特許 7389679 撹拌軸及びそれを備えた熱交換装置

(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】

(24)【登録日】2023-11-21

(45)【発行日】2023-11-30

(54)【発明の名称】撹拌軸及びそれを備えた熱交換装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 35/95 20220101AFI20231122BHJP

   B01F 35/00 20220101ALI20231122BHJP

   B01F 27/60 20220101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

B01F35/95

B01F35/00

B01F27/60

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020029177

(22)【出願日】2020-02-25

(65)【公開番号】P2021133276

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 大介

(72)【発明者】

【氏名】大濱 徳也

(72)【発明者】

【氏名】韓 昌和

【審査官】太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０５３３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０１４９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－００５２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２１８６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１２００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７２４７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ３５／００ － ３５／９５

Ｂ０１Ｆ ２７／００ － ２７／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に熱媒体を流通させる熱媒体流路が形成され、外周に撹拌羽根が設けられた撹拌軸であって、
円柱状軸部と、
上記円柱状軸部の軸心を通る中央流路と、
上記円柱状軸部の外周よりも半径方向外側に延び、軸方向に互いに間隔をあけて設けられる複数の撹拌羽根と、
上記撹拌羽根に設けられ、一端が上記中央流路に連通し、上記撹拌羽根の内部を通って他端が上記中央流路に連通する羽根側流路と、
上記中央流路に挿入され、一端が上記中央流路に連通し、他端から熱媒体が供給され又は排出される熱媒体給排路を軸心に有し、上記中央流路を、上記撹拌羽根に対応する位置で上流側と下流側とで仕切って上流側を上記羽根側流路の一端に連通させ下流側を上記羽根側流路の他端に連通させる管状の仕切り部材とを備え、
上記仕切り部材における上記撹拌羽根の内側に対応する部分の外周には、上記羽根側流路を上記中央流路の内周面と該仕切り部材の外周面との間で、上流側と下流側とに仕切る、上記仕切り部材の軸方向から見て円環状のリブ部（５５ａ）が形成されている
ことを特徴とする撹拌軸。

【請求項2】

請求項１に記載の撹拌軸において、
上記リブ部は、上記中央流路に挿入可能な程度に該中央流路の内径よりも小さな外径を有する
ことを特徴とする撹拌軸。

【請求項3】

請求項２に記載の撹拌軸において、
上記リブ部は、上記仕切り部材の外周における上記撹拌羽根に対応する部分に軸心方向に対して傾斜するように傾けられて設けられた周方向に連続する突条よりなる
ことを特徴とする撹拌軸。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１つに記載の撹拌軸において、
上記羽根側流路の少なくとも一部は、上記撹拌羽根に機械加工されたキリ孔で構成されている
ことを特徴とする撹拌軸。

【請求項5】

請求項４に記載の撹拌軸において、
上記撹拌羽根は、一対の上記キリ孔が露出する被連結面に連結される連結面に該一対のキリ孔を連通させる溝部が形成された先端部を有する
ことを特徴とする撹拌軸。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１つに記載の撹拌軸と、
上記撹拌軸に連結され、上記中央流路及び上記熱媒体給排路の一方に熱媒体を供給し、上記中央流路及び上記熱媒体給排路の他方から戻ってきた熱媒体を回収するスイベルジョイントと、
上記撹拌軸を回転可能に支持するケーシングと、
上記熱媒体を、上記スイベルジョイントを介して供給及び回収する熱媒体循環装置とを備え、
上記仕切り部材は、上記スイベルジョイントの内管に連結され、上記撹拌軸と回転一体に設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撹拌羽根を有する撹拌軸及びそれを備えた熱交換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スクリュシャフトの円柱状の回転軸の外周上に撹拌羽根を有し、スクリュシャフト内に熱媒体を流通させて被処理物を加熱しながら被処理物を撹拌する撹拌軸が知られている。この種の撹拌軸では、中心部だけでなく、撹拌羽根内にも熱媒体を流通させないと、撹拌羽根の先端が適切な温度まで昇温されるのに時間がかかる。このため、撹拌羽根を伝熱面積として考慮できないことから、熱交換装置の熱交換率が低くなってしまう。

【0003】

そこで、特許文献１のように、熱媒体流路として、回転軸の中心に軸方向に直線状に延びる軸側流路と、この軸側流路に半径方向に延びる連結路を介して連続し、螺旋羽根に沿って延びる羽根側流路とを設けるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１７２４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のように、一体に形成した撹拌羽根の内部に螺旋状に連続する流通路を形成するようにスクリュシャフトを製造するのは、容易ではない。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的簡単な構成で撹拌羽根の先端まで熱媒体を確実に流通させて熱交換率を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、第１の発明では、内部に熱媒体を流通させる熱媒体流路が形成され、外周に撹拌羽根が設けられた撹拌軸を対象とし、
上記撹拌軸は、
円柱状軸部と、
上記円柱状軸部の軸心を通る中央流路と、
上記円柱状軸部の外周よりも半径方向外側に延び、軸方向に互いに間隔をあけて設けられる複数の撹拌羽根と、
上記撹拌羽根に設けられ、一端が上記中央流路に連通し、上記撹拌羽根の内部を通って他端が上記中央流路に連通する羽根側流路と、
上記中央流路に挿入され、一端が上記中央流路に連通し、他端から熱媒体が供給され又は排出される熱媒体給排路を軸心に有し、上記中央流路を、上記撹拌羽根に対応する位置で上流側と下流側とで仕切って上流側を上記羽根側流路の一端に連通させ下流側を上記羽根側流路の他端に連通させる管状の仕切り部材とを備えている。

【0008】

上記の構成によると、仕切り部材を、軸心を通る中央流路に設けて内部流路（送り流路又は戻り流路）を確保しながら、中央流路を仕切って撹拌羽根の羽根側流路に熱媒体を流通させるように構成しているので、撹拌羽根の先端にまで熱媒体を強制的に流通させることができ、熱媒体が確実かつ効率よく流通する。

【0009】

第２の発明では、第１の発明において、
上記仕切り部材は、上記中央流路に挿入可能な程度に該中央流路の内径よりも小さな外径を有し、上記撹拌羽根に対応する部分において、上記羽根側流路を上記中央流路の内周面と該仕切り部材の外周面との間で、上流側と下流側とに仕切るリブ部を備えている。

【0010】

上記の構成によると、リブ部を備えた仕切り部材を中央流路に挿入することで、熱媒体は羽根側流路を必ず通ることになり、撹拌羽根の羽根側流路に確実に熱媒体を流通させることができる。

【0011】

第３の発明では、第２の発明において、
上記リブ部は、上記仕切り部材の外周における上記撹拌羽根に対応する部分に軸心方向に対して傾斜するように傾けられて設けられた周方向に連続する突条よりなる。

【0012】

上記の構成によると、仕切り部材の適切な位置にリブ部を容易に形成することができる。

【0013】

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
上記羽根側流路の少なくとも一部は、上記撹拌羽根に機械加工されたキリ孔で構成されている。

【0014】

上記の構成によると、キリ孔加工を用いれば、比較的容易かつ確実に撹拌羽根に羽根側流路を形成することができる。

【0015】

第５の発明では、第４の発明において、
上記撹拌羽根は、一対の上記キリ孔が露出する被連結面に連結される連結面に該一対のキリ孔を連通させる溝部が形成された先端部を有する。

【0016】

上記の構成によると、羽根側流路を形成するための一対のキリ孔を設けた場合、キリ孔を塞ぐ必要があるが、これら一対のキリ孔を塞ぐ先端部の連結面に被連結面に露出する一対のキリ孔に連通する溝部を予め形成しておくことで、キリ孔を塞ぎながら羽根側流路を形成できるので、比較的簡易な方法で撹拌羽根を製造可能となる。

【0017】

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
上記撹拌軸に連結され、上記中央流路及び上記熱媒体給排路の一方に熱媒体を供給し、上記中央流路及び上記熱媒体給排路の他方から戻ってきた熱媒体を回収するスイベルジョイントと、
上記撹拌軸を回転可能に支持するケーシングと、
上記熱媒体を、上記スイベルジョイントを介して供給及び回収する熱媒体循環装置とを備え、
上記仕切り部材は、上記スイベルジョイントの内管に連結され、上記撹拌軸と回転一体に設けられている。

【0018】

上記の構成によると、仕切り部材が撹拌軸と一緒に回転するので、撹拌軸が回っても仕切り部材との位置関係は変わらないため、撹拌羽根の先端まで熱媒体を流通させることができる。このため、熱交換率の高い商品性の高い熱交換装置が得られる。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で撹拌羽根の先端まで熱媒体を確実に流通させて熱交換率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る撹拌軸を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る、撹拌軸を有する混練機の概要を示す断面図である。

【図3】図２のIII－III線拡大断面図である。

【図4】撹拌羽根及びその周辺を拡大して示す断面図である。

【図5】図２のＶ部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0022】

図２に本願発明に係る熱交換装置としての混練機１０を示し、この混練機１０は、例えば、密閉箱状のケーシング１を有し、このケーシング１の一端上部に被処理物（原料）Ａの供給口２が設けられ、他端下部に排出口３が設けられた連続混練機である。また、ケーシング１の外周にはジャケット４が形成されており、公知の熱媒体循環装置２０によって熱媒体Ｃが流通可能となっている。

【0023】

図３にも拡大して示すように、ケーシング１には、図示しないモータにより回転可能に例えば一対の撹拌軸５０が支持されている。例えば、一端側が軸受１７により軸支されるとともに、上記モータが接続され、他端は、軸受１７に軸支されると共に、熱媒体循環装置２０からの熱媒体Ｃを供給及び回収するスイベルジョイント１４が接続されている。撹拌軸５０のスイベルジョイント１４側端部には、例えば１個の逆送り用スクリュパドル１６が外嵌されている。

【0024】

撹拌軸５０のモータ側には、順送り用スクリュパドル１８が複数個外嵌されている。この順送り用スクリュパドル１８の形状は特に限定されない。上記逆送り用スクリュパドル１６は、順送り用スクリュパドル１８を、逆方向に取り付けたものでもよい。

【0025】

図１及び図３にも示すように、撹拌軸５０は、内部に熱媒体循環装置２０からの熱媒体Ｃを流通させる熱媒体流路が形成され、外周に被処理物Ａを撹拌するための撹拌羽根５３が設けられている。熱媒体流路は、後述する中央流路５２、羽根側流路５４及び熱媒体給排路５５ｂよりなる。

【0026】

具体的には、図１に示すように、撹拌軸５０は、円柱状軸部５１と、円柱状軸部５１の軸心を通る中央流路５２とを備えている。円柱状軸部５１の長手方向中央部分には、図３に示すように、円柱状軸部５１の外周よりも半径方向外側に延び、軸方向に互いに間隔をあけて設けられる複数の撹拌羽根５３が突出形成されている。撹拌羽根５３には、一端が中央流路５２に連通し、撹拌羽根５３の内を通って他端が中央流路５２に連通する羽根側流路５４が形成されている。

【0027】

図３及び図４に拡大して示すように、撹拌羽根５３は、例えば軸心方向から見て角部が斜めに面取りされた正三角形状であり、その面取りされた部分にスクレーパ５３ａが締結又は溶接されている。羽根側流路５４は、その内部に六角形状に形成されている。撹拌羽根５３のスクレーパ５３ａは、ケーシング１の内周面、及び、他の撹拌手段の撹拌羽根５３の外周面と近接して回転し、内周面及び外周面に付着した付着物を掻き取ることができるように構成されている。

【0028】

例えば、図４に拡大して示すように、羽根側流路５４は、円柱状軸部５１から一体に突出する六角形状部分５３ｂに加工された複数のキリ孔５４ａ，５４ｂを含み、三角形状の面取りされた角部の被連結面５３ｄに露出した一対のキリ孔５４ｂを塞ぐように溶接され
る三角形状の先端部５３ｃの連結面５３ｅに予めエンドミル等により加工された直線状の溝部５４ｃが、これら一対のキリ孔５４ｂとそれぞれ連通することで構成されている。このようにキリ孔加工、溝加工及び溶接で、比較的容易に撹拌羽根５３に羽根側流路５４を形成することができる。

【0029】

図１及び図５に示すように、中央流路５２には、中空軸状（管状）の仕切り部材５５が挿入されている。仕切り部材５５は、例えば、スイベルジョイント１４の内管１９に溶接で連結されて撹拌軸５０と回転一体に支持されている。この仕切り部材５５は、内管１９の内部に連通する熱媒体給排路５５ｂを軸心に有し、その一端がスイベルジョイント１４に接続されて熱媒体Ｃが供給され、開放された他端から熱媒体Ｃを排出するように構成されている。仕切り部材５５は、中央流路５２に挿入され、中央流路５２を、撹拌羽根５３に対応する位置で上流側と下流側とで仕切って上流側を羽根側流路５４を構成するキリ孔５４ａの一端５４ｄに連通させ下流側を羽根側流路５４を構成するキリ孔５４ａの他端５４ｅに連通させる役割を有する。

【0030】

具体的には図５に拡大して示すように、仕切り部材５５は、中央流路５２の内径よりも若干小さな外径を有し、撹拌羽根５３に対応する部分に羽根側流路５４を中央流路５２の内周面と、仕切り部材５５の外周面との間で、上流側と下流側とに仕切るリブ部５５ａを備えている。リブ部５５ａは、仕切り部材５５の外周における撹拌羽根５３に対応する部分に軸心方向に対して傾斜するように傾けられて設けられた周方向に連続する突条よりなる。例えば、中央流路５２内に仕切り部材５５を挿入できるように、リブ部５５ａと中央流路５２の内周面との間のクリアランスを例えば０．５ｍｍ～１ｍｍ程度確保するとよい。リブ部５５ａは、丸パイプから切削し、又は、適切な位置に板部材を溶接することにより、適切な位置に容易に形成することができる。

【0031】

次に、本実施形態に係る撹拌軸５０の作動について説明する。

【0032】

供給口２よりケーシング１内に原料Ａを供給すると、原料Ａは順送り用スクリュパドル１８の送り作用により、排出口３側に向かって送られ、撹拌羽根５３の回転による混練作用を受けて、加熱されながら十分に混練された後、排出口３から製品（混練被処理物）Ｂとして排出される。このとき、原料Ａの供給量を調整して、加熱度合を調節する。なお、熱媒体Ｃは、加熱だけでなく、冷却のために使用されてもよい。

【0033】

この間、ケーシング１には、図示省略した出入口よりジャケット４内に熱媒体Ｃが循環され、原料Ａを加熱又は冷却する。また、図５に示すように、スイベルジョイント１４から内管１９を通って熱媒体給排路５５ｂにも熱媒体Ｃが供給され、中央流路５２の奥深くから、仕切り部材５５の外周を通って再び、スイベルジョイント１４に戻り、熱媒体循環装置２０に返送される。

【0034】

このとき、仕切り部材５５が中央流路５２に撹拌軸５０と回転一体に挿入され、リブ部５５ａが羽根側流路５４の半径方向内側の同じ位置に配置されているので、図４及び図５に拡大して示すように、中央流路５２の奥深くから、仕切り部材５５の外周に沿って流れてきた熱媒体Ｃは、リブ部５５ａに誘導されて羽根側流路５４の一端５４ｄに流れ込み、キリ孔５４ａ、溝部５４ｃ及びキリ孔５４ｂを通って他端５４ｅに至る。そして再びリブ部５５ａによって下流側へ誘導され、次のリブ部５５ａに向かって仕切り部材５５の外周に沿って進む。

【0035】

このように熱媒体Ｃを羽根側流路５４にも強制的に流すようにすることで、円柱状軸部５１の外周だけでなく、撹拌羽根５３の表面が熱伝達面となって、効果的に熱が伝達される。

【0036】

本実施形態では、仕切り部材５５を、軸心を通る中央流路５２に設けて熱媒体給排路５５ｂ（送り流路）を確保しながら、中央流路５２を仕切って撹拌羽根５３の羽根側流路５４に熱媒体Ｃを流通させるように構成しているので、撹拌羽根５３の先端にまで熱媒体Ｃを強制的に流通させることができ、熱媒体Ｃが効率よく流通する。

【0037】

したがって、本実施形態に係る撹拌軸５０によると、比較的簡単な構成で撹拌羽根５３の先端まで熱媒体Ｃを確実に流通させて熱交換率を向上させることができる。これにより、熱交換率の高い商品性の高い混練機１０が得られる。

【0038】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0039】

すなわち、上記実施形態では、混練機１０において、撹拌軸５０を２本平行に並べているが、撹拌軸５０は、１本のみで使用されてもよい。

【0040】

上記実施形態では、仕切り部材５５の内部にスイベルジョイント１４から供給される熱媒体Ｃを熱媒体給排路５５ｂを通して中央流路５２内に供給するようにしているが、中央流路５２内に供給され、仕切り部材５５の外周に沿いながら羽根側流路５４を通ってモータ側へ流れた熱媒体Ｃを、仕切り部材５５の熱媒体給排路５５ｂを通してスイベルジョイント１４側へ排出するようにしてもよい。

【0041】

上記実施形態では、撹拌羽根５３は、側面視三角形状であり、その先端にスクレーパ５３ａを有するが、その形状は特に限定されず、三角おにぎり型等でもよい。

【0042】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0043】

１ ケーシング
２ 供給口
３ 排出口
４ ジャケット
１０ 混練機（熱交換装置）
１４ スイベルジョイント
１６ 逆送り用スクリュパドル
１７ 軸受
１８ 順送り用スクリュパドル
１９ 内管
２０ 熱媒体循環装置
５０ 撹拌軸
５１ 円柱状軸部
５２ 中央流路
５３ 撹拌羽根
５３ａ スクレーパ
５３ｂ 六角形状部分
５３ｃ 先端部
５３ｄ 被連結面
５３ｅ 連結面
５４ 羽根側流路
５４ａ，５４ｂ キリ孔
５４ｃ 溝部
５４ｄ 一端
５４ｅ 他端
５５ 仕切り部材
５５ａ リブ部
５５ｂ 熱媒体給排路
Ａ 原料
Ｂ 製品
Ｃ 熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】