JP2016514790A - 電力を発生する水力タービンアセンブリ - Google Patents

Abstract

水力タービン（１２）および、連続的な周囲の潮の流れの速度よりも大きい速度を有するタービン・ドライバ流れを提供するための水流アクセラレータを備え、アクセラレータは、水流に面した前面（１３）およびそこから至る両側面（１４）を有するアクセラレータ本体部材（１１）であって、両側面のまわりにその各々に隣接してタービン・ドライバ流れとして水が流れる、アクセラレータ本体部材を備え、水力タービン（１２）は、水流が実質的にその最大速度を達成するところでアクセラレータの側面に隣接して比較的その付近を流れている加速したタービン・ドライバ流れから、アクセラレータ本体部材によって少なくとも部分的に覆われるように取り付けられ、アクセラレータは、他のいかなる流れ障害の影響も修正するタービン・ドライバ流れから横に離間している、潮の流れの中に設置するためのアクセラレータ・水力タービンアセンブリが提供される。【選択図】図７

Description

本発明は、連続的な周囲の潮の流れの速度よりも大きい速度を有するタービン・ドライバ流れ（ｃｕｒｒｅｎｔ）を提供するための水力タービンおよび水流アクセラレータを備える、潮の流れに設置するためのアクセラレータ・水力タービンアセンブリに関する。

これらのアセンブリは、水ポンプ、エアーコンプレッサおよび類似の機器にも役立つが、ほぼ排他的に発電に用いられる。多くの例においてこの種の水力タービンは潮の変化を前提とした場所に置かれるので、「潮の流れ」という用語がこの明細書において使われる。しかしながら、この明細書における用語「潮の流れ（ｔｉｄａｌ ｓｔｒｅａｍ）」および「流れ（ｃｕｒｒｅｎｔ）」は、単純に潮の変化を前提とした水の流れに関連するのでなく、一般に、川、海流および構造物からの水の放出などの水体のいかなる動きにも関連するものと理解される。さらに、用語「潮の流れ（ｔｉｄａｌ ｓｔｒｅａｍ）」および「流れ（ｃｕｒｒｅｎｔ）」は、この明細書において交換可能に使われる。水力発電は、利用可能な最も重要な再使用可能なエネルギー源とまではいかないが最も重要なうちの１つである。潮の流れは、いくつかのとても正当な理由のために十分に利用されていないこの種の電力の最も重要なソースである。

稼動中の維持コストと共に、主要な設備コスト（特に海洋設備に関して高価である）が主要な要因であることが自明であるとはいえ、しかしながら、水力発電および類似の発電出力作業のための水力タービンの使用に影響を及ぼす技術的な要因を考慮することは、重要である。これらの技術的な要因は、財政投資および次の財政的結果に大きな関係があるので、かなりの仕事はまだその奨励の結果を有する過去のこれらになされなかった。

この種の水力発電を使用しない（通常あげられる）３つの主要な技術的な理由は、第１に、十分に強い潮の流れ、すなわち、より正確にはこの明細書に記載されているように十分に速いタービン・ドライバ流れ（ｃｕｒｒｅｎｔ）を得る際の課題、第２に、破片（ｄｅｂｒｉｓ）から水力タービンを保護する必要性、および第３にそして最後に、不利な気象状況の下でアセンブリを損傷から保護することである。

しかしながら、主要な課題は、水力タービンによって発生するエネルギー量、そしてそれ故その発電出力が、人が予想するように、タービンによって経験される潮の流れ、すなわちこのタービン・ドライバ流れに直接関連するということである。明らかに、最適タービン・ドライバ流れを経験するところに水力タービンを配置することが重要である。それをさらに重要にすることは、潜在的発電出力がタービン・ドライバ流れに、しかしタービン・ドライバ流れの第３の電力に線形に比例していないということである。したがって、タービン・ドライバ流れの２倍の増加は、水力タービン出力が潜在的に８倍増加する結果になる。世界の特定の場所で、潮の流れの速度が全く重要であるが、しかしタービンを駆動することに関してはまだ比較的遅いことは、実際公知である。残念なことに、この比較的高速の潮の流れは、連続的な周囲の流れが適切なタービン・ドライバ流れとして作用するには不十分なところで大部分の状況という訳ではない。したがって、最も多くの注意を受容した主要課題は、タービン・ドライバ流れを改善する必要性であり、そしてこの課題は、すべての他の課題を越える。したがって、タービン・ドライバ流れを提供するために連続的な周囲の潮の流れを加速する何であれ、他に何かよりも重要である。十分なタービン・ドライバ流れを提供するために連続的な周囲の潮の流れが十分であるところで、しかしより重要にはそうでないところで、これは、状況に等しくあてはまる。

タービンロータのための絶対的な理論的最高効率が５９．３％（ドイツの空気力学者アルベルト・ベッツに帰する周知の制限）であると人が考えるときに、商業的水力タービンの効率が５０％のオーダーに達するときに、それらの出力効率を上昇させる水力タービンの設計の付加的効率の範囲が比較的制限されると認めることは、容易である。明らかに非常に単純な計算によって、６０％の効率（すなわち理論的最大値）で稼動する水力タービンのためのドライバ流れとして作用している特定の速度の連続的な周囲の潮の流れがあると人が示唆する場合、そしてそれが４０％の効率で、しかし第１のドライバ流れを２５％以上超えるドライバ流れで作用している水力タービンと比較される場合、後者の発電出力に３０％の増加が実際のところある。同じ条件を用いてタービンが５０％の効率で作用する場合、有利性は６０％以上である。したがって、ドライバ流れを増加させることは、最も重要な課題である。上で述べられたことを繰り返すために、連続的な周囲の流れに関してドライバ流れを２倍にすることが可能である場合、効率利得は、単純に莫大である。

これらの課題に取り組むために従来なされたさまざまな提案は、基本的に２つの領域に分けられることができる。第１のものは、その間に取り付けられる水力タービンに向けて潮の流れを集中する海底上の事実上１対の互いに離間した障害物を提供することを含む。ベンチュリ漏斗を形成するために一緒に接続されるポンツーンを有するこれらの障害物の自由動のバージョンも、再び流れの集中のためにある。これらは、特に成功していると判明しなかった。１人が予想するように、流れが速度の必要な増大を分配するよりはむしろ妨げられる傾向があるように見える。この種の構造の古典的な例は、特許文献１（Ｒｏｄｄｉｅｒら）に記載されている。

特許文献２（Ｂｉｂｅａｕら）は、流れ速度したがってタービン・ドライバ流れを増加させて、鎖でつながれた水力タービンの上流に位置する海底に置かれた形づくられた対象物を使用することを記載する。形づくられた対象物の位置は、水力タービンと独立して効果的に設置されて、形づくられた対象物の裏のタービンを対象物の裏の比較的停滞した跡領域に動かすことが可能なことによってタービンを保護するためにも用いる。また、タービン・ドライバ流れを提供する速度の増大は、人が予想するよりも非常に少なく見える。いくつかの点で、この参照において開示される配置の効果および効率の最も重要な批判は、事実、この参照の段落００６８にを含まれる。それは、６％〜１７％の間のオーダーでいくぶん電力の増加を有するとしている。そして、構造における追加的な支出を正当化するのにほとんど十分でない。また、そしてそれは、本発明に関してなんらかの関連がある。障害物の下流に乱流の量を増加させる必要性にこの参照の相当な考察がある。そして本発明のそれは、通常、望ましくないかまたはせいぜい無関係である。

米国特許出願公開第２００５／０２３６８４３Ａ１号 米国特許出願公開第２００９／０２２６２９６Ｂ１号

本発明は、連続的な周囲の潮の流れの速度よりも実質的に大きい速度を有するタービン・ドライバ流れを提供するためのアクセラレータ・水力タービンアセンブリを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、潮の流れの中に設置するためのアクセラレータ・水力タービンアセンブリであって、水力タービンおよび、連続的な周囲の潮の流れの速度よりも大きい速度を有するタービン・ドライバ流れを提供するための水流アクセラレータを備え、前記アクセラレータは、水流に面した前面およびそこから至る両側面を有するアクセラレータ本体部材であって、前記両側面のまわりにその各々に隣接してタービン・ドライバ流れとして水が流れる、アクセラレータ本体部材を備え、前記水力タービンは、水流が実質的にその最大速度を達成するところで前記アクセラレータの側面に隣接して比較的その付近を流れている加速した前記タービン・ドライバ流れから、前記アクセラレータ本体部材によって少なくとも部分的に覆われるように取り付けられ、前記アクセラレータは、他のいかなる流れ障害の影響も修正する前記タービン・ドライバ流れから横に離間している、アクセラレータ・水力タービンアセンブリ、が提供される。

本発明は、アクセラレータの効果の理由で、潮の流速が１．５ｍ／ｓまでの一般に低い場所における使用に特に適していることも、発明者は、発見した。それはこのシステムが周知のシステムに比べてずっとより多くの場所において展開されることを可能にするので、これは、特に有利である。そして、潮の流れの非常により大きなそしてより多くの効率的利用への可能性に結果としてなる。

さらに、本発明のアクセラレータおよびタービン配置が、流体がより少ない抵抗のより容易な経路を見つけることができる拡張的な（比較的広くて深い）開いた流れにおいて使用するのに理想的に適していると、発明者は発見した。２つのアクセラレータすなわち障害物が互いに近すぎる場合、それらの組合せが単一の障害物として作用することが分かっている。そして、それらの間の隙間は、流れを制限して、それらの間に乱流を生じさせる。そしてそれは、望ましくない。

さらに、タービンの寸法は、連続的な周囲の潮の流れの予め定めたパーセンテージよりも大きい速度のタービン・ドライバ流れを経験するだけのために選択されることができる。これまで、タービンが連続的な周囲の流れの本質的に最大の加速が提供されるところでタービン・ドライバ流れがそれに近づいたのをそれが導くように配置されたアクセラレータのいかなる構造も提供されたということは見えない。例えば、最小限のタービン・ドライバ流れが連続的な周囲の潮の流れよりも８０％のオーダー大きいことを確実にすることの大きなそして予想外の利点の１つは、半水中の／吊された破片（ｄｅｂｒｉｓ）および漂流物がこの加速したタービン・ドライバ流れによってタービンから離れて一般に強制されるということである。これは、装置の周辺での流体圧の変化によって実際のところ生じる。それが吊された破片をタービンから次々に押しのける流体圧の増加に結果としてなっているアクセラレータの前面にぶつかるので、流体速度は、減速する。

本発明の別の態様によれば、水力タービンが周囲の流れに面したアクセラレータ本体部材の最も幅広部分に取り付けられるアクセラレータ・水力タービンアセンブリが提供される。

本発明の一実施形態において、水力タービンは、アクセラレータ本体部材によってその側面の下を通過する加速された潮の流れから少なくとも部分的に覆われるように取り付けられる。この覆い（シュラウド）は、アクセラレータ本体部材の側面の凹所に水力タービンを取り付けることによって、または、アクセラレータの表面に偏向フラップを取り付けることによって、提供されてもよい。これは、水力タービンの稼動を大きく改善する。水力タービンの外径の少なくとも５％そして多くても５０％が覆われることが分かっている。そして、通常、これは５％〜３５％である。覆い（シュラウド）量は、選択される鉛直軸タービンの特定の構造に依存すると想定される。

特にアクセラレータがしばしば理想のようにポンツーンの形であるところで、アクセラレータの範囲内にタービンを載置する際の明白な利点がある。第１に、タービンは損傷から保護される。そして、第２に、その覆い（シュラウド）によってその効率は増加する。

本発明の別の態様によれば、水力タービンは、周囲の流れに面したアクセラレータ本体部材の最も幅広部分に、またはその僅か下流に取り付けられる。そして、これは、最も大きなタービン・ドライバ流れが生じるところであることが分かった。

アクセラレータ本体部材の前面および各側面部分は、すべて実質的に弓形の形状である。好都合には、そして有利に、弓形の形状は、半円形でもよい。この形状は、層流の提供および乱流の欠如を容易にする。

本発明の一実施形態では、アクセラレータ本体部材は、計画において実質的に楕円であり、そして、別では、計画において翼形を実質的に反映させる。

本発明の一実施形態において、水力タービンの寸法は、それがアクセラレータ本体部材の最も幅広部分の幅の０．２〜０．６の距離をアクセラレータの潮の流れの中に突出するように選択される。理想的には、それは、アクセラレータ本体の最も幅広部分の０．４突出する。

流れ障害物の存在がタービン・ドライバ流れを実質的に修正するために潮の流れを妨げないように、理想的には、アクセラレータ・水力タービンアセンブリは、他のいかなる流れ障害物の周囲の流れを修正する効果からも或る距離だけ横に離間される。この間隔は、周囲の潮の流れに面したその最も幅広部分のアクセラレータ本体部材の総幅、および水力タービンがアクセラレータ本体部材を越えて突出する距離、の集合のオーダーであってもよい。それにより、アクセラレータ本体および水力タービンから横に間隔を置いて配置される連続的な周囲の潮の流れとして、実質的に同一速度の潮の流れがある。

本発明の別の実施形態では、隣接するアクセラレータと水力タービンアセンブリとの間の間隔は、アクセラレータ本体および水力タービンから横に離間した連続的な周囲の潮の流れと実質的に同一速度の潮の流れがあるところで、アクセラレータ本体部材の潮の流れに面した最も幅広部分の総幅および水力タービンがアクセラレータ本体部材を越えて突出する距離の集合のオーダーである、アクセラレータ・水力タービンアセンブリがある。

本発明によるアクセラレータ・水力タービンアセンブリの１つの配置では、複数のアクセラレータ・水力タービンアセンブリが潮の流れにおいて行または列に設置され、潮の流れの流れに対して行は実質的に９０°であり、列は４５°である。

ポンツーンは、本発明のアクセラレータ・水力タービンアセンブリを設置するために非常に適していると想定される。

アクセラレータを設置するための他の代わりの場所は、鎖でつながれた係留設備を含む。そしてそれは、部分的に水中にあってもよく、または好ましくは完全に水中にあってもよい。好ましくは、アクセラレータ本体は、水路の底部に設置されてもよく、そして固定されてもよい。

さらに代わりの場所は、川または航路における橋の支持体の側部に１つ以上のタービンを固定することである。

添付図面を参照して例としてのみ与えられる、そのいくつかの実施形態の以下の説明によって、本発明は、より明らかに理解される。

図１は、実験室試験の用に供する４つの円筒状原型フロー・アクセラレータの平面図である。 図２は、実験室試験において速度が測定されたトランセクトを示す。 図３は、実験室試験の円筒状原型フロー・アクセラレータのための９０°トランセクトに沿って記録された加速の流れを比較するグラフである。 図４は、野外試験において使用するはしけの平面図である。 図５は、野外試験において使用する別のはしけ構成の平面図である。 図６は、連続的な周囲流れおよび同じ流れの８０％加速した流れからの利用可能な総発電力のグラフィック比較である。 図７は、本発明を実行するために使用するポンツーンの様式化した斜視図である。 図８は、加速水流を偏向させるために使用するフラップを示すアクセラレータ本体の別の構造の平面図である。 図９ａは、デフレクタ・フラップおよび流れに対するそれらの効果のさらなる例を示す。 図９ｂは、デフレクタ・フラップおよび流れに対するそれらの効果のさらなる例を示す。

本発明がどのように造られて、稼動されるかについて討議し、そして記述する前に、特定の一般的コメント、そして特に出願人によって実行されるさまざまな調査に関してコメントを作成することは、重要である。潮の流れ（ｓｔｒｅａｍ ｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ）がその流路の対象物に衝突するときに、そして、潮の流れが速度を上げられるその対象物を迂回しなければならないときに、この特定の技術に熟練した誰でもそれを理解するときに、なぜという疑問を提起することは、多分重要である。しかしながら、誰も、この加速を調べて、タービン・ドライバ流れを最大にする課題にそれを適用したようには見えない。

ある意味、最も重要なことは、連続的な周囲の潮の流れの最大の加速がどのように達成されることができるか、そして、この知識が水力発電にどのように最善に適用されることができるかを調査することである、とこの技術に関するさまざまな課題を考えたことは、明らかになった。実施された付随する野外試験結果をともなうさまざまな野外試験の後、これは、決定された。理解の容易さのために、実験室試験は最初に、次いで野外試験が記載されている。けれども、実際、多くの野外試験は、実験室試験の前に実施された。

開いた流路流れにおける障害物の周辺の流れ転換を調べて分析するために、異なるサイズおよび形状のさまざまな原型上の実験室試験を実施することが決定された。障害物の周辺の流れ転換によって流れ加速を達成するために、障害物の上流面は、乱流の発生を回避するために曲がっていなければならない。文献の調査は、ごくわずかな仕事しか障害物の周辺の加速した流れの数量化に導かれなかった。加速した流れが観察された大多数の仕事は、橋の支持体などの構造物に掛けられる応力を決定する目的のための円柱または楕円の周辺の流れに基づく。さらに、翼形が空気の流れを加速するために広範囲に使われるのと同様に、翼形断面を含むことが決定された。

この研究の実験室試験は、アイルランド・ゴールウェイ国立大学（ＮＵＩＧ）の工業および情報科学カレッジ内に位置する潮の海盆施設を使用して行われた。

ここで図１を参照すると、それぞれ０．２ｍ、０．３ｍ、０．４ｍの、そしてすべて高さ０．４ｍの３つのシリンダは、直径０．３ｍの、そして全長０．６３ｍの翼形と共に示される。すべての試験は、真の潮の条件を表すためにスケールされる０．００３ｍ／ｓのオーダーの最大の潮の流れを有する同じ潮の条件に関して行われた。円筒状原型のために、図２に示される５つのトランセクトに沿って、次いで、シリンダの側部から８ｃｍ、１２ｃｍ、１６ｃｍ、２０ｃｍおよび２４ｃｍの距離で、流れ（ｃｕｒｒｅｎｔ）測定は、記録された。翼形の形状は、０°、４５°および９０°トランセクトに沿った測定のフルセット、および、１３５°トランセクトに沿ったいくらかの測定から離れたものを許容した。

下記の表１は、乱されない周囲の流れより上のパーセンテージとして表される中央の洪水加速を示す。

特定の観察は、ここでなされることができる。第１に、シリンダの近くで、すなわち８ｃｍの観測点で達成される流れ加速は、９８％から１１０％の全く類似の範囲であった。これは、シリンダのすぐ近くに隣接して達成される加速がシリンダの寸法から比較的独立していて、ほぼ１００％であることを示唆する。さらに、シリンダの直径と加速流れの領域の幅との間に明白な関係がある点に留意する必要がある。そして、シリンダの寸法が増加するにつれて、領域の大きさは増加する。結果は、図３に与えられる。

図３を参照すると、これは、円筒状原型のための９０°トランセクトによって記録された流れ速度の間の比較を明らかに示す。

第１に、右下がりの傾斜（ｍ）は、加速の大きさがシリンダからの距離によって減少することを示す。それは、シリンダの直径が増加するにつれて、距離とともに加速の減少率が比例して減少することを、さらに示す。これは、一旦シリンダの直径が既知であるならば、次いで、加速ゾーンの幅が推定され得ることを明らかに示す。相当な直線性のこの結果から、加速が特定のレベル以下に落ちるアクセラレータの側壁からの距離を算出することが可能である。８０％の流れ速度の領域、そして、乱されない流れ速度よりも大きい流れ速度の領域があることを示すために、これらは、明らかに考え出されることができる。そして、アクセラレータの表面からシリンダ幅の表面（すなわちその直径）から４０％まで延びる。別の言い方をすると、これらの実験は、直径Ｄのシリンダを用いて０．４Ｄの距離の範囲内で、流れの速度が連続的な潮の流れよりも８０％大きいことを明らかに証明する。

図４を参照すると、前述のように、野外試験は、参照番号１により全体を示される原型（すなわち、アクセラレータ・水力タービンアセンブリ）上に実施された。はしけ２は、設けられる。はしけ２は、アクセラレータの一部を形成するためにその上に取り付けられる曲がった材木の前面３を有した。そしてその前面３は、はしけ２上に取り付けられる鉛直軸水力タービン４を越えて僅かに突出する。流れアクセラレータ３のエッジは、はしけ２を越えて延びて、加速流れからタービンの部分を保護するために鉛直水力タービン４の一部を横切る肩部５の形である。そして、回転の方向は、流れ方向に逆であり、したがって、タービン上に誘導される抵抗力を減らす。

アクセラレータ本体の最も幅広の部分の近くで流れをさらに加速するために、そしてタービンが配置されることができる凹所を準備する複雑さなしにタービンをとても部分的に保護するために、肩部５は、フラップまたはデフレクタで構成されることもできる。

図５を参照すると、同じはしけ２が示される。そして、すべての参照番号は、それらが同じパーツを示すように、以前の図４のそれと同様である。この実施形態には、２つの鉛直水力タービン４がある。鉛直水力タービン４の効率は、点検された。そして、それは、ほぼ２０％（すなわち、この種の水力タービンにとって、ベッツの理論的最大は５９．３％であることがすでに言及されている、理論的最大の３４％）で作動していることがわかった。明らかに、用いられているタービンがあまり効率的でなく、そして、明らかに改良されることができると認めることは、非常に重要である。しかしながら、装置効率が４５．９％のオーダーのものでさえ、そしてこれは、この産業でリーダーのＭａｒｉｎｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ社によって報告されたそれに非常に有利に匹敵する。彼等は、２００８年以降北アイルランドのＳｔｒａｎｇｆｏｒｄ湖において稼動している、水平軸、ツインローターシステムの彼等の１．２ＭＷのＳｅａＧｅｎ装置について、４８％の平均ピーク効率および実際５２％の瞬間最高効率を報告した。これは、既存の技術を超える提案された装置の利点を明らかに示す。

特定の結論は、実験室試験および野外試験から引き出されることができる。すなわち、
・最大加速は、流れアクセラレータで最も幅広い部分、すなわち、９０°トランセクトに沿って達成される。
・加速は、アクセラレータの壁の近くで最も高く、そして、壁からの距離とともに直線的に減少する。
・８０％以上の加速に比例してより大きい領域は、より幅広いアクセラレータで達成されて、幅のほぼ４０％まで発生する。

ここで表２を参照すると、流れアクセラレータの効果、およびフローストリームの利用可能な総発電力上の効果が示される。この表２および対応するグラフ（図６）は、８０％加速に続く、同じ流れから利用可能な発電力を有する沿岸水域の典型的な異なる速度の自由な流れから利用可能な発電力を比較する。周囲の流速の８０％加速が抽出に利用可能な発電力を５．８倍に増加させることを、これは、証明する。

４０２．１８ｍ^２の合わせた作用面積（ｓｗｅｐｔ ａｒｅａ）を有する２つの直径１６ｍのローターを使用して、２．５ｍ／ｓで１．２ＭＷのその定格出力を達成するＳｅａＧｅｎ装置の稼動とのより正確な比較を提供すること。本願明細書に記載されているように、水流アクセラレータの両側に取り付けた２つの鉛直軸タービンを使用し、そしてＳｔｒａｎｇｆｏｒｄ装置のそれと類似の総面積を有する、本試験において使用する設計の装置が１．４４ＭＷを発生することを、我々の全ての試験および調査は、現在まで示唆する。この明細書に記載されている装置によって使用するタービンの全作用面積は、ＳｔｒａｎｇｆｏｒｄのＳｅａＧｅｎ設備の４０２ｍ^２と比較して１７６ｍ^２である。水流アクセラレータの前方に面した面積は、２２２ｍ^２のオーダーである。この図は、１５〜２０％のオーダーの示す効率を有する水力タービンを使用した野外試験の結果に基づくことが理解されるべきである。３５％の効率を有するすでに既存の鉛直軸タービンがあるので、ＳｅａＧｅｎ設備（すなわち、１．２ＭＷ）のそれと比較して２．８８ＭＷの出力が達成可能なことを示唆することは、不合理でない。いかなる大きな深さにおける問題にもなることなく、使用するタービンの寸法がＳｅａＧｅｎタービンの寸法の４０〜５０％のオーダーであることを示唆することは、合理的である。これが明らかに総設備コストの非常に高価な一部であるので、投下資本もかなり安価になる。

これが最も論理的前進であるように見えるので、本提案は、最高速度の層流ゾーンにおいて作動するより小型のタービンである。

これらの比較は、本発明が産業で知られていることを超える相当な利点を有することを明らかに示す。さらに、既存のタービンが２．５ｍ／ｓ以下の流れ速度において現実的でないので、加速プロセスのため、既存のタービンを１．５ｍ／ｓを超えない最大速度の場所に配置することは、現実的になる。

水力タービンのあまりに多くのシュラウドが好結果をもたらさないことを示した野外試験から、いくらかの他の興味深い結果があった。

図７は、アクセラレータ本体がより大きい翼形形状を有し、そして、水力タービンの一部がその最も幅広い部分に隣接してアクセラレータ本体の凹所の中に取り付けられる配置を示す。

この実施形態では、アクセラレータ・水力タービンアセンブリ（参照番号１０によって全体を示される）は、２つの水力タービン１２を取り付けているポンツーン１１の形のアクセラレータを備える。ポンツーン１１は、前面１３および側面１４を有し、各側面１４は、水力タービン１２のうちの１つを受容するための凹所１６を有する。

図４および図５で分かるように、アクセラレータ本体は、本体のちょうどエッジに肩部を追加的に備えることができる。

連続的な周囲の潮の流れが最も大きいところに水力タービンを配置することが可能であるというのが１つではなく、しかし、稼動および維持の容易さのためにも明白な複数の利点が、ポンツーンを使用する際にある。

しかしながら、アクセラレータ本体を流れにおいて設置して、固定する他の手段があることはいうまでもない。それは、都合よく、水路または海底の底部に鎖でつながれることができて、完全にまたはほとんど完全に水中にあることができる。変形例は、アクセラレータ本体が橋のための支持体または支柱のまわりに形成されることができること、そして、タービンが適切な方法でアクセラレータ本体または橋の支持体に取り付けられることができることである。

図８は、アクセラレータ本体のための代わりの構成を示す。アクセラレータ本体３は、水の流れの方向を示す矢印とともに示される。本体の両側に取り付けられてそこに依存するのは、一対のタービン４である。これらは、アクセラレータ本体からわずかに離間していて、また、アクセラレータ本体３の最も幅広部分のわずかに下流に位置する。本体３は、フラップまたはデフレクタ５を備える。フラップ５は、最も幅広位置の近くで本体の表面およびそれを横切る流れを修正するために用いる。それらは、本体に最も近いタービンの部分が加速した流れから保護されるように、流れを加速して、タービンのためのいくらかの保護も提供する。両タービンは、互いに反対方向に回転し、そして、本体に最も近いタービンの部分をとても保護することは、流れに逆らって回転しているタービンのその部分上の抵抗を減らすと想定される。フラップまたはデフレクタのさまざまな設計は、想定されることができる。タービンが部分的に挿入されることができる凹所を造るよりも、流れを偏向させるフラップを使用することは、便利であるとわかった。

水力タービンの幅の５０％のオーダーが水流アクセラレータの範囲内に埋設されて／覆われるときに、効率が低下した点にも留意される。これは、使用するタービンの設計に関連があるように見える。現在開示されていないタービンのこの特定の設計は、特に革新的な設計であり、本発明の一部をなさない。

図９ａおよび図９ｂは、デフレクタ・フラップの設計代案を示す。図は、フローストリームにおけるアクセラレータ本体３を示す。より速い流速を一緒に表しているより近い線については、流れパターンの表現は、従来の流れ曲線である。タービン本体４は、アクセラレータ本体の最も幅広部分に、またはそれのちょっと下流に取り付けられるように示される。タービンによる流れのいかなる妨害または摂動も示されない。タービン本体上の矢印は、タービンの好適な回転方向を示す。デフレクタ・フラップ５ａは、アクセラレータ本体の最も幅広部分のちょっと上流に示される。この例では、デフレクタ・フラップは、比較的小さいが、流れをさらに加速するために、そしてまた、アクセラレータ本体に最も近い（流れが最も速い）タービンの部分を保護するために、流れの充分な偏向を提供する。保護（シールド）効果の利点は、上流方向に運動しているタービンの部分が加速した流れからとても保護されることを可能にするということである。そして、抵抗および非効率性をとても減少させる。

アクセラレータ・水力タービンアセンブリを潮の流れに配置するときに、永久的な形であるか、半永久的または浮いた形であるか、水中または、タービン・ドライバ流れに対する比較的重要な影響を有する障害物を他の任意の流れから取り除くのにアセンブリ全体が十分に遠いポンツーンのような半水中の構造の形であるかは、重要である。アセンブリのいかなるタービンも形成している部分から横に間隔を置かれて、事実上連続的な周囲の潮の流れがあることは、多くの例において多分理想的だろう。ここでの重要な要因は、いずれの種類の流れ障害物も、タービン・ドライバ流れに対する比較的重要な負の影響を有してはならないということである。これらの理由により、流体がより少ない抵抗のより容易な経路を見つけることができる拡張的な（比較的広くて深い）開いた流れにおいて使用するのに、本発明のアクセラレータおよび水力タービンは、よく適している。したがって、２つのアクセラレータが互いに近すぎる場合、それらの組合せは単一の障害物になり、そしてそれら間の領域は、流れを制限して、乱流を生じさせる。

本発明による一連のつながったアクセラレータ・水力タービンアセンブリが影響を受ける配置が潮の流れにおいて配列されてもよく、それにより、次の続くアクセラレータ・水力タービンアセンブリに影響を与える局所的な潮の流れが、アクセラレータ・水力タービンアセンブリのアレイの上流で、例えば、連続的な周囲の潮の流れのそれの上に加速した潮の流れを効果的に提供することは、実施されたさまざまな試験を基礎として想定される。本発明によるアクセラレータ・水力タービンアセンブリの行または列の形のアレイを有することは、アクセラレータ・水力タービンアセンブリの行が周囲の潮の流れの方向を実質的に横切って、すなわちそれに対して９０°であり、そして列が周囲の潮の流れに関して４５°であるところで、有利でありえるように見える。事実上、続くアクセラレータ・水力タービンアセンブリは、それ以前の行のそれらに関してずらされる。例えば、続くアクセラレータ・水力タービンアセンブリを提供する配置の目的は、これらの続くアクセラレータ・水力タービンアセンブリによって経験される潮の流れが連続的な周囲の潮の流れのそれよりも大きい速度を有するからである。

別の興味深い結果（本来予想されない）は、連続的な周囲の流れよりもかなり大きいタービン・ドライバ流れを使用するので、それらのそれぞれのタービンに届けられた既存の発明で多くの例においてみられる破片が本発明に関する課題ではなかったということである。明らかに障害物でありそしてアクセラレータの表面に隣接する水圧を変化させる水力タービンとそれが合う前にドライバ流れの流れ方向がいくらか外へ、そしてアクセラレータ本体および側面部分から離れるので、それは、破片をアクセラレータ本体またはポンツーンおよび水力タービンから離れてそらす傾向があるように見える。

この明細書において、用語「含む」、「備える」およびそのいかなる必要な文法的変化も、交換可能であるとみなされて、最も広いありうる解釈を与えられる。

本発明は、上記の実施形態に限られなくて、請求項の範囲内で構造および詳細において変更されてもよい。

Claims (15)

1. 潮の流れの中に設置するためのアクセラレータ・水力タービンアセンブリであって、水力タービンおよび、連続的な周囲の潮の流れの速度よりも大きい速度を有するタービン・ドライバ流れを提供するための水流アクセラレータを備え、前記アクセラレータは、水流に面した前面およびそこから至る両側面を有するアクセラレータ本体部材であって、前記両側面のまわりにその各々に隣接してタービン・ドライバ流れとして水が流れる、アクセラレータ本体部材を備え、前記水力タービンは、水流が実質的にその最大速度を達成するところで前記アクセラレータの側面に隣接して比較的その付近を流れている加速した前記タービン・ドライバ流れから、前記アクセラレータ本体部材によって少なくとも部分的に覆われるように取り付けられ、前記アクセラレータは、他のいかなる流れ障害の影響も修正する前記タービン・ドライバ流れから横に離間している、アクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
2. 前記水力タービンは、前記周囲の流れに面した前記アクセラレータ本体部材の最も幅広部分にまたはその僅か下流に取り付けられる、請求項１に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
3. 前記水力タービンは、前記アクセラレータ本体部材の前記側面の凹所へと突出することによって部分的に覆われる、請求項１または２に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
4. 前記水力タービンの外径の少なくとも５％そして多くても５０％が覆われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
5. 前記水力タービンの外径の少なくとも５％そして多くても３５％が覆われる、請求項４に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
6. 前記アクセラレータ本体部材の前面部分は、実質的に弓形の形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
7. 前記弓形の形状は、実質的に半円形である、請求項６に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
8. 前記アクセラレータ本体部材は、計画において実質的に楕円である、請求項６または７に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
9. 前記水力タービンの寸法は、それが前記アクセラレータ本体部材の最も幅広の幅の０．２〜０．６の距離を前記アクセラレータの潮の流れの中に突出するように選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
10. 前記水力タービンの寸法は、それが前記アクセラレータ本体部材の最も幅広の幅の実質的に０．４を前記アクセラレータの潮の流れの中に突出するように選択される、請求項９に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
11. 前記アクセラレータ本体は、速度をさらに上昇させて、前記側面からの流れを偏向させて、前記加速した流れから前記水力タービンを部分的に保護するために、フラップまたはデフレクタをさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
12. 隣接するアクセラレータと水力タービンアセンブリとの間の間隔は、前記アクセラレータ本体および前記水力タービンから横に離間した連続的な周囲の潮の流れと実質的に同一速度の潮の流れがあるところで、前記アクセラレータ本体部材の潮の流れに面した最も幅広部分の総幅および前記水力タービンが前記アクセラレータ本体部材を越えて突出する距離の集合のオーダーである、請求項１０に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
13. 複数のアクセラレータ・水力タービンアセンブリが潮の流れにおいて行または列に設置され、前記潮の流れの流れに対して前記行は実質的に９０°であり、前記列は４５°である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
14. 前記アクセラレータ本体部材は、ポンツーンである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
15. 前記アクセラレータ本体部材は、水路の底部に鎖でつながれる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアクセラレータ・水力タービンアセンブリ。
    
    

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