JP2020516456A - 製品を液体画分及び非液体画分に分離する装置 - Google Patents

Abstract

製品（２）を液体画分（２２）及び非液体画分（１３）に分離する装置であって、供給装置（９）及び移送領域（４）を備え、移送領域（４）が円筒形チューブ（１１）で終端し、円筒形チューブ（１１）に横方向孔を備えた脱水領域（１２）が設けられ、それにより、製品（２）の液体画分の部分が、プレス領域（１２）の孔（Ｐ）を通して押し出され、圧縮されたプレスケーキ（１３）を形成し、該プレスケーキ（１３）が円筒形チューブの出口に向けて押圧され、それにより、固形圧縮プレスケーキ（１３）からの良好な液体（１６）の分離が得られる。【選択図】 図２

Description

本発明は、製品を液体画分及び非液体画分に分離する装置に関する。

特に、本発明は、例えば、家庭廃棄物の有機画分のような有機流の工業的発酵後、おそらくポリマー又は他の添加剤の添加により脱水性を改善するために調整した後に残る消化物の脱水に適用できる。

有機性廃棄物が嫌気性発酵によって使用可能なバイオガスに変換でき、それによって放出されたバイオガスが回収され、残りの消化物が堆肥又は土壌添加物として再利用されるか、別の目的が与えられることが知られている。

このプロセスで発生する問題は、残っている消化物の水分が多すぎて脱水する必要があることである。

伝統的に、この目的のために、可変スレッドを備えた圧縮スクリュープレスが使用され、消化物を圧縮し、プレス水と固体プレスケーキをもたらす。

しかし、この脱水技術には、以下の多くの大きな欠点がある。
−消化物中の砂、ガラス片、金属成分、及び石の存在によって引き起こされるスクリュー及び脱水ふるいの急速な摩耗及び損傷による摩損のための高コスト
−高い電力消費
−スレッドが消化物の組成に依存し、この組成が供給される廃棄物流に応じて変化することによる機械構成の困難性
−摩耗のレベルと消化物の組成に応じた容量の変化
−大量のスラッジがプレス水へ混入すること
−特に、摩耗のレベルに応じて、プレス水の品質が一定にならないこと

家庭用固形廃棄物からの消化物の性質のために、コンベア上のフィルタープレスやチャンバーフィルタープレス等の他の脱水技術を最適に使用することができない。厚い物質には、スラッジに加えて、場合によっては、かなりのサイズ、例えば、最大６ｃｍのサイズの石、ガラス破片又は金属等の様々な種類の粒子が含まれる。

より一般的には、本発明の目的は、製品の不規則性により既存の技術が適さない場合に、任意の製品を液体画分と個体画分とに分離することにある。

米国特許第8393265 B2号は、濃厚物質ポンプ、ふるい、及びプレスの特性を示す装置を開示している。プレスプランジャーは、濃厚物質を円筒形のプレスチャンバーに押し込み、そこで物質はプレスプランジャーによって設定圧力まで圧縮される。

これにより、液体物質がプレス室の横方向孔から排出される。プレス段階が終了すると、チャンバーの反対側が開かれ、プレスプランジャーによってプレスケーキが押し出され、その後、プレスされた材料がさらに排出され回収される。次いで、プレスプランジャーが脱水チャンバーから引き抜かれ、その入口が開放され、新しい物質がこのチャンバー内に流れることができるようになる。

この装置の欠点は、さまざまな動作が、別々に、かつ、別の時間に発生することにあり、より具体的には、脱水チャンバーの充填、圧縮による液体塊の分離、プレスケーキの除去、及びプレスプランジャーの引き抜きが別々に別の時間に発生し、連続処理プロセスにあまり役立たない。

この装置の別の欠点は、プレスプランジャーが穿孔プレスチャンバーに出入りすることにあり、その結果、プランジャー及びプレスチャンバーの磨耗や裂けなどの問題が発生する。

本発明の目的は、前記又は他の欠点を解決することにあり、脱水すべき製品の圧力下での供給用装置、即ち、ポンプ部が、製品を液体画分及び個体画分に分離する装置、即ち、プレス部から分離された新しい装置を提供することにある。

ポンプ部は、移送システムを備え、移送システムは、製品をバレル又は供給装置から吸引し、例えば発酵槽から消化物を吸引し、かつ、その製品を圧力下で移送領域に移送する。この移送システムは、好ましくは、容積式である。圧力下に置かれた製品は、プレス部に流れる。製品は、横方向孔を備えたプレス領域を通って流れ、液体物質が、これらの横方向孔から排出される。このプレス領域において、プレスされた製品の比較的固いプレスケーキが形成される。

入ってくる製品の圧力により、プレスケーキは、プレス領域の出口に向かって押され、そこで、プレスケーキは、その延長部を通って排出される。プレス領域の出口には、排出中のプレスケーキを押圧する反動制御逆圧システムが設けられている。この逆圧システムは、プレスされた材料のプレスケーキの出口速度を制限し、かつ、プレス領域内の製品圧力が、液体画分及び固体画分の意図した分離を得るために望ましい限界内に留まるような圧力を使用する。

逆圧システムが特定の長さにわたって反動を受け、プレスされた材料の特定の長さのプレスケーキがプレス領域から排出されると、排出されたプレスケーキを取り除き、逆圧システムを、プレス領域の出口の方向に戻す必要がある。この目的のために、プレス部における圧力下での新しい製品の供給は、ポンプ装置を一時的に停止するか、又は、ポンプ部とプレス部との間の通路を閉鎖することによって、一時的に停止される。

次いで、逆圧システムの逆圧を上げ、排出されるプレスケーキを出口から取り除き、その後、逆圧システムを、可能な限りプレス領域の出口まで戻すことが可能になる。逆圧システムが、排出される製品のプレスケーキの残りを再び押すか、又は、プレス領域の端部を押圧することにより、逆圧システムが、再び、十分な逆圧を与えることができるようになると直ぐに、ポンプ部によって圧力下で新しい製品の供給が再び供給できるようになり、逆圧システムは、再び、その反動制御を再び開始することができるようになる。

この装置の利点は、半連続プロセスを可能にすることにあり、それにより、プレス部における新しい製品の供給、プレス部における液体画分及び個体画分への分離、及びプレス部からの個体画分の排出を同時に実行することができ、かつ、これらの各ステップに対して要求される圧力を、一つの同じポンプ装置で生成することができるようになる。

これらのステップは、逆圧システムの動作を調整することによって同時に実行でき、それにより、プレス部において要求圧力を保持すると同時に、形成されたプレスケーキを排出することを可能にすることを保証する。この処理は、排出したプレスケーキを定期的に取り除き、かつ、逆圧システムの前面に戻すために、短時間中断することを必要とするだけである。両方の機能がまだ完全に切り離されてなく、かつ、ポンプ部の容量又はプレス部の容量のいずれか最も遅い機能が半連続プロセスの速度を決定するという欠点が残っている。

しかし、ポンプ部と圧力部分との連結を解除することにより、上述したように一つ又は複数の並列にセットアップされたポンプ部で、一つ又は複数の並列にセットアップされた圧力部分に、圧力下で製品を供給することが可能になり、この場合、各々がそれ自身の圧力領域及び逆圧システムを備えている。システムの動作を最適化するために、各ポンプ部の後に弁を配置するか、及び／又は全てのプレス部の前に弁を配置することが推奨され得る。

複数のポンプ部の利点は、新しい製品をより継続的かつより多く供給できることにある。複数の圧力部分の利点は、より大きなプレス能力を得ることができることにある。様々な操作の可能性があり、第一の方法では、全てのプレス部の半連続動作が他のプレス部の動作と同期して行われ得、第二の方法では、様々なプレス部が互いに固定の位相シフトで動作され得、第三の方法では、様々なプレス部が互いに完全に独立して動作され得る。

好ましくは、プレス部の形状は円筒形であるが、これは円錐形であってもよく、即ち、製品の移動方向に従って直径が増加又は減少するような形状でもよい。好ましくは、プレス領域における孔は円錐形状であり、脱水領域の内側の孔の直径は、プレス領域の外側の孔の直径より小さくされる。

この円錐形状の利点は、穿孔が長期間の閉塞に対して敏感でないことにある。プレス領域から押し込まれる部分は、出てくる液体によって穿孔のより広い部分へ押圧されるので、詰まることがない。

本発明の特徴をより良く示すために、以下に、添付図面を参照して、限定的性質のない実施例として、添加剤の添加によって脱水性を改善するために調整された、又は調整されていない消化物の脱水のための本発明による装置の複数の好ましい実施形態を説明する。

一つのポンプ部と一つのプレス部とを備えた本発明による消化物の脱水装置の概略断面図である。 プレス工程及びプレスケーキ除去工程の一つの段階を示している。 プレス工程及びプレスケーキ除去工程の一つの段階を示している。 プレス工程及びプレスケーキ除去工程の一つの段階を示している。 プレス工程及びプレスケーキ除去工程の一つの段階を示している。 一つのポンプ部及び二つのプレス部を備えた図１の脱水装置の変形例の断面図である。 脱水領域の穿孔部分の穿孔を示す断面図である。

図１は、一つのポンプ部３、移送領域４及び一つのプレス部５から成る、消化物２の脱水用装置１を概略的に示している。ポンプ部３は、ポンプシリンダ７内を移動し、かつ、駆動シリンダ８により駆動されるポンプピストン６を備えている。遮断弁１０が開弁され、かつ、ポンプピストン６が後退して消化物２がポンプシリンダ７に吸い込まれると、製品は供給領域９からポンプシリンダ７に供給される。次いで、吸引された量の消化物２は、移送領域４を介して、圧力下でポンプピストン６によってプレス部分５に圧送され、遮断弁１０は閉弁される。移送領域は、移送パイプ、コレクター又は移送部材のような様々な形態を採ることができ、また、ポンプ部がプレス部に直接接続されている場合には存在しなくてもよい。

プレス部は、複数の側壁孔（P）を備えた領域１２を有する円筒形チューブ１１からなる。消化物2がこの領域を左から右に移動する間、内側から外側への孔を横切る圧力差により、水又は液体22が孔Pから排出され、従って、製品が円筒形チューブ１１を移動している間に、脱水消化物１３のケーキがこの円筒径チューブ１１内に形成される。このケーキ１３は、現在の圧力によって円筒形チューブ１１の開放端部１４に向けて押圧される。円筒形チューブ１１の開放端部１４では、逆圧システム１５が加圧された消化物の排出するケーキを押圧している。

逆圧システム１５は、シリンダ１７によって動力が供給される逆圧プレート１６を有する。逆圧プレート１６は、排出するプレスケーキ１３に逆圧を加え続けながら、制御された方法でゆっくりと反動し、その結果、円筒形チューブ１１内の圧力は、円筒形チューブの孔を介した良好な液体分離を得るのに十分な高さに維持され、プレスケーキ１３が望まれているよりも早く排出されることはない。

図１ａは、第一段階で、脱水された消化物のプレスケーキ１３が、円筒形チューブ１１の開放端部１４で逆圧プレート１６に対してどのように形成されるかを示している。

図１ｂは、第二段階において、プレスケーキ１３が左から右に排出され、逆圧プレート１６も左から右に移動している状態を示している。この動作中、逆圧プレート１６は、逆圧力Ｆｃを右から左に及ぼしている。力のバランスは、一方では左から右への駆動力Ｆｐによって、即ち、円筒形チューブ１１の横断面の表面積にポンプ圧力を乗算した力によって形成され、他方では、逆圧プレート１６によって排出するプレスケーキ１３に及ぼされる右から左への逆圧力と、プレスケーキ１３の円筒形チューブ１１の壁に対する摩擦によって生じる右から左への摩擦力Ｆｆによって形成される。

逆圧プレート16が、円筒形チューブ11の自由出口から選択可能な距離に位置すると、ポンプの駆動シリンダ8を停止することにより、ポンプ部1のポンプ動作が一時的に停止される。これは、プレスケーキ13がそれ以上出ないことを意味する。

図１ｃは、第三段階において、逆圧システム１５の逆圧プレート１６が右にさらに動かされ、プレスケーキ１３にもはや圧力がかかっていない状態を示している。次いで、プレスケーキ１３は、自然に壊れて回収装置２１内に落下するか、又は、機械的分離装置１８によって消化物２の流路から積極的に除去される。

図１ｄは、駆動シリンダ２０により動力供給されるラム１９を備えた機械的分離装置１８の動作を示している。ラム１９は製品方向に対して横方向に移動し、排出されるプレスケーキ１３を押圧して、それを取り除く。次いで、ラム１９は、製品の流路の外側で、かつ逆圧装置１５が移動する容積の外側にあるその静止位置に戻る。

次いで、逆圧装置１５の逆圧プレート１６は、所望の逆圧が得られるまで、可能な限り左に移動される。これにより、逆圧プレート１６は、円筒形チューブ１１からまだ突き出ているプレスケーキ１３の残り、又は、脱水シリンダの端部を押圧する。逆圧プレート１６が所望の位置に達するとすぐに、ポンプ部１のポンプ動作が再開され得る。これにより、上記のサイクルが繰り返され、より具体的には、左から右への移送動作の間、圧力下で供給される消化物の脱水が行われ、プレスケーキが形成され、プレスケーキの排出が制御され、かつ、プレスケーキ１３の除去が行われる。

ポンプピストン６が、左から右まで完全なストロークで移動すると、ポンプの動作が中断され、ポンプピストンが右から左に動いている間に、遮断弁１０を介してポンプシリンダ７に再び新しい消化物が供給される。これにより、ポンプ動作が再び開始され、逆圧システム１５がアイドル状態になるまで、プレス部５は動作しない。

選択的に、移送領域４又は円筒形チューブ１１には弁が設けられる。（新しい消化物を供給するために）ポンプピストンが右から左へ動く時に、製品が移送領域４からプレス部分５へ逆流することが防止され得、また、空気が円筒形チューブ１１の孔を介して吸引されることが防止され得る。

選択的に、逆圧システム１５の動作は、逆圧プレート１６が左から右へ均一に動作しないという意味では調整することができるが、定期的に停止することができ、また、その中間で右から左に簡単に戻ることもでき、この動作は逆圧の変化を伴う。その目的は、脱水領域において消化物をより良く、より完全に脱水することである。特に、これは、プレスの開始初期に、円筒形チューブ１１の開口端部に向けて、しっかりしたプレスケーキ１３を形成するためにも必要であり得る。

選択的に、逆圧システムは、より良好な圧縮を得るために、それが円筒形チューブ１１又は穿孔領域１２の中に部分的に侵入することもできるように形成される。

図２には、図1の装置と同じ動作原理による消化物の脱水用装置の変形例が示されているが、この脱水用装置は、一つのポンプ部３と二つのプレス部５，５'で構成されている。図１の実施例に示すように、新しい消化物は、ポンプ部による圧力下で移送領域４に供給される。この実施例では、この移送領域４は、そこから消化物が、おそらくは遮断弁２３，２３'を介して二つのプレス部５，５'の各々に供給されるマニホールドで構成されている。これらの遮断弁は、プレス部5，5 'の半連続運転が同期している場合は必要ない。

複数のプレス部の動作が、例えば、１８０°の位相シフトで同期していない場合、遮断弁２３は、プレス部５への圧力下での製品の供給を、排出されたプレスケーキの除去のために停止する必要がある瞬間に閉弁される。しかし、ポンプ部３は、開弁している遮断弁２３'を介して第二プレス部５'への圧力下での製品の供給を続ける。

同様に、遮断弁２３'は、第二プレス部５'からケーキを除去する時に閉弁され、その一方で、プレス部５には、開弁している遮断弁２３を介して製品が供給され得る。

図２に示した位置では、二つのプレス部の動作は同期していない。プレス部５には、開弁している遮断弁２３を介してポンプ部３から新しい消化物が供給され、形成されたプレスケーキが左から右に徐々に排出される。遮断弁２３'が閉弁され、排出されたプレスケーキが機械式分離装置１８'によって除去されているので、プレス部５'には新しい消化物は供給されない。

図３は、穿孔領域１２のレベルにある円筒形チューブ１１における孔（Ｐ）の横断面を示しており、円錐形状孔（Ｐ）は、円筒形チューブの内側において、円筒形チューブ１１の外側にある直径２５よりも小さい直径２４を有する。

言うまでもなく、供給及び排出パイプの形状並びにプレス領域の形状は、必ずしも断面円筒形である必要はないが、この形状は、最大発生圧力に耐えることについてより有利である。

移送ポンプは、ピストンポンプでもよいが、例えば、螺旋式ポンプでもよく、また、本発明による消化物の脱水用装置は、発酵による消化物とは別の粘着性濃厚物質に対しても使用され得ることは明らかである。

本発明は、図面に示され一例として説明された実施形態に限定されるものではなく、製品を液体画分及び非液体画分に分離するための装置は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる形態及び寸法で実現することができる。

Claims (16)

1. 製品（２）を液体画分（２２）及び非液体画分（１３）に分離するための装置であって、
   移送ポンプ（３）を備え、
   該移送ポンプ（３）がバレル又は供給装置（９）から製品（２）を吸引し、製品（２）を圧力下で移送領域（４）に押し出し、
   前記移送領域（４）が円筒形チューブ（１１）で終端し、
   該円筒形チューブ（１１）に複数の横方向孔を備えた脱水領域（１２）が設けられ、
   それにより、円筒形チューブ（１１）を通して製品を移送している間に、過圧の結果として、製品（２）の液体画分の一部が脱水領域（１２）の孔（Ｐ）を通して押し出され、その結果、円筒形チューブ（１１）における移送動作中に、プレスケーキ（１３）が生成され、該プレスケーキ（１３）が、ポンプ圧力により、円筒形チューブ（１１）を通って、その出口まで、さらに押し出され、円筒形チューブ（１１）からの圧縮されたプレスケーキ（１３）の排出が反動制御逆圧プレート（１６）によって制限され、該逆圧プレート（１６）は、脱水されたプレスケーキ（１３）の排出用の空間を形成しながら、制御された逆圧をこのプレスケーキに及ぼし、円筒形チューブの入口における圧力が所望の範囲内に留まり、円筒形チューブ（１１）における液体（１６）及び固形脱水プレスケーキ（１３）の良好な分離が得られるようにし、制御された方法で移動する逆圧プレート（１６）が反動するだけでなく、時々、制御された方法で停止し、また、プレスケーキ（１３）の動きに逆らって移動することもあるようにし、その後、次の段階において、逆圧プレート（１６）が、圧縮されたプレスケーキ（１３）の移動方向に、さらに右側に動かされ、プレスケーキ（１３）に圧力がからないようにし、その後、プレスケーキ（１３）が、自然に壊れて回収装置（２１）に落下するか、又は、製品の流れ軌道の方向に対して完全に又は部分的に直交する方向で、可動アーム（１９，１９'）を備えた機械式分離装置（１８）によって消化物（２）の流れ軌道から積極的に除去されるようにした
   ことを特徴とする製品を液体画分及び非液体画分に分離する装置
2. 移送ポンプが、容積式ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. プレス部（５）がポンプ部（３）から分離され得るように、弁が移送領域（４）又は円筒形チューブ（１１）内に設けられる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. ポンプ部（３）が、プレス部（５）に直接接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
5. 逆圧システム（１５）の動作は、逆圧プレート（１６）が左から右へ均一に動作しない場合に調整されるが、逆圧システム（１５）の動作は定期的に停止され、また、その中間で右から左に短時間で戻され、逆圧を変化させる
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
6. 逆圧システムが、円筒形チューブ１１又は穿孔領域１２の中に部分的に貫通し、より良い押圧を得ることができるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
7. プレス部（５）が、二つ又はそれ以上の並行なプレス部（５，５'）に分割され、各々が、それ自身の穿孔領域（１２，１２'）を備えた円筒形チューブ（１１，１１'）を有し、かつ、それ自身の逆圧システム（１５，１５'）を備え、
   これらのプレス部に、各プレス部（５，５'）までの分岐部を備えた移送領域（４）を介して製品を供給する共有ポンプ部（３）によって製品が供給され、これらのブレス部が同期して動作するようにした
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
8. 様々なプレス部が、特定の時間シフトで動作され、より均一なシステムの動作を得るようにした
   ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. ポンプ部（３）が、二つ又はそれ以上の並行なポンプ部（３，３'）に分割され、より大きなポンプ容量を得るように、各々が移送領域（４）で終端するようにした
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の装置。
10. 各ポンプ部（３，３'）と移送領域（４）との間に弁が組み込まれ、ポンプ部間の相互作用を防ぎ、プレス部へのより連続的な製品供給ができるようにした
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 円筒形プレス領域（１１）における孔（Ｐ）が円錐形状を有し、孔のプレス領域（１２）の内側の直径（２４）が、孔のプレス領域（１２）の外側の直径（２５）より小さい
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
12. プレス領域（１１）における孔（Ｐ）が、スリット形状である
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
    
13. プレス領域（１１）が円筒形状ではなく、出口に向かって広がるように形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の装置。
14. プレス領域（１１）が円筒形状ではなく、出口に向かって狭くなるように形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の装置。
15. プレス領域（１１）の断面が円形ではなく、多角形である
    ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の装置。
16. 制御された相互作用が、ポンプ部の圧力又は流れと、プレス部の逆圧システムの制御された逆圧又は速度との間に存在する
    ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の装置。

Images