JP4080900B2 - 撹拌機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸から放射方向に広がる複数の撹拌翼を備えた撹拌機、およびその撹拌機が取り付けられた撹拌タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような撹拌機および撹拌タンクは、複数の液体を均一に混合したり、液体に粉体を分散或いは溶解したりすること等に用いられている。撹拌タンクでは、タンク内に液体を入れ、撹拌機の撹拌翼をその液体中で回転させることで撹拌を行う。この撹拌時に、液面にボルテックス（うず巻き）が生じると、液中に空気が巻き込まれ撹拌効率が著しく低下する。そのため、従来では、タンク周面の内壁に、タンク中心に向かって広がるバッフル板を設け、このバッフル板によってボルテックスの流れを遮り、空気の巻き込みを防止しようとしている。しかしながら、撹拌機の回転軸とタンクの中心軸とが合致するように、撹拌機がタンクに取り付けられている場合には、ボルテックスの流れは、タンク周面の内壁からタンク中心に向かう流れとなり、タンク周面の内壁にバッフル板を設けても、そのバッフル板よりも内側にボルテックスが生じてしまい、結局のところさして効果はない。そこで、特許文献１には、撹拌機をタンクに取り付けるにあたり、撹拌機の回転軸をタンクの中心軸に対して偏心させて取り付けることが提案されている。
【０００３】
図１は、偏心して取り付けられた撹拌機を有する、従来の撹拌タンクを真上から見たときの模式図である。
【０００４】
図１に示す従来の撹拌タンク９は、円筒形のタンク９１と、そのタンク９１に取り付けられた撹拌機９２からなるものである。タンク９１の周面の内壁には、その内壁からタンク中心Ｏに向かうバッフル板９１１が設けられている。このバッフル板９１１は、円筒タンク９１の下部から上部にわたって延在している。撹拌機９２は、不図示のモータによって回転する回転軸９２１の先端にプロペラ９２２が設けられたものである。プロペラ９２２は、図中の矢印方向に正回転する。図１に示す撹拌タンク９では、プロペラ９２２がタンク１０の底面近傍かつバッフル板９１１近傍に位置するように取り付けられている。撹拌機９２の回転軸９２１は、円筒タンク９１のタンク中心Ｏを通る中心軸に平行であるものの、その中心軸に対して偏心しており、バッフル板９１１の一方の面に対向している。このような撹拌タンク９では、プロペラ９２２が正回転して生じた回転流のほとんどがバッフル板９１１に衝突し、ボルテックの発生が抑えられる。
【０００５】
【特許文献１】
実開平５−９５９０１号公報 （第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１に示す撹拌タンク９では、バッフル板９１１の、撹拌機９２が取り付けられた側とは反対側のスペースで、液体の動きが止まって撹拌が効率的に行われないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、ボルテックスの発生を抑えつつ、タンクの全体にわたって効率よく撹拌を行うことができる撹拌機、および撹拌タンクを提供することを目的とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記目的を達成する本発明のうちの撹拌機は、回転軸と、
上記回転軸から放射方向に広がる複数の撹拌翼と、
上記撹拌翼の上方に固定的に配置され、その上方に広がるバッフル板とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の撹拌機によれば、この撹拌機が取り付けられたタンクにおいて生じるボルテックスの流れの中心下には、上記バッフル板が配備されていることになり、ボルテックスの中心付近の流れを壊すことができる。また、上記バッフル板を、タンク周壁から離して配備することで、バッフル板とタンク周壁との間に液体の流れが確保され、タンク全体で効率的な撹拌を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の撹拌機において、上記バッフル板は、上記回転軸に沿って上方に延びる縦縁と、その縦縁の下端から上記回転軸の放射方向に上記撹拌翼を超えて延びる横縁とで規定された矩形状の上部と、その横縁の、上記撹拌翼を超えた部分から下方に向かって広がる下部とを有することが好ましい。
【００１１】
こうすることにより、上記上部によって、撹拌翼の上を回る回転流が、上下流である軸流になり、上記下部によって、撹拌翼の周囲を回る回転流も軸流になり、取り付けられたタンク内で強い軸流をおこすことができ、ボルテックスの発生をより確実に抑えることができる。
【００１２】
また、本発明のうちの撹拌タンクは、底面の中心から垂直に立ち上がる所定の中心軸の周囲を壁で覆われたタンク、
前記タンク上方の、中心軸が通る位置とは異なる位置から前記底面近傍まで延びる回転軸、
前記回転軸から該回転軸の放射方向に広がる、前記中心軸側を向く第１撹拌翼と該中心軸とは反対側を向く第２撹拌翼とを含む複数の撹拌翼、および
前記第２撹拌翼の上方に固定的に配置され、前記回転軸に沿って上方に延びる縦縁と該縦縁の下端から前記回転軸の放射方向に該第２撹拌翼を超えて延びる横縁とで規定された矩形状の上部と、該横縁の、該第２撹拌翼を超えた部分から下方に向かって広がる下部とを有するバッフル板を備え、
上記バッフル板が、上記タンクの壁から離れていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の撹拌タンクに備えられた上記タンクでは、上記回転軸を中心にしてみると、上記バッフル板が配備された空間の方が、その空間と１８０度対向する空間よりも狭く、上記撹拌翼が回転することで生じた回転流が、上記バッフル板に衝突しやすい。しかも、上記撹拌翼の周囲を回る回転流が、上記バッフル板の下部に衝突する。これらの結果、本発明の撹拌タンクには強い軸流が生じ、液面は、ボルテックスが生じにくい状態になる。また、本発明の撹拌タンクにおいて液面にボルテックスが生じるとすれば、そのボルテックスの流れの中心は上記回転軸になるが、ボルテックスの流れの中心下には、上記バッフル板の上部が広がっており、この上部によってボルテックスの中心付近の流れを壊すことができる。さらに、上記バッフル板が、上記タンクの壁から離れているため、バッフル板とタンクの壁との間に液体の流れが確保され、タンク全体で効率的な撹拌を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図２は、本発明の撹拌タンクの一実施形態を示す図である。
【００１６】
図２に示す撹拌タンク１は、タンク１０と撹拌機２０を備えている。図２に示すタンク１０は、上壁１０ａと底壁１０ｂがともに皿状であって、その上面１０ａと底壁１０ｂとを結ぶ周壁１０ｃが円筒状の、いわゆる１０％皿型円筒タンクと称されるものである。このタンク１０は、最高２００リットル（図中のＨ参照）の液体の撹拌に対応したものであり、タンク長（タンクの高さ）は９１１ｍｍ、タンク径（タンクの、タンク長中央における直径）は６５０ｍｍである。このタンク１０の斜め上（図２では左上）には液体や粉体の供給口１１が設けられており、底壁１０ｂの中心には、排出用のバルブ１２が設けられている。
【００１７】
また、図２に示す撹拌機２０は、本発明の撹拌機の一実施形態に相当するものであり、モータ２１、回転軸２２、プロペラ２３、スティックバッフル２４、およびバッフル板２５を備えている。回転軸２２、プロペラ２３、スティックバッフル２４、およびバッフル板２５はいずれも、ステンレスに樹脂コーティングを施した材料からなるものである。図２に示す撹拌機２０は、タンク１０の斜め上（図２では右上）から斜めに挿入されてタンク１０に取り付けられている。タンク１０に取り付けられた撹拌機２２の回転軸２２は、タンク底壁１０ｂの中心Ｏから垂直に立ち上がる中心軸Ｃから偏心している。すなわち、その回転軸２２は、タンク上面１０ａの、タンク中心軸Ｃが通る位置とは異なる位置からタンク底壁１０ｂの中心Ｏに向けて斜めに配備されている。モータ２１は、ケーシング２０ａ内で回転軸２２の一端に接続されている。回転軸２２の他端にはプロペラ２３が配備されており、プロペラ２３は、液位レベルが低いときでも撹拌を行うことができるよう、タンク１０内では、タンク底壁１０ｂ近傍に位置している。プロペラ２３は、モータ２１に接続された回転軸２２が図中の矢印が示す方向に回転することで正回転する。また、プロペラ２３は、逆回転することも自在である。このプロペラ２３は、回転軸２２から放射方向に広がる３枚の撹拌翼２３１によって構成されている。３枚の撹拌翼２３１は、回転軸２２の周りに１２０度間隔で配備されている。なお、プロペラ２３に限らず、タービンであってもよく、また、撹拌翼２３１の枚数も３枚に限らず、複数枚であれば何枚でもよい。
【００１８】
スティックバッフル２４は、ケーシング２０ａ内に回動不能に固着された棒状のものである。スティックバッフル２４の先端には、バッフル板２５が取り付けられており、タンク１０内で回転するプロペラ２３に対して、バッフル板２５はタンク１０内に固定されている。バッフル板２５は、プロペラ２３の上方に配備されたものであって、矩形部２５１と三角部２５２からなる一枚の平板である。矩形部２５１は、一枚の平板のうち、回転軸２２に沿って斜め上方に延びる第１縦縁２５１ａとその第１縦縁２５１ａの下端から回転軸２２の放射方向に延びる横縁２５１ｂとで規定される矩形状の部分である。横縁２５１ｂは、撹拌翼２３１を超えて延びている。三角部２５２は、一枚の平板のうち、横縁２５１ｂの、撹拌翼２３１を超えた部分に底縁２５２ａを一致させて下方に突出する三角形状の部分である。
【００１９】
ここで、図２とともに図３も用いて、バッフル板の配置位置について説明する。
【００２０】
図３は、回転軸とスティックバッフルを省略して模式的に示す、図２におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００２１】
この図３では、撹拌機は、タンク１０の中心軸Ｃよりも右側からタンク底壁の中心に向けて斜めに配備されている。図３に示すプロペラ２３は、２枚の撹拌翼２３１ａ，２３１ｂがタンク１０の中心軸Ｃ側を向いており、これら２枚の撹拌翼２３１ａ，２３１ｂが本発明の撹拌タンクにいう第１撹拌翼に相当する。また、残り１枚の撹拌翼２３１ｃが中心軸Ｃとは反対側を向いており、本発明の撹拌タンクにいう第２撹拌翼に相当する。撹拌機２０は、バッフル板２５が、中心軸Ｃとは反対側を向いている撹拌翼２３１ｃの上方に位置するように取り付けられている。バッフル板２５の、図２に示す第１上縁２５１ａは、回転軸２２とはわずかな間隔Ｄを隔てて延びている。また、この第１上縁２５１ａと対向する第２上縁２５１ｃは、タンク１０の周壁１０ｃから離れており、バッフル板２５の、図２に示す三角部２５２の頂点２５２ｂは、タンク１０の底壁１０ｂから離れている。このように、バッフル板２５は、タンク１０の内壁から離れて配備されている。
【００２２】
液体が入れられた図２に示すタンク１０内でプロペラ２３が回転すると、回転軸２２を中心にした回転流が生じる。回転流はバッフル板２５に衝突することで、タンクの中心軸Ｃに沿った軸流になる。すなわち、プロペラ２３の周囲を回る回転流は、バッフル板２５の三角部２５２に衝突することで軸流になる。また、プロペラ２３の上を回る回転流は、バッフル板２５の矩形部２５１に衝突することで軸流になる。しかも、矩形部２５１は、回転軸２２の放射方向に、撹拌翼２３１ｃを超えて広がるものであるため、矩形部２５１には、プロペラ２３の上を回る回転流の多くが衝突する。さらに、図２に示すタンク１０では、撹拌機２０の回転軸２２を中心にしてみると、バッフル板２５が配備された空間Ｓ１の方が、その空間Ｓ１と１８０度対向する空間Ｓ２よりも狭く、プロペラ２３が回転することで生じた回転流が、バッフル板２５に衝突しやすい。したがって、図２に示すタンク１０内では強い軸流が生じる。また、この撹拌タンク１において液面にボルテックスが生じるとすれば、そのボルテックスの流れの中心は回転軸２２になる。しかしながら、バッフル板２５の矩形部２５１は、撹拌翼２３１ｃよりも上の位置に配備されており、しかも、回転軸２２とは僅かな間隔Ｄしか隔てていないため、矩形部２５１によってボルテクッスの中心付近の流れを壊すことができる。ボルテックスは、特に、液位レベルが低いときに生じやすく、この液位レベルが低いときに、図２に示すバッフル板２５によるボルテックス発生阻止の効果は大きい。図２に示す撹拌タンク１では、ボルテックス発生阻止の効果によって液位レベルの下限値が下げられ、最低２０リットル（図２中のＬ参照）の液体の撹拌まで効率良く行うことができる。また、バッフル板２５の矩形部２５１は、撹拌翼２３１ｃよりも上の位置から上方に向かって広がるものであるため、液位レベルが高いときに生じる、中心に向かって深く落ち込む大きなボルテクッスに対しても、ボルテックス発生阻止の効果を有する。しかも、上述のごとく図２に示すタンク１０内には強い軸流が生じるため、液面の状態は、そもそもボルテックスが生じにくい状態にある。したがって、本実施形態の撹拌タンクによれば、空気の巻き込みを防止することができる。また、バッフル板２５はタンク１０の内壁から離れているため、バッフル板２５とタンク１０の内壁との間に液体の流れが確保され、タンク１０全体で効率的な撹拌を行うことができる。
【００２３】
ここで、タンク１０内の回転流と軸流の割合は、バッフル板の大きさや形状によって調整することができる。バッフル板の矩形部を、図２に示す矩形部２５１よりも上方にさらに広げることで、プロペラ２３の上を回る回転流をより多く軸流にすることができる。また、このように矩形部を上方に広げれば広げるほど、液位レベルが高いときに生じるボルテクッスの中心付近の流れを壊しやすくなる。さらに、バッフル板の矩形部を、図２に示す矩形部２５１よりも、回転軸２２の放射方向にさらに広げることで、プロペラ２３の上を回る回転流をより多く軸流にすることができる。一方、矩形部２５１と三角部２５２からなるバッフル板２５の三角部２５２を省略し、バッフル板を、図２に示す矩形部２５１のみからなるものにすることで、プロペラ２３の周囲を回る回転流はそのまま回り続け、図３に示すバッフル板に比べて、軸流の割合が低下する。
【００２４】
また、バッフル板の配置位置は、図４および図５それぞれに示す配置位置のいずれに変更してもよい。
【００２５】
図４は、バッフル板を回転軸から遠ざけて配置した例を示す図であり、図５は、バッフル板を、図３に示すバッフル板が配備された位置とは反対側の位置に配置した例を示す図である。
【００２６】
これらの各図には（ａ）と（ｂ）の２つの図が示されており、（ａ）は、撹拌機が取りつけられたタンク内部の一部を横から示す模式図であり、（ｂ）は、回転軸とスティックバッフルを省略して模式的に示す、（ａ）におけるＩ−Ｉ’断面図である。なお、以下の説明において、図２および図３を用いて説明した構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付することにする。
【００２７】
図４および図５ぞれぞれに示す撹拌タンク１に配備されたバッフル板２５’の形状は、いずれも同じ形状であり、図２に示すバッフル板２５から三角部２５２を省略した、矩形部２５１のみからなる形状である。また、図３と同じく、これら各図の（ｂ）では、撹拌機２０は、タンク１０の中心軸Ｃよりも右側からタンク底壁の中心に向けて斜めに配備されている。また、これら各図の（ｂ）に示すプロペラ２３は、２枚の撹拌翼２３１ａ，２３１ｂがタンク１０の中心軸Ｃ側を向いており、残り１枚の撹拌翼２３１ｃが中心軸Ｃとは反対側を向いている。いずれの図に示すバッフル板２５’も、図２に示すバッフル板２５と同様、プロペラ２３の上方に固定的に配置されたものであるが、図４に示すバッフル板２５’は、中心軸Ｃとは反対側を向いた撹拌翼２３１ｃの上方に位置するように取りつけられており、図５に示すバッフル板２５’は、中心軸Ｃ側を向いた撹拌翼２３１ａ，２３１ｂの上方に位置するように取りつけられている。
【００２８】
図４の（ａ）に示すバッフル板２５’は、図２に示すバッフル板２５に比べて、回転軸２２から遠ざけて配置されている。この図４の（ａ）に示すバッフル板２５’の第１縦縁２５１ａの下端は、図４の（ｂ）に示すように中心軸Ｃとは反対側を向いた撹拌翼２３１ｃの先端に位置しており、その第１縦縁２５１ａと回転軸２２との間隔Ｄ１（以下、このような間隔を回転軸側間隔と称する）は、図２に示す回転軸側間隔Ｄよりも広いが、バッフル板２５’の第２縦縁２５１ｃと、タンク周壁１０ｃの、その第２縦縁２５１ｃに対向する部分との間隔Ｄ２（以下、このような間隔を周壁側間隔と称する）は、図２に示す撹拌タンクにおける周壁側間隔よりも狭い。この周壁側間隔が広いと、バッフル板を避けて回りこむ回転流の流れが多くなり軸流が弱くなる。図４に示す撹拌タンクは、図２に示す撹拌タンクに比べ、回転軸側間隔が広いため、バッフル板２５’がボルテックスの中心下より離れ、この離れた分だけボルテックスの中心付近の流れは壊しにくいものの、周壁側間隔が狭いため、回転流が周壁側間隔に逃げ込めず強い軸流が生じる。
【００２９】
また、図５に示すバッフル板２５’は、図３に示すバッフル板２５が配備された位置から、回転軸２２を中心にしてちょうど１８０度対向する位置に配備されたものである。図５の（ａ）に示す撹拌タンク１の回転軸側間隔Ｄ１’は、図４の（ａ）に示す撹拌タンクの回転軸側間隔Ｄ１よりも狭く、また、図５の（ａ）に示す撹拌タンクの周壁側間隔Ｄ２’は、図４に示す撹拌タンクの周壁側間隔Ｄ２よりも広い。そのため、図５に示す撹拌タンクは、図４に示す撹拌タンクに比べて、回転流は弱くなるものの、ボルテックスの中心付近の流れは壊しやすい。
【００３０】
以上のことをまとめると、回転軸側間隔をできるだけ狭くした撹拌機を、タンクに、周壁側間隔が出来る限り狭くなるように取り付けることが好ましい。ただし、周壁側間隔が０、すなわちバッフル板の第２縦縁がタンクの周壁１０ｃに接した状態であると、バッフル板の裏側で液体の動きが止まり撹拌が効率的に行われないので注意を要する。
【００３１】
なお、ここでの説明では、撹拌タンクの最大撹拌容量は２００リットルであったが、最大撹拌容量はこれに限られるものではない。ただし、本発明の撹拌機や撹拌タンクは、最大撹拌容量が２００リットル以下のものに好適である。また、図２に示す撹拌機２０は、タンク１０に、斜めに挿入されて取り付けられているが、本発明の撹拌タンクによれば、撹拌機が、タンク上面１０ａの、タンク中心軸Ｃが通る位置とは異なる位置から垂直に挿入されて取り付けられていてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ボルテックスの発生を抑えつつ、タンクの全体にわたって効率よく撹拌を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏心して取り付けられた撹拌機を有する、従来の撹拌タンクを真上から見たときの模式図である。
【図２】本発明の撹拌タンクの一実施形態を示す図である。
【図３】回転軸とスティックバッフルを省略して模式的に示す、図２におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図４】バッフル板を回転軸から遠ざけて配置した例を示す図である。
【図５】バッフル板を、図３に示すバッフル板が配備された位置とは反対側の位置に配備した例を示す図である。
【符号の説明】
１ 撹拌タンク
１０ タンク
１０ａ 上壁
１０ｂ 底壁
１０ｃ 周壁
１１ 供給口
１２ バルブ
Ｃ 中心軸
２０ 撹拌機
２１ モータ
２２ 回転軸
２３ プロペラ
２３１ 撹拌翼
２４ スティックバッフル
２５ バッフル板
２５１ 矩形部
２５１ａ 第１縦縁
２５１ｂ 横縁
２５１ｃ 第２上縁
２５２ 三角部
２５２ａ 底縁
２５２ｂ 頂点

Claims (1)

1. 回転軸と、
   前記回転軸から放射方向に広がる複数の撹拌翼と、
   前記撹拌翼の上方に固定的に配置され、前記回転軸に沿って上方に延びる縦縁と、該縦縁の下端から前記回転軸の放射方向に前記撹拌翼を超えて延びる横縁とで規定された矩形状の上部と、該横縁の、前記撹拌翼を超えた部分から下方に向かって上下方向に関し攪拌翼と干渉する高さにまで広がる下部とを有するバッフル板とを備えたことを特徴とする撹拌機。

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