JP3955456B2 - スクリュープレス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、産業排水、農業集落排水、し尿、ごみ浸出水などの水処理において、被処理物の減容化や後工程を簡素化する目的で使用されるスクリュープレスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、産業排水、農業集落排水、し尿、ごみ浸出水等を処理する場合、被処理物の濃縮・脱水を行う工程では、被処理物の減容化や後工程を簡素化するために、濾布を用いたベルトプレス、フィルタプレス等のプレスフィルタや遠心力を用いた脱水機・濃縮機、或いはスクリュープレス等が従来から使用されてきた。
しかし、近年、人口の集中した住宅地への処理場の設置や設置される処理施設の小型化のために、騒音問題や臭気対策、省電力化といった環境問題に対して対応し易いスクリュープレスによる処理が多く見られるようになった。
【０００３】
固定ドラム式のスクリュープレスは、一般に図５（ａ）に示すコーン型や図５（ｂ）に示す平行管型といった形状のドラム１００，２００内に被処理物の投入口１０１，２０１から被処理物（例えばスラリー）を投入し、固形分の出口側に背圧をかけることのできるプレッサー１０２，２０２等を設けて、ドラム内部に設けたスクリュー１０３，２０３による搬送・押し出し力により被処理物に強制的な容積変化を創出する加圧／圧搾濾過機である。投入された被処理物は圧搾され、液分を搾汁される。ドラム１００，２００内で分離された分離液はドラム１００，２００の側壁に設けた間隙から排出され、脱液された固形分は固形分排出口１０４，２０４から排出される。
【０００４】
このような固定ドラム式のスクリュープレスには、必ず処理物を出口側から押し出し、ドラム１００，２００内の内部圧力を維持しておくのに必要なプレッサー１０２，２０２が設置されている。
このプレッサー１０２，２０２の方式としては、（１）プレッサー位置を固定した方式（２）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力とプレッサー位置とを検出し、油圧シリンダーによるプレッサーの位置制御を行う方式（３）ドラム１００，２００からの処理物の出口を油圧シリンダーで塞ぎ定期的に処理物の出口を開く方式（４）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力に対応したプレッサー加圧方式等がある。これらの方式は、どれも一長一短があり、被処理物の性状の変動に対する追従性や制御性に基づいて適宜選択され実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような固定ドラム式のスクリュープレスの場合、プレッサー１０２，２０２が架台やケーシングに固定されて設けられているため、ドラム１００，２００内のスクリュー１０３，２０３により搬送・圧搾されて排出される処理物とプレッサー１０２，２０２のプレッサーリングとの間でスクリュー１０３，２０３の回転による摩擦が生じ、排出トルクの増大や処理物によっては前記プレッサーリングの摩耗が発生し、装置本体の寿命に影響があるという問題があった。
【０００６】
そこで、ドラムから排出される処理物とプレッサーとの間の排出トルクを低減すると共に、プレッサーリングの摩耗を防止することを本発明の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた本発明に係るスクリュープレスの請求項１に記載された発明は、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記圧縮搬送手段は、回動自在に構成されたスクリューであり、前記ドラムは、濃縮ゾーン、濾過ゾーン、圧搾ゾーンを設けた単一で回動自在に構成され、前記被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成され、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１の発明によると、スクリュープレスにおいて、ドラムを回動自在に構成し、被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）ドラムを回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる回転ドラム式のスクリュープレスを提供できる。
（２）被処理物をポンプで加圧してドラムの軸心方向に供給することにより、濃縮ゾーン（重力濾過ゾーン）における付着液の液切れがよくなる。従って、後段の濾過・圧搾も好適に行うことができ、全体として良好な脱液効果が得られるようになる。
（３）ドラムと圧縮搬送手段の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、回転ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので、前記被処理物のドラム内の滞留時間を大きく取れるため被処理物が充分に加圧・圧搾される。
また、ドラム内で脱液された固形分をさらに他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、
（４）ドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、ドラムの排出トルクの低減が図れる。
（５）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずにドラムの回転を安定して保持することができる。
（６）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、ドラムの軸受やドラムの強度的な寿命の延長を図ることができる。
【００１１】
本発明に係るスクリュープレスの請求項２に記載された発明は、前記ドラムが前記スクリューの回転速度よりも速く回転させるように構成された請求項１に記載のスクリュープレスである。
【００１２】
請求項２の発明によると、ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させるように構成したことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明では圧縮搬送手段の回転速度以外にドラムの回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、圧縮搬送手段の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、ドラム内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
【００１３】
本発明に係るスクリュープレスの請求項３に記載された発明は、前記ドラムと前記スクリューとに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュープレスである。
【００１４】
請求項３の発明によると、前記ドラムと前記圧縮搬送手段とに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことにより、省電力化が図れる。
【００１５】
本発明に係るスクリュープレスの請求項４に記載された発明は、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の発明によると、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）固定されたドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、圧縮搬送手段の排出トルクの低減が図れる。
（２）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずに圧縮搬送手段の回転を安定して保持することができる。
（３）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、圧縮搬送手段の軸受や圧縮搬送手段の強度的な寿命の延長を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクリュープレスについて図１から図４を参照して説明する。
尚、図１は、本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスを示す縦断面図、図２は、本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスのプレッサー周りの拡大縦断面図である。
また、図３（ａ）は、本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図、図３（ｂ）は、ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図、図４は、本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
【００１８】
本発明に係る第一実施形態のスクリュープレス１は、図１に示すように、
ケーシング１３内に設けられる濾過孔を有するドラム２（以下、回転ドラム２という）と、
前記回転ドラム２内で回転しながら被処理物を軸方向に搬送し、圧縮する圧縮搬送手段としてのスクリュー３と、
固形分の出口１４側から前記回転ドラム２の内部へ背圧をかけるプレッサー５のリングホルダー５ｃに回転自在に支持されたプレッサーリング５ｂと、
前記回転ドラム２及びスクリュー３にそれぞれ外部からの駆動力を伝達するスプロケット６，７と、
前記回転ドラム２内の軸心方向に被処理物を供給する被処理物供給配管８と、
前記回転ドラム２内で濃縮・濾過・圧搾された被処理物を脱液された固形分として外部へ排出する固形分排出口９と、
前記回転ドラム２の濾過孔を通って分離された分離液を外部へ排出するためにケーシング１３の下部に設けられた分離液排出口１０と、
から主要部が構成される。
【００１９】
回転ドラム２は、円筒の形状をしており、圧縮搬送手段としてのスクリュー３のスクリュー軸３ｂの周りで回動自在にベアリング軸受１２ａ及び支持ローラ１５により支持されている。
回転ドラム２を回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる。
回転ドラム２は、特殊な断面形状（例えば台形）のウェッジワイヤ等をリング状にして、そのリング間に濾過孔であるわずかな隙間を設けて並べてつなぎ合わせた構造をしている。また、リング同士の設置間隔（濾材の目開きに相当）は、被処理物の投入側から固形分の排出側へ行くに従って徐々に狭くなるように設定してある。
尚、被処理物の性状に応じてドラム２の濾過孔の構造は適宜変更できる。例えば、比較的脱水性のよいものはパンチングメタルを積層して濾過孔を形成したものやスリット又は金網等を設けてスクリーンにしたものも使用できる。
【００２０】
回転ドラム２の回転方向は、通常は、スクリュー３の回転方向と同一方向にして、速度差を持って回転するように運転される。
回転ドラム２と圧縮搬送手段であるスクリュー３の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、固定ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので被処理物の回転ドラム２内の滞留時間が大きく取れるため、被処理物が充分に加圧・圧搾される。また、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるにはドラム内の滞留時間を確保するためにスクリューの回転速度を下げる必要があったが、ドラムの回転速度でも調整できるようになるのでスクリュー３の回転速度を下げる必要がなくなる。
【００２１】
また、回転ドラム２の回転速度は、１０ｍｉｎ-1以下であり、しかもスクリュー３の回転速度よりも速く回転するように運転される。
ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転するようにしたことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明ではスクリュー３の回転速度の他に回転ドラム２の回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、スクリュー３の回転速度を下げずに回転ドラム２の回転速度をスクリュー３の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、スクリュー３の回転速度を下げずに回転ドラム２の回転速度をスクリュー３の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、スクリュー３の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、回転ドラム２内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
【００２２】
スクリュー３は、スクリュー軸３ｂとスクリュー軸３ｂに螺旋状に巻き廻されたスクリュー羽根３ａとから構成され、回転ドラム２内に同軸的にベアリング軸受１１ａ，１１ｂで軸支される。
尚、スクリュー羽根３ａの形状は、被処理物を軸方向に搬送でき、かつ加圧・圧搾できる形状であれば螺旋状でなくてもよい。
【００２３】
スクリュー羽根３ａは、螺旋状の形状をしておりスクリュー軸３ｂの周囲に沿って固設されている。スクリュー羽根３ａのピッチは、固形分の出口に近づくに連れて狭くなるように配置されているため、徐々に圧搾間隔が狭くなり、容積変化に伴う圧搾力が強くなるようになっている。
【００２４】
プレッサーリング５ｂは、回転ドラム２内へ被処理物を初期投入したときに、固形分の出口１４側から回転ドラム２内に圧力をかけて、回転ドラム２内の被処理物の圧搾圧力を高めるために設けられており、この圧力はスプリング５ａの付勢力（又は油圧）にて加圧される。尚、この加圧力は自由に調整ができる構造となっている。
【００２５】
ここで、本発明に係るプレッサー５全体の構成・作用について図２を参照して説明する。
本発明に係るプレッサー５は、図２に示すように、回転ドラム２の端部２ａに対向して設けられるプレッサーリング５ｂと、
プレッサーリング５ｂをリングホルダー５ｃの周りに回転自在に支持するアンギュラ玉軸受４と、
プレッサー本体５ｄの外周に沿って巻き回され、その付勢力により固形分の出口１４に背圧をかけるスプリング５ａと、
から主要部が構成される。
【００２６】
このように構成されるプレッサー５は、
（１）運転初期は、回転ドラム２の端部２ａとプレッサーリング５ｂは接しているか又はわずかな隙間を持って離れており、プレッサーリング５ｂには、圧力が加わらないようになっている。
（２）定常運転時は、脱液された固形分がプレッサーリング５ｂを押しのけるようにして回転ドラム２から出ようとする際、プレッサーリング５ｂはスプリング５ａ（又は油圧）によって押され、圧力を処理物に対して加えるが同時にその摩擦によって回転ドラム２と同一方向に回転する。プレッサーリング５ｂは回転しながら処理物に背圧を加えるので、回転ドラム２の排出トルクを低減することができる。
尚、本実施形態で使用されるプレッサーリング５ｂを支持する軸受は、処理物を押す面圧に充分耐えられる許容スラスト荷重を満足できるものを使用する。例えば組合わせアンギュラ玉軸受４を使用している。この軸受４は、ラジアル軸受を２個以上組合わせることにより、両方向、或いは、より大きなアキシャル荷重を受けられるようにしたり、予圧をかけ軸受の剛性を高めることができるようにしたものである。
【００２７】
さらに本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスの構成について図１を参照して続けて説明する。
スプロケット６，７は、夫々前記回転ドラム２及び前記スクリュー３に外部からの駆動力を伝達するための鎖歯車であり、図示しないチェーンを介して電動機側の減速機と連結される。
【００２８】
被処理物供給配管８は、スクリュー軸３ｂの一端側に形成された中空部からなり、回転ドラム２内の濃縮ゾーンに被処理物が供給できるように一方の開口部である開口８ａがスクリュー軸３ｂに配置されている。
被処理物を回転ドラム２内に供給するときに、周りを大気開放状態で供給せずに配管で密閉して加圧状態で軸心方向に供給することにより、供給圧を有効に使った加圧濾過が行える。その結果、濃縮ゾーンにおける被処理物に付着した付着液の脱液時間が短縮できる。
【００２９】
以下、このように構成される第一実施形態のスクリュープレス１の作用について図１及び図２を参照して説明する。
（１）回転ドラム２が、減速機付き電動機（不図示）からの駆動力をスプロケット６を介して伝達され、定速（例えば６ｍｉｎ-1）にて一定方向に回転する。
（２）スクリュー３は、減速機付き電動機からの駆動力をスプロケット７を介して伝達され、回転ドラム２に対して同一方向に一定の速度差（例えば３ｍｉｎ-1）を持って回転する（スクリュー３の回転速度３ｍｉｎ-1）。
【００３０】
（３）以上のように設定された第一実施形態のスクリュープレス１に、スラリー状の被処理物が図示しないポンプ等により加圧され、被処理物供給配管８から開口８ａを経て回転ドラム２内の濃縮ゾーンに圧入される。濃縮ゾーンでは、その圧力、並びにスクリュー３の回転運動により被処理物が主として重力濾過により予備濃縮される。予備濃縮された被処理物は、後工程の濾過ゾーンへと導かれる。
このように、従来、大気開放の開口部にホッパやヘッドタンク等から被処理物を供給して、濃縮ゾーンで重力濾過をしていた場合と比較して、周囲が密閉されている状態で被処理物が供給されるので供給圧を有効に使った加圧濾過が行える。その結果、濃縮ゾーンでの被処理物の濃縮時間が短縮される。
【００３１】
（４）回転ドラム２の中央部の濾過ゾーンでは、被処理物は回転ドラム２内での移動に伴う容積変化とスクリュー羽根３ａの回転運動により圧搾力を受けながら濾過・脱液され、分離液は回転ドラム２の外周のウェッジワイヤの間隙から回転ドラム２の外部へ排出され、ケーシング１３の下部に設けられた分離液排出口１０を通って所定のタンク等へ導かれる。
このように濾過ゾーンでは、前工程で濃縮された被処理物が、回転ドラム２内での移動に伴う容積変化とスクリュー羽根３ａの軸方向への回転運動による圧搾力を受けながら徐々に濾過・脱液されるので、脱液率が向上する。
【００３２】
（５）一方、濾過・脱液された固形分は、さらに圧搾ゾーンへと搬送され、移動に伴う容積変化とスクリュー３の回転運動による圧搾力を受けながら、回転ドラム２の端部２ａとプレッサー５のプレッサーリング５ｂとの間に形成された他方の出口である固形分の出口１４へとスクリュー３により導かれる。
このように圧搾ゾーンでは、スクリュー３のスクリュー羽根３ａのピッチが小さくなるので被処理物には最も高い圧搾力が作用する。
軸方向には強制的に回転運動による圧搾力が加わるようにしたので、径の小さな固形分も羽根間で捕捉される結果、脱液された固形分の歩留まりと脱液率が向上する。
【００３３】
（６）固形分の出口１４付近では、充分圧搾された固形分が、所定の圧力を有するプレッサー５のプレッサーリング５ｂがスプリングに５ａによって押され、圧力を処理物に対して加えるが、同時にその摩擦によって回転ドラム２と同一方向に回転する。以上のようにプレッサーリング５ｂは、回転しながら処理物に背圧力を加える。
このようにプレッサーリング５ｂが回転することで、摩擦による荷重を逃がすことができ、回転ドラム２のベアリング軸受１２ａや回転ドラム２の強度的な寿命の延長、動力損失の低減が図れ、結果的に、メンテナンンス期間の延長、ランニングコストの低減となり産業に大きく貢献できる。
【００３４】
（７）尚、アンギュラ玉軸受４は、処理物を押す面圧に充分耐えられる許容スラスト荷重を満足しているものを使用する。
（８）固形分は、さらに脱液されながら円周上に排出され、プレッサーリング５ｂのケーシング下部に設けられた固形分排出口９から排出される。
【００３５】
このようにして回転ドラム２に供給された被処理物は、スクリュー３で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾され、固形分と分離液とに分離され、分離液は回転ドラム２の濾過孔から外部に排出され、脱液された固形分は回転ドラム２の端部２ａと該端部２ａの反対側から前記固形分を圧搾するプレッサー５との間に形成された固形分の出口１４から排出される。
【００３６】
ここで、固定ドラム式のスクリュープレスにおいてもプレッサーリングを回転可能とすることにより同様な効果が得られることを説明する。
尚、固定ドラム式のスクリュープレスと回転ドラム式のスクリュープレスとの構成の違いは、図１における回転ドラム２を固定ドラムとしただけの違いなので、図１を参照して説明する。尚、同じ部材に付いては同じ符号を付して説明する。
固定ドラム式のスクリュープレス内で脱液された固形分は固定ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサー５との間に形成された固形分の出口１４から排出する。前記固形分をさらに圧搾するプレッサーリング５ｂを前記プレッサー５の周方向に回転自在に支持したことにより、
（１）固定ドラムの端部におけるプレッサーリング５ｂとの間の摩擦による荷重を、プレッサーリング５ｂを回転させて低減することができるので、スクリュー３の回転動力を低減することができる。
（２）また、プレッサーリング５ｂの摩耗を低減させることができる。
【００３７】
次に、このような構成と作用を有する第一実施形態のスクリュープレス１の回転ドラム２及びスクリュー３の回転速度の制御にインバータを利用したときの制御方法について図３を参照して説明する。尚、図３（ａ）は、本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図、図３（ｂ）は、ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図である。
インバータは、一般に直流リンク回路を有し、図３（ａ）に示すように、一度交流電源（商用電源）を直流電源に変換して（共通コンバータ回路にて変換して）これを再度交流に変換する（ＰＷＭインバータ回路にて変換する）もので、このとき所要の出力周波数を電動機ＩＭに印加するようにしたものである。
この回路は、インバータ部で周波数制御と出力電圧制御を同時に行うため、出力電圧波形は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）される。変調を図３（ｂ）に示すように正弦波状とすることにより、低次高調波が除去できるので電動機ＩＭのトルクリプルを低減させることができ、低速回転が可能となる。その結果、回転ドラム２及びスクリュー３を駆動させるそれぞれの駆動用電動機（不図示）の省電力が図れると共に軸振動や騒音を小さくすることができる。尚、図３（ｂ）中の符号Ｅdは、出力電圧を制御するための直流電流を示す（一定）。
また、直流電圧を可変する必要がないことから、図３（ａ）に示すように共通電流電源に複数個のＰＷＭ形インバータを接続したシステムを構成することができる。
【００３８】
次に、インバータを利用してさらに省電力化を図るために採用した電力回生形の制御回路について図４を参照して説明する。尚、図４は本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
この回路の制御方式は定められた通電角だけトランジスタをＯＮし、トランジスタとダイオードで双方向性を持たせ、直流電圧の母線の電圧の電圧が高くなると自動的にコンデンサの電流が電源側に流れ出ていくようにしたものである。直流電圧調整器は、直流電圧指令値Ｖrefと直流電圧帰還値の偏差を増幅し電流指令Ｉrefを出力する。さらにこの電流指令Ｉrefを入力電源相電圧と同位相の基準信号に乗じ、正弦波の電流指令ｉrefが得られる。更に、入力電流調整器でｉrefと入力電流帰還が一致するように電圧指令ｖrefを発生させ、ＰＷＭ制御器を介してコンバータ入力電圧Ｖcを制御する。
回転ドラム２とスクリュー３との速度差を制御するのにこのようなインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に（本実施形態では両方に）上述した電力回生回路を取り付けることにより、それぞれの駆動用電動機の省電力化が図れる。
【００３９】
このようにして、プレッサー５のプレッサーリング５ｂをリングホルダー５ｃの周りに回転自在に支持し、さらに回転ドラム２及びスクリュー３を同一方向に速度差を持って回転させる駆動用電動機をインバータ制御し、電力回生回路をそれぞれのインバータに取り付けたことにより、省電力化が図れるだけでなく、回転ドラム２の単位容積当たりの被処理物の処理量が上昇し、装置のコンパクト化が図れた。
ちなみに従来のスクリュープレスは、回転ドラムの軸心方向の長さと直径との比Ｌ／Ｄが６〜１０であったが、本実施形態のスクリュープレスのＬ／Ｄは４〜６であった。
このように同じ処理量に対して装置のコンパクトを図ることができた。
【００４０】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば以下の発明の効果を奏する。
１）請求項１の発明によれば、スクリュープレスにおいて、ドラムを回動自在に構成し、被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）ドラムを回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる回転ドラム式のスクリュープレスを提供できる。
（２）被処理物をポンプで加圧してドラムの軸心方向に供給することにより、濃縮ゾーン（重力濾過ゾーン）における付着液の液切れがよくなる。従って、後段の濾過・圧搾も好適に行うことができ、全体として良好な脱液効果が得られるようなる。
（３）ドラムと圧縮搬送手段の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、回転ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので、前記被処理物のドラム内の滞留時間を大きく取れるため被処理物が充分に加圧・圧搾される。
２）また、ドラム内で脱液された固形分をさらに他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、
（４）ドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、ドラムの排出トルクの低減が図れる。
（５）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずにドラムの回転を安定して保持することができる。
（６）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、ドラムの軸受やドラムの強度的な寿命の延長を図ることができる。
３）請求項２の発明によれば、ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させるように構成したことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明では圧縮搬送手段の回転速度以外にドラムの回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、圧縮搬送手段の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、ドラム内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
４）請求項３の発明によれば、前記ドラムと前記圧縮搬送手段とに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことにより、省電力化が図れる。
５）請求項４の発明によれば、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）固定されたドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、圧縮搬送手段の排出トルクの低減が図れる。
（２）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずに圧縮搬送手段の回転を安定して保持することができる。
（３）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、圧縮搬送手段の軸受や圧縮搬送手段の強度的な寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスのプレッサー周りの拡大縦断面図である。
【図３】（ａ）本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図である。
（ｂ）ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図である。
【図４】本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
【図５】（ａ）従来の固定ドラム式のスクリュープレスの縦断面図である。
（ｂ）従来の固定ドラム式の他のスクリュープレスの縦断面図である。
【符号の説明】
１ スクリュープレス
２ 回転ドラム（ドラム）
３ スクリュー（圧縮搬送手段）
３ａ スクリュー羽根
３ｂ スクリュー軸
４ アンギュラ玉軸受
５ プレッサー
５ａ スプリング
５ｂ プレッサーリング
５ｃ リングホルダー
６，７ スプロケット
８ 被処理物供給配管
９ 固形分排出口
１０ 分離液排出口
１１ａ，１１ｂ ベアリング軸受
１２ａ ベアリング軸受
１３ ケーシング
１４ 固形分の出口
１５ 支持ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、産業排水、農業集落排水、し尿、ごみ浸出水などの水処理において、被処理物の減容化や後工程を簡素化する目的で使用されるスクリュープレスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、産業排水、農業集落排水、し尿、ごみ浸出水等を処理する場合、被処理物の濃縮・脱水を行う工程では、被処理物の減容化や後工程を簡素化するために、濾布を用いたベルトプレス、フィルタプレス等のプレスフィルタや遠心力を用いた脱水機・濃縮機、或いはスクリュープレス等が従来から使用されてきた。
しかし、近年、人口の集中した住宅地への処理場の設置や設置される処理施設の小型化のために、騒音問題や臭気対策、省電力化といった環境問題に対して対応し易いスクリュープレスによる処理が多く見られるようになった。
【０００３】
固定ドラム式のスクリュープレスは、一般に図５（ａ）に示すコーン型や図５（ｂ）に示す平行管型といった形状のドラム１００，２００内に被処理物の投入口１０１，２０１から被処理物（例えばスラリー）を投入し、固形分の出口側に背圧をかけることのできるプレッサー１０２，２０２等を設けて、ドラム内部に設けたスクリュー１０３，２０３による搬送・押し出し力により被処理物に強制的な容積変化を創出する加圧／圧搾濾過機である。投入された被処理物は圧搾され、液分を搾汁される。ドラム１００，２００内で分離された分離液はドラム１００，２００の側壁に設けた間隙から排出され、脱液された固形分は固形分排出口１０４，２０４から排出される。
【０００４】
このような固定ドラム式のスクリュープレスには、必ず処理物を出口側から押し出し、ドラム１００，２００内の内部圧力を維持しておくのに必要なプレッサー１０２，２０２が設置されている。
このプレッサー１０２，２０２の方式としては、（１）プレッサー位置を固定した方式（２）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力とプレッサー位置とを検出し、油圧シリンダーによるプレッサーの位置制御を行う方式（３）ドラム１００，２００からの処理物の出口を油圧シリンダーで塞ぎ定期的に処理物の出口を開く方式（４）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力に対応したプレッサー加圧方式等がある。これらの方式は、どれも一長一短があり、被処理物の性状の変動に対する追従性や制御性に基づいて適宜選択され実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような固定ドラム式のスクリュープレスの場合、プレッサー１０２，２０２が架台やケーシングに固定されて設けられているため、ドラム１００，２００内のスクリュー１０３，２０３により搬送・圧搾されて排出される処理物とプレッサー１０２，２０２のプレッサーリングとの間でスクリュー１０３，２０３の回転による摩擦が生じ、排出トルクの増大や処理物によっては前記プレッサーリングの摩耗が発生し、装置本体の寿命に影響があるという問題があった。
【０００６】
そこで、ドラムから排出される処理物とプレッサーとの間の排出トルクを低減すると共に、プレッサーリングの摩耗を防止することを本発明の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた本発明に係るスクリュープレスの請求項１に記載された発明は、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記圧縮搬送手段は、回動自在に構成されたスクリューであり、前記ドラムは、濃縮ゾーン、濾過ゾーン、圧搾ゾーンを設けた単一で回動自在に構成され、前記被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成され、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１の発明によると、スクリュープレスにおいて、ドラムを回動自在に構成し、被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）ドラムを回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる回転ドラム式のスクリュープレスを提供できる。
（２）被処理物をポンプで加圧してドラムの軸心方向に供給することにより、濃縮ゾーン（重力濾過ゾーン）における付着液の液切れがよくなる。従って、後段の濾過・圧搾も好適に行うことができ、全体として良好な脱液効果が得られるようになる。
（３）ドラムと圧縮搬送手段の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、回転ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので、前記被処理物のドラム内の滞留時間を大きく取れるため被処理物が充分に加圧・圧搾される。
また、ドラム内で脱液された固形分をさらに他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、
（４）ドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、ドラムの排出トルクの低減が図れる。
（５）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずにドラムの回転を安定して保持することができる。
（６）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、ドラムの軸受やドラムの強度的な寿命の延長を図ることができる。
【００１１】
本発明に係るスクリュープレスの請求項２に記載された発明は、前記ドラムが前記スクリューの回転速度よりも速く回転させるように構成された請求項１に記載のスクリュープレスである。
【００１２】
請求項２の発明によると、ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させるように構成したことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明では圧縮搬送手段の回転速度以外にドラムの回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、圧縮搬送手段の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、ドラム内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
【００１３】
本発明に係るスクリュープレスの請求項３に記載された発明は、前記ドラムと前記スクリューとに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュープレスである。
【００１４】
請求項３の発明によると、前記ドラムと前記圧縮搬送手段とに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことにより、省電力化が図れる。
【００１５】
本発明に係るスクリュープレスの請求項４に記載された発明は、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の発明によると、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）固定されたドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、圧縮搬送手段の排出トルクの低減が図れる。
（２）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずに圧縮搬送手段の回転を安定して保持することができる。
（３）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、圧縮搬送手段の軸受や圧縮搬送手段の強度的な寿命の延長を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクリュープレスについて図１から図４を参照して説明する。
尚、図１は、本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスを示す縦断面図、図２は、本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスのプレッサー周りの拡大縦断面図である。
また、図３（ａ）は、本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図、図３（ｂ）は、ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図、図４は、本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
【００１８】
本発明に係る第一実施形態のスクリュープレス１は、図１に示すように、
ケーシング１３内に設けられる濾過孔を有するドラム２（以下、回転ドラム２という）と、
前記回転ドラム２内で回転しながら被処理物を軸方向に搬送し、圧縮する圧縮搬送手段としてのスクリュー３と、
固形分の出口１４側から前記回転ドラム２の内部へ背圧をかけるプレッサー５のリングホルダー５ｃに回転自在に支持されたプレッサーリング５ｂと、
前記回転ドラム２及びスクリュー３にそれぞれ外部からの駆動力を伝達するスプロケット６，７と、
前記回転ドラム２内の軸心方向に被処理物を供給する被処理物供給配管８と、
前記回転ドラム２内で濃縮・濾過・圧搾された被処理物を脱液された固形分として外部へ排出する固形分排出口９と、
前記回転ドラム２の濾過孔を通って分離された分離液を外部へ排出するためにケーシング１３の下部に設けられた分離液排出口１０と、
から主要部が構成される。
【００１９】
回転ドラム２は、円筒の形状をしており、圧縮搬送手段としてのスクリュー３のスクリュー軸３ｂの周りで回動自在にベアリング軸受１２ａ及び支持ローラ１５により支持されている。
回転ドラム２を回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる。
回転ドラム２は、特殊な断面形状（例えば台形）のウェッジワイヤ等をリング状にして、そのリング間に濾過孔であるわずかな隙間を設けて並べてつなぎ合わせた構造をしている。また、リング同士の設置間隔（濾材の目開きに相当）は、被処理物の投入側から固形分の排出側へ行くに従って徐々に狭くなるように設定してある。
尚、被処理物の性状に応じてドラム２の濾過孔の構造は適宜変更できる。例えば、比較的脱水性のよいものはパンチングメタルを積層して濾過孔を形成したものやスリット又は金網等を設けてスクリーンにしたものも使用できる。
【００２０】
回転ドラム２の回転方向は、通常は、スクリュー３の回転方向と同一方向にして、速度差を持って回転するように運転される。
回転ドラム２と圧縮搬送手段であるスクリュー３の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、固定ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので被処理物の回転ドラム２内の滞留時間が大きく取れるため、被処理物が充分に加圧・圧搾される。また、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるにはドラム内の滞留時間を確保するためにスクリューの回転速度を下げる必要があったが、ドラムの回転速度でも調整できるようになるのでスクリュー３の回転速度を下げる必要がなくなる。
【００２１】
また、回転ドラム２の回転速度は、１０ｍｉｎ-1以下であり、しかもスクリュー３の回転速度よりも速く回転するように運転される。
ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転するようにしたことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明ではスクリュー３の回転速度の他に回転ドラム２の回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、スクリュー３の回転速度を下げずに回転ドラム２の回転速度をスクリュー３の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、スクリュー３の回転速度を下げずに回転ドラム２の回転速度をスクリュー３の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、スクリュー３の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、回転ドラム２内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
【００２２】
スクリュー３は、スクリュー軸３ｂとスクリュー軸３ｂに螺旋状に巻き廻されたスクリュー羽根３ａとから構成され、回転ドラム２内に同軸的にベアリング軸受１１ａ，１１ｂで軸支される。
尚、スクリュー羽根３ａの形状は、被処理物を軸方向に搬送でき、かつ加圧・圧搾できる形状であれば螺旋状でなくてもよい。
【００２３】
スクリュー羽根３ａは、螺旋状の形状をしておりスクリュー軸３ｂの周囲に沿って固設されている。スクリュー羽根３ａのピッチは、固形分の出口に近づくに連れて狭くなるように配置されているため、徐々に圧搾間隔が狭くなり、容積変化に伴う圧搾力が強くなるようになっている。
【００２４】
プレッサーリング５ｂは、回転ドラム２内へ被処理物を初期投入したときに、固形分の出口１４側から回転ドラム２内に圧力をかけて、回転ドラム２内の被処理物の圧搾圧力を高めるために設けられており、この圧力はスプリング５ａの付勢力（又は油圧）にて加圧される。尚、この加圧力は自由に調整ができる構造となっている。
【００２５】
ここで、本発明に係るプレッサー５全体の構成・作用について図２を参照して説明する。
本発明に係るプレッサー５は、図２に示すように、回転ドラム２の端部２ａに対向して設けられるプレッサーリング５ｂと、
プレッサーリング５ｂをリングホルダー５ｃの周りに回転自在に支持するアンギュラ玉軸受４と、
プレッサー本体５ｄの外周に沿って巻き回され、その付勢力により固形分の出口１４に背圧をかけるスプリング５ａと、
から主要部が構成される。
【００２６】
このように構成されるプレッサー５は、
（１）運転初期は、回転ドラム２の端部２ａとプレッサーリング５ｂは接しているか又はわずかな隙間を持って離れており、プレッサーリング５ｂには、圧力が加わらないようになっている。
（２）定常運転時は、脱液された固形分がプレッサーリング５ｂを押しのけるようにして回転ドラム２から出ようとする際、プレッサーリング５ｂはスプリング５ａ（又は油圧）によって押され、圧力を処理物に対して加えるが同時にその摩擦によって回転ドラム２と同一方向に回転する。プレッサーリング５ｂは回転しながら処理物に背圧を加えるので、回転ドラム２の排出トルクを低減することができる。
尚、本実施形態で使用されるプレッサーリング５ｂを支持する軸受は、処理物を押す面圧に充分耐えられる許容スラスト荷重を満足できるものを使用する。例えば組合わせアンギュラ玉軸受４を使用している。この軸受４は、ラジアル軸受を２個以上組合わせることにより、両方向、或いは、より大きなアキシャル荷重を受けられるようにしたり、予圧をかけ軸受の剛性を高めることができるようにしたものである。
【００２７】
さらに本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスの構成について図１を参照して続けて説明する。
スプロケット６，７は、夫々前記回転ドラム２及び前記スクリュー３に外部からの駆動力を伝達するための鎖歯車であり、図示しないチェーンを介して電動機側の減速機と連結される。
【００２８】
被処理物供給配管８は、スクリュー軸３ｂの一端側に形成された中空部からなり、回転ドラム２内の濃縮ゾーンに被処理物が供給できるように一方の開口部である開口８ａがスクリュー軸３ｂに配置されている。
被処理物を回転ドラム２内に供給するときに、周りを大気開放状態で供給せずに配管で密閉して加圧状態で軸心方向に供給することにより、供給圧を有効に使った加圧濾過が行える。その結果、濃縮ゾーンにおける被処理物に付着した付着液の脱液時間が短縮できる。
【００２９】
以下、このように構成される第一実施形態のスクリュープレス１の作用について図１及び図２を参照して説明する。
（１）回転ドラム２が、減速機付き電動機（不図示）からの駆動力をスプロケット６を介して伝達され、定速（例えば６ｍｉｎ-1）にて一定方向に回転する。
（２）スクリュー３は、減速機付き電動機からの駆動力をスプロケット７を介して伝達され、回転ドラム２に対して同一方向に一定の速度差（例えば３ｍｉｎ-1）を持って回転する（スクリュー３の回転速度３ｍｉｎ-1）。
【００３０】
（３）以上のように設定された第一実施形態のスクリュープレス１に、スラリー状の被処理物が図示しないポンプ等により加圧され、被処理物供給配管８から開口８ａを経て回転ドラム２内の濃縮ゾーンに圧入される。濃縮ゾーンでは、その圧力、並びにスクリュー３の回転運動により被処理物が主として重力濾過により予備濃縮される。予備濃縮された被処理物は、後工程の濾過ゾーンへと導かれる。
このように、従来、大気開放の開口部にホッパやヘッドタンク等から被処理物を供給して、濃縮ゾーンで重力濾過をしていた場合と比較して、周囲が密閉されている状態で被処理物が供給されるので供給圧を有効に使った加圧濾過が行える。その結果、濃縮ゾーンでの被処理物の濃縮時間が短縮される。
【００３１】
（４）回転ドラム２の中央部の濾過ゾーンでは、被処理物は回転ドラム２内での移動に伴う容積変化とスクリュー羽根３ａの回転運動により圧搾力を受けながら濾過・脱液され、分離液は回転ドラム２の外周のウェッジワイヤの間隙から回転ドラム２の外部へ排出され、ケーシング１３の下部に設けられた分離液排出口１０を通って所定のタンク等へ導かれる。
このように濾過ゾーンでは、前工程で濃縮された被処理物が、回転ドラム２内での移動に伴う容積変化とスクリュー羽根３ａの軸方向への回転運動による圧搾力を受けながら徐々に濾過・脱液されるので、脱液率が向上する。
【００３２】
（５）一方、濾過・脱液された固形分は、さらに圧搾ゾーンへと搬送され、移動に伴う容積変化とスクリュー３の回転運動による圧搾力を受けながら、回転ドラム２の端部２ａとプレッサー５のプレッサーリング５ｂとの間に形成された他方の出口である固形分の出口１４へとスクリュー３により導かれる。
このように圧搾ゾーンでは、スクリュー３のスクリュー羽根３ａのピッチが小さくなるので被処理物には最も高い圧搾力が作用する。
軸方向には強制的に回転運動による圧搾力が加わるようにしたので、径の小さな固形分も羽根間で捕捉される結果、脱液された固形分の歩留まりと脱液率が向上する。
【００３３】
（６）固形分の出口１４付近では、充分圧搾された固形分が、所定の圧力を有するプレッサー５のプレッサーリング５ｂがスプリングに５ａによって押され、圧力を処理物に対して加えるが、同時にその摩擦によって回転ドラム２と同一方向に回転する。以上のようにプレッサーリング５ｂは、回転しながら処理物に背圧力を加える。
このようにプレッサーリング５ｂが回転することで、摩擦による荷重を逃がすことができ、回転ドラム２のベアリング軸受１２ａや回転ドラム２の強度的な寿命の延長、動力損失の低減が図れ、結果的に、メンテナンンス期間の延長、ランニングコストの低減となり産業に大きく貢献できる。
【００３４】
（７）尚、アンギュラ玉軸受４は、処理物を押す面圧に充分耐えられる許容スラスト荷重を満足しているものを使用する。
（８）固形分は、さらに脱液されながら円周上に排出され、プレッサーリング５ｂのケーシング下部に設けられた固形分排出口９から排出される。
【００３５】
このようにして回転ドラム２に供給された被処理物は、スクリュー３で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾され、固形分と分離液とに分離され、分離液は回転ドラム２の濾過孔から外部に排出され、脱液された固形分は回転ドラム２の端部２ａと該端部２ａの反対側から前記固形分を圧搾するプレッサー５との間に形成された固形分の出口１４から排出される。
【００３６】
ここで、固定ドラム式のスクリュープレスにおいてもプレッサーリングを回転可能とすることにより同様な効果が得られることを説明する。
尚、固定ドラム式のスクリュープレスと回転ドラム式のスクリュープレスとの構成の違いは、図１における回転ドラム２を固定ドラムとしただけの違いなので、図１を参照して説明する。尚、同じ部材に付いては同じ符号を付して説明する。
固定ドラム式のスクリュープレス内で脱液された固形分は固定ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサー５との間に形成された固形分の出口１４から排出する。前記固形分をさらに圧搾するプレッサーリング５ｂを前記プレッサー５の周方向に回転自在に支持したことにより、
（１）固定ドラムの端部におけるプレッサーリング５ｂとの間の摩擦による荷重を、プレッサーリング５ｂを回転させて低減することができるので、スクリュー３の回転動力を低減することができる。
（２）また、プレッサーリング５ｂの摩耗を低減させることができる。
【００３７】
次に、このような構成と作用を有する第一実施形態のスクリュープレス１の回転ドラム２及びスクリュー３の回転速度の制御にインバータを利用したときの制御方法について図３を参照して説明する。尚、図３（ａ）は、本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図、図３（ｂ）は、ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図である。
インバータは、一般に直流リンク回路を有し、図３（ａ）に示すように、一度交流電源（商用電源）を直流電源に変換して（共通コンバータ回路にて変換して）これを再度交流に変換する（ＰＷＭインバータ回路にて変換する）もので、このとき所要の出力周波数を電動機ＩＭに印加するようにしたものである。
この回路は、インバータ部で周波数制御と出力電圧制御を同時に行うため、出力電圧波形は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）される。変調を図３（ｂ）に示すように正弦波状とすることにより、低次高調波が除去できるので電動機ＩＭのトルクリプルを低減させることができ、低速回転が可能となる。その結果、回転ドラム２及びスクリュー３を駆動させるそれぞれの駆動用電動機（不図示）の省電力が図れると共に軸振動や騒音を小さくすることができる。尚、図３（ｂ）中の符号Ｅdは、出力電圧を制御するための直流電流を示す（一定）。
また、直流電圧を可変する必要がないことから、図３（ａ）に示すように共通電流電源に複数個のＰＷＭ形インバータを接続したシステムを構成することができる。
【００３８】
次に、インバータを利用してさらに省電力化を図るために採用した電力回生形の制御回路について図４を参照して説明する。尚、図４は本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
この回路の制御方式は定められた通電角だけトランジスタをＯＮし、トランジスタとダイオードで双方向性を持たせ、直流電圧の母線の電圧の電圧が高くなると自動的にコンデンサの電流が電源側に流れ出ていくようにしたものである。直流電圧調整器は、直流電圧指令値Ｖrefと直流電圧帰還値の偏差を増幅し電流指令Ｉrefを出力する。さらにこの電流指令Ｉrefを入力電源相電圧と同位相の基準信号に乗じ、正弦波の電流指令ｉrefが得られる。更に、入力電流調整器でｉrefと入力電流帰還が一致するように電圧指令ｖrefを発生させ、ＰＷＭ制御器を介してコンバータ入力電圧Ｖcを制御する。
回転ドラム２とスクリュー３との速度差を制御するのにこのようなインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に（本実施形態では両方に）上述した電力回生回路を取り付けることにより、それぞれの駆動用電動機の省電力化が図れる。
【００３９】
このようにして、プレッサー５のプレッサーリング５ｂをリングホルダー５ｃの周りに回転自在に支持し、さらに回転ドラム２及びスクリュー３を同一方向に速度差を持って回転させる駆動用電動機をインバータ制御し、電力回生回路をそれぞれのインバータに取り付けたことにより、省電力化が図れるだけでなく、回転ドラム２の単位容積当たりの被処理物の処理量が上昇し、装置のコンパクト化が図れた。
ちなみに従来のスクリュープレスは、回転ドラムの軸心方向の長さと直径との比Ｌ／Ｄが６〜１０であったが、本実施形態のスクリュープレスのＬ／Ｄは４〜６であった。
このように同じ処理量に対して装置のコンパクトを図ることができた。
【００４０】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば以下の発明の効果を奏する。
１）請求項１の発明によれば、スクリュープレスにおいて、ドラムを回動自在に構成し、被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）ドラムを回動自在に構成したことにより、必要に応じて自由にドラムの回転方向を変えることができる回転ドラム式のスクリュープレスを提供できる。
（２）被処理物をポンプで加圧してドラムの軸心方向に供給することにより、濃縮ゾーン（重力濾過ゾーン）における付着液の液切れがよくなる。従って、後段の濾過・圧搾も好適に行うことができ、全体として良好な脱液効果が得られるようなる。
（３）ドラムと圧縮搬送手段の回転方向を同一方向にして速度差を持って回転させるようにしたことにより、回転ドラム式のスクリュープレスと比較して相対的な速度差を小さくできるので、前記被処理物のドラム内の滞留時間を大きく取れるため被処理物が充分に加圧・圧搾される。
２）また、ドラム内で脱液された固形分をさらに他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、
（４）ドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、ドラムの排出トルクの低減が図れる。
（５）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずにドラムの回転を安定して保持することができる。
（６）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、ドラムの軸受やドラムの強度的な寿命の延長を図ることができる。
３）請求項２の発明によれば、ドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させるように構成したことにより、
（１）従来、固定ドラム式のスクリュープレスの場合、脱液効果をあげるには、ドラム内の被処理物の滞留時間を確保する必要があるので、どうしても圧縮搬送手段の回転速度を下げなければならなかったが、本発明では圧縮搬送手段の回転速度以外にドラムの回転速度でも滞留時間が調整できるようになるので、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ滞留時間を確保することができる。
（２）また、圧縮搬送手段の回転速度を下げずにドラムの回転速度を圧縮搬送手段の回転速度よりも速く回転させることで同じ被処理物の滞留時間を確保することができるので、圧縮搬送手段の被処理物の食い込み率（又はドラム内での被処理物の充填率）を低下させることもなく、ドラム内での被処理物への加圧／圧搾力を大きくできる結果、従来の固定ドラム式のスクリュープレスと比較して、同じ処理量に対して脱液効果を良好に維持することができる。
４）請求項３の発明によれば、前記ドラムと前記圧縮搬送手段とに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことにより、省電力化が図れる。
５）請求項４の発明によれば、ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾するプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）固定されたドラムの端部から排出される処理物と前記プレッサーリングとの間の摩擦による荷重を、前記プレッサーリングを回転させて低減することができる。その結果、プレッサーリングをプレッサーに固定していたときと比較して、圧縮搬送手段の排出トルクの低減が図れる。
（２）プレッサーリングを回転できるようにしたため、捩れトルクの影響を受けずに圧縮搬送手段の回転を安定して保持することができる。
（３）プレッサーリングの摩耗が防止でき、かつ、圧縮搬送手段の軸受や圧縮搬送手段の強度的な寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態のスクリュープレスのプレッサー周りの拡大縦断面図である。
【図３】（ａ）本発明に係るスクリュープレスの回転ドラムとスクリューの回転速度をインバータにより制御する方法の一例を説明するための図である。
（ｂ）ＰＷＭ制御形インバータによる出力電圧波形制御の例を示す図である。
【図４】本発明に係る電力回生形コンバータによる電流制御例の回路図である。
【図５】（ａ）従来の固定ドラム式のスクリュープレスの縦断面図である。
（ｂ）従来の固定ドラム式の他のスクリュープレスの縦断面図である。
【符号の説明】
１ スクリュープレス
２ 回転ドラム（ドラム）
３ スクリュー（圧縮搬送手段）
３ａ スクリュー羽根
３ｂ スクリュー軸
４ アンギュラ玉軸受
５ プレッサー
５ａ スプリング
５ｂ プレッサーリング
５ｃ リングホルダー
６，７ スプロケット
８ 被処理物供給配管
９ 固形分排出口
１０ 分離液排出口
１１ａ，１１ｂ ベアリング軸受
１２ａ ベアリング軸受
１３ ケーシング
１４ 固形分の出口
１５ 支持ローラ
Claims (4)
- ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、
前記圧縮搬送手段は、回動自在に構成されたスクリューであり、
前記ドラムは、濃縮ゾーン、濾過ゾーン、圧搾ゾーンを設けた単一で回動自在に構成され、前記被処理物をポンプで加圧して前記ドラムの軸心方向へ供給し、前記ドラムと前記スクリューの回転方向を同一方向にして速度差を持って回転されるように構成され、
脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、
前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするスクリュープレス。 - 前記ドラムが前記スクリューの回転速度よりも速く回転させるように構成された請求項１に記載のスクリュープレス。
- 前記ドラムと前記スクリューとに速度差を制御するためのインバータを設け、これらのインバータの少なくも一方に電力回生回路を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュープレス。
- ケーシング内に設けられる濾過孔を有するドラムと、該ドラム内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段と、前記ドラムの両端部側に形成した２つの開口部とを備え、一方の開口部より投入される前記被処理物を前記圧縮搬送手段で搬送する間に濃縮・濾過・圧搾して、固形分から液分を分離させ、分離液は前記ドラムの濾過孔から排出し、脱液された固形分は前記ドラムの端部と該端部の反対側から前記固形分を圧搾するプレッサーとの間に形成された他方の開口部から排出するスクリュープレスにおいて、
前記ドラムが固定されており、脱液された前記固形分をさらに前記他方の開口部において圧搾する前記プレッサーのプレッサーリングを、前記プレッサーの周方向に回転自在に支持し、
前記圧搾した圧搾固形分との摩擦力により前記プレッサーリングを回転させるように構成したことを特徴とするスクリュープレス。
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