JP2002506162A - 動く水からの動力の取り出し - Google Patents

動く水からの動力の取り出し

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JP2002506162A JP2000534773A JP2000534773A JP2002506162A JP 2002506162 A JP2002506162 A JP 2002506162A JP 2000534773 A JP2000534773 A JP 2000534773A JP 2000534773 A JP2000534773 A JP 2000534773A JP 2002506162 A JP2002506162 A JP 2002506162A
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ティモシー ウイリアム グリンステッド
マイケル ジョン ワッチオン
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ザ エンジニアリング ビジネス リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 動く水から動力を取り出す原動機であって、本体を具え、該本体はその側面から突出した少なくとも一つの水没した制御部材、例えば水平舵或いは回転するシリンダによって発生した推力の方向を逆転させることによって水中で揺動させられる原動機が述べられている。好ましくは、この原動機は開放された底を有するタンクで構成され、それが揺動するとその内部の流体をタンクの閉ざされた天井と水面との間で交互に圧縮・減圧する。好ましくはこの流体は空気である。他のエネルギー取り出し手段をこの原動機と組み合わせて動力を発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、潮汐流や川の流れ等の動く水から動力を取り出す原動機、装置並び
に方法に関する。
【０００２】 従来、こうしたことは一般に水車に似たタービンによって行われ、或いは達成
されてきた。これらの水車の羽根は、水流によって水平軸又は垂直軸を中心に、
毎分１０〜３０回転程度の低速で且つ高いトルクを以って回転する。このような
速度を発電機に必要な高速まで高めるには、ギヤボックスが必要である。このギ
ヤボックスは大きくて複雑で高価であると共に、動力損失が大きい。また、ギヤ
ボックスは信頼性に問題があり、特に水中に設置された場合に保守が難しい。
【０００３】 英国特許 GB1604372には潮の満干のエネルギーを利用した装置が開示され、こ
れは、互いに内部にスライド可能に嵌合する二つの円筒タンクを具えている。こ
の装置は、海底に置かれた三脚の上に支えられている。浮揚用カラーが外側タン
クを浮き易くし、それが水面と共に浮き沈みすると、タンクの中の空気が両タン
クの相対運動のために圧縮される。内側タンクのカバーに設けられている接続手
段によって、圧縮空気を遠くに設置されている空気タービンの駆動に使用するこ
とが可能である。
【０００４】 本発明は、ゆっくりと動く水から機械的エネルギーを取り出すための、（自然
エネルギーを機械的動力に変換する）原動機、装置並びに方法を提供することを
目的とする。この原動機は、任意の適宜なエネルギー取り出し手段と共に使用す
ることができる。例えば、これは電気エネルギーを直接生産したり、有用な形の
機械的運動を提供するのに使用可能である。本発明の別の態様によれば、ゆっく
りと動く水からの機械的エネルギーが、高速で移動する流体の機械的エネルギー
に移される。好ましくは、この流体は空気である。
【０００５】 本発明の第１の態様によれば、動く水から動力を取り出すための原動機が提供
され、この原動機は本体を具え、この本体はその側面から突き出した少なくとも
一つの水没した制御部材によって生じた推力の方向を逆転させることによって、
水に対して揺動させられる。
【０００６】 この原動機は理論的には流水からエネルギーを取り出すのに適しているが、他
の流れる流体からの取り出しも可能であり、したがって、本明細書を通じて、「
水」と云う用語は他の全ての流れる液体及び気体も含むものと解釈すべきである
。
【０００７】 少なくとも一つの制御部材が前記本体の各側面から突出していることが好まし
い。
【０００８】 前記本体の形状は、本体の表面の一部分を水がより高速で流れ、一つ以上の突
出した制御部材が前記本体の表面の前記部分に設けられていることが好ましい。
【０００９】 前記制御部材が水流の方向に対し実質的に垂直になるように、前記本体を水流
に対して配向させる湾曲した側面を前記本体が具えていることが望ましい。
【００１０】 前記制御部材はほぼ平らであることが好ましい。
【００１１】 前記側面の形状が対称形であることが望ましい。
【００１２】 前記本体の側面が張り出していることが望ましい。
【００１３】 少なくとも一つの突出した第２の制御部材が前記本体に固定して設けられ、逆
転可能な突出した第１の制御部材の推力の方向が逆になった場合に、前記固定式
第２制御部材の角度が水流に対して変化して、前記固定式第２制御部材に対する
水の作用によって前記本体が揺動させられるように配置されていることが好まし
い。したがって、制御部材は航空機の尾翼のように作用する。
【００１４】 前記本体に沿って流れる水流の速度が最大又はそれに近くなる本体上の地点に
前記固定式第２制御部材が位置していることが好ましい。
【００１５】 前記逆転可能な第１制御部材が水流の方向にそれから側方に離れて位置してい
ることが好ましい。この逆転可能な制御部材は固定式制御部材の下流側にあるこ
とが望ましい。これは航空機の尾翼に更に似ている。
【００１６】 一つ以上の制御部材が水平舵で構成され、これによって少なくとも一つの水平
舵の傾斜角によって推力の方向が逆になることが好ましい。
【００１７】 前記本体の両側面において制御部材が対称的に分布していることが好ましい。
【００１８】 前記本体が細長く、水流の方向に沿うように自ら配向することが望ましい。
【００１９】 前記本体が垂直方向に揺動することが望ましい。
【００２０】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、全体として回動可能であることが好ましい
。
【００２１】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、前記本体から突出した該部材の縁を中心と
して回動可能であることが望ましい。
【００２２】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、前記本体から突出した中央に位置する軸を
中心として回動可能であることが好ましい。
【００２３】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、本体に対して固定された制御部材又は他の
取付け手段に装着された回動可能なフラップで構成されていることが望ましい。
【００２４】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、翼形状を有することが好ましい。
【００２５】 一つ以上の制御部材が回転可能な円筒構造をそなえ、その回転方向は発生した
推力の方向を変えるように逆転可能であることが好ましい。一例として、この円
筒構造は連続円筒を形成していてもよく、或いは間隔を空けて配置された翼であ
ってもよい。
【００２６】 一つ以上の制御部材が前記本体の両側面に設けられていることが望ましい。
【００２７】 制御部材が水流の方向に対し実質的に垂直な方向に前記本体から突出するよう
に配向している場合に、水流の方向に実質的に垂直な方向に前記本体に沿って、
前記制御部材が間隔を空けて配置されていることが好ましい。
【００２８】 前記本体が垂直に揺動するように配置され、二つ以上の制御部材が前記本体の
両側面に実質的に垂直な線に沿って設けられていることが好ましい。
【００２９】 各側面に三つ以上の制御部材が設けられ、該制御部材同士の間隔は実質的に等
しいことが好ましい。
【００３０】 本発明の別の態様によれば、前記原動機を具えた動く水から動力を取り出すた
めの装置が提供される。
【００３１】 前記原動機が水中に固定された或いは固定可能な係留手段に連結されているこ
とが好ましい。
【００３２】 前記原動機が係留ケーブルに連結されていることが好ましい。
【００３３】 前記原動機が、水中に直立した姿勢で固定された或いは固定可能な支柱に軸方
向にスライド可能に装着され或いは装着可能であることが好ましい。
【００３４】 前記原動機が前記支柱を取り囲む下向きに延びたチューブで構成されているこ
とが望ましい。
【００３５】 前記原動機の揺動を電力などの別の動力の形に変換するための動力変換手段が
設けられていることが好ましい。
【００３６】 動力発生時には前記原動機が水没していることが望ましい。
【００３７】 一つ以上の油圧ポンプ、クランク機構、電気コイル及び磁石等の発電手段を具
えた動力変換手段が設けられていることが好ましい。
【００３８】 流体を高所まで吸い上げて位置のエネルギーを蓄える流体ポンプを具えた動力
変換手段が設けられていることが好ましい。
【００３９】 前記装置は、風や波から動力を取り出す装置が取付けられた支柱等の構造物の
上に係留或いは装着されていることが好ましい。こうして、この原動機は潮汐流
或いは川の流れから動力を取り出し、動力は風や波からも取り出される。この原
動機は潮汐流と川の流れから動力を取り出すのに適するように構成されているが
、好適実施例に関連して後述するように波浪から動力を取り出すのにも使用でき
るようになっている。
【００４０】 前記原動機が浮揚性であることが望ましい。多くの場合、これは水面に浮かび
、その構造の一部が水面下に沈む。
【００４１】 前記原動機が底の開いたタンクであり、それが揺動するとその内部の流体を該
タンクの閉鎖された天井と水面との間で交互に圧縮・減圧することが望ましい。
【００４２】 ここに開示された情報に基づいて、当業者であればこの好適実施例における発
明は二つのモードで作動することが理解されるであろう。
【００４３】 第１のモードにおいては、潮汐流及び川の流れから次のように動力が取り出さ
れる。水が制御部材に沿って流れると、上下方向の推力が発生し、原動機を流れ
の方向を横切る（普通はほぼ垂直な）平面内で動かす。制御部材を逆にすると推
力の方向が逆になり、これが繰り返されると、原動機はほぼこの平面内で往復運
動する。
【００４４】 この往復運動は、適宜なエネルギー取り出し機構によって更に有用な形のエネ
ルギーに変換される。この好適実施例においては、原動機はタンクであり、流体
の圧縮と減圧を交互に繰り返す。
【００４５】 第２のモードにおいては、動力は波浪から取り出される。波がタンクに衝突す
ると、その内部の水の高さが収集装置の天井に対して上昇下降する。タンクの垂
直運動は水平舵の抗力によって減衰させられる。必ずしも必要ではないが、この
抗力は制御部材を逆にすることによって補充され、波の水の上昇下降と反対方向
に推力を発生する。このようにして、タンクは岸、海底等の定点に対して静止状
態に保たれようとする傾向があるが、タンク内部の流体は波の作用によって圧縮
と減圧を交互に繰り返す。
【００４６】 前記タンクの頂部の少なくとも一つのダクトが、流体のタンクへの交互の流入
流出を可能にしていることが望ましい。
【００４７】 一つ以上のダクトを通って流れる前記流体が、タービンを駆動することをが好
ましい。タービンはタンクに装着されていることが好ましい。このようにして、
選ばれた流体が空気である場合には、タービンは空気中で作動する。前記タービ
ンが発電機に直接連結され、これを駆動することが望ましい。任意の時期に開か
れる、或いは特定の時期に選ばれたタービンを駆動するために選ばれるダクトの
数及び／又は大きさは変更可能であり、これによって空気流がタービンの効率を
高めるのに最適なものとなる。
【００４８】 ダクトの中にタービンが収容されていることが望ましい。発電機又はタービン
と発電機を組み合わせたものがダクトに収容されていることが好ましい。
【００４９】 流体の流れがタンクに流入するかそこから流出するかに無関係に、前記タービ
ンが同じ方向に回転することが好ましい。
【００５０】 流体の流れがタンクに流入するかそこから流出するかに無関係に、前記タービ
ンが同じ方向に回転するように、バルブ手段が設けられていることが望ましい。
【００５１】 前記流体が空気であることが好ましい。
【００５２】 更に別の態様においては、動く水から動力を取り出す方法であって、前述の原
動機の本体から突出した少なくとも一つの水没した制御部材によって発生させた
推力の方向を繰り返し逆転させる方法が提供される。
【００５３】 本発明の好ましい実施例を、例示として添付の図面を参照して以下に説明する
。
【００５４】 図１において、大きなブイ即ち底の開いた浮遊タンク１０には作業流体として
空気が入っている（図３の１７を参照のこと）。このタンク１０は実質的に平ら
な天部１２を有し、平面図はカヌーのような形をしている。タンク１０の張り出
した両側面１４が出会って尖った縁を形成している。この両側面は、尖った縁が
流れの方向を向いて水が張り出した側面１４に沿って流れるように、タンクの向
きを決めるのに役立つ。このようにして、水は地点Ｐ、Ｑ、Ｒの間を側面１４に
沿って流れる。地点Ｑにおいて水流はほぼ均質になり、タンクの幅がこの地点で
広くなっていることに起因する絞り効果によって地点ＰとＲにおける水流よりも
速く流れる。ここが側面１４から突出した水平舵２２を設置するのに適した地点
であり、取り出し可能な水の機械的エネルギーはこの流れ速度の三乗に比例する
。このため、水平舵は最高速度を持つこの位置に有利に配置される。
【００５５】 典型的なタンク１０は、通常、海中の河床１８に直立して固定された支柱１６
をスライド可能に取り囲んだ下向きに延びたチューブ（図示しない）を具えてい
る。通常は、大径の滑り軸受２０がチューブの上部に固定され、小径の軸受（図
示しない）がチューブの下部に固定され、これら二つの軸受は互いに広い間隔を
空けて設置されている。こうして、これらの軸受は、支柱１６に対して軸方向に
スライド可能であると共に回転自在となっている。この円形軸受の代わりに、或
いはこれに加えて、図１１に示されているように別の軸受ストリップ２０を設け
てもよい。
【００５６】 水平舵２２は全体として水没しており、且つ下縁２３を中心に、タンクの側面
１４にほぼ垂直な軸の回りに回動可能である。タンクの両側面１４上の二枚の上
部水平舵２２同士はシャフト（図示しない）によって相互に連結され、二枚の下
部水平舵同士も同じように相互に連結されている。水平舵２２の傾斜は、例えば
油圧或いは機械的手段によって連携するシャフトを少し回転させることによって
互いに調和して逆にすることができる。このような水平舵の傾斜の変更はコンピ
ュータによる制御の下で、幾つかのパラメータに応じて行われる。これらのパラ
メータの中には、タンクの動き、水流の方向、水平舵にかかる力、及び／又はタ
ンク内の空気圧等が含まれる。後述するように、最適な構成は、空気が実質的に
常にタンクに流入し流出することである。所与の時刻におけるタンク内のエネル
ギーは、空気圧と空気容積の積と同等である。取り出し可能なエネルギーは、処
理の時間を通じての容積変化とこれと同じ時間内の圧力差の積と同等である。
【００５７】 水平舵２２の傾斜の最大角度も調節可能である。典型的には、水平舵２２はそ
の上下表面を流れる水の作用による揚力を生じる水平舵として作用するが、凧が
空気を偏らせるのと殆ど同じように、水用デフレクタとしても作用する。このこ
とは図１２に示されており、後に更に詳しく説明する。
【００５８】 タンク１０の天部１２に二つのダクト２５が形成されている。これらのダクト
は高速のエアタービンを収容し、必要に応じて発電機も収容し、これらはタンク
に出入りする空気流によって直接的に駆動可能であり、発電機（図示しない）が
設置されていれば、それがどこにあってもこれに直接回転を与えることができる
。したがって、タービン２４並びに発電機は水面下に設置されていなくてもよく
、空気中で作動してその信頼性を高め且つ保守を容易にすることができる。バル
ブ手段（図示しない）が各ダクトに設けられ、空気流がタンクに対して入るか出
るかに無関係に、空気が各タービン２４を同じ方向に通過できるようにしている
。別の例では、ウエルズタービン (Wells turbine)等の特殊なタービンが用いら
れ、空気流の方向に無関係にこのタービンが常に同じ方向に回転するようになっ
ている。
【００５９】 作動時には、タンク１０の形状、特に張り出したその側面１４のために、タン
クは風向計のように自動的に配向されて、制御部材２２が矢印２６で示された水
流に対して実質的に直角をなすように維持される。この配向によって、タンクに
加わる抗力が減少し、特に側面の最も幅の広い部分に沿う流れ、したがって水平
舵２２の上の流れの速度が増加する。
【００６０】 水平舵２２上の水流の作用によって、水平舵の角度に応じてタンクは当分の間
は支柱１６の上を上下に移動する。こうして、タンクは矢印３２で示されたよう
に揺動し、天部１２と水面２８との間の内部空間に入っている空気を（タンクが
下方に移動するときに）圧縮し、そして（それが上方に移動するときに）減圧す
る。
【００６１】 タンク１０が下方に動くと、差圧によって空気がダクトを通じて排出される。
このサイクルの下方領域において、水平舵２２からの下向きの力とタンクの重量
とが浮力即ちタンクに対する水の上向きの推力と拮抗する。このことは、図３の
ステップａとｂから明らかである。タンク内部の空気圧は外部の大気圧より大き
く、タンクの外側の水のレベルに比してタンクの内側の水のレベルに小さな変化
ｈが生じる。水平舵の傾斜角によるタンクの更なる下降運動と結びついたこの水
頭（揚程）によって、タンクの内側と外側の圧力差が益々大きくなる。空気３０
はダクト２５を通じてタンクから排出される。図４と図５から判るように、Ｔ＝
Ｔ１においてタンクからの空気の排出が始まる。これは、タンクの下向きの力が
水による上向きの力とバランスして、水頭ｈが消失してタンク内部の圧力が大気
圧に等しくなるＴ＝Ｔ３まで続く。この時点で流れは止まる。この時点での時間
経過は最短に維持されることが望ましい。
【００６２】 したがって、運動の最下部に向かう途中で、好ましくは運動の最下部に余り長
く留まらないうちに、水平舵２２の傾斜を逆にして垂直方向の上向きの力が作用
するようにする。タンク１０は、この力とその浮力の組合せによって上方に加速
される（図３のステップＥを参照のこと）。
【００６３】 タンクが上方に動くにつれて、その内部の圧力は大気圧以下に降下し、タンク
の外側の水のレベルに比して小さい水頭が生じる。空気がダクトを通じて吸い込
まれる（ステップＦ参照）。運動の頂点において水頭ｈは消失し、タンクの内部
の圧力は再び大気圧に戻る。
【００６４】 このようにして、水面２８の上方にある静止したタンクの距離がＸ１であり、
水面２８の下方のタンクの距離がＸ２であれば、ステップＧにおいて運動の頂点
のＸ１はＸ２に対して増加している。
【００６５】 図４に示された測定においては、測定機器の制限の故に、圧力測定の結果にタ
ンクに空気が流入したことを示すピークが存在していない。それにも関わらず、
図示の期間内にタンクに空気が流入することが観察された。
【００６６】 このサイクルは、水平舵２２を流れ２６に対して別の方向に傾斜させた状態で
、再び繰り返して始められる。
【００６７】 タービンを通る空気の速度は、ダクトの大きさ及び／又は数を変えることによ
って変えることができる。こうして、六つのダクトが示されている図６において
、それらの中の一つ以上を閉鎖し或いは空気流から外して、残りのダクトを通る
空気の速度を増加させることができる。このようにして、（水流は場所毎に変わ
るので）ダクトの大きさ及び／又は数を変えて、特定の装置を特定の場所又は特
定の条件のために特注化することができる。実際、水流が遅いときには、数本の
ダクトの向きを変えて一つのタービンに向かうようにし、水流が速いときには、
幾つかのダクト（したがって幾つかのタービン）の向きを再変更して、動力発生
のための最も効率の良い範囲でそれを作動させることができる。代表的な例では
、これらのエアタービンはダクト内に発電機を具えている。タービンを通る空気
の速度も、水平舵の数及び／又は大きさを変えることによって変更することがで
きる。タンクを設置場所および周囲の条件に合うように特注化できるこの能力に
よって、所与の状況において最適の或いは最適に近い効率でタンクを作動させる
ことができる。
【００６８】 タンク１０は浮遊し、支柱１６に対してスライドするので、水面２８の高さの
変化に合わせて自己調節する。更に、タンクは支柱１６を中心に回転可能なので
、水流の方向の変化に合わせて自己調節する。このことは、内向きと外向きの潮
汐流が互いに約１８０度をなしていない潮汐流の場合には特に重要である。これ
は図１３に詳細に示され、内向き流と外向き流とが実質的に反対方向である場合
或いは川の流れにおいては、ケーブル３３を使用して一本の支柱２５にタンクを
係留することができる。ケーブルの取付けポイントがこのように構成されている
ならば、係留ケーブルを使用して回転を一定量に留めることが可能になる。しか
し、内向き流と外向き流とが互いに角βをなしている場合には、中心支柱１６が
使用されることが多い。これは、タンク１０を角βだけ回転させて、周囲の潮汐
流に合わせて自己整列することを可能にする。
【００６９】 水流の方向と速度に対する水平舵の傾斜角は、タンクに加わる上昇力と抗力の
大きさを制御する。したがって、制御部材２２は、上昇力を発生するが抗力は殆
ど発生しない水平舵として作用する水平舵として機能する。図１２において、水
流２６は制御部材２２ｄによって下方に向きを変えられ、タンク１０を矢印３２
の方向に移動させる。これは、凧がその高さを維持するのと似たやり方である。
制御部材２２Ｄは水平軸を中心に垂直面内で回転し、タンク１０の運動方向を逆
転させる。しかし、制御部材２２Ｄは抗力を生じるので、その使用は、ケーブル
によるしっかりとした係留が可能な場合等の抗力が問題にならない特別な場合に
限定される。
【００７０】 図１２に示されている水平舵或いは制御部材２２ｄの角度の調整によって、流
れの速度の広い範囲にわたって動力の最大出力が可能になる。このように、この
装置の効率と動力の出力を前述のように最適化させ増大する幾つかの変動要因が
存在する。更に、この装置は動力ケーブルによって岸に接続されてもよく、嵐の
際には沈められて、それによって損傷の危険性を少なくすることができる。
【００７１】 図６は、５〜３０度の角度範囲にわたって作動する、例えば２αが約６０度に
等しい水平舵として機能する制御部材２２Ｃを示す。この水平舵が逆になる頻度
は典型には５〜２０秒であるが、これより大きくても小さくてもよい。作業位置
でのこの水平舵の角度姿勢は、角度的作業位置の範囲内で選ばれる。
【００７２】 水平舵２２ａがタンク１０の最も幅の広い箇所に設けられる。これよりも好ま
しくない他のポイントに別の水平舵２２Ｂと２２Ｃを設けてもよい。水平舵２２
Ｂ同士は同じ間隔で配置されているが、水平舵２２Ｃ同士は同じ間隔では配置さ
れていない。水平舵を、水流に対してほぼ直角に垂直方向に互いに上下関係に配
置することによって、下流側に発生する乱流がその近傍に影響を及ぼさない。こ
うして、水流方向にタンクに沿って間隔を空けて設置された水平舵の代わりに、
シリーズ２２Ａ、２２Ｂ及び２２Ｃの一つが選ばれる。これらの水平舵は千鳥状
に、即ち図８の水平舵２２Ｅのように垂直方向に間隔を空けてしかも水平方向に
一部重なって配置されてもよい。
【００７３】 図８は、また、図６と図７のものと似たタンクも示しているが、これは水面の
上又は下のいずれかの適宜な係留ポイントにケーブル３３によって係留されてい
る。図９Ａは、一方が他方よりも空気力学的な形状をした水平舵用の二つの対称
形断面と、水平舵用の一つの翼断面を示している。対称形が好ましく、空気力学
的な形状が最も好ましい。
【００７４】 図１０は、タンク１０に対して回転しない固定水平舵２２を示している。回転
可能な尾部水平舵３４がタンクを上昇下降させる。この上昇が始まると、これは
タンクを僅かに傾斜させ、水平舵２２が水流２６に対して或る角度をなし、力を
作用させてタンクを上昇或いは下降させる。逆にすることができる水平舵を装着
したタンクに固定された他の水平舵或いは取付け構造を用いることも可能である
。これらは航空機の翼の回動可能なフラップに似ている。本発明に使用するのに
適した別のタイプの水平舵が図９Ｂに示されている。ここで、断面で示された水
平舵２２Ｆは可撓性であり、歪んでその湾曲を逆転させ（ひっくり返し）、上昇
推力３２Ａ或いは下降推力３２Ｂを発生させる。
【００７５】 図１４〜図１８は原動機４０の用法を示し、この原動機は一本の支柱１６の周
囲に取付けられ、或いはケーブル３３を介して係留され、水平舵２２を具え、こ
れらの水平舵を逆にすることによって原動機４０を上昇下降させるように構成さ
れている。原動機４０の揺動を、高い位置に溜められた水、機械的回転、電力、
水力等の利用可能な形の動力に変換するために幾つかの異なる種類の動力変換手
段が設けられている。タンク１０は浮揚性であるが、原動機４０は一部浮揚性で
あり、休止時には沈められる。前に述べたように、水平舵２２や制御部材２２Ｄ
の傾斜を逆にすることによって、タンク１０と全く同様に原動機４０は上昇下降
する。こうして、原動機４０は矢印３２の方向に上下に揺動する。
【００７６】 図１４において、油圧ピストンは制御チャンバ４０内の流体にポンプ作用を行
って動力を発生させ、或いはクランクに連結されている。
【００７７】 図１５においては同じような油圧ポンプ４２が使用されているが、この場合に
は制御チャンバ４４は水面下に位置し、ケーブル３３によって海底に係留されて
いる。したがって、原動機４０は海底の上方に浮いている。原動機４０がその周
囲に取付けられた支柱１６Ａはスロットを具え、原動機４０に装着されている部
材がこれを通じて突き出して、ポンプ４２を駆動して油圧装置４２のピストンを
上昇下降させる。更に、支柱１６Ａは水面に対して出入り自由であり、制御・動
力発生チャンバ４４へのアクセスを可能にすると共に、ケーブル等によって動力
を取り出すことができる。
【００７８】 図１６では、シャフト４２ａが上昇下降してクランク・システム４３に機械的
回転を起こさせ、この回転が電力に変換されたり、タービンを駆動したりする。
【００７９】 図１７では、支え部材４６は、コイル４８を担持し、原動機４０と共に矢印３
２の方向に上下動する。コイル４８は磁石５０の周囲に位置し、交流電流を直接
に提供する。
【００８０】 図１８では、油圧装置４２とパイプ５２によって、高い位置にある貯留チャン
バ５４に水が汲み上げられる。この水はパイプ５６を通じて落下し、水力タービ
ン５８で電力を発生する。
【００８１】 図１９の別の実施例においては、回転するシリンダを使用して上向き推力と下
向き推力を発生している。これらのシリンダ６１は、流れ２６に対して矢印６２
の方向に回転する。シリンダは抗力６２を発生させるが、下向きの力６０も発生
させ、或いは回転が逆になると上向きの力も発生させる。電気を使用して連結ロ
ッド６４を駆動し、回転を起こさせることができるが、流れ２６を利用して、連
結手段６８とギヤボックス６６を介して回転させられる回転ホイール７０を経て
、必要な回転を得ることもできる。水平軸（図示しない）を中心に回転する水車
型ホイールも利用可能である。ギヤボックスは、回転ホイール７０の運動方向を
変更することなく回転６３を逆転するのに使用される。
【００８２】 このように、本発明は、ゆっくり動く水その他の適宜な流体（気体と液体の両
方）を速く動く空気に変換して、タービンに毎分１０００〜３０００回転の回転
速度を起こさせる装置だけでなく、適宜な任意のエネルギー取り出しシステムと
組み合わせることのできる原動機も提供する。適宜な液体やその他の気体を、空
気の代わりに使用することができる。速く動く流体は、動力を取り出す流体より
も軽いのが普通である。タンクは浮揚性であっても或いは中立的な浮揚性を有す
るものであってもよい。タンク又は原動機は風向翼の似たものの代わりに、動力
駆動式の手段によって向きを定められてもよい。一つ以上の方向舵その他の垂直
制御表面を設けて、タンクの姿勢を整えるのを助けてもよい。これらは動力で駆
動されてもよく、或いは干満による変化の度に手動で設定されてもよい。このタ
ンクと原動機は、水中に恒久的に設置可能である。タンクは図示とは異なる形状
を持つものであってもよい。一つのタンク或いは複数のタンクを用いてもよい。
【００８３】 この装置は、連携する脱塩プラント用の動力を提供するのに使用可能である。
他の例としては、潮汐流、波浪、風力に依存する装置同士の組合せがある。例え
ば、支柱の頂部に風力タービンを取付けて使用することも可能である。このよう
に、特に原動機がタンクである場合には、原動機に作用する波のエネルギーから
、原動機に及ぼす潮汐流から、そして支柱の頂部に取付けられた風力タービンか
ら動力を得ることができる。波浪の影響下におけるタンクの不規則運動に対する
抵抗となる制御表面の一つに対する波の作用から動力を発生させることが可能で
ある。半浮揚性のエネルギー収集装置にぶつかる波からの動力の発生は、この収
集装置の内側の水の高さを収集装置の天井に対して上昇下降させる。収集装置の
垂直運動は水平舵の抗力によって減衰する。水平舵を押す波のサイクルにおける
動く水の力は、収集装置を収集装置内の水とは逆位相で動かし、その中の流体を
交互に圧縮・減圧する。水平舵の角度を変えることによって、収集装置内に入る
波のこの効果を高めるこができる。この装置はエネルギーを蓄える手段を組み込
むことができ、或いはブイ等の自律的装置用の動力を提供するのに使用可能であ
る。更に別の実施例はタンク１０等の二つの原動機を具え、両方の原動機の間に
は一つ以上の水平舵が延在している。各水平舵の両端がタンクによって支えられ
ているので、水平舵に安定性が与えられる。
【００８４】 水平舵及び回転円筒構造（中空、中実或いは翼が円筒状外周面に設けられてい
る）の形の制御部材を、本発明の原動機と組み合わせて使用することができる。
この原動機は水平方向に揺動するように構成することもできる。傾斜角度は、（
例えば、原動機の重量を考慮にいれて）このサイクルの上方及び下方部分の場合
と同じなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 動く水から動力を取り出すために作業位置に設置された能動的な水柱装置の斜
視図である。
【図２】 図１の装置の平面図である。
【図３】 前記装置の作用サイクルを示す八つの断面図（Ａ−Ｈ）を示す。
【図４】 作用サイクルにおける時間の関数としての水平舵の運動、気圧、水平舵の加速
度を示すグラフである。
【図５】 図４のグラフと類似の多数回の繰り返しを示す。
【図６】 本発明の別の実施例の平面図であり、数個の排気／吸気ダクトを示す。
【図７】 図６の装置の断面図であり、一本の支柱の上のその係留装置を示す。
【図８】 ケーブルで係留された装置の平面図と断面図である。
【図９Ａ】 本発明の装置の別の水平舵の断面図を示す。
【図９Ｂ】 本発明の装置の別の水平舵の断面図を示す。
【図１０】 本発明の装置の一方の側の概略側面図であり、中心位置にある固定式水平舵と
、この好適実施例の場合には装置の後部に水流方向に向かい合って設けられた回
転式の尾部水平舵とを示す。
【図１１】 本発明のタンクの斜視図であり、一本の支柱にタンクを装着するのに使用され
る任意の細長い軸受を示す。図７に断面で示されているように、間隔配置された
リング状軸受を使用してもよい。
【図１２】 タンクの概略側面図を示し、水平舵としてよりもむしろ水反射装置としての制
御部材の使用法を説明している。
【図１３】 出入りする潮汐流が１８０度である場合にはケーブルによって係留され、内向
き流と外向き流の間が角度βである場合には一本の支柱に係留される本発明のタ
ンクの平面図を示す。
【図１４】 一本の支柱に係留された場合に、油圧シリンダを使用して原動機から動力を発
生させる、本発明による装置の平面図と断面図を示す。
【図１５】 図１４と類似の図であるが、制御／発生ボックスが水面下に浮遊し、ケーブル
によって係留されている。
【図１６】 一本の支柱に係留された水没した原動機から機械的動力を発生させる装置の平
面図と断面図を示す。この装置は、水没してケーブルによって係留された図１５
のものと同様に再配置することが可能である。
【図１７】 原動機を用いて直接に発電させる装置の概略側面図を示す。
【図１８】 位置エネルギーを蓄えるために水を高いレベルまでポンプアップする装置の概
略側面図を示す。代表的なものとしては、この水はタンク１０を通って流れるも
のと同じである。
【図１９】 本発明の別のタンクの概略斜視図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２２日（２０００．２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ワッチオン マイケル ジョン イギリス エヌイー43 ７エルユー ノー サンバーランド ストックスフィールド ハイ ミックレイ ザ オールド コーチ ハウス （番地なし) Ｆターム(参考） 3H074 AA06 AA08 AA11 BB01 CC04 CC11 3H078 AA01 AA17 AA24 AA27 BB13 BB30 CC01 CC11 CC12 CC22 CC43

Claims (48)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動く水から動力を取り出す原動機であって、本体を具え、該
    本体はその側面から突出した少なくとも一つの水没した制御部材によって発生し
    た推力の方向を逆転させることによって水中で揺動させられることを特徴とする
    原動機。
  2. 【請求項２】 少なくとも一つの制御部材が前記本体の各側面から突出して
    いることを特徴とする請求項１に記載の原動機。
  3. 【請求項３】 前記本体の形状が該本体の表面の一部分を水がより高速で流
    れるようになっており、一つ以上の突出した制御部材が前記本体の表面の前記部
    分に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の原動機。
  4. 【請求項４】 前記制御部材が水流の方向に実質的に垂直になるように、前
    記本体を水流に対して配向させる湾曲した側面を前記本体が具えていることを特
    徴とする請求項３に記載の原動機。
  5. 【請求項５】 前記側面の形状が対称形であることを特徴とする請求項１乃
    至４のいずれかに記載の原動機。
  6. 【請求項６】 前記本体の側面が張り出していることを特徴とする請求項３
    、４、５のいずれに記載の原動機。
  7. 【請求項７】 少なくとも一つの突出した第２の制御部材が前記本体に固定
    して設けられ、逆転可能な突出した第１の制御部材の推力の方向が逆になった場
    合に、前記固定式第２制御部材の角度が水流に対して変化して、前記固定式第２
    制御部材に対する水の作用によって前記本体が揺動させられるように配置されて
    いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の原動機。
  8. 【請求項８】 前記本体に沿って流れる水流の速度が最大又はそれに近くな
    る本体上の地点に前記固定式第２制御部材が位置し、前記逆転可能な第１制御部
    材が水流の方向にそこから側方に離れて位置していることを特徴とする請求項７
    に記載の原動機。
  9. 【請求項９】 一つ以上の制御部材が水平舵で構成され、これによって少な
    くとも一つの水平舵の傾斜角によって推力の方向が逆になることを特徴とする請
    求項１乃至８のいずれかに記載の原動機。
  10. 【請求項１０】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、全体として回動可能で
    あることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の原動機。
  11. 【請求項１１】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、前記本体から突出した
    該部材の縁を中心として回動可能であることを特徴とする請求項１乃至１０のい
    ずれかに記載の原動機。
  12. 【請求項１２】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、前記本体から突出して
    該部材を通る中央に位置する軸を中心として回動可能であることを特徴とする請
    求項１乃至１１のいずれかに記載の原動機。
  13. 【請求項１３】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、本体に対して固定され
    た制御部材又は他の取付け手段に装着された回動可能なフラップで構成されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の原動機。
  14. 【請求項１４】 一つ以上の逆転可能な制御部材が、翼形状を有することを
    特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の原動機。
  15. 【請求項１５】 一つ以上の制御部材が回転可能な円筒構造をそなえ、その
    回転方向は発生した推力の方向を変えるように逆転可能であることを特徴とする
    請求項１乃至１４のいずれかに記載の原動機。
  16. 【請求項１６】 前記本体の両側面において制御部材が対称的に分布してい
    ることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の原動機。
  17. 【請求項１７】 前記本体が細長く、水流の方向に沿うように自ら配向する
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の原動機。
  18. 【請求項１８】 前記本体が垂直方向に揺動することを特徴とする請求項１
    乃至１７のいずれかに記載の原動機。
  19. 【請求項１９】 一つ以上の制御部材が前記本体の両側面に設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の原動機。
  20. 【請求項２０】 前記制御部材が水流の方向に実質的に垂直な方向に前記本
    体から突出するように配向している場合に、水流の方向に実質的に垂直な方向に
    前記本体に沿って、前記制御部材が間隔を空けて配置されていることを特徴とす
    る請求項１９に記載の原動機。
  21. 【請求項２１】 前記本体が垂直に揺動するように配置され、二つ以上の制
    御部材が前記本体の両側面に実質的に垂直な線に沿って設けられていることを特
    徴とする請求項２０に記載の原動機。
  22. 【請求項２２】 各側面に三つ以上の制御部材が設けられ、該制御部材同士
    の間隔は実質的に等しいことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の原動機。
  23. 【請求項２３】 請求項１乃至２２の何れかに記載の原動機を具えた動く水
    から動力を取り出すための装置。
  24. 【請求項２４】 前記原動機が水中に固定されるかあるいは固定可能な係留
    手段に連結されていることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記原動機が係留ケーブルに連結されていることを特徴と
    する請求項２３又は２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記原動機が、水中に直立した姿勢で固定されるかまたは
    固定可能な支柱に軸方向にスライド可能に装着されるか或いは装着可能であるこ
    とを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれかに記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記原動機が前記支柱を取り囲む下向きに延びたチューブ
    で構成されていることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記原動機の揺動を電力などの別の動力の形に変換するた
    めの動力変換手段が設けられていることを特徴とする請求項２３乃至２７のいず
    れかに記載の装置。
  29. 【請求項２９】 動力発生時には前記原動機が水没していることを特徴とす
    る請求項２３乃至２８のいずれかに記載の装置。
  30. 【請求項３０】 一つ以上の油圧ポンプ、クランク機構、電気コイル及び磁
    石等の発電手段を具えた動力変換手段が設けられていることを特徴とする請求項
    ２３乃至２９のいずれかに記載の装置。
  31. 【請求項３１】 流体を高所まで吸い上げて位置のエネルギーを蓄える流体
    ポンプを具えた動力変換手段が設けられていることを特徴とする請求項２３乃至
    ２９のいずれかに記載の装置。
  32. 【請求項３２】 風から動力を取り出す装置が取付けられた支柱等の構造物
    の上に係留或いは装着されていることを特徴とする請求項２３乃至３１のいずれ
    かに記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記原動機が浮揚性であることを特徴とする請求項２３乃
    至３２のいずれかに記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記原動機が底の開いたタンクであり、それが揺動すると
    その内部の流体を該タンクの閉鎖された天井と水面との間で交互に圧縮・減圧す
    ることを特徴とする請求項２３乃至３３のいずれかに記載の装置。
  35. 【請求項３５】 前記タンクの頂部の少なくとも一つのダクトが、流体のタ
    ンクへの交互の流入流出を可能にしていることを特徴とする請求項３４に記載の
    装置。
  36. 【請求項３６】 一つ以上のダクトを通って流れる前記流体が、タービンを
    駆動することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 二つ以上のダクトが設けられ、選ばれたダクトの数は可変
    であり、及び／又は一つ以上のダクトの大きさは可変であることを特徴とする請
    求項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 ダクトの中にタービンが収容されていることを特徴とする
    請求項３６又は３７に記載の装置。
  39. 【請求項３９】 流体の流れがタンクに流入するかそこから流出するかに無
    関係に、前記タービンが同じ方向に回転することを特徴とする請求項３５乃至３
    ８のいずれかに記載の装置。
  40. 【請求項４０】 流体の流れがタンクに流入するかそこから流出するかに無
    関係に、前記タービンが同じ方向に回転するように、バルブ手段が設けられてい
    ることを特徴とする請求項３６乃至３８のいずれかに記載の装置。
  41. 【請求項４１】 前記タービンが発電機に直接連結され、これを駆動するこ
    とを特徴とする請求項３５乃至４０のいずれかに記載の装置。
  42. 【請求項４２】 前記流体が空気であることを特徴とする請求項３４乃至４
    ０のいずれかに記載の装置。
  43. 【請求項４３】 動く水から動力を取り出す方法であって、 前記請求項１乃至４２のいずれかに記載の原動機を設け、 前記本体の側面から突出した少なくとも一つの水没した制御部材によって発生
    させた推力の方向を繰り返し逆転させることを特徴とする方法。
  44. 【請求項４４】 制御部材が水平舵で構成され、その傾斜角度が逆転可能で
    あることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 制御部材が回転円筒部材で構成され、その回転方向が逆転
    可能であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 添付の図面を参照して実質的に説明され及び／又はこれに
    図示された原動機。
  47. 【請求項４７】 添付の図面を参照して実質的に説明され及び／又はこれに
    図示された動く水から動力を取り出すための装置。
  48. 【請求項４８】 添付の図面を参照して実質的に説明され及び／又はこれに
    図示された動く水から動力を取り出すための方法。
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