JP4614166B2 - Deep water intake facility - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば海洋深層水を取水するための取水設備に関する。 The present invention relates to water intake equipment for taking deep ocean water, for example.
この種の取水設備としては、特許文献1に示されているように、地表部に設置したポンプにより海域の深層部から深層水を取水管を通して直接吸水して取水を行うものが一般的である。この場合、深層部まで敷設される取水管の延長は数kmにも及ぶことが通常であってその吸込抵抗は大きなものとなるが、管内負圧水頭が過大になるとポンプや取水管内においてキャビテーションや液切れの発生も懸念されることから、従来一般には管内流速を低速(0.3〜0.5m/sec程度ないしそれ以下)に設定して管内負圧水頭をキャビテーションの発生限界とされる6.5mH程度に抑制することが一般的である。
ところが、管内流速をそのような低速にしてしまうと管内への堆泥が懸念されるという問題が生じ、その場合には管路閉塞等の重大な事態に至ることを未然に防止するために十分な保守管理が日常的に必要とされ、そのために多大な手間と費用を見込む必要もあるので、その観点からは管内流速をある程度は大きく設定して堆泥の発生を防止する必要があるとされている。しかし、吸込抵抗抑制を目的とする管内流速の設定と、堆泥防止を目的とする管内流速の設定は相矛盾するので、それを両立し得る適正な管内流速の設定は必ずしも容易ではない。 However, if the flow velocity in the pipe is set to such a low speed, there is a problem that there is concern about the mud in the pipe. In that case, it is sufficient to prevent a serious situation such as blockage of the pipe from occurring. Maintenance is required on a daily basis, and therefore it is necessary to anticipate a great deal of effort and cost. From that point of view, it is necessary to set the pipe flow velocity to a certain extent to prevent the generation of mud. ing. However, since the setting of the flow velocity in the pipe for the purpose of suppressing the suction resistance and the setting of the flow speed in the pipe for the purpose of preventing silt are contradictory, it is not always easy to set an appropriate flow velocity in the pipe that can achieve both.
上記のような管内への堆泥の発生は特に取水量が少量の小規模施設では大きな問題となる。すなわち、多量の取水を行う大規模施設の場合には堆泥を防止するための日常的な保守管理体制を十分に整備し易いばかりでなく、多量取水のために取水管径が自ずと大径とされるし、一般には間断なく連続的に取水がなされることから堆泥が比較的生じ難く、以上のことから仮に管内に多少の堆泥が発生したとしても直ちに重大な事態に至ることは少ないといえる。しかし、取水量が少量の小規模施設では取水管径が50〜125mmφ程度の小径に設定されることが通常であるし、取水が断続的に行われることが一般的であるので、そのような小径の取水管に対して吸込抵抗の抑制を目的として管内流速を上記のように0.3〜0.5m/sec程度以下に設定した場合には堆泥の発生がほぼ不可避であるばかりでなく、堆泥が僅かに発生しても小径であるだけに直ちに重大な事態に直結してしまうことが想定される。だからといって、堆泥を防止するために管内流速を大きく設定した場合には小径であるだけに吸込抵抗が著しく増大してキャビテーションや液切れの発生が懸念されるし、管内流速を単に大きく設定した場合には必要以上の取水を無駄に行うことにもなるので不合理でもある。勿論、キャビテーションや液切れの防止のために管径を単に大きくした場合も必要以上の取水を行うことになるし、いずれにしても本質的に吸込抵抗抑制と堆泥防止は両立し得ないという事情は変わらない。 The generation of mud in the pipe as described above is a big problem especially in small-scale facilities with a small amount of water intake. In other words, in the case of a large-scale facility that takes a large amount of water, not only is it easy to maintain a daily maintenance management system to prevent mud, but the diameter of the water intake pipe is naturally large due to the large amount of water intake. In general, since water is continuously taken without interruption, it is relatively difficult for mud to be generated. Even if some mud is generated in the pipe, it is unlikely to cause a serious situation immediately. It can be said. However, in a small-scale facility with a small amount of water intake, the diameter of the water intake pipe is usually set to a small diameter of about 50 to 125 mmφ, and the water intake is generally performed intermittently. When the flow velocity in the pipe is set to about 0.3 to 0.5 m / sec or less as described above for the purpose of suppressing the suction resistance with respect to the small-diameter intake pipe, not only the generation of mud is almost unavoidable. Even if a small amount of mud is generated, it is assumed that it is directly connected to a serious situation due to its small diameter. However, if the pipe flow rate is set to a large value to prevent mud, the suction resistance increases remarkably due to the small diameter, which may cause cavitation and liquid breakage. It is also unreasonable to use more water than necessary. Of course, even if the pipe diameter is simply increased to prevent cavitation and liquid breakage, more water will be taken than necessary, and in any case, suction resistance suppression and mud prevention are essentially incompatible. The situation remains the same.
なお、特許文献1にも示されているが、上記のように管内流速を十分に低速に設定することによって吸込抵抗を抑制することに代えて、ポンプの設置レベルを海面レベルよりも数m程度下げることにより管内負圧水頭をその分だけ低減させてキャビテーションの発生を防止することも行われている。これは、その一例を図2に示すように、底面レベルが水面下に達するような深さのポンプピット1(ないし地下ポンプ室)を設けてその底面にポンプ2を設置し、そのポンプにより取水管3を通して深層水を吸引して貯水槽4に取水するようにしたものである。図2における符号5は取水管3の先端に取り付けた取水口、6は取水口5を通過して流入してしまった流入物(魚介類を含む)を捕集するためのトラップ、7はバッグフィルター、8は護岸構造物である。
Although shown in Patent Document 1, instead of suppressing the suction resistance by setting the flow velocity in the pipe sufficiently low as described above, the installation level of the pump is about several meters from the sea level. By lowering, the negative pressure head in the pipe is reduced by that amount to prevent the occurrence of cavitation. As an example, as shown in FIG. 2, a pump pit 1 (or an underground pump room) having a depth such that the bottom level reaches below the water surface is provided, and a
しかし、上記のような大規模なポンプピット1(ないし地下ポンプ室)を構築することは、そのために大がかりな地盤掘削工事が必要となるばかりでなく、図示しているように取水管3を護岸構造物8以深を通過させるかあるいは護岸構造物8を貫通させて敷設する必要があり、いずれにしても多大なコストを要するものとなって特に小規模施設の場合には現実的ではない。
However, constructing the large-scale pump pit 1 (or underground pump room) as described above not only requires extensive ground excavation work, but also the intake pipe 3 as shown in the figure. It is necessary to pass through the
上記事情に鑑み、本発明は堆泥が生じない程度の適正な管内流速を確保しつつ、同時に吸込抵抗を抑制できてキャビテーションや液切れの発生を防止できる有効適切で安価な取水設備を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides an effective and inexpensive water intake facility capable of suppressing suction resistance and preventing occurrence of cavitation and liquid breakage at the same time while ensuring an appropriate pipe flow velocity at which mud does not occur. The purpose is that.
本発明は水域の深層部から地表部に設置した貯水槽まで深層水を汲み上げるための取水設備であって、水域中に密閉タンクを水没状態で設置して、該密閉タンクと取水点との間に取水管を敷設し、該取水管の先端を取水点に開放しておくとともに基端を密閉タンク内に開放しておくことにより、取水するべき深層水を取水管を通して取水点から密閉タンク内に自然流入可能とし、前記密閉タンク内には水中ポンプを設置して該水中ポンプと貯水槽との間には揚水管を敷設し、該水中ポンプによって深層水を取水管を通して密閉タンク内に吸い込んで密閉タンク内から揚水管を通して貯水槽まで圧送する構成としたことを特徴とする。 The present invention is a water intake facility for pumping deep water from a deep part of a water area to a water storage tank installed on the surface of the water area, and a closed tank is installed in the water area in a submerged state between the closed tank and the intake point. The intake pipe is laid and the tip of the intake pipe is opened to the water intake point and the base end is opened in the sealed tank. The submersible pump is installed in the sealed tank, a pumping pipe is laid between the submersible pump and the water tank, and deep water is sucked into the sealed tank through the water pipe by the submersible pump. It is characterized in that it is configured to pump from the sealed tank to the water storage tank through the pumping pipe.
本発明における密閉タンクは取水管を通して流入してくる流入物を捕集するトラップを兼用することができる。 The closed tank in the present invention can also serve as a trap for collecting the inflow flowing in through the intake pipe.
本発明の取水設備によれば、取水するべき深層水を海中に設置した密閉タンク内に自然流入可能とし、その密閉タンク内の深層水を水中ポンプによって揚水する構成としたので、深層水を取水点から密閉タンクに吸い込むに要する吸込抵抗を抑制でき、したがって従来のようにポンプの吸込側に過大な負圧水頭がかかることがなく、キャビテーションや液切れの発生を自ずと防止することができ、その結果、管内流速を堆泥が生じない程度の流速に設定することができ、経済的に安定取水が可能である。 According to the water intake facility of the present invention, the deep water to be taken can naturally flow into a sealed tank installed in the sea, and the deep water in the sealed tank is pumped by an underwater pump. The suction resistance required to suck into the sealed tank from the point can be suppressed, so that an excessive negative pressure head is not applied to the suction side of the pump as in the past, and cavitation and liquid breakage can be prevented naturally. As a result, the flow velocity in the pipe can be set to a flow rate that does not generate mud, and stable water intake is possible.
また、密閉タンクを流入物を捕集するためのトラップとして兼用することにより、他に格別のトラップを設けることなく流入物の排除が可能であって水質悪化を防止することができる。 Further, by using the sealed tank as a trap for collecting the inflow, it is possible to eliminate the inflow without providing any other special trap, and it is possible to prevent deterioration of water quality.
図1は本発明の取水設備の一実施形態を示す概要図である。これは基本的には図2に示した従来の取水設備と同様に海域の深層部(取水点の水深がたとえば100〜300m程度)から、延長が数kmにも及ぶ取水管3を通して深層水を取水するためのものであるが、図2に示した従来のものでは取水のためのポンプ2を地表部に設けたポンプピット1の底面に設置していたのに対し、本実施形態では海中に密閉タンクを11を設置してその内部に水中ポンプ10を設置し、その水中ポンプ10によって深層水を取水点(取水管3の先端)から密閉タンク11まで取水管3を通して吸い込むとともに、密閉タンク11から貯水槽4までは揚水管12により圧送するようにしている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a water intake facility of the present invention. This is basically the same as in the conventional water intake equipment shown in FIG. 2, from the deep part of the sea area (the water depth at the intake point is, for example, about 100 to 300 m) through the intake pipe 3 that extends for several kilometers. In the conventional embodiment shown in FIG. 2, the
密閉タンク11は海岸付近の水深数m程度の海底に完全水没状態で設置されていて、その設置位置の周囲の海水が流入し得ないような十分な密閉性能(止水性能)が確保されており、また、波浪や流水等の外力に対する構造安定性に配慮された構造となっている。そして、取水点とこの密閉タンク11との間には従来と同様の取水管3が敷設され、取水管3の先端の取水口5は取水点に開放され、取水管3の基端は密閉タンク11内に開放されている。これにより、密閉タンク11内には取水点からの深層水が取水管3を通して自然流入可能であり、水中ポンプ10を停止して取水を中断している状態においても密閉タンク11内は自ずと取水するべき深層水が密閉タンク11の設置位置における水深に対応した水圧で満たされることになる。
The closed
上記の水中ポンプ10は海中で使用するための十分な耐久性を備えた汎用のもので、その吸込口は密閉タンク11内に開放され、吐出口には上記の揚水管12が接続されているものである。したがってこの水中ポンプ10を運転すると、取水管3を通して密閉タンク11内に自ずと流入してそこに満たされている深層水は揚水管12を通して貯水槽4に圧送され、それに伴い取水管3を通して深層水がさらに密閉タンク11内に吸い込まれるようになっており、水中ポンプ10の全揚程はそのために必要な吸込揚程と吐出揚程とを有するものとされている。
The
本実施形態の取水設備によれば、海中に設置した密閉タンク11内に水中ポンプ10を設置して、その水中ポンプ10によって深層水を密閉タンク11を介して揚水する構成としたので、通常のように深層水をポンプによって深層部から直接的に吸い込む場合に比べれば、深層水を取水点から密閉タンク11に吸い込むに要する吸込抵抗を大きく低減させることが可能であり、したがって水中ポンプ10の吸込側の負圧水頭を自ずと低減させることができ、キャビテーションや液切れの発生を自ずと防止することができる。
According to the water intake facility of the present embodiment, the
そのため、本実施形態の取水設備によれば、従来のように吸込抵抗の抑制のために管内流速を過度に低速に設定する必要がなく、堆泥が生じない程度の適正な管内流速に支障なく設定することが可能である。つまり、本実施形態の取水設備では、堆泥防止と、管路の必要最少限の小口径化、ならびに必要最少限の取水量の確保が併せて可能であり、以上のことから堆泥の懸念なく安定取水が可能な取水設備を経済的に実現でき、特に小規模取水施設に適用するものとして最適である Therefore, according to the water intake equipment of the present embodiment, it is not necessary to set the pipe flow velocity excessively low in order to suppress the suction resistance as in the prior art, and there is no hindrance to an appropriate pipe flow velocity that does not cause mud. It is possible to set. In other words, the intake system of the present embodiment is capable of preventing mud, reducing the necessary minimum diameter of the pipeline, and securing the necessary minimum amount of water intake. It can economically realize water intake equipment that enables stable water intake, and is particularly suitable for application to small-scale water intake facilities.
なお、密閉タンク11を水深数m程度の浅い海底に施工することはさして困難ではなく、図2に示したように地表部に大規模なポンプピット1(ないし地下ポンプ室)を設置することに代えてそのような密閉タンク11を海中に設置することは著しいコスト増を要するものではないし、ポンプピット1や地下ポンプ室を設ける場合には必要となる取水管3と護岸構造物8との取り合いも考慮する必要がないので、その点では従来のものに比べてコスト的に著しく不利になることはない。
In addition, it is not difficult to construct the sealed
さらに、密閉タンク11はそれ自体を流入物を捕集するためのトラップとして兼用できるものである。すなわち、一般にこの種の取水設備では、取水管3の先端にはストレーナー加工された取水口5を設置するもののその取水口5を通過して魚介類をはじめとして様々な流入物が密閉タンク11に流入してしまうことが不可避であり、そのため従来一般には図2に示したようにポンプ2の前段に流入物を捕集して取り出すためのトラップ6を設ける必要があるが、本実施形態の取水設備では取水管3の基端は密閉タンク11内に開放されていることから、密閉タンク11への流入物はそのまま直ちに水中ポンプ10に吸い込まれてしまうことはなく密閉タンク11内に自ずと捕集されてしまうことになる。したがって、本実施形態の取水設備では必要によって流入物防止用のネットを設ける程度で十分であって他に格別のトラップを設ける必要はないし、密閉タンク11内を定期的に監視して流入物が捕集されている場合には適宜除去することにより深層水の水質を悪化させる懸念もない。なお、密閉タンク11に流入物が捕集されたことを検知するための適宜のセンサーを設けたり、捕集した流入物を密閉タンク11から自動的に取り出したり放出するための機構を備えることも考えられる。
Further, the sealed
なお、密閉タンク11の容量は、取水量や取水時の管内流速、内部に設置する水中ポンプ10の大きさやその台数、トラップとしての機能、保守点検の際の作業性等を考慮して適宜設定すれば良いが、取水量が日量数百トン程度の小規模施設の場合には通常は数m3程度で十分である。また、上記実施形態のように密閉タンク11を海底地盤中に埋設状態で設置することに限らず、海底地盤に対して安定かつ確実にアンカーできるような場合には海底地盤上に据え置く状態で設置することも不可能ではない。いずれにしても密閉タンク11に対してはダイバーによる保守点検作業を定期的に行う必要があるので、それも考慮して点検口をはじめとして密閉タンクの構造や形態、材質、寸法、強度を設定すれば良い。
The capacity of the sealed
また、密閉タンク11の設置深度が大きいほど吸込抵抗を抑制できるし、キャビテーション防止の点でも有利であるが、設置深度が大きくなればなるほど施工が大がかりとなるし、保守も困難となるので、上記実施形態のように設置深度を海面下数m程度とすることが現実的であり、通常はそれで十分である。
In addition, suction resistance can be suppressed as the installation depth of the sealed
なお、本発明は海洋深層水の取水設備として好適であるが、必要であれば海域への適用のみならず湖沼等の陸水域からの取水にも適用できることは言うまでもない。 In addition, although this invention is suitable as a deep-sea water intake facility, it cannot be overemphasized that it is applicable not only to the sea area but to the intake from land water areas, such as a lake, if necessary.
3 取水管
4 貯水槽
5 取水口
7 バッグフィルター
8 護岸構造物
10 水中ポンプ
11 密閉タンク
12 揚水管
3 Intake pipe 4
Claims (2)
水域中に密閉タンクを水没状態で設置して、該密閉タンクと取水点との間に取水管を敷設し、該取水管の先端を取水点に開放しておくとともに基端を密閉タンク内に開放しておくことにより、取水するべき深層水を取水管を通して取水点から密閉タンク内に自然流入可能とし、
前記密閉タンク内には水中ポンプを設置して該水中ポンプと貯水槽との間には揚水管を敷設し、該水中ポンプによって深層水を取水管を通して密閉タンク内に吸い込んで密閉タンク内から揚水管を通して貯水槽まで圧送する構成としたことを特徴とする深層水の取水設備。 A water intake facility for pumping deep water from a deep part of a water area to a water tank installed on the surface.
Install a closed tank in the water area in a submerged state, lay a water intake pipe between the closed tank and the intake point, leave the tip of the intake pipe open to the water point, and place the base end in the closed tank. By opening it, it is possible to take deep water to be taken from the intake point through the intake pipe into the sealed tank.
A submersible pump is installed in the sealed tank, a pumping pipe is laid between the submersible pump and the water storage tank, and deep water is sucked into the sealed tank through the water pipe by the submersible pump and pumped from the sealed tank. Deep water intake equipment, characterized in that it is configured to be pumped through a pipe to a water storage tank.
水中に設置した密閉タンクは取水管を通して流入してくる流入物を捕集するトラップを兼用することを特徴とする深層水の取水設備。 The water intake facility according to claim 1,
A deep water intake facility characterized in that the closed tank installed in the water also serves as a trap for collecting the inflow flowing in through the intake pipe.
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