JP6849431B2 - 清水領域形成装置及び清水領域形成方法 - Google Patents
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Description
ダム堤体についての水中作業では、ダム湖水が濁水であると、視界不良によって作業効率が低下し、作業工程の遅延や作業コストの増大など招くことになる。
そこで、本願発明は、ダム堤体などの壁体についての水中作業を、視界を確保できる清水領域で行わせるのに適した、清水領域形成装置及び清水領域形成方法を提供することを目的とする。
図1は、本発明に係る清水領域形成装置の一態様を示す全体構成図である。
清水領域形成装置100は、例えば、ダム堤体や堤防などの水中の壁体10の前面に透明度が高い清水領域を形成することで、潜水士20による水中作業の視界を確保するのに用いられる装置である。
筐体部200は、壁体10に沿って清水を放水する放水部を構成するケース210と、ケース210の上面に固定される囲い部220とで構成され、ケース210及び囲い部220は、例えばポリプロピレンやアクリルなどの樹脂材料や、塩分による錆の発生などが少ないステンレスなどの材料で形成される。
ホースフランジ214に一端が接続される第2ホース500bは、濾過装置300で生成された清水をケース210内にホースフランジ214を介して供給し、ケース210の底面213側からケース210内に注入された清水は、ケース210の上面211側の開口部212を介してケース210の外部に向けて放水される。
なお、第1ホース500a及び第2ホース500bとして、例えば耐圧性を有する所謂サクションホースを用いることができるが、第1ホース500a及び第2ホース500bは、サクションホースに限定されない。
整流板215は、例えば複数の孔が全面に穿設された板状部材であり、更に、係る板状部材を上下方向に間隔を空けて複数重ねて設けることもできる。また、開口部212に設ける整流部材として、ルーバーなどを用いることもできる。
整流キャップ216は、内側の第1整流キャップ216aと、第1整流キャップ216aを覆う外側の第2整流キャップ216bとの2重構造であり、第1整流キャップ216a及び第2整流キャップ216bは、底部(天井壁)には孔が穿設されずに閉塞端をなし、周壁に複数の孔が全面に形成されている。
なお、整流キャップ216a,216bの底部(天井壁)に、周壁に比べて開口率が小さくなるように複数の孔を設けることができ、また、整流キャップ216は、2重構造に限定されない。
一対の壁部材221a,221bは、ケース210の両側面を上方に延長するようにして設けられ、囲い部220は前面220a、背面220b(壁体10側の面)及び上面220cが開放面をなす。そして、ケース210の整流板215を通過した清水は、壁部材221a,221bで挟まれる領域に向けて放水される。
なお、ケース210及び囲い部220からなる筐体部200の大きさは、例えば、全高が0.5m〜1.5m程度で、幅及び奥行が0.5m〜1.5m程度に設定される。
図3において、サイクロンセパレータ310は、遠心力を利用して固液分離を実施する装置である。
サイクロンセパレータ310の供給口311には、水中ポンプ400で揚水された濁水(ダム湖水)が第1ホース500aを介して供給され、透明度を低下させる要因となる異物(微粒子)が遠心力によって除去された水は、クリーン液出口(オーバーフロー管)312から排出され、異物を含むダーティ液はダーティ液出口(アンダーフロー管)313から排出される。
第1フィルタユニット330a及び第2フィルタユニット330bは、圧力容器内にフィルタカートリッジを着脱可能(交換可能)に収容したものであり、フィルタカートリッジは、例えば、ポリプロピレンやポリエステルなどの樹脂材料で形成されるフェルト濾材で構成される。
各フィルタユニット330a,330bの出口には、配管350a,350bの一端がそれぞれ接続され、配管350a,350bの他端は下流側で1つの配管350に接続され、配管350の端部には第2ホース500bの一端が接続される。
図3に示した濾過装置300は、フィルタユニットを並列して2系統備えるが、フィルタユニットを3系統以上並列して設けることができる。
以上のように、清水領域形成装置100は、筐体部200と、濾過装置300と、水中ポンプ400と、これらを接続するホース500a,500bとを含んで構成される。
詳細には、図1、図4に示すように、壁体10の作業領域に囲い部220の開放面である背面220bが重なるように、壁部材221a,221bの背面側の端縁を水中の壁体10に付けた状態に筐体部200を支持する。
これにより、左右の壁部材221a,221bと壁体10とが連接し、ケース210の上面211の開口部212から放水される清水の流れが、左右の壁部材221a,221b及び壁体10によって3方から囲まれることになる。
また、潜水士20が取手部222a,222bを持って筐体部200を壁体40の所定位置に押し付けた状態で、水中作業を行うことも可能である。
また、水中ポンプ400は、ホース500aで吊り下げるようにして水中に配することができる他、筐体部200に水中ポンプ400の固定部を設け、筐体部200に水中ポンプ400を固定することもできる。
そこで、水中ポンプ400を筐体部200と同程度の水中深度に配して、水中ポンプ400で取水される濁水の温度と、壁部材221a,221bと壁体10とで囲まれる領域内の濁水の温度とを同程度にする。
なお、台船30上に水温を調節する水温調節装置を設け、水中ポンプ400で揚水された濁水の温度又は濾過装置300を通過した後の清水の温度を前記水温調節装置によって調節し、壁部材221a,221bと壁体10とで囲まれる領域内の濁水の温度と同程度に保つよう構成することができる。
そして、濾過装置300は、水中ポンプ400から送られた濁水をサイクロンセパレータ310及びフィルタユニット330a、330bで濾過して透明度が高い清水を生成する。
係る構成では、水中ポンプ400が吸い込む水の透明度が高くなって濾過装置300に捕集される異物(不純物粒子)の量が減り、濾過装置300の濾過能力をより長い期間に亘って維持させることが可能となり、濾過装置300を構成するフィルタユニット330a,330bのフィルタカートリッジの交換頻度が減って経済的に清水領域形成装置100を使用できる。
つまり、壁体10の作業領域に筐体部200を付けるように設置することで、筐体部200の壁部材221a,221b(囲い部220)が壁体10と連接し、ケース210(放水部)から放水される清水の流れを囲む囲みを形成し、係る囲み内に清水を放水することで、囲み内に清水領域が形成される。
これにより、清水領域は壁体10の直前に形成され、清水領域と壁体10との間に濁水域が生じることが抑制される。
従って、例えば壁体10がダムの堤体である場合は、ダム湖水が濁っていても高い作業効率で堤体の補修・改修作業などを行え、作業工程の遅延や作業コストの増大を抑制できる。
濾過装置300を水中に配した場合は、フィルタカートリッジなどの部品交換が潜水作業となり、部品交換に時間を要する。
これに対し、濾過装置300は水上(台船30上)に配されるから、フィルタカートリッジの交換が潜水作業にはならず、比較的短い時間で交換を行え、また、フィルタカートリッジのサイズを筐体部200の大きさとは無関係に設定できるから、十分に長い濾過時間を確保できる大きなサイズのフィルタカートリッジの採用が可能であり、更に、筐体部200を、壁体10の補修・改修に必要な最小限の大きさに設定できる。
このため、例えばバルブ340aを開きバルブ340bを閉じてフィルタユニット330aにのみ通水させている状態でフィルタユニット330aのフィルタカートリッジの交換が必要になった場合、バルブ340aを閉じバルブ340bを開くことで、フィルタユニット330aに通水される状態から新品のフィルタカートリッジが装着されたフィルタユニット330bに通水させる状態に切り替えることができる。つまり、フィルタカートリッジの交換が必要になっても清水を連続して筐体部200に供給でき、フィルタカートリッジの交換に伴って清水領域が無くなってしまうことがない。
また、濾過装置300では、フィルタユニット330a,330bに通水させる前に、サイクロンセパレータ310による異物の除去が行われるから、フィルタユニット330a,330bの濾過能力を維持できる時間が長くなる。
また、サイクロンセパレータ310は、目詰まりの発生がなくメンテナンスフリーであるため、フィルタユニット330a,330bに共通のプレ処理フィルタとして用いることができ、濾過装置300での連続濾過及びフィルタカートリッジの交換頻度の抑制を実現しつつ濾過装置300の構成を簡略化できる。
つまり、清水領域を形成するための清水をリアルタイムで濾過装置300によって生成する構成に限定されない。
また、筐体部200において、囲い部220とケース210とを分離可能に構成することができる。
しかし、図1−図4に示した清水領域形成装置100のように、壁部材221a,221bと壁体10とによって清水の放水領域(清水の流れ)を囲んでコアンダ効果を利用できるようにすれば、壁体10の直前のより広い範囲に清水領域を安定的に形成することができる。
なお、図5は、正方形状に形成される放水口(ケース210の開口部212)の1辺の長さを1mとし、図5(B)では放水口を挟んで壁部材221a,221bが対向するように配置し、更に、清水の放水流量を800リットル/分、濁水及び清水の温度を共に18℃、濁水の濁度を100mg/リットルとしたときに、放水開始から10分が経過した時点での放水口から0.5mの高さにおける濁度比の分布を示す。
これに対し、図5(B)に示す放水領域を左右の壁部材221a,221bで囲んだ場合では、壁体10の直前における清水領域の左右方向の幅が放水口の幅(壁部材221a,221bの間隔)と略同等であり、図5(A)の場合とは逆に、清水領域が壁体10の左右方向に細長い形状になっていて、左右の壁部材221a,221bで挟まれる領域の略全域で視界を確保できることになる。
つまり、図5(B)のように、左右の壁部材221a,221b及び壁体10によって3方が囲まれる囲み領域内に清水を放水する場合、清水の流れが左右の壁部材221a,221b及び壁体10に引き寄せられるコアンダ効果により、清水領域が左右方向に広がりかつ壁体10側に寄って形成される。
換言すれば、筐体部200が、壁体10と連接する左右の壁部材221a,221bを備え、清水の流れがコアンダ効果により左右の壁部材221a,221b及び壁体10に引き寄せられるように清水を壁体10に沿って放水させることで、清水領域の形成能力を高めることができる。
ここで、壁体10の表面が平らであれば筐体部200と壁体10との間の隙間は十分に小さくなり、外部から囲み領域250内への濁水の浸入や囲み領域250内から外部への清水の漏れ出しは少なくなって、清水領域形成装置100は安定的に清水領域を形成できる。
そこで、筐体部200の背面と壁体10との隙間を埋める手段(シール手段)を備え、壁体10の凹凸による清水領域の形成能力の低下を抑制できるようにした、筐体部200の第2の実施形態を、図6に従って説明する。
枠部材260は、左右の壁部材221a,221bの壁体10側(背面側)の端縁に沿って上下方向に延びる縦部260a,260bと、ケース210の壁体10側の面(背面)の上端(換言すれば、壁部材221a,221bで挟まれる囲み領域250の底側)に左右方向に沿って延びる横部260cとが一体となってU字状に形成される。
そして、図7に示すように、壁体10の凹凸に応じて枠部材260が弾性変形して、壁部材221a,221b及びケース210と壁体10との隙間を埋め、壁体10と筐体部200との隙間から囲み領域250内に濁水が浸入することや、囲み領域250内の清水が壁体10と筐体部200との隙間から外部に漏れ出すことが抑制される。
枠部材260は、ゴムなどの弾性材料で形成することができる。
また、枠部材260として、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料やゴムなどで形成される可撓性を有する袋体に、流動体(水などの液体やジェル体)を入れたものを使用できる。
図8において、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料やゴムなどで形成され可撓性を有する袋体261は、壁部材221a,221bの長さ及び間隔に合わせたU字状に形成され、この袋体261内に液体(水)やジェル体などの流動体262を入れて密閉される。
但し、袋体261と流動体262とで構成される枠部材260として、袋体261の内部が全て流動体262で満たされた枠部材260を用い、袋体261が弾性変形して袋体261の容積が変化することで凹凸を吸収する構成とすることができる。また、空気などの気体を入れた袋体261を枠部材260として用いることができるが、空気の浮力による筐体部200の浮きを抑制する対策が必要になる。
図9は、筐体部700の囲み領域750の大きさを潜水士20が中に入って水中作業を行える大きさとした第3の実施形態における清水領域形成装置100における作業状態を例示する。
また、図10は、図9に示した大型の筐体部700の構造を示す三面図である。
なお、囲い部720内の囲み領域750の大きさは、例えば、高さ10m程度、奥行き5m程度とすることができる。
床部材771dには、整流板782が取り付けられる開口部(放水口)781が開口され、図11に示すように、開口部781の下側には整流板782と共に放水部を構成するケース710が取り付けられる。
更に、ケース710内には、ホースフランジ714の中空部714aの開放端を囲むように、有底筒状の整流キャップ716を設けてある。
そして、ホースフランジ714に一端が接続される第2ホース500bは、濾過装置300で生成された清水をケース710内に供給し、ケース710の底面713側からケース710内に注入された清水は、整流キャップ716によって周辺に向けて偏向され、更に整流板782によって整流され、囲み領域750内に放水される。
なお、床部材771dの左右方向に間隔を空けて複数の放水部(開口部781、ケース710)を配することができる。
例えば、囲い部720内の濁水よりも温度の低い(比重の重い)清水を囲い部720内に放水させることで、囲い部720内の濁水を上面から追い出して清水を溜めることができる。
大型の筐体部700を、ダム堤体などの水中の壁体10の前に設置するには、クレーンで筐体部700を壁体10の前の水中に吊り下げる方法や、クレーンで筐体部700を水中にまで降ろし、壁体10に設けたアンカーに固定する方法などを用いることができる。
大型の筐体部700の場合も、囲い部720内に清水領域が形成されることで、囲い部720内で作業する潜水士20の視界が確保され、潜水士20による壁体10の補修・改修作業を効率良くかつ安全に行わせることができる。
図12において、枠部材790は、壁部材771a,771bそれぞれの背面775b側(壁体10側)の端縁に沿って上下方向に延びる縦部790a,790bと、床部材771dの背面775b側(壁体10側)の端縁に沿って左右方向に延びる横部790cとが一体となってU字状に形成される。
従って、筐体部700を付ける壁体10に凹凸があっても、壁部材771a,771b及び床部材771dと壁体10との接触面における隙間を十分に小さくでき、隙間を介して濁水が内部に入ったり逆に隙間を介して清水が外部に漏れ出すことを抑制でき、壁体10の凹凸によって清水領域の形成性能が低下することを抑制できる。
このような押し付け力不足の対策として、壁体10が勾配をもつ場合には、図12に示すように、壁部材771a,771b及び床部材771dと枠部材790との間に、押し付け力を発生する重量枠791を挟む構成とすることができる。
つまり、重量枠791は、枠部材790の上下方向に延びる縦部790a,790bに沿って設けられる縦部791a,791bと、枠部材790の左右方向に延びる横部790cに沿って設けられる横部791cとが一体となってU字状に形成される。
なお、図6に示した、枠部材260を備える小型の筐体部200においても、枠部材260と筐体部200との間に重量枠を挟むことができ、重量枠を設けることで、大型の筐体部700の場合と同様の作用効果を奏することができる。
また、袋体から水を抜いた状態で陸上での移送を行わせ、筐体部200,700を水中に降ろすときに袋体に水を入れるようにすれば、筐体部200,700の陸上での移送作業の負荷を軽減できる。
また、図9,図10に示した大型の囲い部720を用いる清水領域形成装置100において、ケース710及び開口部781を備えずに筐体部700を囲い部720だけで構成し、囲い部720を壁体10の前面に付けた状態で、囲い部720の開放面である上面から囲み領域750内に清水を放水させるためのホースを差し入れて付近の濁水よりも低温でかつ透明度の高い清水を囲み領域750内に放水したり、開放面である上面から溜り部内に凝集剤を投入して不純物粒子を凝集沈殿させたりして、囲み領域750内に清水を溜め、囲み領域750内に清水領域を形成することができる。
例えば、図14に示すように、台船30の上に冷却用プール30aを設置し、この冷却用プール30aに貯留される水の中に濾過装置300の少なくとも一部を沈めて、濾過装置300の温度上昇を抑制することができる。
また、図15に示すように、ダム湖水などの壁体10で堰き止められる水の水面近くに濾過装置300の少なくとも一部が没するように濾過装置300を支持する橋型クレーンなどの支持装置30bを、台船30に設けることができる。
なお、図14及び図15は、小型の筐体部200を用いる清水領域形成装置100を例示するが、大型の筐体部700を用いる清水領域形成装置100においても、図14,図15に示した台船30を適用することができる。
また、濾過装置300が配される水中深度が浅いから、フィルタユニット330a,330bのフィルタカードリッジの交換作業を水上(台船30上)で実施することが可能で、交換作業に要する時間を短く抑制できる。
図16に示す例では、壁部材221a,221bの壁体10側の端縁221eが、ケース210の背面210cよりも所定長さだけ正面側に後退するように形成され、壁部材221a,221bの外側面の壁体10寄りの位置には、シート状部材226a,226bを固定するためのプレート状の固定部225a,225bを、壁部材221a,221bの高さ方向に沿って設けてある。
シート状部材226a,226bは、例えば塩化ビニル樹脂やゴムなどでシート状に形成されて可撓性を有する部材(シールリップ部材)である。
つまり、シート状部材226a,226bは、壁部材221a,221bが壁体10から後退する部分を埋めるように延設され、更に、ケース210の背面210cが壁体10に当接するように筐体部200を設置したときに、壁体10に押されて弾性変形するよう構成される。
これにより、壁体10の表面に凹凸(不陸)があっても、シート状部材226a,226bの弾性変形によって囲い部220と壁体10との間に隙間が生じることを抑制でき、囲い部220と壁体10との間の隙間を介した囲い部220内への濁水の流入や囲い部220内からの清水の流出を抑止でき、囲い部220内に安定して清水領域を形成することができる。
例えば、蛇腹状部材の一端を、壁体10に対する離接方向に伸縮するように壁部材221a,221bに固定し、筐体部200を壁体10の前面に設置したときに蛇腹状部材の他端が壁体10に当接し、蛇腹状部材が縮むよう構成することができる。
上記の蛇腹状部材を、シート状部材226a,226bに代えて壁部材221a,221bに設けることができ、また、シート状部材226a,226bと蛇腹状部材とを組み合わせて設けることができる。
上記実施形態において、清水領域形成装置100の筐体部200は、壁体10に連接する壁部材として、壁体10の左右方向に対向する一対の壁部材221a,221bを備えるが、左右の壁部材のいずれか一方のみを備えるようにし、清水の流れがコアンダ効果によって壁部材と壁体とが交差する角部に寄せられるように構成することができる。
また、壁体10の左右方向に対向する一対の壁部材221a,221bと、この一対の壁部材221a,221bで挟まれる囲み領域内に放水するケース210(放水部)とを備える筐体部200を、壁体10の左右方向に複数並べて清水領域形成装置100を構成することができる。
係る構成の場合、ケース210,710の上流側で濾過装置300による濾過が行われるから、ケース210,710に設けるフィルタのみで濾過を行わせる場合に比べて、ケース210,710内のフィルタの交換頻度を大幅に減らすことができる。
Claims (7)
- 水中の壁体の前面に清水領域を形成する清水領域形成装置であって、
前記壁体に沿って清水を放水する放水部と、前記壁体と連接して前記放水部から放水される清水の流れを囲む壁部材と、水中ポンプと、前記水中ポンプによって揚水された濁水を濾過する濾過装置と、前記濾過装置で濾過された清水を前記放水部に送水するホースとを備え、
前記放水部は、開放面に整流部材を設けたケースを含み、
前記壁部材は前記ケースの開放面に固定され、
前記ホースは、前記濾過装置で濾過された清水を前記ケース内に注入し、
前記整流部材を介して前記壁部材で囲まれる領域に放水された清水の流れが、コアンダ効果によって前記壁体と前記壁部材とで囲まれた領域に引き寄せられるよう構成した、
清水領域形成装置。 - 前記濾過装置は前記ケースよりも高い位置に配される、
請求項1記載の清水領域形成装置。 - 前記濾過装置は水上に配される、
請求項2記載の清水領域形成装置。 - 前記濾過装置が並列して複数系統設けられ、前記水中ポンプによって揚水された濁水を前記複数系統の前記濾過装置のうちの一部に選択的に通水させる切り替え手段を設けた、
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の清水領域形成装置。 - 前記濾過装置は、サイクロンセパレータと、前記サイクロンセパレータで異物が除去された水が通水されるフィルタユニットとを含んで構成される、
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の清水領域形成装置。 - 清水領域形成装置を用いて、水中の壁体の前面に清水領域を形成する清水領域形成方法であって、
前記清水領域形成装置は、
前記壁体に沿って清水を放水する放水部と、前記壁体と連接して前記放水部から放水される清水の流れを囲む壁部材と、水中ポンプと、前記水中ポンプによって揚水された濁水を濾過する濾過装置と、前記濾過装置で濾過された清水を前記放水部に送水するホースとを備え、
前記放水部は、開放面に整流部材を設けたケースを含み、
前記壁部材は前記ケースの開放面に固定され、
前記ホースは、前記濾過装置で濾過された清水を前記ケース内に注入し、
前記清水領域形成方法は、
前記壁部材で囲まれる領域における清水の流れが、コアンダ効果によって前記壁体と前記壁部材とで囲まれた領域に引き寄せられるように、前記整流部材を介して前記壁部材で囲まれる領域に清水を放水し、前記壁部材で囲まれる領域内に清水領域を形成すること、
を含む、
清水領域形成方法。 - 前記濾過装置は冷却手段によって冷却される、
請求項6記載の清水領域形成方法。
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