(57)【要約】 本発明は、海上に設置される工業用風エネルギー収集システムに関する。本発明のシステムは、２本の支柱（Ｓ）によって両端を支持されている主シャフト（１）を備える。このシャフトから延長するいくつかの帆装は、支持棒（５）で固定された平行な２本のマスト（８）を備える。その結果生じる各帆装の平行四辺形は帆表面を形成し、これは異なる複数の帆（６）に分割される。各帆は帆軸（７）に支持され９０度回転することができる。
2008506880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の支柱（Ｓ）によって両端を支持されている主シャフト（１）と、このシャフトから延長し、支持棒（５）で固定された平行な２本のマスト（８）で構成される複数の帆装を備える海上設置の工業用風エネルギ−獲得システムであって、該帆装は平行四辺形で風力を受ける部分であり、主シャフトと支持棒に両端を支えられ９０度回転することのできる帆軸（７）に支えられた複数の帆（６）によって形成され、帆軸の回転は帆軸が主シャフトによって決定される水平面を通過する時に行われることより主シャフト一回転時に帆軸は２度回転し、各帆軸は横方向に並び、かつ相互に充分な距離を保って配置され、１対のマストに接続される支持棒上の各帆軸の支持部２点の間隔を分割するために複数のア−ムが各帆軸を回転に支障ないようにしかも堅固に保持することを特徴とする海上設置の工業用風エネルギ−収集システム。
【請求項２】
折り畳み可能スロ−プ（２と２”）を備えトンネル状となった多面体に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の海上設置の工業用風エネルギ−収集システム。
【請求項３】
海上移動可能なプラットフォ−ム上にのみ設置され風力、遠心力および慣性力の３つの力に堪えることができることを特徴とする請求項１または２記載の海上設置の工業用風エネルギ−収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力利用技術の分野に属し、海上の移動プラットフォームにおいて完璧に稼動し電力エネルギーを発生させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来風力は地上に設置された風力発電機のみに利用されている。本発明は収集効率を高くするため海上の移動可能なプラットフォームに設置するものである。
【０００３】
従来の問題点
ａ）  設備毎の効率が低い。公表されたデータはないが平均発電フアクターは１８％と見られる。発電フアクターはパ−セントで表示し、実質生産量と生産能力との比率であって、つまり、生産量は生産能力の１８％という具合に解釈される。
【０００４】
生産量の増大は設備の増設を主にしてまかなわれている。技術上羽を拡大するということによって若干の増産を得ているが、拡大は物理上の制限があり高価でしかも技術上複雑なものとなる。
【０００５】
ｂ）  最低風速は４ｍ/ｓが必要とされる為見通しがたたないという最も大きな問題点に突き当たる。見通しが立たないということは次の2つに分けられる。生産−無生産および生産時のばらつきが多く、しかも不要時に生産量が高くなってしまうことにもなる。設備自体ではその解決が及ばない。
【０００６】
ｃ）  投資額
ｄ）  環境への影響    見栄え、山林崩壊、動植物
ｅ）  固定設置で他地への輸送ができない
ｆ）  設備事態は風速に対処することができず、変更も改善もできない。
【０００７】
ｇ）  地理的占拠表面。
【０００８】
結論
風エネルギーは無限に存在し、無料で環境にやさしく補足的なもので、他のエネルギーを節約させる。この考え方は風力は二次的なもので消費を保証するためには他のエネルギーへの投資をせねばならないということになる。
【０００９】
現代のモデルが属する技術状態において、エネルギー分野の大きな発展は出発点を変える必要性を感じたときにのみ起こるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
-  各設備の稼働率増大
-  低風速にての稼動開始および無稼働時間の減少。これは発電量予測不可能率を下げ発電率を上げるための最も重要な要因である。
【００１１】
-  投資額を減少し、同額の投資をもって生産高を幾倍にも増大させる。
【００１２】
-  環境保護の観点から沖合いに出ざるを得ない。現在の風力発電機は風と遠心力の２つの力に耐えねばならない。固定設備であることより慣性には影響されない。海上においては羽はこの力に耐えることができないので海上設置の考えは捨てなければならない。一方海上での風はより強烈で持続的であることより予測不可能率を下げ発電率を上げる第２の要因となる。
【００１３】
-  設備は移動可能とする。この方法をとると設備を最上の条件を有す位置にて稼動することができるので発電量の予想不可能を解消する第３の要因となる。
【００１４】
-  システムを通過する風速の調整を行える。これは第4の重要な要因で、前述の問題点である風力の変化を一定に保つことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
風力をエネルギー源とする。前述した問題点および支障を解決できるのであれば風力利用は現在のエネルギーに取って代わることができ、しかも周知の通りその利点はいうまでもない。
【００１６】
ここで言うシステムは水車の原理に似ている。水車の羽は回転中の空気中に位置する半円において受ける圧力と水中に位置する下部半円にて受ける圧力の差を利用している。
【００１７】
この構造は簡単でしかも効果的で異なった密度の物質の圧力を利用して稼動している。水は力を発生し、空気中で復帰の動きを行うこととなる。密度の大きな水は多大な圧力を加え、その力は復帰期の相対的に抵抗力ゼロの空気中で消滅することはない。つまり、理論的に１００％のエネルギー利用を行っているといえる。
【００１８】
この種の圧力差を利用するシステムは風力利用時には応用できない。つまり空気は圧力を受ける上部半円の動作時においても下部半円の復帰時においても存在するためである。つまり、圧力の差はほとんど皆無といってよい。よって、一方の側にて実施された圧力は他方の側の同様の圧力にて抹消されてしまう。
【００１９】
この問題点は空気力学的デザインを持って圧力の差を作り出して解消を試みたが実際上問題解決とならなかった。この問題解決のためには復帰期の抵抗を５％未満に収めねばならない。そうすることによって帆表面が圧力を受ける区域を動く時点で風力エネルギー１００％を利用できることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本記述事項を理解し安くするため下記の図を添付する。
【００２１】
図１  風車全形図
図２  帆軸支えを示す断面図
図３  システム稼動の側面図
本書の対象となるシステムは両端（９）を支持される水平シャフト（１）を備え、シャフト（１）は、それから延長するマスト（８）を介して、風の圧力を正面に受け、回転が制限されている軸（７）を持つ複数の帆（６）に分割された張帆表面を支持している。
【００２２】
水平シャフト（１）は風力（Ｖ）によってマスト（８）が描く円を帆が風に直角に当たる位置の上半円（３）と帆が風方向に平行となる位置の下半円（４）の２つの半円に分割し、主シャフト（９）回転力に差異を生じさせる。
【００２３】
帆を支える帆装が水平面を通る度に支持棒に設置された電動メカニズムまたは圧縮空気によって稼動するピストンが帆を９０度ずつ交互に回転させ、動作範囲をアタックと復帰の２つの半円に分けて帆を風方向に直面または平行するように位置させる。
【００２４】
本書の言うシステムは、２本の支柱（Ｓ）がシャフト（１）の両端（９）をマスト（８）が全回転できるために最低の高さに持ち上げている。シャフト端部の内側に４本の帆装を９０度間隔に設置する。各帆装は、シャフト端部の内側に平行に設置され端部は２本の支柱に接続されている２本のマスト（８）で構成されている。これを横から見ると２枚の羽の交差部が軸の各端部となる図となる。１対のマストの端部はシャフトに平行な支持棒（５）によって適切に接合されている。シャフトは支柱に邪魔されることなく自転することができる。形態は水車あるいは観覧車に似ている。
【００２５】
シャフト、支持棒、１対の平行マストに囲まれた平行四辺形の空間内にその空間を埋めるようにして、シャフト（１）と支持棒に支えられその支持部に軸受けをもつ帆軸（７）を有し長さ方向に２枚に分けられ９０度の自転を行える独立した複数の帆（６）を設置する。帆の数はシャフト及び支持棒の長さによって異なる。帆の幅は数を決定することとなるが回転し易さおよび帆の表面積分割により影響されるもので、後述することとする。この２つのパラメーターを考慮すると幅はおよそ０．５０ｍから０．７５ｍと考えられる。帆（６）は回転時の風力を補償するため２帆を回転の対とし、９０度の回転は夫々逆方向に行うように設定しマストにかかる圧力を一方向のみになることを解消または減少させるようにする。前述の９０度の回転は帆で覆われた平行四辺形でない部分の支持棒に設置された自立した電気的、機械的装置または圧縮空気を利用したピストンの力で行なう。９０度の回転は最初１方向に回転させ、次いで始めの回転方向とは逆方向に回転させ元の位置に戻すこととし、その後の回転も同様にすることにより帆軸は３６０度の全回転は行わない。
【００２６】
本システムは工業利用に焦点を置くことより寸法は比較的大きなものとなっている。回転する羽を支える帆軸（７）の両端は支えられており、工業用サイズでは風圧に抵抗し帆同士が振動により特に中央部分が衝突しないようかなり大径のものが必要となる。帆軸の径を縮小すると復帰期の動作時における風に対する抵抗を縮小し、また設備重量の減少につながる。後述の例に用いた１０ｍの長さの帆の場合、直径が３ｃｍであるとすれば軸の長さ方向に均一に配置された幾つかの固定点を設ける必要がある。（図２）。そのために、たとえば、帆の裏面に風圧に応じて３本の支持棒（５）を設ける。これらの支持棒（５）はマスト（８）にＵ字型に固定される。帆（６）全体に渡り帆軸を横断する方向で帆の自転を阻止しないように充分に離して設置される。帆（６）は対角線上の９０度の２つの4分円を自転することより残りの対角線上の９０度の２つの4分円は使用されない。後部にある自転に使用されない４分円を介して支持棒（５）に固定されたア−ムは帆軸を取り巻く軸受けに接続され、振動を防ぎ回転を有利に行えるようにする。提示ケ−スではこのようにして１０ｍから２．５ｍまで支持点の間隔を縮めた。
【００２７】
各帆装の支持棒（５）が風に対面する水平面の末端を通過する際に力信号と名づける信号を受けると帆を風に直角に向けるようこれを回転し張帆表面すべてを覆うこととなる。提示例においては１０の信号が１０の装置を稼動させることとなる。半円を描いとき、風の出口に当たる水平面の末端に位置すると再び１０の信号が発生し装置は帆を逆方向に回転し復帰の態勢に入る（帆の向きが風方向と平行になる）。重要なことは２箇所において発生した信号は異なるものであり、位置を決定させるために回転装置に指示を与えるもので勝手な方向に回転させるものではなく、信号を受けない場合あるいはエラ−が起こった場合装置に現状を維持する指令が発せられ次の信号には反応しないようにすることが肝心である。
【００２８】
１０の信号で１０の装置を作動させることでシステムの柔軟性を持たせることができる。風力対抗面を１０帆から１帆まで段階的に減少できる。
【００２９】
帆装が風の侵入口の水平面を通過する時、全装置への信号を中断したとすると、主シャフト（１）は回転を続けるが風力を受けてではなく、帆は風と平行とする不稼動の位置で、遠心力により３６０度回転を続ける。この可能性は風力が過度に強いときの発電コントロ−ルに欠かせないものである。設備が風速７ｍ/秒で最高の稼働率を発する場合、２１ｍ/秒の風速は害を及ぼすものである。その場合例えば稼動の帆数を４帆にすればよいと思われる。このようにすれば強風でも設備の稼働を妨げることにはならない。適切な発電を求めるために稼動帆数を随時調節すればよい。この方法を取れば極端なものは例外とし強風時においても完璧なコントロ−ルが可能となる。
【００３０】
この柔軟性は設備の停止および始動の為に役立ち、機械的な始動力は必要とならない。装置の停止のためには、まず１０帆のうち９帆を不稼動位置におく。主シャフトは遠心力と不稼動でない帆が提供する力で回転し続け、機械に無理にブレ−キをかけずにコントロールすることができる。
【００３１】
始動するにはまず停止している信号発信機を起動する。ブレ−キをはずすと稼動位置に留まっていたに帆の力により主シャフトはゆっくりと回転し始める。こうして最大９０度回転すると次の帆装が水平面を通る時点で起動信号を受けることにより全帆が稼動常態に設置され通常の回転が開始されることとなる。
【００３２】
装置の機構は３０ｒ．ｐ．ｍ．および６０ｒ．ｐ．ｍ．の場合夫々最長０，１２５秒および０，２５秒以内で回転させるように設定する。
【００３３】
図２において、帆（６，１）の位置は風を受けての稼動位置で、（６，２）は復帰期の位置である。
【００３４】
Ｖ  風の方向
２本の平行マスト（８）に接続された支持棒（５）は、回転に支障のないよう充分な間隔で配置された帆（６）を横切り、各帆軸（７）に達し、回転に使用されない２つの４分円の１つを通して軸（７）を保持する。
【００３５】
この図は帆軸の中央部分を固定するよう設計されたシステムを描いており、これにより帆軸の断面積と重量を減少でき、また帆が受けた力に耐えることが容易となる。
【００３６】
支持棒（５）は平行マスト（８）に堅固に固定され、回転に支障の無い様に適切な間隔をもって設置される帆を横断する。
【００３７】
帆は９０度の自転を行ために、それが描く想像上の円周の中の２つの４分円を動き、残りの２つの４分円の円周は使用しない。このうちの１つの４分円を利用して支持棒から伸びるア−ムは帆軸の回転を阻止しないよう軸受を介し帆軸を堅固に保持する。
【００３８】
図においては、１対の帆が横からの風の力を補償するためそれぞれが逆方向に動き逆回転するように位置を変える。
【００３９】
左の帆は稼動位置から復帰位置に移行するために左側に９０度回転し、同時に右の帆は右側に回転する。
【００４０】
このように設備が設定されれば下記のごとくに稼動する。風の入力方向（Ｖ）に直面し、風は主シャフト（１）を通過する水平面の上部（上側の半円）（３）にある帆（６）を真っ正面から押し付け主シャフトを回転させる。マスト（８）が風の侵入口と反対側の水平面に入るとマスト（８）の支持棒に組み入れられた装置が迅速に帆（６）を帆自身の軸を９０度回転させることより、水平面の下部を通過時は風方向（Ｖ）に平行して移動するため上部移動時に比べほとんど抵抗がなく移動できるといえる。帆は自転時に受ける風力、またマスト（８）への横方向への力を代償するため一対となってそれぞれ逆方向に９０度回転する。
【００４１】
計算−  幅１０ｍ（シャフト長と支持棒の長さに該当）と長さ１０ｍ（一対のマスト長）の平行四辺形を想定すると全帆表面積は１００ｍ２となる。そこに１０ｍ長で０．５０ｍ幅の帆を２０枚設置する。帆の最高厚みが０．０２５ｍ（２．５ｃｍ）とすれば抵抗表面は２．５ｍ２でありアタック表面積についての理論的抵抗は２．５０％（実際にはこれより小さい）となり良好と考えられる９５％を超える９７．５％の減少となる。
【００４２】
主シャフトの水平面によって限定された下部の半円（復帰期の半円）を通過すると帆装は風に直面する水平面をとおり帆は反対に回転し平行四辺形の表面を完全に覆い風に直角に対面するようになることより最高の抵抗力を提供する。
【００４３】
シャフトの継続回転により発生した機械エネルギ−は機械的手段により発電機に送られる。
【００４４】
寸法は必要とされるエネルギ―量により異なり、限定はないことよりここでは著述しない。帆装１つの面積はシャフト長１０ｍ、マスト長１０ｍであることより全帆面積が１００ｍ２ということである。この面積が受ける強さは、２０トンで全長１６ｍのヨットを運航させるのにこれと似たような帆の表面積を持たせることを見てもわかる。
【００４５】
海上の浮遊物上に設置
ここまでの説明で種々の問題点を解決しまた改良してきたが、すべてを解決するためには海上での設置が必要である。
【００４６】
ここに提示したものの主要な特徴はすべての動く部分が２点で支えられていることである。これにより設備は次の３つの力に対し完璧に耐えることができる。風力、遠心力および慣性力。後者に関しては固定設備と大きな差を見せている。
【００４７】
気候に応じて、できるだけ近接して、いくつかの海上地点を選択する。これらの地点においては、風の生産にとってより適当な風の季節が重ならず、したがって常時必要な風速に合致する地点が得られるのである。
【００４８】
選択された各地点に比較的大きめで海底に固定されしかも安定したブイを設置する。海底ケ−ブルでブイと電線網をつなぐ。船または航行可能なプラットフォ−ムはブイを介して電線網に簡単で迅速に接続および切離し可能なものとする。こうして船またはプラットフォ−ムに設置される発電機と電線網との間の回路が形成される。
【００４９】
船またはプラットフォ−ムの甲板に以下に述べる風加速トンネル（図３）を設置する。
【００５０】
Ｖ    風侵入口方向
１    主シャフト  風方向侵入口方向
１’  主シャフトを通過する想定水平面
２    下部折り畳み可能スロ−プ
２’  下部スロ−プの移動曲線
４    マスト回転時に描く円
２”   上部折り畳み可能スロ−プ
８    マスト
９’  風の出口
風（Ｖ）が前方から侵入し内部を通過する。折り畳み可能スロ−プ（２と２”）を適切に運転し風の通過方向を調整しアタック半円に集中させることにより、帆に衝突する風速を増加させ、帆はすべての力を吸収し、主シャフトに伝達させる。
【００５１】
風加速トンネルは長い空洞４面多角形で、同一の側面対（対向面）と中空の内部を有する（図３）。大きさは別にして、レンガのような形状を持つ。船またはプラットフォ−ム上に船の長さ方向に対して横方向に向くように設置することにより設備の積み重ねができ、その高さを増加させることができ、また甲板の大きさによっては隣接設置も可能となる。
【００５２】
左舷と右舷に位置する2つの対抗面は、開放されており、その内部を風（Ｖ）が通過する。
【００５３】
前述の風車をトンネル内部の一端に設置する。風が右舷から吹く場合は左舷側に設置する。
【００５４】
船またはプラットフォ−ムの甲板表面を最大に利用するため積み重ねられまたは隣接設置された装置は風向きを探して回転はしない。船またはプラットフォ−ムが船尾を支点として船首を移動させて風に対面するようにするがブイとの接点は常に保持するようにする。
【００５５】
侵入した風は帆に正面から衝突し回転させ、出て行くのは全て同一方向で行われ、複数の積み重ねられた設備や隣接設置された設備は相互に邪魔や悪影響を与えないので、地上に固定された風力発電機のように設置間隔をあける必要がない。
【００５６】
前述の風車は張帆表面積を１００ｍ２（１０ｍＸ１０ｍ）としている。底部は１０ｍ、高さは２０ｍ（直径）の長方形をしている。トンネル建設にはこの高さを２ｍ増やすこととする。よってトンネルの寸法は、
長さ４２ｍ（口は左舷−右舷に設置されることより船の長さ方向に対し横積みとなる）、高さ２２ｍ、幅１０ｍとなる。両端の口の寸法は２２ｍＸ１０ｍで風の入口および出口となり左舷と右舷に位置している。
【００５７】
方形多面体の下部（底部）とその対向面（天井）において風の進入口側に一端部が固定され他端部が制御された機構により可動な２枚のパネルあるいは板で作られた折り畳み可能スロ−プ（２と２”）が取り付けられる。スロ−プは通常風の進入を妨げないよう底部と天井に接触するよう折り畳まれている。風速を増大するためには可動部を適切に動かし漏斗効果により帆表面に風が当たるよう調節する。上部スロ−プの移動端は最高長２ｍとし、下部スロ−プは９０度回転しトンネルの入口を閉じることができるものとする。
【００５８】
このようにして風力を増大し入口と出口の圧力差を大きくするようにする。
【００５９】
提示寸法においては、調節によって風の入口は（２２ｍＸ１０ｍ）で出口は１０ｍＸ１０ｍとなる。
【００６０】
同等のスケ−ルにて実施した試験結果を次に述べる。
【００６１】
入り口風速２ｍ／秒の場合出口では３．２０ｍ／秒
入り口風速４ｍ／秒の場合出口では６．５０ｍ／秒
これによると風速は６０％増大されることとなることより次のことが想定される。
【００６２】
設備始動に必要な風速を大幅に減少できる。
【００６３】
最低始動風速を最適状態に変換できる。
【００６４】
これが主目的であるがトンネルは別の目的も有する。
【００６５】
隣の風車や積み重なった風車への影響を皆無にする。
【００６６】
設備を単体で孤立できることよりメンテナンスや故障時に他の設備に影響を与えない。
【００６７】
設備をいためる強烈な風、雨、太陽光の極限状況から守れる。
【００６８】
提示システムは風エネルギ−を機械エネルギ−に変換し、この機械エネルギ−を電気に変換する。最低始動風速をどれだけ落とし得たとしても、最低限の風の動きは必要である。全くの無風状態においては如何にすることもできない。この状況下での解決は設備の移動をもってのみ行える。
【００６９】
気候条件により風向きが同時に重ならず、一年中何時でも２つの地点のいずれかで最適の風速が獲得できると見られるＡとＢの２地点を事前に選定したならば、解決策はＡからＢまたはＢからＡに都合の良い方に移動することである。選択されたこれらの地点に事前に設置されたブイへの迅速かつ簡単な接続装置により２地点のいずれかが通常の無風状態にある時期の問題を解決できる。
【００７０】
Ａ地点より１６ノット、つまり時速３０ｋｍで３００ｋｍのＢ地点に移動するとすれば出発してから１２時間後には稼動状態に入れる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】風車の全形図である。
【図２】帆軸支え装置の断面図である。
【図３】システムの稼動を示す側面図である。
【図１】
2008506880.tif 000003
【図２】
2008506880.tif 000004
【図３】
2008506880.tif 000005
【国際調査報告】
2008506880.tif 000006
2008506880.tif 000007
2008506880.tif 000008
2008506880.tif 000009
2008506880.tif 000010
2008506880.tif 000011
2008506880.tif 000012