JP2016198715A - 弧状スクリーンおよび固液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な固液分離効率を発揮することができ、かつ、微小な固体を液体から分離することができ、かつ、安価な弧状スクリーンおよび固液分離装置を提供する。【解決手段】固体と液体とを分離するための弧状スクリーンは、側方から見て弧状に湾曲したスクリーン本体２０を備える。スクリーン本体２０は、複数の第１スリット２１Ｂが形成されたスクリーン基体２１と、複数の第２スリット２２Ｂが形成されたスクリーン素子２２とにより構成されている。スクリーン素子２２は、スクリーン基体２１に設けられて、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの少なくとも一部を構成し、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２が、スクリーン基体２１の開孔率Ｒ１よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、固体と液体とを分離するための弧状スクリーンと、これを備えた固液分離装置に関するものである。

固体と液体とを分離するためのスクリーンとして、例えば特許文献１に記載されるように、湾曲した弧状スクリーンが知られている。弧状スクリーンは、特許文献１に記載される用途に使用されるだけでなく、例えば石炭の選炭工程やコーンスターチの製造工程等において広く使用されている。

図５を参照して従来例について説明する。図５（Ａ）は、従来の弧状スクリーンの概略側面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の弧状スクリーンの部分拡大縦断面図である。

図５に示すように、弧状スクリーン１０２は、左右方向に延びる複数のウェッジワイヤー１２１により構成されたスクリーン本体１２０を備える。ウェッジワイヤー１２１が湾曲方向Ｃに沿って一定の間隔を空けて並べられることによって、スクリーン本体１２０は、側方から見て弧状に湾曲しており、スクリーン本体１２０には、複数のスリット１２０Ｂが互いに間隔を空けて形成されている。スクリーン本体１２０は、上方を向く一次側弧状面１２０Ａを有している。スクリーン本体１２０は、例えば、スリット１２０Ｂの幅Δｗが５０μｍとなり、かつ、スリット１２０Ｂ間の距離ｗが５００μｍとなるように構成されている。粒子を含む水を一次側弧状面１２０Ａ上に供給すると、スリット１２０Ｂの幅Δｗに比べて大きい粒子は一次側弧状面１２０Ａ上に留まり、スリット１２０Ｂの幅Δｗより小さい粒子および水はスリット１２０Ｂを通り抜ける。弧状スクリーン１０２による固液分離効率（液体の除去率）は、スクリーン本体１２０の開孔率ｒが指標となる。スクリーン本体１２０の開孔率ｒは、「開孔率ｒ＝幅Δｗ×（距離ｗ＋幅Δｗ）^−１×１００」の式で表される。例えば、スリット１２０Ｂの幅Δｗが５０μｍであり、スリット１２０Ｂ間の距離ｗが５００μｍであるとき、開孔率ｒは約９．１％である。

特開昭５１−１８３６３号公報

ところで、近年、微小な固体を液体から分離する必要性が高まっており、スリットの幅を小さくすることが求められている。しかし、ウェッジワイヤー１２１の幅（スリット１２０Ｂ間の距離ｗ）を変えずにスリット１２０Ｂの幅Δｗを小さくすると、開孔率ｒが低下して、固液分離効率が低下する問題が生じる。例えば、スリット１２０Ｂの幅Δｗを２０μｍとし、スリット１２０Ｂ間の距離ｗを５００μｍとした場合には、開孔率ｒは約３．８％であり、スリット１２０Ｂの幅Δｗが５０μｍである場合に比べて、弧状スクリーン１０２の固液分離効率は大幅に低下する。

スリット１２０Ｂの幅Δｗを小さくするとともに、スリット１２０Ｂ間の距離ｗを小さくすれば、開孔率ｒの低下を防ぐことができ、かつ、微小な固体を液体から分離することができる。例えば、スリット１２０Ｂの幅Δｗを２０μｍとし、スリット１２０Ｂ間の距離ｗを２００μｍとした場合には、開孔率ｒを約９．１％とすることができ、２０μｍ以上の固体を液体から分離することができる。しかし、この場合には、スリット１２０Ｂ間の距離ｗを小さくして大型の弧状スクリーン１０２を製造するために極めて高度な製造技術が必要となり、弧状スクリーン１０２の製造コストが非常に高くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、良好な固液分離効率を発揮することができ、かつ、微小な固体を液体から分離することができ、かつ、安価な弧状スクリーンおよび固液分離装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、側方から見て弧状に湾曲したスクリーン本体を備え、固体と液体とを分離するための弧状スクリーンであって、前記スクリーン本体は、複数の第１開孔が形成されたスクリーン基体と、複数の第２開孔が形成されたスクリーン素子とにより構成され、前記スクリーン素子は、前記スクリーン基体に設けられて、前記スクリーン本体の上部の少なくとも一部を構成し、前記スクリーン素子の開孔率が、前記スクリーン基体の開孔率よりも大きいことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の弧状スクリーンにおいて、複数の前記第１開孔は、互いに間隔を空けて平行に形成された複数の第１スリットであり、複数の前記第２開孔は、互いに間隔を空けて平行に形成された複数の第２スリットであることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の弧状スクリーンにおいて、前記スクリーン基体は、前記第１スリットが形成されるように並べて配置された複数のウェッジワイヤーにより構成され、前記スクリーン素子は、前記第２スリットが形成された薄板により構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項２または３に記載の弧状スクリーンにおいて、前記第２スリット間の距離が、前記第１スリット間の距離よりも小さいことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の弧状スクリーンにおいて、前記第２スリットの幅が、前記第１スリットの幅と同じであることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弧状スクリーンにおいて、前記スクリーン本体は、前記スクリーン素子を複数備え、複数の前記スクリーン素子は、左右方向に互いに間隔を空けて設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の弧状スクリーンと、固体および液体が噴出するノズルとを備え、前記ノズルは、前記スクリーン素子に向けて設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載の固液分離装置において、前記ノズルが複数設けられ、前記スクリーン基体には、前記スクリーン素子が複数設けられ、前記スクリーン素子の各々に対して、少なくとも１つの前記ノズルが向けられていることを特徴とする。

本発明によれば、良好な固液分離効率を発揮することができ、かつ、微小な固体を液体から分離することができ、かつ、安価な弧状スクリーンおよび固液分離装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る弧状スクリーンを備えた固液分離装置の簡略図である。 同実施形態に係る弧状スクリーンの斜視図である。 （Ａ）は、同実施形態に係る弧状スクリーンの概略断面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は、同実施形態に係る弧状スクリーンの部分拡大縦断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、変形例に係る弧状スクリーンの斜視図である。 （Ａ）は、従来例に係る弧状スクリーンの概略側面図であり、（Ｂ）は、従来例に係る弧状スクリーンの部分拡大縦断面図である。

図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。なお、図中の矢印Ｘで示す前後方向Ｘと、図中の矢印Ｙで示す左右方向Ｙと、図中の矢印Ｚで示す上下方向Ｚとは、互いに直交する方向である。

図１に示すように、固液分離装置Ｓは、筐体１と、固体と液体とを分離するための弧状スクリーン２と、固体および液体が噴出する複数のノズル３と、固体回収部４とを備えている。固液分離装置Ｓは、筐体１内において、固体および液体をノズル３から弧状スクリーン２に噴きつけることによって、固体と液体とを分離する。

筐体１には、受水部１１と、スクリーン支持部１２，１３と、原液供給部１４とが設けられている。受水部１１は、弧状スクリーン２を通過して流れ落ちる固体および液体を受ける。スクリーン支持部１２は、弧状スクリーン２の上端部を支持し、スクリーン支持部１３は、弧状スクリーン２の下端部を支持する。原液供給部１４は、ノズル３が弧状スクリーン２を向くようにノズル３を支持し、ノズル３に原液を供給する。

弧状スクリーン２は、筐体１に対して着脱可能に構成されることによって、固液分離装置Ｓのメンテナンスのために交換可能に設けられている。弧状スクリーン２は、スクリーン本体２０と、複数の支持体３１と備えている。

スクリーン本体２０は、側方から見て弧状に湾曲しており、内弧面を一次側（原液側）弧状面２０Ａとし、外弧面を二次側（濾液側）弧状面２０Ｂとして構成されている。スクリーン本体２０は、一次側弧状面２０Ａが上方を向くように、筐体１に対して取り付けられ、固体および液体を一次側弧状面２０Ａで受ける。スクリーン本体２０は、スクリーン基体２１と、スクリーン基体２１に設けられたスクリーン素子２２とにより構成されている。

支持体３１は、左右方向Ｙ（図２参照）において間隔を空けて設けられている。各支持体３１は、湾曲方向Ｃに沿って延び、スクリーン本体２０を下方から支持する。

ノズル３は、左右方向Ｙ（図２参照）において間隔を空けて複数設けられている。ノズル３は、スクリーン素子２２に向けて設けられ、固体および液体を一次側弧状面２０Ａ上に供給する。

固体回収部４は、スクリーン本体２０の下側縁部の下方に設けられている。固体回収部４は、一次側弧状面２０Ａに沿って流れてきた固体を受ける。

図２および図３を参照して、弧状スクリーン２の詳細な構成を説明する。なお、スクリーン本体２０に形成されたスリットの図示は一部省略されている。また、図３において、支持体３１の図示は省略されている。

図２に示すように、スクリーン基体２１は、左右方向Ｙに平行に延びる複数のウェッジワイヤー２３により構成されている。ウェッジワイヤー２３は、断面が楔形状のステンレス鋼線からなり、湾曲方向Ｃに沿って互いに一定の微小な間隔を空けて並べられている。これによって、スクリーン基体２１が、一次側弧状面２０Ａを部分的に構成する第１内弧面２１Ａを有するとともに、左右方向Ｙに延びる複数の第１スリット２１Ｂ（第１開孔）が、互いに一定の間隔を空けてスクリーン基体２１に形成されている。また、開口部２１Ｃが、スクリーン基体２１に形成されるとともに、開口部２１Ｃを覆うようにスクリーン素子２２が、ウェッジワイヤー２３に対して溶接されている。

スクリーン素子２２は、本例では薄板２４により構成されている。薄板２４は、より具体的には、板厚が０．３ｍｍのステンレス鋼からなり、レーザー加工でスリットが施されている。これによって、スクリーン素子２２が、一次側弧状面２０Ａを部分的に構成する第２内弧面２２Ａを有するとともに、左右方向Ｙに延びる複数の第２スリット２２Ｂ（第２開孔）が、互いに一定の間隔を空けてスクリーン素子２２に形成されている。また、スクリーン素子２２は、左右方向Ｙにおいて間隔を空けて複数設けられている。

支持体３１は、サポートロッドにより構成されている。支持体３１は、二次側弧状面２０Ｂ側（図１参照）でウェッジワイヤー２３に対して溶接されている。

図３（Ａ）は、右方（側方）から見た弧状スクリーン２の概略断面図である。また、図３（Ｂ）は、スクリーン基体２１の部分拡大縦断面図であり、図３（Ｃ）は、スクリーン素子２２の部分拡大縦断面図である。なお、図３（Ｂ）および（Ｃ）は、図３（Ａ）中の湾曲方向Ｃに平行な断面を拡大図示している。

図３（Ａ）に示すように、スクリーン素子２２は、スクリーン基体２１の上部に設けられることによって、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの一部を構成し、スクリーン基体２１は、スクリーン本体２０のその他の部分を構成している。具体的には、スクリーン基体２１は、スクリーン本体２０の下部２０Ｄ全体を構成するとともに、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの一部を構成する。

図３（Ｂ）に示すように、スクリーン基体２１は、第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１が２０μｍとなり、かつ、第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１が５００μｍとなるように構成されている。第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１は、ウェッジワイヤー２３の幅である。第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１および第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１は一定である。第１スリット２１Ｂは、スクリーン基体２１の開孔率Ｒ１を規定し、スクリーン基体２１の開孔率Ｒ１は、「開孔率Ｒ１＝幅ΔＷ１×（距離Ｗ１＋幅ΔＷ１）^−１×１００」で表される。本実施形態のスクリーン基体２１の開孔率Ｒ１は約３．８％である。

図３（Ｃ）に示すように、スクリーン素子２２は、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２がスクリーン基体２１の開孔率Ｒ１に比べて大きくなるように構成されている。具体的には、スクリーン素子２２は、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２が２０μｍとなり、かつ、第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２が１８０μｍとなるように構成されている。すなわち、スクリーン素子２２は、第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２が第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１よりも小さくなるとともに、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２が第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１と同じになるように構成されている。第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２および第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２は一定である。第２スリット２２Ｂは、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２を規定し、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２は、「開孔率Ｒ２＝幅ΔＷ２×（距離Ｗ２＋幅ΔＷ２）^−１×１００」で表される。本実施形態のスクリーン素子２２の開孔率Ｒ２は１０％である。

微小な粒子を含む水をノズル３から噴出させると、固液分離装置Ｓは、粒子（固体）と水（液体）とを分離する。このときの、弧状スクリーン２の作用について説明する。
弧状スクリーン２が、スクリーン素子２２の第２内弧面２２Ａで粒子を含む水を受け、ノズル３から噴出した水量の８５％程度の水は、第２スリット２２Ｂを通り抜けて受水部１１に落下し、ノズル３から噴出した水量の１５％程度の水は、第１スリット２１Ｂを通り抜けて受水部１１に落下する。すなわち、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２が高く、かつ、ノズル３から噴出した水の動圧が作用するため、スクリーン素子２２では固液分離機能が効果的に発揮される。また、ノズル３から噴出した水に含まれる粒子のうち、２０μｍ超の粒子径を有する微小な粒子は、第２スリット２２Ｂを通り抜けずに、重力の作用または第２スリット２２Ｂを通り抜けなかった水の流れの作用により、湾曲方向Ｃに沿って弧状スクリーン２上を流れ、固体回収部４により回収される。

本実施形態においては以下の効果が得られる。
（１）スクリーン素子２２が、スクリーン基体２１に設けられて、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの少なくとも一部を構成し、スクリーン素子２２の開孔率Ｒ２が、スクリーン基体２１の開孔率Ｒ１よりも大きい。このため、スクリーン素子２２で粒子と多くの水とを分離することができる。また、開孔率が大きいスクリーン素子２２は、ノズル３から噴出した水を受ける部分、すなわちスクリーン本体２０の一部分に限定的に使用されるため、スクリーン本体２０の全体の開孔率を大きくする構成に比べて、弧状スクリーン２の製造コストを抑制することができる。したがって、良好な固液分離効率を発揮することができ、かつ、微小な粒子を水から分離することができ、かつ、安価な弧状スクリーン２が得られる。

（２）複数のスクリーン素子２２は、左右方向Ｙに互いに間隔を空けて設けられている。このため、弧状スクリーン２においてノズル３から噴出した液体を直接受ける部位に限定してスクリーン素子２２を配置することで、弧状スクリーン２の製造コストを低減することが可能である。

（３）ノズル３は、弧状スクリーン２が備えるスクリーン素子２２に向けて設けられているため、ノズル３から噴出した液体の動圧によって、第２スリット２２Ｂを通過する水の流量を増やすことができ、スクリーン素子２２における分離効率を向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、以下のように変更して実施することもでき、以下の変更を組み合わせて実施することもできる。

・図４（Ａ）に示すように、左右方向Ｙに延びるスクリーン素子２２をスクリーン基体２１に設けることによって、スクリーン素子２２が分割して配置されないようにすることもできる。すなわち、スクリーン基体２１に設けられるスクリーン素子２２の個数は、１つであってもよい。また、スクリーン基体２１に設けられるスクリーン素子２２の個数を、２つまたは４つ以上とすることもできる。

・図４（Ｂ）に示すように、スクリーン基体２１の上端にスクリーン素子２２を接続することによって、スクリーン基体２１に開口部２１Ｃ（図２参照）が形成されないようにすることもできる。すなわち、スクリーン素子２２は、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの少なくとも一部を構成していればよく、スクリーン本体２０の上部２０Ｕの全部を構成してもよい。

・ノズル３の個数を適宜変更してもよい。例えば、図４（Ａ）および（Ｂ）に示す変形例において、ノズル３の個数を１つとすることもできる。また、例えば、ノズル３の個数を、２つまたは４つ以上とすることもできる。また、スクリーン基体２１に複数のスクリーン素子２２が設けられるとき、１つのスクリーン素子２２に対して、複数のノズル３が向けられてもよい。

・第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１と第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２とが互いに異なるように構成してもよい。例えば、上記実施形態のスクリーン素子２２を、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２が１５μｍとなり、かつ、第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２が１８０μｍとなるように構成してもよい。この場合、開孔率Ｒ２は、約７．７％であって、上記実施形態の開孔率Ｒ１（約３．８％）に比べて大きい。

・第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２と第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１とが同じになるように構成してもよい。この場合、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２を、第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１に比べて大きくすることにより、開孔率Ｒ２を、開孔率Ｒ１に比べて大きくすることができる。例えば、上記実施形態のスクリーン素子２２を、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２が４０μｍとなり、かつ、第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２が５００μｍとなるように構成してもよい。この場合、開孔率Ｒ２は、約７．４％であって、上記実施形態の開孔率Ｒ１（約３．８％）に比べて大きい。なお、この場合、４０μｍ超の粒子径を有する粒子が水から分離され、湾曲方向Ｃに沿って弧状スクリーン２上を下方に流れる。

・スクリーン基体２１の構成材料、スクリーン素子２２の構成材料、第１スリット２１Ｂの幅ΔＷ１、第１スリット２１Ｂ間の距離Ｗ１（ウェッジワイヤー２３の幅）、第２スリット２２Ｂの幅ΔＷ２、第２スリット２２Ｂ間の距離Ｗ２、および、薄板２４の板厚等を適宜変更してもよい。

・スクリーン基体２１およびスクリーン素子２２に、スリット２１Ｂ，２２Ｂに代えて、丸孔または角孔を形成してもよい。すなわち、開孔率Ｒ１，Ｒ２を規定する開孔は、スリット２１Ｂ，２２Ｂでなくもよい。この場合、開孔率Ｒ１は、第１内弧面２１Ａの面積と第１開孔の面積との総和に対する、第１開孔の面積の割合によって表すことができる。また、開孔率Ｒ２は、第２内弧面２２Ａの面積と第２開孔の面積との総和に対する、第２開孔の面積の割合によって表すことができる。

Ｓ 固液分離装置
１ 筐体
２ 弧状スクリーン
３ ノズル
４ 固体回収部
１１ 受水部
１２，１３ スクリーン支持部
１４ 原液供給部
２０ スクリーン本体
２０Ａ 一次側弧状面
２０Ｂ 二次側弧状面
２０Ｕ 上部
２０Ｄ 下部
２１ スクリーン基体
２１Ａ 内弧面
２１Ｂ 第１スリット（第１開孔）
２１Ｃ 開口部
２２ スクリーン素子
２２Ａ 内弧面
２２Ｂ 第２スリット（第２開孔）
２３ ウェッジワイヤー
２４ 薄板
３１ 支持体
Ｃ 湾曲方向
Ｘ 前後方向
Ｙ 左右方向
Ｚ 上下方向

Claims (8)

1. 側方から見て弧状に湾曲したスクリーン本体を備え、固体と液体とを分離するための弧状スクリーンであって、
   前記スクリーン本体は、複数の第１開孔が形成されたスクリーン基体と、複数の第２開孔が形成されたスクリーン素子とにより構成され、
   前記スクリーン素子は、前記スクリーン基体に設けられて、前記スクリーン本体の上部の少なくとも一部を構成し、
   前記スクリーン素子の開孔率が、前記スクリーン基体の開孔率よりも大きい
   ことを特徴とする弧状スクリーン。
2. 複数の前記第１開孔は、互いに間隔を空けて平行に形成された複数の第１スリットであり、複数の前記第２開孔は、互いに間隔を空けて平行に形成された複数の第２スリットである
   ことを特徴とする請求項１に記載の弧状スクリーン。
3. 前記スクリーン基体は、前記第１スリットが形成されるように並べて配置された複数のウェッジワイヤーにより構成され、
   前記スクリーン素子は、前記第２スリットが形成された薄板により構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の弧状スクリーン。
4. 前記第２スリット間の距離が、前記第１スリット間の距離よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の弧状スクリーン。
5. 前記第２スリットの幅が、前記第１スリットの幅と同じである
   ことを特徴とする請求項４に記載の弧状スクリーン。
6. 前記スクリーン本体は、前記スクリーン素子を複数備え、
   複数の前記スクリーン素子は、左右方向に互いに間隔を空けて設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の弧状スクリーン。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の弧状スクリーンと、
   固体および液体が噴出するノズルとを備え、
   前記ノズルは、前記スクリーン素子に向けて設けられている
   ことを特徴とする固液分離装置。
8. 前記ノズルが複数設けられ、
   前記スクリーン基体には、前記スクリーン素子が複数設けられ、
   前記スクリーン素子の各々に対して、少なくとも１つの前記ノズルが向けられている
   ことを特徴とする請求項７に記載の固液分離装置。

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