(57)【要約】【課題】タンク内壁付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリーの沈殿を防いで性能向上を図り得るスラリー撹拌装置を提供する。【解決手段】タンク２内部に、該タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク２周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段３を挿入配置し、該撹拌手段３を中空の垂直撹拌翼部４と中空の水平撹拌翼部５とからなるＬ型撹拌部材６で構成する。【選択図】図１
2005270758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーが貯留されたタンクを上下方向ヘ延びる軸を中心として回転させるスラリー撹拌装置において、
タンク内部に、該タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段を挿入配置したことを特徴とするスラリー撹拌装置。
【請求項２】
撹拌手段を、タンク上方からタンク内壁に沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられ且つタンク内壁への対向面が開放された中空の垂直撹拌翼部と、該垂直撹拌翼部の下端からタンク内底面に沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設され且つタンク内底面への対向面が開放された中空の水平撹拌翼部とからなるＬ型撹拌部材で構成した請求項１記載のスラリー撹拌装置。
【請求項３】
Ｌ型撹拌部材が、
タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーを取り込むよう水平撹拌翼部の端部に形成された入口開口部と、
該入口開口部から取り込まれたスラリーをタンク内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部の内部下側に形成された下段流路部と、
該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーを折り返してタンク内壁側へ導くよう水平撹拌翼部の内部上側に形成された上段流路部と、
該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーを上方へ導くよう垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部と、
該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーを放出するよう垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部と
を備えてなる請求項２記載のスラリー撹拌装置。
【請求項４】
タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部の側面に入口開口部を形成すると共に、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の下流側に対応する垂直撹拌翼部の側面に出口開口部を形成した請求項３記載のスラリー撹拌装置。
【請求項５】
精密鋳造用鋳型の原型となるモデル型を成形するためのスラリーをタンク内に貯留するようにした請求項１〜４いずれかに記載のスラリー撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリー撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化問題の効果的対策としてガスタービンコンバインドサイクル発電が脚光を浴びているが、斯かるガスタービンコンバインドサイクル発電の熱効率向上に必要な耐熱性に優れたタービンブレードは、ロストワックス法等の精密鋳造によって製造されている。
【０００３】
ロストワックス法等の精密鋳造によってタービンブレード等の部品を製造する場合、タンク内に貯留されたシリコン等のスラリーを撹拌しつつ、該スラリー中にタービンブレード等の部品モデルを浸漬して鋳型の原型となるモデル型を成形する工程がある。
【０００４】
通常、タンク内に貯留されたスラリーを撹拌する場合、スラリー中に没入させた撹拌用プロペラを回転駆動することによってスラリーの撹拌を行うことが一般的であるが、前述の如きロストワックス法等の精密鋳造においては、タンク内のスラリー中にタービンブレード等の部品モデルを浸漬して鋳型の原型となるモデル型を製造する関係上、タンク内に撹拌用プロペラを設置することは困難となる。
【０００５】
このため、従来においては、図４〜図６に示される如く、スラリー１が貯留されたタンク２を上下方向ヘ延びる軸を中心として回転駆動可能に配置すると共に、タンク２内部に、該タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク周方向流を利用してスラリー１を撹拌するための撹拌手段３’を挿入配置してなるスラリー撹拌装置が利用されている。
【０００６】
前記撹拌手段３’は、タンク２上方からタンク内壁２ａに沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられた中実角柱状の垂直撹拌翼部４’と、該垂直撹拌翼部４’の下端からタンク内底面２ｂに沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設された中実角柱状の水平撹拌翼部５’とからなるＬ型撹拌部材６’で構成されている。
【０００７】
図４〜図６に示される如き従来のスラリー撹拌装置においては、スラリー１が貯留されたタンク２内部に撹拌手段３’としてのＬ型撹拌部材６’を挿入配置して固定した状態で、タンク２を上下方向ヘ延びる軸を中心として図示していない駆動装置により回転させると、タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク周方向流がＬ型撹拌部材６’に衝突して乱され、これにより、スラリー１が撹拌されるようになっている。
【０００８】
尚、図４〜図６に示されるような構造のスラリー撹拌装置は、特許文献、非特許文献には見当たらないが、撹拌装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平１０−１７４８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前記スラリー１は、液相と粉末状粒子の固液二相流体であり、常に均一な状態になるよう撹拌し続ける必要があるが、図４〜図６に示される従来のスラリー撹拌装置では、タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク２周方向流は、Ｌ型撹拌部材６’に衝突し、ほとんどがタンク２の半径方向へ偏向されて水平循環流となり、タンク内壁２ａ付近に発生した速い流れが効果的に活用できておらず、しかも、タンク２の極底部（水平撹拌翼部５’とタンク内底面２ｂとの隙間）において上下方向流が生じにくくなっており、スラリー１の沈殿が懸念されていた。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、タンク内壁付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリーの沈殿を防いで性能向上を図り得るスラリー撹拌装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、スラリーが貯留されたタンクを上下方向ヘ延びる軸を中心として回転させるスラリー撹拌装置において、
タンク内部に、該タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段を挿入配置したことを特徴とするスラリー撹拌装置にかかるものである。
【００１２】
前記スラリー撹拌装置においては、撹拌手段を、タンク上方からタンク内壁に沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられ且つタンク内壁への対向面が開放された中空の垂直撹拌翼部と、該垂直撹拌翼部の下端からタンク内底面に沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設され且つタンク内底面への対向面が開放された中空の水平撹拌翼部とからなるＬ型撹拌部材で構成することができる。
【００１３】
前記Ｌ型撹拌部材は、
タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーを取り込むよう水平撹拌翼部の端部に形成された入口開口部と、
該入口開口部から取り込まれたスラリーをタンク内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部の内部下側に形成された下段流路部と、
該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーを折り返してタンク内壁側へ導くよう水平撹拌翼部の内部上側に形成された上段流路部と、
該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーを上方へ導くよう垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部と、
該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーを放出するよう垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部と
を備えるようにすることが有効となる。
【００１４】
又、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部の側面に入口開口部を形成すると共に、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の下流側に対応する垂直撹拌翼部の側面に出口開口部を形成することが望ましい。
【００１５】
一方、前記スラリー撹拌装置においては、精密鋳造用鋳型の原型となるモデル型を成形するためのスラリーをタンク内に貯留することができる。
【００１６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１７】
スラリーが貯留されたタンク内部に撹拌手段としてのＬ型撹拌部材を挿入配置して固定した状態で、タンクを上下方向ヘ延びる軸を中心として回転させると、タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーは、撹拌手段としてのＬ型撹拌部材における水平撹拌翼部の入口開口部から下段流路部に取り込まれてタンク内底部中心側へ導かれ、該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーは、折り返すように上段流路部を流れてタンク内壁側へ導かれ、該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーは、垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部に流れ込んで上方へ導かれ、該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーは、垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部から放出される。
【００１８】
この結果、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流は、Ｌ型撹拌部材に衝突し、タンクの半径方向へ偏向されて単に水平循環流となるだけでなく、タンク内壁付近に発生した速い流れが効果的に活用され、上下方向循環流を生じさせることが可能となる。
【００１９】
しかも、前記下段流路部に取り込まれたスラリーの一部が水平撹拌翼部とタンク内底面との隙間から流出しようとすることにより、その流出箇所で大きな下降流が発生するため、タンクの極底部（水平撹拌翼部とタンク内底面との隙間）においても上下方向流が生じ、スラリーが沈殿する心配もない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１〜５記載のスラリー撹拌装置によれば、タンク内壁付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリーの沈殿を防いで性能向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４〜図６に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、タンク２内部に、該タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク２周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段３を挿入配置した点にある。
【００２３】
本図示例の場合、前記撹拌手段３は、タンク２上方からタンク内壁２ａに沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられ且つタンク内壁２ａへの対向面が開放された中空の垂直撹拌翼部４と、該垂直撹拌翼部４の下端からタンク内底面２ｂに沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設され且つタンク内底面２ｂへの対向面が開放された中空の水平撹拌翼部５とからなるＬ型撹拌部材６で構成してある。
【００２４】
前記Ｌ型撹拌部材６は、
タンク２内底部におけるタンク内壁２ａ付近に沈降したスラリー１を取り込むよう水平撹拌翼部５の端部に形成された入口開口部７と、
該入口開口部７から取り込まれたスラリー１をタンク２内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部５の内部下側に形成された下段流路部８と、
該下段流路部８によりタンク２内底部中心側へ導かれたスラリー１を折り返してタンク内壁２ａ側へ導くよう水平撹拌翼部５の内部上側に形成された上段流路部９と、
該上段流路部９によりタンク内壁２ａ側へ導かれたスラリー１を上方へ導くよう垂直撹拌翼部４の内部に形成された煙突状流路部１０と、
該煙突状流路部１０により上方へ導かれたスラリー１を放出するよう垂直撹拌翼部４の上端部に形成された出口開口部１１と
を備えるようにしてある。
【００２５】
前記入口開口部７は、タンク２の回転に伴って発生するスラリーのタンク２周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部５の側面に形成し、又、前記出口開口部１１は、タンク２の回転に伴って発生するスラリーのタンク２周方向流の下流側に対応する垂直撹拌翼部４の側面に形成するようにしてある。
【００２６】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２７】
スラリー１が貯留されたタンク２内部に撹拌手段３としてのＬ型撹拌部材６を挿入配置して固定した状態で、タンク２を上下方向ヘ延びる軸を中心として図示していない駆動装置により回転させると、タンク２内底部におけるタンク内壁２ａ付近に沈降したスラリー１は、撹拌手段３としてのＬ型撹拌部材６における水平撹拌翼部５の入口開口部７から下段流路部８に取り込まれてタンク２内底部中心側へ導かれ、該下段流路部８によりタンク２内底部中心側へ導かれたスラリー１は、折り返すように上段流路部９を流れてタンク内壁２ａ側へ導かれ、該上段流路部９によりタンク内壁２ａ側へ導かれたスラリー１は、垂直撹拌翼部４の内部に形成された煙突状流路部１０に流れ込んで上方へ導かれ、該煙突状流路部１０により上方へ導かれたスラリー１は、垂直撹拌翼部４の上端部に形成された出口開口部１１から放出される。
【００２８】
この結果、タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク２周方向流は、Ｌ型撹拌部材６に衝突し、タンク２の半径方向へ偏向されて単に水平循環流となるだけでなく、タンク内壁２ａ付近に発生した速い流れが効果的に活用され、上下方向循環流を生じさせることが可能となる。
【００２９】
しかも、前記下段流路部８に取り込まれたスラリー１の一部が水平撹拌翼部５とタンク内底面２ｂとの隙間から流出しようとすることにより、その流出箇所で大きな下降流が発生するため、タンク２の極底部（水平撹拌翼部５とタンク内底面２ｂとの隙間）においても上下方向流が生じ、スラリー１が沈殿する心配もない。
【００３０】
こうして、タンク内壁２ａ付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリー１の沈殿を防いで性能向上を図り得る。
【実施例】
【００３１】
先ず、撹拌性能の比較をするため、液相と粉末状粒子の固液二相流体であるスラリー１が貯留された高さＨ＝１［ｍ］、直径Ｄ＝１［ｍ］のタンク２を回転速度ω＝２０［ｒｐｍ］で回転させた場合に、タンク２全体でのスラリー１の鉛直方向上昇流における最大速度並びに平均速度を算出し、定量的に比較を行った。解析で得られたタンク２全体における鉛直方向上昇速度｜ｗ+｜（速度成分ｗの正の値のみ）の最大速度｜ｗ+｜max並びに平均速度｜ｗ+｜aveを［表１］にまとめる。
【００３２】
【表１】
2005270758.tif 000003
【００３３】
［表１］から、スラリー１の鉛直方向上昇流における最大速度｜ｗ+｜max並びに平均速度｜ｗ+｜aveがともに図１〜図３に示す改良型（本発明）では図４〜図６に示す従来型より向上しており、平均速度｜ｗ+｜aveで比較すると、従来型と比べ約１割程度の性能向上が確認された。
【００３４】
鉛直方向上昇速度｜ｗ+｜の最大速度｜ｗ+｜maxは、煙突状流路部１０内で発生しており、従来型と比較すると改良型（本発明）の方が約１．５倍に向上している。このことから、タンク２内部に挿入配置された撹拌手段３としてのＬ型撹拌部材６を中空にすることで、タンク２内底部に沈殿したスラリー１が下段流路部８と上段流路部９を経て煙突状流路部１０内を上方へ流れ、効果的に上下方向への循環が行われていると推測できる。
【００３５】
従来型の場合、タンク２内底部において、タンク２の回転に伴って発生するスラリー１のタンク２周方向流は、Ｌ型撹拌部材６’の水平撹拌翼部５’に衝突し、ほとんどがタンク２の半径方向へ偏向されて水平循環流となり、タンク内壁２ａ付近に発生した速い流れが効果的に活用できておらず、上昇流への変換効率が悪くなっているが、改良型（本発明）の場合、タンク２の回転に伴って発生するスラリーのタンク２周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部５の側面近傍に小さな循環流が発生しているものの、タンク内壁２ａ付近に発生した速い流れを効率良く水平撹拌翼部５の入口開口部７に掻き集めることができているのが確認された。
【００３６】
又、改良型（本発明）では、タンク２内底部に沈殿したスラリー１が煙突状流路部１０内を上方へ流れるため、沈降性を有するスラリー１を上下方向へ撹拌させる観点からは効果的な撹拌が行われていると推測できる。そのため、鉛直方向上昇速度｜ｗ+｜の平均速度｜ｗ+｜aveだけでは評価できない撹拌性能の向上があると考えられる。
【００３７】
一方、液相と粉末状粒子の固液二相流体であるスラリー１が貯留された高さｈ＝１［ｍ］、直径Ｄ＝１［ｍ］のタンク２を回転速度ω＝２０［ｒｐｍ］で回転させた場合に、従来型におけるタンク２の極底部（水平撹拌翼部５’とタンク内底面２ｂとの隙間）での撹拌性能と、改良型（本発明）におけるタンク２の極底部（水平撹拌翼部５とタンク内底面２ｂとの隙間）での撹拌性能との比較をするため、タンク内底面２ｂから高さｈ＝０．０１・Ｄまでの領域に限定してスラリー１の鉛直方向上昇流の平均速度を算出し、定量的に比較を行った。解析で得られたタンク２の極底部における鉛直方向上昇速度｜ｗ+｜（速度成分ｗの正の値のみ）の平均速度｜ｗ+｜aveを［表２］にまとめる。
【００３８】
【表２】
2005270758.tif 000004
【００３９】
［表２］から、改良型（本発明）では、従来型に比べ約２倍の平均速度｜ｗ+｜aveが発生しており、撹拌性能が向上しているのが確認された。
【００４０】
従来型では、タンク２の極底部（水平撹拌翼部５’とタンク内底面２ｂとの隙間）において上下方向流がほとんど発生していないが、改良型（本発明）では、タンク２内底部のスラリー１をＬ型撹拌部材６内部に掻き集める際に、下段流路部８に一旦取り込まれたスラリー１の一部が水平撹拌翼部５とタンク内底面２ｂとの隙間から流出しようとするために、その流出箇所で大きな下降流が発生し、ここで発生した下降流はタンク内底面２ｂに衝突して上昇流となり、タンク２の極底部（水平撹拌翼部５とタンク内底面２ｂとの隙間）を循環すると考えられる。
【００４１】
以上から、これまで問題となっていたタンク２内底部でのスラリー１の沈殿に関しても、改良型（本発明）のＬ型撹拌部材６の導入により解消されると期待できる。
【００４２】
尚、本発明のスラリー撹拌装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施する形態の一例の斜視図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例の側断面図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例の平面図である。
【図４】従来例の斜視図である。
【図５】従来例の側断面図である。
【図６】従来例の平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    スラリー
２    タンク
２ａ  タンク内壁
２ｂ  タンク内底面
３    撹拌手段
４    垂直撹拌翼部
５    水平撹拌翼部
６    Ｌ型撹拌部材
７    入口開口部
８    下段流路部
９    上段流路部
１０    煙突状流路部
１１    出口開口部
【図１】
2005270758.tif 000005
【図２】
2005270758.tif 000006
【図３】
2005270758.tif 000007
【図４】
2005270758.tif 000008
【図５】
2005270758.tif 000009
【図６】
2005270758.tif 000010