JP2000104653A - 波力式深海水ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】海洋において栄養に富んだ深海水を栄養の不足
した表層に低コストでかつクリーンなエネルギーを利用
して汲み上げる。 【構成】 全体は海底のアンカー（１）によって海底に
係留され、アンカー若しくはアンカーに結びつけられた
係留線（２）に下端をつながれた軟構造の汲み上げパイ
プ（３）の下端付近に取水穴（４）が有り、汲み上げパ
イプの上端は取水弁（５）を挟んで海上付近に浮く伸縮
部（６）につながり、伸縮部に取り付けた下部浮き
（７）により汲みよげパイプの重さを支え、伸縮部に取
り付けた上部浮き（８）により伸縮部は海面付近まで浮
き、伸縮部には排水弁（９）を設置し、放水弁からは排
水パイプ（１０）を設置する構造を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】植物プランクトンなどの光合成生
物は海洋における第一次生産者として全体の生物量を決
める重要な役割を果たしている。光合成生物の成長には
日光と栄養塩類が必要である。海洋において日光は海表
面から最大２００メートルの深度までしか到達しない。
一方栄養塩類は１０００メートル以上の深度には豊富に
存在するが、海表面近くには少ない。全海洋の約９割は
上記のような構成をなすため、海洋の多くでは植物プラ
ンクトンの生産が少なく、生物資源がほとんど存在しな
い。栄養塩類の少ない表層に栄養塩類の豊富な深海水を
放出すれば植物プランクトンの増加を促し、海洋生物資
源の増加を促すことができる。また新たな公害として地
球温暖化効果を持つ炭酸ガスが問題となっているが、海
洋の生物の増加は大気中の炭酸ガスの炭素固定につなが
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の考えでは費用対効果が悪かったた
め、実用化されたものは少ない。例えば深海水をディー
ゼル動力ポンプで汲み上げるのは容易であるが、設備の
設置費用・メンテナンス費用・燃料費などがその効果に
比べて高いため本格的に実現しない。動力を太陽光や原
子力に変えても同様である。太陽熱を利用した考えも有
るが、汲み上げ効率が悪い。深海流をその運動エネルギ
ーを利用して幕や海中の構造物で表層に招く考えも有る
が、環境に与える影響が大きいと考えられ、また十分な
上昇エネルギーが得られる場所は少ない。海洋では腐食
と生物被害と波浪から構造を守るのが難しく、またその
ために多くの手間や構造や材料の工夫が必要になりそれ
がコストを引き上げた。また海洋の深度は平均４０００
メートルほどであるが、従来の考えでは深海になるほど
飛躍的にコストが高くなった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】深海水を海表面付近に
導入するのに、一定の量の深海水当たりのコストを低減
させること。上記が多様な地形の多くに適応して実現で
きること。上記を環境負荷を少なくして実現すること。

【０００４】

【問題を解決するための手段】その構成を図面について
説明する。汲み上げパイプは１００メートルから１００
０メートル以上の長さが必要であるが、市販のゴムホー
スと同様にゴム質の軟構造で小口径のものを使用するの
が特徴である。このことで、鋼鉄のパイプなどに比べて
製造コストは安価となる、また輸送時には巻き付ける事
でコンパクトになり鋼鉄のパイプなどに比べて運搬コス
トが安く済み、設置も後に述べるが容易となり、また海
洋における波浪や生物被害を最小化する効果をもたら
す。汲み上げパイプは海底のアンカーにより海底に係留
されている。深度が一定ではない海底に設置する場合で
も事前に設置予定場所に正確に合わせて製造する必要は
なく、一定の遊びを持たせて設置することができること
と、設置時にアンカーの取り付け位置を調節することが
容易であるため、設置場所の大まかな海深度に合わせた
長さにアンカーをつければただちに海中に投入して設置
作業が完了するため、設置コストが抑えられる。パイプ
の長さは海深度より遊びを持たせることで潮の干満にも
影響を受けず、嵐や海流や地震などに対する耐性も強く
なる。アンカーの材質は海底環境で錆などに強ければ良
くあまり材質を問わない。海洋の深度は平均して約４０
００メートルであるが栄養塩類の豊富な海水は海域にも
よるが１０００メートル前後以深に存在するので、パイ
プの長さはそこまででよく、そこから海底のアンカーま
での間は係留線でつなぐ。係留線の材質は強めの釣糸な
どと同様のものでよく、安価かつ運搬や設置が容易であ
る。また各部の接合は簡単な金具でも実現出来るし接着
でも実現できるし紐状の部分は結ぶのみでもよい。この
ような方法により本発明は比較的浅い海から深い海まで
広く低コストで実施できる。汲み上げパイプの上端には
伸縮部をつける。伸縮部は浮きによって浮力が与えられ
て常に海表面付近にその上端をおいており、下端は汲み
上げパイプで係留されている。浮きは上部の１つだけで
も実施可能であるが、下部浮きが有る事で伸縮部の弾力
を最大限利用できる。材質はゴムや塩化ビニールや合成
繊維やガラス繊維などの安価で加工の容易な物が使用で
き、接着は熱圧着や接着などの低コストの方法を採用で
き、製作費が安価である。伸縮部は横向きの波構造の外
周を持って上下を閉じた構造のため、波が来ると、その
高い所にある時には引き伸ばされ、低い時には縮められ
る。伸ばされた時は圧力が下がり、汲み上げパイプから
通じるの取水弁を引き開けて深海水が流れ込み、排水弁
は閉じている。縮んだ時は圧力が上がり、排水弁を押し
開けて外部に深海水を放出するが、そのとき取水弁は閉
じている。このような方法により、海上においては無尽
蔵でクリーンでかつ他の自然エネルギーより密度の高い
波力を、汲み上げエネルギーに転換できる。波力を安価
な構造で深海水の汲み上げ動力に利用することによりこ
れまで高いコストであった深海水の汲み上げが低コスト
で実現する。排水弁からの水は排水パイプを通じて外部
に海洋表層に排出される。排水パイプによって本体に栄
養に富んだ水がかかる事を防ぎ本体に生物が付着するの
を防ぐが、排水パイプは流れに流され易いように柔らか
な材質を選ぶ。全体に小型で軟構造でできるため従来の
考えで問題になる波浪や船舶の衝突や地震に対する耐性
が強い。また生物被害を受けにくく、腐食や波浪に強い
ゴムやプラスチックなどの材質を選べるためそれらに対
する対策に費用があまりかからない。

【０００５】

【作用】深海で汲み上げ部の取水口から汲み上げ部に取
り入れられた深海水はパイプの中を上昇してゆく。パイ
プから伸縮部に上がるにつれて外部の水温は上昇し、熱
伝導によってパイプ内の深海水の水温も上昇し、この作
用によって比重の重い低温の深海水の汲み上げに拮抗す
る力が緩和される。伸縮部が波の力で伸びて内部圧力が
低くなった時、取水弁が引き開けられて汲み上げ部から
の深海水が伸縮部に導入される。この時パイプ上端の圧
力が下がり、再び下部の取水口から新たな深海水を取り
入れる圧力となる。導入された深海水は伸縮部が縮んで
内部圧力が高くなった時、排水弁が開いて放出される。
放出された深海水はリン・窒素・珪素などの植物プラン
クトンに有用な栄養塩類を豊富に含み、周辺海域の植物
プランクトンの増殖を可能にする。植物プランクトンは
食物連鎖を通じて人間にとって有用な生物資源を増加さ
せる。また植物は地球温暖化ガスである大気中の二酸化
炭素を取り込み地球温暖化を防ぐ。

【０００６】

【実施例】例えば深さ６００メートルほどの海に設置す
る場合を説明する。最深部から説明すると、まずアンカ
ーであるがその材質・形状は問わない、比重が重くて深
海環境で錆や風化をおこさなければよい。汲み上げパイ
プは市販のゴムホースの太いものをそのまま利用しても
構わないが７００メートルほどの長さを用意する。その
先端近くには深海水が入るよう直径５ミリメートルぐら
いの取水穴をいくつかあけておく。小さくする理由は大
きな異物が入るのを防ぐためであり、穴の大きさは後で
通過する取水弁と排水弁に影響を与えない大きさに調整
する、これはパイプの取水部に網をつけるなどの方法で
代用することもできる。伸縮部の構造は自動車用ゴムタ
イヤを積み重ねたような形状になるが、製造においても
例えば自動車用タイヤの製造工程と同様に、ゴム材料を
波構造の円筒形に金型成形するなどで安価に大量生産で
きる。下部浮きは汲み上げ部の海中での重さを支えて、
伸縮部を引っ張らないために有るので、それに合わせた
浮力に調整する。上部浮きは全体を海面近くに引き上げ
る働きをするが、伸縮部を支える浮力に若干の浮力を足
す浮力を持てばよい。浮力の調節は正確なものでなくて
も伸縮部の弾力で吸収できるので生産計画や生産が容易
である。浮力は弱いもので良く、それによって嵐などの
波浪の強い時に伸縮部が強い流れに流されて海中に没し
て、波浪による破壊力をまともに受けずに済む効果を期
待できる。上下の浮きをドーナツ状に成形して伸縮部の
円筒の上下を塞ぐ働きも持たせる事で製造はより容易に
なる。接合はこの場合熱圧着または接着または金具によ
る接合で簡単に実現できる。接合部分に凹凸のはめ込み
溝をあらかじめ刻んでおけばより強く接合できる。伸縮
部の円筒の大きさは例えば、直径５０センチメートルで
深さは伸縮の力が働かない場合１００センチメートルに
なるように成形するとする。伸縮部の下部浮きのドーナ
ツ型の内側には取水弁を付けるがプラスチック製の安価
なもので良い。取水弁部分と上記のホースは接着剤や器
具による圧着で容易に接合できる。排水弁部分は伸縮部
のどこに付けても良いが、上端の浮きのドーナツ型の内
側に取り付けるようにすると、空気抜きの働きも果たす
ため効果的である。周期１０秒波長１００メートル波高
３メートルの典型的な波が続くとすると、５０センチメ
ートルほど伸縮し、１日当たり約７００トンの深海水が
汲み上げられる。伸縮部をさらに大きくすれば汲み上げ
能力が増すが太いパイプが必要になる。海の大部分は上
記より深いがその場合はパイプが海底まで達する必要は
無く、おおむね１０００メートルの深度で栄養の豊富な
層に達するのでそこから海底のアンカーまでは細い紐状
のものでつなげばよく、この材質は釣り糸のように引っ
張りに強くて水中で劣化しないものであればよい。

【０００７】

【効果】これがどれだけの生物を増加させるのかは正確
に分からない。控えめに見積もってこれによって汲み上
げられる栄養塩類のなかで最も重要なリンが平均１０日
間海表面に留まるとすると、１日当たり７００トンの汲
み上げにより炭素換算で３トンの生物量が持続でき、１
年に全重量で３トンの漁獲を増加させる。この漁獲がど
れだけの価値を持つかは、魚種や市場動向により大きく
変動するが、単純に１００グラム３３円で計算しても１
００万円前後の価値を見込める。また１年あたり１００
トンの炭素が生物の死骸と共に深海に沈む。炭素の多く
は海水中を再循環するが、生物の死骸の一部は海底に降
り積もり、それは有害な二酸化炭素を長期間固定してい
る事にもなる。コストについては上記で述べたように製
造も設置も撤去も低コストで済むためこれまで大規模に
実施できなかった深海水汲み上げが実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 当発明による波力式深海水ポンプを設置した
ところを横から見た断面図である。

【符号の説明】

１ アンカー ２ 係留線 ３ 汲み上げパイプ ４
取水穴 ５ 取水弁 ６ 伸縮部 ７ 下部浮き ８ 上部浮
き ９ 排水弁 １０ 排水パイプ １１ 海面 １２ 海
底

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全体はアンカー（１）によって海底に
   係留され、アンカー若しくはアンカーに結びつけられた
   係留線（２）に下端をつながれた軟構造の汲み上げパイ
   プ（３）の下端付近に取水穴（４）が有り、上端は取水
   弁（５）を挟んで海上付近に浮く伸縮部（６）につなが
   り、伸縮部に取り付けた下部浮き（７）により汲み上げ
   パイプの重さを支え、伸縮部に取り付けた上部浮き
   （８）により伸縮部は海面付近まで浮き、伸縮部には排
   水弁（９）を設置し、排水弁からは排水パイプ（１０）
   を設置する構造の波力式深海水ポンプ。