JPS6059238A - 螺旋気流を用いるドレツジング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （目的及び背景） 本発明は螺旋気流を用いる水底の土砂等のドレ、ソング
方ｄ；に関するものである。

カスや液体が渦を巻く現象は、例えば台風、竜巻、渦潮
など広く自然界に存在する。

北米大陸中央部に発生するトルネート、即ち大て異なる
地点へ落ドさせ、大きな被害をもたらすことはよく知ら
れている。日本においても、それほど強力かつ大規模で
はないが、五穀、魚、蛙などを吸い１−げて遠方に降ら
せる、いわゆる径由現象か報告されている。

かかる自然現象は不特定地点で不時に発生するので単に
災害を与えるに過ぎないが、類似の現象をあらかしめ設
定した特定の場所の間における安定な「場Ｊとして存在
させることができれば、それを利用して物体を１陥送す
ることが可能になる。

本発明者はこのような発想に基いて安定な竜巻類似現象
を生成させる試みを行った。

人工的に旋回流を発生させるための方法として一般的に
考えられるのは、管内にその内周の切線方向から高速で
気流を送入する方法で、サイクロンその他に応用されて
いる。

本発明者は当初この方法を試みたが、気流の送入口付近
では旋回流が形成されても、管路か長い場合には次第に
減衰して安定に維持することが難そこで木発明者は、自
然界における気流の渦現象、即ち台風、トルネート等、
あるいは大火災時における竜巻の発生原因は非圧縮状態
で生成する熱上昇気流であるとされていることに思いを
いたし、それに対応する条件を人工的にりえる方法につ
いて鋭意研究を重ねた結果、管路内で安定な螺旋気流を
生成させる条件を見出して、螺旋気流による粒塊の輸送
方法を完成した（特願昭５８−１３９３３８号）。

さらに本発明者はこのような原理は陸上輸送にだけでな
く、水底から４−砂等（ヘドロ状のものを含む）を水面
上に持ち上げるド１／、ジングに応用することか出来の
ではないかど考えて試験を行なった結果、本発明を完成
するに至った。

（構成） 即ち本発明は、管路の一端は水中に、管路の他端は水面
上に位置するように設置し、空気を非圧縮状態で木質的
に管路の長袖方向のベクトルのみを与えて管路の氷中端
に送入し、管路内に管路断面に関しては旋回流をなしつ
つ管路長軸方向に進行する安定な螺旋気流を形成させ、
水底の土砂等をその螺旋気流域に送入して管路他端に搬
送せしめることよりなる螺旋気流を用いるドレ・ソジン
グ刀法である。

ｄｓ旋気気流よる輸送は、これまで工業的くこ取り上げ
られたことのない未開拓の分野であるのでます本発明に
おける螺旋気流とは如何なるものでめるかを説明する。

既述の如く自然界における気流の渦現象の発生原因は非
圧縮状態で生成する熟−１−外気流であるとされている
が、気流を非圧縮状態で木質的に管路の長袖方向のペタ
ー・ルのみを与えて管路に送入し気流平均速度を高めて
ゆくと、管路内に管路断面に関しては旋回流をなしつつ
管路長軸方向に進行する安定な螺旋気流が自然に形成さ
れることを見出した。

更に具体的に説明すると、空気を非圧縮状態で木質的に
管路のに軸方向のベクトルのみを４えて管路に送入する
ということは、管路人口で圧力落差を伴なう急激な１膨
張または収゛縮を生じさせることなく、また意１渇的し
こ旋回運動を促すようなベクトルを一切４えることなく
、いわば管路の長袖方向にピストンフローのような状態
で空気が滑らかに流線を乱さずに送入されるようにする
ことを意味する。それ絞込大空気に脈動があることは好
ま１、＜ない。圧力落差を生ぜずまた軸方向に渦を巻く
ような現象を起させずに所定の気流平均速度を与えるた
めには、ブロワ−等から導かれたガスを直ちに管路に送
入せずに、広い口径のフィーダーから次第に径を縮小し
て管路に送入するような方法を用いるのが好ましい。

このような状、１ｉ；で送入した場合、気流はそのまま
ピストンフローの状！ｔを保ちつつ出「１まで進行する
ことか予想されるが、意外にも気流１１ノ均速度を高め
てゆき概ね２０ｍ／秒以上とすると５管路断面に対して
は旋回流をなしつつ管路長軸方向に進行する螺旋気流が
生成していることが確認された。もちろん螺旋気流その
ものはカスであるから肉眼では直接観察できないが、次
に述べる実験に実＠１ 第１図に示すように、内ｔ￥１．５インチの透明プラス
チックチューブを用いた管路１に垂直部分を設け、前記
の条件に従って送入した気流が下部から上部へと流れる
ようにする。そこで管路人口から合成樹脂ペレット（径
５ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状）を送入すると、気流速度
が十分に速い場合にはペレ・ントはこの垂直管路を下部
から上部へ瞬間的に通過するが、気流速度を調節してペ
レットに働く重力によるＦ向きのベクトルと気流による
」ユ向きのベクトルが釣合うようにすると、ペレットは
垂直管中の　定位置、例えば第１ＩＡのＡ−Ａ′の位置
に留り、その運動が肉眼で観察できるようになる。第２
図は第１図のＡ’−Ａ’線における断面図であるが、ペ
レント２は矢印で示すような旋回運動をしていることが
わかる。Ａ−Ａ　′部分を手で押えてせばめてやると、
この部分のＢ（速が増加するのでペレントは、ヒ方−飛
び出し、やや上部の釣合点Ｂ−Ｂ　′へ移動してこの断
面での旋１１に直接接触してはいない。即ち管内壁１１
に近い部分には旋回流に基く遠心力により圧縮された気
層３が環状に形成されている（図では環状気層の厚みを
誇張して描いているが、実際は１ｍｍ以下、ミクロンオ
ーターの厚みである）。従ってぺｌ／アント環状気層と
の境界部分で螺旋気流の」−向きベクトルと重力の下向
きベタ１ルの釣合のもとに一定平面で螺旋気流の回転ベ
クＩ・ルにより旋回している。この釣合状７１：から気
流の流速を増せば、ペレット自身も螺旋ＢＥを描きつつ
出１」方向に進むことは容易に理解できるであろう。

この状態から徐々に垂直管を斜めに傾けてゆくと、　−
Ａ−中ｉ＋：ｉｉで旋回していたペレットは旋回を続け
なから」−ｊｌを開始しく即ちピッチの短い螺旋流を描
くことになる）、管の傾きか成る限度に達すると、″′
急激に吸い込まれるように出「■方向（この場合１−力
）へ飛んで行さ見えなくなる。

またペレットと米粒を同時に送入したところ、大きなペ
レットは内側、小さな米粒は外側を、それぞれ螺旋を描
きながら上昇して行くのが観察さ　。

実験２ 内径１５インチの透明プラスチックチューブを用いて、
出１１を大気に解放した長さ２００ｍの管路を敷設した
。管路は途中にカーブや若干の高低を有していた。宿路
入「１に第３図のような構造のフィーター４を設けた。

フィーダー４は直管状で、その一端は底板４３で閉鎖さ
れており、その底板４３に近い場所にブロワ−などから
送られたカスの送入管４１を設ける。フィーダーのの直
径は管路径より太くし、徐々にコーン４４状にせばめて
管路１と同じ管径にして接続する。コーン部の形状は一
５双曲線回転体状等が好ましい。さらにフィーダー４の
管軸に沿って、閉鎖端側から固・液送入管４２を挿入設
置する。ガス送入管４１から送り込まれたガスはフィー
ター内壁と固・液送入管４２の外壁との間の環状通路を
通って平行流となり、そのまま徐々に縮小されて管路人
口１２に達する。管路における気流平均速度が２６ｍ／
秒になるようにした時の管路゛入口部のゲージ圧は０・
１Ｋｇ７０ｍ２であった。　フィーダー４の軸心に沿っ
て挿入した固・液送入管４２から実験ｌで用いた合成樹
脂ペレットを］！ｌ！続的に供給し管路の途中をストロ
ボライトで照らして観察したところ、ペレン＋・か螺旋
を描きつつ出「−１方向に進行していることを確認でき
た。さらに管壁に近いところで運動しているペレットに
比べて、管の中心に近いところを通るペレットは速度が
速く、追い抜き現象を示していることが観察できた。だ
が管路の中央部を通過するペレットの動きは早すぎて観
察不能であった。

この実験を長時間続けたにも拘らず、プラスチックチュ
ーブの柔らかい内壁に傷は全くつかず、ペレットが内壁
に直接接触していないことも確認できた。

また水で濡らしたペレ・ノドをフィーダーに供給したと
ころ、水分は分離されて管壁に４・１着し、管路出口か
らは乾燥したベレッ１−が飛び出した。

以１−の実験から明らかなように、管路内部には安定な
螺旋気流が形成されている。螺旋気流を管路断面に投影
して見れば旋回運動であり、その回転に伴う遠心力によ
り内部のガス粒子は外側に投げ出される結果、管内壁に
沿って圧縮された薄い気層を形成し、内部はガス密度が
低く圧力は負正になる。しかも実験２から推定されるよ
うに螺旋気流の管軸方向の進行速度は管の中心部に近づ
くほど速くなる。一方ガス密度は管の中心部に近づくほ
ど小さくなる。ところがｒ場の密度」あるいはｒ動的密
度ｊは管の中心部分が最も大きく、単位面積当りの気体
分子−の移動量は最も多い。これはカス泥度が低いこと
と矛盾するように思われるかも知れないが、例えば高速
道路においては車両間隔が大きいにも拘らず単位時間に
通過する車両台数は混雑している一般道路よりも多い亀
を考えれば容易に理解できるであろう。即ち静止系と運
動系とでは密度に関する観念が異なる。このようにして
管内の各部においては「場のエネルギー、ｌと「運動の
エネルギーＪの合計量が一定になるようなバランス状ｊ
ｕＨが保たれ、螺旋気流が安定して存在するものと推定
される。

木質的に管路の長袖方向のベク（ルのみを与えた気流を
一定速度以上で管路に送入しただけでｆ＝１１１９に回
転方向のベクトルが発生するのかということは、まだ理
論的に説明し得る段階には辻していない、台風などの場
合には、」二＋７気流に対して地球の自転の力が働いて
旋回流を発生さげると説明されているが、本発明の場合
においては必ずしもその理論を適用することは出来ない
。螺旋気流の廻る方向、即ち左巻か左巻かは、時により
異り一定Ｉ７ていない（竜巻の場合も左巻と左巻かある
という）。しかし台風も竜巻もその発生原因は非圧縮状
態の（熱上荷）気流であることを考えれば。

管路内での非圧縮状態の気流か旋回連動を行うことは不
思議でない。現段階で言えることは、現実に管路に螺旋
気流が発生し安定に存在していること、旋回連動の結果
生ずる遠心力の影響及び軸方向の連動に伴なうコリオリ
の力も加わってガス粒子−は外側へ投げ出され管壁に沿
って薄い動きの少ない環状の気層を形成していること、
管の中心部に近いほど気圧が低く、気流進行速度が速く
、またζ動的密度Ａか高いこと等である・ 現段階においては推定の域を出ないが、カス粒子は遠心
力により′６壁に押し付けら、れてはいるものの、管軸
、即ち旋回軸の最も気圧の低い部分に向って常に流れ込
もうというポテンシャルを有しており、現実に分子−レ
ベルではそのような動きを生じていることはｔ想できる
。これは丁度竜巻の中心や台風の目に四方から空気が流
れ込む動きと同様であり、僧路入１」の僅かな形状の差
によって発生した回転方向のベクトルがこの為に強調さ
れて安定な螺旋気流を生成するのではないかとも考えら
れる。

これに対して１．業的に空気輸送などで一股に用いられ
ている条件、即ち圧縮した空気を弁などを通じて断熱膨
張的に圧力落差のある状態で送入したのでは乱流を生し
るだけで安定な旋回流は生じない。管内に気流を切線方
向に送入して強制的に旋回流を生しさせる方式の場合も
、切線流の送入口のところで圧力落差を生していること
か、生成した旋回咬を安定に長区間存在゛させることか
できない理由の一つではなＩ、％かど考えられる。

本発明の螺旋気流を生成さゼるためにｔ±、力゛ス送入
に用いる圧力差は環境圧力に対して１Ｋｇ／ａｍ２以１
−．な必要とすることはなく、それ以−ヒの差圧はイ１
害でさえある。

ここで環境圧力というのは螺旋気流が発生する場所にお
ける外圧（絶対圧）のことで、例え（ｆ水（ｍ下ＬＱｍ
のところでの環境圧力は、水柱圧力ＩＫ　ｇ　／　ｃ　
ｍ　２と大気圧ＩＫｇ／ｃｍ２どの合計イ直である２Ｋ
ｇ／ｃｍ２となる。従ってこの場合力゛ス送入に用いる
ＩＪ−カ（絶対圧）は３　Ｋｇ　／　ｃ　ｍ　２以卜“
ということになる。

このように螺旋気流系においては外部の環境圧力と内圧
との差か小さいので、管路は必ずしも鋼管のような硬質
の材料を用いる必要はなく、プラスチックチューブのよ
うな軟質の材料を川１．）ることも０丁能である。

管路に高圧空気をνＪ！！方向から送入させて強制的に
旋回流を生成させる方式では、輸送機構ｉｔジに祐し−
ヒスｎ４−キｌ−げ−ｒ％島番１、内圧はずっと高くな
る。

螺旋気流が発生する気流１・均速度は概ね２０ｍ／秒以
上と述べたが、ドレッジした物質を垂直方向に土塀さ姓
るためには更にＩ☆１速を必要とする。

粒径が大きい、または重いものほど高速を必要とするの
で、ドレ、シすべき物質に応して適宜定めればよい。

老路人口のフィーターは、木質的に管路の長袖方向のベ
クトルのみを与えた気流を老・路に送入でさる構造にす
る必跨がある。その１例は第３図に示した形状のもので
あり、これを横型又は縦型に１７で使用すればよい。

（実施例１） 第４図に示すような実験装置を組み立てた。内径１．５
インチの透明プラスチングチューブを用いた直立管路１
のド端にフィーダー４を取り付けたものを容器５に入れ
た深さ１５０ｃｍの水６中に設置した。フィーターの高
さは約４０ｃｍ、下端の円筒部の直径は１５ｃｍで、子
方をコーン状にして管路と回し径にし、底板゛及び固・
液送入？６・は取り伺けず下端を開放したものを用いた
。水底に厚さ５ｃｍのスポンジ体７を敷いた一Ｌに合成
樹脂−°レント（径５　ｍ　ｍ　、長さ５ｍｍの円柱状
、比重１２〜１．３）を多数散布した層８ヘフィーター
をかぶせて圧着し、空気が外部へ洩れないようにすると
共にベレフトの一部をフィーター内に取り込むようにし
た（この場合水もフィーター内に取り込まれ、さらにフ
ィーター外の水もスポンジ体を通してさらに供給される
ようになる）。直）＞二層路の水面上の高さを４ｍとし
、フィーターのカス供給管４１から管路内の気流’Ｆ均
速度が３０ｔｎ　、／秒となるような割合で空気を送入
して管路内に−１−向きの螺旋気流を形成させたところ
、垂直管路のに端からペレ・ントが高く飛び出した。水
分は管路出口の周壁からスパイラル状に開くものと、ゆ
っくりと溢れ出て管路外壁を伝って疏れ落ちるものとが
あった。

この現象は次のように説明することができる。

即ちフィーダー内に取り込まれた水とペレットは噴旋気
流域に吸い込まれて水とペレットも螺旋な描きなから上
昇を開始する。管路内の螺旋気流域で水分は管路の内壁
部に近い垂直方向の動きの小さい径路の方に集められ、
ペレツトは管路の軸心部乃至それに近い部分に集められ
て高速で上方に移動するようになる。その結果管路出口
ではペレツトはそこまでの慣性で高く飛ひ出し、ゆっく
りと上’Ａ、　Ｌ−ｃ来た水は僅かの慣性しか有してい
ないのであまりり、肩しない。

フィーター４を移動して同様な実験を続けたところ、他
の部分のペレツトも吸い」二げられた。

実験ではこのような方式を用いたが、実用するｌ！０に
は底板と固・液送入管を設けたフィーダーを使用し、そ
の固・液送入管に内臓したスクリューフィーダー等で水
底の土砂を供給するようにすればよい。

本発明方法の実施に当っては、水底の土砂をトシ・シジ
ンクするだけでなく、固−液分離を同時に行なうことも
できる。管路の途中で水分の分離を行なう場合には、水
面上に出た付近の管路の側面に小孔を設けるか、網状部
分を゛設けるかすればよい。

（実施例２） 垂直管路１の水面上の高さを２迅とし、ペレ・ントの代
りに直径約５　ｍ　ｍのセラミ・ンク球（比重的４．０
）を用いた以外は実施例１と同様に行なった。セラミフ
ク球は管路出口から高く飛び出し、水分は管壁から溢れ
出るという実施例１と同様な状態か観測された。

（効果） （１）装置か筒中で、ブロワ−と管路及Ｕフィーターだ
けでトレフシングができる。

（２）ドレフシングと水分の分離操作とを兼ねることか
でＳる。

（３）軟質材料で管路を構成できるので、水中での移動
か容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は管路に螺旋気流が形成されているこ
とを証明する実験の説明図、第３図Ｃ土管路人【コへ％
流及び固体粒子の供給を行うだめのフれも螺旋気流によ
る粒塊輸送の一般的な原理を説明する為のものである。 第４図は本発明方法を実験した装置の説明図である。 特許出願人　堀　井　清　之 代理人　ブｒ理十　青　麻　昌　二

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１ｉ′を路の一端は水中に、管路の他端は水面」；に
   位置するように設置し、空気を非圧縮状態で本質的に管
   路の長袖方向のベクトルのみを一′−ｊ−えて管路の氷
   中端に送入し、管路内に隘路断面へ関しては旋回流をな
   しつつ管路長軸方向に進行する安定な螺旋気流を形成さ
   せ、水底の土砂等をその螺旋気流域に送入して管路他端
   に搬送せしめることよりなる螺旋気流を用いるドレ・ン
   シング方法。