攪拌パーツなし攪拌機
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テーマ
流動・撹拌
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研究機関名
大阪大学 基礎工学研究科 流体力学グループ（後藤研究室）
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代表者
後藤 晋
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本研究の主旨
攪拌翼等の攪拌パーツを用いず，容器の単純な運動のみを用いた，粉体や液体の新しい攪拌方法を提案します。「混合」は，粉体，液体ともに，食品工業においてとても重要な工程です。一般的には，かき混ぜ棒（攪拌翼）のような攪拌パーツを用いてかき混ぜますが，かき混ぜ棒を用いて試料を混ぜると，かき混ぜ棒付近には強いせん断力が生じ，試料が傷つく恐れがあります。とりわけ，触感が大事な食品を混ぜる際には，特別な注意を払う必要があります。また，かき混ぜ棒は複雑な形状をしていることが多く，付着した試料を洗浄するにはコストがかかりますし，食品ロスにもつながります。したがって，かき混ぜ棒を用いることなく，試料を混ぜることができるのであれば，生産者のみならず，消費者や環境面にとっても，様々なメリットがあるはずです。そこで我々は，【攪拌パーツなしミキサー】を提案します。本手法は，滑らかな容器の単純な運動のみで複雑な流れを駆動し，試料の迅速な混合を実現します。液体，粉体混合技術それぞれに関して，特徴を説明します。
【液体混合技術】
図１に示すように，液体試料が水平円管中を流れている際に，その円管を管軸まわりに適当な回転速度で回転させます。すると，図２に示すような，回転軸と垂直な軸を持つ渦列が液相内部に発生し，液体試料の迅速な混合が実現されます。この技術では，配管が液体で完全に充填されていないことが重要です。もし完全に充填されている場合，図２に見られる渦列は発生せず，迅速な混合は実現されません。この技術を応用すれば，液体の移送と同時に，液体の攪拌・混合を行うことが可能です。
【粉体混合技術】
図３（左）に示すように，滑らかな球容器を，水平方向に微小振動させながら，鉛直軸まわりにゆっくり回転させます。すると，図４に示すように，容器全域に，粉体の複雑な流れが発生します。その結果，図３（右）に示すように，粉体試料の均一な混合が実現されます。容器の運動を用いた既存の粉体混合機は，鉛直方向に激しく振動させる，もしくは，水平軸まわりに比較的高速に回転させるものが多いですが，本技術は，水平方向の加振振幅は1 mm以下と小さく，鉛直軸まわりの回転速度もわずか1 rpm程度です。したがって，作業者の安全が確保されるほか，混合中の試料の追加や抜き出しも容易です。
図１ 液体攪拌装置概略図
（上）実験，（下）シミュレーション
図３ （左）粉体混合機構の概略図
（右）シミュレーションを用いた粉体混合の可視化
図４ 粉体の奇跡の可視化
