説明

混合物分離構造およびデカンタ

【課題】 含水物質から脱水する混合物分離作業を、低コスト、低労力かつ迅速に行える混合物分離構造を提供すること。
【解決手段】 混合物分離構造1は、直径よりも高さ寸法が大きい円筒体2を一または複数用いる。円筒体2は、混合物の供給口2Aが一方端部に、また分離処理後の排出物の排出口2Bが他方端部に設けられており、円筒体2の側面には透水性の透過構造3が形成され、円筒体2には、これを自転軸P回りに回転させる自転機構4Pが設けられ、自転軸Pとは角度θのある状態で設定された公転軸S回りに円筒体2を回転させる公転機構5Sも設けられている。さらに、供給口2Aから排出口2Bに向かって自転軸4Pと公転軸Sの離間間隔が増すように円筒体2が配置される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は混合物分離構造およびデカンタに係り、特に、砕石や洗浄等によって水分を多量に帯びている骨材の脱水や、その他の混合物分離作業を、低コスト、低労力かつ迅速に処理することのできる、混合物分離構造およびデカンタに関するものである。
【背景技術】
【0002】
〈骨材の製品化までのプロセス〉
一般的に、建設・土木用に用いられる、セメントコンクリート、アスフファルト合材、さらにU字溝などの2次製品、道路用骨材などは規格が決まっており、それ以外の成分の混入は許されない規格の統一性がある。たとえば、40〜0という砕石の種類があるが、これは40mmから0mmまでの間というものでなく、最大40mmの骨材で0mmまで均等に配分されているのが、規格の条件である。
【0003】
このように、20mm、25mm、40〜0、細砂(山砂、川砂、クラッシャーラン)等などの規格に骨材に分けて、用途に応じ、多種に渡って、業者は骨材の供給に与している。ここで、各骨材はその画一性を持たせるために、振動篩やトロンメルなどで、大きさの均等化や、泥分の除去などの処理がなされて、製品として出荷される。
【0004】
〈骨材の洗浄〉
各骨材は、0mm分のある物以外は水による洗浄をしており、泥分の除去の画一化を図っていて、砕石の類は比重が大きいためかなりの速度で処理できる。しかし砂に関しては、水量が多ければ洗浄効果は大きいものの、その分無駄な経費がかかることとなり、逆に少ない水での洗浄では製品の質が落ちるといったジレンマに陥る。
【0005】
最近は、経費の負担増が原因となって、砕石場での砂供給事業は撤退の傾向がみられる。しかし天然の砂の採掘には限界があり、大手採集業者は中国などに進出して、国内の需要を賄う傾向である。一方国内採集業者は、露天堀り採集の場合、ハイメッシュセパレーター、グラベルクリーン、スパイラル分級機などで洗浄を行い、また、水が大量に使用できる場合はサンドポンプ船などによる採集が行われている現状である。
【0006】
なお、当該分野では従来から技術的提案もなされており、後掲特許文献1開示の技術は、低コストで砂場の砂を清浄化し再利用可能とすることを目的として、砂を供給する供給コンベヤと、そこから供給された砂を篩分けて所定粒度範囲の砂を選別する一次スクリーンと、選別された砂を洗浄分級する湿式分級機と、移送コンベアーと、搬送された砂の二次洗浄および水切りを行う二次スクリーンと、二次洗浄された砂に消毒液を散布するミキサーと、処理済の砂を返送するコンベアーとで構成される装置を提案したものである。
【0007】
【特許文献1】特開平8−1037号公報「砂洗浄装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
〈砂洗浄の問題点〉
砂は、性質上よく躍らせておくと泥分の除去が容易ではあるが、時間がかかる上、大量の水が必要であり、また洗浄して使用した水の再利用や処分の問題もはらんでいる。一つの手段として、大量の水でスパイラル状態を作り、材料の3〜5倍ほどの水を用いて洗浄するサンドポンプ船によれば、製品の質もよく、したがって需要も多い。しかし、採集場所や機械経費、人件費などがネックになっている。このように砂の洗浄における業者の経費削減は経営上の重要な問題となっている。
【0009】
経費のかかるポイントの一つを挙げると、サンドポンプ船から振動篩などでゴミなどを除去した後の砂を水と一緒に大きな池に貯め、バックホーなどの建設機械を用いて汲み上げる作業がある。この作業には熟練を要するため、ベテランの運転手と故障の少ない機械、主として新車〜5年落ち程度の機械で汲み上げる必要がある。この汲み上げ作業を、たとえばベルトコンベアーを用いた搬出工程を設けることなどによって機械化できれば便利だが、従来技術によりこれを実現することは困難な現状である。以下、より詳しく説明する。
【0010】
まず、ハイメッシュセパレーターは、砂が槽の下に貯まらないと分級できない構造である。したがって、その性能如何によらず、砂を躍らせて採取するサンドポンプと併せ用いることは極めて困難である。実際に行おうとすると、採集した砂は半分ほども流れてしまうことになる。結局ハイメッシュセパレーターは規模が大きすぎるため、移動して稼動するサンドポンプ船には不適合である。
なお、グラベルクリーンは山などから採集した砂を水洗いする機械であるから、サンドポンプ船には適用できない。
【0011】
また、スパイラル分級機は一般的な装置ではあるが、能力が非常に小さく、せっかく高性能サンドポンプ船を製造しても、その能力が十分発揮できない。つまり、双方を相互に適合させるためには巨大なスパイラルを備えた機械でなければならない。そのため、本来は移動しつつ砂を直接採集していく機能を有するサンドポンプ船は、その機動性を発揮できないのである。結局、スパイラル分級機の洗砂能力を優先させることとなり、ショベル等で採集された分級前の砂は、サンドポンプ船とスパイラル分級機の設置されている場所までダンプトラックなどで運搬され、処理されているのが現状である。
【0012】
〈課題と解決方針〉
そこで、これら従来の砂洗浄に関する装置・技術の問題点を克服する方向性を検討するために、従来の各装置・技術に共通する原理を考察したところ、いずれの洗砂技術も、水を使用して重力による沈殿を待つ、という原理であることが注目された。そこで、洗い終わった砂、あるいは洗い終わる砂を採集する方法として、砂を分離するのではなく、逆に水を切ることに想到した。つまり、本発明が解決しようとする課題は、砕石や洗浄等によって水分を多量に帯びている骨材を迅速に脱水可能な、骨材分離構造および骨材用デカンタを提供することである。
【0013】
また本発明の課題は、以上述べた骨材のみならず、多種多用な含水物質から脱水したり、固液分離したり、その他広く混合物分離作業を、低コスト、低労力かつ迅速に行うことのできる、混合物分離構造およびデカンタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本願発明者が上記課題について検討した結果、重力ではなく遠心力を用い、かつその遠心力によって別方向への一定の流れを起こす特別な構造に想到し、これによって上記課題の解決が可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【0015】
(1) 直径よりも高さ寸法が大きい円筒体を一または複数用いて混合物を分離することのできる混合物分離構造であって、
該円筒体は分離対象たる混合物の供給口が一方端部に、また分離処理後に円筒体内に残留する相の排出口が他方端部に設けられており、
該円筒体の側面には混合物の他の相を外部へ通過させるための透過構造が形成されており、
該円筒体にはこれを中心軸(自転軸)回りに回転させる自転機構が設けられているとともに、
該自転軸とは角度のある状態で設定された公転軸回りに該円筒体を回転させる公転機構が設けられており、
該供給口から該排出口に向かって該自転軸と該公転軸の離間間隔が増すように該円筒体が配置されている、
混合物分離構造。
(2) 前記自転機構による前記円筒体の自転速度は、前記公転機構による公転速度よりも小さく設定されることを特徴とする、(1)に記載の混合物分離構造。
【0016】
(3) 前記円筒体は、前記公転機構による公転軌道上に等間隔で二以上設けられていることを特徴とする、(1)または(2)に記載の混合物分離構造。
(4) 前記公転軸に対する前記自転軸の角度を調節するための角度調節手段が設けられていることを特徴とする、(1)ないし(3)のいずれかに記載の混合物分離構造。
(5) 前記混合物は固体と液体が混合したスラリーであり、該スラリーの固液分離を目的とすることを特徴とする、(1)ないし(4)のいずれかに記載の混合物分離構造。
(6) (5)に記載の混合物分離構造を用いたデカンタ。
【発明の効果】
【0017】
本発明の混合物分離構造およびデカンタは上述のように構成されるため、これによれば、多種多用な含水物質から脱水したり、固液分離したり、その他、広く混合物分離作業を、低コスト、低労力かつ迅速に行うことが可能である。もちろん、砕石や洗浄等によって水分を多量に帯びている骨材も、低コスト、低労力かつ迅速に脱水可能であり、砂洗浄において従来解決できずにいた高い費用や重厚な設備構成、大きな労力、および処理速度や効率性の問題を、すべて解決することができる。
【0018】
なお、本発明に係る混合物分離構造では、上記透過構造を通水生のあるメッシュとしたり、あるいはその仕様や材質(金属、化学繊維など)を種々設計することによって、多種多様な含水物質の脱水や、固液分離、その他の混合物分離作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図1Aは、本発明の混合物分離構造の構成を示す側断面図である。また、
図1Bは、本発明の混合物分離構造の構成を示す上面図である。また、
図2は、本発明の混合物分離構造における作用を示す側断面図である。これらに図示するように本発明混合物分離構造1は、直径よりも高さ寸法が大きい円筒体2を一または複数用いて混合物を分離することのできる構造であって、円筒体2は、分離対象たる混合物の供給口2Aが一方端部に、また分離処理後に円筒体2内に残留する相の排出口2Bが他方端部に設けられており、円筒体2の側面には混合物の他の相を外部へ通過させるための透過構造3が形成されており、そして円筒体2には、これを中心軸(自転軸)P回りに回転させる自転機構4Pが設けられているとともに、自転軸Pとは角度θのある状態で設定された公転軸S回りに円筒体2を回転させる公転機構5Sも設けられており、さらに、供給口2Aから排出口2Bに向かって自転軸4Pと公転軸Sの離間間隔が増すように円筒体2が配置されていることを、主たる構成とする。
【0020】
図2に示すように、上述の構成によって本混合物分離構造1では、分離対象たる混合物Mが円筒体2の供給口2Aを通して供給される。一方、円筒体2は、自転機構4Pにより自転軸P回りに回転させられる(自転)とともに公転機構5Sにより公転軸S回りに回転させられる(公転)、もしくは自転と公転が既に回転させられた状態となっている。円筒体2内に導入された混合物Mは、円筒体2の自転による遠心力より、もしくは自転と公転それぞれによる遠心力により、混合物Mは円筒体2内の内壁方向へと押し寄せられる。特に公転による遠心力の条件によっては、混合物Mは、円筒体2の内部中、公転軌道の遠心方向へと押し寄せられる。
【0021】
混合物Mを構成する複数種類の物質のうち、円筒体2に設けられた透過構造3を透過可能な物質Wは、遠心力によって、透過構造3を透過して外部へと排出される。透過構造3は篩いの役割を果たし、異なる粒径や状態の物質が複数種類混合してなる混合物Mを、その粒径や状態によって分離するものである。たとえば、透過構造を通らない大粒径の物質と、通る小粒径の物質との分離、透液性の透過構造を通らない個体と、これを通る液体との分離、である。
【0022】
円筒体2の公転軸Sは、自転軸Pとは角度θのある状態で設定され、かつ円筒体2の供給口2Aから排出口2Bに向かって自転軸Pと公転軸Sの離間間隔が増すように円筒体2が配置されているため、混合物Mの中で透過構造3によって円筒体2の外部に排出されずに内部に残る相および未処理の混合物M(以下、「混合物等」ともいう。)は、円筒体2の自転および公転につれて円筒体2内部を徐々に上昇していく。つまり、円筒体2の自転による遠心力で内壁方向に押し付けられている混合物M等が、該自転によって公転軌道の中心側に向かっていくにしたがい、混合物M等はより上方に上がっていく。これは、円筒体2が公転軸Sに対して傾いているためである。
【0023】
この位置では、自転による遠心力と公転による遠心力が相互に打ち消し合うことになるため、混合物M等を円筒体2の内壁へと押し付ける力は弱まり、混合物M等は内壁からはがれて円筒体2内部中央側へと遊離する。しかし円筒体2の自転によって回転がさらに進むと、遊離した混合物M等にかかる円筒体2内壁から外部方向への遠心力は再び大きくなるため、遊離した混合物M等は再度、円筒体2内壁方向へと押し付けられていき、透過構造3での作用がなされる。このとき、混合物M等の高さ位置は、1回転前のときと比べて上方に上がっている。かかる作用が繰り返されて、混合物M等は徐々に上昇していき、円筒体2に透過構造3が設けられている限り、そこでの分離がなされる。
【0024】
その間も、透過構造3が設けられている限りは、透過構造3を通しての排出はなされる。このように、円筒体2内を上昇せしめられながら分離処理がなされて混合物M等は円筒体2の後端側に移動していき、最後に、分離処理を経て円筒体2内に残留する相は、排出口2Bから排出物Rとして排出される。これにより、混合物Mの分離がなされる。
【0025】
混合物等が円筒体内で上述のように動くことを円滑にするために、本発明の混合物分離構造1は、自転機構4Pによる円筒体2の自転速度と、公転機構5Sによる公転速度とを、適した速度に設定するものとすることができる。特に、自転機構4Pによる円筒体2の自転速度を、公転機構5Sによる公転速度よりも小さく設定するものとすることができる。たとえば、自転を20rpm、公転を300〜400rpm等である。
【0026】
本発明混合物分離構造1の円筒体2は、直径よりも高さ寸法が大きいものであって、自転、公転に耐え、混合物を問題なく分離できるものである限り、形状・材質・物性・大きさ・厚さ等は特に限定されない。また、混合物Mの供給口2Aや排出口2Bの位置・大きさ・形状等も特に限定されない。
【0027】
また、透過構造3は、円筒体2の側面に設けられて、混合物M中の透過可能な物質Wを外部へ通過させることができるものである限り、あらゆる構造とすることができる。なお透過構造3は、役割としては篩いであるため、メッシュ構造そのもの、もしくはそれを備えたものである。しかしその材質、メッシュの規格、透過構造3全体のサイズ、円筒体2上の具体的設置位置等は、分離すべき混合物の種類、性状その他の特徴に応じて、備えるものとすることができる。用途に応じ、着脱可能な透過構造3としてもよい。
【0028】
また、自転機構4P、公転機構5Sの具体的構造は、円筒体2の自転、公転を円滑に実現できるものである限り任意である。なお、自転と公転の回転方向は同一方向とすればよいが、逆方向の回転とすることも、本発明から排除されない。
【0029】
自転軸Pと公転軸Sとがなす角度θの大きさは、0°を超え90°未満の範囲内であって、円筒体2内の混合物M等が回転によって円筒体2内を充分上昇できる程度に大きく、かつ、供給口2Aから入れられた混合物Mがすぐに排出口2Bから排出してしまわない程度に小さく、円滑な分離が行える限り、あらゆる角度を用いることができる。
【0030】
図3は、本発明の混合物分離構造の構成例を示す斜視図である。図示するように本混合物分離構造21は、円筒体22が、公転機構による公転軌道上に等間隔で二以上設けられた構成とすることができる。図は二体設けた例であるが、三体以上の任意の数設けることとしてもよい。二以上の円筒体22を設けることにより、混合物の処理量を多くでき、分離効率を高めることができる。
【0031】
なお、本発明の混合物分離構造において円筒体を複数設ける場合であっても、図3のように公転軌道上に等間隔で配置するのではなく、たとえば隣合わせに配置するなど、適宜の配置方法とすることも、本発明の範囲内である。しかしながら、図3に示すように等間隔に配置することで、公転時のバランスの崩れを起こしにくくして、装置運転の安定化を図ることができる。
【0032】
図4は、角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成を示す側断面図である。また、
図5は、角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成例を示す斜視図である。これらに図示するように本発明混合物分離構造31は、公転軸3Sに対する自転軸3Pの角度θを調節するための角度調節手段38を設けた構成とすることができる。これにより自在に角度調節を行うことができ、それによって、分離すべき混合物の組成・性状・処理量・処理速度等に応じて、分離効率を最適化することができる。
【0033】
また、角度を変えることにより、排出物の排出速度や、脱水程度等の分離度合いの強弱を、自在に設定することも可能である。なお、角度調節手段38の具体的構造は、従来公知の技術を用いることができ、特に限定されない。
【0034】
なおまた本発明の混合物分離構造は、分離処理実行中に角度を調節、変更可能な構成としてもよい。つまり本発明の混合物分離構造は、円筒体32内における混合物等の状態に応じて、分離処理の各工程を円滑化するための随時の角度調節可能な構成とすることができる。
【0035】
図6a、6bは、角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造について別の構成例を示す側断面図である。本例では図示するように、円筒体42は円筒体支持部48等によって、公転軸40Sに対して繋ぎ止められた構造とする。符号49で示される部位は、円筒体42上において円筒体支持部48が接続される部位であり、たとえばベアリング等適宜のものを用いることができる。
【0036】
ここで円筒体支持部48は、バネ等の弾性体、アクチュエータ等、その長手方向に対して伸縮可能な構造のものとする。そして、公転による遠心力を左右する要素である円筒体42に対する混合物供給量(あるいは供給速度)や、円筒体42の公転速度の如何によって、円筒体支持部48の伸縮が制御されるように構成する。これら円筒体支持部48等と、特に図示しない混合物供給量・公転速度等の制御手段との協働によって、角度調節手段が構成される。
【0037】
つまり図6a等の例においては、たとえば次のように構成できる。すなわち、設定された所定の混合物供給量(あるいは供給速度)または公転速度を超えない場合には、円筒体支持部48は、張力により図6aに示すような、さほどの傾斜が生じず、より直立に近い状態で、一定角度での初期状態を維持できるようにする。これにより、混合物の分離は、より時間をかけて丁寧になされる。
【0038】
一方、所定の混合物供給量(あるいは供給速度)または公転速度を超えた場合には、円筒体支持部48は、遠心力によって図6bに示すように伸長し、それによって円筒体42をより傾斜させて、より水平に近い状態となさしめる。これにより、混合物の分離は、より高速でなされる。かかる構成によって、処理すべき混合物の量・物性等の特徴、要求される処理速度等に応じ、適宜自在に供給量や公転速度等を制御することで、公転軸40Sに対する自転軸40Pの角度つまり円筒体の角度を調節することができる。
【実施例】
【0039】
本発明の混合物分離構造は、固体−固体分離にも、固体−液体分離にも用いることができるが、特に、固体と液体が混合したスラリーの固液分離に最適である。以下、本発明の実施例として、砂などの骨材を含む混入水すなわちスラリーの固液分離用に用いるための、本発明混合物分離構造を用いたデカンタの概要を説明する。
【0040】
胴長で通水周壁を持ち、自身の軸回りに自転する円筒体2体を、対向させるかもしくは隣り合わせに配置し、これら自身がさらに、共通の軸回りに回転する、すなわち公転するように構成する。円筒体は、スラリーの供給口側から排出口方向に向かって外側、すなわち公転軌道の遠心方向に傾斜するように配置構成される。供給口から円筒体にスラリーが供給され、円筒体の自転および公転によってスラリーはラジアル状に排出口方向に進みつつ分離処理がなされ、最後は排出口から排出される。なお通水周壁には、メッシュ0網を用いればよい。
【0041】
自転する円筒体中のスラリーは、公転による遠心力と自転による遠心力の向きが一致する位置、すなわち最も外側に位置するときに、円筒体に設けられた通水周壁を通して、スラリー中の水分が遠心分離されて円筒体の外に吐き出される。また、公転による遠心力と自転による遠心力の向きが反対となる位置、すなわち最も内側に位置するときに、スラリーはそれまで押し付けられていた円筒体内壁から剥がれ落ちる。
【0042】
しかし剥がれ落ちたスラリーは、円筒体の自転につれてすぐにまた内壁に押し付けられていき、脱水がなされる。このときスラリーは、1回転前の位置よりも排出口方向へと移動している。これらの動作が連続してなされ、スラリーはスパイラル状に排出口方向へと移動していく。このようにして、スラリーが水と骨材に分離されて、排出される。
【0043】
なお、公転速度を、充分な遠心力を期待できる300rpm以上とする場合、自転速度は20rpm程度とすることによって、公転と自転の向きが反対となるときの自転による遠心力がほとんど出ない状態とすることができ、スラリーの剥がれ落ち(遊離)を生ぜしめることができる。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明の混合物分離構造およびデカンタによれば、スラリーの脱水その他種々の混合物分離作業を、低コスト、低労力かつ迅速に行うことが可能である。重力ではなく遠心力によって、1分間に6t〜10tもの大量の処理が可能であり、砕石や洗浄等によって水分を多量に帯びている骨材の脱水を始めとして、広い産業分野において利用価値が高い発明である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1A】本発明の混合物分離構造の構成を示す側断面図である。
【図1B】本発明の混合物分離構造の構成を示す上面図である。
【図2】本発明の混合物分離構造における作用を示す側断面図である。
【図3】本発明の混合物分離構造の構成例を示す斜視図である。
【図4】角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成を示す側断面図である。
【図5】角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成例を示す斜視図である。
【図6a】角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成例を示す側断面図である。
【図6b】角度調節手段を備えた本発明の混合物分離構造の構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【0046】
1、21、31、41…混合物分離構造
2、22、32、42…円筒体
2A、22A、32A…供給口
2B、22B、32B…排出口
3、23、33…透過構造
38…角度調節手段
48、49…円筒体支持部
4P、34P…自転機構
5S、35S…公転機構
M…混合物
P、2P、3P、40P…中心軸(自転軸)
R…排出物
S、2S、3S、40S…公転軸
W…透過可能な物質


【特許請求の範囲】
【請求項1】
直径よりも高さ寸法が大きい円筒体を一または複数用いて混合物を分離することのできる混合物分離構造であって、
該円筒体は分離対象たる混合物の供給口が一方端部に、また分離処理後に円筒体内に残留する相の排出口が他方端部に設けられており、
該円筒体の側面には混合物の他の相を外部へ通過させるための透過構造が形成されており、
該円筒体にはこれを中心軸(自転軸)回りに回転させる自転機構が設けられているとともに、
該自転軸とは角度のある状態で設定された公転軸回りに該円筒体を回転させる公転機構が設けられており、
該供給口から該排出口に向かって該自転軸と該公転軸の離間間隔が増すように該円筒体が配置されている、
混合物分離構造。
【請求項2】
前記自転機構による前記円筒体の自転速度は、前記公転機構による公転速度よりも小さく設定されることを特徴とする、請求項1に記載の混合物分離構造。
【請求項3】
前記円筒体は、前記公転機構による公転軌道上に等間隔で二以上設けられていることを特徴とする、請求項1または2に記載の混合物分離構造。
【請求項4】
前記公転軸に対する前記自転軸の角度を調節するための角度調節手段が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の混合物分離構造。
【請求項5】
前記混合物は固体と液体が混合したスラリーであり、該スラリーの固液分離を目的とすることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の混合物分離構造。
【請求項6】
請求項5に記載の混合物分離構造を用いたデカンタ。



【図1A】
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【図1B】
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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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【図6a】
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【図6b】
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【公開番号】特開2010−51859(P2010−51859A)
【公開日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−217452(P2008−217452)
【出願日】平成20年8月26日(2008.8.26)
【出願人】(302008076)
【Fターム(参考)】