(57)【要約】【課題】粘度の高い液体のスムーズに吸い込みを可能にする。【解決手段】周方向に延びる攪拌羽根１０,１１を備えたタービン７とステータ８を重ね合わせて内部空間１３を形成し、該内部空間１３と連なる吸込口１２をタービン７に設け、タービン７の回転方向下流側に向かって開口するフード１４をタービンの吸込口開設部に立設してなる攪拌装置において、フード１４の開口縁をタービン７の回転方向Ｒの下流側に延長するとともに、外周側の延長寸法を内周側の延長寸法よりも大きくしてフード１４の開口面１４ａを傾斜させてある。【選択図】図３
2007245101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に延びる攪拌羽根を備えたタービンとステータを重ね合わせて内部空間を形成し、該内部空間と連なる吸込口をタービンに設け、タービンの回転方向下流側に向かって開口するフードをタービンの吸込口開設部に立設してなる攪拌装置において、フードの開口縁をタービンの回転方向下流側に延長するとともに、外周側の延長寸法を内周側の延長寸法よりも大きくしてフードの開口面を傾斜させたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
フードの延長部分が直線であることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項３】
フードの延長部分に倣って吸込口を延長したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の攪拌装置。
【請求項４】
攪拌羽根のスリットの高さがタービンの直径に対して６〜１５％の比率になっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
周方向に延びる攪拌羽根を備えたタービンとステータを重ね合わせて内部空間を形成し、該内部空間と連なる吸込口をタービンに設け、タービンの回転方向下流側に向かって開口するフードをタービンの吸込口開設部に立設してなる攪拌装置において、攪拌羽根間のスリットの高さがタービンの直径に対して６〜１５％の比率になっていることを特徴とする攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末や固体などの混入された液体を攪拌したり、異種の液体を攪拌してエマルジョン化したりする際に用いる攪拌装置に関する（以下、液体に混入する物質を粉末等という）。
【背景技術】
【０００２】
この種の攪拌装置には、周方向に延びる攪拌羽根を備えたタービンとステータの間に液体を吸い込み、液体中の粉末等を攪拌羽根で剪断して排出するものがある（特許文献１参照）。図９と図１０はこの攪拌装置のタービンを示している。タービンａの内面には、周方向に延びる攪拌羽根ｂが３列形成してあり、その内側に吸込口ｃが３個形成してある。タービンａの外面には、その回転方向下流側に向かって開口するフードｄが各吸込口ｃの開設部に立設してある。つまり、タービンａの回転によりフードｄに液体が当り、その動圧を利用して液体を吸込口ｃに流し込んでいる。
【特許文献１】特開２０００５−１７７７０１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この攪拌装置では、フードｄを設けて液体の吸い込みを良くしているが、液体の粘度が高くなると、フードｄ内に流れ込む液体の流動抵抗が大きくなり、十分な効果が発揮できなくなる。ところで、フードｄに対する液体の吸い込みを良くするためには、フードｄの開口面積を大きくするのが効果的である。ただし、フードｄの開口幅を大きくすることは、取付スペースの制約がある都合上、困難である。一方、フードｄの開口の高さを大きくすることは、タービンａの駆動動力を増加させるとともに、取付スペースの増加も招き、実用的でない。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、タービンの駆動力や取付スペースの増加を招くことなく、液体の吸い込みを良くした攪拌装置を提供することを目的とする。
【０００５】
さらに、少ない動力で微粒化速度の向上が可能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】
【０００６】
前者の目的を達成するための本発明は、周方向に延びる攪拌羽根を備えたタービンとステータを重ね合わせて内部空間を形成し、該内部空間と連なる吸込口をタービンに設け、タービンの回転方向下流側に向かって開口するフードをタービンの吸込口開設部に立設してなる攪拌装置において、フードの開口縁をタービンの回転方向下流側に延長するとともに、外周側の延長寸法を内周側の延長寸法よりも大きくしてフードの開口面を傾斜させたことを特徴とする。
【０００７】
フードの延長部分は直線であるのが好ましい。
【０００８】
フードの延長部分に倣って吸込口を延長するのが好ましい。
【０００９】
攪拌羽根のスリットの高さがタービンの直径に対して６〜１５％の比率になっているが好ましい。
【００１０】
後者の目的を達成するための本発明は、周方向に延びる攪拌羽根を備えたタービンとステータを重ね合わせて内部空間を形成し、該内部空間と連なる吸込口をタービンに設け、タービンの回転方向下流側に向かって開口するフードをタービンの吸込口開設部に立設してなる攪拌装置において、攪拌羽根間のスリットの高さがタービンの直径に対して６〜１５％の比率になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
前者の発明によれば、フードの開口をフード延長方向に対し傾斜させてその面積を大きくしてあるので、フードの開口に流れ込む液体の流動抵抗が小さくなり、粘度の高い液体でもスムーズに吸い込むことができる。一方、フードの断面積は一定に保ってあるので、タービンの駆動動力や取付スペースが増加することはない。
【００１２】
後者の発明によれば、攪拌羽根間のスリット端部を液体がショートカットし、剪断作用を受けなくなる割合が少なくなるので、少ない仕事量で微粒化速度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の攪拌装置の使用態様を示している。
【００１５】
この攪拌装置１はロッド２を介して支持枠３に取り付けてある。支持枠３にはモータ４と変速機５が取り付けてあり、モータ４の出力は変速機５とシャフト６を介して攪拌装置１に伝達される。そして、支持枠３を容器の開口部に取り付け、攪拌装置１を容器内の液体に浸して攪拌を行なう。
【００１６】
攪拌装置１は、図２に示すように上下一対のタービン７,７とステータ８とからなる。上下のタービン７,７はシャフト６の先端に連結されるとともに、ステータ８はボルト９でロッド２の先端に固定してある。タービン７の内面には、周方向に延びる攪拌羽根１０が所定の間隔をおいて３列設けてある（図４参照）。ステータ８の内面には、周方向に延びる攪拌羽根１１が所定の間隔をおいて２列設けてある（図７参照）。なお、ステータ８の攪拌羽根１１は半径方向に直交させて形成してあるが、タービン７の攪拌羽根１０は半径方向に傾斜させて形成してある。そして、タービン７とステータ８をその攪拌羽根１０,１１同士を係合させて重ね合わせてある。さらに、タービン７に吸込口１２を３個形成してタービン・ステータの間の内部空間１３を外部に開放してある。
【００１７】
タービン７の外面には、その回転方向Ｒの下流側に向かって開口するフード１４が各吸込口１２の開設部に立設してある（図３参照）。このフード１４は、その開口縁をタービン７の回転方向Ｒの下流側に延長するとともに、外周側の延長寸法を内周側の延長寸法よりも大きくしてフード１４の開口面１４ａを傾斜させてある。この開口面１４ａは、フード延長部分１４ｂの中心線Ｃに対して４５度傾斜している。そして、フード延長部分１４ｂに倣って吸込口１２を延長してある。つまり、吸込口１２はフード延長部分１４ｂに沿って延びる長孔になっているが、その両端はフード１４に倣って傾斜させてある（図６参照）。なお、フード１４は鋼板のプレス加工などによって断面略Ｕ字型に成形され、その下端をタービン７の外面に溶接接合してある。
【００１８】
いま、モータ４でタービン７を回転させると、液体がフード１４の開口１４ａから内部に流れ込み、フード１４に作用する動圧により吸込口１２からタービン・ステータの間の内部空間１３に流れ込む。流れ込んだ液体は、タービン７の回転にともなう遠心力により内部空間１３内を外側へ流れ、攪拌羽根１０,１１のスリット１０ａ,１１ａを通って外部に排出する。その際、液体中の粉末等は攪拌羽根１０,１１による剪断力を受けて粉砕される。
【００１９】
この攪拌装置１では、フード１４の開口１４ａをフード延長方向に対し傾斜させてその面積を大きくしてあるので、フード１４の開口１４ａに流れ込む液体の流動抵抗が小さくなり、粘度の高い液体でもスムーズに吸い込むことができる。一方、フード１４の断面積は一定に保ってあるので、タービン７の駆動動力や取付スペースが増加することはない。
【００２０】
なお、フード１４の開口面積を大きくするには、その幅を大きくする方法と、その高さを大きくする方法とが考えられるが、いずれもスペース上の制約により実施が困難である。
【００２１】
すなわち、前者の場合、フード１４の開口幅の拡大にともなって、吸込口１２の幅も大きくする必要がある。しかし、吸込口１２を外側に広げると、吸込口１２が攪拌羽根１０と干渉してしまう。一方、吸込口１２を内側に広げると、吸込口１２がステータ８のボス部に被さり、内部空間１３に流入する液体がボス部に当り、液体の吸い込みが悪くなる。なお、吸込口１２はそのままでフード１４の開口幅だけ広げると、液体の流入経路に段差が生じ、液体の吸い込みが極端に悪くなる。
【００２２】
一方、後者の場合、フード１４の内部に流入した流体は、従来よりもタービン軸方向に対して大きな速度を持つようになるが、内部空間１３に流入した後に流れの方向が大きく変わるため、流体の吸込効果の向上はあまり望めない。さらに、フード１４が容器の底面と干渉し易くなるため、従前ほど攪拌装置１の位置を下げることができなくなり、最低処理量が大きくなるという問題も発生する。
【００２３】
ところで、フード１４の延長部分１４ａをタービン７の回転に対応させて円弧状に形成しておくと、流動抵抗が小さくなり、タービン７の駆動力が小さくて済むが、フード１４の加工は難しくなる。このため、フード１４の延長部分１４ａを直線状に形成して加工を容易にしてあるが、その長さは流動抵抗の増加が問題とならない範囲に収めてある。
【００２４】
なお、粘度の高い液体の吸い込みが良くなるという効果は、以下のような実験で確認できた。
【００２５】
１００リットルの水にカーボポール粉末等を溶解し、濃度の異なる試料を複数作成した。直径１０６ｍｍのタービン７を３５００ｒｐｍの速度で回転させた。濃度が３％（仕上がり粘度約１００００ｍＰａ・Ｓ）の試料でも、カーボポール粉末等が完全に溶解するのが確認された。その際の静水動力は４.０５ＫＷであった。
【００２６】
比較例として、同一直径のタービン（図９,１０に示すもの）を使用し、これを同一速度で回転させた。濃度が１％（仕上がり粘度約２０００ｍＰａ・Ｓ）を超えると、カーボポール粉末等が完全に溶解しなくなり、塊ができるのが確認された。
【００２７】
ところで、微粒化の速度を上げるにはタービン７の直径あるいは回転数の増加が考えられるが、いずれも消費動力が大幅にアップし、コスト的に問題がある。
【００２８】
本発明者は、タービン７の直径に対し、攪拌羽根１０のスリット１０ａの高さｈ（図８参照）を適切な比率にすると、設備動力をあまり大きくしなくても、微粒化に要する仕事量を減らすことが可能になるのを発見した。
【００２９】
すなわち、スリット１０ａの高さｈが小さいと、粉末等がタービン７とステータ８のスリット１０ａ,１１ａの間を通過して攪拌羽根１０,１１による正常な剪断作用を受ける割合に対し、粉末等がスリット１０ａ,１１ａの端部をショートカットして攪拌羽根１０,１１による剪断作用を受けなくなる割合の方が大きくなる。逆に、スリット１０ａの高さｈを大きくすると、ショートカットの影響が小さくなり、微粒化速度が上がる。一方、吸込口１２における流動抵抗による消費動力の方がスリット１０ａにおけるそれよりも大きいので、スリット１０ａの高さｈを大きくしても、消費動力はさほど増えない。
【００３０】
ただし、スリット１０ａの高さｈを大きくすると、(1)スリット１０ａを形成する部分の剛性が低下して加工が難しく、寸法精度が出ない、(2)吸込口１２を加工するドリルがタービン７の攪拌羽根１０と干渉して、吸込口１２の加工が難しい等の問題点が生じる。
【００３１】
つまり、スリット１０ａの高さｈには上限と下限がある。その値をタービン７の直径との比率で表すと、上記考察に基づくテスト結果や加工例より、６〜１５％の範囲であるのが好ましい。さらに好ましいは７〜１０％である。
【００３２】
これを確認するため、以下の実験を行った。
【００３３】
タービン７として直径１０６ｍｍ、スリット１０ａの高さ８.７ｍｍのもの用い、これを３５００ｒｐｍで回転させた。１００リットルの水にカーボポール粉末等３.３％を溶解し、これに添加物（流動パラフィン：水：ツイーン８０＝1：４：０.０２７）を加えて攪拌し、仕上がり粘度が約数十万ｍＰａ・sの試料を作成した。
【００３４】
粒子径２.９μに到達するのに要した仕事量は２９.３ｋＷ・分、静水動力は４.１３ｋＷであった。一方、直径１０６ｍｍ、スリット５.２ｍｍのタービン７を用いた場合、仕事量は３５.１ｋＷ・分、静水動力は３.７７ｋＷであった。
【００３５】
図１１は、スリット１０ａの高さ８.７ｍｍと５.２ｍｍの場合の、粒子径と所要仕事量の関係を比較して示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の攪拌装置の使用態様を示す図。
【００３７】
【図２】本発明の攪拌装置を示す図。
【００３８】
【図３】同攪拌装置のタービンの平面図。
【００３９】
【図４】図３の底面図。
【００４０】
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【００４１】
【図６】図３のＡ−Ａ線断面図。
【００４２】
【図７】同攪拌装置のステータの平面図。
【００４３】
【図８】図７の側面図。
【００４４】
【図９】従来の攪拌装置で使用されているタービンの平面図。
【００４５】
【図１０】図９の底面図。
【００４６】
【図１１】粒子径と所要仕事量の関係を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１      攪拌装置
６      シャフト
７      タービン
８      ステータ
１０    攪拌羽根
１０ａ  スリット
１１    攪拌羽根
１１ａ  スリット
１２    吸込口
１３    内部空間
１４    フード
１４ａ  開口面
１４ｂ  フード延長部分
１４ｃ  フード基端部分
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007245101.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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