JP2008200638A - 脱水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削土砂の搬送荷重を支持するとともに該掘削土砂による目詰まりを防止しながら、掘削土砂の脱水を効率よく行う。
【解決手段】本発明に係るベルトコンベヤ１は、無端状の透水性ベルト２と、無端状の透水性シート３とを備えており、透水性ベルト２は、ヘッドプーリ４とテールプーリ５とに掛け渡してあり、両プーリの間を循環するようになっている。一方、透水性シート３は、ヘッドプーリ４、テールプーリ６及びリターンローラ７ａ，７ｂ，７ｃに掛け渡してあり、各プーリ間及び各リターンローラ間を循環するようになっている。本実施形態に係るベルトコンベヤ１は、透水性ベルト２が内周側を循環し、透水性シート３が外周側を循環する二重ベルト構造となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として含水比の高い掘削土砂を脱水する脱水装置に関する。

泥土圧シールド工法において、シールドマシンのチャンバー内に取り込まれた掘削土砂は、排泥ポンプ、スクリューコンベヤ、ベルトコンベヤ等によって地上に搬出され、土砂ピットに貯留される。

ここで、泥土圧シールドは、泥土圧によって切羽の安定を図っている関係上、掘削土砂の含水比が高く、それゆえ産業廃棄物扱いとなって処分費用が高くなる。加えて、土粒子の間隙に多くの水を含むため、単位体積当たりの重量が大きく、運搬費用も高くなる。さらには、トンネル掘削であるため、掘削土砂の発生量は膨大である。

ここで、天日干し等の方法で掘削土砂を乾燥させれば、含水比が低下し、一般残土としての利用も可能ではあるが、天日干しのための広大な敷地を都市部に確保することは現実的ではない。また、石灰等のセメント系材料を添加することで含水比の低下と強度の改善とを図れば、建設資材としての再利用も可能であるが、発生土が膨大であるため、セメント系材料の材料コストや添加のための作業コストが高くなり、処理用地の確保とも相まって、やはり経済性の面で適用が困難となる。また、セメント系材料の添加によってpHが大きくなるため、一般残土としての処分が困難になる場合がある。

そのため、掘削土砂の減容化・軽量化を効率よく図ることができるさまざまな試みが従来からなされてきた。

特開平９−２０６７５９号公報 特開平７−２１４０９４号公報 実開平６−６６８９０号公報

例えば、特許文献１には、メッシュベルトと該メッシュベルトの下側から強制的に真空吸引するバキュームユニットを備えた真空吸引式脱水コンベアが開示されており、かかる真空吸引式脱水コンベアによれば、脱水機のイニシャルコストを下げることができる旨、記載されている。

しかしながら、かかる構成においては、掘削土砂の脱水、目詰まり防止及び土砂の搬送荷重支持という３つの役割をメッシュベルトにすべて持たせる必要があるため、メッシュベルトを製作するにあたってはどうしても制約が多くなり、コストや機能あるいは設計自由度の面で十分ではないという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、掘削土砂の搬送荷重を支持するとともに該掘削土砂による目詰まりを防止しながら、掘削土砂の脱水を効率よく行うことが可能な脱水装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る脱水装置は請求項１に記載したように、第１のヘッドプーリと第１のテールプーリとに掛け渡された無端状をなす透水性ベルトと、搬送速度が前記透水性ベルトの搬送速度と等しくなるようにかつ裏面が所定の搬送区間において前記透水性ベルトの表面に重ねられるように第２のヘッドプーリと第２のテールプーリとに掛け渡された透水性と固形物遮断性とを有する無端状をなす透水性シートと、前記搬送区間において前記透水性シートに載置された搬送物中の水分を前記透水性シート及び前記透水性ベルトを介して吸引除去する吸引機構とを備えたものである。

また、本発明に係る脱水装置は、前記吸引機構を、吸引ポンプと該吸引ポンプに接続された吸引管と該吸引管に連通接続され内部に減圧空間が形成された吸引部材とで構成するとともに、該吸引部材の開口縁部に沿って気密シールを取り付けて構成し、該気密シールが前記透水性ベルトの裏面と摺動自在になるように前記吸引部材を配置したものである。

また、本発明に係る脱水装置は、前記透水性ベルトの表面に排水溝を形成するとともに該排水溝の溝底面に排水孔を形成し、該排水孔が前記吸引部材の減圧空間と連通するように該吸引部材を配置したものである。

また、本発明に係る脱水装置は、前記第２のヘッドプーリを前記第１のヘッドプーリと兼用したものである。

また、本発明に係る脱水装置は、前記透水性シートの裏側から気体又は液体を噴射する流体噴射機構を前記透水性シートの戻り側に配置したものである。

また、本発明に係る脱水装置は、前記対象物に振動を付与する振動付与機構を前記透水性ベルトの裏側に配置したものである。

本発明に係る脱水装置においては、透水性と固形物遮断性とを有する透水性シートが所定の搬送区間にわたって透水性ベルトの上に重なるように、透水性ベルト及び透水性シートを配置してそれらの搬送速度が同一となるように第１のヘッドプーリ及び第２のヘッドプーリを駆動するとともに、上述した搬送区間において脱水の対象となる対象物を搬送している間、該対象物から透水性シート及び透水性ベルトを介して水分を吸引機構で吸引除去し、対象物の含水比を低下させる。

すなわち、透水性ベルト及び透水性シートは、前者が脱水の対象となる対象物の搬送荷重を支持し、後者が対象物を構成する固形物の通過を阻止するという役割分担を果たし、それらの上に載置された対象物中の水分は、尾端側から機首側へと搬送される搬送区間において、吸引機構によって吸引され、次いで透水性シート及び透水性ベルトを通過して排水される。

吸引機構は、透水性ベルト及び透水性シートを介して搬送中の対象物から水分を吸引除去できる限り、その構成は任意であり、例えば、吸引ポンプと、該吸引ポンプに接続された吸引管と、該吸引管に連通接続され内部に減圧空間が形成された吸引部材とで構成するとともに、該吸引部材の開口縁部に沿って気密シールを取り付けて構成し、該気密シールが前記透水性ベルトの裏面と摺動自在になるように前記吸引部材を配置する構成が考えられる。

透水性ベルトは、脱水の対象となる対象物の載荷荷重や搬送荷重を支持しつつ該対象物から吸引された水分を通過させることができる限り、その構成は任意であり、例えば、表面に排水溝を形成するとともに該排水溝の溝底面に排水孔を形成し、かかる排水孔が吸引部材の減圧空間と連通するように該吸引部材を配置する構成が考えられる。

第１のヘッドプーリ及び第２のヘッドプーリは、個別に設けるようにしてもよいし、兼用させるようにしてもよいが、個別に設ける場合には、透水性シート及び透水性ベルトが同一の搬送速度となるように両ヘッドプーリを駆動制御する。

透水性シートは、透水性と固形物遮断性とを有するシートである限り、その材質は任意であり、例えば不織布で形成することができる。ここで、透水性シートは、上述したように、水を通しながら対象物を構成する固形物の通過を阻止する役割を担うため、固形物による目詰まりが生じないようにメンテナンスが必要となるが、前記透水性シートの裏側から気体又は液体を噴射する流体噴射機構を前記透水性シートの戻り側に配置したならば、透水性シートに付着した固形物を気体又は液体で吹き飛ばすことができるので、固形物による透水性シートの目詰まりを未然に防止することが可能となる。

対象物をどういう状態で脱水装置に供給するかは任意であるが、対象物に振動を付与する振動付与機構を透水性ベルトの裏側に配置した場合、かかる振動付与機構を駆動することによって、対象物内に存在する水を外側に予め排出させることが可能となり、かかる構成によって脱水効率の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明に係る脱水装置をベルトコンベヤに適用した場合の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るベルトコンベヤを示した側面図である。同図に示すように、本実施形態に係るベルトコンベヤ１は、無端状の透水性ベルト２と、無端状の透水性シート３とを備えており、透水性ベルト２は、第１のヘッドプーリであるヘッドプーリ４と第１のテールプーリであるテールプーリ５とに掛け渡し、図示しない駆動モータによって両プーリの間を循環するようになっており、ヘッドプーリ４は第２のヘッドプーリを兼用する。

一方、透水性シート３は、ヘッドプーリ４、第２のテールプーリであるテールプーリ６及びリターンローラ７ａ，７ｂ，７ｃに掛け渡してあり、図示しない駆動モータによって各プーリ間及び各リターンローラ間を循環するようになっている。

図２は、透水性ベルト２及び透水性シート３の配置状況を示した斜視図であり、同図でわかるように、本実施形態に係るベルトコンベヤ１は、透水性ベルト２が内周側を破線矢印方向に循環し、透水性シート３が外周側を実線矢印方向に循環する二重ベルト構造となっている。

透水性ベルト２の表面には図３に示すように、搬送方向に平行なベルト中心線を対称軸として、深さ３ｍｍ程度の２つの排水溝２１，２１を搬送方向に直交するように形成してあるとともに、該排水溝の溝底面には、排水孔２２をそれぞれ形成してある。

かかる透水性ベルト２は、従来公知の材質で構成することができる。なお、透水性ベルト２の両縁には、搬送方向に沿って波桟２３，２３を立設してあり、脱水の対象となる対象物としての掘削土砂が搬送中にこぼれ落ちるのを防止するサイドガードの役目を果たしている。

透水性シート３は、透水性と固形物遮断性とを有するように不織布で形成してある。

ここで、透水性ベルト２及び透水性シート３は、図示しない駆動モータでヘッドプーリ４を駆動することで、両者の搬送速度が等しくなるように構成してあるとともに、図２でよくわかるように透水性シート３の裏面が搬送区間Ａにおいて透水性ベルト２の表面に重ねられるように、透水性ベルト２をヘッドプーリ４及びテールプーリ５に掛け渡すとともに、透水性シート３をヘッドプーリ４、リターンローラ７ａ，７ｂ，７ｃ及びテールプーリ６に掛け渡してある。

本実施形態に係るベルトコンベヤ１は図１に示すように、上述した搬送区間Ａにおいて透水性シート３に載置された掘削土砂中の水分を該透水性シート及び透水性ベルト２を介して吸引除去する吸引機構１２を備えており、該吸引機構は、吸引ポンプ１０と、該吸引ポンプに接続された吸引管９と、該吸引管に連通接続され内部に減圧空間が形成されたボックス断面状の吸引部材８とで構成してある。

搬送区間Ａは、脱水に要求される長さを基本長さとし、ベルトコンベヤとして要求される必要搬送距離に応じて、その基本長さを適宜長くするようにすればよい。

吸引部材８は図３に示すように、その開口縁部に沿って気密シール２４を取り付けてあり、該気密シールが透水性ベルト２の裏面と摺動自在になるように、かつ透水性ベルト２に形成された排水孔２２が吸引部材８の減圧空間と連通するように、透水性ベルト２の搬送方向に沿って配置してある。

気密シール２４は例えば、摩擦係数の小さい超高分子ポリエチレンで形成すればよい。

本実施形態に係るベルトコンベヤ１は、空気を噴射する流体噴射機構１３を透水性シート３の戻り側に配置してあり、かかる空気を透水性シート３の裏側から噴射することによって、該透水性シートに付着した固形物である掘削土砂の土粒子を吹き飛ばし、土粒子による透水性シート３の目詰まりを防止することができるようになっている。

なお、本実施形態に係るベルトコンベヤ１は、掘削土砂を投入するホッパー１４を備えるとともに、その下方に供給フィーダとして機能するベルトコンベヤ１５を配置してあり、ホッパー１４に投入された掘削土砂をベルトコンベヤ１５によって透水性ベルト２及び透水性シート３の搬送開始位置に供給できるようになっている。

本実施形態に係るベルトコンベヤ１を用いて掘削土砂を脱水するには、まず、脱水の対象となる掘削土砂をホッパー１４に投入する。掘削土砂は、土木建築工事において発生する含水比の高いすべての掘削土砂が対象となり、例えば泥土圧シールド工事で発生する掘削土砂が対象となる。かかる掘削土砂は、例えば上流側に設置されたベルトコンベヤから搬送されてきたものをホッパー１４に投入するようにすればよい。

次に、ホッパー１４に投入された掘削土砂をベルトコンベヤ１５で移送し、搬送開始位置（搬送区間Ａの始点）で透水性ベルト２及び透水性シート３に載せ替える。

ここで、透水性シート３は透水性と固形物遮断性とを有し、該透水性シートが重ねられている透水性ベルト２には排水孔２２を形成してある。また、吸引部材８は、その開口縁部に取り付けられた気密シール２４が透水性ベルト２の裏面と摺動自在となるように、かつボックス断面状空間である減圧空間が透水性ベルト２に形成された排水孔２２と連通するように配置してある。

そのため、吸引ポンプ１０を駆動して吸引部材８に形成された減圧空間の空気を引き抜くことにより、掘削土砂中の水分は、土粒子から分離して外側に排出される。そして、かかる水分は、透水性シート３による濾過作用によって土粒子と分離されつつ、該透水性シートを通過し、さらに透水性ベルト２の排水溝２１に集められた後、排水孔２２を介して吸引管９内を流れて排水される。一方、水分が除去され含水比が低下した掘削土砂は、搬送区間Ａの終点において、図１で言えばその左側に搬出される。

一方、掘削土砂の搬送を終えた透水性ベルト２及び透水性シート３は、ヘッドプーリ４を回った後、透水性ベルト２はテールプーリ５に戻るが、透水性シート３は、透水性ベルト２から離れてリターンローラ７ａに向かう。

次いで、透水性シート３は、ヘッドプーリ４とリターンローラ７ａとの間に設置された流体噴射機構１３による空気の噴射によって土粒子が除去された後、リターンローラ７ａ，７ｂ，７ｃを経てテールプーリ６に戻り、テールプーリ５で透水性ベルト２に再び重ねられる。

以上説明したように、本実施形態に係るベルトコンベヤ１によれば、ベルト構造を二重構造とし、掘削土砂の搬送荷重を透水性ベルト２に支持させる一方、土粒子の通過を阻止する役目を透水性シート３に負わせたので、それぞれの役割に応じて透水性ベルト２及び透水性シート３を製作することが可能となり、脱水効率を大幅に向上させることができる。

また、本実施形態に係るベルトコンベヤ１によれば、透水性シート３の戻りルートを、透水性ベルト２の戻りルートとは別に設けて、透水性シート３の戻りルートに流体噴射機構１３を設置するようにしたので、土粒子除去を優先したルート、例えば流体噴射機構１３を設置しやすいルートで透水性シート３を循環させることが可能となり、透水性シート３の目詰まりを防止しやすくなる。

また、本実施形態に係るベルトコンベヤ１によれば、ベルト構造を二重構造としたことによって透水性シート３を適宜交換することが可能となり、透水性シート３の目詰まりによる脱水効率の低下を未然に防止することができる。

また、本実施形態に係るベルトコンベヤ１によれば、吸引部材８の開口縁部に沿って気密シール２４を取り付け、該気密シールが透水性ベルト２の裏面と摺動自在になるように、かつ透水性ベルト２に形成された排水孔２２が吸引部材８の減圧空間と連通するように、透水性ベルト２の搬送方向に沿って吸引部材８を配置するようにしたので、吸引部材８と透水性ベルト２の裏面との気密性が高くなり、空気漏れによる圧力ロスを低減して脱水効率を高めることが可能となる。

本実施形態では、ヘッドプーリ４を第１のヘッドプーリ及び第２のヘッドプーリとし、透水性シート３の駆動プーリと透水性ベルト２の駆動プーリを兼用するようにしたが、これに代えて、それぞれ個別にヘッドプーリを設けるようにしてもかまわない。この場合には、透水性シート３の搬送速度と透水性ベルト２の搬送速度を同一にするための制御手段を必要に応じて設置する。

また、本実施形態では、気密シール２４によって吸引時の気密性を高めるようにしたが、圧力損失が問題とならないのであれば、かかる気密シール２４を省略してもかまわない。

また、本実施形態では、透水性シート３を不織布で構成したが、土粒子の通過を阻止できる限り、その材質は任意であり、不織布に代えて、メッシュ状に形成されたシートを適宜採用することができる。

また、本実施形態では、本発明の脱水装置をベルトコンベヤに適用した場合について説明したが、搬送機能は必ずしも必要ではなく、透水性ベルト及び透水性シートの搬送区間が短くて、実質的にベルトコンベヤとして用いることができなくてもかまわない。

これに関連して、本発明に係る脱水装置の使用の形態としては、ベルトコンベヤとして、他のベルトコンベヤとともに連続ベルコンを構成する、脱水装置として、ベルトコンベヤ間に適宜配置する、据置型の脱水装置としてプラント内に設置するといった使用形態が考えられる。

また、本実施形態では、脱水の対象物を含水比が高い掘削土砂としたが、本発明に係る脱水装置はかかる用途に限定されるものではなく、化学分野、食品分野など、広い産業分野で利用することが可能である。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、図４に示すように、掘削土砂等の脱水対象物に振動を付与する振動付与機構としてのバイブレータ６１を透水性ベルト２の裏側に配置してもよい。

かかる構成においては、バイブレータ６１を駆動することによって、脱水対象物内に存在する水を外側に予め排出させることが可能となり、脱水効率の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、空気を噴射する流体噴射機構１３を透水性シート３の戻り側に配置することで、透水性シート３に付着した固形物である掘削土砂の土粒子を吹き飛ばして透水性シート３の目詰まりを防止するようにしたが、流体噴射機構１３に代えて又は流体噴射機構１３とともに、透水性シート３を洗浄する洗浄機構を設けるようにしてもよい。

本実施形態に係るベルトコンベヤの全体図。 透水性ベルト２及び透水性シート３の斜視図。 透水性ベルト２及び透水性シート３の図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ断面に沿った断面図。 バイブレータ６１の配置状況を示した図。

符号の説明

１ ベルトコンベヤ（脱水装置）
２ 透水性ベルト
３ 透水性シート
４ ヘッドプーリ（第１のヘッドプーリ）
５ テールプーリ（第１のテールプーリ）
６ テールプーリ（第２のテールプーリ）
８ 吸引部材
９ 吸引管
１０ 吸引ポンプ
１２ 吸引機構
１３ 流体噴射機構
２１ 排水溝
２２ 排水孔
２４ 気密シール
６１ バイブレータ（振動付与機構）

Claims (6)

1. 第１のヘッドプーリと第１のテールプーリとに掛け渡された無端状をなす透水性ベルトと、搬送速度が前記透水性ベルトの搬送速度と等しくなるようにかつ裏面が所定の搬送区間において前記透水性ベルトの表面に重ねられるように第２のヘッドプーリと第２のテールプーリとに掛け渡された透水性と固形物遮断性とを有する無端状をなす透水性シートと、前記搬送区間において前記透水性シートに載置された対象物中の水分を前記透水性シート及び前記透水性ベルトを介して吸引除去する吸引機構とを備えたことを特徴とする脱水装置。
2. 前記吸引機構を、吸引ポンプと該吸引ポンプに接続された吸引管と該吸引管に連通接続され内部に減圧空間が形成された吸引部材とで構成するとともに、該吸引部材の開口縁部に沿って気密シールを取り付けて構成し、該気密シールが前記透水性ベルトの裏面と摺動自在になるように前記吸引部材を配置した請求項１記載の脱水装置。
3. 前記透水性ベルトの表面に排水溝を形成するとともに該排水溝の溝底面に排水孔を形成し、該排水孔が前記吸引部材の減圧空間と連通するように該吸引部材を配置した請求項２記載の脱水装置。
4. 前記第２のヘッドプーリを前記第１のヘッドプーリと兼用した請求項１記載の脱水装置。
5. 前記透水性シートの裏側から気体又は液体を噴射する流体噴射機構を前記透水性シートの戻り側に配置した請求項１記載の脱水装置。
6. 前記対象物に振動を付与する振動付与機構を前記透水性ベルトの裏側に配置した請求項１記載の脱水装置。

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