JP6441568B2 - 管路清掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、管路清掃装置、特に、清掃対象管路の内壁に付着した付着物を除去して掃除する管路清掃装置に関する。

管路は様々な場所に様々な形態で使用されている。例えば、上水道や下水道管路、ガスパイプライン（都市ガス）、長距離輸送パイプライン、石油パイプライン、工場における原料や燃料等を送るパイプ、家庭内での排水パイプ等がある。管路を流れる物体についても、気体、液体、固体等様々な形態がある。

一例として下水道管について説明する。下水道は、主に都市部の雨水及び汚水（下水）を地下水路等で集めた後、公共用水域へ排出するための施設・設備の集合体であり、それらの雨水及び汚水（下水）は浄化等の水処理が行われる。地下水路等の代表として下水道管がある。

下水道管を流れる雨水として、気象学における降水がある。また、気温の上昇等で溶けた融雪水も含む。下水道管を流れる汚水としては、家庭の水洗式便所からのし尿や、家庭における調理・洗濯で生じる生活排水、商店や工場等の事業所からの産業排水等がある。したがって、これらの雨水及び汚水から成る下水には下水道管内に堆積し易い塵や下水道管の管壁に付着し易い汚物等が多量に含まれている。

下水道管には前述のように生活排水や産業排水等の汚水が流されるので、その管路の内部には堆積物（スケール）が多量に付着し易く、また塵、汚物等が残留する。そうなると管路の流下能力は低下し、管路が詰まることもある。したがって、下水道管は、詰まり等の不具合が発生しないように定期的に点検、清掃することが必要になっている。

従来、下水道管路の清掃方法としては、固体のピグ方式（例えば、特許文献１）やノズル方式（例えば、特許文献２）があった。ピグ方式は、固体の弾丸形状のピグ（管路内移動体）を本管内に送り込み、圧送又は吸引によりピグの外周面を管路の内壁面に接触させながら移動させ、スケールを除去するものである。一方、ノズル方式は、ホースの挿入先端部にノズルを固定して取り付け、ホースを管路内に挿通しながら、ノズルからの高圧水を噴射することにより管内壁面に付着堆積しているスケールを除去するものである。

特開２００１−１９１０４５号公報 特開平９−１０７１６号公報

特許文献１のピグ方式では、ピグの径は清掃対象管路の径の５０から９０％であるため、管路の内径とピグとの間に隙間が発生し、小さな堆積物は除去できず残存するという問題がある。特許文献２のノズル方式は、高圧水の噴射により堆積物を除去しているが、水圧や水量に限度があり十分には洗浄できないという問題がある。すなわち、ピグ方式、ノズル方式では、内壁に堆積した比較的大きな堆積物は取り除くことが可能であるが、内壁に付着している微小な堆積物までは完全に除去することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、管路の内壁の付着物を確実に清掃することのできる管路清掃装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の管路清掃装置は、清掃対象管路内を移動する本体部と、該本体部に該本体部の進行方向に伸長する回転軸にて回転可能に設けられ、前記回転中にその一部が前記清掃対象管路の内壁に接触状態となる掃除部と、該掃除部を回転させるための掃除部回転機構と、を有し、前記掃除部は、前記本体部に該本体部の進行方向に伸長する回転軸にて回転可能に設けられた回転部と、該回転部に一端が傾動可能に取り付けられ、他端に先端研削部が設けられたアーム部と、を有し、前記アーム部は、前記先端研削部が管路内壁に接触しない長さに設定された第１のアーム部と、該第１のアーム部の進行方向後側に位置し、前記先端研削部が管路の内壁に接触する長さに設定された第２のアーム部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、掃除部が掃除部回転機構により回転すると、掃除部の一部が清掃対象管路の内壁に接触状態となるように設けられているので、掃除部は、清掃対象管路の内壁を周方向に直接に擦ることできる。そして、本体部は管路内を移動して行くので、周方向の擦り動作のみによる掃除はもちろん、本体部の進行方向の擦り動作を合わせて掃除することができる。したがって、清掃対象管路の内壁に付着した付着物をより確実に清掃することができる。また、アーム部が、回転部に傾動可能に取り付けられているので、管路の内壁に堆積物が存在して径が小さくなっている場合でも、アーム部が傾動して、先端研削部が堆積物を効果的に削り取ることが可能である。先端研削部として、例えば、金属ブラシ、砥石、検索用ビット等が挙げられる。

請求項２に記載の管路清掃装置は、請求項１に記載の管路清掃装置において、前記アーム部は、可とう性を有することを特徴とする。この構成により、回転部の回転により発生する遠心力が大きい場合に、アーム部が効果的に撓ることとなる。その結果、遠心力が大きい場合に先端研削部が管路の内壁に強い力で押し当てられ回転部の回転が止まることが防止される。可とう性を有するアーム部として、例えば、柔軟性のあるプラスチック材料で構成したもの、ワイヤ等が挙げられる。

請求項３に記載の管路清掃装置は、請求項１または２に記載の管路清掃装置において、前記掃除部回転機構は、前記清掃対象管路内に風を送り込む送風手段と、前記掃除部に設けられ、前記送風手段からの風を受けて回転し、該回転力によって前記掃除部を共に回転させるファンと、を有することを特徴とする。したがって、掃除部は、清掃対象管路内に送り込まれた風と掃除部に設けられたファンの回転力によって回転するので、本体部には掃除部を回転駆動させるモータ等を搭載する必要がなく、管路清掃装置が軽量となり操作性が向上する。また、管路内の付着物の程度に応じて風速により掃除部の回転数を調整することができる。更に、取り除かれた清掃対象管路内の付着物は風により搬送されるので付着物の回収も容易になる。

請求項４に記載の管路清掃装置は、請求項１から３の何れか１項に記載の管路清掃装置において、前記掃除部回転機構は、前記掃除部を回転させる動力を付与するモータを含むことを特徴とする。したがって、掃除部回転機構がモータだけで構成された場合、管路清掃装置は、本体部と掃除部だけの構成で完結する。また、管路の内壁の付着物が多い場合や付着物が強力に付着している場合、更には風速が低下して掃除部の回転力が不足した場合には、モータにより掃除部の回転数、トルクを補強することができるので、管路内を確実に清掃することが可能である。モータの例としては、電動モータ、エアモータ等が挙げられる。

請求項５に記載の管路清掃装置は、請求項１から４の何れか１項に記載の管路清掃装置において、前記本体部は、前記清掃対象管路内を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影した映像を送信する送信手段と、を有することを特徴とする。したがって、送信手段により送信された清掃対象管路内の映像を受信して、清掃対象管路内の付着物の付着状況を確認しつつ清掃を行うことができる。

本発明の管路清掃装置によれば、清掃対象管路内を移動する本体部に回転可能に設けられた掃除部が、清掃対象管路の内壁を周方向及び進行方向に掃除するので、管路の内壁に付着した付着物を確実に清掃することが可能である。したがって、清掃作業の品質が向上し、清掃作業の時間を短縮することが可能である。

本発明の管路清掃装置の第１の実施の形態に係る概略説明図である。 図１の管路清掃装置の概略側面図である。ただし、回転部１４が回転している状態について示す。 図１の管路清掃装置の概略正面図である。 本発明の管路清掃装置の第２の実施の形態に係る概略側面図である。ただし、回転部１４が回転している状態について示す。 図４の管路清掃装置の概略正面図である。 本発明の管路清掃装置の第３の実施の形態に係る概略側面図である。ただし、回転部１４が回転している状態について示す。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の管路清掃装置の第１の実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明の管路清掃装置の実施の形態を示す概略説明図である。清掃の対象とする管路は、下水道管３２であり、この下水道管３２は地面から所定の深さに埋設されている。また、下水道管３２には、所定の間隔でマンホールが設置されている。図１では、２つのマンホール３４、３６が図示されている。下水道管を流れる汚水は、マンホール３４、下水道管３２、マンホール３６を介して流れるものとする。なお、下水道管３２は誇張して示されている。

図１において２つのマンホール３４、３６の間の管路３２が清掃対象管路６０である。図１内で、下水が流れて来る左側のマンホールを上流側マンホール３４、右側のマンホールを下流側マンホール３６と定義する。

汚水は、図１では左側から右側に流れるが、清掃作業中は、清掃対象管路６０に接続されている上流側及び下流側の下水道管３２にそれぞれパッカー４２を詰めて流れを一時止める。パッカー４２により汚水を止めることが難しい場合は、図示していない汚水排水管及び汚水排水ポンプ等を用いて上流側マンホール３４から汚水を汲み上げて下流側マンホール３６へと、清掃対象管路６０を迂回させても良い。

本発明の管路清掃装置１０は、図１に示した様に清掃対象管路６０内を移動させるものであり、図２に管路清掃装置１０の概略側面図、図３に概略正面図を示す。ただし、回転部１４が回転している場合に付いて示している。管路清掃装置１０は、略円筒形状の本体部１２と、この本体部１２に回転可能に設けられた掃除部１１を有する。掃除部１１は、後述するように回転部１４、ファン１６、アーム部１８、付勢手段１９、先端研削部２０を有する。

本体部１２は、清掃対象管路３２の略中心部に位置するように２つの保持脚２４に固定されている。保持脚２４は、具体的に本体部１２から中心軸を中心に放射状に延びる４本の棒状体２５で構成されており、この棒状体２５の先端に車輪２６が取り付けられている。保持脚２４は、本体部１２の長手方向の前後の２箇所に設けられている。本体部１２は、この保持脚２４により管路３２を長手方向に円滑に移動することが可能になっている。また、棒状体２５は、その長さが伸縮可能になっている。

本体部１２と回転部１４との接続は、それぞれの中心軸を合わせ、ロータリージョイント又はスイベルジョイント等により構成することができる。回転部１４は本体部１２と略同一の径を有する円筒形状の部材で構成され、本体部側端部には、ファン１６が設けられており、このファン１６により清掃対象管路６０内を流れる高速気流を受けて、回転部１４に回転力が与えられる。ファン１６は、図３では、５枚であるが、清掃対象管路３２の径等に応じて適宜設定できる。

回転部１４には、アーム部１８がヒンジ結合により取り付けられている。アーム部１８は、柔軟性のあるプラスチック樹脂により棒状体に構成されている。したがって、アーム部１８は傾動可能に構成され、且つ可とう性を有している。アーム部１８の傾動先端には先端研削部２０が設けられている。本実施の形態では、アーム部１８は２脚であり、回転軸を中心に対称に設けられており、先端研削部２０は金属製のブラシである。

この構成により、回転部１４が回転していない状態では、先端研削部２０は、管路３２の内壁から離れているか、又は管路３２の底部に置かれた状態になっている。回転部１４が回転し始めると、先端研削部２０は遠心力により管路３２の内壁に近づいて行き、最終的には内壁を擦りながら回転することとなる。すなわち、先端研削部２０は、管路３２の内壁を回転摺動しながら進んで行く。その結果、管路３２の内壁の堆積物が削り取られる。周方向の擦り動作のみによる掃除はもちろん、本体部の進行方向の擦り動作を合わせて掃除することができるので効果的に清掃することができる。

ここで、アーム部１８は、可とう性を有しているので、遠心力が大きい場合や回転時の先端研削部の管路の内壁との摩擦力が大きい場合、アーム部１８は効果的に撓り、管路の内壁の清掃が効果的に行われることとなる。ここで、アーム部１８が撓らない場合、先端研削部２０が遠心力により管路３２の内壁に強い力で押し当てられ回転部１４の回転が止まることが懸念される。アーム部１８が撓ることで、遠心力の一部が吸収され、回転部１４の回転が止まることが防止される。

回転部１４が回転している状態で、アーム部１８と回転部１４とが結合している箇所を結合部ａ、アーム部１８と先端研削部２０とが結合している箇所を結合部ｂ、結合部ａと結合部ｂとを結ぶ直線の長さをＬ、先端研削部２０の厚さをｄ、結合部ａと結合部ｂとを結ぶ直線のアーム部１８の回転軸との為す角度をθ、回転部１４の直径をＤとすると、２・Ｌ・ｓｉｎθ＋Ｄ+２・ｄが清掃対象管路６０の内径と略等しくなる。なお、角度θは、回転部１４の回転数や先端研削部２０と管路の内壁との摩擦力、堆積物の有無等により変化する。

アーム部１８と回転部１４との結合部は、アーム部１８が傾動可能に構成されており、先端研削部２０は、この結合部より本体部１２の進行方向の後方に位置している。この構成により、管路３２の径が変化しても管路清掃装置１０は対応可能になっている。すなわち、清掃対象管路６０の径が変化しても、アーム部１８はそれに応じて傾動し、管路清掃装置１０は管路３２内を移動するのに支障はない。

本体部１２の回転部１４側とは反対側の端部には、管路清掃装置１０を、マンホールを介して地上から牽引するためのワイヤ５４を引き掛けるフック２８が取り付けられている。本体部１２、回転部１４、保持脚２４等の材質や寸法等は、清掃作業中において管路清掃装置１０の機械的強度が保証される様に最適に設計されている。

清掃作業の前段取りとして、以下の準備工程が必要である。まず、パッカー４２を清掃対象管路６０の上流側及び下流側の管路３２にそれぞれ詰め、汚水の流れを止める。上流側マンホール３４内に空気導入管３８を設置する。この空気導入管３８には、送風機５０が接続されている。下流側マンホール３６に空気排出管４０を設置する。空気排出管４０には、堆積物等を回収する回収装置４６が接続されている。そして、清掃対象管路６０の下流側のマンホール３６から管路清掃装置１０を管路３２に導入しセットする。管路清掃装置１０のフック２８に、上流側マンホール３４から挿通したワイヤ５４を引き掛ける。ワイヤ５４は、プーリ５２を介して牽引装置４８に捲き取られる。ワイヤ５４が巻き取られると管路清掃装置１０が清掃対象管路６０内を移動することとなる。

空気導入管３８に接続された送風機５０は、例えば、ディーゼルエンジン（図示していない）が具備されており、ディーゼルエンジンによりファン（図示していない）を高速回転させて発生させた高速気流を、風力調整手段（図示していない）により所定の圧力の空気流として空気導入管３８に導入する。本実施の形態では、清掃対象管路６０内での空気の流速は、すなわち風速は、毎秒１０ｍから１００ｍまで調整可能である。

空気排出管４０には、高速気流で運ばれてきた清掃対象管路６０で削り取られた堆積物５６を回収するための回収装置４６が接続されている。回収装置６０は、例えば、集塵機、ごみ袋等で構成される。

清掃作業は、まず、空気導入管３８に接続された送風機５０を作動させ、清掃対象管路６０内に所定の高速気流を上流側マンホール３４から下流側マンホール３６に向かって発生させる。そして、上流側マンホール３４側から、管路清掃装置１０を牽引装置４８により牽引して、下流側マンホール３６側から上流側マンホール３４に向かって移動させる。管路清掃装置１０は、高速気流を受けて回転部１４のファン１６により回転部１４が回転し、アーム部１８の先端に取付けられた先端研削部２０が管路３２の内壁に直接に接触状態を保ちながら回転移動することとなる。管路清掃装置１０は、下流側マンホール３６から上流側マンホール３４まで牽引されて行くので、先端研削部２０により清掃対象管路６０の内壁に付着した堆積物５６が取り除かれて行く。取り除かれた堆積物５６は、高速気流に乗って回収装置４６に回収される。清掃作業後、清掃対象管路６０内の管路３２の内壁を観察したところ、内壁に付着していた堆積物５６は殆ど取り除かれていた。

清掃対象管路６０内の高速気流とファン１６を利用して回転部１４に回転力を与えているので、風速が低下した場合や付着物５６が多い場合には、回転力が低下し清掃能力が低下することが懸念される。そこで、本実施の形態では、本体部１２にモータ（図示していない）が組み込まれている。すなわち、回転力が低下した場合は、このモータを駆動し、回転部１４に回転力若しくはトルクを与えている。したがって、送風機５０の出力が低下した場合や、管路３２の管壁の堆積物５６の付着力が強力である場合には、モータを駆動して回転力を上げて清掃の効果を高めることが可能である。

管路清掃装置１０は、更に、本体部１２にカメラ２２を搭載しているので、管路３２の内壁を観察しながら清掃作業を行うことができる。カメラ２２の映像信号は送信手段により送信し、例えば、地上の監視モニタにその映像を映し出すことが可能である。したがって、管路３２の内壁に堆積物５６が付着していない箇所は、ワイヤ５４の牽引速度を速め、いち早く堆積物５６が付着している箇所を清掃することができる。映像を見て送風機５０の出力を調整することも可能である。内壁に堆積物５６が強力に付着して箇所は、牽引を止め、送風機５０の出力を調整して回転部１４の回転数を上げ、その箇所の清掃をより丹念に行うことができる。

管路清掃装置１０が下流側マンホール３６から上流側マンホール３４まで移動させた後、管路清掃装置１０の向きを変えて今度は上流側マンホール３４から清掃を行うことも可能である。この場合には、空気導入管３８に接続されていた送風機５０の替わりに回収装置４６を接続し、空気排出管４０に接続されていた回収装置４６の替わりに送風機５０を接続する必要がある。更に、牽引するためのワイヤ５４を今度は、下流側マンホール３６から挿入し上流側マンホール３４側に位置する管路清掃装置１０に接続する必要がある。これらの作業は、装置を移動させ導入管又は排出管に接続するだけであるので容易に実行することができる。

本実施の形態の管路清掃装置１０によれば、清掃対象区間６０内を移動可能な本体部１２に取り付けられた回転可能な回転部１４が、清掃対象区間６０内の高速気流と回転部１４に設けられたファン１６によって回転する。回転部１４には清掃対象管路６０の管路３２の内壁を掃除する先端研削部２０が、傾動可能で且つ可とう性があるアーム部１８の先端に設けられている。したがって、回転部１４が回転することにより清掃対象管路６０の管路３２の内壁が先端研削部２０により直接に掃除され、本体部１２を牽引手段により清掃対象管路６０の一方側から他方側に移動させることで、清掃対象管路６０の内壁を確実に清掃することが可能である。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の管路清掃装置の第２の実施の形態に係り、管路清掃装置の概略側面図である。図５に概略正面図を示す。ただし、回転部１４が回転している場合の状態について示している。第１の実施の形態と異なる点は、アーム部１８は、可とう性が少ない部材で構成され、アーム部１８に付勢手段１９が設けられている点にある。

アーム部１８の先端にある先端研削部２０は、付勢手段１９によりアーム部１８を介して管路３２の内壁側に向かって付勢されている。付勢手段１９は、例えばコイルばねにより構成することが可能である。この構成によれば、アーム部１８の傾動先端に設けられた先端研削部２０は、回転部１４が回転していない状態でも管路３２の内壁側へ押し付けられている。回転部１４が回転すると、付勢手段１９による押圧力に遠心力により押圧力が加わる。したがって、先端研削部２０はより強い押圧力で管路３２の内壁を擦ることとなり、堆積物は効果的に取り除かれる。なお、付勢手段１９による付勢力は、任意に設定可能であるが、本実施の形態では、先端研削部２０が管路の径を狭めている堆積物のある箇所に到達したとき、２つのアーム部１８の開きがこの堆積部により狭められるような付勢力である。したがって、先端研削部２０は、本体部１２の移動中に清掃対象管路６０の内壁に常にその一部が接触状態となり、先端研削部２０により管路３２の内壁は所定の押圧力が加わりながら擦られるので、付着物若しくは堆積物等を効果的に掃除することができる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の管路清掃装置の第３の実施の形態に係り、管路清掃装置の概略側面図である。第１の実施の形態と同様に、回転部１４が回転している状態を示している。第１、第２の実施の形態とは、アーム部の構成が異なっており、また回転部１４の移動方向後方に第２本体部１５が形成されている。その他の構成は、第１、第２の実施の形態の構成と同じである。

本実施の形態では、アーム部は、２連の構成になっており、第１のアーム部４１と第２のアーム部４３が進行方向に距離を置いて回転部１４に設けられている。第１のアーム部４１、第２のアーム部４３共に金属製の細いワイヤで構成されている。ワイヤは、可とう性を有し、回転部１４に傾動可能に取り付けられ、ワイヤの先端には研削用ビット４５が取り付けられている。更に、本体部１２の移動方向の後側にある第２のアーム部４３は、その先端に取り付けられた研削用ビット４５が管路３２の内壁に略接触するようにその長さが設定されている。本体部１２の移動方向の前側にある第１のアーム部４１は、その先端に取り付けられた研削用ビット４５は、管路３２の内壁に接触しないような長さに設定されている。

この構成により、回転部１４が回転を始めると、ワイヤの先端に取付けられた研削用ビット４５は、遠心力により管路３２の内壁に近づいて行き、第２のアーム部４３に取り付けられた研削用ビット４５は、管路３２の内壁を擦ることとなるが、第１のアーム部４１の先端に取り付けられた研削用ビット４５は、管路３２の内壁には接触しないで回転することとなる。

したがって、管路３２の内壁に大きな堆積物５６が形成され、管路３２の径が小さくなっている場合に、先ず第１のアーム部４１の研削用ビット４５が堆積物の先端部を削り取り、次いで、第２のアーム部４３の研削用ビット４５が堆積物５６の基部まで削り取ることとなる。このように、大きな堆積物が管路３２の内壁に形成され、１回で削り取る取ることが難しい場合に、効果的に堆積物を削り取ることが可能である。

なお、第２本体部１５は、管路清掃装置全体のバランスを取り装置がスムーズに管路３２内を進むように設けられたものであり、必ずしも必要とするものではない。研削用ビット４５は、第１、第２の実施の形態の先端研削部２０の替わりに設けられたものある。また、研削用ビット４５は、管路３２の内壁に堆積した堆積物を削り取るためのもので、材質や大きさ、形状等は適宜選択される。例えば、石材等で構成したものでも良い。

上述した実施の形態では、一例として下水道管を例にして本発明の管路清掃装置を説明したが、これらの実施の形態に限定されることはない。すなわち、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、清掃する管路として上水道管、農業用水管や工場内での各種の配管等としても良い。また、アーム部の本数は第１、第２の実施の形態では２本としたが、３本としても良い。更に、先端研削部２０は、第１、第２の実施の形態では金属製のブラシ、第３の実施の形態では研削用ビットとしたが、管路の材質等を考慮して適切な材質、大きさが選ばれる。

１０ 管路清掃装置
１１ 掃除部
１２ 本体部
１４ 回転部
１６ ファン
１８ アーム部
１９ 付勢手段
２０ 先端研削部
２２ カメラ（撮影手段）
２４ 保持脚
２６ 車輪
３２ 下水道管
３４ 上流側マンホール
３６ 下流側マンホール
３８ 空気導入管
４０ 空気排出管
４２ パッカー
４６ 回収装置
４８ 牽引装置
５０ 送風機
５６ 堆積物

Claims (5)

1. 清掃対象管路内を移動する本体部と、
   該本体部に該本体部の進行方向に伸長する回転軸にて回転可能に設けられ、前記回転中にその一部が前記清掃対象管路の内壁に接触状態となる掃除部と、
   該掃除部を回転させるための掃除部回転機構と、
   を有し、
   前記掃除部は、前記本体部に該本体部の進行方向に伸長する回転軸にて回転可能に設けられた回転部と、該回転部に一端が傾動可能に取り付けられ、他端に先端研削部が設けられたアーム部と、を有し、
   前記アーム部は、前記先端研削部が管路内壁に接触しない長さに設定された第１のアーム部と、該第１のアーム部の進行方向後側に位置し、前記先端研削部が管路の内壁に接触する長さに設定された第２のアーム部と、を有することを特徴とする管路清掃装置。
2. 前記アーム部は、可とう性を有することを特徴とする請求項１に記載の管路清掃装置。
3. 前記掃除部回転機構は、
   前記清掃対象管路内に風を送り込む送風手段と、
   前記掃除部に設けられ、前記送風手段からの風を受けて回転し、該回転力によって前記掃除部を共に回転させるファンと、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の管路清掃装置。
4. 前記掃除部回転機構は、
   前記掃除部を回転させる動力を付与するモータを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の管路清掃装置。
5. 前記本体部は、
   前記清掃対象管路内を撮影する撮影手段と、
   該撮影手段により撮影した映像を送信する送信手段と、
   を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の管路清掃装置。

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