JP2009234555A - 係留型、螺旋翼水車海流発電並びに、係留型螺旋翼風車洋上発電システム。 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギー資源に乏しい我が国にとって、黒潮は我が国固有の莫大な天然資源−である。然し大深度海域に於ける海流発電に就いては、既存の技術や従来の発想による対応は困難であった。
【解決手段】 深海海底に沈めた重りに繋ぐ、数千ｍに及ぶメインケーブルの重力、並びに深度数百ｍに及ぶ海流の抵抗を、一定の間隔に配置した浮き枠の浮力で吸収して、ケーブルを垂直に立ち上げ、海面に配置した没水浮き双胴船の浮力で、縦横に連結する船団並びに螺旋翼水車群の稼働によって生じる海流の抵抗を吸収し、船団を水平方向へ係留する。
１．海流域係留基地システム、２．縦横連結型没水浮き双胴船、３．水平型多重螺旋翼水車及び風車、並びに資材の張力を三次元の方向へ作用させて活用する、４．中空圧縮気体充填資材による四つの発明を組み合わせた、係留型海流発電システム、及び係留型洋上発電システムを提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は螺旋翼水車海流発電、並びに螺旋翼風車洋上発電に関するものであるが、構造材一般、並びに、壁枠、皮膜骨組み等、資材の長尺化、軽量化、省資源化に関し、浮体構造に於いて、洋上プラント、空輸、海運、洋上リゾート基地等に関する。

洋上浮体システムとして、海面に浮かべた浮体に甲板を取り付ける洋上滑走路、潮流発電システムとして、海底に設置した基盤にポールを立て、従来の風車型水車を取り付け、発電する試みが計画段階にあり、洋上風力発電に於いては、海底の基盤に立ち上げたポールに、回転翼を装着した従来型風車による発電システムが稼動している。
資材の張力活用に関しては、資材の張力を二次元方向へ作用させて活用する、吊橋等のメインケーブルを基とするワイヤシステム、炭素繊維による包装充填型補強工法等があげられる。

本発明の船型の前身として、半没水型双胴船（特許文献１参照）に於ける細幅胴効果による船舶の高速化、船体の低抵抗化を図ったものがあり、当発明螺旋翼水車の前身として螺旋型棒状スクリュー（特許文献２）及び螺旋胴推進器、軸型、並びに翼型（特許文献３）として、二重螺旋胴体に於ける螺旋運動効果による、圧力勾配のベクトルを活用することによって、推進効率の向上を図ったものがある。

以下半没水型双胴船並びに螺旋胴推進器について説明する。

半没水型双胴船、（特許文献１）に於ける船体の構造は、左右船体の側胴部と浮き胴部が一体として形成されバラストは装備されていない。

螺旋胴推進器（特許文献３）に於ける螺旋胴推進器軸型に於いては二重螺旋胴に於ける螺旋胴外周頂点を半円状に形成し、螺旋胴外周断面は半円を描き、螺旋胴推進器翼型に於いては螺旋胴外周頂点を回転方向に対して前方にずらして、螺旋胴外周断面を楕円形に形成した構造と成っている。
特許弟３２０８５４４号（Ｐ３２０８５４４） 公開特許公報（Ａ）特許公開平６−２４７３８４ 公開特許公報（Ａ）特許公開２００５−２３９０９９

上記一連のシステムに加えて、先行出願中の没水浮き双胴船、並びに多重螺旋翼推進器があり、当発明の基本構造と原理的に共通するものである。
（先行出願中の）の没水浮き双胴船について。

没水浮き双胴船の船体構造と船体各部の機能
甲板より上方の、上部船体を積載容域とし、それを支える左右下部船体を下方漸次拡開状に取り付け、夫々の機能を持つ四つの層に分けて、下層より第一層を没水浮き胴、第二層接続板、第三層喫水浮き胴、第四層支持胴、第五層上部船体として構成する。

第一層、没水浮き胴の型は回遊魚の体型に模倣し、船の主たる浮力を担い、浮力調整洞、バラスト、舵機能を持つ縦横尾を備え、燃料タンク他、等を備える選択肢を持つ。
第二層接続板は第一層の没水浮き胴と、第三層喫水浮き胴を接続し、且つ、形状を分離区画するもので、船が前進するとき、喫水浮き胴と没水浮き胴の夫々に独自の流線が形成されることによって、没水浮き胴部の抵抗を削減し全体としての抵抗を抑える。

船が前進するとき、没水浮き胴に形成される独自の流線に於いて、没水浮き胴前頭部の断面積が漸次大きくなる部位に於いては、表面の流体速度は漸次速くなり、後頭部より尾翼に向かって断面積が漸次小さくなる部位に於いては、表面の流体速度は漸次遅くなる。
船が前進するとき、没水浮き胴前頭部に於いては表面圧力は漸次低くなり、後頭部より尾翼に至る、断面積が漸次小さくなる部位に於いては、圧力は漸次高くなる、圧力勾配のベクトル（ベルヌーイの定理）に拠って抵抗が軽減される。

換言すると没水浮き胴の部位に於いては、船の速度の如何に関わらず、伴流は発生せず没水浮き胴表面の仕上がりが適切であるなら、船体の浮力の大半を担う、没水浮き胴に於ける抵抗の変化は極めて僅かであり、船の高速、省エネ化に寄与する。

第二層、接続板は没水浮き胴と喫水線上にある喫水浮き胴を、形状的に分離する事により、上記没水浮き胴に於ける流体力学的機能を生み出すものである。

第三層、喫水浮き胴の役割は、復元浮力を担うものであるが、喫水線の幅を狭く縦方向に長く構成する事により、水の表面張力（分子間の引力）の作用による造波現象に於ける、波長を短くすると共に、復元浮力をより大きく確保して縦方向の復元機能を向上させ、且つ喫水線の幅に対する長さの比率を大きくすることに拠って、造波抵抗に関わる、船の速度の限界値を押し上げる事により、省エネ、高速化に寄与する。

船の高速化に於ける最大のネックは造波抵抗であり、当船型による省エネ超高速を実現する最大の鍵は、喫水線上に於ける船体の幅と長さの比率の大きさにある。

第四層、板状の支持胴の機能を、上部船体を中空に支える一点に集約し、強度保持に必要な幅と厚みに絞り、喫水線より上方の上部船体に至る船体の容積を削減して、波やうねりによる変則的な浮力の発生を抑制する結果、波浪貫通性を高め船の高速化に寄与すると共に、傾斜角度を有することにより横波の影響を軽減する機能を備える。

第五層、上部船体の甲板上を積載容域として、用途に応じて区画する構造により広い甲板面積が得られる。

バラストの位置と作用、重力と浮力のベクトルによる均衡（図７）
傾斜角度を有する下部船体に於ける、左右没水浮き胴の浮力の縦中心線は、左右喫水浮き胴の浮力の縦中心線に対して左右外側方向へずれている事により、喫水浮き胴の浮力に対して、浮力の中心線の鉛直線上のずれに応じて、左右外側方向への、回転力（転覆の原理）を持って作用する。喫水浮き胴の浮力の縦中心線鉛直下に浮力の縦中心線に沿って、且つ左右没水浮き胴の浮力の縦中心線に対して、船体内側にずらした位置に前後長さ方向に装着したバラストの重力は、喫水浮き胴の浮力に対する、左右没水浮き胴の浮力による、外側方向への（回転力）指向性と拮抗しながら、喫水浮き胴の浮力に鉛直に作用することにより、夫々の力が三つ巴となる、ヤジロベーの原理により、浮力と重力のベクトルによって姿勢を保とうとする力が作用することにより、復元機能を助長し、復元浮力を担う喫水浮き胴の負担が軽減される結果、復元浮力を担う喫水浮き胴の幅の削減による船の高速化に寄与すると共に、左右方向への横揺れに対して、船体の平準化に寄与する。

（先行出願中の）螺旋翼推進器について

螺旋翼推進器の構造
回転軸同心円上に構成する多重螺旋翼断面の形を、回転方向に向かって外側を（＋）曲線として湾曲率を大きく、内側前半を緩慢な（＋）曲線とし、後半を緩慢な（−）曲線として湾曲率を小さく形成し、螺旋翼前頭部先端並びに螺旋翼外周頂点を鋭角に形成した螺旋翼に於いて、頭部先端より漸次厚みを加えながら、全長の中央前半に当たる位置でその厚みを最大として、末尾に向かって漸次厚みを減らし、全長の５％前後に当たる末尾先端部分を、薄い弾性素材によって先鋭に形成したことを特徴とする。

螺旋胴推進器と螺旋翼推進器の相違
〔特許文献２〕及び〔特許文献３〕に於ける推進力発生のメカニズムは、螺旋胴推進器に於ける螺旋胴体中央で断面積を最大とし、両端の断面積が小さく成る様に形成した螺旋胴体の、螺旋回転運動効果に於ける圧力勾配のベクトルを活用するものである。
推進出力は、螺旋胴断面積最大部の断面積と、断面積増減の推移の適正度による、効率に対する回転速度の積に左右されるのに対して、螺旋翼推進器の推進出力は螺旋翼の螺旋回転運動効果による、翼面圧力勾配のベクトルの作用よるものであり、推進力は翼面の表（＋）曲線と裏（−）曲線の湾曲率並びにピッチ角度の適正度、等のバランスによる推進効率と翼面積に対する回転速度の積に左右される。

円形に近い螺旋胴と螺旋翼の二つの構造を比較するとき、内包する容積に対する表面積の比率が螺旋胴に比べて螺旋翼の方が格段に大きくなる。
螺旋胴に於いては、前頭部より後頭部に至る、断面積が漸次大きくなる部位に於いて、圧力は低くなり、断面積が最大となる、後頭部より断面積が漸次小さくなる末尾に向かって圧力が高くなる。
螺旋翼に於いては回転方向外側の翼面が、航空機の翼の上面にあたり、回転方向内側の翼面が航空機の翼の下面に相当する。

上記構造上の相違により、同等の回転半径及び長さを持つ螺旋胴を、螺旋翼に転換して翼枚数を多くすることに拠り、同等の回転径と長さ、回転数を与えるとき、螺旋胴に対して、翼表面積が格段に大きくなる螺旋翼の方がより大きな推進力を得られる。

縦横連結型没水浮き双胴船並びに多重螺旋翼水車に於ける、運行条件と規模の問題

先行出願中の没水浮き双胴船並びに螺旋翼推進器は、省エネ超高速を旨とする船舶に関するものであり、海流発電システムとしての当発明とは、運行条件に於ける目的と規模の相違により修正或いは付加すべき課題があった。

没水浮き双胴船の船体構造は、高速船として考案されたもので、係留型海流発電システムに於ける、大規模浮体として、幅及び長さを数百ｍ乃至数壱ｍと想定するとき、甲板の幅を広くするのが困難であると言う規模の問題、細幅で長い喫水浮き胴並びに鋭く絞り込んだ接続板は、高速船として設計されたものであると言う課題があった。

螺旋翼推進器に於いては船舶の推進器を前提としたもので、深さ数百ｍ幅百ｋｍに及ぶ超弩級の黒潮の流れを活用する為の、超大規模水平型動力源水車としての使用を前提としたものではないと言う、運行条件並びに規模の相違に関する問題があった。

従来の係留システムに於いては浅い海域と港湾施設を前提とし、超大型船団の大深度海流海域係留を前提とした対策等は、かって想定された事すら無いと言う問題があった。

船体構造について、課題を解決するための手段とその効果

本発明に於ける船体構造の特徴は、課題を解決する手段として、船体を縦横連結方式に改め且つ中空構造の部材に高圧気体を充填して、資材の張力を三次元の方向へ作用させて活用る事により、部材の長尺軽量化による、甲板の幅及び長さに関する構造上の課題に於ける、設計上の選択肢を広げるものである。

本発明の没水浮き双胴船に於ける喫水浮き胴の構造は、高速船に比して対応する流速が遅い為に長さを短く胴幅を厚くする構造によって、復元浮力を確保する為の設計上の選択肢を広げるものである。

本発明に於ける船体構造に於いては、没水浮き双胴船に於ける接続板の構造を幅厚み長さを大きくして接続胴として改める事により、強度保持並びに大型化への設計上の選択肢を広げるものである。

多重螺旋翼水車並びに多重螺旋翼風車に就いて、解決しようとする課題

船舶の推進器として発明した螺旋翼推進器を、海流発電等の動力源水車として活用する場合、与えられた海洋の条件の中で、規模のメリットを追求するとき、大型化による規模の拡大は必至である。海流の規模並びに深度による流速の差異等を勘案するとき、想定される理想的な規模の上限を、概略的な数値で表すと、回転翼の描く円の直径を３００ｍ〜４００ｍ前後、回転軸の長さ６００ｍ〜１０００ｍ前後、翼の全長を１２００ｍ〜２０００ｍ前後と想定する、その根拠は深度による海流の流速の差異、並びに海流の規模を前提とするものであり、発想は物理的原理並びに経済原則による、規模のメリットに基づくもので荒唐無稽な話ではない。
しかしこのような非日常的規模や発想に対して、ある種の拒絶反応が起こるのは、やむを得ない事である、誰もが持ち且つ正しいと思っている常識の中に、物事の原理原則、万有の普遍性に逸脱した、思い込みや知見が混濁して潜んでいる、と言う極めて世俗的な事情に拠るものであり、世の賛同を得るには、実験に基づく経験則を積み上げた、数値的データーが必要である言う課題がある。

当発明は一つの方法論の段階に近く、創意工夫と試作品による実験に基づく経験則を積み上げ、流速に対する螺旋翼面表裏の湾曲率、螺旋ピッチ角度等、最適の設計を行う為の数値に基づくデーター基盤を築きながら、より高度なものに仕上げて行かなければならないと言う、課題が残されている。現実の課題として、当システムの水車並びに風車に就いての経験則、実験値に基づくデーターが皆無であると言う問題がある。

用途を船舶の推進器に限定した、比較的小規模の場合には無視できる程度の問題も、その規模が、大規模、超怒級となると無視できない問題となる、それは螺旋翼水車並びに螺旋翼風車に付帯する装備も含めた、水車及び風車総体の平衡比重である。
風車に於いては比重が大きければ荷重として、構造材への負担を大きくし、耐久性を損ない効率低下の要因となり、水車に於いては比重が小さければ浮力として、上下方向又は偏向する何れかの方向性を伴う力として、軸受け或いは船体構造材への負担を増大させ、耐久性を損ない、効率低下の要因となると言う問題と、メンテナンス工程の難易度を上げ複雑にすると言う問題があった。

螺旋翼水車並びに螺旋翼風車に就いて、問題を解決する為の手段と効果

数値的データーを得る手段として、回転軸同心円上に描く螺旋翼の円の直径５００ｍｍ、軸の長さ１７００ｍｍ、翼の全長１９００ｍｍ程度の模型による試作品により、実験を重ね工夫を凝らし、一定の流速に於いて最大トルクを生み出す為の、翼型の形状を模索し翼型の完成度を上げながら、経験則に基づく数値的データを積み重ね、多数の挑戦者による創造力を集結して、次なる課題を求めては克服し、数値的データーを集積
することが現段階に於ける第一のステップである。

段階的に規模を拡大する過程に於いて、実用実験段階の規模に達したときの課題として、螺旋翼水車並びに螺旋翼風車の建設に当たり、資材の張力の三次元方向への作用を活用する、中空高圧気体充填資材並びに高圧気体充填構造工法を取り入れ、大型化を図り、且つ付帯する装備も含めて、水車に於いては没水する水車回転部位と非回転部位を二分して夫々の比重を、水平均衡に海水の比重に近い、無重力の状態に調整し、螺旋翼風車に於いては、高圧気体を充填して資材の張力の三次元方向への作用を活用する、中空高圧気体充填部材及び同工法による風車総体特に、回転部位の超軽量化を図る。

水車に於いては、比重が大きければ荷重として、比重が小さければ浮力として、上下何れかの方向性を持つ力としての負担が、軸受け或いは、付随する構造材の負担を大きくする、と言う問題に対して、比重を水平均衡に海水の比重に近づけ、無重力に近い状態を作り出すことに拠って、風車に於いては特に回転部位の超軽量化により、エネルギーの効率的な取り込み、設備の耐性の向上、建設資材の省資源化を図る。

以上、上記解決手段により、螺旋翼水車並びに螺旋翼風車に於いて、エネルギーの変換効率、耐久性、省資源化が向上し、部材の超長尺化により規模の拡大を容易にする事により、経済効率に優れた超大型の多重螺旋翼水車並びに、同螺旋翼風車が具現する。

海流海域係留基地システムに就いて。発明が解決しようとする課題

大規模船団等の、大深度海流海域に於ける錨泊は従来困難とされ、論議以前の課題であった、鋼鉄製のメインケーブルで重りと船体を繋ぐ従来の方法では、メインケーブル自体の荷重並びに海流の抵抗が、ケーブル自体と係留する船体に、過大な負担となり船体設計を複雑にし、且つシステムの効率を極度に低下させると言う問題があった。

問題を解決する為の手段

海底の重りに繋ぐメインケーブルを縦軸として、一定の間隔をおいて圧力並びに浮力調整機能を有する、二分可能な球形の浮き枠を組み込み、海流が一定の流速を有する数百メートルの深度域に於いては、メインケーブルを流線型のケーブルカバーで覆い海流の抵抗を削減し、球形浮き枠に変わって、圧力並びに浮力調整機能を備え縦横尾翼を有し浮力を水平均衡に配置した、流線型の浮き枠を組み込み、浮き枠の浮力を調整し、メインケーブルの重力以上の適切な浮力を付加する事により、ケーブルの重力並びに海流の抵抗を夫々の区画毎に、且つ連続して浮き枠の浮力で吸収する。

メインケーブル上端の海面に、浮力調整機能を備えた没水浮き双胴船を浮きとして配置する事により、その浮力に拠って係留する本体が受ける海流の抵抗を吸収する。

手段による効果

上記ケーブルカバーにより、ケーブルに対する海流の抵抗を削減し、流速に合せて付加された浮き枠の浮力により、ケーブルの重力並びに海流の抵抗を吸収するる事に拠って、深度並びに海流の流速の如何に関わりなく、ケーブルは該当する区画、浮き枠と浮き枠の間以外の、ケーブル自体の重力のくびきから開放され、垂直最短の方向に立ち上がることにより、ケーブルの強度並びに、システムとしての効率が向上する。

海底の重りと海面に構成する半没水浮きを結ぶ、メインケーブルの重力並びに海流の抵抗を浮き枠の浮力で吸収し、海底の重りの重力と拮抗する、海面の没水浮き双胴船の浮力により、縦横に連結する船団並びに螺旋翼水車群の稼動によって生じる、海流の抵抗を吸収するシステムに拠って、海域の深度並びに海流の流速及び、係留する本体の大きさに係わりなく、水平に近い角度で係留する事が可能となる。

第二の効果として海面に向かって漸次早くなる海流の抵抗に対して、円柱型のメインケーブルを、流線型のケーブルカバーで覆う事に拠って、円柱の下流側に形成される渦状乱流の発生を抑え海流の抵抗を削減し、水平均衡に配置した浮き枠の浮力に加え、浮き枠の縦横尾翼先端の肉厚の薄い柔軟な弾性素材により、平衡を保とうとする力（矢羽効果）が付加される事により、浮き枠に作用する海流の揺らぎを吸収する効果がある。

第三の効果として、海底より海面に向かって、海流の流速に合せて浮き枠の浮力を漸次増加させる事により、海面に向かって漸次早さを増す海流の抵抗、下流へ押し流そうとする力に対して、垂直に作用する浮き枠の浮力により、局所毎に且つ連続して、海流の抵抗並びに、ケーブルの重力を吸収することに拠って、海面に構成する没水浮き双胴船に対するケーブルの重力並びに海流の抵抗による負荷を軽減する。

第４の効果として海面に配置する没水浮き双胴船の浮力により、係留する船団並びに螺旋翼水車群の稼働により発生する海流の抵抗を水平方向へ吸収する。
換言すると、海底の重りと係留する船団の中間点にあり、海底の重りとの距離を一定として、海底の重りの重力に対して垂直方向に拮抗する、没水浮き双胴船の浮力に対して、係留する船団を押し流そうとする海流の抵抗は、浮きとしての船体を、下方へ引き沈める方向へ作用する事により、海底の重りの重力と拮抗する没水浮き双胴船の浮力によって、本体は水平方向へ係留される。

浮きとしての没水浮き双胴船と船団を結ぶ係留ケーブルは、より水平に近い角度で機能する事により、縦横に連結した船団並びに大規模水車群の稼動により生じる、巨大な海流の抵抗負荷に関わる船体設計を、より簡素化して同一規格化を容易にする効果がある。

以下、本発明連結型没水浮き双胴船実施の形態を〔図１〕に基づいて説明する。

没水浮き双胴船〔図１〕に於ける（５）左右喫水浮き胴の前後左右先端をもって縦方向に連結し上部船体（７）の左右側面をもって横方向に連結する。
船体並びに連結方式の規格を統一することにより数年周期の海流の蛇行、流路の変化に対処する手段として、流路の変化に合せて最後尾より切り離して順次次の係留基地へ移動し、最後尾と先頭の順序が入れ替わる形で組み替え、連結係留することにより１年〜７年周期の海流の蛇行による、流路の変化に対処する。

〔図３〕螺旋翼水車並びに螺旋翼風車に於いては、螺旋翼断面の曲線を回転方向外側は（＋）曲線として内側を緩慢な（＋）曲線と緩慢な（−）曲線を組み合わせ、湾曲率は外側を大きく内側は小さく構成する。

〔図３〕に於いて、資材の張力を三次元方向へ作用させて活用する、中空高圧気体充填材を活用し装置の規模拡大を図り、螺旋翼先端及び螺旋翼外周頂点を鋭角に形成し、末尾先端を肉厚の薄い弾性素材で形成して流線の揺らぎを吸収し、螺旋翼水車に於いては回転部位と非回転部位を分けて夫々の部位の比重を水平均衡に、海水の比重に近く調整して無重力の状態に近付け、螺旋翼風車に於いては、長尺化した中空高圧気体充填部材を使用して超軽量化を図り、水車並びに風車に於いて、資材の省資源化、耐久性の向上、大型化によるエネルギーの効率的な取り組みを図る。
以下上記構成の作動について説明する

〔図５〕大深度係留基地システムに於いては海底の重りの重力を基盤として、ケーブルカバー及び浮き枠の形状に拠り海流の抵抗を削減し、且つ浮き枠の浮力で海流の抵抗並びにケーブルの重力を吸収し、ケーブルを垂直に立ち上げることによって、ケーブルの強度効率を上げる。
重りの重力と拮抗する海面の没水浮き双胴船の浮力により、係留する本体が受ける海流の抵抗を吸収し水平方向へ係留することによって、縦横に連結する船体設計をより簡素化し、船体の同一規格化を図る。

黒潮の蛇行は、６〜７年の非蛇行期間と１年前後の蛇行期間の周期で起こり、緯度方向へ一定の距離を往復するパターンを取るので、係留基地を４０〜５０ｋｍの距離を離して、１〜２箇所建設し、蛇行時には連結した最後尾より切り離し、最後尾を先頭に、係留序列を組み替える手法により、船団の移動を行うに当たって、船体の同一規格化は重要な要素である。

〔図７〕縦横連結型没水浮き双胴船に於いては、低抵抗性の船体構造に加えて、喫水浮き胴の浮力の縦中心線鉛直下に位置し、没水浮き胴の浮力の縦中心線より左右内側にずらした位置に配置したバラストの重力と、喫水浮き胴と没水浮き胴に於ける浮力の、中心線の鉛直線上のずれによって生じる、喫水浮き胴に対して外側方向へ作用する、没水浮き胴の浮力に対して、バラストの重力は拮抗し、喫水浮き胴の浮力に鉛直に作用する。
換言すると、三つの方向を持つ、浮力と重力のベクトルにより姿勢を保とうとするヤジロベーの原理による低揺動性、並びに波浪による変則的浮力の発生を削減する船型、尾翼先端の弾性素材により、流れの揺らぎを吸収する等の船体構造によって、海流の抵抗並びに揺れの小さな船体が具現する。

螺旋翼水車に於いては、水車総体の比重を水平均衡に海水の比重に近付け、無重力に近い状況をつくる事により、同じく螺旋翼風車に於いては、中空高圧気体充填資材による超軽量化により、両者夫々にエネルギーの効率的な取り込みを図ると共に、建設資材の省資源化、耐久性の向上、規模の大型化による経済効率の向上を図る。

両端を半球形に閉じた円筒の内部に高圧の気体を充填した場合、気体の圧力は、内壁を通じて外側へ向かう三次元の方向をもつ内圧として作用し、円筒の張力は気体を閉じ込める力として内側に向かって三次元の方向をもつ力として作用する、資材の張力の限度以内に於いては、圧力の如何に関わらず常に両者のバランスは保たれる。
三次元の方向を持って作用する、相反する二つの力が拮抗してバランスが保たれているとき、気体の圧力に対して、資材の張力も三次元の方向に作用することに拠って、資材の張力は、形状を保持しようとする力として作用する。サッカーボールに於ける充填した空気の圧力と、ボールの皮製素材の関係に置き換えると理解できる。
このように高圧の気体を充填する事で、資材の張力の三次元方向への作用、こうあろうとする力、形状を保持しようとする力を活用するのが、中空高圧気体充填資材である。
理論的には超軽量化した数百ｍの梁、柱、桁等の製作を可能とする。

浮き枠に於ける圧力制御システムに於いては、施工に際して沈めて行く深度に応じて圧力を調整する機能により、浮き枠の許容耐圧の大輻な緩和が可能となり、資材並びにコスト削減に寄与する。換言すると、深度五千ｍに於いて概略５００気圧以上の水圧が存在する、数百気圧に耐える多数の浮き枠を製造するコストは容易ではない、しかし施工に際して海底に降下させながら深度に応じて、内圧を制御する手法を取ることに拠って浮き枠の耐圧許容性能は安全基準を含めて数気圧乃至十数気圧に緩和することが可能となり、画期的なコスト削減につながる。

没水浮き双胴船の実施形態を示す側面図 没水浮き双胴船、螺旋翼水車の実施形態を示す正面図 螺旋翼水車の実施形態を示す斜視図 螺旋翼水車の実施形態を示す破断図 大深度海流域係留システムを示す側面図 メインケーブル及びケーブルカバー断面斜視図 没水浮き双胴船に於けるバラストの重力、喫水浮き胴、没水浮き胴の浮力のベクトルを示す概略図 係留型洋上風力発電システム側面図 係留型洋上風力発電システム正面図

符号の説明

１ 没水浮き胴
２ 縦横尾翼
３ バラスト
４ 接続胴
５ 喫水浮き胴
６ 支持胴
７ 上部船体
８ 螺旋翼
９ 水車シャフト
１０ 水車ボス
１１ 垂柱ケース
１２ 垂柱
１３ 半没水双胴浮き
１４ 係留ケーブル
１５ メインケーブル
１６ ケーブルカバー
１７ 通気管
１８ 配電ケーブル
１９ 浮き枠
２０ 円柱形ケーブルカバー
２１ 球形浮き枠
２２ 重り
２３ 喫水浮き胴の浮力の中心線
２４ 没水浮き胴の浮力の中心線
２５ バラストの重力の中心線
２６ 台座
２７ ローラ
２８ シャーシー
２９ 主柱
３０ ボス
３１ シャフト
３２ 螺旋翼

Claims (3)

1. 中空構造圧縮気体充填資材、及び圧縮気体充填構造、ならびに同資材により軽量長尺化した構造材及び同構造により構築し、没水浮き双胴船を縦横に連結した基本構造を持ち、超大型化した事を特徴とする縦横連結型浮体構造。
2. 高圧気体を充填した中空構造材により構築し、回転軸同心円上に形成する多重螺旋翼の厚みを、全長の中央前半で最大とし、末尾に向かって漸次その厚みを減らして、末尾先端を薄い弾性素材により構成した螺旋翼に於いて、回転方向外側翼面を（＋）曲線として湾曲率を大きく、回転方向内側前半部を、緩慢な（＋）曲線とし後半を緩慢な（−）曲線として、湾曲率を小さく形成し、翼の先端及び外周頂点を鋭角に形成した多重螺旋翼水車に於いて、回転部位と非回転部位を二分し、夫々の比重を水平均衡に海水の比重に近く調整した事を特徴とする多重螺旋翼水車、並びに上記螺旋翼水車と形状を同じくする螺旋翼風車に於いて圧縮気体を充填した、中空資材並びに中空圧縮気体充填構造により、形状並びに強度を維持する事を特徴とする、超軽量多重螺旋翼風車。
3. 海底の重りに繋いだメインケーブルを縦軸とし、一定の間隔に浮力並びに圧力制御機能を備えた二分可能な球形浮き枠を装着して、海流が一定の流速を有する数百ｍの深度の区間に於いては、メインケーブルを流線形のカバーで覆い、且つ球状浮き枠に変わって浮力並びに圧力制御機能を備え、縦横尾翼を有し、ケーブルの重力を中心として浮力を水平均衡に配置した、縦方向に二分可能な流線形の浮き枠を装着し、海面に没水浮き双胴船を浮きとして配置した事を特長とする海流域係留基地システム。

Images