(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポテンシャルの差から動力を発生させるシステムであって、
前記塩分濃度の比較的低い水の水源（２５）に連結される一端部（２２）を有する第１チューブ（２０）と、
入口端部（４２）および出口端部（４４）を有する第２チューブ（４０）であって、前記入口端部（４２）および前記出口端部（４４）は、ともに前記塩分濃度の比較的高い水の水源内に配置されるとともに前記塩分濃度の比較的高い水の水源に流体連通された、第２チューブ（４０）とを備え、
前記第１チューブ（２０）の他端部（２４）は、前記第２チューブ（４０）内で前記出口端部（４４）より低い位置に配置され、前記第１チューブ（２０）からの水が前記第２チューブ（４０）内の水と混合することを許容するとともに前記第２チューブ（４０）内で水の湧昇を生じさせ、
前記第２チューブ（４０）内の水の運動エネルギーを動力及び電力のうち少なくとも一方に変換するためのタービンユニット（６２、６４、６６）が設けられていることを特徴とする、動力発生システム。
【請求項２】
前記タービンユニットは、軸に設けられた複数のプロペラ、羽根ドラム、または螺旋状ファンと、電力を発生させるために前記軸に連結された発電機とを有することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記タービンユニットは、前記第２チューブ内であって、前記第２チューブの前記出口端部と前記第１チューブの前記他端部との間に位置する水の運動エネルギーを変換することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記タービンユニットは、前記第２チューブ内であって、前記第２チューブの前記入口端部と前記第１チューブの前記他端部との間に位置する水の運動エネルギーを変換することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第１チューブ（２０）の断面積は、前記第２チューブ（４０）の断面積よりも５〜５０，０００倍小さいことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項記載のシステム。
【請求項６】
前記第２チューブ（４０）は、海底に対して実質的に垂直な位置に固定され、前記第１チューブ（２０）の前記他端部は、前記第２チューブ（４０）の下端部内へ向けて水を排出するように位置していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項記載のシステム。
【請求項７】
前記第２チューブ（４０）の前記入口端部は、前記第２チューブ（４０）の円筒壁に設けられた複数のスロットを有し、前記タービンユニットは、前記第２チューブ（４０）内に設けられ、かつ前記スロットを介して前記第２チューブへ進入する水により駆動されるように配置された羽根ドラム（９０）を有することを特徴とする、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記第１チューブの前記他端部は、水を排出する複数の穴（１１０）を有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項記載のシステム。
【請求項９】
前記第２チューブ（２１５、２４０）の前記入口端部は、前記第２チューブの第１腕部を介して前記タービンユニット（２６０）に連結され、前記タービンユニットは、アップチューブ（２４０）を含む前記第２チューブの第２腕部に連結され、前記第１チューブ（２２０）の前記他端部は、前記アップチューブ（２４０）の下端部に連結されていることを特徴とする、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポテンシャルの差から動力を発生させる方法であって、
前記塩分濃度の比較的高い水の領域内で実質的に垂直に配置されたチューブの下端部内に、前記塩分濃度の比較的低い水を導入し、これにより前記塩分濃度の比較的低い水を前記塩分濃度の比較的高い水に混合して、前記チューブ内で水の湧昇を生じさせる工程と、
前記チューブにおける水の動作による運動エネルギーを引き出す工程と、
前記引き出したエネルギーを動力及び電力のうち少なくとも一方に変換する工程とを備えたことを特徴とする動力発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
（発明の分野）
本発明は水力発生システムに関し、特に、塩分濃度の異なる２つの水域間で浸透エネルギーポテンシャルを効率良く活用する新規な疑似浸透を用いた動力発生装置及び方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
世界中の電力の約２０％は水力発電により発電される。米国だけでもこの資源は国家の電力供給の約１２％を占め、年間９０，０００メガワット以上の電力が発電され、毎年約２８．３百万人の消費者の要求に応じている。水力発電はクリーンな自然エネルギー源である。環境にやさしいだけでなく（洪水を抑制するという点でも有益である）、費用の点でも非常に効率的である。例えば、北西では、水力発電所からの電力は１時間１メガワットで約１０ドルである。１時間１メガワットを原子力発電所、石炭発電所及びガス発電所で発電すると、それぞれ約６０ドル、４５ドル及び２５ドルにもなる。
【０００３】
しかし、現在、水力発電所は高さの変化により放出される水のエネルギー成分しか回収しないようになっている。特に、水力発電の電気は一般に、発電機に結合された回転タービンの高所から低所に淡水を２００〜３００フィート（６１〜９１メートル）の高低差で落下させることにより発電される。使用した水はエネルギーを使い果たした淡水の流去水として低所で排出される。しかし、後述するように、淡水の流去水は完全にエネルギーを使い果たした訳ではない。事実、排出された淡水に含まれる回復可能なエネルギーの残存量は９５０フィート（２９０メートル）の高さからの水或いはそれ以上にも匹敵する。この新たな回復可能なエネルギー成分の性質及び出所を理解するには、淡水がどのようにして生成されるのかを知ることが有益である。
【０００４】
淡水の始まりは太陽エネルギーにより海から蒸発した水蒸気である。この水蒸気が大気に蒸発し、そこで冷却される。冷却されることにより水蒸気が雲として凝固し、最終的には降水となる。ある降水は陸地に落ちて淡水の湖、積雪、網の目のように走る川、小川及び帯水層を形成し、その他は流去水となる。最終的に、淡水の流去水の全て或いは殆ど全ては海への帰路につき、従ってサイクルをなす。事実、自然に生じる水のサイクルの一部として、或いは水力発電所、都市の廃水処理設備などの人間による種々の介入の一部として、世界中で、莫大な量の淡水が毎年自由に海中に流し込まれる。
【０００５】
水のサイクルの背後の全体の駆動力は、毎日太陽から何百万平方マイルにわたる海を放射する太陽エネルギーである。比較的高い塩分濃度の海水から淡水の蒸気を発生されるのは太陽エネルギーである。この過程で吸収される太陽の放射エネルギー量は莫大であり、約２，３００kJ/kg（０．６４kW-hr/kg）の蒸気となる。この吸収されたエネルギーは蒸発した水の潜伏エネルギー或いはエントロピーにおける汚染物質の増加を引き起こす。この莫大な潜伏エネルギーの大部分（約９９％）は大気に放散されて水蒸気が再度凝縮されて雲になる。しかし、この潜伏エネルギーの少量（と言っても大量である）（約０．１３％）は淡水の降水として残る。この放散されずに残ったエネルギーはいわゆる淡水の海水への混合の自由エネルギー（或いは「混合の熱」）を意味する。特に、これは、淡水（或いはその他の溶媒）を海水溶液（或いはその他の溶媒／溶質溶液）から分離させるのに必要な（純粋水の蒸発エネルギーを越えた）増大する更なるエネルギーである。
【０００６】
混合の自由エネルギーは、水がその純粋な（淡水）状態から薄められた（塩水）の状態に変形するときに水（或いはその他の溶媒）の増加に影響を及ぼす。水等の溶媒は比較的低い溶質濃度（低エントロピー）の部分から比較的高い溶質濃度（高エントロピー）の部分に流動する自然の傾向を有するという物理的な特性がある。従って、エントロピー成分は、塩分濃度の異なる２つの水域同士或いはその他の溶媒の領域同士が互いに接触して混合され始める度に生成される。このエントロピー成分は物理的に観察することができ、浸透として知られる公知の現象により測定することができる。
【０００７】
浸透とは、低濃度の溶質から高濃度の溶質へ選択性透過膜（即ち、水は通過するが溶けた溶質は通過しない）を介する水の流れである。これは束一性の現象であり、即ち、溶媒の特性には依存せず、溶けた全ての種モル濃度の合計のみに依存する。純粋水は浸透ポテンシャルがゼロであると定義することができる。水をベースにした全ての溶液は種々の程度の負の浸透ポテンシャルを有する。多くの参考文献は半透過膜を通過する圧力の観点から浸透ポテンシャルを論じている。なぜならこの効果を測定する最も簡単な方法は、正味の流れが無効となるまで高い負の浸透ポテンシャルで膜に圧力を与えることであるからである。「逆浸透」とは付加的圧力を選択性透過膜を介して自然な流れ方向を逆にする点に与えたときに生じる現象であり、結果として溶媒が溶質から分離する。
【０００８】
しかし、太陽による蒸発、或いは公知の逆浸透脱塩方法を用いて食塩水の領域から淡水を分離させるにはエネルギーを要し、淡水を海水に戻すと、淡水に蓄えられたエネルギー（約２．８４kJ/kg）と同等のエネルギーを放出することになる。この潜伏的な蓄えられたエネルギー源をなんとかして効率的に活用できれば、これまで活用されていなかった絶えることのない再生可能なエネルギー資源から莫大な量の安価な電力を生産することができる。
【０００９】
例えば、この潜伏的の無料の混合エネルギー或いは浸透エネルギーポテンシャルを回収する装置に、コロンビア川からの平均水流の３０％を分流させることができれば、６，３００メガワットの電力を生産することができる。全体的に見て、コロンビア川のグランドクーリーダムの現在の水力発電所（米国最大の水力発電所であり、世界的には３番目に大きい）の最大出力は６，８００メガワットである。http://www.cqs.washington.edu/crisp/hydro/gcl.htmlを参照されたい。ウィーバー川からグレートソルトレークへの水流を蒸気装置を介して分流させることができれば、４００メガワットの電力を生産することができる。他の米国水路学データの統計調査については例えばhttp://h20.usgs.gov/public/realtime.htmlを参照されたい。この装置は、世界中の人々、特に従来の手段では電力発電が困難或いは非現実的な遠隔の地域の人々にとって莫大な利益になる。
【００１０】
この魅力ある自然な再生可能なエネルギー源を商業的に活用するための可能な方法について何年にもわたり様々な提案がなされてきた。例えば、Jellinek（米国特許第３，９７８，３４４号）は淡水を半透過膜に通過させて塩或いは海水溶液に流すことを提案した。これにより生じた膜の前後の浸透圧の差を使用して塩水流を出口穴から噴射させ、発電機に連結された水車を駆動させて発電を行う。同様に、Loeb（米国特許第３，９０６，２５０号）には半透過膜を通した遅延浸透圧を利用して発電を行う方法及び装置が記載されている。
【００１１】
これらの特許は、その他の特許も推奨するように、半透過膜を利用して膜を通過して作用する浸透ポテンシャルの差から有益な効果を得るための前方向の浸透方法に依存している。このようなシステムはある制限された条件下の小規模なケース対しては有益な応用が可能であるが、実物大の規模で商業的に開発したり発電システムを活用することは、充分な流量を得るのに広い膜表面積が必要なことや、費用や、このような半透過膜の維持が困難であることにより妨げられる。合成材料の近代の進歩により、塩水溶質をはじくのに非常に有効で高圧にも充分に耐えられる膜が製造されているが、このような膜は、依然として目詰まり、スケーリング、或いは経時的劣化が生じやすい。例えば、淡水源として使用する河川水は、膜の目詰まりを容易に引き起こす種々の溶質、その他浮遊堆積物や汚染物を持ち込む可能性が高く、濾過や定期的な手入れが必要である。淡水源として使用される都市の廃水処理所からの処理廃水には同様な問題及び更なる厄介な問題があり、これが上記のような解決策を商業的に非現実的なものとしてしまう。
【００１２】
Urry（米国特許第５，２５５，５１８号）は半透過膜を使用しない方法で浸透エネルギーポテンシャルを活用する別の方法及び装置を提案した。特に、Urryは特別に開発されたバイオエラストマーを使用することを提案した。このバイオエラストマーは海水溶液にさらされると交互に且つ可逆に伸縮するように選択される。個々のバイオエラストマーの伸縮運動を有益な働きに変換するために機械的エンジンが提案されている。このようなシステムは一般的な解決策への有用性は示すものの、バイオエラストマー要素等を使用するこの提案されたシステムを大規模で安価なエネルギー生産に適応させることは容易ではない。商業的な規模で有益なエネルギーを生産しようとすれば、このようなシステムには広大な面積のバイオエラストマーが莫大な枚数必要になろう。上述した膜と同様に、バイオエラストマーの露出面は汚染物や経時的劣化にさらされるであろうし、これによりこのシステムは製造や維持に関して法外に高価なものになろう。
【００１３】
Assaf（米国特許第４，６１７，８００号）は、半透過膜や特別に開発されたバイオエラストマーを使用しない方法で凝縮された海水からエネルギーを生産する別の装置を提案した。特に、Assafは蒸気及び再凝結のシステムの使用を提案した。この解決策では、先ず蒸発器内で淡水を加熱することにより蒸気を発生させ、蒸気にタービンを通過させて電気発電機を駆動させる。凝結した蒸気はその後復水器に送られ、そこで濃縮海水流と接触し、海水の希釈液の熱から熱を発生させる。発生した熱は熱交換要素を介して蒸発器に戻され、淡水から蒸気を発生させる。この解決策は上述の膜や広い表面積の汚染物の問題を概ね回避しているが、大規模で安価なエネルギーの生産には理想的に適応してはいない。これは、必要な構成要素の数が多くまた複雑であり、更に圧力シールされた蒸発器及び復水器内で淡水を加熱したり冷却することが必要であるためである。
【００１４】
従って、淡水及び海水（或いはその他の溶液）間の浸透エネルギーポテンシャルを効率的に活用するための方法及び装置の必要性は未だ残っている。
【００１５】
発明の概要
従って、本発明の基本的な目的及び利点は上述の制限の幾つか或いは全てを克服し、塩分濃度の異なる２つの水域間で浸透エネルギーポテンシャルの可能性を効率良く活用する新規な疑似浸透を用いた動力発生装置及び方法を提供することである。
【００１６】
本発明の方法及び装置の優れた点は、半透過膜やその他の特別に開発された材料を使用する必要はなく、淡水も塩水も加熱したり冷却する必要がないことである。更に、本発明は、処理済み或いは未処理の川の流去水、処理済み流去廃水或いは汚水、雨水管渠の流去水、一部汚染された淡水の流去水、及びその他の多様な淡水源等の多様な淡水源からエネルギーを回収する。従って、多様な地理位置において多様な条件下で大規模で発電するのに適合している。本発明は従来の手段では電力発電が困難或いは非現実的な遠隔の地域で使用するのに特に有益である。
【００１７】
本発明の１つの実施の形態によれば、塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポテンシャルの差から動力を発生させる方法が提供される。塩分濃度の比較的低い水を第１チューブに導入する。包囲された第２チューブ内で塩分濃度の比較的低い水を塩分濃度の比較的高い水源からの水に直接接触させて混合水を作る。第２チューブは単数或いは複数の開口部を介して塩分濃度の比較的高い水源と流体連通しており、接触により第２チューブ内の混合水の回収可能なエネルギーが増大する。混合水を動力発生装置に導入して動力及び電力のうち少なくとも一方を発生させる。
【００１８】
本発明の別の実施の形態によれば、淡水の浸透エネルギーポテンシャルから発電する方法が提供される。塩分濃度の比較的低い水の水源を、第１断面積を有するダウンチューブを介して塩分濃度の比較的高い水の水域の所定の深さに導入する。塩分濃度の比較的低い水を、第２断面積を有するアップチューブにおける所定の深さからの塩分濃度の比較的高い水に直接接触させて混合水を作る。混合水をアップチューブ内の上方で所定の深さよりも浅い高さまで湧昇させる。混合水に動力発生装置を通過させて有効な動力を発生させる。
【００１９】
別の実施の形態によれば、本発明は、塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポテンシャルの差から動力を発生させるシステムが提供される。このシステムは塩分濃度の比較的高い水の水源に配置されたアップチューブを有する。該アップチューブは第１深さでアップチューブの単数或いは複数の開口部を介して塩分濃度の比較的高い水の水源に流体連通される。アップチューブは第２深さで塩分濃度の比較的高い水の水源の深さで終端し、第２深さは第１深さより浅い。システムは、塩分濃度の比較的低い水の水源に連結された第１端部と、塩分濃度の比較的低い水の水源からの塩分濃度の低い水をアップチューブに排出する第２端部とを有するダウンチューブを更に備え、塩分濃度の比較的低い水及び塩分濃度の比較的高い水は混合水を作り、アップチューブ内で混合水が湧昇させる。システムは湧昇する混合水から動力を発生させる手段を更に備える。
【００２０】
別の実施の形態によれば、本発明は、塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポーテンシャルの差から動力を発生させるシステムを提供する。このシステムは、塩分濃度の比較的高い水を第１深さから第２深さに導入し、第１断面積を有する第１チューブを有する。第２チューブは塩分濃度の比較的低い水の水源に流体連結された第１端部と、第１深さ或いはその近傍で第１チューブに連結された第２端部と、第２断面積とを有する。第３チューブは第２深さから、或いは第３チューブの第１端部近傍から塩分濃度の比較的高い水を第２端部で第１チューブに導入し、塩分濃度の比較的低い水及び塩分濃度の比較的高い水が第１チューブ内で混合水を作り、混合水は第１チューブ内を流れて第３チューブ内で塩分濃度の比較的高い水の回収可能なエネルギーを増加させる。システムは第１第３チューブ間に配置されて増加する回収可能なエネルギーから動力を発生させる動力発生装置を更に有する。
【００２１】
別の実施の形態によれば、本発明は、塩分濃度の比較的低い水の水源と、塩分濃度の比較的高い水の水源との間の浸透ポテンシャルの差から動力を発生させる方法を提供する。塩分濃度の比較的低い水を、第１断面積を有する第１チューブに導入する。包囲されると共に第２断面積を有する第２チューブ内で塩分濃度の比較的低い水を塩分濃度の比較的高い水源からの水に直接接触させて混合水を作る。第２チューブは第３チューブの単数或いは複数の開口部を介して塩分濃度の比較的高い水源と流体連通しており、接触により第３チューブ内の塩分濃度の比較的高い水の回収可能なエネルギーが増大する。第３チューブ内の塩分濃度の比較的高い水を動力発生装置に導入して動力及び電力のうち少なくとも一方を発生させる。
【００２２】
本発明及び従来例から得られる利点を要約することを目的として、本発明の目的及び利点を上に記載した。勿論、これら全ての目的及び利点が本発明の特定の実施の形態に従って達成される訳ではないことを理解されたい。従って、例えば当業者であれば、ここで教示或いは示唆する他の目的或いは利点を達成しなくても、ここに教示する利点を達成或いは最適化する方法で本発明を具現化或いは実施できることを理解するであろう。
【００２３】
これら全ての実施の形態はここに開示する本発明の範囲内である。本発明の上記及びその他の実施の形態は添付図面を参照しながら詳述された、以下の好ましい実施の形態から当業者にとって容易に明らかとなろう。本発明はこれらの好ましい実施の形態の何れにも限定されない。
【００２４】
本発明の集約された一般的性格及びその本質的特徴及び利点、好適な実施の形態及びその変形例は、図面を参照した詳細な記載から当業者にとって明らかになろう。
【００２５】
好ましい実施の形態の説明
上記発明の背景で論じたように、浸透ポテンシャルの異なる溶媒流体が互いに接触して混合されると、エネルギーが放出される。この放出されるエネルギーはその純粋な（淡水）状態から希薄（塩水）状態に変わる際の水（或いは他の溶媒）のエントロピーの増加により生じる。従って、溶質濃度の異なる水或いは他の溶媒の２つの水域同士が互いに接触して混合され始める度にエントロピー成分が生成される。このエントロピー成分は浸透として知られる現象により物理的に観察したり測定したりすることができる。
【００２６】
「浸透」という用語は膜に関連しており、「hydrocrasis」という用語は浸透ポテンシャルの異なる溶媒流体同士が膜の無い状態で互いに接触して混合されるときの状況に使用される。
【００２７】
図１Ａは半透過膜を通過する従来の前方向浸透の概略図である。前方向浸透は低濃度の溶質１４から高濃度の溶質１４に流れて選択性透過膜１２を通過する水１０の流れとなる。多くの参考文献は半透過性膜を通過する圧力低下Πの観点から浸透ポテンシャル或いは浸透圧について論じている。これは、この効果を測定するのに最も簡単な方法は膜１２の高濃度側と低濃度側との間の高低差或いはフィート（メートル）を測定することであるからである。前方向浸透は仕事エネルギーの放出を生じさせる。
【００２８】
図１Ｂは逆浸透の状態を示す。これにより、水（或いは溶媒）１０は外圧の影響下で低濃度の溶質１４から高濃度の溶質１４に強制的に流されて選択性透過膜１２を通過し、従って溶質１４から純粋な溶媒１０を搾り出す或いは抽出する。逆浸透は浄水や淡水化のために世界中で広く使用されている。逆浸透は仕事エネルギーを消費する。
【００２９】
浸透方法で消費或いは放出される仕事エネルギーの量を示すために、塩水用の大きな容器が淡水用の大きな蓋なしの容器の表面の直ぐ下で支持されているという仮想の例を考えてみる。更に、これら２つの水容器を互いに分離する浸透膜がある。塩水の容器には細長い、正確に１ｍ３の体積のチューブが取り付けられており、淡水の外まで延びている。この細長いチューブの上部は開放されており、それが塩水容器の唯一の開口部である。この仮想の実験の初めでは、両容器の液面高さと圧力は同じであり、細長いチューブの液面はその底部にある。しかし、浸透により淡水は塩水の容器内に流入して膜を通過し、塩水のカラムにより作用する圧力が膜を通過する浸透圧を丁度打ち消す或いは対抗するのに充分となるまで、細長いチューブ内の塩水の液面高さを上昇させる。
【００３０】
今、チューブの上部を最も高い液面の直ぐ下で切断すると、塩水は溢れてチューブの上部からこぼれ初め、同じ流量で淡水が膜を通過して塩水溶液内に流れ込み続ける。今、膜を通過して流れる各立方センチメートルの淡水用に、同じ体積の塩水溶液がチューブの上部から排水されて、ある距離落下する。仕事は明らかに浸透メカニズムを介して行われたが、どの位の仕事がなされているであろうか。塩水のカラムによりどの位の圧力が与えられ、カラムはどの位の高さであろうか。
【００３１】
理想的な溶液の低い濃度のための、浸透圧（Π）のvan't Hoff'sの式は以下の通りである。
Π＝ＣＲＴ
ここで、
Ｃ＝モル濃度、
Ｒ＝気体定数、
Ｔ＝絶対温度、
である。
【００３２】
塩水には各分子に２つのイオンがあり、
ｗｔ（ＮａＣｌ）＝５８．５ｇ
Ｔ＝２０℃＝２９３°Ｋ
Ｒ＝８．３１４４Ｊ／ｍｏｌｅ°Ｋ
Ｃ＝３５ｐｐｔ＝３５，０００ｇ／ｍ３
＝（３５，０００×２／５８．５ｍｏｌｅｓ）／ｍ３
＝１２００ｍｏｌｅｓ／ｍ３
Π＝（１２００ｍｏｌｅｓ／ｍ３）（８．３１４４Ｊ／ｍｏｌｅ°Ｋ）（２９３°Ｋ）
＝２．９×１０６Ｎ／ｍ２
＝２．９×１０６Ｐａ
＝２９ａｔｍ
となる。
【００３３】
パスカルの法則によれば、
ｐ＝ρｇｈ
となる。
【００３４】
ｐ（液体のカラムの高さによる圧力）をΠ（浸透圧）と等しく設定すると、カラムの高さ（ｈ）は、
ρ＝１０３４ｋｇ／ｍ３
ｇ＝９．８ｍ／ｓ２
ｈ＝（２．９×１０６Ｎ／ｍ２）／（（１０３４ｋｇ／ｍ３）（９．８ｍ／ｓ２））
＝２９０ｍ
となる。
【００３５】
１ｋｇの水を排水するためになされる増分の仕事は、
Ｗ＝１／２ｍｇｈ
＝（０．５）（１ｋｇ）（９．８ｍ／ｓ２）（２９０ｍ）
＝１．４ｋＪ
【００３６】
淡水を塩水の海水に再度混合することにより得られる浸透エネルギーポテンシャルは大きく、約１．４ｋＪ／ｋｇの淡水、或いは従来の水力発電システムの２９０ｍの高さからの水に匹敵する。蓄積されたこのエネルギー源を何とか活用できれば、これまで活用されていなかった絶えることのない再生可能なエネルギー資源から莫大な量の安価な電力を生産することができる。
【００３７】
細長いチューブを塩水の最大高さの直ぐ下（２９０メートル）で切断し、栓を取り付けると、塩溶液は栓から流出し続けることになろう。１キログラムの水がチューブを通過して元の液面に戻る際にどのような力が発生するのであろうか。
Ｗ＝Ｍｇｈ
＝（１Ｋｇ）（９．８ｍ／ｓ２）（２９０ｍ）
＝２．８×１０３ジュール
【００３８】
浸透膜が毎秒１キログラムの水を通過させるのに充分な表面積を有している場合、このシステムは毎秒１．４×１０３ジュール、即ち１．４キロワットの電力を生産することになる。
【００３９】
栓の端部に水圧管を取り付け、水圧管を上記元の液面高さの水力発電機に取り付けた場合、発電機は（１００％の効率で）１．４キロワットの電力を出力することになる。
【００４０】
実際には細長いチューブも水圧管も不要である。上部圧力が引力により発生しようが浸透圧により発生しようが発電機にとっては無関係だからである。塩水の容器の開口部を発電機の入口に直接接続しても同じ電力が発生するであろう。
【００４１】
勿論、これは発電するために実用的なシステムではない。何故なら、このシステムは非常に大きな剛性の容器と非常に大きな浸透膜に依存するからである。
【００４２】
浸透エネルギーポテンシャルを利用するために多くのシステムが提案されてきたが、商業的に成功したものがあったとしても非常に少ない。１つの問題は、殆どの浸透エネルギー回収システムが半透過膜を利用した従来の前方向の浸透方法に依存していることである。実物大の規模で商業的に開発したり発電システムを活用することは、充分な流量を得るのに広い膜表面積が必要なことや、費用や、このような半透過膜の維持が困難であることにより妨げられる。その他のシステムは浸透エネルギーポテンシャルから有効な仕事エネルギーを抽出するために、特別なバイオエラストマー材料、蒸発器、復水器、或いは熱交換器を使用する必要がある。
【００４３】
しかし、海洋生物養殖という無関係の分野では、無光層からの栄養分の豊かな水により海の有光層の水を富栄養化する目的で、海の湧昇流を人工的に作り出すため、塩水の海水と混合された淡水の浮力を使用することが知られている。例えば本願にも参考として盛り込まれている米国特許第５，１０６，２３０号には人工的な海洋湧昇流の制御された発生方法が記載されている。この方法は比較的淡水の入力流を所定の深さまで導入し、そこで淡水と栄養豊かな深海水とを混合して混合水を形成する方法を含んでいる。混合水は濃度が低下したことにより生じる浮力効果により上方に持ち上げられ、これによりアップパイプを通して混合が水面に向けて行われる。この方法により、深海の無光層からの低温で栄養豊かな水が上方の有光層へ湧昇し、海中の生物により栄養が有効に使われる。
【００４４】
類似した湧昇装置の最近の試作品の試験で、驚くべきことに、全体の質量流の運動エネルギーの観点から見て達成される湧昇流の量が、アップチューブに導入される淡水からの浮力効果や運動エネルギーの観点から見たシステムへの入力エネルギーより大きいことが発見された。修正した湧昇装置を使用して行ったその後の実験により、このようなシステムの全体の水力エネルギー出力が全体の水力エネルギー入力を越えることが確認された。
【００４５】
現時点では観測されたこの現象の正確な説明を完全に評価することはできないが、過剰なエネルギー出力は、アップチューブ内で淡水と塩水とを再度混合することにより浸透エネルギーポテンシャルが放出されることに起因すると考えられる。この結果は特に驚くべきことである。何故なら、この修正した湧昇装置は、これまで浸透エネルギーポテンシャルを回収するのに必要と考えられていた半透過膜やその他の特別なシステム構成を組み込んでいなかったからである。膜がないため、この装置をハイドロクラシス動力発生装置と名付けた。発明の開示及び理解を完全なものとするために、この発見をした際の実験的設計を以下に記載して論じる。
【００４６】
実験的設計
図２に示すものに類似した実験的湧昇装置は適切な耐蝕性の材料を使用して製造された。海は、５０，０００リットル（１５，０００ガロン）のスイミングプール内で１８００キログラム（２トン）の海塩を溶かしてシミュレートした。アップチューブ４０は内径１５センチ（６インチ）のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のチューブで長さ１．５メートルであった。ここで論じる幾つかの実験では、アップチューブ４０は図示したように開放されたままであり、これを遮るものはなかった。ここで論じるその他の実験では、運動流れエネルギーを機械的仕事エネルギーに変換するためにタービンをアップチューブ４０の上部に取り付けた。ダウンチューブ２０は１．８センチ（１／２インチ）のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のチューブで長さ１メートルであった。淡水がダウンチューブ２０からアップチューブ４０に上に向かって出ていくように、ダウンチューブ２０の端部に２つの９０°のエルボーと短いパイプ片とを取り付けた。ナイロン製の支持ケーブル５０により装置を浮き４８に取り付け、アップチューブ４０の出口端部４４を塩水の水面下約１５センチに位置決めした。
【００４７】
ダウンチューブ２０を淡水タンク２５に連結した。淡水がダウンチューブ２０を通過する流量が実質的に一定に保たれるように、継続的に水道水を満たして過剰分を余水路２７から流出させることにより、タンク２５内の液面を一定に保った。測定によれば、タンク２５内の水は３００ｐｐｍの溶存固形分を有し、スイミングプール内の塩水は３４，０００〜３６，０００ｐｐｍの溶存固形分を有していた。タンク２５内の水と塩水の温度はどの実験でも同じであった（１８〜２０°）。これは塩水タンクを地中に設置し、タンク内の淡水を地中に埋めたパイプから運んだためである。
【００４８】
ダウンチューブ２０を水で満たして気泡を無くすことにより実験を開始した。ダウンチューブ２０内の淡水の流量を決定する圧力水頭が確立されるようにタンクの高さを調整した。次いでタンク２５を淡水で満たし、その後、タンク２５からの淡水にダウンチューブ２０を通過させ、アップチューブ４０の下部に導入した。
【００４９】
実験はMyron L., DS Meter (モデル５１２Ｔ５）を使用してアップチューブ４０の出口端部４４の塩分濃度を定期的に測定することにより監視した。アップチューブ４０の出口端部４４の流量はアップチューブ４０の出口端部４４の塩分濃度を測定することにより計算した。特に、図２は実験的装置内の以下の４つの基準点を示している。即ち、点１は淡水タンク、点２は塩分濃度を測定するアップチューブ４０の出口端部４４、点３はダウンチューブ２０の出口端部２４、及び、点４はダウンチューブ２０の出口端部２４の下方のアップチューブ４０内である。データの分析には以下の塩分濃度及び濃度を使用した。
塩水の塩分濃度＝３５，０００ｐｐｍ
淡水の塩分濃度＝３００ｐｐｍ
塩水の濃度＝１．０３５
【００５０】
流量は以下の分析を使用して計算した。点１から点３までは連続したチューブがあるため、塩分濃度及び流量は点１と３とで同じ筈である。アップチューブ４０への入口は点３と４だけであるため、点２の流量は点３と４との流量の和である。以下の分析から得られる点４の流量の等式は以下の通りである。
【００５１】
もし、
Ｑｉ＝点ｉの流れ
＝毎秒ＷＴ／ρ
Ｓｉ＝点ｉの塩分濃度
＝（ＷＳ／ＷＴ）
ＷＳ＝溶液の塩分重量
ＷＴ＝溶液の総重量
ρ  ＝溶液の濃度
であるならば、
Ｓ２＝ＷＳ２／ＷＴ２
であり、点２を通過した流れは点３か４の何れかから来たものであるため、
Ｓ２＝（ＷＳ３＋ＷＳ４）／（ＷＴ３＋ＷＴ４）
であり、
ＷＳ＝ＳＷＴに代入すると、
Ｓ２＝（Ｓ３ＷＴ３＋Ｓ４ＷＴ４）／（ＷＴ３＋ＷＴ４）
となり、
ＷＴ＝Ｑρ秒に代入すると、
Ｓ２＝（Ｓ３Ｑ３ρ３＋Ｓ４Ｑ４ρ４）／（Ｑ３ρ３＋Ｑ４ρ４）
となり、１つの未知の変数（Ｑ４）を有する以下の等式が得られる：
Ｑ４＝Ｑ３（ρ３／ρ４）（Ｓ２・Ｓ３）／（Ｓ４・Ｓ２）
【００５２】
この実験の精度内で以下のように想定することができる。
Ｓ３＝Ｏ
ρ３＝ρ４
これにより
Ｑ４＝Ｑ３Ｓ２／（Ｓ４・Ｓ２）
が得られる。
【００５３】
以下の例１〜４は、図２に示した上述の実験的設計を使用して行った幾つかの実験の結果を示すものである。
【００５４】
例１
図２に示した装置を使用して、ダウンチューブ２０内に導入された淡水の流量を変化させてアップチューブ４０内の観察された流量を測定した。表１は、ダウンチューブ２０内の淡水の２つの異なる流量で、アップチューブ４０内の種々の点での流量の結果をまとめたものである。点１での流量、タンクからの淡水の流量、及びアップチューブ４０の出口端部４４の点２での塩分濃度が測定されたパラメータである。点３及びダウンチューブ２０の出口端部２４での流量は点１と同じであった。その他の流量は上述の等式を用いて計算した。
【００５５】
【表１】
0004597382.tif 000002
【００５６】
この結果はアップチューブ４０の出口端部４４の点２における混合された塩水と淡水との溶液の流量が点１及び３での淡水の流量を遙かに越えたことを示している。ダウンチューブ２０に淡水を導入して塩水をアップチューブ４０に流すことでアップチューブ４０の上部の点２で高い流量を発生させている。
【００５７】
点４でのこの高い流量がダウンチューブ２０からの淡水流から生じた運動エネルギーの移行によるものではないことを証明するために、以下の実験を行った。
【００５８】
例２
アップチューブを通過する塩水の流量とダウンチューブに導入された淡水の流量の比較
この実験では、アップチューブ４０の出口端部４４に６インチのタービンルーフベントを取り付けた。回転数をカウントするために羽根の１枚にペンキを塗った。１つの実験では３００ｐｐｍの塩分濃度の淡水でタンクを満たし、２番目の実験では３６，０００ｐｐｍの塩分濃度の塩水でタンクを満たした。プールの塩水の液面から０．５５メートルの高さにタンクを配置した。その後、ダウンチューブ２０から淡水を流し、タービンが回転する流量を判断した。次いで、塩水プールから塩水をダウンチューブ２０に流し、タービンが回転する流量を判断した。その結果を以下の表２に示す。
【００５９】
【表２】
0004597382.tif 000003
【００６０】
表２に示すように、ダウンチューブ２０に淡水を導入したときの方が塩水を使用したときよりもタービンは２．４倍早く回転した。ダウンチューブ２０に淡水を導入したときのタービン速度が速かったことは、ダウンチューブ２０に塩水よりも淡水を導入したときの方がアップチューブ４０内の水流が速く、また例１におけるアップチューブ４０の上部からの流量がより高い値に観察されたことはダウンチューブ２０から流出した淡水からの運動エネルギーの移行によるものでは全くないことを直接示すものである。
【００６１】
ダウンチューブ２０内の塩水からアップチューブ４０内の塩水へ移行した運動エネルギーは少なくともダウンチューブ２０内の淡水から移行する運動エネルギー程高い（塩水濃度の増加により僅かに大きいのでない場合）。表２に示した結果はアップチューブ４０内の水の湧昇の全部ではなく一部がダウンチューブ２０に導入される水からの運動エネルギーの移行によるものであることを示している。
【００６２】
アップチューブ４０内の種々の位置における水流の運動エネルギーから得られる電力は以下のように計算することができる。
Ｐｋ＝運動エネルギーからの電力
＝１／２Ｍｑｖ２
＝１／２（ρＱ）（１６０Ｑ２／π２ｄ４）
＝８Ｑ３ρ／π２ｄ４
ここで、
Ａ＝断面積
＝πｄ／４
ｄ＝チューブの直径
Ｍｑ＝質量の流れ
＝Ｑ×ρ
ρ＝１＋（Ｓｉ／１０００）
ｖ＝速度
＝Ｑ／Ａ
【００６３】
表３はアップチューブ４０の３点での運動エネルギーに起因する計算された電力を示す。
【００６４】
【表３】
0004597382.tif 000004
【００６５】
以下の一連の実験では、アップチューブ４０内の湧昇の率の依存性を判断するため、ダウンチューブ２０の直径、及びダウンチューブ２０に導入された淡水の流量を変化させた。
【００６６】
例３
一連の実験は図２に示した上述の実験的設計を使用して行ったが、ダウンチューブ２０については直径を変えた。各ダウンチューブ２０では、利用可能な電力における異なる淡水の流量の効果を判断するために、該チューブ２０における淡水の流量を変えた。アップチューブ４０の出口端部４４の塩分濃度を測定し、水の流量を前回のように塩分濃度から計算した。水の流量を使用してアップチューブ４０の出口端部４４の点２での利用可能な電力を計算した。利用可能な電力は、それをダウンチューブ２０における淡水の流量で除算することにより正規化した。結果を以下の表４に示す。
【００６７】
【表４】
0004597382.tif 000005
【００６８】
全ての実験では、ダウンチューブ２０を通過する淡水の流量が増加すると、所定の直径のダウンチューブ２０に導入した淡水の単位体積当たりの電力も増加した。従って、面積が０．０００２５４ｍ２のダウンチューブ２０では、淡水の流量の電力／ｍ３が淡水の流量２２×１０−４ｍ３の１３１２ワット／ｍ３から淡水の流量３３×１０−４ｍ３の１８７７ワット／ｍ３まで増加した。面積０．００００７１及び０．００００１８ｍ２のダウンチューブでも同じ傾向が維持された。従って、このデータは所定の面積を有するダウンチューブ２０の淡水の流量が増加すると装置の利用可能な電力の出力も増加することを示している。
【００６９】
第２に、全ての実験において、ダウンチューブ２０に導入された淡水の体積の増加に伴ってダウンチューブ２０に導入された淡水の単位体積当たりの電力は増加したが、淡水の流量の増加に伴う電力の増加率は、最大のダウンチューブ２０（０．０００２５４ｍ２）の方が他のダウンチューブ２０より小さい。淡水の流量が２２×１０−４ｍ３から３３×１０−４ｍ３まで、即ち５０％増加した場合、最大のダウンチューブ２０では、電力／（淡水の流量）は１３１２ワット／ｍ３から１８７７ワット／ｍ３まで、即ち４０％増加した。比較すると、０．００００１８ｍ２の面積のダウンチューブ２０の淡水の流量が５．２から７．６×１０−４ｍ３まで増加すると、電力／（淡水の流量）は１２５６ワット／ｍ３から２０４７ワット／ｍ３まで、即ち６２％増加し、これは最大のダウンチューブ２０の淡水の流量の変化率の１．５倍以上大きい。
【００７０】
同様に、０．００００７１ｍ２の面積のダウンチューブ２０の淡水の流量が１８から２６×１０−４ｍ３まで、即ち４４％増加すると、電力／淡水の流量は２７１５ワット／ｍ３から５６６４ワット／ｍ３まで、即ち１０８％増加し、これは最大のダウンチューブ２０の淡水の流量の変化率の２．５倍以上大きい。電力生産の効率は最大直径のダウンチューブ２０では低下した。
【００７１】
これらの結果を図３にグラフで示す。このグラフは、正規化した電力生産を最大にするダウンチューブ２０の面積に対してアップチューブ４０の面積に最適な比率（約２５０：１）があることを示している。この比率が約２５０より高くなったり低くなると、淡水の単位体積あたりの正規化した電力が低下する。
【００７２】
ダウンチューブ２０の面積に対するアップチューブ４０の面積の最適な比率は約２５０と思われるが、この比率は約５から５０，０００、より好ましくは５０から２０００の範囲で良い。
【００７３】
上記の例及び議論は、図２に示した好適に構成した湧昇装置が、異なる浸透ポテンシャルの液体を混合することにより有益な電力を発生させるポテンシャルを有することを示している。図２に示した簡単な実験的装置は２．４×１０−４ｍ３の淡水の流量で毎秒０．９８ワットの電力を発生させる。これは１ｍ３の淡水で毎秒４キロワットの電力に匹敵し、約０．１５％の効率を示している。商業規模の発電所の実際の効率及び能力は、アップチューブの寸法、アップチューブ４０の流れ面積に対するダウンチューブ２０の淡水の流れ面積の比率、及び淡水の流れの比率を含む、多くの要因に依存するであろう。以上に開示して論じた実験的装置を、更に大きな電力生産及び更に大きな作業効率のうち少なくとも一方を得るように他の公知の方法で修正することは当業者であれば分かるであろう。
【００７４】
残りの詳細な議論及び対応する図面は、本発明による特徴及び利点を備えた上記原理を利用した商業規模のハイドロクラシス動力発生装置の種々の可能な実施の形態を示す。記載する装置の種々の実施の形態は設計及び作用が多少異なるが、共通の特徴及び利点は容易に明らかとなるであろうため、その記載は省略する。
【００７５】
図４は本発明による特徴及び利点を備えた、上記原理を利用したハイドロクラシス動力発生装置１００の可能な１つの実施の形態を示す。発生装置１００はダウンチューブ２０、アップチューブ４０及び動力発生装置６０を備えている。図４に示したこの装置は大規模な深海水域の発電所、浅い海岸での小規模又は中規模な発電所等、必要に応じて適合させることができる。例えば、図４に示した水の深さは１０〜５０メートルであり、アップチューブ４０の直径は１．５メートルである。
【００７６】
好ましい実施の形態では、装置に電力を供給するために、ダウンチューブ２０に淡水を導入する。「淡」水という語はここでは海水に対して浸透ポテンシャルを有する水と広義に解釈されたい。従って、この用語は、入力流、川からの流出水、山からの流出水、処理済みの下水排水、溶けた氷山、或いは都市の雨水管渠システム等を表現するのにも使用される。
【００７７】
淡水の入力流はダウンチューブ２０の入口端部２２に圧力を与えることによりダウンチューブ２０を介して行っても良い。圧力はポンプ場で発生させても良いし、高い場所に設置された流体タンクからの静水高さ圧力により発生させても良い。ダウンチューブ２０の入口端部２２へ与えられる圧力はダウンチューブ２０の出口端部２４の静水高さ圧力に打ち勝つ程度に高ければ良い。
【００７８】
ダウンチューブ２０に淡水が導入されると、海水がアップチューブ４０内に流入し、動力発生装置６０で動力を発生させるのに使用可能な湧昇をアップチューブ４０内に発生させる。淡水は海水よりも濃度が低いため、この湧昇の一部はアップチューブ４０内の混合水の浮力の増加によるものである。しかし、この現象から予想を越える遙かに大きな海水の湧昇が観測される。本願の装置及び方法は淡水と海水との異なる浸透ポテンシャルから利用可能なエネルギーを利用できると考えられる。湧昇の量及び装置により生産される電力の量は、アップチューブ４０とダウンチューブ２０の特定の寸法、及びダウンチューブ２０内の淡水の流量に部分的に依存する。
【００７９】
図４に示すように、ダウンチューブ２０は入口端部２２と出口端部２４とを有する。入口端部２２は（比較的）淡水の供給手段２５に連結されている。例えば、この淡水供給手段２５はタンク、ポンプ或いはその他の所望の圧力源或いは手段を備えていても良い。ダウンチューブ２０の出口端部２４は開放されており、淡水かダウンチューブ２０の出口端部２４を介してアップチューブ４０に排出される。別の実施の形態では、ダウンチューブ２０の出口端部２４は中間の混合室（図示せず）に連結され、淡水はそこからアップチューブ４０に排出される。
【００８０】
ダウンチューブ２０は如何なる直径でも良いが、１つの基準として、ダウンチューブ２０を介する流体流の抵抗を最小にするダウンチューブ２０の直径が選択される。ダウンチューブ２０の直径を大きく選択すれば、所定の流量のチューブの抵抗が最小になる。
【００８１】
ダウンチューブ２０の直径を選択するための別の基準として、動力発生装置６０により生産される動力の量及び効率が最大になるように選択される。ダウンチューブ２０の直径がアップチューブ４０に対してある値を越えると、ダウンチューブ２０の直径を更に大きくすると発生する電力の効率が低下することが分かっている。従って、発電効率を最大にするためのアップチューブ４０の直径に対するダウンチューブ２０の直径の最適な比率が存在し、従って、アップチューブ４０に対するダウンチューブ２０の面積にも最適な比率が存在する。アップチューブ４０に対するダウンチューブ２０の面積比率をこの最適な値よりも大きくすると、ダウンチューブ２０の淡水の流量の増加に伴う発電効率の増加は、アップチューブ４０の面積よりも小さな面積のダウンチューブ２０よりも小さくなる。発電を最大にするダウンチューブ２０の直径を選択することは、電力効率を失わずに最大の直径を選択するというトレードオフを伴うものである。
【００８２】
図４に示した装置の実施の形態では、ダウンチューブ２０の出口端部２４はアップチューブ４０内に設けられている。この実施の形態では、ダウンチューブ２０の出口端部２４を上方に向くように設置するのが好ましい。
【００８３】
アップチューブ４０は下端部４２及び出口端部４４を有する。図４の実施の形態では、アップチューブ４０の下端部４２と出口端部４４との両方とも開放されている。別の実施の形態では、アップチューブ４０の下端部４２は羽根或いは水流を方向付けするための他の手段を有している。このようなアップチューブ４０の別の実施の形態の幾つかは他の図面に示されている。
【００８４】
図４に示したアップチューブ４０の実施の形態の下端部４２及び出口端部４４の直径は互いに等しく、別の実施の形態では、アップチューブ４０の下端部４２及び出口端部４４の直径が互いに異なる。例えば、アップチューブは先細或いは先太であり、ノズル或いはディフューザを形成する。また、アップチューブ４０は首部を有し、そこを通る流量を加速させる。
【００８５】
図４の実施の形態では、アップチューブ４０を所定の深さに設置するために、アップチューブ４０の出口端部４４は浮動システムに取り付けられている。アップチューブ４０を所定の深さに設置するための別の手段を浮動システムの適所に使用しても良く、本発明は図４の実施の形態に限定されない。図４に示した浮動システムは単数或いは複数の浮き４８及び単数或いは複数の支持ケーブル５０を有する。浮き４８は発泡スチロール製でも良く、或いは複数のエアバッグ、ドラム或いは浮力を生むその他の適切な材料よりなっていても良い。
【００８６】
幾つかの実施の形態では、アップチューブ４０の下端部４２は係留ケーブル５２に固定されている。係留ケーブル５２はアップチューブ４０の下端部４２から海底に固定されたアンカ５６まで延びている。支持ケーブル５０を介して伝えられた浮き４８の上昇力によりアップチューブ４０は所望の垂直方向の位置に保持される。
【００８７】
図４に示した実施の形態では、ダウンチューブ２０も海底のアンカ５６まで延びる係留ケーブル５２に取り付けられている。係留ケーブル５２及びアンカ５６はダウンチューブ２０を適所に保持する。ダウンチューブ２０は淡水をアップチューブ４０に排出するように構成されている。
【００８８】
ダウンチューブ２０の最適な直径を選択することがトレードオフを伴うのと同様に、アップチューブ４０の直径にも最適化が伴う。アップチューブ４０の直径を大きくすると、アップチューブ４０の湧昇量が増え、従って発電量も増える。しかし、アップチューブ４０の直径の増加は装置の寸法と費用の両方を増大させる。更に、アップチューブ４０の面積を大きくすると、発電効率を失わずにダウンチューブ２０をより広い面積で使用することができる。アップチューブ４０の面積に対するダウンチューブ２０の面積の比率は、アップチューブ４０或いはダウンチューブ２０の直径よりも最適化されるべきパラメータである。アップチューブ４０及びダウンチューブ２０の最適な直径は互いに依存する。これら２本のチューブの面積の比率は発電を最適化する上で面積、従って、アップチューブ４０或いはダウンチューブ２０の単独の直径よりも重要なパラメータである。
【００８９】
ダウンチューブ２０及びアップチューブ４０には過度の高圧を与えないことが好ましい。図４に示した実施の形態では、アップチューブ４０はアップチューブ４０の下端部４２から流入する海水と、ダウンチューブ２０の出口端部２４から排出される淡水とを収容している。アップチューブ４０は低圧で作動するため、アップチューブ４０は比較的安価に、且つプラスティック、ＰＶＣ、軽量コンクリート等の軽量材料で構成される。
【００９０】
ダウンチューブ２０はアップチューブ４０よりも高圧にさらされるが、ダウンチューブ２０は概して小さい。従ってアップチューブ４０とダウンチューブ２０には両方とも安価な材料を使用することができる。限定はしないがダウンチューブ２０やアップチューブ４０を構成する好ましい材料はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ファイバーグラス、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、コンクリート、ガナイト等である。ステンレス鋼やチタン等のその他の材料を使用しても良い。ダウンチューブ２０やアップチューブ４０は比較的高い濃度の塩分にさらされるため、ダウンチューブ２０やアップチューブ４０は海水に対して耐蝕性のある材料で形成するのが好ましい。上に列記した材料は一般に耐蝕性はあるが、ステンレス鋼の合金は海水での長期の使用は好ましくない。構成材料としてステンレス鋼を選択した場合、海水に対して耐蝕性のあるステンレス鋼の合金を選択するのが好ましい。
【００９１】
アップチューブ４０の出口端部４４は海面まで、或いは海面より上に延びていても良く、或いは海面下のどのような深さに位置していても良い。１つの実施の形態として、栄養の豊かな深海水を有光層に導き、有光層の有機体の成長を海中養殖の観点から促進させるため、アップチューブ４０の出口端部４４を有光層に配置する。
【００９２】
アップチューブ４０の長さは種々の要因に応じて変更しても良い。アップチューブ４０の長さは、水流に対して不要な抵抗を生じさせない範囲で、淡水と海水との混合を完了するのに充分であることが好ましい。最適な長さは、淡水の入力流量の所定の範囲で、出力流量及び発電を最高にするように決定される。アップチューブ４０の長さは、海中養殖を促進させたり、栄養の豊かな深海の栄養素を深度の浅い栄養の乏しい海水に送り込むことにより有機体の成長を促進させる等の要望に基づいて選択しても良い。海中養殖を行う場合、栄養濃度を利用できる深海にアップチューブ４０の下端部４２を配置するのが好ましく、アップチューブ４０の出口端部４４は有光層に配置するのが好ましい。この実施の形態では、アップチューブ４０はアップチューブ４０の深海の下端部４２からの栄養の豊かな海水をアップチューブ４０の栄養の殆どない有光層の出口端部４４に運び、これにより有光層の有機体の成長を促す。ダウンチューブ２０の長さは淡水をアップチューブに運ぶことができるならば比較的重要ではない。
【００９３】
動力発生装置６０はアップチューブ４０内に流入する水から発電を行う。図４は本発明で用いるのに適した動力発生装置６０の簡素化した形態を示している。動力発生装置６０は軸６４に取り付けられた単数或いは複数のタービン或いはプロペラ６２を有する。好適な実施の形態では、軸６４には複数のプロペラ６２が取り付けられている。軸６４は発電装置６６に連結されている。アップチューブ４０内で水が湧昇すると、湧昇した水がプロペラ６２を回転させ、これにより軸６４が回転する。回転した軸６４は発電装置６０を駆動して発電を行う。
【００９４】
湧昇水が軸６４に取り付けられた単数或いは複数のプロペラ６２を回転させる間の軸６４のぐらつきを最小化するために、軸６４を支持するべく単数或いは複数の軸支持手段６８を設けるのが好ましい。好適な実施の形態では、複数の軸支持手段６８が軸６４に係合してそのぐらつきを最小化すべく軸６４を支持する。図４に示した実施の形態では、軸６４を支持すべく、３つの軸支持手段６８、即ち、下部軸支持手段６８、中間軸支持手段６８及び上部軸支持手段６８が設けられる。軸支持手段６８の詳細を後述の図７Ｃに示す。
【００９５】
軸６４のプロペラ６２はアップチューブ４０の内部、或いはアップチューブ４０の出口端部４４の上方、或いはアップチューブ４０の内部でアップチューブ４０の出口端部４４の上方に設けても良い。軸６４のプロペラ６２は中間軸支持手段６８の上方、或いは中間軸支持手段６８の下方、または中間軸支持手段６８の上方と下方の両方に設けても良い。図４の実施の形態では、プロペラ６２はアップチューブ４０内で中間軸支持手段６８の下方に設けられている。同様に、発電装置６６はアップチューブ４０が配置される水面の上方か下方に設けても良い。図４に示した実施の形態では、発電装置６６はメインテナンスの費用を最小化すべく水面の上方に設けられている。
【００９６】
図５は動力発生装置６０の別の実施の形態を示す。この場合、動力発生装置６０は中間軸支持手段６８の上方と下方の両方の位置で軸６４に取り付けられている。軸６４は発電装置６６に取り付けられ、アップチューブ４０内の水流により軸６４が回転すると電力を発生させる。ここでも、図５の発電装置６６は水面の上方に設けられている。別の実施の形態として、必要であれば発電装置６６を水面の下方に設けても良い。
【００９７】
図６は軸６４に単数或いは複数の螺旋状ファン７０が設けられた、動力発生装置６０の更に別の実施の形態を示す。軸６４のぐらつきを最小化するためにオプションとして軸支持手段６８を設けても良い。単数或いは複数の螺旋状ファン７０を中間軸支持手段６８の上方、或いは中間軸支持手段６８の下方、または中間軸支持手段６８の上方と下方の両方の位置で軸６４に取り付けても良い。単数或いは複数の螺旋状ファン７０をアップチューブ４０の出口端部４４の軸６４に取り付けても良い。別の実施の形態として、単数或いは複数の螺旋状ファン７０をアップチューブ４０内でその出口端部４４に取り付けても良い。図６の実施の形態では、螺旋状ファン７０はアップチューブ４０の出口端部４４に取り付けられている。
【００９８】
螺旋状ファン７０は複数の螺旋状羽根７２を有している。アップチューブ４０内を上昇した水はこの複数の螺旋状羽根７２と接触し、軸６４に取り付けられた単数或いは複数の螺旋状ファン７０を回転させる。単数或いは複数の螺旋状ファン７０を回転させることで、軸６４が回転する。回転する軸６４により発電装置６６が駆動され、電力を発生させる。ここでも、必要であれば、発電装置６６を水面の上方或いは下方に設けても良い。
【００９９】
図６に示した動力発生装置６０の実施の形態では、プロペラ６２と１つの螺旋状ファン７０を両方とも軸６４に取り付けた。プロペラ６２と螺旋状ファン７０を中間軸支持手段６８の上方、下方或いはその両方の位置で軸６４に取り付けても良い。プロペラ６２と螺旋状ファン７０をアップチューブ４０内で軸６４に取り付けても良く、或いはアップチューブ４０の出口端部４４の上方の位置で軸６４に取り付けても良い。プロペラ６２と螺旋状ファン７０をアップチューブ４０内で軸６４に取り付けるとともに、アップチューブ４０の出口端部４４の上方の位置で軸６４に取り付けても良い。図６では、プロペラ６２は中間軸支持手段６８の下方でアップチューブ４０内の軸６４に取り付けられ、単一の螺旋状ファン７０はアップチューブ４０の出口端部４４に取り付けられている。発電装置６６は水面の上方に配置されている。
【０１００】
図７Ａはアップチューブ４０の下端部４２が閉じたアップチューブ４０の更に別の実施の形態を示している。ダウンチューブ２０はアップチューブ４０の閉鎖した下端部４２を貫通している。図７Ａはダウンチューブ２０が、海底上のアンカ５６に取り付けられた単数或いは複数の係留ケーブル５２に取り付けられているが、ダウンチューブ２０をアップチューブ４０の閉鎖した下端部４２で支持しても良い。図７Ａのアップチューブ４０の閉鎖した下端部４２は係留ケーブル５２やアンカ５６を使用せずにダウンチューブ２０を適所に維持することを助ける。
【０１０１】
図７Ａの実施の形態のアップチューブ４０は図７Ｂに示すような複数のスロット７６を有する。アップチューブ４０には単数或いは複数の軸支持手段６８が取り付けられている。適切な軸支持手段６８の１つの可能な実施の形態を図７Ｃに示す。軸支持手段６８は単数或いは複数の流体力学的なクロス部材７８と軸受８０とを有する。クロス部材７８はその第１端部がアップチューブ４０に、また第２端部が軸受８０に取り付けられ、これにより軸受８０はアップチューブ４０の内側に支持される。軸受８０は玉軸受や圧縮軸受等、多様に設計可能である。クロス部材７８はアップチューブ４０内の水流の速度を低下させないように流体力学的な形状とするのが好ましい。軸支持手段６８は軸６４を支持してそれが回転する際のぐらつきを最小化する。
【０１０２】
図７Ａに示した実施の形態の動力発生装置６０はアップチューブ４０内に設けられた羽根ドラム９０を有する。羽根ドラム９０は湾曲した複数の羽根９４により連結された複数のリング９２を有する。図７Ｄは羽根ドラム９０の断面図である。湾曲した各羽根９４は第１縁部によりリング９２に取り付けられている。湾曲羽根９４は、図７Ａに示すように横方向から見た時に羽根９４が螺旋状のカーブを描くようにリング９２に取り付けられる。湾曲羽根９４の螺旋状のカーブにより、湾曲羽根９４が螺旋状に方向付けされていない場合の効率に比べ、アップチューブ４０のスロット７６を通過する水流からのエネルギー伝達の効率が向上する。図７Ｄは図７Ａの上方からリング９２に取り付けた湾曲羽根９４を示す。図７Ｄは湾曲羽根９４の好ましい湾曲面と、上方から見た湾曲羽根９４の螺旋状の向きを示す。
【０１０３】
好ましい実施の形態では、羽根ドラム９０は軸６４に取り付けられる。海水がスロット７６を介してアップチューブ４０内に吸い込まれると、流入した水は湾曲羽根９４に接触し、羽根ドラム９０を回転させ、これにより軸６４が回転する。回転する軸６４は発電装置６６を回転させ、アップチューブ４０の湧昇水から電力を発生させる。
【０１０４】
図８Ａは２つの羽根ドラム９０であって、中間軸支持手段６８の下方の第１羽根ドラム９０と、中間軸支持手段６８の上方の第２羽根ドラム９０とを備えた、動力発生装置６０の更に別の実施の形態を示す。好ましい実施の形態では、第１及び第２羽根ドラム９０は軸６４に取り付けられ、スロット７６を介してアップチューブ４０内に流れる水流により羽根ドラム９０が回転すると、軸６４が回転する。回転する軸６４は発電装置６６の軸を回転させ、電力を発生させる。
【０１０５】
図８Ｂに示すアップチューブ４０の実施の形態では、アップチューブ４０の２組のスロット７６と２つの羽根ドラム９０とが設けられる。別の実施の形態では、図８Ａに示すように、２つの羽根ドラム９０が設けられるが、アップチューブ４０は図７Ｂのアップチューブ４０の実施の形態と同様に、アップチューブ４０の１組のスロット７６しか有していない。
【０１０６】
図９Ａはダウンチューブ２０の側面に複数の穴１１０を設けたダウンチューブ２０の別の実施の形態を示す。図９Ｂは図９Ａのダウンチューブ２０の出口端部２４を示す。図９Ａのダウンチューブ２０の出口端部２４は１つの穴１１０を除きシールされている。別の実施の形態では、ダウンチューブ２０の出口端部２４に複数の穴１１０を設けても良い。図９Ａのダウンチューブ２０を通過した淡水はこの複数の穴１１０を通過してアップチューブ４０内に流入する。図９Ａに示した装置の実施の形態は下端部４２が開放された図４〜図６のアップチューブ４０の実施の形態のダウンチューブ２０を示しているが、図９Ａのダウンチューブ２０は下端部４２が閉鎖した図７Ａ或いは図８Ａに示したアップチューブ４０の実施の形態と共に使用しても良い。
【０１０７】
図１０Ａ及び図１０Ｂはダウンチューブ２０が複数の第２ダウンチューブ１２０に分かれた、ダウンチューブ２０の別の実施の形態を示す。図１０Ａに示す実施の形態では、図９Ａの実施の形態と同様に、第２ダウンチューブ１２０に複数の穴１１０が設けられている。図１０Ｂは図１０Ａの実施の形態のダウンチューブ２０を下から見た断面図である。図１０Ｂに示した実施の形態では、５個の第２ダウンチューブ１２０のそれぞれの出口端部２４は１つの穴１１０を除き閉鎖している。図１０Ａ及び図１０Ｂのダウンチューブ２０の実施の形態では、ダウンチューブ２０に導入された淡水は穴１１０から出てアップチューブ４０に入る。
【０１０８】
別の実施の形態では、図１０Ａのダウンチューブ２０の実施の形態と同様に、ダウンチューブ２０を複数の第２ダウンチューブ１２０に分けても良いが、第２ダウンチューブ１２０には穴を形成せず、第２ダウンチューブ１２０の出口端部２４は開放されている。このダウンチューブ２０の実施の形態（図示せず）では、ダウンチューブ２０に導入された淡水は第２ダウンチューブ１２０の開放された出口端部２４から出て、アップチューブ４０に入る。
【０１０９】
図１１はダウンチューブ２０が複数の第２ダウンチューブ１２０に分かれたダウンチューブ２０の別の実施の形態を示す。図１１の実施の形態では、ダウンチューブ２０はアップチューブ４０の外部で複数の第２ダウンチューブ１２０に分かれている。図１１の実施の形態では、図９Ａ及び１０Ａの実施の形態と同様に、第２ダウンチューブ１２０には穴はない。別の実施の形態として、第２ダウンチューブ１２０に複数の穴１１０が設けられる。
【０１１０】
図１１に示した装置の実施の形態では、下端部４２が開放された図４〜図６のアップチューブ４０の実施の形態を使用したダウンチューブ２０を示しているが、図１１の別のダウンチューブ２０は下端部４２が閉鎖された図７Ａ或いは図８Ａに示したアップチューブ４０の実施の形態と共に使用しても良い。
【０１１１】
図１２はダウンチューブ２０がハブ１２２で終端したダウンチューブ２０の別の実施の形態を示す。ハブ１２２はダウンチューブ２０のキャップを形成し、ダウンチューブ２０上で自由に回転する。ハブ１２２には複数のスポーク出口１２４が流体連通されている。複数のスポーク出口１２４はハブ１２２から略直角に突出し、スポーク排出口１２６で終端する前に再度曲がっている。スポーク排出口１２６は開放した或いは部分的に閉鎖された端部を有し、そこからダウンチューブ２０からの水が排出される。図１２に示したダウンチューブ２０の実施の形態は回転する芝生用のスプリンクラーと似ている。ハブ１２２は軸６４に取り付けられ、軸６４は発電装置６６に連結されている。図１２に示した実施の形態では、アップチューブ４０はない。
【０１１２】
淡水がダウンチューブ２０を通過してスポーク出口１２４から排出されると、ハブ１２２、軸６４及び発電装置６６が回転し、電力を発生させる。図１２に示した実施の形態では、発電装置６６により発生したエネルギーは、殆ど複数のスポーク排出口１２６から出た水からの運動エネルギーからのみ生じる。これは、高い塩分濃度の水とダウンチューブ２０からの淡水との混合水から発生したハイドロクラティックなエネルギーから動力を発生させるアップチューブ４０或いは手段がないためである。
【０１１３】
図１３は図１２の実施の形態に類似したダウンチューブ２０の別の実施の形態を示し、この実施の形態はハブ１２２、複数のスポーク出口１２４、及びこれらスポーク出口１２４の端部の複数のスポーク排出口１２６を有する。図１３の実施の形態は、スポーク排出口１２６がダウンチューブ２０から淡水を排出してアップチューブ４０に流し、該アップチューブ４０は開口下端部４２と軸６４に取り付けられた複数のプロペラ６２を有する点で図１２の実施の形態と異なる。スポーク排出口１２６を出てアップチューブ４０に流入する淡水によりアップチューブ４０内で湧昇が生じ、プロペラを回転させ、これにより軸６４が駆動する。軸６４は発電装置６６（図示せず）を駆動して電力を発生させる。
【０１１４】
図１３に示した装置の実施の形態では、軸６４は、ハブ１２２を回転させるスポーク排出口１２６からの水の排出と、プロペラ６２を回転させることで軸６４を回転させるアップチューブ４０内の湧昇との両方により回転する。従って、図１３に示した装置の実施の形態において発生するエネルギーは、スポーク排出口１２６から噴射される淡水によるハブ１２２、軸６４及び発電装置（図示せず）の回転から得られる運動エネルギーと、下端部４２からアップチューブ４０に入る高い塩分濃度の水とスポーク排出口１２６からの淡水とを混合することによるアップチューブ４０における湧昇から発生するハイドロクラティックエネルギーから得られる運動エネルギーとの組み合わせである。
【０１１５】
図１４は直径が増加する複数の入れ子式アップチューブ４０の実施の形態を示す。各入れ子式アップチューブ４０の下端部４２は開口している。淡水がダウンチューブ２０に導入されて、塩分濃度の高い水が入れ子式アップチューブ４０の開口下端部４２に入ると複数のアップチューブ４０内で湧昇が生じる。
【０１１６】
図１４の入れ子式アップチューブ４０はどの実施の形態の動力発生装置６０とも組み合わせることができる。例えば、１つの実施の形態として、図４及び図５のプロペラ６２を動力発生装置６０として図１４の入れ子式アップチューブ４０と組み合わせて使用しても良い。別の実施の形態として、動力発生装置６０は図６の単数或いは複数の螺旋状ファン７０より構成しても良い。
【０１１７】
図１５はアップチューブ４０と動力発生装置６０の別の実施の形態を示す。図１５の実施の形態では、複数のタービン１３０が複数のステータ１３２間の隙間の軸６４に取り付けられている。ステータ１３２はタービン１３０の効率を上げるためにタービン１３０のタービン羽根に水流を向ける。軸６４は発電装置６６（図示せず）に連結される。水がアップチューブ４０内を湧昇すると、湧昇水がタービン１３０を回転させ、これにより軸６４と発電装置６６とが回転して電力を発生させる。
【０１１８】
図１５に示した実施の形態では、タービン１３０とステータ１３２とを包囲するアップチューブ４０の一部はノズル１３４とエクスパンダ１３６とよりなる。タービン１３０及びステータ１３２の周囲のアップチューブ４０の直径はノズル１３４により、アップチューブ４０のその他の部分よりも小さい。タービン１３０を包囲するアップチューブ４０の部分におけるノズル１３４の設けられたアップチューブ４０の直径を小さくすることにより、湧昇水はより小さな面積に押しやられて高速の水流に加速され、タービン１３０により更に効率的に活用される。ノズル１３４及びステータ１３２は図示した動力発生装置６０の他の実施の形態と共に使用することもできる。
【０１１９】
図１６は本発明の特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の可能な大規模な商業的実施の形態の概略図である。特定の規模は示していないが、この装置２００は海面下１００〜５００メートルの深さでの大規模な使用に適していることは当業者であれば理解できよう。アップチューブ２４０は上方に延びて海面下の都合の良い箇所で終端している。アップチューブの直径は３〜２０メートル或いはそれ以上であり、ハイドロクラシス動力発生装置２００の所望の容量に依存する。この特定の設計は環境への影響を最小化するように成され、従って、深海からの栄養豊かな水は湧昇させない。
【０１２０】
海水は垂直方向の入口チューブ２１５からフィルタスクリーン或いはゲート２４５を介して装置に導入される。ハイドロクラシス動力発生装置２００の作動に悪影響を及ぼしたり近海の生物に害を与えうる海中の生物、及びその他の不要な物体或いはごみ等がフィルタにより除去される。必要であれば、吸い込まれる表面の水の、海底又は海底近くでのより低温の水に対する熱損失を最小にするために入口チューブ２１５を断熱しても良い。これにより、ハイドロクラシス動力発生装置２００から吸い込まれた海水の温度が低くなりすぎたり、その海水の密度が高すぎたりして、アップチューブ２４０内の湧昇が防止或いは抑止されることがなくなる。
【０１２１】
海水は典型的な水力発電所で水力を発生するのに使用されるタイプの水力タービンパワープラント２６０を通過する。タービンと発電機の組立体は図１７の破断図でより詳細に示されている。水は一連のルーバー２６２を介してタービン２６１に入る。ルーバーは案内羽根と呼ばれ、タービンの入口の周囲にリング状に配置されている。タービン２６１に入る水量は必要に応じて案内羽根２６２を開閉することにより調整可能である。これにより作業員は、電気負荷及び水力流量のうち少なくとも一方が大幅に変化してもタービンの回転速度を一定に維持することができる。生産される電力の周波数を決定するのは回転率であるため、速度を正確に維持することが好ましい。
【０１２２】
図１７に示すように、タービンは長い軸２６４により発電装置２６６に結合されている。発電装置２６６は大きなスピニング「ロータ」２６７と固定「ステータ」２６８を有する。ロータ２６７のアウタリングは電磁石として作用する一連の銅巻き線鉄セル即ち「ポール」よりなる。ステータ２６８も同様に鉄のコアのスロット内に設けられた上下方向に向いた一連の銅のコイルよりなる。ロータ２６７が回転すると、その磁界がステータの巻き線に電流を誘導し、それにより交流電流（ＡＣ）が発生する。
【０１２３】
図１６に戻り、海水はアップチューブ２４０から排出される。淡水はダウンチューブ２２０によりアップチューブ２４０の基部に導入される。淡水を海水に混合することにより、上述した原理により淡水のハイドロクラティック或いは浸透エネルギーポテンシャルが放出され、水圧タービン２６０を貫通する付随する圧力低下（１９０メートルからの高さまで）が生じる。アップチューブ２４０内で誘発された湧昇に関連するこの圧力低下により、周囲の海洋養殖に悪影響を及ぼさずに商業的な電力生産の用途の膨大な水力発電が行われる。
【０１２４】
その他の応用／実施の形態
上述の好ましい実施の形態では、アップチューブ４０は、海等の、高い負の浸透ポテンシャルを持つと供に塩分濃度の高い水域に配置される。塩分濃度が高く、高い負の浸透ポテンシャルの水は淡水に対する塩水の比率が８：１、より好ましくは３０：１、更に好ましくは３４：１以上でアップチューブ４０に入る。低い負の浸透ポテンシャルの淡水と高い負のポテンシャルの海水をアップチューブ４０内で混合することにより、湧昇が生じ、海水が開口部を介してアップチューブ４０内に吸い込まれる。アップチューブ４０内の湧昇水はプロペラ６２、螺旋状ファン７０或いは駆動軸６４，２６４に取り付けられたタービン１３０，２６１を回転させる。軸６４，２６４の回転により発電装置６６，２６６が回転して、ダウンチューブ２０に導入された淡水とアップチューブ４０の開口部を介してアップチューブ４０に入った塩分濃度の高い水との浸透ポテンシャルの差から電力が発生する。
【０１２５】
この方法は、ダウンチューブ２０を出てアップチューブ４０に入る異なる浸透ポテンシャルを有する溶液に依存するため、電力発電が長期間継続するように、ダウンチューブ２０を出る淡水源とアップチューブ４０に入る塩分濃度の高い水源とが全工程時間に渡り、異なる浸透ポテンシャルを保ち続けるのが好ましい。例えば、アップチューブ４０を包囲する塩分濃度の高い水域が小さい場合、ダウンチューブ２０を出る淡水がアップチューブ４０を出た後の塩分濃度の高い水を薄めてしまい、淡水と塩分濃度の高い水との浸透ポテンシャルの差を減少させてしまう。ダウンチューブ２０を出る淡水とアップチューブ４０に入る塩分濃度の高い水との浸透ポテンシャルの差を減少させると、得られるエネルギー量が減少する。従って、塩分濃度の高い水域の体積は大きい方が有利である。従って、アップチューブ４０を海或いはグレートソルトレーク等の塩分濃度の高い大きな水域に配置することは好ましい実施の形態である。
【０１２６】
また、本発明は塩分濃度の異なる塩水の水域間、或いは同じ水域における深さの異なる水域間で使用することができる。例えば、海水の塩分濃度及び温度は深さや位置で変化することが知られている。ハワイ島では、深さ１０００メートルで周囲水温が約３５°Ｆであり、塩分濃度は約３４．６ｐｐｔである。水面温度は約８０°Ｆで、塩分濃度は約３５．５ｐｐｔである。従って、浸透エネルギーポテンシャルは（小さいにも関わらず）水面と海底１００メートルとの間に存在する。
【０１２７】
なお、本発明は海中に設置した装置内で淡水と海水とを直接接触させて混合することにより発電を行うを前提として説明したが、装置及び方法はこの実施の形態には限定されないことを理解されたい。ここで教示した技術及び概念は異なる浸透ポテンシャルを有する水溶液が利用可能なその他の種々の状況に適用可能である。例えば、１つの実施の形態として、濃度の低い海水と混合される脱塩プラントからの濃縮海水にも本願の装置及び方法を適用しても良い。別の実施の形態として、処理済み汚水排水或いは淡水流も海水と混合可能である。必要であれば、エネルギー生産の効率を上げるために、浸透膜或いは浸透水交換プレナムをダウンチューブの出口端部及びアップチューブの出口端部のうち少なくとも一方に設けても良い。従って、本願の装置及び方法は浸透ポテンシャルが異なる２つの溶液を利用できる応用範囲に適用することができる。
【０１２８】
以上に開示して記載した本発明の種々の実施の形態は例示だけを目的とする。これらの実施の形態は本発明を実施するための可能性や、本発明を商業的規模で実施する最も経済的或いは安価な方法を全て網羅することを意図していない。ここで開示し論じた多くの実施の形態は本発明の特徴を具現化する小規模のモデルによる実験的試験に基づくものである。ここで報告したこれらのモデルは試験結果は本発明を利用する実際規模の発電所に直接関連していても或いはしていなくても良い。しかし、当業者であれば、ここに開示し論じた例からより広い範囲で本発明の利用、及び淡水排水と海水との間（或いは異なる溶質濃度の水／溶媒の水域）の浸透エネルギーポテンシャルを有功に活用するには、本発明を如何にして商業的発電所で利用するかを容易に考えるであろう。
【０１２９】
従って、本発明を好ましい実施の形態に基づいて開示したが、当業者であれば本発明を明確に開示した実施の形態を越えてその他の実施の形態まで拡大できること、或いは本発明の自明な変形例及び均等物を使用できることを理解するであろう。従って、ここに開示した本発明は上で開示した特定の実施の形態に限定されず、請求の範囲を公平に読むことのみによって判断されることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  半透過膜を介した従来の前方向の浸透方法を示す概略図である。
【図１Ｂ】  半透過膜を介した従来の前方向の浸透方法を示す概略図である。
【図２】  本発明に従って使用される実験的アップチューブ湧昇装置の概略図である。
【図３】  図２の実験的湧昇装置を使用した異なる寸法のダウンチューブについての理論上の電力回復及び淡水の流量を示すグラフである。
【図４】  本発明に従う特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の一実施の形態の概略図である。
【図５】  本発明に従う特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の別の実施の形態の概略図である。
【図６】  本発明に従う特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の更に別の実施の形態の概略図である。
【図７Ａ】  本発明に従う特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の更に別の実施の形態の概略図である。
【図７Ｂ】  図７Ａのアップチューブの側面図であり、アップチューブの側面のスロットを示す。
【図７Ｃ】  図７Ａの軸支持手段の下方から見た断面図である。
【図７Ｄ】  図７Ａの羽根ドラムの上方から見た断面図である。
【図８Ａ】  本発明に従う特徴及び利点を有するハイドロクラシス動力発生装置の更に別の実施の形態の概略図である。
【図８Ｂ】  図８Ａのアップチューブの側面図であり、アップチューブの側面の２組のスロットを示す。
【図８Ｃ】  図８Ａの軸支持手段の下方から見た断面図である。
【図８Ｄ】  図８Ａの羽根ドラムの上方から見た断面図である。
【図９Ａ】  開放下端部を備えると共に、側面と出口端部とに複数の穴を有する別の実施の形態のダウンチューブを備えた、本発明に従う特徴及び利点を有するアップチューブの概略図である。
【図９Ｂ】  図９Ａのアップチューブとダウンチューブの出口端部の下から見た断面図である。
【図１０Ａ】  開放下端部を備えると共に、側面と出口端部とに複数の穴を有する複数の第２ダウンチューブを含む、別の実施の形態のダウンチューブを備えた、本発明に従う特徴及び利点を有するアップチューブの概略図である。
【図１０Ｂ】  図１０Ａのアップチューブとダウンチューブの出口端部の下から見た断面図であり、複数の第２ダウンチューブとその出口端部の穴を示す。
【図１１】  開放下端部を備えると共に、複数の第２ダウンチューブを有する別の実施の形態のダウンチューブを備えた、本発明に従う特徴及び利点を有するアップチューブの概略図である。
【図１２】  アップチューブを備えずに、回転ハブとスポーク出口とを有するダウンチューブの概略図である。
【図１３】  アップチューブを備え、回転ハブとスポーク出口とを有する、本発明に従う特徴及び利点を有するダウンチューブの概略図である。
【図１４】  本発明に従う特徴及び利点を有する、複数の同心アップチューブよりなるアップチューブの一部の概略図である。
【図１５】  本発明に従う特徴及び利点を有する変形例のアップチューブの概略図である。
【図１６】  本発明に従う特徴及び利点を有する実現可能な大規模な商業的ハイドロクラシス動力発生装置の概略図である。
【図１７】  図１２の水力発電機のタービン及び発電機組立体の破断図である。
【図１Ａ】
0004597382.tif 000006
【図１Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
0004597382.tif 000017
【図８Ｂ】
0004597382.tif 000018
【図８Ｃ】
0004597382.tif 000019
【図８Ｄ】
0004597382.tif 000020
【図９Ａ】
0004597382.tif 000021
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
0004597382.tif 000023
【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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