(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌槽内に回転軸を垂設し、該回転軸に撹拌翼を固着すると共に、該回転軸を駆動部と連結してなる撹拌装置の運転方法において、正弦波的に変化する速度パターンに基づく信号によって駆動部を制御することにより、撹拌翼を撹拌槽内で一方向に常に回転させながらその回転速度を、一定の速度を中心に正弦波的に変化させることを特徴とする撹拌装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種の流体，半流体，粉体等の槽内撹拌に用いられる撹拌装置の運転方法、特に撹拌翼の回転駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の撹拌装置は一般に、撹拌槽内の中心に、撹拌翼をもつ回転軸を該槽から突出するように軸支し、前記回転軸を槽外から回転駆動することにより、撹拌翼の回転に伴なって槽内の処理物（被撹拌物質）に旋回流と上下循環流を生じさせて撹拌を行う。撹拌効果を高めるため撹拌翼の形状に種々の工夫が凝らされ、例えばパドル翼，タービン翼，プロペラ翼等があり、また翼下部を平板状のボトムパドルとし、中央〜上部を縦材と横材から成る格子翼としたものも開示されている（例えば特公平１−３７１７３号）。
【０００３】
ところが撹拌翼の形状の工夫のみでは充分な撹拌効果を得るのが難しく、撹拌翼の回転形態にも配慮が必要である。一般に撹拌翼の回転速度は処理物の物性（粘度，密度等）その他撹拌目的によって決定され、回転形態も１軸一方向回転方式，１軸往復回転方式等が採用されている。例えば１軸一方向回転方式で単一工程あるいは多工程で行う場合、いずれも一工程中は回転速度一定とされ、多工程の場合、同一の槽内で各工程毎に回転速度を変更するか、あるいは回転速度の異なる複数個の撹拌槽に移し替えて撹拌を行う。
【０００４】
また１軸往復回転方式としては、特殊な三角断面をもつ撹拌翼を機械的手段で９０゜づつ繰り返し反転させることにより反転旋回流と上下循環流を発生させるもの（機械式）、あるいは駆動源にパルスモータまたはサーボモータを使用して回転角度，回転速度および回転方向の３要素を変化させて適用領域を拡大したもの（パルス制御式）もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一方向回転方式では、一定速回転のため撹拌翼の周辺に処理物の「共回り現象」が生じ、撹拌翼による処理物、例えば流体の剪断作用，渦の発生や混合が制約される。また低粘度（乱流）のものでは水平旋回流が主体であり、一般に上下層の均一化が悪い。このためバッフル（邪魔板）を槽の内周壁に設けるなどして上下循環流を発生させているが、流体の付着および洗浄等の問題が発生している。
【０００６】
上述した機械式１軸往復回転撹拌機は機械的変換機構による回転駆動部の重量増大や機械的ロスが大となる問題がある。また反転角度９０゜限定による撹拌翼が届かない領域や回転速度の遅い領域が生じる。小型プロペラ翼等で９０゜反転を行うと吐出流が発生しない等の問題がある。
パルス制御式の１軸往復回転撹拌機は回転角度や回転速度を自由に選択し得、機械式に比べると反転運動も円滑に行えるものの、この方式における周期的な速度変化はあくまで反転運動のためであり、機械式と同様に処理時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、撹拌翼を一方向に回転させつつ撹拌翼の回転速度を周期的に変化させることにより、撹拌翼と処理物の共回り現象を低減させ、混合効果の向上，翼付着物の減少および撹拌動力の低下による運転効率の向上，ランニングコストの低減を図り得る撹拌装置の運転方法を提供することにある。
【０００８】
本発明はさらに、撹拌翼の回転制御のみによって適用被撹拌物の範囲の拡大を図り得る一方向回転撹拌装置の運転方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撹拌装置の運転方法は、撹拌翼を撹拌槽内で一方向に常に回転させながらその回転速度を、一定の速度を中心に周期的に変化させるようにしたものである。
【００１０】
【作用】
一方向回転撹拌翼の回転速度を周期的に変化させることにより、撹拌翼と被撹拌物の相対速度が変化して共回り現象の影響を低減させるとともに、この乱れによる新たな渦の発生や流れの変化を発生させて混合効率を向上させることができる。
【００１１】
撹拌翼が増速する場合には撹拌翼と被撹拌物の速度差は増加し、撹拌翼が減速する場合には被撹拌物の慣性により撹拌翼と被撹拌物の速度差は減少し、場合によっては被撹拌物の速度が撹拌翼の速度よりも速くなって被撹拌物が撹拌翼に衝突することもある。この撹拌翼の回転速度の増減により、撹拌翼と被撹拌物の速度差が変化し、共回り現象が少なくなると共に、渦の発生および流れが不規則となり、混合性能が向上する。また、撹拌翼と被撹拌物の衝突が増加して表面流速が周期的に速くなり、翼付着物の発生および成長を低減することができる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明を実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の方法を実施するのに用いられる撹拌装置の一例を示した概略的な側面断面図である。撹拌槽１内の中心に回転軸４が上方へ突出するように設けられ、この回転軸４には該槽１内の処理物（被撹拌物）１０に全体或いは一部を浸漬する如く撹拌翼２が固着されている。また、撹拌翼２の回転に伴なう処理物１０の上下循環流を良好にするために槽内周壁にバッフル３が設けられている。回転軸４の上端は、後述する駆動部５の駆動モータ出力軸に減速機を介して連結されている。
【００１３】
駆動部５は、インバータ用モータ，サーボモータあるいはパルスモータ等の無段階変速可能な駆動モータおよび減速機から成っており、速度コントローラ８および制御信号コントローラ９により制御される。駆動部５にはまた制御信号コントローラ９にフィードバック信号を与える回転数検出器６およびトルク検出器７が設けられている。速度コントローラ８としては例えばインバータコントローラ，サーボモータやパルスモータのドライバが用いられ、制御信号コントローラとしてはコンピュータやプログラム設定器などが用いられる。
【００１４】
上述の装置で処理物１０の撹拌は、撹拌槽１内で回転する撹拌翼２と槽内壁のバッフル３により旋回流と共に上下循環流が発生して撹拌が行われる。
一方向撹拌翼の場合、従来は或る撹拌条件（一工程）に対して図４（Ａ）の如く一定の回転数で運転され、撹拌条件が変わる多工程の場合、図４（Ｂ）の如く工程毎に変速装置によって回転数を段階的に変えて運転されるが、この場合も各工程中は回転数一定に維持されている。また図４（Ｃ）のように往復回転撹拌翼の場合、回転数を周期的に変化させる制御も行われるが、この場合は正逆反転回転のための周期的変化であり、回転方向を周期的に変えることでスムーズな往復回転を得て正逆反転流を発生させて撹拌力を得るように運転される。
【００１５】
上述のような一工程一定回転の場合、前述した如く撹拌翼に対して処理物の共回り現象が生じ易く、撹拌翼による処理物の、例えば流体の剪断作用、渦の発生や混合が充分でなくなる。図５（Ａ）〜（Ｃ）は一方向一定回転の場合の槽内処理物の速度信号（図５（Ａ））、撹拌翼の回転速度ｄおよび処理物（被撹拌物，流体）の平均旋回流速ｅ（同図（Ｂ））および発生トルクの変化（同図（Ｃ））の例を示している。撹拌翼の一定回転中、処理物の旋回流の変化はない。また、往復回転の場合は、駆動部の供給動力が大となり、しかも回転方向の反転時に撹拌翼の回転が一時停止するので、処理物の旋回流もよどみが生じるなど充分な流速が得られず、翼付着物の発生原因となる。
【００１６】
これに対し本発明では、一方向撹拌翼を用いて該撹拌翼と処理物（多くの場合流体）の回転方向を常に同一に維持したまま一工程中に周期的に回転速度を変化させる。このように回転速度を変化させることにより、撹拌翼と慣性のある処理物との相互運動にずれを生じさせ、共回り現象の低減および新たに生じる「乱れ」によって混合効率を高めることができる。回転速度の変化形態としては図２に示すように或る一定の速度Ｖａを中心に正弦波的に変化させる方法などがある。なお図３は一方向正弦波変速の場合の回転速度制御例を示し、図中ｄは撹拌翼の回転速度、ｅは被撹拌物（流体）の平均旋回流速である。
【００１７】
具体的には、周期的に変化する速度パターンをパソコンなどの制御信号コントローラ９により設定し、その信号を速度コントローラ８に入力して駆動モータの回転速度を前記速度パターンとなるように制御する。
【００１８】
また、マックスブレンド（登録商標）翼など図１に示すような大型格子状撹拌翼の場合、旋回流に対する剪断断面積が大きいため、回転速度変化による動力変化の応答が小型翼に比較して、より早く、かつ、より効果的である。回転速度変化の絶対値が小さくても十分なトルクの変動、つまり混合効率の向上が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撹拌翼の回転方向を一方向とし、その回転速度を周期的に変化させて撹拌翼と処理物との間に相対的なずれを生じさせ、また場合によっては、このずれ量も一工程の間に変化させるようにしたので、撹拌翼と処理物の共回り現象が低減すると共に、新しい乱れを発生させて混合効率の向上を図ることができる。また翼付着物の発生が防止される。撹拌翼は一方向回転のみであるから翼形状の選定も容易となり、撹拌動力も低減できるので、運転効率が向上する。適用被撹拌物の範囲も拡大する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施するのに使用される撹拌装置の一例を示す概略的な側面断面図である。
【図２】  本発明による一方向回転撹拌翼の回転形態を示す図である。
【図３】  本発明による一方向正弦波変速の場合の回転速度制御例を示す図である。
【図４】  従来の撹拌翼の回転制御形態を示す図である。
【図５】  従来の一方向一定回転速度の場合の速度信号，回転速度および旋回流速，発生トルクの形態を示す図である。
【符号の説明】
１  撹拌槽
２  撹拌翼
３  バッフル
４  回転軸
５  駆動部
６  回転検出器
７  トルク検出器
８  速度コントローラ
９  制御信号コントローラ
１０  処理物
【図１】
0004030073.tif 000002
【図２】
0004030073.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004030073.tif 000005
【図５】
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