(57)【要約】【課題】円板状のロータとステータとの間で液を撹拌する撹拌装置において、撹拌作用のみを有し、送液作用を有しない撹拌装置を提供する。【解決手段】円筒状のハウジング１０と、該ハウジング１０内に配置されたステータ２０及びロータ３０と、ハウジングの軸心位置に配置された回転軸４０と、該回転軸２０に連なるモータ５０等を備えている。エンドプレート１２と最下段のステータ２０（２０ａ）との間に流入室１５が形成され、エンドプレート１３と最上段のステータ２０（２０ｃ）との間に流出室１６が形成されている。ハウジングの筒部１１に、流入室１５に連通する流入口１４と、流出室１６に連通する流出口１７とが設けられている。ステータ２０の中央部に開口２１が設けられている。【選択図】図１
2011161401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、
該ハウジング内に、ハウジングの筒軸心方向に間隔をあけて交互に配列された円板状のロータ及びステータと、
該ハウジングの一端側に設けられた導入部と、
該ハウジングの他端側に設けられた排出部と
を備え、
該ステータは、外周部がハウジングの内周面に連結され、中心部に開口を有しており、
該ハウジングの軸心方向に回転軸が配置され、前記ロータは該回転軸に支持されている撹拌装置において、
前記ステータが奇数個配置され、各ステータ同士の間にロータが配置されており、
該ハウジングの筒軸心方向の一端側のステータの前記開口が導入部となっており、他端側のステータの前記開口が排出部となっていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ハウジングの筒軸心方向の一端側の端面とその直近のステータとの間に流入室が設けられ、他端側の端面とその直近のステータとの間に流出室が設けられており、
該流入室に臨む流入口と該流出室に臨む流出口がそれぞれ該ハウジングに設けられていることを特徴とする撹拌装置。
【請求項３】
請求項２において、前記流入口及び流出口はそれぞれ前記ハウジングの外周面に設けられていることを特徴とする撹拌装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記ステータ及びロータから、対峙するロータ及びステータに向ってそれぞれピンが複数個突設されており、
各ピンはステータ又はロータの中心に対して同心円状に配列されており、
各ピンは略円柱形又は略楕円柱形であることを特徴とする撹拌装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、攪拌される流体を該撹拌装置内に供給するためのポンプを備えたことを特徴とする撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体などの流体を撹拌するための撹拌装置に係り、特に高分子凝集剤などの水溶性ポリマーを水に溶解又は希釈する用途に用いるのに好適な撹拌装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、ハウジング内にロータとステータとを配置し、ロータを回転させるよう構成した撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末高分子凝集剤の分散、溶解、エマルション型高分子凝集剤の溶解、液体高分子凝集剤の分散、溶解、ディスパージョン型高分子凝集剤の分散、溶解、その他、高粘性液体と低粘性液体との混合のために、ラインミキサーによる流路での混合が行われている。このラインミキサーは、高分子凝集剤を配管中の流速（圧力）のみを動力源として水と混合するものであるので、撹拌が不十分であった。
【０００３】
特表２００４−５３７４０２には、固定ディスクと可動ディスクとの両者間に間隔をあけてハウジング内に配置し、可動ディスクを回転させて撹拌及び送液を行うようにしたミキシング装置が記載されている。液は、可動ディスクの回転によって生じる遠心力によって送液される。各ディスクの板面には角柱形の突起が設けられており、流体が突起に衝突して混合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５３７４０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特表２００４−５３７４０２のミキシング装置は、混合と送液の双方の機能を有している。そのため、送液量を増減すべくミキシング装置の回転数を増減させると、混合効率自体も変動する。
【０００６】
また、上記特表２００４−５３７４０２では、各ディスクに角柱状のピンが立設されているため、ディスクを高速回転させた場合にはピンの角縁でポリマーの高分子鎖成分が分断され、溶質の性状が変化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決し、円板状のロータとステータとの間で液を撹拌する撹拌装置において、撹拌作用のみを有し、送液作用を有しない撹拌装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、その一態様において、ロータを高速回転させてもポリマー成分の高分子鎖の分断が防止ないし抑制され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】
【０００９】
本発明（請求項１）の撹拌装置は、筒状のハウジングと、該ハウジング内に、ハウジングの筒軸心方向に間隔をあけて交互に配列された円板状のロータ及びステータと、該ハウジングの一端側に設けられた導入部と、該ハウジングの他端側に設けられた排出部とを備え、該ステータは、外周部がハウジングの内周面に連結され、中心部に開口を有しており、該ハウジングの軸心方向に回転軸が配置され、前記ロータは該回転軸に支持されている撹拌装置において、前記ステータが奇数個配置され、各ステータ同士の間にロータが配置されており、該ハウジングの筒軸心方向の一端側のステータの前記開口が導入部となっており、他端側のステータの前記開口が排出部となっていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の撹拌装置は、請求項１において、前記ハウジングの筒軸心方向の一端側の端面とその直近のステータとの間に流入室が設けられ、他端側の端面とその直近のステータとの間に流出室が設けられており、該流入室に臨む流入口と該流出室に臨む流出口がそれぞれ該ハウジングに設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の撹拌装置は、請求項２において、前記流入口及び流出口はそれぞれ前記ハウジングの外周面に設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の撹拌装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記ステータ及びロータから、対峙するロータ及びステータに向ってそれぞれピンが複数個突設されており、各ピンはステータ又はロータの中心に対して同心円状に配列されており、各ピンは略円柱形又は略楕円柱形であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の撹拌装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、攪拌される流体を該撹拌装置内に供給するためのポンプを備えたことを特徴とするするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の攪拌装置によって、例えば複数の種類の液体を混合する場合には、これらの液体をポンプを介して流入口からハウジング内に導入し、ロータを回転させる。液体はロータとステータとの間で攪拌される。ロータの回転に伴ってハウジング内の液体が旋回して遠心力が生じるが、導入部及び排出部がそれぞれステータの中心部に位置するので、ハウジング内の液体には導入部から排出部に向かう方向（又はそれと反対方向）の流れは生じない。ハウジング内の液体は、専ら上記のポンプの吐出圧力によって導入部から排出部に向って流れる。従って、攪拌力を制御するためにロータの回転数を変化させても、該ポンプによる送液量には変動が生じない。
【００１５】
請求項２の攪拌装置では、ハウジングの筒軸心方向の一端側の端面とその直近のステータとの間に流入室が設けられ、他端側の端面とその直近のステータとの間に流出室が設けられており、該流入室に臨む流入口と該流出室に臨む流出口がそれぞれ該ハウジングに設けられているので、ロータの回転に伴って生じる液体の旋回流が流入口及び流出口に及びにくいものとなり、液体の流れが安定したものとなる。請求項３のように流入口及び流出口をハウジングの外周面に設けることにより、この効果が顕著となる。
【００１６】
請求項４のように、ロータ及びステータにピンを設けることにより、攪拌力が向上する。このピンを略円柱形又は略楕円柱形とすることにより、ロータを高速で回転させてもピンがポリマー成分の高分子鎖に与える剪断力は小さく、ポリマーの高分子鎖が分断することが防止ないし抑制される。そのため、例えば、ポリマー凝集剤の特性低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る撹拌装置の縦断面図である。
【図２】（ａ）図はステータの斜視図、（ｂ）図はステータの平面図である。
【図３】溶解又は希釈システムのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、第１図〜第３図を参照して実施の形態に係る撹拌装置及びそれを用いた希釈システムについて説明する。
【００１９】
第１図の通り、この撹拌装置は円筒状のハウジング１０と、該ハウジング１０内に配置されたステータ２０及びロータ３０と、ハウジングの軸心位置に配置された回転軸４０と、該回転軸４０に連なるモータ５０等を備えている。
【００２０】
ハウジング１０は、筒部１１と、下側エンドプレート１２と、上側エンドプレート１３とを備えている。なお、この実施の形態のように、ハウジング１０は円筒の軸心を鉛直方向とすることが好ましいが、軸心方向は水平でも斜めでもよい。下側のエンドプレート１２と最下段のステータ２０（２０ａ）との間に流入室１５が形成され、上側のエンドプレート１３と最上段のステータ２０（２０ｃ）との間に流出室１６が形成されている。ハウジングの筒部１１に、流入室１５に連通する流入口１４と、流出室１６に連通する流出口１７とが設けられている。
【００２１】
ハウジング１０内に奇数個（第１図では３個）のステータ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）が配置されている。各ステータ２０は、中心部に開口２１を有した円板形であり、外周縁がハウジング１０の内周面に対し溶接等により固着されている。この実施の形態では、各ステータ２０の開口２１の直径は同一である。最下段のステータ２０ａの開口２１（２１ａ）が導入部であり、最上段のステータ２０ｃの開口２１（２１ｃ）が排出部である。
【００２２】
最下段のステータ２０ａの上面、最上段のステータ２０ｃの下面、中位段のステータ２０ｂの上下両面にはそれぞれピン２２，２３又は２４が立設されている。第２図に示されるように、ステータ２０ａ，２０ｂの上面のピン２２は、各々ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、開口２１の周縁に沿って周方向に一定間隔で配列されている。また、ピン２３は、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、各々ステータ２０ａ，２０ｂの上面の外周縁近くを周方向に一定間隔で配列されている。ステータ２０ｂ，２０ｃの下面のピン２４は、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、各々開口２１の周縁と各ステータ２０ｂ，２０ｃの外周縁との略中間において周方向に一定間隔で配列されている。
【００２３】
ステータ２０ｂ，２０ｃの開口２１に回転軸４０が挿通され、該回転軸４０にロータ３０（３０ａ，３０ｂ）が取り付けられている。回転軸４０は、軸受４１を介してハウジング１０に回転可能に支持されている。回転軸４０は、上側エンドプレート１３を通ってハウジング１０外に延出している。
【００２４】
ロータ３０ａはステータ２０ａ，２０ｂ間に位置し、ロータ３０ｂはステータ２０ｂ，２０ｃ間に位置している。各ロータ３０の直径はハウジング１１の内径よりも小さく、ロータ３０の外周とハウジング１１の内周面との間に流体が通過する間隙があいている。各ロータ３０の板面と各ステータ２０との間にも所定の間隙があいている。ロータ３０の上側及び下側の該間隙の高さは実質的に等しい。
【００２５】
ロータ３０の上面には複数のピン３１，３２が立設され、下面には複数のピン３３が立設されている。各ピン３１は、回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。各ピン３２も、回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。各ピン３３も回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。
【００２６】
この実施の形態では、ピン３１と前記ピン２２とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。ピン３２と前記ピン２３とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。ピン３３と前記ピン２４とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。回転軸４０が回転した場合、ピン３３はピン２２の周方向の列とピン２３の周方向の列との間を周回し、ピン３１はピン２４の周方向の列の内周側を周回し、ピン３２はピン２４の周方向の列の外周側を周回する。
【００２７】
このように構成された撹拌装置１において、例えば複数の種類の液体を混合する場合には、これらの液体をポンプ６２及び流入ライン６３を介して流入口１４から流入室１５内に供給すると共に、各ロータ３０をモータ５０で回転させる。この液体は、流入室１５から、ステータ２０ａの開口２１、ステータ２０ａとロータ３０ａとの間、ロータ３０ａの外周とハウジング１０の内周面との間、ロータ３０ａとステータ２０ｂとの間、ステータ２０ｂの開口２１、ステータ２０ｂとロータ３０ｂとの間、ロータ３０ｂとハウジング１０の内周面との間、ロータ３０ｂとステータ２０ｃとの間、ステータ２０ｃの開口２１、流出室１６及び流出口１７の順に流れ、取出ライン６４に送り出される。
【００２８】
各ロータ３０とステータ２０にピン３１〜３３、２２〜２４が設けられているので、ロータ３０の回転に伴って液体に剪断応力が加えられ、液体が十分に撹拌される。
【００２９】
このロータ３０の回転に伴って、ハウジング１０内の液体が旋回するので、ハウジング内の液体に遠心力が加えられるが、導入部としての開口２１ａ及び排出部としての開口２１ｃがハウジング１０の軸心部に位置するので、ハウジング１０内の液体には導入部としての開口２１ａから排出部としての開口２１ｂに向かう方向（又はそれと反対方向）の流れは生じない。ハウジング１０内の液体は、専らポンプ６２の吐出圧力によって流入口１４から流出口１７に向って流れる。従って、攪拌力を制御するためにロータ３０の回転数を変動させても、ポンプ６２による送液量（ハウジング１０を通過する液量）には全く又は殆ど変動が生じない。
【００３０】
また、各ピン２２〜２４、３１〜３３は円柱形であるので、ロータ３０を高速で回転させてもピン２２〜２４、３１〜３３がポリマー成分の高分子鎖に与える剪断力は小さく、ポリマーの高分子鎖が分断することが防止ないし抑制される。そのため、例えば、ポリマー凝集剤の特性低下が防止される。
【００３１】
この実施の形態では、ステータ２０ａの下側に流入室１５を設け、ステータ２０ｃの上側に流出室１６を設け、これらの側周面に流入口１４、流出口１７を設けているので、ロータ３０とステータ２０との間に生じる旋回流の影響が流入口１４及び流出口１７に及びにくく、液が安定して流れる。
【００３２】
このように構成された撹拌装置１を用いて液状のポリマー（高分子）凝集剤（以下、原液ということがある。）を水に溶解させる装置の一例について第３図を参照して説明する。
【００３３】
第３図（ａ）は、流量調節バルブ６６の開度を大とし、薬注量を多くしたときのフローであり、水は、ボールバルブ６０、給水ライン６１、給水ポンプ６２、ライン６３を介して撹拌装置１の流入口１４に供給される。原液は、ボールバルブ８０、原液ポンプ８１、ライン８２、三方弁８３、ライン８４を介して給水ライン６１（即ちポンプ６２の吸込側）に供給される。撹拌装置１で原液と水とが撹拌されて溶液とされ、この溶液が取出ライン６４を介して取り出され、流量計（ＦＳ）６５にて流量測定され、流量調節バルブ（ＦＣＶ）６６、ライン６７、電動バルブ６８、ライン６９、バルブ７０を経て凝集処理設備に添加される。
【００３４】
第３図（ｂ）は、流量調節バルブ６６の開度を絞って薬注量を少なくした場合のフローであり、撹拌装置１からの溶液の一部は、ライン６４から分岐した返送ライン７１及びバルブ７２を介して給水ライン６１に返送される。
【００３５】
第３図（ａ），（ｂ）では、三方弁８３はライン８２，８４を連通しており、ライン８５はライン８２，８４と遮断されている。また、バルブ７４は閉とされている。第３図（ａ），（ｂ）の状態でモータ５０の回転数を変化（増減）させても、攪拌装置１を通過する液量には変動は生じないので、送液量に影響を与えることなく攪拌の強さを調節することができる。
【００３６】
薬注を停止した第３図（ｃ）のフローでは、三方弁８３がライン８４，８５を連通し、ライン８２をライン８４，８５と遮断する。これにより、原液を給水に添加せず、水のみをポンプ６２、ライン６３，８５，８４，６１のループを循環させる。これは、原液が水と十分に溶解しない状態でライン８４，６１，６３及びポンプ６２に滞留することによる固化を防止するためである。なお、一般に、ポリマーを希釈水で希釈する場合、希釈後の薬注中のポリマー濃度が過度に高いと、薬注中にポリマーのゲル状物質が生成し、このゲル状物質がミキサや配管内に堆積して円滑な送液を妨げ、著しい場合には配管を閉塞する。この実施の形態によるとこのような事態が防止される。
【００３７】
前記ライン６７からはドレンライン７３が分岐しており、このドレンライン７３に電動バルブ７４及びバルブ７５が設けられている。薬注停止時にも給水を行うと共に、電動バルブ６８を閉、電動バルブ７４及びバルブ７５を開とすることにより、ライン６７よりも上流側の液体をドレンライン７３を介して系外に排出する。
【００３８】
なお、流量計６５の検出信号は制御盤９０に入力される。また、制御盤９０からの信号がポンプ６２、８１のインバータ制御器６２ａ、８１ａに与えられ、ポンプ６２，８１の回転数が制御される。三方弁８３、流量調節バルブ６６、電動バルブ６８，７４も制御盤９０からの信号によって開閉制御又は開度制御される。
このように、制御盤９０からの信号によって、ポンプ６２の回転数及び電動バルブ６８の開度を制御することで、ポンプ６２の最大容量を上限として、こまかく流量の制御を行うことが可能となる。
【００３９】
この実施の形態の攪拌装置によると、上記以外にも下記のような種々の効果を得ることが可能である。
【００４０】
溶解タンクが不要或いは小型となり、設置スペースの縮小が可能である。
【００４１】
モータの動力がすべて撹拌に用いられる。撹拌力が強力なため、高分子凝集剤の分散が良好となる。
【００４２】
ポンプ効果が無いため、既設の配管途中に設置可能である。
【００４３】
ポンプ効果が無いため、必要に応じて複数台の攪拌装置を多段に設置することが可能である。
【００４４】
流量制御を行うポンプ部と撹拌力を制御する撹拌部を独立させて制御することが可能となり、原液の性状と注入条件に合わせて最適な条件での注入制御が可能である。
【００４５】
高圧条件の下での溶解も可能となり、溶解時間の短縮が可能である。
【００４６】
エマルションポリマーのみならず、食品分野や化学分野のインライン型溶解装置として、幅広く使用可能である。水に分散させにくい粉体、例えば珪藻土、粉末活性炭などの混合、分散装置としての利用も可能である。
【００４７】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の構成とされてもよい。例えば、ロータとステータの数は図示以外であってもよい。また、ピンは円柱形に限定されるものではなく、楕円柱形やそれらに類似した形状であってもよい。ロータの外周縁やステータの内周縁を面取りした形状としてもよい。ピンの列の数も図示のものに限定されない。
また、第３図に示した装置も、凝集剤の溶解装置にかかわらず、各種薬品の溶解や粉体やスラリーなどの混合、分散装置としても利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  撹拌装置
１０  ハウジング
１１  筒体
１２，１３  エンドプレート
１４  流入口
１５  流入室
１６  流出室
１７  流出口
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）  ステータ
２１（２１ａ）  開口（導入部）
２１（２１ｂ）  開口
２１（２１ｃ）  開口（排出部）
２２〜２４  ピン
３０（３０ａ，３０ｂ）  ロータ
３１〜３３  ピン
４０  回転軸
５０  モータ
６２，８１  ポンプ
【図１】
2011161401.tif 000003
【図２】
2011161401.tif 000004
【図３】
2011161401.tif 000005