JPH086864B2 - 取水管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は可撓性材料を基材とする取水管の構造に係
り、特に深い水中から水を汲み上げるための取水管の構
造に関するものである。

従来技術およびその問題点 化石燃料（石炭，石油，天然ガス），核燃料を用いた
従来の発電方式は、資源埋蔵量の問題，環境汚染の問題
を孕んでおり、そのため新たなクリーン・エネルギーの
開発が鋭意進められている。クリーン・エネルギーの例
としては、風力エネルギー，太陽エネルギー，地熱エネ
ルギー，バイオマス・エネルギー，海洋エネルギー等を
挙げることができ、太陽エネルギーを利用した発電方式
として太陽光発電，太陽熱発電があり、海洋エネルギー
を利用した発電方式として濃度差発電，海洋温度差発電
がある。

本件発明に係る継手を有する取水管は、この海洋温度
差発電システムで好適に用いられるものであり、ここで
海洋温度差発電の概略を説明する。

海洋の表層温度が24℃〜28℃，深さ500〜1000mの海水
温度が４℃〜７℃であれば、約20℃の温度差を利用して
発電を行うことができる。第14図において、01は発電
機、02はタービンであり、液体フロン（ジクロロフルオ
ロメチル），液体アンモニア等を蒸発器03で蒸発させて
タービン02を回転させる様になっている。タービン02を
回転させた後の気体は凝縮器04に到り、例えば深さ600m
位置から取水管05を通じ揚水ポンプ06で汲み上げた冷水
が送られる該凝縮器04で液化せしめられ、作動流体ポン
プ07によって蒸発器03に戻される。この蒸発器03には海
洋表層部分の温水が送られており、熱交換によって加熱
された前記液体が蒸発せしめられる。取水管05による取
水条件は、発電効率を考慮すると、取水管内径4,000mm
φ，揚水速度（流速）1.7m/秒に設定するのが適当であ
る。

しかるに、取水管05として入手容易な鋼管を用いた場
合、鋼管の熱伝導性が良好であるため揚水過程で冷水
の温度が上昇し易い，海底の起伏に沿って鋼管を敷設
する作業が難しく、また敷設後には無理な力を受けて破
損し易い，鋼管を海底に沿わせて浮遊状態で敷設する
には、それ自身に浮力がないため大きな浮体が必要であ
り、前記項とも関連して工事費が嵩む等の不都合があ
る。

また、取水管05を軽量な材料で形成しても、順次相互
に接続して取水管05になす単体としての各取水管の継手
を鉄系金属で形成した場合、該継手には大きな強度，剛
性が要求され、継手の肉厚を大きく、したがってその重
量を大きくせざるを得ず、海底に沿って浮遊状態で設置
した取水管05が継手部分で落ち込み状に屈曲する形状に
なり易く、この屈曲発生を防ぐための浮体が必要とな
る。

問題点を解決するための手段 本発明は斯かる技術的背景の下に創案されたものであ
り、屈曲容易で軽量な取水管を提供することである。

この目的は、可撓性材料を基材とする積層構造の取水
管本体の両端に設ける継手であって、基体ゴム層と、そ
の内部でかつ前記管本体の両端に埋設された中空継手鍔
補強環と、同じくその内部に埋設され管本体から伸長す
る補強コード層と、同じくその内部にほぼ等間隔を存し
て長手方向に複数埋設された中空の耐外圧補強環と、前
記中空継手鍔補強環に設けられた複数本の取水管接続用
ボルト挿通管とより成り、前記補強コード層は前記中空
継手鍔補強環に接続され、前記各ボルト挿通管が継手鍔
の突き合せ表面から背面に向って前記基体ゴム層，補強
コード層および中空継手鍔補強環を貫通し、前記ボルト
挿通管の一端が前記継手鍔の突き合せ表面から後退して
いることを特徴とする取水管を提供することによって達
成される。

実施例 以下、第１図ないし第13図に示した一実施例について
説明する。

第１図は急傾斜で深くなる海底30に沿って浮遊状態で
海洋温度差発電用取水管10を敷設した状態を示してい
る。取水管10の単体長さは12mであり、これを順次継ぎ
合せて水深（Ｈ）＝600m,全長約1,000mに亘って敷設し
ている。

取水管10は、海底30に沿って全水深（Ｈ＝600m）に亘
り設置された重錘チェーン32に係留ロープ34をもって接
続された多数の筒状浮体36を遊嵌状態で貫通して海底30
に接することなく支持される（第２図，第３図）。取水
管10はその上端部が、陸上部分から水深（Ｈ）＝40m位
置に亘って海底30に形成したトンネル水路44を貫通して
揚水ポンプ46に接続されており、第14図に示した発電装
置と同様な発電装置の凝縮器48に対して冷水が供給され
る様になっている。また、取水管10の最深端部には重錘
塊38に摺動変位自在に係止され、浮体42を備える係留ロ
ープ40が接続されている。浮体42の浮力は250トンであ
り、それ故取水管10に中心軸線方向（長手方向）に沿う
方向の引張り力が与えられる。この引張り力は取水管10
を通じて揚水を行う際に取水管10に作用する中心軸線方
向の収縮力に対向させるために必要である。

第４図，第５図は単体としての取水管10の詳細構造を
示している。取水管10の管本体は可撓性材料を基材とし
て形成された屈曲容易な積層構造体であり（内径4,000m
m,長さ12m）、該管本体が内皮ゴム層12と、その外側に
設けたポリエステル繊維製第一補強コード層14と、該第
一補強コード層14の外周に相互に間隔（760mm）を置い
て嵌装された複数の亜鉛メッキ鋼管製耐外圧補強環16
（肉厚4.5mm,管径139.8φ，環径（管中心軸径）4,182.1
mmφ，見掛け比重≦１）と、各耐外圧補強環16間におい
て第一補強コード層14の外周を覆う中間ゴム層18と、耐
外圧補強環16および中間ゴム層18の外側に設けたポリエ
ステル繊維製第二補強コード層20と、該第二補強コード
層20を外側から覆う外皮ゴム層22とで構成されている
（第４図）。内皮ゴム層12および外皮ゴム層22の肉厚は
10mmであり、中間ゴム層18の肉厚は70.0mmであって、内
皮ゴム層12,外皮ゴム層22,中間ゴム層18はいずれも比重
1.00の低比重ゴムで形成されている。なお、本実施例で
は中間ゴム層18の肉厚を70.0mmとしたが、その肉厚には
適正範囲があり、耐外圧補強環16の管径をdmmφとする
とき、d/2≦中間ゴム層18の肉厚≦ｄなる関係を満たす
様に中間ゴム層18の肉厚を設定するのが望ましい。その
理由は、中間ゴム層18の肉厚がd/2mm未満であると取水
管10の座屈が生じ易く、該肉厚がdmmを越えると取水管1
0の屈曲が困難になるからである。

第一補強コード層14は、ポリエステル繊維の撚合線を
縦糸とし、これを横糸で結合して網状になした長尺帯を
巻き掛け角35度で内皮ゴム層12上に六重（６プライ）に
巻き掛けたものであって、主として引張り力に対して取
水管10を補強する強度部材である。また、第二補強コー
ド層20は前記長尺帯を巻き掛け角35度で耐外圧補強環1
6,中間ゴム層18上に二重（２プライ）に巻き掛けたもの
であって、補強環16上への巻き掛け関係で主として外圧
に対して取水管10を補強する強度部材である。

取水管10は、その両端部に第５図に示す内部構造の継
手鍔24を有している。継手鍔24は外径4,560mmφ，鍔厚2
80mmであって、内皮ゴム層12と外皮ゴム層22の延長部分
である基体ゴム中に亜鉛メッキ鋼管製継手鍔補強環26
（肉厚6.2mm,管径241.6mmφ，見掛け比重≦１）を埋め
込み、第一補強コード層14の延長部分を該継手鍔補強環
26の周囲の巻回させ、第二補強コード層20の端部と第一
補強コード層14自身との間に挟み込んだ構造になされて
いる。また、取水管10の中心軸線と平行な姿勢で複数本
の亜鉛メッキ鋼管製ボルト挿通管28（外径27.2mmφ，肉
厚2.8mm）が継手鍔24を貫通（継手鍔補強環26の管中心
を貫通）して相互等間隔で配設されている（第５図，第
６図）。ボルト挿通管28の長さは継手鍔24の厚さよりも
若干短く、その一端面が隣接する取水管10の継手鍔24に
対する突き合せ面Ａから僅かに後退して露出し、他端面
が継手鍔24の背面Ｂと面一に露出している。

斯かる構造になされた取水管10の長さ1m当りの重量，
浮力は、1,556.7kg/m（重量）、1,581.0kg/m（浮力）で
あり、取水管10は海水中で浮遊する。取水管10は中心軸
線方向の引張り力250トン（浮体42による）、内外圧力
差0.5kg/cm²（取水管10内の水流によって発生）に十分
耐え得る。取水管10の強度は各耐外圧補強環16の相互間
隔、および第一補強コード層14,第二補強コード層20の
積層数によって調整することができ、異なる取水条件に
対応することが可能である。

次に、取水管10の製造方法について説明する（第７図
ないし第13図参照）。

マンドレル50の外周を覆って内皮ゴム層12用の生
ゴム帯12Aを巻き掛けた後、その上の巻き掛け角35度で
第一補強コード層14用の網状長尺帯14Aを六重に巻き掛
ける。帯14Aの表面には接着剤が塗布されている（第７
図）。

帯14Aの外周に複数の耐外圧補強環16を等間隔で
装着するとともに両端位置に継手鍔補強環26を装着する
（第８図）。

各耐外圧補強環16において帯14Aの外周を覆って
中間ゴム層18用の生ゴム帯18Aを装着する（第９図）。

耐外圧補強環16および生ゴム帯18Aの外周に巻き
掛け角35度で第二補強コード層20用の網状長尺帯20Aを
二重に巻き掛ける（第10図）。

帯20Aの外周および継手鍔補強環26を覆って外皮
ゴム層22用の生ゴム帯22Aを巻き掛ける（第11図）。

保護用布帯52を生ゴム帯22Aの外周に巻き掛ける
（第12図）。

第12図図示のものをマンドレル50ごと圧力蒸気缶
中に入れ、加圧，加熱して加硫を行なった後、保護用布
帯52を除去し、さらにマンドレル50を抜取る（第13
図）。

単体として以上の様に構成，製造された取水管10は、
その継手鍔24を利用して順次接続され、第１図図示の如
く長尺体になされる。隣接する継手鍔24同志の接続は、
ボルト挿通管28を貫通させたボルト・ナットによってこ
れを行う。その際、ボルト挿通管28の一端面が継手鍔24
の突き合せ面から僅かに後退しているため、ボルト・ナ
ットの締め付け力によって隣接する継手鍔24の基体ゴム
層が共に弾性変形して密接し、水密なる接続構造が得ら
れる。しかも、ボルト・ナットによる締め付け状態にお
いて、隣接するボルト挿通管28同志が相互に当接し、締
め付け力がボルト挿通管28によって受圧されるため、ゴ
ム層の応力弛緩によるボルト・ナットの緩みが生じ難
い。

斯くして接続された取水管10は、それ自体重量に勝る
浮力を有しており、重錘チェーン32,係留ロープ34およ
び筒状浮体36によって支持され、海底30に沿ってこれに
近く配設されるため、海流の影響を受け難いだけでなく
海底30との接触を避けることができ、取水管10が筒状浮
体36を遊嵌状態で貫通していることともあいまって該取
水管10に無理な緊張力，曲げ力が作用し難い。また、取
水管10の上端部は水深40m位置までトンネル水路44内に
位置しているため、取水管10に対する波浪の影響が少な
く、その損傷を避けることができる。

取水管10の他の特徴点を以下に列挙する。

亜鉛メッキ鋼管製継手鍔補強環26は、その寸法が
肉厚6.2mm,管径241.6mmφ，環径（管中心軸径）4,291.6
mmφであり、周長1m当りの重量が36kg/m,浮力が47kg/m
であって、重量に比して浮力の方が大きく、継手鍔24部
にて相互に接続され浮遊状態にて敷設された取水管10が
継手鍔24部分で落ち込み状に屈曲することはなく、浮体
によって強制的に浮力を与える必要がない。

中空継手鍔補強環26の断面二次モーメントは、こ
れと同一断面積の中実丸棒の断面二次モーメントに比し
て相当大きく、継手鍔24の強度，剛性を確保しつつその
軽量化を計る上で中空継手鍔補強環26を用いることの利
点が理解される。

継手鍔補強環26が中空体であるため、同一断面積
の中実丸棒で継手鍔補強環を形成した場合に比して外表
面積が十分大きく、周囲部材との間で大きな接合力を確
保できる。

取水管10は補強コードの積層数によって強度を調
整し得る第一補強コード層14によって中心軸線方向の強
度が与えられ、間隔を置いて配置された耐外圧補強環16
の外側を覆い、補強コードの積層数によって強度を調整
し得る第二補強コード層20によって耐外圧強度が与えら
れる構造であり、取水条件（取水深さ，揚水速度等）に
応じた強度を確保することができる。

補強部材として使用した亜鉛メッキ鋼管製耐外圧
補強環16は、肉厚4.5mm,管径139.8mmφ，環径（管中心
軸径）4,182.1mmφであり、周長1m当りの重量が258.7kg
/m,浮力が271.1kg/mであって、重量に比して浮力の方が
大きく、この耐外圧補強環16を760mm間隔で組込んで成
る取水管10には、内皮ゴム層12,中間ゴム層18,外皮ゴム
層22が低比重ゴムで形成されていることともあいまって
その重量に勝る浮力が与えられる（重量1,556.7kg/m,浮
力1,581.0kg/m）。

耐外圧補強環16が管材で形成されているため、同
一断面積の中実丸棒で耐外圧補強環を形成した場合に比
して外表面積が十分大きく、周囲部材との間で大きな接
合力を確保することができる。

鋼管製取水管を用いてこれを海底から浮かせてお
くためには、独立気泡の発泡樹脂製浮体が使用される
が、深海では高水圧のために浮体の気泡が潰れて浮力が
低下する不都合があるのに対し、内皮ゴム層12,中間ゴ
ム層18,外皮ゴム層22を形成する低比重ゴムは気泡を含
まず、圧力に対して体積弾性率が高いが故に容易には浮
力低下が生じない。

発明の効果 以上の説明から明らかな様に、可撓性材料を基材とす
る取水管であって、基体ゴム層と、その内部でかつ前記
管本体の両端に埋設された中空継手鍔補強環と、同じく
その内部に埋設され管本体から伸長する補強コード層
と、同じくその内部にほぼ等間隔を存して長手方向に複
数埋設された中空の耐外圧補強環と、前記中空継手鍔補
強環に設けられた複数本の取水管接続用ボルト挿通管と
より成り、前記補強コード層が前記中空継手鍔補強環に
接続され、前記各ボルト挿通管が継手鍔の突き合せ表面
から背面に向って前記基体ゴム層，補強コード層および
中空継手鍔補強環を貫通し、前記ボルト挿通管の一端が
前記継手鍔の突き合せ表面から後退していることを特徴
とする取水管が提案された。

この取水管を採用することにより下記の作用，効果を
得ることができる。

中空継手鍔補強環の断面二次モーメントは、これ
と同一断面積の中実丸棒の断面二次モーメントに比して
十分大きく、継手鍔の強度，剛性を確保しつつ該継手鍔
の軽量化を企図し得る。

中空継手鍔補強環で補強された継手鍔は軽量であ
り、継手鍔部分で順次接続して浮遊状態で敷設した取水
管が継手鍔部分で落ち込み状に屈曲することはなく、浮
体によってその部分に強制的に浮力を与える必要がな
い。

中空継手鍔補強環の外表面積は、同一断面積の中
実丸棒の外表面積に比して大きく、前記基材との間で大
きな接合力を確保することができる。

隣接する継手鍔同志の接続は、ボルト挿通管を貫
通させたボルト・ナットによって行われるが、ボルト挿
通管の一端が継手鍔の突き合せ面から後退しているた
め、ボルト・ナットの締め付け力によって隣接する継手
鍔の基体ゴム層が共に弾性変形して密接し、水密なる接
続構造が得られる。また、ボルト・ナットによる締め付
け状態において、隣接するボルト挿通管同志が相互に当
接し、締め付け力がボルト挿通管によって受圧されるた
め、ゴム層の応力弛緩によるボルト・ナットの緩みが生
じ難い。

取水管の管本体が可撓性材料を基材として形成さ
れているため、海底の起伏に沿って屈曲させながら容易
に取水管を敷設することができ、工事費が廉価である。

耐外圧補強環は、中空なので、補強効果が大きい
と同時に、重量に比して浮力が大きく取水管を水中にお
いて浮遊状態に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は海洋温度差発電装置の取水管敷設状態を示す
図、第２図はその要部拡大断面図、第３図はそのIII−I
II線断面図、第４図は前記取水管の要部断面図、第５図
は前記取水管の継手部分を示す要部断面図、第６図はそ
のVI−VI線矢視図、第７図ないし第13図は前記取水管の
製造手順を示す図、第14図は公知に係る海洋温度差発電
装置の概略図である。 10…取水管、12…内皮ゴム層、14……第一補強コード
層、16…補強環、18…中間ゴム層、20…第二補強コード
層、22…外皮ゴム層、24…継手鍔、26…継手鍔補強環、
28…ボルト挿通管、30…海底、32…重錘チェーン、34…
係留ロープ、36…筒状浮体、38…重錘塊、40…係留ロー
プ、42…浮体、44…トンネル水路、46…揚水ポンプ、48
…凝縮器、50…マンドレル、52…保護用布帯。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 勝公 東京都中央区京橋２―16―１ 清水建設株 式会社内 (72)発明者 堀 哲郎 東京都中央区京橋２―16―１ 清水建設株 式会社内 (72)発明者 中井 康博 東京都中央区京橋２―16―１ 清水建設株 式会社内 (72)発明者 杉浦 弘武 東京都中央区京橋１―10―１ 株式会社ブ リヂストン内 (72)発明者 上田 滋夫 東京都中央区京橋１―10―１ 株式会社ブ リヂストン内 (72)発明者 斉藤 秀明 東京都中央区京橋１―10―１ 株式会社ブ リヂストン内 (72)発明者 潤田 久也 東京都中央区京橋１―10―１ 株式会社ブ リヂストン内 (72)発明者 牧野 朝昭 東京都千代田区３番町２ 飛島建設株式会 社内 (72)発明者 斉木 由裕 東京都千代田区３番町２ 飛島建設株式会 社内 (72)発明者 岡 利博 東京都千代田区３番町２ 飛島建設株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭63−1891（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−12842（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可撓性材料を基材とする積層構造の管本体
   の両端に継手鍔を有する取水管において、 基体ゴム層と、その内部でかつ前記管本体の両端に埋設
   された中空継手鍔補強環と、同じくその内部に埋設され
   管本体から伸長する補強コード層と、同じくその内部に
   ほぼ等間隔を存して長手方向に複数埋設された中空の耐
   外圧補強環と、前記中空継手鍔補強環に設けられた複数
   本の取水管接続用ボルト挿通管とより成り、 前記補強コード層は前記中空継手鍔補強環に接続され、
   前記各ボルト挿通管は継手鍔の突き合せ表面から背面に
   向って前記基体ゴム層，補強コード層および中空継手鍔
   補強環を貫通し、前記ボルト挿通管の一端が前記継手鍔
   の突き合せ表面から後退していることを特徴とする取水
   管。