(57)【要約】【課題】ブレードによる展延で処理液を適切な膜厚に薄膜化することができる撹拌装置を提供する。【解決手段】伝熱胴内に配された主軸２２に設けたアーム２３に連結部２４を介してブレード２６が取り付けられている。ブレード２６は、連結部２４によって主軸２２に平行なピン３２を軸に揺動自在にされている。主軸周りにおけるブレード２６の先端に設けた突出部３４の回転軌跡の最大半径Ｌ１が、主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大半径Ｌ１よりも大きくされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の伝熱胴と、
前記伝熱胴内に配された主軸と、
前記主軸に取り付けられ、前記主軸とともに回転することによって前記伝熱胴の内周面に沿って移動し、前記内周面に処理液の薄膜を形成するブレードと、
前記ブレードの先端を、前記主軸を中心とする径方向に移動自在にして前記ブレードと前記主軸とを連結する連結部と
を備え、
前記主軸周りにおける前記ブレードの先端の一部または全部の回転軌跡の最大半径が、前記主軸の回転中心から前記内周面までの最大距離よりも大きいことを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記ブレードは、前記主軸周りの回転軌跡の半径が最大となる突出部と、前記突出部よりも前記主軸周りの回転軌跡の半径が小さくされ、前記内周面に前記突出部が接触した状態で前記内周面との間にクリアランスを形成するクリアランス形成部とが先端にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記ブレードは、前記主軸の方向に複数の前記突出部が所定の間隔で設けられ、前記突出部と前記突出部との間に前記クリアランス形成部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記連結部は、前記主軸と平行な揺動軸を有し、前記揺動軸に前記ブレードが揺動自在に取り付けられ、前記揺動軸周りに揺動することによって前記主軸を中心とする径方向に移動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撹拌装置。
【請求項５】
前記連結部は、前記揺動軸を中心とする径方向及び軸方向に移動自在に前記ブレードを保持することを特徴とする請求項４に記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記ブレードは、前記主軸の回転による遠心力で前記揺動軸周りに揺動して前記内周面に前記ブレードの先端が接触することを特徴とする請求項４または５に記載の撹拌装置。
【請求項７】
各々が前記連結部によって前記主軸に連結され、前記主軸の軸方向に所定の間隔で配された複数の前記ブレードを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撹拌装置。
【請求項８】
前記連結部は、前記ブレードの先端を前記内周面に接触させる方向に前記ブレードを付勢する弾性部材を有することを特徴とする請求項１ないし５、７のいずれか１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】
処理液を濃縮、乾燥させる撹拌装置が知られている。撹拌装置は、加熱された伝熱胴の内周面に処理液を展延して薄膜化するものであり、円筒状の伝熱胴と、伝熱胴の周囲に設けられ蒸気等によって伝熱胴を加熱するジャケットと、伝熱胴の内部に配された主軸と、この主軸とともに回転するブレード（撹拌翼）とを備えている。ブレードは、先端部が直線的に形成されており、その先端部が伝熱胴の内周面に接触しないように、すなわち内周面との間にクリアランスが形成されるように配される。
【０００３】
上記撹拌装置では、ブレードを主軸とともに回転させ、そのブレードによって、伝熱胴の内周面を流下する処理液を展延して薄膜化する。このように処理液を薄膜化することによって、熱伝達効率を高めて蒸発を促進する。また、ブレードによって、処理液が伝熱面へ固着することを抑制できるため、高粘度の液体を処理液とすることも可能であり、食品の原材料の濃縮、粉末化、ポリマー溶液からの溶剤の回収、廃液の濃縮、粉末化等に用いられている。
【０００４】
また、ブレードが主軸と平行な軸を中心に揺動自在に支持された撹拌装置も知られている（例えば、特許文献１〜３）。この揺動自在にされたブレードは、主軸周りの回転による遠心力によって、その先端部を内周面に近づけた状態で主軸周りに回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３００１００７号公報
【特許文献２】特許第２５７６９１１号公報
【特許文献３】特開昭６３−７２３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、伝熱胴の軸心と主軸の回転位置とのずれをなくすことや、伝熱胴の内周面の断面形状が真円からずれる伝熱胴の歪みがないようにすることは、特に商業的な製造を想定した大規模な撹拌装置では、極めて難しい。そして、伝熱胴の軸心と主軸の回転位置とのずれや伝熱胴の歪みは、ブレードが主軸周りに１周する間の、ブレードと伝熱胴の内周面との間のクリアランスを変動させる原因となり、クリアランスの変動は、内周面上に形成される処理液の薄膜の厚みにバラツキを生じさせて、所期の蒸発速度が得られない、蒸発速度が低い等の問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブレードによる展延で処理液を適切な膜厚に薄膜化することが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】
【０００８】
本発明の撹拌装置は、円筒形の伝熱胴と、伝熱胴内に配された主軸と、主軸に取り付けられ、主軸とともに回転することによって伝熱胴の内周面に沿って移動し、内周面に処理液の薄膜を形成するブレードと、ブレードの先端を、主軸を中心とする径方向に移動自在にしてブレードと主軸とを連結する連結部とを備え、主軸周りにおけるブレードの先端の一部または全部の回転軌跡の最大半径が、主軸の回転中心から内周面までの最大距離よりも大きいものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝熱胴の軸心と主軸の回転位置のずれ発生や、伝熱胴の歪みがあっても、ブレードの先端の一部または全部が伝熱胴の内周面に接触した状態を必ず維持して主軸周りに回転するので、ブレードによる展延で処理液を適切な膜厚に薄膜化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の撹拌装置を示す断面図である。
【図２】連結部の構成を示す分解斜視図である。
【図３】ブレードの突出部の回転半径と主軸の回転中心から内周面までの距離との関係を示す説明図である。
【図４】ブレードが内周面に接触した状態を示す説明図である。
【図５】ブレードの先端と揺動軸とがなす面に垂直な軸周りにブレードが回動した状態を示す説明図である。
【図６】ブレードの先端に４個の突出部を設けた例を示す説明図である。
【図７】小サイズのブレードを上下方向に並べて設けた撹拌装置を示す断面図である。
【図８】小サイズのブレードの連結部の例を示す斜視図である。
【図９】ブレードをねじりばねで付勢した第２実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９におけるブレードと内周面との接触状態を示す説明図である。
【図１１】ブレードを板ばねで付勢した例を示す斜視図である。
【図１２】図１１におけるブレードと内周面との接触状態を示す説明図である。
【図１３】ブレードを圧縮ばねで付勢した例を示す斜視図である。
【図１４】図１３におけるブレードと内周面との接触状態を示す説明図である。
【図１５】クリアランスを０にした例におけるブレードと内周面との接触状態を示す説明図である。
【図１６】小サイズのブレードでクリアランスを０にした例におけるブレードと内周面との接触状態を示す説明図である。
【図１７】ブレード自体の弾性で揺動自在としたブレードを示す斜視図である。
【図１８】図１７のブレードが内周面に接触した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１において、第１実施形態に係る撹拌装置１０は、処理液を加熱して濃縮するものであり、伝熱胴１１と、ジャケット１２と、撹拌ユニット１４とを備えている。伝熱胴１１は、縦長な円筒形状であり、図示しない固定部材によって固定されている。伝熱胴１１の上部には、処理液を伝熱胴１１の内部に導入する導入管１５、伝熱胴１１の内部で発生した蒸気を排出するための排気管１６が設けられている。また、伝熱胴１１の下部には、濃縮された処理液を取り出すための取出口１７が設けられている。伝熱胴１１の内部は、大気圧よりも減圧された状態にされる。また、伝熱胴１１の外周には、それを囲むようにジャケット１２が設けられている。ジャケット１２と伝熱胴１１と間には、熱媒体、例えば所定の温度の蒸気や温水が供給される。これにより、伝熱胴１１が加熱される。
【００１２】
撹拌ユニット１４は、伝熱胴１１の上部外側に設けられたモータ２１、伝熱胴１１の内部に配された主軸２２、アーム２３、連結部２４を介して主軸２２に取り付けたブレード２６等で構成されている。主軸２２は、伝熱胴１１の軸心位置に回動自在に配されており、上端部がモータ２１に連結され、下端部が軸受け２８に支持されている。軸受け２８は、放射状に配されたステー２８ａで支持されている。主軸２２は、モータ２１の回転により所定の速度で回転される。
【００１３】
主軸２２には、複数本のアーム２３が一体に設けられている。この例では、主軸２２の周方向に９０°間隔で４本のアーム２３が設けられている。各アーム２３の先端には、それぞれ連結部２４を介してブレード２６が取り付けられている。詳細を後述するように、各ブレード２６は、その先端の一部を伝熱胴１１の内周面１１ａに接触させた状態で、主軸２２周りに回転する。
【００１４】
図２に示すように、連結部２４は、アーム２３の先端に設けられた基部３１と、揺動軸となるピン３２等で構成される。基部３１は、互いに平行に上下方向に並べられた板状の一対の支持片３１ａを有する。ピン３２は、各支持片３１ａに設けた孔３３にそれぞれ通されて主軸２２に平行に組み付けられる。ブレード２６は、一対の支持片３１ａの間で、後端部に設けた孔２６ａにピン３２が通されている。これにより、ブレード２６は、連結部２４、アーム２３を介して主軸２２と平行な揺動軸周りに揺動自在に主軸２２に取り付けられる。すなわち、ブレード２６は、主軸２２に平行な揺動軸周りに揺動自在とされていることによって、その先端が主軸２２を中心とする径方向に移動自在になっている。
【００１５】
ブレード２６は、例えばテフロン（登録商標）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ；Poly Ether Ether Ketone）、ナイロン等の樹脂などで形成されている。このブレード２６は、その先端部に突出部３４とクリアランス形成部３５とが設けられている。ブレード２６は、内周面１１ａ、より正確には内周面１１ａのうちの薄膜を形成すべき薄膜形成領域とほぼ同じ長さにされている。
【００１６】
突出部３４は、ブレード２６の先端部のうち主軸２２周りの回転軌跡の半径が最大になる部分であって、内周面１１ａに接触するブレード２６の実質的な先端である。クリアランス形成部３５は、ブレード２６の先端部のうち主軸２２周りの回転軌跡の半径が突出部３４よりも小さな部分であり、内周面１１ａとの間にクリアランスＣＬ（図４参照）を形成する。この例では、ブレード２６の先端の両端にそれぞれ突出部３４が設けられ、これら一対の突出部３４の間がクリアランス形成部３５となっている。
【００１７】
図３において、主軸２２が回転した場合、ブレード２６は、主軸２２周りの回転による遠心力によって揺動軸（ピン３２）周りに揺動する。この揺動により、ブレード２６は、主軸２２の回転中心を中心とした突出部３４の回転軌跡の半径が大きくなる姿勢に変化する。このときの突出部３４の回転軌跡の最大半径Ｌ１が主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大距離Ｌ２よりも大きくなるようにしてある。これにより、図３に実線で示すように、主軸２２の回転の際には、突出部３４を内周面１１ａに接触した状態でブレード２６が主軸２２周りに回転する。
【００１８】
なお、最大半径Ｌ１は、図３中に二点鎖線で示すように、内周面１１ａによってブレード２６の揺動を規制しない状態で、主軸２２を回転させたときの突出部３４の最先端面（最外周面）の回転軌跡の半径である。この最大半径Ｌ１は、主軸２２の回転中心とブレード２６の揺動の中心とブレード２６の重心とを一直線上としたときの、主軸２２の回転中心から突出部３４の最先端面までの距離として求めることができる。また、最大距離Ｌ２は、それぞれ想定される伝熱胴１１の歪みの大きさと伝熱胴１１の軸心位置に対する主軸２２の回転中心のずれから求めることができる。
【００１９】
図４に示すように、突出部３４を内周面１１ａに常に接触させることにより、クリアランス形成部３５を内周面１１ａに接触しない状態にして、クリアランス形成部３５と内周面１１ａとの間にクリアランスＣＬを形成する。伝熱胴１１の歪みや、伝熱胴１１の軸心位置に対する主軸２２の回転中心のずれなどがあっても、突出部３４が内周面１１ａに常に接触した状態になるため、クリアランスＣＬの大きさＡがほぼ一定に維持される。このように、クリアランスＣＬがほぼ一定に維持されるため、ブレード２６は、そのクリアランスＣＬによってほぼ一定な膜厚の処理液の薄膜を形成しつつ回転する。
【００２０】
クリアランスＣＬの大きさＡは、ブレード２６のクリアランス形成部３５からの突出部３４の突出長、すなわちクリアランス形成部３５の深さに応じたものとなる。クリアランス形成部３５の深さを調整することによって、内周面１１ａ上に形成される処理液の薄膜を所望の厚みにすることができる。これにより、処理液の薄膜を最適な厚みに維持し、所期の蒸発速度、例えば高い蒸発速度を維持する。なお、突出部３４と内周面１１ａとの間に処理液の薄膜が介在してもかまわない。その突出部３４と内周面１１ａとの間に形成される処理液の薄膜は、ほぼ一定になるためである。
【００２１】
クリアランスＣＬの大きさＡは、最大でも３ｍｍとすることが好ましく、より好適には最大でも１．２ｍｍとすることである。クリアランスＣＬの大きさＡが３ｍｍ以下であれば、より確実に適切な薄膜化が行われて蒸発や熱交換の効率を高めることができる。また、クリアランスＣＬの大きさＡを１．２ｍｍ以下とすれば、さらに確実に適切な薄膜化が行われて蒸発や熱交換の効率をより高めることができる。
【００２２】
この場合、例えば、クリアランス形成部３５からの突出部３４の突出長を３ｍｍ以下または１．２ｍｍ以下にすればよい。主軸２２の回転中心から伝熱胴１１の内周面１１ａまでの距離が一定でない場合、主軸２２周りにブレード２６が１回転する間に内周面１１ａまでの距離の変化にともなってブレード２６が傾倒する角度が変化し、これに応じてクリアランスＣＬの大きさＡが変化するが、クリアランスＣＬの大きさＡが突出部３４の突出長よりも大きくなることはない。したがって、突出部３４の突出長を３ｍｍ以下または１．２ｍｍ以下とすることによって、クリアランスＣＬの大きさＡが、突出長の３ｍｍまたは１．２ｍｍを超えることがない。また、クリアランスＣＬの大きさＡが変化する範囲の最大値が３ｍｍ以下または１．２ｍｍ以下となるように調整してもよい。
【００２３】
また、ブレード２６は、接触長、すなわち突出部３４の主軸２２に沿った方向（上下方向）の長さをできるだけ短くすることが好ましい。これにより、突出部３４が、内周面１１ａの局所的な凹凸や、加熱によって内周面１１ａに固着した処理液の凸部に衝突する確率を低くすることができ、ブレード２６の先端が内周面１１ａからはなれる方向に揺動する跳ね上がりの発生を低減し、処理液の膜厚の変動を抑制することができる。
【００２４】
さらに、ブレード２６に対して、揺動軸周りの揺動の他に自由度を持たせることによって、ブレード２６が全体的に跳ね上がることを抑制している。この例では、揺動軸（ピン３２）を中心とする径方向、揺動軸方向、及び揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸周り方向にそれぞれ自由度を持たせている。具体的には、ブレード２６の後端部に設けた孔２６ａ（図２参照）の径を、ピン３２の径よりも大きくすることにより、揺動軸を中心とする径方向にブレード２６を移動自在とし、また一対の支持片３１ａの間隔を、ブレード２６の後端部の上下方向の長さよりも大きくすることによって、ブレード２６をピン３２に沿って移動自在にしてある。
【００２５】
また、上記のように孔２６ａの径をピン３２の径よりも大きくするとともに、ブレード２６の後端部と一対の支持片３１ａとの間隔を含めて、基部３１とブレード２６との間にの所定の間隔を確保することにより、図５に示すように、揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸周りに回動自在にしてある。図５では、揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸は、紙面に垂直な方向であり、ブレード２６は、実線に示す位置と二点鎖線で示す位置との間で回動する。ブレード２６は、揺動軸周りに揺動しても、その揺動した位置における揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸周りに回動することができる。なお、図５では、ブレード２６の回動を説明するため、ブレード２６と基部３１との間隔等を誇張して描いてある。
【００２６】
上記のようにブレード２６に自由度を与えることによって、ブレード２６が内周面１１ａの局所的な凹凸や固着した処理液の凸部に衝突した場合にでも、クリアランスＣＬの大きさＡの変化が小さくなるようにしている。すなわち、ブレード２６は、凸部等に衝突した際に、揺動軸周りに揺動するばかりでなく、揺動軸を中心とする径方向の移動や、揺動軸方向の移動、揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸周りの回動をともないながら姿勢を変化させて、ブレード２６が全体的に跳ね上がることを抑制する。
【００２７】
なお、これら自由度をブレード２６に与える構成は、上記のものに限るものではなく、例えば各支持片３１ａに設けたピン３２を通す各支持片３１ａの孔３３の径をピン３２の径よりも大きくすることによって、ブレード２６にピン３２の径方向の自由度を与えてもよい。また、上記のような姿勢変化でブレード２６が全体的に跳ね上がることを抑制する場合に、突出部３４を曲面形状、球面形状等とすることも好ましい。
【００２８】
上記構成の作用について説明する。まず、モータ２１の回転により主軸２２が所定の回転速度で一方向に回転されるとともに、ジャケット１２内に所定温度の例えば蒸気が供給される。主軸２２の回転により、主軸２２周りに各ブレード２６が回転し、各ブレード２６は、その回転による遠心力でピン３２を中心に揺動する。このとき各ブレード２６は、突出部３４が内周面１１ａに接触した状態になる。その結果、クリアランス形成部３５と内周面１１ａとの間にはクリアランスＣＬが形成され、その状態で各ブレード２６が主軸２２周りに回転する。
【００２９】
上記のように主軸２２が回転されている状態で、導入管１５より、処理液が伝熱胴１１内に供給される。供給された処理液は、内周面１１ａを流下しながら回転中の各ブレード２６の先端により内周面１１ａに展延されて薄膜状になる。すなわち、処理液は、ブレード２６のクリアランス形成部３５と内周面１１ａとの間に形成されたクリアランスＣＬに入り込み、そのクリアランスＣＬの大きさＡに応じた膜厚に薄膜化される。
【００３０】
薄膜状になった処理液は、ジャケット１２に供給される蒸気からの熱が伝熱胴１１を介して与えられて加熱され、処理液中の例えば水分が蒸発する。これにより、薄膜状になって流下する処理液は、流下するにしたがって水分が徐々に減少して濃縮される。そして、この高濃度になった処理液が取出口１７より順次に取り出される。
【００３１】
ところで、伝熱胴１１の軸心位置からの主軸２２の回転中心のずれや、伝熱胴１１の歪み等により、主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの距離が変動する場合もある。しかし、ブレード２６は、主軸２２周りにおける突出部３４の回転軌跡の最大半径Ｌ１が主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大距離Ｌ２よりも大きいので、突出部３４が内周面１１ａに接触した状態を維持する。このときに、主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの距離が変化した場合、その距離に応じてブレード２６の傾倒する角度が変化するが、クリアランスＣＬの大きさＡの変化量は、内周面１１ａまでの距離の変化量に対して小さくなるのでクリアランスＣＬの大きさＡをほぼ一定とみなすことができる。
【００３２】
上記のように、クリアランスＣＬの大きさＡがほぼ一定になり、内周面１１ａ上にブレード２６で展延される処理液の薄膜が最適な厚みに保たれ、例えば高い蒸発速度が常に得られる。このように、処理液の濃縮が効率的に行われる。
【００３３】
また、突出部３４の内周面１１ａにおける移動軌跡上において、伝熱胴１１の内周面１１ａ自体に凹凸が形成されていたり、濃縮された処理液が加熱によって内周面１１ａに固着して凸部が形成されたりする場合もある。そのような場合には、ブレード２６が、ピン３２周りに揺動自在になっている他、ピン３２の軸方向、およびその径方向、揺動軸とブレード２６の先端とがなす面に垂直な軸周りの自由度をそれぞれもっているので、突出部３４がその部分を通過する際に、ブレード２６が小さく姿勢を変化させるだけであり、処理液の薄膜はほぼ最適な厚みに保たれる。もちろん、突出部３４の接触長を短くしてあるから、そのようにブレード２６が姿勢を変化することは少ない。したがって、処理液の展延がより効率的に行われる。
【００３４】
さらに、ブレード２６は、少なくともピン３２周りに揺動自在であるから、伝熱胴１１の内周面１１ａ自体に形成された凸部や濃縮された処理液が内周面１１ａに固着した凸部が突出部３４を含むブレード２６の先端に衝突しても、ブレード２６が破損することはない。
【００３５】
上記第１実施形態では、ブレードの先端の両端に突出部を設けたが、突出部は、ブレードの先端に１個以上あればよく、ブレードの先端における突出部の位置も限定されない。例えば図６に示す例のように、ブレード２６の先端に４個の突出部３４を所定間隔で設けてもよい。この場合、ブレード２６は、４個の突出部３４がそれぞれ内周面１１ａに接触した状態で回転し、各クリアランス形成部３５と内周面１１ａとの間にクリアランスＣＬが形成される。
【００３６】
［第２実施形態］
第２実施形態では、主軸の軸方向に所定の間隔で複数のブレードを並べて配したものである。なお、以下に詳細を説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に同じ部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
図７において、撹拌装置４０の各アーム２３の先端には、それぞれ主軸２２の軸方向（上下方向）に３個のブレード４６が所定の間隔をあけて並べて設けられている。各ブレード４６は、連結部２４を介してアーム２３に連結されている。ブレード４６の上下方向の長さは、薄膜形成領域の上下方向の１／３程度の長さであり、上下方向に並んだ３個のブレード４６によって、薄膜形成領域上の処理液を展延する。
【００３８】
図８に示すように、連結部２４には、ブレード４６ごとに一対の支持片３１ａが設けられており、各ブレード４６は、それぞれピン３２Ａによって対応する一対の支持片３１ａに揺動自在に取り付けられている。これにより、各ブレード４６が互いに独立して揺動自在になっている。第１実施形態のブレード２６と同様に、各ブレード４６についても揺動軸（ピン３２Ａ）を中心とする径方向、揺動軸方向、及び揺動軸とブレード４６の先端とがなす面に垂直な軸周り方向にそれぞれ自由度を持たせている。また、各々のブレード４６は、その先端の両端にそれぞれ突出部３４が形成され、これら突出部３４の間の先端部分にクリアランス形成部３５が設けられている。
【００３９】
この例によれば、各ブレード４６のそれぞれは、突出部３４が内周面１１ａに接触することによって、クリアランス形成部３５と内周面１１ａとの間にクリアランスＣＬを形成する。そして、第１実施形態と同様に、突出部３４が内周面１１ａに接触することによってクリアランスＣＬの大きさがほぼ一定に保たれるため、各ブレード４６で展延される処理液の薄膜が最適な厚みに保たれる。
【００４０】
また、処理液が固着した凸部等に上下方向に並んだ３個のブレード４６のうちのいずれか１個のブレード４６が衝突する場合などでも、跳ね上がりを含めて姿勢が変化するのは凸部等が衝突したブレード４６だけであり、他のブレード４６の姿勢は変化しない。このため、膜厚の変化する範囲が小さくなり、広範囲にわたって薄膜を最適な厚みに保つことができる。
【００４１】
［第３実施形態］
第３実施形態は、ブレードの先端を内周面に接触する方向に付勢する構成としたものである。なお、以下に詳細を説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に同じ部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図９に示すように、アーム２３には、連結部５１を介して、ブレード５２が取り付けられている。連結部５１は、アーム２３に固定された固定板５３と、固定板５３に主軸２２と平行な軸周りに揺動自在にされた可動板５４とを有している。この例では、固定板５３と可動板５４とを蝶番５５で連結している。可動板５４には、ブレード５２が固定されている。
【００４３】
ブレード５２には、その先端の両端に突出部３４が設けられ、これら突出部３４の間にクリアランス形成部３５が設けられている。上記のように、ブレード５２は、可動板５４とともに、蝶番５５によって主軸２２と平行な揺動軸周りに揺動自在にされている。蝶番５５としては、ばね蝶番が用いられており、蝶番５５のねじりばね５５ａは、主軸２２の回転方向と同方向にブレード５２を付勢する。図９では、主軸２２の回転方向が時計方向であり、ねじりばね５５ａは、蝶番５５の軸を中心にブレード５２を時計方向に回転させる向きに付勢する。この例にはおいては、ねじりばね５５ａが弾性部材である。
【００４４】
図１０に示すように、ブレード５２は、ねじりばね５５ａの付勢に抗して傾倒され、ねじりばね５５ａの付勢で突出部３４を内周面１１ａに接触させた状態で、伝熱胴１１内に配される。これにより、ブレード５２は、ねじりばね５５ａの付勢で突出部３４を内周面１１ａに圧接した状態で主軸２２周りに回転する。ブレード５２のクリアランス形成部３５が内周面１１ａとの間で形成するクリアランスＣＬは、第１実施形態と同様に、その大きさがほぼ一定に保たれるため、ブレード５２で展延される処理液の薄膜が最適な厚みに保たれる。
【００４５】
上記の例では、ブレード５２を付勢する弾性部材としてねじりばねを用いているが、弾性部材としては、これに限られない。例えば、図１１の例では、弾性部材として板ばね６０を用いている。アーム２３には、連結部６１を介して、ブレード５２が取り付けられている。連結部６１は、一対の板ばね６０の他、アーム２３に固定された固定板６３と、ブレード５２が固定された可動板６４とを有している。固定板６３と可動板６４とは、軸６５に軸着されており、これにより、ブレード５２と可動板６４は、主軸２２と平行な揺動軸周りに揺動自在にされている。各板ばね６０は、その一端が固定板６３に、他端が可動板６４にそれぞれ固定されている。図１２に示すように、ブレード５２は、可動板６４と一体に、板ばね６０の付勢に抗して傾倒され、撓んだその板ばね６０の付勢で突出部３４を内周面１１ａに圧接させた状態で伝熱胴１１内に配される。この状態で、ブレード５２が主軸２２周りに回転する。
【００４６】
また、図１３に示すように、弾性部材としての圧縮ばね７０を用いて固定板７３と可動板７４とを連結してもよい。この構成では、圧縮ばね７０の伸縮によって、ブレード５２の突出部３４が主軸２２を中心とする径方向に移動自在にされている。また、圧縮ばね７０が自然長であるときの突出部３４の先端までの長さを主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大距離Ｌ２よりも大きくしている。このようにすることによって、主軸２２周りにおける突出部３４の回転軌跡の最大半径を少なくとも主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大距離Ｌ２よりも大きくしている。
【００４７】
この例では、図１４に実線で示すように、ブレード５２は、主軸２２周りの径方向に圧縮ばね７０を圧縮させた状態で伝熱胴１１内に配される。これにより、圧縮された圧縮ばね７０の付勢によって、突出部３４が内周面１１ａを垂直方向に押圧した状態で、ブレード５２を主軸２２周りに回転する。なお、図１４に二点鎖線で示すように、ブレード５２が内周面１１ａないし内周面１１ａ上の処理液との間の摩擦力によって、主軸２２周りの回転方向とは逆向きに傾倒した姿勢となってもよい。
【００４８】
上記各実施形態では、ブレードの先端に突出部とクリアランス形成部とを設け、ブレードと伝熱胴の内周面との間にクリアランスを形成するようにしているが、図１５に示す例のように、ブレード８０の先端を平坦（直線状）にしてもよい。この場合、ブレード８０と内周面１１ａとの間に形成されるクリアランスは「０」である。また、図１６に示すように、複数の小サイズのブレード８１を用いて、内周面１１ａの薄膜形成領域に薄膜を形成する場合においても、同様にブレード８１の先端を平坦にし、内周面１１ａとの間のクリアランスを「０」としてもよい。この場合、主軸２２周りにおけるブレード８０、８１の先端の全部の回転軌跡の最大半径Ｌ１が、主軸２２の回転中心から内周面１１ａまでの最大距離Ｌ２よりも大きくされている。なお、図１５、図１６の各例では、ブレード８０、８１の先端が平坦とされている他は、図４、図８に示す例と同じであり、同じ構成部材には、それらと同一の符号を付してある。もちろん、図９、図１１、図１３の各例の構成において、先端が平坦なブレードを用いることもできる。
【００４９】
先端が平坦なブレードを用いた別の例を図１７及び図１８に示す。図１７及び図１８に示すブレード９０は、それ自体の弾性によって、ブレード９０を揺動自在としたものである。ブレード９０は、弾性変形自在に例えばシリコンゴム等で板状に形成されている。ブレード９０は、その先端は平坦になっており、その先端の全部が内周面１１ａに接触する。
【００５０】
ブレード９０は、その後端部がアーム２３に一体に設けられた固定板９１に固定されている。ブレード９０は、その先端を内周面１１ａに押し付けられて、ブレード９０自体が弾性変形した状態に組み付けられる。この例では、ブレード９０の先端部分が屈曲するように弾性変形する。ブレード９０は、主軸２２周りに１回転する間、その先端が内周面１１ａに接触した状態を維持するように、主軸２２を中心とする径方向についての固定板９１に対するブレード９０の取り付け位置、すなわち弾性変形量が調整されている。これにより、主軸２２を中心とする径方向についての径が変化すると、ブレード９０は、それ自体の弾性変形量を増減させて、先端を内周面１１ａに押し付けた状態を維持する。このように、ブレード９０は、それ自体の弾性により、その先端を含む先端側部分を揺動させる。したがって、このブレード９０では、その先端側部分よりも後側の部分が先端側部分を揺動自在にして主軸２２に連結する連結部として機能する。なお、ブレード９０は、その先端が平坦であるが、先端部に突出部とクリアランス形成部を設けたブレードを、それ自体の弾性によって揺動自在としてもよい。
【００５１】
上記のように、ブレード８０、８１、９０の先端が平坦である場合でも、ブレード８０、８１、９０は、揺動自在であるため、その先端が内周面１１ａから離れる方向に揺動して内周面１１ａとの間に処理液が入り込み、内周面１１ａ上に処理液の薄膜が形成される。処理液の薄膜の厚みは、処理液の粘性やブレード８０、８１に作用する遠心力、ブレード９０の弾力、変形量に応じて決まるので、ほぼ一定の厚みにすることができる。
【００５２】
また、ブレードを主軸周りの径方向にだけ移動自在とした場合は、ブレードの先端に内周面上に形成された凸部が当たった際に、そのブレードが中心方向に移動するようにブレードの先端を斜面や曲面とすることが好ましい。
【００５３】
また、上記各実施形態では、処理液を加熱して濃縮する場合について説明したが、さらに加熱を進めて乾燥させ粉末化する場合にも本発明を利用することができる。さらには、伝熱胴に冷媒を供給することによって、処理液を冷却することにも本発明を利用することができる。
【実施例】
【００５４】
次に本発明の実施例１〜５について説明する。実施例１〜５では、撹拌装置を用いて処理液の濃縮を行い、濃縮する際の蒸発速度を測定した。
【００５５】
実施例１、２に用いた撹拌装置は、図７に示す撹拌装置４０と同様な構成であるが、１本のアーム２３ごとに、４個のブレード４６を上下方向に並べて配置した構成とした。また、連結部２４としては、図７等に示す構成と同じく、各ブレード４６をピン３２Ａで揺動自在に保持し、遠心力でブレード４６の突出部３４を内周面１１ａに接触させる構成であった。なお、アーム２３は、４本である。
【００５６】
上下方向におけるブレード４６の長さは９．８ｃｍであった。また、突出部３４の突出長を調整してクリアランスＣＬの大きさＡを、実施例１では１．２ｍｍ、実施例２では０．６ｍｍとした。伝熱胴１１の内径は５５０ｍｍであった。主軸２２の回転数を２００ｒｐｍ（回転／分）、伝熱胴１１の内部の圧力を大気圧よりも０．０８ＭＰａ低くし、ジャケット１２に供給する蒸気温度を１５０℃にした。
【００５７】
測定では、乳原料と砂糖とを混合した液体（固形分約５．１％、脂肪分約８％、タンパク質約７％）を処理液とし、その固形分が約７０％となるまでの蒸発速度を測定した。
【００５８】
実施例３では、実施例１、２のブレード４６に代えて、図１６に示す例のように、先端を平坦にしたブレード８１を用い、クリアランスＣＬの大きさを０ｍｍとした。実施例３においても、実施例１、２と同様に、１本のアーム２３ごとに、上下方向に４個のブレード８１を並べて配した構成とし、また遠心力でブレード８１の先端を内周面１１ａに接触させる構成とした。実施例３のその他の条件は、実施例１、２と同じにした。
【００５９】
また、実施例４では、図９に示すブレード５２と連結部５１の構成を用いた。すなわちねじりばね５５ａの付勢力によって、ブレード５２の突出部３４を内周面１１ａに接触させる構成とした。また、この実施例４では、１本のアーム２３ごとに、１個のブレード５２を配した構成とした。さらに、突出部３４の突出長を調整してクリアランスＣＬの大きさＡを、０．８ｍｍとした。なお、実施例４のその他の条件は、実施例１、２と同じにした。
【００６０】
実施例５は、図１８及び図１９に示すブレード９０を用いた構成とした。すなわち、ブレード９０自体の弾性によってブレード９０が揺動する構成とした。この実施例５では、１本のアーム２３ごとに、１個のブレード９０を配した構成とした。なお、その他の条件は、実施例１と同じにした。
【００６１】
実施例１〜実施例５の測定結果を表１に示す。なお、表１中の「接触させる力」は、ブレードを内周面１１ａに接触させるために利用した力である。また、蒸発速度は、伝熱面積当たりの蒸発速度である。
【００６２】
【表１】
2018153768.tif 000003
【００６３】
実施例１〜実施例５では、いずれも高い蒸発速度が得られ、ブレードを揺動自在に設け、その先端の一部または全部が内周面１１ａに接触する構成で、処理液を適切な膜厚に薄膜化できることがわかった。また、遠心力を用いてブレードを内周面１１ａに接触させる構成とすることが、ねじりばねやブレードの弾性力を用いる構成よりも高い蒸発速度が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００６４】
１０、４０  撹拌装置
１１  伝熱胴
１１ａ  内周面
２２  主軸
２４  連結部
２６、４６、５２、８０、８１、９０  ブレード
３４  突出部
３５  クリアランス形成部
５５ａ  ねじりばね
６０  板ばね
７０  圧縮ばね
【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】
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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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【図１８】
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