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技術 混合器の混合状態判別方法

出願人 積水化学工業株式会社
発明者 渡辺道教小山勉小西仁孝林部博康
出願日 1999年4月7日 (21年8ヶ月経過) 出願番号 1999-100527
公開日 2000年10月17日 (20年2ヶ月経過) 公開番号 2000-289021
状態 未査定
技術分野 プラスチック等の成形材料の処理、取扱一般
主要キーワード 発泡ウレタン原料 装入速度 許容下限値 装入材料 混合器内 混合性能 経過時刻 混合作業
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この項目の情報は公開日時点(2000年10月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

混合作業を行なわずに、混合器筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料の先入れ・先出し時間を数式によりあらかじめ求めることができる混合器の混合状態判別方法を提供する。

解決手段

導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えた連続式混合器内部の粉体および液体の混合状態を判別するための方法であって、当該混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した粉体および液体が、新たに供給される粉体および液体に置換される時間を材料中のある成分の濃度の時間変化に基づいて求める混合器の混合状態判別方法。

概要

背景

従来、混合器混合性能を測定する方法として、混合原料のpHや導電率を連続的に測定したり、または混合原料の少量を所定時間ごとサンプリングして、濃度変化を測定することにより、混合原料の混合状態を測定する方法が行なわれている。

また、特開平5−115763号公報に記載されているように、あらかじめ、着色した混合原料を混合させ、そののち、脱色材を添加し、この脱色時間を測定することによって、混合原料の混合時間を知る試みが行なわれている。

概要

混合作業を行なわずに、混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料の先入れ・先出し時間を数式によりあらかじめ求めることができる混合器の混合状態判別方法を提供する。

導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えた連続式混合器内部の粉体および液体の混合状態を判別するための方法であって、当該混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した粉体および液体が、新たに供給される粉体および液体に置換される時間を材料中のある成分の濃度の時間変化に基づいて求める混合器の混合状態判別方法。

目的

本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、混合作業を行なわずに、混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料の先入れ・先出し時間を数式によりあらかじめ求めることができる混合器の混合状態判別方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えた連続式混合器内部の粉体および液体混合状態判別するための方法であって、当該混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した粉体および液体が、新たに供給される粉体および液体に置換される時間を材料中のある成分の濃度の時間変化に基づいて求める混合器の混合状態判別方法

請求項2

前記混合器の筐体内に供給される粉体および液体との混合物の粘度が1000Pa・s以上程度である請求項1記載の混合器の混合状態判別方法。

請求項3

前記時間を以下の(式1)および(式2)を用いて逐次計算することにより求める請求項1または2記載の混合器の混合状態判別方法。

請求項

ID=000003HE=055 WI=092 LX=0590 LY=0700ただし、V:装入速度(=排出速度)(kg/hr)P:装入材料の濃度(kg/kg)T:時刻(hr)Δt:微少時間(hr)Δw(1)〜Δw(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの1〜i番目の部分の重量(kg)cT (1)〜cT (i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tにおける1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)cT+Δt(1)〜cT+Δt(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tから時間Δtだけ経過したときの1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)。

請求項4

前記時間内で混合できるように、前記装入速度Vを選択する請求項3記載の混合器の混合状態判別方法。

請求項5

前記時間内で混合可能な混合器を選択して用いる請求項1、2または3項記載の混合器の混合状態判別方法。

技術分野

0001

本発明は混合器混合状態判別方法に関する。さらに詳しくは、混合器の筐体内において、任意の時刻に供給された粉体および液体(以下、混合原料という)が、新たに供給される混合原料に置換される時間を評価するための混合器の混合状態判別方法に関する。

背景技術

0002

従来、混合器の混合性能を測定する方法として、混合原料のpHや導電率を連続的に測定したり、または混合原料の少量を所定時間ごとサンプリングして、濃度変化を測定することにより、混合原料の混合状態を測定する方法が行なわれている。

0003

また、特開平5−115763号公報に記載されているように、あらかじめ、着色した混合原料を混合させ、そののち、脱色材を添加し、この脱色時間を測定することによって、混合原料の混合時間を知る試みが行なわれている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、これら従来の混合時間の測定方法は、混合原料がすでに混合が完了した状態を評価する方法であり、混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料が新たに供給される混合原料に置換される時間、すなわち先入れ・先出し時間を混合作業を行なわずに評価する方法ではない。

0005

近年、とくに、建築用外壁の製造においては、混合原料を金型流し込み、加熱することにより、硬化成型する方法が用いられている。

0006

ところが、使用する混合原料によっては、所定時間以内に金型に流し込まないと、混合器内部または金型に流し込むための経路などで硬化が進行してしまうため、所望の硬化成型ができず、品質に悪影響を与えるという問題がある。

0007

本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、混合作業を行なわずに、混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料の先入れ・先出し時間を数式によりあらかじめ求めることができる混合器の混合状態判別方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の混合器の混合状態判別方法は、導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えた連続式混合器内部の粉体および液体の混合状態を判別するための方法であって、当該混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した粉体および液体が、新たに供給される粉体および液体に置換される時間を材料中のある成分の濃度の時間変化に基づいて求めることを特徴とするものである。

0009

前記混合器の筐体内に供給される粉体および液体との混合物の粘度が1000Pa・s以上程度であるのが好ましい。

0010

前記時間を以下の(式1)および(式2)を用いて逐次計算することにより求める請求項1、2または3記載の混合器の混合状態判別方法。

0011

0012

ただし、
V:装入速度(=排出速度)(kg/hr)
P:装入材料の濃度(kg/kg)
T:時刻(hr)
Δt:微少時間(hr)
Δw(1)〜Δw(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの1〜i番目の部分の重量(kg)
cT (1)〜cT (i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tにおける1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)
cT+Δt(1)〜cT+Δt(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tから時間Δtだけ経過したときの1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)。

0013

前記時間内で混合できるように、前記装入速度Vを選択するのが好ましい。

0014

前記時間内で混合可能な混合器を選択して用いるのが好ましい。

発明を実施するための最良の形態

0015

つぎに、図面を参照しながら本発明の混合器の混合状態判別方法を詳細に説明する。図1は本発明の混合器の混合状態判別方法に用いられる混合器内部の成分Cの重量変化を模式的に示した説明図、図2は本発明の混合器の混合状態判別方法の一実施の形態をコンピュータで実行するためのフローチャートおよび図3は本発明の方法を用いてコンピュータシミュレーションされた結果である、混合器内部の混合原料の置換率の時間変化を示すグラフである。

0016

本発明の混合器の混合状態判別方法は、導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えた連続式混合器内部の粉体および液体からなる混合原料の混合状態を判別するための方法であって、当該混合器の筐体内に、任意の時刻に供給した混合原料が、新たに供給される混合原料に置換される時間を材料中のある成分の濃度の時間変化に基づいて求めることを特徴とするものである。

0017

すなわち、本発明の混合器の混合状態判別方法は、任意の時刻に供給した混合原料の先入れ・先出し時間を、ある成分濃度の変化を表す数式を用いて求めるものである。数式は以下のようにして考える。

0018

図1(a)に示されるように、混合器の筐体をi個の微少容積に分割する。それぞれの微少容積中に含まれる混合原料の重量をΔw(1)〜Δw(i)とし、先入れ・先出し時間を計算したい成分を成分Cとし、任意の時刻Tのときの、Δw(1)〜Δw(i)中の成分Cの濃度をそれぞれcT (1)〜cT (i)とする。成分Cを含んだ混合原料が供給能力V(kg/hr)(すなわち装入速度(=排出速度))で供給され、混合器に投入する前の混合原料中の成分Cの濃度をPとする。

0019

なお、本実施の形態でいう微少容積は、混合原料が通過する部分をいい、混合器内部の形の撹拌部の容積を除いたものをいう。

0020

また、混合器からは、供給された混合原料と等しいVの能力で混合原料が混合され、成分Cが濃度cT (i)で混合器から排出される。ここで、混合器に混合原料を供給する供給能力V(kg/hr)は、混合器の装入のときから排出まで一定である。すなわち、1〜i番目までのそれぞれの微少容積のあいだも同様に供給能力Vで混合原料が通過する。

0021

つぎに、図1(b)に示されるように、任意の時刻Tから時間Δtだけ経過したときの混合器内の成分Cの濃度をcT+Δt(1)〜cT+Δt(i)と表し、1〜i番目までのそれぞれの微少容積ごとに物質収支(成分Cの出入り)をみる。

0022

ここで、重量Δw(1)〜Δw(i)は、時間Δtだけ経過しても、供給能力V(kg/hr)が一定であるため、時間的に変化しない。

0023

上より、1番目の微少容積中に時間Δtのあいだに混合器内に入ってくる成分Cの重量は(式3)、出ていく成分Cの重量は(式4)で表される。時間Δtだけ経過したときの1番目の微少容積中の重量は、(式5)で表される。

0024

ただし、以下の(式1)〜(式5)において、
V:装入速度(=排出速度)(kg/hr)
P:装入材料の濃度(kg/kg)
T:時刻(hr)
Δt:微少時間(hr)
Δw(1)〜Δw(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの1〜i番目の部分の重量(kg)
cT (1)〜cT (i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tにおける1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)
cT+Δt(1)〜cT+Δt(i):混合器の筐体内をi個に分割したばあいの時刻Tから時間Δtだけ経過したときの1〜i番目の部分の濃度(kg/kg)。

0025

(時間Δtのあいだに入ってくる成分Cの重量)=V×P×Δt (式3)
(出ていく成分Cの重量)=V×cT ×Δt (式4)
(時間Δtだけ経過したときの1番目の微少容積
中の重量)=Δw(1)+V×Δt−V×Δt=Δw(1) (式5)
前記(式3)〜(式5)から、前記時間Δtだけ経過したのちの1番目の微少容積中の成分Cの濃度cT+Δt(1)は、(式1)で表される。

0026

0027

同様に、時間Δtだけ経過したのちのi番目の微少容積中の成分Cの濃度cT+Δt(i)は、(式2)で表される。

0028

0029

さらに、時間Δtだけ経過したのちの1〜i番目の微少容積中の成分Cの濃度cT+2Δt (1)〜cT+2Δt (i)を知りたいときは、前記cT+Δt(1)〜cT+Δt(i)をcT (1)〜cT (i)として逐次計算を進めていけば、任意の経過時刻(一般的にはT+nΔt(nは自然数))の成分Cの濃度cT+nΔt (1)〜cT+nΔt (i)が判明する。

0030

分割する数iと分割時間は、混合内容積とトン/hrによって変化するが、混合器を微少容積に分割する数iは、なるべく多いほうが計算結果収束し安定するので好ましい。分割の数iは300リットルの混合内容積で1〜3トン/hrのばあい、20分割以上が好ましい。

0031

逐次計算するばあい、コンピュータによって実施すれば、逐次計算が高速に処理できるため、好ましい。

0032

たとえば、コンピュータを用いて図2に示されるフローチャートにしたがって計算をすれば、cT (i)が供給混合原料中の成分Cの濃度Pとほぼ同じ(許容下限値δ×Pよりも大きい(δ≒1であり、たとえば、δ=0.99など))になって計算が終了する時間TENDを出力することができる。

0033

混合前の初期状態として、たとえば、混合器内全体の成分Cの濃度が0%であったとする。任意の時刻Tに成分Cを含んだ材料(成分Cの濃度x%)を装入したとする。

0034

時間経過とともに、混合器内の成分Cの濃度が増大し、最終的には、混合器内全体の成分Cの濃度がx%になるはずである。このときの時間が混合器内の材料がすべて新しい材料に置き換わったことをあらわす。

0035

すなわち、古い材料がつぎつぎと新しい材料に置き換わっていくことを示しており、当該混合器の先入れ・先出しを表わす。

0036

つぎに、図3には、(式1)、(式2)を逐次計算(たとえば、図2のフローチャートにしたがって計算)させて、混合器の先入れ・先出し時間を計算した例が示されている。計算の対象とされた混合器は、300リットルの内容積を有し、この混合器を用いて1トン/hr、3トン/hrの供給速度で混合原料を供給したときの材料の置換状況を示したものである。

0037

ここで、図3縦軸である置換率(%)は、以下の(式6)で表される。

0038

0039

図3から明らかなように、混合原料がすべて新しい混合原料に置き換わるには、1トン/hrのときは約400秒、3トン/hrのときは約170秒の時間が必要であることがわかる。

0040

もしも、着目した混合原料の成分が170秒以内に金型に流し込まなければ硬化する成分とすると、この混合器は、3トン/hr以上で混合しないと、混合器内で硬化したり、金型に流し込む途中で硬化が進行してしまうことになる。このような問題を防止するために、成分が硬化する時間内で混合できるように、装入速度Vを選択するのが好ましい。

0041

一方、供給速度に制限があるときには、混合器を小さくすればよい。たとえば、1トン/hrの供給速度で混合する必要があるときは、この300リットルの混合器よりも容積が小さい混合器を選定すればよい。

0042

つぎに、本発明における数式により求められた先入れ・先出し時間が、実際の混合器に対して適用できるかどうか、実証テストを行なった。

0043

実証テストの方法は、あらかじめ、混合原料に着色剤を添加し、混合器を運転し、ついで、着色剤の添加していない混合原料を混合器に供給し、まったく着色されない混合原料が排出される時間を目視によって測定した。

0044

実証テストの結果を表1に示す。実証テストに用いた混合器は、市販されているピンミキサで内容積は300リットルの混合器を用いた。

0045

0046

表1に示すように、本発明による計算結果と、実証テスト結果とよく一致しており(誤差6%以内)、本発明が充分に実際の混合器に対して適用できることを示している。

0047

の点で好ましい。

0048

本発明の数式が表1に示すようによく一致するために以下の要件〜のうち少なくともいずれか1つを備えているのが好ましい。

0049

連続式混合器は、導入口および排出口を有する筐体、および当該筐体内部の内容物を撹拌するための撹拌部を備えていればよいが、好ましくは、筐体内に、水平一方向に回転する、可動固体櫂型の撹拌部を備え、混合器の筐体上部の開口部より、混合原料を連続して供給し、撹拌部により混合原料を混合し、混合器の筐体下部の開口部より、混合原料を供出するように構成されているのがよい。

0050

前記混合器の筐体内に供給される粉体および液体との混合物の粘度が1000Pa・s(=10000P)以上程度であるのが好ましい。

0051

以上のような本発明の混合器の混合状態判別方法は、とくに発泡剤を添加した混合材料、たとえば、建築用外壁材としての軽量コンクリート梱包材として使用する発泡ウレタン原料発泡スチロールなど、建築機械食品医薬などの分野で用いられる種々の混合原料の混合状態を判別するのに利用することができる。

発明の効果

0052

本発明によれば、建築用外壁などの製造において、従来では混合器内部や金型に流し込むための経路で硬化が進行してしまい、硬化成型できない材料を混合して外壁などを製造するばあい、混合作業を行なわずにある成分の濃度の時間変化を表す数式により先入れ・先出し時間をあらかじめ求めることができ、所定の先入れ・先出し時間内で混合できる方法を決定することができる。したがって、外壁製造中に発生する外壁の品質不良を防止することができる。

図面の簡単な説明

0053

図1本発明の混合器の混合状態判別方法に用いられる混合器内部の成分Cの重量変化を模式的に示した説明図である。
図2本発明の混合器の混合状態判別方法の一実施の形態を示す混合状態判別方法をコンピュータで実行するためのフローチャートである。
図3本発明の方法を用いてコンピュータシミュレーションされた結果である、混合器内部の混合原料の置換率の時間変化を示すグラフである。

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