(57)【要約】 【課題】浮体式洋上風力発電システムに於いて、トラブルが少なく安定的に実現可能な方式の確立を目指す。【解決手段】水平翼と垂直翼の結合を回転自在にフレキシブルに行う自己安定型垂直軸風車を採用する事により、水平軸風車の様な偏加重でなく、且つ風向を気にしない為に、風車支持体に悪影響を与えないシステムの構築が可能となる。更に、３個の風車を三角形を形成する様にフレキシブル．リンク機構を用いて構築し、この形状を元に同様な手法でマルチ化を行えば、多数の風車によるウインドファームに於いても安定な運用を行う事が出来る。更に漁業とのコラボレーションも可能となり、早期の浮体式ウインドファームの立ち上げが可能となり、将来の食料危機対策としても有効である。【選択図】図１５
2014219012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に接する近傍にあるメインフロートと、フロートの下部に設置された結合部と、結合部の下部に設置された姿勢安定用のウエイト部分と、メインフロート上部に設置された支柱と、支柱の上端部に設置された風車と、風車に接続された発電ユニットからなる浮体式洋上風力発電システム。
【請求項２】
外部からの信号により浮力構造体の水位を調整する事を特徴とする請求項１に記載の浮体式洋上風力発電システム。
【請求項３】
自己安定型垂直軸風力発電ユニットが組み込まれた事を特徴とする請求項１から請求項２の何れかに記載の浮体式洋上風力発電システム。
【請求項４】
潮流発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の浮体式洋上風力発電システム。
【請求項５】
波力発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の浮体式洋上風力発電システム。
【請求項６】
２個の浮力構造体と、２個の浮力構造体に対して並行四辺形を形成する為の２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手とからなる請求項１から請求項５の何れかに記載の２連浮力構造システム。
【請求項７】
２連浮力構造体システムとその中の２個の浮力構造体と二等辺三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の２個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる事を特徴とする請求項６に記載の浮力構造システム。
【請求項８】
Ｎ連浮力構造システムにおいて、その内の２個の浮力構造体と三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の２個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる請求項７に記載の浮体構造システム。
【請求項９】
水平支柱と回転継ぎ手を結合するピン１と、回転結合継手からなる回転結合部と、回転結合部同志を結合する為のピン２と、締め付け金具１と、締め付け金具２と、回転結合部と締め付け金具を結合するピン２と、締め付け金具１と締め付け金具２を固定し、締め付ける役目を持つボルトからなる請求項６から請求項８の何れかに記載の浮力構造システム。
【請求項１０】
回転結合部が２個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システム。
【請求項１１】
回転結合部が３個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システム。
【請求項１２】
回転結合部が４個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システム。
【請求項１３】
回転結合部が６個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システム。
【請求項１４】
３角形を形成する浮力構造体の中間位置又はその近傍に養魚用生簀が設置されている事を特徴とする請求項７から請求項１３の何れかに記載の浮力構造システム。
【請求項１５】
生け簀は上下する為の機構を有し、餌の供給装置を備えている事を特徴とする請求項１４に記載の浮力構造システム。
【請求項１６】
一辺の浮力構造体の数が３個以上ある場合に、両端の２個を除いた中間の浮力構造体を間引いた事を特徴とする請求項６から請求項１５の何れかに記載の浮力構造システム
【請求項１７】
通常は最小の長さを維持しているが、浮力構造体が上下動する時には必要に応じて伸び縮みをする水平支柱から構成される事を特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の浮力構造システム。
【請求項１８】
浮力構造体のフロート部と最下部のウエイト部の略中間位置から略水平方向に伸びるワイヤと伸びた先端部から上方向に伸びるワイヤと下方に延びるワイヤと、上方向に伸びるワイヤの先端に結合される外部フロート部と下方に伸びるワイヤの先端に結合されるアンカー部とからなるアンカーシステム。
【請求項１９】
最低２個以上のアンカーシステムから構成される事を特徴とする請求項６から請求項１７の何れかに記載の浮力構造システム。
【請求項２０】
浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るワイヤと回転自在のプーリー保持部とプーリー保持部から略水平方向に伸びて外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点に至るワイヤとから構成される事を特徴とする請求項１８と請求項１９の何れかに記載のアンカーシステム。
【請求項２１】
モーターによって駆動されるプーリー保持部とプーリー保持部から出る水平ワイヤと浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るチェインとから構成される事を特徴とする請求項１８に記載のアンカーシステム。
【請求項２２】
浮力構造体のフロート部下部近くに設置されるモーター駆動付のプーリー保持部と浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部近くに設置される回転自在のプーリー保持部とモーター駆動付のプーリー保持部と回転自在のプーリー保持部を経由して外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点から伸びる略水平方向のワイヤと結合するチェインとから構成される事を特徴とする請求項１８から請求項２１の何れかに記載のアンカーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力発電に係り、特に自己安定型垂直軸風車を設置した、水深のある洋上で使用される浮体式洋上風力発電に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油資源の枯渇及び地球温暖化対策の一環として石油や石炭を使用しない発電が注目を集めている。
特に、昨年の東日本大震災に伴う福島原子力発電所の大事故以来、原子力や石油、石炭以外の再生可能エネルギーへの注目が非常に高まっている。
その中でも、太陽光発電や風力発電が重要な役目を担おうとしている。
【０００３】
太陽光発電に関しては、各家庭の屋根等に設置する小規模発電の場合は屋根のスペースを有効に活用出来るのでメリットが有る。しかし、大規模太陽光発電の場合は、大きな面積の太陽光パネルを設置する必要があるが、この場合はその代わりに森林や畑等の緑地を潰す事になり、地球温暖化対策の観点からは逆行する事になり、好ましくない。つまり、太陽光発電の場合には、例えば１００のエネルギーを得ようとすれば１００に相当する緑地が無くなる事になる。例え、その土地が現在遊休状態であっても、近い将来くるであろう全地球上の人口爆発に伴う食糧危機の場合には、それらの土地は直ぐ食糧生産の為に利用する必要があり、その場合は太陽光パネルを撤去する事になり、恒久的なエネルギー対策には不向きである。
【０００４】
それに比べ、風力発電の場合は、例えば太陽のエネルギーを広い太洋で吸収した結果、強い風が発生し日本に来る事になり、エネルギーの集合、蓄積、積分と言う観点から太陽光発電に比べ、遥かに大きなメリットが有る。つまり、日本の面積よりもはるかに広い太洋で蓄積された熱エネルギーを利用する事になるので、風力発電の為に利用される緑地面積は皆無に近い。
勿論、洋上発電施設から海底ケーブル等で送られて来る電力の処理をする為の施設が陸上に必要ではあるが、大きな面積は必要ない。
【０００５】
風力発電に関しては、現在は水平軸風車が主流を占めているが、陸地に設置される場合が殆んどで、近くに民家等があり、騒音等の問題の為に、設置が進んでいない地域も有る。例えば日本等は正にその例である。
水平軸風車の場合は風車軸周りの加重が偏加重となっており、垂直性の維持が非常に困難であり、更に、常に風に正対する必要が有る為に、目まぐるしく変化する風向への対応は非常に困難である。
特に、洋上発電の場合はその事が顕著で、特に全地球の６０％以上を占有する１００ｍ以上の深海域の場合は浮体方式にするしか方法が無く、水平軸風車の適用は非常に厳しく、高いハードルが有あり、実現は困難である。
【０００６】
垂直軸風車の場合は風車の回転軸中心と風車取り付けタワーの中心とは完全に一致するので、例え浮体方式の場合も技術的には特に問題は無い。
【０００７】
この様に、洋上風力発電は周りを海で囲まれた国にとっては非常に重要であり、これからは主流となる事は疑いの余地は無い。水深が有る場合は浮体式風力発電の設置が必須条件であるが、現在、世界中の何処を探しても、その様な水平軸風車は実用化されていない。特に、水深が有り、風向が目まぐるしく変わる地域では、風向を気にしない垂直軸風車が有効であるとして、最近、注目を集めて世界中で色々とトライされているが、今のところ実用化の目途が立っている方式は報告されて居ない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】さらなる風を求めて  垂直軸風車  関和市、牛山泉  共著  ｐ３１〜ｐ４１
【非特許文献２】風力エネルギー読本  牛山泉著  ｐ２１０−ｐ２１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
色んな風況下での垂直軸風車の効率の良い使用形態及び効果的な保護対策について考える。
【００１０】
課題１はどんな強風下に於いても風車の回転を止めず、破壊されない事。
一般的には、台風等の強風が吹く場合は、ブレーキ等により風車を強制的に止めて風車の破損を防止する処置が取られる。此の場合は、強力な台風のエネルギーの為に強力なブレーキシステムが必要になり、風車の強度向上の必要性やコストアップ等問題になってくる。更に、台風等の強烈な乱気流が渦巻いている場合は止まっている特定の風車翼が大きな力を集中的に受ける場合があり、破壊が集中する危険性がある。回転していれば、その様な力は分散、平均化されるので問題が発生しずらい。
更に、もし、強風下において風車を停止すれば、折角の強力な台風のエネルギーを無駄にする事になる。
【００１１】
課題２はどんな風況下に於いても浮体構造体の垂直性の維持をする事。
水平軸風車にせよ、垂直軸風車にせよ、台風やハリケーン等による強力な風や波浪等により風車軸が影響を受けて傾いたり、激しい上下動を繰り返す様では、安定な発電をする事は不可能であり、トラブル発生の要因ともなる。どんな風況下に於いても風車軸の垂直性確保や上下動の沈静化は必須条件である。
【００１２】
課題３は洋上風車が設置される周辺海域における海洋生物に悪影響を与えない事。
洋上に於ける大規模発電を行う為には、多数の風車を設置する必要があるが、この場合は、設置される海域に於いて海洋植物、魚介類等の海洋生物に悪影響を与えない事が必要であり、その為には太陽光や潮流等を遮断しない事が必須条件になる。その事により、漁業との協業が可能となり、短期間に広い水域への洋上風力発電の展開が可能となる。
【００１３】
課題４は出来るだけトラブルを少なくし、メンテナンスフリーである事。
洋上風力発電は陸地から離れた、水深のある海域での長時間の無人運転が必須になるが、その為にはメンテナンスフリーが重要な条件となる。然るに、現在良く使用されている風車の大部分が、水平軸風車、垂直軸風車共に増速ギア付発電機を使用している。この方式の発電機はギアの磨耗の為に定期的に交換等のメンテナンスが欠かせない。これは定期的な発電の中断やメンテナンスコスト等の問題を抱えている。
洋上風力発電によって相当な割合の発電量を賄う為には、上記、課題１〜課題４までの問題が完全に解決される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は水面に接する近傍にあるメインフロートと、フロートの下部に設置された結合部と、結合部の下部に設置された姿勢安定用の重し部分と、メインフロート上部に設置された支柱と、支柱の上端部に設置された風車と、風車に接続された発電ユニットからなる浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００１５】
本発明は外部からの信号により浮力構造体の水位を調整する事を特徴とする請求項１に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００１６】
本発明は自己安定型垂直軸風力発電ユニットが組み込まれた事を特徴とする請求項１から請求項２に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００１７】
本発明は潮流発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項１から請求項３に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００１８】
本発明は波力発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項１から請求項４に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００１９】
本発明は２個の浮力構造体と、２個の浮力構造体に対して並行四辺形を形成する為の２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手とからなる請求項１から請求項５の何れかに記載の２連浮力構造システムを提供する事により、課題２を解決したものである。
【００２０】
本発明は２連浮力構造体システムとその中の２個の浮力構造体と二等辺三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の２個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる事を特徴とする請求項６に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００２１】
本発明はＮ連浮力構造システムにおいて、その内の２個の浮力構造体と二等辺三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の２個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各２本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる請求項７に記載の浮体構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００２２】
本発明は水平支柱と回転継ぎ手を結合するピン１と、回転結合継手からなる回転結合部と、回転結合部同志を結合する為のピン２と、締め付け金具１と、締め付け金具２と、回転結合部と締め付け金具を結合するピン２と、締め付け金具１と締め付け金具２を固定し、締め付ける役目を持つボルトからなる請求項６から請求項８の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３と課題４を解決したものである。
【００２３】
本発明は回転結合部が２個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３と課題４を解決したものである。
【００２４】
本発明は回転結合部が３個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３と課題４を解決したものである。
【００２５】
本発明は回転結合部が４個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３と課題４を解決したものである。
【００２６】
本発明は回転結合部が６個により構成される事を特徴とする請求項９に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３と課題４を解決したものである。
【００２７】
本発明は３角形を形成する浮力構造体の中間位置又はその近傍に養魚用生簀が設置されている事を特徴とする請求項７から請求項８に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００２８】
本発明は生け簀は上下する為の機構を有し、餌の供給装置を備えている事を特徴とする請求項１４に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００２９】
本発明は一辺の浮力構造体の数が３個以上ある場合に、両端の２個を除いた中間の浮力構造体を間引いた事を特徴とする請求項６から請求項１３の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３０】
本発明は通常は最小の長さを維持しているが、浮力構造体が上下動する時には必要に応じて伸び縮みをする水平支柱から構成される事を特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３１】
浮力構造体のフロート部と最下部のウエイト部の略中間位置から略水平方向に伸びるワイヤと伸びた先端部から上方向に伸びるワイヤと下方に延びるワイヤと、上方向に伸びるワイヤの先端に結合される外部フロート部と下方に伸びるワイヤの先端に結合されるアンカー部とからなるアンカーシステムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３２】
本発明は最低２個以上のアンカーシステムから構成される事を特徴とする請求項６から請求項１４の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３３】
本発明は浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るワイヤと回転自在のプーリー保持部とプーリー保持部から略水平方向に伸びて外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点に至るワイヤとから構成される事を特徴とする請求項１６と請求項１７の何れかに記載のアンカーシステムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３４】
本発明はモーターによって駆動されるプーリー保持部とプーリー保持部から出る水平ワイヤと浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るチェインとから構成される事を特徴とする請求項１８に記載のアンカーシステムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【００３５】
本発明は浮力構造体のフロート部下部近くに設置されるモーター駆動付のプーリー保持部と浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部近くに設置される回転自在のプーリー保持部とモーター駆動付のプーリー保持部と回転自在のプーリー保持部を経由して外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点から伸びる略水平方向のワイヤと結合するチェインとから構成される事を特徴とする請求項１５から請求項１８の何れかに記載のアンカーシステムを提供する事により、課題２と課題３を解決したものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、自己安定型垂直軸風車の採用により、どの様な強風下においても決して停止する事無く、所定以下の回転数を維持し、遠心力等による破壊を防ぎ、強風の強力な風エネルギーを有効に発電に利用し、常に安定した発電が保障される。
更にダイレクトドライブ方式の発電方式を採用する事によりギア等の摩擦を完全に無くし、メンテナンスフリーを実現し、陸地から離れた海域などに安心して設置する事が可能となる。
本発明によれば、多数の浮力構造体が２本の水平バーにより並行四辺形として安定的に結合される事により、どの様な気象条件においても使用が保障される。又、３角形に配置される風車の中間領域は素通しである為、太陽光、潮が自由に通過出来、魚、貝等の養殖をする事が出来る。この事により、養漁業等とのコラボレーションが可能となり、海域または水域を共有出来るので、養魚業者のコンセンサスを得る事が可能となり、洋上風力発電の早期の導入が可能となる。
この事により全地球の６割以上を占める広大な深海域に於ける発電が可能となり、太陽光発電の様に緑地を発電の為に利用する必要が無い為に、少ない緑地を減らす必要が無く、将来の食料危機対策としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の自己安定型垂直翼風車が浮力構造体上に設置されている斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図２】上記図１に記載の浮力構造体の自動水位調整のコンセプトを表している断面図である。
【図３】浮力構造体に潮流発電用ユニットが設置されている斜視図である。
【図４】浮力構造体に波力発電用ユニットが設置されている側面図である。
【図５】上記図１の浮体式浮力構造体が２個、２本の水平支柱により並行四辺形を構成する様に結合されている状態の斜視図である。
【図６】上記図５の側面図である。
【図７】上記図５に１個の浮体式浮力構造体が結合され、３角形結合体を構成しようとする状態の斜視図である。
【図８】上記図５が完全に結合した状態の斜視図である。
【図９】上記図８の三角形結合浮体構造システムの垂直性維持特性に関する評価データを示す表である。
【図１０】上記図８の三角形結合浮体構造システムの垂直性維持特性に関する評価データに基づくグラフである。
【図１１】上記図８の三角形結合浮体構造システム中間に養魚用生け簀が設置されている状態を表している。生簀は水面近くに設置されている。
【図１２】上記図８の三角形結合浮体構造システム中間に養魚用生け簀が設置されている状態を表している。生簀は深く沈んでいる状態を表している。
【図１３】上記図８の三角形結合浮体構造システム中間に養魚用生け簀が設置されている状態を表している。生簀の上下動を管理し、餌の供給を行うユニットを表している。生簀は水面近くに設置されている。
【図１４】上記図８の三角形結合浮体構造システム中間に養魚用生け簀が設置されている状態を表している。生簀の上下動を管理し、餌の供給を行うユニットを表している。生簀は深く沈んでいる状態を表している。
【図１５】上記図８の三角形結合浮体構造システム中間に養魚用生け簀が設置されている状態を表している。生簀は水面近くに設置されている。水平支柱結合用可動継ぎ手が表記されている。
【図１６】上記図１５の三角形結合浮体構造システムを拡大表記している図である。
【図１７】上記図８の三角形結合浮体構造システムにおいて水平支柱結合用可動継ぎ手を拡大している図である。
【図１８】水平支柱結合用可動継ぎ手だけを拡大表記した図である。
【図１９】三連風車が風車を１個ずつ結合して、４連、５連、６連、７連等とシステム化される概念を表している図である。
【図２０】上記図８の３角形結合体がマルチ化された７連直列結合状態の斜視図である。
【図２１】上記図８のマルチ化された７連直列結合体の間に養魚用生け簀が設置された状態の斜視図である。
【図２２】６連三角形結合システムである。
【図２３】上記図２２のシステムで中間の風車を間引いた状態を表している。
【図２４】１２連直列結合システムである。
【図２５】上記図２４のシステムで中間の風車を間引いた状態を表している。
【図２６】１９連六角形結合システムである。
【図２７】上記図２６のシステムで中間の風車を間引いた状態を表している
【図２８】３本の水平支柱結合用可動継ぎ手だけを拡大表記した図である
【図２９】４本の水平支柱結合用可動継ぎ手だけを拡大表記した図である
【図３０】６本の水平支柱結合用可動継ぎ手だけを拡大表記した図である
【図３１】３連風車用アンカーシステムの基本的なコンセプトを示す図である。
【図３２】３連風車用アンカーシステムの浮力構造体の姿勢制御対策ＮＯ１を示す図である。水平ワイヤの３角形結合。
【図３３】３連風車用アンカーシステムの浮力構造体の姿勢制御対策ＮＯ２を示す図である。上記図３２の３角形結合の頂点部に回転自在のプーリーを設置する。
【図３４】３連風車用アンカーシステムの浮力構造体の姿勢制御対策ＮＯ３を示す図である。上記図３２の３角形結合の頂点部にモーター駆動のプーリーを設置する。
【図３５】３連風車用アンカーシステムの浮力構造体の姿勢制御対策ＮＯ４を示す図である。上記図３２の３角形結合のフロート部側にモーター駆動のプーリーを設置する
【図３６】７連六角形結合システム用アンカーシステムの図である。
【図３７】水平軸風車用３角形システム用アンカーシステムの図である。
【図３８】水平軸風車用７連直列結合システム用アンカーシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。
本発明は名前の示すとおり、先ず、垂直軸風車の自己安定を図る為の方策について述べる。
【００３９】
図１（Ａ）は自己安定型垂直軸風力発電ユニットが組み込まれた浮力構造体を示した斜視図である。メインフロート２１の下部に結合用構造体２２を介して姿勢安定用のバラスト２３が設置され、メインフロート２１の上部に風車軸４が設置され、その上端に風車が設置されている。
図２は浮力構造体の水位調整について表している図である。外部信号によって比重の小さな物質をフロート下部の結合用構造体に注入する事により水が軽い物質に置換される事により浮力構造体が軽くなり浮力構造体が上に持ち上がる。
図２（Ａ）は通常の状態で、一番浮き上がっている。
図２（Ｂ）は少し沈んでいる状態で、波が高い場合に利用する。
図２（Ｃ）はメインフロート部も水没している状態で、強烈な波浪や高い津波等の時に利用するが、メインフロートも水没しているので、波の影響を受けにくく、風車軸の激しい上下動を抑える事が可能である。
外部信号とは水位、波の振幅、浮力構造体の上下動幅等のセンサー信号や外部の制御センターからの台風や津波等に基づく危険信号等である。
【００４０】
この浮力構造体は高い波に対しても安定した姿勢を維持する事が出来るので、潮流発電用ユニットや波力発電ユニットを併設する事が可能である。
図３は２個のプロペラ付潮流発電ユニットが浮力構造体に設置されている状態を示している。
図４は２個の波力発電ユニットが浮力構造体に設置されている状態を示している。
フロート５５の上下によりマグネット５６が回転し、コイル５７との間で発電を行う１事が出来る。
【００４１】
図５は２個の浮力構造体２２が２本の水平支柱２４により、平行四辺形を形成する様に回転自在に結合された浮力構造システムの斜視図で、図６は側面図である。このシステムは２本の水平支柱２４により並行四辺形を形成する様に回転自在に結合されているので、片方の浮力構造体２２が強い波等により傾斜しようとしても、他方の浮力構造体２２により保持されているので、問題無い。
【００４２】
図７は上記２個の浮力構造体２２が２個の浮力構造体２２と二等辺三角形を形成する位置に配置される追加の浮力構造体２２により、各２本の水平支柱２４により、回転自在に結合され、三角形を形成しようとしている状態の斜視図である。３個の浮力構造体２２は各２本の水平支柱２４により結合される。
図８は上記図６４の状態から、三角形結合が完了した状態の斜視図である。
【００４３】
図９は波の上下動に対して、浮力構造体の垂直性維持特性を実験で出した結果である。
浮力構造体の浮力大きさを３段階で変えたデータを取った。
▲１▼  Ｗｅｉｇｈｔ−３の浮力＝２×（Ｗｅｉｇｈｔ−２の浮力）＝２×〔１．５×（
Ｗｅｉｇｈｔ−１の浮力）〕
▲２▼  水平支柱の傾き角度に対して浮体構造体の傾き角度（パラメータ＝浮力）
▲３▼  結果  →  例えば、水平支柱の最大傾き角度１１．２°  に対して
＊    Ｗｅｉｇｈｔ−１の傾き角度＝５°
＊    Ｗｅｉｇｈｔ−２の傾き角度＝４．３°
＊    Ｗｅｉｇｈｔ−３の傾き角度＝１．７°
計算すると、Ｗｅｉｇｈｔ−３の減衰効果＝１．７°／１１．２°＝０．１５＝１５％
つまり、Ｗｅｉｇｈｔ−３は浮体構造体の傾きを１５％に抑える事が出来た事になる。
もし、浮体構造体の浮力をもっと大きくすれば、更に減衰効果は大きくなる可能性がある。
図１０のグラフは減衰効果を表している。
これで本発明の効果が実際に証明された事になる。
【００４４】
この三角形の中心付近に後述の養魚用生け簀２５を配置する事が可能である。
図１１は３角形結合浮力構造体の中心に生け簀２５が配置されている状態である。
図１２は生け簀２５が数十メーター下に沈んでいる状態を表している。
これは波浪が高い場合や赤潮等が発生している時に魚を守るために沈める事がある。
図１３は生け簀２５の上下を行う為の機構である。これは更に底に沈んでいる生け簀の魚に餌を自動的に与える機能もあわせ持っている。
図１４は生簀が底に沈んでいる状態を表している。
【００４５】
図１５は回転結合部５９を具体的に表した３角形浮力構造体を表している。
図１６及び図１７は回転結合部５９の理解を深める為に拡大している図である。
図１８は回転結合部だけを拡大表示している。
図２８は３水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図２９は４水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図２０は６水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
【００４６】
図１９は上記三角形浮力構造システムに上記図７及び図８のやり方と同じ手法により、３連、４連、５連、６連、７連と風車の数を増やしていけるマルチ化システムの可能性を示している。
図２０はその様な手法によって増やした７連洋上風力発電システムを表している斜視図である。
図２１は上記図２０において、三角形の空間の中に養魚用生け簀２５が５個配置された状態を表している斜視図である。
【００４７】
図２３は図２２の６連３角形結合浮力構造体の中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。
図２５は図２４の１２連直列のシステムの中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。
図２７は図２６の１９連６角形結合システムの中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。
【００４８】
図３１は３角形浮力構造体の位置保持の為のアンカーシステムを表している。
このシステムの特徴は外部フロート７３を水面上に浮かす事により、水位がどの様な水深になっても浮力構造体に繋がっている水平ワイヤ６９の高さ位置が変わらない為に、いつも同じ様な位置で引っ張り、浮力構造体の垂直性に悪影響を与える事が無い事である。
図３２は図３１の変形版である。
図３３はＹ字の結合点を回転自在のプーリーに置き換えたシステムである。
図３４は図３３のプーリーをモーター駆動のプーリーで置き換えたシステムである。
図３５は図３４のシステムにおいて、モーター駆動のプーリーを浮力構造体上部に移動した状態である。
図３６は７連５角形結合浮力構造体用のアンカーシステムを表している。
図３７は３角形結合浮力構造体に水平軸風車が載っているシステムにアンカーシステムが結合した状態である。
図３８は７連直列結合浮力構造体に水平軸風車が載っているシステムにアンカーシステムが結合した状態である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
深い水域での浮体式風力発電は本発明の最もターゲットとする分野であり、漁業とのコラボレーション等により早期の立ち上げ、運用が期待出来、将来の必要電力の相当な割合は供給出来るものと期待される。
更に、本発明によれば、風向を気にしない垂直軸風車であり、且つ、垂直翼が回転によるは刃ね出来るので、突風や高速回転等の過大な力による破損を避ける事が可能である。  この事により、無人での長期間の安定的な運用が可能となる。
【００５０】
例えば、高速道路や新幹線等の広大、長大な空間に一定間隔で設置すれば莫大な数の風車を設置出来、必要な電力の或る割合を賄う事が可能となる。この場合、両方とも騒音問題はあまり問題にならないので、設置に関する地域住民その他、関係者の理解を得る事はそんなに困難では無い。
【００５１】
更に、海外に目を向けると、温暖化現象により、各地で砂漠化が進行しているが、この地域に膨大な数の風車を設置し、垂直軸風車の特徴を生かして直接地下水を汲み上げる事が出来る。或いは垂直軸風車で発電した電力により地下水を汲み上げるか、又は、水を生成し、緑地化を進める事が出来れば、砂漠を緑地に変える事も夢では無い筈であり、発明者はその事を強く望み、夢で終わらせない様に、努力を惜しまない所存である。
【符号の説明】
【００５２】
２１    メインフロート
２２    結合用円柱
２３    姿勢安定用バラスト
２４    浮力構造体結合用水平支柱
２５    養魚用生け簀
５１    プロペラ
５２    発電機
５３    回転保持機構
５４    回転アーム
５５    フロート
５６    マグネット
５７    コイル
５８    ハウジング
５９    可動継ぎ手
６０    水平支柱結合ピン
６１    水平支柱結合体
６２    締め付け金具−１
６３    締め付け金具−２
６４    可動継ぎ手用ピン
６５    ボルト
６６    垂直翼回転保持部−２
６７    垂直翼角度保持部−１
６８    垂直翼角度保持部−２
６９    水平ワイヤ
７０    フロート結合ワイヤ
７１    アンカー結合ワイヤ
７２    アンカー
７３    外部フロート
７４    Ｙ字結合ワイヤ
７５    回転自在プーリーＡｓｓｙ
７６    モーター駆動プーリーＡｓｓｙ（Ｙ字の頂点部に配置）
７７    モーター駆動プーリーＡｓｓｙ（フロート部下部に配置）
７８    回転自在プーリーＡｓｓｙ（ウエイト部上部に配置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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