(57)【要約】【課題】  撹拌翼の混合性能を評価において、定量的な評価を可能にする評価方法を提供すること。【解決手段】  本発明は撹拌翼の混合性能を定量的に評価する方法であって、透明な撹拌槽と撹拌槽の内部に設けられた撹拌翼を有する撹拌軸とを備えた攪拌装置の撹拌槽内に無色透明の液体を貯め、撹拌翼を回転させて撹拌槽内の無色透明の液体を流動させ、撹拌槽内の無色透明の液体に色水を滴下させ、撹拌槽内に滴下された色水の分散状態の経時変化で撹拌翼の混合性能を判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌翼の混合性能を定量的に評価する方法であって、
透明な撹拌槽と撹拌槽の内部に設けられた撹拌翼を有する撹拌軸とを備えた攪拌装置の撹拌槽内に無色透明の液体を貯め、
前記撹拌翼を回転させて前記撹拌槽内の無色透明の液体を流動させ、
前記撹拌槽内の無色透明の液体に色水を滴下させ、
前記撹拌槽内に滴下された色水の分散状態の経時変化で撹拌翼の混合性能を判断する、撹拌翼の混合性能の評価方法。
【請求項２】
前記撹拌槽内の前記色水の混ざった液体の画像を経時で取得し、
前記取得された画像を複数のセルに分割し、セルごとの輝度値を求め、
前記各画像での前記輝度値の分布の標準偏差をその画像を取得した時点での前記色水の分散状態とし、標準偏差の経時変化が所定の範囲内になった時点を混合の完了と判断して、混合の完了するまでに要する時間で前記撹拌翼の混合性能を判断する、請求項１の撹拌翼の混合性能の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撹拌翼の混合性能を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撹拌槽と、撹拌槽内に回転可能に支持された撹拌軸と、撹拌槽内で回転可能に支持された撹拌軸に固定された撹拌翼とを備えた撹拌装置は、従来から化学工業や水処理、食料品等の分野において広く使用されており、目的に応じた様々な撹拌装置や撹拌翼が提案されている。
【０００３】
従来から、流体中に微小粒子であるトレーサ粒子を混入させ、位置計測装置によって非接触でトレーサ粒子の位置を追跡し、トレーサ粒子の位置の時間変化を検出することにより流体の速度分布を求める技術が知られている。この種の技術において、個々のトレーサ粒子を追跡し、各トレーサ粒子の速度ベクトルを求める技術はＰＴＶ（ Particle Tracking Velocimetry）と呼ばれている。ＰＴＶによって得られるトレーサ粒子の速度ベクトルからは速度分布が求められ、さらに速度分布からは、渦度、せん断ひずみ速度、流線などを求めることができる。このように、速度分布を求めたり、速度分布から流体の振る舞いに関する情報を抽出したりすることで、流場に関する定量的な計測が行われる（特許文献１）。  この技術を用いて目的に応じた最適な流れ場を形成する撹拌翼の選定を行うことができる。
【０００４】
また、粒子の細分化の程度に応じて、適正な撹拌翼を簡便に選定することができる撹拌機の評価方法がある（特許文献２）。この技術も、撹拌翼を選定する際に用いられる。
【０００５】
一方で、撹拌翼を選定する際に撹拌翼の混合性能も重要である。従来、撹拌翼の混合性能を評価する際は、一般的にヨウ素でんぷん反応により青紫色になった流体に、チオ硫酸ナトリウムを加え、酸化還元反応により無色透明になるまでに要する時間を混合時間とし、その長短で撹拌翼ごとの混合時間を評価する方法が多く用いられる。混合時間を計測する際には、作業者が目で無色透明になったと判断し、作業者自身がストップウォッチを用いて計測する（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８６８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３８０６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「化学工学論文集」、第２５巻、第２号、ｐ.２５３−２５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の評価方法では、粒子の細分化程度に基づいて撹拌機の選定が行われてはいあるが、撹拌翼の混合性能は評価できていない。
【０００９】
また、非特許文献１に記載の技術では、撹拌翼混合性能を評価する際は、ヨウ素の含まれる流体を撹拌するので、液量や回転数などの撹拌条件によっては、ヨウ素を含む液が飛び散ることがある。ヨウ素には吸入すると咳や喘息、吐き気などの症状が起こるため、作業者への安全性の面での課題がある。また混合時間を計測する際に、作業者が青紫色の流体が無色になったと目視で判断してからストップウォッチを停止させるため、作業者によって時間計測にばらつきがあるので定量的な評価ができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、撹拌翼の混合性能評価において、作業者への危険がなく、時間計測においてのばらつきをなくすことのできる評価方法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】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の撹拌翼の混合性能を評価方法は、混合性能を定評的に評価する方法であって、
透明な撹拌槽と撹拌槽の内部に設けられた撹拌翼を有する撹拌軸とを備えた攪拌装置の撹拌槽内に無色透明の液体を貯め、
上記撹拌翼を回転させて上記撹拌槽内の無色透明の液体を流動させ、
上記撹拌槽内の無色透明の液体に色水を滴下させ、
上記撹拌槽内に滴下された色水の分散状態の経時変化で撹拌翼の混合性能を判断する。
【００１２】
本発明の撹拌翼の混合性能の評価方法は、
上記撹拌槽内の上記色水の混ざった液体の画像を経時で取得し、
上記取得された画像を複数のセルに分割し、セルごとの輝度値を求め、
上記各画像での上記輝度値の分布の標準偏差をその画像を取得した時点での上記色水の分散状態とし、標準偏差の経時変化が所定の範囲内になった時点を混合の完了と判断して、混合の完了するまでに要する時間で上記撹拌翼の混合性能を判断するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、従来撹拌翼の混合性能を評価する際に、ヨウ素などの薬液を使用せず絵具、食用色素を用いた色水を使用することで、作業者への安全性の面での課題をなくし、作業者による時間計測のばらつきを無くすことができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の異なる例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の他の異なる例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示すフローチャートである。
【図５】図４の画像処理方法の一例を示すフローチャートである
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態の一例を示す図である。透明な撹拌槽１の内部に、撹拌槽１の中心軸に撹拌軸２が回転可能に設けられ、撹拌軸２には撹拌翼３が設けられている。撹拌軸２が回転することで、撹拌翼３が回転し、撹拌槽１の内部の無色透明の液体４が撹拌される。撹拌している無色透明の液体４に、滴下具５で色水６を滴下する。この時、撹拌槽１内の無色透明の液体４の液量によって、色水６の滴下量（例えば、無色透明の液体４の液量に対して１／３０の液量）が変わるため、滴下具５は、滴下量を調節できるものが好ましい。滴下した色水６の分散状態を撮像手段７で記録する。撮像手段で記録する際は、他の光源が映り込まないように暗室で行うことが好ましい。  
本発明の「無色透明の液体」と「色水」について説明する。本発明における「無色透明の液体」とは、濁度が０〜５０度の液体である。「色水」は、絵具や食用色素が完全に溶解し着色している液体で、濁度は５００〜３０００度である。色は、赤、緑、青が好ましい。例えば赤であれば、画像処理の際に色水の部分はＲＧＢ値が（２５５,０,０）となり、グレースケール変換した際に色水の分散状態をよりよく評価できる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態の異なる例を示す図である。図２では、撮像手段を複数台用いて別方向から撮像できるようにしている。この時、複数台の撮像手段７で記録した画像の時間を合わすために光点滅装置８を用いる。光点滅装置８は撮像手段７と同じ数を用意することが好ましい。この時、光点滅装置８の光が、画像処理時の撹拌槽内の色水の輝度値に影響を与えないように、光点滅装置８を箱の中に設置する。撮像手段７を複数台用いることによって、撹拌槽内の色水の分散状態を３次元的に見ることができる。撮像手段を複数用いた場合、色水の輝度値の標準偏差が一定になる時間が長い方を混合完了時間とする。
【００１７】
また図３は、本発明の実施形態の他の異なる例を示す図である。図３では、透明な撹拌槽１の内部に、撹拌槽１の中心軸に、回転可能に設けた撹拌軸２を上下左右に移動可能にしている。撹拌軸２を移動可能にさせることにより、撹拌翼ごとに撹拌槽内での最適な撹拌軸の位置を評価できる。
【００１８】
図４は、本発明の実施形態を示すフローチャートである。この評価方法は図４に示すように、まず無色の液体を一定時間撹拌する（Ｓ１０）。このとき撹拌翼ごとの動力を一定にすることが、撹拌翼ごとの混合性能を定量的に評価するのに重要である。次に、撹拌している無色透明の液体に色水を滴下し、撹拌する（Ｓ１１）。次に、滴下された色水の無色透明の液体内での分散状態を、撮像手段で記録する（Ｓ１２）。この時撮像手段には、ビデオカメラやカラーカメラを使用する。次に、撮像手段を用いて記録した色水の分散状態の画像に画像処理手段を用いて画像処理をする（Ｓ１３）。次に、Ｓ１３で画像処理をした画像から輝度値の標準偏差を求め、標準偏差の値が一定になる時間を混合完了時間とする（Ｓ１４）。次に、撹拌翼を交換する（Ｓ１５）。これを撹拌翼の個数に応じて繰り返し、混合完了時間を比較し、混合完了時間が短かった撹拌翼が混合性能がよい撹拌翼と判断することができる。
【００１９】
図５は、図４の画像処理方法（Ｓ１３）の一例を示すフローチャートである。図５に示すようにまず、撮像手段を用いて記録した色水の分散状態の画像から、撹拌槽内部の流体領域のみを切り取る（Ｓ２０）。この時、画像ごとに切り取る領域が同じになるようにする。次に、切り取った画像をグレースケール変換する（Ｓ２１）。この時、色水が赤であれば赤の要素値のみを抽出しグレースケール変換を行う。次に、前記工程でグレースケール変換した画像をセルごとに分割する（Ｓ２２）。次に、分割した領域内のセルの輝度値を求める（Ｓ２３）。次に、切り取った領域内の輝度値の標準偏差を求める（Ｓ２４）。前記Ｓ２０からＳ２４の工程を経時変化の画像ごとに繰り返し行うことによって、輝度値の標準偏差の経時変化を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の評価方法は、化工関係等の撹拌装置における撹拌翼選定に利用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  透明な撹拌槽
２  撹拌軸
３  撹拌翼
４  無色透明の液体
５  滴下具
６  色水
７  撮像手段
８  光点滅装置
【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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