JP6697832B1 - 固液分離装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の可動部材と、その可動部材に接触しない状態で可動部材を貫通して延びるスクリューとを有し、そのスクリューの回転によって、汚泥を搬送しながら、汚泥を脱水する固液分離装置において、汚泥に対して絞り作用を与えて、汚泥の脱水効率を高める。【解決手段】複数の可動部材4A,4Bを連結棒44によって一体に連結して第1の可動ユニット41を構成し、他の複数の可動部材4C,4Dを連結棒44Aによって一体に連結して第2の可動ユニット41Aを構成し、第1の可動ユニット41の可動部材4A,4Bと、第2の可動ユニット41Aの可動部材4C,4Dを位相差をもって往復運動させる。【選択図】図4

Description

本発明は、複数の可動部材と、その可動部材に接触しない状態で該可動部材を貫通して延びるスクリューとを有し、そのスクリューの回転によって、液体を含む処理対象物を搬送しながら脱液処理する固液分離装置に関する。
液体を含む処理対象物、例えば、廃豆腐、食品加工排水、下水処理物或いは養豚場から排出された廃水などの有機系汚泥、その有機系汚泥を微生物によって分解処理した汚泥、メッキ廃液、インク廃液、顔料廃液、塗料廃液などの無機系汚泥、或いは野菜屑や果実の皮、食品残渣、おからなどの処理対象物から液体を分離する上記形式の固液分離装置は従来より公知である(特許文献1)。この形式の固液分離装置によれば、可動部材が作動するので、濾液排出間隙に固形物が詰まる不具合を防止でき、しかも可動部材がスクリューに接触しないので、可動部材が早期に摩耗する不具合を阻止できる。ところが、従来の提案に係る固液分離装置によると、可動部材の早期の摩耗を防止できる反面、全ての可動部材が、同一の位相で、同一の形態で作動するように構成されているため、回転するスクリューにより搬送される処理対象物に対して、可動部材が加える絞り作用が不足し、これによって処理対象物に対する脱液効率が低下し、処理対象物を効率よく脱液処理できない欠点を免れなかった。
特許第4374396号公報
本発明は、上述した認識に基づきなされたものであって、その目的とするところは、可動部材がスクリューに接触することはないが、搬送される処理対象物に対して、可動部材が効果的に絞り作用を与えることができ、これによって処理対象物に対する脱液効率を格段と向上させることのできる固液分離装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、複数の可動部材と、該可動部材に接触しない状態で当該可動部材を貫通して延びるスクリューとを具備し、該スクリューの回転によって、液体を含む処理対象物を搬送しながら脱液処理する固液分離装置において、前記複数の可動部材のうちの1つの可動部材より成る主動部材及び他の可動部材より成る少なくとも1つの従動部材と、該従動部材及び前記主動部材が共に作動するように、当該主動部材と従動部材を連結する連結手段と、前記主動部材を加圧して直線往復運動させるカムとを備えた少なくとも2組の可動ユニットを具備し、前記スクリューの軸線方向に隣り合う2つのカムは、その各カムの所属する可動ユニットの可動部材が位相差をもって直線往復運動するように、互いに位相を異ならせて配置され、かつ全ての可動ユニットのカムが、モータにより回転駆動される共通の駆動軸に固定されており、前記可動ユニットは、その主動部材に回動可能に連結された中間部材を有し、前記カムは偏心カムより成り、かつ当該カムは、前記中間部材に形成された孔に嵌合した軸受の中心側の円形カム孔に摺動自在に嵌合し、前記カムの回転によって、前記中間部材を介して、前記主動部材を加圧した際、該主動部材とその主動部材が所属する可動ユニットの従動部材が直線往復運動するように、当該主動部材と従動部材の少なくとも1つを案内するガイド手段を具備することを特徴とする固液分離装置を提案する(請求項1)。
また、上記請求項1に記載の固液分離装置において、前記ガイド手段は、前記主動部材と前記従動部材が上下方向に直線往復運動するように、当該手動部材と従動部材の少なくとも1つを案内するように構成することができる(請求項2)。
また、上記請求項1又は2に記載の固液分離装置において、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材が互いに異なった位相で直線往復運動するように構成することができる(請求項)。
さらに、上記請求項1又は2に記載の固液分離装置において、前記スクリューに接触しない状態で配置された複数の固定部材を有し、前記スクリューは、前記可動部材と固定部材を貫通して延びていて、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する固定部材の間に1つの可動部材が配置されているように構成することもできる(請求項)。
また、上記請求項1又は2に記載の固液分離装置において、前記スクリューに接触しない状態で配置された複数の固定部材を有し、前記スクリューは、前記可動部材と固定部材を貫通して延びていて、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する固定部材の間に複数の可動部材が配置され、該複数の可動部材であって、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材は、互いに異なった位相で直線往復運動するよう構成することもできる(請求項)。
本発明によれば、可動部材がスクリューに接触しないように構成されてはいるが、可動部材が位相差をもって作動するので、可動部材が、搬送される処理対象物に対して異なった形態の圧力を加えて効果的に絞り作用を与えることができ、これによって処理対象物に対する脱液効率を高めることができる。しかも、複数の可動部材が連結手段によって連結され、その複数の可動部材が共に作動するように構成されているので、固液分離装置の構成を簡素化できる。
固液分離装置の部分断面正面図であり、装置全体の概略構成と、固定部材及び可動部材の配列状態を明らかにするための図であって、固定部材及び可動部材の形状などを簡略化して示し、かつ一部の構成部材の図示を省略した図である。 固定部材と可動部材などを示す斜視図である。 固液分離部の一部を示す概略断面図であり、固定部材と可動部材の配列状態を明らかにするための図であって、固定部材及び可動部材の形状などを簡略化し、かつ一部の構成部材の図示を省略して示した図である。 第1の可動ユニット及び第2の可動ユニットを示し、可動部材間の間隙と固定部材間の間隙幅を実際よりも拡大して示した斜視図であって、汚泥搬送方向下流側から見た図である。 第1の可動ユニット及び第2の可動ユニットを示す、図4と同様な斜視図であって、汚泥搬送方向上流側から見た図である。 第1及び第2の可動ユニットを構成する主動部材と従動部材の配列状態を模式的に示す正面図であって、可動部材間の間隙と固定部材間の間隙幅を実際よりも拡大し、かつスクリューの羽根部の図示を省略して示した説明図である。 図4の矢印I方向に見た図である。 図5の矢印II方向に見た図である。 図7及び図8に示したカム等を簡略化して示し、その作用を明らかにする拡大図である。 主動部材と従動部材の他の配列例を示す、図4と同様な斜視図である。 主動部材と従動部材の他の配列例を示す、図6と同様な説明図であって、複数の固定部材を固定連結するステーボルトの図示も省略した図である。 主動部材と従動部材と固定部材のさらに他の配列例を示す、図11と同様な説明図である。 2本のスクリューを有する固液分離装置に本発明を適用した具体例を示す、図4と同様な斜視図である。 固液分離装置の他の例を示す、図1と同様な部分断面正面図である。 第1及び第2の中間支持板と連結筒の分解斜視図である。 出口筒部材と背圧装置を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図1は固液分離装置の一例を示す部分断面正面図である。ここに示した固液分離装置によって、液体を含む各種の処理対象物を固液分離することができるが、ここでは、多量の水分を含んだ汚泥を脱水処理する場合について説明する。
図1に示した固液分離装置は、上部が開口した箱状に形成された入口部材1と、上部と下部が開口した矩形の横断面形状を有する出口部材2と、その入口部材1と出口部材2との間に配置された多数の固定部材3及び可動部材4とを有している。入口部材1の上部開口は汚泥が流入する流入口5となっていて、入口部材1の下部は底壁6によって塞がれている。また、固定部材3と可動部材4を向いた側の入口部材1の側壁7には開口8が形成されている。同じく、固定部材3と可動部材4を向いた側の出口部材2の側壁9にも開口10が形成されていて、その出口部材2の下部開口は脱水処理されたケーキ状の汚泥が排出される排出口11となっている。かかる出口部材2と入口部材1は、その下部が支持フレームのステー12に固定支持されている。
図2は、図1に示した複数の固定部材のうちの1つの固定部材3と、4つの可動部材4を示す斜視図である。この図から明らかなように、本例の固定部材3には円形の孔15が形成され、可動部材4には長円形の孔16が形成されていて、固定部材3と可動部材4は、リング状の板材により構成されている。しかも、本例の固液分離装置においては、図2から明らかなように、4種類の可動部材4が用いられており、これらの可動部材を識別する必要のあるときは、これらをそれぞれ第1の主動部材4A、第1の従動部材4B、第2の主動部材4C、第2の従動部材4Dとそれぞれ称することにする。第1及び第2の従動部材4B,4Dは、それぞれ第1及び第2の主動部材4A,4Cの作動に連動して従動する部材であるが、これらについては後に詳しく説明する。なお、図2における第1の主動部材4Aと第2の主動部材4Cの形状は同一であり、これらは表裏を逆転した状態で図示されており、同じく第1の従動部材4Bと第2の従動部材の4Dの形状も同一で、これらは表裏を逆転した状態で図示されている。
図3は、多数の可動部材4と多数の固定部材3の配列状態を明らかにする拡大断面図であり、図4及び図5は、多数の固定部材のうちの一部の固定部材3と、一部の可動部材4が組み付いた状態を示す斜視図であり、図6は、固定部材3と可動部材4の組み付き状態を模式的に示した説明図である。さらに、図7及び図8は、可動部材4の作動状態を示す部分断面図であって、図7は図4の矢印I方向に見た図であり、図8は図5の矢印II方向に見た図である。なお、図1、図3及び図6は、固定部材3と可動部材4の配列状態などを明らかにする図であって、これらの図においては、固定部材3と可動部材4の形状を簡略化して示し、かつ後述する一部の部材の図示を省略してある(図11及び図12も同じ)。本例の固液分離装置における固定部材3と可動部材4のより正確な形状は、図2,4,5,7及び8を参照。
図1乃至図3に示すように、隣り合う固定部材3の間には、小リング状のスペーサ14が配置されていて、複数の固定部材3は、そのスペーサ14によって軸線方向に互いに間隔をあけて同心状に配置され、その隣り合う固定部材3の間に1つの可動部材4が配置されている。図示した例では、隣り合う固定部材3の間に4個のスペーサ14が配置されている。
スペーサ14については、図4及び図5にも示してあるが、図4及び図5においては、固定部材3と可動部材4とスペーサ14の組み付き状態を明らかにするため、固定部材間の間隙幅Gと、可動部材間の間隙Wを誇張して大きく示してある(この点は図6、図10乃至図13においても同様であり、さらに図6、図11及び図12においてはスペーサの図示を省略してある)。実際には、図3から判るように、各スペーサ14は固定部材3に密着している。
特に図2に明示するように、各固定部材3には4つの取付孔17が形成され、図1乃至図6に示すように、その各取付孔17と各固定部材3の間に配置された小リング状のスペーサ14の中心孔には、ステーボルト18がそれぞれ貫通して延びている。その各ステーボルト18は、図1に示したように、入口部材1の側壁7と、出口部材2の側壁9を貫通し、各ステーボルト18の各長手方向端部に形成された雄ねじにナット19,20がそれぞれ螺着されて締め付けられている。これにより、複数の固定部材3が、互いに一体的に固定連結されると共に、その固定部材3が入口部材1と出口部材2に対して固定される。
スペーサ14によって互いに間隔をあけて配置された各固定部材3を、これらがわずかに遊動できるように組み付けることもできる。また、隣り合う2つの固定部材のうちの一方の固定部材にスペーサを一体に形成し、そのスペーサによって、隣り合う2つの固定部材の間に間隙を形成し、ここに可動部材4を配置することもできる。
図3に示すように、各固定部材3の間にそれぞれ配置された各可動部材4の厚さTは、各固定部材間の間隙幅Gより小さく設定され、各固定部材3の端面と、これに対向する可動部材4の端面の間には、例えば0.1mm乃至1mm程の微小な濾液排出間隙gが形成される。かかる微小濾液排出間隙gは、後述するように汚泥から分離された水分、すなわち濾液を通過させるための隙間である。可動部材4の厚さTは、例えば、1.0mm乃至2mm程に設定され、間隙幅Gは、例えば2mm乃至3mm程に設定される。また、固定部材3の厚さtは、例えば1.5mm乃至3mm程に設定される。濾液排出間隙g、厚さT,t、間隙幅Gの大きさは、処理対象物の種類などを考慮して適宜設定されるものである。固液分離装置の作動時に、隣り合う固定部材3の間に配置された各可動部材4は、後述するように、図6、図7及び図8に矢印E,Fで示した上下方向に往復運動することができる。
図1から判るように、入口部材1の側壁7に形成された開口8と、固定部材3及び可動部材4にそれぞれ形成された孔15,16と、出口部材2の側壁9に形成された開口10とによって、ほぼ連続した貫通孔状の内部空間S(図3)が形成されている。このように、本例の固液分離装置においては、スペーサ14により、軸線方向に間隔をあけて配置され、かつステーボルト18によって互いに固定された複数の固定部材3と、隣り合う固定部材3の間に配置された可動部材4と、入口部材1の側壁7と、出口部材2の側壁9とによって、処理対象物(この例では汚泥)から液体を分離する固液分離部21が構成されていて、この固液分離部21の内部は中空に形成され、入口部材1の側壁7の開口8によって、固液分離部21の内部空間Sの入口22が構成され、出口部材2の側壁9の開口10によって、固液分離部21の内部空間Sの出口23が構成されている。
上述した固液分離部21の内部空間Sには、その軸線方向に延びるスクリュー24が配置されている。このスクリュー24は、軸部25と、その軸部25に一体に形成されたらせん状の羽根部26とから成り、図1に示すように、その軸部25の入口部材1の側の端部は、入口部材1のもう一方の側壁27に固定支持されたスクリュー用のモータ28に駆動連結され、軸部25の出口部材2の側の端部は、その出口部材2のもう一方の側壁29に軸受を介して回転自在に支持されている。なお、図を判りやすくするため、図6にはスクリュー24の軸部25のみを示し、羽根部の図示は省略してある(図11及び図12においても同じ)。
図7及び図8から判るように、スクリュー24の羽根部26の外径は、固定部材3と可動部材4にそれぞれ形成された各孔15,16の径よりも小さく設定され、しかも、この羽根部26の外径は、側壁7,9に形成された開口8,10の直径よりも小さく設定されていて、各可動部材4が後述するように矢印E,F方向に往復運動したときも、スクリュー24は、側壁7,9はもとより可動部材4及び固定部材3に接触することはない。また各可動部材4は、これらが作動したときも、前述のスペーサ14に接触することはない。このように、本例の固液分離装置には、複数の可動部材4と複数の固定部材3に接触しない状態で、その可動部材4と固定部材3を貫通して延びるスクリュー24が設けられているのである。
図1に矢印Aで示したように、多量の水分を含んだ汚泥は、流入口5から入口部材1内に送り込まれる。その際、処理前の汚泥の含水率は、例えば99重量%程度であり、この汚泥には予め凝集剤が混入されていて、汚泥がフロック化されている。かかる汚泥が入口部材1に流入するとき、モータ28の作動によって、スクリュー24がその中心の軸線Kのまわりに回転駆動されている。このため、汚泥は、図1に矢印Bで示すように、入口部材1の側壁7に形成された開口8を通って、固定部材3と可動部材4の内部空間S(図3)に流入する。このように、汚泥は、固液分離部21の内部空間Sに、その軸線方向一端側の入口22から流入するのである。なお、各図には汚泥の図示を省略してある。
上述のようにして固液分離部21の内部に流入した汚泥は、モータ28により回転駆動されたスクリュー24によって、図1及び図3乃至図6に矢印Cで示したように、固液分離部21の軸線方向他端側の出口23へ向けて搬送される。このとき、汚泥から分離された水分、すなわち濾液が、各固定部材3と可動部材4との間の濾液排出間隙g(図3)を通して固液分離部外に排出される。排出された濾液は、図1に示したようにステー12に固定された濾液受け部材30に受け止められ、次いで濾液排出管31を通って流下する。この濾液には未だ多少の固形分が含まれているので、当該濾液は他の汚泥と共に再度、水処理された後、再び固液分離装置に供給されて脱水処理される。
上述のように固液分離部21内の汚泥の含水率が下げられ、含水量の減少したケーキ状の汚泥が、図1に矢印Dで示したように、固液分離部21の軸線方向他端側の出口23から排出される。固液分離部21から排出された汚泥は、出口部材2の下部の排出口11を通して下方に落下する。脱水処理されたケーキ状の汚泥の含水率は、例えば80重量%程度である。なお、図1に示すように、固液分離部21の出口23に対向して背圧装置40が設けられ、出口23から排出されたケーキ状の汚泥が背圧装置40に当たる。このため、出口23の近傍の固液分離部21内に存する汚泥に加えられる圧力が上昇し、これによって汚泥に対する脱水効率が高められる。
上述のように、固液分離装置は、固液分離部に配置されたスクリューを回転駆動して、その固液分離部の内部に入り込んだ処理対象物を固液分離部の出口へ向けて移動させながら、その処理対象物から分離された濾液を、固液分離部の濾液排出間隙を通して固液分離部外へ排出させ、含液率の低下した処理対象物を固液分離部の出口から固液分離部外に排出させるように構成されている。スクリューの回転によって、液体を含む処理対象物を搬送しながら、その対象物を脱液処理するのである。このような動作が行われるとき、可動部材4がスクリュー24に接触することはないので、可動部材4が早期に摩耗する不具合を阻止できる。
以上説明した固液分離装置の主動部材及び従動部材の形状とその簡単な機能に関連する構成を除いた装置の基本構成とその基本動作は、従来公知のこの種の装置と実質的に変わりはない(特許文献1参照)。
上述のように汚泥を脱水処理するとき、固定部材3と可動部材4の間の濾液排出間隙gに固形分が詰まることを防止すると共に、固液分離部内を搬送される汚泥に対し絞り作用を与えて、その脱水効率を高めることができるように、本例の固液分離装置は次の構成を具備している。
固液分離装置は多数の可動部材4を有しているが、図1に示すように、その多数の可動部材4のうちの一部の可動部材が、後述するように組み付けられて一体的な可動ユニット41,41A,41B,41Cが構成されている。この可動ユニットは少なくとも2組設けられるものであるが、本例の固液分離装置は、4組の可動ユニットを有し、図1には、そのそれぞれに上記した符号41,41A,41B,41Cが付されている。以下の説明では、これらの可動ユニット41乃至41Cを必要に応じて、第1乃至第4の可動ユニットと称することにする。
ここで、スクリュー24の中心の軸線Kの方向に隣り合う2つの可動ユニットの関連構成を明らかにするため、その一例として、汚泥の搬送方向最下流側に位置する第1の可動ユニット41と、これよりも汚泥搬送方向上流側に隣り合って位置する第2の可動ユニット41Aを取り挙げてその具体的構成を説明する。
先に示した図4及び図5は、上述した第1の可動ユニット41と第2の可動ユニット41Aの関連構成を示す斜視図であり、図6は同じ関連構成を模式的に示した説明図である。図4は第1及び第2の可動ユニット41,41Aを前述の汚泥搬送方向Cの斜め下流側から見た図であり、図5は汚泥搬送方向Cの斜め上流側から見た図である。
図2に示した第1の主動部材4Aは、図1に示した多数の可動部材4のうちの1つの可動部材であり、第1の従動部材4Bも、その他の多数の可動部材4のうちの1つの可動部材である。同様に第2の主動部材4Cも、多数の可動部材のうちの1つの可動部材であり、第2の従動部材4Dもその他の多数の可動部材4のうちの1つの可動部材である。
ここで、一般に、各可動ユニットは、多数の可動部材4のうちの1つの可動部材より成る主動部材と、他の可動部材より成る少なくとも1つの従動部材とを有している。図1及び図4乃至図6に示した例では、第1の可動ユニット41は、図2に示した1つの第1の主動部材4Aと2つの第1の従動部材4Bの合計3枚の可動部材4を有している。同じく、第2の可動ユニット41Aは、図2に示した1つの第2の主動部材4Cと2つの第2の従動部材4Dの合計3枚の可動部材4を具備する。図1及び図6に示すように、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aと、2つの第2の従動部材4B,4Bと、第2の可動ユニット41Aの2つの第2の従動部材4D,4Dと、第2の主動部材4Cとが、スクリュー24の軸線K方向に順次配列されている。
図2に示すように、第1の主動部材4Aと第1の従動部材4Bには、2つずつの取付孔42A,42Bがそれぞれ形成され、図4乃至図6に示すように、その各取付孔42A,42Bには、連結棒44がそれぞれ貫通し、第1の主動部材4Aと2つの第1の従動部材4Bが2本の連結棒44により一体に固定連結されている。連結棒44が、第1の主動部材4Aと2つの第1の従動部材の取付孔42A,42Bに多少の遊びをもって貫通していてもよい。
同様に、図2に示す如く、第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4Cと第2の従動部材4Dにも、2つずつの取付孔42C,42Dが形成され、図4乃至図6に示すように、これらの取付孔42C,42Dにも連結棒44Aが貫通し、第2の主動部材4Cと2つの第2の従動部材4Dが2本の連結棒44Aによって一体に固定連結されている。4本の連結棒44,44Aは、スクリュー24と平行に延びている。この場合も、連結棒44Aが、第2の主動部材4Cと2つの第2の従動部材4Dの取付孔42C,42Dに多少の遊びをもって貫通していてもよい。
連結棒44は、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4A及び第1の従動部材4Bが、後述する如く共に作動するように、その第1の主動部材4Aと第1の従動部材4Bを連結する連結手段の一例を構成し、連結棒44Aは、第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4C及び第2の従動部材4Dが、後述する如く共に作動するように、その第2の主動部材4Cと第2の従動部材4Dを連結する連結手段の一例を構成している。
なお、第1及び第2の主動部材4A,4Cと、第1及び第2の従動部材4B,4Dより成る各可動部材4の間に、ステーボルト18によって固定連結された固定部材3が1枚ずつ配置されていることは、図4乃至図6からもよく理解できる。また、上述した連結棒44,44A及びこれに関連する構成については、図1及び図3には示していない。
図4乃至図7に示すように、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aには、ピン54を介して、第1の中間部材45が矢印L(図7)方向に回動可能に連結されている。図9の(a)にも示すように、この第1の中間部材45には、孔46が形成され、その孔46にリング状のすべり軸受より成る軸受47が嵌合し、その軸受47が第1の中間部材45に固定されている。軸受47が、第1の中間部材45の孔46に摺動可能に嵌合していてもよい。また、軸受47の中心側の円形カム孔48には、偏心カムより成る第1のカム49の円形の外周面50が円形カム孔48に対して摺動自在に嵌合している。この第1のカム49には、図1にも示した駆動軸51が貫通して延び、その駆動軸51に第1のカム49が固定連結されている。図9の(a)に示すように、第1のカム49の中心軸線Yは、駆動軸51の中心軸線Xに対してδで示す距離だけ偏心している。なお、図7においては、駆動軸51の断面を示すハッチングは省略してある(図8においても同じ)。
図4乃至図6及び図8に示すように、第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4Cにも、ピン54Aを介して第2の中間部材45Aが矢印L(図8)方向に回動可能に連結されていて、この第2の中間部材45Aに形成された孔46Aにも、第1の可動ユニット41の場合と同様に、すべり軸受47Aが嵌合し、その軸受47Aの中心側の円形カム孔48Aに偏心カムより成る第2のカム49Aが摺動自在に嵌合し、その第2のカム49Aが、前述の駆動軸51に固定されている。このように、各可動ユニット41,41Aは、その主動部材4A、4Cに回動可能に連結された中間部材45,45Aを有しているのである。
また、図9の(b)に示すように、第2のカム49Aの中心軸線YAも、駆動軸51の中心軸線Xに対してδで示す距離だけ偏心している。その際、図9の(a),(b)を比較すれば明らかなように、第1のカム49と、第2のカム49Aは、互いに位相を異ならせて、第1及び第2の中間部材45,45Aにそれぞれ組み付けられている。その位相差の大きさは適宜設定できるが、ここでは、第1及び第2のカム49,49Aが互いに180°の位相差をもって配置されている。
上述のように、第1及び第2のカム49,49Aは、共通の駆動軸51に固定されているが、この駆動軸51は、図1に示すように、スクリュー24と平行に延び、その駆動軸51の出口部材側の端部は、出口部材2に支持されたカム用のモータ52に駆動連結され、駆動軸51の入口部材側の端部は、入口部材1に軸受を介して回転自在に支持されている。
前述のように、汚泥が固液分離部21の内部空間Sを移動しながら、脱水処理されているとき、スクリュー用のモータ28だけでなく、もう一方のカム用のモータ52も作動し、これによって駆動軸51がその中心軸線Xのまわりに回転する。駆動軸51がその軸線Xを中心として自転するのであるが、このとき、駆動軸51に固定された第1及び第2のカム49,49Aも駆動軸51の軸線Xを中心として回転する。このため第1及び第2の中間部材45,45Aは、駆動軸51の中心軸線Xのまわりに偏心量δを半径とする円運動を行う。第1及び第2の中間部材45,45Aが軸線Xのまわりに公転するのである。
このとき、図7に示したように、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aの両サイドに配置された一対の第1のガイド部材53がステーボルト18に固定されているので、第1の中間部材45が上述のように運動するとき、第1の中間部材45にピン54を介して連結された第1の主動部材4Aは、両ガイド部材53の上下方向に延びるガイド面80に案内されながら、上下方向E,Fに直線往復運動を繰り返す。これに伴って、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aに連結棒44を介して連結された他の2つの第1の従動部材4Bも、第1の主動部材4Aと一体となって、上下方向E,Fに直線往復運動を繰り返す。
一方、図8に示すように、第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4Cの両サイドにも、ステーボルト18に固定された一対の第2のガイド部材53Aが配置されている。このため、第2の中間部材45Aが上述のように運動するとき、ピン54Aを介して第2の中間部材45Aに連結された第2の主動部材4Cも、両ガイド部材53Aの上下方向に延びるガイド面80Aに案内されながら、上下方向E,Fに直線往復運動を行い、これに伴って、第2の主動部材4Cに連結棒44Aを介して連結された2つの第2の従動部材4Dも、第2の主動部材4Cと一体となって上下方向に直線往復運動する。
なお、図4及び図5にも、第1及び第2のガイド部材53,53Aを示してあるが、これらの図においては、図を判りやすくするために、各ガイド部材53,53Aを主動部材4A,4Cから離間して示してある。また、図4及び図5から判るように、ステーボルト18に固定されたガイド部材53,53Aは、隣り合う固定部材3,3の間の間隙を維持するスペーサとしての働きもなす。
上述のように、主動部材4A,4Cと従動部材4B,4Dより成る複数の可動部材4が上下方向に直線往復運動するとき、固定部材3は不動に固定されているため、各可動部材は固定部材3に対して上下方向に直線往復運動し、これによって可動部材4と固定部材3との間の濾液排出間隙g(図3)に入り込んだ固形分は、その間隙gから効率よく下方に排出され、固形分がここに詰まったままとなることが阻止される。
しかも、図7に示した第1の可動ユニット41の第1のカム49と、図8に示した第2の可動ユニット41Aの第2のカム49Aは、互いに180°の位相差をもって配置されているので、共に往復動する第1の可動ユニット41の第1の主動部材4A及び第1の従動部材4Bと、同じく共に往復動する第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4C及び第2の従動部材4Dも、互いに180°の位相差をもって上下方向E,Fに直線往復運動する。
例えば、図7は、第1の可動ユニット41の第1の中間部材45が、第1の主動部材4A及び第1の従動部材4Bと共に、最も下方の下死点を占めたときの状態を示している〔図9の(a)も参照〕。このとき、図8に示した第2の可動ユニット41Aの第2の中間部材45Aは、第2の主動部材4C及び第2の従動部材4Dと共に、最も上方の上死点を占めている〔図9の(b)も参照〕。第1及び第2の可動ユニット41,41Aの可動部材4がこのような位相差をもって往復運動を繰り返し行うのである。このため、第2の可動ユニット41Aの内部の空間を搬送される汚泥と、その第2の可動ユニット41Aよりも汚泥搬送方向下流側に位置する第1の可動ユニット41の内部の空間を搬送される汚泥に対して、異なった形態の圧力を加え、その汚泥に対して効果的に絞り作用を与えることができる。これによって、可動部材4は、スクリュー24に接触することなく作動するものの、搬送される汚泥に対して大きな圧力を加え、高い脱水効率を確保することができる。しかも、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aと、第1の従動部材4Bは連結棒44によって連結されているので、1つの第1のカム49によって、第1の主動部材4Aと第1の従動部材4Bの全体を往復動させることができる。この点は第2の可動ユニット41Aにおいても同様である。これにより装置の構成を簡素化することができる。しかも、複数の可動ユニット41,41Aの複数のカム49,49Aが共通の駆動軸51によって回転駆動されるので、これによっても固液分離装置の部品点数を少なく抑え、装置全体の構成を簡素化できる。
図1に示した他の互いに隣り合う第3及び第4の可動ユニット41B,41Cも、上述した第1及び第2の可動ユニット41,41Aと同様に構成されていて、その各可動ユニット41B,41Cも1つの主動部材と、これに連結棒により連結された少なくとも1つの従動部材とを有し、その各主動部材が、図1に示した駆動軸51に固定された各カムによって、中間部材を介して駆動され、その主動部材が一対のガイド部材に案内されながら、上下方向に直線往復運動し、各可動ユニット41B,41Cの主動部材と従動部材がそれぞれ上下方向に直線往復運動する。しかも、汚泥の搬送方向に隣り合う可動ユニットのカムが位相を異ならせて配置され、隣り合う可動ユニットの主動部材と従動部材が互いに位相を異ならせて上下方向に直線往復運動する。
なお、図1においては、第3の可動ユニット41Bの主動部材に符号4Eを付してあり、この主動部材4Eと第2の可動ユニット41Aとの間に位置する複数の可動部材4が第3の可動ユニット41Bの従動部材となる。同様に、第4の可動ユニット41Cの主動部材には、符号4Fを付してあり、この主動部材4Fと、第3の可動ユニット41Bとの間に位置する複数の可動部材4が第4の可動ユニット41Cの従動部材となる。
図4乃至図8に示した具体例においては、第1の主動部材4Aが、その両サイドに位置する一対の第1のガイド部材53によって案内されて上下方向に直線往復運動を行い、同じく第2の主動部材4Cがその両サイドに位置する一対の第2のガイド部材53Aによって案内されるように構成されているが、第1のガイド部材が、第1の従動部材4B、又は第1の主動部材4Aと第1の従動部材4Bの両可動部材を案内するように構成されていてもよい。これは、第2のガイド部材の場合も同様である。このように、各可動ユニットは、そのカムの回転によって、当該可動ユニットの中間部材を介して、その主動部材を加圧させた際に、その主動部材と、当該主動部材が所属する可動ユニットの従動部材が上下方向に直線往復運動するように、当該主動部材と従動部材の少なくとも1つを案内するガイド手段を有しており、上述した第1及び第2のガイド部材53,53Aが、かかるガイド手段の一例を構成している。
図1乃至図9を参照して先に説明した固液分離装置は、複数の可動部材4のほかに、スクリュー24に接触しない状態で配列された複数の固定部材3を有し、スクリュー24の軸線方向に隣り合って位置する固定部材3の間に1つの可動部材が配置され、隣り合う可動部材4が不動の固定部材3に対して直線往復運動するように構成されている。
図10に示した固液分離装置においては、第1の可動ユニット41の可動部材4と、第2の可動ユニット41Aの可動部材4とがスクリュー24の軸線方向に交互に配列されている。すなわち、図10における最も右側に位置する第1の可動ユニット41の主動部材4Aの左隣りに第2の可動ユニット41Aの一方の第2の従動部材4D(図10では、この部材に符号4D´を追加して付してある)が位置し、その左隣りに第1の可動ユニット41の一方の第1の従動部材4B(図10では、この部材に符号4B´を追加して付してある)が位置し、さらにその左隣りに第2の可動ユニット41Aの他方の第2の従動部材4D(図10では、この部材に符号4D´´を追加して付してある)が位置し、さらにその左隣りに第1の可動ユニットの他方の第1の従動部材4B(図10では、この部材に符号4B´´を追加して付してある)が位置し、その左隣りに第2の可動ユニットの第2の主動部材4Cが位置していて、これらの可動部材4の間に固定部材3がそれぞれ位置している。
図10に示した固液分離装置の他の構成は、図1乃至図9に示した構成と実質的に変わりはない。図10に示した固液分離装置も、スクリュー24の軸線方向に隣り合って位置する固定部材3の間に1つの可動部材が配置され、隣り合う可動部材4が不動の固定部材3に対して直線往復運動するように構成されている。なお、図10における図4に対応する部分には、図4と同一の符号を付してある。
上述した構成に対して、スクリュー24の軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材4が互いに異なった位相で往復運動するように構成することもできる。
図11はその一例を示す説明図であり、ここに示した固液分離装置の基本構成は、図1乃至図9に示した装置と変わりはない。異なるところは、第1の可動ユニット41の第1の主動部材4Aと、これに連結棒44を介して固定連結された2つの第1の従動部材4Bと、第2の可動ユニット41Aの第2の主動部材4Cと、これに連結棒44Aを介して固定連結された2つの第2の従動部材4Dとが、それぞれスクリュー24の軸線方向に交互に配列されている点と、固定部材が設けられていない点である。すなわち、第1の可動ユニット41の各可動部材4と、第2の可動ユニット41Aの各可動部材4とが、スクリュー24の軸線方向Kに互いに隣り合って位置しているのである。かかる構成によっても、第1の可動ユニット41の可動部材4と、第2の可動ユニット41Aの可動部材4は、互いに位相差をもって矢印E,F方向に直線往復運動するので、固定部材が設けられていなくとも、隣り合う可動部材間の濾液排出間隙g(図3)に固形分が詰まることを防止できると共に、搬送される汚泥に対して絞り作用を与え、汚泥の脱水効率を高めることができる。この構成を採用すれば、固定部材を設けた場合にも、隣り合って位置する固定部材の間に、異なる可動ユニットの複数の可動部材を配置することもできる。或いは固定部材を全て省略し、或いはその数を減らすことができるので、固液分離装置の構成を簡素化することができる。
図12は、スクリュー24の軸線Kの方向に隣り合って位置する2つの固定部材3の間に複数の可動部材4が配置され、その複数の可動部材4であって、スクリュー24の軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材4が互いに異なった位相で直線往復運動するように構成された例を示している。すなわち、隣り合う固定部材3の間に位置する複数の可動部材4が、図11の場合と同じに配置され、その隣り合う可動部材が異なった位相で直線往復運動を行う。これにより、隣り合う可動部材4の間の濾液排出間隙に固形分が詰まることを阻止できる。なお、図12に示した固液分離装置の他の構成は、前述したところと変わりなく、両固定部材3は、図12には示していないステーボルトにより固定連結され、スクリュー24は、固定部材3と可動部材4に接触しない状態で貫通して延びている。
以上の説明から了解されるように、本例の固液分離装置は、少なくとも2組の可動ユニットを有し、その各可動ユニットは、複数の可動部材のうちの1つの可動部材より成る主動部材及び他の可動部材より成る少なくとも1つの従動部材と、その従動部材及び主動部材が共に作動するように、当該主動部材と従動部材を連結する連結手段と、主動部材を加圧して直線往復運動させるカムとを備えている。前述の実施形態例においては、連結棒44,44Aが、上記連結手段の一例を構成していることは既に述べたとおりである。しかも、スクリューの軸線方向に隣り合う2つのカムは、その各カムの所属する可動ユニットの可動部材が位相差をもって直線往復運動するように、互いに位相を異ならせて配置され、かつ全ての可動ユニットのカムが、モータにより回転駆動される共通の駆動軸に固定されているのである。
上述のように、図示した具体例においては、主動部材と従動部材を有する複数の可動ユニットを備え、主動部材がカムの回転によって作動するように構成されているが、本発明はこのような構成に限定されることはない。要は、本発明に係る固液分離装置は、複数の可動部材と、その複数の可動部材が共に作動するように当該複数の可動部材を連結する連結手段と、該複数の可動部材を駆動する例えばカムより成る駆動手段とを備えた第1及び第2の可動ユニットを具備し、第1の可動ユニットの駆動手段と、第2の可動ユニットの駆動手段は、その第1及び第2の可動ユニットの可動部材を、互いに異なった位相で往復運動させるように構成されていればよい。
図1乃至図10に示した具体例のように、隣り合って位置する固定部材の間に1つの可動部材を配置する構成と、図11に示したように、隣り合って位置する2つの可動部材を異なった位相で往復運動させる構成と、図12に示したように、隣り合って位置する2つの固定部材の間に複数の可動部材を配置する構成のうちの2又は3を適宜組み合わせて固液分離装置を構成することもできる。
ところで、固液分離部21の内部空間Sから、濾液排出間隙gを通して排出される固形分は、上方から下方に向けて落下するので、以上説明した具体例のように可動部材が上下方向に直線往復運動するように構成すると、効果的に濾液排出間隙gから固形分を排出できる。しかし、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、例えば、各可動部材が上下方向ではなく、それ自体公知のように、水平方向に往復動するように構成することもできる。また、上述した具体例においては、可動部材4と固定部材3がリング状の板材により構成されているが、それ自体周知のように、上部が開放された凹部を有する固定部材と可動部材を用いることもできる。さらに、上述した固液分離装置は1本のスクリューを有しているが、2本以上のスクリューを有する固液分離装置にも本発明を適用できる。これらについては、例えば特許文献1(本件特許第4374396号公報)を参照。図13は、2本のスクリュー24,124を有する固液分離装置に本発明を適用した例を示している。
以上説明した具体例においては、可動部材を作動させる駆動手段として、駆動軸51によって回転駆動されるカム49,49Aが用いられているが、かかるカム以外の適宜な駆動手段を用いることもできる。例えば、特許文献1の段落〔0029〕乃至〔0035〕並びに図4及び図5に記載されているように、可動部材に固定されたアーム部材(中間部材)に形成されている貫通孔に、駆動軸に固定された偏心カムを配置し、そのカムの回転によって可動部材を直線往復運動させることもできる。この例の偏心カムが可動部材を作動させる駆動手段を構成する。
或いは、同特許文献1の段落〔0045〕及び図9に記載されているように、可動部材にアーム部材(中間部材)を固定し、そのアーム部材に形成されている孔に被加圧部材を嵌着し、その被加圧部材に形成された長孔に駆動スクリューを貫通させ、その駆動スクリューの回転によって被加圧部材とアーム部材と可動部材を直線往復運動させることもできる。この例では、上述した駆動スクリューが可動部材を作動させる駆動手段を構成している。
さらに、流体圧シリンダなどのそれ自体公知な駆動手段によって、可動部材を直線往復運動させることもできる。
ところで、図1に示した固液分離装置において、スクリュー24の単位時間当たりの回転数は、汚泥を最も効率よく脱水できる所定範囲の値に設定することが好ましく、その回転数が過度に高速であったり、逆に過度に低速であることは避けるべきである。これに対し、可動部材4を往復動させる駆動軸51の回転数については、これを高く設定して、可動部材4を高速で往復動させることにより、濾液排出間隙g(図3)に入り込んだ固形分を迅速に下方に排出させることが好ましい。その際、図1に示した固液分離装置においては、スクリュー24と駆動軸51をそれぞれ別々のモータ28,52によって回転駆動しているので、モータ28によりスクリュー24を所望する回転数で回転駆動し、かつ駆動軸51を高速回転させて、可動部材を高速で往復動させることができる。スクリュー24と駆動軸51をそれぞれその目的に適した回転数で回転駆動できるのである。
モータ52を省略し、スクリュー24の軸部25に固定した歯車と、駆動軸51に固定した歯車を噛み合わせ、モータ28によってスクリュー24を回転駆動し、その回転を上記2つの歯車を介して駆動軸51に伝達するように構成することもできるが、この場合も、両歯車の歯数比を調整して、スクリュー24を所定の範囲の所望する回転数で駆動し、かつ駆動軸51を高速で回転駆動して、可動部材4を高速度で往復動させ、濾液排出間隙gに入り込んだ固形分を迅速に下方に排出させるように構成することができる。
図14に示した固液分離装置においては、複数の固定部材3と可動部材4が、汚泥搬送方向の上流側群Mと、下流側群Nとに二分され、上流側群Mにおける汚泥搬送方向最下流部に位置する固定部材(図14では、これに特に3Aの符号を付してある)が、第1の中間支持板60Aに固定され、下流側群Nにおける汚泥搬送方向最上流部に位置する固定部材(図14では、これに特に符号3Bを付してある)が、第2の中間支持板60Bに固定されている。第1及び第2の中間支持板60A,60Bは、その下部がステー12に固定支持され、その中間支持板60A,60Bの上部には、前述の駆動軸51が軸受を介して回転自在に支持されている。
また、上流側群Mの固定部材3,3Aと、下流側群Nの固定部材3,3Bは、それぞれ別々のステーボルト18A,18Bによって固定されている。その際、上流側のステーボルト18Aは、ナット19と19Aによって、入口部材1の側板7と第1の中間支持板60Aに固定され、下流側のステーボルト18Bは、ナット20と20Aによって出口部材2の側板9と第2の中間支持板60Bに固定されている。
図15に示すように、第1及び第2の中間支持板60A,60Bには、図14に示したスクリュー24が接触せずに貫通する貫通孔61A,61Bがそれぞれ形成され、両貫通孔61A,61Bは、両中間支持板60A,60Bにそれぞれ固定された連結筒70によって接続され、その連結筒70の内部を、スクリュー24が当該連結筒70に接触することなく貫通している。
上述した構成によれば、固定部材3を連結するステーボルトが、上流側のステーボルト18Aと、下流側のステーボルト18Bとに分けられ、上流側のステーボルト18Aの各端部が入口部材1と第1の中間支持板60Aとに強固に固定され、下流側のステーボルト18Bの各端部が第2の中間支持板60Bと出口部材2に強固に固定され、その両中間支持板60A,60Bがステー12に強固に支持されているので、固液分離装置の全体の剛性が高められ、装置の作動時にその装置を構成する各部材が大きく弾性変形して汚泥を脱水処理する機能が低下する不具合を阻止できる。
図16に示した固液分離装置においては、図1にも示した出口部材2の側壁9に、これに形成された開口10に整合して、出口筒部材62が固定されている。この出口筒部材62の出口側端部に形成された出口開口64に対向して、背圧装置40が配置されている。また出口筒部材62は、ほぼ一定の径を有する基部65と、その基部65に一体に連設されていて、出口開口64に向けて漸次縮径したテーパ部66を有している。
固液分離部の出口23から排出された汚泥は、矢印Dで示すように、出口筒部材62の内部空間に移動し、矢印D1で示すように出口開口64から排出される。このとき、出口筒部材62の内部は、基部65とテーパ部66の内壁面に取り囲まれた空間となっており、しかも出口筒部材62の出口開口64に対向して、背圧装置40が配置されているので、固液分離部からの圧力を受けて出口筒部材62の内部空間に移動した汚泥には、大きな圧力が加えられる。テーパ部66は、出口開口64に向けて漸次径を縮小しているので、出口筒部材62内の汚泥に加えられる圧力は一層高いものとなる。
上述のように、出口筒部材62の内部に存する汚泥に大きな圧力が加えられるので、その部材62に隣接する固液分離部内部の領域内を移動する汚泥に対しても大きな圧力が加えられる。このため、出口筒部材62の近くに位置する固定部材と可動部材の間の濾液排出間隙から効率よく濾液を排出させることができる。従って、固液分離部を構成する固定部材と可動部材の枚数を減らしても、汚泥に対する高い脱水効果を奏することができる。スクリュー24の羽根部を出口筒部材62の内部にまで伸ばすこともできる。
また図16に示した背圧装置40は、スクリュー24の軸部25に固定されて、その軸部25と共に回転する第1の受け部材67と、図示していない軸受を介して軸部25に嵌合した第2の受け部材68と、第1及び第2の受け部材67,68の間に配置され、かつ図示していない軸受を介して軸部25に嵌合した圧力センサ69とによって構成されている。第2の受け部材68と圧力センサ69は、軸部25と共に回転することはないが、その軸部25の中心軸線方向には摺動自在に軸部25に嵌合している。
出口筒部材62の出口開口64から排出されたケーキ状の汚泥は、背圧装置40の第2の受け部材68に当たって、これを押圧する。その圧力は、圧力センサ69を介して、軸部25に固定された第1の受け部材67に受け止められる。このとき、圧力センサ69は、汚泥の押圧力、すなわち出口筒部材62内、ないしはその近傍の固液分離部内の汚泥の圧力を検知する。この検知結果に基づいて、例えばスクリュー24の単位時間当たりの回転数が適正な値となるように制御される。
出口近傍の固液分離部内の汚泥の圧力を検知し、その検知結果に基づいてスクリューの回転数を制御すること自体は従来より公知であるが、図16に示したように、汚泥の出口開口64に対向した位置に圧力センサ69を設けると、出口開口64から排出された汚泥が圧力センサ69を直に加圧するので、固液分離部の出口近傍を搬送される汚泥の圧力を正確に検知することができる。このため、その圧力に対応して、正しくスクリュー24の回転数を制御することができる。
図14乃至図16に関連して上述した各構成以外の固液分離装置の構成は、先に説明した固液分離装置と変わりはないが、図14乃至図16を参照して説明した構成は、図1等に示した固液分離装置以外の各種形態の固液分離装置にも適用できるものである。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、各種改変して構成できるものである。
3 固定部材
4 可動部材
4A,4C 主動部材
4B,4B´,4B´´,4D,4D´,4D´´ 従動部材
24 スクリュー
41,41A,41B,41C 可動ユニット
45,45A 中間部材
46,46A 孔
47,47A 軸受
48,48A 円形カム孔
49,49A カム
51 駆動軸
S 軸線

Claims (5)

  1. 複数の可動部材と、該可動部材に接触しない状態で当該可動部材を貫通して延びるスクリューとを具備し、該スクリューの回転によって、液体を含む処理対象物を搬送しながら脱液処理する固液分離装置において、
    前記複数の可動部材のうちの1つの可動部材より成る主動部材及び他の可動部材より成る少なくとも1つの従動部材と、該従動部材及び前記主動部材が共に作動するように、当該主動部材と従動部材を連結する連結手段と、前記主動部材を加圧して直線往復運動させるカムとを備えた少なくとも2組の可動ユニットを具備し、前記スクリューの軸線方向に隣り合う2つのカムは、その各カムの所属する可動ユニットの可動部材が位相差をもって直線往復運動するように、互いに位相を異ならせて配置され、かつ全ての可動ユニットのカムが、モータにより回転駆動される共通の駆動軸に固定されており、前記可動ユニットは、その主動部材に回動可能に連結された中間部材を有し、前記カムは偏心カムより成り、かつ当該カムは、前記中間部材に形成された孔に嵌合した軸受の中心側の円形カム孔に摺動自在に嵌合し、前記カムの回転によって、前記中間部材を介して、前記主動部材を加圧した際、該主動部材とその主動部材が所属する可動ユニットの従動部材が直線往復運動するように、当該主動部材と従動部材の少なくとも1つを案内するガイド手段を具備することを特徴とする固液分離装置。
  2. 前記ガイド手段は、前記主動部材と前記従動部材が上下方向に直線往復運動するように、当該手動部材と従動部材の少なくとも1つを案内する請求項1に記載の固液分離装置。
  3. 前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材が互いに異なった位相で直線往復運動する請求項1又は2に記載の固液分離装置。
  4. 前記スクリューに接触しない状態で配置された複数の固定部材を有し、前記スクリューは、前記可動部材と固定部材を貫通して延びていて、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する固定部材の間に1つの可動部材が配置されている請求項1又は2に記載の固液分離装置。
  5. 前記スクリューに接触しない状態で配置された複数の固定部材を有し、前記スクリューは、前記可動部材と固定部材を貫通して延びていて、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する固定部材の間に複数の可動部材が配置され、該複数の可動部材であって、前記スクリューの軸線方向に隣り合って位置する2つの可動部材は、互いに異なった位相で直線往復運動する請求項1又は2に記載の固液分離装置。
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