JP5261804B1

JP5261804B1 - 海洋資源採取システム

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Publication number: JP5261804B1
Application number: JP2012219349A
Authority: JP
Inventors: 好隆服部
Original assignee: 株式会社小笠原設計
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP2014069775A

Abstract

【課題】海洋資源採取システムを提供する。
【解決手段】海底資源を採取する採取設備31、発電設備2、3と、それらを一体とするための構造体70と、係留海域内に係留するための制御部とＧＰＳによって構成される浮体100であって、採取設備または発電設備は、風を受けるブレード11、または海中にプロペラ12を備え、構造体は、採取設備と発電設備をつなぐためのリング1とその内部に採取設備と発電設備をつなぐための係留索13を備え、統計的または気象海象予測上所定の時間、海域内の風ベクトル、海流ベクトル、または風ベクトルと海流ベクトル、の和に対抗して、発電設備によって得られる電力により移動しても所定の電力が得られる海域内に浮体を置き、制御部は、気象海象予測と風向風速計または流向流速計とＧＰＳとからの情報により、発電設備のブレードまたはプロペラが、風または海流を受けるか否かを制御し、浮体を所定の係留海域内に係留する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋資源採取システムに関するものである。

深海に海底資源を採取する採取設備、風力発電設備などの発電設備を設けるには、係留するための技術的問題、コスト的問題などがある。

２０１１年３月１１日の東日本大震災による原子力発電所の事故によって、さらなる自然エネルギーの利用が望まれるようになった。海洋における風力などのエネルギーまたは魚、海底資源などの資源を採取するには、採取する施設の係留技術、耐久性、コスト、台風、津波に対する災害対策の課題を解決しなくてはならない。

海底資源を採取する採取設備、風力、海流、潮流、波力または温度差による発電設備と、
それらを一体とするための構造体と、
係留海域内に係留するための制御部とＧＰＳによって構成される浮体であって、
採取設備または発電設備は、風を受けるブレード、または、海中にプロペラを備え、
構造体は、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をつなぐためのトラス、または、リング状構造体であるリングとその内部に、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をつなぐための係留索、または、プロペラを備え、
制御部は、採取設備または発電設備に、一か所または分散して搭載され、
統計的または気象海象予測上所定の時間、海域内の風ベクトル、海流ベクトル、または風ベクトルと海流ベクトル、の和に対抗して、発電設備によって得られる電力により移動しても所定の電力が得られる海域内に浮体を置き、
制御部は、気象海象予測と風向風速計または流向流速計とＧＰＳとからの情報により、
発電設備のブレードまたはプロペラが、風または海流を受けるか否かを制御し、
発電した電力で、発電設備のプロペラ、または、構造体に取り付けたプロペラにより浮体を推進させて、
浮体を所定の係留海域内に、最小のエネルギーで係留するように制御し、
海洋資源を採取することを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記制御部が、気象海象予測による将来の風向風速、流向流速にしたがい、
平面視前記ブレードの風向に対する角度、プロペラの海流に対する角度、
または、前記構造体に取り付けたラダーの角度を調整して、浮体の移動方向を選択し、
浮体を所定の係留海域内に、最小のエネルギーで係留するように制御することを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記浮体にセールとキールと第２の制御部を取り付け、
第２の制御部は、風向風速計とＧＰＳからの情報により、
セール、または、セールとキールの作動を制御し、
セールが風から受ける揚力と、発生した揚力の横方向の力をキールで打ち消すことによって、タック（風上に向かって方向転換）と、ジャイブ（風下に向かって方向転換）を繰り返し、浮体を所定の範囲内に係留することを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、
前記リングに、一つまたは複数の同心多角形状に配置し、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を係留索でリングにつなぎ、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を相互に係留索でつなぎ、
係留索同士及び係留索とリングで三角形を形成し、
係留索にテンションをかけることにより、
前記一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をリングとの位置、
及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を保持することを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記リング内に第二のリングを配置し、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、
リングと第二のリングの間に、一つまたは複数の多角形状に配置し、
係留索で、リングまたは第二のリングに略三角形を形成するように接続し、
係留索にテンションをかけることにより、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、リングまたは第二のリングとの位置、及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を、保持することを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記リングを鋼管トラス構造とすることによって、
受流面積を減らし、リングが海流から受ける負担を少なくし、
複数のリングユニットの接合によって円形に構成し、
係留索にかけるテンションに変形しない構造とすることを特徴とする海洋資源採取システムである。

前記リング、係留索、採取設備または発電設備に浮き漁礁を取り付け、
リング内、リング周辺部またはリングの係留海域を海洋牧場とすることを特徴とする海洋資源採取システムである。

本システムは、広範囲の海洋から巨大な海洋資源を得ようとするものである。産業的にも裾野が広く、産業復興にも寄与する。

本発明の海洋資源採取システムの浮体の実施例。（ａ）平面図、（ｂ）図１の（ａ）のＡ矢視図。浮体の構造体の別な実施例。（ａ）図１の（ａ）のＡ矢視図、（ｂ）図１の（ａ）のＢ矢視図。本発明の海洋資源採取システムの海洋資源採取設備と制御部とＧＰＳとによって構成される浮体の係留海域の実施例。係留海域内５０での浮体の制御の実施例。係留海域内６０での浮体の制御の実施例。本発明の海洋資源採取システムの浮体にキールとセールを取り付けた実施例。（ａ）正面図。（ｂ）平面図、ただし、１／２のみを示し他を省略する。さらに示した平面図の左１／２は海面上の平面図、右１／２は海面下の平面図である。係留海域内での浮体のセールとキールによる制御の実施例。浮体の別な実施例。（ａ）平面図、ただし、１／４のみを示し他を省略する。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ段面図。浮体のリングの実施例。（ａ）は、（ｂ）のＣ〜Ｃ断面図、（ｂ）は正面図。リングを使って波力発電した実施例。ただし、図の左半分は省略する。（ａ）波が上がって波山に来た時の断面図、（ｂ）波が下がって水平になった時の断面図、（ｃ）波が下がって波谷に来た時の断面図、（ｄ）波が上がって水平になった時の断面図、（ｅ）リングユニットの断面図。リングにプロペラを付けた実施例。（ａ）浮体推進用のプロペラを取り付けた実施例を示す平面図。（ｂ）リング１１に海流発電設備のプロペラを設けた実施例を示す平面図。（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

深海においては、海洋資源採取施設を海底から築造するにしても、海底にアンカーするにしても大きなコストがかかる。海底へのアンカーにたよらなくとも、ＧＰＳとプロペラを用いて、海洋エネルギーによって浮体構造の発電所または施設を海洋の所定の範囲内に係留することが可能である。１年を通じて風と海流のベクトルの和が所定の範囲内であるエリアにおいては、ブレードとプロペラの制御によって、発電設備を所定の位置に係留することができる。さらに係留海域内を、気象海象予測情報に基づき、最大の電力を得られるように移動することができる。プロペラは発電と発電設備の移動を兼ねる。たとえば室戸岬においては、１年間に最大風速１０ｍ／ｓ以上の日数は２５８日（統計期間１９７１−２０００）、同１５ｍ／ｓ以上の日数は１１４日。２月〜１０月及び１２月の最多風向はＮＥで、年間でＮＥ２３（１６方位・頻度％）である。海流（黒潮）向はおおむねＷＳＷで、海面の流速は２ｍ／ｓ以上である。最多風向と海流がおおむね逆方向にある。風ベクトルと海流ベクトルの和を考慮して双方のベクトルをとらえれば、所定の係留海域内で海流発電と風力発電ができる。

図１は、本発明の海洋資源採取システムの浮体１００の実施例である。図１の（ａ）は平面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ矢視図である。図２は、構造体７０の別な実施例である。図２の（ａ）は図１の（ａ）のＡ矢視図、図２の（ｂ）は図１の（ａ）のＢ矢視図である。リング１を２段状にすることによって、風力発電設備２または海流発電設備３の傾きをより抑制することができる。図３は、漂流ブイの軌跡をもとに計算した日本近海の平均海流（道田、水路部報告１９９７年）の上に記載した係留海域５０、６０の実施例である。
海底資源を採取する採取設備３１、風力、海流、潮流、波力または温度差による発電設備２、３と、それらを一体とするための構造体７０と、係留海域内に係留するための制御部とＧＰＳによって構成される浮体１００であって、採取設備または発電設備は、風を受けるブレード１１、または、海中にプロペラ１２を備え、構造体７０は、リング状構造体であるリング１とその内部に、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をつなぐための係留索１３、または、プロペラ１２を備え、または、一つまたは複数の採取設備３１と、一つまたは複数の風力発電設備２または海流発電設備３をつなぐためのトラスを備え、制御部は、採取設備または発電設備に、一か所または分散して搭載され、統計的または気象海象予測上所定の時間、海域内の風ベクトル（風の大きさと方向を示す。以下海流ベクトル等についても同じ）、海流ベクトル、または風ベクトルと海流ベクトル、の和に対抗して、発電設備によって得られる電力により移動しても所定の電力が得られる海域内に浮体を置き、制御部は、気象海象予測と風向風速計または流向流速計とＧＰＳとからの情報により、発電設備のブレード１１またはプロペラ１２が、風または海流を受けるか否かを制御し、発電した電力で、発電設備のプロペラ１２により、または、構造体にプロペラを取り付け、そのプロペラにより浮体を推進させて、浮体を所定の係留海域５０、６０内に、最小のエネルギーで係留するように制御し、海洋資源を採取することを特徴とする海洋資源採取システムである。
図１、図３参照。前記リング１、係留索１３、採取設備３１または風力発電設備２または海流発電設備３に浮き漁礁３３または集魚灯を取り付けてリング内に集魚し、浮体が魚と一緒に係留海域を移動することによって、係留海域を海洋牧場とすることを特徴とする海洋資源採取システムである。浮き漁礁３３または集魚灯に群がる魚を餌に大きな魚が集まり、リング周辺を回遊するので係留海域に豊かな漁場が形成される。浮体に網を取り付け、魚を採取することもできる。浮体に吸着ネットを取り付け、海中の鉱物資源を採取することもできる。
リング状構造体とは、平面視円形状または多角形状で、波風などの外力によって変形しない構造体ある。リング状構造体であるリング１に浮体推進のためのプロペラ１２またはプロペラ１２を持った海流発電設備３を付けても良い。海流発電設備３のプロペラ１２は浮体１の推進を兼ねる。図１１はその実施例である。図１１の（ａ）は、浮体推進のためのプロペラ１２をリング１１に取り付けた実施例を示す平面図である。リング内の設備は省略する。図１１の（ｂ）は、リング１１に海流発電設備３を設けた実施例を示す平面図である。図１１の（ｃ）は、図１１の（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。リング１１に海流発電設備を設ける場合、海流に対して前列と後列が重ならないように、また、リングが水平を保てるように全体の重心がリングの中心に来るように配置する。３基ぐらいの風力発電設備２または海流発電設備３をつなぐ場合は、リングによるよりも鉄骨トラスで三角形状につないだ方がコスト的に有利になる可能性があり、風力発電設備２または海流発電設備３の傾きも抑制しやすい。１２基ぐらいを鉄骨トラスでつなぎ、風または海流に対して前列と後列の重なりを避けるとなると鉄骨トラスの総重量が増して不経済である。係留索の必要な単位長さ当たりの重量は、鉄骨トラスの単位長さ当たりの重量に比べて比較にならないくらい少なくて済む。また、リングであれば、リング本体の内部を配管、配線スペースとして利用でき、リング内を海洋牧場などとして利用もしやすい。
係留海域５０では、海流循環上に浮体１００を置き、浮体を循環させ、おもに、海流、風力、魚、海中・海底資源などの海洋資源を採取する。係留海域６０は、一定方向の海流のないところに浮体を置き、おもに、風力、波力、温度差、魚、海中・海底資源などの海洋資源を採取する。図３では、係留海域５０の一例を示している。航路を優先して、大きな海流循環から逸れて、絞り込んでも良い。海流は変動する。過去の気象海象データから係留海域５０を選び、気象海象予測から係留海域を５０の変更を行う。係留海域６０内では、海流の影響が少ないので、係留海域５０内と比較して浮体をはるかに狭い海域で係留することができる。風と小さな海流による移動を制御するだけで済む。
図４は、係留海域５０内での浮体１００の制御の実施例である。
Ｋ、Ｗ、Ｇはそれぞれ海流ベクトル、風ベクトル、海流と風の合成ベクトルを示す。
（Ａ点において、海流Ｋと風Ｗを受ける）→（浮体１００は合成ベクトルＧによってＢ点に移動する）→（Ｂ点において海流Ｋと風Ｗを受ける）→（浮体１００は合成ベクトルＧによってＣ点に移動する）→（Ｃ点において、ブレードが風を受けないようにしてプロペラが海流を受ける）→（浮体１００は海流ＫによってＤ点、Ｅ点、Ａ点に移動する）
その間、浮体の移動と発電に有利な風を受けるように制御する。
浮体が係留海域５０、６０内を移動することによって、広域の海洋をとらえ、広域の資源を探索、採取し、浮体を係留海域内に係留するエネルギーも海洋から得られることが、本発明の大きな特徴の一つである。

浮体が海流から受ける抗力を計算する。
抗力は、抗力係数ＣＤを用いて、以下のような数式モデルで表わされるのが一般的である。係数が異なるだけで揚力と同形式である。
Ｄ＝ρＶ^２ＡＣＤ×１／２
・Ｄ：抗力 [Ｎ]
・ρ ：流体密度 [ｋｇ/ｍ^３]
・Ｖ：相対速度 [ｍ/ｓ]
・Ａ：投影面積 [ｍ^２]
・ＣＤ：抗力係数
流体密度ρは概ね１０００ｋｇ/ｍ^３である。
係留海域５０では、浮体は基本的に海流循環流の中で循環するので海流に逆らうことはない。あっても短時間である（図３参照）。係留海域６０は、概ね海流のない海域なので係留海域６０内での相対速度は概ね０である（図３参照）。
参考までに、浮体が係留海域６０内にあって、浮体に対する相対速度Ｖ＝０.５ｍ/ｓの場合の抗力Ｄを計算する。
図１において、風力発電設備のブレードの長さを５０ｍとした時リング１の直径は概ね６００ｍになり、リングと風力発電設備の海面下の投影面積（係留海域６０内では、海流発電設備を設けないので、図１の海流発電設備３の投影面積は含まない）を足した投影面積Ａは概ね２００００ｍ^２になる。
抗力係数ＣＤは、層流剥離の状態の円柱でほぼ１に近い値で一定になる。
上記式に上記数値を入れると
Ｄ＝２,５００,０００Ｎになる。
電力にして２.５ＭＷである。
風力によって得られる電力を２ＭＷ／１基とすれば、１２基で２４ＭＷである。
概ね２１００ｋＷ／１基以上に電力が得られれば、浮体が相対速度Ｖ＝０.５ｍ/ｓの海流上にあっても、海流に逆らって停止し続けることができることになる。前述のごとく、基本的に浮体が係留海域内で海流に逆らい続けることはない。

前記浮体にラダーとストッパーの機能を持ったラダーストッパー１４を取り付け、前記制御部が、気象海象予測による将来の風向風速または流向流速にしたがい、ラダーストッパー１４の角度を調整して、浮体の移動方向を選択し、浮体を所定の係留海域内に、最小のエネルギーで係留し、ラダーストッパー１４の角度を調整して、浮体の風よる推進を抑制して、係留海域内で風力から最大のエネルギーを採取するように、制御することを特徴とする。ラダーストッパー１４を取り付ける替わりに、平面視前記ブレード１１の風向に対する角度、プロペラ１２の海流に対する角度を調整しても良い。
図５にその制御の実施例を示す。（Ａ点：将来ＮＷＮ（北西北）の風Ｗを予知して、Ｗ（西）の風を受けてラダーストッパー角度を制御してＮＥ（北東）の方向へ向かい、浮体の推進も抑制しながら発電してＢ点に達する）→（Ｂ点：ＮＷＮの風Ｗを受けてＣ点へ移動）→（Ｃ点：発電ＨによってＡ点へ移動。その間Ａ点へ向かうために有利な風があればブレードで受けて発電する）である。

図６は、本発明の海洋資源採取システムの浮体にキールとセールを取り付けた実施例である。図６の（ａ）は正面図を、（ｂ）は平面図を示す。ただし、１／２のみを示し他を省略する。さらに示した平面図の左１／２は海面上の平面図、右１／２は海面下の平面図である。前記浮体にセール１７とキール１８と第２の制御部を取り付け、第２の制御部は、風向風速計とＧＰＳからの情報により、セール、または、セールとキールの作動を制御し、セールが風から受ける揚力と、発生した揚力の横方向の力をキールで打ち消すことによって、風上に向かって方向転換と、風下に向かって方向転換を繰り返し、浮体を所定の範囲内に係留することを特徴とする。セール１７は、風力発電設備のタワー２５に取り付け、キール１８は、風力発電設備の下部またはリング１にとりつける。セールはブレードに当たらないように、ブレードと連動して常にブレードの反対側に来るように取り付けられる。図７は、浮体１００がＷ（西）風を受けている場合の制御の実施例である。ただし、セールとキールの図示は省略する。（Ａ点：風Ｗを受けてＢ点へ移動）→（Ｂ点：セールとキールの操作によって風上に向かって方向転換（浮体の向きは変えなくとも良い）。セールにより揚力Ｙを受け、キールにより横方向の力を打ち消して、Ｄ点へ移動）→（Ｃ点：前記と同じようにしてＤ点へ移動）→（Ｄ点：前記と同じようにしてＡ点へ移動）→（Ａ点：セールとキールの操作によって、風下に向かって方向転換）となる。図６では下部に海流発電設備３が設けられているが、替わりに、潮流発電設備、波力発電設備または温度差発電設備であっても良く、いずれも期待できなければ、風力発電設備だけであっても良い。セール１７の材料は金属またはガラス繊維、キール１８の材料はステンレスまたはＦＲＰが考えられる。

図１参照。前記一つまたは複数の採取設備３１と、一つまたは複数の発電設備２，３を、
前記リング１に、一つまたは複数の同心多角形状に配置し、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を係留索１３でリングにつなぎ、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を相互に係留索でつなぎ、係留索同士及び係留索とリングで三角形を形成し、係留索にテンションをかけることにより、前記一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をリングとの位置、及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を保持することを特徴とする。
リング１が圧縮材、係留索１３が引張材になるテンセグリテイである。採取設備３１と発電設備２、３とリング１との位置、及び、採取設備３１と発電設備２、３相互の位置は確実に保たれる。採取設備と発電設備をトラスでつなぐことは、従来技術でもあるので、実施例は省略する。リング内に海洋資源採取のための種々の設備を設け、海洋資源採取諸設備の増設、縮小、取替が容易であり、リングの拡大、縮小が可能であることが、本発明の大きな特徴の一つである。
図２は構造体のリング１と係留索１３の別な実施例である。図２の（ａ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ矢視図を、図２の（ｂ）は図１の（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。ただし、いずれも前面にあるもののみを表現し、その他は省略している。実施例では、リング１及び係留索１３を２段にすることによって、風力発電設備２と海流発電設備３の傾き及び揺れをなくしている。

図８は、浮体の別な実施例である。（ａ）は平面図、ただし、１／４のみを示し他を省略する。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ段面図である。
前記リング１内に同心円の第二のリング１ａを配置し、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備５を、リングと第二のリングの間に、一つまたは複数の多角形状に配置し、係留索１３で、リング１または第二のリング１ａで略三角形を形成するように接続し、係留索１３にテンションをかけることにより、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、リングまたは第二のリングとの位置、及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を、保持することを特徴とする。発電設備をリング１と第二のリング１ａに係留するので、発電設備の風、波による揺れを軽減することができる。実施例では、発電設備を波力発電設備５にしているので、リング１と第二のリング１ａは、波力発電設備５本体の浮き上がりを抑止するためのバラストウエイトの役割もする。

図９は、リング１の実施例である。（ａ）は、（ｂ）のＣ〜Ｃ断面図、（ｂ）は正面図である。
前記リングは、円弧状または直線状のリングユニットを円状または多角形状に接合して構
成し、リングユニットは、鋼管の横材と斜め材を相互に接合した鋼管トラス構造とするこ
とによって、受流面積を減らし、リングが海流から受ける負担を少なくし、リングユニッ
トは、エアの注入口と排出口、海水の注排水口及びエア圧縮機能を備え、エアの注入、排
出によって海水の注水と排水を行い、浮力を調整して、リングが、海底資源採取設備また
は発電設備の海面下の係留索取り付けレベルに来るようにする潜水型浮体とすることを特
徴とする。風力発電設備の場合係留索は、海面下で風力発電設備の円筒状浮体につないだ
方が風力発電設備の傾きを抑えることができる（図１の（ｂ）参照）。係留索をつなぐ鋼管トラス構造体も海面下にあって係留索が概ね水平となることが望ましい。したがって、鋼管トラス構造体は、潜水型浮体であって、概ね係留索が風力発電設備につながるレベルに来るように浮力調整される。
システムを構成する構造材、設備の耐久性を確保するのは、各部材に耐久性のあるものを選ぶことであるが、取り換え交換を容易にすることによって、施設を長寿命化できる。前記リングは、洋上において、複数のリングユニットを円状に接合してつくられる。必要な設備が区分けされて、リングユニット内に収納される（図４では設備を図示せず）。したがって、構造体となるリングユニット及び内部の設備の交換が容易に可能である。採取設備と発電設備が複数、前記リングに係留され、取り換えも容易である。
システムはリング内に一体化されるので、システムを比較的波の穏やかな湾内でつくり、所定の海域へ船舶によって輸送する、または、システム自体によって移動することが可能である。リングがなくて、風力発電設備などが係留索のみでつながっている先行技術もあるが、その場合、システムの輸送、移動は困難である。

コストの問題を解決するには、以下のとおりである。１番目に、最小限の資材で広域の海洋を包囲する。物理的にそれを実現する形状は円である。したがって、システムを包含する浮体は、リング内に採取設備、発電設備などの諸機能を係留、または、リング本体内に収納することが望ましい。さらに、浮体が所定の係留海域内を移動すれば、包囲する海域は広がる。２番目に各要素が構造的に最小限の部材で形成されることである。一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、リング内に配置し、リングにテンション材でつなぎ、採取設備と発電設備も相互にテンション材によってつなぎ、テンセグリテイとすれば、最も経済的な構造体を形成することになる。構造力学上の解析も容易である。採取設備、発電設備、ヘリポート等も係留索でつながっているだけで、それぞれが、位置を保持しながら、許容範囲内を自由に動けるからである。３番目に投資したコストに対して最大限の資源が得られる、言い換えれば、一つのユニットが最多または複数の資源を得るために共有されるのが望ましい。したがって、風力発電設備の構造体は、同設備の浮体を兼ね、海流発電設備、または波力発電設備の構造体を兼ねることができれば、対投資発電コストは下がる。システムを比較的浅い海洋に設ける場合は、リングを、海底に係留されたアンカーシステムとつなげば、リングを移動するためのエネルギー消費がなくなり、採取する総発電量は増す。反面、移動できないので、海中、海底資源の採取及び探索は限られる。海域に複数のアンカーシステムの係留索の端部を搭載した浮体を設け、システムと係留索との取り付け取り外しをできるようにしておけば、両方の利点をとらえることができる。
台風、津波に対しては、浮体１００の浮体部１０に給水して、一時的に海中に避難することができる。巨大台風時に、台風のルートを外した陸に接近し、陸に設けられたアンカーシステムによって係留してもよい。許容範囲内の台風であれば、大きな発電が得られる。

図１０は、リングを使って波力発電した実施例である。ただし、図の左半分は省略する。（ａ）は波が上がって波山に来た時の断面図、（ｂ）は波が下がって水平になった時の断面図、（ｃ）は波が下がって波谷に来た時の断面図、（ｄ）は波が上がって水平になった時の断面図、（ｅ）はリングユニットの断面図である。前記リング１を、管で円弧状または直線状の複数のリングユニット２１を相互に、フレキシブルジョイントで接合して構成し、リングユニットの管内の上部にエアダクト２６、エア取り入れ口、タービン２４、エア出し口及びエアダクトの接合部側の端部に仕切り弁３７を設け、リングユニット２１の管内の下部に海水ダクト３８、海水取り入れ口、タービン２４ａ、海水出し口及び海水ダクトの接合部側端部に仕切り弁３７を設け、接合部２８が波４２によって上がり波山に来た時にエアを、接合部のエア・海水溜３９とエアダクト２６内に取り入れ、接合部が下がって概ね水平になった時にエアを抜くと同時に圧縮空気によってタービン２４を回し、エアダクトの仕切り弁３７を閉じ、接合部が水平よりもさらに下がり波底に来た時に海水を、接合部のエア・海水溜３９と海水ダクト３８内に取り入れ、接合部が上がって概ね水平になった時に海水を抜くと同時に圧縮海水によってタービン２４ａを回し、海水ダクト３８の仕切り弁３７を閉じることによって、波力発電をすることを特徴とする。
当然エアと海水の圧縮率は異なるので、エア出し口の開閉弁と海水出し口の開閉弁の開くタイミングは異なる。波力発電設備の形態が大きなリングであるので、多くの波を受け、リング全体の相対的傾きは少ない。波力発電設備の替わりに、リング１内に温度差発電設備を設けても良いし、海流発電設備を取り付けても良い。リング管内３６には、機械、蓄電池、照明器具、配管、配線、などの諸設備が入る。

１リング
１ａ第二のリング
２風力発電設備
３海流発電設備
５波力発電設備
１０浮体部
１１ブレード
１２プロペラ
１３係留索
１４ラダーストッパー
１７セール
１８キール
２１リングユニット
２２フレキシブルジョイント
２３圧縮空気
２４（エア）タービン
２４ａ（海水）タービン
２５タワー
２６エアダクト
２７開閉弁
２８接合部
３０ヘリポート
３１採取設備
３２ステージ
３３浮き漁礁
３５海洋牧場
３６リング管内
３７仕切り弁
３８海水ダクト
３９エア・海水溜
４０海中
４２波
４３エア管
５０係留海域（海流循環上）
５３鋼管トラス構造
５４水または油
５５エア注入口
５６エア排出口
５７海水注排水口
５８エア
５９海水
６０係留海域（一定方向の海流がない海域）
６１標識
７０構造体
１００浮体
Ｗ風ベクトル
Ｋ海流ベクトル
Ｇ風と海流の合成ベクトル

Claims

海底資源を採取する採取設備と、風力、海流、潮流、波力または温度差による発電設備とそれらを一体とするための構造体と、
係留海域内に係留するための制御部とＧＰＳによって構成される浮体であって、
発電設備は、風を受けるブレード、及び/または、海中にプロペラを備え、
構造体は、リング状構造体であるリングとその内部に、
一つまたは複数の採取設備と一つまたは複数の発電設備をつなぐための係留索、または、一つまたは複数の採取設備と一つまたは複数の発電設備をつなぐためのトラス、及び/または、プロペラを備え、
制御部は、採取設備または発電設備に、一か所または分散して搭載され、
統計的または気象海象予測上所定の時間、海域内の風ベクトル、海流ベクトル、または風ベクトルと海流ベクトル、の和に対抗して、発電設備によって得られる電力により移動しても所定の電力が得られる海域内に浮体を置き、
制御部は、気象海象予測と風向風速計または流向流速計とＧＰＳとからの情報により、
発電設備のブレードまたはプロペラが、風または海流を受けるか否かを制御し、
発電した電力で、発電設備のプロペラにより、または、前記構造体が備えたプロペラにより浮体を推進させて、
浮体を所定の係留海域内に、最小のエネルギーで係留するように制御し、
海洋資源を採取することを特徴とする海洋資源採取システム。
前記浮体にラダーとストッパーの機能を持ったラダーストッパーを取り付け、
前記制御部が、気象海象予測による将来の風向風速または流向流速にしたがい、
ラダーストッパーの角度を調整して、浮体の移動方向を選択し、
浮体を所定の係留海域内に、最小のエネルギーで係留し、
ラダーストッパーの角度を調整して、浮体の風による推進を抑制、
または、海流による抗力を小さくして、
係留海域内で風力または海流から最大のエネルギーを採取するように、
制御することを特徴とする請求項１記載の海洋資源採取システム。
前記浮体にセールとキールと第２の制御部を取り付け、
第２の制御部は、風向風速計とＧＰＳからの情報により、
セール、または、セールとキールの作動を制御し、
セールが風から受ける揚力と、発生した揚力の横方向の力をキールで打ち消すことによって、浮体を風上に向かって推進、方向転換と、風下に向かって推進、方向転換を繰り返し、浮体を所定の範囲内に係留することを特徴とする請求項１記載の海洋資源採取システム。
前記一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、
前記リングに、一つまたは複数の同心多角形状に配置し、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を係留索でリングにつなぎ、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を相互に係留索でつなぎ、
係留索同士及び係留索とリングの一部の孤または直線で略三角形を形成し、
係留索にテンションをかけることにより、
前記一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備をリングとの位置、
及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を保持することを特徴とする請求項１及至３の何れかに記載の海洋資源採取システム。
前記リング内に同心円の第二のリングを配置し、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、
リングと第二のリングの間に、一つまたは複数の多角形状に配置し、
係留索で、リングまたは第二のリングに略三角形を形成するように接続し、
係留索にテンションをかけることにより、
一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備を、リングまたは第二のリングとの位置、及び、一つまたは複数の採取設備と、一つまたは複数の発電設備相互の位置を、保持することを特徴とする請求項１及至４の何れかに記載の海洋資源採取システム。
前記リングは、円弧状または直線状のリングユニットを円状または多角形状に接合して構成し、リングユニットは、鋼管の横材と斜め材を相互に接合した鋼管トラス構造とすることによって、受流面積を減らし、リングが海流から受ける負担を少なくし、
リングユニットは、エアの注入口と排出口、海水の注排水口及びエア圧縮機能を備え、
エアの注入、排出によって海水の注水と排水を行い、浮力を調整して、
リングが、海底資源採取設備または発電設備の海面下の係留索取り付けレベルに来るようにする潜水型浮体とすることを特徴とする請求項１及至５の何れかに記載の海洋資源採取システム。
前記リングを、管で円弧状または直線状の複数のリングユニットを相互に、
フレキシブルジョイントで接合して構成し、
リングユニットの管内の上部にエアダクト、エア取り入れ口、タービン、エア出し口及びエアダクトの接合部側の端部に仕切り弁を設け、
リングユニットの管内の下部に海水ダクト、海水取り入れ口、タービン、海水出し口及び海水ダクトの接合部側端部に仕切り弁を設け、
接合部が波によって上がり波山に来た時にエアを、接合部のエア・海水溜とエアダクト内に取り入れ、
接合部が下がって概ね水平になった時にエアを抜くと同時に圧縮空気によってタービンを回し、エアダクトの仕切り弁を閉じ、
接合部が水平よりもさらに下がり波底に来た時に海水を、接合部のエア・海水溜と海水ダクト内に取り入れ、
接合部が上がって概ね水平になった時に海水を抜くと同時に圧縮海水によってタービンを回し、海水ダクトの仕切り弁を閉じることによって、波力発電をすることを特徴とする請求項１記載の海洋資源採取システム。
前記浮体に浮き漁礁または集魚灯を取り付けて、
リング内に集魚し、浮体が魚と一緒に係留海域を移動することによって、
係留海域を海洋牧場とすることを特徴とする請求項１及至６の何れかに記載の海洋資源採取システム。