JP5795624B2 - 海上基地内で深層水を汲み上げる硬質管を製造する工場 - Google Patents

Description

本発明は、海上基地内で深層水を汲み上げる硬質管を製造する工場に関する。この管は、海洋温度差エネルギの文脈で、海上電力生産に用いられる。

この種のエネルギ生産設備は、一般に、表面と深層水との温度差から電気を生産する手段が設置される基地を備える。その基地は、深い場所から冷水を汲み上げる管を形成する手段と関連付けられる。

そのようなＯＴＥ（海洋温度差エネルギ）設備の動作原理は、熱機械を動かすために、表面と深層水との間に自然に存在する温度差を用いることからなる。

熱力学の法則により、許容可能な効率性を有するために、そのようなＯＴＥ設備の導入は、例えば２０℃よりも大きな温度差でのみ正当化される。

典型的に、水は、例えば表面で２５℃であり、水深１０００メートルで５℃であり得る。

このことは、そのような設備の使用を特定の地域、例えば熱帯地域等に限定するものと理解され得る。

水は、基地と関連付けられる吸入パイプラインを形成する手段を通って、非常に深い場所からポンプで汲み上げられなければならない。一方、温水は、表面に汲み出される。

ＯＴＥに基づくエネルギ生産設備を開発する様々な試みが、すでに行われている。

取り組みは、例えば１９３０年代にジョージ・クロードにより行われた。

勿論、他の作業者も、それ以来試みを行っている。

しかしながら、これらの試みの大半は、様々な問題、特に遭遇する環境条件でのそれらの設備の所定要素の機械的強度の問題により失敗している。

これらの設備が設置され得る地理的地域で、比較的強い海流、嵐等の特定の気象条件に遭遇し、設備の所定部分の劣化又は破損の原因となることが、実際に知られている。

他の問題が、深層水を汲み上げる硬質管の製造中に発生する。

その管を、接続手段を用いて接続される部分の形態で生産することが、すでに実際に提案されている。

しかしながら、このことは、特にそのような構造の複雑さ及び費用の点で、いくつかの欠点を有する。

他の解決手段は、管を陸上で生産して生産拠点まで牽引することからなる。

数十又は数百メートルもの長さになり得る、そのような管の牽引及び処理の作業は、極めて退屈である。

したがって、本発明の目的は、これらの問題を解決することである。

そのために、本発明は、海洋温度差エネルギ設備のために深層水を汲み上げる硬質管を製造する工場であって、管の垂直軸方向に連続生産手段が設置される水上基地を備え、樹脂が含浸された繊維のウェブをワインディングロールの周りにその部分的架橋結合のために巻き付ける第１段階と、樹脂の完全架橋結合の第２段階と、管に機能性部材を取り付ける第３段階と、このように製造された管を検査する第４段階と、管を案内する第５段階とを備えることを特徴とする工場に関する。

本発明の他の側面によれば、硬質吸入管を製造する工場は、以下の特徴のうちの一つ以上を備える。
−管は、案内の第５段階の案内手段と協働し、管の水中への降下を押し進めるのに適するらせん状外側うねを備える。
−製造された管を太陽放射から保護する手段が、基地と水との間に提供される。
−保護手段は、キャンバスシートを備える。
−樹脂の完全架橋結合の第２段階は、管を加熱する手段を備える。

本発明は、単に一例として提供され、添付の図面を参照して行われる以下の説明に照らして、より理解される。その図面は、本発明による製造工場の構造及び動作を示すブロック図を示す。

この図は、海洋温度差エネルギ工場で実施されるように設計された、深層水を汲み上げる硬質管を製造する工場の一部を示す。

硬質管を製造するこの工場は、一般参照１により示される水上基地を備える。その基地には、吸入管の連続生産手段が設置される。その手段は、フィラメントワインディング（filamentary winding）による大口径、例えば４〜１２メートルの間に含まれる複合繊維樹脂材料（composite fiber-resin material）からなる管を垂直且つ連続的に生産することを可能とする。

これらの製造手段は、この図において一般参照２により示され、一般参照３により示される、繊維を巻き付け、含浸樹脂（impregnating resin）を予備硬化（pre-cure）させる第１段階を含む、いくつかの段階を備える。

この段階は、例えばフィラメントワインディングウェブ（web）を受ける円柱面からなり、それらのウェブを押し進める（drive）ためにらせん状に軸方向に進み、それにより公知の方法で、その表面が上部で自身を再生（renew）するためにロールの内部を通って上昇する管の壁を形成する「ＤＲＯＳＴＨＯＬＭ」ロール方法を実施する、この図において一般参照４により示されるロールの周りに、様々なフィラメントワインディングヘッド（head）を備える。

この種のロールは、最新技術において周知であるので、以下でより詳細には説明しない。

このロールは、樹脂の後硬化（post-curing）及び完全架橋結合（complete cross-linking）の第２段階で管を押し進めるように構成される。その第２段階は、一般参照５により示され、樹脂の所望の硬化を得ることを可能とする加熱手段６を備える。

管は、付属物（appendage）や、例えば管を緊結（fasten）することを可能とし、外壁上に形成され、らせん状うね（helical rib）がねじピッチ（screw pitch）を形成するらせん状案内手段（helical guiding means）等の機能性部材（functional member）の緊結の第３段階に入る。その機能については、以下でより詳細に説明される。

この第３の緊結の段階は、この図において一般参照７により示される。一方、らせん状うねは、一般参照８により示される。

管は、一般参照９により示される、安全固定（safety anchoring）及び材料検査（material inspection）の第４段階に入る。その段階では、管の完全性（integrity）に対するいくつかの検査が行われる。

この第４の固定及び検査の段階の後に、管は、その降下（lowering）を支持、案内、及び押し進める第５段階に入る。その段階は、この図において一般参照１０により示され、一般参照１１により示される案内手段を備える。管、特にそのらせん状案内うねは、管の降下を制御するためにその手段を通過する。

管は、基地１を通って、この図において一般参照１２により示されるように水中に降下するために、例えば管の劣化を防止するために基地１の下部と水との間に提供される、管を太陽放射から隠蔽（conceal）する手段を通過する。これらの隠蔽手段は、例えば一般参照１３により示され、例えば保護キャンバスシートの形態を仮定する。

隠蔽手段の他の実施形態も、勿論考えられ得る。

格子（grate）又はざる（strainer）の形態の手段も、管の下端で提供され得る。それらの手段は、この図において一般参照１４により示される。

そのような設備を用いて、原位置で（in situ）、連続的且つ垂直に、大口径の管を生産することが可能であることが理解され得る。

基本的な考え方は、フィラメントワインディング繊維ウェブを受ける円柱面からなる「ＤＲＯＳＴＨＯＬＭ」連続導管生産方法を用いることである。この表面は、らせん状に軸方向に前進し、巻き付けられた繊維ウェブを押し進め、硬質管の壁を形成する。この表面は、その上部で自身を再生するためにロールの内部を通って上昇する。

他の実施形態も、勿論考えられ得る。

最初の繊維ウェブは、その表面に巻き付けられ、ロールの輪（hoop）により下方に押し進められる。

例えば、ウェブの幅が１メートルであり、ロールが１回転当たり１メートル降下するらせんからなる場合に、ウェブも１回転当たり１メートル降下する。１回転後に、ウェブは、重なり合うことなく、初期ワインディングに戻る。その回転中に、ウェブは、１／１０回転毎に１０センチメートル降下する。１回転に１０のワインディングステーション（station）が存在する場合に、１／１０回転毎に１０センチメートル降下するウェブは、別の繊維片で覆われ、その上部は、完全な１回転で１０の繊維層を受ける。ウェブは、著しい切れ目もなく、他の層に接続される。

１回転は、１平方メートル当たり６００グラムの織物で５ミリメートル厚の壁を得ることを可能とする。

１００ミリメートル厚の壁を作成するために、２０メートル超の高さの２０のワインディング列（row）を必要とする。ロールに関連付けられる機械は、繊維ウェブを案内及び含浸しなければならない２００のワインディングキャリッジ（carriage）からなる。

巻き付け中に、最終的に考えられる１００ミリメートル程度の大きな壁厚によるその後の過度の発熱（exothermia）を防止するために、各ウェブの沈着（deposition）中に最初の架橋結合が行われる。約１００℃のガラス状遷移温度（vitreous transition temperature）よりも低い、例えば４５〜５０℃の温度まで加熱することにより、架橋結合は、例えば最大３０％に達する。このことは、ウェブが表面の曲率に十分に適合（comport）し、それに付着するように、高分子マトリクス（macromolecule matrix）を過度に硬化（stiffen）させることなく、全発熱の３０％を放散する。さらに、即時の予備重合（pre-polymerization）のこの状態は、ローラ、バブルローラ等を加圧することにより、表面の圧縮（compacting）へのアクセスを提供する。

一旦２０のワインディング段階の底部で１００ミリメートルの厚みに達すると、この中間架橋結合の状態は、約６０％完了し、ロールの支持をなくすことを可能とする壁の初期維持硬化（initial maintenance stiffness）を提供する。壁は、徐々に解放され、そのロールの内部を通って上昇する。

ロールが解放されると、後硬化の状態は、管の外部及び内部から加熱することにより、樹脂の完全架橋結合に至らなければならない。この完全架橋結合は、湿気への反応による材料の劣化を防止するために必要である。その時点で、エネルギの３０％がまだ消散されていない。化学反応により生成されるエネルギと熱管（thermal pipe）により消散されるエネルギとの比は、「ＤＡＭＫＯＨＬＥＲ」数である。その数は、温度破裂（temperature burst）と、山（pile）の爆発に至るかもしれない管の壁の損壊とを防止するために、１よりも小さいままでなければならない。

架橋結合終了（end-of-crosslinking）の推進は、そのような壁厚の生産を確実にするために、温度から切り離すことができない。回転の速度は、一つの調整パラメータである。

付属物又は装置を支持することは、先の硬化に連続して付加される。

架橋結合壁に付着されるらせん状ワインディング経路（helical winding path）を配置することにより、相補ローラ回転経路（complementary roller rolling path）は、管を支持し、その回転に寄与することを可能とする。そのらせんのピッチの変化は、管の質量を組み込んでもよく、その質量は、製造中に増加する。この経路は、層化（stratification）が適切でない場合、又は壁が修正される必要がある場合に、管内で部分的に、可逆的に上昇してもよい。

製造検査は、最終構造まで、樹脂及び繊維の構成要素について行われる。

このように、樹脂については、酸価（acid number）が監視され得る。なぜなら、過度に高い値は、不完全架橋結合をもたらし、提供される樹脂は、不十分に形成されるからである。以下を行うことも可能である。
−スチレン含有量（styrene content）の毎週の検査。その蒸発が低架橋結合の可能性をもたらすかもしれない。
−樹脂の反応性の検査を有効にするためのゲル化持続時間（gelatinization duration）の検査
−粘性（viscosity）の検査。織物の繊維の適切な湿潤に必要である。

繊維の検査は、織物の重量及び機械的完全性の検査に関連する。提供される繊維のロールは、重ね合わせにより二つの織物を即座に結合するための結合法を備える。

重合材料（polymerized material）も検査され得る。なぜなら、管の製造にかかわるすべての材料及び構成要素について、試験を行うことにより、規定される特性の最小値を順守することが検証されるべきだからである。このように、これらの組立品（assembly）に対する可能な非破壊検査法は、例えば以下であってもよい。
−好ましいバブライジング（bubblizing）、好ましい含浸、ウェブの好ましい被覆、周囲条件等を検証することを可能とする目視検査
−「ＢＡＲＣＯＬ」硬度を測定することによる検査。比較により得られる架橋結合レベルを決定することを可能とする。「ＢＡＲＣＯＬ」硬度測定は局所的（local）であり、材料は不均一（heterogeneous）であり、結果の分散（great dispersion）が観察されてもよい。材料が十分な硬度、例えば４０よりも大きな硬度を有するときに、架橋結合は適切である。表面だけがアクセス可能である。架橋結合の終了時に、壁のサンプリング（sampling）に備えるべきである。
−示差熱量測定に関連するＤＳＣ測定による検査。その測定は、材料サンプル上の、硬化後にまだ消散されていないエネルギを測定し、副重合（sub-polymerization）を検出することを可能とする。ＤＳＣ測定は、管から採取されるサンプル上、又はチップ若しくは制御サンプル上で行われてもよい破壊検査である。
−放射線検査。付着力（adhesion）により行われる付属組立品を確認し、付着性（adhesive）を欠く領域を検出するために用いられてもよい。
−超音波検査。剥がれた表面、層間剥離（delamination）、隙間、及び厚みの変化を検出し、燃焼により繊維レベルを監視することを可能とする。

製造中に、環境は、清潔で、天候から保護されなければならない。気温は、１５℃より低くても、４０℃より高くてもいけない。上述のように、約４０℃の温度は、エネルギの一部を消散することによる樹脂の予備架橋結合（pre-crosslinking）と、大きな厚み、例えば３０ミリメートルよりも大きな厚みの場合での発熱の制限とを可能とする。

高い周囲温度は、樹脂のより速い反応をもたらす。樹脂に遅延剤（retarding agent）を添加することにより、反応時間を調節することが可能である。物理化学的反応性特性化（physicochemical reactivity characterization）は、そのデータを制御することを可能とする。保管時間は、約１０％の硬化度（curing degree）をもたらす。

周囲湿度（hygrometry）は、８０％よりも小さくなければならない。

巻き付け段階中に、管の壁に水分凝縮が存在してはならない。

管の厚みが与えられると、エネルギ吸収から期待される多孔性（porosity）は、あまり厄介ではない。なぜなら、薄い部分では、後者は、全体として平面又は横せん断（planar or transverse shearing）に影響されないからである。

水深約１０００メートルから冷水を抽出することを可能とする、冷水を汲み上げる硬質管を原位置で製造することが可能であることが理解され得る。

原位置で管を製造することにより、管を陸上で製造して利用拠点まで牽引することに関連する問題等の、いくつかの問題が取り除かれる。このことは、そのような管の費用を削減することも可能とする。

他の実施形態も、勿論考えられ得る。

Claims (4)

1. 海洋温度差エネルギ設備のために深層水を汲み上げる複合繊維樹脂材料からなる硬質管を原位置で製造する装置であって、
   前記管の垂直軸方向に連続生産手段が設置される水上基地を備え、
   樹脂が含浸された繊維のウェブをワインディングロールの周りにその部分的架橋結合のために巻き付ける巻き付け部と、
   前記樹脂の完全架橋結合を行う完全架橋結合部と、
   前記管に機能性部材を取り付ける取り付け部と、
   このように製造された前記管を検査する検査部と、
   前記管を案内する案内部と、を備え、
   前記管は、前記案内部の案内手段と協働し、前記管の水中への降下を案内して押し進めるのに適するらせん状外側うねを備えることを特徴とする、深層水を汲み上げる硬質管を原位置で製造する装置。
2. 前記製造された管を太陽放射から保護する手段が、前記基地と水との間に提供されることを特徴とする、請求項１に記載の深層水を汲み上げる硬質管を原位置で製造する装置。
3. 前記保護手段は、キャンバスシートを備えることを特徴とする、請求項２に記載の深層水を汲み上げる硬質管を原位置で製造する装置。
4. 前記樹脂の完全架橋結合を行う前記完全架橋結合部は、前記管を加熱する手段を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の深層水を汲み上げる硬質管を原位置で製造する装置。

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