JP2015536401A - 海洋熱エネルギー変換発電所 - Google Patents

Abstract

一体多段蒸発器システムを含む第１のデッキ部分と、一体多段凝縮システムを含む第２のデッキ部分と、発電機器を収納する第３のデッキ部分と冷水パイプと、冷水パイプ接続とを有する水中部分を含むオフショア発電構造。本発明の側面は、海洋熱エネルギー変換過程を利用する発電所を対象とする。本発明のさらなる側面は、低減した寄生負荷、より優れた安定性、より低い建設および運用費用、および改善された環境排出量を有する向上した全体的効率を有するオフショアＯＴＥＣ発電所に関する。

Description

本開示は、海洋熱エネルギー変換発電所に関し、より具体的には、浮遊式最小上下浮動プラットフォームの多段熱機関海洋熱エネルギー変換発電所に関する。

世界中のエネルギー消費および受容は、指数関数的な割合で増大している。この受容は、特にアジアおよびラテンアメリカの発展途上国で上昇し続けることが見込まれる。同時に、従来のエネルギー源、すなわち、化石燃料は、加速的に枯渇しつつあり、化石燃料を利用する費用は上昇し続けている。環境および規制の懸念が、その問題を悪化させている。

太陽関連再生可能エネルギーは、エネルギーの増大する受容に対する解決策の一部分を提供してもよい、１つの代替エネルギー源である。太陽関連再生可能エネルギーは、化石燃料、ウラン、または熱「グリーン」エネルギーと違って、その利用と関連する気候リスクがほとんどないか、または全くないため、魅力的である。加えて、太陽関連エネルギーは、無料であり、多いに豊富である。

海洋熱エネルギー変換（「ＯＴＥＣ」）は、海洋の熱帯地方で熱として貯蔵された太陽エネルギーを使用して、再生可能エネルギーを産生する方式である。世界中の熱帯海洋および海は、独自の再生可能エネルギー資源を提供する。多くの熱帯地域（およそ南緯２０°〜北緯２０°の間）では、水面海水の温度は、略一定のままである。約１００フィートの深さまで、海水の平均表面温度は、７５°Ｆ〜８５°Ｆ以上の間で季節的に変化する。同じ地方で、深海水（２５００フィート〜４２００フィート以上の間）は、極めて一定の４０°Ｆにとどまる。したがって、熱帯海洋構造は、３５°Ｆ〜４５°Ｆの温水および冷水貯留の間の温度差を伴って、表面で大量の温水貯留を、深部で大量の冷水貯留を提供する。この温度差は、わずかな季節的変化を伴って、昼夜に極めて一定のままである。

ＯＴＥＣ過程は、熱エンジンを駆動して電気エネルギーを産生するために、水面および深海熱帯海域の間の温度差を使用する。ＯＴＥＣ発電は、産生されるエネルギーについて、低〜ゼロ二酸化炭素排出量を有する、可能性がある再生可能エネルギー源として、１９７０年代後半に識別された。しかしながら、ＯＴＥＣ発電所は、より従来的な高圧高温発電所と比較して、低い熱力学的効率を有する。例えば、８０°Ｆから８５°Ｆまでの間の平均界面温度、および４０°Ｆの一定深海温度を使用して、ＯＴＥＣ発電所の最大理想カルノー効率は、７．５〜８％となる。実際の運用では、ＯＴＥＣ電力システムの総電力効率は、カルノー限度の約半分、または約３．５から４．０％までであると推定されている。加えて、１９７０年代および１９８０年代の主要な研究者らによって行われ、“Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｃｅａｎ， ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＯＴＥＣ” Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｈｉｈ Ｗｕ， Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， １９９４（参照することにより本明細書に組み込まれる）で文書化された分析は、水および作動流体ポンプを作動させるため、および電力を発電所の他の補助的必要性に供給するために、４０°ＦのΔＴで動作するＯＴＥＣ発電所によって生成された総電力の４分の１から２分の１（またはそれ以上）が必要とされることを示す。これに基づいて、ＯＴＥＣ発電所が海面水に貯蔵された熱エネルギーを正味電気エネルギーに変換する低い全体的な正味効率が、商業的な実用可能なエネルギー産生オプションではなかった。

全体的な熱力学的効率のさらなる低減をもたらす付加的な要因は、精密な周波数調節のために、タービン上に必要な制御を提供することと関連する損失である。これは、温かい海水から抽出することができる、作業を制限するタービンサイクルの圧力損失を導入する。

高い温度および圧力で動作する熱エンジンに特有である効率と比較した、この低いＯＴＥＣ正味効率は、ＯＴＥＣ電力が高価すぎて、より従来的な電力産生の方法と比較できないという、エネルギー計画者によって広く支持されている仮定につながっている。

代わりに、寄生所要電力が、温水と冷水との間の比較的小さい温度差のため、ＯＴＥＣ発電所において特に重要である。温かい海水と作業流体との間、および冷たい海水と作業流体との間で、最大熱伝達を達成するために、高い流速とともに、大きい熱交換表面積が必要とされる。これらの要因のうちのいずれか１つを増大させることにより、ＯＴＥＣ発電所への寄生負荷を有意に増加させ、それによって、正味効率を減少させ得る。海水と作業流体との間の限定された温度差におけるエネルギー伝達を最大限化する、効率的な熱伝達システムは、ＯＴＥＣ発電所の商業的実現可能性を増大させる。

一見すると固有の大量寄生負荷を伴う比較的低い効率に加えて、ＯＴＥＣ発電所の運用環境は、そのような運用の商業的実現可能性も減少させる、設計および運用課題を提示する。前述のように、ＯＴＥＣ熱機関に必要とされる温水は、１００フィート以下の深さまでの海洋の表面で見出される。ＯＴＥＣ機関を冷却するための一定の冷水源は、２７００フィート〜４２００フィート以上の間の深さで見出される。そのような深さは、典型的には、人口中心部または大陸に近接しては見出されない。海上発電所が必要とされる。

発電所が浮遊していようと、水中の特徴に固定されていようと、２０００ｆｔ以上の長い冷水取水パイプが必要とされる。また、商業的に実現可能なＯＴＥＣ運用で必要とされる大量の水により、冷水取水パイプは、大きな直径（典型的には、６から３５フィート以上の間）を必要とする。オフショア構造から大直径パイプを懸架することにより、商業的実現可能性を越えてＯＴＥＣの費用を以前に駆動してきた、安定性、接続、および構築課題を提示する。

加えて、動的な海洋環境で吊るされる、有意な長さ対直径比を有するパイプは、温度差およびパイプの長さに沿った変化する海流を受け得る。屈曲およびパイプに沿って流れる渦からの応力もまた、課題を提示する。波の作用等の表面影響は、パイプと浮遊式プラットフォームとの間の接続に関して、さらなる課題を提示する。望ましい性能、接続、および構造の配慮を有する、冷水パイプ取水システムは、ＯＴＥＣ発電所の商業的実現可能性を増大させる。

ＯＴＥＣ発電所と関連する環境的懸念もまた、ＯＴＥＣ運用への障害となっている。従来のＯＴＥＣシステムは、海洋深部から大量の栄養豊富な冷水を引き込み、この水を表面または表面付近で排出する。そのような排出は、肯定的または不利に、ＯＴＥＣ発電所の付近の海洋環境に影響を及ぼし、ＯＴＥＣ排出から下流にあってもよい、魚種資源および珊瑚礁系に影響を及ぼし得る。

"Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｃｅａｎ， ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＯＴＥＣ" Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｈｉｈ Ｗｕ， Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， １９９４

本開示の側面は、海洋熱エネルギー変換過程を利用する発電所を対象とする。

海上ＯＴＥＣ発電所は、低減した寄生負荷、より優れた安定性、より低い建設および運用費用、ならびに改善された環境放出量を伴う、向上した全体的効率を有する。他の側面は、浮遊式構造と一体である大容量水導管を含む。多段ＯＴＥＣ熱機関のモジュール性および区画化は、建設および維持費用を削減し、オフグリッド運用を限定し、運用性能を向上させる。なおもさらなる側面は、統合熱交換区画を有する、浮遊式プラットフォームを提供し、波の作用によるプラットフォームの最小限の移動を提供する。統合浮遊式プラットフォームはまた、多段熱交換器を通して、効率的な温水または冷水流を提供し、効率を増加させ、寄生電力需要を低減し得る。説明されるシステムおよび方法の側面は、適切な深度／温度範囲で温水および冷水を放出することによって、環境的に中性の熱放出量を推進することができる。電気の形態で抽出されるエネルギーは、海洋へのバルク温度を低下させる。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面は、海上ＯＴＥＣ施設とともに使用するための冷水パイプに関し、冷水パイプは、オフセットされたステーブ連続パイプである。

１つの側面は、外表面、上端、および底端を有する、細長い管状構造を備えるパイプに関する。管状構造は、複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を備え、各ステーブ区画は、上側部分と、底部分とを有し、第２のステーブ区画の上側部分は、第１のステーブ区画の上側部分からオフセットされる。

さらなる側面は、管状構造の外表面上でパイプに少なくとも部分的に巻着されたリボンまたは輪金を備える、パイプに関する。リボンまたは輪金は、パイプの上側部分、パイプの中間部分、またはパイプの下側部分の外表面に円周方向に巻着することができる。リボンまたは輪金は、パイプの全長に円周方向に巻着することができる。リボンまたは輪金は、パイプの外表面に対して実質的に平坦になるよう取り付けることができる。リボンまたは輪金は、パイプの外表面から外向きに突出するよう取り付けることができる。リボンまたは輪金は、パイプと同じまたは異なる材料で作ることができる。リボンまたは輪金は、パイプの外表面に接着結合する、パイプの外表面に機械的に結合する、またはパイプの外表面に付着するために機械的および接着結合の組み合わせを使用することができる。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面は、オフセットされたステーブパイプに関し、各ステーブ区画はさらに、隣接するステーブ区画と噛合して係合するために、第１の側面上の舌部（ｔｏｎｇｕｅ）と、第２の側面上の溝とを備える。オフセットされたステーブパイプは、１つのステーブの第１の側面を第２のステーブの第２の側面に機械的に連結するように、正係止システムを含むことができる。ステーブは、ビスケットジョイナを使用して、１つのステーブの上側部分から隣接するステーブの底部分まで垂直に継合することができる。代替実施形態では、ステーブの上側部分およびステーブの底部分はそれぞれ、第１のステーブの上側部分が第２のステーブの底部分と継合されたときに、継合空隙が整合するように、継合空隙を含むことができる。可撓性の樹脂が、整合された継合空隙の中へ注入されることができる。可撓性樹脂は、任意の継合した表面の間隙を充填するために使用することができる。説明されるシステムおよび方法の側面では、可撓性樹脂は、メタクリレート接着剤である。

説明される本システムおよび方法の個々のステーブは、任意の長さとなり得る。いくつかの実施形態では、各ステーブ区画は、ステーブの底部分から上側部分まで測定されて、２０フィート〜９０フィートの間である。ステーブ区画は、標準インターモーダルコンテナによって配送されるようにサイズ決定することができる。個々のステーブ区画は、広さ１０インチ〜８０インチの間となり得る。各ステーブ区画は、厚さ１インチ〜２４インチの間となり得る。

ステーブ区画は、引き抜き成形、押し出し成形、または成形することができる。ステーブ区画は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、強化ポリマーモルタル（ＲＰＭＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリブチレン（ＰＢ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエステル、繊維強化ポリエステル、ビニルエステル、補強ビニルエステル、コンクリート、セラミック、または、それらのうちの１つ以上の複合材料を含むことができる。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面では、ステーブ区画は、少なくとも１つの内部空隙を備えることができる。次いで、少なくとも１つの空隙は、水、ポリカーボネートフォーム、またはシンタクチックフォームで充填することができる。

説明されるシステムおよび方法の側面では、パイプは、ＯＴＥＣ発電所用の冷水取水パイプである。

説明されるシステムおよび方法のなおもさらなる側面は、水中部分を備える、海上発電構造に関し、水中部分はさらに、熱交換部分と、発電部分と、複数のオフセットされた第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を備える冷水パイプとを備える。

説明されるシステムおよび方法のさらに別の側面は、ＯＴＥＣ発電所における使用のための冷水パイプを形成する方法に関し、本方法は、連続的な細長い管を形成するよう、第２のステーブ区画が第１のステーブ区画からオフセットされるように、交互の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を継合する、複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を形成するステップを含む。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面は、垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造であって、受け取りベイは、第１の直径を有する、浮遊式構造と、パイプ受け取りベイに挿入するための垂直パイプであって、パイプ受け取りベイの第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、垂直パイプと、部分的球面または弓形軸受表面と、軸受表面とともに動作可能な１つ以上の可動移動止め、ピニオン、またはラグであって、移動止めは、軸受表面と接触しているときに第１または第２の直径とは異なる直径を画定する、移動止めとを備える、水中垂直パイプ接続に関する。

説明されるシステムおよび方法の付加的側面は、水中垂直パイプを浮遊式プラットフォームに接続する方法に関し、垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造を提供するステップであって、パイプ受け取りベイは、第１の直径を有する、ステップと、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、上端部分を有する垂直パイプを提供するステップと、垂直パイプの上端部分を受け取りベイに挿入するステップと、垂直パイプを支持するための軸受表面を提供するステップと、１つ以上の移動止めが第１または第２の直径とは異なる直径を有するように、１つ以上の移動止めを延ばすステップと、浮遊式構造から垂直パイプを懸架するように、１つ以上の移動止めを軸受表面と接触させるステップとを含む。

説明されるシステムおよび方法の側面では、１つ以上の移動止めは、垂直パイプと一体になり得る。１つ以上の移動止めは、受け取りベイと一体になり得る。１つ以上の移動止めは、第１の直径よりも小さい直径を画定する、第１の後退位置を備える。１つ以上の移動止めは、第１の直径よりも大きい直径を画定する、拡張位置を備える。軸受表面は、パイプ受け取りベイと一体であり、１つ以上の移動止めとともに動作可能である。軸受表面は、球面軸受表面を備えることができる。１つ以上の移動止めはさらに、軸受表面に接触するように構成される噛合表面を備える。１つ以上の移動止めはさらに、球面軸受表面に接触するように構成される噛合表面を備える。球面軸受表面および噛合表面は、垂直パイプと浮遊式構造との間の相対運動を促進する。

なおもさらなる側面では、１つ以上の移動止めは、第２の直径よりも大きい直径を画定する、第１の後退位置を備える。１つ以上の移動止めは、第２の直径よりも小さい直径を画定する、拡張位置を備える。軸受表面は、垂直パイプと一体であり、１つ以上の移動止めとともに動作可能である。

特徴は、移動止めを拡張または後退させるための駆動部を含むことができ、駆動部は、油圧制御駆動部、空気圧制御駆動部、機械制御駆動部、電気制御駆動部、または電気機械制御駆動部である。

さらなる側面は、第１の角度付きパイプ噛合表面を含む、パイプ受け取りベイと、第２の角度付きパイプ噛合表面を備える、垂直パイプとを含むことができ、第１および第２の角度付きパイプ噛合表面は、パイプ受け取りベイの中への垂直パイプの挿入中に垂直パイプを協調的に誘導するように構成される。

なおもさらなる側面では、先細下面を有する受け取りベイと、冷水パイプ吊上げカラーの先細カラー表面と密閉可能に係合するための接触パッドとを備える、冷水パイプとスパーの下側部分との間の静的インターフェイスが提供される。

冷水パイプをスパーの下側部分に接続する例示的方法では、方法は、吊上げおよび保持ケーブルを冷水パイプの上側部分に接続するステップであって、冷水パイプの上側部分は、先細接続面を有する吊上げカラーを備える、ステップと、吊上げおよび保持ケーブルを使用して、スパー受け取りベイの中へ冷水パイプを引くステップであって、受け取りベイは、冷水パイプの上側部分を受け取るための先細表面と、接触パッドとを備える、ステップと、冷水パイプの先細接続面を、受け取りベイの接触パッドと密閉可能に接触させるステップと、接続面と接触パッドとの間の密閉可能な接触を維持するように、吊上げケーブルを機械的に固定するステップとを含む、ステップを提供する。

その上さらなる側面では、冷水パイプが、スパーの下側部分への静的接続のために提供され、冷水パイプは、第１の長手方向部分と、第２の長手方向部分とを備え、第１の長手方向部分は、スパーの下側部分に接続され、第２の長手方向部分は、第１の長手方向部分よりも可撓性である。いくつかの側面では、第２の長手方向部分よりも可撓性がない第３の長手方向部分を、冷水パイプに含むことができる。第３の長手方向部分は、第１の長手方向部分よりも可撓性となり得る。第３の長手方向部分は、冷水パイプの長さの５０％以上を備えることができる。第１の長手方向部分は、冷水パイプの長さの１０％以下を備えることができる。第２の長手方向部分は、冷水パイプの長さの１％から３０％までの間を備えることができる。第２の長手方向部分は、０．５度から３０度までの冷水パイプの第３の長手方向部分の偏りを許容することができる。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面は、最適化された多段熱交換システムを有する、浮遊式最小上下浮動ＯＴＥＣ発電所に関し、温水および冷水供給導管および熱交換器キャビネットは、発電所の浮遊式プラットフォームまたは構造に構造的に統合される。

なおもさらなる側面は、浮遊海洋熱エネルギー変換発電所を含む。スパー等の最小上下動構造、または修正半潜水型オフショア構造は、構造的に一体の温海水通路と、多段熱交換表面と、作動流体通路とを有する、第１のデッキ部分を備えてもよく、第１のデッキ部分は、作動流体の蒸発を提供する。構造的に一体の冷海水通路と、多段熱交換表面と、作動流体通路とを有する、第２のデッキ部分も提供され、第２のデッキ部分は、蒸気から液体に作動流体を凝縮するための凝縮システムを提供する。第１および第２のデッキ作動流体通路は、発電のための１つ以上の蒸気タービン駆動発電機を備える、第３のデッキ部分と連通している。

１つの側面では、水中部分を備える、オフショア発電構造が提供される。水中部分はさらに、一体多段蒸発器システムを備える第１のデッキ部分と、一体多段凝縮システムを備える第２のデッキ部分と、発電および変換機器を収納する第３のデッキ部分と、冷水パイプおよび冷水パイプ接続とを備える。

さらなる側面では、第１のデッキ部分はさらに、高容量温水導管を形成する第１段温水構造通路を備える。第１のデッキ部分はまた、蒸気まで作動流体を加温するように、第１段温水構造通路と協働して配列される第１段作動流体通路も備える。第１のデッキ部分はまた、第２段温水構造通路に直接連結される第１段温水排出口も備える。第２段温水構造通路は、高容量温水導管を形成し、第１段温水排出口に連結される第２段温水取水口を備える。第２段温水取水口への第１段温水排出口の配設は、第１および第２段の間の温水流において最小の圧力損失を提供する。第１のデッキ部分はまた、蒸気まで作動流体を加温するように、第２段温水構造通路と協働して配列される第２段作動流体通路も備える。第１のデッキ部分はまた、第２段温水排出口も備える。

さらなる側面では、水中部分はさらに、高容量温水導管を形成する第１段冷水構造通路を備える第２のデッキ部分を備える。第１段冷水通路はさらに、第１段冷水取水口を備える。第２のデッキ部分はまた、第１のデッキ部分の第１段作動流体通路と連通している第１段作動流体通路も備える。第１段冷水構造通路と協働している第２のデッキ部分の第１段作動流体通路は、液体まで作動流体を冷却する。第２のデッキ部分はまた、高容量温水導管を形成する、第２段冷水構造通路に直接連結される、第１段冷水排出口も備える。第２段冷水構造通路は、第２段冷水取水口を備える。第１段冷水排出口および第２段冷水取水口は、第１段冷水排出口から第２段冷水取水口への冷水流の最小圧力損失を提供するように配設される。第２のデッキ部分はまた、第１のデッキ部分の第２段作動流体通路と連通している第２段作動流体通路も備える。第２段冷水構造通路と協働している第２段作動流体通路は、液体まで２段作動流体通路内の作動流体を冷却する。第２のデッキ部分はまた、第２段冷水排出口も備える。

さらなる側面では、第３のデッキ部分は、第１および第２の蒸気タービンを備えてもよく、第１のデッキ部分の第１段作動流体通路は、第１のタービンと連通しており、第１のデッキ部分の第２段作動流体通路は、第２のタービンと連通している。第１および第２のタービンは、１つ以上の発電機に連結することができる。

なおもさらなる側面では、水中部分を備える、オフショア発電構造が提供され、水中部分はさらに、４段蒸発器部分と、４段凝縮器部分と、４段発電部分と、冷水パイプ接続と、冷水パイプとを備える。

１つの側面では、４段蒸発器部分は、第１段熱交換表面、第２段熱交換表面、第３段熱交換表面、および第４段熱交換表面を含む、温水導管を備える。温水導管は、水中部分の垂直構造部材を備える。第１、第２、第３、および第４の熱交換表面は、作動流体導管の第１、第２、第３、および第４段部分と協働しており、作動流体導管を通って流れる作動流体は、第１、第２、第３、および第４段部分のそれぞれにおいて蒸気まで加熱される。

１つの側面では、４段凝縮器部分は、第１段熱交換表面、第２段熱交換表面、第３段熱交換表面、および第４熱交換表面を含む冷水導管を備える。冷水導管は、水中部分の垂直構造部材を備える。第１、第２、第３、および第４の熱交換表面は、作動流体導管の第１、第２、第３、および第４段部分と協働しており、作動流体導管を通って流れる作動流体は、各連続段階でより低いΔＴを伴って、第１、第２、第３、および第４段部分のそれぞれにおいて蒸気まで加熱される。

さらに別の側面では、蒸発器部分の第１、第２、第３、および第４段作動流体導管は、第１、第２、第３、および第４の蒸気タービンと連通しており、蒸発器部分の第１段作動流体導管は、第１の蒸気タービンと連通しており、凝縮器部分の第４段作動流体導管へと排出する。

さらに別の側面では、蒸発器部分の第１、第２、第３、および第４段作動流体導管は、第１、第２、第３、および第４の蒸気タービンと連通しており、蒸発器部分の第２段作動流体導管は、第２の蒸気タービンと連通しており、凝縮器部分の第３段作動流体導管へと排出する。

さらに別の側面では、蒸発器部分の第１、第２、第３、および第４段作動流体導管は、第１、第２、第３、および第４の蒸気タービンと連通しており、蒸発器部分の第３段作動流体導管は、第３の蒸気タービンと連通しており、凝縮器部分の第２段作動流体導管へと排出する。

さらに別の側面では、蒸発器部分の第１、第２、第３、および第４段作動流体導管は、第１、第２、第３、および第４の蒸気タービンと連通しており、蒸発器部分の第４段作動流体導管は、第４の蒸気タービンと連通しており、凝縮器部分の第１段作動流体導管へと排出する。

なおもさらなる側面では、第１の発電機が、第１のタービン、第４のタービン、または第１および第４のタービンの組み合わせによって駆動される。

なおもさらなる側面では、第２の発電機が、第２のタービン、第３のタービン、または第２および第３のタービンの両方の組み合わせによって駆動される。

付加的説明されるシステムおよび方法の側面は、第１および第４のタービンまたは第２および第３のタービンが、９ＭＷ〜６０ＭＷの間の電力を産生する、第１および第２のタービンが、約５５ＭＷの電力を産生する、第１および第２のタービンが、海洋熱エネルギー変換発電所で複数のタービン発電機セットのうちの１つを形成する、第１段温水取水口には、第２段冷水放出口からの干渉がない、第１段冷水取水口には、第２段温水放出口からの干渉がない、第１または第２段作業流体通路内の作業流体が、商業用冷媒を備える等の特徴のうちの１つ以上を組み込むことができる。作業流体は、アンモニア、プロピレン、ブタン、Ｒ−１３４、またはＲ−２２を備え、第１および第２段作業流体通路の中の作業流体は、１２°Ｆ〜２４°Ｆの間で温度が上昇し、第１の作業流体は、第１段作業流体通路を通って流れ、第２の作業流体は、第２段作業流体通路を通って流れ、第２の作業流体は、第１の作業流体が第１の蒸気タービンに進入するよりも低い温度で第２の蒸気タービンに進入し、第１および第２段作業流体通路の中の作業流体は、１２°Ｆ〜２４°Ｆの間で温度が低下し、第１の作業流体は、第１段作業流体通路を通って流れ、第２の作業流体は、第２段作業流体通路を通って流れ、第２の作業流体は、第１の作業流体が第２のデッキ部分に進入するよりも低い温度で第２のデッキ部分に進入する。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面はまた、第１または第２段温水構造通路内を流れる温水が、温かい海水、地熱で加熱された水、太陽熱で加熱された貯水、加熱された工業用冷却水、またはそれらの組み合わせを備える、温水が５００，０００〜６，０００，０００ｇｐｍの間で流れる、温水が５，４４０，０００ｇｐｍで流れる、温水が３００，０００，０００ｌｂ／時間〜１，０００，０００，０００ｌｂ／時間の間で流れる、温水が２，７２０，０００ｌｂ／時間で流れる、第１または第２段冷水構造通路内を流れる冷水が、冷たい海水、冷たい淡水、冷たい地下水、またはそれらの組み合わせを備える、冷水が２５０，０００〜３，０００，０００ｇｐｍの間で流れる、冷水が３，４２０，０００ｇｐｍで流れる、冷水が１２５，０００，０００ｌｂ／時間〜１，７５０，０００，０００ｌｂ／時間の間で流れる、冷水が１，７１０，０００ｌｂ／時間で流れる等の特徴のうちの１つ以上を組み込むこともできる。

説明されるシステムおよび方法の側面はまた、海上構造が最小上下浮動構造である、海上構造が浮遊式スパー構造である、海上構造が半潜水型構造である等の特徴のうちの１つ以上を組み込むこともできる。

説明されるシステムおよび方法のなおもさらなる側面は、作業流体との熱交換のための第１の水流通路をさらに備える、第１段キャビネットと、第１の作業流体通路と、作業流体との熱交換のためであり、第１の水流通路から第２の水流通路へ流れる水の圧力降下を最小限化する方式で第１の水流通路に連結される、第２の水流通路をさらに備える、第１段キャビネットに連結される第２段キャビネットと、第２の作業流体通路とを備える、海洋熱エネルギー変換発電所における使用のための高容量低速熱交換システムを含むことができる。第１および第２段キャビネットは、発電所の構造部材を備える。

別の側面では、水は、第１段キャビネットから第２段キャビネットへ流れ、第２段キャビネットは、第１段キャビネット蒸発器の下にある。別の側面では、水は、第１段キャビネットから第２段キャビネットへ流れ、第２段キャビネットは、凝縮器の中の第１段キャビネットより上側、および蒸発器の中の第１段キャビネットより下側にある。

別の側面では、水中垂直パイプを浮遊式構造に接続する方法は、リフティングおよび保持ケーブルを冷水パイプの上側部分に接続するステップであって、冷水パイプの上側部分は、テーパ状接続表面を有するリフティングカラーを備える、ステップと、リフティングおよび保持ケーブルを使用して、スパー受け取りベイの中へ冷水パイプを引くステップであって、受け取りベイは、冷水パイプの上側部分を受け取るためのテーパ状表面と、接触パッドとを備える、ステップと、冷水パイプのテーパ状接続表面を、受け取りベイの接触パッドと密閉可能に接触させるステップと、接続表面と接触パッドとの間の密閉可能な接触を維持するように、リフティングケーブルを機械的に固定するステップとを含む。

別の側面では、水中パイプ接続アセンブリは、リフティングデバイス、リフティングケーブル、第１のテーパ状接続表面、および接触パッドを有する下側部分を備える接続構造と、第２のテーパ状接続表面およびリフティングアイを有する、リフティングカラーを備える、第１の長手方向部分と、第１の部分の下方の第２の長手方向部分であって、第２の部分は、第１の部分よりも可撓性である、第２の長手方向部分とを備える、垂直パイプとを含む。

水中パイプ接続アセンブリは、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。水中パイプ接続アセンブリは、第２の長手方向部分の下方の第３の長手方向部分を含み、第３の部分は、第２の部分よりも可撓性がない。第２のテーパ状接続表面は、水密シールを形成するよう、第１のテーパ状接続表面の接触パッドと接触している。アセンブリは、ＯＴＥＣシステムの一部である。

別の側面では、水中垂直パイプ接続は、垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造であって、受け取りベイは、第１の直径を有する、浮遊式構造と、パイプ受け取りベイに挿入するための垂直パイプであって、パイプ受け取りベイの第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、垂直パイプと、軸受表面と、軸受表面とともに動作可能な１つ以上の移動止めであって、移動止めは、軸受表面と接触しているときに第１または第２の直径とは異なる直径を画定する、移動止めとを含む。

別の側面では、水中垂直パイプを浮遊式プラットフォームに接続する方法は、垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造を提供するステップであって、パイプ受け取りベイは、第１の直径を有する、ステップと、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、上端部分を有する垂直パイプを提供するステップと、垂直パイプの上端部分を受け取りベイに挿入するステップと、垂直パイプを支持するための軸受表面を提供するステップと、１つ以上の移動止めが第１または第２の直径とは異なる直径を有するように、１つ以上の移動止めを延ばすステップと、浮遊式構造から垂直パイプを懸架するように、１つ以上の移動止めを軸受表面と接触させるステップとを含む。

別の側面では、海上発電構造は、水中部分を含む。水中部分は、温水導管と一体型の４段蒸発器部分と、冷水導管と一体型の４段凝縮器部分と、発電部分と、冷水パイプ接続と、冷水パイプとを含む。

海上発電構造は、以下の特徴のうちの１つ以上を含む。４段蒸発器部分は、第１、第２、第３および第４の作業流体と協働する、第１段熱交換表面と、第２段熱交換表面と、第３段熱交換表面と、第４段熱交換表面を備える、温水導管を備え、作業流体は、第１、第２、第３、および第４段熱交換表面のそれぞれにおいて、蒸気に加熱される。温水導管は、水中部分の構造部材を備える。第１のおよび第４の作業流体は、第１のタービン発電機と連通し、第２および第３の作業流体は、第２のタービン発電機と連通する。

いくつかの側面では、水中部分を含む、海上発電構造が、提供される。水中部分は、第１のデッキ部分と、第２のデッキ部分と、第３のデッキ部分とを含む。第１のデッキ部分は、大容量温水導管を形成する、第１の温水構造通路と、第１段温水構造通路と協働し、作業流体を蒸気まで加温するように配列される、第１段作業流体通路と、直接、第２段温水構造通路に連結される、第１段温水放出口であって、第２段温水構造通路は、大容量温水導管を形成し、第１段温水放出口に連結される第２段温水取水口を備える、第１段温水放出口と、第２段温水構造通路と協働し、第２の作業流体を蒸気まで加温するように配列される、第２段作業流体通路と、第２段温水放出口とを備える、一体多段蒸発器システムを含む。第２のデッキ部分は、大容量冷水導管を形成する、第１段冷水構造通路と、第１段冷水取水口をさらに備える、第１段冷水通路と、第１のデッキ部分の第１段作業流体通路と連通する、第１段作業流体通路であって、第１段冷水構造通路と協働する、第２のデッキ部分の作業流体通路は、作業流体を液体まで冷却する、第１段作業流体通路と、直接、大容量冷水導管を形成する、第２段冷水構造通路に連結され、第２段冷水取水口を備える、第１段冷水放出口であって、第１段冷水放出口および第２段冷水取水口は、第１段冷水放出口から第２段冷水取水口への冷水流中に最小圧力損失を提供するように配列される、第１段冷水放出口と、第１のデッキ部分の第２段作業流体通路と連通する第２段作業流体通路であって、第２段冷水構造通路と協働し、第２段作業流体通路内の作業流体を液体まで冷却する、第２段作業流体通路と、第２段冷水放出口とを備える、一体多段凝縮システムを含む。第３のデッキ部分は、発電機器を格納し、第１および第２の蒸気タービンを含み、第１のデッキ部分の第１段作業流体通路は、第１のタービンと連通し、第１のデッキ部分の第２段作業流体通路は、第２のタービンと連通する。

いくつかの側面では、パイプは、外表面、上端、および底端を有する、細長い管状構造を備え、管状構造は、複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を備え、各ステーブ区画は、上側部分および底部分を有し、第２のステーブ区画の上側部分は、第１のステーブ区画の上側部分からオフセットされる。加えて、各ステーブ区画は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、強化ポリマーモルタル（ＲＰＭＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリブチレン（ＰＢ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエステル、繊維強化ポリエステル、ナイロン強化ポリエステル、ビニルエステル、繊維強化ビニルエステル、ナイロン強化ビニルエステル、コンクリート、セラミック、または、それらのうちの１つ以上の複合材料を含む。

いくつかの側面では、ＯＴＥＣ発電所における使用のための冷水パイプを形成する方法は、複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を形成するステップと、連続的な細長い管を形成するよう、第２のステーブ区画が第１のステーブ区画からオフセットされるように、交互の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を接着結合するステップとを含む。

説明されるシステムおよび方法の側面は、連続オフセットステーブ冷水パイプが、セクション化されたパイプ構造よりも軽い、連続オフセットステーブ冷水パイプが、セクション化されたパイプよりも少ない摩擦損失を有する、個々のステーブを、ＯＴＥＣ運用地への容易な輸送のためにサイズ決定することができる、ステーブを、所望の浮力特性に構築することができる、ＯＴＥＣ電力産生が、エネルギー産生のための皆無かそれに近い燃料費を必要とする、ＯＴＥＣ熱機関に関与する低い圧力および低い温度が、部品費用を削減し、高圧高温の発電所で使用される、高費用の珍しい材料と比較して、通常の材料を必要とする、発電所の信頼性が、有意な保守なしで数年間連続的に動作している、商業用冷蔵システムに匹敵する、高圧高温の発電所と比較して削減された建設時間、ならびに安全で環境に優しい運用および電力産生といった、利点のうちの１つ以上を有してもよい。付加的な利点は、従来のＯＴＥＣシステムと比較して増加した正味効率、より低い犠牲電気負荷、温水および冷水通路の中の低減した圧力損失、モジュール式構成要素、少ない頻度のオフグリッド産生時間、最小限の上下浮動および波の作用に対する低減した脆弱性、水面の下方の冷却水の放出、冷水放出からの干渉がない温水の取水を含んでもよい。

本明細書に説明される、冷水パイプアセンブリおよび冷水パイプアセンブリをスパー構造に接続する方法は、冷水パイプが、異なるセクションが可変剛度を有し、冷水パイプ全体を通して荷重を伝達する、多セクション化冷水パイプを生成することによって、ある従来の冷水パイプより増加した可撓性を有することを可能にしながら、強固な剛性接続をもたらすことができる。

本明細書に説明される、冷水パイプアセンブリおよび冷水パイプアセンブリをスパー構造に接続する方法はまた、ある従来の冷水パイプより高速かつ容易に、スパー構造に取り付けられる、かつそこから取り外されることができる、冷水パイプを生成するために使用されることができる。

本明細書に説明される、冷水パイプアセンブリおよびスパー構造への冷水パイプ取り付けの方法は、ある従来の冷水パイプより容易に整合させ、より優れた密閉を提供する、冷水パイプ／スパー構造取り付けインターフェイスを生成するために使用されることができる。

本開示の１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に記載される。本発明の他の側面、特徴、および利点が、説明および図面から、ならびに請求項から明白となるであろう。

図１は、例示的な従来技術のＯＴＥＣ熱機関を図示する。

図２は、例示的な従来技術のＯＴＥＣ発電所を図示する。

図３は、ＯＴＥＣ構造を図示する。

図３Ａは、ＯＴＥＣ構造を図示する。

図４は、ＯＴＥＣ構造のオフセットステーブパイプを図示する。

図５は、オフセットステーブパターンの詳細画像を図示する。

図６は、オフセットステーブ冷水パイプの断面図を図示する。

図７Ａ−Ｃは、個々のステーブの種々の図を図示する。

図８は、個別ステーブの舌部および溝配設を図示する。

図９Ａ−Ｂは、２つのステーブの間の正スナップロックを図示する。

図１０は、補強ステーブを組み込む、オフセットステーブ冷水パイプを図示する。

図１１は、冷水パイプ構築の方法を図示する。

図１２は、ジンバルパイプ接続の従来技術の実施例を図示する。

図１３は、冷水パイプ接続を図示する。

図１４は、冷水パイプ接続を図示する。

図１５は、冷水パイプ接続方法を図示する。

図１６は、可撓性冷水パイプとの冷水パイプ接続を図示する。

図１７は、冷水パイプ接続を図示する。

図１８は、リフティングカラーを伴う冷水パイプを図示する。

図１９は、熱交換デッキの切断斜視図を図示する。

図２０は、熱交換デッキのデッキ平面図を図示する。

図２１は、キャビネット熱交換器を図示する。

図２２Ａは、従来の熱交換サイクルを図示する。

図２２Ｂは、連鎖多段熱交換サイクルを図示する。

図２２Ｃは、ハイブリッド連鎖多段熱交換サイクルを図示する。

図２２Ｄは、蒸発器圧力降下および関連電力産生を図示する。

図２３Ａ−Ｂは、例示的なＯＴＥＣ熱機関を図示する。 図２３Ａ−Ｂは、例示的なＯＴＥＣ熱機関を図示する。

図２４は、３つのセクションに分割された冷水パイプを図示する。

図２５は、図２４の冷水パイプの第１のセクションを図示する。

図２６は、図２４の噛合リングおよび冷水パイプの上セクションの上面板の断面図を図示する。

図２７は、図２４の上セクションのスパーインターフェイスセクションの断面図を図示する。

図２８は、図２４の上冷水パイプセクションと中央冷水パイプセクションとの間のインターフェイス継合部を図示する。

図２９は、図２４の冷水パイプの中央セクションを図示する。

図３０は、図２９の中央セクションの２つの隣接するパイプステーブの長手方向継合部を図示する。

図３１は、図２９の中央セクションの２つの隣接するパイプステーブの端部継合部を図示する。

図３２は、図２４の冷水パイプの下セクションを図示する。

種々の図面中の類似参照記号は、特に指示されない限り、類似要素を示す。

本開示は、海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）技術を使用する発電に関する。本開示の側面は、以前のＯＴＥＣ発電と比べて、低減した寄生負荷、より優れた安定性、より低い建設および運用費用、および改善された環境放出量を伴う、向上した全体的効率を有する浮遊式ＯＴＥＣ発電所に関する。他の側面は、浮遊式構造と一体である大容量水導管を含む。多段ＯＴＥＣ熱機関のモジュール性および区画化は、建設および維持費用を削減し、オフグリッド運用を限定し、運用性能を向上させる。なおもさらなる側面は、統合熱交換区画を有する、浮遊式プラットフォームを提供し、波の作用によるプラットフォームの最小限の移動を提供する。統合浮遊式プラットフォームはまた、多段熱交換器を通して、効率的な温水または冷水流を提供し、効率を増加させ、寄生電力需要を低減してもよい。説明されるシステムおよび方法の側面は、適切な深度／温度範囲で温水および冷水を放出することによって、中性の熱放出量を推進する。電気の形態で抽出されるエネルギーは、海洋へのバルク温度を低下させる。

ＯＴＥＣは、電気を生成するために、地球の海洋に貯蔵される太陽からの熱エネルギーを使用する過程である。ＯＴＥＣは、海洋のより温かい最上層とより冷たい深海洋水との間の温度差を利用する。典型的には、この差は、好くなとも３６°Ｆ（２０℃）である。これらの条件は、およそ南回帰線と北回帰線との間、または北緯および南緯２０°の熱帯地域に存在する。ＯＴＥＣ過程は、ランキンサイクルに電力供給するために温度差を使用し、温かい水面水が熱源としての昨日を果たし、冷たい深水がヒートシンクとしての機能を果たす。ランキンサイクルタービンは、電力を産生する発電機を駆動する。

図１は、温海水入口１２と、蒸発器１４と、温海水出口１５と、タービン１６と、冷海水入口１８と、凝縮器２０と、冷海水出口２１と、作動流体導管２２と、作動流体ポンプ２４とを含む、典型的なＯＴＥＣランキンサイクル熱エンジン１０を図示する。

動作中、熱機関１０は、いくつかの作業流体のうちのいずれか１つ、例えば、アンモニア等の商業用冷媒を使用することができる。他の作業流体は、プロピレン、ブタン、Ｒ−２２、およびＲ−１３４ａを含むことができる。他の商業用冷媒を使用することができる。約７５°Ｆ〜８５°Ｆ以上の間の温かい海水が、温海水入口１２を通して、海面または海面の直下から引かれ、順に、蒸発器１４を通過するアンモニア作業流体を加温する。アンモニアは、約９．３ａｔｍの蒸気圧まで沸騰する。蒸気は、作業流体導管２２に沿ってタービン１６へと運ばれる。アンモニア蒸気は、タービン１６を通過するにつれて膨張し、発電機２５を駆動する電力を産生する。次いで、アンモニア蒸気は、凝縮器２０に進入し、そこで、約３０００フィートの深海の深さから引かれた冷たい海水によって液体まで冷却される。冷たい海水は、約４０°Ｆの温度で凝縮器に進入する。約５１°Ｆである、凝縮器２０の中の温度でのアンモニア作業流体の蒸気圧は、６．１ａｔｍである。したがって、有意な圧力差が、タービン１６を駆動し、電力を生成するために利用可能である。アンモニア作業流体が凝縮するにつれて、液体作業流体は、作業流体導管２２を介して作業流体ポンプ２４によって蒸発器１４の中へ戻される。

図１の熱エンジン１０は、異なる作動流体、ならびにより低い温度および圧力を使用することによって、ＯＴＥＣが異なることを除いて、ほとんどの蒸気タービンのランキンサイクルと本質的に同じである。図１の熱エンジン１０はまた、熱源（例えば、温かい海洋水）および冷たいヒートシンク（例えば、深海洋水）が電力を産生するために使用されるように、ＯＴＥＣサイクルが反対方向に実行されることを除いて、商業用冷蔵プラントと同様である。

図２は、船またはプラットフォーム２１０と、温海水入口２１２と、温水ポンプ２１３と、蒸発器２１４と、温海水出口２１５と、タービン発電機２１６と、冷水パイプ２１７と、冷海水入口２１８と、冷水ポンプ２１９と、凝縮器２２０と、冷海水出口２２１と、作業流体導管２２と、作業流体ポンプ２２４と、パイプ接続２３０とを含む、浮遊式ＯＴＥＣ施設２００の典型的な構成要素を図示する。ＯＴＥＣ施設２００はまた、発電、変換、および伝送システム、推進、スラスタ、または係留システム等の位置制御システム、ならびに種々の補助および支援システム（例えば、職員宿泊施設、非常用電力、携帯用水、下水および排水、消火活動、損傷制御、予備浮力、および他の一般的な船上または海上システム）を含むこともできる。

図１および２の基本熱エンジンおよびシステムを利用するＯＴＥＣ発電所の実装は、３％以下の比較的低い全体的効率を有する。この低い熱効率により、ＯＴＥＣ運用は、生成される電力の１キロワットにつき、電力システムを通る大量の水流を必要とする。これは次に、蒸発器および凝縮器の中で広い熱交換表面積を有する大型熱交換器を必要とする。

そのような大量の水および広い表面積は、温水ポンプ２１３および冷水ポンプ２１９においてかなりのポンピング能力を必要とし、陸地を基地とする施設への分配のために、または船上工業目的で利用可能な正味電力を低減する。また、ほとんどの水上船の限定された空間は、蒸発器または凝縮器に方向付けられ、それを通って流れる大量の水を容易に促進しない。実際、大量の水は、大直径パイプおよび導管を必要とする。限定された空間の中にそのような構造を置くことは、他の機械類を収容するように、複数の屈曲を必要とする。そして、典型的な水上船または構造の限定された空間は、ＯＴＥＣ発電所での最大効率に必要とされる広い熱交換表面積を容易に促進しない。したがって、ＯＴＥＣシステムまたは船あるいはプラットフォームは、従来、大型で高価であった。これは、ＯＴＥＣ運用が高費用であり、より高い温度および圧力を使用する他のエネルギー産生オプションと比較すると、低産出量のエネルギー産生オプションであるという業界の結論につながった。

説明されるシステムおよび方法の側面は、ＯＴＥＣ運用の効率を向上させ、建設および運用費用を削減するために、技術的課題に対処する。

船またはプラットフォーム２１０は、冷水パイプ２１７と船またはプラットフォーム２１０との間の動的な力を最小限化するため、およびプラットフォームまたは船におけるＯＴＥＣ機器のための良性運用環境を提供するために、低運動を必要とする。船またはプラットフォーム２１０は、冷水入口２１８および温水入口２１２の体積流量を支持し、ＯＴＥＣ過程の効率を提供するように、適切なレベルで十分な冷水および温水を取り込むべきである。船またはプラットフォーム２１０はまた、船またはプラットフォーム２１０の水線よりはるかに下側で、冷水出口２２１および温水出口２１５を介して冷水および温水放出を可能にして、海面層の中への熱再循環を回避するべきである。加えて、船またはプラットフォーム２１０は、発電動作を乱すことなく荒天を乗り切るべきである。

ＯＴＥＣ熱エンジン１０は、最大効率および電力産生のために、高度に効率的な熱サイクルを利用するべきである。沸騰および凝縮過程における熱伝達、ならびに熱交換器の材料および設計は、１ポンドの温かい海水から抽出することができるエネルギーの量を限定する。蒸発器２１４および凝縮器２２０で使用される熱交換器は、寄生負荷を最小化するために、低い損失水頭を伴う大量の温水および冷水流を必要とする。熱交換器はまた、効率を増進させるために、高い熱伝達係数も必要とする。熱交換器は、効率を増進させるように温水および冷水入口温度に合わせられてもよい、材料および設計を組み込むことができる。熱交換器の設計は、費用および体積を削減するように、最小の量の材料を用いた単純構築方法を使用するべきである。

タービン発電機２１６は、最小の内部損失を伴って高度に効率的となるべきであり、また、効率を増進させるように作動流体に合わせられてもよい。

図３は、以前のＯＴＥＣ発電所の効率を増進させ、それと関連する技術的課題の多くを克服する、実装を図示する。この実装は、スパーと一体である熱交換器ならびに関連温水および冷水配管とともに、船またはプラットフォーム用のスパーを備える。

ＯＴＥＣスパー３１０は、ＯＴＥＣ発電所とともに使用するための一体多段熱交換システムを収納する。スパー３１０は、水線３０５より下側に水中部分３１１を含む。水中部分３１１は、温水取水部分３４０と、蒸発器部分３４４と、温水放出部分３４６と、凝縮器部分３４８と、冷水取水部分３５０と、冷水パイプ２１７と、冷水放出部分３５２と、機械デッキ部分３５４とを備える。デッキハウス３６０は、スパーの上に固定され、電気開閉所、補助および非常用機械類およびシステム、ボート取扱機器、ならびに事務所、宿泊施設、通信センター、および制御室等の有人空間を収納する。

図３Ａは、温水取水部分３４０と、温水ポンプ室３４１と、積層蒸発器部分３４４と、タービン発電機３４９と、積層凝縮器部分３４８と、冷水取水部分３５０と、冷水ポンプ室３５１とを含む、本説明されるシステムおよび方法の機械類レイアウトを図示する。

動作中、７５°Ｆ〜８５°Ｆの間の温かい海水が、温水取水部分３４０を通して引かれ、示されていない構造的に一体の温水導管を通してスパーを伝って流れる。ＯＴＥＣ熱機関の高容量水流要件により、温水導管は、５００，０００ｇｐｍ〜６，０００，０００ｇｐｍの間の流量を発器部分３４４に指向する。そのような温水導管は、６フィート〜３５フィート以上の間の直径を有する。このサイズにより、温水導管は、スパー３１０の垂直構造部材である。温水導管は、スパー３１０を垂直に支持するのに十分な強度の大直径パイプとなり得る。代替として、温水導管は、スパー３１０の構造と一体である通路となり得る。

次いで、温水は、蒸気まで作業流体を加温するために、１つ以上の積層多段熱交換器を収納する蒸発器部分３４４を通って流れる。次いで、温かい海水は、温水放出口３４６を介してスパー３１０から放出される。温水放出は、環境影響を最小限化するように、温水放出温度と略同じ温度である海洋温度層における、またはそれに近い深さに、温水放出パイプを介して位置する、または指向することができる。温水放出は、温水取水または冷水取水のいずれか一方を伴う熱再循環の可能性を低減させるように、十分な深さに指向することができる。

冷たい海水は、冷水パイプ２１７を介して、約４０°Ｆの温度で２５００〜４２００フィート以上の間の深さから引かれる。冷たい海水は、冷水取水部分３５０を介してスパー３１０に進入する。ＯＴＥＣ熱機関の高容量水流要件により、冷海水導管は、５００，０００ｇｐｍ〜３，５００，０００ｇｐｍの間の流量を凝縮器部分３４８に指向する。そのような冷海水導管は、６フィート〜３５フィート以上の間の直径を有する。このサイズにより、冷海水導管は、スパー３１０の垂直構造部材である。冷水導管は、スパー３１０を垂直に支持するのに十分な強度の大直径パイプとなり得る。代替として、冷水導管は、スパー３１０の構造と一体である通路となり得る。

次いで、冷たい海水は、積層多段凝縮器部分３４８へと上方に流れ、そこで、冷たい海水は、液体まで作業流体を冷却する。次いで、冷たい海水は、冷水放出口３５２を介してスパー３１０から放出される。冷水放出は、冷海水放出温度と略同じ温度である海洋温度層における、またはそれに近い深さに、冷海水放出パイプを介して位置する、または指向することができる。冷水放出は、温水取水または冷水取水のいずれか一方を伴う熱再循環の可能性を低減させるように、十分な深さに指向することができる。

機械デッキ部分３５４は、蒸発器部分３４４と凝縮器部分３４８との間で垂直に位置付けることができる。蒸発器部分３４４の下に機械デッキ部分３５４を位置付けることにより、取水口から多段蒸発器を通して排出口へのほぼ直線の温水流を可能にする。凝縮器部分３４８より上側に機械デッキ部分３５４を位置付けることにより、取水口から多段凝縮器を通して排出口へのほぼ直線の冷水流を可能にする。機械デッキ部分３５４は、タービン発電機３５６を含む。動作中、蒸発器部分３４４からの蒸気まで加熱された温かい作動流体は、１つ以上のタービン発電機３５６へと流れる。作動流体は、タービン発電機３５６の中で膨張し、それにより、電力の産生のためにタービンを駆動する。次いで、作動流体は、凝縮器部分３４８へと流れ、液体まで冷却され、蒸発器部分３４４へと送出される。

熱交換器の性能は、流体間の利用可能な温度差、ならびに熱交換器の表面における熱伝達係数の影響を受ける。熱伝達係数は、概して、熱伝達表面を横断する流体の速度とともに変化する。より高い流速は、より高いポンプ能力を必要とし、それによって、発電所の正味効率を低減する。ハイブリッド連鎖多段熱交換システムは、より低い流速およびより優れた発電所効率を促進する。積層ハイブリッド連鎖熱交換設計はまた、熱交換器を通して、より低い圧力降下も促進する。垂直発電所設計は、システム全体にわたって、より低い圧力降下を促進する。ハイブリッド連鎖多段熱交換システムは、２０１０年１月２１日出願の「Ｏｃｅａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｌａｎｔ」と題された米国特許第公報第ＵＳ２０１１／０１７３９７９Ａ１号で説明されており、その内容全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。

冷水パイプ
上記で説明されるように、ＯＴＥＣ運用は、一定の温度の冷水源を必要とする。冷却水の変動は、ＯＴＥＣ発電所の全体的効率に多大に影響を及ぼし得る。そのようなものとして、約４０°Ｆの水が、２７００ｆｔから４２００ｆｔ以上の間の深さから引かれる。ＯＴＥＣ発電所による使用のために、この冷水を表面へ引くように、長い取水パイプが必要とされる。そのような冷水パイプは、好適な性能および耐久性のパイプを構築する費用により、商業的に実現可能なＯＴＥＣ動作への障害であった。

そのような冷水パイプは、好適な性能および耐久性のパイプを構築する費用により、商業的に実現可能なＯＴＥＣ動作への障害であった。ＯＴＥＣは、電力を生成する最大効率を確保するために、所望の温度の大量の水を必要とする。ＯＴＥＣ運用に特有の以前の冷水パイプ設計は、部分構築を含んでいた。十分な長さが達成されるまで、円筒パイプセクションが、連続して一緒にボルト留めされ、または機械的に接合された。パイプセクションは、発電所施設の付近で組み立てられ、次いで、完全に構築されたパイプが、逆に置かれ、設置された。このアプローチには、パイプセクション間の接続点における応力および疲労を含む、有意な欠点があった。また、接続ハードウェアが、全体的なパイプ重量を増加させ、パイプセクション接続、および完全に組み立てられたＣＷＰとＯＴＥＣプラットフォームまたは船との間の接続における応力および疲労の配慮をさらに複雑にした。

冷水パイプ（「ＣＷＰ」）は、２７００フィート〜４２００フィート以上の間の海洋深度における冷水貯留から水を引くために使用される。冷水は、発電所タービンから出てくる蒸気作業流体を液体まで冷却および凝縮するために使用される。冷水パイプ、および船またはプラットフォームへのその接続は、パイプ重量によって課される静および動荷重、最大で１００年間の暴風雨過酷性の波浪および海流荷重を受けたときのパイプおよびプラットフォームの相対運動、水ポンプ吸引によって誘発される崩壊荷重に耐えるように構成される。冷水パイプは、低い抵抗力損失を伴って必要水流を取り扱うようにサイズ決定され、海水中で耐久性があり、耐食性である材料から作製される。

冷水パイプの長さは、温度が約４０°Ｆである深さから水を引く必要性によって画定される。ＣＷＰの長さは、２０００フィート〜４０００フィート以上の間となり得る。本説明されるシステムおよび方法の側面では、冷水パイプは、長さが約３０００フィートとなり得る。

冷水パイプ直径は、発電所のサイズおよび水流要件によって決定される。パイプを通る水の流速は、所望の電力出力およびＯＴＥＣ発電所の効率によって決定される。冷水パイプは、５００，０００ｇｐｍ〜３，５００，０００ｇｐｍ以上の間の速度で、船またはプラットフォームの冷水導管へ冷水を運ぶことができる。冷水パイプ直径は、６フィート〜３５フィート以上の間となり得る。本説明されるシステムおよび方法の側面では、冷水パイプ直径は、直径が約３１フィートである。

ＯＴＥＣ運用に特有の以前の冷水パイプ設計は、部分構築を含んでいた。十分な長さが達成されるまで、長さが１０〜８０フィートの間の円筒パイプセクションが、連続してともにボルト留めされ、または継合された。複数の円筒パイプセクションを使用して、冷水パイプを発電所施設の付近で組み立てることができ、完全に構築されたパイプを逆に置き、設置することができた。このアプローチには、パイプセクション間の接続点における応力および疲労を含む、有意な欠点があった。また、接続ハードウェアが、全体的なパイプ重量を増加させ、パイプセクション接続、および完全に組み立てられた冷水パイプとＯＴＥＣプラットフォームまたは船との間の接続における応力および疲労の配慮をさらに複雑にした。

図４を参照すると、連続オフセットステーブ冷水パイプが示されている。冷水パイプ２１７は、以前の冷水パイプ設計のような部分継合を含まず、代わりに、オフセットステーブ構造を利用している。冷水パイプ２１７は、浮遊式ＯＴＥＣプラットフォーム４１１の水中部分への接続のための上端部分４５２を含む。上端部分４５２の反対側には、バラストシステム、錨泊システム、および／または取水口スクリーンを含むことができる、底部分４５４がある。

冷水パイプ２１７は、円筒を形成するように組み立てられる複数のオフセットステーブを備える。いくつかの実施形態では、複数のオフセットステーブは、交互の複数の第１のステーブ４６５および複数の第２のステーブ４６７を含む。各第１のステーブは、上縁４７１と、底縁４７２とを含む。各第２のステーブは、上縁４７３と、底縁４７４とを含む。いくつかの実施形態では、第２のステーブ４６７は、（第２のステーブ部分４６７の）上縁４７３が、（第１のステーブ部分４６５の）３％〜９７％の間で垂直に上縁４７１から変位させられるように、隣接する第１のステーブ部分４６５から垂直にオフセットされる。隣接するステーブの間のオフセットは、約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、またはそれ以上となり得る。

図５は、本説明されるシステムおよび方法の側面のオフセットステーブパターンの詳細図を図示する。パターンは、複数の第１のステーブ４６５を含み、それぞれが、上縁部分４７１と、底縁部分４７２と、接続縁４８０と、オフセット縁４７８とを有する。パターンはまた、複数の第２のステーブ４６７も含み、それぞれが、上縁部分４７３と、底縁部分４７４と、接続縁４８０と、オフセット縁４７９とを有する。冷水パイプを形成する際に、接続縁４８０が、上縁４７１から底縁４７２まで測定されたときに、第１のステーブセクション４６５の長さの約３％〜９７％であるように、第１のステーブセクション４６５は、第２のステーブセクション４６７に継合される。１つの側面では、接続縁４８０は、ステーブの長さの約５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、または９０％である。

完全に構築されたパイプでは、第１のステーブ４６５を、接続縁４８０に沿って第２のステーブ４６７に接合できることが理解されるであろう。第１のステーブ４６５はまた、付加的な第１のステーブ部分、付加的な第２のステーブ部分、または任意の他のステーブ部分を含む、オフセット縁４７８に沿った付加的なステーブに接続することもできる。同様に、第２のステーブ４６７は、接続縁４８０に沿って第１のステーブ部分に接合することができる。そして、第２のステーブ４６７は、付加的な第１のステーブ部分、付加的な第２のステーブ部分、または任意の他のステーブ部分を含む、オフセット縁４７９に沿った別のステーブに接合することもできる。

側面では、複数の第１のステーブ４６５と複数の第２のステーブ４６７との間の接続縁４８０は、パイプの円周の周囲で、各ステーブについて、ステーブの一貫した長さまたは割合となり得る。複数の第１のステーブ４６５と複数の第２のステーブ４６５との間の接続縁４８０は、冷水パイプ４５１の長手方向軸に沿って、各ステーブについて、ステーブの一貫した長さまたは割合となり得る。さらなる側面では、接続縁４８０は、交互の第１のステーブ４６５および第２のステーブ４６７の間で長さが変化し得る。

図５に図示されるように、第１のステーブ４６５および第２のステーブ４６７は、同じ寸法を有する。側面では、第１のステーブ４６５は、３０から１３０以上の間の幅、３０から６０フィートの長さ、１から２４インチの間の厚さとなり得る。１つの側面では、ステーブ寸法は、約８０インチの幅、４０フィートの長さ、および４から１２インチの厚さとなり得る。代替として、第１のステーブ４６５は、第２のステーブ４６７とは異なる長さまたは幅を有することができる。

図６は、交互の第１のステーブ４６５および第２のステーブ４６７を示す、冷水パイプ２１７の断面図を図示する。各ステーブは、内表面４８５と、外表面４８６とを含む。隣接するステーブは、接続表面４８０に沿って継合される。単一のステーブの反対側の任意の２つの接続表面が、角度αを画定する。角度αは、ステーブの総数で３６０°を割ることによって決定される。１つの側面では、αは、１°〜３６°の間となり得る。１つの側面では、αは、１６ステーブパイプについては２２．５°、または３２ステーブパイプについては１１．２５°となり得る。

冷水パイプ２１７の個々のステーブは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、強化ポリマーモルタル（ＲＰＭＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリブチレン（ＰＢ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ポリエステル、繊維強化ポリエステル、ナイロン強化ポリエステル、ビニルエステル、繊維強化ビニルエステル、ナイロン強化ビニルエステル、コンクリート、セラミック、または、それらのうちの１つ以上の複合材料から作ることができる。個々のステーブは、標準製造技法を使用して、成形、押し出し成形、または引き抜き成形することができる。１つの側面では、個々のステーブは、所望の形状および形態に引き抜き成形され、繊維またはナイロン強化ビニルエステルを備える。ビニルエステルは、Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｃｏｖｉｎｇｔｏｎ， Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）から入手可能である。

いくつかの実施形態では、ステーブは、好適な接着剤を使用して隣接するステーブに継合される。可撓性の継合部および均一なパイプ性能を提供するために、可撓性樹脂を使用することができる。説明されるシステムおよび方法の側面では、補強ビニルエステルを備えるステーブは、ビニルエステル樹脂を使用して隣接するステーブに継合される。Ｐｌｅｘｉｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（Ｄａｎｖｅｒｓ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）製のＭＡ５６０−１等のメタクリレート接着剤も使用することができる。

図７Ａ−７Ｃを参照すると、種々のステーブ構造が示されており、個別ステーブ４６５は、上縁４７１と、底縁４７２と、１つ以上の空隙４７５とを含む。空隙４７５は、中空である、水で充填する、樹脂で充填する、接着剤で充電する、またはシンタクチックフォーム等のフォーム材料で充填することができる。シンタクチックフォームは、樹脂および小さいガラスビーズの基質である。ビーズは、中空または中実のいずれか一方となり得る。空隙４７５は、ステーブおよび／または冷水パイプ４５１の浮力に影響を及ぼすように充填することができる。図７Ａは、単一の空隙４７５を図示する。いくつかの実施形態では、複数の空隙４７５は、図７Ｂに図示されるように、ステーブの長さに沿って等しく離間することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の空隙４７５は、ステーブの一方の端に向かって、例えば、図７Ｃに図示されるように、底縁４７２に向かって配置される。

図８を参照すると、各個別ステーブ４６５は、上縁４７１と、底縁４７２と、第１の長手方向側面４９１と、第２の長手方向側面４９２とを含むことができる。いくつかの実施形態では、長手方向側面４９１は、舌部４９３等の建具部材を含む。建具部材は、代替として、ビスケット、相欠き継手、または他の建具構造を含むことができる。第２の長手方向側面４９２は、溝４９４等の噛合建具表面を含む。使用中、第１のステーブの第１の長手方向側面４９１は、第２のステーブの第２の長手方向側面４９２と噛合または継合する。示されていないが、ステーブを長手方向に隣接するステーブに継合するために、舌部および溝等の継合構造、または他の構造を、上縁４７１および底縁４７２において使用することができる。

説明されるシステムおよび方法の側面では、第１の長手方向側面は、第２の長手方向側面４９２と噛合して係合するための正スナップロック接続４９１を含むことができる。正スナップロック接続またはスナップロック接続は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第７，１３１，２４２号で概して説明されている。舌部４９３の全長が、正スナップロックを組み込むことができ、または舌部４９３の複数部分が、正スナップロックを組み込むことができる。舌部４９３は、スナップリベットを含むことができる。舌部４９３がスナップロッキング構造を含む場合、適切な受容構造が溝４９４を有する第２の長手方向側面上に提供されることが理解されるであろう。

図９Ａは、例示的な正スナップロックシステムを図示し、雄部分９７０は、カラー９７２を含む。雄部分９７０は、陥凹カラー台９７７を含む受容部分９７５と機械的に係合する。使用中、雄部分９７０は、カラー部分９７２が陥凹カラー台９７７に係合し、それによって、雄部分９７０の挿入を可能にするが、その解放または離脱を防止するように、受容部分９７５に挿入される。

オフセットステーブパイプのステーブ部分の間の正スナップロッキング継合部は、２つのステーブ部分をともに機械的に係止するために使用することができる。正スナップロック継合部は、単独で、または樹脂あるいは接着剤と組み合わせて使用することができる。いくつかの実施形態では、可撓性樹脂は、正スナップロック継合部と組み合わせて使用される。

図９Ｂは、別の例示的な正スナップロックシステムを図示する。図示される継合部は、半径方向および円周方向の両方にステーブを保持するように、自己支持型である。部片９８１の辺縁は、ステーブの内表面上の部片９７９の棚の下に係止し、長手方向縁に沿って整列させられる２つの部片９７９、９８１を保持する。ステーブの数に基づいて、要求される角度に従ってテーパ状にされる外縁には、そのような棚はない。２つの部片９７９、９８１が、合体し、長手方向縁に沿って噛合するにつれて、スナップ部材９８３は、移動止めの中に爪をかけ、移動止めの爪の若干の傾斜度のため、２つの部片を半径方向および円周方向にともに保持する。スナップ９８３近傍の空隙は、拡張し、ステーブ間のいかなる間隙も完全に充填し、パイプから内外に漏出しないように密閉するように、２つのステーブの噛合に先立って、接着剤で充填される。

図１０は、複数の交互の第１のステーブ４６５および第２のステーブ４６７を備え、さらに、冷水パイプ４５１の外表面の少なくとも一部分を覆う、らせん状にねじれたリボン４９７を備える、オフセットステーブ構造を有する、冷水パイプ２１７を図示する。いくつかの実施形態では、リボンは、冷水パイプ２１７の底部分４５４から冷水パイプ２１７の上側部分４５２まで連続的である。他の実施形態では、リボン４９７は、冷水パイプ２１７を通り過ぎた水の移動による渦の流れを被る、パイプ２１７の部分のみで提供される。リボン４９７は、半径方向および長手方向の支持を冷水パイプ２１７に提供する。リボン４９７はまた、冷水パイプに沿った振動を防止し、海流の作用による渦の流れを低減する。

リボン４９７は、冷水パイプ４５１の個別ステーブと同じ厚さおよび幅と同じになり得るか、または個別ステーブの厚さの２倍、３倍、４倍、またはそれ以上、および幅の最大１０倍（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０倍）となり得る。

リボン４９７は、外表面に沿って実質的に平坦になるよう、冷水パイプの外表面上に載置することができる。いくつかの実施形態では、リボン４９７は、らせん状にねじれた輪金を形成するよう、冷水パイプ４５１の外表面から外向きに突出することができる。いくつかの実施形態では、フィン、ブレード、またはフォイルを、リボンまたは輪金４９７の種々の部分に取り付けることができる。そのようなフィンは、冷水パイプの一部分に巻着する、または冷水パイプの全長に巻着するらせんを形成することができる。フィンは、冷水パイプによって引き起こされる渦状態を防止するように、任意の数で輪金の周囲で角度を付けて提供することができる。いくつかの実施形態では、フィンは、パイプ直径の１／３２〜１／３の間（例えば、パイプ直径の約１／３２、パイプ直径の約１／１６、パイプ直径の約１／８、パイプ直径の約１／７、パイプ直径の約１／６、パイプ直径の約１／５、パイプ直径の約１／４、およびパイプ直径の約１／３）の距離でパイプ表面から突出することができる。

リボン４９７は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、強化ポリマーモルタル（ＲＰＭＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリブチレン（ＰＢ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ポリエステル、繊維強化ポリエステル、ビニルエステル、補強ビニルエステル、コンクリート、セラミック、または、それらのうちの１つ以上の複合材料を含む、冷水パイプ４５１を形成する複数のステーブの材料と適合する任意の好適な材料となり得る。リボン４９７は、標準製造技法を使用して、成形、押し出し成形、または引き抜き成形することができる。いくつかの実施形態では、リボン４９７は、所望の形状および形態に引き抜き成形され、冷水パイプ４５１のステーブとともに使用されるものと同様の繊維またはナイロン強化ビニルエステルを備える。リボン４９７は、上記の材料のうちのいずれかの樹脂を含む、好適な接着剤または樹脂を使用して、冷水パイプ２１７に継合することができる。

いくつかの実施形態では、リボン４９７は、冷水パイプ４５１の長さに沿って連続的ではない。いくつかの実施形態では、リボン４９７は、冷水パイプ２１７の円周の周囲で連続的ではない。いくつかの実施形態では、リボン４９７は、冷水パイプ２１７の外表面に接着される垂直細片を含む。いくつかの実施形態では、半径方向または他の構造支持が必要とされる場合、リボン４９７は、冷水パイプの外表面の周りの円周方向支持部材となり得る。

リボン４９７は、好適な可撓性接着剤を使用して、冷水パイプの外表面に接着結合または接着することができる。いくつかの実施形態では、リボン４９７は、複数の正スナップロックを使用して、冷水パイプ４５１の外表面に機械的に連結することができる。

図１１に関して、冷水パイプを組み立てる例示的な方法は、冷水パイプ２１７の効率的な輸送および組立を提供する。上記で説明されるような所望のオフセットを有するように、交互の第１および第２のステーブ部分を整合させる１１１０ことによって、垂直円筒パイプセクションが組み立てられる。次いで、第１および第２のステーブ部分は、円筒パイプセクションを形成するように継合される１１２０。オフセットされた第１および第２のステーブは、種々の継合方法のうちのいずれかを使用して継合することができる。いくつかの実施形態では、複数のオフセットされた第１および第２のステーブ部分は、舌部および溝配設ならびに可撓性接着剤を使用して継合される。いくつかの実施形態では、複数の第１および第２のステーブ部分は、機械的な正スナップロックを使用して継合される。舌部および溝、スナップロック機構、ならびに可撓性接着剤の組み合わせを使用することができる。

オフセットした第１および第２のステーブ部分を有する、円筒パイプセクションを形成するように、複数の第１および第２のステーブ部分を接合した１１２０後、支持および安定性をパイプセクションに提供するように、保持バンド、膨張可能スリーブ、または他の治具を円筒パイプセクションに取り付ける１１２２ことができる。複数のオフセットした第１および第２のステーブ部分を整合させるステップ１１１０および接合するステップ１１２０は、任意の数のプレハブ式円筒パイプセクションを形成するように、繰り返す１１２４ことができる。円筒パイプセクションは、ＯＴＥＣ発電所施設で、または遠隔でプレハブ式に作成し、次いで、完全に組み立てられた冷水パイプ４５１を形成するように、付加的な構築のためにＯＴＥＣ発電所施設に輸送することができると理解されるであろう。

オフセットステーブを有する、少なくとも２つの円筒パイプセクションを組み立てた後、上下の円筒パイプセクションが接合され１１２６、各パイプセクションのオフセットステーブが整合させられる。可撓性接着剤を、上下の円筒パイプセクションのオフセットステーブの突き合わせ継手に塗布する１１３０ことができる。２つのパイプセクションのステーブは、ビスケットジョイナを含む、種々の端部突き合わせ継手を使用して接合することができる。１つの側面では、上下の円筒パイプセクションのオフセットステーブには、可撓性接着剤で充填することができる、整合接合空隙を提供することができる。

パイプセクションの間または個々のステーブの間の間隙および接合部は、付加的な可撓性樹脂で充填する１１３２ことができる。いったん２つのパイプセクションが接合され、必要な場合に樹脂が塗布されると、２つのパイプセクションは、硬化する１１３４ことが許可される。

次いで、保持バンドが下パイプセクションから除去され１１３６、らせん状にねじれた輪金がそれに取り付けられる。らせん状にねじれた輪金は、接着結合、機械的結合、例えば、正スナップロック、または接着および機械的結合の組み合わせを使用して取り付けることができる。

説明される方法のいくつかの側面では、らせん輪金が下パイプセクションに取り付けられた後、以前の上パイプ部分が新しい下パイプ部分１１３８になるように、パイプアセンブリ全体を移行させる、例えば、下げることができる。次いで、新しい上円筒パイプセクションが、上記で説明されるのと同様に組み立てられる１１４０。つまり、第１および第２のステーブ部分が、所望のオフセットを達成するように整合させられる１１４２。次いで、第１および第２のステーブ部分は、新しい円筒パイプセクション、例えば、新しい上パイプセクションを形成するように、継合される１１４４。前述のように、冷水パイプ２１７の構築中に、支持および安定性を円筒パイプセクションに提供するために、保持バンド、膨張可能スリーブ、または他の治具を使用することができる。

新しい上パイプセクション１１４４を組み立てた後、新しい下パイプセクションおよび新しい上パイプセクションのオフセットステーブが整合させられ、引き寄せられる１１４６。接着剤または可撓性樹脂が、例えば、ビスケットジョイナまたは整合接合空隙と併せて、上記で説明されるように端部突き合わせ継手に塗布される１１４８。新しい下パイプセクションと新しい上パイプセクションとの間、または任意の２つのステーブ部分の間の任意の間隙は、付加的な可撓性樹脂で充填する１１５０ことができる。次いで、アセンブリ全体を硬化する１１５２ように放置することができる。保持治具を以前のように除去する１１５４ことができ、らせん輪金を新しい下側部分に取り付けることができる。そして、以前のように、次の円筒パイプセクションを提供するように、パイプアセンブリ全体を移行することができる。このようにして、所望のパイプの長さが達成されるまで、方法を繰り返すことができる。

オフセットステーブを有する円筒パイプセクションを継合することは、本説明されるシステムおよび方法と一致するいくつかの方式で達成できることが理解されるであろう。オフセットステーブを継合する方法は、パイプ区画間にかさばる、重い、または干渉する継合ハードウェアを必要とすることなく、連続的なパイプを提供する。そのようなものとして、可撓性および剛性を含む、略均一な材料特性を有する、連続的なパイプが提供される。

（実施例）
約３０００フィートの連続オフセットステーブパイプの現場構築を促進する、冷水パイプアセンブリが提供される。加えて、ステーブ設計は、セクション化されたパイプ構造によって従来的に体験された、不利な配送および取扱の荷重に対処する。例えば、従来的に構築されたセクション化冷水パイプのけん引および逆転は、パイプに有害な荷重を課す。

ステーブ構造は、４０フィート〜５０フィートの長さの複数のステーブの現場外製造を可能にする。各ステーブは、幅約５２インチ、厚さ４インチ〜１２インチである。ステーブを、スタックまたはコンテナの中で海上プラットフォームに配送することができ、次いで、冷水パイプを、複数のステーブからプラットフォーム上で構築することができる。これは、パイプセクションを組み立てる別個の施設の必要性を排除する。

ステーブ部分は、約６６，０００ｐｓｉ〜１６５，０００ｐｓｉの間の弾性係数を有する、ナイロン強化ビニルエステルから構築することができる。ステーブ部分は、約１５，０００ｐｓｉ〜４５，０００ｐｓｉの間の引張強度を伴って、約１５，０００ｐｓｉ〜４５，０００ｐｓｉの間の局限強度を有することができる。１つの側面では、ステーブ部分は、設置された冷水パイプが純剛性パイプよりもむしろホースと同様に挙動するように、１５０，０００ｐｓｉの弾性係数、３０，０００ｐｓｉの局限強度、および３０，０００ｐｓｉの降伏強度を有することができる。これは、パイプがより可撓性であり、亀裂または破壊を回避するため、暴風雨条件で有利である。１つの側面では、パイプは、接続されていない下端において、中心から約２つの直径を偏らせることができる。接続されていない下端における偏りは、ＯＴＥＣ発電所の係留システムまたは発電所運用に関与する任意の他の水中システムに干渉するほど大きくなるべきではない。

冷水パイプは、ＯＴＥＣ発電所の底部分に接続する。より具体的には、冷水パイプは、動的軸受を図３のＯＴＥＣスパーの底部分と接続する。ＯＴＥＣ用途における冷水パイプ接続は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ａｖｅｒｙ ＆ Ｗｕ，“Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｃｅａｎ，ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＯＴＥＣ，” Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９４の第４．５項で説明されている。

プラットフォームとしてスパーブイを使用することの有意な利点のうちの１つは、そうすることにより、最も過酷な１００年間の暴風雨条件でさえも、スパー自体と冷水パイプとの間で比較的わずかな回転をもたらすことである。加えて、スパーと冷水パイプとの間の垂直および横力は、球体とその座部との間の下向きの力が軸受表面を常に接触して保つようなものである。水封の役割も果たす、この軸受は、その噛合球面座部と接触しなくならないため、冷水パイプを定位置で垂直に担持する機構を設置する必要性がない。これは、球面軸受設計を単純化するのに役立ち、また、そうでなければ任意の付加的な冷水パイプパイプ保持構造またはハードウェアによって引き起こされる、圧力損失を最小限化する。球面軸受を通して伝達される横力はまた、ＣＷＰ冷水パイプの垂直拘束を必要とすることなく適切に収容することができるほど十分に低い。

冷水が、１つ以上の冷水ポンプを介して冷水パイプを通して引かれ、１つ以上の冷水通路または導管を介して、多段ＯＴＥＣ発電所の凝縮器部分へと流れる。

冷水パイプ構造および性能のさらなる詳細は、２０１０年１月２１日出願の「Ｏｃｅａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｃｏｌｄ Ｗａｔｅｒ パイプ」と題された米国特許第公報第ＵＳ２０１１／０１７３９７８号で説明されており、その内容全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
冷水パイプ接続

冷水パイプ２１７とスパープラットフォーム３１１との間の接続は、構築、維持、および運用課題を提示する。例えば、冷水パイプは、動的海洋環境に吊るされた、２０００フィート〜４０００フィートの垂直柱である。冷水パイプが接続するプラットフォームまたは船も、動的海洋環境で浮遊している。また、パイプは、理想的には水線より下側で、いくつかの側面では、水線よりはるかに下側かつ船の底の近くで接続される。完全に組み立てられたパイプを適正な位置へと操作し、パイプを船またはプラットフォームに固定することは、困難な作業である。

冷水パイプ接続は、プラットフォームから吊るされたパイプの静的重量を支持し、波の作用、パイプの振動、およびパイプの移動による、プラットフォームと吊るされたパイプとの間の動的な力に対処する。

ジンバル、ボールソケット、および汎用接続を含む、種々のＯＴＥＣ冷水パイプ接続が、参照することにより本明細書に組み込まれる、“Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｃｅａｎ，ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＯＴＥＣ” Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｈｉｈ Ｗｕ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， １９９４の第４．５項で開示されている。ジンバル接続のみが動作試験され、３０°の回転を可能にする２軸ジンバルを含んだ。ＡｖｅｒｙおよびＷｕで説明されているように、ジンバルの面内で、球面シェルがパイプの最上部を形成した。ナイロンおよびＴｅｆｌｏｎの平坦リングを伴う円筒キャップが、パイプの中の冷水と周囲のプラットフォーム構造との間の摺動シールを提供した。ジンバルパイプ接続は、図１２に図示されている。

以前の冷水パイプ接続は、スパープラットフォームよりも、上下浮動および波の作用による、大きな垂直変位を呈する、従来の船型およびプラットフォームのために設計された。プラットフォームとしてスパーブイを使用することの有意な利点のうちの１つは、そうすることにより、最も過酷な１００年間の暴風雨条件でさえも、スパー自体とＣＷＰとの間で比較的わずかな回転をもたらすことである。加えて、スパーと冷水パイプＣＷＰとの間の垂直および横力は、球体とその座部との間の下向きの力が軸受表面を常に接触して保つようなものである。いくつかの実施形態では、ＣＷＰ冷水パイプと接続軸受表面との間の下向きの力は、０．４ｇ〜１．０ｇの間である。水封の役割も果たす、この軸受は、その噛合球面座部と接触しなくならないため、冷水パイプを定位置で垂直に担持する機構を設置する必要性がない。これは、球面軸受設計を単純化するのに役立ち、また、そうでなければ任意の付加的な冷水パイプ保持構造またはハードウェアによって引き起こされる、圧力損失を最小限化する。球面軸受を通して伝達される横力はまた、冷水パイプの垂直拘束を必要とすることなく適切に収容することができるほど十分に低い。

本説明されるシステムおよび方法の側面は、プラットフォームの底を通した上方への冷水パイプの垂直挿入を可能にする。これは、プラットフォームの下側から、完全に組み立てられた冷水パイプを定位置にリフティングすることによって達成される。これは、プラットフォームおよびパイプの同時構築を促進し、かつ保守のための冷水パイプの容易な設置および除去を提供する。

図３を参照すると、冷水パイプ２１７は、冷水パイプ接続３７５においてスパープラットフォーム３１０の水中部分３１１に接続する。いくつかの実施形態では、冷水パイプは、動的軸受を使用して図３のＯＴＥＣスパーの底部分と接続する。

いくつかの実施形態では、球面を介して可動移動止めに着座されるパイプカラーを備える、冷水パイプ接続が提供される。可動移動止めは、スパープラットフォームの基部に連結される。可動移動止めを組み込むことは、冷水パイプ受け取りベイの中への冷水パイプの垂直挿入および冷水パイプ受け取りベイからの除去を可能にする。

図１３は、例示的な側面を図示し、冷水パイプ接続３７５は、ベイ壁７７７と、移動止め筐体７７８とを備える、パイプ受け取りベイ７７６を含む。受け取りベイ７７６はさらに、ベイ壁７７７の間の直径の長さによって画定される、受容直径７８０を備える。いくつかの実施形態では、受容直径は、冷水パイプ２１７の外側カラー直径７８１よりも長い。

冷水パイプ接続３７５およびスパー３１１の下側部分は、いったん吊るされると冷水パイプ２１７によってスパー３１１に課され、スパー３１１に伝達される、重力および動的な力に耐えるように、構造補強および支持を含むことができる。

図１４を参照すると、冷水パイプ接続３７５は、移動止め筐体７７８と、第１の位置から第２の位置への移動止め８４０の移動を可能にするように移動止め筐体７７８に機械的に連結される、可動移動止め８４０とを含む。第１の位置では、可動移動止め８４０は、移動止め８４０が受け取りベイ７７６の中心に向かって内向きに突出せず、受容直径７８０の外側にとどまるように、移動止め筐体７７８内に収納される。第１の位置では、冷水パイプ２１７の上端部分３８５は、可動移動止め８４０からの干渉なしでパイプ受け取りベイ７７６に挿入することができる。いくつかの実施形態では、可動移動止め８４０は、可動移動止め８４０のいずれの側面も、外側カラー直径７８１を通り過ぎて受け取りベイ７７６の中心に向かって内向きに突出しないように、第１の位置で収納することができる。いくつかの実施形態では、第１の位置の可動移動止め８４０は、受け取りベイ７７６を通って冷水パイプ２１７の垂直移動に干渉しない。

第２の位置では、可動移動止め８４０は、移動止め筐体７７８を越えて延び、受け取りベイ７７６の中心に向かって内向きに突出する。第２の位置では、可動移動止め８４０は、外側カラー直径７８１を通り過ぎて内向きに延びる。可動移動止め８４０は、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、機械的アクチュエータ、電気アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、または上記の組み合わせを使用して、第１の位置から第２の位置へ調整する、または移動させることができる。

可動移動止め８４０は、部分球面または弓形ベアリング面８４２を含む。弓形ベアリング面８４２は、可動移動止め８４０が第２の位置にある時に、動的軸受を冷水パイプ軸受カラー８４８に提供するように構成される。

冷水パイプ軸受カラー８４２は、カラー軸受表面８４９を含む。弓形軸受表面８４２およびカラー軸受表面８４９は、冷水パイプ２１７の吊るされた重量を支持する動的軸受を提供するように、協働して着座させることができる。加えて、弓形軸受表面８４２およびカラー軸受表面８４９は、冷水パイプ２１７を退かせることなく、冷水パイプ２１７とプラットフォーム３１０との間の相対運動に対処するように協働して着座させられる。弓形軸受表面８４２およびカラー軸受表面８４９は、いったん冷水パイプ２１７が冷水パイプ接続３７５を介してプラットフォーム３１０に接続されると、比較的温かい水が、パイプ受け取りベイ７７６に、最終的には冷水取水口３５０に進入することができないように、動的密閉を提供するように協働して着座させられる。いったん冷水パイプ２１７が吊るされると、冷水が、１つ以上の冷水ポンプを介して冷水パイプを通して引かれ、１つ以上の冷水通路または導管を介して多段ＯＴＥＣ発電所の凝縮器部分へと流れる。

弓形ベアリング面８４２およびカラーベアリング面８４９は、２つの表面の間のガルバニック相互作用を防止するように、Ｔｅｆｌｏｎ被覆等の被覆で処理することができる。

冷水パイプを浮遊式プラットフォームに接続するための動的軸受表面および可動移動止めまたはピニオンの任意の組み合わせが、本明細書の請求項および開示で検討されることが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、弓形軸受表面は、可動移動止めより上側に位置付けることができ、弓形軸受表面は、可動移動止めの片側に位置付けることができ、または可動移動止めより下側にさえ位置付けることができる。いくつかの実施形態では、可動移動止めは、上記で説明されるように、浮遊式プラットフォームの底部分と一体となり得る。他の実施形態では可動移動止めは、冷水パイプと一体となり得る。

図１５は、冷水パイプを浮遊式プラットフォームに、より具体的にはＯＴＥＣ浮遊式プラットフォームに取り付ける例示的な方法を図示する。本方法は、プラットフォームから完全に組み立てられた冷水パイプまでのリギングガイドラインおよびダウンホールを含む。次いで、冷水パイプは、プラットフォームより下側に下げられ、適正な位置に整合させられる。次いで、冷水パイプは、パイプ受け取りベイの中へ上昇させられ、可動移動止めまたはピニオンは、拡張され、パイプは、弓形軸受表面上に着座させられる。

より具体的には、誘導ケーブルが、完全に組み立てられた冷水パイプ２１７に取り付けられる９１０。例示的な実施形態では、冷水パイプ２１７は、冷水パイプの構築、移動、および逆転中に浮力を提供するように、１つ以上の膨張可能スリーブを含むことができる。ガイドワイヤが冷水パイプに取り付けられた９１０後、冷水パイプが負の浮力を持つように、１つ以上の膨張可能スリーブを収縮させる９１５ことができる。実施形態では、冷水パイプはまた、冷水パイプに負の浮力を提供するように水または他のバラスト材料で部分的または完全に充填することができる、重量塊または他のバラストシステムを含むこともできる。

次いで、冷水パイプは、浮遊ＯＴＥＣプラットフォーム３１０の冷水パイプ接続３７５の下方の位置に下げられる９２０。バラストを再び調整することができる。ガイドワイヤが、冷水パイプ接続３７５より下側に冷水パイプを適正に位置付けるように調整され９２５、ビデオ、遠隔センサ、および他の手段を介して、整合をチェックおよび確認する９３０ことができる。次いで、冷水パイプアセンブリは、冷水パイプ軸受カラー８４８が冷水パイプ接続アセンブリの可動移動止め８４０より上側にあるような位置まで、上昇させられる９３５。冷水パイプ接続の中へ冷水パイプを上昇させることは、ガイドワイヤ、膨張可能スリーブ、着脱可能バルーン、または同物の組み合わせを使用して行うことができる。

冷水パイプが冷水パイプ接続の中へ上昇させられた９３５後、可動移動止めは、冷水パイプ用の動的ベアリング面を提供するように拡張される９４０。次いで、冷水パイプは、ガイドワイヤを調整すること、膨張可能スリーブまたは着脱可能バルーンを収縮させること、または重量塊あるいは他のバラストシステムを調整することによって下げられる。同物の組み合わせも使用することができる。

ガイドワイヤ、膨張ライン、バラストライン、および同等物は、冷水パイプの移動中に互いから遮られていないままとなるべきであることが理解されるであろう。また、冷水パイプの移動は、ＯＴＥＣプラットフォームの係留システムに干渉するべきではない。

説明されるシステムおよび方法のさらなる側面では、冷水パイプとスパー構造との間で静的接続を行うことができる。そのような側面では、パイプの上側部分付近のパイプの可撓性を変化させることによって、パイプとスパーとの間の動的な力に対処することができる。冷水パイプの下側部分および中間の移動を可能にすることによって、動的パイプ接続の必要性が低減されるか、または完全に回避される。ジンバル接続の必要性を回避することは、高価な可動部品を除去し、下スパー部分および冷水パイプの両方の製造を単純化する。

図１６を参照すると、冷水パイプ１６５１は、上記の動的軸受を使用することなくスパー１６１１の下側部分に接続される。図１６は、変位および非変位構成の両方で、スパー構造の下側部分に接続された冷水パイプを図示する。冷水パイプ１６５１の上側部分、つまり、接続点およびスパー１６１１の下側部分における部分、および隣接してそれより下側にある部分は、冷水パイプの比較的非可撓性の上側部分１６５１Ａを提供するように硬化させられる。非可撓性上側部分１６５１Ａより下側には、比較的可撓性の中間部分１６５１Ｂが提供される。可撓性中間部分１６５１Ｂより下側には、冷水パイプアセンブリの最大部分を備えることができる、適度に可撓性の下側部分１６５１Ｃがある。重量塊またはバラストシステムは、適度に可撓性の下側部分１６５１Ｃの底部または任意の他の部分に固定することができる。

図示されるように、可撓性中間部分１６５１Ｂは、冷水パイプの懸垂線から離れた冷水パイプの下側部分の偏りを可能にする。偏りの量は、スパー１０１１から吊るされた冷水パイプの長さおよび直径に応じて、０．２５度から３０度の間となり得る。

図１７を参照すると、静的冷水パイプ・スパー接続が詳述される。スパー１６１１の下側部分は、冷水パイプ１６５１の上側部分１６５１Ａを受け取るための受け取りベイ１７１３を含む。受け取りベイ１７１３は、テーパ部分１７１４と、接触パッド１７１５とを含む。冷水パイプ１６５１の上側部分１６５１Ａは、テーパカラー表面１７５６を伴うカラー１７５５と、リフティングラグ１７７５とを含む。冷水パイプ１６５１は、リフティングラグ１７７５において冷水パイプに固定されるリフティングおよび保持ケーブル１７７７によって、スパー１６１１に接続される。ケーブル１７７７は、スパー１６１１の下側部分に収納された機械的ウインチ１７７９に取り付けられる。

冷水パイプをスパープラットフォームに接続する例示的な方法では、完全に製造された冷水パイプが、スパープラットフォームの直下の点まで下げられる。吊上げおよび保持ケーブル１７７７は、遠隔操作された運搬具によって吊上げラグ１７７５に接続される。スパー１６１１の下側部分に収納された前述の機械的ウインチを使用して、張力がケーブルに取り込まれる。冷水パイプ１６５１の上側部分１６５１Ａは、受け取りベイ１７１３に進入するにつれて、先細カラー表面１７５６と接触パッド１７１５との間で確実な接続が行われるまで、先細部分１７１４によって適正な位置に誘導される。受け取りベイの中の冷水パイプの適正な配置および確実な接続時に、ケーブル１７７７は、冷水パイプ１６５１の下向きの移動を防止するように機械的に係止される。水が冷水パイプの内側で流れており、パイプの外側を包囲するため、圧力シールは冷水パイプとスパー構造との間のインターフェイスにおいて必要ではない。いくつかの実装では、冷水パイプとスパー構造との間のシールは、シールを横断する水の通過を最小化する。接続パッドに及ぼされる上向きの力は、吊上げケーブル、冷水パイプの浮力、または両方の組み合わせによって付与することができる。

リフティングケーブル１７７７および対応するリフティングラグ１７７５の数は、冷水パイプ１６５１のサイズ、重量、および浮力に依存していることが理解されるであろう。いくつかの側面では、冷水パイプ１６５１は、正、中性、または負の浮力を有することができる。リフティングケーブル１７７７および対応するリフティングラグ１７７５の数はまた、冷水パイプと関連する任意の浮力調整、ならびに冷水パイプに取り付けられた重量塊の重量および浮力にも依存している。説明されるシステムおよび方法の側面では、２、３、４、５、６、またはそれ以上のリフティングおよび保持ケーブルを使用することができる。

付加的な説明されるシステムおよび方法の側面では、リフティングラグ１７７５は、既知の締結および接続技法を使用して冷水パイプの上部に直接ボルト留めされる、パッドアイを備えることができる。例えば、バレルソケット、六角ソケット、コドラーピン、および同等物を、冷水パイプのステーブ上側部分に組み込むことができる。

他の側面では、吊上げカラーを冷水パイプの最上側部分に設置することができ、吊上げカラーは、カラー接続面１７５６と、吊上げラグ１７５５とを備える。吊上げカラーは、冷水パイプと同じまたは異なる材料となり得る。吊上げカラーは、冷水パイプに取り付けられると、上側部分１６５１Ａと関連する剛性以上に冷水パイプの剛性を増加させることができる。図１８は、ステーブ冷水パイプ１６５１に載置された吊上げカラー１７７５の説明図である。吊上げカラーは、冷水パイプの上側部分１６５１Ａに機械的、化学的、または熱的に結合することができる。例えば、吊上げカラーを冷水パイプに接続するために、冷水パイプの個々のステーブ部材を接続する同じ結合樹脂を使用することができる。

実施例
いくつかの実施形態では、冷水パイプ２１７は、その上領域が、その下領域の十分な可撓性を可能にしながら、スパーに剛性に固着され得るように構築された非均一セクションである。

図２４は、約２，５００フィート長であり、内径２１フィートおよび可変外径を有し、異なるセクションに分割される、例示的冷水パイプ２１７を示す。示されるように、冷水パイプ２１７は、３つの異なるセクション（例えば、上セクション２１７ａ、中央セクション２１７ｂ、および下セクション２１７ｃ）を含む。これらのセクション２１７ａ−２１７ｃはそれぞれ、一意の幾何学形状、機能、および内部設計を有する。冷水パイプセクション２１７ａ−２１７ｃは、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、合成発泡体、およびステンレス鋼等の種々の材料から形成される。

図２５に示されるように、上セクション２１７ａは、上側部分（例えば、スパーインターフェイスセクション）８５１と、下側部分８５３とを有する。スパーインターフェイスセクション８５１は、スパーと第２のセクション２１７ｂとの間の構造遷移として機能する。示されるように、スパーインターフェイスセクション８５１は、冷水パイプ２１７の取り付けの間、スパーの中に引き込まれるとき、容易な捕捉のために傾斜が付けられ、ガイドとして作用し、冷水パイプ２１７とスパーとの間の隙間を最大限にする（接触および可能性として考えられる損傷を最小限にする）。傾斜設計はまた、隙間を最大限にし、接触および損傷の可能性を減少（例えば、最小限）にすることによって、プラットフォームスパーからの冷水パイプ２１７の取り外しの間、役立つ。

スパーインターフェイスセクション８５１は、係合インターフェイスを含み、スパーが、冷水パイプ２１７を保持することを可能にする。係合特徴は、スパーの対応する係合インターフェイスによって保持するために、挿入孔８５７をその中に有する、噛合板８５５を含む。以下に論じられるように、噛合板８５５は、スパーインターフェイスセクション８５１の外表面の周りに配列され、プラットフォームスパーの係合インターフェイス内に搭載された対応する板に均等に接触するように搭載される。プラットフォームスパーへの冷水パイプ２１７の取り付けの間、スパープラットフォーム内の係合部材（例えば、ボールロック）は、噛合板８５５内の挿入孔８５７の中に挿入され、冷水パイプ２１７を動作のための定位置に固着させる。

図２６に示されるように、冷水パイプ２１７の上部は、複合材料（例えば、ＦＲＰ）から構築され、内側ステンレス鋼フレーム構造を有する。上セクション２１７ａの上縁は、円周方向強度を冷水パイプ２１７に提供する、ステンレス鋼噛合リング８５９を有する。噛合リング８５９はまた、冷水パイプ２１７が、スパーに取り付けられると、平坦表面としての役割も果たすが、しかしながら、噛合リング８５９は、典型的には、プラットフォームスパーの平坦噛合表面に接触しない。噛合リング８５９とスパーの平坦噛合表面との間の空間は、典型的には、ガスケット材料で充填され、シール（例えば、水密シール）を形成する。

面板８６１が、スパーインターフェイスセクション８５１の内表面および外表面の周りに配列され、噛合リング８５９に固着（例えば、溶接）される。スパーインターフェイスセクション８５１の内表面の周りの面板８６１は、外表面に沿って配列される面板８６１に接続（例えば、ボルト留め）される。内側および外側面板８６１を相互に締結することは、噛合リング８５９と上セクション２１７ａのＦＲＰ部分との間の接続継合部に強度を追加する。面板８６１は、典型的には、内側および外側面板８６１のボルト接続が、冷水パイプ２１７から外向きに突出しないように、皿穴を含む。面板８６１は、金属材料から作製される。いくつかの実施形態では、面板８６１は、スパーインターフェイスセクション８５１の内表面および外表面の周りに配列される。

複数のテンションビーム８６３が、上セクション２１７ａの略垂直距離全体に沿って延び、若干の角撓曲を可能にしながら、引張強度を提供する。テンションビーム８６３は、上セクション２１７ａの内表面と外表面とのおおよそ間のＦＲＰ内に位置付けられ、内側面板と外側面板８６１との間にボルト留めされる。テンションビーム８６３は、金属材料から作製される。

ボルトを使用した締結に加え、ステンレス鋼構成要素（例えば、噛合リング８５９、面板８６１、およびテンションビーム８６３）は、接着剤でＦＲＰに固着される。

噛合リング８５９および面板８６１の下側において、噛合板８５５は、スパーインターフェイスセクション８５１の外表面の周りに配列される。図２７に示されるように、噛合リング８５９に溶接される外側面板８６１と同様に、噛合板８５５は、スパーインターフェイスセクション８５１の内表面の周りに配列される、一式の面板８６１に締結（例えば、ボルト留め）される。いくつかの実施形態では、スパーインターフェイスセクション８５１は、その外表面の周りに均等に配列された噛合板を含む。各噛合板８５５は、金属材料から作製される。対応するボールロックが、挿入孔８５７の中に挿入されると、噛合板８５５は、引張荷重を支持することができる。

噛合板８５５および面板８６１は、相互に、また、噛合板８５５と面板８６１との間のＦＲＰ部分内に位置付けられる、テンションビーム８６３とにボルト留めされる。噛合板８５５をＦＲＰ部分、テンションビーム８６３、および面板８６１に締結することは、スパーの噛合インターフェイスによって保持されるとき、上セクション２１７ａが、冷水パイプ２１７の浮遊重量を支持し得るように、スパーインターフェイスセクション８５１を補強する。噛合リング８５９および上面板８６１を固着させることと同様に、他のステンレス鋼構成要素（例えば、噛合板８５５および面板８６１）も、接着剤でＦＲＰに固着される。

図２５に戻って参照すると、上セクション２１７ａの下側部分８５３は、仮想ヒンジセクション８６５と、中央セクション２１７ｂに係合するための固定インターフェイス８６７とを含む。そのテーパ状設計のため、仮想ヒンジセクション８６５は、構造遷移を提供し、スパーおよび冷水パイプ２１７の剛性接続間の歪み緩和として作用し、冷水パイプ２１７のわずかな角運動を可能にする。中央セクション２１７ｂの可撓性のため、以下に論じられるように、仮想ヒンジ８６５内の偏り量は、典型的には、中央セクション２１７ｂのものより小さい。例えば、仮想ヒンジは、１〜２移動度を可能にすることができる。

図２８に示されるように、上セクション２１７ａの下端近傍の固定インターフェイス８６７は、上および中央セクション２１７ａ、２１７ｂ間に構造接続インターフェイスを提供する。第１のセクション２１７ａの上端と同様に、面板８６１は、固定インターフェイス８６７の内表面および外表面の周りに配列され、ともに締結（例えば、ボルト留め）される。内側および外側面板８６１は、ともに、また、テンションビーム８６３の下端にも締結され、したがって、テンションビーム８６３は、引張強度を上セクション２１７ａに提供することができる。面板８６１は、内側および外側面板８６１のボルト接続が、冷水パイプ２１７から外向きに突出しないように、皿穴を含むことができる。

固定インターフェイス８６７は、テンションビーム８６３と内側および外側面板８６１との間に、中央セクション２１７ｂの対応するタブ特徴８７１を受け取る陥凹部分８６９を含む。ある場合には、陥凹部分８６９は、テンションビーム８６３と面板８６１との間のＦＲＰの一部を除去（例えば、機械加工）させることによって形成される。

図２９は、複数（例えば、約７０）のパイプ−リング区画８７３を含む、中央セクション２１７ｂを示す。各パイプ−リング区画８７３は、複数（例えば、約１８）のステーブ８７５から作製される、円柱である。ステーブ８７５は、標準的ＩＳＯ４０フィートコンテナ内に嵌合し得るように、典型的には、約３５フィート長である。各ステーブ８７５は、複合材（例えば、ＦＲＰ）外側外板および発泡体充填内部から構築され、強固な弾性構造をもたらす。

図３０および３１に示されるように、ステーブ８７５は、その長手方向縁８７６および端縁８７８に沿って継合されるように設計される。長手方向縁８７６は、溝８７７を含み、１つのステーブの溝８７７は、隣接するステーブのタブ８７９に継合されることができる。ステーブ８７５は、上縁および底縁の両方に端縁（例えば、「ビスケットポケット」）８８１を含み、挿入体（例えば、「ビスケット」）８８３が、両溝８８１の中に挿入され、ボルトおよび接着剤を使用して、ステーブ８７５に締結される。代替として、ビスケット８８３は、ステーブ８７５の固定された延在部として形成されることができる。

いったん隣接するステーブ８７５が継合されると、樹脂接着剤が、樹脂挿入チャネル８８５を通して注入され、ステーブ８７５の縁を結合する。ステーブ８７５の基部に形成される警告溝が、少量の樹脂接着剤が、樹脂挿入チャネル８８５が樹脂で充填されると、流出することを可能にする。パイプ−リング区画８７３の組立の間、ステーブ８７５は、典型的には、隣接するステーブの端部が、互いから垂直にオフセット（例えば、５フィートだけオフセット）されるように交互にされる。

図２９に戻って参照すると、補強バンド８８７が、中央セクション２１７ｂの周りに適用され（例えば、連続的に、または、間隔を空けて）、中央セクション２１７ｂおよび２つの隣接するパイプ−リング区画８７３間の継合部を円周方向に補強する。例えば、中央セクション２１７ｂは、５フィート間隔において、ＦＲＰ補強バンド８８７で巻かれることができる。中央セクション２１７ａの上端および底端では、ステーブ８７５は、隣接する上および下セクション２１７ａ、２１７ｃを継合するように均等にトリミングされる。代替として、ステーブ８７５のいくつかは、より短いまたはより長い長さに事前製造されることができ、したがって、縁に沿った付加的トリミングは、不必要である。

図２８に戻って参照すると、中央セクション２１７ｂの上縁は、固定インターフェイスの陥凹部分８６９の中に挿入するためにサイズ決定および構成される、上向きに延びるタブ特徴８７１を含む。示されるように、上および中央セクション２１７ａ、２１７ｂが継合されると、ボルトは、上側部分２１７ａの内側および外側面板８６１をタブ特徴８７１に、ある場合には、また、テンションビーム８６３にも締結する。

下セクション２１７ｃ（例えば、基部）は、冷水パイプ２１７の冷水入口としての役割を果たす。図３２に示されるように、下セクション２１７ｃは、ベルマウス８８９と、バラストウウェイト８９１と、バラストウウェイト８９１をベルマウス８８９に接続する、ネット構造８９３とを含む。ネット構造８９３は、互いから離間される、ベルマウス８８９の周りに配列された複数のケーブルによって形成され、大型海洋生物および他の物体が、ベルマウス８８９および冷水パイプ２１７に進入することを防止する。

ネット構造８９３のための搭載場所に加え、バラストウウェイト８９１は、冷水パイプ２１７を略垂直配向に維持するのに役立つ下向き力を提供する。本明細書に説明されるように構築される冷水パイプの場合、バラストウウェイト８９１が、典型的には、使用される。

第１のセクション２１７ａと同様に、ベルマウス８８９およびクランプウェイト８９１は、ＦＲＰから作製され、ステンレス鋼構造構成要素を有する。下セクション２１７ｃは、中央セクション２１７ｂを第１のセクション２１７ａに接続するために使用される、固定インターフェイス継合部に類似する固定インターフェイス継合部を使用して、中央セクション２１７ｂに取り付けられる（図２８に示される）。

熱交換システム
図３、３Ａ、ならびに１９および２０は、複数の多段熱交換器４２０がスパー４１０の周辺に配設される、本説明されるシステムおよび方法の実装を図示する。熱交換器４２０は、ＯＴＥＣ熱機関で使用される蒸発器または凝縮器となり得る。熱交換の周辺レイアウトは、ＯＴＥＣスパープラットフォームの蒸発器部分３４４または凝縮器部分３４８とともに利用することができる。周辺配設は、任意の数の熱交換器（例えば、１つの熱交換器、２個〜８個の間の熱交換器、８〜１６個の熱交換器、１６〜３２個の熱交換器、または３２個以上の熱交換器）を支持することができる。１つ以上の熱交換器は、ＯＴＥＣスパー４１０の単一のデッキの上または複数のデッキの上（例えば、２、３、４、５、または６個上のデッキの上）で周辺に配設することができる。１つ以上の熱交換器は、２つの熱交換器が相互上で垂直に整合させられないように、２つ以上のデッキの間で周辺にオフセットすることができる。１つ以上の熱交換器は、１つのデッキの中の熱交換器が別の隣接デッキ上の熱交換器と垂直に整合させられるように、周辺に配設することができる。

個々の熱交換器４２０は、多段熱交換システム（例えば、２、３、４、５、または６個以上の熱交換システム）を備えることができる。実施形態では、個々の熱交換器４２０は、熱交換器を通る温かい海水流、冷たい海水流、および作動流体流の最小の圧力損失を提供するように構築される、キャビネット熱交換器となり得る。

図２１を参照すると、キャビネット熱交換器５２０の実施形態は、複数の熱交換段階５２１、５２２、５２３、および５２４を含む。実装では、積層熱交換器は、第１の蒸発器段階５２１から、第２の蒸発器段階５２２へ、第３の蒸発器段階５２３へ、第４の蒸発器段階５２４へ、キャビネットを通って下方に流れる温かい海水を収容する。積層熱交換キャビネットの別の実施形態では、冷たい海水が、第１の凝縮器段階５３１から、第２の凝縮器段階５３２へ、第３の凝縮器段階５３３へ、第４の凝縮器段階５３４へ、キャビネットを通って上方に流れ、作動流体が、作動流体供給導管５３８および作動流体排出導管５３９を通って流れる。実施形態では、作動流体導管５３８および５３９は、温かい海水または冷たい海水の垂直流と比較して、水平に各熱交換器に進入し、そこから退出する。キャビネット熱交換器５２０の垂直多段熱交換設計は、統合船（例えば、スパー）および熱交換器設計を促進し、熱交換器段階の間で配管を相互接続するための要件を除去し、熱交換器システムの圧力降下の事実上全てが熱伝達表面上で起こることを確実にする。

１つの側面では、熱伝達表面は、表面形状、処理、および間隔を使用して最適化することができる。アルミニウムの合金等の材料選択は、従来のチタン基礎設計と比べて優れた経済的性能を提供する。熱伝達表面は、１０００系列、３０００系列、または５０００系列アルミニウム合金を備えることができる。熱伝達表面は、チタンおよびチタン合金を備えることができる。

多段熱交換器キャビネットは、ＯＴＥＣ熱エンジンの比較的低い利用可能な温度差以内の海水から作動流体への最大エネルギー伝達を可能にすることが分かっている。任意のＯＴＥＣ発電所の熱力学効率は、作動流体の温度が海水の温度にどれだけ近く接近するかの関数である。熱伝達の物理学は、作動流体の温度が海水の温度に接近するにつれて、エネルギーを伝達するために必要とされる面積が増加することを決定付ける。表面積の増加を相殺するために、海水の速度を増加させることにより、熱伝達係数を増加させることができる。しかし、これは、送出に必要とされる電量を多大に増加させ、それにより、ＯＴＥＣ発電所への寄生電気負荷を増加させる。

図２２Ａを参照すると、温かい水面海水を使用して、作動流体が熱交換器の中で沸騰させられる、従来のＯＴＥＣサイクルである。この従来のランキンサイクルにおける流体特性は、出て行く作動流体を、出て行く温かい海水の温度の約３°Ｆ以下に限定する、沸騰過程によって制約される。同様に、サイクルの凝縮側は、出て行く冷たい海水の温度よりわずか２°Ｆ高いことに限定される。作動流体の合計の利用可能な温度降下は、約１２°Ｆ（６８°Ｆから５６°Ｆの間）である。

連鎖多段ＯＴＥＣサイクルは、作動流体温度が海水の温度により密接に合致することを可能にすることが分かっている。この温度差の増加は、ＯＴＥＣ熱エンジンと関連するタービンによって行うことができる作業の量を増加させる。

図２２Ｂを参照すると、連鎖多段ＯＴＥＣサイクルの側面は、利用可能な作動流体温度降下を拡張するために、複数の沸騰および凝縮するステップを使用する。各ステップは、独立した熱交換器、または図５のキャビネット熱交換器５２０の中の専用熱交換器段階を必要とする。図６ｂの連鎖多段ＯＴＥＣサイクルは、海水および作動流体の期待圧送負荷とのタービンの出力の合致を可能にする。この高度に最適化された設計は、専用およびカスタマイズされたタービンを必要とする。

図２２Ｃを参照すると、図２２Ｂの連鎖配設の熱力学的効率または最適化を保持しながら、同一の機器（例えば、タービン、発電機、ポンプ）の使用を促進する、ハイブリッドであるが依然として最適化された連鎖ＯＴＥＣサイクルが示されている。図２２Ｃのハイブリッド連鎖サイクルでは、作動流体の利用可能な温度差は、約１８°Ｆから約２２°Ｆに及ぶ。この狭い範囲は、熱エンジンの中のタービンが同一の性能使用を有することを可能にし、それにより、建設および運用費用を削減する。

システム性能および電力出力は、ＯＴＥＣ発電所でハイブリッド連鎖サイクルを使用して多大に増加させられる。表Ａは、図２２Ａの従来のサイクルの性能を図２２Ｃのハイブリッド連鎖サイクルの性能と比較する。

４段ハイブリッド連鎖熱交換サイクルを利用することにより、流体間で伝達される必要があるエネルギーの量を低減する。これは次に、必要とされる熱交換表面の量を低減する働きをする。

熱交換器の性能は、流体間の利用可能な温度差、ならびに熱交換器の表面における熱伝達係数の影響を受ける。熱伝達係数は、概して、熱伝達表面を横断する流体の速度とともに変化する。より高い流体速度は、より高いポンプ能力を必要とし、それにより、発電所の正味効率を低減する。ハイブリッド連鎖多段熱交換システムは、より低い流体速度およびより優れた発電所効率を促進する。積層ハイブリッド連鎖熱交換設計はまた、熱交換器を通して、より低い圧力降下も促進する。そして、垂直発電所設計は、システム全体にわたって、より低い圧力降下を促進する。

図２２Ｄは、１００ＭＷを電力網に送達する合計のＯＴＥＣ発電所の発電への熱交換器圧力降下の影響を図示する。熱交換器を通した圧力降下を最小化することは、ＯＴＥＣ発電所の性能を多大に増進させる。圧力降下は、統合船またはプラットフォーム・熱交換器システムを提供することによって低減され、海水導管は、船の構造部材を形成し、連続して１つの熱交換器段階から別の段階への海水流を可能にする。船の中への取水口から、ポンプを通り、熱交換キャビネットを通り、次に、連続して各熱交換段階を通り、最終的には発電所から排出する方向に最小の変化を伴う、ほぼ直線の海水流が、最小の圧力降下を可能にする。

実施例
本説明されるシステムおよび方法の側面は、熱帯および亜熱帯地方の表面水と深海洋水との間の温度差を使用して電気を産生する、統合多段ＯＴＥＣ発電所を提供する。側面は、導管または流路として海上船またはプラットフォームの構造を使用することによって、海水用の従来の配管を排除する。代替として、温および冷海水配管は、垂直または他の構造支持を船またはプラットフォームに提供するのに十分なサイズおよび強度の導管またはパイプを使用することができる。これらの統合海水導管セクションまたは通路は、船の構造部材としての機能を果たし、それによって、付加的な鋼鉄の要求を低減する。統合海水通路の一部として、多段キャビネット熱交換器は、外部水ノズルまたは配管接続を必要とすることなく、作業流体蒸発の複数の段階を提供する。統合多段ＯＴＥＣ発電所は、温かい海水および冷たい海水が自然な方向に流れることを可能にする。温かい海水は、海洋のより冷たい区域の中へ放出される前に冷却されるため、船を通って下向きに流れる。同様に、海洋の深部からの冷たい海水は、海洋のより温かい区域の中へ放出される前に加温されるため、船を通って上向きに流れる。この配設は、海水流方向の変化の必要性および関連圧力損失を回避する。配設はまた、必要とされる送出エネルギーも低減する。

多段キャビネット熱交換器は、ハイブリッド連鎖ＯＴＥＣサイクルの使用を可能にする。これらの熱交換器のスタックは、適宜に作動流体を沸騰または凝縮させるように、連蔵してそれらを通過する海水を有する、複数の熱交換器段階またはセクションを備える。蒸発器セクションでは、温かい海水は、第１段を通過し、そこで、海水が冷却されるにつれて作動流体のうちのいくらかを沸騰させて取り除く。次いで、温かい海水は、次の熱交換器段階の中へスタックを下方に流れ、わずかにより低い圧力温度の付加的な作動流体を沸騰させて取り除く。これは、スタック全体を通して連続的に起こる。キャビネット熱交換器の各段階またはセクションは、電気を生成する専用タービンに作動流体蒸気を供給する。蒸発器段階のそれぞれは、タービンの排気孔において対応する凝縮器段階を有する。冷たい海水は、逆の順序で蒸発器まで凝縮器スタックを通過する。

図２３を参照すると、ハイブリッド連鎖熱交換サイクルを利用する例示的な多段ＯＴＥＣ熱エンジン７１０が提供される。温かい海水は、温水ポンプ７１２を介して、温海水取水口（図示せず）から送出され、約１，３６０，０００ｇｐｍおよび約７９°Ｆの温度でポンプから排出する。温水取水口から温水ポンプまで、および温水ポンプから積層熱交換器キャビネットまでの温水導管の全体または複数部分は、船の統合構造部材を形成することができる。

次いで、温水ポンプ７１２から、温かい海水が第１段蒸発器７１４に進入し、そこで第１の作動流体を沸騰させる。温水は、約７６．８°Ｆの温度で第１段蒸発器７１４から退出し、第２段蒸発器７１５へと下方に流れる。

温水は、約７６．８°Ｆで第２段蒸発器７１５に進入し、そこで第２の作動流体を沸騰させ、約７４．５°Ｆの温度で第２段蒸発器７１５から退出する。

温水は、第２段蒸発器７１５から第３段蒸発器７１６へと下方に流れ、約７４．５°Ｆの温度で進入し、そこで第３の作動流体を沸騰させる。温水は、約７２．３°Ｆの温度で第３段蒸発器７１６から退出する。

次いで、温水は、第３段蒸発器７１６から第４段蒸発器７１７へと可能に流れ、約７２．３°Ｆの温度で進入し、そこで第４の作動流体を沸騰させる。温水は、約７０．１°Ｆの温度で第４段蒸発器７１７から退出し、次いで、船から排出する。示されていないが、排出は、温かい海水の排出温度とほぼ同じ温度、またはその温度の海洋深度における温度層に方向付けることができる。代替として、多段蒸発器を収納する発電所の部分は、温水が適切な海洋温度層に排出されるように、構造内のある深さに位置することができる。側面では、第４段蒸発器から船の温水排出口までの温水導管は、船の構造部材を備えることができる。

同様に、冷たい海水は、冷海水ポンプ７２２を介して冷海水取水口（図示せず）から送出され、約８５５，００３ｇｐｍおよび約４０．０°Ｆの温度でポンプから排出する。冷たい海水は、約２７００から４２００ｆｔ以上の間の海洋深度から引かれる。船の冷水取水口から冷水ポンプへ、および冷水ポンプから第１段凝縮器へ冷たい海水を運ぶ冷水導管は、その全体で、または部分的に船の構造部材を備えることができる。

冷海水ポンプ７２２から、冷たい海水は、第１段凝縮器７２４に進入し、そこで第４段ボイラ７１７からの第４の作動流体を凝縮する。冷たい海水は、約４３．５°Ｆの温度で第１段凝縮器に進入し、第２段凝縮器７２５まで流れる。

冷たい海水は、約４３．５°Ｆで第２段凝縮器７２５に進入し、そこで第３段蒸発器７１６からの第３の作動流体を凝縮する。冷たい海水は、約４６．９°Ｆの温度で第２段凝縮器７２５に進入し、第３段凝縮器まで流れる。

冷たい海水は、約４６．９°Ｆの温度で第３段凝縮器７２６に進入し、そこで第２段蒸発器７１５からの第２の作動流体を凝縮する。冷たい海水は、約５０．４°Ｆの温度で第３段凝縮器７２６から退出する。

次いで、冷たい海水は、第３段凝縮器７２６から第４段凝縮器７２７まで流れ、約５０．４°Ｆの温度で進入する。第４段凝縮器では、冷たい海水は、第１段蒸発器７１４からの第１の作動流体を凝縮する。次いで、冷たい海水は、約５４．０°Ｆの温度で第４段凝縮器から退出し、最終的に船から排出する。冷たい海水の排出は、冷たい海水の排出温度とほぼ同じ温度、またはその温度の海洋深度における温度層に方向付けることができる。代替として、多段蒸発器を収納する発電所の部分は、冷たい海水が適切な海洋温度層に排出されるように、構造内のある深さに位置することができる。

第１の作動流体は、５６．７°Ｆの温度で第１段蒸発器７１４に進入し、そこで７４．７°Ｆの温度を伴う蒸気まで加熱される。次いで、第１の作動流体は、第１のタービン７３１へ、次いで、第４段凝縮器７２７へ流れ、そこで第１の作動流体は、約５６．５°Ｆの温度を伴う液体まで凝縮される。次いで、液体の第１の作動流体は、第１の作動流体ポンプ７４１を介して第１段蒸発器７１４に戻される。

第２の作動流体は、約５３．０°Ｆの温度で第２段蒸発器７１５に進入し、そこで蒸気まで加熱される。第２の作動流体は、約７２．４°Ｆの温度で第２段蒸発器７１５から退出する。次いで、第２の作動流体は、第２のタービン７３２へ、次いで、第３段凝縮器７２６へと流れる。第２の作動流体は、約５３．０°Ｆの温度で第３の段凝縮器から退出し、作動流体ポンプ７４２へと流れ、ポンプは次に、第２の作動流体を第２段蒸発器７１５に戻す。

第３の作動流体は、約４９．５°Ｆの温度で第３段蒸発器７１６に進入し、そこで蒸気まで加熱され、約７０．２°Ｆの温度で第３段蒸発器７１６から退出する。次いで、第３の作動流体は、第３のタービン７３３へ、次いで、第２段凝縮器７２５へと流れ、そこで第３の作動流体は、約４９．５°Ｆの温度で流体に凝縮される。第３の作動流体は、第２段凝縮器７２５から退出し、第３の作動流体ポンプ７４３を介して第３段蒸発器７１６に戻される。

第４の作動流体は、約４６．０°Ｆの温度で第４段蒸発器７１７に進入し、そこで蒸気まで加熱される。第４の作動流体は、約６８．０°Ｆの温度で第４段蒸発器７１７から退出し、第４のタービン７３４へと流れる。第４の作動流体は、第４のタービン７３４から退出し、第１段凝縮器７２４へと流れ、そこで約４６．０°Ｆの温度を伴う液体まで凝縮される。第４の作動流体は、第１段凝縮器７２４から退出し、第４の作動流体ポンプ７４４を介して第４段蒸発器７１７に戻される。

第１のタービン７３１および第４のタービン７３４は、第１の発電機７５１を協働して駆動し、第１のタービン発電機ペア７６１を形成する。第１のタービン発電機ペアは、約２５ＭＷの電力を産生する。

第２のタービン７３２および第３のタービン７３３は、第２の発電機７５２を協働して駆動し、第２のタービン発電機ペア７６２を形成する。第２のタービン発電機ペア７６２は、約２５ＭＷの電力を産生する。

図７の４段ハイブリッド連鎖熱交換サイクルは、最大量のエネルギーが、温かい海水と冷たい海水との間の比較的低い温度差から抽出されることを可能にする。また、全ての熱交換器は、同じ構成要素のタービンおよび発電機を使用して電気を産生する、タービン発電機ペアを直接支持する。

複数の多段ハイブリッド連鎖熱交換器およびタービン発電機ペアを、船またはプラットフォーム設計に組む込むことができると理解されるであろう。

実施例
オフショアＯＴＥＣスパープラットフォームは、４つの別個の電力モジュールを含み、それぞれが定格設計条件で約２５ＭＷの正味電力を産生する。各電力モジュールは、異なる圧力および温度レベルで動作し、４つの異なる段階で海水系から熱を取り入れる、４つの別個の電力サイクルまたは連鎖熱力学的段階を備える。４つの異なる段階は、連続して動作する。定格設計条件（全負荷・夏条件）での４つの段階のおよその圧力および温度レベルは、以下の通りである。

作動流体は、温かい海水（ＷＳＷ）から熱を取り入れることによって複数の蒸発器の中で沸騰させられる。飽和蒸気が、蒸気セパレータの中で分離され、ＳＴＤスケジュールの継ぎ目のない炭素鋼パイプによってアンモニアタービンに導かれる。凝縮器の中で凝縮された液体は、２ｘ１００％電気モータ駆動型低速給水ポンプによって蒸発器に戻される。サイクル１および４のタービンは、共通の発電機を駆動する。同様に、サイクル２および３のタービンは、別の共通の発電機を駆動する。１つの側面では、各発電所モジュールでは２つの発電機、１００ＭＷの発電所では合計８つがある。蒸発器への給水は、蒸気セパレータの中でレベルを維持するように、給水制御弁によって制御される。凝縮器レベルは、サイクル流体構成制御弁によって制御される。給水ポンプの最小流量が、給水ライン上の流量計によって調節される制御弁を通して凝縮器に導かれる再循環ラインによって確保される。

動作中、モジュールの４つの電力サイクルが独立して動作する。サイクルのうちのいずれかは、例えば、故障の場合に、または保守のために、必要であれば、他のサイクルの動作を妨げることなく動作停止することができる。しかし、それは、モジュール全体としての電力モジュールの正味発電を低減する。

本説明されるシステムおよび方法の側面は、大量の海水を必要とする。それぞれ、送出機器、水管路、配管、弁、熱交換器などを伴う、冷たい海水および温かい海水を取り扱うための別個のシステムがある。海水は、淡水よりも腐食性であり、それと接触する場合がある全ての材料は、これを考慮して慎重に選択される必要がある。海水システムの主要な構成要素を構築するための材料は、以下となる。
大孔配管：ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）
大型海水管路およびチャンバ：エポキシ被覆炭素鋼
大孔弁：ゴム裏地付きのバタフライ型
ポンプインペラ：好適なブロンズ合金

好適な手段によって制御されない限り、海水システムの内側の生体成長は、発電所性能の有意な損失を引き起こし得て、かつ発電所からのより低い出力につながる、熱伝達表面の汚染を引き起こし得る。この内部成長はまた、水流に対する抵抗を増加させ、さらなるポンプ能力要求、より低いシステム流量等を引き起こし、より過酷な場合では、流路の完全閉塞さえも引き起こし得る。

深海から引き込まれる水を使用する冷海水（「ＣＳＷ」）システムには、生物付着の問題がほとんどないか、または全くないべきである。これらの深度での水は、多くの日光を受容せず、酸素が不足しているため、その中ではより少ない生物がいる。しかしながら、いくつかの種類の嫌気性細菌が、いくつかの条件下で成長することが可能であってもよい。生物付着に対抗するために、塩素化衝撃が使用される。

水面付近からの温かい海水を取り扱う温海水（「ＷＳＷ」）システムは、生物付着から保護されなければならない。汚染率は、沿岸水よりもＯＴＥＣ運用に好適な熱帯外洋水ではるかに低いことが分かっている。結果として、環境的に容認可能となる非常に低い用量で、ＯＴＥＣシステムの中の生物付着を制御するために、化学剤を使用することができる。小量の塩素の投与は、海水中の生物付着に対抗するのに非常に効果的であることが証明されている。１日１時間で約７０ｐｐｂの割合での塩素の用量が、海洋生物の成長を防止するのに極めて効果的である。この用量率は、ＥＰＡによって規定された環境的安全レベルの１／２０にすぎない。塩素耐性生物を取り除くために、時々、低用量処理の計画の間に、他の種類の処理（熱衝撃、塩素化衝撃、他の殺生物剤等）を使用することができる。

海水流に投与するための必要な塩素は、海水の電解によってプラント船上の船内で生成される。この種類の電気塩素化プラントは、市販されており、投与に使用される次亜塩素酸塩溶液を産生するために成功裏に使用されてきた。電気塩素化プラントは、貯蔵タンクを充填するように連続的に動作することができ、これらのタンクの内容物は、上記で説明される周期的投与に使用される。

全ての海水導管は、沈殿物が堆積することができる、または生物が定着してコロニーを開始することができる、あらゆるデッドポケットを回避する。そこに収集される場合がある堆積物を吹き飛ばすように、流水配設が水管路の低い点から提供される。管路および水チャンバの高い点は、閉じ込められたガスが漏出することを可能にするように通気孔をつけられる。

冷海水（ＣＳＷ）システムは、プラント船用の共通深海水取水口、水送出／分配システム、関連水配管を伴う凝縮器、および水を海に戻すための排出管路から成る。冷水取水パイプは、２７００ｆｔ以上（例えば、２７００ｆｔから４２００ｆｔの間）の深さまで下方に延び、そこで海水温度は、ほぼ一定の４０°Ｆである。パイプへの入口は、大型生物がその中へ吸い込まれることを阻止するようにスクリーンによって保護される。パイプに進入した後、冷水は、海面に向かって上方に流れ、船またはスパーの底付近の冷水ウェルチャンバに送達される。

ＣＳＷ供給ポンプ、分配管路、凝縮器等は、発電所の最低レベルに位置する。ポンプは、交差管路から吸い込み、冷水を分配管路システムに送る。４ｘ２５％ＣＳＷ供給ポンプが、各モジュールに提供される。各ポンプは、必要な時に、点検、保守等のために隔離し、開くことができるように、入口弁を用いて、独立して循環させられる。ポンプは、高効率電気モータによって駆動される。

冷たい海水は、連続してサイクルの凝縮器を通って流れ、次いで、ＣＳＷ流出が海に戻して排出される。ＣＳＷは、必要な順序で、連続して４つの発電所サイクルの凝縮器の熱交換器を通って流れる。凝縮器の設置は、必要な時に、それらが清掃および保守のために隔離され、開かれることを可能にするように配設される。

ＷＳＷシステムは、海面より下側に位置する水中取水グリルと、入ってくる水をポンプに伝えるための取水プレナムと、水ポンプと、熱伝達表面の汚染を制御する殺生物剤投与システム、懸濁物質による閉塞を防止する水漉システム、関連水配管を伴う蒸発器、および水を海に戻すための排出管路とを備える。

取水グリルは、海面付近から温水を引き込むように、発電所モジュールの外壁に提供される。取水グリルにおける前面速度は、海洋生物の引き込みを最小化するように、０．５ｆｔ／ｓｅｃ未満に保たれる。これらのグリルはまた、大型浮遊破片の進入も防止し、それらの障害物のない開口部は、ポンプおよび熱交換器を安全に通過することができる固体の最大サイズに基づく。これらのグリルを通過した後、水は、グリルの後ろに位置する取水プレナムに進入し、ＷＳＷ供給ポンプの吸引に送られる。

ＷＳＷポンプは、ポンプフロアの反対側に２つのグループで位置する。各グループ用の取水プレナムからの別個の吸引接続を伴って、ポンプの半分が両側に位置する。この配設は、取水プレナムの任意の部分を通る最大流速を全流量の約１／１６に限定するため、取水システムにおける摩擦損失を低減する。ポンプのそれぞれは、必要な時に、点検、保守等のために隔離し、開くことができるように、入口側に弁が提供される。ポンプは、ポンプ出力を負荷に合致させるように、可変周波数駆動を有する高効率電気モータによって駆動される。

ＷＳＷシステム、特にその熱伝達表面の生物付着を制御することが必要であり、このために、好適な殺生物剤がポンプの吸引時に投与される。

温水流は、熱交換器の中の狭い通路を封鎖し得る、より大型の懸濁粒子を除去するために、漉される必要があってもよい。大型自動フィルタまたは「破片フィルタ」を、必要であればこのために使用することができる。懸濁物質は、スクリーン上で保持し、次いで、逆洗によって除去することができる。懸濁固体を運ぶ逆洗流出物は、海に戻される発電所の排出流に送られる。このための正確な要件は、海水の質に関するより多くのデータの収集後、設計のさらなる開発中に決定されるであろう。

漉された温かい海水（ＷＳＷ）は、蒸発器の熱交換器に分配される。ＷＳＷは、必要な順序で、連続して４つの発電所サイクルの凝縮器の熱交換器を通って流れる。最後のサイクルからのＷＳＷ流出は、海面より約１７５フィート以上下側の深度で排出される。次いで、それは、海水の温度（したがって密度）が流出の温度に合致する深さまでゆっくりと沈む。

本明細書の実施形態は、連続オフセットステーブ冷水パイプを介して冷水を引く、浮遊式海上船またはプラットフォームの中の多段熱交換器を説明してきたが、他の実施形態も、説明されるシステムおよび方法の範囲内であることが理解されるであろう。例えば、冷水パイプは、沿岸施設に接続することができる。連続オフセットステーブパイプは、有意な長さ対直径比を有する、他の取水または放出パイプに使用することができる。オフセットステーブ構造は、従来のセクション化されたパイプ構造で使用するためにパイプセクションに組み込むことができる。多段熱交換器および統合流路は、陸地を基地とするＯＴＥＣ施設を含む、陸地を基地とする施設に組み込むことができる。また、温水は、温かい淡水、地熱で加熱された水、または工業排水（例えば、原子力発電所または他の工場からの放出された冷却水）となり得る。冷水は、冷たい淡水となり得る。本明細書で説明されるＯＴＥＣシステムおよび構成要素は、電気エネルギー産生に、または塩水の脱塩、浄水、深海水再生、水産養殖、バイオマスまたは生物燃料の産生、およびさらに他の産業を含む、他の使用分野で使用することができる。

本明細書で記述される全ての参考文献は、それらの全体で参照することにより組み込まれる。

他の実施形態が、以下の請求項の範囲内である。

Claims (35)

1. 海洋熱エネルギー変換発電所であって、前記海洋熱エネルギー変換発電所は、
   船舶と、
   前記船舶に取り付けられた冷水パイプであって、前記冷水パイプは、
   前記船舶と接触している係合部分と、前記係合部分から固定インターフェイスに延びる仮想ヒンジとを伴うインターフェイスセクションと、
   前記固定インターフェイスに係合し、前記インターフェイスセクションから懸架された中央セクションと、
   前記中央セクションから懸架された取水セクションと
   を備える、冷水パイプと
   を備える、海洋熱エネルギー変換発電所。
2. 前記仮想ヒンジは、前記係合部分に隣接する第１の直径から前記固定インターフェイスに隣接するより小さい第２の直径までテーパ状である、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
3. 前記インターフェイスセクションの前記係合部分は、前記仮想ヒンジに隣接する第１の直径から、前記船舶と接触する前記インターフェイスセクションの端部におけるより小さい第２の直径までテーパ状である、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
4. 前記仮想ヒンジは、最大２度の偏りを提供するように構成される、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
5. 前記冷水パイプは、２，０００〜３，０００フィート長であり、内径１５〜２５フィートを有する、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
6. 前記係合部分は、前記船舶上の係合部材を受け取るようにサイズ決定された挿入孔との噛合板を含む、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
7. 前記噛合板は、前記スパーインターフェイスセクションの外表面の周りに配列される、請求項６に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
8. 前記船舶は、噛合板と整列させられた受け取り板を備える、請求項７に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
9. 前記係合部材は、前記船舶内にボールロックを備え、前記ボールロックは、前記噛合板における前記挿入孔の中に挿入されることにより、前記冷水パイプを動作のための定位置に固着させる、請求項６に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
10. 前記インターフェイスセクションは、複合材料（例えば、ＦＲＰ）を備え、内側ステンレス鋼フレーム構造を有する、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
11. 前記インターフェイスセクションの上縁は、ステンレス鋼噛合リングを有する、請求項１０に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
12. 噛合板は、前記インターフェイスセクションの内表面および外表面の周りに配列され、前記噛合リングに固着（例えば、溶接）される、請求項１１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
13. 前記インターフェイスセクションの前記内表面の周りの面板は、前記外表面に沿って配列される面板に接続（例えば、ボルト留め）される、請求項１２に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
14. 前記インターフェイスセクションは、前記インターフェイスセクションの垂直距離全体の半分を上回る距離に沿って延びる複数のテンションビームを備えることにより、若干の角撓曲を可能にしながら引張強度を提供する、請求項１２に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
15. 前記テンションビームは、前記インターフェイスセクションの前記内表面と前記外表面とのおおよそ間に位置付けられ、前記内側面板と前記外側面板との間にボルト留めされる、請求項１４に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
16. 前記固定インターフェイスはまた、前記固定インターフェイスの前記内表面および前記外表面の周りに配列されて前記テンションビームの下端と一緒に締結（例えば、ボルト留め）された面板を備える、請求項１４に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
17. 前記固定インターフェイスは、前記テンションビームと前記内側面板および前記外側面板との間に陥凹部分を含むことにより、前記冷水パイプの前記中央セクションの対応するタブ特徴を受け取る、請求項１６に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
18. 前記中央セクションは、複数（例えば、５０〜９０、５５超、６０超、６５超、７０超、８５未満、８０未満、７５未満、７０未満）のパイプ−リング区画を含む、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
19. 各パイプ−リング区画は、複数（例えば、約１８）のステーブから作製された円柱である、請求項１８に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
20. 各ステーブは、複合材（例えば、ＦＲＰ）外側外板および発泡体充填内部から構築される、請求項１９に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
21. 前記中央セクションの周りに（例えば、連続的に、または、間隔を空けて）適用される補強バンドを備える、請求項１８に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
22. 前記中央セクションは、５フィート間隔でＦＲＰ補強バンドを用いて巻かれる、請求項２１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
23. 前記取水セクションは、ベルマウス、バラストウウェイト、および、前記バラストウウェイトと前記ベルマウスとを接続するネット構造を含む、請求項１に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
24. 前記ネット構造は、互いから離間された、前記ベルマウスの周りに配列された複数のケーブルを備えることにより、大型の海洋生物および他の物体が前記ベルマウスおよび前記冷水パイプに進入することを防止する、請求項２３に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
25. 前記ベルマウスおよびクランプウェイトは、ＦＲＰから作製され、ステンレス鋼構造構成要素を有する、請求項２３に記載の海洋熱エネルギー変換発電所。
26. 水中垂直パイプを浮遊式構造に接続する方法であって、前記方法は、
    リフティングおよび保持ケーブルを冷水パイプの上側部分に接続することであって、前記冷水パイプの上側部分は、テーパ状接続表面を有するリフティングカラーを備える、ことと、
    前記リフティングおよび保持ケーブルを使用して、スパー受け取りベイの中へ前記冷水パイプを引くことであって、前記受け取りベイは、前記冷水パイプの上側部分を受け取るためのテーパ状表面と、接触パッドとを備える、ことと、
    前記冷水パイプの前記テーパ状接続表面と、前記受け取りベイの前記接触パッドとを密閉可能に接触させることと、
    前記リフティングケーブルを機械的に固定することにより、前記接続表面と前記接触パッドとの間の前記密閉可能な接触を維持することと
    を含む、方法。
27. 水中パイプ接続アセンブリであって、前記水中パイプ接続アセンブリは、
    リフティングデバイス、リフティングケーブル、第１のテーパ状接続表面、および、接触パッドを有する下側部分を備える接続構造と、
    垂直パイプであって、前記垂直パイプは、
    第２のテーパ状接続表面とリフティングアイとを有するリフティングカラーを備える第１の長手方向部分と、
    前記第１の部分の下方の第２の長手方向部分であって、前記第２の部分は、前記第１の部分よりも可撓性である、第２の長手方向部分と
    を備える、垂直パイプと
    備える、水中パイプ接続アセンブリ。
28. 前記第２の長手方向部分の下方の第３の長手方向部分をさらに備え、前記第３の部分は、前記第２の部分よりも可撓性がない、請求項２７に記載の水中パイプ接続アセンブリ。
29. 前記第２のテーパ状接続表面は、水密シールを形成するように前記第１のテーパ状接続表面の前記接触パッドと接触している、請求項２７に記載の水中パイプ接続アセンブリ。
30. 前記アセンブリは、ＯＴＥＣシステムの一部である、請求項２７に記載の水中パイプ接続アセンブリ。
31. 水中垂直パイプ接続であって、前記水中垂直パイプ接続は、
    垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造であって、前記受け取りベイは、第１の直径を有する、浮遊式構造と、
    前記パイプ受け取りベイに挿入するための垂直パイプであって、前記垂直パイプは、前記パイプ受け取りベイの前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、垂直パイプと、
    軸受表面と、
    前記軸受表面とともに動作可能な１つ以上の移動止めであって、前記移動止めは、前記軸受表面と接触しているときに前記第１の直径または前記第２の直径とは異なる直径を画定する、移動止めと
    を備える、水中垂直パイプ接続。
32. 水中垂直パイプを浮遊式プラットフォームに接続する方法であって、前記方法は、
    垂直パイプ受け取りベイを有する浮遊式構造を提供することであって、前記パイプ受け取りベイは、第１の直径を有する、ことと、
    前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する上端部分を有する垂直パイプを提供することと、
    前記垂直パイプの前記上端部分を前記受け取りベイに挿入することと、
    前記垂直パイプを支持するための軸受表面を提供することと、
    １つ以上の移動止めが前記第１の直径または前記第２の直径とは異なる直径を有するように、前記１つ以上の移動止めを延ばすことと、
    前記１つ以上の移動止めと前記軸受表面とを接触させることにより、前記浮遊式構造から前記垂直パイプを懸架することと
    を含む、方法。
33. パイプであって、前記パイプは、
    外表面と、上端と、底端とを有する細長い管状構造を備え、前記管状構造は、
    複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を備え、各ステーブ区画は、上側部分および底部分を有し、前記第２のステーブ区画の前記上側部分は、前記第１のステーブ区画の前記上側部分からオフセットされる、
    パイプ。
34. 各ステーブ区画は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、強化ポリマーモルタル（ＲＰＭＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリブチレン（ＰＢ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエステル、繊維強化ポリエステル、ナイロン強化ポリエステル、ビニルエステル、繊維強化ビニルエステル、ナイロン強化ビニルエステル、コンクリート、セラミック、または、それらのうちの１つ以上の複合材料を含む、請求項３３に記載のパイプ。
35. ＯＴＥＣ発電所における使用のための冷水パイプを形成する方法であって、前記方法は、
    複数の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を形成することと、
    前記第２のステーブ区画が前記第１のステーブ区画からオフセットされるように、交互の第１のステーブ区画および第２のステーブ区画を接着結合することにより、連続的な細長い管を形成することと
    を含む、方法。

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