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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022133244
(43)【公開日】2022-09-13
(54)【発明の名称】攪拌装置
(51)【国際特許分類】
B01F 27/86 20220101AFI20220906BHJP
B01F 27/808 20220101ALI20220906BHJP
B01F 27/90 20220101ALI20220906BHJP
B01F 23/40 20220101ALI20220906BHJP
B01F 23/50 20220101ALI20220906BHJP
B01F 25/50 20220101ALI20220906BHJP
B01F 27/80 20220101ALI20220906BHJP
【ＦＩ】
B01F7/16 L
B01F7/16 E
B01F7/18 B
B01F3/08 Z
B01F3/12
B01F5/10
B01F7/16 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022023350
(22)【出願日】2022-02-18
(31)【優先権主張番号】P 2021031793
(32)【優先日】2021-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000225016
【氏名又は名称】プライミクス株式会社
(72)【発明者】
【氏名】西川 宏
(72)【発明者】
【氏名】金澤 賢次郎
(72)【発明者】
【氏名】仁井 翔一
【テーマコード（参考）】
4G035
4G078
【Ｆターム（参考）】
4G035AB38
4G035AB46
4G035AC29
4G035AE13
4G078AA02
4G078BA05
4G078CA08
4G078CA13
4G078DA01
4G078DA21
4G078DB03
(57)【要約】
【課題】 攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することが可能な攪拌装置を提供すること。
【解決手段】 底部７１１および側壁部７１２を有する攪拌槽７１と、攪拌槽７１内において軸周りに回転する攪拌羽根Ａ１と、を備える攪拌装置Ｂ１であって、攪拌羽根Ａ１は、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転し、攪拌槽７１内において底部７１１に沿って配置され、且つ各々が攪拌羽根Ａ１の回転中心から径方向ｒ外方に向かうほど正転方向Ｆに位置する形状である、複数のバッフル７６、を備える。
【選択図】 図２
【解決手段】 底部７１１および側壁部７１２を有する攪拌槽７１と、攪拌槽７１内において軸周りに回転する攪拌羽根Ａ１と、を備える攪拌装置Ｂ１であって、攪拌羽根Ａ１は、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転し、攪拌槽７１内において底部７１１に沿って配置され、且つ各々が攪拌羽根Ａ１の回転中心から径方向ｒ外方に向かうほど正転方向Ｆに位置する形状である、複数のバッフル７６、を備える。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
底部および側壁部を有する攪拌槽と、
前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、
前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、
前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置され、且つ各々が前記攪拌羽根の回転中心から径方向外方に向かうほど前記正転方向に位置する形状である、複数のバッフルを備えることを特徴とする、攪拌装置。
前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、
前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、
前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置され、且つ各々が前記攪拌羽根の回転中心から径方向外方に向かうほど前記正転方向に位置する形状である、複数のバッフルを備えることを特徴とする、攪拌装置。
【請求項2】
底部および側壁部を有する攪拌槽と、
前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、
前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、
前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置される複数のバッフルを備え、
前記複数のバッフルは、前記攪拌羽根が正転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉せず、
前記攪拌羽根が逆転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉するように配置されている
ことを特徴とする、攪拌装置。
前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、
前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、
前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置される複数のバッフルを備え、
前記複数のバッフルは、前記攪拌羽根が正転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉せず、
前記攪拌羽根が逆転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉するように配置されている
ことを特徴とする、攪拌装置。
【請求項3】
前記攪拌羽根は、正転方向に回転するときに、前記軸方向の斜め上方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせ、逆転方向に回転した場合に、前記軸方向の斜め下方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせる、
ことを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の攪拌装置。
ことを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項4】
前記複数のバッフルの前記軸方向における上端は、前記攪拌羽根の前記軸方向における上端よりも下方に位置している、
ことを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の攪拌装置。
ことを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項5】
前記攪拌槽の下方に位置するポンプ槽と、
前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、
前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、
前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸と
を備えることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の攪拌装置。
前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、
前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、
前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸と
を備えることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項6】
前記ポンプ槽に接続され、
前記攪拌槽の前記底部から流出する前記攪拌対象を前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に還流させる還流管路
を備えることを特徴とする、請求項５に記載の攪拌装置。
前記攪拌槽の前記底部から流出する前記攪拌対象を前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に還流させる還流管路
を備えることを特徴とする、請求項５に記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、攪拌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液体または粉体と液体の混合体などの対象物体を分散および混合などの攪拌をするための装置として、攪拌羽根を有する攪拌装置が用いられている。特許文献１には、従来の攪拌装置の一例が開示されている。本文献に開示された構成においては、回転駆動される回転軸の先端に攪拌羽根が取り付けられている。攪拌羽根は、対象物体を収容した攪拌容器内において回転されることにより、対象物体の分散および混合などの攪拌を行う。
【0003】
対象物体の粘度が高くなるほど、分散および混合の難度が高くなる。分散および混合を高度化するには、攪拌羽根による対象物体の攪拌能力を高める必要がある。しかしながら、攪拌羽根による攪拌能力を高めると、液体の対象物体に旋回流による渦が生じやすくなる。過大な渦が生じると、攪拌装置の機能を低下させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００６－２０５０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することが可能な攪拌装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によって提供される攪拌装置は、底部および側壁部を有する攪拌槽と、前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置され、且つ各々が前記攪拌羽根の回転中心から径方向外方に向かうほど前記正転方向に位置する形状である、複数のバッフルを備えることを特徴としている（請求項１）。
また、本発明によって提供される攪拌装置は、底部および側壁部を有する攪拌槽と、前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置される複数のバッフルを備え、前記複数のバッフルは、前記攪拌羽根が正転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉せず、前記攪拌羽根が逆転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉するように配置されていることを特徴としている（請求項２）。
好ましくは、前記攪拌羽根は、正転方向に回転するときに、前記軸方向の斜め上方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせ、逆転方向に回転した場合に、前記軸方向の斜め下方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせる（請求項３）。
前記複数のバッフルの前記軸方向における上端は、前記攪拌羽根の前記軸方向における上端よりも下方に位置している（請求項４）。
また、前記攪拌槽の下方に位置するポンプ槽と、前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸とを備えることが好ましい（請求項５）。
さらに、前記ポンプ槽に接続され、前記攪拌槽の前記底部から流出する前記攪拌対象を前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に還流させる還流管路を備えることが好ましい（請求項６）。
また、本発明によって提供される攪拌装置は、底部および側壁部を有する攪拌槽と、前記攪拌槽内において軸周りに回転する攪拌羽根と、を備える攪拌装置であって、前記攪拌羽根は、正転方向および逆転方向の双方向に回転し、前記攪拌槽内において前記底部に沿って配置される複数のバッフルを備え、前記複数のバッフルは、前記攪拌羽根が正転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉せず、前記攪拌羽根が逆転方向に回転するときに、当該攪拌羽根から吐出される攪拌対象の流れが当該バッフルと干渉するように配置されていることを特徴としている（請求項２）。
好ましくは、前記攪拌羽根は、正転方向に回転するときに、前記軸方向の斜め上方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせ、逆転方向に回転した場合に、前記軸方向の斜め下方に進行する前記撹拌対象の流れを生じさせる（請求項３）。
前記複数のバッフルの前記軸方向における上端は、前記攪拌羽根の前記軸方向における上端よりも下方に位置している（請求項４）。
また、前記攪拌槽の下方に位置するポンプ槽と、前記ポンプ槽に収容されたポンプ羽根と、前記底部および前記ポンプ槽を繋ぐ連結管路と、前記ポンプ槽および前記連結管路に挿通され且つ前記攪拌羽根および前記ポンプ羽根に連結された回転軸とを備えることが好ましい（請求項５）。
さらに、前記ポンプ槽に接続され、前記攪拌槽の前記底部から流出する前記攪拌対象を前記攪拌槽の外部を経由して前記攪拌槽に還流させる還流管路を備えることが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することができる。
【0008】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置を示す断面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す斜視図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の逆転時の流動状態例を示す図である。
【図6】第１比較例の攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る攪拌装置の正転時及び逆転時の流動状態例を示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係る攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図9】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の第１変形例を示す断面図である。
【図10】本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の第２変形例を示す断面図である。
【図11】本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す斜視図である。
【図12】本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す正面図である。
【図13】本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す平面図である。
【図14】本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図15】本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の逆転時の流動状態例を示す図である。
【図16】第２比較例の攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図17】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置を示す断面図である。
【図18】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す斜視図である。
【図19】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す正面図である。
【図20】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の攪拌羽根の一例を示す平面図である。
【図23】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【図24】本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の逆転時の流動状態例を示す図である。
【図25】第３比較例の攪拌装置の正転時の流動状態例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【0011】
以降の説明において、攪拌とは、分散および混合を含む概念である。対象物体を分散するとは、化学的に１つの相となっている物質（たとえば液体）中において、他の物質（例えば液体または粉体）をミクロな状態で散在させる動作をいう。また、対象物体を混合するとは、容器に収容された対象物体がより均一な性状となるように容器内においてかき混ぜる動作をいう。
【0012】
【0013】
〔攪拌容器７〕
攪拌容器７は、攪拌対象材（攪拌対象）８を収容し、この攪拌対象材８を攪拌するための容器である。本実施形態においては、攪拌容器７は、攪拌槽７１、蓋部７２および複数のバッフル７６を有する。
攪拌容器７は、攪拌対象材（攪拌対象）８を収容し、この攪拌対象材８を攪拌するための容器である。本実施形態においては、攪拌容器７は、攪拌槽７１、蓋部７２および複数のバッフル７６を有する。
【0014】
攪拌槽７１は、攪拌対象材８を収容し、攪拌対象材８を攪拌する主要部位である。攪拌槽７１は、底部７１１および側壁部７１２を有する。底部７１１は、攪拌槽７１の下端部分であり、図示された例においては、下方に僅かに膨出する曲面形状である。ただし、底部７１１の形状は特に限定されず、平板状であってもよい。側壁部７１２は、底部７１１から上方に繋がっており、円筒状である。なお、図中の軸方向ｚは、円筒状である側壁部７１２の中心軸と平行であり、本実施形態においては、鉛直方向に相当する。
【0015】
蓋部７２は、攪拌槽７１を上方から塞いでおり、たとえば攪拌容器７の密閉性を維持するためのものである。
【0016】
複数のバッフル７６は、攪拌槽７１内において底部７１１に沿って配置されている。複数のバッフル７６は、各々が攪拌槽７１の径方向ｒ中心から径方向ｒ外方に向かうほど攪拌羽根Ａ１の正転方向Ｆに位置する形状である。なお、本実施形態の攪拌槽７１の径方向ｒ中心は、回転軸４と一致しているが、攪拌槽７１の径方向ｒ中心と回転軸４とが一致しない場合、径方向ｒは、回転軸４を中心とする座標軸である。図示された例においては、バッフル７６は、攪拌羽根Ａ１の正転方向Ｆ側に位置する面が凹曲面であり、逆転方向Ｒ側に位置する面が凸曲面である。バッフル７６の材質は特に限定されず、たとえばステンレス等の金属からなる。また、バッフル７６の形状は特に限定されず、曲面を有する形状のほか、平面視において直線状であってもよいし、屈曲形状であってもよい。
【0017】
図示された例においては、バッフル７６は、リブ状であり、攪拌槽７１の底部７１１に全長にわたって固定されている。バッフル７６は、底部７１１に対して、たとえば溶接によって固定される。なお、バッフル７６を固定する手法は特に限定されない。また、バッフル７６は、たとえば攪拌槽７１に対して脱着可能であってもよい。また、バッフル７６は、別の部材を介して間接的に攪拌槽７１の底部７１１等に固定されていてもよい。
【0018】
バッフル７６の高さは特に限定されない。バッフル７６の高さは、攪拌羽根Ａ１の回転によって生じる流動に応じて、後述する効果を奏する観点から適宜設定すればよい。たとえば、図示された攪拌羽根Ａ１が主に径方向ｒに沿った流動を生じさせる場合、複数のバッフル７６は、径方向から見て攪拌羽根Ａ１と重なる高さが好ましい。図示された例においては、バッフル７６の軸方向ｚにおける上端（底部７１１から最も離れた端部）は、攪拌羽根Ａ１の上端（底部７１１から最も離れた端部）よりも上方に（底部７１１から離れた側）位置しており、バッフル７６の下端（底部７１１に最も近い端部）は、攪拌羽根Ａ１の下端（底部７１１に最も近い端部）よりも下方（底部７１１に近い側）に位置している。
【0019】
バッフル７６の径方向ｒの大きさは何ら限定されない。本実施形態においては、バッフル７６の大きさは、径方向ｒにおいて底部７１１の半径の１／２以下である。すなわち、複数のバッフル７６は、底部７１１の半径の１／２以内の領域に配置されている。
バッフル７６の個数は特に限定されない。本実施形態においては、バッフル７６の個数は６つである。また、６つのバッフル７６は、攪拌槽７１の径方向ｒ中心（回転軸４）から放射状に等ピッチで配列されている。
バッフル７６の個数は特に限定されない。本実施形態においては、バッフル７６の個数は６つである。また、６つのバッフル７６は、攪拌槽７１の径方向ｒ中心（回転軸４）から放射状に等ピッチで配列されている。
【0020】
〔攪拌羽根Ａ１〕
攪拌羽根Ａ１は、攪拌槽７１に収容された攪拌対象材８を攪拌するためのものであり、回転することによって攪拌対象材８を攪拌しうる旋回流等の流動を生じさせる。攪拌羽根Ａ１は、図２に示す正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転する。なお、以降においては、側壁部７１２の中心軸に対応する周方向θにおいて、一方の方向が正転方向Ｆであり、他方の方向が逆転方向Ｒとして説明する。攪拌羽根としては、従来公知の様々な構成の羽根を用いることが可能であり、いわゆるプロペラ形、パドル形、タービン形、コーン形等の形式が例示される。
攪拌羽根Ａ１は、攪拌槽７１に収容された攪拌対象材８を攪拌するためのものであり、回転することによって攪拌対象材８を攪拌しうる旋回流等の流動を生じさせる。攪拌羽根Ａ１は、図２に示す正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転する。なお、以降においては、側壁部７１２の中心軸に対応する周方向θにおいて、一方の方向が正転方向Ｆであり、他方の方向が逆転方向Ｒとして説明する。攪拌羽根としては、従来公知の様々な構成の羽根を用いることが可能であり、いわゆるプロペラ形、パドル形、タービン形、コーン形等の形式が例示される。
【0021】
図３は、本実施形態に用いられる攪拌羽根の一例である攪拌羽根Ａ１を示している。本実施形態の攪拌羽根Ａ１は、基部１および複数の羽根部２Ａ，２Ｂを有している。基部１は、平坦な円盤状である。複数の羽根部２Ａ，２Ｂは、基部１の外周端付近に配置されている。複数の羽根部２Ａは、基部１から軸方向ｚの上方に突出した略台形状の平板である。複数の羽根部２Ｂは、基部１から軸方向ｚの下方に突出した略台形状の平板である。複数の羽根部２Ａと複数の羽根部２Ｂとは、周方向θに沿って互いに交互に配置されている。このような攪拌羽根Ａ１は、たとえば金属板を切断及び折り曲げ加工することによって形成可能である。
【0022】
〔回転軸４〕
回転軸４は、攪拌羽根Ａ１を回転させる軸である。回転軸４は、底部７１１に挿通されており、攪拌羽根Ａ１が取り付けられている。図示された例においては、回転軸４の上端に攪拌羽根Ａ１が固定されている。本実施形態においては、攪拌槽７１の中心と回転軸４とが一致しているが、これらが一致しない構成であってもよい。
回転軸４は、攪拌羽根Ａ１を回転させる軸である。回転軸４は、底部７１１に挿通されており、攪拌羽根Ａ１が取り付けられている。図示された例においては、回転軸４の上端に攪拌羽根Ａ１が固定されている。本実施形態においては、攪拌槽７１の中心と回転軸４とが一致しているが、これらが一致しない構成であってもよい。
【0023】
〔モータ５〕
モータ５は、回転軸４を回転させる駆動源である。モータ５は、回転軸４に直接連結されていてもよいし、ギヤ（図示略）を介して連結されていてもよい。モータ５は、回転軸４を正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転させる。これにより、攪拌羽根Ａ１は、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転する。
モータ５は、回転軸４を回転させる駆動源である。モータ５は、回転軸４に直接連結されていてもよいし、ギヤ（図示略）を介して連結されていてもよい。モータ５は、回転軸４を正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転させる。これにより、攪拌羽根Ａ１は、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒの双方向に回転する。
【0024】
【0025】
図４および図５は、攪拌装置Ｂ１の流動状態例を示している。図示された流動状態では、攪拌槽７１に攪拌対象材８が収容されている。攪拌対象材８は、攪拌装置Ｂ１によって攪拌される対象物体である。攪拌対象材８の種類は特に限定されず、１種類の液体または複数種類の液体の混合体や、これらのいずれかと粉体等の固体との混合体等が例示される。図示された流動状態例は、攪拌対象材８として水を採用し、攪拌羽根Ａ１の周速が２０ｍ／ｓである条件で、流体解析を行った結果である。図４は、攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させた場合であり、図５は、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させた場合である。また、図６は、第１比較例Ｘ１の流動状態の解析結果を示している。第１比較例Ｘ１は、図４に示す流動状態の攪拌装置Ｂ１と比べて、攪拌容器７が複数のバッフル７６を有していない点のみが異なり、その他の構造や、攪拌羽根Ａ１が正転方向Ｆに回転している点は同様である。
なお、図４～図６は、後述する空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
なお、図４～図６は、後述する空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
【0026】
攪拌羽根Ａ１は、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒのいずれの方向に回転した場合であっても、図７に示すように径方向ｒに放射状に進行する流れが生じる。この流れは、攪拌羽根Ａ１の回転方向に対応して、正転方向Ｆおよび逆転方向Ｒのそれぞれに向かう流速ベクトルを有する。これにより、攪拌羽根Ａ１が正転方向Ｆに回転した場合、図７（ａ）に示すように、攪拌羽根Ａ１から吐出される攪拌対象材８の流れＣｆがバッフルと干渉せず、攪拌羽根Ａ１が逆転方向Ｒに回転した場合、図７（ｂ）に示すように攪拌羽根Ａ１から吐出される攪拌対象材８の流れＣｒがバッフルと干渉する。なお、この点については、後述の第２実施形態及び第３実施形態においても妥当する。
また、この流れは、上述した攪拌羽根Ａ１の形状により、攪拌羽根Ａ１から軸方向ｚの斜め上方および斜め下方に進行する流れを含む。ただし、これらの流れは、いずれも、軸方向ｚにおいて複数のバッフル７６が設けられた領域を通過する程度の角度である。
また、この流れは、上述した攪拌羽根Ａ１の形状により、攪拌羽根Ａ１から軸方向ｚの斜め上方および斜め下方に進行する流れを含む。ただし、これらの流れは、いずれも、軸方向ｚにおいて複数のバッフル７６が設けられた領域を通過する程度の角度である。
【0027】
図４においてドット状のハッチングを付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上の領域を示している。正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、複数のバッフル７６を含んでおり、軸方向ｚにおいて攪拌対象材８の液面に到達している。すなわち、攪拌槽７１の中心寄りの領域で、強い正転方向Ｆの旋回流が生じている。
【0028】
一方、図５においてドット状のハッチング（図４よりも濃いハッチング）を付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが逆転方向Ｒで回転速度が150r/min以上の領域を示している。逆転方向Ｒに回転する速い流れが生じた領域は、攪拌羽根Ａ１のごく近傍であって、軸方向ｚおよび径方向ｒにおいて複数のバッフル７６が配置された領域に概ねとどまっている。
【0029】
ここで、図６に示す第１比較例Ｘ１では、図４と同様に、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上のある領域にハッチングを付している。正転方向Ｆに回転する攪拌羽根Ａ１によって、攪拌槽７１内の攪拌対象材８の大部分に、正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。
【0030】
図４に示す流動状態と、図６に示す流動状態とを比較すると、図４に示す正転方向Ｆの強い旋回流の領域が、図６よりも若干小さいものの、攪拌対象材８の液面に至る比較的大きな領域で、正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。これは、複数のバッフル７６が、径方向ｒの外方に向かうほど、正転方向Ｆに位置するように径方向ｒに対して傾いた形状であることによる。すなわち、正転方向Ｆに回転する攪拌羽根Ａ１から生じた（吐出された）流れＣｆは、径方向ｒの外方に向かいつつ、正転方向Ｆに進行する。この流れは、図７（ａ）に示すように複数のバッフル７６の形状に沿った流れであり、複数のバッフル７６はこの流れを過度には阻害（干渉）しない。このため、図４の流動状態においても、大きな領域で正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。
【0031】
一方、図５に示す流動状態で逆転方向Ｒの強い旋回流が生じた領域は、図４に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域よりも顕著に小さい。逆転方向Ｒに回転する攪拌羽根Ａ１から生じた流れは、径方向ｒの外方に向かいつつ、逆転方向Ｒに進行する。これに対し、複数のバッフル７６は、径方向ｒの外方に向かうほど、正転方向Ｆに位置するように径方向ｒに対して傾いた形状である。このため、図７（ｂ）に示すように逆転方向Ｒに回転する攪拌羽根Ａ１から生じた流れＣｒとバッフル７６が干渉し、複数のバッフル７６が攪拌羽根Ａ１から生じた流れＣｒを抑制（阻害）する機能を果たす。これにより、逆転方向Ｒの強い旋回流が生じた領域が減少したと考えられる。なお、図６に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、第１比較例Ｘ１の攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させた場合の正転方向Ｆの強い旋回流が生じる領域と大きく異ならないと考えられる。このことからも、複数のバッフル７６が逆転方向Ｒの旋回流Ｃｒを顕著に抑制する機能を果たすと言える。
【0032】
以上に述べた通り、複数のバッフル７６を備える攪拌装置Ｂ１においては、攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させた場合に、攪拌対象材８の比較的広い領域に正転方向Ｆの強い旋回流を生じさせ、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させた場合に、攪拌対象材８の比較的狭い領域に逆転方向Ｒの強い旋回流を封じ込めることが可能である。たとえば、攪拌対象材８が高粘度であったり、高度な分散および混合が求められたりする場合には、攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させた攪拌が好ましい。一方、攪拌対象材８が低粘度であったり、攪拌槽７１に収容された攪拌対象材８の液面の中央から下方に向けて生じる空気吸い込み渦が攪拌羽根Ａ１に到達することを回避したりする場合には、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させた攪拌が好ましい。
一般に、攪拌羽根Ａ１の周速をある一定以上に設定して撹拌対象材８に対する処理を行うと、図８に示すように攪拌対象材８が攪拌槽７１内を旋回するように流動して、液面の中央から下方に向けて空気吸い込み渦が発生するが、この空気吸い込み渦を生じさせる流動は、液面付近にある攪拌対象材８を撹拌槽７１下方に向けて降下させる働きをするため、例えば、比重が小さく液面付近に浮遊しやすい粉体を溶解する場合、粉体をせん断力が最も強く作用する撹拌槽７１の底の攪拌羽根Ａ１付近まで引き込んで、粉体の溶解処理を効率良く行えるようにするメリットがある。
その一方で、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理するために、攪拌羽根Ａ１の周速をより大きくすると、空気吸い込み渦が過剰に発達して、渦の下端が攪拌槽７１底の攪拌羽根付近まで到達するようになる。この結果、せん断力が最も強く作用する撹拌槽７１底の攪拌羽根Ａ１付近に攪拌対象材８が十分に存在しない状態が生じ、攪拌対象材８に対する分散、乳化、溶解、微粒化といった作用が著しく低下するという問題が生じるようになる。
これに対し、攪拌装置Ｂ１によれば、攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させて液面の中央から下方に向けて空気吸い込み渦が発生させ、比重が小さく液面付近に浮遊しやすい粉体を、粉体をせん断力が最も強く作用する撹拌槽７１の底の攪拌羽根Ａ１付近まで行きわたるように引き込んだ後、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させて、空気吸い込み渦の下端が攪拌羽根Ａ１付近まで到達することを回避しつつ、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理することができる。
以上のように、攪拌装置Ｂ１によれば、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することができる。なお、以上の点については、後述の第２実施形態及び第３実施形態においても妥当する。
一般に、攪拌羽根Ａ１の周速をある一定以上に設定して撹拌対象材８に対する処理を行うと、図８に示すように攪拌対象材８が攪拌槽７１内を旋回するように流動して、液面の中央から下方に向けて空気吸い込み渦が発生するが、この空気吸い込み渦を生じさせる流動は、液面付近にある攪拌対象材８を撹拌槽７１下方に向けて降下させる働きをするため、例えば、比重が小さく液面付近に浮遊しやすい粉体を溶解する場合、粉体をせん断力が最も強く作用する撹拌槽７１の底の攪拌羽根Ａ１付近まで引き込んで、粉体の溶解処理を効率良く行えるようにするメリットがある。
その一方で、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理するために、攪拌羽根Ａ１の周速をより大きくすると、空気吸い込み渦が過剰に発達して、渦の下端が攪拌槽７１底の攪拌羽根付近まで到達するようになる。この結果、せん断力が最も強く作用する撹拌槽７１底の攪拌羽根Ａ１付近に攪拌対象材８が十分に存在しない状態が生じ、攪拌対象材８に対する分散、乳化、溶解、微粒化といった作用が著しく低下するという問題が生じるようになる。
これに対し、攪拌装置Ｂ１によれば、攪拌羽根Ａ１を正転方向Ｆに回転させて液面の中央から下方に向けて空気吸い込み渦が発生させ、比重が小さく液面付近に浮遊しやすい粉体を、粉体をせん断力が最も強く作用する撹拌槽７１の底の攪拌羽根Ａ１付近まで行きわたるように引き込んだ後、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させて、空気吸い込み渦の下端が攪拌羽根Ａ１付近まで到達することを回避しつつ、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理することができる。
以上のように、攪拌装置Ｂ１によれば、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することができる。なお、以上の点については、後述の第２実施形態及び第３実施形態においても妥当する。
【0033】
本実施形態のバッフル７６は、軸方向ｚの上端が、攪拌羽根Ａ１の上端よりも上方に位置し、軸方向ｚの下端が、攪拌羽根Ａ１の下端よりも下方に位置する。これにより、攪拌羽根Ａ１によって生じた流れを、複数のバッフル７６により確実に向かわせることが可能である。これは、特に、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させる場合に、攪拌羽根Ａ１からの流れをより積極的に複数のバッフル７６に向かわせ、逆転方向Ｒの旋回流が生じる領域を意図的に抑え込むのに好ましい。
【0034】
【0035】
＜第１実施形態 第１変形例＞
図９は、攪拌装置Ｂ１の第１変形例を示している。本変形例の攪拌装置Ｂ１１では、複数のバッフル７６の形状が、上述した攪拌羽根Ａ１のバッフル７６と異なっている。
図９は、攪拌装置Ｂ１の第１変形例を示している。本変形例の攪拌装置Ｂ１１では、複数のバッフル７６の形状が、上述した攪拌羽根Ａ１のバッフル７６と異なっている。
【0036】
本変形例においては、バッフル７６は、平面視において直線状である。ただし、本変形例においても、バッフル７６は、径方向ｒの中心から径方向ｒの外方に向かうほど、正転方向Ｆに位置するように径方向ｒに対して傾斜している。
【0037】
本変形例によっても、攪拌能力を高めつつ、過度な渦の発生を抑制することができる。また、本変形例から理解させるように、複数のバッフル７６の形状は何ら限定されない。
なお、本変形例は、後述の第２実施形態及び第３実施形態に対しても、同様に適用することができる。
なお、本変形例は、後述の第２実施形態及び第３実施形態に対しても、同様に適用することができる。
【0038】
＜第１実施形態 第２変形例＞
図１０は、攪拌装置Ｂ１の第２変形例を示している。本変形例の攪拌装置Ｂ１２は、ポンプ羽根３をさらに備えている。また、攪拌容器７が、攪拌槽７１に加えて、ポンプ槽７３、連結管路７４および還流管路７５を有している。
図１０は、攪拌装置Ｂ１の第２変形例を示している。本変形例の攪拌装置Ｂ１２は、ポンプ羽根３をさらに備えている。また、攪拌容器７が、攪拌槽７１に加えて、ポンプ槽７３、連結管路７４および還流管路７５を有している。
【0039】
ポンプ槽７３は、攪拌槽７１の下方に設けられており、たとえば偏平な円筒状である。ポンプ槽７３の平面視中心は、攪拌槽７１の平面視中心と一致している。
【0040】
連結管路７４は、攪拌槽７１の底部７１１とポンプ槽７３とを繋いでいる。連結管路７４は、短管状であり、平面視中心が、攪拌槽７１およびポンプ槽７３の平面視中心と一致している。
【0041】
還流管路７５は、底部７１１から流出した液体を攪拌槽７１の外部を経由して攪拌槽７１に還流させるための経路である。還流管路７５は、ポンプ槽７３の側方に繋がっている。図示された例においては、還流管路７５は、側方注入口７５１、天側注入口７５２、散布部７５３およびバルブ部７５４を有する。
【0042】
側方注入口７５１は、攪拌槽７１の側壁部７１２に繋がっており、還流された液体が攪拌槽７１に側方から流入される部位である。
【0043】
天側注入口７５２は、攪拌槽７１の上方に設けられており、図示された例においては、蓋部７２を貫通して設けられている。天側注入口７５２は、還流された液体が攪拌槽７１に上方から流入される部位である。
【0044】
散布部７５３は、天側注入口７５２に取り付けられており、天側注入口７５２から流入する液体を攪拌槽７１内に散布することによって攪拌槽７１内を洗浄する機能を有するものであり、いわゆるシャワーボール（洗浄ノズル）である。
【0045】
バルブ部７５４は、側方注入口７５１および天側注入口７５２のいずれかに選択的に液体を還流させるためのものであり、たとえば三方弁等によって構成される。
【0046】
ポンプ羽根３は、攪拌槽７１内の液体を連結管路７４を通して吸引し、還流管路７５へと送るためのものである。ポンプ羽根３は、ポンプ槽７３に収容された状態で正転方向Ｆ及び逆転方向Ｒに回転する。ポンプ羽根３は、回転軸４に取り付けられている。
ポンプ羽根３は、正転方向Ｆ及び逆転方向Ｒのいずれの場合であっても、攪拌槽７１内の液体を還流管路７５へと送ることができる羽根形状を有していることが好ましい。
ポンプ羽根３は、正転方向Ｆ及び逆転方向Ｒのいずれの場合であっても、攪拌槽７１内の液体を還流管路７５へと送ることができる羽根形状を有していることが好ましい。
【0047】
図示された例は、ポンプ羽根３として、遠心ポンプを用いた例である。このようなポンプ羽根３は、たとえば主板３１および複数の羽根板３２を有する。主板３１は、たとえば円板状の部材であり、たとえばステンレス等の金属からなる。複数の羽根板３２は、たとえばステンレス等の金属からなり、主板３１の上面に固定されている。
【0048】
攪拌装置Ｂ１２の使用例について説明する。まず、攪拌装置Ｂ１２において通常の攪拌を行う場合を説明する。この場合、バルブ部７５４は、側方注入口７５１へと向かう経路を開状態とし、天側注入口７５２に向かう経路を閉状態とする。すなわち、図中の経路Ｐ１が選択された状態である。攪拌羽根Ａ１による攪拌と同時に、ポンプ羽根３の回転により、ポンプ羽根３の中心から攪拌対象材８が吸引され、ポンプ羽根３の径方向外方に位置する還流管路７５に攪拌対象材８が吐出される。この攪拌対象材８は、還流管路７５を通じて、側方注入口７５１から攪拌槽７１へと注入される。この攪拌対象材８の還流により、攪拌槽７１内において攪拌対象材８が淀んでしまうこと等を防止することができる。
これにより、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させて、空気吸い込み渦の下端が攪拌羽根Ａ１付近まで到達することを回避しつつ、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理する際に、旋回流が生じる領域が、攪拌羽根Ａ１を正転方向Fに回転させたときに生じる旋回流の領域よりも顕著に小さくなるという問題をカバーすることができる。
これにより、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させて、空気吸い込み渦の下端が攪拌羽根Ａ１付近まで到達することを回避しつつ、攪拌対象材８に対してより高度なせん断力を付加して処理する際に、旋回流が生じる領域が、攪拌羽根Ａ１を正転方向Fに回転させたときに生じる旋回流の領域よりも顕著に小さくなるという問題をカバーすることができる。
【0049】
次に、攪拌装置Ｂ１２における攪拌容器７の洗浄を行う場合を説明する。この場合、バルブ部７５４は、側方注入口７５１へと向かう経路を閉状態とし、天側注入口７５２へと向かう経路を開状態としている。すなわち、図中の経路Ｐ２が選択された状態である。また、攪拌対象材８に代えて、攪拌槽７１には、洗浄液が収容される。洗浄液は、攪拌容器７内に付着した攪拌対象材８等を洗浄するための液体である。この状態で、モータ５を回転することによって、攪拌羽根Ａ１およびポンプ羽根３を回転させる。これにより、攪拌羽根Ａ１によって、攪拌槽７１内に貯留された洗浄液９に旋回流を生じさせるとともに、ポンプ羽根３によって、洗浄液９が還流管路１５を通じて天側注入口７５２に送液され、その先端に配置された散布部（シャワーボール）７５３から攪拌容器７内全体に向けて噴霧される。
【0050】
ここで、洗浄液による攪拌容器７の洗浄を十分に行うには、ポンプ羽根３の回転速度を上げて散布部（シャワーボール）７５３からの洗浄液９の吐出圧力を高める必要がある。しかしながら、ポンプ羽根３の回転速度を上げると、回転軸４を介してポンプ羽根３と連結される攪拌羽根Ａ１の回転速度（周速）も上がってしまい、これに伴って攪拌槽７１内において空気吸い込み渦が過度に発達して、その下端がポンプ羽根３にまで到達することなる。
この結果、散布部７５３からの洗浄液９の吐出圧力が低下し、洗浄液９による攪拌容器７内の洗浄が不十分なものとなる。
これに対し攪拌装置Ｂ１２においては、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させることにより、空気吸い込み渦の下端がポンプ羽根３にまで到達することを防止できるため、洗浄液９による攪拌容器７内の洗浄を十分に行うことできるようになる。
なお、本変形例は、後述の第２実施形態及び第３実施形態に対しても、同様に適用することができる。
この結果、散布部７５３からの洗浄液９の吐出圧力が低下し、洗浄液９による攪拌容器７内の洗浄が不十分なものとなる。
これに対し攪拌装置Ｂ１２においては、攪拌羽根Ａ１を逆転方向Ｒに回転させることにより、空気吸い込み渦の下端がポンプ羽根３にまで到達することを防止できるため、洗浄液９による攪拌容器７内の洗浄を十分に行うことできるようになる。
なお、本変形例は、後述の第２実施形態及び第３実施形態に対しても、同様に適用することができる。
【0051】
＜第２実施形態＞
図１１～図１３は、本発明の第２実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ｂ２は、攪拌羽根Ａ１に代えて攪拌羽根Ａ２を備える点が、攪拌装置Ｂ１と異なっている。図１１～図１３に示すように、攪拌羽根Ａ２は、基部１および複数の羽根部２を備えている。攪拌羽根Ａ２の材質は、特に限定されず、分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ２を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
図１１～図１３は、本発明の第２実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ｂ２は、攪拌羽根Ａ１に代えて攪拌羽根Ａ２を備える点が、攪拌装置Ｂ１と異なっている。図１１～図１３に示すように、攪拌羽根Ａ２は、基部１および複数の羽根部２を備えている。攪拌羽根Ａ２の材質は、特に限定されず、分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ２を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
【0052】
また、攪拌羽根Ａ２は、基部１および複数の羽根部２が一体的に形成されたものであってもよいし、複数の部品が組み合わされた構成であってもよい。さらに、攪拌羽根Ａ２を攪拌装置Ｂ１の回転軸４に取り付ける構造としては、種々の係合機構や締結機構などの取り付け機構が採用されてもよいし、回転軸４と攪拌羽根Ａ２の少なくとも一部とが一体的に形成された構造であってもよい。図１１～図１３においては、攪拌羽根Ａ２を回転軸４に取り付けるための構造は、理解の便宜上省略している。攪拌羽根Ａ２の大きさは特に限定されず、攪拌羽根Ａ２の直径は、４０～３００ｍｍ程度に設定することができる。
【0053】
基部１は、複数の羽根部２を支持しており、回転軸４に固定される部位である。基部１の形状および大きさは特に限定されない。本実施形態の基部１は、軸方向ｚ視において円形状である。基部１は、外周端１０および傾斜面１１を有する。外周端１０は、径方向ｒにおいて最外方に位置する部位である。本実施形態においては、外周端１０は、基部１の軸方向ｚ下端に位置しており、軸方向ｚ視において円形である。傾斜面１１は、外周端１０に対して軸方向ｚ上側に設けられている。傾斜面１１は、軸方向ｚにおいて外周端１０に向かうほど径方向ｒ外方に位置するように傾斜している。図示された例においては、基部１全体が、円錐体とされており、傾斜面１１は、円錐体の側面によって構成されている。
【0054】
複数の羽根部２は、基部１に対して軸方向ｚ一方側に位置し、且つ各々が周方向θに配列されている。本実施形態においては、複数の羽根部２は、傾斜面１１に設けられている。図１２に示すように、複数の羽根部２は、軸方向ｚにおける所定範囲に配置されている。
【0055】
複数の羽根部２の個数は特に限定されない。本実施形態においては、複数の羽根部２の個数は４つである。また、４つの羽根部２は、等ピッチで配列されており、図示された例においては、当該ピッチは９０度である。
【0056】
羽根部２は、内方端２１ａ、外方端２２ａ、根本端２３ａ、先端２４ａ、前方面２５ａ、後方面２６ａ、前方湾曲部２７ａおよび後方湾曲部２８ａを有する。内方端２１ａは、羽根部２のうち径方向ｒにおいて最も内方に位置する端部である。本実施形態においては、複数の羽根部２の内方端２１ａどうしは、周方向θにおいて互いに離間している。外方端２２ａは、羽根部２のうち径方向ｒにおいて最も外方に位置する端部である。図１１に示すように、図示された例においては、外方端２２ａは、軸方向ｚ視において基部１の外周端１０と一致している。すなわち、基部１と羽根部２とは、いずれかが径方向ｒ外方に突出する構成とはなっていない。ただし、羽根部２が、基部１よりも径方向ｒ外方に突出する構成であってもよいし、基部１よりも径方向ｒ内方に退避した構成であってもよい。
【0057】
根本端２３ａは、羽根部２が基部１に繋がる部位である。先端２４ａは、羽根部２のうち根本端２３ａから軸方向ｚに離間した端部である。
【0058】
前方面２５ａは、羽根部２のうち正転方向Ｆを向く面である。後方面２６ａは、羽根部２のうち逆転方向Ｒを向く面である。
【0059】
前方湾曲部２７ａは、内方端２１ａに繋がり且つ軸方向ｚ視において正転方向Ｆに凸である部位である。より具体的には、前方湾曲部２７ａは、前方湾曲部２７ａの径方向ｒ両端を結ぶ仮想直線よりも正転方向Ｆに凸である形状である。後方湾曲部２８ａは、前方湾曲部２７ａに対して径方向ｒ外方に繋がり且つ軸方向ｚ視において逆転方向Ｒに凸である部位である。より具体的には、後方湾曲部２８ａは、後方湾曲部２８ａの径方向ｒ両端を結ぶ仮想直線よりも逆転方向Ｒに凸である形状である。図１１および図１３においては、前方湾曲部２７ａおよび後方湾曲部２８ａについて、理解の便宜上一点鎖線の矢印によってそれぞれの範囲を示している。図示された例においては、先端２４ａは、羽根部２のうち概ね前方湾曲部２７ａを構成する部分に設けられており、図１３に示すように、軸方向ｚ視において正転方向Ｆに凸である形状となっている。また、根本端２３ａは、前方湾曲部２７ａおよび後方湾曲部２８ａを構成する部分の双方に設けられており、図１３に示すように、軸方向ｚ視においてＳ字形状となっている。なお、前方湾曲部２７ａおよび後方湾曲部２８ａが設けられる範囲や、それぞれの湾曲度合い等は特に限定されない。
【0060】
また、本実施形態においては、羽根部２は、軸方向ｚにおいて基部１から離間するほど正転方向Ｆに位置するように傾いている。さらに、本実施形態においては、羽根部２の軸方向ｚに対する傾斜角度は、径方向ｒ内方に向かうほど大である。より具体的には、図１２に示すように、羽根部２の内方端２１ａが軸方向ｚとなす角度である角度γ１は、羽根部２の外方端２２ａが軸方向ｚとなす角度であり、角度γ２よりも大である。言い換えると、前方湾曲部２７ａが軸方向ｚとなす角度は、後方湾曲部２８ａが軸方向ｚとなす角度よりも大である。
【0061】
なお、本実施形態においても、バッフル７６の軸方向ｚにおける上端は、攪拌羽根Ａ２の上端よりも上方に位置しており、バッフル７６の下端は、攪拌羽根Ａ２の下端よりも下方に位置している。
【0062】
【0063】
図１４および図１５は、攪拌装置Ｂ２の流動状態例を示している。図示された流動状態例は、攪拌対象材８として水を採用し、攪拌羽根Ａ２の周速が２０ｍ／ｓである条件で、流体解析を行った結果である。図１４は、攪拌羽根Ａ２を正転方向Ｆに回転させた場合であり、図１５は、攪拌羽根Ａ２を逆転方向Ｒに回転させた場合である。また、図１６は、第２比較例Ｘ２の流動状態の解析結果を示している。第２比較例Ｘ２は、図１４に示す流動状態の攪拌装置Ｂ２と比べて、攪拌容器７が複数のバッフル７６を有していない点のみが異なり、その他の構造や、攪拌羽根Ａ２が正転方向Ｆに回転している点は同様である。
なお、図１４～図１６は、空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
なお、図１４～図１６は、空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
【0064】
攪拌羽根Ａ２は、正転方向Ｆに回転した場合、図１４および図１６に示すように、軸方向ｚの斜め下方に進行する流れを生じさせる。また、攪拌羽根Ａ２は、逆転方向Ｒに回転した場合に、図１５に示すように、軸方向ｚの斜め上方に進行する流れを生じさせる。
【0065】
図１４においてドット状のハッチングを付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上の領域を示している。正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、複数のバッフル７６を含んでおり、軸方向ｚにおいて攪拌対象材８の液面に向けて広がるように到達している。すなわち、攪拌槽７１の中心寄りの大きな領域で、強い正転方向Ｆの旋回流が生じている。
【0066】
一方、図１５においてドット状のハッチング（図１４よりも濃いハッチング）を付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが逆転方向Ｒで回転速度が150r/min以上の領域を示している。逆転方向Ｒに回転する流れが生じた領域は、攪拌羽根Ａ２のごく近傍であって、径方向ｒにおいて複数のバッフル７６が配置された領域に概ねとどまっており、軸方向ｚにおいて複数のバッフル７６から若干上方に突出した領域である。
【0067】
ここで、図１６に示す第２比較例Ｘ２では、図１４と同様に、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上の領域にハッチングを付している。正転方向Ｆに回転する攪拌羽根Ａ２によって、攪拌槽７１内の攪拌対象材８の殆どの部分に、正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。
【0068】
図１４に示す流動状態では、複数のバッフル７６が、径方向ｒの外方に向かうほど、正転方向Ｆに位置するように径方向ｒに対して傾いた形状であることにより、大きな領域で正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。一方、図１５に示す流動状態で逆転方向Ｒの強い旋回流が生じた領域は、図１４に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域よりも顕著に小さい。これは、第１実施形態と同様に、逆転方向Ｒに回転する攪拌羽根Ａ２から生じた流れを、複数のバッフル７６が抑制し、逆転方向Ｒの旋回流が生じた領域が減少したと考えられる。なお、図１６に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、第２比較例Ｘ２の攪拌羽根Ａ２を正転方向Ｆに回転させた場合の正転方向Ｆの強い旋回流が生じる領域と大きく異ならないと考えられる。このことからも、複数のバッフル７６が逆転方向Ｒの旋回流を顕著に抑制する機能を果たすと言える。
【0069】
以上に述べた通り、攪拌装置Ｂ２によっても、攪拌能力を高めつつ、過度な空気吸い込み渦の発生を抑制することができる。また、正転方向Ｆの回転において斜め下方に進行する流れを生じさせる攪拌羽根Ａ２により、正転方向Ｆの強い旋回流を攪拌容器７内の攪拌対象材８のより広い領域に生じさせることができる。また、逆転方向Ｒの回転において斜め上方に進行する流れが生じるものの、バッフル７６の軸方向ｚにおける上端は、攪拌羽根Ａ２の上端よりも上方に位置しており、バッフル７６の下端は、攪拌羽根Ａ２の下端よりも下方に位置していることにより、逆転方向Ｒの強い旋回流が生じる領域を意図的に抑え込むことが可能である。
【0070】
＜第３実施形態＞
図１７～図２１は、本発明の第３実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ｂ３は、攪拌羽根Ａ１，Ａ２に代えて攪拌羽根Ａ３を備える点が、攪拌装置Ｂ１，Ｂ２と異なっている。また、後述のように、攪拌羽根Ａ３と複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける位置および大きさの関係が異なっている。図１８～図２１に示すように、攪拌羽根Ａ３は、基部１および複数の羽根部２を備えている。攪拌羽根Ａ３の材質は、特に限定されず、分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ３を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
図１７～図２１は、本発明の第３実施形態に係る攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌装置Ｂ３は、攪拌羽根Ａ１，Ａ２に代えて攪拌羽根Ａ３を備える点が、攪拌装置Ｂ１，Ｂ２と異なっている。また、後述のように、攪拌羽根Ａ３と複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける位置および大きさの関係が異なっている。図１８～図２１に示すように、攪拌羽根Ａ３は、基部１および複数の羽根部２を備えている。攪拌羽根Ａ３の材質は、特に限定されず、分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ３を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
【0071】
攪拌羽根Ａ３においては、攪拌羽根Ａ３を回転軸４に取り付けるための構造として、基部１に取付孔１９が設けられている。攪拌羽根Ａ３の大きさは特に限定されず、攪拌羽根Ａ３の直径は、４０～３７０ｍｍ程度に設定することができる。
【0072】
本実施形態の基部１は、径方向ｒおよび周方向θに沿った形状であって軸方向ｚに対して直角である平板状である。また、図示された例においては、基部１は、軸方向ｚ視において略三角形状である。
【0073】
基部１は、上面１３および下面１４を有する。上面１３は、基部１のうち軸方向ｚにおいて上方を向く面である。下面１４は、基部１のうち軸方向ｚにおいて下方を向く面である。
【0074】
本実施形態においては、複数の羽根部２の個数は、３であるが、これに限定されるものではない。羽根部２は、根元部２１ｂおよび先端部２２ｂを有する。根元部２１ｂは基部１に繋がっており、基部１に対して軸方向ｚ上方に向けて斜めに延びている。先端部２２ｂは、根元部２１ｂに対して基部１とは反対側に繋がっており、図示された例においては、根元部２１ｂから軸方向ｚ上方に延びている。なお、基部１、根元部２１ｂおよび先端部２２ｂは、単一の材料から一体的に形成されても良いし、互いを差し込み等の係合（嵌合）や溶接等の接合手法を用いて結合されていてもよい。
【0075】
攪拌羽根Ａ３においては、基部１および羽根部２が一体的な金属板材料に切断加工および折り曲げ加工を施すことによって形成されている。このため、基部１と根元部２１ｂとの境界には、第１境界部２３ｂが設けられており、根元部２１ｂと先端部２２ｂとの境界には、第２境界部２４ｂが設けられている。
【0076】
根元部２１ｂは、内面２１１および外面２１２を有する。内面２１１は、径方向ｒにおいて内側を向く面である。外面２１２は、径方向ｒにおいて外側を向く面である。内面２１１および外面２１２の形状は特に限定されない。図示された例においては、内面２１１と外面２１２とは、互いに平行な略平面である。
【0077】
先端部２２ｂは、内面２２１および外面２２２を有する。内面２２１は、径方向ｒにおいて内側を向く面である。外面２２２は、径方向ｒにおいて外側を向く面である。内面２２１および外面２２２の形状は特に限定されない。図示された例においては、内面２１１と外面２２２とは、互いに平行な略平面である。
【0078】
根元部２１ｂおよび先端部２２ｂの相対的な大きさは特に限定されない。図示された例においては、図２１に示す断面における根元部２１ｂの長さは、先端部２２ｂの長さよりも長い。
【0079】
本実施形態では、図２２に示す第１角度α１を定義している。図中の水平な一点鎖線は、周方向θに沿った直線である。第１角度α１は、周方向θと根元部２１ｂ（根元部２１ｂの中心線）とがなす角度であり、周方向θにおける正転方向Ｆに向かうほど軸方向ｚの下方側に位置するように傾く場合を正とする。
【0080】
本実施形態においては、第１角度α１は、５°以上５０°以下である。なお、本発明において、第１角度α１の絶対値は、５°以上５０°以下であることが好ましい。
【0081】
また、本実施形態においては、図２１に示す第２角度α２および第３角度α３を定義している。図中の水平な一点鎖線の直線は、径方向ｒに沿った直線である。根元部２１ｂに沿って延びる一点鎖線の直線は、根元部２１ｂの全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、根元部２１ｂは、図中斜めに延びる直線形状の断面を有している。このため、根元部２１ｂの中心線は、内面２１１と外面２２２との間に位置する直線となっている。先端部２２ｂに沿って延びる一点鎖線の直線は、先端部２２ｂの全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、先端部２２ｂは、図中斜めに延びる直線形状の断面を有している。このため、先端部２２ｂの中心線は、内面２２１と外面２２２との間に位置する直線となっている。なお、根元部２１ｂおよび先端部２２ｂがなだらかに屈曲したり湾曲したりした形状であっても、その全体形状に基づいて、幾何的に平均的な中心線が適宜決定されればよい。
【0082】
第２角度α２は、径方向ｒと根元部２１ｂ（根元部２１ｂの中心線）とがなす角度であり、径方向外側に位置するほど軸方向ｚの上側に位置するように傾く場合を正とする。第２角度α２は、いわゆる仰角に相当する角度である。根元部２１ｂが径方向ｒに対して平行である場合、第２角度α２は、０°である。第３角度α３は、根元部２１ｂ（根元部２１ｂの中心線）と先端部２２ｂ（先端部２２ｂの中心線）とがなす角度であり、径方向外側に位置するほど軸方向ｚの上側に位置するように傾く場合を正とする。第３角度α３は、いわゆる仰角に相当する角度である。先端部２２ｂが径方向ｒに対して平行である場合、第３角度α３は、０°である。
【0083】
本実施形態においては、第２角度α２の絶対値は、０°以上５０°以下である。また、第３角度α３の絶対値は、６０°以上１００°以下である。
【0084】
また、本実施形態では、図２０に示す第１副角度β１および第２副角度β２を定義している。図中、それぞれの羽根部２に沿って延びる一点鎖線の矢印線は、羽根部２が延びる方向（当該羽根部２が延びる方向に一致する径方向ｒ）である。第１境界部２３ｂに沿って延びる一点鎖線の直線は、第１境界部２３ｂの全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、第１境界部２３ｂは、直線形状の形状である。このため、第１境界部２３ｂの中心線は、第１境界部２３ｂの全体と重なる直線となっている。第２境界部２４ｂに沿って延びる一点鎖線の直線は、第２境界部２４ｂの全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、第２境界部２４ｂは、直線形状である。このため、第２境界部２４ｂの中心線は、第２境界部２４ｂの全体と重なる直線となっている。なお、第１境界部２３ｂおよび第２境界部２４ｂがなだらかに屈曲したり湾曲したりした形状であっても、その全体形状に基づいて、幾何的に平均的な中心線が適宜決定されればよい。
【0085】
第１副角度β１は、軸方向ｚ視において径方向ｒ（一点鎖線の矢印線）と第１境界部２３ｂ（第１境界部２３ｂの中心線）とがなす角度である。第１境界部２３ｂが周方向θに沿っており径方向ｒに対して直角である場合、第１副角度β１は、９０°である。第２副角度β２は、軸方向ｚ視において径方向ｒ（一点鎖線の矢印線）と第２境界部２４ｂ（第２境界部２４ｂの中心線）とがなす角度である。第２境界部２４ｂが周方向θに沿っており径方向ｒに対して直角である場合、第２副角度β２は、９０°である。また、第１副角度β１および第２副角度β２は、軸方向ｚ視において第１境界部２３ｂおよび第２境界部２４ｂが径方向ｒにおいて外方に向かうほど周方向θにおいて正転方向Ｆに位置するように傾いている場合に正の値をとり、逆の場合に負の値をとる。
【0086】
本実施形態においては、第１副角度β１は、２０°以上８０°以下である。また、第２副角度β２は、第１副角度β１よりも大きい。
【0087】
図１７に示すように、本実施形態の複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける上端（底部７１１から最も離れた端部）は、攪拌羽根Ａ３の軸方向ｚにおける上端（底部７１１から最も離れた端部）よりも下方（底部７１１に近い側）に位置しており、且つ、攪拌羽根Ａ３の下端（底部７１１に最も近い端部）よりも上方（底部７１１から離れた側）に位置している。また、複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける下端は、攪拌羽根Ａ３の軸方向ｚにおける下端よりも下端に位置している。すなわち、本実施形態においては、攪拌羽根Ａ３の一部が複数のバッフル７６から軸方向ｚの上方に突出した配置となっている。
【0088】
【0089】
図２３および図２４は、攪拌装置Ｂ３の流動状態例を示している。図示された流動状態例は、攪拌対象材８として水を採用し、攪拌羽根Ａ３の周速が２０ｍ／ｓである条件で、流体解析を行った結果である。図２３は、攪拌羽根Ａ３を正転方向Ｆに回転させた場合であり、図２４は、攪拌羽根Ａ３を逆転方向Ｒに回転させた場合である。また、図２５は、第３比較例Ｘ３の流動状態の解析結果を示している。第３比較例Ｘ３は、図２３に示す流動状態の攪拌装置Ｂ３と比べて、攪拌容器７が複数のバッフル７６を有していない点のみが異なり、その他の構造や、攪拌羽根Ａ３が正転方向Ｆに回転している点は同様である。
なお、図２３～図２５は、空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
なお、図２３～図２５は、空気吸い込み渦を便宜上、省略して記載している。
【0090】
攪拌羽根Ａ３は、正転方向Ｆに回転した場合、図２３および図２５に示すように、軸方向ｚの斜め上方に進行する流れを生じさせる。また、攪拌羽根Ａ３は、逆転方向Ｒに回転した場合に、図２４に示すように、軸方向ｚの斜め下方に進行する流れを生じさせる。
【0091】
図２３においてドット状のハッチングを付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上の領域を示している。正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、複数のバッフル７６を含んでおり、軸方向ｚにおいて攪拌対象材８の液面に向けて広がるように到達している。すなわち、攪拌槽７１の中心寄りの大きな領域で、強い正転方向Ｆの旋回流が生じている。
【0092】
一方、図２４においてドット状のハッチング（図２３よりも濃いハッチング）を付した領域は、流体解析の結果、流速ベクトルが逆転方向Ｒで回転速度が150r/min以上のある領域を示している。逆転方向Ｒに回転する速い流れが生じた領域は、攪拌羽根Ａ３のごく近傍であって、径方向ｒにおいて複数のバッフル７６が配置された領域に概ねとどまっている。
【0093】
ここで、図２５に示す第３比較例Ｘ３では、図２３と同様に、流速ベクトルが正転方向Ｆで回転速度が150r/min以上の領域にハッチングを付している。正転方向Ｆに回転する攪拌羽根Ａ３によって、攪拌槽７１内の攪拌対象材８の殆どの部分に、正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。
【0094】
図２３に示すように、攪拌羽根Ａ３が正転方向Ｆに回転する場合、攪拌羽根Ａ３から斜め上方に進行する流れが生じるのに対応して、複数のバッフル７６が、攪拌羽根Ａ３に対して軸方向ｚの下方にシフトした位置に配置されている。このため、攪拌羽根Ａ３からの流れは、ほとんどが複数のバッフル７６に向かわずに、複数のバッフル７６の軸方向ｚの上方を通過する格好となる。このため、攪拌対象材８の大きな領域で、正転方向Ｆの強い旋回流が生じている。
一方、図２４に示すように、攪拌羽根Ａ３が逆転方向Ｒに回転する場合、複数のバッフル７６が、攪拌羽根Ａ３に対して軸方向ｚの下方にシフトした位置に配置されているにもかかわらず、流動状態で逆転方向Ｒの強い旋回流が生じた領域は、図２３に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域よりも顕著に小さい。攪拌羽根Ａ３が逆転方向Ｒに回転する場合、攪拌羽根Ａ３からは、斜め下方に進行する流れが生じるため、この流れの殆どは、複数のバッフル７６に向かい、第1実施形態と同様に、抑制される。この結果、逆転方向Ｒの旋回流が抑え込まれたと考えられる。なお、図２５に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、第３比較例Ｘ３の攪拌羽根Ａ３を正転方向Ｆに回転させた場合の正転方向Ｆの強い旋回流が生じる領域と大きく異ならないと考えられる。このことからも、複数のバッフル７６が逆転方向Ｒの旋回流を顕著に抑制する機能を果たすと言える。
一方、図２４に示すように、攪拌羽根Ａ３が逆転方向Ｒに回転する場合、複数のバッフル７６が、攪拌羽根Ａ３に対して軸方向ｚの下方にシフトした位置に配置されているにもかかわらず、流動状態で逆転方向Ｒの強い旋回流が生じた領域は、図２３に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域よりも顕著に小さい。攪拌羽根Ａ３が逆転方向Ｒに回転する場合、攪拌羽根Ａ３からは、斜め下方に進行する流れが生じるため、この流れの殆どは、複数のバッフル７６に向かい、第1実施形態と同様に、抑制される。この結果、逆転方向Ｒの旋回流が抑え込まれたと考えられる。なお、図２５に示す正転方向Ｆの強い旋回流が生じた領域は、第３比較例Ｘ３の攪拌羽根Ａ３を正転方向Ｆに回転させた場合の正転方向Ｆの強い旋回流が生じる領域と大きく異ならないと考えられる。このことからも、複数のバッフル７６が逆転方向Ｒの旋回流を顕著に抑制する機能を果たすと言える。
【0095】
以上に述べた通り、攪拌装置Ｂ３によっても、攪拌能力を高めつつ、過度な空気吸い込み渦の発生を抑制することができる。また、正転方向Ｆに回転した場合に斜め上方に進行する流れを生じさせる攪拌羽根Ａ３を、複数のバッフル７６から軸方向ｚの上方に突出させる程度としては、複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける上端が、攪拌羽根Ａ３の軸方向ｚにおける上端よりも下方に位置していることが、バッフル７６と干渉する攪拌羽根Ａ３からの流れを確実に減少させることができる点において好ましい。
また、攪拌羽根Ａ３の複数のバッフル７６から軸方向ｚの上方への過度の突出は、攪拌羽根Ａ３を逆転方向Ｒに回転させるときに、バッフル７６と干渉する攪拌羽根Ａ１から複数のバッフル７６に向かう流れが減少し、逆転方向Ｒの旋回流が生じる領域を意図的に抑え込む効果が低下することにつながるので、複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける上端は、攪拌羽根Ａ３の下端よりも上方に位置していることが好ましい。
また、攪拌羽根Ａ３の複数のバッフル７６から軸方向ｚの上方への過度の突出は、攪拌羽根Ａ３を逆転方向Ｒに回転させるときに、バッフル７６と干渉する攪拌羽根Ａ１から複数のバッフル７６に向かう流れが減少し、逆転方向Ｒの旋回流が生じる領域を意図的に抑え込む効果が低下することにつながるので、複数のバッフル７６の軸方向ｚにおける上端は、攪拌羽根Ａ３の下端よりも上方に位置していることが好ましい。
【0096】
本発明に係る攪拌装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る攪拌装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【0097】
Ａ１，Ａ２，Ａ３：攪拌羽根
Ｂ１，Ｂ１２，Ｂ２，Ｂ３：攪拌装置
１ ：基部
２，２Ａ，２Ｂ：羽根部
３ ：ポンプ羽根
４ ：回転軸
５ ：モータ
７ ：攪拌容器
８ ：攪拌対象材
９ ：洗浄液
１０ ：外周端
１１ ：傾斜面
１２ ：蓋部
１３ ：上面
１４ ：下面
１５ ：還流管路
１９ ：取付孔
２１ａ ：内方端
２１ｂ ：根元部
２２ａ ：外方端
２２ｂ ：先端部
２３ａ ：根本端
２３ｂ ：第１境界部
２４ａ ：先端
２４ｂ ：第２境界部
２５ａ ：前方面
２６ａ ：後方面
２７ａ ：前方湾曲部
２８ａ ：後方湾曲部
３１ ：主板
３２ ：羽根板
７１ ：攪拌槽
７２ ：蓋部
７３ ：ポンプ槽
７４ ：連結管路
７５ ：還流管路
７６ ：バッフル
７５１ ：側方注入口
７５２ ：天側注入口
７５３ ：散布部
７５４ ：バルブ部
２１１，２２１：内面
２１２，２２２：外面
７１１ ：底部
７１２ ：側壁部
Ｐ１，Ｐ２：経路
Ｆ ：正転方向
Ｒ ：逆転方向
ｒ ：径方向
θ ：周方向
ｚ ：軸方向
α１ ：第１角度
α２ ：第２角度
α３ ：第３角度
β１ ：第１副角度
β２ ：第２副角度
γ１，γ２：角度
Ｂ１，Ｂ１２，Ｂ２，Ｂ３：攪拌装置
１ ：基部
２，２Ａ，２Ｂ：羽根部
３ ：ポンプ羽根
４ ：回転軸
５ ：モータ
７ ：攪拌容器
８ ：攪拌対象材
９ ：洗浄液
１０ ：外周端
１１ ：傾斜面
１２ ：蓋部
１３ ：上面
１４ ：下面
１５ ：還流管路
１９ ：取付孔
２１ａ ：内方端
２１ｂ ：根元部
２２ａ ：外方端
２２ｂ ：先端部
２３ａ ：根本端
２３ｂ ：第１境界部
２４ａ ：先端
２４ｂ ：第２境界部
２５ａ ：前方面
２６ａ ：後方面
２７ａ ：前方湾曲部
２８ａ ：後方湾曲部
３１ ：主板
３２ ：羽根板
７１ ：攪拌槽
７２ ：蓋部
７３ ：ポンプ槽
７４ ：連結管路
７５ ：還流管路
７６ ：バッフル
７５１ ：側方注入口
７５２ ：天側注入口
７５３ ：散布部
７５４ ：バルブ部
２１１，２２１：内面
２１２，２２２：外面
７１１ ：底部
７１２ ：側壁部
Ｐ１，Ｐ２：経路
Ｆ ：正転方向
Ｒ ：逆転方向
ｒ ：径方向
θ ：周方向
ｚ ：軸方向
α１ ：第１角度
α２ ：第２角度
α３ ：第３角度
β１ ：第１副角度
β２ ：第２副角度
γ１，γ２：角度
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
