特開 2025-4447 水中沈殿物回収システムおよび水中沈殿物回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004447

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】水中沈殿物回収システムおよび水中沈殿物回収方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/88 20060101AFI20250107BHJP

   E02F 5/00 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

E02F3/88 A

E02F5/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104139

(22)【出願日】2023-06-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】西沢 孝壽

(72)【発明者】

【氏名】花岡 草

(72)【発明者】

【氏名】菊池 史朗

(72)【発明者】

【氏名】内島 大作

(72)【発明者】

【氏名】鎌原 健志

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 茂男

(72)【発明者】

【氏名】松平 昌之

(57)【要約】

【課題】ホースがロボットの移動を妨げることがなく、且つロボットがホースを引きながら移動する際の負荷を軽減することが可能な水中沈殿物回収システムおよび水中沈殿物回収方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかる水中沈殿物回収システムの構成は、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収システム１００ａであって、浸水したフロアを走行して沈殿物を吸引するロボット１００と、ロボットの上部に配置されて吸引した沈殿物を外部に吐出する吐出ノズル１５６と、フロアの水面を走行可能な運搬ボート２００と、を備え、運搬ボート２００は、底面が開閉可能なバケット２１０と、バケットを水面に浮かせる浮体２２０と、バケットを移動させるスクリュー２３０と、を有し、吐出ノズル１５６は、ロボットに隣接された運搬ボートのバケットに沈殿物を吐出可能な位置に設置されていることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収システムであって、
前記浸水したフロアを走行して前記沈殿物を吸引するロボットと、
前記ロボットの上部に配置されて前記吸引した沈殿物を外部に吐出する吐出ノズルと、
前記フロアの水面を走行可能な運搬ボートと、
を備え、
前記運搬ボートは、
底面が開閉可能なバケットと、
前記バケットを水面に浮かせる浮体と、
前記バケットを移動させるスクリューと、
を有し、
前記吐出ノズルは、前記ロボットに隣接された前記運搬ボートのバケットに前記沈殿物を吐出可能な位置に設置されていることを特徴とする水中沈殿物回収システム。

【請求項2】

請求項１に記載の水中沈殿物回収システムを用いて、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収方法であって、
前記運搬ボートを前記ロボットの吐出ノズルの下方に移動し、
前記ロボットは、前記フロアを走行して前記沈殿物を吸引しつつ、該吸引した沈殿物を前記運搬ボートのバケットに吐出し、
前記運搬ボートを前記沈殿物の集積場所まで移動し、
前記バケットの底面を開いて該バケット内の前記沈殿物を前記集積場所に放出することを特徴とする水中沈殿物回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収システム、およびそれを用いた水中沈殿物回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、水質汚染を防止するためや、水中に沈殿している有害物を除去するために、水中に沈殿している沈殿物を回収することが行われている。沈殿物を回収する手段としては、例えば特許文献１に汚泥回収装置および方法が開示されている。特許文献１の汚泥回収装置は、水中を移動可能であると共に水底の汚泥を吸引して回収可能な浚渫装置と、水中を移動可能であると共に浚渫装置により回収された汚泥から水分を除去した回収物を回収物受槽に貯蔵する処理装置と、処理装置に電力や高圧空気などを供給する設備車とを有している。

【0003】

ところで、例えば原子力発電所建屋では、水中の放射線量を低減するために、放射線物質を吸着する吸着材（例えばゼオライト）を袋に収納した土嚢を水中に載置することがある。この土嚢の内容物を回収する場合、内容物が土嚢に収容されたままであると、特許文献１の汚泥回収装置では、沈殿物を回収することができない。

【0004】

そこで発明者らは、「水中を走行可能なロボット本体と、ロボット本体に対して装着されたコンテナと、ロボット本体に搭載されコンテナを通じて沈殿物を吸引する内蔵ポンプと、ロボット本体の下部の前方に縦向きに軸支され自由回転可能なチップソーとを備えた」水中沈殿物回収ロボットを開発した（特許文献２）。

【0005】

特許文献２の水中沈殿物回収ロボットによれば、チップソーを押し当ててロボット本体が左右に回転運動することで土嚢の袋を破き、土嚢から流出した内容物をロボット本体の内蔵ポンプによって吸引して回収することができる。したがって、内容物が土嚢に収容された状態であっても内容物を効率的に回収することができ、沈殿物の回収作業を迅速に行うことが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－１２５７５４号公報

【特許文献2】特開２０２２―１４７０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

発明者らは、特許文献２の水中沈殿物回収ロボット（以下、ロボットと称する）のコンテナに貯留された沈殿物の回収方法について検討した。詳細には、「沈殿物をコンテナ内に貯留した状態のロボットを集積場所まで移動し、ロボットからコンテナを取り外す。そしてコンテナの内部の沈殿物を集積場所に放出する。その後、集積場所に設置された吸引装置とロボットとを連結し、吸引装置によってコンテナ内のゼオライトを吸い上げる。」という運用方法を検討した。

【0008】

さらに、発明者らは、現地状況に応じて様々な回収方法を適用できるように、ロボットによって回収した沈殿物を、コンテナに貯留せずに、直接集積場所に移送する運用方法について検討を行った。この場合、ロボットに連結したホースの吐出口を集積場所に配置して沈殿物を移送することになる。しかし、沈殿物はフロアの広い範囲に散在しているため、ホースの長さは最大で５０ｍ以上の長さになることがある。すると、ロボットはホースを引っ張りながら移動することになり、ホースがロボット移動の妨げになる可能性がある。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑み、ホースがロボットの移動を妨げることがなく、且つロボットがホースを引きながら移動する際の負荷を軽減することが可能な水中沈殿物回収システムおよび水中沈殿物回収方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明にかかる水中沈殿物回収システムの代表的な構成は、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収システムであって、浸水したフロアを走行して沈殿物を吸引するロボットと、ロボットの上部に配置されて吸引した沈殿物を外部に吐出する吐出ノズルと、フロアの水面を走行可能な運搬ボートと、を備え、運搬ボートは、底面が開閉可能なバケットと、バケットを水面に浮かせる浮体と、バケットを移動させるスクリューと、を有し、吐出ノズルは、ロボットに隣接された運搬ボートのバケットに沈殿物を吐出可能な位置に設置されていることを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決するために、本発明にかかる水中沈殿物回収方法の代表的な構成は、上記に記載の水中沈殿物回収システムを用いて、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収方法であって、運搬ボートをロボットの吐出ノズルの下方に移動し、ロボットは、フロアを走行して沈殿物を吸引しつつ、吸引した沈殿物を運搬ボートのバケットに吐出し、運搬ボートを沈殿物の集積場所まで移動し、バケットの底面を開いてバケット内の沈殿物を集積場所に放出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ホースがロボットの移動を妨げることがなく、且つロボットがホースを引きながら移動する際の負荷を軽減することが可能な水中沈殿物回収システムおよび水中沈殿物回収方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】原子力発電所建屋の概略図である。

【図2】本実施形態のロボットおよび運搬ボートの全体斜視図である。

【図3】本実施形態の回収ロボットが水中を走行する様子を説明する模式図である。

【図4】本実施形態にかかる水中沈殿物回収システムを説明する模式図である。

【図5】比較例の水中沈殿物回収システムを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

（原子力発電所建屋１０）
図１は、原子力発電所建屋１０の概略図である。なお、本実施形態では沈殿物を回収する施設として原子力発電所建屋１０を例示したが、これに限定するものではない。水中に沈殿物が堆積している施設であれば、他の施設であっても上述した本実施形態にかかる沈殿物回収ロボット（以下、ロボット１００と称する）を好適に用いることが可能である。

【0016】

図１に示すように、原子力発電所建屋１０は、地上複数階、地下複数階建ての建物（図１では地上２階、地下２階建ての建物を例示）である。１Ｆは地上への出入り口であり、最地下のＢ２Ｆに滞留水が貯蔵されている。この滞留水の放射性物質を吸着するために、Ｂ２Ｆには袋に吸着材（例えばゼオライト等）を詰めた土嚢１２が設置されている。本実施形態のロボット１００は、水中に沈殿した吸着材を沈殿物として回収する。

【0017】

原子力発電所建屋１０のＢ２Ｆには、ロボット１００が配置される。ロボット１００は、１Ｆの天井に設置されている天井クレーン１４によってＢ２Ｆに搬入される。ロボット１００はＢ２Ｆに到着するとフック１６から外れて水中を自走する。ロボット１００にはフロートケーブル１８が接続されて、電源盤２０からの電源が供給されると共に、カメラの画像データや各種センサーの信号が遠隔制御装置２２に送信される。

【0018】

図１に示す天井クレーン１４は、ロボット１００を、水中に搬入し且つ水中から搬出する。詳細には、本実施形態では、ロボット１００は、天井クレーン１４に吊り下げられた状態で１ＦからＢ２Ｆに搬入される。ロボット１００が、水中を走行しながら沈殿物を回収する。回収作業後のロボット１００は、フロートケーブル１８が巻取装置２４によって巻き取られ、シャワー２６によって洗浄された後に、クレーン１４のフックに掛けて引き上げられて搬出される。

【0019】

（ロボット１００）
図２は、本実施形態のロボット１００および運搬ボート２００の全体斜視図である。理解を容易にするために、本実施形態にかかる水中沈殿物回収システムにおいて用いられるロボット１００について先に説明する。

【0020】

図２に示すロボット１００は、浸水したフロア（本実施形態ではＢ２Ｆを例示）を走行し、フロアに沈殿している沈殿物を吸引する。ロボット１００は、水中を走行可能なロボット本体１１０、フロート１４０、沈殿物吸込機構１５０、吐出ノズル１５６、離接機構１６０、スクリュー１９０およびロボット制御部１０２を備える。

【0021】

図２に示すようにロボット１００は、枠体１２０およびクローラ１３０を含んで構成される。枠体１２０は、上部を構成する上部フレーム１２２、および下部を構成する下部フレーム１２４によって構成されている。上部フレーム１２２にフロート１４０が備えられ、下部フレーム１２４にロボット本体１１０が構成される。

【0022】

ロボット本体１１０は、下部フレーム１２４に沈殿物吸込機構１５０が搭載されている。沈殿物吸込機構１５０は、吸込口１５２および吸込ポンプ１５４を含んで構成され、水底の沈殿物を回収する。吸込口１５２は、例えば吸引ノズルであって、ロボット本体１１０の下方においてクローラ１３０の間に配置されている。吸込口１５２には吸込ポンプ１５４が連結ホース１５４ａを介して接続されている。これにより、吸込ポンプ１５４を駆動すると、水底の沈殿物が吸込口１５２に吸い込まれて回収される。

【0023】

なお、沈殿物の内容物が土嚢１２に収容された状況において土嚢１２から内容物を取り出したい場合は、クローラ１３０により土嚢１２を踏みにじり、土嚢１２を破いた後に吸込口１５２より内容物を回収するようにしてもよい。または、ロボット本体１１０の下部の前方にチップソーのような切断部材を取り付けるようにしてもよい。この場合、チップソーを用いて土嚢１２を破き、吸込口１５２より内容物を回収することができる。

【0024】

図２に示すように上部フレーム１２２の内部にはフロート１４０が配置されている。フロート１４０は、中空の筐体であり、内部に空気が密封されている。これにより、フロート１４０が浮力源となり、水中でロボット１００を浮かせることが可能となる。

【0025】

フロート１４０の内部には、例えば回路基板や撮像装置等の電装品（不図示）を収容可能である。本実施形態では、遠隔制御装置２２（図１参照）と接続されて当該ロボット１００の動作を制御するロボット制御部１０２がフロート１４０の内部に収容されている。これにより、浸水による電装品の故障を好適に防ぐことができる。

【0026】

またロボット１００の上部、すなわち上部フレーム１２２には吐出ノズル１５６が配置されている。吐出ノズル１５６は、ロボット１００（厳密には沈殿物吸込機構１５０）が吸引した沈殿物をロボット１００の外部に吐出する。吐出ノズル１５６は、連結ホース１５８によって吸込ポンプ１５４に連結されている。これにより、上部フレーム１２２が下部フレーム１２４に対して離接（昇降）しても、吸込ポンプ１５４と吐出ノズル１５６の接続が維持される。

【0027】

上述したロボット本体１１０とフロート１４０とは、離接機構１６０によって離接可能に連結されている。また図２に示すように本実施形態のロボット１００は、ロボット本体１１０を水中で推進させるスクリュー１９０を有する。スクリュー１９０としては、例えばモータと一体型のものを好適に用いることができる。図２ではスクリュー１９０が側部に２つ、後部に２つ（１つは見えていない）を配置されている構成を例示するが、これに限定するものではなく、スクリュー１９０の数は必要に応じて適宜変更してよい。

【0028】

図３は、本実施形態のロボット１００が水中を走行する様子を説明する模式図である。図３では、滞留水の（水面４０ａから水底４０ｂまでの）水深は１．５ｍ程度を想定している。本実施形態のロボット１００では、通常走行時には離接機構１６０を伸長させて、図３（ａ）に示すようにフロート１４０をロボット本体１１０から離間させる。これにより、ロボット１００がクローラ１３０によって水底４０ｂを走行する。

【0029】

前方における障害物１２ａの存在が検出されたら、ロボット制御部１０２は離接機構１６０を収縮させる。すると、フロート１４０がロボット本体１１０に近接して浮体が水没した状態となり、ロボット１００全体がフロート１４０の浮力によって浮上する。

【0030】

そしてフロート１４０が近接した状態でスクリュー１９０によってロボット本体１１０を水中で推進させることにより、図３（ｃ）に示すように障害物１２ａを乗り越える。このように本実施形態のロボット１００によれば、フロート１４０の浮力を利用することにより水中に存在する障害物１２ａを乗り越えることができるため、水中の沈殿物の回収作業を効率的に進めることが可能である。

【0031】

また本実施形態のロボット１００のようにフロート１４０に浮力が作用することにより、ロボット１００の姿勢が傾いた際でも倒れてしまうことがなく、正しい姿勢に復帰することができる。このため、ロボット１００の姿勢を安定した状態で維持することが可能である。

【0032】

（水中沈殿物回収システム）
図４は、本実施形態にかかる水中沈殿物回収システム（以下、回収システム１００ａと称する）を説明する模式図である。なお本実施形態では、回収システム１００ａについて詳述しつつ、それを用いた水中沈殿物回収方法についても併せて説明する。

【0033】

図４に示す本実施形態の回収システム１００ａは、浸水したフロア（Ｂ２Ｆ）の沈殿物を回収して集積場所Ｐに集積する。本実施形態の回収システム１００ａは、上述したロボット１００、ロボット１００に設けられた吐出ノズル１５６、および運搬ボート２００を含んで構成される。なお、ロボット１００の詳細については説明を割愛し、吐出ノズル１５６の詳細については後述する。

【0034】

運搬ボート２００は、浸水したフロアの水面４０ａを走行可能であり、ロボット１００が吸引した沈殿物Ｓを積載し、それを集積場所Ｐに移送する。図２および図４に示すように運搬ボート２００は、バケット２１０、浮体２２０およびスクリュー２３０を含んで構成される。

【0035】

バケット２１０は、上面が開口していて、且つ底面２１２が開閉可能であって、沈殿物Ｓを積載する。浮体２２０は、バケット２１０の側面２１４に取り付けられていて、バケット２１０に対して浮力を付与する。スクリュー２３０は、バケット２１０に取り付けられ、バケット２１０ひいては運搬ボート２００を推進させる駆動源である。運搬ボート２００は、浮体２２０によって水面４０ａに浮くことが可能となり、スクリュー２３０によって水面を走行可能となる。

【0036】

図５は、比較例の水中沈殿物回収システム（以下、回収システム８０と称する）を説明する図である。なお、本実施形態の回収システム１００ａと比較例の回収システム８０との共通要素については、同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

【0037】

図５に示すように比較例の回収システム８０では、１つの回収穴５２および移送穴６０が床５０に形成されていて、それらには、ホースリール３０に支持された１本の移送ホース３２が挿通されている。移送ホース３２は、一端がロボット１００に直結されていて、他端が集積場所Ｐに配置されている。

【0038】

図５に示す比較例の回収システム８０では、ロボット１００は、浸水したフロア全体において走行して沈殿物を回収するのと並行して、移送ホース３２を通じて沈殿物を集積場所Ｐに移送する。移送ホース３２は、浸水したフロア全体に届く必要があるため、その長さは、フロアの広さにもよるが最大で５０ｍ以上の長さになることがある。すると、移送ホース３２を引きながら移動する際のロボット１００の負荷が大きく、また移送ホース３２がロボット１００の移動を妨げるおそれがある。

【0039】

そこで本実施形態の回収システム１００ａでは、水中を走行して沈殿物Ｓを吸引するロボット１００、および水面４０ａを走行して沈殿物Ｓを運搬する運搬ボート２００を用いて沈殿物Ｓの回収を行う。本実施形態の特徴としてロボット１００の吐出ノズル１５６の吐出口１５６ａは、ロボット１００に隣接した運搬ボート２００のバケット２１０に沈殿物Ｓを吐出可能な位置に設置されている。

【0040】

浸水したフロアの沈殿物Ｓを回収する際には、図４に示すように、運搬ボート２００は、バケット２１０の上面がロボット１００の吐出ノズル１５６の吐出口１５６ａの下方に位置するように移動する。このとき、運搬ボート２００がスクリュー２３０の推進力によってロボット１００に付勢することにより、バケット２１０と吐出ノズル１５６の吐出口１５６ａとが位置決めされる。

【0041】

ロボット１００は、運搬ボート２００が隣接した位置に配置されたら、フロアを走行して沈殿物Ｓを吸引しつつ、吸引した沈殿物Ｓを運搬ボート２００のバケット２１０に吐出する。このとき、運搬ボート２００はロボット１００に付勢しているため、ロボット１００が移動すると運搬ボート２００もそれに追従して移動する。また運搬ボート２００のバケット２１０の底面２１２は閉状態となっている。

【0042】

ロボット１００からバケット２１０に吐出された沈殿物Ｓが所定量に到達したら、運搬ボート２００はロボット１００から離れて沈殿物Ｓの集積場所Ｐまで移動する。そして運搬ボート２００はバケット２１０の底面２１２を開状態とし、バケット２１０内の沈殿物Ｓを集積場所Ｐに放出する。これにより、浸水したフロアの沈殿物が、ロボット１００によって回収され、運搬ボート２００によって移送（運搬）されて集積場所Ｐに集積される。

【0043】

上記説明したように本実施形態の回収システム１００ａおよびそれを用いた水中沈殿物回収方法によれば、ロボット１００によって吸引した沈殿物Ｓを、移送ホース３２を用いることなく集積場所Ｐに移送することができる。したがって、ロボット１００に対してかかる移送ホース３２の負荷が軽減され、且つ移送ホース３２がロボット１００の移動を妨げることがない。故に、ロボット１００がフロアを好適に移動することができ、沈殿物Ｓを効率的に回収することが可能となる。

【0044】

なお本実施形態では、所定量の沈殿物Ｓがバケット２１０に積載されたら運搬ボート２００が集積場所Ｐに移動する構成を例示したが、これに限定するものではない。例えばロボット１００による沈殿物Ｓの吐出時間が所定時間を経過したら運搬ボート２００の集積場所Ｐへの移動を開始する等、他の条件によって運搬ボート２００の集積場所Ｐへの移動を開始する構成とすることも可能である。

【0045】

また本実施形態では、１つのロボット１００に対して１つの運搬ボート２００を用いる構成を例示しているが、これに限定するものではない。例えば１つのロボット１００に対して複数の運搬ボート２００を用いてもよく、ロボット１００の数と運搬ボート２００の数は必要に応じて適宜変更してよい。

【0046】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、浸水したフロアの沈殿物を回収して集積する水中沈殿物回収システム、およびそれを用いた水中沈殿物回収方法として利用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１０…原子力発電所建屋、１２…土嚢、１２ａ…障害物、１４…天井クレーン、１６…フック、１８…フロートケーブル、２０…電源盤、２２…遠隔制御装置、２４…巻取装置、２６…シャワー、３０…ホースリール、３２…移送ホース、４０ａ…水面、４０ｂ…水底、５０…床、５２…回収穴、６０…移送穴、８０…回収システム、１００…ロボット、１００ａ…回収システム、１０２…ロボット制御部、１１０…ロボット本体、１２０…枠体、１２２…上部フレーム、１２４…下部フレーム、１３０…クローラ、１４０…フロート、１５０…沈殿物吸込機構、１５２…吸込口、１５４…吸込ポンプ、１５４ａ…連結ホース、１５６…吐出ノズル、１５６ａ…吐出口、１５８…連結ホース、１６０…離接機構、１９０…スクリュー、２００…運搬ボート、２１０…バケット、２１２…底面、２１４…側面、２２０…浮体、２３０…スクリュー、Ｐ…集積場所、Ｓ…沈殿物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】