(57)【要約】【課題】海底面の不陸に追従しやすく、また潮流などによって取水管に予期せぬ大きな荷重が作用した場合にも、取水管に発生するねじれの防止を図り、再び安定した姿勢に回復する取水口構造を提供する【解決手段】取水口構造１は先端部７２に取水口７３を有する取水管７０と、取水管７０の先端部７２を保持するフレーム３０（取水口保持部材）とを有する。前記フレーム３０は前記取水管７０の基部７５に向かって狭まる六角錘台形状の骨組構造であり中央部に取水管７０を前記フレーム３０へ取り付ける取付手段５０を備える。前記取付手段５０は前記フレーム３０を前記取水管７０の周方向に沿って回動自在に保持するので、海底面の不陸に追従して取水口構造を取水管の周方向に回転する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に取水口を有する取水管と、取水管の先端部を保持するフレームとを有し、前記フレームは前記取水管の後方に向かって狭まる六角錘台形状の骨組構造を有し、かつ前記フレームの中央部に取水管を取り付ける取付手段を備え、前記取付手段は前記取水管を前記取水管の周方向に沿って回動自在に保持し、前記取水口は前記フレームの内部に位置することを特徴とする取水口構造。
【請求項２】
前記取付手段は前記取水管を囲む内部管と、前記内部管を囲み前記フレームの中央部に固定された外部管とを有し、前記取水管と前記内部管とを固定し、前記内部管は外周に沿ってリング状部材を有し、前記外部管は内周に前記リング状部材を支持して前記内部管の周方向に沿って回動自在に嵌合するリング支持部材を有することを特徴とする請求項１記載の取水口構造。
【請求項３】
前記取水管の先端部には取水口に向かって内径が大きくなるフレア管部を設け、前記フレームには前記取水口に向かい合うじゃま板を設けることを特徴とする請求項１または２記載の取水口構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取水口の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水深の非常に深い海底付近から海水を取水する海洋深層水利用施設や海底温度差発電施設などの取水設備に用いられる取水口構造としては、比較的平坦な海面上において自重で安定させる重力式タイプの取水口保持部材を用いた取水口構造と、取水管によって保持し急斜面に設置する釣鐘タイプの取水口保持部材を用いる取水口構造とがある。
しかし深海部の海底地形は勾配が大きい場合が多く、取水口保持部材の自重で安定させる重力式タイプでは安定しない場合も多い。海底地形が勾配の大きい斜面であるとき、深海部では固定アンカー等の施工が困難であることから、取水管によって斜面上に保持する釣鐘タイプの取水口保持部材を用いる取水口構造が考えられる。
【０００３】
この場合、潮流等によって取水管や取水口保持部材が動くことも考えられ、取水管と取水口保持部材との取付部に予期せぬ大きな荷重が作用し破損することや、取水管にねじれなどが生じることも懸念される。このため、取水口構造を工夫し、海底面の不陸に追従可能で常に安定な姿勢を保つ取水口構造が要求される。
【０００４】
また、従来の和が国における海洋深層水取水管の多くは鎧装ポリエチレン管が使用されてきたが、非常に高価であり初期設備投資額が巨額になるなどの課題があった。これに対し、安価な硬質ポリエチレン管を用いた取水管の施工が今後増加することが予想される。
【０００５】
そこで、潮流からの力を受け流し、また安価な硬質ポリエチレン管の取水管を用いた取水口構造としては、取水管の先端部に硬質ポリエチレンを使用し、その浮力で取水口を浮遊させて潮流に対する応力集中を防ぐ取水口構造があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００　３０３５１１号公報（第５〜１７段落、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の取水管構造は取水口先端部が長くまたその形態が複雑であり、潮流の抵抗を受けやすいという問題があった。また海底面が複雑な場合には設置時に取水管の先端部が海底面に衝突して折れ曲がり、安定した取水ができないという問題点があった。
【０００８】
また特許文献１の取水口構造は先端部のみ硬質ポリエチレン管を使用した取水管を取り付けるものであった。硬質ポリエチレン管を取水管の全長にわたり使用し初期設備投資を減らすためには、硬質ポリエチレン管の先端部分に取水口保持部材を安定して取り付けることができる取付手段が必要となる。しかし硬質ポリエチレン管は、その材質ゆえに加工が困難であった。
【０００９】
また特許文献１の取水口構造には取水口からの異物や魚類などの侵入を防ぐ方法がなかった。
取水口からの異物や魚類などの侵入を防ぐ方法としては、取水口にスクリーンなどを設置することが考えられる。この場合には、スクリーン部の目詰まりなどが懸念される。しかし、海洋深層水の取水口は水深３００ｍ以上の外海の深海底に設置されるため、水深が深いことばかりでなく海象条件も厳しく、スクリーン部の目詰まりなどを取り除くメンテナンスをするのが困難であった。
【００１０】
本発明の課題は、海底面の不陸に追従しやすく、また潮流などによって取水管に予期せぬ大きな荷重が作用した場合にも、取水管に発生するねじれの防止を図り、再び安定した姿勢に回復する取水口構造を提供することにある。また加工が困難である硬質ポリエチレン管の取水管に取り付け可能な取水口構造を提供することにある。また取水流速を小さく押え取水口からの魚類や異物の吸い込みを防ぎメンテナンス不要な取水口構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、先端部７２に取水口７３を有する取水管７０と、取水管７０の先端部７２を保持するフレーム３０（取水口保持部材）とを有する取水口構造１であって、前記フレーム３０は前記取水管７０の後方に向かって狭まる六角錘台形状の骨組構造であり、かつ前記フレーム３０の中央部に取水管７０を取り付ける取付手段５０を備え、前記取付手段５０は前記取水管７０を前記取水管７０の周方向に沿って回動自在に保持し、前記取水口７３は前記フレーム３０の内部に位置することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、前記取付手段はフレームの中央部で取水管を取水管の周方向に沿って回動自在に保持するので、海底面の不陸に追従して取水口構造を取水管の周方向に回転することができ、取水管に発生するねじれを防止する。またフレームは前記取水管の後方に向かって狭まる六角錘台形状を有するので、回転しても遠くまで転がらず、再び台形面を海底面に向けて安定した姿勢に回復する。潮流などによる予期せぬ大きな荷重が取水口構造に作用した場合にも、取水管のねじれの発生を防止できるとともに、常に安定した姿勢に保つことができる。
【００１３】
また取水管の取水口がフレーム内部に位置するので、取水口構造が先端面を海底面に向けて安定しても、取水することが可能である。また海底面が複雑で設置した取水口構造の周囲が岩に囲まれているような場合にも、取水口はフレーム内部に保護されているので、安定した取水を行うことができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の取水口構造であって、前記取付手段５０は前記取水管７０を囲む内部管５１と、前記内部管５１を囲み前記フレーム３０の中央部に固定された外部管５２とを有し、前記取水管７０と前記内部管５１とを固定し、前記内部管５１は外周に沿ってリング状部材５５を有し、前記外部管５２は内周に前記リング状部材５５を支持して前記内部管５１の周方向に沿って回動自在に嵌合するリング支持部材５６を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記取付手段はフレームの中央部に固定された外部管と、外部管と回動自在な内部管とを有し、取水管の外側に内部管を固定することで取水管にフレームを取り付ける３重管構造であるので、取水管の素材が硬質ポリエチレン等、加工しにくい素材であってもフレームを回動自在に取り付けることができる。これにより取水管全長にわたり安価な硬質ポリエチレン管を使用することができるので、初期設備投資を軽減することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の取水口構造であって、前記取水管７０の先端部７２には取水口７３に向かって内径が大きくなるフレア管部７７を設け、前記フレーム３０には前記取水口７３に向かい合うじゃま板３５を設けることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、取水管の先端部には取水口に向かって内径が大きくなるフレア管を有しているので取水口での取水流速を小さく抑えるとともに、取水口に向かい合うじゃま板を設けたことで、取水口からの魚類や異物の吸い込みを防ぎメンテナンスフリーで深海から海水を安定的に供給できる取水口構造とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜６を参照して、本発明に係る取水口構造１について詳細に説明する。図１において、取水口構造１は、フレーム３０と、取水管７０とから概略構成される。
【００１９】
フレーム３０は、取水管７０の先端を海底面２から保護する働きを有している。図１に示すように、六角錘台形状の骨組構造をしており、取付手段５０を介して、取水管７０の後方に向かって六角錘台形状が狭まるように取水管７０に取り付ける。
図２、図３（Ａ）はフレーム３０から取付手段５０の外部管５２以外を取り除いたものである。フレーム３０は３つの枠部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃと６本の柱部材３２と外部管支持部材３３と埋没防止板３４とじゃま板３５とじゃま板支持部材３６と取付手段５０とから構成される。各部材はステンレス（ＳＵＳ３１６）からなる。
【００２０】
３つの枠部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃと６本の柱部材３２とは合わせてフレーム３０の六角錘台の形状を形成している。３つの枠部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃはこの順に大きくなる六角形の枠である。柱部材３２は３つの枠部材３１同士を接続する。
一番小さい枠部材３１ａは六角錘台形状の上面に位置し、一番大きい枠部材３１ｃは六角錘台形状の下面に位置する。両枠部材３１ａ、３１ｃの各頂点と各柱部材３２の両端とは接合している。さらに６本の柱部材３２の中央部と枠部材３１ｂの６つの頂点とが接合し、六角錘台形状を形成している。枠部材３１ａ側が取水管７０の基部７５側となり、枠部材３１ｃ側が取水管７０への取り付け後、取水管７０の先端側となる。
【００２１】
外部管支持部材３３ａ、３３ｂ、３３ｃは取付構造５０の外部管５２の両端付近及び中央部を支持する部材で、枠部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃの各頂点からフレーム３０の内部へ向かって延出している。枠部材３１ａから延出する外部管支持部材３３ａは六角錘台形状の中心軸に向かって中心軸に垂直に延出しているが、枠部材３１ｂ、３１ｃから延出する外部管支持部材３３ｂ、３３ｃは中心軸の斜め後端側に向かって延出している。
【００２２】
枠部材３１ａ、３１ｃには埋没防止板３４が設けられている。埋没防止板３４は組み立て後、取水口構造１を海底面２に設置したときにフレーム３０と海底面２との接地面積を増大しフレーム３０が海底面２より下に埋没することを防止する。
また外部管支持部材３３ｃにはじゃま板３５がじゃま板支持部材３６を介して取り付けられている。
【００２３】
じゃま板３５は枠部材３１ｃの中心に位置するように、じゃま板支持部材３６を介して外部管支持部材３３ｃへ取り付けられている。じゃま板３５は一定の曲率を有する球面の板であり、フレーム３０を取水管７０へ取り付けた後に、取水口７３に凸面を向けるように取水口７３の前面に位置する。
【００２４】
取付手段５０は図３（Ｂ）のようにフレーム３０の中央部に取水管７０を、その先端部７２がフレーム３０の内部に位置するように取り付ける。
図４において取付手段５０は取水管７０を囲む内部管５１と、内部管５１を囲み外部管支持部材３３ａ、３３ｂ、３３ｃに固定された外部管５２と、取水管支持フランジ５３と、振れ止め５４と、リング状部材５５とリング支持フランジ５６（リング支持部材）とを有しており、取水管７０と内部管５１と外部管５２とで３重管構造となっている。
【００２５】
取水管支持フランジ５３は中央に開口を有する円板状であり、開口内に取水管７０を挿入した状態で、取水管７０の外周に沿って位置する管状のソケット７４ａ、７４ｂの間に挟まれて、固定される。取水管支持フランジ５３と内部管５１の後端とを固定することにより、取水管７０と内部管５１とを固定する。
振れ止め５４は内部管５１の先端部内面に設けられ、取水管７０と内部管５１との軸方向に垂直な方向への振れを止める。
【００２６】
リング状部材５５は内部管５１の両端付近の外側の外周に沿って設けられたリング状の部材である。リング状部材５５は外周面でリング支持フランジ５６の内周面と接する。リング支持フランジ５６は外部管５２の両端に固定する。
リング状部材５５の外周面とリング支持フランジ５６の内周面とは共に滑らかな曲面であり、図４に示すように両接面は断面において互いに曲率がほぼ同一の円弧となっている。リング状部材５５の外周面が突条となりリング支持フランジ５６の内周面が溝となっているため、リング状部材５５とリング支持フランジ５６とは周方向に回動自在だが軸方向への移動は制限される。
リング支持フランジ５６を外部管５２の両端へ固定することで、内部管５１と外部管５２とを周方向に沿って回動自在に保持し、かつ軸方向の移動を制限し内部管５１から外部管５２が抜け落ちるのを防止している。
【００２７】
外部管５２はフレーム３０の中心軸方向に位置し、外部管５２の両端部及び中央部は外部管支持部材３３ａ、３３ｂ、３３ｃに固定されている。
【００２８】
取水管７０は硬質ポリエチレンで形成されており、図５において直管である本体部７１と、取水口７３を有する先端部７２と、ソケット７４ａ、７４ｂ、７４ｃと、基部７５とから構成されている。
【００２９】
先端部７２は、直管部７６とテーパー構造であるフレア管部７７とが融着してなる。直管部７６の一端は本体部７１とソケット７４ｃを介して融着する。直管部７６の他端はフレア管部７７と融着している。フレア管部７７は直管部７６との融着している端から他端に向かって内径が大きくなり、もっとも内径が大きくなる他端が取水口７３となっている。
先端部７２に直管部７６から取水口７３に向かって内径が大きくなるフレア管部７７を設けたことにより、取水口７３の内径が直管部７６よりも大きくなり、取水口７３での取水流速を小さく抑えることができる。
【００３０】
先端部７２は取水口構造１の組み立て時に取水管７０の本体部７１を内部管５１に挿入し取水管支持フランジ５３と嵌合固定した後に本体部７１とソケット７４を介して融着する。先端部７２は本体部７１と同じ素材の硬質ポリエチレンで形成されているので、容易に融着する。
【００３１】
ソケット７４ａ、７４ｂ、７４ｃは本体部７１の外径とほぼ等しい内径の直管であり、本体部７１と同じ素材の硬質ポリエチレンで形成されている。
ソケット７４ａは基部７５と本体部７１とを外周に沿って融着している。ソケット７４ｂはソケット７４ａとの間に取水管支持フランジ５３の厚さの間隔を空けて本体部７１の外周に沿って融着している。上述のように２個のソケット７４ａ、７４ｂの間に取水管支持フランジ５３を挟むことで、取水管７０の本体部７１を取水管支持フランジ５３に取り付ける。
ソケット７４ｃは、先端部７２と本体部７１とを外周に沿って融着している。ソケット７４ａ、７４ｂ、７４ｃと先端部７２と本体部７１と基部７５とは同一の素材なので、容易に融着する。
基部７５は本体部７１とソケット７４ａを介して融着する。基部７５において取水口構造１は海底面２の上方から吊り下げられる。
【００３２】
取水管７０は、取り付けられた状態では、その先端部７２がフレーム３０の内部に位置する。また取水管７０の取水口７３はフレーム３０の先端面に取り付けたじゃま板３５と向かい合うようになっている。取水管７０の取水口７３の前面にじゃま板３５があることで取水口７３からの魚類や異物の吸い込みを防ぐ構造となっている。
【００３３】
次に、本発明の取水口構造１を海底に設置した様子を図６を用いて説明する。図６において、２は取水口構造１が設置される斜面からなる海底面を示す。取水口構造は海底面２の上方から取水管７０の基部７５において吊り下げられ、フレーム３０の台形の側面を海底面２に向けて安定する。このとき埋没防止板３４があることにより、フレーム１の接地面積を増やし、フレーム３０が海底面２より下に沈下することを防止する。
【００３４】
設置した取水口構造１において、取水管７０の取水口７３から海水が取水される。このとき取水口７３はフレーム３０の内部にあるので、海底面２がなだらかでなく、例えば取水口７３の前面に大きな岩があったとしても取水口７３からの取水が妨げられることがない。
【００３５】
また取水管７０の先端部７２はテーパー構造となっているので、取水口７３の内径が取水管７０の直管部分の内径よりも大きくなっている。このため取水口７３における取水流速は取水管７０の直管部分よりも遅くなっている。さらに取水口７３の前面にじゃま板３５を設けたことと合わせて、魚類や異物の吸い込みを防止している。
【００３６】
また潮流などにより取水口構造１に大きな力がかかったときは、フレーム３０のみ、斜面上を転がることができる。このときフレーム３０と取水管７０とは回動自在なので、フレーム３０が回転しても取水管７０にねじれが発生しない。またフレーム３０は六角錘台形状なので、遠くまで転がらず、いずれかの台形の側面を海底斜面２に向け再び安定した姿勢に回復する。
【００３７】
以上の取水口構造１によれば、海洋深層水利用施設や海水温度差発電施設などの深層水の取水設備における取水構造として、潮流などによる予期せぬ大きな荷重が作用しても取水管のねじれの発生を防止できるとともに、常に取水口を安定な姿勢に保つことが可能となる。また、魚類や異物などの吸い込みを防止し、安定した深層水の取水が可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の発明によれば、前記取付手段はフレームの中央部で取水管を取水管の周方向に沿って回動自在に保持するので、海底面の不陸に追従して取水口構造を取水管の周方向に回転することができ、取水管に発生するねじれを防止する。またフレームは前記取水管の後方に向かって狭まる六角錘台形状を有するので、回転しても遠くまで転がらず、再び台形面を海底面に向けて安定した姿勢に回復する。潮流などによる予期せぬ大きな荷重が取水口構造に作用した場合にも、取水管のねじれの発生を防止できるとともに、常に安定した姿勢に保つことができる。
【００３９】
また取水管の取水口がフレーム内部に位置するので、取水口構造が先端面を海底面に向けて安定しても、取水することが可能である。また海底面が複雑で設置した取水口構造の周囲が岩に囲まれているような場合にも、取水口はフレーム内部に保護されているので、安定した取水を行うことができる。
【００４０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記取付手段はフレームの中央部に固定された外部管と、外部管と回動自在な内部管とを有し、取水管の外側に内部管を固定することで取水管にフレームを取り付ける３重管構造であるので、取水管の素材が硬質ポリエチレン等、加工しにくい素材であってもフレームを回動自在に取り付けることができる。これにより取水管全長にわたり安価な硬質ポリエチレン管を使用することができるので、初期設備投資を軽減することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、取水管の先端部には取水口に向かって内径が大きくなるフレア管部を有しているので取水口での取水流速を小さく抑えるとともに、取水口に向かい合うじゃま板を設けたことで、取水口からの魚類や異物の吸い込みを防ぎメンテナンスフリーで深海から海水を安定的に供給できる取水口構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の取水口構造を示す図である。
【図２】前記取水口構造において用いられるフレームから取付手段の外部管以外を取り除いたものであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図である。
【図３】（Ａ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示す図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）に取付構造の外部管以外と取水管を取り付けたものである。
【図４】図３（Ｂ）のＡ’の部分の拡大図である。
【図５】前記取水口構造において用いられる取水管の先端部を示す図である。
【図６】前記取水口構造を海底面に設置した設置例であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は斜面に対して垂直な面での図６（Ａ）の断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　取水口構造
２　　　　　　　海底面
３０　　　　　　フレーム
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ　枠部材
３２　　　　　　柱部材
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ　外部管支持部材
３４　　　　　　埋没防止板
３５　　　　　　じゃま板
３６　　　　　　じゃま板支持部材
５０　　　　　　取付手段
５１　　　　　　内部管
５２　　　　　　外部管
５３　　　　　　取水管支持フランジ
５４　　　　　　振れ止め
５５　　　　　　リング状部材
５６　　　　　　リング支持フランジ
７０　　　　　　取水管
７１　　　　　　本体部
７２　　　　　　先端部
７３　　　　　　取水口
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ　ソケット
７５　　　　　　基部
７６　　　　　　直管部
７７　　　　　　フレア管部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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