JP7702792B2

JP7702792B2 - 撹拌装置及び撹拌方法

Info

Publication number: JP7702792B2
Application number: JP2021018671A
Authority: JP
Inventors: 瑞恵長尾
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2025-07-04
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: JP2022121776A

Description

本発明は、撹拌装置及び撹拌方法に関し、より詳細には、例えば、湿式メタン発酵のプロセスに於いて、メタン発酵の原料と水等との撹拌混合に用いることが可能な撹拌装置及び撹拌方法に関する。

従来、畜産糞尿や汚泥、食品残渣等に含まれる有機物をメタンガスと炭酸ガスまで分解して行われるメタン発酵に於いては、酸素のない嫌気的条件下でメタン発酵微生物（例えば、酸生成細菌、酢酸生成細菌及びメタン生成菌等。）の代謝作用を利用することにより行われている。メタン発酵は、発酵させる原料の固形物濃度によって、湿式メタン発酵と乾式メタン発酵に分類される。一般的に湿式メタン発酵は固形分濃度が全質量に対し４質量％～１２質量％％の範囲の原料を対象とし、乾式メタン発酵は固形分濃度が全質量に対し２０質量％～４０質量％の範囲の原料を対象とする。但し、乾式メタン発酵に於いては、固形分濃度が高いことに起因して、撹拌装置の故障等の装置トラブルが多い。そのため、湿式メタン発酵の方が、乾式メタン発酵よりもその普及率が高い。

湿式メタン発酵のプロセスは、一般的に原料受入槽に於ける前処理、発酵槽に於ける発酵処理、脱硫処理、及びガス貯留からなる。ここで、メタン発酵の原料は、原料中の水分が全質量に対し、例えば、８０質量％前後と高めのものが多い。そのため、湿式メタン発酵では、前処理に於いて畜産糞尿や汚泥、食品残渣等の固形物に対し、加水等による水分量の調整（前処理）が必須となる。前処理に於ける原料と水との混合方法としては、例えば、縦軸撹拌機（特許文献１）や水中ミキサ等を用いた方法が挙げられる。

特許文献１に記載の縦軸攪拌機は、竪形円筒撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転軸が配置されており、回転軸の下部に、撹拌槽の底壁面と僅かな間隙をもって平板状のボトムパドルが装着され、ボトムパドルの上側には縦材と横材からなる格子翼が装着されている。しかし、この様な縦軸攪拌機では、液体中に沈降している固体を液体と混合することができても、液面に浮遊している固体を液体中に沈めて撹拌混合することは困難である。そのため、特許文献１に記載の縦軸攪拌機では、十分な撹拌が困難である。

水中ミキサとしては、例えば、一定速度で回転させることが可能なモータと、モータの回転シャフトに取り付けられる撹拌羽根と、撹拌羽根の外周を囲繞する様に設けられるガイドリングとを備えたものが挙げられる。しかし、この様な水中ミキサでは、縦軸攪拌機の場合と同様、水中に沈降している固体を水と混合することはできても、水面に浮遊している固体を水中に沈めて撹拌混合することは困難である。また、撹拌羽根が原料中の固形物との接触により摩耗し、撹拌性能が低下する場合がある。さらに、粘度が、例えば、数万ｃＰ以上の高粘度域にある原料を撹拌する場合には、撹拌可能な領域が設置される水中ミキサの周辺にとどまり、十分な撹拌が困難である。

これらの問題点を解決する方法としては、例えば、横軸攪拌機（特許文献２）を用いた方法が挙げられる。特許文献２に記載の横軸攪拌機は、材料の投入口及び汚泥スラリーの排出口を有する円筒状の攪拌槽と、撹拌槽の内壁面に設けられた凹凸面を形成する多数の突起と、撹拌槽の内部にあって回転自在に取り付けられた複数の攪拌羽根部材とを備えている。また、撹拌羽根部材は回転軸に植設された支柱と支柱の先端に設けられた撹拌ブレードとを備えており、撹拌ブレードの先端は突起の先端に摺接する汚泥掻取り面として、また、撹拌ブレードの側面は汚泥撹拌面として構成されている。しかし、撹拌ブレードの撹拌面は回転軸の中心線に対して傾斜して設けられているため、撹拌ブレードが液面に浮遊する固体を掛止して液体中に沈み込ませようとしても固体が撹拌ブレードから外れ、固体を液体中に十分に沈み込ませて撹拌混合ができない場合がある。

特開平９－１０８５５７号公報特開２００３－４７９９２号公報特開平１０－１５３７２号公報

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、高粘度の撹拌対象物や液面を浮遊する固体が含まれる撹拌対象物に対し、十分に撹拌して混合させることが可能な撹拌装置及び撹拌方法を提供することにある。

前記従来の課題は、以下に述べる発明により解決される。
即ち、本発明に係る撹拌装置は、前記の課題を解決するために、側面で横置きに載置され、固体及び液体の撹拌対象物が投入される、全体形状が略柱体状の撹拌槽と、前記撹拌槽の内部に於いて長手方向の中心軸方向に延在し、回転可能に軸支された回転軸と、前記回転軸に支持され、当該回転軸の軸芯回りに回転する少なくとも１つの撹拌部材と、を備え、前記撹拌部材は、一方端が前記回転軸に接続され、他方端が回転軸から離れる方向に延在する支柱と、前記支柱の他方端に設けられ、前記固体の撹拌対象物を掻き揚げることが可能な撹拌パドルとを有しており、前記撹拌パドルは、前記回転軸の延在方向に平行となる撹拌面を有し、前記撹拌面の面積は、前記撹拌槽に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し、４％～４５％の範囲であることを特徴とする。

前記の構成によれば、固体及び液体の撹拌対象物を撹拌するものとして、回転軸の軸芯回りに回転可能な撹拌部材が設けられている。また、撹拌部材は、一方端が回転軸に接続され他方端が回転軸から離れる方向に延在する支柱と、この支柱の他方端に設けられた撹拌パドルとを有しており、撹拌パドルは固体の撹拌対象物を掻き揚げることが可能となっている。さらに、撹拌パドルは、回転軸の延在方向に平行となる撹拌面を備えているため、例えば、固体の撹拌対象物が液面に浮遊するものである場合でも、撹拌パドルが当該固体の撹拌対象物を掛止し、液体中に沈めて撹拌混合することができる。また、撹拌パドルの撹拌面の面積を、撹拌槽に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し４％～４５％の範囲とすることで、撹拌部材を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制しつつ、撹拌対象物の粘度が高い場合にも、撹拌が撹拌槽内で局所的にとどまるのを防止し、より広範囲での撹拌を可能にする。その結果、撹拌効率の向上が図れる。

前記構成に於いて、前記回転軸から前記撹拌部材に於ける前記撹拌パドルの最先端部までの最大距離は、前記回転軸から前記撹拌槽の内壁面までの最小距離に対し、９０％～９９．５％の範囲であることが好ましい。

撹拌部材の撹拌パドルの最先端部と撹拌槽の内壁面との隙間を前記数値範囲内に設定することで、撹拌パドルと撹拌槽の内壁面との間に固体の撹拌対象物が挟まるのを低減し、撹拌パドルや撹拌槽の内壁面の摩耗を低減又は抑制する。また、撹拌が撹拌槽内で局所的にとどまるのを防止し、より広範囲での撹拌を可能にして、撹拌効率の向上を図ることができる。

また前記構成に於いて、前記撹拌部材は、前記回転軸の任意の位置に、相互に離間した状態で複数設けられており、各撹拌部材の支柱の長さ及び前記回転軸から延在する方向は、相互に同一又は異なっており、各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積及び形状は、相互に同一又は異なっているのが好ましい。

また前記構成に於いて、前記撹拌部材は、前記回転軸の同一の位置に、それぞれの支柱が異なる方向に延在する様に複数設けられており、各撹拌部材の支柱の長さは、相互に同一又は異なっており、各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積及び形状は、相互に同一又は異なっているのが好ましい。

前記の構成に於いて、前記撹拌パドルの撹拌面の形状が、平板状又は環状フレーム状であることが好ましい。

撹拌パドルの撹拌面の形状を平板状にすることにより、例えば、撹拌部材を回転させて撹拌する際に、液面に浮遊する固体の撹拌対象物を撹拌パドルに確実に捕捉させることができ、撹拌効率の向上を図ることができる。また、撹拌パドルの撹拌面の形状を環状フレーム状にすることにより、撹拌対象物が高粘度の場合であっても撹拌動力が過大となるのを抑制しながら撹拌することができる。

さらに前記構成に於いては、前記撹拌槽の内壁面は平滑面であることが好ましい。

例えば、前述の特許文献２の様に、撹拌ブレードの先端を撹拌槽内壁の突起先端に摺接する汚泥掻取り面として設けた場合、当該突起に固体の撹拌対象物が堆積し、固体の撹拌対象物を液体の撹拌対象物と均一に混合するのが困難になる。また、固体の撹拌対象物が、硬く機械的強度の大きい汚泥塊の様なものである場合、撹拌槽内壁の突起の部分で撹拌ブレードの先端に激しい摩耗を生じさせ、これにより撹拌性能の低下を招来する。しかし、前記構成の様に撹拌槽の内壁面を平滑面とすることで、当該内壁面に固体の撹拌対象物が堆積するのを防止し、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物との撹拌混合を一層良好にすることができる。また、固体の撹拌対象物が硬く、機械的強度の大きいものであっても、撹拌パドルの先端の摩耗を抑制又は低減し、撹拌性能の低下を防止することができる。

また、本発明に係る撹拌方法は、前記の課題を解決するために、前記撹拌装置を用いた撹拌方法であって、前記固体及び液体の撹拌対象物が前記撹拌槽内に投入された状態での液体の撹拌対象物の液面高さを、前記撹拌槽の内部に於ける底面から天面までの高さに対し３０％～９０％の範囲にして、前記少なくとも１つの撹拌部材に於ける撹拌パドルの少なくとも一部が、前記液体の撹拌対象物の液面から表出する様に、前記撹拌部材を前記回転軸の軸芯回りに回転させ、前記固体の撹拌対象物と前記液体の撹拌対象物とを撹拌し混合することを特徴とする。

前記構成に於いては、固体及び液体の撹拌対象物が撹拌槽内に投入された状態での液体の撹拌対象物の液面高さを、撹拌槽の内部に於ける底面から天面までの高さに対し３０％～９０％の範囲に設定する。また、撹拌部材の少なくとも１つについては、撹拌パドルの少なくとも一部が液体の撹拌対象物の液面から表出する様に、回転軸の軸芯回りに回転させる。さらに、撹拌パドルの撹拌面は回転軸の延在方向に平行となっている。これにより、前記構成では、例えば、固体の撹拌対象物が液面に浮遊するものである場合でも、撹拌パドルが液面から表出する際には、当該固体の撹拌対象物を掻き上げた後、液面に落下させることができる。また、撹拌パドルが液中に沈み込む際には、固体の撹拌対象物を掛止し、液体中に沈めて撹拌することができる。

また前記構成では、撹拌パドルの撹拌面の面積は、撹拌槽に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し４％～４５％の範囲に設定されるので、撹拌部材を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制しつつ、撹拌対象物の粘度が高い場合にも、撹拌が撹拌槽内で局所的にとどまるのを防止して混合させることができる。

前記の構成に於いては、前記撹拌部材の回転速度が、１ｍｉｎ^－１～３０ｍｉｎ^－１の範囲であることが好ましい。

前記撹拌部材の回転速度を１ｍｉｎ^－１以上にすることにより、撹拌対象物の粘度が高い場合（例えば、粘度が数万ｃＰ以上である場合）にも、撹拌部材による良好な撹拌を維持することができる。その一方、撹拌部材の回転速度を３０ｍｉｎ^－１以下にすることにより、撹拌部材を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制することができる。また、固体の撹拌対象物との接触により、撹拌パドル等が摩耗するのを低減又は防止することができる。

本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べる様な効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、例えば、固体の撹拌対象物が液面に浮遊するものである場合でも、撹拌部材の撹拌パドルが当該固体の撹拌対象物を掛止し、液体中に沈めて撹拌混合することができる。また、撹拌対象物の粘度が高い場合でも、撹拌槽内で局所的な撹拌にとどまるのを防止し、より広範囲での撹拌を可能にして撹拌効率の向上が図れる。

本発明の実施の形態１に係る撹拌装置を表す断面側面図である。図１のＡ－Ａ’線矢視断面図である。本発明の実施の形態２に係る撹拌装置を表す断面側面図である。本発明の他の実施の形態に係る撹拌装置に於いて、撹拌部材の変形例を示す部分拡大平面図である。本発明の他の実施の形態に係る撹拌装置を表す断面図である。本発明の他の実施の形態に係る撹拌装置を表す断面図である。

（実施の形態１）
［撹拌装置］
本実施の形態１に係る撹拌装置について、図１及び図２を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施の形態１に係る撹拌装置を表す断面側面図である。図２は、図１のＡ－Ａ’線矢視断面図である。尚、説明に不要な部分は省略し、また説明を容易にするために拡大又は縮小等して図示した部分がある。

図１に示す様に、本実施の形態の撹拌装置１は、いわゆる横置き型の撹拌装置であり、撹拌槽１１と、回転軸１２と、撹拌部材１３と、固体投入口１６と、液体投入口１７と、取出し口１８とを少なくとも備える。本実施の形態の撹拌装置１は、例えば、湿式メタン発酵に於いて、畜産糞尿や汚泥、食品残渣等の固体の撹拌対象物と、水等の液体の撹拌対象物とを撹拌して混合する前処理等に好適に利用できる。

撹拌槽１１は、図１及び図２に示す様に、全体形状が円柱体状であり、側面を横置きに載置される。撹拌槽１１の内壁面は平滑面であることが好ましい。これにより、内壁面に突部等が設けられる場合の様に、固体の撹拌対象物が堆積するのを防止し、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物との撹拌混合を一層良好にすることができる。また、撹拌槽１１の内壁面と撹拌部材１３との間に固体の撹拌対象物が挟まれるのを低減することができる。その結果、固体の撹拌対象物が硬く、機械的強度が大きい場合にも、撹拌槽１１の内壁面や撹拌部材１３の先端が摩耗するのを抑制又は低減することができる。

回転軸１２は、撹拌槽１１の内部に於いて長手方向の中心軸方向に延在している。回転軸１２は撹拌槽１１を貫通しており、撹拌槽の外部に設けられている一対の軸受け１４ａ、１４ｂ間に横架されている。また、回転軸１２の一方の端部にはモータ１５が連結されている。そして、回転軸１２は、モータ１５の駆動により任意の回転数で回転させることができる。これにより、撹拌部材１３を、図２の矢印で示す方向に旋回させることができる。尚、回転軸１２は、撹拌部材１３が内壁面に接触しない範囲内で、撹拌槽１１内部の長手方向に於ける中心軸から外れた位置に設けられていてもよい。

回転軸１２の延在方向（軸方向）に対し垂直となる方向の断面形状は、略円形状となっている。その場合の前記断面形状の直径は特に限定されず、適宜必要に応じて設定することができる。

撹拌部材１３は、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物とを撹拌する機能を有しており、回転軸１２に４つ設けられている。各撹拌部材１３は、支柱１３ａと、１つの撹拌パドル１３ｂとからなる。

支柱１３ａは棒状であり、その一方端は回転軸１２に接続され、他方端は回転軸１２に対し離れる方向に延在している。また、他方端には、撹拌パドル１３ｂが設けられている。これにより、各撹拌部材１３は、回転軸１２の回転と共に、当該回転軸１２の軸芯回りに回転可能となっている。また、各支柱１３ａは、回転軸１２に於いてそれぞれ等間隔で相互に離間した位置に、当該回転軸１２に対し垂直となる様に接続されている。さらに、各支柱１３ａは、回転軸１２から離れる方向が、回転軸１２の軸方向から見て、相互１８０°異なる様に延在している。支柱１３ａの横断面形状（支柱１３ａの軸方向に対し垂直となる方向の断面形状）は、略円形状となっている。但し、本発明はこの横断面形状に限定されない。支柱１３ａの横断面形状は、例えば、矩形状等であってもよい。

撹拌パドル１３ｂは、全体形状が長方形状の平板であり、撹拌パドル１３ｂの中央部で支柱１３ａに接続されている。尚、撹拌パドル１３ｂは長方形状の平板であるため、当該撹拌パドル１３ｂの撹拌面も長方形状となっている。また、撹拌パドル１３ｂは、その撹拌面が回転軸１２の軸方向（延在方向）に平行となる様に、支柱１３ａの他方端に設けられている（図２参照。）。撹拌面を回転軸１２の軸方向に対し平行にすることで、例えば、固体の撹拌対象物が液面に浮遊するものであっても、撹拌パドル１３ｂが固体の撹拌対象物を確実に捕捉し、液体中に沈めて効果的に撹拌混合するのを可能にする。

撹拌面の面積は、撹拌槽１１に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し４％～４５％であることが好ましく、６％～３０％であることがより好ましく、１２％～１５％であることが特に好ましい。前記撹拌面の面積を４％以上にすることにより、撹拌が撹拌槽１１内で局所的にとどまるのを防止し、良好な撹拌を維持することができる。その一方、前記撹拌面の面積を４５％以下にすることにより、撹拌部材１３を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制することができる。即ち、撹拌面の面積を前記数値範囲内にすることで、撹拌効率の向上を図ることができる。

撹拌パドル１３ｂの厚さは、撹拌パドル１３ｂの材料にもよるが、撹拌の際に当該撹拌パドル１３ｂが変形するのを防止できる程度に機械的強度が保持されていれば特に限定されない。通常は、３ｍｍ～２０ｍｍの範囲であり、好ましくは６ｍｍ～１６ｍｍ、より好ましくは９ｍｍ～１２ｍｍである。

回転軸１２から撹拌パドル１３ｂの最先端部までの最大距離は、回転軸１２から撹拌槽１１の内壁面までの最小距離に対し９０％～９９．５％であることが好ましく、９２．５％～９８％であることがより好ましく、９５％～９６％であることが特に好ましい。回転軸１２から撹拌パドル１３ｂの最先端部までの最大距離を、回転軸１２から撹拌槽１１の内壁面までの最小距離に対して９９．５％以下にすることにより、撹拌パドル１３ｂと撹拌槽１１の内壁面との間に固体の撹拌対象物が挟まるのを低減することができる。その結果、例えば、固体の撹拌対象物が機械的強度が大きく硬いものであっても、撹拌パドル１３ｂや撹拌槽１１の内壁面の摩耗を抑制しながら撹拌することができる。その一方、回転軸１２から撹拌パドル１３ｂの最先端部までの最大距離を、回転軸１２から撹拌槽１１の内壁面までの最小距離に対して９０％以上にすることにより、撹拌が撹拌槽１１内で局所的にとどまるのを防止し、より広範囲での撹拌を可能にする。その結果、撹拌効率の向上が図れる。

固体投入口１６は、固体の撹拌対象物を撹拌槽１１の内部に投入するためのものであり、撹拌槽１１の天面部に於いて任意の位置に設けられている。

液体投入口１７は、液体の撹拌対象物を撹拌槽１１の内部に投入するためのものであり、撹拌槽１１の天面部に於いて任意の位置に設けられている。

取出し口１８は、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物とが撹拌により混合された撹拌混合物を取り出すためのものであり、撹拌槽１１の底面部に於いて任意の位置に設けられている。

尚、本実施の形態では撹拌部材１３が４つ設けられている場合を例にして説明したが、本発明はこの態様に限定されない。例えば、撹拌部材１３は、必要に応じて１つでもよく、複数であってもよい。

また、本実施の形態では、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物とを投入するための投入口が分離している態様を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体の撹拌対象物と液体の撹拌対象物とを同時に投入できる様に、投入口を天面部の任意の位置に１箇所設ける態様であってもよい。

［撹拌方法]
次に、本実施の形態に係る撹拌装置１を用いた撹拌対象物の撹拌方法について、図２を参照しながら以下に説明する。

先ず、モータ１５の駆動により回転軸１２を回転させ、これにより撹拌部材１３を回転軸１２の軸芯回りに回転させる。次に、撹拌槽１１の内部に液体投入口１７から液体の撹拌対象物を投入する。さらに、固体投入口１６から固体の撹拌対象物も投入して、液体及び固体の撹拌対象物の撹拌を行う。尚、固体の撹拌対象物の投入は一度に行ってもよく、逐次的に複数回行ってもよい。

液体及び固体の撹拌対象物を投入した後の、撹拌槽１１内に於ける液体の撹拌対象物の液面高さ（即ち、撹拌槽１１の内部の底部から液体の撹拌対象物の液面までの高さ）は、撹拌槽１１の内径を１００％としたとき、３０％～９０％の範囲であり、好ましくは４５％～８０％、より好ましくは６０％～７５％の範囲となる様に調整される。前記液体の撹拌対象物の液面高さを前記数値範囲内に設定することで、回転軸１２の軸芯回りに回転する撹拌部材の撹拌パドル１３ｂが最頂部に到達したとき、撹拌パドル１３ｂの少なくとも一部が液体の撹拌対象物の液面から表出させることができる。これにより、例えば、撹拌パドル１３ｂが液面から表出する際には、当該撹拌パドル１３ｂが液面に浮遊する固体を掻き上げ、その後、落下させることができる。また、撹拌パドル１３ｂが液体中に沈み込む際には、撹拌パドル１３ｂが液面に浮遊する固体を掛止して沈み込ませることができる。その結果、液面に浮遊する固体の撹拌対象物も効果的に撹拌することが可能になる。

尚、撹拌槽１１の内径は、当該撹拌槽１１のみの寸法を意味し、固体投入口１６、液体投入口１７及び取出し口１８の寸法は含まれない。

また、撹拌部材１３の回転速度は１ｍｉｎ^－１～３０ｍｉｎ^－１が好ましく、１ｍｉｎ^－１～２０ｍｉｎ^－１がより好ましく、１ｍｉｎ^－１～１０ｍｉｎ^－１が特に好ましい。撹拌部材１３の回転速度を１ｍｉｎ^－１以上にすることにより、撹拌対象物の粘度が高い場合（例えば、粘度が数万ｃＰ以上である場合）にも、撹拌部材１３による良好な撹拌を維持することができる。その一方、撹拌部材１３の回転速度を３０ｍｉｎ^－１以下にすることにより、撹拌部材１３を回転させるモータ１５に対する負荷が過大となるのを抑制することができる。また、固体の撹拌対象物との接触により、撹拌パドル１３ｂ等が摩耗するのを低減又は防止することができる。

撹拌パドル１３ｂの撹拌面は、回転軸の延在方向に平行となっている。そのため、撹拌部材１３は、撹拌面が撹拌対象物の液面に対し垂直となる様に撹拌を行う。これにより、撹拌面が回転軸の延在方向に対し平行でない場合と比較して、撹拌パドル１３が液面から表出する際には、浮遊する固体の撹拌対象物を確実に掻き上げ、また、撹拌パドル１３が液中に沈み込む際には、当該固体の撹拌対象物を掛止して液中に沈み込ませることが可能になる。その結果、撹拌効率の一層の向上が図れる。

また、４つの撹拌部材１３を、回転軸１２の軸方向から見て、交互に１８０°異なる様に延在させることで、回転軸１２が１８０°回転する毎に、液面に浮遊する固体の撹拌対象物を撹拌パドル１３ｂで撹拌させることが可能になる。これにより、撹拌効率の向上が図れる。

撹拌時間（液体及び固体の撹拌対象物を投入した後の撹拌時間）は特に限定されず、液体及び固体の撹拌対象物の種類等に応じて適宜設定することができる。

尚、本実施の形態では、撹拌部材１３を回転させた状態で、液体の撹拌対象物及び固体の撹拌対象物を撹拌槽１１に順次投入する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、液体の撹拌対象物と固体の撹拌対象物を予め投入した後に、撹拌部材１３を回転させ撹拌を行ってもよい。

（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２について、図３に基づき以下に説明する。図３は、本実施の形態２に係る撹拌装置を表す断面側面図である。尚、前記実施の形態１に係る撹拌装置１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

［撹拌装置］
本実施の形態２に係る撹拌装置２は、実施の形態１の撹拌装置１と比較して、撹拌部材１３以外に、さらに４つの他の撹拌部材１９を備えた点が異なる。

撹拌部材１９は、支柱１９ａ及び撹拌パドル１９ｂからなる。支柱１９ａは棒状であり、その一方端は回転軸１２に於いて撹拌部材１３が接続されている位置で接続されている。また、他方端は、支柱１３ａが回転軸１２に対し離れる方向とは反対側の方向、すなわち、回転軸１２の軸方向から見て１８０°異なる方向に延在している。

支柱１９ａの横断面形状（支柱１９ａの延在方向に対し垂直となる方向の断面形状）は、略円形状となっている。但し、本発明はこの横断面形状に限定されない。例えば、矩形状等であってもよい。

撹拌パドル１９ｂの全体形状は長方形状であり、撹拌パドル１９ｂの中央部で支柱１９ａに接続されている。尚、撹拌パドル１９ｂは、全体形状が長方形状の平板であるため、当該撹拌パドル１９ｂの撹拌面も長方形状となっている。また、撹拌パドル１９ｂは、その撹拌面が回転軸１２の軸方向（延在方向）に平行となる様に、支柱１９ａの他方端に設けられている。撹拌面を回転軸１２の軸方向に対し平行にすることで、例えば、固体の撹拌対象物が液面に浮遊するものであっても、撹拌パドル１９ｂが固体の撹拌対象物を確実に捕捉し、液体中に沈めて効果的に撹拌混合することができる。

撹拌部材１９の支柱１９ａの長さは、撹拌部材１３の支柱１３ａよりも短くなる様に構成されている。また、撹拌部材１９の撹拌パドル１９ｂの面積は、撹拌部材１３の撹拌パドル１３ｂよりも小さくなる様に構成されている。これにより、撹拌部材１９の撹拌パドル１９ｂが撹拌部材１３の撹拌パドル１３ｂと接触するのを回避することができる。本実施の形態では、この様な構成を採用することにより、支柱１３ａが比較的長い撹拌部材１３では、回転軸１２からより遠い範囲での撹拌対象物の撹拌を行わせる一方、支柱１９ａが比較的短い撹拌部材１９では、回転軸１２の近傍での撹拌対象物の撹拌を行わせることができる。これにより、撹拌槽１１全体でのより効率的、かつ均一な撹拌が可能になる。

撹拌面の面積は、実施の形態１の場合と同様、撹拌槽１１に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し４％～４５％であることが好ましく、より好ましくは６％～３０％、さらに好ましくは１２％～１５％である。前記撹拌面の面積を４％以上にすることにより、撹拌が撹拌槽１１内で局所的にとどまるのを防止し、より広範囲での撹拌を可能にする。その一方、前記撹拌面の面積を４５％以下にすることにより、撹拌部材１３及び撹拌部材１９を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制することができる。即ち、撹拌面の面積を前記数値範囲内にすることで、撹拌効率の向上を図ることができる。尚、本実施の形態に於ける撹拌面の面積とは、撹拌パドル１３ｂの撹拌面の面積と、撹拌パドル１９ｂの撹拌面の面積の総和を意味する。

撹拌パドル１９ｂの最先端部と撹拌槽１１の内壁面との隙間、即ち、回転軸１２から撹拌パドル１９ｂの最先端部までの最大距離は、撹拌パドル１９ｂが撹拌部材１３の撹拌パドル１３ｂと接触しない範囲であれば特に限定されない。

尚、本実施の形態では撹拌部材１３及び撹拌部材１９がそれぞれ４つ設けられている場合を例にして説明したが、本発明はこの態様に限定されない。撹拌部材１３及び撹拌部材１９は、必要に応じて、例えば１つでもよく、複数であってもよい。

［撹拌方法］
本実施の形態に係る撹拌装置２を用いた撹拌対象物の撹拌方法は、前記実施の形態１に係る撹拌対象物の撹拌方法の場合と同様に行うことができる。従って、その詳細な説明については省略する。

（その他の事項）
前記実施の形態１及び２では、撹拌部材が回転軸に設けられる位置、支柱の長さ、支柱の延在方向、撹拌パドルの撹拌面の面積、及び撹拌面の形状について、代表的なものを例にして本発明を説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、撹拌部材が、回転軸の任意の位置に於いて、相互に離間した状態で複数設けられている場合、各撹拌部材の支柱の長さ及び前記回転軸から延在する方向は、相互に同一又は異なっていてもよい。さらに、各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積、及び撹拌パドル（撹拌面）の形状も、相互に同一又は異なっていてもよい。

また例えば、撹拌部材が、回転軸の同一の位置に於いて、それぞれの支柱が異なる方向に延在する様に複数設けられている場合、各撹拌部材の支柱の長さは相互に同一又は異なっていてもよい。さらに、各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積、及び撹拌パドル（撹拌面）の形状も相互に同一又は異なっていてもよい。

尚、各撹拌部材の支柱を回転軸から異なる方向にそれぞれ延在させる場合、回転軸の軸方向から見たときの各支柱同士がなす角度は３０°～１８０°の範囲であることが好ましい。前記角度を３０°以上にすることにより、各撹拌部材による撹拌が、撹拌槽の中で局所的に行われるのを低減することができる。その結果、撹拌効率の向上が図れる。

また、撹拌パドルの形状に関し、前記実施の形態１及び２では長方形状の平板である場合を例にして説明した。しかし、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）～図４（ｆ）に示す平板状の撹拌パドルや、図４（ｇ）に示す環状フレーム状の撹拌パドルであってもよい。図４（ａ）～図４（ｇ）は、撹拌部材の変形例を示す部分拡大平面図である。

図４（ａ）に示す撹拌部材２１は、支柱２１ａと、平面形状が略長方形状であり、かつ板状の撹拌パドル２１ｂとを備える。撹拌パドル２１ｂは、その中央部で支柱２１ａに接続されている。また、撹拌パドル２１ｂの全ての角部にはＲ加工が施されており、これにより固体の撹拌対象物との接触による摩耗を低減又は防止することができる。

図４（ｂ）に示す撹拌部材２２は、支柱２２ａと、平面形状が一部の角部で切り欠きの略長方形状であり、かつ板状の撹拌パドル２２ｂとを備える。撹拌パドル２２ｂは、その中央部で支柱２２ａに接続されている。切り欠きは、支柱２２ａが接続されている端部とは反対側の端部の角部に於いて、切り欠き部２２ｃが設けられた構造となっている。当該角部に切り欠き部２２ｃを設けることで、固体の撹拌対象物との接触による摩耗を低減又は防止することができる。また、撹拌部材２２を回転させるための撹拌動力の低減も図れる。

図４（ｃ）に示す撹拌部材２３は、支柱２３ａと、平面形状が略円形状であり、かつ板状の撹拌パドル２３ｂとを備える。また、図４（ｄ）に示す撹拌部材２４は、支柱２４ａと、平面形状が略楕円形状であり、かつ板状の撹拌パドル２４ｂとを備える。これらの撹拌パドル２３ｂ、２４ｂの様に、平面形状を略円形状又は略楕円形状にしても、固体の撹拌対象物との接触による摩耗を低減又は防止することができる。また、撹拌部材２３、２４を回転させるための撹拌動力の低減も図れる。

図４（ｅ）に示す撹拌部材２５は、支柱２５ａと、平面形状が長方形状であり、かつ板状の第１撹拌パドル２５ｂ及び第２撹拌パドル２５ｃとを備える。第１撹拌パドル２５ｂは、第２撹拌パドル２５ｃよりも長尺となっている。第１撹拌パドル２５ｂ及び第２撹拌パドル２５ｃはそれぞれ、中央部で支柱２５ａに接続されている。また、第１撹拌パドル２５ｂと第２撹拌パドル２５ｃは、相互に任意の距離で離間している。この様な構造の撹拌部材２５であると、液体の撹拌対象物の粘度が高い場合にも、撹拌部材２５を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制することができる。また、液面に浮遊する固体の撹拌対象物を容易に掛止することができ、撹拌効率の向上が図れる。

図４（ｆ）に示す撹拌部材２６は、支柱２６ａと、平面形状が長方形状であり、かつ板状の２つの撹拌パドル２６ｂとを備える。２つの撹拌パドル２６ｂは共に、中央部で支柱２６ａに接続されている。また、２つの撹拌パドル２６ｂは、相互に任意の距離で離間している。この様な構造の撹拌部材２６であっても、撹拌部材２５の場合と同様、撹拌部材２６を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制し、また、液面に浮遊する固体の撹拌対象物を容易に掛止することで、撹拌効率の向上が図れる。

図４（ｇ）に示す撹拌部材２７は、支柱２７ａと、平面形状が矩形の環状フレーム状の撹拌パドル２７ｂとを備える。撹拌パドル２７ｂは、中央部で支柱２７ａに接続されている。撹拌パドル２７ｂの中央に開口部２７ｃを設けることで、撹拌の際に、撹拌パドル２７ｂが受ける抵抗を低減することができる。これにより、液体の撹拌対象物の粘度が高い場合にも、撹拌部材２７を回転させるための撹拌動力が過大となるのを抑制することができる。また、液面に浮遊する固体の撹拌対象物を容易に掛止することができ、撹拌効率の向上が図れる。

尚、撹拌パドル２１～２７の撹拌面の面積や厚さについては、実施の形態１で詳述した通りである。

また、前記実施の形態１及び２では、撹拌槽が円柱体状のものを例にして説明した。しかし、本発明の撹拌槽は柱体状のものであれば特に限定されるものではない。例えば、本発明は、図５に示す様な撹拌槽３１を備えるものであってもよい。図５は、他の実施の形態に係る撹拌装置を表す断面図である。撹拌槽３１は、長手方向の中心軸方向に垂直となる断面が、回転軸１２より下方では半円形状、回転軸１２より上方では矩形状の形状を有している。

また本発明は、図６に示す様な撹拌槽３２及び固体投入口３３を備えるものであってもよい。図６は、他の実施の形態に係る撹拌装置を表す断面図である。撹拌槽３２は、長手方向の中心軸方向に垂直となる断面が、天面部を除き、略円弧状となっている。固体投入口３３は固体の撹拌対象物を撹拌槽３２内に投入するためのものであり、撹拌槽３２の天面部に設けられている。

尚、撹拌槽３１又は撹拌槽３２を用いて固体及び液体の撹拌対象物の撹拌を行う場合、撹拌槽３１又は撹拌槽３２内での液体の撹拌対象物の液面高さ（固体及び液体の撹拌対象物が撹拌槽３１又は撹拌槽３２内に投入された状態での液面高さ）は、実施の形態１の場合と同様、撹拌槽３１又は撹拌槽３２の内部に於ける底面から天面までの高さに対し３０％～９０％、好ましくは４５％～８０％、より好ましくは６０％～７５％の範囲である。ここで、撹拌槽３２の場合に於ける底面から天面までの高さとは、固体投入口３３を含まず、撹拌槽３２の内壁面までの高さを意味する。

その他、本発明は、角柱体状の撹拌槽にも適用可能である。撹拌槽が角柱体状の場合、具体的には、四角柱状、五角柱状、六角柱状等が挙げられる。但し、撹拌槽が三角柱状の場合、撹拌槽の底面部と側面部とがなす角部に於いて、固体の撹拌対象物が詰まることがあるため、好ましくない。

（実施例１）
本実施例では、図１及び図２に示す撹拌装置１を用いて、撹拌対象物としてのコーヒー粕、茶粕及び水の撹拌を行った。尚、撹拌装置１の仕様は以下の通りとした。
撹拌槽１１の直径：６００ｍｍ
撹拌槽１１の容量：２００Ｌ
撹拌パドル１３のサイズ：縦６５ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ９ｍｍ
撹拌パドル１３ｂの撹拌面の総面積：７８０００ｍｍ^２
撹拌パドル１３ｂの撹拌面の面積の、撹拌槽１１に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対する割合：１５％
回転軸１２から撹拌パドル１３ｂの最先端部までの最大距離の、回転軸１２から撹拌槽１１の内壁面までの最小距離に対する割合：９５％
撹拌パドル１３ｂと撹拌槽１１の内壁面との間の隙間：１５ｍｍ

先ず、撹拌装置１のモータ１５を駆動させ、回転軸１２を回転させることで撹拌部材１３を回転軸１２の軸芯回りに回転させた。続いて、液体投入口１７から撹拌槽１１の内部に水を投入した。水の投入後、固体投入口１６から撹拌槽１１の内部にコーヒー粕（水分率６６質量％、固形物率３４質量％）及び茶粕（水分率７６質量％、固形物率２４質量％）を一度に投入した。

尚、撹拌部材１３の回転速度は、コーヒー粕、茶粕及び水の投入後に於いて、５ｍｉｎ^－１となる様に設定した。また、コーヒー粕の投入量は２９．４ｋｇ、茶粕の投入量は４１．７ｋｇ、水の投入量は１２８．９ｋｇとした。コーヒー粕、茶粕及び水の投入後の撹拌対象物の液面高さは、撹拌槽１１の直径（撹拌槽１１の内部に於ける底面から天面までの高さ）に対し、７２％とした。また、コーヒー粕及び茶粕の固形分からなる固体の撹拌対象物の質量割合は、撹拌対象物の全質量に対し１０質量％であった。

コーヒー粕及び茶粕を投入し、撹拌が３０分経過した後の、コーヒー粕、茶粕及び水の撹拌の程度について目視にて確認を行った。その結果、３０分経過後の撹拌状態は良好であり、コーヒー粕、茶粕及び水は均一に混合されていた。

また、３０分経過した後の撹拌対象物の粘度についても測定した。撹拌対象物の粘度の測定は、ブルックフィールドデジタル粘度計ＬＶＤＶ－Ｉ＋（型番、英弘精機株式会社製）を用いて行った。その結果、撹拌対象物の粘度は１０５，０００ｃＰであった。これにより、撹拌対象物が高粘度の状態になっても、撹拌装置１での撹拌が良好に行えることが確認された。

（実施例２）
本実施例では、コーヒー粕（水分率６６質量％、固形物率３４質量％）の投入量を３８．２ｋｇ、茶粕（水分率７６質量％、固形物率２４質量％）の投入量を５４．２ｋｇ、水の投入量を１０７．６ｋｇとし、コーヒー粕及び茶粕の固形分からなる固体の撹拌対象物の質量割合を、撹拌対象物の全質量に対し１３質量％に変更した。それ以外は、実施例１と同様にして、コーヒー粕、茶粕及び水の撹拌を行った。

その結果、コーヒー粕及び茶粕を投入し、撹拌が３０分経過した後の、コーヒー粕、茶粕及び水の撹拌状態は良好であり、これらの撹拌対象物が均一に混合されていることが目視で確認できた。また、３０分経過した後の撹拌対象物の粘度は２３５，０００ｃＰであり、撹拌対象物が極めて高粘度の状態になっても、撹拌装置１での撹拌が良好に行えることが確認された。

（実施例３）
本実施例では、コーヒー粕（水分率６６質量％、固形物率３４質量％）の投入量を８８．２ｋｇ、水の投入量を１１１．８ｋｇとし、コーヒー粕の固形分からなる固体の撹拌対象物の質量割合は、撹拌対象物の全質量に対し１５質量％に変更した。それ以外は、実施例１と同様にして、コーヒー粕及び水の撹拌を行った。

その結果、コーヒー粕を投入し、撹拌が３０分経過した後の、コーヒー粕及び水の撹拌状態は良好であり、これらの撹拌対象物が均一に混合されていることが目視で確認できた。また、３０分経過した後の撹拌対象物の粘度は１，７７６ｃＰであり、撹拌装置１での撹拌が良好に行えることが確認された。

（実施例４）
本実施例では、コーヒー粕（水分率６６質量％、固形物率３４質量％）の投入量を１１７．６ｋｇ、水の投入量を８２．４ｋｇとし、コーヒー粕の固形分からなる固体の撹拌対象物の質量割合は、撹拌対象物の全質量に対し２０質量％に変更した。それ以外は、実施例１と同様にして、コーヒー粕及び水の撹拌を行った。

その結果、コーヒー粕を投入し、撹拌が３０分経過した後の、コーヒー粕及び水の撹拌状態は良好であり、これらの撹拌対象物が均一に混合されていることが目視で確認できた。また、３０分経過した後の撹拌対象物の粘度は８２，０００ｃＰであり、撹拌対象物が高粘度の状態になっても、撹拌装置１での撹拌が良好に行えることが確認された。

１、２撹拌装置
１１、３１、３２撹拌槽
１２回転軸
１３、１９、２１～２７撹拌部材
１３ａ、１９ａ、２１ａ～２７ａ支柱
１３ｂ、１９ｂ、２１ｂ～２４ｂ、２６ｂ、２７ｂ撹拌パドル
２５ｂ第１撹拌パドル
２５ｃ第２撹拌パドル
１５モータ
１６固体投入口
１７液体投入口
１８取出し口
２２ｃ切り欠き部
２７ｃ開口部
３３固体投入口

Claims

湿式メタン発酵プロセスで行われる発酵処理の前処理において、固体と液体の混合のために用いられる撹拌装置であって、
側面で横置きに載置され、前記固体及び前記液体の撹拌対象物が投入される、全体形状が略柱体状の撹拌槽と、
前記撹拌槽の内部に於いて長手方向の中心軸方向に延在し、回転可能に軸支された回転軸と、
前記回転軸に支持され、当該回転軸の軸芯回りに回転する少なくとも１つの撹拌部材と、を備え、
前記撹拌部材は、一方端が前記回転軸に接続され、他方端が回転軸から離れる方向に延在する支柱と、前記支柱の他方端に設けられ、前記固体の撹拌対象物を掻き揚げることが可能な撹拌パドルとを有しており、
前記撹拌パドルは、前記回転軸の延在方向に平行となる撹拌面であって、前記撹拌面の垂線が前記撹拌部材の前記支柱に対し垂直となっているものを有し、
前記撹拌面の面積は、前記撹拌槽に於ける長手方向の中心軸を通る断面の最大断面積に対し、４％～４５％の範囲である撹拌装置。
前記回転軸から前記撹拌部材に於ける前記撹拌パドルの最先端部までの最大距離は、前記回転軸から前記撹拌槽の内壁面までの最小距離に対し、９０％～９９．５％の範囲である請求項１に記載の撹拌装置。
前記撹拌部材は、前記回転軸の任意の位置に、相互に離間した状態で複数設けられており、
各撹拌部材の支柱の長さ及び前記回転軸から延在する方向は、相互に同一又は異なっており、
各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積及び形状は、相互に同一又は異なっている請求項１又は２に記載の撹拌装置。
前記撹拌部材は、前記回転軸の同一の位置に、それぞれの支柱が異なる方向に延在する様に複数設けられており、
各撹拌部材の支柱の長さは、相互に同一又は異なっており、
各撹拌部材の撹拌パドルの撹拌面の面積及び形状は、相互に同一又は異なっている請求項１～３の何れか１項に記載の撹拌装置。
前記撹拌パドルの撹拌面の形状が、平板状又は環状フレーム状である請求項１～４の何れか１項に記載の撹拌装置。
前記撹拌槽の内壁面は平滑面である請求項１～５の何れか１項に記載の撹拌装置。
請求項１～６の何れか１項に記載の撹拌装置を用いた撹拌方法であって、
前記固体及び液体の撹拌対象物が前記撹拌槽内に投入された状態での液体の撹拌対象物の液面高さを、前記撹拌槽の内部に於ける底面から天面までの高さに対し３０％～９０％の範囲にして、
前記少なくとも１つの撹拌部材に於ける撹拌パドルの少なくとも一部が、前記液体の撹拌対象物の液面から表出する様に、前記撹拌部材を前記回転軸の軸芯回りに回転させ、
前記固体の撹拌対象物と前記液体の撹拌対象物とを撹拌し混合する撹拌方法。
前記撹拌部材の回転速度が、１ｍｉｎ^－１～３０ｍｉｎ^－１の範囲である請求項７に記載の撹拌方法。