(57)【要約】【課題】  デカンタ型の遠心分離装置において、沈殿層中に滞留している液体がその排出口方向へ流れることを促進することにより、排出ケーキの含水率を低下させる。【解決手段】  円筒形のボウル１と、ボウル１内でボウル１と同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベア１０とを備えている。ボウル内１に供給される処理液ａから沈殿層ｂ１を遠心力によって分離し、ボウル１の一側のボウル内周壁近傍に設けられた排出口７から排出ケーキｂ３を排出するとともに、分離液ｃをボウル１の他側の排出口８から排出する。スクリューコンベア１０の回転胴１１の外周面及び螺旋翼１２に突起２３及び２４を設けた。沈殿層ｂ２内に空隙が形成され、この空隙が沈殿層ｂ２内に滞留している液体を軸心かつ排出口８方向へ流れ易くする。沈殿層ｂ２中に滞留した分離液ｃが排出ケーキｂ３中に混入して排出されるので、含水率が低下しない。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に回転する円筒形のボウルと、該ボウル内で該ボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中の前記ボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離し、前記スクリューコンベアによって前記ボウルの一側に搬送して集積し、該一側に設けた重成分排出口から押し出すとともに、分離液を前記ボウルの他側に設けた分離液排出口から排出するようにした遠心分離装置において、
前記スクリューコンベアの螺旋翼の前記一側若しくは他側の表面、又は前記スクリューコンベアの回転胴の外周面に突起を設け、前記重成分中に滞留している液体を前記分離液排出口の方向へ逃がすことを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の遠心分離装置において、
前記突起を螺旋状に配置したことを特徴とする遠心分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥や工業排水、および化学・食品工業用諸生産品の濃縮、脱水、沈殿重成分および分離水の回収を遠心力により行うようにした遠心分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、汚泥等の処理液を固体と液体とに分離する固液分離には、一般にデカンタ型の遠心分離装置が使用されている。このデカンタ型の遠心分離装置の一種である上側溢流方式、所謂ネガティブ方式の装置は基本的に、分離した沈殿層（脱水ケーキ）の排出口はボウル内の液面と同等或いはそれより高い位置にある。排出にボウル内の水頭圧を利用するとしても、ボウル内の処理液の水頭圧は、重い沈殿層の水頭圧よりも小さいため、水頭圧のみで排出することは原理的に不可能であり、なんらかの排出機構を必要とする。ここで、ボウル内の或る層には、その上の液層又は沈殿層に作用する遠心力による強い押圧力を受けるが、それが水頭圧である。また、この明細書では、遠心力の作用する方向、即ちボウルの回転軸心から遠い方向を下、近い方向を上と呼ぶ。
【０００３】
特許文献１には、デカンタ型遠心分離装置において、ボウル内の最も含水率の低い部分から直接に脱水ケーキを排出し、含水率の低下と分離効率の向上とを図ることを目的とした遠心分離装置が提示されている。この装置は図４に示すように、高速回転されるボウル１内に、これと相対速度差をもって回転するスクリューコンベア１０を収容した遠心分離装置において、ボウル１の前端壁２に脱水ケーキの排出経路２０を設け、その排出経路２０のボウル１内への開口２０ａはボウルの内周壁近傍に設け、排出経路２０の端壁外への排出口２０ｂはそれよりも高い位置、即ち、ボウル内周壁半径よりも小さな半径位置に設ける。
【０００４】
上記の装置において、脱水処理する処理液ａは、矢印のように供給管１６から供給室１４に入り、供給口１５から環状空間１７内に供給され、ボウル１及びスクリューコンベア１０の回転の遠心力で固液分離されながら、スクリューコンベア１０の回転胴１１の外周に固定された螺旋翼１２により、ボウル１内の前端に向け搬送される。そして、分離された液体分である分離液ｃは、後端壁の排出口８から機外に排出される。一方、沈殿層ｂ１は螺旋翼１２によってボウル１の前端方向へと掻き寄せられて行きながら、さらに遠心力による分離作用を受けて、残留液分の分離が進み、圧密されて含水率の低下した沈殿層ｂ２となり、その分離液ｃも排出口８より排出される。
【０００５】
また、ボウル１の前部に搬送された沈殿層ｂ２は、環状空間１７の前端に、排出経路２０からの排出量との差分だけ堆積する。この堆積層は、沈殿した重成分が例えば砂であれば比重は約２．５〜３であり、水の１に比して格段に重いため、この堆積層に作用する遠心力による水頭圧も水の場合に比して２倍以上となる。さらに、分離液排出口８によって決定される液面の高さが、スクリューコンベア１０の回転胴１１より低く、その間に空間が残っていれば、堆積層は液面を超えて盛り上がり、その比重の大きさと盛り上がりの高さによって、排出経路の開口２０ａ近傍には大きな遠心水頭圧が作用して堆積層に対する大きな圧密効果を生じ、この遠心水頭圧とスクリューの搬送力とにより排出経路への押出し作用が生じる。
【０００６】
これにより、排出経路２０からの排出ケーキｂ３は、ボウル１の一端に堆積した沈殿層ｂ２中、堆積物に作用する遠心力の水頭圧による圧密効果の最も高い部分からのもののみが排出経路２０を経て遠心力のかからないボウル外へ排出される。これによって、ボウル１内の沈殿物の堆積層のうち、最も高い圧密作用を受けている部分、すなわち、最も含水率の低い堅い部分のみを直接に排出するので、従前の遠心分離装置と比較すると脱水ケーキｂ３の含水率を大幅に下げることができる。
【特許文献１】特開２００１−２１９０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の遠心分離装置において、排出ケーキｂ３の含水率が設定値よりも高くなる現象が見られた。また、ボウル１の回転数を上昇させていったときに、含水率の低下が頭打ちになる現象がみられた。この現象が現れる原因は、沈殿層ｂ１が螺旋翼１２によってボウル１の前端方向へと掻き寄せられて行きながら、さらに遠心力による分離作用を受けて、残留液分の分離が進み、圧密されて含水率の低下した沈殿層ｂ２となり、その分離液ｃが排出口８より排出されるときに、残留液分の一部が排出ケーキｂ３中に混入して排出されるためである。このように残留液分が排出ケーキｂ３中に混入してしまうのは、圧密された沈殿層ｂ２は水の透過率が低いため、残留液分が沈殿層ｂ２中を回転胴１１の軸心方向へ透過によって移動するのに時間がかかることから、その移動が終わり、分離液排出口８の方向へ流れる前に沈殿層ｂ２と共にケーキの排出口７より排出されてしまうからと考えられる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、デカンタ型の遠心分離装置において、沈殿層中の残留液分がその排出口方向へ流れることを促進して、排出ケーキの含水率を低下させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、一方向に回転する円筒形のボウルと、該ボウル内で該ボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中の前記ボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離し、前記スクリューコンベアによって前記ボウルの一側に搬送して集積し、該一側に設けた重成分排出口から押し出すとともに、分離液を前記ボウルの他側に設け分離液排出口から排出するようにした遠心分離装置において、前記スクリューコンベアの螺旋翼の前記一側若しくは他側の表面、又は前記スクリューコンベアの回転胴の外周面に突起を設け、前記重成分中に滞留している液体を前記分離液排出口の方向へ逃がすことを特徴とする遠心分離装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の遠心分離装置において、前記突起を螺旋状に配置したことを特徴とする遠心分離装置である。ここで、螺旋状に配置とは、配置範囲が螺旋の１回転より短い場合も含む。また、螺旋はその旋回半径が一定のものだけではなく、変化するものも含む。
【００１０】
（作用）
請求項１に係る発明によれば、スクリューコンベアの螺旋翼の前記他側の表面又はスクリューコンベアの回転胴の外周面に突起を設けたことにより、重成分を攪拌して、その重成分中に滞留している液体を開放し、併せてその液体の流れる空隙を形成することで、液体は軸心かつ分離液排出口方向へ導かれる。
請求項２に係る発明によれば、突起を螺旋状に配置したことにより、重成分中の空隙がつながるため、重成分中に滞留している液体が効率良く排出口方向へ導かれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、デカンタ型の遠心分離装置において、重成分中に滞留している液分がその排出口方向へ流れることを促進することで、排出ケーキの含水率を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る遠心分離装置の軸心方向の縦断面図であり、図２はそのスクリューコンベアの斜視図である。これらの図において、図４と同一の構成要素には同一の符号を付した。
【００１３】
図１に示すように、この遠心分離装置において、ボウル（外側回転筒）１は、横型円筒の直胴形をなし、その前端の排泥室壁６及び後端壁３の中央部には中空軸４，５が突設され、図示を略した軸受に回動可能に支持されて、駆動装置により高速回転される。また、ボウル１の前端部の排泥室６の周壁には、周方向に沿って複数の排泥口７が一定間隔毎に設けられている。この排泥室壁６と排泥口７とは、本実施の態様においてはボウル１と一体に構成されているが、遠心分離装置の基本構成ではなく、ボウル１と別体に構成するなど、適宜の設計変更が可能である。また、ボウル１の後端壁３には、分離液ｃの排出口８が設けられている。この排出口８は例えば複数の扇形のものを周方向に一定間隔毎に設けるか、或は、後端壁３に多数の小孔を同心状に一定間隔毎に設けてもよい。
【００１４】
ボウル１内に収容されたスクリューコンベア１０は、横型円筒形の回転胴ｌｌの外周に螺旋翼１２が巻いた状態で取り付けられており、その両端部を、ボウル１の中空軸４，５のボウル内突出部に回動可能に支持され、中空軸４に挿通された回転軸１３により、ボウル１と所要の速度差をもって回動されるようになっている。そして、回転胴１１内には、処理液ａの供給室１４が設けられ、その周壁には、ボウル１と回転胴１１との間の環状空間１７に通ずる供給口１５が設けられるとともに、ボウル１の後部中空軸５より挿通された処理液の供給管１６が供給室１４に開口して設けられている。
【００１５】
ボウル１の環状空間１７の前端には壁２が設けられ、この壁２内に脱水ケーキｂ３の排出経路２０が設けられている。排出経路２０のボウル内への開口部２０ａは、ボウル１の周壁内面に接して設けられ、一方、ボウル外への排出口となる開口部２０ｂは半径方向への高さを有している。従って、開口部２０ａから排出経路に侵入できる沈殿物は堆積層の最も下部の部分のみに限定されることとなる。一方、開口部２０ｂは、運転初期において、処理液がこの開口部２０ｂを溢流しない程度に供給されるもので、ボウル１内の液面の初期の高さを定める。この開口部２０ｂが高過ぎると、排出経路２０内の脱水ケーキに作用する遠心力がボウル内の堆積層に作用する押圧力を相殺することによって、脱水ケーキの排出力を低減してしまうので、必要な範囲でなるべく低いことが望ましい。
【００１６】
また、分離液の排出口８は、運転中の環状空間１７の液面を定め、排出口８の位置が開口部２０ｂよりも低いときはいわゆる「下側溢流」の状態での運転となり、高いときは「上側溢流」の状態での運転となる。そして、上側溢流の状態での運転の場合、処理液の排出経路２０からの流出は、開口部２０ａの近傍に堆積した沈殿層によって阻止される。その最も極端な場合は、分離液の排出は軸心からの排出とすることも可能である。
【００１７】
図２に示すように、スクリューコンベア１０の回転胴１１の外周面及び螺旋翼１２における後端側の表面には、それぞれ突起２３及び２４が設けられている。ここで、スクリューコンベア１０は、その全体がステンレスで構成されており、突起２３及び２４は溶接により固定されている。また、突起２３及び２４は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１００ｍｍ程度のサイズの直方体（角柱状）であり、突起２３は５０ｍｍの間隔を開けて螺旋状（図示は３個のみ）に配置されており、突起２４は５０ｍｍの間隔を開けて螺旋翼１２における後端側の表面における回転胴１１の軸心から所定の半径位置に配置されている。つまり、突起２４も螺旋状に配置されていると言える。ここで、突起２３及び２４は、圧密されて含水率の低下した沈殿層ｂ２が集積されるボウル前端付近に配置することが好適であるが、配置位置は供給口１５から前方であればよい。また、突起２４に関しては、図１のように螺旋翼１２のボウル後端側の表面に設けてもよいし、ボウル前端側の表面に設けてもよい。
【００１８】
以上の構成を有する遠心分離装置において、脱水処理する処理液ａは、矢印のように供給管１６から供給室１４に入り、供給口１５から環状空間１７内に供給され、ボウル１及びスクリューコンベア１０の回転の遠心力で固液分離されながら、スクリューコンベア１０の回転胴１１の外周に固定された螺旋翼１２により、ボウル１内の前端に向け搬送される。そして、分離された液体分である分離液ｃは、後端壁の排出口８から機外に排出される。一方、沈殿層ｂ１は螺旋翼１２によってボウル１の前端方向へと掻き寄せられて行きながら、さらに遠心力による分離作用を受けて、残留液分の分離が進み、圧密されて含水率の低下した沈殿層ｂ２となり、その分離液ｃも排出口８より排出される。このとき、スクリューコンベア１０の回転胴１１の外周面及び螺旋翼１２における後端側の表面に断続的に配置された突起２３及び２４は、沈殿層ｂ２を攪拌して、その内部に滞留している液体を開放し、併せて沈殿層ｂ２を押し退け、前記液体の流れる空隙を形成するので、液体は軸心方向かつ排出口８方向へ導かれる。ここで、突起２３及び２４を螺旋状に配置したことで、空隙がつながって液体の流路となるため、沈殿層ｂ２の内部に滞留している液体が効率良く軸心かつ排出口８方向へ導かれる。さらに、突起２４に関しては、回転胴１１の軸心から一定の半径位置に配置しても良いが、突起２４の位置が螺旋翼１２における排出口方向に行く程半径が小さくなるように配置すれば、液体の流路が軸心方向かつ排出口８方向につながるため、液体がさらに効率的に軸心かつ排出口８方向へ導かれる。
【００１９】
ボウル１の前部に搬送された沈殿層ｂ２は、環状空間１７の前端に、排出経路２０からの排出量との差分だけ堆積する。この堆積層は、沈殿した重成分が例えば砂であれば比重は約２．５〜３であり、水の１に比して格段に重いため、この堆積層に作用する遠心力による水頭圧も水の場合に比して２倍以上となる。さらに、分離液排出口８によって決定される液面の高さが、スクリューコンベア１０の回転胴１１より低く、その間に空間が残っていれば、堆積層は液面を超えて盛り上がり、その比重の大きさと盛り上がりの高さによって、排出経路の開口２０ａ近傍には大きな遠心水頭圧が作用して堆積層に対する大きな圧密効果を生じ、この遠心水頭圧とスクリューの搬送力とにより排出経路への押出し作用が生じる。
【００２０】
このように、本実施形態に係る遠心分離装置によれば、スクリューコンベア１０に設けた突起２３及び２４により、沈殿層ｂ２内に空隙を形成して、沈殿層ｂ２中に滞留している液体を軸心かつ排出口８方向へ流れ易くすることにより、沈殿層ｂ２の含水率低下を防止した後に、ボウル１の一端に堆積した沈殿層ｂ２中、堆積物に作用する遠心力の水頭圧による圧密効果の最も高い部分からのもののみが排出経路２０を経て遠心力のかからないボウル外へ排出するので、沈殿層ｂ２中に滞留した液体が排出ケーキｂ３中に混入して排出されることにより含水率の低下が抑制される事態を回避することができる。なお、以上の実施形態では、突起２３及び２４として、複数の直方体の突起片を間隔を開けて断続的に配置することで、突起の構成部材の入手及び取付けを容易にし、かつ液体の流路を効率的に形成可能にしているが、突起を回転胴１１の外周面及び螺旋翼１２の表面に連続的に配置しても良い。
【００２１】
図３は本発明の効果を実証するために、本発明に係る遠心分離装置を試作して含水率を測定し、従来の遠心分離装置の含水率と比較したものである。ここで、試作した遠心分離装置は図１及び２に示したように突起２３及び２４を有するものであり、従来装置は突起を備えていないものであり、突起の有無以外は同一の構成及び仕様（標準処理量：１ｍ３／ｈ、動力：主電動機５．５ｋＷ、処理対象汚泥：消化汚泥）を有する。また、図３の横軸の遠心効果（Ｇ）は、Ｇ＝Ｎｒ2／８９５である。ここで、ｒはボウル１の半径、Ｎはボウル１の回転数である。
【００２２】
図３より、突起の無い従来装置の場合は、回転数を上げて遠心効果を高めたときに、ケーキの含水率の低下が頭打ちになる傾向があるのに対して、突起が有る実施例装置の場合は、測定した全域（Ｇ＝１０００〜２５００）において、従来装置よりも含水率が低く、かつ圧密の進んでいる遠心効果の高い領域（Ｇ＝２５００）においても含水率の低下に頭打ちの傾向がないことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心分離装置の軸心方向の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるスクリューコンベアの斜視図である。
【図３】本発明の実施例と従来装置との含水率の測定結果を示す図である。
【図４】従来のデカンタ型遠心分離装置の軸心方向の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・ボウル、１０・・・スクリューコンベア、１１・・・回転胴、１２・・・螺旋翼、２３、２４・・・突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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