(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種以上の混合溶液を攪拌混合するか、あるいは、液体中に粉体を攪拌混合する攪拌装置において、
溶液を満たした直立筒状の容器内に、垂直または略垂直軸回りに任意の回転数で回転自在な回転軸に直角に放射状に突設した複数枚の軸芯に平行な矩形平板状の平パドル羽根を有する攪拌機を浸漬した攪拌装置であって、
該平パドル羽根は、回転軸とは反対側の縁端部近傍の回転方向背面側に、運転中に該平パドル羽根の回転方向背面側の長手方向に沿って流れる流体を上下に二分する突起物を突設したことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
平パドル羽根の回転方向背面側の突起物を、半砲弾形、半球形、もしくは半円錐形とした請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】
平パドル羽根の突起物が取り付けられる位置に平パドル羽根を貫通する透孔（噴流孔）を設けるとともに、該透孔の回転方向背面側に該透孔の周囲のうち外側方向（反回転軸側方向）のみを開口し、かつ、それ以外の部分が被覆された略ポケット状の曲面板で形成された突起物を配設してなる請求項１または請求項２記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の混合溶液を攪拌混合するか、あるいは、液体中に粉体を攪拌混合する攪拌装置に係り、特に、攪拌機に使用する平パドル羽根に、創意工夫を凝らして攪拌混合効率を向上させ、吐出流量を増大させるとともに、消費動力の低減化を図った攪拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
攪拌装置に使用される攪拌羽根には、垂直または略垂直軸回りに任意の回転数で回転自在な回転軸に直角に放射状に突設して取り付けられ、大別すると、図８に示すように、軸流型と輻流型とがあり、軸流型には、プロペラ型、パドル型、ハイドロフォイル型等があり、一方、輻流型には、図９に示すように、パドル型、特殊パドル型、タービン型等がある。
その中で最も簡単な構造をしており、かつ、多く使用されている攪拌羽根として、たとえば、垂直または略垂直軸回りに任意の回転数で回転自在な回転軸に直角に放射状に突設した複数枚の軸芯に平行な矩形平板状の平パドル羽根がある。
この平パドル羽根は、安価な製作費で製造され、傾斜パドルも含めて攪拌装置全体の５０％以上に使用され、攪拌装置を使用する化学業界、製紙業界、窯業業界ほかの産業界に広く普及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造が簡単で多く使用される平パドル羽根を有する攪拌装置には、下記のような問題があった。
すなわち、平パドル羽根は、攪拌所要動力が大きく、それに反して吐出能力が小さいという性能上の問題を抱えていた。
そこで、この業界では、最近では、平パドルの製作が容易な単純な曲面を取り入れ、吐出性能をアップさせる試みもなされているが、この場合、曲面パドルの背面に沿って流れる流体の移動が円滑になり、吐出能力は増大するけれども、その反面、流体に働く剪断力が減殺されて流体同士の混合性能が低下し、混合機能の面では、性能的にもうひとつ十分なものでなかった。
本発明では、こうした簡単な構造をしている平パドル羽根のメリットを生かしつつ、攪拌性能を従来の程度より大きく向上させる意図のもとに着想されたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明においては、第１の発明では、２種以上の混合溶液を攪拌混合するか、あるいは、液体中に粉体を攪拌混合する攪拌装置において、溶液を満たした直立筒状の容器内に、垂直または略垂直軸回りに任意の回転数で回転自在な回転軸に直角に放射状に突設した複数枚の軸芯に平行な矩形平板状の平パドル羽根を有する攪拌機を浸漬した攪拌装置であって、該平パドル羽根は、回転軸とは反対側の縁端部近傍の回転方向背面側に、運転中に該平パドル羽根の回転方向背面側の長手方向に沿って流れる流体を上下に二分する突起物を突設した構成とした。
【０００５】
また、第２の発明では、第１の発明において、平パドル羽根の回転方向背面側の突起物を、半砲弾形、半球形、もしくは半円錐形とした。
【０００６】
さらに、第３の発明では、第１や第２の発明において、平パドル羽根の突起物が取り付けられる位置に平パドル羽根を貫通する透孔（噴流孔）を設けるとともに、該透孔の回転方向背面側に該透孔の周囲のうち外側方向（反回転軸側方向）のみを開口し、かつ、それ以外の部分が被覆された略ポケット状の曲面板で形成された突起物を配設してなる構成とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、第１の発明では、２種以上の混合溶液を攪拌混合するか、あるいは、液体中に粉体を攪拌混合する攪拌装置において、溶液を満たした直立筒状の容器内に、垂直または略垂直軸回りに任意の回転数で回転自在な回転軸に直角に放射状に突設した複数枚の軸芯に平行な矩形平板状の平パドル羽根を有する攪拌機を浸漬した攪拌装置であって、該平パドル羽根は、回転軸とは反対側の縁端部近傍の回転方向背面側に、運転中に該平パドル羽根の回転方向背面側の長手方向に沿って流れる流体を上下に二分する突起物を突設した構成としたため、回転中の平パドル羽根の長手方向に沿って流れる流体は、突起物に当接して上下に二分され、それぞれの流れは互いに逆向きに渦流を形成しつつ外側方向に流れ、この２本の渦流流れが突起物の外側でぶつかりあって、相互作用を起こして流体同士に局部的に大きい剪断力が働き、この剪断力により気泡や液滴の微細化が促進され、混合性能がアップする。
【０００８】
また、第２の発明では、平パドル羽根の回転方向背面側の突起物を、半砲弾形、半球形、もしくは半円錐形としたので、突起物の先端部に当接する平パドル羽根の長手方向に沿う流体は上下に二分されるときに、渦流の形成が容易に起こり、この二つの渦流が突起物の外側で合流する際に、お互いに大きな剪断力を作用し合う結果、攪拌混合効果がさらにアップする。
【０００９】
さらに、第３の発明では、平パドル羽根の突起物が取り付けられる位置に平パドル羽根を貫通する透孔（噴流孔）を設けるとともに、該透孔の回転方向背面側に該透孔の周囲のうち外側方向（反回転軸側方向）のみを開口し、かつ、それ以外の部分が被覆された略ポケット状の曲面板で形成された突起物を配設したので、透孔を通過した流体が外側方向に円滑に導かれるとともに、突起物により上下に二分された流体流れの真ん中に、さらに、透孔を通過した第３の流れが加わる結果、一層、流体同士の混合効果が高まり、高い混合性能が発揮される。
【００１０】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細について説明する。図１〜図７は本発明の実施例に係り、図１は攪拌装置の全体縦断面図、図２は攪拌装置の攪拌羽根の側面図、図３は攪拌羽根の回転方向背面に取り付ける突起物の種々の形態を示す説明図、図４は運転中の攪拌羽根回りの流れ状態を示す斜視図、図５は本発明の攪拌羽根と従来型後退翼の回転駆動時の流動状態の比較説明図（平面図）、図６は本発明の攪拌羽根と従来の平パドル攪拌羽根の吐出量に関する比較を示すグラフ、図７は本発明の攪拌羽根と従来型平パドル羽根の回転駆動時の流動状態の比較図（平面図）、図８は回転駆動時の攪拌羽根回りの流れ状態を示す側面図である。
【００１１】
図１は、本発明の攪拌装置の全体縦断面図を示すもので、攪拌装置１０は、蓋付の円筒容器状の攪拌槽１０ａが複数の柱脚１０ｂを介して直立状態に保持され、内部には、攪拌機２０が収納される。攪拌機２０は攪拌槽１０ａの頂部を貫通して攪拌槽１０ａ内部に垂直に垂下された回転軸２２の下端に直交配列された４枚の矩形状の平板からなる平パドル羽根で形成された攪拌羽根２４が固設され、電動機および減速機からなる回転駆動装置２０ａで竪軸回りに回転自在に配設されている。攪拌槽１０ａの内壁面には、円周等分に２〜４枚の垂直平板状の邪魔板１０ｃが固設される。
【００１２】
本発明（第１の発明）の攪拌羽根２４は、回転軸とは反対側の縁端部近傍の回転方向背面側に、運転中に該平パドル羽根の回転方向背面側の長手方向に沿って流れる流体を上下に二分する突起物２６を突設したことに特徴があり、突起物２６の形状は、上述のように、運転中に該平パドル羽根の回転方向背面側の長手方向に沿って流れる流体を上下に二分するものであれば、どのような形状でもよいが、羽根に沿う長手方向流れを円滑に上下に二分するため、望ましくは、図３に示すように、突起物２６は、たとえば、図３（ａ）の砲弾を縦に二等分してその半分を、先端部を回転軸方向に向けて取り付けた半砲弾型や、図３（ｂ）の真球を半分にした半球型や、円錐を縦に二等分してその半分を、先端部を回転軸方向に向けて取り付けた半円錐型のもののいずれかとする（第２の発明）。
【００１３】
このように構成された本発明（第１の発明）の攪拌羽根２４を備えた攪拌装置１０では、運転中、回転する攪拌羽根２４の背面に攪拌羽根２４の長手方向を内側から外側に流れる流体は、外側縁端部近傍に設けた突起物２６の存在により、上下に二分された流れになるとともに、その各々の流れは、互いに逆向きの渦流を生じ、このため、この両流体流れが突起物２６の後方（外側方向）で再び合流する際に、互いに激しく剪断力を与えあって両流体の攪拌・混合作用が効率よく行なわれる結果、混合効率が飛躍的に上昇する。
【００１４】
また、本発明（第３の発明）の攪拌羽根２４は、図２や図４に示すように、回転軸２２とは反対側の縁端部近傍の突起物２６を取り付ける位置に、円形または楕円形の透孔からなる噴流孔２４ａを穿設し、この噴流孔２４ａの外側方向（反回転軸側方向）のみを開口状態とし、それ以外の噴流孔２４ａの回りを被覆するようにして、噴流孔２４ａを通過後の噴流を外側斜め方向に導くために、前記した突起物２６は内部を空洞状態に形成する。図４は、このように噴流口２４ａと突起物２６をともに設けた（第３の発明に相当する）場合の、回転中の攪拌羽根近辺の流体の流動状況を示している。
【００１５】
この場合、この突起物２６は、薄肉の曲面板で形成され、攪拌羽根２４の外側方向（反回転軸側方向）が開口し、それ以外の噴流孔２４ａの回りを被覆した形状に形成され、たとえば、突起物２６が半砲弾型の場合、砲弾の軸方向に縦に切断して噴流孔２４ａの回りを覆って噴流孔２４ａを通過した流体を、外側方向に誘導する機能を保有させたものであるが、噴流孔通過後の流体を外側に導く目的を達するものであれば、上記の構造に限定する必要はなく、どのように形状のものでもよい（半球型の場合には、半球の外側部分をさらに切り欠き、外側に流体が逃げる開口を設ける。また、半円錐型の場合は、底面部を開口とする）。
【００１６】
このように噴流孔２４ａと突起物２６とをともに設けた攪拌羽根２４を備えた本発明（第３の発明）の攪拌装置１０の作動（流体の流動状況）と従来技術との比較について、以下に説明する。
（１）吐出流量について
▲１▼  吐出流量の点に関しては、本発明の攪拌羽根２４に属する平パドルよりも大きな吐出流量をもつ攪拌羽根として、図５（ａ）のような湾曲した曲面板を有する後退翼がある。この後退翼は、羽根の外側が回転方向の下流側に後退するように曲げ、羽根の外周に流体を効率的に吐出させる流れ場を形成している。
本発明の攪拌翼２４は、平パドル型であるけれども、平パドルへ透孔（噴流孔）２４ａを設けることにより、そして、さらに、噴流孔２４ａの背面に突起物２６を設けることにより、図５（ｂ）に示すように、点線で表示した「平パドルに沿う流れ」と、噴流孔２４ａを通過して「平パドルに沿う流れ」と交差する流れである「噴流孔からの流れ」という２つの流れの合成した流れである実線で表示した流れとなり、前記の図５（ａ）の後退翼の背面の流れと類似の流れ場となり、その結果、平パドルよりも吐出流量の大きい後退翼と同様な流動状況をつくり出して、吐出流量の向上を実現した。
▲２▼  通常の平パドル羽根による吐出は、羽根の通過直後にパルス的に大きな吐出が発生する。本発明の噴流孔２４ａを有する攪拌羽根２４においては、この局部的に強い吐出を平凖化し、その代わりに大きな吐出を行なう時間を拡げて持続させることにより、吐出流量の全体を大きくしようと意図したもので、図６に示すように、点線表示の「従来の平パドル」から、実線表示の「本発明の平パドル」へ吐出流量を変化させることによって、それぞれのカーブ以下の面積（吐出流量の時間に関する積分値）で表される吐出量を増大を図るようにした。
【００１７】
（２）混合性能の向上について
▲１▼  従来技術の平パドルは、軸中心部から流体を吸い込み、平パドル羽根の外側縁端から流体を吐出する（図６（ａ）に表示したとおり）。
本発明では、図７（ｂ）に示すように、平パドル羽根（すなわち、攪拌羽根２４）に沿う流れと、噴流孔２４ａを通過した流体流れを羽根背面で交差させることによって、２つの流れに混合が起こり、混合効率が従来の平パドル羽根よりも向上する。
▲２▼  また、本発明では、平パドル羽根２４の羽根背面の羽根長手方向に沿う流体の大きな流れが、図８に示すように、噴流孔２４ａ回りに設けた突起物２６によって上下に二分された吐出流（上方流れＦｕ  、下方流れＦｌ  ）となり、しかも、互いに逆向きに回転する渦流を形成しつつ羽根外側に向かって流れる。したがって、この２本の渦流流れの中間に、噴流孔２４ａを通過した噴流Ｆｍ  が流れ（透孔２４ａが無い第１の発明では、上方流れＦｕ  と下方流れＦｌ  とが、直接、接触して界面で剪断力を及ぼし合う）、噴流孔２４ａ後の噴流とこの両側の上下二分流とが相互作用を起こして、その界面で流体同士に局部的に大きい剪断力が働き、この剪断力により気泡や液滴の微細化が促進され、混合性能が大幅にアップする。
【００１８】
（３）動力の低下
平パドル羽根の消費動力の多くは、羽根背面に大きな負圧領域をつくり、吐出流が背面に沿って流れるために強制力として使われてきた。本発明では、羽根外周側縁端部に透孔２４ａをあけ、羽根前面と羽根背面との圧力差を軽減することによって、羽根回転の消費動力を低減することが可能になる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、突起物を備えた攪拌羽根を有する本発明の攪拌装置や、突起物および噴流孔をともに備えた本発明の攪拌装置においては、平パドルに簡便容易な改造を施すのみで、従来タイプの平パドル型攪拌装置に比べて、著しく混合性能を向上させるとともに、吐出能力を増大させ、かつ、消費動力の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る攪拌装置の全体縦断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る攪拌装置の攪拌羽根の側面図である。
【図３】本発明の実施例に係る攪拌羽根の回転方向背面に取り付ける突起物の種々の形態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る運転中の攪拌羽根回りの流れ状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の攪拌羽根と従来型後退翼の回転駆動時の流動状態の比較説明図（平面図）である。
【図６】本発明の攪拌羽根と従来の平パドル攪拌羽根の吐出量に関する比較を示すグラフである。
【図７】本発明の攪拌羽根と従来型平パドル羽根の回転駆動時の流動状態の比較図（平面図）である。
【図８】本発明の実施例に係る回転駆動時の攪拌羽根回りの流れ状態を示す側面図である。
【図９】従来の軸流型攪拌羽根の斜視図である。
【図１０】従来の輻流型攪拌羽根の斜視図である。
【符号の説明】
１０  攪拌装置
１０ａ  攪拌槽
１０ｂ  柱脚
１０ｃ  邪魔板
２０  攪拌機
２０ａ  回転駆動装置
２２  回転軸
２２ａ  ボス
２４  攪拌羽根
２４ａ  噴流孔（透孔）
２６  突起物
Ｆｕ    上方流れ
Ｆｍ    中間流れ（透孔通過後の噴流）
Ｆｌ    下方流れ
Ｑ  吐出流量
ｔ  時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003598736.tif 000009
【図９】
0003598736.tif 000010
【図１０】
0003598736.tif 000011