JP2006520870A - 水中発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 支持支柱の両側に並んで設置された２基のタービン（３）を備える海中発電装置（１）であり、各タービン（３）は反対方向に回転する１組のタービンブレードを有する。装置（１）は、１対の係留ケーブル（７）に点（９）で枢転式に相互接続されている。タービン（３）は、無潮流時にはそれらが垂直上方を向くように明確に浮力を示す。潮流が矢印Ａによって示された方向に流れる時、タービン（３）および支持支柱の抗力は、装置（１）を枢軸点（９）に関して旋回させ、（１０）によって指示された状態に傾倒させる。流れが方向を変え始めると、装置（１）を通過して流れる水流の大きさは減少する。それに応じて、装置（１）は、垂直状態に戻って浮くようになる。最終的に、潮流の作用により、水は矢印Ｂによって示された方向に流れ始め、そして装置（１）は（１２）によって指示された姿勢に傾倒する。

Description

本発明は、水流から電力を生成するための装置に関連し、排他的にではないが特に、潮流から電気を生成することに関する。

再生可能エネルギー源を経済的に成り立たせるようにするためには、再生可能エネルギー源からの電気生成の費用を最小限にしなければならない。特に潮力の場合、海の一般に危険かつ荒々しい性質のために、潮力発電装置の製造および保守の費用は高額である。

従来技術の潮力発電装置は、係留点を通る垂直軸を中心に回転させるかまたは、柱または他のそうした固定装置を回転させることによって、潮流に同調するタービンに頼っている。この形式の装置は、（タービンの効率を最大限にするために）タービンブレードがタービン胴体に対して概ね水平の軸に関して回転するように水流の方向と同調するタービンの強い傾向の結果として、前向き配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）から後向き配向へのタービンの移動が概ね垂直な軸に関して生じる傾向があるという欠点を抱えている。その結果、潮流の方向の変化の結果としてのタービンの反復的な回転が、係留ケーブルまたはタービンに取り付けられたいずれかの電力ケーブルのねじれにつながり、それはさらに、ケーブルのねじれを回避するために複雑で高額なスリップリング装置が必要になるかまたは、ケーブルのねじれを戻すことを可能にするために発電装置の運転を停止しなければならないことを意味する。

本発明の好ましい実施形態は、従来技術の上記の不利益を克服しようとしている。

本発明によれば、水流から電力を生成する装置であって、前記装置は、
それぞれの第１の部分および、前記第１の部分に対する水流によってそれぞれの軸に関して回転するように適応されたそれぞれの第２の部分を備える少なくとも１基の明確に浮力を示すタービン（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｂｕｏｙａｎｔ ｔｕｒｂｉｎｅ）と、当該または各前記タービンの質量中心および浮力の中心は、当該または各前記タービンの軸が非流水中（ｎｏｎ−ｆｌｏｗｉｎｇ ｗａｔｅｒ）においてほぼ垂直の配向（オリエンテーション、方向、指向、ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を採るように適応されるように互いに離間されており、
水没状態（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）の当該または各前記タービンを水域（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）の底に係留するための少なくとも１本の係留ケーブルとを備える、装置が提供される。

海底または川底に水没状態で係留された明確に浮力を示すタービンを設けることによって、浮力とケーブルによって付与される係留力という相反する力のために、係留ケーブルは常に張った状態にある。当該または各タービンの軸が非流水中においてほぼ垂直の配向を採るように適応されるように当該または各タービンの質量中心および浮力の中心を互いに離間して配置することによって、これは、タービンが、その軸がほぼ垂直な平面に存在したままで、前向き方向（入潮流（ｉｎｃｏｍｉｎｇ ｔｉｄａｌ ｆｌｏｗ）を表す）から後向き方向（出潮流（ｏｕｔｇｏｉｎｇ ｔｉｄａｌ ｆｌｏｗ）を表す）へ移動できるという利益を提供する。転じてこれは、タービンに連結されたケーブルがねじれる傾向を最小限にし、その結果、回転部品またはタービンを潮流に同調させるためのいずれかの形態の駆動装置がまったく必要ないという利益を提供する。さらにこれは、反力が常に存在して水流がタービンブレードを回転させるのを可能にするという利益を提供する。さらに、タービンが水面下に係留されているので、これは海面波や天候に起因する損害を排除するという利益を提供する。

好ましい実施形態において、少なくとも１基の前記タービンは、複数の前記係留ケーブルによって水域の底に連結され得る。

これは、タービンに連結されたケーブルのねじれをさらに最小限にするという利益を提供する。

装置は、１対の前記係留ケーブルを分離する少なくとも１つのスペーサ部材をさらに含み得る。

これは、複数のケーブルが互いにねじれ合う範囲を最小限にするという利益を提供する。

好ましい実施形態において、複数の前記タービンは互いに剛直に連結され得る。

少なくとも１対の前記相互接続されたタービンの第２の部分は、互いに相反する方向で回転するように適応され得る。

これは、それぞれのタービンブレードの回転によって発生する結果として生じるトルクを最小限にするという利益を提供する。

少なくとも１基の前記タービンは発電装置をさらに備え得る。

装置は、前記タービンに接続されており、発生した電気を前記タービンから遠隔の場所に移転するように適応された少なくとも１本の電気ケーブルをさらに含み得る。

少なくとも１本の前記係留ケーブルは剛性であり得る。

これは、装置の強度を高めるという利益を提供する。

ここで本発明の好ましい実施形態を、添付図面に関して、いかなる限定的な意味ではなく例証としてのみ説明する。

図１および２に言及すれば、海中発電装置１は、水中翼形断面の支持支柱４の両側に並んで設置された２基のタービン３を備える。各タービン３は、１組のタービンブレード５を有しており、それらは図２に示された実施形態において、各タービンによって生じるそれぞれのトルクを相殺するために反対方向に回転する。装置１は、海底６に係留された１対の係留ケーブル７に点９で枢転式（ｐｉｖｏｔａｌｌｙ）に相互接続されている。

タービン３は、無潮流時にはそれらが８によって指示されたように垂直上方を向くように明確に浮力を示す。潮流が矢印Ａによって示された方向に流れる時、タービン３および支持支柱４の抗力は、発電装置１を枢軸点（回転軸、ピボットポイント、回転の中心、ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔ）９に関して旋回させ、１０によって指示され破線で示された状態に傾倒させる。

この姿勢において、タービン３を通過して流れる水の力は、タービンブレード５を回転させ、それにより発電装置（図示せず）において電気を発生させる。この電気エネルギーは、ケーブル１１によってタービン３から取り出される。

潮流が方向を変え始めると、タービンアセンブリ１を通過して流れる水流の大きさは減少する。それに応じて、タービンアセンブリ１は、８によって示された垂直状態に戻って浮くようになる。最終的に、潮流の作用により、水は矢印Ｂによって示された方向に流れ始め、そして装置１は１２によって指示され破線で示された姿勢に傾倒する。

このようにして、タービンアセンブリ１は、係留ケーブルが海底に係留されている地点である点１３を通る軸に関して概ね垂直な平面において回転することによって潮流に同調するように方向を変えることがわかる。タービンアセンブリ１は、２本の係留ケーブル７が存在し、これらのケーブルがタービンアセンブリ１の浮力により常に張られているという事実のために、係留ケーブル７が円錐面（ｃｏｎｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）をたどることが防止されている結果、垂直軸に関して回転することが防止されている。従ってそれは、係留ケーブル７またはケーブル１１といったあらゆるケーブルのねじれを最小限にする。

図３および４に言及すれば、発電装置１の第２の実施形態が示されている。この実施形態において、係留ケーブル７は、スペーサバー１４によって分離されており、Ｖ字形構成で配置された４本のさらなるケーブル１５（それらのうちの２本が図４に見られる）が、スペーサバーを点１６および１７で海底に係留している。この結果、装置１は、スペーサバー１４に関して枢転し水流の流れに従う。これに関して、装置１は図１および２の装置と同様に振る舞う。

図５ａ、５ｂおよび５ｃに関して、発電装置１の保守プロセスをここで説明する。

スペーサバー１４は、アンカー点１６および１７で海底６に係留されている。係留ケーブルのうちの１本、この場合アンカー点１７で海底に係留された一方は、ケーブルの延長部分１８にさらに接続されており、それは係留ケーブル１５に固定された一端および、海面に浮かんでいるブイ１９と接続された第２の端を有する。

タービンアセンブリ１を海面まで上げるために、水上艇２０は、ブイ１９を回収し、ケーブル１８をウインチ（図示せず）に連結しなければならない。アンカー点１７は、タービンアセンブリ１が海面に浮くことができるように、ケーブル１８がアンカー点１７を通って送り出されるのを可能にする解放手段（ｒｅｌｅａｓｅ ｍｅａｎｓ）を装備している。発電機アセンブリ１の垂直上昇速度は、水上艇２０の船上のウインチ（図示せず）によって制御される。（ボールグラブまたは相当システムとしてよい）１７におけるアンカー機構（図示せず）の解除は、当業者には熟知であるように、遠隔操作艇、ワイヤラインまたは他のシステムによって達成される。タービンアセンブリ１が水面にある時に、いずれかの適格な修理または保守が実行され得る。

タービンアセンブリ１を水面下のその稼動位置に戻すには、水上艇２０の船上ウインチ（図示せず）を逆転させ、タービンアセンブリ１を適位置に引き戻させる。アンカー点１７のアンカー機構（図示せず）はその後、再び作動させられ、それにより係留ケーブル１５を海底に固定する。

上述の実施形態がいかなる限定的な意味ではなく例証としてのみ記載されたものであり、添付特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更および修正が可能であることは、当業者には理解されるはずである。詳細には、上述の実施形態は、タービンブレードの反対方向の回転がタービンによって発生する作用またはトルクを相殺するように並んで配置された２基のタービンを特徴としている。係留アセンブリが剛構造から形成されているのであれば、剛性係留アセンブリは、単一のタービンだけが発電装置において使用されるようにタービンのトルク発生効果を打ち消すために十分な強度であるように設計され得るであろう。

本発明の第１の実施形態の電力を生成するための装置の側面図であり、装置は係留設備に対して３つの配向で示されている。 図１の装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態の装置の側面図である。 図３の装置の正面図である。 図３の装置の回収プロセスを示している。 図３の装置の回収プロセスを示している。 図３の装置の回収プロセスを示している。

符号の説明

１ 海中発電装置
３ タービン
４ 支持支柱
５ タービンブレード
６ 海底
７ 係留ケーブル
９ 枢軸点
１１ ケーブル
１４ スペーサバー
１５ ケーブル
１５ 係留ケーブル
１６ アンカー点
１７ アンカー点
１８ 延長部分
１９ ブイ
２０ 水上艇

Claims (9)

1. 水流から電力を生成するための装置であって、前記装置は、
   それぞれの第１の部分および、前記第１の部分に対する水流によってそれぞれの軸に関して回転するように適応されたそれぞれの第２の部分を備える少なくともひとつの明確に浮力を示すタービン（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｂｕｏｙａｎｔ ｔｕｒｂｉｎｅ）であって、当該または各前記タービンの質量中心および浮力の中心は、当該または各前記タービンの軸が非流水中（ｎｏｎ−ｆｌｏｗｉｎｇ ｗａｔａｒ）においてほぼ垂直の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を採るように適応されるように互いに離間されている、前記タービンと、
   水没状態の当該または各前記タービンを水域（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）の底に係留するための少なくとも１本の係留ケーブルと、
   を備えた前記装置。
2. 少なくとも１基の前記タービンは、複数の前記係留ケーブルによって水域の底に連結されている、請求項１記載の装置。
3. １対の前記係留ケーブルを分離する少なくとも１つのスペーサ部材をさらに含む、請求項２記載の装置。
4. 複数の前記タービンは互いに堅く（剛直に、ｒｉｇｉｄｌｙ）連結されている、上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
5. 少なくとも１対の前記相互接続されたタービンの第２の部分は、互いに相反する方向で回転するように適応されている、請求項４記載の装置。
6. 少なくともひとつの前記タービンは発電装置をさらに備える、上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記タービンに接続されており、発生した電気を前記タービンから遠隔の場所に移す（ｒｅｍｏｖｅ）ように適応された少なくとも１本の電気ケーブルをさらに含む、請求項６記載の装置。
8. 少なくとも１本の前記係留ケーブルは剛性である、上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
9. 水流から電力を生成する装置であって、添付図面に関して実質的に上文に記載された装置。
   

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