JP2002138520A - 深層水の取水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 深層水の取水量を減らさずに、取水パイプ
の太さを細くして、設備費を低減し、初期投資を削減で
きる、深層水の取水装置を提供する。 【解決手段】 深層水を揚水ポンプの吸水口に導く取
水パイプの途中にエゼクタポンプを設置し、揚水ポンプ
から吐出する深層水の一部を戻して、エゼクタポンプの
ノズルから噴射することにより、揚水ポンプの吸水口の
圧力を上昇させて、取水パイプ中の流速の増加を可能に
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、海中の深層水を汲
み上げる、深層水の取水装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、海中の深層水を汲み上げる取水装
置は、揚水ポンプと、深層水の取水口から揚水ポンプの
吸水口に連通する取水パイプと、揚水ポンプの吐出口と
貯水装置を連通する吐出パイプと、から構成していた。
深層水の取水口は、一般に海面下数百メートルの海中に
設置し、揚水ポンプは、維持整備の利便性から陸上や船
上の海面近くに設置するため、深層水の取水口から揚水
ポンプの吸水口までの取水パイプの長さは、数百から数
千メートルに達する。従って、長い取水パイプの材料費
が設備費を膨らませて、初期投資が過大になり、深層水
の利用の普及を妨げていた。ところで、数百から数千メ
ートルの長さの取水パイプでは、取水パイプ内を流れる
深層水は、摩擦抵抗により無視できない圧力降下を生じ
る。一方、揚水ポンプの吸水口の圧力は、絶対圧力で０
以下には下げられないので、摩擦抵抗による圧力降下
を、１気圧以下に抑える必要がある。摩擦抵抗による圧
力降下は、パイプ内の流速に比例するので、取水パイプ
内の流速に上限が生じる。従って、取水パイプの太さ
で、取水できる深層水の量が制限されるので、時間当た
りの取水量を減らさずに、取水パイプを細くして、取水
パイプの材料費を下げることも困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑
みて成されたもので、その目的とするところは、時間当
たりの取水量を減らさずに、取水パイプの太さを細くし
て、設備費を低減できる、深層水の取水装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の深層水の取水装置は、揚水ポンプと、深層
水の取水口から揚水ポンプの吸水口に連通する取水パイ
プと、一端が揚水ポンプの吐出口に連通する吐出パイプ
と、から構成する深層水の取水装置において、取水パイ
プの途中にエゼクタポンプを設け、揚水ポンプの吐出口
或いは吐出パイプの途中から、エゼクタポンプのノズル
に連通する循環パイプを設けたことを特徴とする、深層
水の取水装置である。更に、本発明の深層水の取水装置
は、上記の循環パイプの途中に、加圧ポンプを設けたこ
とを特徴とする、深層水の取水装置である。また、本発
明の深層水の取水装置は、揚水ポンプと、深層水の取水
口から揚水ポンプの吸水口に連通する取水パイプとから
構成する、深層水の取水装置において、取水パイプの途
中にエゼクタポンプを設け、揚水ポンプの吸水口、或い
は揚水ポンプの吸水口とエゼクタポンプの間の取水パイ
プから、エゼクタポンプのノズルに連通する循環パイプ
を設け、該循環パイプの途中に、加圧ポンプを設けたこ
とを特徴とする、深層水の取水装置である。

【０００５】

【発明の実施の形態１】以下、図１と図２に基づいて、
本発明の実施の形態１について説明する。

【０００６】＜イ＞全体構成 図１に、本実施の形態１の、深層水の取水装置の全体構
成を示す。深層水の取水装置は、揚水ポンプ１０と、エ
ゼクタポンプ２０と、取水パイプ３０と、吐出パイプ４
０と、循環パイプ５０とから構成し、貯水タンク７０
が、付属する。以下、各構成品について順を追って詳述
する。

【０００７】＜ロ＞揚水ポンプ 揚水ポンプ１０は、電動機等で駆動する一般的な液体用
のポンプで、渦巻きポンプ等を使用する。揚水ポンプ１
０は、液体を吸入する吸水口１１と、液体を吐出する吐
出口１２を有する。揚水ポンプ１０は、維持整備の利便
性から海面１近くに設置するが、取水量を増やすために
は、できるだけ低い位置に設置するのが好ましい。例え
ば、揚水ポンプ１０を陸上に設置する場合は、海面上の
低い位置に設置するか、或いは、海面下まで掘り下げた
ピット内等に設置する。揚水ポンプ１０を船上に設置す
る場合は、海面下の船底近くに設置するのが好ましい。

【０００８】＜ハ＞エゼクタポンプ エゼクタポンプ２０は、筒状の筒体２１とノズル２２と
から構成する。図２にエゼクタポンプ２０の構造を示
す。ノズル２２は、出口２３を筒体２１の内部に、入口
２４を筒体２１の外部に開口し、ノズル２２の流路断面
積は、入口２４から出口２３に向かって徐々に減少す
る。ノズル２２の出口２３の向きは、筒体２１内を流れ
る流体の向きと略同方向になるように配置する。エゼク
タポンプ２０は、運動する部分が無く、メインテナンス
の必要がないので、水中深く沈めて使用するのに適して
いる。

【０００９】＜ニ＞取水パイプ 取水パイプ３０の一端は、取水口３１を形成し、他端は
揚水ポンプ１０の吸水口１１に連通する。取水口３１
は、深層水中に設置する。取水パイプ３０の長さは、揚
水ポンプ１０を船上に設置する場合で数百メートル、陸
上に設置する場合は、海底の傾斜に沿って敷設するの
で、数千メートルに達する。なお、取水パイプ３０の長
さは、上記長さに限定する必要はなく、取水する深層水
の深さにより変動する。取水パイプ３０の中間には、エ
ゼクタポンプ２０を、ノズル２２の出口２３が揚水ポン
プ１０の吸水口１１側を向くようにして、設置する。

【００１０】＜ホ＞吐出パイプ 吐出パイプ４０の一端は、揚水ポンプ１０の吐出口１２
に連通し、他端は貯水タンク７０の受水口７１に連通す
る。吐出パイプ４０の中間には、吐出制御弁４１を配置
し、吐出制御弁４１と揚水ポンプ１０の吐出口１２との
間に、循環パイプ５０の入口５１が開口する。なお、入
口５１は、吐出口１２内に開口しても差し支えない。

【００１１】＜ヘ＞循環パイプ 循環パイプ５０の出口５２は、エゼクタポンプ２０のノ
ズル２２に連通する。循環パイプ５０の入口５１と出口
５２の間には、循環制御弁５３を配置する。循環パイプ
５０を通る深層水の流量は、取水パイプ３０を通る深層
水の流量の１０〜２０％程度なので、取水パイプ３０よ
り細いパイプを使用できる。

【００１２】＜ト＞貯水タンク 貯水タンク７０は、取水した深層水を貯留するタンク
で、タンクの底面或いは底面近くに受水口７１を有す
る。

【００１３】＜チ＞動作 揚水ポンプ１０を作動させると、取水パイプ３０の取水
口３１の周囲の深層水は、揚水ポンプ１０の吸引作用に
より、取水パイプ３０とエゼクタポンプ２０の筒体２１
を通って、揚水ポンプ１０の吸水口１１に達する。とこ
ろで、揚水ポンプ１０の吸水口１１の圧力は、絶対圧力
で０以下には下げられない。取水パイプ３０は数百から
数千メートルの長さがあるので、取水口３１と吸水口１
１との間の、取水パイプ３０内を流れる深層水は、摩擦
抵抗により無視できない圧力降下を生じる。摩擦抵抗に
よる圧力降下は、パイプ内の流速に比例するので、吸水
口１１の圧力低下が、取水パイプ３０内の流速を制限す
る。従って、何らかの圧力回復手段を採らない限り、取
水パイプの太さが、取水できる深層水の量を定めること
になる。

【００１４】揚水ポンプ１０の吸水口１１に達した深層
水は、揚水ポンプ１０により加圧され、主流は、吐出口
１２から吐出パイプ４０と吐出制御弁４１を通り、貯水
タンク７０に流入する。一方、吐出パイプ４０の途中に
開口する循環パイプ５０には、前記深層水の分岐流が流
れ込み、循環制御弁５３を通過して、エゼクタポンプ２
０のノズル２２の入口２４に達する。ここで、吐出制御
弁４１は、揚水ポンプ１０の吐出口１２の圧力を制御し
て、循環パイプ５０に分岐する流量を制御する。また、
循環制御弁５３は、循環パイプ５０の流路断面積を絞っ
て、循環パイプに分岐する流量を制御する。なお、吐出
制御弁４１は、揚水ポンプ１０が停止している時の逆流
防止にも利用できる。

【００１５】ノズル２２の入口２４に達した高圧の分岐
流は、ノズル２２内で増速し、エゼクタポンプ２０の筒
体２１内に高速で噴出する。筒体２１内に噴出した分岐
流は、取水口３１から取水パイプ３０を介して筒体２１
に流入する深層水を、引張り、揚水ポンプ１０の吸水口
１１の方向に押し付ける。従って、吸水口１１の圧力が
上昇するので、エゼクタポンプ２０が無い場合に比べ
て、取水パイプ３０内の流速を増やすことが可能にな
り、取水口３１から吸入する深層水の量を減らさずに、
取水パイプ３０を細くすることができる。

【００１６】また、上記の通り、本深層水の取水装置の
取水口３１と貯水タンク７０の間は、閉回路を形成する
ので、本装置内を流れる流体は、深層水のみとなる。従
って、熟成した深層水中に異物が入り込んで、深層水の
成分に変化が生じることを防止できる。なお、取水パイ
プ３０の途中に設置するエゼクタポンプ２０は、１台に
限る必要はなく、直列または並列に、複数台を設置する
ことも可能である。

【００１７】ところで、揚水ポンプ１０を陸上に置く場
合、取水パイプ３０は海底に沿って敷設する。海底には
凹凸があるため、取水パイプ３０は、取水口３１から揚
水ポンプ１０の吸水口１１に向けて単純に上昇するので
はなく、上昇、下降を繰り返しながら上昇する。取水パ
イプ３０が上昇から下降に移る部分には、深層水中の空
気の気泡が膨張して、空気溜りが発生する可能性が大き
い。空気溜りの存在は、パイプ内の有効流路断面積を減
少させ、流れを阻害し、極端な場合は、流れを止めて、
取水を不可能にする事態も発生させる。空気溜りの空気
を取水パイプ３０から追い出すためには、取水パイプ３
０中の深層水の流速を上げるのが効果的であるが、前述
した揚水ポンプ１０の吸水口１１の圧力の制限から、従
来の方法では、流速を上げることは困難であった。本発
明では、取水パイプ３０の中間に、エゼクタポンプ２０
を設置することにより、取水パイプ３０内の流速を増す
ことが可能になるので、前記の空気溜りの空気をすみや
かに追い出して、取水パイプ３０の流路抵抗の増加を防
止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態２】実施の形態２の深層水の取水装
置は、実施の形態１の循環パイプ５０の途中に、加圧ポ
ンプ６０を追加した深層水の取水装置である。

【００１９】＜イ＞全体構成 実施の形態２の深層水の取水装置は、揚水ポンプ１０
と、エゼクタポンプ２０と、取水パイプ３０と、吐出パ
イプ４０と、循環パイプ５０と、加圧ポンプ６０とから
構成し、貯水タンク７０が、付属する。図３に実施の形
態２の深層水の取水装置の全体構成を示す。

【００２０】＜ロ＞加圧ポンプ 加圧ポンプ６０は、揚水ポンプ１０と同様の、電動機等
で駆動する一般的な液体用のポンプで、渦巻きポンプ等
を使用する。通常は、加圧ポンプ６０は、揚水ポンプ１
０に比べて、吐出量が少なく、揚程の高いものを使用す
る。

【００２１】＜ハ＞循環パイプ 循環パイプ５０は、実施の形態１の循環パイプ５０の入
口５１と循環制御弁５３の間に、加圧ポンプ６０を設置
したものである。加圧ポンプ６０は、循環制御弁５３と
循環パイプ５０の出口５２の間に設けることもできる。
なお、実施の形態２では、循環パイプ５０の入口５１
を、吐出制御弁４１の下流の吐出パイプ４０内、或いは
貯水タンク７０の底部に開口することも可能である。

【００２２】＜ニ＞動作 揚水ポンプ１０を作動させると、取水パイプ３０の取水
口３１の周囲の深層水は、揚水ポンプ１０の吸引作用に
より、取水パイプ３０とエゼクタポンプ２０の筒体２１
を通って、揚水ポンプ１０の吸水口１１に達する。揚水
ポンプ１０の吸水口１１に達した深層水は、揚水ポンプ
１０により、貯水タンク７０に送るのに必要な圧力に加
圧される。加圧後、揚水ポンプ１０の吐出口１２から流
出する深層水は、主流が、吐出パイプ４０と吐出制御弁
４１を通り、貯水タンク７０に流入する。

【００２３】一方、吐出パイプ４０の途中に開口する循
環パイプ５０には、前記深層水の分岐流が流れ込み、加
圧ポンプ６０と循環制御弁５３を通過して、エゼクタポ
ンプ２０のノズル２２の入口２４に達する。ここで、吐
出制御弁４１は、揚水ポンプ１０の吐出口１２の圧力を
制御して、循環パイプ５０に分岐する流量を制御する。
加圧ポンプ６０は、循環パイプ５０内の分岐流の圧力
を、貯水タンクに送るのに必要な圧力から、ノズル２２
の入口２４で必要とする圧力まで増圧する。また、循環
制御弁５３は、循環パイプ５０の流路断面積を絞って、
循環パイプ５０を流れる流量を制御する。

【００２４】ノズル２２の入口２４に達した高圧の分岐
流は、エゼクタポンプ２０の筒体２１内に高速で噴出す
る。筒体２１内に高速で噴出した分岐流が、揚水ポンプ
１０の吸水口１１の圧力を上昇させるので、取水パイプ
３０内の流速を増やして、取水口３１から吸入する深層
水の量を減らさずに、取水パイプ３０を細くすることが
できるのは、実施の形態１と同様である。

【００２５】実施の形態２では、加圧ポンプ６０を設置
することにより、分岐流だけをエゼクタポンプ２０で必
要とする高圧力に増圧し、主流の圧力は深層水を貯水タ
ンク７０に送るのに必要な圧力に抑えることができる。
従って、実施の形態１に比較して、加圧ポンプ６０の駆
動力が増加するが、揚水ポンプ１０の駆動力は減少す
る。加圧ポンプ６０の流量は、揚水ポンプの流量の１０
〜２０％程度なので、揚水ポンプ１０と加圧ポンプ６０
を合わせた駆動力は減少する。

【００２６】

【発明の実施の形態３】実施の形態３の深層水の取水装
置は、実施の形態２の循環パイプ５０の入口５１を、エ
ゼクタポンプ２０と揚水ポンプ１０の間に移設した、深
層水の取水装置である。

【００２７】＜イ＞全体構成 実施の形態３の深層水の取水装置は、揚水ポンプ１０
と、エゼクタポンプ２０と、取水パイプ３０と、吐出パ
イプ４０と、循環パイプ５０と、加圧ポンプ６０とから
構成し、貯水タンク７０が、付属する。図４に実施の形
態３の深層水の取水装置の全体構成を示す。以下、実施
の形態２との相違点を中心に説明する。

【００２８】＜ロ＞循環パイプ 循環パイプ５０の入口５１は、エゼクタポンプ２０と揚
水ポンプ１０の間の取水パイプ３０、或いは揚水ポンプ
１０の吸水口１１内に開口する。循環パイプ５０の出口
５２は、エゼクタポンプ２０のノズル２２に連通する。
循環パイプ５０の入口５１と出口５２の間には、加圧ポ
ンプ６０と循環制御弁５３とを配置する。加圧ポンプ６
０は、循環制御弁５３の下流側に設置することも可能で
あるが、上流側に設置する方が、加圧ポンプ６０の上流
で絞りによる圧力低下が起きないので好ましい。

【００２９】＜ハ＞動作 揚水ポンプ１０を作動させると、取水パイプ３０の取水
口３１の周囲の深層水は、揚水ポンプ１０の吸引作用に
より、取水パイプ３０とエゼクタポンプ２０の筒体２１
を通って、揚水ポンプ１０の吸水口１１に達する。揚水
ポンプ１０の吸水口１１に達した深層水は、揚水ポンプ
１０により、貯水タンク７０に送るのに必要な圧力に加
圧され、貯水タンク７０に流入する。一方、揚水ポンプ
１０で吸引された深層水の一部は、加圧ポンプ６０の吸
引作用で、エゼクタポンプ２０と揚水ポンプ１０の間に
開口する、循環パイプ５０の入口５１から循環パイプ５
０内に流入する。循環パイプ５０内に流入した深層水の
分岐流は、加圧ポンプ６０で、エゼクタポンプ２０のノ
ズル２２の入口２４で必要とする圧力まで加圧され、循
環制御弁５３を通って、ノズル２２に流入する。

【００３０】ノズル２２に達した高圧の分岐流が、エゼ
クタポンプ２０の筒体２１内に高速で噴出し、揚水ポン
プ１０の吸水口１１の圧力を上昇させるのは、実施の形
態２と同様である。従って、実施の形態３も、実施の形
態２と同様の効果を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 ＜イ＞ 時間当たりの取水量を減らさずに、取水パイプ
の太さを細くして、設備投資を少なくすることが可能に
なる。 ＜ロ＞ 深層水は、他の水や空気の混入しない純粋のも
のが求められる。その点、本発明の装置では、装置が閉
回路を構成し、装置内を流れる流体を深層水のみとする
ことができるので、深層水の成分に生じる変化を防止で
きる。 ＜ハ＞ 取水パイプ中の流速を増やして、取水パイプに
生じる空気溜りの空気を追い出せるので、空気溜りによ
る、取水パイプの流路抵抗の増加を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る配管系統図。

【図２】 エゼクタポンプの構造を示す断面図。

【図３】 本発明の実施の形態２に係る配管系統図。

【図４】 本発明の実施の形態３に係る配管系統図。

【符号の説明】

１ 海面 １０ 揚水ポンプ １１ 吸水口 １２ 吐出口 ２０ エゼクタポンプ ２１ 筒体 ２２ ノズル ２３ 出口 ２４ 入口 ３０ 取水パイプ ３１ 取水口 ４０ 吐出パイプ ４１ 吐出制
御弁 ５０ 循環パイプ ５１ 入口 ５２ 出口 ５３ 循環制
御弁 ６０ 加圧ポンプ ７０ 貯水タンク ７１ 受水口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】揚水ポンプと、深層水の取水口から揚水ポ
   ンプの吸水口に連通する取水パイプと、一端が揚水ポン
   プの吐出口に連通する吐出パイプとから構成する、深層
   水の取水装置において、取水パイプの途中にエゼクタポ
   ンプを設け、揚水ポンプの吐出口或いは吐出パイプの途
   中から、エゼクタポンプのノズルに連通する循環パイプ
   を設けたことを特徴とする、深層水の取水装置。
2. 【請求項２】請求項１の深層水の取水装置において、循
   環パイプの途中に、加圧ポンプを設けたことを特徴とす
   る、深層水の取水装置。
3. 【請求項３】揚水ポンプと、深層水の取水口から揚水ポ
   ンプの吸水口に連通する取水パイプとから構成する、深
   層水の取水装置において、取水パイプの途中にエゼクタ
   ポンプを設け、揚水ポンプの吸水口、或いは揚水ポンプ
   の吸水口とエゼクタポンプの間の取水パイプから、エゼ
   クタポンプのノズルに連通する循環パイプを設け、該循
   環パイプの途中に、加圧ポンプを設けたことを特徴とす
   る、深層水の取水装置。