JP5731632B2 - 深層水汲み上げ用の剛性パイプを製造するためのプラント - Google Patents

Description

本発明は、海洋電気エネルギ生成プラントのための深層水汲み上げ用の剛性パイプを製造するためのプラントに関する。このパイプは、海洋熱エネルギからの海洋電気エネルギ生成のために使用される。

このタイプのエネルギ生成設備は、一般に、表層水及び深層水の温度差から電気エネルギを生成するための手段が設置されているプラットフォームを具備する。前記プラットフォームは、又深海から冷水を汲み上げるためのパイプを形成する手段に結合されている。

このようなＯＴＥ（Ocean Thermal Energy:海洋熱エネルギ）設備の動作原理は、自然に存在する表層水及び深層水の間の温度差を、熱機械を動作させるために利用することからなる。

熱力学の法則によれば満足な効率を得るためには、例えばこのようなＯＴＥ設備の実施は２０℃より大きな温度差のときのみ正当化される。

例えば、典型的に水は水面で２５℃及び１０００ｍの深さで５℃の温度であってよい。

このことは、例えば熱帯地域のような特定の地域にこのような設備の利用を限定することが考えられる。

温水が水面から汲み上げられる一方、冷水はプラットフォームに結合した吸引パイプラインを形成する手段を介して大深度から汲み上げされなければいけない。

ＯＴＥに基づいたエネルギ生成設備を開発する種々の試みが既になされている。

例えば、１９３０年代にジョージ・クロードによる複数の取り組みがなされた。

勿論、それ以降他の技師達も試みを行った。

しかしながら、これらの試みの大多数は、種々の問題及び特に直面する環境条件におけるこれらの設備の一部の要素の機械的強度の問題により失敗に終わった。

実際に、これらの設備が配置されうる地理的地域では、特に気象条件は比較的強い海流、嵐などに直面する可能性があり、設備の一部部品の劣化又は破損さえも引き起こすことが知られている。

他の問題は、深層水を汲み上げるための剛性パイプの製造の間に生じる。

現実には連結手段を使用して共に結合された切片の形のパイプを製造することは既に提案されている。

しかし、これは特にこのような構造の複雑さとコストの観点から、いくらかの欠点を有する。

他の解決方法は地上でパイプを製造して利用場所にパイプを持っていくことからなる。

このようなパイプ用の取扱操作は、パイプが数十又はそれどころか何百ｍ長となる可能性があり非常に冗長なものとなる。

仏国特許出願公開第２，１０３，４３９号明細書に記載されたように、所謂「ＤＲＯＳＴＨＯＬＭ」マンドレル技術を実施する連続パイプ製造技術を使用することが提案されていることも知られている。このようなマンドレルは、基本的に、フィラメント巻回ウエブ（filamentary winding webs）を配置するために円筒表面を形成するため螺旋状に進む無限環状の細長支持片を具備して、無限環状の細長支持片はマンドレル内部を通ってマンドレル下部から上昇してその上部で更新される。

しかしながらこの細長片構造は、この出願で考慮されている特に半径が大きなパイプの製造には適していない。

仏国特許出願公開第２，１０３，４３９号明細書

従って本発明の目的は、これらの問題を解決することである。

このため本発明は、海洋熱エネルギ設備のための深層水を汲み上げる剛性パイプを製造するプラントに関し、浮遊プラットフォームを含み、前記浮遊プラットフォームに連続製造手段がパイプの垂直軸線上に設置されて樹脂の部分的な架橋のために巻回マンドレル周りに樹脂が含浸されたファイバウエブを巻回する第１ステージを具備する。巻回マンドレルはプレートの形のモジュール要素により形成され、ウエブ用に巻回表面を形成するように、プレートの形のモジュール要素が、螺旋状に移動してマンドレル上部で更新する細長片を形成するように共に結合される。

本願発明の他の実施態様によれば、深層水汲み上げ用剛性パイプの製造用プラントは、次の１以上の特徴を具備する：
各モジュールはプレートの形をとる、
前記プラントは又、
前記樹脂が完全に架橋する第２ステージと、
前記パイプ上に機能部材を装着する第３ステージと、
このように製造された前記パイプを検査する第４ステージと、
前記パイプを案内する第５ステージと、を具備する。
前記パイプは、前記水中に前記パイプ下部を案内して運ぶ第５のステージの案内手段と協働して作動するのに適した螺旋形外側リブを含み、
製造されたパイプを太陽放射から保護する手段は、前記プラットフォーム及び前記水の間に設けられ、
前記保護手段は、キャンバスシートを具備し、及び、
前記樹脂が完全に架橋する第２ステージは、前記パイプを加熱する手段を含む。

本発明は、単に例として提供されて添付図面を参照してなされる、次の説明を参照してより理解されるであろう。

図１は、本発明によるプラントを製造する構造及び動作を示すブロック図を示す。 図２は、本発明によるプラントにより具備されたマンドレルの構造及び動作を示す図である。

図１は、海洋熱エネルギプラントで実施されるように意図された深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造用プラントの部分を示す。

この剛性パイプを製造するプラントは、参照符号１で示される浮遊プラットフォームを具備し、前記浮遊プラットフォームに汲み上げパイプの連続製造手段が設置されて、前記連続製造手段は、例えばフィラメント巻回により４〜１２ｍからなる大径の複合ファイバ樹脂材料から製造されたパイプを、垂直且つ連続的に製造することを可能にする。

これらの製造手段は図の参照符号２により示され、いくつかのステージを具備し、前記いくつかのステージは参照符合３で示された前記ファイバを巻回して含浸した樹脂を予備硬化する第１ステージを具備する。

そして、このステージは、この図の参照符合４で示されたマンドレル周りの多様なフィラメント巻回ヘッドを具備する。第１ステージは、公知方法で例えばフィラメント巻回ウエブを受け取るため円筒表面からなる「ＤＲＯＳＴＨＯＬＭ」マンドレル技術を実施する。マンドレルは、これらのウエブを運ぶために軸線方向に螺旋状に進み、これによりパイプの壁を形成する。マンドレルの表面はその内部を通って上昇して、マンドレル上部でそれ自身を更新する。

このマンドレルは後に詳述される。

そして、このマンドレルはパイプを、樹脂を後硬化して樹脂を完全に架橋する第２ステージに運ぶようにする。第２ステージは、参照符合５により示されて樹脂の所望の硬化を得ることを可能にする加熱手段６を具備する。

そして、パイプは機能部材を固定する第３ステージに入る。例えば、付属物及び螺旋案内手段のような機能部材はこのように形成されたパイプを外側壁上に固定することを可能にする。螺旋リブはその機能を後により詳しく述べるねじピッチを形成する。

この第３の固定ステージはこの図では参照符合７により示され、螺旋リブは参照符合８で示される。

そして、パイプは参照符合９で示される、安全に固定して材料を検査する第４ステージに入る。第４ステージでは、パイプの完全性に対するいくらかの検査が実施される。

この第４ステージの固定及び検査の後、パイプはその下部を支持して案内して運ぶ、図中参照符合１０で示された第５ステージに入る。この第５ステージは参照符合１１で示される案内手段を具備しており、パイプ及び特にその螺旋案内リブがパイプ下部を制御するように案内手段の中を通過する。

パイプは、プラットフォーム１から図中参照符合１２により示された水内に下降し、例えばパイプの如何なる劣化も避けるために、太陽放射からの遮蔽手段がプラットフォーム１の下部及び水の間に設けられている。例えば、これらの遮蔽手段は参照符合１３により示されて、例えば保護キャンバスシートの形をとる。

他の実施態様は勿論考えられる。

格子篩又はストレーナの形の手段がパイプの下端に設けられていてもよい。これらの手段は、この図の参照符合１４により示される。

このような設備を使用することにより、本来の位置で垂直及び連続的に大径のパイプの製造を可能にすることが理解されよう。

この基本的な思想は、「ＤＲＯＳＴＯＨＬＭ」連続パイプ製造技術を使用することであり、それはフィラメント巻回ファイバウエブを受け取る円筒表面からなる。そして、この円筒表面は軸線方向に螺旋状に進んで巻回されたファイバウエブを運び、そのファイバウエブが剛性パイプの壁を形成する。そして円筒表面はマンドレル内側を通って上昇して、その上部でマンドレル自身を更新する。

この技術は、前述した仏国特許文献の書類に記載されている。しかしながら、その前述した仏国特許文献では、円筒表面は連続無限環状の細長支持片により形成されているが、本発明のプラントでは、円筒表面はプレートの形をしたモジュール支持要素により形成されている。前記モジュール支持要素は、例えば円筒支持表面を成す細長片を形成するように、互いに結合された正方形となっている。

これは図２に図示され、図は参照符合４により示されたマンドレル及びモジュールプレート形状の支持要素を図示し、そのモジュール要素の１つは、参照符合１５により示される。

そして、これらのモジュール要素はモジュール要素の細長片を互いに並べて形成するのに適切な態様で互いに結合され、これによりウエブを配置するための表面を形成する。

公知の態様ではこの細長片はマンドレルの上部で更新される。

そして、第１のファイバウエブはこのように形成されたマンドレル表面上に巻回されてマンドレルの環帯により下方に運ばれる。

もし、例えばウエブが１ｍ幅であり及びマンドレルが１ｍ／回転で降下する螺旋からなる場合には、ウエブも１ｍ／回転で降下する。１回転後にそれが重なることなく最初の巻回に戻る。その回転の間、それは又１０分の１回転毎に１０ｃｍ降下する。もし、１回転上に１０巻回ステーションがある場合、１０分の１回転毎で１０ｃｍ降下するウエブは、別のファイバ細長片により被覆されてその上部は完全な回転にわたってファイバを１０層受け取る。このようにウエブは、著しい不連続性もなく他の層に結合される。

そして、１回転は壁厚５ｍｍの６００ｇ／ｍ²のファブリックを得ることを可能にする。

壁厚１００ｍｍを形成するためには、高さ２０ｍにわたって２０巻回列が必要となる。そして、マンドレルと結合した機械はファイバウエブを案内して含浸するべき２００巻回キャリッジからなる。

各ウエブを巻回して配置する間、最終的に想定される１００ｍｍ近傍の大きな壁厚に起因するそれに続く過度の発熱を回避するように、第１の架橋が実施される。例えば、４５〜５０℃まで加熱することにより、その温度は約１００℃のガラス転移温度より下の温度であり、例えば架橋は最大３０％に達することになる。これは、ウエブがマンドレル表面の湾曲によく適合してそれに付着するように、過度に高分子マトリックスを硬化させることなく、このように全発熱量の３０％を放散させることになる。さらに、この迅速な半重合化状態は、ローラプレス、バブルローラなどによる表面成形の利用を提供する。

一旦、壁厚が２０巻回ステージの底部で１００ｍｍに達したならば、この中間の架橋状態は、約６０％完成してマンドレルの支持を取り除くことを可能にする壁の初期保全硬さを提供する。マンドレルが徐々に解体されてマンドレルがその内側を通って上昇する。

マンドレルを取り除くと、後硬化の状態はパイプの内側及び外側からの加熱による樹脂の完全架橋に導かれなければならない。この完全な架橋は湿度に反応することによる材料のエージングを回避するために必要である。その点で、エネルギの約３０％のみが放散されるべく残っている。化学反応により生成されたエネルギと熱パイプにより放散されたエネルギとの比率は、「ダムケラー（ＤＡＭＫＯＨＬＥＲ）」数である。「ダムケラー」数は破裂温度及び積層による爆発までいく管パイプの壁破壊を避けるため、１より小さく維持されなければいけない。

よって、架橋の終末の運転は、そのような壁の厚さの形成を確実にする温度から切り離せない。回転速度は１調整パラメータである。

支持する付属物又は装置は予備硬化の継続中に取り付けられる。

架橋された壁上に付着された螺旋状の巻回経路を配置することにより、相補的なローラ（galets）の回転経路はパイプを支持してその回転に寄与することを可能にする。螺旋ピッチの変化は管の大部分を含んでも良く、螺旋ピッチの変化は製造の間に増加する。もし、階層が正しくないか又は壁の修正が必要であるときには、この経路は管内で部分的に可逆的に上昇するようにしてよい。

製造検査は、完成構造に至るまで樹脂及びファイバ構成要素上に実施される。

従って、樹脂に関して酸価はモニタ可能である。過度に高い値は不完全な架橋に導くため、提供された樹脂が不完全に形成される。以下のこと、すなわち；
スチレンの蒸発がより低い架橋の可能性に導くのでスチレン含有量の1週間毎の検査、
樹脂の反応検査を確認にする間の硬化検査、及び
ファブリックのファイバの適度な湿化に必要な速度の検査、もまた実施可能である。

ファイバ検査はファブリックの重量の検査及び機械的完全性に関する。設けられた複数のファイバのロール（rouleaux）は２つのファブリックを重ねることにより短時間で結合する結合方法を含む。

パイプ製造に含まれる全ての材料及び構成要素について規定された特性の最小値が試験を行うことによって守られていることを確かめなければならないので、重合化した材料も検査されてよい。従って例えば可能なこれらの組立品のための非破壊検査方法は、視覚検査、「バーコル（ＢＡＲＣＯＬ）」硬さ計測による検査、ＤＳＣ計測による検査、放射線検査、超音波検査である。
前記視覚検査は、良好な泡化、良好な含浸、ウエブの良好な被覆、周囲条件を確かめることを可能にする。
前記「バーコル」硬さ計測による検査は比較により得られた架橋度合いを決定することが可能である。「バーコル」硬さ計測は、局所的及び材料が異質であり、結果の大きな分散が観察される。材料が満足な硬さを有し、例えば「バーコル」硬さが４０より大きければ架橋は適正である。材料の表面だけがアクセス可能である。壁のサンプリングは架橋の終末に提供されるべきである。

前記ＤＳＣ計測による検査は、差動熱量測定に関するものであって、材料サンプルの硬化後に放散により残ったエネルギを計測すること、及び半重合を検知することを可能にする。ＤＳＣ計測は、パイプから採取されたサンプル、又はチップ若しくは制御サンプルに実施される破壊検査である。

前記放射線検査は、付着領域及び付着を欠く領域により実施された付属品組立品を検査するのに使用可能である。
前記超音波検査は、剥離表面、層間剥離、空間、及び厚さの変化を検査し、及び、燃焼によりファイバの割合の観察を可能にする。

製造の間、環境は清潔にされて天気から保護されなければならない。温度は、１５℃より低くても又は４０℃よりも高くてもいけない。上述したように、約４０℃の温度は、エネルギの部分的な放散により樹脂の半架橋を可能にして、その厚みが大きい場合、即ち３０ｍｍ以上の場合の発熱の限度である。

高い周囲温度は樹脂の速い反応を生じさせる。樹脂へ遅延剤を加えることにより反応速度を調節することは可能である。物理化学的反応の特徴はそのデータを制御することを可能にする。蓄積時間は約１０％の硬化度に導く。

環境湿度測定も又８０％よりも小さくしなければならない。

巻回工程の間パイプ壁上のいかなる水の凝縮もあってはいけない。

パイプの厚さを考慮するとエネルギ吸収から予想される多孔性は、その全体で平面又は横せん断を受け易い薄い部品の場合のように非常に煩わしいものではない。

このように深さ１０００ｍの冷水を必ず抜き取ることを可能にする冷水汲み取り用の剛性パイプを、本来の場所で製造可能であることがわかる。

本来の場所でパイプを製造することにより、パイプを地上で製造してそれを利用場所に持っていくことに関連するいくらかの問題が削減される。このことは、このようなパイプのコストを減少することを可能にする。

他の実施態様も勿論想定可能である。

Claims (7)

1. 海洋熱エネルギ設備のための深層水の汲み上げ用剛性パイプを製造するためのプラントであって、
   浮遊プラットフォーム（１)を含み、
   前記浮遊プラットフォーム（１)に連続製造手段（２）が前記パイプの垂直軸線方向に設置され、及び
   巻回マンドレル（４）の周りで樹脂に含浸されたファイバウエブをその部分的な架橋のために巻回する第１ステージ（３）を具備し、
   プレートの形のモジュール要素（１５）により前記マンドレルが形成され、
   前記ファイバウエブ用の巻回表面を形成するために、前記モジュール要素（１５）が、螺旋状に移動して前記マンドレルの上部を更新する細長片を形成するように共に結合されていることを特徴とする、海洋熱エネルギ設備のための深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。
2. 各モジュール要素（１５）は、プレート形をとることを特徴とする請求項１記載の深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。
3. 前記樹脂の完全な架橋を行う第２ステージ（５）と、
   前記パイプの機能部材を配置する第３ステージ（７）と、
   そのように製造された前記パイプを検査する第４ステージ（９）と、
   前記パイプを案内する第５ステージ（１０）と、を更に具備する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の深層水汲み上げ用剛性パイプ製造プラント。
4. 前記パイプは、前記水に前記パイプ下部を案内して運ぶ第５ステージの案内手段（１１）との協働に適した外側螺旋リブ（８）を含む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。
5. 製造されたパイプを太陽放射から保護する手段（１３）が、前記プラットフォーム（１）及び前記水（１２）の間に設けられた、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。
6. 前記保護手段は、キャンバスシート（１３）を具備する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。
7. 前記樹脂の完全な架橋の第２ステージは、前記パイプを加熱する手段（６）を含む、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の深層水汲み上げ用の剛性パイプ製造プラント。

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