JP4600939B2

JP4600939B2 - 脱水装置

Info

Publication number: JP4600939B2
Application number: JP2008036617A
Authority: JP
Inventors: 友紀松田; 新樹鈴木; 克美長
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009190011A

Description

本発明は、脱水装置に関し、特に、処理対象物に含まれる液体分を吸引することによって脱水する脱水装置に関する。

固体物と液体との混合物から液体を分離する脱水操作の一つの手法は、処理対象物に含まれる液体分を吸引することである。フィルタ（ろ材）の一面を処理対象物に接触させながらフィルタの他面が減圧されると、液体分がフィルタを介して吸引され、これにより、処理対象物から液体分を分離することができる。なお、本明細書においては、固体物と液体との混合物から液体を分離する操作を「脱水」操作と記載し、脱水操作を行うための装置を脱水装置と記載するが、分離される液体が水以外の液体であることも可能であることに留意されたい。

出願人の検討によれば、液体吸引は、特に砂と液体分（例えば、汚水）の混合物から液体分を分離する最も有効な方法の一つである。しかしながら、吸引による脱水操作を行う脱水装置は、その多くがバッチ式の脱水装置であり、脱水操作のスループットが高くない。

このような背景から、処理対象物に含まれる液体分を吸引することによって脱水する脱水装置のスループットを向上させるための技術の提供が望まれている。

本発明の目的は、処理対象物に含まれる液体分を吸引することによって脱水する脱水装置のスループットを向上させる技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付記されている。但し、付記された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。

本発明の脱水装置（１０）は、回転可能に設けられたロータ（１）と、減圧機構（９、１１、１２、１５）とを備えている。前記ロータ（１）は、前記ロータ（１）の回転軸（１ａ）に対して周方向に並べられた、処理対象物（Ｗ）を受け取る複数のバケット（５）と、前記複数のバケット（５）のそれぞれに前記処理対象物（Ｗ）に接触されるように設けられるフィルタ（６）とを備えておいる。前記減圧機構（９、１１、１２、１５）は、前記ロータ（１）の回転に同期して、前記フィルタ（６）の、前記処理対象物（Ｗ）に接触される接触面と反対の反対面の減圧と、前記減圧の停止とを交互に行うように構成されている。

前記回転軸の周方向に第１ゾーン及び第２ゾーンを定義したとき、好適には、前記減圧機構（９、１１、１２、１５）は、前記複数のバケット（５）のうち前記第１ゾーンに位置するバケットに設けられた前記フィルタ（６）の前記反対面を減圧し、前記複数のバケット（５）のうち前記第２ゾーンに位置するバケットに設けられた前記フィルタ（６）の前記反対面は減圧されないように構成される。

一実施形態では、前記ロータ（１）は、更に、前記バケット（５）を支持し、前記開口が設けられた中空の吸水箱（４）と、前記バケット（５）のそれぞれに対して前記吸水箱（５）の内部に前記開口に接続するように設けられた吸水管（７）とを備え、前記減圧機構（９、１１、１２、１５）は、前記吸水管に摺動するように設けられたスライドバルブ（１３）と、前記吸水箱（４）の内部を減圧するポンプ（１１）とを備えている。この場合、前記スライドバルブ（１３）は、前記複数のバケット（５）のうち前記第１ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管（７）の内部と前記吸水箱（４）の内部を連通させる貫通穴（１５）を有し、且つ、前記複数のバケット（５）のうち前記第２ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管（７）の内部の空間を、前記吸水箱（４）の内部の空間から分離するように構成されていることが好ましい。

好適には、当該脱水装置は、更に、前記複数のバケット（５）のうち前記第２ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管（７）に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段（１６、１７）を具備することが好ましい。一実施形態では、前記スライドバルブ（１３）は、前記複数のバケット（５）のうち前記第２ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管（７）に連通する圧縮空気通路（１８）を有し、前記圧縮空気供給手段（１６、１７）は、前記圧縮空気通路（１８）に連通する逆洗管（１６）と、前記逆洗管（１６）と前記圧縮空気通路（１８）と前記吸水管（７）とを介して前記フィルタ（６）の前記反対面に前記圧縮空気を供給する空気圧縮機（１７）とを備える。

また、当該脱水装置は、更に、前記複数のバケットのうち前記第２ゾーンに位置するバケットに洗浄水を噴射する洗浄ノズル（１９）を具備することが好ましい。

本発明によれば、処理対象物に含まれる液体分を吸引することによって脱水する脱水装置のスループットを向上させる技術が提供される。

図１は、本発明の一実施形態の脱水装置１０の構成を示す断面図であり、図２は、脱水装置１０の一部分の拡大図である。脱水装置１０は、固体と液体分とが混合されている処理対象物Ｗから液体分を吸引するように構成されている。処理対象物Ｗとしては、例えば、し尿や汚泥の処理において発生する砂と液体分の混合物が例示される。砂と液体分の混合物から液体分を分離する上で吸引が有効な手法であることは、上述された通りである。以下、脱水装置１０の構成について詳細に説明する。

図１を参照して、脱水装置１０は、回転軸１ａの周りに回転可能に設けられたロータ１を備えている。ロータ１は、シャフト２を介して駆動装置３に接合されており、駆動装置３により回転軸１ａの周りに回転される。回転軸１ａは、好適には、水平方向（重力の方向と垂直な方向）に向けられる。以下の説明においては、「軸方向」、「半径方向」、「周方向」は、回転軸１ａを基準として定義される。即ち、軸方向とは、回転軸１ａと平行な方向であり、半径方向とは、回転軸１ａに垂直な方向であり、周方向とは、回転軸１ａを周回するように規定された方向である。

図３は、回転軸１ａを含む垂直断面におけるロータ１の構成を示す断面図であり、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ’断面におけるロータ１の構造を示す断面図である。図３に示されているように、ロータ１は、中空の吸水箱４と、バケット５とを備えている。バケット５は、処理対象物Ｗを収容するためのものであり、吸水箱４の側面４ａに接合されている。図４に示されているように、バケット５は、周方向に並んで配置されており、本実施形態では、６つのバケット５が設けられている。図３に戻り、吸水箱４の側面４ａには、バケット５に通じるように開口が設けられており、その開口にはフィルタ６が設けられている。フィルタ６は、その外側の面において処理対象物Ｗと接触する。

フィルタ６が取り付けられた開口には、吸引管７が接合されている。吸引管７は、フィルタ６が取り付けられた開口から回転軸１ａに向かって半径方向に延伸し、更に、屈曲して軸方向に延伸するように設けられている。後述されるように、吸引管７は、フィルタ６の内側の面（処理対象物Ｗと接触する面と反対側の面）を減圧して処理対象物Ｗから液体分を吸引するために使用される。

図４に示されているように、ロータ１の周囲の空間は、３つのゾーン：導入ゾーン、脱水ゾーン及び排出ゾーンが規定される。導入ゾーンとは、バケット５に処理対象物Ｗを導入するゾーンであり、脱水ゾーンとは、バケット５に収容されている処理対象物Ｗを液体吸引によって脱水するためのゾーンである。また、排出ゾーンとは、脱水された処理対象物Ｗ’をバケット５から排出するためのゾーンである。

図１を参照して、ロータ１の吸水箱４には軸受８が設けられており、吸水箱４は、軸受８によって固定排水軸９に回転可能に支持されている。固定排水軸９は、中空の管である。固定排水軸９は、その一端が吸水箱４に挿入され、他端は、排水ポンプ１１に接続されている。固定排水軸９には、吸水箱４の内部に開口する排水口１２が設けられている。吸水箱４の内部の空間は、排水口１２から固定排水軸９を通って排水ポンプ１１に連通しており、吸水箱４の内部は、排水ポンプ１１によって減圧される。

図２を参照して、固定排水軸９の吸水箱４の内部に挿入された端には、円板状のスライドバルブ１３が設けられている。スライドバルブ１３は、固定排水軸９に沿って（即ち、軸方向に）擦動可能である一方、回転軸１ａの周りに回転することはできないように固定排水軸９に取り付けられている。更に、スライドバルブ１３は、バネ１４によって吸引管７に向かって付勢されている。ロータ１が回転すると、ロータ１の吸引管７は、スライドバルブ１３に接触しながら擦動する。

図５は、軸方向からみたスライドバルブ１３の構造の例を示す図である。スライドバルブ１３には、貫通穴１５が設けられている。貫通穴１５は、吸引管７の位置に対応する位置にあけられており、貫通穴１５は、吸引管７の内部の空間と吸水箱４の内部の空間とを連通する役割をしている。スライドバルブ１３の貫通穴１５は、あるバケット５が導入ゾーン又は脱水ゾーンに位置する場合に、当該バケット５に接続されている吸引管７と貫通穴１５の少なくとも一とが重なるような配置で設けられている。バケット５が脱水ゾーンに位置する場合には、当該バケット５に接続されている吸引管７は、貫通穴１５のいずれにも重ならない。このような配置は、吸引管７及び貫通穴１５の位置や径を適切に調節することによって容易に実現できる。図５の例では、スライドバルブ１３のうち導入ゾーン又は脱水ゾーンに対応する部分に貫通穴１５が複数設けられている。

図１に戻り、ロータ１の回転と共に吸引管７が移動して、或る吸引管７が貫通穴１５に重なると、該吸引管７の内部の空間が吸水箱４の内部の空間に連通する。上述のように吸水箱４の内部は、固定排水軸９と排水ポンプ１１によって減圧されるので、或る吸引管７が貫通穴１５に重なると、当該吸引管７の内部の空間、即ち、当該吸引管７に対応するフィルタ６の内側の面が減圧される。このような構成では、固定排水軸９、排水ポンプ１１、及びスライドバルブ１３は、吸引管７の内部の空間、即ち、フィルタ６の内側の面の減圧を行う減圧機構として機能することになる。

なお、図５では、円形の貫通穴１５がスライドバルブ１３の導入ゾーン及び脱水ゾーンに対応する部分に複数設けられている構成が図示されているが、貫通穴１５の形状、数、配置は、適宜変更可能であることは当業者には容易に理解されよう。例えば、図６に示されているように、スライドバルブ１３の導入ゾーン及び脱水ゾーンに対応する部分に、単一の周方向に延伸する貫通穴１５が設けられることも可能である。ただし、円形の貫通穴１５が複数設けられる構成は、その製作が容易である点で好ましい。

このような構成の脱水装置１０は、下記の動作によって処理対象物Ｗの脱水操作を行う。図４を参照して、ロータ１の回転によってあるバケット５が導入ゾーンに進入すると、処理対象物Ｗが当該バケット５に導入される。処理対象物Ｗは、フィルタ６を覆うようにバケット５に導入される。ロータ１が更に回転すると、当該バケット５に接続された吸引管７が貫通穴１５に重なり始め、吸引管７の内部の空間、即ち、フィルタ６の処理対象物Ｗが接触していない面が貫通穴１５を介して吸水箱４の内部の空間に連通する。上述のように、吸水箱４の内部の空間は、排水ポンプ１１によって減圧されているので、結果として、フィルタ６の内側の面が減圧される。これにより、処理対象物Ｗから液体分が吸引され、処理対象物Ｗが脱水される。処理対象物Ｗの脱水は、ロータ１の回転によって当該バケット５が導入ゾーンから脱水ゾーンに移動し、更に、排出ゾーンに進入するまで継続される。

バケット５が排出ゾーンに進入すると、脱水された処理対象物Ｗ’は、重力による自然落下によってバケット５から排出される。このとき、フィルタ６の内側の面が減圧されなくなり、処理対象物Ｗ’がフィルタ６に吸引されなくなる。即ち、バケット５が排出ゾーンに進入すると、吸引管７が貫通穴１５に重ならなくなり、吸引管７は、スライドバルブ１３によって吸水箱４の内部の空間から遮断される。したがって、吸引管７の内部、即ち、フィルタ６の内側の面は、減圧されなくなる。フィルタ６の内側の面の減圧の停止は、処理対象物Ｗの排出を容易にする点で好適である。

以下、同様の過程により、バケット５が導入ゾーン及び脱水ゾーンに位置するときにはその内部の処理対象物Ｗが液体吸引によって脱水され、バケット５が排出ゾーンに到達すると脱水された処理対象物Ｗ’が排出される。このように、脱水装置１０では、バケット５のそれぞれについて各フィルタ６の内側の面の減圧と、減圧の停止とが交互に行われ、処理対象物Ｗの脱水と脱水された処理対象物Ｗ’の排出が連続的に行われる。

このように、本実施形態の脱水装置１０は、ロータ１の回転に伴って処理対象物Ｗに対する液体吸引と排出が逐次に行われる。即ち、本実施形態の脱水装置１０は、処理対象物Ｗに対して連続的に液体吸引を行うことができる。したがって、脱水装置１０は、高いスループットを実現することができる。

脱水装置１０を運転する上で問題になり得るのは、処理対象物Ｗが脱水されると、流動性が乏しくなることである。処理対象物Ｗの流動性が乏しくなると、バケット５から処理対象物Ｗが自然落下しにくくなる。これは、脱水装置１０の運転の上で好ましくない。図７は、このような問題に対処するための構成を示している。

図７は、このような問題に対処するための脱水装置１０の構成を示す断面図である。図７の構成では、逆洗管１６、空気圧縮機１７が設けられると共に、スライドバルブ１３にそれを貫通する圧縮空気通路１８が設けられる。逆洗管１６は、固定排水軸９の内部を通ってその一端が圧縮空気通路１８に連通され、他端が空気圧縮機１７に接続されている。スライドバルブ１３の圧縮空気通路１８は、その一端が逆洗管１６に通じるように開口しており、他端は、スライドバルブ１３の排出ゾーンに対応する部分に吸引管７に対応する位置に開口している。空気圧縮機１７は、圧縮空気を生成し、逆洗管１６を介して圧縮空気通路１８に供給する。

上述された図７の構成は、バケット５が排出ゾーンに進入したときに、脱水された処理対象物Ｗ’がバケット５から排出されることを促進する。図７の構成によれば、バケット５が排出ゾーンに進入したときに、空気圧縮機１７から供給される圧縮空気の作用により、脱水された処理対象物Ｗ’が重力によって自然落下しやすくなる。即ち、バケット５が排出ゾーンに進入すると、当該バケット５の吸引管７に逆洗管１６及び圧縮空気通路１８を介して圧縮空気が供給される。これにより、フィルタ６の内側の面が陽圧になり、脱水された処理対象物Ｗ’が自然落下しやすくなる。

加えて、図７の構成は、フィルタ６の目詰まりを抑制する効果もある。液体吸引が行われると、処理対象物Ｗがフィルタ６に入り込み、フィルタ６が目詰りし得る。これは、脱水効率を低下させるため好ましくない。しかしながら、図７の構成によれば、バケット５が排出ゾーンに入ると、フィルタ６の内側の面が陽圧になり、フィルタ６に入り込んだ処理対象物Ｗがフィルタ６から離脱しやすくなる。このように、図７の構成によれば、フィルタ６が空気圧縮機１７から供給される圧縮空気によって洗浄され、フィルタ６の目詰まりが抑制される。

フィルタ６の目詰まりを抑制するためには、図８に示されているように、排水ゾーンに洗浄ノズル１９と排水受２０とを設けることも好適である。洗浄ノズル１９は、バケット５に洗浄水を連続的に、又は間欠的に噴射し、これにより、フィルタ６に残存する処理対象物Ｗを除去する。フィルタ６の洗浄に使用された洗浄水は、新たに供給される処理対象物Ｗに混入しないように、バケット５から排水受２０に排出される。このような構成によれば、フィルタ６の目詰りを有効に抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態の脱水装置の構成を示す断面図である。図２は、図１の脱水装置の構成を示す拡大断面図である。図３は、図１の脱水装置のロータの構成を示す断面図である。図４は、図１の脱水装置のロータの構成を示す断面図である。図５は、図１の脱水装置のスライドバルブの構成の例を示す断面図である。図６は、図１の脱水装置のスライドバルブの構成の他の例を示す断面図である。図７は、本発明の他の実施形態の脱水装置の構成を示す断面図である。図８は、本発明の更に他の実施形態の脱水装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０：脱水装置
１：ロータ
２：シャフト
３：駆動装置
４：吸水箱
５：バケット
６：フィルタ
７：吸引管
８：軸受
９：固定排水軸
１１：排水ポンプ
１２：排水口
１３：スライドバルブ
１４：バネ
１５：貫通穴
１６：逆洗管
１７：空気圧縮機
１８：圧縮空気通路
１９：洗浄ノズル
２０：排水受

Claims

回転可能に設けられたロータと、
減圧機構
とを備え、
前記ロータは、
前記ロータの回転軸に対して周方向に並べられた、処理対象物を受け取る複数のバケットと、
前記複数のバケットの内部に通じる開口に設けられるフィルタ
とを備えており、
前記回転軸の周りに、脱水ゾーンと、前記脱水ゾーンに対して前記ロータの回転方向に位置する排出ゾーンとが定められ、
前記フィルタは、前記処理対象物に接触される接触面と前記接触面と反対の反対面とを有し、
前記減圧機構は、前記ロータの回転に同期して、前記複数のバケットのうち前記脱水ゾーンに位置するバケットに設けられた前記フィルタの前記反対面を減圧し、前記複数のバケットのうち、前記排出ゾーンに位置するバケットに設けられた前記フィルタの前記反対面は減圧されないように構成された
脱水装置。
請求項１に記載の脱水装置であって、
前記ロータは、
前記バケットを支持し、前記開口が設けられた中空の吸水箱と、
前記バケットのそれぞれに対して前記吸水箱の内部に前記開口に接続するように設けられた吸水管
とを備え、
前記減圧機構は、
前記吸水管に摺動するように設けられたスライドバルブと、
前記吸水箱の内部を減圧するポンプ
とを備え、
前記スライドバルブは、前記複数のバケットのうち前記脱水ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管の内部と前記吸水箱の内部を連通させる貫通穴を有し、且つ、前記複数のバケットのうち前記排出ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管の内部の空間を、前記吸水箱の内部の空間から分離するように構成されている
脱水装置。
請求項２に記載の脱水装置であって、
更に、前記複数のバケットのうち前記排出ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を具備する
脱水装置。
請求項３に記載の脱水装置であって、
前記スライドバルブは、前記複数のバケットのうち前記排出ゾーンに位置するバケットに対して設けられた前記吸水管に連通する圧縮空気通路を有し、
前記圧縮空気供給手段は、
前記圧縮空気通路に連通する逆洗管と、
前記逆洗管と前記圧縮空気通路と前記吸水管とを介して前記フィルタの前記反対面に前記圧縮空気を供給する空気圧縮機
とを備える
脱水装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の脱水装置であって、
更に、前記複数のバケットのうち前記排出ゾーンに位置するバケットに洗浄水を噴射する洗浄ノズルを具備する
脱水装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の脱水装置であって、
前記回転軸の周りには、更に、前記処理対象物を前記複数のバケットに順次に導入する導入ゾーンが定められ、
前記脱水ゾーンは、前記導入ゾーンに対して前記ロータの回転方向に位置しており、
前記減圧機構は、前記複数のバケットのうち前記導入ゾーンに位置するバケットに設けられた前記フィルタの前記反対面を減圧するように構成された
脱水装置。