JP3822907B2 - パルプ懸濁液を処理する方法及び装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明はパルプ懸濁液を処理する方法及び装置に関している。ここで懸濁液は回転軸に関して対称な、高速で回転する、液体を通過させるスクリーン・バスケットの中で回転し、そのため懸濁液は遠心力の影響を受け、スクリーン・バスケットの内壁に沿って回転スクリューにより搬送されながら同時に脱水される。なお、このパルプ懸濁液の処理とは、脱水のみならず、この脱水と共に洗浄液がパルプに対して入れ替わること、すなわち、パルプが洗浄される処理を包含するものである。
技術の状態
紙パルプ生産中、繊維材料はプロセスの種々のステージでの処理に依存して繰り返し希釈され、脱水される。沢山の異なった装置、例えば吸込フィルター、スクリュー・プレス、ローラー・プレス及び遠心分離機がこの目的のために開発されてきた。３０％までの高乾燥物質濃度を達成するためには大きな力、したがって大型の動力消費装置が必要となる。そのような高乾燥物質濃度に脱水するためにしばしば使用される方法はパルプ懸濁液の遠心分離にある。その装置は、遠心力がバスケット内壁の方に懸濁液を駆りたて、液体に圧力で壁を通過させるための、液体通過可能の回転バスケットをしばしば含んでいる。そのシステムが満足に機能するためには、懸濁液は、一方ではバスケットを横切って分散し、他方では脱水中及び脱水後前方へ搬送されなければならない。液体通過可能のバスケットが繊維で詰まらないことを保証することも必要である。懸濁液を分散させ、搬送する目的でスクリーン・バスケットの中にスクリューを配置することは通常行われている。しかしながら、円筒型スクリーン・バスケットが使用される時、繊維の塊を動かすための実質的な力が要求される。さらに、繊維の塊が搬送中スクリュー・ブレードに向かって集合し、脱水を妨げる傾向がある。
今一つの問題は、回転を懸濁液に伝えるスクリーン・バスケットの内壁にのみ懸濁液が存在するためスクリーン・バスケットの中で懸濁液を回転させるのが困難であることである。エネルギー伝達は大量の水を含むパルプ懸濁液の場合貧弱である。そのことは、液が回転に関係なくスクリーン・バスケットの中で非常にゆっくりとのみ回転し始め、長時間をかけてやっと効率的な脱水を保証するのに十分な遠心力を得ることを示している。スクリーン・バスケットの閉塞は付加的な問題である。これを解決する試みは、例えば、外側から作用し、スクリーン・バスケットに向けて空気か液体を吹きつけるノズルのような、種々の要素を利用している。
本発明の説明
本発明の目的は上記の不利を排除し、同時にパルプ懸濁液を遠心分離する際に固有な利益を開発することである。この目的は、液体が回転軸に関して対称な、回転する液体通過可能のチャンバーの中で回転を与えられ、その液体通過可能のチャンバーの内壁に沿って回転スクリューにより搬送される、液体処理方法により達成される。ここで、スクリューの外縁は液体通過内壁にもたれかかり、液体通過可能のチャンバーより早い速度で回転する。そのため、スクリューは液体通過可能のチャンバーの内壁をこすり、液体が液体通過チャンバーへの入口に配置された手段により回転を与えられることを特徴とする。その目的は上記の方法を実施する装置によっても達成される。本発明はまた脱水と洗浄を同時に行う洗浄装置も含んでいる。
図面の説明
本発明の好ましい実施例を以下に説明するため、次の添付図面を参照する。
第１図は本発明による装置の好ましい実施例の縦断面図を示す。
第２図は第１図のＡ−Ａ断面に沿う横断面図である。
好ましい実施例の説明
第１図は、番号１０で一般的に表示される、本発明による好ましい装置を示している。その装置は、好ましくは円筒形であり、示された実施例では中心線Ｃが垂直になるように配置されたハウジング１２を含んでいる。しかしながら、そのハウジングは中心線Ｃが水平になるように置くことができると理解すべきである。ハウジング１２は二つの端壁、すなわち上部端壁１４及び下部端壁１６を備えている。バスケット２０は以下においてスクリーン・バスケットと呼ぶことにするが、これは回転軸に関して対称であり、スクリーン開口部を備えている。その回転軸はハウジングの中心線Ｃと一致しており、ハウジング１２の内側に配置されている。好ましい実施例においては、スクリーン・バスケット２０は下端壁１６から上端壁１４に向かって直径が少しずつ増えていくような円錐形状に成形されている。
実質的に半径方向に伸びる３本のアーム２２がスクリーン・バスケット２０の上端に取り付けられている。それらのアームはそれらの交差点において中空シャフト２４を備えており、その中空シャフトの回転軸はスクリーン・バスケット２０の回転軸に一致する。そのシャフト２４は上端壁１４を貫通し、軸受２５により回転可能に取り付けられている。そのシャフト２４の上端は適当なタイプの、そして駆動エレメント３０、便宜的には電動機の出力軸２８からシャフト２４へ回転を伝達することのできる適当なかみ合い歯車を持つ動力伝達装置２６を備えている。アーム２２のそれぞれは本質的に半径方向部分３２から本質的に垂直方向部分３４に向かって変化し、その垂直方向部分の半径方向長さはスクリーン・バスケット２０の上部直径より大きいが、ハウジング１２の直径より幾分小さく、それによりギャップ３６がハウジング１２の内壁とアーム２２の垂直部分３４との間に形成される。アーム２２は本質的に半径方向に伸びる端部４０によりスクリーン・バスケット２０に接続する。
環状壁４２がアーム２２の端部４０から或程度軸方向に離れた位置においてハウジング１２の内壁に取り付けられており、そのため、ギャップ４４が環状壁４２と端部４０との間に形成される。環状壁４２はスクリーン・バスケット２０に対して端部４０へのその取付部に接近した位置でシールする。ハウジング１２の上部のこの設計は、ハウジング１２の内面、端壁１４及び環状壁４２の間の、ここでは出口チャンバーと称するチャンバー４６の形成をもたらす。
アーム２２は、アームの垂直部分に、ギャップ３６を隔てたハウジングの内壁に対して作用するスクレーパー４８を、そして、アームの端部４０に、ギャップ４４を隔てた環状壁４２に対して作用するスクレーパー５０を備えている。環状壁４２の一部に取り付けられたパイプ接続部５２が出口チャンバー４６と処理された懸濁液のためのパイプ・システム（図示せず）との間を連通させる。
スクリーン・バスケット２０の下端は中空の貫通した入口５９を持つ円筒形状支持体５６の上部に配置された半径方向に伸びるフランジ５４に取り付けられている。本質的に半径方向に向いたブレード５７がスクリーン・バスケット２０とフランジとの間の接合部の内側に配置されている。支持体５６は環状支持壁６０に取り付けられている軸受５８の中に回転可能に取り付けられている。支持壁６０は順次ハウジング１２の内壁に取り付けられている。この設計はスクリーン・バスケット２０とハウジング１２の内壁との間の、ここではリゼクト空間と称する円筒形空間６２を提供する。その空間は環状壁４２と支持壁６０とにより軸方向に仕切られている。支持壁６０に取り付けられているパイプ接続部６４はハウジングを突き抜けて伸び、リゼクト空間６２と、懸濁液から抜き出される液のためのパイプ・システム（図示せず）との間を連通させる。
数字７０で一般的に示されるスクリュー装置はスクリュー・バスケット２０の中に配置されている。スクリュー装置７０は、以下においてはスクリュー本体と称する、回転軸に関して対称な本体７２から成り、その回転軸はスクリーン・バスケット２０の回転軸と一致する。上端壁７４及び下端壁７６がスクリュー体７２に取り付けられている。長手方向の断面においては、スクリュー体７２の側壁はスクリーン・バスケット２０と同じ円錐形状を持ち、そのため、環状ギャップ７８が側壁とスクリーン・バスケットとの間に形成される。らせん形状のスクリュー・ブレード７９が下端壁７６から上端壁７４までのスクリュー体７２の外壁上に配置されている。スクリュー・ブレード７９はその長さ全体に沿って、その外縁がバスケット２０の内壁にもたれかかるような幅を持っている。スクリュー・ブレード７９はこのようにして空間７８の中で作用する。シャフト８０は上端壁７４に取り付けられている。シャフト８０は中空シャフト２４を貫通して伸びており、その上端において軸受８２の中に回転可能に取り付けられている。適当なかみ合い歯車を持つ動力伝達装置８４がシャフト８０を駆動エレメント３０の出力軸２８に接続する。
中空シャフト８６が下端壁７６に取り付けられている。そのシャフト８６は、その下端壁を上方へ貫通してスクリュー本体７２の内部へ伸び、また円筒形支持体５６を下方へ貫通して伸びている。シャフト８６は支持壁９０に取り付けられた軸受８８の中に回転可能に取り付けられている。支持壁９０は支持壁６０の下方の離れた位置にハウジング１２の内壁に順次しっかりと取り付けられている。パイプ接続部９２がスタッフィング・ボックス９４を介してシャフト８６の端部に取り付けられている。パイプ接続部９２は洗浄液を供給するためのパイプ・システム（図示せず）に結合している。
入口ボックス９６が円筒形支持体５６の下部とシャフト８６の周囲に配置されている。入口ボックス９６は支持エレメント９８を介してハウジング１２に取り付けられており、円筒形支持体５６に対して部分的に、そしてシャフト８６に対して部分的にシールする。パイプ・システム（図示せず）が処理されるべきパイプ懸濁液を供給するための入口ボックスに接続される。供給スクリュー１００がシャフト８６にがっちり取り付けられており、入口ボックスの内側から上方にある下端壁７６の方へ伸びている。インペラー・ブレード１０２が下端壁７６に取り付けられている。インペラー・ブレード１０２が半径方向に伸びている範囲では、インペラー・ブレードは好ましくは概略インボリュート曲線の形状を持つカーブを成している。
スプレッディング装置１０６がシャフト８６の上端において、数本の半径方向パイプの形式か、２個の円盤形式で配置されている。ボックス１０８が、スプレッディング装置の端部において、スクリュー本体７２の内壁の少なくとも一部に、軸方向及びその内壁の全周にわたって配置されている。そのボックス１０８はスプレッディング装置と連通している。多くの通路１１０がボックス１０８と回転空間７８との間のスクリュー本体を貫通して配置されている。図示の実施例においては、ボックスと通路は軸方向に見ておよそスクリュー本体の中央に配置されている。
本装置の機能は次のとおりである。スクリーン・バスケット２０及びスクリュー本体７２はそれぞれ動力伝達装置２６及び８４を介して電動機３０により回転を付与される。異なる歯車かみ合いを持つべく動力伝達装置２６，８４を選択することにより、スクリュー本体７２はスクリュー・バスケット２０より早く回転するだろう。処理すべきパルプ懸濁液がパイプ・システム（図示せず）を経由してボックス９６に流入する。懸濁液はスクリュー１００により入口５９を通って上方へ、そして下端壁７６及びそのインペラー・ブレード１０２の方向へ搬送される。懸濁液がインペラー・ブレード１０２と接触する時、そのブレードの回転が懸濁液に回転速度の大きな増加を与え、懸濁液はスクリーン・バスケット２０の内壁の方へ投げ出される。ブレード５７がまた懸濁液の回転速度の増加に協力する。インペラー・ブレード１０２がいわばパルプの初期回転を与えたという事実により、パルプはその回転に伴ってスクリーン・バスケット２０に随伴することになり、そして高い回転速度により、スクリーン・バスケット２０の透液壁に対して押圧されるパルプ層を形成させる遠心力が得られる。懸濁液中の液体はかくしてスクリーン・バスケット２０を通過させられ、リゼクト空間６２に進入する。そのリゼクト空間の中では液体は出口６４から搬出され、パイプ・システム（図示せず）の中へ進入する。懸濁液の回転層はそこで、スクリュー本体７２のスクリュー・ブレード７９の助けにより、スクリーン・バスケットの内面に沿って上方へ搬送され、連続的に脱水される。スクリーン・バスケット２０の円錐化設計により、遠心力がパルプ層の軸方向の力の成分を付与し、その結果スクリュー・ブレードがスクリーン・バスケット２０の内側に沿ってパルプ層を押し上げるために必要な小さい力となる。さらに、スクリュー７０がそのスクリュー・ブレード７９によりスクリーン・バスケット２０の内側にもたれかかるという事実の結果として、スクレーピング効果が得られ、それによりその通路がパルプ繊維により閉塞されないことを保証する。脱水されたパルプ層がスクリーン・バスケット２０の上端まで搬送された時、それは遠心力により受入れ空間４６の方へ押し出され、受入れ空間ではパルプはスクレーピング・ブレード４８，５０の助けにより出口５２から搬出され、さらなる処理のためパイプ・システム（図示せず）の中へ進入する。
本発明による装置はまたパルプ懸濁液を洗浄するためにも使用される。この場合、パルプは、上述のように、スクリーン・バスケット２０の中へ搬送され、脱水される。同時に、新しい洗浄液が接続部９２及びボックス９４を経由してパイプ・システムから中空シャフト８６の中へ供給される。洗浄液はスプレッダー１０６を経由してスクリュー本体７２のボックス１０８へ搬出され、次に通路１１０を経由してスクリーン・バスケット２０へ搬出される。洗浄液がスクリーン・バスケット２０の中へ搬出される時にまた遠心力にさらされるという事実により、それは脱水されたパルプ懸濁液の中へ浸透する。
本発明による装置はいくつかの利点を提供する。パルプ懸濁液の回転はスクリーン・バスケット２０への入口においてインペラー・ブレード１０２により早い段階で開始される。インペラー・ブレード１０２がなければ、懸濁液を回転させることが実質的により困難となり、結果として脱水不足という危険を招く。スクリーン・バスケット２０の円錐化設計により、懸濁液はまた軸方向の力の成分を生じさせ、それによりスクリュー・ブレードがパルプを搬送するのを容易にし、その結果動力の必要量を減らすことになる。回転速度及び円錐性の適当な選択により、パルプの軸方向の力はスクリーン・バスケットに対するパルプの摩擦力にほぼ等しくなるように調整することかでき、パルプはその時最小の力で、したがってパルプ・ベットを攪乱しないで移動することができる。スクリーン・バスケットの重大な閉塞はバスケットの内側にもたれかかるスクリュー・ブレードにより防がれる。今一つの利点は、新しい洗浄液が内側から添加され、遠心力によりパルプ・ベットの中へ圧入されることである。スクリーン・バスケット及び／またはスクリュー本体の回転速度を変える機会を提供するため駆動エレメントとスクリーン・バスケット及び／またはスクリュー本体の従動軸との間の動力伝達装置において可変速歯車かみ合いを使用する可能性が含まれる。軸方向に見てスクリュー本体の内側の他の位置に、またはスクリュー本体７２の内側全体に沿って、新しい液体を供給するためのボックス１０８を配置する可能性も含まれる。ボックス１０８はまた分割供給のための部分に分割してもよく、そのため種々の液体をその装置に供給することができる。
本発明は、上に述べられた、そして図面に示された実施例に限定されず、そして特許の請求の範囲の範疇で変更することができるものと理解されるべきである。

Claims (15)

1. 懸濁液が遠心力を受け且つ脱水されるとすぐに該懸濁液はスクリーン・バスケットの内壁に沿って螺旋回転状に運ばれ得るように、該懸濁液を回転対称状に早く回転させて液体をスクリーン・バスケットに浸透させるパルプ懸濁液を処理する方法において、
   該懸濁液がスクリーン・バスケットに向かう入口に配置されたインペラー手段によって回転させられ、上記インペラー手段は該懸濁液が回転する際の初めの速度加速を行い、該懸濁液は該スクリーン・バスケットの内壁に向かって流れ、該懸濁液の前記螺旋回転の外周側が該スクリーン・バスケットに対して押圧し、且つ該スクリーン・バスケットの内壁を該懸濁液の該螺旋回転が摩擦するように該スクリーン・バスケットよりも早い回転となるようにした、ことを特徴とするパルプ懸濁液を処理する方法。
2. パルプ懸濁液が脱水される際新しい液体が同時にパルプ懸濁液に添加されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載された方法。
3. 新しい液体が前記スクリーン・バスケットの中に添加され、そのためその液体がまた遠心力に影響され、遠心力によりパルプ懸濁液の中へ圧入されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載された方法。
4. -ハウジング（１２）、
   -前記ハウジング（１２）の中に回転可能に配置され、スクリーン開口部を備えているスクリーン・バスケット（２０）、
   -前記スクリーン・バスケット（２０）の中に回転可能に配置され、スクリュー・ブレード（７９）を備えているスクリュー本体（７２）、
   -処理されるべきパルプ懸濁液のための前記スクリーン・バスケット（２０）への入口（５９）、
   -処理されるべきパルプ懸濁液のための前記スクリーン・バスケット（２０）からの出口（４６，５２）、
   -分離された液体のための前記ハウジング（１２）からの出口（６２，６４）により構成されるパルプ懸濁液処理装置において、
   -駆動エレメント（３０）が歯車かみ合いで配置された動力伝達装置（２６）を経由して前記スクリーン・バスケット（２０）を回転させるために配置されていること、
   -前記スクリュー本体（７２）が歯車かみ合いで配置された動力伝達装置（６４）を経由して前記駆動エレメント（３０）により回転を付与されるよう配置されていること、
   -前記スクリュー本体（７２）のスクリュー・ブレード（７９）は前記スクリュー・バスケット（２０）の内壁に沿って摩擦され、そして動力伝達装置（２６，８４）の歯車かみ合いは前記スクリュー本体（７２）が前記スクリュー・バスケット（２０）より早く回転するように選択され、そのため前記スクリュー・ブレード（７９）は前記スクリュー・バスケット（２０）の内側に沿ってスクレーピング効果を持つこと、そして、
   −パルプ懸濁液の回転を開始するためのインペラー・ブレード（１０２）が前記スクリーン・バスケット（２０）への入口（５９）に配置されており、前記インペラー・ブレード（１０２）は前記パルプ懸濁液が前記スクリーン・バスケット（２０）に流入する時前記パルプ懸濁液が回転できるようにすること
   を特徴とする装置。
5. スクリーン・バスケット（２０）は頭部を切除した円錐の形状を持つこと、パルプ懸濁液用入口（５９）は最小の直径を持つ前記スクリーン・バスケットの端部に配置されていること、及び前記パルプ懸濁液用出口は最大の直径を持つ前記スクリーン・バスケットの端部に配置されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
6. パルプ懸濁液の回転を開始するための前記エレメントは入口（５９）においてスクリーン本体（７２）の端壁に配置されているインペラー・ブレード（１０２）により構成されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
7. スクリーン・バスケットは該スクリーン・バスケットの下端で且つパルプ懸濁液用入口（５９）に配置されているブレード（５７）を備えるように設計されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
8. スクリーン・バスケットは該スクリーン・バスケットの下端で且つパルプ懸濁液用入口（５９）に配置されているブレード（５７）を備えるように設計されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載された装置。
9. 該装置はパルプ懸濁液に新しい液体を供給するためのスタッフィング・ボックス（９４）、スプレッダー（１０６）およびボックス（１０８）を備えていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
10. 新しい液体を導入するためのエレメントが、スクリュー本体（７２）の中に配置され、そして前記スクリュー本体（７２）とスクリーン・バスケット（２０）との間の空間（７８）と連通している通路（１１０）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第９項に記載された装置。
11. スクリュー本体（７２）に固定され且つスクリュー本体内に伸びる中空シャフト（８６）を介して新しい液体が供給されること、半径方向に向いたスプレッダー（１０６）が前記スクリュー本体の中の前記中空シャフト（８６）の端部に固定され、前記中空シャフト（８６）の空洞と連通していること、スプレッダー（１０６）が前記スクリュー本体（７２）の内側の少なくとも一部分に配置されているボックス（１０８）と連通していること、そして前記通路（１１０）は前記ボックス（１０８）と、前記スクリュー本体（７２）と前記スクリーン・バスケット（２０）との間の前記空間（７８）との間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された装置。
12. 前記スクリュー本体（７２）のスクリュー・ブレード（５７）は前記スクリーン・バスケット（２０）の内壁に位置決めされていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
13. 前記スクリュー本体（７２）のスクリュー・ブレード（５７）は前記スクリーン・バスケット（２０）の内壁に直接接触しないように該内壁に隣接して位置決めしたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載された装置。
14. 中心軸（Ｃ）を持つ円筒形のハウジング（１２）、液体透過性の壁を持ち、上部シャフト（２４）と下部シャフト（５６）とで回転可能に配置されており、そして前記ハウジングの中心軸（Ｃ）と一致する回転軸を持つ、回転軸に関して対称なスクリーン・バスケット（２０）、前記スクリーン・バスケット（２０）の外側に半径方向に配置された空間（６２）と連通するように前記ハウジング（１２）の中に配置されている、分離した液体のための出口（６４）、前記スクリーンバスケット（２０）の一端側に配置されている、処理すべきパルプ懸濁液のための入口（５９，９６）、前記スクリーン・バスケットの他端の近傍に配置されている、処理されたパルプ懸濁液のための出口（３６，５２）、及び、前記スクリーン・バスケット（２０）の内側において上部シャフト（８０）と下部シャフト（８６）で回転可能に配置され、前記スクリーン・バスケットの回転軸と一致する回転軸を持ち、そして半径方向に伸びるスクリュー・ブレード（７９）を備えている、回転軸に関して対称なスクリュー本体（７２）により構成されているパルプ懸濁液を処理する装置において、前記スクリュー・バスケット（２０）及び前記スクリュー本体（７２）は、歯車かみ合いを持ち、前記スクリュー本体（７２）が前記スクリュー・バスケット（２０）より高い回転速度で回転するように選択されている動力伝達装置（２６，８４）を経由して電動機（３０）の助けにより回転するために配置されていること、前記スクリュー本体（７２）のブレード（７９）は前記スクリーン・バスケット（２０）の内側に沿って運動すること、そして、パルプ懸濁液が前記スクリーン・バスケット（２０）に流入する際前記パルプ懸濁液を回転させることができるインペラー・ブレード（１０２）が処理すべき前記パルプ懸濁液のための入口（５９）における前記スクリュー本体（７２）の端部に配置されていることを特徴とするパルプ懸濁液を処理する装置。
15. 下部シャフト（８６）は中空であり、スクリュー本体（７２）の中に伸びていること、スプレッダー（１０６）は前記シャフト（８６）に付属しており、前記シャフトの空洞と連通していること、前記スプレッダー（１０６）は前記スクリュー本体（７２）の内壁の少なくとも一部分に、軸方向とその円周方向の両方にわたって取り付けられているボックス（１０８）と連通していること、そして前記ボックス（１０８）は通路（１１０）を経由して前記スクリュー本体（７２）と前記スクリーン・バスケット（２０）との間の空間（７８）と連通し、そのため新しい洗浄液が、前記シャフト（８０）、スプレッダー（１０６）、ボックス（１０８）及び通路（１１０）を経由して、前記空間（７８）の中に導入され、及びパルプ懸濁液に供給され得ることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載された装置。

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