| 【発明の名称】 |
撹拌方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】石田 亘
【氏名】星野 正治
|
| 【要約】 |
【課題】粒状、粉状、小片状その他撹拌可能な形状の内容物を、短時間に均一撹拌することができる撹拌方法及び装置の提供。
【解決手段】円筒状の撹拌槽１内の内容物に、壁側へ移動させる遠心力を加えると共に、槽内壁側の内容物を中心側へ凹弧状軌跡に沿って強制移動させる撹拌方法であり、装置は，撹拌槽の中央部へ回転軸２を架設し、該回転軸に直角に円板を固着し、該円板に直角な面で凹弧状に表れるスクレーバ４を固定し、該スクレーバの先端縁は、槽内壁に近接させると共に、中心軸線に対し、小角度を保たせたことを特徴とする撹拌装置であり、円板は、１スクレーバに対し、少なくとも２枚固着し、該スクレーバは円周方向へ複数個設け、軸方向へ１段又は複数段設けたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 円筒状の撹拌槽内の内容物に、槽内壁側の内容物を撹拌槽の中心側へ凹弧状軌跡に沿って強制移動させると共に、遠心力により中心側から内壁側に移動させつつ、撹拌槽の中心軸に沿って強制移動させることを特徴とした撹拌方法。
【請求項２】 遠心力は、撹拌槽の中心部に架設した回転軸と、該回転軸に突設した弧状スクレーバにより付与することを特徴とした請求項１記載の撹拌方法。
【請求項３】 凹弧状軌跡は、円弧状又は楕円弧状とすることを特徴とした請求項１記載の撹拌方法。
【請求項４】 円筒状の撹拌槽を設置し、その中央部へ回転軸を架設し、該回転軸に直角に円板を固着し、該円板に直角な面で凹弧状に表れるスクレーバを固定し、該スクレーバの先端縁は、槽内壁に近接させると共に、中心軸線に対し、小角度を保たせたことを特徴とする撹拌装置。
【請求項５】 円板は、１スクレーバに対し少なくとも２枚固着し、該スクレーバは円周方向へ複数設け、軸方向へ１段又は複数段設けたことを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
【請求項６】 スクレーバは、断面円弧状又は楕円弧状としたことを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
【請求項７】 スクレーバの先端は、槽内壁と近接し、又は摺接させたことを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
【請求項８】 撹拌槽の設置は、横設、縦設又は斜設としたことを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、粒状、粉状、小片状その他撹拌可能な形状の内容物を、短時間に均一撹拌することを目的とした撹拌方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、撹拌については幾多の方法又は構造が提案され、機械力を利用するもの、流体力を利用するもの、又は磁力を利用するものなどがある。
【０００３】機械力を利用する場合には、回転軸に、プロペラ型羽根を固定した装置、タービン型羽根を固定した装置、又はかい型羽根を固定した装置などが代表的に知られている。
【０００４】
【発明により解決しようとする課題】前記各型式の回転羽根は、夫々対象物によって効果があり、その特性を生かして目的を達成しており、対象物が液体の場合には比較的短時間に均一混合物を得ることができる。
【０００５】然し乍ら、対象物が、粒体、粉体又は小片状などのように流動性の悪い対象物ほど混合が難しく、均一混合にはしばしば長時間を要する問題点があった。
【０００６】特に、回転軸に撹拌羽根を固定した場合に、羽根の通過する付近は比較的混合するが、他部分が不均一になったり、又は周辺部（円筒内壁側）は良く混合するが、中心部は混合状態が悪い問題点があった。何故ならば、同一回転数であっても、周辺部の撹拌速度が速いのに対し、中心部の撹拌速度が遅く、かつ周辺部の対象物は中心方向へ移動しにくいなど、各種原因が知られているが、未だ原因解消の対応策について満足すべき提案がない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、撹拌槽内の撹拌に際し、スクレーバによって、槽内壁側の内容物を撹拌槽の中心部側へ反転させると共に、内容物を遠心力で槽内壁側へ跳ね飛ばすようにしたので、前記従来の問題点を解決し、槽内の内容物を短時間、かつ均一に混合させることに成功したのである。
【０００８】即ち、方法の発明は、円筒状の撹拌槽内の内容物に、槽内壁側の内容物を撹拌槽の中心側へ凹弧状軌跡に沿って強制移動させると共に、遠心力により中心側から内壁側に移動させつつ、撹拌槽の中心軸に沿って強制移動させることを特徴とした撹拌方法である。また、遠心力は、撹拌槽の中心部に架設した回転軸と、該回転軸に固定した弧状スクレーバにより付与するものであり、凹弧状軌跡は、円弧状又は楕円弧状とすることを特徴としたものである。
【０００９】次に、装置の発明は、円筒状の撹拌槽を設置し、撹拌槽の中央部へ回転軸を架設し、該回転軸に直角に円板を固着し、該円板に直角な面で凹弧状に表れるスクレーバを固定し、該スクレーバの先端縁は、槽内壁に近接させると共に、中心軸線に対し、小角度を保たせたことを特徴とする撹拌装置であり、円板は、１スクレーバに対し、少なくとも２枚固着し、該スクレーバは円周方向へ複数個設け、軸方向へ１段又は複数段設けたものである。また、スクレーバは、断面円弧状又は楕円弧状としたものであり、スクレーバの先端は、槽内壁と近接し、又は摺接させたものであり、撹拌槽の設置は、横設、縦設又は斜設としたことを特徴とするものである。
【００１０】この発明の方法において、内容物を撹拌槽の内壁から中心部へ移動させる手段は、前記スクレーバの形状に限定されるものでなく、円滑に移動できる形状であれば何れも使用することができる。
【００１１】前記スクレーバは、中空の截頭円錐を中央部で半分に切断した形状であって、前記円錐壁の傾斜が角度θとなる。従って、スクレーバの一端は小径で他端が大径となり、これを回転することにより、対象物は小径側から大径側へ移行する（図１）。
【００１２】前記発明における撹拌槽は、通常、水平方向、垂直方向、または斜方向に架設固定されているが、回転させることもできる。例えば、回転軸の回転に上限がある場合に、撹拌槽を回転すれば、スクレーバと槽内壁との相対速度を任意に調節することができる。前記回転軸が長くなる場合には、自在継手で連結することが好ましい。
【００１３】前記装置の発明では、回転軸とスクレーバとを円板を介して固定したが、円板に代えて回転軸にアームを固着し、アームの先端側にスクレーバを固定することもできる。要するに、回転軸へスクレーバを放射状に固着することを要件とし、固着の具体的構造に制約はない。従って、従来知られている回転軸と撹拌羽根との固着構造をそのまま採用することもできる。
【００１４】この発明におけるスクレーバの移動と、内容物（物体）の移動とは、次のような関係を保っている。
【００１５】Ａ−１． 「半円の場合の動作条件、物体ｍが単体の場合」（図５）
【００１６】スクレーバＳがｖ１の速度で水平に移動すると、静止している物体ｍはスクレーバがΔｘ移動しても慣性力でそこに留まろうとする。従って物体ｍは、スクレーバ４の内壁を滑りあがらなければならない。
【００１７】前記図５のスクレーバ４は、水平方向に移動しているので（図５）、物体ｍはスクレーバの内壁に対して接線方向の力Ｆ１を受ける。
【００１８】一方、相対的に見ると、静止しているスクレーバ４に物体ｍが速度ｖ１で水平方向から移動し、スクレーバ４の端に当り内壁に沿って上昇する（４ａ）。初速ｖ１で内壁に沿って上昇するに従い、物体ｍの持つエネルギーが位置エネルギーに消費される。またこの物体ｍには遠心力が作用し、９０度まで上昇した後でも内壁に沿って上昇する。従って、条件としては、次のようになる。
【００１９】ａ．直径の高さまで上昇できるエネルギーがあること。即ち、位置エネルギーは次式で与えられる。
【００２０】
【数１】
【００２１】運動している物体のエネルギーは、次式で与えられる。
【００２２】
【数２】
従って、速度との関係は次のようになる。
【００２３】
【数３】
【００２４】ｂ．遠心力が重力による吸引力よりも大きいこと。従って、遠心力は次式で与えられる。
【００２５】
【数４】
【００２６】１８０°の点にきた時の垂直方向の力は次式で与えられる。
【００２７】
【数５】
【００２８】重力による力は次式で与えられる。
【００２９】
【数６】
【００３０】従って、１８０°の点にきた時の必要速度は次のようになる。
【００３１】
【数７】
【００３２】ｒ１ｇは正の値であるので、１８０°の点にきた時の物体ｍのスピードは０になってはならない。
【００３３】ｒ１に達して未だこのスピードがあるので、この場合の初期スピードを求める。
【００３４】スピードに関する運動方程式に代入すると次式のようになる。
【００３５】
【数８】
【００３６】位置を示す運動方程式に代入すると次式のようになる。
【００３７】
【数９】
【００３８】右辺第１項は次のようになる。
【００３９】
【数１０】
【００４０】また、右辺第２項は次式のようになる。
【００４１】
【数１１】
【００４２】そこで、前記を併せると次のようになる。
【００４３】
【数１２】
【００４４】また、初期値ｖ１について解くと次式のようになる。
【００４５】
【数１３】
【００４６】例えばｒｌ＝０．７５ｍ／３＝０．２５であるとｖ１は７ｍ／Ｓ半径１．５ｍの槽の内壁周速をｖ１とすると、回転数は次のように求められる。
【００４７】
【数１４】
【００４８】
Ａ−２． 「物体ｍが連続体である場合」（図６）
【００４９】物体ｍが連続体である場合は図６のように表現される。
【００５０】物体ｍが単体であった場合は、物体ｍ自体に運動エネルギーを持たせＴの点まで移動させる必要があった。また物体ｍの周速はＴの点で最低になる。物体ｍが連続体であると、物体ｍを互いに押し合う力をもらえる。従って、スクレーバの内壁に沿ってｖ１のスピードがＴに至るまで期待できるので、Ｔの点で遠心力が重力に勝る物体ｍの速度ｖ１を求めることで良いことになる。そこで、数７で解いた式をそのまま適用すると、【数１５】
【００５１】の速度であれば良いことになり、物体ｍの単体に比べると１／２０の速度で可能となる。この式の回転数を与えることにより、物体ｍは遠心力でスクレーバ４の内壁に押しつけられているので、相互に押し合うことができて、進入スピードを維持し、Ｔから脱出する速度は２ｖ１となる。
【００５２】例えば、除雪に使われているブルトーザスクレーバから出てくる雪は、ブルトーザ自体の進行スピードより速く、従って常に前方に雪が放り出されることでも、前記を理解することができる。
【００５３】Ｂ． 「半円でない場合」
【００５４】Ａ−２．での理論によれば、物体ｍ同士が押し上げる作用を遠心力を利用して誘発させているので、物体ｍを掬い上げた後は凹面であれば進入スピードを維持してくれるので、形状は楕円断面であっても良い。また単体の物体ｍをばらばらで回転させるには凹面であり、かつ螺旋状断面にすると、重力によって垂直方向の速度の落ちるのに合わせて曲面を作り、その遠心力が保たれ等速回転運動となる。
【００５５】撹拌を目的とする場合は、スクレーバ内壁に荒く凹凸を付けたり、ピンのようなものをランダムに植え付けるとすり上がってきた物体ｍがランダムに方向を変えるのでより効果的である。
【００５６】
【発明の実施の形態】この発明は、円筒状の撹拌槽内の撹拌用スクレーバによって槽内壁側の内容物を撹拌槽の中心側へ反転移動させると共に、この反転移動した内容物を遠心力によって槽内壁側へ移動させ、撹拌による内容物の急速な均一混合を可能にしたものである。
【００５７】従って、均一混合時間の短縮が可能となり、均一混合物を容易に得ることができる。
【００５８】この発明の装置は、撹拌槽の中央部へ回転軸を架設し、該回転軸に円板を固定し、この円板に夫々スクレーバを固着し、該スクレーバの外端は、前記撹拌槽の内壁に摺接させると共に、前記スクレーバは、前進方向に対し、断面凹弧状に形成したものである。このスクレーバの形状は、断面円弧状又は楕円状であって、スクレーバの進行に伴い槽内壁部の内容物が槽の中心側へ移動しつつ反転させるようになっている。この動作は、前記において説明したような力関係によって正確に動作するが、内容物自体の抵抗により乱流を生じさせることはある。
【００５９】何れにしても、槽内壁側の内容物は、何れも槽の中心側へ移動し、ついで遠心力により内壁側へ移動して効率よく撹拌され、均一に混合される。
【００６０】前記スクレーバは、撹拌槽の一方から他方（入り口側から出口側）に向かって少角度を保って槽内壁と摺接しているので、スクレーバの回転に伴って内容物は一方から他方へ移動することになる（スクリューコンベアの要領）。
【００６１】従って、内容物は遠心力により槽内壁側へ移動し、スクレーバにより中心側へ移動し、スクレーバのリード角θによって出口側へ移動するように３種類以上（内容物同士の抵抗力もある）の外力により、３次元的乃至４次元的に撹拌される。
【００６２】
【実施例】この発明の実施例を図１、２、３について説明する。横架固定した撹拌槽１の中央部へ回転軸２を架設し、該回転軸２に所定間隔で円板３、３を固定し、前記円板３、３の透孔３ａ、３ａにスクレーバ４、４を夫々挿入固定する。このスクレーバ４、４は、図２（ａ）に示すように側面円弧状で、回転軸の回転方向（矢示８）に伴い進行方向（矢示７の方向）に対し凹弧状になっており、各スクレーバ４、４の端縁は、槽内壁と角度θ（例えば５度〜２０度）のリード角を有しており、スクレーバ４、４の移動により、内容物が矢示２０の方向へ移動するようになっている（図２）。前記撹拌槽１内へ、所定間隔毎に仕切板５、５が設けられてあり（回転軸と直角）、仕切り板５、５の中央部に通過孔６が設けてある。前記回転軸２が長い場合には、自在継手２３、２３により、適宜長さ毎に連結する。
【００６３】前記実施例において、円板３の透孔３ａへ、スクレーバ４、４を挿入固定する（実施例は、円板２枚へスクレーバ４、４を固定する）。固定方法は例えば溶接固定となる。図中２６は円板３のボスである。
【００６４】前記円板３の外周部には、断面コ状の補強帯２４を周縁固定し、補強帯２４にローラベアリング２５、２５を架設して、該ローラベアリング２５と撹拌槽１の内壁とを当接させれば、円板３、３を円滑に回転させることができる。前記において、スクレーバ４の先端縁４ａを、円板３の外周縁から若干突出させ、前記内壁の付着物を削除できるようにしておけば、前記ローラベアリング２５、２５と、内壁面とは常に異物を介することなく摺接し、異物によりローラベアリング２５の回転が不調になるおそれはない。
【００６５】前記補強帯２４は、円板３の外周縁の補強と、ローラベアリング２５のラックを兼用し、前記円板３は回転軸２の軸受けになっている。
【００６６】前記実施例において、スクレーバ４の左右（図４（ｃ））開口部の幅ｒ１、ｒ２は、ｒ１よりもｒ２の方を大きくする。要は、内容物がその進行方向へ、円滑に移動し得るようにしたものである。
【００６７】前記撹拌槽１の一端には、スクリューコンベア９付きの送入装置１０が設けてあり、撹拌槽１の他端にはスクリューコンベア１１付の排出装置１２が設けてある。図中１３、１４、１９はモータ、１５は送入パイプ、１６は蒸気パイプである。前記実施例によれば、内容物の送入側と、排出側に、共にスクリューコンベア９、１１を配したので、撹拌槽１内を密封状態に保つことができる。
【００６８】前記実施例の使用状態を説明する。モータ１９を始動して回転軸２を矢示８の方向へ回転すると、円板３を介してスクレーバ４は矢示７の方向へ回転する。そこで内容物は図２のようにスクレーバ４に沿って矢示２０のように回動反転し、矢示２２のように遠心力を受けて槽内壁へ投げつけられる（図５、６と同一理由）。
【００６９】前記における内容物の移動は、図２（ａ）における矢示７のように、スクレーバ４により押され、その押し力は、スクレーバ４の凹弧壁により矢示２０のように方向変換されて、槽の中心側へ移動しつつ反転し、ついでスクレーバ４の内端縁から槽内壁に向かって遠心力により投げつけられる。
【００７０】前記のように、矢示７、２０、２２により、回転しつつ中心側へ移動し、ついで遠心力を受けて内壁側へ移動すると共に、図１中矢示１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅのように、Ｉゾーン、IIゾーン、IIIゾーン、IVゾーン、Ｖゾーン、VIゾーンと仕切板５の通過孔６を通過して、逐次軸方向へ移動させられることになる。
【００７１】即ち内容物は、直線方向の力、弧状壁による回転方向の力及び遠心力（直線方向の力）を受けつつ、軸方向へ移動するという複雑な外力を受けて、短時間に均一に混合される。
【００７２】前記軸方向の移動は、各スクレーバ４のリード角θにより、内容物は、前記で説明したように図１中矢示１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅの方向へ移動し、仕切板５の通過孔６を経て、順次隣の区画（ゾーン）へ入る。一方新しい内容物は、モータ１３の始動により、スクリューコンベア９を介して撹拌槽１内へ矢示１８のように供給される。この新しい内容物は、各スクレーバ４の前部へ供給されるので、複数のスクレーバ４、４は夫々作動し、内容物を撹拌させることになる。前記におけるスクレーバ４の数は６個であるが、２以上（対称的）ならば数に制約はない。実用上２〜６個である。
【００７３】前記において、内容物の供給量と、内容物の移動量とを制御すれば、供給量だけ移動することになり、極めて円滑に連続均一混合ができる。
【００７４】前記回転軸２の回転数、スクレーバ４のリード角θその他により内容物の進行速度は異なるが、例えば、おからと廃油の混合については、直径１０００ｍｍの円筒槽で回転数３００ｒｐｍとし、１０ｋｇ／分の速度で処理し、均一な混合物を得た。
【００７５】前記実施例は、おからを発酵処理するための撹拌槽であったから、送入装置１０及び排出装置１１共に密閉方式（スクリューコンベア）を用い、蒸気パイプ１６から矢示２１のように排気するようにしたが、２種類以上の物品を単に混合する場合には、前記密閉方式に関する考慮は不必要である。
【００７６】この発明の撹拌方法と装置は、粉状、粒状、小片状などの物体の混合について有用であり、極めて効率よく、能率の良い撹拌・混合ができる。また、単なる混合は勿論、有機物の発酵処理の際の撹拌槽としても有用であって、そのまま有機物の処理槽に使用することができる、通常、撹拌槽の一方から混合すべき物体を連続投入すれば、他方から混合物が排出される。同様に有機物を一方から投入し、発酵させれば、他方から発酵終了物が排出されると共に、発酵により生じた蒸気及び有用液体（例えば液肥）を取り出し、かつ熱交換によって高温水を取り出し、暖房その他に使用することができる。
【００７７】
【発明の効果】この発明の請求項１によれば、円筒状の撹拌槽において内容物を槽壁側へ移動し、ついで中心側へ移動すると共に、経時的に軸方向へも移動させたので、３次元及び４次元の撹拌となり、２種類以上の内容物を急速かつ均一に撹拌し得る効果がある。
【００７８】また請求項２の発明によれば、弧状スクレーバの回転により、内容物を強制移動させることができる効果がある。
【００７９】次に請求項３の発明によれば、内容物は、円弧状又は楕円弧状に強制移動させられ、均一混合を容易にすることができる。
【００８０】請求項４の発明によれば、内容物を円筒状撹拌槽の内壁側から、中心部へ弧状軌跡に沿って移動させると共に、軸方向へ移動させる効果がある。
【００８１】請求項５の発明によれば、１スクレーバを２枚の円板で固定するので、固定状態が堅固であって、スクレーバの変形、破損のおそれがなく、所期の移動をして内容物を正確に撹拌することができる。
【００８２】また請求項６の発明によれば、内容物を安定して弧状に移動させることができる。
【００８３】請求項７の発明によれば、スクレーバの先端が内壁に摺接するので、内壁へ内容物が付着するのを防止できる効果がある。
【００８４】次に請求項８の発明によれば、目的に応じて、縦横多様の設置ができるので、設置場所についての制約を少なくすることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】３９２０２４９３２
【氏名又は名称】アイデック株式会社
【識別番号】５０２０１８０２８
【氏名又は名称】星野 正治
|
| 【出願日】 |
平成１４年１月１６日（２００２．１．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５９２８１
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 正次 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−２０５２２９（Ｐ２００３−２０５２２９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月２２日（２００３．７．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−８０２６（Ｐ２００２−８０２６） |
|