(57)【要約】【課題】撹拌槽内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる撹拌装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様による撹拌装置は、角型の撹拌槽であって、側壁と底部との接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部を有する撹拌槽と、前記撹拌槽内で鉛直方向に伸びる回転軸により回転可能に支持された撹拌翼と、前記撹拌槽の側壁と前記撹拌翼との間に設けられ、前記撹拌槽内の温度を調整する温度調整手段と、を備える。【選択図】図１
2020081956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角型の撹拌槽であって、側壁と底部との接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部を有する撹拌槽と、
前記撹拌槽内で鉛直方向に伸びる回転軸により回転可能に支持された撹拌翼と、
前記撹拌槽の側壁と前記撹拌翼との間に設けられ、前記撹拌槽内の温度を調整する温度調整手段と、
を備える、
撹拌装置。
【請求項２】
前記温度調整手段は、内部に熱媒体を通流する配管である、
請求項１に記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記配管は、前記回転軸と同じ軸方向の螺旋軸を有する螺旋状に形成されている、
請求項２に記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記面取り部は、平面視において前記配管の一部と重なる位置に形成されている、
請求項３に記載の撹拌装置。
【請求項５】
前記撹拌翼は、前記撹拌槽内に収容される被撹拌物を下向きに吐出する流れを形成する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記面取り部は、前記接続部の一端から他端にわたって形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項７】
前記面取り部は、前記接続部の一端から他端までの一部に形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項８】
前記面取り部は、角面取り形状を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項９】
前記面取り部は、丸面取り形状を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、側壁の周辺に蛇管が設けられた角型の撹拌槽の内部において、蛇管の内部を流れる熱媒体により被撹拌物の温度を調整しながら撹拌翼により被撹拌物を撹拌する撹拌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この撹拌装置では、撹拌翼から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽の底部に沿って広がり、底部と蛇管の下の隙間を通った後、撹拌槽の側壁と蛇管との間を通って上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１２７８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の撹拌槽では、被撹拌物の一部は底部と蛇管の下の隙間を通った後、側壁と接触して略水平方向の流れを形成するため、上昇して蛇管に衝突する被撹拌物の流れが弱まる場合がある。蛇管に衝突する被撹拌物の流れが弱まると、被撹拌物と蛇管の内部を流れる熱媒体との間の熱交換効率が低下し、被撹拌物を加熱又は冷却する効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑み、撹拌槽内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成する本発明の一態様に係る撹拌装置は、角型の撹拌槽であって、側壁と底部との接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部を有する撹拌槽と、前記撹拌槽内で鉛直方向に伸びる回転軸により回転可能に支持された撹拌翼と、前記撹拌槽の側壁と前記撹拌翼との間に設けられ、前記撹拌槽内の温度を調整する温度調整手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
開示の撹拌装置によれば、撹拌槽内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の撹拌装置の構成例を示す斜視図
【図２】図１の撹拌装置の側面図
【図３】図１の撹拌装置の平面図
【図４】一実施形態の撹拌装置の変形例を説明するための図
【図５】第２の実施形態の撹拌装置の構成例を示す斜視図
【図６】図５の撹拌装置の側面図
【図７】第３の実施形態の撹拌装置の構成例を示す斜視図
【図８】図７の撹拌装置の側面図
【図９】従来の撹拌装置の構成例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の撹拌装置について説明する。図１は、第１の実施形態の撹拌装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１の撹拌装置の側面図である。図３は、図１の撹拌装置の平面図である。
【００１１】
撹拌装置１は、撹拌槽１０と、回転軸２０と、撹拌翼３０と、蛇管４０と、を備え、撹拌槽１０の内部にて少なくとも２種以上の撹拌対象の原料（以下「被撹拌物」という。）を撹拌する装置である。被撹拌物としては、例えばニッケルと硫黄とを含む粉状物質を硫黄の融点以上に加熱することにより生成される固液スラリーが挙げられる。
【００１２】
撹拌槽１０は、被撹拌物を収容する容器であり、角型の形状を有する。撹拌槽１０が角型の形状を有することにより、複数個の撹拌槽１０を隣接して配置する場合、円筒型の容器である場合と比較して単位面積当たりの容積効率を約２０％高めることができる。撹拌槽１０の上部は開口しており、撹拌槽１０の上部から被撹拌物が投入される。撹拌槽１０の底部１０ｂは、撹拌槽１０内の被撹拌物を排出する排出口（図示せず）に向かって下降する傾斜を有する傾斜面を形成することが好ましい。これにより、撹拌槽１０内の被撹拌物をスムーズに排出できる。ただし、撹拌槽１０の底部１０ｂは傾斜面を形成することなく、例えば図４に示されるように、平坦面を形成していてもよい。なお、図４は、第１の実施形態の撹拌装置の変形例を説明するための図である。
【００１３】
回転軸２０は、撹拌槽１０内で鉛直方向に伸びて設けられている。回転軸２０の上端には、回転軸２０を回転駆動する駆動手段（図示せず）が設けられ、駆動手段の駆動力により回転軸２０が回転する。駆動手段は、例えば減速機付モータであってよい。なお、駆動手段は、回転軸２０の下端に設けられていてもよい。
【００１４】
撹拌翼３０は、回転軸２０に取り付けられている。撹拌翼３０は、回転軸２０を回転中心として回転することで、回転軸２０と平行な方向の流れ、例えば被撹拌物を下向きに吐出する流れを形成する。撹拌翼３０の種類は、特に限定されないが、例えば被撹拌物の粘度、撹拌槽１０の大きさ等に応じて選択される。撹拌翼３０の種類としては、例えばプロペラ、ピッチドパドル形、傾斜タービン形等が挙げられる。撹拌翼３０の数は、特に限定されないが、被撹拌物の粘度、撹拌槽１０の大きさ等に応じて選択される。撹拌翼３０の数は、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。一実施形態では、回転軸２０に３つの撹拌翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃが上下方向に間隔を空けて取り付けられている。なお、図１から図３では、撹拌翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃの具体的な形状の図示を省略し、いずれも円柱形状で示している。
【００１５】
蛇管４０は、撹拌槽１０の側壁１０ｓと撹拌翼３０との間に設けられ、撹拌槽１０内の温度を調整する温度調整手段である。蛇管４０は、回転軸２０と同じ軸方向の螺旋軸を有する螺旋状に形成され、内部に熱媒体を通流する配管である。ここで、螺旋とは、回転しながら回転面（図１〜３におけるＸＹ平面）に垂直成分のある方向（図１〜３におけるＺ方向）へ上昇する曲線を意味し、回転面における形状は特に限定されない。回転面における形状は、例えば円形、楕円形、矩形等であってもよく、また例えば図３に示されるように、直線と曲線とを組み合わせた形状であってもよい。熱媒体は、例えば蒸気等の熱媒、水等の冷媒であってよい。蛇管４０の内部に熱媒を流すことにより、撹拌槽１０の内部を加熱して被撹拌物を加熱できる。また、蛇管４０の内部に冷媒を流すことにより、撹拌槽１０の内部を冷却して被撹拌物を冷却できる。例えば、撹拌槽１０の内部にてニッケルと硫黄とを含む粉状物質を投入して撹拌する場合、蛇管４０の内部に熱媒を流すことで撹拌槽１０の内部を硫黄の融点以上、ニッケルの融点未満の温度に加熱する。一実施形態では、撹拌槽１０の４つの角部のそれぞれに側壁１０ｓから所定の間隔を有して蛇管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが設けられている。ただし、蛇管４０の配置及び数は図示の例に限定されるものではない。また、図示の例では、蛇管４０は支持部材４１により撹拌槽１０に固定されているが、上方から吊るされていてもよい。
【００１６】
また、撹拌槽１０は、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部１０ｃを有する。これにより、図２の破線矢印Ｆで示されるように、撹拌翼３０から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽１０の底部１０ｂに沿って広がり、底部１０ｂと蛇管４０の下の隙間を通った後、面取り部１０ｃに衝突して流速の大きい上昇流を形成する。そのため、蛇管４０の近傍を通過する被撹拌物の流速が大きくなり、伝熱速度が大きくなる。その結果、撹拌槽１０内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる。また、面取り部１０ｃは、例えば平面視において蛇管４０の一部と重なる位置に形成されている。
【００１７】
一実施形態では、面取り部１０ｃは、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部である４つの辺のうちの全ての辺の一端から他端にわたって形成されており、角面取りされた角面取り形状を有する。面取り部１０ｃが角面取り形状を有することにより、撹拌槽１０の製造が容易である。なお、図示の例では、面取り部１０ｃが４つの辺のうちの全ての辺に形成されている場合を示しているが、これに限定されない。面取り部１０ｃは、例えば４つの辺のうちの一部の辺のみに形成されていてもよい。ただし、撹拌槽１０内の被撹拌物を加熱又は冷却する効率を高めるという観点から、４つの辺のうちの全ての辺に形成されていることが好ましい。
【００１８】
以上に説明したように、第１の実施形態の撹拌装置１によれば、撹拌槽１０は、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部１０ｃを有する。これにより、撹拌翼３０から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽１０の底部１０ｂに沿って広がり、底部１０ｂと蛇管４０の下の隙間を通った後、面取り部１０ｃに衝突して流速の大きい上昇流を形成する。そのため、蛇管４０の近傍を通過する被撹拌物の流速が大きくなり、伝熱速度が大きくなる。その結果、撹拌槽１０内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる。
【００１９】
これに対し、側壁と底部との間の接続部が面取りされていない角型の撹拌槽の場合、撹拌翼から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽の底部に沿って広がり、底部と蛇管の下の隙間を通った後、撹拌槽の四隅に向かって略水平方向に流れる。そのため、撹拌槽の四隅で流速の大きい上昇流が形成されやすい。その結果、流速が大きい上昇流と蛇管とが接触する面積が小さくなるので、撹拌槽内の被撹拌物を加熱又は冷却する効率が低下する。
【００２０】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の撹拌装置について説明する。図５は、第２の実施形態の撹拌装置の概略構成を示す斜視図である。図６は、図５の撹拌装置の側面図である。
【００２１】
図５及び図６に示されるように、第２の実施形態の撹拌装置１Ａは、面取り部１０ｃが丸面取りされた丸面取り形状を有する点で、第１の実施形態の撹拌装置１と異なる。面取り部１０ｃが丸面取り形状を有することにより、急激な流れの方向変更に伴う渦の発生を抑制し流動抵抗を減らし撹拌所要動力を減少させるという効果が奏される。なお、その他の点については、撹拌装置１と同様の構成を有する。
【００２２】
なお、図示の例では、面取り部１０ｃが４つの辺のうちの全ての辺に形成されている場合を示しているが、これに限定されない。面取り部１０ｃは、例えば４つの辺のうちの一部の辺のみに形成されていてもよい。ただし、撹拌槽１０内の被撹拌物を加熱又は冷却する効率を高めるという観点から、側壁１０ｓと底部１０ｂにより形成された４つの辺のうちの全ての辺に形成されていることが好ましい。
【００２３】
第２の実施形態の撹拌装置１Ａによれば、第１の実施形態の撹拌装置１と同様、撹拌槽１０は、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部１０ｃを有する。これにより、撹拌翼３０から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽１０の底部１０ｂに沿って広がり、底部１０ｂと蛇管４０の下の隙間を通った後、面取り部１０ｃに衝突して流速の大きい上昇流を形成する。そのため、蛇管４０の近傍を通過する被撹拌物の流速が大きくなり、伝熱速度が大きくなる。その結果、撹拌槽１０内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる。
【００２４】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の撹拌装置について説明する。図７は、第３の実施形態の撹拌装置の概略構成を示す斜視図である。図８は、図７の撹拌装置の側面図である。
【００２５】
図７及び図８に示されるように、第３の実施形態の撹拌装置１Ｂは、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部である４つの辺のうちの全ての辺の一端から他端までの一部が角面取りされた面取り部１０ｃを有する点で、第１の実施形態の撹拌装置１と異なる。言い換えると、面取り部１０ｃは、撹拌槽１０の底部１０ｂ側の４つの角部に形成されている。これにより、撹拌所要動力の減少という効果が奏される。なお、その他の点については、撹拌装置１と同様の構成を有する。
【００２６】
なお、図示の例では、面取り部１０ｃが４つの辺のうちの全ての辺に形成されている場合を示しているが、これに限定されない。面取り部１０ｃは、例えば４つの辺のうちの一部の辺のみに形成されていてもよい。ただし、撹拌槽１０内の被撹拌物を加熱又は冷却する効率を高めるという観点から、側壁１０ｓと底部１０ｂにより形成された４つの辺のうちの全ての辺に形成されていることが好ましい。また、図示の例では、面取り部１０ｃが角面取り形状を有しているが、これに限定されず、例えば丸面取り形状を有していてもよい。
【００２７】
第３の実施形態の撹拌装置１Ｂによれば、第１の実施形態の撹拌装置１と同様、撹拌槽１０は、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部１０ｃを有する。これにより、撹拌翼３０から下向きに吐出された被撹拌物が撹拌槽１０の底部１０ｂに沿って広がり、底部１０ｂと蛇管４０の下の隙間を通った後、面取り部１０ｃに衝突して流速の大きい上昇流を形成する。そのため、蛇管４０の近傍を通過する被撹拌物の流速が大きくなり、伝熱速度が大きくなる。その結果、撹拌槽１０内の被撹拌物を効率よく加熱又は冷却できる。
【００２８】
〔シミュレーション結果〕
以下、一実施形態の撹拌装置の効果を確認したシミュレーション結果について説明する。
【００２９】
（条件１）
条件１の撹拌装置は、図１〜３に示されるように、面取り部１０ｃが側壁１０ｓと底部１０ｂとにより形成された４つの辺のうちの全ての辺の一端から他端にわたって形成されている撹拌槽１０を備える。撹拌槽１０は、３．９ｍ角で高さが３．３ｍの角型の形状を有する。面取り部１０ｃは、角面取り形状を有し、面取り幅が８００ｍｍである。また、撹拌装置は、撹拌槽１０の内部に鉛直方向に伸びる回転軸２０により回転可能に支持された３つの撹拌翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有し、撹拌槽１０の側壁１０ｓの四隅にそれぞれ呼び径が５０Ａの鋼管で形成された蛇管４０を備える。
【００３０】
（条件２）
条件２の撹拌装置は、図７及び図８に示されるように、面取り部１０ｃが側壁１０ｓと底部１０ｂとにより形成された４つの辺のうちの全ての辺の一端から他端までの一部に形成されている撹拌槽１０を備える。撹拌槽１０は、３．９ｍ角で高さが３．３ｍの角型の形状を有する。面取り部１０ｃは、撹拌槽１０の底部１０ｂ側の４つの角から各辺に沿って８００ｍｍまでの範囲に形成されている。面取り部１０ｃは、角面取り形状を有し、面取り幅が４１０ｍｍ、２２０ｍｍである。また、撹拌装置は、撹拌槽１０の内部に鉛直方向に伸びる回転軸２０により回転可能に支持された３つの撹拌翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有し、撹拌槽１０の側壁１０ｓの四隅にそれぞれ呼び径が５０Ａの鋼管で形成された蛇管４０を備える。
【００３１】
（条件３）
条件３の撹拌装置は、図９に示されるように、側壁１０ｓと底部１０ｂとにより形成された４つの辺のいずれもが面取りされていない撹拌槽１０を備える。なお、その他の構成については、条件１の撹拌装置と同様である。
【００３２】
（評価）
ＡＮＳＹＳ社の汎用熱流体解析ソフトウェア（ＣＦＸ）を用いた気液二相流（自由界面）解析により、条件１〜３の撹拌装置を用いた場合の蛇管４０に接する融液の量を評価した。
【００３３】
評価の際、気相として空気、液相として溶融硫黄の物性値（工場の操業条件）を適用し、乱流モデルとしてＳＳＴ（Shear Stress Transport）モデルを用いた。また、蛇管４０に接する融液の量を評価するため、蛇管４０から５ｍｍ離れた面上で融液の速度を積分し、その積分値を蛇管４０に接する融液の量とみなして評価した。
【００３４】
ＣＦＸを用いた評価の結果、蛇管４０に接する融液の量は、条件１では３５．７ｍ３／秒、条件２では３４．２ｍ３／秒、条件３では３３．６ｍ３／秒であった。これらの結果から、側壁１０ｓと底部１０ｂとの間の接続部の少なくとも一部が面取りされた面取り部１０ｃを有する撹拌槽１０を用いることにより、蛇管４０に接する融液の量が増加し、撹拌槽１０内の融液を効率よく加熱又は冷却できると考えられる。また、面取り部１０ｃが側壁１０ｓと底部１０ｂとにより形成された４つの辺のうちの全ての辺の一端から他端にわたって形成されている場合、特に蛇管４０に接する融液の量が増加し、撹拌槽１０内の融液をより効率よく加熱又は冷却できると考えられる。
【００３５】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００３６】
上記の実施形態では、温度調整手段の一例として内部に熱媒体を通流する配管を螺旋状に形成した蛇管４０を説明したが、これに限定されない。温度調整手段は、例えばシーズヒータ等であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１，１Ａ，１Ｂ  撹拌装置
１０    撹拌槽
１０ｂ  底部
１０ｃ  面取り部
１０ｓ  側壁
２０    回転軸
３０    撹拌翼
４０    蛇管
【図１】
2020081956.tif 000003
【図２】
2020081956.tif 000004
【図３】
2020081956.tif 000005
【図４】
2020081956.tif 000006
【図５】
2020081956.tif 000007
【図６】
2020081956.tif 000008
【図７】
2020081956.tif 000009
【図８】
2020081956.tif 000010
【図９】
2020081956.tif 000011