金属捕集システム及び方法
【課題】金属捕集材を設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能な金属捕集システム及び方法を提供する。
【解決手段】海水の金属捕集領域Ｗに金属捕集材を係留する係留装置１０と、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置２０とによって金属捕集システムを構成する。目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定し、温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る。
【解決手段】海水の金属捕集領域Ｗに金属捕集材を係留する係留装置１０と、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置２０とによって金属捕集システムを構成する。目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定し、温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属捕集システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び非特許文献１には、モール状に成形された金属捕集材（ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させたもの）をアンカーに接続して海中に係留することで、海水に含まれる極微量のウランやバナジウム等の希少金属を効率良く捕集する技術が開示されている。
また、下記特許文献２には、海上に浮かぶ人工陸地や、橋の橋脚間、海中に張ったロープ、或いは浮体のプールなどから、アミドキシム基を有する捕集材で構成された捕集材ユニットを吊り下げて海中に係留することにより、海水に含まれる金属を捕集する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８０６１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２１２６５５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】玉田正男ら モール状捕集システムによる海水ウラン捕集のコスト試算 日本原子力学会和文論文誌,Vol.5,No.4,p.358-363(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１には、海水温度が１０°Ｃ上昇すると金属捕集材による金属捕集速度が１．５倍となり、金属捕集効率が向上することが記載されている。この理由として、金属捕集材を構成するアミドキシム基と海水中の金属とのキレート反応速度が海水温度の上昇に伴って増大することが考えられている。つまり、金属捕集材の金属吸着性能は海水温度に大きく影響を受けることになる。
【０００６】
従って、海水温度の高い海域に金属捕集材を設置することが望ましいが、地理的或いは経済的な問題から必ずしもそのような海域だけに金属捕集材を設置できるとは限らない。また、海水温度の高い海域に金属捕集材を設置できたとしても、海流の変化や季節変動などによって海水温度が変化した場合に金属捕集効率の低下を招く虞がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、金属捕集材を設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能な金属捕集システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、金属捕集システムに係る第１の解決手段として、海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留する係留装置と、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第２の解決手段として、海中に金属捕集材を係留する係留装置と、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御する温度制御装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得ることを特徴とする。
【００１２】
一方、本発明では、金属捕集方法に係る第１の解決手段として、海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留して、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明では、金属捕集方法に係る第２の解決手段として、海中に金属捕集材を係留して、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属捕集材が係留されている金属捕集領域の海水温度、或いは金属捕集材そのものの温度を目標温度（金属捕集効率が向上する高めの温度）に制御することができるため、金属捕集材を設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図２】第２実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図３】第３実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図４】第４実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図５】変形例に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１（ａ）は、第１実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。この図に示すように、第１実施形態における金属捕集システムは、海中の金属捕集領域Ｗに金属捕集材ｍａを係留する金属捕集船１０（係留装置）と、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する温度制御装置２０とから構成されている。なお、金属捕集領域Ｗは、海面から一定深さまでの領域を囲い部材１００によって囲むことで形成されている。
また、この図において、実線の矢印は流体（液体、気体を含む）を示し、波線の矢印は電気信号を示している。
【００１７】
金属捕集船１０は、エンジン１１から得られる推進力によって自走航行可能な船である。この金属捕集船１０の船首甲板にはクレーン１２が設置されており、金属捕集材ｍａはクレーン１２から金属捕集領域Ｗに吊り下げられた捕集材固定具１３に接続されて海中を漂いながら海水に含まれる金属を吸着する。金属捕集材ｍａとしては、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載されているように、ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させてモール状に成形したものを用いることができる。このような金属捕集材ｍａは、海水からウランやバナジウム等の希少金属を捕集するのに好適である。
【００１８】
なお、上記のようにモール状の金属捕集材ｍａを捕集材固定具１３に接続して海中に係留する方法に替えて、例えば籠状部材（バケット）をクレーン１２から金属捕集領域Ｗに吊り下げ、このバケット内に球状、円筒形状など、海水との接触面積が大きい形状に成形した金属捕集材ｍａを収容する方法を採用しても良い。つまり、金属捕集材ｍａを海中に係留する方法は本実施形態に限らず、状況に応じて適宜変更可能である。
【００１９】
温度制御装置２０は、金属捕集船１０に設置された海水ポンプ２１、蓄熱槽２２及びコントローラ２３と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計２４とから構成されている。エンジン１１から排出された高温の排ガスＥＧは蓄熱槽２２を通じて外部へ排出される。つまり、蓄熱槽２２は、エンジン１１から排出される排ガスＥＧの廃熱を蓄熱する。
【００２０】
海水ポンプ２１は、コントローラ２３による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて蓄熱槽２２へ導入する。海水ポンプ２１によって蓄熱槽２２へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなる。熱水ＨＷは、蓄熱槽２２から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、本実施形態では、熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を上昇させることが可能である。
【００２１】
温度計２４は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ２３へ出力する。コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する。具体的には、このコントローラ２３は、海水ポンプ２１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する。なお、目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定することが望ましい。
【００２２】
続いて、上記のように構成された第１実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させる過程で、蓄熱槽２２にエンジン１１から排出される排ガスＥＧの廃熱を蓄熱させる。そして、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００２３】
この時、コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ２１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。図１（ｂ）は、海水温度に対して、アミドキシム基を有する金属捕集材ｍａの１ｋｇ当りのウラン吸着量（ｇ）を示したものである。この図に示すように、海水温度が高くなる程、金属捕集材ｍａの金属吸着性能（金属捕集効率）が向上することがわかる。
【００２４】
従って、金属捕集領域Ｗの海水温度は高い程良いが、あまりに高く目標温度を設定すると、膨大な熱エネルギー（カロリー）が必要となるため、現実的に海水温度の制御は困難となる。そこで、本実施形態では、目標温度を２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定することで、現実的な温度制御と金属捕集効率の向上の両立を図っている。
【００２５】
コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に、金属捕集領域Ｗの海水温度が目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に到達したことを把握すると、海水ポンプ２１の作動を停止して金属捕集領域Ｗへの熱水ＨＷの供給を終了する。以降、昼夜を問わず、コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を監視し、当該海水温度が目標温度を下回った場合、海水ポンプ２１を作動させて温度制御を行う。なお、時間の経過に伴って蓄熱槽２２に蓄えられた熱エネルギーが減少するが、これは一定期間毎に金属捕集船１０を別の金属捕集領域Ｗへ移動させて、エンジン１１の排ガスＥＧを蓄熱槽２２に再度流通させることで解決できる。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（金属捕集効率が向上する高めの温度）に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、エンジン１１の廃熱を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００２７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第２実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置３０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置３０に着目して説明する。
【００２８】
温度制御装置３０は、金属捕集船１０に設置された海水ポンプ３１、第１バルブ３２、ソーラーパネル３３、第２バルブ３４、蓄熱槽３５及びコントローラ３６と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計３７とから構成されている。
【００２９】
海水ポンプ３１は、コントローラ３６による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ３２及び第２バルブ３４へ導入する。第１バルブ３２及び第２バルブ３４は、コントローラ３６による制御に応じて開閉する電磁弁である。第１バルブ３２が開状態且つ第２バルブ３４が閉状態の場合、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷはソーラーパネル３３に導入される。
【００３０】
ソーラーパネル３３は、太陽光を集光して得られる熱エネルギーによって、内部を流通する海水ＳＷを加熱する。つまり、ソーラーパネル３３に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなってソーラーパネル３３から蓄熱槽３５へ送出される。ソーラーパネル３３から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽３５の内部を流通した後、蓄熱槽３５から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、ソーラーパネル３３によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽３５に蓄熱される。
【００３１】
一方、第１バルブ３２が閉状態且つ第２バルブ３４が開状態の場合、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽３５へ導入される。蓄熱槽３５へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００３２】
温度計３７は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ３６へ出力する。コントローラ３６は、第１バルブ３２及び第２バルブ３４の開閉状態を制御すると共に、温度計３７から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００３３】
続いて、上記のように構成された第２実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００３４】
この時、コントローラ３６は、現在時刻から昼間か夜間かを判断し、昼間だと判断した場合に第１バルブ３２を開状態に、第２バルブ３４を閉状態に制御する。そして、コントローラ３６は、温度計３７から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００３５】
このように第１バルブ３２が開状態且つ第２バルブ３４が閉状態の場合に海水ポンプ３１を作動させると、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは、ソーラーパネル３３を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽３５を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、十分な太陽光を得られる昼間の場合には、蓄熱槽３５に太陽熱を蓄積しながら、金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００３６】
一方、コントローラ３６は、現在時刻から昼間か夜間かを判断し、夜間だと判断した場合に第１バルブ３２を閉状態に、第２バルブ３４を開状態に制御する。そして、コントローラ３６は、温度計３７から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００３７】
このように第１バルブ３２が閉状態且つ第２バルブ３４が開状態の場合に海水ポンプ３１を作動させると、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽３５を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、太陽光を得られない夜間の場合には、昼間に蓄熱槽３５に蓄積されていた太陽熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである太陽熱を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００３９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第３実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置４０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置４０に着目して説明する。
【００４０】
温度制御装置４０は、金属捕集船１０の近傍の海中に設置された波力吸収装置４１と、金属捕集船１０に設置されたエアタービン発電機４２、電気ヒータ４３、海水ポンプ４４、第１バルブ４５、第２バルブ４６、蓄熱槽４７及びコントローラ４８と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計４９とから構成されている。
【００４１】
波力吸収装置４１は、波の上下運動を利用して空気の流れ（空気流）を生成し、当該生成した空気流ＡＦをエアタービン発電機４２に供給する。エアタービン発電機４２は、波力吸収装置４１から供給される空気流ＡＦによって回転して発電し、当該発電によって得られた電力を電気ヒータ４３に供給する。電気ヒータ４３は、エアタービン発電機４２から供給される電力によって発熱する。
【００４２】
海水ポンプ４４は、コントローラ４８による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ４５及び第２バルブ４６へ導入する。第１バルブ４５及び第２バルブ４６は、コントローラ４８による制御に応じて開閉する電磁弁である。第１バルブ４５が開状態且つ第２バルブ４６が閉状態の場合、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは電気ヒータ４３に導入される。
【００４３】
電気ヒータ４３に導入された海水ＳＷは、ヒータ内部を流通する過程で加熱されて熱水ＨＷとなる。つまり、電気ヒータ４３に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなって電気ヒータ４３から蓄熱槽４７へ送出される。電気ヒータ４３から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽４７の内部を流通した後、蓄熱槽４７から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、電気ヒータ４３によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽４７に蓄熱される。
【００４４】
一方、第１バルブ４５が閉状態且つ第２バルブ４６が開状態の場合、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽４７へ導入される。蓄熱槽４７へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００４５】
温度計４９は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ４８へ出力する。コントローラ４８は、第１バルブ４５及び第２バルブ４６の開閉状態を制御すると共に、温度計４９から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００４６】
続いて、上記のように構成された第３実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００４７】
この時、コントローラ４８は、現在時刻から波が大きく揺動する時間帯（電気ヒータ４３に十分な電力を供給可能な時間帯）であると判断した場合、第１バルブ４５を開状態に、第２バルブ４６を閉状態に制御する。そして、コントローラ４８は、温度計４９から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００４８】
このように第１バルブ４５が開状態且つ第２バルブ４６が閉状態の場合に海水ポンプ４４を作動させると、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは、電気ヒータ４３を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽４７を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、波が大きく揺動して電気ヒータ４３に十分な電力を供給可能な時間帯の場合には、蓄熱槽４７によって蓄熱しながら金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００４９】
一方、コントローラ４８は、現在時刻から波が静かな時間帯（電気ヒータ４３に十分な電力を供給できない時間帯）であると判断した場合、第１バルブ４５を閉状態に、第２バルブ４６を開状態に制御する。そして、コントローラ４８は、温度計４９から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００５０】
このように第１バルブ４５が閉状態且つ第２バルブ４６が開状態の場合に海水ポンプ４４を作動させると、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽４７を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、波が静かで電気ヒータ４３に十分な電力を供給できない時間帯の場合には、波が大きく揺動する時間帯に蓄熱槽４７に蓄積されていた熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである波力を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００５２】
なお、本実施形態では、現在時刻から波が大きく揺動しているか否かを判断する場合を例示したが、例えば波高を計測する波高計測器を用い、当該波高計測器によって計測された波高が一定値以上か否かを確認することで、波が大きく揺動しているか、或いは静かな状態かを判断するようにしても良い。
【００５３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第４実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置５０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置５０に着目して説明する。
【００５４】
温度制御装置５０は、金属捕集船１０に設置された風力発電機５１、電気ヒータ５２、海水ポンプ５３、第１バルブ５４、第２バルブ５５、蓄熱槽５６及びコントローラ５７と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計５８とから構成されている。
【００５５】
風力発電機５１は、風力によって回転して発電し、当該発電によって得られた電力を電気ヒータ５２に供給する。電気ヒータ５２は、風力発電機５１から供給される電力によって発熱する。海水ポンプ５３は、コントローラ５７による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ５４及び第２バルブ５５へ導入する。第１バルブ５４及び第２バルブ５５は、コントローラ５７による制御に応じて開閉する電磁弁である。
【００５６】
第１バルブ５４が開状態且つ第２バルブ５５が閉状態の場合、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは電気ヒータ５２に導入される。電気ヒータ５２に導入された海水ＳＷは、ヒータ内部を流通する過程で加熱されて熱水ＨＷとなる。つまり、電気ヒータ５２に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなって電気ヒータ５２から蓄熱槽５６へ送出される。電気ヒータ５２から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽５６の内部を流通した後、蓄熱槽５６から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、電気ヒータ５２によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽５６に蓄熱される。
【００５７】
一方、第１バルブ５４が閉状態且つ第２バルブ５５が開状態の場合、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽５６へ導入される。蓄熱槽５６へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００５８】
温度計５８は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ５７へ出力する。コントローラ５７は、第１バルブ５４及び第２バルブ５５の開閉状態を制御すると共に、温度計５８から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００５９】
続いて、上記のように構成された第４実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００６０】
この時、コントローラ５７は、現在時刻から風が強い時間帯（電気ヒータ５２に十分な電力を供給可能な時間帯）であると判断した場合、第１バルブ５４を開状態に、第２バルブ５５を閉状態に制御する。そして、コントローラ５７は、温度計５８から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００６１】
このように第１バルブ５４が開状態且つ第２バルブ５５が閉状態の場合に海水ポンプ５３を作動させると、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは、電気ヒータ５２を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽５６を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、風が強く、電気ヒータ５２に十分な電力を供給可能な時間帯の場合には、蓄熱槽５６によって蓄熱しながら金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００６２】
一方、コントローラ５７は、現在時刻から風が弱い時間帯（電気ヒータ５２に十分な電力を供給できない時間帯）であると判断した場合、第１バルブ５４を閉状態に、第２バルブ５５を開状態に制御する。そして、コントローラ５７は、温度計５８から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００６３】
このように第１バルブ５４が閉状態且つ第２バルブ５５が開状態の場合に海水ポンプ５３を作動させると、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽５６を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、風が弱く、電気ヒータ５２に十分な電力を供給できない時間帯の場合には、風が強い時間帯に蓄熱槽５６に蓄積されていた熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである風力を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００６５】
なお、本実施形態では、現在時刻から風が強いか否かを判断する場合を例示したが、例えば風力を計測する風力計測器を用い、当該風力計測器によって計測された風力が一定値以上か否かを確認することで、風が強いか弱いかを判断するようにしても良い。
【００６６】
〔変形例〕
以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記第１実施形態では、エンジン１１の廃熱を利用して金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る場合を例示したが、利用する廃熱はこれに限定されず、例えば金属捕集領域Ｗが沿岸近くの海域に設置されている場合には、沿岸の火力発電所などから排出される工業廃熱を利用しても良い。
【００６７】
また、上記第２〜第３実施形態では、自然エネルギーである太陽熱、波力或いは風力を利用して、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る場合を例示したが、利用する自然エネルギーはこれらに限定されず、例えば地熱や海流などの他の自然エネルギーを利用しても良い。
【００６８】
また、廃熱及び自然エネルギーの一方だけでなく、両方を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るような構成、つまり、第１実施形態の温度制御装置２０と、第２〜第４実施形態の温度制御装置３０、４０、５０のいずれか１つ或いは複数とを組み合わせた構成を採用しても良い。
【００６９】
（２）上記第１〜第４実施形態では、海中に金属捕集材ｍａを係留する係留装置として金属捕集船１０を例示したが、係留装置は船舶等の自走航行可能なものに限らず、海上に浮かぶ人工陸地（メガフロート等の浮体も含む）や、海峡を跨ぐように架設された橋梁構造物、海中に張られたワイヤーなど、海中に金属捕集材ｍａを係留可能なものであれば良い。
【００７０】
（３）上記第１〜第４実施形態では、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する場合を例示したが、金属捕集材ｍａそのものの温度を目標温度に制御することで同様の効果（金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能）を得られる。
【００７１】
このような金属捕集材ｍａの温度制御は、例えば図５（ａ）に示すように、円筒形状に成形された金属捕集材ｍａを用い、この円筒形状の金属捕集材ｍａの中空部分に熱水ＨＷを流通させることで実現できる。なお、熱水ＨＷを金属捕集材ｍａに供給する装置としては、上記第１〜第４実施形態の温度制御装置２０、３０、４０、５０のいずれかを利用することができる。この場合、温度計は金属捕集材ｍａの表面温度を計測するように設置すれば良い。また、図５（ａ）に示すように、円筒形状の金属捕集材ｍａの表面に、熱水ＨＷを外部（海中）へ流出させるための複数の孔ｈを設けて、熱水ＨＷが交換されやすくすることが好ましい。
【００７２】
または、図５（ｂ）に示すように、クレーン１２から海中に吊り下げた配管２００内に、球状（或いは円筒形状）に成形された金属捕集材ｍａを入れて、この配管２００の端部から海水ＳＷと共に熱水ＨＷを導入するような構成を採用しても良い。
なお、金属捕集材ｍａそのものの温度を目標温度に制御する場合には、囲い部材１００によって海中のある領域を囲む必要はない。
【符号の説明】
【００７３】
１０…金属捕集船（係留装置）、２０、３０、４０、５０…温度制御装置、ｍａ…金属捕集材、Ｗ…金属捕集領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属捕集システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び非特許文献１には、モール状に成形された金属捕集材（ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させたもの）をアンカーに接続して海中に係留することで、海水に含まれる極微量のウランやバナジウム等の希少金属を効率良く捕集する技術が開示されている。
また、下記特許文献２には、海上に浮かぶ人工陸地や、橋の橋脚間、海中に張ったロープ、或いは浮体のプールなどから、アミドキシム基を有する捕集材で構成された捕集材ユニットを吊り下げて海中に係留することにより、海水に含まれる金属を捕集する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８０６１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２１２６５５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】玉田正男ら モール状捕集システムによる海水ウラン捕集のコスト試算 日本原子力学会和文論文誌,Vol.5,No.4,p.358-363(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１には、海水温度が１０°Ｃ上昇すると金属捕集材による金属捕集速度が１．５倍となり、金属捕集効率が向上することが記載されている。この理由として、金属捕集材を構成するアミドキシム基と海水中の金属とのキレート反応速度が海水温度の上昇に伴って増大することが考えられている。つまり、金属捕集材の金属吸着性能は海水温度に大きく影響を受けることになる。
【０００６】
従って、海水温度の高い海域に金属捕集材を設置することが望ましいが、地理的或いは経済的な問題から必ずしもそのような海域だけに金属捕集材を設置できるとは限らない。また、海水温度の高い海域に金属捕集材を設置できたとしても、海流の変化や季節変動などによって海水温度が変化した場合に金属捕集効率の低下を招く虞がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、金属捕集材を設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能な金属捕集システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、金属捕集システムに係る第１の解決手段として、海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留する係留装置と、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第２の解決手段として、海中に金属捕集材を係留する係留装置と、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御する温度制御装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、金属捕集システムに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得ることを特徴とする。
【００１２】
一方、本発明では、金属捕集方法に係る第１の解決手段として、海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留して、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明では、金属捕集方法に係る第２の解決手段として、海中に金属捕集材を係留して、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属捕集材が係留されている金属捕集領域の海水温度、或いは金属捕集材そのものの温度を目標温度（金属捕集効率が向上する高めの温度）に制御することができるため、金属捕集材を設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図２】第２実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図３】第３実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図４】第４実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。
【図５】変形例に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１（ａ）は、第１実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。この図に示すように、第１実施形態における金属捕集システムは、海中の金属捕集領域Ｗに金属捕集材ｍａを係留する金属捕集船１０（係留装置）と、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する温度制御装置２０とから構成されている。なお、金属捕集領域Ｗは、海面から一定深さまでの領域を囲い部材１００によって囲むことで形成されている。
また、この図において、実線の矢印は流体（液体、気体を含む）を示し、波線の矢印は電気信号を示している。
【００１７】
金属捕集船１０は、エンジン１１から得られる推進力によって自走航行可能な船である。この金属捕集船１０の船首甲板にはクレーン１２が設置されており、金属捕集材ｍａはクレーン１２から金属捕集領域Ｗに吊り下げられた捕集材固定具１３に接続されて海中を漂いながら海水に含まれる金属を吸着する。金属捕集材ｍａとしては、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載されているように、ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させてモール状に成形したものを用いることができる。このような金属捕集材ｍａは、海水からウランやバナジウム等の希少金属を捕集するのに好適である。
【００１８】
なお、上記のようにモール状の金属捕集材ｍａを捕集材固定具１３に接続して海中に係留する方法に替えて、例えば籠状部材（バケット）をクレーン１２から金属捕集領域Ｗに吊り下げ、このバケット内に球状、円筒形状など、海水との接触面積が大きい形状に成形した金属捕集材ｍａを収容する方法を採用しても良い。つまり、金属捕集材ｍａを海中に係留する方法は本実施形態に限らず、状況に応じて適宜変更可能である。
【００１９】
温度制御装置２０は、金属捕集船１０に設置された海水ポンプ２１、蓄熱槽２２及びコントローラ２３と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計２４とから構成されている。エンジン１１から排出された高温の排ガスＥＧは蓄熱槽２２を通じて外部へ排出される。つまり、蓄熱槽２２は、エンジン１１から排出される排ガスＥＧの廃熱を蓄熱する。
【００２０】
海水ポンプ２１は、コントローラ２３による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて蓄熱槽２２へ導入する。海水ポンプ２１によって蓄熱槽２２へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなる。熱水ＨＷは、蓄熱槽２２から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、本実施形態では、熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を上昇させることが可能である。
【００２１】
温度計２４は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ２３へ出力する。コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する。具体的には、このコントローラ２３は、海水ポンプ２１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する。なお、目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定することが望ましい。
【００２２】
続いて、上記のように構成された第１実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させる過程で、蓄熱槽２２にエンジン１１から排出される排ガスＥＧの廃熱を蓄熱させる。そして、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００２３】
この時、コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ２１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。図１（ｂ）は、海水温度に対して、アミドキシム基を有する金属捕集材ｍａの１ｋｇ当りのウラン吸着量（ｇ）を示したものである。この図に示すように、海水温度が高くなる程、金属捕集材ｍａの金属吸着性能（金属捕集効率）が向上することがわかる。
【００２４】
従って、金属捕集領域Ｗの海水温度は高い程良いが、あまりに高く目標温度を設定すると、膨大な熱エネルギー（カロリー）が必要となるため、現実的に海水温度の制御は困難となる。そこで、本実施形態では、目標温度を２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定することで、現実的な温度制御と金属捕集効率の向上の両立を図っている。
【００２５】
コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に、金属捕集領域Ｗの海水温度が目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に到達したことを把握すると、海水ポンプ２１の作動を停止して金属捕集領域Ｗへの熱水ＨＷの供給を終了する。以降、昼夜を問わず、コントローラ２３は、温度計２４から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を監視し、当該海水温度が目標温度を下回った場合、海水ポンプ２１を作動させて温度制御を行う。なお、時間の経過に伴って蓄熱槽２２に蓄えられた熱エネルギーが減少するが、これは一定期間毎に金属捕集船１０を別の金属捕集領域Ｗへ移動させて、エンジン１１の排ガスＥＧを蓄熱槽２２に再度流通させることで解決できる。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（金属捕集効率が向上する高めの温度）に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、エンジン１１の廃熱を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００２７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第２実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置３０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置３０に着目して説明する。
【００２８】
温度制御装置３０は、金属捕集船１０に設置された海水ポンプ３１、第１バルブ３２、ソーラーパネル３３、第２バルブ３４、蓄熱槽３５及びコントローラ３６と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計３７とから構成されている。
【００２９】
海水ポンプ３１は、コントローラ３６による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ３２及び第２バルブ３４へ導入する。第１バルブ３２及び第２バルブ３４は、コントローラ３６による制御に応じて開閉する電磁弁である。第１バルブ３２が開状態且つ第２バルブ３４が閉状態の場合、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷはソーラーパネル３３に導入される。
【００３０】
ソーラーパネル３３は、太陽光を集光して得られる熱エネルギーによって、内部を流通する海水ＳＷを加熱する。つまり、ソーラーパネル３３に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなってソーラーパネル３３から蓄熱槽３５へ送出される。ソーラーパネル３３から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽３５の内部を流通した後、蓄熱槽３５から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、ソーラーパネル３３によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽３５に蓄熱される。
【００３１】
一方、第１バルブ３２が閉状態且つ第２バルブ３４が開状態の場合、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽３５へ導入される。蓄熱槽３５へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００３２】
温度計３７は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ３６へ出力する。コントローラ３６は、第１バルブ３２及び第２バルブ３４の開閉状態を制御すると共に、温度計３７から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００３３】
続いて、上記のように構成された第２実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００３４】
この時、コントローラ３６は、現在時刻から昼間か夜間かを判断し、昼間だと判断した場合に第１バルブ３２を開状態に、第２バルブ３４を閉状態に制御する。そして、コントローラ３６は、温度計３７から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００３５】
このように第１バルブ３２が開状態且つ第２バルブ３４が閉状態の場合に海水ポンプ３１を作動させると、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは、ソーラーパネル３３を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽３５を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、十分な太陽光を得られる昼間の場合には、蓄熱槽３５に太陽熱を蓄積しながら、金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００３６】
一方、コントローラ３６は、現在時刻から昼間か夜間かを判断し、夜間だと判断した場合に第１バルブ３２を閉状態に、第２バルブ３４を開状態に制御する。そして、コントローラ３６は、温度計３７から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ３１を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００３７】
このように第１バルブ３２が閉状態且つ第２バルブ３４が開状態の場合に海水ポンプ３１を作動させると、海水ポンプ３１によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽３５を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、太陽光を得られない夜間の場合には、昼間に蓄熱槽３５に蓄積されていた太陽熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである太陽熱を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００３９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第３実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置４０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置４０に着目して説明する。
【００４０】
温度制御装置４０は、金属捕集船１０の近傍の海中に設置された波力吸収装置４１と、金属捕集船１０に設置されたエアタービン発電機４２、電気ヒータ４３、海水ポンプ４４、第１バルブ４５、第２バルブ４６、蓄熱槽４７及びコントローラ４８と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計４９とから構成されている。
【００４１】
波力吸収装置４１は、波の上下運動を利用して空気の流れ（空気流）を生成し、当該生成した空気流ＡＦをエアタービン発電機４２に供給する。エアタービン発電機４２は、波力吸収装置４１から供給される空気流ＡＦによって回転して発電し、当該発電によって得られた電力を電気ヒータ４３に供給する。電気ヒータ４３は、エアタービン発電機４２から供給される電力によって発熱する。
【００４２】
海水ポンプ４４は、コントローラ４８による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ４５及び第２バルブ４６へ導入する。第１バルブ４５及び第２バルブ４６は、コントローラ４８による制御に応じて開閉する電磁弁である。第１バルブ４５が開状態且つ第２バルブ４６が閉状態の場合、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは電気ヒータ４３に導入される。
【００４３】
電気ヒータ４３に導入された海水ＳＷは、ヒータ内部を流通する過程で加熱されて熱水ＨＷとなる。つまり、電気ヒータ４３に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなって電気ヒータ４３から蓄熱槽４７へ送出される。電気ヒータ４３から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽４７の内部を流通した後、蓄熱槽４７から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、電気ヒータ４３によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽４７に蓄熱される。
【００４４】
一方、第１バルブ４５が閉状態且つ第２バルブ４６が開状態の場合、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽４７へ導入される。蓄熱槽４７へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００４５】
温度計４９は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ４８へ出力する。コントローラ４８は、第１バルブ４５及び第２バルブ４６の開閉状態を制御すると共に、温度計４９から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００４６】
続いて、上記のように構成された第３実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００４７】
この時、コントローラ４８は、現在時刻から波が大きく揺動する時間帯（電気ヒータ４３に十分な電力を供給可能な時間帯）であると判断した場合、第１バルブ４５を開状態に、第２バルブ４６を閉状態に制御する。そして、コントローラ４８は、温度計４９から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００４８】
このように第１バルブ４５が開状態且つ第２バルブ４６が閉状態の場合に海水ポンプ４４を作動させると、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは、電気ヒータ４３を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽４７を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、波が大きく揺動して電気ヒータ４３に十分な電力を供給可能な時間帯の場合には、蓄熱槽４７によって蓄熱しながら金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００４９】
一方、コントローラ４８は、現在時刻から波が静かな時間帯（電気ヒータ４３に十分な電力を供給できない時間帯）であると判断した場合、第１バルブ４５を閉状態に、第２バルブ４６を開状態に制御する。そして、コントローラ４８は、温度計４９から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ４４を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００５０】
このように第１バルブ４５が閉状態且つ第２バルブ４６が開状態の場合に海水ポンプ４４を作動させると、海水ポンプ４４によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽４７を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、波が静かで電気ヒータ４３に十分な電力を供給できない時間帯の場合には、波が大きく揺動する時間帯に蓄熱槽４７に蓄積されていた熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである波力を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００５２】
なお、本実施形態では、現在時刻から波が大きく揺動しているか否かを判断する場合を例示したが、例えば波高を計測する波高計測器を用い、当該波高計測器によって計測された波高が一定値以上か否かを確認することで、波が大きく揺動しているか、或いは静かな状態かを判断するようにしても良い。
【００５３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態における金属捕集システムの構成概略図である。なお、第４実施形態における金属捕集システムは、第１実施形態とは異なる温度制御装置５０を備えている点でのみ第１実施形態と相違しているため、以下では第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略し、相違点である温度制御装置５０に着目して説明する。
【００５４】
温度制御装置５０は、金属捕集船１０に設置された風力発電機５１、電気ヒータ５２、海水ポンプ５３、第１バルブ５４、第２バルブ５５、蓄熱槽５６及びコントローラ５７と、金属捕集領域Ｗに配置された温度計５８とから構成されている。
【００５５】
風力発電機５１は、風力によって回転して発電し、当該発電によって得られた電力を電気ヒータ５２に供給する。電気ヒータ５２は、風力発電機５１から供給される電力によって発熱する。海水ポンプ５３は、コントローラ５７による制御の下、海水ＳＷを汲み上げて第１バルブ５４及び第２バルブ５５へ導入する。第１バルブ５４及び第２バルブ５５は、コントローラ５７による制御に応じて開閉する電磁弁である。
【００５６】
第１バルブ５４が開状態且つ第２バルブ５５が閉状態の場合、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは電気ヒータ５２に導入される。電気ヒータ５２に導入された海水ＳＷは、ヒータ内部を流通する過程で加熱されて熱水ＨＷとなる。つまり、電気ヒータ５２に導入された海水ＳＷは、熱水ＨＷとなって電気ヒータ５２から蓄熱槽５６へ送出される。電気ヒータ５２から送出された熱水ＨＷは、蓄熱槽５６の内部を流通した後、蓄熱槽５６から配管を通じて金属捕集領域Ｗの上方まで移送されて金属捕集領域Ｗへ放流される。つまり、電気ヒータ５２によって生成された熱水ＨＷの熱が蓄熱槽５６に蓄熱される。
【００５７】
一方、第１バルブ５４が閉状態且つ第２バルブ５５が開状態の場合、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは蓄熱槽５６へ導入される。蓄熱槽５６へ導入された海水ＳＷは、槽内での熱交換によって加熱されて熱水ＨＷとなり、金属捕集領域Ｗの上方まで移送された後、金属捕集領域Ｗへ放流される。
【００５８】
温度計５８は、金属捕集領域Ｗの海水温度を計測し、その計測結果を示す温度計測信号をコントローラ５７へ出力する。コントローラ５７は、第１バルブ５４及び第２バルブ５５の開閉状態を制御すると共に、温度計５８から得られる温度計測信号を基に海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給することで、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度（２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内）に制御する。
【００５９】
続いて、上記のように構成された第４実施形態における金属捕集システムの動作について説明する。まず、金属捕集船１０を金属捕集領域Ｗが設置された海域まで航行させ、金属捕集船１０が金属捕集領域Ｗに到着した後、クレーン１２を用いて金属捕集材ｍａが接続された捕集材固定具１３を海中（金属捕集領域Ｗ）に吊り下げて金属捕集を開始する。
【００６０】
この時、コントローラ５７は、現在時刻から風が強い時間帯（電気ヒータ５２に十分な電力を供給可能な時間帯）であると判断した場合、第１バルブ５４を開状態に、第２バルブ５５を閉状態に制御する。そして、コントローラ５７は、温度計５８から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００６１】
このように第１バルブ５４が開状態且つ第２バルブ５５が閉状態の場合に海水ポンプ５３を作動させると、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは、電気ヒータ５２を通じて加熱されて熱水ＨＷになった後、蓄熱槽５６を通じて金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、風が強く、電気ヒータ５２に十分な電力を供給可能な時間帯の場合には、蓄熱槽５６によって蓄熱しながら金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００６２】
一方、コントローラ５７は、現在時刻から風が弱い時間帯（電気ヒータ５２に十分な電力を供給できない時間帯）であると判断した場合、第１バルブ５４を閉状態に、第２バルブ５５を開状態に制御する。そして、コントローラ５７は、温度計５８から得られる温度計測信号を基に金属捕集領域Ｗの海水温度を把握し、当該海水温度が目標温度に満たない場合、海水ポンプ５３を作動させて熱水ＨＷを金属捕集領域Ｗへ供給する。
【００６３】
このように第１バルブ５４が閉状態且つ第２バルブ５５が開状態の場合に海水ポンプ５３を作動させると、海水ポンプ５３によって汲み上げられた海水ＳＷは、蓄熱槽５６を通じて熱水ＨＷとなって金属捕集領域Ｗへ供給される。つまり、風が弱く、電気ヒータ５２に十分な電力を供給できない時間帯の場合には、風が強い時間帯に蓄熱槽５６に蓄積されていた熱を利用して熱水ＨＷを生成することで、一日中継続して金属捕集領域Ｗの海水温度制御を行う。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御することができるため、金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能となる。また、本実施形態では、自然エネルギーである風力を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るため、省エネルギーである。
【００６５】
なお、本実施形態では、現在時刻から風が強いか否かを判断する場合を例示したが、例えば風力を計測する風力計測器を用い、当該風力計測器によって計測された風力が一定値以上か否かを確認することで、風が強いか弱いかを判断するようにしても良い。
【００６６】
〔変形例〕
以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記第１実施形態では、エンジン１１の廃熱を利用して金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る場合を例示したが、利用する廃熱はこれに限定されず、例えば金属捕集領域Ｗが沿岸近くの海域に設置されている場合には、沿岸の火力発電所などから排出される工業廃熱を利用しても良い。
【００６７】
また、上記第２〜第３実施形態では、自然エネルギーである太陽熱、波力或いは風力を利用して、金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得る場合を例示したが、利用する自然エネルギーはこれらに限定されず、例えば地熱や海流などの他の自然エネルギーを利用しても良い。
【００６８】
また、廃熱及び自然エネルギーの一方だけでなく、両方を利用して海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得るような構成、つまり、第１実施形態の温度制御装置２０と、第２〜第４実施形態の温度制御装置３０、４０、５０のいずれか１つ或いは複数とを組み合わせた構成を採用しても良い。
【００６９】
（２）上記第１〜第４実施形態では、海中に金属捕集材ｍａを係留する係留装置として金属捕集船１０を例示したが、係留装置は船舶等の自走航行可能なものに限らず、海上に浮かぶ人工陸地（メガフロート等の浮体も含む）や、海峡を跨ぐように架設された橋梁構造物、海中に張られたワイヤーなど、海中に金属捕集材ｍａを係留可能なものであれば良い。
【００７０】
（３）上記第１〜第４実施形態では、金属捕集材ｍａが係留されている金属捕集領域Ｗの海水温度を目標温度に制御する場合を例示したが、金属捕集材ｍａそのものの温度を目標温度に制御することで同様の効果（金属捕集材ｍａを設置する海域に関係なく、高い金属捕集効率を維持することが可能）を得られる。
【００７１】
このような金属捕集材ｍａの温度制御は、例えば図５（ａ）に示すように、円筒形状に成形された金属捕集材ｍａを用い、この円筒形状の金属捕集材ｍａの中空部分に熱水ＨＷを流通させることで実現できる。なお、熱水ＨＷを金属捕集材ｍａに供給する装置としては、上記第１〜第４実施形態の温度制御装置２０、３０、４０、５０のいずれかを利用することができる。この場合、温度計は金属捕集材ｍａの表面温度を計測するように設置すれば良い。また、図５（ａ）に示すように、円筒形状の金属捕集材ｍａの表面に、熱水ＨＷを外部（海中）へ流出させるための複数の孔ｈを設けて、熱水ＨＷが交換されやすくすることが好ましい。
【００７２】
または、図５（ｂ）に示すように、クレーン１２から海中に吊り下げた配管２００内に、球状（或いは円筒形状）に成形された金属捕集材ｍａを入れて、この配管２００の端部から海水ＳＷと共に熱水ＨＷを導入するような構成を採用しても良い。
なお、金属捕集材ｍａそのものの温度を目標温度に制御する場合には、囲い部材１００によって海中のある領域を囲む必要はない。
【符号の説明】
【００７３】
１０…金属捕集船（係留装置）、２０、３０、４０、５０…温度制御装置、ｍａ…金属捕集材、Ｗ…金属捕集領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留する係留装置と、
前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置と、
を具備することを特徴とする金属捕集システム。
【請求項２】
海中に金属捕集材を係留する係留装置と、
前記金属捕集材の温度を目標温度に制御する温度制御装置と、
を具備することを特徴とする金属捕集システム。
【請求項３】
前記目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属捕集システム。
【請求項４】
前記温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属捕集システム。
【請求項５】
海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留して、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御することを特徴とする金属捕集方法。
【請求項６】
海中に金属捕集材を係留して、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御することを特徴とする金属捕集方法。
【請求項１】
海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留する係留装置と、
前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御する温度制御装置と、
を具備することを特徴とする金属捕集システム。
【請求項２】
海中に金属捕集材を係留する係留装置と、
前記金属捕集材の温度を目標温度に制御する温度制御装置と、
を具備することを特徴とする金属捕集システム。
【請求項３】
前記目標温度は、２５°Ｃ以上３５°Ｃ以下の温度範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属捕集システム。
【請求項４】
前記温度制御装置は、廃熱及び自然エネルギーの一方或いは両方を利用して、前記海水温度を目標温度に制御するために必要な熱エネルギーを得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属捕集システム。
【請求項５】
海中の金属捕集領域に金属捕集材を係留して、前記金属捕集領域の海水温度を目標温度に制御することを特徴とする金属捕集方法。
【請求項６】
海中に金属捕集材を係留して、前記金属捕集材の温度を目標温度に制御することを特徴とする金属捕集方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２２１０８（Ｐ２０１２−１２２１０８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４９２８（Ｐ２０１０−２７４９２８）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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