JP2021116728A - Liquid separation device and liquid separation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体分離装置等に関し、特に土壌等に含まれる液体を土粒子から分離する場合等に好適な液体分離装置等に関する。 The present invention relates to a liquid separation device or the like, and particularly to a liquid separation device or the like suitable for separating a liquid contained in soil or the like from soil particles.
従来、建設現場等において発生する液性限界を大きく超える土壌(汚泥)を処分する方法として、汚泥のまま運搬処分する方法や汚泥を地表面に広げて天日干しする方法、或いは、所定の脱水装置によって個体としての土粒子と液体とを分離する方法等が挙げられる。しかしながら、いずれの方法にあってもコストの増大、工期の短縮化及び敷地の省スペース化を図り難い。 Conventionally, as a method of disposing of soil (sludge) that greatly exceeds the liquid limit generated at construction sites, etc., a method of transporting and disposing of sludge as it is, a method of spreading sludge on the ground surface and drying it in the sun, or a predetermined dehydrator A method of separating soil particles and liquid as an individual can be mentioned. However, it is difficult to increase the cost, shorten the construction period, and save the space on the site by either method.
上記問題点から、発明者等は搬送機能と分離機能とを兼ね備えた特許文献1に係る装置を用いて土壌掘削によって生じる土砂を土粒子と液体とに分離する手法を模索したが、特許文献1に示すものにおいては、加圧によって土砂に含まれる液体が減少すると、残った土粒子自体が難透液性の土層を形成し、さらには、土粒子がフィルターの目詰まりを引き起こすため、分離効率が経時的に低下すると言う欠点がある。
From the above problems, the inventors have searched for a method for separating soil particles and liquids generated by soil excavation by using the device according to
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、分離効率の低下を招くことのない分離装置等を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a separation device or the like that does not cause a decrease in separation efficiency.
上記課題を解決するための構成として、外筒と、外筒の内周側に設けられた内筒と、内筒と外筒との間に設けられた圧力供給室と、圧力供給室内に所定の圧力を印加し、内筒を径方向内側に膨張させる動作制御手段とを備え、内筒内の個液を軸方向に搬送可能であると共に、個液から液体を分離可能な液体分離装置であって、動作制御手段は、個液の搬送時における内筒の膨張開始から自然長への復帰までのサイクルよりも短いサイクルで内筒を脈動動作させ、当該内筒内の個液から液体を分離させる構成とした。
本構成によれば、内筒の脈動動作によって難透液性の層及びフィルターの目詰まりが解消するため、経時的な分離効率の低下を防止することができる。
また、上記構成の一部を前提とする液体分離方法として、外筒と、外筒の内周側に設けられた内筒と、内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室とを備えたポンプユニットの圧力供給室への所定の圧力の印加により、内筒を径方向内側に膨張させ、内筒内の個液を軸方向に搬送する工程と、搬送される個液から液体を分離する工程と、を備えた液体分離方法であって、個液の搬送時における内筒の膨張開始から自然長への復帰までのサイクルよりも短いサイクルで内筒を脈動動作させ、当該内筒内の個液から液体を分離させる態様とした。
本態様によっても内筒の脈動動作によって難透液性の層及びフィルターの目詰まりが解消するため、経時的な分離効率の低下を防止することができる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
As a configuration for solving the above problems, the outer cylinder, the inner cylinder provided on the inner peripheral side of the outer cylinder, the pressure supply chamber provided between the inner cylinder and the outer cylinder, and the pressure supply chamber are predetermined. A liquid separation device that is equipped with an operation control means that expands the inner cylinder inward in the radial direction by applying the pressure of Therefore, the operation control means pulsates the inner cylinder in a cycle shorter than the cycle from the start of expansion of the inner cylinder to the return to the natural length at the time of transporting the individual liquid, and the liquid is discharged from the individual liquid in the inner cylinder. It was configured to be separated.
According to this configuration, clogging of the impervious layer and the filter is eliminated by the pulsating motion of the inner cylinder, so that it is possible to prevent a decrease in separation efficiency over time.
Further, as a liquid separation method premised on a part of the above configuration, an outer cylinder, an inner cylinder provided on the inner peripheral side of the outer cylinder, and a pressure supply chamber provided between the inner cylinder and the outer cylinder. By applying a predetermined pressure to the pressure supply chamber of the pump unit provided with the above, the inner cylinder is expanded inward in the radial direction, and the individual liquid in the inner cylinder is conveyed in the axial direction. It is a liquid separation method including a step of separating liquids, in which the inner cylinder is pulsated in a cycle shorter than the cycle from the start of expansion of the inner cylinder to the return to the natural length at the time of transporting individual liquids. The mode is such that the liquid is separated from the individual liquid in the inner cylinder.
Also in this embodiment, clogging of the impervious layer and the filter is eliminated by the pulsating operation of the inner cylinder, so that it is possible to prevent a decrease in separation efficiency over time.
The outline of the present invention does not list all the necessary features of the present invention, and a subcombination of these feature groups can also be an invention.
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through the embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all the combinations of features described in the embodiments are included. It is not always essential for the means of solving the invention.
図1は、液体分離装置100の一部を構成するポンプユニット1の概要を示す軸方向断面図である。同図に示すように、ポンプユニット1は、円筒状に形成された外筒10と、当該外筒10の内周側に設けられた円筒状の内筒20と、外筒10及び内筒20の軸方向の一端側と他端側とにそれぞれ設けられた一端側フランジ30及び他端側フランジ32とを備える。
FIG. 1 is an axial sectional view showing an outline of a
外筒10は、両端開口の円筒状に形成され、その両端部は一端側フランジ30及び他端側フランジ32の外周面に対して密に取り付けられる。外筒10は、例えば天然ラテックスゴムから成るゴム層と、当該ゴム層の間に介挿された繊維層を有してなる。繊維層は、径方向に沿って積層される複数の炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などからなる高弾性繊維によって構成される。当該高弾性繊維の延長方向は、外筒10の軸方向と一致しており、後述のチャンバー50内への空気の導入より外筒10が膨張しようとする場合、軸方向への伸長(膨張)が規制される結果、径方向外側への膨張のみが許容される。
The
内筒20は、天然ラテックスゴムやシリコーンゴムなどのゴム部材から構成された円筒状であって、外筒10の軸心と同軸上に配設される。内筒20の両端部はそれぞれ、一端側フランジ30及び他端側フランジ32の内周面に対して密に取り付けられる。なお、内筒20についても外筒10と同様の繊維層を介挿させた構成とし、後述のチャンバー50内への空気の導入より内筒20が膨張しようとする場合の軸方向への伸長を規制しても良い。
The
図1に示すように、外筒10及び内筒20の両端開口部が一端側フランジ30及び他端側フランジ32によってそれぞれ強固に固定されると、ポンプユニット1内には、外筒10、内筒20、一端側フランジ30及び他端側フランジ32によって区画された圧力供給室としてのチャンバー50が形成される。チャンバー50は、内筒20の軸回りにおいて軸方向に沿って延長する空間であって、当該チャンバー50内には、後述の圧力給排手段120側から送出される空気等の流体が供給される。また、一端側フランジ30及び他端側フランジ32の周囲には、図外の複数の空気導入孔が形成されており、当該空気導入孔を介してエアチューブ等が接続され、圧力給排手段120からチャンバー50内に空気が供給される。また、空気導入孔は、ポンプユニット1の軸方向に連結される他のポンプユニット1に形成された空気導入孔と連通可能とされており、空気の供給対象となるエアチューブを選択することにより、各ポンプユニット1を独立して動作させることが可能となる。
As shown in FIG. 1, when the openings at both ends of the
ポンプユニット1の軸方向の略中心には、シェイパーリング40が介挿される。図1に示すように、シェイパーリング40は、内筒20の軸周りに設けられ、内径部が楕円状、外径部が円状に形成された環状体である。内筒20がシェイパーリング40の内径内に位置することにより、楕円の短軸と対応して向かい合う内筒20の内周面22が、楕円の長軸と対応して向かい合う内筒20の内周面22よりも予め径方向内側に接近した状態とされる。
A
図2を参照して上記構成からなるポンプユニット1が複数連結された液体分離装置100について説明する。同図に示すように、液体分離装置100は、複数のポンプユニット1a〜1fが軸方向に沿って連結された搬送,分離構造体110と、当該搬送,分離構造体110を動作させる圧力給排手段120と、圧力給排手段120を制御する動作制御手段130とを備える。搬送,分離構造体110は、各ポンプユニット1a〜1fが備える一端側フランジ30と他端側フランジ32とが図外の固定手段を介して相互に連結されて構成されており、各ポンプユニット1a〜1fの内筒20が軸方向に連通することにより、所定長さの搬送路Lが形成される。つまり、ポンプユニット1の連結数を増大することによって所望の長さの搬送路Lを得ることが可能であり、例えば上流側に位置する土壌の掘削現場から離間した下流の地点まで掘削土壌を搬送することが可能である。また、最後尾(最下流)に位置し、排出口となるポンプユニット1fの他端側フランジ32には、後述のフィルターFが配設されている。
A
圧力給排手段120は、圧縮空気を送出するエアコンプレッサCと、当該エアコンプレッサCとエアチューブを介して接続された複数の比例電磁弁V(V1〜V6)と、当該比例電磁弁群Vとエアチューブを介して接続される複数の3ポート電磁弁P(P1〜P6)とを備える。動作制御手段130は、演算手段としてのCPUや記憶手段としてのROM,RAM等のハードウェアを備えたコンピュータであって、予め設定された動作プログラムに従って比例電磁弁V及び3ポート電磁弁Pを開閉制御することにより、各ポンプユニット1a〜1fを個別に膨張,収縮動作させる。
The pressure supply / discharge means 120 includes an air compressor C that sends out compressed air, a plurality of proportional solenoid valves V (V1 to V6) connected to the air compressor C via an air tube, and the proportional solenoid valve group V. It includes a plurality of 3-port solenoid valves P (P1 to P6) connected via an air tube. The operation control means 130 is a computer equipped with hardware such as a CPU as a calculation means and ROM, RAM as a storage means, and opens and closes the proportional solenoid valve V and the 3-port solenoid valve P according to a preset operation program. By controlling, each
同図に示すように、3ポート電磁弁P1〜P6の一方のポートは、複数のエアチューブ40a〜40fを介して各ポンプユニット1a〜1fのチャンバー50と接続されており、エアコンプレッサCから各ポンプユニット1a〜1fのチャンバー50に至る空気の供給系統が確立される。また、本実施形態においては、搬送,分離構造体110を合計6つのポンプユニット1a〜1fによって構成したことから、6つの供給系統を有する構成としたが、ポンプユニットの数に応じて系統数が変わることは言うまでもない。
As shown in the figure, one port of the three-port solenoid valves P1 to P6 is connected to the
例えば、ポンプユニット1aを動作させるには、比例電磁弁V1を開放状態とし、かつ、3ポート電磁弁P1の一方のポート側を開放状態とすればよく、当該制御によりエアコンプレッサCからの空気がポンプユニット1aのチャンバー50内に供給され、ポンプユニット1aのみが膨張することとなる。なお、チャンバー50内に供給される空気の圧力は、比例電磁弁V1への電流値に応じて自在に調整可能である。ポンプユニット1b〜1fについても同様であり、それぞれに対応する供給系統に含まれる比例電磁弁V2〜V6、及び3ポート電磁弁P2〜P6を個別に制御することにより、ポンプユニット1b〜1fを個別に膨張,収縮動作させることができる。
For example, in order to operate the
次に、各ポンプユニット1a〜1fに供給された空気の排気系統について説明する。同図に示すように、3ポート電磁弁P1〜P6の他方のポートは、エアチューブを介してエアレギュレータRと接続されている。当該エアレギュレータRは、エアタンクTを介してエアポンプQと接続されている。例えばポンプユニット1aに供給された空気を排出するには、エアタンクTが駆動した状態で3ポート電磁弁P1の一方及び他方のポートを開状態とすればよく、このような状態において、ポンプユニット1aのチャンバー50内の空気はエアポンプQによって強制的に排気され、エアタンクT内に貯留される。なお、排気後のチャンバー50内の圧力はレギュレータRの設定によって調整可能である。また、ポンプユニット1b〜1fについても同様であり、それぞれに対応する排気系統に含まれる比例電磁弁V2〜V6及び3ポート電磁弁P2〜P6を個別に制御することにより、膨張動作後のポンプユニット1b〜1fを個別に自然長(膨張前)に復帰させることができる。
なお、上記排気系統を別段設けることなく、チャンバー50内に供給された空気を外筒10及び内筒20の復元力によって大気開放する構成としてもよい。一方で、排気系統を設けて空気を強制的に排気する構成とすれば、外筒10及び内筒20の復帰動作が速くなるため、搬送路Lを通過する搬送対象物の搬送効率を向上させることが可能となる。
Next, the exhaust system of the air supplied to each of the
The air supplied to the
次に、図3を参照して、上記構成からなる液体分離装置100による個液の一例としての土砂の搬送及び分離の工程について説明する。同図において、最も上流側に位置するポンプユニット1aには、土壌掘削等によって生じた土砂Aが定圧で導入されているものとする。また、土砂Aは、土粒子と水や油等の液体を含むものであり、一定の流動性を有している。
Next, with reference to FIG. 3, a process of transporting and separating earth and sand as an example of individual liquids by the
図3(a)に示す状態からポンプユニット1aに土砂Aが導入されるとポンプユニット1aの動作が開始され、チャンバー50内にへの空気の供給によって内筒20及び外筒10がそれぞれ径方向内側,外側に膨張すると共に、ポンプユニット1aが軸方向に収縮する。当該動作、即ち、内筒20の膨張による容積減少と外筒10の軸方向収縮によって生じる押し出し力によって、内部に導入された土砂Aは、下流に位置するポンプユニット1b側に搬送される(図3(b))。
When the earth and sand A is introduced into the
次に、図3(b)に示す状態から、ポンプユニット1aの膨張を維持したままポンプユニット1bを動作させると、土砂Aは、更に下流側のポンプユニット1cへ搬送され、その後、ポンプユニット1aを自然長に復帰動作させることにより新たな土砂Aの導入が開始される(図3(c))。以後、図3(d)乃至(f)に示す如く、各ポンプユニット1a〜1fを所定のサイクルで動作させることにより、土砂Aが下流側に向かって順次搬送されることとなる。そして、土砂Aが最も下流に位置するポンプユニット1fに到達したとき、内部の土砂Aに対して分離動作が実行される。
Next, when the
図4(a)は、フィルターFが設けられたポンプユニット1fを模式的に示す図である。同図に示すように、ポンプユニット1fの他端側フランジ32には、内筒20と実質的に同径を有する透液性のフィルターFが脱落不能に配設されており、当該ポンプユニット1f内の土砂Aに含まれる液体が当該フィルターFを介して外部に排出される。
FIG. 4A is a diagram schematically showing a
具体的には、動作制御手段130は、上流に位置するポンプユニット1eの膨張(閉塞)を維持したままポンプユニット1fを脈動動作させ、内部の土砂Aに対して加圧と減圧を繰り返す。ここで、脈動動作とは、ポンプユニット1fの膨張動作と自然長への復帰動作とをそれぞれ4秒間、3秒間で実行させるサイクルを1サイクルとして、これを複数サイクル繰り返す動作である。当該脈動動作の実行により、加圧によって密度が増加した状態にあった土粒子が加圧状態から開放され、加圧によって瞬間的に形成される難透液性の土層が解され、フィルターFから離間した位置にある一部の土砂Aと再度攪拌,混合される。その結果、ポンプユニット1f内の土砂Aに含まれる液体の分布が均一化されて液状化現象を引き起こし、フィルターFに目詰まりを生じさせ得る土粒子の遊離,攪拌を促すことができる。
Specifically, the operation control means 130 pulsates the
このように、動作制御手段130が、土砂Aの搬送に係る各ポンプユニット1a〜1eの動作サイクル(搬送サイクル)よりも早いサイクルでポンプユニット1fを脈動動作させて土砂Aの土粒子と液体を分離することにより、継続的(定圧)な加圧による従来の方式よりも経時的な分離効率の低下を抑制しつつ、土壌掘削によって生じた土砂Aを土粒子と液体とに分離することが可能となる。なお、搬送サイクルとしては、例えば膨張動作と自然長への復帰動作とをそれぞれ30秒間、30秒間で実行させるサイクルを1サイクルとしている。
In this way, the operation control means 130 pulsates the
図5は、定圧動作及び脈動動作における脱水量と脱水時間を示すグラフである。分離対象となる土砂として、人工の珪砂6号と蛙目粘土とを9:1の割合で配合し、水を加えて総重量に対する含水比が30%の人工砂質土を形成した。また、フィルターFが配設されたポンプユニットに対しては、平均で0.06MPaの圧力を印加した。また、脈動動作のサイクルは前述の条件と同一である。 FIG. 5 is a graph showing the amount of dehydration and the dehydration time in the constant pressure operation and the pulsating operation. As the earth and sand to be separated, artificial silica sand No. 6 and frog-eye clay were mixed at a ratio of 9: 1, and water was added to form an artificial sandy soil having a water content ratio of 30% to the total weight. Further, an average pressure of 0.06 MPa was applied to the pump unit in which the filter F was arranged. Moreover, the cycle of the pulsating motion is the same as the above-mentioned condition.
グラフに示された結果から明らかなように、上記所定の圧力を印加して、これを維持した場合(定圧)の脱水量は約26.5gに止まるのに対し、所定の圧力を繰り返し脈動させるように印加した場合(脈動)の脱水量は、これを大幅に上回る約47.5gにまで向上する。また、例えば25gの脱水に要する時間も25分から5分に大幅に短縮できることが分かる。このように、搬送工程よりも短いサイクルでポンプユニットを脈動動作させる分離工程にあっては、従来の分離方式との比較において分離効率が極めて向上することが実証された。 As is clear from the results shown in the graph, when the above-mentioned predetermined pressure is applied and maintained (constant pressure), the amount of dehydration remains at about 26.5 g, whereas the predetermined pressure is repeatedly pulsated. When applied in this way (pulsation), the amount of dehydration is significantly increased to about 47.5 g. It can also be seen that, for example, the time required for dehydration of 25 g can be significantly reduced from 25 minutes to 5 minutes. As described above, it has been demonstrated that in the separation process in which the pump unit is pulsated in a cycle shorter than that in the transfer process, the separation efficiency is significantly improved as compared with the conventional separation method.
次に、図4(b)を参照して液体分離装置100の他の形態について説明する。上述の例では、最下流側に配置されるポンプユニット1fにフィルターFを配設して液体を外部に排出する例を示したが、同図における液体分離装置100は、軸方向に隣接する各ポンプユニット1a〜1bの一端側フランジ30と他端側フランジ32との間にフィルターFを介在させた点で異なる。このような液体分離装置100によれば、ポンプユニット1a及びポンプユニット1cを膨張(閉塞)させたまま、間に位置するポンプユニット1bを脈動動作させることにより、土砂Aに含まれる液体を一端側フランジ30と他端側フランジ32の両方から外部に排出することが可能となる。また、このようなポンプユニットを搬送経路上に複数配置することにより、搬送しながら任意の位置において土粒子と液体とを分離することが可能となり、例えば搬送工程において含水比を徐々に低下させながら下流側に搬送することが可能となる。また、上記各実施形態に係る液体分離装置100によれば、搬送と分離とを同時に行うことができるため、コストの削減、工期の短縮化及び敷地の省スペース化を図ることができる。
Next, another form of the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the claims that such modified or modified forms may also be included in the technical scope of the present invention.
例えば、本例においては、液体分離装置100の搬送,分離構造体110を水平方向に向けて設置したが、鉛直方向或いは傾斜方向に向けて設置し、土砂を延長方向に搬送しつつ液体を分離する構成としても良い。また、本例においては土壌掘削等によって生じる土砂を分離対象としたが、これに限るものではなく、個体と液体との個液混合物に広く適用可能であり、液体としては水のみならず、油やその他の流動体に適用可能である。
For example, in this example, the transport /
1(1a〜1f) ポンプユニット、10 外筒、20 内筒、
30 一端側フランジ、32 他端側フランジ、40 シェイパーリング、
50 チャンバー、100 液体分離装置、110 搬送,分離構造体
1 (1a-1f) Pump unit, 10 outer cylinder, 20 inner cylinder,
30 One end side flange, 32 One end side flange, 40 Shaper ring,
50 chambers, 100 liquid separators, 110 transports, separation structures
Claims (2)
外筒の内周側に設けられた内筒と、
内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室と、
前記圧力供給室内に所定の圧力を印加し、前記内筒を径方向内側に膨張させる動作制御手段と、を備え、
前記内筒内の個液を軸方向に搬送可能であると共に、前記個液から液体を分離可能な液体分離装置であって、
前記動作制御手段は、前記個液の搬送時における前記内筒の膨張開始から自然長への復帰までのサイクルよりも短いサイクルで前記内筒を脈動動作させ、当該内筒内の個液から液体を分離させることを特徴とする液体分離装置。 With the outer cylinder
The inner cylinder provided on the inner circumference side of the outer cylinder and
A pressure supply chamber provided between the inner cylinder and the outer cylinder,
An operation control means for applying a predetermined pressure to the pressure supply chamber to expand the inner cylinder in the radial direction is provided.
A liquid separation device capable of transporting individual liquids in the inner cylinder in the axial direction and separating liquids from the individual liquids.
The operation control means pulsates the inner cylinder in a cycle shorter than the cycle from the start of expansion of the inner cylinder to the return to the natural length at the time of transporting the individual liquid, and the liquid from the individual liquid in the inner cylinder. A liquid separator characterized by separating the liquid.
外筒の内周側に設けられた内筒と、
内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室と、
を備えたポンプユニットの前記圧力供給室への所定の圧力の印加により、前記内筒を径方向内側に膨張させ、前記内筒内の個液を軸方向に搬送する工程と、
前記搬送される個液から液体を分離する工程と、
を備えた液体分離方法であって、
前記個液の搬送時における前記内筒の膨張開始から自然長への復帰までのサイクルよりも短いサイクルで前記内筒を脈動動作させ、当該内筒内の個液から液体を分離させることを特徴とする液体分離方法。
With the outer cylinder
The inner cylinder provided on the inner circumference side of the outer cylinder and
A pressure supply chamber provided between the inner cylinder and the outer cylinder,
By applying a predetermined pressure to the pressure supply chamber of the pump unit provided with the above, the inner cylinder is expanded in the radial direction, and the individual liquid in the inner cylinder is conveyed in the axial direction.
The step of separating the liquid from the individual liquid to be transported and
It is a liquid separation method equipped with
It is characterized in that the inner cylinder is pulsated in a cycle shorter than the cycle from the start of expansion of the inner cylinder to the return to the natural length at the time of transporting the individual liquid, and the liquid is separated from the individual liquid in the inner cylinder. Liquid separation method.
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