JP4504217B2

JP4504217B2 - 海水撹拌装置

Info

Publication number: JP4504217B2
Application number: JP2005032970A
Authority: JP
Inventors: 保人片岡
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: JP2006218376A

Description

本発明は、港湾、海岸、漁港等に設置され、海水を撹拌する海水撹拌装置に関する。

海水の入れ替わりが緩慢な閉鎖性海域では、海水の密度成層の形成を概念的に示す断面図の図１１に示すように、河川流入や降水等による淡水が滞留しやすい上、太陽光等により表層水の水温が上昇しやすいため、表層の海水密度が小さくなる傾向にある。これが進行すると表層と底層の海水密度差が大きくなり、いわゆる密度成層が形成される。

この密度成層によって、底層では水面からの酸素の供給が遮断され、かつ有機物の分解や海底の泥に生息するバクテリア等により酸素が消費され貧酸素状態になる。また、プランクトンの死骸や動物プランクトンの糞等は底層域に沈降していき、そこで分解されて栄養塩（主に窒素とリン）に戻る。

このため、底層域では貧酸素状態、富栄養化状態にある。逆に、表層域では酸素が多く含まれ、栄養塩が少ない状態にある。このような密度成層の停滞により、底層域では嫌気性となって、底泥が還元性分解を起こし硫化物を生ずる。このような水質問題に対して、鉛直撹拌を促進し得る海水撹拌技術が求められている。

従来の鉛直撹拌を促進する海水撹拌技術としては、海底に設置したエアレーション装置に空気圧縮機により送気管を介してエアを送り、気泡の上昇に伴う気泡ポンプ作用で海水の鉛直撹拌を促進させる方法（例えば、特許文献１の図４参照）や、海水ポンプを用いて海水を強制的に循環するシステム（例えば、特許文献２参照）、あるいは船舶用インペラを回転させ、表層水を強制的に底層に送り込む方法（例えば、非特許文献１参照）等がある。しかしながら、これらの装置は電力等の動力エネルギーを必要とし、大型で複雑な構造であるため、高価でメンテナンスが容易ではないという欠点を有する。

このような欠点に対して、波動によるフロートの昇降に従いシリンダー内のピストンが上下することにより、底層の海水を上層に汲み上げる係留型波力式揚水装置や波力ポンプが提案されている（例えば、特許文献１および３参照）。しかしながら、この係留型波力式揚水装置や波力ポンプは、海藻等のごみ類がシリンダー内に詰まり、ポンプ作用を果たさなくなったり、ヒンジ部やジョイント部、あるいはピストンとシリンダー間の摺動部を有するため、これら部材の磨耗による耐久性や摺動部のシール性を維持できないという問題点を有していた。また、構造が複雑なため台風等の大波浪時に対する装置要部の強度確保上、重厚な構造が必要であった。

更に、係留型波力式揚水装置においては、気水領域に装置要部があるため、これらの耐腐食性にも問題を有していた。更にまた、波力ポンプについては、ストレーナや配管に目詰まりが発生するという問題点を有していた。
実開平６−１２７６５号公報特開２００２−６６５９３号公報特公平８−６６７７号公報五洋建設ニュースリリース（URL:http://www.penta-ocean.co.jp/news/d-news20040614.html）

従って、本発明の目的は、電力等の動力エネルギーを必要とすることなく、簡便な構造を有するとともにメンテナンスが容易で、かつ安価な鉛直撹拌を促進し得る海水撹拌装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る海水撹拌装置が採用した手段は、海水の鉛直撹拌を促進する海水撹拌装置であって、海水面に浮上し、波動に追従して波動エネルギーを上下運動に変換する波力受動手段と、この波力受動手段の上下運動を後記海水撹拌具に伝達する波力伝達手段と、この波力伝達手段を介して前記波力受動手段に連結されて、前記波力受動手段の上下運動により引き上げられ、かつ沈降して海水を鉛直撹拌する海水撹拌具とを備えると共に、前記波力受動手段の浮遊範囲を規制する係留手段を備えてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、頂部を下方に向けた円錐形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、円板形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、頂部を上方に向けた円錐形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、開口部を下方に向けた皿形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項６に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、開口部を上方に向けた皿形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項７に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項２乃至６のうちの何れか一つの項に記載の海水撹拌装置において、前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定された複数個の撹拌部材とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項８に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項２乃至７のうちの何れか一つの項に記載の海水撹拌装置において、前記撹拌部材が、複数の海水流通穴を有することを特徴とするものである。

本発明の請求項９に係る海水撹拌装置が採用した手段は、請求項１乃至８のうちの何れか一つの項に記載の海水撹拌装置において、前記係留手段が、前記波力受動手段と直接的あるいは間接的にその一端を連結された係留ロープと、前記係留ロープの他の一端を係合されて、海底に着底するシンカーもしくは固定手段とからなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１乃至９に係る海水撹拌装置によれば、海水面の波動エネルギーを波力受動手段により上下動に変換し、この波力受動手段と波力伝達手段を介して連結されて、前記波力受動手段の上下動により引き上げられ、かつ沈降して海水を撹拌する海水撹拌具に伝達することにより、表層と底層の海水を鉛直撹拌、循環させて、海底の水質を浄化改善することができる。かつまた、前記波力受動手段の浮遊範囲を規制する係留手段を備えることにより、潮流や風等により装置全体が流されることがない。

また、本発明の請求項１乃至９に係る海水撹拌装置は、波動エネルギーを利用するため電気や圧縮空気等の動力源を必要とせず、かつ従来装置のように摺動部がないのでメンテナンスの必要がない（メンテナンスフリー）。更に、本発明の請求項１乃至７に係る海水撹拌具は、海水中に沈降しているため、台風等の大波浪に直接曝され破損する恐れも少ない。

更にまた、本発明の請求項７に係る海水撹拌装置によれば、前記海水撹拌具が、係合部を有するロッドとこのロッドに固定された複数個の撹拌部材とからなることから、一個の撹拌部材を有する海水撹拌装置の場合より、より効率的に海水の撹拌を促進できる。

また、本発明の請求項８に係る海水撹拌装置によれば、撹拌部材に複数の海水流通穴が設けられていて流動抵抗が小さくなるから、海水面の波動エネルギーを波力受動手段により上下動に変換し、この波力受動手段と波力伝達手段を介して連結された海水撹拌具が、前記波力受動手段の上下動により引き上げられ、かつ沈降して海水を撹拌する際、速やかに沈降させることができる。また、この海水流通穴によって、より効果的に海水の撹拌を促進させることができる。

以下、本発明に係る海水撹拌装置を、その実施の形態を挙げて添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る海水撹拌装置の斜視図である。

先ず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る海水撹拌装置の構成を説明する。即ち、図に示す符号１は、海水面に浮上し波動Ｗの波動エネルギーを上下運動に変換するための波力受動手段であるフロートであって、このフロート１は、後述する構成になる海水撹拌具１０と、波力伝達手段であるワイヤー４によって、各々の係合部７ａ、７ｂに連結され、フロート１の上下運動を海水撹拌具１０に伝達せしめる構成を成している。

前記海水撹拌具１０は、係合部７ｂを有するロッド３と、このロッド３の先端に固定された撹拌部材２からなる。この撹拌部材２は、頂部を下方に向けた円錐形状に形成され、フロート１から伝達された上下動に伴う海水の流動抵抗を軽減せしめる海水流通穴１１を有する。海水撹拌具１０の材質は、激しい揺動に耐えかつフロート１の上下動に追従して速やかに下降せしめるため、ある程度の重量を必要とし金属製が好ましい。

符号１２は、前記フロート１の浮遊範囲を規制する係留手段であって、海水撹拌具１０の係合部７ｂにその一端を係合された係留ロープ６と、この係留ロープ６の他の一端を係合部７ｃに係合されて、海底に着底するシンカー５とから構成される。係留ロープ６の長さは、投入する海域の深さにより、潮位の干満を吸収できるよう余裕のある適切な長さとすることが肝要である。

この形態の場合には、波力受動手段がフロートである場合を例として説明したが、例えば、プラスチックや金属製の中空球面体や多孔体で構成された浮き等を用いることもできる。また、前記形態の場合には、波力伝達手段がワイヤーである場合を例として説明したが、例えば、ロープ、鎖、バネや金属もしくはプラスチック製の棒等を用いても良い。

前記実施の形態１では、海水撹拌具１０の撹拌部材２を、頂部を下方に向けた円錐形状に形成したもので示したが、本発明の実施の形態２に係る海水撹拌装置の斜視図の図２に示すように、海水流通穴１１を有する円板形状の撹拌部材２２としても良い。

この海水撹拌部材のその他の形態を示すならば、本発明の実施の形態３に係る海水撹拌装置の海水撹拌具を図３に示すように、頂部を上方に向けた円錐形状の撹拌部材３２としても良く、本発明の実施の形態４に係る海水撹拌装置の海水撹拌具を図４に示すように、開口部を下方に向けた皿形状の撹拌部材４２としても良く、また、本発明の実施の形態５に係る海水撹拌装置の海水撹拌具を図５に示すように、開口部を上方に向けた皿形状の撹拌部材５２で形成しても良い。

上記図１〜５に示した撹拌部材２、２２、３２、４２、５２においては、上方より平面上に投影した外周形状が全て円形に形成していたが、５角形、６角形、８角形等円形に近似する形状であっても良い。また、上記図３〜５に示した撹拌部材３２、４２、５２においては、海水流通穴１１を省略して示したが、必要により設けることもできる。この海水流通穴１１は、製作のし易さから円形状が好ましいが、四角形状や切欠き状の形状にすることもできる。

更に、上記図１〜５に示した海水撹拌具１０においては、ロッド３に一つの撹拌部材を固定していたが、複数個の撹拌部材を固定することにより、撹拌効果を高めることもできる。例えば、前記ロッド３の長手方向に所定の間隔をおいて、複数個の撹拌部材を固定したり、ロッド３を複数に分岐して、その各々に撹拌部材を固定することもできる。

更にまた、図１を用いて説明した実施の形態１では、係留ロープ６によって、海水撹拌具１０の係合部７ｂにその一端を係合し、他の一端をシンカー５の係合部７ｃに係合して、ワイヤー４を介してフロート１を間接的に連結することにより、当該フロート１の浮遊範囲を規制していたが、本発明の実施の形態６に係る海水撹拌装置の斜視図を図６に示すごとく、係留ロープ６によって、フロート１の係合部７ａにその一端を係合し、他の一端をシンカー５の係合部７ｃに係合して、直接的にフロート１に連結しその浮遊範囲を規制することもできる。

また、図は省略するが、係留ロープ６によってシンカー５の係合部７ｃとワイヤー４とを係合し、間接的にフロート１を連結しても良い。更に、シンカー５の代わりに、海底に打ち込まれた固定手段、例えば鋼製杭やコンクリートパイルを用いたり、既存の橋脚、岸壁やブイを固定手段として用いて、係留ロープ６と併せ係留手段１２を構成しても良い。

更にまた、前記フロート１と係留ロープ６とを兼用するロープ状やホース状の浮きを用い、橋脚やブイに係留することもできる。

以上、本発明の請求項１乃至９に係る海水撹拌装置によれば、海水面の波動エネルギーをフロートにより上下動に変換し、このフロートとワイヤーを介して連結されて、前記フロートの上下動により引き上げられ、かつ沈降して海水を撹拌する海水撹拌具に伝達することにより、表層と底層の海水を鉛直撹拌、循環させて海底の水質を浄化改善することができる。かつまた、前記フロートの浮遊範囲を規制する係留手段を備えることにより、潮流や風等により装置全体が流されることがない。

また、本発明の請求項１乃至９に係る海水撹拌装置は、波動エネルギーを利用するため電気や圧縮空気等の動力源を必要とせず、かつ従来装置のように摺動部がないのでメンテナンスの必要がない（メンテナンスフリー）。更に、撹拌具は海水中に沈降しているため、台風等の大波浪に直接曝され破損する恐れも少ない。

また、本発明の請求項８に係る海水撹拌装置によれば、撹拌部材に複数の海水流通穴が設けられていて流動抵抗が小さくなるから、海水面の波動エネルギーをフロートにより上下動に変換し、このフロートとワイヤーを介して連結された海水撹拌具が、前記フロートの上下動により引き上げられ、かつ沈降して海水を撹拌する際、速やかに沈降させることができる。また、この海水流通穴によって、より効果的に海水の撹拌を促進させることができる。

次に、図７〜１０を用いて本発明の実施例を説明する。図７は、本発明の実施例を示す斜視図であって、長さ１ｍ、幅１ｍ、高さ１．２ｍの透明アクリル板で作成した水槽に、水深１ｍまで水を入れ、本発明に係る海水撹拌装置の下記撹拌具モデルの下端位置が、水槽中央部の水深５０ｃｍになるよう紐で吊るした。

撹拌具モデルは、図１の実施の形態１に示した形状を有するもので、これをその模式的側面図の図８に示す。ここで、撹拌具直径ｂ＝５ｃｍ、撹拌具高さｈ＝５ｃｍ、撹拌部材の傾斜角θ＝３０度とし、撹拌部材には直径１ｃｍの海水流通穴を、開孔率ε＝１０％程度となるよう開孔した。

前記水槽に、撹拌時の水の流動状態を可視化するために、平均直径０．５ｍｍのポリスチレン粒子を混入し、撹拌具モデルを上下に±５ｃｍ（全振幅１０ｃｍ）周期的に揺動させて、その時の水槽内の流れ状態を観察した。

その結果は、撹拌状態説明図の図９に示す通りである。撹拌具モデルの上下動により、水槽内に鉛直撹拌流が生じ、当該撹拌流の範囲を平面上に投影した最外周の直径は約５０ｃｍ、即ち撹拌具直径ｂの約１０倍（＝１０ｂ）となることが判った。

また、他の実施例として、上記撹拌具モデルの紐にフロートを連結し、底面に砂を分散堆積させた長水路中に浮かべ、波を起こして実験した結果は、鉛直撹拌流による堆積砂の変化説明図の図１０に示す通りである。この図１０によれば、撹拌具モデルの鉛直撹拌流により、最初底面に分散堆積していた砂の層が長楕円形状に拡散しているのが認められ、撹拌効果があることが判る。

上記実施例の結果から、実海域に使用する本発明の海水撹拌装置の撹拌具直径ｂは５０ｃｍ〜１００ｃｍ程度になるため、実際に生ずる鉛直撹拌流の最外周直径はその約１０倍の５〜１０ｍの範囲となると考えられる。本発明の海水撹拌装置は、撹拌したい範囲に応じた基数を実海域に投入すれば良い。また、実海域では、風波や船舶の曳航波によって当該撹拌具が上下に揺動することになる。尚、本発明は、海水域で使用する海水撹拌装置として説明したが、淡水域にも適用可能なことは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る海水撹拌装置の斜視図である。本発明の実施の形態２に係る海水撹拌装置の斜視図である。本発明の実施の形態３に係る海水撹拌装置の撹拌具の斜視図である。本発明の実施の形態４に係る海水撹拌装置の撹拌具の斜視図である。本発明の実施の形態５に係る海水撹拌装置の撹拌具の斜視図である。本発明の実施の形態６に係る海水撹拌装置の斜視図である。本発明の実施例を示す斜視図である。本発明の実施例に用いた撹拌具モデルの模式的側面図である。本発明の実施例の結果を示す撹拌状態説明図である。本発明の他の実施例を示す鉛直撹拌流による堆積砂の変化説明図である。海水の密度成層の形成を概念的に示す断面図である。

符号の説明

Ｗ…波動
１…フロート
２，２２，３２，４２，５２…撹拌部材
３…ロッド
４…ワイヤー
５…シンカー
６…係留ロープ
７ａ，７ｂ，７ｃ…係合部
１０…海水撹拌具
１１…海水流通穴
１２…係留手段

Claims

海水の鉛直撹拌を促進する海水撹拌装置であって、
海水面に浮上し、波動に追従して波動エネルギーを上下運動に変換する波力受動手段と、
この波力受動手段の上下運動を後記海水撹拌具に伝達する波力伝達手段と、
この波力伝達手段を介して前記波力受動手段に連結されて、前記波力受動手段の上下運動により引き上げられ、かつ沈降して海水を鉛直撹拌する海水撹拌具とを備えると共に、
前記波力受動手段の浮遊範囲を規制する係留手段を備えてなることを特徴とする海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、頂部を下方に向けた円錐形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、円板形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、頂部を上方に向けた円錐形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、開口部を下方に向けた皿形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定され、開口部を上方に向けた皿形状に形成された撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記海水撹拌具が、前記波力伝達手段が係合される係合部を有するロッドと、このロッドに固定された複数個の撹拌部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の海水撹拌装置。
前記撹拌部材が、複数の海水流通穴を有することを特徴とする請求項２乃至７のうちの何れか一つの項に記載の海水撹拌装置。
前記係留手段が、前記波力受動手段と直接的あるいは間接的にその一端を連結された係留ロープと、前記係留ロープの他の一端を係合されて、海底に着底するシンカーもしくは固定手段とからなることを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一つの項に記載の海水撹拌装置。