JP5453623B2 - スクリュープレス型脱水装置 - Google Patents

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本発明は、螺旋状回転体によって搬送される被処理物を圧縮脱水するスクリュープレス型脱水装置に関するものである。
従来、古紙の再利用時に発生するパルパー粕や汚泥の処理時に発生する凝集汚泥などから水分を除去するために脱水装置が使用されるが、これらの被処理物から水分を除去するための装置としては、フィルタプレス型脱水装置およびスクリュープレス型脱水装置が存在する。フィルタプレス型の脱水装置は、濾布を有する濾過板に対して処理液を加圧供給することにより、当該濾過板を通過する際に圧搾濾過し、濾過液を排出する構成とされていた(特許文献1参照)。他方、スクリュープレス型脱水装置は、ドラムスクリーンに供給された被処理物をスクリーン体によって液状物と夾雑物とに分離し、夾雑物のみをスクリュープレスに供給する構成とし、スクリュープレスは、スクリュー軸とプレス筒体とを備え、上記プレス筒体の下面に液状物を排出するための排出孔が設けられた構成となっていた(特許文献2参照)。
実開平5−60506号公報(2頁、図2) 特開平8−33999号公報(4,7頁、図1)
上記従来技術のうち前者は、専ら凝集汚泥を処理する際に使用されるものであって、固液分離のために濾布の目を通過させるものである。しかし、凝集汚泥は汚泥水に凝集剤を添加してフロック形成させたものであるから、水中に浮遊する凝集汚泥を水と分離させるものであって、分離された固形化物はスラリとして処理されるものであり、凝集汚泥に含有する水分を圧搾により抽出するものではなかった。従って、処理された凝集汚泥の含水率は比較的高いものとなっていた。
また、上記従来技術の後者にあっては、被処理物を圧搾することにより液状物をある程度脱水して夾雑物を固化させることを目的とするものであり(特許文献2の段落0023参照)、前工程としてドラムスクリーンによって濾過された夾雑物を圧搾するものであって、ドラムスクリーンによる第一次脱水を経た被処理物について固液分離を行うものであった。しかし、このようにドラムスクリーンによる第一次脱水を必要とする理由は、上記スクリュープレスそのものによる脱水率は必ずしも大きいものではないからであり、スクリュープレスに投入する被処理物について、必ず第一次脱水が必要となることは、処理時間の長期化および装置の大型化を招来することとなっていた。また、上記従来技術のプレス筒体下面には複数の排出孔が設けられているが、これは、被処理物の圧搾により生じた液状物が下面に流下して排出されることを想定しており、仮に、脱水率を大きくするために強力に圧搾することを想定する場合、被処理物が排出孔に向かって圧縮することとなり、排出孔付近に存在する被処理物が上記圧搾と同時に外方へ押し出されることが容易に予想されるところであった。
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、スクリュープレスの筒体を貫通する孔によって脱水を可能にするとともに、その脱水効率を向上させ得るスクリュープレス型脱水装置を提供することである。
そこで、本発明は、筒状本体と、この筒状本体の先端開口部に設けられた排出口を有する圧縮蓋と、上記筒状本体の内部に配置された螺旋状回転体とを備えたスクリュープレス型脱水装置であって、上記筒状本体は、内壁から内方に突出し、かつ軸線方向に所定長さを有して設けられた障害部材と、この障害部材の長手方向に沿った端縁の両側に隣接する内壁面のうち、少なくとも上記螺旋状回転体が回転する方向に対して後方側に隣接する内壁面を貫通してなる水抜き孔とを備えた筒状本体であり、上記水抜き孔は、雌ネジが刻設され、該雌ネジに螺合する雄ネジ部を螺入することにより閉塞可能に設けられていることを特徴とするスクリュープレス型脱水装置を要旨とする。
上記構成によれば、螺旋状回転体が回転することにより、その回転力は、結果的には、螺旋状回転体の螺旋羽根の表面に対して垂直方向と接線方向とに分解され、垂直方向の分力は被処理物の搬送に寄与し、接線方向の分力は被処理物を筒状本体の内壁表面に押圧するように作用することとなる。そして、筒状本体の内壁に障害部材が設けられていることから、螺旋羽根表面の接線方向の分力によって押圧される被処理物は、障害部材によって筒状本体の周方向への移動が制限されることとなるため、障害部材との間で被処理物を圧縮することとなる。このときの圧縮力により圧搾された液状物を水抜き孔から排出させることができる。
また、本発明は、筒状本体と、この筒状本体の先端開口部に設けられた排出口を有する圧縮蓋と、上記筒状本体の内部に配置された螺旋状回転体とを備えたスクリュープレス型脱水装置であって、上記筒状本体は、内壁から内方に突出し、かつ軸線方向に所定長さを有して設けられた障害部材と、この障害部材の長手方向に沿った端縁の両側に隣接する内壁面を貫通してなる水抜き孔とを備えた筒状本体であり、上記水抜き孔は、雌ネジが刻設され、該雌ネジに螺合する雄ネジ部を螺入することにより閉塞可能に設けられていることを特徴とするスクリュープレス型脱水装置をも要旨としている。
上記構成によれば、螺旋状回転体の螺旋羽根と障害部材との間隙は、筒状本体内部壁面との間隙に比較して縮小されることとなるから、当該障害部材周辺における被処理物の圧縮状態は他の部分よりも大きくなる。従って、被処理物が螺旋状回転体によって圧縮される際には、障害部材周辺の被処理物が圧搾されることとなるから、当該障害部材の周辺において固液分離がなされることとなり、ここで生じた液状物を水抜き孔から排出させることができる。
上記各発明における障害部材は、前記筒状本体の周方向に適宜間隔を有して複数設けた構成とし、水抜き孔は、前記筒状本体の軸線方向に適宜間隔を有して複数設けられた水抜き孔とすることができる。このような構成とすれば、螺旋状回転体の回転により筒状本体の内壁に押圧される被処理物が圧搾されるとき、当該部分において生じた液状物を水抜き孔から排出することが可能となる。
また、上記各発明における障害部材は、前記筒状本体の周方向に適宜間隔を有して複数設けた構成とし、水抜き孔は、上記複数の障害部材のうち上記筒状本体の軸心とほぼ同じ高さに配置された障害部材に隣接する内壁面に、該筒状本体の軸線方向に適宜間隔を有して複数設けられた水抜き孔とすることができる。このような構成とすれば、水分量の多い被処理物を脱水する際に、下方の被処理物が流動化して水抜き孔から排出されることを防止できる。
上記いずれかの発明において、前記水抜き孔は、前記螺旋状回転体の最後の1ピッチ相当の範囲に設けられた水抜き孔とすることができる。このような構成であれば、最も圧縮力が作用する最終ピッチにおける圧搾により生じた液状物を水抜き孔から排出することができる。
また、上記に示した構成のように、水抜き孔に雌ネジを刻設し、該雌ネジに螺合する雄ネジ部を螺入することによって水抜き孔を閉塞可能としたことによって、被処理物が含有する水分量に応じて所望の数の水抜き孔を開口させることができ、その際、下部、側部または上部のいずれの水抜き孔を開口させるかを選択することもできる。
本発明によれば、筒状本体を貫通する水抜き孔から液状物を排出することにより脱水を可能にするものである。そして、脱水効率を向上させるために強力にプレス圧を付加した場合であっても、筒状本体の周辺において圧搾され、液状物が滲み出るようにして被処理物から分離されることとなり、処理後の含水量を少なくすることができる。さらに、障害部材により圧縮力が集中されることとなり、効率的な脱水を可能にするものである。そして、この障害部材における圧縮力の集中した個所において液状物を排出することとなるから、被処理物の広範囲が液状化することがなく、液状物の排出時に被処理物の流出を最小限に防ぐことができる。
また、水抜き孔に雄ネジ部を螺入する構成の発明にあっては、水分含有率に応じて所望の位置および数の水抜き孔を開口させることができ、水分含有率の高い被処理物であっても十分な脱水効果を得ることができる。さらに、頑丈な筒状本体を構成させることにより、螺旋回転体によるスクリュープレスを強力に作用させることができるものである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、図1に示すように、概ね筒状本体1と螺旋状回転体2とで構成されている。筒状本体1の先端11は開口しており、この開口部11に圧縮蓋3を装着できるようになっている。また、筒状本体1の後方は上向きに開口して投入口13が形成されており、この投入口13にホッパ4が設置され、被処理物の連続的な投入を可能にしている。このホッパ4よりも後方にはモータ5が配置され、螺旋状回転体2に対して回転駆動力を伝達するように構成されている。なお、圧縮蓋3は、筒状本体1の先端開口部11の全体を閉塞するように構成され、螺旋状回転体の螺旋羽根21の最終端から所定のクリアランスCを形成できるとともに、圧縮蓋3の一部を開口する排出口31,32が設けられ、圧縮(圧搾)後の処理物を排出するようになっている。
筒状本体1には、図2に示すように、内壁12から内方に突出する障害部材6a〜6hが設けられている。この障害部材6a〜6hの突出長は、螺旋状回転体2の螺旋羽根21の外周に接触しない程度となっており、螺旋状回転体2が回転するとき、羽根21の周縁が障害部材6a〜6hの設けられている位置において間隙が極端に狭くなるようになっている。また、この障害部材6a〜6hの近傍には水抜き孔7a〜7h,8a〜8hが穿設されている。この水抜き孔7a〜7h,8a〜8hは、障害部材6a〜6hが設けられている内壁12との境界付近に設けられており、障害部材6a〜6hの設けられる個所を通過する螺旋状回転体2の羽根21が被処理物を障害部材6a〜6hに対して押圧して発生する液状物を排出できるように構成されている。
上記障害部材6a〜6hの詳細は、図3に示している。この図3は、筒状本体1のみの縦断面図であり、一部の障害部材6a〜6eおよび水抜き孔7b〜7c,8c〜8dの状態を示している。なお、図中の水抜き孔7d,8bは障害部材6d,6bにより表示できていない。この図に示すように、障害部材6a〜6eは、筒状本体1の軸線方向に長尺に形成されている。筒状本体1の上部に設けられる障害部材6aは、投入口12が開口しているため、当該投入口12まで延出させているが、他の障害部材6b〜6eは筒状本体1の後端まで延出させている。
水抜き孔7b〜7d,8b〜8dは、上記障害部材6b〜6dの長手方向に沿った端縁の両側に穿設されており、それぞれが障害部材6b〜6dの長手方向に沿って複数設けられている。また、本実施形態では、上記水抜き孔7b〜7d,8b〜8dのうち、筒状本体1の先端11に近い範囲では間隔L1を小さくして(密な状態で)設けられており、投入口12に近い範囲では間隔L2を大きくして(粗の状態で)設けられている。このように排出口7b〜7d,8b〜8dの個々の間隔を変化させている理由は、螺旋状回転体2(図1)による被処理物の圧搾状態が筒状本体1の先端付近において強力となるためである。特に、螺旋羽根21(図1)の螺旋形状が最後の1ピッチPに相当する範囲においては、先端11に設けられる圧縮蓋3(図1)との間で強力に圧搾されることから、最も密な状態で排出口7b〜7d,8b〜8dを設ける態様もあり得る。これを極端にする場合には、当該最後の1ピッチに相当する範囲にのみ排出口7b〜7d,8b〜8dを穿設する態様もあり得る。
上記のような構成により、螺旋状回転体2によって筒状本体1の先端に向かって搬送される被処理物が、障害部材6a〜6hに到達するとき、それぞれの障害部材6a〜6hによって徐々に圧搾され、これにより発生した液状物は、隣接する水抜き孔7a〜7h,8a〜8hから適時に排出されることとなる。
また、上記水抜き孔7a〜7h,8a〜8hは、圧縮空気の排出口としても機能するものである。すなわち、螺旋状回転体2によって前方に搬送されながら圧縮する被処理物は、投入される時点において既に空気が含まれており、かつ、水分を含む被処理物に混入した空気は密封状態となり、処理後に圧縮蓋3の排出口31,32から排出すると同時に空気も排出されることとなっていた。しかも、筒状本体1の内部では摩擦圧縮熱により加熱されることから、当該空気は膨張しようとするが高い圧力で圧縮されることとなっていた。そのため、圧縮蓋3から排出される際に、処理物の排出途中において圧縮空気が噴出することがあった。しかし、上記水抜き孔7a〜7h,8a〜8hを設けることにより、圧搾されると同時に螺旋羽根21の表面に沿って押し出され、螺旋羽根21の外周縁に到達した空気が排出されることとなり、処理物に圧縮空気の混入する割合が減少するのである。
ここで、螺旋状回転体2の螺旋羽根21と障害部材6a〜6hとの関係について説明する。図4は螺旋羽根21の一部を拡大して示した図である。この図に示しているように、螺旋羽根21は、螺旋状回転体2の回転軸22の回転により、その回転軸22の周方向に移動する。このとき、螺旋羽根21の表面は回転軸22の軸線に対して傾斜していることから、回転する力は、螺旋羽根21の表面に当接する被処理物に対して、その表面に垂直な方向と、その表面に沿った方向(曲面の接線方向)の分力F1,F2に分解されて作用することとなる。表面に垂直な方向の分力F1の一部と表面に沿った方向の分力F2の一部は、被処理物を螺旋羽根21の外周縁方向に移動させることとなる。また、表面に沿った方向の分力F2は周方向にも作用することとなる。なお、表面に沿った方向(曲面の接線方向)の分力F2は、表面の摩擦係数が少ないことから僅かに作用することとなり、ほとんど垂直方向の分力F1が作用することとなる。
このような螺旋羽根21の作用により、専ら垂直方向の分力によって被処理物が前方に搬送かつ圧搾されることとなるのであるが、その分力の一部は周方向および遠心方向に作用するため、筒状本体1の内壁において位置の変動がない障害部材6a〜6hに対しては、被処理物を擦り付けるように圧縮する状態となる。この圧縮力は強力ではないとしても、障害部材6a〜6hが設けられていない筒状本体1の内壁との関係においては、空間が縮小される状態となるため、圧搾状態を実現することができる。そして、この圧搾状態が発揮される直前直後に水抜き孔7a〜7h,8a〜8hが存在するため、発生する液状物は、この水抜き孔7a〜7h,8a〜8hから排出されるのである。
なお、螺旋状回転体2が回転することによって、その周縁が相対的に前進することとなるから、この周縁付近に位置する被処理物は、筒状本体1の軸線方向に移動し、内壁との間で摺接されることとなり、圧搾状態を形成させることができる。また、螺旋羽根21の表面における被処理物との摩擦抵抗は、表面に作用する圧縮力によって左右されることから、筒状本体1の先端11に接近するにつれて摩擦抵抗は大きくなり、螺旋羽根21に沿って移動する被処理物が多くなる。これにより、筒状本体1の内部で被処理物は混練され、また、障害部材6a〜6hとの間で作用するせん断力が大きくなるものである。
本実施形態は上記のような構成であるから、被処理物を圧縮することにより生ずる液状物を水抜き孔7a〜7h,8a〜8hから排出することが可能となる。上記圧縮は、スクリュープレスによる圧搾のほか、障害部材6a〜6hによる圧搾もあるため、脱水効率を向上させるとともに、障害部材6a〜6hによる圧搾によって生じた液状物は、当該障害部材6a〜6hの近傍に存在する水抜き孔7a〜7h,8a〜8hから即時に排出されることとなり、筒状本体1の内部に液状物が停留することを防止できることとなる。そして、スクリュープレスの圧縮力が最も強力に作用する先端付近では、水抜き孔7a〜7h,8a〜8hが密に配置されているため、スクリュープレスによる圧搾によって生ずる液状物を効率よく排出することができる。
なお、水抜き孔7a〜7h,8a〜8hは、障害部材6a〜6hによる圧縮力の集中する個所において液状物を排出することとなるから、被処理物が広範囲にわたって液状化(液状物と混合)することがなく、液状物の排出時に被処理物の流出を最小限に防ぐことができる。特に、紙や植物などの繊維質を有する被処理物を処理する場合には、圧縮された被処理物の繊維が絡まって、小口径の水抜き孔7a〜7h,8a〜8hから押し出されることがなく、好適な脱水処理を可能にすることができる。従って、パルパー粕の処理に好適となるものである。
次に、他の実施形態について説明する。図5は、第二の実施形態を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態は、障害部材106a〜106hに隣接する内壁112のうち、片方の壁面にのみ水抜き孔107a〜107hを設けたものである。水抜き孔107a〜107hの穿設する位置は、障害部材106a〜106hの両側に隣接する内壁112のうち、螺旋状回転体102の回転方向に対して、後方側に位置する個所である。これは、螺旋状回転体102の螺旋羽根121によって旋回される被処理物が障害部材106a〜106hに接近する側となる位置である。つまり、螺旋羽根121の周縁付近において、障害部材106a〜106hに向かって圧縮される側に水抜き孔107a〜107hを設けることにより、圧搾により発生した液状物を即時に排出させることを目的とするのである。
本実施形態は、上記のような構成であるから、螺旋羽根121の周縁付近に移動した被処理物が障害部材106a〜106hとの間でせん断され、その際に被処理物が混練されるとともに、圧搾されることとなるが、そのときに発生する液状物を即時に排出できることとなる。なお、図中の水抜き孔107gは、障害部材106gの下部に位置することとなるが、これは、圧搾により生じた液状物が筒状本体101の内部を流下することを想定していないからである。すなわち、筒状本体101の内部には被処理物が充満しており、圧搾により液状物が発生したとしても、筒状本体101の内部には十分な空間が形成されているわけではないから、圧搾と同時に液状物が排出されることで十分と考えられるのである。
次に、第三の実施形態について説明する。本実施形態は、図6に示すように、筒状本体201の上部および下部に位置する障害部材206a,206eを除く障害部材206b〜206d,206f〜206hに隣接する内壁212にのみ水抜き孔207b〜207d,207f〜207h,208b〜208d,208f〜208hを設けたものである。このように、上下の障害部材206a,206eに隣接する位置に水抜き孔を設けないことにより、第一義的には、下位の障害部材206eの周辺において、液状物によって流動化した被処理物が水抜き孔から流出することを防止し、第二義的には、上位の障害部材206aに隣接する水抜き孔から一度排出された液状物が逆流することを防止するものである。
上記のような構成により、被処理物の一部が液状物の排出と同時に流下することが防止できる。従って、比較的水分含有量の多い被処理物を処理することに適するものである。なお、この場合、水抜き孔の穿設される個数が第一の実施形態に比較して少ないように思えるが、筒状本体201の軸線方向に設ける間隔を狭くすることで個数を増やすことは可能であり、それをするまでもなく、同じ脱水処理工程を2回繰り返すことで十分な脱水効果を得ることができる。
本発明の実施形態は上記のとおりであるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様をとることは可能である。例えば、上記第三の実施形態において、水抜き孔207b〜207d,207f〜207h,208b〜208d,208f〜208hは、上下の障害部材206a,206eを除く位置に設けられているが、これをさらに限定して水平方向に位置する(図中左右に位置する)障害部材206c,206gに隣接する位置にのみ排出口207c,207g,208c,208gを設ける構成とすることもできる。また、第三の実施形態において、一方側(螺旋羽根221の回転方向に対して反対側)のみに、水抜き孔207b〜207d,207f〜207hを設ける構成とすることができる。いずれの態様においても、処理すべき被処理物の水分含有量に応じて変更すればよいのである。
そこで、単一の脱水装置により、複数の上記態様を実現するために、水抜き孔は第一の実施形態のように全ての障害部材6a〜6hの両側に設け、各水抜き孔6a〜6h,7a〜7hの構成をネジ孔(水抜き孔に雌ネジを刻設した構成)とし、この雌ネジに螺合する雄ネジ部(ボルトのようなネジ部材)を装着することにより、不要な水抜き孔を閉塞可能な態様とすることができる。このような態様においては、水抜き孔が配置されるべき位置の調整のみならず、開口させるべき水抜き孔の数をも調整できることとなる。
従って、例えば、螺旋状回転体の螺旋羽根の最後の1ピッチPに相当する範囲の水抜き孔の数を多く開口させ、他の位置の水抜き孔の数を少なくすることも可能となる。このように最後の1ピッチPに相当する範囲の水抜き孔の開口数を多くすることにより、強力に圧搾され液状物の発生が多量となり得るときには、その液状物を効果的に排出させることが可能となるのである。
なお、上記の各説明において、水抜き孔、含水量、水分または脱水の語を使用しているが、これは被処理物に含有される液体が水の場合を想定した表現であり、含有される液体が水以外の液体である場合には、当然に水以外の液体が対象となる。また、液状物との表現には、水(または水以外の液体)に溶解等された被処理物が含まれるものをも意味するが、このような溶解の可能性がない場合には液状物は水そのもの(または水以外の液体そのもの)である。
本発明の実施形態を示す説明図である。 II−II断面図である。 筒状本体の縦断面図である。 螺旋羽根の状態を示す説明図である。 第二の実施形態の横断面図である。 第三の実施形態の横断面図である。
符号の説明
1,101,201 筒状本体
2,102,202 螺旋状回転体
3 圧縮蓋
4 ホッパ
5 モータ
6,106,206 障害部材
7,8,107,108,207,208 水抜き孔
11 開口部(筒状本体の先端)
12,112,212 内壁
13 投入口
21,121,221 螺旋羽根
22,122,222 回転軸
31,32 排出口
C クリアランス
L1,L2 間隔
P 1ピッチ

Claims (5)

  1. 筒状本体と、この筒状本体の先端開口部に設けられた排出口を有する圧縮蓋と、上記筒状本体の内部に配置された螺旋状回転体とを備えたスクリュープレス型脱水装置であって、上記筒状本体は、内壁から内方に突出し、かつ軸線方向に所定長さを有して設けられた障害部材と、この障害部材の長手方向に沿った端縁の両側に隣接する内壁面のうち、少なくとも上記螺旋状回転体が回転する方向に対して後方側に隣接する内壁面を貫通してなる水抜き孔とを備えた筒状本体であり、上記水抜き孔は、雌ネジが刻設され、該雌ネジに螺合する雄ネジ部を螺入することにより閉塞可能に設けられていることを特徴とするスクリュープレス型脱水装置。
  2. 筒状本体と、この筒状本体の先端開口部に設けられた排出口を有する圧縮蓋と、上記筒状本体の内部に配置された螺旋状回転体とを備えたスクリュープレス型脱水装置であって、上記筒状本体は、内壁から内方に突出し、かつ軸線方向に所定長さを有して設けられた障害部材と、この障害部材の長手方向に沿った端縁の両側に隣接する内壁面を貫通してなる水抜き孔とを備えた筒状本体であり、上記水抜き孔は、雌ネジが刻設され、該雌ネジに螺合する雄ネジ部を螺入することにより閉塞可能に設けられていることを特徴とするスクリュープレス型脱水装置。
  3. 前記障害部材は、前記筒状本体の周方向に適宜間隔を有して複数設けられた障害部材であり、前記水抜き孔は、前記筒状本体の軸線方向に適宜間隔を有して複数設けられた水抜き孔である請求項1または2記載のスクリュープレス型脱水装置。
  4. 前記障害部材は、前記筒状本体の周方向に適宜間隔を有して複数設けられた障害部材であり、前記水抜き孔は、上記複数の障害部材のうち上記筒状本体の軸心とほぼ同じ高さに配置された障害部材に隣接する内壁面に、該筒状本体の軸線方向に適宜間隔を有して複数設けられた水抜き孔である請求項1または2記載のスクリュープレス型脱水装置。
  5. 前記水抜き孔は、前記螺旋状回転体の最後の1ピッチ相当の範囲に設けられた水抜き孔である請求項1ないし4のいずれか1項に記載のスクリュープレス型脱水装置。
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