JP6325385B2 - 液体中の異質液体領域形成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は液体中の異質液体領域形成方法及び装置に関し，とくに第１液体中に異質の第２液体の領域を形成する方法及び装置に関する。

水中構造物の建築・保守・更新その他の潜水作業を必要とする工事（検査，調査，環境保全等を含む）において，特定の性質の第１液体（例えば濁水等）中に異なる性質の第２液体（例えば清水等）の領域を作ることが求められることがある。例えば，ダム（堰堤）の老朽化に伴う放水設備の更新や性能向上等のリニューアル工事では潜水作業が必要となるが，ダム湖内に堰き止められた水の濁り（濁水）によって潜水作業に必要な視界が得られないことがあり，作業の進捗を図るために濁水中に視界を確保するための清水域（濁度の異なる液体領域）を形成することが求められる。また，立坑等の先端部では出来形等の確認のために水中カメラを用いて検査・調査を行っているが，その先端部の水が濁っていると出来型の確認に時間がかかることがあり，水中カメラの撮影に必要な視界を確保するために濁水中に清水域を形成することが求められる。

従来から，ダム湖のリニューアル工事等において濁水中の視界を確保する場合は，潜水士の作業域周囲に囲いを設け，その中に凝集剤を投入して濁り成分を沈殿させることにより作業域の透明度をあげる方法（凝集沈殿法）が採用されている。また，水中作業用のバックホウ，ブルドーザー等を用いて防波堤・護岸等を構築する水中工事等では，水中作業機の操縦席付近から作業用アッタッチメント（アーム先端）に向けて清澄水を吐出する水流発生装置を水中作業機に取り付け，その水流発生装置から吐出される清澄水によって水中作業機の操縦席から作業用アタッチメントまでの間に存在する濁水を除去して視界を確保する方法（清澄水吐出法）が提案されている（特許文献１参照）。

特開平８−３１１９２０号公報

しかし，上述した凝集沈殿法は，透明度を高めた後に潜水士が動くと沈殿物がまきあげられて水が再懸濁してしまい，濁水中に形成した透明度の高い清水領域を安定的に維持することが難しい問題点がある。また，透明度を高める領域（作業域）の周囲に囲いを設ける必要があるため，作業域の移動又は拡張に応じて周囲の囲いも併せて移動又は拡張しなければならず，作業域を移動又は拡張することが難しい問題点もある。予め作業域を広めに設定しておくことも考えられるが，作業域が大きくなると凝集剤が多量に必要となるためコストが嵩む原因となり，多量の凝集剤が水中生物等に影響を与えることも懸念されるため現場によっては適用できない場合もある。

他方，上述した清澄水吐出法も，単に清澄水を吐出するだけでは清澄水が周囲に拡散してしまい，それに応じて周囲の濁水が水中作業機の操縦席付近に引き込まれるため，やはり視界の高い領域を安定的に維持することが難しい問題点がある。特許文献１は，このような周囲の濁水による清澄水の汚濁を防止するため，水中作業機の操縦席と作業用アッタッチメントとの間の水域を汚濁防止用遮蔽装置で囲むことを提案している。しかし，そのような遮蔽装置を使用すると，上述した凝集沈殿法の場合と同様に，作業域を移動又は拡張することが難しくなるので，潜水作業の効率低下を招きうる。潜水作業の効率向上・環境改善等を図るため，濁水のような液体（第１液体）中に清水のような異なる性質の液体（第２液体）の領域を簡単に形成することでき，しかも安定的に維持することができる技術の開発が求められている。

そこで本発明の目的は，特定の第１液体中に安定的に維持された異質の第２液体の領域を簡単に形成することができる方法及び装置を提供することにある。

図１の実施例を参照するに，本発明による液体中の異質液体領域形成方法は，潜水作業を必要とする第１液体Ｍ中に所定口径Ｘ１の頂面開口１１を整流板１２で覆った中空箱体１０を設置し，箱体１０の頂面又は側面に底面１６へ向けて設けた注入口１４から箱体１０内に第１液体Ｍと濁度，温度，色，又は密度が異なる第２液体Ｆを所要流量Ｆｒで継続的に注入して充溢させ，箱体頂面１１の整流板１２を注入口１４から離れた範囲の流れ抵抗が注入口１４の周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとし，箱体１０内の底面１６で流れの向きを変えた第２液体Ｆを箱体頂面１１の整流板１２全体から均等な流速Ｓで放流して第１液体Ｍ中に箱体頂面１１から整流板１２の法線方向へ柱状に延びる第２液体Ｆの領域Ｃを潜水作業域として形成してなるものである。

また図１の実施例を参照するに，本発明による液体中の異質液体領域形成装置は，潜水作業を必要とする第１液体Ｍ中に所定口径Ｘ１の頂面開口１１を整流板１２で覆って設置する中空箱体１０，箱体１０の頂面又は側面に底面１６へ向けて設けた注入口１４，及び注入口１４から箱体１０内に第１液体Ｍと濁度，温度，色，又は密度が異なる第２液体Ｆを所要流量Ｆｒで継続的に注入して充溢させる供給装置２を備え，箱体頂面１１の整流板１２を注入口１４から離れた範囲の流れ抵抗が注入口１４の周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとし，箱体１０内の底面１６で流れの向きを変えた第２液体Ｆを頂面１１の整流板１２全体から均等な流速Ｓで放流して第１液体Ｍ中に箱体頂面１１から整流板１２の法線方向へ柱状に延びる第２液体Ｆの領域Ｃを潜水作業域として形成してなるものである。

好ましく実施例では，図１（Ｃ）に示すように，箱体頂面１１の整流板１２を注入口１４から離れた範囲の流れ抵抗が注入口１４の周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとすることにより，箱体底面１６で流れの向きを変えた第２液体Ｆの廻り込みやすい範囲１５ｂの流れ抵抗が廻り込みにくい範囲１５ａの流れ抵抗よりも大きいものとすることができる。望ましくは，図４に示すように，箱体頂面１１の整流板１２を，流れ抵抗の異なる複数の整流板１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを積層したものとする。更に望ましくは，箱体１０内に注入する第２液体Ｆの所要流量Ｆｒを，所定口径Ｘ１を代表長さとしたときの整流板１２からの放流のレイノルズ数（＝流速×代表長さ／動粘性係数）が６０００〜１４０００の範囲内となるように調整する。

更に好ましくは，図９に示すように，箱体頂面１１から整流板１２の法線方向へ柱状に放流される第２液体Ｆ中に設置する箱体頂面１２と対向する開口付きの液体回収装置２０と，液体回収装置２０の開口から回収した第２液体Ｆを供給装置２へ戻す返戻管２２ａ，２２ｂとを含める。望ましくは，返戻管２２ａ，２２ｂ上に第２液体Ｆを浄化する浄化装置２３を含める。他の好ましい実施例では，図７に示めすように，第１液体Ｍ中に所要大きさの閉鎖エリアＺを画成する溢流口２６付き遮液膜２５を含め，その閉鎖エリアＺの内側に上述した箱体１０を設置して箱体頂面１１から放流する第２液体Ｆにより閉鎖エリアＺの内側を満たして第２液体Ｆの領域Ｃとする。例えば，第１液体Ｍを濁水とし，第２液体を清水又は凝集剤が添加された清水とすることができる。

本発明による液体中の異質液体領域形成方法及び装置は，潜水作業を必要とする第１液体Ｍ中に所定口径Ｘ１の頂面開口１１を整流板１２で覆った中空箱体１０を設置し，箱体１０の頂面又は側面に底面１６へ向けて設けた注入口１４から箱体１０内に第１液体Ｍと濁度，温度，色，又は密度が異なる第２液体Ｆを所要流量Ｆｒで継続的に注入して充溢させ，箱体頂面１１の整流板１２を注入口１４から離れた範囲の流れ抵抗が注入口１４の周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとし，箱体１０内の底面１６で流れの向きを変えた第２液体Ｆを箱体頂面１１の整流板１２全体から均等な流速Ｓで放流することにより第１液体Ｍ中に箱体頂面１１から整流板１２の法線方向へ柱状に延びる第２液体Ｆの領域Ｃを潜水作業域として形成するので，次の効果を奏する。

（イ）中空箱体１０の比較的小口径の注入口１４から注入した第２流体Ｆを底面１６に衝突させて向きを変えることにより，箱体１０の比較的大口径Ｘ１の頂面開口１１全体に行き渡らせることができる。
（ロ）箱体１０の頂面開口１１の全体を整流板１２で覆うことにより，開口１１全体に分散した第２流体Ｆを均等な速度Ｓで放流することができる。
（ハ）所定口径Ｘ１の箱体頂面１１の整流板１２全体から均等な流速Ｓで第２流体Ｆを放流することにより，周囲の第１液体Ｍとの混合を小さく抑え，頂面１１の法線方向に長く延びて安定的に維持された第２液体Ｆの領域Ｃを形成することができる。

（ニ）第２液体Ｆの領域Ｃの周囲に囲いを設けてもよいが，囲いがなくても周囲の第１液体Ｍとの混ざりにくい安定的な第２液体Ｆの領域Ｃを形成することができる。
（ホ）中空箱体１０の設置位置や整流板１２の向きを調整することにより，第１液体Ｍ中に形成する第２液体Ｆの領域Ｃの形状や位置を簡単に調整することができる。
（ヘ）また，必要に応じて中空箱体１０の頂面開口１１の口径Ｘ１を拡大・縮小し，又は複数の中空箱体１０を組み合わせることにより，第１液体Ｍ中に形成する第２液体Ｆの領域Ｃの形状や大きさを簡単に拡張することも可能である。
（ト）潜水作業を必要とする濁水又は冷水中に，第２液体Ｆとして清水又は温水を放流して清水領域又は温水領域Ｃを形成することにより，潜水作業の効率化及び環境改善に貢献することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
は，本発明による異質液体領域形成装置の一実施例の説明図である。 は，本発明による異質液体領域形成装置の他の実施例の説明図である。 は，本発明による異質液体領域形成装置の更に他の実施例の説明図である。 は，流れ抵抗の異なる複数の整流板を用いた異質液体領域形成装置の一例の説明図である。 は，図４の異質液体領域形成装置の整流板から放流される第２液体Ｆの放流のレイノルズ数と第２液体Ｆの領域Ｃの安定性との関係を計測した実験の説明図である。 は，図４の異質液体領域形成装置の整流板から放流される第２液体Ｆの流速Ｓを計測した実験の説明図である。 は，溢流口付き遮液膜を用いた本発明の異質液体領域形成装置の一例の説明図である。 は，撮像装置を組み合わせた本発明の異質液体領域形成装置の一例の説明図である。 は，液体回収装置を用いた本発明の異質液体領域形成装置の一例の説明図である。

図１は，潜水作業を必要とするダム（堰堤）のリニューアル工事に本発明の異質液体領域形成装置を適用した実施例を示す。例えば，水中構造物１であるダム（堰堤）の接水面のリニューアル工事を潜水作業で行う場合に，ダム堤体で堰き止められたダム湖の濁水（第１液体）Ｍ中に清水（第２液体）Ｆを注入して接水面に沿って濁度の異なる清水領域（第２液体領域）Ｃを形成し，その領域Ｃ内で潜水作業を行うことにより必要な視野を確保する。以下，この場合濁水である第１液体Ｍ中に，この場合清水である異質の第２液体Ｆの領域Ｃを形成する同図の実施例を参照して本発明を説明する。

ただし，本発明の適用範囲は濁水Ｍ中に清水Ｆの領域Ｃを形成する場合に限定されるわけではなく，例えば冷水中で潜水作業を行う際に， 冷水Ｍ中に温水（又は暖水）Ｆの領域Ｃを形成して作業環境を改善する場合や，特定の色水Ｍ中に異なる色水Ｆの領域Ｃを形成してマーキングする場合，淡水Ｍ中に塩水又は砂糖水Ｆを注入する場合等，特定の性質の第１液体Ｍ中に異なる性質の第２液体Ｆの領域Ｃを作る場合に広く適用可能である。また，第１液体Ｍ及び第２液体Ｆも水に限定されるわけではなく，例えば第１液体Ｍ及び第２液体Ｆの一方又は双方を適当な化学物質，例えば液体状の油（灯油，シリコンオイル等）その他の非親水性液体として本発明を実施することも可能である。

図示例の異質液体領域形成装置は，所定口径Ｘ１の頂面開口１１を整流板１２で覆って濁水Ｍ中に設置した中空箱体１０と，箱体１０の頂面に底面１６へ向けて設けた注入口１４から箱体１０内に清水Ｆを継続的に注入する供給装置２とを有している。中空箱体１０は頂面全体が開放されており，その頂面開口の全体を整流板１２で覆ったものである。その箱体１０に供給装置２から注入する清水Ｆは，例えば付近の地下水等の湧水を適宜調達して利用できるが，図示例のように水面上に浄化装置６を搭載した給水船２を浮かべ，取水管４経由で取り入れた濁水Ｍを浄化装置６により浄化したうえで清水Ｆとして利用することも可能である。図示例では，給水船２上に搭載した供給装置２と濁水Ｍ中に設置した中空箱体１０の注入口１４とを送水管５で接続し，供給装置２から清水Ｆを箱体１０内に注入している。或いは，図９を参照して後述するように，頂面開口１１から放流される清水Ｆ中に液体回収装置２０を設置し，液体回収装置２０で回収した第２液体Ｆを浄化装置２３経由で供給装置２へ戻して再利用することも可能である。

図１（Ｂ）に示すように，中空箱体１０の比較的小口径の注入口１４から継続的に注入した清水Ｆを箱体１０内の底面１６に衝突させて流れの向きを変えながら分散させることにより，清水Ｆを比較的大口径Ｘ１の頂面開口１１全体に行き渡らせることができる。また，頂面開口１１の全体を整流板１２で覆うことにより，頂面開口１１全体に分散した清水Ｆに圧力をかけて均等に行き渡らせ，清水Ｆを整流板１２全体から法線方向に均等な速度Ｓで放流することができる。なお，中空箱体１０の注入口１４は，清水Ｆを底面１６に衝突させて開口１１全体に分散させることができる適当な部位に設けることができ，中空箱体１０の頂面に代えて側面に設けることも可能である（図８（Ｂ）の実施例を参照）。

図１（Ａ）に示すように，所定口径Ｘ１の整流板１２全体から均等な流速Ｓで清水Ｆを放流することにより，整流板１２から放流された清水流と周囲の濁水Ｍとの混合を小さく抑え，整流板１２から法線方向に長く延びて安定的に維持された清水領域Ｃを形成することができる。整流板１２から放流される清水Ｆの流速は，必ずしも全面において同一である必要はなく，後述するように放流速度に多少のバラツキがあっても，そのバラツキが均等と認められる範囲内（例えば整流板１２内の最小流速が最大流速に対して５０％程度の範囲内）にあれば，周囲の濁水Ｍとの混合を抑えることができる。このように本発明において中空箱体１０は，比較的小口径の注入口１４から供給された清水Ｆを，均等と認められる速度Ｓで流れる比較的大口径Ｘ１の清水流（所定口径Ｘ１の第２液体Ｆの管状流れ）に変換する機能を果たす。なお，清水Ｆに代えて油等の非親水液体を用いることにより，濁水Ｍ中に形成した清水領域Ｃを一層安定的に維持することが期待できる。

図１（Ａ）の実施例では，中空箱体１０の頂面開口１１及び整流板１２を鉛直上方に向け，整流板１２から放流される清水流によって箱体１０の上方に延びる清水領域Ｃを形成している。清水流と周囲の濁水Ｍとの混合を小さく抑えることにより，形成した清水領域Ｃを安定的に維持することができる。清水流の放流向きは，濁水Ｍ中に形成する清水領域Ｃの位置や方向に応じて適宜変更することができる。例えば図３（Ａ）に示すように，頂面開口１１及び整流板１２を鉛直下方に向け，箱体１０の鉛直下方に延びる清水領域Ｃを形成することができる。或いは図３（Ｂ）に示すように，頂面開口１１及び整流板１２を水平に向け，箱体１０から水平方向に延びる清水領域Ｃを形成することも可能である。

なお，図１（Ａ）のように中空箱体１０から上方に延びる清水領域Ｃを形成する場合は，清水Ｆの密度（ないし比重）を周囲の濁水Ｍと同じ程度又は小さくすることが有効であり，例えば濁水Ｍに対して水温の高い清水Ｆを用いることができる。また，図３（Ａ）のように中空箱体１０から下方に延びる清水領域Ｃを形成する場合は，清水Ｆの密度を周囲の濁水Ｍと同じ程度又は大きくすることが有効であり，例えば濁水Ｍに対して水温の低い清水Ｆ（又は淡水の濁水Ｍに対して塩水又は砂糖水とした清水Ｆ）を用いることができる。更に，図３（Ｂ）のように中空箱体１０から水平方向に延びる清水領域Ｃを形成する場合は，清水Ｆの密度を周囲の濁水Ｍと同じ程度とすることが有効である。

また，図１（Ａ）の実施例では頂面開口１１及び整流板１２の口径Ｘ１を１ｍ〜２ｍ程度とし，箱体１０の鉛直上方に１ｍ〜２ｍ径で柱状に延びる清水領域Ｃを形成しているが，頂面開口１１及び整流板１２の所定口径Ｘ１も，濁水Ｍ中に形成する清水領域Ｃの形や大きさに応じて適宜変更することができる。例えば図３（Ａ）及び（Ｂ）の実施例において，頂面開口１１及び整流板１２の所定口径Ｘ１を１０〜２０ｍ程度とすることにより，濁水Ｍ中を１０〜２０ｍ径で鉛直又は水平に伸びる清水領域Ｃを形成することができる。或いは，複数の中空箱体１５を環状に並べて設置することにより，濁水Ｍ中に形成する清水領域Ｃの口径（大きさ）を調整することも可能である。

更に，図３（Ｃ）に示すように，一対の中空箱体１５を頂面開口１１及び整流板１２が相互に対向するように濁水Ｍ中に設置し，両方の頂面開口１１及び整流板１２から柱状に延びる清水領域Ｃを交差させることにより，比較的長く延びる安定的な清水領域Ｃを形成することもできる。或いは，図１又は図３（Ａ）のような鉛直方向に延びる清水流と，図３（Ｂ）のような水平方向に延びる清水流とを組み合わせて清水領域Ｃを形成することも可能である。更に，図示例では頂面開口１１及び整流板１２を断面矩形としているが，形成すべき清水領域Ｃの形状に応じて頂面開口１１及び整流板１２の断面形状も適宜変更可能であり，例えば円形，楕円形，多角形等とすることも可能である。

中空箱体１０の頂面開口１１を覆う整流板１２は，例えば所要開口率のパンチング板（パンチングメタル），所要開口率のストレーナ等とすることができる。整流板１２の流れ抵抗（開口率）は，整流板１２全体から放流される清水流が均等と認められる速度Ｓとなるように設計することができる。また図１（Ｃ）に示すように，必要に応じて，箱体底面１６で流れの向きを変えた清水Ｆの廻り込みやすい範囲１５ｂと廻り込みにくい範囲１５ａとで，整流板１２上の流れ抵抗を相違させることができる。すなわち，清水Ｆが廻り込みにくい注入口１４周辺の領域１５ａでは流れ抵抗を比較的小さく（開口率を比較的大きく）し，清水Ｆが廻り込みやすい注入口１４から離れた領域１５ｂでは流れ抵抗を比較的大きく（開口率を比較的小さく）することにより，整流板１２全体から放流される清水Ｆを均等な速度Ｓとすることができる。

図１（Ｃ）は中空箱体１０の頂面開口１１の端部に注入口１４を設けた場合であるが，図２（Ａ）に示すように，注入口１４は中空箱体１０の頂面開口１１の中央部に設けることも可能である。その場合は，例えば図２（Ｂ）に示すように，整流板１２上の流れ抵抗の比較的小さい領域（開口率の比較的大きい領域）１５ａと流れ抵抗の比較的大きい領域（開口率の比較的小さい領域）１５ｂとを，注入口１４の周りに同心状に配置することができる。或いは図２（Ｃ）に示すように，注入口１４の周辺の整流板１２上に流れ抵抗の比較的小さい領域（開口率の比較的大きい領域）１５ａを配置すると共に，その両側の整流板１２上に流れ抵抗の比較的大きい領域（開口率の比較的小さい領域）１５ｂを配置して，整流板１２全体から放流される清水Ｆを均等な速度Ｓとすることも可能である。

望ましくは，図４に示すように，箱体１０の頂面開口１１を覆う整流板１２を，流れ抵抗の異なる複数の整流板１２ａ〜１２ｄを積層したものとする。上述したように，整流板１２は単独であっても全体から清水Ｆが均等な速度Ｓで放流されるように設計できるが，複数の整流板１２ａ〜１２ｄを積層することにより，全体から放流される清水Ｆの速度Ｓを一層均等化することが期待できる。例えば，箱体底面１５に最も近い最下層の整流板１２ａにより放流される清水Ｆ全体の速度を均等化したのち，その上層の整流板１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによって清水Ｆ全体の速度を更に均等化する。この場合は，最下層の整流板１２ａの流れ抵抗を最も大きく（開口率を最も小さく）し，上層になるに従って整流板１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの流れ抵抗を徐々に小さく（開口率を徐々に大きく）することが有効である。

更に，整流板１２（又は複数の整流板１２ａ〜１２ｄ）により均等化された清水Ｆの放流の速度Ｓは，箱体１０内に継続的に注入する清水Ｆの所要流量Ｆｒによって調整することができる。上述したように，清水Ｆの放流を全体的に均等な流速Ｓとすることで周囲の濁水Ｍとの混合を小さく抑えることができるが，整流板１２から離隔するに従って濁水Ｍとの混合割合が徐々に大きくなることは避けがたい。本発明者は，後述するように，整流板１２から離隔したときの清水と濁水Ｍとの混合割合が，整流板１２からの放流の速度Ｓによって異なることを実験的に見出した（後述の実験例２参照）。従って，濁水Ｍ中の清水領域Ｃを安定的に維持するためには，放流が整流板１２から離隔しても濁水Ｍとの混合割合ができるだけ小さい速度Ｓとなるように，例えば実験により又は数値計算によって，箱体１０内に注入する清水Ｆの所要流量Ｆｒを調整することが有効である。

なお，清水Ｆは箱体１０内に所要流量Ｆｒで連続的に注入して箱体頂面の整流板１２全体から均等な速度Ｓの清水Ｆを連続的に放流することが望ましいが，必要に応じて清水Ｆを断続的に注入し又は注入量を段階的に減少することも可能である。例えば，清水Ｆを連続的に注入することで清水領域Ｃの高い透明度を維持することができるが，それほど高い透明度が要求されないときは，例えば清水領域Ｃが形成された後に必要に応じて清水Ｆを断続的に注入し，或いは注入量を段階的に減少することで，目的の視界が確保できる程度の清水領域Ｃを形成・形成すれば足りる。また，そのように清水Ｆの断続的な注入又は注入量の減少により，清水領域Ｃを形成するために必要な清水Ｆの供給量を節約できる利点もある。

［実験例１］
本発明の異質液体領域形成装置により，清水Ｆを整流板１２全体から均等な速度Ｓで放流できることを確認するため，図４に示すように頂面開口１１が整流板１２で覆われた中空箱体１０を試作して実験を行った。先ず，一辺Ｘ１＝９３５ｍｍの矩形断面（所定口径Ｘ１）で頂面全体が開放された箱体を用い，その頂面開口１１を図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示すような流れ抵抗の異なる４枚のパンチング板１２ａ〜１２ｄを所要相互間隔で積み重ねた積層整流板１２で覆うことにより，図４（Ａ）に示すような中空箱体１０を作成した。最下層のパンチング板１２ａは，図４（Ｂ）に示すように，清水Ｆの廻り込みやすい範囲１５ｂと廻り込みにくい範囲１５ａとで流れ抵抗（開口率）が異なるものを使用し，領域１５ａの開口率を領域１５ｂの開口率の２倍程度に大きくした。また，その上層のパンチング板１２ｂは領域１５ａより大きな開口率とし，その上層のパンチング板１２ｃはパンチング板１２ｂより大きな開口率とし，最上層のパンチング板１２ｄはパンチング板１２ｃよりも更に大きな開口率とした。

次いで，中空箱体１０の底面１６から最下層のパンチング板１２ａまでの高さ（中空部高さ）Ｈ１を変えながら，中空箱体１０の注入口１４から所要流量Ｆｒ（例えば５００リットル／分程度）で清水Ｆを注入し，図６（Ａ）に示すように中空箱体１０の積層整流板１２の表面に沿って設けた７つの計測点Ｐ１〜Ｐ７においてそれぞれ，積層整流板１２から放流される清水Ｆの流速Ｓを計測した。各計測点Ｐ１〜Ｐ７は，各整流板１２上の注入口１４を通る同じ中心軸線上に配置したものであり，計測点Ｐ１〜Ｐ５は鉛直上方から見て積層整流板１２と重なる上方位置であり，計測点Ｐ６，Ｐ７は積層整流板１２と重ならない位置である。

中空箱体１０の中空部高さＨ１が適切に調整されていないときは，計測点Ｐ５の流速Ｓが他の計測点Ｐ１〜Ｐ４よりも大きくなり，整流板１２全体から放流される清水Ｆの流れを均等な流速Ｓとすることは困難であった。これに対し，中空部高さＨ１を適切に調整することにより，図６（Ｂ）に示すように，各計測点Ｐ１〜Ｐ５における流速Ｓがそれぞれ最大流速１５ｍｍ／ｓの５０％程度の範囲内となり，整流板１２全体から放流される清水Ｆの流れをほぼ均等と認められる流速Ｓとすることができた。この実験結果から，中空箱体１０の頂端開口１１を覆う整流板１２の所定口径Ｘ１に応じて，整流板１２の流れ抵抗（開口率及びその分布）と箱体１０の中空部高さＨ１とを適切に調節することにより，整流板１２全体から放流される清水Ｆの流れをほぼ均等な流速Ｓとすることができることを確認できた。

［実験例２］
次に，上述したように流れ抵抗（開口率及びその分布）及び中空部高さＨ１が調節された図４の中空箱体１０（所定口径Ｘ１）を用い，その入口１４に注入する清水Ｆの流量Ｆｒを変えながら，図５（Ａ）に示すように整流板１２（頂面開口１１）の鉛直上方の異なる高さの６つの計測点Ｑ１〜Ｑ６においてそれぞれ，その計測高さの濁度と放流前の濁度（周囲濁水の濁度）との比を計測した。計測点Ｑ１は整流板１２の口径Ｘ１だけ箱体１０の鉛直上方に配置されており，計測点Ｑ２〜Ｑ６はそれぞれ口径Ｘ１の２〜６倍だけ箱体１０の鉛直上方に配置されている。計測結果を図５（Ｂ）のグラフに示す。図５（Ｂ）のグラフは，整流板１２全体から放流される清水Ｆの均等な流速Ｓを，箱体１０の口径Ｘ１を代表長さとしたときの清水Ｆの放流のレイノルズ数（＝流速×代表長さ／動粘性係数）で表し，清水Ｆの注入流量Ｆｒに応じて清水Ｆの放流のレイノルズ数が変化したときに，各計測点Ｑ１〜Ｑ６において濁水Ｍとの混合割合がどの程度進行するか，換言すると清水流の安定性がどの程度失われるかを表している。

図５（Ｂ）のレイノルズ数＝５０００のグラフは，整流板１２からの清水Ｆの放流速が小さすぎると計測点Ｑ４〜Ｑ５における濁度が大きくなり，周囲の濁水Ｍとの混合割合が大きくなることを示している。また，図５（Ｂ）のレイノルズ数＝１６０００のグラフは，整流板１２からの清水Ｆの放流速が大きすぎる場合も計測点Ｑ３〜Ｑ５における濁度が大きくなり，周囲の濁水Ｍとの混合割合が大きくなることを示している。これに対して図５（Ｂ）のレイノルズ数＝６０００〜１４０００のグラフは，計測点Ｑ１〜Ｑ６における濁度が何れも周囲濁水の０．４倍程度以下となっており，整流板１２から口径Ｘ１の６倍程度離れても濁水Ｍとの混合が小さく抑えられていることを示す。この実験結果から，濁水Ｍ中に形成した清水領域Ｃを安定的に維持するためには，箱体１０内に注入する清水Ｆの流量Ｆｒを，箱体１０の口径Ｘ１を代表長さとしたときの箱体１０の整流板１２（頂面開口１１）からの放流の清水Ｆのレイノルズ数が６０００〜１４０００の範囲内となるように調整することが有効であることを確認できた。

こうして，本発明の目的である「特定の第１液体中に安定的に維持された異質の第２液体の領域を簡単に形成することができる方法及び装置」の提供を達成することができる。

以上，濁水（第１液体）Ｍ中に清水（第２液体）Ｆの領域Ｃを形成する図示例を参照して本発明を説明したが，例えば冷水（第１液体）中で潜水作業を行う場合等には，本発明によって冷水（第１液体）Ｍ中に温水（第２液体）Ｆの領域Ｃを形成することにより，潜水作業の効率化及び環境改善に貢献することも期待できる。また，第１液体Ｍと異質の第２液体Ｆとして，第１液体（例えば濁水）Ｍの性質を変化させる化学物質（例えば濁り成分の凝集剤）が添加された液体とすることも可能である。例えば，第２液体Ｆとして凝集剤が添加された清水Ｆを用いることにより，第１液体（濁水）Ｍへの放流後に第１液体（濁水）Ｍとの混合によって増加する第２液体（清水）Ｆ中の濁り成分の沈殿を促進し，放流後の第２液体（清水）Ｆの透明度を高め，或いは透明度を長い時間維持することが期待できる。また，本発明のように比較的大口径Ｘ１で放流される均等な流速の第２液体（清水）Ｆ中に凝集剤を添加することにより，比較的少量の凝集剤によって比較的広い範囲の濁り成分を効果的に沈殿させる効果も期待できる。なお，本発明は，ダム湖等のように第１液体（濁水，冷水等）Ｍが停滞している場合に広く適用できるが，流れをある程度軽減すれば，港湾又は河川等のように流れのある第１液体（濁水，冷水等）Ｍ中に第２液体（清水，温水等）Ｆの領域Ｃを形成する場合にも適用することが期待できる。

図９は，濁水（第１液体）Ｍ中に放流した清水（第２液体）Ｆを回収して再利用する本発明の他の実施例を示す。図１及び図３のように濁水Ｍ中に設置した中空箱体１０から清水Ｆを継続的に放流して清水領域Ｃを形成する方法では，継続的に供給する清水Ｆを如何に確保するかが問題となりうる。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す異質液体領域形成装置は，それぞれ図１及び図３（Ｂ）に示すような中空箱体１０及び供給装置２に加えて，箱体１０の頂面開口１１から放流した清水Ｆ中に設置する液体回収装置２０と，液体回収装置２０で回収した清水Ｆを供給装置２へ戻す返戻管２２ａ，２２ｂとを有している。

図示例の液体回収装置２０は，例えば中空箱体１０と同程度の口径Ｘ１で頂面全体が開放された中空箱体２１を含み，その箱体２１の頂面開口を中空箱体１０の頂面開口１１及び整流板１２と対向させて濁水Ｍ中に配置したものである。上述したように中空箱体１０の整流板１２から放流された清水Ｆの領域Ｃは安定的に維持されているので，その清水領域Ｃ内に回収装置２０を配置することにより，濁水Ｍとの混合を避けながら清水Ｆのみを効率的に箱体２１の頂面開口から液体回収装置２０の内部に回収できる。また，液体回収装置２０には返戻管２１ａの一端が接続されており，内部に回収した清水Ｆを返戻管２１ａ，２１ｂ経由で供給装置２へ戻して循環させることができる。このように中空箱体１０から濁水（第１液体）Ｍ中に放流された清水（第２液体）Ｆを回収して再利用することにより，清水Ｆの供給量を節約しながら，中空箱体１０と液体回収装置２０との間に安定的に維持された清水領域Ｃを形成することができる。

好ましくは，返戻管２２ａ，２２ｂ上に第２液体Ｆを浄化する浄化装置２３を含め，液体回収装置２０で回収した第２液体Ｆを供給装置２へ戻す前に浄化する。上述したように中空箱体１０の整流板１２から放流された清水領域Ｃ中に液体回収装置２０を配置することで，濁水Ｍとの混合を避けながら清水Ｆを効率的に回収できるが，中空箱体１０と液体回収装置２０との離隔距離が大きくなると回収する清水Ｆ中に濁水Ｍが混合することは避けがたく，回収した清水Ｆの循環によって形成される清水領域Ｃの濁度が徐々に増大しうる。図示例のように，回収装置２０で回収した清水Ｆを浄化装置２３で浄化したうえで供給装置２へ戻して循環させることにより，中空箱体１０と液体回収装置２０との間に形成される清水領域Ｃの濁水Ｍの増大を防ぐことができる。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は，例えば水中構造物１であるダム（堰堤）の接水面のリニューアル工事を潜水作業で行う場合に，ダム堤体の接水面に沿った濁水（第１液体）Ｍ中に溢流口２６付き遮液膜２５で囲まれた所要大きさの閉鎖エリアＺを画成し，その閉鎖エリアＺの内側に清水（第２液体Ｆ）の領域Ｃを形成する本発明の更に他の実施例を示す。図示例の異質液体領域形成装置は，図１に示すような中空箱体１０及び供給装置２に加えて，所要大きさの閉鎖エリアＺを画成する溢流口２６付き遮液膜２５を有している。上述した中空箱体１０を閉鎖エリアＺの内側に設置し，箱体頂面１１から放流する第２液体Ｆによって閉鎖エリアＺの内側を満たすことにより清水領域Ｃとする。この実施例では遮液膜２５によって周囲の濁水Ｍと清水領域Ｃとの混合を防ぐことができ，この実施例の中空箱体１０は主に清水Ｆを濁水Ｍとの混合が小さい均等な所要流速Ｓで供給する放流装置として機能する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）の遮液膜２５は，例えばダム堤体の接水面に沿って設けた潜水作業に必要十分な閉鎖エリアＺを囲むように接水面に支持して組み立てた遮水板又は遮水膜であり，その一部分に内側から外側へ水を通過させる溢流口２６が設けられている。必要に応じて溢流口２６に逆止弁等を設けてもよい。その遮液膜２５で囲まれた閉鎖エリアＺの内側に中空箱体１０を設置し，遮液膜２５を水密に貫く送水管５を介して，遮液膜２５の外側の供給装置２から箱体１０に清水Ｆを注入する。供給装置２は遮液膜２５の内側に設けることも可能であり，その場合は送水管５が遮液膜２５を貫く必要がない。中空箱体１０の頂面開口１１の整流板１２から均等な流速Ｓで清水Ｆを放流することにより，清水Ｆとの混合を小さく抑えながら閉鎖エリアＺの内側を徐々に清水Ｆで満たし，閉鎖エリアＺの内側の濁水Ｍを溢流口２６から徐々に遮液膜２５の外側へ押し出すことにより，閉鎖エリアＺの内側を清水領域Ｃとすることができる。

図７（Ｃ）及び（Ｄ）は，上端に溢流口２６を設けた遮液膜２５を用いて，同図（Ａ）及び（Ｂ）と同様にダム堤体の接水面に沿った閉鎖エリアＺの内側を清水領域Ｃとする他の実施例を示す。図示例の遮液膜２５は，閉鎖エリアＺの３側面及び底面を遮水板又は遮水膜で塞ぎ，頂面を開放して蓋なしエリアＺとするものである。そのエリアＺの内側底部に中空箱体１０を設置し，上端面の溢流口２６から送水管５を挿入して箱体１０に清水Ｆを注入し，中空箱体１０の整流板１２から均等な流速Ｓで放流される清水ＦによってエリアＺの内側を徐々に清水Ｆで満たす。この実施例の中空箱体１０も，主に清水Ｆを濁水Ｍとの混合が小さい均等な所要流速Ｓで供給する放流装置として機能する。好ましくは，注入する清水Ｆの密度（ないし比重）を濁水Ｍより大きくし，エリアＺの底部に注入した清水Ｆによって密度の低い（温度の高い）濁水を上端の溢流口２６から外側へ押し出することにより，エリアＺの内側を底部から徐々に清水Ｆで満たす。例えば，清水Ｆを濁水Ｍよりも温度の低い冷水とし，又は清水Ｆを水Ｍよりも高濃度の塩水又は砂糖水とすることができる。

図７（Ａ）及び（Ｂ）又は図７（Ｃ）及び（Ｄ）の何れの実施例においても，第２液体Ｆ（例えば清水）として，第１液体（例えば濁水）Ｍの性質を変化させる化学物質（例えば濁り成分の凝集剤）が添加された液体を用いることができる。閉鎖エリアＺの内側に凝集剤が添加された清水Ｆを注入することにより，周囲の濁水Ｍとの混合が発生した場合でも，清水Ｆ中の濁り成分を凝集剤によって沈殿させ，閉鎖エリアＺの内側の透明度を高め，或いは透明度を長い時間維持することが期待できる。また，比較的大口径Ｘ１で放流される均等な流速の清水Ｆ中に凝集剤を添加することにより，比較的少量の凝集剤によって比較的広い範囲の濁り成分を効果的に沈殿させる効果が期待できる。

図８は，例えば立坑等の先端部の出来形等を水中カメラで確認する場合に，濁水Ｍ中で必要な視界を確保しながら撮影を可能とするため，図１に示すような中空箱体１０と水中カメラ３０とを組み合わせた本発明の更に他の実施例を示す。図示例の異質液体領域形成装置は，図１に示すような中空箱体１０及び供給装置２に加えて，その箱体１０の頂面開口１１の整流板１２の外面に接して取り付けた水中カメラ３０を有している。箱体頂面１１の整流板１２の外面には均等な流速Ｓで放流される第２液体Ｆ（清水Ｆ）によって清水領域Ｃが形成されるので，図８（Ａ）のようにその清水域Ｃ内に水中カメラ３０を設置すると共に，清水域Ｃの外面が出来型等の確認対象（撮影対象）と接するように箱体１０を位置決めすることにより，濁水Ｍ中でも必要な視界を確保しながら撮影することが可能となる。また，図８（Ｂ）のように，中空箱体１０の頂面開口１１を出来型等の確認対象（撮影対象）と対向させ，第２液体Ｆ（清水Ｆ）を整流板１２から対象へ向けて放流することにより，整流板１２の外面に取り付けた水中カメラ３０の視界を確保しながら対象を撮影することもできる。

１…水中構造物 ２…供給装置
３…給水船 ４…取水管
５…送水管 ６…浄化装置
１０…中空箱体 １１…頂面開口
１２，１２ａ〜１２ｄ…整流板 １４…注入口
１５ａ，１５ｂ…整流板上の所定流れ抵抗の範囲
１６…底面
２０…液体回収装置 ２１…中空箱体
２２…返戻管 ２３…浄化装置
２５…遮液膜 ２６…溢流口
３０…水中カメラ ３１…ケーブル
Ｃ…異質液体領域（第２液体領域） Ｅ…水底
Ｆ…異質液体（第２液体） Ｆｒ…所要流量
Ｈ１…中空部高さ Ｍ…特定液体（第１液体）
Ｓ…流速 Ｘ１…頂面開口径
Ｚ…閉鎖エリア

Claims (14)

1. 潜水作業を必要とする第１液体中に所定口径の頂面開口を整流板で覆った中空箱体を設置し，前記箱体の頂面又は側面に底面へ向けて設けた注入口から箱体内に第１液体と濁度，温度，色，又は密度が異なる第２液体を所要流量で継続的に注入して充溢させ，前記箱体頂面の整流板を注入口から離れた範囲の流れ抵抗が注入口周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとし，前記箱体内の底面で流れの向きを変えた第２液体を箱体頂面の整流板全体から均等な流速で放流して第１液体中に箱体頂面から整流板の法線方向へ柱状に延びる第２液体領域を潜水作業域として形成してなる液体中の異質液体領域形成方法。
2. 請求項１の方法において，前記箱体頂面の整流板を，流れ抵抗の異なる複数の整流板を積層したものとしてなる液体中の異質液体領域形成方法。
3. 請求項１又は２の方法において，前記箱体内に注入する第２液体の所要流量を，前記所定口径を代表長さとしたときの前記整流板からの放流のレイノルズ数（＝流速×代表長さ／動粘性係数）が６０００〜１４０００の範囲内となるように調整してなる液体中の異質液体領域形成方法。
4. 請求項１から３の何れかの方法において，前記箱体頂面から整流板の法線方向へ柱状に放流される第２液体中に当該箱体頂面と対向する開口付きの液体回収装置を設置し，前記液体回収装置の開口から回収した第２液体を前記箱体の注入口へ戻してなる液体中の異質液体領域形成方法。
5. 請求項４の方法において，前記液体回収装置で回収した第２液体を前記箱体の注入口へ戻す前に浄化してなる液体中の異質液体領域形成方法。
6. 請求項１から３の何れかの方法において，第１液体中に溢流口付き遮液膜により所要大きさの閉鎖エリアを画成し，その閉鎖エリアの内側に前記箱体を設置して前記箱体頂面から放流する第２液体により閉鎖エリアの内側を満たして第２液体領域としてなる液体中の異質液体領域形成方法。
7. 請求項１から６の何れかの方法において，前記第１液体を濁水とし，前記第２液体を清水又は凝集剤が添加された清水としてなる液体中の異質液体領域形成方法。
8. 潜水作業を必要とする第１液体中に所定口径の頂面開口を整流板で覆って設置する中空箱体，前記箱体の頂面又は側面に底面へ向けて設けた注入口，及び前記注入口から箱体内に第１液体と濁度，温度，色，又は密度が異なる第２液体を所要流量で継続的に注入して充溢させる供給装置を備え，前記箱体頂面の整流板を注入口から離れた範囲の流れ抵抗が注入口周辺範囲の流れ抵抗よりも大きいものとし，前記箱体内の底面で流れの向きを変えた第２液体を箱体頂面の整流板全体から均等な流速で放流して第１液体中に箱体頂面から整流板の法線方向へ柱状に延びる第２液体領域を潜水作業域として形成してなる液体中の異質液体領域形成装置。
9. 請求項８の装置において，前記箱体頂面の整流板を，流れ抵抗の異なる複数の整流板を積層したものとしてなる液体中の異質液体領域形成装置。
10. 請求項８又は９の装置において，前記箱体内に注入する第２液体の所要流量を，前記所定口径を代表長さとしたときの前記整流板からの放流のレイノルズ数（＝流速×代表長さ／動粘性係数）が６０００〜１４０００の範囲内となるように調整してなる液体中の異質液体領域形成装置。
11. 請求項８から１０の何れかの装置において，前記箱体頂面から整流板の法線方向へ柱状に放流される第２液体中に設置する当該箱体頂面と対向する開口付きの液体回収装置と，前記液体回収装置の開口から回収した第２液体を前記供給装置へ戻す返戻管とを含めてなる液体中の異質液体領域形成装置。
12. 請求項１１の装置において，前記返戻管上に第２液体を浄化する浄化装置を含めてなる液体中の異質液体領域形成装置。
13. 請求項８から１０の何れかの装置において，第１液体中に所要大きさの閉鎖エリアを画成する溢流口付き遮液膜を含め，その閉鎖エリアの内側に前記箱体を設置して前記箱体頂面から放流する第２液体により閉鎖エリアの内側を満たして第２液体領域としてなる液体中の異質液体領域形成装置。
14. 請求項８から１３の何れかの装置において，前記第１液体を濁水とし，前記第２液体を清水又は凝集剤が添加された清水としてなる液体中の異質液体領域形成装置。