JP6721886B2

JP6721886B2 - 浮体支持軸の軸構造および該浮体支持軸の軸構造を備えた水上発電装置

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Publication number: JP6721886B2
Application number: JP2015240176A
Authority: JP
Inventors: 安弘真鍋; 輝久真鍋
Original assignee: Taiyo Plant Co Ltd
Current assignee: Taiyo Plant Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP2016114057A

Description

本発明は、水面上に浮かばせた浮体に波力と風力、海流・潮流等の発電装置を搭載した発電分野、或いは波力、風力、海流・潮流等の海洋エネルギー利用分野に関する。

従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題にも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。

また、化石エネルギー資源の利用とは別に原子力発電による電気エネルギーの供給が行われている。しかし、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は、生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても分かるように、地域住民の生活環境への悪影響が極めて大きく、被害も甚大になる虞がある。

ところで、地球表面積の７１パーセントは海であり、我が国は四方を海に囲まれた海洋国である。また、我が国は領海および排他的経済水域の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に波力発電、風力発電、或いは海流・潮流発電装置を設けるならば、安定電源を得ることが可能であり、原子力発電の代替エネルギーとして海洋エネルギーを十分に役立たせることも可能である。

また、離島などにおける波力、風力、海流・潮流等海洋エネルギー利用装置の開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や小笠原諸島にある無人の島々への居住を可能にする。また、それらの島々を釣り場や観光地とする可能性を高めることができる。さらにまた離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、海や離島等を有効に利用する必要がある。

海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流・潮流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、現状は、これらを安価に且つ安全に効率よくエネルギー利用し、安定エネルギー源として有効利用できる装置が未開発の状況にある。そのため、これを早急に開発し、生活に有効利用できるようにすることが社会的にも経済的にも必要である。

特開２０１２−１９３６７６号公報

本願の出願人は、特許文献１に挙げたように風力、波力、海流、潮流等海洋エネルギーを利用して発電する装置として水上発電装置を提案したが、特に波力・海流・潮流等海洋エネルギー利用装置などにおいては、実用化ならびに装置の大規模化に伴い機構を簡略化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作し、組み立て、一体化し、また、メンテナンス費や運転コストなどのすべてにおいてコスト低下に導くとともに洋上での現地作業を極力減じたものとすることが課題として挙げることができる。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に着目してなされたもので、海洋における波力、風力、海流、潮流などのエネルギー変換装置を有する水上発電装置等を備えた浮体の浮体支持軸に屈折機構とを持たせ、あるいは更に加えて回転機構を持たせて、浮体の運搬、設置、安全性等を高めることができる浮体支持軸を提供することを目的とする。

また、上記浮体支持軸を備えた浮体に設けられ、高効率で安全に安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を実現する風力、波力、海流、潮流などの水上発電装置を提供することを目的とする。

さらに、装置の最下端部に備えたおもり近傍の低層部にある栄養塩水を取水し、海面付近に放水、拡散することによって植物性プランクトンの増養殖、海域の肥沃化、水産資源の増養殖等に貢献できる水上発電装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］各種の装置を設置して水面上に浮かべる浮体（１）を支持するための浮体支持軸（１４Ａ）の軸構造において、
前記浮体支持軸（１４Ａ）は、全体として一本の軸状を成し、前記浮体（１）に連結された浮体連結軸部（３１０）と、該浮体連結軸部（３１０）よりも下方に延びる下延軸部（１４０）とから成り、該下延軸部（１４０）の下方には錘（１９）とバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）とが設けられ、
前記下延軸部（１４０）は、上軸部（７４ａ）及び下軸部（７４ｂ）から成り、前記上軸部（７４ａ）と前記下軸部（７４ｂ）とは、前記下軸部（７４ｂ）を上軸部（７４ａ）へ向けて回動可能とする、前記下延軸部（１４０）の中心線と交叉する回動中心軸（１５）によって連結され、前記上軸部（７４ａ）の下端と前記下軸部（７４ｂ）の上端とにはフランジが設けられ、
前記錘（１９）とバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）とは、前記下軸部（７４ｂ）に設けられ、前記下軸部（７４ｂ）の上方への回動によって水面上に揚げることが可能であり、前記上軸部（７４ａ）の下端に設けられたフランジと前記下軸部（７４ｂ）の上端に設けられたフランジとを連結固定することによって一本の軸状にして鉛直下方に吊り下げ可能であることを特徴とする浮体支持軸（１４Ａ）の軸構造。

［２］各種の装置を設置して水面上に浮かべる浮体（１）を支持するための浮体支持軸（１４）の軸構造において、
前記浮体支持軸（１４）は、全体として一本の軸状を成し、前記浮体（１）に連結された浮体連結軸部（３１）と、該浮体連結軸部（３１）よりも下方に延びる下延軸部（１４０）と、該下延軸部（１４０）と前記浮体連結軸部（３１）とを相対回転可能に連結する回転軸部（Ｓ）とから成り、前記下延軸部（１４０）の下方には錘（１９）とバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）とが設けられ、
前記回転軸部（Ｓ）は前記浮体連結軸部（３１）に連結された上部胴（５２）と前記下延軸部（１４０）に連結された下胴部（５６）とから成り、
前記下延軸部（１４０）は、上軸部（７４ａ）及び下軸部（７４ｂ）から成り、前記上軸部（７４ａ）と前記下軸部（７４ｂ）とは、前記下軸部（７４ｂ）を上軸部（７４ａ）へ向けて回動可能とする、前記下延軸部（１４０）の中心線と交叉する回動中心軸（１５）によって連結され、前記上軸部（７４ａ）の下端と前記下軸部（７４ｂ）の上端とにはフランジが設けられ、
前記錘（１９）とバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）とは、前記下軸部（７４ｂ）に設けられ、前記下軸部（７４ｂ）の上方への回動によって水面上に揚げることが可能であり、前記上軸部（７４ａ）の下端に設けられたフランジと前記下軸部（７４ｂ）の上端に設けられたフランジとを連結固定することによって一本の軸状にして鉛直下方に吊り下げ可能であることを特徴とする浮体支持軸（１４）の軸構造。

［３］前記浮体支持軸（１４）の回転中心線が中心を通るように前記浮体支持軸（１４）内に設けたシールボックス（３６，３６ａ）とケーブル挿通管（３４）を備え、
前記シールボックス（３６，３６ａ）は、前記浮体連結軸部（３１）の下端部に設けた底板（３３）に貫通して設けられ、
前記ケーブル挿通管（３４）は、前記シールボックス（３６，３６ａ）内に挿通されており、前記下延軸部（１４０）の上端部に設けたフランジ（７１）に貫通して設けられ、
前記回転軸部（Ｓ）が回転すると、前記ケーブル挿通管（３４）に対して前記シールボックス（３６，３６ａ）が回転することを特徴とする項［２］に記載の浮体支持軸（１４）の軸構造。

前記錘（１９）は前記浮体支持軸（１４，１４Ａ）の下端部に設けられ、前記バラストタンク（２０ａ、２０ｂ）は前記錘（１９）の上下に配設され、前記上下のバラストタンク（２０ａ、２０ｂ）を連通口（２０ｃ）で連通させたことを特徴とする項［１］から［３］のいずれか一つの項に記載の浮体支持軸（１４、１４Ａ）の軸構造。

［５］前記浮体（１）は、該浮体（１）の上面に配設され、内部に駆動モータ（３４ｆ）を設けた運転室（２）と、前記浮体支持軸（１４，１４Ａ）の中心線上に延設されたケーブル挿通管（３４）と、前記駆動モータ（３４ｆ）から前記ケーブル挿通管（３４）内を延びる回転軸（３４ｃ）と、前記下延軸部（１４０）内に配設された水中ポンプ（１５４）とを備え、
前記浮体支持軸（１４，１４Ａ）の下延軸部（１４０）の内部を取水路とし、前記下延軸部（１４０）の上部に放水口（１５９）を有し、
前記駆動モータ（３４ｆ）によって駆動される前記水中ポンプ（１５４）により、前記下延軸部（１４０）の下端部近傍の水を前記放水口（１５９）から放水可能としたことを特徴とする項［１］から［４］のいずれか一つの項に記載の浮体支持軸（１４，１４Ａ）の軸構造。

［６］水面上に浮かぶ浮体（１）に発電装置を設けた水上発電装置（Ａ，Ｂ）において、
前記項［１］から［５］のいずれか一つの項に記載の軸構造を有する浮体支持軸（１４，１４Ａ）を備えたことを特徴とする水上発電装置（Ａ，Ｂ）。

［７］海流・潮流等を利用する発電装置を水面上に浮かぶ浮体（１）に設けた水上発電装置（Ａ，Ｂ）において、
前記項［１］から［５］のいずれか一つの項に記載の軸構造を有する浮体支持軸（１４，１４Ａ）を備えたことを特徴とする水上発電装置（Ａ，Ｂ）。

［８］風力を利用する発電装置を水面上に浮かぶ浮体（１）に設けた水上発電装置（Ａ，Ｂ）において、
前記項［１］から［５］のいずれか一つの項に記載の軸構造を有する浮体支持軸（１４，１４Ａ）を備えたことを特徴とする水上発電装置（Ａ，Ｂ）。

前記本発明は次のように作用する。
項［１］に係る浮体支持軸（１４Ａ）の軸構造によれば、浮体支持軸（１４Ａ）は、全体として一本の軸状を成し、各種の装置を設置して水面上に浮かべる浮体（１）を支持している。浮体（１）に連結された浮体連結軸部（３１０）よりも下方に延びる下延軸部（１４０）は、上軸部（７４ａ）と下軸部（７４ｂ）とが回動可能に連結されている回動中心軸（１５）を中心にして、該下軸部（７４ｂ）を上方へ回動することができる。一本の棒状とするときは、上軸部（７４ａ）の下端に設けられたフランジと下軸部（７４ｂ）に設けられたフランジとを例えばボルトで連結固定すればよい。
また、下延軸部（１４０）を屈折させて浮体支持軸（１４Ａ）の全長を短くするとともに下延軸部（１４０）の下方に設けた錘（１９）とバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）とを水面上に揚げることができるので、浮体支持軸（１４Ａ）を備えた浮体（１）の水面上での移動を容易にすることができる。

項［２］に係る浮体支持軸（１４）の軸構造によれば、さらに浮体連結軸部（３１）と、浮体連結軸部（３１）よりも下方に延びる下延軸部（１４０）とは、これらを連結する回転軸部（Ｓ）のうち浮体連結軸部（３１）に連結されている上部胴（５２）と下延軸部（１４０）に連結されている下部胴（５６）とが相対回転することによって相対回転できる。これにより、浮体（１）の方向を自由に変えることができる。

項［３］に係る浮体支持軸（１４）の軸構造によれば、浮体支持軸（１４）内に備えたシールボックス（３６，３６ａ）は、回転軸部（Ｓ）が回転したときにシールボックス（３６，３６ａ）に挿通されたケーブル挿通管（３４）に対して回転するので、浮体（１）の回転に対して自在に対応することができる。

項［４］に係る浮体支持軸（１４，１４Ａ）の軸構造によれば、浮体支持軸（１４，１４Ａ）の下端部に設けた錘（１９）は、該錘（１９）の上下に配設したバラストタンク（２０ａ，２０ｂ）が連通口（２０ｃ）によって連通しているので、下延軸部（１４０）を屈折させたり真直ぐに延ばしたりする際に、バラストタンク（２０ａ，２０ｂ）内部の水を移動させて空にすることで容易となる。

項［５］に係る浮体支持軸（１４，１４Ａ）の軸構造によれば、浮体（１）の上面に配設され、内部に駆動モータ（３４ｆ）を設けた運転室（２）と、浮体支持軸（１４，１４Ａ）の中心線上に延設されたケーブル挿通管（３４）と、駆動モータ（３４ｆ）からケーブル挿通管（３４）内を延びる回転軸（３４ｃ）と、下延軸部（１４０）内に配設された水中ポンプ（１５４）とを備える場合、浮体支持軸（１４，１４Ａ）の下延軸部（１４０）の内部を取水路とし、下延軸部（１４０）の上部に放水口（１５９）を有するので、前記駆動モータ（３４ｆ）によって駆動される前記水中ポンプ（１５４）により、下延軸部（１４０）の下端部近傍の水を取水して、取水路を通して汲み上げた水を放水口（１５９）から放水することができる。これにより、海底部付近の栄養塩水等を汲み上げて海面近くで放水することが可能となるので、海域の肥沃化、水産、漁業等に適した海域を造りだすことができる。

項［６］に係る水上発電装置（Ａ，Ｂ）によれば、項［１］から［５］のいずれか一項に記載の軸構造を有する浮体支持軸（１４，１４Ａ）を備えるので、水面上で水上発電装置（Ａ，Ｂ）を移動させることが容易になる。

項［７］に係る水上発電装置（Ａ，Ｂ）によれば、海流・潮流に対して浮体（１）を最適な方向に向けることが容易であるので、海流・潮流を有効に利用した発電をすることができる。また、水上発電装置（Ａ，Ｂ）を容易に移動させることができる。

項［８］に係る水上発電装置（Ａ，Ｂ）によれば、風向に対して水上発電装置（Ａ，Ｂ）を最適な方向に向けることが容易であるので、風を有効に利用した発電をすることができる。また、水上発電装置（Ａ，Ｂ）を容易に移動させることができる。

浮体支持軸の下軸部を上軸部へ向けて回動可能であるので、海洋上での移動が容易であり、各種の装置を設置した浮体を海洋上の所望の場所に設置して、風と波と海流のエネルギーを利用した複合発電が容易にできるため、安定電源、電源の多様化、電力の平滑化、質の良い電源確保、トータル発電量を増大することが可能である。

水上風力発電、波力発電、海流・潮流発電が同一浮体一基に搭載可能であるために、これらそれぞれ独立発電に比べ、浮体、係留などは共用可能であり、トータル的にコスト低減が行われ、発電原価を引き下げることができる。

ドックなどにおける製造、組み立て、ドック引き出し、曳航、運搬、設置等の作業の簡略化と大型クレーン台船等の削減効果は海洋作業における事故を減じ、製造コストを引き下げ、発電原価を引き下げられる。

また、浮体に連結された浮体連結軸部と下延軸部とが相対回転可能であるので、潮の流れに合わせて回転する浮体に備えた発電装置からも容易に発電することが可能であり、発電した電力を海底に埋設、固定した海底ケーブルに伝達することもできる。

浮体内、或いは運転室内でほとんどの運転管理、保守、点検、メンテナンスが行えるため、作業性が良く安心、安全作業、作業の簡略化がコスト低下、発電原価低下につながる。

本発明の第１の実施の形態に係る浮体支持軸の軸構造を備えた水上発電装置を示す縦断面図である。図１の浮体を支持回転させる回転部と屈折構造を示す拡大説明図である。図２における保護ボックス内の拡大説明図である。図２のＹ−Ｙ矢視断面拡大図である。図１の浮体本体の構造を示す縦断面拡大図である。図５の平面図である。図１におけるＺ−Ｚ矢視断面拡大説明図である。図１のＷ部におけるプロペラタービン水車取付け付近を示す拡大図である。図８のプロペラタービン水車取付け部分の平面図である。図８のＸ−Ｘ矢視断面図である。（Ａ）は海流・潮流等の流速分布一例図であり、（Ｂ）は海流・潮流等の流水受水面形状一例図であり、（Ｃ）は海流・潮流等のベクトル一例図である。本発明の第２の実施の形態に係る浮体支持軸の軸構造を備えた水上発電装置の低層水（栄養塩水）の取水構成を示す説明図である。図１２の取水ポンプ回り拡大説明図である。図１３におけるＶ−Ｖ断面拡大図である。乾ドック内における錘製作要領図である。水張りドック内における錘回転取付け要領図である。本発明の第３の実施の形態に係る浮体支持軸の軸構造を備えた水上発電装置を示す説明図である。本発明の第４の実施の形態に係る浮体支持軸の軸構造を備えた水上発電装置を示す説明図である。

本発明に係る浮体支持軸の軸構造を有する浮体支持軸を備えた水上発電装置は、例えば海洋、湖沼、河川等の水面上に浮かせて使用される。以下、水上発電装置として海洋上において使用する水上発電装置を例に挙げて説明する。

以下、図面に基づき本発明の各実施の形態について説明する。
図１から図１１までは、本発明の第１の実施の形態に係る水上発電装置Ａを示している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水上発電装置Ａを示す縦断面図であり、図２は、図１における浮体支持軸の回転部と屈折部との近傍部分の構造を示す拡大説明図である。図３は、図２における保護ボックス内の構造を示す拡大説明図である。図４は、図２におけるＹ−Ｙ矢視断面拡大図であり、図５は、図１における浮体本体の構造を示す縦断面拡大図である。図６は、図５の浮体本体の平面図であり、図７は、図１におけるＺ−Ｚ矢視断面拡大説明図である。図８は、図１におけるプロペラタービン水車取付け部分Ｗを示す図であり、図９は、図８のプロペラタービン水車の取付け部分を示す平面図である。図１０は、図８のＸ−Ｘ矢視断面図であり、図１１（Ａ）は海流・潮流等の流速分布の一例を示す図であり、図１１（Ｂ）は海流・潮流等の流水受水面形状の一例を示す模式図であり、図１１（Ｃ）は海流・潮流等のベクトルの一例を示す図である。

図１および図５に例示したように、水上発電装置Ａは、海洋上で海面ＳＷ上に浮体１が浮くようになっている。詳細は後記するが浮体１の中心部にプール１０６が設けられ、該プール１０６は、中底１０７によって上部プール１０６ａと下部プール１０６ｂとに仕切られている。中底１０７には、上部プール１０６ａと下部プール１０６ｂとを連通させる連通部１０８が設けられている。浮体１の外部より、波動、或いは海流・潮流等水流により上部プール１０６ａへ水を取り込み、連通部１０８を介して下部プール１０６ｂより浮体１の外部へ排水する。このときの連通部１０８の水の流れを利用して波力発電、或いは海流・潮流発電をする。この発電に関しては後述する。

浮体１の上面には運転室２が設けられている。一方、浮体１の下方には海流・潮流等の流体の流れに合わせて浮体１を追従回転させるための舵板４が設けられている。

図７から図９までに示したように、舵板４の内部下方には、舵板メンテナンス通路８ｂ，８ｃと舵板発電機室８ｄが設けられている。この舵板発電機室８ｄの内部には、回転軸５と増速機６、発電機７が設けられている。舵板発電機室８ｄの外部では、海流・潮流発電用プロペラタービン水車３が回転軸５ａに連結されている。回転軸５ａは、自在継手９によって回転軸５に連結されており、この回転軸５は増速機６、発電機７等に連結されている。

したがって、海流・潮流等流体の流れによりプロペラタービン水車３が回転すると、その回転は回転軸５ａから回転軸５に伝えられる。さらに、増速機６で回転速度が増速され、発電機７を駆動して発電できる。なお、増速機６および発電機７の代わりに油圧ポンプ等を配設して油圧動力発生部としても良い。この場合には、油圧モーター、発電機等は運転室２内に設けて油圧配管で連結すれば良い。

舵板メンテナンス通路８ｂを正面に見て左側が海流・潮流の上流側であるとすると、舵板バラストタンク８ａの下方に設けた舵板メンテナンス通路８ｂに連通した舵板発電機室８ｄの下流側の外壁１３１を回転軸５が貫通している。この回転軸５には、舵板発電機室８ｄの外部に設けられた自在継手９が連結されており、これより回転軸５ａが回転軸５に対して屈折可能に連結されている。自在継手９からプロペラタービン水車３へ所定の距離を取ってアーム軸受１０が設けられている。

運転室２の内部にはウインチ１１が設けられており、外部には滑車１２が設けられている。滑車１２には一端がウインチ１１に連結されたワイヤーロープ１３が掛けられている。ワイヤーロープ１３の他の一端は、アーム軸受１０に結ばれている。したがって、ウインチ１１を稼働させることにより、回転軸５ａは自在継手９を支点として起倒させることができる。回転軸５ａを起こすとプロペラタービン水車３は上向きとなるので、水上発電装置Ａを浅海域へ移動することが容易に可能となる。

浮体１の上部に設けた運転室２の上部には風力発電のためのタワー２４、ナセル２５、ブレード２６等が設けられ、風車２７を形成している。運転室２内には発電機２８が設けられ、油圧伝導などで風車２７の回転を発電機２８に伝導している。発電機２８が回転して発電された電力は、電力回収設備２９に送られ、後述するケーブル挿通管３４内に設けたケーブル３４ａを介して装置外部へ送電される。

一方、装置の運搬、曳航、移動時には浮体１の浮体支持軸１４を屈折させることができる。浮体支持軸１４は、浮体連結軸部３１と、摺動胴５２と、支持軸胴５６と、下延軸部１４０とから成っており、全体として一本の軸状を成している。浮体連結軸部３１は浮体１に固定されており、該浮体連結軸部３１の下端に摺動胴５２が固定されている。摺動胴５２の下方には支持軸胴５６が配設されており、摺動胴５２と支持軸胴５６とは摺動して互いに相対回転することができる。支持軸胴５６の下端には下延軸部１４０が固定されている。

この下延軸部１４０は、屈折可能な屈折部Ｊを有している。屈折部Ｊは、下延軸部１４０が延びる方向に上下に２分割された屈折胴７４ａ，７４ｂから成り、屈折ピン１５により、該屈折ピン１５を回動中心軸として上方に回動させて屈折できるようになっている。即ち、屈折胴７４ｂ側を屈折胴７４ａ側へ向けて回動させることができる。

浮体支持軸１４の下方には錘１９と、錘１９の上下両側にはバラストタンク２０ａ、２０ｂ等が設けられている。また、図１５に示したように、バラストタンク２０ａ、２０ｂ間にはこれらを連通させる連通口２０ｃが設けられている。

図１に示したように、浮体１の外部には補助浮体１６が設けられている。該補助浮体１６は、サドル１６ｄを介して浮体１に固着されている。補助浮体１６の中心部には、スリーブ管１６ａが鉛直に貫通している。スリーブ管１６ａの内部には、ワイヤーロープ１８が貫通している。スリーブ管１６ａの出入り口両側には、ワイヤーロープ１８を掛ける滑車１６ｂ、１６ｃが設けられている。また、浮体１に補助浮体１６を取り付ける作業の際と浮体支持軸１４を屈折させる作業の際には、補助浮体１６内にバラスト水の出し入れや調整等が必要なため、バラスト水の取水ポンプ、排水ポンプ、通気管、弁、配管、ホース等の補助設備が備えられている。

装置の移動の際は、バラストタンク２０ａ、２０ｂ内の水を抜いて空気を充満させ、ウインチ１７の稼働により屈折ピン１５を支点として浮体支持軸１４を屈折させることができる。ウインチ１７は、浮体１上の運転室２内に設けられている。

ウインチ１７には、ワイヤーロープ１８の一端が接続されている。ワイヤーロープ１８の他端は、浮体支持軸１４の屈折部Ｊよりも下方の部分に連結されており、ワイヤーロープ１８をウインチ１７等で索引することによって屈折部Ｊの所で下延軸部１４０を屈折できるようになっている。

したがって、下延軸部１４０を破線の位置まで持ち上げることにより、浮体支持軸１４の下端部の錘１９、バラストタンク２０ａ、２０ｂを水面上に浮上させることができる。下延軸部１４０の中間部分に設けたサドル１４ａを補助浮体１６のベース１６ｅに当てて、サドル１４ａおよびベース１６ｅ双方をボルトで固定することができる。

屈折部Ｊの屈折ピン１５の上方にはチェーン取付部２１が取り付けられており、該チェーン取付部２１には係留チェーン２２が取り付けられている。係留チェーン２２の下端にはアンカー２３が取り付けられており、海底ＳＧにアンカーされている。ここで、係留チェーン２２は、ワイヤー、ロープ、パイプチェーン等、装置を係留できるものであれば良い。

図２、図３において、浮体支持軸１４の浮体連結軸部３１は浮体１の中央部を鉛直に貫通している。浮体連結軸部３１の上部は、運転室の床板２ａを貫通して運転室２内に接続されている。浮体連結軸部３１の下部は、浮体１の底板１１１を貫通し、回転軸部Ｓを構成する摺動胴５２や支持軸胴５６および屈折部Ｊを有する下延軸部１４０に接続されている。

浮体１の底部において、浮体連結軸部３１はフランジ３２等を用いて回転軸部Ｓに接続されている。フランジ３２とほぼ同位置には浮体連結軸部３１の底板３３が設けられている。

浮体連結軸部３１の内部から下方に向かって、浮体支持軸１４の中心線上にケーブル挿通管３４が延設されている。このケーブル挿通管３４の中には海底ケーブル３４ａ等の海底に設置させるものが挿入されている。ケーブル挿通管３４は底板３３を貫通している。貫通部分の下方にはシール３５、シールボックス３６等が設けられている。

また、底板３３の上部にもシール３５ａ、シールボックス３６ａ等が設けられ、シール押さえリング３８等でシール３５ａは押さえられている。したがって、浮体連結軸部３１とケーブル挿通管３４とは相対的に回転摺動できるがシール３５、３５ａの作用により、浮体連結軸部３１の内部室３７に浸水することはない。

つぎに電導部Ｅの説明を行う。電導部Ｅは、ケーブル挿通管３４と保護ボックス４５を有している。ケーブル挿通管３４は、浮体連結軸部３１の底板３３に設けたシールボックス３６，３６ａを貫通している。底板３３よりも上方は、浮体連結軸部３１の回転軸内部室３７であり、該回転軸内部室３７にケーブル挿通管３４が延びている。

シールボックス３６ａの上方にはケーブル挿通管３４の外周を囲むようにリング４０が設けられている。リング４０は、ケーブル挿通管３４の引き抜きを防止するためのストッパーである。ケーブル挿通管３４は、リング４０よりも上方の運転室２内に配設された保護ボックス４５内にまで挿通されている。この保護ボックス４５内に挿通されている部分を囲むように電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設けられている。

保護ボックス４５内では、ケーブル挿通管３４と電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃとの間に碍子４２ａ、４２ｂ、４２ｃが介装されている。これにより、ケーブル挿通管３４と電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃとは絶縁されている。電導リングレール４１ａは、分割ケーブル４３ａの電線に接続されている。また、電導リングレール４１ｂは分割ケーブル４３ｂの電線に接続されており、電導リングレール４１ｃは分割ケーブル４３ｃの電線に接続されている。このため、電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃには通電するがケーブル挿通管３４自体には通電しない。

電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃの外周にはブラシ４４ａ、４４ｂ、４４ｃが設けられている。保護ボックス４５は、作業員の安全性を確保するとともに内部の電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃ等の構成要素を保護している。保護ボックス４５内に設けたサポート４６ａ、４６ｂ、４６ｃと碍子４７ａ、４７ｂ、４７ｃとスプリング４８ａ、４８ｂ、４８ｃ等の組み合わせにより、ブラシ４４ａ、４４ｂ、４４ｃは電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃに常に押圧されている。

一方、発電装置によって発電された電力が電力回収設備２９等を介して分割ケーブル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ等に送られ、さらにブラシ４４ａ、４４ｂ、４４ｃに接続されている。これにより、ブラシ４４ａ、４４ｂ、４４ｃと電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃには通電するが保護ボックス４５やサポート４６ａ等には通電されない。

図３において電導リングレール４１ａ、４１ｂ、４１ｃとして電極数が３極のものを例示したが、これに補助電源などの電導機能を追加すると、より多極数の構成となる。また、図２に示したように、回転軸内部室３７の底部にはシール部からの漏水、ドレン等による漏電事故等を防止するために常に漏水のチエックをすると共に、溜まった水を排出するための水中ポンプ４９を配設する等の対策が施されている。

次に回転軸部Ｓの説明を行う。
浮体支持軸１４の浮体連結軸部３１の下端に形成されたフランジ３２には、相フランジ５１が設けられている。この相フランジ５１には、摺動胴５２が設けられており、該摺動胴５２には摺動フランジ５３が設けられている。

摺動胴５２の下方には支持軸胴５６が配設されている。支持軸胴５６の上端には摺動フランジ５５が形成されている。摺動フランジ５３の下面と支持軸胴５６の上端の摺動フランジ５５上面との間に摺動シート５４が介装されている。支持軸胴５６の下端にはフランジ５７が設けられている。

摺動フランジ５５には、摺動胴５２の内側に位置するように内胴５８が設けられている。この内胴５８と摺動胴５２とは摺動回転できる。

図示した例では、摺動フランジ５３の上面には摺動シート５９を配設し、摺動フランジ５５の下面には摺動シート６０を配設してある。これら摺動フランジ５３、摺動シート５４、摺動フランジ５５、摺動シート５９および摺動シート６０の計５枚を鋏環６１により、全周に間隙等の余裕を持たせて挟み込んである。工作の都合上鋏環６１は全円周を２個、或いは複数個に分割すると良いが、分割部はフランジ６２等を設け、ボルト６３等で締め付け円形を保つようにする。

つぎに浮体支持軸１４の屈折部Ｊの説明を行う。
図２に示したように、支持軸胴５６の下端部に設けたフランジ５７に下延軸部１４０の上端に形成されている上端フランジ７１が連結されている。フランジ５７と上端フランジ７１とはボルト７２等で固定されている。上端フランジ７１の中心部には前記したケーブル挿通管３４の鉛直に延びる部分が貫通し、貫通部７３は溶接などで固着されている。ケーブル挿通管３４は、貫通部７３の下方で斜め下方に屈曲し、先端は下延軸部１４０の外部に延びている。

上端フランジ７１の下方には、屈折胴７４ａおよび該屈折胴７４ａの下に位置する屈折胴７４ｂそれぞれが配設されている。屈折胴７４ａと屈折胴７４ｂとは、前記のように屈折ピン１５によって連結されている。また、屈折胴７４ａの端面にはフランジ７７、７８、７９等が設けられている。同様に屈折胴７４ｂの端面にはフランジ８０、８１、８２等が設けられている。

屈折胴７４ａの側壁には、ケーブル挿通管３４の先端側が貫通する貫通部７５が形成されている。この貫通部７５ではケーブル挿通管３４と屈折胴７４ａの側壁とを補強板を取り付けたり、溶接をしたり等によって密閉してある。

以上によりケーブル挿通管３４内に通されたケーブル３４ａは浮体支持軸１４の浮体連結軸部３１内部から装置外部へ出すことができる。また、屈折胴７４ａには装置全体を係留する係留チェーン２２を取り付けるチェーン取付部２１が設けられている。

なお、ここで前記した上端フランジ７１の中心部を貫通し、溶接などで固着し、しかも底板３３の中心部を貫通したケーブル挿通管３４は、シールボックス３６，３６ａとリング４０との間にスペーサー４０ａ、縦フランジ４０ｂ、ボルト４０ｃ等を設け、シール３５ａのメンテナンススペースの隙間は塞ぐが、ある程度の緩み、ゆとりのある設定としてある。

浮体連結軸部３１と下延軸部１４０との関係において、上端フランジ７１とリング４０の間は、最も負荷が掛かる相対的な摺動回転軸の中心軸ともなり、装置の要部ともなるので、鋏環６１が万一の事故などで破壊した場合でも、この中心軸部の要部としてのケーブル挿通管３４とリング４０、シールボックス３６，３６ａが破壊されなければ安全性が保たれる。したがって、上端フランジ７１には補強骨７１ａを設け、底板３３には補強骨３３ａを設けてこの部分に十分な強度を持たせている。

図１、図２において、下延軸部１４０は、最下端部には抵抗板錘１９およびバラストタンク２０ａ、２０ｂ、連通口２０ｃ並びにバラスト水を注排水するノズル等が設けられている。屈折ピン１５は、下延軸部１４０の延びる方向の中心線上において、該中心線と直交する方向上に設けられている。屈折ピン１５は屈折胴７４ａ，７４ｂの屈折支点となる。屈折胴７４ａにはリング７６が設けられ、屈折胴７４ｂには当板８３ａ、８３ｂが設けられており、屈折胴７４ａ、７４ｂ双方に穿設された穴に屈折ピン１５が通されている。この屈折ピン１５を用いることで、屈折胴７４ａ，７４ｂは屈折するので、下延軸部１４０を屈折させることができ、運搬、設置等の作業上便利である。

図２、図４において、屈折胴７４ａの下端面に設けられたフランジ７７に相対するように屈折胴７４ｂの上端面にはフランジ８０が設けられている。また、屈折胴７４ａの側面を切欠いた側面端の鉛直部分に設けられたフランジ７８と対称となるフランジ８１が屈折胴７４ｂの側面端の鉛直部分に設けられている。さらに、屈折胴７４ａの側面を切欠いた側面端の傾斜部分に設けられた斜面フランジ７９と同様の斜面フランジ８２が屈折胴７４ｂの側面を切欠いた側面端の傾斜部分に設けられている。

図示したように屈折胴７４ａ，７４ｂの側面の切欠き部分は連続した切り欠き部分となっているが、この切欠き部分を塞ぐように胴当て８５が設けられている。この胴当て８５には、前記したフランジ７９、７８、８１、８２と相対するようにフランジ８６、８７、８８が設けられている。これらフランジ７９、７８、８１、８２と相対するフランジ８６、８７、８８とはボルトなどで固定されている。

水中でのダイバーの作業を簡略化するために、上方に位置する屈折胴７４ａにはアイプレート８９を設け、胴当て８５にヒンジ９０を設けて、これらをピン９１によって連結してある。これにより、作業中部品を海に落とすことがないようにするための対策と作業の簡略化が図られている。また、胴当て８５にはアイプレート９２を設けて、ワイヤーロープによって索引し、ダイバー作業の簡略化を図っている。また、胴当て８５には補助浮体９３を設けて浮力のつり合いを考慮することにより作業の軽減、簡略化を図っている。

図５に示したように、本発明の浮体支持軸の構造を有する浮体支持軸を備えた水上発電装置Ａは、水底ＳＧに在るが下端のアンカー２３が係留チェーン２２によって係留されており、水面ＳＷ上に浮上している。水面ＳＷ上に浮上している浮体１は中心部が水面ＳＷよりも上方に突き出すように浮力が調整されている。中心部には後述するように水が入り込む開口１０１が形成されている。浮体１はこの開口１０１から下向きに傾斜した傾斜面１０２ａを有する板状の傾斜部１０２ｂを有しており、傾斜部１０２ｂの下端周縁は、水面下となるように構成されている。

図６に例示したように、浮体１は、上から見たときに傾斜部１０２ｂの下端周縁がほぼ均等な長さの複数の端辺部からなる多角形を成しているものである。なお、この形状は多角形に限らず円形、楕円形等であってもよい。

水上発電装置Ａのほぼ中心部、すなわち、開口１０１周縁からは、傾斜面１０２ａ上を傾斜部１０２ｂの下端周縁に向かってほぼ均等な角度をもって放射状に延びる板状或いは内部が空洞である箱状の収斂堤１０３が立設されている。この収斂堤１０３は、開口１０１側から傾斜部１０２ｂの下端周縁側までその上縁の高さの位置が変わらない。

言い換えると、傾斜部１０２ｂの傾斜面１０２ａから収斂堤１０３の上縁までの高さは傾斜面１０２ａが開口１０１側から下端周縁に向かって低くなるにしたがって、傾斜部１０２ｂからの収斂堤１０３の上縁までの高さが高くなっている。この収斂堤１０３の内部には、水上発電装置Ａに浮力を与えるための不図示の浮力室が設けられている。

前記したように浮体１の中心部に設けた開口１０１の下方にはプール１０６が配設されている。このプール１０６は、開口１０１とほぼ同心に配設されており、中底１０７によって上部プール１０６ａと下部プール１０６ｂに仕切られている。上部プール１０６ａは、開口１０１側から解放されている。上部プール１０６ａと下部プール１０６ｂとは複数設けた連通部１０８によって連通している。この複数の連通部１０８それぞれの内部には、後述する発電機１０９を駆動させるための水車１１０が配設されている。

上部プール１０６ａの側壁の外側には、このプール側壁１０６ｃを囲むように浮力室１１２が形成されている。この浮力室１１２は、プール側壁１０６ｃと、傾斜部１０２ｂの傾斜面１０２ａの裏側と、隔壁１１３とによって密閉可能な空間として形成されている。この浮力室１１２には浮力の調整のためのバラスト水が出入りするため、不図示のノズルや通気配管並びにポンプ装置、波浪の大小による装置の浮沈コントロール設備等が設けられている。或いはスチロール等による浮力室が設けられている。

傾斜面１０２ａには取水口１１４が設けられており、この取水口１１４からは上部プール１０６ａまで連通する取水路１１５が設けられている。この取水路１１５は、浮体１の外部の水を上部プール１０６ａに取り込むための水流路である。この取水路１１５の上部プール１０６ａの近傍には、上部プール１０６ａに取り込んだ水が浮体１の外部側へ逆流することを防止するための逆止手段１１６が配設されている。

この逆止手段１１６は逆止弁でもよいが、より簡易な構造のものとして、取水路１１５を塞ぐことができる板状体を、取水路１１５を塞いだ状態よりも取水口１１４側へは逆流しないように取り付けたものでよい。なお、逆止手段１１６の取り付け位置は、取水路１１５内であれば上部プール１０６ａの近傍に限らず、上部プール１０６ａに取り込んだ水が浮体１の外部側へ逆流が防止できる位置であればよい。また、取水口１１４には取水フィン１１７が設けられている。

また、傾斜面１０２ａには、取水口１１４の下側に排水口１１８が設けられている。この排水口１１８からは下部プール１０６ｂまで連通する排水路１１９が設けられている。この排水路１１９は、下部プール１０６ｂの水を浮体１の外部に排水するための排水路である。この排水路１１９の排水口１１８の近傍には、浮体１の外部の水が下部プール１０６ｂに進入することを防止するための進入防止手段１２０が配設されている。

これら取水路１１５と排水路１１９とを一組として、複数組を傾斜面１０２ａの全周にわたって略等間隔に配設することが好ましい。例えば、隣り合う２つの収斂堤１０３によって画成された傾斜面１０２ａごとに一組を配設する。

これにより、水上発電装置Ａを水面上に設置する際に、波の寄せてくる向きや水流の向きを考慮することなく水上発電装置Ａをどのような向きに設置しても変わらない発電効率で発電することができる。ただし、舵板操作による。水流の向きに関しては本発明の浮体回転軸を用いて、自動的に向きを変えて発電することもできる。また、プール１０６の上部プール１０６ａの側壁１０６ｃと排水路１１９の仕切り壁部において、メンテナンス用ドア１２１等も設けられている。

前記のように連通部１０８内には連通部１０８内を上部プール１０６ａから下部プール１０６ｂへ流れる水を利用して発電機１０９を駆動させるための水車１１０が配設されている。水車１１０は、連通部１０８内を上部プール１０６ａから下部プール１０６ｂへ流れる水によって回転する。水車１１０の回転軸１２２は、連通部１０８の中心と同心となるように延設されている。これら水車１１０の回転軸１２２の上部には不図示の変速機が連結されており、該変速機を介して発電機１０９が連結されている。

図７は図１におけるＺ−Ｚ矢視図であり、舵板縦断面図である。舵板４は船舶に用いる舵板とほぼ類似の役目をする類似の形状のものである。本装置においてはプロペラタービン水車３を水流の流れに合わせて、効率良く回転させるために舵板４を設けている。

舵板４の内部を上下に仕切る上部は舵板バラストタンク８ａとし、下部は舵板メンテナンス通路８ｂとしてある。舵板メンテナンス通路８ｂ，８ｃに連通した舵板発電機室８ｄにはプロペラ回転軸５と増速機６、発電機７等が配設されている。舵板バラストタンク８ａにはバラスト水の供給、排水ポンプ、通気口等の設備が設けられている。

図８は、図１のＷ部におけるプロペラタービン水車３の取付けられた部分を示す縦断面拡大図である。図９は、図１のＷ部を示す図８の平面図である。図１０は図８におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。

図８および図９において、海流・潮流等の流体の流れ方向ＳＦの上流側となる部分に舵板発電機室８ｄが設けられている。また、舵板発電機室８ｄ内には、下流側に外壁１３１が設けられている。外壁１３１は、外壁１３１よりも外の外海１３２の海水が舵板発電機室８ｄに流入しないようになっている。舵板発電機室８ｄの外壁１３１にはプロペラタービン水車３の回転を伝達する回転軸５が挿通されている。

外壁１３１を貫通する部分には軸受１３３が設けられている。軸受１３３は、回転軸５の回転を円滑に回転させるだけでなく、外海１３２からの海水が舵板発電機室８ｄ内に流入、漏水させないようにするための止水防止機能も備えている。回転軸５からの回転力により、舵板発電機室８ｄ内に配設した発電機７が駆動され、発電される。なお、前記のように増速機６および発電機７の代わりに油圧ポンプ、油圧配管等により、運転室２に油圧動力を伝導し、運転室２内の発電機を回転させて発電するようにしてもよい。

外壁１３１の外側には自在継手９が設けられている。この自在継手９を介して前記回転軸５と回転軸５ａとが連結されている。これにより、回転軸５ａは回転軸５に対して屈折して角度変化することができる。さらに回転軸５ａの途中にはアーム軸受１０を設けてある。図８、図９、図１０において軸受部の両側のアーム１０ａに挟まれた中で両腕を延ばしたようにアーム軸受１０が設けられると共に、その中に回転軸５ａが通されている。また、アーム１０ａの屈折（支持）点１０ｂの軸受１０ｄは舵板発電機室８ｄの外壁１３１に固着されている。

図８における前記した自在継手９の屈折点９ａとアーム１０ａの屈折（支持）点１０ｂを一致させ、ここを支点に回転軸５ａをメンテナンス時においては最大屈折角度α或いは運転時屈折角度β１、β２の範囲で屈折させることができる。図９において、両側のアーム１０ａの屈折（支持）点１０ｂに設けたピン１０ｃが左右同様に設けられている。したがって、アーム１０ａの屈折（支持）点１０ｂを両側に設け、その中で、回転軸５、５ａの屈折点９ａが回転するため、左右両方向には屈折できないが上下方向には屈折しながら回転軸５ａの回転を回転軸５に伝えられる。

また、アーム軸受１０の上面にアイプレート１３４、穴１３５を設け、前記したワイヤーロープ１３の一端を通し、縛り付け、ウインチ１１でワイヤーロープ１３を索引することにより回転軸５ａを屈折させることができる。これにより、装置の曳航、運搬、移動時におけるプロペラタービン水車３の破壊を防止することができる。

さらに回転軸５ａの下流側先端には、プロペラタービン水車３が設けられている。プロペラタービン水車３のブレード１３６はハブ１３７を介して回転軸５ａにしっかりと締め付けられている。ハブ１３７には水中における複数枚のブレード１３６とハブ１３７、アーム軸受１０ならびに回転軸５ａの重量と海水中の浮力のバランスとキャビテーション防止対策のために浮力体１３８とが設けられている。

図９に示したように、２機のプロペラタービン水車３が一対設けられている。２機のプロペラタービン水車３は、それぞれのハブ１３７から真直ぐに延びる回転軸５ａの軸心が平行となるように配設されている。

また、浮体支持軸１４は、２機のプロペラタービン水車３それぞれの回転軸５ａの軸心の延びる延長方向にあって、２本の軸心間の真ん中に位置している。２つのプロペラタービンの回転方向は反対になっている。これにより、２機のプロペラタービン水車３によるトルクは相殺されて、浮体１が一方に回転してしまうことなく、海流・潮流に対して最適な方向が維持される。

以上のような構成において、台風時等における水上発電装置Ａ全体のピッチングに対しても、海流・潮流等の水上発電装置Ａにおけるプロペラタービン水車３の回転は、図８に示したように自在継手９におけるβ１或いはβ２の屈折作用によってピッチング現象を吸収し、安定回転、ならびに装置全体の安定性、安全性に富み、効率上昇が期待できる。

図１において水上発電装置Ａの浮体１の上部には、浮体１の中心部を縦方向上方に延びるタワー２４を延設した場合を破線で示してある。このタワー２４の上部にナセル２５とブレード２６が配設され、風車２７を形成する。

海洋上で風が吹き、波が立ち、風車２７が稼働して発電した電力と、これまでに説明を行った波力発電、海流・潮流等による水上発電装置で発電した電力を総合的に電力回収設備２９に回収したのち前記ケーブル挿通管３４内に設けたケーブル３４ａを介して陸上等送電目的地まで送電することができる。

図１１（Ａ）は海流・潮流等の流速分布一例図であり、図１１（Ｂ）は海流・潮流等の流水受水面形状一例図である。また、図１１（Ｃ）は海流・潮流等のベクトルの一例を示す図である。

図１２および図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る水上発電装置Ｂを示し、浮体支持軸１４の構造を有する支持軸を備えた水上発電装置Ｂの低層水（栄養塩水）の取水構成図である。本図においては汲み上げた低層水（栄養塩水）をプロペラタービン水車３の上流側に放水し、外海に拡散するものである。設計次第では、この水をホース等を用いて使用目的の養殖場等に給水することも可能である。

本実施の形態に係る水上発電装置Ｂは、波浪などによる浮体１と浮体支持軸１４の上下動に対して逆止弁１５８、１６２の作用によってある程度の低層水を汲み上げることが可能であるが汲み上げ量をより一層大きくするために、水中ポンプ１５４を設けてある。

前記した浮体１の浮体支持軸１４はほぼ鉛直に海中に延び、水中の下延軸部１４０の上部には屈折部Ｊとチェーン取付部２１が設けられている。屈折部Ｊの上方に塞ぎ板１５１が設けられている。塞ぎ板１５１は、浮体支持軸１４の上軸部７４ａの内側軸断面を全面的に塞いでいる。

塞ぎ板１５１の中央部には、穴１５２とノズル１５３が設けられている。下延軸部１４０内部でこの塞ぎ板１５１には水中ポンプ１５４が配設されている。水上発電装置Ｂの中心線２ｃが中心を通るように穿設した穴１５２には、水中ポンプ１５４の取水口１５５が通されている。

水中ポンプ１５４の回転は、運転室２内の保護ボックス４５の上部に設けた駆動モーター３４ｆによって行われる。駆動モーター３４ｆから延びる回転軸３４ｃおよび保護管３４ｂが前記ケーブル挿通管３４の内部において水上発電装置Ｂの中心線２ｃと同心となるように設けられている。これにより、駆動モーター３４ｆの回転は水中ポンプ１５４に伝達される。

水中ポンプ１５４が回転すると浮体支持軸１４内を汲み上げられた低層水は、水中ポンプ１５４の取水口１５５から塞ぎ板１５１を通過して、屈折部Ｊの上方にある上部室１５６に送られる。該上部室１５６の上方には前記した上端フランジ７１、チェーン取付部２１等が設けられている。チェーン取付部２１とほぼ同レベルの位置にノズル１５７、逆止弁１５８、放水口１５９を一組として、浮体支持軸１４の上軸部屈折胴７４ａの円周上に複数組が設けられている。

このため、水中ポンプ１５４で汲み上げた低層水は浮体支持軸１４の上部室１５６から、ノズル１５７、逆止弁１５８、放水口１５９を介して外海に放水される。放水された低層水は海流・潮流の水に流されながらプロペラタービン水車３の回転により拡散される。

一方、浮体１の浮体支持軸１４の下端部に錘１９が設けられると共に、浮体支持軸１４の最下端にはフランジ１４ｄが設けられている。フランジ１４ｄの下方には相フランジ１６０に繋がるフレキシブルホース１６１、逆止弁１６２、取水口１６３が設けられている。取水口１６３は、フレキシブルホース１６１にて取水目的の位置まで下げられている。このため水中ポンプ１５４が稼働すると取水目的の低層水（栄養塩水）等を取水して上部放水口１５９より放水することができる。

図１４は、図１３におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。図示したように、同心多重に構成された管の外側にケーブル挿通管３４が設けられている。このケーブル挿通管３４の内部には、ケーブル３４ａの分割ケーブル４３ａ、４３ｂ、４３ｃが同一の円周上にほぼ等間隔に設けられている。これら分割ケーブル４３ａ、４３ｂ、４３ｃよりも中心寄りには保護管３４ｂが設けられている。さらにその内側の中心部には回転軸３４ｃが設けられている。

また、設計条件次第であるが、保護管３４ｂの内側には樹脂ライニング３４ｄが設けられ、さらにその内側には間隙３４ｅを有している。この間隙３４ｅ或いはケーブル挿通管３４と保護管３４ｂの間隙には水上発電装置Ｂの上部から海水などの冷却水を注入して回転軸３４ｃとその関連軸受け、樹脂ライニング３４ｄ、および分割ケーブル４３ａ、４３ｂ、４３ｃ等を冷却することもある。

図１５は、乾ドック内における錘製作要領図である。本図はドック１６５内でおもり１９の製作時における錘荷重は相当量の荷重となるため、ドック１６５に常備のクレーンなどでは吊ることができない。このため、錘１９の両側に設けたバラストタンク２０ａ、２０ｂ双方を連通させる連通口２０ｃが設けられている。

図１６は水張りドック内における錘回転取付け要領図である。本図においては錘１９の製作は全て完了した時点でドック１６５内に水を入れ、錘１９を浮上させる。浮上した錘１９は重心の関係から製作時とは違い浮上しているため、バランスを失い重心と浮心との関係からフランジ１４ｂは下向きとなる。しかし、大きなバランス崩れではないため、このフランジ接続先のフランジ１４ｃにロープや船などで引き寄せて比較的簡単に双方のフランジをボルト締めすることができる。

ここで、錘１９の両側に両側均等なバラストタンク２０ａ、２０ｂを設け双方を連通口２０ｃで連通させ、多少フランジ１４ｂの方が重くなるように設計することにより、非常に簡単に作業が行える。

また、風力発電装置内にクレーンを備えることにより、水上風力発電装置の重量バランスを取るだけでなく、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン台船等の出動を削減し、水上風力発電装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどが容易になる。さらに、風波、うねり等荒海域でのメンテナンス作業の危険性の改善、現地工事の削減、簡略化によって稼働率を高め、トータルシステムとして、安全性、安定性、経済性等において総合的に勝り、製造コストならびに発電原価等の大幅な引き下げが可能となる。

図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る水上発電装置Ｃを示している。この水上発電装置Ｃの備える浮体支持軸１４Ａは、第１の実施の形態に係る水上発電装置Ａにおける浮体支持軸１４から回転軸部Ｓを除いた軸構造を有している。なお、第１の実施の形態に係る水上発電装置Ａにおける構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

浮体支持軸１４Ａは、全体として一本の軸状を成している。浮体支持軸１４Ａは、浮体１に連結された浮体連結軸部３１０と、この浮体連結軸部３１０よりも下方に延びる下延軸部１４０とを有している。浮体連結軸部３１０は、水上発電装置Ａにおける浮体連結軸部３１の上端が運転室２の床板２ａまで延びているが、上端がプール１０６の中底１０７よりもやや上方にまでしか延びていない点で異なっている。

浮体連結軸部３１０の下端には、屈折部Ｊの屈折胴７４ａが連結固定されている。屈折胴７４ａには、屈折ピン１５により該屈折ピン１５を回動中心軸として上方に回動可能な屈折胴７４ｂが連結されている。また、上記実施の形態と同様に胴当て８５が取り付けられている。

これよりも下部の構成は、第１の実施の形態と同様である。なお、第１の実施の形態では屈折胴７４ａにチェーン取付部２１が設けられている。本実施の形態においても屈折胴７４ａにチェーン取付部２１を設けることができるが、図１７には浮体１の底板１１１にチェーン取付部２１０を設けたものが例示されている。また、チェーン取付部２１０は中底１０７に設けてもよい。

図１８は、本発明の第４の実施の形態に係る水上発電装置Ｄを示している。この水上発電装置Ｄの備える浮体支持軸１４Ａは、第３の実施の形態に係る水上発電装置Ｃにおける浮体支持軸１４Ａと同じである。また、浮体１の底板１１１または中底１０７にチェーン取付部２１０を設けたことも第３の実施の形態に係る水上発電装置Ｃと同様である。さらに、第２の実施の形態に係る水上発電装置Ｂと同様にプロペラタービン水車３を備えている。即ち、本実施の形態に係る水上発電装置Ｄは、第３の実施の形態に係る水上発電装置Ｃにプロペラタービン水車３を設けたものである。

本発明の第１の実施の形態から第４の実施の形態それぞれに係る水上発電装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、いずれも浮体支持軸を途中で屈折させることができるので、海洋上での移動が容易であり、各種の装置を設置した浮体を海洋上の所望の場所に設置して、風と波と海流のエネルギーを利用した複合発電を容易にすることができる。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

本発明に係る機構および装置は、海洋上において、使用する浮体式の水上発電装置に限られることなく、広く適用することができる。また、風力、波力、海流、潮流、潮汐、河川流水発電装置や、これらの固定式発電装置等の海洋エネルギーを利用する分野等にも広く使用できる。

Ａ…水上発電装置
Ｂ…水上発電装置
Ｃ…水上発電装置
Ｄ…水上発電装置
Ｊ…屈折部
Ｆ…風
ＳＦ…流体の流れ方向
ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４…海流・潮流の流速
ＳＷ…海面（水面）
ＳＧ…海底（水底）
Ｓ…回転軸部
α…最大屈折角度
β１、β２…運転時最大屈折角度
１…浮体
２…運転室
２ａ…運転室の床板
２ｃ…中心線
３…プロペラタービン水車
４…舵板
５、５ａ…回転軸
６…増速機
７…発電機
８ａ…舵板バラストタンク
８ｂ、８ｃ…舵板メンテナンス通路
８ｄ…舵板発電機室
９…自在継手
９ａ…自在継手の屈折点
１０…アーム軸受
１０ａ…アーム
１０ｂ…屈折（支持）点
１０ｃ…ピン
１０ｄ…軸受
１１…ウインチ
１２…滑車
１３…ワイヤーロープ
１４…浮体支持軸
１４Ａ…浮体支持軸
１４ａ…サドル
１４ｂ、１４ｃ…フランジ
１５…屈折ピン（回動中心軸）
１６…補助浮体
１６ａ…スリーブ管
１６ｂ、１６ｃ、１６ｆ…滑車
１６ｄ…サドル
１６ｅ…ベース
１７…ウインチ
１８…ワイヤーロープ
１９…錘
２０ａ、２０ｂ…バラストタンク
２０ｃ…連通口
２１…チェーン取付部
２２…係留チェーン
２３…アンカー
２４…タワー
２５…ナセル
２６…ブレード
２７…風車
２８…発電機
２９…電力回収設備
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…分割ケーブル
３１…浮体連結軸部
３２…フランジ
３３…底板
３３ａ…補強骨
３４…ケーブル挿通管
３４ａ…ケーブル
３４ｂ…保護管
３４ｃ…回転軸
３４ｄ…ライニング
３４ｅ…間隙
３４ｆ…駆動モーター
３５、３５ａ…シール
３６、３６ａ…シールボックス
３７…内部室
３８…押さえリング
４０…リング
４０ａ…スペーサー
４０ｂ…縦フランジ
４０ｃ…ボルト
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…電導リングレール
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…碍子
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ…分割ケーブル
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ…ブラシ
４５…保護ボックス
４５ａ…サポート
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…サポート
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ…碍子
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…スプリング
４９…水中ポンプ
５１…相フランジ
５２…摺動胴（上部胴）
５３…摺動フランジ
５４…摺動シート
５５…摺動フランジ
５６…支持軸胴（下部胴）
５７…フランジ
５８…内胴
５９、６０…摺動シート
６１…鋏環
６２…フランジ
６３…ボルト
７１…上端フランジ
７１ａ…補強骨
７２…ボルト
７３…貫通部
７４ａ…屈折胴（上軸部）
７４ｂ…屈折胴（下軸部）
７５…貫通部
７６…リング
７７、７８…フランジ
７９…斜面フランジ
８０、８１…フランジ
８２…斜面フランジ
８３ａ、８３ｂ…当板
８４…ナット
８５…胴当て
８６、８７、８８…フランジ
８９…アイプレート
９０…ヒンジ
９１…ピン
９２…アイプレート
９３…補助浮体
１０１…開口
１０２ａ…傾斜面
１０２ｂ…傾斜部
１０３…収斂堤
１０４…バランス浮体
１０６…プール
１０６ａ…上部プール
１０６ｂ…下部プール
１０６ｃ…側壁
１０７…中底
１０８…連通部
１０９…発電機
１１０…水車
１１１…底板
１１２…浮力室
１１３…隔壁
１１４…取水口
１１５…取水路
１１６…逆止手段
１１７…取水フィン
１１８…排水口
１１９…排水路
１２０…進入防止手段
１２１…メンテナンス用ドア
１２２…回転軸
１３１…外壁
１３２…外海
１３３…軸受
１３４…アイプレート
１３５…穴
１３６…ブレード
１３７…ハブ
１３８…浮力体
１４０…下延軸部
１５１…塞ぎ板
１５２…穴
１５３…ノズル
１５４…水中ポンプ
１５５…取水口
１５６…上部室
１５７…ノズル
１５８…逆止弁
１５９…放水口
１６０…相フランジ
１６１…フレキシブルホース
１６２…逆止弁
１６３…取水口
１６４…低層水（栄養塩水）
１６５…ドック
１６６…枕木
２１０…チェーン取付部
３１０…浮体連結軸部

Claims

各種の装置を設置して水面上に浮かべる浮体を支持するための浮体支持軸の軸構造において、
前記浮体支持軸は、全体として一本の軸状を成し、前記浮体に連結された浮体連結軸部と、該浮体連結軸部よりも下方に延びる下延軸部とから成り、該下延軸部の下方には錘とバラストタンクとが設けられ、
前記下延軸部は、上軸部及び下軸部から成り、前記上軸部と前記下軸部とは、前記下軸部を上軸部へ向けて回動可能とする、前記下延軸部の中心線と交叉する回動中心軸によって連結され、前記上軸部の下端と前記下軸部の上端とにはフランジが設けられ、
前記錘とバラストタンクとは、前記下軸部に設けられ、前記下軸部の上方への回動によって水面上に揚げることが可能であり、前記上軸部の下端に設けられたフランジと前記下軸部の上端に設けられたフランジとを連結固定することによって一本の軸状にして鉛直下方に吊り下げ可能であることを特徴とする浮体支持軸の軸構造。
各種の装置を設置して水面上に浮かべる浮体を支持するための浮体支持軸の軸構造において、
前記浮体支持軸は、全体として一本の軸状を成し、前記浮体に連結された浮体連結軸部と、該浮体連結軸部よりも下方に延びる下延軸部と、該下延軸部と前記浮体連結軸部とを相対回転可能に連結する回転軸部とから成り、前記下延軸部の下方には錘とバラストタンクとが設けられ、
前記回転軸部は前記浮体連結軸部に連結された上部胴と前記下延軸部に連結された下部胴とから成り、
前記下延軸部は、上軸部及び下軸部から成り、前記上軸部と前記下軸部とは、前記下軸部を上軸部へ向けて回動可能とする、前記下延軸部の中心線と交叉する回動中心軸によって連結され、前記上軸部の下端と前記下軸部の上端とにはフランジが設けられ、
前記錘とバラストタンクとは、前記下軸部に設けられ、前記下軸部の上方への回動によって水面上に揚げることが可能であり、前記上軸部の下端に設けられたフランジと前記下軸部の上端に設けられたフランジとを連結固定することによって一本の軸状にして鉛直下方に吊り下げ可能であることを特徴とする浮体支持軸の軸構造。
前記浮体支持軸の回転中心線が中心を通るように前記浮体支持軸内に設けたシールボックスとケーブル挿通管を備え、
前記シールボックスは、前記浮体連結軸部の下端部に設けた底板に貫通して設けられ、
前記ケーブル挿通管は、前記シールボックス内に挿通されており、前記下延軸部の上端部に設けたフランジに貫通して設けられ、
前記回転軸部が回転すると、前記ケーブル挿通管に対して前記シールボックスが回転することを特徴とする請求項２に記載の浮体支持軸の軸構造。
前記錘は前記浮体支持軸の下端部に設けられ、前記バラストタンクは前記錘の上下に配設され、前記上下のバラストタンクを連通口で連通させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の浮体支持軸の軸構造。
前記浮体は、該浮体の上面に配設され、内部に駆動モータを設けた運転室と、前記浮体支持軸の中心線上に延設されたケーブル挿通管と、前記駆動モータから前記ケーブル挿通管内を延びる回転軸と、前記下延軸部内に配設された水中ポンプとを備え、
前記浮体支持軸の下延軸部の内部を取水路とし、前記下延軸部の上部に放水口を有し、
前記駆動モータによって駆動される前記水中ポンプによって前記下延軸部の下端部近傍の水を前記放水口から放水可能としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の浮体支持軸の軸構造。
水面上に浮かぶ浮体に発電装置を設けた水上発電装置において、
請求項１から５のいずれか一項に記載の軸構造を有する浮体支持軸を備えたことを特徴とする水上発電装置。
海流・潮流等を利用する発電装置を水面上に浮かぶ浮体に設けた水上発電装置において、
請求項１から５のいずれか一項に記載の軸構造を有する浮体支持軸を備えたことを特徴とする水上発電装置。
風力を利用する発電装置を水面上に浮かぶ浮体に設けた水上発電装置において、
請求項１から５のいずれか一項に記載の軸構造を有する浮体支持軸を備えたことを特徴とする水上発電装置。