JP3739613B2 - 回転式圧縮濾過機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工食品の原料やその半加工品、又は汚泥等の含水物（処理原液）を濾過・圧縮して脱水処理を行う圧縮濾過機に関し、特に、回転軸周りに形成された環状の濾過室内を進行させるに従って処理原液に次第に圧力を加えて脱水処理を行う回転式圧縮濾過機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体と液体を分離する装置には、遠心分離機、遠心濾過機、フィルタープレス、スクリュープレス、ロータリーバキュームフィルタ、回転式の圧縮濾過機等、様々なタイプのものがある。これらのうち、回転式の圧縮濾過機については、例えば、図７及び図８に示すような構造のものが知られている。
【０００３】
図７は、従来の代表的な回転式圧縮濾過機１０１の構造を示す一部切欠斜視図であり、図８は、図７の回転式圧縮濾過機１０１のＡＡ線による断面図である。これらの図からも明らかなように、この回転式圧縮濾過機１０１は、基本的には、回転軸１０２、内輪スペーサ１０３、外輪スペーサ１０４、２枚のドーナツ状のスクリーン１０５，１０５、隔壁板１０６、及び、図示しない背圧装置、外部ケーシング、駆動装置等によって構成されるものである。
【０００４】
より詳細には、回転軸１０２は、ほぼ水平に保持されるとともに、図示しない駆動装置により駆動力が供給されることにより、図７に示す矢印Ｂの方向に低速（０．２〜１．３回転／分程度）で回転するようになっている。内輪スペーサ１０３は、回転軸１０２周りに固定されており、回転軸１０２に従って同方向に回転する。
【０００５】
外輪スペーサ１０４は、内輪スペーサ１０３の外側に配置されるとともに、図示しない外部ケーシングにより保持されており、基端部１０４ａから回転軸１０２の同心円上に約２４０°〜３００°程度に亘って延出する円状部分と、終端部１０４ｂまで当該同心円の接線方向に延出する直線部分とからなっている。また、外輪スペーサ１０４は、円状部分においては、その内周面１０４ｃが、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａと常に一定の間隔をもって対向するように配置されており、回転軸１０２の軸方向についての外輪スペーサ１０４の厚さ寸法Ｗ１は、内輪スペーサ１０３の厚さ寸法Ｗ２と一致している。
【０００６】
２枚のスクリーン１０５，１０５は、内周縁部１０５ａ，１０５ａが内輪スペーサ１０３の両側面上にそれぞれ固定されるとともに、外周縁部１０５ｂ，１０５ｂが外輪スペーサ１０４の両側面に接するような位置及び寸法にて配置されている。従って、スクリーン１０５，１０５は、回転軸１０２が回転すると、内輪スペーサ１０３に従って同方向に回転することになり、このとき、その外周縁部１０５ｂ，１０５ｂは、外輪スペーサ１０４の両側面上を摺動するようになっている。
【０００７】
また、各スクリーン１０５，１０５は、透水性を確保するために直径０．１８ｍｍ程度の多数の小孔を有しており、後述するように、処理原液から水分を取り除くためのフィルターとして機能するものである。
【０００８】
隔壁板１０６は、ほぼ水平に、かつ、回転軸１０２の軸方向と直交する方向に保持されており、回転軸１０２の軸方向についての隔壁板１０６の厚さ寸法Ｗ３は、外輪スペーサ１０４の厚さ寸法Ｗ１及び内輪スペーサ１０３の厚さ寸法Ｗ２と一致している。また、隔壁板１０６の内側端部１０６ａは、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａの曲率に一致し、これと面接触し、摺動するように形成されている。
【０００９】
隔壁板１０６の、内側端部１０６ａとは反対側の端部（外側端部１０６ｂ）は、外輪スペーサ１０４の基端部１０４ａ及び終端部１０４ｂとの間に、それぞれ所定間隔を置いた位置に保持されている。そして、外側端部１０６ｂと外輪スペーサ１０４の基端部１０４ａとの間に確保されたスペースは、原液供給口１０８として、装置内部に導入する処理原液を供給するために使用され、外側端部１０６ｂと外輪スペーサ１０４の終端部１０４ｂとの間に確保されたスペースは、ケーキ出口１０９として機能するようになっている。
【００１０】
隔壁板１０６の底面１０６ｃは、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａの接線方向と一致しており、かつ、外輪スペーサ１０４の直線部分の上面１０４ｄと平行に延出している。尚、この回転式圧縮濾過機１０１は、原液供給口１０８、ケーキ出口１０９、及び図示しない液体排出口を除き、外部ケーシングにより密閉される構造になっている。
【００１１】
また、ケーキ出口１０９の側方には、図１２に示すような可動弁１０７を有する背圧装置が設けられている。この背圧装置の可動弁１０７は、可撓性の材料によって形成され、ケーキ出口１０９側の端部１０７ａが反対側の外部ケーシング１１３の内壁に接するまで撓むようになっており、図１２の（１）に示す全開状態から、同図の（２）に示す全閉状態まで、ケーキ出口１０９の開口面積を自由に調整できるようになっている。
【００１２】
ここで、上記のような構造の従来の回転式圧縮濾過機１０１の運転方法とその作動原理について、図９（図７の回転式圧縮濾過機１０１のＣＣ線による断面図）及び図１２を用いて簡単に説明する。まず、運転開始時においては、図１２の（２）に示すように背圧装置の可動弁１０７を全閉状態にし、図９に示す原液供給口１０８より、濾過室１１０（内輪スペーサ１０３及び隔壁板１０６と、外輪スペーサ１０４との間に形成されている、断面が矩形状（図８参照）のスペースであって、環状（Ｃ字状）に延出する部分（環状部分）と直線状に延出する部分（直状部分）を有する。原液供給口１０８から環状部分及び直状部分を経て、ケーキ出口１０９に至るまでのスペース。）内へ、処理原液を順次導入していく。このとき、背圧装置の可動弁１０７は前述の通り全閉状態にあるので、導入された処理原液は、ケーキ出口１０９より外部に排出されることなく、濾過室１１０内に貯留されていくことになる。
【００１３】
濾過室１１０のうち、環状部分の全部及び直状部分の一部においては、両側方が、対向する２枚のスクリーン１０５，１０５によって閉塞（以下、濾過室１１０のうち、これらのスクリーン１０５，１０５によって側方が閉塞されている部分を「スクリーン部」という。）されているが、スクリーン１０５は、前述の通り透水性を確保するための小孔を多数有しているので、処理原液が濾過室１１０内に貯留されていく過程で、処理原液中の水分がスクリーン１０５の小孔を抜けて、次第に濾過室１１０外に排出されていくことになる。そうすると、処理原液は固形分濃度を増してスラリー状になり、その一部がスクリーン面に付着する。尚、濾過室１１０外に排出された水分は、外部ケーシングの内壁とスクリーン１０５の間隙を流れ落ち、液体排出口より、装置外部に排出される。
【００１４】
この状態で、図示しない駆動装置を駆動させ、回転軸１０２に駆動力を供給し、回転軸１０２を図９に示す矢印Ｂの方向に低速（０．２〜１．３回転／分程度）で回転させる。そうすると、回転軸１０２周りに固定された内輪スペーサ１０３、及び、内輪スペーサ１０３の両側面上に固定されたスクリーン１０５が同方向に回転する。
【００１５】
スクリーン１０５が回転すると、濾過室１１０内に導入された処理原液は、回転するスクリーン１０５或いはこれに付着したスラリー状の処理原液との間に生じる摩擦力により、原液供給口１０８からケーキ出口１０９に向かって、濾過室１１０内を順次進行していくことになる。このようにしてスラリー状の処理原液が濾過室１１０内を進行していくと、その過程で更に脱水が進み、スラリー状の処理原液は、次第にケーキ状（脱水ケーキ）になっていく。そうすると、スクリーン１０５との間の摩擦力もより大きくなっていき、その増大した摩擦力によって、脱水ケーキは更に先方へと搬送されることになるが、先行する脱水ケーキによって抵抗を受けるため、スクリーン１０５と等速で搬送されることにはならず、逆に、先行する脱水ケーキを圧縮することになる。このため、先行する脱水ケーキの脱水が更に進むことになる。
【００１６】
このようにして、濾過室１１０内に導入された処理原液は、ケーキ出口１０９に近づいて行くに従って脱水が進行し、濾過室１１０内のケーキ出口１０９付近には、脱水ケーキが滞留して行くことになる。そして、運転を開始してから所定時間経過後、背圧装置の可動弁１０７を開くと、ケーキ出口１０９付近に滞留していた最初の脱水ケーキが、後続の脱水ケーキによって押し出され、ケーキ出口１０９から外部に排出されることになる。そして、最初の脱水ケーキが排出されたら、開始運転を完了し、定常運転へと移行する。
【００１７】
定常運転においては、図１２に示されている背圧装置の可動弁１０７を開いた状態で、開始運転時と同様に原液供給口１０８より濾過室１１０内に処理原液を順次導入するとともに、スクリーン１０５を所定の速度で回転させることにより、処理原液を連続的に濾過・脱水してケーキ出口１０９より脱水ケーキを排出するようにする。かかる定常運転においても、処理原液の導入から脱水ケーキの排出に至るまでの濾過・脱水作用については、前述の開始運転時と基本的に異なるところはないが、処理原液の供給量、スクリーン１０５の回転速度、及び、背圧装置の可動弁１０７の開度を適宜調節することにより、所望の脱水度にて脱水ケーキを排出することができるようになっている。
【００１８】
以上に説明したように、この回転式圧縮濾過機１０１は、内輪スペーサ１０３及びスクリーン１０５を低速で回転させるだけで、処理原液を液体（水分）と固体（脱水ケーキ）とに、好適に分離することができるようになっており、このため、エネルギー消費量及び騒音が小さく、また、外部ケーシングにより密閉されているため、食品の加工の場合は、衛生面での管理が容易であり、汚物の処理の場合は、臭気の発生を最低限に抑えることができるという利点がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この回転式圧縮濾過機１０１には、次のような問題がある。即ち、脱水ケーキ１１１は、図１０に示すような状態で、ケーキ出口１０９から外部に排出されるが、それらのうち、外輪スペーサ１０４に近い比較的下方の位置から排出されるもの（例えば、この図中、Ｌで示す部位の脱水ケーキ）は、隔壁板１０６に近い比較的上方の位置から排出されるもの（例えば、この図中、Ｈで示す部位の脱水ケーキ）に比べて脱水度が低い（即ち、含水率が高い）という問題がある。
【００２０】
このような問題は、この種の回転式圧縮濾過機１０１特有のものであり、その原因は概ね次の通りであると考えられる。まず、図１１に示されているように、スクリーン１０５は、矢印Ｂの方向に回転するので、脱水ケーキとスクリーン１０５との摩擦力は、スクリーン１０５の回転方向、即ち、図１１に示す矢印Ｆ（Ｆ１〜Ｆ５）の方向に作用することになる。これらのうち、回転軸１０２の真下付近においては、摩擦力が作用する方向Ｆ１及びＦ２は、脱水ケーキの進行方向Ｄ４と一致しているが、Ｆ１、Ｆ２の位置から更にケーキ出口１０９側に進むと、摩擦力はＦ３〜Ｆ５の方向に、即ち、隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用することになる。
【００２１】
このようなことから、Ｆ１に位置していた脱水ケーキは、スクリーン１０５との摩擦力に従ってＦ３の方向へ進行するが、Ｆ３の位置では、摩擦力は隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用しているので、Ｆ１の位置から進行してきた脱水ケーキは、隔壁板１０６の底面１０６ｃに押しつけられつつ、底面１０６ｃに沿ってＰ１の位置へと進行することになる。Ｆ１に位置していた脱水ケーキがＦ１の位置から隔壁板１０６の底面１０６ｃに沿ってＰ１の位置にまで達する間、Ｆ１よりも外側（外輪スペーサ１０４側）に位置していた脱水ケーキがＦ３やＦ４の方向に作用する摩擦力に従って隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって絶えず移動してくるので、いわゆる力の衝突が起こり、従って、隔壁板１０６の底面１０６ｃ付近、特に、Ｐ１付近においては、脱水ケーキは高い圧力により圧縮されるほか、その圧縮は、脱水ケーキの微粒子が互いに相対位置を変えつつ行われることになる。
【００２２】
一方、Ｆ２に位置していた脱水ケーキは、スクリーン１０５との摩擦力に従ってＦ５の方向へ進行し、後続の脱水ケーキによってＰ２の方向に押し出されるが、Ｆ５の位置では、摩擦力は隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用しているので、Ｆ２に位置していた脱水ケーキは、Ｐ２の位置へと進行する間にその一部が隔壁板１０６側に流れることになる。従って、Ｐ２の位置における脱水ケーキの密度及び圧力は、Ｐ１に位置する脱水ケーキよりも低くなってしまい、また、隔壁板１０６に近い部位において生じているような力の衝突は、Ｐ２付近においては生じないため、脱水ケーキの微粒子の相対位置変化も起こりにくい。
【００２３】
このような作用によって、濾過室１１０内における脱水ケーキは、隔壁板１０６に近い部位では、ある程度強く圧縮されて脱水が進み、反対に、外輪スペーサ１０４に近い部位では、それほど強く圧縮されず、脱水度が低いまま、ケーキ出口１０９より外部に排出されてしまうのである。
【００２４】
また、図７に示したような従来の回転式圧縮濾過機１０１においては、回転軸１０２の回転数、原液供給量、及び、ケーキ出口１０９における背圧装置の可動弁１０７を制御することにより運転を行っており、回転軸１０２の回転数と原液供給量を一定にした場合でも、背圧装置における背圧を調整することによって、排出される脱水ケーキにおける脱水度をある程度制御することができる。
【００２５】
しかしながら、より高い脱水度を得るために背圧を高くすると、図９のケーキ通路１１２（濾過室１１０のうち、スクリーン部以外の部分であって、スクリーン部の終端からケーキ出口１０９に至るまでのスペース）内の圧力が増加し、ケーキ通路１１２の内壁と脱水ケーキとの摩擦が大きくなるため、脱水ケーキの移動が阻害され、詰まりが生じたり、内部圧力により装置の破損を招くこともある。
【００２６】
本発明は、従来の回転式圧縮濾過機にわずかな改良を加えることにより、上記のような問題を解決することができ、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度の飛躍的な向上を期待することができ、また、脱水効率の向上や、脱水ケーキの円滑な排出をも期待することができる回転式圧縮濾過機を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、断面が矩形状の濾過室と、回転軸周りに固定され、回転軸に従って回転する内輪スペーサと、前記内輪スペーサの外側に配置され、基端部から回転軸の同心円上に延出する円状部分及び終端部まで当該同心円の接線方向に延出する直線部分とからなる外輪スペーサと、透水性を有する材料によって形成され、内周縁部が前記内輪スペーサの両側面上にそれぞれ固定されるとともに、外周縁部が前記外輪スペーサの両側面に接するような位置及び寸法にて配置された２枚のスクリーンとを有し、前記濾過室は、前記内輪スペーサの外周面と、前記外輪スペーサの内周面と、前記スクリーンの各内側面とによって構成され、Ｃ字状に延出する環状部分と、直線状に延出する直状部分を有し、前記濾過室内に処理原液を連続的に導入し、前記回転軸を回転させ、前記スクリーンの各内側面を当該濾過室の終端方向へ連続的に回転移動させることによって、当該濾過室内において前記処理原液を前記スクリーンの各内側面との摩擦により順次終端方向へ移動させるとともに圧縮し、その際に処理原液から水分を取り除き、残余の脱水ケーキが、ケーキ通路を通ってケーキ出口より外部へ排出されるように構成した回転式圧縮濾過機であって、前記濾過室内の内輪スペーサ側に、加圧手段を設けることによって、前記濾過室の断面積が、処理原液或いは脱水ケーキの移動方向に従って、次第に減少するように構成し、内輪スペーサ側に位置していた処理原液或いは脱水ケーキが、濾過室内を進行するに従って内輪スペーサから次第に離れ、外輪スペーサ側に移動するように構成されていることを特徴としている。
【００２８】
このような構成とすることにより、脱水ケーキの移動方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮することが可能になり、その結果、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度を向上させることができる。
【００２９】
尚、直径の異なる少なくとも２種類の小孔を多数有し、直径の小さな小孔が直径の大きな小孔よりも外側に配置されたスクリーンを用い、更に濾過室内の圧力が高くなる部位において、加圧手段が直径の大きな小孔を内側から閉塞するように形成すれば、装置全体としての脱水効率の向上を期待することができる。
【００３０】
また、前記加圧手段として、濾過室内に加圧板を設け、当該加圧板が上下方向に変位可能なように構成すれば、定常運転に適した加圧板の位置を設定することが可能であり、また、ケーキ通路内において脱水ケーキが詰まることを防止することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第１の実施形態の構造を示す断面図である。この回転式圧縮濾過機１は、従来のものと同様に、基本的には回転軸２、内輪スペーサ３、外輪スペーサ４、２枚のドーナツ状のスクリーン５、隔壁板６、及び、図示しない外部ケーシング、駆動装置等によって構成されるものであり、濾過室１０（内輪スペーサ３及び隔壁板６と、外輪スペーサ４との間に形成されている、断面が矩形状のスペースであって、環状（Ｃ字状）に延出する部分（環状部分）と直線状に延出する部分（直状部分）を有する。原液供給口８から環状部分及び直状部分を経て、ケーキ出口９に至るまでのスペース。）内に、原液供給口８を介して処理原液を連続的に導入し、濾過室１０を構成する壁面の一つであるスクリーン５を、濾過室１０の終端方向へ連続的に回転移動させることによって、濾過室１０内において処理原液をスクリーン５との摩擦により矢印Ｄの方向へ順次移動させるとともに圧縮し、その際、透水性を有する材料によって形成されたスクリーン５を介して処理原液から水分を取り除き、残余の脱水ケーキがケーキ出口９より外部へ排出されるように構成されている。
【００３２】
そして、図１からも明らかなように、この回転式圧縮濾過機１には、加圧手段として、濾過室１０内に加圧板１３が設けられており、濾過室１０の断面積が、処理原液或いは脱水ケーキの移動方向に従って次第に減少するように構成されている。このため、処理原液或いは脱水ケーキが濾過室１０内を進行していくと、濾過室１０の断面積が次第に減じられ、処理原液或いは脱水ケーキには、その進行に従って進行方向と直交する方向に圧力が生じることになる。
【００３３】
このように、本実施形態における回転式圧縮濾過機１は、処理原液或いは脱水ケーキを、濾過室１０の進行方向だけでなく、進行方向と直交する方向へも圧縮することができるので、ケーキ出口９から排出される脱水ケーキにおいて、より高い脱水度が得られるようになっている。
【００３４】
尚、本実施形態においては、加圧板１３が、内輪スペーサ３の外周面３ａ、及び、隔壁板６の底面６ｃに沿って設けられ、この加圧板１３は、主としてスクリーン部（濾過室１０のうち、スクリーン５によって側方を閉塞されている部分）において濾過室１０の断面積を次第に減じるようになっている一方、ケーキ通路１２（濾過室１０のうち、スクリーン部以外の部分であって、スクリーン部の終端からケーキ出口９に至るまでのスペース）においては、加圧板１３の底面と外輪スペーサ４の上面４ｄとがほぼ平行となっており、ケーキ通路１２においては濾過室１０の断面積は殆ど減じられないような構造となっているので、従来の回転式圧縮濾過機と比べ、濾過室１０内において効率良く濾過・脱水が行われ、排出される脱水ケーキにおいて、より高い脱水度が得られる。
【００３５】
この点についてより詳細に説明すると、ケーキ通路１２は、上下方向が加圧板１３の底面及び外輪スペーサ４の上面４ｄにより、そして、側方が図示しない外部ケーシングの内壁によって構成されており、ケーキ通路１２内の水分が速やかに外部に排出されるような構造にはなっていないため、ケーキ通路１２内において、進行方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮しても、脱水ケーキから水分だけを有効に分離することができず、脱水ケーキの濾過・脱水を促進するには至らないが、スクリーン部において、進行方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮した場合には、搾り出された水分がスクリーン５から速やかに外部に排出されることになるので、効率よく濾過・脱水が行われ、より高い脱水度の脱水ケーキを排出させることが可能となるのである。
【００３６】
尚、本実施形態においては、スクリーン５は、多数の小孔を有する平滑な金属板によって形成されているが、多孔質材であって、透水性を有するものであれば、例えば、プラスチック、金属或いはセラミックの焼結体等によって形成されたものであっても良い。
【００４０】
また、加圧手段については、必ずしも隔壁板６のほかに、別個独立の部材としての加圧板１３を設ける必要はなく、隔壁板６そのものを、濾過室１０の断面積を次第に減少させるような形状及び寸法にて形成することにより、処理原液又は脱水ケーキを進行方向と直交する方向に圧縮するような構成とすることもできる。
【００４１】
図３は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第３の実施形態の構造を示す断面図である。本実施形態においては、隔壁板６の内側下部の加圧部位６ａが加圧手段としての機能を有し、図３に示すように変位加圧板１３ａが任意の点を回動支点１６として、ケーキ出口９側が上下方向に変位可能なように、或いは、一定の周期で変位（即ち、揺動）可能なように構成されている。加圧板１３を変位させるための機構については説明を省略するが、カム機構やクランク機構等を適宜利用することができる。
【００４２】
このように、加圧板１３を変位可能なように構成することにより、定常運転に適した加圧板１３の位置を設定することが可能であり、更に、開始運転時において、機内に十分な処理原液或いは脱水ケーキが蓄積し、濾過・脱水に十分な内部圧力が発生するまでの間、未だ十分に濾過・脱水されていない脱水ケーキがケーキ出口９から外部に排出されてしまわないように、ケーキ通路１２を極端に狭めることにも使用することができる。従って、従来の回転式圧縮濾過機において使用されていた、図１２に示したような可動弁１０７を有する背圧装置は、本実施形態における回転式圧縮濾過機１においては省略することもできる。
【００４３】
また、加圧板１３を揺動可能なように構成した場合、ケーキ通路１２内において脱水ケーキが詰まることを防止し、また、最高圧力を高めに設定した場合でも安定した運転が可能になる。
【００４４】
尚、加圧板１３は、全体が変位するように構成しても良いし、一部分のみが変位するように構成しても良い。
【００４５】
更に、図３に示したような加圧板１３の変位は、自動制御にも応用することができる。例えば、処理原液の固形分濃度や固形分の成分に時間的又は季節的変動がある場合、回転軸、処理原液の供給量、加圧板１３の変位量等の運転条件を一定にすると、処理原液の性状の差異により、排出される脱水ケーキの脱水度も変化してしまうことになるが、濾過室１０内の加圧板１３の表面に圧力センサーを取り付け、濾過室１０内各部の圧力を検出し、これに応じて加圧板１３を変位させるように構成すれば、濾過室１０内部の圧力を容易に制御することができ、排出される脱水ケーキの脱水度も所望の範囲内に制御することができる。
【００４６】
尚、従来の回転式圧縮濾過機の場合は、同様の検出装置を用いて背圧装置の可動弁１０７（図１２参照）を変位させた場合、ケーキ通路１１２の内壁と濾過室１１０からケーキ出口１０９までの脱水ケーキの摩擦力の積算値が誤差要因となり、満足の行く制御は不可能であった。
【００４７】
図４は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第４の実施形態の構造を示す断面図である。この図からも明らかなように、本実施形態においては、隔壁板６が濾過室１０の断面積を次第に減じるような形状となっており、隔壁板６そのものが加圧手段として機能するようになっている。より詳細には、従来の回転式圧縮濾過機１０１（図９参照）においては、隔壁板１０６の底面１０６ｃは外輪スペーサ１０４の直線部分の上面１０４ｄと平行に延出しており、濾過室１１０の断面積を減じるような構成とはなっていなかったが、本実施形態における隔壁板６の底面６ｃは、内輪スペーサ３の外周面３ａに面接触する内側端部６ａから外側端部６ｂにかけて、最初は外輪スペーサ４の直線部分の上面４ｄに対してほぼ垂直な方向に、次いで緩やかな曲線を描きつつケーキ出口９側に延びていき、最終的にケーキ通路１２においては、外輪スペーサ４とほぼ平行に延出して外側端部６ｂへと至るようになっており、濾過室１０の断面積が、スクリーン部において次第に減じられるようになっている。
【００４８】
従って、本実施形態においても、濾過室１０内を進行する脱水ケーキを、スクリーン部において、進行方向と直交する方向に圧縮することができ、従来の回転式圧縮濾過機に比べ、効率よく濾過・脱水を行うことができ、より高い脱水度の脱水ケーキを得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態においてもスクリーン５は、多数の小孔によって透水性を有する平滑な金属板によって形成されている。そして、それらの小孔は、図５に示されているように、内周縁部５ａ側のゾーンＧ１と、外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２とで、異なる径のものが配設されている。より具体的には、ゾーンＧ１には、直径が０．１６〜０．２０ｍｍ程度（好ましくは０．１８ｍｍ）の、従来と同程度の直径の小孔１４が配設され、ゾーンＧ２には、直径が０．１１〜０．１５ｍｍ程度（好ましくは０．１３ｍｍ）の、ゾーンＧ１の小孔１４よりも直径の小さい小孔１５が配設されている。即ち、スクリーン５上においては、直径の小さな小孔１５が、直径の大きな小孔１４よりも外側（外周縁部５ｂ側）に配置されている。尚、図４及び図５に示されている線５ｃは、ゾーンＧ１とゾーンＧ２の境界線である。
【００５０】
このように本実施形態においては、スクリーン５の外周縁部５ｂ側に、従来のものよりも小さな直径の小孔１５を配設したことにより、従来の回転式圧縮濾過機よりも、処理原液中の浮遊物質（微粒子）のスクリーン５による捕捉効率が向上している。この点についてより詳細に説明すると、まず、機内に導入された処理原液は、濾過室１０のうち、隔壁板６の上面６ｄから約２００°の範囲の濾過ゾーンＫ（図４参照）を通過中に、大部分の水分（遊離水）がスクリーン５の小孔１４，１５を抜けて濾過室１０外に排出されることになる。
【００５１】
この濾過ゾーンＫにおける脱水作用は、処理原液の供給圧力が比較的低圧（０．１ＭＰａ以下）であるため、スクリーン５の内周縁部５ａ側のゾーンＧ１に配設された直径の大きい（従来と同程度の直径の）小孔１４を抜けて濾過室１０外に排出されるおそれはないが、圧搾ゾーンＪ（図４参照）においては、濾過室１０内の圧力が、加圧手段として機能する隔壁板６により、処理原液或いは脱水ケーキの進行に従って濾過室１０内の圧力が次第に増加（最大０．６ＭＰａ程度）していくため、処理原液或いは脱水ケーキ中の微粒子が、その増大した内部圧力によって、スクリーン５の小孔１４を抜けて濾過室１０外に排出されるおそれがあり（尚、外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２に配設されている小孔１５は、従来よりも直径が小さいので、濾過室１０の内部圧力が増大しても、微粒子が抜けてしまうおそれはそれ程大きくはない。）、この場合、微粒子の捕捉効率が低下してしまうことになる。
【００５２】
しかしながら、本実施形態においては、隔壁板６が濾過室１０の断面積を次第に減じるように形成されているので、濾過室１０内の内輪スペーサ３側に位置していた処理原液或いは脱水ケーキは、この隔壁板６により、濾過室１０内を進行するに従って内輪スペーサ３から次第に離れ、外輪スペーサ４側に移動させられることになる。そうすると、濾過室１０内のうち、隔壁板６によって内部圧力が高くなる位置（図４において、Ｍで示す位置）においては、処理原液或いは脱水ケーキは、スクリーン５の外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２（従来よりも小さな直径の小孔１５が配設されているゾーン）に対応するところを通過していくことになり、スクリーン５の内周縁部５ａ側のゾーンＧ１に配設されている従来と同程度の直径の小孔１４は、隔壁板６によって内側から閉塞されることになる。従って、処理原液或いは脱水ケーキの微粒子が、小孔１４から濾過室１０外に排出されてしまうことはなく、処理原液中の微粒子の捕捉効率の低下といった問題を好適に回避できるようになっているのである。
【００５３】
尚、本実施形態においては、スクリーン５上に直径の異なる２種類の小孔１４，１５が設けられ、直径の小さい小孔１５が直径の大きい小孔１４よりも外側に配置されているが、例えば、スクリーン５上に直径の異なる１０種類（或いはそれ以上）の小孔を設け、内側から外側にかけて、配設された小孔の直径が次第に小さくなっていくように構成しても良い。
【００５４】
最後に、図６に従って、ケーキ通路１２が水平ではない回転式圧縮濾過機１の第５の実施形態について説明する。これまでの説明は、ケーキ通路１２がほぼ水平に配置された例を示したが、これは説明の便宜のためであり、本発明においては、ケーキ通路１２の角度を何ら限定するものではない。ケーキ通路１２が機械の最下部に配置され、ケーキ通路１２及びケーキ出口９を閉じる機構が全くない場合、運転開始時において処理原液の一部は、スクリーン５の小孔１４，１５を抜けずに、ケーキ通路１２を通ってケーキ出口９から流れてしまうため、ケーキ通路１２を一時的に閉鎖するための装置（例えば、図１２に示されているような可動弁１０７を有する背圧装置等）が必要になっていた。これに対し図６に示されているように、ケーキ通路１２が上向きになっていれば、運転開始時において特別な措置を講ずることなく、処理原液或いは脱水ケーキの蓄積を待つことができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、本明細書においては、「透水性」、「脱水」、「水分」などのように「水」という言葉を用いているが、これらは説明の便宜上用いたもので、「油」等を排除する趣旨ではなく、広く「液体」を意味するものであることを付言しておく。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、上記のような構成により、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度の飛躍的な向上を期待することができ、また、脱水効率の向上を期待することができる。また、加圧手段の作用により圧搾ゾーンにおいてスクリーン部の圧力を高めることができ、濾過室の最終脱水部分の圧力を高めることができ、結果的に脱水ケーキ全体の脱水度を向上させることができる。
【００５７】
更に、加圧手段として濾過室内に加圧板を設け、この加圧板を上下に揺動可能なように構成した場合には、安定した運転条件を選択する幅が広がり、また、より高い圧力をもって脱水処理を行うことが可能になるため、脱水ケーキの脱水度が向上する。更に、加圧板の変位を圧力センサー等の信号と組合わせて自動制御することにより、処理原液の性状変化に対応し、脱水ケーキの脱水度を一定範囲に収めることが可能となる。
【００５８】
また、本発明による回転式圧縮濾過機は、あらゆる固液混合処理液の分離の用途に使用できるが、処理原液に含まれる固形分が圧密性を有する場合に他の固液分離機と比較して特に顕著な優位性を発揮する。一例を挙げるならば、果物や野菜を細断粉砕物からのジュースの分離、豆乳の分離、製紙廃液等の微細な繊維を含む液体の処理に使用できる。また、下水処理場における汚泥の脱水の場合は、前述の通り、ケーキ出口以外の部分を密閉構造にすることができるために、悪臭による環境汚染と作業環境の悪化を最小限にすることができるとともに、脱水ケーキを焼却処理する場合は、燃料を節約することができ、省エネルギーにも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第１の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図３】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第３の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図４】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第４の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図５】 図４の回転式圧縮濾過機１に用いるスクリーン５の正面図。
【図６】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第５の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図７】 従来の代表的な回転式圧縮濾過機１０１の基本構造を示す一部切欠斜視図。
【図８】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のＡＡ線による断面図。
【図９】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のＣＣ線による断面図。
【図１０】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のケーキ出口１０９付近の拡大断面図。
【図１１】 図７の回転式圧縮濾過機１０１の作用を説明するための断面図。
【図１２】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のケーキ出口１０９付近に設けられた背圧装置の可動弁１０７の説明図。
【符号の説明】
１，１０１：回転式圧縮濾過機、
２，１０２：回転軸、
３，１０３：内輪スペーサ、
３ａ，１０３ａ：外周面、
４，１０４：外輪スペーサ、
４ｄ，１０４ｄ：上面、
５，１０５：スクリーン、
５ａ，１０５ａ：内周縁部、
５ｂ，１０５ｂ：外周縁部、
５ｃ：境界線、
６，１０６：隔壁板、
６ａ，１０６ａ：内側端部、
６ｂ，１０６ｂ：外側端部、
６ｃ，１０６ｃ：底面、
６ｄ：上面、
６ｅ：加圧部位、
８，１０８：原液供給口、
９，１０９：ケーキ出口、
１０，１１０：濾過室、
１２，１１２：ケーキ通路、
１３：加圧板、
１３ａ：変位加圧板、
１４，１５：小孔、
１６：回動支点、
１０４ａ：基端部、
１０４ｂ：終端部、
１０４ｃ：内周面、
１０７：可動弁、
１１１：脱水ケーキ、
１１３：外部ケーシング
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工食品の原料やその半加工品、又は汚泥等の含水物（処理原液）を濾過・圧縮して脱水処理を行う圧縮濾過機に関し、特に、回転軸周りに形成された環状の濾過室内を進行させるに従って処理原液に次第に圧力を加えて脱水処理を行う回転式圧縮濾過機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体と液体を分離する装置には、遠心分離機、遠心濾過機、フィルタープレス、スクリュープレス、ロータリーバキュームフィルタ、回転式の圧縮濾過機等、様々なタイプのものがある。これらのうち、回転式の圧縮濾過機については、例えば、図７及び図８に示すような構造のものが知られている。
【０００３】
図７は、従来の代表的な回転式圧縮濾過機１０１の構造を示す一部切欠斜視図であり、図８は、図７の回転式圧縮濾過機１０１のＡＡ線による断面図である。これらの図からも明らかなように、この回転式圧縮濾過機１０１は、基本的には、回転軸１０２、内輪スペーサ１０３、外輪スペーサ１０４、２枚のドーナツ状のスクリーン１０５，１０５、隔壁板１０６、及び、図示しない背圧装置、外部ケーシング、駆動装置等によって構成されるものである。
【０００４】
より詳細には、回転軸１０２は、ほぼ水平に保持されるとともに、図示しない駆動装置により駆動力が供給されることにより、図７に示す矢印Ｂの方向に低速（０．２〜１．３回転／分程度）で回転するようになっている。内輪スペーサ１０３は、回転軸１０２周りに固定されており、回転軸１０２に従って同方向に回転する。
【０００５】
外輪スペーサ１０４は、内輪スペーサ１０３の外側に配置されるとともに、図示しない外部ケーシングにより保持されており、基端部１０４ａから回転軸１０２の同心円上に約２４０°〜３００°程度に亘って延出する円状部分と、終端部１０４ｂまで当該同心円の接線方向に延出する直線部分とからなっている。また、外輪スペーサ１０４は、円状部分においては、その内周面１０４ｃが、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａと常に一定の間隔をもって対向するように配置されており、回転軸１０２の軸方向についての外輪スペーサ１０４の厚さ寸法Ｗ１は、内輪スペーサ１０３の厚さ寸法Ｗ２と一致している。
【０００６】
２枚のスクリーン１０５，１０５は、内周縁部１０５ａ，１０５ａが内輪スペーサ１０３の両側面上にそれぞれ固定されるとともに、外周縁部１０５ｂ，１０５ｂが外輪スペーサ１０４の両側面に接するような位置及び寸法にて配置されている。従って、スクリーン１０５，１０５は、回転軸１０２が回転すると、内輪スペーサ１０３に従って同方向に回転することになり、このとき、その外周縁部１０５ｂ，１０５ｂは、外輪スペーサ１０４の両側面上を摺動するようになっている。
【０００７】
また、各スクリーン１０５，１０５は、透水性を確保するために直径０．１８ｍｍ程度の多数の小孔を有しており、後述するように、処理原液から水分を取り除くためのフィルターとして機能するものである。
【０００８】
隔壁板１０６は、ほぼ水平に、かつ、回転軸１０２の軸方向と直交する方向に保持されており、回転軸１０２の軸方向についての隔壁板１０６の厚さ寸法Ｗ３は、外輪スペーサ１０４の厚さ寸法Ｗ１及び内輪スペーサ１０３の厚さ寸法Ｗ２と一致している。また、隔壁板１０６の内側端部１０６ａは、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａの曲率に一致し、これと面接触し、摺動するように形成されている。
【０００９】
隔壁板１０６の、内側端部１０６ａとは反対側の端部（外側端部１０６ｂ）は、外輪スペーサ１０４の基端部１０４ａ及び終端部１０４ｂとの間に、それぞれ所定間隔を置いた位置に保持されている。そして、外側端部１０６ｂと外輪スペーサ１０４の基端部１０４ａとの間に確保されたスペースは、原液供給口１０８として、装置内部に導入する処理原液を供給するために使用され、外側端部１０６ｂと外輪スペーサ１０４の終端部１０４ｂとの間に確保されたスペースは、ケーキ出口１０９として機能するようになっている。
【００１０】
隔壁板１０６の底面１０６ｃは、内輪スペーサ１０３の外周面１０３ａの接線方向と一致しており、かつ、外輪スペーサ１０４の直線部分の上面１０４ｄと平行に延出している。尚、この回転式圧縮濾過機１０１は、原液供給口１０８、ケーキ出口１０９、及び図示しない液体排出口を除き、外部ケーシングにより密閉される構造になっている。
【００１１】
また、ケーキ出口１０９の側方には、図１２に示すような可動弁１０７を有する背圧装置が設けられている。この背圧装置の可動弁１０７は、可撓性の材料によって形成され、ケーキ出口１０９側の端部１０７ａが反対側の外部ケーシング１１３の内壁に接するまで撓むようになっており、図１２の（１）に示す全開状態から、同図の（２）に示す全閉状態まで、ケーキ出口１０９の開口面積を自由に調整できるようになっている。
【００１２】
ここで、上記のような構造の従来の回転式圧縮濾過機１０１の運転方法とその作動原理について、図９（図７の回転式圧縮濾過機１０１のＣＣ線による断面図）及び図１２を用いて簡単に説明する。まず、運転開始時においては、図１２の（２）に示すように背圧装置の可動弁１０７を全閉状態にし、図９に示す原液供給口１０８より、濾過室１１０（内輪スペーサ１０３及び隔壁板１０６と、外輪スペーサ１０４との間に形成されている、断面が矩形状（図８参照）のスペースであって、環状（Ｃ字状）に延出する部分（環状部分）と直線状に延出する部分（直状部分）を有する。原液供給口１０８から環状部分及び直状部分を経て、ケーキ出口１０９に至るまでのスペース。）内へ、処理原液を順次導入していく。このとき、背圧装置の可動弁１０７は前述の通り全閉状態にあるので、導入された処理原液は、ケーキ出口１０９より外部に排出されることなく、濾過室１１０内に貯留されていくことになる。
【００１３】
濾過室１１０のうち、環状部分の全部及び直状部分の一部においては、両側方が、対向する２枚のスクリーン１０５，１０５によって閉塞（以下、濾過室１１０のうち、これらのスクリーン１０５，１０５によって側方が閉塞されている部分を「スクリーン部」という。）されているが、スクリーン１０５は、前述の通り透水性を確保するための小孔を多数有しているので、処理原液が濾過室１１０内に貯留されていく過程で、処理原液中の水分がスクリーン１０５の小孔を抜けて、次第に濾過室１１０外に排出されていくことになる。そうすると、処理原液は固形分濃度を増してスラリー状になり、その一部がスクリーン面に付着する。尚、濾過室１１０外に排出された水分は、外部ケーシングの内壁とスクリーン１０５の間隙を流れ落ち、液体排出口より、装置外部に排出される。
【００１４】
この状態で、図示しない駆動装置を駆動させ、回転軸１０２に駆動力を供給し、回転軸１０２を図９に示す矢印Ｂの方向に低速（０．２〜１．３回転／分程度）で回転させる。そうすると、回転軸１０２周りに固定された内輪スペーサ１０３、及び、内輪スペーサ１０３の両側面上に固定されたスクリーン１０５が同方向に回転する。
【００１５】
スクリーン１０５が回転すると、濾過室１１０内に導入された処理原液は、回転するスクリーン１０５或いはこれに付着したスラリー状の処理原液との間に生じる摩擦力により、原液供給口１０８からケーキ出口１０９に向かって、濾過室１１０内を順次進行していくことになる。このようにしてスラリー状の処理原液が濾過室１１０内を進行していくと、その過程で更に脱水が進み、スラリー状の処理原液は、次第にケーキ状（脱水ケーキ）になっていく。そうすると、スクリーン１０５との間の摩擦力もより大きくなっていき、その増大した摩擦力によって、脱水ケーキは更に先方へと搬送されることになるが、先行する脱水ケーキによって抵抗を受けるため、スクリーン１０５と等速で搬送されることにはならず、逆に、先行する脱水ケーキを圧縮することになる。このため、先行する脱水ケーキの脱水が更に進むことになる。
【００１６】
このようにして、濾過室１１０内に導入された処理原液は、ケーキ出口１０９に近づいて行くに従って脱水が進行し、濾過室１１０内のケーキ出口１０９付近には、脱水ケーキが滞留して行くことになる。そして、運転を開始してから所定時間経過後、背圧装置の可動弁１０７を開くと、ケーキ出口１０９付近に滞留していた最初の脱水ケーキが、後続の脱水ケーキによって押し出され、ケーキ出口１０９から外部に排出されることになる。そして、最初の脱水ケーキが排出されたら、開始運転を完了し、定常運転へと移行する。
【００１７】
定常運転においては、図１２に示されている背圧装置の可動弁１０７を開いた状態で、開始運転時と同様に原液供給口１０８より濾過室１１０内に処理原液を順次導入するとともに、スクリーン１０５を所定の速度で回転させることにより、処理原液を連続的に濾過・脱水してケーキ出口１０９より脱水ケーキを排出するようにする。かかる定常運転においても、処理原液の導入から脱水ケーキの排出に至るまでの濾過・脱水作用については、前述の開始運転時と基本的に異なるところはないが、処理原液の供給量、スクリーン１０５の回転速度、及び、背圧装置の可動弁１０７の開度を適宜調節することにより、所望の脱水度にて脱水ケーキを排出することができるようになっている。
【００１８】
以上に説明したように、この回転式圧縮濾過機１０１は、内輪スペーサ１０３及びスクリーン１０５を低速で回転させるだけで、処理原液を液体（水分）と固体（脱水ケーキ）とに、好適に分離することができるようになっており、このため、エネルギー消費量及び騒音が小さく、また、外部ケーシングにより密閉されているため、食品の加工の場合は、衛生面での管理が容易であり、汚物の処理の場合は、臭気の発生を最低限に抑えることができるという利点がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この回転式圧縮濾過機１０１には、次のような問題がある。即ち、脱水ケーキ１１１は、図１０に示すような状態で、ケーキ出口１０９から外部に排出されるが、それらのうち、外輪スペーサ１０４に近い比較的下方の位置から排出されるもの（例えば、この図中、Ｌで示す部位の脱水ケーキ）は、隔壁板１０６に近い比較的上方の位置から排出されるもの（例えば、この図中、Ｈで示す部位の脱水ケーキ）に比べて脱水度が低い（即ち、含水率が高い）という問題がある。
【００２０】
このような問題は、この種の回転式圧縮濾過機１０１特有のものであり、その原因は概ね次の通りであると考えられる。まず、図１１に示されているように、スクリーン１０５は、矢印Ｂの方向に回転するので、脱水ケーキとスクリーン１０５との摩擦力は、スクリーン１０５の回転方向、即ち、図１１に示す矢印Ｆ（Ｆ１〜Ｆ５）の方向に作用することになる。これらのうち、回転軸１０２の真下付近においては、摩擦力が作用する方向Ｆ１及びＦ２は、脱水ケーキの進行方向Ｄ４と一致しているが、Ｆ１、Ｆ２の位置から更にケーキ出口１０９側に進むと、摩擦力はＦ３〜Ｆ５の方向に、即ち、隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用することになる。
【００２１】
このようなことから、Ｆ１に位置していた脱水ケーキは、スクリーン１０５との摩擦力に従ってＦ３の方向へ進行するが、Ｆ３の位置では、摩擦力は隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用しているので、Ｆ１の位置から進行してきた脱水ケーキは、隔壁板１０６の底面１０６ｃに押しつけられつつ、底面１０６ｃに沿ってＰ１の位置へと進行することになる。Ｆ１に位置していた脱水ケーキがＦ１の位置から隔壁板１０６の底面１０６ｃに沿ってＰ１の位置にまで達する間、Ｆ１よりも外側（外輪スペーサ１０４側）に位置していた脱水ケーキがＦ３やＦ４の方向に作用する摩擦力に従って隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって絶えず移動してくるので、いわゆる力の衝突が起こり、従って、隔壁板１０６の底面１０６ｃ付近、特に、Ｐ１付近においては、脱水ケーキは高い圧力により圧縮されるほか、その圧縮は、脱水ケーキの微粒子が互いに相対位置を変えつつ行われることになる。
【００２２】
一方、Ｆ２に位置していた脱水ケーキは、スクリーン１０５との摩擦力に従ってＦ５の方向へ進行し、後続の脱水ケーキによってＰ２の方向に押し出されるが、Ｆ５の位置では、摩擦力は隔壁板１０６の底面１０６ｃに向かって作用しているので、Ｆ２に位置していた脱水ケーキは、Ｐ２の位置へと進行する間にその一部が隔壁板１０６側に流れることになる。従って、Ｐ２の位置における脱水ケーキの密度及び圧力は、Ｐ１に位置する脱水ケーキよりも低くなってしまい、また、隔壁板１０６に近い部位において生じているような力の衝突は、Ｐ２付近においては生じないため、脱水ケーキの微粒子の相対位置変化も起こりにくい。
【００２３】
このような作用によって、濾過室１１０内における脱水ケーキは、隔壁板１０６に近い部位では、ある程度強く圧縮されて脱水が進み、反対に、外輪スペーサ１０４に近い部位では、それほど強く圧縮されず、脱水度が低いまま、ケーキ出口１０９より外部に排出されてしまうのである。
【００２４】
また、図７に示したような従来の回転式圧縮濾過機１０１においては、回転軸１０２の回転数、原液供給量、及び、ケーキ出口１０９における背圧装置の可動弁１０７を制御することにより運転を行っており、回転軸１０２の回転数と原液供給量を一定にした場合でも、背圧装置における背圧を調整することによって、排出される脱水ケーキにおける脱水度をある程度制御することができる。
【００２５】
しかしながら、より高い脱水度を得るために背圧を高くすると、図９のケーキ通路１１２（濾過室１１０のうち、スクリーン部以外の部分であって、スクリーン部の終端からケーキ出口１０９に至るまでのスペース）内の圧力が増加し、ケーキ通路１１２の内壁と脱水ケーキとの摩擦が大きくなるため、脱水ケーキの移動が阻害され、詰まりが生じたり、内部圧力により装置の破損を招くこともある。
【００２６】
本発明は、従来の回転式圧縮濾過機にわずかな改良を加えることにより、上記のような問題を解決することができ、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度の飛躍的な向上を期待することができ、また、脱水効率の向上や、脱水ケーキの円滑な排出をも期待することができる回転式圧縮濾過機を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、断面が矩形状の濾過室と、回転軸周りに固定され、回転軸に従って回転する内輪スペーサと、前記内輪スペーサの外側に配置され、基端部から回転軸の同心円上に延出する円状部分及び終端部まで当該同心円の接線方向に延出する直線部分とからなる外輪スペーサと、透水性を有する材料によって形成され、内周縁部が前記内輪スペーサの両側面上にそれぞれ固定されるとともに、外周縁部が前記外輪スペーサの両側面に接するような位置及び寸法にて配置された２枚のスクリーンとを有し、前記濾過室は、前記内輪スペーサの外周面と、前記外輪スペーサの内周面と、前記スクリーンの各内側面とによって構成され、Ｃ字状に延出する環状部分と、直線状に延出する直状部分を有し、前記濾過室内に処理原液を連続的に導入し、前記回転軸を回転させ、前記スクリーンの各内側面を当該濾過室の終端方向へ連続的に回転移動させることによって、当該濾過室内において前記処理原液を前記スクリーンの各内側面との摩擦により順次終端方向へ移動させるとともに圧縮し、その際に処理原液から水分を取り除き、残余の脱水ケーキが、ケーキ通路を通ってケーキ出口より外部へ排出されるように構成した回転式圧縮濾過機であって、前記濾過室内の内輪スペーサ側に、加圧手段を設けることによって、前記濾過室の断面積が、処理原液或いは脱水ケーキの移動方向に従って、次第に減少するように構成し、内輪スペーサ側に位置していた処理原液或いは脱水ケーキが、濾過室内を進行するに従って内輪スペーサから次第に離れ、外輪スペーサ側に移動するように構成されていることを特徴としている。
【００２８】
このような構成とすることにより、脱水ケーキの移動方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮することが可能になり、その結果、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度を向上させることができる。
【００２９】
尚、直径の異なる少なくとも２種類の小孔を多数有し、直径の小さな小孔が直径の大きな小孔よりも外側に配置されたスクリーンを用い、更に濾過室内の圧力が高くなる部位において、加圧手段が直径の大きな小孔を内側から閉塞するように形成すれば、装置全体としての脱水効率の向上を期待することができる。
【００３０】
また、前記加圧手段として、濾過室内に加圧板を設け、当該加圧板が上下方向に変位可能なように構成すれば、定常運転に適した加圧板の位置を設定することが可能であり、また、ケーキ通路内において脱水ケーキが詰まることを防止することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第１の実施形態の構造を示す断面図である。この回転式圧縮濾過機１は、従来のものと同様に、基本的には回転軸２、内輪スペーサ３、外輪スペーサ４、２枚のドーナツ状のスクリーン５、隔壁板６、及び、図示しない外部ケーシング、駆動装置等によって構成されるものであり、濾過室１０（内輪スペーサ３及び隔壁板６と、外輪スペーサ４との間に形成されている、断面が矩形状のスペースであって、環状（Ｃ字状）に延出する部分（環状部分）と直線状に延出する部分（直状部分）を有する。原液供給口８から環状部分及び直状部分を経て、ケーキ出口９に至るまでのスペース。）内に、原液供給口８を介して処理原液を連続的に導入し、濾過室１０を構成する壁面の一つであるスクリーン５を、濾過室１０の終端方向へ連続的に回転移動させることによって、濾過室１０内において処理原液をスクリーン５との摩擦により矢印Ｄの方向へ順次移動させるとともに圧縮し、その際、透水性を有する材料によって形成されたスクリーン５を介して処理原液から水分を取り除き、残余の脱水ケーキがケーキ出口９より外部へ排出されるように構成されている。
【００３２】
そして、図１からも明らかなように、この回転式圧縮濾過機１には、加圧手段として、濾過室１０内に加圧板１３が設けられており、濾過室１０の断面積が、処理原液或いは脱水ケーキの移動方向に従って次第に減少するように構成されている。このため、処理原液或いは脱水ケーキが濾過室１０内を進行していくと、濾過室１０の断面積が次第に減じられ、処理原液或いは脱水ケーキには、その進行に従って進行方向と直交する方向に圧力が生じることになる。
【００３３】
このように、本実施形態における回転式圧縮濾過機１は、処理原液或いは脱水ケーキを、濾過室１０の進行方向だけでなく、進行方向と直交する方向へも圧縮することができるので、ケーキ出口９から排出される脱水ケーキにおいて、より高い脱水度が得られるようになっている。
【００３４】
尚、本実施形態においては、加圧板１３が、内輪スペーサ３の外周面３ａ、及び、隔壁板６の底面６ｃに沿って設けられ、この加圧板１３は、主としてスクリーン部（濾過室１０のうち、スクリーン５によって側方を閉塞されている部分）において濾過室１０の断面積を次第に減じるようになっている一方、ケーキ通路１２（濾過室１０のうち、スクリーン部以外の部分であって、スクリーン部の終端からケーキ出口９に至るまでのスペース）においては、加圧板１３の底面と外輪スペーサ４の上面４ｄとがほぼ平行となっており、ケーキ通路１２においては濾過室１０の断面積は殆ど減じられないような構造となっているので、従来の回転式圧縮濾過機と比べ、濾過室１０内において効率良く濾過・脱水が行われ、排出される脱水ケーキにおいて、より高い脱水度が得られる。
【００３５】
この点についてより詳細に説明すると、ケーキ通路１２は、上下方向が加圧板１３の底面及び外輪スペーサ４の上面４ｄにより、そして、側方が図示しない外部ケーシングの内壁によって構成されており、ケーキ通路１２内の水分が速やかに外部に排出されるような構造にはなっていないため、ケーキ通路１２内において、進行方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮しても、脱水ケーキから水分だけを有効に分離することができず、脱水ケーキの濾過・脱水を促進するには至らないが、スクリーン部において、進行方向と直交する方向に脱水ケーキを圧縮した場合には、搾り出された水分がスクリーン５から速やかに外部に排出されることになるので、効率よく濾過・脱水が行われ、より高い脱水度の脱水ケーキを排出させることが可能となるのである。
【００３６】
尚、本実施形態においては、スクリーン５は、多数の小孔を有する平滑な金属板によって形成されているが、多孔質材であって、透水性を有するものであれば、例えば、プラスチック、金属或いはセラミックの焼結体等によって形成されたものであっても良い。
【００４０】
また、加圧手段については、必ずしも隔壁板６のほかに、別個独立の部材としての加圧板１３を設ける必要はなく、隔壁板６そのものを、濾過室１０の断面積を次第に減少させるような形状及び寸法にて形成することにより、処理原液又は脱水ケーキを進行方向と直交する方向に圧縮するような構成とすることもできる。
【００４１】
図３は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第３の実施形態の構造を示す断面図である。本実施形態においては、隔壁板６の内側下部の加圧部位６ａが加圧手段としての機能を有し、図３に示すように変位加圧板１３ａが任意の点を回動支点１６として、ケーキ出口９側が上下方向に変位可能なように、或いは、一定の周期で変位（即ち、揺動）可能なように構成されている。加圧板１３を変位させるための機構については説明を省略するが、カム機構やクランク機構等を適宜利用することができる。
【００４２】
このように、加圧板１３を変位可能なように構成することにより、定常運転に適した加圧板１３の位置を設定することが可能であり、更に、開始運転時において、機内に十分な処理原液或いは脱水ケーキが蓄積し、濾過・脱水に十分な内部圧力が発生するまでの間、未だ十分に濾過・脱水されていない脱水ケーキがケーキ出口９から外部に排出されてしまわないように、ケーキ通路１２を極端に狭めることにも使用することができる。従って、従来の回転式圧縮濾過機において使用されていた、図１２に示したような可動弁１０７を有する背圧装置は、本実施形態における回転式圧縮濾過機１においては省略することもできる。
【００４３】
また、加圧板１３を揺動可能なように構成した場合、ケーキ通路１２内において脱水ケーキが詰まることを防止し、また、最高圧力を高めに設定した場合でも安定した運転が可能になる。
【００４４】
尚、加圧板１３は、全体が変位するように構成しても良いし、一部分のみが変位するように構成しても良い。
【００４５】
更に、図３に示したような加圧板１３の変位は、自動制御にも応用することができる。例えば、処理原液の固形分濃度や固形分の成分に時間的又は季節的変動がある場合、回転軸、処理原液の供給量、加圧板１３の変位量等の運転条件を一定にすると、処理原液の性状の差異により、排出される脱水ケーキの脱水度も変化してしまうことになるが、濾過室１０内の加圧板１３の表面に圧力センサーを取り付け、濾過室１０内各部の圧力を検出し、これに応じて加圧板１３を変位させるように構成すれば、濾過室１０内部の圧力を容易に制御することができ、排出される脱水ケーキの脱水度も所望の範囲内に制御することができる。
【００４６】
尚、従来の回転式圧縮濾過機の場合は、同様の検出装置を用いて背圧装置の可動弁１０７（図１２参照）を変位させた場合、ケーキ通路１１２の内壁と濾過室１１０からケーキ出口１０９までの脱水ケーキの摩擦力の積算値が誤差要因となり、満足の行く制御は不可能であった。
【００４７】
図４は、本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第４の実施形態の構造を示す断面図である。この図からも明らかなように、本実施形態においては、隔壁板６が濾過室１０の断面積を次第に減じるような形状となっており、隔壁板６そのものが加圧手段として機能するようになっている。より詳細には、従来の回転式圧縮濾過機１０１（図９参照）においては、隔壁板１０６の底面１０６ｃは外輪スペーサ１０４の直線部分の上面１０４ｄと平行に延出しており、濾過室１１０の断面積を減じるような構成とはなっていなかったが、本実施形態における隔壁板６の底面６ｃは、内輪スペーサ３の外周面３ａに面接触する内側端部６ａから外側端部６ｂにかけて、最初は外輪スペーサ４の直線部分の上面４ｄに対してほぼ垂直な方向に、次いで緩やかな曲線を描きつつケーキ出口９側に延びていき、最終的にケーキ通路１２においては、外輪スペーサ４とほぼ平行に延出して外側端部６ｂへと至るようになっており、濾過室１０の断面積が、スクリーン部において次第に減じられるようになっている。
【００４８】
従って、本実施形態においても、濾過室１０内を進行する脱水ケーキを、スクリーン部において、進行方向と直交する方向に圧縮することができ、従来の回転式圧縮濾過機に比べ、効率よく濾過・脱水を行うことができ、より高い脱水度の脱水ケーキを得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態においてもスクリーン５は、多数の小孔によって透水性を有する平滑な金属板によって形成されている。そして、それらの小孔は、図５に示されているように、内周縁部５ａ側のゾーンＧ１と、外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２とで、異なる径のものが配設されている。より具体的には、ゾーンＧ１には、直径が０．１６〜０．２０ｍｍ程度（好ましくは０．１８ｍｍ）の、従来と同程度の直径の小孔１４が配設され、ゾーンＧ２には、直径が０．１１〜０．１５ｍｍ程度（好ましくは０．１３ｍｍ）の、ゾーンＧ１の小孔１４よりも直径の小さい小孔１５が配設されている。即ち、スクリーン５上においては、直径の小さな小孔１５が、直径の大きな小孔１４よりも外側（外周縁部５ｂ側）に配置されている。尚、図４及び図５に示されている線５ｃは、ゾーンＧ１とゾーンＧ２の境界線である。
【００５０】
このように本実施形態においては、スクリーン５の外周縁部５ｂ側に、従来のものよりも小さな直径の小孔１５を配設したことにより、従来の回転式圧縮濾過機よりも、処理原液中の浮遊物質（微粒子）のスクリーン５による捕捉効率が向上している。この点についてより詳細に説明すると、まず、機内に導入された処理原液は、濾過室１０のうち、隔壁板６の上面６ｄから約２００°の範囲の濾過ゾーンＫ（図４参照）を通過中に、大部分の水分（遊離水）がスクリーン５の小孔１４，１５を抜けて濾過室１０外に排出されることになる。
【００５１】
この濾過ゾーンＫにおける脱水作用は、処理原液の供給圧力が比較的低圧（０．１ＭＰａ以下）であるため、スクリーン５の内周縁部５ａ側のゾーンＧ１に配設された直径の大きい（従来と同程度の直径の）小孔１４を抜けて濾過室１０外に排出されるおそれはないが、圧搾ゾーンＪ（図４参照）においては、濾過室１０内の圧力が、加圧手段として機能する隔壁板６により、処理原液或いは脱水ケーキの進行に従って濾過室１０内の圧力が次第に増加（最大０．６ＭＰａ程度）していくため、処理原液或いは脱水ケーキ中の微粒子が、その増大した内部圧力によって、スクリーン５の小孔１４を抜けて濾過室１０外に排出されるおそれがあり（尚、外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２に配設されている小孔１５は、従来よりも直径が小さいので、濾過室１０の内部圧力が増大しても、微粒子が抜けてしまうおそれはそれ程大きくはない。）、この場合、微粒子の捕捉効率が低下してしまうことになる。
【００５２】
しかしながら、本実施形態においては、隔壁板６が濾過室１０の断面積を次第に減じるように形成されているので、濾過室１０内の内輪スペーサ３側に位置していた処理原液或いは脱水ケーキは、この隔壁板６により、濾過室１０内を進行するに従って内輪スペーサ３から次第に離れ、外輪スペーサ４側に移動させられることになる。そうすると、濾過室１０内のうち、隔壁板６によって内部圧力が高くなる位置（図４において、Ｍで示す位置）においては、処理原液或いは脱水ケーキは、スクリーン５の外周縁部５ｂ側のゾーンＧ２（従来よりも小さな直径の小孔１５が配設されているゾーン）に対応するところを通過していくことになり、スクリーン５の内周縁部５ａ側のゾーンＧ１に配設されている従来と同程度の直径の小孔１４は、隔壁板６によって内側から閉塞されることになる。従って、処理原液或いは脱水ケーキの微粒子が、小孔１４から濾過室１０外に排出されてしまうことはなく、処理原液中の微粒子の捕捉効率の低下といった問題を好適に回避できるようになっているのである。
【００５３】
尚、本実施形態においては、スクリーン５上に直径の異なる２種類の小孔１４，１５が設けられ、直径の小さい小孔１５が直径の大きい小孔１４よりも外側に配置されているが、例えば、スクリーン５上に直径の異なる１０種類（或いはそれ以上）の小孔を設け、内側から外側にかけて、配設された小孔の直径が次第に小さくなっていくように構成しても良い。
【００５４】
最後に、図６に従って、ケーキ通路１２が水平ではない回転式圧縮濾過機１の第５の実施形態について説明する。これまでの説明は、ケーキ通路１２がほぼ水平に配置された例を示したが、これは説明の便宜のためであり、本発明においては、ケーキ通路１２の角度を何ら限定するものではない。ケーキ通路１２が機械の最下部に配置され、ケーキ通路１２及びケーキ出口９を閉じる機構が全くない場合、運転開始時において処理原液の一部は、スクリーン５の小孔１４，１５を抜けずに、ケーキ通路１２を通ってケーキ出口９から流れてしまうため、ケーキ通路１２を一時的に閉鎖するための装置（例えば、図１２に示されているような可動弁１０７を有する背圧装置等）が必要になっていた。これに対し図６に示されているように、ケーキ通路１２が上向きになっていれば、運転開始時において特別な措置を講ずることなく、処理原液或いは脱水ケーキの蓄積を待つことができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、本明細書においては、「透水性」、「脱水」、「水分」などのように「水」という言葉を用いているが、これらは説明の便宜上用いたもので、「油」等を排除する趣旨ではなく、広く「液体」を意味するものであることを付言しておく。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、上記のような構成により、排出される脱水ケーキにおける平均脱水度の飛躍的な向上を期待することができ、また、脱水効率の向上を期待することができる。また、加圧手段の作用により圧搾ゾーンにおいてスクリーン部の圧力を高めることができ、濾過室の最終脱水部分の圧力を高めることができ、結果的に脱水ケーキ全体の脱水度を向上させることができる。
【００５７】
更に、加圧手段として濾過室内に加圧板を設け、この加圧板を上下に揺動可能なように構成した場合には、安定した運転条件を選択する幅が広がり、また、より高い圧力をもって脱水処理を行うことが可能になるため、脱水ケーキの脱水度が向上する。更に、加圧板の変位を圧力センサー等の信号と組合わせて自動制御することにより、処理原液の性状変化に対応し、脱水ケーキの脱水度を一定範囲に収めることが可能となる。
【００５８】
また、本発明による回転式圧縮濾過機は、あらゆる固液混合処理液の分離の用途に使用できるが、処理原液に含まれる固形分が圧密性を有する場合に他の固液分離機と比較して特に顕著な優位性を発揮する。一例を挙げるならば、果物や野菜を細断粉砕物からのジュースの分離、豆乳の分離、製紙廃液等の微細な繊維を含む液体の処理に使用できる。また、下水処理場における汚泥の脱水の場合は、前述の通り、ケーキ出口以外の部分を密閉構造にすることができるために、悪臭による環境汚染と作業環境の悪化を最小限にすることができるとともに、脱水ケーキを焼却処理する場合は、燃料を節約することができ、省エネルギーにも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第１の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図３】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第３の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図４】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第４の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図５】 図４の回転式圧縮濾過機１に用いるスクリーン５の正面図。
【図６】 本発明に係る回転式圧縮濾過機１の第５の実施形態の基本構造を示す断面図。
【図７】 従来の代表的な回転式圧縮濾過機１０１の基本構造を示す一部切欠斜視図。
【図８】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のＡＡ線による断面図。
【図９】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のＣＣ線による断面図。
【図１０】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のケーキ出口１０９付近の拡大断面図。
【図１１】 図７の回転式圧縮濾過機１０１の作用を説明するための断面図。
【図１２】 図７の回転式圧縮濾過機１０１のケーキ出口１０９付近に設けられた背圧装置の可動弁１０７の説明図。
【符号の説明】
１，１０１：回転式圧縮濾過機、
２，１０２：回転軸、
３，１０３：内輪スペーサ、
３ａ，１０３ａ：外周面、
４，１０４：外輪スペーサ、
４ｄ，１０４ｄ：上面、
５，１０５：スクリーン、
５ａ，１０５ａ：内周縁部、
５ｂ，１０５ｂ：外周縁部、
５ｃ：境界線、
６，１０６：隔壁板、
６ａ，１０６ａ：内側端部、
６ｂ，１０６ｂ：外側端部、
６ｃ，１０６ｃ：底面、
６ｄ：上面、
６ｅ：加圧部位、
８，１０８：原液供給口、
９，１０９：ケーキ出口、
１０，１１０：濾過室、
１２，１１２：ケーキ通路、
１３：加圧板、
１３ａ：変位加圧板、
１４，１５：小孔、
１６：回動支点、
１０４ａ：基端部、
１０４ｂ：終端部、
１０４ｃ：内周面、
１０７：可動弁、
１１１：脱水ケーキ、
１１３：外部ケーシング
Claims (3)
- 断面が矩形状の濾過室と、回転軸周りに固定され、回転軸に従って回転する内輪スペーサと、前記内輪スペーサの外側に配置され、基端部から回転軸の同心円上に延出する円状部分及び終端部まで当該同心円の接線方向に延出する直線部分とからなる外輪スペーサと、透水性を有する材料によって形成され、内周縁部が前記内輪スペーサの両側面上にそれぞれ固定されるとともに、外周縁部が前記外輪スペーサの両側面に接するような位置及び寸法にて配置された２枚のスクリーンとを有し、前記濾過室は、前記内輪スペーサの外周面と、前記外輪スペーサの内周面と、前記スクリーンの各内側面とによって構成され、Ｃ字状に延出する環状部分と、直線状に延出する直状部分を有し、前記濾過室内に処理原液を連続的に導入し、前記回転軸を回転させ、前記スクリーンの各内側面を当該濾過室の終端方向へ連続的に回転移動させることによって、当該濾過室内において前記処理原液を前記スクリーンの各内側面との摩擦により順次終端方向へ移動させるとともに圧縮し、その際に処理原液から水分を取り除き、残余の脱水ケーキが、ケーキ通路を通ってケーキ出口より外部へ排出されるように構成した回転式圧縮濾過機であって、
前記濾過室内の内輪スペーサ側に、加圧手段を設けることによって、前記濾過室の断面積が、処理原液或いは脱水ケーキの移動方向に従って、次第に減少するように構成し、内輪スペーサ側に位置していた処理原液或いは脱水ケーキが、濾過室内を進行するに従って内輪スペーサから次第に離れ、外輪スペーサ側に移動するように構成されていることを特徴とする、回転式圧縮濾過機。 - 前記スクリーンは、直径の異なる少なくとも２種類の小孔を多数有し、
前記スクリーン上において、直径の小さな小孔が、直径の大きな小孔よりも外側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の回転式圧縮濾過機。 - 前記加圧手段として、前記濾過室内に加圧板が設けられ、
当該加圧板は、上下方向に変位可能なように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転式圧縮濾過機。
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