(57)【要約】【課題】負圧の低下が生じなく吸引能力の低下のない土砂運搬用混気ジェットポンプおよびこれを用いた浚渫方法を提供する。【解決手段】この土砂運搬用混気ジェットポンプ１０は、高圧水を導入する高圧水管１１と、吸引された土砂を駆動水ＤＷとともに吐出する吐出管１２と、土砂を吸引する吸引管１３と、高圧水管と吐出管との間に配置されたノズル１５と、を備え、ノズルよりも上流側で高圧水に空気を混入させて気液混合流体ＡＷを形成し、吐出管において気液混合流体を駆動水としてノズルから高圧噴射させることで負圧を発生させ、この負圧により土砂を、吸引管を通して吸引し駆動水とともに吐出させる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水を導入する高圧水管と、吸引された土砂を駆動水とともに吐出する吐出管と、土砂を吸引する吸引管と、前記高圧水管と前記吐出管との間に配置されたノズルと、を備え、
前記ノズルよりも上流側で高圧水に空気を混入させて気液混合流体を形成し、
前記吐出管において前記気液混合流体を前記駆動水として前記ノズルから高圧噴射させることで負圧を発生させ、前記負圧により土砂を、前記吸引管を通して吸引し前記駆動水とともに吐出させることを特徴とする土砂運搬用混気ジェットポンプ。
【請求項２】
前記高圧水にコンプレッサにより前記高圧水よりも高い圧力で空気を混入させることで前記気液混合流体を形成する請求項１に記載の土砂運搬用混気ジェットポンプ。
【請求項３】
前記高圧水に空気を混入させるための空気導入口を前記高圧水管の途中に設けた請求項１または２に記載の土砂運搬用混気ジェットポンプ。
【請求項４】
水中で使用される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の土砂運搬用混気ジェットポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の土砂運搬用混気ジェットポンプを用い、
前記吸引管の少なくとも一部を浚渫地盤内に位置させ、その吸引口から浚渫土砂等を吸引して前記吐出管から吐出させることを特徴とする浚渫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土砂等を吸引し吐出して運搬する土砂運搬用混気ジェットポンプおよびこれを用いた浚渫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、湖沼、溜池、港湾などにおいて浚渫を行う方法として、グラブバケットを用いる方法に加え、スクイーズポンプ、サンドポンプ、エジェクタポンプ、混気ジェットポンプなどを使った浚渫方法が知られている。このうち、サンドポンプ、スクイーズポンプは、木片などの異物が多く堆積している湖沼、溜池などでは、浚渫土中に含まれる異物がポンプ内で詰まり、閉塞を起こしやすい。また、エジェクタポンプは、ジェット水の圧力を増大するために、通常、のど部を設けているため異物が詰まりやすい。また、エジェクタポンプは、ジェット水を高圧噴射するため、キャビテーションが起きてしまう。
【０００３】
従来の混気ジェットポンプの構成について図２を参照して説明する。高圧水が管Ａへ送られ、管Ａの端部に設けられたジェットノズルＮＺから駆動水ＤＷが管Ｂへと高圧噴射することで負圧が発生し、この負圧によって空気が吸気口ＡＲから自然吸気され、ジェットノズルＮＺの下流側で駆動水ＤＷに空気が引っ張られるようにして混入するとともに、負圧によって別の管Ｃから土砂を吸引し、駆動水ＤＷとともに管Ｂから吐出する。
【０００４】
図２のような従来の混気ジェットポンプは、エジェクタポンプの駆動水に空気を混入させたもので、異物が入っても構造上、詰ったりせず、エアリフト効果による搬送時の効率向上（鉛直方向）、ジェット水噴出による土砂の洗浄効果向上、搬送時の乱流の増大による土砂と異物の分離作用の向上、といった特徴を有する（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005-105881号公報
【特許文献２】特開2009-57876号公報
【特許文献３】特開2002-355663号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、負圧を利用して自然吸気により空気を吸引する従来の混気ジェットポンプでは、空気吸引時に負圧が低下してしまうので、吸引能力が低下するといった問題を有している。
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、負圧の低下が生じなく吸引能力の低下のない土砂運搬用混気ジェットポンプおよびこれを用いた浚渫方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本実施形態による土砂運搬用混気ジェットポンプは、高圧水を導入する高圧水管と、吸引された土砂を駆動水とともに吐出する吐出管と、土砂を吸引する吸引管と、前記高圧水管と前記吐出管との間に配置されたノズルと、を備え、前記ノズルよりも上流側で高圧水に空気を混入させて気液混合流体を形成し、前記吐出管において前記気液混合流体を前記駆動水として前記ノズルから高圧噴射させることで負圧を発生させ、前記負圧により土砂を、前記吸引管を通して吸引し前記駆動水とともに吐出させることを特徴とする。
【０００９】
この土砂運搬用混気ジェットポンプによれば、ノズルよりも上流側で高圧水に空気を混入させた気液混合流体を駆動水としてノズルから高圧噴射させることで負圧を発生させ、この負圧により土砂等を吸引し駆動水とともに吐出させることで、土砂等を所定位置から別の場所へ運搬することができる。高圧水と空気とを混合させた気液混合状態の駆動水(気液二層流)を噴射させるので、従来のように自然吸気による空気混入ではなく、このため、負圧の低下がなく、吸引能力の低下が生じない。
【００１０】
上記土砂運搬用混気ジェットポンプにおいて、前記高圧水にコンプレッサにより前記高圧水よりも高い圧力で空気を混入させることで前記気液混合流体を形成することが好ましい。
【００１１】
また、前記高圧水に空気を混入させるための空気導入口を前記高圧水管の途中に設けることが好ましい。
【００１２】
また、本実施形態による土砂運搬用混気ジェットポンプは水中で用いられることが好ましい。
【００１３】
本実施形態による浚渫方法は、上述の土砂運搬用混気ジェットポンプを用い、前記吸引管の少なくとも一部を浚渫地盤内に位置させ、その吸引口から浚渫土砂等を吸引して前記吐出管から吐出させることを特徴とする。
【００１４】
この浚渫方法によれば、吸引能力を維持した土砂運搬用混気ジェットポンプにより浚渫現場から浚渫土砂等を吸引し効率よく浚渫を行うことができる。この土砂運搬用混気ジェットポンプは、吸引管から吐出管まで特に管径を変更する必要性はなく、また、管内部に特別な装置等の必要性もなく、このため、吸引・吐出の障害となるものがないので、ポンプ内における詰まり・閉塞が起きにくい。したがって、浚渫土砂に木片などが混入していても、浚渫を滞りなく実行することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、負圧の低下が生じなく吸引能力の低下のない土砂運搬用混気ジェットポンプを提供することができる。また、この混気ジェットポンプを浚渫に用いることで効率よく浚渫を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態による混気ジェットポンプを概略的に示す図である。
【図２】従来の混気ジェットポンプを概略的に示す図である。
【図３】本実験例で用いた実験装置の概要図である。
【図４】図３の実験装置の吸引対象の地盤に対する吸引口の高さ位置を示す概略図である。
【図５】図３の実験装置で予備試験により求めた混気ジェットポンプの駆動水流量と吸引流量との関係を示す図である。
【図６】本実験例の結果として浚渫量と混入する空気流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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気ジェットポンプを概略的に示す図である。
【００１８】
図１に示すように、混気ジェットポンプ１０は、高圧水が導入される高圧水管１１と、吸引された浚渫土砂が駆動水とともに吐出される吐出管１２と、浚渫土砂が吸引される吸引管１３と、高圧水管１１の途中に設けられた空気導入口１４と、高圧水管１１と吐出管１２との間に配置され高圧水と空気との気液混合流体を高圧噴射するジェットノズル１５と、を備える。
【００１９】
高圧水管１１は、図１のように、その径がジェットノズル１５の径よりも大きくなっている。また、空気導入口１４は、高圧水管１１のいずれの位置であってもよいが、ジェットノズル１５に直接連通するように設けられるものではない。
【００２０】
高圧水管１１内の高圧水に空気導入口１４から高圧水よりも高い圧力の空気をコンプレッサ（図示省略）により導入して混入することで気液混合流体ＡＷを形成し、この気液混合流体ＡＷをジェットノズル１５から吐出管１２へと駆動水ＤＷとして高圧噴射させることで、負圧が発生する。この負圧によって吸引管１３から浚渫土砂を吸引し、吐出管１２の吐出口１２ａから駆動水ＤＷとともに吐出する。
【００２１】
具体的には、混気ジェットポンプ１０は、水中に設置され、吸引管１３が浚渫地盤内に位置し、その吸引口１３ａから浚渫土砂を吸引するように配置され、吐出管１２の吐出口１２ａから浚渫土砂を排出する。
【００２２】
図１の混気ジェットポンプ１０によれば、高圧水（駆動水）と空気とを混ぜた気液混合状態とした気液混合流体をジェット水として噴出させるので、従来のような自然吸気による空気混入ではなく、このため、負圧の低下がなく、吸引能力の低下が生じない。このため、吸引能力が向上し、浚渫の作業効率が向上する。
【００２３】
また、混気ジェットポンプ１０は、吸引口１３ａから吐出口１２ａまで吸引管１３，吐出管１２の径を変える必要性がなく、また、途中に障害となる装置等も存在しないため閉塞しにくい。このため、木片などの異物が多く堆積している湖沼、溜池などにおける浚渫にも適する。
【００２４】
また、駆動水が少なくても、同等の吸引能力を確保できる。このため、駆動水を減らすことで、処理する水の量が少なくて済みコストがかからず、コスト的に有利である。
【００２５】
上述のように、本実施形態の混気ジェットポンプ１０では、自然吸引ではなくコンプレッサにより空気を高圧水に混入するので、負圧が低下しないが、さらに、混入する空気流量を従来よりも多くできる。このため、エアリフト効果の向上、洗浄効果の向上といったさらなる効果を期待できる。
【００２６】
さらに、気液混合流体を駆動水とする混気ジェットでは、吐出管１２内での圧力上昇を抑制するので、キャビテーションが起こりにくい。
【００２７】
次に、本発明について実験例により説明する。図３に実験装置の概要図を示す。図４に図３の実験装置の吸引対象の地盤に対する吸引口の高さ位置を示す。図５に予備試験により求めた混気ジェットポンプの駆動水流量と吸引流量との関係を示す。図６に本実験例の結果として浚渫量と混入する空気流量との関係を示す。
【００２８】
図３の実験装置は、図１の混気ジェットポンプと同様にノズルより前（上流側）で空気を混入させる構成にしたが、図２の従来の混気ジェットポンプと同様にノズルの先（下流側）で空気を混入させる構成にして比較実験も行った。
【００２９】
実験手順は次のとおりである。
Ａ 事前準備
(1)浚渫土の含水比の計測
(2)ポンプの流量調整（吸引能力：150l/min.）
Ｂ 試験開始
(3)浚渫・計測開始
図３の実験装置を用いて下記の表１に示す実験ケースで浚渫実験を行った。浚渫時の吸引口の高さは、図４のように、目標浚渫深度を地盤表面から-10(cm)として、吸引口高さを-8(ｃｍ)、吸引口の移動速度はすべての条件で吸引口の径(φ5(cm))を1秒間で移動するようにした。条件を統一するため、ポンプの吸引能力は水を吸引した時に150l/min.となるように設定した。図５から、図３の混気ジェットポンプの駆動水流量は予備試験により150l/min.とした。混気ジェットポンプは水中に設置し、浚渫用水槽内の水位は常に一定となるように浚渫した分の水を供給した。サンプリング用の水槽内には定常浚渫時のみ土砂を採取した。また、図２の従来の混気ジェットポンプの構成に変えた実験装置により下記の表１に示す実験ケースで比較実験を行った。
(4)浚渫・計測終了
(5)浚渫後の堀跡計測
(6)浚渫した土砂をサンプリング
Ｃ 試験終了後
(7)サンプリングした浚渫土砂の含水比計測
【００３０】
【表１】
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【００３１】
図６のように、図２の従来の混気ジェットポンプでは、混入する空気の量を増やすと浚渫量が急激に減少するのに対し、図１の混気ジェットポンプでは、混入する空気流量が駆動水流量に対して5％のとき、空気なしのときよりも浚渫量が増加する。また、図１の混気ジェットポンプでは、空気流量が増加しても図２の従来の混気ジェットポンプほど減少しない。ここで、浚渫量とは、浚渫した土砂の量と吸い上げた余水の量をいい、（浚渫土砂＋余水）である。また、空気流量とは、駆動水に混入させる空気の量をいう。
【００３２】
図１の混気ジェットポンプによれば、図５からわかるように駆動水流量を減少させても吸引流量が減らないので、空気を混入すると少ない駆動水流量で従来の混気ジェットポンプと同等の吸引能力を得ることができる。
【００３３】
また、図１の混気ジェットポンプでは駆動水流量の30％以上、図２の従来の混気ジェットポンプでは駆動水流量の20％以上、空気を混入すると吸引口側へ駆動水と空気が逆流した。
【００３４】
以上のように、図１の構成とした混気ジェットポンプによれば、空気を混入させる位置を、図２の従来のノズルの下流側ではなく、ノズルの上流側とするとともに、空気流量が駆動水流量比5％と少ない空気量を混入させるだけで吸引能力を向上できることがわかる。
【００３５】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１の本実施形態の混気ジェットポンプは、土砂等の運搬用途とし、浚渫に用いて好適なものであるが、本発明は、これに限定されず、被吸引物を浚渫土砂等以外のものとしてもよいことはもちろんであり、たとえば、掘削排土砂や骨材混合流体や各種粉粒体などを運搬処理する場合に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０            混気ジェットポンプ
１１            高圧水管
１２            吐出管
１３            吸引管
１４            空気導入口
１５            ジェットノズル
ＡＷ            気液混合流体
ＤＷ            駆動水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014051887.tif 000008
【図６】
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