JP7076137B2 - 含水パルプ系原料処理機 - Google Patents

Description

本発明は、印刷紙等の各種古紙を再利用する際の最終的な脱墨処理や、濃度の低い製紙排水に含まれる有効繊維分の選択的な回収処理に利用できる含水パルプ系原料処理機に関するものである。

印刷紙等の各種古紙を再利用するときには、薬剤を利用して脱墨処理するが、更に、１００％近くまで脱墨処理したい場合や薬剤の量を減らしたい場合には、特許文献１に記載の縦型濃縮洗浄機を使用した追加の洗浄処理が提案されている。
この縦型濃縮洗浄機は実機化されており、多数の孔が形成された回転ドラムの内部に撹拌羽根や搬送用スクリュー羽根が配設されており、処理原料を投入し、回転ドラム側と羽根側とを軸周りに逆方向に回転させると、揉み洗いが行われ、回転ドラムの孔から濾液が排出されて脱水されるようになっている。

特許第３４１０６６８号公報

上記の縦型濃縮洗浄機では、回転ドラムと撹拌羽根等が互いに逆方向に軸周り回転するようになっており、格段の揉み洗い効果が確認されている。
而して、回転ドラムと回転シャフトを共用しているため、搬送を目的とする上部分にも遠心力がかかるので、特許文献１では、その上部分にも回転ドラムに孔をあけてそこからシャワー水を噴出して、回転ドラムの内壁に遠心力の作用により付着した部分を剥ぎ落していた。
しかしながら、搬送経路では撹拌羽根のような構成にはなっていないので、遠心力による脱水機能が劣っている。
しかも、搬送手段としてスクリュー羽根を利用しており、シャワー水の逃げ場がなかった。
そのため、搬送する原料が上記シャワー水を含んでしまっていた。すなわち、せっかく脱水していたのに、搬送過程で水分量が増えてしまっていた。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、スクリュー羽根に代えて、別の部材で同等の搬送機能を担わせることで、搬送機能をそのまま維持しつつ、上記の欠点を解消できる縦型濃縮洗浄機を提供することを、その目的とする。

本発明者は、試行錯誤の結果、搬送スクリューに代えて、特徴有る形状の搬送羽根を特定の配置で回転シャフトに取付けることにより、上記の欠点が解消されることを見出し、本発明を完成するに至った。

製紙排水の有効繊維分の濃度が低いものは回収のしようがなく、排水処理設備にて製紙スラッジとなり、廃棄物として処分されていたが、上記の装置によれば、特に脱水機能がより向上されることから、有効繊維分を濃縮化できることが見出された。従って、上記のような製紙排水からの有効繊維分の回収に使用することもできる。
そのため、本発明の装置は、洗浄作用は意図せずに働くとしても、上記したように洗浄効果を目的としない用途での利用も考えられることから、特許文献１での「濃縮洗浄機」に代えて、「含水パルプ系原料処理機」と表現している。

本発明の請求項１の発明は、上下を軸方向とし、軸周りに回転可能な多孔質の回転ドラムと、前記回転ドラムの軸中心に配置され、前記回転ドラム内で外方に張り出すように下側には撹拌羽根が上側には搬送羽根がそれぞれ取付けられ、前記回転ドラムと逆方向に軸周りに回転可能な回転シャフトと、前記回転ドラムに向けて外側からシャワー水を噴射するシャワー水噴射手段とを備え、前記回転ドラムに投入された含水パルプ系原料由来の廃液原料が前記撹拌羽根により揉み洗いされた後前記搬送羽根により上方に搬送される、含水パルプ系原料の処理機において、前記搬送羽根は平面視板状で、回転方向後側に扇状に展開して延びる扇状部分を有し、その板面が前記回転シャフトの軸方向に対して回転方向前側が後側に対して下方にくるように傾斜姿勢で取付けられており、且つ、前記搬送羽根が複数、上下方向に直状の連通部分を残しながら、前記回転シャフトの周方向に沿って螺旋を描くように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した含水パルプ系原料処理機において、扇状部分の回転方向後側の径方向縁が反って下方に向いていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項３の発明は、請求項２に記載した含水パルプ系原料処理機において、搬送羽根は回転シャフトの取付け部分と扇状に展開して延びる扇状部分との二つの部材で構成されており、前記扇状部分は前記取付け部分よりも薄板で構成されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、搬送羽根が４枚で前記回転シャフトの周方向を一周するように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、撹拌羽根は平面視長方形の板状で、その板面が前記回転シャフトの軸方向に対して回転方向前側が後側に対して下方にくるように傾斜姿勢で取付けられており、且つ、前記撹拌羽根が複数、前記回転シャフトの周方向に沿って螺旋を描くように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、回転シャフトには、下側の撹拌羽根の取付け部分に孔が設けられており、前記孔が原料の回転ドラム内への供給孔として利用されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

本発明の含水パルプ系原料処理機によれば、複数の搬送羽根が協働して搬送機能を維持しつつ、シャワー水を下方の撹拌羽根側に落とすことができる。

本発明の実施の形態に係る含水パルプ系原料処理機の概略正面図である。 図１の含水パイプ系原料処理機の前後方向における概略縦断面図である。 図２の含水パルプ系原料処理機の回転ドラムの詳細な構造を示す斜視図である。 図２の撹拌羽根の取付け状態を示す斜視図である。 図４の撹拌羽根の上面図及び側面図である。 図２の搬送羽根の取付け状態を示す斜視図である。 図６の搬送羽根の上面図及び側面図である。 図７の搬送羽根の取付け部材の上面図及び側面図である。 図７の搬送羽根の扇状部材の上面図及び側面図である。

本発明の実施の形態に係る含水パルプ系原料処理機Ａについて、図面にしたがって詳細に説明する。
含水パルプ系原料には、既に薬剤により脱墨処理された段階の紙料や、製紙排水が含まれる。

図１、図２に示すように、含水パルプ系原料処理機Ａは、縦型になっており、基台１の上に載置される。この含水パルプ系原料処理機Ａでは、鋼板、例えばステンレススチール製の円筒ドラムケース２を軸方向を上下にして立設されている。

この円筒ドラムケース２の内周側には、シャワー水噴射手段として水供給管３が直立されており、この水供給管３にはシャワーノズルが上下方向に直列で複数配置されている。いずれのシャワーノズルも軸方向中心を向いている。水供給管３は周方向に間隔をあけて複数設置することも可能である。また、別の水噴射手段の水供給管４も直立されており、同様にシャワーノズルが上下方向に直列で複数配置されている。但し、水供給管４は、エアーシリンダーにより上下方向に移動可能になっており、シャワーノズルの位置が上下方向に動いてずれる。上記したように水供給管３側は固定シャワータイプ、水供給管４側は摺動シャワータイプになっている。

シャワーノズルからのシャワー水の噴射圧力は、後述するように、回転ドラム５に金網が設けられていないので、金網の耐久性を気にせず、特許文献１の縦型濃縮洗浄機を使用した場合よりも、高圧に設定可能になっている。水供給管４側は水供給管３側よりも高圧に設定されている。

水供給管３、４の内方に、回転ドラム（胴部）５が矢印に示すように、反時計方向に軸周りに回転可能に設けられている。この回転ドラム５は断面がほぼ真円の円筒形で、円筒ドラムケース２と同軸状に配置されている。水供給管３はシャワーノズルから回転ドラム５全面に水を噴射できるように、回転ドラム５の高さ方向のほぼ全長にわたって対向している。また、水供給管４はシャワーノズルから回転ドラム５全面に水を噴射できるように、回転ドラム５の高さ方向のほぼ全長にわたって上下移動可能になっている。

図３に示すように、回転ドラム５はステンレススチール製になっており、パンチングメタルで構成され多孔質になっている。多数のパンチ孔５ａは、いずれも、断面がほぼ真円の丸孔で内方から外方に向かって周方向に均等に拡径されてテーパ状になっている。パンチ孔５ａの内方端の径とテーパ角度は、有効繊維がドラム外に飛び出さないように設定されている。

回転ドラム５の内部には、軸方向中心に回転シャフト６が立った状態で設けられている。そして、その外周面には、下側に複数の撹拌羽根７が取付けられ、上側に複数の搬送羽根８が取付けられている。
撹拌羽根７、７、……、搬送羽根８、８、……とも、回転シャフト６を中心に放射状に配置されており、径方向外方に張り出している。
撹拌羽根７、搬送羽根８は、いずれもステンレススチール製になっている。

なお、図２は、複数の撹拌羽根７、複数の搬送羽根８が回転ドラム５内に配置されている状態を示すイメージ図であり、撹拌羽根７、搬送羽根８の形状や配置関係は、図４以降で正確に示されている。

図４に示すように、複数の撹拌羽根７、７、……で撹拌手段が構成されている。
図５に示すように、撹拌羽根７はほぼ長方形の平板状になっており、一方の短辺側は円弧状に凹んでいる。この凹曲縁７ａは回転シャフト６の被取付け部分の外周面、すなわち凸曲面に嵌り込むように設計されている。また、他方の短辺側は円弧状に凸している。この凸曲縁７ｂは回転ドラム５の内壁面に最接近するので、回転ドラム５の凹曲面に沿った形状になっている。

撹拌羽根７、７、……が回転シャフト６の周方向に沿って螺旋を描くように取付けられている。回転シャフト６は矢印に示すように時計回りに回転するので、それに対応して螺旋方向も左手周りに取付けられている。８枚の撹拌羽根７、７、……で一周するように均等に配置されており、撹拌羽根７、７、……は上下方向で隣り合うものは揃って列になっている。
撹拌羽根７は、板面７ｃが回転シャフト６の軸方向、すなわち上下方向に対して傾斜した方向を向いており、回転シャフト６の回転方向前側の長辺縁７ｄが回転方向後側の長辺縁７ｅに対して下がっている。

図６に示すように、複数の搬送羽根８、８、……で搬送手段が構成されている。
図７に示すように、搬送羽根８は二つの平板状部材で構成されており、取付け部材９よりも扇状部材１０は薄板で構成されている。取付け部材９は撹拌羽根７とほぼ同じ厚さになっている。
図８に示すように、取付け部材９は、撹拌羽根７と同様に、ほぼ長方形の平板状になっており、一方の短辺側は円弧状に凹んでいる。この凹曲縁９ａは回転シャフト６の被取付け部分の外周面、すなわち凸曲面に嵌り込むように設計されている。また、他方の短辺側は円弧状に凸している。この凸曲縁９ｂは回転ドラム５の内壁面に最接近するので、回転ドラム５の凹曲面に沿った形状になっている。
但し、取付け部材９の短辺側の幅寸法は、撹拌羽根７の短辺側の幅寸法よりも大きくなっている。

図９に示すように、扇状部材１０は、その名称に示すように扇状に拡がっており、基端側のエッジ部分は切り取られて直線状の基端縁１０ａになっている。反対側の円弧縁１０ｂは、取付け部材９の凸曲縁９ｂとほぼ同じ曲率半径となるように設計されている。そして、円弧縁１０ｂと一方の径方向縁１０ｃとの間の角部には小さく長方形の切欠き部分１０ｄが形成されており、その切欠き部分１０ｄ分だけ、円弧縁１０ｂが径方向縁１０ｃより外方に張り出している。他方の径方向縁１０ｅ側には切欠きは形成されていない。
径方向縁１０ｅは反って下方を向いている。扇状部材１０は薄肉なので、この反り加工は容易になっている。

取付け部材９の一方の長辺縁９ｃの下側に扇状部材１０の径方向縁１０ｃが重ね合され溶接により連結されて一体化されている。すなわち、扇状部材１０の径方向縁１０ｃが重ね代として利用されている。
取付け部材９は全体が平らになっており、扇状部材１０は径方向縁１０ｅが反っているが重ね側を含めてその他の部分は平らになっているので、上記のような連結が可能となっている。

搬送羽根８、８、……の取付け部材９、９、……が回転シャフト６の周方向に沿って螺旋を描くように取付けられている。回転シャフト６は矢印に示すように時計回りに回転するので、それに対応して螺旋方向も左手周りに取付けられている。４枚の搬送羽根８、８、……で一周するように均等に配置されており、搬送羽根８、８、……は上下方向で隣り合うものは揃って列になっている。
搬送羽根８は、板面（＝取付け部材９の板面９ｅと扇状部材１０の板面１０ｆ）が回転シャフト６の軸方向、すなわち上下方向に対して傾斜した方向を向いており、回転方向前側の取付け部材９の長辺縁９ｄから回転方向後側の扇状部材１０の径方向縁１０ｅの直前までは平面状に上がっており、更に、径方向縁１０ｅでは反りによって大きく下がっている。

上記のように搬送羽根８、８、……が配置されているので、平面視で搬送羽根８、８、……どうしの間には隙間Ｓがあり、その隙間は上下方向に直状に連なっている。
搬送羽根８は、上記のように構成されており、原料は螺旋状に隣り合う搬送羽根８、８、……に乗り移りながら上方に向かって搬送されるが、搬送イメージは後で詳述する。

その他の構成について、以下で説明する。
図２に示すように、回転ドラム５と基台１との境界はシール水を利用したシール構造になっており、回転ドラム５は基台１上の受け部に回転可能に載せられている。
その回転ドラム５の軸方向を回転シャフト６が回転可能に貫通して立っている。回転シャフト６は筒状になっており、その下端開口は原料供給管１１と連通している。この原料供給管１１は基台１の側部を貫通して内部に入り込んで回転シャフト６と連通している。
回転シャフト６の搬送羽根７、７、……の取付け部分には、供給孔１２、１２、……が設けられており、原料供給管１１から送られてきた原料は、この供給孔１２、１２、……から回転ドラム５内に吐出供給されるようになっている。供給孔１２は、上下方向に２つ並んでおり、この２つを一組として、径方向に９０°の間隔をあけて四組設けられている。図１に示すように、処理済みの原料を排出する原料排出部１３は、上方に設けられている。
なお、回転シャフト６の上端開口はメクラキャップ１４で閉じられており、必要に応じて、そこから濃度調整用に希釈水を供給できるようになっている。
ドラムケース２の下方側には排水口１５が設けられている。

ドラムケース２の上側に駆動機構が搭載されている。
回転シャフト用モータ１６の駆動力が、ベルト・プーリー式の伝達機構を介して回転シャフト６に伝達されて、回転シャフト６が回転するようになっている。
回転ドラム用モータ１７の駆動力が、ベルト・プーリー式の伝達機構を介して回転ドラム５に伝達されて、回転ドラム５が回転するようになっている。
このように回転シャフト６と回転ドラム５は、別々のモータにより互いに独立して駆動される。回転シャフト６は回転ドラム５に対して軸受１８により回転可能に支持されており、それぞれの回転は干渉されない。

次に、含水パルプ系原料処理機Ａの運転中の処理内容について説明する。
含水パルプ系原料処理機Ａを運転すると、原料は供給孔１２から回転する回転ドラム５の内部に吐出供給され、回転ドラム５の回転と撹拌羽根７の逆回転により揉まれながら、遠心力により外側に飛ばされ脱水されるので、揉み洗い洗浄及び脱水の効果が得られる。特に、撹拌羽根７の長方形の形状が生きて、回転シャフト６側でも撹拌作用が有効に働いている。また、供給孔１２が上下に隣り合う撹拌羽根７、７の間に配置されているので、供給孔１２から吐出供給された原料は直ちに撹拌羽根７による撹拌作用を受けることになる。

廃液は回転ドラム５の多数のパンチ孔５ａから排出され、原料は綺麗に洗浄され濃縮される。パンチ孔５ａからは有効繊維分は排出されずに濾過機能が働く。
従って、原料を更に脱墨処理したい場合の洗浄だけでなく、製紙排水も含めた幅広い濃度範囲の原料に対する脱水による濃縮化にも積極的に利用できるようになっている。
また、回転ドラム５の内壁には遠心力の作用により原料の一部が付着するが、高圧のシャワー水を上記パンチ孔５ａから内部に噴出させることで、剥ぎ落している。
その後、搬送羽根８によって上方に搬送され、徐々に原料排出部１３から排出される。

含水パルプ系原料処理機Ａでは、上述したように、搬送羽根８によって搬送機能を担わせており、上記した運転の際に特徴的な作用が発揮される。
含水パルプ系原料処理機Ａでは、撹拌手段と搬送手段とが回転ドラム５と回転シャフト６を共用しているため、搬送を目的とする搬送手段にも遠心力がかかる。そのため、パンチ孔５ａは回転ドラム５の上部分にも設けられており、シャワー水の噴出用に利用されている。
而して、搬送羽根８そのものは撹拌羽根７のような構成にはなっていないので、遠心力を利用した脱水機能に着目すればその点は劣っている。

しかしながら、平面視で搬送羽根８、８、……どうしの間には隙間Ｓが形成され、その隙間Ｓは上下方向に直状に連なっている。従って、その隙間Ｓからシャワー水は下方の撹拌手段側に落下させることができる。
搬送羽根８の板面上に乗った原料は、隣り合う上段側の搬送羽根８に乗り移り、この乗り移りの繰り返しにより上方に搬送されるようになっており、原料が遠心力を受けて回転ドラム５の内壁側に寄せられるが、搬送羽根８は回転ドラム５の内壁側に向かって広がった扇状になっており、原料が安定的に乗る面積と、十分な隙間Ｓがバランス良く確保されている。

また、搬送羽根８の扇状部材１０の径方向縁１０ｅは下方に向かって反っており、扇状部材１０に乗った原料のうち過剰分は落下する。搬送量をこの反り度合により調整できるので、結果として、原料が下側の撹拌手段の領域で滞留し揉み洗い及び脱水に供される時間を容易にコントロールすることができる。

含水パルプ系原料処理機Ａでは、このように撹拌作用及び搬送作用が働くので、特に、含水量の低減が求められている製紙排水からの有効繊維分の回収に適している。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、扇状部材１０は、径方向縁１０ｅが反って下方を向いているが、取付け部材９への重ね代の部分を除く全体が反って下方を向いていてもよい。
また、搬送羽根８、８、……は上下方向で隣り合うものは揃って列になっており、上記の実施の形態では、この列は６枚での構成になっているが、枚数は限定されておらず、処理機のサイズや処理物の種類等の事情を考慮して具体的に最適な枚数を決定することになる。従って、６枚より増えて、８枚乃至１１枚になる場合もある。

１…基台 ２…円筒ドラムケース ３、４…シャワー水噴射手段の水供給管
５…回転ドラム ５ａ…パンチ孔 ６…回転シャフト ７…撹拌羽根
７ａ…凹曲縁 ７ｂ…凸曲縁 ７ｃ…板面 ７ｄ、７ｅ…長辺縁
８…搬送羽根 ９…取付け部材 ９ａ…凹曲縁 ９ｂ…凸曲縁
９ｃ、ｄ…長辺縁 ９ｅ…板面 １０…扇状部材 １０ａ…基端縁
１０ｂ…円弧縁 １０ｃ、ｅ…径方向縁 １０ｄ…切欠き部分 １０ｆ…板面
１１…原料供給管 １２…供給孔 １３…原料排出部 １４…メクラキャップ
１５…排水口 １６…回転シャフト用モータ
１７…回転ドラム用モータ
Ａ…含水パルプ系原料処理機 Ｓ…隙間

Claims (6)

1. 上下を軸方向とし、軸周りに回転可能な多孔質の回転ドラムと、前記回転ドラムの軸中心に配置され、前記回転ドラム内で外方に張り出すように下側には撹拌羽根が上側には搬送羽根がそれぞれ取付けられ、前記回転ドラムと逆方向に軸周りに回転可能な回転シャフトと、前記回転ドラムに向けて外側からシャワー水を噴射するシャワー水噴射手段とを備え、前記回転ドラムに投入された含水パルプ系原料由来の廃液原料が前記撹拌羽根により揉み洗いされた後前記搬送羽根により上方に搬送される、含水パルプ系原料の処理機において、
   前記搬送羽根は平面視板状で、回転方向後側に扇状に展開して延びる扇状部分を有し、その板面が前記回転シャフトの軸方向に対して回転方向前側が後側に対して下方にくるように傾斜姿勢で取付けられており、且つ、
   前記搬送羽根が複数、上下方向に直状の連通部分を残しながら、前記回転シャフトの周方向に沿って螺旋を描くように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
2. 請求項１に記載した含水パルプ系原料処理機において、
   扇状部分の回転方向後側の径方向縁が反って下方に向いていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
3. 請求項２に記載した含水パルプ系原料処理機において、
   搬送羽根は回転シャフトの取付け部分と扇状に展開して延びる扇状部分との二つの部材で構成されており、
   前記扇状部分は前記取付け部分よりも薄板で構成されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、
   搬送羽根が４枚で前記回転シャフトの周方向を一周するように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、
   撹拌羽根は平面視長方形の板状で、その板面が前記回転シャフトの軸方向に対して回転方向前側が後側に対して下方にくるように傾斜姿勢で取付けられており、且つ、
   前記撹拌羽根が複数、前記回転シャフトの周方向に沿って螺旋を描くように取付けられていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
6. 請求項１から５のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、
   回転シャフトには、下側の撹拌羽根の取付け部分に孔が設けられており、前記孔が原料の回転ドラム内への供給孔として利用されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。

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