 지지부(42)의 두께방향에 있어서의 일방의 면에 고정되어 있다. 제2 블레이드부(43b)는, 지지부(42)의 타방의 면에 고정되어 있다.

제1 블레이드부(43a)에는, 그 일부에 개구부(44)를 갖는다. 이 개구부(44)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 블레이드부(43a)의 근원측과 직경 외측의 소정 영역이 직선형상으로 절취되어 형성되며, 피교반물이 통과하는 공간을 갖는다. 다만, 이 개구부(44)는, 제2 블레이드부(43b)에 형성되어 있어도 된다. 즉, 개구부(44)는 제1 블레이드부(43a)와 제2 블레이드부(43b) 중 적어도 일방(일방 또는 양방)에 형성될 수 있다. 제2 블레이드부(43b)는, 직경방향에서 보았을 때 원호형상의 만곡형상으로 형성된다. 이 만곡형상은, 원호형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 복수의 직선형상의 부분이 연결되어 형성되는 것이어도 된다.

제2 블레이드부(43b)가 갖는, 상기 원호형상의 만곡형상은, 구체적으로는, 도 2 (a)에 나타난, 후퇴각도(α)를 나타내는 일점쇄선과 평행한 관계에 있는 2개의 단부 가장자리 사이에서, 일정한 곡률반경(예를 들면 도 4의 (b) 부분에 나타내는 곡률반경 m5)으로 만곡하는 형상이다. 다만, 본 실시형태의 제2 블레이드부(43b)는 일정한 곡률반경 m5로 만곡하고 있지만 이에 한정되지 않고, 예를 들면 부분에 따라 상이한 곡률반경으로 만곡한 형상으로 할 수도 있다. 구체적으로는, 제2 블레이드부(43b)의 지지부(42)에 고정되어 있는 측으로부터 제2 블레이드부(43b)의 단부측을 향하여, 부분적으로 곡률반경을 상이하게 한 형상이다.

또, 본 실시형태의 제2 블레이드부(43b)는, 상기 후퇴각도(α)를 나타내는 일점쇄선을 따르는 방향에서는 동일한 곡률반경으로 형성되어 있지만 이에 한정되지 않고, 상기 방향에서 상이한 곡률반경이 될 수 있다. 구체적으로는, 제2 블레이드부(43b)에 대하여, 지지부(42)의 바깥둘레측으로부터 지지부(42)의 중심측을 향하여, 곡률반경을 변화시킬 수도 있다.

또, 제2 블레이드부(43b)에 있어서의 곡률반경의 중심측은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 블레이드부(43a)측, 즉, 지지부(42)측에 위치하고 있다. 즉, 제2 블레이드부(43b)는 지지부(42)에 대하여 오목하게 되는 형상이다. 제2 블레이드부(43b)는, 곡률반경의 중심측이 지지부(42)측으로 되어, 제2 블레이드부(43b)가 갖는 곡면이 지지부(42)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되도록 형성되므로, 지지판(42)이 도시 화살표 방향(제2 블레이드부(43b)의 단부측 방향)으로 회전했을 때, 제1 블레이드부(43a)의 바깥둘레부를 통과하는 피교반물의 박리와류가 일어나기 어려워진다.

도 2의 (b) 부분에 있어서의 블레이드부(43)와 원주방향으로 인접하는 다른 블레이드부(43)는, 제1 블레이드부(43a)와 제2 블레이드부(43b)의 위치가 반대로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 인접하는 2개의 블레이드부(43) 중, 일방의 블레이드부(43)(도 2의 (b) 부분에 나타내는 블레이드부(43))는, 제1 블레이드부(43a)가 지지부(42)의 제1면(42a)에 형성되어 있지만, 타방의 블레이드부(43)의 경우, 제2 블레이드부(43b)가 지지부(42)의 제1면(42a)에 형성되게 된다. 마찬가지로, 일방의 블레이드부(43)의 제2 블레이드부(43b)가 지지부(42)의 제2면(42b)에 형성되어 있지만, 타방의 블레이드부(43)의 경우에는, 제1 블레이드부(43a)가 지지부(42)의 제2면(42b)에 형성되게 된다.

또, 제1 블레이드부(43a) 또는 제2 블레이드부(43b)의 사이에 있어서의 개구부(44)의 배치 및 크기도, 특별히 한정되는 것은 아니고, 캐비테이션의 억제 및 블레이드부(43)의 강도 저하의 억제가 도모되도록, 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면, 개구부(44)를 제1 블레이드부(43a) 또는 제2 블레이드부(43b)에 있어서의 선단측에 형성하거나, 직경 내측에 형성할 수도 있다. 또 본 실시형태에서는, 개구부(44)가 직선형상으로 절취되어 형성되어 있지만, 곡선형상으로 절취되어 형성될 수도 있다. 또, 주위가 둘러싸인 구멍으로서 개구부(44)를 형성할 수도 있다. 또 본 실시형태에서는, 제1 블레이드부(43a)의 1매당 개구부(44)가 1개 형성되어 있지만, 복수 형성될 수도 있다. 또, 격자형상이나 그물형상으로 개구부(44)를 형성할 수도 있다. 다만, 개구부(44)는 크게 형성하는 편이 교반날개(4)의 구동력(구동 토크)을 저감할 수 있다.

블레이드부(43)는, 지지부(42)의 직경방향(B)에 대하여 회전방향 하류측으로 경사져 배치되어 있다. 이러한 하류측으로의 경사 각도, 즉, 블레이드부(43)의 내주측이 후퇴하고 있는 각도(후퇴각도)(α)는, 예를 들면 10~40°로 설정할 수 있다. 다만, 직경방향에 대하여 블레이드부(43)가 경사지지 않는 구성을 채용할 수도 있고, 블레이드부(43)의 내주측이 전진하고 있는 것과 같은 구성을 채용할 수도 있다.

이어서, 본 실시형태의 교반날개(4)를 구비한 교반장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 먼저, 교반장치(1)의 구동부(5)를 구동하여, 제1 및 제2 블레이드부(43a, 43b)가 경사져 돌출되어 있는 측이 하류측이 되는 방향(도 2의 (a) 부분의 반시계방향)으로 교반축(3)을 회전시키면, 교반조(2) 내에 있어서 교반축(3)을 중심으로 하고, 동시에 그 교반축(3)과 함께 교반날개(4)가 회전한다. 교반날개(4)가 회전하면, 제1 블레이드부(43a)와, 제2 블레이드부(43b)에 의하여 액체(L) 및 기체(G)가 전단되면서 혼합된다.

이와 같이 교반날개(4)가 회전했을 때, 블레이드부(43)의 회전방향 하류측(전측)으로부터 상류측(후측)을 향하여 액체(L) 및 기체(G)(피교반물)가 개구부(44)를 통과한다. 또, 제1 블레이드부(43a) 및 제2 블레이드부(43b)와, 지지부(42)의 간극부분(S)의 피교반물이 원심력으로 개구부(44)로 이동한 후, 상기 개구부(44)를 통과하는 피교반물에 합류되어, 블레이드부(43)보다 바깥둘레측에 분산된다. 상기와 같이, 피교반물을 원심력에 의한 이동 후에 합류시키는 점에서, 개구부(44)는, 블레이드부(43)의 직경 외측의 소정 영역에 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 실시형태의 교반날개(4)는, 지지부(42)와 블레이드부(43)를 구비하고 있다. 블레이드부(43)는, 제1 블레이드부(43a)와, 제2 블레이드부(43b)와, 개구부(44)를 갖는다.

이러한 구성에 의하면, 상술한 바와 같이, 교반날개(4)의 블레이드부(43)가 개구부(44)를 갖고 있음으로써, 캐비테이션이 억제된다. 또한, 이러한 교반 효율의 향상에 의하여, 교반축(3)의 구동에 필요한 구동력이 저감되기 때문에, 교반축(3)을 비교적 가늘게 하거나, 구동부(5)를 비교적 소형화하는 것도 가능하게 된다. 또, 코스트도 저감된다. 또, 종래보다 낮은 토크로 고속 회전에서의 운전도 가능하게 된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 제1 블레이드부(43a)와, 제2 블레이드부(43b)가 직경방향에서 보았을 때 비대칭으로 형성되어 있다. 또한, 원주방향으로 인접하는 2개의 블레이드부(43) 중, 일방의 블레이드부(43)에 있어서의 제1 블레이드부(43a)가 지지부(42)의 제1면(42a)에 마련됨과 함께, 타방의 블레이드부(43)에 있어서의 제1 블레이드부(43a)가 지지부(42)의 제2면(42b)에 마련되며, 일방의 블레이드부(43)에 있어서의 제2 블레이드부(43b)가 지지부(42)의 제2면(42b)에 마련됨과 함께, 타방의 블레이드부(43)에 있어서의 제2 블레이드부(43b)가 지지부(42)의 제1면(42a)에 마련되어 있다. 그리고, 각 제1 블레이드부(43a)에는 개구부(44)가 형성되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 만약 대량의 가스 존재하에서 캐비티가 발생해도, 인접하는 블레이드부(43)의 배면측의 가스 저류(캐비티)가 결합되기 어려워진다. 따라서, 예를 들면 액체 중에 가스가 대량으로 존재하는 경우에 있어서도 동력 저하 및 교반 성능의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.

또, 상기의 구성으로 함으로써, 개구부(44)는, 인접하는 2개의 블레이드부(43) 중, 일방의 블레이드부(43)에 있어서는, 상측의 제1 블레이드부(43a)에 형성되고, 타방의 블레이드부(43)에 있어서는, 하측의 제1 블레이드부(43a)에 형성되게 된다. 이와 같이, 개구부(44)가 상하 교대로 배치됨으로써, 블레이드부(43)의 근방에 발생하는 가스 저류를 상하방향으로 분산하는 것이 가능하게 된다. 이로써, 플러딩이 발생하기 어려워진다. 플러딩이란, 블레이드부(43)의 근방에 인접하는 가스 저류가 결합되어, 블레이드부(43)의 기능이 큰 폭으로 저하되는 현상이다.

또, 개구부(44)를 상하 교대로 배치함으로써, 유체의 흐름을 한 점에 집중시키지 않고 분산시키는 것이 가능하게 된다. 이로써, 전열면에서의 유속 분포를 보다 균등화할 수 있어, 전열 성능의 향상이 도모된다. 또, 부식성이 높은 기기에 있어서 본 고안이 적용되는 경우에는, 유체의 흐름의 한 점 집중화에 의한 부식의 유발도 방지할 수 있게 된다.

다음으로, 본 실시형태의 교반날개(4)에 관하여 고안자가 성능시험을 행했으므로, 시험 데이터를 이하에 나타낸다.

시험 조건은 이하와 같다.

시험조: 투명 아크릴조(조 내경 310mm, 2:1 반타원 보텀)

블레이드 종류: 본 실시형태의 교반날개, (비교대상)범용 디스크 터빈블레이드

블레이드 직경 124mm(조 직경비 40%, 상세는 하기 참조)

액체 종류: 물(밀도 1000kg/m3, 점도 1cP)

수온: 12℃

액체량: 26.1L

내부: 방해판-평판 4매(폭 24.8mm), 통기노즐 1개

동력: 1.0kW/m3 (무통기 시)

회전 수: 본 실시형태의 교반날개 627rpm(일정),

범용 디스크 터빈블레이드 350rpm(일정)

통기 기체: 시험 실시 개소의 주위 대기

통기량: 0~3vvm

성능시험에 제공한 본 실시형태의 교반날개(4)는 스테인리스강(SUS304)제로, 도 2 (a)(b) 및 도 3에 나타내는 형상이다. 주요 부분의 크기는 이하와 같고, 도 4 (a)(b)에 각부 치수(m1~m7)의 위치를 나타낸다.

지지부(42)의 직경 (m1): 124mm

지지부(42)의 판두께 (m2): 2mm

제1 블레이드부(43a) 및 제2 블레이드부(43b)의 후퇴각도 (α): 30°

제1 블레이드부(43a)의 선단으로부터 제2 블레이드부(43b)의 선단까지의 축방향 치수(m3): 22.5mm

제1 블레이드부(43a) 및 제2 블레이드부(43b)의, 근원으로부터 선단까지의 도 2 (b)에 나타내는 일점쇄선 간의 치수 (m4): 31.8mm

제2 블레이드부(43b)의 지지부(42)측의 면까지의 곡률반경 (m5): 49.2mm

지지부(42)의 바깥둘레 가장자리로부터 각 블레이드부(43a, 43b)의 직경 내측 단부 가장자리까지의, 후퇴각도(α)의 방향을 따르는 치수 (m6): 31.9mm

지지부(42)의 바깥둘레 가장자리로부터 개구부(44)의 직경 내측 단부 가장자리까지의, 후퇴각도(α)의 방향을 따르는 치수 (m7): 13.5mm

또, 비교대상으로서 이용한 범용 디스크 터빈블레이드는, 원반형상인 디스크의 직경이 99mm이고, 블레이드는 디스크의 직경방향을 따라 배치된 직사각형 판형상의 것이며, 디스크의 원주방향에 등간격으로 6개 배치되고, 블레이드 선단의 직경 치수가 124mm이며, 각 블레이드는 세로 치수가 25mm, 가로 치수가 30mm이다.

성능시험은, 무통기 시의 동력을 양 블레이드 모두 1.0kW/m3로 한 후, 통기량을 0~3vvm으로 변화시켜 행했다. 도 5에 기재한 상측의 그래프는, 통기량과 kLa(총괄 물질이동용량계수)의 관계를 나타내는 그래프이다. kLa는 수치가 클수록, 액체에 대하여 기체가 많이 용해되는 것을 나타낸다. 또, 도 5에 기재한 하측의 그래프는, 통기량과 액체에 전달되는 동력(액체의 단위체적당)의 관계를 나타내는 그래프이다. 각 그래프로부터 밝혀진 바와 같이, 통기량이 동일한 경우, 비교대상인 범용 디스크 터빈블레이드(그래프상, 사각 플롯을 연결한 선)에 비하여 본 실시형태의 교반날개(4)(동일 원 플롯을 연결한 선), kLa가 크고, 또한 액체에 전달되는 동력이 큰(즉, 동력 저하가 작은) 것이 명백하다.

이상, 본 실시형태의 교반날개(4)는 범용 디스크 터빈블레이드보다 우수한 것이 성능시험에 의하여 증명되었다.

본 실시형태에 관한 교반날개(4) 및 교반장치(1)는 이상과 같지만, 본 고안에 관한 교반날개 및 교반장치는, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 추가할 수 있다. 또, 본 고안에 관한 교반날개(4) 및 교반장치(1)의 작용 효과는, 상기 작용 효과에 한정되는 것도 아니다.

상기 실시형태에서는, 교반날개(4)로서, 블레이드부(43)를 원주방향에 등간격으로 6개를 갖는 예를 들었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그 외에 예를 들면, 블레이드부(43)의 수량은, 예를 들면 등간격으로 4~8개 사이에서 적절하게 설정할 수 있다. 또, 블레이드부(43) 사이의 간격을 적절히 상이한 것으로 설정할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 정상부(23)측으로부터 바닥부(22)측으로 보아 교반축(3) 및 교반날개(4)가 반시계방향으로 회전하는 예를 들었지만, 그 외에, 교반축(3) 및 교반날개(4)가 시계방향으로 회전하는 양태를 채용해도 된다. 이 경우, 피교반물의 유동에 대하여, 상기 실시형태와는 반대의 유동이 얻어진다.

또, 본 고안에 관한 교반날개 및 교반장치가 적용되는 용도는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 고안의 교반날개 및 교반장치는, 기액의 물질이동을 수반하는 반응조작에 사용된다. 이러한 반응조작으로서는, 수소 첨가 반응조, 산화 반응조 등에 있어서의 가스흡수 반응조작을 들 수 있다. 그 외에, 고무 중합 후의 탈용제 반응조나 플래시 정출 반응조 등에 있어서의, 증기가 존재하는 중에서의 반응조작 등도 들 수 있다. 또한, 분리·추출 조작에도 사용될 수 있다.

본 실시형태에 관하여 정리하여 기재한다. 본 실시형태에 관한 교반날개(4)는, 교반장치(1)에 구비된 교반축(3)에 장착되는 교반날개(4)로서, 상기 교반축(3)에 장착되는 판형상의 지지부(42)와, 그 지지부(42)의 바깥둘레 가장자리측에 배치된 복수의 블레이드부(43)를 구비하고, 상기 지지부(42)는, 제1면과 제2면을 가지며, 상기 각 블레이드부(43)는, 상기 지지부(42)에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 일방의 면으로부터 돌출되는 제1 블레이드부(43a)와, 상기 지지부(42)에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 타방의 면으로부터 돌출됨과 함께, 제1 블레이드부(43a)와는 비대칭이 되는 제2 블레이드부(43b)와, 상기 제1 블레이드부(43a)와 상기 제2 블레이드부(43b) 중 적어도 일방에 형성되는 개구부(44)를 포함한다.

이러한 구성에 의하면, 제1 및 제2 블레이드부(43a, 43b)와 지지부(42)의 간극부분(S)의 피교반물이 원심력으로 개구부(44)로 이동한 후, 상기 개구부(44)를 통과하는 피교반물에 합류하여, 블레이드부(43)보다 바깥둘레측으로 분산된다. 이러한 피교반물의 유동에 의하여, 제1 및 제2 블레이드부(43a, 43b)와 지지부(42)의 간극부분에서의 피교반물의 집합 및 체류가 억제되기 때문에, 캐비테이션을 억제할 수 있다. 또, 개구부(44)를 피교반물이 통과하는 분만큼 블레이드부(43)가 받는 저항이 감소되기 때문에, 교반날개(4)의 구동력을 저감시킬 수도 있다.

또, 상기 구성의 교반날개(4)에 있어서는, 상기 지지부(42)는 원형으로 구성되고, 상기 복수의 블레이드부(43)는, 지지부(42)의 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 마련되어 있으며, 상기 지지부(42)의 원주방향에 있어서 인접하는 2개의 블레이드부(43, 43) 중, 일방의 블레이드부(43)에 있어서의 상기 제1 블레이드부(43a)가 상기 지지부(42)의 제1면에 마련됨과 함께, 타방의 블레이드부(43)에 있어서의 상기 제1 블레이드부(43a)가 상기 지지부(42)의 제2면에 마련되고, 상기 일방의 블레이드부(43)에 있어서의 상기 제2 블레이드부(43b)가 상기 지지부(42)의 제2면에 마련됨과 함께, 상기 타방의 블레이드부에 있어서의 상기 제2 블레이드부가 상기 지지부의 제1면에 마련될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 만일 대량의 가스 존재하에서 캐비티가 발생해도 인접하는 블레이드부(43, 43)의 배면의 캐비티(가스 저류)가 결합되기 어려워져, 예를 들면 액체 중에 가스가 대량으로 존재하는 경우에 있어서도 동력 저하 및 교반 성능의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.

또, 비대칭이 되는 제1 블레이드부(43a)와 제2 블레이드부(43b)에 대하여, 예를 들면, 제1 블레이드부(43a)가 직선형상으로 형성되고, 제2 블레이드부(43b)가 만곡형상으로 형성되는 구성을 채용해도 된다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 교반 효율이 향상된 교반날개(43) 및 이 교반날개(43)를 구비한 교반장치(1)가 제공된다.

1: 교반장치
2: 교반조
3: 교반축
4: 교반날개
41: 보스부
41a: 관통구멍
42: 지지부
43: 블레이드부
43a: 제1: 블레이드부
43b: 제2: 블레이드부
44: 개구부
α: 경사 각도
L: 액체(피교반물)
G: 기체(피교반물)
A: 축심방향
B: 직경방향

Claims

교반장치에 구비된 교반축에 장착되는 교반날개로서,
상기 교반축에 장착되는 판형상의 지지부와, 상기 지지부의 바깥둘레 가장자리측에 배치된 복수의 블레이드부를 구비하고,
상기 지지부는, 제1면과 제2면을 가지며,
상기 각 블레이드부는,
상기 지지부에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 일방의 면으로부터 돌출 되는 제1 블레이드부와,
상기 지지부에 있어서의 상기 제1면 및 상기 제2면 중 타방의 면으로부터 돌출됨과 함께, 제1 블레이드부와는 비대칭이 되는 제2 블레이드부와,
상기 제1 블레이드부와 상기 제2 블레이드부 중 적어도 일방에 형성되는 개구부를 포함하는, 교반날개.
제1항에 있어서,
상기 지지부는 원형으로 구성되고,
상기 복수의 블레이드부는, 상기 지지부의 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 마련되어 있으며,
상기 지지부의 원주방향에 있어서 인접하는 2개의 블레이드부 중, 일방의 블레이드부에 있어서의 상기 제1 블레이드부가 상기 지지부의 제1면에 마련됨과 함께, 타방의 블레이드부에 있어서의 상기 제1 블레이드부가 상기 지지부의 제2면에 마련되고, 상기 일방의 블레이드부에 있어서의 상기 제2 블레이드부가 상기 지지부의 제2면에 마련됨과 함께, 상기 타방의 블레이드부에 있어서의 상기 제2 블레이드부가 상기 지지부의 제1면에 마련되는 교반날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 블레이드부는 직경방향에서 보았을 때 직선형상으로 형성되고,
상기 제2 블레이드부는 직경방향에서 보았을 때 만곡형상으로 형성되는 교반날개.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 교반날개를 구비한 교반장치.