(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汲み上げ機構を備え水没しても浸水することのない密閉可能な装置本体の上端中心部に、少なくとも上端が常時海面上に突出する管状の管塔部が設けられ、前記装置本体の下端に、所定深度に至る海水取水管が垂下接続されると共に、前記装置本体の外側周囲の周方向に海水の注入・排水により浮力を調節し得る浮力調節手段となるバラストタンクを設け、前記浮力調節手段によるバラストタンクへの海水の注入・排出による浮力調節によって、汲み上げ作用時には前記装置本体を水面下所定深度に位置させて前記海水取水管を介して栄養塩を含んだ海水を汲み上げると共に、保守点検時には前記装置本体を水面上に位置させ得るように構成されていることを特徴とする海水汲み上げ装置。
【請求項２】
上記装置本体に、間隔をあけた２枚の流路板で構成され略水平の周方向全域に開口する放水口が設けられると共に、温度調節手段を備え、上記海水取水管を介して汲み上げた栄養塩を含んだ海水を前記温度調節手段によって所定温度に温度調節して所定深度の有光層中に前記放水口から略水平の周方向全域に放流するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の海水汲み上げ装置を用いた海洋肥沃化装置。
【請求項３】
上記装置本体には、上部に開口する表層水取水口を有する表層取水機構が設けられており、上記温度調節手段は、前記表層取水機構によって取り入れた表層水と上記汲み上げられた栄養塩を含んだ海水とを混合して温度調節するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の海洋肥沃化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定深度から海水を汲み上げる海水汲み上げ装置及びそれを用いる海洋肥沃化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋深層水は、その低温性や清浄性、硝酸塩・ケイ酸塩・リン酸塩等の栄養塩に富むといった特徴を有しており、近時、このような海洋深層水を汲み上げて温度差発電，飲料水，海洋の肥沃化による漁養殖場等の種々用途に供することが行われている。
【０００３】
海洋深層水を汲み上げる構成としては、陸上施設から深層水取水管を所定深度まで延設して汲み上げるものや、洋上に浮かべた船舶や専用の浮体構造物から所定深度に達する深層水取水管を垂下して汲み上げるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、陸上施設から深層水取水管を所定深度まで延設して汲み上げるものでは、陸上施設の建築や設置場所によっては数キロメートルの長さ深層水取水管が必要となるために建設コストが高い共に、深層水取水管の径に強度的な制限があるために取水量が限られるといった問題があった。
【０００５】
また、船舶や専用の浮体構造物から所定深度に達する深層水取水管を垂下して汲み上げるものでは、浮体構造物が波浪によって揺れを生ずるため、浮体構造物から垂下した深層水取水管及びその取付部を強固に構成しなければならず、その結果、大型化すると共に製造コストも高いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、波浪の影響を極力排除して洋上に設置することができ、低コストに構成することのできる海水汲み上げ装置及びそれを用いた海洋肥沃化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の海水汲み上げ装置は、汲み上げ機構を備え水没しても浸水することのない密閉可能な装置本体の上端中心部に、少なくとも上端が常時海面上に突出する管状の管塔部が設けられ、前記装置本体の下端に、所定深度に至る海水取水管が垂下接続されると共に、前記装置本体の外側周囲の周方向に海水の注入・排水により浮力を調節し得る浮力調節手段となるバラストタンクを設け、前記浮力調節手段によるバラストタンクへの海水の注入・排出による浮力調節によって、汲み上げ作用時には前記装置本体を水面下所定深度に位置させて前記海水取水管を介して栄養塩を含んだ海水を汲み上げると共に、保守点検時には前記装置本体を水面上に位置させ得るように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
更に、その海水汲み上げ装置を用いた海洋肥沃化装置として、上記装置本体に、間隔をあけた２枚の流路板で構成され略水平の周方向全域に開口する放水口が設けられると共に、温度調節手段を備え、上記海水取水管を介して汲み上げた栄養塩を含んだ海水を前記温度調節手段によって所定温度に温度調節して所定深度の有光層中に前記放水口から略水平の周方向全域に放流するよう構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記装置本体には、上部に開口する表層水取水口を有する表層取水機構が設けられており、上記温度調節手段は、前記表層取水機構によって取り入れた表層水と上記汲み上げられた栄養塩を含んだ海水とを混合して温度調節するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本願発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本願発明に係る海水汲み上げ装置を用いた海洋肥沃化装置の一構成例の外観を示す正面図であり、図２はその平面図である。
【００１３】
図示海洋肥沃化装置１は、所定厚さの略円盤状を呈する装置本体としての本体部１０の上側に所定高さの管塔部２０が立設されると共に下側に海洋取水管としての深層水取水管３０が接続されていわゆる独楽のような形状に構成され、管塔部２０を介して取り入れた表層水と深層水取水管３０を介して汲み上げた栄養塩を含む深層水とを混合・温度調節して周囲側方に密度流として放流・拡散し、人工的な湧昇流を形成してそこに新たな漁場を創出するものである。
【００１４】
本体部１０は、その縦断面図である図３，図１のＡ−Ａ断面図である図４（Ａ），Ｂ−Ｂ断面図である図４（Ｂ），図１のＣ−Ｃ断面図である図４（Ｃ），図１のＤ−Ｄ断面図である図５及び図１のＥ−Ｅ断面図である図６に示すように、所定容積で平面形状が八角形の機器室１１を中心として、周囲に浮力調節手段としてのバラストタンク１２が配設され、下側にウェイト室１３が設けられて構成されている。
【００１５】
機器室１１は、平面形状八角形で所定容積を有し、所定水深に水没しても浸水することのないように密閉可能に構成され、中央に取水管路１４が縦に貫通配設されている。その内部には、詳細は示さないが当該海洋肥沃化装置１の備える各種器機及び装置を自動的又は無線通信を介して陸上の指令施設から送られる指令に基づいて制御する制御装置が設置されている。
【００１６】
バラストタンク１２は、機器室１１と同一高さ（厚さ）で、機器室１１の外側全周に均等の幅で形成され、従って、本体部１０の全体外形はこのバラストタンク１２によって形作られ機器室１１と相似形の大きな八角形状を呈している。その内部は、隔壁１２Ａ…によって機器室１１の外側の各辺と対応する台形のコンパートメント１２Ｂ…に分割されて、各コンパートメント１２Ｂ…に図示しないバラストポンプによって海水の注入・排水が行われるようになっており、その注水量によって全体の浮力を調節し得るようになっている。このバラストタンク１２への注排水による浮力バランスの調節範囲は、最も浮力が大きい場合に本体部１０の上面が水面上所定高さに浮かび、最も浮力が小さい場合には本体部が没水するように設定される。バラストタンク１２への注排水は、機器室１１内に設けられた制御装置によってバラストポンプを制御駆動することによって行われる。尚、本体部１０の平面形状は八角形に限らず他の多角形や円形であっても良く、潮流による抵抗を考慮すれば円形とするのがより好ましい。
【００１７】
機器室１１の上側には、機器室１１の天板（機器室上部構造板１１Ａ）から所定間隔離間して流路板１５が配設されており、この流路板１５と機器室上部構造板１１Ａの間に周方向全域に放水口１６Ａが開口する所定厚さの放流通路１６が形成されている。
【００１８】
放流通路１６の平面中心部には、流路板１５と機器室上部構造板１１Ａと連続して形成されたポンプケーシング４１の内部にインペラ４２が設けられて汲み上げ機構としての放流ポンプ４０が構成されている。
【００１９】
ポンプケーシング４１は、その全側周囲が放流通路１６に連続し、上部吸入口４１Ｕに塔管部２０（管状本体２１）の下端が接続され、下部吸入口４１Ｌには機器室１１を貫通する取水管路１４が接続されている。
【００２０】
インペラ４２は、管塔部２０側（上部吸入口４１Ｕ側）の上インペラ４２Ｕと深層水取水管３０側（下部吸入口４１Ｌ側）の下インペラ４２Ｌとから成り、ポンプケーシング４１の内部に上下境界部を放流通路１６の高さ（厚さ）方向中心に一致させて鉛直軸で回転可能に設けられ、その回転軸はその直上の管塔部２０内部に配設されたポンプモーター４３の回転軸に連結されている。
【００２１】
ポンプモーター４３は、水密型の電動モーターであって、後述する管塔部２０のアッパーデッキ２２の内部に設けられた内燃機関による発電，海洋温度差発電，風力発電，波力発電及び太陽光発電等の発電手段を単独又は組み合わせによって得られる電力で駆動されてインペラ４２を回転駆動する。その回転制御は、機器室１１内の制御装置によって行われる。
【００２２】
上記構成の放流ポンプ４０は、ポンプモーター４３によるインペラ４２の回転によって、管塔部２０から表層水を取り入れると共に深層水取水管３０を介して深層水を汲み上げ、混合して放流通路１６に吐出する。表層水及び深層水の吸入・吐出量及び混合比率は、インペラ４２の回転数及び羽根形状によって決まるが、混合比率は放流水の温度がその放流域における水温と略等しくなるように（即ち密度が略等しくなるように）設定される。つまり、本構成では、深層水取水管３０を介して汲み上げた深層水に管塔部２０を介して取り入れた表層水を混合することで放流水の温度調節を行うものであり、従って、これら管塔部２０と放流ポンプ４０（上インペラ４２Ｕ）が本願における表層取水機構を構成しており、従って、温度調節手段をも構成しているものである。
【００２３】
ウェイト室１３は、機器室１１と対応する平面形状で所定の高さに形成され、その内部にコンクリート１３Ａが所定所定厚さに充填打設されて、所定の重量を得ている。これは、万一深層水取水管３０が欠損するような事態が生じても、当該海洋肥沃化装置１の姿勢を保持するためのものであり、そのために必要充分な重量に設定されている。また、このウェイト室１３の中央には、機器室１１から連続する取水管路１４が貫通している。
【００２４】
管塔部２０は、所定径で所定長さの管状本体２１の上端に、内部にディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電機等が収容されると共に上部に通信用のアンテナ等を備える管状本体２１より大径で所定高さのアッパーデッキ２２が設けられて構成され、管状本体２１の下端が放流ポンプ４０の上部吸入口４１Ｕに接続されている。管状本体２１の内部には、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、横断面において一部を占有する管塔部通路２３が長手方向に沿って延設されており、該管塔部通路２３の上端はハッチを介してアッパーデッキ２２の内部に連通し、下端は後述する管塔基部内通路５１にハッチを介して連通するようになっている。また、後述する運転時における海面と対応する外面位置に船着場２４が設けられると共に、運転時所定の水深となる位置に表層水取水口２５が周方向に複数開口形成されている。
【００２５】
管塔部２０の本体部１０への接続基部には、管状本体２１より太い大径基部５０が所定高さに構築されている。大径基部５０の内面と管状本体２１の外面の間には、周方向及び上下に所定間隔でリブが配設されてこれらリブが管状本体２１の外側との間の内部空間を周方向及び上下方向に複数に分割しているが、その周方向の一つの分割空間がハッチを介して上下に連通し、これが管塔基部内通路５１となっている。この管塔基部内通路５１は前述のごとくその上端部が管塔部通路２３とハッチを介して連通し、また、下端部は当該部位のみに放流通路１６を貫通して形成された通路５２を介して機器室１１に通じている。
【００２６】
深層水取水管３０は、所定径で所定長さの管状であって、その上端が本体部１０の下部（ウェイト室１３の下面）に結合されて取水管路１４に接続されている。その下端は、取水する深層水域（例えば水深５００ｍから６００ｍ）に達するように設定され、下端開口部周囲にはバランス調節のための鎖３１が簾状に吊り下げ配設されており、海底に固定されてはいない。このため、海底に固定された深層水取水管が本体部１０の揺動を阻害したりそれに起因して破損を生ずることはない。また、設置位置の移動も容易に行えるものである。
【００２７】
上記のごとく構成された海洋肥沃化装置１は、海上又は海中ではウェイト室１３及び深層水取水管３０の重量によってその中心軸を鉛直とした姿勢で浮遊し、本体部１０の最大外径部位であるバラストタンク１２部位に結合されたチェーン等の係留索２によって海底に係留されて所定海域に設置される。尚、係留索２は、潮汐による海面変化及び当該海洋肥沃化装置１の深度調節を許容し得るようにその長さが設定される。
【００２８】
深層水の汲み上げ放流運転時には、図7（Ａ）に示すように、バラストタンク１２への注排水による浮力調節によって、放水口１６Ａが有光層内の所定放流深度（例えば水深３０ｍ）に位置するよう浮遊配置される、放水口１６Ａは本体部１０の上部に位置するためにこの設置状態では本体部１０は海中所定深度に没し、管塔部２０の管状本体２１に開口形成された表層水取水口２５が所定深度となると共に管塔部２０の上端が海面上所定高さに突出してアッパーデッキ２２のみが海面上に位置する。
【００２９】
そして、放流ポンプ４０の駆動によって管塔部２０から取り入れた表層水と深層水取水管３０を介して汲み上げた深層水とを混合し、略等しい温度に温度調節された深層水を全周に開口する放水口１６Ａから３６０度全周方向に放流するものである。放流された深層水は、有光層内を密度流として水平に拡散し、その有する栄養によって植物プランクトンの増殖を促し、その結果、自然環境下で漁場を造成することができる。尚、深層水の放流方向は、全周とせずに任意の方向のみに設定しても良い。
【００３０】
このように、大きな体積を有する本体部１０が運転時には水面下所定深度に没水することにより、水線面積を極めて小さくできるために波浪による影響を少なくして揺れを抑制することができる。これにより、安定した設置が可能となると共に、本体部１０と深層水取水管３０の接合部等構造に作用する負荷を小さくできるために高い安全性を有するものを小型軽量に低コストで構築できるものである。
【００３１】
一方、保守点検時には、バラストタンク１２から排水して浮力を増大させて、図７（Ｂ）に示すように本体部１０の上面が水面上となるように浮上させることで、機器室１１へ容易にアクセスできるようになるために、保守作業等の作業性が極めて良好となるものである。
【００３２】
尚、上記構成例は、バラストタンク１２を機器室１１の周囲に配設したものであるが、バラストタンク１２はこれに限らず機器室１１の上部又は下部に配設しても良いものである。しかし、本構成例のごとく周囲に配設して平面形状を大径とすることで浮遊姿勢を安定化させることができると共に、保守点検時にはその上面での作業が可能となり、更に中心から離間したその外側面に係留索を結合することで放流ポンプ４０のインペラ４２の回転による生ずる反作用に容易に抗すことができる。
【００３３】
図８は、バラストタンク１２′を機械室１１の下側周囲に設けて成る海洋肥沃化装置１′の一部断面断面正面図を示す。図中上記構成例と同機能の部位には同符号を付してある。図示構成では、バラストタンク１２は、機械室１１の外縁部から垂下された所定長さの連結部１７を介して機械室１１の所定量下側に配設されている。バラストタンク１２′による浮力調節範囲は、最も浮力が大きい場合に当該バラストタンク１２′の上面が水面上所定高さに浮かび、最も浮力が小さい場合には上記構成例と同様に放水口１６Ａが有光層内の所定放流深度に位置するよう機械室１１が没水するように設定される。このような構成により、当該海洋肥沃化装置１′を海洋に設置する際に、本体部１０をバラストタンク１２′の上面が水面上となる状態で海面に浮かせ、バラストタンク１２′を作業台として機械室１１の下部に深層水取水管３０を接続する作業を行うことができる。つまり、本体部１０を作業台船に搭載して深層水取水管３０の接続作業を行う必要がなく、作業台船が不要となることから設置コストを節減できるものである。
【００３４】
また、その他の構成についても上記構成例に限らず適宜変更可能なものである。即ち、温度調節手段は表層水を混合することによらず汲み上げた深層水をヒーター等によって加熱して温度調節するようにしても良い。汲み上げ機構も、回転するインペラ４２を備える放流ポンプ４０の替わりにエアーポンプや波動ポンプを用いても良いものである。
【００３５】
更に、上記構成例は、深層水を表層水と混合して拡散放流する海洋肥沃化装置として説明したが、汲み上げた深層水はタンカー等の船舶によって移送することとし、海水汲み上げ装置のみとして構成しても良いものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る海水汲み上げ装置によれば、汲み上げ機構を備え水没しても浸水することのない密閉可能な装置本体の上端中心部に、少なくとも上端が常時海面上に突出する管状の管塔部が設けられ、前記装置本体の下端に、所定深度に至る海水取水管が垂下接続されると共に、前記装置本体の外側周囲の周方向に海水の注入・排水により浮力を調節し得る浮力調節手段となるバラストタンクを設け、前記浮力調節手段によるバラストタンクへの海水の注入・排出による浮力調節によって、汲み上げ作用時には前記装置本体を水面下所定深度に位置させて前記海水取水管を介して栄養塩を含んだ海水を汲み上げると共に、保守点検時には前記装置本体を水面上に位置させ得るように構成されていることにより、大きな体積を有する装置本体が汲み上げ作用時には水面下所定深度に没水することによって波浪による影響を少なくして揺れを抑制することができ、その結果、安定した設置が可能となると共に、本体部と深層水取水管の接合部等構造に作用する負荷が小さく高い安全性を有して小型軽量に低コストで構築できるものである。
【００３７】
また、上記浮力調節手段は、上記装置本体の外側周囲にバラストタンクが周方向に配設されて構成されていることにより、平面形状を大径化して浮遊姿勢を安定化させることができると共に、保守点検時にはその上面での作業が可能となる。
【００３８】
更に、その海水汲み上げ装置を用いた海洋肥沃化装置として、上記装置本体に、間隔をあけた２枚の流路板で構成され略水平の周方向全域に開口する放水口が設けられると共に、温度調節手段を備え、上記海水取水管を介して汲み上げた栄養塩を含んだ海水を前記温度調節手段によって所定温度に温度調節して所定深度の有光層中に前記放水口から略水平の周方向全域に放流するよう構成されていることにより、放流された深層水は密度流として水平に拡散し、その有する栄養によって植物プランクトンの増殖を促すことができ、その結果、自然環境下で漁場を造成することが可能となるものである。
【００３９】
また、上記装置本体には、上部に開口する表層水取水口を有する表層取水機構が設けられており、上記温度調節手段は、表層取水機構によって取り入れた表層水と上記汲み上げられた栄養塩を含む海水とを混合して温度調節するように構成されていることにより、多量の深層水を容易且つ迅速に温度調節して放流することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る海水汲み上げ装置を用いた海洋肥沃化装置の一構成例の外観を示す正面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】本体部の縦断面図である。
【図４】（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図，（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図，（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】設置状態の外観を示し、（Ａ）は運転時，（Ｂ）は保守点検時である。
【図８】異なる構成例の海洋肥沃化装置の一部断面正面図である。
【符号の説明】
１，１′  海洋肥沃化装置
１０  本体部（装置本体）
１２，１２′  バラストタンク（浮力調整手段）
１６Ａ  放水口
２０  管塔部（表層水取水機構，温度調節手段）
２５  表層水取水口
３０  深層水取水管（海水取水管）
４０  放流ポンプ（汲み上げ機構，表層水取水機構，温度調節手段）
【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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