(57)【要約】【課題】油回収能が高い渦流式油回収装置を提供する提供する。【解決手段】サイクロン室１０と、サイクロン室１０に油を含む水を導く導水路２０とを備え、サイクロン室１０内に浮上した油を吸引してサイクロン室１０外に排出する渦流式油回収装置５において、サイクロン室の内径Ｄ（ｍ）が下式で与えられることを特徴としている。    Ｄ＝ＣＱ０．４ここで、Ｑは吸油ポンプの容量（ｍ３／ｈ）であり、Ｃはサイクロン室への油水流入量、サイクロン室流入口面積、およびサイクロン室流入口前後の油水ヘッド差にかかわる係数であり、Ｃ＝０．１６〜０．１８である。【選択図】図１
2006045870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクロン室と、サイクロン室に油を含む水を導く導水路とを備え、サイクロン室内に浮上した油を吸油ポンプで吸引してサイクロン室外に排出する渦流式油回収装置において、サイクロン室の内径Ｄ（ｍ）が下式で与えられることを特徴とする渦流式油回収装置。
Ｄ＝ＣＱ０．４
Ｑ：吸油ポンプの容量（ｍ３／ｈ）
Ｃ＝０．１６〜０．１８（サイクロン室への油水流入量、サイクロン室流入口面積、およびサイクロン室流入口前後の油水ヘッド差にかかわる係数）
【請求項２】
前記サイクロン室の流入口の幅ｂおよび高さｈがそれぞれ、
ｂ＝（０．３５〜０．５０）Ｄ、  ｈ＝（０．５０〜０．３５）Ｄ
かつｂ・ｈ＝０．１７５Ｄ２
である請求項１記載の渦流式油回収装置。
【請求項３】
ｂ≧ｈである請求項１または請求項２記載の渦流式油回収装置。
【請求項４】
喫水線から前記サイクロン室の流入口上縁までの深さＦ（ｍ）が
Ｆ＝（０．１０〜０．１５）Ｄ
である請求項１、２または３記載の渦流式油回収装置。
【請求項５】
さらに、前記導水路の流入口の幅Ｂ（ｍ）、高さＨ（ｍ）および長さＬ（ｍ）がそれぞれ、
Ｂ＝（１．３〜１．７）Ｄ、  Ｈ＝（１．６〜１．９）Ｄ、
ただし、Ｈ／Ｂ＝１．０〜１．２
Ｌ＝（２．０〜２．２５）Ｄ
である請求項１〜４のいずれか１項に記載の渦流式油回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、渦流式油回収装置、特に海、湖沼、河川などの水面に浮遊する油を回収する渦流式油回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦流式油回収装置として、水面に浮かぶ油を除去する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この油回収装置は、主として導水路とこれに接続されたサイクロン室とからなっている。油回収装置は船に搭載されており、搭載船の推進力によって油水が導水路からサイクロン室に流入する。このとき、油水は導水板により絞り込まれて濃縮されながら流入口からサイクロン室に流入する。サイクロン室では、油水が渦流による遠心力によって油と水に分離され、油分が濃縮される。濃縮された油分は吸油（油排出用）ポンプによりサイクロン室の頂部から船上へ吸引され、水分はサイクロン室の下部に設けられた排出口から排出される。また、油回収量が大きい装置によっては、油水と一緒にサイクロン室に侵入した空気を真空ポンプで排出する装置もある。
【０００３】
上記渦流式油回収装置では、装置の小型・軽量化、設備費の低減および回収作業時間の短縮の点から、できるだけ高い油回収能（単位時間当たり油回収量あるいは油回収効率）が望まれている。油回収能には、吸油ポンプの容量、サイクロン室の内径および高さ、サイクロン室の流入口の幅、高さおよび深さ、導水路の幅、高さおよび長さ、回収装置搭載船の船速などのいろいろなパラメーターがかかわり合っている。これらパラメーターのそれぞれが、所要の油回収能に対し適切な大きさである必要がある。しかし、上述のようにパラメーターが多様であるために、パラメーターの適切な値の決定が困難であり、必ずしも高い油回収能が得られなかった。
【特許文献１】(特開平１１―３１９８２３号公報、第１頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、油回収能が高い渦流式油回収装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明者は流体運動理論、過去の実績、模型実験などに基づき各パラメーターと油回収能との関係を検討した。その結果、前記種々のパラメーターの中から、油回収能に与える影響が最も高い基準となるパラメーターがサイクロン室の内径Ｄであることを見出した。この発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００６】
この発明の渦流式油回収装置は、サイクロン室と、サイクロン室に油を含む水を導く導水路とを備え、サイクロン室内に浮上した油を吸油ポンプで吸引してサイクロン室外に排出する渦流式油回収装置において、サイクロン室の内径Ｄ（ｍ）が下式で与えられることを特徴としている。
Ｄ＝ＣＱ０．４
ここで、Ｑは吸油ポンプの容量（ｍ３／ｈ）であり、Ｃはサイクロン室への油水流入量、サイクロン室流入口面積、およびサイクロン室流入口前後の油水ヘッド差にかかわる係数であり、Ｃ＝０．１６〜０．１８である。
【０００７】
上記渦流式油回収装置において、前記サイクロン室の流入口の幅ｂおよび高さｈがそれぞれ、
ｂ＝（０．３５〜０．５０）Ｄ、  ｈ＝（０．５０〜０．３５）Ｄ
かつｂ・ｈ＝０．１７５Ｄ２
であることが好ましく、また上記サイクロン室の流入口がｂ≧ｈであることが好ましい。
【０００８】
上記渦流式油回収装置において、導水路の流入口の幅Ｂ（ｍ）、高さＨ（ｍ）および長さＬ（ｍ）がそれぞれ、
Ｂ＝（１．３〜１．７）Ｄ、  Ｈ＝（１．６〜１．９）Ｄ
ただし、Ｈ／Ｂ＝１．０〜１．２
Ｌ＝（２．０〜２．２５）Ｄ
であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、油回収能に与える影響が最も高い、基準となる一つのパラメーターを選択し、数値を選定している。したがって、油回収能を最大にすることができるとともに、装置が必要以上に大きくなることを防ぐことができる。また、多様な油回収条件に対応して、高い油回収能の油回収装置を得ることもできる。
【００１０】
さらに、前記基準パラメーターに関連付けて他のパラメーターの数値を選定するようにしているので、他のパラメーター、例えばサイクロン室の流入口の幅ｂ、高さｈおよび深さＦ、導水路の幅Ｂ、高さＨおよび長さＬなどを適切な値に容易に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最良の形態として、油回収船に搭載された油回収装置により海上に浮遊する油を回収する場合を例として説明する。油回収装置５は、図１および図２に示すようにサイクロン室１０、導水路２０、吸油装置３０、および空気除去装置４０から構成されている。
【００１２】
サイクロン室１０は、円胴部１１、底部１５および油溜め１７とからなっている。円胴部１１の下部に流入口１３が設けられている。流入口１３は、後述の交点Ｐから周壁１２に沿って半時計方向に延び（図２参照）、一定高さで開口している。流入口１３の形状は、四辺形である。底部１５は逆円錐台状をしており、下端寄りに流出口１６が開口している。円胴部１１の頂部に環状の仕切り板１８が設けられており、仕切り板１８の上は円錐台状の油溜め１７となっている。円胴部１１と油溜め１７とは油排出口１９でつながっている。
【００１３】
導水路２０は、湾曲した導水板２１、直線状の側板２２および底板２３とから構成されている。導水板２１は、導水路２０の流入口２５からから進入した油が浮遊する水を、円胴部１１の流入口１３に円胴部周壁１２の接線方向に導く。側板２２の先端部は、サイクロン室１０の、船体に垂直な中心線ＣＬとサイクロン室１０の外周との交点Ｐに接している。底板２３はグレーティングからなっており、導水路２０に進入した水の一部を下方に逃がす。
【００１４】
吸油装置３０は油溜め１７の底部から油回収管３１が延びており、油回収管３１に吸油ポンプ３２が設けられている。吸油ポンプ３２は、油回収管３１を介して油回収タンク３４に接続されている。
【００１５】
空気除去装置４０は、油溜め１７の頂部に空気排出管４１を介して真空タンク４２が接続されている。真空タンク４２には、真空ポンプ４３が取り付けられている。
【００１６】
上記のように構成された油回収装置５は、固定装置８により油回収船１の舷側２に着脱可能に取り付けられる。油回収船１の進行に伴い、油が浮遊する油水は油回収装置５と水との相対速度により導水路２０に取り入れられ、導水路２０からサイクロン室１０に周壁接線方向に沿ってサイクロン室１０に流れ込む。サイクロン室１０に流れ込んだ油水はサイクロン室１０で渦巻き運動をする。この結果、比重の小さい油は遠心分離の作用で水から分離してサイクロン室１０の中心部に集まり、量が増えるに従い上昇して油溜め１７に流入する。油溜め１７の油は、吸油ポンプ３２により油回収タンク３４に送られる。一方、比重の大きい水は油が取り除かれた状態でサイクロン室下部の流出口１６から水中に排出される。
【００１７】
波浪により油回収船１が大きく上下してサイクロン室１０の流入口１３の上端１４が喫水線ＷＬより上に来ると、流入口１３から油水とともに空気がサイクロン室１０に侵入し、サイクロン室１０を上昇して油溜め１７に溜まる。油溜め１７内の空気は油の油溜め１７内への流入を妨げるので、真空ポンプ４３で真空タンク４２内に吸引する。
【００１８】
この発明では、前述のようにサイクロン室の内径Ｄ（ｍ）は、吸油ポンプ容量Ｑ（ｍ３／ｈ）により
Ｄ＝ＣＱ０．４  ‥‥（１）
で与えられる。吸油ポンプの容量Ｑは、油回収装置搭載船の規模（装置搭載可能な搭載船の大きさ、例えば総トン数）により決定される。Ｃはサイクロン室への油水流入量、サイクロン室流入口面積、およびサイクロン室流入口前後の油水ヘッド差にかかわる係数である。例えば、吸油ポンプ容量Ｑが１５．６ｍ３／ｈの場合には内径Ｄは０．５ｍ、８８．４ｍ３／ｈの場合には１．０ｍであり、５００ｍ３／ｈの場合には２．０ｍである。
【００１９】
上記係数Ｃは模型実験および過去の実績から求めたものであり、数値は０．１６〜０．１８である。Ｃの下限０．１６未満では、所要の油回収能が得られない。上限０．１８を超えると、装置が所要の油回収能に対し必要以上に大きくなり、経済的でない。
【００２０】
吸油ポンプの容量Ｑはサイクロン室への油水流入量に比例し、油水流入量はサイクロン室流入口面積Ｓと油水流入平均流速Ｖ１（ｍ／ｓ）の積に比例する。したがって、
Ｑ＝３６００・Ｃ１・Ｓ・Ｖ１  ‥‥（２）
で表される。Ｃ１はサイクロン室への油水流入量にかかわる係数である。なお、油水流入平均速度Ｖ１は測定可能であり、測定値が用いられる。
流入口面積Ｓはサイクロン室内流路の最小断面積であり、
Ｓ＝Ｃ２・ｂ・ｈ＝Ｃ３Ｄ２  ‥‥（３）
で表される。Ｃ２およびＣ３は流入面積Ｓにかかわる係数、ｂ（ｍ）は流入口幅およびｈ（ｍ）は流入口高さである。また、サイクロン室流入口前後の油水ヘッド差をＨ（ｍ）とすれば、油水流入平均速度Ｖ１は
Ｖ１＝（２ｇＨ）０．５＝Ｃ４（２ｇＤ）０．５  ‥‥（４）
で表される。Ｃ４は、流入口前後の油水ヘッド差Ｈにかかわる係数である。
上記式（２）〜（４）により
Ｑ＝３６００・Ｃ１・Ｃ３・Ｃ４・（２ｇ）０．５Ｄ２．５ 
＝Ｃ５・Ｄ２．５                            ‥‥（５）
となる。この式（５）より、サイクロン室の内径Ｄの式（１）が得られる。
Ｄ＝Ｃ・Ｑ０．４  ‥‥（１）
ここで、Ｃ＝（１／Ｃ５）０．４である。
【００２１】
内径Ｄは、サイクロン室流入口、導水路、その他油回収装置各部の寸法を決定する基準となっている。装置各部の寸法は模型による実験、過去の実績などに基づき、次のように決められている。図３および図４は、各部寸法の記号を示している。
【００２２】
(１)  サイクロン室
流入口の形状は、流入口正面から見ると四辺形をしている。四辺形は正方形、長方形、または台形である。幅ｂは、導水路の側板および底板に垂直な面に対する、流入口の幅方向の投影長さである。台形の場合、平行な対辺の長さの平均値を幅ｂとする。一般的に、幅ｂが広く、高さｈが低い形状が、油分流入に有利である。しかし、幅ｂが広過ぎると流入口上部からの空気の流入量が多くなり、油回収効率が低下する。また、幅ｂがサイクロン室の内径Ｄの１／２を超えるとサイクロン室での渦流発生を阻害するので、上限を１／２・Ｄとしている。これらのことから、幅ｂおよび高さｈは下式により求める。
ｂ＝（０．３５〜０．５０）Ｄ、  ｈ＝（０．５０〜０．３５）Ｄ  ‥‥（６）
【００２３】
ｂ・ｈは、流入口の開口面積を表す。この開口面積を広くすれば流入抵抗が少なくなり、油水が流入しやすくなる。しかし、導水路の水位が低下したとき、サイクロン室の油水が逆流するおそれがある。これらの点から、開口面積ｂ・ｈは、
ｂ・ｈ＝０．１７５Ｄ２  ‥‥（７）
としている。また、流入口からの空気の侵入を防ぐ点から、ｂ≧ｈであることが望ましい。
【００２４】
導水路に集められた油水は、流入口を潜り抜けてサイクロン室に流入する。流入口直上部分の周壁は、潜り堰として空気の室内への流入を防止する。流入口深さＦは、浅いほど水面付近の油が流入しやすくなる。しかし、海上では波浪により水位が変動するので、流入口深さＦを越えると空気が流入し、サイクロン室内の水位が下り、油回収効率が低下する。流入した空気は空気除去装置で排出するが、この間に油水の流入効果は低下するので、流入口深さＦを浅くする限界は空気除去装置の能力に依存する。流入口深さＦは模型試験等により最適値は、０．１２５Ｄであり、油回収規模、吸油ポンプおよび空気除去装置の容量等に依存する点を考慮して
Ｆ＝（０．１０〜０．１５）Ｄ  ‥‥（８）
とする。
【００２５】
サイクロン室は高さＮが高いほど内容積が大きくなり、油水のサイクロン室内の滞留時間が長くなるので、油水分離性能は向上する。空気が流入すると、上層の油面が下がるので、高さＮ（ｍ）は高いことが望ましい。また、流入した空気は空気除去装置で排出するので、高さＮは空気除去装置の能力にも関係する。一方、前記油溜めは、空気の流入による一時的な油面の低下による一時的な性能低下を防止する。高さＮは、これらのことを考慮し、油回収装置搭載船の上甲板のスペース、搭載荷重、船橋からの視界等が許す範囲で下記のように設定される。
Ｎ＝（２．３７〜２．６２）Ｄ  ‥‥（９）
【００２６】
(２)  導水路
油回収装置は搭載船の舷側に設置され、搭載船の推進力により油水を流入・濃縮・集積する。導水路の流入口幅Ｂが広いほど掃海面積が増大する。流入口高さＨにつては、波浪により海面が上下するので、原則として最大波高以上の高さが必要である。油回収装置は波により強い衝撃力を受けるので、開口面積は限定される。また、有義波では特別に大きな波の来襲は稀有であるので、油回収可能範囲から削除し、流入口の高さＨ／幅Ｂは最も油回収が効率的な値を選択する。導水路の流入口の幅Ｂおよび高さＨおよび高さＨ／幅Ｂは、次の式で求める。
Ｂ＝１．５Ｄ、  Ｈ＝１．７５Ｄ
ただし、Ｈ／Ｂ＝１．０〜１．２  ‥‥（１０）
【００２７】
導水路に流入した油水は、導水路の流入口幅Ｂからサイクロン室の流入口幅ｂに絞られる。この絞りが急であると、油分の導水路底部から下方への流出、導水路内での渦流発生や反射波増大などにより油回収能が低下する。また、導水路の長さＬは、(Ｂ−ｂ)と比例関係にあるので、サイクロン室の内径Ｄとも比例関係にある。これらのことより、導水路長さＬは下式で求める。
Ｌ＝（２．０〜２．２５）Ｄ  ‥‥（１１）
【００２８】
(３)  その他
１．搭載船速度
油回収速度は搭載船速度Ｖに依存し、搭載船速度が速くなれば集油能力は大きくなるが、油回収能は次第に低下する。実験によれば、４〜５ｋｔを限度として低下する。実験の結果に基づき、搭載船速度Ｖは下式で与えられる。
Ｖ＝（２．０〜５．０)  （ｋｔ）  ‥‥（１２）
【００２９】
２．サイクロン室排出口からの排水量
サイクロン室への流入口からの流入水量は船速に比例するとは限らないが、船速が遅くなると減少し、ついにはマイナスすなわち吸水側となり、油回収能が著しく減少する。このような場合、水ジェット、回転翼などによる流出口からの強制排出は油回収率向上の有効な手段である。 
【００３０】
油水のサイクロン室流入口への流入量Ｑ１（ｍ３／ｈ）は、次の式で求められる。
Ｑ１＝ＳＶ１  ‥‥（１３）
ＳおよびＶ１はそれぞれ、前記式（２）と同じく流入口面積および油水流入平均流速である。サイクロン室流出口からの流出量Ｑ２（ｍ３／ｈ）は、次の式で求められる。
Ｑ２＝Ｑ１−Ｑ  ‥‥（１４）
ここで、Ｑは前記吸油ポンプ容量である。
【００３１】
例えば、水ジェットで強制排水する場合、ジェット水量ｑＪ（ｍ３／ｈ）は、下式で与えられる。
ｑＪ＝κＱ２（ｍ３／ｈ）  ‥‥（１５）
ここで、κは模型実験により求めた係数である。
【００３２】
この発明は、上記最良の形態に限られるものではない。例えば、油回収装置は湖または河川で用いられるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明が適用される渦流式油回収装置を模式的に示す縦断面図である
【図２】図１の渦流式油回収装置を模式的に示す平面図である。
【図３】渦流式油回収装置要部の寸法記号を示す模式的縦断面図である。
【図４】渦流式油回収装置要部の寸法記号を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  油回収搭載船                ５  油回収装置
１０  サイクロン室              １１  円胴部
１３  流入口                    １４  流入口上縁
１６  流出口                    １７  油溜め
２０  導水路                    ２１  導水板
２２  側板                      ２３  底板
２５  流入口                    ３０  吸油装置
３１  油回収管                  ３２  吸油ポンプ
３４  油回収タンク              ４０  空気除去装置
４１  空気排出管                ４２  真空タンク
４３  真空ポンプ
【図１】
2006045870.tif 000003
【図２】
2006045870.tif 000004
【図３】
2006045870.tif 000005
【図４】
2006045870.tif 000006