JP2007098289A - 濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理液を短時間で充分に濃縮できる濃縮装置を提供する。
【解決手段】 濃縮槽内で複数の回転濾過板を回転させて、濃縮槽に充填された被処理液中の液体成分を回転濾過板内に取り込むことにより被処理液を濃縮する濃縮装置であって、一対の回転濾過板の間を通過した被処理液が該一対の回転濾過板の間を再度通過するように被処理液を濃縮槽内で循環させる。
【選択図】
図２

Description

本発明は濃縮装置に関する。更に詳しくは、濃縮時にも流動性が保たれる固液分散系被処理液を濃縮することに好適な濃縮装置に関する。

固液分散系被処理液（懸濁液）の粒子を液体中において実質的に分散状態にしておくことにより連続濾過を可能とする技術が特許文献１に開示されている。
粒子を分散状態とすることにより、被処理液が濃縮されても粒子同士の連結体（ケーク）が形成されずに懸濁状態が維持される。このような粒子の集合体は流動性があるのでフィルタ上に堆積してその目詰まりを起こすことがない。
なお、本発明に関連する文献として特許文献２及び特許文献３も参照されたい。
特開２００５−０６６３８４号公報 特開昭６２−２９４４０９号公報 特開２００４−２５５２８３号公報

上記特許文献１に記載の濃縮技術では、メインテナンスフリーで被処理液を濃縮可能であるが、濃縮に時間がかかっていた。
そのため本発明者らは被処理液を短時間で効率よく濃縮する技術につき更に検討を重ねてきた。
その結果、時間あたりの被処理液に対するフィルタの接触面積を増大するために、被処理液の濃縮槽中でフィルタを回転させることを着想した。
ここに、特許文献３には、濃縮槽内で複数の回転濾過板を回転させて、前記濃縮槽に充填された被処理液中の液体成分を前記回転濾過板内に取り込むことにより前記被処理液を濃縮する濃縮装置が開示されている。
一見すると、両者は同様な処理をしているようにみえるが、前者においてはその前提としてケークの形成がないのに対し、後者の濃縮装置ではケークができないようにバッフルが回転濾過板の間に介在されている。
従って、濃縮ための処理方法が全く異なっている。

上記のように回転濾過板を用いて、何らバッフルを用いずに、濃縮状態でも流動性を維持する特性を持つ被処理液を濃縮することにつき検討したところ、下記の解決すべき課題に遭遇した。
被処理液を短期間で充分に濃縮するには、回転濾過板を大面積にするか若しくは高速回転させる必要があるが、濃縮の度合いが大きくなればなるほど回転に対する抵抗が強くなる。これにより、回転濾過板を回転するモータが大型化し、他方回転に伴う熱を冷却するために冷却装置も必要になる。
その結果、濃縮装置が全体として大型化してしまうおそれがある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その構成は、
濃縮槽内で複数の回転濾過板を回転させて、前記濃縮槽内の被処理液中の液体成分を前記回転濾過板内に取り込むことにより前記被処理液を濃縮する濃縮装置であって、
一対の前記回転濾過板の間を通過した前記被処理液が該一対の回転濾過板の間を再度通過するように前記被処理液を前記濃縮槽内で循環させる、ことを特徴とする濃縮装置。

このように構成された濃縮装置によれば、被処理液を循環させることにより、高い濃度まで被処理液を濃縮することが可能になる。また、被処理液を積極的に循環させることにより被処理液の流通抵抗が低減する。よって、小さな出力のモータで回転濾過板状部材を回転可能となり、装置の小型化を達成できる。
また、被処理液が回転濾過板状部材の間を繰り返し流通するので、回転濾過板状部材の面積を小さくしても、充分に濾過をすることができる。
なお、特許文献３に記載される回転濾過装置では、回転濾過板の間にバッフルが介在されるので、被処理液は実質的に循環することができない。

この発明の他の局面は次のように規定される。即ち、
上記発明において回転濾過板状部材に前記被処理液を循環させるための貫通孔が形成されている。
かかる発明によれば、被処理液が貫通孔を通過するので、回転濾過板状部材の間を通過した被処理液が該一対の回転濾過板状部材の間を再度通過するというこの発明特有の循環が促進されることなる。
そして、この循環が最も促進される態様として、この発明の第３の局面で規定されるように、当該貫通孔を回転濾過板状部材の回転軸の近傍に形成することが好ましい。

この発明の第４の局面の発明は次のように規定される。即ち、
既述の第１〜第３の局面の発明において、前記回転濾過板状部材は一方の面を濾過面とし、他方の面を非濾過面とし、
隣り合う該回転濾過板状部材は、前記濾過面と濾過面が対向し、前記非濾過面と非濾過面とが対向する。
このように構成された第４の局面の発明によれば、濾過面と濾過面とが対向する部分には被処理液に濃度勾配が形成されるので、回転濾過板状部材の回転に伴い遠心力が作用して非濾過液が回転濾過板状部材の外周方向へ移動する。他方、非濾過面と非濾過面とが対向する部分では被処理液に濃度勾配が無いので回転濾過板状部材が回転しても被処理液に遠心力は作用しない。その結果、濾過面と濾過面との間において遠心力を受けて回転濾過板状部材から外方へ流れ出した被処理液が非濾過面と非濾過面との間へ流れ込んで、そこの被処理液を内側（回転軸側）へ移動させる。これにより、被処理液の循環が促進されることとなる。

かかる被処理液の循環は、この発明の第５の局面において規定されるように、回転濾過板状部材にフィンを形成することにより、更に促進される。
また、この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、
既述の第４若しくは第５の局面に記載の発明において、回転濾過板状部材の非濾過面と非濾過面との間の位置の濃縮槽の内壁に循環流仕切部が突設されている。
このように構成された第６の局面の発明によれば、循環流仕切部の存在により、回転濾過板状部材の回転に伴いその周囲に形成される被処理液の循環流の逆流が防止され、被処理液の段階的な濃縮を確実に行える。被処理液の濃縮が安定する。

以上、この発明の濃縮装置の処理対象となる被処理液は、この発明の第７の局面で規定されるように、濃縮時にも流動性を保たれるものとする。これにより、被処理液の循環に伴い移動するので、濾過面にケークが堆積することがない。よって、バッフルを何ら用いなくても、メインテナンスフリーで連続的に被処理液を濃縮可能である。

既述の第４の局面で規定される濃縮装置における特徴を、被処理液の観点から
規定すると第８の局面のようになる。即ち、
濃縮槽内で複数の回転濾過板状部材を回転させて、前記濃縮槽内の被処理液中の液体成分を前記回転濾過板状部材内に取り込むことにより前記被処理液を濃縮する濃縮装置であって、
前記回転濾過板状部材の回転軸の一端に近い位置で内方への流れとなり、前記回転軸の一端から離れた位置で外方への流れとなる第１の循環流と、前記回転軸の一端に近い位置で外方への流れとなり、前記回転軸の一端から離れた位置で内方への流れとなる第２の循環流とを有し、
前記第１の循環流と前記第２の循環流とを前記回転軸に沿って交互に配置し、かつ前記第１の循環流と前記第２の循環流とが交差している、
ことを特徴とする濃縮装置。

上記において、被処理液は、濃縮しても流動性を維持するものが好ましい。かかる被処理液として、特許文献１に記載のように、粒子を実質的に分散状態とするものを用いることができる。また、粒子が連結したとしても粒子間の摩擦力が小さければ連結体（ケーク）であっても当該連結体は流動性を有することとなり、本発明の濃縮装置の被処理液として好適なものとなる。

濃縮槽には中空な回転軸が設けられ、この回転軸に回転濾過板が固定される。回転濾過板もまた中空であり、当該回転濾過板の中空部は回転軸の中空部と連通している。これにより、回転濾過板で濾過された被処理液の液体成分は回転濾過板へ取り込まれてその中空部から回転軸の中空部へ送られ、そこから外部へ取り出される。
回転濾過板には被処理液を循環させるための貫通孔が設けられる。この貫通孔は回転濾過板において回転軸側に設けることが好ましい。

被処理液が一対の回転濾過板の間を複数回通過するように被処理液を循環させるには、回転濾過板の一方の面を濾過面とし、他方の面を非濾過面（めくら面）として隣り合う回転濾過板は濾過面と濾過面とが対向し、非濾過面と非濾過面とが対向するように配置することが好ましい。
濾過面と濾過面とが対向してできる領域（濾過領域）においては、被処理液の濾過にともない被処理液に濃度勾配が形成されるため、回転濾過板の回転にともなう遠心力が作用して被処理液は外周側（外方）へと移動する。他方、非濾過面と非濾過面とが対向してできる領域（循環領域）においては、濃度勾配が形成されないために遠心力が作用しない。よって、上記濾過領域において押し流されてきた被処理液が循環領域において内周側（内方）へ移動する。そして、回転軸の近傍に形成された貫通孔より再度濾過領域へ送り込まれることとなる。このように被処理液を循環させることにより、被処理液を濾過面へ充分に接触させることでき、コンパクトな構成であっても高い濃度まで被処理液の濃縮を行うことができる。

上記において、容量制限のある濃縮槽において循環領域を設けることは濾過面を小さくすることを意味する。このことは、一見すると、濾過効率の向上に反するもののように見える。しかしながら、本発明者らの検討によれば、循環領域を設けずに回転濾過板の両面を濾過面にすると、被処理液を循環させるときの抵抗が大きくなり、発熱の問題が生じた。
勿論、隣り合う回転濾過板の間隔を大きくとれば被処理液の循環抵抗は小さくなるが、被処理液と濾過面との接触が不充分となって濾過に時間がかかることになるので、好ましくない。

以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明の実施例の濃縮装置１の外観図である。
実施例の濃縮装置１は濃縮槽３、基台部８及び電動機９を備えてなる。濃縮槽３において符号４は被処理液の導入口であり、符号５は濃縮液の排出口である。濃縮槽３内には回転軸６が通されており、この回転軸６に回転濾過板７が所定の間隔をとって固定されている。回転軸６は電動機９により回転される。

図２には濃縮槽３の詳細構成を示す。
この濃縮槽３は有底筒状のケーシング４０の中心に回転軸６が通されており、回転軸６に回転濾過板７と上下の邪魔板１１，１３が固定されている。
回転軸６の上端は被処理液導入口４へ挿入されている。回転軸６の上端を円錐形状としかつ導入口４と同一軸心上に配置することにより、導入口４より導入された被処理液は均等に分配されることとなる。回転軸６は中空部６１を有し、この中空部６１は濃縮装置１の下端の排出口へ連通する。回転軸６には回転濾過板７に連通する横孔６３が形成される。
回転軸６にはスリーブ６５が外装されており、このスリーブ６５に円盤状の上下の邪魔板１１，１３が固定される。スリーブ６５からはまた円盤状の第１のリテーナ板（めくら板）７５とつば状の第２のリテーナ板７７が突設されている。符号７６は外周リテーナであり、第２のリテーナ板７７と同一面側に配置され第１のリテーナ板７５へねじ止めされる。
回転軸６及びスリーブ６５は耐腐食性の金属材料若しくはセラミックス材料で形成することができる。

回転濾過板７は、既述の第１のリテーナ板７５と第２のリテーナ板７７及び外周リテーナ７６とで濾過板７１及び多孔質からなる基体７３を挟持する構成である。
濾過板７１には濾布、金属あるいはプラスチック製のフィルタを用いた。この濾過板７１は被処理液の特性及び目標とする濃縮度に応じて適宜選択することができる。
この濾過板７１を透過した液体は、図２において細線矢印で示される通り、回転濾過板７→横孔６３→回転軸６の中空部６３と流れて、外部へ排出される。基体７３に多孔質材料を用いたのはこれと濾過板７１とを組み合わせることによりいわゆるデプス濾過を行うためである。基体７３には回転軸６の中空部６１に連通する中空部が形成されておればよく、この中空部は濾過された液体を回転軸６の中空部６１へ送り込むことができれば実施例の多孔質体のように微小な中空部とすることができる。基部の空間部は任意に設計可能である。

回転濾過板７の回転軸６側には貫通孔２０が形成されている。この貫通孔２０は導入口４から送られてきた被処理液を下段の回転濾過板へ送るとともに、図２に太線矢印で示した通り、被処理液を循環させて濾過板７１と濾過板７１とで形成される濾過領域１５へ通す。かかる貫通孔２０は、図３に示す通り、回転濾過板７の内周側の全周に形成することが好ましい。この貫通孔２０の内径は特に限定されないが、１．０〜５．０ｃｍとすることが好ましい。
また、図２から明らかなとおり、回転濾過板７の外周端とケーシング４０の側面との間にも被処理液を流通させるために充分な隙間が空けられている。この隙間の大きさも特に限定されるものではないが、１．０〜５．０ｃｍとすることが好ましい。
また、濾過領域を構成する濾過板７１ー濾過板７１間の距離は１．０〜４．０ｃｍとすることが好ましい。循環領域を形成する邪魔板１１又は１３と回転濾過板７との距離は２．０〜６．０ｃｍとすることが好ましい。

図２において濾過板７１で囲まれる領域が濾過領域１５でありこの領域において被処理液が濾過板７１と触れることにより被処理液が濃縮される。当該濾過領域１５では被処理液に濃度勾配が生じるので（外側に向かうにつれ濃度が高くなる）、回転濾過板７が回転すると当該濃度勾配に基づく遠心力が作用し、図２の太矢印のごとく被処理液は外周外方へ移動する。
他方、第１のリテーナ板７５と上側邪魔板１１とに囲まれた領域１７及び第１のリテーナ７５と下側邪魔板１３とに囲まれた領域１８は循環領域である。これら循環領域１７，１８には何ら濾過部材が存在しないので、被処理液に濃度勾配が形成されない。したがって、各リテーナ板７５及び邪魔板１１，１３が回転しても循環領域１７，１８の被処理液には遠心力が作用しない。よって、濾過領域１７で生じた被処理液の流れに押され、当該循環領域１７、１８にある被処理液は内側へ流れる。そして、貫通孔２０を介して再度濾過領域１５へ導入される。このように被処理液は効率よく循環されることとなる。
濾過板７１で囲まれた濾過領域１５へ被処理液を繰り返し流通させることにより、粒子と液体との分離が促進され、高い濃度までの濃縮が可能となる。

かかる実施例の濃縮装置１を用いてセリサイトのスラリー（初期濃度：６vol％、媒液：水道水）を濃縮したところ、約９時間の濃縮作業により３５vol％まで濃縮することができた。なお、セリサイトのスラリーには分散剤として水ガラス（０．０５ｗｔ％）が溶解されており、当該スラリーにおいてセリサイトの粒子は実質的に分散状態とされている。かかるスラリーは濃縮されてもケークを形成しない。
なお、初期濃度６vol％のセリサイトスラリーを約３５vol％まで濃縮するために、従来方法では沈殿、濃縮を繰り返すためほぼ５日を要していた。これに対し、本実施例の濃縮装置１を用いれば濃縮作業が大幅に短縮されることがわかる。

図４に他の実施例の濃縮槽３００の例を示す。なお、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４の例では回転濾過板７を多段に設け、各回転濾過板７において濾過板７１を対向して配置した。その結果、回転濾過板７において濾過板７１を配置しない面が相互に対向して第２の循環領域１９を形成する。この第２の循環領域１９においても被処理液に濃度勾配が形成されないので、当該循環領域１９に存在する被処理液には遠心力がかからない。よって、濾過領域１５において外周方向へ押し出された被処理液が当該循環領域１９を流れ、貫通孔２０を介して、再度濾過領域１５へ供給される。

図５に、被処理液の流れ（循環流）を模式的に示した。図５から明らかなように、回転濾過板７の回転軸６の上端（一端）側からみて近い位置で内方への流れとなり、離れた位置で外方への流れとなる第１の循環流Ａと、回転軸６の上端に近い位置で外方への流れとなり、離れた位置で内方への流れとなる第２の循環流Ｂとが存在する。第１の循環流Ａと第２の循環流Ｂとは回転軸６にそって交互に配置され、かつ互いに交差している。回転濾過板は各循環流にくるまれる状態となる。その結果、被処理液は回転濾過板の間を循環しながらも順次下段へ移送され、濃縮の度合いが進行する。
このように構成された濃縮槽３００によれば、回転濾過板７が多段に配置されるので、図２に示す濃縮槽のタイプより、より短時間でかつ高い濃度まで被処理液を濃縮可能となる。

図６には他の実施例の濃縮槽４００を示す。なお、図５の例と同一の要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
この濃縮槽４００では、第１段の回転濾過板４０７の上下両面に濾過板７１が配設されている。第１段の回転濾過板４０７の付近では被処理液の濃度が低いので、濾過面積を大きくとることにより濃縮の効率を高めることができる。
また、下段側の回転濾過板７において濾過面にフィン８１が設けられている。このフィン８１は回転濾過板７の回転に伴い外方へ被処理液を移動させるように配置されている。これにより、被処理液の循環が促進される。非処理液の循環を促進させるフィンを非濾過面に設けることもできる。かかるフィンの存在により被処理液の滞留が防止され、もって濃縮の効率が向上する。
更にまた、ケーシング４０の内周面において、隣り合う一対の回転濾過板７の非濾過面と非濾過面の間の位置に突起９１が形成されている。この突起９１は循環流Ａが上段側へ逆流することを防止するものである。即ち、当該突起９１は各循環流を仕切る循環流仕切部であり、これにより、被処理液の段階的な濃縮が確実に行えるようになる。突起９１はケーシング４０の内周面の全周へ連続的に、または非連続的に形成することができる。

以上の実施例ではケーシング４０を縦置きにしているが、これを横置きできることはいうまでもない。
この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明の実施例の濃縮装置の外観図である。 同じく濃縮槽の詳細構成図である。 同じく回転濾過板の平面図である。 他の実施例の濃縮槽の詳細構成図である。 図４の実施例の濃縮槽内での被処理液の流れを示す模式図である。 他の実施例を示す要部構成図である。

符号の説明

１ 濃縮機
３、３００、４００ 濃縮槽
６ 回転軸
７、４０７ 回転濾過板
１１、１３ 邪魔板
１５ 濾過領域
１７、１８、１９ 循環領域
２０ 貫通孔
６１ 中空部
６３ 横孔
７１ 濾過板
７５ 第１のリテーナ板

Claims (8)

1. 濃縮槽内で複数の回転濾過板状部材を回転させて、前記濃縮槽内の被処理液中の液体成分を前記回転濾過板状部材内に取り込むことにより前記被処理液を濃縮する濃縮装置であって、
   一対の前記回転濾過板状部材の間を通過した前記被処理液が該一対の回転濾過板状部材の間を再度通過するように前記被処理液を前記濃縮槽内で循環させる、ことを特徴とする濃縮装置。
2. 前記回転濾過板状部材に前記被処理液を循環させるための貫通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の濃縮装置。
3. 前記貫通孔は前記回転濾過板状部材の回転軸の近傍に形成される、ことを特徴とする請求項２に記載の濃縮装置。
4. 前記回転濾過板状部材は一方の面を濾過面とし、他方の面を非濾過面とし、
   隣り合う該回転濾過板状部材は、前記濾過面と濾過面が対向し、前記非濾過面と非濾過面とが対向する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の濃縮装置。
5. 前記回転濾過板状部材にはフィンが形成され、前記被処理液の循環を促進する、ことを特徴とする請求項４に記載の濃縮装置。
6. 前記回転濾過板状部材の非濾過面と非濾過面との間の位置の前記濃縮槽の内壁に循環流仕切部が突設されている、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の濃縮装置。
7. 前記被処理液は濃縮時にも流動性が保たれる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の濃縮装置。
8. 濃縮槽内で複数の回転濾過板状部材を回転させて、前記濃縮槽内の被処理液中の液体成分を前記回転濾過板状部材内に取り込むことにより前記被処理液を濃縮する濃縮装置であって、
   前記回転濾過板状部材の回転軸の一端に近い位置で内方への流れとなり、前記回転軸の一端から離れた位置で外方への流れとなる第１の循環流と、前記回転軸の一端に近い位置で外方への流れとなり、前記回転軸の一端から離れた位置で内方への流れとなる第２の循環流とを有し、
   前記第１の循環流と前記第２の循環流とを前記回転軸に沿って交互に配置し、かつ前記第１の循環流と前記第２の循環流とが交差している、
   ことを特徴とする濃縮装置。

Images