(57)【要約】【課題】  撹拌・混合効率のすぐれた流体撹拌装置を提供すること。【解決手段】  撹拌槽内に少なくとも撹拌機を備えた流体撹拌装置において、流体流に対向する面に流体に乱流を発生させる多数の凹部を設けた流体撹拌装置である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌槽内に少なくとも撹拌機を備えた流体撹拌装置において、流体流に対向する面に流体の乱流を発生させる多数の凹部を設けてなる流体撹拌装置。
【請求項２】
上記撹拌機が板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機であって、上記流体流に対向する面がこの板状撹拌羽根の回転方向に向く面である請求項１記載の流体撹拌装置。
【請求項３】
上記流体撹拌装置が上記撹拌槽の内壁付近に邪魔板を備えた流体撹拌装置であって、流体流に対向する面がこの邪魔板の面である請求項１又は２記載の流体流撹拌装置。
【請求項４】
板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機であって、この板状撹拌羽根の回転方向に向く面に流体の乱流を発生させる多数の凹部を設けてなるタービン型撹拌機。
【請求項５】
撹拌槽の内壁付近に備える邪魔板であって、この邪魔板の撹拌時に流体流に対向する面に流体の乱流を発生させる多数の凹部を設けてなる邪魔板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、撹拌槽内に撹拌機を備えた、液体、気体等の流体用の撹拌装置、それに用いるタービン型撹拌機及び邪魔板に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、液体等の流体撹拌装置で広く採用されているものの一つとして撹拌槽内に各種撹拌機を備えたものがあり、また、この撹拌機として一般に用いられるものにタービン型撹拌機やプロペラ型撹拌機が挙げられる。（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】  月刊雑誌「化学装置」工業調査会出版、１９８１年９月号、Ｐ．１１−１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  撹拌槽の中心に備える上記タービン型撹拌機やプロペラ型撹拌機は、流体の撹拌に際し、円周方向の流体流（いわゆる回転流）を発生する。中でも特に、撹拌羽根の型式が板状の平羽根であるタービン型撹拌機では、この現象が強く生じる。
すなわち、この平羽根タービン型撹拌機は、平板の平滑面を回転方向に対して垂直に向けたものであるため、その回転だけでは、液体に単に回転を与えるのみで回転流を生じるだけの作用しかなく、撹拌・混合効果が期待できないとされている。そこで、このようなことを解消するために、撹拌槽の内壁付近にさらに邪魔板を取り付け、これによって撹拌・混合効率を向上させようとしている。【０００４】  また、撹拌機による撹拌・混合効率を改善するためには、回転軸から撹拌羽根の先端までの直径や撹拌羽根の幅等を大きくすることが有効であるが、同じ回転数では動力消費が増大してしまうという問題点がある。【０００５】  本発明は、このような従来の流体撹拌装置、さらには、この構成の一要素である撹拌機等が有している問題を解決しようとするものであり、動力消費も増大することなく、撹拌・混合効率のすぐれた流体撹拌装置、それに用いる撹拌羽根を有するタービン型撹拌機及び撹拌槽に備える邪魔板を提供することを目的としている。
【問題を解決するための手段】
【０００６】  本発明者は、上記目的を達成するために種々検討した結果、流体撹拌装置において、流体流に対向する面に多数の凹部を設けることにより、撹拌時に流体流がこの多数の凹部に衝突して乱流を発生すること、そして、これにより動力消費も増大することなく撹拌・混合効率が著しく向上すること等の新知見を得、これらに基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】  すなわち、本発明の流体撹拌装置は、撹拌槽内に少なくとも撹拌機を備えた流体撹拌装置において、流体流に対向する面に乱流を発生させる多数の凹部を設けてなることを特徴とする。
上記構成により、上記流体撹拌装置による撹拌時には、流体流がこの多数の凹部に激しく衝突して乱流を発生することになる。
【０００８】  また、本発明の流体撹拌装置の好適な実施形態は、上記撹拌機が板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機であって、上記流体流に対向する面がこの板状撹拌羽根の回転方向に向く面であることを特徴とする。
上記構成により、上記流体撹拌装置による撹拌時には、流体流がこの板状撹拌羽根の回転方向に向く面に設けた多数の凹部に激しく衝突して乱流を発生することになる。
【０００９】  さらに、本発明の流体撹拌装置の別の好適な実施形態は、上記流体撹拌装置が上記撹拌槽の内壁付近に邪魔板を備えた流体撹拌装置であって、流体流に対向する面がこの邪魔板の面であることを特徴とする。
上記構成により、上記流体撹拌装置による撹拌時には、流体流がこの邪魔板の流体流に対向する面に設けた多数の凹部に激しく衝突して乱流を発生することになる。
【００１０】  さらにまた、本発明のタービン型撹拌機は、板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機であって、この板状撹拌羽根の回転方向に向く面に流体の乱流を発生させる多数の凹部を設けてなることを特徴とし、上記本発明の流体撹拌装置に用いることができる。
【００１１】  そしてまた、本発明の邪魔板は、撹拌槽の内壁付近に備える邪魔板であって、この邪魔板の撹拌時に流体流に対向する面に流体の乱流を発生させる多数の凹部を設けてなることを特徴とし、上記本発明の流体撹拌装置に用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】  本発明の流体撹拌装置によれば、撹拌機によって生じる流体の回転流に起因する低撹拌・混合効率を著しく向上させ、さらに、邪魔板を備えた撹拌槽にあっては、その邪魔板による撹拌・混合効率の改善をより顕著に高める効果を有する。
また、本発明のタービン型撹拌機及び邪魔板によれば、上記のごとく、動力消費も増大することなく、流体の撹拌・混合効率を著しく向上させることができ、本発明の流体撹拌装置に有効に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、本発明の流体撹拌装置は、撹拌槽内に少なくとも撹拌機を備えたものであって、液体、気体、固体が混在する液体、さらにはこれらの組み合わせ等からなる流体の撹拌・混合に有効に適用される。【００１４】  図１は、本発明の流体撹拌装置の実施形態を示すものであって、概略説明図である。
同図において、撹拌槽１内の中心にはモーター等の上部駆動装置（図示せず）で回転駆動するタービン型撹拌機２を備え、また、該撹拌槽１の内壁付近には邪魔板３を備えている。
そして、後記するごとく、このタービン型撹拌機２は、その板状撹拌羽根の流体流に対向する面、すなわち、回転方向を向く面に多数の凹部を設け、さらに、この邪魔板３は、同様にして、その撹拌時に流体流に対向する面に多数の凹部を設けている。【００１５】  図２及び３は、本発明のタービン型撹拌機２の実施形態を示すのものであって、図２はその概略正面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線における概略断面図である。
同図において、モーター等の上部駆動装置（図示せず）による回転力を伝達する回転軸４の下端部に回転円周方向に延びる水平円板の支持部材５を連結固定し、その支持部材５の先端部分に、撹拌羽根として、次に詳記する板状撹拌羽根６をその多数の凹部を設けた面を回転方向に向けて取付けている。【００１６】  図４は、本発明のタービン型撹拌機２における板状撹拌羽根６の実施形態を示し、図４（ａ）はその概略正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図である。
同図において、板状撹拌羽根６は、流体流に対向する面、すなわち、その回転方向を向く面（以下「回転方向面」ということがある。）７が長方形であり、その面に凹部８として円筒状の窪みを多数設けている。そして、この凹部８は流体の乱流を発生する作用を有している。【００１７】  本発明において、この流体流に対向する面に乱流を発生させる作用を有するものとして、この凹部の他に、円柱状や角柱状等の突起等の凸部も挙げられるが、その製作の容易さ、殊に発生する乱流の強さ等の観点から、凹部が特に好適であり、ことことは、上記タービン型撹拌機２の場合のみならず、後に詳述する邪魔板についても同様である。
本発明の流体撹拌装置における上記タービン型撹拌機２によれば、その流体内での回転によって、板状撹拌羽根６の多数の凹部８では、流体の流入、凹部８内面への流体の衝突及び衝突した流体の流出等が同時並行的に起こり、激しい乱流が発生することになる。
このことから、撹拌羽根が従来の平羽根の場合とは全く異なる本発明の板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機２は、その撹拌・混合効率を著しく向上させることができるのである。【００１８】  本発明のタービン型撹拌機２の板状撹拌羽根６において、回転方向面７の形状については、特に制限されないが、例えば、矩形、正方形、円形、楕円形等が好適例として挙げられ、また、この回転方向面７の面積も撹拌・混合効率を考慮して適宜選択すればよい。
さらに、この板状撹拌羽根６の厚さについても特に制限されず、凹部８の深さ等を勘案して、適宜選択される。
図５は、本発明における板状撹拌羽根６の他の実施形態を示す概略正面図であり、その回転方向面７の形状が楕円形のものを示している。なお、同図において、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して、その説明を省略する。【００１９】  上記板状撹拌羽根６に設ける凹部について、その形状、数、配列、大きさ（深さ、半径、幅等）等は特に制限されることなく、流体流が凹部８に衝突した際に乱流を発生するものであればよい。
この凹部８の形状例としては、図４に示す円筒状のものの他、例えば、ディンプル状（ゴルフボールの穴状）、渦巻状の溝、長さ、幅及び深さが同じ又は異なる溝等を挙げることができ、これらを無作為に多数配列したもの等も流体の乱流発生に有効である。【００２０】  そして、上記したごとく、本発明のタービン型撹拌機２における板状撹拌羽根６は、その凹部８を備えた面７を回転方向に向けて支持部材５に取付けているが、この場合の回転方向に対する凹部８を設けた面の取付け角度は通常は垂直であるものの、上向きあるいは下向きの傾斜角度とすることもできる。【００２１】  さらに、この板状撹拌羽根６の支持部材５への取付け方法については、特に制限されないが、例えば、図２及び３に示すごとく、従来のディスクタービン型撹拌機のように回転軸４に連結する支持部材５としての同心状の水平円板周縁部の切込み部でこの板状撹拌羽根６を挟持して取付けることができる。この場合には、この水平円板が、例えば、通気培養等における空気滞留のための遮断板の働きを有し、好都合である。
また、別の取付け方法として、例えば、回転軸に連結する棒状等の支持部材の先端部分に板状羽撹拌根の回転方向面の反対側（背面）を固定する方法等も採用できる。【００２２】  この板状撹拌羽根６の取付け枚数についても特に制限されないが、通常は４〜６枚が好適である。
また、本発明のタービン型撹拌機２では、この板状撹拌羽根６を回転軸の軸方向に複数段に設けることもでき、このものは撹拌槽型バイオリアクター等にも有効に適用できる。
なお、この板状撹拌羽根６の材料は、特に限定されることはなく、通常使用されるものが有効に用いられる。
さらに、本発明のタービン型撹拌機２の稼動時における回転速度等については、常法により、撹拌・混合効率の観点から適宜選択される。【００２３】  次に、図６は、本発明の流体撹拌装置における邪魔板３の実施形態を示し、図６（ａ）はその概略正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線における概略断面図図である。
同図において、この邪魔板３は平板状のもので、撹拌時に流体流に対向する面９に凹部１０として円筒状の窪みを多数設けている。そして、この凹部１０は、流体の乱流を発生する作用を有している。
すなわち、本発明の流体撹拌装置の邪魔板３において、その流体流に対向する面９の多数の凹部１０では、上記したタービン型撹拌機の板状撹拌羽根における凹部と同様に、流体の流入、凹部１０内面への流体の衝突及び衝突した流体の流出等が同時並行的に起こり、激しい乱流が発生することになる。
このことから、本発明の邪魔板３は、従来の邪魔板を取付けたときの撹拌・混合効率の改善をより顕著に高めることができる。【００２４】  本発明の流体撹拌装置において、邪魔板３を備える場合には、上記したごとく、この邪魔板の撹拌時に流体流に対向する面に多数の凹部１０を設け、その反対面（裏面）には設ける必要はない。
なお、本発明の流体撹拌装置において、この邪魔板３の備え付けは、必ずしも必須ではないが、撹拌機がタービン型やプロペラ型の場合には、有効であり、中でもタービン型撹拌機の場合には特に好適である。
さらに、この邪魔板３について、その形状は特に制限されず、例えば、長方形、逆三角形等の通常の形状が有効に用いられ、また、備え付けの位置も、撹拌槽１の内壁付近（内壁付近とは、内壁及び内壁近傍を意味する。）で邪魔板効果を発揮できる位置であればよい。
さらに、この邪魔板３の面積も撹拌・混合効率を考慮して適宜選択すればよい。【００２５】  邪魔板３の撹拌時に流体流に対向する面９に設ける多数の凹部１０について、上記したタービン型撹拌機の板状撹拌羽根の場合と同様に、その形状、数、配列、大きさ（深さ、半径、幅等）等は特に制限されることなく、流体流が凹部１０に衝突した際に乱流を発生するものであればよい。
また、この凹部１０の形状例としては、図６に示す円筒状のものの他、上記した板状撹拌羽根の場合と同様に、例えばディンプル状（ゴルフボールの穴状）、渦巻状の溝、長さ、幅及び深さが同じ又は異なる溝等を挙げることができ、これらを無作為に多数配列したもの等も流体の乱流発生に有効である。
そして、撹拌槽１の内壁付近に備える邪魔板３の枚数についても特に制限されないが、通常は２〜４枚である。
さらに、この邪魔板３の材料は、特に限定されることはなく、通常使用されているものが有効に用いられる。【００２６】  なお、本発明の流体撹拌装置において、流体に乱流を発生させる多数の凹部を設ける流体流に対向する面としては、例えば、撹拌槽の内壁や上記した板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機の支持部材である水平円板の上面又は下面等も挙げられるが、流体流の面に対する衝突力（乱流発生力）の強さの観点から、特に、上記した本発明のタービン型撹拌機の板状撹拌羽根及び／又は邪魔板を採用した場合におけるこれらの面が極めて好適であり、顕著な効果を奏することができるのである。【００２７】  以上詳細に説明したごとく、本発明の流体撹拌装置を、例えば、好気型培養装置に適用した場合等では、流体流に対向する面に凹部を設けないものに比し、動力消費も増大することなく、撹拌・混合効率の一指標とすることができる酸素移動速度容量係数を２０％以上も向上させることができる。  また、本発明の板状撹拌羽根を有するタービン型撹拌機及び邪魔板は、同様にして、動力消費も増大することなく、流体の撹拌・混合効率を著しく向上させることができるものであり、上記本発明の流体撹拌装置に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】は、本発明の流体撹拌装置の実施形態を示す概略説明図である。
【図２】は、本発明のタービン型撹拌機の概略正面図である。
【図３】は、図２のＡ−Ａ線における概略断面図である。
【図４】は、本発明のタービン型撹拌機における板状撹拌羽根の実施形態を示すものであり、図４（ａ）はその概略正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図である。
【図５】は、本発明のタービン型撹拌機における板状撹拌羽根の他の実施形態を示す概略正面図である。
【図６】は、本発明の邪魔板の実施形態を示すものであり、図６（ａ）はその概略正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線における概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】１  撹拌槽
２  タービン型撹拌機
３  邪魔板
６  板状撹拌羽根
７、９  流体流に対向する面
８、１０  凹部
【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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