WO2010116530A1 - 洋上自然エネルギー変換装置 - Google Patents

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WO2010116530A1
WO2010116530A1 PCT/JP2009/057368 JP2009057368W WO2010116530A1 WO 2010116530 A1 WO2010116530 A1 WO 2010116530A1 JP 2009057368 W JP2009057368 W JP 2009057368W WO 2010116530 A1 WO2010116530 A1 WO 2010116530A1
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magnesium
natural energy
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conversion device
offshore
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信義 辻
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to an offshore natural energy conversion device using wave power, wind power and sunlight at sea and a natural energy utilization system including a method for storing, transporting and regenerating electric energy.
  • the present invention provides a means capable of efficiently converting natural energy including wave power, wind power and, optionally, sunlight in the ocean into electricity.
  • the present invention provides a system that enables efficient and inexpensive storage and transportation of electrical energy produced in large quantities by producing magnesium from seawater using the electrical energy thus converted. Is.
  • the conventionally proposed wave power generation is considered to be an advantageous power generation method in terms of using enormous, sustained and high-density wave power as an energy source, but has not yet been put into full-scale practical use. Is the current situation.
  • Patent Documents 1 to 4 various types of wave power generation have been proposed.
  • the main method is to generate a flow of air or water using the vertical movement of a large wave, collect the flow by a duct, and drive a turbine to generate electricity.
  • a conventional wave power generation device that uses seawater flow energy
  • the kinetic energy of a high-pressure fluid cannot be used efficiently.
  • a large-scale system is inevitably necessary, and there is a problem that the power generation facility must be enlarged. Therefore, many problems remain from the viewpoint of power generation costs and efficient use of natural energy.
  • a gyro wave power generation device in which the floating moment of the sea is received by a control moment gyro and power is generated using the energy.
  • this power generator is expected to be structurally complex and expensive.
  • JP-A-6-280240 Japanese Patent Laid-Open No. 5-164036 JP 2005-207332 A International Publication WO 02/077369 A1 International Publication WO 01/01620 International Publication WO 015/015844
  • magnesium chloride MgCl
  • magnesium is produced using electrolysis smelting or thermal reduction smelting, and has been mainly used as a negative electrode material (hydrogen storage material) for nickel-MH batteries.
  • a negative electrode material hydrogen storage material
  • nickel-MH batteries nickel-MH batteries
  • An object of the present invention is to provide an offshore natural energy conversion device using wave power, wind power and sunlight at sea, and a natural energy utilization system including a method for storing, transporting and recycling electric energy. .
  • the present invention provides a system that enables efficient and inexpensive storage and transportation of electrical energy produced in large quantities by producing magnesium from seawater using the electrical energy thus converted. It is for the purpose.
  • the present invention efficiently manufactures various structural members, hydrogen fuel (hydrogen storage material), magnesium raw materials used for industrial raw materials, and enables recycling and recycling of the raw materials in multiple stages.
  • the purpose is to provide a means of utilizing natural energy that realizes the effective use and recycling of seawater resources, and does not emit harmful waste that causes pollution, thereby significantly reducing the environmental impact. To do.
  • an offshore natural energy conversion device includes a mother body and a movable wing that is swingably connected to the mother body, and is arranged on the sea surface to respond to the vertical movement of the wave. And a movable wing that amplifies the vertical movement of the movable wing by correlating the fluctuation with the wind force passing through the sea surface, and is connected to the movable wing and added from the vertical movement of the movable wing.
  • a pump for generating a pressurized fluid and a generator driven by the pressurized fluid from the pump are provided.
  • the movable wing of the offshore natural energy conversion device can further include a solar power generation device.
  • the swing control means for controlling the swing amplitude of the movable blade can be further provided, and the swing control device is, for example, at least one selected from the group consisting of a spring, an air spring, and an electric device. Can be.
  • the mother body may be a land including a grounded structure, or an offshore floating structure including an artificial floating island and a hull.
  • a movable blade variable device that can freely change the fixed position and orientation of the movable blade with respect to the vertical direction and / or the horizontal direction.
  • the offshore natural energy conversion device can include means for using at least a part of the generated electric power for the propulsive force of the mother body, and further, the pressurized pressurized by the pump. It is also possible to provide means for using the propulsive force of the mother body after at least a part of the pressurized fluid or the pressurized fluid is used for the operation of the generator.
  • a plurality of the above-mentioned offshore natural energy conversion devices can be connected and operated integrally with each other.
  • the swing control means can be controlled so that the swing amplitude of the movable blade is relatively larger than the swing amplitude of the mother body.
  • the offshore natural energy conversion device may be configured such that the movable wing has a function of attenuating wave oscillation, and can be installed on a coast and / or a floating body to function as a wave protection device. Is possible.
  • the offshore natural energy conversion device can include a movable wing variable device that can move the movable wings so that the movable wings can expand and contract or fold according to the strength of the wind waves.
  • the present invention includes a method for producing magnesium using natural energy, including the step of producing magnesium from seawater on the matrix using the electric power obtained by the above-described offshore natural energy conversion device.
  • magnesium hydroxide (Mg (OH)
  • MgCl magnesium chloride
  • HCl hydrochloric acid
  • the present invention includes a method for producing hydrogen using natural energy, including the step of producing hydrogen by electrolyzing seawater on the matrix using the electric power obtained by the offshore natural energy conversion device described above. To do.
  • the present invention encompasses a method for producing a magnesium hydride containing, using natural energy to obtain a magnesium hydride (MgH 2) with magnesium and hydrogen obtained by the above method.
  • the present invention also provides a primary use using a magnesium alloy made of magnesium obtained by the above method or other conventional methods as a structural material, and a hydrogen obtained using a magnesium alloy as a waste material for the primary use as a raw material.
  • a method for recycling and using magnesium material including a step of quaternary use as a raw material for producing magnesium chloride and a step of producing magnesium metal from magnesium chloride obtained as a result of the quaternary use.
  • the magnesium alloy as the waste material when used for the second time, a step of adding calcium and aluminum in the range of 1 to 50% by weight to the magnesium alloy as the waste material for primary use.
  • secondary use using magnesium hydride as a hydrogen storage material is included.
  • wave power, wind power and sunlight which are enormous marine energy, can be efficiently converted into mechanical kinetic energy or electric power using an integrated system.
  • magnesium, hydrogen and magnesium hydride can be produced on the ocean using electrical energy converted on the ocean, and a large amount of electrical energy converted from ocean natural energy is stored, transported and regenerated. It can be used.
  • Sectional drawing which shows one embodiment of this invention. Sectional drawing which shows correlation with the movable blade of the apparatus which concerns on this invention, a wave, and a wind. Sectional drawing which shows one embodiment of this invention. Sectional drawing which shows one embodiment of this invention. The flowchart which shows the storage / transport of electric energy and the recycling
  • An offshore natural energy conversion device is a mother body and movable wings swingably connected to the mother body, and is arranged on the sea surface and rocks in accordance with the vertical movement of the wave.
  • a correlating wind force passing through the sea surface is correlated with the swing, so that the vertical motion of the movable blade is amplified, and a pressurized fluid is generated from the vertical motion of the movable blade connected to the movable blade.
  • a generator driven by the pressurized fluid from the pump.
  • the movable wing of the present invention unlike the conventional float, the movable wing having a flat wing shape projects between the waves to form an air pocket and further to the lower part of the movable wing.
  • the falling phenomenon due to the weight of the movable wing can be utilized to effectively amplify the swinging motion of the movable wing.
  • the correlation between the movable wing and the wave is on the convex part of the wave moving in the direction perpendicular to the long side.
  • the bottom of the concave portion between the waves is pushed down by the wind pressure while the wind force circulates and applies lift to the movable blade, and then the wave convex portion is pushed out from the lower portion of the movable blade by the wind pressure pushing the wind pool.
  • the movable wing loses its buoyancy momentarily and falls to the concave portion of the next wave coming from the drop phenomenon due to the weight of the movable wing. Since the center of gravity of the movable wing sinks deeper than the positional relationship with the sea surface by normal buoyancy due to acceleration, the swinging motion of the movable wing is amplified. In this case, the drop increases as the wave irregularity increases, and the acceleration of the drop increases, and the correlation becomes faster as the wind pressure increases.
  • the pumping action of the oscillating motion is achieved by the structure including the stationary side of the mother body serving as a fulcrum and the movable wing on the movable side serving as a force point, and the linkage interlockingly serving as the action point.
  • the fluid can be pressurized to a high pressure.
  • the generator is driven by the pressurized fluid from the pump.
  • the movable wing of the offshore natural energy conversion device can further include a solar power generation device.
  • the swing control means for controlling the swing amplitude of the movable blade can be further provided, and the swing control device is, for example, at least one selected from the group consisting of a spring, an air spring, and an electric device. Can be.
  • the mother body may be a land including a grounded structure, or an offshore floating structure including an artificial floating island and a hull.
  • a movable blade variable device that can freely change the fixed position and orientation of the movable blade with respect to the vertical direction and / or the horizontal direction.
  • the offshore natural energy conversion device can include means for using at least a part of the generated electric power for the propulsive force of the mother body, and further, the pressurized pressurized by the pump. It is also possible to provide means for using the propulsive force of the mother body after at least a part of the pressurized fluid or the pressurized fluid is used for the operation of the generator.
  • a plurality of the above-mentioned offshore natural energy conversion devices can be connected and operated integrally with each other.
  • the swing control means can be controlled so that the swing amplitude of the movable blade is relatively larger than the swing amplitude of the mother body.
  • the offshore natural energy conversion device may be configured such that the movable wing has a function of attenuating wave oscillation, and can be installed on a coast and / or a floating body to function as a wave protection device. Is possible.
  • the offshore natural energy conversion device can include a movable wing variable device that can move the movable wings so that the movable wings can expand and contract or fold according to the strength of the wind waves.
  • the above swing control device causes the moment of inertia of the ascending motion to disappear quickly to lower the movable blade, and the next ascending stroke (fluid pressurizing stroke).
  • the moment of inertia of the ascending motion disappear quickly to lower the movable blade, and the next ascending stroke (fluid pressurizing stroke).
  • it is convenient in a floating structure where the mother side moves like a ship, even after passing through the actuator by high-pressure fluid (air), Alternatively, even if it is directly ejected from the nozzle into the seawater, it is possible to reduce the loss and obtain thrust.
  • a high-pressure fluid from a plurality of pumps is configured in a single system in which a system including a pump and a movable blade including a circulation system is linked to each other, and the operating device and the rotating shaft of the generator are connected.
  • the movable wing is connected and interlocked by connecting a variable body between the connecting body to be connected and the gantry, it will be able to avoid damage such as high waves during typhoons and changes in sea surface swells, and to adapt to the sea surface conditions. Can drive to.
  • the present invention includes a method for producing magnesium using natural energy, including the step of producing magnesium from seawater on the matrix using the electric power obtained by the offshore natural energy conversion device. To do.
  • magnesium hydroxide (Mg (OH)
  • MgCl magnesium chloride
  • HCl hydrochloric acid
  • the present invention includes a method for producing hydrogen using natural energy, including the step of producing hydrogen by electrolyzing seawater on the matrix using the electric power obtained by the offshore natural energy conversion device described above. To do.
  • the present invention encompasses a method for producing a magnesium hydride containing, using natural energy to obtain a magnesium hydride (MgH 2) with magnesium and hydrogen obtained by the above method.
  • the present invention also provides a primary use using a magnesium alloy made of magnesium obtained by the above method or other conventional methods as a structural material, and a hydrogen obtained using a magnesium alloy as a waste material for the primary use as a raw material.
  • a method for recycling and using magnesium material including a step of quaternary use as a raw material for producing magnesium chloride and a step of producing magnesium metal from magnesium chloride obtained as a result of the quaternary use.
  • a step of adding calcium and aluminum in the range of 1 to 50% by weight to the magnesium alloy as the waste material for primary use includes secondary use using magnesium alloy or magnesium hydride (alloy) as a hydrogen storage material.
  • magnesium hydroxide As seawater and is widely provided as seawater and soil improvement materials, industrial materials, gastrointestinal drugs, etc., but there is no residue from the use of magnesium or magnesium alloy waste materials. Absent.
  • magnesium hydroxide After smelting magnesium from seawater with electrical energy converted by offshore natural energy, and then using it as magnesium or magnesium alloy, hydrogen fuel can be made by hydrolysis, and if the remaining magnesium hydroxide can be reused, magnesium can be wasted There is no effective recycling.
  • magnesium is advantageous both in the environment and in the industry because it can select the only method that does not produce pollutants among metal resources.
  • the first issue is to keep magnesium alloy waste or metallic magnesium safe at room temperature and to perform high energy treatment for hydrogenation (hydrogen storage). Processing is required. And it is necessary to spend a lot of labor and input energy for the process, and there is a problem that the manufacturing cost increases. For this reason, the current situation is that it has not been applied to hydrogen production technology utilizing hydrolysis.
  • the second problem is that the conventionally proposed hydrogen generation technology requires a hydrolysis reaction in a high temperature region of 600 ° C. or higher, and thus has a large heat load and is not practical.
  • the present inventor has already proposed a low-cost and efficient production method for producing a suitable material (hydrogen storage material) for hydrolysis from magnesium alloy waste material or magnesium as a technique for solving the above two problems, and A method of controlling hydrogen production safely and efficiently in a normal temperature range using a hydrogen storage material and magnesium has been proposed (Patent Documents 5 and 6).
  • a low-cost production method for producing a high-energy material capable of generating more hydrogen from hydrolysis of magnesium alloy waste material or magnesium, and using this material, hydrolysis is safe at room temperature.
  • Incorporating the method that can be used to control hydrogen generation into the technology that the present inventor has already proposed makes it possible to store and transport a large amount of electric energy, which has been difficult until now.
  • the above-mentioned useful process can be realized more efficiently and stably by the above-mentioned multistage circulation utilization method of magnesium.
  • magnesium can be used continuously in multiple stages, such as smelting, structure material, hydrolysis, and industrial use. Furthermore, even in the course of such a multi-stage utilization process, no harmful substances that cause pollution are produced as a by-product.
  • a plurality of natural energies such as enormous wave power, wind power and sunlight at sea can be converted into useful energy efficiently and at low cost regardless of the scale of the apparatus. Can do.
  • This conversion technique can be applied to a wide range of areas such as coasts and offshore floating structures.
  • the converted electrical energy can be stored, transported and regenerated from the ocean by replacing it with magnesium metal at sea, and can be used for multistage circulation of magnesium on land. It is also advantageous from the viewpoint of recycling seawater resources.
  • FIG. 1 and 3 are schematic cross-sectional views showing an embodiment of the offshore natural energy conversion device according to the present invention, respectively, and FIG. 2 is an explanatory view showing the correlation between wave force and wind force in the cross section of the movable blade.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the present invention when employed in a hull.
  • the offshore natural energy conversion device shown in FIG. 1 includes a mother body 2, movable blades 3, solar cells 4, pistons 8, swing control device 10, support tube 15, cylinder 16, check valves 20, 22, actuating device 25, power generation.
  • the wing-shaped movable wing 3 in which the solar cell 4 is arranged on the upper surface is connected to the gantry 11 via the rotating shaft 7 connected to the mother body 2 inside the recess 35.
  • the tip of the gantry 121 and the movable wing 3 are connected via a connecting body 19, and the movable wing 3 is provided to float on the sea surface 5 so as to be able to swing up and down.
  • the movable wing 3 is made of a light plastic material with a flat cross-section so that the movable wing 3 can easily generate a swinging motion due to a drop between wave irregularities, and can withstand the shock of the wave. As shown in FIG.
  • the movable wing 3 is configured such that the direction and the position of the movable wing 3 can be freely arranged up and down and left and right by providing a motorized variable device 12 between the connecting body 19 and the gantry 11.
  • variable device 12 is configured such that a long side of the variable device 12 is perpendicular to the mother body 2 during normal operation in order to protect the movable blade 3, such as a high wave during a typhoon or a storm, by rotating the variable device 12. Can be parallel. Moreover, when stopping driving
  • the upper end of the gantry 11 connected to the base body 2 is movably connected to one end of a piston 8 and a swing control device 10 constituting a fluid pressurizing pump. Further, a cylinder 16 of a fluid pressurizing pump to which a fluid inflow and outflow circulation system pipe is attached is connected to a tip end portion of a support tube 15 fixed to the base body 2 and protruding. Moreover, various pumps, such as a bellows, can be adopted as a pump type.
  • the fluid inflow and outflow circulation pipes attached to the head of the cylinder 16 are disposed inside the support pipe 15 and connected to the high pressure fluid 40 and low pressure fluid 50 pipes via check valves 20 and 22 respectively. Then, a fluid in which a material suitable for the purpose, such as air, water, or silicon oil, is circulated. Of these, it is convenient to use air or seawater as fluid, and air is the most desirable.
  • the swing control device 10 can moderately push down the pedestal 11 and limit the swing motion range as a function, and employs a metal spring or an air spring as well as an electric motor, and the device is configured as necessary.
  • a single or a plurality of swing control devices are provided.
  • the distal end portion of the swing control device 10 is inserted through a guide port provided in the support tube 15 and is configured such that, for example, a metal spring or an air spring sandwiches the support tube 15.
  • the piping of the high-pressure fluid 40 is connected to the input port of the operating device 25 whose rotating shaft is connected to the generator 26, while the required number of piping of the low-pressure fluid 50 connected to the output port of the operating device 25 is provided.
  • the fluid pressurizing pump is connected to and connected to the piping system of the cylinder 16 so that the fluid can circulate.
  • the above-described correlation between the wave force by the movable blade 3 and the wind force will be described in more detail with reference to FIG.
  • the traveling direction of the wind force flowing in the direction perpendicular to the long side of the movable wing 3 is W
  • the traveling direction of the wave irregularities is M
  • the wave irregularities of the sea surface 5 are moving toward the movable blade 3 in the order of 5a, 5b, 5c, 5d.
  • the wave recess 5b is created by applying wind force to the movable wing 3 by wind pressure by creating an air pocket in the wave gap 5b by the overhang of the surface of the movable wing 3 so When the wind pressure is pushed down by the wind pressure and then the wind pressure is pushed by the wind pressure, the wave projection 5 a is pushed out from the lower part of the movable blade 3.
  • the movable wing 3 momentarily loses buoyancy, the movable wing 3 falls into the concave portion 5b of the wave that moves next from the drop phenomenon due to the gravity of the movable wing 3.
  • the swinging motion of the movable blade 3 is amplified by the amount that the center of gravity of the movable blade sinks deeper than the positional relationship with the sea surface due to normal buoyancy due to acceleration.
  • the movable blade 3 is arranged in parallel to the base body 2.
  • the mother body 2 can be an offshore floating structure such as an artificial floating island or a hull.
  • the movable blade 3 moves up and down in accordance with the movement of the water surface in contact with the base body 2, the fluid is pressurized by the pump action, and is converted from fluid motion to electrical energy.
  • mooring means can not be expected especially in the deep sea, so it is always necessary to thrust to place the artificial floating islands assuming that they are washed away by ocean currents. And it is possible to cover the thrust required in this case with the electric power from an electrical conversion system.
  • the swing control device When the mother body is a hull and the converter of the present invention is operated while the hull is traveling, the swing control device is controlled to generate power while sliding the movable wing like a water ski. It is preferable to perform the operation while minimizing the resistance.
  • the use of fluid pressurized to high pressure by a pump action is, for example, if the fluid is air or the like, after passing through the actuator 25 or directly against seawater.
  • the loss can be reduced as much as possible and the necessary thrust can be obtained.
  • a plurality of natural energies such as wave power, wind power and sunlight can be combined or efficiently and integrated into electricity or It can be converted into propulsion.
  • a pn-coupled semiconductor solar cell or a dye-sensitized solar cell can be used after being waterproofed.
  • FIG. 5 is a flowchart 100 of the energy storage / transport / recycling method, and the outline of the recycling process of the magnesium material will be described with reference to this figure.
  • a series of processes are start 101, pretreatment 102, smelting 103, storage / transport 104, untreated 105, alloying treatment 106, hydrogenation treatment 107, hydrolysis 108, untreated 109, catalyst treatment 110, and post treatment 111. , And end 112. In addition, energy 115 is input to these series of processes.
  • magnesium hydroxide (Mg (OH)
  • MgCl magnesium chloride
  • MgCl magnesium chloride
  • MgCl metallic magnesium
  • Mg is produced by smelting or plasma decomposition smelting and thermal reduction smelting to replace the input electric energy with a substance called magnesium, and this is then stored and transported 104.
  • a magnesium alloy is manufactured by adding manganese (Mn), aluminum (Al), zinc (Zn), calcium (Ca) and the like by alloying treatment 106.
  • the magnesium alloy thus obtained is used as a material for various structures and components for primary use.
  • the magnesium alloy waste material of the structure or the pulverized particles are obtained by hydrogenating magnesium by the hydrogenation treatment 107.
  • hydrogen can be generated from the obtained magnesium hydride alloy or magnesium hydride (MgH 2 ) by hydrolysis 108. Hydrogen obtained by this water splitting can be recycled as energy.
  • the obtained hydrogen is a regenerative energy of the energy input with the energy 115. Therefore, the electric energy obtained by converting the natural energy on the ocean according to the present invention is input as the energy 115, and the generated hydrogen is used on land as fuel, so that the electric energy obtained on the ocean is regenerated on land. It means to do.
  • the magnesium alloy as a waste material for primary use has a small amount of calcium and aluminum. Therefore, in order to further enhance the effect of the redox reaction of the electrode material and the reaction with water, these elements can be further added in the range of 1 to 50% by weight.
  • these elements can be further added in the range of 1 to 50% by weight.
  • the reaction with water tends to be promoted as the amount of calcium added increases.
  • the tendency for the amount of hydrogen generation by hydrolysis to increase increases as the amount added increases.
  • the catalyst treatment 110 the remaining magnesium hydroxide mixture or magnesium hydroxide (Mg (OH)) produced from the magnesium hydride alloy or magnesium hydride (MgH 2 ) after one hydrolysis reaction is converted into seawater or soil. It can be used as an improved material or industrial material. As a result, the magnesium material is finally discarded or returned to the sea as a natural product, and finally circulated once by the seawater collecting operation at start 101.
  • Mg (OH) magnesium hydroxide
  • MgH 2 magnesium hydroxide
  • magnesium hydroxide mixture or magnesium hydroxide (Mg (OH)) is regenerated by using post-treatment 111 with hydrochloric acid to produce magnesium chloride (MgCl), and magnesium chloride (MgCl) produced in the pretreatment 102. Join and make one cycle.
  • the energy 115 is replaced by a substance by the energy input by the smelting 103.
  • This work enables the storage, transport, and regeneration of large amounts of electrical energy that have been previously considered difficult.
  • the energy 115 in this case does not specify the type of energy, the conversion location, the conversion method, etc., but is a work method according to the nature of the energy. If it is electric power, the electrolysis smelting method or the plasma decomposition smelting method If it is the heat of combustion, it will be a thermal reduction smelting method.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
  • the present invention relates to technology for converting natural energy consisting of wave power, wind power and solar power generation to useful energy such as electric energy and mechanical energy, including wave power generation on the ocean, and utilization of hydrogen energy based on magnesium material. It can be widely used in the construction of renewable energy utilization systems including technology, and is extremely useful for the transition to a sustainable recycling society.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびにおよび電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムを提供すること。　母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備する、洋上自然エネルギー変換装置。

Description

洋上自然エネルギー変換装置
　本発明は、海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびに電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムに関するものである。
　すなわち、本発明は、海洋における波力、風力および所望により太陽光を含む自然エネルギーを効率的に電気に変換することができる手段を提供するものである。
　さらに、本発明は、このようにして変換された電気エネルギーを用いて、海水からマグネシウムを製造することによって大量に生成する電気エネルギーの効率的かつ安価な貯蔵・輸送を可能にするシステムを提供するものである。
　このシステムを採用することによって、各種構造部材、水素燃料、工業原料に用いられるマグネシウム原料を効率的に製造するとともに、これを多段的に循環させ再生利用することが可能となり、海水資源の有効利用と循環利用を実現させて、公害の原因となる有害廃棄物を排出しない環境負荷の著しい低減化が図られた自然エネルギーの活用手段を提供することができる。
　従来提案されている自然エネルギーの利用態様としては、太陽光発電、風力発電、波力発電等が知られている。
　このうち、太陽光発電と風力発電はすでに実用化されている。しかしながら、太陽光発電は、太陽電池パネルのコストが依然として高いという問題や、天候に左右されるという不安定性の問題がある。また、風力発電においては、発電規模に従って装置が高コスト化するという問題の他、設置場所が限定される、広い敷地面積を要する、あるいは風量の変化に左右される（不安定性）などの問題がある。
　　さらに従来提案されている波力発電は、膨大で持続的かつ高密度の波力をエネルギー源とする点において有利な発電方法と考えられているが、いまだ本格的な実用化には至っていないのが現状である。
　これまで波力発電としては、種々の方式が提案されている（特許文献１～４）。その主たる方法は、大きな波の上下運動を利用して、空気または水の流れをつくり、その流れをダクトによって集めてタービンを駆動させて発電を行うものである。たとえば、海水の流動エネルギーを用いる従来の波力発電装置においては、装置の規模が小さいと、高圧な流体の運動エネルギーを効率的に活用することができないため、発電量を高めるためにはある程度大規模なシステムが不可避的に必要となり、このため発電設備が大型化せざるを得ないという問題がある。したがって、発電コストや自然エネルギーの効率的活用の観点からは多くの課題が残されている。
　また、効率の良い波力発電装置を実現するために、海上の浮体の揺れをコントロールモーメントジャイロで受け止め、そのエネルギーを利用して発電するジャイロ式波力発電装置が提案されている。しかし、この発電装置は、構造的に複雑でありコストも高くなることが予想される。
特開平６－２８０２４０号 特開平５－１６４０３６号 特開２００５－２０７３３２ 国際公開ＷＯ ０２／０７７３６９ Ａ１ 国際公開ＷＯ ０６／０１１６２０ 国際公開ＷＯ ０８／０１５８４４
　ところで、海洋の自然エネルギーで変換された大量の電気エネルギーを利用する上において、洋上から消費する陸上まで、生成したエネルギーを貯蔵・輸送することが必要となる。しかしながら、現状においては、生成した大量の電気エネルギーを貯蔵し、消費地まで効率的に輸送する技術は確立されているとは言い難い。
　特に、海洋上で生成した電気エネルギーを輸送する技術としては、海底ケーブルを用いる送電方法があるが、このような海底ケーブルは、特に深海上では浮体構造物の係留手段がなく海流に流され移動するという問題がある。つまり、海洋の自然エネルギーの利用技術においては、電気への変換技術と電気エネルギーの貯蔵・輸送および再生利用は一体的なシステムとして構築される必要がある。よって、自然エネルギーから電気エネルギーへの変換技術と、生成した電気エネルギーの貯蔵・輸送技術とは、双方が共に伴って初めて実用的なシステムとして市場への安定供給が可能となることに留意されるべきである。
　また、海洋には海水中に含まれる塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）が大量に存在し、これは金属マグネシウムの原料として有望視されている。
　従来のマグネシウムの製造技術においては、電気分解製錬や熱還元製錬を用いてマグネシウムが製造されて、主にニッケル－ＭＨ電池の負極材料（水素吸蔵材料）として利用されてきた。従来、マグネシウムは、燃焼しやすい物質であることから切削時の加工方法や屑の処理に注意を要する必要があり、一般の部材用の材料としては不向きとされ市場も制限されていた。
　しかしながら、近年、難燃性のマグネシウム合金が開発され、軽量かつ機械的特性にすぐれた新しい構造部材用材料として、パソコンのケーシングなどの様々な用途への活用が始まっている。すなわち、従来の材料である鉄、アルミニウム、プラスチックが地球資源の枯渇、再生時の電力消費や有害物質発生など社会問題化されている一方、７８０℃以下では発火しない難燃性のマグネシウム合金の出現が、新しい工業用素材として活用され始めている。この新合金の出現に伴い様々な新機能も発見されていて、従来の金属やプラスチック材料の代替品として見直され産業界から注目され、近年、徐々にマグネシウム合金の生産量も増加している。
　しかしながら、金属マグネシウムやマグネシウム合金の生産量が増加し、その利用市場が拡大するとともに、これらマグネシウム材料のリサイクルの方法が問題となり、廃材の回収・再生を含めたリサイクル技術の早期の確立が望まれる。
　本発明は、海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびにおよび電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムを提供することを目的とするものである。
　さらに、本発明は、このようにして変換された電気エネルギーを用いて、海水からマグネシウムを製造することによって大量に生成する電気エネルギーの効率的かつ安価な貯蔵・輸送を可能にするシステムを提供することを目的とするものである。
　また、本発明は、各種構造部材、水素燃料（水素吸蔵材料）、工業原料に用いられるマグネシウム原料を効率的に製造するとともに、これを多段的に循環させ再生利用することを可能とするリサイクル技術を提供するとともに、海水資源の有効利用と循環利用を実現させて公害の原因となる有害廃棄物を排出しない環境負荷の著しい低減化が図られた自然エネルギーの活用手段を提供することを目的とするものである。
　上述した課題を解決するために、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。
　本発明の好ましい態様においては、上記洋上自然エネルギー変換装置の前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備することができる。
　また、前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備することができ、該揺動制御装置は、たとえば、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つであることができる。
　さらに、前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなることができる。
　また、本発明の好ましい態様においては、前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備することができる。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置においては、発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備することができ、さらに、前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備することもできる。
　また、本発明においては、上記の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されて相互に一体的に作動させることもできる。
　また、本発明においては、前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることができる。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにすることも可能である。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備することができる。
　さらにまた、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法を包含する。
　上記マグネシウムの製造方法においては、原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含むことができる。
　さらに、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法を包含する。
　さらにまた、本発明は、上記の方法によって得られたマグネシウムと水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法を包含する。
　また、本発明は、上記の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法を包含するものである。さらに、本発明においては、上記廃材としてのマグネシウム合金の二次利用に際しては、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％～５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む。
　本発明によれば、膨大な海洋のエネルギーである波力、風力および太陽光を一体系の装置を用いて効率よく機械的運動エネルギーまたは電力に変換することができる。
　また、本発明によれば、洋上において変換された電気エネルギーによって、洋上においてマグネシウム、水素および水素化マグネシウムを製造することができ、洋上の自然エネルギーから変換した大量な電気エネルギーの貯蔵・輸送、再生利用が可能となる。
本発明の一実施態様を示す断面図。 本発明に係る装置の可動翼と波と風との相関関係を示す断面図。 本発明の一実施態様を示す断面図。 本発明の一実施態様を示す断面図。 本発明による電気エネルギーの貯蔵・輸送ならびに再生利用方法を示すフローチャート。
洋上自然エネルギー変換装置
　本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。
　たとえば、従来の円筒形や箱形などのフロートを利用した波力エネルギーの電気エネルギーへの変換装置においては、フロートを洋上に浮かべた場合、波の揺動の変化によってフロートに上下運動が発生するが、洋上を通過する風力エネルギーを活用することについては考慮されてはいないし、従来のフロートでは、風力による上下運動を発生させることはできない。
　これに対して、本発明においては、翼形状の可動翼を具備していることから、波力とともに、風力を有効かつ効率的に利用することができる。
　すなわち、本発明の可動翼においては、従来のフロートとは本質的に異なり、平らな翼形状を有する可動翼が波間に張り出す様にすることによって、風溜りを形成し、さらに可動翼の下部の波山を風圧によって押し出して可動翼の浮力を瞬間的に失うことによって、可動翼の重量による落下現象を活用して、可動翼の揺動運動を効果的に増幅できる。
　可動翼と波の相関は、長辺に対して直角方向に移り行く波の凸部上にある時、次の波の凸部との間に可動翼の面が張り出すため、ここに風溜りが形成され風力が回り込み可動翼に揚力を与えながら波間の凹部の底は風圧によって押し下げられ、次いでこの風溜りを風圧が押すことで波の凸部が可動翼の下部から押し出される。
　この時、可動翼は、浮力を瞬間的に失って可動翼の重量による落下現象から、次に移り来る波の凹部に落下する。可動翼の重心は、加速度により通常の浮力による海面との位置関係よりも深く沈み込むため可動翼の揺動運動が増幅される。この場合の落差は、波の凹凸が大きくなるほど落下の加速度も増し、相関作用は、風圧が強くなるほど迅速となる。
　また、可動翼が長辺に対して平行な方向に移り行く波の凸部上にある時においても、同様に波間に風力を回り込ませて波の凹部に風圧がかかることによって、可動翼に上述したような落下現象を発生させることができる。上記のような波の揺動に海面を通過する風力を相関させて可動翼の上下運動を増幅させる機構については、後で詳細に説明する。
　このように本発明においては、支点となる母体の固定側と力点となる可動側の可動翼と、作用点となる連結連動する架台を具備する構造によって、揺動運動のポンプ作用が、梃子の原理により、流体を高圧に加圧することができる。
　上記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。
　本発明の好ましい態様においては、上記洋上自然エネルギー変換装置の前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備することができる。
　また、前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備することができ、該揺動制御装置は、たとえば、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つであることができる。
　さらに、前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなることができる。
　また、本発明の好ましい態様においては、前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備することができる。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置においては、発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備することができ、さらに、前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備することもできる。
　また、本発明においては、上記の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されて相互に一体的に作動させることもできる。
　また、本発明においては、前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることができる。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにすることも可能である。
　さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備することができる。
　上記の揺動制御装置は、通常では可動翼を上昇行程から下降行程に変わるときに上昇運動の慣性モーメントを速やかに消滅させて可動翼を下降させ、次の上昇行程（流体の加圧行程）に移ることができるため、波の凹凸の移り変わりが速い、例えば、母体側が船のような移動する浮体構造物においては都合が良く、高圧な流体（空気）によって、作動装置を経由した後でも、または直接にでも海水にノズルから噴出させるとロスを低減して推力を得ることができる。
　また、上記のように、循環系をふくむポンプおよび可動翼からなる装置の一体系を複数連携して構成し、作動装置と発電機の回転軸を連結した単体系に複数のポンプからの高圧流体を作用させるようにすることによって、比較的コンパクトな規模で効率よく機械運動や大電力を得ることができる。
　また、可動翼の上面に太陽電池を設置することによって、太陽光、波力、風力の複数の自然エネルギーを複合的に一体系の装置によって機械運動や電気に変換することができる。
　また、可動翼は、連結する連結体と架台との間に可変装置を設けて連結連動させると、台風時の高波、海面のうねりの変化など、破損から回避させたり海面の状況に適合させるように運転することができる。
マグネシウムの製造および循環利用方法
　本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法を包含する。
　上記マグネシウムの製造方法においては、原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含むことができる。
　さらに、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法を包含する。
　さらにまた、本発明は、上記の方法によって得られたマグネシウムと水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法を包含する。
　また、本発明は、上記の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法を包含するものである。さらに、本発明においては、上記廃材としてのマグネシウム合金の二次利用に際しては、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％～５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、マグネシウム合金または水素化マグネシウム（合金）を水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む。
　近年、化石燃料の燃焼からの炭酸ガスによる地球温暖化の問題から、次世代燃料として水素が重要視されている。この点、マグネシウムは、加水分解して水から水素を生成できることが知られている。
　よって、マグネシウムまたはマグネシウム合金の廃材を利用して水素燃料の製造や電池構成要素の負極材等に活用できれば、初期に投入されたエネルギーが再生でき都合もよい。利用後の残留物は、水酸化マグネシウムである。現状市場に提供されている水酸化マグネシウムは、海水から製造して海水や土壌の改良材、工業の材料、胃腸薬など広く提供されているが、マグネシウムまたはマグネシウム合金の廃材利用からの残留物ではない。
　洋上の自然エネルギーで変換された電気エネルギーで海水からマグネシウムを製錬し、次いでマグネシウムまたはマグネシウム合金として利用した後に、加水分解によって水素燃料を作り、後に残る水酸化マグネシウムが再利用できればマグネシウムの無駄の無い有効な循環利用が可能となる。
　また、大量の電力の貯蔵・輸送、再生の課題が解消すれば、資源の少ない日本のような国には最適である。この点、マグネシウムは、金属資源の中で唯一公害物質をつくらない方法が選択できることから、環境上においても産業上においても有利である。
　しかしながら、マグネシウムを基本物質とするこの一循環のプロセスを形成するには二つの課題が残されている。
　一つ目の課題は、マグネシウム合金の廃材もしくは金属マグネシウムを常温域で安全に保持し、しかも水素化（水素吸蔵）のための高エネルギー化処理を行うには、マグネシウム原料の粉砕と水素化の処理が必要ある。そして、その処理には多くの手間と投入エネルギーを費やす必要があり、このため製造コストが増大するという問題がある。このことから、従来、加水分解を活用した水素製造技術への活用にまで至っていないのが現状である。
　さらに二つ目の課題は、従来提案されている水素生成技術においては、６００℃以上の高温域での加水分解反応が必要であることから、熱負荷が大きく実用的ではないということである。
　本発明者は、すでに上記の二つの課題を解決する技術として、マグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムから加水分解のための好適材料（水素吸蔵材料）を製造する低コストかつ効率的な製造方法、ならびに当該水素吸蔵材料およびマグネシウムを使って常温域において安全かつ効率的に水素の生成を制御する方法を提案している（特許文献５および６）。
　本発明によれば、マグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムから加水分解でより多くの水素を生成できる高エネルギー材料を製造する低コストな製造方法と、且つ、その材料を使って加水分解が常温域で安全に行われ水素生成の制御ができる方法とを、本発明者が既に提案している技術に組み込むことによって、これまで困難であった大量の電気エネルギーの貯蔵・輸送が可能となる。
　また、洋上の自然エネルギーによって有用物質に変換されて、その貯蔵・輸送が可能になることによって、陸上において水素製造のための燃料としてエネルギーを再生利用できる。
　上記の有用プロセスは、上述したマグネシウムの多段的な循環利用方法によってより効率的かつ安定的に実現できる。
　また、前述したように、マグネシウムは、製錬、構体材料、加水分解、工業利用などと順次多段的な連続利用が可能である。さらに、このような多段的な利用プロセスの過程においても、公害の原因となる有害物質を副生することもない。
　このように本発明によれば、装置規模に関わらず、海上の膨大な波力、風力、および太陽光といった複数の自然エネルギーを、一体系の装置によって効率的かつ低コストで有用エネルギーに変換できることができる。そして、この変換技術は、海岸、洋上の浮体構造物など広範囲の領域に適応することができる。
　一方、変換された電気エネルギーは、洋上においてマグネシウム金属に置換することによって、洋上からの電力の貯蔵・輸送、再生を実現し、陸上ではマグネシウムの多段的な循環利用に活用することができることから、海水資源の循環利用の点においても有利である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について説明する。図１および図３は、それぞれ本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置の一実施態様を示す概要断面図であり、図２は、可動翼の断面において、波力と風力の相関な作用を示す説明図である。さらに、図４は、船体に採用した場合の本発明の概要断面図である。
　図１に示す洋上自然エネルギー変換装置は、母体２、可動翼３、太陽電池４、ピストン８、揺動制御装置１０、支持管１５、シリンダー１６、逆止弁２０、２２、作動装置２５、発電機２６、変電装置２８などから構成されている。
　この例に示されているように、上面に太陽電池４が配された翼形状の可動翼３は、くぼみ３５の内部に母体２と接続される回転軸７を介して架台１１が連結され、その架台１２１先端と可動翼３が連結体１９を介して連結され、可動翼３が上下の揺動を可能にして海面５に浮かべて設けられている。
　可動翼３は、波の凹凸間の落差によって揺動運動が発生しやすく波の衝撃にも耐えられるように断面は平面的で軽量なプラスチック材料などが用いられ、可動翼３の先端は、船首のように円弧形状を有している。
　また、可動翼３は、連結体１９と架台１１の間に電動による可変装置１２が設けられることによって、可動翼３の方向ならびに位置が上下左右自在に配置できるようになっている。
　このような可変装置１２は、例えば、台風や暴風雨時の高波など、可動翼３を保護するために長辺が通常運転時には母体２に対して直角方向であるものを可変装置１２の回転によって母体に対して並行にすることができる。また、運転を中止する場合には、母体の上部側面に持ち上げることもできる。
　母体２と接続される架台１１の上部には、流体加圧のポンプを構成するピストン８と揺動制御装置１０の一端を各々可動自在に接続されている。また、流体の流入と流出の循環系のパイプを取り付けた流体加圧ポンプのシリンダー１６は、母体２に固定され突き出した支持管１５の先端部に接続されて設けられている。また、ポンプの形式は、ベローズなど様々のポンプが採用できる。
　シリンダー１６のヘッドに取り付けられる流体の流入と流出の循環系のパイプは、支持管１５の内部に配置され、それぞれ逆止弁２０、２２を介して高圧流体４０および低圧流体５０の配管へ接続連通されて、空気、水、シリコン油など目的に適応した材質が選択された流体が循環している。このうち空気や海水を流体にすることが便利であり、空気がもっとも望ましい。
　揺動制御装置１０は、機能として架台１１の適度な押し下げと揺動運動域の制限ができるもので、金属のばねまたはエアースプリングのほか電動機などが採用され装置が構成されて、必要に応じて単体または複数の揺動制御装置が設けられている。
　この場合、母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることが肝要である。
　また、揺動制御装置１０の先端部は、支持管１５に設けられる誘導口を貫通して挿入され、たとえば、金属のばねまたはエアースプリングが支持管１５を挟み込むようにして構成されている。
　高圧流体４０の配管は、回転軸が発電機２６と連結される作動装置２５の入力口に接続され、他方、作動装置２５の出力口に接続される低圧流体５０の配管は、必要数が設けられた流体加圧ポンプのシリンダー１６の配管系と各々接続され、流体が循環できるように接続され連通されている。
　ここで、前述した、可動翼３による波力と風力の相関的作用を図２によってさらに詳しく説明する。図２に示すように、まず、Ｘ地点の断面において、可動翼３の長辺に対し直角方向に流れる風力の進行方向をＷ、波の凹凸の進行方向をＭとし、海面５の波の凹凸は、５a、５b、５c、５dの順で可動翼３に向かって移行している。
　可動翼３が波の凸部５aにあるとき、可動翼３の面の張り出しによって波間５bに風溜りをつくり風力を回り込ませることで、風圧により可動翼３に揚力を与えながら波間の凹部５bは風圧によって押し下げられ、次いでこの風溜りを風圧が押すことで波の凸部５aが可動翼３の下部から押し出される。
　この時可動翼３は、浮力を瞬間的に失うため可動翼３の重力による落下現象から、次に移り来る波の凹部５bに落下する。可動翼の重心は、加速度により通常の浮力による海面との位置関係よりも深く沈み込む分だけ可動翼３の揺動運動が増幅されることになる。
　たとえば、比重０.９で１トンの可動翼が平凡な波の落差１ｍを落下する場合、約０．４５秒要する。これを海面の凹部５bが受け止めるときには、加速度と質量をかけた値の重量で海面が受けることになる。可動翼が落下後に海面が０,０４５秒で受け止めると、風圧、比重、形状にもより異なるが、おおよそ８トン以上の荷重となる。海水の流体抵抗を考慮しても通常の浮遊状態に比べて２倍以上の揺動運動が容易に得られる（重力の加速度の値を９．８ｍ／ｓ２として計算した場合）。
　一方、電気変換系は、波力と風力は、流体の循環圧に変換され作動装置２５連結する発電機２６の回転によって起電力が発生し、他方、太陽光は、太陽電池によって起電され、ともに変電装置２８を経た電力６０が電力需要装置へ配電されている。
　図４に示す実施態様においては、母体２に平行にして可動翼３が配置されている。この場合、母体２は、人口浮島や船体など洋上浮体構造物であることができる。この場合においても、母体２に接する水面の移動に合わせて可動翼３が上下運動することによって、ポンプ作用によって流体が加圧され、流体運動から電気エネルギーに変換されている。
　人口浮島においては、特に深海上では係留手段が期待できないことから、海流によって流されることを想定して、常に人口浮島を定置化するために推力が必要となる。そして、この場合に必要な推力を、電気変換系統からの電力によって賄うことが可能である。
　他方、船体を母体とする場合においては、船体の移動に伴い海面波形の凸凹変化も船体の速度とともに早くなる。可動翼３の上昇過程では、跳ね上がりによる慣性モーメントを消滅させ、速やかに次の上昇過程に備えるために速やかに降下させる必要がある。この場合では、揺動制御装置１０の反動を利用して慣性モーメントを消滅させ押しもどされる。
　なお、母体が船体の場合であって、船体を走行させながら本発明の変換装置を作動させる場合には、揺動制御装置を制御して、可動翼を水上スキーのように滑走させながら発電を行うことが、抵抗を最小限にして走行を行う上で好ましい。
　また、船体の推力を得る目的の場合、ポンプ作用で高圧に加圧した流体の利用は、例えば、流体が空気などであれば、作動装置２５を経由した後において、あるいは直接に、海水に対してノズルから噴出させることによって、ロスを極力低減して、必要な推力を得ることができる。
　このように、本発明においては、可動翼３を用いて発電のための装置を構成することによって、波力、風力および太陽光の複数の自然エネルギーを複合的かつ効率的かつ一体的に電気または推進力へ変換することができる。
　なお、太陽電池４にあっては、たとえば、ｐｎ結合型の半導体太陽電池または色素増感型太陽電池を防水加工を施して用いることができる。
　図５は、エネルギーの貯蔵・輸送、再生利用方法のフローチャート１００であり、この図を用いてマグネシウム材料の循環利用プロセスについて、その概要を説明する。
　一連のプロセスは、スタート１０１、前処理１０２、製錬１０３、貯蔵・輸送１０４、未処理１０５、合金化処理１０６、水素化処理１０７、加水分解１０８、未処理１０９、触媒処理１１０、後処理１１１、および終了１１２によって示される。また、これら一連のプロセスには、エネルギー１１５が投入されている。
　スタート１０１で海水採取後、前処理１０２によって海水中から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を取り出し、塩酸を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、製錬１０３によって、塩化マグネシウムを電気分解製錬またはプラズマ分解製錬並びに熱還元製錬によって金属マグネシウム（Ｍｇ）を製造することにより、投入した電気エネルギーをマグネシウムという物質に置換しておき、次いで、これを貯蔵・輸送１０４する。さらに、このマグネシウムを原料として、合金化処理１０６によって、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）などを添加してマグネシウム合金を製造する。このようにして得られたマグネシウム合金は、一次利用として、各種構造体や部品の材料として用いる。
　そして二次利用は、水素化処理１０７によって構体のマグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムを水素化することによって粉砕された粒子を得る。
　さらに、得られた水素化マグネシウム合金または水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を、加水分解１０８によって、水素を発生させることができる。この破水分解によって得られた水素はエネルギーとして再生利用することができる。
　得られたこの水素は、エネルギー１１５で投入したエネルギーの再生エネルギーである。したがって、本発明によって洋上の自然エネルギーを変換して得られた電気エネルギーをエネルギー１１５として投入して、発生した水素を燃料として陸上において活用することは、洋上において得られた電気エネルギーを陸上において再生することを意味する。
　この場合、一次利用の廃材としてのマグネシウム合金は、カルシウム、アルミニウムの含有量が微量である。したがって、電極材の酸化還元反応や水との反応の効果をより高めるために、さらにこれらの元素を１～５０重量％の範囲で添加することができる。たとえば、カルシウムの場合は、その添加量が多くなるほど水との反応が促進される傾向がある。さらにアルミニウムの場合は、その添加量が多くなるほど加水分解による水素生成量が多くなる傾向が認められる。
　その後、触媒処理１１０によって、一方の加水分解反応後の水素化マグネシウム合金または水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）から生成し残留する水酸化マグネシウム混合物または水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を、海水や土壌の改良材、工業材料などに用いることができる。これにより、マグネシウム材料は、最終的に廃棄され、あるいは自然物として海へ戻り、最終的にスタート１０１の海水採取作業によって一循環することになる。
　他方、水酸化マグネシウム混合物または水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））は、後処理１１１によって、再度塩酸を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）が生成され、前処理１０２で生成される塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）と合流し一循環する。
　また、エネルギー１１５は、製錬１０３によって、投入したエネルギーによって物質が置換している。この作業によって、これまで困難とみなされていた大量の電気エネルギーの貯蔵・輸送ならびに再生が可能となる。この場合のエネルギー１１５は、エネルギーの種類、変換場所、変換方法などを特定するものではなく、エネルギーの性質に応じた作業方法であり、電力であれば電気分解製錬方法やプラズマ分解製錬方法であり、燃焼の熱であれば熱還元製錬方法などとなる。
　なお、マグネシウム材料の多段的で有効な循環利用を実現する課題は、水素化処理１０７、加水分解１０８における効率的な方法の確立であった。本発明においては、前述の国際公開ＷＯ ０６／０１１６２０（特許文献５）、および国際公開ＷＯ ０８／０１５８４４（特許文献６）に記載された技術を組み込むことによって、より効率的かつ現実的に、マグネシウム材料が恒常的に一循環するプロセスを形成することができる。
　本発明は上述した実施形態にのみに限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良ないし変更が可能である。
　本発明は洋上における波力発電を含む、波力、風力ならびに太陽光発電からなる自然エネルギーから電気エネルギーおよび機械的エネルギー等の有用エネルギーに変換する技術、ならびにマグネシウム材料を基本にする水素エネルギーの活用技術を含む自然エネルギー利用システムの構築に広く利用することができ、持続可能な循環型社会への移行にすこぶる有用である。
２　母体
３　可動翼
４　太陽電池
５　海面
８　ピストン
１０　揺動制御装置
１１　架台
１２　連結装置
１５　支持管
１６　シリンダー
（１８　配線）
１９　連結体
２５　作動装置
２６　発電機
２８　変電装置
２９　制圧弁
４０　高圧流体
５０　低圧流体
６０　電力

Claims (18)

  1. 　母体と、
    　前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、
    　前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、
    　前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備する、洋上自然エネルギー変換装置。
  2. 　前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備する、請求項１に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  3. 　前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備する、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  4. 　前記揺動制御装置が、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つである、請求項３に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  5. 　前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  6. 　前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備する、請求項１～５のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  7. 　発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備する、請求項１～６のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  8. 　前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備する、請求項１～７のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されてなる、洋上自然エネルギー変換装置。
  10. 　前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにした、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  11. 　前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにした、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  12. 　前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備する、請求項１～５のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法。
  14. 　原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、
    　塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、
    　得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法。
  16. 　請求項１３または１４に記載の方法によって得られたマグネシウムと、請求項１５に記載の方法によって得られた水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法。
  17. 　請求項１３に記載の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、
    　前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、
    　前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、
    　前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、
    　前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法。
  18. 　請求項１７に記載の前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％～５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、マグネシウム合金または水素化マグネシウム合金を水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む、請求項１７に記載の方法。
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