JP2012528978A - 流水からエネルギーを得るために、水車またはタービンが取り付けられるように設計された水没型装置 - Google Patents

Abstract

深さおよび流れの方向にばらつきがある流水からエネルギーを得るために、水車またはタービンが取り付けられるように設計された水没型装置である。本装置はピボット機構を用いて海底または川底に設置するためのものであって、該タービンを取り付けるための装置の傾斜を制御し、該装置を上記水流とタービンとの間の入射角が最適になるように配置するための一群の装置を備えている。本発明は、タービンを取り付け領域から十分な距離で収容するための点と、得られるデータを分析するシステムに接続された、流れの強度を測定する装置と、複数の密閉分室と、密閉分室内の密度を変化させることができる複数の装置とをさらに備える。本発明は、上記流れの方向および中心における向き合わせおよび安定化を容易にする、側面図においてはブーメランの形状に類似し、平面図においては航空機の形状に類似する形状からなる特定の流体力学的形状を有する。

Description

発明の詳細な説明

〔本発明の目的〕
以下の記載において開示する本発明は、深さおよび流れの方向にばらつきがある流水からエネルギーを得るために、タービンまたは水車が取り付けられるように設計された装置である。本発明は、海底または川底に直接固定される、または、まずベース部に固定されて次に海底または川底に固定されるピボット機構を用いて設置される。該装置は、装置が対向する流れの中心にまっすぐに向いて安定化することに寄与する特殊な流体力学的形状を有し、また、取り付けられたタービンの流れに対するもっとも効率的かつ生成的な迎え角を確立することを目的とする一群の装置を備えている。

本発明は任意のタイプの水流において使用可能であるが、特に海流中に位置する場所における使用に適している。

本発明の目的の１つは、深さおよび方向にばらつきがある水流の中心に向きを合わせるために、複数のタイプのタービンおよび水車が取り付け可能な装置である。

したがって、該装置の主な用途はエネルギーを生成することであって、好ましくは、設置済みタービンを発電機と組み合わせることによって得られる電気エネルギーを生成することである。

本発明は、環境に優しい再生可能エネルギーシステムに分類される。

〔本発明の背景〕
世界のもっとも重要なエネルギー源の１つは、海流によって生成される運動エネルギーである。海流は、例えば温度や塩分濃度の差によって、また、潮流の影響によっても引き起こされる。これらの作用は、流れが陸地に挟まれた狭い場所を通過して速度を増すときに増幅される。

このエネルギーを収集する主な方法の１つは、風力タービンに似た運動エネルギー変換器を用いることからなる。さまざまな既存技術の中で、表層海流からエネルギーを収集する（通常は流速が速い場所で実施される）１つの手法は、風力タービンに似ているが、本発明の場合には水中に設置されるタービンを用いることからなる。タービンのローターは、予め施工済みの海底の構造物中に搭載されるか、あるいは、適切な係留部材を有し、浅海でも深海でも設置可能な浮遊システムを用いて浮遊させる。風力エネルギーと同様に、海流中では主に２つのタイプのローターが使用される。すなわち、水平方向の回転軸を有する軸流ローター（例えばプロペラ）および鉛直方向の回転軸を有するクロスフロー型ローターである。影響を受ける単位面積当たりにおいて流れから抽出可能なエネルギー量は、流体の密度および速さに比例する。水は空気の８５０倍の密度を有し、かつ、液体の速さは空気の速さより遅いと仮定すれば、影響を受ける単位面積当たりにおいて流れから抽出可能なエネルギー量は、風力タービンを用いて得られるエネルギーに比べてはるかに大きい。

このように膨大な量のエネルギーを有する海流は、その利用可能性については通常容易に予測可能であり、代替となる間欠な再生可能エネルギー源より４０％〜６０％高い潜在的発電能力がある。また、海中システムであれば、景観を損なわず音もしないので環境に対する影響がほとんどなく、また、ローターはゆっくりと回転するので海の生物に対する影響も最小限に抑えられる。もう１つの利点は、海中システムが暴風雨によるダメージから保護されることである。

海流のエネルギーを利用する装置は多数存在する。例えば、米国特許第２００２／０１５８４７２号明細書、米国特許第６，１０９，８６３号明細書、国際公開第２００８／０９１１７２号パンフレット、国際公開第２００９／００４３０８号パンフレット、英国特許第２，４４１，８２１号明細書、国際公開第２００９／０２６６２０号パンフレット、米国特許６，４７２，７６８号明細書、米国特許６，７４８，８０８号明細書、英国特許２，４３４，４１０号明細書などの特許には、このような装置が開示されている。

上記特許の大半は軸流タービンを採用し、中にはタービンの位置または向きが調節可能なものもあるが、流体力学を効果的に利用したものは１件もない。本発明において提案する解決法では、好ましくは、半径流タービンが使用される。また、上記システムの大半は浅海中に設置できるように設計されているが、本発明の装置ははるかに深い場所でも作動可能である。

既存の技術と比較した場合の、ここに記載する本発明のもう１つの効果は、本発明の装置が、装置の形状設計が容易に拡大できるので大きなサイズで製造可能なことである。一方で、前記の装置は一般に軸流タービンを採用し、また、サイズは相当大きいものの常に設計面での制限があるので、このような可能性がない。

既存技術の場合の既存システムの大半は、さまざまな程度の相対的運動をする、頻繁なメンテナンス作業が必要な複数の機構からなる。また、海中で実施するメンテナンスの費用は、機器が設置される深さに対して増加する。提案する装置には、複雑な機構が不要であり、これによって、メンテナンス作業の頻繁が確実に抑えられる。

もっとも広く使われている技術では、タービンの設置に先立って前述の海底における作業が必要である。一方で、本発明の装置は、入水および潜水を制御するシステムを組み込んでいるので、設置装置を一切用いずに水面から直接設置可能である。

上記手法の技術的な問題は、水流が相当な深さにあるときに発生する。このような場合には、方向、高さ、さらに、水流が上昇しているのか、または、下降しているのかということも、すべてが考慮しなければならない変数となる。難点は、適切な効率が得られるように、このタイプの流れの中でタービンの向きを合わせることにある。

以下の記載において開示するのは、特にこの作業を実行するために設計された装置を用いた、この問題の解決策である。

本明細書において開示する装置は、深さおよび流れの方向にばらつきがある流れからエネルギーを得るために、水力タービンを収容するように設計された新規な水没型装置である。該装置は、海底または川底に直接固定されるか、もしくは、バラスト部または追加重量部を介して固定されるピボット機構を用いて設置される。該装置は、装置が対向する流れの中心にまっすぐに向いて安定化することに寄与する特殊な流体力学的形状を有する。該装置は、ドリフトを測定することを目的とする一群の戦略的に配置された装置と、上述の装置を制御および管理して、取り付けられたタービンの流れに対するもっとも効率的かつ生成的な迎え角を確立するシステムとをさらに有する。

本発明は、本質的には、本発明の個々の異なる部分がそれぞれの機能に寄与し、それぞれの動作を実施する、仮想的な主設計に関して対称的な、対称かつ多目的な本体部によって構成される。
・本発明の各部分が、以下の機能を達成する。すなわち、
・設置用接続点の提供。
・流れの強さを測定するセンサを据え付ける空間の提供。
・十分な運動を可能にし、流れに達することができるようにするために、タービンを接続点から十分な距離で設置する空間の提供
・流れの中で装置が浮遊している状態で傾斜できるようにするシステムを配置する空間の提供。

装置が構成される異なる形状は、流れの中での装置のある振る舞いに対して寄与する。さまざまな異なる形状を以下に列挙する。
・側面図においてはブーメランに類似（図２を参照）し、平面図においては航空機に類似（図３を参照）する、上記装置の流体力学的形状は、向き合わせおよび安定化に寄与する。
・タービンを格納する領域の前の領域（６）の形状は、水をタービンのローターへ導くことによって、性能の最適化に寄与する。
・流れの方向におけるタービン（８）の後部の領域の形状は、タービンの運動を引き起こす攪乱作用の最小化に役立つ。
・上記流れとの関係においてもっとも後部に位置する装置の一部の、航空機の翼に類似する（図３を参照）形状（３）は、特に装置の安定性に寄与する。
・タービンが格納された上方の領域（７）の形状は、その領域の強化に寄与し、タービンのノズルとしても作用する。

上記装置の構造および多機能的な本体部は、
・海底に設置される機構、または、海底に繋留されるバラスト部に留める、または、接続する点（１）（この機構があれば、好ましくは装置がタービンの取り付け部に固定される点との関係において鉛直方向の、部分的な回転運動と、同時に、同一点との関係において水平方向の部分的な回転との、２つの運動が同時に達成され得る）と、
・得られるデータを分析するためにシステムに接続された、流れの強度を測定する一群の装置と、
・システムの流体力学的形状の集約よりも、本設計に対して有利に作用させるために、湾曲したブレードが扇形の形態で取り付けられた平行な２つのディスクから構成されるローターを有する水力タービン（好ましくは半径流水力タービン）を取り付けるための一群の点と、
・気体、好ましくは空気を収容する一群の密閉分室と、
・タービンを取り付けるための装置の傾斜を制御し、さらに、該タービンを可能なかぎり最良のタービンに対する流れの迎え角で配置するために、上述した密閉分室内の気体の密度を変更するある方法を採用する一群の装置とを備えている。

上記装置およびその素材は、単一の部材／物質、または、組み立てれば一体化（好ましくは頑丈な構造であって、連接の可能性を排除しない）することが可能な複数の部材／物質から構成されてもよい。理想的には、構造は、適切なプラスチック製物質で被覆し環境中の侵食性物質に対して保護できる金属（合金など）である。このようにして、大型装置の実施において、高い一貫性が達成される。中実の、または、任意の種類の液状流体または気体によって満たされる空洞を有する単一の物質または合金から製造することも可能である。

全体積の密度が水の密度未満であることが好ましい。こうすることが、上記タービンを取り付けるための装置の水流中における浮遊に寄与する。

流れの方向にまっすぐに向きを合わせることを目的とした、装置の形態に寄与する構造を有する装置およびその各部分について考察する。これらの各部分の形状および表面によって、流れに対向する部分の表面積が、同一の流れの中で装置のもっとも後部に位置する部分の表面積より小さくなることが保証されなければならない。この構造は、流れに対する側面図においてはブーメランに類似し（図２を参照）、平面図においては航空機に類似する（図３を参照）。該構造の流体力学的形状は、（上述のように）該構造自身が流れに対してまっすぐに向きを合わせる能力に寄与する。この目的に留意すると、上記装置は、１つが機構（２５）への取り付け（１）または接続のために用いられ、別の１つが一群の密閉分室（４）を収容し、さらに別の１つが先の２つ（２）の間に位置して水力タービン（好ましくは半径流水力タービン）を格納する、３つの明確な部分またはゾーンを備える固有の流体力学的形状を有する。

取り付け点（１）または接続点を介して、上記装置は機構（２５）などに取り付けられる。これは、選択されたピボット機構（２５）のリンク部（９）を収容する適切なサイズおよび寸法の円筒状の孔からなる。

密閉分室（４）の目的は、上記タービンを取り付けるための装置の浮遊状態を、海底に対するある角度で維持することである。この動作を達成するために、該密閉分室（４）には、ガス状の流体、好ましくは空気が完全にまたは部分的に充填される必要がある。これらの分室の利用可能な総容積は、タービンおよびタービンの運動を利用および変換する機構を含めた、システム全体を確実に浮遊させるために十分な容積でなければならない。したがって、システム全体の密度は、システムが潜められる流体の密度より小さくなるはずである。上記装置は上述のようにベース部に単一の点において接続されて、流れの中で浮遊したままであり、この低い密度を有する空間がより高密度な流体中に潜んでいる間に発生させる、水面に対して鉛直方向に作用する推力は、システムが水流から受ける推力と相殺するために十分であるはずである。

上記装置の傾斜はシステムの密度を変化させることによって調節可能であり、この調整は、供給／排出による方法、または、これらの分室内の液状流体の交換による方法の２つの方法で達成可能である。

上記供給／排出法は、上記分室に対して内側の気体を排出せずに液状流体を導入または排出することからなる。したがって、分室内の気体は圧力の影響下に置かれる。

上記流体交換法は、上記分室を満たす流体をすべて、または、その一部を排出し、該流体を必要な条件に応じて該流体より大きなまたは小さな密度を有する別の流体で置き換えることからなる。

どちらの方法も上記目的を達成するためには有効である。次にこれらの方法について詳述する。

〔１．供給／排出法〕
密閉分室には、気体（好ましくは空気）が理想的には大気圧で充填される。また、上記タービンを取り付けるための装置の外部に配置された適切なシステムが、チューブの設置によって、液状流体（好ましくは水）を、一群のバルブを用いて制御される体積、圧力下で導入する役目を負ってもよい。こうすると、分室内の空気の圧力が増加する。この効果は、上記密閉分室内に配置され、開閉することによって制御される一群のバルブを用いても達成され得る。水の供給は、流れ自身を利用することによって達成可能であり、こうすることによって、設置する深さに応じて流れが生成する圧力を利用することもできる。

上記方法のいずれにおいても、流体は、上記密閉分室のもっとも下の部分に設けられる水没型電気ポンプを用いて流体を直接流れの中に排出することによって、または、流体を上記外部ユニットに返すチューブを介して、抜き取り可能である。液体を流れの中に排出する場合、必要とされる力は装置が配置時に位置する深さに依存することに留意する必要がある。

密閉分室の下部表面のさまざまな点に配置される複数の水没型ポンプを、異常時に使用するため、および、メンテナンス頻度を最小化するためのバックアップ装置とともに使用することが好ましい。

このように実施すれば、加圧および減圧が連続的に行われるので気体の初期の体積は減少する可能性が高い。したがって、上記分室の固定部に圧縮空気シリンダを設けて、逃げ出した体積の気体を再導入することが好ましい。

〔２．流体交換法〕
この方法では、密閉分室には、設置する深さ、および、その結果生じる水圧が原因となって生じる、その分室の外側の圧力に等しい圧力で気体、好ましくは空気が充填される。こうするためには、密閉分室および装置システムに接続して圧力の調整および増加を行う機器を有し、加圧気体を保存するシリンダが必要である。ガス状の流体は、水流に接触し、その結果自動的に供給を修正する密閉分室内に配置される一群のバルブを開放することによって比較的高密度の液状流体で置換した後に、圧力を増加させて前記のシリンダを用いることによって排出可能である。逆のプロセスも、装置システムを用いて圧力を制御および増加させることによって（この場合にはシリンダから液状流体を水流中に排出する密閉分室まで導くことによって）達成可能である。この選択肢を実行するためには、このガスシリンダが連続的な充填および完全な排出によって徐々に減圧するので、加圧気体を収容するシリンダの容量に応じて定期的なメンテナンス作業を増やす必要がある。

上記装置の設置およびメンテナンスを簡便にするために好ましい代替案としては、流体交換法を、圧力を制御および増加するための装置を備えた、加圧されたガス状流体を保存および供給する外部ユニットとともに使用して、密閉分室中のガス状流体を入れ替えることが考えられる。密閉分室への流体の供給は、配給チューブを介して、ユニットに対応する制御および加圧システムを利用することによって、このユニットから制御することができる。上記分室は、流れに接触する下部にパイプを備えている。この場合、これらのパイプにバルブを設ける必要はない。水が流れから自動的に引き込まれると、邪魔をするバルブがないので、ガス状流体の排出は、流体を返す配給チューブを用いて、上記ユニット内に配置された装置によって、また、密閉分室のもっとも下の部分に配置されたダクトを介して高密度な液状流体で置換することによって達成される。液状流体の排出プロセスは、密閉分室を満たす水を分室のもっとも下の部分に設けられたダクトを介して排水するために必要とされる圧力で、高圧空気を上記ユニットから配給チューブを介して密閉分室へ供給することによって達成される。

密閉分室の材料の作製および選択する際には、上記タービンを取り付けるための装置を設置する深さに応じて、いくつかの要素を考慮しなければならない。留意すべき１つの要素は、上述のように全体的な密度を調節することによって、耐えなければならない内部圧力に合わせて外部の水圧を補償しなければならないことである。

上記密閉分室を単一のユニットとして作製する際には、内部構造を使用して、分室を形成する壁部を補強することが好ましい。この補強に用いる材料は、例えばステンレス鋼などの、曝される酸化および圧力に対して十分な耐性を有する材料であればよい。大きな総容積の密閉分室を作り出すために、相互に接続された複数の分室を使用することが好適である。この場合、各ユニットは、圧力に対する耐性を高めるために半球状のロック部を両側面に有する円筒形状であってもよい。上述の供給／排出法を用いる際にこれらの分室を使用する場合、分室を作製および封止するために使用される材料は水と直接接触しており、上記分室の壁部に印加される内部圧力のいかなる増加も、上記装置が配置された深さによって発生する外部の水圧によって相殺される。海洋生物および無機物質の分室内への進入を防止するために、海水の注入バルブがフィルタを備えていてもよい。

流れの強さを測定するための装置に関して、この装置は、流れの強さを海底に対して異なる高さで測定するために、タービンを取り付けるための装置上の戦略上重要な点に設置可能である。この測定装置は、例えば圧力計である。意図は、先述の目的を達成するために、結果として得られるデータおよび適切な装置を使って、装置の最良の配置を実現することである。

タービンのローターの機械的な運動から得られるエネルギーの変換に関して、この変換を達成するためにはさまざまな方法が存在することは明らかであり、当業者であればだれでも適切な方法を提案することができる。電気エネルギーの生成、具体的には発電機の配置に関して、発電機は上記装置構造物の上、または、その内側のいずれかに位置することができ、半径流タービンの特定の場合には、発電機がタービンのローター自身の内側に配置されることが好ましい。速度増加システムが必要であれば、該システムは、装置の対称性を維持し、こうすることによって重心を仮想的な軸に対して維持するために、好ましくは複動（ｄｏｕｂｌｅ ａｃｔｉｏｎ）式または対称式にされる。

深い水中に設置する際には好ましい、バラスト部または追加重量部を利用するベース部を用いた上記装置の設置に関して、設置された装置の安定性を保証し、しっかりした支持を提供するために、ベース部が以下の要件を満たすことが重要である。必要とされる重量を算出するためには、ベース部の重量によって発生するベクトル力（ｖｅｃｔｏｒ ｆｏｒｃｅ）と、ベース部および装置全体に対する流れの効果によって発生するベクトル力と、上記タービンを取り付けるための装置の密閉分室に、その容積に応じて完全にまたは部分的に気体が充填された際に、密閉分室の作用によって発生するベクトル力とを考慮しなければならない。重量は、残りの部分の合計より大きくなるはずである。

支持に関して、装置が正しく機能できるように、該装置は、上記ピボット機構（２５）を確実に海面に対して水平な状態で維持する支持を必要とする。したがって、この要件を満たす適切な場所を海底で選択することが好ましい。海底が不規則な地形を有する場所に設置することが状況によってやむをえない場合には、上記バラスト部または追加重量部は、下側に取り付けられる伸張可能な脚部（１６）を、この機能を達成するための何らかのタイプの制御機構とともに備えてもかまわない。このようにして、上記バラスト部は理想的な位置に設置される。

ピボット（２５）を用いたタービンを取り付けるための装置（２４）が（前もって準備済みの）海底または川底に直接固定される場合にメンテナンスを実施するために、該装置は、機構（２５）から切り離すことによって取り外すことができる。この手順は、ある深さまでは技術的な問題をなんら提議しないはずである。

一方で、装置（２４）がかなりの深さに設置される場合には、該装置をまずベース部に取り付けて、次に海底に設置する必要がある。この場合、タービンを取り付けるための装置の運動を邪魔しないように配置されたバラスト部のある点に接続されたケーブルや鎖を用いて、該装置を水面まで引き上げることができる。このケーブル等は、海面ブイに取り付けてもよい。さらに、このケーブルを手繰り上げることによって、装置全体を海面に引き上げることができる。

この方法やその他の可能な方法以外の１つの有効な手法は、一群の膨張可能な張力ブイ（ｔｅｎｓｉｌｅ ｂｕｏｙ）、または、水を充填した一群の制御可能な密閉分室を採用することであろう。この二つめの方法を採用するのであれば、接続された複数のユニットを実現することによって、必要とされる容積を達成することが好ましい。これらのユニットは、例えば、圧力に対する耐性を高めるために半球状のロック部を両側面に有する円筒形状であればよい。これらのユニットは、バラスト部中の１箇所または複数箇所に配置されればよい。上記張力ブイの膨張は、加圧容器内の気体を放出することによって達成されてもよい。密閉分室中の水を排出するために、高圧空気を分室のもっとも上側の点から吹き込んでもよく、こうすることによって、下側の点から水が排出される。気体の放出は、通信ケーブルを介して命令を受けるシステムによって制御することができる。ただし、命令の受信を無線制御またはこれに類似するシステムを介して行うほうがより適切なこともある。加圧気体を放出するもう１つの方法は、この機能を実現することができる他の専用設備を使用することによる放出であろう。

システム全体の水面への浮上を補助または制御する装置を設置してもよい。具体的には、該装置を用いて水を排出し加圧気体と置き換えることによって、ベース部の密閉分室がシステム全体を水面まで浮上させる。設置する深さおよび流れの中における位置のために、膨張可能な風船状の部材（２８）またはこれに類似するものに取り付けられるケーブルや鎖などの巻き取り部（１９）を提供する装置を設置することが好ましい。このようにして、加圧気体がこの風船状の部材の中に吹き込まれると、上記ケーブルや鎖が水面に引き上げられる。水面に到達すると、小型船舶やプラットフォームなどから、メインシステムの取り付け部または回収システムを用いて、メインシステムの浮上を制御することができる。

〔図面の簡単な説明〕
記載を補完し、本発明の特徴がよりよく理解できるように、制限を加えるものではなく飽くまでも例示にすぎない、以下に列挙する１組の図面を、記載の不可欠な一部として内包する。
図１は、半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の流れに係る正面図を示す。
図２は、半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の側面図を示す。この図において、ブーメランの外形との類似点が確認できる。
図３は、半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の平面図を示す。この図において、航空機の平面図との類似点が確認できる。
図４、図５、および、図６は、半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の一群の斜視図を示す。
図７は、複数の密閉分室のうちの１つの位置および形状を図示するために一部を切り取った、タービンを取り付けるための装置の斜視図を示す。
図８は、湾曲した円形のブレードが取り付けられた平行な２つのディスクから構成されるローターを備えた、半径流タービンの斜視図を示す。
図９および図１０は、密閉分室が配置されている領域を高く保持する姿勢と、該領域を低い位置から上昇させる姿勢との２つの姿勢における、タービンを取り付けるための装置の側面図を示す。いずれの場合にも、流れの作用をシミュレートして矢印を用いて示している。
図１１は、部分（６）の形状の流れに対する作用、および、該形状のタービンに対する影響を強調するために、図１０において一部を切り取った様子を示す。
図１２は、ベース部に対する表面を基準として、タービンを取り付けるための装置の、図２の平面図に対応する最上部の図を示し、装置のさまざまな部分および領域において水流線を図示している。ただし、タービンと装置の形状（７）とは図示していない。
図１３、図１４、および、図１５は、タービンを取り付けるための装置の変形例の正面図、側面図、および、平面図であって、該装置の別の場所にタービンを搭載した様子、および、別の種類のタービンを示す。
図１６は、タービンを取り付けるための装置を接続する、川底または海底において該装置を収容可能な機構の斜視図を示す。
図１７は、支持脚部（１６）の配置、および、複数の密閉分室を収容できる内部領域（１７）の様子を示す、ある種類のバラスト部の下部の斜視図を示す。
図１８は、ある種類のバラスト部または追加重量部の斜視図を示す。
図１９は、バラスト部（１７）に搭載するための一群の密閉分室（２１）の可能な配置および搭載された様子を示す斜視図である。
図２０は、タービンを取り付けるための装置によって構成されるシステム全体の斜視図を示す。該装置にはすでにタービンが搭載され、該装置はバラスト部に機構（２５）によって接続されており、装置の浮上を補助および制御することを目的とする、装置の風船（２８）が広がっている様子を示している。

〔発明を実施するための好適な形態〕
さまざまな可能な変形例の中で、タービンを取り付けるための本装置の好適な１つの実施態様は、さまざまな深さおよび流れの方向を有し、相当な深さで流れる深海流から電気エネルギーを得るために、通常の適切な海底に該装置を設置することからなる。これを達成するためには、以下の各部材が必要である。

１．海底で移動することがない適切な形状および重量を有する、バラスト部または追加重量部（２６）。このバラスト部は、ピボット機構（２５）を設ける領域（２３）を有する。さらに、バラスト部は、システム全体を海底に繋留するために使用される、装着点（１８）または同様の部材を有する。バラスト部は、バラスト部の海底への固定を最適化するために、１組の脚部（１６）を有する。バラスト部の下部の空間（１７）には、１組の密閉分室（２１）が配置されている。これらの密閉分室（２１）は、好ましくは、水が充填され、相互接続され、さらに、１組のバルブを備えている。これらのバルブは遠隔制御され、上部から高圧空気を吹き出して内側の水を排出することを可能にする。各密閉分室（２１）は円筒形状を有し、各側面ロック部は半球形状を有することによって、深水における水圧に対するより良好な耐性を達成している。密閉分室（２１）は、１組のパイプによって高圧空気供給システムに接続され、また、必要量の水を排水して、設置済みシステム全体を水面まで浮上させるために十分な容積を有している。バラスト部（２６）は、メンテナンス作業を行うために浮上を補助または制御する、巻き取り部（１９）からなる装置を有する。この巻き取り部（１９）は、牽引に対して高耐性を有する物質で構成され、細線の末端に膨張可能な風船型装置（２８）が取り付けられ、その細線を巻き取る。この風船型装置（２８）を設けることによって、高圧空気を吹き出せば、上記細線を水面まで引き上げて回収したり、浮上動作の制御に使用したりすることができるようになる。

２．１組のベアリング（１１）を収容する機構（１０）によって支持された、回転軸として機能するために適切な水平シャフト（９）を備えたピボット機構（２５）。このシャフトは、ネジを用いて機構に固定可能である。この本システム全体は、縦軸として機能する別のシャフト（１２）に結合され、先述のベアリングに対して向きが９０°異なる１組のベアリング（１４）を収容する同様の機構（１３）によって支持される。該機構（２５）のバラスト部（２６）への固定は、ネジ（１５）を用いて行う。機構（２５）を設けることによって、装置（２４）は２つの独立した自由度で運動することが可能になる。

３．側面図においてはブーメラン（図２を参照）に類似し、平面図においては航空機（図３を参照）に類似する特定の流体力学的形状を有する、タービンを取り付けるための装置（２４）。本装置（２４）は支持点または接続点（１）と、タービンを格納するための装置（２４）の複数の点に配置されて、記録したデータを分析するシステムに接続された、流れの強さを測定するための装置とを有する。該装置（２４）は、システム全体を流体力学的形状によりよく集約させるために、湾曲した円形のブレードが結合された平行な２つのディスクから構成されるローターを有する水力タービン（好ましくは半径流タイプの水力タービン）（８）を取り付けるために必要とされるものに応じて、一群の開口部および支持点（２）を有する。該装置（２４）は気体（好ましくは高圧空気）によって満たされる１組の密閉分室（４）と、動作を遠隔制御するための機構を有する一群の持ち上げバルブおよび遮断バルブと、密閉分室の上部から始まってタービンを取り付けるための装置（２４）を通って延び、バラスト部のある部分に到し、適切な装置を利用して外部設備に接続される、高圧空気を供給および逆送するための１組のチューブとを収容する。

４．システム全体を流体力学的形状によりよく集約させ、タービンを取り付けるための装置（２４）が目的とする性能を水流中で達成できるように、湾曲した円形のブレードが結合された平行な２つのディスクから構成されるローターを有する半径流水力タービン（８）。該ローターは点（２）に配置され、回転を可能にするシステムを採用する。

５．上記タービンに接続され、システムの安定性を維持し、装置の流体力学的形状を維持する、好ましくはローター自身の中に組み込み可能な種類の水没型発電機。また、発電機に接続され、適切な装置を利用して海中の電気設備に接続する目的を有する、タービンを取り付けるための装置を通ってバラスト部まで延びる、保護された部材であるとみなしてもよい。

６．上記システム全体の一部を構成し、高圧空気供給および制御システムに関連する１組の装置を備えた、本システム全体の外部に設置される設備。

７．発電機から送電することを目的として、発電機の電気設備に接続された海中送電線。

タービンを取り付けるための装置の設置手順は、以下に記載する通りである。

〔システム全体の入水準備〕
システム全体を繋留するためには、異なる装置間を接続しなければならない。上記ピボット機構（２５）は、この目的を達成するために指定された部分（２３）において、バラスト部に設置されなければならない。タービンを取り付けるための装置（２４）は、軸の機能を果たすシャフト（９）を利用して、この機構に接続されなければならない。内部発電機と、高圧空気を配給、供給、および、逆送するためのパイプと、発電機からバラスト部に配置された各接続点まで電力を供給するための送電線とを組み込んだタービンが、本装置（２４）において設置される。繋留プロセスを簡単にするために、これらの設備を、ある種類の固定具またはある種類の管システムを用いて相互に結合してもかまわない。

〔システム全体の入水〕
設置準備が完了すると、通常の適切な表面を有する特定の海底において、ある位置を全システムの位置として確保する入水段階に進む。入水を簡単にするために、システム全体の重量によって発生する抵抗を小さくして入水を確実に制御しながら実施できるように、密閉分室への水の充填を制御してもかまわない。

入水は、システム全体を移動および支持するクレーンなどのシステムを備えた小型船舶やプラットフォームなどから、牽引に対して高耐性を有する細線、ケーブル、または、鎖を利用して達成される。なお、この細線、ケーブル、または、鎖は、一端が遠隔制御によって装着および解放が可能な機構に取り付けられ、取り付け機構（１８）によってバラスト部に接続されている。

上記装置が繋留されて、ケーブル、鎖などがバラスト部から解放されると、次に、移動することがないように、バラスト部の下部（１７）に配置された密閉分室（２１）に水を充填する。

次に、上記システム全体およびタービンを取り付けるための装置は、海底に到着した瞬間に遭遇する以下の条件にしたがって動作する。

まず、移動することがないように必要な形態および支持部を有する、負荷を有するバラスト部がある。

二つ目に、水平な姿勢のままで維持されるバラスト部の台座部（２３）において、ピボット機構（２５）が適宜設置される。

三つ目に、タービンを取り付けるための装置（２４）が、シャフト（９）によって該機構（２５）に接続される。

四つ目に、上記タービンを備えた装置（２４）および発電機が水中に浮遊する。

〔このような状況下における水流の作用〕
タービンを取り付けるための装置（２４）の側面（図２を参照）は、正面（図１を参照）より大きな表面積を有する。したがって、該側面は、より大きな力を流れから受けることになり、その結果、前側エッジ部を流れにまっすぐに対向させる姿勢をとる（図１を参照）。

装置がこの姿勢をとると（図９を参照）、流れの方向に対して本体部の最後部にある航空機の翼に類似する形状（３）が、流れに抗するもっとも大きな力を生み出す。これによって、タービンを取り付けるための装置は海底に向かって傾斜する（図１０を参照）。

この時点で、上記タービンは流れに向きを合わせて固定される。そして、湾曲した円形のブレードが結合される平行な２つのディスクを備えたローターを通じて流れから伝達される力は、タービンにおいて回転運動を発生させる。

この動作の結果、および、タービンが発電機に接続されていることによって電気が供給され、この電気は地上の対応する設備を介して便利に使用される。

タービンの回転運動によって振動力が発生し、この力は装置の本体部（２４）全体を介して伝達される。この作用を最小化するために、考察中の装置は、最後部にある航空機の翼に類似する形状（３）に起因する利点を享受し、水流中において力のバランスをとることに寄与する（図１２を参照）。

次に、タービンを取り付けるための装置（２４）の表面の複数の点に配置され、記録したデータを分析するためにシステムに接続される、流れの強さを測定するための装置から値を読み取る。次に、このデータを分析および観察することによって、タービンに向かう方向の流れの強さに対する、タービンを取り付けるための装置の最良の傾斜角度を求めることが可能になる。

次に、必要であれば、この傾斜角を、上述のように、密閉分室（４）において流体交換法を用いて、タービンを取り付けるための装置によって海底との関係において調整してもよい。

次に、これを達成するために、および、所望の動作のタイプに応じて、以下の手順をたどる。

タービンを取り付けるための装置（２４）と海底との間の傾斜角を小さくするためには、装置の密閉分室（４）内の高圧空気の精密な必要量を置換する。この動作は、適切な規定された装置を利用して密閉分室の上部を先述の外部ユニットに接続する高圧空気用配給チューブを用いれば達成される。密閉分室の下部に配置されたパイプを用いれば、いかなる種類のバルブも使わずに、海水より大きな密度を有する液状流体で同時に置換することも可能である。

タービンを取り付けるための装置と海底との間の傾斜角を大きくするためには、精密な必要量の液状流体を、装置の密閉分室（４）から排出する。これは、適切な装置を利用して密閉分室の上部と先述の外部ユニットとを接続する高圧空気用配給チューブを用いて、必要な圧力の高圧空気を導入することによって達成される。同時に、密閉分室の下部に配置されたパイプを用いれば、いかなる種類のバルブも使わずに、比較的大きな密度を有する流体を海中へ排出することもできる。

〔メンテナンスを実施するためのシステム全体の浮上〕
システム全体の浮上を制御するためには、補助・制御装置を駆動する。こうするために、必要な各装置が配置された外部ユニットから、バラスト部（２６）の分室（２０）内に折り畳まれて収容されている、風船に類似する膨張可能な装置（２８）に、装置を水面まで浮上させるために、十分な高圧空気が供給される。こうすることによって、バラスト部の分室（２２）に配置された巻き取り部（１９）に巻き取られている、牽引に対して高耐性を有するケーブルが手繰り寄せられる。ケーブルは、水面に達すると回収されて、浮上を制御するために使用される。

次に、高圧空気の供給および制御に必要な各装置がバラスト部内に配置された外部ユニットから、高圧空気を十分な圧力で密閉分室（２１）へ供給し、密閉分室内の水を一群のパイプを用いて排出する。システム全体が海水より高密度になると、水面へ浮上し始める。この浮上の速さは、密閉分室（２１）内の高圧空気の供給および利用可能性を先述の外部ユニットから調整することによって制御可能である。

半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の流れに係る正面図を示す。 半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の側面図を示す。この図において、ブーメランの外形との類似点が確認できる。 半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の平面図を示す。この図において、航空機の平面図との類似点が確認できる。 半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の一群の斜視図を示す。 半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の一群の斜視図を示す。 半径流タービンなどのタービンを取り付けるための装置の一群の斜視図を示す。 複数の密閉分室のうちの１つの位置および形状を図示するために一部を切り取った、タービンを取り付けるための装置の斜視図を示す。 湾曲した円形のブレードが取り付けられた平行な２つのディスクから構成されるローターを備えた、半径流タービンの斜視図を示す。 密閉分室が配置されている領域を高く保持する姿勢と、該領域を低い位置から上昇させる姿勢との２つの姿勢における、タービンを取り付けるための装置の側面図を示す。いずれの場合にも、流れの作用をシミュレートして矢印を用いて示している。 密閉分室が配置されている領域を高く保持する姿勢と、該領域を低い位置から上昇させる姿勢との２つの姿勢における、タービンを取り付けるための装置の側面図を示す。いずれの場合にも、流れの作用をシミュレートして矢印を用いて示している。 部分（６）の形状の流れに対する作用、および、該形状のタービンに対する影響を強調するために、図１０において一部を切り取った様子を示す。 ベース部に対する表面を基準として、タービンを取り付けるための装置の、図２の平面図に対応する最上部の図を示し、装置のさまざまな部分および領域において水流線を図示している。ただし、タービンと装置の形状（７）とは図示していない。 タービンを取り付けるための装置の変形例の正面図であって、該装置の別の場所にタービンを搭載した様子、および、別の種類のタービンを示す。 タービンを取り付けるための装置の変形例の側面図であって、該装置の別の場所にタービンを搭載した様子、および、別の種類のタービンを示す。 タービンを取り付けるための装置の変形例の平面図であって、該装置の別の場所にタービンを搭載した様子、および、別の種類のタービンを示す。 タービンを取り付けるための装置を接続する、川底または海底において該装置を収容可能な機構の斜視図を示す。 支持脚部（１６）の配置、および、複数の密閉分室を収容できる内部領域（１７）の様子を示す、ある種類のバラスト部の下部の斜視図を示す。 ある種類のバラスト部または追加重量部の斜視図を示す。 バラスト部（１７）に搭載するための一群の密閉分室（２１）の可能な配置および搭載された様子を示す斜視図である。 タービンを取り付けるための装置によって構成されるシステム全体の斜視図を示す。該装置にはすでにタービンが搭載され、該装置はバラスト部に機構（２５）によって接続されており、装置の浮上を補助および制御することを目的とする、装置の風船（２８）が広がっている様子を示している。

Claims (31)

1. 流体の流れからエネルギーを得るために、水車またはタービンを取り付けるための水没型装置（２４）であって、
   好適にはピボット機構（２５）を用いて海底または川底に設置され、該タービンを取り付けるための装置（２４）の傾斜を制御し、該装置（２４）を上記水流とタービンとの間の入射角が最適になるように配置するための一群の装置を備え、
   機構（２５）に対する支持点または接続点（１）と、
   上記接続領域（１）から十分に離れた位置に設けられる上記水力タービンの設備であって、上記流れに達するように所定の移動性を許容するための設備としての一群の支持点（２）と、
   記録したデータを分析するためのシステムに接続された、上記流れの強さを測定するための一群の装置と、
   気体によって満たされる一群の密閉分室（４）と、
   該密閉分室において密度変化を発生させることができる一群の装置とからなり、
   上記流れの方向および中心における該装置（２４）の配置および安定化に寄与する、側面図においてはブーメランの形状に類似し、平面図においては航空機の形状に類似する特定の流体力学的形状を有することと、
   各部分および形状がそれぞれの目的に寄与し、それぞれの動作を実施する仮想的な主計画との関係における構造および多機能的な対称形状の本体部を有することとによって規定される、水没型装置（２４）。
2. 上記タービン（８）が配置された水流の方向における前部に位置し、水をローターに向かって適宜導くことによって吹き出し器として作用するデフレクタ領域（６）と、
   上記タービン（８）が配置された水流の方向における後部に位置し、発生した攪乱の効果を最小化する溝付き領域（５）と、
   上記タービン（８）が配置された水流の方向における後部に位置し、上記安定化に対して特定の寄与をする、航空機の翼に類似する平坦な領域（３）と、
   上記タービン（８）が配置された表面の上方に位置し、該溝付き領域（５）の補強に寄与し、同時に、タービン（８）のノズルのように作用する結合表面（７）との部材構成およびシステム全体に関わる配置を特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 上記ピボット機構（２５）が、装置（２４）が２つの独立した運動の自由度を有することを可能にする、それらの間で垂直な２つのロッド（９および１２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 上記密閉分室を満たす気体が空気であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 上記密閉分室が単一の空洞から構成され、壁部に内部構造の補強部を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 上記密閉分室が相互接続された一群のユニットから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 上記各ユニットが円筒形状を有し、
   ロック側が半球形状を有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 上記密閉分室の給水および排水には、バルブが不要であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 上記取り込みパイプの海水が、海洋生物および有機物質の密閉分室内への進入を防止するフィルタを含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 上記構造物の別の一部に配置された別の密閉分室の存在が、負荷を軽量化する、または、上記装置の安定化に寄与するという目的を果たすことを特徴とする、請求項１〜９に記載の装置。
11. 上記密閉分室において密度変化を発生させる装置が流体交換法を使用することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
12. 上記密閉分室において密度変化を発生させる装置が、流体を供給および排出する方法を使用することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
13. 圧力を制御および上昇させるための装置を備えた上記ストレージおよび加圧ユニットが、上記設備の外側の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 上記流れの強さを測定するための装置が圧力計であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
15. 上記タービンが半径流タービンであることを特徴とする、請求項１および２に記載の装置。
16. 上記タービンが軸流タービンであることを特徴とする、請求項１および２に記載の装置。
17. 上記支持領域（２）において、２つ以上のタービンが直列に配置されていることを特徴とする、請求項１５および１６に記載の装置。
18. 上記支持領域（２）において、２つ以上のタービンが並列に配置されていることを特徴とする、請求項１５および１６に記載の装置。
19. 上記流れとの関係においてもっとも後部に位置する、航空機の翼に類似する領域において、２つ以上のタービンが並列に配置されていることを特徴とする、請求項１５および１６に記載の装置。
20. 得られるデータを分析するためにシステムに接続された、流れの強さを測定する一群の測定装置を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
21. 適切なプラスチック製物質で被覆し、環境中の腐食性元素から保護可能な金属物質の構造物を用いて実施されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
22. 設置が海底または川底で直接実施されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
23. 海底または川底における該装置の設置がバラスト部を利用して実施されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
24. 上記バラスト部（２６）が、
    上記ピボット機構（２５）を配置するための領域と、
    一群の脚部（１６）と、
    上記システム全体を繋留するための取り付け点（１８）と、
    複数の密閉分室と、
    浮上を補助および制御する装置とを有することを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
25. 上記脚部（１６）が伸張可能であって、上記バラスト部を適切な姿勢で固定することができることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
26. 上記密閉分室が水によって満たされ、上部において高圧空気供給システムに接続されて、この水を排出してシステム全体を水面まで浮上させることができることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
27. 浮上を補助および制御するための上記装置が、末端に膨張可能な装置（２８）を有する、牽引に対して高耐性を有する細線、ケーブル、または、鎖が巻き取られる巻き取り部（１９）からなることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
28. 側面図においては正面図より大きな表面積を示し、上記流れによってより大きな推力を受け、正面図においては上記流れに逆らう方向を向くことを特徴とする、請求項１に記載のタービンを取り付けるための装置。
29. タービンによって発生する仕事を一群の伝達機構を介して用いて発電機を駆動することからなる、請求項１〜２７に記載のタービンを取り付けるための装置（２４）を使用する、電気エネルギーを生成する方法。
30. 請求項１〜２８に記載のタービンを取り付けるための装置（２４）を繋留するプロセスであって、
    該動作が上記システム全体を移動および支持するクレーンなどのシステムを備えた小型船舶やプラットフォームなどから、牽引に対して高耐性を有する細線、ケーブル、または、鎖の補助を得て実施され、
    上記密閉分室への水の充填を制御することによって、入水が実施されることを特徴とする、プロセス。
31. 請求項１〜２９に記載のタービンを取り付けるための装置（２４）を水面まで浮上させるプロセスであって、
    上記浮上を補助および制御するためのシステムを使用し、
    該システムは水面に達すると回収することができて、システムを使用して浮上を制御することができ、
    上記異なる密閉分室に高圧空気を供給することによって、該密閉分室内の水の排出、および、システム全体の水面までの浮上を達成することを特徴とする、プロセス。

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