JPS60143805A - 水底の含水固体粒子の搬送・脱水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｔ４的及び背景） 本発明は水底の含水固体粒子を効率よく搬送・ｌｔＡ水
する装置に関するものである。

其体的に言えば、沈ｒｊ槽、ａ縮槽等、比重差を利用す
る固液分離装置において水底に沈ｖしたスラッジのよう
な含水固体粒子を搬送すると同時に脱水も行なわしめて
後処理を容易にするのに適した装置に関するものである
。

公害処理設備等において生成するスラッジのような含水
固体粒子を水底から搬送するためには、従来は固液分離
装置の底部からポンプを用いて抜き出していた。下部が
地中に埋設された大型の固液分離装置の場合には水中ポ
ンプ等を使用することになるが、このようなポンプは機
構が複雑になるばかりでなく１回時に多量の水も搬送す
ることになるので大きな動力を必要とし、さらに次の工
程で脱水乾燥を行なうための装置とエネルギーとを更に
必要とするので不経済であった。

本発明はこのような従来法の欠点を解決したものである
。

（構成） 即ち本発明は、水底付近から水面上の所定場所まで配設
され且つ主として水面下の部分に二重に構成された外管
を有する管路、その二重管の外管の上部に設けられた空
気導入管、二重管の内管をなす管路の岐丁部に接続され
徐々に径が大きくなっているコーン体、コーン体の大口
径部に接続された管路より大きい径の円筒体、円筒体の
底板、底板中央に設けられた固体粒子導入口、円筒体下
部側面に設けられた円筒体内部への空気送入口、前記ニ
ー重管の外管下部を拡張してコーン体及び円筒体を覆い
外管と内管の間隙を流れて来た空気を円筒体下部に設け
られた空気送入口へ導く外筒、及び水面］ユで二重管部
分を過ぎた部分の管路の一部の側壁に設けられた小孔又
は小隙よりなる脱水機構とより構成される螺旋気流を用
いる水成の含水固体粒子の搬送・脱水装置である。

ｔｒｉ旋気流による固体粒子の搬送は、これまで工業的
に取り上げられたことのない未開拓の分野である′ので
、まず螺旋気流による搬送とは如何なるものであるかを
説明する。

ガスや液体が渦を巻く現象は、例えば竜巻、台風、渦潮
など広く自然界に存在する。

北米大陸中央部に発生するトルネート、即ち大屯巻は牛
馬、自動車、家屋でさえも空中へ吸い上げて異なる地点
へ落下させ、大きな被害をもたらすことはよ〈知られて
いる。日本においても、それほど強力かつ大規模ではな
いが、百般、魚、蛙などを吸い上げて遠方に降らせる、
いわゆる径由現象が報告されている。

かかる自然現象は不特定地点で不時に発生するので単に
災害を与えるに過ぎないが、類似の現象をあらかじめ設
定した特定の場所の間における安定なｆ場」として存在
させることができれば、それを利用して物体を搬送する
ことが＝ｉｒ能になる。

人、［的に旋回流を発生させるための方法として一般的
に考えられるのは、管内にその内周の切線方向から高速
で気流を送入する方法で、サイクロンその他に応用され
ている。

だかそのようにして生成させた旋回流による固体粒子の
ＶｊＯ送では、供給された固体粒子は管路入口付近の管
壁に激しく衝突して管壁を摩耗させるので長期間の使用
に耐えず、またこのようにしてエネルギーを失うために
、気流の送入口付近では旋回流が形成されても管路が長
い場合には次第に消滅して安定に維持することが難しい
ことが判明した。

竜巻などの成因は熱上昇気流であるか、空気を管路に強
制的に高速で送入すれば同様に旋回流を発生するかとい
うと、工業的に空気搬送などで一般に用いられている条
件、即ち圧縮した空気をブｒなどを通じて断熱膨張的に
圧力落差のある状態で送入したのでは乱流を生じるだけ
で安定な旋回流は生じない。このような高速気流による
固体粒子の搬送では管壁に固体粒子が激しく衝突するた
めにやはり管路の摩耗が激しい。

そこで更に研究を重ねた結果１本質的に管路の長袖方向
のベクトルのみを与えた非圧縮状態の気秒以」−となる
あたりから管路内に管路断面に関しては旋回流をなしつ
つ管路長軸方向に進行する安定な螺旋気流が生成するこ
とが見出された。

本質的に管路の長袖方向のベクトルのみを与えた非、！
ｌ’ｔｙ　：を態の気流を管路に送入するということは
、意図的に旋回運動を促すようなベクトルを一切与える
ことなイ、また管路入口で急激な膨張又ｔ±圧縮を生し
させることもなく、いわば管路の長袖方向にピストンフ
ａ−のような状態も気流が滑らかに流線を乱さずに送込
されるような状態を与えることを意味する。

このような状７ｇ：、で送入された場合、気流はそのま
まピストンフローの状態を保ちつつ出口まで進１テする
ことか予想されるが、気流平均速度がおよそ２０ｍ／秒
以」二になると管路に安定な螺旋気流か生成する。

このようシーシて生成した安定な螺旋気流は、トルネー
トや竜巻と同じように物体の搬送能力を有している′。

そこでこの螺旋気流域に固体粒子を供口まで搬送される
。また丁度螺旋気流の中心に槙給された物体は殆°ど直
線状に非常な速度で管路の出口に向う。

螺旋気流による固体粒子の搬送を行なうための装置の基
本構成を添付第１図により説明すると、ｌは固体粒子の
搬送用管路で、その管路の一端に徐々に径が大きくなっ
ているコーン体２が接続され、更にコーン体の大口径部
には管路より大きい径の円筒体３か接続されている。円
筒体は底板４陵び側面にガス送入口５を有する。６が固
体粒子の供給管である。ガス送入口５から円筒体の軸心
に向けて送入されたガスは旋回運動を生ずることなく円
筒体３中をコーン体２の方向に泣れるが、円筒体中のガ
ス速度を低速とし且つガス送入時のガス流の乱れが消え
るに十分な距離を与えれば、円筒体中のガスは滑らかな
乱れのない気流としてコーン体に導入され、ここでしぼ
られて次第に速度が早くなり管路ｌに送入される。

なお円筒体へのガスの送入方向をやや底板方向に傾けて
やると、送入時の気流を乱れを消去して滑らかな乱れの
ない気流にするに必要な円筒体部分の１（さを知ぐする
ことができる。また円筒体への送入カス源は脈動のない
ものが望ましいので、往復運動のコンプレッサーよりは
回転運動のブロワ−の方が好ましく、必要に応じて均圧
室を経て使用する。

コーン体でしぼられた結果管路内の気流平均速度が２０
ｍ／秒以上となる条件下では、管路入口から数十ｃｍ以
内、あるいは、コーン体部分において既に、管路断面に
対しては旋回流をなしつつ管路長軸方向に進行する螺旋
気流が生成している。

そこでその螺旋気流域に供給管６から固体粒子を供給す
れば、その固体粒子は螺旋気流に伴なわれて管路出口ま
で搬送される。

螺旋気流による搬送の第１の特色は、螺旋気流内では旋
回運動に基く遠心力により気体分子の大部分は管路内壁
に近い部分に圧縮された気層を形成する為に、搬送され
る固体粒子はこの気層に遮られて直接管壁に接触せず管
路の摩耗を生じないことである。従って螺旋気流による
固体粒子輸送管路はプラスチンク製でもよい。木発すｊ
は螺旋気流による搬送のこのような特色を利用するもの
である。さらに螺旋気流域に濡れた固体粒子を供給した
場合には、水分も螺旋気流による効果により分離されて
管壁に液滴として付着することが見出された。

また第２の特色は、螺旋気流の中心部ではへ巻の中心と
同じく気圧が非常に小さくなっていることである。この
ため中心部では空気抵抗が非常に小さく、固体粒イの搬
送エネルギーが節約されるばかりでなく、固体粒子はこ
の低圧部に吸い込まれるようにして高速で搬送される。

本発明はこのような現象を利用して、水底の含水固体粒
子の搬送と同時に脱水を行なうことが出来るようにした
装置である。

本発明装置の基本構成を第２図により説明すると、１が
水底付近がら水面上の所定場所まで配設され且つ主とし
て水面下の部分に二重に構成された外’ｆｆ１ｌを有す
る管路であり、その二重管の外管の上部には空気導入管
１２が設けられている。

ニー重′＋１゛の内管をなす管路の最下部には徐々に径
が大きくなっているコーン体２が接続され、コーン体の
大口径部には管路より大きい径の円筒体３が接続されて
いる。円筒体には底＆４と、下部側面に設けられだ円ｔ
４体内部への空気送入口５が設けられ、底板中央には含
水固体粒子導入ロアが設けられている。ぎらに前記二重
ＩＣの外管下部を拡張してコーン体及び円筒体を覆い外
管と内管の間隙を流れて来た空気を円筒体下部に設けら
れた空気込、い」５へ導く外筒８、及び水面りで二重管
部分を過きた部分の管路の一部の側壁に設けられた小孔
又は小隙よりなる脱水機ａ９とより構成されている。

二重管の外管に設けられた空気導入管１２がら空気を送
入すると、空気は内管と外管の間隙を通って下降する。

この区間が実質的に均圧室の働きをするために空気の脈
動は完全に消去され、外筒８を経て空気送入口５から円
筒体３内に送入される。これ以後の螺旋気流生成メカニ
ズムは第１図により説明した基本原理と同じである。

搬送すべき含水固体粒子は気流平均速度が増加して螺旋
気ＪｌｌＬが？［成・する管路入口付近のコーン体部分
に導入されるようにする。その部分は既に低圧になって
いるので、水底の含水固体粒子は主に霧吹きの原理で螺
旋気流域に吸い込まれ、管路出口まで搬送される。

固液分離装置底部に沈降している固体粒子は多くの場合
非常に水分の多いスラッジ状で螺旋気流域に吸い込まれ
るが、螺旋気流内では既に説明したように固体粒子と水
分との分離が行なわれ、分離した水分は管路の内壁に付
着してゆっくりと出口方向に移動する。そこで管路の途
中でこの水分を抜き取ってやれば、管路出口では脱水さ
れた固体粒子が得られる。

第２図で記号９で示されるのがその為の脱水機構で、水
面−Ｌで二重管部分を過ぎた部分の管路の一部の側壁に
設けられた小孔又は小隙よりなっている。第２図に略図
で示されたのは管壁に無数の小孔９１を設けた場合で、
ここに到達する迄に既に管壁には回心円状の水層が形成
されているので水分は無数の小孔から管外へ流出する。

この際水分だけを流出させ空気は流出させないために、
この小孔が存在する部分に外管９２を設けて水分のＢｅ
出量をコントロールするようにする。このようにすれば
螺旋気流による固体粒子の搬送に悪影響をう−えること
はない。

第５図に示したのは小隙を有する脱水機構の構１省の一
例であり、管路ｌに嵌合部９３を設け、嵌合部の隙間か
ら（パッキング不使用）水分が流出するようにしである
。

このような脱水機構は必要に応じて複数個間隔をおいて
設置すれば次第に脱水率を高めて行くことができる。

第３図は本発明装置を沈澱槽２１に設置した場合、また
第４図は濃縮槽２２に設置した場合を示す図であるが、
本発明装置は必ずしも固定した場所においてのみ使用可
能なものではなく、川底、’Ｊｈｉ底等のヘドロや土砂
等を搬送且つ脱水する目的にも応用することができる。

本発明装置では汚濁水中に浸漬している構造部分が非常
に簡素化されているので、故障が少なく保守点検が容易
である。

（効果） ａ、装置の１１耗が少ない。

ｂ、搬送と同時に脱水ができる。

Ｃ０保守点検が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は螺旋気流により国体粒子を搬送する装置の基本
構成を示す図、第２図は本発明装置の説明図、第３図及
び第４図は本発明装置の設置状態を示す図、第５図は脱
水機構の一例を示す図である。 出願人　川崎製鉄株式会社 同　川鉄鉱業株式会社 代理人　弁理士　青麻昌二 第３　目 第５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水底付近から水面上の所定場所まで配設され且つ主とし
   て水面下の部分に二重に構成された外管を有する管路、
   その二重管の外省の上部に設けられた空気ど１人管、二
   重管の内管をなす管路の最下部に接続され徐々に径が大
   きくなっているコーン体、コーン体の大口径部に接続さ
   れた管路より大きい径の円筒体１円筒体の底板、底板中
   央に設けられた含水固体粒子導入口、円筒体ド部側面に
   設けられた円筒体内部への空気送入口、前記二重管の外
   管下部を拡張してコーン体及び円筒体を覆い外管と内管
   の間隙を流れて来た空気を円筒体下部に設けられた空気
   送入口へ導く外筒、及び水面、七で二数管部分を過ぎた
   部分の管路の一部の側壁に設けられた小孔又は小隙より
   なる脱水機構とより構成される螺旋気流を用いる水底の
   含水固体粒子の搬送φ脱水装置。