JP2000290966A - 取水口の閉塞防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取水口の海域にクラゲを寄せつけず、クラゲ
の異常発生を未然に防止する手段を備えた取水口の閉塞
防止装置を提供する。 【解決手段】 高圧水供給手段としての高圧ポンプ４１
と、取水口２０近傍の海域に配置され高圧水供給手段４
１からの高圧水を海水中に噴射しキャビテーションを伴
う水中水噴流２５を発生させ高周波ノイズ３６を海水中
に放射する複数のノズル１６とを備えた。海中に設置し
た専用の監視カメラ３７がクラゲ１１を一匹でもとらえ
ると、即座に高圧ポンプ４１が自動的に起動して、高圧
の海水噴流がノズル１６から一斉に吹き出す。取水口２
０近傍の海域には、キャビテーションを伴う水中水噴流
２５が放射され、クラゲ１１や他の海洋生物が忌み嫌う
高周波ノイズ３６が充満する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、取水口の閉塞防止
装置に係り、特に、発電所のように多量の海水を冷却用
に取水する施設において、大量発生したクラゲが取水路
に流入することを未然に防止する取水口の閉塞防止装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所や原子力発電所における冷却
水の取水口には、クラゲ(ミズクラゲ)が異常発生するこ
とがある。クラゲによって取水口が閉塞すると、冷却水
を確保できなくなり、プラントが停止に追い込まれる。
このようなクラゲに起因するトラブルは、内海湾内に位
置する発電所のみならず、外洋に面した発電所でも発生
する。クラゲの異常発生の頻度は、季節によっても差が
あり、夏期に高頻度であるが、東京湾内では、冬期でも
異常発生がみられる。

【０００３】クラゲの大量発生への対策としては、ａ．
ひしゃくを用いて人海戦術ですくい上げる方法 ｂ．大
規模なネットを張る方法 ｃ．クラゲの大群を押し戻す
水流を強制的に発生させる方法などが提案されている。

【０００４】しかし、いずれも、現時点では、決定的な
手段として認知されていない。方法ａは、最も初歩的な
手段で確実ではあるが、膨大な人件費がかかる。方法ｂ
は、ネットが大量のクラゲの重みで破れたり、ネットに
捕捉されたクラゲの量が多すぎると、結局は海水の流入
がせき止められたりする。方法ｃは、クラゲを一時的に
は遠ざけることができるものの、大量のクラゲが襲来を
繰り返すことになる。さらに、方法ａおよび方法ｂで
は、回収したクラゲの処分も大きな問題である。

【０００５】クラゲの大群の検知については、監視者が
双眼鏡や望遠鏡で目視により発見する方法が確実ではあ
るが、夜間の大群の襲来には、大規模のサーチライト設
備の設置などの対策が必要となる。

【０００６】最近になって、例えば、特開平１０−２４
５８３４号公報に記載のように、海水中カメラによりク
ラゲを検知するシステムが、提案させるようになってき
た。

【０００７】なお、上記ミズクラゲのみならず、スズキ
やシャコなども、取水口で異常発生することが知られて
おり、取水口閉塞は、生物の種類に関わらず、共通の問
題である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−２４
５８３４号公報の発明は、図１１に示すように、海水の
取水口２０に設置されるクラゲ流入防止装置において、
取水口２０を囲むように、海面１から海底２２の近くま
で、海洋側に向かって下向きに傾斜させて設置したクラ
ゲ流入防止用網４と、網４の海洋側の下端部付近の海底
近くで取水口に沿って複数の散気ノズル９とを設けると
ともに、網４の全面の取水口２０に沿った海面１の近く
に、海洋側に向かう水流を発生させる水流発生手段すな
わち噴流ノズル１３を備えている。

【０００９】しかし、この装置も、いわば対症療法的で
あって、大量に異常発生したクラゲの大群に対しては、
必ずしも有効とはいえなかった。

【００１０】本発明の目的は、取水口海域にクラゲを寄
せつけず、この取水口海域でクラゲを異常発生させない
ようにする手段を備えた取水口の閉塞防止装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、取水口に設置される前記取水口の閉塞防
止装置において、前記取水口近傍の海域にキャビテーシ
ョンを発生させて高周波ノイズを海水中に放射する手段
を設けた取水口の閉塞防止装置を提案する。

【００１２】本発明は、取水口に設置される前記取水口
の閉塞防止装置において、より具体的には、高圧水供給
手段と、前記取水口近傍の海域に配置され、高圧水供給
手段からの高圧水を海水中に噴射し、キャビテーション
を伴う水中水噴流を発生させ、高周波ノイズを海水中に
放射する複数のノズルとを備えた取水口の閉塞防止装置
を提案する。

【００１３】前記ノズルには、その方向を変えてキャビ
テーションを伴う水中水噴流を海水中に広域に噴射させ
る機構を設けることが望ましい。

【００１４】前記ノズルから噴射する水は、海水とする
ことができる。

【００１５】いずれの場合も、海水中に配置される監視
カメラと、この監視カメラによりクラゲが検知されたと
きに前記高圧水供給手段を起動させる制御手段とを備え
ることが、合理的である。

【００１６】前記ノズルの噴出口出口には、拡大空洞部
を形成することも可能であり、前記ノズルの高圧水供給
路と噴出口とを径収縮の勾配を伴わない形状の流路で接
続してもよい。

【００１７】前記高周波ノイズの周波数帯ｆは、１０ｋ
Ｈｚ〜１００ｋＨｚの領域とする。

【００１８】前記取水口近傍の海域にキャビテーション
を発生させて高周波ノイズを海水中に放射する前記手段
は、ノズルに限定されず、例えばスクリュー状の回転体
により、海水中にキャビテーションを発生させてもよ
い。

【００１９】本発明においては、取水口から外海側に向
けて、高圧の海水噴流を海水中に噴射して、海水噴流に
激しいキャビテーションを発生させる。海水の方が、真
水に比べて、より激しいキャビテーションを生じさせ
る。高速海水噴流は、ポンプで加圧した海水をノズルか
ら噴出させて作り出す。噴射圧力は、１００〜７００ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２である。使用するポンプとしては、遠心ポ
ンプやプランジャーポンプが適している。

【００２０】ノズルは、大きな取水口に複数個（例えば
２〜１２個）設け、場所に応じて、首振り的な準自転運
動すなわちティルティングをさせる。

【００２１】海中に設置した専用の監視カメラがクラゲ
を一匹でもとらえると、即座にそれらのポンプが自動的
に起動し、高圧の海水噴流が取水口の複数箇所に配置さ
れたノズルから一斉に吹き出す。このようにして、取水
口近傍には、キャビテーションが放射されるので、クラ
ゲや他の海洋生物が忌み嫌う高周波ノイズが充満するよ
うになる。

【００２２】海水中に高速で吹き出すウォータージェッ
トには、激しいキャビテーションが発生する。このキャ
ビテーションからは、１ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの周波数帯
の高周波のノイズが放射される。クラゲや他の海水中の
微生物(例えば貝の幼生)などは、このノイズを忌避す
る。このノイズを回避するために、クラゲが、取水口に
近づかなくなる。取水口の入口の近くでは、水流が吸い
込まれる勢いのため、クラゲの遊泳力では逃避すること
は難しいが、取水部のいわば上流である通常の静流部で
あれば、クラゲは十分に回避できる。

【００２３】また、キャビテーションによって多量の気
泡が発生する。クラゲの傘の中に気泡が入ると、クラゲ
は死滅するといわれている。したがって、クラゲはこれ
らの気泡群も忌避する。さらに、キャビテーションによ
って、特に海面近くの海水中に溶融している気体が大量
に放出され、海水が局部的に酸欠状態になる。このよう
な状態からも、クラゲは、回避行動をとる。

【００２４】以上のような作用により、クラゲを取水口
に近づけないようにすることができる。なお、このよう
なキャビテーションの作用は、近づこうとする小型の魚
類、および、取水口や取水流路に付着する貝類などの幼
生の駆除にも有効である。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図１０を参照して、
本発明による取水口の閉塞防止装置の実施例を説明す
る。

【００２６】図１は、発電所の冷却水取水口に設置した
本発明による取水口の閉塞防止装置の側面図、図２は、
その正面図である。

【００２７】取水口２０から海洋側に少し進んだ位置に
やぐら型の架台４３を設置し、この架台４３の梁に、ウ
ォータージェットを噴射するためのノズル１６を八カ所
設ける。これらのノズル１６は、略台形をした取水口２
０の断面で、ほぼ均等に分布する位置に設けてある。高
圧ポンプ４１で昇圧された高圧海水１７は、高圧ホース
４５を通じて、架台４３に固定した高圧配管４４に供給
される。

【００２８】この高圧配管４４を通じて、各ノズル１６
に高圧海水１７を分配する。ノズル１６からは、激しい
キャビテーションを伴う噴流２５が吹き出し、クラゲ１
１が忌み嫌う高周波ノイズ３６を放射する。取水口２０
近くの海水中を遊泳するクラゲ１１は、この高周波ノイ
ズを回避するように、取水口２０から遠ざかり、海洋側
に移動する。

【００２９】ノズル１６が固定されていて、噴流２５も
同じ方向のみを向いていると、キャビテーションから放
射される高周波ノイズ３６が伝播する方向も限定され、
取水口２０近くの海域全体に対しては、必ずしも有効で
ない。

【００３０】本発明においては、図３に示すように、ノ
ズル１６を回転機構４７の周りに回転させて、または歳
差運動αをさせ、キャビテーションを伴う噴流２５が四
方八方に吹き出すようにしている。これによって、高周
波ノイズ３６は、海中において、より広い領域まで放射
されるようになる。

【００３１】図４は、本発明を具体化した取水口の閉塞
防止装置の全体系統を模式的に示す図である。ウォータ
ージェットとして、ノズル１６から吹き出す海水は、海
水汲み上げライン４２を通じて汲み上げられ、高圧ポン
プ４１により、所定の圧力まで加圧され、高圧ホース４
４を通じてノズル１６に送り込まれる。このようなウォ
ータージェットの噴射は、常時行うわけではなく。取水
口近くにクラゲが現れた時点で実施される。ノズル１６
を設置した架台４３には、海中監視カメラ３７が設けら
れていて、クラゲ１１を検知する。クラゲ１１の存在が
確認されると、制御装置４０を介して、高圧ポンプ４１
が起動し、ウォータージェットの噴射が始まる。

【００３２】ウォータージェットを噴射するノズルは、
できるだけ激しいキャビテーションが発生するタイプを
利用する。

【００３３】図５は、キャビテーション促進型ノズルの
構造の一例を示す断面図である。図５のノズルは、噴出
口の出口に、釣り鐘型の拡大空洞部２６を設けたタイプ
である。キャビテーションを伴う噴流２５と、拡大空洞
部２６の内壁との間には、この噴流２５を囲むように、
循環渦２７が生ずる。この循環渦２７が、噴流２５に強
い圧力変動を与え、さらに周囲の海水からキャビテーシ
ョン気泡核を供給し、噴流２５のキャビテーションを活
発にする。

【００３４】図６は、キャビテーション促進型ノズルの
構造の他の例を示す断面図である。図６のノズル１６Ａ
は、噴出口で強い縮流を発生させて、ここで生じた気泡
核を噴流２５の中に供給させるタイプである。このノズ
ル１６Ａは、図５に示すノズルとは異なり、高圧海水供
給路１８と噴出孔２１とを結ぶ勾配状の径収縮部が存在
しない。

【００３５】したがって、噴出孔２１の内部には、強い
縮流２９が生じて、その減圧作用により、海水中の溶解
ガスが析出する。これらの溶解ガスが、噴出孔２１の内
部で加速されて気泡状になるために、これらがキャビテ
ーションの気泡核となって、噴流２５内に流入し、噴流
２５のキャビテーションを発達させる。

【００３６】すなわち、ノズル１６Ａの中心に開口する
高圧海水供給路１８は、この断面図上では、直角に折れ
曲がるように急激に径を縮小して噴出孔２１に接続す
る。縮流２９が生じたところで、強い減圧作用のため
に、気泡核が析出する。これらの気泡核は、キャビテー
ションを伴う噴流２５の中に流入する。このようにし
て、キャビテーションを伴う噴流は、キャビテーション
核の連続的な供給があるために、より激しいキャビテー
ションへと増幅する。このノズル１６Ａは、気泡核供給
によるキャビテーションの増進を、周囲海水２８ではな
く、ノズル１６Ａ本体に供給される高圧海水によってい
る点が、図５のノズルとは異なる。

【００３７】次に、本発明の基礎となった実験について
説明する。図７は、水中に高速で吹き出すウォータージ
ェットに発生するキャビテーションのノイズを測定する
手法を模式的に示す図である。海水を張った水槽３１の
一端にノズル１６を設置し、ノズル１６から水槽３１内
の海水３２の中にキャビテーションを伴う噴流２５を吹
き出させる。海水３２は、高圧ポンプ４１で供給され、
所定の圧力まで昇圧されて、高圧水２として高圧ホース
２８を通じてノズル１６に供給される。キャビテーショ
ンを伴う噴流の近傍に設置した水中マイクロフォン４８
によって、測定することで、騒音の周波数分布を知るこ
とができる。

【００３８】この騒音は、噴流の乱れ、いわゆるキャビ
テーションクラウドの分裂または個々のキャビテーショ
ン気泡の成長・崩壊に起因するものであり、これらが複
雑かつ相互に干渉し合うことにより生ずる。

【００３９】図８は、周波数分布の一例を示す図であ
る。可聴域の騒音も激しい爆発音のように聞こえるため
に、無視できないが、ここでは、４００Ｈｚ以下の成分
については、省略した。周波数ｆが１００ｋＨｚを越え
た領域では、パワー密度が衰えるものの、１０ｋＨｚ〜
１００ｋＨｚの範囲では、パワー密度のレベルが十分に
高く、超音波領域のノイズが、水中水噴流２５のキャビ
テーションから激しく放射されていることがわかる。

【００４０】超音波振動子を用いてこのような周波数帯
の超音波を強制的に発生させ、水槽内を遊泳するクラゲ
に照射する実験を行った。図９は、この実験の様相を模
式的で示す図である。水槽３１内の海水３２中に先端を
没した超音波振動子３３に超音波振動３４を付与する。
超音波振動子３３の先端には、キャビテーション３５が
発生する。ミズクラゲ１１の成体は、超音波を付与する
と、反転したり、水槽３１の壁面に沿って、超音波騒音
から逃避しようとする行動をとる。

【００４１】この実験では、３匹のクラゲについて、超
音波の周波数を変化させることにより、キャビテーショ
ン発生域とクラゲとの間の距離Ｌを調べた。

【００４２】図１０は、付与した超音波振動３４の周波
数ｆとクラゲの回避距離Ｌとの関係を示す図である。縦
軸に示したクラゲの回避距離Ｌは、超音波振動子〜水槽
壁面間の距離Ｌ＊で割って無次元化した。クラゲ３匹の
データなので、ばらついているが、１０ｋＨｚ〜１００
ｋＨｚの領域において、Ｌ／Ｌ＊が急激に増大して、ク
ラゲ１１が水槽３１の壁面に移動し、超音波から回避す
る行動をとることがわかる。以上の実験から、クラゲ１
１がこの周波数領域における高周波ノイズ３６に対して
最も強く忌避反応を示すことを確認できた。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、取水口に設置される取
水口の閉塞防止装置において、前記取水口近傍の海域に
キャビテーションを発生させて高周波ノイズを海水中に
放射する手段を設けた取水口の閉塞防止装置が得られる
ので、クラゲや他の海洋生物が忌み嫌う高周波ノイズが
充満するようになる。その結果、クラゲが、取水口に近
づかなくなり、取水口海域でクラゲを異常発生させない
ようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による取水口の閉塞防止装置の実施例の
構成を示す側断面図である。

【図２】図１の実施例を正面から見た断面図である。

【図３】図１の実施例におけるノズル１６の回転機構の
一例を示す側面図である。

【図４】本発明による取水口の閉塞防止装置の実施例２
の構成を示す側断面図である。

【図５】図４の実施例におけるキャビテーション促進型
ノズルの構造の一例を示す断面図である。

【図６】図４の実施例におけるキャビテーション促進型
ノズルの構造の他の例を示す断面図である。

【図７】水中に高速で吹き出すウォータージェットに発
生するキャビテーションのノイズを測定する手法を模式
的に示す図である。

【図８】周波数分布の一例を示す図である。

【図９】超音波振動子を用いて所定周波数帯の超音波を
強制的に発生させ、水槽内を遊泳するクラゲに照射する
実験の様相を模式的で示す図である。

【図１０】付与した超音波振動３４の周波数ｆとクラゲ
の回避距離Ｌとの関係を示す図である。

【図１１】従来の取水口の閉塞防止装置の一例を示す側
断面図である。

【符号の説明】

１ 海面 ２ 上部工 ３ 上部工を支持する杭 ４ クラゲ流入防止ネット ５ シンカー ６ 送気本管 ７ ゴムホース ８ 散気管 ９ 散気ノズル １０ 気泡 １１ クラゲ １２ 高圧水本管 １３ 噴流ノズル １４ 海洋側に向かう水流 １５ ゴミ除けプレート １６ ノズル(ノズル本体) １６Ａ ノズル(ノズル本体) １７ 高圧海水(高圧ホース) １８ 高圧海水供給路 １９ 径収縮部 ２０ 取水口 ２１ 噴出口 ２２ 海底 ２３ ネット下開口部 ２４ 気泡群の流れ ２５ キャビテーションを伴う噴流 ２６ 拡大空洞部 ２７ 循環渦 ２８ 周囲海水 ２９ 縮流 ３０ 気泡核 ３１ 水槽 ３２ 海水 ３３ 超音波振動子 ３４ 超音波振動 ３５ キャビテーション ３６ 高周波ノイズの放射 ３７ 監視カメラ ３８ 映像通信線 ３９ 信号処理装置 ４０ 制御器 ４１ 高圧ポンプ ４２ 海水汲み上げライン ４３ 架台 ４４ 高圧配管 ４５ 高圧ホース ４６ 海水 ４７ 回転機構 ４８ 水中マイクロフォン ４９ 増幅器 ５０ 信号処理装置 α 回転運動／歳差運動 Ｌ クラゲの回避距離 Ｌ＊ 超音波振動子と水槽壁面との間の距離 ウォータージェット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取水口に設置される前記取水口の閉塞防
   止装置において、 前記取水口近傍の海域にキャビテーションを発生させて
   高周波ノイズを海水中に放射する手段を設けたことを特
   徴とする取水口の閉塞防止装置。
2. 【請求項２】 取水口に設置される前記取水口の閉塞防
   止装置において、 高圧水供給手段と、 前記取水口近傍の海域に配置され前記高圧水供給手段か
   らの高圧水を海水中に噴射しキャビテーションを伴う水
   中水噴流を発生させ高周波ノイズを海水中に放射する複
   数のノズルとを備えたことを特徴とする取水口の閉塞防
   止装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の取水口の閉塞防止装置
   において、 前記ノズルの方向を変えてキャビテーションを伴う水中
   水噴流を海水中に広域に噴射させる機構を設けたことを
   特徴とする取水口の閉塞防止装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の取水口の閉塞
   防止装置において、 前記ノズルから噴射する水が海水であることを特徴とす
   る取水口の閉塞防止装置。
5. 【請求項５】 請求項２ないし４のいずれか一項に記載
   の取水口の閉塞防止装置において、 海水中に配置される監視カメラと、 当該監視カメラによりクラゲが検知されたときに前記高
   圧水供給手段を起動させる制御手段とを備えたことを特
   徴とする取水口の閉塞防止装置。
6. 【請求項６】 請求項２ないし５のいずれか一項に記載
   の取水口の閉塞防止装置において、 前記ノズルの噴出口出口に拡大空洞部を形成したことを
   特徴とする取水口の閉塞防止装置。
7. 【請求項７】 請求項２ないし５のいずれか一項に記載
   の取水口の閉塞防止装置において、 前記ノズルの高圧水供給路と噴出口とを径収縮の勾配を
   伴わない形状の流路で接続したことを特徴とする取水口
   の閉塞防止装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか一項に記載
   の取水口の閉塞防止装置において、 前記高周波ノイズの周波数帯ｆが、１０ｋＨｚ〜１００
   ｋＨｚの領域であることを特徴とする取水口の閉塞防止
   装置。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の取水口の閉塞防止装置
   において、 前記取水口近傍の海域にキャビテーションを発生させて
   高周波ノイズを海水中に放射する手段が、海水中の回転
   体であることを特徴とする取水口の閉塞防止装置。