JPS5938396B2 - 海洋工学用水流組立管装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海洋工学等で使用される大直径流体流管に関
わり、更に具体的には、高密度ポリエチレンなどの撓性
材料で構成された流管に関わる。

海洋工学の分野では、従来、複雑な提案が多数なされて
おり、これらの提案では、海面またはその近傍から海底
には達しないがその近くに達する非常に長い、大直径の
垂直管を使用することが必要であるとされている。

これらの提案に含まれる基本概念は、海洋熱エネルギー
変換並びに海洋牧場（ｍａｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ） に
関するものである。

海洋熱エネルギー変換（ＯＴ ＥＣ）概念では、表層の
温度の高い海水と深層の冷水間の熱エネルギー差を利用
して発電を行うなどの案を提起している。

しかし、利用できるエネルギー差は小さく、従ってこれ
らの提案では、極めて多量の吸水と冷水を使用せざるを
得す、深層冷水を所要量即ち多量、非常に長い超大型垂
直管を利用して表層まで運び上げなげればならない。

この管は「上昇流用管」あるいは「立ち管」と呼ばれる
が、この中を上昇する水の速度は遅く、従って管壁間の
圧力差もこれに対応して小さい。

特に、管内の水を海面より余り高く運び上げないで放水
する場合が顕著である。

海中である程度の長さに亘って垂直方向に伸長している
構造体であれば、少なくとも１つの海流に出会うことに
なる。

海流に会うと、この構造体には抗力が加えられる。

構造体が大きければ大きい程、それだけその海流に曝さ
れる表面積（有効面積）が大きくなり、従っである特定
の海流によって当該構造体に加えられる抗力も大きくな
る。

この抗力によって構造体には曲げ荷重が加えられること
になり、構造体が長ければ長い程、結果として生じる曲
げ荷重も大きくなる。

海流抗力及びこれによって生じる曲げ荷重（応力）の問
題は、洋上掘削業にあっては、海底油井またはガス井掘
削中泥を井孔から表層の掘削プラットホームへ運び上げ
るのに立ち管を使用するから、非常に厄介な問題である
。

この立ち管が受ける海流誘導形曲げ応力は非常に大きい
から、管を非常に重くして、即ち管壁を厚くして、大曲
げ応力に耐えられるようにしなげればならない。

このため、現在の洋上掘削作業の有効限度は水深約３０
０ｍ（１０００フイート）前後とされている。

この限界の主因は立管にある。

０ＴＥＣ冷水用立ち管は、６００ｍ（２０００フイート
）またはそれ以上の長さとすることもできる。

米国特許同時係属出願第８８６９０４号（１９７９年３
月１５日付出願）では、個別の合成管を撓性結合装置で
結合して作った０ＴＥＣ上昇流管が開示されている。

この管（即ち、組立管装置）は、その全重量を支持する
細長い引張心部材の周囲に被嵌されている。

米国特許同時係属出願第８８６９０７号（１９７８年３
月１５日付出願）の記載にあるように、組立管装置の引
張心はまた、該管装置の開放状下端部の下方に垂設され
る安定化用物体の重量をも支持することができる。

この構成は、海流抗力による管での曲げ応力の発生の問
題に関しては効果的なものである。

し力し、管装置内に撓性結合装置を配設置〜たため、ま
た引張心と数本の管の間の管装置内壁を横断してスパイ
ダ（５ｐｉｄｅｒ ）を配設したため、管装置全体の構
造が複雑になり、従って管装置内を水力゛スムースに流
れにくりなっている。

０ＴＥＣヴち管では海流誘導形曲力の問題の倶に、管が
使用時連結される浮き構造体の運動によって管に、特に
その上端部に加えられる応力の問題もある。

従って、０ＴＥＣ上昇流管の上端部の海上浮揚式構造体
への連結を、縦揺れや横揺れなどの浮き構造体の角運動
が管に加わらないようこれを隔離できる連結装置で行う
こともまた提案されている。

以−ヒのようなわけで、非常に長い海洋工学用水流組立
管装置に関しては、海流誘導形曲げ応力の問題を効果的
に解決した、製造並びに据付けが簡単な、管内を流れる
水流に対し望ましくない抵抗を生じさせることのないも
のが必要とされる。

発明の要約 本発明は上記の必要性に対して効果的な方法で応えよう
とするものである。

本発明は、長さ及び直径を大きなものとすることができ
ると同時に、海流や支持構造体（浮き構造体）運動によ
って発生する曲げ及びその他の応力を効果的に処理しで
あるような海洋工学用水流組立管装置を提供するもので
ある。

本組立管装置は容易且つ効率的に製造でき、而も構造が
簡単である。

本組立管装置では中を流れる水流の効率向上が達成され
ており、従って比較的小形のポンプなどを使用しても所
定の水量が得られるようになっている。

本組立管装置は据付けが容易であると同時に、偶発的に
しろ計画的にしろその支持を失った場合の回収手順が容
易である。

一般に、本発明では、その特徴の１つである構造面に重
点を置いて、非常に長い海洋工学用水流組立管装置を開
示しである。

本装置は、その両端間が概ね連続していて選択された長
さと直径を有する筒形管を少なくとも１本具備している
。

この管は、約４，４℃乃至３２，２°Ｃ（４０°Ｆ乃至
９０°Ｆ：の温度範囲での有効弾性係数が最低１時間で
１平方センチメートル当り約８４４８ｋｇ（１平方イン
チにつき１０００００ポンド）以下である材料で主に作
られている。

木組ｑ管装置の望ましい実施例では、上記管の構造に使
用した材料は高密度ポリエチシ・′ンである。

従って、本管装置は、同じ長さと直径を有する鋼管の剛
性に比べて撓性があり、実用上、印加される荷重に対し
ては耐えるというよりはむしろこれに逆わずに柔軟に従
動することができる。

図示の実施例の説明 第１図には海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）施設置０
を示しである。

第１図は２つの部分から成り、この２つの部分を連結す
る一点鎖線で両者の相互関係を示している。

０ＴＥＣ施設置０には所望位置の海面に浮かぶ浮き船体
構造体１１が装備されている。

船体構造体１１は、Ｔ−２タンカーのような船体を０Ｔ
ＥＣ施設置０の主要部の機能を果せるように修正したも
のであっても、あるいはこの目的のために特男りに建造
１−た構造体であってもよい。

前述の所望位置とは、水深が十分深い場所にあるもので
、即ち海面より十分に下にあって海水の温度が海面温度
より十分低く、０ＴＥＣ施設置０の操作に必要な熱力学
的エネルギー（差）を生じることができる位置のことを
言う。

一般的には、船体１１を浮遊させるのに適した位置の水
深は、約１２００ｍ（４０００フイート）またはそれ以
上であると言える。

施設置０にはまた」−昇流用組ｑ管装置１２が装備され
ており、これはその端部１３が称平環球継手式懸垂結合
装置（ａ ｇｉｍｂａｌ ａｎｄｂａｌｌ ｊｏ
ｉｎｔ ５ｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ａｎｄｃｏｕｐｅ、
ｉｎｇ）１４と迅速分離式組立結合装置１５とを介して
船体１１に連結されている。

前記組立管装置１２の上端部に回収組立装置１６を連結
し、下端の下方に安定化用底部重り１７を垂設しである
。

縦穴１８を設け、船体底面を開放状態にしである。

使用の際、称平環球継手式懸垂結合装置１４は縦穴１８
の下端部に位置付けし、組立管装置１２は縦穴１８の垂
直中心線と概ね同軸式に船体下方に位置付ける。

第１図及び第２図に示すように、懸垂結合装置１４には
、内側及び外側称平環２０及び２１が具備されている。

外側対称環２１は、当該環の両側フ）共通軸２３に沿っ
て同軸式に心合せされた一対のトラニオン（ｔｒｕｎｉ
ｏｎ）２２によって、船体１１に対し旋回自在に支持さ
れている。

トラニオン２２は、外側称平環２１内に配設された適当
、な軸受並びに軸受ブロック２４と協働する。

この軸受ブロック２４の各々は、縦穴１８の隣接面に固
定された一対の垂直に伸長した案内部材２５間にあって
これと協働する。

該軸受ブロック２４は、船体内で案内部材２５に沿って
垂直方向に移動できるようになっている。

懸垂結合装置１４の「使用」位置は第１図に示しである
。

つまり、軸受ブロック２４は、船体に固着された下方ス
トッパー２６上に支持されて縦穴１８の直ぐ上で隣り合
う一対の案内部材２５間のスペースを跨ぐような位置に
ある。

適当な上方ストッパー２７を縦穴内の案内部材上端部に
配設して、案内部材上の軸受ブロック運動の上限を限定
する。

・一対のトラニオン（ｔｒｕｎｉｏｎ）２８を設け、内
外両称平環２０，２１の正反対の位置でこれらの環２０
，２１を相互連結させである。

トラニオン２”８は、環軸２３に垂直であって且つこれ
と交差する第２の環軸２９上に心合せしである。

一方の環軸は船体１１の縦方向垂直中心面上にあり、他
方は該船体中心面を横断している。

内側称平環２０に連結される構造体はいずれも、前記環
軸の一方かまたは双方を中心とする船体の角運動にも拘
わらず安定位置に止まろうとする傾向にあることは明ら
かである。

第１図に示すように、内側称平環２０には内側称平環軸
の下方に垂下する枠体３０が具備されている。

環状下方開放形雌ソケツト部材３２は迅速分離形結合装
置１５の＝部材である。

環軸２３と２９とが交差する点をソケット部材３２の軸
が通るように、ソケット部材３２が枠体３０に結合され
ている。

ソケット部材３２の下端部は外周面から長間している。

上端部近傍では、ソケット部材の管形形状部はその長手
方向に沿って規矩離間内向きにテーパが付けてあって、
球体の一部として形成される外面を有する中空球部材３
３の下端部と結合するようになっている。

球部材３３の下端部は環軸交差点の下方にあり、上端部
は該点の上方にある。

球部材の曲率中心は環軸交差点上に位置している。

球部材３３は、中空構造であって、上端部が開いている
。

球部材３３の内面は流体流路の境界の一部を限定し、そ
の他の境界部分は組立管装置１２の内部と、船体内縦穴
１８の下部に形成された冷水だめ３４とによって限定さ
れる。

懸垂結合装置１４の球継手側には、球部材３３０球状外
面と協働する外スリーブ部材３５が具備されている。

部材３５は、施設置０の船体に支持され、環軸交差点の
上方から下方まで縦穴１８の軸に沿って伸長する管形部
３６を備えている。

この管形部３６は、下端部では、球部材３３０球状外面
と協働して概ね水密なシールを形成するシール組立装置
３７を支持する。

但し、このシールは、球部材３３がシール組立装置３７
に対し運動を行えるような性質のものである。

定置形スリーブ部材に対する球部材の運動とは、環軸交
差点を中心とする角運動である。

部材３５によって冷水だめ３４０床を限定するのが好ま
しい。

このために、部材３５は、球部材３３と協働する管形部
３６の存在を別にすると、概ね平坦であり、軸受ブロッ
ク案内部材２５と協働できるようにするために周囲部に
設けた適切な切除部を含めて縦穴１８の形状と合致する
周囲形状を有している。

部材３５は、その操作位置では、隣り合う軸受ブロック
案内部材２５間を除いて縦穴の壁面から内方に且つその
周囲に延設された適当な支持フランジ６１上に支持され
る。

組立管装置１２は非常に長いものである。

本発明の現在の望ましい実施例では、組立管装置１２の
全長、つまり上端からその下端部に配置された自浄化ス
クリーン組立装置３８の下部までの長さは、約６５６ｍ
（２１８５フイート）である。

この管装置１２はその全長に亘って撓性があり、従って
海流の影響による管装置１２内での曲げ応力の発生を最
小限に抑えられる。

望ましくは、管装置１２は、呼び径ｉ、ｚｍ（４フイー
ト）、壁厚約５ｃＴＬ（２インチ）の平行に配列された
３本のポリエチレン管４０で形成するとよい。

第１図に示すように、鋼製ケーブル４１を各管内にその
長手方向全長に亘って延設する。

各ケーブル４１の上端は、その上端が連結されている横
向き結合板４３の底面から垂下している支持目付は板４
２に連結しである。

容管の外周面と密に協働する環状垂下フランジ４４と、
容管の上端からその管に沿うある選択された距離に亘っ
て管内周面と協働する細長い管状の緩衝ニップル（ｂｌ
ｅｎｄｉｎｇ ｎ１ｐｐｌｅ）４５とを仲立ちとして、
容管の上端部と結合板とが連結されている。

容管とその緩衝ニップル４５とは、複数のボルトによっ
て対応の外周面を有するフランジ４４と結合されている
が、これらのボルトはそのフランジ４４、管４０、及び
対応の緩衝ニップル４５の最上端を貫通している。

第１図に示すように、緩衝ニップル４５の直径は、全長
に亘って一定というわけではなく、むしろ、上端から下
方に行くにつれてテーパ付げしてあり、望ましくは、下
端の直径が対応の管４０の内径より小径であるよう非直
線状にするのがよい。

重り１７の組立管装置下端部への連結方法、並びに船体
１１からの該管装置の称平環式懸垂方法を考慮すれば、
当該管装置が船体から垂直垂下状態で垂下しようとする
ことは明らかである。

細部を上記のように設計並びに製作しであるため、組立
管部材１２は、これに加わる海流抗力に応動して生ずる
内部曲げ応力を最小限に抑えることができるようになっ
ている。

船体からの管装置上端部の支持を称平環で行ったことに
より、波動によって生じる横揺れまたは縦揺れで誘導さ
れる浮き構造体（船体）の角運動の該管装置への伝達は
最小限に抑えられる。

管装置に曲げモーメントを生じさせるような性質の角運
動を浮き構造体から管装置に伝達する場合に、この種の
運動、及びこれによって生じる荷重は、管装置材料内の
危険な曲げ応力の発生を出来る限り抑えた状態で緩衝ニ
ップルを介して管装置上端部に加わるようになっている
。

このように、管装置の上端部に曲げモーメントな内滑且
つ許容状態で伝達できるのは、緩衝ニップル４５をテー
パ形状にしたためである。

即ち、使用中の浮き構造体から管装置の上端部に加えら
れる曲げモーメントは、その管装置の最上端に直接印加
されるのではなく、むしろ緩衝ニップルの全長に対応す
る距離に亘り概ね均一に伝達される。

第１図に示すように、管状鋼製緩和バラスト部（ｔｒａ
ｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｂａｌｌａｓｔｓｅｃｔｉｏ
ｎ）４６を各部４０の下端に接続しである。

各部４６の一部分は各部の下端部内に位置し、他の部分
は対応の管の下端部より下方に伸長し、その下端が吸入
流そらせ板４７と接続している自浄化スクリーン組立装
置３９と連結している。

バラス） 部４１゜のうちの管４０内にある部分の形状
は緩衝ニップル４５と同じ方法で形成され、荷重伝達に
関しては緩衝ニップルと同じ機能を果すようになってい
る。

前述のように、組立管装置１２は非常に長く、現在の好
ましい実施例では、船体１１の竜骨から入口スクリーン
３９までの長さが６５６ｍ（２１８５フイート）ある。

この装置１２は、使用時、少なくとも１つの海流内を流
過し、海流によって生じる抗力を受ける。

直径が大径であるから、この抗力は些少なものではなく
その組立装置１２内に大きな曲げモーメントを生じさせ
る。

このモーメントは主に静的なものであるが、組立管装置
１２には、うす流や、波の５ねりなどによって生ずる船
体１１の運動に起因する動的荷重が加わることもある。

組立管装置１２が鋼製であると、このような荷重に対し
て、壁面内の応力レベルを許容限度内に維持するには、
壁の厚い非常に重いものにする必要があろう。

このような問題は、組立管装置１２では装置全体を撓性
のあるものにすることで解決している。

可撓組立管装置は荷重に対して耐えるというよりも、む
しろ印加される荷重に応じて撓りを生じるものである。

このような組立装置は剛性の装置より壁を薄くしても実
際上有効である。

組立管装置１２は下記の特性を有する高密度ポリエチレ
ンで形成するのが望ましい。

比重−０，９５±０．００２、ポワソン比−０，３乃至
０．５、 熱伝導度−２，５ＢＴＵ／ｈｒ−ｆｔ２−°Ｆ −ｉｎ
・、 熱膨張係数−９Ｘ１０−５ｉｎ／ｉｎ−下、見掛は弾性
係数（ｐｓｉＸ１０’）−以下の通り 各部４０は、長さが６３３．６ｍ（２１１２フイート）
で呼び径が１２２ｃｒｒＬ（４８インチ）である。

各部の上部４１５．８ｍ（１３８６フイート）はシリー
ズ６０管で形成し、下部２１７．８ｍ（７２６フイート
）はシリーズ４５管で形成しである。

引張部材（ケーブル）４１を数本の２．５４ｃ′ｒｒＬ
（１，０インチ）のワイヤーロープで形成し、これを組
合せて５ｃＩｒＬ（２インチ）のワイヤーロープ（結合
ケーブル）４８にする。

安定化用重り１７は、海中での重量が３４０５０ｋｇ（
７５０００ポンド）で、組立管装置の下端の下方９０ｍ
（３００フィート：に配置されている。

組立管装置１２自体の下部１９．５ｍ（６５フイート）
は緩和部４６と入口スクリーン３９で形成されている。

上記のような構成では、管４０を形成するのにポリエチ
レンを使用したことにより、比較的低コストで幾つかの
利点を得ることができる。

ポリエチレンは海水に浮く。

浮力が正方向であるから、配置手順、分離手順、及び回
収手順を単純化でき、その結果コスト及び船上スペース
の節約が図れ、構造の複雑化を緩和することができる。

ポリエチレンは望ましい物理的特性を有する。

つまり、海中で腐食せず、つまり古典的な意味では耐久
限界はないに等しく、その上、表面が滑らかであるため
流体的損失、抗力、及び生体汚染（ｂｉｏｆｏｕｌ−ｉ
ｎｇ）率を最小に抑えることができる。

取扱い並びに溶接も容易且つ効果的に行える。

撓性があるため、誘導される運動に対する動力学的反応
を大幅に減少でき、従って曲げ応力レベルを低く抑える
ことができる。

分析によれば、上記性質のポリエチレン製組立管装置は
、ハワイ西海岸の太平洋沖、つまり、ケアホール・ポイ
ントの北西約１８海里、カワイハエのやや南の地点でい
わゆるハワイアン・ストーム海流やハワイアン・バリケ
ーンの発生する海中に設置した場合でも、５年間は環境
荷重に十分耐えられ、而もポリエチレンの永久分子再構
成（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｒｅ
ａｒｒａｎ−ｇｅｍｅ ｎ ｔ ）を生じないことが判
っている。

管４０内に引張ケーブル４１を配設したことにより、ポ
リエチレン管の上記設置場所で生じる動力学的荷重に対
する適応能力が向上したことに注目されたい。

第４図に示すように、組立管装置の下端部内、即ち自浄
化スクリーン３９の垂直部内では、数本の鋼製ケーブル
４１を結合してそらせ板４Ｔを貫通する結合鋼製ケーブ
ル４８を形成しである。

このケーブル４８は底部重り１７の海中重量を十分支え
ることができる。

ケーブル４８内には音響式の、遠隔操作式迅速分離形連
結装置４９を管装置１２と底部重り１７との間に配設し
である。

第４図に示すように、スクリーン３９は主として逆円錐
台形の可撓鋼網７１で構成しである。

この網７１は、上方支持板７２と環状底部閉鎖板７４と
の間に連結されている。

なお、支持板７２は、緩和部４６の下端部に結合してい
ると同時に、ケーブル４１の各々に対し緩和部４６の下
端部と同軸式に１つの管形案内部材７３を支持するスパ
イダ（５ｐｉｄｅｒｓ ）部分を除き緩和部４６に形成
される流路と連通ずるよう概ね開放状態にある。

案内部材７５を板７４の中心に支持したため、重り支持
ケーブル４８は、７６０個所で数本のケーブル４１の下
端部と連結するスクリーン内部から該板を通って伸長で
きるようになっている。

ケーブル４１及び４８は、それぞれ案内部材７３及び７
５内を遊び状態で貫通している。

網７１の構成部品は、鎖かたびら状に緩く相互結合して
網形状を成している。

網流過面積、多孔度、及びメツシュ・サイズを適切に選
択して、網を通る水の流過面積が幾つかの緩和部４６を
通る面積よりも大幅に大きくなるようにする。

つまり、組立管装置１２に流入する水に対して網７１が
制限を加えることがないようにする。

望ましい例を挙げると、線表面面積を管装置１２の流過
面積の約５倍とし、多孔度を約８０％にし、メツシュ・
サイズを約１５Ｘ１５ｃｍ（６Ｘ６インチ）とするのが
よい。

該円錐台の開先角度（ｉｎｃｌｕｄｅｄａｎｇｌｅ ）
（ワン１ハーフ角度（ｏｎｅ−ｈａｌｆａｎｇｌｅ））
は約２０°である。

組立管装置１２を使用する際に、装置１２の下端部は、
例えば海流がこの装置を通過する時のうす流に呼応して
振動したり、種々な方向に移動する。

これによってスクリーン底部閉鎖板７４は重り支持ケー
ブル４８に当ってがらがら音を立てる。

このゆさぶり運動は鋼網７１を振動し、また網目の角度
と組み合って網７１かも如何なる発生物をも、また水が
網を流過する際その上に付着した如何なる物体をも振り
落してしまう。

鋼製ケーブル４１は底部重り１７の海中重量を支持でき
るように作られている。

従って、組立管装置１２が、１９７８年３月１５日付米
国特許同時係属出願第８８６９０４号により詳細に記載
されている引張心、可撓壁構造のものであることは明白
である。

底部重り１７の配設理由は米国特許出願第８８６９０７
号に記載されている。

管装置１２の上端にある結合板４３は、中空の端部開放
形雄ピン結合部材５０の下端部と結合している。

またこの結合部材５０の定直後上部は雌ソケツト部材３
２の内面と協働できるようになっている。

適当なシール５３を雌部材３２のテ・−ハ部で上記定直
径部の上端部及び下端部に支持する。

２このシール５３は、雌部材３２と結合しまた場合、そ
の内面と協働し、従ってこの２つの部材３２゜５０間に
は概ね水密な結合が達成される。

このシール５３は、雄部材５０の雌部材３２に対する結
合運動が完了した場合にはじめて有効に作用する。

迅速分離形組立結合装置１５の雄と雌の両結合部材は、
」一端部が枠体３０で支持される目付き板に結合され、
Ｆ端部が雄結合部材の外面に連結された目付き板に結合
されている複数のつなぎケーブル５１で結合が維持され
るようになっている。

各つなぎケーブル上には遠隔操作分離装置５２を配設し
である。

ピン形結合部材５０の長さ、即ち部材５０がシール５３
と接合する位置間の長さは、少なくとも該ピンのシール
間の直径と同じか、望ましくはこれより大きいのがよい
。

この長さは実用上可能な限り大きくする。

つまり、この長さは、上記結合関係がそれに加わる曲げ
荷重に対してできるだけ感応しないようにするのが望ま
しく、従って組立管装置を曲げ荷重から隔離し、同時に
つなぎケーブル５１が切断した場合ソケット部材と無関
係に落下できるというピン部材の特徴をそこなうような
状態で上記結合を束縛することのないようにするのが望
ましい。

回収浮きカラー５５を雄結合部材５０の下端部外筒に被
嵌する。

この下端部は、組立結合装置１５が組付けられた場合雌
部材内に嵌入する。

カラー５５の浮力は十分に太きいものである。

つまり、組ｑ管装置１２を船体から切離す必要がある場
合、海底に沈下後の管装置を当該カラー５５で垂直状態
に維持できる程大きい。

切離された管装置の位置付けや回収を容易に行えるよう
に、位置付は音響ピンガ−（ｐｉｎｇｃｒ）５６及び回
収案内柱５７を浮きカラー５５の上部に取付ける。

回収ブイを、柱５７の底部に隣接する浮きカラー５５の
側部に配置した適当な容器５８の中に配接する適当なブ
イ線（ｂｕｏｙ １ｉｎｅ ）５９を柱５７の」一端
部から容器５８内のブイまで接続する。

組立管装置のキールホ・−ル（ｋｅｅｌｈａｕｌ ）
・ラッチ柱６０は、ピン形雄部材５０の上端部で支持さ
れ、ピン部材５０の軸に沿って上方に突出し球部材３３
の中に伸び込んでいる。

浮きカラー５５、ピンガ−５６、案内柱５７、及び回収
ブイとその容器５８は、ピン形雄部材犯を介して組立管
装置１２の上端部に支持される回収組立装置１６の要素
部材である。

既述のように、管４０はポリエチレンで作るのが好まし
７い。

なぜなら、ポリエチレンは海中で正の浮力を有するから
である。

組立管装置１２の長さが大きいことを考慮して、緩衝ニ
ップル（ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｎ１ｐｐｌｅ）４５は管装
置１２に沿っである距離伸長するようにしである。

ある距離とは、管４０とニップル４５の組合せ体が所望
量の純逆浮力（ｎｅｔ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｂｕｏ
ｙ−−ａｎｅｙ）を有するように選択できる量（約１９
．５ｍ（６５フイート））だけニップル４５の長さより
大きい距離のことである。

人口スクリーン組立装置３９もまた逆浮力を有する。

従って、管４０は、使用中圧縮荷重というよりもむしろ
適度の軸方向引張荷重を受けることになる。

つまり、上記の構成以外であれば、ポリエチレンの正浮
力によって圧縮荷重が生じ、その結果管が圧縮される可
能性があるわけである。

管４０とニップル４５０組合せ体の純逆浮力は、カラー
５５の純正浮力と、ピン形雄部材５０を含む管装置上端
部のその他の構造体の純正浮力との合計よりも小さい。

重り１７の純逆浮力は、管装置１２のうちのケーブル４
８より上の部分の純正浮力より大きい。

例えば、上記の望ま（−い実施例では、これら構成部材
の純浮力は次の通りである。

雄部材５０と」一方緩衝ニップル４５ −９．０８ｋｇ（−２００００ポンド） 浮きカラー５５ ＋１３．６ ｋｇ（−＋−３ｏｏｏｏポンド）ポリエ
チレン管４０ ＋２７．２４ｋｇ（＋６００００ポンド）下刃混合ニッ
プル４５と入口スクリーン３９−２９．５１に９（−６
５０００ポンド）ケーブル４１と４８ −７９．５ ｋｇ（−＋７５ｏｏボンド）安定化用重
り１７ −３４．０５ｋｇ（、−７５０００ポンド）これらの浮
力を合計すると、３９．７３ｋｇ（８７５００ポンド）
の純逆浮力となり、組立管装置自体（即ち、スクリーン
３９とその懸垂ケーブルの重量を除く）の浮力は正方向
で２２７０ｋｇ（５０００ポンド）である。

以上の説明から、上記の構造体を第１図の方法で組立て
る場合、スクリーン組立装置３９に入口を有する流体流
路が、管装置の下端から船体縦穴１８内の冷水だめ３４
まで形成されることは明らかである。

この流路は、海洋深層から０ＴＥＣ施設置０への冷水の
上昇用流路である。

深層冷水は、冷水だめ３４内に配設された管形冷水吸入
ダクト６３の開放下端部に位置するポンプ羽根車６２の
作動によってこの流路を上昇するよう導かれる。

羽根車６２は細長い軸６４の下端に取付けられ、また軸
６４の上端は、縦穴１８の上端部に位置付けるのが望ま
しい駆動モータ６５に連結されている。

ポンプ羽根車６２と駆動モータ６５との間には、ダクト
６３内にエルボ６６を配設して、ダクト６３に吸入され
た冷水を０ＴＥＣ施設置０の船体内の適当なタンクまた
は管装置（図示せず）に放水できるようにしである。

添付図面の構造体を検討すれば明らかなように、この構
造体は、システム全体を容易且つ好便に組立てることが
でき、同時に、緊急の場合などに組立管装置１２を浮き
構造体１１かも素早く切離したり回収したりできる。

船体１１に対する組立管装置１２０組付は並びに初期結
合は、第５図乃至第１２図に段階順に示してあり、管装
置１２の分離並びに回収は第１３図乃至第２１図に段階
順に示しである。

組立管装置１２は、海岸などの陸上基地で製造並びに組
立てるのが望ましい。

適切な個別のポリエチレン管を溶接結合して可撓組立管
装置本体を形成する。

浮揚・回収組立装置をこの管本体の一端に結合し、他端
に安定化用重りを連結する。

管装置の逆浮力下端部と安定化用重りとをはしけ７８（
第６図参照）に載せ、管装置の他の部分即ち浮揚性のも
のは総てはしけＴ８の後に浮かべ、船体１１（浮き構造
体）を予め設置しである据付場所に運ぶ。

船体１１は予め設置しであるから（第５図及び第６図参
照）、はしけ７８が到着するまでに、船体１１に搭載し
たケーブル７０とウィンチ７９とを使って船体１１内に
称平環球継手結合装置１４を下降させておき、また冷水
だめ３４を縦穴１８内に形成しておく。

はしけ７８が船体１１に到着したら、結合装置１４を船
体竜骨近傍の適所に配置する（第６図参照のこと）。

はしけ７８が船体１１の舷側に着いたら、船体１１に搭
載したＡ字形枠体８０やウィンチ８１のような適当な装
置（第７図参照）を装着して安定化用重り１７と組立管
装置１２の下端部とに連結し、船体（浮き構造体）１１
での昇降を制御できるようにする。

はしけ７８からの荷揚げが済んだら、はしけ７８を他に
移し、次いでこの荷物をおろす。

管装置下端部を降す場合には、曳船８２を利用して、管
装置上端部にラッチ柱に連結するなどの方法で連結した
ペンダント線８３を介して引張力を維持するようにする
。

この作業中は、管４０の撓性と正浮力が役立つ。

管装置の降下作業は、該装置が垂直になり、且つその純
逆浮力がペンダント線８３で支持される。

ようになるまで続ける。

この点については第９図を参照されたい。

重り１７と管装置下端部とに対する連結線を解き、次に
ケーブル７０を球継手３６３７を通して下降させ、ラッ
チ柱６０の直ぐ上にあるペンダント線８３の連結点８４
に結合する（第１０図を参照のこと）。

管装置の荷重をペンダント線８３からケーブル７０に伝
達し、該管装置を雌ソケツト部材３２下方の適所に移動
する。

次いで、潜水夫にペンダント線８３を連結点８４から外
させる。

この点については第１１図を参照のこと。

次に、管装置１２をケーブル７０で引き、ピン部材５０
とソケット部材３２に着座式に結合し、つなぎケーブル
５１を潜水夫に固定させる。

その後、ケーブル７０をラッチ柱６０から解き放すと、
ダクト６３とエルボ６６と共に管装置は下降して冷水だ
め３４内の適所に位置することができ、同時に管装置と
船体の適正な機械的結合が達成される。

しかし、管装置１２は縦穴１８に対し偏心位置に位置す
るのが好ましく、この位置であれば、管装置１２を回遊
させて称平環球継手懸垂結合装置１４と結合させること
ができ、而も該管装置を冷水だめ３４内の適所に配置す
ることができる。

０ＴＥＣ施設置０の稼動中はいつでも、船体（浮き構造
体）１１からの管装置１２の分離は、必要に応じて、容
易に行うことができる。

つまり、適当な分離信号を発生して、つなぎケーブル５
１と連動する遠隔操作式迅速分離形連結装置５２を作動
させる。

連結装置５２が作動すると、殆んど同期式につなぎケー
ブル５１が分離する。

つなぎケーブル５１が離れると、船体１１による管装置
１２の上端部の支持は総てなくなる。

管装置１２の純浮力は底部重り１７を連結したことによ
って負となるから、管装置１２は船体１１から下方に沈
降し、その際雄ピン部材５０は一緒に運んで行くが、称
平環装置を介して浮き構造体１１に連結された雌ソケツ
ト部材３２と球部材３３は後に残る。

一旦底部重り１７が海底に衝突すると、管装置１２はそ
の上端部にあるカラー５５の正浮力によって垂直位置に
維持される。

この様子は第１３図乃至第１６図に順序通り示されてい
る。

入口スクリーン３９と安定化重り１７との間のケーブル
４８の長さを決めるに際しては、管装置１２が、分離さ
れる時も、海底に沈む時も、そして次に重りで係留され
た且つ回収し易い概ね直立浮遊状態となる時も、損傷を
生じないということを考慮しなげればならない。

迅速分離形装置５２の作動と同時に、逆浮力管装置はソ
ケット部材３２から沈下し、次第に加速してついにその
限界自由沈降速度に達する。

上記のパラメータ及び特性を有するように構成し５た本
実施例では、この速度は毎秒約２．４ｍ（８フイート）
である。

重り１７は水平断面形状が十字形であるのが望ましいが
、ケーブル４１及び４８による懸垂位置は入口スクリー
ン３９より十分下方にあるのがよい。

つまり、重り１７が海底沈澱物に当ってその中に埋没し
た場合、重り１７以外の自由沈降構造体の純正浮力と、
粘性抗力が組合って、ケーブル４８の長さの範囲内で管
装置の下降を緩め且つ停止させられる位置にあるように
配置する。

現在の望ましい実施例では、ケーブル４８の長さは９０
ｍ（３００フイート）で、管装置の限界自由沈降速度か
ら停止するまでの距離は、重り１７の海底衝突後約６０
ｍ （２００フイート）以内である。

それ以後は、管装置は、重り１７に係留された完全潜水
状態で概ね垂直方向に直立して浮遊し、海流が通過する
場合にのみ遊動する（第１６図参照のこと）。

ケーブル４８上端部と結合している構造体（管装置）の
下端部が海底に接触することは決してない。

標識ブイを容器５８内に格納しであるが、このブイは、
管装置の浮き構造体（船体）からの分離時に自動的に解
放できるようにするか、あるいは、望ましい例としては
、容器５８内に係留したま＼にし５て、後述の第１７図
の適当な遠隔操作式分離装置で連続分離を行えるように
することもできる１この標識ブイは分離された管装置（
分離管装置）の上端部の再結合の際役立つ。

分離管装置の海底からの回収は、底部重す１７と該管装
置の下端部との間に遠隔操作式連結装置４９を介在させ
たために、容易に行えるようになっている。

即ち、分離管装置をその底部重りの無い状態で回収した
い場合は、適当な信号を発生して分離形連結装置４９に
底部重すと管装置の連結を切断させると、管装置を海面
に浮上させることができる。

他方、分離管装置をその底部重りと一緒に回収したい場
合は、回収案内柱５７とキールホール・ラッチ柱６０を
使用すると容易に回収できる。

なぜなら、この両柱５７，６０は、適当な回収装置８６
（第１８図乃至第２０図参照）を分離管装置にしっかり
と連結し、その分離管装置を回収する際に仲立ちの役割
を果すからである。

標識ブイ線５９は、回収装置８６を案内して案内柱５７
及びラッチ柱６０と連結する機能を果す。

一度分離した組立管装置を安定化用重り１７と共に船体
１１に回収するための望ましい手順を第１７図乃至第２
１図に示１〜である。

Ａ字形枠体８０を船体１１の側部（第１７図）に装着し
、標識ブイ（第１６図）を分離した後に、ブイ線５９を
船体上に取り込めるようにする。

ブイ線５９を回収装置８６に挿通１−１次にこの装置を
線５９に沿って下降させて案内柱５７と接触させる。

この回収装置８６は、引上げケーブル８８をラッチ柱６
０と連動式の底部搭載のリーガン（Ｒｅｇａｎ）・ラッ
チで支持するり−ガン（Ｒｅｇａｎ）回収装置であるの
が好ましい。

回収装置８６は、案内柱５７に達すると、これを柱５７
に正しく方向付ける方向付はカムと協働し、従って柱５
７上を更に下降して行くと、引上げケーブル８８が柱６
０と連結することになる（第１８図及び第１９図参照）
。

次に、ケ・−プル７０と潜水夫とを利用して管装置を第
１０図及び第１１図に関して既述した通りに取扱い、ピ
ン形結合部材５０をソケット部材３２に再結合する。

このようにして完全に回収並びに再連結した管装置を第
２１図に示しである。

組立管装置１２は、使用条件に耐えられる限りできるだ
け軽量に製作する。

船体１１内に冷水だめ３４を設けるのはこの目的に適う
ものである。

冷水だめ３４の通常の水位は船体１１の満載吃水線より
下にある。

冷水だめ３４の水位は、ポンプ６５の作動によって海面
より低い位置に維持されている。

この海面と水だめ３４水位間の差によって十分な駆動水
頭差（ｄｒｉｖｉｎｇ ｈｅａｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ
ａｌ ）が生じる。

つまり、この駆動水頭差と管装置の水流面積（ｗａｔｅ
ｒ ｆｌｏｗａｒｅａ）を適切に組合せると、水は該
管装置内を所望の流量で上方に流れることができる。

しかし、船体１１は波作用を受けることもあり、これに
よって既述の横揺れ縦揺れとは別に、船体１１が上下に
揺れる。

即ち垂直方向に周期運動を行う場合がある。

通常水位以下の水だめ３４の容積は、（１）最大船体上
下揺れ振幅（２重振幅）と、（２）管装置の流面績との
積で得られる容積値よりも数倍大きい。

例えば、図示の好ましい構成では、水だめ容積は、最大
上下揺れ期待振幅２．０ ｍ、 （６，６フイート）と
管流面積約４．５７７１″（５０平方フイート）の積の
約１５倍である。

このようにして、管装置は船体上下揺れ運動中宮に満水
状態であり、管壁を圧壊しようとする管装置の壁面間の
差圧は許容限度の範囲内に維持できることが確認された
。

従って、より高い圧壊荷重に耐える必要があると仮定し
た場合に比べて、管装置をより軽量なものにすることが
できるようになった。

水だめ３４内に適当な水位センサを配設しこれを利用す
ると、ポンプ６５の作動を制御するだけで水だめの水位
を所望のレベルに維持することができる。

以上の説明から明らかなように、浮き構造体（船体）と
水中に沈み且つ懸垂式に支持された管装置との間の垂直
荷重は総て称平環装置で受止められる。

球継手は、称平環の回転の中心に位置しているため管荷
重は一切受止めず、単に、冷水を称平環・船体界面の両
端間に運ぷ称平環運動に適した通路の働きをするだけで
ある。

管装置の荷重は総て称平環構造体に直接伝達されるから
、該管装置上部での運動誘導形曲げ応力の発生は最小限
に抑えられる。

称平環装置と共に球継手シールを使用したことにより、
本施設内の一次冷水だめを浮き構造体（船体）に固定す
ることが可能になった。

冷水ダクトでは、球継手以外には撓性継手は全く必要と
されない。

球継手の適当な密封は簡単なものでよく、１００％有効
な密封を行うことを目的とするわけではない普通の加圧
式密封法を使用して達成できるものである。

球継手シール両端間での圧力降下が小さい（約１．５ｍ
（５フイート）水頭）ため、この球継手からの漏れは非
常に小さい。

管装置上端部に雄ピンを配設し、これを称平環装置下方
の雌ソケットと嵌合させて使用することにより、緊急時
に管装置を分離する装置の簡単化が達成された軸受と密
封リングを雄ピンと雌ソケツト間に配設したが、これら
は、据付完了時称平環と管装置との間に生じることのあ
る最小モーメント並びに剪断荷重を支持する。

垂直荷重はつなぎケーブル５１で支持する。

つなぎケーフンレ５１上の前記遠隔操作式分離詰装置（
電気式、水圧式、音響式のいずれでもよい）を作動させ
た場合、管装置上端部で支持されている雄ピンは称平環
式雌ソケットから容易に分離、落下することができる。

使用の際、称平環式装置を浮き船体の吃水線より下に配
置すると、これによって引き起される船体の運動を最小
限に抑えることができる。

称平環装置全体をその縦穴内で持上げて船体の満載吃水
線より高くすれば、保守を行うことができる。

本発明の分野の当業者であれば、以上の説明が添付図面
に図示の本発明の現在の望ましい実施例に関してなされ
たものであることを当然理解できるであろう。

しかし、本発明は上記実施例以外の実施例でも明示でき
ることも明らかである。

つまり、上記の説明では本発明の現在考え得る最良の実
施例について記載してはあるが、必ずしもそれが可能な
例の総てではない。

このようなわけで、当業者であれば、本発明の基本概念
を逸脱することなく前述の構成及び手順に修正、変更を
加えることが可能であることは容易に理解できる所であ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、０ＴＥＣ施設の冷水上昇用組立管装置と、該
管装置を浮き構造体に連結する装置との部分断面正面図
である。 第２図は第１図の線２−２に沿って切られた部分断面図
である。 第３図は第１図の線３−３に沿って切られた断面図であ
る。 第４図は組立管装置下端部の入口スクリーンの拡大断面
図である。 第５図乃至第１２図は、組立管装置の配置並びに浮き構
造体への連結の手順の各段階を示す簡略正面図並びに簡
略斜面図である。 第１３図乃至第２１図は、組立管装置の浮き構造体から
の分離、分離後の管装置の回収、及び回収後の管装置の
浮き構造体−＼の再連結の手順の各段階を示す簡略正面
図である。 １０・・・・・・海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）装
置、１１・・・・・・浮き船体構造体、１２・・・・・
・上昇流用組立管装置、１４・・・・・・称平環球継手
式懸垂結合装置、１５・・・・・・迅速分離式組立結合
装置、１６・・・・・・回収組立装置、１７・・・・・
・安定化用底部重り、１８・・・・・・縦穴、２０・・
・・・・内側称平環、２１・・・・・・外側称平環、２
２，２８・・・・・・トラニオン、２３・・・・・・共
通軸、２４・・・・・・軸受ブロック、３０・・・・・
・枠体、３２・・・・・・環状下方開放形雌ソケツト部
材、３３・・・・・・中空球部材、３４・・・・・・冷
水だめ、３５・・・・・・外スリーブ部材、３６・・・
・・・管形部、３７・・・・・・シール組立装置、３８
・・・・・・自浄化スクリーン組立装置、３９・・・・
・・入口スクリーン、４０・・・・・・ポリエチレン管
、４１・・・・・・鋼製ケーブル、４３・・・・・・横
向き結合板、４５・・・・・・緩衝ニップル、４６・・
・・・・管状鋼製緩和バラスト部、４７・・・・・・吸
入流そらせ板、４８・・・・・・重り支持ケーブル、４
９・・・・・・遠隔操作式迅速分離形連結装置、５０・
・・・・・端部開放形雄ピン結合部材、５１・・・・・
・つなぎケーブル、５２・・・・・・遠隔操作分離装置
、５３・・・・・・シール、５５・・・・・・回収浮カ
ラー、５７・・・・・・回収案内柱、５８・・・・・・
容器、６０・・・・・・ラッチ柱、６１・・・・・・支
持フランジ、６３・・・・・・管形冷水吸入ダクト、６
５・・・・・・モータ、７０・・・・・・ケーブル、７
１・・・・・・可撓鋼網、７２・・・・・・支持板、７
３・・・・・・管形案内部材、７４・・・・・・環状底
部閉鎖板、７５・・・・・・案内部材、７９，８１・・
・・・・ウィンチ、８０・・・・・・Ａ字形枠体、８２
・・・・・曳船、８３・・・・・・ペンダント線、８６
・・・・・・回収装置、８８・・・・・・引上げケーブ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海中に深く延び且つ概ね垂直に配置され、その上端
   部を海面近傍で結合部材によって構造体に結合され且つ
   支持された海洋工学用組立管装置であって、上記構造体
   に、海底の上方の管装置から入る水の流れを確立し且つ
   それを維持するポンプが組込まれており、 当該管装置が、 管装置の端部から端部へ延在する少なくとも１本の連続
   水流導管１２と、 管装置の上端部を上記支持構造体に結合し且つ上記構造
   体の水平軸の回りのすべての運動から管装置を隔離する
   、運動調節結合部材２０，２Ｌ２２．２８．３０と、 上記導管がその全長にわたって、海中で正の浮力を有し
   且つ約４．４°Ｃ乃至約３２．２°Ｃ（約４０′Ｆ乃至
   約９０°Ｆ）の温度範囲内で最低１時間の経過時間に対
   し１平方センチメートル当り約８４４８ｋｇ（１平方イ
   ンチ当り約１０万ボンド）以下の有効弾性係数を有する
   材料で製造されていることと、上記管装置の下端部に結
   合され且つ上記導管材料の正の浮力と充分な相関関係の
   純負浮力を有し、上記導管の上端部の材料に選択された
   低い引張応力を確立するバラスト部材１７と、 を含むことを特徴とする海洋工学用組立管装置。 ２− 前記導管材料が合成熱可塑性樹脂材料である特許
   請求の範囲第１項の記載の管装置。 ３ 前記導管の長さを約６ｏｏｍ（約２０００フイート
   ）のオーダーにした特許請求の範囲第１項に記載の管装
   置。 ４ 前記導管が複数の導管４０を含み、各導管が合成熱
   可塑性樹脂材料で製造され、複数の導管が互いに平行に
   非共軸で一束状態に配列されている特許請求の範囲第１
   項に記載の管装置。 ５ 圧壊し易い湧昇水流用の組立前装量を支持している
   浮き構造体が、その上下揺動で生じる壁間の圧力差に応
   じて圧壊する危険を減じるための海洋工学用装置であっ
   て、 上記管装置の上端部を概ね直接に結合出来る上記構造体
   に設けられた室と、 上記室内に、上記管装置の流れ面積と上記浮き構造体の
   最大上下揺動振幅との積より大きい選択された量の通常
   水位を確立し且つそれを維持するポンプ材料６２と、 を有することを特徴とする海洋工学用装置。 ６ 前記室内の通常水位を前記浮き構造体の満載喫水線
   より下にあるようにした特許請求の範囲第５項に記載の
   装置。 ７ 前記管装置を合成熱可塑性樹脂材料で構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ８ 海中に垂直に配設され、海底の上方にある下端部と
   、海面近傍の支持構造体に分離可能に支持される上端部
   との間を水が流れるように構成された海洋工学用水流組
   立管装置であって、 当該管装置が管ユニット１２と、該管ユニットに連結さ
   れた弾性ケーブル４８によって該管ユニットの下から下
   方へ成る選択距離に垂設された■りとを含み、 管装置が全体として負浮力を有し、上記管ユニットが正
   の浮力を有し、 上記選択垂下距離が管ユニットの下端部と海底との間の
   距離よりも短く且つ上記管ユニットと協働式に設定され
   、管装置が支持を失った場合、該管装置が海底へ向かっ
   て沈下する時上記管ユニットが上記選択距離以内で停止
   し、それ以後は上記重りで水中に係留された状態で浮遊
   することが出来るようにされたこと、 を特徴とする海洋工学用水流組立管装置。 ９ 前記ケーブルを前記管ユニツト内部まで延設すると
   共に概ね該管ユニットの上端部に結合する特許請求の範
   囲第８項に記載の管装置。 １０ 管ユニットの長さの大部分を海水中で正浮力を
   有する材料で構成し、前記型りに上記材料の全歪浮力の
   値より大きい負浮力を持たせた特許請求の範囲第９項に
   記載の管装置。 １１ 前記管ユニットの上端部に結合される正浮力性
   部材５５を具備し、該浮力部材が前記材料及び前記バラ
   スト部材の浮力の代数和よりも大きい浮力を有する特許
   請求の範囲第１０項に記載の管装置。 １２ 前記管ユニットの長さを約６００ｍ（約２００
   ０フイート）のオーダーとし、前記選択距離を約９０ｍ
   （約３００フイート）のオーダーとした特許請求の範囲
   第８項に記載の管装置。