(57)【要約】【課題】脱水ケーキに加える背圧の調整を容易としながら、安定して背圧を加える。【解決手段】外胴ボウル８と、羽根部材が設けられた内胴スクリューとを有する回転体２と、排出通路２７の幅を調整可能に設けられた弁体１７と、排出通路２７の幅を減少させる方向に弁体に弾性力を与える一群の皿バネ１８と、軸方向で一群の皿バネ１８の弁体とは反対の側を支持するように配置される、円筒形の支持体２０と、を備え、弁体１７は、円錐部４５と円筒部４６とを有し、一群の皿バネ１８は、拡径部を周囲に備えた複数の円形の皿バネ３７を有し、拡径部の内周側に円筒部４６が挿通され、一群の軸方向の他端が円錐部４５に接し、一群の軸方向の一端が支持体２０に接するように配置され、一端の皿バネ３７は、拡径部の軸方向一方側を向く面が支持体２０に接し、支持体２０の皿バネ３７の一端に接する箇所は、軸方向に沿う断面形状が半円状である遠心脱水装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水物が供給される筒状の外胴ボウルと、前記外胴ボウルに収容された回転胴の周面に羽根部材が突出して設けられ、前記含水物を軸方向一方側へ推進させる内胴スクリューとを有し、前記含水物を搬送しながら遠心力を利用して脱水する回転体と、
前記回転体と同軸に配置され、前記外胴ボウルの軸方向の一端に形成されている前記含水物の排出通路の軸方向の幅を調整可能に設けられた弁体と、
前記回転体と同軸に配置され、前記幅を減少させる方向に前記弁体に弾性力を与える一群の皿バネと、
前記回転体と同軸に配置され、軸方向で前記一群の皿バネの前記弁体とは反対の側を支持するように配置される円筒形の支持体と、を備え、
前記弁体は、前記軸方向一方側に向かうに従って拡径する円錐部と、
外径が前記円錐部の最大径より小さく、前記円錐部の軸方向一方側に接続されている円筒部と、を有し、
前記一群の皿バネは、前記軸方向に向かうに従って拡径する拡径部を周囲に備えた複数の円形の皿バネを有し、前記拡径部の内周側に前記円筒部が挿通され、前記一群の軸方向の他端が前記円錐部に接し、前記一群の軸方向の一端が前記支持体に接するように配置され、
前記一端の皿バネは、前記拡径部の前記軸方向一方側を向く面が前記支持体に接し、
前記支持体の前記一端に接する箇所は、前記軸方向に沿う断面形状が半円状であることを特徴とする遠心脱水装置。
【請求項２】
前記一群の皿バネは、所定枚数の皿バネを１組とするユニットを、軸方向に直列に複数配置した複数のユニットを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心脱水装置。
【請求項３】
前記複数のユニットで構成される前記一群の皿バネは、前記皿バネの表面同士または裏面同士を接触させたユニットを含むことを特徴とする請求項２に記載の遠心脱水装置。
【請求項４】
前記外胴ボウルに接続され、前記回転胴が内周側に挿通された被摺動筒をさらに有し、
前記支持体は、前記被摺動筒に固定され、
前記被摺動筒は、スリーブを介して前記弁体の円筒部の内周側に挿通されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遠心脱水装置。
【請求項５】
前記外胴ボウル、前記被摺動筒、前記弁体、前記支持体、及び前記一群の皿バネは第一の速度で回転し、前記回転胴は第二の速度で回転し、
前記第一の速度は前記第二の速度よりも早いことを特徴とする請求項４に記載の遠心脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心脱水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心力を利用して固体と液体とを分離させる遠心脱水装置としては、外胴ボウルの回転により遠心力を加え固液分離を行い、内胴スクリューにより固形分と液分を含む重成分、例えば脱水ケーキの機内搬送及び排出を行うものが知られている。
このような遠心脱水装置においては、固液分離と同時に遠心力による自重加圧と排出抵抗の圧搾力によって脱水ケーキなどの脱水を促進している。排出抵抗を利用した圧搾力による脱水においては、例えば排出口の流路面積を減少させることで排出抵抗を高めている。即ち、排出口を狭隘構造とすることによって、排出口から排出される脱水ケーキに圧密作用を与えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、排出口において、脱水ケーキに背圧を加える機構が開示されている。背圧は、先端部が先細りの円錐状に形成された背圧調整体と、この背圧調整体を付勢するバネなどの部材によって加えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１には、背圧調整体を付勢するバネなどの部材については、具体的な開示がない。また、バネなどの部材の設置により、いくつかの不具合が発生する可能性が挙げられるが、それらの対処法を具体的構成（バネの種類や設置方法等）で明確にしなければ、背圧調整体の正常動作の妨げや、背圧設定の誤差の原因となり、装置の安定運転や含水率低減に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００６】
この発明は、脱水ケーキに加える背圧の調整を容易としながら、脱水ケーキに安定して背圧を加えることができる遠心脱水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、遠心脱水装置は、含水物が供給される筒状の外胴ボウルと、前記外胴ボウルに収容された回転胴の周面に羽根部材が突出して設けられ、前記含水物を軸方向一方側へ推進させる内胴スクリューとを有し、前記含水物を搬送しながら遠心力を利用して脱水する回転体と、前記回転体と同軸に配置され、前記外胴ボウルの軸方向の一端に形成されている前記含水物の排出通路の軸方向の幅を調整可能に設けられた弁体と、前記回転体と同軸に配置され、前記幅を減少させる方向に前記弁体に弾性力を与える一群の皿バネと、前記回転体と同軸に配置され、軸方向で前記一群の皿バネの前記弁体とは反対の側を支持するように配置される、円筒形の支持体と、を備え、前記弁体は、前記軸方向一方側に向かうに従って拡径する円錐部と、外径が前記円錐部の最大径より小さく、前記円錐部の軸方向一方側に接続されている円筒部と、を有し、前記一群の皿バネは、前記軸方向に向かうに従って拡径する拡径部を周囲に備えた複数の円形の皿バネを有し、前記拡径部の内周側に前記円筒部が挿通され、前記一群の軸方向の他端が前記円錐部に接し、前記一群の軸方向の一端が前記支持体に接するように配置され、前記一端の皿バネは、前記拡径部の前記軸方向一方側を向く面が前記支持体に接し、前記支持体の前記一端に接する箇所は、前記軸方向に沿う断面形状が半円状であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、弁体に一群の皿バネを用いて弾性力を与えることができる。また、皿バネの枚数の増減により、弁体に与えられる弾性力を容易に変化させることができる。
さらに、支持体の皿バネとの接する箇所が半円状に形成されているため、皿バネの伸縮によって、皿バネと支持体とが接する箇所の接触角度の変化が発生しても、摩擦係数や接触面積は常に一定となる。これにより、皿バネの圧縮力が安定して伝わり、なおかつ皿バネの変形動作を円滑にすることができる。
【０００９】
一群の皿バネは、所定枚数の皿バネを１組とするユニットを、軸方向に直列に複数配置した複数のユニットを含んで構成されてよい。
【００１０】
複数のユニットで構成される一群の皿バネは、前記皿バネの表面同士または裏面同士を接触させたユニットを含んでよい。
【００１１】
このような構成によれば、一群の皿バネに必要な皿バネの個数を低減することができる。
【００１２】
上記遠心脱水装置は、外胴ボウルに接続され、回転胴が内周側に挿通された被摺動筒をさらに有し、支持体は、被摺動筒に固定され、被摺動筒は、スリーブを介して弁体の円筒部の内周側に挿通されてよい。
【００１３】
このような構成によれば、被摺動筒の外周側にスリーブを介して配置された弁体が摺動することによって、弁体と被摺動筒との間での摺動を滑らかにすることができる。
【００１４】
上記遠心脱水装置において、外胴ボウル、被摺動筒、弁体、支持体、及び一群の皿バネは第一の速度で回転し、回転胴は第二の速度で回転し、第一の速度は第二の速度よりも早くてよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弁体に一群の皿バネを用いて弾性力を与えるので、皿バネの枚数の増減により、容易に弁体に与えられる弾性力を変化させることができる。
また、支持体と皿バネとの接する箇所が半円状に形成されているため、皿バネの伸縮によって、皿バネと支持体との接触角度の変化が発生しても、摩擦係数や接触面積は常に一定となる。これにより、皿バネの圧縮力が安定して伝わり、なおかつ皿バネの変形動作を円滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の遠心脱水装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態の遠心脱水装置の弁体近傍の断面図である。
【図３】本発明の実施形態の皿バネの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の一群の皿バネを構成するユニットの組み合わせパターンについて説明する図である。
【図５】本発明の実施形態の弁体が閉じて拡径面と斜面とが面接触した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態の支持体の形状による効果を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態の支持体の形状による効果を説明する図であり、支持体と皿バネとの接触面積について説明する図である。
【図８】本発明の実施形態の支持体の形状による効果を説明する図であり、比較例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の支持体の形状による効果を説明する図であり、比較例の支持体と皿バネとの接触面積について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の遠心脱水装置１について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、遠心脱水装置１は、所謂直胴型と呼ばれるもので、内部が空洞状に形成されて軸方向Ｄに延在する回転体２と、回転体２の軸方向他方側Ｄ２の端部から内部に挿入されたフィードパイプ３と、回転体２を収容するケーシング４と、回転体２の軸方向Ｄの両端部に設けられた一対の支持ユニット５と、回転体２を回転駆動する駆動ユニット６と、を備えている。
【００１８】
回転体２は、内部に供給された汚泥などの含水物を、搬送しながら遠心力を利用して脱水することにより、脱水ケーキと分離液とに分離する。回転体２は、中空の筒状の外胴ボウル８と、外胴ボウル８の内部に収容され、含水物を軸方向一方側Ｄ１に推進させる内胴スクリュー２２と、を有している。
遠心脱水装置１は、軸方向他方側Ｄ２（供給側）よりフィードパイプ３を介して導入された含水物を固液分離し、脱水ケーキを外胴ボウル８の軸方向一方側Ｄ１であって、含水物の推進方向の前方側（排出側）より排出する。
【００１９】
外胴ボウル８の内部には、含水物が供給される。外胴ボウル８は、円筒形状の中空の筐体であるボウル本体９と、ボウル本体９の軸方向Ｄの両端部から両側へ突出して設けられた中空の外胴回転軸１０と、を有している。
ボウル本体９の軸方向他方側Ｄ２の端部には、含水物から分離された分離液を排出するための分離液排出孔１１が設けられている。ボウル本体９の軸方向一方側Ｄ１の端部には、含水物から分離された脱水ケーキを排出するためのケーキ排出孔１２が設けられている。
【００２０】
ボウル本体９の内周面には、ケーキ排出孔１２に隣接して、ボウル本体９の周方向に延在する突条１３が形成されている。図２に示すように、突条１３は、周方向から見た断面形状が軸方向一方側Ｄ１に向かうに従ってボウル本体９の内径を狭めるような円錐台形状をなす縮径面１４と、縮径面１４に接続して軸方向一方側Ｄ１に向かうに従ってボウル本体９の内径を広めるような円錐台形状をなす拡径面１５（弁座面）とを有している。換言すれば、突条１３の縮径面１４と拡径面１５は、周方向から見た形状が、一辺がボウル本体９の内周面に一致する三角形状をなしている。
【００２１】
図１に示すように、外胴ボウル８は、外胴回転軸１０が水平方向に延びるように配置された状態で、その両端部が支持ユニット５で下方から軸回りに回転可能に支持されることにより、ボウル本体９が設置面Ｆから所定の高さ位置に保持されている。
【００２２】
内胴スクリュー２２は、外胴ボウル８の内部で含水物を撹拌しながら排出側へ搬送する。内胴スクリュー２２は、軸方向Ｄの中央部に若干大径のフィードゾーン２４が形成された略円筒形状の回転胴２３と、回転胴２３の周面から径方向に突出して軸方向Ｄに螺旋状に延びる羽根部材２５と、を有している。回転胴２３のフィードゾーン２４には、外胴ボウル８に連通する供給孔２６が貫通形成されている。
内胴スクリュー２２は、外胴ボウル８の内部に収容されている。内胴スクリュー２２の軸方向Ｄの両端部から突出して形成されている内胴回転軸１６は、外胴ボウル８の外胴回転軸１０の内部にそれぞれ挿入されている。内胴回転軸１６の軸方向他方側Ｄ２は中空構造である。羽根部材２５の軸方向Ｄのピッチは任意に変更可能であり、例えば一定ピッチや漸減ピッチにすることが可能である。
【００２３】
図２に示すように、遠心脱水装置１は、回転体２と同軸に配置され、軸方向Ｄに移動可能に設けられた弁体１７と、回転体２と同軸に配置され、弁体１７に対して軸方向他方側Ｄ２に弾性力を与える一群の皿バネ１８と、回転体２と同軸に配置され、軸方向Ｄで一群の皿バネ１８の弁体１７とは反対の側を支持する円筒形の支持体２０と、弁体１７、一群の皿バネ１８、及び支持体２０を径方向内側から支持する被摺動筒３６を、を有している。一群の皿バネ１８は、所定枚数（本実施形態では４枚）の皿バネ３７を組み合わせて１組とするユニット３５を、軸方向Ｄに直列に複数配置した複数のユニット３５を含んで構成されている。このため一群の皿バネ１８は、同一の組合せのユニットのみで構成される場合もあれば、互いに異なる組合せのユニットを複数含んだ構成となる場合もある。
【００２４】
被摺動筒３６は、内胴回転軸１６の外周側に配置され、弁体１７を軸方向Ｄに摺動可能に支持する部材である。被摺動筒３６、弁体１７、一群の皿バネ１８、及び支持体２０は、外胴ボウル８と同じ回転速度で回転する。
【００２５】
図３に示すように、各々の皿バネ３７は、軸方向Ｄに向かうに従って拡径する拡径部３８を周囲に備えた複数の円形のドーナツ状の皿バネである。すなわち皿バネ３７は、中心に穴の開いた円盤を円錐状にした形状であり、拡径部３８は、この円錐状の部位に相当する。皿バネ３７の内径ｄは、後述する弁体１７の円筒部４６の外径よりもやや大きい。
【００２６】
被摺動筒３６は、外胴ボウル８に接続され、外胴ボウル８とともに回転する。図２に示すように、被摺動筒３６は、回転体２と同軸の円筒形状に形成された被摺動筒本体３９と被摺動筒本体３９の軸方向一方側Ｄ１に設けられ、径方向外側に突出するように形成され、外胴ボウル８の端部壁１９に固定されたフランジ部４０と、を有している。フランジ部４０は、例えば、ボルト４１によって端部壁１９に固定することができる。
被摺動筒３６は、内胴回転軸１６の径方向外側にオイルシール４２を介して配置されている。被摺動筒３６と回転胴２３とは、異なる回転数で回転させることができる。
【００２７】
支持体２０は、被摺動筒３６の外周面３６ａに固定されている。支持体２０は、周方向に延在する台座部４３と、台座部４３の軸方向他方側Ｄ２に設けられた支持体本体４４と、を有している。
台座部４３は、環状をなし、径方向内周側を向く内周面が被摺動筒３６の外周面３６ａに固定されている。
【００２８】
支持体本体４４は、円筒形状をなし、回転体２と同軸に配置されている。支持体本体４４の軸方向一方側Ｄ１の端部は、台座部４３の軸方向他方側Ｄ２を向く面に、周方向にわたって固定されている。
支持体本体４４の軸方向他方側Ｄ２の端部は、一群の皿バネ１８の軸方向一方側Ｄ１の端部を支持する箇所である。支持体２０は、支持体本体４４の直径が皿バネ３７の内径と外径の和の約１／２となるように、形成されている。即ち、支持体２０は、支持体本体４４の軸方向他方側Ｄ２の端部が、皿バネ３７の拡径部３８の径方向の中央近傍を支持するように形成されている。
支持体本体４４が一群の皿バネ１８に接する箇所は、軸線Ｏを含む断面形状が半円状である。即ち、円筒形状をなす支持体本体４４の軸方向他方側Ｄ２の縁部の周方向から見た断面は、支持体本体４４の外周面と、支持体本体４４の内周面と、支持体本体４４の外周面と支持体本体４４の内周面とを滑らかに接続する円弧面とから構成されている。
【００２９】
弁体１７は、軸方向一方側Ｄ１に向かうに従って拡径する円錐部４５と、外径が円錐部４５の最大径より小さく、円錐部４５の軸方向一方側Ｄ１に接続されている円筒部４６と、を有している。
円錐部４５は、軸方向他方側Ｄ２を向く面である斜面２１と、軸方向一方側Ｄ１を向き軸線Ｏと直交する垂直面と、を有している。円錐部４５の斜面２１は、軸方向一方側Ｄ１に向かうに従って拡径している。斜面２１の角度は、ボウル本体９の突条１３の拡径面１５の角度と等しい。即ち、弁体１７の円錐部４５は、弁体１７を軸方向他方側Ｄ２に移動させることで、斜面２１と拡径面１５とが面接触するように形成されている。これにより、拡径面１５が弁体１７の弁座面として機能する。
円錐部４５の垂直面は、一群の皿バネ１８の弾性力を背圧として伝達するための受け面として機能する。
【００３０】
円筒部４６の内周面には、スリーブ４７が固定されている。スリーブ４７は、弁体１７の円筒部４６と被摺動筒３６との間の摺動を容易とする。スリーブ４７は、例えば、銅などのすべり軸受に適し、良好な摩耗特性を有する材料によって形成されている。
円錐部４５の内周面には、円錐部４５の内周面と被摺動筒３６の外周面との間をシールするシール部材４８が設けられている。シール部材４８としては、例えば、Ｏリングを採用することができる。
【００３１】
ボウル本体９の拡径面１５と弁体１７の円錐部４５との間には、脱水ケーキをケーキ排出孔１２へ向かって絞り出すケーキ排出通路２７が形成されている。一群の皿バネ１８により、弁体１７に付勢力が作用していることによって、拡径面１５と円錐部４５の斜面２１との間の間隔Ｇ１は弁体１７へかかる圧力によって変化する一群の皿バネ１８の厚さによって変動する。弁体１７はケーキ排出通路２７の幅を減少させる方向に弾性力が与えられている。
換言すれば、ケーキ排出通路２７の幅（ケーキ排出通路２７の軸方向Ｄに直交する断面積）は、弁体１７にかかる脱水ケーキの圧力に応じて変動する。ケーキ排出通路２７の軸方向Ｄの幅は、弁体１７が被摺動筒３６上を軸方向Ｄに摺動することによって調整される。
【００３２】
図１に示すように、フィードパイプ３は、回転体２に対して含水物を供給するためのものである。フィードパイプ３は、両端が開口した中空のパイプ部材であって、回転体２の軸方向他方側Ｄ２の端部から内胴スクリュー２２の内胴回転軸１６に差し込まれ、その一端は、回転胴２３のフィードゾーン２４まで達している。一方、回転体２の軸方向他方側Ｄ２の端部から突出したフィードパイプ３の他端は、支持ユニット５によって支持されている。
【００３３】
ケーシング４は、外胴ボウル８を収容し、外胴ボウル８から排出される脱水ケーキ及び分離液を回収するものである。ケーシング４は、中空の筐体であって、ケーシング４の
軸方向他方側Ｄ２の端部には、外胴ボウル８から回収した分離液を外部へ排出するための分離液シュート２８が設けられている。ケーシング４の軸方向一方側Ｄ１の端部には、外胴ボウル８から回収した脱水ケーキを排出するためのケーキシュート２９が設けられている。
【００３４】
支持ユニット５は、回転体２を軸方向Ｄの両端部にて回転可能に支持するためのユニットである。支持ユニット５は、回転体２の軸方向他方側Ｄ２の端部を支持する供給側支持ユニット３０と、回転体２の軸方向一方側Ｄ１の端部を支持する排出側支持ユニット３１とから構成されている。
【００３５】
駆動ユニット６は、回転体２を構成する外胴ボウル８と内胴スクリュー２２とを異なる速度で回転駆動するものである。駆動ユニット６は、駆動源としてのモータ３２と、モータ３２の回転駆動力を外胴ボウル８に伝達するベルト伝達機構３３と、内胴スクリュー２２を回転駆動する油圧式の差速装置３４と、を有している。モータ３２の動作は、図示しない制御装置によって制御されている。
【００３６】
外胴ボウル８と内胴スクリュー２２の回転数の差速を制御することにより、外胴ボウル８の内部に含水物を堆積させれば、より長い時間に渡って遠心効果を含水物に与えることができるので、含水物の含水率をより低減させることができる。
本実施形態の遠心脱水装置１は、外胴ボウル８、被摺動筒３６、弁体１７、支持体２０、及び一群の皿バネ１８は第一の速度で回転し、回転胴２３は第二の速度で回転する。
第一の速度は前記第二の速度よりも早い。
【００３７】
なお、本実施形態では、内胴スクリュー２２の回転トルクを一定に保つ制御を行ったが、これに代えて、外胴ボウル８と内胴スクリュー２２の回転数の差速を一定に保つ制御を行ってもよい。
【００３８】
次に、一群の皿バネ１８の組み合わせパターンについて説明する。一群の皿バネ１８は、組み合わせによって、様々な荷重特性が得られる。
一群の皿バネ１８は、所定枚数の皿バネ３７を１組とするユニット３５を、軸方向Ｄに複数ユニット配置したものである。所定枚数は、ここでは４枚として説明するが、設計に応じて適宜変更可能であり、２枚、３枚、または５枚以上であってもよい。
図４に示すように、ユニット３５は、様々なパターンで組み合わせ可能である。また、同じ配置のユニット（同種のユニット）を複数配置してもよく、異なる配置のユニット（異種のユニット）を混ぜて複数配置してもよい。例えば、図４（ｂ）の第二ユニット３５Ｂのみを複数組み合わせて同種のユニットだけで一群の皿バネ１８を構成してもよいし、図４（ａ）の第一のユニット３５Ａと図４（ｂ）の第二のユニット３５Ｂの異種のユニットを複数組み合わせて一群の皿バネ１８を構成してもよい。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、第一のユニット３５Ａは、皿バネ３７の裏面３７ｂ同士を接触させた一対の皿バネ３７を軸方向Ｄに直列に配置したユニットである。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、第二のユニット３５Ｂは、皿バネ３７の表面３７ａ同士を接触させた一対の皿バネ３７を軸方向Ｄに直列に配置したユニットである。
【００４１】
図４（ｃ）に示すように、第三のユニット３５Ｃは、裏面３７ｂ同士を接触させた２枚の皿バネ３７の両側に、更に表面３７ａと裏面３７ｂとが接触するように、皿バネ３７を重ねたユニットである。
【００４２】
図４（ｄ）に示すように、第四のユニット３５Ｄは、表面３７ａ同士を接触させた２枚の皿バネ３７の両側に、更に表面３７ａと裏面３７ｂとが接触するように、皿バネ３７を重ねたユニット３５である。
【００４３】
図４（ｅ）に示すように、第五のユニット３５Ｅは、４枚の皿バネ３７を同じ向きで重ねたユニット３５である。
【００４４】
上記したユニット３５Ａ〜３５Ｅは、要求される荷重特性や、支持体２０と弁体１７の円錐部４５との間隔に応じて適時選択することができる。
例えば、第一のユニット３５Ａのように、皿バネ３７の表面３７ａ同士または裏面３７ｂ同士を接触させたユニットとすることによって、一群の皿バネ１８に必要な皿バネ３７の個数を低減することができる。
【００４５】
以上のように構成される直胴型の遠心脱水装置１では、駆動ユニット６によって外胴ボウル８と内胴スクリュー２２とが異なる回転速度で回転駆動された状態において、汚泥等の含水物がフィードパイプ３を通して回転胴２３のフィードゾーン２４に供給される。すると、この含水物は遠心力を受けることにより、フィードゾーン２４から供給孔２６を通って外胴ボウル８へと移動する。
その後、この含水物は、外胴ボウル８と内胴スクリュー２２との差速により、内胴スクリュー２２の羽根部材２５によって供給側から排出側へ向かって搬送されながら、遠心効果によって分離水と脱水ケーキとに分離される。そして、分離液は、分離液排出孔１１を通って分離液シュート２８から装置外部へ排出される。
【００４６】
脱水ケーキには、搬送・排出される過程において弁体１７によって軸方向Ｄに排出抵抗に起因する圧搾力（背圧）が加えられる。換言すれば、内胴スクリュー２２の羽根部材２５によって軸方向一方側Ｄ１に向かって搬送される脱水ケーキには、弁体１７に突き当たって弁体１７を押圧することにより抵抗が付与される。
【００４７】
脱水ケーキの含水率が低下するに従い、内胴スクリュー２２の推進力による脱水ケーキの押圧力が高くなる。脱水ケーキの押圧力が一群の皿バネ１８による排出抵抗より大きくなると、弁体１７を支持する一群の皿バネ１８が圧縮されてケーキ排出通路２７が形成される。即ち、図５に示すような弁体１７が閉じて拡径面１５と斜面２１とが面接触した状態から、図２に示すようなケーキ排出通路２７が形成される状態になる。これにより、脱水ケーキは、ケーキ排出通路２７を経てケーキ排出孔１２を通ってケーキシュート２９から装置外部へ排出される。
【００４８】
ここで、皿バネ３７のばね定数、及び個数について説明する。
皿バネ３７のばね定数、及び個数は、遠心脱水装置１の仕様に基づいて決定される。例えば、遠心脱水装置１の時間当たりの処理量が５０ｍ３であった場合、この処理量の含水物の処理中、即ち定格運転時の脱水ケーキの押圧力に基づいて決定される。
具体的には、定格運転時において、拡径面１５と斜面２１との間隔Ｇ１がボウル本体９の内周面と回転胴２３の外周面との間隔Ｇ２の１／３程度（以下、標準間隔と呼ぶ）となるばね定数、及び個数が選択される。
即ち、皿バネ３７のばね定数及び個数は、一群の皿バネ１８の全体の弾性力と、定格運転時における脱水ケーキの押圧力とが、ケーキ排出通路２７が標準間隔になる状態で釣り合うように選択される。
【００４９】
ここで、脱水ケーキの含水率が更に低下すると、脱水ケーキの押圧力が更に大きくなり、間隔Ｇ１が標準間隔より大きくなってケーキ排出通路２７の面積が増加する。ケーキ排出通路２７の面積が増加することによって脱水ケーキがより多く排出され、脱水ケーキの滞留時間が短くなる。これにより、脱水ケーキの含水率が低い状態から高い状態、すなわち元の状態に戻る。
また、脱水ケーキの含水率が増加すると、脱水ケーキの押圧力が小さくなり、間隔Ｇ１が標準間隔より小さくなってケーキ排出通路２７の面積が減少する。ケーキ排出通路２７の面積が減少することによって脱水ケーキの排出量も減少し、脱水ケーキの滞留時間が長くなる。これにより、脱水ケーキの含水率が高い状態から低い状態、すなわち元の状態に戻る。
即ち、脱水ケーキの含水率に応じた滞留時間となって脱水ケーキの含水率の変動が最小限となる。
【００５０】
また、含水物に繊維分や結晶が含まれていると、繊維分や結晶の塊がケーキ排出通路２７に堆積することがある。この場合、一時的にケーキ排出通路２７の面積が小さくなり、排出抵抗が大きくなることで内圧が大きくなり、弁体１７を押圧する力が増加する。この時、増加した力の大きさに応じて弁体１７が軸方向一方側Ｄ１に後退し、ケーキ排出通路２７の面積が大きくなる。即ち、拡径面１５と斜面２１との間隔Ｇ１が標準間隔より広くなることでケーキ排出通路２７の幅が広がる。これにより、ケーキ排出通路２７に堆積した繊維分や結晶が除去される。
付着物が除去されると、一群の皿バネ１８の弾性力によって、ケーキ排出通路２７の面積は標準間隔に復帰する。
【００５１】
次に、本実施形態の支持体２０の形状による効果について説明する。
上述したように、本実施形態の支持体２０の支持体本体４４は円筒形状をなしている。支持体本体４４の軸方向他方側Ｄ２の端部、即ち、皿バネ３７と接触する縁部の軸線Ｏを含む断面形状は、半円形をなしている。
図６に示すように、支持体２０は、軸方向一方側Ｄ１より皿バネ３７を支持している。皿バネ３７が図６（ａ）に示す状態から、図６（ｂ）に示すような圧縮された状態に変形することによって、皿バネ３７と支持体２０との接触角度が変化する。
即ち、接触点Ｃ１における軸線Ｏと拡径部３８（皿バネ３７）とのなす角と、接触点Ｃ２における軸線Ｏと拡径部３８（皿バネ３７）とのなす角とが変化する。図７に示すように、接触点Ｃ１，Ｃ２が移動するとともに、接触角度も変化する。ここで、接触点Ｃ１，Ｃ２においては、支持体２０が僅かに弾性変形することにより、皿バネ３７と支持体２０とは、面接触する。この際、支持体２０の軸線Ｏを含む断面形状が半円状である場合、皿バネ３７と支持体２０との接触面積は、変化しない。
【００５２】
次に、比較例として、図８に示すように、支持体本体４４Ｃの軸線Ｏを含む断面形状が矩形状、即ち、支持体本体４４Ｃの外周面Ｆ１と支持体本体４４Ｃの軸方向他方側Ｄ２を向く面Ｆ２とが直交するような形状である場合について説明する。
この場合も同様に、皿バネ３７が図８（ａ）に示す状態から、図８（ｂ）に示す状態に変形することによって、皿バネ３７と支持体２０Ｃとの接触角度が変化する。ここで、接触点Ｃ２１，Ｃ２２においては、支持体２０が僅かに弾性変形することにより、皿バネ３７と支持体２０とは面接触する。この際、支持体２０Ｃの軸線Ｏを含む断面形状が矩形状である場合、皿バネ３７と支持体２０Ｃとの接触面積Ｓ２１，Ｓ２２は変化する。
【００５３】
このように、皿バネ３７が変形し、支持体２０Ｃとの接触角度が変化することによって、皿バネ３７の圧縮力の伝わりが不安定となり、ひいては、背圧が不安定となる。また、皿バネ３７の変形時は、支持体本体４４Ｃの外周面Ｆ１と軸方向他方側Ｄ２を向く面Ｆ２との間の稜線が皿バネ３７と接触しながらスライドするため、摩擦が大きい。これにより、支持体本体４４Ｃ側に摩擦による減肉が発生し、皿バネ３７の変形動作が円滑でなくなる。
【００５４】
上記実施形態によれば、支持体２０の皿バネ３７との接する箇所が半円状に形成されていることによって、皿バネ３７の伸縮によって、皿バネ３７と支持体２０とが接する箇所の接触角度の変化が発生しても、摩擦係数や接触面積は常に一定となる。これにより、皿バネ３７の変形時は、皿バネ３７と支持体２０との摩擦が小さくなり、支持体２０側の摩擦による減肉が防止され、皿バネ３７の変形動作を円滑にすることができる。これにより、皿バネ３７の圧縮力を安定して弁体１７に伝えることができ、皿バネ３７による背圧を安定させることができる。また、皿バネ３７の変形動作を円滑にすることができる。
【００５５】
また、弁体１７に弾性力を与える部材として、皿バネ３７を採用することによって、より低コストで遠心脱水装置１を製造することができる。
また、皿バネ３７は、内径面に弁体１７の円筒部４６をはめ合わせるように設置されるため、小型化を図ることができる。また、皿バネ３７自身との回転速度差がある部品（例えば回転胴２３）とは接触しないため、摩耗を防止できる。
【００５６】
また、弁体１７は、円錐部４５と円筒部４６を備えるので軸方向Ｄに十分な長さがあり、軸方向Ｄ以外の方向へ動くことを防止できる。これにより、例えば排出圧力に偏りが発生したとしても、ケーキ排出通路２７の幅は周方向のいずれの位置でも均一になり、含水物を均等に排出できる。
また、含水物を均等に排出できるため、外胴ボウル８内部の重量のアンバランスによる異常振動を防止できる。即ち、ケーキ排出通路２７での含水物が周方向に不均一となることにより、遠心脱水装置１の運転性能の悪影響が与えられることを防止することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００５８】
１  遠心脱水装置
２  回転体
３  フィードパイプ
４  ケーシング
５  支持ユニット
６  駆動ユニット
８  外胴ボウル
９  ボウル本体
１０  外胴回転軸
１１  分離液排出孔
１２  ケーキ排出孔
１３  突条
１４  縮径面
１５  拡径面
１６  内胴回転軸
１７  弁体
１８  一群の皿バネ
１９  端部壁
２０  支持体
２１  斜面
２２  内胴スクリュー
２３  回転胴
２４  フィードゾーン
２５  羽根部材
２６  供給孔
２７  ケーキ排出通路
２８  分離液シュート
２９  ケーキシュート
３０  供給側支持ユニット
３１  排出側支持ユニット
３２  モータ
３３  ベルト伝達機構
３４  差速装置
３５  ユニット
３６  被摺動筒
３７  皿バネ
３８  拡径部
３９  被摺動筒本体
４０  フランジ部
４１  ボルト
４２  オイルシール
４３  台座部
４４  支持体本体
４５  円錐部
４６  円筒部
４７  スリーブ
４８  シール部材
Ｄ  軸方向
Ｄ１  軸方向一方側
Ｄ２  軸方向他方側
Ｏ  軸線
【図１】
2019058869.tif 000003
【図２】
2019058869.tif 000004
【図３】
2019058869.tif 000005
【図４】
2019058869.tif 000006
【図５】
2019058869.tif 000007
【図６】
2019058869.tif 000008
【図７】
2019058869.tif 000009
【図８】
2019058869.tif 000010
【図９】
2019058869.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月12日(2018.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水物が供給される筒状の外胴ボウルと、前記外胴ボウルに収容された回転胴の周面に羽根部材が突出して設けられ、前記含水物を軸方向一方側へ推進させる内胴スクリューとを有し、前記含水物を搬送しながら遠心力を利用して脱水する回転体と、
前記回転体と同軸に配置され、前記外胴ボウルの軸方向の一端に形成されている前記含水物の排出通路の軸方向の幅を調整可能に設けられた弁体と、
前記回転体と同軸に配置され、前記幅を減少させる方向に前記弁体に弾性力を与える一群の皿バネと、
前記回転体と同軸に配置され、軸方向で前記一群の皿バネの前記弁体とは反対の側を支持するように配置される円筒形の支持体と、を備え、
前記弁体は、前記軸方向他方側を向き前記軸方向一方側に向かうに従って拡径する斜面と、前記軸方向一方側を向く垂直面と、を有する円錐部と、
外径が前記円錐部の最大径より小さく、前記円錐部の軸方向一方側に接続されている円筒部と、を有し、
前記一群の皿バネは、前記軸方向に向かうに従って拡径する拡径部を周囲に備えた複数の円形の皿バネを有し、前記拡径部の内周側に前記円筒部が挿通され、前記一群の皿バネのうち軸方向の他端の皿バネが前記円錐部の前記垂直面に接し、前記一群の皿バネのうち軸方向の一端の皿バネが前記支持体に接するように配置され、
前記一端の皿バネは、前記拡径部の前記軸方向一方側を向く面が前記支持体に接し、
前記支持体の前記一端の皿バネに接する箇所であって、軸方向他方側で周方向に延在する縁部の周方向から見た断面形状が半円状であることを特徴とする遠心脱水装置。
【請求項２】
前記一群の皿バネは、所定枚数の皿バネを１組とするユニットを、軸方向に直列に複数配置した複数のユニットを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心脱水装置。
【請求項３】
前記複数のユニットで構成される前記一群の皿バネは、前記皿バネの表面同士または裏面同士を接触させたユニットを含むことを特徴とする請求項２に記載の遠心脱水装置。
【請求項４】
前記外胴ボウルに接続され、前記回転胴が内周側に挿通された被摺動筒をさらに有し、
前記支持体は、前記被摺動筒に固定され、
前記被摺動筒は、スリーブを介して前記弁体の円筒部の内周側に挿通されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遠心脱水装置。
【請求項５】
前記外胴ボウル、前記被摺動筒、前記弁体、前記支持体、及び前記一群の皿バネは第一の速度で回転し、前記回転胴は第二の速度で回転し、
前記第一の速度は前記第二の速度よりも早いことを特徴とする請求項４に記載の遠心脱水装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、遠心脱水装置は、含水物が供給される筒状の外胴ボウルと、前記外胴ボウルに収容された回転胴の周面に羽根部材が突出して設けられ、前記含水物を軸方向一方側へ推進させる内胴スクリューとを有し、前記含水物を搬送しながら遠心力を利用して脱水する回転体と、前記回転体と同軸に配置され、前記外胴ボウルの軸方向の一端に形成されている前記含水物の排出通路の軸方向の幅を調整可能に設けられた弁体と、前記回転体と同軸に配置され、前記幅を減少させる方向に前記弁体に弾性力を与える一群の皿バネと、前記回転体と同軸に配置され、軸方向で前記一群の皿バネの前記弁体とは反対の側を支持するように配置される円筒形の支持体と、を備え、前記弁体は、前記軸方向他方側を向き前記軸方向一方側に向かうに従って拡径する斜面と、前記軸方向一方側を向く垂直面と、を有する円錐部と、外径が前記円錐部の最大径より小さく、前記円錐部の軸方向一方側に接続されている円筒部と、を有し、前記一群の皿バネは、前記軸方向に向かうに従って拡径する拡径部を周囲に備えた複数の円形の皿バネを有し、前記拡径部の内周側に前記円筒部が挿通され、前記一群の皿バネのうち軸方向の他端の皿バネが前記円錐部の前記垂直面に接し、前記一群の皿バネのうち軸方向の一端の皿バネが前記支持体に接するように配置され、前記一端の皿バネは、前記拡径部の前記軸方向一方側を向く面が前記支持体に接し、前記支持体の前記一端の皿バネに接する箇所であって、軸方向他方側で周方向に延在する縁部の周方向から見た断面形状が半円状であることを特徴とする。