(57)【要約】      （修正有）【課題】海底から海上の目的の位置に大量の貨物を効率的に移送する水中エレベータを得る。【解決手段】複数の浮上沈降体１０ａ〜10iは、海中を行列をなして浮上又は沈降するものであり、複数の浮上沈降体の各々は、沈降する際には海底の第１の誘導ビーコン発信手段２０１からの誘導ビーコンを受信して目標位置として設定し、浮上する際には海上の第２のビーコン発信手段１０２からの誘導ビーコンを受信して目標位置を設定し、行列における、浮上又は沈降する方向で２番目以降の浮上沈降体は前方の浮上沈降体の追尾ビーコン発信手段が発信する追尾ビーコンを受信して、前方の浮上沈降体に追尾して浮上又は沈降するものであり、海底に設けられて、貨物を移載する第１の移載手段２００により、海底の貨物を複数の浮上沈降体の貨物搭載部に移載する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底および海上にそれぞれ備えられた第１および第２の誘導ビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信する誘導ビーコン受信手段、追尾ビーコン発信手段、追尾ビーコン受信手段並びに貨物を搭載する貨物搭載部を有し、水中を浮上又は沈降する複数の浮上沈降体を備え、
前記複数の浮上沈降体は、行列をなして浮上又は沈降するものであり、
前記複数の浮上沈降体の各々は、沈降する際には前記第１の誘導ビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置として設定し、浮上する際には前記第２のビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置を設定し、
前記行列における、浮上又は沈降する方向で２番目以降の浮上沈降体は前方の浮上沈降体の追尾ビーコン発信手段が発信する追尾ビーコンを受信して、前記前方の浮上沈降体に追尾して浮上又は沈降するものであり、
海底に設けられて、貨物を移載する第１の移載手段により、海底の貨物を前記複数の浮上沈降体の貨物搭載部に移載することを特徴とする水中エレベータ。
【請求項２】
複数の浮上沈降体の各々は、方向舵と、前記方向舵の角度を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段により前記方向舵の角度を制御することにより、受信した追尾ビーコン又は誘導ビーコンの発信位置に向けて、前記複数の浮上沈降体の各々が浮上又は沈降する方向を設定することを特徴とする請求項１に記載の水中エレベータ。
【請求項３】
海上に設けられて、貨物を移載する第２の移載手段を備え、海上に浮上した複数の浮上沈降体の貨物搭載部から貨物を海上運搬船に移載することを特徴とする請求項１又は２に記載の水中エレベータ。
【請求項４】
海上に設けられ、複数の浮上沈降体の浮上位置を推定する浮上位置推定手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水中エレベータ。
【請求項５】
海上に設けられ、複数の浮上沈降体の沈降位置を推定する沈降位置推定手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水中エレベータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水中を浮上又は沈降する浮上沈降体を用いて、水底又は水中と、水上との間で、貨物を移送する水中エレベータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海底あるいは湖沼底に埋蔵される資源を活用する場合、又は、海洋において再生可能なエネルギーを得るために海洋に発電設備等の設備を設ける場合に、水底又は水中と水上との間で大量の物資、貨物を運搬する必要がある。
従来は例えば、深海あるいは湖沼底まで潜航可能な潜水艇を用いて、物資を運搬する手法が取られてきた。この手法では、潜水艇の積載能力に限界があり、効率的な物資の移送ができないという問題がある。また、海底等の原油を取得する場合には、ボーリング等により水底を掘削し、長尺な配管を水底まで伸ばすことにより、石油資源の採取を行うという手法が取られてきた。しかしながら、この手法では対象が石油等の流動性のある資源に限られ、固体の資源、貨物等の物資を大量に移送する場合には対応できない。
【０００３】
また、海洋において再生可能なエネルギーを生成し、取得する場合には、発電設備等の海上又は海中に構築された設備を保守する必要が発生し、そのための補修機材等を大量に運搬する必要がある。
このような物資の移送を目的として、水中を浮上又は沈降する浮上沈降体を用いて、物資を運搬する試みがある。例えば、海底資源を揚鉱する際に輸送手段として、重力と浮力と水圧を利用する資源回収艇に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、非特許文献１に記載されたものは、海底に係留索を取り付けた重りを沈め、海面に浮かぶブイとの間に張られた係留索を索道として、地上の建物等に設置される建物用エレベータにおける「かご」に相当するシャトル本体を上下させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３０６３７号公報
【非特許文献１】工藤  君明、”海中エレベータシステムの研究開発”、２０００年３月、海洋科学技術センター試験研究報告、第４１号、ｐ．２１−３５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたものでは、水中を沈降又は浮上するための技術は開示されているが、目的の位置に資源回収艇を誘導する技術については開示されておらず、例えば、水中における流れなどの外乱によって資源回収艇が流され、目的の位置に輸送することが困難であるという問題がある。
また、非特許文献１に記載されたものでは、基本的に１本の索道について１台のシャトルを上下させるものであるため、大量の物資を移送するのには適さない。また、水中の流れが強い場合には、重りごと流されてしまうことも想定されるため、目的の位置に大量の貨物を効率的に移送する手段とはなり得ないという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、海底から海上の目的の位置に、大量の貨物を確実に効率よく移送する水中エレベータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による水中エレベータは、海底および海上にそれぞれ備えられた第１および第２の誘導ビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信する誘導ビーコン受信手段、追尾ビーコン発信手段、追尾ビーコン受信手段並びに貨物を搭載する貨物搭載部を有し、水中を浮上又は沈降する複数の浮上沈降体を備え、複数の浮上沈降体は、行列をなして浮上又は沈降するものであり、複数の浮上沈降体の各々は、沈降する際には第１の誘導ビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置として設定し、浮上する際には第２のビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置を設定し、行列における、浮上又は沈降する方向で２番目以降の浮上沈降体は前方の浮上沈降体の追尾ビーコン発信手段が発信する追尾ビーコンを受信して、前方の浮上沈降体に追尾して浮上又は沈降するものであり、海底に設けられて、貨物を移載する第１の移載手段により、海底の貨物を複数の浮上沈降体の貨物搭載部に移載することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、複数の浮上沈降体は、複数の浮上沈降体は、行列をなして浮上又は沈降するものであり、複数の浮上沈降体の各々は、沈降する際には第１の誘導ビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置として設定し、浮上する際には第２のビーコン発信手段からの誘導ビーコンを受信して目標位置を設定し、行列における、浮上又は沈降する方向で２番目以降の浮上沈降体は前方の浮上沈降体の追尾ビーコン発信手段が発信する追尾ビーコンを受信して、前方の浮上沈降体に追尾して浮上又は沈降するものであり、海底に設けられて、貨物を移載する第１の移載手段により、海底の貨物を複数の浮上沈降体の貨物搭載部に移載することにより、海底から海上に大量の貨物を確実に効率よく、移送することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による水中エレベータの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による浮上沈降体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明に係る水中エレベータについて、以下に図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は例示であって、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態において、海洋に適用した場合を例として挙げて説明するが、本願発明の適用先は海洋に限るものではなく、湖沼、河川など水中であれば同様に適用できるものである。
【００１１】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１による水中エレベータ１の構成を示す。水中エレベータ１は、海面と海底又は海中の所定の位置との間を浮上又は沈降する複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・、海上運搬船１００、海底又は海中に設けられた構造物（以下、海中構造物と呼ぶ）に敷設された誘導ビーコン発信手段（第１の誘導ビーコン発信手段）２０１、海底又は海中構造物に設けられた貨物を移動して積み替える移載手段（第１の移載手段）２００から構成される。
海上運搬船１００には、海上で貨物を移動して積み替える移載手段（第２の移載手段）１０１、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ等が浮上する際の海上の目標位置を示す誘導ビーコンを発信する誘導ビーコン発信手段（第２の誘導ビーコン発信手段）１０２が設けられる。
【００１２】
以下、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・を代表して浮上沈降体１０と記載する場合がある。
図２に、浮上沈降体１０の構成を示す。浮上沈降体１０には、貨物を積載するか又は吊り下げる機能を有する貨物搭載部３８が設けられる。また、浮上沈降体１０の内部には、浮上沈降体１０および貨物が水中で重量的に釣り合う浮力を持つ浮力体２１が設けられる。浮力体２１は、浮力を増減させるための浮力タンク２２、浮力タンク２２に注水するか、あるいは圧縮空気溜め２３から空気を送り込むことで排水を行うことにより、貨物がない場合は浮上沈降体１０の浮力を調節し、貨物が搭載された場合は貨物と浮上沈降体１０を合わせた全体の浮力を調整する。
【００１３】
排水、給水は浮力タンク２２と浮上沈降体１０の最外部との間に配置された水管２５を介して行う。水管２５において、浮上沈降体１０の最外部には給排水弁２４が設けられる。このようにすることで、浮上沈降体１０は自力で浮上又は沈降を行うことができる。
また、浮上沈降体１０には１つないし複数の方向舵３７が設けられ、制御手段３５を用いて方向舵３７の向きを制御することにより、沈降目標位置又は浮上目標位置に向かって沈降又は浮上する。
また、浮上沈降体１０には、誘導ビーコン受信手段３２、追尾ビーコン受信手段３３、追尾ビーコン発信手段３４が備えられる。
【００１４】
誘導ビーコン受信手段３２は、浮上沈降体１０の浮上時には、海上にある誘導ビーコン発信手段１０２から発信された誘導ビーコンを受信し、目標位置を海上の誘導ビーコン発信位置に設定する。また、浮上沈降体１０の沈降時には海底又は海中にある誘導ビーコン発信手段２０１から発信された誘導ビーコンを受信し、目標位置を海底又は海中の誘導ビーコン発信位置に設定する。
追尾ビーコン受信手段３３は、浮上沈降体１０の進行（浮上又は沈降）方向前方の浮上沈降体１０における追尾ビーコン発信手段３４から発信された追尾ビーコンを受信し、目標位置を進行方向前方の追尾ビーコン発信位置に設定する。
【００１５】
誘導ビーコンおよび追尾ビーコン（以下、両方をまとめてビーコンと呼ぶこととする）として、光、電磁波、音波のいずれかを主搬送波として用いるが、ビーコンの到達距離の点で音波が有利である。このとき、ビーコンの送受信において、予期しない混信、悪意の偽ビーコンの照射を防ぐ必要があり、そのため、受信したビーコンを識別する機能が必要となる。
そこで、ビーコンに識別情報として変調をかけて発信する。例えば、各ビーコンに固有の数値を割り当てておき、送信側、受信側で予め定めておいた共通暗号鍵を用いて、その数値を送信側で暗号化、受信側で復号化を行う。これにより、混信と偽ビーコンの混入を防止することができる。また、公開鍵暗号を用いた共通暗号鍵の交換などの手段を用いてもよい。
【００１６】
また、浮上沈降体１０には、通信手段３６が設けられる。通信手段３６は、海上に浮上したときの個体識別又は自己位置標定のために用いられる。自己位置評定のために位置センサとして、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機能を設けても良い。通信手段３６から送信される個体識別又は自己位置標定の情報を位置情報と共に受信することにより、海上運搬船１００から、浮上沈降体１０の各個体を同定することができ、また、浮上沈降体１０が浮上した位置を把握することができる。
また、浮上沈降体１０には、蓄電池４０および蓄電池４０に充電するための被充電手段（あるいは受電手段）が設けられる。
【００１７】
浮上沈降体１０は蓄電池４０の残量が乏しくなった場合に、海上に設置された充電装置１１０に接続して充電し、稼働に必要な電力源とする。充電装置１１０は大容量の蓄電池を搭載してもよく、また、風力等から発電する発電設備を備えてもよい。
【００１８】
次に、動作について説明する。
図１に示すように、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・は、水中で行列をつくって沈降又は浮上する。図１において、浮上沈降体１０ａ〜１０ｄは沈降する行列を形成し、浮上沈降体１０ｅ〜１０ｈは浮上する行列を形成する。この際に浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・の間に、ロープなど物理的連結手段を用いることはない。行列として並んで進行（沈降又は浮上）する場合に、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・のそれぞれは、一つ後ろを移動する浮上沈降体１０に向けて、追尾ビーコン発信手段３４を用いて、追尾ビーコンを発信する。後ろを移動する浮上沈降体１０は、一つ前を移動する浮上沈降体１０が発信する追尾ビーコンを追尾ビーコン受信手段３３によって受信する。
【００１９】
これにより、浮上沈降体１０は、一つ前を進行する浮上沈降体１０の追尾ビーコン発信手段３４からの追尾ビーコンの発信位置を目標位置として進行する。例えば、浮上沈降体１０ｂは沈降する行列内の１つ前の浮上沈降体１０ａが発信する追尾ビーコンの発信位置を目標位置とする。
また、海底（又は海中）の目標位置に近づいたときには、浮上沈降体１０に備えられた誘導ビーコン受信手段３２が、海底（又は海中）に設置された誘導ビーコン発信手段２０１から発信される誘導ビーコンを受信して、目標位置を誘導ビーコン発信位置に設定することにより、海底（又は海中）の目標位置に沈降していく。
目標位置あるいはその近傍まで浮上沈降体１０が到達した後、海底（又は海中）に設置された移載手段（第１の移載手段）２００により、浮上沈降体１０の貨物搭載部３８に、貨物が搭載（すなわち、移載）される。
【００２０】
次に、浮上沈降体１０は浮力体２１を用いて、浮力を調節し、浮上していくことにより、海底（又は海中）にある貨物が海上に運ばれる。
浮上する場合にも、沈降する場合と同様、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・は、水中で行列を形成して浮上する。浮上する場合にも、沈降時と同様に、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・のそれぞれは、一つ後ろを移動する浮上沈降体１０に向けて、追尾ビーコン発信手段３４を用いて、追尾ビーコンを発信する。後ろを移動する浮上沈降体１０は、一つ前を移動する浮上沈降体１０の追尾ビーコン発信手段３４が発信する追尾ビーコンを追尾ビーコン受信手段３３によって受信する。これにより、浮上沈降体１０は、一つ前を進行する浮上沈降体１０を目標として浮上する。
【００２１】
浮上沈降体１０が海上に近づくと、海上の目標位置を示す誘導ビーコンを発信する誘導ビーコン発信手段１０２（第２の誘導ビーコン発信手段）から発信される誘導ビーコンを受信して、目標位置を誘導ビーコン発信位置に設定することにより、海上の目標位置に浮上する。
誘導ビーコン発信手段１０２は、近づいて来る浮上沈降体１０を、指定する位置に近づくよう、誘導ビーコンを発信する。誘導ビーコン発信手段１０２は、海上運搬船１００の船底および海底の貨物の付近に設置しておき、浮上沈降体１０を近くに呼び寄せる。浮上沈降体１０は上述したように、誘導ビーコンを頼りに、方向舵３７を動かすことで浮上位置を制御し、誘導ビーコン発信手段１０２に近接していく。
【００２２】
以上述べたように、浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・は、全体としては図１における矢印Ａに沿って行列をなして、進行（沈降又は浮上）する。
浮上沈降体１０が海面あるいはその近くまで浮上すると、海上で貨物を移動する移載手段１０１（第２の移載手段）により、浮上沈降体１０から貨物のみを取り外して、海上運搬船１００に積載する。あるいは、浮上沈降体１０を貨物ごと海上運搬船１００に積み込んだのち、貨物のみ取り外して、浮上沈降体１０を再度水中に放つようにしてもよい。
浮上沈降体１０は蓄電池４０の残量が乏しくなると、海上に設置された海上に設置された充電装置１１０に接続して充電する（図１の浮上沈降体１０ｚ）。
【００２３】
また、海上運搬船１００には、浮上沈降体１０が海底の特定位置から海面に浮上してくる位置を推定する浮上位置推定手段１２０を備えてもよい。海上運搬船１００は、浮上位置推定手段１２０を用いて推定した浮上位置に移動して、誘導ビーコン発信手段１０２を用いて、誘導しながら、浮上沈降体１０が浮き上がってくるのを待ち構えることができる。
また、海上に設けられた移載手段１０１で届かない距離に浮上した浮上沈降体は、海上運搬船１００が浮上沈降体に備えられた通信手段から発せられる浮上沈降体の自己位置情報に向かって移動し、浮上沈降体１０の貨物、あるいは浮上沈降体１０を貨物と一緒に回収する。
【００２４】
海上運搬船１００には、沈降位置推定手段１３０を備えることもできる。沈降位置推定手段１３０は、浮上沈降体１０を海中のある位置に放った後、沈降する位置の海面上の位置を推定するものである。浮上沈降体１０を海中に放った後、沈降位置推定手段１３０を用いて、浮上沈降体１０が沈降していく海面上の位置を推定する。その上で、推定された海上の位置に移動し、浮上沈降体１０が浮上するのを待ち構える。
浮上位置推定手段１２０は海流の方向、強さの情報、気象情報などを用いて、浮上沈降体１０の浮上位置を推定することができる。あるいは、浮上沈降体１０の沈降位置と浮上位置との関係を海域ごとの履歴データベースとして保有して浮上位置を推定することもできる。これらの手段を併せて使用することにより、浮上位置の推定精度を高めることができる。
【００２５】
上述した、浮上位置推定手段１２０および沈降位置推定手段１３０は海上運搬船１００に備える場合について説明したが、海上運搬船１００以外の海上に設けた海上設備等に設置してもよい。また、浮上位置推定手段１２０および沈降位置推定手段１３０は陸上の設備に設け、海上運搬船１００等海上にある設備に通信機能を介して情報を送受信して実現することもできる。
また、浮上沈降体１０に搭載された蓄電池４０が放電状態に近づいたとき、デフォールト動作として、浮上するようにしておく。あるいは、浮上沈降体１０が故障したときにも浮上するようにしておく。こうすることにより、上述した事態が発生した場合に、海面を探索することで、行列から外れてしまった浮上沈降体１０の回収が容易となるという効果がある。
【００２６】
また、蓄電池４０が放電状態に近づいたときあるいは浮上沈降体１０が故障したときに、デフォールト動作として、沈降するようにしておくこともできる。この場合には、海上を漂うゴミとなることを防ぐことができる。あるいは、貨物を第三者に奪われる機会を減ずる効果がある。なお、海底に沈降した浮上沈降体１０は、浮上沈降体１０を回収するための、潜水艇などを用いて定期的に回収していくことができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、水中エレベータ１は、海底に備えられた誘導ビーコン発信手段（第１の誘導ビーコン発信手段）１０２および海上に備えられた誘導ビーコン発信手段（第２の誘導ビーコン発信手段）２０１からの誘導ビーコンを受信する誘導ビーコン受信手段３２、追尾ビーコン発信手段３４、追尾ビーコン受信手段３３並びに貨物を搭載する貨物搭載部３８を有し、水中を浮上又は沈降する複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・を備え、複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・は、行列をなして浮上又は沈降するものである。また、複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・の各々は、沈降する際には海底に備えられた誘導ビーコン発信手段（第１の誘導ビーコン発信手段）１０２からの誘導ビーコンを受信して目標位置として設定し、浮上する際には海上に備えられた誘導ビーコン発信手段（第２の誘導ビーコン発信手段）２０１からの誘導ビーコンを受信して目標位置を設定する。また、複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・の行列における、浮上又は沈降する方向で２番目以降の浮上沈降体１０は前方の浮上沈降体１０の追尾ビーコン発信手段３４が発信する追尾ビーコンを受信して、前方の浮上沈降体１０に追尾して浮上又は沈降する。また、海底に設けられた貨物を移載する移載手段（第１の移載手段）２００により、海底の貨物を複数の浮上沈降体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・の貨物搭載部３８に移載する。以上により、海底（又は海中）にある貨物、資源等を大量に、確実にかつ効率的に海上の目的の位置に移送することができる。
【００２８】
また、水中エレベータ１は、海上運搬船１００など海上設備に浮上位置推定手段１２０を備えることにより、浮上沈降体１０の浮上位置を推定することができ、より効率的に海底（又は海中）にある貨物、資源等を大量に、海上に運搬することができる。
さらに、海上運搬船１００など海上設備に沈降位置推定手段１３０を備えることにより、浮上沈降体１０の沈降位置を推定することができ、より効率的に海底（又は海中）にある貨物、資源等を大量に、海上に運搬することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  水中エレベータ、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｚ  浮上沈降体、３２  誘導ビーコン受信手段、３３  追尾ビーコン受信手段、３４  追尾ビーコン発信手段、３５  制御手段、３７  方向舵、３８  貨物搭載部、１００  海上運搬船、１０１  海上に備えられた移載手段（第２の移載手段）、１０２  海上に備えられた誘導ビーコン発信手段（第２の誘導ビーコン発信手段）、１２０  浮上位置推定手段、１３０  沈降位置推定手段、
２００  海底に備えられた移載手段（第１の移載手段）、
２０１  海底に備えられた誘導ビーコン発信手段（第１の誘導ビーコン発信手段）。
【図１】
2014156176.tif 000003
【図２】
2014156176.tif 000004