搅拌叶及搅拌装置的制作方法

本申请主张基于日本专利申请第2013-270311号的优先权，通过引用编入本说明书的记载内容中。

技术领域

本实用新型涉及一种以混合为目的的搅拌叶及具备该搅拌叶的搅拌装置。

背景技术：

以往，作为搅拌被搅拌物的搅拌装置，例如已知具备：圆筒形状的搅拌槽；搅拌轴，其配置于该搅拌槽的中心部；及搅拌叶，其安装于该搅拌轴的下部侧。

又，作为该种搅拌装置所具备的搅拌叶，已知具备：板状部件，其安装于搅拌轴；及多片平板状的叶片单元，其恒定于该板状部件的外周侧。根据该搅拌装置，若使搅拌轴以轴心为中心旋转，则搅拌叶与搅拌轴一起旋转，通过该旋转，被搅拌物被搅拌而得以混合。

然而，在使用这种搅拌叶进行被搅拌物的搅拌的情况下，有时在平板状的叶片单元的内侧产生大量的空穴(气蚀)。于是，搅拌效率有可能降低。

因此，提出有以叶片单元的纵剖面具有向该叶片单元的逆旋转方向弯曲和/或屈曲的形状的方式而构成的搅拌叶(参考日本特开2004-35724号公报)。根据该搅拌叶，气蚀得到抑制。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-35724号公报

技术实现要素：

实用新型要解决的技术课题

然而，如日本特开2004-35724号公报所示的搅拌叶中，在叶片单元的内侧也产生气蚀。因此，抑制气蚀的程度尚不充分。又，由于搅拌叶自被搅拌物所受的阻力相对较大，因此需要与其相应的量的较大的驱动力。如此，上述搅拌叶的搅拌效率尚不充分，从而要求搅拌效率进一步提高的搅拌叶。

实用新型效果

本实用新型是鉴于上述问题，以提供一种搅拌效率提高的搅拌叶及具备该搅拌叶的搅拌装置为课题。

用于解决技术课题的手段

本实用新型的搅拌叶为安装于搅拌装置所具备的搅拌轴的搅拌叶，其包括：板状的支承部，其安装于所述搅拌轴；及多个叶片单元，其配置于该支承部的外周边侧；所述支承部具有第1面与第2面，所述各叶片单元包括：第1叶片部，其自所述支承部中所述第1面及所述第2面中的一面突出；第2叶片部，其自所述支承部中所述第1面及所述第2面中的另一面突出，并且与第1叶片部不对称；及开口部，其形成于所述第1叶片部与所述第2叶片部的至少其中之一。

又，在上述结构的搅拌叶中，所述支承部可构成为圆形，所述多个叶片单元沿着支承部的圆周方向以规定间隔设置，在所述支承部的圆周方向相邻的2个叶片单元中，一个叶片单元中所述第1叶片部设置于所述支承部的第1面，并且另一个叶片单元中所述第1叶片部设置于所述支承部的第2面，所述一个叶片单元中所述第2叶片部设置于所述支承部的第2面，并且所述另一个叶片单元中所述第2叶片部设置于所述支承部的第1面。

又，关于不对称的第1叶片部与第2叶片部，例如，也可采用第1叶片部形成为直线形状，第2叶片部形成为弯曲形状的结构。

本实用新型的搅拌装置为具备上述任一结构的搅拌叶的搅拌装置。

附图说明

图1是具备本实用新型的第1实施方式的搅拌叶的搅拌装置的示意纵剖视图。

图2(a)部分是本实施方式的搅拌叶的俯视图。图2(b)部分是图2(a)部分的X-X向视剖视图。

图3是表示本实施方式的搅拌叶中叶片单元的一例的局部侧视图。

图4(a)部分是供性能试验的本实施方式的搅拌叶的俯视图。图4(b)部分是图4(a)部分的X-X向视剖视图。

图5表示性能试验的试验数据。上侧的曲线图是表示通气量与kLa(总括物质移动容量系数)的关系的曲线图。下侧的曲线图是表示通气量与传递至液体的动力(每单位体积)的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参考图1～图3且对本实用新型的第1实施方式的搅拌叶及具备该搅拌叶的搅拌装置进行说明。另外，图1中，由虚线示意性地表示搅拌叶4，图2、图3中，详细地表示搅拌叶4。

具备本实施方式的搅拌叶4的搅拌装置1是纵型搅拌装置。该搅拌装置1具备：搅拌槽2，其容纳被搅拌物(液体L)；搅拌轴3，其可旋转地安装于该搅拌槽2内；搅拌叶4，其安装于该搅拌轴3；及驱动部5，其使搅拌轴3旋转。又，搅拌装置1进一步具备将其他被搅拌物(气体G)自搅拌槽2的底部22供给至搅拌槽2内的气体供给部6。另外，在本实施方式中，容纳于搅拌槽2的被搅拌物为液体L及气体G。以下，举出使气体G分散于液体中的情况为例而进行说明，但对被搅拌物的种类并无特别限定。又，液体L除了包含相对低粘度且流动性较高的液体以外，也包含相对高粘度且流动性较低的液体等。

搅拌槽2形成为沿纵方向较长的圆筒形状。具体而言，搅拌槽2具备：圆筒状的直胴部21；剖面形状为半椭圆或盘状的底部22，其安装于该直胴部21的下端；及剖面形状为半椭圆或盘状等的顶部23，其安装于直胴部21的上端。又，搅拌槽2以搅拌轴3的轴心方向A与垂直方向(图1的上下方向)一致的方式而保持搅拌轴3。

搅拌轴3配置于搅拌槽2的中心部。搅拌轴3的下端部经由设置于搅拌槽2的底部22的轴承(未图示)而支承。另一方面，搅拌轴3的上端部延伸至较搅拌槽2的顶部23更上方，且连接于配置于较该顶部23更上方的驱动部5(这里，例如为马达M。)。搅拌轴3接受该驱动部5的驱动而旋转。另外，作为搅拌轴3，也可采用其下端部未由任何部件支承的结构。又，也可采用搅拌轴3的下端部延伸至较底部22更下方，且与配置于较该底部22更下方的驱动部5连接的结构。

如图2、图3所示，搅拌叶4具备：圆筒状的凸台41，其可安装于搅拌轴3；平板状且圆形(圆盘状或环状)的支承部42，其自该凸台41向搅拌轴3的径向B延伸；及多个叶片单元43，其安装于该支承部42的周边部(外周边侧)。支承部42与凸台41及叶片单元43分别通过焊接等而恒定。

如图2(a)所示，凸台41具有插穿于搅拌轴3的贯穿孔41a。搅拌叶4中，搅拌轴3插穿于凸台41的贯穿孔41a。搅拌叶4通过凸台41与搅拌轴3螺丝紧固或焊接等而安装于搅拌轴3。

支承部42以凸台41位于中心的方式自该凸台41的外周面向径向B的外周侧突出而形成。又，支承部42以相对于搅拌轴3的轴心方向A正交的方式而恒定于凸台41。凸台41的径向B的支承部42的长度可根据搅拌槽2的半径等而适当设计，并无特别限定，例如，可设为搅拌槽2的直径的20～50％左右。

如图2(a)所示，多个(图例中为6个)叶片单元43沿着支承部42的圆周方向以规定间隔配置。各叶片单元43以防止自支承部42的外周边向径外方向飞出的方式而配置，本实施方式中各叶片单元43的外周边与支承部42的外周边在俯视时一致。如图2(b)部分所示，叶片单元43具有：第1叶片部43a，其自支承部42的一个面即上表面(第1面)42a突出，并且形成为在径向观察时为直线形状；及第2叶片部43b，其自支承部42 的另一个面即下表面(第2面)42b突出，并且形成为在径向观察时为弯曲形状。又，叶片单元43的一端侧恒定于支承部42，叶片单元43的另一端侧自支承部42以某间隔配置。而且，支承部42朝向使叶片单元43释放的一侧旋转。

由于第1叶片部43a形成为在径向观察时为直线形状，第2叶片部43b形成为在径向观察时为弯曲形状，因此两者43a、43b以支承部42为基准为不对称的形状。第1叶片部43a恒定于支承部42的厚度方向的一个面。第2叶片部43b恒定于支承部42的另一个面。

在第1叶片部43a，在其一部分具有开口部44。该开口部44如图2所示，第1叶片部43a的根部侧且径外侧的规定区域被直线状地切开而形成，且具有使被搅拌物通过的空间。另外，该开口部44也可形成于第2叶片部43b。即，开口部44可形成于第1叶片部43a与第2叶片部43b的至少其中之一(一者或两者)。第2叶片部43b形成为在径向观察时为圆弧状的弯曲形状。该弯曲形状并不限定于圆弧状，例如，也可多个直线状的部分连接而形成。

第2叶片部43b所具有的所述圆弧状的弯曲形状，具体而言，为图2(a)所示的在处于与表示后退角度α的单点划线平行的关系的两个端边之间，以恒定的曲率半径(例如图4(b)部分所示的曲率半径m5)弯曲的形状。另外，本实施方式的第2叶片部43b是以恒定恒定的曲率半径m5弯曲，但不限定于此，例如，也可为以根据部分而不同的曲率半径弯曲的形状。具体而言，为自第2叶片部43b的恒定于支承部42的一侧朝向第2叶片部43b的端部侧而局部性地使曲率半径不同的形状。

又，本实施方式的第2叶片部43b以在沿着表示所述后退角度α的单点划线的方向相同的曲率半径形成，但不限定于此，可为在所述方向不同的曲率半径。具体而言，对于第2叶片部43b，也可自支承部42的外周侧朝向支承部42的中心侧而使曲率半径变化。

又，第2叶片部43b中曲率半径的中心侧如图4所示，位于第1叶片部43a侧，即支承部42侧。即，第2叶片部43b为相对于支承部42凹陷的形状。由于第2叶片部43b以曲率半径的中心侧为支承部42侧，第2 叶片部43b所具有的曲面向自支承部42离开的方向突出的方式而形成，因此在支承部42向图示箭头方向(第2叶片部43b的端部侧方向)旋转时，不易产生通过第1叶片部43a的外周部的被搅拌物的剥离涡。

图2(b)部分中叶片单元43与在圆周方向相邻的其他叶片单元43中，第1叶片部43a与第2叶片部43b的位置相反。更具体而言，相邻的2个叶片单元43中，一个叶片单元43(图2(b)部分所示的叶片单元43)中，第1叶片部43a形成于支承部42的第1面42a，在另一个叶片单元43的情况下，第2叶片部43b形成于支承部42的第1面42a。同样地，一个叶片单元43的第2叶片部43b形成于支承部42的第2面42b，在另一个叶片单元43的情况下，第1叶片部43a形成于支承部42的第2面42b。

又，第1叶片部43a或第2叶片部43b之间的开口部44的配置及大小也并无特别限定，可适当设定以实现气蚀的抑制及叶片单元43的强度降低的抑制。例如，也可将开口部44形成于第1叶片部43a或第2叶片部43b中前端侧，或形成于径内侧。又，本实施方式中，开口部44直线状地切开而形成，但也可曲线状地切开而形成。又，也可形成开口部44作为周围被包围的孔。又，本实施方式中，每片第1叶片部43a形成有1个开口部44，但也可形成多个。又，也可格子状或网状地形成开口部44。另外，较大地形成开口部44可降低搅拌叶4的驱动力(驱动转矩)。

叶片单元43相对于支承部42的径向B向旋转方向下游侧倾斜而配置。该向下游侧的倾斜角度，即，叶片单元43的内周侧后退的角度(后退角度)α例如可设定为10～40°。另外，也可采用不使叶片单元43相对于径向倾斜的结构，也可采用叶片单元43的内周侧前进的结构。

接着，对具备本实施方式的搅拌叶4的搅拌装置1的作用进行说明。首先，若驱动搅拌装置1的驱动部5，使搅拌轴3向第1及第2叶片部43a、43b倾斜并突出的一侧成为下游侧的方向(图2(a)部分的逆时针)旋转，则在搅拌槽2内搅拌叶4以搅拌轴3为中心，且与该搅拌轴3一起旋转。若搅拌叶4旋转，则通过第1叶片部43a与第2叶片部43b而剪切液体L及气体G且加以混合。

如此，在搅拌叶4旋转时，液体L及气体G(被搅拌物)自叶片单元43的旋转方向下游侧(前侧)向上游侧(后侧)通过开口部44。又，第1叶片部43a及第2叶片部43b与支承部42的间隙部分S的被搅拌物因离心力而向开口部44移动之后，与通过上述开口部44的被搅拌物合流，分散至较叶片单元43更外周侧。如上所述，由于使被搅拌物在因离心力而移动之后合流，因此优选为开口部44形成于叶片单元43的径外侧的规定区域。

如上所述，本实施方式的搅拌叶4具备支承部42及叶片单元43。叶片单元43具有第1叶片部43a、第2叶片部43b、及开口部44。

根据该结构，如上所述，通过搅拌叶4的叶片单元43具有开口部44，而气蚀得到抑制。另外，通过该搅拌效率的提高，而搅拌轴3的驱动所需要的驱动力减少，因此也可使搅拌轴3相对较细，或使驱动部5相对小型化。又，也可降低成本。又，也可以较以往更低的转矩实现高速旋转的运转。

又，在本实施方式中，第1叶片部43a与第2叶片部43b形成为在径向观察时不对称。进而，在圆周方向相邻的2个叶片单元43中，一个叶片单元43中第1叶片部43a设置于支承部42的第1面42a，并且另一个叶片单元43中第1叶片部43a设置于支承部42的第2面42b，一个叶片单元43中第2叶片部43b设置于支承部42的第2面42b，并且另一个叶片单元43中第2叶片部43b设置于支承部42的第1面42a。而且，在各第1叶片部43a形成有开口部44。

根据该结构，即使因大量的气体的存在而产生空穴，相邻的叶片单元43的背面侧的气体积存(空穴)也难以结合。因此，例如即便在液体中气体大量存在的情况下也可抑制动力降低及搅拌性能降低。

又，通过形成为上述的结构，而开口部44在相邻的2个叶片单元43中一个叶片单元43中，形成于上侧的第1叶片部43a，在另一个叶片单元43中，形成于下侧的第1叶片部43a。如此，通过将开口部44上下交替地配置，可将产生于叶片单元43附近的气体积存在上下方向分散。由此，不易产生溢流(flooding)。所谓溢流，是指在叶片单元43的附近相邻的气体积存结合，叶片单元43的功能大幅降低的现象。

又，通过将开口部44上下交替地配置，可使流体的流动分散而不会集中于一点。由此，可使传热面的流速分布更均等化，从而实现传热性能的提高。又，在腐蚀性高的机器中适用本实用新型的情况下，也可防止诱发因流体的流动集中于一点而引起的冲蚀。

其次，关于本实施方式的搅拌叶4发明人进行了性能试验，因此将试验数据示于以下。

试验条件如下。

试验槽：透明丙烯酸槽(槽内径310mm、2：1半椭圆底部)

叶片种类：本实施方式的搅拌叶，(比较对象)通用圆盘涡轮叶片

叶片直径124mm(槽直径比40％，详细情况参考下述)

液种：水(密度1000kg/m³、粘度1cP)

水温：12℃

液量：26.1L

内件：挡板-平板4片(宽度24.8mm)、通气喷嘴1根

动力：1.0kW/m3(无通气时)

转速：本实施方式的搅拌叶627rpm(恒定)，

通用圆盘涡轮叶片350rpm(恒定)

通气气体：试验实施部位的周围大气

通气量：0～3vvm

供性能试验的本实施方式的搅拌叶4为不锈钢(SUS304)制，且为图2(a)(b)及图3所示的形状。主要部分的尺寸如下，图4(a)、图4(b)表示各部尺寸(m1～m7)的位置。

.支承部42的直径(m1)：124mm

.支承部42的板厚(m2)：2mm

.第1叶片部43a及第2叶片部43b的后退角度(α)：30°

.第1叶片部43a的前端至第2叶片部43b的前端为止的轴向尺寸(m3)：22.5mm

.第1叶片部43a及第2叶片部43b的自根部至前端为止的图2(b)所示的单点划线间的尺寸(m4)：31.8mm

.第2叶片部43b的支承部42侧的面为止的曲率半径(m5)：49.2mm

.支承部42的外周边至各叶片单元43a、43b的直径内侧端边为止的，沿着后退角度α的方向的尺寸(m6)：31.9mm

.支承部42的外周边至开口部44的直径内侧端边为止的，沿着后退角度α的方向的尺寸(m7)：13.5mm

又，用作比较对象的通用圆盘涡轮叶片是圆盘状的圆盘的直径为99mm，且叶片为沿着圆盘的径向而配置的长方形板状，在圆盘的圆周方向以等间隔配置有6个，叶片前端的直径尺寸为124mm，各叶片的纵尺寸为25mm，横尺寸为30mm。

性能试验是使两个叶片无通气时的动力均为1.0kW/m3，并且使通气量变化为0～3vvm而进行。图5所记载的上侧的曲线图是表示通气量与kLa(总括物质移动容量系数)的关系的曲线图。表示kLa的数值越大，则相对于液体而气体溶解越多。又，图5所记载的下侧的曲线图是表示通气量与传递至液体的动力(每液体的单位体积)的关系的曲线图。自各曲线图明确地明白，在通气量相同的情况下，与作为比较对象的通用圆盘涡轮叶片(曲线图上，连接四角图的线)相比而本实施方式的搅拌叶4(曲线图上，连接圆点图的线)的kLa较大，且传递至液体的动力较大(即，动力下降较小)。

以上，本实施方式的搅拌叶4较通用圆盘涡轮叶片更优异的情况通过性能试验而证实。

本实施方式的搅拌叶4及搅拌装置1如以上所述，但本实用新型的搅拌叶及搅拌装置并不限定于上述实施方式，在不脱离本实用新型的宗旨的范围内可施加各种变更。又，本实用新型的搅拌叶4及搅拌装置1的作用效果并不限定于上述的作用效果。

在上述实施方式中，作为搅拌叶4，举出了在圆周方向等间隔地具有6个叶片单元43的例，但并不限定于此。另外，例如，叶片单元43的数量例如可在4～8个之间等间隔地适当设定。又，也可将叶片单元43间的间隔适当设定为不同。

又，在上述实施方式中，举出了自顶部23侧向底部22侧观察时搅拌轴3及搅拌叶4逆时针地旋转的例，另外，也可采用搅拌轴3及搅拌叶4顺时针地旋转的方式。在该情况下，关于被搅拌物的流动，获得与上述实施方式相反的流动。

又，本实用新型的搅拌叶及搅拌装置所适用的用途并无特别限定。例如，本实用新型的搅拌叶及搅拌装置使用于伴随气液的物质移动的反应操作。作为该反应操作，可举出氢化反应槽、氧化反应槽等中气体吸收反应操作。另外，也可举出橡胶聚合后的脱溶剂反应槽或快速结晶反应槽等中，在存在蒸气中反应操作等。进而，也可使用于分离、提取操作。

关于本实施方式进行总结且记载。本实施方式的搅拌叶4是安装于搅拌装置1所具备的搅拌轴3的搅拌叶4，其包括：板状的支承部42，其安装于所述搅拌轴3；及多个叶片单元43，其配置于该支承部42的外周边侧；所述支承部42具有第1面与第2面，所述各叶片单元43包括：第1叶片部43a，其自所述支承部42中所述第1面及所述第2面中的一面突出；第2叶片部43b，其自所述支承部42中所述第1面及所述第2面中的另一面突出，并且与第1叶片部43a不对称；及开口部44，其形成于所述第1叶片部43a与所述第2叶片部43b的至少其中之一。

根据该结构，第1及第2叶片部43a、43b与支承部42的间隙部分(S)的被搅拌物因离心力而向开口部44移动之后，与通过上述开口部44的被搅拌物合流，而分散至较叶片单元43更外周侧。通过该种被搅拌物的流动，而第1及第2叶片部43a、43b与支承部42的间隙部分的被搅拌物的集合及滞留得到抑制，因此可抑制气蚀。又，由于被搅拌物通过开口部44而叶片单元43所受的阻力减小，因此也可减小搅拌叶4的驱动力。

又，在上述结构的搅拌叶4中，所述支承部42可构成为圆形，所述多个叶片单元43沿着支承部42的圆周方向以规定间隔设置，在所述支承部42的圆周方向，相邻的2个叶片单元43、43中，一个叶片单元43中所述第1叶片部43a设置于所述支承部42的第1面，并且另一个叶片单元43中所述第1叶片部43a设置于所述支承部42的第2面，所述一个叶片单元43中所述第2叶片部43b设置于所述支承部42的第2面，并且所述另一个叶片单元中所述第2叶片部设置于所述支承部的第1面。

根据该结构，即使因大量的气体存在而产生空穴，相邻的叶片单元43、43的背面的空穴(气体积存)也难以结合，例如即便在液体中气体大量存在的情况下也可抑制动力降低及搅拌性能降低。

又，关于不对称的第1叶片部43a与第2叶片部43b，例如，也可采用第1叶片部43a形成为直线形状，第2叶片部43b形成为弯曲形状。

如以上所述，根据本实施方式，可提供搅拌效率得到提高的搅拌叶43及具备该搅拌叶43的搅拌装置1。

符号说明

1-搅拌装置、2-搅拌槽、3-搅拌轴、4-搅拌叶、41-凸台部、41a-贯穿孔、42-支承部、43-叶片单元、43a-第1叶片部、43b-第2叶片部、44-开口部、α-倾斜角度、L-液体(被搅拌物)、G-气体(被搅拌物)、A-轴心方向、B-径向。