攪拌装置
【課題】省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を可能とする装置を提供する。
【解決手段】内径Ｄの円筒形容器を備え、容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向されたノズルが配置されており、深さＨ1 と内径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、０．３〜１の範囲にあり、ノズルから液体内に吹き込まれる気体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5を満足する流量以上であり、かつ、気体の気泡が液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置において、容器内への空気の吹き込みを許容したり遮断したりするためのバルブと、バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備えることを特徴とする。
【解決手段】内径Ｄの円筒形容器を備え、容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向されたノズルが配置されており、深さＨ1 と内径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、０．３〜１の範囲にあり、ノズルから液体内に吹き込まれる気体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5を満足する流量以上であり、かつ、気体の気泡が液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置において、容器内への空気の吹き込みを許容したり遮断したりするためのバルブと、バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、攪拌装置に関する。より詳細には、本発明は、省エネルギーを考慮しつつ、液体を効率的に攪拌することができる攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、機械的な駆動源を必要とせずに、流体を効率的に攪拌させることができる種々の攪拌装置を提案している（特許文献１〜特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５８８７６号明細書
【特許文献２】特許第４１９５７８２号明細書
【特許文献３】特許第４３８４４７７号明細書
【特許文献４】特許第４７１００７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の攪拌装置では、容器内の液体中に常時ガス又は液体を吹き込むことにより、液体の攪拌を可能にしているが、本発明は、上述の特許文献、とりわけ特許文献１において提案された装置を改良発展させたものであり、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を可能とする装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図３を参照して、本発明の攪拌装置の作動原理について説明する。底部に単孔ノズルを備えた円筒形容器内に液体を充填し、単孔ノズルから液体内にガスを吹き込むと上昇気泡噴流が形成されるが、本発明者は、特許文献１に示したように、一定条件下において、この上昇気泡噴流によって、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを見い出した。すなわち、円筒形容器の内径をＤ、単孔ノズルと液面との高さの差をＨ1 とすると、ＤとＨ1 との関係が約０．３＜Ｈ1 ／Ｄ＜約１である場合に、気泡噴流の半径方向変位が比較的小さく、周期が短い旋回現象が発生し、円筒形容器内の液体は、スロッシングに似た挙動を示す。ここで、スロッシングとは、容器が軸方向又は半径方向に加振されることによって液体の振動が誘起される現象をいう。上述の旋回現象は、気泡の生成、上昇に伴う気体から液体への周期的加振によって誘起されたものと推測される。
【０００６】
また、本発明者は、ＤとＨ1 との関係が約０．３＜Ｈ1 ／Ｄ＜約１．７であるときに単孔ノズルから液体内に液体を噴出させると上昇噴流が形成され、上述のガスを液体内に吹き込んだ場合と同様な現象が発生することを見い出した。
【０００７】
上述の旋回現象が気泡（又は、液体）による液体への周期的な加振によって誘起されるものであるため、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生するためには、吹き込まれるガス（又は、液体）の流量が臨界値以上であり、かつ、気泡（又は、液体）が液面を吹き抜ける程度以下であることが必要である。なお、本明細書において使用される語「吹き抜け」とは、ノズルから液体中に吹き込まれた気体（又は、液体）が気柱（又は、液柱）を作って液面から外部へ出る現象を意味している。
【０００８】
本発明者は、ガス（又は、液体）の流量の臨界値を以下のように算定した。スロッシングに関する研究によれば、容器の加振によって液面における波動が誘起され、この波動が粘性を介して液体の内部に伝わり、液体内部の運動が起こるといわれている。したがって、旋回は、液面の波動現象が抑えられることによって止まるものと推測される。本発明者の実験によれば、加振力の主要な部分は、気泡（又は、液体）が上昇して液面から出る際にほぼ周期的に液体に及ぼす力であろうと結論できる。この力は、上昇する液体の慣性力に依存すると仮定する。また、波動を止めようとする力には、表面張力が関与しているであろう。本発明者は、液体の慣性力と表面張力の比として定義されるウェーバー数Ｗe ＝ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）が１０-5以上であれば、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを実験により確かめた。すなわち、上式のウェーバー数Ｗe ＝１０-5が臨界値となる。ここで、ρL は液体の密度、Ｑはガスの吹き込み流量（又は、液体の噴出流量）、σL は液体の表面張力、Ｄは円筒形容器の内径である。
【０００９】
一方、単孔ノズルより上方の液体が、図３（ｂ）の矢印Ａで示されるように、一方向に旋回すると、角運動量保存則により、単孔ノズルより下方の液体は、図３（ｂ）の矢印Ｂで示されるように、逆方向に旋回する。単孔ノズルより下方における旋回流Ｂは、単孔ノズルより上方における旋回流Ａを安定化させており、旋回流Ａへの固形物等の投入により旋回流Ａの速度の低下や乱れが生じても、旋回流Ｂが存在していれば、容易に元の状態に復帰することができる。このため、必須ではないが、単孔ノズルより下方に一定の深さの領域を設けるのが好ましい。
【００１０】
上述のように、底部に単孔ノズルを備えた円筒形容器内に液体を充填し、単孔ノズルから液体内にガスを吹き込む（又は、液体を噴出させる）ことにより、一定条件下で、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを見い出したが、この装置では、常時ガスを吹き込む（又は、液体を噴出させる）ことを必要としているため、効率性の観点からは、必ずしも満足すべきものであるとは言い難かった。そこで、本発明では、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を常時行わずに、容器内の液体が良好に攪拌される装置を開発した。
【００１１】
上述の攪拌装置における液体の旋回現象は、液体内へのガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を前提しているため、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を止めてから一定時間経過すると、旋回が停止することが予想される。本発明では、この点に着目し、ガスの吹き込み時間（又は、液体の噴出時間）を制御することにより、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を可能とする装置を開発した。
【００１２】
液体内へのガスの吹き込み（又は、液体の噴出）によって生ずる旋回現象が定常状態に達した後、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を停止してから容器内の液体の振動が観察されなくなるまでの時間を、旋回停止時間と定義し、この旋回停止時間を実験的に求めることとする。
【００１３】
図４に、この実験に用いる実験装置を示す。実験では、内径Ｄ＝８０ｍｍ、１２３ｍｍ、２００ｍｍの３種類のアクリル製の円筒形容器を用い、内径ｄn ＝２ｍｍのノズルから空気を、質量流量計で制御して流量ＱA ＝２０〜３００ｃｍ3/s の範囲で吹き込んだ。なお、旋回停止時間の測定を目視で行うと、ばらつきが大きくなるため、プローブを利用した。すなわち、円筒形容器の側壁から５ｍｍ内側の静止液面の上方０．５ｍｍの位置に単針のプローブを設置し、このプローブの出力信号をペンレコーダで記録した。プローブの先端の電極は、周期的に液体に浸され、そのときの出力電圧は５Ｖになるが、液体の旋回がおさまると、出力電圧は一周期にわたって０Ｖになる。そこで、出力電圧が０となるまでに要する時間を、旋回停止時間ＴS,A とした。
【００１４】
図５は、縦軸に旋回停止時間ＴS,A （ｓ）、横軸に吹き込みガス流量ＱA （ｃｍ3/s ）をとり、この実験の測定結果を示したものである。Ｄ＝８０ｍｍ、１２３ｍｍの測定値については、高ガス流量域でガスの吹き抜けが起こるため、傾向がやや異なっているが、旋回停止時間ＴS,A は、ガス流量ＱA が大きいほど長くなっている。これは、ガス流量ＱAが大きいほどガスから与えられる液体の運動エネルギーが大きく、旋回停止に時間を要することによる。
【００１５】
図６は、無次元数を用いて実験の測定結果を整理したものである。図６において、横軸は、次元解析で求めた無次元数Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）、縦軸は、無次元数ＴS,A ＱA ／Ｄ3 を示す。
ここで、Ｒｅ〔＝（ＱA 2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL 〕は、気泡の半径方向への広がりの尺度である（ＱA 2 ／ｇ）1/5 （ｇ／Ｄ）1/2 を代表長さ、（ＱA 2 ／ｇ）1/5（ｇ／Ｄ）1/2 を代表速度とするレイノルズ数であり、気泡噴流に同伴して旋回している液体の運動を記述する無次元数である。
なお、（ｇ／Ｄ）1/2 は、旋回周期の尺度、ｇは重力加速度（ｍｍ／ｓ2 ）、νL は液体の動粘度（ｍｍ2 ／ｓ）、ＨL は水深（ｍｍ）である。ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 は、下式の単位時間当たりの投入エネルギーを考慮して導かれたものであり、気泡噴流部を除く液体の運動を記述する無次元数である。
ε＝（ρL −ρg ）・ｇ・ＨL ・ＱA
また、ＴS,A ＱA ／Ｄ3 は、空塔速度を代表速度とするストローハル数の逆数となっている。
【００１６】
実験から、旋回停止時間ＴS,A は、以下の式（１）によって得られる。
ＴS,A ＱA ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ） （１）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
【００１７】
上述の例では、ノズルから液体内にガスを吹き込むことにより旋回現象を生じさせているが、ガスの代わりに、ある臨界値以上の流量でノズルから液体内に液体を噴出させることによっても、旋回現象を生じさせることができる。ガスの吹き込みでは、気泡に働く浮力が液体の循環運動を誘起させるまでに十分な時間を要するのに対して、液体の噴出では、液体の慣性力をそのまま利用できるため、液体の旋回運動の発生に至る時間の大幅な短縮が見込まれる。また、ガスの吹き込みによる攪拌では、ガス流量を大きくすると、吹き抜け現象が生ずるため、投入したエネルギーが効率的に攪拌に用いられない状況が予測されるが、液体の噴出による攪拌では、そのようなおそれはない。
【００１８】
ガス吹き込みの例と同様に、液体内への液体の噴出によって生ずる旋回現象が定常状態に達した後、液体の噴出を停止してから容器内の液体の振動が観察されなくなるまでの時間を、旋回停止時間と定義し、この旋回停止時間を実験的に求めることとする。
【００１９】
図７に、この実験に用いる実験装置を示す。実験では、円筒形容器として、内径Ｄ＝１００ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３０９ｍｍの５種類のアクリル製のものを用い、円筒形容器の底面中央に設置するノズルとして、内径ｄn ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍの４種類を用いた。円筒形容器の周囲を正方形断面の容器で覆い、その間をイオン交換水で満たした。そして、インバータでポンプの出力を調整して、吹き込み水の流量ＱL を調整した。その際、円筒形容器内の水面が一定になるように、円筒形容器の底部に設けた４個のドレインから水を排出し、循環させた。実験においては、水流量は０〜７５０ｃｍ3/s の範囲で設定し、水深ＨL を円筒形容器の内径Ｄで除した値をアスペクト比と定義し、０〜１．５の範囲で変化させた。
【００２０】
縦軸を旋回停止時間ＴS,L に、横軸を噴出水流量ＱL にとり、図８（ａ）に円筒形容器別の、図８（ｂ）にノズル別の、図８（ｃ）にアスペクト比別の実験結果を示す。旋回停止時間ＴS,L は、水流量、ノズル内径、アスペクト比の影響をほとんど受けず、内径Ｄのみに依存するものと考えられる。
【００２１】
図９は、無次元数を用いて実験の測定結果を整理したものである。図９において、縦軸は、容器内径Ｄ（ｍｍ）と重力加速度ｇ（ｍｍ／ｓ2 ）を用いて無次元化した旋回停止時間ＴS,L （ｓ）、横軸は、修正ロスビー数Ｒｏm を示す。
ここで、修正ロスビー数Ｒｏm は、噴流の有する慣性力と旋回する液体の慣性力との比を表すが、旋回停止時間ＴS,L は、修正ロスビー数Ｒｏm には依存せず、以下の式（２）によって±２５％の偏差で近似できる。
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００ （２）
Ｒｏm ＝ＱL 2 ／（ｇｄn 2 Ｄ3 ）
【００２２】
本願請求項１に記載の、内径Ｄの円筒形容器又は内接円径Ｄの多角形の平面形状をもつ多角形容器を備えた攪拌装置であって、前記容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、前記容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向され、前記液体内に気体を吹き込み又は液体を噴出させるためのノズルが配置されており、深さＨ1と内径又は内接円径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、気体の吹き込みの場合は０．３〜１の範囲、液体の噴出の場合は０．３〜１．７の範囲にあり、前記ノズルから前記液体内に吹き込まれる気体の流量又は噴出される液体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5（ここで、ρL は液体の密度、σL は液体の表面張力）を満足する流量以上であり、かつ、前記気体の気泡又は液体の液柱が前記液体の液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置は、前記容器内への空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするためのバルブと、前記バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、前記バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備え、前記バルブ制御部から前記バルブ駆動部にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、予め設定した条件に従って前記空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするように構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本願請求項２に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）の経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L の経過時に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【００２４】
本願請求項３に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）からさらに所望の時間経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L からさらに所望の時間経過時に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【００２５】
本願請求項４に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）が経過する前に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L が経過する前に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の攪拌装置によれば、用途に応じて、常時ガス又は液体の吹き込みを行わずに所要時にのみガス又は液体の吹き込みを行うことにより、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を実施することができる。本発明の攪拌装置は、プロペラ等の駆動源を必要としないため、構造が極めて簡単であり、従って、装置の製造コスト、維持コストを廉価に押さえることができ、保守点検に要する時間・手間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置を示した全体概略図である。
【図２】図１の攪拌装置の作動態様を説明するための模式図である。
【図３】図１の攪拌装置の作動原理を説明するための図である。
【図４】図１の攪拌装置においてガスを吹き込む場合の旋回停止時間を求めるために実施した実験装置を示した図である。
【図５】図４に示す実験装置を用いて実施された実験の測定結果を示したグラフである。
【図６】図５の測定結果を整理したグラフである。
【図７】図１の攪拌装置において液体を噴出させる場合の旋回停止時間を求めるために実施した実験装置を示した図である。
【図８】図７に示す実験装置を用いて実施された実験の測定結果を示したグラフである。
【図９】図８の測定結果を整理したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置について説明する。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置は、側壁１２ａと底壁１２ｂとを有する円筒形容器１２を備えている。円筒形容器１２の内径は、図１に示されるように、Ｄである。円筒形容器１２内には、底壁１２ｂから液面までの高さがＨ1 ＋Ｈ2 となるように、攪拌しようとする液体が収容されている。
【００２９】
円筒形容器１２の底壁１２ｂのほぼ中央には、液面から深さＨ1 の個所に上向きに配向されたノズル１４ａが配置されており、ノズル１４ａから延びた空気導入管１４が、エアコンプレッサ（図示せず）に連結されている。これにより、空気が空気導入管１４を介してノズル１４ａから液体内に吹き込まれるようになっている。
【００３０】
なお、液面からノズル１４ａまでの深さＨ1 と円筒形容器１２の内径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄは、約０．３〜約１の範囲にある。好ましくは、比Ｈ1 ／Ｄは、約０．５である。
【００３１】
攪拌装置１０はまた、空気導入管１４に配置されたバルブ１６と、バルブ１６を開閉駆動するためのバルブ駆動部１８と、バルブ駆動部１８にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部２０とを備えている。そして、予め設定した条件に従ってバルブ制御部２０からバルブ駆動部１８にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、バルブ駆動部１８を駆動させてバルブ１６を開閉することによって、ノズル１４ａから円筒形容器１２内に空気を吹き込んだり吹き込みを停止したりすることができるようになっている。なお、バルブ１６、バルブ駆動部１８およびバルブ制御部２０は、公知の型式のものを使用してよい。
【００３２】
図２は、攪拌装置１０の作動態様を説明するための模式図である。図２において、横軸は時間、縦軸は円筒形容器１２内における液体の旋回の度合を示す。また、図２の横軸における＜１＞は液体内への空気の吹き込みを開始した時点、＜２＞は液体の旋回現象が定常状態に達した時点、＜３＞は液体内への空気の吹き込みを停止した時点、＜４＞は液体の旋回現象が停止した時点をそれぞれ示す。したがって、＜３＞から＜４＞までの時間が旋回停止時間ＴS,A となる。
【００３３】
攪拌装置１０の作動において、空気の吹き込み再開時期は、以下の３通りとなる。
（Ａ）空気の吹き込みを停止した後、液体の旋回が停止すると、ほぼ同時に空気の吹き込みを再開する（図２（ｂ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A の経過時に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ｂ）空気の吹き込みを停止し、液体の旋回が停止した後、所定時間ｔ経過後、空気の吹き込み再開する（図２（ｃ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A ＋ｔの経過後に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ｃ）空気の吹き込みを停止し、液体の旋回が停止する前に、空気の吹き込みを再開する（図２（ｄ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A が経過する前に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ａ）〜（Ｃ）のいずれに設定するかは、攪拌装置の用途等により使用者が所望のように選択することできるが、（Ｃ）の場合が最も好ましい。
【００３４】
空気の吹き込み停止及び吹き込み再開を繰り返すことにより、空気を常時吹き込む場合と比較して、省エネルギー（吹き込み空気量の低減、空気吹き込み動力の低減など）を実現しつつ、効率的な液体の攪拌を実施することができる。
【００３５】
空気を吹き込む場合に関連して攪拌装置１０について説明したが、空気以外の気体を吹き込んでもよく、また、空気の代わりに、液体を噴出させてもよい。
【００３６】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３７】
たとえば、前記実施の形態では、円筒形容器１２の平面形状は円であるが、平面形状をｎ角形（ｎ≧３）にした多角形容器（図示せず）を円筒形容器１２の代わりに使用してもよい。この場合のＤは、ｎ角形の内接円の径となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 攪拌装置
１２ 円筒形容器
１４ 空気導入管
１４ａ ノズル
１６ バルブ
１８ バルブ駆動部
２０ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、攪拌装置に関する。より詳細には、本発明は、省エネルギーを考慮しつつ、液体を効率的に攪拌することができる攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、機械的な駆動源を必要とせずに、流体を効率的に攪拌させることができる種々の攪拌装置を提案している（特許文献１〜特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５８８７６号明細書
【特許文献２】特許第４１９５７８２号明細書
【特許文献３】特許第４３８４４７７号明細書
【特許文献４】特許第４７１００７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の攪拌装置では、容器内の液体中に常時ガス又は液体を吹き込むことにより、液体の攪拌を可能にしているが、本発明は、上述の特許文献、とりわけ特許文献１において提案された装置を改良発展させたものであり、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を可能とする装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図３を参照して、本発明の攪拌装置の作動原理について説明する。底部に単孔ノズルを備えた円筒形容器内に液体を充填し、単孔ノズルから液体内にガスを吹き込むと上昇気泡噴流が形成されるが、本発明者は、特許文献１に示したように、一定条件下において、この上昇気泡噴流によって、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを見い出した。すなわち、円筒形容器の内径をＤ、単孔ノズルと液面との高さの差をＨ1 とすると、ＤとＨ1 との関係が約０．３＜Ｈ1 ／Ｄ＜約１である場合に、気泡噴流の半径方向変位が比較的小さく、周期が短い旋回現象が発生し、円筒形容器内の液体は、スロッシングに似た挙動を示す。ここで、スロッシングとは、容器が軸方向又は半径方向に加振されることによって液体の振動が誘起される現象をいう。上述の旋回現象は、気泡の生成、上昇に伴う気体から液体への周期的加振によって誘起されたものと推測される。
【０００６】
また、本発明者は、ＤとＨ1 との関係が約０．３＜Ｈ1 ／Ｄ＜約１．７であるときに単孔ノズルから液体内に液体を噴出させると上昇噴流が形成され、上述のガスを液体内に吹き込んだ場合と同様な現象が発生することを見い出した。
【０００７】
上述の旋回現象が気泡（又は、液体）による液体への周期的な加振によって誘起されるものであるため、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生するためには、吹き込まれるガス（又は、液体）の流量が臨界値以上であり、かつ、気泡（又は、液体）が液面を吹き抜ける程度以下であることが必要である。なお、本明細書において使用される語「吹き抜け」とは、ノズルから液体中に吹き込まれた気体（又は、液体）が気柱（又は、液柱）を作って液面から外部へ出る現象を意味している。
【０００８】
本発明者は、ガス（又は、液体）の流量の臨界値を以下のように算定した。スロッシングに関する研究によれば、容器の加振によって液面における波動が誘起され、この波動が粘性を介して液体の内部に伝わり、液体内部の運動が起こるといわれている。したがって、旋回は、液面の波動現象が抑えられることによって止まるものと推測される。本発明者の実験によれば、加振力の主要な部分は、気泡（又は、液体）が上昇して液面から出る際にほぼ周期的に液体に及ぼす力であろうと結論できる。この力は、上昇する液体の慣性力に依存すると仮定する。また、波動を止めようとする力には、表面張力が関与しているであろう。本発明者は、液体の慣性力と表面張力の比として定義されるウェーバー数Ｗe ＝ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）が１０-5以上であれば、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを実験により確かめた。すなわち、上式のウェーバー数Ｗe ＝１０-5が臨界値となる。ここで、ρL は液体の密度、Ｑはガスの吹き込み流量（又は、液体の噴出流量）、σL は液体の表面張力、Ｄは円筒形容器の内径である。
【０００９】
一方、単孔ノズルより上方の液体が、図３（ｂ）の矢印Ａで示されるように、一方向に旋回すると、角運動量保存則により、単孔ノズルより下方の液体は、図３（ｂ）の矢印Ｂで示されるように、逆方向に旋回する。単孔ノズルより下方における旋回流Ｂは、単孔ノズルより上方における旋回流Ａを安定化させており、旋回流Ａへの固形物等の投入により旋回流Ａの速度の低下や乱れが生じても、旋回流Ｂが存在していれば、容易に元の状態に復帰することができる。このため、必須ではないが、単孔ノズルより下方に一定の深さの領域を設けるのが好ましい。
【００１０】
上述のように、底部に単孔ノズルを備えた円筒形容器内に液体を充填し、単孔ノズルから液体内にガスを吹き込む（又は、液体を噴出させる）ことにより、一定条件下で、液体の攪拌に好ましい旋回現象が発生することを見い出したが、この装置では、常時ガスを吹き込む（又は、液体を噴出させる）ことを必要としているため、効率性の観点からは、必ずしも満足すべきものであるとは言い難かった。そこで、本発明では、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を常時行わずに、容器内の液体が良好に攪拌される装置を開発した。
【００１１】
上述の攪拌装置における液体の旋回現象は、液体内へのガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を前提しているため、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を止めてから一定時間経過すると、旋回が停止することが予想される。本発明では、この点に着目し、ガスの吹き込み時間（又は、液体の噴出時間）を制御することにより、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を可能とする装置を開発した。
【００１２】
液体内へのガスの吹き込み（又は、液体の噴出）によって生ずる旋回現象が定常状態に達した後、ガスの吹き込み（又は、液体の噴出）を停止してから容器内の液体の振動が観察されなくなるまでの時間を、旋回停止時間と定義し、この旋回停止時間を実験的に求めることとする。
【００１３】
図４に、この実験に用いる実験装置を示す。実験では、内径Ｄ＝８０ｍｍ、１２３ｍｍ、２００ｍｍの３種類のアクリル製の円筒形容器を用い、内径ｄn ＝２ｍｍのノズルから空気を、質量流量計で制御して流量ＱA ＝２０〜３００ｃｍ3/s の範囲で吹き込んだ。なお、旋回停止時間の測定を目視で行うと、ばらつきが大きくなるため、プローブを利用した。すなわち、円筒形容器の側壁から５ｍｍ内側の静止液面の上方０．５ｍｍの位置に単針のプローブを設置し、このプローブの出力信号をペンレコーダで記録した。プローブの先端の電極は、周期的に液体に浸され、そのときの出力電圧は５Ｖになるが、液体の旋回がおさまると、出力電圧は一周期にわたって０Ｖになる。そこで、出力電圧が０となるまでに要する時間を、旋回停止時間ＴS,A とした。
【００１４】
図５は、縦軸に旋回停止時間ＴS,A （ｓ）、横軸に吹き込みガス流量ＱA （ｃｍ3/s ）をとり、この実験の測定結果を示したものである。Ｄ＝８０ｍｍ、１２３ｍｍの測定値については、高ガス流量域でガスの吹き抜けが起こるため、傾向がやや異なっているが、旋回停止時間ＴS,A は、ガス流量ＱA が大きいほど長くなっている。これは、ガス流量ＱAが大きいほどガスから与えられる液体の運動エネルギーが大きく、旋回停止に時間を要することによる。
【００１５】
図６は、無次元数を用いて実験の測定結果を整理したものである。図６において、横軸は、次元解析で求めた無次元数Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）、縦軸は、無次元数ＴS,A ＱA ／Ｄ3 を示す。
ここで、Ｒｅ〔＝（ＱA 2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL 〕は、気泡の半径方向への広がりの尺度である（ＱA 2 ／ｇ）1/5 （ｇ／Ｄ）1/2 を代表長さ、（ＱA 2 ／ｇ）1/5（ｇ／Ｄ）1/2 を代表速度とするレイノルズ数であり、気泡噴流に同伴して旋回している液体の運動を記述する無次元数である。
なお、（ｇ／Ｄ）1/2 は、旋回周期の尺度、ｇは重力加速度（ｍｍ／ｓ2 ）、νL は液体の動粘度（ｍｍ2 ／ｓ）、ＨL は水深（ｍｍ）である。ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 は、下式の単位時間当たりの投入エネルギーを考慮して導かれたものであり、気泡噴流部を除く液体の運動を記述する無次元数である。
ε＝（ρL −ρg ）・ｇ・ＨL ・ＱA
また、ＴS,A ＱA ／Ｄ3 は、空塔速度を代表速度とするストローハル数の逆数となっている。
【００１６】
実験から、旋回停止時間ＴS,A は、以下の式（１）によって得られる。
ＴS,A ＱA ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ） （１）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（ＨL ＱA ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
【００１７】
上述の例では、ノズルから液体内にガスを吹き込むことにより旋回現象を生じさせているが、ガスの代わりに、ある臨界値以上の流量でノズルから液体内に液体を噴出させることによっても、旋回現象を生じさせることができる。ガスの吹き込みでは、気泡に働く浮力が液体の循環運動を誘起させるまでに十分な時間を要するのに対して、液体の噴出では、液体の慣性力をそのまま利用できるため、液体の旋回運動の発生に至る時間の大幅な短縮が見込まれる。また、ガスの吹き込みによる攪拌では、ガス流量を大きくすると、吹き抜け現象が生ずるため、投入したエネルギーが効率的に攪拌に用いられない状況が予測されるが、液体の噴出による攪拌では、そのようなおそれはない。
【００１８】
ガス吹き込みの例と同様に、液体内への液体の噴出によって生ずる旋回現象が定常状態に達した後、液体の噴出を停止してから容器内の液体の振動が観察されなくなるまでの時間を、旋回停止時間と定義し、この旋回停止時間を実験的に求めることとする。
【００１９】
図７に、この実験に用いる実験装置を示す。実験では、円筒形容器として、内径Ｄ＝１００ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３０９ｍｍの５種類のアクリル製のものを用い、円筒形容器の底面中央に設置するノズルとして、内径ｄn ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍの４種類を用いた。円筒形容器の周囲を正方形断面の容器で覆い、その間をイオン交換水で満たした。そして、インバータでポンプの出力を調整して、吹き込み水の流量ＱL を調整した。その際、円筒形容器内の水面が一定になるように、円筒形容器の底部に設けた４個のドレインから水を排出し、循環させた。実験においては、水流量は０〜７５０ｃｍ3/s の範囲で設定し、水深ＨL を円筒形容器の内径Ｄで除した値をアスペクト比と定義し、０〜１．５の範囲で変化させた。
【００２０】
縦軸を旋回停止時間ＴS,L に、横軸を噴出水流量ＱL にとり、図８（ａ）に円筒形容器別の、図８（ｂ）にノズル別の、図８（ｃ）にアスペクト比別の実験結果を示す。旋回停止時間ＴS,L は、水流量、ノズル内径、アスペクト比の影響をほとんど受けず、内径Ｄのみに依存するものと考えられる。
【００２１】
図９は、無次元数を用いて実験の測定結果を整理したものである。図９において、縦軸は、容器内径Ｄ（ｍｍ）と重力加速度ｇ（ｍｍ／ｓ2 ）を用いて無次元化した旋回停止時間ＴS,L （ｓ）、横軸は、修正ロスビー数Ｒｏm を示す。
ここで、修正ロスビー数Ｒｏm は、噴流の有する慣性力と旋回する液体の慣性力との比を表すが、旋回停止時間ＴS,L は、修正ロスビー数Ｒｏm には依存せず、以下の式（２）によって±２５％の偏差で近似できる。
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００ （２）
Ｒｏm ＝ＱL 2 ／（ｇｄn 2 Ｄ3 ）
【００２２】
本願請求項１に記載の、内径Ｄの円筒形容器又は内接円径Ｄの多角形の平面形状をもつ多角形容器を備えた攪拌装置であって、前記容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、前記容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向され、前記液体内に気体を吹き込み又は液体を噴出させるためのノズルが配置されており、深さＨ1と内径又は内接円径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、気体の吹き込みの場合は０．３〜１の範囲、液体の噴出の場合は０．３〜１．７の範囲にあり、前記ノズルから前記液体内に吹き込まれる気体の流量又は噴出される液体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5（ここで、ρL は液体の密度、σL は液体の表面張力）を満足する流量以上であり、かつ、前記気体の気泡又は液体の液柱が前記液体の液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置は、前記容器内への空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするためのバルブと、前記バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、前記バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備え、前記バルブ制御部から前記バルブ駆動部にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、予め設定した条件に従って前記空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするように構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本願請求項２に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）の経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L の経過時に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【００２４】
本願請求項３に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）からさらに所望の時間経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L からさらに所望の時間経過時に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【００２５】
本願請求項４に記載の攪拌装置は、前記請求項１の装置において、前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）が経過する前に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L が経過する前に、空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の攪拌装置によれば、用途に応じて、常時ガス又は液体の吹き込みを行わずに所要時にのみガス又は液体の吹き込みを行うことにより、省エネルギーを考慮しつつ、液体の効率的な攪拌を実施することができる。本発明の攪拌装置は、プロペラ等の駆動源を必要としないため、構造が極めて簡単であり、従って、装置の製造コスト、維持コストを廉価に押さえることができ、保守点検に要する時間・手間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置を示した全体概略図である。
【図２】図１の攪拌装置の作動態様を説明するための模式図である。
【図３】図１の攪拌装置の作動原理を説明するための図である。
【図４】図１の攪拌装置においてガスを吹き込む場合の旋回停止時間を求めるために実施した実験装置を示した図である。
【図５】図４に示す実験装置を用いて実施された実験の測定結果を示したグラフである。
【図６】図５の測定結果を整理したグラフである。
【図７】図１の攪拌装置において液体を噴出させる場合の旋回停止時間を求めるために実施した実験装置を示した図である。
【図８】図７に示す実験装置を用いて実施された実験の測定結果を示したグラフである。
【図９】図８の測定結果を整理したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置について説明する。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る攪拌装置は、側壁１２ａと底壁１２ｂとを有する円筒形容器１２を備えている。円筒形容器１２の内径は、図１に示されるように、Ｄである。円筒形容器１２内には、底壁１２ｂから液面までの高さがＨ1 ＋Ｈ2 となるように、攪拌しようとする液体が収容されている。
【００２９】
円筒形容器１２の底壁１２ｂのほぼ中央には、液面から深さＨ1 の個所に上向きに配向されたノズル１４ａが配置されており、ノズル１４ａから延びた空気導入管１４が、エアコンプレッサ（図示せず）に連結されている。これにより、空気が空気導入管１４を介してノズル１４ａから液体内に吹き込まれるようになっている。
【００３０】
なお、液面からノズル１４ａまでの深さＨ1 と円筒形容器１２の内径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄは、約０．３〜約１の範囲にある。好ましくは、比Ｈ1 ／Ｄは、約０．５である。
【００３１】
攪拌装置１０はまた、空気導入管１４に配置されたバルブ１６と、バルブ１６を開閉駆動するためのバルブ駆動部１８と、バルブ駆動部１８にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部２０とを備えている。そして、予め設定した条件に従ってバルブ制御部２０からバルブ駆動部１８にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、バルブ駆動部１８を駆動させてバルブ１６を開閉することによって、ノズル１４ａから円筒形容器１２内に空気を吹き込んだり吹き込みを停止したりすることができるようになっている。なお、バルブ１６、バルブ駆動部１８およびバルブ制御部２０は、公知の型式のものを使用してよい。
【００３２】
図２は、攪拌装置１０の作動態様を説明するための模式図である。図２において、横軸は時間、縦軸は円筒形容器１２内における液体の旋回の度合を示す。また、図２の横軸における＜１＞は液体内への空気の吹き込みを開始した時点、＜２＞は液体の旋回現象が定常状態に達した時点、＜３＞は液体内への空気の吹き込みを停止した時点、＜４＞は液体の旋回現象が停止した時点をそれぞれ示す。したがって、＜３＞から＜４＞までの時間が旋回停止時間ＴS,A となる。
【００３３】
攪拌装置１０の作動において、空気の吹き込み再開時期は、以下の３通りとなる。
（Ａ）空気の吹き込みを停止した後、液体の旋回が停止すると、ほぼ同時に空気の吹き込みを再開する（図２（ｂ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A の経過時に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ｂ）空気の吹き込みを停止し、液体の旋回が停止した後、所定時間ｔ経過後、空気の吹き込み再開する（図２（ｃ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A ＋ｔの経過後に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ｃ）空気の吹き込みを停止し、液体の旋回が停止する前に、空気の吹き込みを再開する（図２（ｄ）参照）。
この場合には、空気の吹き込みを停止した後、上記の式（１）を満足する時間ＴS,A が経過する前に空気の吹き込みを再開することとなる。
（Ａ）〜（Ｃ）のいずれに設定するかは、攪拌装置の用途等により使用者が所望のように選択することできるが、（Ｃ）の場合が最も好ましい。
【００３４】
空気の吹き込み停止及び吹き込み再開を繰り返すことにより、空気を常時吹き込む場合と比較して、省エネルギー（吹き込み空気量の低減、空気吹き込み動力の低減など）を実現しつつ、効率的な液体の攪拌を実施することができる。
【００３５】
空気を吹き込む場合に関連して攪拌装置１０について説明したが、空気以外の気体を吹き込んでもよく、また、空気の代わりに、液体を噴出させてもよい。
【００３６】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３７】
たとえば、前記実施の形態では、円筒形容器１２の平面形状は円であるが、平面形状をｎ角形（ｎ≧３）にした多角形容器（図示せず）を円筒形容器１２の代わりに使用してもよい。この場合のＤは、ｎ角形の内接円の径となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 攪拌装置
１２ 円筒形容器
１４ 空気導入管
１４ａ ノズル
１６ バルブ
１８ バルブ駆動部
２０ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径Ｄの円筒形容器又は内接円径Ｄの多角形の平面形状をもつ多角形容器を備えた攪拌装置であって、前記容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、前記容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向され、前記液体内に気体を吹き込み又は液体を噴出させるためのノズルが配置されており、深さＨ1 と内径又は内接円径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、気体の吹き込みの場合は０．３〜１の範囲、液体の噴出の場合は０．３〜１．７の範囲にあり、前記ノズルから前記液体内に吹き込まれる気体の流量又は噴出される液体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5（ここで、ρL は液体の密度、σL は液体の表面張力）を満足する流量以上であり、かつ、前記気体の気泡又は液体の液柱が前記液体の液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置において、
前記容器内への空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするためのバルブと、
前記バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、
前記バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備え、
前記バルブ制御部から前記バルブ駆動部にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、予め設定した条件に従って前記空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）の経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L の経過時に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）からさらに所望の時間経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L からさらに所望の時間経過時に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）が経過する前に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L が経過する前に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１】
内径Ｄの円筒形容器又は内接円径Ｄの多角形の平面形状をもつ多角形容器を備えた攪拌装置であって、前記容器内には、攪拌しようとする液体が収容されており、前記容器のほぼ中央に、液面から深さＨ1 のところに上向きに配向され、前記液体内に気体を吹き込み又は液体を噴出させるためのノズルが配置されており、深さＨ1 と内径又は内接円径Ｄとの比Ｈ1 ／Ｄが、気体の吹き込みの場合は０．３〜１の範囲、液体の噴出の場合は０．３〜１．７の範囲にあり、前記ノズルから前記液体内に吹き込まれる気体の流量又は噴出される液体の流量Ｑが、ρL Ｑ2 ／（σL Ｄ3 ）＝１０-5（ここで、ρL は液体の密度、σL は液体の表面張力）を満足する流量以上であり、かつ、前記気体の気泡又は液体の液柱が前記液体の液面を吹き抜けない流量以下である攪拌装置において、
前記容器内への空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするためのバルブと、
前記バルブを開閉駆動するためのバルブ駆動部と、
前記バルブ駆動部にバルブ開閉信号を出力するためのバルブ制御部とを備え、
前記バルブ制御部から前記バルブ駆動部にバルブ開信号又はバルブ閉信号を出力することにより、予め設定した条件に従って前記空気の吹き込み又は液体の噴出を許容したり遮断したりするように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）の経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L の経過時に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）からさらに所望の時間経過時に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L からさらに所望の時間経過時に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記予め設定した条件が、空気の吹き込みの場合には、空気の吹き込みを停止した後、次式
ＴS,A Ｑ／Ｄ3 ＝１１Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）
ただし、０．０２＜Ｒｅ1/2 ・（Ｈ1 Ｑ／Ｄ7/2 ｇ1/2 ）＜２
によって得られる時間ＴS,A （ここで、Ｒｅは（Ｑ2 ／ｇ）2/5 （ｇ／Ｄ）1/2 ／νL によって得られるレイノルズ数、ｇは重力加速度）が経過する前に、
液体の噴出の場合には、液体の噴出を停止した後、次式
ＴS,L （ｇ／Ｄ）0.5 ＝５００
によって得られる時間ＴS,L が経過する前に、
空気の吹き込み又は液体の噴出を再開することであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８５９７８（Ｐ２０１３−８５９７８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５６２７（Ｐ２０１１−２２５６２７）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（５９９０８３５４７）
【出願人】（５００４３０９０３）株式会社ヒューエンス (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（５９９０８３５４７）
【出願人】（５００４３０９０３）株式会社ヒューエンス (7)
【Ｆターム（参考）】
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