JPS6028996B2 - 浮き構造体に組立管装置の上端部を連結する連結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海洋工学等で使用される大直径流体流管に関
わり、更に具体的には、縦揺れ、横揺れなどの浮き構造
体の運動が管に伝わると管に曲りが生じやすいので、こ
の種の構造体運動が管に伝達されないような構成で管の
上端部と浮き構造体を連結する連結装置に関わるもので
ある。

海洋工学の分野では、従来、複雑な提案が多数なされて
おり、これらの提案では、海面またはその近くから海底
近くに達する非常に長くしかも大直径の垂直管を使用す
ることが必要であるとされている。

これらの提案に含まれる基本概念は、海洋熱エネルギー
変換並びにマリカルチャー（ｍａｒｉｃ山ｔｍｅ）であ
る。

海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）概念では、表層の温
度の高い海水と深層の冷水との間の熱エネルギーの差を
利用して、例えば、電力を発生することを提案している
。

しかし、利用できるエネルギー差は小さく、従ってこれ
らの提案では、極めて多量の腰水と冷水とを使用せざる
を得ず、深層冷水を所要量則ち多量、非常に長い超大型
垂直管を利用して表層まで吸い上げなければならない。
この管は「上昇流用管（ｕｐｗｅｌｌｉｎｇｄｕｃｔｓ
）」と呼ばれるが、この中を上昇する水の速度は遅く、
従って管壁間の圧力差もこれに対応して低い。特に、管
内の水を海面より余り高く運ばないで放水する場合はそ
うである。海中である程度の長さに亘つて垂直方向に伸
長している構造体であれば、少なくとも１つの海流に出
会うことになる。

海流に会うと、この構造体には抗力が加えられる。構造
体が大きければ大きい程、それだけその海流に曝される
表面積（有効面積）が大きく、従ってある特定の海流に
よって構造体に加えられる抗力も大きいものになる。こ
の抗力によって構造体には曲げ荷重が加えられることに
なり、構造体の長さが長くなる程、結果として生じる曲
げ荷重も大きくなる。海流抗力及びこれによって生じる
曲げ荷重（応力）の問題は、洋上掘削業にあっては、海
底油井またはガス井掘削中泥を井孔から表層の掘削プラ
ットホームに運び上げるのに立ち管（ｒｉｓｅｒｐｉｐ
ｅ）を使用するから非常に厄介な問題である。この立ち
管が受ける海流譲動形曲げ応力は非常に大きいから、管
を非常に重くして、即ち管壁を厚くして、大曲げ応力に
耐えられるようにしなければならない。このため、現在
の洋上掘削作業の有効限度は水深約３００ｈ（１０００
フィート）前後とされている。この限界の主因は立ち管
にある。米国特許同時係属出願第８８６，９０４号（１
９７８王３月１５日付出願）では、個別の合成管（ｓｙ
ｎｔｅｔｉｃｐｉｐｅ）を携性結合部材によって結合し
て作ったＯＴＥＣ上昇流用管が開示されている。

この組立管装置（ｐｉｐｅａｓｓｅｍｂｌｙ）は、その
全重量を支持する細長い引張心部材の周囲に被按されて
いる。米国特許同時係属出願第８８６，９０７号（１９
７母壬３月１５日付出願）の記載にあるように、組立管
装置の引張りままたこの管装置の開放状下端部の下方に
垂下される安定化用物体の重量も支持する。この構成は
、海流抗力による管での曲げ応力の発生の問題に対して
効果的である。ＯＴＥＣ施設は、必要上、水深の非常に
深い所に配置しなければならない。なぜなら、上記の上
昇流用管（組立管装置）は表層からはるか下方に伸長し
て比較的温い表層温度と実用上有効な大きさの温度差が
得られる深層にまで十分達することのできるものだから
である。この場合、熱交換装置及び発電装置は、当然、
海面に浮かぶ浮き構造体上に設置することになろう。浮
き構造体は、波の作用によって縦横に揺れる。管装置の
上端部は構造体に連結されるから、この連結装置が剛性
のものであれば、管装置自体の製造法とは無関係に、浮
き構造体の角運動は、管装置に大きな曲げモーメントを
生じさせる状態で管装置に伝達されることになる。従っ
て、管装置を上記同時係出願の開示内容に基づいて製造
するか否かに拘らず、管装置と浮き構造体との連結状態
は、大きな垂直荷重を吸収できる状態でなければならな
い。このようなわけで、ＯＴＥＣ上昇流用管（組立管装
置）の上端部と浮きＯＴＥＣ施設との間には有用な連結
装置を設ける必要がある。

つまり、この界面間に生じる大きな垂直荷重を吸収でき
而も浮き構造体の運動を管装置に伝達しないような連結
装置が必要である。浮き構造体の角運動から管装置を隔
離することは、該管装置に曲げモーメントを生じさせな
い上で望ましいことである。管装置において曲げモーメ
ントを抑える程度が大きければ大きい程、管装置の構造
を簡単にすることができ、従ってコストも安くなる。本
発明は前述の要求に応えるものである。

つまり、本発明では、大きな垂直荷重を当該連結装置で
吸収できる方法で、而も浮き構造体の角連動をＯＴＥＣ
上昇流管（組立管装置）から隔離した状態で、管の上端
部を浮き構造体に連結できる連結装置を提供している。
この連結装置は簡単で、効果的で、而も効率がよい。本
発明の他の利点は、緊急時、あるいは管の修理や交換の
際、管を浮き構造体から分離できることである。一般的
に言うと、本発明は、海中等に概ね垂直に配置された組
立管装置の上端部を浮き構造体に連結する装置を提供す
ることである。

本装置には、管装置と構造体との間で管装置の外周部に
同中心式に結合されたジンバル（ｇｉｍｂｌ）装置を具
備させてある。このジンバル装置は、２本の直交する称
平環軸を有し、この軸を中心として管装置が横造体に対
して運動できるようになっている。該ジンバル装置で管
装置と構造体との間の垂直荷重のほぼ全部を支持する。
本連結装置には、管装置の上端部と構造体との間に結合
されてこの両者の流体流路の境界を限定する球継手装置
も具備されている。この球継手装置は、管装置と関連す
る都材と、構造体と関連する部材とを備えている。球継
手装置の中心は効果的な方法でジンバル軸の交差する点
に置いてある。本発明の前記特徴並びにその他の特徴は
、添付図面を参照した本発明の現在の望ましい実施例に
ついての以下の詳細な説明の中により完全に記載してあ
る。

図示の実施例の説明 第１図は海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）施設１０を
示してある。

第１図は２つの部分からなり、この２つの部分を連結す
る一点鎖線で両者の相互関係を示している。ＯＴＥＣ施
設１０には所望位置の海面に浮かぶ浮き船体構造体１１
が装備されている。

船体構造体１１はＴ−２タンカーのような船の船体をＯ
ＴＢＣ施設１０の主要部の機能を果せるように修正した
ものであっても、あるいはこの目的のために特別に建造
した構造体であってもよい。前述の所望位置とは、水深
が十分深い場所にあるもので、即ち海面より十分に下に
あって海水の温度が海面温度より十分低く、ＯＴＥＣ施
設１０の操作に必要な熱力学的エネルギー（差）を生じ
ることができる位置のことを言う。一般的には、船体１
１を浮遊させるのに適した位置の水深は、約１，２肌ｈ
（４，０００フィート）またはそれ以上であると言える
。施設１０‘こはまた上昇流用組立管装置１２が装備さ
ており、これはその端部１３がジンバル球継手式懸垂結
合装置（ａｇｍ鼠ｌａ旭舷１１Ｐｉｎｔｓ雌ｐｅｎｓｉ
ｏｎａ肘ｃｏｕｐｌｉｎｇ）１４と迅速分離式組立結合
装置１５とを介して船体１１に連結されている。前記組
立管装置１２の上端部に回収組立装置１６を連結し、下
端の下方に安定化用底部重り１７を華設してある。縦穴
１８を設け、船体底面を開放状態にしてある。

使用の際、ジンバル球継手式懸垂結合装置１４は縦穴１
８の下端部に位置付けし、組立管装置１２は縦穴１８の
垂直中心線と概ね同軸式に船体下方に位置付ける。第１
図及び第２図に示すように、懸垂結合装置１４には、内
側及び外側ジンバルリング２０及び２１が具備されてい
る。

外側ジンバルリング２１は、当該環の両側の共通軸２３
に沿って同軸式に心合せされた一対のトラニオン（ｔｍ
ｎｉｏｎ）２２によって、船体１１に対し旋回自在に支
持されている。トラニオン２２は、外側ジンバルリング
２１内に配設された適当な軸受並びに軸受ブロック２４
と協働する。この軸受ブロック２４の各々」は、縦穴１
８の隣接面に固定された一対の垂直に伸長した案内部材
２５間にあってこれと協働する。該軸受ブロック２４‘
ま、船体内で案内部材２５に沿って垂直方向に移動でき
るようになっている。懸垂結合装置翼４の「使用」位置
は第１図に示してある。つまり、軸受ブロック２４は、
船体に固着された下方ストッパー２６上に支持されて縦
穴１８の直ぐ上で隣り合う一対の案内部材２５間のスペ
ースを跨ぐような位置にある。適当な上方ストッパー２
７を縦穴内の案内部材上端部に配設して、案内部材上の
軸受ブロック運動の上限を限定する。一対の卜うニオン
（けｕｎｉｏｎ）２８を設け、内外両ジンバルリング２
８，２１の正反対の位置でこれらのリング２０，２１を
相互連結させてある。

トラニオン２８は、ジンバル軸２３に垂直であって且つ
これと交差する第２のジンバル軸２９上に心合せしてあ
る。一方のジンバルは船体１竃の縦方向垂直中心面上に
あり」他方は該船体中心面を横断している。内側ジンバ
ルリング２川こ連続される構造体はいずれも、前記ジン
バルの一方かまたは双方を中心とする船体の角運動にも
拘らず安定位置に止まろうとする額向にあることは明ら
かである。第１図に示すように、内側ジンバルリング２
０には内側ジンバル藤の下方に垂下する枠体３０が具備
されている。

環状下方開放形雌ソケット部材３２は迅速分離形結合装
置１５の一部材である。ジンバル軸２３と２９とが交差
する点をソケット部材３２の軸が通るように、ソケット
部村３２が枠体３０‘こ結合されている。ソケット部材
３２の下端部は外周面から張開している。上端部近傍で
は、ソケット部材の管形形状部はその長手方向に沿って
短距離間内向きにテーパが付けてあって、球体の一部と
して形成される外面を有する中空球部材３３の下端部と
結合するようになっている。球部材３３の下端部はジン
バル軸交差点の下方にあり、上端部は該点の上方にある
。球部材の曲率中心はジンバル軸交差点上に位置してい
る。球部材３３は、中空構造であって、上端部が開いて
いる。球部材３３の内面は流体流路の境界の一部を限定
し、その他の境界部分は組立管装置１２の内部と、船体
内縦穴亀８の下部に形成された冷水だめ３４とによって
限定される。懸垂結合装置１４の球継手側には、球部材
３３の球状外面と協働する外スリーブ部材３５が具備さ
れている。

部材３５は、施設１０の船体に支持され「ジンバル軸交
差点の上方から下方まで縦穴１８の軸に沿って伸長する
管形部３６を備えている。この管形部３６は「下端部で
は、球部材３３の球状外面と協働して概ね水密なシール
を形成するシ−ル組立装置３７を支持する。但し、この
シールは、球部材３３がシ」ル組立装置３７に対し運動
を行なえるような性質のものである。定置形スリーブ部
材に対する球部材の運動とは、ジンバル軸交差点を中心
とする角逐動である。部材３５によって冷水だめ３４の
床を限定するのが好ましい。

このために、部村３５は、球部材３３と協働する管形部
３６の存在を別にすると、概ね平坦であり「軸受ブロッ
ク案内部材２５と協働できるようにするために周囲部に
設けた適切な切除部を含めて縦穴１８の形状と合致する
周囲形状を有している。部材３５は「その操作位置では
、隣り合う軸受ブロック案内部村２５間を除いて縦穴の
壁面から内方に且つその周囲に延設された適当な支持フ
ランジ６１上に支持される。組立管装置１２は非常に長
いものである。本発明の現在の望ましい実施例では、組
立管装置１２の全長、つまり上端からその下端部に配置
された自浄化スクリーン組立装置３８の下部までの長さ
は、約６５価（２，１８５フィ‐ト）である。この管装
置１２はその全長に亘つて操性があり、従って海流の影
響による管装置１２内での曲げ応力の発生を最小限に抑
えられる。望ましくは、管装置１２は、呼び径１．２ｈ
（４フィート）、壁厚約５鰍（２インチ）の平行に配列
された３本のポリエチレン管４０で形成するとよい。第
１図に示すように、鋼製ケーブル４１を各管内にその長
手方向全長に亘つて延談する。各ケーブル４１の上端は
、その上端が連結されている横向き結合板４３の底面か
ら垂下している支持目付板４２に連結してある。各管の
外周面と密に協働する環状垂下フランジ４４と、各管の
上端からその管に沿うある選択された距離に亘つて管内
周面と協働する細長い管状の緩衝ニップル（ｂｌｅｎｄ
ｉｎｇｎｉｐｐｌ）４５とを仲立ちとして、各菅の上端
部と結合板とが連結されている。各管とその緩衝ニップ
ル４５とは、複数のボルトによって対応の外周面を有す
るフランジ４４と結合されているが、これらのボルトは
そのフランジ４４、管４０、及び対応の緩衝ニップル４
５の最上端を貫通している。第１図に示すように、緩衝
ニップル４５の直径は、全長に亘つて一定というわけで
はなく、むしろ、上端から下方に行くにつれてテーパ付
けしてあり、望ましくは、下端の直径が対応の管４０の
内径より４・蓬であるような非直線上にするのがよい。

重り１７の組立管装置下端部への連結方法、並びに船体
１１からの該管装置のジンバル式懸垂方法を考慮すれば
、当該管装置が船体から垂直垂下状態で垂下しようとす
ることは明らかである。

細部を上記のように設計並びに製作してあるため、組立
警部材１２は、これに加わる海流抗力に応動して生ずる
内部曲げ応力を最小限に抑えることができるようになっ
ている。船体からの管装置上端部の支持をジンバルで行
ったことにより、波動によって生じる横揺れまたは縦揺
れで誘導される浮き構造体（船体）の角運動の該管装置
への伝達は最小限に抑えられる。管装置に曲げモーメン
トを生じさせるような性質の角運動を浮き構造体から管
装置に伝達する場合に、この種の運動、及びこれによっ
て生じる荷重は、管装置材料内の危険な曲げ応力の発生
を出来る限り抑えた状態で緩衝ニップルを介して管装置
上端部に加わるようになっている。このように、管装贋
の上端部に曲げモーメントを円滑且つ許容状態で伝達で
きるのは、緩衝ニップル４５をテーパ形状にしたためで
ある。即ち、使用中の浮き構造体から管装置の上端部に
加えられる曲げモーメントは、その管装置の最上端に直
接印加されるのではなく、むしろ緩衝ニツブルの全長に
対応する距離に亘り概ね均一に伝達される。第１図に示
すように、管状鋼製緩和バラスト部（ｔｒａｎｓｉｔｉ
ｏｎａｎｄｂａｌｌａｓｔｓｅｃｔｉｏｎ）４６を各管
４０の下端に接続してある。

各部４６の一部分は各管の下端部内に位置し、他の部分
は対応の管の下端部より下方に伸長し「その下端が吸入
流そらせ板４７と接続している自浄化スクリーン組立装
置３９と連結している。バラスト部４６のうちの管４０
内にある部分の形状は緩衝ニップル４５と同じ方法で形
成され、荷重伝達に関しては緩衝ニップルと同じ機能を
果すようになっている。前述のように、組立管装置１２
は非常に長く、現在の好ましい実施例では、船体１１の
竜骨から入口スクリーン３９までの長さが６５８ｈ（２
，１８５フィート）ある。

この装置１２は「使用時、少なくとも１つの海流内を流
過し「海流によって生じる抗力を受ける。直径が大径で
あるから、この抗力は些少なものではなくその組立装置
１２内に大きな曲げモーメントを生じさせる。このモー
メントは主に静的なものであるが、組立管装置１２は、
うず流や、波のうねりなどによって生ずる船体１１の運
動に起因する動的荷重が加わるともある。組立管装鷹１
２が鋼製であると、このような荷重に対して、壁面内の
応力レベルを許容限度内に維持するには、壁の厚い非常
に重いものにする必要があろう。このような問題は、組
立管装置１２では装置全体を榛性のあるものにすること
で解決している。可操組立管装置は荷重に対して耐える
というよりも、むしろ印加される荷重に応じて榛みを生
じるものである。このような組立装置は剛性の装置よに
壁を薄くしても実際上有効である。組立管装置１２は下
記の特性を有する高密度ポリエチレンで形成するのが望
ましい。

比重−０．９５土０．００２，ポワソン比−０．３乃至
０．５熱伝導度−２．由ＴＵ／ｈｒ一把−。

Ｆ−ｉｎ．，熱膨張係数−９×１０‐５ｉｎノｉｎ−。
Ｆ，見掛け弾性係数（ｐｓｉ×１ぴ）−以下の通り経過
時間 ４６０Ｆ ？３０ＦＩ分間 １４．５
１１．０ １時間 ７．３ ５．３ 千時間 ４．５ ３．４ ５年間 ４．０ ３．０ 各管４Ｑは〜 長さが６３３．６ｈ（２，ｌｉ２フィ−
ト）で呼び径がｉ２２伽（４８インチ）である。

各管の上部４１５．粒ね（１８ ３８６フィート）はシ
リーズ６０管で形成し〜下部２１？．８ｈ（７２６フィ
ート）はシリーズ４裏管で形成してある。引張部村（ケ
ーブル）４亀を教本の２．５４肌（１．０インチ）のワ
イヤロープで形成しへこれと絹合せて５柵（２インチ）
のワイヤロープ（結合ケーブル）４８にする。安定化用
重り亀孔ま「海中での重量が３４９０５０ｋ９（７５９
０００ポンド）でし組立管装置の下端の下方９仇ｈ（
３００フィート）に配置されている。組立管装置奪２自
体の下部１９．５ね．（６５フィート）は緩和部４８と
入口スクリーン３９で形成されている。上記のような構
成では「管４Ｑを形成するのにポリエチレンを使用した
ことにより〜比較的低コストで幾つかの利点を得ること
ができる。

ポリエチレンは海水に浮く。浮力が正方向であるから「
配置手順、分離手順、及び回収手順を単純化でき、その
結果コスト及び船上スペースの節約が図れ、構造の複雑
化を緩和することができる。ポリエチレンは望ましい物
理的特性を有する。つまり、海中で腐食せず〜つまり古
典的な意味では耐久限界はないに等しく、その上、表面
が滑らかでるため流体的損失も抗力ｔ及び生体汚染（ｂ
ｉｏｆｏ山ｉｎｇ）率を最小に抑えることができる。

取扱い並びに熔接も容易且つ効果的に行なえる。榛性が
あるため、誘導される運動に対する動力学的反応を大幅
に減少でき「従って曲げ応力レベルを低く抑えることが
できる。分析によればし上誰性質のポリエチレン製組立
管装置は、ハワイ西海岸の大平洋沖、つまり、ケアホー
ル・ポイントの北西約１球毎里し カワイハェのやや甫
の地点でいわゆるハワイアン。

ストーメ海流やハワイアン亀ハリケーンの発生する海中
に設置した場合でも、５年間は環境荷重に十分耐えられ
、而もポリエチレンの永久分子再構成（ｐｅ肌ａ肥ｎｔ
ｍｏｌｅｃ山ａｒ【ｅａｎａ増ｅｍｅｎｔ）を生じない
ことが判っている。

管４０内に引張ケーブル亀翼を配設したことによりもポ
リエチレン管の上記談地場所で生じる動力学的荷重に対
する適応能力が向上したことに注目されたい。

第亀図に示すように、組立管装置の下端部内、即ち自浄
化スクリーン３９の垂直部内では、教本の鋼製ケーブル
４１を結合してそらせ板亀７に貫通する結合鋼製ケーブ
ル４８を形成してある。

このケーブル４８６ま底部重り１７の海中重量を十分支
えることができる。ケーブル亀６内には音響式の、遠隔
操作式迅速分離形連結装置４９を管装置１２と底部重り
１７との間に配設してある。第亀図に示すように、スク
リーン３９は主として逆円錐台形の可榛鋼網７９で構成
してある。この網７“ま、上方支持板７２と環状底部閉
鎖板７４との間に連結されている。なお、支持板７２は
、緩和部亀６の下端部に結合していると同時に、ケーブ
ル亀１の各々に対して緩和部母６の下端部と同軸式に１
つの管形案内部材７３を支持するスパィダ（ｓｐｉｄｅ
ｒｓ）部分を除き緩和部４６に形成される流路と蓮適す
るよう概ね開放状態にある。案内部材？５を板７４の中
心に支持したため、重り支持ケーブル亀８はト？６の個
所で教本のケーブルＱＩの下端部と連結するスクリーン
内部から該板を通って伸長できるようになっている。ケ
ーブル４１及び４８は、それぞれ案内部材７３及び７５
内を遊び状態で貫通している。網ＴＩの構成部品は、鎖
かたびら状に緩く相互結合して絹形状を成している。絹
流過面積、多孔度、及びメッシュ・サイズを適切に選択
して、絹を通る水の流過面積が幾つかの緩和部４６を通
る面積よりも大幅に大きくなるようにする。つまり、組
立管装置１２に流入する水に対して網７１が制限を加え
ることがないようにする。望ましい例を挙げると、絹表
面面積を管装置１２の流過面積の約５倍としト多孔度を
約８０％にし、メッシュ・サイズを約１５×１５弧（６
×６インチ）とするのがよい。該円錐台の閥先角度（ｉ
ｎｃｌｕｄｅｄａｎｇｌｅ）（ワン‘ハーフ角度（ｏｎ
ｅ−ｈａｌｆａｎｇｌｅ））は約２００である。組立管
装置１２を使用する際に、装置１２の下端部は、例えば
海流がこの装置を通過する時のうず流に呼応して振動し
たり、種々な方向１こ移動する。

これによってスクリーン底部閉鎖板７４は重り支持ケー
ブル４８に当ってがらがら音を立てる。このゆさぶり運
動は鋼網７１を振動し、また網目の角度と組み合って絹
７１から如何なる発生物をも、また水が絹を流適する際
その上に付着した如何なる物体をも振り落してしまう。
鋼製ケーブル４１は底部重り１７の海中重量を支持でき
るように作られている。

従って、組立管装置１２が、１９７８王３月１５日付米
国特許同時係属出願第８８６ ９０４号により詳細に記
載されている引張′○、可操壁構造のものであるとは明
白である。底部重り１７の配設理由は米国特許出磯第磯
６，９０７号に記載されている。管装置１２の上端にあ
る結合板４３は、中空の端部開放形雌ピン結合部材５０
の下端部と結合している。

またこの結合部材５０の定直径上部は雌ソケット部材３
２の内面と協働できるようになっている。適当なシール
５３を雌部材３２のテーパ部で上記定直径部の上端部及
び下端部に支持する。このシール５３は、雌部材３２と
結合した場．合、その内面と協働し、従ってこの２つの
都材３２，５０間には概ね水密な結合が達成される。こ
のシール５３は、雄部材５０の雌部村３２に対する結合
運動が完了した場合にはじめて有効に作用する。迅速分
離形組立結合装置１５の確と雌の両結合部材は、上端部
が枠体３０で支持される目付き板に結合され、下端部が
雄結合部材の外面に連結された目付き板に結合されてい
る複数のつなぎケーブル５１で結合が維持されるように
なっている。各つなぎケーブル上には遠隔操作分離装置
５２を配設してある。ピン形結合部材５０の長さ、即ち
部材５０がシール５３と接合する位置間の長さは、少な
くとも該ピンのシール間の直径と同じか、望ましくはこ
れより大きいのがよい。

この長さは実用上可能な限り大きくする。つまり、この
長さは、上記結合関係がそれに加わる曲げ荷重に対して
できるだけ感応しないようにするのが望ましく、従って
組立管装置を曲げ荷重から隔離し、同時につなぎケーブ
ル５１が切断した場合ソケット部材と無関係に落下でき
るというピン部材の特徴をそこなうような状態で上記結
合を束縛することのないようにするのが望ましい。回収
浮きカラー５５を雄結合部材５０の下端部外周に被欧す
る。

この下端部は、組立結合装置１５が組付けられた場合雌
部材内に鉄入する。カラ−５５の浮力は十分に大きいも
のである。つまり、組立管装置１２を船体から切離する
必要がある場合、海底に沈下後の管装置を当該カラー５
５で垂直状態に維持できる程大きい。切離された管装置
の位置付けや回収を容易に行なえるように、位置付け音
響ピンガー（ｐｉｎｇｅｒ）５６及び回収案内柱５７を
浮きカラー５５の上部に取付ける。回収ブィを、柱５７
の底部に隣接する浮きカラー５５の側部に配置した適当
な容器５８の中に配設する適当なプィ線（ｂｕｏｙｌｉ
ｎｅ）５９を柱５７の上端部から容器５８内のブィまで
接続する。組立管装置のキールホール（ｋｅｅｌｈａｕ
ｌ）・ラッチ柱６０‘ま、ピン形雄部材５０の上端部で
支持され、ピン部材５０の軸に沿って上方に突出し球部
材３３の中に伸び込んでいる。

浮きカラー５５、ピンガー５６、案内柱５７、及び回収
プィとその容器５８は、ピン形雄部材５０を介して組立
管装置１２の上端部に支持される回収組立装置１６の要
素部材である。

既述のように、管４川まポリエチレンで作るのが好まし
い。

なぜなら、ポリエチレンは海中で正の浮力を有するから
である。組立管装置１２の長さが大きいことを考慮して
、緩衝ニップル（ｂｌｅｎｄｉｎｇｎｉｐｐｌ）４５は
管装置１２に沿ってある距離伸長するようにしてある。

ある距離とは、管４０とニップル４５の組合せ体が所望
量の純逆浮力（船ｔｎｅ鱗ｔｉｖｅｂ肌ｙａｎｃｙ）を
有するように選択できる重く約１９．５ｈ（６５フィー
ト））だけニツブル４５の長さより大きい距離のことで
ある。入口スクリーン組立装置３９もまた逆浮力を有す
る。従って、管４０は、使用中圧縮荷重というよりもむ
しろ適度の軸万向引張荷重を受けることになる。つまり
、上記の構成以外であれば、ポリエチレンの浮力によっ
て圧縮荷重が生じ、その結果管が圧縮される可能性があ
るわけである。管４０とニツプル４５の組合せ体の純逆
浮力は、カラー５５の純正浮力と、ピン形雄部材５０を
含む管装置上端部のその他の構造体の純正浮力との合計
よりも小さい。重り１７の純逆浮力は、管装置１２のう
ちのケーブル４８より上の部分の純正浮力より大きい。
例えば「上記の望ましい実施例では、これら構成部材の
純浮力は次の遜りである。雄部材５０と上方緩衝ニツプ
ル４５−９．０が（一２０，０００ポンド） 浮きカラー５５ 十１３．８（十３０，０００ポンド
）ポリエチレン管４０十２７．２４ｔ（十６０，０００
ポンド）下方混合ニツプル４５と入口スクリーン３９一
２９．５１ｔ（一６５０００ポンド）ケーブル４１と４
８ −７９．５【（一１７，５００ポンド）安定化用重
り１７ 一３４．０５ｔ（一７５ ０００ポンド）これ
らの浮力を合計すると、３９．７３（８７，５００ポン
ド）の純逆浮力となり、組立管装置自体（即ち、スクリ
ーン３９とその懸垂ケーブルの重量を除く）の浮力は正
万向で２２７０ｋｇ（５，０００ポンド）である。

以上の説明から、上記の構造体を第１図の方法で組立て
る場合、スクリーン組立装置３９に入口を有する流体流
路が、管装置の下端から船体縦穴１８内の冷水だめ３４
まで形成されることは明らかである。

この流路は、海洋深層からＯＴＥＣ施設１０への冷水の
上昇用流路である。深層冷水は、冷水だめ３４内に配設
された管形冷水吸入ダクト６３の開放下端部に位置する
ポンプ羽根車６２の作動によってこの流路を上昇するよ
う導かれる。羽根車６２は細長い軸６４の下端に取付け
られ「また軸６４の上端は、縦穴１８の上端部に位置付
けるのが望ましい駆動モータ６５に連結されている。ポ
ンプ羽根車６２と駆動モータ６５との間には、ダクト６
３内にェルボ６６を配談して、ダクト６３に吸入された
冷水をＯＴＥＣ施設０の船体内の適当なタンクまたは管
装置（図示せず）に放水できるようにしてある。添付図
面の構造体を検討すれば明らかなように、この構造体は
、システム全体を容易且つ好便に組立てることができ、
同時に、緊急の場合などに組立管装置１２を浮き構造体
１１から素早く切離したり回収したりできる。

船体１１に対する組立管装置１２の粗付け並びに初期結
合は、第５図乃至第１２図に段階順に示してあり、管装
置１２の分離並びに回収は第１３図乃至第１２図に段階
順に示してある。組立管装置１２は、海岸などの陸上基
地で製造並びに粗立てるのが望ましい。

適切な個別のポリエチレン管を溶接結合して可鏡組立管
装置本体を形成する。浮揚・回収組立装置をこの管本体
の−端に結合し、池端に安定化用重りを連結する。管装
置の逆浮力下端部と安定化用重りとをはしけ７８（第６
図参照）に載せ、管装置の他の部分即ち浮揚性のものは
総てはしけ７８の後に浮かべ、船体１１（浮き構造体）
を予め設置してある裾付場所に運ぶ。船体１１は予め設
置してあるから（第５図及び第６図参照）、はしけ７８
が到着するまでに、船体１１に搭載したケーブル７０と
ウインチ７９とを使って船体１１内にジンバル球継手結
合装置１４を下降させておき、また冷水だめ３４を縦穴
１８内に形成しておくはしけ７８が船体１１に到着した
ら、結合装置１４を船体竜骨近傍の適所に配置する（第
６図参照のこと）。はしけ７８が船体１１の舷側に着い
たら、船体１１に搭載したＡ字形枠体８０やウインチ８
１のような適当な装置（第７図参照）を装着して安定化
用重り１７と組立管装贋１２の下端部とを連結しト船体
（浮き構造体）１１での昇降を制御できるようにする。

はしけ７８からの荷揚げが済んだら、はしけ７８を他に
移し、次いでこの荷物をおろす。管装置下端部を降す場
合には、曳船８２を利用して、管装置上端部にラッチ柱
に連結するなどの方法で連結したペンダント線８３を介
して引張力を維持するようにする。この作業中は、管４
０の孫性と正浮力が役立つ。管装置の降下作業は、該装
置が垂直になり、且つその純逆浮力がペンダント線８３
で支持されるようになるまで続ける。

この点については第９図を参照されたい。重り１７と管
装置下端部とに対する連結線を解き、次にケーブル７０
を球継手３６，３７を通して下降させ、ラッチ柱６０の
直ぐ上にあるペンダント線８３の連結点８４に結合する
（第１０図を参照のこと）。管装置の荷重をペンダント
線８３からケーブル７川こ伝達し、該管装置を雌ソケッ
ト部材３２下方の適所に移動する。次いで、潜水夫にペ
ンダント線８３を連結点８４から外させる。この点につ
いは第１１図を参照のこと。次に、管装置１２をケーブ
ル７０で引き、ピン部村５０とソケット部材３２に着座
式に結合し、つなぎケーブル５１を潜水夫に固定させる
。その後、ケーブル７０をラッチ柱６０から解き放すと
、ダクト６３とェルボ６６と共に管装置は下降して冷水
だめ３４内の適所に位置することができ、同時に管装置
と船体の適正な機械的結合が達成される。しかし、管装
置１２は縦穴１８に対し偏心位置に位置するのが好まし
く、この位置であれば、管装置１２を回遊させてジンバ
ル球継手懸垂結合装置１４と結合させるとができ、而も
該管装置を冷水だめ３４内の適所に配置することができ
る。ＯＴＥＣ施設１０の稼動中はいつでも、船体（浮き
構造体）１１からの管装置１２の分離は、必要に応じて
、容易に行うとができる。

つまり、適当な分離信号を発生して、つなぎケーブル５
１と連動する遠隔操作式迅速分離形連結装置５２を作動
させる。連結装置５２が作動すると、殆んど同期式につ
なぎケーブル５１が分離する。つなぎケーブル５１が離
れると、船体１１による管装置１２の上端部の支持は総
てなくなる。管装置１２の純浮力は底部重り１７を連結
したことによって負となるから、管装置１２は船体１１
から下方に沈降し、その際雄ピン部材５０は一緒に運ん
でいくが、ジンバル装置を介して浮き構造体１１に連結
された雌ソケット部材３２と球部材３３は後に残る。一
旦底部重り１７が海底に衝突すると、管装置１２はその
上端部にあるカラー５５の正浮力によって垂直位置に維
持される。この様子は第１３図乃至第１６図に順序通り
示されている。入口スクリーン３９と安定化用重り１７
との間のケーブル４８の長さを決めるに際しては、管装
置１２が、分離される時も、海底に沈む時も、そして次
に重りで係留された且つ回収し易い概ね直立浮遊状態と
なる時も、損傷を生じないということを考慮しなければ
ならない。

迅速分離形装置５２の作動と同時に、逆浮力管装置はソ
ケット部村３２から沈下し、次第に加速してついにその
限界自由沈降速度に達する。上記のパラメータ及び特性
を有するように構成した本実施例では、この速度は毎秒
約２．４ｍ（８フィート）である。重り１７は水平断面
形状が十字形であるのが望ましいが、ケーブル４１及び
４８による懸垂位置は入口スクリーン３９より十分下方
にあるのがよい。つまり、重り１７が海底沈澱物に当っ
てその中に埋没した場合、重り１７以外の自由沈降構造
体の純正浮力と、粘性抗力が組合つて、ケーブル４８の
長さの範囲内で管装置の下降を緩め且つ停止させられる
位置にあるように配置する。現在の望ましい実施例では
、ケーブル４８の長さは９血（３００フィート）で、管
装置の限界自由沈降速度から停止するまでの距離は、重
り１７の海底衝突後約６皿（２００フィート）以内であ
る。それ以後は、管装置は、重り１７に係留された完全
潜水状態で概ね垂直方向に直立して浮遊し、海流が通過
する場合にのみ遊動する（第１６図参照のこと）。ケー
ブル４８上端部と結合している構造体（管装置）の下端
部が海底に接触することは決してない。標識ブィを容器
５８内に格納してあるが、このブィは、管装置の浮き構
造体（船体）からの分離時に自動的に解放できるように
するか、あるいは、望ましい例としては、容器５８内に
係留したま）にして、後述の第１７図の適当な遠隔操作
式分離装置で連続分離を行えるようにすることもできる
。

この標識ブィは分離された管装置（分離管装置）の上端
部の再結合の際役立つ。分離管装置の海底からの回収は
、底部重り１７と該管装置の下端部との間に遠隔操作式
連結装置４９を介在させたために、容易に行えるように
なっている。

即ち、分離管装置をその底部重りの無い状態で回収した
い場合は、適当な信号を発生して分離形連結装置４９に
底部重りと管装置の連結を切断させると、管装置を海面
に浮上させることができる。他方、分離管装置をその底
部重りと一緒に回収したい場合は、回収案内柱５７とキ
ールホール・ラッチ柱６０を使用すると容易に回収でき
る。なぜなら、この両柱５７，６０は、適当な回収装置
８６（第１８図乃至第２０図参照）を分離管装置にしっ
かりと連結し、その分離管装置を回収する際に仲立ちの
役割を果すからである。標識ブィ線５９は、回収装置８
６を案内して案内柱５７及びラッチ柱６０と連結する機
能を果す。一度分離した組立管装置を安定化用重り１７
と共に船体１１に回収するための望ましい手順を第１７
図乃至第２１図に示してある。Ａ字形枠体８０を船体１
１の側部（第１７図）に装着し、標識ブィ（第１６図）
を分離した後に、プィ線５９を船体上に取り込めるよう
にする。ブィ線５９を回収装置８６に挿通し、次にこの
装置を線５９に沿って下降させて案内柱５７と接触させ
る。この回収装置８６は、引上げケーブル８８をラッチ
柱６０と連動式の底部搭載のリーガン（Ｒｅｇａｎ）・
フッチで支持するりーガン（Ｒｅｇａｎ）回収装魔であ
るのが好ましい。回収装置８６は、案内柱５７に達する
と、これを柱５７に正しく方向付ける方向付けカムと協
働し、従って柱５７上を更に下降して行くと、引上げケ
ーブル８８が柱６０と連結することになる（第１８図及
び第１９図参照）。次に、ケーブル７０と潜水夫とを利
用して管装置を第１０図及び第１１図に関して既述した
通りに取扱い「ピン形結合部材５０をソケット部村３２
に再結合する。このようにして完全に回収並びに再連結
した管装置を第２１図に示してある。組立管装置１２は
、使用条件に耐えられる限りできるだけ軽量に製作する
。

船体１１内に冷水だめ３４を設けるのはこの目的に適う
ものである。冷水だめ３４の通常の水位は船体１１の満
載吃水線より下にある。冷水だめ３４の水位は、ポンプ
６５の作動によって海面より低い位置に維持されている
。この海面と水だめ３４水位間の差によって十分な駆動
水頭差（ｄｒＭｎｇ ｈｅａｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ
ｌ）が生じる。つまり、この駆動水頭差と管装置の水流
面積（ｗａにｒＨｏｗａｒｅａ）を適切に絹合せると「
水は該管装置内を所望の流量で上方に流れることができ
る。しかし、船体１１は波作用を受けることもあり、こ
れによって既述の横揺れ縦揺れとは別に、船体１１が上
下に揺れる、即ち垂直方向に周期運動を行う場合がある
。通常水位以下の水だめ３４の容積は、‘１｝最大船体
上下揺れ振幅（２重振幅）と、‘２｝管装置の流面積と
の積で得られる容積値よりも数倍大きい。例えば、図示
の好ましい構成では、水だめ容積は、最大上下揺れ期待
振幅２．血（６．６フィート）と管流面積約４．５〆（
５ぴ平方フィ−ト）の積の約１５音である。このように
して、管装置は船体上下揺れ運動中常に満水状態であり
、管壁を氏壊しようとする管装置の壁面間の差圧は許容
限度の範囲内に維持できることが確認された。従って、
より高い氏嬢荷重に耐える必要があると仮定した場合に
比べて、管装置をより軽量なものにすることができるよ
うになった。水だめ３４内に適当な水位センサを配設し
これを利用すると、ポンプ６５の作動を制御するだけで
水だめの水位を所望のレベルに維持することができる。

以上の説明から明らかなように、浮き構造体（船体）と
水中に沈み且つ懸垂式に支持された轡装置との間の垂直
荷重は総てジンバル装置で受止められる。

球継手は、ジンバルの回転の中心に位置しているため管
荷重は一切受止めず、単に、冷水をジンバル・船体界面
の両端間に運ぶジンバル運動に通した通路の働きをする
だけである。管装置の荷重は総てジンバル構造体に直接
伝達されるから、該管装置上部での運動譲動形曲げ応力
の発生は最小限に抑えられる。ジンバル装置と共に球継
手シールを使用したことにより、本施設内の−次冷水だ
めを浮き構造体（船体）に固定することが可能になった
。冷水ダクトでは、球継手以外には榛性継手は全く必要
とされない。球継手の適当な密封は簡単なものでよく「
１００％有効な密封を行うことを目的とするわけではな
い普通の加圧式密封法を使用して達成できるものである
。球継手シール両端間での圧力降下が小さい（約１．５
ｈ（５フィート）水頭）ため、この球継手からの漏れは
非常に小さい。管装置上端部に雄ピンを配設し、これを
ジンバル装置下方の雌ソケットと豚合させて使用するこ
とにより、緊急時に管装置を分離する装置の簡単化が達
成された軸受と密封リングを雄ピンと雌ソケット間に配
設したが、これらは、据付完了時ジンバルと管装置との
間に生じることのある最小モーメント並びに鞠断荷重を
支持する。垂直荷重はつなぎケーブル５１で支持する。
つなぎケーブル５１上の前記遠隔操作式分離形連結装置
（電気式、水圧式、音響式のいずれでもよい）を作動さ
せた場合、管装置上端部で支持されている雄ピンはジン
バル式雌ソケットから容易に分離、落下することができ
る。使用の際、ジンバル装置を浮き船体の吃水線より下
に配置すると、これによって引き起される船体の運動を
最小限に抑えることができる。ジンバル装置全体をその
縦穴内で特上げて船体の満載吃水線より高くすれば、保
守を行うことができる。本発明の分野の当業者であれば
、以上の説明が添付図面に図示の本発明の現在の望まし
い実施例に関してなされたものであることを当然理解で
きるであろう。

しかし、本発明は上記実施例以外の実施例でも明示でき
ることも明らかである。つまり、上記の説明では本発明
の現在考え縛る最良の実施例について記載してはあるが
、必ずしもそれが可能な例の総てではない。このような
わけで、当業者であれば、本発明の基本概念を逸脱する
ことなく前述の構成及び手順に修正、変更を加えること
が可能であることは容易に理解できる所であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はＯＴＥＣ施設の冷水上昇用組立管装置と、該管
装置を浮き構造体に連結する装置との部分断面正面図で
ある。 第２図は第１図の線２−２に沿って切られた部分断面図
である。第３図は第１図の線３−３に沿って切られた断
面図である。第４図は組立管装置下端部の入口スクリー
ンの拡大断面図である。第５図乃至第１２図は「組立管
装置の配置並びに浮き構造体への連結の手順の各段階を
示す簡略正面図並びに簡略斜面図である。第１３図乃至
第２１図は、組立管装置の浮き構造体からの分離、分離
後の管装置の回収、及び回収後の管装置の浮き構造体へ
の再連結の手順の各段階を示す簡略正面図である。１
０…・・・海洋熱エネルギー変換（ＯＴＥＣ）装置、１
１・・・・・・浮き船体構造体、１２…・・・上昇流用
組立管装置、１４・・・・・・ジンバル球継手式懸垂結
合装置、１５・・・・・・迅速分離式組立結合装置、１
６・・・・・・回収組立装置、１７・・・・・・安定化
用底部重り、ｌ８・・・・・・縦穴、２０・・…・内側
ジンバルリング、２１・・…・外側ジンバルリング、２
２，２８・・・・・・トラニオン、２３・・・・・・共
通鞠、２４・…・・軸受ブロック、３０・・・・・・枠
体、３２・・・…環状下方開放形雌ソケット部材、３３
……中空球部材、３４…・・・冷水だめ、３５・・・・
・・外スリーブ部材、３６・・・・・・管形部、３７・
・・・・・シール組立装置、３８・・・・・・自浄化ス
クリーン組立装置、３９・・・・・・入口スクリーン、
４０・・・・・・ポリエチレン管、４１・・・・・・鋼
製ケーブル、４３・・・・・・横向き結合板、４５・・
・・・・緩衝ニツプル、４６・・・・・・管状鋼製緩和
バラスト部、４７・・・・・・吸入流そらせ板、４８・
・・・・・重り支持ケーブル、４９・・・・・・遮隔操
作式迅速分離形連続装置、５０…・・・端部開放形雄ピ
ン結合部材、５１・・・・・・つなぎケーブル、５２・
・・・・・遠隔操作分離装置、５３・・・・・・シール
、５５・・・・・・回収浮力ラー、５７…・・・回収案
内柱、５８・・・・・・容器、６０・・・・・・ラッチ
柱、６１・・・・・・支持フランジ、６３・・・・・・
管形冷水吸入ダクト、６５・・・…モータ、７０・・…
・ケーブル、７１・・・・・・可榛鋼網、７２・・・・
・・支持板、７３・・・・・・管形案内部村、７４…・
・・環状底部閉鎖板、了５…・・・案内部材、７９，８
１……ウィンチ、８０・・・…Ａ字形枠体、８２・・・
．．・曳船、８３・・・・・・ペンダント線、８６・・
・・・・回収装置、８８・・・・・・引上げケーブル。 多勢多 滋多夕 多勢〆 ｊ夢′グ 〆多′そ 多′グ Ｊ多′夕 Ｊ多′夕 Ｊ多′〆 み′夕 〆多′汐 ｊ多々 Ｊ多′汐 多多′汐 汐′〃 多′必 ′〆〆 多′汐 み多′ノ ′′之ク 多′′勿

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 浮き構造体によつて組立管装置の上端部を連結し且
   つ垂下状に支持し、該管装置が構造体の下方で海中に垂
   直に配置され且つ該管装置の下端部が海底の上方に在つ
   て、水が管装置と浮き構造体との間を流れるべく構成し
   た装置であつて、当該装置が、上記管装置１２と上記浮
   き構造体１１との間で管装置１２に対して同心円状に連
   結され、管装置１２と浮き構造体１１との間のすべての
   負荷を担持する複軸２３，２９のジンバル装置２０，２
   １，２２，２８，３０と、上記ジンバル軸の交差点上に
   中心を置き、管装置の上端部１３と、浮き構造体の流路
   の一部を形成する浮き構造体の一部３４との間で連結さ
   れ、更にもう一つの流路部分を形成する球継手装置３３
   ，３５と、を含むことを特徴とする浮き構造体に組立管
   装置の上端部を連結する連結装置。 ２ 海上に浮く構造体はよつて組立管装置を垂下状に支
   持し、該管装置の上端部が上記構造体から下方へ開口し
   ている流路内に位置し、管装置の下端部が海底の上方に
   位置すべく構成した装置であつて、上記流路が概ね縦方
   向に方向づけられた案内部材２５を限定し、当該装置が
   、 上記案内部材の内部で可動で且つ上記管装置１２に対し
   て同心円状に管装置１２に連結され、管装置１２と構造
   体との間のすべての負荷を担持する複軸２３，２９のジ
   ンバル装置２０，２１，２２，２８，３０と、回転の中
   心が上記ジンバル軸と交差するように上記装置で支持さ
   れ、且つ上記管装置と上記流路との間で水を流れさせる
   ダクトを有する球継手装置３３，３５と、を含むことを
   特徴とする浮き構造体に組立管装置の上端部を連結する
   連結装置。 ３ 浮き構造体に組立管装置の上端部を連結する装置で
   あつて、上記構造体にはその下部を貫通して開口する流
   路があつて上記管装置と構造体との間で水を流れさせ、
   一方上記管装置は上記構造体によつて垂下状に支持され
   且つ管装置の下端部が海底の上方に位置するように上記
   構造体の下方の海中に垂直に位置されており、当該装置
   が、 相互に分離可能で分離の時に管装置側に残る第一の素子
   と分離の時に構造体側に残る第二の素子とからなる一対
   の咬み合い素子を有し、且つ上記管装置１２と構造体と
   の間で水を流れさせる流路の一部を形成するダクトを有
   する球継手装置３３，３５と、上記球継手装置とは別に
   、管装置と構造体との間の全垂直方向の荷重を支持し且
   つ上記浮き構造体の水平軸を中心とする角運動を吸収し
   てこの運動から上記管装置を隔離する負荷支持装置２０
   ，２１，２２，２８，３０と、上記管装置を上記球継手
   装置の第二の素子に解放可能に連結する機構１５と、を
   含むことを特徴とする浮き構造体に組立管装置の上端部
   を連結する連結装置。 ４ 浮き構造体に組立管装置の上端部を連結する装置で
   あつて、該浮き構造体には下方に開口する流路があつて
   、上記管装置がその下端部を海底の上方に位置して概ね
   垂直に下方に延びており、当該装置が、上記流路に隣接
   して、該流路と流体連通の関係で上記構造体に連結され
   ている端部開放形ソケツト部材３２と、流体連通の関係
   で上記管装置に連結され且つ上記ソケツト部材と合致す
   る中空の端部開放形ピン部材５０であつて、上記ソケツ
   ト部材と合致する関係でソケツト部材と共に上記構造体
   の下から移動して、上記管装置から合致したピン部材及
   びソケツト部材を通つて上記流路までの流路を限定すべ
   く構成された中空の端部開放形ピン部材５０と、上記ソ
   ケツト部材を上記構造体に連結し、水平軸を中心とする
   ソケツトと構造体との相対運動を行なわせ、上記管装置
   によつて上記ソケツトにかけられた荷重を支持し且つそ
   れを構造体へ移送するジンバル装置２０，２１，２２，
   ２８，３０と、を含むことを特徴とする浮き構造体に組
   立管装置の上端部を連結する連結装置。