JP2014173579A

JP2014173579A - ジンバルマウント付き浮体型風車装置

Info

Publication number: JP2014173579A
Application number: JP2013049957A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ueno; 康男上野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】
本発明は、主に水深の深い洋上に設置する風車装置に関するものであり、特にポールを支持するメインフロートの基部に直交する２軸方向に揺動可能なジンバルマウントを設けることで、基部の揺れによる支持ケーブルに及ぼす張力変化を軽減し、水位の変化にも容易に対処可能で曳航設置にも適したジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供するものである。
【解決手段】
先端に風車装置を備えたポールとフロートを有する基部との結合部に、直交する２軸方向に揺動可能なジンバルマウントを設け、ポール下端に設けた複数の腕に取り付けたケーブルを重錘と結合し該重錘を水底に沈め、該ケーブルに張力を加えるべき巻取り装置を備えたごとく構成したジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、主に水深の深い洋上あるいはダム湖などに設置する風車装置に関するものであり、特に浮体ベース部(基部)の揺れが風車に伝わるのを防止するジンバルマウントを有し、水位の変化に容易に対応可能な上、コストダウンと保守性も向上させることが出来る風車装置に関するものである。

再生可能な自然エネルギーの内最も有効とされている風力も地上での設置は騒音、景観等の制約から大きく発展することに制限が掛かっている。今後は広い洋上あるいは湖沼上への設置が問題解決の早道とされている。特に水深の深い海でも設置可能な浮体式とすれば充分な広さと安定した風に恵まれ、上記のごとき騒音や景観の制約も少ない。しかし、気象状況によって大きな波が発生する為に現在は浮体自体の形状に工夫を凝らして揺れを防止する対策をとっている。更に、洋上では設置に要する費用が大きくなるのでこれを削減する為の技術が重要であるが、本案はその解決も含めたものである。

特開２００９−０１８６７１公報特願２０１２−２５３８４４代表的なものとしては上記文献が示すとおりスパー型と呼ばれ、縦に長い形状の浮体の多くの部分が水中にあるごとく浮かべ、下部を鎖や鋼索等で海底に固定する方式のものである。また、複数の浮体を海底に設置した重錘とをワイヤーで繋ぎ、浮体の浮力でワイヤーに張力を与えて水底からの位置を安定させるいわゆるテンドン方式も提案されている。

しかるに、スパー型とした場合は海上を移動するのが極めて困難な為、製造時には分割したものとして設置場所にて洋上での組立作業が必要となり、作業は波のない静かなときに限られ、それでも多くの危険をはらんだ作業となる。また、一旦設置した後は保守作業時にも移動が困難な為に危険な洋上作業となり、設置及び保守の両方における作業コストが嵩む欠点が有る。

テンドン方式は、波によって水面が上下した場合、浮体に発生する浮力が大きく変動しワイヤーの張力変化が大きく長期間にはワイヤーの破断の恐れもあり、これを防ぐ為にはワイヤー周辺の構造的な強度の向上が必要であり、結果的にコストアップの原因となっている。

前者は本来、不安定な洋上での組立や保守作業は出来るだけ少なくしてドック内で完成したものを設置場所に移送して設置し、保守作業もドック内に移送して安全な状態で行えるものが望まれているのに対して最良の回答にはなっていない。
後者は現地での設置には前者より有利であるがワイヤーの張力変動が大きい為に浮体及び重錘が大型となりワイヤー周辺の構造強度を高める為などによりコストアップ要因が多い。また、大波によってワイヤーが弛むと風車自体が大きく傾くことになり、風車本体の破損事故の要因となりうる。

特願２０１２−２５３８４４によるものは出願人の特許出願であるが、テンドンのような緊張ケーブルではなく緩く張ったケーブルによる保持方法の為、比較的浅い湖沼などに小型の装置を設置する場合に安価で有効なものであるが、水流がある場合や水位変動が大きい場合には充分な性能を発揮できなくなる恐れがある。

本発明が解決しようとする課題は、風車のベース部と浮体との結合部にジンバルマウントを設けることによって上記のごとき欠点を廃し、ドックで完成した装置を容易に設置場所まで曳航し、係留索と結合するだけで設置できるものとし、また保守の時にもドックまで曳航して安全に行えるごとくし、更にフロート部分が波で揺れてもその揺れを風車に悪影響を及ぼさない程度に抑えることを可能とすることで破損や事故を防止し、結果的に大幅なコストダウンを可能にする浮体型風車装置を提供することである。

本発明の上記課題を解決するための第１の手段は、風車のポール部と、複数の浮体を有する基部との結合部に、直交する２軸方向の揺動運動を可能にするジンバルマウントを設けることによって波による浮体の揺れの風車への伝達量を軽減することで、浮体自体の揺れは許容し、風車の破損を防止することが出来るジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供することである。

本発明の上記課題を解決するための第２の手段は、上記の風車のポール部の下部がジンバルマウントを貫通しており、該下部に複数の腕部を設け、該腕部に保持されたケーブルを海底の重錘と結合することで該ポール部の揺れを防止したジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供することである。

本発明の上記課題を解決するための第３の手段は、上記の複数の腕部を設け、該腕部に保持されたケーブルを夫々巻取り機に結合して巻取り可能とするとともに、ポール部に水位センサーを設け、該水位センサーの信号により巻取り機を作動させるごとく構成したジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供することである。

本発明の上記課題を解決するための第４の手段は、上記の複数の浮体に係合する複数の補助浮体を設け、浮体に補助浮体を結合した状態で上記巻取り機によって前記重錘を引き上げ曳航移動可能としたジンバルマウント付き浮体型風車装置を提供することである。

本発明の第１の効果は、浮体の揺れを許容することによってその構造を大幅に小型化できるので装置としての大幅なコストダウンを可能とすることである。現在主流とされているスパー型の浮体の場合その形状は数１０メートルから１００メートルに及ぶ縦方向の長さが必要となり製作には特殊な設備と技術が必要であり、結果的にコストアップの原因となっている。

本発明の第２の効果は、ポールの下部に複数の腕部を設け、該腕部に保持されたケーブルを海底の重錘と結合することで該ポール部の揺れを確実に防止している一方、複数の浮体の揺れは許容している為に重錘と腕を繋ぐケーブルには浮体の揺れによる反力は伝わらず、結果的にケーブルに必要な引張り強さを軽減することが出来るのでコストダウンと安全性の増強の両立を可能とすることが出来る。

本発明の第３の効果は、複数の腕部に保持されたケーブルを夫々巻取り機に結合して巻取り可能とするとともに、ポール部に水位センサーを設け、該水位センサーの信号により巻取り機を作動させるごとく構成したことにより、ダム湖などに設置した場合に大幅な水位の変化があっても自動的にケーブルの長さを最適値に維持することが出来る。尚、自動で巻取り機を作動する場合、複数のケーブルは同じ長さだけ調節されるのが望ましく、それにより水位の変化があってもポールの傾きを発生することはない。

本発明の第４の効果は、上記の複数の浮体に係合する複数の補助浮体を設け、浮体に補助浮体を結合した状態で上記巻取り機によって前記重錘を引き上げ曳航移動可能としたことによって困難な水中作業などをおこなわずに保守点検においてドックまで曳航して安全な環境・設備の下に能率良く行えることである。ここでコストダウンの重要性は自然エネルギーの利用設備においては一般の製品とは異なり、燃料などのランニングコストが掛からないので初期及び保守点検の費用を削減することが運用上極めて重要なことであることを認識しなくてはならない。

図１はジンバルマウント付き風車装置の主要部の１実施形態を示した側面図である。図２はジンバルマウント付き風車装置の主要部の１実施形態を示した上面図である。図３はジンバルマウント付き風車装置のＡ部の部分上断面図である。図４はジンバルマウント付き風車装置全体の１実施形態を示した側面図である。図５はジンバルマウント付き風車装置全体の１実施形態を示した上面図である。図６はジンバルマウント付き風車装置のＢ部の１実施形態を示した側断面図である。

本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置をその性能を損なわない範囲で簡略化して実現するための実施形態を示す。

図１は、本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置の主要部の１実施形態を示した側面図であり、説明の便宜上一部を断面図としている。図２はジンバルマウント付き風車装置の主要部の１実施形態を示した上面図、図３はジンバルマウント付き風車装置のＡ部の部分上断面図である。
図１及び図２において、１は先端部に図示しない風車機構を支持するポールであり、ポール１の中央部には水平方向の軸２が固着され、該軸２にはリング３の穴４が回動自在に嵌め合わされている。リング３には水平面内で軸２と直交する方向の軸５が固着され基部６の穴７に回動自在に嵌め合わされている。この状態でポール１と基部６は相互に直交する２軸方向に揺動自在に結合された状態となる。ポール１の下端は水中まで伸びて横方向に伸びた複数の腕８が固着され、該腕８の先端は夫々複数のケーブル９を介して水底の複数の重錘１０に結合されている。

基部６は水平方向に張り出した複数の腕１１の先に夫々メインフロート１２を有し、水面上に安定的に浮かんでいるが波が有れば容易に揺れるものである。また、図示しない風車装置を含むポール１の重心は腕８の植設部の重量等によってジンバル部の軸２及び５の位置よりも下にあることが望ましい。さらに腕８の先端に取り付けたケーブル９は、直交する軸２及び５の下方にある張り出し部に固着された巻取り機１３のプーリー１４に結合され、任意に引出し巻取りが可能とされている。１５は水面の位置を検出する水位センサーであり、一般的には浮力により作動するものでよいが光学的に作動するものでも良い。

図４は本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置全体の１実施形態を示した側面図であり、説明の便宜上一部を断面図としている。図５はジンバルマウント付き浮体型風車装置全体の１実施形態を示した上面図、図６はジンバルマウント付き浮体型風車装置のＢ部の部分側断面図である。
図４、図５、図６に示すごとくメインフロート１２は上部に設けたフック１６を吊上げる吊上げ機１７を有する補助フロート１８と結合可能とされている。１９は図６に示すごとくフック１６と容易に係脱可能な吊り部材であり、詳細構造は新規のものではないが上部の大径部２０を約９０度回転することで容易に係脱可能な構造として示している。補助フロート１８は前部と後部を有するが全体として船型をなし、前部に設けられたフック２１によって曳航可能とされている。云うまでもなく補助フロート１８はメインフロート１２の数と同数が用意されており、メインフロート１２の配置に合わせた位置に結合されていても良い。尚、メインフロート１２は必ずしも図示したごとき形状である必要はなく水圧に強い形状であれば形状の制限はない。また、吊上げ機１７はケーブル９の巻取り長さを巻取り機１３によって調整することでメインフロート１２の浮き上がり具合を制御すれば必ずしも必須のものではなく作業の簡素化を保証する為のものである。
［作用］

上記実施形態に示す本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置の作用について説明する。本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置は、基本的にドック内で完全に組み立てられた状態で設置場所まで曳航用船舶によって運ばれる。この時、メインフロート１２は、補助フロート１８に吊上げられた状態で充分な浮力が有るので重錘１０を吊上げた状態である。設置場所に到着した後、巻取り機１３によって重錘１０を海底まで下ろしアンカーとする。メインフロート１２は補助フロート１８から降ろされ分離される。この段階でケーブル９にはポール１を安定的に垂直に支持する張力が加わるように巻取り機１３によって調整される。
メインフロート１２及び基部６が波によって揺れても軸２、リング３、穴４、軸５、基部６で構成されたジンバル機構によってケーブル９に働く張力によってポール１は安定して垂直状態を維持する上、基部６の上下運動は複数のメインフロート１２が個別に上下する場合に比べて平均化され、変化量は少ないのでケーブル９の張力変化は、フロート個々にケーブルを接続する従来の方式に比べて大幅に軽減される。更に設置場所がダム湖のように水位が大幅に変化する場合には水位センサー１４によって検知して巻取り機１３によってケーブル９の長さを調節することができる。この場合複数の巻取り機１３の巻取り量は等しいもので良く動作はシンプルである。特に小型の装置の場合には巻取り機１３は電動のものではなく、ドアシャッターなどに使用されているいわゆるコンストンと呼ばれる巻取りスプリング方式のものを利用することもできる。この場合複数の巻取り機１３は回転が連動するごとく図示しない掛け外し連動ギヤーを設けることが望ましい。

分離された補助フロート１８は図示しない曳航船によってドックに帰還する。保守の場合は上記説明と逆にケーブル９を緩めてメインフロート１２が充分に浮き上がった状態で容易に補助フロート１７に結合し、重錘１０を巻取り機１３によって巻上げればそのままドックに曳航することができる。メインフローと１２と補助フロート１８の係脱はケーブル９が弛んだ状態では上述の吊り部材１９の大径部２０を回転することで人手でも容易に行える。曳航時補助フロート１８は船型をしているので推進抵抗が少なく経済的に移動することが出来る。

このように構成された本発明のジンバルマウント付き浮体型風車装置は風や波による基部の揺れをこれまでのものより小さなケーブルの張力によって確実に抑え、水位の変化にも容易に対応でき、設置や保守における曳航移動もこれまでのものより大幅に容易になり結果的に装置の構造の小型化、簡略化を可能とし、大きなコストダウン効果を得ることができる。自然エネルギーを利用する装置にとってコスト削減が極めて重要であることは云うまでもない。従って本発明の産業状の効果は極めて著しい。

１ポール
２水平方向の軸
３リング
４穴
５軸
６基部
７穴
８腕
９ケーブル
１０重錘
１１腕
１２メインフロート
１３巻取り機
１４プーリー
１５水位センサー
１６フック
１７吊上げ機
１８補助フロート
１９吊り部材
２０大径部
２１フック

Claims

先端に風車装置を備えたポールとメインフロートを有する基部との結合部に、直交する２軸方向に揺動可能なジンバルマウントを設け、ポール下端に設けた複数の腕に取り付けたケーブルを重錘と結合し該重錘を水底に沈め、該ケーブルに張力を加えるべき巻取り装置を備えたごとく構成したことを特徴とするジンバルマウント付き浮体型風車装置。
メインフロートに設けたフックと結合分離可能な吊り部材を有する補助フロートを設けたことを特徴とする請求項１記載のジンバルマウント付き浮体型風車装置。