JP2007040117A - 深層水の取水設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 堆泥が生じない程度の適正な管内流速を確保しつつ、同時に吸込抵抗を抑制できてキャビテーションや液切れの発生を防止できる取水設備を提供する。
【解決手段】 水域中に密閉タンク１１を水没状態で設置して、密閉タンクと取水点との間に取水管３を敷設し、取水管の先端を取水点に開放しておき、基端を密閉タンク内に開放しておいて、取水するべき深層水を取水管を通して取水点から密閉タンク内に自然流入可能とし、密閉タンク内に水中ポンプ１０を設置して水中ポンプと貯水槽４との間には揚水管１２を敷設し、水中ポンプによって深層水を取水管を通して密閉タンク内に吸い込んで密閉タンク内から揚水管を通して貯水槽まで圧送する構成とした。密閉タンクは取水管を通して流入してくる流入物を捕集するトラップを兼用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば海洋深層水を取水するための取水設備に関する。

この種の取水設備としては、特許文献１に示されているように、地表部に設置したポンプにより海域の深層部から深層水を取水管を通して直接吸水して取水を行うものが一般的である。この場合、深層部まで敷設される取水管の延長は数ｋｍにも及ぶことが通常であってその吸込抵抗は大きなものとなるが、管内負圧水頭が過大になるとポンプや取水管内においてキャビテーションや液切れの発生も懸念されることから、従来一般には管内流速を低速（０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃ程度ないしそれ以下）に設定して管内負圧水頭をキャビテーションの発生限界とされる６．５ｍＨ程度に抑制することが一般的である。
特開２００１−３２７７７号公報

ところが、管内流速をそのような低速にしてしまうと管内への堆泥が懸念されるという問題が生じ、その場合には管路閉塞等の重大な事態に至ることを未然に防止するために十分な保守管理が日常的に必要とされ、そのために多大な手間と費用を見込む必要もあるので、その観点からは管内流速をある程度は大きく設定して堆泥の発生を防止する必要があるとされている。しかし、吸込抵抗抑制を目的とする管内流速の設定と、堆泥防止を目的とする管内流速の設定は相矛盾するので、それを両立し得る適正な管内流速の設定は必ずしも容易ではない。

上記のような管内への堆泥の発生は特に取水量が少量の小規模施設では大きな問題となる。すなわち、多量の取水を行う大規模施設の場合には堆泥を防止するための日常的な保守管理体制を十分に整備し易いばかりでなく、多量取水のために取水管径が自ずと大径とされるし、一般には間断なく連続的に取水がなされることから堆泥が比較的生じ難く、以上のことから仮に管内に多少の堆泥が発生したとしても直ちに重大な事態に至ることは少ないといえる。しかし、取水量が少量の小規模施設では取水管径が５０〜１２５ｍｍφ程度の小径に設定されることが通常であるし、取水が断続的に行われることが一般的であるので、そのような小径の取水管に対して吸込抵抗の抑制を目的として管内流速を上記のように０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃ程度以下に設定した場合には堆泥の発生がほぼ不可避であるばかりでなく、堆泥が僅かに発生しても小径であるだけに直ちに重大な事態に直結してしまうことが想定される。だからといって、堆泥を防止するために管内流速を大きく設定した場合には小径であるだけに吸込抵抗が著しく増大してキャビテーションや液切れの発生が懸念されるし、管内流速を単に大きく設定した場合には必要以上の取水を無駄に行うことにもなるので不合理でもある。勿論、キャビテーションや液切れの防止のために管径を単に大きくした場合も必要以上の取水を行うことになるし、いずれにしても本質的に吸込抵抗抑制と堆泥防止は両立し得ないという事情は変わらない。

なお、特許文献１にも示されているが、上記のように管内流速を十分に低速に設定することによって吸込抵抗を抑制することに代えて、ポンプの設置レベルを海面レベルよりも数ｍ程度下げることにより管内負圧水頭をその分だけ低減させてキャビテーションの発生を防止することも行われている。これは、その一例を図２に示すように、底面レベルが水面下に達するような深さのポンプピット１（ないし地下ポンプ室）を設けてその底面にポンプ２を設置し、そのポンプにより取水管３を通して深層水を吸引して貯水槽４に取水するようにしたものである。図２における符号５は取水管３の先端に取り付けた取水口、６は取水口５を通過して流入してしまった流入物（魚介類を含む）を捕集するためのトラップ、７はバッグフィルター、８は護岸構造物である。

しかし、上記のような大規模なポンプピット１（ないし地下ポンプ室）を構築することは、そのために大がかりな地盤掘削工事が必要となるばかりでなく、図示しているように取水管３を護岸構造物８以深を通過させるかあるいは護岸構造物８を貫通させて敷設する必要があり、いずれにしても多大なコストを要するものとなって特に小規模施設の場合には現実的ではない。

上記事情に鑑み、本発明は堆泥が生じない程度の適正な管内流速を確保しつつ、同時に吸込抵抗を抑制できてキャビテーションや液切れの発生を防止できる有効適切で安価な取水設備を提供することを目的としている。

本発明は水域の深層部から地表部に設置した貯水槽まで深層水を汲み上げるための取水設備であって、水域中に密閉タンクを水没状態で設置して、該密閉タンクと取水点との間に取水管を敷設し、該取水管の先端を取水点に開放しておくとともに基端を密閉タンク内に開放しておくことにより、取水するべき深層水を取水管を通して取水点から密閉タンク内に自然流入可能とし、前記密閉タンク内には水中ポンプを設置して該水中ポンプと貯水槽との間には揚水管を敷設し、該水中ポンプによって深層水を取水管を通して密閉タンク内に吸い込んで密閉タンク内から揚水管を通して貯水槽まで圧送する構成としたことを特徴とする。

本発明における密閉タンクは取水管を通して流入してくる流入物を捕集するトラップを兼用することができる。

本発明の取水設備によれば、取水するべき深層水を海中に設置した密閉タンク内に自然流入可能とし、その密閉タンク内の深層水を水中ポンプによって揚水する構成としたので、深層水を取水点から密閉タンクに吸い込むに要する吸込抵抗を抑制でき、したがって従来のようにポンプの吸込側に過大な負圧水頭がかかることがなく、キャビテーションや液切れの発生を自ずと防止することができ、その結果、管内流速を堆泥が生じない程度の流速に設定することができ、経済的に安定取水が可能である。

また、密閉タンクを流入物を捕集するためのトラップとして兼用することにより、他に格別のトラップを設けることなく流入物の排除が可能であって水質悪化を防止することができる。

図１は本発明の取水設備の一実施形態を示す概要図である。これは基本的には図２に示した従来の取水設備と同様に海域の深層部（取水点の水深がたとえば１００〜３００ｍ程度）から、延長が数ｋｍにも及ぶ取水管３を通して深層水を取水するためのものであるが、図２に示した従来のものでは取水のためのポンプ２を地表部に設けたポンプピット１の底面に設置していたのに対し、本実施形態では海中に密閉タンクを１１を設置してその内部に水中ポンプ１０を設置し、その水中ポンプ１０によって深層水を取水点（取水管３の先端）から密閉タンク１１まで取水管３を通して吸い込むとともに、密閉タンク１１から貯水槽４までは揚水管１２により圧送するようにしている。

密閉タンク１１は海岸付近の水深数ｍ程度の海底に完全水没状態で設置されていて、その設置位置の周囲の海水が流入し得ないような十分な密閉性能（止水性能）が確保されており、また、波浪や流水等の外力に対する構造安定性に配慮された構造となっている。そして、取水点とこの密閉タンク１１との間には従来と同様の取水管３が敷設され、取水管３の先端の取水口５は取水点に開放され、取水管３の基端は密閉タンク１１内に開放されている。これにより、密閉タンク１１内には取水点からの深層水が取水管３を通して自然流入可能であり、水中ポンプ１０を停止して取水を中断している状態においても密閉タンク１１内は自ずと取水するべき深層水が密閉タンク１１の設置位置における水深に対応した水圧で満たされることになる。

上記の水中ポンプ１０は海中で使用するための十分な耐久性を備えた汎用のもので、その吸込口は密閉タンク１１内に開放され、吐出口には上記の揚水管１２が接続されているものである。したがってこの水中ポンプ１０を運転すると、取水管３を通して密閉タンク１１内に自ずと流入してそこに満たされている深層水は揚水管１２を通して貯水槽４に圧送され、それに伴い取水管３を通して深層水がさらに密閉タンク１１内に吸い込まれるようになっており、水中ポンプ１０の全揚程はそのために必要な吸込揚程と吐出揚程とを有するものとされている。

本実施形態の取水設備によれば、海中に設置した密閉タンク１１内に水中ポンプ１０を設置して、その水中ポンプ１０によって深層水を密閉タンク１１を介して揚水する構成としたので、通常のように深層水をポンプによって深層部から直接的に吸い込む場合に比べれば、深層水を取水点から密閉タンク１１に吸い込むに要する吸込抵抗を大きく低減させることが可能であり、したがって水中ポンプ１０の吸込側の負圧水頭を自ずと低減させることができ、キャビテーションや液切れの発生を自ずと防止することができる。

そのため、本実施形態の取水設備によれば、従来のように吸込抵抗の抑制のために管内流速を過度に低速に設定する必要がなく、堆泥が生じない程度の適正な管内流速に支障なく設定することが可能である。つまり、本実施形態の取水設備では、堆泥防止と、管路の必要最少限の小口径化、ならびに必要最少限の取水量の確保が併せて可能であり、以上のことから堆泥の懸念なく安定取水が可能な取水設備を経済的に実現でき、特に小規模取水施設に適用するものとして最適である

なお、密閉タンク１１を水深数ｍ程度の浅い海底に施工することはさして困難ではなく、図２に示したように地表部に大規模なポンプピット１（ないし地下ポンプ室）を設置することに代えてそのような密閉タンク１１を海中に設置することは著しいコスト増を要するものではないし、ポンプピット１や地下ポンプ室を設ける場合には必要となる取水管３と護岸構造物８との取り合いも考慮する必要がないので、その点では従来のものに比べてコスト的に著しく不利になることはない。

さらに、密閉タンク１１はそれ自体を流入物を捕集するためのトラップとして兼用できるものである。すなわち、一般にこの種の取水設備では、取水管３の先端にはストレーナー加工された取水口５を設置するもののその取水口５を通過して魚介類をはじめとして様々な流入物が密閉タンク１１に流入してしまうことが不可避であり、そのため従来一般には図２に示したようにポンプ２の前段に流入物を捕集して取り出すためのトラップ６を設ける必要があるが、本実施形態の取水設備では取水管３の基端は密閉タンク１１内に開放されていることから、密閉タンク１１への流入物はそのまま直ちに水中ポンプ１０に吸い込まれてしまうことはなく密閉タンク１１内に自ずと捕集されてしまうことになる。したがって、本実施形態の取水設備では必要によって流入物防止用のネットを設ける程度で十分であって他に格別のトラップを設ける必要はないし、密閉タンク１１内を定期的に監視して流入物が捕集されている場合には適宜除去することにより深層水の水質を悪化させる懸念もない。なお、密閉タンク１１に流入物が捕集されたことを検知するための適宜のセンサーを設けたり、捕集した流入物を密閉タンク１１から自動的に取り出したり放出するための機構を備えることも考えられる。

なお、密閉タンク１１の容量は、取水量や取水時の管内流速、内部に設置する水中ポンプ１０の大きさやその台数、トラップとしての機能、保守点検の際の作業性等を考慮して適宜設定すれば良いが、取水量が日量数百トン程度の小規模施設の場合には通常は数ｍ^３程度で十分である。また、上記実施形態のように密閉タンク１１を海底地盤中に埋設状態で設置することに限らず、海底地盤に対して安定かつ確実にアンカーできるような場合には海底地盤上に据え置く状態で設置することも不可能ではない。いずれにしても密閉タンク１１に対してはダイバーによる保守点検作業を定期的に行う必要があるので、それも考慮して点検口をはじめとして密閉タンクの構造や形態、材質、寸法、強度を設定すれば良い。

また、密閉タンク１１の設置深度が大きいほど吸込抵抗を抑制できるし、キャビテーション防止の点でも有利であるが、設置深度が大きくなればなるほど施工が大がかりとなるし、保守も困難となるので、上記実施形態のように設置深度を海面下数ｍ程度とすることが現実的であり、通常はそれで十分である。

なお、本発明は海洋深層水の取水設備として好適であるが、必要であれば海域への適用のみならず湖沼等の陸水域からの取水にも適用できることは言うまでもない。

本発明の実施形態である取水設備の概要図である。 従来の取水設備の一例を示す概要図である。

符号の説明

３ 取水管
４ 貯水槽
５ 取水口
７ バッグフィルター
８ 護岸構造物
１０ 水中ポンプ
１１ 密閉タンク
１２ 揚水管

Claims (2)

1. 水域の深層部から地表部に設置した貯水槽まで深層水を汲み上げるための取水設備であって、
   水域中に密閉タンクを水没状態で設置して、該密閉タンクと取水点との間に取水管を敷設し、該取水管の先端を取水点に開放しておくとともに基端を密閉タンク内に開放しておくことにより、取水するべき深層水を取水管を通して取水点から密閉タンク内に自然流入可能とし、
   前記密閉タンク内には水中ポンプを設置して該水中ポンプと貯水槽との間には揚水管を敷設し、該水中ポンプによって深層水を取水管を通して密閉タンク内に吸い込んで密閉タンク内から揚水管を通して貯水槽まで圧送する構成としたことを特徴とする深層水の取水設備。
2. 請求項１記載の取水設備であって、
   水中に設置した密閉タンクは取水管を通して流入してくる流入物を捕集するトラップを兼用することを特徴とする深層水の取水設備。

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