JP7780989B2 - Discharge System - Google Patents
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Description
本発明は、放流システムに関する。 The present invention relates to a discharge system.
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。 Ocean fertilization devices have been proposed that pump seawater rich in nutrients from deeper areas and spread it to the surface, with the aim of enriching surface seawater with nutrients and creating new fishing grounds.
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。 For example, the deep-sea water pumping and diffusion device disclosed in Patent Document 1 comprises a submersible float that floats below the surface of the euphotic zone and an upwelling pipe that extends from the submersible float to the seabed. In this pumping and diffusion device, an impeller installed inside the submersible float is rotated by a steam turbine device, thereby pumping up deep-sea water, sucking in surface water, and discharging a mixture of deep and surface water.
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。 The ocean fertilization device in Patent Document 2 comprises a float moored to the ocean surface and a deep-sea water intake pipe extending from the float to the seabed. In this ocean fertilization device, a watertight electric motor rotates an impeller installed inside the float to pump up deep-sea water, suck in surface water, and discharge mixed water of deep and surface water. The electric motor is driven by electricity generated by an internal combustion engine or the like installed inside the float.
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。 The deep-sea water pumping device of Patent Document 3 comprises a deep-sea water pumping unit suspended in the sea from a float, a hose extending from the deep-sea water pumping unit to the seabed, and an outer screw attached to the outside of the deep-sea water pumping unit. In this deep-sea water pumping device, the outer screw is rotated by the tidal current, which in turn rotates an inner screw installed inside the deep-sea water pumping unit, thereby pumping up deep sea water.
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。 In the pumping and diffusion device of Patent Document 1, it is proposed that steam for the steam turbine device that rotates the impeller be generated using energy from the temperature difference between surface water and the pumped-up deep water (so-called ocean thermal energy). Furthermore, in the ocean fertilization device of Patent Document 2, it is proposed that electricity for the electric motor that rotates the impeller be obtained from ocean thermal energy conversion, wind power, etc.
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。 However, in order to utilize ocean thermal energy, deep-sea water must first be pumped up, necessitating a steam turbine device to rotate the impeller and an internal combustion engine to drive the electric motor. Furthermore, when using wind power generation, wind power must be converted into electricity, and then that electricity must be converted into kinetic energy to rotate the impeller, resulting in low energy utilization efficiency and making it difficult to ensure a stable energy supply. Therefore, a steam turbine device to rotate the impeller and an internal combustion engine to drive the electric motor are still required.
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。 Meanwhile, Patent Document 3 describes how deep-sea water can be pumped up without using an electric pump by using tidal currents to rotate the outer and inner screws. However, the outer screw is a horizontal-axis propeller with a horizontal rotation axis, and when the tidal currents around the propeller reverse direction due to tides, the propeller's rotation direction also reverses. This means that the propeller is less able to follow changes in the water flow around it, which could result in reduced efficiency in pumping deep-sea water. Furthermore, because the water flow around the propeller caused by waves (i.e., the movement of the particles that make up the waves (orbital motion)) is opposite at the crests and troughs of the waves, it is difficult to use the wave-driven seawater flow to pump deep-sea water with this propeller. This also raises the risk of reduced efficiency in pumping deep-sea water.
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。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems, and aims to efficiently pump up seawater from areas deeper than the surface by efficiently utilizing the flow of seawater.
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。 The invention described in claim 1 is a discharge system comprising a floating body moored by mooring lines and floating on the sea surface; a water intake pipe extending downward from the floating body and having a water intake at its lower end; and a vertical-axis water turbine attached to the floating body, located below the sea surface, and rotating in only one circumferential direction around a central axis facing up and down. The water turbine has a water turbine channel connected to the water intake pipe and having an outlet at its radially outer end. When the water turbine rotates due to the flow of seawater, seawater in the water turbine channel is discharged from the outlet by centrifugal force, and seawater near the water intake is guided into the water turbine channel via the water intake pipe.
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。 The invention described in claim 2 is the discharge system described in claim 1, wherein the floating body is columnar and centered on the central axis, and the water turbine is provided on the side of the floating body.
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。 The invention described in claim 3 is the discharge system described in claim 2, wherein the water turbine is a propeller-type water turbine having multiple blades arranged circumferentially and each protruding radially outward from the side of the floating body.
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。 The invention described in claim 4 is the discharge system described in claim 3, wherein each of the multiple blades is curved so that the radial center portion is convex toward the rotation direction of the water turbine.
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。 The invention described in claim 5 is the discharge system described in claim 3 or 4, wherein the turbine flow path is provided inside each of the plurality of blades, and the discharge port is provided on the edge of each of the plurality of blades.
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。 The invention described in claim 6 is a discharge system described in any one of claims 1 to 5, wherein at least the portion of the floating body above the sea surface is independent of the rotation of the water turbine.
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。 The invention described in claim 7 is the discharge system described in claim 6, in which the entire floating body is independent of the rotation of the water turbine.
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。 The invention described in claim 8 is a discharge system described in any one of claims 1 to 7, further comprising a power generation device that generates electricity using the flow of seawater around the floating body, and a pump that is driven by the electricity generated by the power generation device and assists in the upward movement of seawater in the water intake pipe.
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。 This invention makes efficient use of the flow of seawater to efficiently pump up seawater from areas deeper than the surface.
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。 Figure 1 is a side view showing the configuration of a release system 1 according to one embodiment of the present invention. Release system 1 is a floating ocean fertilization device that is moored in a fishing area or other sea area and uses deep seawater (so-called deep ocean water) that is rich in nutrients from an area deeper than the surface to eutrophicate the surface layer. Release system 1 can be used as a floating fish reef with ocean fertilization functions.
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。 The discharge system 1 comprises a float 2 and a water intake pipe 3. The float 2 is a structure floating on the sea surface 91 at a distance above the seabed 92. The float 2 is moored to the seabed 92 by a mooring line 41. In the example shown in Figure 1, the float 2 is a generally columnar structure extending vertically through the sea surface 91, and is connected via the mooring line 41 to a mooring base 42 installed on the seabed 92.
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。 The mooring base 42 may be, for example, a sinker (i.e., a weight) or an anchor (i.e., an anchor with holding power) sunk into the seabed 92. Alternatively, the mooring base 42 may be a fixed structure that has been installed on the seabed 92 in advance. The mooring base 42 does not necessarily have to be directly fixed to the seabed 92; for example, it may be an object that is indirectly fixed to the seabed 92 in the sea via another structure fixed to the seabed 92.
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。 The mooring line 41 is a generally linear member that connects the float 2 to the mooring base 42. The mooring line 41 is, for example, a mooring rope, a mooring chain, or a mooring chain connected to a mooring rope. The mooring rope is, for example, a rope made of synthetic fiber or metal containing wire. In Figure 1, the mooring line 41 is shown as a line for ease of illustration. In the example shown in Figure 1, the float 2 is moored at one point to the mooring base 42 by a single mooring line 41 connected to the lower end of the float 2. Note that the float 2 may also be moored at multiple points.
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。 The intake pipe 3 is a generally cylindrical member that extends downward from the lower end of the floating body 2 toward the seabed 92, and is also called a riser pipe. An intake port 31 for taking in deep seawater is provided at the lower end of the intake pipe 3. The intake pipe 3 is primarily made of steel. The vertical length of the intake pipe 3 is, for example, 100 m to 1000 m. The diameter (i.e., outer diameter) of the intake pipe 3 is, for example, 0.25 m to 1.5 m. The material, length, and diameter of the intake pipe 3 may be varied in various ways.
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。 Figure 2 is a side view showing the float 2 of the discharge system 1. Figure 3 is a plan view of the float 2. Figure 4 is a cross-sectional view of the float 2 taken at position IV-IV in Figure 2. Figure 5 is a longitudinal cross-sectional view of the float 2 taken at position V-V in Figure 4. Figures 2 and 5 also show a portion of the water intake pipe 3. Furthermore, to make the drawings easier to understand, in Figures 4 and 5, only the seawater inside the float 2 is shaded, and the cross section of the float 2 is not shaded.
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。 The float 2 comprises a float main body 21 and a water turbine 22. The float main body 21 is a generally columnar structure extending vertically through the sea surface 91 (see Figure 1). In the example shown in Figure 2, the float main body 21 is a generally cylindrical structure extending vertically around a central axis J1. The central axis J1 is an imaginary straight line extending vertically. The float main body 21 is primarily made of steel. The vertical length of the float main body 21 is, for example, 4m to 10m. The diameter of the float main body 21 is, for example, 3m to 7m. The vertical length of the portion of the float main body 21 protruding above the sea surface 91 (i.e., freeboard) is, for example, 0.5m to 4m. The size and shape of the float main body 21 are not limited to the above example and may be modified in various ways.
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。 The above-mentioned water intake pipe 3 is attached, for example, at approximately the center in the radial direction (hereinafter simply referred to as the "radial direction") centered on the central axis J1 at the lower end of the floating body main body 21. Furthermore, the mooring line 41 (see Figure 1) is connected, for example, at the radially outer end of the lower end of the floating body main body 21, to a portion in the circumferential direction (hereinafter simply referred to as the "circumferential direction") centered on the central axis J1.
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。 The water turbine 22 is attached to the floating body main body 21 below the sea surface 91. In the example shown in Figure 2, the water turbine 22 is provided on the side of the floating body main body 21 (i.e., the approximately cylindrical side surface on the radially outer side), above the water intake pipe 3 and mooring line 41 (see Figure 1). The water turbine 22 is rotatable along the side of the floating body main body 21 around a central axis J1 facing in the vertical direction. In other words, the water turbine 22 is a vertical-axis water turbine rotatably attached to the floating body main body 21. The water turbine 22 is mainly made of steel.
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。 The water turbine 22 rotates in only one circumferential direction due to the force acting from the seawater flowing around the floating body 21. In the example shown in Figure 3, the water turbine 22 rotates only clockwise in a plan view, and does not rotate counterclockwise, regardless of the direction of the seawater flowing around the floating body 21. The flow of seawater around the floating body 21 includes "ocean currents" such as the Kuroshio Current, which always flow in approximately the same direction, "tidal currents (also called tidal currents)" that occur with the ebb and flow of the tides, "wind-driven currents" that occur due to wind blowing over the ocean, and seawater flow caused by waves. The direction of tidal currents changes approximately twice a day due to repeated low and high tides. The direction of wind-driven currents changes depending on the direction of the wind blowing over the ocean. The wave-driven seawater flow (i.e., the movement of particles that make up the wave (orbital motion)) is opposite when the floating body 2 is located at a wave crest and when it is located at a wave trough. As mentioned above, the water turbine 22 is a vertical axis type, so regardless of changes in the direction of the seawater flow around the floating body 21, it continues to rotate in the same direction by efficiently utilizing the energy of the seawater flow.
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。 The water turbine 22 is a vertical-axis propeller-type water turbine equipped with a boss portion 221 and multiple blades 222. The boss portion 221 is a substantially cylindrical portion extending substantially vertically around the central axis J1 and is rotatably attached to the side of the floating body main body 21. The multiple blades 222 are connected to the outer surface of the boss portion 221 and extend radially outward from the outer surface. In other words, the multiple blades 222 of the water turbine 22 each protrude radially outward from the side of the floating body main body 21. Each of the multiple blades 222 is a substantially plate-shaped member extending substantially parallel in the vertical direction. The multiple blades 222 are arranged circumferentially at substantially equal angular intervals. In the example shown in Figure 3, four blades 222 are arranged circumferentially at approximately 90° intervals. The number of blades 222 is not limited to four and may be changed as appropriate. Furthermore, each blade 222 does not necessarily need to extend substantially parallel to the vertical direction; it may extend at an angle relative to the vertical direction.
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。 The radial size of each blade 222 (i.e., the radial distance between the connection point of the blade 222 with the boss portion 221 and the radial outer end of the blade 222 in a plan view) is, for example, 1 m to 2 m. The vertical size of each blade 222 (i.e., the height of the blade 222) is, for example, 2 m to 3 m.
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。 The connection portion of each blade 222 with the boss portion 221 is preferably located forward in the rotation direction (i.e., clockwise direction) of the water turbine 22 in plan view relative to the edge of each blade 222 (i.e., the free edge opposite the connection portion). Furthermore, each blade 222 is preferably curved in a generally arc shape so that its radial center portion is convex in the rotation direction of the water turbine 22 in plan view. In other words, the connection portion of each blade 222 with the boss portion 221 and the radial center portion of each blade 222 are preferably located forward in the rotation direction of the water turbine 22 relative to the straight line connecting the edge of each blade 222 and the central axis J1 in plan view.
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。 In the water turbine 22, the size and shape of the multiple blades 222 are preferably approximately the same. This simplifies the manufacture of the water turbine 22. Note that the size and shape of each blade 222 are not limited to the above example and may be modified in various ways. Furthermore, the size and/or shape of the multiple blades 222 do not necessarily have to be the same and may be different.
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。 The upper end of the water turbine 22 is located, for example, 3 to 5 meters below the sea surface 91. Furthermore, at least the portion of the floating body 21 above the sea surface 91 is preferably independent of the rotation of the water turbine 22 and does not follow the rotation of the water turbine 22 caused by the flow of seawater acting on the water turbine 22. This allows ships approaching the floating body 2 to easily come alongside the upper part of the floating body 21, which barely rotates, without coming into contact with the rotating water turbine 22. Furthermore, it is more preferable that the entire floating body 21 is independent of the rotation of the water turbine 22 and does not follow the rotation of the water turbine 22 caused by the flow of seawater acting on the water turbine 22. This also makes the mooring line 41 and water intake pipe 3 connected to the lower part of the floating body 21 independent of the rotation of the water turbine 22. This facilitates mooring the floating body 2 to the seabed 92 and simplifies the connection structure between the floating body 21 and the water intake pipe 3.
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。 In the float 2 illustrated in FIG. 5 , a substantially cylindrical recess 211 (hereinafter also referred to as the "main body recess 211") extending substantially vertically around the central axis J1 is provided on the side of the float main body 21. The diameter of the side of the float main body 21 in the area where the main body recess 211 is provided (hereinafter also referred to as the "recess side surface 212") is smaller than the diameter of the side surface of the float main body 21 above the main body recess 211 and the diameter of the side surface of the float main body 21 below the main body recess 211. A boss portion 221 is fitted into the main body recess 211. The diameter of the inner surface of the boss portion 221 is larger than the diameter of the recess side surface 212. Therefore, a substantially cylindrical gap (hereinafter also referred to as the "outer buffer space 214") extending substantially vertically around the central axis J1 is formed between the inner surface of the boss portion 221 and the recess side surface 212 of the float main body 21.
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。 The diameter of the inner surface of the boss portion 221 is smaller than the diameter of the side surface of the portion of the float body 21 above the main body recess 211 and the diameter of the side surface of the portion below the main body recess 211. The upper and lower end surfaces of the boss portion 221 face up and down, respectively, to the upper and lower surfaces of the main body recess 211 of the float body 21. Bearings 213 are provided between the upper end surface of the boss portion 221 and the upper surface of the main body recess 211, and between the lower end surface of the boss portion 221 and the lower surface of the main body recess 211, respectively, and the water turbine 22 is rotatably supported on the float body 21 via these bearings 213. The gap between the upper end surface of the boss portion 221 and the upper surface of the main body recess 211, and the gap between the lower end surface of the boss portion 221 and the lower surface of the main body recess 211 are watertightly sealed. This isolates the outer buffer space 214 from the space surrounding the boss portion 221 and the floating body main body 21, preventing surface seawater from entering the outer buffer space 214.
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。 In the example shown in Figures 4 and 5, the outer buffer space 214 is connected to the inner buffer space 216 via multiple connecting channels 215 that extend radially inside the floating body main body 21. The inner buffer space 216 is a space located radially inward of the outer buffer space 214 and the multiple connecting channels 215. The inner buffer space 216 is, for example, a substantially cylindrical space extending substantially vertically around the central axis J1, and is located above the water intake pipe 3. The lower end of the inner buffer space 216 is connected to the upper end of the water intake pipe 3, and the inner buffer space 216, the multiple connecting channels 215, and the outer buffer space 214 are filled with deep seawater taken in from the water intake port 31 of the water intake pipe 3 (see Figure 1).
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。 A turbine channel 223 is provided inside each blade 222 of the turbine 22. The turbine channel 223 extends along the front and rear side surfaces of the blade 222 in the rotational direction from the end edge (i.e., the free edge) of the blade 222 to the connection point with the boss portion 221 of the blade 222. The turbine channel 223 extends, for example, from the upper end to the lower end of the blade 222. The turbine channel 223 penetrates the boss portion 221 at its radially inner end and connects to the outer buffer space 214. The turbine channel 223 is connected to the intake pipe 3 via the outer buffer space 214, multiple connecting channels 215, and the inner buffer space 216, and the turbine channel 223 is filled with deep seawater taken in from the intake port 31 of the intake pipe 3 (see Figure 1).
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。 The turbine flow path 223 opens toward the outside of the blade 222 (i.e., the outside of the floating body 2) at the edge of the blade 222. In the following description, the opening provided at the edge of the blade 222 is also referred to as the "discharge port 224." The discharge port 224 is located at the radially outer end of the turbine flow path 223 and also at the radially outer end of the turbine 22. The discharge port 224 is, for example, a substantially slit-shaped opening extending in the vertical direction from the upper end to the lower end of the edge of the blade 222. The shape of the discharge port 224 may be changed as appropriate. For example, the edge of the blade 222 may be provided with multiple circular or other discharge ports arranged in the vertical direction. The turbine flow path 223 is not open on the surface of the blade 222 other than the discharge port 224 (for example, at the upper or lower end of the blade 222).
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。 In the discharge system 1, when the water turbine 22 rotates due to the flow of seawater around the floating body 21, deep seawater in the turbine flow path 223 of each blade 222 is discharged radially outward from the discharge port 224 by centrifugal force. In parallel with the discharge of deep seawater from each discharge port 224, deep seawater flows from the outer buffer space 214 into each turbine flow path 223, and deep seawater flows into the outer buffer space 214 from the inner buffer space 216 via multiple connecting flow paths 215. Furthermore, deep seawater taken in from the intake 31 flows into the inner buffer space 216 via the intake pipe 3. In other words, when the water turbine 22 rotates on the floating body 2, deep seawater is discharged from each discharge port 224, and deep seawater near the intake 31 is pumped up via the intake pipe 3 and guided into the turbine flow path 223.
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。 In the discharge system 1 according to this embodiment, it is preferable not to provide a pump for drawing up deep seawater through the intake pipe 3, or a power generation device (e.g., a generator such as a diesel engine that uses fuel oil) for driving the pump.
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。 In the discharge system 1, deep seawater (i.e., seawater rich in nutrients) discharged radially from the outlets 224 of the multiple blades 222 around the floating body 2 is dispersed over a wide area in the surface layer as a density current. This eutrophicates the surface layer and creates new fishing grounds. Note that in the above explanation, the seawater discharged from each outlet 224 is only deep seawater pumped up by the intake pipe 3, but this is not limited to this. For example, deep seawater pumped up by the intake pipe 3 and surface seawater taken in from around the floating body 21 may be mixed inside the floating body 21 (e.g., the internal buffer space 216) to form mixed seawater, and this mixed seawater may then be discharged from each outlet 224.
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。 In the discharge system 1, the turbine flow path 223 does not necessarily have to be located inside the blades 222 of the turbine 22. Furthermore, the vertical-axis turbine 22 installed on the floating body 2 is not limited to a propeller type, and may have other structures, such as a crossflow type, Saponius type, Darrieus type, or gyromill type. For example, on the upper surface of a substantially cylindrical crossflow turbine extending substantially vertically around the central axis J1, multiple pipelines (e.g., substantially circular tubular metal piping) extending radially outward from the central axis J1 may be installed, and each of these multiple pipelines may serve as the turbine flow path 223. In this case, the radially inner end of each pipeline is connected to the intake pipe 3 via the above-mentioned internal buffer space 216, etc., and the radially outer end of each pipeline serves as the discharge port 224 located at the radially outer end of the turbine 22.
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。 As described above, the discharge system 1 comprises a floating body 21, a water intake pipe 3, and a vertical-axis water turbine 22. The floating body 21 is moored by a mooring line 41 and floats on the sea surface 91. The water intake pipe 3 extends downward from the floating body 21. The water intake pipe 3 has a water intake port 31 at its lower end. The water turbine 22 is attached to the floating body 21 and is located below the sea surface 91. The water turbine 22 rotates in only one circumferential direction around a central axis J1 facing up and down. The water turbine 22 is provided with a water turbine flow path 223. The water turbine flow path 223 is connected to the water intake pipe 3. The water turbine flow path 223 has a discharge port 224 at its radially outer end. In the discharge system 1, the flow of seawater causes the water turbine 22 to rotate, causing the seawater in the water turbine flow path 223 to be discharged from the discharge port 224 by centrifugal force, and seawater near the water intake 31 is guided into the water turbine flow path 223 via the water intake pipe 3.
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。 In this way, the discharge system 1 is provided with a vertical-axis water turbine 22 that rotates in only one circumferential direction, utilizing the flow of seawater around the floating body main body 21, regardless of the direction of the seawater flow. This allows the water turbine 22 to rotate efficiently by utilizing the flow of seawater, even if the direction of the seawater flow fluctuates. Specifically, the discharge system 1 can efficiently utilize not only ocean currents that flow in approximately the same direction, but also tidal currents, wind-driven currents, and seawater flows caused by waves, which change direction, to rotate the water turbine 22.
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。 Furthermore, the discharge system 1 uses centrifugal force generated by the rotation of the water turbine 22 to discharge seawater in the turbine channel 223 around the floating body 2, and can efficiently pump up nutrient-rich seawater (i.e., deep seawater) from areas deeper than the surface and supply it to the turbine channel 223. Therefore, pumps for pumping seawater through the intake pipe 3 and power generation equipment for driving the pumps can be omitted from the discharge system 1, simplifying the configuration and maintenance of the discharge system 1. Furthermore, even if such pumps and power generation equipment are installed, the amount of fuel oil and other materials used to drive the power generation equipment can be reduced. As a result, the costs required for manufacturing and/or operating the discharge system 1 can be reduced.
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。 As described above, the floating body main body 21 is preferably columnar, centered on the central axis J1, and the water turbine 22 is provided on the side of the floating body main body 21. This allows the water turbine 22 to be positioned near the sea surface 91 while preventing the float 2 from becoming too large. As a result, nutrient-rich deep seawater can be dispersed into the surrounding area from the outlet 224 of the water turbine 22, which is located near the sea surface 91, thereby effectively realizing eutrophication of the surface layer.
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。 As mentioned above, the water turbine 22 is preferably a propeller-type water turbine having multiple blades 222 arranged circumferentially and each protruding radially outward from the side of the floating body 21. This allows the flow of seawater around the floating body 21 to be efficiently used to rotate the water turbine 22. As a result, deep seawater can be efficiently pumped up.
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。 As mentioned above, it is preferable that each of the multiple blades 222 be curved so that the radial center portion is convex toward the rotation direction of the water turbine 22. This allows the flow of seawater around the floating body main body 21 to be used more efficiently to rotate the water turbine 22. As a result, deep seawater can be pumped up even more efficiently.
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。 As described above, the turbine flow path 223 is preferably provided inside each of the multiple blades 222. Furthermore, the discharge port 224 is preferably provided on the edge of each of the multiple blades 222. This allows the turbine 22 to be made smaller than when the turbine flow path 223 is provided outside the blades 222. As a result, the floating body 2 and discharge system 1 can be made smaller.
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。 As described above, in the discharge system 1, it is preferable that at least the portion of the floating body 21 above the sea surface 91 is independent of the rotation of the water turbine 22. This makes it easier for ships and other vessels to come alongside the floating body 21 and for workers to board the floating body 21. Furthermore, in the discharge system 1, it is even more preferable that the entire floating body 21 is independent of the rotation of the water turbine 22. As described above, this makes it easier to moor the floating body 2 to the seabed 92 and also simplifies the connection structure between the floating body 21 and the water intake pipe 3.
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。 In the discharge system 1, as shown in FIG. 6, a pump 51 may be provided inside the floating body 21, and the pumping of deep seawater by the rotation of the water turbine 22 (i.e., the upward movement of seawater in the water intake pipe 3) may be assisted by the pump 51. The pump 51 may be, for example, an axial flow pump, and is disposed within the internal buffer space 216. The pump 51 is not used under normal conditions (i.e., when the pumping flow rate of deep seawater by the rotation of the water turbine 22 is equal to or greater than a predetermined flow rate), but is driven to assist in the pumping of deep seawater when the flow of seawater around the floating body 21 weakens and the pumping flow rate becomes insufficient. The type and location of the pump 51 are not particularly limited and may be selected as appropriate.
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。 The pump 51 is driven by electricity generated by a power generation device 52 provided on the floating body 21. In the example shown in FIG. 6 , the power generation device 52 is disposed inside the floating body 21 and is mechanically connected to the water turbine 22 via gears, shafts, etc. (not shown). The power generation device 52 converts the rotational energy of the water turbine 22, which is generated by the flow of seawater around the floating body 21, into electrical energy. In other words, the power generation device 52 generates electricity by utilizing the flow of seawater around the floating body 21. The electricity generated by the power generation device 52 is stored in a storage battery 53 disposed inside the floating body 21. When the flow rate of deep seawater pumped by the rotation of the water turbine 22 falls below the predetermined flow rate, the electricity stored in the storage battery 53 is supplied to the pump 51, which drives the pump 51 and assists in pumping the deep seawater.
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。 As such, it is preferable that the discharge system 1 further includes a power generation device 52 that generates electricity using the flow of seawater around the floating body 21, and a pump 51 that is driven by the electricity generated by the power generation device 52 and assists in the upward movement of seawater in the water intake pipe 3. This makes it possible to suppress or prevent a shortage of the pumped flow rate of deep seawater, even if the flow of seawater around the floating body 21 weakens. It is also preferable that the power generation device 52 generates electricity using the rotation of the water turbine 22. This simplifies the configuration related to the power generation.
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。 It is preferable that power generation by the power generation device 52 is performed only when the pumping flow rate of deep seawater due to the rotation of the water turbine 22 is equal to or greater than a predetermined threshold value that is greater than the above-mentioned predetermined flow rate, and is stopped when the flow rate is less than the threshold value. As a result, when the flow of seawater around the floating body main body 21 is relatively weak, the seawater flow can be used only to pump up deep seawater, not to generate power. As a result, a shortage of the pumping flow rate of deep seawater can be effectively prevented.
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。 The power generation device 52 does not necessarily have to generate power using the rotation of the water turbine 22. For example, a separate power generation water turbine other than the water turbine 22 may be attached to the floating body 21, and the rotational energy of the power generation water turbine, generated by the flow of seawater around the floating body 21, may be converted into electrical energy by the power generation device 52. Furthermore, the power generation device 52 may generate power using other renewable energy sources instead of or in addition to the flow of seawater around the floating body 21. Examples of such renewable energy sources include solar power, wind power, and/or the temperature difference between surface seawater and deep seawater (the so-called ocean temperature difference). Even in these cases, a shortage in the pumping flow rate of deep seawater can be suppressed or prevented in a manner similar to that described above.
上述の放流システム1では、様々な変更が可能である。 Various modifications are possible to the above-described discharge system 1.
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。 For example, in the water turbine 22, it is not necessary for all blades 222 to be provided with the turbine flow path 223 and the discharge port 224; the turbine flow path 223 and the discharge port 224 may be provided in only some of the multiple blades 222. Furthermore, the discharge port 224 does not necessarily have to be provided at the edge of the blade 222, as long as it is located at the radially outer end of the turbine flow path 223 provided inside the blade 222, and may be provided at a location other than the edge of the blade 222 (for example, a location radially inward from the edge on the front and/or rear side of the blade 222 in the rotational direction). In the water turbine 22, the turbine flow path 223 does not necessarily have to be provided inside the blade 222; it may be provided outside the blade 222. For example, a conduit (e.g., a substantially cylindrical metal pipe) extending along the upper edge of the blade 222 may be attached to the upper end of the blade 222, and this conduit may serve as the turbine flow path 223. In this case, the radially outer end opening of this conduit serves as the discharge port 224.
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。 The water turbine 22 does not necessarily have to be attached to the side of the floating body 21, but may be attached to another part of the floating body 21. For example, the water turbine 22 may be attached to the lower end of the floating body 21 and positioned below the floating body 21 so as to surround the water intake pipe 3.
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。 The shape and size of the floating body 21 are not limited to the above example and may be modified in various ways. Furthermore, the floating body 21 does not necessarily need to be independent of the rotation of the water turbine 22; for example, a portion of the floating body 21 (e.g., a portion below the sea surface 91) or the entire floating body 21 may be configured to rotate together with the water turbine 22, which rotates due to the flow of seawater around the floating body 21.
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。 The shape of the water turbine 22 is not limited to the above example and may be modified in various ways. For example, as shown in Figure 7, a propeller-type water turbine 22a equipped with blades 222a having a different shape from the blades 222 may be attached to the side of the floating body main body 21 instead of the water turbine 22. In the water turbine 22a, multiple blades 222a extend radially outward from the outer surface of a boss portion 221 having approximately the same shape as in the above example. In other words, the multiple blades 222a each protrude radially outward from the side of the floating body main body 21. In the example shown in Figure 7, four blades 222a are arranged circumferentially at approximately 90° intervals. The multiple blades 222a are also approximately the same size and shape. The number of blades 222a is not limited to four and may be modified as appropriate.
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。 Each blade 222a includes a first portion 225 and a second portion 226. The first portion 225 is a generally flat portion extending generally parallel to the vertical direction and extends generally linearly from the boss portion 221 along the radial direction in a plan view. The first portion 225 preferably extends generally parallel to the radial direction, but may extend in a direction inclined relative to the radial direction. The second portion 226 is a generally flat portion extending generally parallel to the vertical direction and is connected to the radially outer end of the first portion 225. In a plan view, the second portion 226 extends generally linearly from the radially outer end of the first portion 225 to the rear side in the rotational direction of the water turbine 22a. In a plan view, the angle between the first portion 225 and the second portion 226 of the blade 222a is, for example, approximately 90°. This angle may be varied in various ways. An outlet 224 similar to that described above is provided at the end of the second portion 226 opposite the first portion 225 (i.e., the edge of the blade 222a), and when the water turbine 22a rotates, deep seawater in the turbine flow path (not shown) provided inside each blade 222a is discharged to the surrounding area from the outlet 224 by centrifugal force. In the discharge system 1, even when the water turbine 22a is provided instead of the water turbine 22 (see Figure 3), the flow of seawater around the floating body 21 can be efficiently used to rotate the water turbine 22a, in a manner similar to that described above.
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。 The configurations in the above embodiments and variations may be combined as appropriate as long as they are not mutually inconsistent.
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
REFERENCE SIGNS LIST 1 discharge system 3 water intake pipe 21 floating body main body 22, 22a water turbine 31 water intake port 41 mooring line 51 pump 52 power generation device 91 sea surface 222, 222a blade 223 water turbine channel 224 discharge port J1 central axis
Claims (8)
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。 A discharge system comprising:
a floating body moored by a mooring line and floating on the sea surface;
a water intake pipe extending downward from the floating body and having a water intake port at its lower end;
a vertical axis type water turbine attached to the floating body, positioned below the sea surface, and rotating in only one circumferential direction around a central axis facing up and down;
Equipped with
The water turbine is provided with a water turbine flow path that is connected to the water intake pipe and has a discharge port at an end portion on the outer side in the radial direction,
A discharge system characterized in that, when the turbine rotates due to the flow of seawater, the seawater in the turbine flow path is discharged from the outlet by centrifugal force, and the seawater near the intake port is guided into the turbine flow path through the intake pipe.
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。 The discharge system according to claim 1,
The floating body has a columnar shape centered on the central axis,
A discharge system characterized in that the water turbine is provided on the side of the floating body.
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。 The discharge system according to claim 2,
A discharge system characterized in that the water turbine is a propeller-type water turbine having a plurality of blades that each protrude radially outward from the side of the floating body and are arranged circumferentially.
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。 The discharge system according to claim 3,
A discharge system characterized in that each of the plurality of blades has a radial center portion curved so as to be convex toward the rotation direction of the water turbine.
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。 The discharge system according to claim 3 or 4,
The turbine flow path is provided inside each of the plurality of blades,
The discharge system is characterized in that the discharge outlet is provided on an end edge of each of the plurality of blades.
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。 The discharge system according to any one of claims 1 to 5,
A discharge system characterized in that at least a portion of the floating body above the sea surface is independent of the rotation of the water turbine.
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。 The discharge system according to claim 6,
A discharge system characterized in that the entire floating body is independent of the rotation of the water turbine.
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。 8. The discharge system according to claim 1,
a power generation device that generates power by utilizing the flow of seawater around the floating body;
a pump driven by the power generated by the power generation device to assist the upward movement of seawater in the water intake pipe;
The discharge system further comprises:
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