JP6389074B2 - 海水交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、潮汐を利用して海水交換を行う海水交換装置に関する。

従来より、湾口部が狭い半閉鎖性の内湾域では、外海域との間において海水交換が行われにくいため、水質が比較的悪化しやすい。そこで、内湾域において鉛直循環流における海水交換を行う技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、無動力海水交換装置が提案されている。当該海水交換装置では、海面に浮かぶ円筒容器がアンカーロープにより海底に固定される。円筒容器の側面下端部には、表層の海水を円筒容器内に導入する流入管が設けられ、円筒容器の底部には、容器内に流入した海水を流出させる流出管が設けられる。流出管の先端は海底近傍まで延びており、円筒容器に取り込まれた表層の海水が底層へと送出される。

特開平１０−３３８９１８号公報

ところで、上述の鉛直循環流は、比重が小さい表層の海水を、比重が大きい底層へと送り込むことにより生じる。しかしながら、特許文献１の海水交換装置では、円筒容器に海水が流入するに従って円筒容器が沈むため、円筒容器の側面下端部に設けられた流入管が海面から下方へと離れ、円筒容器内に流入する海水の比重が大きくなる。したがって、海水交換装置から底層へと供給される海水の比重も大きくなり、供給された海水の比重と底層の海水の比重との差が小さくなる。その結果、鉛直循環流が発生しにくくなり、海水交換が十分に行われない可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、潮汐を利用して海面近傍と海底近傍との間において海水交換を容易に行うことを主な目的としている。

請求項１に記載の発明は、潮汐を利用して海水交換を行う海水交換装置であって、海底に接地して固定され、または、潮汐により海面が上下方向に移動した場合であっても海底との間の上下方向の距離が一定に維持されるように海底に係留され、内部に海水を貯溜可能な容器本体部と、海面近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第１ポート部と、海底近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第２ポート部と、潮位または海水温に基づいて前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御する開閉制御部とを備え、前記第１ポート部が、前記容器本体部の外部の海面上に浮かぶとともに海水が流出入可能な開口を海面下に有するフロート部と、前記フロート部と前記容器本体部とを接続するとともに内部を海水が流れる可撓性の配管部とを備え、前記容器本体部の内部の水面である内部水面が前記容器本体部の外部の海面よりも低い場合に、前記第１ポート部および前記第２ポート部のうち一方のポート部が開放され、他方のポート部が閉鎖されることにより、海面近傍および海底近傍のうち一方の海水が前記容器本体部の内部に流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記一方のポート部が閉鎖され、前記他方のポート部が開放されることにより、前記容器本体部の内部の海水が海面近傍および海底近傍のうち他方に流出する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の海水交換装置であって、前記容器本体部に固定されるガイド部をさらに備え、前記フロート部が、潮汐により前記ガイド部に沿って前記容器本体部に対して相対的に昇降する。

請求項３に記載の発明は、潮汐を利用して海水交換を行う海水交換装置であって、海底に接地して固定され、または、潮汐により海面が上下方向に移動した場合であっても海底との間の上下方向の距離が一定に維持されるように海底に係留され、内部に海水を貯溜可能な容器本体部と、海面近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第１ポート部と、海底近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第２ポート部と、前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御する開閉制御部とを備え、前記開閉制御部により前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御することにより、潮汐を利用して海面近傍の海水を海底近傍に供給する第１の状態と、潮汐を利用して海底近傍の海水を海面近傍に供給する第２の状態とが切り替え可能であり、前記第１の状態では、前記容器本体部の内部の水面である内部水面が前記容器本体部の外部の海面よりも低い場合に、前記第１ポート部が開放されるとともに前記第２ポート部が閉鎖されることにより、前記第１ポート部を介して前記容器本体部の内部に海面近傍の海水が流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記第１ポート部が閉鎖されるとともに前記第２ポート部が開放されることにより、前記第２ポート部を介して前記容器本体部の内部の海水が海底近傍に流出し、前記第２の状態では、前記内部水面が海面よりも低い場合に、前記第２ポート部が開放されるとともに前記第１ポート部が閉鎖されることにより、前記第２ポート部を介して前記容器本体部の内部に海底近傍の海水が流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記第２ポート部が閉鎖されるとともに前記第１ポート部が開放されることにより、前記第１ポート部を介して前記容器本体部の内部の海水が海面近傍に流出する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の海水交換装置であって、前記第１ポート部が、前記容器本体部の外部の海面上に浮かぶとともに海水が流出入可能な開口を海面下に有するフロート部と、前記フロート部と前記容器本体部とを接続するとともに内部を海水が流れる可撓性の配管部とを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の海水交換装置であって、前記容器本体部に固定されるガイド部をさらに備え、前記フロート部が、潮汐により前記ガイド部に沿って前記容器本体部に対して相対的に昇降する。

請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の海水交換装置であって、前記開閉制御部が、潮位または海水温に基づいて前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御する。

本発明では、潮汐を利用して海面近傍と海底近傍との間において海水交換を容易に行うことができる。

第１の実施の形態に係る海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 他の海水交換装置の縦断面図である。 他の海水交換装置の縦断面図である。 第２の実施の形態に係る海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 第３の実施の形態に係る海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。 海水交換装置の縦断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る海水交換装置１を示す縦断面図である。海水交換装置１は、湾内等の所定の海域に設置され、潮汐を利用して当該海域に鉛直循環流を発生させることにより、海面近傍と海底近傍との間においてほぼ無動力にて海水交換を行う装置である。図１では、当該海域の干潮時における海面９２を示す。

図１に示すように、海水交換装置１は、容器本体部２と、ガイド部３と、第１ポート部４と、第２ポート部５とを備える。容器本体部２は、海底９１に接地して固定される。容器本体部２は、内部に海水を貯溜可能である。容器本体部２は、例えば、略円筒状の容器であり、円弧状の鋼矢板等を海底９１に打ち込む鋼板セル工法により形成される。なお、容器本体部２の形状や形成方法は様々に変更されてよい。

第１ポート部４は、海面９２近傍に配置され、容器本体部２の内部と外部とを接続する。第２ポート部５は、海底９１近傍に配置され、容器本体部２の内部と外部とを接続する。第１ポート部４および第２ポート部５はそれぞれ、開閉可能である。第１ポート部４は、フロート部４１と、配管部４２と、弁部４３とを備える。第２ポート部５は、配管部５２と、弁部５３とを備える。以下の説明では、第１ポート部４の配管部４２および弁部４３を「第１配管部４２」および「第１弁部４３」と呼び、第２ポート部５の配管部５２および弁部５３を「第２配管部５２」および「第２弁部５３」と呼ぶ。

第２ポート部５の第２配管部５２は、容器本体部２の側面下端部に設けられる。第２配管部５２は、容器本体部２の内部空間と、容器本体部２の外部とを接続する。第２配管部５２の先端部（すなわち、容器本体部２の外部に位置する端部）は、海底９１近傍に配置される。第２配管部５２は、第２弁部５３により開閉可能である。第２弁部５３は、海水が容器本体部２の内部から外部に向かって第２配管部５２内を流れる場合のみ開放される逆止弁である。第２ポート部５では、容器本体部２の外部の海水が第２配管部５２を介して容器本体部２の内部へと流入することが、第２弁部５３により防止される。

第１ポート部４のフロート部４１は、容器本体部２の外部の海面９２に浮かぶ。フロート部４１は、フロート本体部４１１と、フロート開口部４１２とを備える。フロート本体部４１１は、例えば、底部および天蓋部を有する略円筒状（または略角筒状）の容器である。海面９２近傍に配置されるフロート本体部４１１は、例えば、上下方向の略中央に海面９２が位置する状態で浮かぶ。換言すれば、フロート本体部４１１の上部は海面９２よりも上方に位置し、フロート本体部４１１の下部は海面９２よりも下方に位置する。潮汐により海面９２が上下方向に移動する際には、フロート部４１も海面９２と共に上下方向に移動する。換言すれば、フロート部４１の海面９２に対する上下方向の相対位置は、潮汐によりほとんど変化せず、およそ一定に維持される。

フロート開口部４１２は、例えば、フロート本体部４１１の側面下部に設けられる。フロート開口部４１２は、海面９２よりも下方に位置する。フロート開口部４１２を介して、フロート本体部４１１の内部の海水と、フロート本体部４１１の外部の海水とが連通する。すなわち、フロート部４１は、海水が流出入可能な開口であるフロート開口部４１２を海面９２下に有する。

第１配管部４２は、フロート部４１の内部空間と容器本体部２の内部空間とを接続する。第１配管部４２は、例えば、フロート本体部４１１の底部と、容器本体部２の側面下端部に接続される。第１配管部４２は、内部を海水が流れる可撓性を有する配管（例えば、フレキシブルチューブ）である。潮汐によりフロート部４１が上下方向に移動する際には、第１配管部４２は、フロート部４１の上下方向の位置に合わせて変形する。第１配管部４２は、第１弁部４３により開閉可能である。第１弁部４３は、海水が容器本体部２の外部（すなわち、フロート部４１）から容器本体部２の内部に向かって第１配管部４２内を流れる場合のみ開放される逆止弁である。第１ポート部４では、容器本体部２の内部の海水が第１配管部４２を介して外部（すなわち、フロート部４１）へと流出することが、第１弁部４３により防止される。

ガイド部３は、容器本体部２の外側面に固定される。ガイド部３は、容器本体部２の外側面に沿って上下方向に略直線状に延びる棒状部材である。フロート部４１は、スライド部３１を介してガイド部３に取り付けられる。潮汐により海面９２が上下方向に移動する際には、フロート部４１は、ガイド部３に沿って容器本体部２に対して相対的に昇降する。また、フロート部４１の回転は、ガイド部３により抑制される。

図２は、図１に示す干潮時よりも海面９２が少し上昇した状態における海水交換装置１を示す縦断面図である。図２に示すように、容器本体部２の内部の水面である内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも低い場合、容器本体部２の内外の水頭差により、第１ポート部４の第１弁部４３が開放され、第２ポート部５の第２弁部５３が閉鎖される。これにより、容器本体部２の外部の海面９２近傍の海水が、海面９２近傍に浮かんでいるフロート部４１を介して容器本体部２の内部に流入して貯溜される。そして、内部水面９３は、二点鎖線にて示す位置（すなわち、海面９２とおよそ同じ位置）まで上昇する。海水交換装置１では、潮汐による海面９２の上昇に伴って（すなわち、干潮から満潮までの間）、容器本体部２の外部の海面９２近傍の海水が、フロート部４１を介して容器本体部２の内部に順次流入して貯溜される。

図３は、満潮時における海水交換装置１を示す縦断面図である。容器本体部２の上端は、満潮時の海面９２よりも上方に位置する。図３では、干潮時における海面９２や内部水面９３等を二点鎖線にて併せて示す。図３に示すように、潮汐により干潮位から満潮位まで海面９２が上昇することにより、海面９２近傍の多量の海水が、容器本体部２の内部に貯溜される。

図４は、図３に示す満潮時よりも海面９２が少し下降した状態における海水交換装置１を示す縦断面図である。図４に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも高い場合、容器本体部２の内外の水頭差により、第１ポート部４の第１弁部４３が閉鎖され、第２ポート部５の第２弁部５３が開放される。これにより、容器本体部２の内部の海水、すなわち、容器本体部２に貯溜された海面９２近傍の海水が、第２ポート部５の第２配管部５２を介して海底９１近傍の海水中へと流出する。そして、内部水面９３は、二点鎖線にて示す位置（すなわち、海面９２とおよそ同じ位置）まで下降する。海水交換装置１では、潮汐による海面９２の下降に伴って（すなわち、満潮から干潮までの間）、容器本体部２の内部の海水が、第２配管部５２を介して海底９１近傍の海水中へと順次流出する。

このように、海水交換装置１では、潮汐により海面９２の上昇および下降が繰り返されることにより、海面９２近傍の海水が第１ポート部４を介して容器本体部２に一旦貯溜された後、第２ポート部５を介して海底９１近傍の海水中へと供給されることが繰り返される。これにより、海水交換装置１を駆動するために電力等の人工的な動力を供給することなく（すなわち、無動力にて）、海水交換装置１が設置された海域に鉛直循環流を発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を行うことができる。

上述のように、図１に示す第１ポート部４は、フロート部４１と第１配管部４２とを備える。第１配管部４２は、フロート部４１と容器本体部２とを接続するとともに、内部を海水が流れる可撓性の配管部である。フロート部４１は、容器本体部２の外部の海面９２上に浮かぶとともに、海水が流出入可能なフロート開口部４１２を海面９２下に有する。このため、海面９２の上下方向の位置（すなわち、潮位）にかかわらず、取水口であるフロート開口部４１２の海面９２からの深さを一定に維持することができる。

これにより、容器本体部２の内部に海水を流入させて貯溜する際に、常に海面９２近傍の比重の小さい海水を容器本体部２へと流入させることができる。そして、容器本体部２の内部の当該海水を、比重が大きい海底９１近傍の海水中へと供給することにより、鉛直循環流を容易に発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を容易に行うことができる。

その結果、海水交換装置１が設置された海域を浄化することができる。また、海底９１近傍の海水中に酸素を補給することができる。さらに、海底９１近傍に蓄積された栄養塩を鉛直循環流によってゆっくりと上昇させることにより、当該海域の植物プランクトンを適度に増加させることができる。当該海域では、植物プランクトンの光合成により二酸化炭素が吸収されるため、環境を改善することもできる。

海水交換装置１では、ガイド部３が容器本体部２に固定されており、フロート部４１が、潮汐によりガイド部３に沿って容器本体部２に対して相対的に昇降する。これにより、波浪や潮流等の影響でフロート部４１が回転したり、容器本体部２から大きく離れることを防止することができる。その結果、第１配管部４２に過剰な力が加わることを防止することができる。

海水交換装置１では、例えば、第１ポート部４のフロート部４１または第１配管部４２、あるいは、第２ポート部５の第２配管部５２に、異物等を除去するフィルタが設けられてもよい。これにより、海水交換装置１を通過する海水を浄化することができ、海水交換装置１が設置された海域をさらに浄化することができる。また、上記フィルタに代えて、栄養塩の補給装置を設けることにより、当該海域を富栄養化することができる。以下の海水交換装置１ａ〜１ｄにおいても同様である。

図５は、他の好ましい海水交換装置１ａを示す断面図である。海水交換装置１ａでは、底部および天蓋部を有する略筒状の容器本体部２ａが、係留索９４により海底９１に係留（好ましくは、緊張係留）される。容器本体部２ａと海底９１との間の上下方向の距離は、潮汐により海面９２が上下方向に移動した場合であっても、およそ一定に維持される。第２ポート部５の第２配管部５２ａは、容器本体部２ａの側面下端部または底部から、海底９１近傍へと延びる配管である。第２配管部５２ａは、好ましくは可撓性を有する。海水交換装置１ａの他の構成は、図１に示す海水交換装置１と同様であり、対応する構成に同符号を付す。

図５に示す海水交換装置１ａでは、図１に示す海水交換装置１と同様に、潮汐により海面９２が上昇する際に、海面９２近傍の海水が第１ポート部４を介して容器本体部２ａに流入して貯溜される。そして、潮汐により海面９２が下降する際に、容器本体部２ａに貯溜された海面９２近傍の海水が、第２ポート部５を介して海底９１近傍の海水中へと供給される。これにより、海水交換装置１ａが設置された海域に無動力にて鉛直循環流を発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を行うことができる。

また、図１に示す海水交換装置１と同様に、第１ポート部４にフロート部４１が設けられることにより、海面９２の上下方向の位置にかかわらず、取水口であるフロート開口部４１２の海面９２からの深さを一定に維持することができる。これにより、鉛直循環流を容易に発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を容易に行うことができる。

図６は、他の好ましい海水交換装置１ｂを示す平面図である。海水交換装置１ｂは、複数の第１ポート部４および複数の第２ポート部５が、容器本体部２に接続される。海水交換装置１ｂの他の構成は、図１に示す海水交換装置１と同様であり、対応する構成に同符号を付す。図６に示す例では、５個の第１ポート部４が、容器本体部２を中心とする周方向において略等角度間隔に配置される。また、５個の第２ポート部５が、容器本体部２を中心とする周方向において略等角度間隔に配置される。

海水交換装置１ｂでは、複数の第１ポート部４および複数の第２ポート部５が設けられることにより、強い鉛直循環流を発生させることができる。その結果、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を容易に、かつ、効率良く行うことができる。なお、海水交換装置１ｂでは、第１ポート部４および第２ポート部５の数は、適宜変更されてよい。また、第１ポート部４の数と第２ポート部５の数とは、異なっていてもよい。

図７は、第２の実施の形態に係る海水交換装置１ｃを示す縦断面図である。海水交換装置１ｃでは、逆止弁である第１弁部４３および第２弁部５３の設置方向が、図１に示す海水交換装置１とは反対向きである。海水交換装置１ｃの他の構成は、図１に示す海水交換装置１と同様であり、対応する構成に同符号を付す。図７では、図１と同様に、干潮時における海面９２を示す。

図８は、図７に示す干潮時よりも海面９２が少し上昇した状態における海水交換装置１ｃを示す縦断面図である。図８に示すように、容器本体部２の内部の水面である内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも低い場合、容器本体部２の内外の水頭差により、第２ポート部５の第２弁部５３が開放され、第１ポート部４の第１弁部４３が閉鎖される。これにより、容器本体部２の外部の海底９１近傍の海水が、第２ポート部５の第２配管部５２を介して容器本体部２の内部に流入して貯溜される。そして、内部水面９３は、二点鎖線にて示す位置（すなわち、海面９２とおよそ同じ位置）まで上昇する。海水交換装置１ｃでは、潮汐による海面９２の上昇に伴って（すなわち、干潮から満潮までの間）、容器本体部２の外部の海底９１近傍の海水が、第２ポート部５を介して容器本体部２の内部に順次流入して貯溜される。

図９は、満潮時における海水交換装置１ｃを示す縦断面図である。容器本体部２の上端は、満潮時の海面９２よりも上方に位置する。図９では、干潮時における海面９２や内部水面９３等を二点鎖線にて併せて示す。図９に示すように、潮汐により干潮位から満潮位まで海面９２が上昇することにより、海底９１近傍の多量の海水が、容器本体部２の内部に貯溜される。

図１０は、図９に示す満潮時よりも海面９２が少し下降した状態における海水交換装置１ｃを示す縦断面図である。図１０に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも高い場合、容器本体部２の内外の水頭差により、第１ポート部４の第１弁部４３が開放され、第２ポート部５の第２弁部５３が閉鎖される。これにより、容器本体部２の内部の海水、すなわち、容器本体部２に貯溜された海底９１近傍の海水が、海面９２近傍に浮かぶフロート部４１を介して、海面９２近傍の海水中へと流出する。そして、内部水面９３は、二点鎖線にて示す位置（すなわち、海面９２とおよそ同じ位置）まで下降する。海水交換装置１ｃでは、潮汐による海面９２の下降に伴って（すなわち、満潮から干潮までの間）、容器本体部２の内部の海水が、フロート部４１を介して海面９２近傍の海水中へと順次流出する。

このように、海水交換装置１ｃでは、潮汐により海面９２の上昇および下降が繰り返されることにより、海底９１近傍の海水が第２ポート部５を介して容器本体部２に一旦貯溜された後、第１ポート部４を介して海面９２近傍の海水中へと供給されることが繰り返される。これにより、海水交換装置１ｃが設置された海域に無動力にて鉛直循環流を発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を行うことができる。

海水交換装置１ｃの第１ポート部４は、図１に示す海水交換装置１と同様に、フロート部４１と第１配管部４２とを備える。第１配管部４２は、フロート部４１と容器本体部２とを接続するとともに、内部を海水が流れる可撓性の配管部である。フロート部４１は、容器本体部２の外部の海面９２上に浮かぶとともに、海水が流出入可能なフロート開口部４１２を海面９２下に有する。このため、海面９２の上下方向の位置（すなわち、潮位）にかかわらず、排水口であるフロート開口部４１２の海面９２からの深さを一定に維持することができる。

これにより、容器本体部２に貯溜された海底９１近傍の比重の大きい海水を、常に、海面９２近傍の比重の小さい海水中に供給することができる。これにより、鉛直循環流を容易に発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を容易に行うことができる。また、海底９１近傍に蓄積された栄養塩を海面９２近傍へと供給することができる。その結果、海水交換装置１ｃが設置された海域の富栄養化を実現することができる。

図１に示す海水交換装置１および図７に示す海水交換装置１ｃをまとめて説明すると、海水交換装置１，１ｃでは、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも低い場合に、第１ポート部４および第２ポート部５のうち一方のポート部が開放され、他方のポート部が閉鎖される。これにより、海面９２近傍および海底９１近傍のうち一方の海水が容器本体部２の内部に流入して貯溜される。また、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも高い場合に、上記一方のポート部が閉鎖され、上記他方のポート部が開放される。これにより、容器本体部２の内部の海水が、海面９２近傍および海底９１近傍のうち他方の海水中に流出する。その結果、上述のように、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を容易に行うことができる。

図１１は、第３の実施の形態に係る海水交換装置１ｄを示す縦断面図である。海水交換装置１ｄでは、図１に示す逆止弁である第１弁部４３および第２弁部５３に代えて、開閉を制御できる第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａが設けられる。また、海水交換装置１ｄでは、第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａの開閉を個別に制御する開閉制御部６が設けられる。海水交換装置１ｄの他の構成は、図１に示す海水交換装置１と同様であり、対応する構成に同符号を付す。図１１では、図１と同様に、干潮時における海面９２を示す。

第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａとしては、例えば、油圧弁や電磁弁等の機械式弁が利用される。第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａの駆動電力は、例えば、容器本体部２に設けられた太陽電池（図示省略）等から供給される。当該駆動電力として他の自然エネルギーが利用されてもよく、陸上から海水交換装置１ｄへと当該駆動電力が供給されてもよい。図１１では、第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａが閉鎖されている状態を、第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａに平行斜線を付して示す。第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａに平行斜線が付されていない場合は、第１弁部４３ａおよび第２弁部５３ａが開放されている状態を示す。図１２ないし図１５においても同様である。

海水交換装置１ｄでは、開閉制御部６により第１ポート部４および第２ポート部５の開閉が制御されることにより、潮汐を利用して海面９２近傍の海水を海底９１近傍の海水中に供給する第１の状態と、潮汐を利用して海底９１近傍の海水を海面９２近傍の海水中に供給する第２の状態とが切り替え可能である。

上記第１の状態では、図１２に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも低い場合に、開閉制御部６により第１ポート部４の第１弁部４３ａが開放されるとともに、第２ポート部５の第２弁部５３ａが閉鎖される。これにより、第１ポート部４のフロート部４１を介して容器本体部２の内部に海面９２近傍の海水が流入して貯溜される。容器本体部２の内部水面９３は、実線にて示す位置から二点鎖線にて示す位置へと上昇する。

また、図１３に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも高い場合に、開閉制御部６により第１ポート部４の第１弁部４３ａが閉鎖されるとともに、第２ポート部５の第２弁部５３ａが開放される。これにより、容器本体部２の内部の海水（すなわち、容器本体部２に貯溜されている海面９２近傍の海水）が、第２ポート部５の第２配管部５２を介して海底９１近傍の海水中に流出する。容器本体部２の内部水面９３は、実線にて示す位置から二点鎖線にて示す位置へと下降する。その結果、海水交換装置１ｄが設置された海域に鉛直循環流を発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を行うことができる。

海水交換装置１ｄでは、開閉制御部６により、潮位に基づいて第１ポート部４および第２ポート部５の開閉が制御されることが好ましい。例えば、図１２に示す第１ポート部４を介した海水の貯溜では、およそ満潮時に第１ポート部４が開放される。これにより、海面９２と内部水面９３との上下方向の距離を大きくすることができ、海面９２近傍の多量の海水を短時間に容器本体部２に貯溜することができる。図１３に示す第２ポート部５を介した海水の送出では、およそ干潮時に第２ポート部５が開放される。これにより、海面９２と内部水面９３との上下方向の距離を大きくすることができ、容器本体部２に貯溜されている海面９２近傍の海水を短時間に、海底９１近傍の海水中に多量に供給することができる。また、潮位に基づく当該制御により、海面９２近傍からの取水、および、海底９１近傍への海水の供給が短時間で行われるため、鉛直循環流が強くなるとともに乱流拡散が促進され、海面９２近傍と海底９１近傍との間における海水交換を効率良く行うことができる。

上記第２の状態では、図１４に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも低い場合に、開閉制御部６により第１ポート部４の第１弁部４３ａが閉鎖されるとともに、第２ポート部５の第２弁部５３ａが開放される。これにより、第２ポート部５を介して容器本体部２の内部に海底９１近傍の海水が流入して貯溜される。容器本体部２の内部水面９３は、実線にて示す位置から二点鎖線にて示す位置へと上昇する。

また、図１５に示すように、容器本体部２の内部水面９３が容器本体部２の外部の海面９２よりも高い場合に、開閉制御部６により第１ポート部４の第１弁部４３ａが開放されるとともに、第２ポート部５の第２弁部５３ａが閉鎖される。これにより、容器本体部２の内部の海水（すなわち、容器本体部２に貯溜されている海底９１近傍の海水）が、第１ポート部４のフロート部４１を介して海面９２近傍の海水中に流出する。容器本体部２の内部水面９３は、実線にて示す位置から二点鎖線にて示す位置へと下降する。その結果、海水交換装置１ｄが設置された海域に鉛直循環流を発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間で海水交換を行うことができる。

海水交換装置１ｄでは、上記第１の状態と同様に、開閉制御部６により、潮位に基づいて第１ポート部４および第２ポート部５の開閉が制御されることが好ましい。例えば、図１４に示す第２ポート部５を介した海水の貯溜では、およそ満潮時に第２ポート部５が開放されることが好ましい。これにより、海面９２と内部水面９３との上下方向の距離を大きくすることができ、海底９１近傍の多量の海水を短時間に容器本体部２に貯溜することができる。図１５に示す第１ポート部４を介した海水の送出では、およそ干潮時に第１ポート部４が開放されることが好ましい。これにより、海面９２と内部水面９３との上下方向の距離を大きくすることができ、容器本体部２に貯溜されている海底９１近傍の海水を短時間に、海面９２近傍の海水中に多量に供給することができる。また、潮位に基づく当該制御により、海底９１近傍からの取水、および、海面９２近傍への海水の供給が短時間で行われるため、鉛直循環流が強くなるとともに乱流拡散が促進され、海面９２近傍と海底９１近傍との間における海水交換を効率良く行うことができる。

このように、海水交換装置１ｄでは、海面９２近傍の海水を海底９１近傍に供給することによる海水交換、および、海底９１近傍の海水を海面９２近傍に供給することによる海水交換を、１つの装置で切り替えて実現することができる。また、第１ポート部４のフロート部４１または第１配管部４２、あるいは、第２ポート部５の第２配管部５２に、異物等を除去するフィルタが設けられる場合、第１の状態と第２の状態とを定期的に切り替えて第１ポート部４および第２ポート部５における水流を反対向きにすることにより、フィルタをクリーニングしてフィルタの目詰まりを防止または抑制することができる。なお、このようなフィルタが設けられる場合、フィルタ交換装置が海水交換装置１ｄに設けられてもよい。

図１１に示すように、海水交換装置１ｄでは、第１ポート部４が、フロート部４１と第１配管部４２とを備える。第１配管部４２は、フロート部４１と容器本体部２とを接続するとともに、内部を海水が流れる可撓性の配管部である。フロート部４１は、容器本体部２の外部の海面９２上に浮かぶとともに、海水が流出入可能なフロート開口部４１２を海面９２下に有する。このため、海面９２の上下方向の位置（すなわち、潮位）にかかわらず、取水口であるフロート開口部４１２の海面９２からの深さを一定に維持することができる。

これにより、上記第１の状態では、容器本体部２の内部に海水を流入させて貯溜する際に、常に海面９２近傍の海水を容器本体部２へと流入させることができる。また、上記第２の状態では、容器本体部２に貯溜されている海水を流出させる際に、常に海面９２近傍の海水中に容器本体部２内の海水を供給することができる。これにより、鉛直循環流を容易に発生させ、海面９２近傍と海底９１近傍との間において海水交換を容易に行うことができる。

また、海水交換装置１ｄでは、ガイド部３が容器本体部２に固定されており、フロート部４１が、潮汐によりガイド部３に沿って容器本体部２に対して相対的に昇降する。これにより、波浪や潮流等の影響でフロート部４１が回転したり、容器本体部２から大きく離れることを防止することができる。その結果、第１配管部４２に過剰な力が加わることを防止することができる。

海水交換装置１ｄでは、開閉制御部６により、海水温に基づいて第１ポート部４および第２ポート部５の開閉が制御されてもよい。具体的には、フロート部４１の内部の海水温（すなわち、海面９２近傍の海水温）を取得する温度センサと、容器本体部２の内部の海水温を取得する温度センサとが設けられる。そして、２つの温度センサにより取得された海水温の差に基づいて潮位が推定され、当該潮位に基づいて上述のような第１ポート部４および第２ポート部５の開閉制御が行われる。これにより、上述のように、満潮時の取水および干潮時の海水供給を実現し、海面９２近傍と海底９１近傍との間における海水交換を効率良く行うことができる。

上述の海水交換装置は、様々な変更が可能である。

例えば、上述の海水交換装置１，１ａ〜１ｄでは、ガイド部３は省略されてもよい。この場合、フロート部４１が容器本体部２から大きく離れないように、フロート部４１と容器本体部２とが接続されることが好ましい。

図７に示す海水交換装置１ｃ、および、図１１に示す海水交換装置１ｄでは、図５に示す海水交換装置１ａのように、容器本体部２に代えて、係留索９４により海底９１に係留される（好ましくは、緊張係留される）容器本体部２ａ（図５参照）が設けられてもよい。容器本体部２ａと海底９１との間の上下方向の距離は、潮汐により海面９２が上下方向に移動した場合であっても、およそ一定に維持される。また、海水交換装置１ｃ，１ｄでは、図６に示す海水交換装置１ｂのように、複数の第１ポート部４および複数の第２ポート部５が設けられてもよい。

例えば、図７に示す海水交換装置１ｃにおいて、第２配管部５２に微生物等を除去する除去フィルタが設けられ、第１配管部４２またはフロート部４１に塩分等を除去するための逆浸透圧フィルタが設けられることにより、潮汐を利用して海水の淡水化を行うことができる。この場合、フロート部４１から吐出される淡水は、陸上等に設置された貯水タンク等に送られてもよい。

図１１に示す海水交換装置１ｄでは、必ずしも、第１ポート部４にフロート部４１は設けられる必要はなく、第１配管部４２の先端部（すなわち、容器本体部２の外部に位置する端部）は、容器本体部２に固定されていてもよい。例えば、第１配管部４２の先端部は、満潮時の海面９２の少し下方にて容器本体部２に固定される。この場合、満潮時に第１弁部４３ａを開放することにより、海面９２近傍の海水を容器本体部２の内部に流入させることができる。そして、干潮時に第２弁部５３ａを開放することにより、海面９２近傍と海底９１近傍との間における海水交換を効率良く行うことができる。

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。

１，１ａ〜１ｄ 海水交換装置
２，２ａ 容器本体部
３ ガイド部
４ 第１ポート部
５ 第２ポート部
６ 開閉制御部
４１ フロート部
４２ 第１配管部
９１ 海底
９２ 海面
９３ 内部水面
４１２ フロート開口部

Claims (6)

1. 潮汐を利用して海水交換を行う海水交換装置であって、
   海底に接地して固定され、または、潮汐により海面が上下方向に移動した場合であっても海底との間の上下方向の距離が一定に維持されるように海底に係留され、内部に海水を貯溜可能な容器本体部と、
   海面近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第１ポート部と、
   海底近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第２ポート部と、
   潮位または海水温に基づいて前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御する開閉制御部と、
   を備え、
   前記第１ポート部が、
   前記容器本体部の外部の海面上に浮かぶとともに海水が流出入可能な開口を海面下に有するフロート部と、
   前記フロート部と前記容器本体部とを接続するとともに内部を海水が流れる可撓性の配管部と、
   を備え、
   前記容器本体部の内部の水面である内部水面が前記容器本体部の外部の海面よりも低い場合に、前記第１ポート部および前記第２ポート部のうち一方のポート部が開放され、他方のポート部が閉鎖されることにより、海面近傍および海底近傍のうち一方の海水が前記容器本体部の内部に流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記一方のポート部が閉鎖され、前記他方のポート部が開放されることにより、前記容器本体部の内部の海水が海面近傍および海底近傍のうち他方に流出することを特徴とする海水交換装置。
2. 請求項１に記載の海水交換装置であって、
   前記容器本体部に固定されるガイド部をさらに備え、
   前記フロート部が、潮汐により前記ガイド部に沿って前記容器本体部に対して相対的に昇降することを特徴とする海水交換装置。
3. 潮汐を利用して海水交換を行う海水交換装置であって、
   海底に接地して固定され、または、潮汐により海面が上下方向に移動した場合であっても海底との間の上下方向の距離が一定に維持されるように海底に係留され、内部に海水を貯溜可能な容器本体部と、
   海面近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第１ポート部と、
   海底近傍に配置され、前記容器本体部の内部と外部とを接続する開閉可能な第２ポート部と、
   前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御する開閉制御部と、
   を備え、
   前記開閉制御部により前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御することにより、
   潮汐を利用して海面近傍の海水を海底近傍に供給する第１の状態と、
   潮汐を利用して海底近傍の海水を海面近傍に供給する第２の状態と、
   が切り替え可能であり、
   前記第１の状態では、前記容器本体部の内部の水面である内部水面が前記容器本体部の外部の海面よりも低い場合に、前記第１ポート部が開放されるとともに前記第２ポート部が閉鎖されることにより、前記第１ポート部を介して前記容器本体部の内部に海面近傍の海水が流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記第１ポート部が閉鎖されるとともに前記第２ポート部が開放されることにより、前記第２ポート部を介して前記容器本体部の内部の海水が海底近傍に流出し、
   前記第２の状態では、前記内部水面が海面よりも低い場合に、前記第２ポート部が開放されるとともに前記第１ポート部が閉鎖されることにより、前記第２ポート部を介して前記容器本体部の内部に海底近傍の海水が流入して貯溜され、前記内部水面が海面よりも高い場合に、前記第２ポート部が閉鎖されるとともに前記第１ポート部が開放されることにより、前記第１ポート部を介して前記容器本体部の内部の海水が海面近傍に流出することを特徴とする海水交換装置。
4. 請求項３に記載の海水交換装置であって、
   前記第１ポート部が、
   前記容器本体部の外部の海面上に浮かぶとともに海水が流出入可能な開口を海面下に有するフロート部と、
   前記フロート部と前記容器本体部とを接続するとともに内部を海水が流れる可撓性の配管部と、
   を備えることを特徴とする海水交換装置。
5. 請求項４に記載の海水交換装置であって、
   前記容器本体部に固定されるガイド部をさらに備え、
   前記フロート部が、潮汐により前記ガイド部に沿って前記容器本体部に対して相対的に昇降することを特徴とする海水交換装置。
6. 請求項３ないし５のいずれかに記載の海水交換装置であって、
   前記開閉制御部が、潮位または海水温に基づいて前記第１ポート部および前記第２ポート部の開閉を制御することを特徴とする海水交換装置。

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