(57)【要約】【課題】風力発電装置が水面に対して横方向に力が加わったとき、横の動きを抑制して波面に対して安定した姿勢をとることができる水上用風力発電装置を提供する。【解決手段】水上用風力発電装置は、波の力により、主フロート１３０を下部に備えた支柱１００が、横方向の力が加わることがなく水面を上下動したときは、副フロート２００に対しては上下動自在に貫通されているため、副フロート２００により邪魔されることなしに、上下動する。水上用風力発電装置は、波の力により、横方向の力が支柱１００に加わったときは、副フロート２００に横方向の力が加わることになる。横方向に力が加わった副フロート２００は水の抵抗に抗して移動するため、副フロート２００がない場合に比して、横方向への運動が抑制される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱部の下部側に主浮体及びウエイトを備え、前記支柱部の上部に風力発電手段を備えた水上用風力発電装置において、
前記支柱部に対して上下動自在に貫通され、水面又は水中に浮揚時に前記支柱部の横方向の移動を抑制する副浮体を備えたことを特徴とする水上用風力発電装置。
【請求項２】
前記副浮体は、索条を介してアンカー手段に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の水上用風力発電装置。
【請求項３】
前記支柱部には、前記支柱部の下動を制限する第１規制手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水上用風力発電装置。
【請求項４】
前記副浮体は、前記支柱部、ウエイト、風力発電手段の合計重量が少なくともかかった場合において、水上に浮く浮力を生ずるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の水上用風力発電装置。
【請求項５】
前記第１規制手段は、前記風力発電手段が備えるプロペラの回転軌跡よりも下方に位置するように前記支柱部に設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の水上用風力発電装置。
【請求項６】
前記支柱部には、前記支柱部の上動を制限する第２規制手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の水上用風力発電装置。
【請求項７】
前記副浮体は、前記支柱部に対して全周囲を囲むように配置されたフロート手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の水上用風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上用風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、自然エネルギーの効果的利用の一環として最近注目を浴びている。風力発電装置は陸上タイプのものと、水上タイプ（洋上タイプ）のものがあり、水上タイプは、陸上タイプとは異なり、洋上における安定した風量が期待できる。水上タイプとしては、海底に固定する設置する形式があるが、海底に設置する形式では、海の深さや、海底地形に影響されるため、これらの影響を受けない浮揚形式のものも提案されている。
【０００３】
浮揚形式のものでは、例えば、図５及び図６のものを本出願人が提案している。なお、この形式のものは、例えば特許文献１に開示されている。図５及び図６の構成について簡単に説明する。
【０００４】
支柱１０は棒状に形成されており、その下部にバラストウエイト１５が一体に固定され、上部には風力発電機２０が設けられている。支柱１０の下部と中央部の間には、フロート３０が設けられている。フロート３０は円形をなすリング状に形成され、連結材３５を介して支柱１０に連結されている。支柱１０は、複数の索条４０（図５では、１つのみ図示）を介して、海底に設置されるアンカー４５に連結されている。そして、バラストウエイト１５が支柱１０の下部に設けられて、重心位置が装置の下部側に位置することにより、フロート３０の上方に風力発電機２０を配置しても、支柱１０は常に鉛直な姿勢となる復元力を有している。
【特許文献１】特開２００２−１８８５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の構成のものは、風力により生じた波や、船舶が近くを通ったときに生ずる波により横方向に力が加わった際、その装置全体の横方向の揺れを規制するものがなく、上下方向の変動に対しても浮力の増減が支柱の部分のみに依存するため、比較的弱い力でも上下に動きやすく、姿勢が不安定になる虞があった。
【０００６】
本発明の目的は、水上用風力発電装置が水平面方向の力が加わったとき、横方向の動きを抑制して波面に対して安定した姿勢をとることができる水上用風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、支柱部の下部側に主浮体及びウエイトを備え、前記支柱部の上部に風力発電手段を備えた水上用風力発電装置において、前記支柱部に対して上下動自在に貫通され、水面又は水中に浮揚時に前記支柱部の横方向の移動を抑制する副浮体を備えたことを特徴とする水上用風力発電装置を要旨とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記副浮体は、索条を介してアンカー手段に連結されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記支柱部には、前記支柱部の下動を制限する第１規制手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３において、前記副浮体は、前記支柱部、ウエイト、風力発電手段の合計重量が少なくともかかった場合において、水上に浮く浮力を生ずるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４において、前記第１規制手段は、前記風力発電手段が備えるプロペラの回転軌跡よりも下方に位置するように前記支柱部に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項において、前記支柱部には、前記支柱部の上動を制限する第２規制手段を設けたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項において、前記副浮体は、前記支柱部に対して全周囲を囲むように配置されたフロート手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
（作用）
請求項１の発明によれば、主浮体を下部に備えた支柱部が、横方向の力が加わることがなく水面を上下動したときは、副浮体に対しては上下動自在に貫通されているため、副浮体により邪魔されることなしに、上下動する。又、横方向の力が支柱部に加わったときは、支柱部を介して副浮体に横方向の力が加わる。横方向に力が加わった副浮体は水の抵抗に抗して移動するため、副浮体がない場合に比して、横方向への運動が抑制される。
【００１３】
請求項２の発明によれば、索条を介して連結されたアンカー手段により、副浮体は波上の動きが規制されているため、横方向の力が加わった支柱部が副浮体に当たったとき、波上の動きが規制された副浮体により、支柱部の横方向の動きを抑制する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、主浮体を下部に備えた支柱部が、水面を下動したとき、第１規制手段にて、支柱部の下動の動きを規制する。
請求項４の発明によれば、主浮体に異常が生じてその浮力が減少し、支柱部が下動した場合、第１規制手段を介して支柱部、ウエイト、風力発電手段の合計重量が少なくとも副浮体にかかる。この状態になった場合、副浮体の浮力により、装置全体は、水上に浮かび続ける。
【００１５】
請求項５の発明によれば、第１規制手段は、風力発電手段のプロペラの回転軌跡よりも下方に位置しているため、支柱部が下動した場合、第１規制手段の位置から下方には、プロペラが位置しないため、支柱部の下動に伴うプロペラの副浮体や、水面に対する接触が抑制される。
【００１６】
請求項６の発明によれば、主浮体を下部に備えた支柱部が、水面を上動したとき、第２規制手段にて、支柱部の上動の動きを規制する。又、ウエイトが脱落したときは、主浮体の浮力より、支柱部が上動するが、水に浮かんでいる副浮体が、第２規制手段を介して支柱部に対し係合するため、支柱部の水面に対する倒れ等が抑制される。
【００１７】
請求項７の発明によれば、支柱部に対して全周囲を囲むように配置されたフロート手段を備えることにより、横方向に加わる力が３６０°周囲のいずれの方向であっても、請求項１の作用が実現される。又、主浮体を備えた風力発電装置本体を船舶や洋上浮遊物から守ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項７の発明によれば、風力発電装置が水面に対して横方向に力が加わったとき、横の動きを抑制して波面に対して安定した姿勢をとることができる効果を奏する。特に、風力により生じた波や、船舶が近くを通ったときに生ずる波があっても、発電装置の横方向の揺れを防止でき、安定させることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、横方向の力が加わった支柱部が副浮体に当たったとき、波上の動きが規制された副浮体により、支柱部の横方向の動きが抑制できる。
請求項３の発明によれば、主浮体を下部に備えた支柱部が、水面を下動したとき、第１規制手段にて、支柱部の下動の動きが規制できる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、主浮体に異常が生じてその浮力が減少し、支柱部が下動した場合、副浮体の浮力により、装置全体は、水上に浮かび続けることができる。
請求項５の発明によれば、支柱部の上下動に伴うプロペラの副浮体や、水面に対する接触を抑制できる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、主浮体を下部に備えた支柱部が、水面を上動したとき、第２規制手段にて、支柱部の上動の動きを規制する。又、ウエイトが脱落したとき、副浮体が、第２規制手段を介して支柱部に対し係合するため、支柱部の水面に対する倒れ等が抑制できる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、横方向に加わる力が３６０°周囲のいずれの方向であっても、請求項１の作用を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明を、具体化した第１実施形態を図１〜図３に従って説明する。図１は水上用風力発電装置の正断面図、図２は副フロート２００の平面図、図３は主フロート１３０の同じく平断面図である。
【００２４】
水上用風力発電装置は、支柱１００、バラストウエイト１１５、風力発電機１２０、主フロート１３０、副フロート２００を備えている。支柱部としての支柱１００は棒状に形成されており、その下部にバラストウエイト１１５が一体に固定されている。支柱１００の上部には風力発電機１２０が設けられている。風力発電手段としての風力発電機１２０は、支柱１００上端部に固定した発電機本体１２１と、発電機本体１２１の水平軸となる回転軸に固定したプロペラ型風車１２２とから構成されている。プロペラ型風車１２２のプロペラ先端の回転軌跡は図１のＲで示す。バラストウエイト１１５はウェイトに相当する。
【００２５】
支柱１００の中央部よりも下部側寄り位置には、主浮体としての主フロート１３０が設けられている。主フロート１３０は円形をなすリング状に形成され、連結材１３５を介して支柱１００に連結されている。主フロート１３０は、密閉空間を有する管材から形成されている。管材は鉄材からなり、表面に防錆塗装がなされている。主フロート１３０の浮力と、主フロート１３０、支柱１００、バラストウエイト１１５、及び風力発電機１２０の合計重量とが釣り合って、喫水線が支柱１００の略中央部よりも若干上側寄り位置に位置するように、主フロート１３０の大きさが設定されている。
【００２６】
本実施形態では、主フロート１３０は、水中に位置するように設けられている。これは、主浮体を備えた風力発電装置本体が水上の波の影響を受けにくい構造とするためである。一般に水上波の影響はその波長の１／２の水深まで及び、それ以上の深さでは水上波の影響を受けない。本実施形態では、主フロート１３０を通常は水面下１０〜１５ｍに沈下させるようにしている。従って、主フロート１３０は波長が２０〜３０ｍまでの水上の波に対して、水中で揺れることなく安定した姿勢を保つことができる。そして、バラストウエイト１１５が支柱１００の下部に設けられて、重心位置が水上用風力発電装置の中央部よりも下部側に位置することにより、主フロート１３０の上方に風力発電装置２０を配置しても、支柱１００は常に鉛直な姿勢となる復元力を有している。
【００２７】
支柱１００において、前記喫水線（図１における水面Ｗに対応する部分）を中心として上下へ略等距離の部位には、それぞれ第１係止フランジ１４０と第２係止フランジ１５０とが形成されている。
【００２８】
副浮体としての副フロート２００は、フロート手段としてのフロート体２１０と軸承２２０とを備えている。フロート体２１０は円形をなすリング状に形成されており、密閉空間を有する管材から形成されている。管材は鉄材からなり、表面に防錆塗装がなされている。従って、支柱１００に対して、フロート体２１０は、全周囲を囲むように配置されている。又、フロート体２１０の半径は主フロート１３０の半径よりも大きくされるとともに、前記喫水線から発電機本体１２１のプロペラ型風車１２２の回転軸までの高さとは略同じ値となるようにされている。なお、フロート体２１０の半径は長いほど、フロート体２１０の安定性が向上する。軸承２２０はフロート体２１０の中心に位置するように、連結部材２３０を介してフロート体２１０に連結されている。軸承２２０は筒状に形成され、支柱１００が上下動自在に挿通されている。軸承２２０は、支柱１００の軸心と軸承２２０の軸心とが常時一致するような長さに設定されている。ここで、常時一致するとは、支柱１００と軸承２２０が上下に相対移動したときも含める趣旨である。そして、軸承２２０の上端及び下端は、第１係止フランジ１４０と第２係止フランジ１５０に対してそれぞれ当接可能な大きさに形成されている。
【００２９】
第１係止フランジ１４０は第１規制手段を構成する。第２係止フランジ１５０は第２規制手段を構成する。
副フロート２００のフロート体２１０は、支柱１００、バラストウエイト１１５、風力発電機１２０の合計重量がかかった場合においても、水上に浮く浮力を生ずる大きさに形成されている。本実施形態では、副フロート２００は水面Ｗに浮くようにしている。副フロート２００は、フロート体２１０に連結された複数の索条３００（図１では、２つのみ図示）を介して、海底に設置されるアンカー手段としてのアンカー３５０に連結されている。索条３００は、ワイヤ、ロープ、チェーン等からなる。なお、アンカー３５０を３つとした場合は水上用風力発電装置の周囲１２０°毎に設けて、索条３００を介して連結すると、装置全体を安定させることができる。なお、アンカー３５０の数は、３つに限定するものではなく、必要に応じて、その数を決定すればよい。
【００３０】
なお、図示はしていないが、発電機本体１２１には、送電ケーブルが接続されており、地上の変電所に接続されている。
さて、上記のように構成された水上用風力発電装置の作用を説明する。
【００３１】
本実施形態では、波の力により、影響を受けてフロート体２１０が水面Ｗを上下動したとき、主フロート１３０は水中深く沈下させるているため、海等における水上の波の影響を主フロート１３０は受けにくい。このため、両者に上下の相対移動が生ずる。このとき、主フロート１３０を下部に備えた支柱１００が、副フロート２００に対して上下動自在に貫通されていることから、副フロート２００により邪魔されることなしに、支柱１００は上下動する。
【００３２】
このとき、波の力により、横方向の力が支柱１００に加わったときは、軸承２２０を介して副フロート２００に横方向の力が加わることになる。横方向に力が加わった副フロート２００は水の抵抗に抗して移動するため、副フロート２００がない場合に比して、横方向への運動が抑制される。
【００３３】
又、本実施形態では、アンカー３５０及び索条３００を介して、副フロート２００は波上の動きが規制されているため、横方向の力が加わった支柱１００が副フロート２００の軸承２２０に当たったとき、波上の動きが規制された副フロート２００により、支柱１００の横方向の動きが抑制される。この結果、支柱１００の傾きが抑制できる。さらに、本実施形態では、主フロート１３０を下部に備えた支柱１００が、波の動きによって水面Ｗを下動したとき、第１係止フランジ１４０が副フロート２００の軸承２２０に当たることにより、支柱１００の下動が規制される。又、本実施形態では、主フロート１３０を下部に備えた支柱１００が、波の動きによって水面Ｗを上動したとき、第２係止フランジ１５０が副フロート２００の軸承２２０に当たることにより、支柱１００の上動が規制される。
【００３４】
なお、バラストウエイト１１５が支柱１００から脱落したときは、支柱１００は、バラストウエイト１１５分の重量が軽くなって上動するが、このとき、副フロート２００の軸承２２０が、第２係止フランジ１５０を介して支柱１００に対し係合するため、支柱１００の水面Ｗに対する倒れ等が抑制される。
【００３５】
又、本実施形態では、主フロート１３０に異常が生じてその浮力が減少し、支柱１００が下動した場合、第１係止フランジ１４０を介して支柱１００、バラストウエイト１１５、風力発電機１２０の合計重量が副フロート２００の軸承２２０にかかる。この状態になった場合、副フロート２００の浮力により、装置全体は、水上に浮かび続ける。又、本実施形態では、第１係止フランジ１４０は、風力発電機１２０のプロペラの回転軌跡Ｒよりも下方に位置しているため、支柱１００が下動した場合、第１係止フランジ１４０の位置から下方には、プロペラが位置しないため、支柱１００の下動に伴うプロペラの副フロート２００や、水面Ｗに対する接触が抑制される。
【００３６】
又、本実施形態では、支柱１００に対して全周囲を囲むように配置されたフロート体２１０を備えているため、波によって横方向に加わる力が３６０°周囲のいずれの方向であっても、支柱１００の横の動きを抑制して波面に対して安定した姿勢をとることができる。そして、風力発電装置本体を船舶や洋上浮遊物から守ることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一構成又は相当する構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３８】
第２実施形態では、主フロート１３０は、連結材１３５の代わりに、連結材１４５を介して、バラストウエイト１１５に対して連結されている。こうすることにより、バラストウエイト１１５が、支柱１００から脱落したとき、主フロート１３０も同時に一緒に脱落する。すると、主フロート１３０により、水上に浮かんでいた支柱１００及び風力発電機１２０は一体となって自重により下動する。しかし、支柱１００が下動すると、第１係止フランジ１４０が軸承２２０に係止し、副フロート２００の浮力により、バラストウエイト１１５と主フロート１３０以外の装置は、水上に浮かび続ける。このことにより、バラストウエイト１１５の脱落時における、水上用風力発電装置の不安定な状態が回避できる。
【００３９】
又、本実施形態では、フロート体２１０の下面には、９０°間隔毎に４個の邪魔板２０５が、水中に位置するように設けられている。横方向にフロート体２１０に力が加わった際、邪魔板２０５により、水の抵抗が増加するため、フロート体２１０の横移動が抑制できる。なお、邪魔板２０５は、フロート体２１０の下面全体に亘って全周囲に１つ設けても良い。なお、邪魔板２０５の個数は、適宜の数でよく、個数を限定するものではない。
【００４０】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○  副浮体としての副フロート２００には、慣性力を大きくするために、サブウエイトを設けてもよい。こうすると、横方向に支柱１００が副フロート２００に当接したときに、サブウエイトを備えた副フロート２００はサブウエイトがない場合に比して、慣性力が、大きくなっているため、支柱１００の横揺れを可及的に抑制することができる。
【００４１】
○  前記実施形態では、１つの水上用風力発電装置を設けたが、この装置を複数個並設してもよい。この場合には、副フロート２００により、他の装置との間隔が保持できる。
○  前記実施形態では、連結部材２３０の上には何も設けていないが、連結部材２３０の上に足場を設けてもよい。このようにすると、装置のメンテナンスが容易となる。
【００４２】
○  前記実施形態では、索条３００、アンカー３５０は、副フロート２００に連結するようにしたが、支柱１００側にも索条を介して、アンカーを連結してもよい。
○  副フロート２００は、前記実施形態では、水面に浮くようにしたが、水中に浮くようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を具体化した実施形態の水上用風力発電装置の正断面図。
【図２】同じく副フロート２００の平面図。
【図３】同じく主フロート１３０の平面図。
【図４】他の実施形態の水上用風力発電装置の正断面図。
【図５】従来の水上用風力発電装置の正断面図。
【図６】同じくフロート３０の平面図。
【符号の説明】
【００４４】
１００…支柱（支柱部）
１１５…バラストウエイト（ウエイト）
１２０…風力発電機（風力発電手段）
１２１…発電機本体
１２２…プロペラ型風車
１３０…主フロート（主浮体）
１４０…第１係止フランジ（第１規制手段）
１５０…第２係止フランジ（第２規制手段）
２００…副フロート（副浮体）
２１０…フロート体（フロート手段）
２２０…軸承
【図１】
2005180351.tif 000003
【図２】
2005180351.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005180351.tif 000007
【図６】
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