JP2009504947A - 海底のリサージェンスの淡水を捕集する捕集装置 - Google Patents

Abstract

特にカルストの網状組織から導出された海面下で湧出する水源からの淡水を回収することのできる、海底のリサージェンスの淡水の捕集用の装置であって、リサージェンス２を隔離するため、海底５に係留されるとともに、この捕集装置の上方部分が常時大気中に出ていることができるよう海面３まで延びている流体密な壁１と、塩水７を外に出すことができるようにこの壁の下方部分に配置された弁６とが組み合わされていることと、淡水８の採取は、淡水の表面に浮遊する装置１１の上に設置されたポンプ手段１０によってなされることと、この捕集装置は、リサージェンスの流量をリアルタイムに制御するために流路の出口に設置されていて、流出速度を制御センタに直接的に伝達する一つまたは複数の流速計からなるシステムを備えていることと、堰止設備（円形または半円形の包囲海域）は、合計内部体積（容積）が、Ｖ＝Ｑｈ／２またはＶ＞Ｑｈ／２に従うこととを特徴とする（ただし、Ｖは包囲海域の全体積であり、Ｑｈは水源からの単位時間当たりの平均流量である）装置である。堰止設備（円形または半円形の包囲海域）は、この堰止設備によって捕集される水源の瞬間的累積流量が、所定の値を超えるとすぐにシステムを開放して停止させることのできる自動制御・警告システムを備えている。

Description

本発明は、海底のリサージェンスの淡水を捕集する捕集装置に関する。

本発明の目的は、海面よりも下方に位置していて特にカルストの網状組織から導出される水源からの淡水を回収できるようにすることである。

カルストは、互いに連通した多数の空洞を有する石灰岩の領域であり、ＣＯ₂を含む雨水から発生する炭酸によっておよび特に微生物の作用が関与した複雑なプロセスによって炭酸カルシウムが溶解して形成される。これら空洞の全てはカルストの網状組織を構成しており、カルストの網状組織の下方部分は淡水の重要な貯水所となる。

カルスト、特に地中海周辺のカルストは、地質学的な変動が原因でしばしば数十メートル沈降し、それどころか場所によっては数百メートル沈降した。その結果としてカルストの基準面は現在のところ海面のはるか下方に位置している。

カルスト領域によりもたらされる水源からの淡水が、限定されるものではないが特に地中海の海底を流れていることは以前から知られている。しかしながら、淡水と海水とは密度が異なる液体であるため、これら２種類の液体の流れが層流のまま留まって乱流にならないのであれば、混合することはない。

海底のカルストのリサージェンスからの淡水を捕集するために、塩水を底部に向かわせて貯めることにより淡水の流れを堰止める堰止設備（ｂａｒｒａｇｅ）という原理に基づく種々の試みがこれまでなされてきた。このことは、例えばマルセイユに近いポール・ミユー、アルゴリド（ギリシャ）およびリビアで実現された。

これらの実施では、天然の水流を強制的に変えたり妨げたりすることが非常に多かった。しかしながら、カルスト系は複雑でかつ開放しており、流路と空洞とがランダムに分布している。天然のバランスを変えようとするいかなる試みも物理的パラメータを変化させるため、カルスト系への海水の浸入が増大する可能性がある。

仏国特許第２７０１９７４号には、下方を向いていて水源を覆う凹部を備える水中構造が開示されている。淡水は海水よりも密度が小さいため、淡水は凹部の空洞の上方部分に捕集された状態になる。この構造の下方部分が開放したままの状態であるため、溢れた水、特に海水が自由に流出しつつ、カルスト系は制限の無い状態にされて淡水が可変流量のポンプ・システムによってこの構造の上方部分から採取される。ポンプ装置はセンサに制御されており、そのことにより流量が水源の流量よりもわずかながら小さくなるように維持できる。

この装置により、現状のバランスを乱すことなく、しかもカルスト系の機能を乱すことなく、淡水を採取することができる。そのため層流が促進され、海水との混合が回避される。

海底のリサージェンスの淡水を捕集する場合にはいつでも、２種類の液体の間における平衡を維持する必要がある。その平衡は、以下の式で表現される。
Ｈｄ／Ｈｓ ＝ Ｄｓ／Ｄｄ
ここにＨｄは淡水の水柱の高さ（ｌａ ｈａｕｔｅｕｒ ｄｅ ｃｏｌｏｎｎｅ ｄ'ｅａｕ ｄｏｕｃｅ)であり、Ｈｓは塩水の水柱の高さ(ｌａ ｈａｕｔｅｕｒ ｄｅ ｌａ ｃｏｌｏｎｎｅ ｄ’ｅａｕ ｓａｌｅｅ)であり、Ｄｓは塩水の密度であり、Ｄｄは淡水の密度である。

最初は安定しているこれら四つのパラメータは、二種類の水を分離するプロセスが開始された後であって（捕集後に）新しい平衡が確立されるまで安定を維持せず、それぞれの場合において不安定なままに留まり、上流のカルストの網状組織の流量に伴って変化する。

その結果、海面下に設置された閉鎖システムによって捕集する場合には、この平衡の制御がしばしば困難な場合があり、特に装置に余分なコストがかかる。

仏国特許第２７８５００１号（出願番号第９８１３３４９号）には、捕集システムを非常に簡単にするとともに、実施コストも大幅に低減できるという改良を目的とした装置が開示されている。この装置は、リサージェンスを隔離する柔軟なことが好ましい不浸透性の膜からなる。この膜は海底に係留されていて、浮遊する堰止設備に保持された海面まで達している。従って、この捕集装置は常時大気中に出ている。この装置は膜の下方部分に弁システムも備えているため、海水を流出させられる。淡水は、海面に浮遊する装置（筏）上に設置されたポンプによって採取される。

それでもなお、仏国特許第２７８５００１号によるこの装置の結果は、疑わしいとまで言えるほどのものである。（例えばギリシャのアナバロスの設備での）新しいデータと測定により、こうした課題が明らかになった。

本発明は、問題となっている装置の機能および効率の課題と、その応用方法の課題とに対処することを目的とする。特に、この形式の設備（柔軟な堰止設備）は、水源の流量をリアルタイムに制御するシステムを備えている必要がある。

このようなシステムは、カルストの流路の出口に設置されていて制御センタに出口の流速を直接的に伝達する一つまたは複数の流速計で構成できる。流路の直径がわかると、流量がその直径からただちに導出される。

堰止設備によって画定される包囲海域の内部体積（容積）は、以下の式に従う必要がある。
Ｖ＝Ｑｈ／２ または Ｖ＞Ｑｈ／２
ただし、Ｖは包囲海域の全体積であり、Ｑｈは水源からの単位時間当たりの平均流量である。

堰止設備（円形または半円形の包囲海域）は、当該堰止設備によって捕集される水源の瞬間的累積流量が、それぞれの堰止設備に関する状況について調査した後にそれぞれの設備に関して決定された所定の値を超える場合に、システムを開放して停止させることのできる自動制御・警告システムを備えている必要がある。実際のところ、活動しているカルスト系では、流量は、最低水位の１倍から例外的な増水時の１００倍の間で変化する可能性がある。

添付図面は、本発明の実施形態の内容を限定するものではない実施例として示される。

図１に示されるような装置は、一つまたは複数のリサージェンス２を取り囲む柔軟な膜１から形成される。膜１は、常にリサージェンス２を中心にして留まるようにして海底５に係留されるとともに、この装置の上方部分が常に水の外に出ているように海面３まで到達している。この膜の下方部分には、適度な重りを付けられていて弁を形成する複数の非取付部分が備えられている。これらの非取付部分により、水源から湧出する淡水８の圧力下において、より重い塩水７を流出させられる。

淡水の出口の近傍においては、金属または合成材料からなるそらせ板９（ｄｅｆｌｅｃｔｅｕｒ）のシステムが、湧出する淡水が向かう方向を強制的に決めて、乱流を減少させ層流を淡水に誘起させている。

淡水は、海面の浮遊装置１１に設置されたポンプ１０によって採取される。

この設備全体の寸法は、具体的なそれぞれの場合において異なるが、しばしば激しく変動するカルストの網状組織の変動を吸収できる慣性能力を維持しつつ、この包囲海域の内部に含まれる水源の単位時間当たりの流量の半分に等しいかまたは半分より大きくて包囲海域の全体積を確保するのに十分な寸法である必要がある。

リサージェンス２が岩壁に接する位置にあり、海岸が適切な形状である（例えば淡水が適切な寸法の入江に湧出している）場合には、膜１は、有利には、その入江の岬と岬との間にロープを張ることにより占有が可能となる。そうすることで、あらゆる経済的利点が生じる（図２）。

上述した捕集法は、硬質材料（セメント、コンクリート、金属など）で実施することもできる。しかしながら、この形式の構造は、元々コストが高いことに加え、柔軟な装置とは違って乱流のために諸問題を引き起こすという欠点を有する。

柔軟な堰止設備（４）は、水源の流量をリアルタイムに制御するシステムを備える必要がある。このシステムは、好ましくは、流路２の出口に設置される一つまたは複数の流速計から構成されており、それら流速計は湧出する流れの速度を制御センタに直接的に伝達する。流路の直径がわかると、その流路からの流量がリアルタイムに導出される。

堰止設備（円形または半円形の包囲海域）は、この堰止設備によって堰止められている水源の瞬間的累積流量が、関係する網状組織の特定の状態について先行調査した後にそれぞれの設備に関して決定された特定の値を超えた場合、すぐにシステムを開放して停止させる（例えば堰止設備の抵抗を減らす）制御が可能な自動制御・警告システムを備える必要がある。

前述の諸要素を完行すると、装置がより効率的かつ規則的に機能し、これまで観測される可能性のあった不確実な結果が排除される。

さらに、包囲海域の利用可能な体積と、関係する水源の流量との間の数学的関係を明らかにすることで、過去においてこの形式の試みを行なった際に観察された失敗の原因を排除できる。

一つまたは複数のリサージェンスを取り囲む膜を用いた捕集システムの全体図である。 自然の入江を取り囲んでいる開放する膜を用いた一変形例の縦断面図である。

Claims (9)

1. 特にカルストの網状組織から導出される海面下で湧出する水源からの淡水を回収することを可能とする、海底のリサージェンスの淡水を捕集する捕集装置であって、
   一つまたは複数の前記リサージェンス（２）を隔離する流体密な壁（１）を備え、前記流体密な壁は、前記捕集装置の上方部分が常時大気中に出ているように前記海底（５）に係留されており、
   前記捕集装置は、前記流体密な壁の下方部分に配置された弁（６）を備えていて塩水（７）を流出させることを可能とし、淡水（８）の採取は、前記淡水の表面に浮遊する装置（１１）上に設置されたポンプ手段（１０）によってなされており、
   前記捕集装置は、流路の出口に設置されていて流出速度を制御センタに直接的に伝達する一つまたは複数の流速計から構成されていて、水源の流量をリアルタイムに制御するシステムを備えており、
   堰止設備（円形または半円形の包囲海域）は、当該堰止設備によって捕集される前記水源の瞬間的累積流量が所定の値を超えるとすぐにシステムを開放して停止させる自動制御・警告システムを備えることを特徴とする捕集装置。
2. 前記流体密な壁（１）は、海面で浮遊部材（４）によって保持された柔軟な膜（１）により構成されており、前記弁（６）は、前記柔軟な膜の垂直な通液孔において、適度な重りを付けられた複数の非取付部分（６）から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。
3. 前記浮遊部材（４）は、ポリエチレンまたはそれと同様の材料からなるパイプまたは円筒部材により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の捕集装置。
4. 前記浮遊部材（４）からなる構成要素の累積断面積は、前記構成要素が全ての場合において２０ｃｍと１００ｃｍとの間の高さまで延びるように決定されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の捕集装置。
5. 前記流体密な壁（１）は硬質材料、例えばレンガ、鉄筋コンクリート、金属により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の捕集装置。
6. 前記流体密な壁（１）は前記一つまたは複数のリサージェンス（２）を取り囲んで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捕集装置。
7. 一つまたは複数の前記リサージェンス（２）が海岸の近傍にあって、淡水が入江に到達しており適用できる場合において、前記流体密な壁（１）が、岩壁と岩壁との間に張られることによって前記入江を封鎖していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の捕集装置。
8. 金属または合成材料のそらせ板（９）からなるシステムが一つまたは複数の前記リサージェンス（２）からの前記淡水（８）の出口の近傍に配置されていて、前記そらせ板が前記淡水を層流にするように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の捕集装置。
9. 前記堰止設備によって画定される包囲海域の合計内部体積（容積）が、
   Ｖ＝Ｑｈ／２ または Ｖ＞Ｑｈ／２
   の式に従う必要があること特徴とし、Ｖは包囲海域の全体積であり、Ｑｈは前記水源からの単位時間当たりの平均流量である請求項１から８のいずれか一項に記載の捕集装置。

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