(57)【要約】【課題】  攪拌操作全般において高効率な攪拌装置を提供する。【解決手段】  ドラフトチューブ３０の軸方向に関してブレード部２２がドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するように配置されている輻流型の攪拌翼２０を回転させることにより、攪拌槽１０内に、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の移動流（上昇流）Ｆ１及び環帯部分４０の旋回移動流（旋回下降流）Ｆ２とから形成される槽内上下循環流Ｆ０を生成する。【選択図】  図１
2005193211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌槽内の流体を攪拌する攪拌装置であって、
前記攪拌槽内に設けられ、両端が開口したドラフトチューブと、
該ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端側の前記攪拌槽内に、ブレード部が該ドラフトチューブの軸方向に関して該ドラフトチューブの外方に位置するように、該ドラフトチューブと同軸に回転可能に配置されている輻流型の攪拌翼と
を備えていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記攪拌翼のブレード部先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"の関係になっており、かつ前記攪拌翼のブレード部基端側の内径ｄ１及び先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記ドラフトチューブの槽底側とは反対側の開口端の外周には、鍔部が形成されている
ことを特徴とする請求項３又は４記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記攪拌翼のブレード部の前記ドラフトチューブ側には、筒状のスタビライザリングが一体的に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項７】
前記攪拌翼を挟んで前記ドラフトチューブの開口端側とは反対側の前記攪拌槽内には、固定板が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項８】
前記攪拌槽の槽底には、底面バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項９】
前記ドラフトチューブの内壁には、通路バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項１０】
前記攪拌槽の内壁又は前記ドラフトチューブの外壁には、周壁バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項１１】
前記攪拌槽又はドラフトチューブには、伝熱手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項１２】
前記ドラフトチューブ内又は前記ドラフトチューブ外周側の攪拌槽内にはスタティックミキサーが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項１３】
前記攪拌槽又はドラフトチューブには、培養床が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項１４】
攪拌槽内の流体を攪拌する攪拌装置であって、
前記攪拌槽内に設けられ、両端が開口したドラフトチューブと、
該ドラフトチューブの槽底側の開口端側の前記攪拌槽内に、ブレード部が該ドラフトチューブの軸方向に関して該ドラフトチューブの外方に位置するように、該ドラフトチューブと同軸に回転可能に配置されている輻流型の攪拌翼と
を備えていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項１５】
前記ドラフトチューブの槽底側の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１４記載の攪拌装置。
【請求項１６】
前記攪拌翼のブレード部先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの槽底側の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１４記載の攪拌装置。
【請求項１７】
前記ドラフトチューブの槽底側の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"の関係になっており、かつ前記攪拌翼のブレード部基端側の内径ｄ１及び先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの槽底側の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっている
ことを特徴とする請求項１４記載の攪拌装置。
【請求項１８】
前記ドラフトチューブの槽底側の開口端の外周には、鍔部が形成されている
ことを特徴とする請求項１６又は１７記載の攪拌装置。
【請求項１９】
前記攪拌翼のブレード部の前記ドラフトチューブ側には、筒状のスタビライザリングが一体的に設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２０】
前記攪拌翼側とは反対側の前記ドラフトチューブの開口端側の前記攪拌槽内には、固定板が設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２１】
前記攪拌翼側とは反対側の前記ドラフトチューブの開口端側の前記攪拌槽内には、天面バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２２】
前記ドラフトチューブの内壁には、通路バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２３】
前記攪拌槽の内壁又は前記ドラフトチューブの外壁には、周壁バッフルが設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２４】
前記攪拌槽又はドラフトチューブには、伝熱手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２５】
前記ドラフトチューブ内又は前記ドラフトチューブ外周側の攪拌槽内にはスタティックミキサーが設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【請求項２６】
前記攪拌槽又はドラフトチューブには、培養床が設けられている
ことを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸線まわりに回転する攪拌翼を攪拌槽内に配置した攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、攪拌装置は、攪拌槽内で、プロペラ型，タービン型，パドル型等といった攪拌翼を軸線まわりに回転させ、攪拌槽内に貯留された流体（例えば、液体）の攪拌を行う構成になっている。
【０００３】
ところで、このような攪拌装置を使用して低粘度流体の攪拌を行う場合、攪拌槽内に単に軸線まわりに回転可能な攪拌翼を設けただけの構成では、攪拌翼を回転させても、攪拌槽内の流体流動（液流動）は共回り現象になってしまい、攪拌混合作用が極めて少なくなって攪拌効率が悪くなるという問題点があった。
【０００４】
そこで、従来の攪拌翼を備えた攪拌装置の中には、その槽壁や槽底に邪魔板（バッフル）を適宜設け、攪拌槽内の液フローパターンを旋回流から槽内上下循環流に変換するとともに、混合作用に寄与するせん断作用を液に与えるようにしているものがある。しかし、このようなバッフルを備えた攪拌装置であっても、槽径Ｄに対して攪拌槽内の液深Ｚが大きい場合は、攪拌翼からの流体吐出流が下部液相部（槽底側部）から強力な上昇流となって攪拌槽内の上部液相部（液面側部）まで届かず、槽全体の攪拌を行うために有効な槽内上下循環流を生じさせることができないという問題点があった。
【０００５】
また、従来の攪拌翼を備えた攪拌装置の中には、槽径Ｄに対して槽内の液深Ｚが大きい場合でも槽内上下循環流を生じさせることができるように、複数の攪拌翼を槽径Ｄ方向と直交する槽高さ方向（すなわち槽軸方向）に沿って直列配置し、攪拌翼からの流体吐出流が攪拌槽内の下部液相部から上部液相部まで届くように攪拌翼を多段化して対応するものがある。しかし、このように攪拌翼を多段化した攪拌装置であっても、その攪拌翼それぞれに小循環流が生じ、各攪拌翼間に境界層が発生してしまい、依然として槽全体としての攪拌がなかなか進まないという問題点があった。
【０００６】
そして、このような問題点を解決し、槽全体としての攪拌を進めるために、図２１に示すようなドラフトチューブ内に攪拌翼を設けた攪拌装置が従前から知られている。
【０００７】
図２１は、ドラフトチューブ内に攪拌翼を設けた従来の攪拌装置の構成図である。
同図に示すように、この攪拌装置１０１は、攪拌槽１１０内に槽軸方向に液深Ｚに合わせた管長を有する円筒状のドラフトチューブ１３０を設け、このドラフトチューブ１３０内に軸流翼としての攪拌翼１２０を、ドラフトチューブ１３０と同軸に回転可能に設けた構成になっている。
【０００８】
この攪拌装置１０１では、攪拌槽１１０が小規模槽の場合、攪拌槽１１０内に貯留された流体は、ドラフトチューブ１３０内に配置した軸流翼としての攪拌翼１２０の回転によって、ドラフトチューブ１３０内をその一方端開口１３１から他方端開口１３２に導かれる。これにより、攪拌槽１１０内に貯留された流体は、小せん断力で攪拌槽１１０内を図中の矢印に示すように槽内上下循環し、ドラフトチューブ１３０の管通路部分１３３と、攪拌槽１１０の内周壁面とドラフトチューブ１３０の外周壁面との間に形成された環帯部分１４０とで、比較的均一な速度を得ることができるようになっている。なお、図中、１５１はドラフトチューブ１３０の外周壁面に設けられた導流板、１５２はドラフトチューブ１３０内に設けられたバッフル板を示す。
【０００９】
【非特許文献１】Oldshue,James. Y著"FLUID MIXING TECHNOLOGY" 第１７８，１７９頁"DRAFT TUBE FLOW"（１９８３年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、工業化された大容量の攪拌槽や、Ｚ／Ｄ比（槽径Ｄに対する液深Ｚの比）が大きい攪拌槽の場合、又は攪拌槽内に流体抵抗となる培養床やスタティックミキサー等が配置される場合は、図２１に示した構成の攪拌装置１０１によって槽全体としての流体流動（液流動）を期待するためには、極めて高速回転かつ大出力で、攪拌翼１２０の翼吐出部分に大きな流速（液流速）を必要とすることから、動力効率の悪い攪拌になってしまう問題点があった。また、攪拌する流体に攪拌翼１２０の高速回転によるせん断作用を必要以上に与え過ぎてしまう問題点があった。
【００１１】
すなわち、ドラフトチューブ１３０の管通路部分１３３と、攪拌槽１１０の内周壁面とドラフトチューブ１３０の外周壁面との間に形成された環帯部分１４０とを介しての槽内上下循環流を実現するためには、ドラフトチューブ１３０の一方端開口１３１側にある攪拌槽１１０内の流体を管通路部分１３３を介して他方端開口１３２側に移送することによって、ドラフトチューブ１３０の一方端開口１３１側と他方端開口１３２側との間に圧力差を生じさせる必要がある。ところが、ドラフトチューブ１３０内に設けられる攪拌翼１２０には前述したように軸流翼が採用されていることから、その比速度の値は高くなり、圧力差生成のための動力効率は低くなる。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、攪拌操作全般において高効率な攪拌装置を提供することを目的とし、特に工業化された大容量の攪拌槽、Ｚ／Ｄ比が大きい攪拌槽を有する装置に適用して好適な攪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】
【００１３】
本発明は、攪拌槽内の流体を攪拌する攪拌装置であって、前記攪拌槽内に設けられ、両端が開口したドラフトチューブと、該ドラフトチューブの何れか一方の開口端側の前記攪拌槽内に、ブレード部が該ドラフトチューブの軸方向に関して該ドラフトチューブの外方に位置するように、該ドラフトチューブと同軸に回転可能に配置されている輻流型（ラジアルフロー型）の攪拌翼とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
その上で、本発明は、前記ドラフトチューブの何れか一方の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記攪拌翼のブレード部先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの何れか一方の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ドラフトチューブの何れか一方の開口端と前記ドラフトチューブの軸方向外方に位置する前記攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptは、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"の関係になっており、かつ前記攪拌翼のブレード部基端側の内径ｄ１及び先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの何れか一方の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の攪拌装置によれば、ドラフトチューブの何れか一方の開口端側の攪拌槽内に、ブレード部がドラフトチューブの軸方向に関してドラフトチューブの外方に位置するように、ドラフトチューブと同軸に輻流型の攪拌翼が回転可能に配置されていることにより、さらに、このドラフトチューブの何れか一方の開口端とドラフトチューブの軸方向外方に位置する攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptが、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっていることにより、攪拌翼の回転が低速回転であっても、ドラフトチューブ内の液を攪拌翼の径方向に流出させて攪拌槽内の流体に圧力差を生じさせることができるため、槽内上下循環流を効率的に生成することができ、攪拌槽全体としての流体流動（液流動）による攪拌を動力効率よく行うことができる。
【００１８】
また、本発明の攪拌装置では、攪拌翼のブレード部先端側の外径ｄ２は、ドラフトチューブの何れか一方の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっていることにより、攪拌翼の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と攪拌翼の外径側における径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流の発生を抑制でき、さらに攪拌装置の動力効率を高めることができる。
【００１９】
また、本発明の攪拌装置では、さらに、ドラフトチューブの何れか一方の開口端とドラフトチューブの軸方向外方に位置する攪拌翼のブレード部の側縁部との間の軸方向距離Ｃptが、ブレード部の翼幅をｂで表わした場合に、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"の関係になっており、かつ前記攪拌翼のブレード部基端側の内径ｄ１及び先端側の外径ｄ２は、前記ドラフトチューブの何れか一方の開口端の内径をＤｔで表わした場合に、"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっていることにより、攪拌翼の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と攪拌翼の外径側における径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流の発生を一層抑制でき、攪拌装置の動力効率をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による攪拌装置の実施の形態について、図面とともに説明する。
【００２１】
＜第一の実施の形態＞
図１は、本発明の第一の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
図１に示すように、本実施の形態の攪拌装置１−１は、攪拌槽１０内に液深Ｚに合わせた管長を有する筒状（例えば，円筒状）のドラフトチューブ３０が設けられた構成になっている。ドラフトチューブ３０は、攪拌槽１０の槽底１１との間に隙間Ｓ１を有し、一方端開口３１が閉塞されないように槽軸方向に配置され、図示省略した締結手段によって攪拌槽１０に対して固定されている。
【００２２】
また、ドラフトチューブ３０の槽底１１側とは反対側の他方端開口３２が位置する側の攪拌槽１０内には、輻流翼からなる攪拌翼２０が設けられている。この攪拌翼２０を構成する輻流翼には、パドル型、タービン型、ディスクタービン型等といった翼種があるが、図１では、パドル型輻流翼を採用した構成が例示されている。このパドル型輻流翼としては、さらにフラットパドル翼、湾曲パドル翼等が用いられる。
【００２３】
攪拌翼２０は、シャフト２５が接続されるボス部２１をドラフトチューブ３０の他方端開口３２の開口中心と軸合わせし、ドラフトチューブ３０と同軸に攪拌槽１０内に配置されている。
【００２４】
また、このボス部２１に基端が一体的に接続されている攪拌翼２０の複数のブレード部２２は、少なくとも先端自由端２２ｒ側の一部又は全部が、ドラフトチューブ３０の軸方向に関して、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するように配置されている。
【００２５】
このように構成された攪拌翼２０のボス部２１にはシャフト２５が接続され、攪拌翼２０は、このシャフト２５等を介して図示せぬ駆動機構（モータ）と接続され、駆動回転される構成になっている。したがって、シャフト２５が一方向に回転することによって、シャフト２５と一体的に輻流型の攪拌翼２０も同方向に回転することになる。
【００２６】
そこで、この攪拌装置１−１についての以下の説明では、この輻流型の攪拌翼２０の一方向への回転により、攪拌翼２０には、図１中で矢印で示したように、その内径側における軸方向又は径方向を流体流入口とし、その外径側における径方向を流体流出口とする流体の流れが生じるものとして説明する。
【００２７】
この場合、攪拌翼２０は、その内径側における軸方向又は径方向を流体流入口とするため、攪拌槽１０内のドラフトチューブ３０の管通路部分３３にある流体は、この攪拌翼２０の回転によって、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を介して、攪拌翼２０に吸入される。そして、攪拌翼２０に吸入された流体は、攪拌翼２０のブレード部２２の先端自由端２２ｒがドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するため、攪拌翼２０の外径側における径方向の流体流出口から、攪拌翼２０の径方向外方でドラフトチューブ３０外部の攪拌槽１０部分、すなわち攪拌槽１０の内周壁面とドラフトチューブ３０の外周壁面との間に形成される環帯部分４０の上部４０ｕに排出される。
【００２８】
これにより、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の攪拌翼側部分３３ｕと、上述した環帯部分４０の上部４０ｕとの間で、ひいては、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の槽底側部分３３ｄ及び攪拌槽１０の槽底１１側部分（環帯部分４０の下部４０ｄも含む）と、上述した環帯部分４０の上部４０ｕとの間で、流体には圧力差が生じることになる。そのため、この環帯部分４０の上部４０ｕにある流体は、この圧力差を解消するため、環帯部分４０を攪拌槽１０の内周壁及びドラフトチューブ３０の外周壁に沿って旋回しながら、攪拌槽１０の槽底１１側へ移動することになる。
【００２９】
この結果、本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、ドラフトチューブ３０の軸方向に関してブレード部２２の先端自由端２２ｒ側（すなわち、流体流出口が対応）がドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するように配置されている輻流型の攪拌翼２０を回転させることにより、攪拌槽１０内に、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の移動流（上昇流）Ｆ１及び環帯部分４０の旋回移動流（旋回下降流）Ｆ２とから形成される槽内上下循環流Ｆ０を生成することができる。
【００３０】
次に、上記説明した攪拌装置１−１における、攪拌翼２０とドラフトチューブ３０とのさらに具体的な配置関係の一実施例について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００３１】
図２は、第一の実施の形態の攪拌装置における攪拌翼近傍部分の拡大図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１では、輻流型の攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との軸方向に関する位置関係は、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口とを明確に区分けし、攪拌翼２０による吐出効率をさらに向上させるために、攪拌翼２０のブレード部２２のドラフトチューブ側の側縁部２２ｐは、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を形成する軸方向端部３０ｑに対して接近させて配置されている。
【００３２】
図２に示すように、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐとドラフトチューブ３０の他方端開口３２を形成する軸方向端部３０ｑとの間の軸方向距離をＣｐで表わすと、この軸方向距離Ｃｐは小さい程、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流Ｆｓの発生を抑制できる。
【００３３】
この短絡漏洩循環流Ｆｓの抑制が期待できる範囲としては、攪拌翼２０のブレード部２２の翼高さ（すなわち、翼幅）をｂとすると、軸方向距離Ｃｐは、"ｂ≧Ｃｐ＞０"の範囲内にすることが好ましい。
【００３４】
そのために、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２と、攪拌翼２０のブレード部２２の他方端開口３２とは反対側の側縁部２２ｐｏとの間の軸方向距離Ｃptは、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっており、特に図示した攪拌翼２０では、軸方向距離Ｃｐを"ｂ≧Ｃｐ＞０"の範囲内にするために、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"になっている。
【００３５】
また、本実施の形態の攪拌装置１−１では、輻流型の攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との径方向に関する位置関係も、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口とを明確に区分けし、攪拌翼２０による吐出効率をさらに向上させるために、攪拌翼２０のブレード部２２の回転軌跡がドラフトチューブ３０の他方端開口３２を極力覆うように配置されている。
【００３６】
図２に示すように、ドラフトチューブ３０の内径（すなわち、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の開口径）をＤｔで、攪拌翼２０におけるブレード部２２の先端自由端２２ｒ側の外径をｄ２及び基端側の内径をｄ１で表わすと、外径ｄ２は、攪拌翼２０を軸線方向から眺めてドラフトチューブ３０の内壁（すなわち、他方端開口３２の内壁）との間に径方向隙間が生じて、前述した短絡漏洩循環流Ｆｓが発生しないように、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の開口径Ｄｔに対して、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっていることが好ましい。また、内径ｄ１は攪拌翼２０の内径側部分の軸方向にもドラフトチューブ３０内の液体（流体）に対する流体流入口を形成する場合には、開口径Ｄｔよりも小径に、すなわち"Ｄｔ＞ｄ１"になっていることが好ましい。
【００３７】
このため、特に図示した攪拌翼２０では、攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との径方向に関する位置関係は、短絡循環流Ｆｓの抑制が期待できる範囲も考慮して、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっており、さらには"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっている。
【００３８】
さらに、本実施の形態の攪拌装置１−１における、前述したドラフトチューブ３０の一方端開口３１と攪拌槽１０の槽底１１との間の隙間Ｓ１（図１参照）について説明する。
【００３９】
槽底１１と一方端開口３１との間の隙間Ｓ１、すなわち槽底１１とドラフトチューブ３０との軸方向距離は、槽底１１付近の流体速度に大きな影響を及ぼす。例えば、固液攪拌で、液（流体）中に混合する粒子の比重が大きくその沈殿速度も大きい場合には、槽底１１における粒子の沈積を防止するため、この隙間Ｓ１を小さくし、この部分を流れる液流速を大きくする。このような粒子の混合による固液攪拌以外の操作では、流路として抵抗にならない距離、最良フローに都合のよい距離が適宜設定される。
【００４０】
以上の説明した本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、ドラフトチューブ３０の軸方向に関してブレード部２２がドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するように配置されている輻流型の攪拌翼２０を回転させることにより、攪拌翼２０の回転が低速回転であっても、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の槽底側部分３３ｄ及び攪拌槽１０の槽底１１側部分（環帯部分４０の下部４０ｄも含む）と、上述した環帯部分４０の上部４０ｕとの間で、流体に圧力差を生じさせることができるため、槽内上下循環流Ｆ０を効率的に生成することができ、攪拌槽１０全体としての流体流動（液流動）による攪拌を動力効率よく行うことができる。さらに、その際には、攪拌槽１０の槽底１１や内周壁面には、エクマン層及びスチュワートソン層といった薄い境界層ができ、そこにはエクマン効果及びスチュワートソン効果が現われるので、槽内上下循環流Ｆ０をさらに効率的に生成することができる。
【００４１】
また、本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、攪拌翼２０を高速回転させなくとも攪拌槽１０全体としての流体流動（液流動）による攪拌を行えるので、攪拌する流体に攪拌翼２０の高速翼回転によるせん断作用を必要以上に与え過ぎてしまうことも防止できる。
【００４２】
なお、上述した、輻流型の攪拌翼２０をドラフトチューブ３０の軸方向に関してブレード部２２がドラフトチューブ３０の他方端開口３２よりも軸方向外方に位置するように配置する構成は、そのブレード部２２の先端自由端２２ｒが攪拌翼２０の径方向に開放されていればよく、ブレード部２２の先端自由端２２ｒの一部及びその余の攪拌翼２０の部分がドラフトチューブ３０内に位置していても、その構成を含むものである。
【００４３】
さらに、本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、輻流型の攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との軸方向に関する位置関係を、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐと相対向するドラフトチューブ３０の軸方向端部３０ｑとの間の軸方向距離をＣｐで、攪拌翼２０のブレード部２２の翼幅をｂで表わした場合に、軸方向距離Ｃｐを、"ｂ≧Ｃｐ＞０"にしたことによって、攪拌翼２０の軸方向の流体流入口と径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流Ｆｓの発生を抑制でき、さらに攪拌装置１−１の動力効率を高めることができる。
【００４４】
さらにまた、本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、輻流型の攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との径方向に関する位置関係を、ドラフトチューブ３０の内径をＤｔで、攪拌翼２０におけるブレード部２２の先端自由端２２ｒ側の外径をｄ２、基端側の内径をｄ１で表わした場合に、それぞれを"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係にしたことにより、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流Ｆｓの発生を抑制でき、さらに攪拌装置１−１の動力効率を高めることができる。
【００４５】
また、本実施の形態の攪拌装置１−１によれば、混合物は流体とともに環帯部分４０を攪拌槽１０の内周壁及びドラフトチューブ３０の外周壁に沿って旋回しながら、攪拌槽１０の槽底１１側へ移動するため、混合物をその旋回距離分だけ長い移動距離の間、攪拌する流体中に留め置くことができ、液液混合に限らず、各種気体を含む気液混合に使用した場合には、流体中への気体の混合を良好に行うことができる。
【００４６】
＜第二の実施の形態＞
図３は、本発明の第二の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−２は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐと相対向するドラフトチューブ３０の軸方向端部３０ｑの外周部に鍔部３４を形成し、軸方向端部３０ｑの径方向寸法の拡大をはかったものである。これに伴い、攪拌翼２０のブレード部２２の先端自由端２２ｒ側の外径ｄ２（図２参照）も拡径をはかったものである。
【００４７】
これにより、ドラフトチューブ３０の全長に渡って管壁厚を増加せずとも、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐと、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を形成する軸方向端部３０ｑとの対向する部分の長さを増大させることができ、攪拌翼２０が低速回転であっても、攪拌翼２０の軸方向の流体流入口と径方向の流体流出口とのシール性を向上させることができ、攪拌翼２０の吐出効率の向上がさらにはかれる。この結果、低圧側である管通路部分３３の攪拌翼側部分３３ｕと、高圧側である環帯部分４０の上部４０ｕとの短絡を防ぎ、環帯部分４０の上部４０ｕと、環帯部分４０の下部４０ｄも含む槽底１１側部分との間で効率よく圧力差を得ることができ、攪拌翼２０によるポンプ性能の向上をはかれる。
【００４８】
したがって、第二の実施の形態の攪拌装置１−２によれば、前述した第一の実施の形態による作用・効果に加えて、攪拌翼２０の軸方向の流体流入口と径方向の流体流出口とのシール性を向上させ、攪拌翼の吐出効率、すなわち攪拌翼によるポンプ性能の向上がはかれる。
【００４９】
＜第三の実施の形態＞
図４は、本発明の第三の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−３は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、円筒状のスタビライザリング２６を攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐに攪拌翼２０と同軸に一体的に接続して設けたことを特徴とする。図４に示した例では、円筒状のスタビライザリング２６は、ドラフトチューブ３０の内径とほぼ同じ内径を有する。そして、攪拌翼２０は、このスタビライザリング２６の環状端を、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を形成する軸方向端部３０ｑと対向させるようにして、攪拌槽１０内に互い同軸に配置される。
【００５０】
これにより、スタビライザリング２６は、シャフト２５の撓みの抑制や固有振動数の移動といった攪拌翼２０の回転安定装置としての機能に加え、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐとスタビライザリング２６との連結部分が、見かけ上、攪拌翼２０のブレード部２２に対して、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の軸方向端部３０ｑに関しての延長端として機能するので、前述した第二の実施の形態による攪拌装置１−２と同様に、攪拌翼２０のブレード部２２における軸方向の流体流入口と径方向の流体流出口とのシール性を向上させることができ、攪拌翼２０の吐出効率の向上も前述した第二の実施の形態の場合と同様にはかれる。
【００５１】
なお、図４に示した実施の形態では、スタビライザリング２６は、ドラフトチューブ３０の内径とほぼ同じ内径を有し、スタビライザリング２６の端面をドラフトチューブ３０の他方端開口３２の軸方向端部３０ｑに槽軸方向から近接対向させた構成としたが、スタビライザリング２６又はドラフトチューブ３０の中のいずれか一方の内径をいずれか他方の外径とほぼ等しく形成し、他方の端部側が一方の端部側に槽軸方向に内挿されるように構成してもよい。
【００５２】
＜第四の実施の形態＞
図５は、本発明の第四の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−４は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、槽軸方向に攪拌翼２０を挟んでドラフトチューブ３０の他方端開口３２側と反対側の攪拌槽１０内に、天板（固定板）５０を設けた構成になっている。天板５０には、シャフト挿通孔５１が設けられ、攪拌翼２０を回転駆動するシャフト２５が挿通されるようになっている。図５に示した例では、天板５０は取付腕部５２を介して攪拌槽１０の内壁部に固設されている。
【００５３】
本実施の形態の攪拌装置１−４によれば、図５中に破線矢印で示したように、攪拌翼２０を挟んでドラフトチューブ３０の他方端開口３２側と反対側の攪拌槽１０内の流体が、攪拌翼２０の内径側に流入するのを抑制することができる。したがって、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２側からの攪拌翼２０の内径側への流入を増長させることができ、槽内上下循環流Ｆ０をさらに効率的に生成することができ、攪拌槽１０全体としての流体流動（液流動）による攪拌を動力効率よく行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態の攪拌装置１−４を嫌気性攪拌に利用した場合は、気液境界面の液面部分の攪拌を、天板５０より下方の槽液の攪拌に対して抑制することができ、良好な嫌気性攪拌が行える。また、本実施の形態の攪拌装置１−４を固液混合の攪拌に利用した場合、例えば液体に混合する固体が当該液体に対して比重の小さな固体であっても、天板５０を設けたことにより、攪拌翼２０に吸入されてから排出されるまでの間に、混合した固体が浮き上がってしまうのを防止でき、効率よく固液混合を行うことができる。さらに、天板５０は取付腕部５２間の空間を、混合する固体の大きさよりも小さいメッシュ等で閉塞するようにしておけば、一層効率よく固液混合を行うことができる。
【００５５】
＜第五の実施の形態＞
図６は、本発明の第五の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−５は、第四の実施の形態による攪拌装置１−４において、攪拌槽１０の内壁部に固設され、攪拌翼２０及びシャフト２５と別体的に構成されている天板５０を、攪拌翼２０又はシャフト２５と一体的に構成し、攪拌翼２０及びシャフト２５ととともに回転するように構成したものである。図６に示した例では、円盤状の天板（固定板）５５を、攪拌翼２０のブレード部２２それぞれのドラフトチューブ３０側とは軸方向に反対側の側縁部２２ｐに当接させて、攪拌翼２０と一体的に設けた構成になっている。
【００５６】
本実施の形態の攪拌装置１−５によれば、前述の第四の実施の形態による攪拌装置１−４の場合と同様に、槽内上下循環流Ｆ０をさらに効率的に生成することができ、攪拌槽１０全体としての流体流動（液流動）による攪拌を動力効率よく行うことができる。また、天板５５が覆う面積の大きさに応じては、液面からの気体の吸い込みの量的制御も可能になる。
【００５７】
なお、図６に示した例では、円盤状の天板５５は、攪拌翼２０のブレード部２２それぞれの側縁部２２ｐに当接させて攪拌翼２０に設けたが、本実施の形態の構成は図示の構成に限ることなく、攪拌翼２０のブレード部２２それぞれの側縁部２２ｐとの間に軸方向に隙間部を空けて、シャフト２５に取り付ける構成としてもよい。
【００５８】
また、攪拌翼２０としてディスクタービン型の輻流翼、例えば、フラットディスクタービン翼，湾曲ディスクタービン翼等を用いることにより、そのディスクが図６に示した例の天板５５と同様な作用を果たし、天板５５を省略することもできる。
【００５９】
図７は、本実施の形態の攪拌装置に攪拌翼として適用可能なディスクタービン型の輻流翼の一実施例を示したものである。
【００６０】
図７に示した攪拌翼２０は、輻流翼として、円盤上のディスク２７の片面にブレード部２２を放射上に配置した片羽根タービン翼２０−１によって構成されている。これにより、本実施例の片羽根タービン翼２０−１によれば、円盤上のディスク２７が図６に示した天板５５の場合と同様な作用を果たす。さらに、本実施例の片羽根タービン翼２０−１では、ブレード部２２それぞれのディスク２７側とは反対側の側縁部２２ｐに、ブレード部２２それぞれのその先端側周縁部分を横切るように、平板環状リング２８がディスク２７と同軸に取り付けられている。そして、この平板環状リング２８の内径ｄｒは、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の開口径Ｄｔ（図２参照）と略等しく形成され、その外径Ｄｒは、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の軸方向端部３０ｑ（図２参照）の外径よりも大径に形成されている。これにより、本実施例の片羽根タービン翼２０−１の場合は、この平板環状リング２８は、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を形成する軸方向端部３０ｑと対向した状態で、図３に示した第二の実施の形態によるドラフトチューブ３０の鍔部３４と同様な作用を果たすことができるようになっている。
【００６１】
なお、図６中に破線矢印で示したように、攪拌翼２０を挟んでドラフトチューブ３０の他方端開口３２側と反対側の攪拌槽１０内の流体が攪拌翼２０へ軸流方向に流入するのを抑制することについては、攪拌翼２０としてディスクタービン型の輻流翼に限らず、図８に示すようなパドル型の輻流翼２０−２も適用可能である。
【００６２】
図８は、本実施の形態の攪拌装置に攪拌翼として適用可能なパドル型の輻流翼の一実施例を示したものである。
【００６３】
図８に示すように、本実施例のパドル型の輻流翼２０−２は、ブレード部２２それぞれが、基端２２ｑ側すなわちボス部２１との付根側に対して先端自由端２２ｒ側が捩れた翼面形状になっている。図示のパドル型の輻流翼２０−２においては、ボス部２１の軸線方向に対する基端２２ｑ側の翼面の傾斜角δｑに対して、ボス部２１の軸線方向に対する先端自由端２２ｒ側の翼面の傾斜角δｒが大きくなっている。
【００６４】
これにより、本実施例のパドル型の輻流翼２０−２によれば、このブレード部２２におけるボス部２１の軸線方向に対する基端２２ｑ側の翼面の傾斜角δｑと、ボス部２１の軸線方向に対する先端自由端２２ｒ側の翼面の傾斜角δｒとの相違により、輻流翼２０−２外径側における径方向を流体流出口とする流体の流れは、図中下方に傾けられることになる。
【００６５】
したがって、本実施例の如くの捩れた翼面形状のパドル型の輻流翼２０−２を適用すれば、ブレード部２２における基端２２ｑ側の翼面の傾斜角δｑと先端自由端２２ｒ側の翼面の傾斜角δｒとの関係を調整することによって、輻流翼２０−２外径側における径方向を流体流出口とする流体の流れを、図中下方又は上方に傾けることができ、攪拌槽１０内で輻流翼２０−２を挟んで槽軸方向一側Ｆｄを循環する液体の流量と槽軸方向他側Ｆｕを循環する液体の流量とを制御調整することができる。
【００６６】
＜第六の実施の形態＞
図９は、本発明の第六の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−６は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、攪拌槽１０の槽底１１に底面バッフル６０を設けたものである。例えば、図９に示した例では、底面バッフル６０は、径方向に配置された複数のバッフル板６１よりなり、その中心位置はドラフトチューブ３０の一方端開口３１の開口中心と一致し、ドラフトチューブ３０と同軸に配置されている。
【００６７】
本実施の形態の攪拌装置１−６によれば、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１及びその下方の攪拌槽１０内の部分では、この底面バッフル６０によって流体の旋回が規制され、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１の下方に案内されるので、攪拌翼２０の回転によって、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１及びその下方の攪拌槽１０内の部分にある流体を良好に上昇させ、ドラフトチューブ３０内に吸引することができる。
【００６８】
なお、個々の径方向に配置されたバッフル板６１は、その槽軸方向から眺めた延設形状は直線形状に限らず湾曲形状であってもよく、また、その延設方向と交叉する断面形状、すなわちバルジは、槽底１１に対してなだらかな傾斜を有する形状（例えば、三角形形状）であってもよい。このバルジは、その槽底１１に対する傾斜をなだらかにすることによってせん断力の低減をはかることができ、逆に槽底１１に対する傾斜を増加することによってせん断力の増大をはかることができる。
【００６９】
＜第七の実施の形態＞
図１０は、本発明の第七の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−７は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、ドラフトチューブ３０の内周壁に通路バッフル６２を設けたものである。図１０に示した例では、通路バッフル６２は、例えばドラフトチューブ３０の内周壁に、周方向に適宜間隔を空けて複数設けられた管軸方向に延びる板状部材６３よりなる。
【００７０】
本実施の形態の攪拌装置１−７によれば、攪拌翼２０の軸方向の流体流入口側における流体の整流効果を向上させて、攪拌翼２０による吐出効率をさらに向上させることができる。
【００７１】
なお、図１０では、通路バッフル６２は、ドラフトチューブ３０の内周壁に、周方向に適宜間隔を空けて複数設けられた管軸方向に延びる板状部材６３で構成したが、ドラフトチューブ３０の攪拌翼２０側の内周壁に、板状部材６３をドラフトチューブ３０の直径方向に架設した構成等であってもよい。
【００７２】
＜第八の実施の形態＞
図１１は、本発明の第八の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−８は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、環帯部分４０の旋回移動流（旋回下降流）Ｆ２を、非旋回移動流（下降流）Ｆ２'に変換するための周壁バッフル６４を設けたものである。図１１に示した例では、周壁バッフル６４は、例えば攪拌槽１０の内周壁に、周方向に適宜間隔を空けて複数設けられた軸方向に延びる板状部材６５よりなる。
【００７３】
本実施の形態の攪拌装置１−８によれば、攪拌翼２０の回転によって環帯部分４０の上部に流出した流体は、その旋回を周壁バッフル６４により規制され、周壁バッフル６４に案内されて槽高さ方向（すなわち槽軸方向）に沿って下降する。これにより、攪拌槽１０内には、この非旋回移動流Ｆ２'とドラフトチューブ３０の管通路部分３３の移動流（上昇流）Ｆ１及び環帯部分４０の非旋回移動流（非旋回下降流）Ｆ２'とから形成される槽内上下循環流Ｆ０を生成することができる。これにより、環帯部分４０の上部４０ｕに流出した流体は、周壁バッフル６４によりその旋回を規制されて強いせん断作用を受け、その混合効率が向上する。
【００７４】
なお、図１１では、周壁バッフル６４を攪拌槽１０の内周壁に板状部材６５を設けて構成したが、ドラフトチューブ３０の外周面に板状部材６５を設け、また攪拌槽１０の内周壁とドラフトチューブ３０の外周面との間に板状部材６５を架設してもよい。
【００７５】
＜第九の実施の形態＞
図１２は、本発明の第九の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−９は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、攪拌槽１０内の流体を加熱又は冷却するための伝熱手段７０を設けたものである。図１２に示した例では、伝熱手段７０は、流体を加熱又は冷却するための温水又は冷却水等を流す通路を備えた外套手段７１を、攪拌槽１０の外周に巻装した構成を示している。
【００７６】
本実施の形態の攪拌装置１−９によれば、攪拌槽１０内の流体は環帯部分４０を旋回移動流（旋回下降流）Ｆ２となって移動する。そのため、この環帯部分４０の移動流Ｆ２の壁相対流速（すなわち、流体が単位時間当たりに移動する流路距離）は、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の移動流Ｆ１の流速（循環流量）に対して増大することとなり、伝熱手段７０である外套手段７１から攪拌流体への伝熱性能の向上がはかれる。
【００７７】
＜第十の実施の形態＞
図１３は、本発明の第十の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１０は、第九の実施の形態による攪拌装置１−９において、攪拌槽１０内の流体を加熱又は冷却するための伝熱手段７０を、ドラフトチューブ３０に一体的に構成したものである。この場合、伝熱手段７０は、攪拌する流体を加熱又は冷却するための温水又は冷却水等を流す通路７２が管壁に形成されたドラフトチューブ３０が該当する。
【００７８】
＜第十一の実施の形態＞
図１４は、本発明の第十一の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１１は、第十の実施の形態による攪拌装置１−１０において、さらにドラフトチューブ３０の管通路部分３３が複数の管路３５によって集成され、伝熱手段７０から攪拌する流体への伝熱面積の拡大をはかったものである。図１４に示した例では、複数の管路３５は、その径方向断面形状が六角形状の管路になっており、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の槽軸方向に眺めた形状がハニカム形状になっている。なお、複数の管路３５の径方向断面形状は、六角形状に限るものではなく、円形状、三角形状等であってもよい。
【００７９】
＜第十二の実施の形態＞
図１５は、本発明の第十二の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１２は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、ドラフトチューブ３０内にスタティックミキサー７５を設けたものである。スタティックミキサー７５は、それ自体は撹拌翼のような動的な部位を有さないもので、流体流路の途中に介装され、移送中の流体の流れに乱れ（渦流等の乱流及び位置移動等）を発生させて撹拌・混合を行う構成になっている。また、図１５に示した攪拌装置１−１２では、スタティックミキサー７５の流入側には、スタティックミキサー７５に流入する液体流の整流効果を高めるために、図１０に示した攪拌装置１−７に示した通路バッフル６２も設けられている。
【００８０】
本実施の形態の攪拌装置１−１２によれば、攪拌翼２０の吐出流によってドラフトチューブ３０の管通路部分３３の槽底側部分３３ｄ及び攪拌槽１０の槽底１１側部分（環帯部分４０の下部４０ｄも含む）と上述した環帯部分４０の上部４０ｕとの間に生じた槽内上下循環流Ｆ０によって、攪拌槽１０内の流体を攪拌することができる。また、同時にこの高圧側４０ｕと低圧側３３ｄ，４０ｄとの圧力差を有する槽内上下循環流Ｆ０によってスタティックミキサー７５を駆動することもできるので、攪拌・混合効率がさらに向上する。なお、図１５に示した攪拌装置１−１２ではスタティックミキサー７５は、ドラフトチューブ３０内に設けたが、環帯部分４０に設けてもよい。さらに、スタティックミキサー７５による攪拌効率を向上させるためには、複数台のスタティックミキサー７５を図１５に示すように並設して、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３又は環帯部分４０の流路断面全域を覆うようにすればよい。
【００８１】
＜第十三の実施の形態＞
図１６は、本発明の第十三の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１３は、第一の実施の形態による攪拌装置１−１において、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３に、菌体等の培養床を載置するためのバイオ槽部８０を設けたものである。図１６に示した例では、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３は、その管長方向の途中部分が、それぞれ流体が流通可能な一対のメッシュ板部材８１，８１を適宜長さ間隔だけ軸方向に離間して配置した構成になっている。これにより、この一対のメッシュ板部材８１，８１間のドラフトチューブ３０の管通路部分３３がそれぞれ開口３１，３２側の管通路部分３３部分と画成され、バイオ槽部８０になっている。そして、攪拌に際して、予めこのバイオ槽部８０に菌体を付着させた培養床８２を載置し、バイオ槽部８０の容積に比し培養面積の増大をはかった構成になっている。これにより、攪拌する流体として菌体の反応液等をバイオ槽部８０に良好に循環させることができる構成になっている。
【００８２】
なお、図１６に示した例では、バイオ槽部８０は、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３を一対のメッシュ板部材８１，８１によって仕切って構成したが、図１７に示すように攪拌槽１０の内周壁面とドラフトチューブ３０の外周壁面との間に形成される環帯部分４０に設けてもよく、バイオ槽部８０の構成も、両端が開口した管状体８３を並設した構成等であってもよく、例えば、内周面に培養床８２として菌体等を付着させるためのフェイルト等が貼着された管状体８３を用い、この管状体８３を複数並設してバイオ槽部８０を構成する等してもよい。
【００８３】
図１８は、本発明の第十三の実施の形態による攪拌装置の変形例の構成図である。
また、図１６及び図１７に示した攪拌装置１−１３では、培養床８２，８３はドラフトチューブ３０の管通路部分３３部分又は攪拌槽１０の内周壁面とドラフトチューブ３０の外周壁面との間の環帯部分４０を槽内上下循環流Ｆ０によって流動できないように固定的に設けたが、図１８に示すように培養床自体を移動可能な培養担体８４として構成し、攪拌槽１０内を槽内上下循環流Ｆ０によって流動できるようにしてもよい。この場合、培養担体８４は、例えばスポンジ等からなる担体部材に菌体を着床させて形成される。
【００８４】
本実施例の攪拌装置１−１３によれば、液面付近を通らせて培養担体８４を流動させることができ、培養担体８４の好気性攪拌を行える。さらに、攪拌装置１−１３は、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の槽底側部分３３ｄ及び攪拌槽１０の槽底１１側部分（環帯部分４０の下部４０ｄも含む）と上述した環帯部分４０の上部４０ｕとの間に生じた流体の圧力差によって、槽内上下循環流Ｆ０を生成して攪拌槽１０内の流体を攪拌するため、その攪拌翼２０は比較的低速回転でよく、培養担体８４を傷つけることも防止できる。また、培養担体８４を攪拌槽１０内を槽内上下循環流Ｆ０によって流動させながら嫌気性攪拌の攪拌を行う場合は、図５に示した攪拌装置１−４のように天板（固定板）５０を設け、培養担体８４の液面への浮き上がりを阻止することも可能である。
【００８５】
＜第十四の実施の形態＞
図１９は、本発明の第十四の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
図１９に示すように、本実施の形態の攪拌装置１−１４は、攪拌槽１０内に液深Ｚに合わせた管長を有する円筒状のドラフトチューブ３０が設けられた構成になっている。ドラフトチューブ３０は、攪拌槽１０の槽底１１との間に隙間Ｓ１を有して、一方端開口３１が槽軸方向に配置され、図示省略した締結手段によって攪拌槽１０に対して固定されている。
【００８６】
そして、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１と攪拌槽１０の槽底１１との間に形成される隙間Ｓ１には、輻流翼からなる攪拌翼２０が設けられている。この攪拌翼２０を構成する輻流翼には、パドル型、タービン型、ディスクタービン型等といった翼種があるが、図１９では、パドル型輻流翼を採用した構成が例示されている。このパドル型輻流翼としては、さらに幅広パドル翼、ピッチドパドル翼、湾曲パドル翼等が用いられる。
【００８７】
攪拌翼２０は、シャフト２５が接続されるボス部２１をドラフトチューブ３０の一方端開口３１の開口中心と軸合わせし、ドラフトチューブ３０と同軸に攪拌槽１０内の隙間Ｓ１に配置されている。シャフト２５は、攪拌槽１０の槽底１１に形成されたシャフト孔１２を介して気液密かつ回転可能に攪拌槽１０内の隙間Ｓ１ヘ案内され、その先端は攪拌翼２０のボス部２１に回転伝達可能に接続されている。シャフト２５は、図示せぬ駆動機構（モータ）と接続され、駆動回転される構成になっている。そして、シャフト２５が一方向に回転することによって、シャフト２５と一体的に輻流型の攪拌翼２０も同方向に回転することになる。なお、図示の攪拌装置１−１４では、シャフト２５を槽底１１側から攪拌槽１０内に延設したが、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２側からドラフトチューブ３０内を貫通させて延設させてもよい。
【００８８】
そして、このボス部２１に基端が一体的に接続されている攪拌翼２０の複数のブレード部２２は、少なくとも先端自由端２２ｒ側の一部又は全部が、ドラフトチューブ３０の軸方向に関して、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１よりも軸方向外方に位置するように配置されている。
【００８９】
そこで、この攪拌装置１−１４についての以下の説明では、この輻流型の攪拌翼２０の一方向への回転により、攪拌翼２０には、図１９中で矢印で示したように、その内径側における軸方向又は径方向を流体流入口とし、その外径側における径方向を流体流出口とする流体の流れが生じるものとして説明する。
【００９０】
この場合、攪拌翼２０は、その内径側における軸方向又は径方向を流体流入口とするため、攪拌槽１０内のドラフトチューブ３０の管通路部分３３にある流体は、この攪拌翼２０の回転によって、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１を介して、攪拌翼２０により吸入される。そして、攪拌翼２０によって吸入された流体は、攪拌翼２０のブレード部２２がドラフトチューブ３０の一方端開口３１よりも軸方向外方すなわち下方に位置するため、攪拌翼２０の外径側における径方向の流体流出口から、攪拌翼２０の径方向外方でドラフトチューブ３０外部の攪拌槽１０部分、すなわち攪拌槽１０の内周壁面とドラフトチューブ３０の外周壁面との間に形成される環帯部分４０の下部４０ｄ（攪拌槽１０内の槽底１１側）に排出される。
【００９１】
これにより、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３及び環帯部分４０の上部４０ｕを含む攪拌槽１０の液面近傍部分と、環帯部分４０の下部４０ｄとの間で、流体には圧力差が生じることになる。そのため、この環帯部分４０の下部４０ｄ側にある流体は、この圧力差を解消するため、環帯部分４０を攪拌槽１０の内周壁及びドラフトチューブ３０の外周壁に沿って旋回しながら、環帯部分４０の上部４０ｕすなわち攪拌槽１０の液面側に向けて移動することになる。
【００９２】
この結果、本実施の形態の攪拌装置１−１４によれば、ドラフトチューブ３０の軸方向に関してブレード部２２の先端自由端２２ｒがドラフトチューブ３０の一方端開口３１よりも軸方向外方に位置するように配置されている輻流型の攪拌翼２０を回転させることにより、攪拌槽１０内に、ドラフトチューブ３０の管通路部分３３の移動流（下降流）Ｆ３及び環帯部分４０の旋回移動流（旋回上昇流）Ｆ４とから形成される槽内上下循環流Ｆ０を生成することができる。
【００９３】
図示の攪拌装置１−１４の場合も、攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐとドラフトチューブ３０の一方端開口３１を形成する軸方向端部３０ｐとの間の軸方向距離をＣｐで表わすと、この軸方向距離Ｃｐは小さい程、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口との短絡漏洩循環流Ｆｓの発生を抑制できる。
【００９４】
この短絡漏洩循環流Ｆｓの抑制が期待できる範囲としては、攪拌翼２０のブレード部２２の翼高さ（すなわち、翼幅）をｂとすると、軸方向距離Ｃｐは、"ｂ≧Ｃｐ＞０"の範囲内にすることが好ましい。
【００９５】
そのために、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１と、攪拌翼２０のブレード部２２の一方端開口３１とは反対側の側縁部２２ｐｏとの間の軸方向距離Ｃptは、"２ｂ≧Ｃpt＞０"の関係になっており、特に図示した攪拌翼２０では、軸方向距離Ｃｐを"ｂ≧Ｃｐ＞０"の範囲内にするために、"２ｂ≧Ｃpt＞ｂ"になっている。
【００９６】
また、本実施の形態の攪拌装置１−１４では、輻流型の攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との径方向に関する位置関係も、攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口と外径側における径方向の流体流出口とを明確に区分けし、攪拌翼２０による吐出効率をさらに向上させるために、攪拌翼２０のブレード部２２の回転軌跡がドラフトチューブ３０の一方端開口３１を極力覆うように配置されている。
【００９７】
図１９に示すように、ドラフトチューブ３０の内径（すなわち、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１の開口径）をＤｔで、攪拌翼２０におけるブレード部２２の先端自由端２２ｒ側の外径をｄ２及び基端側（付根側）の内径をｄ１で表わすと、内径ｄ１は攪拌翼２０の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口を形成するためには、開口径Ｄｔよりも小径であることが好ましい。また、外径ｄ２は、攪拌翼２０を軸線方向から眺めてドラフトチューブ３０の内壁（すなわち、一方端開口３１の内壁）との間に径方向隙間が生じて、前述した短絡漏洩循環流Ｆｓが発生しないように、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１の開口径をＤｔに対して、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっていることが好ましい。また、内径ｄ１は攪拌翼２０の内径側部分の軸方向にもドラフトチューブ３０内の液体（流体）に対する流体流入口を形成する場合には、開口径Ｄｔよりも小径に、すなわち"Ｄｔ＞ｄ１"になっていることが好ましい。
【００９８】
このため、特に図示した攪拌翼２０では、攪拌翼２０とドラフトチューブ３０との径方向に関する位置関係は、短絡循環流Ｆｓの抑制が期待できる範囲も考慮して、"ｄ２≧Ｄｔ"の関係になっており、さらには"ｄ２≧Ｄｔ＞ｄ１"の関係になっている。
【００９９】
さらに、本実施の形態の攪拌装置１−１４においては、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１と反対側の攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐとは、槽軸方向に関して攪拌槽１０の槽底１１近傍に位置するため、環帯部分４０の下部４０ｄに排出された流体が、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１とは反対側の攪拌翼２０のブレード部２２の側縁部２２ｐから攪拌翼２０の内径側に流入するのを抑制することができる。したがって、ドラフトチューブ３０の一方端開口３１側からの攪拌翼２０の内径側への流入を増長させることができ、槽内上下循環流Ｆ０をさらに効率的に生成することができ、攪拌槽１０全体としての流体流動（液流動）による攪拌を動力効率よく行うことができる。
【０１００】
また、本実施の形態の攪拌装置１−１４においては、その槽内上下循環流Ｆ０の関係から攪拌槽１０に貯留された液（流体）は、渦を生じることになる。そのため、液に対して比重の軽い混合物の液液混合又は固液混合を考えた場合は、比重の軽い混合物は渦に引き込まれ攪拌槽１０の槽底１１側に移動し易いので、攪拌槽１０全体としての攪拌効率をさらに向上させることができる。また、攪拌槽１０内の液面近傍にある気相部も渦に引き込まれやすいので、好気性の攪拌にも適する。
【０１０１】
＜第十五の実施の形態＞
図２０は、本発明の第十五の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
本実施の形態の攪拌装置１−１５は、第十四の実施の形態による攪拌装置１−１４において、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２側の攪拌槽１０内に、固定板として、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の全面を覆うような天板５６、又は一部メッシュ等からなり、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２を覆う天板５６を、固定して設けた構成になっている。
【０１０２】
本実施の形態の攪拌装置１−１５を嫌気性攪拌に利用した場合は、気液境界面の液面部分からの気体巻き込み（吸い込み）を、天板５６により抑制することができ、良好な嫌気性攪拌が行える。また、液体に対して比重の軽い固体粒子を混入する好気性攪拌の場合は、全面メッシュ板からなる天板５６が固体粒子の浮き上がりを防止でき、適度の気体巻き込みも可能とし、固体粒子の良好な混合が行える。
【０１０３】
また、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２側の攪拌槽１０内に、図２０中に一点鎖線で示したようにドラフトチューブ３０の他方端開口３２と対向するように天面バッフル６６を設けるようにしてもよい。この天面バッフル６６は、例えば、その中心位置をドラフトチューブ３０の一方端開口３１の開口中心と同じくし、径方向に配置された複数のバッフル板６７より構成される。その際、各バッフル板６７の形状は、前述した第六の実施の形態による攪拌装置１−６の場合と同様に、その槽軸方向から眺めた延設形状が直線形状に限らず湾曲形状であってもよく、また、その延設方向と交叉する断面形状、すなわちバルジも、適宜傾斜を有する形状であってよい。なお、各バッフル板６７は、図２０に図示するように、天板５６に一体的に取り付けられた構成であってもよいし、前述した天板５６を備えず、各バッフル板６７が攪拌槽１０内に支持され、天面バッフル６６が単独で設けられている構成であってもよい。
【０１０４】
このように、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２及びその上方の攪拌槽１０内の部分では、この天面バッフル６６によって流体の旋回が規制され、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２の上方に案内されるので、攪拌翼２０の回転によって、ドラフトチューブ３０の他方端開口３２及びその上方の攪拌槽１０内の部分にある流体をさらに良好に下降させ、ドラフトチューブ３０内に吸引することができる。
【０１０５】
＜その他の実施の形態＞
本発明の攪拌装置は、以上説明したとおりであるが、その実施の形態は上述した攪拌装置１−１〜１５の構成に限定されるものではない。例えば、図示省略するが、第一乃至第十三の実施の形態による攪拌装置１−１〜１３の構成、すなわち第二の実施の形態による鍔部３４、第三の実施の形態による攪拌翼２０のスタビライザリング２６がドラフトチューブ３０の一部を兼ねる構成、第四及び第五の実施の形態による固定板５０，５５、第六の実施の形態による底面バッフル６０、第七の実施の形態による通路バッフル６２、第八の実施の形態による周壁バッフル６４、第九乃至第十一の実施の形態による伝熱手段７０、第十二の実施の形態によるスタティックミキサー７５、第十三の実施の形態による培養床８２及び培養担体８４の構成それぞれを適宜相互に組み合わせて一の攪拌装置を構成することも可能である。
【０１０６】
また、第二の実施の形態による鍔部３４、第三の実施の形態による攪拌翼２０のスタビライザリング２６がドラフトチューブ３０の一部を兼ねる構成、第七の実施の形態による通路バッフル６２、第八の実施の形態による周壁バッフル６４、第九乃至第十一の実施の形態による伝熱手段７０、第十二の実施の形態によるスタティックミキサー７５、第十三の実施の形態による培養床８２及び培養担体８４の構成それぞれは、いずれも第十四及び第十五の実施の形態の攪拌装置１−１４，１−１５にも単独又は複数組み合わせて適用可能である。
【０１０７】
また、上記説明した第一乃至第十五の攪拌装置１−１〜１−１５では、攪拌翼として、その内径側における軸方向又は径方向を流体流入口とし、その外径側における径方向を流体流出口とする流体の流れが生じる輻流型の攪拌翼２０を用いて説明したが、その外径側における径方向を流体流入口とし、その内径側における軸方向を流体流出口とする流体の流れが生じる攪拌翼に置き換えても、同様な作用・効果を達成することができる。
【０１０８】
また、これら攪拌翼の構成も、これら攪拌翼の内径側における軸方向又は径方向の流体流入口、又は内径側における軸方向の流体流出口は、槽軸方向にドラフトチューブ内にあってもよい。すなわち、攪拌翼は、その回転により攪拌槽内の環帯部分に向けてドラフトチューブ内の流体を吐出させるためのラジアルフローを生成できるものであるならば、又はその回転により攪拌槽内の攪拌翼外周部分にある流体をドラフトチューブ内に向けて吐出させるためのフローを生成できるものであるならば、ブレード形状をはじめとする攪拌翼の具体的構成は、上述した実施の形態で図示した構成に限るものではなく、種々の設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第一の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図２】第一の実施の形態の攪拌装置における攪拌翼近傍部分の拡大図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図７】本発明の第五の実施形態の攪拌装置における攪拌翼の一実施例の構成図である。
【図８】本発明の第五の実施形態の攪拌装置における攪拌翼の他の実施例の構成図である。
【図９】本発明の第六の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１０】本発明の第七の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１１】本発明の第八の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１２】本発明の第九の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１３】本発明の第十の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１４】本発明の第十一の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１５】本発明の第十二の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１６】本発明の第十三の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図１７】本発明の第十三の実施の形態による攪拌装置の変形例の構成図である。
【図１８】本発明の第十三の実施の形態による攪拌装置のさらなる変形例の構成図である。
【図１９】本発明の第十四の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図２０】本発明の第十五の実施の形態による攪拌装置の構成図である。
【図２１】ドラフトチューブ内に攪拌翼を設けた従来の攪拌装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１−１〜１３  攪拌装置
１０  攪拌槽
１１  槽底
１２  シャフト孔
２０  攪拌翼
２１  ボス部
２２  ブレード部
２５  シャフト
２６  スタビライザリング
３０  ドラフトチューブ
３１，３２  ドラフトチューブ開口
３３  管通路部分
３４  鍔部
３５  管路
４０  環帯部分
５０  天板
５１  シャフト挿通孔
５２  取付腕部
５５，５６  天板
６０  底面バッフル
６２  通路バッフル
６４  周壁バッフル
７０  伝熱手段
７１  外套手段
７５  スタティックミキサー
８０  バイオ槽部
８１  メッシュ板部材
８２  培養床
８３  管状体
８４  培養担体
１０１  攪拌装置
１１０  攪拌槽
１２０  攪拌翼
１３０  ドラフトチューブ
１３１，１３２  ドラフトチューブ開口
１３３  管通路部分
１４０  環帯部分
【図１】
2005193211.tif 000003
【図２】
2005193211.tif 000004
【図３】
2005193211.tif 000005
【図４】
2005193211.tif 000006
【図５】
2005193211.tif 000007
【図６】
2005193211.tif 000008
【図７】
2005193211.tif 000009
【図８】
2005193211.tif 000010
【図９】
2005193211.tif 000011
【図１０】
2005193211.tif 000012
【図１１】
2005193211.tif 000013
【図１２】
2005193211.tif 000014
【図１３】
2005193211.tif 000015
【図１４】
2005193211.tif 000016
【図１５】
2005193211.tif 000017
【図１６】
2005193211.tif 000018
【図１７】
2005193211.tif 000019
【図１８】
2005193211.tif 000020
【図１９】
2005193211.tif 000021
【図２０】
2005193211.tif 000022
【図２１】
2005193211.tif 000023