JP4886347B2 - 水資源貯蔵器 - Google Patents

Description

この発明は水資源貯蔵器に係り、特に、比較的小型の筺体内に自然力を活かして水を容易に充填させることができ、移送・保管の途中での水質劣化や蒸発を有効に防止可能で、しかも使用後における環境負荷がほとんど生じない水資源貯蔵器に関する。

水は生物の生存にとって必要不可欠であることはもちろん、農業や工業といった産業上の利用価値も極めて高い物質であることは論を待たないが、現在、地球的規模で水資源の偏在化が問題となっている。
すなわち、水害によって大きな被害が発生する地域がある一方、大規模な干ばつによって農作物の生育に深刻な影響が及んでいる地域もある。
また、同一地域内であっても、季節によって降水量にバラツキが大きい場合には、水害と水不足を繰り返すこととなる。
地球温暖化やエルニーニョ現象等に起因する異常気象の影響で、水資源の偏在性は今後ますます深刻化していくことが予想される。

このような水資源の偏在現象は、本来、水資源の豊富な（あるいは過剰な）地域から欠乏している地域へタイムリーに移送したり、雨期における雨水を乾期まで保存しておくことができれば解消することである。
しかしながら、水には、(1)様々な物質が溶け込みやすい、(2)微生物等が繁殖しやすい、(3)流出や蒸発によって消失しやすい、といった特性があるため、品質や状態を維持したまま長距離を輸送したり長時間保管するには大きなコストが掛かることとなる。

もちろん、現在でも自国の豊富な水資源を重要な戦略物質と位置付け、水不足に悩む国や地域に積極的に輸出する動きがみられるが、このような高価な水を購入できるのは産油国等の一部の富裕国に限られ、先進国の援助に頼る発展途上国の住民が入手することは困難である。
また、現在行われている水の輸出は、大型タンカー等を利用して大きな水の塊として取り引きされているため、例え発展途上国に搬送されたとしても、個々の住民レベルまで行き渡らせるためには、上水道施設や給水車等を手配する必要があり、大きな資金が必要となる。
初めからペットボトルやポリタンク等に水を小分けして発展途上国に搬送すれば、通常の鉄道輸送やトラック輸送によって住民に届けることができるが、水を個々の容器に充填させる時点で大きな手間とコストが掛かることとなる。
さらに、内部の水を使用し終えた後には、大量の容器の処分問題が生じることとなり、不法投棄による環境破壊が懸念される。

この発明は、上記従来の問題点を解決するために案出されたものであり、自然界に存在する水資源を容易に充填することができると共に、品質の劣化や状態変化を極力排しつつ長距離の輸送や長期間の保管を可能とし、さらに使用後には容易に処分可能な水資源貯蔵器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の水資源貯蔵器は、開口部を備えた筺体と、該筺体内に収納された中綿と、上記開口部を覆う網状蓋部材（多孔板よりなる蓋部材でも可）とを備え、上記筺体は生分解性プラスティックよりなり、上記中綿は有機性の超吸水性樹脂よりなる水資源貯蔵器であって、さらに、上記筺体は相互に積層可能な形状を備えており、上層に配置された筺体の開口部から溢れ出た水を下層に配置された筺体の開口部に導くための水路を表面に備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の水資源貯蔵器は、請求項１の水資源貯蔵器であって、さらに上記筺体が透明であり、内部に水溶性の顔料が収納されていることを特徴としている。

請求項１に記載の水資源貯蔵器によれば、屋外に放置しておくだけで雨水等を開口部から筺体内に導くことができる。
しかも、筺体内に取り込まれた水は超吸水性樹脂よりなる中綿によって捕捉される構造であるため、移送中や保管中における蒸発、腐敗を有効に抑えることができる。
さらに、筺体、網状蓋部材は生分解性プラスティックよりなり、また中綿は有機性の超吸水性樹脂によって構成されているため、使用後には土中あるいは水中の微生物によって分解可能であり、環境に対する負荷を最小限に抑えることができる。

請求項２に記載の水資源貯蔵器の場合、筺体が透明に形成されると共に、内部に水溶性の顔料が配置されているため、筺体の外部から中綿の膨張度を視認することが可能となり、間接的に水の充填度を把握することが可能となる。

図１は、この発明に係る第１の水資源貯蔵器10を示す断面図である。
この第１の水資源貯蔵器10は、ほぼ直方体形状の筺体12を備えており、筺体12内には中綿14と水溶性の顔料16とが配置されている。
また、筺体12の上面12ａには開口部18が形成されており、この開口部18には網状蓋部材20が装着されている。

上記中綿14は、超吸水性樹脂によって構成されている。
この超吸水性樹脂は、例えばポリグルタミン酸高分子よりなり、蒸留水に対しては自重の約5,000倍もの保水性を備えている。このポリグルタミン酸高分子は、納豆の糸の主成分であるγ−ポリグルタミン酸にγ線を照射するか、エポキシ樹脂を用いて反応させることによって得られる。

上記筺体12は、土中や水中の微生物によって水と二酸化炭素に分解される生分解性プラスティックによって構成されている。
現在、この生分解性プラスティックとして様々なものを選択し得るが、ここではポリ−Ｌ乳酸を用いている。この生分解性プラスティックはサトウキビを原料に作られるが、生ゴミに水を加えて細かく砕いた後に乳酸菌を添加して発酵させることによって生成することもでき、この場合には菌がゴミを分解して作り出す乳酸菌がプラスティックとして有効利用されるものである。
筺体の色彩について特に限定はないが、無色透明あるいは半透明であることが望ましい。
また、上記網状蓋部材20も生分解性プラスティックによって構成されている。

つぎに、この第１の水資源貯蔵器10の利用方法について説明する。
まず、水の充填段階においては、図示の通り開口部18を上向きにして屋外（例えばビルの屋上や空き地、ベランダ等）の地面21あるいは床面に載置する。
この際、各筺体の上面12ａに他の筺体12を積み上げることもできるが、互いの開口部18を閉塞しないように配置される。
この状態で雨が降ると、各筺体12の開口部18から雨水22が内部に自然に注ぎ込まれ、中綿14に吸収される。雨水を吸収することによって中綿14は膨張し、やがて筺体12内に充満することとなるが、開口部18は網状蓋部材20によって閉塞されているため、外部に飛び出すことはない。
この際、雨水に溶けた顔料16が中綿14に染み込み、筺体12の内壁面に張り付くこととなる。上記のように筺体は透明あるいは半透明であるため、外部から筺体12内における中綿14の膨張度を認識することが可能となる。

筺体12内において中綿14が膨張し切った時点で、この第１の水資源貯蔵器10の内部に貯蔵された水資源の利用段階に入ることとなる。
まず、最もシンプルな利用法としては、そのまま充填場所に放置することが挙げられる。すなわち、内部に水が充満した第１の水資源貯蔵器10をビルの屋上等に敷き詰めておくだけで、気化潜熱による冷却効果が期待でき、夏場におけるエアコンの電力消費量を低減することが可能となる。

あるいは、図２に示すように、網状蓋部材20の凹部に腐葉土24を充填させ、植物の球根26や種子を植えることが挙げられる。やがて球根26や種子は発芽し、腐葉土24中の養分と中綿14中の水分を吸収して生育する。もしくは、中綿14に水耕栽培に必要な栄養素を封入してもよい。
この第１の水資源貯蔵器10を乾燥地帯や農耕不適格地帯に運び込めば、これら不毛の土地で農作物を収穫するといったことも現実のものとなる。根が十分に生育・伸長したものは、荒地でも植生しやすい。
もちろん、ビルの屋上やベランダにおいて、鑑賞用の植物を植えることも可能である。

他の利用法としては、図３に示すように、第１の水資源貯蔵器10の開口部18を下に向けて地面21に埋設することが考えられる。筺体12は生分解性プラスティックで形成されているため、地面21と接した部分が徐々に分解されて内部の中綿14が地面21に接触することとなり、内部に貯蔵した水分が土中に浸透する。この結果、乾いた土地に水分を補給することが可能となる。
生分解性プラスティックは、空気に触れている限り分解しないため、筺体の他の部分は比較的長く原型が維持され、内部の水分が蒸発することを防止できる。
もちろん、最終的には筺体12及び網状蓋部材20は自然に分解されて後に残らない。中綿14も有機性素材よりなるため、土中で自然分解される。

この第１の水資源貯蔵器10にあっては、直方体形状の筺体12単位で水資源が貯蔵されるため、運搬や保管が容易であるのみならず、満杯状態における重量の計算が容易となる利点がある。ビルの屋上に貯蔵器10を設置するとなると、単位面積当たりの限界荷重を越えないように配慮する必要があるが、「積層された貯蔵器10の個数×１個当たりの満杯時重量」によって簡単に荷重を計算することが可能となる。

また、内部に貯められた水分は、中綿14の分子構造中に取り込まれているため、運搬途中で腐敗しにくく、こぼれることもない。
水分の蒸発を最小限に抑えるため、開口部18に生分解性プラスティック製の密閉蓋を重ねるように構成してもよい。

都市部における治水対策の一環として、横浜市においては500m²以上の事業所や住宅に対して調整池の設置を義務付けており、例えば、ファミリーレストランの建築の際、その駐車場を10cm掘り下げて50ｔ以上の水を貯められる調整池とするよう義務付けられている。
結局、貯水池用のスペースに限りのある都市部においては、各戸に貯水槽を設置する等して広く薄く水を溜めることで河川への負荷を減らすことが最も有効な対策と考えられているが、この第１の水資源貯蔵器10を各家庭や職場に普及させることが有効な治水対策（都市型洪水予防策）となり得る。

上記のように複数の貯蔵器10を積み上げて設置することができるが、その際に筺体12間を着脱自在に連結するための適当な係合手段を設けてもよい。
また、図４に示すように、各筺体12の上面12ａに水路としての溝部30を形成することもできる。この結果、最上層に位置する貯蔵器10内が満杯状態となり、開口部18から溢れ出た水は、いわゆる「ワイングラスタワー」と同様に溝部30を伝って下層の貯蔵器10に注がれ、最終的には全ての貯蔵器10内に水が充填される。

図５は、この発明に係る第２の水資源貯蔵器60を示す断面図である。
この第２の水資源貯蔵器60は、ほぼ球形状の筺体62を備えており、筺体62内には超吸水性樹脂よりなる中綿14と、水溶性の顔料16が収納されている。
筺体62は、多孔性の生分解性プラスティックより構成されている。

この第２の水資源貯蔵器60の場合、筺体62自体に微細な貫通孔が無数に形成されているため、特別な開口部を設けることなく、内部に水を貯めることが可能となる。
例えば、ビルの隙間や屋上に適当に並べて放置しておくだけで、雨水が筺体62の内部に浸透していく。あるいは、河川や湖沼に投入するだけで、周囲の水を吸収することができる。
そして、この水分を吸って中綿14が徐々に膨張していく。また、この際に顔料16が水に溶け出すため、中綿14が着色される。
したがって、筺体62を無色透明に形成しておけば、外部から内部における水分の充填具合を容易に視認することが可能となる。

この第２の水資源貯蔵器60の利用方法としては、例えば以下のものが考えられる。
(1) 土壌改良材
例えば、富栄養化の進んだ湖沼に多数の貯蔵器を投入して水分を内部に充填させた上で、痩せた土地に持ち込んで土中に埋設する。この結果、生分解性プラスティックよりなる筺体62が徐々に分解され、内部に封じ込められた栄養価の高い水分が土中に吸収されることとなる。
あるいは、酸性度の強い湖沼の水分を吸収させた貯蔵器60をアルカリ度の強い土地に運び、土中に埋設させることで中和を図ることもできる。
(2) 消火材
筺体62が球形であるため、比較的小型に形成した多数の貯蔵器60を消防車のホースで吸い込み、次々と射出することが可能となる。この目的に用いる場合には、筺体60の内部に予め消火効果を促進させる添加剤を充填させておくことが望ましい。
これまでは消防車によって放水することで消火が行われてきたが、水自体は液体であるため構造物の隙間から流出し易いという特性があり、消火手段としては手軽である反面、非効率的であった。また、放水によって周辺住宅に深刻な二次災害（消防水害）が発生するという問題もあった。
これに対し、この第２の水資源貯蔵器60にあっては、固体中に水分が封じ込められているため流出しにくく、また消防水害が発生する危険性もほとんどない。

この第２の水資源貯蔵器60にあっては、筺体62に設けられた微細孔における毛細管現象を通じて水分を内部に取り込むことが基本であるが、短時間で充填を完了させる必要がある場合には、大きめの開口部やスリットを筺体62に形成することもできる。
なお、一旦内部に充填された水分は、超吸水性樹脂よりなる中綿14の分子構造中に取り込まれるため、開口部やスリットから漏出することはない。もちろん、生分解性プラスティック等よりなる封着テープによって、これらを液密に封止することもできる。

この発明に係る第１の水資源貯蔵器の構造を示す断面図である。 第１の水資源貯蔵器の利用例を示す断面図である。 第１の水資源貯蔵器の他の利用例を示す断面図である。 第１の水資源貯蔵器の変形例を示す斜視図である。 この発明に係る第２の水資源貯蔵器の構造を示す断面図である。

符号の説明

10 第１の水資源貯蔵器
12 筺体
14 中綿
16 顔料
18 開口部
20 網状蓋部材
21 地面
22 雨水
24 腐葉土
26 球根
30 溝部
60 第２の水資源貯蔵器
62 筺体

Claims (2)

1. 開口部を備えた筺体と、該筺体内に収納された中綿と、上記開口部を覆う網状蓋部材とを備え、上記筺体は生分解性プラスティックよりなり、上記中綿は有機性の超吸水性樹脂よりなる水資源貯蔵器であって、
   さらに、上記筺体は相互に積層可能な形状を備えており、上層に配置された筺体の開口部から溢れ出た水を下層に配置された筺体の開口部に導くための水路を表面に備えていることを特徴とする水資源貯蔵器。
2. 上記筺体は透明であり、内部に水溶性の顔料が収納されていることを特徴とする請求項１に記載の水資源貯蔵器。

Images