特開 2023-126006 発泡スチロールにポリウレア樹脂をランピングし、強固な浮体構造物とし、水中に沈めて、浮力と油圧とバネの反力を生かした浮力と潮位差による発電

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023126006

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】発泡スチロールにポリウレア樹脂をランピングし、強固な浮体構造物とし、水中に沈めて、浮力と油圧とバネの反力を生かした浮力と潮位差による発電

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/26 20060101AFI20230831BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

F03B13/26

H02K7/18 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030422

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】501451521

【氏名又は名称】松山 太

(72)【発明者】

【氏名】松山 太

(72)【発明者】

【氏名】デュモン デラクルーズ エリノア

【テーマコード（参考）】

3H074

5H607

【Ｆターム（参考）】

3H074AA06

3H074AA12

3H074BB10

3H074BB11

3H074CC02

5H607BB02

5H607CC05

5H607FF28

(57)【要約】      （修正有）

【課題】空気の軽さとコンクリートの堅牢さを有するポリウレア樹脂発泡スチロールの浮力を利用した潮汐発電を提供する。
【解決手段】本発明の解決手段とは、製造と成型が簡単で、しかも非常に丈夫なポリウレア樹脂塗布した発泡スチロールを１００～１００万立方メートル程のタタミ状、円筒状などに加工し、フジツボや海藻付着防止剤を施して油圧と弾性バネを利用し潮汐（日々の潮位の差）のエネルギーを電力に変換するものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

潮汐を利用した上昇時でも下降時でも発電できる発泡スチロールを使用した浮体構造による潮汐発電と設備並びに部品類と設備の類

【請求項2】

発電に用いる浮体・浮力構造物の製造のために使用されるポリウレア樹脂をコーティングした発泡スチロールをベースにした製造物

【請求項3】

発電に用いる浮体・浮力構造物のために製造、使用されるポリウレア樹脂をコーティングした発泡スチロールに対して周りに付着するフジツボや海藻付着防止剤を塗布した浮力獲得素材並びに発電材料

【請求項4】

発電に用いる発泡スチロールの浮体・浮力構造物を納める甲板状の魚釣り海上公園並びに発電兼用展望台などの沿岸浮体建造物

【請求項5】

発泡スチロールで成型されたタタミ形状、円筒形状、立方体、楕円形、球形など発電のための成型されたポリウレア樹脂を吹き付けた発泡スチロールを核にした発電用の浮体・浮力構造物

【請求項6】

上記のポリウレア樹脂で固められた発電用浮体浮力構造物を用いて油圧と弾性バネを用いて補助的電力発電を行う洋上風力設備ならびに形状を洋上風力設備に合わせたポリウレア樹脂発泡スチロール浮力構造物

【請求項7】

ポリウレア樹脂を塗布した発泡スチロール、並びにフジツボや海藻付着防止剤を塗布し、エネルギーの備蓄機器として油圧と弾性バネを用い、沿岸あるいは水深５～９０メートルの海岸浅瀬に設置する潮の満ち干を利用した潮汐発電機器と器具類

【請求項8】

潮汐をポリウレア樹脂で固められた発泡スチロールの浮力パワーを備蓄する油圧装置と弾性バネ並びにそれを円運動に変換し発電機を回すシステムと一連の発電機器類並びに部品類

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の原理は、月と太陽の引力が根本原理であり、潮汐（日々の潮位の差）と浮力、発泡スチロール、ポリウエアコーティング、フジツボや海藻がつかないコーティング、さらにそれらを塗布したシールを何重にも巻きメンテナンスを簡単にし同時に周りの構造物を傷めず環境にも優しい技術が同時に働き会うことで可能な発電の方法である。当然ながら原理が単純な潮流や浮力の発電そして浮体物の重力であれば新規性も進歩性も産業上の新たな貢献もなく本発明に発明性はないだろう。

【0002】

本発明の要点は、設備、道具、器具の新規性、簡便性、ローコスト、油圧、弾性バネなどを利用し大きな投資を必要とせず身近な場所で発電できる点に新規性、進歩性、産業化への近道を示した点にある。
本発明は、月と太陽の引力がある限り繰り返される「潮の干満」（海面の昇降現象）を利用して特殊加工された発泡スチロールの浮力を油圧に伝えエネルギーを備蓄、弾性バネ等も利用し、発電機を回転させるという潮汐発電（月の引力発電／ムーンジェネレーション）である。動きは小さくともパワーは絶大という月と太陽の引力を今日の技術の組み合わせによって効率的なクリーン発電につなげたものである。
技術的には、空気と変わらない軽さ体積を持つ発泡スチロールに対し、コンクリート並みの強度、柔軟性、扱いやすさ、耐薬品、耐摩耗性、耐気候気温を持つポリウレア樹脂を加工し、ラッピングした上で、さらに金属への腐食性や環境を悪影響を与える毒素などの心配が全くない亜塩素酸ナトリウム（pH8.5）を徐々に溶解することで弱アルカリになり二酸化塩素を発生しやすい状態を作りフジツボや海藻が殆ど付着しないという塗料を塗布してフレーム全体を保護したもので引力を浮力に変換させる。
本発電は、他の発電に比べ圧倒的に初期投資安く、ランニングコストも殆どかからず、環境にも優しく、CO２ゼロ、そして最終的には発電コストの安さが一番であるという特徴をもつ。

【背景技術】

【0003】

３００年変わらないオールドファッション発電方法「化石類を燃やして水蒸気で発電タービンを回して発電する」という、LNG液化天然ガス、原油、石炭、原子力、バイオマス発電などは環境破壊と原料価格の高騰など大きな未来への問題を抱える。本発明は、化石と同様わが地球の資産であるが、「月と太陽の引力」を利用し、現在の技術の組み合わせで、未来的な発電の方法に関するものである。
以下に新規性、進歩性、産業化への具体策を示し、考えられるあるいは起こりうる疑問や問題とその解決策を発明の視点より考察する。

【0004】

本発明の根幹その１：発電のあらましと発電量／潮位の差で発電できるほどのエネルギーが得られるのか？
結論は、干潮時でも満潮時でも（上がる時も下がる時も）下記のような大きなパワーと電力が毎日、天候や昼夜に関係なく十分に得られる・・・である。たとえ干満の上下差が１メートルであっても本発明の油圧と弾性バネを用いれば発電は可能である。
以下はそのあらましである。
（１）浮力発電のパワー計算：１００メートル（立方）浮体の場合
先ず１立方メートルは１００ｘ１００ｘ１００センチメートル＝百万立方センチメートルつまり百万グラム＝１０００キログラム＝１トン
発泡スチロール１立方メートルはおおよそ１トンの浮力パワーがある。
１００メートルｘ１００メートルｘ１００メートルの立方体であれば
１００ｘ１００ｘ１００＝１，０００，０００トン つまり・・・
「１００万トンのエネルギー備蓄パワー」が得られる。
では百万トンの浮力パワーとはどれくらいの発電力かというと・・・
１． 中国で世界最大級の移動式クレーンが完成しました。 中国メディアによりますと、建設機械大手の「M重工」は1日までに、自走できるタイプとしては世界最大級のクレーンを完成させました。 アームの長さは216メートルで、乗用車3000台に相当する重さの荷物を一度につり上げることが可能。
２． クルマの重さは平均１トンとして世界最大のクレーンが持ち上げるエネルギーは３０００トン。
３． 本発明の潮汐発電は１００００００÷３０００＝３３３倍のエネルギーが一日２～数回発生し利用できる。
（２）上記の１０分の１：１００ｘ１００ｘ１０メートルの場合１０万立方メートルは「１０万トンの浮力パワー」である。
（３）上記の１００分の１：１００ｘ１００ｘ１メートルの場合１万立方メートルは「１万トンの浮力パワー」である。これでも普通車１万台を吊り上げるエネルギーが得られる。
僅か１メートルの厚みがあれば普通車１万台を吊り上げられる。
海岸沿いに魚釣り場付きの海浜公園の下部に入れる５０～１０００畳敷きのタタミのものや、「円筒状」に形を変えて例えば洋上発電のハイブリッドスパー型の「上部浮体鋼（はがね）構造内部」に入れれば半永久的に使用できる。
その場合海水導入部分にドアーをつけておけば幾重にポリウレア樹脂とフジツボ付着防護剤のダブル塗布されたシールを剥がすだけで数十年の発電が見込める。これも本発明のポイントの一つである。

【0005】

本発明の根幹その２：潮の満ち干の高低差はどうなのか？
日本の場合を例にとると、日本で一番干満差（大潮の時の平均干満差）が大きい場所は、九州有明海の奥にある住ノ江付近で約５～６ｍもある。次に大きいところは瀬戸内海の笠岡・福山付近で約４．２ｍである。以下、北から日本周辺の干満差の状況を掲げる。
北海道南岸～北日本太平洋岸 約０．８～１．９ｍ
東京湾 約２～２．４ｍ
伊勢湾、三河湾 約２．４～２．７ｍ
紀伊半島～九州太平洋岸 約１．８～２．７ｍ
九州北岸 約１．１～２．８ｍ
九州西岸（有明海を除く） 約１～３ｍ
ちなみに、日本海側では干満差が小さく、大きいときでも３０ｃｍ程度、これは、月や太陽の影響によって海水が盛り上がろうとしても、日本海の入り口が狭く浅いため、海水が集積しにくいことが理由である。
日本海側は干満差が小さいことから潮干狩りを行っている風景は見られないが、宮津湾付近の伊根地域では干満差が小さいことを利用し舟屋のような建築物が造られている。干満差が地域によって異なるのは、地形的な要素が大きく影響する。
萩 約 １．０ ｍ
博多 約 ２．２ ｍ
伊万里 約 ２．８ ｍ
厳原 約 １．９ ｍ
佐世保 約 ３．３ ｍ
三池 約 ５．３ ｍ
佐伯 約 ２．１ ｍ
例えば瀬戸内海は、豊後水道と紀伊水道、そして関門海峡の中央水道を介して外海とつながっている。 月と太陽の引力に影響されて海面が上下することが潮汐で、一番低い時（下がった時）を干潮、一番高い時（上がった時）を満潮と呼ぶ。
この干満差、牛窓では最大でおよそ1.8ｍほどであるが、瀬戸内海の一番激しいところでは4ｍ近くにもなる。
一方、瀬戸内海は、本州と四国、九州によって囲まれた日本で一番大きな内海である。 浮かんでいる島の数は727。この内、有人島はおよそ150しかない。周囲100ｍに満たない岩場のようなものまで島とすると、2000近いといわれている。大小の島々を含めた海岸線の総延長は7,230kmで、東西がおよそ450km、南北は一番長いところで55km、面積22,203平方キロメートル、平均水深は38mで一番深いところでも450m程である。全体の約95％が水深70ｍ以内という非常に浅い海である。
つまり「瀬戸内海は水たまり」と呼ばれるくらい浅い海域であり、平均水深38ｍというのは、地球上の海のレベルで見ると水たまりにも入れてもらえないほど浅い海なのである。地球上の海の平均水深は、富士山の標高と同じぐらいでおよそ3,800ｍ。一番深いマリアナ海溝でおよそ10,000ｍの深さがあるので、いかに瀬戸内海が浅い海かが分かる。
瀬戸内海を筆頭に現状施設を生かせる洋上発電や、浅い海の人々の住む海岸沿い（湾）、入り江は、１．干満差、２．利用の多様さ（海浜公園／釣り場）、３．設置の容易さ、４．コストの安さ、５．浅さ、６．近さなどで、潮汐発電の好適地と言えるだろう。

【0006】

本発明の根幹その３：浮力については？凍った場合や淡水海水の差は？
一般的なアルキメデスの原理が役に立つ。アルキメデスの原理は、アルキメデスが発見した物理学の法則である。 「流体（液体や気体）中の物体は、その物体が押しのけている流体の質量が及ぼす重力と同じ大きさで上向きの浮力を受ける」というものである。なお海面が凍った場合は本発明の潮汐発電も影響を受ける。また、密度の高い塩水の場合には、真水の場合に比べ、体積あたりの浮力は大きくなる。

【0007】

本発明の根幹その４：発電に関する構造物については？設置場所や大きさは？
発電パワーエネルギーは工夫を凝らした発砲スチロールの浮力によって発生する。
１． 設置場所に合わせた「発泡スチロールの形状、サイズ」、「シール巻きの回数」、「ポリウレア樹脂」、「フジツボや海藻付着防止剤の種類の選定」を設計する。
２． 形状は四角形か円筒形が望ましい。理由は海で使用する場合はフラットなタタミ型か洋上発電設備の一部としてパイプ内部への設置をイメージしているからである。
３． 浮揚体の製造順序：１）形状の設計、２）設計図に応じて発泡スチロールにポリウレア樹脂を吹き付ける、３）その上にフジツボや海藻付着防止剤を吹き付ける、４）必要な耐用年数に合わせてさらにラッピングしてフジツボや海藻付着防止剤塗布の同じ作業工程を繰り返しメンテナンス作業の簡素化をはかる。
４． 新規設備の場合は、予め設備に装着する。海水部とは隔離された浮体上部には油圧タンク＆ポンプ、動力伝達軸、動力伝達機、増速機、弾性バネ、発電機を設備する。
５． 潮位が下がる場合も下がる側に設置された油圧タンク＆ポンプにエネルギーを備蓄する。

【0008】

本発明の根幹その５：他の発電とのコスト比較についての考察は？
結論：潮汐発電は最安の発電コストを実現する。
その根拠として、１）設備製造コストが格安、２）設置場所が既存設備内であったり、近海出るため設置コストが格安、３）原料費が不要／月と太陽の引力、４）ランニングコストが格安、５）休むことなく発電するためトータル発電コストが格安。
以下引用：BNEF／ブルームバーグNEF (BNEF)は、世界6大陸の拠点に約250名の調査・分析スタッフを配置し、進化するエネルギー経済環境の上質な分析、データ、解説を提供、エネルギー関連をはじめとした各事業者、市場関係者、政策立案者を支援するブルームバーグのリサーチサービスであり、新エネルギー関連データセットおよび1日5000本におよぶニュース記事を通して、業界最先端の分析、予測、リスクマネジメントに関する情報をタイムリーに配信
・・・の分析によると、世界で再エネ発電コストは低下し続けており、世界の人口の3分の2にあたる国々で新規設備容量として最も安価な発電方法となっている。米国、英国などでは陸上風力はメガワット時あたりの発電コストは50ドルを下回り、ブラジルではメガワット時あたり30ドルとなっている。同様に太陽光も中国、インド、豪州ではメガワット時あたりの発電コストは40ドルを下回っている。
こうした発電コストの低下の理由として最初に挙げられるのは設備費の低下だ。太陽光発電に用いるモジュールと陸上風力でのタービンの価格は、それらの導入量と反比例する形で下落が続いている。
2010年からの今日までの経験曲線によると、太陽光発電の導入量が倍になることでモジュール価格は28％減少した。陸上風力も同様に導入量が倍になりタービンの価格は11％減少した。一方、モジュールの発電効率や風力発電の設備利用率の向上といった技術進歩もコスト削減を加速させている。
１．潮汐発電：10円以下、水力発電並みの再生エネルギーとなる。
２．石炭火力：国内では試算12.9円から13円台後半～22円台前半。
ガス・石油：LNGガスは試算の13.4円から10円台後半～14円台前半。石油は試算の28.9円～41.7円から24円台後半～27円台後半へ。大幅に低下する見込みであるが原油価格の高騰でコストは倍増する可能性がある。
３．自然エネルギー
自然エネルギーでは、陸上風力が試算の13.6円～21.5円から9円台後半～17円台前半へ。洋上風力が試算の30.3円～34.7円から26円台前半にそれぞれ大幅に低下する見込み。
４．地熱が16.8円→16円台後半、
５．一般水力が11.0円→10円台後半、
６．小水力が23.3円～27.1円→25円台前半、
７．バイオマス（専焼）が29.7円→29円台後半、
８．バイオマス（混焼）が13.2円→14円台前半～22円台後半。
９．産業用太陽光は、試算Aの12.7円～15.6円から試算Bでは8円台前半～11円台後半へ。

【0009】

本発明の根幹その６：フジツボや海藻付着、錆（さび）の問題は？
フジツボや海藻付着は設置場所、設備そのものに悪影響を与える可能性がありできるだけ付着を避けなければならない。そのために環境にも優しいフジツボや海藻付着防止剤を塗布する。
フジツボガードの成分は、海のミネラル成分等を凝縮しセラミック化した水溶性パウダーなので、海環境には全く無害で、塗料の溶解と共に特殊表面処理を施した成分が塗膜表面に露出し、フジツボ付着防止効果を発揮した後、海水中に溶けてしまうので、環境に全く負荷を与えない。

【0010】

発電のプロセスは以下の通り。
１． 巨大でコンクリート並みに堅牢な発泡スチロールを海中に設置。
２． 潮汐（日々の潮位の差）の上下運動を浮圧力と、逆に掛かる力が抜ける空圧力を油圧タンクと弾性バネに備蓄。
３． 油圧は発電モーターの回転力に変換させる。
４． 気圧の変動による潮位の変化の際も発電する。
５． 頑丈なポリウレア樹脂発泡スチロールの天板は、油圧ポンプと直結。
６． 油圧のタンクは大小あり、発電機にマッチさせるようAIがコントロール。
７． 潮位変動がない時間にも備蓄したエネルギーで発電を続ける。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

潮流発電パネルと係留索
出願 2015-056889 (2015/03/04) 公開 2016-160928 (2016/09/05)
国際特許分類(IPC)： F03B13/26

【0012】

【特許文献2】送電鉄塔の基礎に埋設した潮流発電装置出願 2013-097407 (2013/05/07) 公開 2014-218911 (2014/11/20) 国際特許分類(IPC)： F03B13/26

【0013】

【特許文献3】潮流発電機の多機能搭載装置及びその使用方法出願 2016-522213 (2014/06/19) 公開 2016-523340 (2016/08/08)国際特許分類(IPC)： F03B13/10

【0014】

【特許文献4】発電方法の変更 出願 2008-191471 (2008/06/25) 公開 2010-007441 (2010/01/14)国際特許分類(IPC)： E02B9/08

【0015】

【特許文献5】波力拡大発電出願 2003-436745 (2003/12/24) 公開 2005-188493 (2005/07/14)国際特許分類(IPC)： F03B13/24

【0016】

【特許文献6】波打際発電装置出願 2015-096379 (2015/05/11) 公開 2016-211450 (2016/12/15)国際特許分類(IPC)： F03B13/14

【0017】

【特許文献7】壁形成部材及びそれを用いた空間形成装置出願 2012-056400 (2012/02/27) 公開 2013-174116 (2013/09/05) 共同出願人検索 国際特許分類(IPC)： E04B1/343 A01K63/06

【0018】

【特許文献8】潮汐エネルギー海水脱塩システム、および発電システム、および一体エネルギー利用システム出願 2013-506458 (2011/02/24) 公開 2013-525101 (2013/06/20) 共同出願人検索 国際特許分類(IPC)： C02F1/04 F03B13/18 B01D1/02 B01D5/00

【0019】

【特許文献9】潮汐エネルギー蓄積、発電方法及びシステム出願 2013-506461 (2011/03/25) 公開 2013-525678 (2013/06/20) 共同出願人検索 国際特許分類(IPC)： F03B13/18

【非特許文献】

【0020】

【非特許文献1】潮汐発電,太陽光とSOFC(固体酸化物燃料電池)によるサロマ湖グリーンマイクログリッドの施設計画と発電品質The Facility Planning and Electric Power Quality of the Saroma Lake Green Microgrid by the Interconnection of Tidal Power Generation, PV and SOFC著者： OBARA Shin’ya資料： Journal of Power and Energy Systems (Web) 2013

【0021】

【非特許文献2】潮汐発電所のための系統連系用制御装置The Grid-connection Control System of the Tidal Current Power Station著者： LIU Hong-da資料： Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society 2007

【0022】

【非特許文献3】潮汐発電サイトに於ける乱流の特性Characteristics of the turbulence in the flow at a tidal stream power site著者： MILNE I. A.資料： Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical and Engineering Sciences 2013

【0023】

【非特許文献4】台湾,Kinmen島沿岸水域における潮汐発電資源と海面上昇の影響Tidal Current Power Resources and Influence of Sea-Level Rise in the Coastal Waters of Kinmen Island, Taiwan著者： CHEN Wei-Bo 資料： Energies (Web) 2017

【0024】

【非特許文献5】ニューヨーク州,イーストリバーで稼働する潮汐発電タービン付近を通過する魚類による行動応答の水中音響学的な評価Hydroacoustic Assessment of Behavioral Responses by Fish Passing Near an Operating Tidal Turbine in the East River, New York著者： BEVELHIMER Mark 資料： Transactions of the American Fisheries Society 2017

【0025】

【特許文献6】潮汐発電施設の配置最適化のための半解析的手法:フランスのAlderney Race (Raz Blanchard)への適用A semi-analytic method to optimize tidal farm layouts - Application to the Alderney Race著者： Lo Brutto Ottavio A.資料： Applied Energy 2016

【0026】

【非特許文献7】台湾の緑島郷の黒潮潮汐発電試験場の評価Assessment of Kuroshio current power test site of Green Island, Taiwan著者： HSU Tai-Wen資料： Renewable Energy 2015

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0027】

本発明が解決しようとする課題は・・・
１． 洋上風力発電の効率アップ
２． CO2ゼロ、原料費ゼロ、全設備の製造機能最低
３． 最も安い発電コスト（ＬＮＧ、石炭、石油、原子力、太陽光、風力）
４． 多目的施設との共有（海浜公園、親子釣り場）
５． 従来の潮汐発電の常識を打ち破る設備費用ローコスト
６． 資源不使用
７． ＳＤＧ‘ｓにも貢献
８． ヒトの居住地に近い場所に立地可能
９． サイズも自由自在

【課題を解決するための手段】

【0028】

本発明は、多くの人が思いついたが具体化しなかった潮汐発電をポリウレア樹脂発泡スチロールという低価格の部材を利用することによって実現に道筋をつけたことが特徴である。

【発明の効果】

【0029】

本発明は、現在ある技術の組み合わせで経済性のある再生エネルギー発電が可能になったことが大きな特徴である。それは空気並みに軽く、同時にコンクリート並みに堅牢なポリウレア樹脂の発達がある。それにフジツボや海藻付着防止剤や油圧、弾性バネ、ＡＩなどを組みあわせ安定的で最もローコストの発電を実現させたものである。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】ポリウレア樹脂塗布発泡スチロールで作った避難シェルター

【図2】潮汐（日々の潮位の差）の浮体エネルギーを備蓄する油圧メカニズム

【図3】潮汐（日々の潮位の差）エネルギを増幅したり回転エネルギーに変換する弾性バネ

【図4】油圧パワーの発電エネルギーをAIコントロールされて発電機に伝えるシステム

【図5】フジツボや海藻付着防止剤の塗布と同様の船底への作業工程

【図6】潮汐発電が釣り場と一体で行われる場合のイメージ図

【図7】子供には危険な波消しポットの魚釣り

【図8】洋上風力設備の水没部分ポールに入れることが可能

【図9】いろいろな発電コスト比較表

【発明を実施するための形態】

【実施例0031】

設置する設備の形状や目的に合わせてポリウレア樹脂加工した発泡スチロールの大きな成型物を作る。そのサイズが各１００メートル立方体などの大型の時は現地で組み立てる。

【実施例0032】

海中で使用するためフジツボや海藻付着防止剤を塗布する。また１～数年後のメンテナンスを簡単にするため幾重にもシールまたはラッピングしておく。