JP3839035B2 - 低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収法及び低温エアーリフトポンプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば湖、河川、沼、海などの水域や海域などの底部に沈殿する堆積物を水又は海水と共に水面上に吸い上げる技術に係り、特に、低温の高圧エアーを吸引ホースの吸込口近くの内側に上向きに噴出して、吸引ホース内を上昇する高圧エアーの温度上昇による体積膨張に伴い上昇力を高め且つ密度が小さくなるのを利用して吸引ホースの吸込口の吸引力を高めて、底部に沈殿する堆積物を水又は海水と共に水面上に吸い上げるようにした低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収法及び低温エアーリフトポンプ装置に関するものである。

水中の水をエアーの上昇力を利用して吸い上げるエアーリフトポンプ装置が知られている。このエアーリフトポンプ装置は水中の吸引ホースの吸引口の近くの内側に上向きにエアーを噴射して、そのエアーの上昇力を利用して水中の水や底部の堆積物を吸い上げる構造になっている。
また、海底又は河底の砂を水と共に吸い上げる装置として水中サンドポンプが知られている。この水中サンドポンプは軸流ポンプを吸引口の近くの吸引ホース内に取り付けて、軸流ポンプの回転羽根の回転によって生じる吸引力を利用して海底又は河底の砂を水と共に吸い上げる構造になっている。水と共に吸い上げられる砂は回転羽根の間を通過するため、回転羽根の同士の隙間に石が詰まらないように、吸引口には石などが吸引されないように石が通過できない程度の孔が多数形成された多孔板などが取り付けられている。
実開昭５７−２０２７８５ 特開平１１−１５９５００ 特開２０００−３２０５００

しかしながら、前記のエアーリフトポンプ装置にあっては、水深が深くなると堆積物の吸引力が低下する欠点がある。この欠点の解消法として、吸引ホースの吸引口近くに送り込むエアー圧力を高めて、吸引ホース内を上昇するエアー量を増やしてその上昇力を高め、その高めた上昇力を利用して吸引口の吸引力を高めることが考えられる。しかし、吸引ホースの吸引口近くに送り込むエアー圧力を高めると、吸引口が負圧から正圧となって堆積物を吸い上げることができなくなり、エアーリフトポンプ装置にあっては、水深が深くなると堆積物の吸引力が低下する欠点を解消するのが困難と思われた。
また、水中サンドポンプは水深が深くなっても十分に吸引力がある反面、吸引口に取り付けた多孔板の外面側に吸引された土砂の一部が付着して、付着した土砂によって多孔板の孔が塞がれて、吸引できなくなる状況が度々生じる。このため、水中サンドポンプにあっては、時々軸流ポンプを逆回転して多孔板の外面側に付着した土砂を飛散させているが、このとき、軸流ポンプの逆回転によって吸引口の周辺の堆積物も同時に飛散させており、その結果、水の中が飛散された土砂によって濁ってしまい、これが周辺の水域や海域の汚染の原因にもなり、また、この濁りが沈静化するまで、吸引作業を行うことができず、その間は作業を中断する必要があり、作業ロスが生じる欠点があった。
さらに、底部に沈下していた投棄物例えば海などで使用されたビニールなどが吸引された場合には、軸流ポンプの回転羽根を通過する際に回転羽根によって切断されて吸い上げられるため、水面上に設置された回収容器内には回収された土砂の中に細かく切断されたビニール片が散らばり、回収された土砂の中から細かく切断されたビニール片を取り除くのが非常に面倒であった。
さらにまた、軸流ポンプの回転羽根には土砂が衝突するため、回転羽根の損傷や摩耗が激しく、底部に下ろしていた吸引ホースの吸引口側を時々引き上げて、損傷した回転羽根を交換することも必要であり、この間も作業を中断する必要があり、作業ロスが生じる欠点があった。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、低温の高圧エアーを吸引ホースの吸込口近くの内部側に上向きに噴射して、吸引ホース内を上昇する高圧エアーの温度上昇による体積膨張に伴い上昇力が増加し且つ密度が小さくなるのを利用して吸引ホースの吸込口の吸引力を高めて、深い水深の底部に沈殿する堆積物も容易に水又は海水と共に水面上に吸い上げることのできる低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収法及び低温エアーリフトポンプ装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、水域又は海域の底部の堆積物を吸引ホースにより吸引して吸い上げる底部の堆積物の吸引回収法において、吸引ホースの吸引口近くの内部側に上向きに水又は海水が氷らない程度の低温の高圧エアーを噴出し、吸引ホース内を上昇する低温の高圧エアーの温度上昇による体積膨張率を大にして上昇力を高め且つ同一水深における吸引ホースの内部の密度をさらに小さくして内外の密度差を大きくして吸引ホースの吸引口の吸引力を高めて、底部に沈殿する堆積物を水又は海水と共に水面上に吸い上げて回収する方法よりなるものである。

また、請求項３の発明は、水域又は海域の底部の堆積物の表面に吸引口を備えた吸引管に緩衝管を介して吸引ホースの一端を接続し、吸引ホースの他端側を水面上の分離室に延設し、吸引管の内周側面に水又は海水が氷らない程度の低温の高圧エアーを上向きに噴出するエアー噴出口を形成し、吸引管に高圧エアーを圧送する通路となるエアーホースの一端を接続し、エアーホースの他端側を水面上に設置され高圧エアーを水又は海水が氷らない程度の低温に冷やすエアー冷却機を介してエアーコンプレッサーに接続した手段よりなるものである。

以上の記載より明らかなように、請求項１、請求項３の発明によれば、吸引ホースの吸引口近くの内側に上向きに低温のエアーを噴出することで、吸引ホース内を上昇する低温のエアーは温度上昇による体積膨張率が常温のエアーの場合に比べて大きいため、吸引ホース内の上昇力を高めることができると共に、低温のエアーの上昇中における体積膨張率が大きいためその密度も常温のエアー使用の場合に比べて小さくすることができ、その結果、同一水深における吸引ホースの内外における密度の差を常温のエアー使用時によりも大きくすることができるの、密度差が大きくなることによって吸引ホースの吸込口の吸引力を高めることができ、常温のエアーを使用したときに比べて、１．５〜２倍程度、底部の堆積物を吸い上げる吸引能力を高めることができる。

また、請求項２、請求項４の発明の場合には、固まった堆積物を振動により崩すので、吸引口が固まった堆積物で塞がれて吸引不能の状態になるのを防ぐことができ、詰まることなく堆積物を吸引口から吸引することができる。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は低温エアーリフトポンプ装置の構成図、図２は低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収状況の全体図、図３は吸引管の断面図である。

図において、エアーリフトポンプ装置１は、例えば湖、河川、沼、海などの水域や海域などの底部に沈殿する堆積物ａの例えば汚泥を水又は海水と共に水面上に吸い上げる装置で、特に、低温の高圧エアーを吸引ホース８の吸引口２１近くの内側に上向きに噴射して、吸引ホース８内を上昇するエアーの温度上昇による体積膨張に伴い上昇力が増加し且つ密度が小さくなるのを利用して吸引ホース８の吸引口２１の吸引力を高めて、底部に沈殿する堆積物ａを水と共に水面上に吸い上げる装置である。

エアーリフトポンプ装置１は、吸引口２２を有する吸引管２，エアー冷却機３、エアーコンプレッサー４、緩衝管６、必要に応じて取り付けられるアーム取付管７、吸引ホース８などから主に構成されている。

吸引管２は円筒形の形状を有しており、使用時には下端となるその先端には少しラッパ状に開いた吸引口２１が設けられている。吸引口２１の内部で吸引力が生じ、これにより、この吸引口２１から底部の汚泥などの堆積物ａと共に水又は海水が吸い込まれる。

吸引管２の内周側面の下部側には水又は海水が氷らない程度の低温の高圧エアーを上向きに噴き出すエアー噴出口２２が上向きに形成されている。エアー噴出口２２はこの噴き出し口から噴射される高圧エアーが螺旋状に噴射されるように上向きで少し傾いている。また、吸引管２の内側面には螺旋状パイプ２３が取り付けられていて、吸引管２の内部で螺旋状の吸上流が生じるように構成されている。

吸引管２の内周側面と外周側面との間にはエアー噴出口２２に通じるエアー供給路２４が環状に形成されている。高圧エアーはエアー供給路２４内を流れて、その内周側面に形成されたエアー噴出口２２から噴射される。吸引管２の外周側面の一部にはこの環状のエアー供給路２４に連通するエアー導入口２５が形成されている。

吸引管２のエアー導入口２５には、吸引管２に高圧エアーを送り込むエアーホース２６が一端が接続されている。エアーホース２６は吸引ホース８に沿って水中又は海水中内に配設されると共にその他端側は水面上の回収船９に設置されたエアー冷却機３を介してエアーコンプレッサー４に接続されている。

エアーコンプレッサー４は吸引管２に供給する高圧エアーを造り出す装置である。エアー冷却機３はエアーコンプレッサー４で造られた高圧エアーを水や海水が氷らない程度の低温、例えば１〜５℃程に下げるものである。高圧エアーの温度は水や海水が氷らない程度の直前の低い温度がよい。これは高圧エアーの気泡が吸引ホース８内を上昇中に暖められて膨張する場合にその膨張率が高い方が吸引口２１からの吸引力が高くなるからである。

高圧エアーを低温にすることで、吸引管２の内周側面のエアー噴出口２２から噴出される高圧エアーの気泡を小さくでき、吸引管２の内部が噴出される高圧エアーにより正圧になって汚泥などの堆積物ａと水又は海水の吸引力が低下するのを防ぐと共に、吸引ホース８内を上昇中に水又は海水によって暖められて高圧エアーの気泡が膨張することによって上昇力を高め且つ膨張した気泡によって吸引ホース８内の密度を吸引ホース８の外側の同一水深での密度より小さくすることで、吸引口２１からの堆積物ａと水又は海水の吸引力を高める機能を果たす。

吸引管２の外周側面には複数の振動器５が周面方向に等間隔で下向きに取り付けられている。図面では４つの振動器５が９０度間隔で取り付けられている。吸引管２の外周に取り付けられた振動器５は、底部の固くなっている堆積物ａを振動によって崩して吸引口２１から吸引し易くする機能を果たす。

下向きの振動器５は吸引管２の外周側面の上下に設けられた上部取付盤５１及び下部取付盤５２によって保持されている。下向きの振動器５の上半分側には下部側の振動器５を上下方向に移動するためのエアーシリンダー５３が組み込まれている。水面上の回収船９に設置された前記エアーコンプレッサー４からエアーシリンダー５３を駆動させるエアーを圧送するエアーホース５４の一端がエアーシリンダー５３に接続されている。エアーホース５４は吸引ホース８に沿って水中内に配設されると共にその他端側は水面上の回収船９に設置されたエアーコンプレッサー４に接続されている。また、振動器５の下部側の振動して固まった堆積物ａを崩す部分は例えば高周波振動になっており、水面上に設置された高周波電源ボックス５５から電源を供給する配線５６の一端が接続されている。

吸引管２には緩衝管６が接続されている。緩衝管６は吸引口２１の反対側の使用時に上下向きとなる吸引管２の上端に接続されている。緩衝管６には例えば耐圧ゴム製管が使用される。この例えば耐圧ゴム製管が使用される緩衝管６の外周側面には、吸引管２に衝撃が作用したときにこれを緩衝するための衝撃防止用スプリング６１が取り付けられている。

緩衝管６には必要に応じてアーム取付管７が接続される。アーム取付管７は吸引管２の反対側の使用時に上下向きとなる緩衝管６の上端に接続される。アーム取付管７は水面上の例えば回収船９に取り付けられたアーム７２の先端がその側面に取り付けられる管で、アーム７２が使用されない場合にはこのアーム取付管７は省略される。アーム取付管７の外側面の上下にはアーム取付片７１が突設されていて、このアーム取付片７１にアーム７２の先端がボルトなどによって枢結されている。船上からのアーム７２は水深が深い場合や吸引ホース８全体が重くて潜水夫が底部で動かせない場合に使用される。

アーム取付管７には吸引ホース８の一端が接続されている。吸引ホース８は緩衝管６の反対側の使用時に上下向きとなるアーム取付管７の上端に接続されている。吸引ホース８の一端はアーム取付管７が使用されない場合には緩衝管６に接続される。吸引ホース８は水中内に配設されると共にその他端側は水面上の回収船９の分離槽９１内に延びて、吸引ホース８の他端となる排出口８１は分離槽９１内に臨んでおり、吸引ホース８内を吸い上げられてきた堆積物ａと水は排出口８１から分離槽９１内に貯留されて汚泥などの堆積物ａと水に分離される。吸引ホース８には例えば蛇腹型の自在に曲がる自在ホースが使用されている。

次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
底部の例えば汚泥などの堆積物ａを回収する水域又は海域まで、分離槽９１を備えた回収船９を移動させた後、回収船９にアーム７２を備えている場合にはアーム７２を使って先端に吸引管２を有する吸引ホース８を堆積物ａの回収箇所の底部に沈める。また、回収船９にアーム７２を備えていない場合には潜水夫を使って吸引管２を有する吸引ホース８を堆積物ａの回収箇所の底部に沈める。

吸引ホース８の先端の吸引管２の吸引口２１を下向きにして底部の堆積物ａの表面に被せた後、回収船９に設置したエアーコンプレッサー４、エアー冷却機３を作動させる。また、底部の固まっている堆積物ａを崩すために振動器５を必要に応じて作動させる。

エアーコンプレッサー４を作動させると高圧エアーが造られ、造られた高圧エアーはエアーホース２６を圧送され、途中に設けられたエアー冷却機３で水又は海水が氷らない程度の低温に下げられた後、エアーホース２６を圧送されて吸引ホース８の先端の吸引管２のエアー導入口２５から吸引管２の内部のエアー供給路２４内に流入する。吸引管２のエアー供給路２４内に流入した低温の高圧エアーは、吸引管２の内周側面に形成されたエアー噴出口２２から気泡として上向きの螺旋状に噴出される。

吸引管２の内部では螺旋状に低温の高圧エアーの気泡が内部の水又は海水中に噴出されるため、吸引管２の内部には螺旋状の上昇流が発生する。この上昇流によって、吸引管２の吸引口２１には吸引力が生じて、底部に沈殿している例えば汚泥などの堆積物ａが水又は海水と共に吸引口２１に吸い込まれる。水又は海水と共に吸い込まれた堆積物ａは、吸引管２、緩衝管６、必要に応じて設けられたアーム取付管７、そして吸引ホース８の各内部を上昇する。

上昇する堆積物ａと水又は海水中に低温の高圧エアーの気泡が多数含まれている。この低温の高圧エアーの気泡は、吸引ホース８内を上昇中に内部の水又は海水によって暖められて膨張する。低温の高圧エアーの気泡はその膨張率が常温の高圧エアーの気泡に比べて大きく、高圧エアーの気泡は上に行くに従い更に大きくなる。

上昇中の高圧エアーの気泡が大きくなることによって、上昇力が高まる。また上昇する堆積物ａと水又は海水中に含まれる高圧エアーの気泡が大きくなることによって、吸引ホース８の内部の流体の密度が吸引ホース８の外部の同一水深の水中又は海水中の密度より小さくなるため、吸引管２の吸引口２１には高い吸引力が生じて、多量の水又は海水と共に堆積物ａを底部から吸い上げることができる。

常温の高圧エアーを使用した場合に比べて、低温の高圧エアーの場合には体積膨張率が大きいので、吸引ホース８内の密度は常温の高圧エアーの場合に比べて低温の高圧エアーが更に小さいため、吸引管２の吸引口２１が外部から受ける水圧が常温の高圧エアーの場合に比べて低温の高圧エアーが大きくなり、つまり吸引力を高めることができる。

そして、吸引ホース８を通じて吸い上げられた水又は海水及び堆積物ａは、吸引ホース８の他端の排出口８１から分離槽９１内に排出される。分離槽９１内に排出された水又は海水及び堆積物ａは、水又は海水と堆積物ａとに分離される。堆積物ａは分離槽９１内の底に沈殿する。堆積物ａと分離した水又は海水はポンプを使って分離槽９１からは外部に排出される。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

この発明を実施するための最良の形態を示す低温エアーリフトポンプ装置の構成図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収状況の全体図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す吸引管の断面図である。

符号の説明

１ エアーリフトポンプ装置
２ 吸引管
２１ 吸引口
２２ エアー噴出口
２３ 螺旋状パイプ
２４ エアー供給路
２５ エアー導入口
２６ エアーホース
３ エアー冷却機
４ エアーコンプレッサー
５ 振動器
５１ 上部取付盤
５２ 下部取付盤
５３ エアーシリンダー
５４ エアーホース
５５ 高周波電源ボックス
５６ 配線
６ 緩衝管
６１ 衝撃防止用スプリング
７ アーム取付管
７１ アーム取付片
７２ アーム
８ 吸引ホース
８１ 排出口
９ 回収船
９１ 分離槽

Claims (4)

1. 水域又は海域の底部の堆積物を吸引ホースにより吸引して吸い上げる底部の堆積物の吸引回収法において、吸引ホースの吸引口近くの内部側に上向きに水又は海水が氷らない程度の低温の高圧エアーを噴出し、吸引ホース内を上昇する低温の高圧エアーの温度上昇による体積膨張率を大にして上昇力を高め且つ同一水深における吸引ホースの内部の密度をさらに小さくして内外の密度差を大きくして吸引ホースの吸引口の吸引力を高めて、底部に沈殿する堆積物を水又は海水と共に水面上に吸い上げて回収することを特徴とする低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収法。
2. 堆積物の吸引にあたり吸引ホースの吸引口の外部側の堆積物を振動して崩しながら吸引する請求項１記載の低温エアーを利用した底部の堆積物の吸引回収法。
3. 水域又は海域の底部の堆積物の表面に吸引口を備えた吸引管に緩衝管を介して吸引ホースの一端を接続し、吸引ホースの他端側を水面上の分離室に延設し、吸引管の内周側面に水又は海水が氷らない程度の低温の高圧エアーを上向きに噴出するエアー噴出口を形成し、吸引管に高圧エアーを圧送する通路となるエアーホースの一端を接続し、エアーホースの他端側を水面上に設置され高圧エアーを水又は海水が氷らない程度の低温に冷やすエアー冷却機を介してエアーコンプレッサーに接続したことを特徴とする低温エアーリフトポンプ装置。
4. 吸引管の外周側面には振動器が取り付けられた請求項３記載の低温エアーリフトポンプ装置。

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