(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧搾スクリュー（８）と、筒状のろ過スクリーン（９）と、ろ過スクリーン（９）の周囲を囲む外殻ケース（２）と、ろ過スクリーン（９）における脱水ケーキの出口（３０）に配置されるゲート機構（４）とを備えており、
圧搾スクリュー（８）、ろ過スクリーン（９）および外殻ケース（２）は、それぞれ縦長姿勢で配置されて、外殻ケース（２）の上部に圧搾液の排液口（２１）が設けられており、
排液口（２１）で規定される圧搾液の液位（Ｌ）より下側の外殻ケース（２）の周面複数箇所に、超音波振動を発振する多数個の超音波発生器（４０）が配されており、
外殻ケース（２）の長手方向の同じ高さ位置において、該外殻ケース（２）の周方向の対向位置に配された一対の超音波発生器（４０・４０）を単位段として、これら単位段が外殻ケース（２）の長手方向に沿って一定間隔置きに分散配置されており、
各単位段を構成する超音波発生器（４０・４０）は、隣接する長手方向の単位段を構成する超音波発生器（４０・４０）に対して、周方向へは９０度ずつ位相がずれており、
各超音波発生器（４０）の発振部（４１）が、外殻ケース（２）に設けた装着口（４２）を介して外殻ケース（２）の内面に臨んでおり、
ろ過スクリーン（９）の清掃に際しては、圧搾スクリュー（８）を逆転回転させて脱水ケーキをほぐし含水させて軟らかくしたのちに、各超音波発生器（４０）を駆動するようにしてあり、
単位段を構成する超音波発生器（４０・４０）の対を交互に駆動できることを特徴とするスクリュー脱水機。
【請求項２】
外殻ケース（２）が、上ケース（６）と、上ケース（６）に対して着脱できる主ケース（７）とで構成されており、
含水物の入口（１４）が上ケース（６）に、圧搾液の排液口（２１）が主ケース（７）の上部にそれぞれ設けられて、圧搾液の液位（Ｌ）が主ケース（６）の上部に設定されており、
上ケース（６）の内部に、圧搾スクリュー（８）の連結軸（８ａ）の外周囲を覆う保護筒（１３）が配置され、この保護筒（１３）の内面上部に連結軸（８ａ）をシールするシール体（１２）が配置されている請求項１記載のスクリュー脱水機。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンを清掃して目詰まりを解消するための機構を備えているスクリュー脱水機、なかでも超音波振動を利用して清掃を行うスクリュー脱水機に関する。スクリュー脱水機は、土木建設現場、化学工場、食品工場、製紙工場などにおいて含水物を圧搾して、含水物をケーキ状の固体と液体とに分離する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なスクリュー脱水機においては、圧搾対象の含水物を螺旋ブレードで搬送し、その間に螺旋ブレードとろ過スクリーンとで含水物を圧搾して、ケーキ状の固体と液体とに分離する。例えば、土木建設現場で発生する微粒子を含んだ汚泥原液の固液分離を行う場合には、汚泥原液に高分子凝集剤を加えて微粒子を凝集したうえで、この凝集液をスクリュー脱水機で圧搾することにより、微粒子を含まないろ液と脱水ケーキとに分離している。このように含水物の圧搾を連続して行っていると、固形物がスクリーンのろ過隙間に詰まって、圧搾効率が急速に低下してしまうことがある。
【０００３】
上記のようなスクリーンの目詰まりを解消するための手段として、加圧された洗浄水を噴き付けてスクリーンを洗浄することが特許第２６３７３９０号公報に公知であり、回転駆動されるスクリーンに圧縮空気を吹き付けて洗浄することが特開２００１−１７９４９２号公報に公知である。前者では、螺旋ブレードに沿って洗浄ノズルの一群を配置する。後者では、棒状の洗浄ノズルに対してスクリーンを回転駆動することによって、スクリーンの周面全体を洗浄できるようにしている。このように加圧流体をスクリーンに吹き付けて清掃を行うスクリュー脱水機によれば、スクリーンの目詰まりを確実に除去できるものの、洗浄ノズルを別途設ける必要があり、さらにスクリーンを回転駆動することを要し、全体構造が複雑になる。洗浄ノズルの一群を螺旋ブレードに沿って配置する前者装置では、洗浄ノズルの補修や交換に多くの手間が掛かる。
【０００４】
本発明のスクリュー脱水機においては、超音波振動を利用してスクリーンの清掃を行うが、この種の清掃機構は特開２００１−１４９７０９号公報に公知である。そこでは、スクリーンの周囲を覆う外筒の内部に超音波発生器を配置している。清掃時には、外筒内に圧搾水を満たした状態で超音波振動子を駆動し、超音波で圧搾水を振動させてスクリーン面から汚泥を剥離し、さらに圧搾水中の超音波振動に伴うキャビテーションによって気泡が生じ、この気泡がスクリーンに当ることでスクリーン面の汚泥を剥離除去できるとされている。本発明のスクリュー脱水機はスクリューを縦長になる状態で配置するが、この種の脱水機は、例えば特開平９−８４５４５号公報に公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のスクリュー脱水機では、通常の脱水運転時に、外筒の排水口に設けたバルブを開放して圧搾水を筒外へ自然流下させる。そして、スクリーンの清掃を行う場合には、先のバルブを閉じて外筒に圧搾水を充満させ、あるいは洗浄水を別途送給して外筒内に水を充満させる必要がある。そのため、圧搾水あるいは洗浄水を充満させるまでの間は清掃作業を開始できず、即応性に欠ける。超音波発生器を外筒内の一箇所にのみ配置しているので、超音波発生器の近傍ではスクリーンに付着している汚泥等を除去できるが、超音波発生器から遠く離れた個所では超音波が減衰し、その振動エネルギーが極端に小さくなるため、充分な洗浄効果を得難い。超音波発生器が外筒の内部に配置してあるので、その点検や補修作業を行う場合にスクリューや外筒等を分解する必要があり、超音波発生器の点検や補修作業に多くの手間が掛かる。超音波発生器を完全防水する必要があるので、防水構造に採る分だけ構造が複雑化する不利もある。
【０００６】
本発明の目的は、超音波振動を利用してろ過スクリーンの清掃を行うスクリュー脱水機において、筒状のスクリーンの全周面を満遍なくしかも簡便に清掃することにある。本発明の目的は、スクリーンの目詰まり状況に応じて、いつでもスクリーン清掃を行え、しかも超音波発生器の点検や補修作業が容易に行え、設置に要するスペースも少なくて済むスクリュー脱水機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクリュー脱水機は、図１に示すように圧搾スクリュー８と、筒状のろ過スクリーン９と、ろ過スクリーン９の周囲を囲む外殻ケース２と、ろ過スクリーン９における脱水ケーキの出口３０に配置されるゲート機構４とを備えている。圧搾スクリュー８、ろ過スクリーン９および外殻ケース２は、それぞれ縦長姿勢で配置されて、外殻ケース２の上部に圧搾液の排液口２１が設けられている。排液口２１で規定される圧搾液の液位Ｌより下側の外殻ケース２の周面複数箇所には、超音波振動を発振する多数個の超音波発生器４０が配置されている。
【０００８】
これら超音波発生器４０は、外殻ケース２の長手方向の同じ高さ位置において、該外殻ケース２の周方向の対向位置に配された一対の超音波発生器４０・４０を一つの単位として、これら単位が外殻ケース２の長手方向に沿って一定間隔置きに分散配置されており、各単位を構成する超音波発生器４０・４０は、隣接する長手方向の単位を構成する超音波発生器４０・４０に対して、周方向へは９０度ずつ位相がずれている。各超音波発生器４０の発振部４１は、外殻ケース２に設けた装着口４２を介して外殻ケース２の内面に臨んでいる。ろ過スクリーン９の清掃に際しては、圧搾スクリュー８を逆転回転させて脱水ケーキをほぐし含水させて軟らかくしたのちに、各超音波発生器４０を駆動する。単位段を構成する超音波発生器４０・４０の対は、交互に駆動することができる。
【０００９】
外殻ケース２は、上ケース６と、上ケース６に対して着脱できる主ケース７とで構成する。含水物の入口１４は上ケース６に、圧搾液の排液口２１は主ケース７の上部にそれぞれ設けて、圧搾液の液位Ｌを主ケース６の上部に設定する。上ケース６の内部には、圧搾スクリュー８の連結軸８ａの外周囲を覆う保護筒１３を配置し、この保護筒１３の内面上部に連結軸８ａをシールするシール体１２を配置することができる。
【００１０】
【発明の作用効果】
本発明では、圧搾スクリュー８、ろ過スクリーン９および外殻ケース２を縦長姿勢で配置し、さらに外殻ケース２の上部に排液口２１を設けことにより、外殻ケース２内に圧搾液が充満し、圧搾スクリュー８およびろ過スクリーン９の殆どの部分が圧搾液中に浸漬する状態で脱水処理を行うようにした。そのうえで、排液口２１によって規定される圧搾液の液位Ｌより下側の外殻ケース２の周面複数箇所に超音波発生器４０配置して、ろ過スクリーン９の周面全体に超音波振動がむらなく到達できるようにした。従って本発明によれば、ろ過スクリーン９が目詰まりした場合には、圧搾作業を中断した後、超音波発生器４０を駆動するだけでろ過隙間を塞ぐ固形物を除去し、脱水機能を適正な状態に回復させることができる。
【００１１】
つまり、圧搾液の充満を待つ必要もなく、ろ過隙間の清掃を簡便にしかも即座に行えるうえ、外殻ケース２の周面に配置した複数個の超音波発生器４０でろ過スクリーン９の周囲を均等にむらなく洗浄して、脱水機能を効果的に回復できる。また、各超音波発生器４０は外殻ケース２の周面に配置してあるので、外殻ケース２やろ過スクリーン９などを分解する必要もなく、超音波発生器４０の点検や交換等の補修作業が少ない手間で簡単に行える。スクリュー脱水機は縦長に構成したので、その設置に要するスペースが少なくて済む利点もある。
【００１２】
多数個の超音波発生器４０が外殻ケース２の周方向および長手方向に沿って一定間隔置きに配置されたスクリュー脱水機によれば、超音波発生器４０で発生させた振動波をろ過スクリーン９の周囲に対して均等に作用させて、ろ過隙間の洗浄を確実にしかも短時間で行うことができる。超音波発生器４０の発振部４１が、外殻ケース２に設けた装着口４２を介して外殻ケース２の内面に臨んでいると、超音波発生器４０で発生した振動波を圧搾液中に直接発振できるので、振動エネルギーのロスがなく、より強力な振動波をろ過スクリーン９に作用させて、ろ過隙間の洗浄をさらに効果的に行うことができる。超音波発生器４０の発振部４１のみを防水すればよいので、超音波発生器４０の全体を圧搾液中に浸漬する場合に比べて、超音波発生器４０の構造が簡素化し、その分だけコストを削減できる。
【００１３】
上ケース６と、主ケース７とで外殻ケース２を構成し、上ケース６に含水物の入口１４を設け、さらに主ケース７の上部に圧搾液の排液口２１を設けて、圧搾液の液位Ｌを主ケース６の上部に設定すると、圧搾スクリュー８の連結軸８ａ用のシール体１２が上ケース６内の気層部に位置して、ろ過スクリーン９内に送り込まれる含水物が直接シール体１２に付着するのを防止できるうえ、シール体１２の周囲を保護筒１３で覆って、入口１４から送給される含水物がシール体１２に付着するのを防止できるので、シール体１２が早期に摩滅するのを解消し、その寿命を延ばすことができる。
【００１４】
【実施例】
図面は本発明に係るスクリュー脱水機の実施例を示しており、図２に示すごとく、スタンド１で垂直に支持される縦長の外殻ケース２と、外殻ケース２の上端に配置される減速機付きのモーター３と、外殻ケース２の他側端に設けられるゲート機構４と、含水物を加圧送給するポンプ５とを備えている。
【００１５】
外殻ケース２は、スタンド１に固定支持される上ケース６と、上ケース６にこれの下方にあって連続する主ケース７とに分割されており、その内部に圧搾スクリュー８とろ過スクリーン９とが収容してある。
【００１６】
図１において上ケース６は下向きに開口する筒状のケースからなり、ケース上面に固定した軸受ケース１０上にモーター３が取り付けられ、軸受ケース１０の内部に設けた一対のベアリング１１に、圧搾スクリュー８の上端の連結軸８ａが軸支されている。この連結軸８ａはモーター３の出力軸３ａにキーを介して固定して、その外周囲が保護筒１３で覆われており、保護筒１３の内面上部に装着したシール体１２でベアリング１１との間を水密状に封止している。
【００１７】
上ケース６の外周筒壁には含水物を供給するための入口１４が設けてある。上ケース６の下面の開口周縁には、主ケース７を接続するためのフランジ１５を固定してあり、フランジ１５の下面側に主ケース７およびろ過スクリーン９を位置決めするためのピン１６が突設されている。含水物はポンプ５で入口１４を介して上ケース６内に加圧送給するが、入口１４から噴出の含水物がシール体１２に直接付着するのを避けるために上下に長い先の保護筒１３を設け、連結軸８ａの殆どの上方部分を保護筒１３で覆っている。
【００１８】
主ケース７は、上ケース６と同径で上下両端が開口する筒ケースからなり、上端および下端のそれぞれにフランジ１７・１８を固定してある。上端のフランジ１７を上ケース６のフランジ１５に接合して、両者１５・１７をボルト１９で締結することにより、主ケース７を上ケース６と一体化でき、ボルト１９を外すことにより主ケース７と上ケース６とを分離できる。主ケース７の筒壁の上端一側には、圧搾液を回収する排液口２１が設けてある。このように、外殻ケース２の上部に排液口２１を設けてあると、外殻ケース２の内部を圧搾液で常に満たして、図１の符号Ｌで示す液位より下方に位置する、圧搾スクリュー８およびろ過スクリーン９の殆どの部分を圧搾液に浸漬させておくことができる。
【００１９】
圧搾スクリュー８は、中空の主軸２３とその外周囲に固定した螺旋ブレード２４と、主軸２３の上端に固定した連結軸８ａとからなり、連結軸８ａをベアリング１１で片持ち状に軸支することにより垂直に吊持されている。主軸２３とろ過スクリーン９との間隔が大きいと、ろ過スクリーン９に近い側の含水物のみが圧搾されて、主軸２３に近い側の含水物が圧搾されにくい。そこでこの実施例では、主軸２３の外周面とろ過スクリーン９の内周面との間隔を３０mmとして、含水物を均一に脱水できるようにした。螺旋ブレード２４は、一端から他端へ向かって同径、同ピッチに形成してある。
【００２０】
図４においてろ過スクリーン９は、耐圧性に優れたウエッジワイヤー９ａをろ過要素とする円筒状に形成されており、その上下両端に上フランジ２７と下フランジ２８とを固定してある。主ケース７内にろ過スクリーン９を差し込み、その上フランジ２７を上ケース６側のピン１６に係合し、さらに下フランジ２８を主ケース６のフランジ１８にボルト２９（図２参照）で締結することにより、主ケース６に対してろ過スクリーン９を同心状に固定する。上ケース６に主ケース７を装着した状態においては、ろ過スクリーン９の内面が螺旋ブレード２４の突端周面に接触している。下フランジ２８の中央には、脱水ケーキの出口３０が円孔状に開口している。
【００２１】
図３においてゲート機構４は、先の出口３０を塞ぐ円盤状のゲート体３２と、ゲート体３２およびフランジ１８に挿通される一対の調整ボルト３４と、各調整ボルト３４にねじ込まれるナット３６およびばね受片３５と、ばね受片３５とフランジ１８との間に配置される圧縮コイル形のばね３７とからなる。ゲート体３２は、常態において前記ばね３７で出口３０側に押し付け付勢されて、出口３０を塞いでおり、ナット３６の締め込み量を調整することで脱水状態を調整できる。
【００２２】
上記構成のスクリュー脱水機において、目詰まり状態に陥ったろ過スクリーン９のろ過隙間を清掃して脱水機能を回復するために、外殻ケース２の周面に多数個（１０個）の超音波発生器４０を設ける。この超音波発生器４０は市販品からなり、図４に示すようにその発振部４１が主ケース７の壁面に貫通状に設けた装着口４２を介して主ケース７内に臨み、ろ過スクリーン９の周面と対向するように取り付けてある。
【００２３】
各超音波発生器４０は主ケース７の上下長手方向に沿って一定間隔置きに、しかも周方向へは９０度ずつ位相がずれるように分散配置してある。このように、各超音波発生器４０がろ過スクリーン９の周囲を取り囲むように分散配置されていると、各超音波発生器４０から発振した超音波振動をろ過スクリーン９の周面に対して均等に、しかも確実に作用させることができるので、ろ過スクリーン９のろ過隙間を塞いでいる固形物を確実に剥落させて除去できる。超音波発生器４０の発振エネルギーを増強すると、主ケース７内に充満する圧搾液中でキャビテーションに伴う水蒸気泡が発生し、水蒸気泡が破裂する際の圧搾液の衝突圧力によって、ろ過隙間を塞いでいた固形物を剥落して除去できる。図５において符号４３は超音波発生器４０用の制御装置である。
【００２４】
本発明のスクリュー脱水機は、土木建設現場で発生する微粒子を含んだ汚泥原液の固液分離を行う場合などに用いる。その際、従来は汚泥原液に高分子凝集剤を加えて微粒子を凝集したうえで、この凝集液をスクリュー脱水機で圧搾することにより、微粒子を含まない水分と脱水ケーキとに分離していたが、本発明のスクリュー脱水機では、高分子凝集剤による前処理を省略して汚泥原液を直接圧搾する。具体的には、図５に示すごとく汚泥槽４４に貯留された汚泥原液をポンプ５で上ケース６の入口１４へ加圧送給し、圧搾スクリュー８をモーター３で回転駆動して圧搾を行う。
【００２５】
ろ過スクリーン９内の汚泥原液は、螺旋ブレード２４で出口３０へ向かって押し込まれ、出口３０へ到達するまでの間に圧搾され脱水される。脱水された固形物すなわち脱水ケーキは、強制的に下方の出口３０側へ押し込まれ、ばね３７の付勢力に抗しながらゲート体３２を押し開けて出口３０から落下し、ケーキ容器４５に収容される。ろ過スクリーン９を通り抜けた圧搾液は、排液口２１から排出されて排液槽４６に回収される。
【００２６】
例えば、排液口２１からの圧搾液の流量が一定量未満になると、これを流量センサー４８で検知することにより、ろ過スクリーン９が目詰まり状態になっていると判定する。その場合には、ろ過スクリーン９を清掃する。それには、まずポンプ５による汚泥原液の送給を停止し、さらにモーター３を逆転駆動して脱水ケーキをほぐし含水させて軟らかくする。
【００２７】
この状態で超音波発生器４０を駆動し、主ケース６内に充満する圧搾水を介して振動波を作用させると、ろ過スクリーン９のろ過隙間に付着していた脱水ケーキが振動を受けて剥離される。振動波を受けたウエッジワイヤー９ａこれ自体が振動することによっても、ろ過隙間に付着の脱水ケーキを振り落とすことができる。このとき、超音波発生器４０は一斉に駆動してもよいし、主ケース７の周面で対向する超音波発生器４０の対を交互に駆動して、振動波がろ過スクリーン９に対して左右方向あるいは上下方向から交互に到達するようにしてもよい。この後、汚泥源液をポンプ５でろ過スクリーン９内へ送給し、圧搾スクリュー８による圧搾を再開する。
【００２８】
上記以外に、外殻ケース２は圧搾スクリュー８の中心軸が斜めに傾く状態で配置してもよく、その場合には排液口２１は主ケース７の上部に設けて、圧搾スクリュー８とろ過スクリーン９の大半の部分が圧搾液中に浸漬されるようにする。超音波発生器４０の配置形態は、実施例で説明した配置形態と異なっていてもよく、例えば主ケース７の周面に螺旋状に配置することができる。超音波発生器４０はその発振部４１が主ケース７の外周面に密着する状態で配置してもよい。
【００２９】
圧搾スクリュー８は先すぼまり形状や、末広がり形状になっていてもよい。螺旋ブレード２４は出口３０に近づくに従ってそのピッチが小さくなるようにすることができる。実施例で説明した外殻ケース２は上下を反転して、出口３０を上端に設け、さらに排液口２１を出口３０の近傍に設けてもよい。スタンド１の支持対象は主ケース７であってもよいし、上ケース６と主ケース７の双方であってもよい。ゲート機構４は、ばね３７を省略して、流体圧シリンダでゲート体３２を閉じ付勢してもよい。ろ過スクリーン９は必ずしもウエッジワイヤーをろ過要素とする必要はなく、パンチングメタルや、複数種のろ過要素を内外に重ねて形成してあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】上部の縦断正面図
【図２】側面図
【図３】縦断側面図
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図
【図５】使用例を説明する正面図
【符号の説明】
２  外殻ケース
６  上ケース
７  主ケース
８  圧搾スクリュー
９  ろ過スクリーン
１２  シール体
１３  保護筒
１４  入口
２１  排液口
３０  出口
４０  超音波発生器
４１  発振部
４２  装着口
Ｌ  液位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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