(57)【要約】      （修正有）【課題】大量の駆動エネルギーを必要とする大掛りな水質悪化防止装置を用いることなしに、海中貯水槽内の貯留水の水質悪化を自然エネルギーを用いて効率よく防止する。【解決手段】常時海中に位置し、取水口を通して流入した真水の貯水量に応じて内容積が変るフレキシブルなシート材製の大径筒状袋体３と、袋体と連通する小径筒状体と、袋体の壁面上方に配設したフロートと、袋体の壁面外方を囲繞するネット体６と、ネット体の外方に袋体の側壁３ａと対向状に配設され、押圧体を介して袋体内容積を縮減させるシリンダ１２と、フロート上に配設され、シリンダへ作動用流体を供給する加圧流体供給装置と、その駆動エネルギーを供給する太陽電池設備又は風車型回転駆動装置若しくは水車型回転駆動装置と、制御弁とを備え、シリンダロッド１２ｂの前進、後退による、貯留水の強制流動させる。さらに散気管、撹拌羽根によるエアレーション、撹拌なども付加する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常時海中に位置し、取水口を通して流入した真水の貯水量に応じて内容積が変るフレキシブルなシート材製の大径筒状袋体と、大径筒状袋体と連通する小径筒状体と、大径筒状袋体の壁面上方に配設したフロートと、前記大径筒状袋体の壁面外方を囲繞し、筒状袋体の形態を筒状に維持するネット体と、前記ネット体の外方に大径筒状袋体の側壁と対向状に配設され、作動時に押圧体を介して袋体側壁を内方へ押圧変形させ、袋体内容積を縮減させるシリンダと、前記フロート上に配設され、シリンダへ作動用流体を供給する加圧流体供給装置と、加圧流体供給装置の駆動エネルギーを供給する太陽電池設備又は風車型回転駆動装置若しくは水車型回転駆動装置と、シリンダ作動用流体の供給及び排出を制御する制御弁とを備え、作動用流体の供給によりシリンダロッドを前進させ、大径筒状袋体の内容積を減少させることにより小径筒状体内の水位を上昇させると共に、作動用流体の排出によりシリンダロッドを後過させ、大径筒状袋体内容積を復原させることにより、小径筒状体から大径筒状袋体内へ水の流れを形成する構成としたことを特徴とする海中貯水槽。
【請求項２】
請求項１の海水貯留槽において、大径筒状袋体内にフレキシブルな散気管を配設し、加圧流体供給装置から加圧流体である空気を水中へ放出する構成としたことを特徴とする海中貯水槽。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の海中貯水槽において、フロート上に風車又は水車を設けると共に当該風車又は水車により回転駆動さえる攪拌羽根を大径筒状袋体内の上方部に設ける構成とした海中貯水槽。
【請求項４】
大径筒状袋体の側壁に、円周方向に等間隔で複数のシリンダを配設すると共に、当該複数のシリンダの環状配列を大径筒状袋体の高さ方向に複数段設けるようにした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の海中貯水槽。
【請求項５】
大径筒状袋体内にフレキシブルな散気管を、大径筒状袋体の高さ方向に複数段設ける構成とした請求項２又は請求項３に記載の海中貯水槽。
【請求項６】
複数のシリンダへの作動用流体の供給及び作動用流体の排出を予め定めた所望のプログラムに従って行い、大径筒状袋体内にその半径方向及び軸方向の水の流れを形成する構成とした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の海中貯水槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等の地上の水を海中に貯え、貯えられた水を必要に応じて海水と真水の比重差を利用して地上に供給するようにした海中貯水槽の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者は、貯水用ダムや溜め池等を用いて水資源を確保すると云う従前の貯水手段の発想を転換し、海中に真水を貯えると共に海水と真水の比重差を利用して地上へ真水を供給するようにした新規な海中貯水槽を開発し、これを特公平４−４２２６５号及び特公平５−２５７５４号等として公開している。
【０００３】
図１２は、本願発明者が先に開発をした海中貯水槽の利用状態の説明図であり、また図１３は当該海水貯水槽の縦断面概要図である。
海中貯水槽を形成する貯留タンク本体Ａは海Ｓの適宜の箇所に設置され、アンカ及びアンカロープ等（図示省略）により係留されている。
また、貯留タンク本体Ａの取水口１と陸地Ｌ上の取水設備Ｃとの間は取水管Ｄにより連結され、取水管Ｄを通して河川Ｒの真水Ｗが貯留タンク本体Ａ内へ貯留される。
更に、貯留タンク本体Ａの給水口２との陸地Ｌ上の給水設備Ｆ間は給水管Ｅにより連結され、給水管Ｅを通して貯留タンク本体Ａ内の真水Ｗが海水と真水の比重差を利用して陸上Ｌの給水設備Ｆへ供給される。当該給水設備では給水（真水）Ｗを中水、上水、工業用水等の用途に応じて消毒・浄化し、需要箇所へ圧送する。
【０００４】
図１３を参照して、当該海中貯水槽を形成する貯留タンク本体Ａは、海面下に位置する大径筒状袋体３と海面上に位置する小径筒状体４とから形成されている。また、大径筒状袋体３の上端にはフロート５が配設固定されており、貯留タンク本体Ａ自体に所要の浮力が賦与されている。
【０００５】
前記小径筒状体４は、耐食性金属板等により円筒体に形成されており、その側壁の下端部には給水口２が穿設されている。また、前記大径筒状袋体３は、合成樹脂等のフレキシブルなシート材等により円筒状の袋体に形成されており、取水管Ｄを通して袋体４内へ流入した真水Ｗの貯水量に応じて、袋体内容積がフレキシブルに変化する。
尚、図１２及び図１３に於いて、Ｌは陸地、Ｒは河川、６は真水Ｗを貯留した際に袋体３の形態を円筒状に保持するための非伸縮性の円筒状のネット体である。
【０００６】
取水設備Ｃで取入れられた真水Ｗは、取水管Ｄ及び取水口１を通して大径筒状袋体３内へ貯留され、袋体３はフレキシブルにその内容積を変えることにより、真水Ｗの貯留量に対応した高さの円筒状形態になる。
尚、袋体３の側部外方は円筒状のネット体６により覆われているため、袋体３の直径がネット体６の内径を越えて外部へ膨出することはない。
【０００７】
所定量の真水Ｗが貯留されると、海水Ｓと真水Ｗの比重差により小径筒状体４内の真水Ｗの水面が上昇する。そのため給水設備Ｆと真水Ｗの水位上面間のヘッド差ｈ1−ｈ4でもって、真水Ｗが給水設備Ｆへ自動的に給水される。
尚、小径筒状体４内の水位ｈ1は、圧力の釣合（ｈ1×Ｓ1＋ｈ2×Ｓ2＝１．０５×ｈ2×Ｓ2）から、ｈ1＝０．０５×ｈ2×Ｓ2／Ｓ1となり、大径筒状袋体３の水深ｈ2のＳ2／２０Ｓ1倍だけ水位ｈ1が上昇することによって、真水Ｗの自然給水が行われる。但しここで、Ｓ1は小径筒状体４の断面積、Ｓ2は大径筒状袋体３の横断面積、１．０５は海水Ｓの比重である。
【０００８】
上記従前の海中貯水槽は、イ．海水中に位置する大径筒状袋体３には内・外から水圧が加わるため、袋体３の材料そのものに特別に高い強度を必要とせず、構築が比較的容易で経済性にも優れていること，ロ．真水Ｗの位置エネルギーを利用して真水の取水及び真水の給水が出来るため、省エネルギーを図れること，ハ．大気との接触面積が少なく、蒸発による貯水量の減少が少ないこと等の優れた特有の効用を具備するものであり、所謂地上の貯水ダムや溜池或いは地下式貯水ダムを用いた貯水方式に比較して、より経済的な貯水が行えるうえ、環境破壊や人家の移転，それに伴う補償等の困難な問題の発生が防げると云う優れた効用を奏するものである。
【０００９】
しかし、この種海中貯水槽にも解決すべき多くの問題が多く残されている。その中でも、イ．海水温度が比較的高いうえ、貯留水と空気との接触面積が極めて小さいこと等により、ダム式貯水や溜池貯水に比較して貯留中の真水Ｗの腐敗や水質の低下が起こり易いこと，ロ．貯留タンク本体Ａの設置箇所への電力供給に相当の設備を必要とし、水質低下を防止するために大量の電力を消費する設備を設けることが不可能なこと，等が緊急に解決すべき問題点として残されている。
【００１０】
【特許文献１】特公平４−４２２６５号
【特許文献２】特公平５−２５７５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願発明は、従前の海中貯水槽に於ける上述の如き問題、即ちイ．水と空気との接触面積が少ないため、貯留中の真水Ｗの腐敗や水質低下が起り易いこと，ロ．電力供給が容易でないため、水質防止用の大型機器を適用することが困難なこと等の問題を解決せんとするものであり、外部から電力エネルギーや化石エネルギーを供給することなしに、潮流や風力、太陽光等の自然エネルギーを利用して真水の腐敗や水質の悪化を容易に防止できるようにした海中貯水槽を提供することを発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、常時海中に位置し、取水口を通して流入した真水の貯水量に応じて内容積が変るフレキシブルなシート材製の大径筒状袋体と、大径筒状袋体と連通する小径筒状体と、大径筒状袋体の壁面上方に配設したフロートと、前記大径筒状袋体の壁面外方を囲繞し、筒状袋体の形態を筒状に維持するネット体と、前記ネット体の外方に大径筒状袋体の側壁と対向状に配設され、作動時に押圧体を介して袋体側壁を内方へ押圧変形させ、袋体内容積を縮減させるシリンダと、前記フロート上に配設され、シリンダへ作動用流体を供給する加圧流体供給装置と、加圧流体供給装置の駆動エネルギーを供給する太陽電池設備又は風車型回転駆動装置若しくは水車型回転駆動装置と、シリンダ作動用流体の供給及び排出を制御する制御弁とを備え、作動用流体の供給によりシリンダロッドを前進させ、大径筒状袋体の内容積を減少させることにより小径筒状体内の水位を上昇させると共に、作動用流体の排出によりシリンダロッドを後過させ、大径筒状袋体内容積を復原させることにより、小径筒状体から大径筒状袋体内へ水の流れを形成することを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、請求項１の海水貯留槽において、大径筒状袋体内にフレキシブルな散気管を配設し、加圧流体供給装置から加圧流体である空気を水中へ放出する構成としたことを、発明の基本構成とするものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の海中貯水槽において、フロート上に風車又は水車を設けると共に当該風車又は水車により回転駆動さえる攪拌羽根を大径筒状袋体内の上方部に設ける構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１、請求項２または請求項３の発明において、大径筒状袋体の側壁に、円周方向に等間隔で複数のシリンダを配設すると共に、当該複数のシリンダの環状配列を大径筒状袋体の高さ方向に複数段設けるようにしたものである。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項２又は請求項３の発明において、大径筒状袋体内にフレキシブルな散気管を、大径筒状袋体の高さ方向に複数段設けるようにしたものである。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１、請求項２又は請求項４の発明において、複数のシリンダへの作動用流体の供給及び作動用流体の排出を予め定めた所望のプログラムに従って行い、大径筒状袋体内にその半径方向及び軸方向の水の流れを形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願請求項１の発明では、大径筒状袋体の側壁をシリンダにより部分的に内方へ押し込み、大径筒状袋体の内容積を減少せしめて内部の貯留水Ｗを小径筒状体内へ押し上げてその水位を上昇させると共に、シリンダ内の作動用流体を排出して前記押上げした貯留水Ｗを急激に下降させることにより、大径筒状袋体内の水Ｗをその半径方向及び縦軸方向に流動させるようにしている。
その結果、大きな駆動エネルギーを必要とすることなしに、太陽電池や風車、潮流を利用する水車等により得られるエネルギーでもって、大径筒状袋体内の水を効率よく流動させることができ、小径筒状体の断面積を小さくする必要から生じる水と空気との接触面積の減少による不都合（即ち、水質の悪化や水の腐敗）を有効に防止することができる。
【００１９】
また、本発明の実施に必要とするエネルギーは、太陽電池や風力式水車、潮流を利用した水車等によって十分にまかなうことの出来る範囲のものであり、水質悪化の防止のために特別な電力供給設備を設ける必要は全く生じない。
【００２０】
本願請求項２の発明は、上記シリンダによる貯留水の強制的な流動に加えて、散気管からの空気の噴出によるエアレーションを行う構成としているため、貯留水の水質悪化をより効率よく防止することが出来るうえ、エアーレーション用に必要とするエネルギーも太陽電池等により容易に賄うことが出来る。
【００２１】
本願請求項３の発明は、シリンダによる貯留水の強制的な流動とエアレーションに加えて、攪拌羽根により貯留水Ｗを強制攪拌すると共に、攪拌羽根の駆動を風車又は水車のエネルギーにより行う構成としている。その結果、貯留水Ｗの水質悪化がより確実に防止させると共に、自然エネルギーの有効利用率がより高められることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。
図１は、本発明で使用する海中貯水槽の貯留タンク本体Ａの基本構造を示す一部破断正面図であり、図２はその一部拡大断面図である。図１及び図２において１は取水口、２は給水口、３は大径筒状袋体、４は小径筒状体、５はフロート、６は円筒状のネット体、７はバンド体、８はスペーサ、９はネット体支持枠、１０は接続用鏡板である。
尚、図１乃至図１１に於いて前記図１２及び図１３と同一の部位には同一の図番号を使用するものとする。
【００２３】
前記小径筒状体４はステンレス鋼等の耐食製鋼材により形成されており、本実施例では厚さ２．０ｍｍのステンレス鋼により高さ１０００mm×直径４００mmの円筒形の小径筒状体４を形成している。
また、前記大径筒状袋体３は、厚さ２ｍｍのナイロンターポリン（ユニチカ株式会社製）のシート体を用いて高さ２０００mm×直径２０００mmの円筒形の大径筒状体３に形成されており、貯水量が定格容量の場合には図１の如き円筒状体が伸長している。
尚、前記貯留タンク本体１の形態や外形寸法は、その最大貯留量により適宜に選択されるものであり、形状は円筒形とするのが望ましい。
【００２４】
前記筒状のネット体６は、大径筒状袋体３の底面及び側部外周面を覆う状態に配設されており、外径３ｍｍφのステンレス鋼を１００ｍｍピッチで格子状に組み合せした網体が用いられている。
尚、本実施例では、後述するように袋体３の底面をネット体６により支える構成としているが、後述するように、貯留水を強制循環させるために袋体３の内壁面を内側へ強制変形させない場合には、ネット体６の袋体３の底面を支持する部分は不要となることは勿論である。
【００２５】
［実施形態１］
実施形態１は、前記図１及び図２に示した貯留タンク本体１内の貯留水Ｗを、後述するシリンダの作動により強制的に攪拌流動させることにより、貯留水Ｗの腐敗や水質の低下を防止するようにしたものである。
即ち、図４〜図６に示す如く、大径筒状袋体３の側壁３ａの一部をシリンダ１２のロッド１２ｂの先端に固定した押圧体１２ａにより一定量だけ内方へ押圧し、袋体３の内容積を強制的に減少せしめて内部の貯留水Ｗの一部を小径筒状体４内へ押し上げる。その後シリンダ１２内の押圧力を喪失させ、袋体３を初期位置まで膨らませてその内容積を初期の容積へ戻すことにより小径筒状体４内の水位を急激に下降させ、この時の水の位置エネルギーを用いて、袋体３内の貯留水Ｗを袋体３の半径方向及び縦軸方向へ強制流動させる。
【００２６】
図４〜図６を参照して、前記シリンダ１２は、袋体３の側壁３ａの外方に嵌合したリング状のシリンダ支持バンド１１に固定されており、また、このシリンダ支持バンド１１はネット体支持枠９に固定されている。
また、シリンダ１２のロッド１２ｂの先端には押圧体１２ａが固定されており、シリンダ１２の作動により押圧体１２ａが袋体側壁３ａを内方へ押圧し、その内容積を減少させる。
尚、図６において、６はネット体（１００mm×１００m×３φのステンレス線）、９はネット体支持枠（１０φステンレス鋼）、１１はシリンダ支持バンド（２ｍｍｔ×１２ｍｍのステンレス鋼）、１３は作動用流体給・排管である。
【００２７】
前記円環状のシリンダ支持バンド１１は、袋体３の高さ方向の略中央位置に嵌合固定されており、本実施例では４基のシリンダ１２が等間隔でシリンダ支持バンド１１に固定されている。
【００２８】
尚、袋体３の内容積等に応じてシリンダ支持バンド１１の配列段数を複数にしたり、或いは支持バンド１１に固定するシリンダ１２の数を増減することは勿論である。
また、前記複数のシリンダ１２は、同時若しくは所定のプログラムに従って順に作動させるようにしてもよく、更に、シリンダロッド１２ｂの作動速度も適宜に調整されることは勿論であり、袋体３内の貯留水Ｗが半径方向及び縦軸方向に円滑に強制流動されるように設定する。
【００２９】
図４〜図６に示した本実施例においては、４個のシリンダ１２を同時作動させる構成としており、これにより袋体３の内容積に約０．１〜０．１５ｍ3（袋体３の内容積約６．５ｍ3）の変化を、１０〜１１回／ｈの割合で加えている。
【００３０】
前記各シリンダ１２への作動用流体は、図５に示す如く貯留タンク本体１のフロート５の上面に配設した加圧流体供給装置１４から供給されており、本実施例では加圧流体供給装置１４としてコンプレッサを使用している。また、コンプレッサ１４はモータ１５により回転駆動されており、このモータ１５へはフロート５上に配設した太陽電池装置１６から給電されている。
尚、コンプレッサ１４、モータ１５、太陽電池１６及び後述する各制御弁Ｖ0〜Ｖ2等の作動制御は、制御装置１７を介して行われる。
【００３１】
図７は、前記シリンダ１２の作動系統を示すものであり、制御弁Ｖ1を開、制御弁Ｖ2を閉とすることにより各シリンダ１２が同時作動され、また、制御弁Ｖ1を閉、制御弁Ｖ2を開に切換えることにより、作動用流体が大気へ排出される。これにより、前述の如く袋体３の内容積が初期状態に戻ると共に小径筒状体４内の水位が急下降することになり、これによって袋体３内の貯留水Ｗに加わる衝撃的な運動エネルギーによって、貯留水Ｗが袋体３の半径方向及び軸方向に不規則な流動を行うことになる。
【００３２】
［試験結果］
シリンダ１２の作動による袋体３の内容積変化（０．１〜０．１５ｍ3）によって、小径筒状体４の水位を３〜５分間で約８００〜１０００ｍｍ上昇させ、また、小径筒状体４内の上昇した水位を、５０〜６０秒間で初期水位に戻すように、給気用制御弁Ｖ2の開度を夫々調整した。
そして、上記条件下における水位変動を１０回／１ｈｒの割合で３０日間連続して行った。
その後、貯留水のＣＯＤ値分析を行って、本発明を実施しない場合との比較を行った。
【００３３】
表１は、試験結果を示すものであり、本発明の第１実施形態によれば、ＢＯＤ値の悪化や臭気の発生、透明度の低下等が生じないことが判る。
［試験結果］
【表１】
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【００３４】
［実施形態２］
図８及び図９は、本発明の実施形態２を示すものであり、この実施形態３では、袋体３の縦方向の中央部より下方位置に散気管１８を設け、コンプレッサ１４からの空気を散気管１８のノズルから貯留水Ｗ内へ供給する構成としたものである。
【００３５】
本実施形態では柔軟性を有する塩化ビニール製のパイプを散気管１８として使用しており、袋体３の内部に十字状に配置して、その各端部を袋体側壁３ａの内壁面へ固定している。
【００３６】
尚、図８及び図９において、１９は空気供給管であり、コンプレッサ１４から制御弁Ｖ1を通して所要量の空気が連続的に供給されている。
また、フロート５の上部には、実施形態１の場合と同様に、コンプレッサ１４、駆動用モータ１５、太陽電池１６及び制御装置１７等が配設されており、コンプレッサ１４の運転に必要な電力が太陽電池１６から供給される。
更に、図８及び図９に於いては、一つの散気管１８を袋体３内へ配設しているが、これを複数段に亘って袋体３内に設けるようにしても良いことは勿論である。
【００３７】
前記実施形態１及び実施形態２では、太陽電池１６の電力をコンプレッサ１４の駆動エネルギーとしているが、太陽電池に替えて、潮流により回転駆動されている水車をフロート５上に配設し、その回転力を用いてコンプレッサ１４を回転駆動させるようにしてもよい。
また、前記太陽電池に替えて、風力発電機をフロート５上に設置して、その発生電力によりコンプレッサ１４を回転駆動させることも可能である。
更に、フロート５上に風車を設け、風車の回転力を用いてコンプレッサ１４を回転駆動させることも可能である。
【００３８】
［実施形態３］
図１０及び図１１は、本発明の実施形態３を示すものであり、貯留タンク本体１のフロート５上に風車２０を設置すると共に、当該風車２０の回転力を用いて袋体３内の攪拌羽根２１を回転駆動させ、小径筒状体４近傍の空気を比較的多く含有する貯留水Ｗを強制循環させるものである。
尚、攪拌羽根２１は、可能な限り袋体３の上方部で且つ小径筒状体４の軸心に近い位置に設けるのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、単に真水の貯水のみならず、海上レジャー産業や養殖漁業、真水の供給基地等の産業分野へも広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る海中貯水槽の要部を構成する貯留タンク本体Ａの一部縦断正面図である。
【図２】図１のイ部の部分拡大断面図である。
【図３】円筒状ネット体の部分拡大正面図である。
【図４】本発明で使用する海中貯水槽の貯留タンク本体１の正面概要図である。
【図５】図４の貯留タンク本体１の平面図である。
【図６】図５のイ−イ視断面図である。
【図７】シリンダの駆動系統の説明図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る海中貯水槽の貯留タンク本体の正面概要図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る海中貯水槽の貯留タンク本体１の正面概要図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】従前の海中貯水槽の設置状況の説明図である。
【図１３】従前の海中貯水槽の縦断面概要図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ      貯留タンク本体
Ｓ      海（海水）
Ｌ      陸地
Ｃ      取水設備
Ｄ      取水管
Ｅ      給水管
Ｖ      制御弁
Ｆ      給水設備
Ｗ      真水
Ｒ      河川
Ｇ      作動用流体
１      取水口
２      給水口
３      大径筒状袋体
３ａ    袋体側壁
４      小径筒状体
５      フロート
６      ネット体
７      バンド体
８      スペーサ
９      ネット体支持枠
１０    接続用鏡板
１１    シリンダ支持バンド
１２    シリンダ
１２ａ  押圧体
１２ｂ  シリンダロッド
１３    作動用流体給・排管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008215008.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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