(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車軸の中心を構成する垂直軸と、前記垂直軸の最上端部に設置される水平な回転面を保持する為の回転保持部と、前記回転保持部に設置される滑動部と、前記滑動部に設置される回転マウント部と、前記回転マウント部に固定される複数の水平翼と、前記水平翼に固定される結合点の回転面に沿い回転円に接する方向に回転中心を持つ垂直翼回転保持部と、前記垂直翼回転保持部に係合されるオフセット用水平翼と、前記オフセット用水平翼の翼端に取り付けられ、取り付け位置の下方に重心位置を持つ前記垂直翼と、所定の風速又は回転数以下の時には前記垂直翼を所定の取り付け角度に維持する為の前記垂直翼角度保持部を持ち、所定の風速又は回転数以上の時には、遠心力が増加することにより、前記垂直翼へかかる前記垂直翼回転保持部を回転中心とした下方から上方への回転モーメントが増加し、前記垂直翼が上方に跳ね上がる事を特徴とする垂直軸風車。
【請求項２】
垂直翼の回転中心より上部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、前記スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の上部に設置された事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項３】
垂直翼の回転中心より下部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、前記スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の下部に設置された事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項４】
垂直翼と前記垂直翼に概直角に結合するオフセット用水平翼の回転中心から延長された前記オフセット用水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と前記結合部に接続する液体又はガス体用シリンダーと前記シリンダーを固定する回転自在の保持部とから為る事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項５】
垂直翼と前記垂直翼に概直角に結合するオフセット用水平翼の回転中心から延長された前記オフセット用水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と前記結合部に接続する連結用支柱と前記支柱の端には回転自在の継ぎ手が有り、前記継ぎ手はリニアガイド上のスライダーに結合され、前記スライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項６】
垂直翼と前記垂直翼に概直角に結合するオフセット用水平翼の回転中心から延長された前記オフセット用水平翼の翼端に設置されたベアリングと前記ベアリングが密接する水平方向の溝と前記溝が固定されているリニアガイド上のスライダーと前記スライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項７】
液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と前記逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスと前記オリフィスは流体の溜に接続し、シリンダーに流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と前記逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスと前記オリフィスは前記流体溜に接続している事を特徴とする請求項５に記載の垂直軸風車。
【請求項８】
液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と前記逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスと前記オリフィスは流体の溜に接続し、シリンダーに流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と前記逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスと前記オリフィスは前記流体溜に接続している事を特徴とする請求項６に記載の垂直軸風車。
【請求項９】
垂直翼と水平翼の結合部が回転自在に結合された回転継ぎ手と前記垂直翼と前記水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部とにより構成された事を特徴とする請求項５に記載の垂直軸風車。
【請求項１０】
垂直翼と水平翼の結合部が回転自在に結合された回転継ぎ手と前記垂直翼と前記水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部とにより構成された事を特徴とする請求項６に記載の垂直軸風車。
【請求項１１】
垂直翼と水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部として、バネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項９又は請求項１０の何れかに記載の垂直軸風車。
【請求項１２】
垂直翼と水平翼を回転自在に結合する回転継ぎ手と前記垂直翼と前記水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部の二つの機能をバネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項９又は請求項１１の何れかに記載の垂直軸風車。
【請求項１３】
円弧型の垂直翼が水平翼と組み合わさっている事を特徴とする請求項５又は請求項８の何れかに記載の垂直軸風車。
【請求項１４】
水平翼を保持している回転保持部に設置されている大口径軸受けの近傍にギアレス方式のダイレクト、ドライブ発電機が組み込まれている事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風力発電機。
【請求項１５】
弱風時には、コイルの接続をカットする回路と、中風域では所定の回転数（Ｗｍｉｎ）以上を維持する様にコイルを接続する回路と、強風時には所定の回転数（Ｗｍａｘ）以下を維持する様にコイルを接続する回路と、所定の回転数（Ｗｍａｘ）をオーバーする場合は一部のコイルをショートする回路と、風車の回転数その他の情報を判断して前記回路の入り切りをコントロール回路又はソフトウエアを持つ事を特徴とするギアレス大口径発電機からなる請求項１４に記載の垂直軸風車。
【請求項１６】
回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項１７】
水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が前記水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項１８】
水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする斜め板が前記水平翼又は垂直翼上に設置されており、前記斜め板は回転可能で、風車の回転数が上がり風力抵抗が大きくなると前記斜め板の角度は小さくなり、最終的には水平状態になる事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【請求項１９】
風車タワーの下部に太陽光発電ユニットが設置された事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
【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】  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。【０００９】  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。【００１０】  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。【００１１】  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。【００１２】  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】
【００１３】  本発明は風車軸の中心を構成する垂直軸と、垂直軸の最上端部に設置される水平な回転面を保持する為の回転保持部と、回転保持部に設置される滑動部と、滑動部に設置されるマウント部と、マウント部に固定される複数の水平翼と、水平翼の翼端には水平翼の回転面に沿い回転円に接する方向の回転中心を持つ回転軸保持部と、回転保持部に契合する回転部が翼の一部に設置される垂直軸と、所定の風速又は回転数以下の時には垂直翼を所定の取り付け角度に維持する為の角度維持部と、所定の風速又は所定の回転数を超える時には発生する遠心力、風力、重力等の外力と釣り合う為のバランス保持部を持つ事を特徴とする垂直軸風車を提供する事により上記課題１及び課題４を解決したものである。【００１４】  本発明は垂直翼が水平翼の翼端付近に設置された回転軸保持部から外側に向かい所定の距離にオフセットされた位置に取り付けられる事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１及び課題４を解決したものである。【００１５】  本発明は垂直翼の回転中心より上部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の上部に設置された事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１及び課題４を解決下したものである。【００１６】  本発明は垂直翼の回転中心より下部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の下部に設置された事を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００１７】  本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と結合部に接続する液体又はガス体用シリンダーとシリンダーを固定する回転自在の保持部とから為る事を特徴とする請求項２に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００１８】  本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と結合部に接続する連結用支柱と支柱の端には回転自在の継ぎ手が有り、此の継ぎ手はリニアガイド上のスライダーに結合され、スライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項２に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４解決したものである。【００１９】  本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置されたベアリングとベアリングが密接する水平方向の溝と溝が固定されているリニアガイド上のスライダーとスライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項２に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２０】  本発明は液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスとオリフィスは��体の溜に接続し、シリンダー流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスとオリフィスは流体溜に接続している事を特徴とする請求項６に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２１】  本発明は液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスとオリフィスは流体の溜に接続し、シリンダー流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスとオリフィスは流体溜に接続している事を特徴とする請求項７に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２２】  本発明は垂直翼と水平翼の結合部は回転自在の回転継ぎ手により結合される事を特徴とする請求項６に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２３】  本発明は垂直翼と水平翼の結合部は回転自在の回転継ぎ手により結合される事を特徴とする請求項７に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２４】  本発明は垂直翼と水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部としてと、バネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項１０又は請求項１１の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２５】  本発明は垂直翼と水平翼を回転自在に結合する回転継ぎ手と垂直翼と水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部の二つの機能をバネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項１０又は請求項１３の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２６】  本発明は円弧型の垂直翼が水平翼と組み合わさっている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２７】  本発明は円弧型の垂直翼が水平翼と組み合わさっている事を特徴とする請求項６又は請求項７の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２８】  本発明は水平翼を保持している回転保持部に設置されている大口径軸受けの近傍にギアレス方式のダイレクト、ドライブ発電機が組み込まれている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風力発電機を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００２９】  本発明は弱風時には、コイルの接続をカットする回路と、中風域では所定の回転数（Ｗｍｉｎ）以上を維持する様にコイルを接続する回路と、強風時には所定の回転数（Ｗｍａｘ）以下を維持する様にコイルを接続する回路と、所定の回転数（Ｗｍａｘ）をオーバーする場合は一部のコイルをショートする回路と、風車の回転数その他の情報を判断して上記回路の入り切りをコントロール回路又はソフトウエアを持つ事を特徴とするギアレス大口径発電機からなる請求項１２に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３０】  本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項５に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３１】  本発明は回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３２】  本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３３】  本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする斜め板が水平翼又は垂直翼上に設置されており、この斜め板は回転可能で、風車の回転数が上がり風力抵抗が大きくなると斜め板の角度は小さくなり、最終的には水平状態になる事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３４】  本発明は２個の略Ｌ字型垂直翼が垂直軸と水平翼の交点に対して、互いに鏡像の関係に配置されている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３５】  本発明は３対以上の垂直翼を有する事を特徴とする請求項１８に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３６】  本発明は垂直翼が水平翼と略Ｙ字型に組み合されている事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３７】  本発明は垂直翼の回転中心部から翼端に行くに従い回転方向と反対方向に傾いている後退翼である事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３８】  本発明は垂直翼の翼端にサブ水平翼が設置されている事を特徴とする請求項２５に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００３９】  本発明は垂直翼の回転中心部から翼端に行くに従い回転方向と同じ方向に傾いている前進翼である事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００４０】  本発明は風車タワーの下部に太陽光発電ユニットが設置された事を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題１と課題４を解決したものである。【００４１】  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。【００４２】  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２７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。【００４３】  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１５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。【００４４】  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２７から請求項２９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。【００４５】  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２７から請求項３０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。【００４６】  本発明は２個の浮力構造体と、２個の浮力構造体を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結合する為の継ぎ手とからなる請求項２９から請求項３３に記載の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。【００４７】  本発明は２個の浮力構造体と、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３４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。【００４８】  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（Ｎ＋１）連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。【００４９】  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３４から請求項３６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。【００５０】  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３７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。【００５１】  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３７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。【００５２】  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３７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。【００５３】  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３７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��４を解決したものである。【００５４】  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３５から請求項３６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。【００５５】  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４２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。【００５６】  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３４から請求項４１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。【００５７】  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３４から請求項３６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。【００５８】  本発明は浮力構造体のフロート部と最下部のウエイト部の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。【００５９】  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３４から請求項４２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。【００６０】  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４４と請求項４５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。【００６１】  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４６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。【００６２】  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４３から請求項４６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】
【００６３】  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】
【００６４】
【図１】本発明の基本的なシステムを示す為の斜視図である。
【図２】低速回転時に垂直翼が所定の角度に安定している状態を示す図１の側面図である。
【図３】上記図１に於いて垂直翼が高速回転により、跳ね上がった状態を表す側面図である。
【図４】上記図１に於いて垂直翼が高速回転により、跳ね上がった状態と低速回転の状態を示して、本発明のコンセプトの理解を容易にした側面図である。
【図５】本発明の基本的な概念を示す為の側面図で、主に水平翼の挙動を示している側面図である。
【図６】本発明の基本的な概念を示す為の側面図で、主に風力、重力、遠心力の合力による垂直翼のバランスについて表している。
【図７】本発明の基本的な概念を示す為の側面図で、垂直翼の重心に働く重力と遠心力及び合力を示している。回転数が小さく遠心力が小さい為に垂直翼はホームポジションを維持している。
【図８】本発明は図７と同じ側面図であるが、遠心力が大きい為に垂直翼が跳ね上がっている。
【図９】本図の表１は垂直翼の直径をパラメーターとして回転数と跳ね上げ角の関係を示している。
【図１０】本図のグラフ１は表１をグラフ化したものである。
【図１１】本発明の変形タイプであるが、垂直翼をオフセットして設置する事で、翼の重力により翼の安定を図る概念を表す斜視図である。
【図１２】低速回転時に垂直翼が所定の角度に安定している状態を示す図１１の側面図である。
【図１３】上記図１１に於いて垂直翼が高速回転により、跳ね上がった状態を表す側面図である。
【図１４】上記図１２及び図１３に於いて垂直翼が高速回転により、跳ね上がった状態と低速回転の状態を示して、本発明のコンセプトの理解を容易にした側面図である。
【図１５】本発明は垂直翼の回転軸がオフセットされている場合で、遠心力と重力の合力が翼を安定させる方向である。
【図１６】本図は図１５よりも遠心力が増えて合力が丁度回転中心を通る状態を示している。
【図１７】本図は図１６よりも遠心力が増え、合力が翼を跳ね上げる方向に働いている状態を示している。
【図１８】本発明の基本システムに適用するダンピングＡＳＳＹの一つで、水平翼の上部設置型のホームポジションを表している。
【図１９】上記図１８のシステムで跳ね上げられた状態を表している。
【図２０】上記図１８のシステムに適用するダンピングＡＳＳＹの一つで、水平翼の下部設置型のホームポジションを表している。
【図２１】上記図２０のシステムで跳ね上げられた状態を表している。
【図２２】本発明は垂直翼の回転軸がオフセットされている場合のダンピングＡＳＳＹのの一つで、ダンパーＡＳＳＹが水平翼の上部に設置されている図である。
【図２３】本発明は垂直翼の回転軸がオフセットされている場合のダンピングＡＳＳＹのの一つで、ダンパーＡＳＳＹが水平翼の下部に設置されている図である。アームによる結合の図である。
【図２４】本発明は上記図２３のダンパーＡＳＳＹで、スライド溝による結合の図である。
【図２５】上記図２３のダンピングシステムに於いて、跳ね上げる時には早く、戻る時には遅くなる様な流体システムを表している。
【図２６】上記図２４のダンピングシステムに於いて、跳ね上げる時には早く、戻る時には遅くなる様な流体システムを表している。
【図２７】上記図２５及び図２６で表している流体システムを利用して、突風や大きな遠心力の時には速やかに跳ね上がり、ゆっくり戻る状態を表している。
【図２８】上記図２３のダンパーシステムで垂直翼と水平翼の結合部に第二の回転軸を設置した状態である。
【図２９】上記図２４のダンパーシステムで垂直翼と水平翼の結合部に第二の回転軸を設置した状態である。
【図３０】上記図２３のダンピングシステムで、垂直翼と水平翼の結合部に第二の回転軸と垂直翼角度保持部―１を設置した状態である。
【図３１】上記図２４のダンピングシステムで、垂直翼と水平翼の結合部に垂直翼角度保持部―２を設置した状態である。
【図３２】本発明の変形である円弧型垂直翼の斜視図である
【図３３】上記図４３の側面図である。
【図３４】上記図４３の円弧型垂直翼が高速回転により、上方に跳ね上がっている側面図である。
【図３５】上記図４４と図４５の円弧型垂直翼の動きを比較する為に同じ側面図に表している図である。
【図３６】上記図２３のダンピングシステムで、垂直翼として円弧型翼が使用されている側面図である。
【図３７】風車軸の上端に設置される風車回転保持部の詳しい断面図である。
【図３８】風車軸の上端に設置される風車回転部に、ギアレス．ダイレクトドライブ発電機が設置されている状態を詳しく示している断面図である。
【図３９】上記〔図３８〕のダイレクトドライブ発電機で使用されるコントロールシステム付回路のブロックダイヤグラムである。
【図４０】本発明に併用される水平翼垂れ防止用補強財を表す斜視図である。
【図４１】本発明に併用されるプリスターター用抵抗体を示す斜視図である。
【図４２】上記図４０と図４１が合体した補強付プリスターターの斜視図である。
【図４３】上記〔図４０〕の水平翼垂れ防止用補強財に可動式のプリスターター用抵抗体を設置した斜視図で、抵抗体として機能している状態である。
【図４４】上記〔図４０〕の可動式プリスターター用抵抗体が水平状態になって、風に対して流体抵抗が最小になる状態を示している。
【図４５】本発明の変形であるＬ型垂直翼の斜視図である。
【図４６】上記図４５の側面図である。
【図４７】上記図４５のＬ型垂直翼の挙動を示す概念図である。
【図４８】上記図４５のＬ型垂直翼が３対設置されている３連Ｌ型風車の斜視図である。
【図４９】本発明の変形であるＹ型垂直翼の斜視図である。
【図５０】上記図４９の側面図である。
【図５１】本発明の変形である後退翼型垂直翼を示している斜視図である。
【図５２】上記図５１の後退翼型垂直翼の下方の翼端に小さな水平翼が設置されている斜視図である。
【図５３】本発明の変形である前進翼型垂直翼の斜視図である。
【図５４】本発明の垂直軸風車と円形太陽光パネルがドッキングされた状態を示している。
【図５５】上記図５０のユニットが高速道路に等間隔で配置されている状態を表している。
【図５６】本発明の垂直軸風車と長方形の太陽光パネルがドッキングされた状態を示している。
【図５７】上記図５６のユニットが一般家庭の屋根に設置された状態を表している。
【図５８】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５９】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６０】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６１】浮力構造体に波力発電用ユニットが設置されている側６２図である。
【図６２】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６３】上記図６２の側面図である。
【図６４】上記図６２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６５】上記図６２が完全に結合した状態の斜視図である。
【図６６】上記図６５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６７】上記図６５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６８】上記図６５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６９】上記図６５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７０】上記図６５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７１】上記図６５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７２】上記図６５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７３】上記図７２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７４】上記図６５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７５】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７６】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７７】上記図６５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７８】上記図６５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７９】６連三角形結合システムである。
【図８０】上記図７９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８１】１２連直列結合システムである。
【図８２】上記図８１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８３】１９連六角形結合システムである。
【図８４】上記図８３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８５】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８６】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８７】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８８】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８９】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９０】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８９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９１】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８９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９２】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８９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９３】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９４】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９５】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】
【００６５】  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。
【００６６】  図１は自己安定型垂直軸風車についての斜視図である。
図２は低速回転している状態の図１の側面図であるが、遠心力が小さい為に垂直翼は垂直翼角度保持部により保持されている。
図３は同じく側面図であるが、高速回転の遠心力により垂直翼が上方向に跳ね上がっている状態を表している。
図４は図２と図３の垂直翼の状態を同時に表して、本発明のコンセプトが理解し易くしている。
基本的には風車軸４の上端に風車回転保持部５が設置され、風車回転保持部５に複数の水平翼３が固定される。
水平翼３の翼端には水平翼３の回転面において、回転軌跡の接線方向に、垂直翼１を回転可能に結合する為の回転保持部２が設置される。
垂直翼１の略中間位置に上記回転保持部２の結合部が設置される。
これにより、垂直翼１は回転可能に設置されるが、通常は角度保持部３２により予め決められた角度に保持されている。
垂直翼１の高速回転に伴う遠心力や強い突風等の外力により、垂直翼１は回転し、重力、遠心力、風力等の合力がバランスする位置で保持される。
【００６７】  図５〜図６に従い、それらの事について説明する。
先ず、図５を用いて水平翼３のバランスについて説明する。
風車が停止又は低速回転している時には、図５（Ａ）の様に、水平翼３は垂直翼１及び水平翼３自身の重量の為に、ジャンボ機の主翼と同じく少し垂れ下がっている。
これは、一見、不安定の様に見えるが、ヤジロベの動きと同じく、反って安定なのである。
これを実現する為には、水平翼３は余り剛体ではなく、少し柔らかく、撓りがある鞭の様なしなやかさが有った方が望ましい。
風車が高速回転になって来ると、垂直翼１に働く遠心力の方が重力よりも大きくなってくるので、下方への垂れ下がりが少なくなり、水平に近くなって来る。  遠心力が更に大きくなると、水平翼３は上方に持ち上がってくる。
つまり、図６〜図８の様に、垂直翼１は初期の保持角から段々回転して跳ね上がって来る様になる。
【００６８】  次に垂直翼１のバランスについて図６により説明する。
初期条件として、垂直翼１の回転部から下半分の長さは上半分の長さより、長い。
先ず、図７より無風時の釣り合いを考えると、垂直翼１の重心は回転中心部よりも下方に位置するので、垂直翼１を押し下げる方向に重力だけが働き、翼は安定している。
次に、図８の様に、回転している時は、垂直翼の重心に働く力は重力の他に遠心力が働き、その合力が働く事になる。これによって、回転数によって遠心力が決まるので、重力との合力によってバランスする位置で安定するが、回転数が大きくなると遠心力も大きくなり、垂直翼は段々跳ね上げられる様になる。
【００６９】  その状態を以下に示す。図９の計算式１は風車回転数と垂直翼の跳ね上げ角の関係を風車半径をパラメーターとして表したものである。表１はその計算結果を纏めたものである。
図１０のグラフ１は同じく上記結果をグラフ化したものである。
例えば、回転数が毎分３回転の時は、風車半径３ｍの翼の眺ね上げ角は１．７°であるが、風車半径が３０ｍになると、跳ね上げ角は１６．８°になる。
同じく、回転数が毎分１０回転の時は、風車半径３ｍの翼の跳ね上げ角は１８．６°であるが、風車半径が３０ｍになると、跳ね上げ角は７３．４°になる。
更に、回転数が毎分３０回転の時は、風車半径３ｍの翼の跳ね上げ角は７１．７°であるが、風車半径が３０ｍになると、跳ね上げ角は８８．１°になり、殆んど水平状態に近くなる。
この方式では、風車半径が小さな小型風車に対しては良い効果を示すと思われるが、大型風車では跳ね上げによる効果が効き過ぎる事も考えられる。
【００７０】  図１１は本発明の変形タイプであるが、水平翼１の翼端部に設置された回転保持部２からオフセットされた位置に垂直翼１が設置される場合の斜視図である。
図１２は低速回転により、垂直翼が重力により所定の角度に保持されている状態の側面図である。
図１３は高速回転の遠心力により、上方に跳ね上がっている状態の側面図である。
図１４は上記図１２〜図１３の状態を同時に表している。
このタイプのメリットはオフセットする事により、垂直翼１の重力による押し下げ方向の回転モーメントが大きくなり、低回転領域に於いて垂直翼１が初期角度を維持する事が可能になり、年間で一番多い低風速域のエネルギー利用効率を向上させる事が可能となる。
【００７１】  図１５は重力に対して遠心力が小さく、合力の延長線がオフセットの回転中心よりも外周側で垂直翼を押し下げる方向の力が働いており、安定である。
図１６は遠心力が大きくなり、合力の延長線が丁度回転中心上を通っている状態を表している。
図１７は遠心力が更に大きくなり、合力の延長線が回転中心の下側を通り、垂直翼を跳ね上げている状態を表している。
【００７２】  風力については、図６の図を見れば良く判る。
垂直翼１が風の方向と同じ方向に位置する場合は、垂直翼１は跳ね上げられる方向に動く。
反対に、逆方向に位置する場合は、垂直翼１は押し下げられる方向に動く。
つまり、垂直翼１が１回転する間に跳ね上げられたり、押し下げられたりする力が働くことになる。
【００７３】  この場合は、垂直翼１の慣性質量や回転保持部２の慣性により、急には動かないので、余り問題にはならない。只、跳ね上げ時の慣性を押し下げ時の慣性より小さくしておけば、翼が素早く跳ね上がって回転数が過大に上がって、翼が破損する事を防止する事ができる。
この様に、垂直翼１を回転可能にする事によって、台風時等に風車の回転が過大になったり、突風や乱流による過大な力により、破壊される事を防止する事が可能となる。
図２〜図８及び図１２〜図１７は垂直翼１の角度が変わっている状態を表している。
【００７４】  図１８は第１の発明である図１にダンパー特性を持たせる為に、水平翼上にリニアガイド３５とシリンダー３６を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム３４を介して垂直翼１に結合したものである。
図１９は上記図１８のシリンダー３６が縮んでアーム３４により垂直翼１が跳ね上がっている状態を表している。
【００７５】  図２０は発明の基本形である図１にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド３５とシリンダー３６を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム３４を介して垂直翼１に結合したものである。
図２１は上記図２０のシリンダー３６が縮んでアーム３４により垂直翼１が跳ね上がっている状態を表している。
【００７６】  図２２は第２の発明である図２にダンパー特性を持たせる為に、水平翼上にシリンダー３６を配置し、回転自在水平翼１１の先端部に回転自在継ぎ手３７を介してシリンダーと結合したものである。シリンダー３６はシリンダーの一部を回転自在に保持する固定部により回転保持部に設置されている
【００７７】図２３は第２の発明である図２にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド３５とシリンダー３６を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム３４を介して水平翼１１に結合したものである。
【００７８】  図２４は第２の発明である図２にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド３５とシリンダー３６を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に案内溝３８を介して水平翼１１に結合したものである。
【００７９】  図２５は第２の発明である図２にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド３５とシリンダー３６を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム３４を介して水平翼１１に結合したものである。シリンダーにはシリンダーの伸びる時と縮む時のダンピング特性に違いを持たせる事を目的に以下の様な流体系を設置している。即ち垂直翼の跳ね上げを容易にする為に、図２５のシリンダーの配置では垂直翼が跳ね上がる方向はシリンダーは縮む方向なので、シリンダーからの流体の流出が容易に出来る方向なので、逆止弁を流出方向に設置し、その先に径が大きい流体抵抗が小さいオリフィスを設置する。更に、垂直翼が戻る方向はシリンダーが伸びる方向なので、シリンダーからの流体の流出を難しくする様に、流入する方向に設置された逆止弁には内径が小さく流体抵抗が大きなオリフィスが設置される。両方のオリフィスは流体溜４３に接続される。
流体が空気の場合は流体溜４３は必要無く、単に大気開放にすれば良い。
図２６システムも上記図２５と全く同じ様にすれば良い。
【００８０】  図２７は上記図２５と図２６で説明した事を詳しく説明する為の資料である。
（１）のグラフはダンピング特性の違いによる垂直翼跳ね上げ時定数と戻り時定数を示し      たっものである。グラフの横軸は経過時間を示し、縦軸は垂直翼の跳ね上げ角度を      示している。グラフから跳ね上げ時の時定数は小さいので短時間の内に跳ね上げが      進み、戻る場合はゆっくりしか進まない事を表している。
（２）のグラフは選択的なダンピング特性の有無による垂直翼の振れ角度の違いを説明す      る為の資料である。このグラフは回転の遠心力によってある振れ角度を持っている      状態の垂直翼に風が当たった時に翼がどの様な挙動をするかを表している。横軸は      風の向きを０度とした時の翼の角度の時間の経過に伴う角度の変化を表している。      縦軸は垂直翼の振れ角度を表している。グラフでは風と同じ方向の０、２π、４π      等は最大値を示し、反対方向のπ、３π、５π等は最小値を示し、０．５π、１．      ５π、２．５π等はゼロを示している。所謂、ＣＯＳ曲線である。
（３）選択的ダンピング特性が働いている状態は点線で表されているグラフで、垂直翼の      振れ幅は明らかに小さくなっている事が判る。ダンピング特性を変える事で振れ幅      は大きく変える事が可能である。
【００８１】  図２８は図２３のダンピングシステムにおいて、可動水平翼１１と垂直翼１の結合部を回転軸６６で置き換えたものである。これは高速回転による大きな遠心力によって垂直翼が破壊される事を防ぐ為に採用される。
図２９は図２４に適用される上記図２８と同じ目的の回転軸の追加である。
図３０は上記図２８と図２９に於いて、回転角度を所定の値に保持する為のバネ財で出来た固定金具６７である。
図３１は上記図３０の回転軸６６と固定金具６７をバネ性板材６８で置き換えたものである。もし、バネ性板材６８の材質として適切な物が見つかれば、部品点数の削減等でコスト低減、流体抵抗の削減等のメリットが出て来るものと期待される。
【００８２】  図３２は本発明の変形である円弧型垂直翼１の斜視図であり、図３３は側面図である。
図３４は円弧型垂直翼１が高速回転により競り上がっている状態の側面図である。
図３５は図３３と図３４をあわせて低速回転時と高速回転時の円弧型垂直翼１の動きを比較した側面図ある。
図３６は図２３のシステムの垂直翼１を円弧型垂直翼１９で置き換えたものである。
図の様に、円弧型垂直翼１９はその時の回転に伴う遠心力によって円弧の半径が大きくなる事が可能である。もし、その様な伸縮性に優れた材料を探す事が出来れば、非常に優れた風車を完成する事が可能である。
【００８３】  図３７は風車回転保持部５の詳細な断面図で、主要構成要素を示している。６は風車軸４と回転保持部７の結合部であり、風車全体の加重を受ける役目と、回転保持部の姿勢制御を受け持つ。回転マウント９は滑動様ベアリング８と１０により回転保持部７に契合している。水平翼３は回転マウント９に固定されている。
図３８は風車回転保持部に設置されるギアレス．ダイレクト．ドライブ方式発電機の詳細な断面図である。
図３７に記載の風車回転保持部５に１２と１３のペアマグネットの間にコイル１５が配置されている状態の断面図である。１４はペアマグネット１２と１３を結合する為のＵ字型構造体である。
この方式の特徴は滑動用ベアリング８の直ぐ近くに発電素子が配置されるので、部品点数が少なく構造が簡単であり、位置がずれなくて、低コストで長期間安定な運用を実現する事が可能な事である。つまり、メンテナンスフリーが実現出来る可能性がある。
【００８４】  図１３９は上記ギアレス．ダイレクト．ドライブ方式発電機に使用される発電用回路を示している。コイル１５からの出力はリレ２６ーに導かれる。
リレ２６ーは三接点になっていて、接点２はオープンで、無風又は微風時の超低速回転時に回路を遮断し、接点１は整流器２７から蓄電器２８に繋がり発電し、接点３はコイル１５をショートする様に繋がっており、台風時等の超高速回転時に電気ブレーキをとして働く事が出来る。
【００８５】  リレー２６の入り切りにより風速計の入力３１や風車の回転数入力３０の信号をコントロール部２９で処理し、ベストな状態での発電を行える様にコントロールする事が出来る。
基本的な考えとしては、風が無ければリレー２６をオープンにし、風が適正に吹けばリレー２６を整流器２７に繋ぎ、蓄電器２８に充電し、風が強すぎる場合にはコイル１５をショートする様に制御し、強風が吹いている状態でも、出来るだけ充電出来る時は充電し、過回転になり危険な時はブレーキを駆けて風車の破壊を防止する事である。
【００８６】  図４０は水平翼３の垂れ防止用の補強構造体１７を水平翼３上に設置している状態の断面図である。
図４１は基本的なプリスターター１６を水平翼３に設置している状態の斜視図である。
プリスターター１６は水平翼３上の回転中心部近くに設置される。基本的な考えとしては、回転中には余り回転の邪魔をしない様に、流体抵抗が大きくない形状を選定する必要がある。
図４２は図４０と図４１をドッキングした状態を表している斜視図である。
カバー１８は回転時の流体抵抗が出来るだけ小さく為る様な形状が選ばれるが、場合によっては補強構造体１７と一体化しても良い。
図４３は上記図４０の水平翼３の垂れ防止用の補強構造体１７に可動板４４を回転継ぎ手４５により結合したものである。低回転時は可動板４４は図４３の様に斜めに立ち上がっているが、高速回転時には流体抵抗を少なくする為に水平状態になる。可動板４４はバネによって動作させても良く、電動でコントロールしても良い。
図４４は可動板４４が高速回転時に水平状態になっている事を表している。
【００８７】  図４５は２個の略Ｌ字型垂直翼１が垂直軸４と水平翼３の交点に対して、互いに鏡像の関係に配置されている状態を示している斜視図で、図４６はその側面図である。これは一見、変則的で余りメリットが無い様に思えるが、特徴を持っている。図４６でその事を説明する。
図４７（Ｂ）は風向を表している。（Ａ）で説明するが、図３７に於ける風車回転保持部５のベアリング８及び１０に働く力に注目して説明する。
先ず、重力による力は図からも判るようにベアリングを押しつける方向に均等に働く。
遠心力は一方は押し下げる方であり、他方は引き上げる方向であるので、偏加重が働く事になるが、この力は常に回転数が同じであれば、同じで定常的であり比較的問題にならない。
風による力は一方が押し下げる方向であり、他方も同じく押し下げる方向なので、ベアリング８及び１０への負担は非常に少ないと思われる。
通常はこの風力による力は不安定で、１回転の中で状態が変わるので、回転中の振動が大きいと言う問題が垂直軸風車には共通してあるが、Ｌ型の場合はこれが軽減される。
【００８８】  図４８は上記、図４５に記載のＬ字型垂直翼１が３対配置されている状態の斜視図である。
この場合は、上記に説明した中で重力、遠心力、風力の３個パラメーター全てに於いてバランスしている。実際の試作機においても、強い風の中でも、非常に安定な回転が実証されている。
図４９は本発明の変形であるＹ型垂直翼１の斜視図であり、図５０はその側面図である。
図５１は図４９の変形である後退垂直翼１の斜視図である。
図５２は上記図５１の後退垂直翼１の下部端に回転の安定の為に、補助フィン２０を取り付けた状態の斜視図である。テストでは回転時の安定性に優れている。
図５３は本発明の変形である前進垂直翼１の斜視図である。
【００８９】  図５４は第１の発明と第２の発明に太陽光パネル４６がドッキングされている状態を表している。中小型の直軸風車にはこの様な組み合わせは非常にメリットがある。応用分野としては、図５５の様に高速道路の中央分離帯に一列に等間隔に配置したり、鉄道の線路に沿って一列、等間隔に配置する等が考えられる。
図５６と図５７の様に民家の屋根に設置する事も考えられる。
【００９０】  図５８（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５９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５９（Ａ）は通常の状態で、一番浮き上がっている。
図５９（Ｂ）は少し沈んでいる状態で、波が高い場合に利用する。
図５９（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。
【００９１】  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６０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６１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。
【００９２】  図６２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６３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。
【００９３】  図６４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６５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。
【００９４】  図６６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６７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。
【００９５】  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６８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６９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７０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７１は生簀が底に沈んでいる状態を表している。
【００９６】  図７２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７３及び図７４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７５は回転結合部だけを拡大表示している。
図８５は３水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図８６は４水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図７７は６水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
【００９７】  図７６は上記三角形浮力構造システムに上記図３４及び図３５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７７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７８は上記図３７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。
【００９８】  図８０は図７９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８２は図８１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８４は図８３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。
【００９９】  図８８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を水面上い浮かす事により、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８９は図８８の変形版である。
図９０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９１は図９０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９２は図９１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９３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９４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９５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】
【０１００】  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。【０１０１】  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。【０１０２】  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】
【０１０３】１      垂直翼
２      垂直翼回転保持部
３      水平翼
４      風車軸
５      風車回転部
６      結合部
７      回転保持部
８      滑動用ベアリング
９      回転マウント
１０    滑動用ベアリング
１１    オフセット用水平翼
１２    マグネット
１３    マグネット
１４    マグネット結合用Ｕ字体
１５    コイル
１６    プリスタート用抵抗体
１７    水平翼垂れ防止用補強バー
１８    プリスタート用抵抗カバー
１９    円弧型垂直翼
２０    垂直翼安定用サブフィン
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
２６    リレー
２７    整流器
２８    蓄電器
２９    コントロール部
３０    回転数の入力信号
３１    風速の入力信号
３２    垂直翼角度保持部
３３    垂直翼の重心位置
３４    アーム
３５    リニアガイド
３６    シリンダー
３７    回転継ぎ手
３８    案内溝
３９    逆止弁−１
４０    オリフィスー１
４１    逆止弁−２
４２    オリフィスー２
４３    流体貯め
４４    可動板
４５    回転継ぎ手
４６    太陽光パネル
４７    支柱
４８    中央分離帯
４９    高速道路
５０    屋根
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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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
0005682041.tif 000049
【図４９】
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【図５０】
0005682041.tif 000051
【図５１】
0005682041.tif 000052
【図５２】
0005682041.tif 000053
【図５３】
0005682041.tif 000054
【図５４】
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【図５５】
0005682041.tif 000056
【図５６】
0005682041.tif 000057
【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
0005682041.tif 000061
【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
0005682041.tif 000069
【図６９】
0005682041.tif 000070
【図７０】
0005682041.tif 000071
【図７１】
0005682041.tif 000072
【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
0005682041.tif 000076
【図７６】
0005682041.tif 000077
【図７７】
0005682041.tif 000078
【図７８】
0005682041.tif 000079
【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
0005682041.tif 000082
【図８２】
0005682041.tif 000083
【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
0005682041.tif 000089
【図８９】
0005682041.tif 000090
【図９０】
0005682041.tif 000091
【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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