特許 6835489 撹拌装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6835489

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】撹拌装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 11/02 20060101AFI20210215BHJP

   B01F 11/00 20060101ALI20210215BHJP

   B01F 7/18 20060101ALI20210215BHJP

   B01F 15/06 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   B01F11/02

   B01F11/00 C

   B01F7/18 B

   B01F15/06 Z

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-116509(P2016-116509)

(22)【出願日】2016年6月10日

(65)【公開番号】特開2017-217638(P2017-217638A)

(43)【公開日】2017年12月14日

【審査請求日】2019年5月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江田 幸雄

【審査官】 河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１９０２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１９７９１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１４５８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１４７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０３５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０８１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２１６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７５８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１０２４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４８２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３４８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０００４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０６５２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１４７１４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−１０９０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １１／００ − １１／０４

Ｂ０１Ｆ ７／００ − ７／３２

Ｂ０１Ｆ １５／００ − １５／０６

Ｊａｐｉｏ−ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撹拌槽の内部にて被撹拌物を撹拌する撹拌装置において、
前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽内の前記被撹拌物に弾性波を発生させる発振子と、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽を介して前記被撹拌物の温度を調整する温度調整装置とを有し、
前記撹拌槽の内部には、撹拌時に回転する撹拌軸と、該撹拌軸に対して線対称に固定され、前記撹拌軸と共に回転して前記被撹拌物を撹拌する複数の撹拌翼とが配置され、
前記発振子は、前記撹拌軸を中心に対称の位置にて対をなし前記撹拌軸に向かって配置されており、
前記撹拌軸を挟んで対向する位置に配置された前記発振子は時分割で交互に稼働と非稼働を繰り返す、ことを特徴とする撹拌装置。

【請求項2】

前記撹拌翼が回転する周期と前記発振子が稼働と非稼働を繰り返す周期とは互いに異なりかつ互いに他方の整数倍とも異なる、請求項１に記載の撹拌装置。

【請求項3】

撹拌槽の内部にて被撹拌物を撹拌する撹拌装置において、
前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽内の前記被撹拌物に弾性波を発生させる発振子と、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽を介して前記被撹拌物の温度を調整する温度調整装置とを有し、
前記温度調整装置は、前記被撹拌物の温度を調整するための媒体の流れる流路が前記撹拌槽の外面に螺旋状に配設されたジャケットを含み、
前記ジャケットは上下方向に間隔がある螺旋形状であり、
前記発振子は、前記間隔にて前記撹拌槽の槽壁の外面に当接するように配設されている、
ことを特徴とする撹拌装置。

【請求項4】

撹拌槽の内部にて被撹拌物を撹拌する撹拌装置において、
前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽内の前記被撹拌物に弾性波を発生させる発振子と、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽を介して前記被撹拌物の温度を調整する温度調整装置とを有し、
前記撹拌槽の内部には、撹拌時に回転する撹拌軸と、該撹拌軸に対して線対称に固定され、前記撹拌軸と共に回転して前記被撹拌物を撹拌する複数の撹拌翼とが配置され、
前記発振子は、前記撹拌軸を中心に対称の位置にて対をなし前記撹拌軸に向かって配置されており、
前記温度調整装置は、前記被撹拌物の温度を調整するための媒体の流れる流路が前記撹拌槽の外面に螺旋状に配設されたジャケットを含み、
前記ジャケット内の媒体の流れの回転方向は前記撹拌翼の回転方向と互いに逆回転である、ことを特徴とする撹拌装置。

【請求項5】

撹拌槽の内部にて被撹拌物を撹拌する撹拌装置において、
前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽内の前記被撹拌物に弾性波を発生させる発振子と、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽を介して前記被撹拌物の温度を調整する温度調整装置とを有し、
前記撹拌槽の内部には、撹拌時に回転する撹拌軸と、該撹拌軸に対して線対称に固定され、前記撹拌軸と共に回転して前記被撹拌物を撹拌する複数の撹拌翼とが配置され、
前記温度調整装置は、前記被撹拌物の温度を調整するための媒体の流れる流路が前記撹拌槽の外面に螺旋状に配設されたジャケットを含み、
前記ジャケット内の媒体の流れの方向は下から上へ向かう方向であり、
前記ジャケット内の媒体の流れの回転方向は前記撹拌翼の回転方向と互いに逆回転である、
ことを特徴とする撹拌装置。

【請求項6】

前記発振子は、前記撹拌槽の胴部において、前記間隔に沿って螺旋形状を描くように配列されている、請求項３に記載の撹拌装置。

【請求項7】

前記撹拌翼は、２枚である、
請求項１または４に記載の撹拌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、槽の中で液体や紛体などを撹拌する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、超音波を利用して撹拌槽内の液体を効率よく反応させる反応装置が開示されている。特許文献１の反応装置は、撹拌槽、撹拌翼、および超音波発振子を含む装置である。撹拌槽内の被撹拌物は撹拌翼により撹拌され、流れを生じさせている。サイズの小さい超音波発振子は、撹拌槽内で撹拌槽の中心に向け発振可能な向きに設置されており、撹拌翼による被撹拌物の流れ方向に対して垂直な方向に発振し、超音波を発生させる。超音波による細分化作用が撹拌翼による流動作用によって広く拡散され、被撹拌物を効率よく撹拌することができる。

【0003】

特許文献２には、撹拌槽と貯留槽という２つの槽を有し、貯留槽から撹拌槽に超音波を与えて分散性の高い懸濁液を製造する懸濁液製造装置が開示されている。貯留槽内には超音波媒体液が貯留され、超音波媒体液の中に撹拌槽が配置されている。また貯留槽には周波数特性の異なる２つ超音波発振子が備えられている。撹拌槽にて内容物を撹拌中に、貯留槽の２つの超音波発振子から周波数の異なる２つの超音波が超音波媒体液および撹拌槽を通じ、撹拌槽内の被撹拌物に伝搬される。撹拌翼による撹拌と貯留槽からの超音波により分散性の高い懸濁液が製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−２０２２７７号公報

【特許文献2】特開２００９−１７８６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１においては、超音波振動子が撹拌槽内に設置されているため、被撹拌物の流れが超音波振動子で一部妨げられる。超音波振動子は、被撹拌物の流れに正対する側の面においては、被撹拌物に乱流を生じさせ、撹拌混合特性は良好となる。しかしながら、被撹拌物の流れに正対する側とは反対側の面においては、被撹拌物が滞留し、移動速度が著しく低くなる。そのため、被撹拌物が非反応性のものの場合、温度バラツキや濃度バラツキの発生が予想され、所望の品質を得るのに時間がかかる。また、被撹拌物が反応性物質の場合、主生成物の収率が低下する可能性がある。

【0006】

特許文献２においては、超音波振動子から発せられたある超音波は撹拌槽に達するまでに超音波媒体液内で減衰し、超音波の作用が弱まる。また、その際、貯留槽において超音波のエネルギーが熱に変わり、貯留槽の超音波媒体液の温度を上昇させ、さらにそれが伝搬して撹拌槽内の液体の温度を上昇させる。それが撹拌槽内の温度制御を困難にする。

【0007】

本発明の目的は、超音波などの弾性波を利用した撹拌装置において撹拌の効果と温度の制御性を向上する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明の撹拌装置は、撹拌槽の内部にて被撹拌物を撹拌する撹拌装置において、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽内の前記被撹拌物に弾性波を発生させる発振子と、前記撹拌槽の外面に当接し前記撹拌槽を介して前記被撹拌物の温度を調整する温度調整装置とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、超音波を利用した撹拌装置において、弾性波により撹拌効果を向上させるとともに、被撹拌物の温度変化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態による撹拌装置の概略構成図である。

【図2】撹拌槽について説明するための図である。

【図3】第１実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。

【図4】第１実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【図5】第２実施形態による撹拌装置の概略構成図である。

【図6】第２実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。

【図7】第２実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【図8】第２実施形態による撹拌装置における圧電素子の駆動と撹拌翼の回転の様子を示すタイムチャートである。

【図9】第２実施形態の変形例による撹拌装置における圧電素子の駆動の様子を示すタイムチャートである。

【図10】第３実施形態による撹拌装置の概略構成図である。

【図11】第３実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。

【図12】第３実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【図13】実施例１、２および比較例の脱色時間を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態による撹拌容器について図面を参照して説明する。各実施形態は、個々に独立したものではなく、適宜組み合わせることが可能であり、この組み合わせによる相乗効果も把握可能である。実施形態間の重複説明は原則的に省略する。

【0012】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態による撹拌装置の概略構成図である。図２は、撹拌槽について説明するための図である。図３は、第１実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。図４は、第１実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【0013】

本実施形態による撹拌装置１は、液体や紛体を撹拌、混合、あるいは分散する装置であり、材料濃度分布の均一化や熱伝搬の促進など様々な用途に利用可能である。

【0014】

図１を参照すると、撹拌装置１は、撹拌槽２、撹拌翼３、撹拌軸４、モータ５、圧電素子６、およびジャケット８を有している。

【0015】

図２に示すように、撹拌槽２は胴部２ａと槽底部２ｂを有する容器であり、内部に被撹拌物ｂを貯留する。撹拌槽２内部には、被撹拌物ｂに浸る位置に、撹拌軸４に固定された撹拌翼３が配設されている。モータ５の動力を撹拌軸４が撹拌翼３に伝達することで被撹拌物ｂの中で撹拌翼３が回転する。

【0016】

また、図１に示すように、撹拌槽２の胴部２ａおよび槽底部２ｂの壁外面２ｄに複数の圧電素子６が当接している。一例として、撹拌槽２の外周をなす胴部２ａには複数の圧電素子６が縦一列に配置されている。圧電素子６は、撹拌槽２の中心にある撹拌軸４の方向をむいている。また、槽底部２ｂには全体に亘って複数の圧電素子６が配置されている。圧電素子６は、圧電セラミックなど圧電効果を備えた物質である圧電体を振動させることにより超音波または音波を発生する振動子である。撹拌翼３により撹拌中の被撹拌物ｂに、圧電素子６により超音波または音波を送出すると撹拌作用が向上し、短時間で均一な撹拌を行うことができる。

【0017】

図３および図４に示すように、撹拌槽２の周囲に螺旋状のジャケット８が当接している。ジャケット８は、熱媒体ｃの流路８１となり、撹拌槽２を介して被撹拌物ｂの温度を調整する。熱媒体ｃは下方にある入口８２からジャケット８に流入し、流路８１を上昇しながら移動し、上方にある出口８３から排出される。

【0018】

図３を参照すると、上述したように、ジャケット８は撹拌槽２の周囲に螺旋状に当接しているが、圧電素子６が配置されている部分では、圧電素子６を避けるように、撹拌槽２から離れて圧電素子６の外縁に沿って膨らんでいる。

【0019】

以上説明したように、本実施形態による撹拌装置１では、発振子である圧電素子６が、撹拌槽２の外面に当接し、撹拌槽２内の被撹拌物ｂに弾性波を発生させる。温度調整装置であるジャケット８が撹拌槽２の外面に当接し撹拌槽２を介して被撹拌物ｂの温度を調整する。したがって、撹拌槽２の槽壁に外面から振動を加えて被撹拌物ｂに超音波または音波などの弾性波を発生させながら、槽壁を介して被撹拌物ｂの温度を調整することができるので、弾性波により撹拌効果を向上させるとともに、弾性波のエネルギーで変化する被撹拌物ｂの温度の変化を抑制することができる。

【0020】

また、本実施形態では、ジャケット８は、被撹拌物ｂの温度を調整するための媒体である熱媒体ｃの流れる流路８１が撹拌槽２の外面に螺旋状に配設されている。これにより、撹拌槽２を螺旋状に覆うジャケット８に熱媒あるいは冷媒といった媒体を流すことにより、被撹拌物ｂの温度を位置的な偏り少なく調整することができる。

【0021】

また、本実施形態では、図３にて矢印で示すように、ジャケット８内の熱媒体ｃの流れの回転方向は、撹拌翼３の回転方向と互いに逆回転である。これにより、ジャケット８内の熱媒体ｃと被撹拌物ｂとが逆方向に回転するので、ジャケット８による温度調整が広い範囲の被撹拌物ｂに作用し、偏りの少ない温度調整が可能である。

【0022】

また、本実施形態では、上述したように、ジャケット８内の熱媒体ｃの流れの方向は下から上へ向かう方向である。これにより、螺旋状のジャケット８内の熱媒体ｃの流れは下から上に向かう方向となるので、流速を制御する際にも流量によらず容易にジャケット８に熱媒体で満たしておくことができる。

【0023】

また、本実施形態では、図１を見て分かるように、撹拌槽２の槽底部２ｂの外面に当接する圧電素子６をも備えている。これにより、撹拌槽２の槽底部２ｂからも被撹拌物ｂに弾性波を与えることができ、より撹拌効果を向上させることができる。

【0024】

また、本実施形態では、撹拌槽２の槽底部２ｂに発振周波数の異なる複数の圧電素子６を配置することにしてもよい。そうすることにより、槽底部２ｂから被拌物ｂに周波数の異なる弾性波が発生するので、撹拌翼３により水平方向に回転する被撹拌物ｂに複数の弾性波を作用させることができる。

【0025】

なお、本実施形態におけるジャケット８、撹拌翼３、および撹拌軸４の材料は特に限定されるものでないが、例えば、ステンレス鋼、鉄、銅、真鍮、アルミニウム、超硬といった金属系材料が採用される。また、本実施形態の撹拌槽２の材質は、超音波や音波を吸収しやすい樹脂などでなければ、特に限定されるものでないが、やはり例えば、ステンレス鋼、鉄、銅、真鍮、アルミニウム、超硬といった金属系材料で構成される。

【0026】

また、被撹拌物ｂと接する撹拌槽２の壁内面２ｃ、撹拌翼３、あるいは撹拌軸４には、金属系材料の表面に、ホワイトアルミナ、グレイアルミナ、アルミナ−チタニア、アルミナ−マグネシア、ジルコニア−カルシア、ジルコニア−イットリア、ジルコニア−マグネシア、クロミア−チタニア、クロミア−シリカ−チタニア、タングステン、チタニア、クロミア、イットリア、ジルコニア、クロムカーバイト、マグネシア、セリア、タングステンカ−バイトなどのセラミックスを溶射して表面処理をしたものを用いてもよい。あるいは、金属系材料にテフロン素材（テフロンは登録商標）によるライニングをしたものを撹拌槽２の壁内面２ｃ、撹拌翼３、あるいは撹拌軸４に用いてもよい。

【0027】

被撹拌物ｂへ熱を伝達する部分も特に本実施形態に限定するものではない。本実施形態のように熱媒体ｃが流路内部に流れるジャケット構造のほか、ラバーヒーターやペルチェ素子なども利用可能である。また、被撹拌物ｂの温度を制御するために、温度調整装置には、ジャケット８に加え、温度センサーや制御機器などを備えていてもよい。

【0028】

また、本実施形態では、ジャケット８の流路８１が撹拌槽２の外周に沿って螺旋状に配されているが、これに限定されることはなく、被撹拌物ｂを均等に温度調整することが可能であればどのような構成や構造であってもよい。例えば、ひとつの流路から、縦方向に延びる複数の流路へ分岐する流路構成であってもよく、槽内に通液可能な冷却コイルを配してもよい。

【0029】

また、本実施形態のジャケット８の流路８１として、図３に示すように、反時計回りに熱媒体ｃが流れるものを例示したが、これに限定されることはなく、時計回りであってもよい。図３を見て分かるように、撹拌槽２内の被撹拌物ｂは時計回りに流れている。そのため、撹拌槽２内の被撹拌物ｂの流れ方向とジャケット８内の熱媒体ｃの流れ方向が逆方向（対向流）となっている。本実施形態では、この対向流を採用することで、撹拌槽２内の被撹拌物ｂの流れ方向とジャケット８内の熱媒体ｃの流れ方向が同じ方向（並行流）より熱交換による温度調整の効率を上げている。

【0030】

ジャケット８内を通過する熱媒体ｃの材質は特に限定されないが、ジャケット８内壁など接液部を腐食劣化させないものであることが好ましい。熱媒体ｃの例として、水、熱風、蒸気、エチレングリコール、プロピレングリコール、その他グリコール類、シリコーンオイル、塩水などを単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。水であれば、一過水（使い捨て）であってもよいし、循環水（再使用）であってもよい。また、熱を伝達する観点から、熱媒体ｃの流速は、伝熱面において、０．３−３．０ｍ／ｓｅｃであることが好ましく、より好ましくは１．０ｍ／ｓｅｃ以上である。また、熱媒体ｃは一種類のものを使用してもよいし、要求条件等によって使い分けてもよい。また、温度調整装置としては、熱媒体ｃをジャケット８の入口８２で所望温度に安定的に制御できることが好ましい。

【0031】

また、本実施形態では、発振子として圧電素子６を用いたが、各種タイプの圧電素子６が利用可能である。例えば、電歪型と磁歪型のいずれも使用することができるが、好ましくはエネルギーロスが少ない電歪型が好ましい。

【0032】

また、本実施形態において、被撹拌物ｂに与える弾性波の周波数も特に限定されない。典型的には超音波領域であるが、必ずしも超音波領域でなくてもよい。例えば、可聴波を使用することもできるし、超音波と可聴波を併用することもできる。周波数は目的に応じて選定され、好ましくは１５ｋＨｚ以上であり、より好ましくは２０ｋＨｚ以上１，０００ｋＨｚ以下である。

【0033】

また、本実施形態では、圧電素子６が発生する弾性波は波長および振幅が一定であるが、これに限定されることはなく、波長および振幅はそれぞれ可変であってもよい。

【0034】

また、本実施形態では、撹拌槽２内の被撹拌物ｂの流動を促進するための構造は特に設けていないが、撹拌槽２の壁内面２ｃにバッフルを設置してもよい。その場合、バッフルの形状、大きさ、数、設置位置などは任意に定めることができる。

【0035】

＜第２実施形態＞
第２実施形態による撹拌装置について主に第１実施形態のものと相違する点について説明する。

【0036】

図５は、第２実施形態による撹拌装置の概略構成図である。図６は、第２実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。図７は、第２実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【0037】

図５に示す第２実施形態による撹拌装置１Ａは、図１に示した第１実施形態による撹拌装置１と比べると、撹拌槽２の胴部２ａの壁外面２ｄにおける互いに対向する位置に、複数の圧電素子６Ａと複数の圧電素子６Ｂが対をなして配置されている点で相違している。

【0038】

図６および図７を見て分かるように、第２実施形態のジャケット８は、撹拌槽２の周囲を螺旋状に当接しているが、圧電素子６Ａあるいは圧電素子６Ｂが配置されている部分では、圧電素子６Ａあるいは圧電素子６Ｂを避けるように、撹拌槽２から離れ、圧電素子６Ａ、６Ｂの外縁に沿って膨らんでいる。

【0039】

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、撹拌槽２の内部には、撹拌時に回転する撹拌軸４と、その撹拌軸４に対して線対称に固定され、撹拌軸４と共に回転して被撹拌物ｂを撹拌する平面形状の２枚の撹拌翼３ａ、３ｂとが配置されている。そして、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、圧電素子６Ａ、６Ｂが、撹拌軸４を中心に対称の位置にて対をなし、撹拌軸４に向かって配置されている。このように、圧電素子６Ａ、６Ｂが撹拌軸４を挟んで両側に配置されているので、回転している撹拌翼３がどの位置にあっても、どの位置の被撹拌物ｂにも圧電素子６Ａからの弾性波あるいは圧電素子６Ｂからの弾性波が撹拌翼３に遮られずに到達する。

【0040】

図８は、第２実施形態による撹拌装置における圧電素子の駆動と撹拌翼の回転の様子を示すタイムチャートである。
図８のグラフは横軸が時間である。圧電素子６Ａ、６Ｂのグラフにおける縦軸が振幅である。撹拌翼３のグラフにおける縦軸が位相である。

【0041】

図８において、圧電素子６Ａ、６Ｂのグラフにおいて振幅が現れている部分が圧電素子６Ａ、６Ｂが稼働している時間帯を表し、振幅が現れていない部分が圧電素子６Ａ、６Ｂが非稼働の時間帯である。撹拌軸４を挟んで対向する位置に配置された圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂは時分割で交互に稼働と非稼働を繰り返す。図８では、圧電素子６Ａが稼働している時間帯ｔａ１と非稼働の時間帯ｔａ２が交互に現れている。同様に、圧電素子６Ｂが稼働している時間帯ｔｂ１と非稼働の時間帯ｔｂ２が交互に現れている。そして、時間帯ｔａ２と時間帯ｔｂ１が重なっており、時間帯ｔａ１と時間帯ｔｂ２が重なっている。このように、対向する圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂが交互に稼働するので、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂが同時に稼働することがなく、互いの弾性波の干渉を避けて双方の圧電素子６Ａ、６Ｂによる弾性波を有効に作用させることができる。干渉が起きると、圧電素子６Ａからの弾性波と圧電素子６Ｂからの弾性波が干渉し、重なり合って効果が強まる部分と、打ち消し合って効果が弱まる部分とが出てしまい、ムラが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態では、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂを時分割で稼働させることで干渉を避け、ムラを小さく抑えることができる。

【0042】

また、第２実施形態では、撹拌翼３が回転する周期と圧電素子６Ａ、６Ｂが稼働と非稼働を繰り返す周期とは互いに異なりかつ互いに他方の整数倍とも異なる。図８では、圧電素子６Ａ、６Ｂが稼働と非稼働を繰り返す周期Ｔ１と、撹拌翼３が回転する周期Ｔ２が異なっている。また、周期Ｔ２は周期Ｔ１の整数倍でもなく、周期Ｔ１が周期Ｔ２の整数倍でもない。このように、撹拌翼３が被撹拌物ｂを回転させる周期と、圧電素子６Ａ、６Ｂが稼働と非稼働を繰り返す周期がずれているので、弾性波の作用が被撹拌物ｂの特定の部分に集中することがなく、撹拌効果を均等化することができる。

【0043】

図９は、第２実施形態の変形例による撹拌装置における圧電素子の駆動の様子を示すタイムチャートである。変形例の場合には、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂが交互の稼働と非稼働を繰り返すのではなく、圧電素子６Ａおよび圧電素子６Ｂは同時に継続的に稼働する。ただし、変形例では、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂの発振周波数が互いに異なり、かつ、互いに他方の発振周波数の整数倍とも異なる。圧電素子６Ａの発振周波数ｆａは、圧電素子６Ｂの発振周波数ｆｂと異なり、また、発振周波数ｆａは発振周波数ｆｂに整数倍ではなく、発振周波数ｆｂは発振周波数ｆａに整数倍ではない。このようにすれば、対をなして対向する圧電素子６Ａの弾性波と圧電素子６Ｂの弾性波の合成波が撹拌軸４を中心とした線対称にならないので、撹拌翼３による撹拌と相まって、弾性波による作用が特定の部分に集中しなくなり、撹拌効果を均等化することができる。

【0044】

なお、本実施形態では、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂとが同数である例を示したが、これに限定されることは無い。また、本実施形態では、撹拌軸４を挟んで互いに対向する位置に圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂの一対が配置される例を示したが、これに限定されることは無い。撹拌軸４を挟む複数の対が配置されも良い。

【0045】

＜第３実施形態＞
第３実施形態による撹拌装置について主に第２実施形態のものと相違する点について説明する。

【0046】

図１０は、第３実施形態による撹拌装置の概略構成図である。図１１は、第３実施形態による撹拌装置の上方視による模式図である。図１２は、第３実施形態によるジャケットについて説明するための図である。

【0047】

図１０、図１１、図１２を図５、図６、図７と比較して見ることで分かるように、第３実施形態による撹拌装置１Ｂは、ジャケット構造が第２実施形態の撹拌装置１と異なっている。

【0048】

第２実施形態のジャケット８Ａは、図５、図７に示したように、撹拌槽２の胴部２ａの周囲に螺旋状に、上下方向に間隔を空けずに配設されている。一方、第３実施形態では、ジャケット８Ｂは上下方向に間隔がある螺旋形状である。そして、圧電素子６Ａ、６Ｂは、ジャケット８Ｂの間隔にて撹拌槽２の胴部２ａの壁外面２ｄに当接するように配設されている。ジャケット８は圧電素子６Ａ、６Ｂを上下方向に避けて配置されているので、圧電素子６Ａ、６Ｂを径方向に避ける必要が無い。そのため、ジャケット８Ｂは、図１１に示すように、上方視にて円形構造を採用することができる。これによりジャケット８Ｂ内の熱媒体ｃのスムーズな流れを実現することができる。また、第２実施形態のように特定の部分でジャケット８Ｂが撹拌槽２から離れる必要が無いので、撹拌槽２の周囲全体に均一な温度調整を実現することができる。

【0049】

第３実施形態では、対をなす圧電素子６Ａ、６Ｂが、第２実施形態と同様に、撹拌軸４を中心として線対称の位置に配設される例を示したが、これに限定されない。第３実施形態の変形例として、撹拌槽２の胴部２ａにおいて、ジャケット８Ｂの上下方向の間隔に沿って、螺旋形状を描くように圧電素子６を配列することにしても良い。これにより多数の圧電素子６を周囲に配置し、様々な方向から中心に弾性波を送出することができるようになる。

【0050】

また、第３実施形態では、ジャケット８Ｂは入口８２から出口８３まで均等に間隔を空けて螺旋形状を形成する例を示したが、これに限定されることは無い。他の例として、ある特定の部分だけジャケット８の流路８１が上下方向に間隔を空け、その部分に圧電素子６を配置することにしてもよい。

【0051】

以下、実施例１、２および比較例について説明する。

【0052】

実施例１、２および比較例に共通の条件は以下の通りとした。

【0053】

すなわち、撹拌槽２は、槽底部２ｂを平底とする円筒形とし、槽径Ｄ＝２００ｍｍ、板厚ｔ＝１．５ｍｍ、槽高さＢ＝２５０ｍｍ（有効高さ２００ｍｍ）とした。撹拌槽２の材質としては全体をＳＵＳ３１６Ｌ鋼で製作した。バッフルは未設置とした。

【0054】

また、撹拌軸４はφ１０ｍｍとした。撹拌翼３は翼径ｄ＝１２０ｍｍ、翼高さｂ＝８０ｍｍ、板厚１．５ｍｍの２枚翼とした。撹拌翼３の翼底形状は、槽底形状に合わせた。撹拌時の撹拌翼３の回転数は８０ｒｐｍとした。

【0055】

撹拌槽２の胴部２ａの壁外面２ｄに取り付ける圧電素子６は、市販のφ４５ｍｍのランジュバン型振動子（２８ｋＨｚ、２５Ｗ／個相当）を用いた。また、槽底部２ｂに取り付ける圧電素子６は、市販のφ４５ｍｍのランジュバン型振動子２８ｋＨｚおよび４０ｋＨｚ、２５Ｗ／個相当を併用した。

【0056】

また、ジャケット８は、流路８１をジャケット幅ｘ＝１０ｍｍ、ジャケット高さｙ＝５０ｍｍとした。熱媒体ｃには、水とエチレングリコールの混合液を使用し、エチレングリコールは７５ｗｔ．％とし、残りは水とした。ジャケット８内部での温度が２０℃となるように調整してジャケット８下部の入口８２より流入させた。熱媒体ｃが流路８１を流れる速度は、伝熱面において、１．０−１．５ｍ／ｓｅｃ（０．５−０．７５Ｌ／ｓｅｃ）に調整した。

【0057】

被撹拌物ｂは、市販の水あめとヨウ素の溶液、チオ硫酸ナトリウムの合計４Ｌを用いた。ヨウ素溶液と水あめ溶液の混合物を用意した。ジャケット８に通水するとともに、モータ５を動作させ、温度を安定させた後、ヨウ素に対し、1.1当量となるチオ硫酸ナトリウムとなるチオ硫酸ナトリウム水溶液を一気に添加した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を添加した時刻を混合開始の基準時刻とした。

【0058】

また、撹拌翼３を継続的に回転させ、撹拌装置１を連続運転させ、その間、混合性の確認として、基準時刻から、目視においてヨウ素が脱色されるまでの時間（脱色時間）を計測した。

【0059】

実施例１、実施例２、および比較例の個別の条件は以下の通りとした。

【0060】

＜実施例１＞
実施例１では、上記第１実施形態を想定し、撹拌槽２の胴部２ａの壁外面２ｄには、上方視として図３と同様に、撹拌槽２の外周の一か所に鉛直方向に１列にほぼ等間隔に４つ配置した。

【0061】

＜実施例２＞
実施例２では、上記第２実施形態を想定し、撹拌槽２の胴部２ａの壁外面２ｄには、上方視が図６と同様に、撹拌軸４を中心として互いに対向する位置に圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂをそれぞれ１列にほぼ等間隔に４つずつ配置した。
また、実施例２では、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂの稼働制御における初期時刻を一致させ、圧電素子６Ａは厳密に１秒間稼働させた後、１秒間非稼働とし、これを繰り返すパルス運転とした。他方、圧電素子６Ｂは、厳密に１秒間非稼働とした後、１秒間稼働とし、これを繰り返すパルス運転とした。すなわち、圧電素子６Ａと圧電素子６Ｂが稼働と非稼働を１秒ごとに交互に繰り返すように運転した。

【0062】

＜比較例＞
上記実施例１、２と比較するため、比較例では、実施例１の構成において圧電素子６を動作させずに運転した。

【0063】

上記実施例１、２および比較例によりヨウ素の脱色時間を計測した。図１３は、実施例１、２および比較例の脱色時間を示す表である。表１から、実施例１および実施例２では比較例に比べて脱色時間が短縮されているのが分かる。

【符号の説明】

【0064】

１、１Ａ、１Ｂ…撹拌装置、２…撹拌槽、２ａ…胴部、２ｂ…槽底部、２ｃ…壁内面、２ｄ…壁外面、３、３ａ、３ｂ…撹拌翼、４…撹拌軸、５…モータ、６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…圧電素子、８、８Ａ、８Ｂ…ジャケット、８１…流路、８２…入口、８３…出口、ｂ…被撹拌物、ｃ…熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】