(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】水中沈殿物回収ロボット
(51)【国際特許分類】
E02F 3/88 20060101AFI20241008BHJP
E02F 3/90 20060101ALI20241008BHJP
E02F 5/00 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
E02F3/88 A
E02F3/90 Z
E02F5/00 A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021048190
(22)【出願日】2021-03-23
(65)【公開番号】P2022147082
(43)【公開日】2022-10-06
【審査請求日】2024-02-01
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ２０２０年９月１６日に２０２０年度 オンライン技術開発報告会にて発表
(73)【特許権者】
【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】阪上 知己
(72)【発明者】
【氏名】西沢 孝壽
(72)【発明者】
【氏名】永喜多 徹
(72)【発明者】
【氏名】花岡 草
(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】吉田 稔
(72)【発明者】
【氏名】四ツ田 裕嗣
(72)【発明者】
【氏名】松平 昌之
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２４０５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２５７５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０７００６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１４６３３６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ３／８８
Ｅ０２Ｆ ３／９０
Ｅ０２Ｆ ５／００
Ｇ２１Ｆ ９／００－ ９／３６
Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中を走行可能なロボット本体と、前記ロボット本体に対して着脱可能なコンテナと、
前記コンテナの下部に設けられた開口と、
前記開口を開閉する蓋と、
前記蓋を開放状態で固定する固定部材と、
を備え、
前記固定部材は前記コンテナが施設の床に着床するときに移動して前記蓋の固定を解除し、
前記蓋は固定が解除されると前記開口を閉じることを特徴とする水中沈殿物回収ロボット。
【請求項2】
前記蓋はコンテナの側面に設けられていて、前記固定部材はコンテナの側面に沿ってスライドする枠体であって、該枠体が前記蓋を固定しているとき該枠体の下端が前記コンテナの下端より下方に突出していて、前記コンテナが着床するとき該枠体は床に押されて上方にスライドすることを特徴とする請求項１に記載の水中沈殿物回収ロボット。
【請求項3】
前記蓋はコンテナの底面に設けられていて、前記固定部材は、前記蓋を下方に向かって起こすつっかい棒であって、前記コンテナが着床するとき該つっかい棒は床に押されて外れることを特徴とする請求項１に記載の水中沈殿物回収ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水中に沈殿している沈殿物を回収する水中沈殿物回収ロボットに関する。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－１２５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の汚泥回収装置では、浚渫装置によって回収された汚泥は、処理装置の回収物受槽に貯槽される。このような構成であると、回収物受槽内に汚泥が回収されたら回収作業を一度中断し、汚泥回収装置（浚渫装置および処理装置）を一度地上に引き上げなくてはならない。そして、回収物受槽を空にした後に汚泥回収装置を水中に戻し、作業を再開する。このため、特許文献１の技術であると作業効率が低く、更なる改良の余地がある。
【0005】
そこで発明者らは、タンクとしてのコンテナと、かかるコンテナを搭載して水中を走行するロボット本体を用いた水中沈殿物回収ロボットの開発を検討した。かかる構成によれば、沈殿物が充填されたコンテナを空のコンテナと随時交換することで、水中での沈殿物の回収作業を中断することなく継続することができる。しかしながら、水中に投入する前のコンテナの内部には空気が入っているため、そのままロボットに取り付けるとロボットに内蔵されている沈殿物回収用のポンプを駆動することができず、さらに水中に配置する際のコンテナの挙動が不安定になるという課題もあった。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑み、コンテナを水中に配置する際に内部の空気を速やかに抜くことで内蔵ポンプを駆動可能とし、さらに水中に配置する際のコンテナの挙動を安定させることができ、沈殿物の回収効率を高めることが可能な水中沈殿物回収ロボット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】
【0007】
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ロボットの代表的な構成は、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着脱可能なコンテナと、コンテナの下部に設けられた開口と、開口を開閉する蓋と、蓋を開放状態で固定する固定部材と、を備え、固定部材はコンテナが施設の床に着床するときに移動して蓋の固定を解除し、蓋は固定が解除されると開口を閉じることを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、水中にコンテナを配置した際に、固定部材によって開状態となっている開口からコンテナ内に水が流入する。これにより、コンテナの内部は水によって充填された状態となる。そして、コンテナが施設の床に着床すると、固定部材による蓋の固定が解除され、蓋によって開口が閉じられた状態となる。故に、水中に配置する際のコンテナの挙動を安定させることができ、ロボット本体を用いた沈殿物の回収効率を高めることが可能となる。
【0009】
上記蓋はコンテナの側面に設けられていて、固定部材はコンテナの側面に沿ってスライドする枠体であって、枠体が蓋を固定しているとき枠体の下端がコンテナの下端より下方に突出していて、コンテナが着床するとき枠体は床に押されて上方にスライドするとよい。かかる構成によれば、コンテナが施設の床に着床すると固定部材である枠体が床面によって押されて上方にスライドする。これにより、蓋が閉じた状態となるため、上述した効果を得ることが可能となる。
【0010】
上記とは別の実施例では、上記蓋はコンテナの底面に設けられていて、固定部材は、蓋を下方に向かって起こすつっかい棒であって、コンテナが着床するときつっかい棒は床に押されて外れるとよい。かかる構成によれば、コンテナが施設の床に着床すると、固定部材であるつっかい棒は床面に押されて外れた状態となる。これにより、蓋の固定が解除されて開口が閉じられる。したがって、上記と同じ効果を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、コンテナを水中に配置する際に内部の空気を速やかに抜くことで内蔵ポンプを駆動可能とし、さらに水中に配置する際のコンテナの挙動を安定させることができ、沈殿物の回収効率を高めることが可能な水中沈殿物回収ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施形態にかかる沈殿物回収ロボットの全体斜視図である。
【図4】本実施形態の沈殿物回収ロボットによって沈殿物を回収する原子力発電所建屋の概略図である。
【図6】水中へのコンテナの搬入を説明する図である。
【図7】コンテナの他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
（本実施形態）
図１は、本実施形態にかかる沈殿物回収ロボット１００の全体斜視図である。図２は、図１のロボット本体１１０の全体斜視図である。図３は、図１のコンテナ１５０の全体斜視図である。図１に示すように、本実施形態の回収ロボット１００は主に、ロボット本体１１０、およびロボット本体１１０に対して着脱可能なコンテナ１５０を含んで構成される。
図１は、本実施形態にかかる沈殿物回収ロボット１００の全体斜視図である。図２は、図１のロボット本体１１０の全体斜視図である。図３は、図１のコンテナ１５０の全体斜視図である。図１に示すように、本実施形態の回収ロボット１００は主に、ロボット本体１１０、およびロボット本体１１０に対して着脱可能なコンテナ１５０を含んで構成される。
【0015】
図１および図２に示すように、ロボット本体１１０は、下部にクローラ１１２を有し、施設（後述する原子力発電所建屋１０のＢ２Ｆ）の床に沿って水中を走行可能である。図２によく示されるように、ロボット本体１１０のうち、コンテナ１５０が着脱される側には、コンテナ１５０を傾斜させて支持する支持板１１６が設けられている。一方、ロボット本体１１０のうち、コンテナ１５０が着脱される側とは反対側には、沈殿物を含んだ水をコンテナ１５０内に吸引する内蔵ポンプ１２０が設けられている。ロボット本体１１０の下部には、かかる内蔵ポンプ１２０と連通しているポンプ吸引口１１４が設けられている。
【0016】
図１および図３に示すように、コンテナ１５０では、コンテナ本体１５２の上部にハンガー１５４が配置されている。またコンテナ１５０（コンテナ本体１５２）の下部には、コンテナ１５０内に貯蔵された沈殿物を外部に排出するための吐出口１５６が設けられている。
【0017】
図１および図２に示すように、ロボット本体１１０には、フック１３２およびアーム１３４が設けられている。フック１３２は、コンテナ１５０のハンガー１５４を引っ掛ける部材である。アーム１３４は、上下方向に回動するように移動する。アーム１３４が回動することからフック１３２の軌跡は円弧を描くため、アーム１３４はコンテナ１５０のハンガー１５４が引っ掛けられたフック１３２をロボット本体１１０に引き寄せる方向に斜めに上昇させる。これにより、コンテナ１５０が支持板１１６に当接して傾斜すると共に、コンテナ１５０の下部の吐出口１５６とロボット本体１１０の下部のポンプ吸引口１１４が連結される。
【0018】
またコンテナ１５０の下面中央には、沈殿物を吸引するためのノズル１５８が形成されている（図７参照）。かかるノズル１５８には、図３に示す二重管のスリーブ管１６０が連結されていて、スリーブ管１６０にはダクト１６２が連結されている。
【0019】
上記構成では、内蔵ポンプ１２０が駆動すると、ノズル１５８からスリーブ管１６０の内部に沈殿物を含んだ液体が流入する。液体は、スリーブ管１６０を通過した後にダクト１６２からコンテナ１５０の内部に供給される。このとき、ダクト１６２がコンテナ１５０内の中央から偏心した位置で水平方向に開口しているから、ダクト１６２から導入された液体がコンテナ１５０の内部を旋回する。これにより、遠心力によって沈殿物が液体から分離され、沈殿物はコンテナ１５０の下部に沈殿する。
【0020】
図４は、本実施形態の沈殿物回収ロボット１００によって沈殿物を回収する原子力発電所建屋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沈殿物回収ロボット１００を好適に用いることが可能である。
【0021】
図４に示すように、原子力発電所建屋１０は、地上４階、地下２階建ての建物である。１Ｆは地上への出入り口であり、最地下のＢ２Ｆに汚染水が貯蔵されている。この汚染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。本実施形態の沈殿物回収ロボット１００は、水中に沈殿した吸着材を沈殿物として回収する。
【0022】
原子力発電所建屋１０のＢ２Ｆには、水中沈殿物回収ロボット１００が配置される。水中沈殿物回収ロボット１００は、４Ｆに設置されているクレーン１４によってＢ２Ｆに搬出される。水中沈殿物回収ロボット１００はＢ２Ｆに到着するとフック（不図示）から外れて水中を自走する。水中沈殿物回収ロボット１００にはフロートケーブル（不図示）が接続されて、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不図示の制御装置に送信される。
【0023】
図１に示すクレーン１４は、ロボット本体１１０およびコンテナ１５０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、ロボット本体１１０は、クレーン１４に吊り下げられた状態で４ＦからＢ２Ｆに搬入される。このとき、ロボット本体１１０にはコンテナ１５０が装着されていないことが好ましい。これは、万が一、ロボット本体１１０からコンテナ１５０が外れた際の落下を防止するためである。一方、Ｂ２Ｆには、ロボット本体１１０の搬入に前後して、クレーン１４によって複数の空のコンテナ１５０が搬入される。
【0024】
ロボット本体１１０は、クレーン１４によってＢ２Ｆに搬入されたら、そこに配置されている空のコンテナ１５０をフックで持ち上げて装着する。そしてロボット本体１１０が内蔵ポンプ１２０で吸引しながら水中を走行することにより、水中の沈殿物がコンテナ１５０に吸入される。コンテナ１５０内に沈殿物が回収されたら、ロボット本体１１０はコンテナ１５０を外す。
【0025】
上述したように、ロボット本体１１０が沈殿物の回収作業を行うフロアであるＢ２Ｆには複数の空のコンテナ１５０が搬入されている。沈殿物回収ロボット１００は、装着しているコンテナ内に沈殿物が回収されたら、沈殿物が回収されたコンテナ１５０ｂをＢ２Ｆのフロアに降ろし、他の空のコンテナ１５０を装着して回収作業を継続する。
【0026】
Ｂ２Ｆのフロアに降ろされた回収後のコンテナ１５０ｂは、クレーン１４のフックに掛けて搬出する。コンテナ１５０ｂを引き上げる際には、シャワー１８によって洗浄する。そしてＢ１Ｆに設置したコンベヤ２０に載せて移送し、処理装置２２で密封その他の処理をする。それから放射線漏れを防ぐ遮蔽容器２４に収納して、所定の格納庫に移送する。
【0027】
上記説明したように本実施形態の沈殿物回収システムでは、コンテナ１５０内に沈殿物が回収されたら、コンテナ１５０のみを搬入、搬出すればよい。ロボット本体１１０はいちど水中に搬入したら、作業が完了するまで地上に戻すことなく沈殿物の回収作業を継続することができる。したがって、作業効率を大幅に向上することが可能となる。
【0028】
特に本実施形態では、ロボット本体１１０は、装着しているコンテナ１５０内に沈殿物が回収されたら、そのコンテナ（沈殿物が充填されたコンテナ１５０ｂ）を外し、フロアにあらかじめ配置されている空のコンテナ１５０を速やかに装着して、待ち時間（インターバル）なしに作業を継続することができる。かかる構成によれば、１つのコンテナ１５０を使い回す場合と比べて、飛躍的に作業効率を向上させることができる。
【0029】
図５は、図３のコンテナ１５０の下部拡大図である。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の沈殿物回収ロボット１００では、コンテナ１５０（コンテナ本体１５２）の下部のうち、その側面１５２ａに開口１７０が形成されている。またコンテナ１５０の側面１５２ａには、かかる開口１７０を開閉する蓋１７２が設けられている。
【0030】
蓋１７２は、固定部材１７４を下げることによって開放状態で固定される。特に本実施形態では、固定部材１７４はコンテナ１５０の側面１５２ａに沿って上下方向にスライドする枠体である。図５（ａ）に示すように、固定部材１７４（枠体）が下方にあって蓋１７２を固定しているとき、固定部材１７４（枠体）の下端は、コンテナ１５０の下端より下方に突出している。
【0031】
そして、図５（ｂ）に示すように、コンテナ１５０が施設（後述する原子力発電所建屋１０のＢ２Ｆ）の床に着床すると、固定部材１７４（枠体）は床に押されて上方にスライド移動する。これにより、蓋１７２の固定が解除され、開口１７０が閉じられる。
【0032】
また本実施形態では、蓋１７２はピン１７６を備え、コンテナ１５０の側面にはバネ１７８が設けられている。かかる構成によれば、図５（ａ）に示すように、蓋１７２が固定部材１７４によって固定されていると、蓋１７２のピン１７６がバネ１７８を圧縮した状態となる。そして、図５（ｂ）に示すように固定部材１７４が上方にスライド移動して蓋１７２の固定が解除されると、ピン１７６がバネ１７８によって押し出される。これにより、蓋１７２が速やかに移動し、開口１７０が閉状態となる。
【0033】
図６は、水中へのコンテナの搬入を説明する図である。図６（ａ）は、開口１７０が形成されている本実施形態のコンテナ１５０を示していて、図６（ｂ）は、開口が形成されていない比較例のコンテナ１５を示している。水中（汚染水）に搬入する前のコンテナの内部には空気が入っている。このため、図６（ｂ）に示す開口が形成されていないコンテナ１５では、水中に搬入する際、そのままロボットに取り付けると内蔵ポンプ１２０を駆動することができなかった。さらに、空気の浮力によってコンテナ１５が浮いて傾いてしまい、コンテナ１５の挙動が不安定になるという課題もあった。
【0034】
これに対し、本実施形態の沈殿物回収ロボット１００では、図５（ａ）、（ｂ）および図６に示すように、コンテナ１５０（コンテナ本体１５２）の下部に開口１７０が形成されている。そして、固定部材１７４によって蓋１７２が固定されていることにより、開口１７０は開状態となっている。
【0035】
上記構成によれば、コンテナ１５０を水中に搬入する際には、開口１７０からコンテナ１５０の内部に水（汚染水）が流入し、コンテナ１５０の上部の空気抜き弁１８０（図１参照）から空気が抜ける。したがって、コンテナ１５０の内部に水（汚染水）が進入するため、コンテナ内部から速やかに空気を抜いて内蔵ポンプ１２０を駆動可能な状態とすることが可能となり、さらにコンテナ１５０の姿勢を保ったまま安定して水中に沈めることができる。
【0036】
そして、コンテナ１５０が施設の床に着床すると、蓋１７２によって開口１７０が閉じられたとなる。固定部材１７４（枠体）は床に押されて上方にスライド移動する。これにより、蓋１７２の固定が解除され、開口１７０が閉状態となる。すると、内蔵ポンプ１２０を駆動して内部が負圧になった際には下部の開口１７０も上部の空気抜き弁１８０も開かないため、ノズル１５８のみから沈殿物を含む汚染水がコンテナ１５０の内部に流入する。これにより、沈殿物回収ロボット１００を用いて沈殿物を効率的に回収することが可能となる。
【0037】
図７は、コンテナの他の例を説明する図である。図７（ａ）は、コンテナ２００を下方から観察した図である。図７（ｂ）は、コンテナ２００の開口２１０近傍の拡大斜視図である。図７（ａ）および（ｂ）に示すコンテナ２００では、その下部のうち、底面２０２に開口２１０が形成されていて、かかる開口２１０を開閉する蓋２２０もコンテナ２００の底面２０２に設けられている。蓋２２０は開口２１０とおおむね一致する穴２２２が形成された枠体であり、この蓋の外側に沿って可撓性を有する弁体２２４が配置されている。蓋２２０は連結点Ｐ１によってコンテナの底面２０２に回転可能に軸支されていて、弾性体２２６（トーションばね）によって底面２０２に向かって付勢されている。
【0038】
また図７（ａ）および（ｂ）に示すコンテナ２００では、固定部材２３０は、蓋２２０を下方に向かって起こすつっかい棒である。蓋２２０の連結点Ｐ１とは反対側には、固定部材２３０を蓋２２０に対して回転可能に軸支する連結点Ｐ２が備えられている。固定部材２３０は弾性体２３２（トーションばね）によって蓋２２０と揃う方向（閉じる方向）に付勢されている。
【0039】
図８は、図７に示すコンテナ２００の蓋２２０の開閉機構を説明する図である。図８（ａ）に示すコンテナ２００では、着床する前には、固定部材２３０であるつっかい棒の先端２３０ａがコンテナ２００の底面２０２に形成された溝２０２ａに嵌まってつっかえている。これにより、蓋２２０が下方に向かって起こされていて、開口２１０は開状態となっている。
【0040】
そして、コンテナ２００が着床し、固定部材２３０（つっかい棒）が上方に強く押されることで、固定部材の先端２３０ａが底面の溝２０２ａから外れる。すると固定部材２３０が弾性体２３２によって蓋２２０との連結点Ｐ２を中心に回動する。これにより、図８（ｂ）に示すように蓋２２０が弾性体２２６によってコンテナ２００との連結点Ｐ１を中心に回動し、蓋２２０がコンテナ２００の底面２０２に当接する。これにより、開口２１０が閉状態となる。すると、内蔵ポンプ１２０を駆動して内部が負圧になった際には弁体２２４が閉じるため、ノズル１５８のみから沈殿物を含む汚染水がコンテナ１５０の内部に流入する。これにより、沈殿物回収ロボット１００を用いて沈殿物を効率的に回収することが可能となる。
【0041】
上記説明したように、図７および図８に示すコンテナ２００においても着床前には開口２１０が開状態となっていることにより、水中にコンテナ２００を水中に搬入する際には、開口２１０からコンテナ２００の内部に水（汚染水）が流入する。したがって、コンテナ内部から速やかに空気を抜いて内蔵ポンプ１２０を駆動可能な状態とすることが可能となり、さらに水中に配置する際のコンテナ２００の挙動を安定させることができる。
【0042】
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】
【0043】
本発明は、水中に沈殿している沈殿物を回収する水中沈殿物回収ロボットとして利用することができる。
【符号の説明】
【0044】
１０…原子力発電所建屋、１２…土嚢、１４…クレーン、１５…コンテナ、１８…シャワー、２０…コンベヤ、２２…処理装置、２４…遮蔽容器、１００…沈殿物回収ロボット、１１０…ロボット本体、１１２…クローラ、１１４…ポンプ吸引口、１１６…支持板、１２０…内蔵ポンプ、１３２…フック、１３４…アーム、１５０…コンテナ、１５２…コンテナ本体、１５２ａ…側面、１５４…ハンガー、１５６…吐出口、１５８…ノズル、１６０…スリーブ管、１６２…ダクト、１７０…開口、１７２…蓋、１７４…固定部材、１７６…ピン、１７８…バネ、１８０…空気抜き弁、２００…コンテナ、２０２…底面、２０２ａ…溝、２１０…開口、２２０…蓋、２２２…穴、２２４…弁体、２２６…弾性体、２３０…固定部材、２３０ａ…先端、２３２…弾性体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】