JPH09150140A - 海湖水利用の水力発電兼淡水浄水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 海底に設置した防水耐圧設備の海水取入口か
ら海水を取水し、海水を防水耐圧設備内部に内蔵させた
淡水化装置により淡水化するとともに、当該淡水化の水
を海底に設けた竪坑内部を落下させ、竪坑に付設した水
車を有する発電機により電気エネルギーに変換させる海
水利用の淡水化兼水力発電方式及びその装置。 【効果】 地球表面の７割を占めている海洋利用が図ら
れ、海水の淡水化と同時に海水による落差を利用した水
力発電が可能となり、海水淡水化装置における熱源とし
て利用でき、原子力発電や石油等の燃料源が不要で、未
開発地域の開発における農業用水、工業用水、飲料水を
確保でき、海水淡水化装置の市場を拡大でき、燃料に乏
しい未開発地域の開発に有利となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海湖水利用の淡水
化・浄水化兼水力発電方式及びそれに使用される水力発
電兼淡水浄水化装置に関し、特に、海水を真水化すると
共に、その水を利用して、水力発電を起こさせようとす
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】世界の人口は、年々増加の傾向にある。
将来的には、その人口増に対し食料の供給が追いつかな
くなるとされている。世界の人口増加に対処するための
食料増産計画として海水を淡水化して農業用水を確保す
るために、海水淡水化装置が供されている。しかし、当
該海水淡水化装置は、農業用のみならず、適切な飲料水
の確保、工業用水の確保等にも機能しており、例えば、
四面が環海である日本においても、降雨量のバラツキに
よるダムの渇水により、飲料水の確保がままならない場
合があることは、良く知られていることである。海（海
洋）は、地球表面の約４分の３（約７割）を占めてお
り、その海洋利用は、利するところが大きく、その利用
の一形態である海水淡水化装置の重要性も大きなものが
ある。しかしながら、当該海水淡水化装置による淡水化
の実現には、通常の場合、淡水化のための必要な燃料の
確保が難しいという問題があり、クウェート、サウジア
ラビアのような国では、殆んど無代の天然ガスがあるか
ら良いとして、他の国では、通常の場合、淡水化のため
の必要な燃料の確保に困るという問題を生じる。海水の
淡水化に、熱源として火力発電や原子力発電の廃熱を用
い、これと造水を結合させるシステムも提唱されている
が、火力発電には石油、石炭等化石資源の枯渇が叫ばれ
ている燃料源を使用しなければならず、又、こうした燃
料源は価格のバツキがあり、燃料源の高騰化は淡水のコ
ストを高いものにしてしまい、一方、原子力発電は、放
射性廃棄物の処理の問題等がある。当該発電の問題に言
及すれば、日本では、従来は、水力発電が主力になって
いたが、水資源の不足、電源地帯の偏在化、季節により
年により豊水渇水の差が大きいこと等から火主水従に移
行している。当該移行は、水力発電の実現において巨大
なダムの建設場所の確保等の問題に起因しているものと
も考えられ、元々、日本は、山や川が多く、水力発電に
は適しているはずであるのに、そうした移行が行なわれ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る従来技術の有する欠点を解消することが出来る技術を
提供することにある。本発明の前記ならびにそのほかの
目的と新規な特徴は、本明細書の記述からあきらかにな
るであろう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の発明に係
るものである。 （１）海又は湖の海底又は湖底に設置した防水耐圧設備
の海水又は湖水取入口から海水又は湖水を取水し、当該
海水又は湖水を当該防水耐圧設備内部に内蔵させた淡水
化及び／又は浄水化装置により淡水化及び／又は浄水化
するとともに、当該淡水化及び／又は浄水化前後の水を
海底又は湖底に設けた竪坑内部を落下させ、当該竪坑に
付設した水車を有する発電機により電気エネルギーに変
換させることを特徴とする海湖水利用の淡水化・浄水化
兼水力発電方式。 （２）海又は湖に人工島、浮き島またはプラットホーム
を構築し、当該人工島、浮き島またはプラットホーム内
部に内蔵させた淡水化及び／又は浄水化装置に海水又は
湖水を供給して、当該海水又は湖水を当該淡水化及び／
又は浄水化装置により淡水化及び／又は浄水化すると共
に、当該淡水化及び／又は浄水化装置から落下した水ま
たは当該淡水化及び／又は浄水化前の水により水力発電
を起こさせることを特徴とする海湖水利用の淡水化・浄
水化兼水力発電方式。 （３）海又は湖の海底又は湖底に防水耐圧設備を設置
し、該防水耐圧設備に海水又は湖水取入口を設け、該防
水耐圧設備内部に淡水化及び／又は浄水化装置を内蔵さ
せ、前記海底又は湖底に竪坑を設け、当該竪坑に水車を
有する発電機を付設し、前記防水耐圧設備の海水又は湖
水取入口から取水した海水又は湖水を前記淡水化及び／
又は浄水化装置により淡水化及び／又は浄水化し、且、
淡水化及び／又は浄水化前後の水にて水力発電を起こさ
せることを特徴とする海湖水利用の水力発電兼淡水浄水
化装置。 （４）海又は湖に人工島、浮き島またはプラットホーム
を構築し、当該人工島、浮き島またはプラットホーム内
部に淡水化及び／又は浄水化装置を内蔵させるととも
に、当該淡水化及び／又は浄水化装置から落下した水ま
たは当該淡水化及び／又は浄水化前の水により水力発電
を起こさせることのできる水力発電設備を内蔵させたこ
とを特徴とする海湖水利用の水力発電兼淡水浄水化装
置。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【０００６】

【実施例】

実施例１．図１は、本発明の実施例の構成図を示す。図
１に示すように、海面１下海底２に防水耐圧設備３を設
置する。当該防水耐圧設備３内部に海水淡水化装置４を
内蔵させる。当該防水耐圧設備３の上部には、海水５を
取入する海水取入口６を設ける。当該海水取入口６及び
海水淡水化装置４は、それぞれ複数設け、当該海水取入
口６から取水した水の海水淡水化装置４を介した経路７
を適宜切り換え可能にしておくとよい。当該海水淡水化
装置４の下には、淡水の貯留槽８を設けておき、適宜淡
水を貯留しておくようにしておく。海底２には、竪坑
（竪穴）９を穴設する。当該竪坑９にはその壁面に沿っ
てパイプ類（図示せず）を内設してもよいし、パイプ
（水圧管）類を埋設し、当該パイプ類を竪坑９としても
よい。当該竪坑９には水車１０を有する発電機１１を付
設する。当該水車１０を有する発電機１１は、図示のよ
うに、複数付設し、効率的な水力発電を行なうようにす
るとよい。水車１０を複数回転させ、一つの発電機１１
に集約してもよい。当該竪坑９は、複数穴設するように
してもよい。

【０００７】海水淡水化装置４は、海水５中に溶存する
３．５％程度の塩類を除去して淡水を得る装置である。
海水淡水化には、海水から水を分離する方法と、海水か
ら塩類を除去する方法とがある。両者を使用することが
できる。海水中の水と塩類を分離するには、蒸留法、冷
凍法で代表される熱エネルギーによる方式；逆浸透法、
圧透析法で代表される機械エネルギーによる方式；電気
透析法で代表される電気エネルギーによる方式；水和物
法、溶媒抽出法、イオン交換法で代表される化学エネル
ギーによる方式が例示されるが、これら方式から適宜選
択することができる。イオン交換法による方式は、イオ
ン交換現象を利用して塩類を除去して淡水を得る方式
で、イオン交換樹脂を用いる方法やゼオライトを用いる
方法等があり、圧透析法は、膜を介して塩類水溶液に圧
力をかけることにより、脱塩する方式である。当該海水
の淡水化には上記のように種々の方式があるが、そのう
ち最も有利なのは、多段フラッシュ方式（蒸留法の一種
で、海水を加熱蒸留して淡水を得る方式。）であるとさ
れている。しかし、前述のように、この方式では、当該
蒸留加熱の燃料源に問題がある。本発明では、海水淡水
化装置４により淡水化された水にて、水力発電を起こさ
せ、当該発電エネルギーを加熱の際のエネルギーとして
使用出来るという有利さがある。従って、本発明では、
燃料源に困らずに、各種の淡水化方式をとることができ
る。

【０００８】水力発電は、一般的に、先ず、高所に水を
導いて、一定の落差をつくり、高所から水を一挙に水車
を通じて低所に落とし、発生する機械的エネルギーで、
同軸に連結した発電機を回転させ、電力を発生させるも
のである。通常の水力発電所は、落差を得るための構造
から、水路式、ダム式、ダム水路式に分けられている。
水路式は、川の蒸留から発電地点まで水路で引いた水を
水圧管で落とすもので、ダム式は、えん堤で流水をせき
止めて水位を上昇させ、ダムを境とした上下水面間に落
差を得る方式であり、ダム水路式はこれらを併用したも
のである。これに対し、本発明の方式について説明する
に、海面１下、海底２に設置した防水耐圧設備３の海水
取入口６から海水５を取水する。当該海水５を当該防水
耐圧設備３内部に内蔵させた淡水化装置４により淡水化
する。淡水化された水を淡水貯留槽８に一時的に貯留し
ておくと、発電機１１の負荷急変に即応した水量の調節
が可能となる。当該淡水貯留槽８の水を、次いで、海底
２に穴設した竪坑（水圧管でも可）９内部を落下させ
る。縦方向に直下落下するので、水車１０の車（ランナ
ー）を勢い良く回転させる。そのエネルギーを水車１０
に連設した発電機１１に伝える。当該水車１０には、例
えば、落差の高いものから低いもの順に、ベルトン水
車、フランシス水車、プロペラ水車があるが、低落差用
のカプラン水車（プロペラ水車の一種）を用いると、竪
坑の深さを短くできる。カプラン水車は、羽根車がプロ
ペラ形の水車で、負荷に応じて羽根の角度が変えられる
ので効率が良い。プロペラ水車として、羽根車に作用す
る部分の水の流れを主軸１２に対して斜め方向にするこ
とができる斜流水車を使用してもよい。図示では、水車
９の羽根が竪坑（水圧管）９の中に突出した形態になっ
ているが、羽根車を当該竪坑（水圧管）９の中に収納
し、主軸１２を外部に出すようにしてもよい。当該水車
１０には、ささえ羽根、案内羽根等を備えさせることが
できる。当該水力発電設備１３で発生した電力は、送電
経路１４を通して、海水淡水化装置４での淡水化に際し
ての電気エネルギーとして使用することが出来る。図示
のように、蓄電装置（蓄電池）１５を介して一旦蓄え、
送電してもよい。本発明では、上記のようにして、海水
による落差を利用した発電が可能となり、また、同時に
海水の真水化が可能となる。

【０００９】水力発電後の淡水は、そのまま、地底１６
上に配管された放水管１７及び供水管１８を通して、陸
上に揚水して工業用水や農業用水として使用出来る。貯
水槽１９に一時的に貯留させることもできる。分離され
た一方の供水管２０を通し、一旦、ろ過槽（フイルタ
ー）２１を通し、貯水槽２２及び配水管２３を介して飲
料水として供することが出来る。

【００１０】本発明では、防水耐圧設備３内部に焼却物
供給管２４を備えた焼却炉２５を設けることができる。
当該焼却炉２５で、ゴミ等を燃やし、その熱により、配
水管２６中の水を加熱して、温水とすれば、例えば、雪
溶かし水、暖房用として便利に使用できる。この場合、
海底に焼却炉２５を設けるので、公害問題をクリアでき
る。本発明では、又、図示のように、縦坑設備２７を設
け、機材の搬出、人の出入り等に供してもよい。本発明
では、水力発電設備で発生した電力を、海水淡水化装置
４での淡水化に際しての電気エネルギーとして使用する
ことができるが、これを送電経路２８を通して、電力の
乏しい場所に供給できる。又、海水の淡水化に際し生成
した塩類を食料塩として供することができる。本発明で
は、沖合い例えば２０〜３０ｍの所の海底（大陸棚）に
防水耐圧設備を設け、その下に適宜深さの竪坑を設け
る。

【００１１】実施例２．次に、本発明の他の実施例を説
明する。図２は、本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。図２は、本発明を、人口島に適用したものである。
人口島の構築工法には、従来タイプの埋め立て工法があ
るが、最近は、ケーソン沈設工法、浮体工法が広く用い
られるようになってきている。ケーソン沈設工法は、巨
大コンクリートケーソンをドックで建造し、目的地まで
曳航、着底させ、固い支持地盤まで掘り下げて建築基礎
とする工法である。又、浮体工法は、海上に浮く島を作
る工法である。本発明では、これら工法により人口島
（浮き島を含む）を構築でき、他に、軟着底式工法や所
謂「マリネーション構想」による工法も使用できる。軟
着底式工法は、これらケーソン沈設工法と浮体工法の中
間的なもので、水より少々思い構造物を海底に軟着陸さ
せて人口島を構築する工法である。「マリネーション構
想」による工法は、干拓工法の改良型ともいえ、海洋に
大きな外周を有するダムを構築し、その内側をドライア
ップして、水面下海底に空間を建設して人口島としよう
とするものである。従って、本発明における人工島に
は、海水又は湖水に建築物を構築し、その建築物の一部
を海水又は湖水中に埋没させ、他部を海水又は湖水の水
面から露出させる形態を含む。海底油田に使用される、
海底に足を立脚したプラットホームの如きであってもよ
い。このようにして構築された人口島２９の中央に、図
２に示すように、海水供給管３０を立設し、その上部開
口から、海水揚水装置３１により、海水５を揚水し、海
水淡水化装置４にて、海水の淡水化を行なう。淡水化さ
れた水は、水圧管９を通り、水車１０を回転させ、その
エネルギーを水車１０に連設した発電機１１に伝えるよ
うになっている。前記実施例では、淡水化された水を海
底に穴設した竪坑（水圧管でも可）内部を落下させるよ
うにしていたが、当該実施例では、人口島２９内部に水
圧管９を立設し、又、ベルトン水車１０を使用して、円
板１０１とバケット１０２とからなるランナにノズル３
２から水を噴射して水力発電を起こさせるようにする。
発電機１１の電力は、蓄電装置１５に送り、一時的に蓄
えてもよいし、送電経路２８を介して送電してもよい。
当該水力発電による電力は、海水揚水装置３１の揚水
に、又、海水淡水化装置４での淡水化の際の電力に使用
出来る。淡水は、淡水貯水槽１９に送り、工業用水や農
業用水や飲料水等として供することが出来る。焼却炉２
５を設け、該焼却炉２５で、ゴミ等を燃やし、その熱に
より、配水管２６中の水を加熱して、温水とすることが
できる。他、適宜前記実施例を当該実施例にも適用する
ことができる。

【００１２】以上本発明者によってなされた発明を実施
例にもとずき具体的に説明したが、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。本発明
は、海の他、海水湖等にも適用できる。又、淡水化の他
水の浄水化にも適用できる。本発明の前記実施例では、
淡水化または浄水化後の水により水力発電を起こさせる
例を示したが、先に、水力発電を起こさせ、次いで、淡
水化または浄水化してもよい。本発明における防水耐圧
設備３として、海底石油生産システムに使用される、海
底に沈めた石油生産装置を利用し、その内部に淡水化ま
たは浄水化装置を内蔵させ、あるいは、その内部に水力
発電設備を内蔵させるようにしてもよい。本発明は、海
や海水湖等に設置されるので、波や海水等のエネルギー
を利用することができ、波動によるエネルギーを淡水化
または浄水化に当てたり、又、海洋温度差発電システム
による、例えば、海面近くの温水と深層の冷たい海水と
の温度差を利用して電気を取り出したり、更に、海や湖
では、太陽熱がふんだんにあり、太陽熱光発電を併用し
たりすることができる。

【００１３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明によれば、上記の
ようにして、海水による落差を利用した発電が可能とな
り、また、同時に海水の真水化が可能となる。本発明に
よれば、海水の淡水化ができると共に、その淡水化後の
水による水力発電が海水淡水化装置における熱源として
利用でき、淡水化のために必要な燃料の確保が容易で、
放射性廃棄物の処理の問題が付き纏う原子力発電が必要
なく、資源の枯渇が叫ばれている石油、石炭等の燃料源
による火力発電に頼らなくても済む。又、従来方式の水
力発電に比較しても、地球表面の約４分の３（約７割）
を占めている海洋利用ができるので、そのネックとなっ
ている水資源の不足、電源地帯の偏在化、季節や年によ
り豊水渇水の差の大きいこと等の問題を解消できる。地
球表面の約４分の３（約７割）を占めている海洋利用に
より、海水の淡水化及び水力発電が実現でき、従って、
淡水化のために必要な燃料の確保に困るという問題から
脱却することができるので、海水淡水化装置の市場を益
々拡大でき、燃料に乏しい未開発地域の開発にも有利と
なる。農業用水や工業用水や飲料水を確保できるので、
世界の人口増に対する食料事情に貢献でき、又、農業用
水や工業用水や飲料水の確保が難しい地域の開発も進め
ることができ、四面が環海である日本においても、飲料
水の確保が容易になる。更に、本発明において、防水耐
圧設備内部に焼却炉を設けることにより、公害問題を解
消でき、又、当該焼却炉でゴミ等を燃やした熱により、
淡水を加熱して、温水とすれば、雪国での雪溶かし水と
して便利に使用でき、且、暖房用途にも使用でき、シベ
リヤの如き極寒地でも有利となる。こうした焼却熱によ
り水を蒸気にし、発電に利用することも出来る。、

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例の構成図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１・・・海面 ２・・・海底 ３・・・防水耐圧設備 ４・・・海水淡水化装置 ５・・・海水 ６・・・海水取入口 ７・・・経路 ８・・・淡水の貯留槽 ９・・・竪坑（水圧管） １０・・・水車 １１・・・発電機 １２・・・主軸 １３・・・水力発電設備 １４・・・送電経路 １５・・・蓄電装置（蓄電池） １６・・・地底 １７・・・放水管 １８・・・供水管 １９・・・貯水槽 ２０・・・供水管 ２１・・・ろ過槽（フイルター） ２２・・・貯水槽 ２３・・・配水管 ２４・・・焼却物供給管 ２５・・・焼却炉 ２６・・・配水管 ２７・・・縦坑設備 ２８・・・送電経路 ２９・・・人口島 ３０・・・海水供給管 ３１・・・海水揚水装置 ３２・・・ノズル １０１・・・円板 １０２・・・バケット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海又は湖の海底又は湖底に設置した防水
   耐圧設備の海水又は湖水取入口から海水又は湖水を取水
   し、当該海水又は湖水を当該防水耐圧設備内部に内蔵さ
   せた淡水化及び／又は浄水化装置により淡水化及び／又
   は浄水化するとともに、当該淡水化及び／又は浄水化前
   後の水を海底又は湖底に設けた竪坑内部を落下させ、当
   該竪坑に付設した水車を有する発電機により電気エネル
   ギーに変換させることを特徴とする海湖水利用の淡水化
   ・浄水化兼水力発電方式。
2. 【請求項２】 海又は湖に人工島、浮き島またはプラッ
   トホームを構築し、当該人工島、浮き島またはプラット
   ホーム内部に内蔵させた淡水化及び／又は浄水化装置に
   海水又は湖水を供給して、当該海水又は湖水を当該淡水
   化及び／又は浄水化装置により淡水化及び／又は浄水化
   すると共に、当該淡水化及び／又は浄水化装置から落下
   した水または当該淡水化及び／又は浄水化前の水により
   水力発電を起こさせることを特徴とする海湖水利用の淡
   水化・浄水化兼水力発電方式。
3. 【請求項３】 海又は湖の海底又は湖底に防水耐圧設備
   を設置し、該防水耐圧設備に海水又は湖水取入口を設
   け、該防水耐圧設備内部に淡水化及び／又は浄水化装置
   を内蔵させ、前記海底又は湖底に竪坑を設け、当該竪坑
   に水車を有する発電機を付設し、前記防水耐圧設備の海
   水又は湖水取入口から取水した海水又は湖水を前記淡水
   化及び／又は浄水化装置により淡水化及び／又は浄水化
   し、且、淡水化及び／又は浄水化前後の水にて水力発電
   を起こさせることを特徴とする海湖水利用の水力発電兼
   淡水浄水化装置。
4. 【請求項４】 海又は湖に人工島、浮き島またはプラッ
   トホームを構築し、当該人工島、浮き島またはプラット
   ホーム内部に淡水化及び／又は浄水化装置を内蔵させる
   とともに、当該淡水化及び／又は浄水化装置から落下し
   た水または当該淡水化及び／又は浄水化前の水により水
   力発電を起こさせることのできる水力発電設備を内蔵さ
   せたことを特徴とする海湖水利用の水力発電兼淡水浄水
   化装置。