(57)【要約】【課題】バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置を同一船体または海上浮体に併設することで発電コストの低減を目標とし、既存の構造体単独ではそれぞれが持つ欠点のために効果を十分に発揮できていなかった物を組み合わせ、それぞれの欠点を補うことで発電コストの低減をより加速することにある。【解決手段】バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付け、かつ、船体または浮体に取り付けたスクリューを、バルーンに吹き寄せる海風の風力が船体・浮体物を流す力で回転させ発電する装置の併設の発電システムを設ける。また、バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付けるため、船体周辺に太陽光集熱部を海上に設ける必要があるが、その集熱部の温室構造を上下二層の構造体とし、上層を太陽熱の温室部とし、昼間の発電エネルギー源に使用、下層を海水面温度による温室部とし、夜間の発電エネルギー源に使用する。この温室二層構造を最適形状に設ける。【選択図】図１
2007239725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付け、かつ、同一の船体または浮体に取り付けたスクリューを、バルーンに吹き寄せる海風の風力が船体・浮体物を流す力で回転させ発電する装置を併設の発電システム
【請求項２】
バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付けるため、船体周辺に太陽光集熱部を海上に設ける必要があるが、その集熱部の温室構造を上下二層の構造体とし、上層を太陽熱の温室部とし、昼間の発電エネルギー源に使用、下層を海水面温度による温室部とし、夜間の発電エネルギー源に使用する。この温室二層構造を指す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、建築、土木、機械など、各種産業分野で構築される気体輸送による発電の併設システムと海上における太陽エネルギー貯蔵の装置構造と方法に属する。
【背景技術】
【０００２】スペインで１９８６年７月から１９８９年２月まで出力５０ｋＷの稼動をした煙突型太陽熱発電所がある。この煙突の高さは１９５ｍ、直径１０ｍ、地表面に置いた太陽光集熱部の集光直径２４０ｍ、煙突周辺の太陽光集熱部から煙突に流れる熱量は、煙突内の空気温度を上昇させ、煙突内の気流の浮上力を増し、気流速を速め、上空に噴出させる。この煙突内の気流速を利用して風車を回し発電する。この煙突は、地上に鉄筋コンクリート構造で作られている。また、集熱部の上面はガラス張りの温室であり、地面は土である。さらに、地面の一部に水管を置く。すなわち、昼間の発電エネルギー源は温室の熱エネルギーであり、夜間の発電エネルギー源は地面と水管からの放熱エネルギーを利用している。近年、煙突高さ１ｋｍ規模の計画がなされている。【０００３】煙突型太陽熱発電の原理は、煙突流入口の地上の温度と気圧に比べ、煙突噴出口の上空の温度と気圧の差が大であるほど、地上の空気量を多く吸入することが知られている。さらに、煙突内の空気温度を上昇させことで密度低下を招き浮力を増し、気体の上昇速度を加速する。温度差と気圧差は煙突先端の高度に支配される項である。このため、排出効果を高めるためには、出来るだけ上空までの高い長大煙突を作ることも条件の一つになっている。【０００４】しかし、煙突構造自体で風雨地震に耐える構造体とするため、鋼または鉄筋コンクリート構造体に強度を持たせる必要があり、建設の限度、設置場所の制限もあった。【０００５】そこで、鋼または鉄筋コンクリート構造の煙突をバルーン型膜状煙突に代替させる案が、平成１８年２月１日に特許出願（発明者名：鶴巻有一郎；発明の名称：バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置）されている。【０００６】また、吹き寄せる海風を利用し航海していた帆船は、蒸気タービンの発明以後、スクリュー稼動による船に変貌している。さらに、潮流、河川流の中に、スクリューを入れ、流れの力を利用し、回転運動に変換して発電する装置も開発されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】本発明は、バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置を同一船体または海上浮体に併設することで発電コストの低減を目標とし、既存の構造体単独ではそれぞれが持つ欠点のために効果を十分に発揮できていなかった物を組み合わせ、それぞれの欠点を補うことで発電コストの低減をより加速することにある。【０００８】バルーン型膜状煙突の欠点の一つに海風が強まると風下に流される抗力が作用する。それを、抑えるためバルーン天端から四方にケーブルを張っても、バルーンの中間部を曲率させバルーン先端の低下を招き、結局はバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電の発電量低下に繋がる。【０００９】一方、スクリューを用いた発電を海域で行うには、スクリューを帆船に取り付けるか、または、潮流の激しい箇所に堅固な構造でスクリューを固定する必要があり、発電コストの高いものであった。【００１０】また、これまで煙突付き太陽熱発電は、地上に作られている。この太陽光集熱部の上面はガラス張りの温室であり、地面は土である。しかし、これを海上に作る場合、より温室効果を高めるには上面シートまたは上面板の下にさらに、シートまたは板を増やし、夜間の発電エネルギー源となる海水温度を効率よく利用する課題がある。しかしながら、昼間の太陽光による蓄熱の温室部と夜間の海面温度による温室空間を併せ持つ合理的な構造体が、これまでになかった。【００１１】これまでは、地上の定点運用の煙突付き太陽熱発電であり、太陽光の強さ、設置スペースの確保等が重要な建設可否判断要素の一つであった。しかし、海上型の場合、太陽光の強さは集光・集熱部の面積拡大で容易に対応可能であるが、夜間エネルギー源となる海水温度の年間の変動、海域分布を把握した海域移動が重要な要素の一つになるが、バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電方式は、過去にはなく、そのような移動手段を具体的に示したものは無かった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】本発明は、バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付け、かつ、船体または浮体に取り付けたスクリューを、バルーンに吹き寄せる海風の風力が船体・浮体物を流す力で回転させ発電する装置の併設の発電システムを設ける。【００１３】また、バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置を海上の船体または浮体に取り付けるため、船体周辺に太陽光集熱部を海上に設ける必要があるが、その集熱部の温室構造を上下二層の構造体とし、上層を太陽熱の温室部とし、昼間の発電エネルギー源に使用、下層を海水面温度による温室部とし、夜間の発電エネルギー源に使用する。この温室二層構造を最適形状に設ける。
【発明の効果】
【００１４】バルーンが静止した定常状態でバルーンに吹き寄せる海風の抗力は、風速の２乗に比例する。しかし、バルーンが船体または海上浮体に繋がれ、かつ、船体または海上浮体と共に風下に移動すれば、その移動速度を風速から引いた差額の２乗に比例した抗力となる。すなわち、船体または海上浮体と共に風下に移動させれば、バルーンに作用する抗力が減少することで、バルーン型煙突天端高度の降下高が減少する。これによって、高度低下に伴う煙突天端高度の外気温の上昇を抑え、温室部の気温と外気温の温度差の減少を抑え、煙突内の上昇気流の速度減少が抑えられる。よって、バルーン型煙突に吹き付ける海風の力で船体または海上浮体を風下に移動すれば、この上昇気流を利用した風力発電量の減少量を抑える効果があり、このような移動を行わせる船体または海上浮体とする。【００１５】さらに、バルーン型煙突を帆に見立て、船体または海上浮体にスクリューを取り付け、船体が風下に移動すれば、スクリューによる発電が可能となる。【００１６】すなわち、バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置を同一の船体または海上浮体に併設することで発電コストの大幅減少効果が得られることとなる。【００１７】また、バルーン型煙突に当たる海風で移動する船体または海上浮体を海水温の高い海域に誘導することで電力エネルギーをより多く取得可能となる。さらに、取得した電力エネルギーをバッテリー電源または水の電気分解による水素に貯蔵することで、必要地域に運搬することも可能となる。【００１８】太陽光集熱部を海上に設けるにあたり、集熱部の温室構造を上下二層の構造体とし、上層を太陽熱の温室部とし、昼間の発電エネルギー源に使用、下層を海水面温度による温室部とし、夜間の発電エネルギー源に使用するのであるが、この温室二層を区分するシートまたは板は、次のようである。
上面シートまたは板には、太陽光の透過率の高いものを用い、さらの、上面シートまたは板の下に温室と成る空間をもたせる。その空間の下に下面シートまたは板を入れ、下面シートと海面の間に空間を持たせる。【００１９】この下面シートまたは板の上面（表）素材には反射光の生じないアルベドの高い素材を用い、熱変換を高めその素材の裏（下面）には断熱素材を用いることで上層の温室効果をより高める。これによって、昼間のエネルギー確保と夜間のエネルギー確保が区分されより効率が高まる。【００２０】さらに、下面シートまたは板の配置は、上面シートと海面の空間の中間に平行に配置するのではなく、上面シートと海面の空間を三角形状に区分するように、斜めに上下端を結ぶように配置する。これによって構造的にも、温室効果的にもより最適なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】本発明を図面及び理論的考察を含め、より詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】本発明のバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置は、図１のバルーン（１）内部の中心を天地上下に貫く中空体を有するように幕を用いて煙突状（２）に作り、その下部に風力発電機（４）を船体または海上浮体（７）の上に備え、かつ、その船体の周囲を取り巻く蓄熱部（８，９，１０，１２）からなっている。また、船体の移動に伴い回転するスクリュー（５）は発電機（６）を稼動させる。すなわち、一つの船体をバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置を併設したシステムを取っている。【００２２】バルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置の集熱部全体の構造枠組みは、船体を取り囲むリング状の圧縮空気入り伸縮自在中空管（図２の１２１，１２２）と、船体中心の煙突部から放射状に伸びる梁の圧縮空気入り伸縮自在中空管（１２３，１２４）からなり、これを、上下に設け、空間を持たせるために支柱（１２５）を設けている。支柱の高さは外縁部を低く、煙突への取り付けを高くし、傾斜を持たせる。このため集熱部の上面シート（９）は外縁から煙突に向かって登り傾斜に張られる。空気の取り入れ口（８）の詳細は図２の上部温室空間（８１）と下部温室空間（８２）からなるように、下面シート（１０）を上面シートと海面の空間を三角形状に区分するように、斜めに上下端を結ぶように配置する。【００２３】また、集熱部の外縁部の空気取り入れ口に上面シート部からカーテン（１２６）を海面間の半分の高さまで下ろし、温熱の放出を防止しても、上下二層とも三角形状区分のため空気取り入れ口が確保され、温室の最適化に効果がある。【００２４】昼間の空気は流入口（８１）から入り下面シート（１０）の表（アルベトが高い）と裏の断熱材張り合わせで熱せられ、上面シート下にたまり、中心の煙突方向に向かって加熱されながら傾斜を登り、煙突下部の流入口（１１）に達する。この流入口（１１）は、夜間の海水温による温室（下層８２）の気流の流入口（１１）と区別され、シャッター付き構造である。このため昼間は夜間流入口を閉じ、夜間は昼間の流入口を閉じる。【００２５】煙突下部の流入口（１１）に入った気流の大部分は、シャッター（１５）を通過し、風力発電機（４）を通過し、膜状煙突（２）を通って煙突先端（３）に達し外気に噴出する。一部の少量の気流は、バルーンへの流入口（１６）からバルーン内に入り、バルーン内を緩慢に上昇し、バルーン全体を暖め、所定の揚力に応じて、排出口（１９）から排出される。また、煙突形状維持のためのリング（１７）を取り付け、さらに、バルーン外皮と煙突状の幕を繋ぐバルーン内垂直仕切り幕（１８）を取り付けている。煙突部のシャッター（１５）は、バルーン立ち上げ時に閉鎖状態として使用されるものである。また、バルーンの転倒防止のためのケーブル（１３）を備える。バルーンと風力発電機取り付け構造は、平成１８年２月１日に特許出願（発明者名：鶴巻有一郎；発明の名称：バルーン型煙突付き太陽熱風力発電装置）と同じものが用いられる。【００２６】上述したバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置に付帯する設備は、一例であって、ここに説明したものに限られず、既存の技術が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置とスクリュー発電装置の併設システムの概念図の第１例である。
【図２】本発明のバルーン型煙突付き海上太陽熱風力発電装置の集光集熱部の概念図の第２例である。
【符号の説明】
【００２８】１バルーンの外皮
２煙突状（中空円筒体）を形成する気密性の幕
３煙突状天端の空気噴出口
４風車及び風力発電機
５スクリュー（船体または浮体物に取り付けたバルーンに当たる風力で船体・浮体物が流される力で回転する回転体）
６スクリューの回転力による発電機
７船体または海上浮体
８船体を取り巻く集熱部先端の空気取り入れ口
９船体を取り巻く集熱部の上面シートまたは上面板
１０船体を取り巻く集熱部の下面シートまたは下面板であって、図２に示すように、上面シートと海面間を三角形状に張り、上面シートとの空間（８１）と海面との空間（８２）を持たせる仕切りのシートまたは板である。
１１船体を取り巻く集熱部の空気を煙突へ導く空気流入口であって、昼間の温室熱流入口と夜間の温室熱流入口を区別するシャッター付き構造
１２船体を取り巻く集熱部構造を支え、海上浮体物にするための圧縮空気入り伸縮自在中空管浮体物
１３バルーンの傾き横倒れ防止ロープ
１４鋼構造体の煙突
１５煙突に設けたシャター
１６バルーンへの空気の出入り口となる鋼製煙突の横孔
１７煙突状の中空筒体を保つためのリング
１８バルーン外皮と煙突状の幕を繋ぐバルーン内垂直仕切り幕
１９バルーン内から煙突状の中空体に通じるバルブ
８１船体を取り巻く集熱部の上面シート（９）と下面シート（１０）に挟まれた上部温室空間
８２船体を取り巻く集熱部の下面シート（１０）とその下の海面に挟まれた下部温室空間
１２１船体を取り巻く大きなリング状の圧縮空気入り伸縮自在中空管であって、上面シート（９）を支える上部構造体
１２２船体を取り巻く大きなリング状の圧縮空気入り伸縮自在中空管であって、集熱部を支え海面に浮上する下部構造体
１２３船体を取り巻く集熱部の外縁から中心の煙突部を結ぶ放射状の梁の圧縮空気入り伸縮自在中空管であって、上面シート（９）を支える上部構造体
１２４船体を取り巻く集熱部の外縁から中心の煙突部を結ぶ放射状の直線梁の圧縮空気入り伸縮自在中空管であって、集熱部を支え海面に浮上する下部構造体
１２５船体を取り巻く集熱部の外縁から中心の煙突部を結ぶ放射状の直線梁の上部構造体（１２３）と下部構造体（１２４）を結び、空間（８１と８２）を持たせるための支柱であって、圧縮空気入り伸縮自在中空管
１２６船体を取り巻く集熱部の外縁の空気取り入れ口高さの約半分まで下ろしたカーテン
【図１】
2007239725.tif 000003
【図２】
2007239725.tif 000004