(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面部に構造物が立設可能な浮体本体と、
前記浮体本体に設けられて該浮体本体の揺動を抑制する動吸振器と、
前記動吸振器が吸収したエネルギを蓄電する蓄電装置と、
を備え、
前記動吸振器は、長手方向の中間部が前記浮体本体に水平な支持軸により上下に回動自在に支持される回動部材と、前記回動部材における長手方向の各端部に設けられる一対のウエイトと、前記回動部材を所定の回動位置に付勢支持する付勢部材と、前記浮体本体と前記回動部材との相対移動により発生する運動エネルギにより発電する発電機とを有する、
ことを特徴とする浮体。
【請求項２】
前記浮体本体に対する前記回動部材の回動力を前記発電機に入力する回転力に変換する動力変換装置を設けることを特徴とする請求項１に記載の浮体。
【請求項３】
前記浮体本体は、中空形状をなし、内部に前記動吸振器及び前記蓄電装置が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の浮体。
【請求項４】
前記動吸振器は、前記浮体本体における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の浮体。
【請求項５】
前記構造物は、複数の風力発電装置であって、該風力発電装置が発電した電力が前記蓄電装置に蓄電されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の浮体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上に浮遊するように支持されて上部に構造物が立設可能な浮体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題による土地の確保の困難性、経済的な理由から、近年、風車、風力発電装置を浮体上に立設して洋上に配するニーズが高まっている。このような塔状構造物支持浮体としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この特許文献１に記載された塔状構造物支持浮体は、箱型をなす浮体本体の上部に風車を立設し、この浮体本体の下部に支持柱の上端を垂下して固定し、この支持柱の下端にウエイトを取付けるものであり、これにより全体の浮心高さをあまり下げずに水面の近傍に位置させながらも、全体の重心高さを水面よりも大きく下方に位置させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０６３６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の塔状構造物支持浮体にあっては、浮体の下部を水没させ、上部に風力発電装置を立設している。そのため、浮体上に複数の風車を立設することができず、風車により発電した電力を海底に敷設したケーブルを介して陸上の蓄電装置に送電することとなり、海底へのケーブル敷設作業コストが増大してしまうという問題がある。そして、この場合、従来の浮体に複数の風力発電装置を立設すると、浮体が不安定となり、安定した発電を行うことが困難となる。また、浮体上の風力発電装置と陸上の蓄電装置とが、海底に敷設されたケーブルにより連結されていることから、ハリケーンなどが発生した場合であっても、浮体と共に発電装置を避難させること困難である。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、揺動を抑制可能とすると共に揺動を抑制することで得られたエネルギの有効利用を可能とする浮体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】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の浮体は、上面部に構造物が立設可能な浮体本体と、前記浮体本体に設けられて該浮体本体の揺動を抑制する動吸振器と、前記動吸振器が吸収したエネルギを蓄電する蓄電装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、波浪などにより浮体本体が揺動しようとすると、動吸振器が作動してこの揺動を抑制し、このとき、動吸振器が吸収したエネルギが蓄電装置に蓄電されることとなり、浮体本体の揺動を適正に抑制することができると共に、この揺動を抑制することで得られたエネルギの有効利用を可能とすることができる。
【０００９】
本発明の浮体では、前記動吸振器は、長手方向の中間部が前記浮体本体に水平な支持軸により上下に回動自在に支持される回動部材と、前記回動部材における長手方向の各端部に設けられる一対のウエイトと、前記回動部材を所定の回動位置に付勢支持する付勢部材と、前記浮体本体と前記回動部材との相対移動により発生する運動エネルギにより発電する発電機とを有することを特徴としている。
【００１０】
従って、浮体本体が揺動しようとする方向に対して、両端部にウエイトが装着された回動部材は、支持軸を支点として逆方向に回動することでその揺動を抑制し、このとき、回動部材は、付勢部材によりを所定の回動位置に復元され、ダンパにより浮体本体との相対移動で発生する運動エネルギが吸収されることとなり、浮体本体の揺動を適正に抑制することができ、また、発電機がこの運動エネルギにより発電することで、発電した電力を蓄電装置に適正に蓄電することができる。
【００１１】
本発明の浮体では、前記浮体本体に対する前記回動部材の回動力を、前記発電機に入力する回転力に変換する動力変換装置を設けることを特徴としている。
【００１２】
従って、浮体本体に対して回動部材が回動すると、その回動力が動力変換装置により回転力に変換されてから発電機に入力することとなり、発電機はダンパが吸収した運動エネルギを適正に電力として蓄電することが可能となる。
【００１３】
本発明の浮体では、前記浮体本体は、中空形状をなし、内部に前記動吸振器及び前記蓄電装置が配置されることを特徴としている。
【００１４】
従って、動吸振器と蓄電装置が浮体本体内に収容されることで、浮体のコンパクト化を可能とすることができ、また、この動吸振器と蓄電装置の防水対策を容易に行うことができる。
【００１５】
本発明の浮体では、前記動吸振器は、前記浮体本体における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置されることを特徴としている。
【００１６】
従って、複数の動吸振器を浮体本体における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置することで、浮体本体のローリングとピッチングを抑制することができる。
【００１７】
本発明の浮体では、前記構造物は、複数の風力発電装置であって、該風力発電装置が発電した電力が前記蓄電装置に蓄電されることを特徴としている。
【００１８】
従って、浮体本体に複数の風力発電装置を立設しても、浮体本体の揺動を適正に抑制することができると共に、この風力発電装置が発電した電力を蓄電装置に蓄電することで、陸上との間にケーブルを敷設する必要がなくなり、運転コストを低減することができると共に、効率的なエネルギの回収を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の浮体によれば、上面部に構造物が立設可能な浮体本体と、浮体本体に設けられてその揺動を抑制する動吸振器と、動吸振器が吸収したエネルギを蓄電する蓄電装置とを設けるので、浮体本体の揺動を適正に抑制することができると共に、この揺動を抑制することで得られたエネルギの有効利用を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る浮体を表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の浮体における動吸振器を表す概略図である。
【図３】図３は、実施例１の動吸振器における動力変換装置を表す概略図である。
【図４】図４は、実施例１の上部に風力発電装置が立設された浮体を表す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る浮体を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る浮体の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る浮体を表す概略図、図２は、実施例１の浮体における動吸振器を表す概略図、図３は、実施例１の動吸振器における動力変換装置を表す概略図、図４は、実施例１の上部に風力発電装置が立設された浮体を表す斜視図である。
【００２３】
実施例１において、図４に示すように、浮体１１は、第１浮体１２と第２浮体１３とが連結部材１４，１５により一体に連結されて構成されている。そして、この浮体１１（第１浮体１２、第２浮体１３）は、上面部に構造物としての複数の風力発電装置２１，２２が立設されており、この風力発電装置２１，２２が発電した電力を貯える蓄電装置２３が浮体１１（第１浮体１２）の内部に設けられている。
【００２４】
風力発電装置２１，２２は、ほぼ同様の構成をなし、支持台２１ａ，２２ａと、支持台２１ａ，２２ａの鉛直方向に沿って固定された支柱２１ｂ，２２ｂと、支柱２１ｂ，２２ｂの上端部に回転自在に支持された回転軸２１ｃ，２２ｃと、回転軸２１ｃ，２２ｃに固定された複数（本実施例では、３個）の翼２１ｄ，２２ｄと、発電機２１ｅ，２２ｅとから構成されている。そして、発電機２１ｅ，２２ｅと上述した蓄電装置２３とが、図示しない電力ケーブルにより接続されている。
【００２５】
また、この浮体１１を構成する第１、第２浮体１２，１３は、浮体本体２４ａ，２５ａと、浮体本体２４ａ，２５ａに設けられてこの浮体本体２４ａ，２５ａの揺動を抑制する動吸振器２４ｂ，２５ｂとから構成され、この動吸振器２４ｂ，２５ｂが吸収したエネルギを上述した蓄電装置２３に蓄電可能となっている。この場合、第１、第２浮体１２，１３は、ほぼ同様の構成をなすことから、以下、第１浮体１２について詳細に説明する。
【００２６】
第１浮体１２は、図１及び図２に示すように、浮体本体２４ａと動吸振器２４ｂと蓄電装置２３（図４参照）から構成されている。浮体本体２４ａは、内部に中空部３１が形成された箱型形状をなし、この中空部３１に動吸振器２４ｂと蓄電装置２３が収容されている。
【００２７】
この動吸振器２４ｂは、回動部材４１と、一対のウエイト４２と、付勢部材としての一対の圧縮コイルばね４３と、一対のダンパ４４とから構成されている。即ち、浮体本体２４ａは、中空部３１を構成する底面３２に取付ブラケット５１が固定されており、この取付ブラケット５１に水平な支持軸５２が装着されている。回動部材４１は、所定長さを有する板状部材であって、長手方向の中間部が取付ブラケット５１の支持軸５２により上下に回動自在に支持されている。この場合、回動部材４１は、浮体本体２４ａの中空部３１にて、上下方向の中間位置に支持軸５２により支持されている。
【００２８】
この回動部材４１は、長手方向における各端部にウエイト（重錘）４２が固定されている。このウエイト４２は、同じ重量（質量）であることから、回動部材４１は、左右の重量（質量）が釣り合う水平状態に維持される。
【００２９】
また、回動部材４１は、支持軸５２を支点としてその両側に位置して、その上面と中空部３１を構成する天井面３３との間に圧縮コイルばね４３がそれぞれ介装されている。この各圧縮コイルばね４３は、同じ付勢力を有するものであることから、回動部材４１は、水平な回動位置に付勢支持される。
【００３０】
更に、回動部材４１は、支持軸５２を支点としてその両側であって、各圧縮コイルばね４３の外側に隣接して、その上面と天井面３３との間にダンパ４４がそれぞれ介装されている。この各ダンパ４４は、同じ構成となし、浮体本体２４ａと回動部材４１との相対移動により発生する運動エネルギを吸収すると共に、この運動エネルギにより発電することができる。
【００３１】
この場合、圧縮コイルばね４３とダンパ４４は、浮体本体２４ａと回動部材４１との間に配置され、この回動部材４１の回動中心に対してその長手方向における各端部側に対称に配置されることとなる。そして、回動部材４１の回転中心（支持軸５２）からウエイト４２、圧縮コイルばね４３、ダンパ４４までの距離と、回動部材４１やウエイト４２の質量と、回動部材４１の固有振動数と、ダンパ４４の減衰性能などは、浮体１１の形状（固有値）に応じて適正値に設定されている。
【００３２】
ここで、ダンパ４４について詳細に説明する。このダンパ４４は、図３に示すように、浮体本体２４ａに対する回動部材４１の回動力を回転力に変換する動力変換装置４５と、この動力変換装置４５に入力した回転力により発電する発電機４６を有している。
【００３３】
即ち、ボールねじ軸７１は、浮体本体２４ａの中空部３１（図２参照）内に鉛直方向に沿って配置され、上下端部がそれぞれ底面３２と天井面３３（図２参照）に固定された軸受７２，７３に回転自在に支持されている。このボールねじ軸７１は、移動部材７４が螺合しており、この移動部材７４に回動部材４１に固定された支持部材７５が係合している。即ち、支持部材７５は、回動部材４１の長手方向沿って長孔７５ａが形成され、移動部材７４に固定されたピン７４ａがこの長孔７５ａに係合している。
【００３４】
従って、回動部材４１が支持軸５２（図２参照）を支点に回動すると、支持部材７５を介して移動部材７４を上下方向に移動することで、この移動部材７４に螺合するボールねじ７１を回転することができる。このとき、回動部材４１に固定された支持部材７５は、支持軸５２を中心に移動するが、支持部材７５との間でピン７４ａが長孔７５ａに係合しているため、移動部材７４と支持部材７５との移動軌跡のずれが吸収される。
【００３５】
また、ボールねじ軸７１は、上端部がカップリング７６を変速機７７の入力軸７７ａに接続され、変速機７７の出力軸７７ｂがカップリング７８を介して発電機４６の駆動軸４６ａに接続されている。従って、ボールねじ軸７１が回転すると、その回転力がカップリング７６を介して変速機７７に入力され、ここで回転力が増速されてからカップリング７８を介して発電機４６に入力され、この発電機４６が駆動して発電を行うことができる。
【００３６】
この発電機４６と風力発電装置２１，２２の発電機２１ｅ，２２ｅは、サイリスタ７８を介して蓄電装置２３に接続されておいる。この場合、動吸振器２４ｂ，２５ｂにおけるエネルギ吸収能力（減衰の大きさ）は発電機４６の電気的インピーダンスと変速機７７の変速比で決まる負荷の大きさ、動力変換装置４５の作動に伴う機械損失などで決まり、蓄電装置２３の仕様に応じて変速比を設計することで、任意の値に設計可能である。
【００３７】
従って、図１乃至図４に示すように、上部に２機の風力発電装置２１，２２が立設された浮体１１は、洋上における所定位置に浮かぶように係留されており、風を受けて風力発電装置２１，２２が作動することで、発電機２１ｅ，２２ｅが発電し、発電された電力が電力ケーブルを通して第１浮体１２の蓄電装置２３に蓄電される。
【００３８】
このとき、浮体１１は、波浪などにより揺動しようとするが、各動吸振器２４ｂ，２５ｂが作動することでその揺動が抑制される。即ち、例えば、図２において、浮体本体２４ａが揺動しようとする方向に対して、両端部にウエイト４２が装着された回動部材４１は、支持軸５２を支点として逆方向に回動することで、浮体本体２４ａの揺動が抑制される。つまり、浮体本体２４ａが図２における時計周り方向に回動しようとすると、回動部材４１が反時計周り方向に相対的に回動することで、浮体本体２４ａの揺動が抑制される。この浮体本体２４ａと回動部材４１との連続的な相対回動により、波浪に対して浮体本体２４ａが揺動することなく、風力発電装置２１，２２の適正な立設状態を維持できる。
【００３９】
また、回動部材４１は、浮体本体２４ａに対して相対移動した後、圧縮コイルばね４３の付勢力により所定の回動位置（浮体本体２４ａに対する水平位置）に復元されることで、浮体本体２４ａの揺動が適正に抑制される。
【００４０】
また、回動部材４１は、ダンパ４４により浮体本体２４ａとの相対移動で発生する運動エネルギが吸収されることで、回動部材４１における振動等の発生が抑制される。このとき、この吸収した運動エネルギは、動力変換装置４５を介して発電装置４６に伝達されることで、この発電機４６が駆動して発電を行い、発電された電力が電力ケーブルを通して第１浮体１２の蓄電装置２３に蓄電される。
【００４１】
このように実施例１の浮体にあっては、上面部に風力発電装置２１，２２が立設可能な浮体本体２４ａ，２５ａと、浮体本体２４ａ，２５ａに設けられてその揺動を抑制する動吸振器２４ｂ，２５ｂと、この動吸振器２４ｂ，２５ｂが吸収したエネルギを蓄電する蓄電装置２３とを設けている。
【００４２】
波浪などにより浮体本体２４ａ，２５ａが揺動しようとすると、動吸振器２４ｂ，２５ｂが作動してこの揺動を抑制し、このとき、動吸振器２４ｂ，２５ｂが吸収したエネルギが蓄電装置２３に蓄電されることとなり、浮体本体２４ａ，２５ａの揺動を適正に抑制することができると共に、この揺動を抑制することで得られたエネルギの有効利用を可能とすることができる。
【００４３】
また、実施例１の浮体では、動吸振器２４ｂ，２５ｂとして、長手方向の中間部が浮体本体２４ａ，２５ａに水平な支持軸５２により上下に回動自在に支持される回動部材４１と、回動部材４１における長手方向の各端部に設けられる一対のウエイト４２と、回動部材４１を所定の回動位置に付勢支持する圧縮コイルばね４３と、浮体本体２４ａ，２５ａと回動部材４１との相対移動により発生する運動エネルギにより発電する発電機４６とを設けている。
【００４４】
従って、浮体本体２４ａ，２５ａが揺動しようとする方向に対して、両端部にウエイト４２が装着された回動部材４１は、支持軸５２を支点として逆方向に回動することでその揺動を抑制し、このとき、回動部材４１は、圧縮コイルばね４３によりを所定の回動位置に復元され、ダンパ４４により浮体本体２４ａ，２５ａとの相対移動で発生する運動エネルギが吸収されることとなり、浮体本体２４ａ，２５ａの揺動を適正に抑制することができる。また、発電機４６がこの運動エネルギにより発電することで、発電した電力を蓄電装置２３に適正に蓄電することができる。
【００４５】
また、実施例１の浮体では、浮体本体２４ａ，２５ａに対する回動部材４１の回動力を、発電機４６に入力する回転力に変換する動力変換装置４５を設けている。従って、浮体本体２４ａ，２５ａに対して回動部材４１が回動すると、その回動力が動力変換装置４５により回転力に変換されてから発電機４６に入力することとなり、発電機４６はダンパ４４が吸収した運動エネルギを適正に電力として蓄電することが可能となる。
【００４６】
また、実施例１の浮体では、浮体本体２４ａ，２５ａを中空形状とし、内部に動吸振器２４ｂ，２５ｂと蓄電装置２３を配置している。従って、動吸振器２４ｂ，２５ｂと蓄電装置２３が浮体本体２４ａ，２５ａ内に収容されることで、浮体１１のコンパクト化を可能とすることができ、また、この動吸振器２４ｂ，２５ｂと蓄電装置２３の防水対策を容易に行うことができる。
【００４７】
また、実施例１の浮体では、浮体１１上に複数の風力発電装置２１，２２を設け、この風力発電装置２１，２２が発電した電力を浮体本体２４ａ，２５ａ内に設けた蓄電装置２３に蓄電可能としている。従って、浮体本体２４ａ，２５ａに複数の風力発電装置２１，２２を立設しても、浮体本体２４ａ，２５ａの揺動を適正に抑制することができると共に、浮体本体２４ａ，２５ａに蓄電装置２３を設けることで、陸上との間にケーブルを敷設する必要がなくなり、運転コストを低減することができる。
【実施例２】
【００４８】
図５は、本発明の実施例２に係る浮体を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
実施例２において、図５に示すように、浮体６１は、図示しないが、上面部に構造物としての複数の風力発電装置が立設されており、この風力発電装置が発電した電力を貯える蓄電装置がこの浮体６１の内部に設けられている。
【００５０】
また、この浮体６１は、浮体本体６２と、浮体本体６２に設けられてこの浮体本体６２の揺動を抑制する複数の動吸振器６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ），６４（６４ａ，６４ｂ）とから構成されている。この場合、複数の動吸振器６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ），６４（６４ａ，６４ｂ）は、ほぼ同様の構成をなしているものの、その配置が相違している。
【００５１】
即ち、動吸振器６３ａ，６３ｂ，６３ｃと動吸振器６４ａ，６４ｂは、浮体本体６２における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置されている。即ち、動吸振器６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６４ａ，６４ｂは、回動部材４１と一対のウエイト４２に加えて、図示しない圧縮コイルばね及びダンパを有して構成されている。そして、一方の動吸振器６３ａ，６３ｂ，６３ｃは、回動部材４１が水平なＸ方向に沿って配置されている。また、動吸振器６４ａ，６４ｂは、回動部材４１がＸ方向に直交する水平なＹ方向に沿って配置されている。
【００５２】
従って、上部に風力発電装置が立設された浮体６１は、洋上における所定位置に浮かぶように係留されており、風を受けて風力発電装置が作動することで、発電機が発電し、発電された電力が電力ケーブルを通して浮体６１の蓄電装置に蓄電される。
【００５３】
このとき、浮体６１は、波浪などにより揺動しようとするが、各動吸振器６３，６４が作動することでその揺動が抑制される。即ち、浮体本体６２が揺動しようとする方向に対して、両端部にウエイト４２が装着された回動部材４１は、支持軸を支点として逆方向に回動することで、浮体本体６２の揺動が抑制される。そのため、波浪に対して浮体本体６２が揺動することなく、風力発電装置の適正な立設状態を維持できる。
【００５４】
また、各動吸振器６３，６４が水平方向に直交する方向に沿って配置されていることから、２方向からの波浪に対して、浮体６１の揺動が抑制される。
【００５５】
このように実施例２の浮体にあっては、浮体本体６２に複数の動吸振器６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ），６４（６４ａ，６４ｂ）を設け、動吸振器６３ａ，６３ｂ，６３ｃと動吸振器６４ａ，６４ｂとを互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置している。従って、複数の動吸振器６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ），６４（６４ａ，６４ｂ）を浮体本体６２における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置することで、浮体本体６２の２方向の揺動、つまり、ローリングとピッチングを抑制することができる。
【００５６】
なお、この実施例２にて、複数の動吸振器６３，６４を浮体本体６２における互いに直交する水平方向に沿ってそれぞれ配置したが、その配置方向や数は、この実施例に限定されるものではなく、浮体６１が浮かんでいる洋上の環境、つまり、浮体６１が揺動する方向に併せて適宜設定すればよいものである。
【００５７】
また、上述した実施例では、付勢部材を圧縮コイルばね４３としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、板ばね、ゴム、合成樹脂などとしてもよい。また、圧縮コイルばね（付勢部材）４３とダンパ４４を回動部材４１の両側に配置したが、一方側だけに配置してもよい。
【００５８】
また、上述した実施例では、動力変換装置４５として、ボールねじ軸７１、移動部材７４、支持部材７５、変速機７７などにより構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、カム機構などを用いて往復運動を回転運動に変換するように構成してもよい。
【００５９】
また、上述した実施例では、構造物として風力発電装置２１，２２を適用したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、橋脚、送電塔、ロケット発射台などを立設してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１１，６１  浮体
１２  第１浮体
１３  第２浮体
２１，２２  風力発電装置（構造物）
２１ｅ，２２ｅ  発電機
２３  蓄電装置
２４ａ，２５ａ，６２  浮体本体
２４ｂ，２５ｂ  動吸振器
４１  回動部材
４２  ウエイト
４３  圧縮コイルばね（付勢部材）
４４  ダンパ
４５  動力変換装置
４６  発電機
５２  支持軸
【図１】
0005804753.tif 000002
【図２】
0005804753.tif 000003
【図３】
0005804753.tif 000004
【図４】
0005804753.tif 000005
【図５】
0005804753.tif 000006