JP2013202570A - 集砂ノズル及び集砂ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で安価に製作できる集砂ノズル及び集砂ノズル装置を提供する。
【解決手段】底面３Ａが揚砂機１０の設置領域に向けて下方に傾斜するように形成された沈砂池に沈降した砂に水を噴射して、揚砂機１０の設置領域に向けて集砂する集砂ノズル４０であって、直管部４１と、直管部４１から次第に拡径するとともに先端が閉塞された拡径管部４２とを備え、拡径管部４２に、底面３Ａの横幅方向に分散するように水を噴射可能なスリット状の第１ノズル孔４４が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、沈砂池に沈降した砂に水を噴射して、集砂する集砂ノズル及び集砂ノズル装置に関する。

沈砂設備は、沈砂池に沈降した土砂を外部に排出するため、適宜な時期に土砂を集砂ピットに集めて揚砂機により揚砂して沈砂池の外部に排砂するように構成されている。

このような沈砂設備は、沈砂池の底面近傍に集砂ノズルを備え、集砂ノズルから噴射した水によって沈砂池の底面に沈降した土砂を集砂ピットに集めるように構成されている。

このような集砂ノズルとして、特許文献１には、ノズル基体と、このノズル基体の先端に接続したノズル本体と、このノズル本体の先端に接続したノズルホッパーとを備え、前記ノズル基体は断面円形形状の水通路を軸方向に貫通しかつ基端側を外面に開口する空気取り入れ口に連通するとともに先端側を前記に開口した複数の空気流入孔を形成し、前記ノズル本体は基端側前記ノズル基体の水通路より拡径するとともに先端側を縮径しかつ基端側が前記ノズル基体の水通路と複数の空気流入孔に連通した断面円形形状のノズル孔を形成し、前記ノズルホッパーは基端側から先端側に向けて上下部を絞るとともに水平方向に拡げて先端に偏平状噴射開口部を形成したことを特徴とする集砂ノズル装置が提案されている。

当該集砂ノズル装置は、ノズルホッパーの先端から水平方向に広角に拡がる噴射水流の水圧によって、沈砂池の底面に沈殿した砂類を低段側の沈砂池の底面に向けて流出させる構成となっている。

特許第３５４０８６８号公報

特許文献１に記載の集砂ノズル装置は、部品点数が多く構造が複雑であるため高価である。また、ノズル本体からの噴射水の水圧が高圧になるため、ポンプ自体も高仕様となり価格も高くなる。さらに動力も大きくなることから、ランニングコストも高くなってしまう。ポンプからノズル本体に水を供給する配管も高圧に耐える配管を用意する必要がある。

さらに、圧力水に空気を混合して噴射する構成のため、噴射水流に混ざった空気によって臭気やミストが発生し、沈砂池周囲の環境に悪影響を与えるという問題もある。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、簡素な構成で安価に製作できる集砂ノズル及び集砂ノズル装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による集砂ノズルの第一特徴構成は、同請求項１に記載した通り、沈砂池に沈降した砂に水を噴射して、集砂する集砂ノズルであって、直管部と、前記直管部から次第に拡径するとともに先端が閉塞された拡径管部とを備え、前記拡径管部に、前記沈砂池の底面に沿う方向に分散するように水を噴射可能なスリット状の第１ノズル孔が形成されている点にある。

第１ノズル孔から噴射された水は、沈砂池の底面に沿う方向に分散され、所定幅で底面に到達し、帯状に流れながら沈砂池に沈降した砂を押し流す。このとき、直管部に供給される水の圧力は拡径管部で一旦低下し、その後拡径管部に充填される水の一部がスリット状の第１ノズル孔から噴射されるので、拡径管部を備えていない扁平ノズルであれば帯状に水が噴射できないような低圧力水であっても、安定的に帯状に水を噴射することができる。当然のことながら高圧水であっても同様である。このような集砂ノズルは、洗浄水の圧力が低く設定されていても、高く設定されていても汎用でき、簡素な構成であるため、極めて安価に製作できるよさがある。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記第１ノズル孔とは異なる位置に、少なくとも前記第１ノズル孔から噴射された水の流れの一部に重なるように水を噴射する第２ノズル孔が形成されている点にある。

第１ノズル孔から沈砂池の底面に供給される噴射水は、薄い水層を形成して横方向に広がりながら底面を流れるため、その過程で集砂されずに残留した砂が、例えば底面中央部に堆積する現象が発生する虞がある。そのような場合であっても、第１ノズル孔の長手方向幅の内側で、前記第１ノズル孔とは異なる位置に形成された第２ノズル孔から噴射される水が、第１ノズル孔から噴射される水の分流れに重なるように沈砂池の底面を流れるので、第１ノズル孔からの噴射水と第２ノズル孔からの噴射水とが重畳して流れる領域で水層の厚みが増し、つまり水量が増えるため、砂が堆積することなく確実に集砂できるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第１ノズル孔が前記拡径部の先端閉塞面に形成され、前記第１ノズル孔の下部に、前記第１ノズル孔による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔が形成され、前記第２ノズル孔がドレンとして機能する点にある。

拡径管部の先端閉塞面に形成された第１ノズル孔から沈砂池の底面に供給される噴射水は、薄い水層を形成して横方向に広がりながら底面を流れるため、その過程で集砂されずに残留した砂が、例えば底面中央部に堆積する現象が発生する虞がある。そのような場合であっても、第２ノズル孔から噴射される水が、第１ノズル孔から噴射される水の分散幅より狭い状態で沈砂池の底面に到達して流れるので、第１ノズル孔からの噴射水と第２ノズル孔からの噴射水とが重畳して流れる領域で水層の厚みが増し、つまり水量が増えるため、砂が堆積することなく確実に集砂できるようになる。

また、第２ノズル孔は第１ノズル孔の下部に形成されているので、集砂のための水の噴射を停止した後に、集砂ノズル内に残った水のドレンとしても機能する。そのため、集砂ノズルの腐食が回避でき、また集砂ノズルの残留水の腐敗による悪臭の発生を未然に防止することもできるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記第１ノズル孔が前記拡径管部の周部に形成され、前記第１ノズル孔の形成部位より上流側下方に、前記第１ノズル孔による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔が形成され、前記第１ノズル孔がドレンとして機能する点にある。

拡径管部の周部に形成された第１ノズル孔から底面に供給される噴射水は、薄い水層を形成して横方向に広がりながら沈砂池の底面を流れるため、その過程で集砂されずに残留した砂が、例えば底面中央部に堆積する現象が発生する虞がある。そのような場合であっても、第２ノズル孔から噴射される水が、第１ノズル孔から噴射される水の分散幅より狭い状態で沈砂池の底面に到達して流れるので、第１ノズル孔からの噴射水と第２ノズル孔からの噴射水とが重畳して流れる領域で水層の厚みが増し、つまり水量が増えるため、砂が堆積することなく確実に集砂できるようになる。

また、第１ノズル孔は第２ノズル孔の下流側であって拡径管部の周部に形成されているので、集砂のための水の噴射を停止した後に、集砂ノズル内に残った水のドレンとしても機能する。そのため、集砂ノズルの腐食が回避でき、また集砂ノズルの残留水の腐敗による悪臭の発生を未然に防止することもできるようになる。

第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記拡径部の先端は平板で閉塞されている点にある。

平板によって拡径管部の先端を閉塞するので組み立てや加工が容易である。コストも安価に製作することができる。

本発明による集砂ノズル装置の第一特徴構成は、同請求項６に記載した通り、沈砂池の底面に沿う方向に配設されるノズルヘッダ管と、前記ノズルヘッダ管の長さ方向に沿って所定間隔に配列された上述の第一から第五の何れかの特徴構成を備えた複数の集砂ノズルとを含み、前記ノズルヘッダ管をその軸心周りに回動可能に支持する支持部が設けられ、前記支持部が、前記沈砂池の底面に対する前記集砂ノズルの姿勢を調整する姿勢調整機構として機能するように構成されている点にある。

沈砂池の底面に沈降した土砂を効率的に流すために沈砂池の底面に対する集砂ノズルの角度を最適な角度に調整する必要がある。複数の集砂ノズルの角度を個別に調整するのは非常に煩雑である。このような場合であっても、予めノズルヘッダ管に対する各集砂ノズルの姿勢を一定に取り付けておけば、ノズルヘッダ管をその軸心周りに回動させることで、沈砂池の底面に対する各集砂ノズルの姿勢を一括して調整できるようになり、極めて迅速な調整作業が可能になる。

同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記沈砂池の底面に複数の仕切板が立設され、各仕切板により複数の流路が形成され、各集砂ノズルが前記各流路に配設される点にある。

各集砂ノズルからの噴射水が流通方向に交差する方向に分散されることなく、また、近接する集砂ノズルからの噴射水が互いに干渉することなく、各流路に沿って流れるため、集砂ノズル装置から供給される水量が少なくても、土砂を効率的に流すことができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、簡素な構成で安価に製作できる集砂ノズル及び集砂ノズル装置を提供することができるようになった。

本発明による集砂ノズル及び集砂ノズル装置が採用された沈砂設備の断面図で、（ａ）は流入ゲートが開放された排水状態を示す断面図、（ｂ）は流入ゲートが閉塞された沈砂地の洗浄状態を示す断面図 （ａ）は沈砂設備の平面説明図、（ｂ）は断面説明図 本発明による集砂ノズル装置の説明図であって（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図 姿勢調整機構による集砂ノズルの姿勢調整の説明図 本発明による集砂ノズルの説明図であって（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図 本発明による集砂ノズルの別実施形態を示す説明図であって（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図 本発明による集砂ノズル装置の別実施形態の説明図であって（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図 （ａ）から（ｍ）は本発明による集砂ノズル及び集砂ノズル装置による集砂方法の説明図

以下、雨水ポンプ設備の沈砂設備に本発明による集砂ノズル及び集砂ノズル装置を適用した構成について説明する。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、雨水ポンプ設備１は、雨水流入渠から流入する雨水を設備内に流入或いは遮断する流入ゲート２と、雨水に同伴して流入する土砂を沈殿させる沈砂池３と、河川等に排水するために一旦雨水を貯留するポンプ井４を備えている。

流入ゲート２から流入した雨水は、粗目のバースクリーン装置５によって流木や樹脂容器等の大きな固形異物等が除去され、沈砂池３で土砂が沈殿され、更に除塵機６で細かな異物が除塵された後にポンプ井４に貯水される。

ポンプ井４には、軸流または斜流方式の排水ポンプＰ１が配置され、降雨時にポンプ井４に流入した雨水は、当該排水ポンプＰ１によって河川等に排水される。

沈砂池３やポンプ井４は、底板７と床スラブ８の間に構築され、床スラブには流入ゲート２の開閉装置、バースクリーン装置５や除塵機６等が固定され、更に排水ポンプＰ１の動力装置９等が設置されている。

沈砂池３には、沈降した砂を揚砂するべく、土砂が混入した雨水を吸引可能な水中サンドポンプである揚砂機１０が設置されるとともに、揚砂機１０に向けて砂を集砂する集砂装置２０が設置された沈砂設備が構築されている。

図１（ａ）には、降雨時に流入ゲート２が開放され、ポンプ井４に流入した雨水が排水ポンプＰ１によって河川等に排水されている状態が示されている。

また、図１（ｂ）には、その後、流入ゲート２が閉塞され、ポンプ井４の水位が低下して、沈砂池３に沈殿した土砂を除去する洗浄処理に移行する状態が示されている。

図２（ａ），（ｂ）には、沈砂池３の詳細な構成が示されている。沈砂池３の底面３Ａのうち水の流下方向中央部であって、横幅方向に帯状に形成された最深部１０Ａに揚砂機１０が設置され、底面３Ａが当該揚砂機１０の設置領域１０Ａ、つまり最深部１０Ａに向けて下方に滑らかに傾斜するように形成されている。底面３Ａの勾配を３度〜２０度の範囲に設定するのが好ましい。

集砂装置２０は、沈砂池３の底面３Ａに沈降した砂を底面３Ａの傾斜方向に流すように、揚砂機１０に向けて水を噴射する複数の集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０と、ポンプ井４に設置され、集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０に集砂用の水を供給する取水ポンプＰ２と、取水ポンプＰ２と各集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０とを接続する送水管ＷＰに介装され、各集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０に個別に水を供給するバルブ機構Ｖ１〜Ｖ１０を備えている。

集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、それぞれ底部３Ａの傾斜方向と交差し底面に沿う方向、具体的には横幅方向に沿って配置されたノズルヘッダ管（図３の符号３０参照）に取り付けられた複数の集砂ノズル（図２，３の符号４０参照）を備えて構成されている。集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、揚砂機１０の設置領域１０Ａに向けて底面３Ａの傾斜方向に沿って複数段（図中、揚砂機１０を中心に左右対称にそれぞれ５段）に配列されている。

底面３Ａには、高さが数ｃｍ〜数十ｃｍの樹脂製または金属製の仕切板１１が設置されている。底面３Ａは、各仕切板１１により横幅方向に所定間隔で仕切られ、底面３Ａの傾斜方向に沿って揚砂機１０の設置領域１０Ａに向けて砂を流す複数の流路３Ｂが形成されている。集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、各集砂ノズルが、各流路３Ｂの幅方向中央に配設されるように配列される。

尚、図中、符号１２は、沈砂池３を水の流れ方向に沿って領域を２等分する中央壁を示す。集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、中央壁１２の左右に夫々備えられている。尚、仕切板１１は底面３Ａに埋設されたアンカーボルト等に締着されている。

揚砂機１０の設置領域１０Ａに集砂された砂を攪拌して水中に浮遊させる攪拌ノズルＮｄが、揚砂機１０の周囲及び設置領域１０Ａの横幅方向両端部に配置され、取水ポンプＰ２からの水が送水管を介して当該攪拌ノズルＮｄに供給される。

揚砂機１０の周囲に集砂された土砂が、攪拌ノズルＮｄから噴出される水流によって攪拌され、揚砂機１０周囲で水中に浮遊するため、揚砂機１０によって土砂と水が円滑に吸い揚げられるようになる。

ポンプ井４での排水が進み、ポンプ井４と沈砂池３とが分離され、沈砂池３に水が貯留された状態、つまり、沈砂池３のうち揚砂機１０の設置領域とは離隔した領域に沈降した砂が水没した状態で揚砂機１０を稼動させて揚砂し、沈砂池３の水面の低下に伴って変動する底面３Ａと水面ＷＳとの境界領域対応するに何れかの集砂ノズル装置、好ましくは直近の集砂ノズルから噴射された水が供給されるように、各集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０からの水の噴射を配列毎に切り替えるようにバルブ機構Ｖ１〜Ｖ１０が開閉される。

集砂ノズル装置について詳述する。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、各集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、それぞれ底面３Ａの横幅方向に沿って配設されたノズルヘッダ管３０と、ノズルヘッダ管３０の長さ方向に沿って所定間隔で備えられた複数の集砂ノズル４０を備えて構成されている。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、集砂ノズル４０は、直管部４１と、拡径管部４２とを備えている。直管部４１の他端には拡径管部４２が取り付けられている。

拡径管部４２は、直管部４１に取り付けられた一端側から他端側にかけて徐々に口径が拡径した先端に平板４３が取り付けられて閉塞されて構成されている。

本実施形態では、拡径管部４２の一端側の開口と他端側の開口の中心は同心となるように構成されているが、偏心した構成であってもよい。直管部４１と拡径管部４２とからなる管体として、汎用のレデューサを好適に活用することができる。

平板４３の正面視中央には、スリット４４が形成されている。平板４３の正面視中央下部には、開口４５が形成されている。スリット４４は、平板の正面視中央に形成すると、拡径管部４２の内径に対して最大の横幅をとることができる。

開口４５は、丸孔にすると開口を形成するための加工作業が容易である。尚、スリット４４は、平板の正面視中央に形成する場合に限らず、正面視中央から左または右に偏った位置や、上または下に偏った位置に形成してもよい。また、開口４５は、丸孔に限らず任意の形状でよい。

スリット４４が、沈砂池の底面３Ａの横幅方向に分散するように水を噴射可能に形成されたスリット状の第１ノズル孔を構成する。また、開口４５が、拡径管部の第１ノズル孔４４の下部に、第１ノズル孔４４による水の分散幅より狭く水を噴射可能に形成された第２ノズル孔を構成する。また、第２ノズル孔４５はドレンとしても機能する。

つまり、集砂ノズル４０は、拡径管部４２であってその先端閉塞面（平板４３）に、沈砂池の底面３Ａの傾斜方向と交差し底面３Ａに沿う方向に分散するように水を噴射可能なスリット状の第１ノズル孔４４が形成され、第１ノズル孔４４の下部に、第１ノズル孔４４による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔４５が形成され、第２ノズル孔４５がドレンとして機能する。

次に、ノズルヘッダ管３０について説明する。ノズルヘッダ管３０は、配管で構成され、一端に接続部３１が備えられるとともに、他端が閉塞されている。尚、ノズルヘッダ管３０の他端は、図示しない架台により支持されている。

ノズルヘッダ管３０の長手方向には、例えば所定間隔で６箇所の開口部が形成され、当該開口部には直管部３２が取り付けられている。直管部３２の先端には曲管３３が接続されている。そして、曲管３３の他端には集砂ノズル４０の直管部４１が着脱自在に接続されている。

複数の集砂ノズル４０がノズルヘッダ管３０に個別に着脱自在に取り付けられているため、集砂ノズル４０の清掃や交換等のメンテナンスを個別に行うことができ、作業性が向上する。

接続部３１は、ノズルヘッダ管３０の一端部に形成された鍔部３１ａと、中央にノズルヘッダ管３０の外径より大きく鍔部３１ａの外径より小さな開口が形成されるとともに、一端面側に鍔部３１ａを収容可能な凹部が形成された環状部３１ｂを備えている。環状部３１ｂを、環状部３１ｂの前記凹部に鍔部３０ａを収容した状態で、送水管ＷＰの端部に備えられたフランジ３４とボルトとナットによって締め付けて接続することで、ノズルヘッダ管３０の一端が送水管ＷＰに接続される。

環状部３１ｂとフランジ３４を接続するボルトとナットを締め付けた状態では、鍔部３１ａは環状部３１ｂの凹部とフランジ３４に圧接されるように構成されている。一方、前記ボルトとナットを緩めた状態では、鍔部３１ａは環状部３１ｂの凹部とフランジ３４間で回動可能に構成されている。

従って、前記ボルトとナットを緩めた状態では、ノズルヘッダ管３０を、図４に示すように、ノズルヘッダ管３０の流路方向中心周りに適当に回動させ、その後前記ボルトとナットを締め付けることで、接続部３１とフランジ３４が固定されるとともに、集砂ノズル４０は沈砂池の底面３Ａに対して任意の姿勢で固定される。

つまり、接続部３１は、ノズルヘッダ管３０をその軸心周りに回動可能に支持する支持部となり、当該支持部が、沈砂池の底面３Ａに対する集砂ノズル４０の姿勢を調整する姿勢調整機構として機能するように構成されている。尚、図示していないが、ノズルヘッダ管３０の他端側もノズルヘッダ管３０をその軸心周りに回動可能に支持する支持部によって支持されている。上述と同様の支持構造を採用してもよく、単にノズルヘッダ管３０を回動可能に受ける断面Ｕ字状の支持部で構成されていてもよい。

尚、接続部３１は、ノズルヘッダ管３０側ではなく送水管ＷＰ側に備えてもよい。この場合、ノズルヘッダ管３０の端部にはフランジが備えられ、送水管ＷＰの一端に鍔部と環状部が備えられる。また、接続部３１は、鍔部３１ａと環状部３２ｂのように構成することで、ノズルヘッダ管３０の回動角度を任意に調整できる構成としたが、単にフランジとしてもよい。この場合、ノズルヘッダ管３０を送水管ＷＰ側のフランジと接続する際に、各フランジに形成されたボルト孔のピッチごとに段階的に角度を調整できる。

本実施形態では、１本のノズルヘッダ管３０あたりに６つの集砂ノズル４０が取り付けられるように構成されている。各集砂ノズル４０は第１ノズル孔から噴射される水が鉛直線となす角度が３０度となるようにその姿勢が調整される。ノズルヘッダ管３０は、各集砂ノズル４０の拡径管部４２の下端が底面３Ａから一定の高さとなるように取り付けられる。

このように構成された集砂ノズル４０から０．００５ＭＰａ程度の吐出圧で、１５０Ｌ／ｍｉｎ程度の水を噴射すると、第１ノズル孔４４からの噴射水はほぼ仕切板１１間の横幅まで扇状に分散して底面３Ａに到達する。尚、姿勢調整機構によって集砂ノズル４０の姿勢を調整することで、集砂ノズル４０からの噴射水の噴射角度と噴射高さを調整でき、これにより第１ノズル孔４４から噴射される水の横幅方向の分散幅を調整することができる。

図３（ｂ）に示すように、集砂ノズル４０の第１ノズル孔４４から噴射される水は底面３Ａの横幅方向に扇状に拡がって分散されて底面３Ａに到達する。集砂ノズル４０に供給される水の圧力が低圧であっても、第１ノズル孔４４からの噴射水は、底面３Ａの横幅方向に広がった状態で流下しながら底面３Ａに沈降した砂を周囲から切り崩しながら効率的に集砂することができる。

第２ノズル孔４５から噴射される水は、第１ノズル孔４４から噴射される水の分散幅より狭い状態で底面３Ａに到達する。第１ノズル孔４４からの噴射水は底面の横幅方向に広がった状態で流下し、第２ノズル孔４５からの噴射水は第１ノズル孔４４からの噴射水より狭い領域に分散して流下する。第１ノズル孔４４からの噴射水と第２ノズル孔４５からの噴射水とが重畳する領域では水量が増えるため、当該領域で底面３Ａに沈降した砂を確実に集砂することができる。

第２ノズル孔４５は、集砂ノズル４０内に残った水のドレンとしても機能するので、集砂ノズル４０からの水の噴射をしていないときに、集砂ノズル４０内に残る水を確実に排水することができる。

集砂ノズル４０の構成を簡素にして、安価に製作できるためコストダウンを図ることができる。また、集砂ノズル４０に水を供給する取水ポンプＰ２は、吐出圧が低圧なものを用いることで省エネを図ることができる。集砂ノズル４０に形成した第１ノズル孔４４及び第２ノズル孔４５をシンプルな形状としたため、取水ポンプＰ２から送水される水に含まれる夾雑物の絡みや詰まりが発生しにくく、取水ポンプＰ２の吐出圧に関わらず安定した噴射が可能となる。

また、複数の集砂ノズル４０がノズルヘッダ管３０に個別に着脱自在に取り付けられているため、集砂ノズル４０のメンテナンスを個別に行うことができる。集砂ノズル４０とノズルヘッダ管３０を別に製作、運搬及び据付をすることができるため作業性がよい。

以下、図８に基づいて、沈砂設備における揚砂機による揚砂と集砂装置による集砂方法について説明する。流入ゲート２が閉塞され、ポンプ井４に溜まった雨水が排水ポンプＰ１により河川に排水されて水位が低下し、雨水が沈砂池３とポンプ井４で分離される状態になると、沈砂池３の洗浄、つまり沈降した土砂の除去が開始される。

図８（ａ）に示すように、平面視で沈砂池３の底面３Ａと水面ＷＳとが交わる境界領域に揚砂機１０から最も離隔した上流側（ここでは、上流側を例示するが下流側であってもよい）の集砂ノズル群Ｎ１が位置する水位ＷＬ１の近傍で、揚砂機１０及び取水ポンプＰ２を稼動させ、攪拌ノズルＮｄから水を噴射するとともにバルブ機構Ｖ１を開放して集砂ノズル群Ｎ１から洗浄用の水を噴射する。

図８（ｂ）に示すように、沈砂池３に残留した貯留水の水位が次第に低下し、平面視で沈砂池３の底面３Ａと水面ＷＳとが交わる境界領域に集砂ノズル群Ｎ３が位置する水位ＷＬ２の近傍に達すると、バルブ機構Ｖ１を閉塞するとともにバルブ機構Ｖ３を開放して集砂ノズル群Ｎ３から水を噴射する。

以下同様に、図８（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、貯留水の水位がＷＬ３，ＷＬ４，ＷＬ５と次第に低下するに連れて、バルブ機構の開閉状態が切り替えられて水が噴射される集砂ノズル群が、Ｎ５→Ｎ７→Ｎ９と切り替えられ、沈砂池３の底面３Ａのうち揚砂機１０より上流側に沈降した土砂が流路３Ｂ毎に揚砂機１０の設置領域１０Ａに集砂される。

図８（ｆ）に示すように、揚砂機１０で揚水した後に、図８（ｇ）に示すように、取水ポンプＰ２からの水を沈砂池３に充填して水位をＷＬ１に回復させる。このとき、揚砂機１０を停止すると共に、攪拌ノズルＮｄを介して充填する。

その後、図８（ｈ）に示すように、平面視で沈砂池３の底面３Ａと水面ＷＳとが交わる境界領域に揚砂機１０から最も離隔した下流側の集砂ノズル群Ｎ２が位置する水位ＷＬ１の近傍で、揚砂機１０及び取水ポンプＰ２を稼動させ、攪拌ノズルＮｄから水を噴射するとともにバルブ機構Ｖ２を開放して集砂ノズル群Ｎ２から洗浄用の水を噴射する。

図８（ｉ）に示すように、沈砂池３に残留した貯留水の水位が次第に低下し、平面視で沈砂池３の底面３Ａと水面ＷＳとが交わる境界領域に集砂ノズル群Ｎ４が位置する水位ＷＬ２の近傍に達すると、バルブ機構Ｖ２を閉塞するとともにバルブ機構Ｖ４を開放して集砂ノズル群Ｎ４から洗浄用の水を噴射する。

以下同様に、図８（ｊ），（ｋ），（ｌ）に示すように、貯留水の水位がＷＬ３，ＷＬ４，ＷＬ５と次第に低下するに連れて、バルブ機構の開閉状態が切り替えられて水が噴射される集砂ノズル群が、Ｎ６→Ｎ８→Ｎ１０と切り替えられ、沈砂池３の底面３Ａのうち揚砂機１０より下流側に沈降した土砂が流路３Ｂ毎に揚砂機１０の設置領域１０Ａに集砂される。

図８（ｍ）に示すように、この状態では、攪拌ノズルＮｄから噴射される水により水中に浮遊する土砂が揚砂機１０によって沈砂池３から除去される。揚砂機１０で吸い上げられた水は、固液分離機構で土砂が除去された後にポンプ井４に送水されて、河川に放流される。最終的な揚水が終了すると取水ポンプＰ２、揚砂機１０を停止する。

このように、沈砂池３の底面３Ａと水面ＷＳとが交わる境界領域で、集砂ノズル装置からの噴射水による土砂の浮遊現象ばかりでなく、沈砂池３に残留した貯留水による土砂の引き込み現象との相乗効果によって効率的に土砂が集砂されるので、集砂ノズル装置からの噴射水の流量をそれほど大きく設定する必要がなくなるのである。その結果、洗浄のための取水ポンプＰ２として、容量の小さな小型且つ安価なポンプを採用することができるようになる。

本発明による集砂ノズル及び集砂ノズル装置の別実施形態について説明する。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、集砂ノズル５０は、直管部５１と、拡径管部５２とを備えている。直管部５１の他端には拡径管部５２が取り付けられている。

拡径管部５２は、直管部５１に取り付けられた一端側から他端側にかけて徐々に口径が拡径した先端に平板５３が取り付けられ閉塞されて構成されている。

拡径管部５２の最下流側の下方であって平板５３との境界部に、拡径管部５２の円周に沿って正面視で下方１２０度の範囲に亘ってスリット５４が形成されている。拡径管部５２の拡径部の下方中央には開口５５が形成されている。尚、スリット５４の平板正面視中央からの形成範囲の角度θは１２０度としたが、９０度から１８０度の範囲で任意に設定することができる。

スリット５４が、沈砂池の底面３Ａの横幅方向に分散するように水を噴射可能に形成されたスリット状の第１ノズル孔を構成する。また、開口５５が、拡径管部の第１ノズル孔５４の上流側下方に、第１ノズル孔５４による水の分散幅より狭く水を噴射可能に形成された第２ノズル孔を構成する。尚、第１ノズル孔５４は、ドレンとしても機能する。

つまり、集砂ノズル５０は、拡径管部５２の周部に形成され、沈砂池の底面３Ａの傾斜方向と交差し底面３Ａに沿う方向に分散するように水を噴射可能なスリット状の第１ノズル孔５４が形成され、第１ノズル孔５４の形成部位より上流側下方に、第１ノズル孔５４による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔５５が形成され、第１ノズル孔５４がドレンとして機能する。第２ノズル孔５５は、第１ノズル孔５４の形成部位より上流側下方であれば直管部５１２形成されていてもよい。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、ノズルヘッダ管３０の長手方向には、例えば所定間隔で６箇所の開口部が形成され、当該開口部には直管部３２が取り付けられている。直管部３２の先端には曲管３３が接続されている。そして、曲管３３の他端には集砂ノズル５０の直管部５１が着脱自在に接続されている。

図７（ｂ）に示すように、集砂ノズル５０の第１ノズル孔５４から噴射される水は底面３Ａの横幅方向に扇状に拡がって分散されて底面３Ａに到達する。集砂ノズル５０に供給される水の圧力が低圧であっても、第１ノズル孔５４からの噴射水は、底面３Ａの横幅方向に広がった状態で流下しながら底面３Ａに沈降した砂を周囲から切り崩しながら効率的に集砂することができる。

第２ノズル孔５５から噴射される水は、第１ノズル孔５４から噴射される水の分散幅より狭い状態で底面３Ａに到達する。第１ノズル孔５４からの噴射水は底面の横幅方向に広がった状態で流下し、第２ノズル孔５５からの噴射水は第１ノズル孔５４からの噴射水より狭い領域に分散して流下する。第１ノズル孔５４からの噴射水と第２ノズル孔５５からの噴射水とが重畳する領域では水量が増えるため、当該領域で底面３Ａに沈降した砂を確実に集砂することができる。

第１ノズル孔５４は、集砂ノズル５０内に残った水のドレンとしても機能するので、集砂ノズル５０からの水の噴射をしていないときに、集砂ノズル５０内に残る水を確実に排水することができる。

集砂ノズル５０の構成を簡素にして、安価に製作できるためコストダウンを図ることができる。また、集砂ノズル５０に水を供給する取水ポンプＰ２は、吐出圧が低圧なものを用いることで省エネを図ることができる。集砂ノズル５０に形成した第１ノズル孔５４及び第２ノズル孔５５をシンプルな形状としたため、取水ポンプＰ２から送水される水に含まれる夾雑物の絡みや詰まりが発生しにくく、取水ポンプＰ２の吐出圧に関わらず安定した噴射が可能となる。

また、複数の集砂ノズル５０がノズルヘッダ管３０に個別に着脱自在に取り付けられているため、集砂ノズル５０のメンテナンスを個別に行うことができる。集砂ノズル５０とノズルヘッダ管３０を別に製作、運搬及び据付をすることができるため作業性がよい。

集砂ノズル装置Ｎ１〜Ｎ１０は、底面３Ａに沈降した砂を底面３Ａの傾斜方向に押し流し、揚砂機１０が設置された領域に集砂可能であれば、底面３Ａの傾斜方向に流すように水が噴射されればよく、必ずしも揚砂機１０に向けて水を噴射するような姿勢である必要なない。

つまり、本発明による集砂ノズルは、第１ノズル孔４４，５４とは異なる位置に、少なくとも第１ノズル孔４４，５４から噴射された水の流れの一部に重なるように水を噴射する第２ノズル孔４５，５５が形成されていればよく、第１ノズル孔４４，５４の長手方向幅の内側に第２ノズル孔４５，５５が形成されていれば、シンプルに構成できる点で特に好ましい。

集砂ノズルがこのように構成されていると、第１ノズル孔から沈砂池の底面に供給される噴射水が、薄い水層を形成して横方向に広がりながら底面を流れる過程で集砂されずに残留した砂が、例えば底面中央部に堆積するようなことがあっても、第２ノズル孔から噴射される水が、第１ノズル孔から噴射される水の分流れに重なるように沈砂池の底面を流れるので、第１ノズル孔からの噴射水と第２ノズル孔からの噴射水とが重畳して流れる領域で水層の厚みが増し、つまり水量が増えるため、砂が堆積することなく確実に集砂できるようになる。

上述した実施形態では、沈砂池３の底面３Ａのうち水の流下方向中央部であって、横幅方向に帯状に形成された最深部１０Ａに揚砂機１０が設置される場合を説明したが、揚砂機１０の設置領域１０Ａは、沈砂池３の底面３Ａのうち水の流下方向中央部に限るものではなく、沈砂池３の最上流側に最深部１０Ａを形成して揚砂機１０を設置する態様であってもよく、沈砂池３の最下流側に最深部１０Ａを形成して揚砂機１０を設置する態様であってもよい。

更に、横幅方向に帯状に形成された最深部１０Ａの中央部に揚砂機１０が設置される場合を説明したが、横幅方向に帯状に形成された最深部１０Ａであって、その横幅方向の端部に揚砂機１０が設置される態様であってもよい。

上述した実施形態では、沈砂池３の底面３Ａの勾配を３度〜２０度の範囲に設定し、滑らかな傾斜面に形成される例を説明したが、勾配はこの範囲に限るものではなく、また、滑らかな傾斜面に形成される例に限るものではない。例えば、傾斜方向に複数の段差が形成され、ステップ的に傾斜する構成であってもよい。段差と段差の間の面は傾斜面であることが特に好ましい。

上述した実施形態では、雨水ポンプ設備を例に本発明による集砂ノズル及び集砂ノズル装置を備えた沈砂設備を説明したが、本発明は他に汚水ポンプ設備、下水処理設備等、沈砂池での集砂を必要とする任意の水処理設備に適用できる。

上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

３Ａ：底面
３Ｂ：流路
１１：仕切板
１２：中央壁
２０：集砂装置
３０：ノズルヘッダ管
３１：接続部
４０：集砂ノズル
４１：直管部
４２：拡径管部
４３：平板
４４：第１ノズル孔
４５：第２ノズル孔
Ｎ１〜Ｎ１０：集砂ノズル装置
Ｖ１〜Ｖ１０：バルブ機構
Ｐ２：取水ポンプ
ＷＰ：送水管

Claims (7)

1. 沈砂池に沈降した砂に水を噴射して、集砂する集砂ノズルであって、
   直管部と、前記直管部から次第に拡径するとともに先端が閉塞された拡径管部とを備え、
   前記拡径管部に、前記沈砂池の底面に沿う方向に分散するように水を噴射可能なスリット状の第１ノズル孔が形成されている集砂ノズル。
2. 前記第１ノズル孔とは異なる位置に、少なくとも前記第１ノズル孔から噴射された水の流れの一部に重なるように水を噴射する第２ノズル孔が形成されている請求項１記載の集砂ノズル。
3. 前記第１ノズル孔が前記拡径部の先端閉塞面に形成され、前記第１ノズル孔の下部に、前記第１ノズル孔による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔が形成され、前記第２ノズル孔がドレンとして機能する請求項１または２記載の集砂ノズル。
4. 前記第１ノズル孔が前記拡径管部の周部に形成され、前記第１ノズル孔の形成部位より上流側下方に、前記第１ノズル孔による水の分散幅より狭い幅で水を噴射可能な第２ノズル孔が形成され、前記第１ノズル孔がドレンとして機能する請求項２記載の集砂ノズル。
5. 前記拡径部の先端は平板で閉塞されている請求項１から４の何れかに記載の集砂ノズル。
6. 沈砂池の底面に沿う方向に配設されるノズルヘッダ管と、前記ノズルヘッダ管の長さ方向に沿って所定間隔に配列された請求項１から５の何れかに記載の複数の集砂ノズルとを含み、
   前記ノズルヘッダ管をその軸心周りに回動可能に支持する支持部が設けられ、前記支持部が、前記沈砂池の底面に対する前記集砂ノズルの姿勢を調整する姿勢調整機構として機能するように構成されている集砂ノズル装置。
7. 前記沈砂池の底面に複数の仕切板が立設され、各仕切板により複数の流路が形成され、各集砂ノズルが前記各流路に配設される請求項６記載の集砂ノズル装置。

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