JP5053286B2 - 潮汐流エネルギー変換システム - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー変換システム、特に、潮汐エネルギー(tidal energy)を電気エネルギーへ変換するのに適したエネルギー変換システムに関する。

継続維持可能(sustainable)なエネルギーは、世界中でエネルギー産生の不可欠な部分となってきている。しかしながら、それは今のところ、産生されるエネルギーのごく一部を占めるに過ぎないが、増加傾向にある。アイルランドもまた、京都議定書に従い、その再生可能エネルギー(renewable energy)の産生を拡大させようとしており、多くの枠組みが既に実施され、未来に向けて更なる計画が為されている。

我々の惑星に作用する主要な力は、月が及ぼす重力の力、および、より少ない程度で太陽がが及ぼす重力の力であって、とりわけそれらは我々の惑星の海に作用する。この重力の力(gravitational force)は、我々の惑星の回転と共に、何十億ガロンもの水を１日に２度動かし、それは通例、潮汐流(tidal flow)として知られている。何十年もの間、人々は、このエネルギーを利用しており、河口などを横切る潮止堰（tidal barrage）を建造するのに正当な理由となる充分な潮高（tidal head）のある場所で、このエネルギーを利用してきた。潮汐が完全に満ちると堰へのゲートが閉まり、水がタービンを通って流れて電気エネルギーを産生する。しかしながら、このシステムは、産生されるエネルギーが堰を建造する多大なコストを埋め合わせることができる場合にのみ、経済的に実行可能となる。

従って、本発明の目的は、水体(body of water)の潮汐運動から電気エネルギーを生成するためのエネルギー変換システムを提供することであって、海岸および河口の壊れやすい生態系に大きな影響を及ぼさない該システムを提供することである。

本発明の更なる目的は、水体の潮汐運動によって作動するエネルギー変換システムを提供することであって、周囲の土地の冠水をもたらすことも必要とすることもなく、且つ局地的な潮汐の状況を著しく変化させることもない該システムを提供することである。

本発明の一層更なる目的は、水体の潮汐運動から電気エネルギーを生成するためのエネルギー変換システムを提供することであって、大規模な展開が容易にできて、かなりの量の電気エネルギーを産生する該システムを提供することである。

本発明はそのために、水体の潮汐エネルギーを利用するためのエネルギー変換システムを提供し、当該システムは、バリアを有し、該バリアは、水体の少なくとも一部分の下に、かつ、水体の少なくとも一部分を渡って配備可能であり、かつ、当該システムは、前記バリアに連結されたトランスデューサを有し、該トランスデューサは、使用時に、バリアにかかる潮汐の圧力を電気エネルギーへ変換するのを助長するものである。

好ましくは、バリアは、少なくとも一つのセールを有し、該セールは、水体中で潮汐が流れている方向に対して、実質的にそれを横断する方向に移動するように適合している。

好ましくは、バリアが、少なくとも一つの支持体を有し、該支持体には、各セールが固定されており、前記少なくとも一つの支持体は、トランスデューサに連結されている。

好ましくは、各セールが、実質的に剛性を持ったフレームを有する。

好ましくは、各セールの配置構成が、潮汐の流れの方向に関係なく当該システムを機能させ得るように適合可能である。

好ましくは、前記支持体が、上方ケーブルおよび下方ケーブルを有する。

好ましくは、バリアが少なくとも１つのセールアレイを有し、該セールアレイは複数のセールを有し、これら複数のセールは、お互いに、対応して、概して平行に間隔をおいた関係にて、固定されており、該アレイが前記支持体にヒンジ式に取り付けられている。

好ましくは、各セールアレイが、潮汐流の方向に対する望ましいセールの位置合わせをもたらすように適合化されたトリム手段を有する。

好ましくは、トリム手段が、使用時に前記アレイの下流側に位置する翼板を有する。

好ましくは、各アレイが、１つの支持体にまたは各支持体に、ある軸の周りでヒンジ式に取り付けられており、該軸は、使用時に、アレイの圧力の中心と実質的に一致する。

好ましくは、各アレイが、１つの支持体にまたは各支持体に、ある軸の周りでヒンジ式に取り付けられており、該アレイは、該軸の周りで質量バランスがとれている。

好ましくは、上方および下方ケーブルが、それぞれ、閉じたループを有する。

好ましくは、前記バリアの両側にガイド手段を有し、それらガイド手段は、それぞれ、反転する経路を規定し、上方および下方ケーブルが、該経路に沿って動くように制限される。

好ましくは、ガイド手段が、トランスデューサに連結されている。

好ましくは、ガイド手段が、ガイドホイールのアレイを有し、該ガイドホイールの少なくとも一つは、個々の上方または下方ケーブルによって駆動され、前記少なくとも一つのガイドホイールが、トランスデューサに連結されている。

好ましくは、ガイドホイールが、各シャフト上に、間隔をおいた関係にて取り付けられた一対で構成されている。

好ましくは、各セールアレイが、個々のトリム手段の方向付けを、第１ポジションと第２ポジションとの間で切り替えるための手段を有する。

用語「バリア(barrier)」は、本明細書で使用する場合、それに作用すべき水の広がりを横切って位置し得るセール(sail)のアレイ（配列体）またはそれに類するものを意味することを意図しており、それを通り過ぎる水の物理的な通過を妨げる障害を意味することは意図していない。

用語「セール(sail)」は、本明細書で使用する場合、水の潮汐流といった流体の流れの中に置かれた場合に、推力(thrust)を生成することが可能なあらゆる表面を意味することを意図している。

用語「ヒンジ式に(hingedly)」は、本明細書で使用する場合、一つのコンポーネントを別のコンポーネントへ取り付けて、二つのコンポーネントがヒンジ動作する、即ち、お互い関連して動くことができるようにする方法を意味することを意図しており、実際のヒンジを有する結合に限定されることは意図していない。

用語「質量バランスがとれている(mass balanced)」は、本明細書で使用する場合、軸の周りにピボット回転可能に取り付けられたコンポーネントまたは装置の重さが、該コンポーネントが軸上でバランスを保つようにして、軸の周りに分布していることを意味することを意図している。

添付の図面を参照しながらこれより本発明を説明する。

これより添付の図面の図１から７を参照して、電気エネルギーへの変換のための潮汐エネルギーの利用において使用されるエネルギー変換システム（１０で全体的に表す）の第１の実施態様を説明する。当該システム１０は、バリア１２を有し、該バリア１２は、使用時に水体１８を横切ってかつその下に吊り下げられており、示した実施態様においては、水体１８は水路(channel)１６の内部に位置している。バリア１２は、以下に詳細に説明するように、システム１０の効果を最大化するために水路１６の幅の大部分を横断し得るのが好ましい。バリア１２は、図６および７に示すように、両端において、一対のトランスデューサ（transducer、変換器）１４に連結されており、該トランスデューサ１４は、好ましくは、水路１６の両側で陸地を基部(land based)としており、その目的のために特に設けられたハウジング３４内にある。当該システム１０は、再び以下により詳細に説明するように、協同で働くバリア１２とトランスデューサ１４とによって、水体１８からの潮汐エネルギーを電気エネルギーに変換するよう適合化されている。

上述のように、特に添付の図面の図１および２を参照して、バリア１２は、示した実施態様では、それぞれが各サポーティングフレーム２２に取り付けられた複数のセール２０によって形成され、各セール２０は好適な特性を持った材料から形成されている。バリア１２、および、結果としてセール２０は、冠水しており、通常は塩水中にあり、かつ、使用時にかなりの力を受けるので、該セール２０は、必要とされる強度、柔軟性および非汚染性の特性を有する素材から形成されることが好ましい。そのような素材の例としては、アラミド、ポリマー、カーボン繊維、１００％ナイロンなどである。バリア１２は、上方ケーブル２４および下方ケーブル２６の形態になっている支持体(support)によって組み立てられており、上方ケーブルおよび下方ケーブルの両者は、好ましくは、スチールブレードまたは任意の他の好適な同等物から形成されている。上方および下方ケーブル２４、２６は、以下に説明するような種々の追加的な要素と組み合わさって、該バリア１２の意図された配置構成および方向付けを維持し、かつ、該バリア１２に作用する力の効率的な伝達（以下に記載するように、使用時における、トランスデューサ１４への伝達）をもたらす役目を果たす。

バリア１２が水路１６内に吊り下げられたままでかつ沈まないことを確実にするために、複数のブイ２８が上方ケーブル２４にその長さに沿って固定される。下方ケーブル２６に加えて、バリア１２の重量は、該バリア１２が実質的に垂直に方向付けられて維持されるのを確実にする。しかしながら、当該システム１０の稼動条件に応じて、追加のバラスト（図示せず）が下方ケーブル２６、または、バリア１２自体に固定されても良い。各ブイ２８は、係留綱(tether)３０によって上方ケーブル２４に留められ、該係留綱３０は、示した実施態様では、約１０メートルの長さであり、水体１８の水面下１０メートルの深さにバリア１２があるのを可能にする。即ち、これにより、大半のボート（図示せず）がバリア１２に干渉することなくそこを通過することができるのが確実になる。このようにして、バリア１２は、陸を基部とするトランスデューサ１４の各ペアにも固定されているので、該バリア１２は、水路１６をわたって延び、水体１８の潮汐流による作用を受ける。

次に述べるように、図２を参照すると、潮汐が矢印Ａの方向に進むにつれ、バリア１２の各セール２０は、それへの水圧の結果として、力を受けて外側へ前記の方向に膨らみ(bellow)、それぞれのフレーム２２がこの膨らんだ方向にセール２０を固定する。各フレーム２２は、好ましくは、潮汐流の方向の約４５°の角度に配置され、この角度は当然、エネルギー変換システム１０の稼動条件および要求に応じて様々であってもよい。

従って、各セール２０は、ボートのセール（図示せず）のように働き、図２において矢印Ｂで示されるように、潮汐流の方向に対し横切る(transverse)力を生成することが理解されよう。この力によって、バリア１２の全体が、水路１６を渡って矢印Ｂの方向に引っ張られ、その各段階は、図１に示されている。図１ａは、潮汐が流れ始めたときのバリア１２のポジションを示しており、図１ｂは、水路１６の半分のところまで渡った該バリアを示しており、そして図１ｃは、水路１６の離れた側に到達したバリアを示しており、それはちょうど潮汐が向きを変え始めるときである。水路１６をわたるこの移動は、バリア１２が移動して離れて行くトランスデューサ１４から引き出されている上方ケーブル２４および下方ケーブル２６の追加の長さによって助長される。バリア１２によって生成され矢印Ｂの方向を向いた力は、以下に説明するように、各トランスデューサ１４によって電気エネルギーに変換される。バリア１２の反対側では、結果として上方ケーブル２４および下方ケーブル２６に作られるたるみ(slack)が、バリア１２が向かって行く方のトランスデューサ１４によって取り上げられ、これについても説明するように、それにより、図２において矢印Ａで示している潮汐流の方向を横切る整列からバリア１２が流れ出てしまうのが防止される。しかしながら、図３ａに示すように、バリア１２は、そこに作用する潮汐力の結果としてわずかに湾曲することがある。当然ながら、潮汐流の方向に対して、バリア１２が横切る方向付けを維持するために、この湾曲を最小限に維持することが好ましい。

潮汐の流れの方向が反転すると（それはおおよそ６時間毎に起こる）、そのとき各セール２０は、力を受けて反対方向へ外側に膨らまされ、それはセール２０の柔軟性、およびそれを支持するフレーム２２の固定的な性質によって助長される。フレーム２２は、潮汐流の方向から約４５°の角度であることが好ましいため、各セール２０は、潮汐流の方向に関係しない、おおよそ同じ配置構成および方向性を有する。潮汐流が反転すると図１ａ−ｃに示す段階は逆転し、バリアは水路１６をわたって右から左へと戻って行く。図３ｂを参照すると、バリア１２と、上方および下方ケーブル２４、２６とは、それらが受ける抵抗力により反対方向にわずかに膨らむ。バリア１２の運動のこの反転を助けるために、以下に説明するように、バリア１２の両側にあるトランスデューサ１４の稼動もまた、反転されなければならない。

水路１６をわたるバリア１２の各横断の間に、最大の電気生成を達成するために、バリア１２は、水路１６をわたる可能な最長距離を移動することが好ましい。これは、バリア１２を形成するセール２０の個数および寸法を変えることにより達成される。明らかに、セール２０の個数が多くなるほど、バリア１２によって生成される力は大きくなり、従ってより多くの電力が生成される。図４および５に関して、セール２０の形状、およびそれゆえ周囲のフレーム２２の形状を変化させてシステム１０に所望の稼動上の特徴を付与しても良い。明らかに、セール２０が大きくなるほど、生成される力は大きくなるが、生成される抵抗力も大きくなり、結果として潮汐流の方向へのバリア１２の膨らみ（bellowing）も大きくなる。各セール２０は、複数の留め具３２によって各フレーム２２に解除可能なように固定され、それにより故障したセール２０の修理または交換を可能とすることが好ましい。

次に図６および７に移って、バリア１２によって生成される力を電力に変換する一つの方法をこれから説明する。上述のように、バリア１２の両側で、上方ケーブル２４および下方ケーブル２６は、それぞれのトランスデューサ１４にそれぞれ連結され、それらの構成および作動は同じである。従って、トランスデューサ１４の一方の構成および作動を説明すれば十分であり、この場合は、上方ケーブル２４が連結されるトランスデューサ１４とする。トランスデューサ１４の各ペアは、上に説明したように、好適なハウジング３４の中に位置している。該トランスデューサ１４の主要なコンポーネントは、ドラム３６であり、その周りにはある長さの一本の上方ケーブル２４が巻かれて固定されている。該ドラム３６は、軸３８に取り付けられ、その片側はギヤボックス４０に連結されている。該ギヤボックス４０は、順次に、第二のギヤボックス４２に連結され、それがまた順次に発電機４４に連結され、発電機４４は、直接的に国内電力網(national grid)または好適な蓄電設備（図示せず）に連結されても良い。任意の他の好適な同等物がギヤボックス４０および第二のギヤボックス４２に取って代わっても良いのと同様に、単一のギヤボックス（図示せず）がギヤボックス４０および第二のギヤボックス４２に取って代わっても良いことは、当然理解されよう。

このように、バリア１２が水路１６を行き来し始めるとき、上方ケーブル２４（および隣接するトランスデューサ１４に連結された下方ケーブル２６）は、ハウジング３４から引き出され、ドラム３６はそのため、その軸３８で回転し始める。しかしながら、水路１６を行き来するときのバリア１２の速さは遅いため、ドラム３６の回転は比較的遅く、それが理由でギヤボックス４０がそこへ連結される。従って、上方ケーブル２４がドラム３６から外へ引き出されるにつれてドラム３６が回転するとき、ギヤボックス４０は、第二のギヤボックス４２をより高速度で稼動させ、それが次に発電機４４を駆動させて電力を生み出す。

上に説明したように、潮汐流の流れの方向が反転する時に、バリア１２の対向側にある一組のトランスデューサ１４は電力を生成し始めるが、その一方で、バリア１２がそのときそちらへ進んでいる方の一組のトランスデューサ１４を利用して上方ケーブル２４および下方ケーブル２６の両方のたるみを取らなければならない。このたるみ取りを達成するために、各トランスデューサ１４は、モーター４６（図６および７の右側のトランスデューサ１４には示していない）を更に有し、前記モーター４６は、示した実施態様では、ドラム３６の対向側に取り付けられている。モーター４６が使用されてドラム３６の回転を反転させ、こうしてケーブル２４、２６のたるみを巻き上げる。トランスデューサ１４および特にドラム３６によってかかる高負荷のため、各ドラム３６は、好ましくは、フレーム４８または好適な同等物によって地面に固定される。ケーブル２４、２６を各ドラム３６へ巻き戻すときにエネルギーが消費されるが、前記エネルギー消費は当該システム１０によって生成されるエネルギーよりもずっと少なく、従ってシステム１０によって産生される正味のエネルギーは正であることは理解されよう。

また、ケーブル２４、２６が各トランスデューサ１４から送り出されるとき、水路１６を行き来する間、バリア１２を適切な深さに維持するために、追加のブイ２８がケーブル２４、２６へ自動的に連結される必要があることも理解されよう。これは、任意の従来の方法で行えば良い。

ここで添付の図面の図８〜１５を参照すると、エネルギー変換システム（全体的に１１０で示す）の第２の実施態様が示されており、該システムもまた潮汐エネルギーを電力に変換するよう適合化されている。この第２の実施態様では、同様のコンポーネントは同様の参照番号を与えられており、また特に明記しない限り、同様の機能を果たす。第１の実施態様と同様、システム１１０は、使用時に水体１１８を横切っておよびその下にぶら下がったバリア１１２を有し、ここで水体１１８は、水路１１６内または同様の好適な位置に位置する。

図１１Ａを参照すると、当該システム１１０は、矢印Ａで示された第一の方向に流れる潮汐流と共に示されており、一方、図１１Ｂは、当該システム１１０を、反対方向に流れる潮汐流と共に示している。バリア１１２は、閉じたループとしての上方ケーブル１２４および下方ケーブル１２６（図１１では見られない）と共に形成され、該ループは、該バリア１１２の両側に端部７０を有し、そこで該ケーブル１２４、１２６の経路は、以下に詳細に説明するように、実質的に１８０度反転される。複数のセールアレイ１１９（図１１では示されていない）が上方および下方ケーブル１２４、１２６の間に順次それらに沿って取り付けられており、ここで前記セールアレイ１１９は、以下に詳細に説明するように、電力を生成するために水路をわたってケーブル１２４、１２６を移動させるのに適合化されている。当該システム１１０は、これについても以下に説明するように、潮汐流の方向に関係なく、上方および下方ケーブル１２４、１２６が、それらによって規定される閉じた経路を回って一方向にのみ移動するように構成される。

示した実施態様では、各端部７０は、好ましくは陸地を基部としている、該端部７０は、水体１１８内に移動されても良いことは理解されるであろう。しかしながら、これはバリア１１２が機能する長さを短くし、また、システム１１０の初期配備に大きな困難をもたらす。従って、各端部７０は陸地を基部としていることが好ましいが、水路１１６のそれぞれの側で土手に切れ込んだ、水で満たされた水路中に位置して、水体１１８と流体的に連通しているのが好ましい。この配置構成は、ひいては、水体１１８から両側の岸に移り変わるために、上方および下方ケーブル１２４、１２６を水体１１８から引き揚げる必要性を回避する。従って、当該システム１１０は、各端部７０を横断するために、各セールアレイ１１９、およびそれを支えるケーブル１２４、１２６を、水１１８から持ち上げる労力を消費する必要がない。更に、上方ケーブル１２４および下方ケーブル１２６を水中に維持することにより、バリア１１２の有効重量が低下し、それゆえケーブル１２４、１２６の強度をそれに応じて選択して、必要とされるケーブル１２４、１２６の強度およびその結果としてその重量を低減することができる。各端部７０は、好ましくは、５００メートルから１キロメートルの間の直径またはスパンを有するが、これは当然、バリア１１２が渡って配備される水体１１８の、特定の要求に適するように変化させてもよい。

特に図８および１２を参照すると、バリア１１２は、少なくとも一つ、好ましくは複数のセールアレイ１１９（図１１には示されていない）を有し、各アレイ１１９は、複数のセール１２０を有し、ここでセール１２０もまた、好ましくは、任意の好適な素材（例えば、アラミド繊維を基にした布帛、ポリマー、カーボン繊維、または、ナイロン）から形成される。より詳細に以下に説明するように、各セール１２０は、実質的に剛性を有するフレーム１２２内に固定され、また、アレイ１１９全体は、上方ケーブル１２４と下方ケーブル１２６との間にピボット回転可能に取り付けられる。バリア１１２は、好ましくは、上方ケーブル１２４と下方ケーブル１２６との間でバリア１１２の全長にわたって順次に配置された多数のセールアレイ１１９を有する。

複数のセール１２０（示した実施態様のアレイ１１９では、全部で５個が備わっているが、より多いまたはより少ない個数であっても良い）は、実質的に剛性を有する横断部材(cross member)６０によって、お互いに、関連しかつ実質的に平行に固定される。当然、任意の他の手段を使用して、該セール１２０を説明したポジションに固定しても良い。横断部材６０は、任意の好適な手段（例えば、溶接）によって各フレーム１２２に固定される。セールアレイ１１９は、心軸(axle)６２を更に有し、該心軸は、上方ケーブル１２４と下方ケーブル１２６との間にピボット回転可能に取り付けられ、かつ、それぞれのフレーム１２２を通って中央のセール１２０にも堅固(rigidly)に固定される。心軸６２は、上方ケーブル１２４から下方ケーブル１２６へと連続的に延びているものとして示されているが、セールが妨げられずに両方向に膨れるのを可能にするために、中央セール１２０の部分で中断される、即ち存在しないのが好ましい。従って、該心軸６２は、実際には、２つのスタブ(stub)軸（図示せず）の形態であることが好ましく、一方は、中央フレーム１２２の最上点と上方ケーブル１２４との間に固定され、他方は、中央フレーム１２２の最下点と下方ケーブル１２６との間に固定される。

図１０を参照すると、心軸６２が、上方ケーブル１２４にクランプされた好適なベアリング６４によって、上方ケーブル１２４にヒンジ式に取り付けられているのが見られる。同じ構成が心軸６２と下方ケーブル１２６との間に備えられる。このようにして、セールアレイ１１９は、心軸６２によって規定される軸の周囲で旋回することができ、それにより、図８に矢印Ａで示した潮汐流の方向に関して、アタック角度(angle of attack)を変動させ得ることが理解されよう。

各セールアレイ１１９は、翼板(vane、ベーン)６６の形態になっているトリム手段(trimming means、調整手段)を更に有し、これは、上方ケーブル１２４の下に、および、セール１２０の実質的に上に位置する。使用時には、該翼板６６は、アレイ１１９の下流側に位置するが、使用時に該翼板６６をアレイ１１９の上流側に位置させることが可能である。該翼板６６は、一組のストラット６８を介して心軸６２に固定される。翼板６６は、当然、中央フレーム１２２または横断部材６０に固定しても良い。しかしながら、翼板６６が、セール１２０の間を通る流れではなく、主要な潮汐流によって制御されることを確実にするためには、該翼板６６は、セール１２０の直後に位置しないことが好ましい。図８および１２では、最下部のストラット６８は、上述したように、中央フレーム１２２の最上部の下の位置で心軸６２に連結されているように示されているが、心軸６２は、セール１２０の領域に存在しないことが好ましい。従って、実際には、最下部のストラット６８は、示した位置のわずかに上、特に中央フレーム１２２の最上点の上の心軸６２上に位置する。

特に図９を参照すると、同図は図８に示したアレイ１１９の略図であって、翼板６６が、鉛直平面に、セール１２０のそれぞれの弦線(chord line)に対して特定の角度で配置され、それら全ては実質的に平行である。以下に詳細に説明する理由から、セールアレイ１１９が潮汐流に配備される時、自己姿勢調節（self trimming）翼板６６が、潮汐流の方向Ａと平行であるようそれ自身を整列させる。翼板６６は、注意深く設計することによって、セール１２０に対して角度をなしており、潮汐流と平行に整列した該翼板６６によって、セール１２０が最適なアタック角度で潮汐流の方向Ａに対して配置されるようになっている。本発明において、最適なアタック角度は、セール１２０が矢印Ｂの方向に最大の力を生成することになる角度である。この方向付けは、各アレイ１１９の心軸６２の周囲での静止質量の釣り合い、および各アレイ１１９の圧力中心が実質的に心軸６２上に位置するよう整列することの両方の結果として可能となる。静止質量の釣り合いとは、アレイ１１９の軸周囲での釣り合いをもたらすような態様にて、アレイ１１９の重量が軸６２の周囲で分布していることを意味する。即ち、アレイ１１９の重心は、実質的に軸６２上、またはその十分近くにあり、以下に記載する所望の結果をもたらす。

特定のアタック角度（この場合は最適なアタック角度）についての、アレイ１１９の圧力中心の位置は、各々のセール１２０のドラフト(draft)または湾曲を変化させることによって操作することができる。即ち、図９に示したように潮汐の影響で張って伸びた時のセール１２０が、アレイ１１９全体の圧力中心を心軸６２に位置合わせして位置させるエーロフォイル(翼、aerofoil)のプロフィールを持つように設計される。本実施態様では、これは、中央のセール１２０の圧力中心を心軸６２と位置合わせし、かつ、中央のセール１２０または心軸６２の両側に同数のセール１２０を備えることによって達成されている。

心軸６２の周りに静的に質量バランスをとったアレイ１１９と、心軸６２上に位置するアレイ１１９の圧力の中心とによって、使用時には、比較的小さな力で、心軸６２上でアレイ１１９を回転させることが可能である。即ち、翼板６６が潮汐流の方向Ａと平行な配列から外れて位置した場合、潮汐流によって翼板６６にかかる比較的小さな力が、翼板６６が潮汐流の方向Ａと平行になるまでアレイ１１９を回転させる。この方向付けでは、セール１２０は、潮汐流Ａに対して最適なアタック角度にある。上記設計によって、比較的小さな翼板６６が、セール１２０に作用する潮汐流によって生成されるはるかに大きな力にも関わらず、この位置にセール１２０を維持することが可能である。

図１１を参照すると、使用時において、上方および下方ケーブル１２４、１２６が潮汐流の方向Ａの方向にわずかに湾曲し、アレイ１１９（図１１には示さず）が水路１１６を横切る時にセール１２０（図１１には示さず）のアタック角度の変化をもたらすことが分かる。しかしながら、自己姿勢調整する翼板６６を備えることにより、任意の一つのセールアレイ１１９の位置に関係なく、各セール１２０が潮汐流の方向Ａに対して最適なアタック角度で配置されるのが確実になる。

図１１および１２を参照すると、当該システム１１０はトランスデューサ１１４を有し、該トランスデューサは、ガイドホイール７２のアレイの形態になっているガイド手段を有し、該ガイドホイールは、それぞれのシャフト７４上に間隔をおいた関係で取り付けられて、ペアになって配置され、上方および下方ケーブル１２４、１２６が、各ガイドホイールによって誘導され、また各ガイドホイールを通過する。バリア１１２の両側にある端部７０が、ガイドホイール７２のアレイによって実質的に規定されており、４対のガイドホイール７２が、示した態様の各端部７０に備えられて、上方および下方ケーブル１２４、１２６のための逆進の経路を規定しているのが分かる。

少なくとも一つの、好ましくはそれぞれのシャフト７４が、ギヤボックス９６を駆動し、該ギヤボックス９６は、図示するようなシャフト７４へ直接的に連結されていても良いし、されていなくても良い。即ち、各セールアレイ１１９が水路１１６をわたって移動させられる時、上方および下方ケーブル１２４、１２６は、ガイドホイール７２と接触しているため、ガイドホイール７２ひいてはシャフト７４を動かし、次いでシャフト７４がギヤボックス９６を動かし、ギヤボックス９６からエネルギーを従来の方法で引き出すことができる。ケーブル１２４、１２６と各ガイドホイール７２との間の滑りを低減または取り除くための措置を取っても良い。例えば、外周の「Ｖ溝」を各ガイドホイール７２に備えても良く、または、何らかの形態の表面粗化や表面処理をそこに施しても良い。

上述のように、当該システム１１０は、バリア１１２が、より具体的には、上方および下方ケーブル１２４、１２６が、潮汐流の流れの方向に関わらず、常に一つの方向に移動するように設計される。従って、各セールアレイ１１９が端部７０の一つに達し、その周囲を移動して端部７０から出て反対方向に移動する時、セールアレイ１１９自体が反転した方向性(reverse orientation)となり、姿勢調整する翼板６６が、潮汐流の方向に対して、必要に応じてセール１２０の後を追うのとは対照的に、セール１２０の先に立つことは理解されよう。しかしながら、姿勢調整する翼板６６を備えることは、各セールアレイ１１９が風向計と同様に働き、即ち水の潮汐流が風向計への風と同じように働いて、セールアレイ１１９が潮汐流の方向に正確に向くよう心軸６２の周囲で徐々に１８０°回転させることを意味する。この場合もやはり、アレイ１１９が心軸６２の周囲で静的に質量バランスが取れているようにし、かつ、アレイ１１９の圧力中心を心軸６２に合わせることによって、これは可能となる。このようにして、翼板６６に作用する比較的遅い潮汐流が、充分に、該翼板６６が再び潮汐流の方向に対してセール１２０の後を追うようになるまで、それぞれのアレイ１１９を心軸６２上で約１８０°回転させる。

しかしながら、それぞれの端部７０を出る時、各アレイ１１９は、平行線上の即ちバリア１１２の上流部分のアレイ１１９とは反対方向に水路１１６を横切って移動しなければならず、従って、個々の各セール１２０は、異なる最適のアタック角度を取らなければならない。実際には、バリア１１２の下流側にあるアレイ１１９は、バリア１１２の上流側にあるアレイ１１９のアタック角度に対して、実質的に鏡像(mirror image)であるアタック角度を有しなければならない。従って、姿勢調整する翼板６６は、初期にはセール１２０の弦線に対して正しくない角度にあり、この角度に維持されれば、セール１２０が潮汐流の方向に対して非効率的なアタック角度に方向付けられている結果になることが理解されよう。そのため、翼板６６は、図１３および１４にそれぞれ示すように、第１ポジションと第２ポジションとの間で移動可能である。第１ポジションでは、翼板６６は、水路１１６を横切る一方の方向へのアレイ１１９の移動をもたらすようなポジションとなり、一方、第２ポジションでは、該翼板６６は、水路１１６を横切る反対の方向にアレイ１１９を移動させる。第１ポジションと第２ポジションとの間のその移動を促進するために、翼板６６は、ストラット（struts）６８同士の間において、該翼板６６の前縁(leading edge)８２に隣接したピボット軸８０上にピボット回転可能に取り付けられる。

翼板６６は、例えばアレイ１１９が端部７０の一方の周りを移動し、心軸６２の周囲で１８０°回転した時に、必要に応じて第１ポジションと第２ポジションとの間で自動的に切り替わり、潮汐流の方向に再び正しく向くことが好ましい。従って、図１３から１５を参照すると、当該システム１１０は、各アレイ１１９と関連して働く切り替え手段を備えており、ここで前記切り替え手段は、セールアレイ１１９の方向性の反転時に、第１ポジションまたは第２ポジションのいずれかに、該姿勢調整する翼板６６を正しく方向付けるように適合化されている。示した実施態様では、該切り替え手段は、翼板６６の前縁８２から突き出ている弾性的に変形可能なアーム８４の形態になっており、かつ、それに対応する支柱(abutment)８６の形態になっており、該支柱は、それぞれのセールアレイ１１９の位置において上方ケーブル１２４の下面から下向きに伸びており、ここで該支柱８６は、心軸６２の両側に位置している。切り替え手段は、図１３から１５以外の図面にはいずれにも示していない。

図１３に示すように、アレイ１１９が、翼板６６がセール１２０を先行するポジションから、該翼板６６がセール１２０の後を追うポジションへと、心軸６２上で回転している時、約９０°の回転後、該翼板６６は、上のケーブル１２４の直下を通過する。その時、アーム８４は、支柱８６と接触し、特に、図１３に示したように、その湾曲した先端８８と接触する。

アレイ１１９が心軸６２上で回転を続ける時、支柱８６は最初に、アーム８４の進行を止める。これは結果として、翼板６６が上方ケーブル１２４の下を通過する時に、翼板６６は、図１３に示した第１ポジションから図１４に示した第２ポジションへ行くよう力が加えられる。このポジションから、アレイ１１９が回転を続け、ひいては翼板６６が上方ケーブル１２４の下から離れる時、アーム８４の弾性的な性質により、アーム８４が十分に変形して、図１５に示すように、支柱８６の先端８８を通り過ぎることが可能になる。これに関して、先端８８の湾曲した性質が、該先端８８を越えるアーム８４の通過を容易にする。いまや第２ポジションに切り替わった翼板６６が潮汐流の方向と平行な配列となるまで、アレイ１１９は、上述したように、図１５に示した方向性から回転を続ける。そのようなポジションになった時、セール１２０は、最適なアタック角度に方向付けられ、矢印Ｂの方向に最大の力を生成する。従って、使用時に、アレイ１１９が端部７０の一つを越え、反対方向に戻って水路を移動し始める時に、該アレイが自動的に方向付けられ潮汐流に対して最適なアタック角度にあるセール１２０を与えることが、各アレイ１１９の翼板６６によって確実になる。

更に、潮汐が反転する時、例えば、図１１Ａと１１Ｂとの間で示したような時、この場合もやはり、各セールアレイ１１９は、翼板６６を備えている結果として、風向計と同様に、潮汐によって心軸６２の周囲でゆっくりと１８０°回転させられる。各アレイ１１９が１８０°回転し、近づいて来る潮汐と向き合うとき、翼板６６はセール１２０の後を追い、翼板６６は再び正しくない方向性となる。しかしながら、上述したように、アレイ１１９が心軸６２の周囲で回転する間に姿勢調整する翼板６６が上方ケーブル１２４の下を通過する時、切り替え手段８４、８６が姿勢調整する翼板６６の方向性を正す。

当該システム１１０、特に、セールアレイ１１９が水面下で用いられるので、切り替え手段８４、８６は、単純で強靱な機械的構成であることが好ましいが、アーム８４および支柱８６は、任意の他の機能的な同等物で置き換えることができることは理解されよう。例えば、何らかの形態のリンク構成（図示せず）を心軸６２と翼板６６との間に備えることができ、ここで前記リンク構成(linkage arrangement)は、心軸６２の回転に応じて第１ポジションと第２ポジションとの間で翼板６６を移動させるのように適合化されたものである。しかしながら、任意の他の好適な構成を用いても良い。

必要ならば１つより多くの翼板６６を備えても良いこと、および、翼板６６のポジションを変えて（例えば、翼板６６をセール１２０の下に置くことによって）その性能を最適化し、ここでもやはり、翼板６６が、セール１２０の間を通過する流れではなくて主要な潮汐流によって制御されるのを確実にしても良いことは理解されよう。

各アレイ１１９が水路１１６を渡る時の正しい向きに翼板６６を維持するために、翼板６６が、第１ポジションおよび第２ポジションのそれぞれにある場合に、そのポジションからの移動に対して抵抗を受けることもまた好ましい。この抵抗は、アレイ１１９が水路１１６にわたってそのように直線で移動している間、翼板６６を適切な位置に保持するのに十分である必要があるが、アレイ１１９が回転して移動する間にアーム８４および支柱８６がお互いを過ぎるのを強いられる時には、この抵抗は乗り越えられる。これは、任意の好適な方法（例えばストラット６８に備えられたボールデタント（図示せず）の従来の使用）によって達成することができ、対応する陥没（図示せず）が翼板６６の上端および下端に形成される。ここでもやはり、任意の他の好適な機能的な同等物を用いても良い。

第２の実施態様のセールアレイ１１９は、セール２０の代わりに、第１の実施態様のバリア１２と組み合わせて使用され得ることを理解すべきである。

図１ａ−ｃは、様々な作動の段階にある本発明のエネルギー変換システムの第１の実施態様の概略的な側面図を示している。 図２は、図１に示したシステムの、バリアを形成する部分の概略的な平面図を示している。 図３ａは、図１および２のエネルギー変換システムの概略的な平面図を示しており、ここでは、潮汐流は第１の方向に作用している。 図３ｂは、図３ａのエネルギー変換システムの概略的な平面図を示しており、ここでは、潮汐流は第２の方向に作用しており、第１の方向とは反対である。 図４は、図２のバリアの一部を形成するセールの概略的な正面図を示している。 図５は、代替的なセールの概略的な正面図を示しており、これは図２のバリアの部分を形成し得るものである。 図６は、本発明の第１の実施態様のエネルギー変換システムの部分を形成する一対のトランスデューサの概略的な平面図を示している。 図７は、図６のトランスデューサの概略的な正面図を示している。 図８は、本発明のエネルギー変換システムの第２の実施態様の部分を形成するバリアの斜視図を示している。 図９は、図８に示したバリアの概略的な平面図を示している。 図１０は、図８および９に示したバリアの部分を形成するベアリングアセンブリを示している。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、本発明のエネルギー変換システムの第２の実施態様の概略的な平面図を示している。 図１２は、図８のバリアの片側の一部分の斜視図を示しており、これは、エネルギー変換システムの第２の実施態様の部分を形成するガイド手段およびトランスデューサを示している。 図１３は、図８のバリアの部分を形成するトリム手段を示しており、該手段は第１ポジションにある。 図１４は、図１３のトリム手段を示しており、該手段は第２ポジションへとちょうど移動したところである。 図１５は、図１４のトリム手段を示しており、前記手段は同様に第２ポジションにあるが、図１４の位置からわずかに進んでいる。

Claims (14)

1. 水体の潮汐エネルギーを利用するためのエネルギー変換システムであって、
   当該システムは、バリアを有し、該バリアは、水体の少なくとも一部分の下に、かつ、水体の少なくとも一部分を渡って配備可能であり、かつ、
   当該システムは、前記バリアに連結されたトランスデューサを有し、該トランスデューサは、使用時に、バリアにかかる潮汐の圧力を電気エネルギーへ変換するのを助長するものであり、
   該バリアは少なくとも１つのセールアレイを有し、該セールアレイは複数のセールを有し、これら複数のセールは、お互いに、対応して、概して平行に間隔をおいた関係にて、固定されており、該セールアレイは支持体にヒンジ式に取り付けられており、
   前記セールアレイは、潮汐流の方向に対する望ましいセールの位置合わせをもたらすように適合化されたトリム手段を有し、該トリム手段は、使用時に前記セールアレイの下流側に位置する翼板を有するものである、
   前記エネルギー変換システム。
2. 上記の少なくとも一つのセールアレイが、水体中で潮汐が流れている方向に対して、実質的にそれを横断する方向に移動するように適合している、請求項１記載のエネルギー変換システム。
3. 上記の少なくとも一つのセールアレイが取り付けられた上記の少なくとも一つの支持体が、トランスデューサに連結されている、請求項２記載のエネルギー変換システム。
4. 各セールが、実質的に剛性を持ったフレームを有する、請求項３記載のエネルギー変換システム。
5. 各セールの配置構成が、潮汐の流れの方向に関係なく当該システムを機能させ得るように適合可能である、請求項３または４記載のエネルギー変換システム。
6. 上記支持体が、上方ケーブルおよび下方ケーブルを有する、請求項４または５記載のエネルギー変換システム。
7. 上記セールアレイが、上記支持体に、ある軸の周りでヒンジ式に取り付けられており、該軸は、使用時に、該セールアレイの圧力の中心と実質的に一致する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
8. 上記セールアレイが、上記支持体に、ある軸の周りでヒンジ式に取り付けられており、該セールアレイは、該軸の周りで質量バランスがとれている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
9. 上方および下方ケーブルが、それぞれ、閉じたループを有する、請求項６記載のエネルギー変換システム。
10. 上記バリアの両側にガイド手段を有し、それらガイド手段は、それぞれ、反転する経路を規定し、上方および下方ケーブルが、該経路に沿って動くように制限される、請求項９記載のエネルギー変換システム。
11. ガイド手段が、トランスデューサに連結されている、請求項１０記載のエネルギー変換システム。
12. ガイド手段が、ガイドホイールのアレイを有し、該ガイドホイールの少なくとも一つは、個々の上方または下方ケーブルによって駆動され、前記少なくとも一つのガイドホイールが、トランスデューサに連結されている、請求項１０または１１に記載のエネルギー変換システム。
13. ガイドホイールが、各シャフト上に、間隔をおいた関係にて取り付けられた一対で構成されている、請求項１２記載のエネルギー変換システム。
14. 上記セールアレイが、個々のトリム手段の方向付けを、第１ポジションと第２ポジションとの間で切り替えるための手段を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。

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