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HOME > 波力発電船によるマンガン団塊採掘システム 


波力発電兼エネルギー運搬船  


<目的>

4,000〜6,000mの深海底に眠るマンガン団塊の採掘は高水圧下での作業になるためその集鉱や揚鉱に多大のエネルギーおよびコストが掛かり、現在は商業生産されていない。本システムは当社の特許装置を使用した波力発電船で波力によって高圧水素ガスを生産および運搬をするだけでなく、この波力発電船で発生させた圧縮ポンプを必要としない高圧水素ガスを活用してマンガン団塊の低エネルギーでの安価な採鉱を行い、高圧水素ガスと共に輸送することを可能にする。

<システムの概要>

当波力発電船は船底下50〜60mに水平な受水板を固定することにより、波によってほとんど揺れない船を建造しその船内に設置された槽内の海面の上下動を利用して発電するものである。又その電力によって当社特許の「高圧水素製造タンク」で海水を電気分解し、船内の高圧水素タンク内に貯蔵し運搬する。また同時に生産される高圧酸素ガスによるエアーリフトポンプを利用することにより新たなエネルギーを要しなくても船を同じ位置に留めることができる。
このシステムでは船底下にもガス容積が変えられる高圧水素タンクをワイヤーで吊り下げており、製造された高圧水素ガスを充填または放出できるようになっている。この容積変動型高圧水素タンクの圧力は水深による水圧と同じ程度になるように充填される水素ガスの量が調整され、この過程ではガス容積は変動しない。そのため6,000mの深海底まで降ろせばガス圧は約600気圧になるがタンクの内外の圧力差はないのでタンクが破損することはない。またこの水素ガス容積はガスの浮力とタンクの重量がほぼ同一になるように設定されているのでワイヤーにかかる張力も小さく、そのためもしこのままこの高圧水素タンクを引き上げるときにはワイヤーを巻き上げる力は小さくて済むばかりか水深が浅くなるとガスが膨張し容積が増大するのでむしろ浮力の方が重量より大きくなる。そのためあまりに容積が大きくなるとこの高圧タンクはタンク内圧の増大により破裂するのでタンクの引き上げ時にはタンク内の水素ガスをより低圧な船内の高圧水素タンクに移し、引き上げる高圧水素タンクの容積を引き上げ前と同程度に保ちながら行う。
さて海底に降ろされたこの容積変動型高圧水素タンクにはマンガン団塊収集装置および鉱石搭載設備が設置されている。そのため鉱石を搭載している場合の高圧水素タンク引き上げ時には鉱石の重量を含めたタンク重量に釣り合うように充填する高圧水素ガスを増大させ、海水を排出することによりタンク内の水素ガス容積を大きくしてから浮上させる。その結果、引き上げに要する新たなエネルギーは不要になる。また一旦少し浮上させた後に場所を移動させてから水素ガスを低圧の船内タンクに移動させてガス容量を低下させ、この吊り下げられた鉱石搭載の高圧水素タンクを再び海底に降ろし採掘を続けることができ、近距離の場合は付属設備のロボットアームを使用してカニのように這って移動することもできる。これらのことにより低エネルギー低コストでの採掘が可能になる。
さらにマンガン・クラストのような硬い鉱石を採掘する際には当社の特許出願による「酸水素ガス掘削機」を使用することができる。高圧水素ガスをともに生産される高圧酸素ガスと混合して酸水素ガスとして燃焼させる高圧酸水素ガストーチは深海底の高圧下の海中でも高温で燃焼して海底の岩石を熔融および破砕し、採掘が容易になる。
採掘された鉱石を運搬するときには鉱石を搭載したままこの容積変動型高圧水素タンクおよび付属設備を海面直下まで浮上させ、この波力発電船で高圧水素ガスとともに港に運搬して回収する。

ガス浮力リフター

高圧下でも水の電気分解に要するエネルギーは不変(ファラデーの電気分解の法則)なので密閉容器内で電気分解を続ければ圧縮しなくても容器内に高圧の水素ガス(および酸素ガスを)発生させることができる。そのためこのガスを高水圧の深海に送り込むことができその水中タンク内に充填すればタンクに浮力を発生させることができる。また水中タンクが浮上すればタンク内圧が周囲の水圧よりも高くなるので水中タンクの耐圧限界より高くなる前に船上に設置された別の低圧タンクにガスを移動させれば水中タンクの破裂を防ぐ事ができる。このようにして水中タンクおよびそれに付属する重量物を海底から引き揚げることができるがそれに要するエネルギーは水(海水)の電気分解に要するエネルギーのみである。そのためこの発生した水素ガス(および酸素ガス)を発電などに利用すれば効率的な引き揚げシステムを構築することができる。(低圧タンクへの水素ガスの移動時にもガスタービンにより発電することができる。)
すなわち1万kwの発電能力のある波力発電船では水素ガスの生産効率を80%とすると600気圧の水素ガスを1時間に5.8m生産できるので1,000mのタンクは約7.2日で満タンにできる。この場合つまり1,000tのタンク設備および鉱石を余分なエネルギーを使わずに海面下に引き上げることができる。

<構造>

波力発電船内に搭載された高圧水素製造タンクで製造された高圧水素はウィンチに巻かれた高圧水素ホースを通って船体からワイヤーで吊り下げられた海中にある前後2槽に分かれた容積変動型高圧水素タンクに蓄えられる。このタンクの下部にはロボットアームの先に掘削機や集鉱機および鉱石搭載室が設置され、またこの搭載室と容積変動型高圧水素タンクは圧力調整弁を介して繋がっており、海水が出入りできる構造になっている。
一方「高圧水素製造タンク」からは船内の高圧酸素タンクにパイプがつながっており高圧酸素タンクからは水平受水板固定用円柱の下部までパイプが伸びてそこで円柱内に高圧酸素ガスおよび電気分解後の海水が放出される構造になっている。またこの円柱の下部には海水流入口および上部には海水噴射口が開けられている。
さらに「高圧水素製造タンク」とウィンチを回転継手(スクリューポンプ付)でつなぐパイプには流路切り換え弁とそれにつながる船内用高圧水素タンクが設置されている。(高圧水素ホースをウィンチに巻かずにらせん状に折りたたみ回転継手を使用しない方式もある。具体的な方法を知りたい方は連絡先に問い合わせてください。)

<作動>

波力発電により発電した電力での「高圧水素製造タンク」(耐圧600気圧)内の高圧水素製造に伴い副次的に発生した高圧酸素ガスは一旦タンク(耐圧10気圧程度)に蓄えられた後、電気分解後の海水とともに水平板固定用円柱内下部に放出される。その結果この波力発電船は波で揺れないだけでなくこのエアーリフト作用による海水の噴射で風があっても定位置を保つことができる。そのためこの波力発電船からワイヤーで吊り下げられた容積変動型高圧水素タンク(耐圧30気圧程度)やその下部に設置された鉱石採掘用付属設備は揺れることなく深海底の定位置まで降ろすことができる。また容積変動型高圧水素タンクは上述のようにどのような水深でも船内用高圧水素タンク(耐圧30気圧程度)へのガスの排出などによるガス圧の調整により破損することはない。
しかもこの容積変動型タンクの前後のタンク内は海水と膜で仕切られており、船上からの指令でこのタンク内の水素ガス流路切換えによってガスを排出または充填させることにより前後のガス容積の比率を変えてタンクの前後の姿勢を変えることができる。そのため一旦前方の鉱石投入口付近に搭載した鉱石は傾きにより転がして後方に送り込むことができる。またタンク内に海水が出入りできるので水素ガス全体の容積を変動させることができ、掘削機と集鉱機で採鉱が終了した後は増大した水素ガス容積を維持しながらその浮力で鉱石を海面まで引き上げることができる。このとき水素ガスの移動により船内の高圧水素タンクがたとえ満タン(30気圧)になってもこの容積変動型タンクと鉱石搭載室の海水出入口にある圧力調整弁によって海水圧が30気圧以下になれば容積変動型タンクからはそれ以上海水が排出されない仕組みなので容積変動型タンク内のガス容積と浮力は同じまま維持される。

スクリューポンプ付回転継手

本装置で使用する回転継手は特許取得の「スクリューポンプ付回転継手」を改良して回転するパイプの回転速度が遅くても超高圧ガスが漏れないようにしたものである。すなわちスクリューポンプ部品を外部に設置したモーターで高速回転させて発生する高油圧でガスを漏れなくする。またこの回転継手では高圧ガスの流路面にゴム状パッキング材が使用されている。そのためパイプを回転させる必要のないときはモーターの停止により回転継手の油圧が下がって高圧ガスの圧力でこのパッキングが圧迫され、間隙を塞ぐことによりガスの漏れ出しを防ぐ。またたとえ間隙からガスが漏れ出したとしてもベルヌーイの定理により間隙側の方がパイプ内より陰圧になるのでパッキングが押されて間隙が閉じることになる。


  出願特許の内容 :特許・5713143号



 詳しい内容は下記にお問い合わせください。


住所
 宮城県仙台市太白区茂庭字人来田西8−13
 杜都千愛病院 内 理事長 安ヵ川  誠
TEL
 022−281−0033
FAX
 022−281−0585
E-MAIL  rijityou@midorijuji.or.jp

 

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