JP4629050B2 - 水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置、より詳細には、タービンを水流中に沈めて水流の運動エネルギーにより駆動するように設置する支持構体に関する。

本出願人の英国特許ＧＢ２２５６０１１Ｂ、ＧＢ２３１１５６６Ｂ、ＧＢ２３４７９６及びＧＢ２３４８２５０Ｂ、及び本出願人の英国特許出願ＧＢ２３９６６６６及びＧＢ２４００４１４において、本出願人は次に述べるような、水により駆動することができるタービンに関する構成を開示している。すなわち、このタービンのロータは海、川又は河口の水中に支持され、その結果、水流はロータを回転せしめて、所要の目的のために利用するための電気又は軸動力を生じせしめる。上述した文献に記載されているように、所要の目的のためにタービンをどのようにして用いるかは知られており、またタービンを支持するための種々の構体も知られている。

詳細には、本発明は、単にひとつのタービン又は複数のタービンを担持することができて、水流から運動エネルギーを取り出すようにしたタービン支持構体の設置に関する。使用されるタービンは、好適には、軸流（すなわち、“プロペラ”）型式であるが、しかし、クロスフロー型式のタービン（原理がダリウスウィンドタービンと同様であって、それらの軸が垂直に配置されるか又は水平に配置されるがしかし水流の方向に対して垂直に配置されるように取り付けられる）、又は他の任意の種類の実用的な運動エネルギー変換装置であってもよい。

本発明により支持されるタービンロータの型式は、本発明の新規性について必須ではなく、実際に、コスト的に有利でかつ効率のよい型式のものが望まれるであろう。

本発明の特別の実施例の詳細を考察する前に、タービン又は（任意の種類の）運動エネルギーコンバータが水流により駆動されるように用いられたときには、水流からのエネルギーの取り出しは通過する水の運動量を減少を生じせしめ、それから、タービンに大きな反力を生じせしめ、この反力は、それ自身、主として、水の流れ方向（すなわち、水平）に作用するスラスト力として現われ、このスラスト力はロータを通過する水流の平均速度の２乗に比例することに注目することは、都合のよいことである。

この現象は、物理現象の法則の結果であり、可動タービン構成部品への流水運動量の伝達から生じ、使用されるタービンロータの型式に関係なく発生する。一般に、例えば“ランアウェイ”のような一定の状態の下で、たとえタービンが多くの又はいくらかの有効動力をタービンの軸方向に伝達しないときでも、大きなスラスト力が生じるけれども、タービンロータの動力及び効率が高くなればなるほど、耐えることが必要とされる力も大きくなる。この状態は、勿論、ロータを適所に保持するために必要とされる力がタービンロータを回転させるためにロータに伝達される力への反作用であって、これがロータの軸動力発生効率の大きさを与えることの直接の結果である。

また、実際に、このようなタービンは、例えば乱流、通過する波、水流中の速度せん断（すなわち、深さにともなう速度の変化）及び渦流の作用のような現象により生じる多数の繰り返し荷重にさらされ、これは支持構体に変動する疲労荷重を課す。このような変動荷重のために、十分な構造一体性を与えることが必要とされる。したがって、このようなタービンに対して本質的な要求は、エネルギーを取り出すロータを流動する水中の適所に十分な強さを保有している構体でもって保持することにあり、この構体の十分な強さとはロータに課される静的及び動的力に耐えるのに十分な強さである。

本発明を適用しようとするこのような構体の設置は、実際に、次に述べるような幾つかの他の一般的な要求により複雑とされる。

＊支持構体が水中に存在することにより発生する伴流は、ロータを通過する水流に過度に干渋してはならない（すなわち、過度の干渋は前記ロータの効率を減少せしめるからである）。実際、構体は、好適には、その伴流がロータを理想的にかつ完全に外れるような構成とする必要がある。

＊構体は、支持装置のコストを最少にするためにできる限り経済的に作らなければならない。

＊強い水流を伴なう場所に支持構体を設置するために、実際的でかつコスト的に有利な方法が必要とされる。

＊単一又は複数のタービンロータを構体に取り付けるために、及びそれからこの又はこれらのロータを維持しまた必要なときには取換え又は修繕するためにこの又はこれらのロータ及びそれらの関連するパワートレーンへアクセスできるようにするために、実際的でかつコスト的に有利な方法が必要とされる。

＊構体の修繕、取換え又は退去ために偶発的な取り外しのための用意が必要とされる。

水流タービン用支持構体の設置に関する種々の一層詳細な考察は、次のように示される。

第１に、高い水流速度の場所での水中の流れは深さとともに変化し、最大速度は水面に近いところであることを留意すべきである。逆に言えば、水流は、水中で遅くなり、海（又は川、若しくは河口）の底の近くでは非常に遅く動く。更に、海、川又は河口の一様でない自然の地形はそれらの底、例えば海底の近くに水の流れの途絶及び余分の乱流を生じせしめ、海底の自然地形が非常にでこぼこであるときには、ゆっくり動く乱流下層の厚さはより大きくなる。

第２に、すでに提案されている種類のタービンロータを用いて、水流から運動エネルギーを有効にかつ確実に取り出すためには、前記ロータを通過する水流の速度を、ロータがスイープする区域にわたってできる限り均一にし、これにより、水流をできる限り速く動かしまた乱流をできる限り小さくすることが望まれることを留意すべきである。換言すれば、能動ロータを最速でかつ最高に均一でありまた乱流のない水の流れ中に位置させる手段を有することが望まれ、これにより、でこぼこの海、川又は河口の底により生じる境界層又は伴流をロータが切り通すのを除去する。また、このようなロータを、多数年の間、さらされる最大の静的及び動的力に耐えることができる構体でもって支持することは絶対必要なことである。

第３に、重要な他の考察は、水（海、川又は河口の水）の流れ中に沈められている装置に、メンテナンス、修繕又は取換えのために時折アクセスする必要があることである。速い流水における水中作業は、潜水装置を人間が携帯して行うにしても、又は遠隔操作の水中船（ROVs）により行うにしても、非常に困難であり、又は不可能である。その結果、本発明により処理される根本的な問題は、メンテナンス又は修繕を必要とするすべての構成部品、特に、機械的なドライブトレーン及び発電機を一緒に備えているタービンロータ及び／又は水中翼にアクセスするための手段の設置にあり、これは、このような構成部品を流水の水面よりも上に上昇させることができるように行われ、これにより、水上船からのアクセスが可能となり、ダイバー又は遠隔操作潜水艦による水中作業は必要とされない。

本発明の特別の目的は、水流タービンを支持する特別の目的のための、“関節式偽海底”と称される支持構体を提供することにあり、水流タービンは場合によって海、川又は河口中に支持される。

本発明の他の特別の目的は、例えば本出願人の上述した英国特許ＧＢ２２５６０１１Ｂ、ＧＢ２３１１５６６Ｂ、及びＧＢ２３４８２５０Ｂ、及び本出願人の上述した英国特許出願ＧＢ２３９６６６６及びＧＢ２４００４１４にすでに記載されているようなひとつ又はそれ以上の、水により駆動することができるタービンロータ装置を支持することができる構体を提供することにある。しかしながら、流水により駆動することができ、これにより電気の発生のための発電機、又は他の有益な適用、例えばポンプ又は圧縮機を駆動することができるいかなる型式のロータにも本発明を適用できるものである。このようなロータとしては、一般に下記の型式のものがある。

＊軸流又はプロペラ型式（すなわち、ロータが水流の方向とほぼ整列した軸線のまわりを回転する）
＊クロスフロー型式（ダリウス型式）（ロータが水流の方向に対してほぼ垂直であるが水平面に対してもほぼ垂直に設定した軸線のまわりを回転する）
どのような型式のタービンロータも、上述した要求を満たすような種々の方法で、海、川又は河口であっても、水流の水中にその全体が沈められる。換言すれば、能動構成部品はその通常の作動モードの間中完全に水中に沈められたままである。

しかしながら、本発明の重要な目的は、タービンロータ及び他の重要な可動部品、例えばパワートレーンを水面よりも上に明らかに上昇させることができる手段を提供することにあり、これにより、前記能動構成部品の取付け、メンテナンス、修繕及び取換えのために水上船から安全にかつ有効にアクセスすることができる。ここにおいて、用語“パワートレーン”とは電気を作るために、又は水をポンピングするために、若しくは他の有益な目的を達成するためにロータにより駆動される部品を意味し、例えば、パワートレーンは典型的には発電機に連結されているギヤボックス又は増速機から成り、これらのギヤボックス又は増速機はタービンロータの遅い回転運動を有益な発電のために必要とされている速度にまで変換する目的のために働く。

本発明の他の目的は、（総エネルギー捕獲はロータがアクセスすることができる水流の断面積に比例するので）急速に流れる水の断面をエネルギー収集ロータができるだけ大きくスイープすることができるようにすることにある。本発明の更に他の目的は、（急速に流れる水は水の深さの上半分にあるので）急速に流れる水にアクセスするためにロータを水中にできるだけ高く位置させることにある。したがって、本発明の多くの実施例においては、複数のロータが支持構体上に水流の方向に対して垂直な水平列で配置されることが期待される。しかしながら、特別の状況では、本発明は単一のタービンロータに適用することができる。

更に、潮流が生じる場所では、水流は２つの方向、すなわち、満潮が生じる一方の方向と干潮が生じる反対方向とに流れる。したがって、本発明の更に他の重要な目的は、海又は広い河口の潮流環境に適用されたときに２つの正反対の方向の両方で用いられても等しく有効に機能することができる支持構体及びこの支持構体上に支持されたロータを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービンを支持するデッキ又は浮き台を包含し、前記デッキ又は浮き台は固有浮力を有し、これにより、前記デッキ又は浮き台は、関連する前記タービンを水面の上に上昇させることが望まれたときに、浮くようにされ、また、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラットにより、川又は海の底に設置した係留手段に枢動可能に接続され、前記ストラットの長さは、前記デッキ又は浮き台を、前記タービンを水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービンが水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台は、その両端の各々で、川又は海の底から直立する支持体の上に載せられるように配置され、これにより、前記デッキ又は浮き台は水中に沈められたときに川又は海の底の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービンを支持するデッキ又は浮き台を包含し、前記デッキ又は浮き台は固有浮力を有し、これにより、前記デッキ又は浮き台は、関連する前記タービンを水面の上に上昇させることが望まれたときに、浮くようにされ、また、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラットより、川又は海の底に設置した係留手段に枢動可能に接続され、前記ストラットの長さは、前記デッキ又は浮き台を、前記タービンを水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービンが水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台の下側には少なくともひとつの支持体が取り付けられ、この支持体は、前記デッキ又は浮き台が水中に沈められたときに川又は海の底の上に置かれ、これにより、前記デッキ又は浮き台は水中に沈められたときに川又は海の底の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービンを支持するデッキ又は浮き台を包含し、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台を浮力の減少により水中を通って上昇させることができるような固有浮力を有し、これにより、関連する前記タービンを水面の上に上昇させることができるようにし、また、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラットにより、川又は海の底に設置した係留手段に枢動可能に接続され、前記ストラットの長さは、前記デッキ又は浮き台を、前記タービンを水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービンが水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台は、その両端の各々で、川又は海の底から直立する支持体の上に載せられるように配置され、これにより、前記デッキ又は浮き台は水中に沈められたときに川又は海の底の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービンのための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービンを支持するデッキ又は浮き台を包含し、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台を浮力の減少により水中を通って上昇させることができるような固有浮力を有し、これにより、関連する前記タービンを水面の上に上昇させることができるようにし、また、前記デッキ又は浮き台は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラットにより、川又は海の底に設置した係留手段に枢動可能に接続され、前記ストラットの長さは、前記デッキ又は浮き台を、前記タービンを水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービンが水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台の下側には少なくともひとつの支持体が取り付けられ、この支持体は、前記デッキ又は浮き台が水中に沈められたときに川又は海の底の上に置かれ、これにより、前記デッキ又は浮き台は水中に沈められたときに川又は海の底の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置が提供される。

好適には、第１及び第３の態様による支持装置において、前記支持体は、前記デッキ又は浮き台がその水中に沈められた位置であるときに、前記デッキ又は浮き台の下側に設けた、補形し合う止め手段に止められる。

好適には、第２及び第４の態様による支持装置において、前記支持体は、高さを調節可能に設けられ、これにより、水中に沈められる前記デッキ又は浮き台の高さを川又は海の底の状態に適応するように調節できる。

この場合において、有益には、２つ又はそれ以上の前記支持体にこれらの支持体の高さ調節を可能にする手段が設けられ、これにより、前記２つ又はそれ以上の支持体が前記デッキ又は浮き台を支持するために利用されたときに、川又は海の底のでこぼこに適応するように前記デッキ又は浮き台の高さを調節可能にする。

好適には、第１及び第３の態様による支持装置において、前記支持体及び前記係留手段は川又は海の底上に沈下された基礎により構成され、この基礎に前記デッキ又は浮き台が前記ストラットにより枢動可能に接続され、また前記基礎は前記デッキ又は浮き台の全幅にわたって延び、これにより、前記デッキ又は浮き台の下を通過する水のための通路が形成されないようにし、これにより、前記デッキ又は浮き台に向かって流れる水の実質的にすべてが前記デッキ又は浮き台を横切って流れるようにして、前記タービンを通過する水の平均速度を増大せしめるようにする。

この場合において、有益には、前記基礎は、重さが荷重されて、その安定性を増大させられる。

本発明を良く理解し、また本発明を実際にどのようにして実施するかを示すために、以下、上述した技術的概念に関連する本発明を示す添付図面を参照して、本発明について詳述する。

図１−図４を参照するに、一列の５つの軸流タービン１がそれぞれ関連する支持柱２又は同種物に取り付けられている。５つの支持柱２は、互いに並んだ関係で、平らな翼様デッキ又は浮き台３の上面に取り付けられている。このデッキ又は浮き台３は、プラットフォーム又は偽海底構体と称することもできる。

例えばダリウスクロスフロータービンなどのような他の型式のタービンもまた用いることができるので、タービンの型式は本発明に関する限り重要でないことを留意すべきである。平らな翼様デッキ又は浮き台３は、２つのストラット５（デッキ又は浮き台３の両端区域に隣接してひとつずつ設置されている）により川底又は海底ＳＢの２つのアンカーポイント６に取り付けられている。これらのアンカーポイント６は、一般には、概略的に示されているように海底中に打ち込んだ短いパイル又はグラウンドアンカーであるが、しかし、水平移動／動きに対して十分な抵抗を有して海底に係合することができる他の型式のアンカーであってもよい。

ストラット５は、水流の方向ＣＦＤに（又は水流方向にできるだけ近いて）整列させられ、関連するアンカーポイント６にヒンジ式ジョイント７の手段によりまた平らな翼様デッキ又は浮き台３に他のヒンジ式ジョイント８の手段によりしっかりと連結されている。ヒンジ式ジョイント７は、ピン式ジョイント、ボール式ジョイント、又はストラット５の枢動を可能にしてこれらのストラットが海底ＳＢに関して垂直に定めた弧にわたって回転できるようにさせる他の型式のジョイントから成ることができる。ジョイント８は、ある場合においては、関連するジョイント７と同様にすることができ、又は、ある場合においては、後述するように、ストラットを平らな翼様デッキ又は浮き台３に剛に取り付けるための非フレキシブルで分離可能な接続装置とすることもできる。

ジョイント８は、ヒンジ式、ピン式、又はボール式のフレキシブルなジョイントの型式のときには、好適には、機械的にロックすることができるようにし、これにより、ロッキング機構が解放されているとき以外は、ジョイント８が枢動することが防止される。このジョイントがどのようにしてロックされるかの詳細は、本発明では必須ではないので、本明細書では説明しない。

非フレキシブルな接続装置、又はジョイント８のようにロックすることができて一時的に非フレキシブルとすることができるフレキシブルな接続装置を用いる主たる理由は、一列のタービン１を備えている平らな翼様デッキ又は浮き台３が、水流とのロータの相互作用により生じるスラスト力の動きにより、ストラット５に関して傾斜又は回転することを防止することにある。

ひとつ又はそれ以上の支持体４が、デッキ又は浮き台３及びそのタービン１のために設けられている。このような支持体は、図示するように海底ＳＢに埋設することができるし、又は、海底上に簡単に載置して摩擦又は他の手段により適所に保持するようにすることができる。ひとつのみの支持体４が図示されているけれども、２つ又はそれ以上の支持体を有益には用いることができる。

関節式ジョイント７及び８の設置は、平らな翼様デッキ又は浮き台３を図１及び図２に示される位置から図３及び図４に示される位置にまで上昇させることを可能にする。

平らな翼様デッキ又は浮き台を水面ＷＬにまで上昇させる方法は、図１に点線１０で示されている。図１は、また、ストラット５がどのようにして垂直弧にわたって回転することができるかを示している。

単一の支持体４（一例として示されている）は、また、平らな翼様デッキ又は浮き台３の全幅にわたって横方向に（すなわち、水流の方向ＣＦＤに対して垂直に）延びるものを用いることができる。このような支持体の配置は、平らな翼様デッキ又は浮き台３の下に水が流れる空間をなくし、デッキ又は浮き台の上に取り付けられている一列のロータを通過する水流を増大せしめる利点がある。しかしながら、このような支持体を取り付けて固定することは、比較的小さな、パイル様支持体が用いられる場合よりも、非常に困難である。

図１及び図２に示されるように、ウェッジ状キーイング装置９が平らな翼様デッキ又は浮き台３の下側に設けられている。これは、デッキ又は浮き台３が支持体４上に置かれたときに、すなわち、図１に実線で示されている作動位置にまで下降されたときに、その支持体４に関してデッキ又は浮き台３を係合していっそう確実に設置するためである。

図２は、図１に示されているタービン装置支持構体の正面図であって、５つの軸流ツインブレード付きタービン１のロータの取付けを示す。図２は、また、タービン装置支持構体に強さを加えるためにロータ軸線の高さレベルに設けた、一組の小さな断面の水平ストラット１ａを示す。しかしながら、これらのストラット１ａは本発明の必須要件ではなく、その目的及び機能は本出願人の上述した特許出願ＧＢ２４００４１４（発明の名称：デッキ又は偽海底に取り付けられる水動力タービン）の開示から理解されよう。実際に、前記特許出願に記載されている多くの詳細な内容は本発明の提案と一緒に適用できるものである。

図３及び図４は、それぞれ、図１及び図２に示されているタービン装置支持構体の同じ側面図及び正面図であるが、しかし、その上昇位置を示し、デッキ又は浮き台３は水面ＷＬにまで上昇されている。起立したストラット５が係留装置として有効に働いているときに、これらのストラットの関節式ジョイント７及び８が波の動きを受けてタービン装置支持構体が動くのを許すが、しかし、タービン装置支持構体が水流の影響を受けて遠くへ動くのを防止することを見ることができよう。

一列のタービンを備えている平らな翼様デッキ又は浮き台３を上昇せしめる方法は、好適には、浮力のある平らな翼様デッキ又は浮き台３を作ることを包含する。これにより、デッキ又は浮き台は水面に浮きがちであるが、しかし、本発明を実施する目的のためには、例えば船上のクレーン又はウィンチのような他の手段を、デッキ又は浮き台を上昇せしめるのに用いることができる。選択的に、もしタービン装置支持構体が中立浮力(neutral buoyancy)に近い浮力を有する場合には、例えばスラスタ又はウォータジェットからの小さい力を、タービンを水面の真下にもたらすのに用いることができ、また水上船のクレーンを、タービンを水面から離れるように上昇せしめるに用いることができる。

もし平らな翼様デッキ又は浮き台３を上昇せしめる方法として浮力が用いられる場合には、浮力は、デッキ又は浮き台を水中に沈めるためにその内部を満水することによりまたデッキ又は浮き台を上昇せしめるためにその内部の水を外へ吐出することにより制御される。選択的に、平らな翼様デッキ又は浮き台３は永久に浮力を有することができ、この場合には、後で詳細に述べるように、浮力の上昇力を打ち消してデッキ又は浮き台を下のほうへ引くための手段が必要とされる。

最後に、平らな翼様デッキ又は浮き台３を抑制するために用いられるストラット５は、好適には、タービン装置支持構体が水面にまで上昇させられるときに水流中のそれらのドラグを最小にするために、流線型の断面とすることができる。

図５及び図６は、図１−図４に示した支持体４が選択的にどのようにして実際の川底又は海底ＳＢではなくてデッキ又は浮き台３の下側に取り付けられているかを示す。この実施例において、ひとつ又はそれ以上の支持体４は、図５に示されるように下降させられたときに川底又は海底ＳＢに置かれるように設計されている。川底又は海底は多くの場合えぐりやすく、すなわち、でこぼこの表面を有しているので、この実施例で用いられる支持体は有益には高さが調節可能であり、これにより、平らな翼様デッキ又は浮き台３が川底又は海底の上方に位置する高さを調節するために、小さな距離、恐らくは１又は２メートル程度ほど伸縮することができる。この調節は、また、２つ又はそれ以上の支持体が用いられている場合に、平らな翼様デッキ又は浮き台を海底又は川底のでこぼこに適応して水平にするために用いることができる。この調節のための装置は、図５及び図６に示されていないけれども、例えば液圧ラム、機械的スクリュージャック、ばねなどを包含する任意の適当な機構により実施することができる。

デッキ又は浮き台３は、上述したように、その内部を満水にすることにより水中に沈ませまたその内部に空気を再びポンプで送り込んで水と置き換えることにより上昇させるように作ることができるけれども、その位置を制御する他の方法が図７及び図８に示されている。図７及び図８において、１本のケーブル１０（又は複数本のケーブル）が設けられ、このケーブルは海底ＳＢ中に設置した支持体４に取り付けられている。このケーブルは、デッキ又は浮き台が取換えのためにないときには、図７に示されているように、ブイ１１により支持することができる。デッキ又は浮き台３が、そのストラット５に取り付けられるときには、図８に示されているように、前述したケーブル１０はデッキ又は浮き台３の中に設けたウィンチ（図示せず）に取り付けることができ、このウィンチはタービン装置支持構体を、その浮力を打ち消して海底の方へ下向きに引っ張ることができる。図８はデッキ又は浮き台３が海底ＳＢの方へ下向きに部分的に引っ張られている状態を示し、また、下向きに完全に巻き取ったときの最終静止位置が点線で示されている。

同様の概念は、図８に示されている前述のケーブルを堅固な部材、又はストラットにより、若しくはチェーンにより置換した場合にも、用いることができる。ストラットが用いられる場合においては、ラック及びピニオンを用いて、又は他の適当な機構を用いてストラットを下向きに動かすことにより、デッキ又は浮き台３を上昇せしめることができる。

図９、図１０及び図１１は更に他の実施例を示す。この実施例においては、デッキ又は浮き台３を接続するポイント８に取り付けられるストラット５の端が、ピン止めではなくて剛に取り付けられ（これは前に概要を述べたように任意である）、この剛ジョイントはまた分離することができる。

図９は、川底又は海底ＳＢに設置している支持体４の上に置かれて作動位置に配備されているタービン装置支持構体を示し、このタービン装置支持構体は図１、図２、図３及び図４の完全に関節式の実施例と非常に似ている。図１０は、前記剛ジョイントでもって、タービン装置支持構体をどのようにして浮かせるか又は水面にまで上昇させるかを示す。この場合において、タービン装置支持構体は斜めの姿勢をとり、タービンは部分的に水面の外であり、また、平らな翼様デッキ又は浮き台３は水面に対して斜めにしてストラット５に整列したままである。明らかに、水流が右側からであるときには、水流はタービン装置支持構体を上昇せしめるのを助け、逆に、水流が左側からであるときは、水流はタービン装置支持構体を水中に沈めるのを助ける。もしタービン装置支持構体が中立浮力に近い浮力を有する場合には、これがタービン装置支持構体を昇降させるのに必要な力を発生するために用いられる主たる方法である。

それから、もし恐らくはメンテナンス又は修繕のためにタービン装置支持構体を取り除くことが所望される場合には、図１１に示されるように、タービン装置支持構体をストラットから分離するための装置が設けられる。ストラット５は、中空であって、空気を充填することができ、これにより、タービン装置支持構体が取り付けられるとき又は取り換えられるときに容易に再び接続するためにもし要求されるならば、ストラットは浮くことができる。選択的に、これらのストラットは仮ブイとして、川底又は海底ＳＢの方へ降下することができるようにすることができる。

図１２及び図１３は、図１、図２、図３及び図４に示されているタービン装置支持構体と類似するタービン装置支持構体を示す。構成部品の多くは同一の符号で示され、その説明も同様である。主たる相違は、次の点にある。すなわち、上述した支持体４及びアンカーポイント６が基礎１２により構成されている。すなわち、ストラット５及び平らな翼様デッキ又は浮き台３が大きな基礎１２に取り付けられて示され、この基礎は支持体及びアンカーを打ち込む必要を除去するために川底又は海底ＳＢ上に沈下されている。この基礎は、現場にまで浮かされて運ばれることを可能にする中空中央部を有するようにして、コンクリート又は他の同様な耐久性のある安価な材料から作ることができる。中空中央部は、その安定性を増強するために質量を加えるために、配置された後に砂又は岩１３で充填することができる。大きな基礎が適所に配置されると、ストラットは、ピン式接続具から枢動することができ、これにより、デッキ又は浮き台を上述した方法で水面にまで上昇させることを可能にする。

大きな基礎は、海底に係合して動きを防止するのにもっぱらその重量及び摩擦を頼りにすることができるが、しかしまた、有益には、定形スパイク又はフロック（符号１４で概略的に示されている）によりこの摩擦を助長することができる。これらの定形スパイク又はフロックは、海底ＳＢに突き刺すか、又は、多くの場合、グラウンドアンカー（図示せず）を用いてしっかりとピン止め又はアンカー止めされるであろう。

最後に、図１４及び図１５はこれまで述べた本発明の概念の変形例であり、この変形例はパイル又はアンカーポイント６を海又は川の水面の上に到達させるのに充分な高さにした特徴を有する。これは、タービン装置支持構体の位置を定めるのに便利であることを生じせしめるが、しかし、パイル又はアンカーポイントは、架橋、桟橋又は他の同種の構造体の一部分であってもよく、これはそれ故多くの水中作業の必要性なしに動力プラントを追加する可能性を提供する。この実施例において、平らな翼様デッキ又は浮き台３がその低い作動位置であるときにはストラット５が傾斜され、またタービン装置支持構体が水面にまで上昇させられたときにはストラット５が水平又は水平に近いことを見ることができよう。すでに述べた他の実施例と同じように、ひとつ又はそれ以上の支持体４を図示するように川底又は海底ＳＢに設けることができるし、又は、図５、図６に支持したように、支持体４を平らな翼様デッキ又は浮き台３の下面に取り付けることもできる。

勿論、また、パイル又はアンカーポイント６が図１及び図１４に示したそれらの高さの間にある高さを有している構成とすることも可能であり、この構成も本発明の提案の範囲内にあるものである。

実際に、図面に示されているように、おおむね矩形状の平らなデッキ又は浮き台は、その上面に取り付けることが必要とされている多くの独立するタービンの全体幅に適応するのに十分である長い寸法を有する。また、長い寸法が水流の方向に対して垂直に設定され、これにより、デッキ又は浮き台の上面に取り付けようとするタービンは、すべてのロータの作動断面が水流に対して垂直であって、できる限り多くの水流をさえぎるように、水流を横切って配置される。実際に、デッキ又は浮き台は、水中に懸架されて、上面に配置されている一列のタービンを備えている矩形の平らな形状の“翼”に似ている。一般に、タービン及びこれらのタービンにより駆動されるパワートレーンは、デッキ又は浮き台にしっかりと取り付けられている、垂直に整列された流線型のストラットにより、デッキ又は浮き台の上に支持されている。

矩形のデッキ又は浮き台の断面又はプロフィル（水流の方向に対して平行な断面である）は、２つの理由のために流線形とする必要がある。すなわち、第１の理由は通過する水流から受けるドラグを最小にすることであり、また第２の理由は矩形状のデッキ又は浮き台の頂部を横切ると共にロータを通過する水流の乱流を最少にするように水流を配向するのを助けることにある。流線形表面を提供するためには、水流に関してのプロフィルの前縁及び後縁は、鋭い縁に、又は一層好適には航空機の翼又は潜水船若しくは船安定装置の水中翼によく似ている、細くて丸い縁にテーパされる。潮流が発生して、水流の方向が周期的に逆になる（干潮と満潮になる）場所においては、流線形表面は両方向におけるドラグを最小にするようにして水流を受けるように流線形にしたプロフィルを有するようにされる。

しかしながら、本出願人の上述した特許出願ＧＢ２３９６６６（発明の名称：水タービン支持構体）と同じ方法において、平らなデッキ又は浮き台は、一般に、水流に対して平行な断面において見たときにわん曲されており、その結果、このデッキ又は浮き台を通過する水流を加速又は減速せしめ、これにより、“速度せん断”を減少せしめることによって速度分配を改善せしめ、また、このデッキ又は浮き台の下を通過しなければならない水流をそらすことによって頂部面を横切ってロータを通過する水流を増大せしめる。この水流の増強を成し遂げるために、矩形の平らなデッキ又は浮き台の断面は、また、（すべての場合ではないが、ある場合において）航空機の翼又は水中翼によく似ているような方法で水流に対して垂直なリフト力を発生せしめるような非対称又はわずかに弓なりにした断面（すなわち、一方の側が凸面であると共に他方の側が凹面、平面又は少なくとも前記一方の側の凸面よりも小さい凸面）とされる。リフト力の発生のために、“循環”として知られているどのような流体動力も矩形の平らなデッキ又は浮き台の断面に関係し、このデッキ又は浮き台の下を通過する水流に関してこのデッキ又は浮き台の頂部を横切る水流を増大せしめるために用いることができる。また、この方法において、タービンはロータを通過する水流の速度のいくらかの増大及びそれ故これらのタービンが作り出す動力のいくらかの増大を得る。多くの場合において、前記平らな翼様デッキ又は浮き台は、その翼弦線が水流に対してゼロの傾斜角度となるようにして設置されるけれども、これらの平らな翼様デッキ又は浮き台は、ロータを通過する水流を改善する見地からの特別の効果を成し遂げるために水流に対して小さな傾斜角度でもって設置されることも考えられるものである。

この方法において、平らなデッキ又は浮き台は、タービンを担持するための固定構体として働くのみならず、ロータを通過する水流の速度を均一にまた増大せしめるように設計され、これは変化をさせない水流中の作動と比較してそれらの性能及び効率を増強せしめる。

本発明のすべての実施例のための共通の特徴は、前述した平らな翼様デッキ又は浮き台を、その平らな表面が支持体上に水平（又はほぼ水平）に載るように位置させることができることであり、その結果、平らな翼様デッキ又は浮き台を、その長手方向軸線が水流の方向に対して垂直になるように海底又は川底に近い位置に沈ませることができる。平らな翼様デッキ又は浮き台がこのような方法で位置させられたとき、その上面に沿って配置されている一列のタービンは、これらのタービンが水流に対して垂直な、一列のそれらのロータ面を提供するように整列させられ、その結果、通過する水流は前記ロータを一層有効に駆動せしめる。

もし水流が川のように一方向である場合には、単一方向ロータを使用することができる。しかし、もし水流が潮流のように二方向である場合には、どちらの方向の流れでも作動することができるロータを使用しなければならない。これまで知られている最も多くの有効な選択であると信じられている軸流型のロータでもって、これを成し遂げるのを可能にするには、本出願人の上述した特許ＧＢ２３４７９７６に記載されているように、スルーブレードピッチを１８０度にわたって制御することである。

上面に沿って配置されている一列のタービンを備えている、前述した翼様デッキ又は浮きの平らな表面は、タービンが作動しているときに、水流の方向の大きなスラスト力を受け、また、たとえタービンが作動していない場合であっても、水が流れているときはいつもいくらかのスラスト力を受ける。このスラストは、ロータの総面積及び水流の速度の２乗に比例する。したがって、前記翼様デッキ又は浮き台の平らな表面がこれらのスラスト力により動かされる又はひっくり返されるのを防止する手段を設けることが絶対必要である。この要求は、ひとつ、又は、多くの場合には複数、一般には２つのストラットを設けることにより成し遂げることができ、これらのストラットは、水流の方向に対してほぼ平行に整列させられるようにして、海又は川の底上の取付物又はアンカーポイントと、翼様デッキ又は浮き台の平らな表面の長い両縁のひとつとの間に接続される。

この構成を明らかにするために、平面において、翼様デッキ又は浮き台の平らな表面は、その長い軸線が水平面において水流に対して垂直であるように配置され、また、この平らな表面が動く又はひっくり返るのを防止するために前述したストラットは、これらのストラットのすべてが翼様デッキ又は浮き台の平らな表面のもっとも長い軸線に関して９０度でほぼ水平にかつ対称的に配置されるように、すなわち、水流と整列するように取り付けられる。各ストラットの反対側の端はアンカーポイントに取り付けられ、このアンカーポイントは、海又は川の底に埋設されるか、若しくは、滑りが生じないように川又は海の底にしっかりと係合するのに十分な大きさの構造物とされる。

また、前述した複数のストラット（又はひとつのストラット）は、一般に、各端（すなわち、翼様デッキ又は浮き台の平らな表面の縁への取付け点及びアンカーへの取付け点）が、ピン式ジョイント、ヒンジ式ジョイント又はボール式ジョイントにより取り付けられ、その結果、これらのストラットは川又は海の底上の固定アンカーポイントに関して少なくとも９０度の角度にわたって枢動することができる。

すべての実施例に適用する本発明の更に他の基本的な特徴は、次に点にある。すなわち、上面に沿って配列されている複数のタービンの配列体を備えている翼様の平らなデッキ又は浮き台が、この平らなデッキ又は浮き台を海底上に置くために設けられている支持体から上昇するのが自由であって、前記平らなデッキ又は浮き台を水面にまで到達させることができることである。平らなデッキ又は浮き台を上昇せしめる方法は、前記平らなデッキ又は浮き台の浮力であってもよく、又は、前記平らなデッキ又は浮き台を上昇せしめる垂直力を与える他の適当な外部手段、例えばクレーン又はチェーンを基礎としたリフト装置を備えている水上船であってもよい。前記平らなデッキ又は浮き台を昇降せしめる更に他の方法においては、前記平らなデッキ又は浮き台が中立浮力に近い浮力を有するように設計され、その結果、比較的小さな力が前記平らなデッキ又は浮き台を上昇又は降下させるのに必要なだけであり、したがって、前記平らなデッキ又は浮き台は、この平らなデッキ又は浮き台に取り付けた枢動可能なフラップにより発生する人工誘導リフト力を利用することにより、又はこの平らなデッキ又は浮き台を昇降させるために前記平らなデッキ又は浮き台に取り付けた動力水ジェット又はスラスタを利用することにより、上昇せしめることができる。前記水ジェット又はスラスタは、前記平らなデッキ又は浮き台それ自体に組み入れることもできる。前記平らなデッキ又は浮き台が中立浮力に近い浮力を有している場合、又は前記平らなデッキ又は浮き台がかなりの重量を有している場合には、前記平らなデッキ又は浮き台は、海底の支持構体に係合して前記平らなデッキ又は浮き台がタービンの作動中に偶然に上昇又は動くことができないようにするロッキング機構を設けることが望ましい。

翼様の平らなデッキ又は浮き台が上述の方法で上昇させられるときには、前述したストラットは、アンカーポントと、これらのストラットを翼様の平らなデッキ又は浮き台に取り付けるポイントとの両方の場所におけるピン式ジョイント又はヒンジ式ジョイントによってこの上昇の動きを許すことができる。ストラットは川又は海の底上の固定アンカーポイントにピン止め又はヒンジ止めされているので、これらのストラットはアンカーポイントのピン又はヒンジを中心にして、垂直面内に弧を描くことができる。したがって、ストラットは、これらのストラットがアンカーポイントでの水の最大深さよりも大きい長さであるような寸法とする必要があり、これにより、それらの反対側の端を最も高いとされる高さレベルで水面の上に到達させることができる。ストラットが回転して起立した位置にあるときには、ストラットは水流により生じるドラグ力にさらされるので、本発明の任意の特徴として、ストラットは前述したドラグ力を最小にするために流線形のプロフィルを有している。

翼様の平らなデッキ又は浮き台は、この平らなデッキ又は浮き台が水面上に現れるまで、この平らなデッキ又は浮き台がピン止め又はヒンジ止めされているストラットにより、水中を通って起立して弧を描くように抑制される。このような状況において、タービンは水面の上に位置させられ、これにより、いかなる種類の水中作業にも頼らずに、タービンを一層容易に保守点検又は修繕することができ、若しくはタービン装置支持構体の取付け又は取外しを容易にすることができる。

以上述べた説明から、本発明は下記の構成を成し遂げることを可能にするものである。

１．一列のタービンが、川又は潮流の水中の流れの方向に対して垂直に配列されていると共に、支持構体を形成する水平の翼様デッキ又は浮き台の上面に取り付けられ、前記支持構体はこの支持構体を海底又は川底から離すひとつ又はそれ以上の支持体の上の載ることができる。

２．タービンの配列体を備えている前記支持構体（デッキ又は浮き台）はひとつ又は好適には２つ（又はそれ以上）の水平（又はほぼ水平）のストラットにより動くのを又はひっくり返るのを防止され、前記ストラットは、このストラットを海底又は川底に設置した複数の固定アンカーポイント（又はひとつのアンカーポイント）に接続するために水流の方向に整列されている。

３．前記ストラットはピン連結又はヒンジ止めされ、これにより、これらのストラットは、前記支持構体（デッキ又は浮き台）が水面にまで到達するまで、前記支持構体を垂直の弧を描いて上昇させることができ、これにより、保守点検、修繕又は取換えのためにタービンに近づくことを可能にする。前記ストラットは、起立されたときには、係留装置として働き、これにより、たとえ強い潮流又は川流が流れている場所でも前記支持構体及びそのタービンの配列体を保持する。

４．前記支持構体（デッキ又は浮き台）は、水流の方向に対して平行な断面において見たときの形状が、（ドラグを最小にするために）流線形を形成すると共に、前記支持構体の頂部を横切ってタービンロータを通過する水流を増強せしめることができる形状を有するものとされている。この水流の増強は、前記支持構体の真上の水流により生じる速度せん断を減少せしめて水流を加速せしめ、また、水中の低い高さレベルから水流をそらせてタービンロータを通過する水流の有効速度を増大せしめる。

本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第１の実施例を示す側面図であって、関連するタービンがそれらの作動位置であるときを示す。 図１のタービン装置支持構体の正面図である。 図１及び図２のタービン装置支持構体の側面図であって、タービン装置が上昇されて水中に沈められていないときを示す。 図３に示されているタービン装置支持構体及び関連するタービン装置の正面図である。 本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第２の実施例を示す側面図であって、関連するタービンがそれらの作動位置であるときを示す。 図５のタービン装置支持構体の側面図であって、タービン装置が上昇されて水中に沈められていないときを示す。 本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第３の実施例を示す側面図であって、タービン装置が上昇されて水中に沈められていないときを示す。 図７のタービン装置支持構体の側面図であって、関連するタービンがそれらの作動位置であるときを点線で示す。 本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第４の実施例を示す側面図であって、関連するタービンがそれらの作動位置であるときを示す。 図９のタービン装置支持構体の側面図であって、タービン装置が部分的に上昇されて水中に沈められていないときを示す。 図９のタービン装置支持構体の側面図であって、タービン装置が完全に上昇されて水中に沈められていないときを示す。 本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第５の実施例を示す側面図であって、タービン装置が上昇されて水中に沈められていないときを示す。 図１２のタービン装置支持構体の正面図である。 本発明の概念を具体化するタービン装置支持構体の第６の実施例を示す側面図であって、関連するタービンがそれらの作動位置であるときを示す。 図１４のタービン装置支持構体の側面図であって、タービン装置が上昇されて水中に沈められていないときを示す。

Claims (9)

1. 作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービン（１）のための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービン（１）を支持するデッキ又は浮き台（３）を包含し、前記デッキ又は浮き台（３）は固有浮力を有し、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は、関連する前記タービン（１）を水面の上に上昇させることが望まれたときに、浮くようにされ、また、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラット（５）により、川又は海の底（ＳＢ）に設置した係留手段（６）に枢動可能に接続され、前記ストラット（５）の長さは、前記デッキ又は浮き台（３）を、前記タービン（１）を水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービン（１）が水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台（３）は、その両端の各々で、川又は海の底（ＳＢ）から直立する支持体（４）の上に載せられるように配置され、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置。
2. 作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービン（１）のための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービン（１）を支持するデッキ又は浮き台（３）を包含し、前記デッキ又は浮き台（３）は固有浮力を有し、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は、関連する前記タービン（１）を水面の上に上昇させることが望まれたときに、浮くようにされ、また、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラット（５）により、川又は海の底（ＳＢ）に設置した係留手段（６）に枢動可能に接続され、前記ストラット（５）の長さは、前記デッキ又は浮き台（３）を、前記タービン（１）を水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービン（１）が水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台（３）の下側には少なくともひとつの支持体（４）が取り付けられ、この支持体（４）は、前記デッキ又は浮き台（３）が水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上に置かれ、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置。
3. 作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービン（１）のための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービン（１）を支持するデッキ又は浮き台（３）を包含し、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台を浮力の減少により水中を通って上昇させることができるような固有浮力を有し、これにより、関連する前記タービン（１）を水面の上に上昇させることができるようにし、また、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラット（５）により、川又は海の底（ＳＢ）に設置した係留手段（６）に枢動可能に接続され、前記ストラット（５）の長さは、前記デッキ又は浮き台（３）を、前記タービン（１）を水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービン（１）が水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台（３）は、その両端の各々で、川又は海の底（ＳＢ）から直立する支持体（４）の上に載せられるように配置され、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置。
4. 作動のときには流れる水の中に沈められて水により駆動される少なくともひとつのタービン（１）のための支持装置において、水中に沈められたときに前記少なくともひとつのタービン（１）を支持するデッキ又は浮き台（３）を包含し、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台を浮力の減少により水中を通って上昇させることができるような固有浮力を有し、これにより、関連する前記タービン（１）を水面の上に上昇させることができるようにし、また、前記デッキ又は浮き台（３）は、このデッキ又は浮き台の両端の一方に接続したストラット（５）により、川又は海の底（ＳＢ）に設置した係留手段（６）に枢動可能に接続され、前記ストラット（５）の長さは、前記デッキ又は浮き台（３）を、前記タービン（１）を水中に沈ませるのに十分に降下位置と前記タービン（１）が水面の上に位置する上昇位置との間に動かすことができるような長さであり、更に、前記デッキ又は浮き台（３）の下側には少なくともひとつの支持体（４）が取り付けられ、この支持体（４）は、前記デッキ又は浮き台（３）が水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上に置かれ、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）は水中に沈められたときに川又は海の底（ＳＢ）の上の最適位置に設置されることを特徴とする支持装置。
5. 請求項１又は３記載の支持装置において、前記支持体（４）は、前記デッキ又は浮き台（３）がその水中に沈められた位置であるときに、前記デッキ又は浮き台の下側に設けた、補形し合う止め手段（９）に止められることを特徴とする支持装置。
6. 請求項２又は４記載の支持装置において、前記支持体（４）は、高さを調節可能に設けられ、これにより、水中に沈められる前記デッキ又は浮き台（３）の高さを川又は海の底（ＳＢ）の状態に適応するように調節できることを特徴とする支持装置。
7. 請求項６記載の支持装置において、２つ又はそれ以上の前記支持体（４）にこれらの支持体の高さ調節を可能にする手段が設けられ、これにより、前記２つ又はそれ以上の支持体（４）が前記デッキ又は浮き台（３）を支持するために利用されたときに、川又は海の底（ＳＢ）のでこぼこに適応するように前記デッキ又は浮き台（３）の高さを調節可能にしたことを特徴とする支持装置。
8. 請求項１、３及び５のいずれか一項に記載の支持装置において、前記支持体（４）及び前記係留手段（６）は川又は海の底（ＳＢ）上に沈下された基礎（１２）により構成され、この基礎（１２）に前記デッキ又は浮き台（３）が前記ストラット（５）により枢動可能に接続され、また前記基礎（１２）は前記デッキ又は浮き台（３）の全幅にわたって延び、これにより、前記デッキ又は浮き台（３）の下を通過する水のための通路が形成されないようにし、これにより、前記デッキ又は浮き台に向かって流れる水の実質的にすべてが前記デッキ又は浮き台を横切って流れるようにして、前記タービン（１）を通過する水の平均速度を増大せしめるようにしたことを特徴とする支持装置。
9. 請求項８記載の支持装置において、前記基礎（１２）は、重さが荷重されて、その安定性を増大させられていることを特徴とする支持装置。

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