JP2023132106A - 放流システム - Google Patents

Abstract

【課題】海水の流れを効率良く利用して、表層よりも深い領域の海水を効率良く汲み上げる。【解決手段】放流システムは、浮体本体２１と、取水管３と、垂直軸式の水車２２とを備える。水車２２は、浮体本体２１に取り付けられて海面下に位置する。水車２２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として周方向の一方のみに回転する。水車２２には、水車流路２２３が設けられる。水車流路２２３は、取水管３と接続される。水車流路２２３は、径方向外側の端部に吐出口２２４を有する。放流システムでは、海水の流れによって水車２２が回転することにより、水車流路２２３内の海水が遠心力によって吐出口２２４から吐出されるとともに、取水口近傍の海水が取水管３を介して水車流路２２３内へと導かれる。これにより、海水の流れを効率良く利用して、表層よりも深い領域の海水を効率良く汲み上げることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、放流システムに関する。

従来、表層海水を富栄養化して新たな漁場を形成することを目的として、表層よりも深い領域の栄養塩を豊富に含む海水を汲み上げて表層に拡散させる海洋肥沃化装置が提案されている。

例えば、特許文献１の海洋深層水の汲上・拡散装置は、有光層の水面下に浮かぶ水中浮体と、水中浮体から海底へと延びる湧昇パイプと、を備えている。当該汲上・拡散装置では、水中浮体の内部に設けられたインペラを蒸気タービン装置によって回転させることにより、深層水の汲み上げ、表層水の吸い込み、および、深層水と表層水とを混合した混合水の吐出が行われる。

特許文献２の海洋肥沃化装置は、海面に係留される浮体と、当該浮体から海底へと延びる深層水取水管と、を備えている。当該海洋肥沃化装置では、浮体の内部に設けられたインペラを水密型電動モータによって回転させることにより、深層水の汲み上げ、表層水の吸い込み、および、深層水と表層水とを混合した混合水の吐出が行われる。当該電動モータは、浮体内部に設けられた内燃機関等による発電によって得られる電力で駆動される。

特許文献３の海洋深層水汲み上げ装置は、フロートから海中に吊り下げられる深層水汲み上げ部と、深層水汲み上げ部から海底へと延びるホースと、深層水汲み上げ部の外部に取り付けられた外スクリューと、を備える。当該海洋深層水汲み上げ装置では、当該外スクリューを潮流によって回転させることにより、深層水汲み上げ部の内部に設けられた内スクリューを回転させて深層水の汲み上げが行われる。

特開２０００－２７７４８号公報 特開２００２－３７０６９０号公報 特開２０１２－９０６１９号公報

ところで、特許文献１の汲上・拡散装置では、インペラを回転させる蒸気タービン装置用の蒸気を、表層水と汲み上げられた深層水との温度差によるエネルギー（いわゆる、海洋温度差エネルギー）を利用して生成することが提案されている。また、特許文献２の海洋肥沃化装置では、インペラを回転させる電動モータ用の電力を、海洋温度差発電や風力発電等によって得ることが提案されている。

しかしながら、海洋温度差エネルギーを利用するためには、まず深層水を汲み上げる必要があるため、インペラを回転させる蒸気タービン装置や電力モータの駆動源となる内燃機関が必要となる。また、風力発電等を利用する場合も、風力を電力に変換し、さらに、当該電力をインペラを回転させる運動エネルギーに変換する必要があるため、エネルギーの利用効率が低くなり、安定的なエネルギー供給が困難である。したがって、インペラを回転させる蒸気タービン装置や電力モータの駆動源となる内燃機関がやはり必要となる。

一方、特許文献３では、潮流を利用して外スクリューおよび内スクリューを回転させることにより、電動ポンプを使用することなく海洋深層水の汲み上げが可能である、と記載されている。しかしながら、当該外スクリューは、回転軸が水平な水平軸プロペラであり、プロペラ周囲の潮流が潮汐によって反対向きになると、プロペラの回転方向も反対向きになる。したがって、プロペラ周囲の水の流れの変化への追従性が低く、海洋深層水の汲み上げ効率が低くなるおそれがある。また、波によるプロペラ周囲の水の流れ（すなわち、波を構成する粒子の動き（オービタルモーション））は、波の山と谷とで反対向きになるため、当該プロペラでは、波による海水の流れを海洋深層水の汲み上げに利用することは難しい。この点からも、海洋深層水の汲み上げ効率が低くなるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、海水の流れを効率良く利用して、表層よりも深い領域の海水を効率良く汲み上げることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、放流システムであって、係留ラインにより係留されて海面に浮かぶ浮体本体と、前記浮体本体から下方へと延びるとともに下端部に取水口を有する取水管と、前記浮体本体に取り付けられて海面下に位置するとともに上下方向を向く中心軸を中心として周方向の一方のみに回転する垂直軸式の水車とを備え、前記水車には、前記取水管と接続されるとともに径方向外側の端部に吐出口を有する水車流路が設けられ、海水の流れによって前記水車が回転することにより、前記水車流路内の海水が遠心力によって前記吐出口から吐出されるとともに、前記取水口近傍の海水が前記取水管を介して前記水車流路内へと導かれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放流システムであって、前記浮体本体は、前記中心軸を中心とする柱状であり、前記水車は、前記浮体本体の側面に設けられる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の放流システムであって、前記水車は、前記浮体本体の側面から径方向外方へとそれぞれ突出するとともに周方向に配列される複数の羽根を有するプロペラ型の水車である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の放流システムであって、前記複数の羽根はそれぞれ、径方向の中央部が前記水車の回転方向に向かって凸となるように湾曲する。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の放流システムであって、前記水車流路は、前記複数の羽根のそれぞれの内部に設けられ、前記吐出口は、前記複数の羽根のそれぞれの端縁に設けられる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の放流システムであって、前記浮体本体のうち、少なくとも海面よりも上側の部位は、前記水車の回転から独立している。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の放流システムであって、前記浮体本体の全体が、前記水車の回転から独立している。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の放流システムであって、前記浮体本体の周囲の海水の流れを利用して発電を行う発電装置と、前記発電装置によって生成される電力により駆動されて前記取水管内の海水の上方への移動を補助するポンプとをさらに備える。

本発明では、海水の流れを効率良く利用して、表層よりも深い領域の海水を効率良く汲み上げることができる。

一の実施の形態に係る放流システムの側面図である。 浮体の側面図である。 浮体の平面図である。 浮体の横断面図である。 浮体の縦断面図である。 浮体の縦断面図である。 他の水車を備える浮体の平面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る放流システム１の構成を示す側面図である。放流システム１は、漁場とされる海域等において係留され、表層よりも深い領域の栄養塩を豊富に含む深層海水（いわゆる、海洋深層水）を利用して表層を富栄養化する浮体式の海洋肥沃化装置である。放流システム１は、海洋肥沃化機能を備えた浮き魚礁として利用可能である。

放流システム１は、浮体２と、取水管３とを備える。浮体２は、海底９２から上方に離間した状態で海面９１に浮かぶ構造物である。浮体２は、係留ライン４１によって海底９２に係留される。図１に示す例では、浮体２は、海面９１を貫通して上下方向に延びる略柱状の構造物であり、海底９２に設置された係留基体４２に係留ライン４１を介して接続される。

係留基体４２は、例えば、海底９２に沈められたシンカー（すなわち、錘）またはアンカー（すなわち、把駐力を有する錨）である。あるいは、係留基体４２は、海底９２に予め設置されている固定構造物であってもよい。係留基体４２は、必ずしも海底９２に直接的に固定される必要はなく、例えば、海底９２に固定された他の構造物を介して、海中において間接的に海底９２に固定される物体であってもよい。

係留ライン４１は、浮体２と係留基体４２とを接続する略線状の部材である。係留ライン４１は、例えば、係留ロープ、係留鎖、または、係留鎖と係留ロープとが接続されたものである。係留ロープは、例えば、合成繊維製またはワイヤーを含む金属製のロープである。図１では、図示の都合上、係留ライン４１を線にて示す。図１に示す例では、浮体２は、浮体２の下端部に接続された１本の係留ライン４１により、係留基体４２に１点係留されている。なお、浮体２は、多点係留されてもよい。

取水管３は、浮体２の下端部から海底９２に向かって下方へと延びる略円筒状の部材であり、ライザー管とも呼ばれる。取水管３の下端部には、深層海水を取り込む取水口３１が設けられる。取水管３は、主にスチールにより形成される。取水管３の上下方向の長さは、例えば１００ｍ～１０００ｍである。取水管３の直径（すなわち、外径）は、例えば０．２５ｍ～１．５ｍである。取水管３の材料、長さおよび直径は、様々に変更されてよい。

図２は、放流システム１の浮体２を示す側面図である。図３は浮体２の平面図である。図４は、図２中のＩＶ－ＩＶの位置にて浮体２を切断した横断面図である。図５は、図４中のＶ－Ｖの位置にて浮体２を切断した縦断面図である。図２および図５では、取水管３の一部を併せて示す。また、図４および図５では、図の理解を容易にするために、浮体２の内部の海水のみに平行斜線を付し、浮体２の断面には平行斜線を付さない。

浮体２は、浮体本体２１と、水車２２とを備える。浮体本体２１は、海面９１（図１参照）を貫通して上下方向に延びる略柱状の構造物である。図２に示す例では、浮体本体２１は、中心軸Ｊ１を中心として上下方向に延びる略円柱状の構造物である。中心軸Ｊ１は、上下方向に延びる仮想的な直線である。浮体本体２１は、主にスチールにより形成される。浮体本体２１の上下方向の長さは、例えば、４ｍ～１０ｍである。浮体本体２１の直径は、例えば、３ｍ～７ｍである。浮体本体２１のうち海面９１から上方に突出する部位の上下方向の長さ（すなわち、乾舷）は、例えば、０．５ｍ～４ｍである。浮体本体２１の大きさおよび形状は、上記例には限定されず、様々に変更されてよい。

上述の取水管３は、例えば、浮体本体２１の下端部において、中心軸Ｊ１を中心とする径方向（以下、単に「径方向」とも呼ぶ。）の略中央部に取り付けられる。また、係留ライン４１（図１参照）は、例えば、浮体本体２１の下端部の径方向外端部において、中心軸Ｊ１を中心とする周方向（以下、単に「周方向」とも呼ぶ。）の一部に接続される。

水車２２は、海面９１よりも下側において浮体本体２１に取り付けられる。図２に示す例では、水車２２は、取水管３および係留ライン４１（図１参照）よりも上側において、浮体本体２１の側面（すなわち、径方向外側の略円筒状の側面）に設けられる。水車２２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として浮体本体２１の側面に沿って回転可能とされる。すなわち、水車２２は、浮体本体２１に回転自在に取り付けられた垂直軸式の水車である。水車２２は、主にスチールにより形成される。

水車２２は、浮体本体２１の周囲を流れる海水から作用する力により、周方向の一方のみに回転する。図３に示す例では、水車２２は、浮体本体２１の周囲を流れる海水の向きに関わらず、平面視において時計回り方向にのみ回転し、反時計回り方向には回転しない。浮体本体２１の周囲の海水の流れとは、常時略同じ方向に流れる黒潮等の「海流」、潮の干満に伴って生じる「潮流（潮汐流ともいう。）」、海上を吹く風によって生じる「吹送流」、および、波による海水の流れ等を含む。潮流の向きは、繰り返される干潮と満潮とによって、通常１日２回、略反対向きに変化する。吹送流の向きは、海上を吹く風の向きによって様々に変化する。波による海水の流れ（すなわち、波を構成する粒子の動き（オービタルモーション））は、浮体２が波の山に位置する場合と、波の谷に位置する場合とで反対向きになる。水車２２は上述のように垂直軸式であるため、浮体本体２１の周囲における海水の流れの向きの変化に関わらず、当該海水の流れのエネルギーを効率良く利用して同じ回転方向に回転し続ける。

水車２２は、ボス部２２１と、複数の羽根２２２とを備える垂直軸式のプロペラ型の水車である。ボス部２２１は、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円筒状の部位であり、浮体本体２１の側面に対して回転自在に取り付けられる。複数の羽根２２２は、ボス部２２１の外側面に接続され、当該外側面から径方向外方へと延びる。換言すれば、水車２２の複数の羽根２２２は、浮体本体２１の側面から径方向外方へとそれぞれ突出する。複数の羽根２２２はそれぞれ、上下方向に略平行に広がる略板状の部材である。複数の羽根２２２は、略等角度間隔にて周方向に配列される。図３に示す例では、４枚の羽根２２２が略９０°間隔にて周方向に配列されている。なお、複数の羽根２２２の数は４枚には限定されず、適宜変更されてよい。また、各羽根２２２は、必ずしも上下方向に略平行に広がる必要はなく、上下方向に対して傾斜するように広がっていてもよい。

各羽根２２２の径方向の大きさ（すなわち、平面視における羽根２２２のボス部２２１との接続部と、羽根２２２の径方向外端との間の径方向における距離）は、例えば１ｍ～２ｍである。各羽根２２２の上下方向の大きさ（すなわち、羽根２２２の高さ）は、例えば２ｍ～３ｍである。

各羽根２２２のボス部２２１との接続部は、各羽根２２２の端縁（すなわち、当該接続部とは反対側の自由端縁）よりも、平面視において水車２２の回転方向（すなわち、時計回り方向）の前側に位置することが好ましい。また、各羽根２２２は、平面視において径方向の中央部が水車２２の回転方向に向かって凸となるように、略円弧状に湾曲することが好ましい。換言すれば、各羽根２２２のボス部２２１との接続部、および、各羽根２２２の径方向の中央部は、平面視において、各羽根２２２の端縁と中心軸Ｊ１とを結ぶ直線よりも、水車２２の回転方向の前側に位置することが好ましい。

水車２２では、複数の羽根２２２の大きさおよび形状は、好ましくは略同じである。これにより、水車２２の製造を簡素化することができる。なお、各羽根２２２の大きさおよび形状は、上記例には限定されず、様々に変更されてよい。また、複数の羽根２２２の大きさおよび／または形状は、必ずしも同じである必要はなく、異なっていてもよい。

水車２２の上端は、例えば、海面９１よりも３ｍ～５ｍ下側に位置する。また、浮体本体２１のうち、少なくとも海面９１よりも上側の部位は、水車２２の回転から独立しており、水車２２に作用する海水の流れにより生じる水車２２の回転には追従しないことが好ましい。これにより、浮体２に接近する船舶等が、回転する水車２２と接触することなく、ほとんど回転しない浮体本体２１の上部に容易に接舷可能となる。また、浮体２では、浮体本体２１の全体が、水車２２の回転から独立しており、水車２２に作用する海水の流れにより生じる水車２２の回転には追従しないことがより好ましい。これにより、浮体本体２１の下部に接続された係留ライン４１および取水管３も、水車２２の回転から独立する。このため、浮体２の海底９２への係留が容易とされ、また、浮体本体２１と取水管３との接続構造等が簡素化される。

図５に例示する浮体２では、浮体本体２１の側面に、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円筒状の凹部２１１（以下、「本体凹部２１１」とも呼ぶ。）が設けられる。本体凹部２１１が設けられる領域における浮体本体２１の側面（以下、「凹部側面２１２」とも呼ぶ。）の直径は、浮体本体２１のうち本体凹部２１１よりも上側の部位の側面の直径、および、本体凹部２１１よりも下側の部位の側面の直径よりも小さい。本体凹部２１１には、ボス部２２１が嵌合される。ボス部２２１の内側面の直径は、凹部側面２１２の直径よりも大きい。このため、ボス部２２１の内側面と浮体本体２１の凹部側面２１２との間に、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円筒状の間隙（以下、「外バッファ空間２１４」とも呼ぶ。）が形成される。

ボス部２２１の内側面の直径は、浮体本体２１のうち本体凹部２１１よりも上側の部位の側面の直径、および、本体凹部２１１よりも下側の部位の側面の直径よりも小さい。ボス部２２１の上端面および下端面はそれぞれ、浮体本体２１の本体凹部２１１の上面および下面と上下方向に対向する。ボス部２２１の上端面と本体凹部２１１の上面との間、および、ボス部２２１の下端面と本体凹部２１１の下面との間には、それぞれベアリング２１３が設けられており、当該ベアリング２１３を介して、水車２２が浮体本体２１に回転自在に支持される。ボス部２２１の上端面と本体凹部２１１の上面との間、および、ボス部２２１の下端面と本体凹部２１１の下面との間は、水密にシールされている。これにより、上述の外バッファ空間２１４は、ボス部２２１および浮体本体２１の周囲の空間から隔離され、外バッファ空間２１４に表層海水が進入することが防止される。

図４および図５に示す例では、外バッファ空間２１４は、浮体本体２１の内部において径方向に沿って延びる複数の接続流路２１５を介して、内バッファ空間２１６に接続される。内バッファ空間２１６は、外バッファ空間２１４および複数の接続流路２１５よりも径方向内側に位置する空間である。内バッファ空間２１６は、例えば、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円柱状の空間であり、取水管３の上方に位置する。内バッファ空間２１６の下端部は、取水管３の上端部と接続されており、内バッファ空間２１６、複数の接続流路２１５、および、外バッファ空間２１４には、取水管３の取水口３１（図１参照）から取り込まれた深層海水が満たされている。

水車２２の各羽根２２２の内部には、水車流路２２３が設けられる。水車流路２２３は、羽根２２２の上記端縁（すなわち、自由端縁）から、羽根２２２のボス部２２１との接続部まで、羽根２２２の回転方向前側および後側の側面に沿って延びる。水車流路２２３は、例えば、羽根２２２の上端部から下端部まで広がる。水車流路２２３は、径方向内側の端部においてボス部２２１を貫通して上述の外バッファ空間２１４に接続している。水車流路２２３は、外バッファ空間２１４、複数の接続流路２１５、および、内バッファ空間２１６を介して取水管３に接続されており、水車流路２２３内にも取水管３の取水口３１（図１参照）から取り込まれた深層海水が満たされている。

水車流路２２３は、羽根２２２の上記端縁にて羽根２２２の外部（すなわち、浮体２の外部）に向かって開口している。以下の説明では、羽根２２２の当該端縁に設けられた開口を「吐出口２２４」とも呼ぶ。吐出口２２４は、水車流路２２３の径方向外側の端部に位置し、また、水車２２の径方向外側の端部に位置する。吐出口２２４は、例えば、羽根２２２の当該端縁の上端部から下端部まで上下方向に沿って延びる略スリット状の開口である。なお、吐出口２２４の形状は適宜変化されてよい。例えば、羽根２２２の上記端縁に、上下方向に沿って配列される複数の円形等の吐出口が設けられてもよい。水車流路２２３は、吐出口２２４を除く羽根２２２の表面において（例えば、羽根２２２の上端や下端において）開口していない。

放流システム１では、浮体本体２１の周囲の海水の流れによって水車２２が回転すると、各羽根２２２の水車流路２２３内の深層海水が、遠心力によって吐出口２２４から径方向外方へと吐出される。また、各吐出口２２４からの深層海水の吐出と並行して、外バッファ空間２１４から各水車流路２２３に深層海水が流入し、外バッファ空間２１４には、複数の接続流路２１５を介して内バッファ空間２１６から深層海水が流入する。さらに、内バッファ空間２１６には、取水口３１から取り込まれた深層海水が取水管３を介して流入する。換言すれば、浮体２において水車２２が回転すると、各吐出口２２４から深層海水が吐出されるとともに、取水口３１近傍の深層海水が取水管３を介して汲み上げられて水車流路２２３内へと導かれる。

本実施の形態に係る放流システム１では、取水管３を介して深層海水を汲み上げるためのポンプ、および、当該ポンプを駆動するための発電装置（例えば、燃料油を使用するディーゼルエンジン等の発電機）は設けられないことが好ましい。

放流システム１では、複数の羽根２２２の吐出口２２４から浮体２の周囲へと放射状に吐出された深層海水（すなわち、栄養塩を豊富に含む海水）は、密度流として表層において広い範囲に拡散される。これにより、表層が富栄養化され、新たな漁場が形成される。なお、上記説明では、各吐出口２２４から吐出される海水は、取水管３によって汲み上げられた深層海水のみであるが、これには限定されない。例えば、取水管３によって汲み上げられた深層海水と、浮体本体２１の周囲から取り込まれた表層海水とが、浮体本体２１の内部（例えば、内バッファ空間２１６）にて混合されて混合海水とされ、当該混合海水が各吐出口２２４から吐出されてもよい。

放流システム１では、水車流路２２３は、必ずしも水車２２の羽根２２２の内部に設けられる必要はない。また、浮体２に設けられる垂直軸式の水車２２は、プロペラ型には限定されず、クロスフロー型、サポニウス型、ダリウス型またはジャイロミル型等、他の構造を有するものであってもよい。例えば、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円筒状のクロスフロー型水車の上面に、中心軸Ｊ１から径方向外方へと延びる複数の管路（例えば、略円管状の金属製配管）が設けられ、当該複数の管路のそれぞれが水車流路２２３とされてもよい。この場合、各管路の径方向内側の端部は、上述の内バッファ空間２１６等を介して取水管３と接続され、当該各管路の径方向外側の端部は、水車２２の径方向外側の端部に設けられる吐出口２２４となる。

以上に説明したように、放流システム１は、浮体本体２１と、取水管３と、垂直軸式の水車２２とを備える。浮体本体２１は、係留ライン４１により係留されて海面９１に浮かぶ。取水管３は、浮体本体２１から下方へと延びる。取水管３は、下端部に取水口３１を有する。水車２２は、浮体本体２１に取り付けられて海面９１下に位置する。水車２２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として周方向の一方のみに回転する。水車２２には、水車流路２２３が設けられる。水車流路２２３は、取水管３と接続される。水車流路２２３は、径方向外側の端部に吐出口２２４を有する。放流システム１では、海水の流れによって水車２２が回転することにより、水車流路２２３内の海水が遠心力によって吐出口２２４から吐出されるとともに、取水口３１近傍の海水が取水管３を介して水車流路２２３内へと導かれる。

このように、放流システム１では、浮体本体２１の周囲における海水の流れの向きに関わらず、当該海水の流れを利用して周方向の一方のみに回転する垂直軸式の水車２２を設ける。これにより、上記海水の流れの向きが変動した場合であっても、当該海水の流れを効率良く利用して水車２２を回転させることができる。具体的には、放流システム１は、略同じ方向に流れる海流のみならず、流れの向きが変化する潮流、吹送流、および、波による海水の流れ等も、水車２２の回転に効率良く利用することができる。

さらに、放流システム１では、水車２２の回転による遠心力を利用して、水車流路２２３内の海水を浮体２の周囲に吐出させることができるとともに、表層よりも深い領域の栄養豊富な海水（すなわち、深層海水）を効率良く汲み上げて水車流路２２３に供給することができる。したがって、取水管３を介して海水を汲み上げるためのポンプや、当該ポンプを駆動するための発電装置等を放流システム１から省略することができ、放流システム１の構成およびメンテナンス等を簡素化することができる。また、当該ポンプや発電装置が設けられる場合であっても、当該発電装置を駆動する燃料油等の使用量を低減することができる。その結果、放流システム１の製造および／または運用に要するコストを低減することができる。

上述のように、好ましくは、浮体本体２１は中心軸Ｊ１を中心とする柱状であり、水車２２は浮体本体２１の側面に設けられる。これにより、浮体２の大型化を抑制しつつ、水車２２を海面９１近傍に配置することができる。その結果、海面９１近傍に位置する水車２２の吐出口２２４から、栄養豊富な深層海水を周囲に拡散させることができるため、表層の富栄養化を好適に実現することができる。

上述のように、水車２２は、浮体本体２１の側面から径方向外方へとそれぞれ突出するとともに周方向に配列される複数の羽根２２２を有するプロペラ型の水車であることが好ましい。これにより、浮体本体２１の周囲の海水の流れを、水車２２の回転に効率良く利用することができる。その結果、深層海水の汲み上げを効率良く行うことができる。

上述のように、複数の羽根２２２はそれぞれ、径方向の中央部が水車２２の回転方向に向かって凸となるように湾曲することが好ましい。これにより、浮体本体２１の周囲の海水の流れを、水車２２の回転にさらに効率良く利用することができる。その結果、深層海水の汲み上げをさらに効率良く行うことができる。

上述のように、水車流路２２３は、複数の羽根２２２のそれぞれの内部に設けられることが好ましい。また、吐出口２２４は、複数の羽根２２２のそれぞれの端縁に設けられることが好ましい。これにより、水車流路２２３が羽根２２２の外部に設けられる場合に比べて、水車２２を小型化することができる。その結果、浮体２および放流システム１を小型化することができる。

上述のように、放流システム１では、浮体本体２１のうち、少なくとも海面９１よりも上側の部位は、水車２２の回転から独立していることが好ましい。これにより、浮体本体２１に対する船舶等の接舷、および、浮体本体２１への作業者の乗り込み等を容易とすることができる。また、放流システム１では、浮体本体２１の全体が、水車２２の回転から独立していることがさらに好ましい。これにより、上述のように、浮体２の海底９２への係留を容易とすることができるとともに、浮体本体２１と取水管３との接続構造等を簡素化することもできる。

放流システム１では、図６に示すように、浮体本体２１の内部にポンプ５１が設けられ、水車２２の回転による深層海水の汲み上げ（すなわち、取水管３内の海水の上方への移動）が、当該ポンプ５１によって補助されてもよい。ポンプ５１は、例えば軸流ポンプであり、内バッファ空間２１６内に配置される。ポンプ５１は、通常の状態（すなわち、水車２２の回転による深層海水の汲み上げ流量が所定流量以上である状態）では使用されず、浮体本体２１の周囲の海水の流れが弱くなって当該汲み上げ流量が不足した際等に駆動されて深層海水の汲み上げを補助する。なお、ポンプ５１の種類や配置等は特に限定されず、適宜選択されてよい。

ポンプ５１は、浮体本体２１に設けられた発電装置５２によって生成される電力により駆動される。図６に示す例では、発電装置５２は、浮体本体２１の内部に配置され、図示省略のギアやシャフト等を介して水車２２と機械的に接続される。発電装置５２は、浮体本体２１の周囲の海水の流れによる水車２２の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。換言すれば、発電装置５２は、浮体本体２１の周囲の海水の流れを利用して発電を行う。発電装置５２により生成された電力は、浮体本体２１の内部に配置された蓄電池５３に蓄えられる。そして、水車２２の回転による深層海水の汲み上げ流量が上記所定流量未満になると、蓄電池５３に蓄えられた電力がポンプ５１に供給され、ポンプ５１が駆動されて深層海水の汲み上げを補助する。

このように、放流システム１は、浮体本体２１の周囲の海水の流れを利用して発電を行う発電装置５２と、発電装置５２によって生成される電力により駆動されて取水管３内の海水の上方への移動を補助するポンプ５１と、をさらに備えることも好ましい。これにより、浮体本体２１の周囲の海水の流れが弱くなった場合であっても、深層海水の汲み上げ流量の不足を抑制または防止することができる。また、発電装置５２は、水車２２の回転を利用して発電を行うことが好ましい。これにより、当該発電に係る構成を簡素化することができる。

なお、発電装置５２による発電は、水車２２の回転による深層海水の汲み上げ流量が上記所定流量よりも多い所定の閾値以上である場合のみ行われ、当該閾値未満である場合は停止されることが好ましい。これにより、浮体本体２１の周囲の海水の流れが比較的弱い場合、当該海水の流れを発電には利用せず、深層海水の汲み上げのみに利用することができる。その結果、深層海水の汲み上げ流量の不足を好適に抑制することができる。

発電装置５２は、必ずしも水車２２の回転を利用して発電を行う必要はない。例えば、水車２２とは別の発電用水車が浮体本体２１に取り付けられ、浮体本体２１の周囲の海水の流れによる当該発電用水車の回転エネルギーが、発電装置５２により電気エネルギーに変換されてもよい。また、発電装置５２は、浮体本体２１の周囲の海水の流れに代えて、あるいは、当該海水の流れに加えて、他の再生可能エネルギーを利用して発電を行ってもよい。当該他の再生可能エネルギーとしては、例えば、太陽光、風力、および／または、表層海水と深層海水との温度差（いわゆる、海洋温度差）等が利用可能である。これらの場合であっても、上記と略同様に、深層海水の汲み上げ流量の不足を抑制または防止することができる。

上述の放流システム１では、様々な変更が可能である。

例えば、水車２２では、全ての羽根２２２に水車流路２２３および吐出口２２４が設けられる必要はなく、複数の羽根２２２のうち、一部の羽根２２２のみに水車流路２２３および吐出口２２４が設けられてもよい。また、吐出口２２４は、羽根２２２の内部に設けられた水車流路２２３の径方向外側の端部に位置していれば、必ずしも羽根２２２の端縁に設けられる必要はなく、羽根２２２の端縁以外の部位（例えば、羽根２２２の回転方向前側および／または後側の側面において、当該端縁よりも径方向内側の部位）に設けられてもよい。水車２２では、水車流路２２３は、必ずしも羽根２２２の内部に設けられる必要はなく、羽根２２２の外部に設けられてもよい。例えば、羽根２２２の上端縁に沿って延びる管路（例えば、略円管状の金属製配管）が、羽根２２２の上端部に取り付けられ、当該管路が水車流路２２３とされてもよい。この場合、当該管路の径方向外側の端部開口が吐出口２２４となる。

水車２２は、必ずしも浮体本体２１の側面に取り付けられる必要はなく、浮体本体２１の他の部位に取り付けられてもよい。例えば、水車２２は、浮体本体２１の下端部に取り付けられ、浮体本体２１よりも下方にて取水管３を取り囲むように配置されてもよい。

浮体本体２１の形状および大きさ等は、上記例には限定されず、様々に変更されてよい。また、浮体本体２１は必ずしも水車２２の回転から独立している必要はなく、例えば、浮体本体２１の一部（例えば、海面９１よりも下側の部位）、または、浮体本体２１の全体が、浮体本体２１の周囲の海水の流れによって回転する水車２２と共に回転するように構成されてもよい。

水車２２の形状は、上記例には限定されず、様々に変更されてよい。例えば、図７に示すように、羽根２２２とは形状が異なる羽根２２２ａを備えるプロペラ型の水車２２ａが、水車２２に代えて浮体本体２１の側面に取り付けられてもよい。水車２２ａでは、上記例と略同形状のボス部２２１の外側面から、複数の羽根２２２ａが径方向外方へと延びる。換言すれば、複数の羽根２２２ａは、浮体本体２１の側面から径方向外方へとそれぞれ突出する。図７に示す例では、４枚の羽根２２２ａが略９０°間隔にて周方向に配列されている。また、複数の羽根２２２ａの大きさおよび形状は略同じである。なお、複数の羽根２２２ａの数は４枚には限定されず、適宜変更されてよい。

各羽根２２２ａは、第１部位２２５と、第２部位２２６とを備える。第１部位２２５は、上下方向に略平行に広がる略平板状の部位であり、平面視において、ボス部２２１から径方向に沿って略直線状に延びる。第１部位２２５は、好ましくは径方向に略平行に延びるが、径方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。第２部位２２６は、上下方向に略平行に広がる略平板状の部位であり、第１部位２２５の径方向外側の端部に接続される。第２部位２２６は、平面視において、第１部位２２５の径方向外側の端部から水車２２ａの回転方向の後側に略直線状に延びる。平面視において、羽根２２２ａの第１部位２２５と第２部位２２６との成す角度は、例えば略９０°である。当該角度は、様々に変更されてよい。第２部位２２６のうち第１部位２２５とは反対側の端部（すなわち、羽根２２２ａの端縁）には、上記と同様の吐出口２２４が設けられており、水車２２ａが回転すると、各羽根２２２ａの内部に設けられた水車流路（図示省略）内の深層海水が、遠心力によって吐出口２２４から周囲に吐出される。放流システム１では、水車２２ａが水車２２（図３参照）に代えて設けられる場合も、上記と略同様に、浮体本体２１の周囲の海水の流れを、水車２２ａの回転に効率良く利用することができる。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 放流システム
３ 取水管
２１ 浮体本体
２２，２２ａ 水車
３１ 取水口
４１ 係留ライン
５１ ポンプ
５２ 発電装置
９１ 海面
２２２，２２２ａ 羽根
２２３ 水車流路
２２４ 吐出口
Ｊ１ 中心軸

Claims (8)

1. 放流システムであって、
   係留ラインにより係留されて海面に浮かぶ浮体本体と、
   前記浮体本体から下方へと延びるとともに下端部に取水口を有する取水管と、
   前記浮体本体に取り付けられて海面下に位置するとともに上下方向を向く中心軸を中心として周方向の一方のみに回転する垂直軸式の水車と、
   を備え、
   前記水車には、前記取水管と接続されるとともに径方向外側の端部に吐出口を有する水車流路が設けられ、
   海水の流れによって前記水車が回転することにより、前記水車流路内の海水が遠心力によって前記吐出口から吐出されるとともに、前記取水口近傍の海水が前記取水管を介して前記水車流路内へと導かれることを特徴とする放流システム。
2. 請求項１に記載の放流システムであって、
   前記浮体本体は、前記中心軸を中心とする柱状であり、
   前記水車は、前記浮体本体の側面に設けられることを特徴とする放流システム。
3. 請求項２に記載の放流システムであって、
   前記水車は、前記浮体本体の側面から径方向外方へとそれぞれ突出するとともに周方向に配列される複数の羽根を有するプロペラ型の水車であることを特徴とする放流システム。
4. 請求項３に記載の放流システムであって、
   前記複数の羽根はそれぞれ、径方向の中央部が前記水車の回転方向に向かって凸となるように湾曲することを特徴とする放流システム。
5. 請求項３または４に記載の放流システムであって、
   前記水車流路は、前記複数の羽根のそれぞれの内部に設けられ、
   前記吐出口は、前記複数の羽根のそれぞれの端縁に設けられることを特徴とする放流システム。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の放流システムであって、
   前記浮体本体のうち、少なくとも海面よりも上側の部位は、前記水車の回転から独立していることを特徴とする放流システム。
7. 請求項６に記載の放流システムであって、
   前記浮体本体の全体が、前記水車の回転から独立していることを特徴とする放流システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の放流システムであって、
   前記浮体本体の周囲の海水の流れを利用して発電を行う発電装置と、
   前記発電装置によって生成される電力により駆動されて前記取水管内の海水の上方への移動を補助するポンプと、
   をさらに備えることを特徴とする放流システム。

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