JP7201272B1

JP7201272B1 - 粉液混合システム

Info

Publication number: JP7201272B1
Application number: JP2021209353A
Authority: JP
Inventors: 徹谷口
Original assignee: 冷化工業株式会社
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2041-12-23
Also published as: WO2023120632A1; CN117480005A; EP4327924A1; JP2023094092A

Abstract

【課題】粉体液体を効率よく混合できるように、渦流の勢いが強い状態を維持できるようにする仕組みを設ける。【解決手段】本例の粉液混合システムは、混合する粉体と液体を収容するケーシング２１を有し、ケーシング２１の下部の排出口２７から混合体を排出する粉液混合部２０と、粉液混合部２０の上側に配置され、ケーシング２１に粉体を供給する粉体供給部１０と、ケーシング２１の上部に設けられ、ケーシング内に液体を噴射する噴射部２２と、ケーシング２１の排出口２７に接続され、ケーシング内の混合体を吸引するポンプ３０とを備え、噴射部２２による液体の噴射量Ａ又はポンプ３０による混合体の吸引量Ｂの少なくとも一方を制御することで、ケーシング内の混合体の上面レベル位置を調整するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体と液体とを混合する粉液混合システムに関する。

従来、粉体と液体とを混合して製品を製造するために、種々の形式の粉液混合システムが開発されている。例えば、特許文献１には、筒状容器内で液体の渦流を発生させ、これに混合する粉体を渦流の旋回軸（筒状容器の軸心）と同軸に配置された供給軸から供給する装置が開示されている。

特開２０１９－１４７１０４号公報

粉体と液体を効率よく混合するには、特許文献１のように、液体を旋回させて渦流を形成し、これに粉体を投入することが有効である。ただし、渦流の勢いが弱いと、渦表面から渦内部へと向かう流れが小さくなるため、粉体を渦表面から渦内部に取り込む作用が弱くなる。その結果、粉体が渦表面の中心付近に留まり、粉体と液体の混合が進まなくなってしまう。このため、渦流を用いた粉液混合システムでは、渦流の勢いが強い状態を維持することが重要となる。

本発明が解決しようとする課題は、渦流を用いた粉液混合システムにおいて、粉体液体を効率よく混合できるように、渦流の勢いが強い状態を維持できるようにする仕組みを設けることである。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉液混合システムは、以下のような技術的特徴を有する。
すなわち、本発明に係る粉液混合システムは、混合する粉体と液体を収容するケーシングを有し、該ケーシングの下部の排出口から混合体を排出する粉液混合部と、該粉液混合部の上側に配置され、該ケーシングに粉体を供給する粉体供給部と、該ケーシングの上部に設けられ、該ケーシング内に液体を噴射する噴射部と、該排出口に接続され、該ケーシング内の混合体を吸引するポンプと、該ポンプにより吸引された混合体の少なくとも一部を該ケーシングに導入し直すために該噴射部へ供給する循環路とを備え、該噴射部による液体や混合体の噴射及び該ポンプによる混合体の吸引によって、該ケーシング内の混合体に渦流を形成し、該液体の供給量と該循環路から分岐部を介して排出する混合体の排出量とを制御することで、該ケーシング内の混合体の渦流の勢いを維持するように該ケーシング内の混合体の上面レベル位置を調整することを特徴とする。

ここで、上記の粉液混合システムにおいて、該噴射部は、該ケーシング内の混合体の上面レベルよりも高い位置に配置されるように構成されている。

また、上記の粉液混合システムにおいて、該ケーシング内の混合体の上面レベル位置を検知するセンサを備え、該センサの検知結果に基づいて前記制御を行うように構成されている。

また、上記の粉液混合システムにおいて、該ケーシングは、該排出口に向かうにつれて徐々に収束する円錐状の形状を有するように構成されている。

また、上記の粉液混合システムにおいて、該粉液混合部から排出される混合体を該分岐部を介して導入して更に混合する別の混合部を備えるように構成されている。

また、上記の粉液混合システムにおいて、該ポンプで吸引した混合体の少なくとも一部を更に吸引する別のポンプを備えるように構成されている。

また、上記の粉液混合システムにおいて、前記別のポンプによる混合体の吸引量に応じて、該噴射部に対する液体の供給量を調整するように構成されている。

本発明によれば、混合する粉体と液体を収容するケーシングを有し、該ケーシングの下部の排出口から混合体を排出する粉液混合部と、該粉液混合部の上側に配置され、該ケーシングに粉体を供給する粉体供給部と、該ケーシングの上部に設けられ、該ケーシング内に液体を噴射する噴射部と、該排出口に接続され、該ケーシング内の混合体を吸引するポンプとを備え、該噴射部による液体の噴射量又は該ポンプによる混合体の吸引量の少なくとも一方を制御することで、該ケーシング内の混合体の上面レベル位置を調整するため、渦流の勢いが強い状態を維持することができ、粉体と液体を効率よく混合することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る粉液混合システムの構成例を示す図である。追加混合部の構成例を示す図である。追加混合部に導入する混合体を配管から吸引するポンプの構成例を示す図である。

以下、本発明に係る粉液混合システムについて、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る粉液混合システムの構成例を示す図である。
本例の粉液混合システムは、概略的に、粉体と液体を混合する粉液混合部２０と、粉液混合部２０で混合された粉体と液体の混合体を更に混合する追加混合部４０とを備えた構成となっている。本例の粉液混合システムは、様々な粉体と様々な液体の混合に使用することができ、例えば、ポリビニルアルコール（粉体）と水（液体）の混合に使用される。

粉液混合部２０は、混合する粉体と液体を収容するケーシング２１を有する。ケーシング２１は、上段側が円筒状であり、下段側の内壁が下部の排出口２７に向かうにつれて徐々に収束するように形成されている。図１では、ケーシング２１の下段側が円錐状に形成されているが、ケーシング内の流体によって渦流が発生し易い形状であれば他の形状でも構わない。

ケーシング２１の上部の壁面部分には、ケーシング内に液体を噴射する噴射部２２を設けてある。噴射部２２は、図外の液体供給源から供給される液体をポンプ２３の作用によりケーシング内に噴射する。本例では、ケーシング２１の周方向に付勢させた液体をケーシング２１の内周面に沿うように噴射するが、ケーシング内の液体によって渦流が発生し易いように液体を噴射できれば他の噴射方式でも構わない。なお、噴射部２２は１つでもよいし、ケーシング２１の内周面に沿った異なる位置に複数の噴射部２２を設けてもよい。

噴射部２２からケーシング内に噴射された液体は、ケーシング２１の内周面に沿いながら流動しつつ、自重により徐々に下方向に移動する。これにより、ケーシング２１の内部には、ケーシング内に導入された液体によって渦流が発生することになる。

粉液混合部２０の上側には、粉液混合部２０に粉体を供給する粉体供給部１０が配置されている。粉体供給部１０としては、種々の形式の供給装置を用いることができる。例えば、粉体供給部１０として、特願２０２１－８７５００号に開示された供給装置を用いることができる。

粉体供給部１０から供給される粉体は、ケーシング２１の上側に設けられた漏斗状のホッパー２４を通じて、ケーシング２１の内部に投入される。ホッパー２４は、ホッパー２４の下部開口部からケーシング内の渦流の中心又はその近傍に粉体が投下されるように、ケーシング２１と略同軸上に配置されている。ホッパー２４は、これに連結されたモータ２５により低速で回転することで、ホッパー内の粉体を下部開口部からケーシング２１へと自然に落下させる。

本例では、ホッパー２４に対して、特開２０１５－３２９０号に開示された技術を適用してある。すなわち、ホッパー２４の下側開口部に、ケーシング２１の縦断面に沿った形状の刃部を有するスクレーパ２６を固定し、ホッパー２４の回転に伴ってスクレーパ２６も回転するようにする。これにより、ケーシング２１に投入された粉体が周囲の湿気を吸引してケーシング２１の内壁に付着した場合でも、スクレーパ２６により削り取ることが可能となる。

ケーシング内に投入された粉体は渦流の表面に落下し、渦流に徐々に取り込まれて液体と混合される。また、渦流は、表面に浮かぶ粉体を巻き込むようにして渦流内に取り込むため、気体の混入を少なくする効果も得られる。ここで、渦流が粉体を取り込む作用が最も大きくなるのは、渦の流れが最も早くなる中心付近である。しかしながら、渦流の勢いが弱いと、中心付近でも粉体の取り込み作用が弱い。この場合、渦表面の中心付近に粉体が集まり、混合が進まないことになる。そこで、ケーシング内の渦流の勢いを強めるために、ケーシング２１の下部の排出口２７に、ケーシング内の混合体を吸引するポンプ３０を接続してある。このポンプ３０の吸引作用により渦流の勢いを強めることで、渦流内に粉体を効率よく取り込んで液体との混合体を生成することができるようになる。

ポンプ３０の下流側には、粉液混合部２０から排出された混合体を更に混合する追加混合部４０が配管３１で接続されている。追加混合部４０としては、種々の形式の混合装置を用いることができる。例えば、追加混合部４０として、撹拌混合装置（いわゆる「バイブロミキサー」）を使用することができる。バイブロミキサーは、例えば、内部に流体が流通される流通路が設けられたケーシングと、ケーシング内に配置され、振動源に接続された軸部とその周囲に取り付けられた撹拌羽根からなる撹拌体とを備え、撹拌体を軸方向に振動させることで撹拌を促進する構造となっている。

また、図２に示すように、追加混合部４０として、回転型混合装置（いわゆる「ピンミキサー」）を使用してもよい。同図のピンミキサーは、円盤状の筐体５０内に、２枚の回転板５３，５４を対向させて配置してある。回転板５３はモータによって所定方向に回転され、回転板５４は別のモータによって回転板５３とは逆方向に回転される。回転板５３，５４の互いに対向する側の面には複数のピン（凸部）を設けてある。筐体５０は、周面の一部に混合体の導入口５１を有し、これとは反対側に混合体の排出口５２を有する。

導入口５１から筐体内に導入された混合体は、互いに逆方向に回転する２枚の回転板５３，５４の間を通り、排出口５２に向かって移動しながらピンに繰り返し激しく衝突し、互いに混合される。また、回転板５３，５４の高速回転による激しい混合に伴って、内部の温度が上昇する。このため、加熱が必要な混合物の混合に有効である。なお、追加混合部４０はこれらの構成に限定されず、他の構成の混合装置を用いても構わない。

ポンプ３０と追加混合部４０とを連結する配管３１の途中には分岐部があり、配管内の混合体を噴射部２２にも分配するように構成される。つまり、配管３１は、粉液混合部２０から排出された混合体の一部を噴射部２２から粉液混合部２０に導入し直すための循環路を構成している。したがって、粉液混合部２０から排出された混合体は、一部が追加混合部４０によって更に混合されるが、残りは噴射部２２から粉液混合部２０へ再導入されることになる。以下の説明では、噴射部２２から噴射する液体には、配管３１を通じて環流された混合体が含まれ得る。

追加混合部４０の下流側には、配管３１の分岐部から混合体を吸引して追加混合部４０へ導入させるポンプ４２を接続してある。追加混合部４０の上流側（つまり、配管３１と追加混合部４０の間）にポンプ４２を設けてもよいが、追加混合部４０の下流側に設けた方が、ポンプ４２の吸引作用を追加混合部４０で緩和できるため、粉液混合部２０への影響を抑えることができる。ポンプ４２としては、例えば、ギアポンプを使用することができる。

また、図３に示すように、ポンプ４２として、ピストン式ポンプを使用してもよい。図３のピストン式ポンプは、２つのシリンダポンプＰ１，Ｐ２を相互に駆動しながら連続的に混合体を導入し、圧力を付加しながら混合体を送出する。図４において、入力側の配管６０を通じて導入される混合体は２つに分岐され、バルブ６１，６２を介してシリンダポンプＰ１，Ｐ２に導入される。各シリンダポンプは、シリンダ６３，６４とこれらシリンダの内部で往復運動をするピストン６５，６６から構成される。図４の右側にピストン６５，６６が移動している際には、混合体がシリンダ６３，６４内に導入され、逆にピストン６５，６６が左側へ移動する際には、シリンダ６３，６４内から混合体が排出されることとなる。排出された混合体は、バルブ６７，６８を介して出力側の配管６９へ送出される。このようなピストン式ポンプによれば、各バルブを通過する混合体の流量を測定することで、ポンプ４２による混合体の吸引量の測定をより正確に行えるため、後述する流量制御の精度をより高めることが可能である。

ここで、ケーシング内の混合体の上面レベル位置が噴射部２２より低い場合は、噴射部２２からケーシング内の空間に噴射される液体は、ケーシング２１の内周面に沿って旋回しつつ自重により落下し、勢いを増した状態で渦流に合流することになる。一方、ケーシング内の混合体の上面レベル位置が噴射部２２を超えてしまうと、噴射部２２から渦流内に直に液体が噴射されることになる。この場合、噴射部２２から噴射した液体が渦流に合流する際の勢いが、ケーシング内の空間に液体を噴射する場合に比べて弱くなる。その結果、渦流の勢いが強い状態を維持できなくなり、渦流に粉体を巻き込んで液体と混合する作用が小さくなる。

この対策として、本例の粉液混合システムでは、ケーシング内の混合体の上面レベル位置が噴射部２２を超えないように制御する仕組みを備えている。具体的には、ケーシング内の混合体の上面レベル位置を検知するセンサ３５を備え、センサ３５の検知結果に基づいて、噴射部２２による液体の噴射量Ａ又はポンプ３０による混合体の吸引量Ｂの少なくとも一方を制御するように構成されている。

センサ３５が検知する混合体の上面レベル位置は、センシング方式に応じて異なり得るが、渦流の周縁部のレベル位置でもよいし、渦流の中心部のレベル位置でもよいし、これらの中間位置でもよい。要は、噴射部２２が渦流に飲み込まれないように、噴射部２２に近い高さまでケーシング内の混合体の上面レベル位置が近づいたことを検知できればよい。

センサ３５は、例えば、噴射部２２よりも下側に配置され、ケーシング内の混合体の上面レベル位置がセンサ位置に到達したことを検知する。そして、ケーシング内の混合体の上面レベル位置がセンサ位置に到達したことが検知されると、不図示の制御部による制御の下、噴射部２２による液体の噴射量Ａ又はポンプ３０による混合体の吸引量Ｂの少なくとも一方が制御される。具体的には、噴射部２２による液体の噴射量Ａを少なくする制御、ポンプ３０による混合体の吸引量Ｂを多くする制御、又はこれら両方の制御を行う。

これにより、粉液混合部２０への液体の導入量と粉液混合部２０からの混合体の排出量とのバランスを取ることができ、混合体の上面レベル位置が噴射部２２を超えることを防止できるようになる。したがって、渦流の勢いが強い状態を維持できるため、粉体と液体を効率よく混合することが可能である。

ここで、本例の粉液混合システムでは、粉液混合部２０から排出された混合体の一部を追加混合部４０に導入して更に混合するが、残りは噴射部２２から粉液混合部２０へ再導入される。つまり、粉液混合部２０には、液体供給源（不図示）から供給される液体が導入されるだけでなく、粉液混合部２０から排出された混合体の一部も導入される。したがって、噴射部２２による液体の噴射量Ａは、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃ（あるいは、噴射部２２へ混合体の環流量Ｄ）と、液体供給源（不図示）からの液体の供給量Ｅとによって決定されることになる。

そこで、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃに応じて、液体供給源（不図示）から噴射部２２に供給する液体の供給量Ｅを調整する制御を行うようにする。例えば、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃを増加させた場合には、噴射部２２へ混合体の環流量Ｄが減るので、これを補うように液体供給源（不図示）からの液体の供給量Ｅを増加させる。また、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃを減少させた場合には、噴射部２２へ混合体の環流量Ｄが増えるので、その分だけ液体供給源（不図示）からの液体の供給量Ｅを減少させる。これにより、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃが変化しても、噴射部２２による液体の噴射量Ａを一定に保つことができる。

また、噴射部２２による液体の噴射量Ａを変化させる場合には、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃ又は液体供給源（不図示）からの液体の供給量Ｅの少なくとも一方を制御してもよい。例えば、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃを多くする制御（つまり、噴射部２２へ混合体の環流量Ｄを少なくする制御）、液体供給源（不図示）からの液体の供給量Ｅを少なくする制御、又はこれら両方の制御を行うことで、噴射部２２による液体の噴射量Ａを少なくすることができる。また、これらとは逆の制御を行うことで、噴射部２２による液体の噴射量Ａを多くすることができる。

以上のように、本例の粉液混合システムは、混合する粉体と液体を収容するケーシング２１を有し、ケーシング２１の下部の排出口２７から混合体を排出する粉液混合部２０と、粉液混合部２０の上側に配置され、ケーシング２１に粉体を供給する粉体供給部１０と、ケーシング２１の上部に設けられ、ケーシング内に液体を噴射する噴射部２２と、ケーシング２１の排出口２７に接続され、ケーシング内の混合体を吸引するポンプ３０とを備え、噴射部２２による液体の噴射量Ａ又はポンプ３０による混合体の吸引量Ｂの少なくとも一方を制御することで、ケーシング内の混合体の上面レベル位置を調整するように構成されている。このような構成により、渦流の勢いが強い状態を維持できるようになるため、粉体と液体を効率よく混合することが可能となる。

また、本例の粉液混合システムでは、ケーシング内の混合体の上面レベルよりも高い位置に噴射部２２を配置している。これにより、噴射部２２からケーシング内の空間に噴射される液体は、ケーシング２１の内周面に沿って旋回しつつ自重により落下し、勢いを増した状態で渦流に合流することになるので、勢いが強い渦流を形成することが可能である。

また、本例の粉液混合システムでは、ケーシング内の混合体の上面レベル位置を検知するセンサ３５を備え、センサ３５の検知結果に基づいて、噴射部２２による液体の噴射量Ａや、ポンプ３０による混合体の吸引量Ｂの制御を行うように構成してある。これにより、ケーシング内の混合体の上面レベル位置が所定の高さに達したことを検知できるので、上記の制御を適切なタイミングで実施することが可能である。

また、本例の粉液混合システムでは、ポンプ３０で吸引した混合体の少なくとも一部を噴射部２２に供給するように構成してある。これにより、液体供給源（不図示）からの液体だけでなくポンプ３０で吸引した混合体も噴射部２２から噴射されるので、噴射部２２から噴射する液体の勢いを効率的に強めることが可能である。

また、本例の粉液混合システムでは、粉液混合部２０から排出される混合体を更に混合する追加混合部４０を備えている。これにより、混合体の更なる混合を適切に実施できるので、混合効率を高めることが可能である。

また、本例の粉液混合システムでは、ポンプ３０で吸引した混合体の少なくとも一部を更に吸引する別のポンプ４２を備えており、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃに応じて、噴射部２２に対する液体の供給量Ｅを調整するように構成されている。これにより、ポンプ４２による混合体の吸引量Ｃが変化しても、噴射部２２による液体の噴射量Ａを一定に保つことが可能である。

以上、本発明の一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の説明では、渦流の中心付近に粉体を投下しているが、渦流の周縁付近に粉体を投下する構成にしてもよい。

また、上記の説明では、ケーシング内の混合体の上面レベル位置が噴射部２２に近づいた場合に、噴射部２２による液体の噴射量Ａを少なくする制御や、ポンプ３０による混合体の吸引量Ｂを多くする制御を行っているが、混合体の上面レベル位置が低すぎる場合に、これとは逆の制御を行うようにしてもよい。すなわち、例えば、ケーシング内の混合体の上面レベル位置に関し、粉体と液体とを効率よく混合できる下限付近にもセンサを設けておき、上面レベル位置が下限付近まで低下したことが該センサで検知された場合に、噴射部２２による液体の噴射量Ａを多くする制御や、ポンプ３０による混合体の吸引量Ｂを少なくする制御を行うようにしてもよい。

本発明は、粉体と液体とを混合する粉液混合システムに利用することが可能である。

１０：粉体供給部、２０：粉液混合部、２１：ケーシング、２２：噴射部、２３：ポンプ、２４：ホッパー、２５：モータ、２６：スクレーパ、２７：排出口、３０：ポンプ、３１：配管、４０：追加混合部、４２：ポンプ、５０：筐体、５１：導入口、５２：排出口、５３，５４：回転板、６０：配管、６１，６２：バルブ、６３，６４：シリンダ、６５，６６：ピストン、６７，６８：バルブ、６９：配管

Claims

混合する粉体と液体を収容するケーシングを有し、該ケーシングの下部の排出口から混合体を排出する粉液混合部と、
該粉液混合部の上側に配置され、該ケーシングに粉体を供給する粉体供給部と、
該ケーシングの上部に設けられ、該ケーシング内に液体を噴射する噴射部と、
該排出口に接続され、該ケーシング内の混合体を吸引するポンプと、
該ポンプにより吸引された混合体の少なくとも一部を該ケーシングに導入し直すために該噴射部へ供給する循環路とを備え、
該噴射部による液体や混合体の噴射及び該ポンプによる混合体の吸引によって、該ケーシング内の混合体に渦流を形成し、
該噴射部が該ケーシング内の混合体の上面レベルよりも高い位置に配置されるように、該液体の供給量と該循環路から分岐部を介して排出する混合体の排出量とを制御することで、該ケーシング内の混合体の渦流の勢いを維持するように該ケーシング内の混合体の上面レベル位置を調整することを特徴とする粉液混合システム。
請求項１に記載の粉液混合システムにおいて、
該ケーシング内の混合体の上面レベル位置を検知するセンサを備え、
該センサの検知結果に基づいて前記制御を行うことを特徴とする粉液混合システム。
請求項１又は請求項２に記載の粉液混合システムにおいて、
該ケーシングは、該排出口に向かうにつれて徐々に収束する円錐状の形状を有することを特徴とする粉液混合システム。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の粉液混合システムにおいて、
該粉液混合部から排出される混合体を該分岐部を介して導入して更に混合する別の混合部を備えたことを特徴とする粉液混合システム。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の粉液混合システムにおいて、
該ポンプで吸引した混合体の少なくとも一部を更に吸引する別のポンプを備えたことを特徴とする粉液混合システム。
請求項５に記載の粉液混合システムにおいて、
前記別のポンプによる混合体の吸引量に応じて、該噴射部に対する混合体の供給量を調整することを特徴とする粉液混合システム。