JPS58502010A - 水の表層面から軽い液層を選択採取する装置 - Google Patents
水の表層面から軽い液層を選択採取する装置Info
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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】
水の表層面から軽い液層を選択採取する装置本発明はうねりを受けやすい水の層
の表面に漂う例えば炭化水素のような軽い液層を選択採取するための、不意に放
出された炭化水素の層で覆われた領域を汚染防止するため特に有効な装置に係る
。
先ず第一に汚染防止装置が海で使用される以前にどのような製作上の問題に遭遇
するかを思い起こしてみよう。
汚染性の炭化水素は、軽い成分の蒸発によって非常に粘性の高くなり得る炭化水
素の層、又は、波によってひき起こされる攪拌による一海水及び/又は空気と炭
化水素との多相乳化層より成る薄い層(およそ轟ミリメートル)の形で存在して
いる、本装置は毎回できるだけ広い幅で汚染防止を実施するべく考案されねばな
らない。汚染物質と同時に避けがたく採取される水は採取され貯蔵される部分の
中でできるかぎり僅かなパーセンテージを占めなければならない。この結果は特
にうねりによる水位の変化の結果、汚染層の厚さと補集する必要のある水都の厚
さとの間の極く僅かな比のために獲得が難かしい。
フランス特許出願第FR−A−2467769号は漏れの速度を維持することを
可能ならしめる推進手段を備えた船体な含むタイプの装置を提案している。この
船体は分離器と結合する導管の中央部分によって境界をつくられる2つの側面部
分から前方に突出した中央部分を持ち、この中央部分は例えば翼のような、船体
に沿う表層流の拡散を減少するような方位を持つ渦流を生起させるための偏向装
置を有している。
偏向装置は2重の成果を達することを可能にする。一方ではこの採取装置は2つ
の流線間の海水を掃引し−この流線は上流では偏向装置がない場合の幅よりはる
かに大きな間隔を持つ。
これに関連して導管の入口に軽い液体の層の集中がある。採取は漏れの速度で行
われるから船跡はうねりの減衰をもたらす。
このようにして採取装置の上流に拡がる海と導管16の水の取入れ口との間にお
よそ2.5の係数の集中(epaigsisgement )を生じることがで
きる。実際に流線の収束によってほぼ2.5の4684炭化水素の集中率(ta
ux depaississement ) Y得ることができる。
上記の如き集中は分離器%に遠心分離式の分離器の場合に採水量内の水と汚染物
質との間の比が容認され得るような条件の下での給水を可能ならしめるためには
依然として不充分である。
本発明を工特に軽い液体層を噴出流に沿って自由水面での垂直軸中央採水による
渦巻き処理による分l1ilIを行うまでの間進行的に集中する採水装置を提供
することを目的とする。
この集中は船体中央部のステムから軸方向潜水チューブによる採水に至るまで極
めて漸進的な方法で行われなければならない。実際に厚さが可変の軽い液体層の
平衡は厚さの自乗の勾配に比例する接線応力を持つ界面速度の断続性による水に
よってこの液が誘導されるべく仕向ける。この平衡はこの応力限界値を超えれば
不安定化し、故にこの勾配及び速度の断続を超えた場合も同様である。
この目的で本発明は上述のタイプの装置を提案する。本装置の特徴とするところ
は、各導管即ち水路が導管の前部に突出した前縁を有する。前記前縁の上流の流
れを緩め且つ前記層の進行性集中を引き起こすための偏向板形状の床板を含んで
いること、及び前記各導管が水都の水平限界の高さに達する高さ部分に対しほぼ
垂直な隔壁によって2つの部分水路に分割されており一該部分水路の一方は上流
に於いて導管の入口と連通し、下流に於いては分離器と連通しており、該部分水
路の他方は隔壁によって第一の部分水路から分離され下流に於いて装置の後部に
ある揚水及び排水手段に通じている。
前記の隔壁は有利には隔壁下部を床板から離れた位置でふくらませて一方の部分
水路から他方の部分水路へ移行する液の流跡縁曲率を限定すべく工夫されている
。2つの部分水路の総断面は流れの方向にほぼ一定であり、第一の部分水路の断
面は減少し他方の水路の断面は増加する。
このようにして自由水面に於ける連続する3つの脈管内現象による集中が得られ
る。即ち。
一船の対称面に対してほぼ平行をなし、偏向手段、典型的には船体中央部分の底
部に接続されステムを超えて前方に広がる潜水支持翼によってひき起こされる水
平軸自由渦。この渦は中央部分によってひき起こされる拡敏速匹場に於いて自由
水面の高さで対称面の方へ収束する分速度を重ね合わせさらに一定速度の収束に
よって水の層の進行的集中をひき起こす(集中本釣2.5)。
一各々の導管の底部を形成する偏向板形状のさらに船体の少くとも中央部分近く
に負方向に曲がった前縁を有する床板によるほぼ水平な斜め渦。この渦は極めて
控え目な拡散とひきかえに床板の前dの上流の流れを漸進的に緩徐化する分速度
を表面に引き込む。その結果はぼ一定幅で水の層の減速と新たな進行性集中が生
じる(集中本釣2)。
一床板の前繰上の導管内で捕集され一装置外部の流れから完全に分離されポンプ
内へ移行後最終的に放出されるまで残留する大部分の水量の排出。この配置法は
水量のほぼ全体の漸進的排出のより良い管理を可能ならしめる。このため実際は
導管の入口から分離器の渦内への注入まで導管は装置の中間面に対して斜めの一
吃水線を切り且つ床板から僅かに距たる位置まで降下するほぼ垂直な隔壁によっ
て2つの部分水路に分離される。
これらの2つの部分水路の断面積の和はほぼ一定を保ち、排水(又は排出)用部
分水路の断面積の和は0から総断面積のほぼ路の総断面積はその分だけ減小する
。従って対称面と平行な分速度は水についても漸進的に集中する汚染層について
も(集中本釣+O)給水用部分水路内でほぼ一定を保つ。さらにこの配置法を逆
に用いてもよい。つまり隔壁の上で給水用部分水路に給水し、隔壁を排水口とし
てもよい。
水路の床板はより有利には厚い隔壁によって構成され、船体の対称面に平行な垂
直面によるその断面が偏向板の形状をしており、従って強い凸状の下面を持って
いる。平常はこの下面は吃水にほぼ等しい深さまで下降し1次に船尾の方へ上昇
する。
従って上面は前縁と平行且つ吃水のほぼ3分の1に等しい深さまで沈められる水
平しきいな有するであろう。さらにこのしきいり背後でこの上面は床板の機械的
耐性に必要な厚さと両立する深さ限界まで下降するであろう。導管の深さの初期
増加は2つの部分水路間の分離隔壁による有効断面損失によって課される問題を
単純化する。その理由はこの増加は有効総断面を増加させてこの損失を補償する
からである。
船尾に於いて垂直隔壁は給水用部分水路の内側壁と結合する。
この隔壁の前縁は供給用部分水路を決定的に分離し、従ってこの部分水路は分離
器即ち装置の推進手段を構成し得るポンプによって水量全体が吸込まれる単純な
排水路となる排水用部分水路の噴出流の洗用の注入溝の役割を果す。
二相流内で砕波又は跳水の形成を避けることが必要である。
この問題はこの装置が例えばうねり又は風浪を受ける荒れた海で作業するために
装備されねばならないから特に先鋭化する。
定常流の場合に渦流が跳水な生じさせる河川流に移行するのを避けるために満た
すべき条件はすでに公知である。理論的考察によれば周期状態の場合及びさらに
流れが周期圧縮波とし7表現される周期応力の負荷部分を有する場合もなお、二
相流内の砕波とこの砕波がひきおこす攪拌を避けるために満たすべき条件を引き
出してくることが可能である。
試作品による実験によってこれらの考察が定常流だけを考察するのに慣れた自業
者にとって少しも明確でないことが確認された。これらの考察から、船尾から生
じるうねりの減衰を思いがけず補助有効特性をもたらす後部潜水具による洩れの
速度として予想することができる。さらに隔壁の下流で一般の流れ方向に向かう
排水用部分水路内に、渦流−河川流への変化、適切に局部化された場所での砕波
及び跳水の形成を局部的にひき起こす浸水排水口を挿入することが望ましい。こ
の局部化された場所でこの現象は不良を示さず上流で新たな砕波が生じることを
防ぐ。
特定の一具体例に於いては揚水手段に通じる装置の部分水路は減衰器を構成する
部分と揚水手段に通じる水頭部分を有している。部分水路は充実壁であるから従
ってポンプは隔壁の上部又は下部を通過して部分水路内に浸入した水しか吸収す
ることができない。
揚水手段によって吸上げられる水量はほぼ一定か又は少(ともほとんど変化しな
いから、従って各々の導管により採取された水量は例えばうねりのために周期的
に変化し、上流で隔壁により限定される減衰皿内に含まれる水の容積は時間に従
って変化する。減衰皿内の自由表面の低水準が揚水手段に空気が吸上げられる程
の限界値以下に下降することは避けなげればならない。空気の吸上げは揚水装置
を破壊する恐れがあるからである。
この結果は減衰器に大きな平面寸法を与えることで達することができる。但し本
装置が大きな谷を持つうねりの中で作動すべく予定されている場合は、減衰器の
平面寸法は容認し得ないほどの大きさとなる。
採集水量が減衰器に大寸法を要求することなく著しく変化するような条件の下で
の作動を可能にするため、揚水手段に通じる部分水路は好ましくは少くともこの
水路内の水位が所定水位まで下降するか又はこの水位を超える時揚水手段に対し
て補給水を供給すべく予定された水の層から給水する手段を備えている。
補給水を供給するためのこれらの手段は部分水路の内壁好ましくは床板内に穿孔
された。水の層と連通するための間口に限られることができる。この間口はふつ
う揚水手段内又は上流に゛直接通じる部分水路の圧力水頭部の入口に配設される
であろう。
圧力水頭部の入口は揚水手段に向かって空気の吸上げをよりよく防ぐような方法
で下流部分に対して下方に突出するしきいを構成することができる。
本発明は非限定の例として示したいくつかの特定具体例に関する以下の説明から
さらによ(理解されよう。説明は以下のような添付図面を参照して行われる。
−第1図は本装置の吃水線上の平面形状と、渦生成用前翼及びうねりの減衰用後
翼の可能な形状とをあられす原理図。
−第2図は第1図の装置の船体及び翼を示す概略的な斜視図。
−輿3図及び第4図は偏向渦の生起に先立つ翼の配置法を示す平面図及び立面図
。
=第5図及び第6図は渦の巻上げ側翼及び補助翼の可能形状を示すそれぞれ平面
図及び立面図(第5図の■−w線)。
−第7図及び第8図は第5図及び第6図の翼の変形例を構成する翼形状を示す平
面図及び第7図の■方向に従う立面図。
−第9図は導管の床板の一般形状を示す垂直面に従う断面図。
−第10A図乃至10G図は吸込み口に配置された垂直翼と床板との形状の可能
的変形をあられす垂直断面図。
−第11図は斜め隔壁による導管の2つの部分水路への分別を示す斜視図。
一第12図は第11図の部分水路の1方から給水を受ける自由表面を有する遠心
分離器の形状をあられす垂直断面図によって示す原理図。
一第13図は後翼の形状を示す第10図に類似の断面図。
−第14図及び第15図は導管内の砕波を避けるための第二の部分水路の構造を
示すそれぞれ平面及び立面図による原理図。
−第16図は導管の上流に於ける軽い液層の集中をさらに強化し得る円形翼の可
能的構成を示す説明図。
−第17図及び第18図は本装置の別の変形例を上面図及びX■−X■線に従う
断面図で示した概略図。
−第19図は時間tに応じたポンプによる吸上げと部分水路の給水量の変化を示
す曲線。
一第20図は第11図に示した種類の配置法の場合に減衰室内の水位の変化をあ
られす垂直断面による原理図。
−第21図は本発明の具体例に対応する第20図と類似の原理図である。
本装置の説明に入る前に1本装置が海面を移動する船であること、及び軽液体の
この船に対する初動は薄層の運動と同じく一定の水平並進運動によって走る船の
規模での無限幅で運動しこれにうねりによって生じる運動が重ね合わされること
を想起しておこう。
もし一般の場合のように軽液体の最終抽出作業が遠心力を利用する分離器内で中
央管を使って行われるならば一流線を徐々に屈折させて装置の上流の一定並進運
動から径方向分速度を有する分離器の垂直軸方向への集束運動への移行を図るこ
とが望ましい。このための最も合理的な解決法は軽液体の流線に対して最初は直
線だが採水管の付近で対数らせん形に変化する形状を与えるという方法である。
このため船体12の中央部10と船側部11は内@ちせん13と外側らせん14
に従う流れを限定し1巻返し部15で結合する表面を備えろC第1図)。これら
の側面は少くともこの装置に対して予定された最大うねりの谷に応じて選ばれた
深さまでほぼ垂直に延びなければならない。実際はこの垂直性は装置の吃水口の
ほぼ半分に相当する深さまで確保される。
従って表面13は船体中央部10の壁体により乱流を生じるステムの波を最大限
に限定すべ(考案されねばならないステムから構成される。各々の外面14は船
側部11の内壁によってこの船側部のステム30から実現され−ふつう船体の半
分の長さに位置するであろう。第1図はこのようにして中央部10のステムと船
のほぼ半分の長さの地点との間に、従来形の船体の前半分に相当する図のような
形状を得たことをあられしている。
船側部11のステムと能朱ジブとの間の吃水線は中央部10の最大フレームより
も大きな最大フレームを有するモノコック船の後半部にほぼ一致する。
本装置の全体形状のパラメータ(及び特に全長り、全幅2I及び吸水口幅2Ac
)は充分な流れを確保するため相互に釣り合わされなければならない。実際に比
L/2!はほぼ3.6と4の間の値を保持するであろう。比1 / l cは1
.5と2.5の間に含まれ−ふつう満足すべき値はおよそ2となろう。
第三の重要なパラメータは船長と吃水との比D/Lである。
但しこの比の選択には幅方向即ち船のリブのすぐ近くでの作動を予定された装置
の場合にさまざまな要請を考慮しなければならない。
第一の場合には船長りはふつう75m以上あり、D/Lは汚染防止作業のために
Dに対して127F1以下の値を一般に与え得るような最大値となる。従ってこ
の比は0.1以下即ち極めて平たい装置である。
これに反して船体リブ付近での作動を予定された装置は長さ7577を以下であ
り−そしてこの場合のD/L値は0.14と0.16の間で決定し得る。
同様に重要なり / l ’c 比については−これもまた本装置が沖合航行用
である場合と沿岸航行用である場合に従って非常に異なる。即ち前者の場合はD
// c二□6g 、後者の場合はD / l c二2.25 となろう。
いずれの場合に於いても装置が矢印■の方向に進む時汚染層を支える水の層は船
体中央部10をとり囲み1表面13及び14によって限定されろ導管即ち導水路
に吸込まれ一導管の吸水口はふつう装置の全幅2!のほぼ4分の1の幅ecを持
つ。
各導管16に吸込まれる水量は膨大であることは直ちに理解される。平均して海
水と汚染物とのうねりが問題であり、うねりの厚さは吃水りの半分にほぼ等しく
−ウねりの速度は船の速度とほぼ同じであり−うねりの幅は最大フレームの幅ム
のほぼ半分である。
分離器の浸水管によって採水される水量はこの吸水量を少くとも下廻わる2次の
大きさのものでなければならない。これによって分離器への注水に先立って軽液
層の集中をめることができろ。この集中は直列に配置された後に説明する構成要
素の作用によって数段階に分けて行われる。
前部偏向手段:
前記第p R−A −dz 467769号に記載の装置の場合のように、偏向
手段は海面に描かれる液体の流線を収束させ、そのために砕波又は跳水現象をひ
きおこすことのないよう構成されている。
第1図及び第2図に示した場合では、これらの手段は上向きの補助翼18を備え
た矢印形の前翼17を含んでおり、補助翼の脚は後に説明するが前方へ収束する
。ここでとりあげられているのは前記P R−A−第24°67769号に記載
の装置と水面収束を生じる渦を生じる正浮力の翼17及び補助翼の存在すること
だけが異なる配置法である。
この方法が唯一の可能的方法ではない。他の変形例について説明する前に偏向手
段の役割を分析してめる特性値とこれらの特性値を得る方法を推論しておくこと
が望ましい。
偏向手段が翼によって構成されている時、翼は装置の所定速度に対して表面砕波
を生じることなく可能なかぎり有効性の高い(翼が水面にひき起こす水流線の相
対横移動により測定された)副次的な渦を生じなければならない。
横移動は翼のひき起こす渦の循環に比例する。横移動は距離と共に増加するが、
この距離は縦軸に沿って生じ、ステム30を渦の原点の側面部分から、渦と対称
面とを距てる距離をつけて分離する。
翼の深度の影響はそれほど顕著ではない。もし渦の有効性が吃水に等しい翼の深
度がe a / 2に等しい時〔第3図及び第4図)最大値を通過するならばこ
の最大値はかなり低い。
船側部のステムと渦の原点との間の距離を増すためには翼31を前方に移動しな
ければならない。このため翼31の前縁をステム20が水線を切る点の前部に位
置づけ、装置の全長を増す。この装置全長の増加は船の水線32にのみ影響し。
ステムは後に説明する如く水線下にラムの形に突き出すことができることが注目
される。
渦の原点を対称面から離間する距離の増加を望む場合は実際上ea=eを採用す
るだけに限定される。その理由は如何なる海員といえども船の吃水部が甲板の可
視部の吃水部を1廻わる側面寸法を持つことしか容易に受入れないものだからで
ある。
翼によって吐き出される自由渦の層のあらゆる循環を集め直す副次的な渦の有効
性は翼形に沿った翼受けまでの循環に等しく、この翼受けは翼形の浮力につきあ
う。従ってこの浮力の増加が望ましく、但しこの浮力増加は同様に守られねばな
らない他の要請と対立する恐れがある。
第4図に実線で示された頭初翼形から最高点の深度り。までに及ぶ浮力を増加す
るため、翼の迎え角又は翼の反りを増すことができる。両方の場合共、最高点は
もつと浅い深度h□又はh2に位置する。循環と共に同様に増加する超過速度の
係数即ちフルード数(nombre de Froude ) Fw v /p
(vは表面最大速度)は浮力が増加する時装置の所定速度■について増加する
。ところで海面砕波な避けるためには条件Fく1を守らねばならずこれが容認で
きる浮力の限界を決める。
さらに上記の考察は海面速度の攪乱をひき起こす(ステム20付近の速度不足、
下流の超過速度)船体中央部10の存在を考慮していない。これは翼による攪乱
と、二の値を超過しないように決定するために介入する船体による攪乱との合力
である。従って水の層の自由表面をステム20が切る点を翼形の上面が最高点を
通過する点と合致させることが有利である。
一方で、船体中央部10と翼31との間の堅牢な機械的結合を確保する必要があ
るから、ステム20を自由表面下で前方に延長し、翼との結合用ボールを備えた
ラムを構成することが望ましい。船体中央部10の形状が太い線で示されており
、さらに翼との結合点の形状が細い線で、中間水準線がダッシュ線で示されてい
る第5図及び第6図は特に満足のいくものであることが確認された方法を示して
いる。
しかしながら分離具が比較的平型の装置の場合に於いてさえ上記のような最適値
を1廻わる副次的渦の沈入深度を渦に付与する。この最適値に対してD / e
cはおよそ0.9であり、吃水の深い装置の場合は一層この副次的渦の付加が
著るしい(D/ecがおよそ2.25に達する場合)。
従つ七渦の水準を上げることが望ましい。
比較的平型の装置の場合実際は垂直な補助翼32を各々の翼31に具備すること
でこの結果に達することができる。船体中央部lOによって水面にひき?こされ
る流線の偏向を考慮するために、翼32の後縁の垂直二等分面に対して正中面を
基準に大きな傾斜(典型的には30°乃至35°)を与えることが望ましい。こ
の結果は第5図に示すように反りが小で迎え角が大の翼形状の場合にも、迎え角
が中位で反りが大の翼形状の場合にも得ることができる。
第7図及び第8図に示した別の方法は翼31の末端部分に「巻返し」形状を与え
るというものである。この方法は一般に吃水の深い装置の場合に有利であろう。
さらにこの場合、大きな上反りを有する翼端部の二等分面は船の正中面上で強い
傾斜を与えらiなげればならない(第7図及び第8図)。
吸水口に於ける液層の減速及び集中:
導管即ち水路入口に於ける吸水手段の具体化はさまざまな問題な提起する。その
うち最も重要なものは両側のステム30の外側部分で軽液体の一部の砕波又は跳
水が形成されるのを防ぐことである。
砕波の危険は例えばうねりによる水位の振れのために幅ecの吸水口のしきいの
直上流の状況を検討すれば現われてくる。
ば−しきい上部の水の厚さヲ工振幅Aのうねりの谷の途中でこれに対応するフル
ード数は
F=v/i
となるであろう、
このフルード数は1を超えてはならない。このことは静かな海でのこのしきいの
沈入深度D は
D 〉A+v2/g
でなければならないことを意味している。
さらにD はnDvに等しい平均採水量を最小にするため。
可能なかぎり小さな値としなければならない、Vの値は船の速度■より明らかに
小さくすることが有利である。例えば0.5v乃至0.6vが好ましい。つまり
しきいの直上流で液流を減速するということである。但し汚染層の厚さと捕水幅
を減少する恐れのあるかなりの部分的拡散を避けることも同時に必要である。
実際は上述の如くこのしきいに対して船の吃水りのおよそ3分の1の深度D を
与えるべくめられるであろう。そしてこの選択は減速が大きい場合にのみ可能で
ある、この減速は負の浮力を持つ水平翼の一般形を示す床板33により噴出流を
下側から限定するようにして得ることができる。
翼形の一般形状は第1図の鎖線に従い第9図に示した形状をとることができる。
翼はe に等しい翼幅を持つ。翼の前縁はもししきいがD/3の水準にあればほ
ぼD/2の深度に位置する。
しきいの背後の深度D/3で翼の上面は下降して導管の深度を増しつぎにこの翼
上面が吃水にほぼ等しい深さまで下降する間持上げられている。
もしこの翼が弧立して用いられる場合はこのような床板形状は有効に減速を確保
するが、但しこの形状は船側部11のステム内側では上昇しさらに汚染層の外部
への排出をひきおこす傾向を持つ副次的な渦を生起させる。
さまざまな解決法がこの欠点を是正するために用いられ得る。
第一の一時的手段は床板をステム20を超えて前方に延長し−その前縁の少(と
もその中央部10付近を逆矢印の形状とするというものである。第1図では、こ
の前縁は中央部分からその展開のほぼ全体が逆矢印になっており、一方性側部分
34はステムの内側に横断方向に僅かに存在する先端からはつきりした矢印を示
す。逆矢印部分によって引越こされる渦は軽い液の層の中央部10へ向かう集中
を生じるが、これは有利である。但し別の部分から生じる例えば先端による垂直
渦の如き渦は拡散をひき起こす傾向がある。
この残留拡散は第9図の鎖線で示される如き種類の下方へ向かう垂直翼35の板
への付加物によって大幅に補正されることができる。この付加物が弧立していれ
ば、この翼はおよそD/2の深度で流線を集中させる副次的な渦、並びに表面流
失には影響を与えずに深度りの逆方向副次渦を放出する。このような翼35が床
板に集められる時、そしてもしこれら2つの形状が比較し得る循環を生じるよう
にして選ばれるならば、翼35により生じる渦は床板の一部34によって生じる
渦を補償し−その結果先端の高さでの垂直渦は消失する。
例えば第10A図乃至第10G図では相次ぐ床板33のプロフィルが示されてい
る。これらの図には断面位置に於ける船体中央部10の形状は実線で示されてお
り一一方最大フレームは鎖線で示されている。
第10A図は第1図の、床板先端の直後に位置する面Aに従う断面を示す、図に
は垂直翼35と床板の僅かな幅の断片とが見られる。第10B図、第10C図及
び第10D図は第10A図の断面から船側部のステム30(第10D図)に至る
までを分割した面による断面図である。第10E図はステム直後の断面の変化及
び特に船側部11の厚さの増加を示す。最後に第10F図及び第10G図は第1
図の面F及び面Gの高さにほぼ等しい断面図である。
第10G図では船側部11は上方へ向けて徐々に穿孔されているのが分る。この
形状は2つの部分水路間の分離壁が排水口を構成し、僅かな捕水量が導管から分
離器への給水用部分水路内に排水されろという形式の1具体例に相当てる。第1
0G図には面Gに従う断面背後の分離壁36が取る一般形状が示され先に述べた
通り、捕水のほぼ全量を装置の半吃水にほぼ等しい深度まで排水路の方へ配当す
ることが必要である。この結果は隔壁の下部排水により得ることができる。捕集
された汚染物が隔壁下部を通るための水の下降運動によって誘導されないことを
条件として、軽い汚染液体の層は分離器に近づくにつれて厚みを増す。
従って解決すべき問題は導管内にうねりがある場合にもなお水−軽液体界面に必
要な安定性と導管内に最初に捕集された液量のほぼ全量の排出とを両立させ得る
噴出流式の流れを構成することにある。
排水のメカニズムと排水を行うために機能する種々の部材の役割をより良く理解
するため、各導管を徐々に2つの部分水路に分割する隔壁の配置を図解する第1
1図を参照することができる。
第11図は一足断面の導管を示しており、この導管は第1図の面13及び14及
び床板23によって境界をつくられる水路と同一と見なすことができる。隔壁3
7は導管の方向に対して斜めに配置され1分離器の方へ向かう部分水路38に与
えられる通過断面を徐々に減少させるようになっている。この隔壁は上部は自由
表面上で終り、下部は水路の底から距たる地点で終る。このようにして排水量の
一部は水路の底によって減衰器39を構成する容積内に徐々に排水される。この
減衰器は船側部の下部壁により構成される外壁41を備える排水用部分水路40
により延長される。この排水用部分水路の外壁は第11図に直線で示されている
。実際はこの外壁は船体形状に合わせて形成されるであろう。
減衰器39へ向かう水流は液流の方位の変化をもたらす。乱流を避けるためこの
方位の変化は羽根42によって助けられ。
この羽根は同時に隔壁37を担持する、さらにこの隔壁は方位の変化を進行式に
するために厚くしである。隔壁があることに衿表昭58−5U21JIU (8
)
よって生じる断面の減少は減衰器が通過断面の減少を示すという事実によって補
償される。
はぼ三角形の減衰器39及び下流側で減衰器に続く部分水路40内で水の水位は
変化し得るであろう。但しこの変化は下限は排水ポンプ内に空気が侵入する危険
のないよう、また上限は上流水頭を下部わる水圧の存在によって限定される領域
内にとどまらなければならない。もし排水ポンプが普通の場合のように一定速度
で回転するならば、ポンプが減衰器39内で採集する水量は排水断面が一定の場
合であっても水位が低ければ減少する。この水量の変化は減衰器39によって受
容される水量変化と同位相でなくとも−この変化は必要とされる減水皿によって
提供される緩衝容積を減少するために寄与する。1変形例では排出口に例えばジ
ヤツキによって制御されるシャッタを用いる断面調節手段が具備されている。こ
の場合ジヤツキは減衰皿内の水の高さに応じて排水断面を調節するために用いる
ことができ、従ってより大きな位相をより適合させた水量変化を得。
さらに減衰器の必要とする最小緩衝容積をきりつめることができるー
遠心分離器:
給水用部分水路によって供給される二相流は噴流式遠心分離器内で接線方向に受
容される。但しこの部分水路内で軽液体の層の厚さは導管の先端部分のほぼ10
倍である。この遠心分離器では給水用噴流は2つの静流を生じさせなければなら
ない。
即ち一方は分離器底部によって排水ポンプの方へ漏れる排出流であり、他方は貯
水容器の方へ揚水手段によって吸上けられる捕集流である。
軽液体はしばしば粘性のきわめて高い炭化水素であるから再加熱を必要とする。
この再加熱は噴流については殆んど不可能である。それ故捕水静流について再加
熱が行われ−この静流は液層中にもぐる垂直管の入口で始まり一汚染物質が絶え
ず存在する深さまで達する。
第12図に略図式に示された分離器の特定具体例を説明する前に先ず想起してお
くべきことは、噴流式分離器の作動は静流式分離器の作動と非常に違っていると
いうことである。静流分離器では高速接線分力値を容易に得ることができ1重力
加速を大幅に土建わる径方向加速度を提供する。実際に噴流内では自由水面は接
線速度の自乗に比例する勾配を持ち、この接線速度の高すぎる値は液層の中心区
域の過度の(ぼみによって表わされる。他方では速度の径方向及び垂直分力が極
めて僅かであれば(さらにこれらの分力は接線方向分力より常に小さいままであ
ろうから)−軽液層と水との界面はもし接線速度が氷塊の高さ全体に及び一定の
ままであれば自由水面に対してほぼ平行を保つ、
集中を得るためには接線速度に対して水面から底部へ向かう分離器の軸線に沿う
一定の半径で減少する値を与える手段を考えることができよう。
第12図の具体例ではこの結果は潜水チューブ47が挿入される垂直軸線46の
空洞45によって分離器を構成することにより得られる。給水用部分水路38は
回転運動を維持するため空洞45の上部に接線方向に通じる、中央の潜水チュー
ブ47に対する摩擦の抑制効果は自由水面48に対して第12図に示すような種
類の形状を与え、さらに第12図上の界面の上下境界49の形状が示す如く、軽
い液層の集中をひきおこす。実際には潜水チューブ47の周囲に達し得る汚染層
の最大厚さは排出流によって汚染層が下方へ誘導される危険によってのみ限定さ
れる。
実際は給水口に於いて渦半径のおよそ半分の厚さの軽い液層が得られる。これを
ニ一般に装置全長のおよそ100分の1の厚さに相当する。
第12図に示した分離器は装置の正中面にほぼ平行な面に従う断面として考える
ことができ、軸線46を中心に取るほぼ円形の中心穴をあけられた分割用の厚い
水平板5oを含む。この水平板50には渦流を維持する給水用部分水路38が通
じており、らせん形の準線を持つほぼ円筒形の内壁を備える給水室を限定する。
水平板50の下側に配置された排水室は床板51によって下方に限定される。こ
の室は接線方向排水路52によって開く。この室及び放水路内の流れは供給水流
と大きな均斉を保つ。排水塊の運動モーメントは水頭損失を別にすれば保存され
る。対応するエネルギは下流に位置する渦内で回復されることができ、あるいは
排水路52は復水ポンプに直接通じることができる。この復水ポンプはさらに部
分水路40から生じる水量を受取る推進ポンプ53(第1図)と混同され得る。
注目すべきことは渦の中心部を除いて噴流の水位は水流エネルギの保存によって
吃水の高さを越えるであろう。従って装置の長さ方向の平衡内で対応する氷塊の
重量を考慮しなければならないということである。
潜水チューブ47は分離器に達する軽い汚染液の全量を吸上げなければならない
。このことは汚染物の粘性が汚染物が凝塊状を呈するほどたとえ高くとも汚染物
を誘導するために充分な水量を同時に吸上げることを意味している。汚染物が潜
水チューブ47の内壁に沿って付着することによりこのチューブを徐々に詰まら
せるのを防ぐために、第12図に示されたこのチューブは2重壁を有し、さらに
チューブの下部にある内側フランジ内に設けられた一連の穴55によって上方へ
洩れる蒸気の誘導用内側導管54を備える。この蒸気の噴射に汚染物を再加熱す
ると同時により扱いやすいものにする。潜水チューブにより吸上げられた誘導用
の水はチューブの中央部分を占めようとする傾向を持ち、従ってチューブ外周へ
の蒸気の噴射は好ましくは汚染物を再加熱することに注意しておくべきであろう
。蒸気が穴55をあまりにも速い速度で噴出するのt避けるために導管54に口
径を定めた絞りを備えることができる。対応する圧縮は断熱式であって蒸気の発
熱量を殆んど定見ない。
軽い汚染液の層は分離器内で集中して核を形成する、この核の厚さと容積は潜水
チューブ47により吸上げられた水量と極めて急速に変化し得る噴射水量との間
の釣り合いに対応する。
この核は各瞬間毎に汚染液の層の厚さにほぼ釣り合い、汚染液の層はステム20
と直角をなす汚染物の層の平均厚さのおよそ50倍の大きさだからである。この
核は緩衝容積を構成する。
この核はふつうは符号56により略図式に示された界面の高さの決定手段により
動かされるリレーによって軽い液の吸上げポンプ(図示されていない)を制御す
ることによって決定された限界の間に保持される。これらの手段は特に電池又ヲ
ユフロートによって構成され、その平均密度は水の密度と軽い液の密度との間に
含まれ、これらはポンプのモータの制御リレーに結合されている。
軽い汚染液の全体が潜水チューブ47により吸上げられなければならない。この
条件を確実に満たすために−この液量が測定不可能な変化tこうむるとはいえ一
吸上げられた水流内で水の比率を認める必要がある。水の比率はふつう3分の2
以下であろう。この比率は残留した水が潜水チューブ47と吸上げポンプとの間
に挿入された従来形の噴流式遠心分離器(図示しない)によって除去され得るほ
ど僅かである。
最終的に得られた軽い液は貯蔵されるであろう。この貯蔵は汚染防止装置の縁に
配置された貯水タンクで実施され、このタンクから汚染物質は後で地上に設置さ
れた貯蔵槽に移される。
但し特に小寸法の装置の場合汚染物質を容器内に貯蔵し、容器を閉じて重りを付
ける。次にこれらの容器が満たされたら、ブイで標識した地点に沈めてお(。次
にこれらの容器は非専門の船によって引上げられる。
核によってあられされる緩衝容積はふつう軽い汚染液の貯蔵容器の交換に必要な
時間のあいだ吸上げポンプを一時的に停止させろことを可能ならしめるであろう
。
現在までのところ汚染層の厚みを増し、同時にできるかぎり僅かな量の水をここ
から採取することを可能ならしめる手段が問題であった。静かな海に専用の手段
が問題にされていたが。
但し海での作業条件ではさらに特に取水口を構成する導管入口及び導管内で分離
に有害な攪拌を引起こす恐れのある場所での砕波及び跳水の形成を防止しなけれ
ばならない。
第一の防止法は漏れの形で船尾から発するうねりの振幅を船体に沿ってうねりが
進む過程で取水口に達する以前に減少するというものであろ一第1図−第2図及
び第3図に示された具体例では、装置は後部翼を含む。この翼は装置から後方に
はみ出さないことが望ましい。翼57の厚さは後部から前部に向けて増加し、翼
は装置の吃水より僅かに浅く配置されている。うねりに対する漏れの形で特に長
い装置の場合は翼57は導管の補水口へ入る以前にすべてのl5itfltを覆
う手暗部内のうねりの絶対運動を減衰させる。
さらに長形の装置では、翼は縦揺れの振幅を減少させる。短形の装置では特に海
が正の浮力を示す場合に海に対する船の相対運動を減衰させる、翼は要するに横
揺れ防止キール(quille)の役割を果す。
第二の防止法は砕波の恐れの面から最も危険な攪乱は一般流をさかのぼる攪乱で
あることを考慮している。この種の攪乱は導管を1次に排水用部分水路をこの水
路の水頭部分へ向かって下降する波の反射により導管内に生じ得る、この結果は
特に隔壁37の背後に(一般流の方向に)及びこの隔壁の直ぐ近くに推進ポンプ
の適当な制御によって、噴流を確保するために充分低い水頭高さを減衰器39内
に保持するために位置決定された砕波な生じる排水用部分水路の幾伺字形により
獲得され得る。
定めるべき条件はもし導管16.減衰器39及び部分水路40の略図上で部分水
路40へ向かう排水流を分析してみれば明らかとなろう。第14図及び第15図
は分析を容易化するためこれらの部材を一列に並べた装置を図解している。
部分水路40を流れる水量を吸上げるポンプはこの部分水路に水圧がかげられて
おり、ポンプ内に空気が吸上げられることはないようにして制御され、さらに流
れが河川流式である。
即ちフルード数が1以下であるように水位と速度を保持すべく制御される。減衰
器39に対して導管の幅e□より広い幅e2が与えられ、さらにこの減衰器に対
してその深さを減らし、さらに相関的に速度の部分的増大をひきおこす潜堰59
が配置される。広がりe27e、及び潜堰59の高さは上流から下fiへの流れ
によってこうむる変化が下記の如くであるようにして選定される。
導管16内の隔壁37の上流では、流れの速度及び深さhlは流れが河川流式で
ある(フルード数1以下)ようになっている。減衰器の上流部ではこの河川流性
は導管の幅の増加によってひきおこされる速度の減少によってさらに増大する。
逆に潜堰に対して直角をなす流れの深さり、はフルード数が1に等しく次に1を
超えるようになる。フルード数は1以上に保持され。
次に流れは限定された領域内を縦方向に移動することが可能な跳水60の形成に
よって河川流式となる。上流から下流へ拡散する攪乱はこの跳水を通過し1部分
水路の水頭入口で反射することができる。但し反射された攪乱は跳水を飛び越し
、導管内の流れを攪乱する。
本発明は例として示された特定の具体例に限定されることはなく、逆に数多くの
変形例が可能である。特に注目し得ることは第1図及び第10図に示された垂直
翼35以外の手段が用いられ得ることである。第16図は例として床板33の前
部に用いられ得る円形の翼67を例として示す。この翼は第10G図に示された
形状と類似であり得る翼形によって床板33と結合し1次に翼はダッシュ線で折
曲げられた断面によって示されるように水平線に近い形状によって船体の中央部
分1oと結合するため前方へ折り返されている。但し翼は床板33上にある翼受
けの地点で第1θ図の場合より長さが短かく迎え角はより大きい。従って翼61
は船体の吃水以下には下降しない。この方法は2重の利点をもたらす。両端がは
め込まれた円形翼は片持ち翼より大きな強度と剛性を持つ。第1図及び第10図
に示された種類の翼から出る自由渦は取除かれる。この渦はかなりの深さで解放
されるとはいえじゃまになる場合もあり得る。
第1図、第2図及び第9図に示された具体例の床板33は中実である。床板は捕
水上流に生じる流れの減速にもかかわらず。
排水を避ける必要があることから、装置が移動し得る速度を制限する。第17図
及び第゛18図に示した変形例では捕水を2段階に分けて行うことkよって(即
ち採取された汚染流と周囲水層にもどされた水との分離)、この制限を大幅に退
ける。先ず第一に斜めに配置された船側部11によって採取された液流を横から
閉じ一次にこの船側部の船首の下流で床板33によってこの液tlLを閉じる。
床板33はその上流部で2つの船体を結合し、徐々に深度の減少する傾斜した翼
65及び66に限られろ。
これらの翼は船@部11の下で脈流水量を下部わる。汚染物の含まれていない部
分な外側に向けて下方に排出するのを目的とする。この場合船側部の前部は吃水
の半分と3分の1との間に含まれる深さを持つであろう。
第19図の実線で描いた曲線は周期Tのうねりがある場合に。
時間の関数として揚水手段に通じる部分水路に供給される給水量の変化を示す。
この給水量は水圧導管40によって揚水手段53と連通する減衰器39(第20
図)に流れ出る。揚水手段53は平均給水量に対応するほぼ一定の水量(第19
図のダッシュ線)を吸上げるためのものである。従って減衰器に含まれる水塊の
水位は時間に応じて変化する。減衰皿内の平均水量と最小水量との間の差は第1
9図の斜線面によって表わされる。
この水量差の各僅に対して減衰皿内の水の平均水位m(%に潜堰59がある場合
は跳水60の下流で)と低水位との間の差が対応する、この差は減衰器39の平
面がより小さくなればそれだけ大きくなる、
揚水手段53が空気を吸込むのを避けなければならない。従って低水位が限界!
の下に、トンネル40にもはや水圧がかからな(なる限度を超えて下降すること
は禁じられる。注意しておρ)ねばならないことはポンプによる空気の吸上げは
いかなる場合でもポンプの配置されている排水路がこのため含む水の一部を失う
ためこの現象を大きくし−そのため装置の後部及び特ニ潜堰59のしきいが持ち
上がり、従って給水量の付加的減少が生じる傾向があることである。
揚水手段53の排水の危険は装置が中で回転する水層から給水する手段を部分水
路VC@え付けろことにより避けることができる。第21図に示した具体例では
部分水路に補給水を供給する手段は床板に対し部分水路と海の間の恒久的連通を
実現するために穿孔された開口62により構成される、図示の開口は水圧トンネ
ル40の前部に配置されている。この前部の天井に下方に突き出し空気を吸上げ
る危険をさらに減少することを可能ならしめろしきい61を有している。平均水
位二について部分水路の底部の水流は床板に沿って開口62の上流と下流を流れ
る(矢印foL給水量の減少によって水位が下がると周囲水層からの水の吸上げ
が生じるC矢印f、)。このようにして第20図の場合限界りに相当する水量に
ついて減衰器39内の水位を空気の吸上けを防ぐために充分な程に低く保つこと
ができろ(b)。
開口62に与えるべき最適寸法は実験によって簡単に決定することができる、一
般にこの開口は水圧部400Å口にある5合も、そのすぐ上流にある場合も一部
はしきい61の下に位置するであろう。減衰器39内の水位が平均水位を上根わ
る場合は開口62による排水が生じる。この時排水される水量には汚染物は含ま
れていないからこの排水に支障はない、開口62の下流の前縁63及び上流の後
縁64の迎え角及び高さの相対位置に従って、揚水手段53へ向かう補給水に対
して、装置が正規運転速度で移動する時、正かゼロか負である時間内で平均値な
与えろことができる。補給水は速度がゼロの場合は常に正である。もし例えば揚
水手段53によって吸上げられる総水量のおよそ10乃至20チに当る平均補給
水を供給し得ろような開口62が考えられるとすれば一ポンプによって吸上げら
れる水量のほぼ50チの最大水量が得られ、従って減衰器39内の水位を充分な
高さに保持するためにきわめて重大な影響があられれるであろう、
補給水の取入口には潜堰な越えた一部の水量の排出を防ぐための揺動フラップを
取付けることができる。これらのフラップは装置が例えば現場に向かうために軽
い液体層の採取作業を行わずに移動する時これらの7ラツプを閉じておくジヤツ
キを備えることができる。
浄書(内容に変更なし)
FIG 2゜
FIG、3. FIG、4゜
FIG、10B。
FIG、12゜
手続補正書く方式)
昭和58年9り/7日
特許庁任官 枯し 和夫 殿
1、事イqの表示 PC丁/FR821001982発明の名称 水の表層面か
ら軽い液層を選択採取する装置3、補正をする省
事件との関係 特許出願人
氏 名 ベナロイヤ、アンリ
(ほか2名)
4 代 埋 人 東京都新宿区新宿1丁目1番14号 山田ビル(郵便番号16
0)電話(03) 354−86238、補正の内容
(1)適止な図面の翻訳文を別紙の通り補充する。
〈2)委任状および翻訳文名3通を別紙の通り補充覆る。
国際調査報告
]−石L
eCQi
II−μ=
cii暦、
口10
ニー
7
−In;e+1
ur
第1頁の続き
優先権主張 @1981年12月18日■フランス(FR)■81/23741
■出 願 人 ル・フォル・ジャン
フランス国78160マルリ・ル・ロワ・アヴニュ・ドウ・リュロプ14
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、波のうねりを受けやすい水の層の表面に漂う軽い液体の層を選択的に採取す るための装置に於いて、装置を漏れの速さに維持することを可能ならしめる推進 手段な端えた船体を含んでおり一前記船体は2つの船側部(11)から前方へ突 き出す中央部(10)を有し、前記船@部は前記中央部と共に分離器へ向かう導 管(16)の境界を形成しており一前記中央部は船体に沿う表層流の拡散をその 方位に応じて減少させる渦を形成するための0例えば翼(17)のような偏向手 段を有しており、各々の導管(16)が該導管の入口の上流に突き出す前縁な有 する一前記前縁の上流の流速を緩め且つ前記軽液層の進行性集゛中を引き起こす ための偏向板形状の床板を含んでいること、及び導管を流れる水都の高限界又は 低限界から隔たる位置で終るほぼ垂直な隔壁(37)が前記導管の高さの一部を 2つの部分水路rag、4o)に分割しており、該部分水路の一方は下流で分離 器と連通し一該部分水路の他方は下流で推進効果を生じるため装置の後部に排水 及び揚水手段(53)VC通じていることを特徴とする装置・ 2 前記隔壁(37)が床板から離れた位置で終端し、且つ下部水路(40)へ 移行する液の流跡縁曲率を限定し、前記2つの部分水路の総断面は流れに沿って ほぼ一定であり1分離器へ向かう部分水路の断面は減少し、他方+!増加するこ とを特徴とする請求の範囲IK記載の装置。 1 前記床板が前記船体中央部付近に於いて負の矢印形をなす前縁を有する翼形 な示すことを特徴とする請求の範囲1に記載の装置。 友 前記床板の前縁の最外側部(34)が前記船i部(11)のステム(30) に対し直角をなす正の矢印形をなすこと、及び前記床板が前記前縁付近に於いて 前記床板前縁による表層拡散効果を補償するためのほぼ垂直な翼(35)を担持 することを特徴とする請求の範囲3に記載の装置。 艮 前記床板が下方に向けられた反り形状を有しており、床板の下面は船の吃水 の半分にほぼ等しい深さのしきいを有しており1次にこのしきいの深さは床板の 機械的強度と両立する最大距離まで深まることを特徴とする請求の範囲1に記載 の装置・ 6 前記偏向手段が前記船体中央部(10)のステム(2o)と水線との交わる 地点の前部に位iiする前縁を有する正浮力の翼より成り、前記翼の幅は船体の 全幅にほぼ等しいことを特徴とする請求の範囲1又は5に記載の装置。 7、#J記翼C17)が砕波な防ぐため船体の吃水と同じ深さに位置しているこ と、及び前記翼がほぼ垂直をなす補助翼を備えており、該補助翼は前方へ向かっ て強度の集中を示し−且つ渦を高めるため前記翼の両端付近で該翼から上方へ突 き出していることを特徴とする請求の範囲6に記載の装置。 & 前記翼が翼受けの付いた船体の吃水と同じ深さに位置しており、さらに巻返 されて上反りを形成する部分がその先端方向に前進的に増大することを特徴とす る請求の範囲1又は6に記載の装置。 9、 前記中央部(lO)のステム(20)が水線の下側で前記翼と結合するボ ール付きラムを形成することを特徴とする請求の範囲1に記載の装置。 10、前記揚水手段に通じる前記部分水路が流れをさかのぼる攪乱の砕波なひき 起こすための潜堰な含むことを特徴とする請求の範囲1に記載の装置。 IL船体の吃水と同じ深さに沈められており、うねりを洩れの形に弱め−且つ導 管入口に於ける攪乱を減少させるための後部翼を含んでいることを特徴とする請 求の範囲1に記載の装置。 12−各々の分離器が中心穴をあけられた水平板C30)によつセ前記部分水路 (38)が通じる給水室と、接線方向排水路(52)に口を開く排水室とに分離 された垂直軸C46)の空洞(45)を含んでおり一該分離器はさらに前記給水 室内の自由水面を持つ渦流の上部に潜り、且つ軽液体の吸上はポンプと連通ずる 中心チューブ〔47)な含むことを特徴とする請求の範囲1に記載の装置、 lλ前記チューブ(47)が2重壁となっており、該チューブの下部の内側フラ ンジ内に穿設された孔によって上方へ洩れる蒸気の内側導管〔54)を有してい ることな特徴とする請求の範囲12に記載の装置。 14、前記揚水手段に通じる前記部分水路が少くとも前記部分水路内の水位が所 定高さにまで降下し、且つこれを超えた場合前記揚水手段への補給水を供給する ためVC備えられた海水層から給水する手段を備えていることを特徴とする請求 の範囲11C記載の装置。 15、補給水を供給するだめの前記手段が前記部分水路の内壁に穿設された開口 (62)Lつ成ることを特徴とする請求の範囲14に記載の装置、 16、l1lI記床板(33)の前部が前記船体中央部Cl0)をそれぞれ船側 部(11)の1つに結合する翼(65,66)より成ること。 及び各船側部が前記床板前部に於いて前方に延長されており、且つ翼との結合部 に於いて本装置の吃水の3分の1と2分の1の間に含まれる深さに位置している ことを特徴とする請求の範囲1に記載の装置。
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| FR81/21905US | 1981-12-18 |
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