JP4732334B2 - 流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体 - Google Patents

Description

本発明は、流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体、換言すれば、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させ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，ＧＢ２３４８２５０Ｂ、及び英国特許出願第０２２７７３９．０号において、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電気又は軸動力を生じせしめる。上述した文献から、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及びタービンを支持するための種々の種類の構体がまた知られている。

タービンが水流により駆動されるように用いられるときには、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の減少を生じせしめ、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平均速度の２乗に比例する。

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、タービンロータの設計に関係なく発生する。すべての場合において、ロータ上のスラストは、ロータを通過する水流及びロータのスイープ区域の水流の平均速度の２乗の積に直接比例する。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、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ずる多数の繰り返し荷重に、追加的にさらされ、これは支持構体に変動する疲労荷重を課し、したがって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。

このような構体の設置は、幾つかの他の一般的な要求、例えば、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、過度の干渋はロータの効率を減少せしめるからである）要求により、複雑とされる。したがって、例えば、構体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り、また構体はシステム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ず、更に強い水流を伴なう場所に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、更に他に単一又は複数のタービンロータを構体に取付けるために、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時には交換又は修繕するためにこの又はこれらのロータ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。

本発明により提案されている、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、エネルギーを捕獲するタービンの使用のために適当である十分に速い速度を伴なう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。また、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海底の近くに水の流れの途絶及び乱流を生じせしめ、海底の自然地形が非常にでこぼこであるときには、ゆっくり動く乱流境界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（軸流又は直交流型ロータ、あるいは往復水中翼型の装置）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又は可動水中翼を通り過ぎる水流の速度をスイープ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、能動ロータ又は水中翼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ずる境界層をロータが切り通すのを除去する。また、このようなロータ又は水中翼を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り、これにより、多数年の作動期間にわたって高度の信頼性を得ることができよう。

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、修繕又は交換のために時折アクセスする必要があることである。速い水流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、ほとんどの場合、このような水中作業は、約０．５ｍ／ｓよりも遅い水流が生じているときのみ行われる。しかし、このような遅い速度が生じている期間は、せいぜいほとんど小規模水中作業を可能にするだけで、それよりも大きい規模の水中作業を可能にするにはあまりにも短い。

その結果、本発明により処理される問題は、メンテナンス又は修繕を必要とする構成部品、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。

本発明の目的は、水流タービンを支持する特別の目的のための支持構体を提供することにあり、この支持構体は“偽海底”と称されている（場合によって、タービンは海、川又は河口中に支持される）。

より詳細には、本発明の目的は、本出願人の上述した英国特許ＧＢ２３１１５６６Ｂ及びＧＢ２３４８２５０Ｂにすでに記載され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システム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、水流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公知のいかなる型式のタービンロータにも本発明を適用できるものであり、これにより、本発明の他の目的は、例えば、一般に下記の型式であるタービンロータを支持するのに適当な支持構体を提供することにある。

・軸流又はプロペラ型式（すなわち、水の流れ方向と平行な軸線のまわりを回転するロータである）
・直交流型式（又はダリウス型式）（水の流れ方向にほぼ垂直な軸線のまわりを回転するロータである）
・往復水中翼（アーチ状にわたって往復動して水の流れをさえぎる）
どのような型式のタービン水中翼も、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、その流水中で翼全体が（場合によって）回転又は往復動する。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。

本発明の更に他の重要な目的は、タービンロータ及び他の可動部品、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、修繕及び交換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。

本発明によれば、流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体において、細長い縁区域を有する、矩形でかつ流線形断面のデッキを流水の底に関して高い水平位置に位置させることが可能であり、前記デッキが前記流水の底に定着した手段により適所に保持されて、その前記細長い縁区域が水の流れの方向を横切って延びており、前記デッキが直立する少なくとも１つのタービンアセンブリを水の流れでもって作動せしめるように流水中に位置させることができ、前記タービンアセンブリ及びこのタービンアセンブリに関連するロータの全てが前記デッキの上面の上に設置され、また、前記デッキを、このデッキが前記流水の底に定着した前記手段に固定されている、その作動位置と水面に隣接する第２の上昇位置とに移動させることができる手段が設けられ、前記デッキの前記第２の上昇位置への移動により前記デッキに関連している前記タービンアセンブリを前記水面よりも上に位置させることができるようにし、前記デッキがその前記作動位置であるときには空間が前記デッキの下面と前記流水の底との間に形成され、前記空間は前記デッキに関しての水流が前記デッキの上面にわたって、したがって前記ロータ及びこのロータに関連する前記タービンアセンブリを通して生じて加速されるように封鎖体により実質的に封鎖され、更に、前記封鎖体が前記デッキの下面との間に狭いスロットを残して、水流の小量部分を前記デッキと前記封鎖体の頂部との間の前記スロットを通して流出させることができるようにし、これにより前記デッキの存在により生じた乱流境界層が前記デッキの頂部にわたってそらされるのを防止し、これにより前記ロータを通しての平均水流速度の増大が生じ、これにより前記タービンアセンブリの動力出力を改善するようにしたことを特徴とする支持構体が提供される。

また、本発明によれば、流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体において、細長い縁区域を有する、矩形でかつ流線形断面のデッキを流水の底に関して高い水平位置に位置させることが可能であり、前記デッキが前記流水の底に定着した手段により適所に保持されて、その前記細長い縁区域が水の流れの方向を横切って延びており、前記デッキが直立する少なくとも１つのタービンアセンブリを水の流れでもって作動せしめるように流水中に位置させることができ、前記タービンアセンブリ及びこのタービンアセンブリに関連するロータの全てが前記デッキの上面の上に設置され、また、前記デッキを、このデッキが前記流水の底に定着した前記手段に固定されている、その作動位置と水面に隣接する第２の上昇位置とに移動させることができる手段が設けられ、前記デッキの前記第２の上昇位置への移動により前記デッキに関連している前記タービンアセンブリを前記水面よりも上に位置させることができるようにし、前記デッキはその下面よりも大きな凸面である上面を有し、前記タービンアセンブリを通る水流を加速するために、前記デッキの下の空間は封鎖体により実質的に封鎖され、これにより、前記デッキは、このデッキに関しての水流の大部分を上昇せしめると共にその前記凸面である上面にわたってかつ前記タービンアセンブリのロータを通して加速せしめ、更に、前記水流の小量部分を、前記デッキの下面と前記封鎖体の頂部との間の狭いスロットを通して流出させることができるようにし、これにより乱流境界層が前記矩形のデッキの頂部にわたってそらされるのを防止し、これにより前記タービンアセンブリのロータを通しての平均水流速度の十分な増大が得られ、これにより前記タービンアセンブリの動力出力を改善するようにしたことを特徴とする支持構体が提供される。

本発明をより良く理解しまた本発明が実際にどのようにして実施されるかを示すために、以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述する。

図１Ａ，１Ｂ及び１Ｃを参照するに、図１Ａは流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの一例を示す斜視図、図１Ｂは海底に取り付けられて水面より下の作動位置であるときの図１Ａのデッキ及びタービンの端面図、及び図１Ｃは図１Ｂのデッキ及びタービンの正面図である。この例において、デッキ１は、一列の複数の水流被駆動タービン３を担持すると共に、海底ＳＢ（又は、川若しくは河口の底）から直立している複数の脚又は基礎支持体２により適所に固定されている。複数のタービン３は、これらのタービンを通り過ぎる水の流れ方向ＤＦに対して垂直な列に配列されている。この例は４つの軸流タービンの使用を示しているが、しかし、他の異なる数のタービンを用いることができるものである。また、種々の他の異なる型式のタービンを前述したように用いることができるものである。図１Ａ〜１Ｃに示される基本的な構成において、４つのタービン３は、前述した個々の片持式の流線形支持ストラット４上に支持されている。これらの図において、水の流れ方向ＤＦは水の可逆流れがあることを示すために両端矢印により示されている。

図面の他の残りの図の内容を実際に考察する前に、これらの図に関連して説明される種々の支持構体の一般的な形成及び発展の概観を述べることは都合がよいものと考えられる。したがって、図１Ａ，１Ｂ及び１Ｃに示される基本的な構成に関し、これにより表される本発明の基本的な概念の発展は例えば次に述べるような追加の特徴と包含することができる。

構体が複葉翼の配列体に似るように、前述したデッキ１、すなわち、主支持面と平行にかつその上方に、第２の組の平らな水平部材を各タービン間に設けること。この第２の組の平らな部材も、また、流線形とすることができ、かつ、一般には（しかし、必ずではない）、主翼様デッキよりも小さい断面積の大きさとされる。

例えば圧縮空気を用いて平らなデッキから水を排出することにより、デッキを浮くように作る手段を設けること（これは、デッキが不変に浮力を有していない場合である）。及び、デッキを海、川又は河口の底に取り付けている支持部材からデッキを解放する手段を設けること。このような手段を設けることにより、デッキを制御した方法で海、川又は河口の水面にまで浮かすことができ、その結果、デッキの頂部上のタービンは海、川又は河口の水面よりも上に現れ、それから、点検整備又はメンテナンスのために水上船からタービンに容易にアクセスすることができる。

平らなデッキを海、川又は河口の水面にまで浮かすことを行う主たる方法として浮力を用いない場合において、適当なリフティング装置を用いてデッキを物理的に上昇せしめる手段を設けること。

平らなデッキを海、川又は河口の底に取り付けている部材又は係留索から、タービンを完備しているデッキを完全に取り外し、その後再び取り付ける任意の手段を設けること。このような手段を設けることにより、修繕又はメンテナンスのために、タービンを完備しているデッキを浮かせ、それから、クレーンを用いて作業船にまで持ち上げるか、又は陸地まで浮き船として曳航することができる。同様なタービンを完備しているデッキのユニットが、それから、動力の発生を連続せしめるために、代用されて、適所に取り付けられる。

平らなデッキの下の空間を全部又は部分的に封鎖する任意の手段を設けること。このような手段を設けることにより、水は支持面又はデッキの下に流れるのを全部又は部分的に禁止され、その効果により支持面又はデッキの頂部を横切ってタービンロータを通過する水の流れが更に加速され、これによりシステムにより得られる動力を増大せしめる。好適な実施例は、海底とデッキとの間の空間のほとんどを封鎖しているが、しかし、デッキの真下に比較的垂直な狭い通路を残し、これによりデッキの真下の流れをきれいにすることができるようにしている。このような方法においては、海、川又は河口の底の上を流れる乱流境界層が前述した空間を通してデッキの下に流出され、これによりデッキの頂部上を横切る水の流れができるだけ乱流がないように維持される。

流線形の垂直又はほぼ垂直のストラットにより支持して、タービンの高さ位置よりも上に担持することができる任意の他の流線形の平らな翼様部材を設けること。この翼様部材は、前述した主たる支持部材に合わせて同様に矩形の平らな形状を有する。この配置は、“翼”間に配置している動力装置、この場合にはタービンを備えている多エンジン型複葉航空機と非常に似ている外形を有する。タービン間に配置している前述した第２の組の平らな部材は、選択的に、タービンの高さ位置よりも上方に担持することができる前述した任意の他の流線形の平らな翼様部材に置換することができる。

任意の他の流線形の平らな翼様部材がタービンの高さ位置よりも上に取り付けられている場合においては、他の一組のタービンをこの第２の高い翼の上に取り付けて、２列のタービンを提供することができる。

要するに、ひとつ、２つ又は３つの流線形の平らなデッキを、“単葉”“複葉”又は“三葉”の配置で、水の流れを横切る水平面内に配置することができる。複葉又は三葉の配置の利点及び目的は、一部分として、構造強さを改善せしめること、また、他の一部分として、流線形の翼様部材を作ることにある。このような流線形の翼様部材を作ることにより、タービンロータを通過する水の流れは、より一層均一にさせられ（すなわち、タービンロータの垂直高さにわたる速度せん断が少なくされる）、また、ある場合には、加速させられ、その結果、支持翼はまたロータの一定の断面を通過するエネルギー束を増大せしめる流れ増強器として有効に作用する。

前述したことから、本発明の主たる態様は、水の流れ方向を横切って配置される一列の水流動力タービンを担持するために、水中に固定される流線形の平らなデッキの使用にあり、この流線形のデッキは単一又は複数の水流タービンのための構造支持体として働くことを認識されよう。この流線形の平らなデッキは、また、浮かぶように作ることができ、その結果、このデッキはその上面上に配置されている単一又は複数のタービンにアクセスすることができる水位にまで浮くことができる。流線形の平らなデッキの形状は、単一又は複数のタービンロータを通過する水の流れをより一層均一にせしめると共に、ある場合には、単一又は複数のタービンロータを通過する水の局部速度を加速せしめてタービンロータの一定の断面積についてのエネルギー捕獲を増大せしめる。

さて、図２Ａ及び２Ｂを参照するに、図２Ａは図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキ１を水面ＷＬにまで上昇させる手段の一例を示す端面図であって、デッキ１及びタービン３が水面ＷＬにまで上昇した位置であるときを示し、図２Ｂは図２Ａのデッキ１及びタービン３の正面図である。この例においては、デッキ１の各隅部からケーブル、チェーン又はロープ５を繰り出すことにより、デッキ１を浮かすように作っており、各ケーブル、チェーン又はロープ５は脚又は基礎支持体２にしっかりと取り付けられている。この方法は、デッキ１が戻って海底ＳＢに取り付けられている基礎支持体２に接触するまで、ケーブル、チェーン又はロープ５を巻き取ることによってデッキ１を下向きに引張ることにより、逆とすることができる。支持構体のこの本質的な特徴は、タービン３を担持しているデッキ１を、水中作業の必要性なしに、メンテナンス、修繕又は交換のためにタービンにアクセスすることができる水面にまで、なにがしかの方法で上昇させることができる（又は機械的に持ち上げることができる）ことにある。

次に、図３Ａ，３Ｂ，３Ｃ及び３Ｄを参照するに、図３Ａは図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキ１を水面ＷＬにまで上昇させる手段の他の例を示す端面図であって、デッキ１及びタービン３が水面ＷＬよりも下の作動位置であるときを示し、図３Ｂは図３Ａのデッキ１及びタービン３の正面図、図３Ｃは図３Ａのデッキ１及びタービン３が水面ＷＬにまで上昇した位置であるときを示す端面図、及び図３Ｄは図３Ｃのデッキ１及びタービン３の正面図である。この例においては、デッキ１が、適当な固定体６に取り付けられている伸縮可能な係留索５により水中に沈められているとき及び水面ＷＬ上であるときの両方において不変に浮かんでいる状態に維持されて適所に保持されている。固定体６は、海底ＳＢに埋設又は固定され、さらされる揚圧力に耐えることができなければならない。

次に、図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂを参照するに、図４Ａは図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキ１を水面ＷＬにまで上昇させる手段の更に他の例を示す端面図であって、デッキ１及びタービン３が水面ＷＬよりも下の作動位置であるときを示し、図４Ｂは図４Ａのデッキ１及びタービン３が水面ＷＬにまで上昇した位置であるとき示す端面図、図５Ａはは図４Ａのデッキ１及びタービン３の正面図、及び図５Ｂは図４Ｂのデッキ１及びタービン３の正面図である。この例においては、伸縮可能でフレキシブルなチェーン、ケーブル又はロープの使用に代えて、デッキ１が２つ、又は（ここに示しているように）４つ（若しくは他の異なる数の複数）の脚７に拘束されており、これらの脚７は海底ＳＢに埋設されていると共に水面ＷＬよりも上に延びている。そして、これらの脚７はタービン３を担持しているデッキ１の垂直移動を適当な滑動スリーブ又は他の取付具８により案内するようにしている。滑動スリーブ又は他の取付具８は、脚７に関して垂直に動くことができると共に、脚７に追従するように拘束されている。

タービン３を担持しているデッキ１の垂直移動を案内する（図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂに示されている）脚７の上方部分は、図示されているように、選択的に、細くして、水の流れ中におけるそれらのドラグを減少せしめることができる（脚の上方部分の断面積は楕円形に似ているようにされる）ことを見ることができよう。また、脚はタービンのロータ間に配置され、その結果、水が流れているときのそれらの伴流がロータに衝突することがなく、又は少なくともロータ間の干渉及び伴流が最少とされることを留意すべきである。これらは、図５Ａ及び５Ｂに明確に示されているように好適な構成である。

次に図６Ａ及び６Ｂを参照するに、図６Ａは流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキ１の他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービン３がデッキ１により担持されており、図６Ｂは海底ＳＢに取り付けられて水面ＷＬより下の作動位置であるときの図６Ａのデッキ１及びタービン３の正面図である。これらの図は，それぞれ“複葉”型式の構成の、水の流れ方向ＷＦから見た斜視図及び正面図である。この構成においては、組立体の構造強さを改善するために、第２の翼様デッキ９がタービン３のロータ３Ａの中心線の高さ位置でタービン３間に挿入されている。この構成は、個々のタービンロータが横ブレースなしに個々の片持式支持体上に取り付けられている図１Ａの斜視図の“単葉”型式の構成と比較されるべきである。

次に図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃを参照するには、図７Ａは流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービン３がデッキ１，１０により担持されており、図７Ｂは海底ＳＢに取り付けられて水面ＷＬよりも下の作動位置であるときの図７Ａのデッキ１，１０及びタービン３の端面図である。この例は、他の“複葉”型式の構成を示す。この構成においては、第２の流線形の平らなデッキ１０がタービン３の真上でそれらの垂直支持ストラット４からの延長部１１上に取り付けられている。図７Ａは斜視図であり、これに対して、図７Ｂ及び７Ｃはそれぞれ水の流れ方向ＷＦから見た端面図及び正面図である。この構成は、組立体全体の構造強さを増大せしめる役割を果たし、また、より多くの数のタービン又はより大きい大きさのタービン３に適応するために、その支持体２間のスパンをより大きな距離にすることができる。また、下側のデッキ１の上向きに面する凸面の表面と上側のデッキ１０の下向きに面する凸面の表面との効果は、ベンチェリ効果と同様であり（図７Ｂの端面図を参照）、ロータの上流側の流れと比べると、ロータを通過する流れを加速せしめる。これは、ロータの単位面積あたりの捕獲エネルギーを改善せしめ、一定の動力出力のために、他の方法が必要とされる場合よりもより小さなロータを用いることができるようにする。

次に、図８Ａ，８Ｂ及び８Ｃを参照するに、図８Ａは流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービン３がデッキ１，９，１０により担持されており、図８Ｂは海底ＳＢに取り付けられて水面ＷＬより下の作動位置であるときの図８Ａのデッキ１９，１０及びタービン３の端面図、及び図８Ｃは図８Ｂのデッキ１，９，１０及びタービン３の正面図である。この例は、図６Ａ，６Ｂの構成と図７Ａ，７Ｂ，７Ｃの構成とを組み合わせた支持体の例として、都合よく見ることができる。この例は、実際に、３つの翼様デッキ、すなわち、デッキ１と、タービンロータ３Ａの高さ位置にある中間デッキ９（図６Ａ，６Ｂ及び６Ｃに示されているものと同じである）と、上側のデッキ１０（図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃに示されているものと同じである）とを備えている“三葉”型式の構成である。この構成の主たる利点は、構造強さをより大きくすることにあるが、しかし、ロータに干渋するドラグが過剰になると共に伴流がより大きくなる犠牲を払う。しかしながら、上述したベンチェリ効果がこれに対して補いをするであろう。

図７Ａ，７Ｂ，７Ｃ及び図８Ａ，８Ｂ，８Ｃの構成において、上側のデッキ１０は、一般には（しかし、必ずではない）、好適な例として、下側のデッキ１よりも弦長さ及び断面積が小さくされる。これは、実質的に、図７Ａ，７Ｂ，７Ｃ及び図８Ａ，８Ｂ，８Ｃに示されている。

また、水が十分に深い場所では、上側翼の上に追加の一列のタービンを加えることができる。実際に、たとえ多くの場合において好適な実施例が単列のタービンであって、これがメンテナンスのためにアクセスを容易にし、また最も簡単な構造配置を提供するとしても、多くの列のタービンをそれらの直径に関連して水柱の深さに適応して設けることができる。この多層のオプションは、ここには示されていない。

図２Ａ，２Ｂ，図３Ａ−３Ｄ，図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂのグループに示されている同じリフティング装置は、また、図６Ａ，６Ｂ、図７Ａ−７Ｃ及び８Ａ−８Ｃのグループに示されている“複葉”及び“三葉”型式の構成のために用いることができる。

次に、図９Ａ及び９Ｂを参照するに、図９Ａは流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す正面図であって、一列の複数のタービン３がデッキ１により担持され、これらのデッキ１及びタービン３が水面ＷＬより下の作動位置であるときを示し、図９Ｂは図９Ａのデッキ１及びタービ３が水面ＷＬにまで上昇した位置であるときを示す正面図である。これらの図は、リフティング柱２Ａを備えている支持体２により担持されている単一の平らなデッキ１を包含する例を略図的に示す。しかし、その原理は、図６Ａ，６Ｂ，図７Ａ−７Ｃ及び図８Ａ−８Ｃのグループに示されているような“複葉”及び“三葉”型式の構成に等しく適用できるものである。

図９Ａ（水の流れ方向ＷＦから見た正面図である）は、デッキ１が下降して作動している状態を示す。これに対し、図９Ｂはデッキ１がメンテナンスのために水面ＷＬにまで上昇している状態を示す。これらの図は平らな支持面、すなわち、デッキ１が複数のタービン３を担持することができる構成を示す。この場合において、デッキ１は、このデッキを上昇せしめるのに浮力に頼る必要がないような方法で支持され、タービンの配列体を完備しているデッキアセンブリの全体を水面にまで上昇させるために、液圧ラム又は電気ジャッキ若しくはウィンチ（図示せず）を使用する機械的手段が設けられている。デッキ１の浮力は、リフトの代用として用いることができ、これにより必要とされるリフティング力を減少せしめる。これらの図９Ａ及び９Ｂは、タービンを担持している平らな支持面、すなわち、デッキを上昇せしめるために異なる方法を用いることができることを明らかに示していることを理解されよう。また、図９Ａ及び９Ｂにより示されている例においては、リフティング柱２Ａが常時水面ＷＬよりも上に突き出て、水平構造部材１０により連結されているが、この水平構造部材は任意の追加であることを留意すべきである。

次に、図１０Ａ及び１０Ｂを参照するに、これらの図は流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用される２つの異なる形状のデッキに関しての水の流れを示す図である。より詳細には、図１０Ａ及び１０Ｂは、図１Ａ−１Ｃ又は図６Ａ，６Ｂの主デッキ１（及び他のすべての図に示されている主デッキ１）の断面形状の他の例を示す断面図である。すなわち、以上述べた各図のデッキは対称の流線形の楕円断面形状を有するように示されているけれども、図１０Ａの例は上側よりも下側が大きな凸面である非対称の断面を有している。この上側は、図示するように、多少凹面とすることができる。しかし、上側が平面でも又は下側よりも小さい凸面である場合においても、同じ原理が適用される。図１０Ｂは、下側よりも上側が大きな凸面である非対称の断面のデッキ１を示す。

これらの図１０Ａ及び１０Ｂは、流線形の形のデッキの上方及び下方において流動する水中の粒子に追随する水の流れを示す。

図１０Ａ及び１０Ｂの両方において、デッキ１の左側である上流の断面“Ａ−Ａ”では、水の深さにわたってのフロープロフィル又は速度傾きは海、川又は河口の潮流の何一つ邪魔のない典型的な流れであり、最速で流れる水はこの流れの上方の５０％であり、また一般に、速度の指数低下はこの流れの下方の５０％に生じ、零に達して、水が底に直接接触する（速度は図１０Ａ及び１０Ｂに矢印の長さにより示されており、各流線は断面“Ａ−Ａ”を横切っている）。

断面“Ｂ−Ｂ”で示されている水の深さにわたっての速度プロフィルは、どのようにして水が定形デッキにより生じた妨害の存在により影響されるかを示し、水の流れは妨害の上流でそれるようにスタートする。同様に、断面“Ｃ−Ｃ”での速度プロフィルは、タービン３が配置されている位置でのデッキ１の真上及び真下のだいたいの速度分布を示す。実際に、断面“Ｂ−Ｂ”での速度プロフィルは、断面“Ａ−Ａ”での速度プロフィルと断面“Ｃ−Ｃ”での速度プロフィルとの間の中間である。

図１０Ａ及び１０Ｂは、流体力学の連続の法則から明らかにされている周知の効果を示し、流れは、もし長い通路に追随しなければならない場合又は流れが流れる断面が滑らかに減少する場合には加速される。したがって、流線は一緒に圧搾され、流れは非対称の流線形のデッキの大きな凸面側にわたって加速し、また流れは小さい凸面又は凹面の側では減速して、流線は広く離れるように広がる傾向となる。これは、実際に、翼又は水中翼を通過する流れと同様であり、随伴効果（これもまたよく知られている）により、速く動く流体は圧力の減少を生じせしめ、これに対し、遅く動く流体は圧力の増大を生じせしめる。その結果生ずる、流線形のデッキの圧力差は、水中翼又は翼の効果と同様であり、流れ方向に対して直角の力を生じせしめ、この力は図１０Ａ及び１０Ｂに“Ｌ”として示されているリフト力を発生せしめる。このリフト力“Ｌ”よりも非常に小さいドラグ力“Ｄ”が、また、流れの方向に発生する。これらのリフト力及びドラグ力は、支持構体又は引張り係留索により耐えさせる必要がある。

図１０Ａ及び１０Ｂの両方は、非対称の形状としたデッキの効果がその上面にわたって比較的均一な流れを生じせしめることにあることを示しており、この均一な流れは、他方の凹面よりも大きい一方の凸面の側が上向きである場合（図１０Ｂに示されている）には、自由な流れ状態（断面“Ａ−Ａ”の位置に示されている）と比べて多少加速され、また、他方の凹面よりも大きい一方の凸面の側が下向きである場合（図１０Ａに示されている）には、自由な流れ状態と比べて多少減速される。

タービンロータを非対称のデッキの上の空間に配置することにより（図１０Ａ及び１０Ｂに略図的に示されている）、タービンロータを通る流れをより一層均一にすることができる（これは、効率とタービンロータの最少の摩耗及び引き裂きとの両方の見地から利益がある）。また、最大の凸面が上向き又は下向きに面しているかどうかによって、自由流れ速度を、少しではあるが潜在的には有益な量だけ増大又は減少することができる。これは、また、海又は川の底ＳＢの真上に生ずる、流水の流れの乱流境界層ＢＬをタービンロータ３のできる限り下及び外に維持させるようにすることにより、部分的に達成される（図１０Ａ及び１０Ｂ）。境界層は、水の流れが海又は川の底と相互に作用する乱流により作られ、もしこの境界層の均一性が一様でなく又は欠けている場合には、境界層はすばやく厚くなり、もしタービンロータが非常にかく乱した流れのこの区域に入り込んだ場合には、性能の損失及びタービンロータの底部への損傷を生じせしめる。

最後に、非対称のデッキにより発生したリフト力は、デッキの安定性を改善するために用いることができる。すなわち、図１０Ａの場合においては、デッキ１が圧縮支持体（又は脚）上に取り付けられ、下向きの力Ｌが実際に過剰の下向きスラストを作ってデッキを支持体上にしっかりと保持する。図１０Ｂの場合においては、デッキを浮かして引張り係留索により適所に保持させ、上向きに作用するリフト力は、係留索の引張りを維持するのに必要とされる浮力効果に加えることにより、デッキを安定させるようにする。リフト力及びドラグ力の両方は流れの速度の２乗に比例するので、これらの力は強い流れ中でも十分に大きな力で持ってシステムを安定させ、リフト成分とドラグ成分とは釣り合ったままでいる。

図１１は、図１０Ｂに示されている例に本発明を実施した例を示す。この実施例においては、デッキ１の下の空間がこの空間を封鎖するために設けられていると共に“Ｘ−Ｘ”で示されている封鎖体によりほとんど完全に、すなわち実質的に封鎖されている。この効果は、断面“Ａ−Ａ”の位置で水中の流水の大部分を上昇せしめるように強制すると共に、タービン３が配置されている断面“Ｃ−Ｃ”の位置での水中の減少した高さにわたって流れを圧搾することにあることを、見ることができよう。

デッキの凸面の上側の形状は、水面を横切る流れが均一で加速されるようにする。小量の水は、図１１に示されているように、封鎖体“Ｘ−Ｘ”の上でかつデッキの真下のひとつ又は複数のスロット１２を通して、デッキの下を任意に漏出することができるようにされている。これは、主として、乱流境界層がデッキの頂部を横切る流れと衝突するのを防止するものであり、基本的には、下側で漏れる小量の水の流れが、滑らかに流動する主流の一部分をデッキの下に流出することにより、境界層の高さを制限する。

図１１に示される本発明の利点は、タービンを通る水の流れをより一層均一にして乱流を少なくすることのみならず、水の流れを十分に加速させて小さなタービンからより大きくの動力を得ることができることにある。

流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの一例を示す斜視図であって、一列の複数のタービンがデッキにより担持されている。 海底に取り付けられて水面より下の作動位置であるときの図１Ａのデッキ及びタービンの端面図である。 図１Ｂのデッキ及びタービンの正面図である。 図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキを水面にまで上昇させる手段の一例を示す端面図であって、デッキ及びタービンが水面にまで上昇した位置であるときを示す。 図２Ａのデッキ及びタービンの正面図である。 図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキを水面にまで上昇させる手段の他の例を示す端面図であって、デッキ及びタービンが水面よりも下の作動位置であるときを示す。 図３Ａのデッキ及びタービンの正面図である。 図３Ａのデッキ及びタービンが水面にまで上昇した位置であるときを示す端面図である。 図３Ｃのデッキ及びタービンの正面図である。 図１Ａ〜１Ｃに示されるデッキを水面にまで上昇させる手段の更に他の例を示す端面図であって、デッキ及びタービンが水面よりも下の作動位置であるときを示す。 図４Ａのデッキ及びタービンが水面にまで上昇した位置であるとき示す端面図である。 図４Ａのデッキ及びタービンの正面図である。 図４Ｂのデッキ及びタービンの正面図である。 流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービンがデッキにより担持されている。 海底に取り付けられて水面より下の作動位置であるときの図６Ａのデッキ及びタービンの正面図である。 流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービンがデッキにより担持されている。 海底に取り付けられて水面よりも下の作動位置であるときの図７Ａのデッキ及びタービンの端面図である。 図７Ｂのデッキ及びタービンの正面図である。 流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す斜視図であって、一列の複数のタービンがデッキにより担持されている。 海底に取り付けられて水面より下の作動位置であるときの図８Ａのデッキ及びタービンの端面図である。 図８Ｂのデッキ及びタービンの正面図である。 流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用されるデッキの更に他の例を示す正面図であって、一列の複数のタービンがデッキにより担持され、これらのデッキ及びタービンが水面より下の作動位置であるときを示す。 図９Ａのデッキ及びタービンが水面にまで上昇した位置であるときを示す正面図である。 流水により駆動されるタービンシステムための、本発明による支持構体において使用される２つの異なる形状のデッキに関しての水の流れを示す図である。 図１０Ｂに示されている例に本発明を実施した例を示す図である。

Claims (2)

1. 流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体において、細長い縁区域を有する、矩形でかつ流線形断面のデッキ（１）を流水の底（ＳＢ）に関して高い水平位置に位置させることが可能であり、前記デッキ（１）が前記流水の底（ＳＢ）に定着した手段により適所に保持されて、その前記細長い縁区域が水の流れの方向を横切って延びており、前記デッキ（１）が直立する少なくとも１つのタービンアセンブリ（３）を水の流れでもって作動せしめるように流水中に位置させることができ、前記タービンアセンブリ及びこのタービンアセンブリに関連するロータの全てが前記デッキの上面の上に設置され、また、前記デッキ（１）を、このデッキが前記流水の底（ＳＢ）に定着した前記手段に固定されている、その作動位置と水面（ＷＬ）に隣接する第２の上昇位置とに移動させることができる手段が設けられ、前記デッキの前記第２の上昇位置への移動により前記デッキに関連している前記タービンアセンブリ（３）を前記水面（ＷＬ）よりも上に位置させることができるようにし、前記デッキ（１）がその前記作動位置であるときには空間が前記デッキの下面と前記流水の底（ＳＢ）との間に形成され、前記空間は前記デッキに関しての水流が前記デッキの上面にわたって、したがって前記ロータ及びこのロータに関連する前記タービンアセンブリを通して生じて加速されるように封鎖体（Ｘ−Ｘ）により実質的に封鎖され、更に、前記封鎖体（Ｘ−Ｘ）が前記デッキ（１）の下面との間に狭いスロット（１２）を残して、水流の小量部分を前記デッキ（１）と前記封鎖体（Ｘ−Ｘ）の頂部との間の前記スロット（１２）を通して流出させることができるようにし、これにより前記デッキの存在により生じた乱流境界層（ＢＬ）が前記デッキの頂部にわたってそらされるのを防止し、これにより前記ロータを通しての平均水流速度の増大が生じ、これにより前記タービンアセンブリの動力出力を改善するようにしたことを特徴とする支持構体。
2. 流水により駆動されるタービンシステムのための支持構体において、細長い縁区域を有する、矩形でかつ流線形断面のデッキ（１）を流水の底（ＳＢ）に関して高い水平位置に位置させることが可能であり、前記デッキ（１）が前記流水の底（ＳＢ）に定着した手段により適所に保持されて、その前記細長い縁区域が水の流れの方向を横切って延びており、前記デッキ（１）が直立する少なくとも１つのタービンアセンブリ（３）を水の流れでもって作動せしめるように流水中に位置させることができ、前記タービンアセンブリ及びこのタービンアセンブリに関連するロータの全てが前記デッキの上面の上に設置され、また、前記デッキ（１）を、このデッキが前記流水の底（ＳＢ）に定着した前記手段に固定されている、その作動位置と水面（ＷＬ）に隣接する第２の上昇位置とに移動させることができる手段が設けられ、前記デッキの前記第２の上昇位置への移動により前記デッキに関連している前記タービンアセンブリ（３）を前記水面（ＷＬ）よりも上に位置させることができるようにし、前記デッキ（１）はその下面よりも大きな凸面である上面を有し、前記タービンアセンブリを通る水流を加速するために、前記デッキ（１）の下の空間は封鎖体（Ｘ−Ｘ）により実質的に封鎖され、これにより、前記デッキは、このデッキに関しての水流の大部分を上昇せしめると共にその前記凸面である上面にわたってかつ前記タービンアセンブリ（３）のロータを通して加速せしめ、更に、前記水流の小量部分を、前記デッキ（１）の下面と前記封鎖体（Ｘ−Ｘ）の頂部との間の狭いスロット（１２）を通して流出させることができるようにし、これにより乱流境界層（ＢＬ）が前記デッキ（１）の頂部にわたってそらされるのを防止し、これにより前記タービンアセンブリ（３）のロータを通しての平均水流速度の十分な増大が得られ、これにより前記タービンアセンブリ（３）の動力出力を改善するようにしたことを特徴とする支持構体。

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