JP2006263728A

JP2006263728A - 高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置

Info

Publication number: JP2006263728A
Application number: JP2006146481A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Kuratsu; 正文倉津
Original assignee: SHI Mechanical and Equipment Inc
Current assignee: SHI Mechanical and Equipment Inc
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP4614913B2

Abstract

【課題】液の巻き上がり現象が発生する条件下においても、攪拌軸への液の巻き上がりを低減でき、高粘度液でも攪拌、混合状態が良好となり、かつ均一混合時間も大巾に低減し得る高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置を提供する。
【解決手段】ワイゼンベルグ効果を防止すべく、攪拌槽の上方から該槽内に攪拌軸を挿入し、槽外の駆動源により攪拌軸を介して攪拌翼を回転駆動して槽内の被処理液を攪拌する高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置において、外部駆動源に連結される攪拌軸の下端が槽内の液面より上方位置に保持され、攪拌軸と攪拌翼とが、該攪拌軸の軸芯から側方へ位置がずれかつ槽内液面を貫通する側軸部で連結されている。
【選択図】なし

Description

本発明は攪拌槽内で非処理液の液面を貫通して上方にのびる攪拌軸への液の巻き上がり現象をなくした高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置に関する。

被処理液を円筒形の槽内で攪拌、混合等の処理をする竪型攪拌装置としては、攪拌軸が槽内から上方へ突出して槽外に設置した回転駆動装置に連結される上部駆動式（例えば特許第２７０４４８８号公報）と、攪拌軸が槽下部から下方の槽外へ突出し、該槽の下方に設置した回転駆動装置に連結された下部駆動式のもの（例えば実公昭４６−３４６２３号公告公報）とがある。

図４は上部駆動式の竪型攪拌装置の例であり、攪拌軸２は円筒形攪拌槽１の縦中心線上で槽上部へ突出するように設けられ、また、その軸下部は攪拌槽１内で被処理液３の液面３ａを貫通して下方へのび、槽１内で攪拌軸２の外周に攪拌翼５が固着されている。槽上部の蓋体６に架台７を介して回転駆動モータ８および減速機９が搭載され、槽上部へ突出した攪拌軸２と減速機９の出力軸が連結される。攪拌軸２は架台７に保持された軸受１０に軸支され、槽内部と架台７内を封止する軸封装置１１が架台７内の攪拌軸２の外周と槽頂部との間に設けられている。回転駆動モータ８の駆動により攪拌軸２を介して被処理液３の液中で攪拌翼５が回転され、槽内の被処理液３の攪拌がなされる。

図５は下部駆動式の竪型攪拌装置の概略図である。上部駆動式攪拌装置とは逆に、槽内に配置される攪拌軸２は攪拌槽１の縦中心線上で槽底から槽外下方へ突出しており、また、槽内の液中で攪拌軸２の上端部あるいは中途部に攪拌翼５が固着されている。槽１の下部には機枠１２を介して減速機９および回転駆動モータ８が設けられ、攪拌軸２の下端は機枠１２内へのびて該機枠１２に装着された軸受１０に支持されるとともに減速機９の出力軸に連結される。機枠１２内で攪拌軸２と槽底との間に軸封装置１１が設けられている。攪拌槽１の底部の中心から側方へ寄った位置に開閉弁をもつ排出口４が設けられている。この下部駆動式の場合は、攪拌軸２は前記槽内の被処理液３の液面３ａを貫通せず、回転駆動モータ８の駆動により、攪拌軸２を介して攪拌翼５が回転して槽内の被処理液３の攪拌がなされる。

攪拌軸が攪拌槽の上方へ突出する上部駆動式の攪拌装置では、高粘度、非ニュートン性の被処理液を攪拌する場合、ワイゼンベルグ効果により、図４のように攪拌軸２の回転に伴なって該攪拌軸２が槽内の液面３ａを貫通する部分で該軸２に液３がまとわり付いて上昇し（符号１３で示す）、良好な攪拌、混合操作ができなくなることがある。また、充分な攪拌がなされないことから、攪拌軸２や攪拌翼５の周囲あるいは槽１の内壁に被処理液３が付着、固化して攪拌性能をさらに低下させる結果となる。

このような現象は攪拌軸が槽中心から側方へずれて配置された、いわゆる偏心軸タイプの攪拌機でも同様であり、図６に示すように、攪拌軸２は槽１の中心からずれているものの、該軸２の軸線まわりに回転し、攪拌槽１の槽内液面３ａから攪拌軸２が突出する部分（軸の液面貫通部）で液３の巻き上がり部１３が生じる。この巻き上がり現象をなくすために、運転中に液の巻き上がり現象が視認された際に、攪拌軸２の回転数を低下させるか、液粘度を低下（非ニュートン性を低下）させて運転することが行われているが、これらの方法はいずれも生産性の低下をもたらし、また液粘度を低下させることによって製品が変質する場合もある。さらに、巻き上がり現象が現れたとき、槽内の混合状態を良くするために軸の回転数を上げると、対象液によってはさらに大きな巻き上がりが生じることもあり、実質上良好な攪拌操作ができなくなる。

攪拌軸を槽底から下方へ突出させて槽下側の回転駆動モータに連結した下部駆動式攪拌装置では槽内で攪拌軸が液面より下方に位置し、液面貫通部は存在しないので、上述のワイゼンベルグ効果による液の巻き上がり現象は生じない。しかし、下部駆動式は攪拌軸の槽底貫通部におけるシール機構が簡単でなく、駆動部が槽下部にあることから、攪拌槽の頂部位置が高くなり、攪拌終了後の液の取り出しにも槽底に液が残留しないように工夫を凝らす必要があり、上部駆動式に比べてコスト高となり、広い設置空間を要するなどの不都合がある。また、下部駆動式は対象液によっては採用出来ない場合もある。

本発明は上述した従来の不具合をなくし、液の巻き上がり現象が発生する条件下においても、攪拌軸への液の巻き上がりを低減でき、高粘度液でも攪拌、混合状態が良好となり、かつ均一混合時間も大巾に低減し得る高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置を提供することにある。

本発明によれば、攪拌槽の上方から該槽内に攪拌軸を挿入し、槽外の駆動源によって前記攪拌軸を介して攪拌翼を回転駆動して前記槽内の被処理液を攪拌する高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置において、ワイゼンベルグ効果を防止すべく、外部駆動源に連結される前記攪拌軸の下端が槽内の液面より上方位置に保持され、前記攪拌軸と前記攪拌翼とが、該攪拌軸の軸芯から側方へ位置がずれかつ槽内液面を貫通する側軸部で連結された高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置が提供される。

本発明によれば、非ニュートン性流体や高粘度液の攪拌時に問題となる攪拌軸への液の巻き上がり現象が解消され、回転数を任意に上げることができ、高粘度液に対しても充分強い攪拌操作が可能で、良好な攪拌、均一混合時間の短縮など攪拌性能を向上させ得る。また、液面部分に自転する液面貫通軸がないので、攪拌軸に槽内液体の付着、固着が生じない。さらに、本発明は非ニュートン流体のワイゼンベルグ作用防止だけでなく、高濃度スラリー系での軸部へのスラリーの付着、固着などの問題も解決できる等、多くの効果を奏するものである。

次に、本発明を好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の１実施形態に係る高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置の概略図である。円筒形の攪拌槽１の上部に架台７を介して回転駆動モータ８および減速機９が搭載され、減速機９の出力軸に連結された攪拌軸が架台７内の軸受１０に支持され、また軸封装置１１を経て攪拌槽１内へ延在するところは図４に示した従来例と同じである。本発明では攪拌槽１の上部から該槽内へのびる攪拌軸は被処理液３に浸されず、該液３の液面３ａよりも上方位置に軸下端が位置し、したがって、この攪拌軸をここでは上部攪拌軸１６と称する。攪拌槽１内の下部近くに攪拌翼５が配置され、攪拌翼５を支持して上方へのびる下部攪拌軸１７は、槽内の被処理液３の液面３ａの下方部位において後述する側軸部（全体として符号１９で示す）によって上部攪拌軸１６の下端に連結されている。つまり、下部攪拌軸１７の軸上端は液面３ａよりも下方に位置し、被処理液３内の攪拌翼５と槽外の回転駆動モータ８とを連結する軸体部材の液面貫通部は前記側軸部１９のみとなっている。

上部および下部の攪拌軸１６，１７は同一軸線上に配置されるが、側軸部１９はこれらの上下部攪拌軸１６，１７の中心軸線よりも側方へずれている。図１R>１の実施形態では、側軸部１９は一対の上下にのびる側軸２０，２５およびこれらの側軸２０，２５の軸端を上下部攪拌軸１６，１７に連結する上下一対の横軸２１とで構成される。そして側軸２０，２５の軸線はそれぞれ上下部の攪拌軸１６，１７の軸線（槽の縦中心線）に対して側方へ半径Ｒだけずれている。

攪拌動作中、被処理液３の液面３ａはある程度槽内で上下動するが、側軸２０，２５の長さは、この予想される液面変動をカバーする長さに設定される。回転駆動モータ８の駆動により上部攪拌軸１６が回転すると、一対の側軸２０，２５は上部攪拌軸１６の軸線のまわりに、かつ該攪拌軸１６の軸芯から半径Ｒの円上を回動し、液中の攪拌翼５および下部攪拌軸１７は上部攪拌軸１６の軸線を中心に回転し、攪拌翼５によって被処理液３の攪拌、混合がなされる。被処理液３の液面３ａ近傍では軸芯回りに自転回転する軸部材がないので、高粘度液であっても側軸２０，２５に沿った液３の巻き上がり現象が起らず、良好な攪拌、混合状態が得られ、また液面付近で側軸２０，２５への液３の付着、固着などの問題も解消される。

本発明に係る側軸部１９は上述の実施形態のように一対の側軸２０，２５を攪拌槽１の直径方向位置に対向配置した形態に限定されるものでなく、１本の側軸で構成するか、３本あるいは４本以上、場合によっては８本程度までの側軸を攪拌軸１６の軸線まわりに配置してこれらの上端どおし、下端どおしをそれぞれ適当な横軸を介して上部攪拌軸１６および下部攪拌軸１７に連結するようにしてもよい。図２は上下部の攪拌軸１６，１７を液面近傍で１本の側軸２０によって連結した場合の本発明の他の実施形態を示す概略図である。この場合は、側軸部１９は上下部の攪拌軸１６，１７の軸芯から側方へずれた１本の側軸２０と、該側軸２０の上端を上部攪拌軸１６に連結する上部横軸２２と、側軸２０の下端を下部攪拌軸１７に連結する下部横軸２３とから構成されている。側軸２０は液面変動をカバーする長さを有して該液面３ａを貫通する。

上述の実施形態はいずれも下部攪拌軸１７の下端に１段のパドル状の攪拌翼５が取り付けられた例であるが、本発明では攪拌翼はパドルに限定されるものではない。また攪拌翼と側軸部を下部攪拌軸で連結することなく、側軸部の下部に直接攪拌翼を固着してもよい。図３は側軸部の下に直接攪拌翼を取り付けた本発明の他の実施形態を示す側部断面図である。なお、この実施形態では攪拌翼としてマックスブレンド（住友重機械工業株式会社の登録商標）と称される大型結合翼を用いている。架台７内に突出する上部攪拌軸１６を軸支する軸受１０、軸封装置１１、架台７の上部に搭載された減速機９および回転駆動モータ８の構成は図１，図２の場合と同様である。被処理液３の液面３ａより上方に位置する上部攪拌軸１６の軸下端に上部横軸２６を介して一対の側軸２０，２５が連結されている。図１の実施形態でも説明したように２本の側軸２０，２５はそれぞれ上部攪拌軸１６の軸端から側方へ同じ距離だけずれて配置され、これらの側軸２０，２５の下端には後述する大型結合翼の上端、即ち格子翼３０の上部横材２７が固着されている。格子翼３０は複数本の縦材２９と、これらの縦材２９の上端を連結する上部横材２７とで構成される。

さらに格子翼３０の下端（各縦材２９の下端）には巾広のパドル３１が固着されている。この格子翼３０にパドル３１が固着された翼をここでは大型結合翼と称する。格子翼３０の部分には必要に応じて縦材２９の中途部を連結するような横材が設けられる場合もある。前記大型結合翼の縦中心線は上部攪拌軸１６の軸線と一致し、また該結合翼の上端は被処理液３の液面３ａより下方に位置し、側軸２０，２５の長さは液面変動をカバーする長さに設定される。回転駆動モータ８の駆動で上部攪拌軸１６および側軸２０，２５を介して前記大型結合翼が被処理液内で攪拌回転される。側軸２０，２５は上部攪拌軸１６の軸線のまわりに回動するため、高粘度液であっても側軸２０，２５に沿った液３の巻き上がり現象が起らず、良好な攪拌、混合状態が得られ、また液面付近で側軸２０，２５への液３の付着、固着などの問題も解消される。

図１，図２の実施形態では攪拌翼として平パドルを例示したが、本発明は翼形態には限定されず、傾斜パドル、大型広巾翼、格子翼、パドルと格子翼を組み合せた図３のような結合翼、タービン翼、後退翼、アンカー翼、スクリュー翼など種々の攪拌翼が採用可能である。またこれらの翼の翼枚数や段数に制限はない。そのほか側軸部の軸断面形状も正円形状に限定されず、楕円軸、３〜４角の角軸であってもよい。

本発明の１実施形態に係る高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置の概略図である。本発明の他の実施形態を示す概略図である。側軸部の下に直接攪拌翼を取り付けた本発明の他の実施形態を示す側部断面図である。上部駆動式の従来の竪型攪拌装置の概略図である。下部駆動式の従来の竪型攪拌装置の概略図である。攪拌軸が槽中心から側方へずれて配置された偏心軸タイプの攪拌機で液の巻き上がり状態を示す概略斜視図である。

符号の説明

１…攪拌槽、２…攪拌軸、３…被処理液、３ａ…液面、５…攪拌翼、８…回転駆動モータ、１３…液の巻き上がり部、１６…上部攪拌軸、１７…下部攪拌軸、１９…側軸部、２０…側軸、２５…側軸、３０…格子翼、３１…パドル

Claims

攪拌槽の上方から該槽内に攪拌軸を挿入し、槽外の駆動源によって前記攪拌軸を介して攪拌翼を回転駆動して前記槽内の被処理液を攪拌する高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置において、ワイゼンベルグ効果を防止すべく、外部駆動源に連結される前記攪拌軸の下端が槽内の液面より上方位置に保持され、前記攪拌軸と前記攪拌翼とが、該攪拌軸の軸芯から側方へ位置がずれかつ槽内液面を貫通する側軸部で連結されることを特徴とする高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置。
前記攪拌軸は前記外部駆動源に連結される上部攪拌軸であり、前記槽内の液面より低い位置に配置された下部攪拌軸に前記攪拌翼が装着され、前記上部攪拌軸と前記下部攪拌軸とが前記側軸部で連結されることを特徴とする請求項第１項に記載した高粘度・非ニュートン流体用竪型攪拌装置。