(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形物を含んだ被混合流体が流通する流通管と、
前記被混合流体に所定の圧力を付与して前記流通管内を流通させる被混合流体の圧送手段と、
前記流通管の中に設けられ、前記流通管と同一の軸線上に所定の捩じり角および所定のピッチで複数配置された攪拌羽根と、
この攪拌羽根を前記軸線の周りに支持する軸とからなる攪拌体と、
前記攪拌羽根を回転させる回転駆動手段とを有し、
前記攪拌羽根が前記軸線の周りに正逆回転自在で、かつ前記回転駆動手段が前記攪拌体を正逆回転させることを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記被混合流体が液状流体と固形物とからなり、前記固形物の含有率が５ないし３０重量パーセントで、前記固形物の粒径が前記流通管の内径の０．２ないし０．７倍で、前記被混合流体の粘度が５００ｃｐ以上５０００ｃｐ以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記圧送手段による前記被混合流体の流通速度Ａと、前記回転駆動手段が前記攪拌体を回転させることによる前記被混合流体の流通速度Ｂとの関係が、０．３＜Ｂ／Ａ＜１であること、
を特徴とする請求項２に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記攪拌羽根は前記攪拌体の一端側から他端側まで連続して形成され、かつ前記攪拌羽根のピッチは前記流通管の管内径に対して２倍以上６倍以下であること、
を特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
前記攪拌体の両端の攪拌羽根の隅部を欠落させてなめらかな傾斜状にしたこと、
を特徴とする請求項４に記載の流体混合装置。
【請求項６】
前記流通管に被混合流体を導入する導入口は、前記流通管の側方から前記攪拌羽根が設けられた部位に開口すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流通管内に供給された比較的粘性の高い被混合流体を攪拌羽根で攪拌しながら流すことによって管内の流速の分布を均一化する流体混合装置に関し、特に、ジャガイモやニンジン，挽き肉のような固形物を一定割合で含有するカレーやシチューのような被混合流体を詰まりなくスムースに流すことのできる流体混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主として液体や気体、粉体などの複数種類の流体を均一に攪拌することが、各種の産業分野において極めて重要であり、特に化学処理あるいは食品加工等においては効率の良いかつ均一な混合が得られる流体混合装置が望まれている。そのため、例えば特公平３−２５２１４号や特開平９−２８０７８３号、特開平８−４２９８２号等によって種々の流体混合装置が提案されている。これら装置は、一般に流通管内に静止または回転可能な攪拌羽根を備え、被混合流体をポンプ等の圧送手段で所定の圧力で前記流通管の一方から押し込むことにより、前記攪拌羽根で被混合流体を攪拌し、混合の均一化を図ったものである。一般に、このような攪拌装置は、スタティックミキサとして食品の殺菌のための熱交換機や複数種の食材を均一に混合してパックに充填する食品充填装置などによく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の流体混合装置では、被混合流体が固形物を含有する場合には、前記固形物が攪拌羽根と流通管の内壁との間に挟まり易く、固形物が攪拌羽根と流通管の内壁との間に挟まると次々に固形物が滞留して被混合流体の流れを阻害し、装置の十分な混合能を得ることができないという問題がある。また、上記したような固形物の詰まりの除去は装置を分解して行わなければならず、時間と手間がかかり作業効率が悪いという問題がある。
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ジャガイモやニンジン，挽き肉のような固形物を含有するカレーやシチューのような一定の粘度の被混合流体を流体混合装置の流通管に流す場合において、前記固形物が流通管内で容易に詰まらないようにし、また、詰まりが生じた場合にもその詰まりを装置を分解することなく容易に除去することが可能な流体混合装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の流体混合装置は以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、固形物を含んだ被混合流体が流通する流通管と、
前記被混合流体に所定の圧力を付与して前記流通管内を流通させる被混合流体の圧送手段と、
前記流通管の中に設けられ、前記流通管と同一の軸線上に所定の捩じり角および所定のピッチで複数配置された攪拌羽根と、
この攪拌羽根を前記軸線の周りに支持する軸とからなる攪拌体と、
前記攪拌羽根を回転させる回転駆動手段とを有し、
前記攪拌羽根が前記軸線の周りに正逆回転自在で、かつ前記回転駆動手段が前記攪拌体を正逆回転させることを特徴とする流体混合装置として構成した。
この構成により、流通管内に導入された被混合流体は、ポンプ等の圧送手段によって前記流通管の一側から押し込まれ、他側から押し出される。前記流通管の中には攪拌羽根を備えた攪拌体が設けられているので、前記被混合流体はこの攪拌羽根によって攪拌される。また、前記攪拌羽根は回転駆動手段により回転させられるので、固形物が攪拌羽根に沿って強制的に送られ、攪拌羽根と流通管の内壁との間に固形物が容易に挟まるということを防止できる。また、例え攪拌羽根と流通管の内壁との間に固形物が詰まっても、攪拌羽根の回転作用により固形物の詰まりが強制的に除去される。さらに、固形物が攪拌羽根と流通管の内壁との間に強固に挟まった場合にも、攪拌羽根の正回および逆転の繰り返しにより、装置を分解することなく固形物を除去することが可能になる。
なお、従来技術の特公平３−２５２１４号にも回転する攪拌羽根を有する流体混合装置が開示されているが、同公報の攪拌羽根は被混合流体の流れによって回転されるものであるため、固形物が詰まり始めると攪拌羽根の回転も低下して詰まりを防止または除去することはできず、本願の課題を解決することはできない。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記被混合流体が液状流体と固形物とからなり、前記固形物の含有率が５ないし３０重量パーセントの範囲内で、前記固形物の粒径が前記流通管の内径に対して０．２ないし０．７倍で、前記被混合流体の粘度が５００ＣＰ以上５０００ＣＰ以下であることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置として構成した。
本発明の流体混合装置は一定の粘性を有し一定量の固形物を含有する被混合流体に適するが、特に上記したような条件における被混合流体で効果が顕著である。このような被混合流体としては、固形物としての玉葱，ジャガイモ，ニンジン，挽き肉等を含有する例えばカレーやシチューのソースやルーがある。
請求項３に記載の発明は、前記圧送手段による前記被混合流体の流通速度Ａと、前記回転駆動手段が前記攪拌体を回転させることによる前記被混合流体の流通速度Ｂとの関係が、０．３＜Ｂ／Ａ＜１であることを特徴とする請求項２に記載の流体混合装置として構成した。
【０００６】
この構成により、例えば被混合流体の加熱殺菌を行うような場合において、攪拌羽根を回転させても、Ｂ／Ａ＜１としているので被混合流体が流通管を通過する時間は従来と殆ど変わりがなく、十分な加熱殺菌等を行うことができる。また、Ｂ／Ａは少なくとも０．３より大きくしているので、固形物の詰まりを防止するという本発明の効果は十分に得ることができる。
請求項４に記載の発明は、前記攪拌羽根は前記攪拌体の一端側から他端側まで連続して形成され、かつ、前記攪拌羽根のピッチは前記流通管の管内径に対して２倍以上６倍以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体混合装置として構成した。
この構成により、攪拌羽根は攪拌体の一端側から他端側までつなぎ目のない滑らかな構造体として形成することができ、被混合流体中の固形物が引っ掛かることなくスムースに流通管内を流れる。上記したような条件の被混合流体においては攪拌羽根のピッチを２倍以上６倍以下としたときに最も良好な結果が得られる。なお、連続的な攪拌羽根を有する攪拌体は、例えば長尺帯状の部材の両端を同一軸線上で把持して所定回数捩じることにより形成することができるが、このようにして攪拌体を形成した場合は、捩じり回数によって攪拌体に形成される攪拌羽根の個数，ピッチ，捩じり角が決定される。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、前記攪拌体の両端の攪拌羽根の角部を切り落として滑らかな傾斜状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の流体混合装置として構成した。
上記したように長尺帯状の部材の両端を所定回数捩じって攪拌羽根を形成すると、攪拌端の両側の攪拌羽根は軸線に対して垂直な端部を有することになり、当該部分で被混合流体が詰まりやすく、つまり固形物が引っ掛かりやすくなる。そこで、請求項５に記載するような構成とすることにより、被混合流体を詰まりなくスムースに流すことができるようになる。
請求項６に記載の発明は、前記攪拌羽根は前記軸線の周りに正逆回転自在で、かつ、前記回転駆動手段は前記攪拌体を正逆回転させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体混合装置として構成した。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、前記流通管に被混合流体を導入する導入口は、前記流通管の側方から前記攪拌羽根が設けられた部位に開口することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の流体混合装置として構成した。
この構成により、最も詰まりが生じやすい攪拌羽根の端部分を割けて流通管内に被混合流体を導入することができ、詰まりの発生をより一層防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の流体混合装置の好適な一実施形態を、図面に従って詳細に説明する。なお、以下の説明において「一端」というときには図面の右側を、「他端」というときには図面の左側を指すものとする。また、この実施形態で流体混合装置は、ジャガイモやニンジン，玉葱，挽き肉等の固形物を一定割合で含有するカレーやシチューといった食品用の被混合流体を、混合しながら加熱殺菌するものとして説明するが、この発明は上記の被混合流体に限定されず、また、処理も加熱殺菌に限らず他のどんな処理にも適用が可能である。
図１は本発明の流体混合装置の一実施形態にかかり、その縦断面図、図２は図１のＡ部の部分拡大図である。
【００１０】
流体混合装置１は、被混合流体が流通する断面円形状の流通管９と、この流通管９の外側に形成されたジャケット１３と、流通管９の内部に設けられ定ピッチｐで攪拌羽根１１を複数有する攪拌体１０と、この攪拌体１０を回転させる駆動体としてのモータ１５とを有する。この実施形態で流体混合装置１は、同一長さ，同一管径を有する同一構成の３本の流通管９を平行に配置し、１番目の流通管（図１中最も上の流通管）から３番目の流通管（図１中最も下の流通管）まで被混合流体を流す間に、ジャケット１３内を流通する高温の蒸気等によって被混合流体を加熱殺菌するようになっている。
各流通管９の間およびジャケット１３の間は、連結管１８，１９および連結管２２，２３で連結されている。連結管１８，１９および連結管２２，２３は、それぞれ流通管９の反対端に連結されていて、被混合流体および殺菌用の蒸気が流通管９の一端から他端まで流れるようになっている。一番目の流通管９の一端の側面には、被混合流体を流通管９内に導く導入管１７が連結されている。この導入管１７の一端は開口部１７ａで流通管９の内部に連通し、一端は圧送ポンプ等の図示しない被混合流体の圧送手段に連結されている。この圧送手段の駆動によって、被混合流体は一定の圧力で流通管９内に導入される。また、三番目の流通管９の他端の側面には、加熱殺菌処理を終えた被混合流体を流通管９から排出する排出管２０が連結されている。同様に、一番目のジャケット１３の一端には蒸気の排出管２１が連結され、三番目のジャケット１３の他端には蒸気の導入管２４が連結されている。
【００１１】
攪拌体１０は、流通管９と同一の軸線上に所定の捩じり角αおよび所定のピッチｐで複数配置された攪拌羽根１１と、この攪拌羽根１１を前記軸線の周りに回転自在にする軸１２とからなる。攪拌羽根１１は、長尺帯状の鋼材の両端を同一軸線上で把持した状態で所定回数捩じることにより形成できる。このようにすると、捩じり回数（捩じり回転角）に応じた個数の攪拌羽根１１を前記軸線上に形成することができる。従って、前記長尺帯状の鋼材の長さおよび捩じり回数が決まれば、必然的に攪拌羽根１１のピッチｐおよび捩じり角αが決定される。ピッチｐは、固形物の含有率が５ないし３０重量パーセントの範囲内で、前記固形物の粒径が前記流通管の内径に対して０．２から０．７倍の範囲内で、前記被混合流体の粘度が５００ＣＰ以上５０００ＣＰ以下である被混合流体であるときには、流通管９の管内径に対して４倍ないし１２倍程度であることが望ましく、６倍程度であることが好ましい。例えば、流通管９の内径が約１３ｍｍであるときには、ピッチｐは７８ｍｍ前後とすることが好ましい。なお、ここでいう「ピッチｐ」とは、長尺帯状の鋼材の両端を同一軸線上で把持した状態で例えば３６０度捩じった場合において、前記鋼材の上に形成される二つの攪拌羽根１１の間の距離である。
【００１２】
軸１２は攪拌羽根１１の両端に形成され、その一方の端は流通管９の外側に突出する。また、他方の端は流通管９内で回転自在に支持される。流通管９の外側に突出する軸１２の先端は、回転駆動手段であるモータ１５の回転軸に連結される。従って、このモータ１５が駆動すると、攪拌羽根１１は正逆いずれかの方向に回転し、流通管９内を流れる被混合流体を攪拌する。
この実施形態では、平行に配置された３つの流通管９の各々に攪拌体１０を設け、各攪拌体１０に応じてモータ１５を設けている。これら３つのモータ１５の駆動は、この流体混合装置１の外側に設けられた同期駆動制御部２５によって制御され、各流通管９内での攪拌体１１による被混合流体の流速が同一になるように管理される。
【００１３】
この実施形態のように加熱殺菌処理のために被混合流体を一定以上の時間をかけて流通管９を通過させなければならないような場合は、攪拌羽根１１の回転による被混合流体の流速が圧送手段による被混合流体の流速を超えないようにしなければならない。すなわち、攪拌羽根１１の回転による被混合流体の流速をＢとし、圧送手段による被混合流体の流速をＡとした場合、両者の間には少なくともＢ／Ａ＜１なる関係が成立していなければならない。また、この発明の効果を十分に奏するためには、Ｂ／Ａは０（Ｂ／Ａ＝０のとき攪拌羽根１１は停止状態である）より大きいものでなければならず、Ｂ／Ａ＞０．３とすることが好ましい。
【００１４】
発明者らは、固形物が最も詰まりやすい場所はどこかを繰返し実験を行って調査したが、その結果、固形物が最も詰まりやすいのは、流通管９の内壁によって三方が囲まれた攪拌体１０の両端の攪拌羽根９の部分であることが判った。長尺帯状の鋼材を所定回数捩じって攪拌羽根を形成すると、攪拌体の両端の攪拌羽根は軸線に対して垂直に立ち上がる端面を有することになるが、この実施形態では攪拌体の両端側の攪拌羽根での詰まりを防止するため、両端の攪拌羽根１１の角部を切落して面取りを施し、緩やかな傾斜部１１ａを形成している。このように、両端の攪拌羽根１１に傾斜部１１ａを形成することにより、流通管９の内壁との間の隙間が大きくなるので、両端の攪拌羽根１１での詰まりを生じにくくすることができる。また、導入管１７を流通管９の一端に平行に繋げた場合（被混合流体を攪拌体１０の軸線方向から供給した場合）にも詰まりを生じにくくすることができる。
また、導入管１７の開口１７ａは、攪拌羽根９が設けられた流通管９の途中部位の側面に形成してもよい。このように、被混合流体を攪拌体１０の側方から供給するようにすれば、固形物が最も詰まりやすい攪拌体１０の両端部分を避けて被混合流体を供給することができる。
上記した各手段と攪拌羽根１１の傾斜部１１ａとの組合せにより、攪拌体１０の両端における詰まりを殆ど解消することができる。同様の理由により、連結管１８，１９の開口１８ａ，１９ａも、攪拌体１０の途中部位に開口するようにしてもよい。
【００１５】
次に、上記構成の本発明の流体混合装置の作用を説明する。
ジャケット１３には導入管２４から蒸気が導入され、連結管２３，２２を経て排出管２１から排出される。被混合流体は、導入管１７から図示しない圧送手段によって流通管９内に導入される。つまり、熱媒体である蒸気は、被混合流体とは逆向きに流れるわけである。
導入管１７の開口部１７ａは、攪拌羽根１１の途中部位に開口しており、かつ、攪拌羽根９の一端は面取りが施されて傾斜部１１ａとして形成されているので、三方が流通管９の内壁に囲まれた攪拌体１０の端部の攪拌羽根１１においても被混合流体が詰まりにくく、従って被混合流体の流れが阻害されるということがない。
攪拌体１０の軸１２はモータ１５の回転軸に連結されているため、被混合流体の加熱殺菌作業が行われている間、モータ１５の駆動によって攪拌羽根９は一定の回転数で回転している。モータ１５の駆動は同期駆動制御部２５によって制御されるが、管径１３ｍｍ，攪拌羽根のピッチｐ＝７８ｍｍの条件下において攪拌羽根１１の回転数を１５０〜３００ｒｐｍ程度とすることが好ましい。この攪拌羽根１１の回転により、流通管９の断面における被混合流体の流速が均一化されるとともに、攪拌羽根９の混合作用により被混合流体がまんべんなく流通管９の内壁に押し当てられ、むらのない殺菌処理が行われる。
【００１６】
固形物は、攪拌羽根１１と流通管９の内壁との間の僅かな隙間に入り込もうとするが、攪拌羽根１１はモータ１５によって回転させられているため、回転する攪拌羽根１１によって強制的に送られ、詰まりが生じるということが防止される。もし、攪拌羽根９と流通管９の内壁との間の僅かな隙間に固形物が嵌まり込んで詰まったとしても、攪拌羽根９の回転によって当該固形物が強制的に移動させられ一箇所に留まることがないので、他の固形物が当該固形物によって流通を阻害されて一箇所に滞留するということがない。さらに、被混合流体に含まれる固形物が玉葱，ジャガイモ，ニンジン，挽き肉のような食品その他切断しやすいものである場合には、攪拌羽根９の周縁部がエッジ（刃物）として作用し、回転とともに嵌まり込んだ固形物を切断して詰まりを除去する。また、これらによっても詰まりを除去できないときは、装置の稼働を一時的に停止して攪拌羽根を逆回転させてもよい。このようにして殆どの詰まりは除去できるので、装置の分解，洗浄による詰まり除去作業は殆ど不要になる。
【００１７】
本発明の発明者は、以下の条件下で被混合流体の流通試験を行い、詰まりの発生状況を調べた。
【００１８】
【表１】
0003609618.tif 000002
【００１９】
上記条件下で３０分の流通試験を行ない、詰まり回数を調べたところ、装置の稼働を停止させて詰まりの除去を行わなければならないような詰まりは発生しなかった。攪拌羽根１１と流通管９の内壁との間に若干の詰まりと固形物の滞留が認められたが、いずれも攪拌羽根１１の回転によって詰まりが移動し、自然に除去された。従来装置（スタティックミキサー）では、装置の稼働を停止させて除去しなければならないようなうな詰まりが１時間に数回程度発生していたので、この発明によって飛躍的に詰まり回数を削減できることが確認できた。
本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。
例えば、攪拌羽根１１は正逆回転自在であるとして説明したが必ずしもその必要はなく、被混合流体の流れ方向に沿った正回転あるいは流れ方向と逆の逆回転のいずれか一方であってよい。また、攪拌羽根１１は、長尺帯状の鋼材の両端を把持して捩じることにより形成するものとして説明したが、軸線上に所定の捩じり角αを有する攪拌羽根１１を所定のピッチｐで溶接等により複数設けるものとしてもよい。導入管および連結管の開口部の近傍では、攪拌体１０に攪拌羽根９を設けず軸１２のみとして構成してもよい。また、攪拌羽根１１の形状は任意であり、スクリュー状やパドル状等にしてもよく、捩じり角やピッチを任意に設定してもよい。さらに、攪拌羽根の全長にわたってピッチや捩じり角を等しくする必要はなく、部分ごと、あるいは攪拌羽根ごとに異ならせてもよい。
【００２０】
さらに、固形物を含む粘性流体の詰まり防止や詰まり除去の方法として、流通管９や攪拌羽根１１に振動を与えたり、流通管９の内壁にテフロン加工を施したり、攪拌羽根１１と流通管９の内壁との隙間を大きくしたり、攪拌羽根１１を前後に動かしたりすることが知られているが、これら方法を上記の実施形態と組み合わせることにより、より詰まりにくく詰まりの除去がしやすい流体混合装置を得ることができることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の流体混合装置は上記のように構成されているので以下のような効果を奏する。
攪拌羽根を回転させることによって固形物が攪拌羽根と流通管の内壁の間に挟まりにくくなるので、加熱処理や混合処理等の一定の処理を確実に行うことができるほか、長時間にわたって固形物を含有する被混合流体のスムースな流れを実現し、装置の稼働時間を延長して歩留り率を向上させることができる。
【００２２】
また、詰まりが生じた場合にも装置を分解することなく攪拌羽根の回転によって簡単に詰まりを除去することが可能になるので、作業負担が軽減され作業効率も大幅に向上する。
このように、本発明は、従来、適用が困難であるとされた固形物を含む一定粘性の被混合流体にもスタティックミキサを利用することができるので、スタティックミキサの利用範囲が飛躍的に拡大する。特に、流体を均一に流すことで一定の滞留時間を確保することが重要となる殺菌装置として利用する場合に多大な効果が得られ、詰まりによる焦げや加熱を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における流体混合装置の縦断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【符号の説明】
１                      流体混合装置
９                      流通管
１０                    攪拌体
１１                    攪拌羽根
１２                    軸
１３                    ジャケット
１４                    空間
１５                    モータ（回転駆動手段）
１７                    導入管
１８，１９              連結管
１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａ    開口部
２０                    排出管
２１                    排出管
２２，２３              連結管
２４                    導入管
２５                    同期駆動制御部
ｐ                      攪拌羽根のピッチ
α                      攪拌羽根の捩じり角
【図１】
0003609618.tif 000003
【図２】
0003609618.tif 000004