JP2024076500A - 撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被撹拌液量によらず、板状部材を液面近傍に配置させ、気泡の噛みこみを抑制可能な撹拌装置を提供する。【解決手段】被撹拌液体７の充填された撹拌槽６、撹拌翼８、および撹拌翼８が取り付けられた回転軸９から構成され、被撹拌液体７の液面を浮遊する板状部材１０を設ける、もしくは板状部材１０が回転軸９に沿って移動可能な機構を設けることで、被撹拌液量によらず板状部材１０を液面近傍に配置させ、気泡の噛みこみを抑制する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、気泡の噛みこみを抑制する撹拌装置に関する。

撹拌装置は化学工業における様々な反応機、混合機などとして幅広い用途で利用されている。図５は一般的な撹拌装置の概略図である。図５に示すように、撹拌装置３０は被撹拌液体２の充填された撹拌槽１、流体を撹拌するための撹拌翼３、撹拌翼３が取り付けられた回転軸４、および邪魔板５から構成されており、図示しないモーターで回転軸４を回転させることで、充填された被撹拌液体２を撹拌する。

撹拌装置３０において、撹拌翼３で被撹拌液体２を撹拌すると、通常回転軸４の周りに下降渦巻流が形成されるため、被撹拌液体２の中に気泡を噛み込むという現象が起こる。噛み込んだ気泡は、被撹拌液体２の見かけ体積の増加、伝熱不良等の原因となっており、噛み込んだ気泡を破壊する方法あるいは気泡を噛み込まなくする方法が望まれていた。

そこで、撹拌装置内での気泡の噛みこみを抑制できる部材を設けた撹拌装置が提案されていた（特許文献１参照）。この撹拌装置では、撹拌槽内壁に中央部が開口した板状部材を溶接する、もしくは撹拌槽内壁の任意の箇所に突起を設け、板状部材を突起に載せることで回転軸周りの下降渦巻流の発生を抑え、気泡の噛み込みを抑制する。

特開２００１－１９８４４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている撹拌装置は、気泡の噛みこみを抑制するための板状部材が撹拌槽の高さ方向に固定されている。そのため、生産する品種によって被撹拌液量を変更する場合や、被撹拌液体を抜き出しながら撹拌する場合などは、板状部材が液面から完全に露出して、気泡の噛みこみを抑制できなくなる。

本発明は、被撹拌液量によらず板状部材を液面近傍に配置し、気泡の噛みこみを抑制可能な撹拌装置を提供する。

上記課題を解決する本発明の撹拌装置は、撹拌槽と、上記撹拌槽の内部に設けられた、撹拌翼を備えた回転軸と、被撹拌液体の液面に浮遊する板状部材であって、当該板状部材の内側を上記回転軸が貫通し、上記撹拌槽の内壁面および上記回転軸に固定されていない板状部材と、を有する。

上記課題を解決する本発明の別態様の撹拌装置は、撹拌槽と、上記撹拌槽の内部に設けられた、撹拌翼を備えた回転軸と、被撹拌液体の液面の近傍に位置する板状部材であって、当該板状部材の内側を上記回転軸が貫通し、上記撹拌槽の内壁面に固定されておらず、上記回転軸に沿って移動可能に上記回転軸に固定された板状部材とを有する。

本発明の撹拌装置を用いれば、液面を浮遊する板状部材を設けることで、被撹拌液体の量によらず気泡の噛みこみを抑制できる。

また、本発明の別態様の撹拌装置を用いれば、板状部材が回転軸に沿って高さ方向に移動できるため、被撹拌液体の量に応じて、被撹拌液体の液面の近傍にくるように板状部材の位置を移動させることで、被撹拌液体の量によらず気泡の噛みこみを抑制できる。

本発明の撹拌装置の一実施形態の概略構成を示す図である。 本発明の撹拌装置の別の実施形態の概略構成を示す図である。 本発明の撹拌装置と従来の撹拌装置の実験時の様子を示す図である。 図３の実験時の様子を図示した模式図である。 一般的に使用される撹拌装置の概略図である。

以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の撹拌装置の一実施形態の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は撹拌装置の概略縦断面図、図１（ｂ）は板状部材の斜視図である。

図１に示すとおり、本実施形態の撹拌装置３１は、被撹拌液体７の充填された撹拌槽６、撹拌翼８、および撹拌翼８が取り付けられた回転軸９から構成される。本撹拌装置３１は、主にバッチ式での運転での適用を想定しているが、液体が絶えず流出入する連続式運転でも適用できる。 撹拌翼８の形状は特に制限されず、例えばパドル型、タービン型、アンカー型等適宜選択され、翼枚数も限定されない。

撹拌槽６の形状、大きさ等は特に制限されず、必要に応じて被撹拌液体７の加熱、冷却等の手段、例えば加熱、冷却用の媒体が導入可能なジャケットを設けてもよい。また、撹拌効率を向上させるために、１枚または２枚以上の邪魔板を設けてもよい。

板状部材１０には、図１（ｂ）のように孔１１が開けられており、板状部材１０と回転軸９とを固定しないようにして、孔１１に回転軸９を貫通させる。孔１１の形状は特に制限されず、任意の形状が選択される。例えば図１（ｂ）に示したような円形でもよいし、楕円形や四角等の多角形が挙げられる。また、板状部材１０は撹拌槽６の内壁面とも固定されていない。

板状部材１０の厚みは特に制限されず、板状部材１０の強度等を考慮して任意に選択される。板状部材１０の外周形状は撹拌槽６に応じて適宜決めればよく、特に制限されない。例えば図１（ｂ）に示したような円形もしくは楕円形、四角形等の多角形等が挙げられる。

板状部材１０は被撹拌液体７の密度よりも小さい材料で構成されている。板状部材１０の材料としては、例えばＥＶＡ樹脂（エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂）や発泡ポリスチレン等が使用される。板状部材１０は撹拌槽６の内壁面や回転軸９に固定されておらず、被撹拌液体７の密度よりも小さい材料で構成されているので、板状部材１０は回転軸９を中心として被撹拌液体７の液面を浮遊する。これにより、被撹拌液量によらず、撹拌による回転軸周りの下降渦巻流の発生が抑えられ、気泡の噛みこみを抑制することができる。

なお、孔１１の開口面積があまりに大きいと、回転軸９と孔１１の隙間で下降渦巻流が発生して気泡を噛みこみやすくなるため、孔１１の直径は回転軸９の直径の１．５倍以下が好ましい。

被撹拌液体の種類に制限はないが、例えば水や樹脂、スラリー（液体と粒子の混合物）が挙げられる。泡を噛み込み易い液体であるほど、本発明の撹拌装置の効果が顕著に発現する。

本発明の別の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図２は本発明の撹拌装置の別の実施形態の概略構成を示す図であり、図２（ａ）は撹拌装置の概略縦断面図、図２（ｂ）は板状部材の斜視図である。

図２に示すとおり、本実施形態の撹拌装置３２は、被撹拌液体１３の充填された撹拌槽１２、撹拌翼１４、撹拌翼１４が取り付けられた回転軸１５から構成される。本撹拌装置３２も、撹拌装置３１と同様に主にバッチ式運転を想定しているが、液体が絶えず流出入する連続式運転でも適用できる。

撹拌翼１４の形状は特に制限されず、例えばパドル型、タービン型、アンカー型等適宜選択され、翼枚数も限定されない。

撹拌槽１２の形状、大きさ等は特に制限されず、必要に応じて被撹拌液体１３の加熱、冷却等の手段、例えば加熱、冷却用の媒体が導入可能なジャケットを設けてもよい。また、撹拌効率を向上させるために、１枚または２枚以上の邪魔板を設けてもよい。

図２（ｂ）のように、板状部材１６には回転軸１５が貫通しており、板状部材１６は、移動固定機構１７によって、回転軸１５に沿って高さ方向に移動可能に回転軸１５に固定されている。一方、板状部材１５は撹拌槽１２の内壁面とは固定されていない。

移動固定機構１７としては、例えば、回転軸１５の外周を雄ネジとし、板状部材１６の回転軸１５が貫通している穴の内周を雌ネジとする構成がある。板状部材１６を回転軸１５の周りで回転させることで、板状部材１６を回転軸１５に沿って高さ方向に移動させ、任意の位置で固定できる。これ以外でも、板状部材１６を回転軸１５の沿って高さ方向に移動させ、任意の位置で固定できるのであれば、移動固定機構１７はどんな構造であってもよい。また、被撹拌液体１３の液面位置に応じて、板状部材１６を自動的に移動できるように、液面センサ、モーター、制御機器を備えていてもよい。

板状部材１６の厚みは特に制限されず、板状部材１６の強度等を考慮して任意に選択される。板状部材１６の外周形状は撹拌槽１２に応じて適宜決めればよく、特に制限されない。例えば図２（ｂ）に示したような円形もしくは楕円形、四角形等の多角形等が挙げられる。

上記したように、板状部材１６を回転軸１５に沿って高さ方向に移動でき、任意の位置で固定できるので、被撹拌液体１３の量に応じて、板状部材１６を被撹拌液体１３の液面の近傍に位置するように移動させることができる。これにより、被撹拌液体１３の量によらず、撹拌による回転軸１５周りの下降渦巻流の発生が抑えられ、気泡の噛みこみを抑制することができる。ここで、「被撹拌液体の液面の近傍に位置する」とは、液体中の液面に近い位置であってもよく、あたかも液面に浮いている状態であってもよい。

また、上記したように、被撹拌液体１３の液面位置に応じて板状部材１６を自動的に移動できるようにすれば、被撹拌液体１３が絶えず流出入する連続式運転においても、板状部材１６が被撹拌液体１３の液面位置の変動に追従できる。

なお、板状部材１６の面積があまりに小さいと、気泡噛みこみ抑制効果が小さくなるため、板状部材１６の中心から外周までの距離は撹拌槽１２の半径の１／４倍以上が好ましい。

以下、従来の撹拌装置と比較した本発明の撹拌装置の効果を実施例で説明する。

図３に、実施例１および比較例１の撹拌装置での実験時の様子を示す。図４に、図３の実験時での液面の様子を分かり易くするために図示した模式図を示す。図３（ａ）、図３（ｂ－１）、図４（ａ）、図４（ｂ－１）は撹拌装置の側面図を、図３（ｂ－２）、図４（ｂ－２）は撹拌装置の上面図を示す。

（実施例１）
図３（ｂ－１）、図４（ｂ－１）のとおり、実施例１の撹拌装置は、被撹拌液体の充填された撹拌槽２３、撹拌翼２４、撹拌翼２４が取り付けられた回転軸２５、および板状部材２６で構成した。

撹拌槽２３の内径は１００［ｍｍ］、高さは１３０［ｍｍ］であった。回転軸２５の外径は８［ｍｍ］であり、撹拌翼２４は翼径５０［ｍｍ］の４枚ピッチパドル翼、板状部材２６はＥＶＡ製の厚さ１［ｍｍ］のマットで外径は８０［ｍｍ］、板状部材２６に開けられた孔２７の直径は９［ｍｍ］であった。

撹拌槽２３に水を８２０［ｃｃ］入れた。板状部材２６の孔２７に、撹拌翼２４が取り付けられた回転軸２５を貫通させ、撹拌翼２４が撹拌槽２３の底から６０［ｍｍ］の位置になるように、回転軸２５を図示しないモーターに取り付けた。板状部材２６は水の液面に浮いた状態になっていた。モーターにより回転軸２５を２４０［ｒｐｍ］で時計方向に回転させ、撹拌中の被撹拌液体の液面を観察した。

（比較例１）
板状部材を取り外した以外は、実施例１と同じ条件で実験を行った。

以上の撹拌装置を用いて被撹拌液体を撹拌した結果を説明する。

比較例１の従来の撹拌装置は、回転軸２１近傍で下降渦巻流が発生し、被撹拌液体の液面は凹状にへこみ、図３（ａ）、図４（ａ）に示す液面１８（点線）となり、下降渦巻流の中心から気泡を噛みこんだ。

一方、実施例１の本発明の撹拌装置は、回転軸２５近傍で下降渦巻流が発生せず、被撹拌液体の液面は平らで図３（ｂ－２）、図４（ｂ－２）に示す液面２２（点線）となり、気泡を噛みこむことはなかった。よって、本発明の撹拌装置により気泡の噛みこみを抑制できることを確認した。

本発明は、化学工業における撹拌装置に限らず、食品工業における撹拌装置などにも応用することができるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。

１：撹拌槽
２：被撹拌液体
３：撹拌翼
４：回転軸
５：邪魔板
６：撹拌槽
７：被撹拌液体
８：撹拌翼
９：回転軸
１０：板状部材
１１：板状部材に開けられた孔
１２：撹拌槽
１３：被撹拌液体
１４：撹拌翼
１５：回転軸
１６：板状部材
１７：板状部材の移動式固定機構
１８：被撹拌液体の液面
１９：撹拌槽
２０：撹拌翼
２１：回転軸
２２：被撹拌液体の液面
２３：撹拌槽
２４：撹拌翼
２５：回転軸
２６：板状部材
２７：板状部材に開けられた孔
３０、３１、３２：撹拌装置

Claims (2)

1. 撹拌槽と、
   前記撹拌槽の内部に設けられた、撹拌翼を備えた回転軸と、
   被撹拌液体の液面に浮遊する板状部材であって、当該板状部材の内側を前記回転軸が
   貫通し、前記撹拌槽の内壁面および前記回転軸に固定されていない板状部材と、
   を有する、撹拌装置。
2. 撹拌槽と、
   前記撹拌槽の内部に設けられた、撹拌翼を備えた回転軸と、
   被撹拌液体の液面の近傍に位置する板状部材であって、当該板状部材の内側を前記回転
   軸が貫通し、前記撹拌槽の内壁面に固定されておらず、前記回転軸に沿って移動可能に
   前記回転軸に固定された板状部材と、
   を有する、撹拌装置。

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