JP2018001142A - Heating agitation device - Google Patents
Heating agitation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018001142A JP2018001142A JP2016135788A JP2016135788A JP2018001142A JP 2018001142 A JP2018001142 A JP 2018001142A JP 2016135788 A JP2016135788 A JP 2016135788A JP 2016135788 A JP2016135788 A JP 2016135788A JP 2018001142 A JP2018001142 A JP 2018001142A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating
- stirring
- stirring blade
- container
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 227
- 238000013019 agitation Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 341
- 238000000034 method Methods 0.000 description 63
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 27
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 9
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/90—Heating or cooling systems
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Food-Manufacturing Devices (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Accessories For Mixers (AREA)
Abstract
Description
この発明は、容器内に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置に関する。 The present invention relates to a heating and stirring device for heating and stirring an object to be processed accommodated in a container.
近年、下水処理場および廃水処理場などで大量に発生する下水汚泥からメタンガスを主成分とするバイオガスを回収する技術の実用化が進められている。下水汚泥からバイオガスを回収する一手法として、汚泥を減容および減量すると同時にメタンガスを回収することができるメタン発酵処理技術がある（たとえば、国際公開第２０１２／１３２７９９号公報（特許文献１）参照）。このメタン発酵処理技術では、一般的に、メタン発酵槽に投入した下水汚泥を撹拌しながら加熱するための加熱撹拌装置が用いられる。 In recent years, a technology for recovering biogas mainly composed of methane gas from sewage sludge generated in large quantities at a sewage treatment plant and a wastewater treatment plant has been put into practical use. As one method for recovering biogas from sewage sludge, there is a methane fermentation treatment technology capable of recovering methane gas while reducing and reducing the volume of sludge (see, for example, International Publication No. 2012/132799 (Patent Document 1)). ). In this methane fermentation treatment technique, generally, a heating and stirring device for heating sewage sludge charged into a methane fermentation tank while stirring is used.
加熱撹拌装置においては、従来、被処理物が収容された容器の外側に抵抗ヒータなどの加熱手段を配置し、加熱手段を用いて容器を加熱することで被処理物を加熱する構成が知られている（たとえば、実用新案登録第３０１２７５６号（特許文献２）参照）。従来の加熱撹拌装置には、抵抗ヒータなどの加熱手段以外に、蒸気、温水および油などを熱源として使用するものもある。 Conventionally, in a heating and stirring apparatus, a configuration in which a heating means such as a resistance heater is disposed outside a container in which the object to be processed is stored and the container is heated by using the heating means is known to heat the object to be processed. (For example, see Utility Model Registration No. 3012756 (Patent Document 2)). Some conventional heating and stirring devices use steam, hot water, oil, or the like as a heat source in addition to heating means such as a resistance heater.
しかしながら、上記特許文献２に記載される容器外部に加熱手段を配置する構成では、被処理物の粘度が高くなると、被処理物の撹拌が困難となり、結果的に被処理物の温度のばらつきが大きくなるという課題がある。
However, in the configuration in which the heating means is arranged outside the container described in
本願発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、撹拌翼を電磁誘導加熱することにより高粘度の被処理物における温度ばらつきを低減できることを見出した（たとえば、嶋田他、「誘導加熱撹拌翼による水あめの加熱撹拌同時操作における温度均一性および熱伝達特性」、公益社団法人 化学工学会、第８１年会（２０１６）（非特許文献１）参照）。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the temperature variation in the high-viscosity workpiece can be reduced by electromagnetic induction heating of the stirring blade (for example, Shimada et al., “Temperature uniformity and heat transfer characteristics in simultaneous heating and stirring operation of water candy by induction heating stirring blade”, Chemical Society of Japan, 81st Annual Meeting (2016) (Non-patent Document 1)).
その一方で、撹拌翼を電磁誘導加熱するためには、容器外部に電磁誘導コイルを配置する必要があるため、加熱撹拌装置の体格の小型化には限界が生じていた。また、電磁誘導コイルが発生した交番磁界を容器内の撹拌翼に十分鎖交させるためには、容器を非導電体で形成する必要があり、容器の形状および大きさ等が制約されていた。さらに、加熱撹拌装置の省電力化の要求を受けて、加熱効率の改善も求められていた。 On the other hand, in order to electromagnetically heat the stirring blade, it is necessary to dispose an electromagnetic induction coil outside the container, and thus there is a limit to downsizing the size of the heating and stirring device. Further, in order to sufficiently link the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil to the stirring blade in the container, it is necessary to form the container with a non-conductor, and the shape and size of the container are restricted. Furthermore, in response to a request for power saving of the heating and stirring device, improvement in heating efficiency has also been demanded.
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、装置の小型化および高い加熱効率を実現することができる加熱撹拌装置を提供することである。 This invention was made in order to solve this subject, and the objective of this invention is providing the heating stirring apparatus which can implement | achieve size reduction of an apparatus and high heating efficiency.
この発明によれば、容器に収容された被処理物を加熱撹拌するための加熱撹拌装置は、撹拌翼と、通電部と、給電部とを備える。撹拌翼は、容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分に第１導電体部が形成されている。通電部は、第２導電体部と、第２導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する。給電部は、容器外部に配置され、通電部に高周波電流を供給する。容器内において、通電部の少なくとも一部分は撹拌翼の近傍に配置される。 According to this invention, the heating and stirring device for heating and stirring the object to be processed accommodated in the container includes the stirring blade, the energization unit, and the power feeding unit. The stirring blade is rotatably disposed in the container, and the first conductor portion is formed at least in part. The energization part includes a second conductor part and an insulator covering the outer periphery of the second conductor part. The power feeding unit is disposed outside the container and supplies a high-frequency current to the energization unit. In the container, at least a part of the energization unit is disposed in the vicinity of the stirring blade.
この発明によれば、高周波電流の通電部が容器内で撹拌翼の近傍に配置されているため、撹拌翼は、通電部が発生する交番磁界の電磁誘導作用によってジュール熱を発生するとともに、通電部にて発生するジュール熱を受けて加熱される。これにより、容器外部の電磁誘導コイルが不要となるため、加熱撹拌装置を小型化することができる。また、高い加熱効率を実現するため、加熱撹拌装置の省電力化に貢献することができる。 According to this invention, since the energization part of the high-frequency current is disposed in the container in the vicinity of the stirring blade, the stirring blade generates Joule heat by the electromagnetic induction action of the alternating magnetic field generated by the energization part and It is heated by receiving Joule heat generated in the part. Thereby, since the electromagnetic induction coil outside a container becomes unnecessary, a heating stirring apparatus can be reduced in size. Moreover, in order to implement | achieve high heating efficiency, it can contribute to the power saving of a heating stirring apparatus.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
［加熱撹拌装置の構成］
この発明の実施の形態に係る加熱撹拌装置１００は、容器１３の内部に収容された被処理物２０を加熱撹拌するための装置である。加熱撹拌装置１００は、たとえば下水汚泥からバイオガスを回収する汚泥処理装置に適用することができる。
[Configuration of heating and stirring device]
The heating and stirring
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００の構成について説明する。なお、図１は、加熱撹拌装置１００の軸方向ＡＸに沿った断面構造を示している。
First, with reference to FIG. 1, the structure of the heating and stirring
図１を参照して、加熱撹拌装置１００は、撹拌翼１と、回転軸２と、封止部材３，１５と、給電部４と、導電線９ａ，９ｂと、通電部１０と、容器１３と、蓋部１４とを備える。
Referring to FIG. 1, a heating and stirring
図１には、容器１３の内部に被処理物２０が収容されている状態が示されている。容器１３には蓋部１４が取り付けられている。容器１３および蓋部１４は、たとえば樹脂で形成されている。なお、容器１３および蓋部１４は、導電体および非導電体のいずれから構成されていてもよい。
FIG. 1 shows a state in which the
被処理物２０は、たとえば下水汚泥である。ただし、被処理物２０は、下水汚泥に限定されず、気体、液体、固体（紛体、粒体等）およびこれらの混合物のいずれにも適用可能である。
The
撹拌翼１は、容器１３の内部に配置されており、その一部分が被処理物２０中に浸漬されている。撹拌翼１は、たとえばアンカー翼である。なお、後述するように、撹拌翼１には、被処理物２０の粘度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
The stirring
撹拌翼１は、少なくとも一部分に導電体部（第１導電体部）が形成されている。撹拌翼１の少なくとも一部分は、代表的には金属で形成されている。当該少なくとも一部分はたとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。
The stirring
具体的には、撹拌翼１は、その一部分を導電体で形成し、残りの部分を非導電体で形成した構造を採ることができる。あるいは、撹拌翼１全体を導電体で形成した構造を採ることができる。たとえば、撹拌翼１が軸部分と羽根部分とで構成されている場合、前者の構造として、羽根部分（もしくはその一部）を導電体で形成し、軸部分を含む残りの部分を非導電体で形成することができる。一方、後者の構造として、軸部分および羽根部分をともに導電体で形成することができる。以下の説明では、全体が導電体で形成されている撹拌翼１について例示する。
Specifically, the
回転軸２は、軸方向ＡＸにおける一方端部が、容器１３の内部にて撹拌翼１の主軸１ａに接続されている。回転軸２は、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。回転軸２の一方端部と主軸１ａとの間に封止部材３が配置されている。封止部材３は、回転軸２の一方端部と主軸１ａとの間の隙間を封止可能に構成されている。封止部材３には、たとえば絶縁性のＯリングを用いることができる。
One end of the
回転軸２は、蓋部１４に形成された貫通孔１４ａに挿入されている。回転軸２と貫通孔１４ａとの間には封止部材１５が配置されている、封止部材１５は、回転軸２と貫通孔１４ａとの隙間を封止可能に構成されている。封止部材１５は、たとえばメカニカルシールである。この場合、回転軸２の外周面にメカニカルシールを巻いた状態で回転軸２を貫通孔１４ａに挿入することで、封止部材１５によって回転軸２と貫通孔１４ａとの隙間を封止することができる。
The
容器１３の外部において、回転軸２の軸方向ＡＸにおける他方端部は、図示しないモータの回転軸に連結されている。モータによって回転軸２を回転駆動させることにより、撹拌翼１が回転する。これにより、被処理物２０が撹拌される。
Outside the
給電部４は、容器１３の外部に配置されており、通電部１０に対して高周波電流を供給するように構成されている。具体的には、給電部４は、交流電源５と、高周波トランス６と、送電コイル７と、受電コイル８と、導電線９ａ，９ｂとを含む。
The
交流電源５はたとえば商用電源である。高周波トランス６は、交流電源５から電力を受けて高周波の交流電力を生成する。
送電コイル７は、高周波の交流電力を高周波トランス６から受けると、送電コイル７の周囲に生成される電磁界を通じて、受電コイル８へ非接触で送電する。すなわち、送電コイル７および受電コイル８は、非接触で電力を伝送する非接触給電を実現する。図１に示されるように、送電コイル７は、回転軸２の外周を囲うように配置されている。送電コイル７は、回転軸２の回転に対して静止状態を保ち得る。
When receiving high-frequency AC power from the high-
受電コイル８は、送電コイル７から出力される高周波の電力を非接触で受電する。図１に示されるように、受電コイル８は、回転軸２の外周を囲うように配置されている。受電コイル８は、回転軸２と一体的に回転するように構成されている。
The
受電コイル８の一方端部には、導電線９ａが電気的に接続されている。受電コイル８の他方端部には、導電線９ｂが電気的に接続されている。導電線９ａ，９ｂは、回転軸２の内部に形成された空間を通って容器１３の内部に延びている。
A
通電部１０は、容器１３の内部に配置されている。容器１３の内部において、導電線９ａは通電部１０の一方端部に電気的に接続されている。導電線９ｂは通電部１０の他方端部に電気的に接続されている。これにより、受電コイル８から導電線９ａ，９ｂを通じて通電部１０に対して高周波電流が供給される経路が形成される。
The
通電部１０は、撹拌翼１に接触している。図１の例では、通電部１０は、撹拌翼１の羽根部分に接触している。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。図２を参照して、通電部１０は、導電体部１１（第２導電体部）と、導電体部１１の外周を覆う絶縁体１２とを有している。導電体部１１は、代表的に金属で形成されている。導電体部１１は、たとえば、厚みが数ｍｍ程度のアルミ（Ａｌ）プレートで形成されている。絶縁体１２は、たとえば金属酸化物で形成されている。導電体部１１がアルミプレートである場合、絶縁体１２はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成することができる。
The
通電部１０は、たとえば接着剤を用いて撹拌翼１に接合されている。これにより、通電部１０を電気絶縁性を保ちつつ撹拌翼１に接触させることができる。なお、通電部１０と撹拌翼１との電気的絶縁性が確保されれば、たとえば、図３に示すように、絶縁体１２を撹拌翼１が覆う状態で、通電部１０を撹拌翼１に接触させてもよい。
The energizing
なお、通電部１０を撹拌翼１に接触させる他の形態としては、通電部１０を撹拌翼１にねじ止めしてもよい。あるいは、接着剤やねじ等の固定部材を用いずに、単に通電部１０を撹拌翼１に重ね合わせるようにしてもよい。
In addition, as another form in which the energizing
本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００において、通電部１０は、容器１３の内部で、撹拌翼１の近傍に配置されている。「撹拌翼１の近傍に配置される」とは、撹拌翼１と通電部１０との間隔が閾値以下であることを意味する。図１に示したように、通電部１０が撹拌翼１に接触している構成は、撹拌翼１と通電部１０との間隔が実質的に０であるため、これに当て嵌まる。一方、図１の構成とは対照的に、撹拌翼１および通電部１０の表面同士が離間している構成であっても、その間隔が閾値以下であればこれに当て嵌まる。
In the heating and
なお、上記「閾値」は、通電部１０と撹拌翼１との間に電気的結合を形成することができる間隔とされる。電気的結合を形成することができる間隔とは、電磁誘導の現象を生じさせることができる間隔をいう。本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００では、通電部１０と撹拌翼１との間に電気的結合が形成されることで、後述するように、両者の間で電磁誘導作用を利用することが可能となる。したがって、上記の「撹拌翼１の近傍に配置される」という表現は、「撹拌翼１との間に電気的結合を形成することが可能な位置に配置される」と言い換えることもできる。
The “threshold value” is an interval at which electrical coupling can be formed between the
続いて、図４を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００の電気的回路構成を説明する。図４を参照して、高周波トランス６は、交流電源５からの電力を受けて高周波の交流電力を生成する。送電コイル７は、高周波トランス６から高周波の交流電力の供給を受け、受電コイル８へ非接触で電力を伝送する。受電コイル８は、送電コイル７からの高周波の交流電力を受けると、導電線９ａ，９ｂを通じて通電部１０に高周波電流を供給する。なお、通電部１０に高周波電流を供給するための電流経路には、直流（ＤＣ）カット用のキャパシタＣ１が接続されている。
Then, with reference to FIG. 4, the electrical circuit structure of the heating and
通電部１０に高周波電流を流すと、時間的に変化する交番磁界が発生する。この交番磁界が撹拌翼１の導電体部に鎖交すると、導電体部の内部で電磁誘導作用が生じて起電力が誘導される。この起電力によって、導電体部に渦状の誘導電流（渦電流）が発生する。渦電流は、導電体部の電気抵抗によってジュール熱に変換される。撹拌翼１の導電体部に発生したジュール熱は、被処理物２０に伝達されることにより、被処理物２０を加熱する。
When a high-frequency current is passed through the
このように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置１００では、撹拌翼１を加熱することで、撹拌翼１から熱を受けて被処理物２０が加熱される。すなわち、加熱撹拌装置１００は、被処理物２０を加熱するための熱源を容器１３の内部に有している。本願明細書では、このような加熱方式を「内部加熱方式」と称する。これに対して、被処理物２０を加熱するための熱源を容器１３の外部に有する加熱方式を「外部加熱方式」と称する。
Thus, in the heating and
［外部加熱方式の説明］
従来の加熱撹拌装置においては、外部加熱方式が一般的に採用されていた。図５（ａ）に、外部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物４０を収容した容器３０の壁面の外周側に導電線３２が巻回されている。導電線３２には図示しない電源が電気的に接続されている。容器３０はたとえば金属製容器である。撹拌翼３４は、たとえば複数枚の平羽根を有するディスクタービン翼である。
[Description of external heating method]
In the conventional heating and stirring apparatus, an external heating method is generally employed. FIG. 5A shows a configuration example of an external heating type heating and stirring apparatus. In this configuration example, the
この状態で導電線３２に電流を流すと、導電線３２の電気抵抗に起因してジュール熱が発生する。なお、ジュール熱は抵抗を流れる電流の２乗値に比例する。図中に破線矢印で示されるように、発生したジュール熱が容器３０の壁面から内側へと伝達されることにより、被処理物４０が加熱される。
When a current is passed through the
しかしながら、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上述した外部加熱方式では、被処理物４０の粘度が高くなると、被処理物の温度の均一化が難しくなるという新たな課題が生じ得ることを見出した。そして、その新たな課題に対する新たな解決手段として、本願発明者らは内部加熱方式に想到した（たとえば、非特許文献１を参照）。以下、このような新たな課題、およびその新たな課題に対する新たな解決手段である内部加熱方式について説明する。 However, as a result of extensive research conducted by the inventors of the present application, in the above-described external heating method, when the viscosity of the object to be processed 40 increases, a new problem that it becomes difficult to equalize the temperature of the object to be processed may occur. I found. The inventors of the present application have come up with an internal heating system as a new solution to the new problem (see, for example, Non-Patent Document 1). In the following, such a new problem and an internal heating method that is a new solution to the new problem will be described.
［内部加熱方式の説明］
図５（ｂ）に、本願発明者らが考案した内部加熱方式の加熱撹拌装置の一構成例を示す。本構成例では、被処理物４０を収容した容器３０の底面の下側に電磁誘導コイル３８が配置されている。電磁誘導コイル３８は、銅等の導電線材をコイル状に巻回したものである。電磁誘導コイル３８には図示しない高周波電源が接続されている。
[Description of internal heating method]
FIG. 5B shows an example of the configuration of an internal heating type heating and stirring apparatus devised by the present inventors. In this configuration example, the
容器３０は非導電体からなり、たとえばアクリル樹脂で形成されている。撹拌翼３４は導電体からなり、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成されている。撹拌翼３４は、図５（ａ）の撹拌翼３４と同一の構造を有するディスクタービン翼である。
The
電磁誘導コイル３８に高周波電流を流すと、交番磁界が発生する。この交番磁界を受けて撹拌翼３４の内部で電磁誘導作用が生じることにより、撹拌翼３４に渦電流が発生する。渦電流は、撹拌翼３４の電気抵抗によって、ジュール熱に変換される。撹拌翼３４に発生したジュール熱は、図中に破線矢印で示されるように、被処理物４０に伝達されることにより、被処理物４０を加熱する。
When a high frequency current is passed through the
このように、内部加熱方式では、撹拌翼３４を電磁誘導加熱することによって被処理物４０を加熱する。すなわち、撹拌翼３４によって被処理物の撹拌と加熱とを一元化することができる。このようにすると、被処理物４０の撹拌と加熱とが容器３０の内外で別々に行なわれる外部加熱方式に比べて、良好な熱伝達特性を得ることができる。これにより、被処理物４０の温度の均一化を促進することができる。以下、その理由について説明する。
Thus, in the internal heating system, the
図６に、図５（ａ）に示す外部加熱方式の加熱撹拌装置および図５（ｂ）に示す内部加熱方式の加熱撹拌装置の各々について、被処理物の温度ばらつきを評価した結果を示す。図６の横軸は撹拌レイノルズ数Ｒｅを示し、縦軸は最大ばらつき温度ΔＴｍａｘ［Ｋ］を示す。 FIG. 6 shows the result of evaluating the temperature variation of the object to be processed for each of the external heating heating stirring apparatus shown in FIG. 5A and the internal heating heating stirring apparatus shown in FIG. 5B. The horizontal axis in FIG. 6 represents the stirring Reynolds number Re, and the vertical axis represents the maximum variation temperature ΔTmax [K].
撹拌レイノルズ数Ｒｅとは、慣性力と粘性力との比を表したものである。慣性力は、概して流体が動き続けようとする力に相当する。粘性力は、概して流体が動こうとするのを止めようとする力に相当する。撹拌レイノルズ数Ｒｅは、容器内の被処理物である流体の運動に対する粘性の影響を表わす無次元数であり、次式（１）で定義される。 The stirring Reynolds number Re represents the ratio of inertial force to viscous force. The inertial force generally corresponds to the force with which the fluid continues to move. The viscous force generally corresponds to a force that tries to stop the fluid from moving. The stirring Reynolds number Re is a dimensionless number representing the influence of viscosity on the motion of the fluid that is the object to be processed in the container, and is defined by the following equation (1).
Ｒｅ＝ρ・ｎ・ｄ２／μ …（１）
式（１）において、ρは被処理物の密度［ｋｇ／ｍ３］、ｎは撹拌翼の回転速度［ｒｐｓ］、ｄは撹拌翼の直径［ｍ］、μは被処理物の粘度［ｋｇ／（ｍ・ｓ）］である。
Re = ρ · n · d 2 / μ (1)
In equation (1), ρ is the density of the workpiece [kg / m 3 ], n is the rotating speed of the stirring blade [rps], d is the diameter of the stirring blade [m], μ is the viscosity of the workpiece [kg] / (M · s)].
式（１）で与えられる撹拌レイノルズ数Ｒｅは、撹拌翼の回転速度ｎが高くなるほど慣性力が大きくなるため、大きな値となる。一方、被処理物の粘度μが高くなるほど粘性力が大きくなるため、撹拌レイノルズ数Ｒｅは小さな値となる。 The stirring Reynolds number Re given by the equation (1) is a large value because the inertial force increases as the rotational speed n of the stirring blade increases. On the other hand, since the viscosity force increases as the viscosity μ of the workpiece increases, the stirring Reynolds number Re becomes a small value.
被処理物の最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、加熱撹拌動作の実行中において、撹拌翼３４の主軸からの水平方向の距離、および容器３０の底面からの高さの少なくとも一方が互いに異なる複数の測定点において被処理物４０の温度を測定し、その得られた複数の温度測定値のうちの最高値と最低値との差を算出したものである。
The maximum variation temperature ΔTmax of the object to be processed is measured at a plurality of measurement points in which at least one of the horizontal distance from the main axis of the
図６において、ｋ１は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係を示す。ｋ２は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係を示す。 In FIG. 6, k1 shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax in the external heating heating stirrer. k2 represents the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax in the internal heating type heating and stirring apparatus.
図６に示されるように、外部加熱方式および内部加熱方式のいずれにおいても、撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの間には、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなるという相関があることが確認された。 As shown in FIG. 6, in both the external heating method and the internal heating method, the maximum variation temperature ΔTmax decreases as the stirring Reynolds number Re increases between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax. It was confirmed that there was a correlation.
さらに、外部加熱方式と内部加熱方式との間で上記の相関を比較すると、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認された。 Furthermore, when the above correlation was compared between the external heating method and the internal heating method, it was confirmed that the maximum variation temperature ΔTmax for the same stirring Reynolds number Re was smaller in the internal heating method than in the external heating method. .
ここで、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて被処理物の温度ばらつきが小さくなることの理由としては、容器内部に形成される温度分布の違いが挙げられる。詳細には、外部加熱方式では、導電線３２が巻回される容器３０の壁面付近において被処理物４０の温度が局所的に高くなり、容器３０の壁面付近の高温部分と中心側の低温部分との間に分厚い温度境界層が形成される。これに対して、内部加熱方式では、熱源となる撹拌翼３４が回転しているため、温度境界層が薄くなり、結果的に被処理物４０の温度の均一化に寄与し得る。
Here, the reason why the temperature variation of the object to be processed is smaller in the internal heating method than in the external heating method is the difference in temperature distribution formed inside the container. Specifically, in the external heating method, the temperature of the
なお、外部加熱方式では、被処理物４０の粘度μが高くなるほど、または撹拌翼３４の回転速度ｎが低くなるほど（すなわち、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなるほど）、撹拌力が弱まって温度境界層が分厚くなるため、被処理物４０の温度ばらつきも大きくなる傾向がある。一方、内部加熱方式は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなっても、温度境界層が分厚くなることを抑制できるため、被処理物４０の温度ばらつきを小さくすることができる。
In the external heating method, the higher the viscosity μ of the
さらに、本願発明者らは、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について熱伝達特性を評価することにより、熱伝達特性と被処理物の温度ばらつきとの関係について検証した。熱伝達特性の評価では、外部加熱方式および内部加熱方式の各々について、熱コンダクタンスｈＡを算出し、その算出した熱コンダクタンスｈＡと撹拌レイノルズ数Ｒｅとの関係を導出した。 Furthermore, the inventors of the present application verified the relationship between the heat transfer characteristic and the temperature variation of the workpiece by evaluating the heat transfer characteristic for each of the external heating method and the internal heating method. In the evaluation of the heat transfer characteristics, the thermal conductance hA was calculated for each of the external heating method and the internal heating method, and the relationship between the calculated thermal conductance hA and the stirring Reynolds number Re was derived.
詳細には、外部加熱方式（図５（ａ）参照）において、容器３０の壁面と被処理物４０との間の熱伝達過程における伝熱量Ｗ１は、次式（２）で与えられる。なお、伝熱量Ｗ１は、電源から導電線３２への入力電力によって決まる。
Specifically, in the external heating method (see FIG. 5A), the heat transfer amount W1 in the heat transfer process between the wall surface of the
Ｗ１＝ｈ１・Ａ１・ΔＴ１ …（２）
式（２）において、ｈ１は容器３０と被処理物４０との間の熱伝達率を示し、Ａ１は容器３０の表面積を示し、ΔＴ１は容器３０の壁面の平均温度と被処理物４０の平均温度との温度差を示す。ｈ１・Ａ１は外部加熱方式における熱コンダクタンスを表している。
W1 = h1 · A1 · ΔT1 (2)
In Formula (2), h1 represents the heat transfer coefficient between the
一方、内部加熱方式（図５（ｂ）参照）において、撹拌翼３４と被処理物４０との間の熱伝達過程における伝熱量Ｗ２は、次式（３）で与えられる。なお、伝熱量Ｗ２は、高周波電源から電磁誘導コイル３８への入力電力によって決まる。
On the other hand, in the internal heating method (see FIG. 5B), the heat transfer amount W2 in the heat transfer process between the stirring
Ｗ２＝ｈ２・Ａ２・ΔＴ２ …（３）
式（３）において、ｈ２は撹拌翼３４と被処理物４０との間の熱伝達率を示し、Ａ２は撹拌翼３４の表面積を示し、ΔＴ２は撹拌翼３４の平均温度と被処理物４０の平均温度との温度差を示す。ｈ２・Ａ２は内部加熱方式における熱コンダクタンスを示す。
W2 = h2 · A2 · ΔT2 (3)
In Formula (3), h2 represents the heat transfer coefficient between the stirring
外部加熱方式および内部加熱方式の各々において、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を導出した。図７に、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。図７の横軸は撹拌レイノルズ数Ｒｅを示し、縦軸は熱コンダクタンスｈＡを示す。 In each of the external heating method and the internal heating method, the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA was derived. FIG. 7 shows the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA. In FIG. 7, the horizontal axis represents the stirring Reynolds number Re, and the vertical axis represents the thermal conductance hA.
図７において、白菱形は外部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。黒四角は内部加熱方式の加熱撹拌装置における撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの関係を示す。 In FIG. 7, white rhombuses indicate the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA in the external heating heating stirring apparatus. The black squares show the relationship between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA in the internal heating heating and stirring apparatus.
図７に示されるように、外部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Ｒｅの大きさによらず、熱コンダクタンスｈＡは略一定値を示すことが確認された。一方、内部加熱方式では、撹拌レイノルズ数Ｒｅと熱コンダクタンスｈＡとの間に、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど熱コンダクタンスｈＡが大きくなるという相関があることが確認された。 As shown in FIG. 7, it was confirmed that in the external heating method, the thermal conductance hA shows a substantially constant value regardless of the magnitude of the stirring Reynolds number Re. On the other hand, in the internal heating method, it was confirmed that there is a correlation between the stirring Reynolds number Re and the thermal conductance hA that the thermal conductance hA increases as the stirring Reynolds number Re increases.
この相関を、図６に示した撹拌レイノルズ数Ｒｅと最大ばらつき温度ΔＴｍａｘとの関係に組み合わせると、撹拌レイノルズ数Ｒｅが大きくなるほど、熱コンダクタンスｈＡが大きくなる一方で、最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなることが分かる。 When this correlation is combined with the relationship between the stirring Reynolds number Re and the maximum variation temperature ΔTmax shown in FIG. 6, the larger the stirring Reynolds number Re, the larger the thermal conductance hA and the smaller the maximum variation temperature ΔTmax. I understand.
さらに、図７からは、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する熱コンダクタンスｈＡは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも大きくなることが確認された。上述のように、図６からは、同じ撹拌レイノルズ数Ｒｅに対する最大ばらつき温度ΔＴｍａｘは、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも小さくなることが確認されている。これらは、熱コンダクタンスｈＡが大きくなると、最大ばらつき温度ΔＴｍａｘが小さくなるという相関にも当てはまる。 Furthermore, from FIG. 7, it was confirmed that the thermal conductance hA for the same stirring Reynolds number Re is larger in the internal heating method than in the external heating method. As described above, it is confirmed from FIG. 6 that the maximum variation temperature ΔTmax for the same stirring Reynolds number Re is smaller in the internal heating method than in the external heating method. These also apply to the correlation that the maximum variation temperature ΔTmax decreases as the thermal conductance hA increases.
以上の評価結果から、熱コンダクタンスｈＡと被処理物の温度ばらつきとは密接な関係性を有していることが理解される。本願発明者らは、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスｈＡが大きいため、被処理物の温度ばらつきを小さくすることができるものと考えている。これは、撹拌レイノルズ数Ｒｅが小さくなる状態、たとえば被処理物の粘度μが高い状態、または撹拌翼の回転速度ｎが低い状態において、内部加熱方式が外部加熱方式に比べて、被処理物の温度均一性が優れていることを表している。 From the above evaluation results, it is understood that the thermal conductance hA and the temperature variation of the workpiece have a close relationship. The inventors of the present application believe that the temperature variation of the object to be processed can be reduced because the internal heating method has a larger thermal conductance hA than the external heating method. This is because, in a state where the stirring Reynolds number Re is small, for example, in a state where the viscosity μ of the object to be processed is high, or in a state where the rotation speed n of the stirring blade is low, the internal heating method is compared with the external heating method. It shows that temperature uniformity is excellent.
以上の関係は、撹拌翼にディスクタービン翼を用いた場合で得られたものであるが、アンカー翼やマックスブレンド翼などの中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、この関係は成り立つものと思われる。すなわち、中・高粘度対応の撹拌翼を用いた場合においても、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて、熱コンダクタンスｈＡが大きく、それ故に、被処理物の温度ばらつきが小さいという優位性が保たれるものと思われる。 The above relationship was obtained when a disc turbine blade was used as a stirring blade, but this relationship was also obtained when a medium or high-viscosity stirring blade such as an anchor blade or a Max blend blade was used. It seems to hold. That is, even in the case of using a stirring blade for medium / high viscosity, the internal heating method has an advantage that the thermal conductance hA is larger than that of the external heating method, and therefore the temperature variation of the workpiece is small. It seems to be preserved.
上述した利点を備えた内部加熱方式について、本願発明者らはさらに鋭意研究を進めた。その結果、図１に示したような、高周波電流の通電部１０の少なくとも一部分を撹拌翼１に接触させる構成において、装置の小型化および加熱効率の向上を含む優れた効果が得られることを見出した。以下、図８を参照して、本実施の形態により得られる主な効果をまとめて説明する。
The inventors of the present application have made further studies on the internal heating method having the above-described advantages. As a result, it has been found that excellent effects including downsizing of the apparatus and improvement of heating efficiency can be obtained in the configuration in which at least a part of the high-frequency
図８には、内部加熱方式の加熱撹拌装置として、２種類の加熱撹拌装置が示されている。図８の紙面に向かって左側には図５（ｂ）に示した加熱撹拌装置が示されている。紙面に向かって右側には図１に示した本実施の形態に係る加熱撹拌装置が示されている。 FIG. 8 shows two types of heating and stirring devices as the internal heating type heating and stirring device. On the left side of the paper surface of FIG. 8, the heating and stirring device shown in FIG. 5B is shown. On the right side of the drawing, the heating and stirring device according to the present embodiment shown in FIG. 1 is shown.
図５（ｂ）の加熱撹拌装置は、高周波電流の通電部である電磁誘導コイルが容器の底面の下側に配置されている。以下の説明では、図５（ｂ）の加熱撹拌装置を、通電部が容器外部に配されていることから、「外部通電型加熱撹拌装置」とも称する。これに対して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置では、高周波電流の通電部が容器の内部において撹拌翼に接触されている。よって、本実施の形態に係る加熱撹拌装置を「内部通電型加熱撹拌装置」とも称する。以下、これら２種類の加熱撹拌装置の相違点について説明する。 In the heating and stirring apparatus of FIG. 5B, an electromagnetic induction coil that is a current-carrying part for high-frequency current is disposed below the bottom surface of the container. In the following description, the heating and stirring apparatus in FIG. 5B is also referred to as an “externally energized heating and stirring apparatus” because the energization unit is disposed outside the container. On the other hand, in the heating and stirring apparatus according to the present embodiment, the current-carrying part for high-frequency current is in contact with the stirring blade inside the container. Therefore, the heating and stirring apparatus according to the present embodiment is also referred to as “internally energized heating and stirring apparatus”. Hereinafter, differences between these two types of heating and stirring apparatuses will be described.
（１）通電部の構成
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部に通電部である電磁誘導コイルが配置されているため、装置の体格が大きくなるという課題がある。たとえば図５（ｂ）のように、電磁誘導コイルを容器の底面の下側に配置する構成では、装置の体格が軸方向ＡＸに大きくなってしまう。装置の体格が大きくなることを抑えるためには、電磁誘導コイルを、巻軸方向の厚みが薄肉となる扁平形状に成形することが好ましい。
(1) Configuration of the energization unit In the external energization type heating and stirring device, since the electromagnetic induction coil that is the energization unit is disposed outside the container, there is a problem that the size of the device becomes large. For example, as shown in FIG. 5B, in the configuration in which the electromagnetic induction coil is disposed below the bottom surface of the container, the physique of the device is increased in the axial direction AX. In order to suppress an increase in the size of the apparatus, it is preferable to form the electromagnetic induction coil into a flat shape in which the thickness in the winding axis direction is thin.
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置においては、通電部を容器内部に収めているため、装置の体格が大きくなることを抑制することができる。また、通電部は導電体で形成されていればよい。そのため、通電部は、撹拌翼に接触しやすい形状となるように、撹拌翼の形状に応じて適当な形状を採ることができる。撹拌翼および通電部の構成例については後述する。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring apparatus, since the energization part is housed inside the container, it is possible to suppress an increase in the size of the apparatus. Moreover, the energization part should just be formed with the conductor. Therefore, the current-carrying part can take an appropriate shape according to the shape of the stirring blade so as to be in a shape that is easy to contact the stirring blade. Configuration examples of the stirring blade and the energization unit will be described later.
また、通電部はアルミプレート等の導電体で形成することができるため、撹拌翼に通電部を貼り合せることで、撹拌翼と通電部とを容易に接触させることができる。さらに、通電部を薄膜の導電体とすれば、通電部を接触させることで撹拌翼が大きくなることもない。 Further, since the energization part can be formed of a conductor such as an aluminum plate, the agitation blade and the energization part can be easily brought into contact with each other by attaching the energization part to the agitation blade. Furthermore, if the energizing part is a thin film conductor, the stirring blade does not become large by bringing the energizing part into contact.
（２）撹拌翼の位置制約
外部通電型加熱撹拌装置においては、容器の底面の下側に位置する電磁誘導コイルが発生する交番磁界を撹拌翼に十分に鎖交させるため、撹拌翼を容器の底面に近づけて配置することが好ましい。このように、電磁誘導コイルの配置位置に応じて電磁誘導コイルの配置位置を決める必要があり、撹拌翼の配置位置に制約が生じ易い。
(2) Position restriction of the stirring blade In the external energization type heating and stirring device, in order to sufficiently link the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil located below the bottom surface of the container to the stirring blade, It is preferable to arrange it close to the bottom surface. Thus, it is necessary to determine the arrangement position of the electromagnetic induction coil according to the arrangement position of the electromagnetic induction coil, and the arrangement position of the stirring blade is likely to be restricted.
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部および撹拌翼の間に電気的結合が形成され、結果的に通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の配置位置に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。撹拌翼がどのような位置に配置されていても、撹拌翼の近傍に通電部が配置されていれば、通電部と撹拌翼とを電気的に結合することができるためである。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring device, since the energization part and the stirring blade are in contact with each other, an electrical coupling is formed between the energization part and the stirring blade, and as a result, an alternating current is generated in the energization part. The magnetic field can be sufficiently interlinked with the stirring unit. Therefore, there is no restriction on the arrangement position of the stirring blade, and the degree of freedom in design can be increased. This is because, regardless of the position of the stirring blade, if the current-carrying part is disposed in the vicinity of the stirring blade, the current-carrying part and the stirring blade can be electrically coupled.
（３）撹拌翼の形状制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器の底面に対して垂直に延びる磁束をできるだけ多く撹拌翼に鎖交させるために、撹拌翼は、容器の底面に平行に延在する平面を有することが好ましい。そのため、たとえばディスクタービン翼などのディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。このように、交番磁界の向きに応じて撹拌翼の形状を決める必要があり、撹拌翼の形状に制約が生じ易い。
(3) Restriction on the shape of the stirring blade In the externally energized heating and stirring device, the stirring blade extends in parallel to the bottom surface of the container in order to link the magnetic flux extending perpendicularly to the bottom surface of the container to the stirring blade as much as possible. It is preferable to have a flat surface. Therefore, it is preferable to use a stirring blade having a disk shape such as a disk turbine blade. Thus, it is necessary to determine the shape of the stirring blade according to the direction of the alternating magnetic field, and the shape of the stirring blade is likely to be restricted.
一方、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、通電部と撹拌翼とが接触しているため、通電部が発生する交番磁界を撹拌部に十分鎖交させることができる。よって、撹拌翼の位置と同様、撹拌翼の形状にも制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring apparatus, as described above, since the energizing part and the stirring blade are in contact, the alternating magnetic field generated by the energizing part can be sufficiently linked to the stirring part. Therefore, similarly to the position of the stirring blade, there is no restriction on the shape of the stirring blade, so that the degree of freedom in design can be increased.
（４）被処理物の粘度制約
加熱撹拌装置において、一般的に、被処理物および撹拌目的に応じて、撹拌翼の回転速度および形状が定められる。たとえば、図５（ａ）および（ｂ）に示されるディスクタービン翼は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが中〜高程度となる範囲（たとえば、被処理物の粘度が低い場合、または撹拌翼の回転速度が高い場合）において好適に用いられる。一方、図１に示されるアンカー翼は、撹拌レイノルズ数Ｒｅが低〜中程度となる範囲（たとえば、被処理物の粘度が高い場合、または、撹拌翼の回転速度が低い場合）において好適に用いられる。
(4) Restriction of viscosity of object to be processed In a heating and stirring apparatus, generally, the rotation speed and shape of the stirring blade are determined according to the object to be processed and the purpose of stirring. For example, in the disk turbine blade shown in FIGS. 5A and 5B, the range in which the stirring Reynolds number Re is medium to high (for example, when the viscosity of the workpiece is low, or the rotational speed of the stirring blade is (When it is high). On the other hand, the anchor blade shown in FIG. 1 is suitably used in a range where the stirring Reynolds number Re is low to medium (for example, when the viscosity of the workpiece is high or the rotation speed of the stirring blade is low). It is done.
しかしながら、外部通電型加熱撹拌装置では、上記（３）撹拌翼の形状制約の項目で説明したように、電磁誘導加熱の行ないやすさの観点から、ディスク形状を有する撹拌翼を用いることが好ましい。そのため、撹拌レイノルズ数Ｒｅは中〜高の範囲内にあることが好ましいとされ、結果的に被処理物は粘度が低いことが好ましいとされる。 However, in the externally energized heating and stirring device, as described in the item (3) Restriction of the shape of the stirring blade, it is preferable to use a stirring blade having a disk shape from the viewpoint of ease of electromagnetic induction heating. For this reason, the stirring Reynolds number Re is preferably in the range of medium to high, and as a result, it is preferable that the workpiece has a low viscosity.
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、上述したように、撹拌翼の形状に制約がないため、被処理物の粘度においても制約が課されることがない。したがって、被処理物の粘度が高い場合であっても、その粘度に見合った撹拌翼を使用することができるため、被処理物の粘度に制約がない。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring apparatus, as described above, since there is no restriction on the shape of the stirring blade, no restriction is imposed on the viscosity of the workpiece. Therefore, even when the viscosity of the object to be processed is high, a stirring blade corresponding to the viscosity can be used, and thus there is no restriction on the viscosity of the object to be processed.
（５）容器の材質制約
外部通電型加熱撹拌装置では、容器外部の電磁誘導コイルが発生した交番磁界を、容器内部の撹拌翼に十分に鎖交させるため、容器を非導電体で形成する必要がある。そのため、容器の材質に制約が生じ易い。なお、非導電体からなる容器は、一般的に、金属等の導電体からなる容器に比べて機械的強度が劣るため、容器の大型化や高圧化が不利となり得る。
(5) Material restriction of the container In the externally energized heating and stirring device, the container must be formed of a non-conductive material in order to sufficiently link the alternating magnetic field generated by the electromagnetic induction coil outside the container to the stirring blade inside the container. There is. Therefore, the material of the container is likely to be restricted. A container made of a non-conductor is generally inferior in mechanical strength to a container made of a conductor such as a metal, so that it may be disadvantageous to increase the size and pressure of the container.
これに対して、内部通電型加熱撹拌装置では、通電部が容器内部に収められているため、容器を介さずに撹拌翼に交番磁界を鎖交させることができる。そのため、容器の材質に制約が生じないため、設計の自由度を高くすることができる。したがって、容器の大型化や高圧化にも容易に対応し得る。 On the other hand, in the internal energization type heating and stirring apparatus, since the energization part is housed inside the container, an alternating magnetic field can be linked to the stirring blade without passing through the container. Therefore, since the material of the container is not restricted, the degree of design freedom can be increased. Therefore, it is possible to easily cope with an increase in size and pressure of the container.
たとえば、容器を透明材料で形成することで、加熱撹拌処理の実行中の被処理物の状態を観察することができる。あるいは、容器の少なくとも一部分を導電体で形成してもよい。このようにすると、通電部が発生した交番磁界を容器の導電体部分に鎖交させることができるため、容器も電磁誘導加熱することが可能となる。 For example, by forming the container with a transparent material, it is possible to observe the state of the object to be processed during the heating and stirring process. Alternatively, at least a part of the container may be formed of a conductor. If it does in this way, since the alternating magnetic field which the electricity supply part generate | occur | produced can be linked to the conductor part of a container, it will also become possible to carry out electromagnetic induction heating of the container.
（６）加熱効率
一般的に、加熱撹拌装置における加熱効率は、投入した熱量に対する被処理物の加熱に使用される熱量の比で定義される。加熱効率が高いほど、投入熱量を小さくできるため、消費電力を低減することができる。
(6) Heating efficiency Generally, the heating efficiency in the heating and stirring device is defined by the ratio of the amount of heat used for heating the workpiece to the amount of heat input. As the heating efficiency is higher, the amount of input heat can be reduced, so that power consumption can be reduced.
ここで、上述した外部加熱方式（図５（ａ）参照）および内部加熱方式（図５（ｂ）参照）において加熱効率を比較すると、内部加熱方式の方が外部加熱方式よりも加熱効率を高くすることができる。 Here, when the heating efficiency is compared in the above-described external heating method (see FIG. 5A) and internal heating method (see FIG. 5B), the internal heating method has a higher heating efficiency than the external heating method. can do.
詳細には、外部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、容器の加熱に使用される。一方、内部加熱方式では、投入した熱量は、被処理物の加熱に使用されるとともに、撹拌翼の加熱に使用される。 Specifically, in the external heating method, the amount of heat input is used for heating the object to be processed and for heating the container. On the other hand, in the internal heating method, the input heat amount is used for heating the workpiece and also for heating the stirring blade.
上述したように、内部加熱方式は外部加熱方式に比べて熱コンダクタンスｈＡが大きい。そのため、撹拌翼と被処理物との温度差が、容器と被処理物との温度差より大きい場合であっても、容器から被処理物に伝達される熱量と同量の熱量を撹拌翼から被処理物に伝達することができる。言い換えると、同じ熱量を被処理物に伝達する場合であれば、撹拌翼の加熱温度は容器の加熱温度よりも低くてよい。さらに、容器と撹拌翼とでは、一般的に撹拌翼の方が容器よりも熱容量が小さい。 As described above, the internal heating method has a larger thermal conductance hA than the external heating method. Therefore, even when the temperature difference between the stirring blade and the object to be processed is larger than the temperature difference between the container and the object to be processed, the same amount of heat is transferred from the container to the object to be processed from the stirring blade. It can be transmitted to the workpiece. In other words, the heating temperature of the stirring blade may be lower than the heating temperature of the container if the same amount of heat is transmitted to the object to be processed. Further, the heat capacity of the stirring blade is generally smaller than that of the container.
これらの理由により、撹拌翼の加熱に使用される熱量は、容器の加熱に使用される熱量よりも小さく済むことになる。その結果、投入熱量が同じであれば、内部加熱方式では、外部加熱方式に比べてより大きな熱量を被処理物の加熱に使うことができるため、被処理物の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部加熱方式は、外部加熱方式に比べて投入熱量を小さくできる。よって、消費電力を低減することができる。 For these reasons, the amount of heat used for heating the stirring blade is smaller than the amount of heat used for heating the container. As a result, if the input heat amount is the same, the internal heating method can use a larger amount of heat for heating the object to be processed compared to the external heating method, and thus the heating rate of the object to be processed can be increased. Conversely, in order to obtain the same heating rate, the internal heating method can reduce the input heat amount as compared with the external heating method. Therefore, power consumption can be reduced.
さらに、この内部加熱方式において、外部通電型と内部通電型とで加熱効率を比較すると、以下のような理由から、内部通電型は、外部通電型に比べて高い加熱効率を実現することができる。 Furthermore, in this internal heating method, when the heating efficiency is compared between the external energization type and the internal energization type, the internal energization type can achieve higher heating efficiency than the external energization type for the following reasons. .
図９に、内部通電型加熱撹拌装置における熱伝達経路を概略的に示す。図９では、２つの構成要素間の電気的接続または電気的結合が破線で示され、当該構成要素間の熱的接続が実線で示されている。 FIG. 9 schematically shows a heat transfer path in the internal energization type heating and stirring apparatus. In FIG. 9, the electrical connection or electrical coupling between two components is indicated by a broken line, and the thermal connection between the components is indicated by a solid line.
図９を参照して、内部通電型加熱撹拌装置において、受電コイル８および通電部１０は電気的に接続されている。さらに、通電部１０および撹拌翼１は電気的に結合されている。これにより、受電コイル８から高周波電流の供給を受けて通電部１０が発生する交番磁界によって撹拌翼１が電磁誘導加熱される。そして、撹拌翼１と被処理物２０との間の熱的接続により、被処理物２０が加熱される。
Referring to FIG. 9, in internal energization type heating and stirring apparatus,
さらに、通電部１０は、撹拌翼１に熱的に接続されるとともに、被処理物２０に熱的に接続されている。通電部１０に高周波電流を流すと、通電部１０の電気抵抗によってジュール熱が発生する。通電部１０が発生したジュール熱は、撹拌翼１および被処理物２０にそれぞれ伝達される。
Further, the
このように、内部通電型によれば、撹拌翼１が発生するジュール熱に加えて、通電部１０が発生するジュール熱を被処理物２０の加熱に用いることができる。したがって、投入熱量が同じであれば、内部通電型は、外部通電型に比べてより大きな熱量を被処理物２０の加熱に使用することができる。このため、被処理物２０の加熱速度を高めることができる。逆に言えば、同じ加熱速度を得るために、内部通電型は、外部通電型に比べて投入熱量を小さくできる。よって、加熱効率が高くなり、消費電力を低減することができる。
As described above, according to the internal energization type, in addition to the Joule heat generated by the
また、内部通電型は、外部通電型に比べて、被処理物２０の温度制御において目標温度への高い応答性を実現することができる。
Further, the internal energization type can realize higher responsiveness to the target temperature in the temperature control of the
ここで、撹拌翼１にジュール熱を発生させる手法としては、本実施の形態のように、通電部１０に高周波電流を通電して撹拌翼１に渦電流を発生させる構成の他に、撹拌翼１に直接的に直流電流を通電し、撹拌翼１の電気抵抗によってジュール熱を発生させる構成を採ることができる。
Here, as a method for generating Joule heat in the
しかしながら、撹拌翼１に直流電流を通電する構成では、被処理物２０の加熱に十分な熱量を得るために、撹拌翼１の導電体部分の電気抵抗を高くする必要がある。また、大電流を撹拌翼１に流すために高電圧の直流電源が必要となる。
However, in the configuration in which a direct current is applied to the
これに対して、通電部１０に高周波電流を通電する構成では、高周波電流の表皮効果によって、電流は通電部１０の全体を均等に流れるのではなく、通電部１０の表面上もしくは表面付近に集中して流れる。これにより、通電部１０の実質的な電気抵抗を高くすることができるため、小さな電流でも十分な熱量を通電部１０に発生させることができる。
On the other hand, in the configuration in which a high-frequency current is supplied to the
また、撹拌翼１に電流を直接的に通電する場合、撹拌翼１の形状によっては電流経路を確保することが難しいという課題がある。よって、撹拌翼１の形状に制約が生じる。一方、本実施の形態によれば、導電体で形成された通電部１０を撹拌翼１に接触させることで、容易に電流経路を形成することができる。
Further, when a current is directly applied to the
以上のように、本実施の形態に係る加熱撹拌装置によれば、導電体からなる通電部１０により、撹拌翼１の形状によらず高周波電流の経路を容易に確保することができるとともに、高周波電流の表皮効果によって、小電流で大きなジュール熱を通電部１０に発生させることができる。さらに、撹拌翼１においても、表皮効果によって渦電流が撹拌翼１の表面上または表面付近に集中して流れることから、大きなジュール熱を撹拌翼１に発生させることができる。この結果、撹拌翼１に直流電流を通電する構成に比べて、装置の体格を小型化できるとともに、加熱効率を高めることができる。
As described above, according to the heating and stirring apparatus according to the present embodiment, the current-carrying
［撹拌翼および通電部の構成例］
以下、図１０から図１６を参照して、本実施の形態に係る加熱撹拌装置に適用され得る撹拌翼および通電部の構成例について説明する。図８で説明したように、本実施の形態に係る内部通電型加熱撹拌装置は、撹拌翼の位置および形状に対する制約がない。したがって、被処理物の粘度および撹拌翼の回転速度に応じて適当な形状の撹拌翼を用いることができる。
[Configuration example of stirring blade and current-carrying part]
Hereinafter, with reference to FIG. 10 to FIG. 16, configuration examples of the stirring blade and the energization unit that can be applied to the heating and stirring device according to the present embodiment will be described. As described with reference to FIG. 8, the internally energized heating and stirring apparatus according to the present embodiment has no restriction on the position and shape of the stirring blade. Therefore, an appropriately shaped stirring blade can be used according to the viscosity of the object to be processed and the rotation speed of the stirring blade.
最初に、図１０および図１１を参照して、ディスクタービン翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ディスクタービン翼は、主に低粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 Initially, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, the structural example of the stirring blade which consists of disk turbine blades, and an electricity supply part is demonstrated. The disk turbine blade is a stirring blade mainly used for stirring a low-viscosity workpiece.
図１０（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａの上方から見た図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
FIG. 10A is a view of the
図１０（ａ）に示されるように、撹拌翼１は、その外周に沿って複数枚の羽根が配置された円盤形状を有している。通電部１０は撹拌翼１の外周面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。導電コイルはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体１２はたとえばアルミナで形成されている。
As shown in FIG. 10 (a), the
図１０（ｂ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の外周面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
With reference to FIG. 10B, the energizing
撹拌翼１の外周面に通電部１０を巻回すると、撹拌翼１の表面に出っ張りが生じるため、本来の撹拌翼の形状が損なわれてしまう場合がある。このような場合、撹拌翼の動力数が設計値からずれてしまい、撹拌動力も設計値からずれてしまう可能性がある。図１０（ｂ）に示すように、通電部１０を撹拌翼１に埋め込んだ構成とすることにより、本来の撹拌翼１の形状を損なうことなく、撹拌翼１と通電部１０とを接触することができる。
When the
図１１（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａの上方から見た図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。
FIG. 11A is a view of the
図１１（ａ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の表面の平面部分に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。導電テープはたとえばアルミで形成されている。導電体部の外周を覆う絶縁体はたとえばアルミナで形成されている。
With reference to FIG. 11A, the
図１１（ｂ）に示されるように、通電部１０は、撹拌翼１の表面の平面部分に形成された溝部１ｂ内に配置されている。通電部１０を貼り合せた後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の表面を平滑にすることができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。
As shown in FIG. 11 (b), the energizing
次に、図１２から図１４を参照して、マックスブレンド翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。マックスブレンド翼は、主に中粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 Next, with reference to FIG. 12 to FIG. 14, a configuration example of a stirring blade and a current-carrying unit including a Max blend blade will be described. The Max blend blade is a stirring blade mainly used for stirring a medium-viscosity workpiece.
図１２（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１２（ｂ）は、図中の矢印ＸＩＩ１の向きから見た部分斜視図である。図１２（ｃ）は、図中の線ＸＩＩ２−ＸＩＩ２に沿った断面図である。
FIG. 12A is a view of the
図１２（ａ）を参照して、撹拌翼１は、複数の貫通孔が格子状に形成された平板形状を有している。通電部１０は撹拌翼１の平板部分の側面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。
With reference to Fig.12 (a), the
図１２（ｂ）および（ｃ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の側面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の側面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
Referring to FIGS. 12 (b) and 12 (c), the energizing
図１３（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１３（ｂ）は、図中の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面図である。
FIG. 13A is a view of the
図１３（ａ）を参照して、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の表面に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。図１３（ｂ）に示されるように、通電部１０は、撹拌翼１の平板部分の表面に形成された溝部１ｂ内に配置されている。通電部１０を貼り合せた後、溝部１ｂ内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の表面を平滑にすることができる。これにより、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。あるいは、溝部１ｂ内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
With reference to FIG. 13A, the
図１４（ａ）は、撹拌翼１を主軸１ａに垂直な方向から見た図である。図１４（ｂ）、（ｃ）は、図中の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。
FIG. 14A is a view of the
図１４（ａ）を参照して、撹拌翼１は、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂを含む。第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとは軸方向ＡＸに沿って対向するように配置されている。図１４の例では、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂは、撹拌翼１の平板部分を軸方向ＡＸに沿って２分割することによって形成されている。なお、第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂの少なくとも一方は、少なくとも一部分に導電体部（第１導電体部）が形成されている。
Referring to FIG. 14 (a), the
図１４（ｂ）に示されるように、通電部１０は、第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとの間に配置されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。たとえば、第１の部分１Ａに通電部１０を貼り合せた後、第１の部分１Ａと第２の部分１Ｂとを貼り合せることで、撹拌翼１に通電部１０を接触させることができる。なお、第１の部分１Ａ内に通電部１０を埋め込ませてもよい。
As shown in FIG. 14B, the
なお、通電部１０は、図１４（ｂ）に示されるように、コイルの巻き数が１である単巻きコイルであってもよく、図１４（ｃ）に示されるように、コイルの巻き数が２以上である複数巻きコイルであってもよい。
The
図１４に示す構成例によれば、通電部１０を第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂで挟み込むことにより、通電部１０が発生したジュール熱を第１の部分１Ａおよび第２の部分１Ｂに対して均等に伝達することができる。これにより、撹拌翼１と被処理物との間の熱伝達率を上昇させることができるため、結果的に加熱効率を向上させることができる。
According to the configuration example shown in FIG. 14, the energizing
また、図１４に示す構成例では、通電部１０が撹拌翼１の強度を補強する働きをするため、撹拌翼１の堅牢性を高めることができる。
Further, in the configuration example shown in FIG. 14, the current-carrying
最後に、図１５および図１６を参照して、ヘリカル翼からなる撹拌翼および通電部の構成例を説明する。ヘリカル翼は、主に高粘度の被処理物の撹拌に使用される撹拌翼である。 Finally, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the structural example of the stirring blade which consists of a helical blade, and an electricity supply part is demonstrated. The helical blade is a stirring blade mainly used for stirring a workpiece having a high viscosity.
図１５は、撹拌翼１を主軸に垂直な方向から見た図である。図１５を参照して、撹拌翼１は、帯状の翼を螺旋状に配置させたものである。通電部１０は帯状の翼の外周面に巻回されている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電コイルである。通電部１０は、撹拌翼１の外周面に形成された溝部（図示せず）内に配置されている。なお、通電部１０を巻回した後、溝部内に熱硬化性樹脂を含浸させることにより、撹拌翼１に通電部１０を接触させるとともに、撹拌翼１の外周面を平滑にすることができる。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
FIG. 15 is a view of the
容器１３は、少なくとも一部分に導電体部（第３導電体部）が形成されている。容器１３の導電体部は、通電部１０に近い位置に形成されていることが好ましい。通電部１０に近い位置とは、通電部１０と電気的に結合することができる位置であって、通電部１０が発生した交番磁界を十分鎖交することができる位置を意味する。図１５の例では、容器１３の壁面に、通電部１０と対向するように導電体部を配置することが好ましい。このようにすると、通電部１０が発生した交番磁界を容器１３の導電体部に鎖交させることにより、撹拌翼１を加熱するとともに、容器１３を電磁誘導加熱することができる。よって、加熱効率を一層向上させることができる。
The
図１６（ａ）は、撹拌翼１を主軸に垂直な方向から見た図である。図１６（ｂ）は、図中の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図である。図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、通電部１０は、螺旋状の翼の表面に貼り合わされている。通電部１０において、導電体部はたとえば導電テープである。図１１および図１３と同様に、図１６においても、通電部１０を翼の表面に形成された溝部内に配置することで、本来の撹拌翼１の形状を保つことができる。たとえば、溝部内に通電部１０を配置した後、溝部内に熱硬化性樹脂などの絶縁物を含浸させてもよい。あるいは、溝部内に絶縁被覆された導電コイルを埋め込ませてもよい。
FIG. 16A is a view of the
［給電部の構成例］
上述した実施の形態では、通電部１０に高周波電流を供給するための給電部４において、交流電源５から通電部１０に非接触で給電を行なう構成について説明したが、交流電源５と通電部１０とを接触させる構成としても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[Configuration example of power feeding unit]
In the above-described embodiment, the
図１７に、本実施の形態に係る加熱撹拌装置の変更例の構成を示す。図１７は、本変更例に係る加熱撹拌装置１００の軸方向ＡＸに沿った断面構造を示している。
In FIG. 17, the structure of the example of a change of the heating and stirring apparatus which concerns on this Embodiment is shown. FIG. 17 shows a cross-sectional structure along the axial direction AX of the heating and
本変更例に係る加熱撹拌装置１００の基本的構成は、給電部４を除いて、図１に示した加熱撹拌装置１００と同じである。本変更例において、給電部４は、送電コイル７および受電コイル８に代えて、スリップリング１６を有している。スリップリング１６は、高周波トランス６に電気的に接続されるカーボンブラシ（図示せず）を含んでおり、このカーボンブラシを回転体である通電部１０に面接触させることにより、通電部１０に高周波電流を供給可能に構成されている。
The basic configuration of the heating and
［加熱撹拌装置の適用例］
上述した実施の形態では、下水汚泥からエネルギー源であるメタンガスを回収する汚泥処理装置に本発明の加熱撹拌装置を適用する構成について説明したが、本発明の加熱撹拌装置は、下水汚泥処理装置に限らず、様々な分野に適用することができる。たとえば、有機物を発酵させる発酵処理装置、モノマー同士を組み合わせて巨大高分子物質を生成する重合反応器、高粘度物質の脱溶剤、脱モノマーおよび脱揮を行なう蒸発器、食材を加熱撹拌する調理器などに本発明の加熱撹拌装置を適用することができる。
[Application example of heating and stirring device]
In embodiment mentioned above, although the structure which applies the heating stirring apparatus of this invention to the sludge processing apparatus which collect | recovers methane gas which is an energy source from sewage sludge was demonstrated, the heating stirring apparatus of this invention is a sewage sludge processing apparatus. The present invention is not limited and can be applied to various fields. For example, fermentation treatment equipment that ferments organic matter, polymerization reactors that combine monomers together to produce giant polymer substances, high-viscosity substance desolventizers, evaporators that remove monomers and devolatilization, and cooking equipment that heats and stirs ingredients For example, the heating and stirring apparatus of the present invention can be applied.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１，３４ 撹拌翼、１ａ 主軸、１ｂ 溝部、１Ａ 第１の部分、１Ｂ 第２の部分、２ 回転軸、３，１５ 封止部材、４ 給電部、５ 交流電源、６ 高周波トランス、７ 送電コイル、８ 受電コイル、９ａ，９ｂ，３２ 導電線、１０ 通電部、１１ 導電体部、１２ 絶縁体、１３，３０ 容器、１４ 蓋部、１６ スリップリング、２０，４０ 被処理物、３８ 電磁誘導コイル、１００ 加熱撹拌装置。 1,34 stirring blade, 1a main shaft, 1b groove portion, 1A first portion, 1B second portion, 2 rotating shaft, 3,15 sealing member, 4 feeding portion, 5 AC power source, 6 high frequency transformer, 7 power transmission coil , 8 Power receiving coil, 9a, 9b, 32 Conductor wire, 10 Current conducting part, 11 Conductor part, 12 Insulator, 13, 30 Container, 14 Lid part, 16 Slip ring, 20, 40 Object to be treated, 38 Electromagnetic induction coil , 100 Heating and stirring device.
Claims (5)
前記容器内に回転可能に配置され、少なくとも一部分に第１導電体部が形成された撹拌翼と、
第２導電体部と、前記第２導電体部の外周を覆う絶縁体とを有する通電部と、
前記容器外部に配置され、前記通電部に高周波電流を供給する給電部とを備え、
前記容器内において、前記通電部の少なくとも一部分は前記撹拌翼の近傍に配置される、加熱撹拌装置。 A heating and stirring device for heating and stirring an object to be processed contained in a container,
A stirring blade disposed rotatably in the container and having a first conductor portion formed at least in part;
A current-carrying part having a second conductor part and an insulator covering the outer periphery of the second conductor part;
A power supply unit disposed outside the container and supplying a high-frequency current to the energization unit;
In the container, at least a part of the energization unit is disposed in the vicinity of the stirring blade.
前記導電コイルは、前記撹拌翼の前記外周に形成された溝部内に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。 The second conductor part includes a conductive coil wound around the outer periphery of the stirring blade,
The heating and stirring device according to claim 1, wherein the conductive coil is disposed in a groove formed on the outer periphery of the stirring blade.
前記導電テープは、前記撹拌翼の前記表面に形成された溝部内に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。 The second conductor portion includes a conductive tape bonded to the surface of the stirring blade,
The heating and stirring apparatus according to claim 1, wherein the conductive tape is disposed in a groove formed on the surface of the stirring blade.
前記通電部は、前記第１および第２の部分の間に配置される、請求項１に記載の加熱撹拌装置。 The stirring blade includes a first portion and a second portion disposed to face the first portion,
The heating and stirring apparatus according to claim 1, wherein the energization unit is disposed between the first and second portions.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016135788A JP6927510B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Heating and stirring device |
| PCT/JP2017/024117 WO2018008540A1 (en) | 2016-07-08 | 2017-06-30 | Heating and stirring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016135788A JP6927510B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Heating and stirring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018001142A true JP2018001142A (en) | 2018-01-11 |
| JP6927510B2 JP6927510B2 (en) | 2021-09-01 |
Family
ID=60912760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016135788A Active JP6927510B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Heating and stirring device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6927510B2 (en) |
| WO (1) | WO2018008540A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023127039A1 (en) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 一成 中尾 | Intelligent stirring system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112206670A (en) * | 2020-10-30 | 2021-01-12 | 唐秀华 | Stirring shaft capable of automatically adjusting stirring temperature according to internal liquid pressure |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0494088A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-26 | Teijin Seiki Co Ltd | Induction heating apparatus |
| JP2002370048A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-24 | Hitachi Zosen Corp | Heat shrinking equipment for separating plastics |
| JP2005276692A (en) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electromagnetic induction heating apparatus |
| JP2007531200A (en) * | 2003-07-02 | 2007-11-01 | バレリー ケイガン， | Heating system and method |
| WO2009069161A1 (en) * | 2007-11-29 | 2009-06-04 | Energy & Ecology S.R.L. | Method for the thermocatalytic depolymerisation of plastic material |
| JP2011152679A (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Method for producing woody board and woody board |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5489317B2 (en) * | 2011-03-27 | 2014-05-14 | 鹿島建設株式会社 | Method and system for sludge methane fermentation using hydrothermal reaction |
-
2016
- 2016-07-08 JP JP2016135788A patent/JP6927510B2/en active Active
-
2017
- 2017-06-30 WO PCT/JP2017/024117 patent/WO2018008540A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0494088A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-26 | Teijin Seiki Co Ltd | Induction heating apparatus |
| JP2002370048A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-24 | Hitachi Zosen Corp | Heat shrinking equipment for separating plastics |
| JP2007531200A (en) * | 2003-07-02 | 2007-11-01 | バレリー ケイガン， | Heating system and method |
| JP2005276692A (en) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electromagnetic induction heating apparatus |
| WO2009069161A1 (en) * | 2007-11-29 | 2009-06-04 | Energy & Ecology S.R.L. | Method for the thermocatalytic depolymerisation of plastic material |
| JP2011152679A (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Method for producing woody board and woody board |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023127039A1 (en) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 一成 中尾 | Intelligent stirring system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6927510B2 (en) | 2021-09-01 |
| WO2018008540A1 (en) | 2018-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2670017C2 (en) | Blade member, container having blade member and heat-cooking apparatus | |
| JP5352236B2 (en) | Electromagnetic stirring device | |
| US10219654B2 (en) | Combined heating and stirring arrangement method for heating food and heating stirrer | |
| EP3324801B1 (en) | Appliance for foaming beverage or foodstuff | |
| CN114794919A (en) | Foaming equipment | |
| TWI322253B (en) | Heating medium passing device | |
| WO2018008540A1 (en) | Heating and stirring device | |
| CA2994198A1 (en) | Appliance for foaming beverage or foodstuff | |
| KR20110039483A (en) | Mixing device having induction heating | |
| JP2010255865A (en) | Heating device and hot water supply device | |
| JP2007069264A (en) | Electromagnetic stirring equipment | |
| CN204436880U (en) | A kind of circulating water pump carrying heating function | |
| CN105195073B (en) | A kind of reaction kettle | |
| Zingerli et al. | Optimizing repulsive lorentz forces for a levitating induction cooker | |
| US20020047008A1 (en) | Liquid heating apparatus | |
| CN208175025U (en) | Water-cooled electromagnetic spiral coil | |
| CN206911262U (en) | A kind of novel magnetic stirring device for food inspection | |
| CN2540980Y (en) | Disposable medical non-contact fluid heater | |
| RU2522269C2 (en) | Thermal and electric energy generation device | |
| Kittiamornkul et al. | A small pasteurization system using magnetic induction for coconut juice | |
| CN109171399A (en) | A kind of heating and thermal insulation magnetic cup | |
| CN204933457U (en) | A kind of reactor | |
| JP2016007247A (en) | Agitating adapter | |
| CN106805759A (en) | A kind of insulating pot with heat-insulating base | |
| JP2011156218A (en) | Electric rice cooker |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160829 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190611 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200630 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200828 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210430 |
|
| C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210430 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20210517 |
|
| C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20210518 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210706 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210727 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6927510 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |