JP4694570B2 - カイト状要素を有するウォータークラフト - Google Patents

Description

本発明は、大索（牽引ケーブル）によって接続されるカイト状要素を有するウォータークラフトに関する。

１つの既知であるウォータークラフト（国際公開第０１／１９２１０２号パンフレット）においては、カイト状要素を複数の大索によってウォータークラフトに接続することができる。この場合、カイト状要素は、風によって船舶を推進させるために使用され、その場合、この推進システムは専ら風によってのみ動作することができ、或いは、当該推進システムは、機械的推進システムを支援することにより燃料を節約するため或いは速度を高めるために専ら風を使用する。カイト状要素は複数の大索によって制御することができる。しかしながら、複数の大索は、カイト状要素を回収し或いは展開するために個別に引張って或いは繰り出さなければならないという欠点を有している。また、複数の大索は絡まってしまう可能性もある。したがって、引用された文献は、最初に述べたタイプのカイト状要素を有するウォータークラフトであって、１つの大索だけを設けることにより前述した問題を回避するウォータークラフトも開示している。

しかしながら、これは、カイト状要素をもはや直接に制御することができないという欠点を有している。

本発明の目的は、最初に言及したタイプのカイト状要素を有するウォータークラフトであって、カイト状要素を意図的に制御できるウォータークラフトを形成することである。

本発明に係る解決策は、大索中で或いは大索上で伝えられる電力がフォータークラフトから供給される調整装置がカイト状要素に設けられていることを含んでいる。

したがって、調整装置が設けられることにより、カイト状要素の帆の形状、入射角度、弁開度、縮帆プロセス等を変更することができ或いは与えることができる。この場合、カイト状要素に設けられたセンサにより制御プロセスを自動的に実行することができ、或いはまた、これは船舶からの無線により特に有利である。この場合、信号をカイト状要素へ送るのに問題はない。しかしながら、調整装置のために供給電力が必要とされる。本発明によれば、この供給電力は、ウォータークラフトから与えられ、正確に言うと大索中で或いは大索上で供給される。

１つの有利な実施形態においては、ウォータークラフトとカイト状要素とを接続する送電要素が大索に付設されている。他の実施形態において、大索は、ウォータークラフトとカイト状要素とを接続する引張耐性のある送電要素の形態を成している。

送電要素は電気ケーブルであってもよい。この場合、送電要素は特に炭素繊維ケーブルであってもよい。したがって、大索全体を炭素繊維から構成することができる。このような大索においては、大索ブレードが互いに平行に位置してケーシングによってのみ一緒に保持される。この場合、一例として、ブレードを電気的に２つに分けて、ブレードの一方の半分が他方の半分から絶縁されるようにすることができ、それにより、電流の順方向経路及び戻り経路において炭素繊維ケーブルを使用できるとともに、任意の付加的な導体を設ける必要性が無くなる。この場合、電力を運ぶために使用されるブレードは、張力を少なくとも部分的に吸収することもできる。外面から見ると、ケーブルはケーシングにより絶縁されている。

電気ケーブルが大索の形態を成している場合、電気ケーブルには、当該ケーブルに対して十分な張力を与えるため、適切な補強ケーブル又はワイヤを設けることができる。

その結果、この送電要素を通じてウォータークラフトからカイト状要素へと電力を送って、当該カイト状要素に対して電力を供給することができる。しかしながら、制御信号をウォータークラフトからカイト状要素へ送信するために電気ケーブルを使用することもできる。しかしながら、これらの制御信号は例えば無線によって送ることもできる。

他の有利な実施形態においては、送電要素がフレキシブルチューブである。これによれば、流体をこの送電要素を通じてカイト状要素へと送ってそこで適当な作動要素に作用させることができる。

他の有利な実施形態において、送電要素は、導光体、特にガラス繊維である。これによれば、この送電要素を通じて光を送ることができるとともに、カイト状要素内の適当なトランスデューサによって光を電力へ変換することができる。

送電要素と大索とを組み合わせて１つの要素を形成する場合には、これにより、空気力学的な抗力が小さくなる。ウインチによる操作は、複数の別個の長尺な要素を巻き上げ或いは繰り出さなければならない場合よりも簡単である。また、これにより、大索／送電要素が軽量になる。

欠点は、送電要素及びケーブルをほぼ同じ程度まで伸長できなければならないという点であり、また、これは動作温度範囲全体にわたって当てはまらなければならない。フレキシブルチューブが使用される場合、このフレキシブルチューブは、負荷時に或いは巻き上げられている間にケーブルによってウインチ上に捕捉されてはならない。

大索と正確に同じ程度まで伸長できるような送電要素を選択できない場合には、送電要素が大索に対してスライドできるように送電要素を配置しなければならない。これは、送電要素が大索内に配置される場合、摺動層によって達成できる。大索及び送電要素がほぼ同じ程度まで伸長できる場合には、大索と送電要素とを互いに接着結合することができる。

フレキシブルチューブが使用される場合には、このフレキシブルチューブが高圧によって保持されることが好ましい。なぜなら、この場合、フレキシブルチューブの内圧が捩れ或いは噛み込みを防止するからである。

他の実施形態では、送電要素と大索とが分離されるが、これらはブラケットにより互いに接続されることが好ましい。利点は、送電要素が大索に対して移動できる場合には送電要素及び大索が異なる伸長能力を有していてもよいという点である。送電要素及び大索が同じ伸長能力を有するということを考慮する必要がない場合には、更に良好な材料の最適化が可能である。また、メンテナンスもうまく行うことができる。欠点は、空気動力学性が乏しく、ウインチによる操作が更に難しくなるとともに、重量が重くなる場合があるという点である。

前述したように取り付けのためにブラケットを使用する場合には、ブラケットが大索上で摺動しないように固定されることが好ましいが、ブラケットを使用する代わりに、例えばスプライシング、ケーブルと送電要素との間でのベルクロストリップ、結合、固定クリップ又はシージング（耐摩耗性のエンベロープ）による取り付けも可能である。大索内での送電要素間の隙間が大きければ大きいほど、空気力学的な抗力が大きくなる。

大索と送電要素とが別個の要素である場合には、２つの要素が特定の制限内で互いに対して移動できることが重要である。この解決策では、送電要素が大索に対して移動し、その逆とならないことが非常に有益である。

大索及びこの大索とは別個の送電要素が使用される場合、ワーピングドラムは、それが２つの異なる半径を有するようになっていなければならず、それにより、大索及び送電要素を同じワーピングドラム上で平行に巻き上げることができるようになる。この解決策では、送電要素が大索よりも長く伸長できることが重要である。なぜなら、送電要素を通じて引張荷重が作用してはならないからである。

システム全体が最大極限荷重／使用荷重、最小伸長、最小抗力、最小質量、最大パワー伝達能力まで最適化されてもよい。

ウォータークラフト及びカイト状要素へのパワー伝達に適した接点要素により送電要素が接続されなければならないことは言うまでもない。

フレキシブルチューブが使用される場合には、圧縮空気、特に乾燥された及び／又は加熱圧縮された空気がパワー伝達流体として特に有益である。これは、そうでないと、フレキシブルチューブ内で水分が凍結してしまう可能性があり、大索の重量が増大するだけでなく、それによりフレキシブルチューブが塞がってしまう虞もあり、多くの圧縮空気を送ることができなくなってしまうからである。

他の有利な実施形態においては、圧縮空気ではなく、可燃性ガス、特に水素又はメタンがパワー伝達流体として使用される。その結果、カイト状要素において燃料を利用できるとともに、駆動を行うために燃料を使用できる。メタンは、カイト状要素又はカイト状要素に取り付けられたポッドにおける燃料電池又は内燃機関を駆動させることができる。高密度流体、すなわち、特に液体は、フレキシブルチューブ内の対応する流体又は液柱が非常に重くなるため、パワー伝達媒体としての使用にあまり適していない。

ウインチは、大索及び／又は送電要素のためにウォータークラフト上に設けられることが好ましく、また、このウインチには、大索及び／又は送電要素のアライメントのためにワーピングドラムの前にガイド面又はガイドプレートが設けられる。

１つのケーブル格納部を有する２つ、３つ、或いはそれ以上のワーピングドラムが設けられることが好ましく、それにより、大索及び大索／送電要素により形成されるアセンブリをワーピングドラムの壁上に擦り付けないようにすることができる。２つ又は３つのワーピングドラムを使用し、これらの間で大索／送電要素を前後に移動させても、少なくとも４５０°のループ角度を得ることができ、これは引張荷重を吸収するのに適している。

安全のため（例えば、伝達が途切れた場合など）、各ワーピングドラムは、それ自体の非常ブレーキを有していることが好ましく、この非常ブレーキはストラップブレーキの形態を成していることが好ましい。通常の制動においては調整可能なディスクブレーキを設けることができる。ケーブル格納部は、ワーピングドラムの後側に配置することができ、また、同様に駆動されて制動されるドラムの形態を成していてもよい。

大索及び送電要素が互いに並んで配置される場合には、大索及び送電要素をそれらの断面と一致する別個の溝内に保持できるようにするため、二条のワーピングドラム外形が使用されることが好ましい。

ウインチがガイド面及びガイドプレートを有し、１つのケーブル格納部を有する２個、３個又はそれ以上のワーピングドラムを備え、各ワーピングドラム毎に非常ブレーキが設けられ、二条のワーピングドラム外形を成す前述した好ましい実施形態は、大索が送電要素も有し及び／又は送電要素に接続される前述した状況において特に有益である。しかしながら、ウインチのこれらの特定の利点は、パワー伝達を何ら伴うことがない１つの大索だけが設けられる状況においても存在する。したがって、本出願の保護は、ウインチが前述したように構成されるが送電要素が全く無い１つの大索だけが設けられる状況を明らかに網羅しようとするものである。

カイト状要素のための電力供給は、調整以外にも使用できる。実際に、制御目的やセンサ等のために作動電圧を供給するべく他の電源に基づいて電力を送ることができ、或いは、カイト状要素内で電力を発生させることができる。電気エネルギを蓄えるために、再充電可能なバッテリがカイト状要素内又はポッド内に設けられることが好ましい。

特に（これに限らないが）、電気ケーブル送電要素として使用される状況においては、落雷又は静電効果に起因する過電圧の危険がある。したがって、避雷及び／又は帯電及び静電放電に対する保護を行うことが好ましい。しかしながら、避雷及び／又は帯電及び静電放電に対する保護は、送電要素が設けられる状況に制限されない。実用新案の保護も、送電要素を伴うことなく大索が使用される状況でこれらのような避雷装置及び／又は帯電及び静電放電に対する保護装置が設けられるような状況を明らかに網羅しようとしている。

添付図面を参照しながら、有利な実施形態を使用する以下の文章において本発明を一例として説明する。

図１は大索１（又は、その引張耐性のある繊維構造）を示しており、この大索においては、送電要素２が中心に配置され且つ層３によって大索の主要部１から分離されている。送電要素２はフレキシブルチューブであり、その場合、要素３はフレキシブルチューブ壁である。しかしながら、要素２はケーブルであってもよく、その場合、２つの半円導体は、絶縁体によって互いに分離されるとともに、絶縁体３によって取り囲まれる。

図２及び図３に示される実施形態において、大索の主要部１及び送電要素２は共通のエンベロープ４によって取り囲まれている。

図４は、トランスミッション７により互いに接続された２つのワーピングドラム５，６を有するウインチを示している。この場合、ワーピングドラム５はモータ８に接続されており、ワーピングドラム６はブレーキ９に接続されている。また、２つのワーピングドラム５，６は、特にストラップブレーキの形態を成す非常ブレーキ１０も有している。電力供給部が１１で示されている。

図５のワーピングドラム１２は、一体の形態を成す大索／送電要素を保持するために一条の外形を有している。図６のワーピングドラム１３は二条の外形を成しており、この場合、形状溝の一方に大索が保持され、他方に送電要素が保持される。

図７は、３つのワーピングドラム１４，１５，１６及び１つのケーブル格納部１７を伴う構成を示しており、これにより、大索１及び送電要素２を巻き上げて繰り出すことができる。

図８〜図１０は、大索１及び送電要素２を図示しないカイト状要素に対してどのように接続できるのかを示す様々な可能な方法を表わすため、シーブ１８を示している。

図１１は概略的に図示されたウォータークラフト２１を示しており、このウォータークラフト２１は、大索１を保持するウインチ５を有している。この大索はカイト状要素２３の制御ポッド２２に接続されている。この制御ポッド２２は、カイト状要素２３のための大索２４を風の状態及び操縦状態に適合させるために使用することができる。電気ケーブル用の２つの導体（２）を有する大索１の拡大図が円２５内に示されている。制御ポッド２２は、ケーブル絶縁体２６により大索２４に対して接続されており、この方法により、避雷及び静電放電に対する防護を行う。これに代えて或いはこれに加えて、対応するケーブル絶縁体が制御ポッド２２と大索１との間に設けられてもよい。

しかしながら、避雷又は過電圧保護はこれらのケーブル絶縁体２６に制限されない。実際には、図１２にあまり詳しく示されていない電気回路Ａが制御ポッド２２内に設けられる。ケーブル内の２つの導体２には「＋」及び「−」の注釈が付けられており、これらの間に電圧依存抵抗器２７が配置され、その抵抗は電圧が上昇するにつれて減少する。２８，２９は避雷器を示している。この場合、避雷器は、通常の作動電圧では絶縁体としての機能を果たすが比較的高い電圧が生じると電圧を放散し或いは短絡する要素である。この場合、避雷器は、中心電極及び壁電極を有するチューブとして或いは２つのプレートを有する平板コンデンサ要素としてコンデンサと同様の態様で構成されてもよい。この場合、２つの電極又はプレートは、通常の作動電圧で要素が絶縁体として機能するのに十分な短い距離を離して配置される。作動電圧が比較的高い場合には、電流が２つの電極間又はプレート間で流れ、したがって過電圧が放散される。電圧が高ければ高いほど、また、前述したように抵抗器２７の抵抗が低くなればなるほど、設置されたエレクトロニクスを危険に晒すことなく避雷器２８，２９を介して放散できる電流の量が多くなる。また、過電圧の放散（残留電圧を避雷器から地面へ放散する）が３０で示されている。

ウォータークラフト内には回路Ｂが配置されている。この場合、参照符号３１は船舶の発電機からの給電ラインであり、参照符号３２はケーブル壁５のための給電回路上のヒューズである。参照符号３３は過電圧保護部３４のためのヒューズである。参照符号３５はグランドすなわち船体又は水であり、参照符号３６はウインチ５への給電ラインである。

送電要素と一体の大索の断面図を示している。 送電要素と一体の他の大索の断面図を示している。 送電要素と一体の更に他の大索の断面図を示している。 ２つのワーピングドラムを有するウインチを示している。 ワーピングドラムの外形を示している。 ワーピングドラムの他の外形を示している。 ３つのワーピングドラムと１つのケーブル格納部を有するケーブルガイドを示している。 大索／送電要素をカイト状要素に対して取り付けるためのシーブを有するフランジを示している。 大索／送電要素をカイト状要素に対して取り付けるためのシーブを有するフランジを示している。 大索／送電要素をカイト状要素に対して取り付けるためのシーブを有するフランジを示している。 ウォータークラフト及びカイト状要素の概略図を示している。 ポッド内の過電圧保護部Ａの詳細図を示している。 ウォータークラフト上の過電圧保護部Ｂの詳細図を示している。

Claims (14)

1. 大索（１）によって接続されるカイト状要素を有するウォータークラフトであって、前記カイト状要素（２３）には、前記大索（１）中で或いは前記大索（１）上で伝えられる電力が当該ウォータークラフト(２１)から供給される調整装置が設けられ、当該ウォータークラフト(２１)と前記カイト状要素（２３）とを接続する送電要素（２）が前記大索（１）に付設され、送電要素（２）が前記大索（１）の全長にわたって延びるキャビティ内に配置されているウォータークラフト。
2. 前記大索（１）が、当該ウォータークラフト(２１)と前記カイト状要素（２３）とを接続する引張耐性のある送電要素（２）の形態を成していることを特徴とする、請求項１に記載のウォータークラフト。
3. 前記送電要素（２）が、電気ケーブル、特に炭素繊維ケーブルであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウォータークラフト。
4. 前記送電要素（２）がフレキシブルチューブであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウォータークラフト。
5. 前記送電要素（２）が、導光体、特にガラス繊維であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウォータークラフト。
6. 前記送電要素（２）が、前記キャビティ内でスライドでき且つ移動できるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のウォータークラフト。
7. 前記送電要素（２）が前記大索（１）に対して接着結合されていることを特徴とする、請求項１に記載のウォータークラフト。
8. 圧縮空気、特に乾燥された及び／又は加熱された圧縮空気が前記カイト状要素（２３）に対して供給されることを特徴とする、請求項４に記載のウォータークラフト。
9. 可燃性ガス、特に水素又はメタンが前記カイト状要素に対して供給されることを特徴とする、請求項４に記載のウォータークラフト。
10. 前記電気ケーブルが信号送信用としても使用されることを特徴とする、請求項３に記載のウォータークラフト。
11. 前記大索（１）及び／又は前記送電要素（２）のためのウインチ（５，６，１２−１６）を有し、このウインチ（５，６，１２−１６）には、前記大索（１）及び／又は前記送電要素（２）の整列のためにワーピングドラムの前にガイド面又はガイドプレートが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のウォータークラフト。
12. ケーブル格納部（１７）を有する複数のワーピングドラム（１４−１６）が設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載のウォータークラフト。
13. 前記ワーピングドラム（５，６）の各々にはそれ自体の非常ブレーキ（１０）が設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のウォータークラフト。
14. 避雷器が設けられ、及び／又は、帯電及び静電放電に対する防護が成されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のウォータークラフト。

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