特許 7450847 水質浄化・集熱昇温システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-08

(45)【発行日】2024-03-18

(54)【発明の名称】水質浄化・集熱昇温システム

(51)【国際特許分類】

   B63B 35/32 20060101AFI20240311BHJP

【ＦＩ】

B63B35/32 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023207457

(22)【出願日】2023-12-08

【審査請求日】2023-12-08

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515186781

【氏名又は名称】中村 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 郁夫

【審査官】三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】実開平０６－０２６４５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－００２４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１７１５０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第２００７－０１０６５９６（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｂ ３５／３２

Ｅ０２Ｂ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水質浄化・集熱昇温システムであって、システム本体Ａ、ユニット＆制御部Ｂ、送水ホースＣ、マイクロプラスチック回収ユニットＤ、波力・油圧変換ユニットＥを有している、前記システム本体Ａの上面に前記ユニット＆制御部Ｂ、最下部に前記送水ホースＣ、下部から上面側部にかけて前記マイクロプラスチック回収ユニットＤ、外周の数箇所に前記波力・油圧変換ユニットＥを配置されており、前記水質浄化・集熱昇温システムは固定式と浮体式があり、浮体式の設置位置の保持は例えば海底にアンカーを打設し、ワイヤーロープで係留、
前記システム本体Ａは第１ケーシングａ１、第２ケーシングａ２、外周の数箇所に逆流防止弁ａ３、数十本のヒートパイプａ４、送水ポンプａ５を有し、
前記ユニット＆制御部Ｂはヒートポンプユニットｂ１，制御盤ｂ２、バッテリーｂ３、油圧発電ユニットｅ３を有し、
前記ヒートポンプユニットｂ１は圧縮機ｂ１ａ、熱交換器ｂ１ｂ、膨張弁ｂ１ｃを有し、前記マイクロプラスチック回収ユニットＤはサイクロンフイルタｄ１，自給式ポンプｄ２、マイクロプラスチック回収袋ｄ３を有し、
前記波力・油圧変換ユニットＥは翼本体ｅ１、揺動型油圧ピストンポンプｅ２を有し、前記油圧発電ユニットｅ３はオイルタンクｅ３ａ、チェックバルｅ３ｂ、アキュ－ムレータｅ３ｃ、油圧モータｅ３ｄ、発電機ｅ３ｅを有し、
前記システム本体Ａは湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の溶存酸素量が多く、水温の高い水から集熱、溶存酸素量の少ない下層部へ放出し貧酸素水塊・低酸素海域の改善を行なうもので、波力および潮力により水が上流側の前記逆流防止弁ａ３を開き前記第１ケーシングａ１の内側に流入、下流側の前記逆流防止弁ａ３は開かないため送水ホースＣに向かつて流れ、流入した水は前記ヒートパイプａ４によって集熱し、降温した水は密度が大きくなり、前記送水ポンプａ５の補完により前記サイクロンフイルタｄ１を経て前記送水ホースＣに送水し溶存酸素量の少ない下層部へ放出、貧酸素水塊・低酸素海域の改善を行ない、
前記ヒートパイプａ４で集熱した熱は前記第２ケーシングａ２の熱交換室ａ２ｃで熱媒体と熱交換し、さらにヒートポンプユニットｂ１の圧縮機ｂ１ａにより圧縮昇温し、熱交換器ｂ１ｂで熱媒体と熱交換後エネルギー源として有効に活用、
前記マイクロプラスチック回収ユニットＤは上層部に浮遊するマイクロプラスチックを回収するもので、サイクロンフイルタｄ１により水の流れを利用した遠心力によりマイクロプラスチックを下部に集め自給式ポンプｄ２により前記システム本体Ａの上面側部に水とともに吸上げ、マイクロプラスチック回収袋ｄ３に吐出し回収、
前記の波力・油圧変換ユニットＥは波の上下運動を翼本体ｅ１で捉え、揺動型油圧ピストンポンプｅ２を駆動し油圧に変換、その油圧を前記油圧発電ユニットｅ３に供給し油圧モータｅ３ｄにより発電機ｅ３ｅを駆動して発電、発電した電力は前記送水ポンプａ５、前記圧縮機ｂ１ａ、前記自給式ポンプｄ２の駆動および前記バッテリーｂ３に充電、水質浄化・集熱昇温システムの制御・通信などの電力として活用、
湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の溶存酸素量の多い水を波力および潮力を活用し、下層部の貧酸素水塊・低酸素海域の改善、上層部の浮遊するマイクロプラスチックの回収に加え、水温の高い水を集熱し圧縮昇温することによりエネルギー源として有効に活用でき、相乗効果を効率的に生かせることが出来る水質浄化・集熱昇温システム。

【請求項2】

前記揺動型油圧ピストンポンプｅ２はピニオンシャフトｅ２ａ、第１ラックｅ２ｂ、第２ラックｅ２ｃ、ピストンｅ２ｄ、スプリングｅ２ｅを有し、前記ピニオンシャフトｅ２ａかかるトルクで前記第１ラックｅ２ｂと前記第２ラックｅ２ｃは直線方向に作動し、前記第１ラックｅ２ｂ連結している１対の前記ピストンｅ２ｄによって油圧に変換、前記第２ラックｅ２ｃ連結している１対の前記スプリングｅ２ｅは伸縮し、前記ピニオンシャフトｅ２ａにトルクがかからない時は前記スプリングｅ２ｅにより前記揺動型油圧ピストンポンプｃ２は揺動角度の中心に復帰させ保持できるもので、
前記ピニオンシャフトｅ２ａと前記翼本体ｅ１の軸ｅ１ｂとを連結するカップリングｅ１ｃの角度調整により水平または任意の角度に設定でき、波の上下運動を効率よく捉え油圧に変換し、前記油圧モータｅ３ｄにより前記発電機ｅ３ｅを駆動して発電、電力を自給することが出来る請求項１に記載の水質浄化・集熱昇温システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

水質環境とエネルギー分野

【背景技術】

【0002】

湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の水温が太陽熱などにより上昇すると水の密度は小さくなって、下層部にある密度の大きい水と混じりにくく、上層部の大気－水面間のガス交換、波などによる酸素を豊富に含んだ水が下層部に供給されにくくなるため、水中の酸素量が減少し、貧酸素水塊・低酸素海域の形成ともなり、マイクロプラスチック問題も加わり水質環境悪化による生態系の破壊が懸念されている。また上層部の蓄積している熱は災害の要因ともなり、エネルギー源としても有効に活用されていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

湖沼および/または湾岸・海洋の貧酸素水塊・低酸素海域の形成やマイクロプラスチック問題による水質環境の改善および上層部の蓄積している熱をエネルギーとして有効な活用が課題。

【課題を解決するための手段】

【0004】

湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の水温が太陽熱などにより上昇すると水の密度は小さくなっているが、溶存酸素量が多く含まれており、集熱し降温することにより密度を大きくなり、波力および潮力を活用して溶存酸素量が多い水を下層部に送込み、下層部の溶存酸素量を増やし、その過程でマイクロプラスチックを回収、集熱した熱は圧縮昇温してエネルギー源として有効に活用する。

【発明の効果】

【0005】

湖沼および/または湾岸・海洋の貧酸素水塊・低酸素海域の解消とマイクロプラスチックを回収により水質環境の改善および集熱した熱は圧縮昇温し、エネルギー源として有効に活用が出来る。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】水質浄化・集熱昇温システムの全体概略図である。

【図2】システム本体の断面図およびヒートポンプユニットの回路図である。

【図3】逆流防止弁の４面図および設置図である。

【図4】ヒートパイプの正面図および設置図である。

【図5】送水ポンプの正面図および設置図である。

【図6】マイクロプラスチック回収ユニットの側面図である。

【図7】波力・油圧変換ユニットの上面および側面図である。

【図8】揺動型油圧ピストンポンプの断面図および矢視断面図である。

【図9】油圧発電ユニットの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１から図９を参照しながら、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【0008】

図１と図２に示す水質浄化・集熱昇温システムは、システム本体Ａ、ユニット＆制御部Ｂ、送水ホースＣ、マイクロプラスチック回収ユニットＤ、波力・油圧変換ユニットＥで、システム本体Ａは第１ケーシングａ１、第２ケーシングａ２、外周の数箇所に逆流防止弁ａ３、数十本のヒートパイプａ４、送水ポンプａ５を有している。

【0009】

図１と図２に示す水質浄化・集熱昇温システムはシステム本体Ａの上面にユニット＆制御部Ｂ、最下部に前記送水ホースＣ、下部から上面側部にかけてマイクロプラスチック回収ユニットＤ、外周の数箇所に波力・油圧変換ユニットＥを配置されている。水質浄化・集熱昇温システムは固定式と浮体式があり、浮体式の設置位置の保持は例えば海底にアンカーを打設し、ワイヤーロープで係留。

【0010】

図２図２に示すシステム本体Ａの第１ケーシングａ１は漏斗形状で、上面は第２ケーシングａ２に接続し密封している。第２ケーシング底部ａ２ａに集熱用のヒートパイプａ４を数十本垂直に装着、外周の数箇所に逆流防止弁ａ３を設け、中央部に送水ポンプａ５を設置している。

【0011】

図２に示すシステム本体Ａの第２ケーシングａ２は二重筒状に形成され、内側筒の内部が第１ケーシングａ１と連通し、中央部に送水ポンプａ５を設置し、第２ケーシングａ２の上面はキャッププレートａ２ｂで密封している。

【0012】

第２ケーシングａ２の第１バッフルプレートａ２ｆと第２バッフルプレートａ２ｉの間に熱交換室ａ２ｃを設け、第２ケーシング底部ａ２ａに装着しているヒートパイプａ４と第１通気穴ａ２ｈおよび第２通気穴ａ２ｋは連通している。

【0013】

湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の溶存酸素量が多く、水温が高く密度の小さい水が波力および潮力により水が上流側の逆流防止弁ａ３を開き前記第１ケーシングａ１の内側に流入、下流側の前記逆流防止弁ａ３は開かないため送水ホースＣに向かつて流れ、流入した水はヒートパイプａ４によって集熱し、降温した水は密度が大きくなり、送水ポンプａ５の補完によりサイクロンフイルタｄ１を経て前記送水ホースＣに送水し溶存酸素量の少ない下層部へ放出、貧酸素水塊・低酸素海域の改善を行なう。

【0014】

図２に示すユニット＆制御部Ｂのヒートポンプユニットｂ１の膨張弁ｂ１ｃの出口と第２ケーシングａ２の第２ケーシング底部ａ２ａと第１バッフルプレートａ２ｆで仕切られている第１チャンバーａ２ｇとは第１パイプａ２ｄにより接続している。第１バッフルプレートａ２ｆにはヒートパイプａ４を中心にヒートパイプａ４の貫通および気体が通過するように第１通気穴ａ２ｈを設けている。

【0015】

第２ケーシングａ２のキャッププレートａ２ｂと第２バッフルプレートａ２ｉで仕切られている第２チャンバーａ２ｊとユニット＆制御部Ｂのヒートポンプユニットｂ１の圧縮機ｂ１ｅの入口とは第２パイプａ２ｅにより接続している。第２バッフルプレートａ１ｉにはヒートパイプａ４を中心に気体が通過するように第２通気穴ａ２ｋを設けている。つまりヒートパイプａ４は貫通させていない。

【0016】

図２に示すユニット＆制御部Ｂのヒートポンプユニットｂ１の膨張弁ｂ１ｃの出口から降温した熱媒体が第１パイプａ２ｄを流れ、第１チャンバーａ２ｇに充填され、第１バッフルプレートａ２ｆに設けた第１通気穴ａ２ｈから熱交換室ａ２ｃに入り、ヒートパイプａ４の放熱部の外周を、第２バッフルプレートａ２ｉに設けた第２通気穴ａ２ｋに向かって熱媒体は流れ、効率的に集熱昇温しながら上昇、第２チャンバーａ２ｊに入る。

【0017】

昇温した熱媒体は第２パイプａ２ｅを流れ、ヒートポンプユニットｂ１の圧縮機ｂ１ａにより圧縮昇温して熱交換器ｂ１ｂに供給する。供給された熱媒体は気体または液体の熱媒体と熱交換しエネルギー源として有効に活用される。熱交換の後熱媒体は膨張弁ｂ１ｃを経て低温となりの出口からで第１パイプａ２ｄに送られる。

【0018】

図２と図３に示す逆流防止弁ａ３は湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の溶存酸素量が多い水を、波力および潮力により水が第１ケーシングａ１の上流側の逆流防止弁ａ３を開き内側に流入させるもので、逆流防止弁ａ３は開口部を設けたバルブ本体ａ３ａの開口部をふさぐ大きさのバルブプレートａ３ｂをヒンジａ３ｃで支持、バルブプレートａ３ｂは開閉自在となっている。スクリーンａ３ｄは逆流防止弁ａ３の外側に設け、φ５ｍｍ以上のゴミが第１ケーシングａ１内に流れ込むのを防ぎ、袋状のゴミが引っかかるよう例えばフックを設ける。

【0019】

図２と図４に示すヒートパイプａ４はシステム本体Ａの内部に数十本設け、第１ケーシングａ１の内部に逆流防止弁ａ３から流入した水から集熱して、第２ケーシングａ２の熱交換室ａ２ｃに効率的に伝熱し放熱するもので、ヒートパイプ本体ａ４ａは集熱部と放熱部とウイックを持つ。フィンａ４ｂはヒートパイプ本体ａ４ａの放熱部の放熱面積を広げ、熱媒体との熱交換効率を上げるためのもので、ブッシュａ４ｃはフィンａ４ｂの外径が大きいため、穴を大きくし着脱を容易にするため設けたもので、クランプ継手ａ４ｄはヒートパイプ６を固定するために設けている。

【0020】

図２と図５に示す送水ポンプａ５は湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の溶存酸素量が多いい水を下層部に送水するのを補完するもので、着脱を容易にするためシステム本体Ａの中央部に空洞を設け取付けている。モータａ５ａの回転をシャフトａ５ｂにより伝え、送水用の羽根車ａ５ｃを駆動している。羽根車ａ５ｃは第１ケーシングａ１の漏斗形状の下端の出口に配置し効率的に送水する。

【0021】

図１と図６に示すマイクロプラスチック回収ユニットＤは、湖沼および/または湾岸・海洋の上層部に浮遊するマイクロプラスチックを回収するもので、システム本体Ａの下部から上面側部にかけて設け、水の流れを利用した遠心力によりマイクロプラスチックを下部に集め自給式ポンプｄ２により前記システム本体Ａの上面側部に水とともに吸上げ、マイクロプラスチック回収袋ｄ３に吐出し回収する。

【0022】

図２と図７に示す波力・油圧変換ユニットＥは波力を油圧に変換するものでシステム本体Ａの外周に数箇所設け、翼本体ａ１で波の上下運動を回転揺動運動として捉え、軸ｅ１ｂとピニオンシャフトｅ２ａとカップリングｅ１ｃで連結し揺動型油圧ピストンポンプｅ２を駆動し波力を油圧に変換している。
揺動型油圧ピストンポンプｃ２は揺動角度の中心に復帰させ保持できるもので、カップリングｅ１ｃの角度調整により翼本体ｅ１を水平または任意の角度に設定でき、波の上下運動を効率よく捉え波力を油圧に変換することが出来る。

【0023】

図８に示す揺動型油圧ピストンポンプｅ２はピニオンシャフトｅ２ａ、第１ラックｅ２ｂ、第２ラックｅ２ｃ、ピストンｅ２ｄ、スプリングｅ２ｅを有し、ピニオンシャフトｅ２ａかかるトルクで第１ラックｅ２ｂと第２ラックｅ２ｃは直線方向に作動し、第１ラックｅ２ｂ連結している１対のピストンｅ２ｄによって油圧に変換、第２ラックｅ２ｃ連結している１対のスプリングｅ２ｅは伸縮し、ピニオンシャフトｅ２ａにトルクがかからない時はスプリングｅ２ｅにより揺動型油圧ピストンポンプｃ２は揺動角度の中心に復帰させ保持出来る。

【0024】

図９に示す油圧発電ユニットｅ３は波力・油圧変換ユニットＥの油圧で発電するもので、翼ｃ１ａの波力による揺動で揺動型油圧ピストンポンプ駆動。ピストンｃ２ｄの片方は油タンク１６ｂの油圧作動油がチェックバルブｃ３ｂを経由して吸込み、もう一方のピストンｃ２ｄは油圧を発生させチェックバルブｃ３ｂを経由してアキュームレータｃ３ｃに蓄圧し、油圧モータｃ３ｄの駆動により発電機ｃ３ｅで発電する。
発電した電力は送水ポンプａ５、圧縮機ｂ１ａ、自給式ポンプｄ２の駆動およびバッテリーｂ３に充電、水質浄化・集熱昇温システムの制御・通信などの電力として活用する。

【0025】

図１に示す制御盤ｂ２は各種機器およびセンサーの制御を行なう。

【符号の説明】

【0026】

Ａ・・・システム本体
Ｂ・・・ユニット＆制御部
Ｃ・・・送水ホース
Ｄ・・・マイクロプラスチック回収ユニット
Ｅ・・・波力・油圧変換ユニット
ａ１・・第１ケーシング
ａ２・・第２ケーシング ａ２ａ・・第２ケーシング底部
ａ２ｂ・・キャッププレート ａ２ｃ・・熱交換室 ａ２ｄ 第１パイプ
ａ２ｅ・・第２パイプ ａ２ｆ・・第１バッフルプレート
ａ２g・・第１チャンバー ａ２ｈ・・第１通気穴
ａ２ｉ・・第２バッフルプレート ａ２ｊ・・第２チャンバー
ａ２ｋ・・第２通気穴
ａ３・・逆流防止弁 ａ３ａ・・バルブ本体 ａ３ｂ・・バルブプレート
ａ３ｃ・・ヒンジ ａ３ｄ・・スクリーン
ａ４・・ヒートパイプ ａ４ａ・・ヒートパイプ本体 ａ４ｂ・・フィン
ａ４ｃ・・ブッシュ ａ４ｄ・・クランプ継手
ａ５・・送水ポンプ ａ５ａ・・モータ ａ５ｂ・・シャフト
ａ５ｃ・・羽根車
ｂ１・・ヒートポンプユニット ｂ１ａ・・圧縮機 ｂ１ｂ・・熱交換器
ｂ１ｃ・・膨張弁
ｂ２‥制御盤
ｂ３バッテリー
ｄ１・・マイクロプラスチック回収ユニット
ｄ１ａ・・サイクロンフイルタ ｄ２・・自給式ポンプ
ｄ３・・マイクロプラスチック回収袋
ｅ１・・翼本体 ｅ１ａ翼 ｅ１ｂ・・軸 ｅ１ｃ・・カップリング
ｅ２・・揺動型油圧ピストンポンプ ｅ２ａ・・ピニオンシャフト
ｅ２ｂ・・第１ラック ｅ２ｃ・・第２ラック ｅ２ｄ・・ピストン
ｅ２ｅ・・スプリング
ｅ３・・油圧発電ユニット ｅ３ａオイルタンク
ｅ３ｂ・・チェックバルブ ｅ３ｃ・・アキュームレータ
ｅ３ｄ・・油圧モータ ｅ３ｅ・・発電機

【要約】

【課題】湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の水温が太陽熱などにより上昇すると水の密度は小さく、下層部にある密度の大きい水と混じりにくく、上層部の大気－水面間のガス交換、波などによる酸素を豊富に含んだ水が下層部に供給されにくくなるため、水中の酸素量が減少し、貧酸素水塊・低酸素海域の形成ともなり、マイクロプラスチック問題も加わり水質環境悪化による生態系の破壊が懸念されている。また上層部の蓄積している熱は災害の要因となり、エネルギー源として有効に活用されていない。
【解決手段】湖沼および/または湾岸・海洋の上層部の水温が太陽熱などにより上昇すると水の密度は小さくなっているが、溶存酸素量が多く含まれており、集熱し降温することにより密度を大きくし、波力および潮力を活用して溶存酸素量が多い水を下層部に送込み、下層部の溶存酸素量を増やすとともにその過程でマイクロプラスチックを回収し水質環境を改善する。
【選択図】図1

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】