(57)【要約】【課題】撹拌効率を高くし、かつメンテナンスが容易な撹拌ノズルおよび撹拌装置を提供する【解決手段】固定ノズル１０と、固定ノズル１０の先端部で回転する回転ノズル２０を有し、回転ノズル２０の先端には、複数の吹出し管２５が取付けられており、吹出し管２５は回転ノズル２０の回転軸に対して半径方向に屈曲されると共に回転方向に対し逆向きにねじられている。固定ノズル１０に供給された液が、回転ノズル２０に供給され、さらに複数の吹出し管２５から吹き出すときに吹出し管２５のねじり方向に逆向きのトルクを回転ノズル２０に発生させる。この結果、複数の吹出し管２５も回転ノズル２０も回転しながら、吹出し管２５から液を噴出する。この噴出する液は円錐状に広がり、旋回しながら噴射されるので、撹拌力を広範囲に及ぼすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ノズルと、該固定ノズルの先端部で回転する回転ノズルを有し、
該回転ノズルの先端には、複数の吹出し管が取付けられており、
該吹出し管は前記回転ノズルの回転軸に対して半径方向に屈曲されると共に回転方向に対し逆向きにねじられている
ことを特徴とする撹拌ノズル。
【請求項２】
前記複数の吹出し管の間の垂直面内における屈曲開き角度が１０°から６０°である
ことを特徴とする請求項１記載の撹拌ノズル。
【請求項３】
前記吹出し管のねじり角度が、５°から４５°である
ことを特徴とする請求項１または２記載の撹拌ノズル。
【請求項４】
前記複数の吹出し管が前記回転軸まわりの円周方向において等間隔で設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撹拌ノズル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の撹拌ノズルと送液ポンプとが貯槽に取付けられており、前記送液ポンプにより吸引した前記貯槽内の液を前記撹拌ノズルに供給し、該撹拌ノズルからの噴射液により前記貯槽内の液を撹拌するように構成した
ことを特徴とする撹拌装置。
【請求項６】
前記撹拌ノズルが、側面視において斜め下向きの状態で、前記貯槽の側面に取付けられている
ことを特徴とする請求項５記載の撹拌装置。
【請求項７】
前記撹拌ノズルが、平面視において、前記貯槽の中心方向に向けて取付けられている
ことを特徴とする請求項５または６記載の撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌ノズルおよび撹拌装置に関する。さらに詳しくは、貯槽内部の液体、たとえば清澄液あるいは微量結晶・微量スラリー含む液体などを撹拌するための撹拌ノズルおよび撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントのプロセスでは、様々な工程で製造された液体が配管等を流れて各設備に供給される。一般的に酸・アルカリ等腐食性のある液を取り扱うプロセスライン等では、ＦＲＰやＰＥ等の耐酸・耐アルカリ性のある樹脂製の貯槽で貯留する。このような貯槽では各工程から送られてきた物質や液体を撹拌して貯留することがある。
撹拌には、撹拌機を用いるのが普通であるが、撹拌機を設置するためには、とくに容量５０ｍ３を超える大容量の樹脂槽に対しては、特許文献１に記載のように、槽下部側面にフランジ接続する必要がある。その場合、撹拌軸貫通部からの液漏れを防止するため、メカニカルシールが必要となる。
【０００３】
メカニカルシールを採用する場合、摺動面の冷却が必要となるが、自己注水は清澄液のみしか適用できない。したがって、結晶やスラリーを含む液を貯留する貯槽では摺動面冷却用の冷却水が必要となる。しかるに、この方式は撹拌機本体および冷却水の管理・メンテナンスが貯槽本体のメンテナンスとは別に必要となる。さらに、メカニカルシールのメンテナンスのためには、操業を停止し貯槽から液抜きし空槽にして休転整備を行う必要があるなど、貯槽の操業効率も低下してしまう。
【０００４】
上記課題を解決するためには、ポンプによる自己循環等で簡易撹拌を行うことが一般的である。しかしながら、ポンプによる槽上部からの自己循環撹拌では槽内撹拌が充分にできないため、微量の結晶あるいは微量スラリーを含む処理液では時間の経過とともにスラリーが沈降堆積し、最終的に貯槽としての機能が失われる。そして、槽機能停止を回避するためには、定期的に貯槽から沈殿物（結晶あるいはスラリー）を除去するため、掘り取りや水ジェット洗浄等をしなければならず、この場合も定期休転整備が必要となる。
【０００５】
このようなプロセスで樹脂槽に貯留している液体を撹拌する装置として、特許文献２に記載されている方法が開発されている。
特許文献２の従来技術では、貯槽内に投入配管を垂直に配置し槽底付近で配管先端部に取付けたノズルを水平方向に曲げて撹拌装置を構成している。この撹拌装置では、噴出させた汚泥を円周方向に吹き出すことにより、撹拌を行うことが可能となる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の方法では、槽容量が大容量（５０ｍ３以上）の場合、槽内に配置した垂直配管が長くなり、槽内部で配管先端部の固定が必要となるため槽内部構造が複雑化する。また、配管やノズルの取り付け・メンテナンスを行うために槽内部に入る必要がある。さらに、吹き出し方向が円周方向のため、邪魔板の設置の困難な樹脂槽では撹拌が偏ってしまう。このため、処理液に微量結晶および微量スラリーを含む場合は撹拌力の弱い箇所に時間経過とともに沈降堆積するという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５７−１７３８２５号公報
【特許文献２】特許第３９７１９３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、撹拌効率を高くして沈降堆積物が生じにくくし、メンテナンスが容易で、休転整備が少なくてすむ撹拌ノズルおよび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】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、ポンプによる自己循環を利用した撹拌において、撹拌ノズルから吹き出す液に回転力を付加することで高い撹拌力が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
第１発明の撹拌ノズルは、固定ノズルと、該固定ノズルの先端部で回転する回転ノズルを有し、該回転ノズルの先端には、複数の吹出し管が取付けられており、該吹出し管は前記回転ノズルの回転軸に対して半径方向に屈曲されると共に回転方向に対し逆向きにねじられていることを特徴とする。
第２発明の撹拌ノズルは、第１発明において、前記複数の吹出し管の間の垂直面内における屈曲開き角度が１０°から６０°であることを特徴とする。
第３発明の撹拌ノズルは、第１発明または第２発明において、前記吹出し管のねじり角度が、５°から４５°であることを特徴とする。
第４発明の撹拌ノズルは、第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記複数の吹出し管が前記回転軸まわりの円周方向において等間隔で設けられていることを特徴とする。
第５発明の撹拌装置は、請求項１から４のいずれかに記載の撹拌ノズルと送液ポンプとが貯槽に取付けられており、前記送液ポンプにより吸引した前記貯槽内の液を前記撹拌ノズルに供給し、該撹拌ノズルからの噴射液により前記貯槽内の液を撹拌するように構成したことを特徴とする。
第６発明の撹拌装置は、第５発明において、前記撹拌ノズルが、側面視において斜め下向きの状態で、前記貯槽の側面に取付けられていることを特徴とする。
第７発明の撹拌装置は、第５発明または第６発明において、前記撹拌ノズルが、平面視において、前記貯槽の中心方向に向けて取付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、固定ノズルに供給された液が、回転ノズルに供給され、さらに複数の吹出し管から吹き出すときに吹出し管のねじり方向に逆向きのトルクを回転ノズル発生させる。この結果、複数の吹出し管も回転ノズルの仮想上の回転軸まわりで回転しながら、吹出し管から液を噴出する。この噴出する液は回転軸を中心として円錐状に広がった噴射領域をもつので、撹拌力を広範囲に及ぼすことができる。
第２発明によれば、複数の吹出し管の屈曲開き角度が１０°から６０°であると、噴射液を所望の範囲に噴射させて、槽内液の撹拌効果を高めることができる。
第３発明によれば、吹出し管のねじり角度が充分であることによって、回転トルクを発生させ回転ノズルを回転させることができる。このため、噴射液が旋回しながら噴射されるので、液の撹拌効果が高くなる。
第４発明によれば、回転トルクが充分に確保され、回転ノズルおよび吹出し管の回転が円滑に行われる。このため、噴射液が旋回しながら貯槽内の各所に均等に届けられるので、液の撹拌効果が高くなる。
第５発明によれば、送液ポンプにより吸引した前記貯槽内の液を前記撹拌ノズルに供給し、該撹拌ノズルから噴射された旋回する噴射液により前記貯槽内の液を撹拌するので、撹拌効果が高く貯槽内の沈降堆積は生じにくくなる。また、メカニカルシールや長い槽内配管等を用いないので保守が容易であり、休転整備の必要が少なくなる。
第６発明によれば、撹拌ノズルからの噴射液が貯槽の底部に向けて噴射されるので、貯槽内の沈降分も撹拌するので、貯槽の底への沈降堆積が生じにくい。
第７発明によれば、撹拌ノズルからの噴射液が貯槽の中心部に向けて噴射されるので、貯槽の平面視における全領域を撹拌しやすく貯液の沈降堆積を防止しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る撹拌装置の構成説明図である。
【図２】図１に示した撹拌装置のII−II線矢視横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る撹拌ノズルの断面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線矢視断面図である。
【図５】図３におけるV−V線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明の撹拌装置は、プロセスラインなどの設備において貯留される液体や、微量の結晶・微量スラリーを含む工程液・処理液などの撹拌に適した装置であって、小容量から大容量にわたる貯槽の液を槽内撹拌するものである。
本発明が適用される貯槽としては、樹脂製に限らず金属製の貯槽にも適用できるが、代表的には樹脂製の槽に適用される。また、以下の説明では、円筒大型樹脂槽を例示しているが、槽の形状についても、特に限定はない。
【００１４】
本発明の撹拌装置が使用される設備にはとくに制限がなく、たとえば、清澄液貯留槽、濾過ろ液槽、排水処理原液槽、受槽、バッファー槽等の各種貯槽を挙げることができる。
また、本発明の撹拌装置によって撹拌される流体についてはとくに限定されないが、清澄液、微量結晶あるいは微量スラリーが混入（０．１％から数％程度）する場合に適している。
【００１５】
（撹拌装置）
まず、本発明の実施形態に係る撹拌装置を説明する。
図１において、Ａは貯槽、１は撹拌ノズル、２は送液ポンプである。撹拌ノズル１は貯槽Ａ内の液を撹拌するために用いられており、送液ポンプ２は貯槽Ａ内の液を撹拌ノズル１に供給するものである。本発明の撹拌装置は撹拌ノズル１と送液ポンプ２とから構成されている。
【００１６】
つぎに、各部の詳細を説明する。
貯槽Ａは、処理液を貯留する円筒縦型樹脂槽である。貯槽Ａの容量や寸法にはとくに制限はないが、図示の貯槽Ａは１００ｍ３であり、高さ約１２ｍ、直径約３ｍである。この槽は各工程で発生した排水を一時的に貯留し、排水処理工程に定量的に送るためのバッファー槽であり、各種ｐＨのものを混合させる目的で使用される。
【００１７】
この貯槽Ａには、雨水をはじめとする各プロセス工程で発生した排水が流入するが処理液中に微量結晶あるいは微量スラリーが含まれており、それぞれの液のｐＨは３〜１２である広範囲の排水が混ざることになる。
【００１８】
図１に示すように、貯槽Ａの下部側壁には下部排出用口４が設けられており、この下部排出用口４は配管にて送液ポンプ２の吸引口に接続されている。この送液ポンプ３の吐出口に接続された配管は貯槽Ａの側壁に取り付けられたフランジ配管５に接続されている。フランジ配管５には撹拌ノズル１が取付けられ、撹拌ノズル１の先端部分は貯槽Ａの内部に臨んでいる。この撹拌ノズル１から液を吹き出すことにより、貯槽Ａ内の液を撹拌することができる。
【００１９】
図示１に示すように、撹拌ノズル１は、側面視において斜め下向きの状態で、貯槽Ａの側面に取付けられている。斜め下向きの傾斜角θ１としては、３０°〜６０°の範囲にあることが好ましい。この傾斜角θ１の範囲内でどの角度が最適かは貯槽Ａの半径などにより変るが、概ね、噴射液が貯槽Ａの底部中心に向けられることがよく、この範囲にすることで、貯槽Ａ内の液を上下に効率よく撹拌できる。
撹拌ノズル１のサイズ（口径）等は、槽の形状、容量等を考慮し、最適な撹拌力が得られるように適宜選択すればよい。
【００２０】
撹拌ノズル１の設置方向は貯槽Ａの形状等を考慮して最適な撹拌が得られるように設定すればよい。図２に示すように、撹拌ノズル１は、平面視において、貯槽Ａの中心に向けて取付けられていることが好ましい。このように配置するのは、貯槽Ａ内に乱流を起すためである。なお、液を貯槽Ａ内で円周方向に吹き出すと、槽内液の流れが層流となりやすく、十分な撹拌効果が得られない場合がある。
【００２１】
上記に説明した撹拌装置において、送液ポンプ２により吸引した貯槽Ａ内の液を撹拌ノズル１に供給し、撹拌ノズル１から液を噴射させると、噴射液により貯槽Ａ内の液が撹拌される。
このように、撹拌ノズル１からの噴射液により貯槽Ａ内の液を撹拌するので、長い配管を槽内に配置する必要もなく、液漏れ防止にメカニカルシール等を用いる必要がないのでメンテナンスが容易であり、休転整備が少なくてすむという利点がある。
【００２２】
（撹拌ノズル）
つぎに本発明の一実施形態に係る撹拌ノズル１を詳細に説明する。
図３に示すように、撹拌ノズル１は、固定ノズル１０と回転ノズル２０を含んで構成されており、回転ノズル２０はすべり軸受け３０により容易に回転できるように構成されている。
【００２３】
固定ノズル１０は、１本の管部材であって、大径直管部１１とテーパ管部１２と小径直管部１３とがつながった構成である。大径直管部１１の開口端にはフランジ１４が取り付けられている。このフランジ１４によって、撹拌ノズル１が貯槽Ａのフランジ配管５（図１参照）に取付けられる。
前記送液ポンプ２から供給された液が大径直管部１１からテーパ管部１２を経て小径直管部１３へ送られるのは、固定ノズル１０内の管内断面積を小さくしていって液の流速を増すためである。
【００２４】
前記小径直管部１３の外周にはすべり軸受３０が取り付けられている。このすべり軸受３０は回転ノズル２０の回転を許容するためである。ころがり軸受を用いないのは、液中に含まれる結晶やスラリー等の混入による抵抗増加を避けるためである。
【００２５】
回転ノズル２０は、回転筒部２１とノズル部２２とを含んで構成されている。回転筒部２１は前記すべり軸受３０の周囲に取り付けられる部材であり、すべり軸受３０および小径直管部１３の中心をとおる仮想上の回転軸３１のまわりで回転する。
【００２６】
回転筒部２１とノズル部２２とは、フランジ２３等の適宜の手段を用いて結合される。
なお、フランジ２３とリブ２４とはすべり軸受３０から回転筒部２１が外れるのを防止する外れ止めとして機能する。２６はガイド管であって、小径直管部１３の先端に固定され、ノズル部２２内に少し突出している。このガイド管２６は、ノズル部２２内でのよどみの発生を防止し、液をできるだけ多く後述する吹出し管２５に送るために設けられている。
【００２７】
前記ノズル部２２の先端部には液分散のため、複数の吹出し管２５が取り付けられている。本実施形態では吹出し管２５は３本用いられている。これら各吹出し管２５は、回転ノズル３０の仮想上の回転軸３１に対して半径方向に屈曲されると共に回転方向に対し逆向きにねじられている。なお、吹出し管２５の本数は２本でもよく、４本以上であってもよい。
【００２８】
複数の吹出し管２５の間の屈曲開き角度θ２は垂直面内の開きに換算して１０°から６０°が好ましい。この屈曲開き角度は、図３に示すθ２であるが、図１に示すθ２に対応している。
この屈曲開き角度が１０°から６０°であると、噴射液を狭すぎず広すぎもしない所望の範囲に噴射させて、槽内液の撹拌効果を高めることができる。この屈曲開き角度θ２は小さくすると貯槽１内の狭い領域に液を噴射するので、噴射力を強くすることができる。一方、屈曲開き角度θ２を大きくすると広い領域に液を噴射するので、噴射効果を広範囲に及ぼすことができる。よって、屈曲開き角度θ２をどのように決めるかは、貯槽１の大きさや貯留する液の種類によって最適値を選択すればよい。
【００２９】
複数の吹出し管２５は、図４に示すように、ノズル部２２の前端面において回転軸３１まわりの円周方向において等間隔で設けられている。本実施形態では、吹出し管２５は３本であるから、円周方向間隔の角度θ３は１２０°である。このため、ように複数の吹出し管２５が等間隔に設けられていると噴射液が垂直面内で均等に貯槽内の各所に届けられるので、液の撹拌効果が高くなる。
【００３０】
吹出し管２５のねじり角度θ４は、図５に示すように、５°から４５°が好ましい。このねじり角度θ４は小さくすると噴射液の前方への噴射距離を長くできる。一方、ねじり角度θ４を大きくすると回転トルクを大きくすることができる。よって、ねじり角度θ４をどのように決めるかは、貯槽Ａの大きさや貯留する液の種類によって最適値を選択すればよい。
【００３１】
上記のように吹出し管２５がノズル部２２の前端面で円周方向等間隔に設けられ、かつ回転方向に沿うねじりが付与されていると、回転ノズル２０に対し大きな回転トルクを与えることができる。そして、吹出し管２５のねじり角度θ４が上記角度であることによって、固定ノズル１０を通って加速された噴出液が吹出し管２５の内壁に衝突したときノズル部２２に回転トルクを発生させ回転ノズル２０を回転させることができる。このため、噴射液が旋回しながら噴射されるので、液の撹拌効果が高くなる。
【００３２】
前記吹出し管２５のねじり方は、回転トルクさえ発生すれば任意である。たとえば、図５（Ａ）に示すように、吹出し管２５を湾曲した形にねじってもよく、この場合、大きな回転トルクを得ることができる。
【００３３】
しかし、図５（Ｂ）に示すように吹出し管２５を直管にして円周方向に傾斜させて取り付けてもよい。この場合、製造は容易になる。
本発明において、回転トルクと液の噴出幅（角度θ２）を調整するために、吹出し管２５を屈曲する角度やねじる角度等を前記数値範囲内で調整するとよい。
【００３４】
本実施形態における撹拌装置の利点をつぎに説明する。
（１）固定ノズル１０に供給された液が、回転ノズル２０に供給され、さらに複数の吹出し管２５から吹き出すときに吹出し管２５のねじり方向に逆向きのトルクを回転ノズル２０発生させる。この結果、複数の吹出し管２５も回転ノズル２０の回転軸まわりで回転しながら、吹出し管２５から液を噴出する。この噴出する液は仮想上の回転軸３１を中心として円錐状に広がった噴射領域をもつので、貯槽Ａ内の液に撹拌力を広範囲に及ぼすことができる。したがって、大型の貯槽Ａを用いても充分な撹拌力を確保することができる。
【００３５】
（２）送液ポンプ２により吸引した貯槽Ａ内の液を撹拌ノズル１に供給し、該撹拌ノズルからの噴射液により貯槽Ａ内の液を撹拌する構成であるので、メカニカルシールや長い槽内配管等を用いる必要がないので保守が容易であり、休転整備の必要が少ない。
【００３６】
（３）撹拌ノズル１からの噴射液が貯槽Ａの底部に向けて噴射されるので、液流を広範囲に分散させ撹拌の偏りを少なくできる。このため、貯槽内の沈降分も撹拌されるので、貯槽の底への堆積が生じにくくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の撹拌ノズルおよび撹拌装置は、プロセス液貯留槽、バッファー槽等の清澄液あるいは微量結晶・微量スラリーを含む処理液等を貯留する貯槽に適しているが、これら以外の液体を貯留する貯槽にも適用でき、また、貯槽は大型小型を問わず、樹脂製か金属製かを問わず適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ      貯槽
１      撹拌ノズル
２      送液ポンプ
１０    固定ノズル
１１    大径直管部
１３    小径直管部
２０    回転ノズル
２１    回転筒部
２２    ノズル部
２５    吹出しノズル
【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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