(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
索条を介して海底支持杭と連結させた浮体に、プロペラ駆動による風力発電装置を配する一方、
ひとつの海底支持杭に一個の浮体を連結するとともに、
海底支持杭と索条との固定部位に３００度以上回転する連結ヘッドを設けることにより、索条の範囲内で浮体を自由遊動させる海上発電装置であって、
前記浮体は、方形の本体ケースと、この本体ケースの内部に収納した略三角形の浮体本体を備え、
前記本体ケースは、略三角形を呈する浮体本体の一頂点を前方部位に備え、少なくとも前面と両側面に、海水を自由流動させる開口を備えることを特徴とする海上発電装置。
【請求項２】
風力発電装置は、発電器を駆動するプロペラと、このプロペラを支持する柱材とを備えてなり、プロペラおよび柱材を、浮体の後方部位に配することを特徴とする請求項１記載の海上発電装置。
【請求項３】
浮体の後方に、魚介用の養殖枡を連結することを特徴とする請求項１または請求項２記載の海上発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海上風力を利用した風力発電装置に係り、とくに海上に浮かべた浮体上に風力発電装置を配する場合における、具体的な構造または形状の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロペラ駆動による風力発電装置を洋上に浮かせた浮体に設置する提案は、従来から各種ある。例えば、特開２００１−０５９４７２、特開平１１−３３６６５３号等である。
【０００３】
特開２００１−０５９４７２は、風力発電、太陽光発電、波力発電を総合し、海水を電気分解して酸素ガスおよび水素ガスを貯蔵するものである。一方、特開平１１−３３６６５３号公報記載の発明は、洋上に浮かべたフレーム枠体の内側に複数の船体を配し、船体に風力発電用のプロペラ（風車）を配するものである。
【０００４】
尚、海上に配する浮体に風力発電装置を設ける技術としては、他に特開２００１−２９２６５９、特開平０５−２３６６９８号がある。
【０００５】
特開２００１−２９２６５９に係る発明は、浮体中央に海底深層水を汲み上げる開口を設ける一方、浮体の周囲に養殖用のネットを設け、風力発電、太陽光発電、波力発電を組み合わせた電力によって海底深層水を汲み上げ、これを浮体周囲の養殖用領域に提供して効率的な養殖を行おうとするものである。また特開平０５−２３６６９８号記載の発明は、帆船を航行させ、帆船の航行時に得られる風力または波力エネルギーを得るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
洋上におけるこれら従来の風力発電装置は、プロペラ駆動の発電装置を搭載させる浮体を洋上の一点（定点）に固定配置するものである。例外的に、特開平０５−２３６６９８号記載の発明は、帆船の航行によって風力または波力のエネルギーを取得する技術であるが、この発明は航行する帆船の電力をみずから賄うことが主たる目的の技術であり、取得した風力エネルギーを浮体の航行以外の他の目的に転用する他の従来技術とは一線を画している。
【０００７】
ところで、浮体上の風力発電装置により取得したエネルギーを、何らかの有用目的に利用しようとする場合、従来の技術は、浮体上により多くの発電装置を搭載させるべく、浮体を海上の定点に固定する方式、つまり固定構造物類似の大規模施設に設計する傾向がある。洋上は大きな面積を占有する施設の設置も不可能ではないし、浮体が大きければ大きいほど大量の電力を安価に得ることが可能となるからである。
【０００８】
しかし、洋上といえども過剰に大きな施設を設けることは近隣漁民の迷惑にもなるし、台風発生時等における波浪時の浮体の構造強度の保証も非常に困難になるという難がある。設備規模が大きくなればなるほど、波浪時における海洋エネルギーの力が相乗的に大きく作用するため、浮体の強度保証や強度計算に伴う困難性は対数的に増加する。
【０００９】
これらの従来技術が、洋上施設として実用化されにくい点は、ほかにもある。何故なら、海上（洋上）に浮体を設け、この浮体を利用した風力発電装置を設計する場合には、第一に周辺の海洋環境に影響を与えず、第二に近隣漁民の船舶航行の安全を保証でき、第三に近隣漁民の利益になるという条件の上で、さらに浮体の構造強度その他の実用面での信頼性が必要となるからである。従来の提案技術は、発電量の大きさを増加できる浮体構造に主眼があり、実用化の点での障害となり得る他の諸条件は、殆ど考慮されることがなかった。
【００１０】
そこで本発明の目的は、海洋環境に影響を与えず、船舶航行の安全を保証でき、近隣漁民の利益にもなり得る、破損しにくい浮体利用の風力発電装置を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る海上発電装置は、索条を介して海底支持杭と連結させた浮体に、プロペラ駆動による風力発電装置を配する。
【００１２】
浮体は、方形の本体ケースと、この本体ケースの内部に収納した略三角形の浮体本体を備え、本体ケースは、略三角形を呈する浮体本体の一頂点を前方部位に備え、少なくとも前面と両側面に、海水を自由流動させる開口を備える（請求項１）。また風力発電装置は、発電器を駆動するプロペラと、このプロペラを支持する柱材とを備えてなり、プロペラおよび柱材を、浮体の後方部位に配する場合がある（請求項２）。また浮体の後方に、魚介用の養殖枡を連結する場合がある（請求項３）。
【００１３】
【作用】
本発明に係る海上発電装置は、索条を介して海底支持杭と浮体とを連絡し、風や波の動きに応じて浮体が索条の範囲内で自由に動くことが出来るようにするものである（請求項１）。風または波（潮流を含む）の運動に応じて浮体は自由な位置をとりつつ動くため、波浪が若干厳しくなった場合でも浮体は構造上のダメージを殆ど受けない。また、台風のような非常に厳しい波と風が想定される場合は、浮体から索条を外し、浮体を防波堤の内側に避難曳航することが出来る。索条の端部にフロートを付けておけば、台風通過後にも索条の端末は容易に見つけることが出来る。
【００１４】
また、浮体本体を略三角形として、本体ケースの前面と両サイドに海水を自由流動させる開口を配するので、波や風の動きに応じた浮体の動きはさらにスムースになり、波浪による損傷を受けにくくなる。他方、浮体本体を略三角形とすることにより、本体ケース内に流動してくる波によって浮体本体の側面には絶えず海水が衝突する。この結果、浮体本体の側面に波力発電装置を設けることにより、波力エネルギーに基づく電力発生も容易に行うことが可能となる。
【００１５】
請求項２は、風力発電装置を構成するプロペラと支柱の配置位置に関するものである。請求項１に記載したように、略三角形の浮体本体を用いる場合は、浮体の重心が後方に偏るため、浮体の重心バランスをとり得る位置、つまり浮体の後方位置、より具体的には、前後方向の関係で、浮体の中央と浮体の後端部との略中間地点に支柱およびプロペラとを配設する。重心バランスは、略三角形を呈する浮体本体の具体的形状（頂点角度）、支柱およびプロペラを含む風力発電装置の具体的重量によって若干の移動があるため、これらを勘案して個別具体的に設計する。
【００１６】
請求項３に記載したように、浮体の後方に魚介用の養殖枡を連結した場合の利点は二つある。第一の利点は、前記特開２００１−２９２６５９に係る発明と同様に、洋上で発生させた電力を用いて海底深層水を汲み上げ、これを養殖枡に提供することによって養殖の効率と製品品質を高める点にある。第二の利点は、洋上に浮かんでいる養殖枡が、波浪時や海上事故の際の漁船の緊急避難場所になり得る点である。
【００１７】
尚、本発明に係る浮体は海上を一定範囲で動き回るため、汲み上げた海底深層水を浮体（養殖枡）に対してダイレクトに供給できない。本発明は、海底支持杭を利用するため、この海底支持杭を海底深層水の輸送の中継手段とする。以下、これらを具体的に説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、本発明に係る海上発電装置の実施形態を示す図である。本発明に係る海上発電装置は、例えば、海底１０の適宜箇所に海底支持杭１１を配設し、この海底支持杭１１と浮体２０とを索条１２によって連絡する。
【００１９】
この実施形態では、海底１０の深い位置（深度２００ｍ以上が好ましい）に、海底深層水を汲み上げるためのポンプ装置１４、汲み上げた海底深層水を海底支持杭１１まで送出する給水ライン１５、および浮体２０から海底支持杭１１を経由してポンプ装置１４まで電力を供給する給電ライン１６を設ける。また、浮体２０の後方に養殖枡３０を連結させてある。４０は風力発電用の装置（プロペラおよび柱材等）である。
【００２０】
索条１２は、金属ワイヤを使用することが望ましい。索条１２の本数は問わないが、複数本を使用する場合は、浮体２０が海上を自由に移動できるよう索条１２を束ねておくことが望ましい。給水ライン１５は剛性が確保できる限り、金属管、樹脂管のいずれでも良い。尚、ひとつの海底支持杭１１には一個の浮体２０だけを連結し、浮体同士の衝突や、索条１２のもつれによる浮体２０への影響を防止することが望ましい。
【００２１】
このように海底深層水を汲み上げて中継する場合、海底支持杭１１は、単なる棒状の杭だけではなく、中継ポンプ装置を備える一定の設備を要する。但し、海底支持杭１１の本来的な機能は、風向きや潮流に応じて、索条１２で連絡した浮体２０を自由航行させる点にある。従って、海底支持杭１１と索条１２との固定部位は、３６０度前後の回転ができる構造としておく。３６０度以内、例えば３００〜３５０度程度の回転範囲としてもよいし、完全に３６０度の自由回転が出来る構造でも良い。かかる条件を満たした上で、海底深層水の中継ポンプを設ける場合は、海底支持杭１１の構造は若干複雑になるが、ポンプや電力中継装置を備えた水密ボックスに浮体２０の自由航行を許容する連結ヘッドを設けておけば、この連結ヘッドを介して索条１２と浮体２０とを連絡できる。浮体２０と連絡する側に配する、給水ライン１５および給電ライン１６も同様の構造（回転する連絡ヘッドを利用した接続方式）をとることが出来る。尚。海底深層水を汲み上げるポンプ装置１４と連絡する側の、給水ライン１５や給電ライン１６は必ずしも回転部材に接続させる必要はない。ポンプ装置１４は原則として固定だからである。
【００２２】
浮体２０は、具体的には例えば、図３、図４に示すように構成する。２１は、浮体２０の外側部分を構成する方形の本体ケース、２５は、この本体ケース２１の内側に配した三角形の浮体本体、４１は風力発電用のプロペラ、４５は、プロペラ４１の柱材である。
【００２３】
本発明に係る海上発電装置の浮体（２０）は、洋上を自由に動くという本来の機能性から云えば、三角形の浮体本体２５だけで構成しても構わないと考えることもできる。しかし、実用上は、方形の本体ケース２１を必要とする。浮体２０の上に配する発電用の柱材４５とプロペラ４１の重量を均等に分散し、浮体２０の絶対の安定を確保するためである。
【００２４】
一方において、方形の本体ケース２１だけでは浮体２０を自由な方向に遊動させることが出来ない。方形を呈する本体ケース２１だけだと、外周全面で波の影響を受けることになり、風向きによる自由な動きが拘束される可能性があるからである。そこで望ましくは、本実施形態に示すように、方形の本体ケース２１の内側に三角形の浮体本体２５を配するとともに、方形の本体ケース２１の前面および両側の側面後方にそれぞれ開口２７、２８を設け、本体ケース２１に基づく重量バランスの安定を確保した上で、浮体本体２５に基づく自由方向への遊動を実現する。２９は、本体ケース２１の両側側面の前方部分を構成する側面パネルである。
【００２５】
本体ケース２１の前面および両側面にそれぞれ開口２７、２８を設けた場合、正面の開口２７から流入して側面後方の開口２８から流出する海水は、三角形の浮体本体２５の両側側面２４にぶつかって流れる。従って、浮体本体２５の両側側面２４には、符号２３で示すように波力発電用のジェネレータを複数配しておくことも出来る。波力発電用のジェネレータ２３を設けるか否か、および設ける場合の個数は、ジェネレータ２３の信頼性、装置コスト、メンテナンス費用、重量バランスに与える影響、発電能力等、各種の条件を勘案して決定する。
【００２６】
プロペラ４１の構造は限定されない。設置する海域の風力の特性に応じて設計すればよいからである。図３、図４には、長短二枚構成のプロペラ（４１）を例示してあるが、このような長短二枚のプロペラ構成は、海上を自由遊動する浮体２０の上に設ける風力発電用のプロペラ４１の構造としては、最も効率がよいと考えられる。
【００２７】
何故なら、二枚羽は風力を受ける面積は小さくなるが軽量となるため、三枚羽以上のプロペラ構造に較べて発電機（オルタネータ）を駆動するためのトルク効率が確実に向上するからである（但し、洋上のように常時強い風を期待できる場所に限る現象である）。
【００２８】
またプロペラ４１を、長短の二層構造とすることにより、微弱な風しかない場合でも、発電機（オルタネータ）を確実に駆動できる。この場合には、プロペラ４１に連動する駆動軸は、短寸のプロペラに連動する第一の駆動軸と、長寸のプロペラに連動する第二の駆動軸とを例えば同軸の二重構造とし、それぞれの駆動軸が独立して発電機側の駆動系（回転部材）に回転力を伝達できる構造とすることが望ましい。回転力の伝達機構は問わない。例えばベルト式、ギア式の伝達機構を用いる。
【００２９】
かかる構成によれば、微弱な風力しかない場合でも軽量である短寸のプロペラが回転し、一定の発電量を確保する。尚、発生させた電力は、例えば海底支持杭１１と海底ケーブルを介して陸上に供給することが出来る。
【００３０】
浮体２０の後方に連結する養殖枡３０は、本発明に係る海上発電装置にとっては、物理的または技術的な意味で絶対に必要となる設備ではない。しかしながら、本発明に係る海上発電装置の実用化を企図する場合、養殖枡３０がなければ実際の設備を具現化することは極めて困難となる。何故なら、海上における独占的な権益をもつ地域漁民の安全に支障をもたらしたり、経済効果に直結しない洋上設備は、いかに優れた技術価値が他にあっても認められないからである。
【００３１】
ところで養殖枡３０は、漁船／船舶の安全性を保証する機能がある。また、地域の経済を直接に活性化する効果がある。これは次の通りである。
【００３２】
まず、漁船／船舶の安全確保の点で云えば、巨大な養殖枡３０が洋上に存在することによって、万一の事故や危難の場合に、漁船／船舶は、当該養殖枡３０を緊急の港として利用できる。しかも養殖枡３０は沖合にある。浮体２０は風力発電用の強い風を得るため沖合に配置するからである。この結果、漁船／船舶は、本港に戻るまでもなく沖合の養殖枡３０に緊急避難すればよく、航行距離を確実に短縮できる。海上の事故／危難のときには、直近の港にいち早く避難することが重要である。洋上に巨大な養殖枡３０が存在すれば、乗員の生命と財産を保全できる確率は確実に高まり、つねに厳しい条件に晒されている漁船にとっては好ましい施設となり得る。
【００３３】
また養殖枡３０は、漁場の経済を活性化する機能を営む。浮体２０において生ずる電力を利用し、海底に配したポンプ装置１４を駆動して海底深層水を汲み上げ、この海底深層水を養殖枡３０に供給することによって、養殖魚介の品質を格段に高めると同時に成長を促進することが可能となるからである。但し、海底深層水の利用に基づく経済効果は、本発明に特有のものではない。例えば、従来の技術としてすでに述べた特開２００１−２９２６５９に係る発明も、同様の提案を行っているからである。
【００３４】
本実施形態の構成は、洋上を自由に動き得るよう浮体２０を索条１２を介して支持杭１１に連絡する点に特徴がある。しかし、自由な遊動を実現するための浮体構造、および近隣漁船の安全と経済利益を保証する大型の養殖枡３０も、実用化に際して極めて重要な要件となる。
【００３５】
尚、すでに述べたように風力発電用のプロペラ４１は、多段の羽根構造や同軸に配した二軸の独立回転伝達の構造を絶対の条件とするものではない。プロペラおよび回転の伝達軸まわりの構造は自由に設計できるからである。
【００３６】
図５および図６は、プロペラの他の構造を例示するものである。これは同一長のプロペラ５１、５２を支持する構造で、二枚のプロペラ５１、５２を挟むように前後に支柱５３、５４を設け、浮体２０の先端部および後端部に固定したブレース５５の他端を前側の支柱５３の上端部に連結し、ブレース５５によって支柱５３、５４のぐらつき（揺動および転倒）を防止するものである。
【００３７】
支柱５３、５４は、それぞれ、垂直材５３−１、５４−１と、適宜の角度をもって前後方向に傾斜させた斜め材５３−２、５４−２とをそなえ、全体としてトラス構造を呈するよう、垂直材（５３−１、５４−１）と斜め材（５３−２、５４−２）とを連結する連結材５６を適宜箇所に配する。支柱５３、５４は、浮体の側面から見た場合（図５）に限らず、浮体の前後方向から見た場合もトラス構造を呈することが望ましい。
【００３８】
支柱５３、５４を支えるブレース５５は、より具体的に云えば、図６中太線で表示するように、例えば、浮体先端部の左右両端と前側支柱（５３）の中央上端部、浮体先端部中央と、前側支柱（５３）の左右の上端部、および、浮体後端部の左右両端と後方支柱（５４）中央上端部、浮体後端中央と後方支柱（５４）の左右の上端部との間に配設することが好ましい。
【００３９】
浮体２０は、金属または樹脂によって成形することが望ましい。浮体２０を構成する本体ケース２１と浮体本体２５は別体として成形しても良いが、浮体本体２５の外周に、方形を呈する本体ケース２１と略同様の機能を営むことの出来る金属／樹脂パネルを配し、浮体２０の遊動の自由性を保証しても良い。
【００４０】
養殖枡３０は、船舶の安全を確保するものである。従って、その全体の設計寸法は大型であることが望ましく、前後／左右の寸法は少なくとも１０ｍ以上、好ましくは１００ｍ以上に設定する。
【００４１】
養殖枡３０は、浮体２０と一体になって動くことが出来る限り、浮体２０との連結構造を限定しない。好ましくは、浮体２０の遊動方向の変化に敏感に対応できるよう腐食しにくく剛性のある金属または樹脂製の連結部材を用いる。金属ワイヤなど柔軟性（可撓性）のある索条を用いても良いが、その場合には浮体２０の遊動方向の変化に敏感に対応できるよう、索条は１〜２ｍあるいはそれ以下の短寸のものを使用することが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る海上発電装置によれば、海洋環境に影響を与えず、船舶航行の安全を保証でき、近隣漁民の利益にもなり得る、破損しにくい浮体利用の風力発電装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る装置を海洋断面とともに例示する図である。
【図２】本発明に係る装置を例示する平面図である。
【図３】本発明に係る浮体２０の実施形態を例示する平面図である。
【図４】図３のＣ矢視図である。
【図５】本発明に係るプロペラの支柱を例示する側面図である。
【図６】本発明に係るプロペラ支持用のブレースの配設を例示する平面図である。
【符号の説明】
１０  海底
１１  海底支持杭
１２  索条
１４  ポンプ装置
１５  給水ライン
１６  給電ライン
２０  浮体
２１  本体ケース
２３  波力発電用のジェネレータ
２４  浮体本体の両側側面
２５  浮体本体
２７、２８  開口
２９  側面パネル
３０  養殖枡
４０  風力発電用の装置（プロペラおよび柱材等）
４１、５１、５２  プロペラ
４５  柱材
５３、５４  支柱
５５  ブレース
【図１】
0004145531.tif 000002
【図２】
0004145531.tif 000003
【図３】
0004145531.tif 000004
【図４】
0004145531.tif 000005
【図５】
0004145531.tif 000006
【図６】
0004145531.tif 000007