JP2011021453A - 海中に設ける設備を係留するため、ロケット推力を利用して海底に撃ち込む杭に関する発明 - Google Patents

Abstract

【課題】海流の運動エネルギーを利用する水力発電設備などの機器が海流により押し流されないよう、海底に固定した係留設備を設けてこれに水力発電設備などの機器を係留する。
【解決手段】ロケットの推力を備えたロケット杭を海上から海底に撃ち込んで、その杭に内蔵するスラリー状セメントをロケット杭の胴体の周囲に圧し出し、その胴体に装着した網状鉄筋４およびヒレ３，６と周囲の海底土砂をこのセメントで混合凝固せしめて強力な係留設備を作る。
【選択図】図１

Description

海洋エネルギー利用のための基礎技術。

この発明が解決しようとする課題に取り組み、または特許請求の範囲と重複する従来技術の特許文献は見付からなかった。 この発明が解決しようとする課題に取り組み、または特許請求の範囲と重複する従来技術の非特許文献は見付からなかった。

黒潮のような海流は巨大な運動エネルギーを内包し昼夜を分かたず年中流れるので、その運動エネルギーを発電に利用可能にすることは、今後のエネルギー枯渇と地球温暖化に対処する手段として極めて重要である。
しかし水力発電の発電能力は水の流速の３乗に比例するので、流速が大きい海域に発電プラントを固定して設置することが必要である。しかし現実の海流の流速はせいぜい毎秒１ｍ〜２．５ｍ程度でエネルギー密度が低いので水力発電の実用プラントは極めて巨大なサイズにならざるを得ない。
黒潮などの海流の急流域は概して千ｍないし数千ｍと水深が深いから、かかる水力発電の実用プラントを水深千ｍ以上の海域で係留するためには通常の錨ではほとんど不可能と見られ、また巨大な把駐力をもつ係留設備を土木工事で海底に建設することは技術的、経済的に非現実的である。
以上の理由から、大きな把駐力をもつ係留設備を低コストで建設できる方法の発明が海流発電を実現するために不可欠の重要事である。

土木工事による係留設備の建設に代わる設備を低コストで深海底に建設する方法として、ロケットの推力を備えたロケット杭を海上から撃ち込み、この杭の胴体に貯蔵するスラリー状セメントをロケット杭の胴体外周に圧し出して、その胴体に取り付けた網状鉄筋４と周囲の海底土砂をこのセメントで混合凝固せしめることにより、海底土木工事で建設する係留設備に代わることができる。

セメント貯槽８，１０から圧し出されたスラリー状セメントはヒレ３，６及び網状鉄筋４とロケット杭の周囲の土石と混合凝結して一体となり、その重量および周囲の海底との摩擦抵抗を増す。この結果、係留の対象である設備と係留ロープにかかる海流の圧力に耐える把駐力を、ロケット杭単体のみの場合よりも著しく強くするとともに、万一ロケット杭が海底から引き抜かれてもヒレ３，６が通常の錨における爪の役割を果たし、かつセメントで混合凝固して一体化した土砂とロケット杭の重量の効果で流錨を防ぐ。

海底の地質はマリーンフレークが大量に蓄積した沼の底のような状態から海底山脈の尾根の硬い岩盤がむき出しの状態まで、様々な状態が予想される。従って、実際にはロケット杭の胴径、長さ、ヒレ３，６のサイズ、形状、着地センサーの性能などは海底の地質の状態に応じて仕様を変更し、ロケット杭を最適の形状にすることが必要と考える。このため、海底の地質探査機器が必要となるが、これは別途の考案による。

ロケット杭の実施例はない。しかし、海水中にスラリー状のポルトランドセメントを圧し出したとき土砂と混合凝固するか否かを実験したところ、十分実用に耐える凝固を確認できた。なお、海水中でセメントが長期間にわたり強固に耐用されるためには、高炉セメントＣ種が好適で（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｍｅｎｔ．ｊｐ／ｋｏ０１／ｋｏ０１．ｈｔｍｌなど）、ポルトランドセメントはこれに及ばないと報告される。上記の実験では高炉セメントＣ種は入手できないためポルトランドセメントを代用した。

この発明は潮流発電にも利用可能である。潮流発電は潮の干満に伴って生じる出潮、入り潮の急流を利用する発電であるが、この場合も何らかの係留設備が必要である。潮流の急流は我が国では津軽、鳴門、明石、関門など各海峡のほか、瀬戸内海の各地に見られるが、通常これらの急流域は船舶の通行が多く、また海底の構造が複雑なため潮流も複雑であるなど、海底や海上に係留施設を建設することが困難である。このような箇所に潮流発電プラントを設置、稼働するためにも本発明のロケット杭は好適である。

ロケット杭の外形図と断面図

１ ロケット推進ガスの噴出口１。
２ 海流発電プラントの係留索の末端を取り付ける環２。
３ 後部フィン３。フィン３は３ヶ所以上取り付ける。側面方向からはたらく発電プラン トの引っ張り圧力に抵抗する機能と、もしロケット杭が引き抜かれた場合は海底に食 い込んで流錨を防ぐ役割を果たす。
４ ロケット杭の側面に熔接して取り付けた網目状鉄筋４。この直近にあるセメント圧出 孔５，１１を通じてロケット内部から圧出するスラリ−状セメントと周囲の海底土石 が混合凝結し、一体となって発電プラントの把駐力を強化する。
５ セメント貯槽８，１０のスラリー状セメントの圧出孔５，１１。網目状鉄筋４および ロケット杭の胴体に沿って多数ある。
６ 前部フィン６。ロケット杭が海底に撃ち込まれたとき硬い地層を破砕し、フィン３， ６の直後に続く網目状鉄筋４とセメント圧出孔５，１１から圧し出されるスラリー状 セメントが周囲の土砂を混合し易くする。
７ ロケット燃料貯槽・燃焼室７。
８ スラリー状セメントの後部貯槽８。このセメントで後部フィン３と周囲の網目状鉄筋 ４の周囲を固める。
９ スラリー状セメントの後部貯槽８のスラリー状セメントを圧し出す加圧室９。加圧方 法は液体のガス化と機械的圧出があり、状況に応じて使い分ける。
１０ スラリー状セメントの前部貯槽１０。
１１ セメント貯槽８，１０のセメント圧出孔５，１１。
１２ 前部セメント貯槽１０のスラリー状セメントをロケット杭の外周部に圧し出す加圧 室１２。

Claims (9)

1. ロケットの推推力を備えた杭（以下ロケット杭と呼ぶ）を海上から海底に撃ち込み、海中に設置する設備をこの杭に係留する。
2. 杭の胴体内のロケット燃料貯槽・燃焼室７にロケット燃料を貯蔵し、杭を発射するとこれを燃焼、噴射させて杭に推進力を与える。
3. ロケット杭の後部を前半部よりも太い円柱形にし、前半部、後部の内部をそれぞれスラリー状セメントの貯槽８，１０とする。後部を太い円柱形にしているのはここにセメント貯槽８を設けるとともに、海底に撃ち込んだロケット杭が土中深く入り過ぎないよう、この段差でブレーキをかける機能を果たす。
4. セメント貯槽８，１０に隣接してセメント加圧室９，１２を設け、ロケット杭が海底に撃ち込まれるとセメント貯槽８，１０内のスラリー状セメントを加圧してセメント圧出孔５，１１からロケット杭の外に圧し出す。
5. ロケット杭の胴体に沿って、その先頭部及び後尾部にそれぞれ３枚以上のヒレ３，６とヒレに続いて網状鉄筋４を取り付ける。これらのヒレ３，６はロケット杭を海底に撃ち込んだとき、海底の土石を破砕し、網状鉄筋４と破砕された土石がスラリー状セメントで混合凝固されることを可能にする。
6. ロケット杭の最後尾に環２を附け、この環２にシャックル、スイベル、重量の大きい鎖、係留ロープ結合器、係留ロープなどを順次つないで、最後に係留ロープで発電設備などの機器を係留する。
7. ロケット杭の先端部及び／又は後部ヒレ３，６に地圧センサーを装備し、ロケット杭が海底に到達するとロケット燃料の燃焼を止めるとともに、セメント加圧室９，１２からセメント貯槽８，１０へ加圧を始める。
8. ロケット杭の最後尾の環２の近くに犠牲電極を取り付ける。犠牲電極はロケット杭の帯電を防止する。
9. セメントのスラリーにガラス繊維などの繊維の切断片を混合して、海底土石との混合凝固を強固にする。

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