JP4132574B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に攪拌槽中の液体と難溶性粉粒体を機械的手段で攪拌、混合、溶解させる様にした攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる攪拌装置の代表的なものとしては、液体のフローパターンから輻流型と軸流型に大別され、そして、前者の輻流型についてはパドル型やタービン型の攪拌翼で代表されるように翼回転の遠心作用で流れを翼の半径方向に発生させるもの、又後者の軸流型については、プロペラ型の攪拌翼で代表されるように回転軸方向の推力により軸方向に流れを発生させるものである。
ところが、前記いずれの攪拌装置にあっても攪拌槽内の液体の循環能力によって主に攪拌混合しているものであって、これに比べ攪拌翼の近傍で発生する剪断能力は、前記循環能力に相反してきわめて低いのが現状である。
【０００３】
そこで、本件出願人は、特願平８ー１２１１３１号として、攪拌槽内の液体中に、回転駆動源に連結した回転軸に取り付けられる混合回転体を配設する攪拌装置であって、混合回転体は、上下２枚の円板を一組みとして重ね合わせ、上方の円板の中央には流入口を形成すると共に、互いに対向する前面には、前方開口する筒状の小室を多数配列させて形成し、上方の円板の小室と、下方の円板の小室とは互いの小室が対向する他の小室に連通する様に位置を違えて配列させることで、回転軸に取り付けた混合回転体内に複雑な流路を形成し、かかる流路内を液体が通過する際に、衝突、分散、合流、蛇行、渦流等が組合わさった複雑な状態で流動させ、攪拌槽内の循環作用に加え、同時に高い剪断作用も与えて混合効率を向上させる様にした攪拌装置を開発した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記攪拌装置にあっては、混合回転体の下方の液体の動きが弱く且つ少なく成ってしまうため、例えば液体に難溶性粉粒体を溶解させるために液体を攪拌する場合、難溶性粉粒体の一部が攪拌槽の底部の中央に溶けずに溜まってしまう等、解決せねばならない課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術に基づく、難溶性粉粒体が溶け難い課題に鑑み、混合回転体における下方の円板の底面を、例えば攪拌板を設けて凹凸面としたことによって、混合回転体の下方に強い渦流を発生させて、攪拌槽の底部の中央に溶けずに溜まった難溶性粉粒体を巻き上げて、混合回転体内に吸い込ませる様にして、上記課題を解決する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る攪拌装置の概略構成断面図、図２は、混合回転体の分解斜視図、図３は、混合回転体の断面図、図４は、混合回転体における下方の円板の平面図、図５は、混合回転体における上方の円板の底面図、図６は、混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図、図７は、小室の形状を三角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図、図８は、小室の形状を四角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図、図９は、小室の形状を八角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図、図１０は、小室に突起を設けた混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図、図１１は、図１０の混合回転体の中央縦断面図、図１２は、３パターンの混合回転体の底面図である。
図１に示す様に、本発明に係る攪拌装置１は、上記従来技術の攪拌装置と同様に、攪拌槽２内の液体中に配設した混合回転体３をモーター等の回転駆動源４に連結した回転軸５に取り付けて構成されているが、混合回転体３の底面は凹凸面に成っている。
【０００７】
混合回転体３にあっては、図２〜６に示す様に、上下２枚の円板６、７を一組みとし、これらを重ね合わせて構成するものであり、下方の円板７の中央には流入口８を形成すると共に、互いに対向する前面、即ち下方の円板７にあっては、その上面における流入口８の周囲に下方側である前方へ開口する平面視形状を多角状と成す筒状の小室９、9a…を多数配列させて形成し、又上方の円板６の底面には、前記と同様に上方側である前方へ開口する平面視形状を多角状と成す筒状の小室９、9a…を多数配列させている。
そして、円板６、７の小室９、9a…を形成する側壁10の端面11相互を密着させて上下に重ね合わせた際には、図３、６に示す様に、上方の円板６の小室９、9a…と、下方の円板７の小室９、9a…とは互いの小室９、9a…が対向する他の小室９、9a…に連通する様に位置を違えて配列させている。
【０００８】
又、上記実施の形態では小室９、9a…の平面視形状を六角と成してハニカム状に多数配列したものを示したが、かかる形状に何ら限定されず、図７〜９に示す様に小室９、9a…の平面視形状を三角、四角、八角…等と成したり、又円形（図示せず）と成しても良い。
【０００９】
又、上下２枚の円板６、７の他の実施の形態としては、図１０、１１に示す様に任意の小室９、9a…の底面中央に、この小室９、9a…を形成する側壁10の端面11までの高さより低くした突起12を設けることにより、流体の流れに乱れを積極的に生じさせることが可能となり、又突起12を円板６、７の中心部に近づくに従って順次小さくすることにより、円周方向に配列される小室９、9a…の直径方向における外側と内側との内容積を均一化し、脈動を防止してスムーズな流れを確保出来る。
【００１０】
又、上下２枚の円板６、７を重ね合わせた状態で固定する手段としては、図２に示す様に、円板６、７における小室９、9a…が形成されていない外周側の円周方向における適宜位置に、ボルト及びナット等のネジ結合手段13を用いて固定している。
尚、混合回転体３による攪拌時に、上方の円板６上に発生する円錐空間の液中への巻込みを防止するために、上下２枚の円板６、７のネジ結合手段13は外周側に位置させるのが望ましく、更に上方の円板６の上面は平面状であることが円錐空間の液中への巻込み防止のために望ましい。
【００１１】
又、回転駆動源４における回転軸５の下方に混合回転体３を取り付ける場合には、図２、３に示す様に、回転軸５を上方の円板６の流入口８の中心を通して下方の円板７の中心に直接的に回転軸５の下方のネジ部及びナット部材等のネジ結合手段14によって取り付けている。
例えば、回転駆動源４における回転軸５の下方に混合回転体３を着脱自在に取り付ける場合、上方の円板６の上面中央に回転軸５の取付部15を突設すると共に、該取付部15の上面中央に回転軸５の挿入孔15a を形成し、該挿入孔15a 内に回転軸５の下端部を挿入すると共に、取付部15側方より螺入した固定ネジ16の先端を回転軸５に当接させて、流入口８が混合回転体３の下方側に位置する様に回転軸５に混合回転体３を装着している。
尚、前記ネジ結合手段13、14を上記構成に何ら限定せず、要するに２体の円板６、７を重ね合わせて固定的に連結出来たり、又回転軸５を混合回転体３に固定的に連結出来る構造であれば良い。
【００１２】
混合回転体３の底面に形成された凹凸面にあっては、図１２に示す様に、下方の円板７の底面に攪拌板20、20a …を固設することで形成されており、具体的には、図１２（ａ）に示す様な平板状の攪拌板20、20a …、又は図１２（ｂ）に示す様な水平断面円弧状の湾曲板状の攪拌板20、20a …を下方の円板７の底面に固設すると共に、円周方向に等間隔に配列している。
又、図１２（ａ）、（ｂ）に示す攪拌板20、20a …にあっては、下方の円板７の底面に対し垂直に固設されているが、図１２（ｃ）に示す様に、攪拌板20、20a …を下方の円板７の底面に対し傾斜させて固設しても良い。
尚、図面上、攪拌板20、20a …は６枚であるが、かかる枚数に何ら限定せず、又攪拌板20、20a …の形状は、平板状、湾曲板状であるが、これらの形状に何ら限定されない。
【００１３】
次に本発明に係る攪拌装置の作用について説明する。
攪拌槽２内の液体中の適宜位置に配設した混合回転体３を回転駆動源４によって回転させることにより、混合回転体３の流入口８から吸い込まれる液体及び難溶性粉粒体は、混合回転体３の内部を流動して外周側から遠心力によって吐出し、これによって攪拌槽２内に、図１中の矢印にて示すような液体の循環流が発生すると共に、混合回転体３の内部を流動する液体に各種混合作用を与えている。ここで、混合回転体３による液体に対する各種混合作用に関し、混合回転体３内部における液体の流れは、例えば図３に示す矢印のように混合回転体３における上方の円板６の流入口８から吸引される液体は、下方の円板７により直進進路が妨げられて方向を変え、互いに連通する小室９、9a…を経て中央部から外側に向かって放射状に衝突、分散、合流、蛇行、渦流等の状態が組合わさって複雑に流動して最終的に混合回転体３の外周側から放射状に吐出される。
又、流体は上記の様に、各小室９、9a…の底面及び側壁10への衝突、各小室９、9a…から他の複数の小室９、9a…への分散、複数の小室９、9a…から他の一つの小室９、9a…への合流、蛇行、さらに複数の小室９、9a…から各小室９、9a…への流入による渦流による流体力学的な剪断、各小室９、9a…から他の小室９、9a…への連通路であるオリフイスを通過する際の流体力学的な剪断、衝撃的破壊による粉砕、側壁10の端面11を通過する際の剪断、機械的なキャビテーション等によって分散混合が行われる。
よって、混合回転体３の回転によって攪拌槽２内に液体の循環流を発生させることが出来、而も循環流を発生させる液体は、混合回転体３内を通過する時に、各小室９、9a…によって形成される複雑な流路によって、衝突、分散、合流、蛇行、渦流等が組合わさった複雑な流動状態に出来るため、攪拌槽２内の循環作用に加え、同時に混合回転体３内で高い剪断作用が液体に与えられるため、従来とは全く違った混合・分散能力が備わり、各種混合操作に利用出来、又上記複雑な流路も２枚の円板６、７を単に重ね合わせれば形成出来るため、構造も簡単になる。
【００１４】
又、混合回転体３の分散総数は、中心より順次放射状に配列した上下２枚の円板６、７における小室９、9a…の室数によって決定され、例えば図６に示す平面視六角状のものであれば、室数が６室、12室、18室（計36室) の３列状の円板６と、室数が３室、９室、15室（計27室) の３列状の円板７を重合させた混合回転体３の合計した１流体の場合の分散総数は数千にも達し、２流体以上であれば当然その乗数積となる。
尚、上記分散総数とは、円板６と円板７において、互いに連通する小室９、9a…によって混合回転体３を通過する間に生じるべき流体が分散される数のことである。
【００１５】
又、小室９、9a…内に形成した突起12により、流体の流れに乱れを積極的に生じさせることが可能となり、混合回転体３内の混合能力がさらに向上する。
【００１６】
又、回転状態の混合回転体３における攪拌板20、20a …により、混合回転体３の下方にも強い渦流が発生することから、攪拌槽２の底部中央に溜まった難溶性粉粒体は、巻き上げられて流入口８から混合回転体３内に吸い込まれると共に、外周側から吐出されて循環させる様にしている。
【００１７】
【発明の効果】
（１）請求項１記載の本発明では、混合回転体の流入口から吸い込まれる液体が、混合回転体の内部を流動して外周側から遠心力によって吐出して、攪拌槽内に液体の循環流が発生するようにした攪拌装置において、下方の円板の底面に円周方向に攪拌板を設けると共に、攪拌板は、攪拌槽の底部中央から巻き上げて、流入口から混合回転体内に吸い込まれる渦流を発生させるように構成しているため、混合回転体の下方に発生する強い渦流により、攪拌槽の底部中央に溜まった難溶性粉粒体を巻き上げて、流入口から混合回転体内に吸い込ませることができて、液体中に難溶性粉粒体を短時間に且つ均一に溶解させることが可能になる。
（２）請求項２記載の本発明では、攪拌板は湾曲板としているため、混合回転体の回転時の抵抗を抑えてスムーズに回転させることができて、回転駆動源への負荷を抑えることができる等その実用的効果甚だ大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る攪拌装置の概略構成断面図である。
【図２】混合回転体の分解斜視図である。
【図３】混合回転体の断面図である。
【図４】混合回転体における下方の円板の平面図である。
【図５】混合回転体における上方の円板の底面図である。
【図６】混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図である。
【図７】小室の形状を三角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図である。
【図８】小室の形状を四角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図である。
【図９】小室の形状を八角と成した混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図である。
【図１０】小室に突起を設けた混合回転体における各小室の連通配列状態を示す図である。
【図１１】図１０の混合回転体の中央縦断面図である。
【図１２】３パターンの混合回転体の底面図である。
【符号の説明】
２ 攪拌槽
３ 混合回転体
４ 回転駆動源
５ 回転軸
６ 円板
７ 円板
８ 流入口
９、9a… 小室
20、20a … 攪拌板

Claims (2)

1. 攪拌槽内の液体中に、回転駆動源に連結した回転軸に取り付けられる混合回転体を配設する攪拌装置であって、
   回転軸の下方に取り付けた混合回転体は、上下２枚の円板を一組みとして重ね合わせており、下方の円板の中央には流入口を形成すると共に、互いに対向する前面には、前方開口する筒状の小室を多数配列させて形成し、上方の円板の小室と、下方の円板の小室とは互いの小室が対向する他の小室に連通する様に位置を違えて配列させて構成し、
   混合回転体の流入口から吸い込まれる液体が、混合回転体の内部を流動して外周側から遠心力によって吐出して、攪拌槽内に液体の循環流が発生するようにした攪拌装置において、
   下方の円板の底面に円周方向に攪拌板を設けると共に、攪拌板は、攪拌槽の底部中央から巻き上げて、流入口から混合回転体内に吸い込まれる渦流を発生させるように構成したことを特徴とする攪拌装置。
2. 攪拌板は、湾曲板としたことを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。

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