以下、本発明及びその各態様の内容を説明 する。ただし、後述する本発明の各態様は、 本発明により限定された形態以外の実施形態 においても、その特徴的な効果を奏するため 将来において独立的にあるいは従属的に発明 として理解されるべきであることを理解され たい。

(本発明の深層水リフトアップ装置の説明)
 深層水をリフトアップするには、深海(好適 には深度300メートル以上)から表層(深度0~40メ ートル)まで深層水をリフトアップするため� �長い揚水管の設置と、この揚水管への揚水� �ための動力エネルギーの供給が必要となる� �深層水の単位体積当たりの栄養塩含有量の� �対量は決して大きくない。したがって、地� �環境改善のためには莫大な数の揚水装置の� �置と運営とが必要となる。これは、揚水装� �一基当たりのイニシャルコスト及びランニ� �グコストの大幅な低減が必須であることを� �味する。また、動力としては自然エネルギ� �を利用する以外にないが、自然エネルギー� �、地域的又は時間的に偏在しており、しか� �低密度であるため回収コストが大きく回収� �は小さいという欠点をもつ。

自然エネルギーの一つとしての海流や風力 を利用した深層水リフトアップ技術は数少な いながらも過去に提案されている。しかし、 海流速度は極めて小さいため、海洋土木技術 や水力発電技術分野の熟練当業者にとって、 海流による傾斜を考慮すると約1000メートル� �想定される長い揚水管中でのエネルギー消� �を克服して地球環境改善規模での深層水リ� �トアップを実現することは到底実施困難と� �われていた。これが、このような深層水リ� �トアップ装置がせいぜい養殖用などの小規� �用途への実施を目的とするものに止まって� �た原因であった。

上記問題点に鑑みなされた本発明の基本的な 目的は、上記したような欠点をもつ深層水リ フトアップ装置を用いての深層水リフトアッ プを、養殖用途などの小規模用途を超えて大 規模かつ経済的に引き合う費用にて建設可能 とすることにある。
 この目的を解決するために、本発明は従来� ��同様に、深海に配置されて取水口から深層� ��を取り込む筒状の取水部と、海洋表層部又� ��陸上に配置されて放水口から深層水を吹き� ��す筒状の放出部と、海中に配置されて前記� ��水部と前記放出部とを連通する揚水管とを� ��え、前記揚水管中の深層水は、前記取水部� ��設けられた水車の回転エネルギー又は深層� ��自身の速度エネルギーを利用して前記放出� ��に向けて流れる深層水リフトアップ装置に� ��用される。

なお、本発明の深層水リフトアップ装置は 、深層水を海洋表層部にリフトアップする他 、陸上にリフトアップして発電所の冷却水な どとして用いても良い。この場合には、放出 部は波浪の影響を考慮して海洋表層部から陸 上に達する剛性管とされるべきであり、後述 するシート管は波浪の影響をほぼ無視できる 深さにのみ配置されることが好適である。

(大径の揚水管の採用)
 本発明は、上記深層水リフトアップ装置に� ��いて、揚水管が、直径5~100メートル、更に� �適には10~50メートルの等価円に等しい流路断 面積をもつことをその特徴としている。なお 、揚水管が柔軟性をもつ場合にはその流路直 角断面が真円形状をもつとは限らないため、 本発明では、面積が等しい真円の直径にて揚 水管の断面が定義されている。以下、本発明 について更に詳しく説明する。

上記課題を解決する優れた方法は、従来提 案されている深層水リフトアップ装置に比較 して格段に径が大きい揚水管を採用すること である。深層水リフトアップ流量は揚水管の 断面積s×速度vとの積となる。これに対して� �流体のリフトアップには断面積×速度の3乗� �比例する動力が必要であると従来考えられ� �きた。

しかしながら、深層水リフトアップは、深 層水の比重差を無視すれば厳密な意味での揚 水ではない。すなわち、深層水への位置エネ ルギーの追加は不要である。揚水管が非常に 長いために、必要動力のほとんどは揚水管中 で摩擦損失や渦損失として消費されてしまう 。重要な点は、層流状態において揚水管損失 のうちの摩擦損失は、径に反比例し速度の2� �に比例することである。渦損失も速度の2乗� ��比例する。

 つまり、ある流量をリフトアップする深� ��水リフトアップ装置では、揚水管の断面積� ��5倍とすると速度が1/5となるために、摩擦損 失は125分の1、渦損失などの流体損失を含め� �も数十分の1となる。言い換えると、これは� ��揚水管の径を増大すればするほど、単位流� ��当たりの損失が加速度的に減少し、海流や� ��力といった小エネルギーを用いても大規模� ��深層水のリフトアップが可能であることを� ��味する。都合のよいことに、海流がもつ単� ��流量当たりの速度エネルギーは一定である� ��これは、他のエネルギーとは異なり揚水管� ��断面積を増大したとしても深層水の速度エ� ��ルギーが減少しないことを意味する。この� ��とは、もしも従来想定されていた揚水管径� ��りも大幅に大径の揚水管を採用すれば、海� ��エネルギーや風力エネルギーといった現地� ��取得可能な小密度の自然エネルギーを用い� ��も大量の深層水をリフトアップできること� ��意味する。

 そこで、本発明は、揚水管の直径を5~100� �ートル以上、更に好適には10~70メートル、更 に好適には15メートル~50メートルとした点に� ��の特徴がある。このようにすることにより� ��めて、従来最大径として想定されていたた� ��えば直径2メートルの揚水管と比べても、流 速を5分の1~50分の1とすることができ、それに 応じて上記説明のように揚水管の損失を大幅 に減らして小さい自然エネルギーにより大量 の深層水を海洋表層部に容易にリフトアップ することができる。つまり、従来の深層水リ フトアップ装置、特に海流型深層水リフトア ップ装置が抱えていた揚水量(深層水リフト� �ップ量)が小さいと言う問題は、従来認識さ� ��ていなかった大径の揚水管を採用するとい� ��極めて簡単な手段により解決することがで� ��る。

 なお、従来の深層水リフトアップ装置に� ��いて、このような大径揚水管の利点が明確� ��認識されていなかった理由は、直径10メー� �ルと言うような大径の揚水管は大型でかつ� �価であり経済的な建設は非現実的であると� �誤解が無意識に存在したためではないかと� �えられる。

 しかし、深層水リフトアップ装置におい� ��重要な第1の点は、揚水管の内外の圧力差が ほとんど無いことである。これは、揚水管の 管厚は本質的に非常に小さくて良いことを意 味する。その第2の点は、海中では水の浮力� �利用により、容易に大規模工作物の実質的� �量を軽減することができる点である。たと� �ば、陸上では大規模構築物の各部特に下部� �は大きな重量が掛かり、そのために大規模� �なるほど各部の強度を大きく確保する必要� �あり、単位体積当たりの建設コスト、材料� �ストは規模増加に比例して増大してしまう� �水中では、大規模構築物の各部に浮力が掛� �るうえ、各部に軽比重部材たとえばフロー� �を分散配置することも容易であり、大規模� �築物の重量問題はほとんど考慮する必要が� �い。その第3の点は、海洋の表層部を除く中� ��部や深海には地震や暴風雨などの陸上では� ��度上考慮が必要な問題が無いことである。� ��れらの点から、海中構築物に対する強度的� ��求は、たとえそれが非常に大規模であって� ��陸上に比べて格段に小さいことが理解され� ��。

 結局、本発明によれば、大規模ではある� ��簡単な設置費用で小さい深層水リフトアッ� ��装置を経済的に実現できるという優れた効� ��を奏することができる。

(シート管の採用)
 好適な態様において、揚水管は、布や樹脂� ��主素材とする軟質で筒状のシート管からな� ��。このようにすれば、上記した大径の揚水� ��を極めて安価に製造することができる。更� ��重要なことは、シート管は巻き取ったり畳� ��だりすることができるため、このような大� ��の揚水管であってもその輸送費用を大幅に� ��減できる点にある。

 柔軟なシート管を揚水管として用いるこ� ��は特許文献1などにより公知となっている。 特許文献1はシート管をリング状のリンクで� �強することを提案しているが、シート管の� �壁の補強部位に局部的に応力が集中してシ� �ト管の疲労破損が問題となる。また、特許� �献2は、揚水管の下端にポンプを設け、ポン� ��から出た高速の深層水を揚水管に押し込む� ��、ポンプから吐出される高速の深層水は、� ��水管の長手方向へはその動圧(速度エネルギ ー)により強く押し込まれるが、揚水管の静� �は深層水の速度に応じて減少するため、揚� �管が軟弱なシート管の場合には、シート管� �の振動や変形によりシート管の疲労破損、� �路直角断面積の減少による流体抵抗の増大� �より、深層水の速度エネルギーは揚水管内� �急速に減衰し、これに打ち克つためポンプ� �大きな動力を消費する。乏しい自然エネル� �ーを利用して発生させた貴重な動力をこの� �うに非効率に消費することは自然エネルギ� �による発電装置の高コスト化を招き、実用� �が低下してしまう。

 すなわち、筒状シートからなるシート管� ��安価に製造輸送できるが軟弱であるため、� ��水や外部海流の速度変化や局部的な摩擦抵� ��による速度変化に起因する内外圧力差の変� ��により容易に変形する。このシート管の変� ��は、揚水流量の低下や揚水速度の一層の変� ��とそれによる圧力の周期的変化を招き、疲� ��破損が生じる。

 この問題を解決する好適な態様では、揚� ��管は、布や樹脂を主素材とする軟質で筒状� ��シート管からなり、取水部は、取水口と揚� ��管の入口との間に配置されて揚水管の入口� ��向けて連続的に流路直角断面積が増加する� ��ィフユーザ部を有し、放出部は、放水口と� ��水管の出口との間に配置されて放水口に向� ��て連続的に流路直角断面積が減少するノズ� ��部を有し、揚水管の内圧は、揚水管の外圧� ��りも高く設定される。このようにすれば、� ��軟なシート管を機械的に補強する必要、更� ��言えばその管径を安定に保持する必要が実� ��的に無いため、コストの大幅な削減が可能� ��なる。以下、更に詳しく説明する。

 揚水管内の深層水は、進行方向へ静圧+動 圧とをもち、深層水の進行方向と反対方向へ 静圧-動圧をもち、その他の方向に静圧をも� �。 ディフユーザ部は、揚水管に流入する深 層水の運動エネルギーを圧力エネルギーに効 率良く変換する。これにより、揚水管内部の 静圧を揚水管の外圧よりも高くすることがで きるため、布又は樹脂を主素材とするシート により構成される柔軟かつ長いシート管によ り揚水管を作製したとしても、シート管の全 面にわたって一定の張力を正確に与えること ができる。これにより、シート管の耐変形性 が強化されるので、揚水管内の深層水の速度 変動や管外の海流の速度変化などにより、シ ート管の内圧が変動してシート管壁が疲労に より破損するのを良好に抑止することができ る。なお、深海でのシート管の繰り返し変形 の大きな要因が、シート管内の深層水の局部 的速度変動に起因することを考えると、ディ フユーザ部による速度低下によりシート管の 繰り返し変形自体が小さくなり、ディフユー ザ部設置によるシート管耐久性向上効果は更 に向上する。併せてシート管中の流水速度の 低下と径の増加によりシート管内での摩擦損 失や渦損失が大幅に低下して深層水リフトア ップ量の増大も同時に実行することができる 。

 更に説明すると、揚水管内部の静圧(以下 、単に内圧とも言う)が外圧以下であると、� �水管の局部的な突起などによる局部的な圧� �変化に起因してシート管壁が振動する。つ� �り、シート管壁の局部的形状により水流速� �が変化すると局部的圧力変動が生じ、特に� �の流路直角断面積縮小方向の変化は、揚水� �内の水流速度の増大を招いてシート管の内� �を低下させ、それにより水流速度を更に変� �させ、これがシート管壁の振動に発展する� � 

 この態様では、シート管壁に一定の張力� ��付与されるため、このようにシート管壁の� ��動を良好に抑制することができ、シート管� ��が疲労破損するのを良好に防止することが� ��きる。また、上記したシート管の流路直角� ��面積の減少は、揚水流量の減少も招く。上� ��理由により、製造費用、遠距離輸送費用が� ��さく及び組み立てが容易なシート管にて大� ��の揚水管を耐久性良く実現することができ� ��その結果として揚水エネルギーの消耗を防� ��つつ大量の深層水のリフトアップを安価に� ��現することができる。

 ノズル部は、揚水管から流出する深層水� ��圧力エネルギーを運動エネルギーに効率良� ��変換する。これにより、シート管から海面� ��傍に吹き出される深層水の速度を再び増加� ��せて流量を増大でき、上記圧力エネルギー� ��無駄な損失を防止することができる。

 更に説明すると、放出部にノズル部を設� ��ない場合、効率良く放出口から放出される� ��層水に効率よく運動エネルギー(動圧)を与� �ることができない。たとえば、放出部の管� �が揚水管のそれと同じである場合には、上� �したディフユーザ部により得られた揚水管� �静圧は揚水管から放水口に至る経路で低効� �で動圧に変換されてしまい、揚水管の深層� �は放出部で動圧により外部の海流中に放出� �れる。この時、放水口直後の海流と放出水� �との衝突の影響などにより流体の乱れが生� �、この乱れがシート管の上端部に波及する� �ノズル部が無いため、シート管の上端部の� �圧は十分に確保されておらず、シート管壁� �周期変動が大きくなってしまう。その他、� �ート管の上端部は海洋表層部にあるため、� �浪力の影響により振動しやすい。これに対� �て、本発明は揚水管の圧力エネルギーを連� �的に運動エネルギーに変換するノズル部を� �つため、シート管の上端部に静圧を与え、� �ート管壁に張力を与えることができるため� �上記問題点を良好に改善することができる� �更に、ノズル部は、ディフユーザにより昇� �された圧力エネルギーをノズルにより速度� �ネルギーに効率良く変換して海面に向けて� �き出すので、増速した深層水を上方へ吹き� �すことができる。このことは、放出部を海� �より所定深さに設けても深層水を海面近く� �で到達させることができることを意味する� �放出部を海面又はその近くに配置すると、� �浪エネルギーによるその損傷や劣化を考慮� �なかればならないが、深層水を上方(斜め上� ��でもよい)へ効率よく吹き出すノズル部の設 置によりその分だけ放出部を深く設置できる ため、この問題を軽減することができる。な お、放出部は、直管形状でもよく、互いに異 なる複数の方向へ分岐する複数の分岐管でも よく、海流下流側へ曲げてもよい。なお、海 面表層の海流の吸い込み効果(エゼクタ効果)� ��利用しても良い。

(シート管の他の態様)
 好適な態様において、上記シート管の幅方� ��一端部にて長手方向へ延在する支持索を有� ��、シート管は、前記支持索を囲んで接合さ� ��ている。このようにすれば、シート管は支� ��索の全長にわたって力を授受することがで� ��るため、支持索がシート管を海流上流側に� ��っ張る力がシート管に局部的に集中してシ� ��ト管の耐久性が低下するのを抑止すること� ��できる。

 好適な態様において、上記シート管は、� ��ール状に巻かれた一定幅の長尺シートを螺� ��状に接合して構成される。このようにすれ� ��、長尺のシートにより大径のシート管を簡� ��に形成することができる。

 好適な態様において、上記シート管は、� ��手方向に互いに隣接して螺旋状に延在する2 つのターン部の間の接合部が略水平となるよ うに海流中に斜めに配置されている。このよ うにすれば、上記接合部が略水平に延在する ため、海流抗力に対して好都合となり、シー ト管への局部的応力集中を低減することがで きる。なお、各ターン部はある一定幅だけ重 ねて接合されることができる。この場合、上 方へ向けて次第に径が増大する向きに巻く方 がよい。

 好適な態様において、上記ディフユーザ� ��は、海流下流側に延在しつつ次第に上方へ� ��続的に湾曲して揚水管に達して内部の深層� ��の進行方向を変更する形状を有する。この� ��様の効果を以下に説明する。海流を用いる� ��合、取水口に水平に流入する深層水を斜め� ��方へ方向変換する必要がある。このように� ��れば、ディフユーザ部と深層水方向を変更� ��る方向変換部とを一体化させるため、取水� ��を小型化することができ、その流体損失を� ��減することができる。なお、ディフユーザ� ��の下流側へ単位距離当たりの流路直角断面� ��の増加はできるだけ小さい方が渦損失を減� ��して圧力変換効率を向上することができる� ��また、上記方向変換において、下流側への� ��位距離当たりの方向変換量をできるだけ減� ��して緩やかに湾曲させるほど、方向変換に� ��う流体乱れによる流体抵抗の増大を抑止す� ��ことができる。この態様によれば、これら� ��同時に実施するため、取水部をコンパクト� ��しつつ圧力変換と方向変換とを効率よく実� ��することができる。

(硬質組み立て管の採用)
 好適な態様において、前記揚水管は、幅方� ��に湾曲し長手方向にほぼ平坦な長い湾曲板� ��幅方向に複数枚結合してなる長筒からなり� ��前記湾曲板の幅方向両端部は、径方向外側� ��突出する放射リブを有し、隣合う2つの湾曲 板の放射リブは互いに結合されている。なお 、上記で言う湾曲板は、組み合わせて長筒と なるのであれば、円弧状に湾曲していなくて も可能であることは明白である。

 以下、この態様について説明する。FRPな� ��からなる硬質管は、既述したシート管に比� ��て剛性に富むため、圧力変動の繰り返しに� ��する耐疲労性に富む。しかし、本発明のよ� ��な大径の硬質管は嵩張るため、船舶に多数� ��載することができず、輸送費用が増大する� ��いう問題がある。コンパクトな輸送を行う� ��めの良い方法は、硬質管を径方向に切断し� ��部分円筒体とし、複数の部分円筒体を組み� ��わせ、各部分円筒体の幅方向両端部(硬質管 の周方向の両端部)をたとえばボルトなどで� �結して一本の硬質管とすることである。し� �し、組み合わせられて硬質管を構成する各� �分円筒体の幅方向両端部の締結部近傍には� �水管内圧変動などにより応力変動が集中し� �破損しやすいという問題がある。この態様� �上記問題の解決のためになされたものであ� �、次の構成をもつ。

 すなわち、この態様の揚水管は、略円弧� ��の断面をもつ部分円筒体を組み合わせてな� ��、隣り合う2つの前記部分円筒体の隣り合う 幅方向端部同士は径方向外側に突出するとと もに互いに結合される放射リブをそれぞれも つ。このようにすれば、各部分円筒体の幅方 向両端部に径方向(揚水管の断面中心から見� �)外側に突出する放射リブをもつため、揚水� ��全体の剛性を強化できるとともに、応力が� ��中する部分円筒体の幅方向両端部の機械的� ��度を強化することができ、揚水管の管壁の� ��均厚さの増加を抑止しつつ揚水管の機械的� ��度を向上することができる。

(硬質管の他の態様)
 好適な態様において、2枚の湾曲板を向かい 合わせて接合することにより揚水管が毛永逝 され、各湾曲板の両端の放射リブは、海流上 流側と海流下流側に突出する。このようにす れば、放射リブにおける海流抵抗を低減する ことができる。

 好適な態様において、前記湾曲板は、上� ��する深層水に接する内壁部と、前記内壁部� ��外側に位置して外部の海水に接する外壁部� ��、前記内壁部及び前記外壁部とを繋ぐ隔壁� ��と、前記内壁部、外壁部及び隔壁部に区画� ��成された中空部とを有し、前記中空部には� ��が充填されている。このようにすれば、揚� ��管の管壁の平均厚さの増加を抑止しつつ揚� ��管の機械的強度を更に一層向上することが� ��きる。特に揚水管に掛かる応力変動に対し� ��中空部の内部の水は一種の慣性抵抗発生機� ��と圧力分散機能とをもつため、材料費の増� ��を防止しつつ揚水管の剛性を強化すること� ��できる。なお、内壁部又は外壁部に中空部� ��連通する小孔を設けてもよい。

 好適な態様において、上記湾曲板の組み� ��わせにより構成された揚水管の内圧すなわ� ��静圧は外圧よりも小さくされる。これによ� ��、湾曲板の幅方向両端部には幅方向(揚水管 の周方向)に圧縮応力が発生するため、隣り� �う部分円筒体同士が緊密に結合し、湾曲板� �ばらけることを良好に防止することができ� �。

 好適な態様において、取水部にはノズル� ��が設けられるか又は回転翼が設けられ、放� ��部にはディフユーザ部が設けられる。この� ��うにすれば、取水部のノズル又は回転翼に� ��り深層水に与えられた速度エネルギーを放� ��部(揚水管の上端部でもよい)にて圧力エネ� �ギーとして効率良く回収することができ、� �ネルギー損失を減らしつつ、揚水管の内圧� �なわち静圧を外圧よりも低下させることが� �きる。なお、揚水管における内圧低下量は� �かでよく、この内圧低下による揚水管内で� �摩擦損失や渦(流体)損失の増加は抑止するこ とができ、ディフユーザ部における境界層剥 離などによる圧力損失も小さくすることがで きる。

 海流エネルギーを用いて揚水する場合の� ��種態様が以下に説明される。なお、これら� ��態様は、上記各態様の従属態様としてのみ� ��らず、上記各態様とは独立する発明として� ��握され得ることに留意されたい。

(取水部の姿勢保持部材)
 海流の速度エネルギーを用いた深層水リフ� ��アップ技術の重要事項は、単位流量当たり� ��海流の速度エネルギーが小さいため、その� ��失を減らす必要がある。取水部の取水口近� ��の筒部が海流方向と略平行になっていない� ��、取水口近傍にて大きな渦損失が発生し、� ��流エネルギーが大きく減衰してしまう。つ� ��り、海流エネルギーを利用して深層水をリ� ��トアップする場合、取水口近傍の筒部の延� ��方向は、深層水のリフトアップ量及びシー� ��管の静圧確保に非常に重要な役割をもつ。� ��水部を海底に剛性部材により固定すること� ��可能であるが、海流方向が変化すると、取� ��口にて渦が発生して大きな損失が生じてし� ��う。支持索などで取水部を姿勢自在に海底� ��定する場合、取水部が海流などにより動き� ��すくなり、取水部の取水口近傍の筒部の延� ��方向を海流方向と一致させることが難しい� ��一致が取れないと、取水部の取水口で大き� ��渦電流損失が発生してしまう。海流の方向� ��しばしば変動することは知られている。異� ��る方向に延在する多数の支持索で取水部を� ��底に固定すれば、取水部の姿勢を安定させ� ��れるが、設置、維持コストが増大する。

 この問題を解決するこの態様では、上部� ��揚水管に深層水を導入する取水部は支持索� ��より海底に固定され、取水部は、海流下流� ��へ延在して海流から受ける力により取水口� ��傍の筒部の延在方向を海流の流入方向と平� ��に保持する姿勢保持部材をもつ。このよう� ��すると、海流が姿勢保持部材に接触してそ� ��延在方向を海流方向に保つ。これにより、� ��水部の取水口は常に海流に対向して開口す� ��ことになる。この態様では、取水部の取水� ��近傍の筒部の延在方向と海流方向とを、海� ��により低コストで安定に一致させることが� ��き、深層水リフトアップ量を向上すること� ��できる。

 好適な態様において、姿勢保持部材は、� ��流の下流側へ向けて先細状に延在する形状� ��有する。このようにすれば、取水部の下流� ��に回り込む海流の乱れを低減することがで� ��るため、取水部の流体抵抗を減らすことが� ��きるため、揚水管の傾斜を減らして揚水管� ��長さを低減することができ、揚水管の損失� ��低減することができる。

(取水部のフロート)
 取水部を海底に係留する支持索又は取水部� ��連結される揚水管は長い部材であり、その� ��ストダウンが重要である。この問題を解決� ��るこの態様は、次の構成をもつ。

 取水部は、支持索を通じて海底に固定さ� ��、取水部には等価的な自重より大きい浮力� ��与えられる。このようにすれば、取水部が� ��水管に張力を与えるのを防止することがで� ��、揚水管の耐久性を向上し、製造費用を低� ��することができる。この態様の作用効果を� ��下に説明する。

 取水部は、水平方向前方から取り込んだ� ��流を上方へ大角度でその進行方向を変換さ� ��るため、斜め後方への大きな反力を受けて� ��降しようとする。この反力は上記等価的な� ��重に含まれるものとする。すなわち、この� ��力と取水部の重量とが揚水管に下方への大� ��な引っ張り応力を与える。この引っ張り応� ��は本発明のように大流量の揚水を行う場合� ��は大きくなり、揚水管の費用を増大させ、� ��命を低下させる。この態様では、取水部は� ��の自重(空気中)よりも大きな浮力をもつた� �揚水管を下方に引っ張ることがなく、取水� �と上方のフロートを繋ぐ支持索を設ける必� �もない。

 好適な態様において、取水部の浮力から� ��記した等価的な自重を差し引いた等価的な� ��力が、外部の海流に対する取水部の抗力と� ��部の深層水の方向変更による反力の水平成� ��との合計の0.5~2倍に設定される。このよう� �すれば、取水部と海底のシンカーとを結ぶ� �持索を水平方向に対して大角度で延在させ� �ことができるため、支持索の長さを短縮す� �ことができる。

 好適な態様において、取水部は、海流方� ��に長く延在する筒状フロートをもつ。この� ��うにすれば、筒状フロートに生じる海流抗� ��が取水部の抗力として追加されるのを抑止� ��ることができる。

 好適な態様において、この筒状フロート� ��、既述した姿勢制御板を兼ねる。これによ� ��、取水部の構造を簡素化することができる� ��

(支持索の構造)
 好適な態様において、支持索は、たとえばF RPなどにより成形された耐海水性をもち比重� ��軽い樹脂長板を鎖状に連結して構成される� ��長板の長さはたとえば10メートルとするこ� �ができる。このようにすれば、支持索のコ� �トダウンと耐久性向上とを実現することが� �きる。

(揚水管の比重)
 好適な態様において、内部の深層水を含む� ��水管の比重は1未満とされる。これにより、 放出部又は海面の浮体により揚水管を吊り下 げる必要がないため、内部の深層水を含む揚 水管の重量は揚水管各部の浮力により分散し て担持されることができる。その結果、揚水 管各部への局部的な応力集中や揚水管の上端 部に掛かる引っ張り力を減らすことができる 。なお、揚水管の内部の深層水は、摩擦力に より揚水管を上方へ持ち上げる作用をもつの で、この力も一種の浮力として考えることが できる。つまり、揚水管の総合比重が1より� �大きいと、揚水管全体が放出部に吊り下げ� �れる状態となるため、揚水管の上端部に作� �する引張り力は相当に大きくなり、これに� �するため揚水管の上端部の耐張力増大する� �め揚水管のコストが増大してしまう。

 特に、揚水管を海流中に配置する場合に� ��、海流が揚水管を寝かそうとし、揚水管の� ��さが長くなってしまい、その流体損失が増� ��する。この問題は、揚水管に働く浮力を大� ��くすることにより改善される。この浮力は� ��この海流抗力に抵抗して取水部を回動中心� ��して揚水管を立てる向き付勢するため、揚� ��管の全長を短縮し、揚水管の流体損失を減� ��すことができるという効果も得ることがで� ��る。したがって、海流中では、海流に対し� ��揚水管が発生する抗力の0.5~2倍の浮力を揚� �管がもつことが好ましい。もし揚水管の浮� �がこれ以下である場合には、上部のフロー� �と海底のシンカーとの間を結ぶ支持索に揚� �管各部を連結して揚水管を立てることが好� �しい。

(揚水管の断面扁平化)
 海流中に配置される大径の揚水管には大き� ��海流抗力が発生し、揚水管の上端部は下流� ��に流されてしまい、揚水管の全長が増大し� ��その流体損失が増大する。揚水管の長手方� ��各部を支持索により支持し、放出部に大き� ��浮力のフロートを設ければ、この問題は解� ��できる。しかし、揚水管の支持索結合部に� ��大きな応力集中が生じてしまう。

 この問題を改善する本発明の揚水管の断� ��は、海流方向の幅よりも海流直角方向の幅� ��狭くなる形状を有している。このようにす� ��ば、長い揚水管の海流抵抗を減らせるため� ��揚水管の全長を減らすことができ、内部の� ��層水の流体損失を低減してリフトアップ流� ��を増大し、揚水管費用を低減することがで� ��る。

 揚水管が硬質管である場合には海流中の� ��水管の流路直角断面は魚形断面又は楕円断� ��とされる。揚水管がシート管である場合に� ��シート管内の流路直角断面は、複数の隔壁� ��シートにより区画されてシート管の流路直� ��断面が扁平化される。

(放出部の継ぎ手構造)
 放出部は海洋の表層部に配置されるため、� ��とえば暴風雨時に波浪により大きな力を受� ��る。放出部をFRPやそれを繊維強化コンクリ� ��トで被覆した構造などにより耐波浪性を向� ��することは可能である。しかし、その結果� ��放出部に連結された揚水管には放出部から� ��下方向と水平方向に繰り返し応力が加えら� ��る。揚水管特に上記したシート管に放出部� ��同程度の剛性を与えることはコスト的に非� ��実的である。この問題は、放出部と揚水管� ��の間に次に説明する継ぎ手構造を設けるこ� ��により改善される。すなわち、この態様で� ��、放出部と揚水管との間にスライド管継ぎ� ��構造と曲げ継ぎ手構造とを設ける。

 スライド管継ぎ手構造は、揚水管の上端� ��に固定される硬質の第1の直管部と、放出部 に固定されて第1の直管部に相対的にスライ� �可能に嵌合する硬質の第2の直管部と、第2の 直管部のスライド量を所定距離範囲に規制す るストッパとを有する。曲げ継ぎ手構造は、 上記スライド管継ぎ手構造の上方又は下方に 弾性に曲がるゴム管又はフレキシブルチュー ブからなる。ゴム管には繊維をリング状に配 置して径方向の剛性を強化してもよい。この 態様によれば、波浪により放出筒部が上下方 向及び水平方向に繰り返し移動しても、上記 2つの継ぎ手構造がそれを吸収するためシー� �管のごとき揚水管の上端部に繰り返し張力� �曲げ力が生じるのを防止でき、揚水管の疲� �耐久性を更に向上することができる。

 好適な態様において、上記スライド継ぎ� ��を更に利用して放出部だけを必要に応じて� ��降させる。これは放出部に昇降装置を設け� ��ことにより実現できる。これにより、暴風� ��時や船舶接近検出時に放出部だけを沈降さ� ��ることができる。昇降装置は、好適にはタ� ��クと排出ポンプと開閉弁とをもち、上昇時� ��はタンク内の海水を外部に排出し、沈降時� ��は開閉弁を開いて外部の海水をタンクに取� ��入れる。この態様によれば、放出部だけを� ��降させ、長く疲労耐久性に劣る上記シート� ��などの揚水管の昇降を行わないため、昇降� ��要する電力を低減でき、昇降速度を増大で� ��、シート管の寿命も向上することができる� ��なお、船舶接近の検出は、周知の超音波水� ��レーダー技術の他、プロペラ音の三角測量� ��よっても行うことができる。排出ポンプへ� ��給電は、公知の自然エネルギー利用型発電� ��置を用いて行うのが好適であるが、必要電� ��が小さいことは、大電力の確保が容易では� ��い自然エネルギー利用型発電装置にとって� ��に好適である。

(海流駆動水車)
 海流を利用する深層水リフトアップ装置は� ��構成が簡単ではあるが、海流速度が小さい� ��上記した大径の揚水管は、海流中では大き� ��水平抗力を生じるために海流により寝かさ� ��、その結果、揚水管は1000メートル以上とい った長さになり、その流体損失が増大し、深 層水リフトアップ流量が減少する。この問題 を解決するこの態様は、取水部に設けられて 取水部に流入した深層水を付勢するドライブ 水車と、ドライブ水車に隣接して配置されて 海流により駆動されるドリブン水車とを有し 、ドリブン水車の軸は、ドライブ水車の軸に 機械的に結合されている点に特徴をもつ。こ のようにすれば、構造及び保守が簡単な構造 を追加するだけで、深層水のリフトアップ量 を大幅に増大することができる。そのうえ、 深層水の増幅された速度エネルギーを圧力エ ネルギーに変換することにより、柔軟で安価 なシート管に十分な正圧を与えることもでき 、シート管の耐久性も向上することができる 。

 両水車は、回転軸が平行に配置された2つ のプロペラ水車とすることができる。この2� �のプロペラ水車の回転軸は、2つの直交歯車� ��構によりあるいはベルトやチエーンなどの� ��行軸間動力伝達機構により容易に動力授受� ��能に連結することができる。その他、両水� ��は、海流方向と直角に回転軸が配置された� ��が直結された2つの縦型水車(回転軸が海流� �向と直角配置される水車)により構成される� ��とができる。

(深層水拡散プレート)
 放出部から放出された深層水は、塩分濃度� ��薄いものの低温であるため比重が重く、再� ��沈降するという問題をもつことが知られて� ��る。この問題を改善するために、従来では� ��層水とは別にポンプで表層水を汲み上げ深� ��水に混ぜて放出していた。このような方法� ��、本発明が目的とする大規模深層水リフト� ��ップでは自然エネルギー利用の電力を大量� ��浪費してしまい、非現実的となる。この問� ��を改善するこの態様は、深海の取水部と表� ��部の放出部とそれらを連通する揚水管とを� ��つ深層水リフトアップ装置において、前記� ��出部の出口を囲んで前記放出部に固定され� ��水平方向に延在する厚板状の深層水拡散プ� ��ートを有する。

 深層水拡散プレートの平面形状は輪板形� ��が好適であるが多角形板形状や楕円板形状� ��ど種々の形状でもよい。深層水拡散プレー� ��の直径としては、100メートル以上が好適で� ��る。このようにすれば、放出部の出口から� ��た深層水は深層水拡散プレートの上を水平� ��向に低速で拡散しつつ太陽熱や空気や下部� ��表層水により暖められて軽比重となり、周� ��に拡散することができ、深層水拡散プレー� ��の外周から出る深層水が再度沈降すること� ��良好に抑止することができる。

 好適な態様において、この深層水拡散プ� ��ートは、海流存在環境において、放出部よ� ��海流下流側に略水平に延在する。これによ� ��、深層水拡散プレートの大型化を抑止しつ� ��海流存在下でも良好に深層水の表面拡散が� ��能となる。

 好適な態様において、深層水拡散プレー� ��の比重は周囲の表層水の比重とほぼ同程度� ��される。これにより、深層水拡散プレート� ��、表層水に対する上方の深層水の相対重さ� ��差により小さな沈降力を受ける。この沈降� ��は、海面に浮かぶ多数の浮上フロートを深� ��水拡散プレートの各部に連結することによ� ��容易に分散することができる。

 好適な態様において、深層水拡散プレー� ��は、ゴム又は布又は樹脂、更に好適には繊� ��強化された耐候性ゴムにより製造された軟� ��のシートと、このシートにプレート形状を� ��える曲げ方向に柔軟性をもつ骨部とからな� ��。このようにすれば、素材使用量を低減し� ��つ大面積の深層水拡散プレートを実現する� ��とができる。

 好適な態様において、深層水拡散プレー� ��は上下に水の連通を許容する多孔性のシー� ��をもつ。このシートに平面的形状を与える� ��部を設けても良い。このようにすれば、深� ��水とその下の表層水との比重差や両者の速� ��差によるエゼクタ効果により深層水と表層� ��との混合を少ないエネルギー消費で実現で� ��、素材使用量も低減することができる。シ� ��トの孔の直径および孔密度は適宜選択可能� ��事項であるが、数センチメートルといった� ��較的大きな孔を設けても、深層水は十分水� ��方向に拡散することができる。

 好適な態様において、骨部は水を封入す� ��軟質のパイプとされる。パイプは繊維強化� ��れた耐候性ゴム又は耐候性樹脂とすること� ��できる。ただし、破損対策としてこのパイ� ��は各所で分離されて互いに独立して水を収� ��することが好適である。このようにすれば� ��材料を低減しつつかつ波浪に応答して変形� ��容易な深層水拡散プレートを実現すること� ��できる。深層水拡散プレートを波浪や船舶� ��近に応じて昇降させてもよい。

 好適な態様において、深層水拡散プレー� ��は放出部に水平回動可能に嵌合している。� ��のようにすれば、深層水拡散プレートに対� ��る海流力により深層水拡散プレートが水平� ��動しても、放出部がねじれることがない。� ��お、放出部と揚水管とが既述のスライド継� ��手などにより相対回動可能な場合には、深� ��水拡散プレートを放出部に水平回動不能に� ��合してもよい。

 好適な態様において、深層水拡散プレー� ��は、放出部に浮力を与えるフロートを兼ね� ��ことができる。このようにすれば、深層水� ��散プレートとフロートとを一体化させるこ� ��ができるため、構造が簡単となる。

(浮遊風車装置の揺動防止構造)
 海流を利用する深層水リフトアップ装置は� ��構成が簡単ではあるが、海流速度が小さい� ��め、揚水管を大径化してもこの海流エネル� ��ーにより1000メートルといった長い揚水管を 通じてリフトアップできる深層水のリフトア ップ量には限界があった。揚水管に取り込ま れた深層水の速度エネルギーは揚水管内にて 次第に失われて海面近傍に吹き出す深層水の 速度は非常に小さくなってしまう。このため 、従来の海流型深層水リフトアップ装置は、 建設費用に見合う揚水量を期待できないとい う問題点があった。これに対して公知の浮遊 風車装置を利用して深層水リフトアップのた めのエネルギーを発生する場合、海流が存在 しない海域での深層水リフトアップを実現す る。深層水リフトアップ装置では、海底固定 の風車装置は建設コストが高くなり、建設地 域が限定される。風車の発生動力は、電力、 回転力、流体圧力として揚水管の水車側に転 送される。浮遊風車装置は、揚水管の上端部 に一体に設けても良く、深層水リフトアップ 装置から離れて設けて発電電力をケーブルで 伝送してもよいことは明らかである。

 従来の浮遊風車装置は、海洋表層部に配� ��されたフロートの浮力により支持されるタ� ��ーと、このタワーの上端部に設けられ得た� ��ロペラ風車と有し、フロートは支持索によ� ��海底に係留される。タワーの安定性を考え� ��ば、風車装置の重心をその浮力中心よりも� ��に配置することは当然である。しかしなが� ��、このような浮遊風車型深層水リフトアッ� ��装置では、タワーが波浪や風により容易に� ��斜したり、揺動したりする。この傾斜や揺� ��を防止するため、フロート各部を多数の支� ��索により海底各所に固定すればフロートの� ��斜を減らせるが、深海であることを考える� ��、それは非現実的である。海上の風速が陸� ��のそれよりも大きいこと、及び、波浪によ� ��フロートの揺動がタワーを揺動させること� ��より、たとえば暴風時において極めて深刻� ��問題となる。

 従来の浮遊式風車型深層水リフトアップ� ��置におけるタワー揺動防止は、タワーに固� ��されるとともに海面に存在するフロート(以 下、海面フロートとも言う)の姿勢復元力を� �用している。タワーが傾斜すると、海面フ� �ートも傾斜し、海面フロートの傾斜側の部� �は深く沈んでその浮力が大きくなり、海面� �ロートの反傾斜側の部分は海面から浮き上� �ってその浮力が小さくなる。この浮力差が� �ワーに回復向きへの回転モーメントを与え� �。しかしながら、海面フロートを用いたこ� �回復モーメント発生技術は、海面フロート� �掛かる大波浪がフロートに回転モーメント� �与えるという新しい問題を派生させる。つ� �り、波浪により、海面フロートには波浪進� �方向両端において浮力差が生じてこの回転� �ーメントが発生する。結局、波浪の周期的� �化によりタワーの周期的な揺動が生じる。� �ワーの周期的揺動は、風車のブレードの揚� �及び抗力の周期変動をもたらしてブレード� �周期変形を生じさせ、その結果としてブレ� �ドの疲労破損を生じさせる。また、ブレー� �の傾斜や揺動によりブレード先端が波浪の� �高点に衝突する危険も発生する。この問題� �、浮遊式風車型深層水リフトアップ装置だ� �でなく、近い将来実現されるであろう同様� �浮遊式風車発電装置においても大きな問題� �なる。

 この態様は、この浮遊式風車型深層水リ� ��トアップ装置や浮遊式風車発電装置の波浪� ��強風に対する安全性を格段に向上すること� ��その課題としている。

 この課題を達成するために、この態様は� ��海中から海面上の所定高さまで立設される� ��ワーと、前記タワーの上端部に設置された� ��揚水動力を発生する風車と、海洋表層部に� ��置して前記タワーに浮力を与えるフロート� ��、前記タワーを水底に固定する支持索とを� ��し、前記放出部は前記タワーに固定される� ��遊型風車型深層水リフトアップ装置に適用� ��れる。この態様では特に、フロートを水面� ��に保持しつつこの浮遊式風車装置の浮力が� ��置の重力よりも大きく設定なるようにフロ� ��トの浮力を設定し、かつ、装置の重力中心� ��装置の浮力中心より所定距離だけ下方に設� ��し、かつ、支持索を重力中心と前記浮力中� ��との間にて装置に連結することをその特徴� ��している。なお、この態様の浮遊式風車装� ��は、深層水リフトアップ装置以外の負荷へ� ��電力供給も可能である。このようにすれば� ��風車を正規の姿勢に安定させようとする向� ��の回転モーメントを増強することができる� ��め、タワーの周期的揺動や傾斜を低減して� ��疲労によるあるいは波浪への接触による風� ��のブレードの破損を防止可能な浮遊式風車� ��置を実現することができる。また、海面に� ��出する海面フロートを全廃乃至大幅に減少� ��せることができるため、この海面フロート� ��波浪により揺動することによるタワーの揺� ��を大幅に低減することができる。

 更に説明すると、上方の浮力中心と下方� ��重心との間の中間位置にてタワーに支持索� ��固定し、この支持索を海底に固定すると、� ��ワーの揺動により重心に作用する回転モー� ��ントと浮力中心に作用する回転モーメント� ��それぞれ傾斜回復側に作用するため、大き� ��回復復元力を得ることができる。これに対� ��て、タワーの下端を支持索に固定すると、� ��記二つの回転モーメントの差だけしか傾斜� ��復に利用できないため、タワーの傾斜が大� ��くかつ回復が遅くなる。なお、タワーが揚� ��管に囲包されかつ一体に固定されている場� ��には、揚水管に支持索を設けてもよい。

 好適な態様において、前記フロートより� ��所定距離だけ深い位置にてタワーにウエイ� ��が固定される。これにより、装置の重心を� ��好に低下させて上記回復モーメントを一層� ��大することができる。

 好適な態様において、フロートの大部分� ��、水面下3メートル以下に配置される。この ようにすれば、フロートに対する波浪の影響 を大幅に低減することができる。これは、上 記態様が、タワーの傾斜回復モーメントとし て海面フロートの浮力偏在効果を利用しない ことにより可能となるものである。

 好適な態様において、タワーの下端部に� ��ワーの揺動に対する水抵抗を増大するため� ��抵抗プレートが取り付けられる。このよう� ��すれば、支持索の位置を揺動中心としたタ� ��ーの揺動は、この抵抗プレートの大きな流� ��抵抗(渦形成作用)により良好に抑止される� �なお、支持索をタワーの下端に設ける場合� �このような抵抗プレートをタワーの下端に� �けてもタワー揺動防止効果は得られないた� �、抵抗プレートを海面近傍に設ける必要が� �る。しかし、この場合、波浪が抵抗プレー� �を破損させるという問題が新たに生じてし� �う。なお、タワーが揚水管に囲包されかつ� �体に固定されている場合には、揚水管に抵� �プレートを設けても良い。

(浮遊風車装置のブレード破損防止構造)
 上記説明したように、浮遊風車装置におけ� ��強風や波浪によるタワーの傾斜や揺動は、� ��車のブレードの破損問題を発生させる。こ� ��問題は、暴風雨時に波浪の最高点が非常に� ��くなることにより、一層危険となる。また� ��ブレードが波浪に直接接触しなくても、海� ��飛沫は海面近くほど多いため、タワーの傾� ��や揺動によりブレードが海水飛沫に衝突し� ��損傷する。

 この問題を解決するために、この態様は� ��海中から海面上の所定高さまで立設される� ��ワーと、前記タワーの上端部に設置されて� ��力を発生する風車と、海洋表層部に位置し� ��前記タワーに浮力を与えるフロートと、前� ��タワーを水底に固定する支持索とを有し、� ��記放出部は前記タワーに固定される浮遊風� ��装置において、風速を検出する風速センサ� ��、検出した風速が所定しきい値以上の場合� ��前記風車を所定回転位置で停止させる停止� ��御装置とを有し、前記風車は、回転軸から� ��いに逆方向に延在する2翼式水平軸風車とさ れ、前記停止制御装置は、前記2翼式水平軸� �車の2つの翼が略水平となる位置にて前記風� ��を停止させることを特徴としている。上記� ��言う略水平とは水平線を基準として30度以� �更に好適には15度以内を言うものとする。

 このようにすれば、強風大波浪下でフロ� ��トが大きく揺れてポールが傾いても、ブレ� ��ドの先端が高波の上端に接触するのを良好� ��防止することができるので、暴風雨に対す� ��浮遊式風車装置の安全性を向上することが� ��きる。なお、この発明は浮遊風車式発電装� ��にも適用でき、この浮遊風車式発電装置の� ��電電力は、深層水リフトアップ装置以外の� ��荷への電力供給も可能である。また、この� ��様は、固定式風車発電装置にも適用するこ� ��ができる。

 好適な態様において、検出した風速が所� ��しきい値以上の場合に風車の回転軸を風向� ��と略直角方向に変更する風車回動装置すな� ��ちヨー制御装置を有する。このようにすれ� ��、風車のブレードに作用する力を大幅に低� ��することができるので、それによるブレー� ��の変形疲労を低減することができる。

(浮遊風車装置の沈降構造)
 浮遊式風車装置における強風や波浪による� ��ワーの傾斜や揺動による風車のブレード破� ��問題について上記に説明した。すなわち、� ��風雨時には、風力と波浪とによるフロート� ��揺動によりタワーに固定されたブレード先� ��が低下し、波浪の最高点に接触して破損す� ��という問題を生じる。また、波浪に接触し� ��くても、海水飛沫は海面近くほど多いため� ��海水飛沫がブレードに衝突してそれを損傷� ��せる。また、ブレード回転面の揺動は、ブ� ��ードの揚力、抗力を大きく変動させるため� ��ブレードが振動して破損してしまう。

 この問題を解決するために、この態様は� ��海中から海面上の所定高さまで立設される� ��ワーと、前記タワーの上端部に設置された� ��動力を発生する風車と、海洋表層部に位置� ��て前記タワーに浮力を与えるフロートと、� ��記タワーを水底に固定する支持索とを有し� ��前記放出部は前記タワーに固定される浮遊� ��車型深層水リフトアップ装置において、風� ��を検出するセンサを有し、風速が所定しき� ��値を超えた場合にタワーを海中に沈降させ� ��タワー昇降装置を有することをその特徴と� ��ている。

 このようにすれば、暴風雨においても、� ��車及びそれを上端部に支持するタワーは海� ��の波浪の影響が小さい深さまで沈降するこ� ��ができるため、波浪や強風による風車破損� ��良好に防止することができる。なお、ナセ� ��内の発電機や軸受け装置内にも海水が侵入� ��るため、それらは実質的に防水構造とされ� ��。

 好適な態様において、タワーの沈降前に� ��電機や軸受け装置の内部圧力は圧縮空気の� ��入などにより外圧より高くされ、これによ� ��発電機や軸受け装置内への海水侵入を良好� ��防止される。

 タワーの昇降は、タワーに固定したタン� ��の浮力を調節して行うことができる。ポン� ��によりタンク内の海水の排出によりタワー� ��容易に上昇することができ、開閉弁を開い� ��海水をタンクに導入することによりタワー� ��容易に沈降することができる。ポンプなど� ��駆動電力は風車により発電されバッテリに� ��電された電力により駆動される。なお、こ� ��態様は、浮遊風車型深層水リフトアップ装� ��の他に、浮遊風車型発電装置にも適用可能� ��ある。

 好適な態様において、風車は、互いに180度� ��れてハブに固定された2枚のブレードをもち 、2枚のブレードはタワーの沈降に際して垂� �に固定される。これにより、沈降時の波浪� �よりブレードが損傷するのを良好に防止す� �ことができる。