JP6626880B2 - 水底上に沈積した可塑性の泥状物質の収集および除去用装置 - Google Patents

Description

本発明は、体系的かつ環境を汚染せずに吸引すべき、水底上に沈積した可塑性の泥状物質の収集および除去のための装置に関する。

水域の掃除、湖底、河川底および海底の浄化、および土壌フロラや土壌ファウナの活性化のために、水底を覆っている汚染物質を排出あるいは吸引することが知られている。このことは、例えば、吸引装置が付属した管状のジョイントアームを用いて実施することができるが、そのためには、当然ながら輸送船の船内には比較的高コストな設備が必要である（特許文献１）。

そのような装置は特許文献２にも記載されている。それには、水域からの水と土壌との混合物を運搬するための船腹吸引浚渫機の牽引ヘッドが記載されている。この牽引ヘッドの構成は、まず第一に、運搬すべき土壌の性質に依存している。その場合、牽引ヘッドは、通常、水面を舞い上げてから吸引し易くしなければならない加圧水ノズルを備えている。

同様の装置は特許文献３に記載されている。その装置において、浮遊舟は可動式の吸引洗浄装置に接続されている。この吸引洗浄装置は、浮遊橋およびジャッキを介して、水底に沿って移動される。この場合、その吸引面には、粗い物体を吸引してしまうのを回避するために、濾過器が取付けられている。

特許文献４によって、その他のポンプ式水底ごみ処理用装置が知られている。その装置では、水中機器は、ノズルシステムを備えた鉢として形成されている。この鉢は、潜水機能のあるポンプを備えており、このポンプは吸引漏斗によって囲まれている。このポンプは、可撓性のホースおよび可撓性の供給制御管を介して、水中浮遊体に接続されている。

同様の機器が特許文献５に記載されている。その機器では、吸引装置は、可塑性のホースに繋げられて、浮遊しながら水の中へと移動される。

特許文献６によって、水上車両が知られている。この水上車両は、リアドライブを介して独立運動可能であり、吻管が設けられている。この吻管の入口側には、回転ブラシが備えられている。

このような公知の水底吸引装置は、同じ欠点を有している。
・水底を損傷せずに処理する、効率的かつ体系的な基盤吸引が不可能である。
・層ごとの吸引が不可能である。
・独立した進行機構が存在しない。そのような装置は、いずれも吸引浚渫機／車両によって牽引しなければならず、独立して作動しない。
・操縦部の制御措置を導入可能な、吸引装置のモニタリングが不可能である。

特許文献７には、水底の上に敷設された管を埋設するための装置が記載されている。この装置は、埋込吸引装置を有するキャタピラ（登録商標）車台を備えている。しかしながら、この装置によって水底を体系的に移動して、清掃することはできない。さらに、このキャタピラ車台は、制御可能な形態として構成されておらず、そのキャタピラ車台の方向は、敷設された管によって定められる。

特許文献８には、内水域および沖合の領域において固化した土壌用の水中浚渫機が記載されている。この自動運転式水中吸引スクレーパーは、基本的に、キャタピラ車台、採掘シールド、吸引漏斗、および装甲ポンプから成り立っている。運搬は、可撓性のホースを介して、護衛艦へと油圧式に行われ、この護衛艦から、水中吸引スクレープドーザーにエネルギーが供給され、制御される。水中吸引クレープドーザーは、浮遊体を備えており、この浮遊体を用いて車両を水底に移動させることができる。

特許文献９からも同様に、船に連結された公知の水中吸引装置が知られている。この装置には、同様にキャタピラ車台が設けられている。この吸引装置は公知の吻管を備えている。

特許文献１０は、吸引管と切断ヘッドとを有する切断吸引浚渫機に関するものである。その際、この切断ヘッドは、
−切断ヘッドの動作に関係し、土壌表面を亘る連続的なレールと、
−被処理土壌表面上の区間にレーザー光を向けるための、少なくとも１つのレーザーヘッドとを含んでいる。

特許文献１１には、水上でも水中でも作動する水陸両用の車両が記載されている。この車両は、キャタピラ車台、舞上ローラ、および土壌物体用の吸引装置を備えている。

上記記載の水中キャタピラ車両の不利な点は、それらの水中キャタピラ車両が、独立した制御によっても、自由に浮遊し、かつ土壌に適合した舞上装置によっても、規制できないことである。

プール清掃において、底を清掃するための自動運転式吸引ヘッドは知られており、この吸引ヘッドでも、同様にキャタピラ車台が使用されている。特許文献１２にはそのような吸引ヘッドが記載されている。

特許文献１３によっても、このような装置が知られている。
しかしながら、いずれのプール清掃機も次の欠点を有している。
・それらのプール清掃機は、制限のない水域における使用には完全には適していない。なぜなら、通常は、泥を処理する（袋の）ために、陸地または水面と直接的に接続されていないからである。
・そのようなプール清掃機の運転機構は、比較的平坦な土壌のみに適している。
・水底の体系的な清掃が行われるのではなく、偶然的な原理に従うだけである。
・水域底において泥を層ごとに除去することは不可能である。
・そのようなプール清掃機は、操縦者によって制御することができない。
・そのようなプール清掃機自体が大きなサイズに製造されたとしても、それらのプール清浄機は、泥の中に隠れたままであるか、またはポンプを妨害するであろう。

本発明の課題は、水底を体系的に把握し、損傷することなく、層ごとに吸引し、かつ大きな障害物がある場合にも、独立して水底上を移動する装置を開発することである。

独国特許第３６３９９３２号明細書 独国特許出願公開第１９９６０３６１号明細書 東独国特許第２０１６１７号明細書 独国特許出願公開第３９２３１１３号明細書 独国審査済公告特許第１０２００４０１７２０１号明細書 独国特許第２２３６４４８号明細書 独国特許出願公開第２４１１１４０号明細書 独国特許出願公開第３１２９２２８号明細書 国際公開第２０１２／１５８０２８号 国際公開第２０１１／１２３７３３号 米国特許第６９２２９２２号明細書 独国特許第３３３３６３３号明細書 米国特許第３５５１９３０号明細書

この課題は、本発明に係る請求項１から２０に係る装置によって解決される。

本発明による解決法は、イメージング方法の組み合わせ（一般的概要のためのソナー、ＧＰＳ、間近な環境に向けられた固定カメラ）によるものであって、コレオグラフ化された泥の撤去のために設けられ、浮遊体およびキャタピラ駆動によって、泥状の／様々な厚さの基盤に最適化された、手動で制御可能な吸引ユニットに関係している。この吸引ユニットは、泥および沈積物をローラブラシで柔化させ、周囲の水の実際の流れ方向によって液化させ、特有の構想化されたプランジャー内にまとめる。その際、連結されたポンプの詰まり／閉塞を回避するために、初めに大型物体がレーキ状の阻害物によって分離され、浮遊して置かれたローラブラシは、より大きな障害物を取り除き、小片および植物片は、吸引路によってまとめられた後に、直列に構成された切断部および細断部によって、３ｃｍ未満の不特定数の植物繊維および異物に縮小される。

妨害されることなくホース管を水底表面に誘導するために、ポンプは、油圧機および圧縮空気機と並列して制御ユニットの上に存在している。その制御ユニットは、船外の制御可能な浮遊体上、例えば双胴船上に存在している。吸引モジュールから送られてくる吸引管は、ポンプに向けて結束され、平ホースによって誘導される。その平ホースには、浮力を目的として、圧縮空気によって満たされた他のホースが、貼り付けられるか、または他の方法によって接続されている。

当然ながら、ポンプは、プランジャーの傍またはプランジャーの中に配置されていてもよい。ポンプがプランジャーの傍、またはプランジャーの中に配置されている場合、ポンプは、配管および浮遊体を介して、または直接、洗浄場または沈積槽、または運搬可能なタンクに接続されていてもよい。

従来の方法、例えば吸引浚渫機による方法では、吸引ユニットの位置づけは、浮遊ユニットを介して間接的に行われる。それゆえに、初めに浮遊ユニットを位置づけする必要があり、続いて、その位置から、吸引ユニットを推測によって制御することができる。これは極めて不正確な制御方法である。本発明の解決策によれば、制御ユニットは受動的部品である。吸引モジュールは、音響測深器によるモニタリングによって、吸引すべき部分へと正確に移動され、その後に制御ユニットは引き寄せられる。必要な場合には、制御ユニットを独立して位置づけてもよい。その他のシステム（プール用吸引機）は、ロボットとして制御装置の無秩序なシステムを使用しているものの、そうしたシステムは池または湖のサイズには非実用的である。なぜなら、ホースを常設しなければならないものの、無秩序な制御装置は問題とはならないからである。それは、場合によっては特定の領域、例えば保護されているスイレン属の原野、を残しておかなければはらないためである。他方で、その他の吸引機を手作業によって非効率的に位置づけなければならない。

プール用吸引機の例から、キャタピラおよび全ての吸引ユニットは、通行し難くぬかるんだ領域に置かれなければならないことが明らかである。プール用吸引機では、予定された使用領域までは進めないと考えられる。本発明の解決策によるキャタピラは、前方および後方に、斜面および巨大な受け面を備えた形状であり、その結果、吸引機の沈潜または引っ掛かりは排除される。駆動は、キャタピラチェーンの内側に固定された歯状縁によって行われ、その歯状縁に駆動ユニットの歯車が噛み合う。

音響測深器および／またはＧＰＳシステムおよび／またはカメラシステムを使用したモニタリングによって、広範囲に亘った泥の除去が可能である。全部で３つのシステムの組み合わせが可能である。泥は約３０ｃｍの層の状態で除去されるため、顧客の希望に応じて所定量の泥を取り出すことができる。この方法によれば、クレーター地形が残されることもない。所定量の取り出しは、例えば、泥が何メートルもあるものの、コスト、時間または処理上の理由から、全てを取り出す必要はないが、上層を除去することが問題を軽減するような場合に期待される。

浮遊して置かれたローラブラシの使用により、本来の土壌の形が窪んでしまうことはない。１センチメートル強の貝殻はレーキによって分離され、可撓性の毛によって破壊されることはない。何トンもの重さの吸引浚渫機とは対照的に、準備期間までに岸の生態の損傷が予期されることはない。なぜなら、泥吸引機の重さは２００ｋｇ未満に制限され、この吸引機はキャタピラを介して土壌の上に配置されるからである。

本発明の解決策において、ポンプは極度の汚染水に対して役立つ。

上流の切断部は、大きな異物または長い繊維状の異物を小さく砕く。切断部に反して接続されたレーキ状ワイパーは、前方から入り込む極めて大きな異物を排出する。

キャタピラ車台の前方には、さらに１または複数の刈り取り部が配置されていてもよい。これは、水底が植物または植物残渣、あるいはその他の汚染物によって極度に覆われているか、または植物片の刈り取りが課題である場合に必要となることがある。
公知のプール用吸引機とは反対に、本発明の解決策におけるローラブラシは浮遊して置かれているため、これによってローラブラシを不規則に形成された地形にも適合させることができる。これによって吸引モジュールの破損は排除される。したがって吸引モジュールが隠れる／引っ掛かることはない。
レーキ状ワイパーが、ローラブラシの周り及びそのブラシ部に部分的に噛み合っていることにより、運転中にワイパーが詰まらないようにされる。
詰まりの回避および流れの調整は、プランジャー内におけるプレートまたは案内板の特別な配置によっても行うことができ、このときプレートまたは案内板の端にレーキ状ワイパーが固定されており、レーキ状ワイパーは、既に述べたようにローラブラシのブラシ部の周りにまたはブラシ部に部分的に噛み合っている。

〔実施例〕
続いて、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

使用時における装置全体の上面図である。 使用時における装置全体の側面図である。 使用時における装置全体の断面図である。 キャタピラ車台、旋回アームおよび回転ロールを備えた吸引モジュールの上面図である。 吸引モジュールの断面図／側面図である。 キャタピラ車台の断面図である。 水面上の、音響測深器を備えた吸引モジュールである。 旋回アーム、ローラブラシ、プランジャー、レーキ状ワイパー、濾過器および切断部を備えた液化装置の断面図である。 浮遊可能な収集圧縮ホースの断面図である。 下方からの液化装置である。 後方からの液化装置である。

吸込モジュール１１は、吸込ホース１４および油圧管１５を介して制御ユニット１２に接続されている（図１、図２および図３）。

主として双胴船として形成された制御ユニット１２は、浮遊体１８を備えている。浮遊体１８の上には、ポンプ１３、油圧機１６、油圧制御装置１７、コンプレッサ１９、発電機２０、および汚水タンク２１が配置されている。汚水タンク２１は、収集圧縮ホース２２を介して、陸地において図示しない洗浄場、または沈積槽、または洗浄用の可動性収容ステーションに接続されている。収集圧縮管２２は、その長手方向において、浮遊体として寄与する送気ホース２４と連結している。

油圧制御装置１７は、油圧管１５を介して吸引モジュール１１に接続されている。制御ユニット１２の上に同様に配置されたポンプ１３は、吸引ホース１４を介して吸引モジュール１２の吸引支持部９に接続されている。吸引支持部９は、プランジャー４の傍に配置されている。プランジャー４の上には切断部５の駆動部８が位置しており、駆動部８は、プランジャー４の中にあり、洗浄部の粗い物体を小さく砕く（図４）。切断部５は、互いに逆方向に回転する少なくとも２つの刃を備えており、そのうち少なくとも１つの刃は、略Ｚ形状である（図１０）。

プランジャー４は、両方の旋回アーム２の上、および密封プレート３とレーキ７の上で支持されている（図８）。旋回アーム２は２つの貯蔵庫１を備えており、これらは吸引モジュール１１の脚の支点に取付けられている（図５）。これにより、旋回アーム２と、旋回アーム２の間に配置された両方のローラブラシ６は垂直方向に移動し、障害物を超えて水底へと運ばれる。ローラブラシ６は両方向に回転運動可能である。ローラブラシ６のブラシ部は、様々な材料から、様々な長さとして、水質に応じて交換可能に形成してもよい（図１１）。

一部がローラブラシ６を取り囲み、一部がローラブラシ６に食い込んでいるレーキ７は、ローラブラシの清掃に寄与し、巨大な粗い物体がプランジャー９内に引き込まれることを回避する。

吸引モジュール１１の車台は、旋回アーム２の外側に配置されている。この車台は２つのキャタピラ１０を備えており、これらは複数の逆回転ローラを介して移動される。その際、逆回転ローラは、吸引モジュール１１のそれぞれの進行方向が、キャタピラ１０の斜めの動きを生じさせ、これにより、座礁の危険性なく、水底に移される（図６）。それぞれのキャタピラ１０は、各々の内側に、駆動部の歯車と噛み合う波状縁を備えている。

吸引モジュール１１の真上の水面２５には、音響測深器２６が浮遊して配置されている。音響測深器２６は、吸引モジュール１１のモニタリングとして寄与する。その際、音響測深器２６は、主として、伸縮可能な釣り糸３０を介して、吸引モジュール１１に接続されている。音響測深器２６によって形成された送信円錐体２７は、吸引モジュール１１と、すでに吸引された泥領域２９と、まだ吸引されていない泥領域２８に波及する。これにより吸引モジュール１１および制御ユニット１２の正確な制御が可能となり、その結果、清掃すべき水底面と、すでに清掃された面と必然的に区別することができる。

当然ながら、伸縮可能な釣り糸３０の代わりに、さらには同様の固定手段を音響測深器２６と吸引モジュール１１との間に使用してもよい。

あるいは、吸引モジュール１１を適切に制御できるように、音響測深器２６の代わりに、または音響測深器２６に加えて、ＧＰＳシステムおよび／またはカメラシステムを制御ユニット１２に配置してもよい。

１ 貯蔵庫
２ 旋回アーム
３ 密封プレート
４ プランジャー
５ 切断部
６ ローラブラシ
７ レーキ／ワイパー
８ モータ／駆動部
９ 吸引支持部／フランジ
１０ キャタピラ
１１ 吸引モジュール
１２ 制御ユニット
１３ ポンプ
１４ 吸引ホース
１５ 油圧管
１６ 油圧機
１７ 油圧制御装置
１８ 浮遊体
１９ コンプレッサ
２０ 発電機
２１ 汚水タンク
２２ 収集圧縮ホース
２３ 逆回転ローラ
２４ 浮力体としてのホース
２５ 水面
２６ 音響測深器
２７ 送信円錐体
２８ 泥
２９ 吸引された泥
３０ ケーブル／伸縮可能な釣り糸

Claims (20)

1. 制御可能な浮遊体がホース配管を介して吸引モジュールに接続されており、水底に沈積した可塑性の泥状物質を収集および除去するための装置であって、
   前記制御可能な浮遊体（１２；１８）には、少なくとも１つのポンプ／コンプレッサ（１３）、および少なくとも１つの油圧機（１６）、ならびに少なくとも１つの発電機（２０）が備え付けられており、配管（２２；１４）を介して一方側が陸地において洗浄場、沈積槽、または搬送可能な容器に接続されており、他方側が前記吸引モジュール（１１）に接続されており、当該吸引モジュールは、
   −水底において、特有のキャタピラ車台（１０）を介して独立して移動し、
   −ケーブル（３０）を介して、水面上を浮遊して前記吸引モジュール（１１）よりも上に配置された音響測深器（２６）および／またはＧＰＳシステムと接続されており、
   −前記キャタピラ車台（１０）のキャタピラチェーンの間、および／または前方および／または後方には、独立しており水底に適合した、自由に浮遊する、１つ、または２つ、またはそれ以上の旋回アーム（２）、および、
   −前記旋回アーム（２）の間に配置された密封プレート（３）、およびローラブラシ（６）を備えており、
   −前記ローラブラシ（６）は、プランジャー（４）に通じており、
   −前記プランジャー（４）内には切断部（５）が配置されており、
   −前記プランジャー（４）は、少なくとも１つの吸引ホース（１４）に対して少なくとも１つのフランジ／吸引支持部（９）を備えることを特徴とする装置。
2. 前記吸引モジュール（１１）は、主として、半鉢状のプランジャー（４）の内部であって、水底の方向のローラブラシ（６）の前方および／または後方、主に切断部（５）の方向に、少なくとも１つのレーキ状ワイパー（７）を備えており、ワイパー（７）は、前記ローラブラシ（６）の周りに少なくとも部分的に通じており、ローラブラシ（６）のブラシ部と少なくとも部分的に噛み合うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記旋回アーム（２）同士の間の前記ローラブラシ（６）の上方には、密封プレート（３）が固定されており、前記密封プレート（３）は、回転ローラ（６）に対して間隙を形成し、当該間隙の形によって前記回転ローラ（６）の長さに亘る流速を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記ローラブラシ（６）の上方と、密封プレート（３）の上方には、濾過器が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記濾過器の下方には、回転する切断部（５）として、少なくとも１つの刃が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記回転する刃の下方には、Ｚ字状の刃が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記刃は鋏状に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記切断部（５）は、前記プランジャー（４）の外周に配置されたモータ／駆動部（８）によって駆動されることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記キャタピラ車台（１０）の前方には、１または複数の刈り取り部が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記ポンプ（１３）は、前記プランジャーの中、または前記プランジャーの傍に配置されていることを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記ポンプ（１３）は、配管（２２；１４）を介して、前記浮遊体（１２；１８）を介してまたは直接、前記洗浄場、または前記沈積槽、または前記搬送可能な容器に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ローラブラシ（６）は、独立した駆動部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記ローラブラシ（６）は、左回転および右回転することを特徴とする請求項１から４及び１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記キャタピラ車台（１０）は、両端に１つの上り斜面を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. 前記キャタピラ車台（１０）は、当該キャタピラ車台（１０）の内側において、主として歯状縁を備えており、当該歯状縁に駆動装置の歯車が噛み合うことを特徴とする請求項１又は１４に記載の装置。
16. 前記音響測深器（２６）、および／または前記ＧＰＳシステム、および／またはカメラシステムは、制御可能な浮遊体の上に配置されており、前記キャタピラ車台（１０）の駆動部および当該キャタピラ車台（１０）の駆動部に接続されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 制御装置は、体系的な水底の清掃イメージを生成し、前記吸引モジュール（１１）は、前記水底の必要な箇所において、少なくとも１回清掃されることを保証することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記浮遊体（１８）は、独立した駆動部を備えた双胴車両または浮遊舟であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
19. 前記配管（１４）および／または圧縮ホース（２２）は、平ホースとして形成されており、この平ホースの上には、浮力を目的として、さらに、主として圧縮空気によって満たされたホース（２４）が、貼り付けられているか、加硫されているか、またはその他の方法によって固定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
20. 前記吸引モジュール（１１）は、浮力体を備えることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。

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