(57)【要約】【課題】吸込水頭にさほどの安全率を見込まなくても安定な運転が可能であって、合理的かつ経済的な設計が可能な有効適切な深層水取水設備を提供する。【解決手段】地表部に設置した深層水ポンプ１によって水域の深層部から深層水を汲み上げて取水するための深層水取水設備であって、深層水ポンプ１の吸込側に接続した取水管２に、深層水から析出した溶存ガスを貯留して分離除去するための気液分離槽６を設置する。気液分離槽６には溶存ガスを大気中に放出するための自動エア抜き弁７を設けるか、あるいは溶存ガスを気液分離槽から吸引して大気中に放出するための真空ポンプを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表部に設置した深層水ポンプによって水域の深層部から深層水を汲み上げて取水するための深層水取水設備であって、
前記深層水ポンプの吸込側に接続した取水管に、深層水から析出した溶存ガスを貯留して分離除去するための気液分離槽を設置してなることを特徴とする深層水取水設備。
【請求項２】
請求項１記載の深層水取水設備であって、
前記気液分離槽に貯留した溶存ガスを大気中に放出するための自動エア抜き弁を設けてなることを特徴とする深層水取水設備。
【請求項３】
請求項１記載の深層水取水設備であって、
前記気液分離槽に貯留した溶存ガスを該気液分離槽から吸引して大気中に放出するための真空ポンプを設けてなることを特徴とする深層水取水設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地表部に設置した深層水ポンプにより水域の深層部から深層水を汲み上げて取水するための深層水取水設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の取水設備としては特許文献１に示されるものが一般的である。これは海洋深層水を取水するためのもので、海底面に敷設される取水管の最高部および深層水ポンプの設置位置を「限界埋設深さ」以深とすることにより、取水管内の吸込水頭を限界吸込水頭（甚だしいキャビテーションが発生して吸込不能となる限界の吸込水頭）よりも高く維持してキャビテーションの発生を防止するというものである。
【特許文献１】特許第３５７９８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような深層水取水設備における限界吸込水頭は-0.064MPa（−6.4mAq）程度であるが、取水運転中には取水管内において多量の溶存ガス（その成分は一部の微量ガスを除けば殆どが大気である）が析出することから、それを考慮すると安定な運転を行うためには吸込水頭を-0.045MPa（−4.5mAq）程度とすることが好ましいとされている。
つまり、吸込水頭を限界吸込水頭に対して+0.019MAq分の余裕をもたせる必要があって、深層水ポンプの選定や配管系全体の設計に際して充分な安全率を見込む必要があり、そのことがこの種の取水設備のコスト軽減を図る上での障害ともなっている。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は吸込水頭にさほどの安全率を見込まなくても安定な運転が可能であり、したがって合理的かつ経済的な設計が可能となる有効適切な深層水取水設備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】
【０００５】
本発明は、地表部に設置した深層水ポンプによって水域の深層部から深層水を汲み上げて取水するための深層水取水設備であって、前記深層水ポンプの吸込側に接続した取水管に、深層水から析出した溶存ガスを貯留して分離除去するための気液分離槽を設置してなることを特徴とする。
【０００６】
本発明においては、気液分離槽に貯留した溶存ガスを大気中に放出するための自動エア抜き弁を設けるか、あるいは気液分離槽に貯留した溶存ガスを該気液分離槽から吸引して大気中に放出するための真空ポンプを設ければ良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、取水管内において析出した溶存ガスを気液分離槽に貯留して、自動エア抜き弁あるいは真空ポンプによって大気中に放出さることにより、取水管内において溶存ガスが多量に析出してもそれに起因して甚だしいキャビテーションが生じることが抑制される。したがって、深層水ポンプや配管系にはキャビテーションに対する充分な安全率を見込む必要がなく、ほぼ限界吸込水頭での安定な運転が可能となって合理的かつ経済的な設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の深層水取水設備の第１実施形態を示す概略構成図である。
これは海洋深層水を取水するためのもので、海岸部に設置した建屋内の１階に制御室、地階にポンプピットを設け、ポンプピット内に自動交互運転される２台の深層水ポンプ１を並設し、取水管２の先端を取水口３として所望深度に配置し、取水管２の基端部を各深層水ポンプ１に接続し、深層水ポンプ１を運転して深層水を汲み上げて送水管４により貯水槽５に送水することを基本とするものである。
【０００９】
以上の構成はこの種の取水設備において一般的なものであるが、本実施形態の深層水取水設備では取水管２に気液分離槽６を設置しており、運転中に取水管２内において析出した溶存ガスをその気液分離槽６に貯留し、貯留した溶存ガスを運転停止中に大気中に放出することによって、溶存ガスに起因するキャビテーションの発生を有効に抑制し得るものとなっている。
【００１０】
気液分離槽６の有効容量は運転中に発生すると想定される溶存ガスの析出量に応じて設定すれば良く、特に大容量が必要とされる場合には図示例のように複数の気液分離槽６をバルブにより接続して並設すれば良い。
具体的な一設計例を挙げれば、通常運転時における溶存ガスの析出量が0.038m3/minである場合において、30分間の連続運転を行うことを想定してその間に析出する溶存ガスを全て貯留する設計とする場合、必要とされる総貯留容量は0.038m3/min×30min＝1.14m3  であるから、１台の気液分離槽６を600mmφ×1000mmHとしてその有効容量を60%（したがって１台の有効貯留容量約0.17m3）とすれば、７台の気液分離槽６を並設することで所要貯留容量を確保することができる。
なお、深層水中の溶存ガス量はWeissの式により求めることができるし、深層水からの溶存ガスの析出量は取水量および取水管内の圧力に応じてヘンリーの法則に基づいて算定することができる。
【００１１】
そして、各気液分離槽６の頂部には自動エア抜き弁７が設けられており、それが深層水ポンプ１の停止中に開かれることで溶存ガスが大気中に放出されるようになっている。自動エア抜き弁７としては、運転停止中における取水管２内の自然水頭を受けて自動的に開放されるものが好適に採用可能であるが、深層水ポンプ１の運転／停止操作に連動させて自動制御するようにしても良い。
【００１２】
なお、気液分離槽６としては上記で例示したような単なる縦型容器の形態のもので良く、その頂部に上記のような自動エア抜き弁７を設置すれば良いが、いずれにしても溶存ガスの析出状況や貯留状況を目視観察できるように、その全体をたとえばガラスや透明樹脂等の透明材料により形成するか、あるいは要所に観察窓を設けておくことが好ましい。
【００１３】
以上のように、本実施形態の深層水取水設備では、取水管２内において析出する溶存ガスを気液分離槽６に貯留して放出することから、溶存ガスに起因するキャビテーションが発生し難くなり、したがって従来のようにキャビテーションの発生を見越して吸込水頭に充分な安全率を見越む必要はなく、そのためほぼ限界吸込水頭（-0.064MPa）での運転が可能であるので設備全体の合理的かつ経済的な設計が可能となる。
【００１４】
勿論、気液分離槽６は単なる縦型容器の形態のもので良いし、自動エア抜き弁７も安価な汎用品を用いることができ、気液分離槽６を設置することで設備全体が複雑になったり高度の制御を必要とすることもないから、これを設置してもさほどのコスト増とはならず、既存の深層水取水設備に対する改修としても容易に実施することができる。
【００１５】
図２は本発明の第２実施形態を示すものである。
上記第１実施形態では深層水ポンプ１の運転中に貯留した溶存ガスを深層水ポンプ１の停止中に自動エア抜き弁７によって大気中に放出するものとしたが、本第２実施形態では気液分離槽６に真空ポンプ８を設置しておき、その真空ポンプ８を深層水ポンプ１の運転中においても随時運転することによって溶存ガスを随時真空引きして大気中に放出するようにしたものである。
【００１６】
すなわち、本第２実施形態では気液分離槽６内に貯留される溶存ガスのガス圧を圧力スイッチ９により検出し、そのガス圧が予め設定した所定の設定値となったら、つまり溶存ガスの貯留量が所定量に達した時点で、真空ポンプ８を運転して溶存ガスを放出するようにしている。
【００１７】
したがって本第２実施形態では第１実施形態の場合と同様にキャビテーションを有効に防止できることはもとより、深層水ポンプ１の運転中であっても溶存ガスの放出が可能であるので、溶存ガスの析出量が多い場合であっても、また長時間の連続運転を行う場合であっても、大容量の気液分離槽６を必要とせず、第１実施形態の場合よりも設備の簡略化とコンパクト化が可能である。
【００１８】
なお、深層水ポンプ１の運転中に気液分離槽６から溶存ガスを真空引きして放出するためには、真空ポンプ８による吸引圧をその時点での気液分離槽６内の圧力よりも低くする必要があり、したがって深層水ポンプ１の吸込水頭をほぼ限界吸込水頭（-0.064MPa）として運転する場合には真空ポンプ８による吸引圧（真空度）もそれ以下に設定し、それに応じて排気量や排気配管径を設計すれば良い。
【００１９】
以上で本発明の実施形態を説明したが、要は溶存ガスに起因するキャビテーションを防止するために、取水管内において析出する溶存ガスを気液分離槽に貯留して大気中に適宜放出するように構成すれば良く、その限りにおいて深層水ポンプや配管系の具体的な構成および運転方式や制御方式の具体的な構成は任意であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な設計的変更や応用が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の深層水取水設備の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の深層水取水設備の第２実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  深層水ポンプ
２  取水管
３  取水口
４  送水管
５  貯水槽
６  気液分離槽
７  自動エア抜き弁
８  真空ポンプ
９  圧力スイッチ
【図１】
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【図２】
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