JP4313472B2

JP4313472B2 - ろ過装置

Info

Publication number: JP4313472B2
Application number: JP20387699A
Authority: JP
Inventors: 庄田賀一
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001029707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形物混合液を固形物と液体とに分離するろ過装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固形物混合液を固形物と液体とに分離することは、食品，製紙，化学，水産，醸造等の生産工場において、しばしば行われており、廃棄物処理の分野でも行われている。廃棄物の中で最も処理しにくいものの１つは、人間や家畜の糞尿，生活排水，畜産排汚水等であるが、これらは廃棄すべき固形物と液体とが混じった固形物混合液となっている。これらの固形物混合液は毎日大量に発生しているので、大量にしかも速やかに処理することが要請されている。
これらを浄化処理する場合、混合液のままでは処理しにくいので、まず固形物と液体とに分離することが行われる。そして、両者を分離した後、それぞれの浄化過程へと進ませて処理がなされている。
【０００３】
従来一般的に行われている分離方法は、沈殿過程あるいは浮上過程を経させることにより、混じっている固形物を液体から分離するという方法である。
しかし、このような方法で分離処理をするには、広いスペースと長い時間を要していた。なぜなら、例えば糞尿等の場合、高濃度有機質の物質を多く含んでいるわけであるが、これは沈降性が悪く、沈降完了までに長い時間を必要とするし、その間、固形物混合液をそのままの形で収容しておかなければならないので、どうしても広いスペースを必要とするからである。
一方、沈降，浮上等を利用した自然の分離に待つのではなく、ろ過装置によって両者を分離しようという試みもなされている。これによれば、処理時間は短くなるであろうし、所要スペースも小さくて済むことが期待される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の技術には、次のような問題点があった。
（１）沈殿，浮上過程を経て分離する場合
この場合、沈殿，浮上に長時間かかるわけであるが、固形物の種類によってはその間に腐敗が進行し、液体と分離しにくい汚濁物質に変質し、しかもその量が増えてくるという問題点があった。即ち、広いスペースと長い時間を要する上、液体中に分離しにくい物質が増えてしまうという問題点があった。
【０００５】
（２）ろ過装置を用いて分離する場合
短時間に分離しようとしてろ過装置を用いる場合、分離性能を良好にしようとろ過スクリーンの目を細かくすると、すぐに目詰まりして使いものにならなくなってしまうという問題点があった。
そこで、目詰まりを起こさない程にろ過スクリーンの目を粗くすると（それでもやがて目詰まりは起きてしまうのであるが）、ろ過スクリーンを通った液体中にもまだ多くの固形物が含まれたままとなっており、あまり分離したことにはなっていない（ろ過の精度が悪い）という問題点があった。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものであり、狭いスペースで短時間に固形物と液体とに分離するため、目の細かいろ過スクリーンを用いつつ、しかし目詰まりを起こさない構造のろ過装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、円筒状のろ過スクリーンと、該ろ過スクリーンに内接するよう配設され、該ろ過スクリーンの内壁との間に螺旋状に進行する流路を形成するスクリュー体とを有する分離処理部と、該流路中に残された固形物を該流路の進行方向へ搬送するよう前記スクリュー体を回転させる回転力を供給する駆動部とを具え、前記流路に流し込んだ固形物混合液を、液体はろ過スクリーンの周面から外部へろ過して排出し、固形物は流路の終端部から排出することにより液体と固形物とに分離するろ過装置において、前記駆動部からの回転力を分岐し回転数を異ならせて前記ろ過スクリーンに伝達し、該ろ過スクリーンを前記スクリュー体に対して差動回転するようにした。
【０００７】
なお、前記ろ過装置において、スクリュー体の回転力を分岐してろ過スクリーンへ伝達する構成は、ろ過装置のハウジングに固定された内歯歯車と、スクリュー体の回転軸に固着された太陽歯車と、該太陽歯車と前記内歯歯車との双方に噛合させられて該太陽歯車の周りを公転する遊星歯車と、該遊星歯車の取付軸に固着されると共にろ過スクリーンと連結され、該遊星歯車の公転に従って回転するようされた差動回転体とより成っているものとすることが出来る。
【０００８】
（解決する動作の概要）
固形物混合液を分離処理部に勢いを付けて入れると、ろ過スクリーンとスクリュー体とで形成される螺旋状の流路を流れてゆく。液体はろ過スクリーンでろ過されて周面から外部へ排出され、残った固形物は回転するスクリュー体によって前方へ搬送されて排出される。
ろ過スクリーンの内壁に付着したぬめりや固形物は、次に流されて来る固形物混合液に押し流されたり、ろ過スクリーンに対して差動回転させられるスクリュー体の羽根により掻き落とされたりする。そのため、ろ過スクリーンが目詰まりすることがない。従って、目の細かいろ過スクリーンを用いて、精度よく液体と固形物の分離をすることが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のろ過装置の概要を示す図である。図１において、１０は駆動部、２０は回転伝達部、２８は主回転軸、２９は回転伝達棒、３０は装置本体、３１は分離固形物排出部、３２は分離液排出部、４０は洗浄部、４１は洗浄用水管、４２は洗浄用水注入口、４３はノズル、５０は分離処理部、６０は固形物混合液供給部、７０は分離固形物である。
【００１０】
装置本体３０内には、本発明の主要部を成す分離処理部５０が配設され、分離処理部５０は、駆動部１０から回転伝達部２０を経て主回転軸２８，回転伝達棒２９により伝達されて来る力により、回転するようにされている（回転の詳細については、図２で説明する）。駆動部１０は、例えばモーターで構成される。
分離処理部５０の一方の端部は固形物混合液供給部６０に接続されており、ここから家畜の糞尿等の固形物混合液が供給される。供給は、ポンプ等により圧力をかけて行われるのが望ましいが、供給された混合液は、分離処理部５０内で液流方向Ｗとして図示するように、螺旋状となって流れるようにされている。そして、流れているうちに、液体と固形物とに分離される。
【００１１】
装置本体３０の一部には分離固形物排出部３１，分離液排出部３２が設けられ、それぞれからは分離固形物，分離液が排出される。
洗浄部４０は、分離処理部５０の外面を洗浄するために配設されたもので、洗浄用水管４１とノズル４３とから構成される。洗浄用水管４１は、例えば分離処理部５０と平行して設けられ、ノズル４３は洗浄用水管４１の表面の分離処理部５０の方に向いた側に、適宜の間隔を開けて複数個設けられる。洗浄用水管４１の装置本体３０から外部に出た部分は、洗浄用水注入口４２とされ、ここへ洗浄用水が供給される。
なお、洗浄部４０は、必要に応じて設ければよいものであり、本発明に必須のものではない。
【００１２】
図２は、本発明のろ過装置の詳細を示す図であり、符号は図１のものに対応し、２１は内歯歯車、２２は取付ねじ、２３は太陽歯車、２４は遊星歯車、２５は遊星歯車取付軸、２６は差動回転体、２７は軸受、２８は主回転軸、２９は回転伝達棒、３３はハウジング、５１は支持体、５２はろ過スクリーン、５３はスクリュー体、５４は軸体、５５はスクリュー羽根、５６は支持体、６１は導入管、６２は出口穴、６３，６４は軸受、６５は供給管取付体、６６は供給管である。
【００１３】
分離処理部５０は、円筒状のろ過スクリーン５２と、その中に配設されているスクリュー体５３とを有している。スクリュー体５３は、軸体５４とその周囲に設けられているスクリュー羽根５５とから成っている。スクリュー体５３を取り出した図を、図４に示す。
図３は、ろ過スクリーン５２の１例を示す図である。ろ過スクリーン５２は、多くの真っ直ぐなスリット形成体５７を、僅かな間隔をとりながら円筒状に配列し、両端を端縁部５９で連結して構成される。スリット形成体５７の僅かな間隔が、即ち、スリット５８である。
図５は、ろ過スクリーン５２の断面例を示す図であり、図５（イ）はスリット形成体５７として断面が平らなものを用いた場合の例を示しており、図５（ロ）はスリット形成体５７として断面が３角形のものを用いた場合の例を示している。なお、３角形の場合、図示しているように、底部を内側に向けた形で配列するのが望ましい。
【００１４】
さて、図２に戻るが、スクリュー体５３は、ろ過スクリーン５２に内接するように位置決めされて配設される。そして、スクリュー体５３は、ろ過スクリーン５２の内面に対し相対的に移動するよう、回転させられる。その主たる目的は、ろ過スクリーン５２の内面に付着したままでいる固形物を、スクリュー羽根５５で掻き撫でて取るためである。
相対的移動を実現する第１の方法としては、ろ過スクリーン５２は固定しておいてスクリュー体５３のみを回転させるという方法がある。第２の方法としては、ろ過スクリーン５２とスクリュー体５３とを共に回転させるが、回転数に差を持たせつつ回転させる（差動回転させる）という方法がある。構造としては、第２の方法の方が複雑となる。図２では、差動回転させるものを示している。
【００１５】
スクリュー体５３を回転させると共に、それに対してろ過スクリーン５２を差動的に回転させるための力は、駆動部１０からの回転力を基にして回転伝達部２０にて生成される。回転伝達部２０の構成および動作は、次の通りである。
図２に示した回転伝達部２０は、遊星機構を利用した差動歯車機構により、差動回転力を得るようにしたものである。駆動部１０より駆動力を伝えて来る主回転軸２８に、太陽歯車２３が固着される（なお、主回転軸２８は分離処理部５０の中へまで延設され、そこではスクリュー体５３の軸体５４が嵌合等により固着される。）。太陽歯車２３に遊星歯車２４が噛み合わされ、遊星歯車２４は内歯歯車２１に噛み合わされている。
【００１６】
図２のＸ−Ｘ線の方向は、太陽歯車２３等の歯車を表面側から見る方向を示しているが、この方向から見た図（差動歯車機構の正面図）を、図６に示す。符号は図２のものに対応し、Ｃは主回転軸２８の回転方向，Ｄは遊星歯車２４の回転方向，Ａは遊星歯車２４の移動方向を示している。遊星歯車２４は、太陽歯車２３の周囲に互いに等間隔となるよう複数個（図示する例では３個）配設される。
【００１７】
遊星歯車２４は、それぞれ遊星歯車取付軸２５により、差動回転体２６に取付けられる（なお、図２では図が煩雑となるのを避けるため、遊星歯車２４，遊星歯車取付軸２５は１組のみ示し、他は省略している）。差動回転体２６は、主回転軸２８に対して軸受２７を介して取付けられ、その回りに回転可能とされている。
これら複数個の遊星歯車２４は、共通の内歯歯車２１に対して内側より噛合される。内歯歯車２１は、取付ねじ２２によりハウジングに固定されている。
【００１８】
図６に示すように、主回転軸２８がＣ方向に回転すると、太陽歯車２３もＣ方向に回転し、それと噛合している遊星歯車２４は、遊星歯車取付軸２５を中心としてＤ方向に回転する。一方、内歯歯車２１は取付ねじ２２により固定されているから、Ｄ方向に回転する遊星歯車２４は、内歯歯車２１の内周に沿ってＡ方向に移動して行くことになる。即ち、遊星歯車２４は、太陽歯車２３の回りを公転する。この公転の回転数は、太陽歯車２３のＣ方向への回転数（＝主回転軸２８の回転数）とは相違する。このように、回転数の異なる２つの回転が生ぜしめられ、差動回転が実現される。なお、回転数の差は、各歯車の歯数の比によって、大きくしたり小さくしたりすることが出来る。
【００１９】
図８は、図２のＹ−Ｙ線の方向に見た図であり、差動回転体と各部の回転方向を示す図である。符号は図２，図６のものに対応している。遊星歯車取付軸２５の一端は差動回転体２６に取り付けられているから、遊星歯車２４の公転に伴い遊星歯車取付軸２５がＡ方向に移動させられると、差動回転体２６も主回転軸２８を中心としてＡ方向に回転させられる（軸受２７が介在しているから、差動回転体２６と主回転軸２８とは、一体となって回転するわけではない。）。
一方、差動回転体２６の反対側の面からは、複数本の回転伝達棒２９が分離処理部５０へ向けて突出するよう設けられており、回転伝達棒２９は差動回転体２６と一体になって回転する。
【００２０】
図９は、差動回転の力の伝達状況を説明する図であり、符号は図２，図８，図９のものに対応している。主回転軸２８がＣ方向に回転されると、その回転は直結されている図２のスクリュー体５３に伝達されると共に、太陽歯車２３を介して遊星歯車２４へ伝達される。遊星歯車２４へ伝達された力は、
遊星歯車２４→遊星歯車取付軸２５→差動回転体２６→回転伝達棒２９
という経路で伝えられ、回転伝達棒２９を主回転軸２８を中心としてＡ方向に回転させる。
【００２１】
図２に示すように、回転伝達棒２９は支持体５１を介してろ過スクリーン５２と一体となるよう接続されているので、ろ過スクリーン５２は回転伝達棒２９と共にＡ方向に回転させられる。
即ち、スクリュー体５３は主回転軸２８の回転数で回転され、ろ過スクリーン５２はその回転数とは異なる回転伝達棒２９の回転数で回転されるので、両者は差動回転することになる（差動回転の回転数差は、例えば２０〜３０ＲＰＭとすることが出来る。）。
【００２２】
固形物混合液は、図２の右端の供給管６６から勢いよく供給する。それには、例えばポンプで圧力をかけて供給したり、高所のタンクから流下させる形で供給したりする。供給された固形物混合液は、スクリュー体５３の軸体５４に直結されている導入管６１を通って、分離処理部５０内の流路に入れられる。
図７は、導入管６１の１例を示す図である。導入管６１の側面には出口穴６２が開けられており、ここから固形物混合液は矢印のように出て行く。出口穴６２の数は図示の場合は２個であるが、数は任意でよく１個としてもよい。
【００２３】
なお、導入管６１の周面のどの位置に出口穴６２を設けるかは、スクリュー羽根５５との位置関係を考慮して決める必要がある。なぜなら、出口穴６２を出た固形物混合液は、ろ過スクリーン５２とスクリュー体５３とで形成される螺旋状の流路に沿って流れてゆかなければならないわけであるが、出来るだけ勢いを落とすことなく流れた方が望ましい（なぜなら、後述するように、勢いよく螺旋状に流れれば、それだけ遠心力が大となり、ろ過スクリーン５２を通過してろ過する力や、ろ過スクリーン５２の内面を清掃する力が大となるからである。）。従って、出口穴６２は、前記流路のほぼ中央付近に固形物混合液を送り出すような位置に設けられることが望ましい。
【００２４】
次に、分離処理部５０でのろ過動作等について説明する。
（１）液体成分の分離
ろ過スクリーン５２とスクリュー体５３とで形成される螺旋状の流路に、勢いよく入れられた固形物混合液は、自らの螺旋状の流れによって生ずる遠心力により、ろ過スクリーン５２の内面に押し付けられる力を受けながら流れてゆく。そのため、液体はろ過スクリーン５２のスリット５８を通って外方へ飛散するように出てゆくことになる。
本発明のろ過装置による液体の分離状況は、実に劇的なものであり、螺旋状の流路を流れ始めるや否や、ドーッとスリット５８より流れ出し、螺旋流路を僅か数回転分進行するだけで、殆どの液体成分がなくなってしまう程である。分離液は集められ、分離液排出部３２より外へ排出され、次段の処理工程へとまわされる（例えば、畜産排水などの場合なら、浄化処理工程へまわされる。）。
【００２５】
（２）分離固形物の処置
一方、液体が分離されて残った分離固形物７０は塊となり、回転するスクリュー羽根５５にコロコロと押されて、徐々にスクリュー体５３の終端部まで搬送され、分離固形物排出部３１から外へと排出される。排出された分離固形物７０も、次段の処理工程へとまわされる（例えば、廃棄固形物の場合なら、焼却工程とか堆肥化工程等にまわされる。）。
【００２６】
（３）ろ過スクリーン５２の清掃…目詰まりなし
一般にろ過スクリーンを使用していると、表面にぬめりが生じたり、小さな固形物が付着したりして、やがて目詰まりしてくるものである。しかし、本発明におけるろ過スクリーン５２は、次のような作用により目詰まりを起こすことがない（なお、ろ過スクリーン５２の目とは、図３の例で言えば、スリット５８である）。
第１の作用は、後から流れて来る固形物混合液も遠心力により、ろ過スクリーン５２の内面に押し付けられながら流れて来るので、この流れの力が、以前に流れた固形物混合液により付着していたぬめりや固形物を、側方から押し流すように働くという作用である（固形物混合液の流れによる自浄作用）。従来のろ過装置では、ろ過スクリーンの面に対して流れが直角に当たるようにされているので、後続する流れは、既に付着している固形物等の真上から押さえ付けるかたちとなるので、固形物は除去されにくい。
【００２７】
第２の作用は、ろ過スクリーン５２と、それに接するよう配設されているスクリュー体５３とが、差動回転させられているので、スクリュー羽根５５の端縁が、ろ過スクリーン５２の内面に付着している固形物を掻き落とすよう働くという作用である。即ち、スクリュー羽根５５は、螺旋状の流路を形成すると共に、ろ過スクリーン５２の内面を清掃するという役割も果している。
第３の作用は、ろ過スクリーン５２も回転させられていると、分離された固形物は塊となってろ過スクリーン５２の中をコロコロと転動するので、転動の度にろ過スクリーン５２の内面に付着しているぬめりや固形物を吸着してくれ、最後には出て行ってくれるという作用である。
【００２８】
以上の作用は、分離処理部５０における自浄作用であるが、洗浄部４０を設けてろ過スクリーン５２を外部からも洗浄するようにしておけば、目詰まりの恐れは更に逓減される。洗浄用水の噴射は、連続的に行ってもよいし、水を節約するため、間欠的に行ってもよい。
図２の実施形態では、洗浄部４０の位置は固定されており、回転するろ過スクリーン５２に水を噴射する形態のものとしているが、これにも差動回転機構を応用して、ろ過スクリーン５２の周りをそれとは異なった速度で回転しつつ噴射するようにしてもよい。あるいは、洗浄用水管４１を１本ではなく、ろ過スクリーン５２を囲む幾つかの位置（例えば、３箇所）に設置し、それらの位置から噴射するようにしてもよい。
以上のような作用により、本発明のろ過スクリーン５２は目詰まりする恐れが殆どないので、目を細かなものとすることが出来る（例、０．３ｍｍ程度）。そのため、小さな固形物まで分離することが可能となり、ろ過の精度が従来に比べて格段に良くなる。
【００２９】
なお、図２の実施形態では、ろ過スクリーン５２も回転させ、しかもスクリュー体５３に対して差動回転する例を示したが、ろ過スクリーン５２は固定し、スクリュー体５３のみ回転するようにしてもよい。そのようにした場合、遊星機構を構成する多くの歯車も不要となるので、構造が簡単となり、コストも安くなる。
本発明のろ過装置は、固形物混合液から固形物と液体とを分離することが要請されるあらゆる用途に使用することが出来る。例えば、種々の工場における生産工程においても用いことが出来るし、家畜の糞尿等の廃棄物処理工程においても用いることが出来る。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のろ過装置によれば、次のような効果を奏する。
▲１▼ろ過スクリーンの目詰まりが起こることがない
ろ過スクリーンとスクリュー体とで螺旋状の流路を形成し、そこに固形物混合液をポンプ等により勢いをつけて流すようにしたので、目詰まりを起こすものが付着していても、後から流れてくる固形物混合液に押し流されてしまう。また、ろ過スクリーンに内接させてあるスクリュー体をろ過スクリーンに対して差動回転させるので、ろ過スクリーンの内壁に付着している固形物は掻き落とされ、掻き落とされた固形物は塊となってコロコロと転動して小さな固形物を吸着する。そのため、目詰まりを起こすことがない。
【００３１】
▲２▼ろ過の精度が向上する
目詰まりを起こすことがないので、ろ過スクリーンとして目の細かいものを使うことが出来る。その結果、細かい固形物まで分離することが出来、ろ過の精度が向上する。
▲３▼狭いスペースと短い時間で大量の固形物混合液を処理することが出来る
本発明のろ過装置には、固形物混合液をそろそろと供給するより、圧力をかけて勢いよく供給する方が好都合（例えば、目詰まり防止の観点から）なので、ゆっくりと沈殿させたりする従来のものに比べ、短時間に大量に処理することが出来る。設置スペースは、沈殿池等に比べてはるかに狭くて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のろ過装置の概要を示す図
【図２】本発明のろ過装置の詳細を示す図
【図３】ろ過スクリーンの１例を示す図
【図４】スクリュー体を示す図
【図５】ろ過スクリーンの断面例を示す図
【図６】差動歯車機構の正面図
【図７】導入管の１例を示す図
【図８】差動回転体と各部の回転方向を示す図
【図９】差動回転の力の伝達状況を説明する図
【符号の説明】
１０…駆動部、２０…回転伝達部、２１…内歯歯車、２２…取付ねじ、２３…太陽歯車、２４…遊星歯車、２５…遊星歯車取付軸、２６…差動回転体、２７…軸受、２８…主回転軸、２９…回転伝達棒、３０…本体、３１…分離固形物排出部、３２…分離液排出部、３３…ハウジング、４０…洗浄部、４１…洗浄用水管、４２…洗浄用水注入口、４３…ノズル、５０…分離処理部、５１…支持体、５２…ろ過スクリーン、５３…スクリュー体、５４…軸体、５５…スクリュー羽根、５６…支持体、５７…スリット形成体、５８…スリット、５９…端縁部、６０…固形物混合液供給部、６１…導入管、６２…出口穴、６３，６４…軸受、６５…供給管取付体、６６…供給管、７０…分離固形物

Claims

円筒状のろ過スクリーンと、該ろ過スクリーンに内接するよう配設され、該ろ過スクリーンの内壁との間に螺旋状に進行する流路を形成するスクリュー体とを有する分離処理部と、
該流路中に残された固形物を該流路の進行方向へ搬送するよう前記スクリュー体を回転させる回転力を供給する駆動部とを具え、
前記流路に流し込んだ固形物混合液を、液体はろ過スクリーンの周面から外部へろ過して排出し、固形物は流路の終端部から排出することにより液体と固形物とに分離するろ過装置において、
前記スクリュー体を回転させる前記駆動部からの回転力を分岐し、回転数を異ならせて前記ろ過スクリーンに伝達し、該ろ過スクリーンを前記スクリュー体に対して差動回転させるためにハウジングに固定された内歯歯車と、
前記スクリュー体の回転軸に固着された太陽歯車と、
該太陽歯車と前記内歯歯車との双方に噛合させられて該太陽歯車の周りを公転する遊星歯車と、
該遊星歯車の取付軸に固着されると共に前記ろ過スクリーンと連結され、該遊星歯車の公転に従って回転するようされた差動回転体と
を具えたことを特徴とするろ過装置。