JP2015533992A - 浮体式潮流タービン - Google Patents

Abstract

本発明は、浮揚手段（１０２）と、水上で浮揚手段（１０２）上に配置された技術室（１０４）であって、当該技術室（１０４）内に発電機（３０２）が配置される、技術室（１０４）と、制御室（１０４）の下方で水中に沈められたマスト（１０６）と、水平回転軸線回りに回転可能にマスト（１０６）の基部に取り付けられたプロペラ（１０８）と、プロペラ（１０８）の回転運動を発電機（３０２）に伝達することを可能にする伝達手段と、技術室（１０４）に対して垂直な軸線に沿ってマスト（１０６）を上昇又は下降させるように設計された操作システム（４００）と、を備える、浮体式潮流タービン（１００）に関する。【選択図】図１

Description

本発明は浮体式潮流タービンに関する。

多くの浮体式潮流タービンがあるが、そのどれもが安定性又は保守の点において完全に満足なものではない。

本発明の１つの目的は、先行技術の欠点を有しない浮体式潮流タービン、特に、安定性があり、且つ、その部品をより容易に保守可能な浮体式潮流タービンを提案することである。

この目的のため、本発明は、
浮揚手段と、
水上で浮揚手段上に配置された技術室であって、当該技術室内に発電機が配置されている、技術室と、
制御室の下方で水中に沈められたマストと、
水平回転軸線回りで回転可能にマストの基部上に取り付けられたプロペラと、
プロペラの回転運動を発電機に伝達することを可能にする伝達手段と、
技術室に対して垂直な軸線に沿ってマストを上昇又は下降させるように設計された操作システムと、を備える、浮体式潮流タービンを開示する。

有利には、技術室は床及び天井を備え、当該床及び天井は、それぞれマストが通過する穴を示す。

有利には、浮揚手段は、
少なくとも２つの浮体と、
浮体を互いに連結し、且つ、技術室を支持することを目的とした連結構造と、を備える。

有利には、連結構造は、
それぞれがほぼ水平姿勢をとり、且つ、浮体を２本ずつで連結し、且つ、上に前記床が配置された第１セットの３つの梁と、
それぞれが浮体の１つと前記天井との間に固定される第２セットの４つの梁と、を備える。

有利には、浮体式潮流タービンは少なくとも１つのラッチを備え、マストは、当該又は各ラッチ用に、マストを貫通し且つ前記ラッチが嵌合するオリフィスを備え、マストが下降位置にある場合、前記オリフィスは床の高さにある。

有利には、発電機の回転軸線は垂直である。

有利には、発電機はマストの後縁の真後ろに配置されている。

有利には、操作システムは、マストの内部に配置されたタンクであって、当該タンクはその下部分に、前記タンクの内部を外部と連結する第１のバルブと、その上部分に、前記タンクの内部を外部と連結する第２のバルブと、を備え、各バルブは、開閉のため独立して制御されうるタンクと、技術室内に配置された圧縮空気発生器と、圧縮空気発生器をタンクに連結する導管と、を含む。

有利には、プロペラは、軸線において前後に配置された、反対方向に回転する２つのプロペラを備える二重反転プロペラである。

有利には、２つのプロペラの中心同士の間の距離はプロペラの直径の１０％未満である。

上述の発明の特徴及びその他は以下の動作例の説明を読むとより明確となろう。この説明は添付の図面とともに行う。

本発明による浮体式潮流タービンを示す。 図１の浮体式潮流タービンの頂面図を示す。 浮体式潮流タービンの技術室の内部を示す。 図１の浮体式潮流タービンを操作するためのシステムを描写する図を示す。

以下の説明では、位置に関する用語は、その動作位置にある、つまり図１に示される状態を意味する浮体式潮流タービンを意味する。

図１及び図２は、
浮揚手段１０２と、
水（１０、図４）上で浮揚手段１０２上に配置された技術室１０４と、
制御室１０４の下方で水中に沈められたマスト１０６と、
水平回転軸線回りに回転可能にマスト１０６の基部上に取り付けられたプロペラ１０８と、を備える、浮体式潮流タービン１００を示している。

図３は、技術室１０４の内部を示す。

技術室１０４は、発電機３０２、電気キャビネット３０４、制御盤等のような種々の電気技術部品を支持する。

浮体式潮流タービン１００はまた、技術室１０４に対して垂直な軸線に沿ってマスト１０６を上昇又は下降させるように設計された操作システムを備える。マスト１０６を上昇させると、プロペラ１０８及びその回転手段の保守の実施のためプロペラ１０８を水から取り出すことを可能にする。

マスト１０６の下降位置においては、プロペラ１０８は動作位置にあり、且つ、水中に沈んでいる。マスト１０６の上昇位置においては、プロペラ１０８は動作位置にあり、且つ、水から出ている。

浮体式潮流タービン１００はまた、プロペラ１０８の回転運動の発電機３０２への伝達を可能にする伝達手段を含む。

などの浮体式潮流タービン１００は水上で安定し、技術室の内部が乾いている間に電気技術部品を取り付ける場合は特別な防水手段を含む必要がなくなる。

マスト１０６は、適切な翼型、例えば、中心垂直軸に沿って延在し、その前縁が入射流束（flux incident）に向かって、即ち、浮体式潮流タービン１００の前方に向かって配向され、その後縁が浮体式潮流タービン１００の後方に向かって配向されるＮＡＣＡ型の１つを有する。

図１及び図２に示される本発明の実施形態においては、浮揚手段１０２は、前部浮体１１０ａと、２つの後部浮体１１０ｂ〜ｃと、浮体１１０ａ〜ｃを互いに連結し、且つ、技術室１０４を支持することを目的とした連結構造１１２と、を備える。

浮体式潮流タービン１００は、前部浮体１１０ａと海底との両方に固定されたケーブル１１４によってその固定位置内に保持される。

前部浮体１１０ａは技術室１０４の前方に配置されており、後部浮体１１０ｂ〜ｃは技術室１０４の後方に、１つがその左舷側に、もう１つが右舷側に配置されている。

各浮体１１０ａ〜ｃは、浮体式潮流タービン１００を潮流に対して確実に配向するのに適した長尺状の形態を備える。

各浮体１１０ａ〜ｃは、入射波を切るために先細の舳先を備えるが、ピッチを吸収するために高体積充填物（remplissage de volume eleve）を有する。

各浮体１１０ａ〜ｃは、先細の船首と、船尾に伝わる波の圧力から生じるピッチを最小にするために、同様に、細い先端（pointe fine）において終端する船尾と、を有する十分に大きなＵ字形の外形を備える。

技術室１０４は、床１１６と、屋根１１８と、明確にするため図に示されていない側方壁と、を備える。

ここでは、連結構造１１２は、第セットの３つの梁１２０ａ〜ｃと第２セットの４つの梁１２２ａ〜ｄとのアセンブリで構成されている。

第１アセンブリの各梁１２０ａ〜ｃはほぼ水平姿勢をとり、２本ずつで浮体１１０ａ〜ｃを連結する。第１アセンブリの梁１２０ａ〜ｃは二等辺三角形を形成し、２つの後部浮体１１０ｂ〜ｃを連結している梁１２０ａは三角形の底辺をなす。その他２つの梁１２０ｂ〜ｃのそれぞれは前部浮体１１０ａを後部浮体１１０ｂ〜ｃの１つに連結する。

技術室１０４はその床１１６により第１アセンブリの梁１２０ａ〜ｃ上に配置されている。

第２アセンブリの梁１２２ａ〜ｄは、浮体１１０ａ〜ｃと技術室１０４の天井１１８との間において固定されている。図に示される本発明の実施形態では、各後部浮体１１０ｂ〜ｃに対し、第２アセンブリの梁１２２ｂ〜ｃが、前記後部浮体１１０ｂ〜ｃと天井１１８との間において固定されており、前部浮体１１０ａに対しては、第２アセンブリの２つの梁１２２ａｅｔ１２２ｄが、前部浮体１１０ａと天井１１８との間において固定されている。

このような構造は単純であり且つ剛性がある。

ここで示される本発明の実施形態においては、連結構造１１２はＩＰＮ管及びアルミニウム板で構成されている。連結構造１１２は、例えば圧延されうる複合材料などの他の材料で構成してもよい。

床１１６及び天井１１８はそれぞれ穴を備え、マスト１０６はそれら穴の両方を通過する。各穴は、マスト１０６が穴内を自由に垂直に動くことができ、且つ中心軸線周囲におけるマスト１０６による角運動を妨げるような形状を備える。

マスト１０６を天井１１８及び床１１６内に固定すると、マスト１０６が潮流の作用に対して十分に剛性を有することが確実となる。

発電機３０２はその回転軸線を垂直に呈するように技術室１０４内に取り付けられる。

発電機３０２の回転軸線の垂直配向及びプロペラ１０８の軸線の水平配向は浮体式潮流タービン１００の安定性の確保を可能にする。この理由は、この二重配向（double orientation）によって、より優れた安定性を確保するジャイロスコープシステムが形成されるからである。

伝達手段は、マスト１０６内部に部分的に配置されて、マスト１０６外部に部分的に配置されている。

伝達手段は、例えば、
ここでは天井１１８より上に示される発電機３０２のシャフトに固定された歯付きプーリ３０８と、
マスト１０６の先端に配置された、回転軸線が垂直であり、且つ、直径が歯付きプーリ３０８の直径よりも大きく、且つ、ここでは同様に天井１１８より上にあるスプロケット３０６と、
プロペラ１０８に連結された水平動力伝達棒と、
スプロケット３０６に連結された垂直動力伝達棒と、
互いに相互係止し、１つが水平動力伝達棒と連結され、もう１つが垂直動力伝達棒と連結されている２つの円錐歯車と、
スプロケット３０６と歯付きプーリ３０８とを連結する歯付きベルト３１０と、を備える。

発電機３０２によって生成された電気エネルギーは、その後、浮体式潮流タービン１００に搭載されたバッテリーに保存されるか、電気伝導体を介して地上に送信される。

確実な最適負荷配分のため、発電機３０２はマスト１０６の後縁の真後ろに配置されている。

同様に、技術室１０４は２つの電気キャビネット３０４を含み、それらの１つはマスト１０６の左舷側に配置されており、もう１つはマスト１０６の右舷側に配置されている。

加えて、天井１１８及び床１１６は円形であり、側壁はこの場合、その軸線がマスト１０６の中心軸線及び二等辺三角形の重心にほぼ一致する円筒形状をとる。

図４は、マスト１０６をその中心軸線に対して平行に上昇又は下降させることを可能にする操作システム４００の図を示す。

操作システム４００は、マスト１０６の封体部（lenveloppe）下及びマスト１０６の下部分に配置されたタンク４０２と、技術室１０４内に配置された圧縮空気発生器４０４と、圧縮空気発生器４０４をタンク４０２に連結する導管４０６と、を備える。

タンク４０２はまた、その下部分に、前記タンク４０２の内部を外部、特に、水と連結する第１のバルブ４０８と、その上部分に、前記タンク４０２の内部を外部と連結する第２のバルブ４１０と、を備える。

各バルブ４０８、４１０は開閉のため独立して遠隔的に制御されうる。

従って、操作システム４００の動作は以下の通りであり、タンク４０２に水が充填され、２つのバルブ４０８及び４１０が閉じられている際の、マスト１０６が沈められた位置から開始される。

マスト１０６を再度上昇させる必要がある場合、第１のバルブ４０８を開き、第２のバルブ４１０を閉じたままにする。第１のバルブ４０８によってタンク４０２から水を出すため、圧縮空気発生器４０４は導管４０６を通じてタンク４０２から空気を送る。マスト１０６は、その後、浮力の効果により上昇して戻る。

マスト１０６がその上昇位置に到達すると、タンク４０２内部に空気を保持するために第１のバルブ４０８が閉じられる。

マスト１０６を再度下降させる必要がある場合、第１のバルブ４０８及び第２のバルブ４１０が開かれる。その後、第１のバルブ４０８による水の取り込みにより、空気が第２のバルブ４１０によって排出される。マスト１０６は、その後、再度水中に沈められる。

マスト１０６がその下降位置に到達すると、第１のバルブ４０８及び第２のバルブ４１０は閉じられる。

マスト１０６は床１１６及び天井１１８内を貫通する穴を動く際に特に案内される。

マスト１０６が所定の位置に最適に保持されることを確実にするため、潮流タービン１００は、マストがその下降位置にある際にマスト１０６の位置を固定すること、及び場合によってはマスト１０６がその上昇位置にある際にマスト１０６の位置を固定することを可能にする固定手段を備える。

本発明の一実施形態によれば、固定手段はその目的のために備えられたオリフィスを通じてマスト１０６を貫通する少なくとも１つのラッチ３１２の形状をとる。下降位置においては、オリフィスは床１１６の高さ、特に垂直動力伝達棒の後方にある。この位置において、各ラッチ３１２は従って床１１６に載置され、場合によっては転がり軸受に取り付けられている。

上昇位置では、各ラッチ３１２の高さに、マスト１０６を貫通する別のオリフィスを設けてもよい。上昇位置では、あの他のオリフィスもまた、対応するラッチ３１２の取り付けを可能にするために床１１６の高さにある。

当然、第１のバルブ４０８と、第２のバルブ４１０と、タンク４０２を圧縮空気発生器４０４に連結する導管４０６と、をそれぞれが備えるいくつかのタンク４０２の取り付けを行うことは可能である。

マスト１０６の動きを可能にするため、伝達手段の少なくとも一部は取り外し可能である。ここで示される本発明の実施形態においては、歯付きベルト３１０が最初に取り外される。

性能向上のため、ここでは、プロペラ１０８は、同じ軸線において前後に配置され、反対方向に回転する２つのプロペラを備える二重反転プロペラである。

電力増幅作用の恩恵を十分に得るため、２つのプロペラの中心同士の間の距離はプロペラの直径の１０％未満である。

当然、本発明は記載され且つ示される実施例及び実施形態に限定されず、当業者が利用可能な多くの変形形態が可能である。

例えば、浮揚手段１０２は、技術室１０４の前方及び後方に、並びに、技術室１０４の左舷側及び右舷側に対に分けられた４つの浮体を備えてもよい。特に、浮揚手段１０２は、２つの浮体を前方に、及び、２つの浮体を後方に備え、前方の２つの浮体は、後方の２つの浮体よりも大きな寸法を有する。

浮揚手段１０２は１つが技術室１０４の左舷側に、もう１つが右舷側に配置された２つの浮体を備えてもよい。

浮揚手段１０２は前方に２つの浮体及び後方に１つの浮体を備えてもよい。

概して、浮揚手段１０２は少なくとも２つの浮体を備える。

Claims (10)

1. 浮揚手段（１０２）と、
   水上で前記浮揚手段（１０２）上に配置された技術室（１０４）であって、当該技術室（１０４）内に発電機（３０２）が配置されている、技術室（１０４）と、
   前記制御室（１０４）の下方で水中に沈められたマスト（１０６）と、
   水平回転軸線回りで回転可能に前記マスト（１０６）の基部に取り付けられたプロペラ（１０８）と、
   前記プロペラ（１０８）の回転運動を前記発電機（３０２）に伝達することを可能にする伝達手段と、
   前記技術室（１０４）に対して垂直な軸線に沿って前記マスト（１０６）を上昇又は下降させるように設計された操作システム（４００）と、を備える、浮体式潮流タービン（１００）。
2. 前記技術室（１０４）が床（１１６）及び天井（１１８）を備え、且つ、前記床（１１６）及び前記天井（１１８）がそれぞれ、前記マスト（１０６）が通過する穴を示すことを特徴とする、請求項１に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
3. 前記浮揚手段（１０２）が、
   少なくとも２つの浮体（１１０ａ〜ｃ）と、
   前記浮体（１１０ａ〜ｃ）を互いに連結し且つ前記技術室（１０４）を支持することを意図した連結構造（１１２）と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
4. 前記連結構造（１１２）が、
   それぞれがほぼ水平姿勢をとり、且つ、前記浮体（１１０ａ〜ｃ）を２本ずつで連結し、その上に前記床（１１６）が配置される、第セットの３つの梁（１２０ａ〜ｃ）と、
   それぞれが前記浮体（１１０ａ〜ｃ）の１つと前記天井（１１８）との間に固定されている第２セットの４つの梁（１２２ａ〜ｄ）と、を備えることを特徴とする、請求項３に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
5. 少なくとも１つのラッチ（３１２）を備え、前記マスト（１０６）は、前記又は各ラッチ（３１２）用に、前記マストを貫通し且つ前記ラッチ（３１２）が嵌合するオリフィスを備え、前記マスト（１１６）が下降位置にある場合、前記オリフィスが前記床（１１６）の高さにあることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
6. 前記発電機（３０２）の回転軸線が垂直であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
7. 前記発電機（３０２）が前記マスト（１０６）の後縁の真後ろに配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
8. 前記操作システム（４００）が、前記マスト（１０６）の内部に配置されたタンク（４０２）であって、前記タンク（４０２）は、その下部分に、前記タンク（４０２）の内部を外部と連結する第１のバルブ（４０８）と、その上部分に、前記タンク（４０２）の内部を外部と連結する第２のバルブ（４１０）と、を備え、各バルブは開閉のため独立して制御されうる、タンク（４０２）と、前記技術室（１０４）内に配置された圧縮空気発生器（４０４）と、前記圧縮空気発生器（４０４）を前記タンク（４０２）に連結する導管（４０６）と、を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
9. 前記プロペラ（１０８）が、軸線において前後に配置された、反対方向に回転する２つのプロペラを備える二重反転プロペラであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の浮体式潮流タービン（１００）。
10. 前記２つのプロペラの中心同士の間の距離が前記プロペラの直径の１０％未満であることを特徴とする、請求項９に記載の浮体式潮流タービン（１００）。

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