(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流体が流通される第一の流通路が内側に設けられると共に第二の流体が流通される第二の流通路が外側に設けられたケーシングを備え、このケーシングを介して前記第一の流体と前記第二の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記ケーシング内に配置され、振動源に接続された撹拌体を備え、
流体を流通する複数の小流通孔を有する仕切り板により前記ケーシング内は多段に仕切られ、前記撹拌体はこの仕切り板を貫通してこのケーシング内に組み込まれ、前記撹拌体が振動することにより、前記小流通孔を通って前記第一の流体が流通しながら撹拌混合される熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、
前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられる螺旋羽根と、からなる熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載の熱交換器において、
前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられ、流体を流通する流体抜き穴を備える円盤と、からなる熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の流体を撹拌混合する撹拌混合装置、並びに、複数の流体間で熱交換を行なう熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
互いに混合し合わない液体どうしを撹拌混合する装置には種々のものがある。この中でも、バイブロミキサ（ＶＩＢＲＯ  ＭＩＸＥＲ；商品名、例えば特公平２−１５２４７号公報、特開平２−２９３０３５号公報、特開平４−２３５７２９号公報）に代表される振動型撹拌混合装置は、撹拌効率を向上させ、分散相を連続相中に迅速に分散させることができるため、広く利用されている。振動型撹拌混合装置は、駆動軸とこの駆動軸に取り付けられた螺旋羽根とからなる撹拌体を備える。そして、撹拌混合を行う際には撹拌体が振動し、この振動により生じた乱流によって流体の混合が促進される。
【０００３】
振動型撹拌混合装置は、エマルションの製造、ｐＨ調整や酸化還元反応等の化学反応を行う装置の撹拌機、あるいは抽出装置の撹拌機などに用いられる。また、近年のバイオテクノロジーの発展に伴い、微生物培養等生物化学的分野の撹拌混合処理にも用いられるようになってきている。
【０００４】
撹拌混合処理の必要性もその応用範囲も拡大する方向にあり、撹拌混合装置一般は、撹拌効率あるいは混合効率を向上させる必要がある。従って、バイブロミキサ（商品名）に代表される振動型撹拌混合装置も、産業界の要請に答えるために、今まで以上に撹拌効率あるいは混合効率を向上させる必要がある。
【０００５】
また、複数の流体間で熱交換を行う熱交換器は様々な装置に使用され、取り付けられているが、効率良く熱交換を行うためには温度差のある流体同士を迅速に混合する必要があるという点で、撹拌混合機と基本思想を同じくし、現に撹拌混合機と基本構造が一致もしくは類似する場合も多い。そして、このようなものについては、温度差のある流体同士の撹拌混合効率を向上させることにより、その熱交換効率を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、振動型撹拌混合装置の撹拌混合効率を向上させると共に、それと主要部を同じくする熱交換器の熱交換効率を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の請求項１に係る撹拌混合装置は、流体が流通される流通路が内側に設けられたケーシングと、このケーシング内に配置され、振動源に接続された撹拌体と、を備える撹拌混合装置であって、流体を流通する複数の小流通孔を有する仕切り板により前記ケーシング内は多段に仕切られ、前記撹拌体はこの仕切り板を貫通してこのケーシング内に組み込まれ、前記撹拌体が振動することにより、前記小流通孔を通って流体が流通しながら撹拌混合されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る撹拌混合装置は、請求項１記載の撹拌混合装置において、前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられる螺旋羽根と、からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る撹拌混合装置は、請求項１記載の撹拌混合装置において、前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられる円盤であって、流体を流通する流体抜き穴を備える円盤と、からなることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明の範囲には、請求項１から請求項３いずれか記載の撹拌混合装置により製造された混合体も含まれる。
【００１１】
請求項４に係る熱交換器は、請求項１から３いずれか記載の撹拌混合装置のケーシングの外側に第二の流体が流通される第二の流通路が設けられ、このケーシングを介して前記ケーシング内を流通する流体と前記第二の流体との間で熱交換を行うことを特徴とするものである。なお、本願発明に係る熱交換器の構成を具体的に述べると以下のようになる。
【００１２】
本願の第一の熱交換器は、第一の流体が流通される第一の流通路が内側に設けられると共に第二の流体が流通される第二の流通路が外側に設けられたケーシングと、を備え、このケーシングを介して前記第一の流体と第二の流体の間で熱交換を行う熱交換器であって、前記ケーシング内に配置され、振動源に接続された撹拌体を備え、かつ、流体を流通する複数の小流通孔を有する仕切り板により前記ケーシング内は多段に仕切られ、前記撹拌体はこの仕切り板を貫通してこのケーシング内に組み込まれ、前記撹拌体が振動することにより、前記小流通孔を通って流体が流通しながら前記ケーシング内の流体が撹拌混合されることを通じて熱交換効率を向上させること特徴とする。
【００１３】
第二の熱交換器は、第一の熱交換器において、前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられる螺旋羽根と、からなることを特徴とする。
【００１４】
第三の熱交換器は、第一の熱交換器において、前記撹拌体は、前記振動源に接続される軸部と、この軸部の周囲に取り付けられる円盤であって、流体を流通する流体抜き穴を備える円盤と、からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る撹拌混合装置及び熱交換器は、上述のような構成を有しており、被混合流体はポンプ圧送などによりケーシング内に流通される。そして、このケーシング内で撹拌体が振動すると、撹拌体と仕切り板との相互作用により流体が撹拌混合される。撹拌体が螺旋羽根を備えていると、流体が螺旋羽根と仕切り板に衝突してケーシング内が撹拌混合されることになる。
【００１６】
ここで、本発明によれば、前記仕切り板には複数の小流通孔が備えられているため、撹拌体が振動すると流体がここを通過することになるが、小流通孔通過の際に流速が速まるので、この過程で撹拌混合が促進されることになる。
【００１７】
従って、本発明に係る撹拌混合装置は、この作用によって従来の振動型撹拌混合装置よりも良好な撹拌混合が行えることになる。一方、本発明に係る熱交換器の場合にも、ポンプ圧送などによりケーシング内外に流体が流通されることになるが、上述のような撹拌混合効率の向上に伴って熱交換効率が向上することに加え、流体が小流通孔を通過する分、ケーシングとの間の熱の授受部分が拡張されるため、それによっても熱交換効率が向上することになる。
【００１８】
なお、本発明に係る撹拌混合装置、熱交換器ともに、撹拌体の形状は限定されないが、上述のような螺旋羽根を備える撹拌体や、流体抜き穴を備える円盤撹拌体であった場合には、他のものよりも撹拌効率もしくは熱交換効率が高まる。また、「流体抜き穴」についても、円盤の形状に合わせた扇形が好ましいが、それ以外のいかなる形状も採用することができる。更に、上述のような螺旋羽根を備える撹拌体の場合には、撹拌効率を向上させるための切り欠き（例えば、特開平４−２３５７２９号公報参照（３８ａ；開口））を螺旋羽根の部分に備えていてもよい。
【００１９】
複数の小流通孔を有する仕切り板は、例えば「仕切り板」自体をポーラス材で構成してしまうことにより、実質的に「複数の小流通孔を有する」ようなものとしてもよい。
【００２０】
因に、本発明の撹拌混合装置は、化学反応の反応装置あるいは抽出のための撹拌混合装置として用いることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撹拌混合装置及び熱交換器の好適な実施態様について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好適な実施態様に係る撹拌混合装置の主要部を示す断面図である。また、図２は本発明の好適な実施態様に係る熱交換器の主要部を示す断面図である。
【００２３】
図１及び図２に示されるように、本発明に係る撹拌混合装置及び熱交換器は、内側に流通路１１が設けられたケーシング１３内に撹拌体１５が配置され、ケーシング１３内は仕切り板１７により多段に仕切られており、撹拌体１５はこの仕切り板１７の中央部分に設けられた貫通穴１６を貫通する形で取り付けられている。撹拌体１５は振動源１８に接続され、上下に振動するが、撹拌体１５が上下振動すると、撹拌体１５と仕切り板１７の間で乱流を生じ、ケーシング１３内に流通された流体の撹拌混合が行なわれることになる。また、このような構成によれば、貫通穴１６に通された撹拌体１５と仕切り板１７の内縁との間に生じた間隙において流体が流通することになるが、本発明においては、撹拌体１５が上下に振動すると、撹拌体１５自体の上下振動により生ずる乱流の他に、仕切り板１７の貫通穴１６を通過する際に生ずる乱流によっても撹拌混合が促進されることになる。
【００２４】
このような本発明に係る撹拌混合装置及び熱交換器おいて特徴的なことは、図１、図２及び図３（Ａ）より明らかなように、仕切り板１７に多くの小流通孔１９が設けられていることである。本発明に係る撹拌混合装置及び熱交換器おいては、撹拌体１５が上下に振動すると、この小流通孔１９を通って流体が流通しながら撹拌混合されることになる。この場合に、撹拌混合装置の場合には、小流通孔１９を通過する際に流速が速められることにより生ずる乱流によって撹拌混合が促進されることになる。
【００２５】
一方、熱交換器の場合には、ケーシング１３の外側にはジャケット２１が設けられ、ケーシング１３とジャケット２１との間で外側流通路２３を形成する。そして、ケーシング１３を介して、流通路１１を流通する流体と外側流通路２３を流通する流体との間で熱交換が行なわれることとなる。そして本発明においては、上述した構成・作用によって流通路１１内を流通する流体の撹拌混合が促進されることにより、流通路１１内を流通する流体の温度差が迅速に解消されるため、上述の撹拌混合装置（図１）と主要構成を同じくすることにより、熱交換効率を向上させることができる。しかしながら本発明においては、これに加えて、流通路１１内を流通する流体が小流通孔１９を通過する分、ケーシング１３との間の熱の授受領域が拡張されることになるので、その分、更に熱交換効率が向上することになる。
【００２６】
図１及び図２に示される撹拌体１５は、前記振動源１８に接続される軸部１５ａと、この軸部１５ａの周囲に取り付けられる螺旋羽根１５ｂと、からなる。このような撹拌体１５によれば、その上下振動によりケーシング１３内に強力な渦流を起こすことができ、流通路１１内の流体の撹拌混合を行なうのに好適である。しかしながら、撹拌体１５の構成はこのようなものに限られることなく、例えば、図３に示すような軸部１５ａと、この軸部１５ａの周囲に取り付けられる流体抜き穴１５ｃ付きの円盤１５ｄと、からなるものとすることもできる。そして、このような扇形の流体抜き穴１５ｃ付きの円盤１５ｄを備えた撹拌体１５によれば、ケーシング１３の内壁付近（この部分は、流通路１１内で最も高温もしくは低温となる）の流体を確実に掻き取ることになるため、流通路１１内での温度差が迅速に解消され、熱交換器としての性能が高められる。
【００２７】
但し、撹拌体１５の構成はこれらのようなものに限られることはない。例えば、図４に示すような種々の形状のものも使用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動型撹拌混合装置の撹拌混合効率の向上、並びに、当該撹拌混合装置と主要部を同じくする熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施態様に係る撹拌混合装置の主要部を示す断面図である。
【図２】本発明の好適な実施態様に係る熱交換器の主要部を示す断面図である。
【図３】本発明に係る撹拌混合装置もしくは熱交換器に採用される仕切り板の上面図（Ａ）、並びに、本発明に係る撹拌混合装置もしくは熱交換器の撹拌体に好適な別の実施態様に係る円盤の上面図である（Ｂ）。
【図４】本発明に係る撹拌混合装置もしくは熱交換器の撹拌体の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１１  流通路
１３  ケーシング
１５  撹拌体
１６  貫通穴
１７  仕切り板
１８  振動源
１９  小流通孔
２１  ジャケット
２３  外側流通路
１５ａ  軸部
１５ｂ  螺旋羽根
１５ｃ  流体抜き穴
１５ｄ  円盤
【図１】
0003860883.tif 000002
【図２】
0003860883.tif 000003
【図３】
0003860883.tif 000004
【図４】
0003860883.tif 000005