JP5738273B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力を発生する発電装置に関する。特に、しかしこれに限られるものではないが、本発明は、海中海流から電力を発生する発電装置に関する。

化石燃料の埋蔵量の減少に伴い、風力や潮力といった再生可能資源からエネルギーを利用する新しい方法の開発が求められている。

風又は海／川の流れから電力を発生する多くの装置が提案されてきたが、かかる装置の多くは、流体の流れが一方向または逆の方向からである場合にのみ動作しうる点で、一方向又は双方向のいずれかであった。例えば風に向かって回転する多方向装置もあるが、かかる装置はそれを行うために複雑な軸受構造を必要とする。

露出した可動部を有する海中発電装置のいくつかの設計では、漁網が装置に巻き込まれることがあるためこれらの可動部は漁船に危険を及ぼしうるものであり、場合によっては漁網が海底まで引きずられうるため、更なる問題が生ずる。

従来の発電装置の更なる課題は、装置が動作しうる可能期間がかなり小さいことである。即ち、風や流れが小さすぎる場合や大きすぎる場合は、装置が動作することができない。

本発明の１つの面によれば、海中海流から電力を発生する発電装置が提供され、発電装置は、
筐体と、
回転軸及び入口を有する少なくとも１つのタービンと、
使用の際、少なくとも１つのタービン軸に対してほぼ垂直な方向に前記装置に近づく流体の入来する流れを前記タービン入口に向けて案内するよう構成された少なくとも１つのガイドベーンと、
前記／各タービンの回転を電力へ変換する少なくとも１つの発電機と
を含む。

１つの実施例では、本発明による装置は、入来する流体の流れの方向の平面は、タービン又はタービン軸の少なくとも１つに対してほぼ垂直であるため全ての方向からの流れを利用すうことができ、流れを電力の発生に用いる。全ての方向から電力を発生する装置は、高い有用性を有し、あまり向きが問題とならないため設置が容易である。

発電装置は、海中海流から電力を発生するのに適しているとして記載されているが、本発明の少なくとも１つの実施形態は風から電力を発生するのに適していてもよい。同様に、誤解を避けるため、電力を発生するのに使用されうる水流は、潮流に限られるものではなく、例えば、川におけるような高さの変化によって作られる水流、又は風によって生じた水流のような気候条件から発生する水流であってもよい。更に、潮津波のような技術的には水流として記載できないかもしれないいかなる流体の流れも、本発明の実施形態において利用されうる。

前記流体の流れは、使用の際に、前記／各タービン軸に対してほぼ垂直な方向に前記装置に近づきうる。

複数のガイドベーンがあってもよい。
前記／各ガイドベーンは、入来する流体の流れを前記タービンに向けるよう構成されうる。
前記／各ガイドベーンは、少なくとも１つの筐体表面に取り付けられうる。
前記／各筐体表面と前記／各ガイドベーンは流路を画成しうる。

前記／各流路の少なくとも一部分は、溝であってもよい。
前記／各流路の少なくとも一部分は、囲まれた導管であってもよい。
前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の入来する流れの前記方向を変化させるよう構成されうる。方向の変化は、２または３次元でありうる。

前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の水平の流れの前記方向を流体のほぼ垂直な流れへと変化させるよう構成されうる。
前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の入来する流れを加速させるよう構成されうる。流れを加速させることは、装置が比較的遅い入来する流れから電力を発生することを可能とすることにより、デバイスの有用性を増加させる。
入来する流体の前記加速は、前記流路の断面積を小さくすることによって達成されうる。

前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の入来する流れに回転を与えるよう構成されうる。
前記回転する流体は軸の回りを回転しうる。
前記回転軸は、少なくとも１つのタービン軸に対してほぼ平行であってもよい。
前記回転する流体は前記筐体の回りを回転しうる。かかる配置は、タービン翼によってスイープされた面積の５０％超にわたって移動流体をタービンへ送ることを容易とする。

前記流路のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分は線形であってもよい。
前記流路のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分は螺旋状であってもよい。
前記／各流路は線形部分及び螺旋状部分を含みうる。
前記螺旋状の部分は、前記タービン入口に隣接してもよい。
前記螺旋状の部分は、前記タービン入口に隣接し、前記螺旋状の部分を画成する前記ガイドベーンは、固定子として作用してもよい。
前記筐体表面は、使用の際、流体の入来する流れに対して鈍角をなして配置されうる。
使用の際、前記筐体表面に当たると、前記流体の流れは方向を変えてもよい。

前記筐体は、内側及び外側筐体を含みうる。
前記内側及び外側筐体は、少なくとも部分的に離間しうる。
前記内側及び外側筐体は、前記／各ガイドベーンによって少なくとも部分的に離間しうる。
複数のガイドベーンがある場合、前記内側筐体、前記外側筐体、及び隣接するガイドベーンの各対は、少なくとも１つの流路を画成しうる。
前記内側及び外側筐体は、装置入口を画成しうる。
前記内側及び外側筐体は、タービン入口を画成しうる。
前記内側及び外側筐体は、装置出口を画成しうる。

前記／各タービンは、前記装置入口と前記装置出口の間に配置されうる。装置入口と装置出口の間にタービン入口を有する１つの実施例は、タービンが筐体によって隠されることを可能とし、例えば漁網がタービンに巻き込まれる可能性を減少させる。
前記／各流路は、流体の流れを前記タービン入口に送るよう構成されうる。
各流路の前記断面積は前記流路の長さに亘って減少しうる。減少する流路面積は、流れの加速を生じさせ、より速い流体の流れをタービン入口へ送る。

１つの実施形態では、前記内側及び外側筐体は、円錐状又は円錐台状の領域を含む。「円錐状」という用語は、円形の断面を有する形状に限られるものではなく、六角形、十角形または任意の適当な形状でありうる断面を有する多数の線形部分を含む形状を含むことが意図されることが理解されるであろう。
この実施形態では、前記内側及び外側筐体は、積層関係にあってもよい。
この実施形態では、前記円錐状又は円錐台状の領域はほぼ平行であってもよい。
あるいは、前記円錐状又は円錐台状の領域は、流体の流れを前記タービンに向かって加速させるよう、収束しうる。

他の実施形態では、前記外側筐体はトロイド状であり、前記外側筐体は貫通孔を画成しうる。トロイド状とは、リングドーナツのような、貫通孔を画成する閉じた形状を意味する。
前記外側筐体貫通孔は、装置出口に向かって収束する円錐状内部面を画成しうる。
この実施形態では、前記トロイドの前記断面は三角形であってもよい。
前記内側筐体は、前記外側筐体貫通孔の中へ延びる先細面を画成しうる。
この実施形態では、前記内側筐体は円錐状領域を含みうる。
前記内側筐体は倒立円錐として配置され、前記円錐の一部は前記外側筐体貫通孔の中へと延びうる。

前記装置は台座を含みうる。
前記台座は、海底といった表面から前記筐体を離して持ち上げておくよう構成されうる。
前記台座は、前記筐体の下側の流路を画成しうる。
前記装置出口は前記台座流路に隣接しうる。

少なくとも１つの実施形態では、前記台座流路に沿った前記流体の流れにより、前記装置出口にベンチュリ効果が生じうる。かかる効果が生ずると、装置出口を通過する台座流路に沿った流体の流れは、装置の内側から流体を出口の外へ吸い出し、それが更に多くの流体をタービンを通して吸うと考えられている。

１つの他の配置では、前記装置出口は前記台座から遠位でありうる。
前記台座は、複数の脚部を含みうる。

１つの望ましい実施例では、前記台座は少なくとも３つの脚部を含む。
前記装置は、前記脚部に取り外し可能に取り付けられるよう構成されうる。筐体を取り外し可能に台座に取り付けることは、なんらかの故障の場合に、筐体を台座から取り外し、代わりのユニットと取り替えることを可能とする。故障のあるユニットを動作ユニットと取り替えることは、特定の位置におけるエネルギーの抽出を最大とする。
前記脚部は台座枠体によって接続されてもよい。
前記脚部は水平にすることを可能とするよう高さが調節可能であってもよい。

前記台座は膨張式のモールドを含みうる。モールドは、台座を海底に対して固定するために台座枠体の回りにコンクリート等が注ぎ込まれることを可能とするために与えられる。
前記モールドは基礎を含みうる。
前記基礎は、潰れた形態と膨らんだ形態の間で少なくとも部分的に膨張式でありうる。
前記モールド基礎は、コンクリートなどを充填することによって膨らまされうる。

１つの実施形態では、前記モールド基礎をコンクリートで膨らませることは、前記台座枠体をコンクリートの中に封入する。
前記モールドは少なくとも１つの壁を含みうる。
前記／各モールド壁は、潰れた形態と膨らんだ形態の間で少なくとも部分的に膨張式でありうる。
前記／各膨張式の壁は、海水を用いて膨らまされうる。
いったん膨らまされると、前記モールド壁は前記基礎から上向きに延びうる。
いったん膨らまされると、前記基礎と前記壁はバラストを受ける容器を画成しうる。水流速度が速い領域といった幾つかの環境では、装置に更なる重みを与えるために基礎の上にバラストを追加することが望ましい。
前記モールドは生分解性であってもよい。
前記モールド基礎は少なくとも１つのスリットを画成しうる。スリットは、膨らませる前に海底の位置へ沈められるときに基礎を通って水が流れるのを可能とする。

前記装置は、カウルを含んでもよい。
前記カウルは前記装置出口の隣に配置されうる。カウルは、排出流の加速を促進するよう排出の近傍で低圧領域が生ずるのを促進するよう設けられうる。

前記筐体表面は平滑でありうる。
あるいは、前記筐体表面は、表面の輪郭を画成しうる。
前記表面の輪郭は、窪み及び／又は突起を含みうる。例えば凹み及び／又は突起の表面形状は、表面に亘る流体の流れを向上させると考えられる。
前記筐体は筐体枠体を含みうる。
前記／各筐体表面は、前記筐体枠体に取り付けられうる。
前記／各筐体表面は、可撓性材料であってもよい。
あるいは、前記／各筐体表面は、剛性材料であってもよい。
前記／各筐体表面は、軽量材料を含みうる。
前記／各筐体表面は、リップストップナイロン、ポリエステル、ガラス強化エラストマー、ポリプロピレン、ケブラー（登録商標）、又は任意の他の適当な材料といった繊維を含みうる。

前記／各ガイドベーンは、可撓性材料であってもよい。
あるいは、前記／各ガイドベーンは、鋼等の剛性材料であってもよい。

前記／各ガイドベーンは、軽量材料を含みうる。
前記／各ガイドベーンは、リップストップナイロン、ポリエステル、ガラス強化エラストマー、ポリプロピレン、ケブラー（登録商標）、又は任意の他の適当な材料といった繊維を含みうる。前記／各ガイドベーンは前方端部を含みうる。前方端部は、流体の流れがガイドベーンの平面と平行であるとき、入来する流体の流れに最初に出会う各ガイドベーンの露出した部分の一部である。ガイドベーンの前方端部は、タービン軸を横切る平面におけるタービン軸から最も遠い、流体の流れに露出したガイドベーンの縁としても説明できる。

前記／各前方端部は、少なくとも１つの可撓部を含みうる。
前記／各可撓部は、前記流体の流れに応じて動くよう構成されうる。可撓性の部分が目的とするところは、流体の流れをより多く「集めて入れる」よう流体の流れがベーンに対して垂直である状況において、ベーンの表面積を増加させることである。流体の流れがベーンの表面に対して垂直であるとき、可撓性部分は、流体の流れを装置内へ向けるようベーンの前方端部から外向きに放射状に撓むよう構成される。可撓性部分は、流体の流れがガイドベーンの方向に平行であるときに、流れの向きと整列する位置へ移動するよう構成されうる。
各前方端部は、第１の可撓部及び第２の可撓部を含み、各可撓部は、反対方向から流れを集めるよう構成され、前記反対方向はいずれも前記ベーンの平面に対して垂直でありうる。

前記／各発電機は、ソフトスタートを含んでもよい。ソフトスタートは、ある持続時間に亘って発電機出力が構築されることを可能とする。ソフトスタートは、開閉装置および発電機自体にかかる過度の負担を緩和する。

１つの実施形態では、発電装置は、前記／各タービンと前記／各発電機の間にギアボックスを含む。
前記／各タービンは、複数の翼を含みうる。
前記翼は、タービン軸に可動に取り付けられうる。
前記翼は、前記タービン軸に回転可能に取り付けられうる。１つの実施形態では、タービン翼をタービン軸に回転式に取り付けることは、入来する流れの速度が可変であるときに、タービン軸の一定の回転速度が維持されうるよう翼の角度が調節されることを可能とする。
前記翼は、所与の流れの速度において最適な位置まで回転するよう自己調整されうる。

１つの実施形態では、前記入来する流れの前記速度が高まると、前記翼は、前記入来する流れの前記方向から遠ざかって曲がり、及び／又は、回転するよう構成されうる。
この実施形態では、前記流れの方向から遠ざかる前記曲げ及び／又は回転は、前記ばね付勢に対抗する。
前記装置は、前記装置入口によって前記装置流路に入るように集められていない流れを逸らせるよう構成された一又はそれ以上の導管を含みうる。
前記導管は、前記外側筐体によって画成される開口を含みうる。
前記導管は、前記タービン入口に隣接した前記装置流路の中へ流れを逸らせうる。
前記導管は、前記外側筐体の回りに配置される円錐状のカウルを含みうる。

本発明の第２の側面によれば、電力を発生する方法が提供され、前記方法は、
発電装置を流体の流れの中に設ける段階を含み、
前記流体は第１の方向に流れ、前記流体の流れの一部は前記装置によって受け取られ、少なくとも１つのガイドベーンは前記流体の流れを少なくとも１つのタービンの前記／各入口に向かって案内し、前記／各タービンは前記第１の方向に対してほぼ垂直な回転軸を有する。

本発明の第３の側面によれば、海中装置用の台座が提供され、前記台座は、
海中装置を支持するよう構成された枠体と、
膨張式のモールドとを含み、前記モールドは、コンクリートを用いて、いったん膨らまされると前記枠体の一部が前記コンクリートの中に埋め込まれるように膨らまされるよう構成される。

１つの実施形態では、モールドは膨張可能な壁を含む。

本発明の第４の側面によれば、流体の流れから電力を発生する発電装置が提供され、前記発電装置は、
枠体及び表面を有する筐体と、
タービンと、
前記／各タービンへの回転を電力へ変換する発電機とを含み、
前記筐体表面は、可撓性材料を含む。
可撓性材料は、繊維であってもよい。
装置は、入来する流体の流れをタービン入口へ向けて案内するよう構成された少なくとも１つのガイドベーンを含みうる。

本発明の第５の側面によれば、流体の流れから電力を発生する発電装置が提供され、前記発電装置は、
入口及び出口を有する筐体と、
前記筐体入口と前記筐体出口の間に配置されたタービンと、
前記筐体出口に隣接して配置されたカウルとを含み、
前記筐体は、前記筐体入口へ流れ込む流体を前記タービンへ向かわせるよう構成され、
前記カウルは前記筐体出口を通過して流れる流体が前記カウルによって逸らせるよう配置され、それにより前記筐体出口において低圧領域を発生させ、前記タービンを通して流体を吸引するよう構成された前記筐体出口において吸引力を生じさせる。

本発明の第１の及び続く側面の特徴は、本発明の他の側面に対しても適用可能であるが、簡略化の為に繰り返しての説明はしない。

本発明の第１の実施形態による発電装置を示す側面図である。 図１の装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態による発電装置を示す側面図である。 図３の装置の断面図である。 図１の装置の斜視図である。 図３の装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるタービン入口の概略図である。 組立中の図１又は図３の発電装置の台座枠体を示す斜視図である。 組立中の図１又は図３の発電装置のベースモールドを示す斜視図である。 組立中の図８の台座枠体及び図９のベースモールドを示す平面図である。 本発明の第４の実施形態による図１又は図３の装置の用途を示す概略図である。 本発明の第５の実施形態による図１又は図３の装置の用途を示す概略図である。 本発明の第６の実施形態による図１又は図３の装置の用途を示す概略図である。 本発明の第７の実施形態による図１又は図３の装置の用途を示す概略図である。 本発明の第８の実施形態による発電装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
まず、概して参照符号１００で示される本発明の第１の実施形態による発電装置の側面図である図１及び断面図である図２を参照する。

装置１００は、ステンレス鋼筐体１０４を含み、筐体１０４は、内側筐体１０６及び外側筐体１０８を更に含む。装置１００は、垂直軸タービン１１０、複数のステンレス鋼ガイドベーン１１２及びタービン１１０の回転を電力へ変換する発電機１１４を更に有する。筐体の最大径は６ｍであり、装置１００の高さは４ｍである。装置１００は、０．５ＭＷの電力を発生することが可能である。

外側筐体１０８は、略三角形の断面のトロイド１１６を含む。トロイド状筐体１０８は、外側表面１１８、内側表面１２０及び下側表面１２２を有する。下側表面１２２には、筐体１０４を海底１２６から離して持ち上げておく台座１２４が取り付けられている。外側筐体の内側表面１２０は、貫通孔１３０を画成し、内側筐体１０６がその中へ延びる。

内側筐体１０６は円錐状であり、外側表面１３２を画成する。内側及び外側筐体１０６、１０８は各々、ステンレス鋼パネル１３４で覆われた枠体１３２、１３３を含み、内側及び外側筐体１０６、１０８が多数の平坦な表面を有するようにされている。この配置では、円錐状の内側筐体１０６を通る断面は、円形ではなく、本例では１０面体であり、即ち内側筐体１０６の外側表面１３６は１０枚の鋼パネル１３４を含む。

内側筐体１０６は、筐体枠体１３２、１３３間に溶接された支柱（図示せず）によって外側筐体に支持される。

ガイドベーン１１２は、内側及び外側筐体１０６、１０８の外側表面１１８、１３６に溶接される。図示のように、各筐体１０６、１０８は先細であるため、隣接するベーン１１２間の隙間は狭まる。この配置は、発電装置１００を通過するにつれて流れを加速させるのに役立つ。

以下、特に図１を参照して発電装置１００の動作について説明する。
図１を参照するに、水流１５０は、タービン１１０の垂直軸１１１に対して垂直の方向に流れる。水流１５０は、流線１５０ａ−１５０ｈによって表わされる。図１に図示するように、水流の一部、すなわち、一番下の流線１５０ａで表わされる部分は、筐体１０４の下を流れる。水流のうちの異なる部分、即ち、次の４つの流線１５０ｂ−１５０ｅによって表わされる部分は、外側筐体の外側表面１１８上を流れ、外側筐体流１６０ａを形成する。外側筐体流１６０は、水流１５０に対して露出している外側筐体１０８の側面上の、外側筐体表面１１８とガイドベーン１１２の隣接対とによって画成される一連の流路１５２を、上に向かって流れる。明瞭性のため、外側筐体表面１１８へと流れ込む水流１５０ｂ−１５０ｅは、２つのガイドベーン１１２ａ、１１２ｂの間を流れる様子のみが示されている。

水流１５０は、２メートル毎秒で装置に引き込まれる。しかし、水は、外側筐体表面１１８を上に向かって流れるにつれて、ベーン１１２ａ、１１２ｂと外側筐体表面１１８とによって画成される流路１５２の狭まりによって加速する。流れは、流路１５２への水流１５０ｂ−１５０ｅの連続的な流れにより、狭まる流路１５２を通って押し込まれているため加速する。

同様に、６番目から８番目の流線１５０ｆ−１５０ｈによって表されている水流１５０の更なる部分は、内側筐体外側表面１３６に当たり、内側筐体流１６０ｂを形成する。内側筐体流１６０ｂは、タービン入口１６２へ向かって下がるように押し込まれ、タービン入口１６２の平面は、流線１５０が装置１００に引き込まれる前は流線１５０に対して略平行である。内側筐体１０６の場合、流れ１５０ｆ−１５０ｈは、隣接する内側筐体ガイドベーン１１２と内側筐体外側表面１３６とによって画成される内側流路１５４の狭まりによって加速される。この場合も、例えば、水流１５０はガイドベーンのうちの２つ１１２ｃ、１１２ｄによって囲まれる流路１５４を下に向かって流れている様子が示されているが、所与の水流の流れ１５０は、当該水流１５０に対して露出している全ての流路１５２，１５４によって集められることが理解されるであろう。殆どの場合、これは、任意の所与の時点において筐体１０４の露出表面積の最大で５０％におよぶ流路１５２、１５４となる。発電装置１００は、その性質上実質的に放射状であるため、装置１００はいかなる所与の方向からの水流の流れ１５０からも電力を発生しうる。

外側筐体流路１５２内の流れ１６０ａが内側筐体流路１５４内の流れ１６０ｂと出会うと、流れ１６０ａ、１６０ｂは合流して、タービン入口１６２を通ってタービン１１０へと流れる合流した流れ１６０ｃを形成し、タービン翼１７０を回転させる。

タービン入口１６２において、流体の圧力は比較的高い。対照的に、筐体出口１６４において、流体の圧力は比較的低く、筐体１０４の下を流れる水流の部分１５０ａは筐体出口１６４を通り、筐体出口１６４においてベンチュリ効果を生じさせ、外側筐体貫通孔１３０を通して合流した流れ１６０ｃを吸い込み、筐体出口１６４を通して出す。

タービン翼１７０の回転は、電気を発生する発電機１１４によって捕らえられ、次に、ケーブル１６６を通じて電力制御及び調整回路（図示せず）に供給された後に、様々な用途での使用のために出力される。これらの用途のうちの幾つかについては適宜述べる。

図５を参照するに、入来する水の流れ１５０は、図中の陰影部１９０で表される装置の片側に当たる。移動流体が線形ガイドベーンによってタービン翼１７０に向かって案内されているとき、移動流体はタービン翼１７０がスイープした面積の約半分にのみ入る。この面積は、図５中、ハッチングで示されており、参照符号１９２が付されている。しかしまた、筐体出口１６４におけるベンチュリ吸引効果は、入来する水流１５０の方向に直接露出していない位置において装置１００の側面を通り過ぎタービン入口１６２へ入った水流のいくらかをタービン入口１６２へと吸引しうるとも考えられている（これは、図５中、タービン入口１６２のハッチングされていない部分によって表されている）。

また、タービン１１０が効果的に隠されていること、及び、装置が例えば漁網にひっかかりうる可動部を有さないことが高く評価される。

ここで、本発明の第２の実施形態による発電装置２００の側面図及び断面図である図３及び図４を参照する。本実施形態では、第１の実施形態と第２の実施形態において共通する特徴及び構成要素については、第１の実施形態と同じ参照符号に「１００」を加えたものを付す。

本実施形態では、装置２００は、積み重なった関係にある内側及び外側筐体２０６、２０８を含む。筐体２０６、２０８は、円錐台状であり、一緒に筐体入口２６３及び筐体出口２６４を画成し、それらの間に垂直アクセスタービン２１０が位置し、タービンはタービン入口２６２を有する。垂直軸タービン２１０は、電力を発生する発電機２１４に取り付けられ、その電力はケーブル２６６を介して電力制御・調整回路（図示せず）に供給され、適宜説明する様々な用途に用いられる。

筐体２０６、２０８は、夫々がリップストップナイロン２３４によって覆われた枠体２３２、２３３を含む。外側筐体枠体２３３は、内側筐体枠体２３２によって支持され、２つの枠体２３３、２３２は、支柱（図示せず）によって接続されている。

図３及び図４の発電装置２１０は、ガイドベーン２１２（明瞭性のため、図３中そのうちの１つのみを示す。）を更に含む。ガイドベーン２１２は、リップストップナイロンを含み、螺旋状であり、装置２１０の高さの約２／３に延びる。各ガイドベーン２１２は、内側筐体面２１８に縫い付けられた内側縁２８０と、ガイドベーン２１２と外側筐体２０８との重なり領域において外側筐体内側表面２８４に取り付けられた外側縁２８２を有する。

入来する流れ２５０は、内側筐体２０６に出会い、内側筐体外側表面２１８、隣接する対のガイドベーン２１２及び外側筐体内側表面２８４によって画成される囲まれた流路２５２に沿って内側筐体面２１８の回りを上に向かって流れる。

装置１００の高さ全体に当たる流れが発電に利用可能である第１の実施形態と比較して、装置２００の第２の実施例では、図６の陰影部２９０に当たる流れのみが力を利用するのに使用されうる。しかしながら、螺旋状のガイドベーン２１２を使用することにより、流れ２５０に回転が与えられ、回転する流れが各ベーン２１２の端２８６を通った後、タービン翼２７０が回転しているときにスイープする面積全体、すなわち図６中にハッチングが付された領域２９２によって示される面積全体へ移動流体が送られるよう、流れ２５０は内側筐体２０６の回りで回転を続ける。これは、タービン翼２７０のスイープ面積全体について、翼２７０が流体によって動かされていることを意味する。これにより、タービン翼２１０のより速い回転が発生すると考えられる。これは、タービン翼がスイープした面積の流体の部分が静止または停滞している状態と対照的である。タービン翼の中に静止又は停滞した流体がある場合は、タービン翼は流体を移動させねばならず、これはスイープされた面積の他の部分において移動流体によって発生した回転に対抗するものであり、タービンの効率を低下させる。

本発明の第３の実施形態による発電装置３００の一部の概略図を図７に示す。この概略図は、第１の実施形態の装置１００と同様の装置のタービン入口３６２を示す。ここでの相違点は、単一の垂直軸タービンではなく、７つの垂直軸タービン３１０があることである。多数のタービン３１０は、より大きな直径の機械に使用され、流れがタービン入口領域３６２の一部にのみ送られているときは、いくつかのタービンのみが利用されるという利点がある。流れが静止又は停滞しているタービン入口３６２の領域では、タービンは回転しない。スイープされた領域の一部においてのみ、移動している流れによって単一のタービンが駆動されている状況では、タービン翼は、スイープされた領域の他の部分における停滞した流れを通って動く必要があり、潜在的に装置の効率を低下させる。

ここで、図１の発電装置１００の台座１２４の様々な図である図８、図９及び図１０を参照する。台座１２４は、台座枠体３２０及び３つの支持脚３２６、３２８、３３０を含む。

台座１２４はまた、モールド３３２を含む（図９及び図１０）。モールド３３２は、コンクリートで膨らませるのに適した膨張式の基礎部３３４と、海水で膨らませるのに適した膨張式の壁部３３６とを含む。

図１０を参照するに、台座１２４が海底まで下げられると、水はスリット３４０を通って膨張式の基礎部３３４に流れ込むことができる。いったん台座１２４が海底に配置され水平にされると、基礎部３３４の中へコンクリートがポンプで送り込まれる。この過程は、台座枠体３２０をコンクリートに閉じ込め、海底に固定する。更なる重りが必要であれば、膨張式の壁部３３６が海水で膨らまされ、台座１２４の中にバラストが詰められうる。いったん台座１２４が完全に重りで沈められると、装置１００が下ろされ、３つの筐体開口３４４のうちの１つにより、他の２つの支持脚部３２６、３２８よりも高く延びる延長脚部３３０と係合する。いったん延長脚部３３０と係合すると、装置１００は、他の２つの筐体開口３４４（図８）を残る２つの支持脚部３２６、３２８と整列させるよう回転し、装置１００は次に下降されて各脚部３２６、３２８、３３０上の支持肩部(図示せず)と係合する。次に、装置１００は３つのピン３４６を用いて台座１２４に固定される。モールド３３２は、生分解性であり、時間が経つにつれて劣化する。

図１１乃至図１４は、本発明の第４、第５、第６、及び第７の実施形態による図１の装置１００の用途の概略図である。

図１１は、装置１００が海中工具４１０を駆動するシステム４０５を示す。タービン１１０は、整流器４１２、停止スイッチ４１４及び回路遮断器４１６によって工具４１０に接続される発電機１１４に取り付けられる。図１１に示すシステムはまた、データロガー４１８に取り付けられた電力計４２０を含む。潮汐速度計４２４もまたデータロガー４１８に接続される。システム４０５の出力を測定する出力計４２２は、ラップトップ４２６に取り付けられる。データロガー４１８はまた、電力計４２０及び潮汐速度計４２４から受信する情報をラップトップ４２６に供給する。ラップトップ４２６は、情報を処理し、処理した情報を用いてシステム４０５の効率を計算し、必要であれば調整を行う。システム４０５によって与えられた電力が工具４１０に電力を与える。

図１２は、図１１に示すシステム４０５と同様のシステム５０５を示すが、電力は高圧送電線網といった送電網へのフィードバックのためにグリッドタイインバータ５１０へ供給されている。

図１３は、システム６０５の動作を制御するプログラマブル論理制御器６４０が設けられているシステム６０５を示す。プログラマブル論理制御器は、主に発電機システム６１４を制御する。発電機システム６１４は、翼のピッチを制御するピッチ制御器６４２、翼の速さを制御する制動器６４４、ギアボックス６４６、非同期発電機６４８、並びに、電圧、電流、電力周波数／ｒｐｍ及び温度を測定する計器板６５８を含む。ギアボックス６４６は、タービン出力軸６９０の回転速度を発電機入力軸６９２の要求される速度へ変換するよう設けられる。プログラマブル論理制御器６４０はまた、潮汐速度計６６０に取り付けられ、モデム６６２を介して陸上施設へ情報を供給する。プログラマブル論理制御器６４０は、電源６６４によって電力が与えられている。

システムはまた、ソフトスタート接触器６５０、電力調整装置６５２、回路遮断器６５４、及び例えば高圧送電線網へ電力を分配する分電箱６５６を含む。

図１４を参照するに、炭化水素がパイプラインシステム（図示せず）を通って移動する際に炭化水素の温度を維持するよう炭化水素パイプライン（図示せず）に取り付けられた、発熱体７７０を含む第７の実施形態のシステム７０５の概略図が示されている。システム７０５は、図１３のシステム６０５と非常に似ているが、タービン１１０から電力が利用可能でない場合はＰＬＣ７４０に電力を与えるバッテリーパック７７２を更に含む。図１４のシステム７０５はまた、必要に応じてバッテリーパックを充電する充電制御器７７４を含む。

図１５を参照するに、本発明の第８の実施形態による発電装置８００の断面図が示され、本実施形態は、８つの装置ガイドベーン８１２ａ−ｈのそれぞれの前縁８９３に第１及び第２の可撓部８９１ａ−ｈ／８９２ａ−ｈを組み込んでいる。
各ガイドベーン８１２の前縁８９３は、タービン軸８１１から最も遠いガイドベーン縁である。

流体８５０が装置８００に向かって流れると、可撓部８９１、８９２は流路８５２へ流れ込む流体を最大とするように動く。その平面が流体の流れ８５０の方向に平行である第１のガイドベーン８１２ａでは、可撓部８９１ａ、８９１ｂは、ガイドベーン８１２ａに向かって折り返される。流体の流れ８５０の方向に対して垂直に延びる第３のガイドベーン８１２ｃ及び第７のガイドベーン８１２ｇの場合、ガイドベーン８１２ｃ、８１２ｇの流体の流れ８５０の方向に面する側にある可撓部８９１ｃ、８９２ｇは、ガイドベーン８１２Ｃ、８１２Ｇがそれ自体で捕らえる場合よりも多くの流体の流れ８５０を捕らえるよう、外向きに曲がる。これにより、装置８００を通って流れる流体の体積が増加する。

本発明の範囲を逸脱することなく、上述の実施形態に対して様々な修正及び改良がなされうる。

例えば、第２の実施形態では、タービン２１０を通る流体の流れの加速を助けるべく、筐体出口２６４の近傍に低圧領域が生ずるのを促進するよう、筐体出口２６４の上にカウルが設けられてもよい。

更なる他の実施形態では、ガイドベーン２１２は、例えば螺旋状となる前の筐体入口２６３において線形部分を含みうる。

更なる他の実施形態では、図１３のタービン翼用のピッチ制御器は、流れの速さが増すにつれてタービン入口を通過する流体の流れから遠ざかって曲がる自動システムと置き換えられてもよい。この実施形態では、翼は、流れの速さが低下するにつれて流れの方向に向かって戻るようばね荷重されていてもよい。

Claims (14)

1. 海中海流から電力を発生する発電装置であって、前記装置は、
   タービン筐体と、
   前記筐体内の、回転軸及び入口を有する少なくとも１つのタービンと、
   入来する流体の流れを前記タービン入口に向けて案内するよう構成される少なくとも１つのガイドベーンであって、前記流体の流れは、使用の際、少なくとも１つの前記タービン軸に対してほぼ垂直な方向に前記装置に近づき、前記タービン筐体の表面と前記少なくとも１つのガイドベーンとが流路を画成し、前記流路の少なくとも一部は、流体の入来する流れの前記方向を、前記少なくとも１つのタービン軸に対してほぼ垂直な全ての方向から、前記少なくとも１つのタービン軸にほぼ平行な方向へ変化させるように構成される、少なくとも１つのガイドベーンと、
   前記／各タービンの回転を電力へ変換する少なくとも１つの発電機と
   を含む、装置。
2. 複数のガイドベーンがある、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記／各ガイドベーンは、少なくとも１つの筐体表面に取り付けられる、請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の水平の流れの前記方向を流体のほぼ垂直な流れへと変化させるよう構成される、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の発電装置。
5. 前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の入来する流れを加速させるよう構成され、
   入来する流体の前記加速は、前記流路の断面積を小さくすることによって達成される、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の発電装置。
6. 前記／各流路の少なくとも一部分は、流体の入来する流れに回転を与えるよう構成され、
   前記回転する流体は軸の回りを回転し、
   前記回転軸は、少なくとも１つのタービン軸に対してほぼ平行であり、
   前記回転する流体は前記筐体の回りを回転する、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の発電装置。
7. 前記筐体は、内側及び外側筐体を含み、
   前記内側及び外側筐体は、タービン入口を画成する、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の発電装置。
8. 請求項４に従属する場合、各流路の前記断面積は前記流路の長さに亘って減少する、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の発電装置。
9. 前記内側及び外側筐体は、円錐状又は円錐台状の領域を含む、
   請求項７又は８に記載の発電装置。
10. 前記外側筐体はトロイド状であり、前記外側筐体は貫通孔を画成し、
    前記外側筐体貫通孔は、装置出口に向かって収束する円錐状内部面を画成し、
    前記内側筐体は円錐状領域を含み、
    前記内側筐体は倒立円錐として配置される、
    請求項７又は８に記載の発電装置。
11. 前記／各ガイドベーンは、可撓性材料である、請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の発電装置。
12. 電力を発生する方法であって、前記方法は、
    発電装置を流体の流れの中に設ける段階を含み、
    前記流体の流れの一部は前記装置によって受け取られ、少なくとも１つのガイドベーンは前記流体の流れを少なくとも１つのタービンの前記／各入口に向かって案内し、前記／各タービンは前記流体の流れの方向に対してほぼ垂直な回転軸を有し、前記タービン筐体の表面と前記少なくとも１つのガイドベーンとが流路を画成し、前記流路の少なくとも一部は、流体の入来する流れの前記方向を、前記少なくとも１つのタービン軸に対してほぼ垂直な全ての方向から、前記少なくとも１つのタービン軸にほぼ平行な方向へ変化させるように構成されている、方法。
13. 前記／各ガイドベーンは前方端部を含み、
    前記／各前方端部は、少なくとも１つの可撓部を含み、
    前記／各可撓部は、前記流体の流れに応じて動くよう構成される、
    請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の発電装置。
14. 前記／各流路は線形部分及び螺旋状部分を含み、
    前記螺旋状部分は、前記タービン入口に隣接し、
    前記螺旋状の部分を画成する前記ガイドベーンは、固定子として作用する、請求項１に記載の発電装置。

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