(57)【要約】【課題】装置の小型化および高い加熱効率を実現することができる加熱撹拌装置を提供する。【解決手段】加熱撹拌装置１００は、容器１３に収容された被処理物２０を加熱撹拌する。加熱撹拌装置１００は、撹拌翼１と、回転軸２と、通電部１０と、給電部４とを備える。撹拌翼１は、容器１３内に配置され、少なくとも一部分に導電体部が形成されている。回転軸２は、撹拌翼１に接続され、撹拌翼１を回転させる。通電部１０は、導電体部と、導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する。給電部４は、容器１３外部に配置され、通電部１０に高周波電流を供給する。容器１３内において、通電部１０の少なくとも一部分は撹拌翼１の近傍に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置であって、
前記容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分に第１導電体部が形成された撹拌翼と、
第２導電体部と、前記第２導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する通電部と、
前記容器外部に配置され、前記通電部に高周波電流を供給する給電部とを備え、
前記容器内において、前記通電部の少なくとも一部分は前記撹拌翼の近傍に配置される、加熱撹拌装置。
【請求項２】
前記第２導電体部は、前記撹拌翼の外周に巻回された導電コイルを含み、
前記導電コイルは、前記撹拌翼の前記外周に形成された溝部内に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。
【請求項３】
前記第２導電体部は、前記撹拌翼の表面に貼り合わされた導電テープを含み、
前記導電テープは、前記撹拌翼の前記表面に形成された溝部内に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。
【請求項４】
前記撹拌翼は、第１の部分と、前記第１の部分に対向配置される第２の部分とを含み、
前記通電部は、前記第１および第２の部分の間に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。
【請求項５】
前記容器は、少なくとも一部分が第３導電部で形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容器内に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水処理場および廃水処理場などで大量に発生する下水汚泥からメタンガスを主成分とするバイオガスを回収する技術の実用化が進められている。下水汚泥からバイオガスを回収する一手法として、汚泥を減容および減量すると同時にメタンガスを回収することができるメタン発酵処理技術がある（たとえば、国際公開第２０１２／１３２７９９号公報（特許文献１）参照）。このメタン発酵処理技術では、一般的に、メタン発酵槽に投入した下水汚泥を撹拌しながら加熱するための加熱撹拌装置が用いられる。
【０００３】
加熱撹拌装置においては、従来、被処理物が収容された容器の外側に抵抗ヒータなどの加熱手段を配置し、加熱手段を用いて容器を加熱することで被処理物を加熱する構成が知られている（たとえば、実用新案登録第３０１２７５６号（特許文献２）参照）。従来の加熱撹拌装置には、抵抗ヒータなどの加熱手段以外に、蒸気、温水および油などを熱源として使用するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１３２７９９号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０１２７５６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人  化学工学会、第８１年会（２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載される容器外部に加熱手段を配置する構成では、被処理物の粘度が高くなると、被処理物の撹拌が困難となり、結果的に被処理物の温度のばらつきが大きくなるという課題がある。
【０００７】
本願発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、撹拌翼を電磁誘導加熱することにより高粘度の被処理物における温度ばらつきを低減できることを見出した（たとえば、嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人  化学工学会、第８１年会（２０１６）（非特許文献１）参照）。
【０００８】
その一方で、撹拌翼を電磁誘導加熱するためには、容器外部に電磁誘導コイルを配置する必要があるため、加熱撹拌装置の体格の小型化には限界が生じていた。また、電磁誘導コイルが発生した交番磁界を容器内の撹拌翼に十分鎖交させるためには、容器を非導電体で形成する必要があり、容器の形状および大きさ等が制約されていた。さらに、加熱撹拌装置の省電力化の要求を受けて、加熱効率の改善も求められていた。
【０００９】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、装置の小型化および高い加熱効率を実現することができる加熱撹拌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、容器に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置は、撹拌翼と、通電部と、給電部とを備える。撹拌翼は、容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分に第１導電体部が形成されている。通電部は、第２導電体部と、第２導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する。給電部は、容器外部に配置され、通電部に高周波電流を供給する。容器内において、通電部の少なくとも一部分は撹拌翼の近傍に配置される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、高周波電流の通電部が容器内で撹拌翼の近傍に配置されているため、撹拌翼は、通電部が発生する交番磁界の電磁誘導作用によってジュール熱を発生するとともに、通電部にて発生するジュール熱を受けて加熱される。これにより、容器外部の電磁誘導コイルが不要となるため、加熱撹拌装置を小型化することができる。また、高い加熱効率を実現するため、加熱撹拌装置の省電力化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る加熱撹拌装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】通電部の他の構成例を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る加熱撹拌装置の電気的回路構成を説明する図である。
【図５】外部加熱方式の加熱撹拌装置（図５（ａ））および内部加熱方式の加熱撹拌装置（図５（ｂ））の構成を概略的に示した図である。
【図６】外部加熱方式の加熱撹拌装置および内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について撹拌レイノルズ数と最大ばらつき温度との関係を示す図である。
【図７】外部加熱方式の加熱撹拌装置および内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について撹拌レイノルズ数と熱コンダクタンスとの関係を示す図である。
【図８】２種類の内部加熱方式の加熱撹拌装置の相違点を説明するための図である。
【図９】内部通電型加熱撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示した図である。
【図１０】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１１】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１２】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１３】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１４】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１５】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１６】本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用される撹拌翼および通電部の構成例を説明する図である。
【図１７】本実施の形態に係る加熱撹拌装置の変更例の構成を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１４】
［加熱撹拌装置の構成］
この発明の実施の形態に係る加熱撹拌装置１００は、容器１３の内部に収容された被処理物２０を加熱撹拌するための装置である。加熱撹拌装置１００は、たとえば下水汚泥からバイオガスを回収する汚泥処理装置に適用することができる。
【００１５】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００の構成について説明する。なお、図１は、加熱撹拌装置１００の軸方向ＡＸに沿った断面構造を示している。
【００１６】
図１を参照して、加熱撹拌装置１００は、撹拌翼１と、回転軸２と、封止部材３，１５と、給電部４と、導電線９ａ，９ｂと、通電部１０と、容器１３と、蓋部１４とを備える。
【００１７】
図１には、容器１３の内部に被処理物２０が収容されている状態が示されている。容器１３には蓋部１４が取り付けられている。容器１３および蓋部１４は、たとえば樹脂で形成されている。なお、容器１３および蓋部１４は、導電体および非導電体のいずれから構成されていてもよい。
【００１８】
被処理物２０は、たとえば下水汚泥である。ただし、被処理物２０は、下水汚泥に限定されず、気体、液体、固体（紛体、粒体等）およびこれらの混合物のいずれにも適用可能である。
【００１９】
撹拌翼１は、容器１３の内部に配置されており、その一部分が被処理物２０中に浸漬されている。撹拌翼１は、たとえばアンカー翼である。なお、後述するように、撹拌翼１には、被処理物２０の粘度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
【００２０】
撹拌翼１は、少なくとも一部分に導電体部（第１導電体部）が形成されている。撹拌翼１の少なくとも一部分は、代表的には金属で形成されている。当該少なくとも一部分はたとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。
【００２１】
具体的には、撹拌翼１は、その一部分を導電体で形成し、残りの部分を非導電体で形成した構造を採ることができる。あるいは、撹拌翼１全体を導電体で形成した構造を採ることができる。たとえば、撹拌翼１が軸部分と羽根部分とで構成されている場合、前者の構造として、羽根部分（もしくはその一部）を導電体で形成し、軸部分を含む残りの部分を非導電体で形成することができる。一方、後者の構造として、軸部分および羽根部分をともに導電体で形成することができる。以下の説明では、全体が導電体で形成されている撹拌翼１について例示する。
【００２２】
回転軸２は、軸方向ＡＸにおける一方端部が、容器１３の内部にて撹拌翼１の主軸１ａに接続されている。回転軸２は、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。回転軸２の一方端部と主軸１ａとの間に封止部材３が配置されている。封止部材３は、回転軸２の一方端部と主軸１ａとの間の隙間を封止可能に構成されている。封止部材３には、たとえば絶縁性のＯリングを用いることができる。
【００２３】
回転軸２は、蓋部１４に形成された貫通孔１４ａに挿入されている。回転軸２と貫通孔１４ａとの間には封止部材１５が配置されている、封止部材１５は、回転軸２と貫通孔１４ａとの隙間を封止可能に構成されている。封止部材１５は、たとえばメカニカルシールである。この場合、回転軸２の外周面にメカニカルシールを巻いた状態で回転軸２を貫通孔１４ａに挿入することで、封止部材１５によって回転軸２と貫通孔１４ａとの隙間を封止することができる。
【００２４】
容器１３の外部において、回転軸２の軸方向ＡＸにおける他方端部は、図示しないモータの回転軸に連結されている。モータによって回転軸２を回転駆動させることにより、撹拌翼１が回転する。これにより、被処理物２０が撹拌される。
【００２５】
給電部４は、容器１３の外部に配置されており、通電部１０に対して高周波電流を供給するように構成されている。具体的には、給電部４は、交流電源５と、高周波トランス６と、送電コイル７と、受電コイル８と、導電線９ａ，９ｂとを含む。
【００２６】
交流電源５はたとえば商用電源である。高周波トランス６は、交流電源５から電力を受けて高周波の交流電力を生成する。
【００２７】
送電コイル７は、高周波の交流電力を高周波トランス６から受けると、送電コイル７の周囲に生成される電磁界を通じて、受電コイル８へ非接触で送電する。すなわち、送電コイル７および受電コイル８は、非接触で電力を伝送する非接触給電を実現する。図１に示されるように、送電コイル７は、回転軸２の外周を囲うように配置されている。送電コイル７は、回転軸２の回転に対して静止状態を保ち得る。
【００２８】
受電コイル８は、送電コイル７から出力される高周波の電力を非接触で受電する。図１に示されるように、受電コイル８は、回転軸２の外周を囲うように配置されている。受電コイル８は、回転軸２と一体的に回転するように構成されている。
【００２９】
受電コイル８の一方端部には、導電線９ａが電気的に接続されている。受電コイル８の他方端部には、導電線９ｂが電気的に接続されている。導電線９ａ，９ｂは、回転軸２の内部に形成された空間を通って容器１３の内部に延びている。
【００３０】
通電部１０は、容器１３の内部に配置されている。容器１３の内部において、導電線９ａは通電部１０の一方端部に電気的に接続されている。導電線９ｂは通電部１０の他方端部に電気的に接続されている。これにより、受電コイル８から導電線９ａ，９ｂを通じて通電部１０に対して高周波電流が供給される経路が形成される。
【００３１】
通電部１０は、撹拌翼１に接触している。図１の例では、通電部１０は、撹拌翼１の羽根部分に接触している。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。図２を参照して、通電部１０は、導電体部１１（第２導電体部）と、導電体部１１の外周を覆う絶縁体１２とを有している。導電体部１１は、代表的に金属で形成されている。導電体部１１は、たとえば、厚みが数ｍｍ程度のアルミ（Ａｌ）プレートで形成されている。絶縁体１２は、たとえば金属酸化物で形成されている。導電体部１１がアルミプレートである場合、絶縁体１２はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成することができる。
【００３２】
通電部１０は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼１に接合されている。これにより、通電部１０を電気絶縁性を保ちつつ撹拌翼１に接触させることができる。なお、通電部１０と撹拌翼１との電気的絶縁性が確保されれば、たとえば、図３に示すように、絶縁体１２を撹拌翼１が覆う状態で、通電部１０を撹拌翼１に接触させてもよい。
【００３３】
なお、通電部１０を撹拌翼１に接触させる他の形態としては、通電部１０を撹拌翼１にねじ止めしてもよい。あるいは、接着剤やねじ等の固定部材を用いずに、単に通電部１０を撹拌翼１に重ね合わせるようにしてもよい。
【００３４】
本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００において、通電部１０は、容器１３の内部で、撹拌翼１の近傍に配置されている。「撹拌翼１の近傍に配置される」とは、撹拌翼１と通電部１０との間隔が閾値以下であることを意味する。図１に示したように、通電部１０が撹拌翼１に接触している構成は、撹拌翼１と通電部１０との間隔が実質的に０であるため、これに当て嵌まる。一方、図１の構成とは対照的に、撹拌翼１および通電部１０の表面同士が離間している構成であっても、その間隔が閾値以下であればこれに当て嵌まる。
【００３５】
なお、上記「閾値」は、通電部１０と撹拌翼１との間に電気的結合を形成することができる間隔とされる。電気的結合を形成することができる間隔とは、電磁誘導の現象を生じさせることができる間隔をいう。本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００では、通電部１０と撹拌翼１との間に電気的結合が形成されることで、後述するように、両者の間で電磁誘導作用を利用することが可能となる。したがって、上記の「撹拌翼１の近傍に配置される」という表現は、「撹拌翼１との間に電気的結合を形成することが可能な位置に配置される」と言い換えることもできる。
【００３６】
続いて、図４を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００の電気的回路構成を説明する。図４を参照して、高周波トランス６は、交流電源５からの電力を受けて高周波の交流電力を生成する。送電コイル７は、高周波トランス６から高周波の交流電力の供給を受け、受電コイル８へ非接触で電力を伝送する。受電コイル８は、送電コイル７からの高周波の交流電力を受けると、導電線９ａ，９ｂを通じて通電部１０に高周波電流を供給する。なお、通電部１０に高周波電流を供給するための電流経路には、直流（ＤＣ）カット用のキャパシタＣ１が接続されている。
【００３７】
通電部１０に高周波電流を流すと、時間的に変化する交番磁界が発生する。この交番磁界が撹拌翼１の導電体部に鎖交すると、導電体部の内部で電磁誘導作用が生じて起電力が誘導される。この起電力によって、導電体部に渦状の誘導電流（渦電流）が発生する。渦電流は、導電体部の電気抵抗によってジュール熱に変換される。撹拌翼１の導電体部に発生したジュール熱は、被処理物２０に伝達されることにより、被処理物２０を加熱する。
【００３８】
このように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００では、撹拌翼１を加熱することで、撹拌翼１から熱を受けて被処理物２０が加熱される。すなわち、加熱撹拌装置１００は、被処理物２０を加熱するための熱源を容器１３の内部に有している。本願明細書では、このような加熱方式を「内部加熱方式」と称する。これに対して、被処理物２０を加熱するための熱源を容器１３の外部に有する加熱方式を「外部加熱方式」と称する。
【００３９】
［外部加熱方式の説明］
従来の加熱撹拌装置においては、外部加熱方式が一般的に採用されていた。図５（ａ）に、外部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物４０を収容した容器３０の壁面の外周側に導電線３２が巻回されている。導電線３２には図示しない電源が電気的に接続されている。容器３０はたとえば金属製容器である。撹拌翼３４は、たとえば複数枚の平羽根を有するディスクタービン翼である。
【００４０】
この状態で導電線３２に電流を流すと、導電線３２の電気抵抗に起因してジュール熱が発生する。なお、ジュール熱は抵抗を流れる電流の２乗値に比例する。図中に破線矢印で示されるように、発生したジュール熱が容器３０の壁面から内側へと伝達されることにより、被処理物４０が加熱される。
【００４１】
しかしながら、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上述した外部加熱方式では、被処理物４０の粘度が高くなると、被処理物の温度の均一化が難しくなるという新たな課題が生じ得ることを見出した。そして、その新たな課題に対する新たな解決手段として、本願発明者らは内部加熱方式に想到した（たとえば、非特許文献１を参照）。以下、このような新たな課題、およびその新たな課題に対する新たな解決手段である内部加熱方式について説明する。
【００４２】
［内部加熱方式の説明］
図５（ｂ）に、本願発明者らが考案した内部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物４０を収容した容器３０の底面の下側に電磁誘導コイル３８が配置されている。電磁誘導コイル３８は、銅等の導電線材をコイル状に巻回したものである。電磁誘導コイル３８には図示しない高周波電源が接続されている。
【００４３】
容器３０は非導電体からなり、たとえばアクリル樹脂で形成されている。撹拌翼３４は導電体からなり、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。撹拌翼３４は、図５（ａ）の撹拌翼３４と同一の構造を有するディスクタービン翼である。
【００４４】
電磁誘導コイル３８に高周波電流を流すと、交番磁界が発生する。この交番磁界を受けて撹拌翼３４の内部で電磁誘導作用が生じることにより、撹拌翼３４に渦電流が発生する。渦電流は、撹拌翼３４の電気抵抗によって、ジュール熱に変換される。撹拌翼３４に発生したジュール熱は、図中に破線矢印で示されるように、被処理物４０に伝達されることにより、被処理物４０を加熱する。
【００４５】
このように、内部加熱方式では、撹拌翼３４を電磁誘導加熱することによって被処理物４０を加熱する。すなわち、撹拌翼３４によって被処理物の撹拌と加熱とを一元化することができる。このようにすると、被処理物４０の撹拌と加熱とが容器３０の内外で別々に行なわれる外部加熱方式に比べて、良好な熱伝達特性を得ることができる。これにより、被処理物４０の温度の均一化を促進することができる。以下、その理由について説明する。
【００４６】
図６に、図５（ａ）に示す外部加熱方式の加熱撹拌装置および図５（ｂ）に示す内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について、被処理物の温度ばらつきを評価した結果を示す。図６の横軸は撹拌レイノルズ数Ｒｅを示し、縦軸は最大ばらつき温度ΔＴｍａｘ［Ｋ］を示す。
【００４７】
撹拌レイノルズ数Ｒｅとは、慣性力と粘性力との比を表したものである。慣性力は、概して流体が動き続けようとする力に相当する。粘性力は、概して流体が動こうとするのを止めようとする力に相当する。撹拌レイノルズ数Ｒｅは、容器内の被処理物である流体の運動に対する粘性の影響を表わす無次元数であり、次式（１）で定義される。
【００４８】
Ｒｅ＝ρ・ｎ・ｄ２／μ    …（１）
式（１）において、ρは被処理物の密度［ｋｇ／ｍ３］、ｎは撹拌翼の回転速度［ｒｐｓ］、ｄは撹拌翼の直径［ｍ］、μは被処理物の粘度［ｋｇ／（ｍ・ｓ）］である。
【００４９】
式（１）で与えられる撹拌レイノルズ数Ｒｅは、撹拌翼の回転速度ｎが高くなるほど慣性力が大きくなるため、大きな値となる。一方、被処理物の粘度μが高くなるほど粘性力が大きくなるため、撹拌レイノルズ数Ｒｅは小さな値となる。
【００５０】
被処理物の最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、加熱撹拌動作の実行中において、撹拌翼３４の主軸からの水平方向の距離、および容器３０の底面からの高さの少なくとも一方が互いに異なる複数の測定点において被処理物４０の温度を測定し、その得られた複数の温度測定値のうちの最高値と最低値との差を算出したものである。
【００５１】
図６において、ｋ１は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係を示す。ｋ２は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係を示す。
【００５２】
図６に示されるように、外部加熱方式および内部加熱方式のいずれにおいても、撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの間には、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなるという相関があることが確認された。
【００５３】
さらに、外部加熱方式と内部加熱方式との間で上記の相関を比較すると、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認された。
【００５４】
ここで、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて被処理物の温度ばらつきが小さくなることの理由としては、容器内部に形成される温度分布の違いが挙げられる。詳細には、外部加熱方式では、導電線３２が巻回される容器３０の壁面付近において被処理物４０の温度が局所的に高くなり、容器３０の壁面付近の高温部分と中心側の低温部分との間に分厚い温度境界層が形成される。これに対して、内部加熱方式では、熱源となる撹拌翼３４が回転しているため、温度境界層が薄くなり、結果的に被処理物４０の温度の均一化に寄与し得る。
【００５５】
なお、外部加熱方式では、被処理物４０の粘度μが高くなるほど、または撹拌翼３４の回転速度ｎが低くなるほど（すなわち、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなるほど）、撹拌力が弱まって温度境界層が分厚くなるため、被処理物４０の温度ばらつきも大きくなる傾向がある。一方、内部加熱方式は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなっても、温度境界層が分厚くなることを抑制できるため、被処理物４０の温度ばらつきを小さくすることができる。
【００５６】
さらに、本願発明者らは、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について熱伝達特性を評価することにより、熱伝達特性と被処理物の温度ばらつきとの関係について検証した。熱伝達特性の評価では、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について、熱コンダクタンスｈＡを算出し、その算出した熱コンダクタンスｈＡと撹拌レイノルズ数Ｒｅとの関係を導出した。
【００５７】
詳細には、外部加熱方式（図５（ａ）参照）において、容器３０の壁面と被処理物４０との間の熱伝達過程における伝熱量Ｗ１は、次式（２）で与えられる。なお、伝熱量Ｗ１は、電源から導電線３２への入力電力によって決まる。
【００５８】
Ｗ１＝ｈ１・Ａ１・ΔＴ１    …（２）
式（２）において、ｈ１は容器３０と被処理物４０との間の熱伝達率を示し、Ａ１は容器３０の表面積を示し、ΔＴ１は容器３０の壁面の平均温度と被処理物４０の平均温度との温度差を示す。ｈ１・Ａ１は外部加熱方式における熱コンダクタンスを表している。
【００５９】
一方、内部加熱方式（図５（ｂ）参照）において、撹拌翼３４と被処理物４０との間の熱伝達過程における伝熱量Ｗ２は、次式（３）で与えられる。なお、伝熱量Ｗ２は、高周波電源から電磁誘導コイル３８への入力電力によって決まる。
【００６０】
Ｗ２＝ｈ２・Ａ２・ΔＴ２    …（３）
式（３）において、ｈ２は撹拌翼３４と被処理物４０との間の熱伝達率を示し、Ａ２は撹拌翼３４の表面積を示し、ΔＴ２は撹拌翼３４の平均温度と被処理物４０の平均温度との温度差を示す。ｈ２・Ａ２は内部加熱方式における熱コンダクタンスを示す。
【００６１】
外部加熱方式および内部加熱方式の各々において、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を導出した。図７に、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。図７の横軸は撹拌レイノルズ数Ｒｅを示し、縦軸は熱コンダクタンスｈＡを示す。
【００６２】
図７において、白菱形は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。黒四角は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。
【００６３】
図７に示されるように、外部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Ｒｅの大きさによらず、熱コンダクタンスｈＡは略一定値を示すことが確認された。一方、内部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの間に、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど熱コンダクタンスｈＡが大きくなるという相関があることが確認された。
【００６４】
この相関を、図６に示した撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係に組み合わせると、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど、熱コンダクタンスｈＡが大きくなる一方で、最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなることが分かる。
【００６５】
さらに、図７からは、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する熱コンダクタンスｈＡは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも大きくなることが確認された。上述のように、図６からは、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認されている。これらは、熱コンダクタンスｈＡが大きくなると、最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなるという相関にも当てはまる。
【００６６】
以上の評価結果から、熱コンダクタンスｈＡと被処理物の温度ばらつきとは密接な関係性を有していることが理解される。本願発明者らは、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスｈＡが大きいため、被処理物の温度ばらつきを小さくすることができるものと考えている。これは、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなる状態、たとえば被処理物の粘度μが高い状態、または撹拌翼の回転速度ｎが低い状態において、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて、被処理物の温度均一性が優れていることを表している。
【００６７】
以上の関係は、撹拌翼にディスクタービン翼を用いた場合で得られたものであるが、アンカー翼やマックスブレンド翼などの中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、この関係は成り立つものと思われる。すなわち、中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスｈＡが大きく、それ故に、被処理物の温度ばらつきが小さいという優位性が保たれるものと思われる。
【００６８】
上述した利点を備えた内部加熱方式について、本願発明者らはさらに鋭意研究を進めた。その結果、図１に示したような、高周波電流の通電部１０の少なくとも一部分を撹拌翼１に接触させる構成において、装置の小型化および加熱効率の向上を含む優れた効果が得られることを見出した。以下、図８を参照して、本実施の形態により得られる主な効果をまとめて説明する。
【００６９】
図８には、内部加熱方式の加熱撹拌装置として、２種類の加熱撹拌装置が示されている。図８の紙面に向かって左側には図５（ｂ）に示した加熱撹拌装置が示されている。紙面に向かって右側には図１に示した本実施の形態に係る加熱撹拌装置が示されている。
【００７０】
図５（ｂ）の加熱撹拌装置は、高周波電流の通電部である電磁誘導コイルが容器の底面の下側に配置されている。以下の説明では、図５（ｂ）の加熱撹拌装置を、通電部が容器外部に配されていることから、「外部通電型加熱撹拌装置」とも称する。これに対して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置では、高周波電流の通電部が容器の内部において撹拌翼に接触されている。よって、本実施の形態に係る加熱撹拌装置を「内部通電型加熱撹拌装置」とも称する。以下、これら２種類の加熱撹拌装置の相違点について説明する。
【００７１】
（１）通電部の構成
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部に通電部である電磁誘導コイルが配置されているため、装置の体格が大きくなるという課題がある。たとえば図５（ｂ）のように、電磁誘導コイルを容器の底面の下側に配置する構成では、装置の体格が軸方向ＡＸに大きくなってしまう。装置の体格が大きくなることを抑えるためには、電磁誘導コイルを、巻軸方向の厚みが薄肉となる扁平形状に成形することが好ましい。
【００７２】
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置においては、通電部を容器内部に収めているため、装置の体格が大きくなることを抑制することができる。また、通電部は導電体で形成されていればよい。そのため、通電部は、撹拌翼に接触しやすい形状となるように、撹拌翼の形状に応じて適当な形状を採ることができる。撹拌翼および通電部の構成例については後述する。
【００７３】
また、通電部はアルミプレート等の導電体で形成することができるため、撹拌翼に通電部を貼り合せることで、撹拌翼と通電部とを容易に接触させることができる。さらに、通電部を薄膜の導電体とすれば、通電部を接触させることで撹拌翼が大きくなることもない。
【００７４】
（２）撹拌翼の位置制約
外部通電型加熱撹拌装置においては、容器の底面の下側に位置する電磁誘導コイルが発生する交番磁界を撹拌翼に十分に鎖交させるため、撹拌翼を容器の底面に近づけて配置することが好ましい。このように、電磁誘導コイルの配置位置に応じて電磁誘導コイルの配置位置を決める必要があり、撹拌翼の配置位置に制約が生じ易い。
【００７５】
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部および撹拌翼の間に電気的結合が形成され、結果的に通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の配置位置に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。撹拌翼がどのような位置に配置されていても、撹拌翼の近傍に通電部が配置されていれば、通電部と撹拌翼とを電気的に結合することができるためである。
【００７６】
（３）撹拌翼の形状制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器の底面に対して垂直に延びる磁束をできるだけ多く撹拌翼に鎖交させるために、撹拌翼は、容器の底面に平行に延在する平面を有することが好ましい。そのため、たとえばディスクタービン翼などのディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。このように、交番磁界の向きに応じて撹拌翼の形状を決める必要があり、撹拌翼の形状に制約が生じ易い。
【００７７】
一方、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の位置と同様、撹拌翼の形状にも制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。
【００７８】
（４）被処理物の粘度制約
加熱撹拌装置において、一般的に、被処理物および撹拌目的に応じて、撹拌翼の回転速度および形状が定められる。たとえば、図５（ａ）および（ｂ）に示されるディスクタービン翼は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが中〜高程度となる範囲（たとえば、被処理物の粘度が低い場合、または撹拌翼の回転速度が高い場合）において好適に用いられる。一方、図１に示されるアンカー翼は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが低〜中程度となる範囲（たとえば、被処理物の粘度が高い場合、または、撹拌翼の回転速度が低い場合）において好適に用いられる。
【００７９】
しかしながら、外部通電型加熱撹拌装置では、上記（３）撹拌翼の形状制約の項目で説明したように、電磁誘導加熱の行ないやすさの観点から、ディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。そのため、撹拌レイノルズ数Ｒｅは中〜高の範囲内にあることが好ましいとされ、結果的に被処理物は粘度が低いことが好ましいとされる。
【００８０】
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、撹拌翼の形状に制約がないため、被処理物の粘度においても制約が課されることがない。したがって、被処理物の粘度が高い場合であっても、その粘度に見合った撹拌翼を使用することができるため、被処理物の粘度に制約がない。
【００８１】
（５）容器の材質制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部の電磁誘導コイルが発生した交番磁界を、容器内部の撹拌翼に十分に鎖交させるため、容器を非導電体で形成する必要がある。そのため、容器の材質に制約が生じ易い。なお、非導電体からなる容器は、一般的に、金属等の導電体からなる容器に比べて機械的強度が劣るため、容器の大型化や高圧化が不利となり得る。
【００８２】
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部が容器内部に収められているため、容器を介さずに撹拌翼に交番磁界を鎖交させることができる。そのため、容器の材質に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。したがって、容器の大型化や高圧化にも容易に対応し得る。
【００８３】
たとえば、容器を透明材料で形成することで、加熱撹拌処理の実行中の被処理物の状態を観察することができる。あるいは、容器の少なくとも一部分を導電体で形成してもよい。このようにすると、通電部が発生した交番磁界を容器の導電体部分に鎖交させることができるため、容器も電磁誘導加熱することが可能となる。
【００８４】
（６）加熱効率
一般的に、加熱撹拌装置における加熱効率は、投入した熱量に対する被処理物の加熱に使用される熱量の比で定義される。加熱効率が高いほど、投入熱量を小さくできるため、消費電力を低減することができる。
【００８５】
ここで、上述した外部加熱方式（図５（ａ）参照）および内部加熱方式（図５（ｂ）参照）において加熱効率を比較すると、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも加熱効率を高くすることができる。
【００８６】
詳細には、外部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、容器の加熱に使用される。一方、内部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、撹拌翼の加熱に使用される。
【００８７】
上述したように、内部加熱方式は外部加熱方式に比べて熱コンダクタンスｈＡが大きい。そのため、撹拌翼と被処理物との温度差が、容器と被処理物との温度差より大きい場合であっても、容器から被処理物に伝達される熱量と同量の熱量を撹拌翼から被処理物に伝達することができる。言い換えると、同じ熱量を被処理物に伝達する場合であれば、撹拌翼の加熱温度は容器の加熱温度よりも低くてよい。さらに、容器と撹拌翼とでは、一般的に撹拌翼の方が容器よりも熱容量が小さい。
【００８８】
これらの理由により、撹拌翼の加熱に使用される熱量は、容器の加熱に使用される熱量よりも小さく済むことになる。その結果、投入熱量が同じであれば、内部加熱方式では、外部加熱方式に比べてより大きな熱量を被処理物の加熱に使うことができるため、被処理物の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて投入熱量を小さくできる。よって、消費電力を低減することができる。
【００８９】
さらに、この内部加熱方式において、外部通電型と内部通電型とで加熱効率を比較すると、以下のような理由から、内部通電型は、外部通電型に比べて高い加熱効率を実現することができる。
【００９０】
図９に、内部通電型加熱撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示す。図９では、２つの構成要素間の電気的接続または電気的結合が破線で示され、当該構成要素間の熱的接続が実線で示されている。
【００９１】
図９を参照して、内部通電型加熱撹拌装置において、受電コイル８および通電部１０は電気的に接続されている。さらに、通電部１０および撹拌翼１は電気的に結合されている。これにより、受電コイル８から高周波電流の供給を受けて通電部１０が発生する交番磁界によって撹拌翼１が電磁誘導加熱される。そして、撹拌翼１と被処理物２０との間の熱的接続により、被処理物２０が加熱される。
【００９２】
さらに、通電部１０は、撹拌翼１に熱的に接続されるとともに、被処理物２０に熱的に接続されている。通電部１０に高周波電流を流すと、通電部１０の電気抵抗によってジュール熱が発生する。通電部１０が発生したジュール熱は、撹拌翼１および被処理物２０にそれぞれ伝達される。
【００９３】
このように、内部通電型によれば、撹拌翼１が発生するジュール熱に加えて、通電部１０が発生するジュール熱を被処理物２０の加熱に用いることができる。したがって、投入熱量が同じであれば、内部通電型は、外部通電型に比べてより大きな熱量を被処理物２０の加熱に使用することができる。このため、被処理物２０の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部通電型は、外部通電型に比べて投入熱量を小さくできる。よって、加熱効率が高くなり、消費電力を低減することができる。
【００９４】
また、内部通電型は、外部通電型に比べて、被処理物２０の温度制御において目標温度への高い応答性を実現することができる。
【００９５】
ここで、撹拌翼１にジュール熱を発生させる手法としては、本実施の形態のように、通電部１０に高周波電流を通電して撹拌翼１に渦電流を発生させる構成の他に、撹拌翼１に直接的に直流電流を通電し、撹拌翼１の電気抵抗によってジュール熱を発生させる構成を採ることができる。
【００９６】
しかしながら、撹拌翼１に直流電流を通電する構成では、被処理物２０の加熱に十分な熱量を得るために、撹拌翼１の導電体部分の電気抵抗を高くする必要がある。また、大電流を撹拌翼１に流すために高電圧の直流電源が必要となる。
【００９７】
これに対して、通電部１０に高周波電流を通電する構成では、高周波電流の表皮効果によって、電流は通電部１０の全体を均等に流れるのではなく、通電部１０の表面上もしくは表面付近に集中して流れる。これにより、通電部１０の実質的な電気抵抗を高くすることができるため、小さな電流でも十分な熱量を通電部１０に発生させることができる。
【００９８】
また、撹拌翼１に電流を直接的に通電する場合、撹拌翼１の形状によっては電流経路を確保することが難しいという課題がある。よって、撹拌翼１の形状に制約が生じる。一方、本実施の形態によれば、導電体で形成された通電部１０を撹拌翼１に接触させることで、容易に電流経路を形成することができる。
【００９９】
以上のように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置によれば、導電体からなる通電部１０により、撹拌翼１の形状によらず高周波電流の経路を容易に確保することができるとともに、高周波電流の表皮効果によって、小電流で大きなジュール熱を通電部１０に発生させることができる。さらに、撹拌翼１においても、表皮効果によって渦電流が撹拌翼１の表面上または表面付近に集中して流れることから、大きなジュール熱を撹拌翼１に発生させることができる。この結果、撹拌翼１に直流電流を通電する構成に比べて、装置の体格を小型化できるとともに、加熱効率を高めることができる。
【０１００】
［撹拌翼および通電部の構成例］
以下、図１０から図１６を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用され得る撹拌翼および通電部の構成例について説明する。図８で説明したように、本実施の形態に係る内部通電型加熱撹拌装置は、撹拌翼の位置および形状に対する制約がない。したがって、被処理物の粘度および撹拌翼の回転速度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
【０１０１】
最初に、図１０および図１１を参照して、ディスクタービン翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ディスクタービン翼は、主に低粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。
【０１０２】
図１０（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａの上方から見た図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【０１０３】
図１０（ａ）に示されるように、撹拌翼１は、その外周に沿って複数枚の羽根が配置された円盤形状を有している。通電部１０は撹拌翼１の外周面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。導電コイルはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体１２はたとえばアルミナで形成されている。
【０１０４】
図１０（ｂ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の外周面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
【０１０５】
撹拌翼１の外周面に通電部１０を巻回すると、撹拌翼１の表面に出っ張りが生じるため、本来の撹拌翼の形状が損なわれてしまう場合がある。このような場合、撹拌翼の動力数が設計値からずれてしまい、撹拌動力も設計値からずれてしまう可能性がある。図１０（ｂ）に示すように、通電部１０を撹拌翼１に埋め込んだ構成とすることにより、本来の撹拌翼１の形状を損なうことなく、撹拌翼１と通電部１０とを接触することができる。
【０１０６】
図１１（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａの上方から見た図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。
【０１０７】
図１１（ａ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の表面の平面部分に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。導電テープはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体はたとえばアルミナで形成されている。
【０１０８】
図１１（ｂ）に示されるように、通電部１０は、撹拌翼１の表面の平面部分に形成された溝部１ｂ内に配置されている。通電部１０を貼り合せた後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の表面を平滑にすることができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。
【０１０９】
次に、図１２から図１４を参照して、マックスブレンド翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。マックスブレンド翼は、主に中粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。
【０１１０】
図１２（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１２（ｂ）は、図中の矢印ＸＩＩ１の向きから見た部分斜視図である。図１２（ｃ）は、図中の線ＸＩＩ２−ＸＩＩ２に沿った断面図である。
【０１１１】
図１２（ａ）を参照して、撹拌翼１は、複数の貫通孔が格子状に形成された平板形状を有している。通電部１０は撹拌翼１の平板部分の側面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。
【０１１２】
図１２（ｂ）および（ｃ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の側面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の側面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
【０１１３】
図１３（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１３（ｂ）は、図中の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面図である。
【０１１４】
図１３（ａ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の表面に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。図１３（ｂ）に示されるように、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の表面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。通電部１０を貼り合せた後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の表面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
【０１１５】
図１４（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１４（ｂ）、（ｃ）は、図中の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。
【０１１６】
図１４（ａ）を参照して、撹拌翼１は、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂを含む。第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとは軸方向ＡＸに沿って対向するように配置されている。図１４の例では、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂは、撹拌翼１の平板部分を軸方向ＡＸに沿って２分割することによって形成されている。なお、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂの少なくとも一方は、少なくとも一部分に導電体部（第１導電体部）が形成されている。
【０１１７】
図１４（ｂ）に示されるように、通電部１０は、第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとの間に配置されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。たとえば、第１の部分１Ａに通電部１０を貼り合せた後、第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとを貼り合せることで、撹拌翼１に通電部１０を接触させることができる。なお、第１の部分１Ａ内に通電部１０を埋め込ませてもよい。
【０１１８】
なお、通電部１０は、図１４（ｂ）に示されるように、コイルの巻き数が１である単巻きコイルであってもよく、図１４（ｃ）に示されるように、コイルの巻き数が２以上である複数巻きコイルであってもよい。
【０１１９】
図１４に示す構成例によれば、通電部１０を第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂで挟み込むことにより、通電部１０が発生したジュール熱を第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂに対して均等に伝達することができる。これにより、撹拌翼１と被処理物との間の熱伝達率を上昇させることができるため、結果的に加熱効率を向上させることができる。
【０１２０】
また、図１４に示す構成例では、通電部１０が撹拌翼１の強度を補強する働きをするため、撹拌翼１の堅牢性を高めることができる。
【０１２１】
最後に、図１５および図１６を参照して、ヘリカル翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ヘリカル翼は、主に高粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。
【０１２２】
図１５は、撹拌翼１を主軸に垂直な方向から見た図である。図１５を参照して、撹拌翼１は、帯状の翼を螺旋状に配置させたものである。通電部１０は帯状の翼の外周面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。通電部１０は、撹拌翼１の外周面に形成された溝部（図示せず）内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
【０１２３】
容器１３は、少なくとも一部分に導電体部（第３導電体部）が形成されている。容器１３の導電体部は、通電部１０に近い位置に形成されていることが好ましい。通電部１０に近い位置とは、通電部１０と電気的に結合することができる位置であって、通電部１０が発生した交番磁界を十分鎖交することができる位置を意味する。図１５の例では、容器１３の壁面に、通電部１０と対向するように導電体部を配置することが好ましい。このようにすると、通電部１０が発生した交番磁界を容器１３の導電体部に鎖交させることにより、撹拌翼１を加熱するとともに、容器１３を電磁誘導加熱することができる。よって、加熱効率を一層向上させることができる。
【０１２４】
図１６（ａ）は、撹拌翼１を主軸に垂直な方向から見た図である。図１６（ｂ）は、図中の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図である。図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、通電部１０は、螺旋状の翼の表面に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。図１１および図１３と同様に、図１６においても、通電部１０を翼の表面に形成された溝部内に配置することで、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。たとえば、溝部内に通電部１０を配置した後、溝部内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させてもよい。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
【０１２５】
［給電部の構成例］
上述した実施の形態では、通電部１０に高周波電流を供給するための給電部４において、交流電源５から通電部１０に非接触で給電を行なう構成について説明したが、交流電源５と通電部１０とを接触させる構成としても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
図１７に、本実施の形態に係る加熱撹拌装置の変更例の構成を示す。図１７は、本変更例に係る加熱撹拌装置１００の軸方向ＡＸに沿った断面構造を示している。
【０１２７】
本変更例に係る加熱撹拌装置１００の基本的構成は、給電部４を除いて、図１に示した加熱撹拌装置１００と同じである。本変更例において、給電部４は、送電コイル７および受電コイル８に代えて、スリップリング１６を有している。スリップリング１６は、高周波トランス６に電気的に接続されるカーボンブラシ（図示せず）を含んでおり、このカーボンブラシを回転体である通電部１０に面接触させることにより、通電部１０に高周波電流を供給可能に構成されている。
【０１２８】
［加熱撹拌装置の適用例］
上述した実施の形態では、下水汚泥からエネルギー源であるメタンガスを回収する汚泥処理装置に本発明の加熱撹拌装置を適用する構成について説明したが、本発明の加熱撹拌装置は、下水汚泥処理装置に限らず、様々な分野に適用することができる。たとえば、有機物を発酵させる発酵処理装置、モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器、高粘度物質の脱溶剤、脱モノマーおよび脱揮を行なう蒸発器、食材を加熱撹拌する調理器などに本発明の加熱撹拌装置を適用することができる。
【０１２９】
今回開示された実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３０】
１，３４  撹拌翼、１ａ  主軸、１ｂ  溝部、１Ａ  第１の部分、１Ｂ  第２の部分、２  回転軸、３，１５  封止部材、４  給電部、５  交流電源、６  高周波トランス、７  送電コイル、８  受電コイル、９ａ，９ｂ，３２  導電線、１０  通電部、１１  導電体部、１２  絶縁体、１３，３０  容器、１４  蓋部、１６  スリップリング、２０，４０  被処理物、３８  電磁誘導コイル、１００  加熱撹拌装置。
【図１】
2018001142.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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