JP4683854B2

JP4683854B2 - 深層水汲み上げ装置

Info

Publication number: JP4683854B2
Application number: JP2004111206A
Authority: JP
Inventors: 宏彰宮部; 日出雄小林; 誠功荻原; 一之大内
Original assignee: Ouchi Ocean Consultant Inc
Current assignee: Ouchi Ocean Consultant Inc
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2024-04-05
Also published as: JP2005291464A

Description

本発明は、部材同士を互いに接続する継手を使用した深層水汲み上げ装置に係り、特に、各部材に設けられた開口部同士を互いに接続する継手を使用した深層水汲み上げ装置に関する。

従来、互いが僅かに芯ずれしている（変位している）管同士、たとえば、各管の延伸方向が僅かに異なっており、または、各管の延伸方向の中心軸の位置が僅かに異なっている（せん断方向のずれがある）管同士や、振動する管同士（互いの相対的な位置関係が時刻の経過と共に変化する管同士）を、流体を通すために接続する管継手として、筒状の金属性ベローズを用いた管継手（たとえば、非特許文献１参照）や、伸縮可撓性を有したＰＴＦＥフィルムと無機繊維クロスとからなる筒状の膜体で構成され肉厚が上記管材の肉厚とほぼ同じ肉厚に形成されている管継手（たとえば特許文献１参照）や、ボールジョイントを用いた構成の管継手が知られている。
"株式会社東京螺旋管製作所のホームページ"、［平成１６年２月１８日検索インターネット］、＜ＵＲＬ： http://www.tf.technoholdings.co.jp/trs/sentei.html＞登録実用新案第３０５７６９７号公報

ところで、上記従来の各管継手（継手）は、主に陸上に設置されている管同士を接続するためのものであり、互いの芯ずれの量が少ない場合、たとえば、各管の延伸方向が数度だけずれている場合や各管のせん断方向のずれが数十ミリメートルである場合において、各管同士を接続することができる。

しかし、各管の延伸方向が十数度異なっている場合や、各管のせん断方向のずれが数百ミリメートルになっている場合、上記従来の各管継手をそのまま使用することは困難である。このような大きなずれは、上記各管を海洋等に設置した場合特に発生しやすいものである。

また、上記各管を海洋等に設置すると、上記管に波等による外力が加わり、上記管同士の変位量（大きな芯ずれ量）が、周期的に大きく変化する場合もある。

そこで、従来の管継手の管路を長くして、互いが大きく変位している管同士を接続する方法が考えられる。たとえば、金属性ベローズを用いたものやＰＴＦＥフィルムを用いたものでは管継手を各管の延伸方向に長くして継手の管路を長くし、また、ボールジョイントを用いたものでは、複数のボールジョイントを各管の延伸方向に直列接続して継手の管路を長くする方法が考えられる。

しかし、上述した管継手の管路を長くする方法では、管継手が長くなると共に、管同士を接続するために長いスペースが必要になる。また、上記管の径が大きくなると管継手の剛性が高くなり継手が撓みにくくなるので、管継手の可撓性を確保するために、大径の管継手ほどこの長さを長くする必要がある。

さらに、ボールジョイントを用いたものでは、このボールジョイント部を製作するために精度の高い加工が必要になると共に、複数のボールジョイントを直列につなげることになるので複数のボールジョイントが必要になり、管継手の製造コストが上昇する。

また、管継手が長くなると、管継手に外乱（外力）が加わることにより、管継手が大きく変形して管継手の流路の断面積が大きく変化し、管継手の流路の断面積が小さくなることがあり、管継手の内部を流れる流体の流路が狭くなり、管継手内部における流体の圧力損失が大きくなって管継手内を流体が流れにくくなり、流体を移送するために大きなエネルギーが必要になる。

このような管継手の大きな変形を抑制して管継手の形状をできるだけ維持するために、補強部材（補強リンク）等を管継手に別途設置することも考えられるが、このように別途部材を設置することで、管継手の構成が煩雑になる。

なお、長くした管継手に外力が加わることによる管継手の大きな変形は、上述したように、接続することが必要な管同士が海洋に設置されていると特に顕著に発生する。すなわち、海面の波や海中の潮の流れ等によって、管同士の相対的な位置関係が時刻の経過と共に大きく変化し、また、海中の潮の流れ等によって、管に渦励振による振動が発生し、この振動によって管継手が変形するからである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、短い接続距離でも自由度の高い接続をすることを簡素な構成で容易に実現することができる継手およびこの継手を使用した深層水汲み上げ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る深層水汲み上げ装置は、深層水を汲み上げる深層水汲み上げ装置において、前記深層水を吸入する吸入孔を有し、海に浮かぶ本体部と、前記深層水を前記吸入孔で汲み上げるために、前記本体部の下部近傍に上端部側が位置し、下端部側が下方側へ海中に延びて設けられた取水管と、前記取水管を前記本体部から吊り下げて支持する吊り下げ支持部材と、前記取水管の上端の開口部から前記本体部の吸入孔へ深層水を流すための流体経路を形成すると共に、可撓性で筒状の流体経路形成部材と、を備え、前記吸入孔と略同じ内径の第１の貫通孔が形成され、前記本体部と前記流体経路形成部材とを連結する第１の連結部材と、前記取水管の上端の開口部と略同じ内径の第２の貫通孔が形成され、前記取水管と前記流体経路形成部材とを連結する第２の連結部材と、を含み、前記第１の連結部材は、前記吸入孔より大径の第１のフランジ部と、前記第１のフランジ部の外周面に設けられ、上側に突出した第１の円筒状部と、を有し、前記第２の連結部材は、前記取水管の上端の開口部より大径の第２のフランジ部と、前記第２のフランジ部の外周面に設けられ、下側に突出した第２の円筒状部と、を有し、前記流体経路形成部材は、一端側の内周面と前記第１の円筒状部の外周面とが当接し、他端側の内周面と前記第２の円筒状部の外周面とが当接し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部との間で径方向に変形可能に連結され、前記本体部の吸入孔で深層水を吸引することによって前記流体経路形成部材の流体経路を深層水が流れ、前記流体経路形成部材が内側に窄まった状態における最も窄まっている部位の内径が、前記吸入孔の内径または前記取水管の内径と略同じ内径になることを特徴とする。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記第１の連結部材における第1の円筒状部の外周面の下端と、前記第２の連結部材における第２の円筒状部の外周面の上端とは、略円弧状に面取りされていることが好ましい。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記流体経路形成部材は、一端部を前記第１の円筒状部側へ折り返して形成した第１の折り返し部と、他端部を前記第２の円筒状部側へ折り返して形成した第２の折り返し部と、を有し、前記第１の折り返し部は、前記第１の円筒状部より長く折り返され、折り返された端が前記第１の円筒状部の下端より下側に位置し、前記第２の折り返し部は、前記第２の円筒状部より長く折り返され、折り返された端が前記第２の円筒状部の上端より上側に位置していることが好ましい。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記第１の折り返し部を覆う円筒状の第１のカバー部材と、前記第２の折り返し部を覆う円筒状の第２のカバー部材と、を備え、前記第１の折り返し部は、前記第１の円筒状部と前記第１のカバー部材とにより挟持され、前記第２の折り返し部は、前記第２の円筒状部と前記第２のカバー部材とにより挟持されることが好ましい。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記第１の折り返し部は、内側に挿入されたリング状の第１の補強部材を有し、前記第２の折り返し部は、内側に挿入されたリング状の第２の補強部材を有し、前記第１の折り返し部は、前記第１の補強部材を前記第１の円筒状部及び前記第１のカバー部材より上側へ突出させて挟持され、前記第２の折り返し部は、前記第２の補強部材を前記第２の円筒状部及び前記第２のカバー部材より下側へ突出させて挟持されることが好ましい。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記流体経路形成部材は、塩ビをラミネートしたポリアレート繊維で形成されていることが好ましい。

本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記吸入孔の内径と、前記取水管の内径とは、略同じ内径であることが好ましい。また、本発明に係る深層水汲み上げ装置において、前記吊り下げ支持部材は、前記本体部に上端部側が接続され、前記取水管の上端部またはこの上端部近傍に下端部側が接続される鎖、ワイヤーまたは中折れロッドで構成されていることが好ましい。

本発明によれば、短い接続距離でも自由度の高い接続をすることを簡素な構成で容易に実現することができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
図1は、本発明の第１の実施形態に係る継手１が使用されている深層水汲み上げ装置の一形態である海水肥沃化装置３の概略構成を示す正面図であり、図２は、海水肥沃化装置３の平面図であり、図１におけるＩＩ矢視を示す図である。

図３は、海水肥沃化装置３の側面図であり、図１におけるＩＩＩ矢視を示す図である。

海水肥沃化装置３は、海洋に設置して使用されるものであり本体部５を備えている。この本体部５は、上下方向の上部側が所定の厚さでたとえば正八角形状に形成されていると共に上下方向の下部側が所定の厚さでたとえば上記上部側の八角形状よりも小さい正八角形状に形成されている。

上記本体部５の上側には所定の高さの管塔部７が立設され、上記本体部５の下側には、下端部側が下方向に長く延びた深層水取水管（ライザー管）９が継手１を介して取り付けられ、海水肥沃化装置３の全体の外形はいわゆるコマ（下側の心棒が長いコマ）のような形状に形成されている。

なお、上記海水肥沃化装置３には、バラストタンク（図示せず）が設けられている。そして、上記バラストタンクへの注排水による浮力の調整により、浮力が最も大きい場合には本体部５の上面が海水面上所定の高さになるように上記海水肥沃化装置３が海に浮かび、浮力が最も小さい場合には、管塔部７の上部側を残して他の部分が海水中に沈むように上記海水肥沃化装置３が海に浮かぶようになっている。

また、上記海水肥沃化装置３は、通常の運転状態では最も浮力が小さい状態で使用され、保守点検する場合においては浮力が最も大きくなるように設定される。

上記本体部５の内部にはポンプ（図示せず）が設置されており、通常の運転状態で上記ポンプを運転させ、上記管塔部７を介して取り入れた表層水と上記ライザー管９を介して汲み上げた栄養塩を含む深層水とを混合・温度調節して、上記本体部５の周囲側方に放流拡散し、人工的な湧昇流を形成し、そこに新たな漁場を創出するものである。

ここで、上記継手１について詳しく説明する。

図４は、継手１の概略構成を示す断面図であり、図１におけるＩＶ部を拡大した図である。また、図５は、図４におけるＶ部の拡大図である。

継手１は、深層水（深海の海水）を吸入するための円形状の吸入孔１１を備えた本体部５と、管状部材の例であるライザー管９とを互いに接続するための継手である。

上記本体部５の下側には、平面状の部位５Ａが設けられており、この平面状部位５Ａの中央部には、円筒状の部位５Ｂが一体的に設けられ、この円筒状部位５Ｂの内側に上記吸入孔１１が形成されている。また、上記吸入孔１１の内径Ｄ３と上記ライザー管９の内径Ｄ５とはほぼ同じになっている。さらに、波等のない静かな液中に海水肥沃化装置３を浮かべ鉛直方向から眺めた場合、上記吸入孔１１の中心ＣＬ１と上記ライザー管９の中心ＣＬ３とは互いにほぼ一致している。

上記ライザー管９の上端部は、上記本体部５の下部から離れ上記本体部５の下部近傍に位置しており、また、上記ライザー管９は、質量の大きい（たとえば１００ｔ程度）剛性を備えた円管（円筒）状の部材で構成されており、下端部側が下方側（たとえば鉛直下方向）に長く延びている。

上記ライザー管９は、吊り下げ支持部材１３により、上記本体部５から吊り下げられて支持されている。

また、継手１は、上記ライザー管９の上端の開口部から上記本体部５の吸入孔１１へ流体を漏れなく流すための流体経路を形成する流体経路形成部材１５を備えている。

なお、上記本体部５の吸入孔１１を、流体を排出する流体排出孔と考え、この流体排出孔から上記ライザー管９の上端の開口部へ、上記流体経路形成部材１５を用い流体を漏れなく流すようにしてもよい。

すなわち、上記ライザー管９の上端の開口部と、上記本体部５の吸入孔１１との間に、流体経路形成部材１５を用いて流体を漏れなく流すようにしてもよい。

上記流体経路形成部材１５は、上記吊り下げ支持部材１３とは別個の部材で構成され、容易に変形しうるように、すなわち、僅かな外力が加わることによりいずれの方向においても容易に変形するように構成されている。

ここで、上記吊り下げ支持部材１３について詳しく説明する。

上記吊り下げ支持部材１３は、たとえば鎖（チェーン）１７で構成され、この鎖１７の上端部側が上記本体部５に接続され、下端部側が上記ライザー管９の上端部またはこの上端部近傍に接続されている。

より、詳しく説明すると、本体部５の吸入孔１１から離れた平面状部位５Ａには、第１の上側鎖支持部材１９が突出して設けられている。上記第１の上側鎖支持部材１９には、貫通孔１９Ａが設けられており、第１の鎖１７の上端部は上記貫通孔１９Ａに係合して支持されている。

上記ライザー管９の上端部近傍の外周面には、第１の下側鎖支持部材２１が突出して設けられている。上記第１の下側鎖支持部材２１には、貫通孔２１Ａが設けられており、第１の鎖１７の下端部は上記貫通孔２１Ａに係合して支持されている。

また、上記開口部１１やライザー管９の中心（上下方向に延伸している中心軸）ＣＬ１、ＣＬ３に対して、上記第１の鎖１７と上記第１の上側鎖支持部材１９と上記第１の下側鎖支持部材２１とが設けられている側とは反対側には、上記第１の鎖１７、上記第１の上側鎖支持部材１９、上記第１の下側鎖支持部材２１と同様に構成された第２の鎖２３、上記第２の上側鎖支持部材２５、第２の下側鎖支持部材２７が設けられている。

すなわち、上記開口部１１やライザー管９の延伸方向の中心軸ＣＬ１、ＣＬ３と、上記各鎖１７、２３と、上記各上側鎖支持部材１９、２５と、上記各下側鎖支持部材２１、２７とは、ほぼ同一平面（鉛直方向に延伸した平面；図４の紙面）上に存在していることになり、しかも、上記開口部１１やライザー管９の延伸方向の中心軸ＣＬ１、ＣＬ３に対して、上記第１の鎖１７と、上記第２の鎖２３とは線対称になっており、上記第１の鎖１７と上記第２の鎖２３とで「Ｖ」字状の吊り下げ支持部材１３が形成されている。

上述したように、鎖１７、２３で吊り下げられていることにより、上記ライザー管９は落下しないように支えられていると共に、上記ライザー管９の上端部近傍を通過し水平方向に延伸した軸（たとえば、上記第１の下側鎖支持部材２１と第２の下側鎖支持部材２７とを結ぶ直線）を揺動中心として、上記本体部５に対し上記ライザー管９が揺動できるようになっている。

一方、ライザー管９の質量が大きいので、上記本体部５に対し鉛直方向に延びたライザー管９の中心軸ＣＬ３を中心にして上記ライザー管９が回動しにくくなっている。

なお、吊り下げ支持部材１３は２本の鎖１７、２３で構成されているが、３本以上の複数本の鎖を使用してライザー管９を吊り下げてもよく、また、鎖を使用する代わりに、ワイヤーまたは中折れロッド等を採用してもよい。

ここで、中折れロッドについて説明する。

中折れロッドは、長く延びた第１の棒状の部材の一端部に、上記第１の棒状の部材とほぼ同じ方向に長く延びた第２の棒状の部材の一端部が、球面軸受け等を介して揺動自在に係合している。上記第２の棒状の部材の他端部側は、上記第１の棒状部材とは離反する方向に延伸しており、中折れロッド全体としては、棒状に長く形成されていると共に、長手方向の中間部で折れ曲がるようになっている。

そして、上記中折れロッドの上端部（上記第１の部材の他端部）が、上記本体部５の平面状部位５Ａに揺動自在に係合し、上記中折れロッドの下端部（上記第２の部材の他端部）が、上記ライザー管９の上端部またはこの上端部近傍に揺動自在に係合している。このようにして、鎖等でライザー管９を吊り下げている場合とほぼ同様な形態でライザー管９を支持できるものである。なお、上記中折れロッドは、２つの部材で構成してあるが、３つ以上の部材で構成してもよい。

次に、上記流体経路形成部材１５について詳しく説明する。

上記流体経路形成部材１５は、海水等の流体を通過させない薄いシート状の素材で筒状に形成された可撓部材２９で構成され、この可撓部材２９の上端部側が上記本体部５の上記吸入孔１１を囲むように上記本体部５に固定され、下端部側が上記ライザー管９の上端の開口部を囲むように上記ライザー管９に固定されている。

上記シート状の素材は、たとえば、湿引張り強度（海水で湿っているときの引張り強度であって厚さ１ｍｍ幅１０ｍｍに形成されたものの引っ張り強度）が約３９００Ｎ（ニュートン）であり、厚さが１ｍｍ程度である塩ビラミネートポリアレート繊維により、海水等の液体を通さないように形成されている。

また、上記シート状の素材に代えて、上記シート状の素材とほぼ同様の強度を備えた別のシート状の素材（別の材料で構成された素材）を採用してもよい。

さらに詳しく説明すると、上記本体部５の下側に設けられ吸入孔１１を形成している円筒状の部位５Ｂの下部の外周には、上記吸入孔１１と同じ内径の貫通孔（海水を通すための円形の貫通孔）を備えた中空円盤状のフランジ部５Ｃが形成されている。

上記フランジ部５Ｃの下部側には、上記フランジ部５Ｃと同様な形状のフランジ部３１Ａを上部側に備えた第１の連結部材３１が、上記フランジ部３１Ａを介しボルト等の締結部材を用いて一体的に設けられている。

上記第１の連結部材３１の上記フランジ部３１Ａの下部には、所定の長さを備え上記円筒状の部位５Ｂと内径および外径がほぼ等しい円筒状部位３１Ｂが形成されている。したがって、上記吸入孔１１は、上記第１の連結部材３１によって、下方に延長されているといえる。

上記円筒状部位３１Ｂの下部には、上記吸入孔１１と同じ内径の貫通孔（海水を通すための円形の貫通孔）を備えた中空円盤状のフランジ部３１Ｃが形成されている。なお、フランジ部３１Ｃの外径は、上記フランジ部３１Ａの外径よりも大きくなっている。

また、上記フランジ部３１Ｃの外周には、短く形成された円筒状の部位３１Ｄが形成されている。この円筒状部位３１Ｄの内径は、上記フランジ部３１Ｃの外径と同じになっており、上記円筒状部位３１Ｄの上端部は、上記フランジ部３１Ｃの上面よりも所定の距離だけ上に位置し、上記円筒状部位３１Ｄの下端部は、上記フランジ部３１Ｃの下面よりも所定の距離だけ下に位置している。

また、筒状の可撓部材２９の内周の長さは、上記円筒状部位３１Ｄの外周の長さとほぼ同じか僅かに長くなっており、また、上記可撓部材２９の上端部の内周の全周が上記円筒状部位３１Ｄの外周壁の全周に接した状態で、上記可撓部材２９が上記第１の連結部材３１に固定されている。したがって、可撓部材２９の上端部側が上記本体部５の上記吸入孔１１を囲むように上記本体部５に固定されているといえる。

ここで、上記可撓部材２９の上端部の上記第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄへの取り付けについて説明する。

筒状に形成された上記可撓部材２９の上端部には、図５に示すように、下方に所定の長さ（上記第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄの長さよりも僅かに長い長さ）だけ、上記可撓部材２９の素材を折り返したものが形成されている。また、折り返された部位の上端部内側３０には、リング状の補強部材３３が設けられている。

そして、上記第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄの外周を上記可撓部材２９の折り返された部位が覆い、さらに、上記可撓部材２９の折り返された部位の外周を円筒状のカバー部材（上記円筒状部位３１Ｄの外周を覆っている上記可撓部材２９の折り返された部位の外周と、内径がほぼ同じであるカバー部材）３４が覆い、ボルト等の連結部材で、上記可撓部材２９と上記カバー部材３４とが円筒状部位３１Ｄに一体的に固定されている。すなわち、円筒状部位３１Ｄと上記カバー部材３４とで上記可撓部材２９の折り返された部位が挟み込まれ固定されている。

なお、上記第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄと上記可撓部材２９の折り返された部位との間から海水が漏れることを防止するために、円筒状部位３１Ｄと上記可撓部材２９の折り返された部位との間や、上記可撓部材２９の折り返された部位と上記カバー部材３４との間には、シール剤が設けられている。

また、上記可撓部材２９の下側には、上記第１の連結部材３１と同様に構成された第２の連結部材３５が設けられている。この第２の連結部材３５は、上記第１の連結部材３１と同様に、フランジ部３５Ａ（フランジ部３１Ａに相当する部位）と円筒状部位３５Ｂ（円筒状部位３１Ｂに相当する部位）とフランジ部３５Ｃ（フランジ部３１Ｃに相当する部位）と円筒状部３５Ｄ（円筒状部位３１Ｄに相当する部位）とを備えている。なお、上記第１の連結部材３１とは上下が逆になるように設置されている。

そして、上記可撓部材２９の下部側が、上記可撓部材２９の上部側と同様に、円筒状部位３５Ｄに固定されている。

上記ライザー管９の上端部には、上記第２の連結部材３５のフランジ部３５Ａと同様な形状に形成されたフランジ部９Ａが形成されている。

そして、上記フランジ部３５Ａと上記フランジ部９Ａとをボルト等の締結部材を用いて互いに接合することにより、第２の連結部材３５とライザー管９とが互いに連結されている。このように構成されていることによって、ライザー管９の上端の開口部が上方に延長されて、可撓部材２９の下端部側が上記ライザー管９の上端の開口部を囲むように上記ライザー管９に固定されているといえる。

上記各鎖１７、２３で上記ライザー管９を支持し、上記可撓部材２９の内側に形成された流体経路を海水が流れていないとき等、上記流体経路とこの流体経路の外部（流体経路形成部材の外側）との間における海水の圧力がほぼ等しいときには、上記可撓部材２９が弛んでいる。

すなわち、鎖１７、２３で吊られているときの第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄと、第２の連結部材３５の円筒状部位３５Ｄとの間の距離よりも、筒状の可撓部材２９の長さが長く形成され、上記可撓部材２９が弛んでいる。

一方、上記本体部５の吸入孔１１で海水を吸引することによって、上記可撓部材２９の内側に形成された流体経路を海水が流れているときには、上記流体経路内の圧力は、この流体経路の外側の圧力よりも低くなっており、柔軟な部材で構成された上記可撓部材２９は、内側の全面にわたって内側に向かう圧力を受ける。そして、内側に窄まり、鼓状の緊張面形状を形成する。

より詳しく説明すると、図４に二点鎖線で示すように、上記可撓部材２９の長手方向（ライザー管９の中心軸ＣＬ３の延伸方向）に垂直な円形状断面の径が、上記可撓部材２９の上端から下に向かうにしたがって徐々に小さくなり、長手方向の中央部でほぼ最小になり、この中央部から下方に向かうに従って徐々に大きくなっている。

このように、上記可撓部材２９の内側に形成された流体経路を海水が流れている状態においても、上記可撓部材２９でライザー管９を吊り下げているわけではないので、上記可撓部材２９には、この可撓部材２９の内部と外部との圧力差による力しかかかっていない。

したがって、上記可撓部材２９は、上記可撓部材２９の内側と外側との圧力差に耐え得る強度を備えていればよい。上記可撓部材２９を構成するシート状の素材の強度が弱い場合には、上記シート状部材を二重の筒状に形成して上記可撓部材２９を構成してもよい。

なお、すでに理解されるように、本体部５とライザー管９との間の距離（第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄと第２の連結部材３５の円筒状部位３５Ｄとの間の距離）は、上記可撓部材２９の内側に形成された流体経路を海水が流れていてもいなくても変化せずほぼ一定になっている。

また、本体部５とライザー管９との間の距離（第１の連結部材３１の円筒状部位３１Ｄと第２の連結部材３５の円筒状部位３５Ｄとの間の距離）を適宜の距離にすることで、上記本体部５に対するライザー管９の最大の位置ずれ量（変位量）を上記可撓部材２９を用いて吸収することができると共に、本体部５とライザー管９との間の距離を従来の継手を用いた場合よりも短くすることができるようになっている。

次に、継手１を用いてライザー管９が設置された海水肥沃化装置３を、洋上で搬送する場合について説明する。

まず、地上で組み立てられた海水肥沃化装置３（継手１を用いてライザー管９が設置された海水肥沃化装置３）のライザー管９を、図３に二点鎖線で示すように上記継手１の部位で折り曲げ、上記ライザー管９がほぼ水平方向に延伸するようにして、浅い海域（港等）に浮かべる。

なお、水平に延伸している上記ライザー管９の延伸方向の中間部の複数箇所には、図示しない浮きが設けられており、ライザー管９を支持しているものとする。

また、上記水平方向に延伸したライザー管９の延伸方向を、上記各鎖１７、１３が存在している平面に対してほぼ直交する方向にすれば、各鎖１７、１３や可撓部材２９に無理な力をかけることなく、上記ライザー管９を水平方向に延伸させることができる。

ライザー管９が水平方向に延伸している状態で海水肥沃化装置３を深度の深い海域（海水肥沃化装置３を設置する海域）まで曳航し、設置海域に到着後、上記浮きを取り外してライザー管９を下方に延伸させる。

次に、海水肥沃化装置３の運転時に、ライザー管９を介して、海水（深層水）を本体部５の吸入孔１１で吸引している状態について説明する。

上記本体部５に設けられている上記ポンプ（図示せず）を用いて上記吸入孔１１から海水を吸引すると、上記可撓部材２９の内側に形成された流体経路を海水が流れ、上記可撓部材２９の内部の海水の圧力が上記可撓部材２９外部の海水の圧力よりも低くなり、上記可撓部材２９が上述したように内側に窄まり鼓状の内面が形成される。

そして、上記可撓部材２９が内側に窄まった状態における最も窄まっている部位の内径Ｄ１が、上記吸入孔１１の内径Ｄ３、上記ライザー管９の内径Ｄ５とほぼ同じ内径になるように、上記可撓部材２９の寸法を決定する。

次に、洋上の波や海中の潮流によって、本体部５とライザー管９との相対的な位置関係が変化する場合について説明する。

海水肥沃化装置３の設置後、海水肥沃化装置３の本体部５が洋上の波によって揺動しても、すなわち、本体部５の下方に設けられた第１の連結部材３１の平板状のフランジ部３１Ｃの延伸方向が、水平方向と交差するように本体部５が揺動しても、質量が大きく海中に存在していることにより波の影響を受けにくいライザー管９は揺動せず、ほぼ鉛直方向に延伸している。したがって、上記本体部５と上記ライザー管９との間には、時刻の経過と共に変化する相対的な交差角度の変位が生じる。

たとえば、水平方向に対する上記フランジ部３１Ｃの延伸方向の交差角度は、台風等の荒天時に最大約２０°程度になる。

一方、上記ライザー管９は、海中に存在しているので波の影響はほとんど受けないが、海中の潮流で発生するカルマン渦によって、上記ライザー管９に渦励振が発生し、この渦励振により、上記本体部５と上記ライザー管９との間には、時刻の経過と共に素早く変化する相対的な変位が生じる。

そこで、上記波や上記渦励振によって発生する本体部５とライザー管９との間の相対的な変位を、上記各鎖１７、２３と上記可撓部材２９で吸収し、上記本体部５と上記ライザー管９との相対的な位置関係が大きな自由度をもって変化するものである。

継手１によれば、ライザー管９の上端の開口部から本体部５の吸入孔１１へ海水を流すための流体経路を形成している可撓部材２９が、容易に変形しうるように構成されているので、本体部５とライザー管９との接続距離が短くても、自由度の高い接続をすることができる。また、上記ライザー管９の径が大きくても自由度の高い接続をすることができる。

たとえば、本体部５が波により水平面に対して最大２０°傾き、また、本体部５とライザー管９のせん断方向（水平方向）のずれが何らかの要因によりたとえば数百ミリメートルになり、上記ライザー管９が海中の潮流によって渦励振して本体部５とライザー管９との間に大きな変位が生じても、上記可撓部材２９を長くすることなく（ライザー管９上端の開口部と本体部５の吸入孔１１との間の距離を長くすることなく）、ライザー管９の上端の開口部と本体部５の吸入孔１１とを容易に接続することができ、上記可撓部材２９の内部に流体を流すことができる。

さらに、上記本体部５と上記ライザー管９との間の相対的な変位量が大きくなっても、この大きな変位量を継手１で吸収することができ、継手１自体が破損することを防止することができる。

また、上記本体部５を洋上に設置し、上記ライザー管９を海中に設置したことによって、上記本体部５と上記ライザー管９との間の相対的な位置関係が時刻の経過ともに絶えず変化しても、可撓部材２９は容易に変形するので、上記繰り返しの変化によって上記可撓部材２９が破壊するおそれが少なくなっている。

また、上記可撓部材２９の長さが従来の管継手よりも短いので、外力によって上記可撓部材２９が大きく変形することがなく、補強部材を用いなくても、上記可撓部材２９の内部に形成された流路が狭くなることを防止することができる。したがって、補強部材を設けない簡素な構成で、上記可撓部材２９内での圧力損失を小さくすることができる。

さらに、継手１によれば、上記ライザー管９を上記本体部５から吊り下げて支持する吊り下げ支持部材１３を備えているので、上記可撓部材２９によって、上記ライザー管９の重量を支える必要がなく、上記可撓部材２９を上記ライザー管９の重量に耐えるように強固に形成する必要がなく、したがって、上記可撓部材２９ひいては継手１を軽量化することができ、上記継手１を上記本体部５とライザー管９とに設置するときのハンドリングが容易になると共に、上記可撓部材２９を容易に変形可能な構成にすることができる。

また、上記可撓部材２９が容易に変形可能な構成になっていることにより、上記本体部５や上記ライザー管９の取り付け時に上記可撓部材２９を容易に変形させることができ、海水肥沃化装置３を製造しまたは海水肥沃化装置３を保守点検するとき等において、上記可撓部材２９ひいては継手１の取り扱いや保守、交換等の作業が容易になる。

また、上記可撓部材２９が容易に変形し、したがって、上記可撓部材２９の外形が円柱側面形状に形成されていることはないので、上記可撓部材２９のまわりを流れる潮流によってカルマン渦が発生しにくくなり、したがって、上記可撓部材２９における渦励振の発生を抑えることが期待できる。

さらに、吊り下げ支持部材１３でライザー管９を支持しているので、ライザー管９の径が大きくなり、また、ライザー管９の長さが長くなるなどして、ライザー管９の重量が大きくなっても、このライザー管９を支持することが容易になっている。

また、継手１によれば、吊り下げ支持部材１３は、上記本体部５に上端部側が接続され、上記ライザー管９の上端部またはこの上端部近傍に下端部側が接続される鎖、ワイヤー、中折れロッド等で構成されているので、上記ライザー管９の重量を、簡素な構成の部材で支えることができる。

なお、上述したように、ほぼ同一平面上に配置された二本の鎖１７、２３でライザー管９の上端部を吊っているので、上記本体部５に継手１を介してライザー管９を設置した状態で、海水肥沃化装置３を洋上で搬送する場合、ライザー管９が水平方向（上記２本の鎖１７、２３が存在している面とほぼ直交する方向）に延伸するように、折り曲げることが容易になる。

また、上記可撓部材２９がシート状の素材を筒状に形成することによって構成されているので、入手容易な安価な素材で可撓部材２９を構成することができ、継手１の構成が簡素になっていると共に製造コストを低減することができる。

また、上記可撓部材２９がシート状の素材を筒状に形成することによって構成されているので、大径のものであっても容易に製作することができる。

さらに、継手１によれば、上記本体部５の吸入孔１１で海水を吸引することによって上記筒状の可撓部材２９の内側に形成された流体経路を流体が流れ上記可撓部材２９が内側に窄まった状態における最も窄まっている部位の内径Ｄ１が上記吸入孔１１の内径Ｄ３、上記ライザー管９の内径Ｄ５とほぼ同じ内径になるように構成されているので、上記可撓部材２９で海水の流路が、ライザー管９の内径Ｄ５等よりも狭まることがなく、上記可撓部材２９における流体の圧力損失を極力抑えることができる。

[第１の参考例]
図６は、第１の参考例に係る継手１ａの概略構成を示す図である。

第１の参考例に係る継手１ａは、吊り下げ支持部材１３、流体経路形成部材１５の形態が、第１の実施形態に係る継手１とは異なりその他の点は、第１の実施形態に係る継手１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

継手１ａでは吊り下げ支持部材１３として、上下方向に延伸している複数本のワイヤー３７が採用されている。

本体部５の下部に設けられている円筒状部位５Ｂの下端部に設けられているフランジ部５Ｃと、ライザー管９の上端部に設けられているフランジ部（上記フランジ部５Ｃから下方向に離れて設けられているフランジ部）９Ａとの間に、複数本のワイヤー３７が設けられ、この各ワイヤー３７を用いて上記本体部５でライザー管９を吊り下げ支持している。

上記各ワイヤー３７は、上下方向に延伸している。また、円盤状のフランジ部５Ｃの円周方向で所定の間隔をあけて上記各ワイヤー３７の各上端部が上記フランジ部５Ｃに固定されている。また、上記各ワイヤー３７の各下端部も、各上端部と同様に、ライザー管９のフランジ部９Ａに固定されている。

そして、上記各ワイヤー３７で形成される包絡面は円柱側面形状に形成されている。

また、第１の実施形態に係る可撓部材２９と同様に構成された筒状の可撓部材２９ａが、上記本体部５のフランジ部５Ｃと上記ライザー管９のフランジ部９Ａと上記各ワイヤー３７とで囲まれた空間を囲むように設けられている。

すなわち、上記可撓部材２９ａの上端部は、上記本体部５のフランジ部５Ｃの外周の全周を囲むように上記フランジ部５Ｃに一体的に設置されており、上記可撓部材２９ａの下端部も、上端部と同様に、上記ライザー管９のフランジ部９Ａに一体的に設置されている。

なお、上記本体部５と上記ライザー管９とが相対的に変位してもこの変位を吸収可能なように、上記可撓部材２９ａの長さは、上記本体部５のフランジ部５Ｃと上記ライザー管９のフランジ部９Ａとの間の距離よりも長く形成され、各フランジ部５Ｃ、９Ａへ設置した状態において上記可撓部材２９ａは弛んでいる。

上述のように構成されていることにより、本体部５とライザー管９との相対的な大きな変位を吸収できると共に、外部に漏れないようにして海水を吸入孔１１で吸入することができる。

[第２の参考例]
図７は、第２の参考例に係る継手１ｂの概略構成を示す図である。

第２の参考例に係る継手１ｂは、吊り下げ支持部材１３の形態が、第１の参考例に係る継手１ａとは異なりその他の点は、第１の参考例に係る継手１ａとほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、第２の参考例に係る継手１ｂでは、ワイヤー３７の本数を減らし、たとえば、フランジ部５Ｃやフランジ部９Ａの周上をたとえば４等倍したところにワイヤー３７を設け、径が上記フランジ部５Ｃ、９Ａとほぼ等しいリング状の部材３９を、上下方向で間隔をあけて複数設け、これらのリング状部材３９と、上記各ワイヤー３７を接合している点が、第１の参考例に係る継手１ａとは異なる。

なお、上記ワイヤー３７と上記リング状部材３９とで形成される包絡面を囲むように、第１の参考例に係る可撓部材と同様な可撓部材２９ａが設けられている。

また、ワイヤー３７の本数を減らしたことにより、ライザー管９を吊り下げることが困難な場合には、第１の実施形態の場合と同様に、ライザー管９を吊り下げるための鎖等を別途設けてもよい。さらに、ワイヤー３７の本数を減らすことなく、上記リング状部材３９を設けてもよい。

[第３の参考例]
図８は、第３の参考例に係る継手１cの概略構成を示す図である。

第３の参考例に係る継手１ｃは、吊り下げ支持部材１３の形態が、第１の実施形態に係る継手１ａとは異なりその他の点は、第１の参考例に係る継手１ａとほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、第３の参考例に係る継手１ｂでは、ワイヤー３７の代わりに螺旋状（コイルバネ状）に形成された支持部材４１を用いて、ライザー管９を吊り下げている。なお、上記支持部材の外径は、フランジ部５Ｃ、９Ａとほぼ同じになっている。

また、上記支持部材４１の包絡面を囲むように、第１の参考例に係る可撓部材と同様な可撓部材２９ａが設けられている。

なお、支持部材４１により、ライザー管９を吊り下げることが困難な場合には、第１の実施形態の場合と同様に、ライザー管９を吊り下げるための鎖等を別途設けてもよい。

[第４の参考例]
図９は、第４の参考例に係る継手１ｄの概略構成を示す断面図である。

第４の参考例に係る継手１ｄは、流体経路形成部材１５等の形態が、第１の実施形態に係る継手１とは異なりその他の点は、第１の実施形態に係る継手１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、第１の実施形態と同様に構成されている本体部５の筒状部位５Ｂとフランジ部５Ｃの下側には、第１の実施形態の連結部材３１とほぼ同様に構成された連結部材４２（ただし、円筒状部位３１Ｄは設けられていない）が一体的に設けられており、この連結部材４２の下側には、ライザー管９が連結部材４２から離れて設置されており、上記ライザー管９の上端部側には、上端部近傍から上端部に向かうにしたがって徐々に窄まっている部位９Ｂが形成されており、上記部位９Ｂの内壁は、円錐台側面形状に形成されている。上記ライザー管９の上端は、上下方向において、上記連結部材４２の下端部とほぼ同じ高さに位置している。

また、第１の実施形態の可撓部材２９と同様に構成された可撓部材２９ｂの上端部が、上下方向の中間部で上記連結部材４２の全周を囲んで上記連結部材４２に一体的に設けられており、上記可撓部材２９ｂの下端部が、上記ライザー管９の上記窄まり始める箇所よりも僅かに下側で、上記ライザー管９の外周の全周を囲んで上記ライザー管９に一体的に設けられている。

なお、上記可撓部材２９ｂは、上下方向（長さ方向）の中間部において、筒状部位５Ｂやライザー管９の外径よりも大きな外径で形成された連結部材４２のフランジ部４２Ｃ（連結部材４２の下端部に形成されたフランジ部）を内側に包み込んでいる。したがって、上記可撓部材２９ｂの上下方向（長さ方向）の中間部は、上記可撓部材２９ｂの上端や下端より径が大きくなっている。

また、図９では、上記可撓部材２９ｂが僅かに弛んでいる状態が示されているが、上記可撓部材２９ｂの長さを図９に示す状態よりも長くし、また、上記可撓部材２９ｂの上下方向の中間部の径を図９に示す状態よりも大きくし、可撓部材２９ｂが本体部５やライザー管９にさらに弛んだ状態で取り付けられていてもよい。

上述にように構成されていることにより、本体部５とライザー管９との相対的な大きな変位を吸収できると共に、外部に漏れないようにして海水を吸入孔１１で吸入することができる。

[第５の参考例]
図１０は、第５の参考例に係る継手１ｅの概略構成を示す断面図である。

第５の参考例に係る継手１ｅは、流体経路形成部材１５等の形態が、第１の実施形態に係る継手１とは異なりその他の点は、第１の実施形態に係る継手１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、第１の実施形態と同様に構成されている本体部５の筒状部位５Ｂの下側に設けられたフランジ部５Ｃの下側には、連結部材４３が設けられている。この連結部材４３の上側は、第１の実施形態の連結部材３１とほぼ同様に構成されており、上記連結部材４３の下側には、上記連結部材４３の上下方向の中間部から下方向へかうにしたがって徐々に広がっている部位４３Ａが形成されている。そして、上記部位４３Ａの内壁は、円錐台側面形状に形成されている。

また、ライザー管９の上端部には、この上端部近傍から上記上端部に向かうにしたがって徐々に広がっている部位９Ｃが形成されている。ただし、上記部位９Ｃの上下方向の長さは僅かである。さらに、ライザー管９の上端面は、内壁が円錐台側面形状に形成されている部位４３Ａの下面よりも所定の距離だけ上側に位置している。

したがって、上下方向において、本体部５側の上記部位４３Ａとライザー管９の上端部およびこの近傍は互いに重なっており、また、上記部位４３Ａの円錐台側面形状の内壁と、上記ライザー管９の上端部近傍の円柱側面形状の外壁との間には、リング状の空間ＳＰ１が形成されている。

上記リング状の空間にOリング状に形成され外力に対して容易に変形しうる部材を設けて、本体部５の部位５Ｄとライザー管９との間から海水が外部に漏れることを防止すると共に、本体部５とライザー管９との相対的な大きな変位を吸収するようになっている。

[第２の実施形態]
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る継手１ｆの概略構成を示す断面図である。

第２の実施形態に係る継手１ｆは、第１の実施形態に係る可撓部材２９の上下方向の中間部に、リング状の部材４５を設けた点が、第１の実施形態に係る継手１とは異なりその他の点は、第１の実施形態に係る継手１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

すなわち、継手１ｆでは、リング状部材４５を、上下方向で所定の間隔をあけて、上記可撓部材２９に複数設けてある。

なお、上記リング状の部材４５の外壁と筒状の上記可撓部材２９の内壁とが互いに接触し、上記リング状の部材４５が上記可撓部材２９に一体的に設けられている。また、上記リング状の部材４５と上記可撓部材２９との固定は、第１の実施形態で可撓部材２９の上端部を第２の連結部材３５の円筒状部位３５Ｄに固定した場合と同様に行われている。

上述のように構成したことにより、可撓部材２９がリング状の部材４５で支持されているので、可撓部材２９の内部を海水が流れることによって上記可撓部材２９が内側に窄まっても、上記可撓部材２９の窄まった内径が第１の実施形態の場合より小さくなることはない。したがって、本体部５側の円筒状部位５Ｄやライザー管９の円筒状部位３５Ｄの外径や可撓部材２９の内径を第１の実施形態に係るものより小さくしても、十分な大きさの流路を確保することができる。

ところで、上記各実施形態では、ライザー管９と本体部５とを連結する場合について説明したが、ライザー管等の部材同士を互いに連結する場合にも、上記各実施形態を適用することができる。

すなわち、上記各実施形態に係る継手を、流体を吸入しまたは吐出する第１の開口部を備えた第１の部材と、この第１の部材の下部から離れて上記第１の部材の下部近傍に位置し、流体を吸入しまたは吐出する第２の開口部を備えた第２の部材とを互いに接続するための継手であって、上記第２の部材を上記第１の部材から吊り下げて支持する吊り下げ支持部材と、上記第１の開口部と上記第２の開口部との間で流体を流すための流体経路を形成すると共に、容易に変形しうるように構成された流体経路形成部材とを有する継手とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る継手が使用されている海水肥沃化装置の概略構成を示す正面図である。海水肥沃化装置の平面図であり、図１におけるＩＩ矢視を示す図である。海水肥沃化装置の側面図であり、図１におけるＩＩＩ矢視を示す図である。継手の概略構成を示す断面図であり、図１におけるＩＶ部を拡大した図である。図４におけるＶ部の拡大図である。第１の参考例に係る継手の概略構成を示す図である。第２の参考例に係る継手の概略構成を示す図である。第３の参考例に係る継手の概略構成を示す図である。第４の参考例に係る継手の概略構成を示す断面図である。第５の参考例に係る継手の概略構成を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る継手の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１継手
３海水肥沃化装置
５本体部
９ライザー管
１１吸入孔
１３支持部材
１５流体経路形成部材
１７、２３鎖
２９可撓部材
Ｄ１可撓部材の最も窄まっている部位の内径
Ｄ３吸入孔の内径
Ｄ５ライザー管の内径

Claims

深層水を汲み上げる深層水汲み上げ装置において、
前記深層水を吸入する吸入孔を有し、海に浮かぶ本体部と、
前記深層水を前記吸入孔で汲み上げるために、前記本体部の下部近傍に上端部側が位置し、下端部側が下方側へ海中に延びて設けられた取水管と、
前記取水管を前記本体部から吊り下げて支持する吊り下げ支持部材と、
前記取水管の上端の開口部から前記本体部の吸入孔へ深層水を流すための流体経路を形成すると共に、可撓性で筒状の流体経路形成部材と、
を備え、
前記吸入孔と略同じ内径の第１の貫通孔が形成され、前記本体部と前記流体経路形成部材とを連結する第１の連結部材と、
前記取水管の上端の開口部と略同じ内径の第２の貫通孔が形成され、前記取水管と前記流体経路形成部材とを連結する第２の連結部材と、
を含み、
前記第１の連結部材は、前記吸入孔より大径の第１のフランジ部と、前記第１のフランジ部の外周面に設けられ、上側に突出した第１の円筒状部と、を有し、
前記第２の連結部材は、前記取水管の上端の開口部より大径の第２のフランジ部と、前記第２のフランジ部の外周面に設けられ、下側に突出した第２の円筒状部と、を有し、
前記流体経路形成部材は、一端側の内周面と前記第１の円筒状部の外周面とが当接し、他端側の内周面と前記第２の円筒状部の外周面とが当接し、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部との間で径方向に変形可能に連結され、
前記本体部の吸入孔で深層水を吸引することによって前記流体経路形成部材の流体経路を深層水が流れ、前記流体経路形成部材が内側に窄まった状態における最も窄まっている部位の内径が、前記吸入孔の内径または前記取水管の内径と略同じ内径になることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項１に記載の深層水汲み上げ装置において、
前記第１の連結部材における第1の円筒状部の外周面の下端と、前記第２の連結部材における第２の円筒状部の外周面の上端とは、略円弧状に面取りされていることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項１または２に記載の深層水汲み上げ装置において、
前記流体経路形成部材は、一端部を前記第１の円筒状部側へ折り返して形成した第１の折り返し部と、他端部を前記第２の円筒状部側へ折り返して形成した第２の折り返し部と、を有し、
前記第１の折り返し部は、前記第１の円筒状部より長く折り返され、折り返された端が前記第１の円筒状部の下端より下側に位置し、
前記第２の折り返し部は、前記第２の円筒状部より長く折り返され、折り返された端が前記第２の円筒状部の上端より上側に位置していることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項３に記載の深層水汲み上げ装置において、
前記第１の折り返し部を覆う円筒状の第１のカバー部材と、
前記第２の折り返し部を覆う円筒状の第２のカバー部材と、
を備え、
前記第１の折り返し部は、前記第１の円筒状部と前記第１のカバー部材とにより挟持され、
前記第２の折り返し部は、前記第２の円筒状部と前記第２のカバー部材とにより挟持されることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項４に記載の深層水汲み上げ装置において、
前記第１の折り返し部は、内側に挿入されたリング状の第１の補強部材を有し、
前記第２の折り返し部は、内側に挿入されたリング状の第２の補強部材を有し、
前記第１の折り返し部は、前記第１の補強部材を前記第１の円筒状部及び前記第１のカバー部材より上側へ突出させて挟持され、
前記第２の折り返し部は、前記第２の補強部材を前記第２の円筒状部及び前記第２のカバー部材より下側へ突出させて挟持されることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項１から５のいずれか１つに記載の深層水汲み上げ装置において、
前記流体経路形成部材は、塩ビをラミネートしたポリアレート繊維で形成されていることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項１から６のいずれか１つに記載の深層水汲み上げ装置において、
前記吸入孔の内径と、前記取水管の内径とは、略同じ内径であることを特徴とする深層水汲み上げ装置。
請求項１から７のいずれか１つに記載の深層水汲み上げ装置において、
前記吊り下げ支持部材は、前記本体部に上端部側が接続され、前記取水管の上端部またはこの上端部近傍に下端部側が接続される鎖、ワイヤーまたは中折れロッドで構成されていることを特徴とする深層水汲み上げ装置。