| 【発明の名称】 |
遠心薄膜乾燥機 |
| 【発明者】 |
【氏名】小 川 智
【氏名】森 川 彰
【氏名】井 手 勝 記
【氏名】佐 藤 信
【氏名】河 内 恭 三
|
| 【要約】 |
【課題】主軸を駆動する駆動モータの過負荷トリップを未然に防止し、安定した運転を行なうことができる遠心薄膜乾燥機を提供する。
【解決手段】遠心薄膜乾燥機２０は、伝熱胴１と、伝熱胴１内に回転自在に設けられた主軸２と、主軸２に取付けられたブレード４とを備えている。主軸２は駆動モータ７により駆動され、駆動モータ７の電流値は制御装置１９へ送られる。制御装置１９は駆動モータ７からの電流値に基づいて、濃縮汚泥供給ポンプ１８の回転数を制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸と、主軸を駆動する駆動モータと、汚泥投入口に設けられ、回転数が可変となる汚泥供給ポンプとを備え、汚泥供給ポンプは駆動モータの電流値に基づいて、制御装置によりその回転数が制御されることを特徴とする遠心薄膜乾燥機。
【請求項２】伝熱胴には蒸発蒸気排出口が設けられるとともに、この蒸発蒸気排出口にブロアが取付けられ、制御装置は駆動モータの電流値に基づいて、ブロアの風量制御を更に行なうことを特徴とする請求項１記載の遠心薄膜乾燥機。
【請求項３】伝熱胴には洗浄水を噴出する洗浄水ノズルが設けられ、制御装置は駆動モータの電流値に基づいて、洗浄水ノズルの駆動制御を更に行なうことを特徴とする請求項１記載の遠心薄膜乾燥機。
【請求項４】汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸とを備え、伝熱胴はステンレス鋼からなる母材と、この母材内面に被覆され５００μｍ以下の厚さの被膜とからなり、この被膜は耐摩耗性を有する粉末材料からなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機。
【請求項５】汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸と、伝熱胴は鋼材からなる母材と、この母材内面に被覆された５００μｍ以下の厚さの被膜とからなり、この被膜は耐摩耗性および耐食性を有する粉末材料からなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機。
【請求項６】汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸とを備え、伝熱胴は耐食性を有する母材と、この母材内面にイオン窒化法または軟窒化法により形成された硬化処理層とからなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、食品工業、化学工業、産業廃棄物処理業、水処理業などにおいて用いられる遠心薄膜乾燥機に関する。
【０００２】
【従来の技術】遠心薄膜乾燥機は、無薬注の運転を一回行うだけで、高含水率の脱水汚泥などを自然焼却可能な低含水率の程度にまで脱水、乾燥させることができる。このため遠心薄膜乾燥機は、脱水汚泥などの脱水、乾燥のための装置として、省エネルギーおよび環境保護の面から注目されている。
【０００３】図８に、従来の遠心薄膜乾燥機の全体断面図を示す。図８において、遠心薄膜乾燥機２０は薄肉の伝熱胴１と、伝熱胴１内部に伝熱胴１と同軸に設けられた主軸２とを備えている。伝熱胴１の上部には脱水汚泥６が投入される汚泥投入口１ａが設けられ、伝熱胴１の下端部には乾燥汚泥１０が排出される汚泥排出口１ｂが設けられている。主軸２は、駆動モータ７の駆動によってプーリ１５およびベルト１６を介して回転するようになっている。主軸２の汚泥投入口１ａ近傍部分に汚泥投入口１ａから伝熱胴１内に供給された脱水汚泥６を伝熱胴１内面に沿って分散させるための分配リング３が設けられている。
【０００４】また、伝熱胴１の外側には汚泥の脱水、乾燥用の熱源となる蒸気ジャケット５が設けられ、この蒸気ジャケット５内に蒸気入口５ａから加熱蒸気が流入し、蒸気出口５ｂから流出するようになっている。
【０００５】図８において、汚泥投入口１ａから伝熱胴１内に供給された脱水汚泥６は、主軸２とともに回転する分配リング３によって伝熱胴１の内壁に沿うように分散される。さらに脱水汚泥６は主軸２とともに回転するブレード４によって伝熱胴１の内壁に押付けられ薄膜状に引延ばされる。そして、薄膜状となった脱水汚泥６は、脱水汚泥６の自重および次々に供給される新たな脱水汚泥６の圧力によって、少しずつ降下する。その際、脱水汚泥６は、伝熱胴１の外側の蒸気ジャケット５内に供給される加熱蒸気によって伝熱胴１を介して加熱され、その水分が蒸発して乾燥されて、乾燥汚泥１０となる。この乾燥汚泥１０は伝熱胴１の下端に設けられた汚泥排出口１ｂから排出される。他方、脱水汚泥６から蒸発した水分は、伝熱胴１の上部に設けられた蒸発蒸気排出口１２から外方へ排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような遠心薄膜乾燥機２０において、汚泥投入口１ａから伝熱胴１内に供給される脱水汚泥６は季節によりその性状が変化する。このような脱水汚泥６の性状の変化に伴なって遠心薄膜乾燥機２０の駆動モータの負荷も変動し、場合によっては駆動モータの過負荷トリップが生じることがある。
【０００７】また脱水汚泥の性状によっては、伝熱胴内が摩耗してしまうこともある。
【０００８】本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、季節によって脱水汚泥の性状が変わっても、駆動モータの過負荷トリップを未然に防止しかつ小電力で汚泥を乾燥させることができ、さらに伝熱胴の耐摩耗性を高めることができる遠心薄膜乾燥機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸と、主軸を駆動する駆動モータと、汚泥投入口に設けられ、回転数が可変となる汚泥供給ポンプとを備え、汚泥供給ポンプは駆動モータの電流値に基づいて、制御装置によりその回転数が制御されることを特徴とする遠心薄膜乾燥機である。
【００１０】本発明は、汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸とを備え、伝熱胴はステンレス鋼からなる母材と、この母材内面に被覆され５００μｍ以下の厚さの被膜とからなり、この被膜は耐摩耗性を有する粉末材料からなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機である。
【００１１】本発明は、汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸とを備え、伝熱胴は鋼材からなる母材と、この母材内面に被覆された５００μｍ以下の厚さの被膜とからなり、この被膜は耐摩耗性および耐食性を有する粉末材料からなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機である。
【００１２】本発明は、汚泥投入口と汚泥排出口とを有する円筒状の伝熱胴と、伝熱胴内に回転自在に設けられるとともに、多数のブレードが取付けられた主軸とを備え、伝熱胴は耐食性を有する母材と、この母材内面にイオン窒化法または軟窒化法により形成された硬化処理層とからなることを特徴とする遠心薄膜乾燥機である。
【００１３】本発明によれば、主軸を駆動する駆動モータの電流値に基づいて、制御装置が汚泥供給ポンプの回転数を制御するため、汚泥の性状に応じて伝熱胴内への汚泥の投入量を調整することができ、これにより駆動モータの過負荷トリップを未然に防止できる。
【００１４】また本発明によれば、伝熱胴の母材内面に耐摩耗性を有する被膜、あるいは硬化処理層を形成したので、伝熱胴の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】第１の実施の形態以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１６】図１乃至図５は本発明による遠心薄膜乾燥機の第１の実施の形態を示す図である。
【００１７】図１に示すように遠心薄膜乾燥機２０は円筒状の伝熱胴１と、この伝熱胴１内に回転自在に配設された主軸２とを備えている。
【００１８】伝熱胴１の上部には脱水汚泥６が投入される汚泥投入口１ａが設けられ、下端部には乾燥汚泥１０が排出される汚泥排出口１ｂが設けられている。
【００１９】また主軸２の汚泥投入口１ａ近傍に、汚泥投入口１ａから伝熱胴１内に供給された脱水汚泥６を伝熱胴１内面に沿って分散させるための分散リング３が設けられている。さらに主軸２には脱水汚泥６を伝熱胴１内面に引延ばすためのブレード４が複数固着されている。
【００２０】また伝熱胴１の外側には蒸気ジャケット５が設けられ、該蒸気ジャケット５には、加熱蒸気が流入する蒸気入口５ａと加熱蒸気が流出する蒸気出口５ｂとが設けられており、蒸気ジャケット５内の加熱蒸気により伝熱胴１が加熱されるようになっている。また伝熱胴１の上部に蒸発蒸気排出口１２が設けられている。
【００２１】さらに、伝熱胴１の汚泥投入口１ａには脱水汚泥６を供給するとともに回転数が可変となる濃縮汚泥供給ポンプ１８が設けられ、さらに蒸発蒸気排出口１２には回転数が可変となるブロア２２が設けられている。また伝熱胴１内の分配リング３上方には洗浄水ノズル３０が設置されている。
【００２２】遠心薄膜乾燥機２０の主軸２は、プーリ１５およびベルト１６を介して駆動モータ７に連結され、駆動モータ７には電流変換器１７が設けられている。
【００２３】電流変換器１７は制御装置１９へ接続され、制御装置１９は電流変換器１７から送られる駆動モータ７の電流値に基づいて、濃縮汚泥供給ポンプ１８を駆動するインバータ２１ａを制御する。同時に制御装置１９は駆動モータ７の電流値に基づいて、ブロア２２を駆動するインバータ２１ａを制御するとともに、洗浄水ノズル３０を駆動制御する。
【００２４】次にこのような構成からなる本実施の作用について説明する。図１において、汚泥投入口１ａから伝熱胴１内に供給された脱水汚泥６は、主軸２とともに回転する分配リング３によって伝熱胴１の内壁に沿うように分散される。さらに脱水汚泥６は、回転する主軸２に取付けられたブレード４によって伝熱胴１の内壁に押付けられ薄膜状に引延ばされる。そして、薄膜状となった脱水汚泥６は、脱水汚泥６の自重および次々に供給される新たな脱水汚泥６の圧力によって、少しずつ降下する。その際、脱水汚泥６は、伝熱胴１の外側の蒸気ジャケット５内に供給される加熱蒸気によって伝熱胴１を介して加熱され、その水分が蒸発して乾燥されて、乾燥汚泥１０となる。この乾燥汚泥１０は伝熱胴１の下端に設けられた汚泥排出口１ｂから排出される。他方、脱水汚泥６から蒸発した水分は、伝熱胴１の上部に設けられた蒸発蒸気排出口１２から外方へ排出される。
【００２５】次に制御装置１９の作用を図２（ａ）（ｂ）により説明する。まず主軸２を駆動する駆動モータ７の電流値が電流変換器１７により変換されて制御装置１９へ入力される。通常、駆動モータ７の電流値は所定の上限値Ｈ以下で変化する。しかし、脱水汚泥６は、季節により汚泥の性状が変化するため、駆動モータ７の負荷が変化することがある。
【００２６】駆動モータ７の負荷が、所定の上限値Ｈに達すると、制御装置１９はインバータ２１ａの出力電流を上げ、濃縮汚泥供給ポンプ１８の回転数を増加させる。次に制御装置１９は内蔵するタイマにより与えられたある時間経過後、インバータ２１ａの出力電流を戻し、濃縮汚泥供給ポンプ１８の回転数を戻す（図２（ａ）および図５（ａ））。
【００２７】同時に制御装置１９は駆動モータ１７の電流値が所定の上限値Ｈに達すると、インバータ２１ｂの出力電流を下げブロア２２の回転数を基準の回転数より減少させる。その後、制御装置１９は内蔵するタイマにより与えられたある時間経過後、インバータ２１ｂの出力電流を戻し、ブロア２２の回転数を戻す（図２（ｂ）および図５（ｂ））。
【００２８】一般に駆動モータ７の電流値が上限値Ｈに達する場合は、主軸２のブレード４に脱水汚泥６が付着し、ブレード４が脱水汚泥６を持ち回る状態と考えられる。このため伝熱胴１内への脱水汚泥６の投入量を増加させ、かつブロア２２からの蒸発蒸気量を低く抑えることにより、脱水汚泥６の持ち回りを回避することができる。
【００２９】ところで、駆動モータ７の電流値が上限値Ｈに達し、濃縮汚泥供給ポンプ１８の回転数を大きくするとともに、ブロア２２の回転数を減少させても、なお駆動モータ７の電流値が上限値Ｈを越えた場合は、伝熱胴１内面と、ブレード４および分散リング３との間に脱水汚泥６が詰まった状態になったと考えられる。このためこの場合は、制御装置１９により洗浄水ノズル３０がＯＮとなり、伝熱胴１内に洗浄水が噴出される。このような洗浄水の噴出により、ブレード４および分散リング３に付着した脱水汚泥６が洗浄される。洗浄装置１９は内蔵するタイマにより与えられたある時間経過後、洗浄水ノズル３０をＯＦＦとする（図３（ａ）（ｂ））。
【００３０】上記実施の形態において、制御装置１９は濃縮汚泥供給ポンプ１８のインバータ２１ａと、ブロア２２のインバータ２１ｂを各々独立して制御している（図２（ａ）（ｂ））。また必要に応じて、制御装置１９は濃縮汚泥供給ポンプ１８のインバータ２１ａの制御と、ブロア２２のインバータ２１ｂの制御の後に、各々洗浄水ノズル３０の制御を行なっている（図３（ａ）（ｂ））。
【００３１】しかしながら、制御装置１９が、濃縮汚泥供給ポンプ１８のインバータ２１ａの制御と、ブロア２２のインバータ２１ｂの制御と、洗浄水ノズル３０の制御を、この順番で順次行なってもよい（図４）。
【００３２】以上のように本実施の形態によれば、脱水汚泥６が季節によってその性状が変動しても、主軸２の駆動モータ７が過負荷トリップを生じさせることなく、確実に脱水汚泥６の乾燥作用を行なうことができる。
【００３３】第２の実施の形態以下、図６および図７を参照して本発明による遠心薄膜乾燥機の第２の実施の形態について説明する。図６および図７に示す第２の実施の形態は、伝熱胴の構造に関するものである。
【００３４】図６および図７において、伝熱胴１と蒸気ジャケット５を便宜的に示すが、主軸２およびブレード４等、遠心薄膜乾燥機２０の他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３５】図７において、伝熱胴１は耐食性に優れたＳＵＳ材で構成された円筒状の母材５０と、母材５０の内面に被覆された被膜５１とからなり、この被膜５１は伝熱胴１の寿命と乾燥効率を考慮して、耐摩耗性を有するタングステンカーバイトの粉末を溶射して形成される。
【００３６】また被膜５１は５００μｍ以下の厚さを有し、かつ伝熱胴１の内面を硬化させる機能を有している。
【００３７】一般に伝熱胴１を介して脱水汚泥６に与えられる熱量Ｑは次の様に表す事ができる。
【００３８】Ｑ＝Ｕ×Ａ×Δｔ ……（１）
Ｕ：総括伝熱係数、Ａ：伝熱面積、Δｔ：熱源と汚泥の温度差（１）式において、ＱとΔｔが一定の場合、良熱伝導材を使用し総括伝熱係数Ｕ値の向上を図ることができれば、伝熱面積Ａは小さくて済み、伝熱胴１はコンパクト化する。
【００３９】ここで、総括伝熱係数Ｕ値は次式で表す事が出来る。
【００４０】
【数１】
α：蒸気から伝熱胴への熱伝達率、δ：伝熱胴の板厚、λ：伝熱胴の熱伝導率、δ１：被膜の膜厚、λ１：被膜の熱伝導率（２）式で、α、δ、λが一定である場合は被膜の膜厚δ１が薄いほど、Ｕ値が向上することが判る。従って溶射被膜はむやみに厚くすることなく、遠心薄膜乾燥機２０の設備寿命及びコストを考えておこなうべきで、５００μｍ以下の溶射被膜が最適であるといえる。
【００４１】なお、伝熱胴１の母材５０をＳＵＳ材で構成した例を示したが、伝熱胴１の処理性能を向上してコンパクト化を図るために、伝熱胴１の母材５０を常温圧力容器用炭素鋼材（ＳＧＶ４１０）や一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）等の良熱伝導材で構成してもよい。このような材料は良熱伝導材である反面耐食性が無い。このため、母材５０の内面に形成される被膜５１は、耐食性と耐摩耗性のあるタングステンカーバイトまたはインコネル等の粉末を溶射して得られたものであり、被膜５１の厚さは５００μｍ以下となっている。
【００４２】このように良熱伝導材の母材５０と、耐食性および耐摩耗性の粉末からなる被覆５１とにより伝熱胴１を構成して、伝熱胴５１の処理能力を４０％向上させることができる。
【００４３】さらに、伝熱胴１を耐食性を有する母材５０と、母材５０の内面にイオン窒化法または軟化法により形成された硬化処理層５３とから構成してもよい。
【００４４】次にＳＵＳ３０４からなり硬化処理無しのテストピース１２０と、ＳＵＳ３０４からなりその表面にタングステンカーバイトを溶射して被膜を形成したテストピース１１０に対して摩耗試験機により加速摩耗実験を行なった。
【００４５】テストピース１１０および１２０に対する加速摩耗実験の結果を図２に示す。図２においてＳＵＳ３０４からなり硬化処理しないテストピース１２０は大きな傾斜で摩耗し、遠心薄膜乾燥機２０の寿命が２０年とすると、３回の伝熱胴１の交換（摩耗量半径で０．５ｍｍ）が必要となる。
【００４６】一方、ＳＵＳ３０４からなりその表面にタングステンカーバイト（ＪＫ）を溶射したテストピース１１０は摩耗が極端に少ない。摩耗量が１０μｍ／年とすれば、１０μｍ×２０年＝２００μｍであり、一回のタングステンカーバイトの溶射で十分遠心摩耗乾燥機２０の寿命まで持たせる事ができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、主軸を駆動する駆動モータの過負荷トリップを防止することができるので、安定した遠心薄膜乾燥機の運転を行なうことができる。また伝熱胴の耐摩耗性を高めることができるので、遠心薄膜乾燥機の運転中における伝熱胴の変換回転をなるべく少なくすることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
|
| 【出願日】 |
平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１５６（Ｐ２００１−１７４１５６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６１６９４ |
|