JP4183143B1 - スパイラルスクリュー分級機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューの回転時における水の抵抗を減少させて被処理物を収容する槽からのオーバーフローが生じることを防ぎ、砂の回収効率を上げることができると同時に、スパイラルスクリューの回転数を上げて処理効率を向上させることが可能であるスパイラルスクリュー分級機を提供すること。
【解決手段】水と砂との混合物からなる被処理物が収容される収容槽と、該収容槽の内部に、該収容槽の長さ方向に沿って配設された回転可能な中心軸と、該中心軸の外周面に沿って螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備えており、スクリュー羽根は、中心軸の外周面との間に空間を形成するように設けられた中心孔と、該中心孔よりも小径であって被処理物と接する面に形成された多数の小孔とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパイラルスクリューの回転により水分と砂との混合物の中から砂のみを効率良く移送して回収することが可能な分級機に関する。

従来、水分と砂との混合物の中から砂のみを移送するための装置としては、例えば下記特許文献１に記載されたような分級機が知られている。
しかしながら、特許文献１に開示された分級機は、スパイラル羽根を回転させたときの水の抵抗が大きいために、羽根の回転に伴って沈降タンク内の水面が大きく変動し、沈降タンクから砂を含む水がオーバーフローしてしまい、砂の回収効率が低下するという問題があった。
この問題は、スパイラル羽根の回転速度を低くすることにより、若干改善されるものの、回転速度を低くすると処理効率が大きく低下してしまうという問題があった。

また、特許文献１に開示された分級機は、スパイラル羽根がリボン形に形成されているため、スパイラル羽根の回転によって水中に拡散した砂の多くが、スパイラル羽根の中心孔を通って下流側へと流れてしまい、このことも砂の回収効率を低下させる大きな要因となっていた。

一方、下記特許文献２には、スクリュー羽根に水切り孔を設けたスクリューコンベアからなる沈砂等の搬出装置が記載されている。
この特許文献２に開示された装置によれば、小さい水切り孔からしか水を逃がすことができないことから、スクリュー回転時における水の抵抗を大きく減らすことはできない。
従って、仮に特許文献２に開示されたスクリューを特許文献１に開示された分級機に適用したとしても、水の抵抗が大きいために、沈降タンクからのオーバーフローが発生するという問題は解消されず、処理効率の低下の問題も解決できない。

実公平４−１７２３６号公報 実開昭６０−６３４６０号公報

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、スクリューの回転時における水の抵抗を減少させて被処理物を収容する槽からのオーバーフローが生じることを防ぎ、砂の回収効率を上げることができると同時に、スパイラルスクリューの回転数を上げて処理効率を向上させることが可能であるスパイラルスクリュー分級機を提供するものである。

請求項１に係る発明は、水と砂との混合物からなる被処理物が収容される収容槽と、該収容槽の内部に、該収容槽の長さ方向に沿って配設された回転可能な中心軸と、該中心軸の外周面に沿って螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備えており、前記スクリュー羽根は、前記中心軸の外周面との間に空間を形成するように設けられた中心孔と、該中心孔よりも小径であって被処理物と接する面に形成された多数の小孔とを有しており、前記中心軸の外周面に、該中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で且つ該中心軸に対して直角に有孔板が設けられており、更に、前記中心軸の外周面に、放射状に延びる複数本のアームからなる支持部材が設けられ、該支持部材は、前記中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で複数設けられてなるとともに、各支持部材における複数本のアーム先端部はリング状部材により連結されており、前記リング状部材同士は、前記中心軸の長さ方向に沿って延びる複数本の連結部材により連結されているとともに、該連結部材は前記スクリュー羽根の隣り合う羽根同士をも連結しており、前記有孔板は、前記放射状に延びる複数本のアームの間に跨って配設されていることを特徴とするスパイラルスクリュー分級機に関する。

請求項２に係る発明は、前記スクリュー羽根の配設ピッチが、前記収容槽への被処理物の供給口付近において、他の部分に比べて小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラルスクリュー分級機に関する。

請求項３に係る発明は、前記有孔板の配設ピッチが、前記スクリュー羽根の配設ピッチに比べて大きいことを特徴とする請求項２記載のスパイラルスクリュー分級機に関する。

請求項４に係る発明は、前記有孔板の直径が、前記中心孔の直径以下とされていることを特徴とする請求項３記載のスパイラルスクリュー分級機に関する。

請求項５に係る発明は、前記中心軸を回転するための駆動源がインバータモータであり、該インバータモータの回転速度を前記中心軸が受ける負荷に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のスパイラルスクリュー分級機に関する。

請求項１に係る発明によれば、スクリュー羽根が、被処理物と接する面に形成された多数の小孔と、中心軸の外周面との間に空間を形成するように設けられた中心孔とを有していることにより、スクリュー羽根を回転させたときに、小孔と中心孔の両方から水を逃がすことができるため、水の抵抗を大幅に低減することが可能となる。そのため、収容槽内の水面の変動を小さく抑えることができ、収容槽から砂を含む水がオーバーフローすることが防がれ、砂の回収効率を大幅に向上させることが可能となる。
また、水の抵抗が小さいことから、従来の装置に比べて、スクリューの回転速度を速くしたり、羽根の外径を大きくしたりすることができ、処理効率を大幅に向上させることが可能となる。
また、中心軸の外周面に、該中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で有孔板が設けられていることにより、中心孔を通って下流側へと逃げる水中に含まれる砂を有孔板にて捕捉して再度上流へと移送することが可能となり、砂の回収効率を向上させることができる。また、水は、有孔板の孔を通って逃がすことができるのに加えて、螺旋状のスクリュー羽根と中心軸に直角な有孔板との間に形成される隙間を通っても逃がすことができるため、有孔板を設けることによって水の抵抗は殆ど増加しない。つまり、水の抵抗を低く抑えながら、砂の回収効率を更に向上させることが可能となる。
さらに、スクリュー羽根をアーム、リング状部材、連結部材からなる固定手段を介して回転軸に対して確実に固定することができるとともに、同じ固定手段を利用して有孔板を固定することから、有孔板を取り付けるための部材を別途設ける必要がなく、有孔板を設けることによる水の抵抗の増加を最小限に抑えることができる。また、有孔板がアーム間に跨って配設されているため、有孔板を確実且つ強固に固定することができる。

請求項２に係る発明によれば、スクリュー羽根の配設ピッチが、収容槽への被処理物の供給口付近において、他の部分に比べて小さく形成されていることにより、供給口から供給された被処理物中に含まれる砂を狭いピッチで配設された羽根で効率良く移送することができるとともに、その他の部分においては羽根が広いピッチで配設されていることにより、水の抵抗を小さく抑えることができる。つまり、砂の移送効率の向上と水抵抗の低減という相反する目的を両立して達成することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、有孔板の配設ピッチが、スクリュー羽根の配設ピッチに比べて大きいことにより、スクリュー羽根の中心孔を通る水の流れが有孔板によって抑制される現象を最小限に抑えながら、砂の回収効率を向上させることが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、有孔板の直径がスクリュー羽根の中心孔の直径以下とされていることにより、スクリューを分断することなく有孔板を設けることができ、スクリューによる砂の移送が有孔板の存在により阻害されることがない。

請求項５に係る発明によれば、中心軸を回転するための駆動源がインバータモータであり、該インバータモータの回転速度を中心軸が受ける負荷に応じて変化させることにより、スクリュー羽根の回転時において水の負荷が大きい時には回転速度を下げて、小さい時には回転速度を上げることができ、処理効率及び回収効率を最大化することが可能となる。

以下、本発明に係るスパイラルスクリュー分級機（以下、単に分級機と称す）の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図５は本発明に係る分級機を示す図であって、図１は平面図、図２は正面図、図３は図１のＡ部矢視図、図４は図１のＢ部矢視図、図５は右側面図である。

本発明に係る分級機は、水と砂との混合物からなる被処理物が収容される収容槽（１）と、収容槽（１）の内部に配設されたスパイラルスクリューとを備えている。
スパイラルスクリューは、収容槽（１）の長さ方向に沿って配設された回転可能な中心軸（２）と、中心軸（２）の外周面に沿って螺旋状に設けられたスクリュー羽根（３）とから構成されている。

収容槽（１）は平面視長方形状の槽であって、底面は水平に配置され、上面は開放されている。
前後の側壁（４）は、上方に向けて次第に広がるテーパ状に形成されている。そして、側壁（４）の上端部の高さは、中心軸（２）の軸芯よりも若干低くなっている（図３及び図４参照）。

また、収容槽（１）は、被処理物を槽内に供給するための供給口（５）と、被処理物から分離された水を槽外に排出するための排水口（６）を備えている。
供給口（５）は、収容槽（１）の長さ方向の一端側の近傍位置において、一方の側壁（４）の外方に突出するように設けられており、上方に向けて開口している。そして、供給口（５）から供給された被処理物は、収容槽（１）の側壁（４）に設けられた開口部を通って収容槽（１）の底部付近に供給される。
排水口（６）は、収容槽（１）の長さ方向の他端側に設けられており、側壁（４）の上端部よりも低い位置において上方に向けて開口している。そして、収容槽（１）のスパイラルスクリューが配設された部分（プール）からオーバーフローした水は、排水口（６）から外部に排出される。

スパイラルスクリューの中心軸（２）は、収容槽（１）の他端側に配置されたモータ（７）とプーリやベルト等の公知の連結手段を介して連結されており、モータ（７）の駆動に伴って回転する。
モータ（７）はインバータモータであり、中心軸（２）が受ける負荷に応じて回転速度を変化させることができるように構成されている。
これにより、スクリュー羽根（３）の回転時において、受ける水の負荷が大きい時には回転速度を下げて、負荷が小さい時には回転速度を上げることができ、処理効率及び回収効率を最大化することが可能となる。

スクリュー羽根（３）は、中心軸（２）の回転に伴って、収容槽（１）の他端側（下流側）から一端側（上流側）（排水口（６）側から供給口（５）側）に向けて被処理物中に含まれる砂を移送することができるように螺旋状に形成されている。

スクリュー羽根（３）は、中心軸（２）の長さ方向に沿って螺旋状に設けられた一定幅の帯状板からなり、中心軸（２）の外周面との間に空間を形成するように設けられた中心孔（８）を有している（図３参照）。
中心孔（８）は、スクリューの回転時において、中心軸（２）周辺に存在する水を下流側へと逃がす役割を果たす。被処理物中に含まれる砂の大部分は収容槽（１）の底部付近に沈降しているため、中心孔（８）から下流側へと逃げる水中には砂は殆ど含まれない。
従って、中心孔（８）を設けることで、砂の回収効率を殆ど低下させることなく、水の抵抗を大きく減少させることが可能となる。
中心孔（８）の直径は、小さすぎると水を逃がす作用が十分に発揮されず、大きすぎると砂の移送効率が大きく低下するため、適当な範囲に設定する必要があり、例えばスクリュー羽根（３）の直径の５０〜６０％に設定することが好ましい。

スクリュー羽根（３）の被処理物と接する面（中心軸（２）と略直角な面）には、概ね全面に亘って多数の小孔（９）が形成されている（図４参照）。
小孔（９）は、スクリューの回転時において、スクリュー羽根（３）に接触する被処理物中に含まれる水を下流側へと逃がすことにより、水の抵抗を減少させる役割を果たす。
上述した中心孔（８）は、砂が殆ど含まれていない中心軸付近から水を逃がすのに対し、小孔（９）は砂が堆積している収容槽底面に近い部分から水を逃がすため、砂が逃げるのを抑制するために中心孔（８）に比べて小さい径（例えば１／１０〜１／１５）とされている。

小孔（９）の形状は、図示例では円形とされているが、三角形や四角形などの他の形状としてもよい。
小孔（９）の大きさは、製品として回収すべき砂の粒径に応じて適宜設定することができる。例えば、回収すべき砂が粒径１．５ｍｍ以下の細目砂の場合には、直径１０ｍｍに設定される。この場合、中心孔（８）の直径は１５００ｍｍ程度に設定される。

上記したように、スクリュー羽根（３）には、中心軸（２）の周囲に設けられた直径が大きい中心孔（８）と、中心軸（２）から離れた位置に設けられた直径が小さい小孔（９）とが形成されている。
本発明では、このような位置及び大きさが異なる２種類の孔を設ける構成を採用したことによって、砂の移送効率を低下させることなく水の抵抗を大幅に減少させるという、相反する課題を同時に解決することが可能となった。

スクリュー羽根（３）の裏面側（下流側）には、図３に示すように、半径方向に延びるリブ（１０）が周方向に一定間隔で突設されている。
これらのリブ（１０）は、スクリュー羽根（３）を補強する役割を果たすとともに、スクリュー羽根（３）の回転に伴って収容槽（１）の底面に堆積した砂の塊をほぐして移送を円滑に行わせる作用を発揮する。
リブ（１０）をスクリュー羽根（３）の表面側（上流側）に設けると、スクリュー羽根の表面に沿って移送される砂の動きがリブによって妨げられるが、裏面側に設けることにより移送が妨げられずにほぐし作用のみが発揮され、砂の移送がより円滑に行われることとなる。

リブ（１０）の回転方向前方側には、小孔（９）が設けられていない無孔部（１１）が若干の幅をもって設けられている。
このような無孔部（１１）が設けられていることにより、リブ（１０）の回転方向前方側において小孔（９）を通過する水の流れが弱くなるため、上述したリブによるほぐし作用が水流によって妨げられることがない。

スクリュー羽根（３）の配設ピッチは、図１及び図２に示すように、収容槽（１）への被処理物の供給口（５）付近（移送方向上流側）において、他の部分（移送後方下流側）に比べて小さく形成されている。
より詳しくは、供給口付近におけるピッチは他の部分のピッチの１／２以下に設定されている。具体的には、供給口付近においては２５０ｍｍピッチ、他の部分においては５００ｍｍピッチに設定することができる。

このように、スクリュー羽根（３）の配設ピッチが、収容槽（１）の供給口付近において、他の部分に比べて小さく形成されていることにより、供給口から供給された被処理物中に含まれる砂を狭いピッチで配設された羽根で効率良く移送することができるとともに、その他の部分においては羽根が広いピッチで配設されていることにより、水の抵抗を小さく抑えることができる。
つまり、砂の移送効率の向上と水の抵抗の低減という相反する課題を同時に解決することが可能となる。

中心軸（２）の外周面には、当該外周面に対して直角に且つ放射状に延びる複数本のアームからなる支持部材（１２）が設けられている。尚、本発明においては、放射状に配置された複数本のアームの集合体を支持部材（１２）と称している。
支持部材（１２）は、中心軸（２）の長さ方向に沿って所定間隔で複数設けられている。そして、各支持部材（１２）における複数本のアーム先端部はリング状部材（１３）により連結されている（図４参照）。

各支持部材（１２）のアームを連結しているリング状部材（１３）同士は、中心軸（２）の長さ方向に沿って延びる複数本の連結部材（１４）により連結されている。
連結部材（１４）は、各アームの先端部分においてリング状部材（１３）同士を接続しており、従って連結部材（１４）の本数とアームの本数は同数（図示例では１２本）となっている。

連結部材（１４）は、中心軸（２）と同じ長さを有して該中心軸と平行に配設されており、リング状部材（１３）同士を連結していると同時に、スクリュー羽根（３）同士も連結している。
これにより、スクリュー羽根（３）は、連結部材（１４）、リング状部材（１３）、支持部材（１２）を介して中心軸（２）に対して固定されている。

中心軸（２）の外周面には、該中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で且つ該中心軸に対して直角に有孔板（１５）が設けられている。
有孔板（１５）は、全体として円環状をなしており、図４に示すように放射状に延びる複数本のアームの間に跨って配設されている。つまり、有孔板（１５）はアームとアームの間の空間を塞ぐように取り付けられている。
これにより、有孔板（１５）が確実且つ強固に固定され、駆動時に被処理物から受ける力により損傷することが防がれる。

また、有孔板（１５）がスクリュー羽根（３）を中心軸（２）に固定するための支持部材（１２）を利用して固定されていることによって、有孔板（１５）を取り付けるための部材を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができるとともに、有孔板（１５）を設けることによる水の抵抗の増加を最小限に抑えることができる。

有孔板（１５）の孔の形状は、図示例では円形とされているが、三角形や四角形などの他の形状としてもよい。
また、有孔板（１５）の孔径は、スクリュー羽根（３）に形成された小孔（９）と同じ径、例えば直径１０ｍｍに設定される。

有孔板（１５）は、中心孔（８）を通って下流側へと逃げる水中に含まれる砂を捕捉し、これをスクリュー羽根（３）の回転によって再度上流へと移送させる役割を果たし、これによって砂の回収効率を大幅に向上させることが可能となる。
また、有孔板（１５）の孔を通して水を逃がすことができるため、有孔板（１５）を設けることによって水の抵抗は殆ど増加しない。
従って、水の抵抗を低く抑えながら、砂の回収効率を向上させることが可能となる。
また、スクリュー羽根（３）が中心軸（２）に対して傾斜しているのに対して、有孔板（１５）は中心軸（２）に対して直角に配設されている。そのため、中心孔（８）と有孔板（１５）との間には必ず隙間が形成されることとなり、この隙間を利用して水を逃がすことが可能となり、これによっても有孔板（１５）を設けることによる水の抵抗の増加を抑制することができる。

有孔板（１５）の配設ピッチ（支持部材（１２）の配設ピッチと同じ）は、図１及び図２に示すように、スクリュー羽根（３）の配設ピッチに比べて大きく設定されている。
より詳しくは、上述したスクリュー羽根（３）の供給口付近におけるピッチの約５〜６倍、他の部分におけるピッチの約３〜４倍に設定されている。具体的には、例えば、スクリュー羽根（３）の供給口付近におけるピッチが２５０ｍｍ、他の部分におけるピッチが５００ｍｍのとき、有孔板（１５）のピッチを１５００ｍｍに設定することができる。

このように、有孔板（１５）の配設ピッチが、スクリュー羽根（３）の配設ピッチに比べて大きく設定されていることにより、スクリュー羽根（３）の中心孔（８）を通過する水の流れが有孔板（１５）によって阻害される現象を最小限に抑えることができると同時に、砂の回収効率を向上させることが可能となる。

有孔板（１５）の直径は、中心孔（８）の直径以下に設定されている。
これにより、有孔板（１５）の配設位置においてスクリューが分断されることがなく、スクリューの回転に伴う砂の移送が有孔板（１５）によって阻害されることが防がれる。
図示例では、有孔板（１５）の直径は、リング状部材（１３）の幅の分だけ中心孔（８）の直径よりも小さく設定されている。

上記したように、本発明に係る分級機は、水の抵抗を減少させると同時に砂の回収効率を向上させることを可能とする構成を複数有している。そして、これらの構成は、夫々が単独で作用するのではなく、スクリューの回転に伴って相乗的に作用を発揮することができるものである。

収容槽（１）の下流側端部には、収容槽（１）の底部に堆積した砂を掻き上げるために中心軸（２）と同じ軸線周りに回転する回転体（１６）と、回転体（１６）により掻き上げられた砂に含まれる水分を除去する脱水篩（１８）とが設けられている。

回転体（１６）は円環状であって、その周方向に沿って所定間隔で、回転に伴って砂を内部に収容又は排出する複数のパケット（１７）を備えている（図５参照）。
各パケット（１７）は、回転体（１６）の外周面側に向く面に多数の小孔（図示略）を有しており、この小孔からパケット（１７）内に収容された砂に含まれる水を切ることができる。

脱水篩（１８）は、振動モータ（１９）の駆動により振動するスクリーンから構成されており、スクリーン上に載せられた砂に振動を与えて、砂に含まれる水分をスクリーンの網目を通して下方の受槽（２０）へと落下させる。
受槽（２０）の内部は収容槽（１）と連通しており、受槽（２０）に落下した水は収容槽（１）の内部へと導かれる。また、収容槽（１）の下流側端部の下方にはドレン（２１）が設けられており、収容槽（１）内の水をドレン（２１）から外部へと排出することが可能となっている。

脱水篩（１８）を構成するスクリーンは、一端部から他端部にかけて下向きに傾斜して配設されており、一端部は回転体（１６）の中空部に配置されている。
これにより、スクリューの回転によって下流側に移送されてきた砂は、回転体（１６）の回転に伴ってパケット（１７）により掻き上げられた後、更に回転体（１６）が回転してパケット（１７）が回転体（１６）の上方で逆向きになることで、パケット（１７）内の砂がスクリーン上に落下する。そして、スクリーン上に落下した砂は、スクリーンによって水分が除去されながら傾斜に沿って他端側へと運ばれて図示しないコンベアへと移送され、製品（例えば粒径１．５ｍｍ以下の細目砂）として回収される。

本発明に係る分級機は、水分と砂との混合物の中から砂のみを効率良く回収するために利用される装置である。

本発明に係るスパイラルスクリュー分級機の平面図である。 本発明に係るスパイラルスクリュー分級機の正面図である。 図１のＡ部矢視図である。 図１のＢ部矢視図である。 本発明に係るスパイラルスクリュー分級機の右側面図である。

符号の説明

１ 収容槽
２ 中心軸
３ スクリュー羽根
７ インバータモータ
８ 中心孔
９ 小孔
１２ 支持部材
１３ リング状部材
１４ 連結部材
１５ 有孔板

Claims (5)

1. 水と砂との混合物からなる被処理物が収容される収容槽と、
   該収容槽の内部に、該収容槽の長さ方向に沿って配設された回転可能な中心軸と、
   該中心軸の外周面に沿って螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備えており、
   前記スクリュー羽根は、前記中心軸の外周面との間に空間を形成するように設けられた中心孔と、該中心孔よりも小径であって被処理物と接する面に形成された多数の小孔とを有しており、
   前記中心軸の外周面に、該中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で且つ該中心軸に対して直角に有孔板が設けられており、
   更に、前記中心軸の外周面に、放射状に延びる複数本のアームからなる支持部材が設けられ、
   該支持部材は、前記中心軸の長さ方向に沿って所定間隔で複数設けられてなるとともに、各支持部材における複数本のアーム先端部はリング状部材により連結されており、
   前記リング状部材同士は、前記中心軸の長さ方向に沿って延びる複数本の連結部材により連結されているとともに、該連結部材は前記スクリュー羽根の隣り合う羽根同士をも連結しており、
   前記有孔板は、前記放射状に延びる複数本のアームの間に跨って配設されていることを特徴とするスパイラルスクリュー分級機。
2. 前記スクリュー羽根の配設ピッチが、前記収容槽への被処理物の供給口付近において、他の部分に比べて小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラルスクリュー分級機。
3. 前記有孔板の配設ピッチが、前記スクリュー羽根の配設ピッチに比べて大きいことを特徴とする請求項２記載のスパイラルスクリュー分級機。
4. 前記有孔板の直径が、前記中心孔の直径以下とされていることを特徴とする請求項３記載のスパイラルスクリュー分級機。
5. 前記中心軸を回転するための駆動源がインバータモータであり、
   該インバータモータの回転速度を前記中心軸が受ける負荷に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のスパイラルスクリュー分級機。

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