JP7026598B2

JP7026598B2 - 放流システム

Info

Publication number: JP7026598B2
Application number: JP2018171659A
Authority: JP
Inventors: 愛 ▲高▼橋; 英幸新里; 洋二正木
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2022-02-28
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: JP2020040626A

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、表層海水と混合し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および特許文献２）。

特許文献１の海洋肥沃化装置では、海面に係留される浮体が、海中に位置する本体部と、本体部から下方へと延びる深層水取水管と、本体部から上方へと延びる管塔部とを備える。管塔部は、海面を貫通して上下方向に延びる円柱状の構造物であり、海面と同じ高さに位置する部位には船着き場が設けられている。当該海洋肥沃化装置では、深層水取水管により汲み上げられた深層水と、管塔部の海面下に設けられた表層水取水口から取り入れられた表層海水とが、本体部内において混合され、本体部側面に設けられた放水口から放流される。

特許文献３の海洋肥沃化装置では、ライザー管および海水放出口が設けられた浮体の安定性を向上するために、当該浮体（主コラム）の周囲に柱状のサイドコラムを複数配置し、浮体と複数のサイドコラムとをアームで連結する技術が提案されている。

特許文献４の海洋深層水利用施設では、海中に位置する浮体構造物の中央部から表層水取水管が海面を貫通して上方へと延びており、表層水取水管の周囲に浮体構造物から上方へと延びる複数の柱が設けられる。また、海面よりも上側に位置する上部構造物は、表層水取水管の上端と、複数の柱の上端とにより支持されている。

特開２００２－３７０６９０号公報特開２００４－１７５１３７号公報特開２００３－３４３４４７号公報特開２００５－１４３４０３号公報

ところで、特許文献１および特許文献２の海洋肥沃化装置では、表層海水と深層水とを混合した海水を放流する放水口は、表層海水を取り入れる取水口よりも下側に位置せざるを得ないため、放水口が海面から大きく離れ、海面近傍の富栄養化に限界がある。また、当該海洋肥沃化装置では、直径が大きい管塔部が海面を貫通しているため、波浪の影響を受けやすく、上下に大きく揺動するおそれがある。

特許文献３の装置でも同様に、直径が大きい浮体（主コラム）に対する波浪の影響により、上下に大きく揺動するおそれがある。また、特許文献４の装置では、表層海水と深層水とを混合した海水を放流する放水口は、表層水取水管および複数の柱の下方に位置する浮体構造物に設けられる。当該放水口は水深約３０ｍに位置決めされており、特許文献１の装置等と同様に海面から大きく離れている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、浮体の上下揺れを小さくするとともに、当該浮体に設けられた吐出口を海面近傍に配置す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、海面に浮かぶ浮体と、海底に固定された係留基体と、前記浮体と前記係留基体とを接続する係留ラインと、前記浮体に設けられるポンプと、前記浮体から下方へと延びる取水管とを備え、前記浮体は、前記海面よりも下側に位置するとともに前記取水管に接続される第１流路が内部に設けられる下構造体と、前記海面よりも上側に位置する上構造体と、前記下構造体と前記上構造体との間において前記海面を貫通して上下方向に延び、前記下構造体と前記上構造体とを接続する連結構造体とを備え、前記連結構造体は、それぞれが上下方向に延びる柱状であって前記下構造体の上面の外周縁に沿って周方向に配列される複数の支持部材を備え、前記複数の支持部材のうち２本以上の支持部材の各支持部材において、前記各支持部材の外側面には、前記各支持部材の外方を向く吐出口が設けられ、前記各支持部材の内部には、前記ポンプにより前記取水管および前記第１流路を介して下方から導かれた海水を前記吐出口へと導く第２流路が設けられる。

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、吐出口が設けられる支持部材は、前記周方向において等角度間隔にて配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の放流システムであって、前記連結構造体は、上下方向および水平方向に対して傾斜する方向に延びるとともに前記複数の支持部材のうち２本の支持部材を連結するブレースをさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放流システムであって、前記下構造体は、前記取水管が下端に接続される柱状の第１部位と、前記第１部位の上端から上方に延びるとともに前記第１部位とは断面形状が異なる柱状の第２部位とを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放流システムであって、前記各支持部材の前記吐出口から、前記取水管を通過した海水のみが吐出される。

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、前記各支持部材の前記吐出口から、斜め上方に向かって海水が吐出される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の放流システムであって、前記各支持部材の前記吐出口からの吐出流量を個別に調節可能な吐出調節部と、前記各支持部材の前記吐出口のうち一部の吐出口を選択し、前記吐出調節部を制御することにより、前記一部の吐出口からの吐出流量を、他の吐出口からの吐出流量と異ならせる吐出制御部とをさらに備える。

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、前記浮体は、前記係留ラインにより１点係留されている。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の放流システムであって、再生可能エネルギーを利用して発電を行う発電装置をさらに備え、前記発電装置により生成される電力は、前記ポンプに駆動電力として供給される。

本発明では、浮体の上下揺れを小さくすることができるとともに、当該浮体に設けられた吐出口を海面近傍に配置することができる。

第１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。支持部材の縦断面図である。第２の実施の形態に係る放流システムの浮体の側面図である。浮体の横断面図である。第３の実施の形態に係る放流システムの浮体の横断面図である。

図１は、本発明の第１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。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４では、断面よりも下側の部位を併せて示す。放流システム１は、漁場等とされる海域において係留され、表層よりも深い領域の栄養塩を豊富に含む海水を利用して表層海水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、浮体２と、係留基体３と、係留ライン４と、ポンプ５１と、ライザー管５２と、発電装置６１とを備える。放流システム１では、海面９１に浮かぶ浮体２が海底９２に係留されている。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、海面９１を貫通して上下方向に延びる略柱状構造物である。浮体２は、上下方向に延びる中心軸Ｊ１を中心とする略軸対称形状を有する。浮体２は、主にスチールにより形成される。浮体２の上下方向の長さは、例えば３０ｍ～６０ｍである。浮体２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は、例えば、海面９１よりも下側に位置する部位の上下方向の長さの３０％～５０％である。浮体２の材料および長さは、様々に変更されてよい。

係留基体３は、海底９２に固定された物体である。係留基体３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３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３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４は、浮体２と係留基体３とを接続する略線状の部材である。浮体２は、１本の係留ライン４により、係留基体３に１点係留されている。１点係留とは、１つの浮体２を、海底に設けられた１つの係留基体３のみに接続して係留する係留方法である。なお、１点係留と異なる係留方法である多点係留では、１つの浮体が海底に設けられた２つ以上の係留基体に接続されて係留される。係留ライン４は、例えば、金属製のチェーンである。あるいは、係留ライン４は、係留ロープであってもよく、チェーンと係留ロープとが接続されたものであってもよい。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４を線にて示す。

係留ライン４の上端部は、浮体２に設けられた係留点２１０にて浮体２に接続される。図１および図２に示す例では、係留点２１０は海中（すなわち、海面９１よりも下方）において、浮体２の下端部に設けられる。係留点２１０は、例えば、浮体２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。）の外端部に位置する。係留点２１０の位置は、様々に変更されてよい。

ライザー管５２は、は、浮体２の下端部の中央部（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする径方向の中央部）から下方へと延びる略円筒状の取水管である。ライザー管５２は、主にスチールにより形成される。ライザー管５２の上下方向の長さは、例えば５０ｍ～１０００ｍである。ライザー管５２の直径（すなわち、外径）は、例えば０．２５ｍ～１．５ｍである。ライザー管５２の材料、長さおよび直径は、様々に変更されてよい。

浮体２は、下構造体２１と、連結構造体２２と、上構造体２３とを備える。下構造体２１および上構造体２３はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心として上下方向に略平行に延びる略柱状の部位である。下構造体２１の全体は、海面９１よりも下側に位置する。上構造体２３の全体は、海面９１よりも上側に位置する。連結構造体２２は、下構造体２１と上構造体２３との間において海面９１を貫通して上下方向に延び、下構造体２１と上構造体２３とを接続する。

連結構造体２２は、複数の支持部材２２１と、複数のブレース２２２を備える。複数の支持部材２２１はそれぞれ、上下方向に略平行に延びる柱状の部材である。図１ないし図４に示す例では、連結構造体２２は３本の支持部材２２１を備える。各支持部材２２１は、例えば略円柱状の部材である。各支持部材２２１の下端部は、海面９１よりも下側において、下構造体２１の略円形の上面２１１に接続される。各支持部材２２１の上端部は、海面９１よりも上側において、上構造体２３の略円形の下面２３２に接続される。換言すれば、複数の支持部材２２１は、下構造体２１により下方から支持され、上構造体２３は、複数の支持部材２２１により下方から支持される。

複数の支持部材２２１は、下構造体２１の上面２１１（すなわち、上端面）の外周縁に沿って、中心軸Ｊ１を中心とする周方向（以下、単に「周方向」と呼ぶ。）に略等角度間隔にて配列される。図１ないし図４に示す例では、３本の支持部材２２１が、周方向において約１２０°間隔にて配列される。中心軸Ｊ１と各支持部材２２１との間の径方向の距離は、略同じである。図３および図４に示す例では、各支持部材２２１の径方向外端部（すなわち、中心軸Ｊ１から最も離れている部位）は、下構造体２１の上面２１１の外周縁上に位置する。なお、支持部材２２１は、図３および図４に示す位置よりも径方向内側に配置されてもよい。また、複数の支持部材２２１は、上構造体２３の下面２３２（すなわち、下端面）の外周縁に沿って、周方向に略等角度間隔にて配列される。

複数の支持部材２２１の形状、上下方向の長さおよび直径等は、互いに略同じである。各支持部材２２１の上下方向の長さは、例えば５ｍ～２０ｍである。各支持部材２２１の直径（すなわち、外径）は、例えば０．５ｍ～１．５ｍである。各支持部材２２１の形状、長さおよび直径は、様々に変更されてよい。

複数のブレース２２２は、複数の支持部材２２１のうち、周方向において隣接する各２本の支持部材２２１を連結する補強部材である。各ブレース２２２は、上下方向および水平方向に対して傾斜する方向（すなわち、斜め方向）に延びる長尺部材である。各ブレース２２２の長手方向に垂直な断面形状は、例えばＩ型またはコの字型である。ブレース２２２により連結される２本の支持部材２２１は、必ずしも周方向において隣接する必要はない。連結構造体２２では、各支持部材２２１は、ブレース２２２により他の支持部材２２１と連結されることが好ましい。なお、図２では、ブレース２２２は海面９１よりも上側に配置されているが、海面９１よりも下側に配置されてもよく、海面９１を貫通する位置に配置されてもよい。また、ブレース２２２の数、長さ、断面形状および配置は適宜変更されてよい。

上構造体２３は、例えば、中心軸Ｊ１を中心とする略円板状の部位である。上構造体２３の直径は、例えば３ｍ～７ｍであり、上下方向の高さは、例えば０．５ｍ～５ｍである。上構造体２３の上面２３１上には、再生可能エネルギーを利用して発電を行う発電装置６１が配置される。当該再生可能エネルギーとしては、例えば、太陽光、風力、水力、潮流、波力、および、海の表層と深い領域とにおける海水の温度差（いわゆる、海洋温度差）等が利用可能である。

図１に示す例では、発電装置６１は、複数のソーラーパネル６１１（すなわち、太陽電池パネル）を備える太陽光発電装置である。各ソーラーパネル６１１は、例えば、略矩形平板状である。図１に示す例では、４枚のソーラーパネル６１１が、受光面を外側（すなわち、径方向外側）に向けて、上構造体２３の上面２３１上に略四角筒状に立設される。発電装置６１により生成される電力は、図示省略の電線等を介して、浮体２の下構造体２１の内部に配置されるポンプ５１に、駆動電力として供給される。

下構造体２１は、第１部位２１３と、第２部位２１４とを備える。第１部位２１３および第２部位２１４はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心とする略柱状の部位である。第２部位２１４は、第１部位２１３の上側に配置され、第１部位２１３の上端から上方に延びる。第２部位２１４の断面形状は、第１部位２１３の断面形状とは異なる。すなわち、下構造体２１は、断面形状が異なる２つの部位（すなわち、第１部位２１３および第２部位２１４）が上下方向に積層された２段構造を有する。

図１ないし図４に示す例では、第１部位２１３の断面形状は略正八角形であり、第２部位２１４の断面形状は略円形である。第１部位２１３および第２部位２１４の断面形状は、様々に変更されてよい。例えば、第１部位２１３の断面形状が略円形であり、第２部位２１４の断面形状は略八角形でもよい。あるいは、第１部位２１３および第２部位２１４の断面形状は、互いに直径が異なる略円形であってもよい。また、第１部位２１３および第２部位２１４の断面形状は、四角形や六角形等、八角形以外の多角形であってもよい。

第１部位２１３の下端（すなわち、下構造体２１の下面２１２）の径方向中央部には、ライザー管５２の上端部が接続される。第１部位２１３の内部には、ポンプ５１が配置される。ポンプ５１は、上述の発電装置６１から供給される電力により駆動され、表層よりも深い領域（例えば、水深１００ｍ以上の領域）の海水を、ライザー管５２を介して汲み上げる。ポンプ５１により汲み上げられる海水の量は、例えば、１０００ｍ^３／日～１０００００ｍ^３／日である。なお、ポンプ５１の配置は適宜変更されてよい。

下構造体２１の第１部位２１３および第２部位２１４の内部には、径方向中央部において上下方向に延びる第１流路２１５が設けられる。第１流路２１５は、例えば、略円形の断面を有する管路である。第１流路２１５は、下構造体２１の上下方向の略全長に亘って設けられる。換言すれば、第１流路２１５は、第１部位２１３の下端部から第２部位２１４の上端部まで延びる。第１部位２１３の下端部では、第１流路２１５の下端部が、ライザー管５２の上端部に接続されており、ライザー管５２を介して汲み上げられた海水が、第１流路２１５により上方へと導かれる。第２部位２１４の上端部では、第１流路２１５の上端部が、複数の支持部材２２１に向かって分岐しつつ径方向外方へと延びる分岐流路２１６となっている。下構造体２１の第１部位２１３の内部空間および第２部位２１４の内部空間はそれぞれ、第１流路２１５が設けられる部分を除き、例えば、複数の水密区画に分割された空所（すなわち、ボイド）である。

連結構造体２２の複数の支持部材２２１の内部にはそれぞれ、上下方向に延びる第２流路２２３が設けられる。第２流路２２３は、例えば、略円形の断面を有する管路である。第２流路２２３は、支持部材２２１の下端部から上方へと延びる。支持部材２２１の下端部では、第２流路２２３の下端部は、第１流路２１５の上端部（すなわち、上述の分岐流路２１６の径方向外端部）に接続されており、第１流路２１５により上方へと導かれた海水が、第２流路２２３により海面９１に向かってさらに上方へと導かれる。

第２流路２２３の上端部は、例えば、海面９１近傍において海面９１よりも下側に位置する。各第２流路２２３の上端部には、支持部材２２１の外側面を貫通する貫通孔である１つの吐出口２２４が設けられる。吐出口２２４は、例えば、直径が０．１ｍ～１ｍの略円形である。吐出口２２４は、支持部材２２１の外側面において、中心軸Ｊ１を中心とする径方向外方を向く。換言すれば、吐出口２２４は、複数の支持部材２２１の外方を向く。図１ないし図４に示す例では、３本の支持部材２２１のそれぞれの内部に第２流路２２３が設けられ、各第２流路２２３の上端部に吐出口２２４が設けられる。したがって、連結構造体２２では、３つの吐出口２２４が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において略等角度間隔にて配置され、複数の支持部材２２１の外方を向く。換言すれば、外方を向く吐出口２２４がそれぞれ設けられた３本の支持部材２２１は、周方向において略等角度間隔に配置される。

吐出口２２４は、海面９１近傍において海面９１よりも下側に位置する。支持部材２２１の外側面において、海面９１から吐出口２２４の上端までの上下方向の距離は、例えば０．５ｍ～２ｍであり、本実施の形態では約１ｍである。図５は、１本の支持部材２２１の縦断面図である。他の支持部材２２１の構造も、図５に示すものと同様である。図５に示す例では、第２流路２２３の上端部に位置する吐出口２２４は、支持部材２２１の中心軸側から外側面に向かうに従って（すなわち、径方向外方へと向かうに従って）上方へと向かう傾斜流路である。

図１に示す放流システム１では、ポンプ５１によりライザー管５２および第１流路２１５を介して下方（すなわち、表層よりも深い領域）から導かれた海水は、複数の第２流路２２３により上述の複数の吐出口２２４へと導かれ、複数の吐出口２２４から径方向外方に向かって吐出（すなわち、放流）される。上述のように、吐出口２２４は上方に向かって（すなわち、海面９１に向かって）傾斜しているため、吐出口２２４から斜め上方に向かって海水が吐出される。吐出口２２４の水平面に対する傾斜角度は、例えば、０°よりも大きく、かつ、３０°以下である。放流システム１では、ライザー管５２を介して汲み上げられた海水に表層の海水を混合した後に放流することは行われていないため、複数の吐出口２２４からは、ライザー管５２を通過した海水のみが吐出される。

複数の吐出口２２４から径方向外方に向かって放射状に吐出された海水（すなわち、栄養塩を豊富に含む深い領域の海水）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。

以上に説明したように、放流システム１は、海面９１に浮かぶ浮体２と、海底９２に固定された係留基体３と、係留ライン４と、ポンプ５１と、取水管（すなわち、ライザー管５２）とを備える。係留ライン４は、浮体２と係留基体３とを接続する。ポンプ５１は、浮体２に設けられる。ライザー管５２は、浮体２から下方へと延びる。浮体２は、海面９１よりも下側に位置する下構造体２１と、海面９１よりも上側に位置する上構造体２３と、連結構造体２２とを備える。下構造体２１の内部には、ライザー管５２が接続される第１流路２１５が設けられる。連結構造体２２は、下構造体２１と上構造体２３との間において海面９１を貫通して上下方向に延び、下構造体２１と上構造体２３とを接続する。

連結構造体２２は、下構造体２１の上面２１１の外周縁に沿って周方向に配列される複数の支持部材２２１を備える。複数の支持部材２２１のそれぞれは、上下方向に延びる柱状である。複数の支持部材２２１の外側面には、複数の支持部材２２１の外方を向く複数の吐出口２２４が設けられる。複数の支持部材２２１の内部には、複数の第２流路２２３が設けられる。複数の第２流路２２３は、ポンプ５１によりライザー管５２および第１流路２１５を介して下方から導かれた海水を、複数の吐出口２２４へと導く。

このように、放流システム１では、下構造体２１および上構造体２３よりも細い複数の支持部材２２１を海面９１に位置させることにより、浮体２の水線面積を小さくすることができる。これにより、浮体２の上下揺れ（すなわち、ヒーブ）のピーク周期を長周期側へと移動させ、浮体２の上下揺れを小さくすることができる。また、浮体２の形状を、いわゆる波無し形状（すなわち、海面９１よりも下側に海面貫通部よりも膨らんだ部位を有する形状）とすることにより、浮体２の上下揺れを、より一層小さくすることができる。さらに、浮体２を上記構造とすることにより、浮体２の前後揺れ（すなわち、サージ）および左右揺れ（すなわち、スウェイ）も小さくすることができる。

さらに、海面９１を貫通する複数の支持部材２２１に吐出口２２４を設けることにより、下構造体２１に吐出口を設ける場合に比べて、吐出口２２４を海面９１近傍に配置することができる。これにより、表層よりも深い領域の栄養豊富な海水を、複数の吐出口２２４から海面９１近傍に放射状に吐出することができる。その結果、吐出口が海面９１から下方に離れている場合に比べて、栄養豊富な海水を表層において広い範囲に拡散させることができる。したがって、肥沃化される表層の範囲を大きくすることができる。

上述のように、吐出口２２４が設けられた支持部材２２１は、周方向において等角度間隔にて配置されることが好ましい。これにより、表層よりも深い領域の栄養豊富な海水を、浮体２の周囲の海域に略均等に拡散させることができる。また、複数の吐出口２２４から吐出される水流による推進力が互いに打ち消されるため、浮体２が当該水流によって意図しない方向へと移動されることを抑制することができる。

連結構造体２２は、複数の支持部材２２１のうち２本の支持部材２２１を連結するブレース２２２をさらに備えることが好ましい。ブレース２２２は、上下方向および水平方向に対して傾斜する方向に延びる。これにより、連結構造体２２の強度（例えば、捻り剛性等）を増大することができる。その結果、比較的厳しい海象の海域であっても、放流システム１を設置することができる。連結構造体２２の強度増大の観点からは、各支持部材２２１が、ブレース２２２により他の支持部材２２１と連結されることがさらに好ましい。

下構造体２１は、ライザー管５２が下端に接続される柱状の第１部位２１３と、第１部位２１３とは断面形状が異なる柱状の第２部位２１４とを備えることが好ましい。第２部位２１４は、第１部位２１３の上端から上方に延びる。これにより、潮流等に起因して下構造体２１の下流側（すなわち、潮流が流れていく方向）にカルマン渦が生じる場合、第１部位２１３の下流側に生じるカルマン渦の位置と、第２部位２１４の下流側に生じるカルマン渦の位置とを、平面視において異ならせることができる。その結果、第１部位２１３によるカルマン渦と第２部位２１４によるカルマン渦との共振を防止または抑制することができる。また、第１部位２１３の下流のカルマン渦等による第１部位２１３の振動周期と、第２部位２１４の下流のカルマン渦等による第２部位２１４の振動周期とを異ならせることができる。その結果、第１部位２１３および第２部位２１４の共振を防止または抑制することができ、下構造体２１の振動を低減することができる。

上述のように、放流システム１では、複数の吐出口２２４から、ライザー管５２を通過した海水のみが吐出されることが好ましい。これにより、表層よりも深い領域の海水と表層海水とを混合して吐出する場合に比べて、吐出口２２４からの吐出流量を低減することができるため、ポンプ５１を小型化することができる。また、表層海水を取り入れるための取水口を浮体２に設ける必要がないため、吐出口２２４の設置位置の自由度を向上することができ、吐出口２２４の上下方向の位置をさらに海面９１に近づけることができる。なお、このように、表層よりも深い領域の海水のみを吐出口２２４から吐出した場合の当該海水の拡散の様子をＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）によりシミュレーションした結果、吐出口２２４から吐出された海水は、水平方向において実用可能レベルの距離まで到達することが確認された。

放流システム１では、複数の吐出口２２４から、斜め上方に向かって海水が吐出されることが好ましい。これにより、吐出口２２４から吐出された海水が、水平方向においてさらに遠方まで到達することができる。換言すれば、吐出口２２４から吐出される海水の拡散範囲を拡大することができる。その結果、肥沃化される表層の範囲をさらに大きくすることができる。

放流システム１では、浮体２は、係留ライン４により１点係留されていることが好ましい。この場合、浮体２に波浪、潮流および風等の外力が作用すると、浮体２は、係留基体３（または、係留ライン４のうち海底９２に接している部位の係留基体３とは反対側の端部）を中心として振れ回り、外力が作用する方向の下流側へと移動する。このような浮体２の振れ回り運動により、浮体２を中心とする栄養豊富な海水の拡散範囲が移動する。また、当該振れ回り運動による遠心力により、吐出口２２４から吐出される海水が、水平方向においてさらに遠方まで到達する。このため、吐出口２２４から吐出される海水の拡散範囲をさらに拡大することができる。その結果、肥沃化される表層の範囲を、より一層大きくすることができる。

上述のように、放流システム１は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う発電装置６１をさらに備えることが好ましい。また、発電装置６１により生成される電力は、ポンプ５１に駆動電力として供給されることが好ましい。これにより、ディーゼル発電機等によりポンプ５１を駆動する場合に比べて、放流システム１に対する燃料供給の頻度を低減することができる。あるいは、放流システム１に対する燃料供給を省略することができる。その結果、放流システム１のメンテナンス性を向上することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る放流システム１ａについて説明する。図６は、放流システム１ａの浮体２を示す側面図である。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩの位置にて浮体２を切断した横断面図である。図７では、断面よりも下側の部位を併せて示す。浮体２は、吐出調節部５３、吐出制御部５４、第１センサ５５および第２センサ５６を備える点を除き、図２に示す浮体２と略同様の構造を有する。以下の説明では、放流システム１ａの構成に、放流システム１の対応する構成と同符号を付す。

吐出調節部５３は、連結構造体２２の複数の支持部材２２１における複数の吐出口２２４からの海水の吐出流量を個別に調節する。吐出調節部５３は、例えば、複数の第２流路２２３近傍において第１流路２１５に設けられるバルブ５３１を備える。図７に示す例では、吐出調節部５３は、複数（この場合、３つ）のバルブ５３１を備える。複数のバルブ５３１は、第１流路２１５の上端部にて複数の第２流路２２３にそれぞれ接続される複数の分岐流路２１６に設けられ、複数の分岐流路２１６を流れる海水の流量をそれぞれ個別に調節する。

第１センサ５５は、浮体２の揺動を測定するセンサである。第１センサ５５は、例えば３軸ジャイロセンサである。あるいは、第１センサ５５は、３軸ジャイロセンサと３軸加速度センサとを組み合わせた６軸センサであってもよい。第１センサ５５は、例えば、下構造体２１の第２部位２１４の内部に配置される。第１センサ５５は、上構造体２３の上面２３１上に配置されてもよい。第１センサ５５により測定されたデータは、吐出制御部５４へと送信される。なお、第１センサ５５の種類および配置は、適宜変更されてよい。

第２センサ５６は、浮体２の位置を測定するセンサである。第２センサ５６は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）センサである。第２センサ５６は、例えば、上構造体２３の上面２３１上に配置される。あるいは、第２センサ５６は、上構造体２３の内部に配置されてもよい。第２センサ５６により測定されたデータは、吐出制御部５４へと送信される。なお、第２センサ５６の種類および配置は、適宜変更されてよい。

吐出制御部５４は、プロセッサと、メモリと、入出力部と、バスとを有する通常のコンピュータシステムを備える。バスは、プロセッサ、メモリおよび入出力部を接続する信号回路である。メモリは、プログラムおよび各種情報を記憶する。プロセッサは、メモリに記憶されるプログラム等に従って、メモリ等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算）を実行する。入出力部は、操作者からの入力を受け付けるキーボードおよびマウス、プロセッサからの出力等を表示するディスプレイ、並びに、プロセッサからの出力等を送信する送信部を備える。なお、吐出制御部５４は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）や回路基板等であってもよい。

吐出制御部５４は、第１センサ５５および第２センサ５６からの出力に基づいて、吐出調節部５３を制御することにより、一部の吐出口２２４からの吐出流量を、他の吐出口２２４からの吐出流量と異ならせる。

具体的には、例えば、浮体２が係留基体３（図１参照）から大きく離れ、係留ライン４に大きな引張荷重が加わっている場合、吐出制御部５４は、第２センサ５６の出力（すなわち、浮体２の位置）に基づいて、浮体２と係留基体３との間の距離が大きいと判断する。そして、吐出制御部５４により吐出調節部５３が制御されることにより、浮体２の複数の吐出口２２４のうち、係留基体３に近い一部の吐出口２２４（例えば、１つの吐出口２２４）からの海水の吐出流量が、他の吐出口２２４からの海水の吐出流量よりも小さくなるように調節される。あるいは、係留基体３に近い吐出口２２４からの海水の吐出が停止される。これにより、浮体２は、上述の他の吐出口２２４から吐出される水流による推進力により、係留基体３に近づく方向へと移動する。その結果、係留ライン４に加わる引張荷重を低減することができる。

以上に説明したように、放流システム１ａは、上述の浮体２、係留基体３、係留ライン４、ポンプ５１およびライザー管５２に加えて、吐出調節部５３と、吐出制御部５４とをさらに備えることが好ましい。吐出調節部５３は、複数の吐出口２２４からの吐出流量を個別に調節可能である。吐出制御部５４は、複数の吐出口２２４のうち一部の吐出口２２４を選択し、吐出調節部５３を制御することにより、当該一部の吐出口２２４からの吐出流量を、他の吐出口２２４からの吐出流量と異ならせる。これにより、浮体２の位置に起因して係留ライン４に加わる力を低減することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る放流システム１ｂについて説明する。図８は、放流システム１ｂの浮体２の横断面図である。図８では、断面よりも下側の部位を併せて示す。浮体２は、図６および図７に示す吐出調節部５３に代えて、吐出調節部５３ａを備える点、および、各支持部材２２１に２つの吐出口２２４が設けられる点を除き、図６および図７に示す浮体２と略同様の構造を有する。以下の説明では、放流システム１ｂの構成に、放流システム１ａの対応する構成と同符号を付す。

各支持部材２２１の２つの吐出口２２４は、上下方向において異なる位置に配置され、周方向において異なる方向を向く。各吐出口２２４は、複数の支持部材２２１の外方を向く。各吐出口２２４は、平面視において中心軸Ｊ１から延びる半径方向に対して傾斜した方向（すなわち、吐出方向の延長線上に中心軸Ｊ１が位置しない方向）に向けて海水を吐出する。図８では、各吐出口２２４からの海水の吐出方向を、太い矢印にて示す。なお、各支持部材２２１の２つの吐出口２２４からの吐出方向を合成した合成吐出方向は、径方向外方を向くことが好ましい。

吐出調節部５３ａは、連結構造体２２の複数の支持部材２２１における複数の吐出口２２４からの海水の吐出流量を個別に調節する。吐出調節部５３ａは、例えば、各吐出口２２４を開閉する開閉部５３２を備える。開閉部５３２は、例えば、支持部材２２１の外側面に沿ってスライドする蓋部材である。この場合、開閉部５３２が吐出口２２４に重なる位置へと移動することにより、吐出口２２４が閉鎖される。開閉部５３２は、例えば、吐出口２２４に設けられたルーバであってもよい。

複数の吐出口２２４にそれぞれ設けられた複数の開閉部５３２は、吐出制御部５４の制御により、個別に駆動される。したがって、複数の吐出口２２４は、個別に開閉可能である。吐出制御部５４（図６参照）は、第１センサ５５および第２センサ５６からの出力に基づいて、吐出調節部５３ａを制御することにより、一部の吐出口２２４からの吐出流量を、他の吐出口２２４からの吐出流量と異ならせる。

具体的には、例えば、浮体２に中心軸Ｊ１を中心とする回転運動（すなわち、ヨー）が生じ、係留ライン４（図６参照）に捻り等の力が加わっている場合、吐出制御部５４は、第１センサ５５の出力（すなわち、浮体２の上記回転運動の大きさ、方向および周期等）に基づいて、当該回転運動を低減する方向に吐出口２２４からの水流による推進力が働くように、複数の吐出口２２４からの海水の吐出流量を異ならせる。例えば、浮体２に図８中の時計回り方向の回転運動が生じている場合、各支持部材２２１の２つの吐出口２２４のうち、当該時計回り方向の後側の吐出口２２４が閉鎖され、当該時計回り方向の前側の吐出口２２４のみから海水が吐出される。その結果、浮体２の回転運動を抑制することができ、係留ライン４に加わる捻り等の力を低減することができる。すなわち、係留システム１ｂでは、浮体２の運動に起因して係留ライン４に加わる力を低減することができる。

上述の放流システム１，１ａ，１ｂでは、様々な変更が可能である。

例えば、連結構造体２２では、ブレース２２２により他の支持部材２２１と連結されていない支持部材２２１が存在してもよい。また、ブレース２２２は連結構造体２２から省略されてもよい。

複数の吐出口２２４からの海水の吐出方向は、必ずしも斜め上方である必要はなく、例えば、略水平であってもよい。また、複数の吐出口２２４から吐出される海水は、ライザー管５２を通過した表層よりも深い領域の海水と表層海水とが混合されたものであってもよい。

複数の支持部材２２１の数は、２本以上であれば適宜変更されてよい。また、複数の支持部材２２１の位置は、必ずしも略等角度間隔である必要はなく、適宜変更されてよい。複数の吐出口２２４の位置についても同様に、必ずしも略等角度間隔である必要はなく、適宜変更されてよい。各第２流路２２３に設けられる吐出口２２４の数は１つには限定されず、複数であってもよい。この場合、１つの第２流路２２３に設けられる複数の吐出口２２４は、上下方向の異なる位置に配置されてもよく、上下方向の同じ位置に配置されてもよい。

連結構造体２２では、必ずしも、複数の支持部材２２１の全てに第２流路２２３および吐出口２２４が設けられる必要はなく、一部の支持部材２２１のみに第２流路２２３および吐出口２２４が設けられ、他の支持部材２２１には、第２流路２２３および吐出口２２４は設けられなくてもよい。

下構造体２１は、断面形状が異なる３つ以上の部位が上下方向に積層された多段構造を有していてもよい。また、下構造体２１は、必ずしも第１部位２１３および第２部位２１４が積層された構造を有する必要なく、下構造体２１の断面形状は、上下方向の略全長に亘って漸次変化してもよい。例えば、下構造体２１の断面形状は上下方向の略全長に亘って円形であり、当該断面の直径が下方に向かうに従って漸次増大または漸次減少してもよい。この場合であっても、上記と同様に、カルマン渦等による影響を抑制して浮体２の振動を低減することができる。なお、カルマン渦による影響が小さい場合等、下構造体２１の断面形状は、上下方向の略全長に亘って略同じであってもよい。

発電装置６１は、例えば、縦軸風車を備える風力発電装置であってもよい。また、発電装置６１は、複数種類の再生可能エネルギーを利用して発電を行う装置であってもよい。放流システム１では、ポンプ５１の駆動電力を供給する電力供給源として、上述の発電装置６１に加えて、あるいは、発電装置６１に代えて、ディーゼル発電機等が設けられてもよい。放流システム１ａ，１ｂにおいても同様である。

浮体２の係留は、１点係留には限定されず、多点係留であってもよい。

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，１ｂ放流システム
２浮体
３係留基体
４係留ライン
２１下構造体
２２連結構造体
２３上構造体
５１ポンプ
５２ライザー管
５３，５３ａ吐出調節部
５４吐出制御部
６１発電装置
９１海面
９２海底
２１１（下構造体の）上面
２１３第１部位
２１４第２部位
２１５第１流路
２２１支持部材
２２２ブレース
２２３第２流路
２２４吐出口
Ｊ１中心軸

Claims

放流システムであって、
海面に浮かぶ浮体と、
海底に固定された係留基体と、
前記浮体と前記係留基体とを接続する係留ラインと、
前記浮体に設けられるポンプと、
前記浮体から下方へと延びる取水管と、
を備え、
前記浮体は、
前記海面よりも下側に位置するとともに前記取水管に接続される第１流路が内部に設けられる下構造体と、
前記海面よりも上側に位置する上構造体と、
前記下構造体と前記上構造体との間において前記海面を貫通して上下方向に延び、前記下構造体と前記上構造体とを接続する連結構造体と、
を備え、
前記連結構造体は、それぞれが上下方向に延びる柱状であって前記下構造体の上面の外周縁に沿って周方向に配列される複数の支持部材を備え、
前記複数の支持部材のうち２本以上の支持部材の各支持部材において、前記各支持部材の外側面には、前記各支持部材の外方を向く吐出口が設けられ、
前記各支持部材の内部には、前記ポンプにより前記取水管および前記第１流路を介して下方から導かれた海水を前記吐出口へと導く第２流路が設けられることを特徴とする放流システム。
請求項１に記載の放流システムであって、
吐出口が設けられる支持部材は、前記周方向において等角度間隔にて配置されることを特徴とする放流システム。
請求項１または２に記載の放流システムであって、
前記連結構造体は、上下方向および水平方向に対して傾斜する方向に延びるとともに前記複数の支持部材のうち２本の支持部材を連結するブレースをさらに備えることを特徴とする放流システム。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放流システムであって、
前記下構造体は、
前記取水管が下端に接続される柱状の第１部位と、
前記第１部位の上端から上方に延びるとともに前記第１部位とは断面形状が異なる柱状の第２部位と、
を備えることを特徴とする放流システム。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放流システムであって、
前記各支持部材の前記吐出口から、前記取水管を通過した海水のみが吐出されることを特徴とする放流システム。
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、
前記各支持部材の前記吐出口から、斜め上方に向かって海水が吐出されることを特徴とする放流システム。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の放流システムであって、
前記各支持部材の前記吐出口からの吐出流量を個別に調節可能な吐出調節部と、
前記各支持部材の前記吐出口のうち一部の吐出口を選択し、前記吐出調節部を制御することにより、前記一部の吐出口からの吐出流量を、他の吐出口からの吐出流量と異ならせる吐出制御部と、
をさらに備えることを特徴とする放流システム。
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、
前記浮体は、前記係留ラインにより１点係留されていることを特徴とする放流システム。
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の放流システムであって、
再生可能エネルギーを利用して発電を行う発電装置をさらに備え、
前記発電装置により生成される電力は、前記ポンプに駆動電力として供給されることを特徴とする放流システム。