(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌槽の中心部に回転可能な攪拌軸を配設し、該攪拌軸に攪拌翼を設けた攪拌機において、攪拌軸の下部に、攪拌槽の底部を攪拌し、攪拌槽の側壁に沿う上昇流と攪拌槽の中心付近で下降する下降流とからなる循環流を発生させるボトム翼を配設するとともに、攪拌軸のボトム翼の上方に、回転方向に角部を向けた角材により構成することにより循環流を剪断する腕翼を、該腕翼の先端側が外周側に向かって斜め上方に延びるように配設したことを特徴とする攪拌機。
【請求項２】
攪拌軸に対する腕翼の高さ方向の配設位置を、調節可能としたことを特徴とする請求項１記載の攪拌機。
【請求項３】
腕翼の回転径をボトム翼の回転径以下にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の攪拌機。
【請求項４】
ボトム翼の先端部を回転後方向に斜めに折曲したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の攪拌機。
【請求項５】
ボトム翼を回転方向に凸の円弧状に形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の攪拌機。
【請求項６】
ボトム翼と腕翼とを回転位相が異なるように設置したことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の攪拌機。
【請求項７】
複数段の腕翼を回転位相が異なるように設置したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の攪拌機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状体の攪拌機に関し、特に、フローパターンの分離を防止し、攪拌途中の粘性変化や幅広い粘度範囲にも対応して攪拌槽全体で良好な混合を行うとともに、液深が低くなっても効率の変わらない攪拌をすることができる攪拌機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液の混合や溶解等を目的とした攪拌処理用の攪拌機は、図１（ｂ）に示すように、攪拌槽１の中心部に回転可能な攪拌軸２を配設し、該攪拌軸２に攪拌翼５を設けている。
攪拌翼５は、攪拌軸２から半径方向に突出する平板状のものからなり、攪拌軸２に上下に間隔を空けて複数段設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のこの攪拌機では、攪拌槽１の内部を広く攪拌するために、平板状の攪拌翼５が複数段に設けられているが、下の攪拌翼５が攪拌槽１の側壁１１で上昇流を形成する一方、上の攪拌翼５が攪拌槽１の側壁１１で上昇流と下降流を形成するため、下の攪拌翼５の上昇流と上の攪拌翼５の下降流のぶつかりによって上下に分かれた流れの層が発生する。
【０００４】
すなわち、下の攪拌翼では攪拌槽の下段のみが攪拌され、上の攪拌翼では攪拌槽の上段のみが攪拌されることから、上下に分かれる流れの層によってフローパターンが分離し、攪拌槽全体では良好な混合が行われにくいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の攪拌機が有する問題点に鑑み、フローパターンの分離を防止し、攪拌途中の粘性変化や幅広い粘度範囲にも対応して攪拌槽全体で良好な混合を行うとともに、液深が低くなっても効率の変わらない攪拌をすることができる攪拌機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】
上記目的を達成するため、本発明の攪拌機は、攪拌槽の中心部に回転可能な攪拌軸を配設し、該攪拌軸に攪拌翼を設けた攪拌機において、攪拌軸の下部に、攪拌槽の底部を攪拌し、攪拌槽の側壁に沿う上昇流と攪拌槽の中心付近で下降する下降流とからなる循環流を発生させるボトム翼を配設するとともに、攪拌軸のボトム翼の上方に、回転方向に角部を向けた角材により構成することにより循環流を剪断する腕翼を、該腕翼の先端側が外周側に向かって斜め上方に延びるように配設したことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、攪拌軸に対する腕翼の高さ方向の配設位置を、調節可能とすることができる。
【０００８】
また、腕翼の回転径をボトム翼の回転径以下にすることができる。
【０００９】
また、ボトム翼の先端部を回転後方向に斜めに折曲することができる。
【００１０】
また、ボトム翼を回転方向に凸の円弧状に形成することができる。
【００１１】
また、ボトム翼と腕翼とを回転位相が異なるように設置することができる。
【００１２】
また、複数段の腕翼を回転位相が異なるように設置することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の攪拌機によれば、ボトム翼で発生させた循環流によって混合攪拌を行うとともに、この循環流に腕翼で順次剪断をかけて混合攪拌することができ、これにより、従来のようなフローパターンの分離を防止し、攪拌途中の粘性変化や幅広い粘度範囲にも対応して攪拌槽全体で良好な混合を行うとともに、ボトム翼による循環流を剪断することにより、液深が低くなっても効率の変わらない攪拌をすることができる。
そして、腕翼を、回転方向に角部を向けた角材で構成することにより、腕翼からの吐出を最小限に抑え、ボトム翼からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断することができ、さらに、液面での液跳ねを防止し、空気の巻き込みを防ぐことができる。
また、腕翼を腕翼の先端側が外周側に向かって斜め上方に延びるように攪拌軸に配設することにより、限られた範囲内に長尺の腕翼を収めて高い剪断力が得ることができる。
【００１４】
また、攪拌軸に対する腕翼の高さ方向の配設位置を、調節可能とすることにより、液面の位置等に応じて腕翼を調節することができる。
【００１５】
また、腕翼の回転径をボトム翼の回転径以下にすることにより、ボトム翼からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断することができる。
【００１６】
また、ボトム翼の先端部を回転後方向に斜めに折曲することにより、攪拌槽の側壁に向かう吐出流を増大し循環流を強めることができる。
【００１７】
また、ボトム翼を回転方向に凸の円弧状に形成することにより、攪拌槽の側壁に向かう吐出流を増大し循環流を強めることができる。
【００１８】
また、ボトム翼と腕翼とを回転位相が異なるように設置することにより、液の共回りを防止することができる。
【００１９】
また、複数段の腕翼を回転位相が異なるように設置することにより、剪断力の付与位置を上下で分散するとともに、液の共回りを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の攪拌機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図３に、本発明の攪拌機の一実施例を示す。
この攪拌機は、攪拌槽１の中心部に回転可能な攪拌軸２を配設し、該攪拌軸２に攪拌翼を設けている。
そして、この攪拌機は、攪拌軸２の下部に、攪拌槽１の底部を攪拌し、攪拌槽１の側壁１１に沿う上昇流と攪拌槽１の中心付近で下降する下降流とからなる循環流を発生させる平板状のボトム翼３を配設するとともに、攪拌軸２のボトム翼３の上方に、循環流を剪断する棒状の腕翼４を配設している。
【００２２】
攪拌槽１は有底円筒状をなし、図示省略するモータにより回転する攪拌軸２を中心部に配設している。
また、攪拌槽１は、保温又は冷却ジャケット（図示省略）を周囲に設けたり、側壁１１や底壁を透明にしたりすることができ、かつ数十から数百リットルの様々な容量に形成することができる。
【００２３】
攪拌軸２の下部には、攪拌槽１の底壁１２に近接するように、平板状のボトム翼３が溶接やボス接続により固定されている。
このボトム翼３は、その回転により攪拌槽１の側壁１１に向かう吐出流を生じ、この吐出流が転じた上昇流と、上昇流が液面で内向きに転じ、攪拌槽１の中心付近で下降する下降流とからなる循環流を発生させる。
ボトム翼３は、攪拌槽１の内径の約１／２の大きな回転径を有し、この大きなボトム翼３で強い吐出流を発生させ、水程度の低粘度の液体から１万ｃｐ以上の高粘度の液体までの幅広い粘度の液体に対応することができる。
【００２４】
この場合、ボトム翼３は、図５（ａ）に示すように、その先端部を回転後方向に斜めに折曲することにより、攪拌槽１の側壁１１に向かう吐出流を増大し循環流を強めることができる。
ここで、ボトム翼３の先端部を回転後方向に斜めに折曲するとは、半径方向に延出したボトム翼３が先端部において回転方向の反対側に向けて折曲する状態をいう。
また、図５（ｂ）に示すように、ボトム翼３を回転方向に凸の円弧状に形成することにより、同じく吐出流を増大して循環流を強めることができる。
【００２５】
一方、攪拌軸２のボトム翼３の上方には、循環流を剪断する棒状の腕翼４が、図１（ａ）及び図３に示すようにボス４１を介して、あるいは、図２に示すように直接溶接することにより固定されている。
なお、図３に示すように、ボス４１を介して接続する場合には、ビス４２によって固定することにより、腕翼４の固定位置を、液面の位置等に応じて調節することができる。
腕翼４は、左右対称で１組となり、本実施例では、上下に２組の腕翼４ａ、４ｂが設けられている。
腕翼４は、攪拌軸２に対して０度〜９０度の角度を有し、本実施例ではこの腕翼４を、図２（ａ）に示すように、９０度の水平張り出し部から斜め上方に延設するようにしている。
なお、特に限定されるものではないが、本実施例では、腕翼４として複数の腕翼４ａ、４ｂを上下に設けるようにしており、攪拌軸２に対する上段の腕翼４ａの角度θ１は約３０度、下段の腕翼４ｂの角度θ２は約６０度に設定するようにしている。
腕翼４は、循環流の上昇流を阻害しないために、回転径をボトム翼３の回転径以下に設定しているが、腕翼４を上記のように斜めに設置することにより、この限られた範囲内に長尺の腕翼４を収めて高い剪断力が得られるようにしている。
また、腕翼４は、図３に示すように、水平張り出し部を設けないようにしたり、攪拌軸２に対する角度を９０度とすることにより水平張り出し部のみで構成する（図示省略）（参考例）こともできる。
【００２６】
また、腕翼４は、回転方向に角部を向けた角材で構成されている。
角材は、図２〜図３に示すように、中実や中空の三角柱や四角柱からなり、腕翼４の回転面を境に対称となるように、回転方向に鋭角の角部を向けて設置される。
このように、腕翼４の角部を回転方向に向けることにより、腕翼４からの吐出を最小限に抑え、ボトム翼３からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断するとともに、液面での液跳ねを防止し、空気の巻き込みを防ぐことができる。
なお、図では省略しているが、腕翼４は、角材以外に丸棒によっても構成することができ、また、腕翼４は先端側が下になる斜め下方に傾斜させることも可能である（参考例）。
この丸棒の腕翼４によっても、腕翼４からの吐出を抑え、ボトム翼３からの上昇流を阻害を減じて循環流を剪断するとともに、液面での液跳ねを抑制し、空気の巻き込みを抑えることができる。
また、腕翼４は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、上下の腕翼４とボトム翼３、上下の腕翼４同士、あるいは左右の腕翼４同士を、連結部材４３で連結することもできる。
この連結部材４３は、棒体、平板、さらには、腕翼４と同様に回転方向に角部を向けた角材等で構成することができる。
【００２７】
この場合、図６に示すように、ボトム翼３と腕翼４とを回転位相が異なるように設置することにより、液の共回りを防止することができる。
また、図７に示すように、複数段の腕翼４ａ、４ｂを回転位相が異なるように設置することにより、剪断力の付与位置を上下で分散するとともに、液の共回りを防止することができる。
【００２８】
次に、本実施例の攪拌機の作用を説明する。
攪拌槽１に液を入れて攪拌軸２を回転させると、ボトム翼３からの吐出流が上昇流へと変わり液面まで到達するとともに、回転による引き込みが発生し下降流となる。
そして、上昇流と下降流とからなる循環流は、２組の腕翼４ａ、４ｂによって剪断される。
その際、腕翼４は回転方向に対して角を向けているため、腕翼４からの吐出が抑えられ、ボトム翼３からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断することができる。
【００２９】
ジャケット付２５０Ｌ攪拌槽及びジャケット付１００Ｌ攪拌槽を用いて、水、シリコーン油による熱伝達係数測定を行った。
また、３０Ｌ透明攪拌槽及び３００Ｌ透明攪拌槽を用いて、水、ＣＭＣ粘性液による動力、混合時間測定を行った。
その結果、いずれも良好な試験結果を得ることができた。
図８は、本実施例の攪拌機と従来の攪拌機を比較した、混合時間と単位容積あたりの動力との関係を示すグラフであり、本実施例の攪拌機は従来の攪拌機より混合効率がよいことがわかる。
【００３０】
また、周知の攪拌翼として、パドル翼やタービン翼、アンカー翼、リボン翼等があるが、どの攪拌翼も幅広い粘度範囲においての攪拌や、液深変化に対応する攪拌は困難である。
これに対し、本実施例の攪拌機では、ボトム翼３からの上昇流と腕翼４による循環流の剪断によって、幅広い粘度範囲、液深変化に対応した攪拌が可能になる。
【００３１】
かくして、本実施例の攪拌機は、攪拌槽１の中心部に回転可能な攪拌軸２を配設し、該攪拌軸２に攪拌翼を設けた攪拌機において、攪拌軸２の下部に、攪拌槽１の底部を攪拌し、攪拌槽１の側壁１１に沿う上昇流と攪拌槽１の中心付近で下降する下降流とからなる循環流を発生させる平板状のボトム翼３を配設するとともに、攪拌軸２のボトム翼３の上方に、循環流を剪断する棒状の腕翼４を配設することから、ボトム翼３で発生させた循環流によって混合攪拌を行うとともに、この循環流に腕翼４で順次剪断をかけて混合攪拌することができ、これにより、従来のようなフローパターンの分離を防止し、攪拌途中の粘性変化や幅広い粘度範囲にも対応して攪拌槽全体で良好な混合を行うとともに、ボトム翼３による循環流を剪断することにより、液深が低くなっても効率の変わらない攪拌をすることができる。
【００３２】
この場合、腕翼４を、回転方向に角部を向けた角材で構成することにより、腕翼４からの吐出を最小限に抑え、ボトム翼３からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断することができ、さらに、液面での液跳ねを防止し、空気の巻き込みを防ぐことができる。
【００３３】
また、腕翼４の回転径をボトム翼３の回転径以下にすることにより、ボトム翼３からの上昇流を阻害することなく循環流を剪断することができる。
【００３４】
また、ボトム翼３の先端部を回転後方向に斜めに折曲することにより、攪拌槽１の側壁１１に向かう吐出流を増大し循環流を強めることができる。
【００３５】
また、ボトム翼３を回転方向に凸の円弧状に形成することにより、攪拌槽１の側壁１１に向かう吐出流を増大し循環流を強めることができる。
【００３６】
また、ボトム翼３と腕翼４とを回転位相が異なるように設置することにより、液の共回りを防止することができる。
【００３７】
また、複数段の腕翼４ａ、４ｂを回転位相が異なるように設置することにより、剪断力の付与位置を上下で分散するとともに、液の共回りを防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の攪拌機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の攪拌機は、フローパターンの分離を防止し、攪拌途中の粘性変化や幅広い粘度範囲にも対応して攪拌槽全体で良好な混合を行うとともに、液深が低くなっても効率の変わらない攪拌をするという特性を有していることから、例えば、食品における中高粘度品の攪拌や多品種少量生産の攪拌に適した攪拌機として広く好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明の攪拌機の一実施例を示す断面図、（ｂ）は従来例を示す断面図である。
【図２】本発明の攪拌機の攪拌軸を示し、（ａ）はその３面図、（ｂ）は上の腕翼を示す拡大正面図、（ｃ）は下の腕翼を示す拡大正面図、（ｄ）は腕翼の断面図である。
【図３】攪拌軸の他の実施例を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は同側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、攪拌軸のさらに他の実施例を示す正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｂ）は、ボトム翼の他の実施例を示す平面図である。
【図６】ボトム翼と腕翼の回転位相を異なるようにした実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図７】複数段の腕翼の回転位相を異なるようにした実施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図８】本実施例の攪拌機と従来の攪拌機を比較した、混合時間と単位容積あたりの動力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１    攪拌槽
１１  側壁
１２  底壁
２    攪拌軸
３    ボトム翼
４    腕翼
４３  連結部材
【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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