(57)【要約】【課題】混在物を含む土砂の搬送路が長くなったとしても、その混在物を分離する効果および搬送能力を維持することが可能な仕組みを提供する。【解決手段】分離搬送装置１４により吸引された浚渫土は、混気ジェットにより管体１４０の内部を搬送される過程で、浚渫土に含まれている混在物と土砂とが分離される。このとき、管体１４０に設けられた補助ノズル１４８が管体１４０の壁面から空気を送り込むことにより混気ジェットの勢いを強めているため、仮に管体１４０の長さが長い場合であっても、混気ジェットによる混在物の分離効果および搬送能力を維持することができる。そして、分離搬送装置１４は、排出口１４３を介して混在物除去装置１３に浚渫土を排出する。浚渫土が混在物除去装置１３に噴射されると、混在物は網状部材１３０が形成する空間に残留し、土砂は網状部材１３０の網目を通過し、重力により下方に落下する。【選択図】図１
2014091907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体の一端側に、管体内他端側に向けて駆動高圧水を噴出するノズルを設け、
前記管体の前記ノズルよりも管体他端側に、前記管体に外気を導入する吸気口を設け、
前記吸気口よりも管体他端側に、土砂を吸引する土砂吸引口を設け、
前記ノズルから前記管体内に駆動高圧水を噴出して、前記管体内に負圧を生じさせ、
前記駆動高圧水と、前記負圧作用で前記吸気口より吸気した外気とにより、混気ジェットを生じさせ、
前記混気ジェットにより前記土砂吸引口から混在物混合土砂を吸引する混気ジェットポンプを構成し、
前記管体の一端から他端に至る途中に管体内他端側に向けて補助ノズルを設け、
前記混気ジェットポンプにより混在物混合土砂を吸引して前記管体内で撹拌し混在物と土砂とを分離する際に、前記補助ノズルより高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットを噴出して、分離撹拌送出の補助を行う
ことを特徴とする混在物混合土砂の混在物分離システム。
【請求項２】
前記管体の他端から混在物と土砂が排出される位置に、前記混在物よりも小さい網目により混在物を土砂から除去する網状部材を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の混在物混合土砂の混在物分離システム。
【請求項３】
前記補助ノズルは、前記混気ジェットの進行方向に垂直な前記管体の断面において回転対称になるような位置に複数設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の混在物混合土砂の混在物分離システム。
【請求項４】
前記複数の補助ノズルから送り込まれた高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットは、管体他端側に向かう渦状の流れを生成する
ことを特徴とする請求項３に記載の混在物混合土砂の混在物分離装置。
【請求項５】
管体の一端側に設けられたノズルから管体内他端側に向けて駆動高圧水を噴出して前記管体内に負圧を生じさせ、
前記管体の前記ノズルよりも管体他端側に設けられた吸気口から前記負圧作用で前記管体に外気を導入した外気と、前記駆動高圧水とにより、混気ジェットを生じさせ、
前記吸気口よりも管体他端側に設けられた土砂吸引口から、前記混気ジェットにより混在物混合土砂を吸引して前記管体内で撹拌し混在物と土砂とを分離する際に、前記管体の一端から他端に至る途中に管体内他端側に向けて設けられた補助ノズルより高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットを噴出して、分離撹拌送出の補助を行う
ことを特徴とする混在物混合土砂の混在物分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混在物混合土砂から混在物を分離するための混在物分離システムおよび混在物分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底や川底にある土砂を混気ジェットポンプを用いて浚渫する技術が知られている。例えば特許文献１には、高濃度に汚染された土砂を混気ジェットポンプを用いて浚渫し、土砂粒子に付着した汚染物質を沈殿槽によって分離することが開示されている。また、特許文献２には、投入された砂などの被処理物に対して、搬送管の上流側から混気ジェットを衝突させ、被処理物から油やヘドロなどの不純物を分離し、さらに網状のドラムを用いて或る固体と別の固体を分離することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５６６３号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
港湾や河川等で浚渫された土砂には、例えば木皮や瓦礫などの混在物が含まれている。混在物が取り除かれた土砂は、建設発生土としてリサイクルすることができる。一方、土砂に含まれた木皮などの混在物は、廃棄物処理法上の廃棄物に該当し、その一部がリサイクルされ、残りは建設事業者の責任において適正に処理される。このように、浚渫に伴って生じる土砂と混在物とは処理される方法が異なるため、これらを分離する作業が重要となる。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の仕組みでは、土砂粒子に付着した汚染物質を分離することを目的としているため、土砂と木皮などの混在物とを分離することはできない。また、特許文献１，２のいずれにおいても、混気ジェットで土砂を搬送することが開示されているが、その搬送路が長くなるにしたがって混気ジェットの勢いが小さくなり、土砂と混在物との分離効果および搬送能力が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、混在物を含む土砂の搬送路が長くなったとしても、その混在物を分離する効果および搬送能力を維持することが可能な仕組みを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、管体の一端側に、管体内他端側に向けて駆動高圧水を噴出するノズルを設け、前記管体の前記ノズルよりも管体他端側に、前記管体に外気を導入する吸気口を設け、前記吸気口よりも管体他端側に、土砂を吸引する土砂吸引口を設け、前記ノズルから前記管体内に駆動高圧水を噴出して、前記管体内に負圧を生じさせ、前記駆動高圧水と、前記負圧作用で前記吸気口より吸気した外気とにより、混気ジェットを生じさせ、前記混気ジェットにより前記土砂吸引口から混在物混合土砂を吸引する混気ジェットポンプを構成し、前記管体の一端から他端に至る途中に管体内他端側に向けて補助ノズルを設け、前記混気ジェットポンプにより混在物混合土砂を吸引して前記管体内で撹拌し混在物と土砂とを分離する際に、前記補助ノズルより高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットを噴出して、分離撹拌送出の補助を行うことを特徴とする混在物混合土砂の混在物分離システムを提供する。
【０００８】
前記管体の他端から混在物と土砂が排出される位置に、前記混在物よりも小さい網目により混在物を土砂から除去する網状部材を設けてもよい。
【０００９】
前記補助ノズルは、前記混気ジェットの進行方向に垂直な前記管体の断面において回転対称になるような位置に複数設けられていてもよい。
【００１０】
前記複数の補助ノズルから送り込まれた高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットは、管体他端側に向かう渦状の流れを生成するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明は、管体の一端側に設けられたノズルから管体内他端側に向けて駆動高圧水を噴出して前記管体内に負圧を生じさせ、前記管体の前記ノズルよりも管体他端側に設けられた吸気口から前記負圧作用で前記管体に外気を導入した外気と、前記駆動高圧水とにより、混気ジェットを生じさせ、前記吸気口よりも管体他端側に設けられた土砂吸引口から、前記混気ジェットにより混在物混合土砂を吸引して前記管体内で撹拌し混在物と土砂とを分離する際に、前記管体の一端から他端に至る途中に管体内他端側に向けて設けられた補助ノズルより高圧水、高圧空気、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットを噴出して、分離撹拌送出の補助を行うことを特徴とする混在物混合土砂の混在物分離方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、混在物を含む土砂の搬送路が長くなったとしても、その混在物を分離する効果および搬送能力を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態による混在物分離システムを水平方向から見た図である。
【図２】本実施形態による混在物分離システムを鉛直方向の上側から見た図である。
【図３】分離搬送装置を水平方向から見た断面図である。
【図４】分離搬送装置をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。
【図５】本実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態による混在物分離システム１を水平方向から見た図である。図２は、混在物分離システム１を鉛直方向の上側から見た図である。
【００１５】
混在物分離システム１は、段取替え作業を行う起重機船１１と、例えば木皮や瓦礫などの混在物と土砂とを含む浚渫土を運搬する土運船１２と、その浚渫土から混在物を除去する混在物除去装置１３と、土運船１２から混在物除去装置１３に向かって浚渫土に含まれる土砂と混在物とを分離しながら搬送する分離搬送装置１４とを備える。起重機船１１は、旋回可能なクレーン１１０を備える。クレーン１１０は、土運船１２に積まれた浚渫土の移動や配管などの段取替え作業を行う。起重機船１１は、段取替え作業以外にも多種多様な作業を行うため、作業甲板には広いスペースが確保されており、例えば、資機材の運搬なども可能となっている。
【００１６】
土運船１２は、浚渫土を運搬するための平底１２０を備える船舶である。土運船１２の積載容量は、浚渫工事規模に見合った容量の船舶が望ましい。土運船１２は、必ずしも自航式である必要はなく、エンジンを搭載していない場合には図示せぬタグボートにより牽引または推進されて航行する。なお、混在物分離システム１における起重機船１１および土運船１２の構造は、あくまで一例であり、これらは他の構造を備えていてもよい。
【００１７】
分離搬送装置１４は、土運船１２から混在物除去装置１３に向かって伸びる管状の装置であり、土運船１２から混在物除去装置１３へと浚渫土を搬送する過程で、その浚渫土から混在物を分離する。
【００１８】
混在物除去装置１３は、混在物を除去する網状部材１３０と、網状部材１３０を支持する支持フロート１３１と、支持フロート１３１から垂下される汚濁防止膜１３２とを備える。網状部材１３０は、開口部１３０１と側壁部１３０２と底部１３０３によって浚渫土を一時的に受け取る空間を形成している。網状部材１３０は、例えば鉄鋼などの金属製の棒状部材を網状に溶接することにより形成された網状部材である。網状部材１３０の網目のサイズは、浚渫土に含まれる混在物を通過させず、且つ浚渫土に含まれる土砂を通過させる大きさになっている。つまり、網状部材１３０の網目は、浚渫土に含まれる混在物よりも小さい。網状部材１３０には、鉛直方向の上側から開口部１３０１を介して浚渫土が送り込まれるようになっているため、網状部材１３０は、送り込まれた浚渫土が溢れ出ることがないように、鉛直方向に十分な深さを有する。網状部材１３０は、例えば、開口部１３０１が水面よりも上に、且つ底部１３０３が水面よりも下にくるように支持フロート１３１により支持される。支持フロート１３１は、水よりも密度が小さい物質によって形成されており、網状部材１３０を支持した状態で水面に浮く。支持フロート１３１は、浚渫土が網状部材１３０に送り込まれる際に飛散する汚泥が再び水中に戻り水が汚染されるのを防止する。汚濁防止膜１３２は、その上部が支持フロート１３１に連結され、その下部に図示せぬ重錘が装着されて鉛直方向下方に垂れ下がっている。汚濁防止膜１３２は、汚泥や汚濁水が汚濁防止膜１３２により囲まれた空間の外部に流出することを防止する。
【００１９】
次に、分離搬送装置１４について説明する。図３は、分離搬送装置１４を水平方向から見た断面図である。分離搬送装置１４は、土運船１２から混在物除去装置１３に向かって伸びる管体１４０と、管体１４０の土運船１２側の端部（一端）に設けられた給水口１４１と、給水口１４１に接続された送水ポンプ１４２と、管体１４０の混在物除去装置１３側の端部（他端）に設けられた排出口１４３と、給水口１４１と排出口１４３との間において給水口１４１に近い位置に設けられた吸気口１４４と、給水口１４１と吸気口１４４との間において管体１４０の内部に設けられたノズル１４５と、吸気口１４４と排出口１４３との間に設けられた土砂吸引口１４６と、吸気口１４４と排出口１４３との間に設けられた拡径部１４７と、拡径部１４７から管体１４０の内部に向かって差し込まれた補助ノズル１４８と、補助ノズル１４８に接続した図示せぬポンプとを備えている。
【００２０】
管体１４０は、例えば鉄鋼により形成されており、例えば３０ｍから１００ｍの長さを有する。管体１４０の呼び径は、例えば、１００Ａから２００Ａである。送水ポンプ１４２は、水中に設けられており、例えば１分あたり１６ｍ3の水（海水または真水）を外部から吸引し、給水口１４１を介して管体１４０の内部に送り込む。給水口１４１を通過した水は、ノズル１４５を通過すると駆動高圧水となる。つまり、ノズル１４５は、管体１４０の一端側に設けられており、管体内他端側に向けて駆動高圧水を噴出する。これにより管体１４０の内部にジェット水流が発生する。吸気口１４４は、ノズル１４５よりも管体他端側で、水面よりも上の空気中の位置に設けられる。管体１４０の内部にジェット水流が発生すると、管体１４０の内部は負圧になるため、吸気口１４４を介して空気（外気）が管体１４０の内部に吸い込まれる。そして管体１４０の内部に吸い込まれた空気がジェット水流と混ざり合うと、気体（空気）および液体（水）の二相流である混気ジェットが発生する。土砂吸引口１４６は、土運船１２に積まれた浚渫土の内部に差し込まれる位置に設けられる。二相の混気ジェットにより管体１４０の内部が負圧になると、土砂吸引口１４６を介して浚渫土が吸引される。土砂吸引口１４６から吸引された浚渫土は、二相の混気ジェットに衝突し、気体（空気）、液体（水）および固体（浚渫土）の三相流である混気ジェットとなって排出口１４３に向かって移動する。
【００２１】
三相の混気ジェットにより浚渫土が搬送させられる過程で、浚渫土に対して水と空気が激しい勢いで衝突する。これらの衝突により、浚渫土に含まれている混在物が浚渫土から分離する。排出口１４３は、排出口１４３から浚渫土が排出される位置に設けられている。管体１４０の内部を搬送された浚渫土は、排出口１４３を介して網状部材１３０の空間内に排出させられる。
【００２２】
図示せぬ管体を介して補助ノズル１４８に接続されたポンプは、補助ノズル１４８を介して管体１４０の内部に高圧水を噴出する。補助ノズル１４８から高圧水が送り込まれる方向は、混気ジェットの進行方向と一致した方向かまたはその進行方向の成分を持った方向である。つまり、補助ノズル１４８は、管体１４０の一端から他端に至る途中において、その管体内他端側に向かって設けられている。補助ノズル１４８から管体１４０の内部に高圧水が送り込まれることで、管体１４０内の三相の混気ジェットの勢いが強くなるので、管体１４０が長い（つまり浚渫土の搬送路が長い）場合であっても、三相の混気ジェットの勢いが弱まらないようになっている。さらに、補助ノズル１４８から管体１４０の内部に送り込まれた高圧水が、浚渫土に衝突することにより、浚渫土に含まれている混在物と土砂との分離がいっそう促進させられる。補助ノズル１４８は、管体１４０の長さに応じて複数設けられている。例えば補助ノズル１４８は、図３に示すように、進行方向の同じ位置において対を成すように複数設けられている。
【００２３】
次に、図４を参照して補助ノズル１４８の配置について説明する。図４は、図３に示した分離搬送装置１４をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。図４に示す通り、複数の補助ノズル１４８は、進行方向から管体１４０、拡径部１４７、および補助ノズル１４８を見た場合における平面図（つまり混気ジェットの進行方向に垂直な、管体１４０の断面）において回転対称になるような位置に設けられている。複数の補助ノズル１４８がこのような位置にそれぞれ設けられると、管体１４０の内部の三相の混気ジェットは、進行方向に向かう渦状の流れとなる。すなわち、複数の補助ノズル１４８は、進行方向に渦状の流れを生じさせる。この渦状の流れによって発生する遠心力により、浚渫土に含まれている混在物と土砂との分離はさらに促進させられる。
【００２４】
次に、実施形態における作業の流れについて説明する。図５は、本実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。図５に示す処理は、浚渫土が土運船１２に積まれた状態から開始される。図５において、まず、分離搬送装置１４は、送水ポンプ１４２により、水を吸入して管体１４０の一端から他端へと送る。このとき、管体１４０の内部に負圧が生じることで、吸気口１４４を介して管体１４０の内部へと空気（外気）が吸い込まれ、管体１４０の一端から他端へと進行する二相の混気ジェットが発生する。そして、さらに土砂吸引口１４６を介して土運船１２に積まれた浚渫土が吸引される（ステップＳ１）。分離搬送装置１４により吸引された浚渫土は、三相の混気ジェットにより管体１４０の内部を搬送させられる過程で、浚渫土に含まれている混在物と土砂とが分離する（ステップＳ２）。このとき、補助ノズル１４８を介して噴出した高圧水が、浚渫土に含まれている混在物と土砂との分離を促進させる。そして、分離搬送装置１４は、排出口１４３を介して混在物除去装置１３に浚渫土を排出する（ステップＳ３）。次に、混在物除去装置１３は、分離搬送装置１４により排出された浚渫土から混在物を除去する（ステップＳ４）。具体的には、浚渫土が網状部材１３０に対して排出させられると、混在物は網状部材１３０の網目を通過せずに、網状部材１３０が形成する空間に残留し、土砂は網状部材１３０の網目を通過し、重力により下方に落下する。網状部材１３０から落下した土砂は、汚濁防止膜１３２により囲まれた空間に堆積し（ステップＳ５）、回収されて埋立材などとして再利用される（ステップＳ６）。一方、網状部材１３０に残留した混在物は回収されて（ステップＳ７）、産業廃棄物として処理される（ステップＳ８）。
【００２５】
本実施形態によれば、気体、液体および固体の三相流である混気ジェットにより浚渫土から混在物を分離し、分離された混在物を混在物除去装置１３で除去することができる。また、補助ノズル１４８が管体１４０の内部に高圧水を送り込むことにより混気ジェットの勢いを強めているため、仮に管体１４０の長さが長い場合であっても、土砂および混在物の搬送能力を維持すると共に混気ジェットによる混在物の分離効果を維持することができる。
【００２６】
また、進行方向から管体１４０および補助ノズル１４８を見た場合における平面図が回転対称になるように複数の補助ノズル１４８が設けられることで、混気ジェットが渦状になり、その遠心力を利用して混在物と土砂の分離をさらに促進させることができる。
【００２７】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されず、次のような変形が可能である。また、以下の変形例を相互に組み合わせてもよい。
（変形例１）
実施形態では、土砂が水中からの浚渫土である場合について説明したが、土砂は浚渫土に限らず、混在物と土砂とが混合された混在物混合土砂であればよい。土砂は、例えば、陸上での土木工事に伴って発生するものであってもよい。
【００２８】
（変形例２）
実施形態では、補助ノズル１４８が、進行方向の同じ位置において対を成すように設けられている例を説明したが、対を成す２つの補助ノズル１４８は進行方向の異なる位置に設けられていてもよい。また、補助ノズル１４８は必ずしも対になっている必要はなく、例えば、３つの補助ノズル１４８が進行方向の同じ位置に設けられていてもよい。
また、実施形態では、補助ノズル１４８が拡径部１４７に設けられている例を説明したが、補助ノズル１４８は管体１４０の内部に設けられていてもよい。
さらに、補助ノズル１４８から管体１４０に送り込む対象は、高圧水に限らず、高圧空気であってもよいし、または、高圧水と空気とを混合した混気ジェットであってもよい。
【００２９】
（変形例３）
実施形態では、分離搬送装置１４が土運船１２から混在物除去装置１３に向かって真っ直ぐに伸びている例を説明したが、分離搬送装置１４は可撓性を有する部材により構成されて蛇行していてもよい。
【００３０】
（変形例４）
実施形態で説明した管体１４０の径や長さ、送水ポンプ１４２が水を送り込む量を表す数値はあくまでも一例であり、本発明はこれに限らない。
【符号の説明】
【００３１】
１  混在物分離システム、１１  起重機船、１１０  クレーン、１２  土運船、１２０  平底、１３  混在物除去装置、１３０  網状部材、１３０１  開口部、１３０２  側壁部、１３０３  底部、１３１  支持フロート、１３２  汚濁防止膜、１４  分離搬送装置、１４０  管体、１４１  給水口、１４２  送水ポンプ、１４３  排出口、１４４  吸気口、１４５  ノズル、１４６  土砂吸引口、１４７  拡径部、１４８  補助ノズル。
【図１】
2014091907.tif 000003
【図２】
2014091907.tif 000004
【図３】
2014091907.tif 000005
【図４】
2014091907.tif 000006
【図５】
2014091907.tif 000007