(57)【要約】【課題】沈砂池の沈砂を小さな動力で効率的に、高揚程で、長距離を揚砂輸送することができる揚砂輸送装置を提供する。【解決手段】揚砂輸送装置は、固液回収タンク３と、吸引輸送管２と、固液回収タンク３および吸引輸送管２の内部を減圧する真空ポンプ４を備えている。揚砂輸送装置は、沈砂池１の最高水位ＨＷＬよりも上方の位置で吸引輸送管２に接続される大気開放管７と、大気開放管７の接続部７ａの下部において、すなわち沈砂池１の水中において、吸引輸送管２に、更に空気注入弁１５を有する空気注入管１２を接続部１２ａにて接続し、空気注入管から加圧空気を注入し、吸引輸送管２内に、概略、これら接続部間の長さの分、より長い輸送用水柱を形成し、輸送できるように空気注入弁１５と大気開放弁６の開閉を繰り返す制御部２０を備えている。【選択図】図７
2008030021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液回収タンクと、
沈砂池の水中に没される第１の端部と、前記固液回収タンクに接続される第２の端部とを有する吸引輸送管と、
前記固液回収タンクおよび前記吸引輸送管の内部を減圧する減圧装置と、
前記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で前記吸引輸送管に接続される大気開放管と、
前記大気開放管を通じて前記吸引輸送管の大気開放管との接続部を大気開放するための大気開放弁と、
前記大気開放弁を閉じて前記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として前記吸引輸送管内に吸引し、その水位が前記大気開放管との接続部よりも上方に上昇したときに前記大気開放弁を開くことにより前記接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、前記輸送用水柱に作用する大気圧と前記固液回収タンクの真空度との差により前記輸送用水柱を前記固液回収タンクに輸送し、前記輸送用水柱の全体が前記固液回収タンクに入る直前に前記大気開放弁を閉じ、前記大気開放弁の開閉を繰り返すことにより前記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す制御部と、
を備えたことを特徴とする揚砂輸送装置。
【請求項２】
固液回収タンクと、
沈砂池の水中に没される第１の端部と、前記固液回収タンクに接続される第２の端部とを有する吸引輸送管と、
前記固液回収タンクおよび前記吸引輸送管の内部を減圧する減圧装置と、
前記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で前記吸引輸送管に接続される大気開放管と、
前記大気開放管を通じて前記吸引輸送管の大気開放管との接続部を大気開放するための大気開放弁と、
前記沈砂池の水中で前記吸引輸送管に接続される空気注入管と、
前記吸引輸送管の内部に空気を送り込む空気移送装置と、
前記空気注入管を通じて前記空気移送装置によって前記吸引輸送管の空気注入管との接続部から空気を前記吸引輸送管の内部に注入するための空気注入弁と、
前記大気開放弁および前記空気注入弁を閉じて前記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として前記吸引輸送管内に吸引し、その水位が前記沈砂池の水位よりも上方に上昇したときに前記空気注入弁を開くことにより前記空気注入管との接続部より上方の固液混合体を上方に押し上げ、前記大気開放弁を開くとともに前記空気注入弁を閉じることにより前記大気開放管との接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、前記輸送用水柱に作用する大気圧と前記固液回収タンクの真空度との差により前記輸送用水柱を前記固液回収タンクに輸送し、前記輸送用水柱の全体が前記固液回収タンクに入る直前に前記大気開放弁を閉じ、前記大気開放弁および前記空気注入弁の開閉を繰り返すことにより前記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す制御部と、
を備えたことを特徴とする揚砂輸送装置。
【請求項３】
前記吸引輸送管の第１の端部は、５０度から７０度の傾斜を有するように内径が徐々に小さくなる形状を有し、その開口部の最小口径は該吸引輸送管の口径の１／２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の揚砂輸送装置。
【請求項４】
前記吸引輸送管の第１の端部の近傍の沈砂を水の噴射により流動化させる水噴射ノズルをさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の揚砂輸送装置。
【請求項５】
前記吸引輸送管の前記大気開放管の接続部より上方に設けられた吸引輸送弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の揚砂輸送装置。
【請求項６】
前記大気開放管は、水平面に対して５０度から７０度の角度を持って前記吸引輸送管に接続され、
前記大気開放管の内径は、前記吸引輸送管の口径の１／２以上であり、かつ前記吸引輸送管の口径以下であり、
前記大気開放弁の全開時の開口面積は、前記大気開放管の断面積と略同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の揚砂輸送装置。
【請求項７】
前記空気注入管は、水平面に対して５０度から７０度の角度を持って前記吸引輸送管に接続され、
前記空気注入弁の全開時の開口面積は、前記空気注入管の断面積と略同一であることを特徴とする請求項２に記載の揚砂輸送装置。
【請求項８】
前記吸引輸送管の第２の端部から３〜１５ｍ離れた位置に、該吸引輸送管内の真空度を検出する真空度センサを設け、
前記真空度センサにより検出された真空度をモニタリングするモニタリング装置をさらに設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の揚砂輸送装置。
【請求項９】
沈砂池の水中に吸引輸送管の第１の端部を没するとともに、前記吸引輸送管の第２の端部を固液回収タンクに接続し、
前記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で大気開放管を前記吸引輸送管に接続し、
前記固液回収タンクおよび前記吸引輸送管の内部を減圧し、
前記大気開放管に設けられた大気開放弁を閉じて前記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として前記吸引輸送管内に吸引し、
その水位が前記大気開放管の接続部よりも上方に上昇したときに、前記大気開放弁を開いて前記大気開放管との接続部を大気開放して前記接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、
前記輸送用水柱に作用する大気圧と前記固液回収タンクの真空度との差により、前記大気開放管を通じて大気を吸引しつつ、前記輸送用水柱を前記固液回収タンクに輸送し、
前記輸送用水柱の全体が前記固液回収タンクに入る直前に前記大気開放弁を閉じ、
前記大気開放弁の開閉を繰り返すことにより前記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返すことを特徴とする揚砂輸送方法。
【請求項１０】
沈砂池の水中に吸引輸送管の第１の端部を没するとともに、前記吸引輸送管の第２の端部を固液回収タンクに接続し、
前記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で大気開放管を前記吸引輸送管に接続し、
前記沈砂池の水中で空気注入管を前記吸引輸送管に接続し、
前記固液回収タンクおよび前記吸引輸送管の内部を減圧し、
前記大気開放管に設けられた大気開放弁と前記空気注入管に設けられた空気注入弁を閉じて前記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として前記吸引輸送管内に吸引し、
その水位が前記沈砂池の水位よりも上方に上昇したときに、前記空気注入弁を開いて空気移送装置から空気を前記吸引輸送管の内部に注入して前記空気注入管との接続部より上方の固液混合体を上方に押し上げ、
前記大気開放弁を開くとともに前記空気注入弁を閉じて前記大気開放管との接続部を大気開放して前記大気開放管との接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、
前記輸送用水柱に作用する大気圧と前記固液回収タンクの真空度との差により、前記大気開放管を通じて大気を吸引しつつ、前記輸送用水柱を前記固液回収タンクに輸送し、
前記輸送用水柱の全体が前記固液回収タンクに入る直前に前記大気開放弁を閉じ、
前記大気開放弁および前記空気注入弁の開閉を繰り返すことにより前記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返すことを特徴とする揚砂輸送方法。
【請求項１１】
初期起動時に、前記吸引輸送管の前記大気開放管との接続部と前記第２の端部との間に設けられた吸引輸送弁を閉じた状態で前記固液回収タンクから前記吸引輸送弁までの間を所定の真空度に減圧し、前記固液回収タンクの内部が前記所定の真空度になったときに前記吸引輸送弁を開いて、前記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として前記吸引輸送管内に吸引することを特徴とする請求項９または１０に記載の揚砂輸送方法。
【請求項１２】
前記吸引輸送管の第１の端部の開口部から沈砂と水とを固液混合体として吸引するように、前記第１の端部の近傍に配置した水噴射ノズルから水を噴射して前記吸引輸送管の第１の端部の開口部近傍に集砂することを特徴とする請求項９または１０に記載の揚砂輸送方法。
【請求項１３】
前記吸引輸送管に設けられた真空度センサにより該吸引輸送管内の真空度を検出し、
検出された真空度をモニタリングして、輸送された水柱数および／または水柱の輸送が正常に行われているか否かを判断することを特徴とする請求項９または１０に記載の揚砂輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沈降性の固体を液体とともに効率的に吸引し、かつ輸送する揚砂輸送装置および揚砂輸送方法に係り、特に下水処理施設やし尿処理施設の沈砂池あるいは浄化槽汚泥中に堆積した沈砂を真空吸引により液体とともに揚砂し、固液回収タンクに輸送する揚砂輸送装置および揚砂輸送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設やし尿処理施設などの沈砂池における揚砂輸送設備は、し渣、砂利、金属類の沈降物などを含み、かつ、強い臭気を発生する環境にある。したがって、沈砂を自動で、目詰まりなどの問題もなく、高揚程にて輸送距離も長く、省エネルギーで効率的かつ安全に除去することが求められてきた。このため、沈砂池から揚砂して固液回収タンクなどへ輸送し、洗浄し、固液分離する技術として、様々の方法が提案されてきた。
【０００３】
従来、沈砂を揚砂輸送するには、サンドポンプを用いる方法や真空により吸引する方法が主に使用されてきた。しかしながら、サンドポンプを用いる方法では、沈砂中に混在する石片、金属片などによりブレードが破損したり、急速に磨耗することがある。また沈砂の輸送にはコンベアが使用される場合があるが、コンベアをカバーで覆っても臭気が漏洩したり、汚水が飛散するなどの、気密性が保てないことなどの維持管理上の問題があった。
【０００４】
また、真空により吸引する方法には、様々の方式があり、改良されてきた。例えば、高圧水噴射により負圧を発生させるエゼクター方式や、揚砂輸送管内にさらに高圧水に空気を混気させた混気ジェット水流として、吸引輸送管の端部開口部近くに噴射して負圧とエアリフト効果を作用させ、吸引する方式（例えば特許文献１，２参照）、真空ポンプによる真空吸引と揚砂輸送管の端部近傍に接続された空気導入管からブロワで加圧空気や大気を連続注入し、吸引して揚砂輸送する方式がある（例えば特許文献３〜５参照）。また、揚砂輸送管の途中に空気および／または加圧水を導入させるようにした方式もある（例えば特許文献６参照）。
【０００５】
また、揚砂輸送管の端部の開口部を工夫し、内筒（揚砂輸送管）を外筒で包む形状とし、外気吸引コントロール弁を有し、吸引口近くから螺旋状等に吸引する装置も提案されている（例えば特許文献７，８参照）。さらに、内筒と外筒の間隙を大きくして混合室とし、液面下の混合室の上部に吸気管を設け、その吸気管の液面上に開閉機構（弁）を設け、開閉機構の開閉により混合室に沈砂池の固液と吸引空気を混合し、真空吸引することを断続的に行うことも提案されている（例えば特許文献９参照）。この方法によれば、混合室内の固形分の見掛け比重を軽減することで多量の土砂の揚砂輸送ができるとされている。
【０００６】
さらに、液体の吸引装置として、液面直上に絞り弁付吸気管を設け、吸引ポンプにより吸引して吸引揚送管内に段状の気液層を多数形成し、気層柱の分だけ高揚程にする方法も提案されている（例えば特許文献１０参照）。また、泥水の高揚程の吸上げ装置として、吸引輸送管の液面直上と、屈曲部に絞り弁付空気導入管を設け、吸引輸送管内に泥水部と空気部を連接して多段形成させつつ真空吸引することで、空気部段数の高さの和の分だけ揚程を高くする装置も提案されている（例えば特許文献１１参照）。
【０００７】
また、地下タンクなど構造物底部の貯留液の揚水方法として、真空ポンプを付属する気液分離槽からの揚水管端部開口部を貯留液内とし、貯留液面の上の位置に、制御弁付（大気）導入管を接続した装置において、電磁制御弁を閉鎖して揚水管内に液体を吸上げる揚水工程と、電磁制御弁を開にして前記導入管から空気を流入させ、空気によって揚水管内の液体を押し上げる工程とを繰り返し行い、液体を断続的に汲み上げる方法も提案されている（例えば特許文献１２参照）。
【０００８】
現在、主に実用されているのは、高圧水を単独に用いた負圧発生の水エゼクター方式、および高圧水に空気を混合させる混気ジェット水流により、負圧にエアリフト効果を加えた方式である。これらの方法によれば、コンベヤなどに比べて輸送経路を自由に曲げることができ、省スペース化を図ることができ、また臭いが出ず、メンテナンスを省力化することができるなどの利点があるとされている。
【０００９】
しかし、これら実用されている装置は、高圧水エゼクターによる負圧で沈砂と水を吸い上げるものであるため、大きな動力（５５〜７５ｋＷ）の高圧水ポンプが必要となり、エネルギー消費が大きくなる。そして、短時間に多くの水量を必要とするため、それなりに大きい貯槽が必要となる。また、高圧水として、濁質の少ない、例えば下水の二次処置水、あるいは水道水並みの水質が要求され、この確保が問題となる。更に、沈砂と共に吸い上げられる水量が多いため、輸送先において沈砂と水とを分離する規模の大きい分離装置が必要となる。このため、装置全体がコンパクトでない問題点、更にエネルギー消費が大きいという、解決すべき大きい問題点を有している。上記の如く従来の装置は、地球温暖化や省エネルギーの面で時代の要請にそぐわないものになってきている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭５２−１１１００８号公報
【特許文献２】実開昭５９−１１９３０５号公報
【特許文献３】特開昭６０−２１６８１３号公報
【特許文献４】特開平０２−０３５９０２号公報
【特許文献５】特開平０７−０３１８０７号公報
【特許文献６】特開平０８−０３８８１１号公報
【特許文献７】実開昭６２−１４４５０４号公報
【特許文献８】特開昭６３−２５３２００号公報
【特許文献９】特開平０７−１０３１９９号公報
【特許文献１０】実公昭４１−００４３６１号公報
【特許文献１１】特開昭５５−０６４２００号公報
【特許文献１２】特開平１１−１９３８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、沈砂池の沈砂を小さな動力で効率的に、高揚程で、長距離を揚砂輸送することができる揚砂輸送装置および揚砂輸送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】
【００１２】
本発明の一態様によれば、小さな動力で沈砂を引き上げることができる揚砂輸送装置が提供される。この揚砂輸送装置は、固液回収タンクと吸引輸送管とを備えている。吸引輸送管は、沈砂池の水中に没される第１の端部と、上記固液回収タンクに接続される第２の端部とを有している。揚砂輸送装置は、上記固液回収タンクおよび上記吸引輸送管の内部を減圧する減圧装置と、上記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で上記吸引輸送管に接続される大気開放管と、上記大気開放管を通じて上記吸引輸送管の大気開放管との接続部を大気開放するための大気開放弁とを備えている。また、揚砂輸送装置は、上記大気開放弁を閉じて上記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として上記吸引輸送管内に吸引し、その水位が上記大気開放管との接続部よりも上方に上昇したときに上記大気開放弁を開くことにより上記接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、上記輸送用水柱に作用する大気圧と上記固液回収タンクの真空度との差により上記輸送用水柱を上記固液回収タンクに輸送し、上記輸送用水柱の全体が上記固液回収タンクに入る直前に上記大気開放弁を閉じ、上記大気開放弁の開閉を繰り返すことにより上記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す制御部を備えている。
【００１３】
なお、本明細書で使用する真空度とは、大気圧を０ｋＰａとし、負圧はそのまま、マイナス表示で表す。例えば−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）とは大気圧を０ｋＰａとして、それより４９．０ｋＰａ低下したことを意味する。さらに、真空度が高いとは負圧が大きいこと、真空度が低いとは負圧が小さいことを意味する。
【００１４】
このような構成によれば、減圧装置により沈砂を含む水を吸引輸送管内に吸引し、吸引輸送管の水位が大気開放管の接続部よりも上方に上昇したときに、大気開放弁を開くと、大気開放管の接続部は大気開放され、この接続部より上方に輸送用水柱を形成することができる。この輸送用水柱は、両端に作用する大気圧と真空度との差により固液回収タンクまで輸送される。
【００１５】
すなわち、上記減圧装置により、上記接続部から大気が一気に吸引され大気圧となる。そして、この接続部より上方の輸送用水柱の上面に作用する真空度と、輸送用水柱の下面に作用する大気圧との差により、上記接続部から大気を吸引しつつ、輸送用水柱を輸送するのである。このとき輸送用水柱は、当初は固液混合体であるが、輸送中に徐々に、輸送用水柱の後方から気固液混合体に変化していく。本発明において重要なのは、大気開放弁を開とした時、一気に、ピストン流的に大気が吸引される構成とすることである。大気吸引が遅いほど、形成される輸送用水柱中にかなりの量の大気が気泡として入り込み易く、水柱としての形状の崩れの程度が大きくなる。しかし、この形状の崩れがあっても、揚砂輸送工程を繰り返すことによって、気固液の水柱の全体が最終的に輸送されていくのである。
【００１６】
そして、輸送用水柱の全体が固液回収タンク内に入る直前に、大気開放弁を閉じ、沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として吸引輸送管内に吸引する。その水位を大気開放管の接続部よりも上方に上昇させ、次いで大気開放弁を開き、上記接続部より上方に輸送用水柱を形成する。
【００１７】
吸引輸送管内には、基本的に固液混合体が形成された後に輸送用水柱が形成され、その輸送用水柱全体が固液回収タンク内に入ってしまう前に、すなわち、輸送されてしまう前に、沈砂池からの固液混合体の吸引が始まり、次の輸送用水柱の形成が可能になるように制御する。これにより、固液回収タンクと大気開放管との間に空気が連通することがなく、固液回収タンクの真空度はそれほど変化せず、一定の範囲の真空度が常に吸引輸送管全体に作用し、沈砂池から固液混合体を吸引する流速および吸引輸送管内の輸送用水柱の輸送流速を安定させることができる。
大気開放弁を開いた時に、吸引輸送管に吸引された空気が輸送により固液回収タンクに入るが、固液回収タンクの真空度が低くならないよう、所定の範囲に保つため、減圧装置としての例えば水封式真空ポンプをほぼ連続運転し、吸引された空気を排出していく。
【００１８】
例えば、吸引輸送管の口径を８０Ａ（呼び径：例えばＳＵＳ３０４のＳｃｈ  ２０Ｓでは内径８１．１ｍｍとなる）とし、実用的な真空度としてその初期値を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）としたところ、沈砂池最高水位より２．０〜２．５ｍの高さに固液混合体を吸引できた。そして、輸送用水柱の高さ（長さ）は平均２．３ｍとなり、このときの沈砂濃度は２０〜３５％であり、その平均は２７％であった。また、揚砂輸送を繰り返しても、真空度の変動の幅は所定値内であった。
【００１９】
このように、本発明によれば、一度所定の真空度に達した後の、固液回収タンクの真空度を維持するための真空ポンプの動力は小さい動力でよく、小さな動力で固液回収タンクに揚砂輸送する操作を断続的に繰り返し行うことで、沈砂を含んだ固液混合体を輸送することができる。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、小さな動力で、より効率的に沈砂を引き上げることができる揚砂輸送装置が提供される。この揚砂輸送装置は、固液回収タンクと吸引輸送管とを備えている。吸引輸送管は、沈砂池の水中に没される第１の端部と、上記固液回収タンクに接続される第２の端部とを有している。揚砂輸送装置は、上記固液回収タンクおよび上記吸引輸送管の内部を減圧する減圧装置と、上記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で上記吸引輸送管に接続される大気開放管と、上記大気開放管を通じて上記吸引輸送管の大気開放管との接続部を大気開放するための大気開放弁とを備えている。また、揚砂輸送装置は、上記沈砂池の水中で上記吸引輸送管に接続される空気注入管と、上記吸引輸送管の内部に空気を送り込む空気移送装置と、上記空気注入管を通じて上記空気移送装置によって上記吸引輸送管の空気注入管との接続部から空気を上記吸引輸送管の内部に注入するための空気注入弁とを備えている。さらに、揚砂輸送装置は、上記大気開放弁および上記空気注入弁を閉じて上記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として上記吸引輸送管内に吸引し、その水位が上記沈砂池の最高水位よりも上方に上昇したときに上記空気注入弁を開くことにより上記空気注入管との接続部より上方の固液混合体を、上記大気開放管との接続部の近傍またはそれよりも上方に押し上げ、上記大気開放弁を開くとともに上記空気注入弁を閉じることにより上記大気開放管との接続部を大気開放して上記大気開放管との接続部よりも上方に輸送用水柱を形成し、上記輸送用水柱に作用する大気圧と上記固液回収タンクの真空度との差により上記輸送用水柱を上記固液回収タンクに輸送し、上記輸送用水柱の全体が上記固液回収タンクに入る直前に上記大気開放弁を閉じ、上記大気開放弁および上記空気注入弁の開閉を繰り返すことにより上記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す制御部を備えている。
【００２１】
このような構成によれば、減圧装置により沈砂を含む水を固液混合体として吸引輸送管内に吸引し、その水位が空気注入管との接続部よりも上方に上昇したときに、空気注入弁を開くことで加圧空気が注入され、この加圧空気により上記固液混合体を押し上げることができる。さらに、大気開放弁を開くとともに空気注入弁を閉じることにより、吸引輸送管内に長い輸送用水柱を形成し、輸送用水柱の下面を大気開放管の接続部近傍またはそれよりも上方に上昇させることができる。そして、輸送用水柱に作用する大気圧と上記固液回収タンクの真空度との差により、この輸送用水柱を固液回収タンクまで輸送することができる。
【００２２】
すなわち、空気注入管の接続部からの加圧空気により、好ましくは沈砂池の最高水位より上方に吸引された固液混合体の下面を、大気開放管の接続部の近傍またはこれよりも上方に押し上げ、次いで大気開放弁を開くとともに空気注入弁を閉じる。これにより、比較的長い輸送用水柱が形成され、この輸送用水柱の両端に作用する大気圧と真空度との差により、輸送用水柱を固液回収タンクまで輸送する。この輸送用水柱全体が固液回収タンク内に入る直前に、大気開放弁を閉じ、再度、輸送用水柱を形成し、次いで大気開放弁を開いて輸送を繰り返すことができる。この輸送用水柱のうち、加圧空気によって上方に押し上げられる部分は、大気開放管の接続部と空気注入管の接続部との間の長さに相当する部分であり、輸送用水柱の下部に相当する。このため、沈砂の重力沈降等の影響により、この部分の沈砂濃度は高い傾向にある。したがって、大気開放管のみを用いた場合に比べて、形成される輸送用水柱が長くできる分、およびその沈砂濃度が高い分、輸送の効率が向上する。
【００２３】
吸引輸送管内には、基本的に輸送用水柱が１つ存在しており、その１つの輸送用水柱全体が固液回収タンク内に入ってしまう前に、すなわち、輸送されてしまう前に、沈砂池からの固液混合体の吸引が始まり、次の輸送用水柱の形成が可能になるように制御する。これにより、固液回収タンクと大気開放管との間に空気が連通することがなく、固液回収タンクの真空度はそれほど変化せず、一定の範囲の真空度が常に吸引輸送管全体に作用し、沈砂池から固液混合体を吸引する流速および吸引輸送管内の輸送用水柱の輸送流速を安定させることができる。
【００２４】
空気注入弁および大気開放弁を開いた時には、加圧された、あるいは吸引された空気が断続的に固液回収タンクに入るが、固液回収タンクの真空度を所定の範囲に保つため、減圧装置としての例えば水封式真空ポンプをほぼ連続運転し、固液回収タンクに吸引された空気を排出していく。
固液回収タンクに真空度センサを設け、固液回収タンクの真空度を所定の範囲の値になるように減圧装置としての真空ポンプを選定し、運転することが好ましい。
また、固液回収タンクには、吸引した沈砂を洗浄するため、真空度を開放する換気弁が設けられることが好ましい。
【００２５】
例えば、吸引輸送管の口径を８０Ａとし、大気開放管の接続部より１ｍ下部の液面下に空気注入管を接続し、実用的な真空度としてその初期値を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）としたところ、沈砂池最高水位ＨＷＬより２．０〜２．５ｍ、平均２．３ｍの高さに固液混合体を吸引できた。次いで、空気注入弁を開いて加圧空気を注入し、空気注入管の接続部より上部の固液混合体の下面を大気開放管の接続部の近傍またはその上方に押し上げ、大気開放弁を開くと、上述した平均２．３ｍの高さに加えて、約１ｍプラスされた平均３．３ｍの長い輸送用水柱を形成することができた。この長い輸送用水柱の沈砂濃度は２０〜３５％であり、その平均は３０％であった。また、揚砂輸送を繰り返しても、真空度の変動はほとんど見られなかった。
【００２６】
また、揚砂輸送を繰り返しても、真空度の変動の幅は所定値内であった。上述の約１ｍのプラスの長さ分は、水中の空気注入管の接続部と大気開放管の接続部の長さに相当していた。一方、加圧空気の注入を行わなかった場合では、形成される固液混合体、すなわち、輸送用水柱の長さが、平均２．３ｍであり、かつその沈砂濃度は２０〜３５％、平均２７％であった。
【００２７】
このように、本発明によれば、空気注入管の接続部と大気開放管の接続部との間の距離を適切に設定することにより、その高さ（距離）の分として長い輸送用水柱が得られる。また、その沈砂濃度を高めることができるため、効率的に揚砂輸送できる。また、一度所定の真空度に達した後の、固液回収タンクの真空度を維持するための真空ポンプの動力は小さい動力でよく、小さな動力で固液回収タンクに揚砂輸送する操作を断続的に繰り返し行うことで、沈砂を含んだ固液混合体を輸送することができる。
【００２８】
上記吸引輸送管の第１の端部は、５０度から７０度の傾斜を有するように内径が徐々に小さくなる形状を有していてもよく、その開口部の最小口径は該吸引輸送管の口径の１／２以上、その最小口径を４０Ａ以上とすることが好ましい。このような最小口径の開口部における吸引流速は吸引輸送管本管の吸引流速の約４倍と大きくなり、取り込んだ沈砂が吸引輸送管内を輸送される途中で詰まることなく固液回収タンクまで移送できるようになる。すなわち、従来の開口部形状のベルマウス型も使用できるが、上述のように、先端に向かって内径が徐々に小さくなるように、水平面に対して傾斜を有している開口部形状が好ましい。これは、開口部の吸引流速がベルマウス型より大きくなるからである。
【００２９】
また、上記揚砂輸送装置は、上記吸引輸送管の第１の端部の近傍の沈砂を水の噴射により流動化させる水噴射ノズルをさらに備えていることが好ましい。これにより、吸引輸送管の吸引部に多量の沈砂が堆積しているときに、水噴射ノズルによりこの沈砂を流動化することで、吸引輸送管内に沈砂をスムーズに吸引できるようになる。この水噴射ノズルは、吸引輸送管の第１の端部の近傍に集砂するように沈砂池内に配置され、これに適合するように、水噴射ノズルの構成や流速、沈砂池の構造なども設計される。
【００３０】
また、上記揚砂輸送装置は、上記吸引輸送管の上記大気開放管の接続部より上方に設けられた吸引輸送弁をさらに備えていてもよい。１つの固液回収タンクおよび減圧装置に対して吸引輸送弁を有する複数系列の吸引輸送管を設けることにより、これら複数系列の吸引輸送管による揚砂を吸引輸送弁の制御により行うことが可能となる。また、初期起動時において、吸引輸送弁を閉じた状態で減圧装置により十分に固液回収タンク内を減圧した後に吸引輸送弁を開けることで、吸引輸送管の第１の端部の開口部により高い真空度（吸引力）をかけることができ、高粘度および高比重の沈砂を吸い上げることが可能である。
【００３１】
また、複数の沈砂池がある場合、各沈砂池に対応する各吸引輸送管に設けられた吸引輸送弁を制御することによって、複数の沈砂池に対応できる。一方、沈砂池および吸引輸送管がそれぞれ１つずつ設けられる場合は、吸引輸送弁を設けなくても本発明を実施できる。吸引輸送弁を設けない場合、通常６０〜１２０秒かけて、固液回収タンクの真空度を高くすると、吸引輸送管内の真空度も徐々に高くなる。そして、吸引輸送管内の真空度が所定値に達すると、その真空度に応じて、固液混合体を吸引輸送管内の所定レベルの水位にまで吸引する。
【００３２】
本発明の好ましい態様は、上記大気開放管は、水平面に対して５０度から７０度の角度を持って上記吸引輸送管に接続され、上記大気開放管の内径は、上記吸引輸送管の口径の１／２以上であり、かつ上記吸引輸送管の口径以下であり、上記大気開放弁の全開時の開口面積は、上記大気開放管の断面積と略同一であることを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様は、上記空気注入管は、水平面に対して５０度から７０度の角度を持って上記吸引輸送管に接続され、上記空気注入弁の全開時の開口面積は、上記空気注入管の断面積と略同一であることを特徴とする。
これは、大気吸引時および加圧空気の注入時の、配管および弁による空気抵抗をできるだけ小さくすることで、大気吸引および加圧空気の注入が一気に、ピストン流的に行われるようにして、空気混入による輸送用水柱の形状の崩れをできるだけ防止し、輸送を効率的に行うためである。
【００３３】
本発明の好ましい態様は、上記吸引輸送管の第２の端部から３〜１５ｍ離れた位置に、該吸引輸送管内の真空度を検出する真空度センサを設け、上記真空度センサにより検出された真空度をモニタリングするモニタリング装置をさらに設けたことを特徴とする。
吸引輸送管内の真空度を検出することにより、揚砂輸送装置の運転状態、すなわち水柱の輸送状態を把握でき、さらに検知した真空度の変化を制御に反映させ、有効に活用することができる。吸引輸送管の第２の端部から３〜１５ｍの位置に真空度センサを設ける理由は、水柱の輸送流速が、３ｍ／秒から１５ｍ／秒の範囲で変動するため、固液回収タンク内に輸送用水柱の全体が入りきってしまう前に、輸送用水柱が通過していることを検出する必要があるからである。この設置位置が固液回収タンクに近すぎるほど、輸送用水柱の全体が入りきってしまい、固液回収タンクと大気開放管とが連通する危険が増大する。固液回収タンクと大気開放管とが連通してしまうと、吸引輸送管内および固液回収タンク内の真空度が低下してしまう。この危険を避けるために、真空度センサは吸引輸送管の第２の端部から３〜１５ｍの位置に設けることが好ましい。
【００３４】
本発明の他の態様によれば、小さな動力で沈砂を引き上げることができる揚砂輸送方法が提供される。この方法によれば、沈砂池の水中に吸引輸送管の第１の端部を没するとともに、上記吸引輸送管の第２の端部を固液回収タンクに接続する。上記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で大気開放管を上記吸引輸送管に接続する。上記固液回収タンクおよび上記吸引輸送管の内部を減圧する。上記大気開放管に設けられた大気開放弁を閉じて上記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として上記吸引輸送管内に吸引する。その水位が上記大気開放管の接続部よりも上方に上昇したときに、上記大気開放弁を開いて上記大気開放管との接続部を大気開放して上記接続部よりも上方に輸送用水柱を形成する。上記輸送用水柱に作用する大気圧と上記固液回収タンクの真空度との差により、上記大気開放管を通じて大気を吸引しつつ、上記輸送用水柱を上記固液回収タンクに輸送する。上記輸送用水柱の全体が上記固液回収タンクに入る直前に上記大気開放弁を閉じる。上記大気開放弁の開閉を繰り返すことにより上記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す。
【００３５】
本発明の他の態様によれば、小さな動力で沈砂を引き上げることができる揚砂輸送方法が提供される。この方法によれば、沈砂池の水中に吸引輸送管の第１の端部を没するとともに、上記吸引輸送管の第２の端部を固液回収タンクに接続する。上記沈砂池の最高水位よりも上方の位置で大気開放管を上記吸引輸送管に接続する。上記沈砂池の水中で空気注入管を上記吸引輸送管に接続する。上記固液回収タンクおよび上記吸引輸送管の内部を減圧する。上記大気開放管に設けられた大気開放弁と上記空気注入管に設けられた空気注入弁を閉じて上記沈砂池に堆積した沈砂を水とともに固液混合体として上記吸引輸送管内に吸引する。その水位が上記沈砂池の水位よりも上方に上昇したときに、上記空気注入弁を開いて空気移送装置から空気を上記吸引輸送管の内部に注入して上記空気注入管との接続部より上方の固液混合体を上方に押し上げる。上記大気開放弁を開くとともに上記空気注入弁を閉じて上記大気開放管との接続部を大気開放して上記大気開放管との接続部よりも上方に輸送用水柱を形成する。上記輸送用水柱に作用する大気圧と上記固液回収タンクの真空度との差により、上記大気開放管を通じて大気を吸引しつつ、上記輸送用水柱を上記固液回収タンクに輸送する。上記輸送用水柱の全体が上記固液回収タンクに入る直前に上記大気開放弁を閉じる。上記大気開放弁および上記空気注入弁の開閉を繰り返すことにより上記輸送用水柱の形成と輸送とを繰り返す。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、沈砂池の沈砂を小さな動力で効率的に、高揚程で、長距離を揚砂輸送することができる。また、揚砂輸送装置の主要機器を小さくすることができ、吸引輸送管の配置の自由度を高めることができるため、従来の装置に比べて省エネルギー化を図ることができるとともに、装置の設置に対する自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明に係る揚砂輸送装置の実施形態について図１から図１５を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１５において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施形態における揚砂輸送装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、この揚砂輸送装置は、沈砂池１内の水中に一端部２ａ（開口部）が没された吸引輸送管２と、吸引輸送管２の他端部２ｂが接続された固液回収タンク３と、固液回収タンク３に接続された真空ポンプ（減圧装置）４とを備えている。固液回収タンク３の下部には、固液回収タンク３に回収された沈砂を排出するための沈砂排出弁５が設けられている。
【００３９】
固液回収タンク３は、一般に、沈砂池１よりも上方に位置しており、揚砂輸送装置は、沈砂池１内に堆積した沈砂を水とともに固液回収タンク３に揚砂輸送できるようになっている。なお、沈砂池１の池底に堆積した沈砂は、砂以外に小石等の土砂やし渣を含むものである。
【００４０】
吸引輸送管２には、大気開放弁６が設けられた大気開放管７が接続されている。この大気開放管７は、沈砂池１の最高水位ＨＷＬよりも若干（１００〜５００ｍｍ）上方に位置する接続部７ａで吸引輸送管２に接続されている。大気開放管７に取り付けられた大気開放弁６を開くと、吸引輸送管２の大気開放管７との接続部７ａが大気開放されるようになっている。この大気開放弁６には制御部８が接続されており、この制御部８によって大気開放弁６の開閉が制御される。
【００４１】
また、吸引輸送管２の端部２ａの近傍には、水を噴射する多数の水噴射ノズル１９が設けられており、この水噴射ノズル１９からの水の噴射により沈砂が流動化し、吸引輸送管２の端部２ａの近傍に集砂されるようになっている。また、沈砂池１の底部の構造も集砂しやすいように傾斜を有している。
【００４２】
このような構成の揚砂輸送装置を用いて沈砂池１の池底に堆積した沈砂を引き上げる場合の動作について説明する。図２は、図１における真空ポンプ４の運転および停止、大気開放弁６の開閉タイミング、固液回収タンク３の真空度の変化、およびその水位の変化を示す揚砂輸送装置の動作を示すタイミングチャート（工程表）の一例である。
【００４３】
まず、図１および図２に示すように、大気開放弁６を閉じた状態で真空ポンプ４を駆動する。これにより、真空ポンプ４が接続された固液回収タンク３および吸引輸送管２の内部が所定の真空度、例えば−５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）まで約６０秒程度で減圧されて、その間に、図３に示すように、沈砂池１中の沈砂を含んだ水が固液混合体９として吸引輸送管２内に吸引される。このとき、必要に応じて水噴射ノズル１９から水噴射を行い、沈砂を流動化し、端部２ａの開口部から沈砂を吸引しやすいようにする。
【００４４】
そして、制御部８は、固液回収タンク３の真空度が−１９．６ｋＰａ（−２ｍＡｑ）〜−７８．４ｋＰａ（−８ｍＡｑ）になるまで、好ましくは−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）になるまで待機する。図２に示す例では、初期真空度を−５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）とし、定常運転時（２回目以降の揚砂輸送時）の真空度を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）程度としている。
【００４５】
固液回収タンク３の真空度が−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）になり、吸引輸送管２内の固液混合体９の水位が大気開放管７の接続部７ａよりも上方に上昇したときに大気開放弁６を開いて吸引輸送管２の大気開放管７との接続部７ａを大気開放する。このように大気開放弁６を開くことにより、図４に示すように、大気開放管７の接続部７ａよりも上方に位置していた吸引輸送管２内の固液混合体９は輸送用水柱１０となる。そして、この輸送用水柱１０は、固液回収タンク３側の端部に作用する真空度と大気開放側の端部、すなわち輸送用水柱１０の下面に作用する大気圧との圧力差により、図５の１０−１，１０−２で示すように固液回収タンク３に向かって移動し輸送される。
【００４６】
なお、制御部８が大気開放弁６を開くときには、吸引輸送管２内の固液混合体９の水位が大気開放管７の接続部７ａよりも上方にある必要がある。制御部８は大気開放弁６を開閉するタイミングを、通常、時間によって制御する。また、制御部８は、固液回収タンク３の真空度センサ（図示せず）や図６に示す吸引輸送管２に設けられた真空度センサ１４が検出した真空度の変化から、揚砂輸送工程が正常に行われているか否かを判断し、装置全体の制御を行ってもよい。すなわち、検出した真空度の異常により、警報を出し、更に運転停止としてもよい。
【００４７】
揚砂輸送工程の終了は、固液回収タンク３の高水位、沈砂池１の低水位、設定時間のタイムアップなどに基づいて判断される。本実施形態においては、輸送用水柱の吸引輸送管２内の輸送流速は、３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒と高流速が得られる。真空度センサ１４（図６参照）の設置位置は、この高流速と大気開放弁６の急開・急閉に要する０．５〜１．０秒の時間を考慮し、また、輸送用水柱全体が固液回収タンク３に入ってしまい、大気開放管７と固液回収タンク３が連通し、吸引輸送管２を含めて固液回収タンク３の真空度が大幅に低下してしまうことがないように、真空度センサ１４からの信号を受けて、余裕をもって大気開放弁６が開閉できるように、第２の端部２ｂから３〜１５ｍ、好ましくは５〜１０ｍ離れた吸引輸送管２上とする。
【００４８】
ここで、固液回収タンク３の真空度が維持されるように、輸送用水柱１０の全体が固液回収タンク３に入る直前に、すなわち、図５に示すように、輸送用水柱１０−２の後端部が固液回収タンク３内に入りきってしまう前に、制御部８が大気開放弁６を閉じ、大気開放弁６から固液回収タンク３までの経路に空気の連通路ができないようにすることが好ましい。これにより大気開放弁６からの空気の流入量を最小限にすることができるため、固液回収タンク３内の真空度を高く、かつ、その変動幅を小さく保つことができる。例えば、定常真空度を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）とすると、その変動幅は−４６．５ｋＰａ（−４．７５ｍＡｑ）〜−５１．４ｋＰａ（−５．２５ｍＡｑ）と小さい。
【００４９】
大気開放弁６が再び閉じられると、図３に示すように、上述と同様に沈砂池１中の沈砂を含んだ水が吸引輸送管２内に吸引され固液混合体９が再び形成される。その後は上述と同様の工程を繰り返すことにより、沈砂池１の池底に堆積した沈砂を断続的に固液回収タンク３に揚砂輸送することができる。
【００５０】
なお、大気開放弁６を通じて大気開放するときは、多量の空気をほとんど損失なく、短時間で流れ込ませることが重要である。空気が輸送用水柱１０の下方に入り込み混合するのを避け、効率よく揚砂輸送することが好ましい。また、輸送用水柱１０が吸引輸送管２内を、図５の１０−１，１０−２で示すように輸送されていくにつれて、沈砂と水の分離および吸引された空気との混合が進むため、輸送用水柱１０は当初の形状から崩れていく。このため、本実施形態では、吸引輸送管２内に空気の連通路ができないように、輸送用水柱１０が１０−１，１０−２の状態になった場合でも、吸引輸送管２内壁は必ずシールされた部分がある状態に維持することが好ましい。
【００５１】
ここで、シールされた部分がある状態を常に維持するとは、吸引輸送管２の少なくとも一部が輸送用水柱１０，１０−１，１０−２によってシールされている状態を維持してもよいが、輸送用水柱１０，１０−１，１０−２でのシールがされにくくなる危険を避け、より確実性を保つために、大気開放弁６を開状態から閉状態とし、固液混合体９の吸引形成を開始して固液回収タンク３の真空度が吸引輸送管２内全体に作用するように、大気開放弁６の開閉タイミングを制御部８により制御してもよい。この開閉タイミングは、沈砂池１の沈砂の状態、すなわち固液混合体９の性状や輸送距離などにより異なるので、試運転によって最適な開閉タイミングや開閉時間などを決めることが好ましい。
【００５２】
このため、吸引輸送管２の口径は５０Ａから１２５Ａ、好ましくは６５Ａから１００Ａとする。その口径が５０Ａよりも小さいと、吸引輸送管２、特にその横引き配管部において、沈砂が沈降し、配管自体を詰まらせてしまう現象が生じ易く、固液回収タンク３の真空度によっては輸送できなくなる事態の生ずるリスクがある。一度この詰まりが生じてしまうと、真空度を上げても解消することは難しい。一方、口径が１２５Ａよりも大きいと、次のような問題が生じる。すなわち、大気開放管７の接続部７ａで大気開放されると、吸引輸送管２内には固液混合体からなる輸送用水柱が形成される。ところが、輸送用水柱の下方は大気圧であるため、固液混合体としての液を含む沈砂が輸送用水柱の下面から落下しやすい。このため、輸送用水柱が下方から崩れて行き、その形状維持が困難となる。更に横引き配管部での沈砂と液の分離も生じ易く、ついには、揚砂輸送管内に前述のシールされた部分がある状態を常に維持することが困難となる。また、口径が大きいほど、吸引する固液混合体の量も多くなり、それに見合った真空度に短時間で到達することができる真空ポンプ性能が必要になり、省エネルギー上、好ましくない。
【００５３】
また、大気開放弁６の口径は吸引輸送管２の口径の１／２以上、吸引輸送管２の口径以下とし、かつ１秒以下、好ましくは０．５秒以下の急開急閉ができる大気開放弁であることが好ましい。また、大気開放弁６は、全開全閉のできる弁とし、全開時の開口面積は大気開放管７の断面積と同等程度にすることが好ましい。さらに、大気開放管７は、水平面に対して所定の角度、好ましくは５０〜７０度の角度を持って、吸引輸送管２に接続されていることも重要である。これは吸引輸送管２内の固体物、すなわち沈砂が大気開放弁６側に逆流し、堆積することを防止するためである。また、大気開放管７内に沈砂が若干入り込んでも、沈砂の安息角よりも上記接続角度が大きいことによって、粘性のある沈砂もより容易に吸引輸送管２内に吸引され、残留することがなく、大気の吸引上、圧力損失が生じないようにするためである。それ故、上記接続角度は７０度より大きくてもよい。しかし、口径の異なる配管をかなりの角度を持って接続することは、製作上の観点から好ましくなく、実用的には、接続しやすい７０度以下とすれば充分である。
【００５４】
本発明の実施形態においては、大気開放弁６を開とした時に、吸引輸送管２と大気開放弁７の接続部７ａに空気がスムーズに、一気に吸引され、該接続部７ａ近傍よりも上方の固液混合体をピストン流的に、固液回収タンク３の真空度の作用により吸引して、輸送用水柱を形成させるようにすることが必要である。これは、空気がスムーズに、一気にピストン流的に吸引されることが遅れるほど、形成される輸送用水柱内には空気が入り込み易くなり、ピストン流的に輸送されにくくなり、輸送用水柱の形状の崩れ、すなわち、沈砂と液の分離が進むことになるからである。一方、接続部７ａより下方の固液混合体部分は沈砂と液が分離しながら、沈砂池の方に移動落下していく。
【００５５】
大気開放弁６が全開から全閉までの時間は通常２〜１０秒間、全閉から全開までの時間は１〜５秒間であり、図２に示す例では、それぞれ５秒間、３秒間と極めて短時間に設定している。このように、大気開放弁６の全開から全閉までの時間と全閉から全開までの時間が短時間であることから、大気開放弁６の急開および急閉に要する時間は短いほどよく、急開急閉可能な弁を選定するとともに、弁の仕様によってその開閉の信号発信のタイミングを決めなければならない。
【００５６】
また、吸引輸送管２の端部２ａの開口部口径は、吸引輸送管２の口径の１／２以上とするのが好ましい。これは、口径が小さすぎると沈砂などで詰まることがあり、大きすぎると吸引流速、すなわち吸引力が小さくなりすぎるからである。固液回収タンク３の真空度を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）、吸引輸送管２の口径を８０Ａとすると、吸引輸送管２内の固液混合体９の吸引速度は通常１．５〜２．５ｍ／秒を示す。したがって、例えば、端部２ａの開口部の口径を１／２の４０Ａとすると、その開口面積は１／４になり、その吸引流速は約４倍の６〜１０ｍ／秒と大きくなる。このような開口部の高い吸引流速により小石等も吸引でき、詰まることはない。
【００５７】
また、図１に示すように、吸引輸送管２は、横引き配管部２ｃ，２ｄと鉛直配管部２ｅとを有することが好ましい。特に横引き配管部２ｃと鉛直配管部２ｅとが数段あることが好ましい。そして、鉛直配管部と横引き配管部を交互に有していることが好ましい。固液回収タンク３と接続する部分は長い横引き配管部に続いて、鉛直配管部とするのが好ましい。この横引き配管部の長さは、輸送用水柱の輸送流速が３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒であることから、３〜１５ｍ、好ましくは５〜１０ｍとする。大気開放弁６および後述する第２の実施形態の空気注入弁では弁の急開および急閉に要する時間が０．５秒〜１．０秒かかることから、輸送用水柱全体が固液回収タンク３に入ってしまい、吸引輸送管２にシール部が無くなり、大気が固液回収タンク３と連通してしまうことがないように、余裕を持って、弁開閉ができる時間分の長さとする。
【００５８】
図１においては、鉛直配管部２ｅは、横引き配管部２ｃから上方に延びているが、横引き配管部２ｃから下方に延びる構成であってもよい。輸送用水柱１０が通過した後、輸送用水柱１０中の砂を含む一部が吸引輸送管２の管壁に残留しても、鉛直配管部２ｅでは落下して、横引き配管部２ｃに残留する場合がある。しかしながら、この横引き配管部２ｃに残留した砂は、次回の揚砂輸送時に高流速で通過する輸送用水柱１０に吸収され、固液回収タンク３に輸送される。
【００５９】
本発明の実施形態においては、積極的に横引き配管部を設けることが重要である。それゆえ、複数段の鉛直配管部と横引き配管部からなる吸引輸送管２が好ましい。これは、横引き配管部に入ってきた輸送用水柱の沈砂が横引き配管部の底部に沈降・残留しても、次の輸送用水柱に吸収され、輸送されていくからである。このことから、吸引輸送管２の沈砂池１からの鉛直配管部の長さは、図４で示す輸送用水柱１０が収容できる程度の長さとし、すぐに屈曲部２ｆから横引き配管部２ｃとしてよい。この鉛直配管部を必要以上に長くするのは、鉛直配管部での沈砂の分離、沈降が進むので好ましくない。積極的に横引き配管部２ｃを長くして、該配管の底部に沈砂を残留させても、輸送できる範囲の長さなら何ら問題はない。横引き配管部が短い場合に比べて、長い横引き配管部とした場合は、その横引き配管部の底部に分離残留する沈砂が多くなる。しかし、この残留した沈砂は、次に輸送されてくる輸送用水柱の高い輸送速度によって吸引輸送されていく。したがって、適切な長さの横引き配管部２ｃとすることによって、沈砂の輸送は効率的になる。他の横引き配管部も適切な長さとすることが好ましい。
【００６０】
なお、吸引輸送管２の鉛直配管部と横引き配管部とをつなぐ屈曲部２ｆを、半径（Ｒ）＝０．５ｍ〜１．５ｍの緩やかな曲がりを有するベント管としてスムーズな流れとすることも重要である。このような適正な曲がり、すなわち適正な半径を有するベント管とすることによって、輸送時の抵抗を通常のエルボー等の場合よりも、大幅に小さくし、スムーズな流れを得ることができる。
【００６１】
上述したように、輸送用水柱１０の輸送時には大気開放弁６が開かれ大気が吸引される。このとき、輸送用水柱１０は大気と固液回収タンク３との間にあるため、直接大気が固液回収タンク３に流入することはない。しかしながら、固液回収タンク３の手前では、輸送用水柱１０はかなりの運動エネルギーを有しているため、大気開放弁６を閉じる前に、そのすべてが固液回収タンク３内へ輸送されてしまうおそれがある。そして、開かれた大気開放弁６と固液回収タンク３との間で空気が連通してしまうと、水に対して流動性の良い空気が短時間で固液回収タンク３へ流れ込み、その真空度を下げてしまう。これを避ける手段として、タイマーを用いた制御方法のみを採用してもよいが、輸送用水柱１０の輸送速度は沈砂の濃度（比重）あるいはその長さにより変化が生じてしまうため、安定した運転のためには、固液回収タンク３自体の真空度センサ（図示せず）だけでなく、図６に示すように、固液回収タンク３の手前の吸引輸送管２に真空度センサ１４を設置するのが好ましい。この場合には、輸送用水柱１０が通り抜けて大気圧になったことを真空度センサ１４により確認し、これを大気開放弁６の閉動作を行うタイマー制御の補助とする。図６では、真空度センサ１４は固液回収タンク３との第２の端部２ｂから１０ｍ離れた吸引輸送管２の鉛直配管部２ｅに設置されている。横引き配管部２ｄの上面が設置しやすいが、第２の端部２ｂからの距離を優先する場合は、前述の理由からその限りではない。なお、真空度センサ１４としては、隔膜式のセンサを用いることができる。
【００６２】
また、制御部８は、大気開放弁６の開時間と閉時間の設定、そのタイミング、弁開閉の速度、全開全閉の確認、固液回収タンク３の真空度の制御などを行うとともに、他の必要な制御機能を同時に有していてもよい。
【００６３】
図７は、本発明の第２の実施形態における揚砂輸送装置の構成を示す模式図である。なお、特に説明しない第２の実施形態の構成および動作は、上述した第１の実施形態と同様であり、その重複する説明を省略する。本実施形態においては、大気開放管７との接続部７ａの下方の沈砂池水中の接続部１２ａにおいて吸引輸送管２に接続される空気注入管１２が設けられている。この空気注入管１２の接続部１２ａと大気開放管７の接続部７ａとの間の長さは好ましくは０．５〜２．０ｍとし、この長さは、沈砂池１の設計水位や適用する固液回収タンク３の真空度等によって適宜変更される。
【００６４】
空気注入管１２には、減圧弁１３を介して空気移送装置としてのコンプレッサ１６が接続されており、コンプレッサ１６と吸引輸送管２との間には空気注入弁１５が設けられている。大気開放弁６と空気注入弁１５には制御部２０が接続されており、この制御部２０によって大気開放弁６および空気注入弁１５の開閉が制御される。
【００６５】
また、本実施形態においては、吸引輸送管２の途中に吸引輸送弁１８が設けられている。上述した第１の実施形態の例においては、吸引輸送弁１８が設けられていないため、固液回収タンク３の初期真空度を例えば−５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）程度と高くしないと、その後の繰り返し時に必要な−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）程度の真空度が得られない。これは、初期真空度の形成時に固液混合体などの吸引にエネルギーが消費されるためである。本実施形態や第１の実施形態において吸引輸送弁１８を設けた場合は、当初から−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）程度の真空度で揚砂を輸送できる。このように、吸引輸送弁１８を設けることにより、真空形成時間（〜６０秒）を事前に行っておくことができ、吸引輸送に要する時間を見かけ上短縮することができ、また、初期真空度を低くできる分だけ省エネルギー化を図ることができる。
【００６６】
このような構成の揚砂輸送装置を用いて沈砂池１の池底に堆積した沈砂を引き上げる場合の動作について説明する。図８は、図７の揚砂輸送装置の動作を示すタイミングチャート（工程表）である。また、図９は、空気注入弁１５および大気開放弁６の開閉動作の一例を示すタイミングチャート（工程表）である。
【００６７】
まず、図７から図９に示すように、大気開放弁６、空気注入弁１５、および吸引輸送弁１８を閉じた状態で真空ポンプ４を駆動する。これにより、真空ポンプ４が接続された固液回収タンク３および吸引輸送弁１８から固液回収タンク３までの吸引輸送管２の内部を、例えば−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）程度まで約６０秒で減圧する。
【００６８】
制御部２０は、求められる揚砂輸送の揚程、輸送距離などに対応するため、固液回収タンク３の真空度を−１９．６ｋＰａ（−２ｍＡｑ）〜−７８．４ｋＰａ（−８ｍＡｑ）に、好ましくは−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜−５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）に制御できるのがよい。図８に示す例では、初期真空度を−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）とし、定常運転時の真空度も−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）程度としている。
【００６９】
固液回収タンク３の真空度が−４６．５ｋＰａ（−４．７５ｍＡｑ）〜−５１．４ｋＰａ（−５．２５ｍＡｑ）となったら、吸引輸送弁１８を急開する。これにより、図１０に示すように、沈砂池１中の沈砂を含んだ水が固液混合体９として吸引輸送管２内に吸引される。このとき、必要に応じて水噴射ノズル１９から水噴射を行い、沈砂を流動化し、端部２ａの開口部から沈砂を吸引しやすいようにする。このように、水噴射ノズル１９から水を噴射して、沈砂池１内の砂を流動化させるとともに、吸引輸送管２の吸引輸送弁１８を開けることにより、吸引輸送管２の端部２ａの開口部近傍に沈砂池１内の砂を集めつつ、図１０に示すように、沈砂池１中の沈砂を含んだ水が固液混合体９として吸引輸送管２内に吸引される。このとき、必要により一部の水噴射ノズル１９から継続的に水を噴射させてもよい。この固液混合体９の沈砂の濃度は２０〜３５％とし、好ましくは平均３０％前後とする。これにより、揚砂輸送効率を安定および向上させることができる。
【００７０】
そして、図１１に示すように、空気注入弁１５を１〜４秒間開いて、沈砂池１の水位よりも高い圧力、例えば２０ｋＰａ〜５０ｋＰａの加圧空気を吸引輸送管２の内部に注入する。これにより、図１０に示す固液混合体９の上部、すなわち空気注入管１２の接続部１２ａよりも上方の固液混合体９を、大気開放管７の接続部７ａの近傍またはそれよりも上方に上昇させる。
【００７１】
次いで、大気開放弁６を開くとともに空気注入弁１５を閉じ、大気開放管７の接続部７ａを大気開放することにより、図１１に示すように長い輸送用水柱１１が形成される。この長い輸送用水柱１１は、固液回収タンク３側の端部に作用する真空度と大気開放側の端部に作用する大気圧との圧力差により、図１２の１１−１，１１−２で示すように固液回収タンク３に向かって移動し輸送される。
【００７２】
そして、制御部２０により輸送用水柱１１全体が固液回収タンク３に入る直前に大気開放弁６が再び閉じられる。これにより、図１０に示すように、沈砂池１中の沈砂と水を含んだ固液混合体９が、再度、吸引輸送管２内に吸引される。その後は上述と同様の工程を繰り返すことにより、沈砂池１の池底に堆積した沈砂を断続的に固液回収タンク３に輸送する。なお、大気開放弁６が開である時間は２〜１０秒とする。この開時間は、揚程や輸送距離などに応じて変更することができる。
【００７３】
なお、大気開放弁６を通じて大気開放するときは、多量の空気をほとんど損失なく、短時間で流れ込ませることが重要である。空気が輸送用水柱１１の下方に入り込み混合するのを避け、効率よく揚砂輸送することが好ましい。また、長い輸送用水柱１１が吸引輸送管２内を、図１２の１１−１，１１−２で示すように輸送されていくにつれて、沈砂と水の分離および吸引された空気との混合が進むため、輸送用水柱１１は当初の形状から崩れていく。このため、本実施形態では、吸引輸送管２内に空気の連通路ができないように、輸送用水柱１１が１１−１，１１−２の状態になった場合でも、吸引輸送管２内壁は必ずシールされた部分がある状態に維持することが好ましい。
【００７４】
ここで、シールされた部分がある状態を常に維持するとは、吸引輸送管２の少なくとも一部が輸送用水柱１１，１１−１，１１−２によってシールされている状態を維持してもよいが、輸送用水柱１１，１１−１，１１−２でのシールがされにくくなる危険を避け、より確実性を保つために、大気開放弁６を開状態から閉状態とし、空気注入弁１５も閉状態とし、固液混合体９の吸引形成を開始して固液回収タンク３の真空度が吸引輸送管２内全体に作用するように、大気開放弁６の開閉タイミングを制御部２０により制御してもよい。この開閉タイミングは、沈砂池１の沈砂の状態、すなわち固液混合体９の性状や輸送距離などにより異なるので、試運転によって最適な開閉タイミングや開閉時間などを決めることが好ましい。
【００７５】
このため、吸引輸送管２の口径は５０Ａから１２５Ａ、好ましくは６５Ａから１００Ａとし、かつ、大気開放弁６の口径は吸引輸送管２の口径の１／２以上、吸引輸送管２の口径以下とし、空気注入管１２の口径は３２Ａ〜５０Ａとし、かつ１秒以下、好ましくは０．５秒以下の急開急閉ができる弁であることが好ましい。また、大気開放弁６および空気注入弁１５は、全開全閉のできる弁とし、全開時の開口面積は大気開放管７および空気注入管１２とそれぞれ同等程度にすることが好ましい。さらに、大気開放管７および空気注入管１２は、水平面に対して所定の角度、好ましくは５０〜７０度の角度を持って、吸引輸送管２に接続されていることも重要である。これは固液混合体の固体物、すなわち沈砂などが各管内に若干入り込んでも、その安息角によって容易に吸引輸送管２内に再吸引され、運転上の圧力損失が生じないようにし、スムーズな大気の吸引あるいは加圧空気の注入ができるようにするためである。
【００７６】
空気注入弁１５を開とした時、吸引輸送管２に加圧空気がスムーズに、一気に注入され、大気開放管７の接続部７ａまでピストン流的に固液混合体を押し上げてしまうことが、長い輸送用水柱を形成するのに好ましい。この場合、第１，第２の実施形態でも、真空ポンプ４により吸引輸送管２内に吸引される固液混合体の水位(高さ)は、同じ真空度が作用するのであれば同程度になる。しかし、第２の実施形態では、沈砂池１内に設けた空気注入管１２からの加圧空気を数秒間以下の、極く短時間注入し、吸引されていた固液混合体をピストン流的に一気に押上げることで、より沈砂濃度の高い、長い輸送用水柱を形成させている。
【００７７】
次いで空気注入弁１５を閉とすると同時に、大気開放弁６を開とし、大気開放管７の接続部７ａまで押し上げられた固液混合体の下部に、すなわち大気開放管７の接続部７ａに、大気圧の空気がスムーズに、一気に吸引され、該接続部７ａより上方の固液混合体をピストン流的に、固液回収タンク３の真空度の作用により吸引して、輸送用水柱を形成させる。これらの加圧空気の注入、および大気圧の空気吸引がスムーズに、短時間に、一気にピストン流的に行われることが遅れるほど、形成される輸送用水柱内には空気が入り込み易くなり、ピストン流的に輸送されにくくなり、輸送用水柱の形状の崩れ、すなわち、沈砂と液の分離が進むことになる。一方、該空気注入管１２の接続部１２ａより下方の固液混合体部分は沈砂池の方に移動していく。
【００７８】
大気開放弁６が全開から全閉までの時間は２〜１０秒間、全閉から全開までの時間は１〜５秒間であり、空気注入弁１５が全開である時間は１〜４秒間、全閉である時間は大気開放弁６が全開である時間と同程度である。図８に示す例では、大気開放弁６が全開である時間は５秒間、全閉である時間は３秒間であり、空気注入弁１５が全開である時間は３秒間程度と極めて短時間に設定している。また、空気注入弁１５を閉じるタイミングは大気開放弁６を全開とした直後から２秒以内が好ましい。このように、大気開放弁６および空気注入弁１５の全開時間と全閉時間は短時間である。
【００７９】
図９では、空気注入弁１５と大気開放弁６の開閉タイミングを、弁の急開および急閉に要する時間を含めて示している。したがって、空気注入弁１５および大気開放弁６のいずれも、全開全閉できるものであって、全開および全閉に要する時間、すなわち急開および急閉に要する時間は極めて短く、圧力損失の少ない仕様のものを選択することが重要である。また、その開閉の信号発信のタイミングは弁の仕様によって適正に決めなければならない。そして、制御部２０はこれらの弁を正確に制御することが重要である。
【００８０】
上述したように、輸送用水柱１１の輸送時には大気開放弁６が開かれ大気が吸引される。このとき、輸送用水柱１１は大気と固液回収タンク３との間にあるため、直接大気が固液回収タンク３に流入することはない。しかしながら、固液回収タンク３の手前では、輸送用水柱１１はかなりの運動エネルギーを有しているため、大気開放弁６を閉じる前に、そのすべてが固液回収タンク３内へ輸送されてしまうおそれがある。そして、開かれた大気開放弁６と固液回収タンク３との間で空気が連通してしまうと、水に対して流動性の良い空気が短時間で固液回収タンク３へ流れ込み、その真空度を下げてしまう。これを避ける手段として、タイマーを用いた制御方法のみを採用してもよいが、輸送用水柱１１の輸送速度は沈砂の濃度（比重）あるいはその長さにより変化が生じてしまうため、安定した運転のためには、固液回収タンク３自体の真空度センサ(図示せず)だけでなく、図１３に示すように、固液回収タンク３の手前の吸引輸送管２に真空度センサ１４を設置するのが好ましい。この場合には、輸送用水柱１１が通り抜けて、大気圧になったことを真空度センサ１４により確認し、これを大気開放弁６の閉動作を行うタイマー制御の補助とする。
【００８１】
図１４は第２の実施形態における揚砂輸送装置の構成例を示す模式図であり、図１５は図１４に示す揚砂輸送装置を用いた実験から得られた真空度の測定値の一例を示すグラフである。図１４に示す揚砂輸送装置では、真空度センサ１４は第２の端部２ｂから延びる横引き配管の上面であって、第２の端部２ｂから１０ｍの位置に配置されている。この真空度センサ１４はモニタリング装置２１に接続されており、真空度センサ１４によって検出された吸引輸送管２内の真空度がモニタリング装置２１によってモニタリングされるようになっている。
【００８２】
図１５に示すように、揚砂輸送装置が正常に運転されている時は、全体として真空度が上下しながら、真空度の高い部分を有する山谷型曲線が連続していくグラフが得られる。このグラフを利用して、あるいは検出した真空度の値を直接利用することで、吸引輸送管２を通過する輸送用水柱を検知することができる。すなわち、図１５のグラフにおいて、真空度が高いレベル（Ｈ）から低いレベル（Ｌ）に変化したことを検知することで、輸送用水柱１１が通り抜けたことを検知することができる。また、真空度が低いレベル（Ｌ）から高いレベル（Ｈ）に変化することで、固液混合体が吸引され、輸送用水柱が沈砂池１の吸引輸送管２の下端部に形成されたことが検知される。このように、真空度の変化を示す山谷型曲線１つは、輸送用水柱の工程一回分、すなわち、輸送された水柱１回分に相当することがわかる。したがって、この真空度の変動の山の数によって、輸送用水柱の輸送数を判断できる。
【００８３】
真空度の変化を更に詳しくみると、通常、大気開放弁６の全開後半部から全閉になるまでは真空度が低下し、全閉後は真空度が高くなる。そして、ついには真空度が固液回収タンク３の運転繰返し時の設定値に到達する。その後、再び大気開放弁６の全開後半部から真空度が低下していく。このように変化する真空度の値は固液回収タンク３の初期設定真空度によって変わるが、例えば固液回収タンク３の初期設定真空度を−６０ｋＰａに設定した場合、真空度の低いレベル（Ｌ）として−０ｋＰａ〜−４０ｋＰａ、高いレベル（Ｈ）として−４０ｋＰａ〜−５０ｋＰａとなることがわかった。したがって、このような真空度の変化を示さない時、例えば、真空度の低い状態が一定時間以上、例えば５〜１０数秒以上続いたら、大気開放管７と固液回収タンク３が連通している、すなわち、輸送用水柱の輸送が行われていない異常事態が生じていると判断される。
【００８４】
また、真空度の高い状態が一定時間以上、例えば５〜１０数秒続いたら、吸引輸送管２の開口部２ａから真空度センサ１４の設置位置までの間で、何らかの原因で、吸引輸送管２に詰まりや、弁の動作不良などが発生し、固液回収タンク３の真空度が直接、真空度センサ１４にかかる状態が続いている、すなわち、輸送用水柱が輸送されない異常事態が生じていると判断される。このような真空度センサ１４の真空度変化と、タイマー設定された工程の状態を考慮することにより、揚砂輸送装置が正常に運転されているか否かが把握できる。すなわち、制御部２０は真空度センサ１４の真空度が異常な状態を示したら、警報を出すか、あるいは装置を停止する制御に利用できる。具体的には前述の如く、真空度センサ１４で真空度を検出し、真空度変換機能と検出真空度変化のグラフ表示機能を有するモニタリング装置２１で、表示したグラフから真空度低レベル（Ｌ）、高レベル（Ｈ）を検出し、制御部２０に信号を送る方法、あるいはグラフ表示機能を有しないで、直接に真空度低レベル（Ｌ）、高レベル（Ｈ）信号を制御部２０に送り、処理する方法などがある。
【００８５】
図８及び図９に示すように、固液混合体の吸引工程は大気開放弁６の全閉および空気注入弁１５の全閉により開始し、空気注入弁１５の開動作開始で終了とする。輸送用水柱形成工程は空気注入弁１５の開動作開始で開始し、空気注入弁１５の閉動作完了で終了とする。輸送工程は大気開放弁６の開動作開始で始まる。この時、空気注入弁１５は閉動作中、または閉動作が完了している。このように、大気開放弁６および空気注入弁１５の開閉動作は、図９の例に示すように行われ、輸送工程が開始され、そして終了する。これら各工程が最適に行われるように、図９の例に示すように、好適にタイマー設定される必要がある。空気注入弁１５および大気開放弁６の制御状況は図９に示したとおりであり、タイマーが主体であるが、補助センサとして、モニタリング装置２１により図１４に示す真空度の変化を検出できる真空度センサ１４を設けることが好ましい。なお、上述した第１の実施形態においても、吸引輸送管２に設けられた真空度センサ１４（図６参照）により周期的に変化する真空度が検出される。したがって、第１の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、真空度の変化から、輸送用水柱の数や装置の運転状況などを検知することができる。
【００８６】
吸引輸送弁１８は固液回収タンク３の真空度が所定値になるまでは全閉状態であるが、その後は揚砂輸送工程が終了するまでは全開状態となっている。また、真空度がすばやく吸引輸送管２内に作用するように、吸引輸送弁１８は急開急閉および全開全閉できるようになっていることが好ましい。また、吸引輸送弁１８の設置位置は、大気開放管７の接続部７ａから固液回収タンク３に接続される端部２ｂまでの間であればよいが、維持管理の容易な鉛直配管部に設けることが好ましい。
【００８７】
また、吸引輸送弁１８の全開時の口径を、吸引輸送管２と同一の口径程度にすることが好ましい。真空度が沈砂と水の固液混合体９および輸送用水柱１１に損失なく速く作用するように、吸引輸送弁１８を、沈砂などの噛み込みの生じない仕様の弁、例えばストレート型のダイヤフラム弁やボール弁などとすることが好ましい。
【００８８】
そして、上述した輸送用水柱１１の形成と輸送の繰り返しを５０回から１５０回行うと、図１２に示すように、固液回収タンク３は満水状態となる。なお、沈砂量、固液回収タンク容量が大きくなれば繰り返し回数も多くなる。固液回収タンク３が満水状態となると、制御部２０は、大気開放弁６、空気注入弁１５、吸引輸送弁１８をはじめとする弁や真空ポンプ４、コンプレッサ１６などの運転を停止する。
【００８９】
固液回収タンク３の下部に沈砂が沈降した後、固液回収タンク３に取り付けられた上澄水排出弁２１および換気弁２２を開き、固液回収タンク３内の上澄水を排出する。その後、上澄水排出弁２１を閉じ、固液回収タンク３の底部に設けられた空気洗浄弁２３を開くことで、コンプレッサ１６からの空気を固液回収タンク３の内部に送り込み、沈砂の空気洗浄を行う。次に、空気洗浄弁２３を閉じ、水洗浄弁２４を開き、沈砂の水洗浄を行う。水洗浄の終了後は水洗浄弁２４を閉じる。そして、再度、上澄水排出弁２１を開いた後、底部に設けられた沈砂排出弁５を開いて、固液回収タンク３内の砂を水とともに排出する。
【００９０】
例えば、固液回収タンク３の１杯分の有効容量（沈砂と水との全量）１．０ｍ３当たり、０．２〜０．３５ｍ３、通常０．３ｍ３程度の沈砂を排出する。沈砂の排出が終了した後、必要に応じて再び揚砂輸送操作を開始する。
【００９１】
なお、制御部２０が大気開放弁６を開くとともに空気注入弁１５を閉じるときには、吸引輸送管２内の固液混合体９の水位は大気開放管７の接続部７ａよりも上方にある必要がある。また、制御部２０が大気開放弁６および空気注入弁１５を開閉するタイミングは、通常、時間によって制御するが、固液回収タンク３の真空度を測定するセンサや吸引輸送管２の水位を測定するセンサの出力を用いて補助制御してもよい。
【００９２】
制御部２０は、空気注入弁１５および大気開放弁６の開時間と閉時間の設定、そのタイミング、これら弁開閉の速度、全開全閉の確認、真空度センサ１４からの信号、固液回収タンク３の真空度による真空ポンプ４の運転制御などを行うとともに、他の必要な制御機能を同時に有していてもよい。沈砂などのスラリーを対象とする場合は、実際の揚砂輸送管２は、材質がＳＵＳ３０４で、その肉厚としてＳｃｈ４０のような厚いものを使用し、耐摩耗性を保つようにしている。それ故、揚砂輸送配管２はその全体が不透明であり、輸送用水柱の形成およびその輸送状態を目視観測できるような透明管ではない。したがって、輸送用水柱の形成、その輸送工程が正常に行われているか否かの観測を大気開放弁６の開閉の発信信号、その開に要する時間、閉に要する時間、全開全閉状態の時間などのタイマー設定と共に、真空度センサ１４の信号に基づいて行えることは、本発明の揚砂輸送装置を実施する上で非常に有効である。
【００９３】
吸引輸送管２の端部２ａの開口部の口径は、吸引輸送管２の口径の１／２以上とするのが好ましい。これは、口径が小さすぎると沈砂などで詰まることがあり、大きすぎると吸引流速が小さくなりすぎるからである。固液回収タンク３の真空度を−４８．８ｋＰａ（−５ｍＡｑ）、吸引輸送管２の口径を８０Ａとし、端部２ａの開口部の口径を例えば１／２とする場合、吸引流速は吸引輸送管の通常値１．５〜２．５ｍ／秒の４倍の６〜１０ｍ／秒と高くなり、小石等も吸引でき、詰まることはない。吸引輸送管２内の固体混合体９の輸送流速は３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒以上を維持しており、吸引輸送管２の横引き配管部２ｃ，２ｄに揚砂が残留することがない。
【００９４】
また、空気注入管１２は、加圧空気を流通させるので、構造的に設置できる２５Ａ〜５０Ａの口径のものを用いることができる。また、使用する空気注入弁１５は加圧空気用であるため、電磁弁でもよいが、圧力損失の少ない仕様のものが好ましい。
【００９５】
上述したように、本発明の第２の実施形態によれば、吸引輸送弁１８を全閉とした状態で、空気注入管１２から吸引輸送管２の端部２ａの開口部に向かって加圧空気を送り込む操作により、必要に応じて吸引輸送管２の端部２ａの開口部近傍の沈砂などを吹き払うことができ、開口部の目詰まりを防止することができる。
【００９６】
また、吸引輸送弁１８、大気開放弁６、空気注入弁１５を閉じ、運転開始前に、事前に真空ポンプ４を駆動し、固液回収タンク３と吸引輸送管２の吸引輸送弁１８までの真空度を所定値にしておくことにより、図８に示す真空形成のための時間を省略することができ、直ちに本運転を行うことができる。
【００９７】
また、図１３に示すように、固液回収タンク３の手前の吸引輸送管２に真空度センサ１４を設けてもよい。さらに、空気注入管１２に、吸引輸送管２内に一気に空気を送り込むためにコンプレッサ１６からの空気を貯留しておくための補助空気槽１７を設けてもよい。この補助空気槽１７は、吸引輸送管２の空気注入管１２の接続部１２ａから大気開放管７の接続部７ａまでの長さに対応する容量の１．０〜２．０倍の容積を有していることが好ましい。この補助空気槽１７には、輸送用水柱１１の輸送時間（２〜１０秒間）の間に空気を溜めればよい。さらに、一定容量の補助空気槽１７を設ければ、補助空気槽１７に空気を注入するコンプレッサ１６からの圧力を調整することにより、１回に注入する空気量を容易に制御することができる。
【００９８】
このように、第２の実施形態によれば、補助空気槽１７から吸引輸送管２内に一気に空気を送り込むことによって、空気注入管１２の接続部１２ａの上方の固液混合体９を、吸引輸送管２の空気注入管１２の接続部１２ａから大気開放管７の接続部７ａまでの長さ分程度、押し上げることができる。これにより、大気開放管７の接続部７ａよりも上方に、第１の実施形態における輸送用水柱１０よりも長い輸送用水柱１１を形成させることができる。このように第２の実施形態においては、１回で輸送される輸送用水柱を、例えば前記の２．３ｍから３．３ｍに長くすることができるため、また、上述したように、その平均沈砂濃度を２５％から３０％にできるため、効率的な揚砂輸送を実現することができる。更に、従来の１０〜１５％の使用動力（高圧水ポンプまたは真空ポンプ）での運転が可能となる。
【実施例１】
【００９９】
図６に示す揚砂輸送装置を用いて、以下の条件下で実験を行った。この装置の主要機器の材質はＳＵＳ３０４とした。
・固液回収タンク３の初期真空度：−５８．８ｋＰａ（−６ｍＡｑ）
・固液回収タンク３の真空度の通常変動幅：−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜−５３．９ｋＰａ（−５．５ｍＡｑ）
・吸引輸送管２：口径８０Ａ
・吸引輸送管２の端部２ａの開口部：口径６５Ａ
・吸引輸送管２の屈曲部２ｆ：屈曲半径０．８ｍのベンド管×３個
・固液回収タンク３：全容量１．５ｍ３、有効容量１．０ｍ３
・真空度センサ１４：共和電業製、高精度小型圧力変換器（型式：ＰＧＭ−Ｈ）
・真空ポンプ４：動力７．５ｋＷ
・大気開放弁６：口径５０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度１秒
・大気開放管７：口径５０Ａ
【０１００】
ここで、揚程（Ｈ１）、吸引輸送管２の総輸送距離、吸引輸送管２の横引き配管部２ｃ、２ｄの水平方向長さ（Ｌ１）を変えて、それらの条件に見合う大気開放弁６の開閉時間と固液回収タンク３が満水になるまでに要した輸送回数を求めた。この結果を表１に示す。
【０１０１】
【表１】
2008030021.tif 000003
【０１０２】
表１に示すように、実験例１，２，３のいずれにおいても良好な結果が得られた。輸送された沈砂の濃度は２０〜３５％で変動したが、その平均は２７％であった。また、吸引された固液混合体の平均比重は１．５であった。さらに、沈砂池１の最高水位（ＨＷＬ）は０．８ｍであり、このときの輸送用水柱の長さは２．５〜３．１ｍ（平均２．８ｍ）であった。このときの輸送用水柱の輸送速度は、固液混合体の沈砂の濃度によって変動し、３〜１５ｍ／秒を示すが、表１に示した結果では、総輸送距離を大気開放弁の開かれている時間（輸送時間）で割った値であり、平均６〜７ｍ／秒となった。また、このときの吸引速度は、同様に固液混合体の沈砂の濃度によって変動し、１．５〜２．５ｍ／秒を示した。表１において大気開放弁の閉じられている時間（吸引時間）の設定値３秒は、固液混合体の高さが安定するまでの余裕を持たせた時間である。
【実施例２】
【０１０３】
図１３に示す揚砂輸送弁１８を設けた揚砂輸送装置を用いて、以下の条件下で実験を行った。この装置の主要機器の材質はＳＵＳ３０４とした。
・固液回収タンクから吸引輸送弁までの真空度の通常変動幅：−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜−５３．９ｋＰａ（−５．５ｍＡｑ）
・吸引輸送管２：口径８０Ａ
・吸引輸送弁１８：口径８０Ａ、空圧作動ストレート型ダイヤフラム弁
・吸引輸送管２の端部２ａの開口部：口径６５Ａ
・吸引輸送管２の屈曲部２ｆ：屈曲半径０．８ｍのベンド管×３個
・固液回収タンク３：全容量１．５ｍ３、有効容量１．０ｍ３
・真空度センサ１４：共和電業製、高精度小型圧力変換器（型式：ＰＧＭ−Ｈ）
・真空ポンプ４：動力７．５ｋＷ
・大気開放弁６：口径５０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度１秒
・大気開放管７：口径５０Ａ
・空気注入弁１５：口径４０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度０．５秒
・空気注入管１２：口径４０Ａ
【０１０４】
ここで、揚程（Ｈ２）、吸引輸送管２の総輸送距離、吸引輸送管２の横引き配管部２ｃ、２ｄの水平方向長さ（Ｌ２）を変えて、それらの条件に見合う大気開放弁６の開閉時間と固液回収タンク３が満水になるまでに要した輸送回数を求めた。また、比較実験として、空気注入管１２および空気注入弁１５を使用しない場合についても同様の実験を行った。この結果を表２に示す。
【０１０５】
【表２】
2008030021.tif 000004
【０１０６】
表２に示すように、実験例４，５，６のいずれにおいても良好な結果が得られた。輸送された沈砂の濃度は２０〜３５％で変動したが、その平均は３０％であった。また、吸引された固液混合体の平均比重は１．５であった。さらに、沈砂池１の最高水位（ＨＷＬ）は２．３ｍであり、このときの輸送用水柱の長さは３．０〜３．６ｍ（平均３．３ｍ）であった。これに対して、空気注入弁を使用しない比較実験における輸送用水柱の長さは２．０〜２．６ｍ（平均２．３ｍ）と短かった。このときの輸送用水柱の輸送速度は、固液混合体の沈砂の濃度によって変動し、３〜１５ｍ／秒を示すが、表２に示した結果では、総輸送距離を大気開放弁の開かれている時間（輸送時間）で割った値であり、平均６〜７ｍ／秒となった。また、このときの固液混合体の吸引速度は、同様に固液混合体の沈砂の濃度によって変動し、１．５〜２．５ｍ／秒を示した。空気注入弁から４０ｋＰａの加圧空気を２．５秒間注入後、大気開放弁を開にすると同時に空気注入弁を閉とした。
【実施例３】
【０１０７】
図１３に示す揚砂輸送装置を用いて、以下の条件下で実験を行った。吸引輸送管２の口径を１００Ａとしたが、吸引輸送管２の口径を１００Ａとすると、その開口面積は８０Ａの場合の約１．８倍となるため、真空ポンプ４として約１．８倍の性能を有する１５ｋＷの真空ポンプを用いた。
・固液回収タンクから吸引輸送弁までの真空度の通常変動幅：−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜−５３．９ｋＰａ（−５．５ｍＡｑ）
・揚程（Ｈ２）：２０ｍ
・吸引輸送管の水平方向長さ（Ｌ２）：１２ｍ
・総輸送距離：３２ｍ
・吸引輸送弁１８：口径１００Ａ、空圧作動ストレート型ダイヤフラム弁
・吸引輸送管２の端部２ａの開口部：口径８０Ａ
・吸引輸送管２の屈曲部２ｆ：屈曲半径１．０ｍのベンド管×３個
・固液回収タンク３：全容量１．５ｍ３、有効容量１．０ｍ３
・真空度センサ１４：共和電業製、高精度小型圧力変換器（型式：ＰＧＭ−Ｈ）
・大気開放弁６：口径６５Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度１秒
・大気開放管７：口径６５Ａ
・空気注入弁１５：口径５０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度０．５秒
・空気注入管１２：口径５０Ａ
【０１０８】
その結果、吸引輸送管２の口径を１００Ａと大きくしても、それに見合う真空ポンプ４を選定すれば、吸引輸送管２の口径が８０Ａのときと同様の良好な結果が得られることがわかった。輸送された沈砂の濃度は２０〜３５％で変動したが、その平均は３０％であった。また、回収タンク３が満水になるまでに要した輸送回数は４０回であった。さらに、輸送に要した時間は約６分間と短かった。
【実施例４】
【０１０９】
図１４に示す揚砂輸送装置を用いて、真空度センサ１４の真空度検知の実験を以下の条件下で行った。この装置の主要機器の材質はＳＵＳ３０４とした。
・固液回収タンクから吸引輸送弁までの真空度の通常変動幅
：−４４．１ｋＰａ（−４．５ｍＡｑ）〜−５３．９ｋＰａ（−５．５ｍＡｑ）
・吸引輸送管２：口径８０Ａ
・吸引輸送弁１８：口径８０Ａ、空圧作動ストレート型ダイヤフラム弁
・吸引輸送管２の端部２ａの開口部：口径６５Ａ
・吸引輸送管２の屈曲部２ｆ：屈曲半径０．８ｍのベンド管×５個
・固液回収タンク３：全容量１．５ｍ３、有効容量１．０ｍ３
・真空度センサ１４：共和電業製、高精度小型圧力変換器（型式：ＰＧＭ−Ｈ）を横引き配管部に設置。
・真空ポンプ４  ：動力７．５ｋＷ
・大気開放弁６  ：口径５０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度１秒
・大気開放管    ：口径５０Ａ
・空気注入弁１５：口径４０Ａ、空圧作動ボール弁、急開速度および急閉速度０．５秒
・空気注入管    ：口径４０Ａ
【０１１０】
吸引輸送管２と固液回収タンク３の接続端部２ｂから１０ｍ離れた横引き配管部上面に真空度センサ１４を設置し、図９の如く大気開放弁６と空気注入弁１５の開閉タイミングにより、沈砂の吸引・輸送を行った。真空度センサ１４の検出値をケーブルにより、真空度変換機とグラフ表示機を有するモニタリング装置２１に送り、そのときの真空度の変化グラフを求めた。図１５はこの結果を示すものである。
【０１１１】
全体として真空度が上下しながら、真空度の高い山を有する山谷型曲線が連続して得られた。空気注入弁および大気開放弁が閉となり、水と沈砂の固液混合体が吸引輸送管に吸引され、輸送用水柱が形成されるまで、真空度は低レベル（Ｌ）の−２０ｋＰａ〜−４０ｋＰａから高レベル（Ｈ）の−４０ｋＰａ〜−５０ｋＰａに上昇し、大気開放弁が開となり輸送が始まると、前記の高レベル（Ｈ）から低レベル（Ｌ）に移行することがわかった。そしてこの繰返しにより、正常に揚砂・輸送できることがわかった。この山谷型１つは、輸送用水柱の吸引・輸送工程一回分、すなわち、輸送された水柱１回分に相当していた。図１５では３１回の吸引・輸送が行われ、終了した。
【０１１２】
また、前記低レベル（Ｌ）の真空度が設定時間以上続く場合は、大気開放管と固液回収タンク連通し、輸送用水柱が輸送できない異常事態が生ずることがわかった。更に、前記高レベル（Ｈ）の真空度が設定時間以上続く場合は、吸引輸送管の開口部から真空度センサ設置位置までの間で、吸引輸送管に詰まりや弁の動作不良により固液回収タンクの高い真空度が直接にかかっているだけで、輸送用水柱が輸送されない異常事態が生ずることがわかった。そして、これらの異常事態をモニタリング装置２１から制御部に送信すると共に、工程異常などの警報を出し、全体制御に適用できることが分った。
【０１１３】
上述した本発明に係る揚砂輸送装置を従来の揚砂輸送装置（高圧水エゼクター式揚砂輸送装置、高圧水に空気を混合する混気ジェット式揚砂輸送装置）と比較した結果を表３に示す。
【０１１４】
【表３】
2008030021.tif 000005
【０１１５】
表３から、本発明に係る揚砂輸送装置は、従来の揚砂輸送装置に比べて省エネルギー化を図ることができ、揚程が高くかつ輸送距離の長いことなどがわかる。このように、本発明に係る揚砂輸送装置は極めて効率的である。
【０１１６】
表３に示すように、高圧水エゼクター式揚砂輸送装置では、７５ｋＷ程度の容量の高圧水ポンプが必要であったが、本発明に係る揚砂輸送装置によれば、従来の１０〜１５％の使用動力（真空ポンプ）で運転可能となる。また、沈砂池から沈砂を引上げ、５ｍ〜７０ｍと高揚程のところまで輸送することができる。そして、揚砂輸送装置の主要機器を小さくでき、かつ、吸引輸送管の配置の自由度が高いため、装置全体に対する設置の自由度を向上させることができ、装置システム全体をコンパクトにできる。
【０１１７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における揚砂輸送装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の揚砂輸送装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図４】図１の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図５】図１の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図６】図１の揚砂輸送装置の変形例を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における揚砂輸送装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７の揚砂輸送装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図７の揚砂輸送装置の空気注入弁および大気開放弁の開閉動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】図７の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図１１】図７の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図１２】図７の揚砂輸送装置の動作を示す模式図である。
【図１３】図７の揚砂輸送装置の変形例を示す模式図である。
【図１４】第２の実施形態における揚砂輸送装置の構成例を示す模式図である。
【図１５】図１４に示す揚砂輸送装置を用いた実験から得られた真空度の測定値の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１    沈砂池
２    吸引輸送管
２ａ  第１の端部（開口部）
２ｂ  第２の端部
２ｃ，２ｄ  横引き配管部
２ｅ  鉛直配管部
２ｆ  屈曲部
３    固液回収タンク
４    真空ポンプ（減圧装置）
６    大気開放弁
７    大気開放管
７ａ  接続部
８    制御部
９    固液混合体
１０，１１    輸送用水柱
１２    空気注入管
１２ａ  接続部
１４    真空度センサ
１５    空気注入弁
１６    コンプレッサ（空気移送装置）
１７    補助空気槽
１８    吸引輸送弁
１９    水噴射ノズル
２０    制御部
２１    モニタリング装置
２２    換気弁
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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