JPH09141076A - 攪拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルフクリーニング機能を損うことなく、有
効容積率が大きく、かつ、動力消費の少ない攪拌装置を
提供する。 【解決手段】 筒体状の容器１１内に平行をなして配設
されて同方向に同速度で回転駆動される回転軸１２，１
３に軸回り略９０度ずらして、中央部が膨らみ両端が尖
った紡錘形断面形状を有する複数のパドル２１〜２６，
３１〜３６が軸方向に間隔を保って取付けられている。
パドル２１〜２６，３１〜３６の先端部には、外面が該
パドルの外周面と一致して回転方向前面に向って傾斜し
た擬三角形断面をなし、前記間隔に略相当する長さを有
するスクレーパが回転軸１２，１３と平行に取付けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高粘度流体、スラ
リ状物質、粉体等の物質を攪拌混和する攪拌装置に関
し、例えば高分子製造プロセスの重合反応器、脱溶剤
器、脱モノマ器、あるいは食品工業における各種原料の
混合器として用いて好適な攪拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学工業界や食品工業界では高粘度流
体、スラリ状物質、粉体等の物質を混合したり、反応さ
せたりするために攪拌装置が多用されている。このよう
な物質を処理するには、混合性能、伝熱性能が高く、さ
らに付着物が生成しない機能、すなわちセルフクリーニ
ング機能を持った装置が望まれることが多い。

【０００３】また、重縮合反応、脱溶剤操作においては
高粘度流体中から揮発性物質を分離するため、気液界面
積が大きく、かつ表面更新速度の高い機能がさらに要求
される。このため、従来から、特に付着性の強い物質を
処理するためのものとして、セルフクリーニング機能を
持つ攪拌装置が提案されている。ここで、セルフクリー
ニングのやり方として一般に次の２種類の方式がある。

【０００４】第一の方式は２軸以上の回転軸を設け、そ
れらに取付けられた攪拌体相互、及び攪拌体と容器内壁
とを僅かなクリアランスを保ちながら相対移動させるこ
とにより、機械的に付着物の生成を完全に防止しようと
するものである。

【０００５】また、第二の方式は取扱い物質の流動状態
を考慮し、流体自体の剪断作用により付着物質の生成を
抑制しようとするものである。

【０００６】しかし、近年化学工業界等では製品品質が
厳しく追求されるようになり、さらに取扱い物質の性状
が多岐にわたるようになっているため、付着防止に関し
ては上記第二の方式では不充分であることが多く、第一
の方式による装置の要求が増大してきている。

【０００７】機械的な掻取りによって付着物の生成を防
止する第一の方式による装置としては、従来、多軸のね
じスクリューを噛合わせたものや、Todd,D.BらがChem.E
ng.Progr.Vol.65,P.84（１９６９）で紹介している紡錘
形状断面（凸レンズ状断面）を持ったパドルを噛合わせ
たものや、擬三角形断面を持ったパドルを噛合わせた多
軸の攪拌装置が知られている。

【０００８】そのような攪拌装置の例を図３に示してい
る。図３に示す攪拌装置は筒体状の容器１１内に平行を
なして配設されて同方向に同速度で回転駆動される２本
の回転軸１２１，１３１と、この各回転軸１２１，１３
１に軸回りに略９０度ずらして固定され、中央部が膨ら
み両端が尖った紡錘形断面形状を有すると共にその曲率
半径が次の数式１で表わされる複数のパドル２３，２４
……，３３，３４……を具えている。

【０００９】

【数１】

【００１０】これらのパドル２３，２４……，３３，３
４……は軸方向に間隔をあけて回転軸の丸軸１２１，１
３１に取付けられている。各パドル２３，２４……，３
３，３４……の先端部には外面がパドルの外周面と一致
した擬三角形断面をなし、隣り合うパドル間の間隔に略
相当する長さを有するスクレーパ４２’，４３’……，
５２’，５３’……が回転軸の丸軸１２１，１３１と平
行に取付けられている。

【００１１】また、隣り合うパドル間には断面が丸みを
もった擬四角形断面をなし外周面がパドルの外周面と一
致する軸カバー１２２，１３２が取付けられている。

【００１２】このように構成された攪拌装置では、スク
レーパ４２’，４３’……，５２’，５３’……の軸中
心側周面は互いにスクレーパ同志がその周面を近接させ
て移動することで互いにクリーニングされるため、容器
１１内の全ての表面を機械的に完全にクリーニングする
ことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、容器内に設けられたねじスクリューや、紡錘形状、
擬三角形状の断面を介するパドルなどの攪拌体の占める
容積が大きく、それを除いた容器の有効容積が数％〜６
０％に制限されてしまうという問題点があった。

【００１４】その結果、処理物質の仕込量に対して攪拌
装置の総容積が大きくならざるをえず、コスト高となる
ため実用上の適用が困難な場合が生じており、特に処理
に要する滞留時間が長い場合には処理量に対する装置の
総容積が厖大となり、それが装置コスト上致命的な欠点
となっていた。

【００１５】また、この種の装置は、攪拌動力が大き
く、攪拌熱の除去が困難な場合が生じたり、剪断発熱に
伴う熱劣化、着色など製品品質の低下を招くという欠点
もあった。例えば、先に説明した図３の攪拌装置では、
スクレーパ４２’，４３’……，５２’，５３’……の
前面と容器内壁の間に入った流体はスクレーパの移動に
よって大きな剪断及び圧縮作用を受けるため、動力消費
が大きくなる欠点がある。

【００１６】本発明は、このような従来の攪拌装置にお
ける問題点を解決するものであり、セルフクリーニング
機能を損うことなく有効容積率の増大を達成し、かつ、
動力消費の少ない攪拌装置を提供することを課題として
いる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、筒体状容器内に平行をなして配設されて同
方向に同速度で回転駆動される複数の回転軸と、各回転
軸に軸回りに略９０度ずらして固定され中央部が膨らみ
両端が尖った紡錘形断面形状を有する複数のパドルとを
具えてなる攪拌装置において次の構成を採用する。

【００１８】すなわち、本発明による攪拌装置では、前
記したパドルが軸方向に間隔を開けて前記回転軸に取付
けられると共に、前記パドルの先端部に外面が該パドル
の外周面と一致して回転方向前面に向って傾斜した擬三
角形断面をなし前記間隔に略相当する長さを有するスク
レーパが前記回転軸と平行に取付けられている。

【００１９】更に、前記隣接するパドル間に断面が丸み
をもった擬四角形断面をなし外周面が該パドルの外周面
と一致する軸カバーが取付けられている。

【００２０】本発明による攪拌装置に用いるパドルとし
ては、直径をＤとしたときその紡錘形断面形状の曲率半
径が先に記載の数式１で与えられるものに形成するのが
好ましい。

【００２１】前記した構成をもつ本発明の攪拌装置で
は、その回転軸の駆動回転によりパドル及びスクレーパ
が容器内で移動し、容器内の被攪拌物質が攪拌混和され
る。パドルは回転軸の軸方向に間隔を開けて配列され、
かつ、スクレーパもパドル先端に設けられているだけで
あるので、それらが容器内で占める体積は小さく、従っ
て有効容積率が増大する。

【００２２】また、パドル及びスクレーパの移動により
隣接するもの同志が近接して相対移動し、容器内の各部
がセルフクリーニングされる。また、スクレーパ内周面
については、スクレーパの移動に伴い、容器内壁付近の
流体がスクレーパ内周面上を流れ、流体自体の剪断作用
により付着・滞留を防止できる。

【００２３】その上、本発明による攪拌装置ではスクレ
ーパの軸中心側周面を回転方向に傾斜させてあるので、
スクレーパ前面と容器内壁に囲まれた流体がスクレーパ
の回転により軸中心側周面に沿って流れやすくしたこと
により、動力の低減を可能となっている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による攪拌装置につ
いて図１及び図２に示した実施の形態に基づいて具体的
に説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に
示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にす
るため同じ符号を付してある。

【００２５】図１及び図２に示すように、容器１１内に
は２本の回転軸１２，１３が互いに平行に軸支されてお
り、各々の回転軸１２，１３は図示しない駆動源によっ
て、図中矢印のように同一回転方向に同一回転速度で互
いに同期して回転駆動されるようになっている。

【００２６】この容器１１の内壁は、回転軸１２，１３
をそれぞれ中心とする２個の円筒壁１１１，１１２を繋
げたような形の繭形断面を有している。また、回転軸１
２，１３はそれぞれ丸軸１２１，１３１と、その外周部
に設けられた擬四角形断面を持つ軸カバー１２２，１３
２とから構成されている（図２参照）。

【００２７】回転軸１２には、所定の間隔を隔てて複数
のパドル２１〜２６が固定されている。各パドル２１〜
２６は、中央部が膨らみ両端が尖った紡錘形断面を持つ
厚肉板状に形成されており、その直径をＤとするとその
曲率半径が先に記載の数式１で表わす値となるように形
成されている。

【００２８】そして、この各パドル２１〜２６は回転軸
１２に対してそれと直交する面内に沿って取付けられ、
かつ回転軸１２の軸方向に並んで隣接するパドル２１〜
２６はその軸回りに位相が９０度ずれた状態となってい
る。

【００２９】また、これらのパドル２１〜２６の各尖端
は、その回転角度位置に応じて僅かなクリアランスを隔
てて容器１１の円筒壁１１１、あるいは後述する対応す
るパドル３１〜３６に対向しうるようにその寸法が選定
されている。

【００３０】一方、回転軸１３にも同様に、紡錘形断面
の複数のパドル３１〜３６が固定されている。各パドル
３１〜３６はそれぞれ前記パドル２１〜２６に対応して
それと同じ軸方向位置に位置し、各々対応するパドル２
１〜２６に対して各々位相が９０度ずれた形で回転軸１
３に取付けられる。

【００３１】また、各パドル３１〜３６の各尖端は、そ
の回転角度位置に応じて僅かなクリアランスを隔てて容
器１１の円筒壁１１２あるいは各々対応するパドル２１
〜２６に対向しうるようになっている。

【００３２】さらに、パドル２１〜２６，３１〜３６の
尖端部にはそれぞれ、その尖端部の断面形状に相当し、
かつ、回転方向前方に傾斜させた擬三角形断面のスクレ
ーパ４１〜４６，５１〜５６が回転軸１２，１３と平行
に固定されている。各スクレーパ４１〜４６，５１〜５
６の先端面は隣接するパドル２１〜２６，３１〜３６に
対して軸方向に僅かなクリアランスを隔てて対向してい
る。

【００３３】各スクレーパ４１〜４６，５１〜５６は同
様な構成であるので、いま代表としてパドル２３に設け
られたスクレーパについて詳説すると、パドル２３両尖
端両面には合計４個のスクレーパ４３が取付けられ、両
面のパドル２３の先端はそれぞれパドル３２，３４の側
面に近接して対向しうるようになっている。

【００３４】各スクレーパ４３の先端稜線はスクレーパ
４３の対応する尖端と同一線上に位置しており、それに
より、各スクレーパ４３の先端は回転軸１２の回転角度
位置に応じて僅かなクリアランスを隔てて容器１１の円
筒壁１１１、あるいはパドル３３と連続する表面を有す
る軸カバー１３２に対向しうる。

【００３５】また、図２に示すように、スクレーパ４３
と軸カバー１２２との間には回転に応じて隣接するパド
ル３２，３４に取付けられたスクレーパ５２，５４が互
いに入り込むようになっており、その入り込んだときに
スクレーパ４３の軸中心側の周面とスクレーパ５２，５
４の軸中心側の周面とが一定の間隔を隔てて接するよう
に寸法が選定されている。

【００３６】このような攪拌装置において、被攪拌物質
は図示しない入口から容器１１内に入れられ、回転軸１
２，１３が駆動回転することでパドル２１〜２６，３１
〜３６及びスクレーパ４１〜４６，５１〜５６の移動に
よる攪拌作用で攪拌され、その後図示しない出口から取
出される。

【００３７】ここで、図２の断面図からも判るように回
転軸１２，１３とスクレーパ４１〜４６，５１〜５６の
占める体積が小さく、またパドル２１〜２６，３１〜３
６も間隔を開けて取付けられているので、容器１１内の
有効容積率を従来のセルフクリーニング式の攪拌装置に
較べて大幅に増大させることができる。

【００３８】因に、図示例のものでは、有効容積は総容
積の７０〜７５％となっている。なお、必要に応じてパ
ドル２１〜２６，３１〜３６の取付け間隔を拡げ、その
分スクレーパ４１〜４６，５１〜５６の長さを長くする
ことにより、有効容積率を更に増大させることもでき
る。

【００３９】一方、上記攪拌作用と同時に下記のクリー
ニング作用により容器１１内各部はセルフクリーニング
される。すなわち、容器１１の内壁は、パドル２１〜２
６，３１〜３６の尖端、及びスクレーパ４１〜４６，５
１〜５６の先端稜線部が近接して移動することによって
クリーニングされる。

【００４０】また、パドル２１〜２６とパドル３１〜３
６の曲面状周面は相互にそれらの尖端が近接して移動す
ることによってクリーニングされる。さらに、パドル２
１〜２６，３１〜３６の平面状側面と、それらに各々対
向するスクレーパ５１〜５６，４１〜４６の先端面と
は、近接して移動することによって互いにクリーニング
される。

【００４１】例えば、パドル２２の平面状側面はスクレ
ーパ５１，５３の先端面と近接して相対移動し、それら
の対向面が互いにクリーニングされる。また、スクレー
パ４１〜４６，５１〜５６の外周面は互いにスクレーパ
４１〜４６，５１〜５６同志がその先端及び外周面を近
接させて移動することで互いにクリーニングされる。

【００４２】また、スクレーパ４１〜４６，５１〜５６
の軸中心側周面は、スクレーパが容器１１の内壁に沿っ
て移動する際、スクレーパ前面の流体が軸中心側周面上
を流れるため、流体自体の剪断作用によりクリーニング
される。

【００４３】回転軸１２，１３の回転によるパドル２１
〜２６，３１〜３６、スクレーパ４１〜４６，５１〜５
６の相対移動により容器１１内の全ての表面を完全にク
リーニングすることができる。

【００４４】図３に示した攪拌装置では、スクレーパ前
面と容器内壁の間に入った流体はスクレーパの移動によ
って大きな剪断及び圧縮作用を受けるため、動力消費が
大きくなる欠点があったが、本実施形態の攪拌装置で
は、スクレーパ４１〜４６，５１〜５６の軸中心側周面
を回転方向に傾斜させスクレーパ前面と容器内壁に囲ま
れた流体が軸中心側周面に沿って流れやすくしたことに
より、動力の低減が可能となっている。

【００４５】以上、本発明を図示した実施形態に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その
具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいう
までもない。

【００４６】例えば、上記実施形態では回転軸を２本設
けているが、本発明は２本に限定されるものではなく、
３本以上設けることも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による攪拌
装置では、軸方向に間隔を開けて回転軸に取付けられた
パドルの先端部に外面が該パドルの外周面と一致して回
転方向前面に向って傾斜した擬三角形断面をなし、前記
間隔に略相当する長さを有するスクレーパが回転軸と平
行に取付けてあるので、この攪拌装置によれば、セルフ
クリーニング機能を損うことなく攪拌装置の有効容積率
の増大、及び動力消費の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る攪拌装置の縦断面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図。

【図３】従来の攪拌装置を示す図２と同様の横断面図。

【符号の説明】

１１ 容器 １２，１３ 回転軸 ２１〜２６，３１〜３６ パドル ４１〜４６，５１〜５６ スクレーパ １１１，１１２ 円筒壁 １２１，１３１ 丸軸 １２２，１３２ 軸カバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体状容器内に平行をなして配設されて
   同方向に同速度で回転駆動される複数の回転軸と、前記
   各々の回転軸に軸回りに略９０度ずらして固定され中央
   部が膨らみ両端が尖った紡錘形断面形状を有する複数の
   パドルとを具えてなる攪拌装置において、前記パドルが
   軸方向に間隔を開けて前記回転軸に取付けられると共
   に、前記パドルの先端部に外面が該パドルの外周面と一
   致して回転方向前面に向って傾斜した擬三角形断面をな
   し、前記間隔に略相当する長さを有するスクレーパが前
   記回転軸と平行に取付けられ、前記隣接するパドル間に
   断面が丸みをもった擬四角形断面をなし外周面が該パド
   ルの外周面と一致する軸カバーが取付けられたことを特
   徴とする攪拌装置。