(57)【要約】【課題】取水・排水を効率的に行える浮体を提供する。【解決手段】水上に浮かべた状態で姿勢の鉛直性が保たれ、中心部にメインタンクＭＴが設けられ、メインタンクの下方に複数の排水タンクＷＴが設けられた浮体１は、メインタンクに、その下方外部の水をメインタンク内部に取り入れる取水口１３と、メインタンク内部の水を排水タンク毎に流す複数の連通口１６とを設け、各排水タンクに、それぞれ排水タンク内部の水を浮体外部に排水する排水口１１、２７、２８を設け、取水口に、水をメインタンク内部に取り入れるときに開き、その逆流時に閉じる逆止弁１４を設け、排水口には、排水タンク内部の水を浮体外部に排水する時に開き、その逆流時に閉じる逆止弁１２、２９、３０を設けた。【選択図】図１
2019147510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上に浮かべた状態で姿勢の鉛直性が保たれ、中心部にメインタンクが設けられ、該メインタンクの下方に複数の排水タンクが設けられた浮体において、
前記メインタンクに、その下方外部の水をメインタンク内部に取り入れる取水口と、メインタンク内部の水を前記排水タンク毎に流す複数の連通口が設けられ、
前記各排水タンクに、それぞれ排水タンク内部の水を浮体外部に排水する排水口が設けられ、
前記取水口に、水を前記メインタンク内部に取り入れるときに開き、その逆流時に閉じる逆止弁が設けられ、
前記排水口には、前記排水タンク内部の水を浮体外部に排水する時に開き、その逆流時に閉じる逆止弁が設けられたことを特徴とする浮体。
【請求項２】
発電機を備え、
前記連通口に、前記メインタンク内部から前記排水タンク内部に流れる水により回転する水車が設けられ、
前記水車によって、前記発電機が駆動されることを特徴とする請求項１に記載の浮体。
【請求項３】
前記取水口に取水する水を案内する案内壁と、前記排水タンクを囲う囲い壁とは、何れか一方が一枚の壁の表裏両面のうちの一方であり、他方が前記一枚の壁の表裏両面のうちの他方であることを特徴とする請求項１または２に記載の浮体。
【請求項４】
前記メインタンクよりも上方へ延びるダクトを兼ねる支柱の内部に、螺旋状に延びる螺旋板を設け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浮体。
【請求項５】
前記排水タンクの底面は、波形の波打ち形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の浮体。
【請求項６】
前記複数の排水タンクそれぞれは、浮体の中央近傍に位置する連通部によって連通していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の浮体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の浮体と、
前記浮体から鉛直下方に延びて、深層水を汲み上げるための鉛直取水管と、を備え、
前記鉛直取水管に、汲み上げた深層水を前記取水口の外部周辺および／または浮体内部に放出する放出手段と、該鉛直取水管によって深層水を汲み上げるための取水ポンプと、が設けられたことを特徴とする人工湧昇流発生装置。
【請求項８】
前記浮体に設けられた風力発電機および／または水流発電機を備え、
前記取水ポンプは、前記発電機、前記風力発電機および／または水流発電機の少なくとも何れか一つが発電する電気によって駆動することを特徴とする請求項７に記載の人工湧昇流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機を備え水上に浮かべて発電するための浮体、および該浮体を備えた人工湧昇流発生装置に関する。
特に、本発明は、波の上下動（水粒子の円軌道運動）により波力発電するもの、或は前記浮体を備え、海流、潮流等により海洋エネルギー利用発電するもの、または前記浮体を備え、該浮体上に洋上風車を搭載した洋上風力発電等の風力エネルギー利用発電するもの等のエネルギー変換分野に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、前述した動力源を用いたポンプ動力発生等動力変換分野、および海洋上に浮上、着床させて水の送水、取水、水の循環、水質浄化等による水質環境改善分野、または深層水（底層水）取水、排水、拡散等による人口湧昇流発生により、植物プランクトン増養殖、水産資源の増養殖、海域の肥沃化等、生物環境改善分野等にも関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊等が叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題等エネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれるとともに、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。
【０００４】
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所等の原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災等に伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は、生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても分かるように、地域住民の生活環境への悪影響が極めて大きく、被害も甚大になる虞がある。
【０００５】
また、我が国の陸上における風力エネルギー利用装置では装置の大規模化に伴い、低周波騒音問題等の公害問題がある。国土が狭い上に山岳地帯の占める面積が大きい我が国ではこれらの問題を踏まえ、これ以上陸上では大規模な新規立地が困難な状況にあるが、早急に新たなエネルギー開発を推進しなくてはならない。そこで、騒音公害や環境公害の問題等に配慮しつつ、安全性、安定性、効率性、メンテナンス性等の点で、これまでの装置の大幅な改善と推進が緊急に求められている。
【０００６】
地球は、表面積の７１パーセントが海であり、我が国は四方を海に囲まれた海洋国である。また、我が国は領海および排他的経済水域の面積を入れると世界有数の大国である。従って、海を有効に利用して、海洋上に浮体式、着床式、或いは洋上風力エネルギー利用装置を設けることにより、低周波騒音等の公害問題も解決するだけでなく大規模化が可能になる。このため、原子力発電の代替エネルギーとして風力エネルギーを十分に役立たせることも可能である。
【０００７】
また、離島等における風力エネルギー利用装置の開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や小笠原諸島における無人の島々への居住を可能にする。また、それらの島々を釣り場や観光地とする可能性を高めるために、さらには離島における石油等の運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業等の拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化等を図るためにも、海を有効に利用することが有益である。
【０００８】
海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐等の海洋エネルギー資源が多く存在する。そこで、これらを一つの浮体に搭載した装置（特許文献１参照）によって、安価に且つ安全に効率よくエネルギー利用し、それぞれ性質の違った多種多様なエネルギー源を組み合わせ、安定エネルギー源として有効利用できるエネルギーの多様化による発電機の開発が望まれている。
【０００９】
また、地球が誕生して以来４６億年の年月が流れ、海底には陸地から流れ込んだ窒素、リン等の栄養塩が無尽蔵に存在する。これらを本発明に関連した浮体支持軸と鉛直取水管を併用した装置（特許文献２参照）によって、低層部の深層水（底送水）を海面上に汲み上げ、人口湧昇流による植物プランクトンを増養殖して、水産食料資源を増殖することは、発電機等の電気的技術分野や機械的および構造的技術分野を超えた大海の海洋生態系、生物環境、生物資源生産分野にまで波及する。そのため、これらを早急に開発することが社会的にも経済的にも必要であり、その第１歩として最も身近な波力発電、海流、潮流、洋上風力、並びに洋上風力エネルギー利用装置の開発が緊急に望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５６８８７６４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願の出願人は、特許文献１において、水面上に浮上する浮体の傾斜面において、水の取水、排水口を設けて、波力を利用して発電する装置として波力エネルギー利用装置を提案したが、その中で波力発電機における波力（水）を取り入れる浮体、並びにその装置の構成においては、よりいっそう機構を改善、効率化することが望まれていた。
また、機構上のトラブルや海洋装置における生物付着問題、魚類、クラゲ等の混入問題、運転作業の軽減面等においても改善する余地があった。
【００１２】
また、特許文献２においては、汲み上げた深層水をすぐに海域放流するために、放流した深層水の深海への沈降速度が速いという欠点があった。この欠点に対する効果的対策として、汲み上げた深層水を装置内で循環させて装置内における海洋生物の付着防止効果等を果たさせた後、循環中に表層近くの表層水との混合作用等により、冷水と表層水との温度差緩和等がなされたものを海域に放流することが考えられる。
【００１３】
しかし、この場合、放流した深層水の低層への沈降速度が遅いために、海面上付近での滞留時間が長く光合成効果が大きくなる。このため、植物プランクトンをより多く増殖させることになり、これを捕食する動物プランクトン増殖も促す結果となり、これらプランクトンに起因する装置への付着物の増加を招くために、装置を改善しなくてはならないという課題があった。
【００１４】
特に、浮体式波力、洋上風力エネルギー利用装置等においては、実用化、並びに装置の大規模化に伴い機構を単純化し、装置は出来る限りドック等の陸地の工場で製作し、現地組み立て、運搬、設置等を簡略化し、メンテナンス費や運転コスト等のすべてにおいてコスト低下に導くことが、発電原価等の低減につながる。このため、洋上での現地作業を極力減じたものとする必要があるという課題もあった。
【００１５】
また、洋上風力エネルギー利用装置等の運搬、設置、曳航時等においても、自己浮体にバラスト水注入等を用いて重心を下げ、安定した装置とすることにより、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇に際して、簡単に対応できて、装置を安全に守る必要があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の技術が有する課題や問題点に着目してなされたもので、波力、海流、潮流、風力による水上発電を行うために、取水・排水を効率的に行うことができる浮体、並びにクラゲや魚類等海洋生物、浮遊ごみ等の海洋浮遊物の装置機構部内への混入防止が可能な浮体および該浮体を備えた人工湧昇流発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  水上に浮かべた状態で姿勢の鉛直性が保たれ、中心部にメインタンク（ＭＴ）が設けられ、該メインタンク（ＭＴ）の下方に複数の排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）が設けられた浮体（１）において、
前記メインタンク（ＭＴ）に、その下方外部の水をメインタンク（ＭＴ）内部に取り入れる取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）と、メインタンク（ＭＴ）内部の水を前記排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）毎に流す複数の連通口（１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）が設けられ、
前記各排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）に、それぞれ排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）内部の水を浮体（１）外部に排水する排水口（１１、２７、２８）が設けられ、
前記取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に、水を前記メインタンク（ＭＴ）内部に取り入れるときに開き、その逆流時に閉じる逆止弁（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が設けられ、
前記排水口（１１、２７、２８）には、前記排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）内部の水を浮体（１）外部に排水する時に開き、その逆流時に閉じる逆止弁（１２，２９，３０）が設けられたことを特徴とする浮体（１）。
【００１８】
［２］  発電機（１９）を備え、
前記連通口（１６，１６ｅ，１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）に、前記メインタンク（ＭＴ）内部から前記排水タンク（ＷＴ，ＷＴｅ，ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）内部に流れる水により回転する水車（１７，１７ｅ，１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ）が設けられ、
前記水車（１７，１７ｅ，１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ）によって、前記発電機（１９）が駆動されることを特徴とする項１に記載の浮体（１）。
【００１９】
［３］  前記取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に取水する水を案内する案内壁（５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ）と、前記排水タンク（ＷＴ，ＷＴｅ，ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）を囲う囲い壁（５４、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ）とは、何れか一方が一枚の壁の表裏両面のうちの一方であり、他方が前記一枚の壁の表裏両面のうちの他方であることを特徴とする項１または２に記載の浮体（１）。
【００２０】
［４］  前記メインタンク（ＭＴ）よりも上方へ延びるダクトを兼ねる支柱（２２，３９）の内部に、螺旋状に延びる螺旋板（４５ｂ、４５ａ）を設けたことを特徴とする項１から３のいずれか一項に記載の浮体（１）。
【００２１】
［５］  前記排水タンク（ＷＴ，ＷＴｅ，ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）の底面は、波形の波打ち形状であることを特徴とする項１から４のいずれか一項に記載の浮体（１）。
【００２２】
［６］  前記複数の排水タンク（ＷＴ，ＷＴｅ，ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）それぞれは、浮体（１）の中央近傍に位置する連通部（５７）によって連通していることを特徴とする項１から５のいずれか一項に記載の浮体（１）。
【００２３】
［７］  項１から６のいずれか一項に記載の浮体（１）と、
前記浮体（１）から鉛直下方に延びて、深層水を汲み上げるための鉛直取水管（７）と、を備え、
前記鉛直取水管（７）に、汲み上げた深層水を前記取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の外部周辺および／または浮体内部に放出する放出手段（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）と、該鉛直取水管（７）によって深層水を汲み上げるための取水ポンプ（８）と、が設けられたことを特徴とする人工湧昇流発生装置（Ａ）。
［８］  前記浮体（１）に設けられた風力発電機（６６）および／または水流発電機（７１）を備え、
前記取水ポンプ（８）は、前記発電機（１９）、前記風力発電機（６６）および／または水流発電機（７１）の少なくとも何れか一つが発電する電気によって駆動することを特徴とする項７に記載の人工湧昇流発生装置（Ａ）。
【００２４】
前記本発明は次のように作用する。  
項［１］に係る発明によれば、波の山が来るとメインタンク（ＭＴ）の取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に設けられている逆止弁（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が、メインタンク（ＭＴ）の下方外部の水に押し上げられて開いた状態になる。これにより、メインタンク（ＭＴ）の下方外部の水が取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）からメインタンク（ＭＴ）内に取り入れられる。
【００２５】
このとき、排水タンク（ＷＴ，ＷＴｅ，ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）の排水口（１１、２７、２８）に設けられている逆止弁（１２、２９、３０）は、メインタンク（ＭＴ）の下方外部の水に押し上げられて閉じた状態になっている。これにより、波の山が来るたびにメインタンク（ＭＴ）の下方外部の水がメインタンク（ＭＴ）内に取り入れられる。
【００２６】
次に、波の山が過ぎて波の谷が来ると、取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に設けられている逆止弁（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が閉じるとともに、メインタンク（ＭＴ）内の水が各連通口（１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）を通って各排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）に流れ込む。このとき、排水口（１１、２７、２８）の逆止弁（１２、２９、３０）は開いた状態になっているので、排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）内部の水が排水口（１１、２７、２８）から浮体（１）外部に排水される。
このように、本発明に係る浮体（１）によれば、波の山の通過及び波の谷の通過に伴って、メインタンク（ＭＴ）の下方外部の水をメインタンク内に効率よく取水することができ、また、効率よく排水することができる。
【００２７】
項２に係る発明によれば、メインタンク（ＭＴ）内の水が連通口（１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）を通って排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）内部に流れるときに、連通口（１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）に設けられた水車（１７、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ）が回転する。この水車（１７、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ）の回転によって発電機（１９）が駆動するので、波力による発電をすることができる。
【００２８】
項３に係る発明によれば、取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に取水する水を案内する案内壁（５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ）と、排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）を囲う囲い壁（５４、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ）とは、何れか一方が一枚の壁の表裏両面のうちの一方の面から成り、他方が一枚の壁の表裏両面のうちの他方の面から成る構成なので、浮体（１）を構成する材料を効率よく有効に使用することができる。
【００２９】
項４に係る発明によれば、ダクトを兼ねる支柱（２２、３９）の内部に螺旋状に延びる螺旋板（４５ｂ、４５ａ）が設けられているので、空気の出入りする吸排気口（２３）から光が差し込んでも、螺旋板（４５ｂ、４５ａ）が光を遮断する。これにより、ダクトを兼ねる支柱（２２、３９）よりも下方のメインタンク（ＭＴ）に溜まっている水に光が届くことを防止でき、メインタンク（ＭＴ）内での光合成を防止することができる。これにより、浮体（１）内での植物プランクトン等の増殖に起因して発生する浮体（１）や浮体（１）に設けた装置への付着物の増加を防止することができる。
【００３０】
項５に係る発明によれば、排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）の底面を波形の波打ち形状にしたので、浮体（１）の受ける波の揚圧力を軽減することができる。これにより、係留した浮体（１）を安定させておくことができる。
【００３１】
項６に係る発明によれば、複数の排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）それぞれは、浮体（１）の中央近傍に位置する連通部（５７）によって連通しているので、メインタンク（ＭＴ）からの水が特定の排水タンク（ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ）に偏ってしまうことなく分配される。これにより、浮体（１）を安定させておくことができる。
【００３２】
項７に係る発明によれば、浮体（１）から鉛直下方に延びる鉛直取水管（７）と取水ポンプ（８）によって深層水を汲み上げることができる。汲み上げた深層水は、放出手段（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）によって浮体（１）のメインタンク（ＭＴ）の取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の外部周辺および／または浮体（１）の内部に放出することができる。
【００３３】
これにより、鉛直取水管（７）によって汲み上げられた深層水（ＳＴ）は、取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）、メインタンク（ＭＴ）、連通口（１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ）、排水タンク（ＷＴ）等を通過する際に、取水口（１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）周辺の装置下方より混入する表層近くの表層水と混合されるため、あまり大きな温度差、密度差は生じず、表層水との温度差、密度差はより小さくして装置外部に放出することができる。
【００３４】
項８に係る発明によれば、浮体（１）に設けられた風力発電機（６６）および／または水流発電機（７１）の少なくとも何れか一つが発電する電気によって取水ポンプ（８）を駆動するので、自己完結型の人工湧昇流発生装置（Ａ）となる。これにより、人工湧昇流発生装置（Ａ）の設置場所の選択枝が多くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水上発電浮体および該浮体を備えた人工湧昇流発生装置の主要部を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る水上発電浮体に洋上風車及び波力発電装置を搭載した人工湧昇流発生装置の全体を概略的に示す正面図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ線矢視図であり、水上発電浮体を平面視で示している。
【図４】図１におけるＹ−Ｙ線矢視図であり、水上発電浮体の底面視における取水分担エリアの配置を示している。
【図５】図１におけるＺ−Ｚ線矢視図であり、水上発電浮体の底面視における排水分担エリアの配置を示している。
【図６】図１と図５とにおけるＶ−Ｖ線矢視部位の展開図であり、取水口近傍における案内壁の断面を示している。
【図７】図１と図５とにおけるＷ−Ｗ線矢視部位の展開図であり、連通孔近傍における排水タンクの囲い壁の断面を示している。
【図８】図７におけるＲ−Ｒ線矢視断面図である。
【図９】図８におけるＱ−Ｑ線矢視断面図である。
【図１０】図１のＴ部におけるステーダクト内の光線遮蔽手段を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のＵ―Ｕ線矢視断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る水上発電浮体に取水・排水機能を与える波力による水粒子円軌道運動の概要を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る水上発電浮体に海流発電機を搭載した人工湧昇流発生装置の全体を概略的に示す正面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置の全体を概略的に示す平面図である
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る水上発電浮体に海流・潮流の流れ方向に自由に対応可能な水流発電機を搭載した人工湧昇流発生装置の全体を概略的に示す正面図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置の全体構成図である。
【図１７】図１６の平面図である。
【図１８】図１６の人工湧昇流発生装置の深層水（底層水）排出部の縦断面拡大図である。
【図１９】図１８のＳ−Ｓ線矢視断面平面図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置に海流発電機を付加した全体構成図である。
【図２１】図２０の平面図である。
【図２２】本発明の第６の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置に海流・潮流の流れ方向自由に対し対応可能な人工湧昇流発生装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明に係る水上発電浮体（「浮体」に相当）１および該水上発電浮体１を備えた人工湧昇流発生装置Ａは、波動の水粒子の円軌道運動による流体の流れを受けて、浮体内に効率よく水を取り込み、浮体内から浮体外部へ排水機能を引き起こさせ、その時の水の流れにより波力発電するものである。
【００３７】
本人工湧昇流発生装置Ａは、信頼性、耐久性、メンテナンス性、経済性、効率性を必要とする領域、並びに海岸域、或いはダム、湖沼、大陸棚等に設置して人工湧昇流等を発生させ、深層水（底層水）の取水・排水、拡散、植物プランクトン並びに動物プランクトンの増養殖、潮流、海流、波力、風力等のエネルギーを有効に利用するものである。以下、海洋上において使用され、水上（波力）発電機を備えたものを例に説明する。
【００３８】
以下、図面に基づき本発明の各実施の形態について説明する。  
図１から図１２は、本発明の第１の実施の形態を示している。  
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水上発電浮体１および該水上発電浮体１を備えた人工湧昇流発生装置Ａの主要部を示す縦断面図である。
【００３９】
図１に示したように、本実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ａは、水上発電浮体１を水面ＳＷ上に浮かべた状態に設置され、該水上発電浮体１の上部に運転室２が設けられている。水上発電浮体１の中心部には、メインタンクＭＴが設けられ、メインタンクＭＴの外周には、全周に亘って複数の収斂提浮体４が等間隔に立設されている。各収斂提浮体４の間には、傾斜板５が設けられている。
【００４０】
傾斜板５は、メインタンクＭＴの側壁上方から浮体外周縁に向かって下がるように傾斜している。メインタンクＭＴの側壁外部は、傾斜板５と収斂提浮体４とによって画成された空間によって傾斜板浮体１０として形成されている。この傾斜板浮体１０は、メインタンクＭＴの外側全周に設けられており、水上発電浮体１を形成している。また、メインタンクＭＴの上方にはカバー３が設けられている。このカバー３は、装置外部の波が傾斜板５を越波してきたときに、水上発電浮体１の内部に波が侵入することの防止及び水上発電浮体１に外部からの光が浸入することの防止のためのものである。
【００４１】
図２は、図１の水上発電浮体１に洋上風車６６（風力発電装置）及び波力発電装置７０を搭載した人工湧昇流発生装置Ａの全体を概略的に示している  
図２に示したように、水上発電浮体１の下方には、チェーン取付部４１が固着されており、該チェーン取付部４１には、チェーン６３の上端が取り付けられている。水上発電浮体１の下方では、海底ＳＧにアンカー６２が打ち込まれている。チェーン６３の下端はアンカー６２が取り付けられており、水上発電浮体１は、チェーン６３を介してアンカー６２に係留されている。ここでチェーン６３は、ワイヤー、ロープ、パイプチェーン等、装置Ａを係留できるものであれば良い。
【００４２】
また、水上発電浮体１の下方には、深層水を取水するための鉛直取水管７が設けられている。鉛直取水管７は、浮体の中心から鉛直下方に延び、海洋の低層部まで垂下している。鉛直取水管７は、後記する取水ポンプ８の駆動によって、下端に設けられた取水口（図示せず）から低層部の深層水（底層水）ＳＴを内部に取り込み、上方へと汲み上げるように構成されている。鉛直取水管７の下端には、水上発電浮体１および運転室２の姿勢に鉛直性を保たせるための抵抗板錘６１が設けられている。
【００４３】
鉛直取水管７の上部は、浮体支持軸となっており、後記する排水タンクＷＴの間を通ってメインタンクＭＴ内に貫通している。ここでメインタンクＭＴ内における鉛直取水管７には、汲み上げた深層水（底層水）ＳＴをメインタンクＭＴ内（浮体内部）に放出する放出手段としてノズル１５ｂが設けられている。また、メインタンクＭＴの取水口１３の上流にも鉛直取水管７によって汲み上げた深層水（底層水）ＳＴを放出する放出手段としてノズル１５ａが設けられている。
【００４４】
鉛直取水管７は、排水タンクＷＴの間より下方に位置する途中で屈折可能に構成されている。鉛直取水管７を屈折させて、装置全体の運搬や設置等の作業を行うことができる。鉛直取水管７を屈折させたときに必要な補助浮体６４、ワイヤー、ロープ６５、並びにワイヤーやロープ６５の巻取り機等も、水上発電浮体１に設けられている。
【００４５】
水上発電浮体１の上方にある運転室２の上には、洋上風車６６が搭載されており、この洋上風車６６には、該洋上風車６６のタワー６７、ナセル６８、ブレード６９等が設けられている。この洋上風車６６によって、風力エネルギーを運転室２内に取り込むことができる。
【００４６】
図３は、図１におけるＸ−Ｘ線矢視図であり、水上発電浮体１を平面視で示している。
図３に示したように、収斂提浮体４の集合体は、平面視において、略円形或は略正多角形状の水上発電浮体１を形成している。各収斂提浮体４の間には、傾斜板５を備えた傾斜板浮体１０が挟まれ、該傾斜板浮体１０の傾斜板５の中程には後記する深層水（底層水）ＳＴの排水口１１が設けられている。該排水口１１には逆止弁１２が設けられている。
【００４７】
図１に示したように、メインタンクＭＴの底板６には、その下方外部に通じて周囲の水をメインタンクＭＴ内部に取り入れる取水口１３が設けられている。取水口１３には、その下方外部よりメインタンクＭＴ内部に向けて水が流入できるが流出できないように、逆止弁１４が設けられている。即ち逆止弁１４は、その下方外部の水をメインタンクＭＴ内部に取り入れる取水時に開き、その逆流時に閉じるように構成されている。
【００４８】
取水口１３および逆止弁１４の上流側には、取水ポンプ８の駆動によって鉛直取水管７を通して汲み上げられた深層水（底層水）ＳＴがノズル１５ａを介して排水され、取水口１３の上流側外部周辺に充満している。また、取水口１３の外側には、浮遊物やクラゲ、海藻類等の流入防止と急激な深層水落下防止のために、防止網７２ａが設けられている。
【００４９】
また、メインタンクＭＴの下方には、複数の排水タンクＷＴが配設されている。メインタンクＭＴの底板６には、各排水タンクＷＴに連通した連通口１６が排水タンクＷＴ毎に設けられている。よって、メインタンクＭＴ内部の水は、各連通口１６から排水タンクＷＴ内部に流れる。ここで連通口１６には、水車１７が設けられている。
【００５０】
水車１７は、メインタンクＭＴ内部から排水タンクＷＴ内部に流れ込む水により回転する。水車１７は、水車回転軸１８の下端に設けられている。この水車回転軸１８は、保護のために保護管２０に挿通されている。水車回転軸１８の上端は、運転室２に設けられた発電機１９に接続されている。したがって、水車１７の回転が発電機１９に伝達されて発電機１９を回転させて発電される。即ち波力発電装置７０が稼動する。また、メインタンクＭＴ内部から貝殻や海藻等の不純物が連通口１６に流入しないように、連通口１６の上部開口を覆うように防止網７３が設けられている。
【００５１】
メインタンクＭＴ上方には、カバー３の蓋板とほぼ同レベルに構造床２１が設けられている。ここから上方の運転室２に至るまでの間は、保護管２０の外側にステーダクト（支柱）２２が設けられている。運転室２の床下では、メインタンクＭＴ内の水位の上下動により、ステーダクト（支柱）２２はメインタンク上部の空気の通気路となる。ステーダクト２２は、吸排気口２３が設けられている。
【００５２】
また、このステーダクト２２は、メインタンクＭＴよりも上方に設けられている運転室２や風車６６等を支える支柱を兼ねている。即ち、ステーダクト２２は、水上発電浮体１と運転室２を結ぶ構造材としても大きな役割を果たしている。また、ステーダクト２２の吸排気口２３は、大波時等の飛散水等が飛び込まないように構成されている。
【００５３】
また、ステーダクト２２の下部内側には、螺旋状の螺旋板４５ｂが設けられている。この螺旋板４５ｂは、保護管２０をガイドすると共に、吸排気口２３等からの光線を遮断するための光線遮蔽手段としても機能する。この光線遮蔽手段については、詳しくは図１０に示すステーダクト３９に設けたものを代表して後述する。
【００５４】
水車回転軸１８の下方で水車１７の直上には、水車回転伝達金物として軸継ぎ手２４が設けられている。軸継ぎ手２４と水車回転軸１８とには、スプライン溝等が設けられており、メンテナンス時等には水車回転軸１８を簡単に取り外せる構造になっている。また、前記した保護管２０も同様に、水車１７の直上で連結金物２５を用いて接続され、メンテナンス時には水車１７と保護管２０とは簡単に分離できる構造になっている。また、メンテナンス時には、発電機１９、水車回転軸１８および保護管２０は、ワイヤーやロープ２６等を用いて簡単に上方に吊り上げられる構造になっている。
【００５５】
メインタンクＭＴ内部の水は、排水タンクＷＴ内部に流れるように構成されている。排水タンクＷＴの下方には、排水口２７、２８が設けられている。排水口２７には逆止弁２９が設けられ、排水口２８には逆止弁３０が設けられている。ここで逆止弁２９、３０は、排水タンクＷＴ内部の水を浮体外部に排水する排水時に開き、その逆流時に閉じるように構成されたものである。
【００５６】
詳しく言えば、浮体下方で波の通過後における水粒子の円軌道運動が下向き状態にあるときには逆止弁２９，３０が開いて、排水タンクＷＴ内の水を排水できるが、上向き状態にあるときには逆止弁２９，３０が閉じるので、排水タンクＷＴ内の水は排水されない。また、運転、操作条件によっては、排水タンクＷＴの上方の傾斜板５に設けた排水口１１から傾斜板５の上面に水が排水される。排水口１１には、浮体内部の水が傾斜板５上面に排出されるときには開くが、外部からの流入ができないように閉じる逆止弁１２が設けられている。
【００５７】
排水口２７、２８のそれぞれにある逆止弁２９、３０の上部には、ワイヤー・ロープ３１、３２等が結び付けられる不図示のフック等が設けられ、これにワイヤー・ロープ３１、３２の一端が結び付けられている。ワイヤー・ロープ３１、３２の他端側は、運転室２の天井に設けられた滑車まで導かれており、逆止弁２９、３０の人為的な開閉操作のための引っ張り、しばりつけ、ロック操作等が容易にできるようになっている。ワイヤー・ロープ３１、３２は、保護管３３、３４に挿通されており、該保護管３３、３４によって保護されている。また、ワイヤー・ロープ３１、３２が曲げられて配置される所には、ベンダー管等を用いてワイヤー・ロープ３１、３２をガイドしている。
【００５８】
保護管３３は、収斂提浮体４を貫通して運転室２まで延びている。保護管３３が収斂提浮体４の上部から運転室２の床を貫通するところまで、ステーダクト３５が設けられている。ステーダクト３５は、支柱を兼ねており、収斂提浮体４内の通気路と主要構造柱を兼ねている。
【００５９】
メインタンクＭＴの底板６は、排水タンクＷＴの上方板でもあるが、一部が傾斜板浮体１０内を通る排水路３６となるように形成されている。排水路３６の出口は、前記した傾斜板５に設けた排水口１１となっている。従って、排水口１１からは、前記逆止弁１２の作用で排水タンクＷＴ内の水を外部環境へ排出できるが、外部環境からの水の流入はできない。逆止弁１２の蓋板は、浮体外部からの光が浮体内部へできるだけ侵入しないように排水口１１の大きさに対して十分に大きいものとしてあり、開閉はあまり大きく開かないようになっている。なお、水上発電浮体１の外部からの光を水上発電浮体１の内部へなるべく侵入させない手段として、排水路３６の向きを工夫する等しても良い。
【００６０】
鉛直取水管７の上部には、前記した取水ポンプ８が設けられている。この取水ポンプ８の駆動軸９は、装置の鉛直中心線２ｃに沿って運転室２内に延設されている。運転室２内には、駆動軸９の上端に連結された駆動モーター３７が配設されている。駆動軸９は、保護管３８に挿通されている。さらに、保護管３８の外周には、ステーダクト３９が設けられている。これらは全て装置の鉛直中心線２ｃに沿った同心線状に設けられている。鉛直中心線２ｃは、鉛直取水管７の中心線でもある。また、ステーダクト３９は、運転室２等を支える支柱を兼ねており、水上発電浮体１の重要な構造材でもある。
【００６１】
メインタンクＭＴの上方には、傾斜板５を越波してきた水の侵入を防止する前記カバー３が設けられている。また、図３に示すように、各カバー３の蓋板は、それぞれ取り外し可能な上げ床５０を扇形状に敷き詰めたものである。これにより、メインタンクＭＴ内の機械装置のメンテナンス、メインタンクＭＴ内の生物付着、汚れ、破損時等において、清掃、修理、交換等が比較的容易に行える。
【００６２】
図１２は、海洋で波が発生するときの水粒子の円軌道運動の概要を示す説明図である。この図は、一般の海洋土木工学等の文献にはほとんど掲載されている振幅波の基本的な説明図である。図１２に示したように、水の粒子は、基本的に楕円状の軌動４７をたどり、上向きの矢印４８は波の山が来るときの水粒子の円軌道運動の流れ、下向きの矢印４９は波の谷が来るときの水粒子の円軌道運動の流れを示す。
【００６３】
従って、上向き時には装置下方の水が取水口１３からメインタンクＭＴ内部へ送り込まれる。ただし、このときメインタンクＭＴの底板６に設けた取水口１３の上流側には、低層部から連続的に汲み上げた深層水（底層水）ＳＴが装置Ａの外部に大量に充満しているため、先ずこの水が取水口１３からメインタンクＭＴ内へ送り込まれる。このとき、設計条件にもよるが、必ずしも深層水（底層水）ＳＴのみが取水されるわけではなく、底板６の近傍の表層水も取り入れられる。
【００６４】
また、下向き時には水面上では波の谷が来る時であり、前記上向き時の水位と下向き時の水位には水位差が生じる。前記上向き時にメインタンクＭＴ内部に取り込んだ水の方が水位が高いため、この水が連通口１６を通じて排水タンクＷＴに流され、さらに排水タンクＷＴの上下に設けた排水口１１、２７、２８より排水される。季節的、生物資源生産状況、発電効率的事情等を勘案して、排水口２７、２８からの排水は、逆止弁２９、３０をロックして、流れを停止、或は流量制限（逆止弁開閉制限）することができる。
【００６５】
また、水上発電浮体１の下方で、波の水粒子の円軌道運動が上向き矢印４８と下向き矢印４９の両方同時に発生するように、水上発電浮体１の大きさを設定するならば、水上発電浮体１全体に対しては、上下方向が相殺される。そのため、水上発電浮体１には、あまり大きな上下動が生じない。従って、ここでそれぞれの取水口１３と排水口２７、２８、１１を有効利用すれば波力発電効率は大きく上昇する。
【００６６】
図１に示したように、傾斜板５の下端縁には樋状に形成された返し板４６が配設されている。この返し板４６は、排水口１１から排水された深層冷水が傾斜板５の上面に沿って流下し、すぐに海洋の低層部に行かないようにするためのものである。排水口１１から排水された深層冷水は、返し板４６によって返されるので傾斜板上面で繰り返し海洋の表層温水と混合されて密度合わせがされる。
【００６７】
このとき、低層部から鉛直取水管７によって汲み上げられた深層水ＳＴは、取水口１３、メインタンクＭＴ、連通口１６、排水タンクＷＴ等を通過する際に、取水口１３周辺の装置下方より混入する表層近くの表層水と混合されるため、あまり大きな温度差、密度差は生じないが、返し板４６によって再混合されることにより、温度差、密度差はより小さくなる。
【００６８】
図３は、図１におけるＸ‐Ｘ線矢視図であり、水上発電浮体１を平面視で示している。図３に示したように、本実施の形態に係る水上発電浮体１は、平面図的に略正８角形をなしている。この形状はあくまで一例であり、正１２角形等の他の多角形でも良いし、円形でもよい。本図では全円周３６０度を８等分に分割し、収斂提浮体４をそれぞれの８等分基準位置に配置する。収斂提浮体４と収斂提浮体４との間には、傾斜板５と傾斜板浮体１０が設けられており、全円周をつなげると略正８角形になる。水上発電浮体１の中心部には、取水ポンプ８の駆動軸９、保護管３８、ステーダクト３９が同心に配置されている。
【００６９】
メインタンクＭＴの底部に設けた水車１７には、水車回転軸１８が接続されている。水車回転軸１８は、運転室２に向かって延設されている。水車回転軸１８は保護管２０に挿通されており、保護管２０はステーダクト２２に挿通されている。これら水車回転軸１８と保護管２０とステーダクト２２とは、それぞれ同心に配設されている。このように構成される水車１７は、浮体全周の４ヶ所に配置されている。
【００７０】
収斂提浮体４の内郭線から装置中心部の保護管３８、ステーダクト３９の中心線に向けて、鉄骨の仕切枠が設けられている。この仕切枠内を構造床２１とし、前記した収斂提浮体４のステーダクト３５と、構造床のステーダクト２２と、装置中心部のステーダクト３９とを、それぞれ略一直線上に配置し、その反対側にも同様に対称形に延長し、縦横十字線状に組み合わせた構造となっている。これにより、台風や大しけ時等に水上発電浮体１が動揺しても破損し難い構造になっている。
【００７１】
ステーダクト３９を中心にして、ステートダクト３５、２２を４方向に十字状になるように配設して、水上発電浮体１と運転室２、風車タワー等を支える浮体強度主材としてある。さらに、吸排気の通気路として、その上に他の回転軸やワイヤーロープ等の保護管等を管の同心に配置挿入して、それぞれの多種多様な目的を同時に果たしている。
【００７２】
前記した構造床２１の４か所に挟まれるメインタンクＭＴの上部分は、上げ床５０が設けられる。従って、メインタンクＭＴの上部分は全ていずれかのカバーで覆われ、メインタンクＭＴ内は暗室状態にある。そのため、海洋の低層部より汲み上げた深層水（底層水）ＳＴは低層部から光に充てられることなく、鉛直取水管７を通り暗室のメインタンクＭＴ内部に送り込まれる。このため、深層水中における光合成は行われない。なお、このとき取水口１３、排水口１１、２７、２８に設けた逆止弁１４、１２、２９，３０の開閉作動中に装置下方から光が入るが、水面から回り込んできた光であることと、全体的には僅かな光量であるために、あまり大きな問題とはならない。
【００７３】
傾斜板５と傾斜板浮体１０に設けられた排水路３６および排水口１１、逆止弁１２は、浮体全周に亘って８ヶ所に配置されている。このような状態で波がどの方向から来ても、逆止弁１２は、波の到来側では閉じるが、波の通過側では開いて排水タンクＷＴ内の水が排水される。従って、水上発電浮体１の全周で見ると常にどこかの逆止弁１２は閉じているが、どこか別の逆止弁１２が開いている。そのため、装置全体的に見れば水の流れは整流されており、ある程度安定した流れであるので排水効率が良い。
【００７４】
図４は、図１におけるＹ‐Ｙ線矢視図であり、水上発電浮体１の底面視における取水分担エリアの配置を示している。図４に示したように、収斂提浮体４は、水上発電浮体１を８等分した基準線に沿って８個それぞれ等分配置され、それぞれの合間に傾斜板浮体１０（図３参照）が設けられ、略正８角形の水上発電浮体１を構成している。
【００７５】
水上発電浮体１の浮体中心部には、鉛直取水管７が設けられ、図４中の水平方向には収斂提浮体４の水平方向基準線Ｋを仮定し、これに装置の中心を通り直角に交差する垂直方向にも９０°基準線Ｋ´を仮定して、そのそれぞれに収斂提浮体４が前記同様に設けられている。収斂提浮体４の内郭線と鉛直取水管７のほぼ中央部に、連通口１６と水車１７が設けられている。
【００７６】
前記水平、垂直方向基準線Ｋ、Ｋ´とほぼ４５度違った方向に細分化した４５度方向基準線Ｌ、Ｌ´を仮定し、これに前記同様に鉛直取水管７より、ほぼ同条件で収斂提浮体４を配置する。収斂提浮体４の中心線上で且つ収斂提浮体４の内郭線よりに取水口１３、並びに逆止弁１４を配置する。取水口１３の上流側周辺には、鉛直取水管７からのノズル１５ａが設けられている。鉛直取水管７より汲み上げた深層水（底層水）ＳＴは、ノズル１５ａから取水口１３の上流側周辺に放水され、上流側周辺が簡易的に深層水（底層水）ＳＴによって充満される。このため、浮体下方から波の水粒子の円軌道運動によって深層水（底層水）ＳＴがメインタンクＭＴ内に送り込まれる。
【００７７】
このとき、水上発電浮体１の全周にわたり、前記した９０度交差の水平、垂直基準線Ｋ、Ｋ´に挟まれる４分割された領域を取水分担エリアとする。仮に水上発電浮体１の全周を４等分した場合は、図面上最大外形外側に中カッコで囲われた扇形状となる、区分符号ａ、ｂ、ｃ、ｄを付した範囲とする。そのため、それぞれの９０度交差の水平、垂直方向基準線Ｋ、Ｋ´の中間線である４５度交差の斜め基準線Ｌ、Ｌ´上に、それぞれの取水口１３が配置される。しかるに、取水エリア区分符号ａ、ｂ、ｃ、ｄのほぼ中央部に、取水口１３がそれぞれ配置されている。
【００７８】
このような状態で、それぞれの区分内に取水、滞留させた深層水と前記した底板６の近傍の表層水とを水上発電浮体１の下方から波の水粒子の円軌道運動の上向き時の揚圧力によりメインタンクＭＴ内に送水する。このとき、海洋上で実際の波は時間とともに進行するものであるため、前記したそれぞれの取水分担エリア中のカッコで囲われた扇形状の区分符号ａ、ｂ、ｃ、ｄを付した範囲における作動においては、それぞれバラバラの条件となり、取水しているエリアもあれば停止して取水していないエリアもある。
【００７９】
図５は、図１におけるＺ‐Ｚ矢視図であり、図４と同様に中カッコで囲われた扇形状の範囲に付した区分符号ａ、ｂ、ｃ、ｄは、取水分担エリアの配置を示している。これに対し、その外側に中カッコで囲われた部分に付した区分符号ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、排水分担エリアの配置を示している。以下、これまで図４において付した符号において、一例として連通口１６、水車１７、図５においては、排水口２７、逆止弁２９、排水口２８、逆止弁３０、排水口１１、逆止弁１２等においては、排水分担エリアの区分毎に子番号を取ることとして、仮に連通口１６ｅ、水車１７ｅ、排水口２７ｅ、逆止弁２９ｅ、排水口２８ｅ、逆止弁３０ｅ、排水口１１ｅ、逆止弁１２ｅと仮定する。
【００８０】
運転条件次第では、排水口２７ｅ、２８ｅを閉じて、傾斜板５上に設けた排水口１１ｅから排水することもある。排水口１１ｅは、排水口２７ｅの両側左右に１個ずつ合計２個が設けられている。以下、扇形状の部分に付した排水分担エリアの区分符号ｆ、ｇ、ｈにおいても同様とする。ただし、排水タンクＷＴは４つが例示されているが、実際には装置中央部の鉛直取水管７の近傍において全てが連通し、一連化されている。これにより、それぞれの排水タンクＷＴ内を水が自由に行き来できるので、それぞれの個別の運転が自由に行える。
【００８１】
次に、図５においては、底板６も４分割に細分化され、それぞれの前記した取水分担エリアの区分符号ａ、ｂ、ｃ、ｄに相当している。このそれぞれの扇形状の取水分担エリア、排水分担エリアの区分においても、実際には水の囲い壁、案内壁においては、装置構造上何らかの骨材を設けなくては構造物として成り立たない。
【００８２】
一例として、扇形状の取水分担エリアａ区分においては、折れ線上の扇骨材において、円周上のａ１から浮体中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ１に戻るまで、円周上のａ２から浮体中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ２に戻るまで、円周上のａ３から浮体中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ３に戻るまで、円周上のａ４から浮体中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ４に戻るまで、円周上のａ５から中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ５に戻るまで、円周上のａ６から浮体中心部付近の取水口１３ａ、逆止弁１４ａを迂回し、さらに円周上のａ６に戻るまでを１区分として、以下同様にｂ区分、ｃ区分、ｄ区分とする。
【００８３】
囲い壁、案内壁は強度壁となるために、前記一例として示した折れ線状の扇骨材（ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６、ｃ１〜ｃ６、ｄ１〜ｄ６）等においては、図を簡略化するために骨材を管状の円印で示したが、管状に限らず骨材の役目を果たせれば平鋼やＬ形鋼、溝形鋼等の種々の形状のものとすることができる。  
【００８４】
図６は、図１と図５とにおけるＶ‐Ｖ線矢視部位の展開図である。図６に示したように、メインタンクＭＴの底板６には一例として取水口１３ｃに逆止弁１４ｃが設けられ、波の水粒子の円軌道運動による上向き、下向きの繰り返しにより、逆止弁１４ｃの開閉が繰り返される。これにより、底板６の下方外部の水がメインタンクＭＴ内に取り込まれる。このとき、取水口１３ｃで取水のガイドをするのが、後記する排水タンクＷＴｈ或はＷＴｇの囲い壁５４ｈ、５４ｇの裏面であり、この裏面は案内壁５５ｃとなる。
【００８５】
図７は、図１と図５とにおけるＷ‐Ｗ線矢視部位の展開図である。図７に示すように、メインタンクＭＴの底板６に連通口１６ｇが一例として設けられている。連通口１６ｇは、底板６の下方に設けた排水タンクＷＴｇに通じると共に水車１７ｇが設けられている。水車１７ｇの直上には、水車１７ｇの回転軸１８の軸継ぎ手２４が設けられている。メンテナンス時等には、ここで回転軸１８を分離できる構造になっている。
【００８６】
排水タンクＷＴｇの囲い壁５４ｇの作図的には、図１と図５からメインタンクＭＴの底板６の底面から下方へ下がる距離と連通口１６ｇの中心線から遠ざかる距離を拾い込み立体的に扇骨位置を作図化したものに、排水タンクＷＴｇの囲い壁５４ｇ、案内壁５５ｂ、５５ｃを貼り付けたものが図７である。以下、添え符号ｅ、ｆ、ｈも同様とする。
【００８７】
図８は、図７におけるＲ−Ｒ線矢視断面図である。図９は、図８におけるＱ−Ｑ線矢視断面図である。図９において、図４および図５について説明した水平、垂直方向基準線Ｋ，Ｋ’と、これらに４５°で交差するＬ，Ｌ’を配置すれば、垂直方向基準線Ｋ上に排水タンクＷＴｈ、ＷＴｆが配置され、垂直方向基準線Ｋ’上に排水タンクＷＴｅ、ＷＴｇが配置される。従って、人工湧昇流発生装置Ａの中心線を中心とする鉛直取水管７の外側に前記した扇骨材ａ３〜ｄ３があり、これらの部分は、それぞれＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈが連通部５７において連通している。
【００８８】
ここで排水タンクＷＴの囲い壁、案内壁を凹凸状の波打ち形状にし、排水タンクＷＴの囲い壁５４と取水口の案内壁５５を一枚壁の裏表両面を併用することにより、装置の経済性が良くなる。また、両壁の併用と波打ち現象による凹凸現象が、装置下方からの波の水粒子の円軌道運動の上向きによる揚圧力と、それぞれの場所で上向き力とが凹凸壁の曲線に当たり、その反発力がそれぞれの場所における角度の違いにより、それぞれバラバラの反射力が放射状方向に散乱させることと、すぐ隣り合わせの対象壁面同士の反発力とが相殺されることにより、水上発電浮体１の底面に及ぼす押圧力が低減される。
【００８９】
また、図１、図２に示したように、水上発電浮体１の下方には、スカート５６が設けられている。このスカート５６を大きく吊り下げると、スカート５６の外部の水粒子の円軌道運動が波の進行によってスカート５６内に入るときに、波の水粒子の規則的な円軌道運動がある程度破壊されるために押圧力が低下する。そのため、波力発電効率は低下するが、浮体の上下動が小さくなるため、風力発電効率は向上する。
【００９０】
図１０は、図１のＴ部におけるステーダクト（支柱）３９内の光線遮蔽手段を示す縦断面図である。図１１は、図１０のＵ−Ｕ線矢視断面図である。図１０および図１１に示したように、ステーダクト３９の内側の管路５１の中心部には、保護管３８が挿通されている。さらに保護管３８の内部には回転軸９が挿通されている。また、管路５１は、メインタンクＭＴ内の空気の吸排気路５２の機能を有している。
【００９１】
ステーダクト３９と保護管３８との管路５１には、螺旋状の螺旋板４５ａがステーダクト３９の内面に溶接等で固着されている。螺旋板４５ａの内径と保護管３８の外壁との間には、僅かに隙間３８ａが設けられている。これにより、螺旋板４５ａの内部で、保護管３８が自由に動けるようになっている。ただし、光線遮断手段の役目を果たすためには、隙間３８ａをできる限り小さく保つことが好ましい。
【００９２】
ステーダクト３９内には、管路５１の途中より螺旋状の螺旋板４５ａが設けられている。螺旋板４５ａは平板をひねった形状板であって、その配置場所毎に角度が異なり曲がりくねった形状の板である。この螺旋板４５ａは、管路５１に光線（明かり）５３がステーダクト（支柱）３９の上部吸排気口２３から真っすぐ下方のメインタンクＭＴに向かって侵入しても、曲がりくねった螺旋板４５ａが光線を屈折遮断して、メインタンクＭＴに光線を到達させないようになっている。そのため、螺旋板４５ａは、光線反射の削減対策として材質の選定や黒色塗装を施す等のことが必要となる。なお、前記したステーダクト２２における光線遮蔽手段である螺旋板４５ｂも、螺旋板４５ａ同様の構成および機能を備えている。
【００９３】
一方、メインタンクＭＴ内の空気は、ステーダクト３９と保護管３８との間が吸排気路５２として機能するので、装置外部の波動によるメインタンクＭＴ内の水の出し入れによって吸排気路５２内で往復流を繰り返す。なお、吸排気路５２の空気の流速にゆとりをもたせる設計を行うことにより、螺旋板４５ａの曲がりくねった板の抵抗が空気の流れに支障をきたすようなことはない。なお、前記したステーダクト２２と保護管２０との間も、吸排気路５２と同様の構成および機能を備えている。
【００９４】
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ａ’の全体を概略的に示す正面図である。図１４は、人工湧昇流発生装置Ａ’の全体を概略的に示す平面図である。人工湧昇流発生装置Ａ’は、前記した第１の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ａに海流発電機（水流発電機）７１を付加したものである。  
【００９５】
図１３に示したように、人工湧昇流発生装置Ａ’は、海上では風車６６によって洋上風力発電を行う。水面近傍では波力発電装置７０によって波力発電を行う。また、水面下では海流発電機７１によって海流発電を行う。これらにより発電された電力はそれぞれ浮体上部の運転室２に集められる。
【００９６】
また、運転室２に集められた電力のごく一部は、人工湧昇流発生装置Ａ’による深層水（底層水）ＳＴの汲み上げ動力等として消費される。なお、海流・潮流の流れによって発電する海流発電機７１の構造自体は、本願と同一出願人による特開２０１６−１１４０５７号公報（特許文献２）に開示された通りであり、本発明の要旨でないので詳細な説明は省略する。
【００９７】
図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ａ”の全体を概略的に示す正面図である。人工湧昇流発生装置Ａ”は、海洋において水上発電浮体１に対する自由な海流・潮流の流れ方向に対応可能に構成されたものである。この人工湧昇流発生装置Ａ”において、自由な海流・潮流の流れ方向に対応可能な構造自体も、本願と同一出願人による特開２０１６−１１４０５７号公報（特許文献２）に開示された通りであるが、以下に簡単に基本的な構成および動作について説明をする。
【００９８】
図２に示したように、前記した人工湧昇流発生装置Ａでは、水上発電浮体１を係留するために、水上発電浮体１の下方にてチェーン取付部４１が固着されている。このチェーン取付部４１に、チェーン６３の上端が取り付けられ、チェーン６３の下端は、海底アンカー６２に連結されている。従って、水上発電浮体１および鉛直取水管７が、チェーン６３によって係留されるため、水上発電浮体１は、チェーン６３が変形可能な遊びの範囲内では、ある程度柔軟な移動ないし回転可能であるが、基本的には自由に回転可能な構成ではなかった。なお、図１３に示した人工湧昇流発生装置Ａ’についても同様である。
【００９９】
一方、図１５に示したように、第３の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ａ”では、鉛直取水管７の上方にチェーン取付部４２が固着されており、水上発電浮体１自体にはチェーン取付部４２が固定されていない。そして、水上発電浮体１は、鉛直取水管７に対して自由に回転可能である。従って、水上発電浮体１に取り付けられた海流発電機７１は、海流ＳＦによって流れの下流側に流されるような位置に自然と配置される。
【０１００】
海流発電機７１は、海流ＳＦの流れの方向が変わると、鉛直取水管７の軸心である鉛直中心線２ｃを回転中心にして旋回し、向きを変える。このように、水上発電浮体１および海流発電機７１は、人工湧昇流発生装置Ａ”の鉛直中心線２ｃを回転中心として、自由に回転可能に構成されている。
【０１０１】
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る水上発電浮体および該水上発電浮体を備えた人工湧昇流発生装置Ｂの全体構成図である。図１７はその平面図である。
これまでの第１〜３の実施の形態と第４の実施の形態とで大きく異なる点は、第１〜３の実施の形態では、水上発電浮体１に波力発電装置７０が搭載されているために装置が非常に複雑な構造になっている。しかし、第４の実施の形態では波力発電装置７０がないために、装置の構造が非常に簡略化されている。例えば第１〜３の実施の形態では、収斂提浮体４と傾斜板浮体１０とが交互につなぎ合わされているが、第４の実施の形態では円筒状の分割浮体７５を簡単につなぎ合わせたものとなっている。
【０１０２】
装置中央部のバラストタンク部分においても、第１〜３の実施の形態はメインタンクＭＴの下方に排水タンクＷＴと二段構えである。しかし、第４の実施の形態では波力発電装置７０がないために、バラストタンクＢＴａに浮力を持たせるバラストタンク一個のみに簡略化されている。しかし、設置場所、海域、海象の条件等海域によっては波力発電装置７０がない方が経済的で発電原価が安くなることもある。そのために、これまでの図１５で説明した以外の説明においては既に第１〜３の実施の形態に係る説明とほぼ共通しており、その説明を省略する。
【０１０３】
図１８は、図１６の第４の実施の形態において、人工湧昇流発生装置Ｂの深層水（底層水）排出部分の縦断面拡大図である。バラストタンクＢＴａは浮力室となっており、メンテナンス時等には作業員が出入りできる構造となっている。そのため作業員の出入り口や機器搬入口、空気やバラスト水の出入り配管、ブロワー、水、ドレーン抜き設備等も設けられている。該バラストタンクＢＴａの上部中央部には吐出タンク７６を設け、該吐出タンク７６は吐出タンク底部を７６ａ、吐出タンク上部を７６ｂ、吐出タンクコニカル部を７６ｃで構成し、鉛直取水管７ａより取水ポンプ８ａ（図１６に記載）により汲み上げた深層水（底層水）ＳＴは、ノズル１５ｃを介して吐出タンク底部７６ａに排出される。
【０１０４】
排出された深層水（底層水）ＳＴは、吐出タンク７６の上部吐出タンク７６ｂ、吐出ダクト７６ｄを介してバラストタンク上部傾斜壁ＢＴｂの傾斜面上面に放水される。このとき、吐出ダクト７６ｄは曲管部等を設け外部からの光線が出来る限り入りにくい遮蔽手段も講じられている。また、吐出ダクト７６ｄの放水口には吐出口格子７６ｅを設け、汲み上げた深層水（底送水）ＳＴを上層水と混合、分散化させるだけでなく装置外部の浮遊物やクラゲ、小魚等が入りにくい構造になっている。また、吐出口格子７６ｅにはある程度の付着物が付くことは計算済みであるが、同時に吐出ダクト７６ｄ内へ明かりが入りにくい構造にもなっている。
【０１０５】
図１９は、図１８のＳ−Ｓ線矢視平面図である。ここで吐出ダクト７６ｄは鉛直取水管７ａの全周に配置されている。
【０１０６】
図２０は、第５の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ｂ’の全体構成図である。この人工湧昇流発生装置Ｂ’は、第４の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ｂに海流発電機７１ａを付加したものである。図２１は、第５の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ｂ’の平面図である。そのため、以後の説明はこれまでに説明したものとほぼ同様であり、その繰り返しはしない。
【０１０７】
図２２は、本発明の第５の実施の形態における水上発電浮体の浮体に海流・潮流の流れ方向自由に対し、対応可能な水上発電浮体を備えた第６の実施の形態に係る人工湧昇流発生装置Ｂ”の全体構成図である。本図は本発明の出願人と同一出願人が既に出願した、本発明の「先行技術文献」の「特許文献２」に記載した内容説明と本発明のこれまでに説明を行った内容とほぼ同様であり、図１５に関する説明と重複するのでその説明を省略する。
【０１０８】
よって、本発明は発電機分野並びに発電機分野の境界を超えた海洋の植物プランクトン及び動物プランクトンの増養殖、魚介類等生物資源生産分野等にも波及するために人間生活に大きな成果をもたらす。また、効率性、安全性、安定性、保守、点検メンテナンス性、経済性等において大きなメリットがあるために、発電原価等の大幅な引き下げが期待できる。
【０１０９】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。  
例えば、複数の排水タンクＷＴを４つのタンクで例示したが、数はそれに限られない。また、１つでもよい。なお、各排水タンクＷＴに関連する発電機およびそれに付随する構成は、排水タンクＷＴと同数設けることが好ましいが同数に限られない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る浮体および該浮体を備えた人工湧昇流発生装置は、洋上風力、波力、海流エネルギーを利用する発電機に限られることなく、広く適用することができる。そのため、例えば６時間毎に潮の流れが反転する潮流、潮汐発電或は河川流水発電等の流水エネルギーを利用する分野等にも広く使用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
Ａ、Ａ’、Ａ”、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”…人工湧昇流発生装置
Ｆ…風
Ｋ…水平方向基準線
Ｋ’…垂直方向基準線
Ｌ、Ｌ´…４５度交差の斜め基準線
ＳＷ…海面（水面）
ＳＧ…海底
ＳＦ…海流
ＳＴ…深層水（底層水）
ＭＴ…メインタンク
ＢＴａ…バラストタンク
ＢＴｂ…バラストタンク上部傾斜壁
ＷＴ、ＷＴｅ、ＷＴｆ、ＷＴｇ、ＷＴｈ …排水タンク
１…浮体
２…運転室
２ｃ…鉛直中心線
３…カバー
４…収斂提浮体
５…傾斜板
６…底板
７、７ａ、７ｂ…鉛直取水管
８、８ａ、８ｂ…取水ポンプ
９、９ａ、９ｂ…回転軸
１０…傾斜板浮体
１１、２７、２８…排水口
１２…逆止弁
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…取水口
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…逆止弁
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…ノズル（放出手段）
１６、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ…連通口
１７、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ…水車
１８…回転軸
１９…発電機
２０、３３、３４、３８…保護管
２１…構造床
２２、３５、３９…ステーダクト（支柱）
２３…吸排気口
２４…軸継ぎ手
２５…連結金物
２６、３１、３２…ワイヤー・ロープ
２９、３０…逆止弁
３６…排水路
３７…駆動モーター
３８…保護管
３８ａ…隙間
４１、４２…チェーン取付部
４５ａ、４５ｂ…螺旋板
４６…返し板
４７…軌道
４８…上向きの矢印（水粒子の円軌道運動）
４９…下向きの矢印（水粒子の円軌道運動）
５０…上げ床
５１…管路
５２…吸排気路
５３…光線（明かり）
５４、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ…囲い壁
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ…案内壁
５６…スカート
５７…連通部
６１…抵抗板錘
６２…アンカー
６３…チェーン
６４…補助浮体
６５…ワイヤー、ロープ
６６…風車（風力発電機）
６７…タワー
６８…ナセル
６９…ブレード
７０…波力発電装置
７１…海流発電機（水流発電機）
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７３…防止網
７４…ハッチ
７５…分割浮体
７６…吐出タンク
７６ａ…吐出タンク底部
７６ｂ…吐出タンク上部
７６ｃ…吐出タンクコニカル部
７６ｄ…吐出ダクト
７６ｅ…吐出口格子（網）
【図１】
2019147510.tif 000003
【図２】
2019147510.tif 000004
【図３】
2019147510.tif 000005
【図４】
2019147510.tif 000006
【図５】
2019147510.tif 000007
【図６】
2019147510.tif 000008
【図７】
2019147510.tif 000009
【図８】
2019147510.tif 000010
【図９】
2019147510.tif 000011
【図１０】
2019147510.tif 000012
【図１１】
2019147510.tif 000013
【図１２】
2019147510.tif 000014
【図１３】
2019147510.tif 000015
【図１４】
2019147510.tif 000016
【図１５】
2019147510.tif 000017
【図１６】
2019147510.tif 000018
【図１７】
2019147510.tif 000019
【図１８】
2019147510.tif 000020
【図１９】
2019147510.tif 000021
【図２０】
2019147510.tif 000022
【図２１】
2019147510.tif 000023
【図２２】
2019147510.tif 000024