JP6667905B2 - エアリフト装置 - Google Patents

Description

本発明は、水底にある物体を、ライザー管を通して水面付近まで引き上げて回収するエアリフト装置に関するものである。

揚水ポンプの一つとしては、ライザー管に圧縮空気を吹き込んで揚水を行うエアリフトポンプが知られている。

また、水底に沈殿している土砂や汚泥などの堆積物を水面付近まで引き上げるために、エアリフトポンプによる揚水機能を利用する形式の装置が知られている。この種の装置の一つとしては、バブル噴流式エアリフトポンプが従来提案されている。

これは、上下に延びるライザー管（エアリフトライザー）と、ライザー管の底部に設けられた円錐状のスカートと、スカートに設けられた複数のバブル噴流発生装置とを備えた構成とされている。各バブル噴流発生装置は、気泡が混合された水を、スカートの内側で斜め下の内向きに噴出させる機能を備えている（たとえば、特許文献１参照）。

かかる構成としてあるバブル噴流式エアリフトポンプは、各バブル噴流発生装置から噴出される噴流により、スカートの内側で旋回流を発生させ、この旋回流により水底に溜まっている土砂や汚泥などの堆積物を巻き上げると共に、スカートの内側で水と撹拌、混合することができる。更に、スカートの内側では、遠心力により中心部の気泡を合体させて、大きなバブルとして上昇させることができる。よって、前記バブル噴流式エアリフトポンプは、ライザー管内でエアリフトポンプの作用を生じさせることができて、前記のように巻き上げられた堆積物と水の混合物を、ライザー管を通して上方へ引き上げることができるものとされている。

特開２００５−２９１１７１号公報

ところが、特許文献１に示されたバブル噴流式エアリフトポンプは、水底の堆積物を巻き上げるために、ライザー管の底部に備えたスカートの内側で旋回流を発生させるようにしている。

そのため、前記バブル噴流式エアリフトポンプは、水底に存在している土砂や汚泥のような堆積物の回収に有効であるとしても、より大きな粒径の物体、たとえば、粒径が数十ミリメートルから百ミリメートル、あるいはそれ以上の粒径となる礫や瓦礫のような物体を水底から回収する作業には適していない。

すなわち、スカートの内側で旋回流を発生させると、旋回流に乗って移動している物体には、遠心力が作用する。この際、物体に作用する遠心力の大小は、物体の慣性質量の大小に依存する。

そのため、土砂や汚泥のように粒径が大きくても数ミリメートル程度の物体は、その慣性質量の小ささに応じて旋回流中で作用する遠心力があまり大きくならないので、旋回流が存在するとしても、スカート内からライザー管に向かう水の流れによって容易に搬送される。

これに対し、粒径が数十ミリメートルから百ミリメートル、あるいはそれ以上の粒径となる礫や瓦礫のような物体は、より大きな慣性質量を備えているため、スカート内で生じている旋回流中では、より大きな遠心力を受けて外周方向へ移動しやすい。この際、スカートは、下方に向けて拡径する形状とされているため、前記粒径の礫や瓦礫のような物体は、スカート内で外周方向に移動すると、スカートの周壁の傾斜に沿い下方へ送られてしまう。そのため、前記粒径の礫や瓦礫のような物体は、スカートよりも上方のライザー管まで到達しにくく、よって、ライザー管を通して上方に送られる現象が生じにくいというのが実情である。

そこで、本発明は、水底に沈んでいる物体であって、設定された粒径範囲の回収対象となる物体について、水面付近まで引き上げて回収する効率の向上化を図ることができるエアリフト装置を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、ライザー管と、前記ライザー管の下端寄りに設けられた散気部と、前記散気部に接続されて圧縮空気を供給する空気供給部と、前記ライザー管の下端側開口の外周に設けられたフランジ部と、前記ライザー管の上端側開口に接続されて、該上端側開口から吐出される混合流体から空気を分離する分離器と、前記分離器の出口の下流側に設けられて、前記分離器から水と共に排出される回収対象物体を回収する回収部と、を備え、更に、前記散気部は、前記ライザー管の下端寄りの周壁に周方向に間隔を隔てて配置されて、長手方向の一端側が前記ライザー管の周壁に固定された複数の空気噴出管を備え、前記複数の空気噴出管の間には、回収を望む前記回収対象物体について設定された粒径範囲の上限値よりも設定された余裕分、大きな通路を形成した構成を備えたエアリフト装置とする。

前記散気部は、前記複数の空気噴出管を、前記ライザー管の軸心位置から放射方向に延びる姿勢で、前記ライザー管の下端寄りの周壁に周方向に間隔を隔てて配置した構成としてもよい。

前記散気部は、前記ライザー管の中央部で且つ前記各空気噴出管の突出端部同士の内側となる個所と、前記ライザー管の外周寄りにおける周方向に隣接して配置された前記空気噴出管同士の間に、前記通路を備えた構成としてもよい。

前記分離器は、サイクロン形式としてもよい。

前記分離器は、空気出口を備え、前記分離器の前記空気出口の下流側には、バグフィルタが接続された構成としてもよい。

前記分離器は、空気出口を備え、前記分離器の前記空気出口には、排気筒の上流側端部が接続され、前記排気筒の下流側端部は水面に向く姿勢とされた構成としてもよい。

本発明のエアリフト装置によれば、水底に沈んでいる物体であって、設定された粒径範囲の回収対象となる物体について、水面付近まで引き上げて回収する効率の向上化を図ることができる。

エアリフト装置の第１実施形態を示す概略側面図である。 図１のエアリフト装置における散気部を拡大して示す図である。 散気部における空気噴出管の別の配置例を示す図である。 図１のエアリフト装置における分離器を拡大して示す図である。 第１実施形態の第１応用例を示す図である。 第１実施形態の第２応用例を示す図である。 エアリフト装置の第２実施形態を示す概略側面図である。 エアリフト装置の第３実施形態を示す概略側面図である。

以下、本発明のエアリフト装置について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、エアリフト装置の第１実施形態を示す一部切断概略側面図である。図２は、エアリフト装置における散気部を拡大して示すもので、図２（ａ）は切断側面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ方向矢視図である。図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ散気部の別の構成例を示す図２（ｂ）に対応する図である。図４は、エアリフト装置における分離部を拡大して示す切断側面図である。

本実施形態のエアリフト装置は、図１に符号１で示すもので、ライザー管２と、ライザー管２の下端寄りに設けられた散気部３と、散気部３に接続されて、散気部３へ圧縮空気５を供給する空気供給部４と、ライザー管２の下端側開口２ａの外周に設けられたフランジ部６と、ライザー管２の上端側開口２ｂに接続されて、上端側開口２ｂから吐出される混合流体７から空気５ａを分離する分離器８と、分離器８の出口９の下流側に設けられて、分離器８の出口９から水１０と共に排出される回収対象物体１１を回収する回収部１２と、を備えた構成とされている。

ライザー管２は、下端側開口２ａを回収対象物体１１が沈んでいる水底１３の付近に配置した状態のときに、上端側開口２ｂが、水面１４よりも設定された寸法分、上方に位置するように、ライザー管２の上下方向寸法が設定されている。

たとえば、本実施形態のエアリフト装置１が、水深が数メートルから十数メートル程度となる水底１３からの回収対象物体１１の回収に使用される場合、ライザー管２の上下方向寸法は、目的とする作業領域の水深に、１メートルから２メートル程度に設定される付加寸法を足した寸法に設定される。なお、この付加寸法は、分離器８の形式やサイズなどを考慮して適宜変更してもよいことは勿論である。

本実施形態では、ライザー管２は、図２（ｂ）に示すような円形の断面形状を備えた管とされている。また、本実施形態では、ライザー管２は、図１に示すように、全長に亘り一定の径（内径）を備えた管とされている。

ところで、本実施形態のエアリフト装置１は、回収を望む回収対象物体１１の粒径範囲が、下限値Ｘから上限値Ｙというように設定される。下限値Ｘは、たとえば、数十ミリメートルに設定され、上限値Ｙは、たとえば、百ミリメートル程度に設定される。なお、この下限値Ｘと上限値Ｙの数値は、一例であって、いずれか一方、または、双方を異なる数値に設定してもよいことは勿論である。よって、上限値Ｙは、百ミリメートルよりも大きな設定値であってもよい。説明の便宜上、回収を望む回収対象物体１１について設定された粒径範囲は、以下、単に、粒径範囲という。

ところで、本実施形態のエアリフト装置１は、後述するように、ライザー管２内で生じるエアリフトポンプの作用を利用して、回収対象物体１１を水底から水面付近まで引き上げて回収するものである。そのため、揚程、ライザー管２の流路の断面形状や断面積、回収対象物体１１の密度や形状に関連して、回収可能な回収対象物体１１の粒径には、制限が生じる。よって、粒径範囲の上限値Ｙは、予備試験や数値計算などで回収可能な条件を見出して設定するようにすればよい。なお、本発明者は、本実施形態のエアリフト装置１の試験モデルにより、ライザー管２の内径が約２００ミリメートル、揚程が数メートルという条件について、粒径が１００ミリメートル程度の瓦礫などの物体を、ライザー管２を通して引き上げることが可能であることを確認している。

ライザー管２は、粒径範囲の上限値Ｙの粒径を有する回収対象物体１１を、下端側開口２ａから上端側開口２ｂまで通す機能が必要とされる。この点から考えると、ライザー管２の内径は、粒径範囲の上限値Ｙの２倍以上の寸法であることが好ましい。なお、この条件は、ライザー管２の内径の好ましい設定例であって、ライザー管２の内径は、粒径範囲の上限値Ｙの２倍以上の寸法に限定されるものではない。

更に、本実施形態では、ライザー管２は、図１に示すように、上端側が横向きに屈曲されて、上端側開口２ｂが横向きとなる構成とされている。ライザー管２は、ライザー管２内を流通する混合流体７を上端側開口２ｂへより確実に導くためには、上端側における横向きに屈曲された部分が、水平方向に延びるか、または、上端側開口２ｂに向けてやや下方傾斜となる構成とすることが好ましい。

なお、ライザー管２は、上端側における横向きに屈曲された部分が、水平方向か、または、上端側開口２ｂに向けてやや下方傾斜となる構成に限定されるものではない。更に、ライザー管２は、上端側開口２ｂが分離器８に接続可能であれば、たとえば、上端側がより大きな曲率で湾曲して上端側開口２ｂが横向きとなる形状など、図示した形状以外の形状としてもよいことは勿論である。

散気部３は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ライザー管２の下端寄りの周壁に周方向に間隔を隔てた配置で設けられた複数の空気噴出管１５と、空気供給部４から供給される圧縮空気５を、各空気噴出管１５へ分散して供給するヘッダ１６とを備えた構成とされている。

各空気噴出管１５は、図２（ｂ）に示すように、ライザー管２の軸心位置Ｏを中心とする放射方向に沿う姿勢とされている。各空気噴出管１５は、外周側に位置する長手方向の一端側が、ライザー管２の周壁に、内外方向に貫通する状態で取り付けられている。したがって、各空気噴出管１５は、長手方向の一端側がライザー管２の周壁に固定され、長手方向の他端側が自由端となる片持ち支持が行われている。

更に、散気部３は、各空気噴出管１５の長手方向寸法と周方向の配列が、次の２つの条件を満たすように設定されている。

第１の条件は、ライザー管２の中央部では、ライザー管２の軸心方向に突出して配置されている各空気噴出管１５の他端部同士の内側に、粒径範囲の上限値Ｙよりも設定された余裕分、大きな直径を備えた一点鎖線で示す如き通路１７ａが形成されるという条件である。

第２の条件は、ライザー管２の外周寄りでは、周方向に隣接して配置された空気噴出管１５同士の間に、前記した通路１７ａと同様の直径を備えた二点鎖線で示す如き通路１７ｂが形成されるという条件である。

これら２つの条件を満たすことにより、散気部３では、粒径範囲の上限値Ｙ以下の粒径を有する回収対象物体１１は、通路１７ａや通路１７ｂを通して容易に散気部３を通過させることができる。よって、本実施形態のエアリフト装置１は、粒径範囲の上限値Ｙ以下の粒径を有する回収対象物体１１は、散気部３を下方から上方へ通過させてライザー管２内へ進入させることができる。

一方、散気部３では、粒径範囲の上限値Ｙよりも大きい粒径の物体は、各空気噴出管１５の存在により、通路１７ａや通路１７ｂを通過することが阻害される。よって、本実施形態のエアリフト装置１は、粒径範囲の上限値Ｙよりも大きい粒径の物体が、散気部３を通過してライザー管２内へ進入することを抑制することができる。

したがって、本実施形態のエアリフト装置１では、散気部３の各空気噴出管１５が、回収対象物体１１を選択的にライザー管２へ進入させるためのスクリーンとして機能する。

図２（ｂ）は、ライザー管２の内径と、粒径範囲の上限値Ｙとの比が、約４対１の場合について、前記した第１と第２の各条件を満たす散気部３の構成例を示している。

本構成例では、ライザー管２の周壁には、周方向４５度間隔の８個所に、空気噴出管１５が設けられている。

これにより、ライザー管２の外周寄りでは、周方向に隣接して配置された空気噴出管１５同士の間となる周方向の８個所に、通路１７ｂが形成されている。

各空気噴出管１５のうち、図上、上下左右となる周方向９０度間隔の配置となる４本の空気噴出管１５は、長手方向の他端部が、通路１７ａに近接する長さ寸法に設定されている。

残る４本の空気噴出管１５は、長さ寸法が、前記４本の空気噴出管１５の半分程度に設定されている。

本構成例の散気部３は、長さ寸法が長短異なる空気噴出管１５を周方向に交互に備えることにより、短い空気噴出管１５の長手方向他端部よりも内周寄りで、且つ周方向に隣接配置されている長い空気噴出管１５同士の間となる個所に、前記した通路１７ｂと同様の直径を備えた二点鎖線で示す如き通路１７ｃを、更に形成している。

したがって、本構成例の散気部３は、通路１７ａと通路１７ｂに加えて、通路１７ｃを備えているので、粒径範囲の上限値Ｙ以下の粒径を有する回収対象物体１１を、散気部３を下方から上方へ通過させてライザー管２内へ、より円滑に進入させることができる。

なお、散気部３は、図２（ｂ）と同様の構成において、４本の短い空気噴出管１５を備える構成に代えて、８本の空気噴出管１５のすべてが、長手方向の他端部が通路１７ａに近接する長さ寸法に設定された構成としてもよい。この構成の散気部３では、通路１７ｃは形成されないが、通路１７ａと通路１７ｂは形成されるため、前記した散気部３の各空気噴出管１５によるスクリーン機能を得ることができることは明らかである。

また、図２（ｂ）では、ライザー管２の内径と、粒径範囲の上限値Ｙとの比が、約４対１の場合の散気部３の構成例を示したが、ライザー管２の内径と、粒径範囲の上限値Ｙとの比が、たとえば、約８対３の場合、約２対１の場合は、それぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）に示す構成例とすればよい。なお、図３（ａ）（ｂ）において、図２（ｂ）と同一のものには、同一符号が付してある。

図３（ａ）は、ライザー管２の内径と、粒径範囲の上限値Ｙとの比が、約８対３の場合について、前記した第１と第２の各条件を満たす散気部３の構成例を示している。したがって、図３（ａ）では、粒径範囲の上限値Ｙに対応して設定される通路１７ａと通路１７ｂのライザー管２に対する相対的な寸法が、図２（ｂ）とは相違している。

本構成例では、ライザー管２の周壁には、周方向９０度間隔の４個所に、空気噴出管１５が設けられている。各空気噴出管１５は、長手方向の他端部が、ライザー管２の中央部に設定される一点鎖線で示す如き通路１７ａに近接する長さ寸法に設定されている。

これにより、ライザー管２の外周寄りでは、周方向に隣接して配置された空気噴出管１５同士の間となる周方向の４個所に、二点鎖線で示す如き通路１７ｂが形成されている。

図３（ｂ）は、ライザー管２の内径と、粒径範囲の上限値Ｙとの比が、約２対１の場合について、前記した第１と第２の各条件を満たす散気部３の構成例を示している。したがって、図３（ｂ）では、粒径範囲の上限値Ｙに対応して設定される通路１７ａと通路１７ｂのライザー管２に対する相対的な寸法が、図２（ｂ）とは相違している。

本構成例では、ライザー管２の周壁には、周方向１２０度間隔の３個所に、空気噴出管１５が設けられている。各空気噴出管１５は、長手方向の他端部が、ライザー管２の中央部に設定される一点鎖線で示す如き通路１７ａに近接する長さ寸法に設定されている。

これにより、ライザー管２の外周寄りでは、周方向に隣接して配置された空気噴出管１５同士の間となるに、二点鎖線で示す如き通路１７ｂが形成されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）の各構成例の散気部３によっても、各空気噴出管１５によるスクリーン機能を得ることができる。

各空気噴出管１５は、他端部が閉塞されると共に、図２（ａ）に示すように、各空気噴出管１５の長手方向の複数個所には、空気ノズル１８が、下方に向く姿勢で設けられている。

ヘッダ１６は、ライザー管２の外周面に、ライザー管２の外周面に沿って延びる樋状の部材を、各空気噴出管１５の長手方向一端部を覆う配置で、周方向の全周に亘り取り付けた構成とされている。

ヘッダ１６には、周方向の一個所に空気入口１９が設けられている。

空気供給部４は、一端側がヘッダ１６の空気入口１９に接続された空気ライン２０と、空気ライン２０の他端側に接続された圧縮空気５の供給源２１とを備えた構成とされている。供給源２１としては、コンプレッサや圧縮空気タンクを用いるようにすればよい。

更に、空気ライン２０は、遠隔操作による開閉操作が可能な電磁弁２２を備えた構成とされている。なお、空気ライン２０は、本実施形態のエアリフト装置１の使用時に水中に配置される部分は、ライザー管２に、図示しない保持具を介して保持させておくようにすればよい。

これにより、空気供給部４は、電磁弁２２が開操作されると、供給源２１から空気ライン２０を通して導かれる圧縮空気５を、散気部３におけるヘッダ１６の空気入口１９へ供給することができる。

このヘッダ１６に供給された圧縮空気５は、ヘッダ１６内で周方向に分散された後、各空気噴出管１５に一端部から流入する。したがって、散気部３では、各空気噴出管１５の各空気ノズル１８から、圧縮空気５が下方に向けて噴出される。

このとき、図１に示したように、ライザー管２の下端側開口２ａが水底１３付近に配置されている状態であれば、各空気噴出管１５の空気ノズル１８から下方に向けて噴出された圧縮空気５により気泡が発生する。この気泡は、各空気噴出管１５が配置されているライザー管２内で上昇するため、この気泡の上昇に伴い、ライザー管２内には、エアリフトポンプの作用が生じる。

したがって、ライザー管２では、下端側開口２ａからの水１０の吸入が開始される。このため、ライザー管２の下端側開口２ａの付近に存在している回収対象物体１１は、ライザー管２の下端側開口２ａから吸入される水１０の流れに乗ると、下端側開口２ａから、前記したように散気部３の各空気噴出管１５の間を通過して、ライザー管２に吸入されるようになる。したがって、ライザー管２内では、下端側開口２ａから吸入される水１０と、気泡と、回収対象物体１１とを含む混合流体７が、上端側開口２ｂへ向けて送られる現象が生じる。

一方、空気供給部４は、電磁弁２２が閉操作されると、圧縮空気５の散気部３への供給を停止する。

これにより、散気部３では、各空気噴出管１５の空気ノズル１８からの圧縮空気５の噴出が停止されるため、気泡の発生が停止される。したがって、ライザー管２内では、気泡の上昇が行われなくなるため、エアリフトポンプの作用が停止される。

フランジ部６は、図２（ａ）に示すように、ライザー管２の下端側の外周面に取り付けられた環状のプレートであり、下端側開口２ａを中心として外周側へ設定された寸法で広がる下向きの面を備える構成とされている。本実施形態では、ヘッダ１６の底板が、フランジ部６を兼ねる構成とされている。

なお、フランジ部６が備える下向きの面は、フランジ部６の製作を容易にする点から考えると、図２（ａ）に示すように、ライザー管２の軸心方向に対して直交する方向に沿う平面とすることが好適である。なお、フランジ部６が備える下向きの面は、中心側から外周側へ、ライザー管２の軸心方向に対して直交する方向から３０度以内の角度範囲で上下方向に傾斜する面（錐台面）であってもよい。更に、フランジ部６が備える下向きの面は、たとえば、下端側開口２ａを中心とする放射方向に延びる凹部を周方向に配列して備えるなど、凹凸を備えていてもよい。

これにより、本実施形態のエアリフト装置１では、ライザー管２の下端側開口２ａが水底１３付近に配置された状態になると、フランジ部６と、水底１３におけるフランジ部６の下方に位置する部分との間に、ライザー管２の下端側開口２ａを中心として水底１３に沿って外周に広がる隙間２３を形成することができる。

この隙間２３が形成された状態で、前記したようなライザー管２の下端側開口２ａからの水１０の吸入が行われると、隙間２３では、水底１３に沿い外周側から中心側へ向かう水１０の流れが形成される。

ここで、本実施形態に対する比較例として、本実施形態と同様のライザー管２が、下端側開口２ａの外周にフランジ部を備えない構成について考える。この構成では、ライザー管２の下端側開口２ａから水１０の吸入を行うと、下端側開口２ａの外周側近傍位置に対しては、外周側に加えて上方からも水１０が供給される。このため、下端側開口２ａの周囲に生じる水底１３に沿う方向の水１０の流れはあまり強くならず、また、発生領域も下端側開口２ａの近くに限定される。

これに対し、本実施形態におけるライザー管２は、フランジ部６を備えているため、下端側開口２ａの外周側近傍位置に対して上方から水１０が流入することはない。よって、フランジ部６と水底１３との隙間２３では、ライザー管２の下端側開口２ａからの水１０の吸入時に、水底１３に沿って下端側開口２ａに向かう水１０の流れを、前記比較例に比して強い流れとして発生させることができる。

このため、本実施形態のエアリフト装置１は、ライザー管２の下端側開口２ａからの水１０の吸入時には、水底１３に沈んでいる回収対象物体１１を、水底１３に沿って下端側開口２ａに向かう強い水１０の流れにより下端側開口２ａまで移動させることができ、よって、下端側開口２ａからライザー管２へ回収対象物体１１を吸入する効率を向上させることができる。

分離器８は、本実施形態では、サイクロン形式の分離器８とされている。

分離器８は、図４に示すように、上下に延びる円筒形状の外筒２４と、外筒２４の上端側を閉塞する天井壁２５と、天井壁２５の中央部を貫通させて上方から外筒２４の中心部に同心状に挿入配置された内筒２６とを備えた構成とされている。

外筒２４は、上端側の周方向の一個所に開口を備え、この開口に、ライザー管２の上端側開口２ｂが、外筒２４の接線に沿う方向から連通接続されている。図４では、図示する便宜上、外筒２４に対するライザー管２の上端側開口２ｂの接続部分の構成を簡略化して示してある。

分離器８は、外筒２４の下端側の開口が、回収対象物体１１を含む水１０の出口９とされ、内筒２６の上端側の開口が、空気出口２７とされている。

これにより、分離器８では、ライザー管２を通して導かれて上端側開口２ｂから吐出される水１０と気泡と回収対象物体１１とを含む混合流体７が、外筒２４内に流入すると、外筒２４の内周面に沿い混合流体７の旋回流が形成される。

この混合流体７の旋回流中では、混合流体７に含まれている気泡が、水１０や回収対象物体１１との密度差に応じて外筒２４の軸心位置に集められて、回収対象物体１１を含んだ水１０と効率よく分離される。その後、回収対象物体１１を含んだ水１０は、自重により、出口９を通して下方に排出される。一方、外筒２４の軸心位置に集められた気泡は、合体して空気５ａの固まりとなって内筒２６に下端側から進入し、内筒２６の上端側の空気出口２７から排出される。

なお、本実施形態では、分離器８は、本実施形態のエアリフト装置１を、図１に示すようにライザー管２の下端側開口２ａを回収対象物体１１が沈んでいる水底１３付近に配置した使用状態のときに、外筒２４の下端寄りの部分が水没して、出口９が水面下に配置されるように、外筒２４の上下方向寸法が設定されている。

このように、本実施形態のエアリフト装置１の使用時に分離器８の出口９が水中に配置される構成としたのは、以下の理由による。

すなわち、ライザー管２の上端側開口２ｂから分離器８へ流入する混合流体７には、回収対象物体１１と同様に水底１３に沈んでいた砂や汚泥のような微細な固形物が含まれていることがある。また、回収対象物体１１を含む水１０が水面１４に落下するときには、飛沫が生じる。よって、この飛沫には、水底１３に沈んでいた微細な固形物が含まれる可能性がある。

そこで、本実施形態における分離器８は、出口９を水中に配置することにより、水底１３に沈んでいた微細な固形物が飛沫に含まれた状態で周辺環境に飛散することや、飛沫自体が周辺環境に飛散することを抑制できるようにしてある。

分離器８の空気出口２７には、図１に示すように、下流側端部が水面１４に向く姿勢に配置された排気筒２８の上流側端部を接続した構成とすることが好ましい。この構成によれば、分離器８の空気出口２７から排出される空気５ａは、排気筒２８を通過した後、排気筒２８の下流側端部から、水面１４に向かう流れとして排出される。したがって、この排気筒２８を備えた構成では、分離器８の空気出口２７から排出される空気５ａに、外筒２４内で生じる飛沫や、前記したような水底１３に沈んでいた微細な固形物が含まれた飛沫が同伴されていたとしても、それらの飛沫を、空気５ａの流れにのせて水面１４に向けて吹き付けることができる。よって、排気筒２８を備えた構成によれば、分離器８の空気出口２７から排出される空気５ａ中に含まれている飛沫自体や、飛沫に含まれる微細な固形物は、水面１４でトラップすることができて、周辺環境への放散を抑制することができる。

回収部１２は、本実施形態では、上端側に開口２９を有し、側部と底部が金網や多孔板などの孔を有する部材で形成された籠状の容器とされている。側部と底部に備える孔は、個々の孔の開口面積や開口形状が、粒径範囲の下限値Ｘの回収対象物体１１が通過できないように設定されている。なお、回収部１２は、側部と底部のいずれか一方のみが、水１０を通過させる孔を有する部材で形成された構成としてもよい。

更に、回収部１２は、上端側の開口２９が、分離器８の出口９を囲む大きさに設定されていて、開口２９の外周にはフロート３０が取り付けられている。これにより、回収部１２は、図１に示すように、開口２９を、分離器８の出口９を取り囲むように配置した状態で、フロート３０の浮力によって水面１４付近に浮かんだ状態に配置できるようにしてある。

この状態で、回収部１２は、分離器８の出口９から排出される回収対象物体１１を含んだ水１０を、回収部１２の内側に受けることができる。更に、回収部１２は、側部と底部に備えた孔を通して水１０を外部に排出することができると共に、側部と底部に備えた孔を通過する水１０の流れにのせて、粒径範囲の下限値Ｘよりも小さい回収対象とはならない物体を外部に排出することができる。

よって、回収部１２は、分離器８の出口９から排出される回収対象物体１１を含んだ水１０から、回収対象物体１１を選択的に捕集することができる。

本実施形態のエアリフト装置１は、天井クレーンや、他の形式のクレーンのような搬送装置で吊り上げて、使用時の位置決めや、水底１３における回収対象物体１１の回収を行う位置の変更を行うことができるように、装置全体の上端側に位置する個所に吊部３１を備えることが好ましい。図１は、ライザー管２の上端側と排気筒２８の上端側に吊部３１を備えた構成を例示しているが、吊部３１を備える個所の配置や数はこれに限定されないことは勿論である。

以上の構成としてある本実施形態のエアリフト装置１を使用する場合は、回収対象物体１１が沈んでいる水底１３付近にライザー管２の下端側開口２ａが配置されるように、本実施形態のエアリフト装置１の位置決めを行う。この際、分離器８の出口９に対応する位置には、回収部１２を配置する。

また、空気供給部４は、電磁弁２２を閉止した状態で、供給源２１から空気ライン２０への圧縮空気５の供給を開始しておく。

次に、本実施形態のエアリフト装置１は、回収対象物体１１の回収作業を実際に開始するときには、空気供給部４の電磁弁２２を開操作する。

これにより、空気供給部４は、散気部３への圧縮空気５の供給を開始する。

したがって、散気部３では、各空気噴出管１５の各空気ノズル１８から下方に向けて圧縮空気５が噴出され、この噴出された圧縮空気５により気泡が発生する。

散気部３で発生した気泡は、ライザー管２内で上昇するため、ライザー管２内には、エアリフトポンプの作用が生じる。

したがって、ライザー管２では、下端側開口２ａからの水１０の吸入が開始されるため、下端側開口２ａの付近に存在している粒径範囲の下限値Ｘから上限値Ｙまでの粒径を備える回収対象物体１１は、散気部３の各空気噴出管１５の間を通過して、ライザー管２に吸入される。

よって、ライザー管２内では、水１０と、気泡と、回収対象物体１１とを含む混合流体７が、水面１４よりも上方に配置されている上端側開口２ｂに向けて送られる。

ライザー管２の上端側開口２ｂまで送られた混合流体７は、分離器８で気泡を形成していた空気５ａが分離された後、水１０と回収対象物体１１が、出口９から回収部１２へ送られる。

回収部１２では、水１０と、粒径範囲の下限値Ｘよりも小さい回収対象とはならない物体は、側部と底部に備えた孔を通して外部に排出される。よって、本実施形態のエアリフト装置１は、粒径範囲の下限値Ｘから上限値Ｙまでの粒径を備える回収対象物体１１を、回収部１２に捕集することができる。

その後は、本実施形態のエアリフト装置１は、必要に応じて、ライザー管２の下端側開口２ａの位置を、水底１３付近で新たな回収対象物体１１が沈んでいる位置へ移動させて、回収対象物体１１を水底１３から引き上げて回収部１２へ捕集する作業を、継続して行うようにすればよい。

本実施形態のエアリフト装置１は、回収対象物体１１の回収作業を停止、あるいは終了するときには、空気供給部４の電磁弁２２を閉操作する。

しかる後、本実施形態のエアリフト装置１では、回収部１２に補修された回収対象物体１１を、回収部１２ごと水面１４から引き揚げて回収するようにすればよい。この回収部１２の水面１４からの引き揚げに伴い、回収部１２に捕集されている回収対象物体１１は、水１０を切った状態で回収される。

このように、本実施形態のエアリフト装置１によれば、設定された粒径範囲の粒径、たとえば、数十ミリメートルに設定された下限値Ｘから、１００ミリメートル程度に設定された上限値Ｙまでの粒径を有する回収対象物体１１を、水底１３から引き揚げて回収することができる。

更に、本実施形態のエアリフト装置１は、ライザー管２の下端寄りに備えたフランジ部６と水底１３との隙間２３で、水底１３に沿い下端側開口２ａに向かう水１０の流れを生じさせることができる。このため、本実施形態のエアリフト装置１は、この水１０の流れにのせて、水底１３に沈んでいる回収対象物体１１を下端側開口２ａまで移動させることができて、下端側開口２ａからライザー管２へ回収対象物体１１を吸入する効率を向上させることができる。

しかも、本実施形態のエアリフト装置１は、ライザー管２の下端側で、特許文献１に示されたもので発生させていたような旋回流を発生させることはない。

したがって、本実施形態のエアリフト装置１は、水底１３に沈んでいる回収対象物体１１について、水面１４付近まで引き上げて回収する効率の向上化を図ることができる。

更に、本実施形態のエアリフト装置１では、散気部３における各空気噴出管１５が、設定された粒径範囲の上限値Ｙよりも大きな粒径の物体がライザー管２に引き込まれることを抑制するスクリーンとしても機能する。したがって、本実施形態のエアリフト装置１は、想定外の粒径の物体によるライザー管２の詰まりを防ぐことができる。

なお、本実施形態のエアリフト装置１では、散気部３の各空気噴出管１５が前記したようなスクリーンとしての機能を備えることに伴い、ライザー管２に吸い込まれる回収対象物体１１の形状や粒径によっては、空気噴出管１５に対して多少の引っ掛かりを生じることが考えられる。

しかし、本実施形態のエアリフト装置１は、各空気噴出管１５を片持ちで支持した構成として、各空気噴出管１５におけるライザー管２の軸心寄りに配置された端部が自由端となっている。このため、各空気噴出管１５は、回収対象物体１１が空気噴出管１５に沿い自由端側へスライドして自由端を通り過ぎれば、回収対象物体１１の空気噴出管１５に対する引っ掛かりは容易に解消される。更に、各空気噴出管１５は、回収対象物体１１から受ける力が大きくなる場合には、自由端側が変位する撓みを生じることが可能である。

よって、本実施形態のエアリフト装置１は、ライザー管２に吸い込まれる回収対象物体１１が空気噴出管１５に対して引っ掛かりを生じたとしても、回収対象物体１１が空気噴出管１５に沿い自由端の方向へ移動することや、空気噴出管１５が撓むことで、その回収対象物体１１の引っ掛かりを解くことができる。

各空気噴出管１５は、長手方向の複数個所に設けた各空気ノズル１８から、下方に向けて圧縮空気５を噴出している。このため、ライザー管２の下端側開口２ａから吸い込まれた回収対象物体１１が空気噴出管１５に下方から接近するときには、各空気ノズル１８から噴出される圧縮空気５により、回収対象物体１１が、空気噴出管１５に当たる勢いを弱めることができる。これにより、本実施形態のエアリフト装置１は、ライザー管２に吸入される回収対象物体１１が空気噴出管１５に当たることで生じる空気噴出管１５の損傷を抑制することができる。

［第１実施形態の第１応用例］
図５は、第１実施形態の第１応用例を示すもので、図５（ａ）は、別の構成例のフランジ部を備えたライザー管の下端寄り部分の切断側面図、図５（ｂ）は、更に別の構成例のフランジ部を備えたライザー管の下端寄り部分の切断側面図である。

なお、図５（ａ）（ｂ）において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

前記第１実施形態では、ヘッダ１６の底板が、フランジ部６を兼ねる構成を示したが、フランジ部は、図５（ａ）に示す構成や、図５（ｂ）に示す構成としてもよい。

図５（ａ）に示す構成は、第１実施形態と同様の構成としてあるヘッダ１６の外周面の下端寄り位置に、外周側へ張り出す円環形状のプレート部材３２を取り付けて、このプレート部材３２とヘッダ１６の底板とを合わせたものがフランジ部６ａを形成している。

ヘッダ１６は、空気供給部４（図１参照）から供給される圧縮空気５を各空気噴出管１５へ分散して供給するものであり、この圧縮空気５の分散供給機能を得るために必要とされる寸法は定まる。よって、その必要とされる寸法よりも過剰に大きなヘッダ１６を備えることは、ヘッダ１６の製造に要する材料やコストの増加につながる。

これに対し、図５（ａ）に示すフランジ部６ａは、ヘッダ１６を拡大することなく、フランジ部６ａの径寸法を容易に拡大することができる。

図５（ｂ）に示すフランジ部６ｂは、ライザー管２の下端寄り個所の外周面に、ヘッダ１６とは別体の円環形状のプレート部材を、取り付けた構成とされている。

このフランジ部６ｂを採用する構成では、ヘッダ１６は、フランジ部６ｂの形成には関係しない。よって、ヘッダ１６は、空気供給部４から供給される圧縮空気５を、ライザー管２に取り付けられている各空気噴出管１５の一端部に分配して供給することができれば、樋状の部材をライザー管２の外周面に取り付けた構成以外の任意の構成を採用してもよい。

よって、図５（ｂ）のフランジ部６ｂを採用する場合は、ヘッダ１６の形状や構成の自由度を高めることができる。

［第１実施形態の第２応用例］
図６は、第１実施形態の第２応用例を示すもので、図６（ａ）は、散気部の別の構成例を示す切断平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。

なお、図６（ａ）（ｂ）において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

ここで、ライザー管２の径を拡大する場合を考える。ライザー管２の径を拡大する場合は、散気部３より噴出させる圧縮空気５の量を増加させる必要がある。

前記第１実施形態では、散気部３は、各空気噴出管１５に空気ノズル１８を備える構成を示した。したがって、前記第１実施形態における散気部３にて、各空気噴出管１５に備えた空気ノズル１８から噴出する圧縮空気５の量を増加させるためには、各空気噴出管１５の径を太くする必要が生じる。

ところで、散気部３の各空気噴出管１５は、回収対象物体１１（図１参照）を選択的にライザー管２へ進入させるためのスクリーンとしての機能も備えている。このスクリーンとしての機能から考えると、各空気噴出管１５が太くなることは、回収対象物体１１が通過する通路１７ａ，１７ｂ，１７ｃを狭めることにつながってしまう。更に、空気噴出管１５が撓むことで、回収対象物体１１の引っ掛かりを解くという作用は、各空気噴出管１５が太くなるにつれて得にくくなる。

そこで、本応用例における散気部３は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、第１実施形態における散気部３と同様の構成に加えて、ライザー管２の側壁に、空気ノズル１８ａを備え、空気ノズル１８ａがヘッダ１６に連通接続された構成とされている。

図６（ａ）は、一例として、空気ノズル１８ａが、周方向に隣接する空気噴出管１５同士の中間となる位置ごとに設けられた構成を示している。なお、空気ノズル１８ａは、ライザー管２にて望まれる圧縮空気５の噴出量と、各空気噴出管１５の空気ノズル１８から噴出可能な圧縮空気５の量との差などに応じて、ライザー管２の側壁に備える空気ノズル１８ａの数と配置は、図示した以外の設定としてよいことは勿論である。

以上の構成としてある本応用例における散気部３を採用する場合は、各空気噴出管１５の空気ノズル１８に加えて、ライザー管２の側壁の空気ノズル１８ａからも圧縮空気５を噴出することができる。したがって、本応用例の散気部３は、各空気噴出管１５の太さの増加を抑えながら、圧縮空気５の噴出量の増加を図ることができる。よって、本応用例の散気部３は、ライザー管２の径の拡大化を図る場合に好適な散気部３とすることができる。

なお、本応用例における散気部３は、図５（ａ）（ｂ）に示した第１実施形態の第１応用例に適用してもよいことは勿論である。

［第２実施形態］
図７は、エアリフト装置の第２実施形態を示す概略側面図である。

なお、図７において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のエアリフト装置１は、第１実施形態と同様の構成において、分離器８の空気出口２７の下流側に、排気筒２８を接続した構成に代えて、分離器８の空気出口２７（図４参照）の下流側に、バグフィルタ３３を接続した構成としたものである。

バグフィルタ３３の排気口の下流側には、誘引ファン３４が接続されている。

以上の構成としてある本実施形態のエアリフト装置１は、誘引ファン３４の運転により、分離器８の空気出口２７から排出される空気５ａを、バグフィルタ３３に導いて、集塵処理を行うことができる。

したがって、分離器８の空気出口２７から排出される空気５ａに外筒２４内で生じる飛沫が含まれ、その飛沫に水底１３に沈んでいた微細な固形物が含まれていたとしても、その微細な固形物は、バグフィルタ３３で捕集される。

よって、本実施形態のエアリフト装置１は、水底１３に沈んでいた微細な固形物が、放射性物質や化学物質などの環境への放出を防止すべき環境汚染物質を含む場合に、その環境汚染物質が周辺環境に放散されることを、より確実に防止することができる。

なお、本実施形態のエアリフト装置１に、前記第１実施形態の第１応用例と第２応用例のいずれか一方または双方を適用してもよいことは勿論である。

［第３実施形態］
図８は、エアリフト装置の第３実施形態として、分離器の別の例を示す切断側面図である。

なお、本実施形態のエアリフト装置１の構成は、分離器以外は、図１から図３（ａ）（ｂ）に示した第１実施形態と同様である。また、図８において、第１実施形態と同一のものには、同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のエアリフト装置１における分離器８ａは、図８に示すように、上下に延びる筒状の容器３５を備え、容器３５の側壁に設けられた開口に、ライザー管２の上端側開口２ｂが接続された構成を備えている。

容器３５は、容器３５内に流入した混合流体７が流れる流路の断面積が、ライザー管２における流路断面積よりも大となるように設定されている。これにより、容器３５は、容器３５内に流入した混合流体７の流速を減速させて、混合流体７中で、水１０と回収対象物体１１は自重により落下する一方、気泡は上方に移動する現象が生じるようにしてある。

本実施形態における分離器８ａは、図８に示すように、前記した容器３５内での混合流体７の減速の効果を高めるための手段として、たとえば、容器３５内に、板状の減速部材３６を、容器３５内に流入する混合流体７が衝突する配置で備えた構成とされている。

かかる構成の分離器８ａは、容器３５内に混合流体７が流入すると、混合流体７の流れが減速部材３６に衝突するので、混合流体７の流れの勢いを、より効率よく低減させることができる。

なお、減速部材３６は、容器３５内に流入する混合流体７の流れの勢いを減じることができるものであれば、図８に示した以外の形状、配置、数としてもよいことは勿論である。

また、ライザー管２に生じるエアリフトポンプの作用では、ライザー管２の上端側開口２ｂから混合流体７が吐出されるときには、回収対象物体１１を含んだ水１０の吐出と、気泡の排出とが交互に行われることがある。そのため、減速部材３６は、ライザー管２の上端側開口２ｂから回収対象物体１１を含んだ水１０の吐出が断続的に行われると、その衝撃を繰り返し受けることがある。よって、このような衝撃が繰り返して減速部材３６に作用するときにも分離器８ａが揺れないようにするためには、分離器８ａの重量は大きい方が有利である。

分離器８ａは、容器３５の下端側の開口が、回収対象物体１１を含む水１０の出口９とされ、容器３５の頂部に、空気出口２７が設けられている。

分離器８ａは、空気出口２７の下流側には、第１実施形態と同様の排気筒２８が接続された構成とすればよいが、第２実施形態と同様にバグフィルタ３３が接続された構成としてもよい。

以上の構成としてある分離器８ａを備えた本実施形態のエアリフト装置１は、第１実施形態のエアリフト装置１と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態のエアリフト装置１に、前記第１実施形態の第１応用例におけるフランジ部６ａ，６ｂと、第２応用例の散気部３のいずれか一方または双方を適用してもよいことは勿論である。

また、本発明は、前記各実施形態と各応用例にのみ限定されるものではない。

図１、図７に示した本開示のエアリフト装置１の各構成要素の形状や寸法、構成要素同士の寸法比は、図示する便宜上のものであって、実際の各構成要素の形状や寸法、構成要素同士の寸法比を反映したものではない。

ライザー管２は、円形の断面形状を備えた管を例示したが、角形など、円形以外の断面形状であってもよい。

また、ライザー管２内では、水圧の減少に伴って混合流体７中の気泡のサイズが大きくなることを考慮して、ライザー管２は、下端側開口２ａよりも上端側開口２ｂで流路断面積が大きくなるように、長手方向の途中で断面形状や断面積が変化する管であってもよい。

分離器８，８ａは、ライザー管２の上端側開口２ｂから吐出される混合流体７を受けて、回収対象物体１１を含んだ水１０と、空気５ａとを分離する事ができれば、図４、図８に示した以外の分離方式や形式の分離器を採用してもよい。

回収部１２は、分離器８，８ａの出口９から排出される水１０と回収対象物体１１との混合物から、回収対象物体１１を選択的に捕集することができれば、前記した以外の任意の形式の回収部１２を採用してもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

２ ライザー管
２ａ 下端側開口
２ｂ 上端側開口
３ 散気部
４ 空気供給部
５ 圧縮空気
５ａ 空気
６，６ａ，６ｂ フランジ部
７ 混合流体
８，８ａ 分離器
９ 出口
１０ 水
１１ 回収対象物体
１２ 回収部
１４ 水面
１５ 空気噴出管
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 通路
２７ 空気出口
２８ 排気筒
３３ バグフィルタ
Ｙ 上限値

Claims (6)

1. ライザー管と、
   前記ライザー管の下端寄りに設けられた散気部と、
   前記散気部に接続されて圧縮空気を供給する空気供給部と、
   前記ライザー管の下端側開口の外周に設けられたフランジ部と、
   前記ライザー管の上端側開口に接続されて、該上端側開口から吐出される混合流体から空気を分離する分離器と、
   前記分離器の出口の下流側に設けられて、前記分離器から水と共に排出される回収対象物体を回収する回収部と、を備え、
   更に、前記散気部は、前記ライザー管の下端寄りの周壁に周方向に間隔を隔てて配置されて、長手方向の一端側が前記ライザー管の周壁に固定された複数の空気噴出管を備え、
   前記複数の空気噴出管の間には、回収を望む前記回収対象物体について設定された粒径範囲の上限値よりも設定された余裕分、大きな通路を形成したこと、
   を特徴とするエアリフト装置。
2. 前記散気部は、前記複数の空気噴出管を、前記ライザー管の軸心位置から放射方向に延びる姿勢で、前記ライザー管の下端寄りの周壁に周方向に間隔を隔てて配置した
   請求項１記載のエアリフト装置。
3. 前記散気部は、前記ライザー管の中央部で且つ前記各空気噴出管の突出端部同士の内側となる個所と、前記ライザー管の外周寄りにおける周方向に隣接して配置された前記空気噴出管同士の間に、前記通路を備えた
   請求項２記載のエアリフト装置。
4. 前記分離器は、サイクロン形式とした
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエアリフト装置。
5. 前記分離器は、空気出口を備え、
   前記分離器の前記空気出口の下流側には、バグフィルタが接続された
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエアリフト装置。
6. 前記分離器は、空気出口を備え、
   前記分離器の前記空気出口には、排気筒の上流側端部が接続され、
   前記排気筒の下流側端部は水面に向く姿勢とされた
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエアリフト装置。

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