(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面および側壁を有する撹拌槽内における上記底面の近傍位置に、上記撹拌槽内の流体を上記底面に向けて送り出す軸流羽根を設けてなる竪型撹拌装置において、
上記底面には、上記軸流羽根によって流体が送り出される位置から上記側壁側に向けて延在する突部を、周方向に間隔をおいて複数設けたことを特徴とする竪型撹拌装置。
【請求項２】
上記側壁には、軸方向に延びる第２の突部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の竪型撹拌装置。
【請求項３】
上記突部または上記第２の突部は、上記軸流羽根の回転による流れを受ける周方向の一方の面が上記底面または側壁から急激に立ち上がるように形成され、周方向の他方の面が上記底面または側壁に向けて滑らかに下降するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の竪型撹拌装置。
【請求項４】
上記複数の突部は、上記軸流羽根によって流体が送り出される位置で互いに連続するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の竪型撹拌装置。
【請求項５】
上記軸流羽根の径は、上記側壁における最小の内接円の径の１／√２以下に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の竪型撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の液体や、液体と固形物等を混合するための竪型撹拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の竪型撹拌装置は、底面および側壁を有する撹拌槽の中央部に回転軸を配置し、この回転軸に羽根を設けたものが知られている。羽根としては、回転軸の軸方向を向く平板状のものや、軸方向に対して斜めに形成されたもの等がある。
【０００３】
また、液体と液体や、液体と固形物等の流体の混合性を向上させるために、底面や側壁に邪魔板を設けたものが知られている。
【０００４】
しかし、単に邪魔板を設けた場合には、乱流状態を促進することができるものの、流れが淀む部分が生じてしまい、かえって円滑に循環することができず、混合性が低下してしまうという欠点がある。
【０００５】
このため、この発明者等は、混合性の向上を図るべく鋭意研究を重ねた結果、流体を軸流羽根で底面側に送り出すとともに、底面に放射状に突部を設けることが効果的であることを見出し、本発明の竪型撹拌装置を開発するに至ったものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、混合性の向上を図ることのできる竪型撹拌装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、底面および側壁を有する撹拌槽内における上記底面の近傍位置に、上記撹拌槽内の流体を上記底面に向けて送り出す軸流羽根を設けてなる竪型撹拌装置において、上記底面には、上記軸流羽根によって流体が送り出される位置から上記側壁側に向けて延在する突部を、周方向に間隔をおいて複数設けたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記側壁には、軸方向に延びる第２の突部を設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記突部または上記第２の突部は、上記軸流羽根の回転による流れを受ける周方向の一方の面が上記底面または側壁から急激に立ち上がるように形成され、周方向の他方の面が上記底面または側壁に向けて滑らかに下降するように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の発明において、上記複数の突部は、上記軸流羽根によって流体が送り出される位置で互いに連続するように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４の何れかに記載の発明において、上記軸流羽根の径は、上記側壁における最小の内接円の径の１／√２以下に設定されていることを特徴としている。
【００１２】
上記のように構成された請求項１〜５に記載の発明においては、撹拌槽内の流体が軸流羽根の回転によって、底面に向け連続して送り出されることになる。そして、底面に向かった流体は、同底面に当たって四方に広がるように流れてから側壁に当たって上方に流れ、さらに最上位置で内側に移動してから下降して再び軸流羽根によって底面側に送り出されることになる。
【００１３】
このため、撹拌槽内の全ての流体を軸流羽根で送り出して循環させることができる。そしてその際、全ての流体は、軸流羽根によって所定のピッチで切断されては送りだれ、再び軸流羽根で切断されることが繰り返されることになる。しかも、軸流羽根で乱流になった流体は、底面、側壁、軸流羽根の上側を流れる間に、互いに急速に混合し合うことになる。したがって、撹拌槽に投入された全ての流体や固形物等を急速にかつ均一に混合することができるので、混合性の向上を図ることができる。
【００１４】
また、流体が底面に当たって方向を変えたり、側壁に当たって方向を変えたりすることにより乱流状態が促進されるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。さらに、軸流羽根の回転等に起因してこの軸流羽根の上側に渦流が発生することになるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。
【００１５】
一方、軸流羽根から送り出される流体は、軸流羽根の回転によって周方向の速度成分を持つことになる。そして、この周方向の速度成分は、流体が側壁側に移動する際の一種の抵抗になり、この結果、流体が軸流羽根、底面、側壁、最上部、軸流羽根の上側、軸流羽根へと高速で循環する際の妨げとなる。これに対して、底面に、軸流羽根によって流体が送り出される位置から側壁に向けて突部を設けることにより、底面における周方向の流れを軸流羽根の下側から側壁方向への放射方向の流れに変換することができるので、上記流れの循環速度を向上させることができる。したがって、混合性がさらに向上するとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明においては、側壁に、軸方向に延びる第２の突部を設けているので、側壁においても軸流羽根の回転に起因する周方向の流れを軸方向の上方への流れに変換することができる。したがって、この点からも、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明においては、突部または第２の突部における一方の面が底面または側壁から急激に立ち上がっているので、周方向の流れを効率良く制止して放射方向または軸方向の流れに変換することができる。また、突部または第２の突部における他方の面が底面または側壁に滑らかに下降するように形成されているので、突部または第２の突部を乗り越えた流体が他方の面から底面または側壁にかかる部分で淀むのを防止することができる。したがって、突部または第２の突部によって、流体の循環性が低下するのを防止することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明においては、複数の突部が軸流羽根によって流体が送り出される位置で互いに連続するように形成されているので、軸流羽根から底面に送り出された流体は必ずその送り出された位置の突部から周辺の底面に下りてから側壁側に移動することになる。したがって、底面における軸流羽根の下側において流体が淀んで、循環性が低下してしまうのを防止することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明においては、軸流羽根の径、すなわち軸流羽根の回転円の径が側壁における最小の内接円の径の１／√２以下に設定されているので、上記軸流羽根の回転円の面積が上記内接円の面積の１／２以下になる。すなわち、軸流羽根の回転円の面積は、内接円の面積から軸流羽根の回転円の面積を引いた面積以下となる。このため、軸流羽根に吸い込まれる下降流と、軸流羽根の外側を流れる上昇流とが互いにぶつかり合うことがないので、流れの循環性の向上を図ることができる。したがって、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
この実施の形態で示す竪型撹拌装置は、図１に示すように、例えば酸性の被処理溶液を水酸化ナトリウム等の処理液で中和してから排出するためなどに使われるのものであり、１ｍ3 の容量の樹脂製の撹拌槽１と、この撹拌槽１の内部に配置された軸流羽根２（図５、６参照）とを備えている。
【００２２】
撹拌槽１は、図１〜図３に示すように、底板（底面）１１と、この底板１１の周縁から上方に筒状に立ち上がる側板（側壁）１２と、この側板１２の上縁部を閉塞するように設けられた天板１３とを備えた構造になっている。
【００２３】
底板１１は、図４に示すように、角部が面取りされた正方形状のもので形成されているとともに、所定の幅の縁取部１１ａの内側が正方形状に一段高く形成された壇部１１ｂになっている。壇部１１ｂには、その中央部であって、側板１２の軸心（中央部）Ｃに対応する位置から側板１２側に向けて延在し、かつ上方に突出する突部１１ｃが設けられている。
【００２４】
各突部１１ｃは、壇部１１ｂの中央部から周方向に４等分する位置に放射状に設けられているとともに、その中央部で互いに連続するように形成されている。
【００２５】
側板１２は、底板１１と同様に角部が面取りされた四角形状の筒状に形成されている。そして、各側面１２ａには、内方に突出し、かつ軸方向に延びる第２の突部１２ｂが設けられている。各第２の突部１２ｂは、側板１２を周方向に４等分する各位置であって、突部１１ｃの放射方向の先端部にほぼ対向する位置に配置されている。
【００２６】
天板１３は、図１および図３に示すように、その中央部であって、側板１２の軸心Ｃに対応する位置に、後述する回転軸２１を挿入するための挿入口１３ａが設けられており、その挿入口１３ａの周りの部分が回転軸２１を回転駆動するための電動モータ（図示せず）の取付部１３ｂになっている。
【００２７】
また、天板１３には、酸性等になった被処理溶液を供給するための例えばパイプを挿入するための第２挿入口１３ｃと、中和等を行う処理溶液を供給するための例えばパイプを挿入するための第３挿入口１３ｄとが設けられている。これらの第２挿入口１３ｃと第３挿入口１３ｄは、上記挿入口１３ａを挟んで周方向に１８０度離れた位置に設けられている。そして、各挿入口１３ｃ、１３ｄの周りの部分が上記各パイプに設けたフランジ（図示せず）の取付部１３ｅになっている。
【００２８】
さらに、図１および図３において、１３ｆは撹拌槽１内で中和等の処理をされた溶液を排水するための例えばパイプを挿入するための第４挿入口であり、第４挿入口１４ｆの周りの部分がパイプに設けたフランジ（図示せず）の取付部１３ｇになっている。さらに、１３ｈは、透明板によって閉塞してなる覗き窓である。
【００２９】
上述した回転軸２１は、図５および図６に示すように、側板１２の軸心Ｃを通って突部１１ｃの近傍位置まで延在している。そして、軸流羽根２は、回転軸２１の下端部の周面に設けられている。この軸流羽根２は、回転軸２１の周方向に４等分する位置に４枚の羽根を有するもので構成されており、撹拌槽１内の流体を底板１１に向けて送り出すようになっている。また、図５に示すように、軸流羽根２の径ｄは、側板１２における最小の内接円の径Ｄの１／√２（すなわち、１／１．４１４２…）以下に設定されている。なお、この実施形態における最小の内接円の径Ｄは、周方向に４等分する位置に配置された各第２の突部１２ｂに接する円の径となっている。
【００３０】
また、上記突部１１ｃは、図５および図６中の矢印で示す軸流羽根２の回転による流れを受ける周方向の一方の面１１ｄが壇部１１ｂの上面（底面）１１ｆから急激に立ち上がるように形成され、周方向の他方の面１１ｅが壇部１１ｂの上面１１ｆに向けて滑らかに下降するように形成されている。すなわち、図６に示すように、一方の面１１ｄの上面１１ｆに対する角度θ１は８０〜９０度に設定されており、他方の面１１ｅの上面１１ｆに対する角度θ２は６５度以下、好ましくは４５〜６５度に設定されている。
【００３１】
そして、上記第２の突部１２ｂについても、図５に示すように、軸流羽根２の回転による流れを受ける周方向の一方の面１２ｃが側板１２の側面１２ａから急激に立ち上がるように形成され、周方向の他方の面１２ｄが側板１２の側面１２ａに向けて滑らかに下降するように形成されている。すなわち、一方の面１２ｃの側面１２ａに対する角度θ１は８０〜９０度に設定されており、他方の面１２ｄの側面１２ａに対する角度θ２は６５度以下、好ましくは４５〜６５度に設定されている。
【００３２】
上記のように角度θ１を８０〜９０度に設定したのは、８０度未満になると、周方向に流れる流体が一方の面１１ｄ、１２ｃを乗り越えやすくなるからであり、９０度を超えると突部１１ｃや第２の突部１２ｂを底板１１や側板１２に一体的に加工することが困難になるなどの他の問題が発生するからである。また、角度θ２を好ましくは４５〜６５度に設定したのは、６５度以下であれば、流体が他方の面１１ｅ、１２ｄから上面１１ｆや側面１２ａに滑らかに移動し、その境の部分で流体が淀むことがないからであり、４５度未満になると、上面１１ｆや側板１２における突部１１ｃや第２の突部１２ｂの幅が広くなりすぎて、加工スペースを確保するのが困難になったり、加工自体が困難になったりするなどの他の問題が発生するからである。
【００３３】
上記のように構成された竪型撹拌装置においては、撹拌槽１内の流体が軸流羽根２の回転によって、底板１１に向け連続して送り出されることになる。そして、底板１１に向かった流体は、同底板１１に当たって四方に広がるように流れてから側板１２に当たって上方に流れ、さらに最上位置で軸心Ｃ側に移動してから下降して再び軸流羽根２によって底板１１側に送り出されることになる。
【００３４】
このため、撹拌槽１内の全ての流体を軸流羽根２で送り出して循環させることができる。そしてその際、全ての流体は、軸流羽根２によって所定のピッチで切断されては送りだれ、再び軸流羽根２で切断される操作が繰り返されることになる。しかも、軸流羽根２で乱流になった流体は、底板１１、側板１２、軸心Ｃに沿う部分を流れる間に、互いに急速に混合し合うことになる。したがって、撹拌槽１内に投入された全ての流体を急速にかつ均一に混合することができるので、混合性の向上を図ることができる。
【００３５】
また、流体が底板１１の突部１１ｃや壇部１１ｂ等に当たって方向を変えたり、側板１２の側面１２ａや第２の突部１２ｂ等に当たって方向を変えたりすることにより乱流状態が促進されるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。さらに、軸流羽根２の回転等に起因してこの軸流羽根２の上側に軸心Ｃを中心とする渦流が発生することになるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。
【００３６】
一方、軸流羽根２から送り出された流体は、軸流羽根２の回転によって周方向の速度成分を持つことになる。そして、この周方向の速度成分は、流体が側板１２側に移動する際の一種の抵抗になり、この結果、流体が軸流羽根２から、底板１１、側板１２、最上部、軸心Ｃに沿う部分を通って再び軸流羽根２へと高速で循環する際の妨げとなる。しかし、底板１１の中央部から側板１２に向けて突部１１ｃを設けることにより、底板１１における周方向の流れを中央部から側板１２側への放射方向の流れに変換することができるので、上記流れの循環速度を向上させることができる。したがって、混合性がさらに向上するとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００３７】
また、側板１２に、軸方向に延びる第２の突部１２ｂを設けているので、側板１２においても、軸流羽根２の回転に起因する周方向の流れを軸方向の上方への流れに変換することができる。したがって、この点からも、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００３８】
さらに、突部１１ｃまたは第２の突部１２ｂにおける一方の面１１ｄ、１２ｃが上面１１ｆや側面１２ａから急激に立ち上がっているので、軸流羽根２の回転による周方向の流れを効率良く制止して放射方向または軸方向の流れに変換することができる。また、突部１１ｃまたは第２の突部１２ｂにおける他方の面１１ｅ、１２ｄが上面１１ｆまたは側面１２ａに向かって滑らかに下降するような角度に形成されているので、突部１１ｃまたは第２の突部１２ｂを乗り越えた流体が他方の面１１ｅ、１２ｄから上面１１ｆまたは側面１２ａにかかる部分で淀むのを防止することができる。したがって、突部１１ｃや第２の突部１２ｂによって流体の循環性が低下するのを防止することができる。
【００３９】
また、４つの突部１１ｃが中央部で互いに連続しているので、軸流羽根２から底板１１に送り出された流体は必ずその中央部の突部１１ｃから周辺の壇部１１ｂの上面１１ｆに下りてから側板１２側に移動することになる。したがって、底板１１の中央部において流体が淀んで、循環性が低下するのを防止することができる。
【００４０】
さらに、軸流羽根２の径ｄが側板１２における最小の内接円の径Ｄの１／√２以下に設定されているので、軸流羽根２の回転円の面積が上記内接円の面積の１／２に以下になる。すなわち、軸流羽根２の回転円の面積は、内接円の面積から軸流羽根２の回転円の面積を引いた面積以下となる。このため、軸流羽根２に吸い込まれる下降流と、軸流羽根２の外側を流れる上昇流とが互いにぶつかり合うことがないので、流れの循環性の向上を図ることができる。したがって、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００４１】
なお、側板１２の内側の断面積と同等の面積を有する円の径を有効内接円の径とすれば、軸流羽根２の径ｄを、有効内接円の径の１／√２にしてもよい。そして、さらに正確には、軸流羽根２の回転部分の面積（軸流羽根２の回転円の面積から回転軸２１の断面積を引いた面積）を、上記有効内接円の面積から軸流羽根２の回転円の面積を引いた面積以下に設定することが好ましい。すんわち、上記有効内接円の径をＥ、回転軸２１の径をｅとすれば、
π（ｄ2 −ｅ2 ）／４≦πＥ2 ／４−π（ｄ2 −ｅ2 ）／４
とすることが好ましい。
【００４２】
また、上記実施の形態においては、軸流羽根２、回転軸２１等を軸心Ｃと同軸となる位置に設置した例を示したが、これらの軸流羽根２、回転軸２１等は、軸心Ｃから横方向にずらした位置に設置してもよい。ただし、その場合、突部１１ｃは、軸流羽根２によって流体が送り出される位置、例えば軸流羽根２の軸心部に対応する位置から側板１２側に向けて延在するように形成することが好ましいとともに、その軸流羽根２の軸心部で互いに連続するように形成することが好ましい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、撹拌槽内の全ての流体を軸流羽根で送り出して循環させることができる。そしてその際、全ての流体を軸流羽根によって繰り返し切断するような操作を行うことができる。しかも、軸流羽根で乱流になった流体は、底面、側壁、軸流羽根の上側を流れる間に、互いに急速に混合し合うことになる。したがって、撹拌槽に投入された全ての流体や固形物等を急速にかつ均一に混合することができるので、混合性の向上を図ることができる。
【００４４】
また、流体が底面に当たって方向を変えたり、側壁に当たって方向を変えたりすることにより乱流状態が促進されるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。さらに、軸流羽根の回転等に起因してこの軸流羽根の上側に渦流が発生することになるので、この点からも流体の混合性の向上を図ることができる。
【００４５】
さらに、底面に、軸流羽根によって流体が送り出される位置から側壁に向けて突部を設けることにより、底面における周方向の流れを軸流羽根の下側から側壁方向への放射方向の流れに変換することができるので、撹拌槽内の流れの循環速度を向上させることができる。したがって、混合性がさらに向上するとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、側壁に、軸方向に延びる第２の突部を設けているので、側壁においても軸流羽根の回転に起因する周方向の流れを軸方向の上方への流れに変換することができる。したがって、この点からも、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、突部または第２の突部における一方の面が底面または側壁から急激に立ち上がっているので、周方向の流れを効率良く制止して放射方向または軸方向の流れに変換することができる。また、突部または第２の突部における他方の面が底面または側壁に滑らかに下降するように形成されているので、突部または第２の突部を乗り越えた流体が他方の面から底面または側壁にかかる部分で淀むのを防止することができる。したがって、突部または第２の突部によって、流体の循環性が低下するのを防止することができる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、複数の突部が軸流羽根によって流体が送り出される位置で互いに連続しているので、軸流羽根から底面に送り出された流体は必ずその送り出された位置の突部から周辺の底面に下りてから側壁側に移動することになる。したがって、底面における軸流羽根の下側において流体が淀んで、循環性が低下してしまうのを防止することができる。
【００４９】
請求項５に記載の発明によれば、軸流羽根の径、すなわち軸流羽根の回転円の径が側壁における最小の内接円の径の１／√２以下に設定されているので、上記軸流羽根の回転円の面積が上記内接円の面積の１／２以下になる。すなわち、軸流羽根の回転円の面積は、内接円の面積から軸流羽根の回転円の面積を引いた面積以下となる。このため、軸流羽根に吸い込まれる下降流と、軸流羽根の外側を流れる上昇流とが互いにぶつかり合うことがないので、流れの循環性の向上を図ることができる。したがって、混合性の向上を図ることができるとともに、混合に要するエネルギ消費量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態として示した竪型撹拌装置の外観斜視図である。
【図２】同竪型撹拌装置の正面図である。
【図３】同竪型撹拌装置の平面図である。
【図４】同竪型撹拌装置の底板を示す断面図である。
【図５】同竪型撹拌装置の底板および軸流羽根を示す断面図である。
【図６】同竪型撹拌装置の底板、軸流羽根および回転軸を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  撹拌槽
２  軸流羽根
１１  底板（底面）
１１ｃ  突部
１１ｄ  一方の面
１１ｅ  他方の面
１２  側板（側壁）
１２ｂ  第２の突部
１２ｃ  一方の面
１２ｄ  他方の面
Ｃ  軸心（中央部）
ｄ  軸流羽根の径
Ｄ  最小の内接円の径
【図１】
0003903775.tif 000002
【図２】
0003903775.tif 000003
【図３】
0003903775.tif 000004
【図４】
0003903775.tif 000005
【図５】
0003903775.tif 000006
【図６】
0003903775.tif 000007