(57)【要約】【課題】流体を攪拌しつつ効率よく加熱または冷却することのできる新規な多管式伝熱撹拌装置を提供する。【解決手段】撹拌槽２内の上部と下部にそれぞれ仕切り板３，４を設けて、両仕切り板３，４の間隔部を伝熱撹拌室５とし、該伝熱撹拌室５内には、パイプ状ハウジング１１の内部に流体を互いに反対方向に旋回させる２種の螺旋状帯板２１，２２を設けた攪拌用パイプ１０を複数本並設して、これら複数本の攪拌用パイプ内を流通させることにより流体の攪拌を行うようにするとともに、前記伝熱攪拌室５に熱媒体流体を流通させて、攪拌用パイプ１０内の流体に伝熱するようにした。【選択図】　　　　図１
2004020095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱撹拌槽内に、互いに反対方向の旋回流を生じさせる２種類の螺旋状帯板をパイプ状ハウジング内に設けてなる攪拌用パイプを複数本並設して、プロセス流体を該複数本の攪拌用パイプ内を流通させるように構成するとともに、前記伝熱攪拌装置内に熱媒体流体を流通させるための熱媒体流通口を設けたことを特徴とする多管式伝熱攪拌装置。
【請求項２】
撹拌槽内の上部と下部にそれぞれ仕切り板を設けて、前記両仕切り板の間隔部を伝熱撹拌室とするとともに、前記仕切り板の外側に流体の導入口と排出口を設け、前記伝熱撹拌室内には、パイプ状ハウジングの内部にハウジング内に流入した流体を軸心回りの一方向へ螺旋状に旋回させる第１の螺旋状帯板と、上記流体を軸心回りの反対方向へ螺旋状に旋回させる第２の螺旋状帯板とを軸方向に沿って設けてなる撹拌用パイプを複数本並べて設け、各撹拌パイプの両端部はそれぞれの側の仕切り板の外側に開口させ、これら複数本の撹拌用パイプの一方の側の開口部を前記仕切り板の外側に設けたオーバーフロー可能な隔壁で仕切って２グループに区分し、他方の側の開口部は仕切り板の外側で互いに流通可能とし、前記隔壁で仕切られた一方のグループ側には、流体を撹拌用パイプの開口部に強制的に流入させる攪拌翼を設けるとともに、前記伝熱撹拌室には該伝熱撹拌槽内へ熱媒体を循環させるための熱媒体流入口と熱媒体流出口とを設けた請求項１に記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項３】
撹拌槽が円筒状の胴部と該胴部の上側に取り付けられる着脱可能な上蓋と、胴部の下側に取り付けられる着脱可能な底蓋とで構成され、前記胴部内に伝熱撹拌室が設けられ、前記上蓋に流体を流入させる流入口が設けられ、前記底蓋に流体を流出させる開閉自在な流出口が設けられている請求項２に記載の多管式伝熱撹拌装置
【請求項４】
隔壁が円筒状であり、複数の撹拌用パイプの群を伝熱撹拌室の内周に沿う円周上に配置された外側グループと、伝熱撹拌室の中央側に配置された内側グループとに区分するように設けられている請求項２又は３に記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項５】
撹拌される流体の流入口が前記円筒状隔壁内に臨むように設けられている請求項２乃至４のいずれかに記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項６】
撹拌用パイプの第２の螺旋状帯板が第１の螺旋状帯板の外周側に巻回した状態に設けられている請求項２乃至５のずれかに記載の多管式伝熱撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を攪拌しつつ加熱または冷却するために使用される多管式伝熱撹拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体を撹拌する撹拌装置として従来使用されてきたのは、撹拌槽内で攪拌翼を一方向に回転させることにより撹拌する一方向回転式撹拌装置、複数の撹拌翼を互いに反対方向に回転させる多軸反転式撹拌装置、断面形状が三角形の撹拌翼を水平往復回転させる往復反転式撹拌装置、円板翼を用いてゆっくり上下に往復振動させる上下移動式撹拌装置、攪拌翼に回転と上下動を付与する回転・上下移動式撹拌装置、液体を輸送する管路の途中に螺旋翼等の邪魔板を設けて連続式に撹拌する管路式撹拌装置、撹拌槽内の液をポンプで循環させる噴流式撹拌装置、気体を槽底から吹き込んで撹拌する気体吹き込み式撹拌装置等である。
【０００３】
また、撹拌される流体に伝熱する撹拌伝熱の方式としては、撹拌槽壁にジャケットを設けて伝熱を行うもの、熱媒体を流通させるコイルを撹拌槽内に挿入するもの、撹拌されるプロセス流体を外部循環して熱交換するもの等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流体を撹拌しつつ伝熱する従来公知の伝熱撹拌装置は、上記撹拌装置と伝熱方式とを組み合わせたものが一般的であるが、例えば、撹拌槽壁にジャケットを設けて伝熱するものは、撹拌槽内部の流体に均等に伝熱するのが難しいという問題点がある。また、熱媒体を流通させるコイルを撹拌槽内に挿入するものは、該コイルが撹拌の邪魔になるほか、洗浄が難しいという問題点があり、さらに流体そのものを外部循環して熱交換するものは、そのための配管やスペースが必要であるので、コンパクトな構成とするのが難しく、エネルギー損失も多くなるという問題点があった。さらに、従来の機械的撹拌装置は、撹拌用の回転軸を長くしなければならないので、故障や損傷事故が生じやすいという問題点もあった。
【０００５】
このように、従来公知の伝熱撹拌装置は、いずれも一長一短があり、流体に均等に伝熱して温度管理を正確に行うことができ、エネルギー損失が少なく、破損等の事故が生じにくく、しかも洗浄が容易な装置としては、いまだ十分満足できるものではなかった。そこで本発明は、伝熱が均等でエネルギー損失が少なく、破損等の事故が生じにくく、しかも使用後の洗浄が容易な伝熱撹拌装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の本発明にかかる多管式伝熱撹拌装置は、伝熱撹拌槽内に、互いに反対方向の旋回流を生じさせる２種類の螺旋状帯板をパイプ状ハウジング内に設けてなる攪拌用パイプを複数本並設して、プロセス流体を該複数本の攪拌用パイプ内を流通させるように構成するとともに、前記伝熱攪拌装置内に熱媒体流体を流通させるための熱媒体流通口を設けたことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の多管式伝熱撹拌装置は、撹拌槽内の上部と下部にそれぞれ仕切り板を設けて、前記両仕切り板の間隔部を伝熱撹拌室とするとともに、前記仕切り板の外側に流体の導入口と排出口を設け、前記伝熱撹拌室内には、パイプ状ハウジングの内部にハウジング内に流入した流体を軸心回りの一方向へ螺旋状に旋回させる第１の螺旋状帯板と、上記流体を軸心回りの反対方向へ螺旋状に旋回させる第２の螺旋状帯板とを軸方向に沿って設けてなる撹拌用パイプを複数本並べて設け、各撹拌パイプの両端部はそれぞれの側の仕切り板の外側に開口させ、これら複数本の撹拌用パイプの一方の側の開口部を前記仕切り板の外側に設けたオーバーフロー可能な隔壁で仕切って２グループに区分し、他方の側の開口部は仕切り板の外側で互いに流通可能とし、前記隔壁で仕切られた一方のグループ側には、流体を撹拌用パイプの開口部に強制的に流入させる攪拌翼を設けるとともに、前記伝熱撹拌室には該伝熱撹拌槽内へ熱媒体を循環させるための熱媒体流入口と熱媒体流出口とを設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明に係る多管式伝熱撹拌装置の１例を表すもので、この多管式伝熱式撹拌装置１は、概略繭形の撹拌槽２を備えている。この撹拌槽２の内部には、上部と下部にそれぞれ仕切り板３，４が設けられ、両仕切り板３，４で囲まれた空間部分が伝熱撹拌室５となっている。３ａは、仕切り板３に設けた後述の取付穴、３ｂは、仕切り板３を構成する閉塞板である。
【０００９】
伝熱撹拌室（以下「撹拌室」と略す）５内には、図２にも示すように、複数の撹拌用パイプ１０，・が並列に設けられている。図３に示すように、撹拌用パイプ１０は、円筒状のハウジング１１の内部に撹拌エレメント１２がその軸心に沿って設けられている。ハウジング１１の上下両端部には開口１１ａ，１１ｂが設けられている。このハウジング１１は、上下の仕切り板３，４に設けた表裏に貫通する取付穴３ａ，４ａに嵌合した状態で溶接固着されている。このため、撹拌用パイプ１０の内部は、撹拌室５内とは遮断されているが、仕切り板３，４の外側の空間、すなわち撹拌室５の上側の流通室６及び下側の流通室７と連通している。
【００１０】
上記撹拌エレメント１２は、図３に示すように、上記ハウジング１１の軸心上に配置される第１の螺旋状帯板（内側螺旋翼）２１と、当該第１の螺旋状帯板２１の外周部に巻装された第２の螺旋状帯板（外側螺旋翼）２２とで構成される。図示例では、第２の螺旋状帯板２２の幅が第１の螺旋状帯板２１の幅よりも小さくなっている。これは、良好は流通状態を得るとともに効果的な旋回流を生じさせるためであるが、これら第１と第２の螺旋状帯板の幅は、使用条件等に応じて最適なものとすればよい。
【００１１】
上記第１の螺旋状帯板２１は、ステンレス鋼等の金属製帯板を軸心回りに捻り成形されたもので、ハウジング１１の一方の端部に設けられている開口１１ａから流入した複数種の流体Ｍを上記軸心回りに旋回させるように構成されている。また、上記第２の螺旋状帯板２２もステンレス鋼等の金属製帯板を捻り成形したものであるが、この第２の螺旋状帯板２２は、第１の螺旋状帯板２１の外周部に螺旋状に巻き付けた状態に形成され、上記流体Ｍを第２の螺旋状帯板２１と反対方向に旋回させるように構成されている。
【００１２】
上記第２の螺旋状帯板２２は、上記の通り、第１の螺旋状帯板２１の外周部に巻き付けられた状態となっていて、第１の螺旋状帯板２１の外縁部と第２の螺旋状帯板２２の内縁部とは互いに食い込みあった状態で溶接固着されている。このため、外側螺旋翼である第２の螺旋状帯板２２の内径は、内側螺旋翼である第１の螺旋状帯板２１の外径よりも小さくなっており、軸方向矢視では、両者が部分的に重複した状態となっている。この重複量、すなわち互いに食い込みあった長さｔは、通常は第２の螺旋状帯板２２の板幅の１／３以下であり、螺旋状帯板の大きさにもよるが、通常は数ｍｍ（例えば２〜６ｍｍ程度）である。要は、流体のショートカットが生じにくいような大きさとすればよい。
【００１３】
撹拌エレメント１２の一方の端部には、フランジ１５が設けられている。図４に示すように、このフランジ１５は、上記螺旋状帯板２１，２２と同じ材料の板材で作られたリング状であり、流体が流通するその中空部分には、直径方向のフレーム１６が一体に形成されている。そして、前記第１の螺旋状帯板２１の端部がこのフレーム１６に溶接固着されている。
【００１４】
撹拌槽２は、円筒状の胴部２５と上蓋２６と底蓋２７とで構成されるもので、胴部２５の上下端部に設けたフランジ２５ａ，２５ｂが上蓋２６のフランジ２６ａ及び底蓋２７のフランジ２７ａとの間にガスケット２９を挟んでボルトで締め付けて固着一体化されている。
【００１５】
上蓋２６にはプロセス流体ＰＬを撹拌槽２内に供給する流入口３０と、撹拌装置４０のモータ４１が設けられている。流入口３の開口内端３０ａは隔壁３５の内側に臨んでいる。モータ４１は減速機付きのモータで、上蓋２６の上面側に設けた架台４２上に設置されており、その回転軸４３の下端部に撹拌翼４５が取り付けられている。撹拌翼４５は上下に傾斜する平面視概略扇型の４枚の羽根を備え、正逆回転するようになっている。図中の４６はブッシュである。４７は、内部の攪拌状態を検知するための覗き窓である。
【００１６】
前記上側の仕切り板３の上面側には円筒状の隔壁３５が設けられている。この隔壁３５は、上記複数の撹拌用パイプ１０の群を２グループに区分するもので、図示例では、撹拌槽２の内周に沿う円周上に配置されている１列の撹拌用パイプ１０，・からなる外側グループと、それよりも内側すなわち撹拌槽２の中心側の撹拌用パイプ群からなる内側グループとに区分している。前記撹拌翼４５は、この円筒状隔壁３５の内部に嵌り込んでいる。
【００１７】
撹拌槽２の胴部２５は、加熱又は冷却のためのジャケットを構成するもので、その上部位置と下部位置には、熱媒体ＨＬを撹拌室５内に流入又は流出させる熱媒体流通口５０，５１が設けられている。これら流通口は、一方５０（５１）が流入口となるときは他方５１（５０）が流出口となるもので、撹拌されるプロセス流体を加熱するときは、上側の流通口５０から高温の熱媒体例えば熱水、スチーム等を撹拌室５内に供給し、下側の流通口５１から流出させる。逆にプロセス流体を冷却する場合は、下側の流通口５１から冷水等の熱媒体を供給し、上側の流通口５０から流出させる。撹拌室５内に供給された熱媒体は、撹拌用パイプの外周部を流通しつつ、該撹拌用パイプ内のプロセス流体に伝熱したのち、排出される。なお、図中の５４は撹拌槽支持用のフレームである。５５は、環状膨出部で、温度変化に伴う胴部２５の伸縮を、該膨出部５５で吸収するようになっている。５７は、熱媒体ＨＬを攪拌室５内を蛇行状に流通させて攪拌効率を挙げるための邪魔板である。
【００１８】
撹拌槽２の底蓋２７には、撹拌後のプロセス流体ＰＬを流出させる流出口５５が設けられている。この流出口５５は、常時はバルブで閉じられているが、撹拌が完了したときはバルブを開いてプロセス流体ＰＬを流出させることができるようになっている。
【００１９】
次に、この多管式撹拌装置１の使用法について説明する。この撹拌装置１を用いて化学薬品等のプロセス流体ＰＬを伝熱撹拌する場合は、底蓋２７の流出口５５を閉じ、流入口３０からプロセス流体ＰＬを流入させる。また、撹拌翼４５を所定方向に回転させ、熱媒体を流通口５０又は５１から撹拌室５内に流入させる。
【００２０】
流入口３０から撹拌槽２内に流入したプロセス流体ＰＬは、流入口３０の下端部が隔壁３５の内側に臨んでいるので、まず隔壁３５の内部に流入し、隔壁３５で囲まれている内側グループの撹拌用パイプ群内に流入する。このとき、撹拌翼４５が流体を下向きに送る方向に回転しているので、流体は隔壁３５の内側の複数の撹拌用パイプ１０，・内にスムーズに送り込まれる。
【００２１】
撹拌用パイプ１０内に流入した流体は、ハウジング１１の軸心に沿って下向きに流れるが、このとき第１の螺旋状帯板２１と第２の螺旋状帯板２２の作用により、互いに反対向きの旋回流が発生し、これが互いに干渉し合いつつ連続的に流通するので、効果的な撹拌が行われる。また、この流通の過程で、撹拌用パイプ１０の外面部を流通している熱媒体ＨＬとの間で伝熱が行われ、撹拌とともに加熱又は冷却が行われる。この場合、各撹拌パイプは互いに独立しており、それぞれの外面は流通している熱媒体ＨＬによって包まれているので、効率よく伝熱が行われるのである。
【００２２】
なお、撹拌用パイプ内の第２の螺旋状帯板２２は、第１の螺旋状帯板２１の外周部に巻回された状態で固定されているが、第１の螺旋状帯板２１の外縁部と第２の螺旋状帯板２２の内縁部とが互いに食い込みあった状態となっているので、両者の接触部にショートカットが生じるような隙間は生じず、両螺旋状帯板２１，２２によって形成される旋回流同士がこの部分で強制的に干渉させられることになる。このため、より効果的な撹拌が行われる。
【００２３】
また、矢印で示すように、隔壁３５の内側の撹拌用パイプ１０を通って下側に流通したプロセス流体ＰＬは、該撹拌用パイプの下側の開口１１ｂから底蓋２７内に流出する。この流体ＰＬは、矢印で示すように、底蓋２７によって流れ方向が反転し、隔壁３５の外側の撹拌用パイプ１０，・に流入して上向きに流れたのち、該外側の撹拌用パイプの上端部の開口１１ａから上蓋２６内に流出する。この流体は上蓋２６内に貯留されるが、次第に盛り上がって前記隔壁３５をオーバーフローし、矢印で示すように、再度隔壁３５の内側に流入して、撹拌用パイプ１０内を下向きに流通する。このようにして、上下方向の流通が繰り返され、その間に撹拌と伝熱が行われるのである。所定時間が経過して、この撹拌と伝熱が終了したら、底蓋２７に設けられている流出口５５を開いて、撹拌済のプロセス流体ＰＬを取り出せばよい。
【００２４】
なお、上記螺旋状帯板２１，２２やハウジング１の材質は、上記のものに限らず、適度の剛性を有する他の材料から適宜選択できるものであり、また、螺旋状帯板の軸心Ｘ回りの捻り数、捻り角、巻回数等は、効果的な撹拌が得られるように適宜設定することができる。
【００２５】
上記説明では、熱媒体を流通させつつ伝熱撹拌を行う場合について説明したが、常温で撹拌を行う場合等では、熱媒体の流通を行わなくてもよい。また、通常の撹拌状態では、上記撹拌翼４５を流体を下向きに送液する方向に回転させるが、必要に応じて反対方向に回転させ、隔壁内から流体を上向きに流出させるようにすることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る多管式伝熱撹拌装置は、複数の撹拌用パイプを並設して、該撹拌用パイプの外周部に伝熱用の熱媒体を流通させるとともに、該撹拌用パイプの内部に撹拌すべきプロセス流体を流通させることにより、流体の撹拌と伝熱を行うものであるから、エネルギー損失が少なく、撹拌と伝熱を同時に効率よく行うことができる。また、機械的に動くものは撹拌翼だけであるから、長時間使用しても故障や破損等の事故が生じにくいものとなった。さらに、撹拌用パイプの撹拌エレメントをハウジングに対し着脱自在としておくことにより、洗浄を簡単に行うことができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を例示する縦断面図である。
【図２】そのＸ−Ｘ矢視図である。
【図３】撹拌エレメントの外観図である。
【図４】そのＹ矢視図である。
【符号の説明】
１　　　　伝熱撹拌装置
２　　　　撹拌槽
３　　　　仕切り板
４　　　　仕切り板
５　　　　伝熱撹拌室
１０　　　　撹拌用パイプ
１１　　　　ハウジング
２１　　　　第１の螺旋状帯板
２２　　　　第２の螺旋状帯板
３０　　　　流入口
３５　　　　隔壁
４５　　　　攪拌翼
５０　　　　熱媒体流通口
５１　　　　熱媒体流通口
５５　　　　流出口
【図１】
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【図２】
2004020095.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004020095.tif 000006