JP2008523302A - 水流による動力生成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、水の流れ、とくに潮の流れからエネルギーを抽出する用途に適した動力生成装置に関する。本発明の装置は、略円形断面の長尺の浮力容器（１）を具備し、マウント手段の下側から垂下する回転可能なロータ翼（２）を有する。このロータ翼は、動力生成手段に接続され、それによって当該装置を使用すると、ロータ翼を通る水の流れがそれらを駆動して動力生成手段において動力を生成する。

Description

本発明は、水の流れ、とくに潮の流れその他川などの水流からエネルギーを抽出する用途の動力生成装置に関する。本発明は、とくに浮揚する装置を対象とする。

近年風力および波力などのいわゆる再生可能なエネルギー資源に対する動きがあるが、風力タービンは、視覚的に非常に大きな影響を与え、また当然ながら風があるか否かに依存してしまう。波による動力生成装置は、とくに悪天候のときの激しい波の力に耐えうるために必要な機器に関するコストが高いなど、種々の理由から効率的にそれを実現することが困難であることがわかっている。

一方、潮のエネルギーは、潮の流れという保証されたエネルギー資源に基づいている。潮流による動力生成装置については、たとえば国際公開ＷＯ８８／０４６３２、ＵＳ３９８６７８７、ＤＥ２６４８３１８およびＵＳ３９２２０１２を含む数多くのものが長年にわたり提案されてきた。

一般的に従来技術のデバイスは、その下側から垂下するように設けられたプロペラまたはタービンであって、通過する潮流の動きによって駆動されるものを有する非常に大きな構造体からなる。かかるデバイスは、ＷＯ８８／０４６３２に記載されているような浮揚デバイス、またはＵＳ３９２２０１２に記載されているような沈水性の（海底上の）デバイスとしてもよい。

本発明者が知るすべての従来技術の装置は、多くの固有の問題を抱えており、問題にはその大きくて複雑な設計が含まれ、そのため簡易な製造技術に不向きであり、故障しやすい、つまり海中での耐久性が悪く；かつ／または高価な処理または導入機器を使わずに保守／修理をすることが困難であり；かつ／または海底に積み重ねる必要がある。
本発明は、上記不利点の１または２以上を解消する、または最小化することを目的とする。

本発明は、水の流れ、とくに潮の流れからエネルギーを抽出する用途に適した動力生成装置であって、略円形断面の長尺の浮力容器を具備し、該浮力容器は、そのマウント手段の下側から垂下し、動力生成手段に接続された回転可能なロータ翼を有し、該装置を使用する際に、前記ロータ翼を通る水の流れがロータ翼を駆動し、前記動力生成手段に動力を生成させるようにしてなる、前記動力生成装置を提供する。

したがって、本発明の動力生成装置によって、潮の干満のある場所において動力を生成するための簡易でかつ効果的な手段を実現することが可能となる。好ましくは、ロータ翼は、容器のキール部内のヒンジ結合部によって、マウント手段を介して接続されており、第１の、つまり容器直下の収容位置から、潮流の方向に向いた第２の展開状態まで移動可能である。ロータ翼を上記収容位置とすることで、本発明は、長尺でシリンダ状である容器の性質により、容器を「転がす（roll over）」ことが可能となり、大きくて高価なバージ／クレーンを必要とすることなくロータ翼／動力生成装置の保守が可能となるので、操作および取扱いが有利にかつ顕著に容易になる。さらに、容器の直下にロータ翼を収容可能であることは、全体の装置を、上述したように保守のために容易に港湾に引っ張ることができるということを意味する。

（その断面において）略シリンダ形状の容器とすることが本発明の重要な特徴であることは多くの理由からいえるが、その理由にはシリンダ状容器が本質的に極めて強固であり、かつかなり高い構造的完全性を有し、それにより悪天候条件における「耐久性」を改善するという事実が含まれる。さらに、シリンダ状容器であるということは、波浪荷重（wave loading）および波浪抵抗（wave resistance）（抗力）を最小化することを意味する。これにより、耐久性が改善される。

好ましくは、２つのロータ翼を有し、これらを、収容位置または引込み位置において容器の長軸に平行となるように配備してもよい。この構成により、装置の取扱い、とくに装置の牽引がさらに容易になる。

装置が浮く水面（surface of a body of water）に近接して最大の潮の流れが生じるので、望ましくは、ロータ翼は、展開状態において可能な限り容器に近接するようにマウントする。

装置は完全には沈下しないので、少なくともその顕著な部分が海面上で目に見え、したがって船員の目にも見えるので好ましいであろう。望ましくは、その存在を船員に警告するために警告光または警告デバイスをこの装置に取り付ける。

装置は、自由に浮遊する構成体として設計され、上下方向の潮の移動から独立している。

装置は、たとえば装置を海底または他の固定点に設置するために形成され、配備された係留手段が設けられる。望ましくは、係留構成体は、好ましくはヨーク形式（yolk arrangement）であり、遠隔の「迅速な」開放および接続を可能とする。

好ましくは、容器にはバラストタンクを設け、望ましくは前方および後方、ならびに好ましくは潮の流れの強さ、およびロータ翼の動きに関連する力に応じて、装置の水平姿勢を略維持するように形成し、配備された自動のバラスタシステムを設ける。

好ましくは、絶えずチャージされる液圧的蓄圧器（hydraulic accumulator）によってエネルギーが与えられる液圧ラムであって、輸送または悪天候もしくはシステム障害の場合において、「使用の際」の展開位置から収容引込み位置にロータ翼を持ち上げるように形成され、配備されたものを設ける。

好ましくは、容器には、容器の回りを通過する水の動きを可能とするように、船首部（bow portion）、たとえば円錐／部分円錐（frustoconical）突出部（nose portion）を設ける。

本発明のさらに好適な特徴および利点について、添付の図１、図２ａ、図２ｂにそれぞれ示された本発明の動力生成装置の透視図、作動時の側面図、輸送時の側面図を示す図面を参照して説明する。

潮流エネルギーから動力を抽出するための装置を図１、図２ａおよび図２ｂに示す。この装置は、シリンダ状の浮力管１を具備し、その下側から垂下する逆方向に回転する一対の翼（dual counter-rotating rotors）を有し、この一対の翼は、通過する潮流水（tidal water）（図示せず）の動作によってロータハブ４回りに回転するロータ翼３によって駆動される。

より具体的に、シリンダ状の浮力管１は、中空の主要部を具備し、スチールプレート（または補強コンクリート）から組み立てられた複数のセルからなる構造からなり、流線形の前部１２および傾斜を有する後部１３が結合されて一体となっている。シリンダ状浮力管１には、変圧器や、場合によっては動力変換機器（図示せず）などが含まれてもよい。この本体１は、水密性のハッチ（図示せず）を利用して達成される。

水力学的支持キール部８が、シリンダ状の浮力管１に取り付けられ、必要な場合には、海中ナセル５、ロータハブ４およびロータ翼３を支持する下方ロータアーム部６の長手方向の位置を変更可能に決定する。キール部８は、同様にスチールから製造された複数のセル構造からなる。

海中ナセル５、ロータハブ４およびロータ翼３を支持する下方ロータアーム部６は、ロータアームヒンジ結合部７の回りに回転し、作動モード（図２ａ）において垂直方向の姿勢にロックされ、または矢印「Ａ」の方向に回転した後の輸送モード（図２ｂ）において水平方向の姿勢にロックされる。下方ロータアーム部６は、液圧により作動する（図示せず）。

下方ロータアーム部６の各々には、ロータハブ４とロータ翼３を支持する海中ナセル５を強固に接続する。２つのロータ翼３（固定された、または変更可能なピッチとすることができる）を各ロータハブ４に設ける。固定ピッチ翼はその位置が定まるが、代替的に変更可能なピッチシステムを用いてもよい。変更可能なピッチシステムは、性能を最適化するために翼ピッチ角の自動制御を可能にする。

ロータ翼３から動力を取り出し、それを発電器を駆動するために必要な適切なシャフト速度に送達するためには多数の態様（図示せず）がある。好適な態様は、水密性の海中ナセル５内部に含まれるダイレクトドライブの発電機を使用する。これにより変速器（gearbox）が必要ではなくなり、回転する構成要素の数を低減し、エネルギー経路を短縮し、結果摩耗（wear and tear）が少なくなり、保守要件が緩和され、より長い推定寿命を得る。他の態様では、水密の海中ナセル５に含まれた変速器および発電器の構成を使用する。いずれの場合においても、電気エネルギーは、ケーブルを介してシリンダ状浮力管１に配置された変圧器に運ばれ、最終的に輸出動力ケーブル（export power cable）が係留ヨーク（mooring yolk）１０に沿って海底まで経路を定められ、そして究極的には電力配電網へ接続するために、海岸まで運ばれる。代替的に、ダイレクトドライブの発電機または変速器と発電機からなる構成体がを、シリンダ状の本体１に内蔵され、直接垂直駆動（direct perpendicular drive）手段を通じてロータハブ４に接続されてもよい。

ロータから発電器に動力を伝送する他の方法も使用することができる。たとえば、ロータ翼は、水力学的伝送生成手段を介して駆動するようにすることができ、この生成手段は、好ましくは容器内部に位置する。望ましくはこの生成器および関連する変圧手段、制御システム、水力学的蓄圧器などもシリンダ状浮力管１内部に内包させる。

このシステムは、たとえば水力エネルギーなどの電気エネルギー以外の有用なエネルギー形態のものを生成するようにも使用することができる。

局所的な潮流方向に対して自由に方向変更を可能とする、この単純で受動的な係留の構成は、係留アームヒンジ結合部９を介してシリンダ状浮力管１に接続された係留結合部１１と係留ヨーク１０とからなる。この係留結合部１１は、海底アンカ（図示せず）と単一の係留ライン（図示せず）で接続される。

自動化されたバラスト手段（図示せず）を前方円錐部１２内部に装備してもよい。装置の高さを一定に保つために、これを、潮の流れの強さ、およびロータ翼にかかる関連する力に応じて自動的に制御することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、その他種々の改変を上記態様に加えることができる。

本発明の動力生成装置の一態様を示す斜視図である。 本発明の動力生成装置の一態様においてその作動時を示す側面図である。 本発明の動力生成装置の一態様においてその輸送時を示す側面図である。

Claims (9)

1. 水の流れ、とくに潮の流れからエネルギーを抽出する用途に適した動力生成装置であって、略円形断面の長尺の浮力容器（１）を具備し、該浮力容器（１）は、そのマウント手段の下側から垂下し、動力生成手段に接続された回転可能なロータ翼（２）を有し、該装置を使用する際に、前記ロータ翼を通る水の流れがロータ翼を駆動し、前記動力生成手段に動力を生成させるようにしてなる、前記動力生成装置。
2. ロータ翼（２）が、容器（１）のキール部（８）内のヒンジ結合部（７）によって、マウント手段を介して接続されており、第１の、つまり容器（１）直下の収容位置から、潮流の方向に向いた第２の展開状態まで移動可能である、請求項１に記載の動力生成装置。
3. 容器の下側においてマウント手段にそれぞれマウントされ、収容位置または引込み位置において容器（１）の長軸に平行となるように配備される、２つのロータ翼（２）を有する、請求項２に記載の動力生成装置。
4. ロータ翼が、収容状態において容器（１）に近接直下に位置するようにマウントされてなる、請求項２または３に記載の動力生成装置。
5. その存在を船員に警告するために警告光または警告デバイスを取り付けた、請求項１〜４のいずれかに記載の動力生成装置。
6. 装置を海底または他の固定点に設置するために形成され、配備された係留手段（１０、１１）を設けてなる、請求項１〜５のいずれかに記載の動力生成装置。
7. 容器（１）がバラストタンクを設けてなる、請求項１〜６のいずれかに記載の動力生成装置。
8. 潮の流れの強さ、およびロータ翼（２）の動きに関連する力に応じて、装置を略水平に維持するように形成され、配備された自動のバラストシステムを設けてなる、請求項１〜７のいずれかに記載の動力生成装置。
9. ロータ翼（２）を「使用の際」の展開位置から収容引込み位置に持ち上げるためのリフト手段を設けてなる、請求項２〜８のいずれかに記載の動力生成装置。

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