JP5717687B2 - 解繊装置及び汚泥脱水装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば古紙のような紙材を溶解水とともに解繊する解繊装置及び汚泥脱水装置に関する。

近年、産業廃水、家庭排水等の汚泥を、例えばごみ焼却場の助燃材として再生するために、汚泥を脱水（低含水率脱水）することが行われている。このような処理に使用される汚泥脱水設備においては、汚泥と脱水補助材とを混和槽内で混和することで脱水性を向上させたり発熱量を向上させたりして汚泥の脱水を行っている。

そして、脱水補助材としては、解繊装置によって解繊される古紙を用いることが試みられている。古紙の解繊装置としては、古紙と水などの液体とを収容する円筒形の溶解槽と、溶解槽の底部に設置され古紙を繊維状に破砕する回転型破砕羽根とからなるパルパーが知られている。パルパーは、主に、製紙装置の原料生成のために用いられる装置であり、破砕羽根を高速で回転させることにより、紙材を破砕羽根でせん断しながら解繊を行っている。

また、有孔ドラム（パンチングプレートのドラム）内に原紙と溶解液とを投入し、有孔ドラムを回転させながら溶解後の繊維を孔から抜き出すファイバーフロー型古紙解繊装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特公昭５８−４８６７６号公報

しかしながら、上記パルパーを用いた古紙解繊装置においては、容器に古紙を投入し、液体で親水後、回転型の破砕羽根で古紙を繊維状にするため、大きな動力を必要とする。また、紙材をせん断する際には、大きな衝撃力が生じるため動力の変動が大きく、過剰な動力が必要となる場合がある。

さらに、上記パルパーを用いた解繊装置では、解繊の過程で古紙が破砕羽根に引っ掛かるという問題がある。また、破砕羽根の回転に伴い溶解液が回転してしまうと、紙材が共回りしてしまうため、破砕効果が小さくなるという問題がある。

また、ファイバーフロー型古紙解繊装置は、大量の古紙を解繊し、均一な繊維回収に適したものであり、少量の紙材であっても均一に溶解させるまでに時間がかかるという問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、より少ない動力、かつ、短時間で効率的に紙材を解繊することができる解繊装置及び汚泥脱水装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の解繊装置は、投入された紙材及び水を混合して、紙材と水との混合物中の紙材を解繊させる解繊装置であって、略円筒形状をなし、中心軸が一方から他方に向かうに従って上方に向くように傾斜するとともに、該中心軸回りに回転可能に設けられ、内周面の勾配が中心軸方向一方側から他方側に向かうに従って急となるように形成されたドラムと、前記ドラムの内周面で中心軸方向一方側に設けられた第一羽根と、前記ドラムの内周面で中心軸方向他方側に設けられた第二羽根と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ドラムの回転に伴い、ドラムの一方側に溜まった紙材と水の混合物が、第一羽根の面とドラム内周の間に生じる強い乱流の効果により解繊され、さらにドラムの一方側から掻き出され、一方側と他方側とを往復するように流動して紙材が水流により自然に解繊されるとともに、第一羽根上に残った混合物も落下による衝撃を受けることで、ドラムが低回転でも効率的に紙材を解繊することができる。また、破砕羽根などの紙材を切断するための手段を用いることなく紙材を解繊することができる。さらに、繊維のせん断がなく、生成される解繊紙材の機能低下を抑制しつつ紙材を解繊することができる。

上記解繊装置において、前記中心軸方向において前記第一羽根と前記第二羽根との間に第三羽根が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、ドラムの一端側と他端側とを混合物が流動する途中においても解繊の効果を得ることができ、第三羽根上に残った混合物も落下による衝撃が与えられるとともに、他端側から一端側に押し戻される混合物がより滑らかに第一羽根に案内されるため、より効率的に紙材を解繊することができる。

上記解繊装置において、前記第一羽根の他方側と前記第三羽根の一方側とは一部が互いに重なりあうとともに、前記第三羽根の他方側と前記第二羽根の一方側とは一部が互いに重なりあっていることが好ましい。

上記構成によれば、混合物がドラムの一端側と他端側とを流動する際、隣合う羽根間における混合物の案内がより確実となる。

上記解繊装置において、前記第三羽根は、前記ドラムの正回転時において、前記ドラムの内周面との間に紙材と水との混合物を保持するように、回転方向に向かって傾斜していることが好ましい。

上記構成によれば、ドラムの正回転により混合物を掻き出し、または掻き上げる際、より確実に混合物を保持することができる。

上記解繊装置において、正回転時に一端側から他端側へ流れ出る混合物を、前記第二羽根へ案内する第四羽根を備えることが好ましい。

上記構成によれば、他端側へ流れ出る混合物がより滑らかに第二羽根に案内されるため、より効率的に紙材を解繊することができる。

上記解繊装置において、前記ドラムは、中心軸方向における中央を構成する円筒形状の直胴部と、該直胴部の中心軸方向一方側に配置され一方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第一円錐筒部と、前記直胴部の中心軸方向他方側に配置され他方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第二円錐筒部と、を備え、前記第一羽根は、前記第一円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、前記第二羽根は、前記第二円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、傾斜させることによって下部傾斜の勾配が一方から他方に向かうに従って急となるようなドラムをより容易に製造することができるとともにドラムの内周面に各々の羽根を設けることが容易となる。

上記解繊装置において、正回転時に一端側から他端側へ流れ出る混合物を、前記第二羽根へ案内する第四羽根を備え、前記ドラムは、中心軸方向における中央を構成する円筒形状の直胴部と、該直胴部の中心軸方向一方側に配置され一方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第一円錐筒部と、前記直胴部の中心軸方向他方側に配置され他方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第二円錐筒部と、を備え、前記第一羽根は、前記第一円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、前記第二羽根は、前記第二円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、前記第三羽根は、前記直胴部に中心軸方向に延在するように設けられ、前記第四羽根は、前記第二円錐筒部の中心軸方向一方側に中心軸方向に延在するように設けられている構成としてもよい。

上記解繊装置において、前記第二羽根の自由端側には、前記ドラムの正回転時において前記混合物を堰き止めるように形成された案内羽根が取り付けられていることが好ましい。
上記構成によれば、第二羽根を乗り越える混合物を堰き止めて、混合物の排出効率を高めることができる。

上記解繊装置において、前記ドラムは逆回転可能とされていることが好ましい。
上記構成によれば、ドラムを逆回転させることによって、混合物をより用意に排出することができる。

上記解繊装置において、前記ドラムの中心軸の傾斜角度が変更可能とされていることが好ましい。
上記構成によれば、混合物の排出時間をより短縮することができる。

また、本発明に係る汚泥脱水装置は、上記いずれかの解繊装置と、脱水機とを備え、該脱水機は前記解繊装置によって解繊された紙材が脱水補助剤として添加された汚泥を脱水することを特徴とする。
上記構成によれば、汚泥の脱水性向上、及び汚泥発生量の低減を図ることができる。

本発明によれば、ドラムの回転に伴い、紙材と水の混合物が羽根とドラム内周の間に生じる強い乱流の効果により解繊されるほか、ドラムの一方側と他方側とを往復するように流動して紙材が水流により自然に解繊されるとともに、羽根上に残った混合物も落下による衝撃を受けることで、ドラムが低回転でも効率的に紙材を解繊することができる。また、破砕羽根などの紙材を切断するための手段を用いることなく紙材を解繊することができる。さらに、繊維のせん断がなく、生成される解繊紙材の機能低下を抑制しつつ紙材を解繊することができる。

本発明の実施形態に係る汚泥脱水装置の系統図である。 本発明の実施形態に係る解繊装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るドラム部の一部断面図である。 ドラム部を側方から一部透視した斜視図である。 ドラム部を投入口側から視た斜視図である。 ドラムを構成する、直胴部、第一円錐筒部、及び第二円錐筒部の展開図であり、 第一羽根、第二羽根、第三羽根、及び第四羽根の部品図である。 投入口側から視た第一羽根と第一円錐筒部の内周面との角度を示す図である。 投入口側から視た第二羽根及び第四羽根と第二円錐筒部の内周面との角度を示す図である。 投入口側から視た第三羽根と直胴部の内周面との角度を示す図である。 解繊装置の作用を示す図であり、羽根による混合物の掻き上げ動作を説明する図である。 解繊装置の作用を示す図であり、第一羽根から流れ出る混合物の流れを説明する図である。 解繊装置の作用を示す図であり、第二羽根によって混合物が押し戻される流れを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この実施形態の汚泥脱水装置５０の全体構成を示したものである。図１に示すように、本実施形態の汚泥脱水装置５０は、余剰汚泥や凝集汚泥が貯留される汚泥貯留槽５１と、解繊された古紙が貯留される解繊古紙貯留タンク５２と、汚泥貯留槽５１から汚泥が供給されるとともに解繊古紙貯留タンク５２から解繊古紙が供給される混和槽５３と、混和槽５３に解繊古紙を供給する解繊古紙貯留タンク５２と、汚泥粒子を凝集してフロック化汚泥を生成するための第一凝集槽５４及び第二凝集槽５５と、凝集槽５４，５５によって凝集された汚泥を圧縮する汚泥濃縮機５６と、濃縮された汚泥を脱水する脱水機５７と、脱水された汚泥が貯留される脱水汚泥ホッパ５８と、を主な構成要素として備えている。

また、汚泥貯留槽５１から汚泥を混和槽に供給する汚泥供給ポンプ６０と、解繊古紙貯留タンク５２から混和槽５３に解繊古紙を供給する解繊古紙供給ポンプ６１とを有している。さらに、汚泥脱水装置５０は、解繊古紙貯留タンク５２に供給する解繊古紙を生成するために、解繊装置１を備えている。解繊装置１には、古紙自動供給装置６２から古紙が供給されるとともに、補給水タンク６８から水が供給されるようになっている。
また、混和槽５３、第一凝集槽５４、及び第二凝集槽５５に供給された汚泥は、攪拌機によって攪拌されるようになっている。

汚泥脱水装置５０を用いて汚泥を脱水する際には、混和槽５３にて汚泥と解繊古紙を混合し攪拌する。ここで、解繊古紙は、脱水補助材として機能する。次に、解繊古紙と混合された汚泥は、第一凝集槽５４において例えば鉄系無機凝集剤６４が添加されることで凝集され、第二凝集槽５５において例えば脱水助剤６５が添加されることでさらに凝集される。
なお、第一凝集槽５４と第二凝集槽５５は逆転させることもできる。さらに第一凝集槽５４を省略し、鉄系無機凝集剤６４を汚泥濃縮機５６から脱水機５７の入口までの間に添加することもできる。

凝集されたフロック化汚泥は、汚泥濃縮機５６において濃縮されて濃縮汚泥となる。そして、濃縮汚泥は、スクリュープレス型の脱水機５７によって脱水され、脱水ケーキとして脱水汚泥ホッパ５８に排出される。なお、脱水機５７には、ボイラ６６から蒸気が供給されており、濃縮汚泥が間接加熱されるようになっている。また、脱水機５７より排出される脱水ろ液は、分離タンク６７において汚泥を分離させた後、汚泥貯留槽５１に戻されるようになっている。

解繊装置１は、上述した汚泥脱水装置５０において、汚泥に添加される脱水補助剤としての解繊古紙を生成する装置である。解繊装置１は、例えば古新聞紙の束のような原型を留めた古紙をドラム部４（図２参照）に直接投入し、補給水タンク６８よりドラム部４に供給された溶解水とともに、古紙（紙材）を解繊するための装置である。

図２に示すように、解繊装置１は解繊装置１の基部となる第一架台部２と、第一架台部２に対して回動可能に固定された第二架台部３と、第二架台部３上に回転可能に固定されたドラム部４と、を主な構成要素として備えている。なお、以下の説明では、図２の左側であって一方の側を前方とし、図２の右側であって一方とは反対の他方の側を後方とする。また、以下の説明においては、ドラム部４を構成する略円筒形状のドラム７の中心軸Ｏを単に中心軸Ｏと呼び、中心軸Ｏの方向を単に中心軸方向と呼ぶ。

ドラム部４は、略円筒形状をなし後方に開口する投入口１５を有するドラム７を有し、この投入口１５より古紙を投入可能とされている。ドラム７の容量は例えば１２００リットルである。

第一架台部２と第二架台部３は、例えば鋼材を組み合わせることによって形成されたフレームであり、一端部に設けられたヒンジ５を介して互いに回動可能とされている。第一架台部２と第二架台部３との間には、ジャッキ６が設けられており、このジャッキ６を稼働させることにより、ヒンジ５を中心に第二架台部３が回動するようになっている。また、第二架台部３は、複数のキャスター３１によって支持されており、解繊装置１の移動を可能にしている。

上述したように、ドラム部４は、第二架台部３の上に固定されており、第二架台部３を回動させることによりドラム部４を、例えば中心軸方向が水平な状態から、ドラム部４の後端側が上方を向く方向に、ヒンジ５を中心に回動させることができる。即ち、ドラム部４の中心軸Ｏの傾斜角度は変更可能とされている。本実施形態の解繊装置１が古紙の解繊を行う際は、ドラム部４を前端から後端に向かうに従って上方を向くように傾斜させる。

ドラム部４は、略円筒形状の中空容器であって後方に投入口１５を有するドラム７と、ドラム７の内周面に固定された複数の羽根２２，２３，２４，２５（図３参照）とを有しており、ドラム７の投入口１５より古紙を投入可能とされている。

ドラム７の一端側には回転軸８が突出するように設けられている。また、ドラム７は、中心軸Ｏが、ヒンジ５と直交するように、第二架台部３上に回転自在に固定されている。第二架台部３のヒンジ５が取り付けられている第二架台部の後端とは反対側の前方には、モータ９が配置されている。

モータ９のシャフトには第一スプロケット１１が取り付けられているとともに、ドラム部４の回転軸８には、第二スプロケット１２が取り付けられている。そして、第一スプロケット１１と第二スプロケット１２との間にチェーン１３が掛けられていることによって、モータ９の稼働に伴いチェーン１３・スプロケット１１，１２を介してドラム部４が回転するようになっている。ドラム部４は正転方向に回転自在であり、かつ、正転方向とは逆の逆回転も可能に構成されている。なお、回転軸８の先端は第二架台部３に固定された軸受ユニット１４によって支持されている。

また、ドラム部４の中心軸方向中央部付近（後述する直胴部１７）は複数のドラム支持ローラ１６によって支持されている。ドラム支持ローラ１６は、ローラの回転軸がドラム部４の中心軸Ｏに沿うように配置されている。

次にドラム部４について詳細に説明する。上述したように、古紙の解繊を行う際は、ドラム部４は、前端から後端に向かうに従って上方を向くように傾斜されている。図３は、ドラム部４を一部断面視した詳細図であり、ドラム部４が傾斜した状態を示す図である。以下、ドラム部４が傾斜状態にあるものとして説明を行う。なお、この傾斜角度は例えば１６°程度である。

図３に示すように、ドラム部４を構成するドラム７は略円筒形状をなし、中心軸方向における中央を構成する円筒形状の直胴部１７と、直胴部１７の前方に配置され前方に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第一円錐筒部１８と、直胴部１７の後方に配置され後方に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第二円錐筒部１９と、からなる。

第一円錐筒部１８の後端、直胴部１７の前後端、及び第二円錐筒部１９の前端はフランジ形状とされており、直胴部１７、第一円錐筒部１８、及び第二円錐筒部１９とは、フランジを介して互いに溶接されている。

第一円錐筒部１８の前端は、円板形状の鏡板２０によって封止されている。ドラム部４の回転軸８は、この鏡板２０の中央部に、鏡板２０と直交するように固定されている。また、鏡板２０の中央部には、ドラム７の内側に突出する円錐部２１が形成されている。中心軸方向に直交する方向から視た円錐部２１の頂部の角度は、約９０度とされている。また、円錐部２１の底部の直径は、第一円錐筒部１８の前端部の直径よりもやや小なる直径とされている。

第一円錐筒部１８は、中心軸方向に直交する方向から視た第一円錐筒部１８の下方の外周面１８ａが、水平面に対して略平行となるように形成されている。以下、ドラム７の下方の外周面の水平面に対する角度を下部傾斜と呼ぶ。即ち、第一円錐筒部１８の下部傾斜は０°である。

直胴部１７は円筒形状であるため、下部傾斜が中心軸方向と一致している。即ち、中心軸方向の傾斜角度は約１６°であるため、直胴部１７の下部傾斜も約１６°となっている。

第二円錐筒部１９は後端に向かって漸次縮径するような形状とされているため、第二円錐筒部１９の下部傾斜は直胴部１７の下部傾斜よりも更に大きくなっている。
即ち、ドラム７の下部傾斜は、前端から後端に向かうに従って急となるように形成されており、ドラム７の内部に収容された例えば古紙と水の混合物がドラム７の後端側から前端側に流れ、第一円錐筒部１８近傍に溜まるようになっている。

次に、ドラム７の内周面に設けられた羽根について説明する。
図４は、ドラム部４を側方から一部透視した斜視図であり、図５はドラム部４を投入口１５側（後方）から視た斜視図である。図４及び図５に示すように、各々の羽根２２，２３，２４，２５は矩形板状をなし、少なくとも各々の長辺がドラム７の内周面に例えば溶接によって固定されている。以下、固定された辺を固定辺と呼ぶ。第二羽根の固定辺でない長辺、即ち自由端側には、混合物の排出時に前端への戻りを堰き止め、排出効率を高めるべく、案内羽根２６を取り付けておくこともできる。

図６は、ドラム７の展開図であり、ドラム７の内周面を示す図である。図７は、第一羽根２２、第二羽根２３、第三羽根２４、及び第四羽根２５の外形を示す図である。図６には、各羽根の取り付け位置及び、中心軸方向に対する傾きが図示されている。

図６の展開図に示すように、各々の羽根の固定辺の向きは、ドラム７の内周面において中心軸Ｏに沿う線（図６で一点鎖線で示す線）に対して、所定角度傾けられている。即ち、各々の羽根の長手方向は、ドラム７の中心軸Ｏに沿っておらず、ドラム７の中心軸Ｏに対して傾けられている。
更に、各々の羽根２２，２３，２４，２５は、ドラム７の内周面に対して直交するように固定されておらず、羽根が回転方向に向かって傾斜するように固定されている。傾斜角度は、例えば羽根の面とドラム７の内周面との角度が２０°とされている。

羽根は、第一円錐筒部１８の内周面に設けられている２枚の第一羽根２２と、第二円錐筒部１９の内周面に設けられている２枚の第二羽根２３と、直胴部１７の内周面に設けられているとともに前端側の一部が第一円錐筒部１８に、後端側の一部が第二円錐筒部１９にオーバーラップしている２枚の第三羽根２４と、第二円錐筒部１９の内周面の前端側に設けられている２枚の第四羽根２５と、から構成されている。

即ち、第一羽根２２は、ドラム７の内周面で前端側に設けられ、第二羽根２３は、ドラム７の内周面で後端側に設けられ、第三羽根２４は、軸線方向において第一羽根２２と第二羽根２３との間に設けられている。

各々の羽根の詳細は、以下の通りである。
第一羽根２２は第一円錐筒部１８の略全域に亘るような長さ、及び所定の高さを有する板状部材である。高さは、例えば直胴部１７の直径の約３割程度とされている。２枚の第一羽根２２は、第一円錐筒部１８の内周面に周方向に等間隔に取り付けられている。

また、第一羽根２２の固定辺の向きは、第一羽根２２が下方に位置している場合、ドラム７の内周面において中心軸Ｏに沿う線に対して、投入口１５側から視て前端側が左側に向くように、即ち、前端から後端に向かうに従って回転方向と反対方向に向くように、例えば約２０°傾けられている。

また、図８に示すように、第一羽根２２の面は、第一羽根２２が下方に位置している場合、投入口１５側から視て外周側から中心に向かうに従って右側に向くように第一円錐筒部１８の内周面と例えば約２０°の角度をなすように固定されている。即ち、図８に矢印で示すような方向にドラム部４が回転した場合（以下、正回転と呼ぶ）、第一羽根２２が投入された古紙と水との混合物を後端側へ掻き出しつつ保持するような角度に固定されている。
また、第一羽根２２の前端部は、鏡板２０及び円錐部２１に接続されている。即ち、第一羽根２２と鏡板２０及び円錐部２１との間は隙間がないように固着されている。

第二羽根２３は第二円錐筒部１９の略全域に亘るような長さ、及び所定の高さを有する板状部材である。高さは、例えば直胴部１７の直径の約３割程度とされている。
２枚の第二羽根２３は、第二円錐筒部１９の内周面に周方向に等間隔に取り付けられている。また、各々の第二羽根２３は、後端部の周方向の位置が第一羽根２２の前端部の周方向の位置と一致するような位置に取り付けられている。

また、第二羽根２３の固定辺の向きは、第二羽根２３が下方に位置している場合、ドラム７の内周面において中心軸Ｏに沿う線に対して、投入口１５側から視て前端側が右側に向くように、即ち、前端から後端に向かうに従って回転方向に向くように、約２０°傾けられている。

また、図９に示すように、第二羽根２３の面は、第二羽根２３が下方に位置している場合、投入口１５側から視て外周側から中心に向かうに従って左側に向くように第二円錐筒部１９の内周面と２０°の角度をなすように固定されている。

第三羽根２４は直胴部１７の略全域に亘るような長さ、及び所定の高さを有する板状部材である。高さは、例えば直胴部１７の直径の約３割程度とされている。第三羽根２４は、中心軸方向と直交する方向から視て、前端側が第一羽根２２と重なる（オーバーラップ）ように、かつ、後端側が第二羽根２３と重なるような長さを有している。

２枚の第三羽根２４は、直胴部１７の内周面に周方向に等間隔に取り付けられている。また、各々の第三羽根２４は、前端部の周方向の位置が、２枚の第一羽根２２の前端部の周方向の位置の中間に位置するように取り付けられている。

また、第三羽根２４の固定辺の向きは、第三羽根２４が下方に位置している場合、ドラム７の内周面において中心軸に沿う線に対して、投入口１５側から視て前端側が右側に向くように、即ち、前端から後端に向かうに従って回転方向に向くように、約２０°傾けられている。

また、図１０に示すように、第三羽根２４の面は、第三羽根２４が下方に位置している場合、投入口１５側から視て外周側から中心に向かうに従って左側に向くように直胴部１７の内周面と２０°の角度をなすように固定されている。

第四羽根２５は所定の軸線方向の長さ、及び所定の高さを有する板状部材である。長さは、例えば、第二円錐筒部１９の内周面の軸線方向の長さの約３割程度とされている。高さは、例えば直胴部１７の直径の約１割程度とされている。

２枚の第四羽根２５は、第二円錐筒部１９の内周面に周方向に等間隔に、第四羽根２５の前端部が第二円錐筒部１９の前端部と一致するように取り付けられている。また、各々の第四羽根２５は、２枚の第二羽根２３の前端部の周方向の位置の中間に位置するように取り付けられている。

また、第四羽根２５の固定辺の向きは、第四羽根２５が下方に位置している場合、ドラム７の内周面において中心軸に沿う線に対して、投入口１５側から視て前端側が左側に向くように、即ち、前端から後端に向かうに従って回転方向と反対方向に向くように、約２０°傾けられている。

また、図９に示すように、第四羽根２５の面は、第四羽根２５が下方に位置している場合、投入口１５側から視て外周側から中心に向かうに従って左側に向くように第二円錐筒部１９の内周面と２０°の角度をなすように固定されている。

次に、本実施形態の解繊装置１の作用について説明する。
（親水化工程）
まず、投入口１５よりドラム部４の内部に古紙を投入する。古紙は、例えば新聞紙の束のような原型を保った紙材である。また、古紙の量は、ドラム部４の容量（例えば１２００リットル）によって適宜決定されるが、本実施形態の場合は、約６ｋｇ程度とする。

次に、投入口１５よりドラム部４の内部に溶解水を注入する。溶解水の量は、ドラム部４の容量によって適宜決定されるが、本実施形態の場合は、約１５０リットルの定量とする。即ち、本実施形態の解繊装置１の溶解濃度は約４％である。そして、約５分間静止させ、古紙に溶解水を浸透させる。これにより、古紙に溶解水が溶け込み、親水化が完了する。以下、親水化された古紙を混合物と呼ぶ。
なお、溶解水としては、水、汚泥、脱水ろ液を用いることができる。

次に、ドラム部４を回転させることにより、混合物の攪拌を行う。ドラム部の回転数（回転速度）は、ドラム部４内の混合物が共回り（混合物の回転速度とドラム部の回転速度が一致する）せず、かつ、古紙の解繊に適した水流を生じる速度とし、５ｒｐｍ〜６０ｒｐｍが好ましい。

（低速度攪拌工程）
まず、ドラム部４を低速で正回転させる。即ち、投入口１５側から視て右回転に回転させ、攪拌を開始する。
まず、回転数を例えば１５ｒｐｍとし、５分間に亘って正回転攪拌を行う。

ドラム部４を回転させることで、ドラム部４の第一円錐筒部１８に溜まった混合物が、第一羽根２２の面とドラム内周面の間に生じる強い乱流の効果で解繊されるとともに後方に掻き出される。一方、図１１に示すように、第一羽根２２上に残って上方に掻き上げられた一部の混合物は、下方に落下して衝撃力が与えられる。

図１２に示すように、第一羽根２２によって掻き出された混合物は、第一羽根２２上を沿うようにして、後方に流れ出す。ドラム部４の後方に流れ出した混合物は、第二羽根２３に衝突する。そして、図１３に示すように、混合物は第二羽根２３によって、前方へ押し込まれる。即ち、混合物は第二羽根２３によって方向転換されるとともに、方向転換の際に攪拌される。

また、第二羽根２３によって前方に押し込まれた混合物は第三羽根２４とドラム内周の間に生じる強い乱流の効果で解繊されつつ、流速が遅い混合物は、第三羽根２４によって掻き上げられる。掻き上げられた混合物は、ドラム部４の最上点付近において下方に落下し衝撃力が与えられる。一方、流速が速い混合物は、第三羽根２４によって、第一羽根２２に案内される。即ち、第三羽根２４は、混合物が第一羽根２２によって解繊効果を受ける、最適な位置に混合物を方向付ける。

また、ドラム部４の回転による攪拌中、第四羽根２５は、前端側から後端側へ流れ出る混合物を第二羽根２３に案内する機能を発揮する。
この工程において、混合物を構成する古紙は、落下による衝撃を与えられたり、ドラム部４の前後方向に流動したりすることによって、纏まった状態からバラバラの状態に崩される。

（常速度攪拌工程）
次に、ドラム部４を常速で正回転させる。回転数を例えば２２ｒｐｍとし、１５分間に亘って正回転攪拌を行う。この工程において、バラバラの状態に崩された古紙が含まれる混合物は、より高い頻度で衝撃を与えられたり、より速い速度で流動することによって、古紙の解繊が促進される。

（排出工程）
最後に、ジャッキ６を稼働させ、中心軸Ｏが前方から後方に向かうに従って下方に向くようにドラム部４を傾斜させる。これと同時に、ドラム部４を逆回転させて投入口１５より混合物を排出する。この際、混合物は、第二羽根２３、及び第三羽根２４によって送り出される。

上記実施形態によれば、ドラム部４の回転に伴い、ドラム部４の第一円錐筒部１８に溜まった混合物が第一羽根２２の面とドラム内周面の間に生じる強い乱流の効果で解繊され、他方、第一羽根２２によって掻き出された混合物がドラム部４の前端側と後端側とを往復するように流動して古紙が水流により自然に解繊されるとともに、第一羽根２２上に残った混合物も落下による衝撃を受けることで、ドラム部４が低回転でも効率的に紙材を解繊することができる。また、破砕羽根などの古紙を切断するための手段を用いることなく解繊することができる。さらに、繊維のせん断がないため、生成される解繊古紙の機能低下を抑制しつつ古紙を解繊することができる。

また、第三羽根２４が中心軸方向において第一羽根２２と第二羽根２３との間に設けられ、正回転時に乱流を引き起こし、混合物を掻き上げるとともに、第一羽根２２側に案内することによって、ドラム部４の前端側と後端側とを混合物が流動する途中においても混合物に乱流による解繊の効果と、落下による衝撃とを与えることができる。さらに、後端側から前端側に押し戻される混合物がより滑らかに第一羽根２２に案内されるため、より効率的に古紙を解繊することができる。

また、第四羽根２５によって、正回転時に前端側から後端側へ流れ出る混合物がより滑らかに第二羽根２３に案内されるため、より効率的に古紙を解繊することができる。

また、ドラム７が、直胴部と第一円錐筒部と第二円錐筒部とに分割されていることによって、傾斜させることによって下部傾斜の勾配が前端から後端に向かうに従って急となるようなドラム７をより容易に製造することができるとともにドラム７の内周面に各々の羽根を設けることが容易となる。

また、第一羽根２２の後端側と第三羽根２４の前端側とは一部が互いに重なりあうとともに、第三羽根２４の後端側と第二羽根２３の前端側とは一部が互いに重なりあっているため、混合物がドラム部４の前端側と後端側とを流動する際、隣合う羽根間における混合物の案内がより確実となる。

また、第一羽根２２、及び第三羽根２４が、ドラム部４の正回転時において、ドラム７の内周面との間に混合物を保持するように、回転方向に向かって傾斜していることによって、ドラム部４の正回転により混合物を掻き出し、あるいは掻き上げる際、より確実に混合物を保持することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、以上で説明した実施形態では、第三羽根２４は２枚設ける構成としたが、例えばドラム７の第二円錐筒部１９を螺旋状に一周するような１枚の羽根としてもよい。このような形状としても正回転時には、混合物の流出防止、及び内部への押し込みは可能であり、かつ、排出の際には混合物を排出する方向に搬送することができる。

また、ドラム部４の回転は、モータ９の回転をチェーン１３とスプロケット１１，１２を介して伝達する形式に限ることはなく、例えば、ドラム支持ローラ１６をモータによって回転させて、ドラム支持ローラ１６とドラム７との摩擦によってドラム部４を回転させてもよい。

１ 解繊装置
４ ドラム部
７ ドラム
８ 回転軸
１５ 投入口
１７ 直胴部
１８ 第一円錐筒部
１９ 第二円錐筒部
２２ 第一羽根
２３ 第二羽根
２４ 第三羽根
２５ 第四羽根
２６ 案内羽根
５０ 汚泥脱水装置
５７ 脱水機
Ｏ 中心軸

Claims (11)

1. 投入された紙材及び水を混合して、紙材と水との混合物中の紙材を解繊させる解繊装置であって、
   略円筒形状をなし、中心軸が一方から他方に向かうに従って上方に向くように傾斜するとともに、該中心軸回りに回転可能に設けられ、内周面の勾配が中心軸方向一方側から他方側に向かうに従って急となるように形成されたドラムと、
   前記ドラムの内周面で中心軸方向一方側に設けられた第一羽根と、
   前記ドラムの内周面で中心軸方向他方側に設けられた第二羽根と、を備えることを特徴とする解繊装置。
2. 前記中心軸方向において前記第一羽根と前記第二羽根との間に第三羽根が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の解繊装置。
3. 前記第一羽根の他方側と前記第三羽根の一方側とは一部が互いに重なりあうとともに、前記第三羽根の他方側と前記第二羽根の一方側とは一部が互いに重なりあっていることを特徴とする請求項２に記載の解繊装置。
4. 前記第三羽根は、前記ドラムの正回転時において、前記ドラムの内周面との間に紙材と水との混合物を保持するように、回転方向に向かって傾斜していることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の解繊装置。
5. 正回転時に一端側から他端側へ流れ出る混合物を、前記第二羽根へ案内する第四羽根を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の解繊装置。
6. 前記ドラムは、中心軸方向における中央を構成する円筒形状の直胴部と、該直胴部の中心軸方向一方側に配置され一方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第一円錐筒部と、前記直胴部の中心軸方向他方側に配置され他方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第二円錐筒部と、を備え、
   前記第一羽根は、前記第一円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、
   前記第二羽根は、前記第二円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の解繊装置。
7. 正回転時に一端側から他端側へ流れ出る混合物を、前記第二羽根へ案内する第四羽根を備え、
   前記ドラムは、中心軸方向における中央を構成する円筒形状の直胴部と、該直胴部の中心軸方向一方側に配置され一方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第一円錐筒部と、前記直胴部の中心軸方向他方側に配置され他方側に向かって漸次縮径する円錐筒形状の第二円錐筒部と、を備え、
   前記第一羽根は、前記第一円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、
   前記第二羽根は、前記第二円錐筒部に中心軸方向に延在するように設けられ、
   前記第三羽根は、前記直胴部に中心軸方向に延在するように設けられ、
   前記第四羽根は、前記第二円錐筒部の中心軸方向一方側に中心軸方向に延在するように設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の解繊装置。
8. 前記第二羽根の自由端側には、前記ドラムの正回転時において前記混合物を堰き止めるように形成された案内羽根が取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の解繊装置。
9. 前記ドラムは逆回転可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の解繊装置。
10. 前記ドラムの中心軸の傾斜角度が変更可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の解繊装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の解繊装置と、脱水機とを備え、該脱水機は前記解繊装置によって解繊された紙材が脱水補助剤として添加された汚泥を脱水することを特徴とする汚泥脱水装置。

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