JP2020500783A - 水域を通じて流体をポンピングするためのアセンブリおよびシステム - Google Patents

Abstract

大量の流体を水域にわたってポンピングするためのアセンブリおよびシステムであって、空気を抽出可能かつ導入可能な、容器（１０）内の容積空間を画定するシェル（１２）と、空気を前記容器（１０）から抽出し、また容器（１０）に供給することを可能にして、流体を容器（１０）に引き込み、また容器（１０）から排出することを可能にするための開口部（１８）と、流体が容器（１０）に入り、容器（１０）から出ることを可能にするおよび制限するための第１バルブ（１６ａ）および第２バルブ（１６ｂ）と、前記容器（１０）から空気を抽出し、また容器（１０）に空気を導入し、容器（１０）に流体を引き込ませ、また容器（１０）から排出させるためのポンプ（２０）と、を含むアセンブリおよびシステム。前記容器（１０）は水域中に浮く。

Description

本発明は、水域を通じて流体をポンピングするためのアセンブリおよびシステムに関する。より具体的には、本発明は、水などの大量の流体を、河川、湖および海洋などの広い水域にわたってポンピングするためのアセンブリおよびシステムに関する。

世界は気候変動による水管理において深刻な課題に直面している。気候変動が原因で降雨パターンは予測不能になり、食糧生産および降雨パターンの変化の前からこれらの地域に暮らすコミュニティの生存に重大な影響を及ぼしている。さらに、世界の乾燥地は広がっており、より重大な結果の１つは、水資源、特に二国以上が共有する河川をめぐる対立である。

地球温暖化が原因で広がる砂漠地帯によって、地球上の植物生命体に覆われた地帯の面積は縮小している。また、緑の植物生命体の地帯を破壊し、これらを道路、都市等の人工的な構造物に置き換える人間の行為も相まって、惑星上の日射を、地表を人工的な構造物および砂漠ではなく緑化していたはずの植物に蓄積されるエネルギーよりもむしろ、熱に変換するのを加速することにつながっている。

大幅に上昇する温度に対処するために、植物の被覆面積を増加させ、日射に曝される人工的な構造物および砂漠の面積を縮小することが急務である。これは理論的には健全ではあるものの、植物成長のためのこの面積増加を支えるだけの量の水を供給することは、依然として大きな課題である。なぜなら、世界の乾燥地域付近の領域内にある河川もまた、気候変動により流量低下および予測不能な流量に直面しており、またその各々の領域で増加する人口の活動を支えているからである。

世界のいくつかの地域は水不足に直面している一方で、降雨量が多すぎる他の多くの地域も世界にはある。この過剰な水の問題は、多くの場合、洪水による死および財産の破壊につながる。また最近、科学者たちは海底に大量の淡水が湧いているのを発見しており、これは乾燥地帯の給水源として未だ利用されていない資源である。

水安全保障問題によって、世界中の都市の水需要を満たすために、ますます多くの淡水化プラントが建設されており、これらの一部は十分な年間降雨量を有する地域にもある。これら淡水化プラントのほとんどは、気候変動の問題を一層悪化させる化石燃料源によって動力供給されている。

世界に対する解決策は、水が豊富な源から乾燥した地域に淡水を移動させることにある。世界の多くの大河川はこの淡水源になり得る。一例として、乾燥した土地を緑化するのに必要な水の量は、土地１平方メートルあたり年間で水１立方メートルの規模である。これには、１平方キロメートルあたり“年間”１，０００，０００立方メートルの水量が必要となる。それに比べて、世界の上位３０の河川は、合計で“毎秒”約６００，０００立方メートルを海に捨てている。計算によると、それらの通常の流量のわずか３％を差し出すことで、惑星全体の５００，０００平方キロメートルを超える現在の乾燥地を緑化するのに十分な農業用水が供給されることになる。これにより太陽熱が惑星暖房に変換されるのを減らし、食糧安全保障と雇用の増加機会を提供する。認められる別の環境上の利点は、現在は海洋汚染源であるこれらの「収入源となる」河川が、より高い品質基準へとより適切に維持されるようにするために、さらなる注意が払われることである。

現在の、水域を渡る大量の水の取扱いは、大型船または撒積船に限定されている。厚い鋼製船殻および保持領域（ｈｏｌｄｉｎｇ ａｒｅａ）を有するこれら撒積船は高価であり、建設に非常に長期間かかる。主として油、ガスおよび他のより高価な化学薬品の輸送に現在使用されているこれら撒積船を使用することは、農業用水の輸送にしては高コストになりすぎる。

最近では、３，０００立方メートルもの水を収容する大型浮動式ジッパー付きフレキシブルバッグの使用も試みられてきたが、数百またはさらには数千キロメートルに及ぶことのある曳航作業中にバッグが破損および断裂するせいで、この受入れは遅れている。この失敗の主な理由は、バッグの輸送が水域水面下の浅い水深に限定されていることである。この領域は嵐の際には乱流となることはもとより、多くの浮遊デブリが存在し、バッグの膜を破損および断裂させるおそれのある領域である。

本発明の範囲は、これら課題に対処し、大量の水または他の流体を、河川、湖、および海洋中を長距離にわたって移動させるための、より経済的かつエネルギー効率的な方法およびシステムを可能にすることである。

本発明は、大量の低圧ガス（１０００００Ｐａ（１バール）未満）の移動を、少なくとも１つの大型浮動容器、パイプラインシステム、および制御バルブと組み合わせることによって、流体のエネルギー効率的なポンピングを可能にする。密度が水の約１／８００であるガスを移動させる空気真空−ブロワポンプを使用して、上記容器は容易に充填および排出がなされ、流体の非常にエネルギー効率のよい移動をもたらす。

本発明はまた、容器が入力パイプラインからの淡水で徐々に満たされるにつれて該容器が沈むとともに該容器から空気を送り出す方法を使用し、相互接続されたパイプラインを介して、地表の河川および貯水池からだけでなく海および海洋の下の供給源から浮動容器に水を採取し、貯留し、かつ配給するためのシステムに関する。上記容器が水で満たされると、本発明はまた、沈んだ該容器内の水を移動させるために該容器内に空気を送り込み、その結果該容器は水から上昇し、該容器内の水を該容器に接続された流出パイプラインに押し出すことを可能にする。制御バルブのシステムを使用して、水の流れを必要な方向に制御する。該プロセスは繰り返され、上記容器、空気真空ブロワ、パイプシステムおよびバルブ制御システムを組み合わせて水ポンピングシステムとして機能することを可能にする。

上記容器を水で満たすおよび空にするプロセスの際、バルブシステムは流入と流出を別々のパイプに分離し、流入パイプは水源から延び、流出パイプは受入源または輸送源に接続される。上記受入源または輸送源は、水をその最終目的地に輸送するために使用される剛性、半剛性または可撓性容器であってもよい。本発明は、上記容器が水域内の様々な深さに移動し、風および悪い天候変化により生じ得る乱流水域に入らないようにすることが可能である。

本発明は、広い流体−ガス界面領域を有する容器に入った流体およびガスの大きな浮動体が、低圧ガスが交互に大きく該容器へ流入および該容器から流出することで生じるわずかな圧力差に曝され、流体ポンピングのためのパイプシステムに接続されたときに、非常に大きな空気圧を生じさせることを可能にする。

本発明はまた、大口径のパイプを、これら大型容器のための流体の流入および流出パイプとして使用することを可能にする。この意図は、これらフィーダパイプが長さを増し、時間とともに該容器が移動する必要のある距離が減少することである。最終的には、上記パイプラインは、源から目的国に水を移動させるためのグリッドを形成する固定式の中間貯留容器およびポンピングステーションとして機能するこれら容器と相互接続することが想定され、これは水を巡り衝突する地域の近隣国で典型的な政治的対立を克服する。

本発明の別の態様は、海および海洋内に沈められた１つ以上の大型リザーバブラダを、パイプネットワークまたはグリッドを介して供給するための、上述の１つ以上のポンピングシステムを有することである。同様に、上記リザーバから水を除去するための１つ以上のポンピングシステムを有する。ポンピングシステムを通る水の流れは、パイプシステム内のバルブの制御および上記容器への交互する減圧−加圧の空気流によって容易に反転されるため、該システムは、給水源が受入源になることを可能にする。

本発明は、水の他にも、他の非有害流体、スラリー、有害流出物、漏洩物等を、効率的に回収および移動させることにも使用することができる。

図面は、本明細書の一部を構成し、様々な形態で具現化され得る本発明の例示的なまたは好適な実施形態を含む。しかしながら、開示される好適な実施形態は、本発明の単なる例示であることを理解されたい。したがって、本明細書中に開示される図（均一の縮尺でない）は、限定として解釈されるべきではなく、特許請求の範囲および本発明の技術分野の当業者に教示するための単なる基礎として解釈されるべきである。

流体を第１の位置から第２の位置にポンピングすることができる容器の例示的形態に具現化された本発明の好適な実施形態の断面図である。 流体を第１の位置から第２の位置にポンピングすることができる容器の例示的形態に具現化された本発明の好適な実施形態の断面図である。 図１および図２に示される容器がブラダをさらに含む、本発明の別の実施形態の断面図である。 図１および図２に示される容器がブラダをさらに含む、本発明の別の実施形態の断面図である。 パイプライン内に直列で配置された少なくとも２つの容器の断面図である。 パイプライン内に直列で配置された少なくとも２つの容器の断面図である。 図１および図２に示される容器の別の実施形態の断面図である。 図１および図２に示される容器の別の実施形態の断面図である。 パイプライン内に直列で配置された複数の容器を有する、第１リザーバから第２リザーバに水を供給する例示的なパイプラインの概略図である。 パイプラインが、水域中にある間に流体を貯留することができる中間リザーバをさらに含む、別の例示的なパイプラインの概略図である。

本発明の好適な実施形態の詳細な説明は、本明細書に開示される。しかしながら、実施形態は本発明の単なる例示であり、本発明は様々な形態で具現化され得ることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される詳細は限定として解釈されるべきではなく、特許請求の範囲および本発明の技術分野の当業者に教示するための単なる基礎として解釈されるべきである。本明細書で使用される数値データまたは範囲は、限定として解釈されるべきではない。

図１および図２は、本発明の好適な実施形態の例示的形態である容器（１０）の概略断面図を示す。前記容器（１０）は水域中に浮き、水域中に配置されるように構成された海中パイプライン（３０）に接続可能である。本発明は、主に第１の位置から第２の位置に水をポンピングすることに関するものであるが、本発明は、油漏れ、汚水、粘土、スラリー、石油などであるがこれらに限定されない他の種類のニュートン流体および非ニュートン流体をポンピングすることができると想定される。

上記容器（１０）は、流体、特に水などの液体が、容器（１０）に出入りする流れを可能にするまたは制限する第１バルブ（１６ａ）および第２バルブ（１６ｂ）を有するシェル（１２）を含む。前記シェル（１２）は、前記容器（１０）内の容積空間を画定し、この容積空間内に空気が導入され得るまたはこの容積空間から空気が抽出され得る。前記第１および第２バルブ（１６ａおよび１６ｂ）は、ブラダバルブ、ゲート、ボールバルブ、または流体の流れを可能にするおよび制限することができる任意の機構であることが好ましい。第１および第２バルブ（１６ａおよび１６ｂ）は協同的に動作し、水が容器（１０）を通って一方向にそしてまた逆方向にポンピングされることを可能にする。空気を、容器（１０）から又は容器（１０）内にポンピングすることを可能にするための少なくとも１つの開口部（１８）がシェル（１２）に設けられている。

上記容器（１０）内にまたは容器（１０）から空気をポンピングする例示的な手段は、双方向空気ポンプ、または空気パイプネットワーク内における双方向流を可能にするためのバルブを備えるパイプヘッダシステムを有する、一方向空気ポンプなどのポンプ（２０）である。あるいは、機械作動式ピストンを使用して、空気を上記容器（１０）からおよび容器（１０）内に押し出してもよい。あるいはまた、当業者に周知の、空気を上記容器（１０）内におよび容器（１０）からポンピングするための他の手段が、同様に適していると考えられる。

好適な実施形態では、上記ポンプ（２０）は、上記容器（１０）が浮いている水域の水面（５０）の上方に位置する。例として、上記ポンプ（２０）は、ボート、浮動式プラットフォーム、または固定式プラットフォーム上に配置されてもよい。上記の変化形は、容器（１０）内の水位はもとより、容器（１０）が浮いている水域の水位より上方にある容器（１０）の上の象限に上記ポンプ（２０）を収容することであり得る。

上記容器（１０）から空気を除去することにより、容器（１０）の外の空気圧よりも低い、容器（１０）内に生じた低い空気圧によって、流体は、パイプライン（３０）から容器（１０）内に引き込まれる。上記第１バルブ（１６ａ）は開き、第１バルブ（１６ａ）に接続されたパイプライン（３０）からの流体を上記容器（１０）に引き込むことを可能にする一方で、上記第２バルブ（１６ｂ）は閉じ、容器（１０）から既に送出された、第２バルブ（１６ｂ）に接続されたパイプライン（３０）の流体が容器（１０）内に逆流することを防止する。

これとは逆に、上記容器（１０）に空気が供給されると、流体は、上記第２容器（１６ｂ）に接続されたパイプライン（３０）内の流体の圧力よりも高い、容器（１０）内に生じた高い空気圧によって、容器（１０）から放出される。前述と同様に、第１バルブ（１６ａ）は閉じ、容器（１０）内に保持された流体が、第１バルブ（１６ａ）に接続されたパイプライン内に逆流することを防止する一方で、第２バルブ（１６ｂ）は開き、流体が第２バルブ（１６ｂ）を通ってパイプライン（３０）内に入ることを可能にする。

別の実施形態では、上記容器（１０）に重みを加えてもよく、開口部（１８）は空気が容器（１０）内にトラップされず大気中に逃げることができるように構成されており、第１バルブ（１６ａ）が水の進入を許容するように開かれると容器（１０）が沈んで水で満たすことができるようになる。上記容器（１０）が満たされると、その後、容器（１０）内に空気が供給され、第２バルブ（１６ｂ）を通じて水を押し出す。

容器内の流体レベルと容器の外側の水域の水位は、それら各々の密度に基づき、上記容器（１０）の外側の水域中に浮いている流体と併せた容器（１０）の浮力の原理によって、自然に平衡する。したがって、低圧（１０００００Ｐａ（１バール）未満）でのガスの供給または除去によって生じた容器内のわずかな圧力差によって、流体を容器（１０）に入れるまたは容器（１０）から放出することが可能である。容器（１０）は、ガスを移動させる真空−ブロワポンプを使用することで、容易に満たされ、また排出される。一例として、ガスが空気であり、流体が淡水である場合、従来の電気機械式ポンプを使用して流体を直接ポンピングすることに比べて、メンテナンスが少なくエネルギー効率のよい流体移動をもたらす。

好適な実施形態では、上記容器（１０）は、４，０００ｍ^３の流体規模で好ましい量を保持することができる大きさに設定されている。他の実施形態は、最大４，０００，０００ｍ^３の規模の量の流体を保持することができる大きさであることが想定される。したがって、上記シェル（１２）は、この量の流体を収容するために２０ｍ〜２００ｍの非常に大きな直径で構築されることが想定される。

好適な実施形態では、上記容器（１２）は、その内部にブラダ（１４）が取り付けられ得る剛性保護構造体である。好ましくは、上記シェル（１２）は全体として、シェル内の正圧および負圧の両方に耐えることができる１つ以上の剛性シートまたはアーチ状に形成されたインターロック式構成要素から構成されている。上記シェル（１２）は、上記容器（１０）内からの正圧に耐えるための強い引張強度を有する外皮をさらに有してもよい。上記容器（１０）のシェル（１２）は、シェル（１２）内に設計および構築された指定のポートホールを通ること以外、空気および水の両方に対して不透過性である。

上記シェル（１２）は、好ましくは、アルミニウム、亜鉛めっき鋼、ステンレス鋼または保護された鉄筋コンクリートなどの耐食性を備えた剛性材料で構成されるが、ポリウレタン等のような成形プラスチックもまた適切であると考えられる。加えて、上記シェル（１２）は、耐劣化性を高めるために、コンクリートおよびエポキシまたは高分子材料で外側をライニングしてもよい。考えられる限りでは、シェル（１２）は厚さ７５ｍｍ〜３００ｍｍであるか、またはシェル（１２）に作用する外圧および内圧に構造的に耐えるのに十分な厚さである。好ましくは、上記シェル（１２）は実質的に球形に配置されているが、これは、このような球形が良好な強度を有し、シェル（１２）に作用する高い内圧および外圧に十分に耐えられることが当業者には周知であることが理由である。あるいは、楕円形および丸みのあるまたはドーム状の円筒形も企図され、低圧用途に適すると考えられる。任意選択的に、シェル（１２）の強度を向上させるために、当業者に周知の付加的な内部および外部の筋交いならびに補強手段が設けられてもよい。

上記容器（１０）は、空気および流体が容器（１０）に供給され、容器（１０）から放出されるにつれて変化する体積の空気および流体を収容することから、容器（１０）内に存在する空気および流体の量に応じて容器（１０）が浮き沈みすることは当業者には理解されよう。

容器（１０）が接続可能な上記パイプライン（３０）は、容器（１０）が浮いている水域内で容器（１０）が自由に浮き沈みすることを可能にするために、本質的に可撓性であると想定される。好適な実施形態では、上記パイプライン（３０）は、既に市販されている直径１ｍ〜４ｍを有する可撓性高密度ポリエチレン「ＨＤＰＥ」パイプである。他の可撓性および耐摩耗性材料も同様に適すると考えられる。加えて、上記パイプライン（３０）は、可撓性材料を用いる代わりに、剛性の環状セグメントを含んでもよい。また、パイプラインは、海洋用途に適応させたコンクリートパイプであってもよい。

あるいは、容器（１０）の浮き沈みに、より高い安定性が必要な場合、コンクリートの重りまたはバラストを上記容器（１０）に付加するなどの手段が考えられ得る。容器（１０）の係留は、重みを加えたアンカーまたは杭上の頑丈な基礎に接続されたケーブルおよびウィンチシステムによって達成することができる。

図３および図４は、容器（１０）がブラダ（１４）をさらに含む、本発明の別の好適な実施形態の概略断面図を示す。このような構成は、ポンピングされる流体が、除去が困難である、またはスラリー、油漏れなどの非ニュートン流体である、または容器（１０）内に沈殿し得る粒子状物質を含む場合に好ましい。

この実施形態では、上記ブラダ（１４）は、容器（１０）内にまたは外に空気をポンピングすることによって、流体とともに収縮および膨張する。あるいは、動作流体として空気を使用する代わりに、水または他の種類の作動液が容器（１０）内におよび外にポンピングされ、ブラダ（１４）の収縮および膨張を生じさせる。上記ブラダ（１４）は不透過性であるため、使用される動作流体はポンピングされる流体と混合しない。上記ブラダ（１４）は、好ましくは、天然または合成ゴムのようなエラストマー材料等からまたは他の耐引裂性のプラスチック由来材料から製造される。好ましくは、上記ブラダ（１４）は、４，０００ｍ^３の流体規模で好ましい量を保持するように膨張することができる大きさである。他の実施形態は、最大４，０００，０００ｍ^３の流体規模の量を保持するように膨張することができる大きさであることが想定される。

上記容器（１０）から空気を除去することによって、流体がパイプライン（３０）からブラダ（１４）内に引き込まれ、ブラダを膨張させる。第１バルブ（１６ａ）は開き、第１バルブ（１６ａ）に接続されたパイプライン（３０）からの流体がブラダ（１４）内に引き込まれることを可能にする一方で、第２バルブ（１６ｂ）は閉じ、ブラダ（１４）から既に送出された、第２バルブ（１６ｂ）に接続されたパイプライン（３０）の流体がブラダ（１４）内に逆流することを防止する。

あるいは、上記容器（１０）内に空気が供給されると、流体は収縮するブラダ（１４）から放出される。前述と同様に、第１バルブ（１６ａ）は閉じ、ブラダ（１４）内に保持された流体が、第１バルブ（１６ａ）に接続されたパイプライン（３０）に逆流することを防止する一方で、第２バルブ（１６ｂ）は開き、流体が第２バルブ（１６ｂ）を通ってパイプライン（３０）に流入することを可能にする。

図５および図６は、本発明の別の好適な実施形態の概略断面図を示しており、少なくとも２つの容器が、反対方向ではあるものの補完的な動きで動作するように直列に配置される。

図５に示すように、流体は、第１容器（８０）から第２容器（９０）へ、空気を交互に供給および除去することによってパイプライン（３０）を通って輸送される。空気は、第１容器（８０）から引き出され、ポンプ（２０）によって第２容器（９０）に供給される。空気が第１容器（８０）から引き出されると、第１容器（８０）内に生じた低い空気圧によって、流体が第１入口バルブ（８２）を通して第１容器（８０）内に引き込まれると同時に、第１容器（８０）から第２容器（９０）に空気が入り第２容器（９０）内に高い空気圧が生じることによって、第２容器（９０）内に存在する任意の流体は第２出口バルブ（９４）を通して放出される。空気が第１容器（８０）から十分に排出されると、空気供給の方向が反転し、今度は空気が第２容器（９０）から除去されて第１容器（８０）内に供給される。

ここで図６を参照すると、流体は、今度は第２入口バルブ（９２）を通して第２容器（９０）内に引き込まれ、流体は第１容器（８０）から第１出口バルブ（８４）を通して放出される。第１容器（８０）および第２容器（９０）内の空気圧を交互させることによって、第１容器（８０）と第２容器（９０）は連係して動作し、パイプライン（３０）内の流体をポンピングして、第１容器（８０）および第２容器（９０）の上流から第１容器（８０）および第２容器（９０）の下流に移動させる。

この構成は、上記第１容器（８０）および第２容器（９０）内のそれぞれに使い捨てブラダをさらに含むことができ、前述と同様に機能し、ここで、第１容器（８０）から空気が引き出されると、第１容器（８０）内に配置されたブラダは低い空気圧によって膨張し、流体は第１容器（８０）内のブラダに引き込まれるのと同時に、第２容器（９０）内のブラダ内に存在する任意の流体は第２容器（９０）内のブラダから高い空気圧によって放出され、これとは逆に、第２容器（９０）から空気が引き出されると、第２容器（９０）内に配置されたブラダは低い空気圧によって膨張し、流体は第２容器（９０）内のブラダに引き込まれるのと同時に、第１容器（８０）内のブラダ内に存在する任意の流体は第１容器（８０）内のブラダから高い空気圧によって放出されることは、当業者には理解されよう。

非限定的な例では、上記第１容器（８０）および第２容器（９０）は直径２０メートルであり、容量４，１８７立方メートルを有し、ポンプ（２０）と連係して動作するように構成されており、前記ポンプ（２０）は、前記第１容器（８０）から空気を吸い出しながら前記第２容器（９０）内に空気を吹き込む、４４１３Ｎ／ｍ^２または４５０ｋｇｆ／ｍ^２の総圧力において毎秒１．６７立方メートル（ｍ^３／ｓ）または毎時６，０００立方メートル（ｍ^３／ｈ）を供給可能な電力１５ｋＷのブロワ−吸引システムである。

両容器内に存在する空気と水との間の最適な空気−水界面を仮定すると、両容器の初期条件は、第１容器（８０）内の水位が２５％深さ、第２容器（９０）内の水位が７５％深さであり、パイプラインは直径２メートルを有する。

第１容器（８０）内の水位が７５％深さに達し、第２容器（９０）内の水位が２５％深さに達すると、前記ポンプ（２０）の流れは反転される。総圧力の５０％が陽圧として第２容器（９０）に供給され、５０％が陰圧として第１容器（８０）に供給されると仮定すると、第１入口バルブ（８２）は開かれて第１容器（８０）内への水の流入を可能にし、第２出口バルブ（９４）は開かれて第２容器（９０）からの水の排出を可能にする。前記ポンプ（２０）が第１容器（８０）から空気を吸い出し第２容器（９０）内に入れ始めると、水位は第１容器（８０）内で上昇し、第２容器（９０）内で低下する。

しかしながら、前記容器は両方とも水域中に配置されるため、浮力の法則によって第１容器（８０）は水域中により深く沈み、第２容器（９０）は水域内で上昇することになる。これにより、空気の移動が行う仕事によって、水が第１容器（８０）内に吸い込まれ第２容器（９０）から排出されることが可能となり、容器が浮いている水域に対して圧力ヘッドの差が生じることはない。第１容器（８０）内に生じる吸引力は、水を第１容器（８０）内に引き込むための総吸引力を生成する。第２容器（９０）内において同じことが反対方向に起こり、第２容器（９０）内の水面に作用する力が水を第２容器（９０）から押し出しパイプライン（３０）に押し入れるにつれて、第２の容器（９０）内の水位は低下する。システムを通過する水の流量は、流速約０．５ｍ／ｓで２．０ｍのパイプライン（３０）を通り、毎秒約１．６３立方メートルまたは毎時５，８８０立方メートルあると推定される。流量（１．６３ｍ^３／ｓまたは５，８８０ｍ^３／ｈ）およびファンモータ出力（１５ｋＷ）に基づき、水は、約７．０８３３ｘ１０^−４Ｗｓ／ｍ^３または２．５５Ｗｈ／ｍ^３のエネルギー率で移動する。さらに、０．５ｍ／ｓの水流速度を有する直径２．０ｍのプラスチックパイプでは、ヘッドロスはパイプ長さ１，０００ｍあたり約１ｋＰａである。より長いパイプ距離におけるより高いポンピング圧力を達成するために、より高い総圧力特性を有するブロワ−真空システムを選択してもよく、あるいは、より多くのポンピングステーションを直列で追加することができる。

上記例は、形状、サイズ、または容量の制限であると解釈されるべきでは一切なく、理想的条件下で、低圧の空気移動をいかに使用して、エネルギー効率的に、また輸送される水にさらされる機械的回転または可動部品を最小限にして、水を移動させることができるかを単に示すためのものであることに留意しなければならない。

上記パイプライン（３０）は容器（１０）の流入側に位置する水源に接続されると想定され、ここで水源は、河川、または天然若しくは人工の貯水池である。好適な実施形態では、水源は、自然環境または生物多様性への有害な影響を最小限にするために、１〜３％の範囲で、海に排出される河川水のわずかな割合を迂回させる施設である。

考えられる他の水源は、海底下にある淡水リザーバのポケットである。このようなリザーバは、数百万年以上前、海面が比較的低いときに形成されたと考えられる。時間とともに、海面が上昇するにつれてこれら水リザーバのポケット上に沈殿物の層が形成された。そのようなリザーバの上に構築される施設は、これらリザーバを掘削し、その中に含まれる淡水を抽出することができると考えられる。その後、パイプライン（３０）を、海底リザーバから淡水を抽出するそのような施設に接続することができる。

上記パイプライン（３０）は、余剰水流量を有する領域を、水源が最小限の若しくは水源のない乾燥または砂漠化した領域に接続し、乾燥または砂漠化した領域を緑化することができるように、余剰水を有する領域から乾燥または砂漠化した領域に水を輸送すると想定される。

図７および図８は、さらに別の代替的実施形態の概略断面図を示し、ここで、容器（１０）は、上流位置から下流位置に流体をポンピングする代わりに、流体を貯留するように構成される。

図７を参照すると、容器（１０）から空気を除去することによって、流体は容器（１０）内に引き込まれて貯留される。バルブ（１６）は、貯留中に流体が容器（１０）から流出するのを防止する、ブラダバルブ、ボールバルブまたはゲートバルブである。

図８では、流体は、容器（１０）に空気を供給することによって容器（１０）から除去される。気圧が増加するにつれて、流体は容器（１０）から押し出される。

この実施形態は、過剰な降雨量によって河川および他の水域が膨潤して溢れ、インフラならびに工業用、住宅用、および商業用資産に損害を与える洪水を引き起こす可能性のある、雨季またはモンスーン季による過剰な水流の管理を補助することが想定される。そのような過剰な水は容器内に貯留して、必要なときに、例えば、給水量が不足しているときに放出することができる。これは、その区域または領域が極端な乾季および雨季になりやすい場合に特に有用である。雨季の間に過剰な水を貯留し、貯留した水を乾季の間に放出することによって、これら季節の間の水に関連する課題に対処することができる。

図９は、本発明の好適な実施形態のさらに別の態様の概略断面図を示す。水などの流体を第１リザーバ（２００）から第２リザーバ（３００）にポンピングするために、一連の容器（１００）が、パイプライン（３０）に沿って配置される。パイプライン（３０）は、広い水域にわたり数百〜数千キロメートルの範囲の長距離に及ぶことが想定される。非限定的な例では、パイプライン（３０）は、年間降雨量が多く余剰淡水が海に流れ込むアジアのある場所を、年間降雨量が少なく水不足である中東のある場所に接続してもよい。パイプライン（３０）はインド洋およびアラビア海を通過し、パイプライン（３０）に沿って間隔をあけて分散した状態で浮く容器（１００）が、アジアの淡水源から中東の目的地に水をポンピングする。加えて、パイプライン（３０）は複数の源へと分岐し、水をこれら全ての源から汲み出し、水を共通の目的地に送ってもよいと考えられる。これとは逆に、前記パイプライン（３０）は単一源から始まり、複数の目的地で終了してもよい。考えられる限り、パイプライン（３０）は、複数の源および複数の目的地を接続するネットワークを形成してもよい。

図１０は、本発明の別の実施形態の概略断面図を示す。図１０では、水は、第１リザーバ（２００）から容器（１００）を経由して１つ以上の中間リザーバ（４００）にポンピングされる。前記中間リザーバ（４００）は、その後、その中に貯留された水を第２リザーバ（３００）にポンピングするか、または前記第１リザーバ（２００）に戻すことを可能にすることができる。これら中間リザーバ（４００）は、大型エラストマーバッグまたはブラダであることが好ましい。前記中間リザーバ（４００）は海底貯水池として機能し、３ｋｍ〜７ｋｍの海の深さは、数十億立方メートルの水を保持する長さ３００ｍ〜５００ｍの範囲の連結されたブラダの組み合わせを容易に収容することができるため、巨大な大きさに達すると想定される。前記中間リザーバ（４００）はまた、前記中間リザーバ（４００）から水を引く下流位置で他の容器（１００）に接続される。

当業者には理解されるように、前記パイプライン（３０）内の水の流れの方向は、前記パイプライン（３０）に沿って配置された前記容器（１００）の各入口バルブおよび出口バルブを開閉するシーケンスを変更することによって反転させてもよい。このようにして、前記中間リザーバ（４００）を用いて、複数の源からの流体を貯留し、その後、これら複数の源に水を戻してもよい。

１０ 容器
１２ シェル
１４ ブラダ
１６ バルブ
１６ａ 第１バルブ
１６ｂ 第２バルブ
１８ 開口部
２０ ポンプ
３０ パイプライン
５０ 水面
８０ 第１容器
８２ 第１入口バルブ
８４ 第１出口バルブ
９０ 第２容器
９２ 第２入口バルブ
９４ 第２出口バルブ
１００ 容器
２００ 第１リザーバ
３００ 第２リザーバ
４００ 中間リザーバ

Claims (14)

1. 流体を水域にわたってポンピングするためのアセンブリであって、
   空気を抽出可能かつ導入可能な、容器（１０）内の容積空間を画定するシェル（１２）；
   前記容器（１０）から空気を抽出することを可能にし、前記容器（１０）内に低い空気圧を生じさせ、流体を引き込み、また前記容器（１０）内に空気を供給することを可能にし、前記容器（１０）内に高い圧力を生じさせ、流体が放出されることを可能にするための開口部（１８）；
   空気が前記容器（１０）から抽出されるときに前記容器（１０）に流体が入ることを可能にし、前記容器（１０）内に空気が導入されるときに前記容器（１０）から流体が出ることを制限するための第１バルブ（１６ａ）；
   空気が前記容器（１０）から抽出されるときに前記容器（１０）に流体が入ることを制限し、前記容器（１０）内に空気が導入されるときに前記容器（１０）から流体が出ることを可能にするための第２バルブ（１６ｂ）；および
   前記容器（１０）から空気を抽出し、前記容器（１０）内に空気を導入するためのポンプ（２０）；
   を含み、
   ここで、
   前記ポンプ（２０）は、前記容器（１０）内に空気を送り込み、前記容器（１０）内に高い空気圧を生じさせて、流体を前記容器（１０）から放出させ、また空気を前記容器（１０）から送り出し、低い空気圧を生じさせて、流体を前記容器（１０）内に引き込ませ、
   前記容器（１０）は前記水域中に浮く、
   アセンブリ。
2. 流体で満たすことができるブラダ（１４）をさらに含み、ここで、前記ブラダ（１４）は、膨張して流体を引き込み、収縮して流体を放出する、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記第１バルブ（１６ａ）は、前記ブラダ（１４）が膨張したときに前記ブラダ（１４）に流体が入ることを可能とし、前記ブラダ（１４）が収縮したときに前記ブラダ（１４）から流体が出ることを制限する、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 前記第２バルブ（１６ｂ）は、前記ブラダ（１４）が膨張したときに前記ブラダ（１４）に流体が入ることを制限し、前記ブラダ（１４）が収縮したときに前記ブラダ（１４）から流体が出ることを可能にする、請求項２に記載のアセンブリ。
5. 前記ポンプ（２０）は、前記容器（１０）内に空気を送り込み前記ブラダ（１４）を収縮させ、また空気を前記容器（１０）から送り出し前記ブラダ（１４）を膨張させる、請求項２に記載のアセンブリ。
6. 前記容器（１０）は、球形、楕円形、または円筒形に配置されている、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 水域中に流体を貯留するためのアセンブリであって、
   空気を抽出可能かつ導入可能な、容器（１０）内の容積空間を画定するシェル（１２）；
   前記容器（１０）から空気を抽出することを可能にし、前記容器（１０）内に低い空気圧を生じさせ、流体を引き込み、また前記容器（１０）内に空気を供給することを可能にし、前記容器（１０）内に高い圧力を生じさせ、流体が放出されることを可能にするための開口部（１８）；
   前記ブラダ（１４）が膨張したときに前記ブラダ（１４）に流体が入ることを可能にし、前記ブラダ（１４）が収縮したときに前記ブラダ（１４）から流体が出ることを可能にし、流体の貯留中、前記ブラダ（１４）から流体が出ることを制限するためのバルブ（１６）；および
   前記容器（１０）から空気を抽出し、前記容器（１０）内に空気を導入するためのポンプ（２０）；
   を含み、
   ここで、
   前記ポンプ（２０）は前記容器（１０）内に空気を送り込み、前記容器（１０）内に高い空気圧を生じさせて、流体を前記容器（１０）から放出させ、また空気を前記容器（１０）から送り出し、低い空気圧を生じさせて、流体を前記容器（１０）内に引き込ませ、および
   前記容器は前記水域中に浮く、
   アセンブリ。
8. 流体で満たすことができるブラダ（１４）をさらに含み、前記ブラダ（１４）は、膨張して流体を引き込み、収縮して流体を放出する、請求項７に記載のアセンブリ。
9. 前記ポンプ（２０）は前記容器（１０）内に空気を送り込み前記ブラダ（１４）を収縮させ、また空気を前記容器（１０）から送り出し前記ブラダ（１４）を膨張させる、請求項８に記載のアセンブリ。
10. 前記容器（１０）は、球形、楕円形、または円筒形に配置されている、請求項７に記載のアセンブリ。
11. 流体を水域にわたってポンピングするためのシステムであって、
    第１容器（８０）であって、前記第１容器（８０）内への流体の一方向の進入を可能にする第１入口バルブ（８２）と、前記第１容器（８０）からの流体の一方向の排出を可能にする第１出口バルブ（８４）と、をさらに含む第１容器（８０）；
    第２容器（９０）であって、前記第２容器（９０）内への流体の一方向の進入を可能にする第２入口バルブ（９２）と、前記第２容器（９０）からの流体の一方向の排出を可能にする第２出口バルブ（９４）と、をさらに含む第２容器（９０）；
    前記第１容器（８０）および前記第２容器（９０）を接続可能なフレキシブルのパイプライン（３０）；および
    前記第１容器（８０）から前記第２容器（９０）に、または前記第２容器（９０）から前記第１容器（８０）に空気を移送するためのポンプ（２０）；
    を含み、
    ここで、前記ポンプ（２０）は、前記第１容器（８０）から前記第２容器（９０）内に空気を移送し、前記第１容器（８０）内に低い空気圧を生じさせて、前記第１入口バルブ（８２）を通して前記第１容器（８０）内に流体を引き込ませ、前記第２容器（９０）内に生じた高い空気圧によって、前記第２出口バルブ（９４）を通して前記第２容器（９０）から流体を放出させ、またここで前記ポンプ（２０）は、前記第２容器（９０）から前記第１容器（８０）内に空気を移送し、前記第２容器（９０）内に低い空気圧を生じさせて、前記第２入口バルブ（９２）を通して前記第２容器（９０）内に流体を引き込ませ、前記第１容器（８０）内に生じた高い空気圧によって、前記第１出口バルブ（８４）を通して前記第１容器（８０）から流体を排出させる、
    システム。
12. 前記第１容器（８０）および前記第２容器（９０）内にそれぞれ位置するブラダをさらに含み、
    前記第１入口バルブ（８２）は、前記第１容器（８０）内に収容された前記ブラダへの流体の一方向の進入を可能にし、前記第１出口バルブ（８４）は、前記第１容器（８０）内の前記ブラダからの流体の一方向の排出を可能にし、
    前記第２入口バルブ（９２）は、前記第２容器（９０）内に収容された前記ブラダへの流体の一方向の進入を可能にし、前記第２出口バルブ（９４）は、前記第２容器（９０）内の前記ブラダからの流体の一方向の排出を可能にし、
    前記ポンプ（２０）は、前記第１容器（８０）から前記第２容器（９０）内に空気を移送し、前記第１入口バルブ（８２）を通して、前記第１容器（８０）内に収容された前記ブラダに流体を引き込ませ、前記第２出口バルブ（９４）を通して、前記第２容器（９０）内に収容された前記ブラダから流体を放出させ、前記ポンプ（２０）は、前記第２容器（９０）から前記第１容器（８０）内に空気を移送し、前記第２入口バルブ（９２）を通して、前記第２容器（９０）内に収容された前記ブラダに流体を引き込ませ、前記第１出口バルブ（８４）を通して、前記第１容器（８０）内に収容された前記ブラダから流体を放出させる、
    請求項１１に記載のシステム。
13. 前記パイプライン（３０）に接続可能であり、前記水域中に浮いている中間リザーバ（４００）をさらに含み、ここで前記中間リザーバ（４００）は、流体を前記中間リザーバ（４００）内に貯留するために流体で満たすことができる、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記中間リザーバ（４００）は、前記パイプライン（３０）を介して前記中間リザーバ（４００）に接続された第１容器（８０）または第２容器（９０）によって供給されるまたは空にされる、請求項１３に記載のシステム。
    
    

Images