JP6641331B2 - 水中移動ビークルのためのテザー - Google Patents

Description

本発明は、水などの液体面下にもぐった移動装置を支持構造に接続するためのテザーに関連する。例えば、移動装置は、水中発電所の流れ駆動ビークルとすることができ、そのビークルには、電気エネルギーを生成するための少なくとも１つのタービンが設けられている。

水流および潮流などの海流は、電気エネルギーを生成するために使用することができる、予測可能、かつ確実なエネルギー源を提供する。動かない、または固定された発電所システムが知られており、それは、水面下に沈み、かつ水流または流れに対して固定されており、水流の流速から電気エネルギーを生成するためにタービンが使用される。しかし、固定の流れ駆動発電所システムの欠点は、ある大きさの単独のタービンから生成される電気エネルギーの量が少なく、タービンの数を増やすことによって、またはタービンの有効領域を増やすことによって補償されることがあるということである。しかし、これらの解決策は、固定流れ駆動発電所システムの煩雑、かつ高額な製造、取り扱いおよび運転を導く。タービンはまた、局所流速が大きい特定の位置に設置するように設計されることができる。これはまた、より複雑かつ費用のかかる設置および取り扱いを導く。さらに、このような高流速の位置へのアクセスは、比較的制限される。

潮流および海流からの電気エネルギーの生成の効率を向上させるために、例えば出願人による参照によって全てがここに組み込まれるＥＰ１８１６３４５に記載されるような流れ駆動ビークルを備える水中発電所システムを設けることが知られている。流れ駆動ビークルは、典型的には、水流およびそれによって得られた羽根に働く流体の力を利用してビークルの速度を増加させるよう設計された羽根を備える。より詳細には、ビークルの加速された速度は、ビークルを支持構造に固定する、典型的にはワイヤー部材によって海底に配置することによって、水流およびビークルに働く流体の力を対抗させることによって達成され、ビークルは、ワイヤーの長さ、または範囲によって限られた一定の軌道をたどるように配置されている。ビークルには、さらにビークルが水中を移動すると、電気エネルギーを生成するための発電機に結合したタービンが設けられ、ビークルの速度は、タービンにおける相対的な流速に影響を及ぼし、かつそれに寄与する。ビークルの速度は、タービンにおける相対的な流速度が絶対的な水流速に対して著しく増加することを可能にする。したがって、流れ駆動水中発電所のビークルは、典型的には、タービンは、相対的に速い水の速度にさらされて、十分な、またはより効率的な発電機の回転速度を生成するため、ギアボックスを使用する必要はない。

流れ駆動ビークルを備える発電所システムの現在の解決策に関連した１つの欠点は、発電所システムに作用する抗力が電気エネルギー発生効率を低減させるということである。流れ駆動水中発電所システムの追加的な問題点は、アクセスが難しい水中の位置において運転するように取り付けられ、かつ配置されているということである。したがって、これらのシステムの取り扱いおよび修理は煩雑でなる。したがって、現在利用可能な、または既知の流れ駆動水中発電所システム、およびその部品は、効果的に生成する電気エネルギーの最大限の能力を制限している。また、容易な取り扱い、およびより効率的な取り付けを促進するために、かつ向上した運転およびより耐久性のある構造を提供するために、このようなシステムの設計および運転のさらなる開発が望まれている。

従来技術の上述および他の欠点を考慮すると、本発明の一般的な目的は、水中発電所システムの流れ駆動ビークルなどの液体中に水中装置を支持構造に接続するための改善されたテザーを提供することであり、テザーは、水中装置のより効率的、かつ耐久性のある運転および取り扱いを提供する。

本発明の態様によると、液体中に沈んだ装置を支持構造に接続するためのテザーが設けられ、そのテザーは、主方向に延在し、テザーの少なくともテザー部は、前縁および後縁を有する外形を備え、各縁部は主方向に延在し、および少なくとも１つの張力支承部分は、テザーの主方向に延在する。さらに、テザー部は、液体中を、または液体に対してテザー部が移動する場合に、テザーの主方向に実質的に平行な回転軸またはねじれ軸回りに回転することにより液体の相対的な流れ方向に対して自己調整するように配置される。

上述のように、テザーは、主方向において少なくとも１つの自己調整テザー部を備え、そのテザー部は、液体の流れに対する相対移動の間、テザーのその部分に作用する相対的な液体の流れ方向に対して調整するようになっている。したがって、テザーの少なくとも一部分は、特定のテザー部における相対的な局所流体力および他の物理的な条件によって、自己調整する、または自己調整しようとし、これは少なくとも特定のテザー部におけるテザーの作用を改善する。

テザー部の自己調整は、抗力を好都合に低減し、かつ液体に対して動く間テザー部に作用する望ましくない揚力を低減する。より詳細には、望ましくない方法で横にテザーが曲がるような、揚力方向へテザーを向かわせることがあるテザー部への望ましくない揚力を低減、または回避することができる。例えばテザーが曲ると、動作中にテザーに作用する不安定な抗力を生じる場合があり、および／または例えば装置および支持構造の間の実質的に直線ラインでの適切な方法によって装置および支持構造の間の張力を支持するテザーの機能を低減する場合がある。したがって、テザー部は、より効率的な方法で作動し、それにより、支持される水中装置は、テザーに作用する抗力および揚力からの影響を受けることが少なくなる。例えば、テザー部は、完全なテザーの任意の短いまたは長い部分を構成し、その部分は、少なくとも部分的に主方向に延在する。テザー部はまた、実質的に完全なテザーを備えることができるか、またはテザー部は、主方向において規定の長さの個別のテザーセクションから形成されることができ、このセクションは、実質的に単一のユニットとして自己調整する、または自己調整しようとし、テザーは、１つのこのようなテザーセクション、または、主方向において連続して接続される複数のこのようなテザーセクションを備えることができる。

テザーは、例えば液体に対して移動する水中装置を接続および支持するのに適しており、装置および液体間の相対移動方向は、時間によって変化、または移行する。例として、テザーは、液体の流れ方向に対して少なくとも部分的に横、または斜めの方向に少なくとも定期的に移動する水中装置を接続するために好都合に使用されることができる。このような水中装置は、例えば水中発電所の流れ駆動ビークルを備えることができ、それはテザーの範囲内において所望の軌道、典型的には適切な終わりのない軌道に沿って移動するように構成され、ビークルは、液体の流れを利用し、羽根に作用する流体力は、テザーの反作用力と合わさって液体の流速の少なくとも２倍、または４倍、または１０倍、または２０倍の相対的なビークル速度を生成する。したがって、流れ駆動ビークルは、より速い速度、または液体の流速よりも実質的に速い速度で進むことができる。

テザーはまた、移動される、または液体に対して実質的に動かない、または動く状態に移動する、水中装置を接続するために好都合に使用することができ、装置は、船、または船舶などの移動する支持構造によってけん引される。さらに、テザーは、水中装置を接続および支持するために好都合に使用することができ、該装置は、流れにおける実質的に固定の水中の位置、または液体の流れを備える位置に取付け、または固定され、液体の流れ方向は、その方向を変更または交代することがあるか、または少なくとも時々変更または交代する。

テザーは、テザーが使用中に装置および支持構造の間で延在する主方向である主方向を備える。テザー部の外形は、羽根輪郭に似た前縁および後縁を備える。前縁は、動作中に液体中を少なくとも部分的に調整された状態で移動する場合に、テザーの意図された前方向、または長手方向で定義されたテザー部の前方部を形成する。言い換えれば、前縁は、理論上の液体要素に初めに接触するテザー部の一部であり、この要素は、テザー部の２つの側面、または辺の任意の一方に沿って後縁に向かってテザー部に対して進む。後縁は、典型的にはテザー部の後方の縁であり、そこでは前縁によって分かれた相対的な液体の流れが、層流条件において、テザー部の対向する側面の外側を通過した後で再度合流することができる。前縁および後縁は、テザー部での経験、または非通常状態の下で動作している場合にかかわらず、テザー部に対してさらに定義されることができ、例えば後縁は、テザーの移動方向に関して前縁となる場合がある。

少なくとも１つの張力支承部は、使用中に実質的に主方向にテザーに加えられた張力を持ち上げる、および支持するよう配置される。張力支承部は、例えばテザー部の外形の内部に配置された１、または複数の張力支承部材を備えることができる。張力支承部は、さらに外形の一部を形成することができる。また、少なくとも１つの張力支承部は、主方向に延在する１つの統合された部材から形成されることができるか、または張力支承部を形成する主方向において適当に接続された個別の張力部材を備える。

張力支承部はまた、実質的にテザー部の主方向において互いに沿って延在する２、または複数の実質的に平行な部材を備えることができる。このような実質的に平行な各張力部材は、テザーの全長、またはテザー部を通り延在することができるか、または他の平行な張力部材に関して共同で、または独立して結合、または伸びることができる。さらに、実質的に平行な張力部材は、主方向と一致する法線方向を有する平面内において互いに関して異なる形状で配置されることができる。例えば、実質的に平行な張力部材は、テザー部の内部に広がることができ、１組の実質的に平行な張力部材の統合された張力支承特性は、張力支承部の得られた中央点を備えるか、または形成し、それは互いに関する相互構成に応じて平行な張力部材の組の外側に配置されることがある。例えば、少ない抗力のために、より薄く、かつより効率的なテザーを達成するために、張力部材は、テザーの前／後方向に広がることができる。張力部材のこのような構成は、曲げ弾性および弾性ねじれ特性の両方に関するテザーの屈曲特性が改善されることがあるという点でさらに好都合である。

本発明の例示的な実施形態によるテザーの使用中、テザー部は、好都合に改善された方法でその側面に加えられる横の力に耐えるようさらに構成される。したがって、内部構造は、例えばテザーが周囲の液体からの高い圧力にさらされるような重負荷がかかる場合に、テザー部の外形が意図した形に実質的に保持されることが可能となるように、十分硬く、かつ支持部を備えることができる。例えば、様々な例示的な実施形態によると、テザー部の構造は、均質の適切な材料によって形成されることにより横の力を支持し、かつ耐えるように設計されるか、または外負荷支承シェル部材、またはその組み合わせを備える。同様な方法において、テザー部の前縁は、使用中に生じる重負荷、または高い圧力に耐えるように設計される。

様々な例示的な実施形態によると、前縁、または前縁および周囲のおよび／または隣接する少なくとも部分的に前方向に向かう法線方向を有する外側部分は、統合された外側部分から形成されることができ、かつ例えば等しい、実質的に等しい、起伏のある、および／または連続的な、または不連続の外面をさらに有することができる。

本発明の例示的な実施形態によると、回転軸は、主方向に実質的に垂直の後縁から前縁への前方向において、テザー部の圧力の流体力学的中心点より前に位置する。

本発明のさらなる例示的な実施形態によると、張力支承部の得られた中心点は、前方向においてテザー部の圧力の流体力学的中心点より前に位置する。

張力支承部の得られた中心点の位置は、テザー部の回転軸の位置を部分的に規定し、かつテザー部の得られた回転軸が主方向に実質的に垂直な、後縁から前縁への前方向において圧力の流体力学的中心点より前に位置する場合に、好都合に自己調整しようとすることが達成され、圧力の流体力学的中心点は、得られた流体力が合致／交差し、かつモーメントが作用しない点である。

より詳細には、主引張荷重支承部の得られた中心点の位置によって部分的に与えられる、圧力の流体力学的中心点およびテザー部回転軸の間のモーメントアームが、流れ速度を有する液体中を装置が動くテザーの使用中に設けられることができ、このモーメントアームは、テザーの部分に作用する相対的な液体の流れ方向に関する対して、テザー部の主方向に実質的に平行な回転軸回りに自己調整モーメントをテザー部に引き起こす。したがって、流体力は、テザー部が相対的な液体の流れに対して調整されていない状況において、実質的に傾斜軸の周囲にテザー部を安定させるように作用する。

上述の得られた中心点は、例えば張力支承部を形成する複数の張力部材の加重中心点としてさらに説明される。したがって、例えば張力支承部の得られた中心点は、複数の張力支承部材の幾何学的な中心点に位置するように制限されない。例えば、張力部材の主な役割は、典型的には張力支承部分の得られた中心点がテザーの前方部分に位置するように、テザーの前方部分に位置することである。

例えば、本発明の様々な例示的な実施形態によると、使用中の張力支承部の得られた中心点は、テザー部の先端から３分の１、または先端から４分の１、または先端から５分の１、または先端から１０分の１、または先端から２０分の１に位置する。

さらに、本発明の例示的な実施形態によると、テザー部は、前縁を備える前方部、および後縁を備える後方部を備え、前方部は、張力支承部を備える。したがって、テザー部は、テザー部を形成する２、またはそれ以上の部分に少なくとも部分的に分かれる。

例えば、例示的な実施形態によると、後方部は、少なくとも部分的に前方部から分離され、かつテザーの前方向において後ろに配置され、後方部は、テザーが液体に対して移動する場合にテザーを液体の相対的な流れ方向に調整するよう配置されたフィンを形成する。フィンは、テザー部の自己調整能力をさらに向上させるために、または特定の機能を有するフィンを設けることができる特定のテザー部を特に制御するために好都合に設けられる。例えば、フィン、またはテザーに沿った複数のフィンは、所望のテザー部をより正確に制御するために好都合に利用されることができる。さらなる様々な例示的な実施形態によると、相対的な液体の流れ方向に対するテザーの過度の補償、またはさらなるねじれを達成するために、フィンは、テザー部に対して斜めの方向に傾くことができる。さらに例示的な実施形態によると、相対的な液体の流れに対する斜めの方向へのテザーのさらなるねじれまたは過度の補償を提供するために、テザーには、非対称の断面輪郭が設けられる。

本発明の様々な例示的な実施形態によると、張力支承部は、合成繊維、炭素繊維、または鋼鉄、または他の適切な材料、および／またはそれらの組み合わせを備える少なくとも１つの張力部材を備えることができる。したがって、自己調整、高強度、コンパクト、かつ軽量のテザーを異なるタイプの張力支承部構造を用いて提供することができる。さらなる例示的な実施形態によると、テザー部は、テザー部の外形を形成する少なくとも１つのシェル部材を備え、シェル部材は、少なくとも１つのエラストマー材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、炭素繊維積層、ガラス繊維積層、複合材料、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー材料を備える材料、または他の適切な材料、および／またはそれらの組み合わせを備える。例えば、テザー部は、さらに少なくとも部分的に弾性とすることができる連続的な熱可塑性材料を備えることができる。あるいは、シェル部材は、繊維の外側層、または複合材、積層を備えることができ、内側領域を充填材料で充填することができる。

例示的な実施形態によると、テザー部の外形の前縁は、水中翼と類似の方法で形成することができる。例えば、前縁は、少なくとも前縁の一部分において丸みを帯び、かつさらに１ｃｍ〜３０ｃｍ、または２ｃｍ〜１５ｃｍ、または２ｃｍ〜８ｃｍ、または３ｃｍ〜８ｃｍ、の間の断面の曲率半径を有することができる。曲率半径は、さらに断面に沿って変化することができる。

さらに、テザー部の外形の後縁は、後方向を指す鋭い形を有することができる。したがって、外形は、羽根輪郭、または滴形状の断面輪郭、または羽根状構造を有する／形成することができる。したがって、例示的な実施形態によると、テザーの断面輪郭は、羽根輪郭に対応し、それは、液体の相対的な流れ方向に対して同じ有効厚さを有する非羽根輪郭断面と比較して抗力を低減することができる。さらに羽根輪郭において、張力支承部の同じ断面積を維持しながら、液体の相対的な流れ方向に対する有効厚さを減少することができ、これはさらに抗力を低減することができる。

例示的な実施形態によると、テザー部の後縁はまたカットオフ後縁を備えることができる。したがって、テザー部の後縁の側面輪郭の前方向と反対方向への拡張が中断される。

本発明の例示的な実施形態によると、テザーは、テザーの主方向に沿って連続して配置および／または接続されるように構成された複数のテザー部、またはセクションを備える。これは、テザーが個別のセグメントで扱われ、および移送されることができるという点で好都合である。特に、個別のテザーセグメントは、テザーを備えるシステムの製造、取り扱い、および取り付けを容易にし、様々な例示的な実施形態によるシステムは、完全なテザーの長さが１ｍ〜５００ｍ、または２０ｍ〜３００ｍ、または３０ｍ〜２００ｍのものを含むことができる。例えば、各テザーセクションは、主方向におけるそれぞれの各端部において、完全なテザーを形成するために複数のテザーセクションを連続して接続するための締め付け手段を備える。各個別のテザーセクションは、例えば主方向において１ｍ〜１００ｍ、または５ｍ〜４０ｍの間の長さを有することができる。例えば、接続手段は、２つの接続されたまたは連続して配置されたテザーセクションの間の相対的な回転および／または屈曲移動を許容するように配置される。

例示的な実施形態によると、テザーは、主方向に延在する装置端部を備えることができ、少なくとも１つのテザー部の翼弦長、すなわち前方向の長さは、装置に向かう方向、またはテザーの装置端部に向かう方向において増加する。したがって、移動する水中装置を固定、または不動の支持構造に固定するためのテザーにとって、液体の流れおよびテザー間の相対的な速度差が増加する方向において、テザーの自己調整機能は増加する。これは、抗力に関して大きな損失を生成するより大きな相対的な速度にさらされるテザーの領域においてテザーの自己調整能力が増加するという点で好都合である。

あるいは、テザーの翼弦長は、テザーの支持構造端部の方向に増加し、これは、テザーの支持構造端部の自己調整能力を向上させる。これは、例えば支持構造スイベル装置近くのテザーの効率および動作を向上させる。

さらなる例示的な実施形態によると、テザーは、主方向に延在する支持構造端部を備え、支持構造端部は、実質的に円形である。言い換えれば、支持構造に最も近く、かつ通常装置に近いテザー、上述した部分に対して遅い速度で移動する端部は、実質的に円形であるか、または実質的に円形断面輪郭が設けられている。したがって、自己調整上部および円形下部を備えるテザーが好都合に設けられる。あるいは、テザーの装置端部は、例えば製造を容易にするために円形とすることができる。

さらに、例示的な実施形態によると、少なくとも部分的に主方向に沿ったテザーは、主方向に沿って延在する軸回りに少なくとも部分的にねじることができるように構成される。したがって、異なる局所条件および主方向に沿ったテザーの異なる部分における相対的な液体の流れ方向に応じて、テザーは、局所的に自己調整するためにねじることができ、これはさらに抗力損失を低減する。

例示的な実施形態によると、装置は、電気エネルギーを生成するよう構成された少なくとも１つの移動ビークルを備え、テザーは、移動ビークルから支持構造へ生成された電気エネルギーを分配する手段をさらに備える。したがって、移動ビークルと組み合わさったテザーは、水中発電所システムを形成し、生成された電気エネルギーは、例えばテザーを通じて電気グリッドおよび／または制御システムへ分配することができる。特に、この組み合わせは、液体中を移動する際の抗力による少ない損失により、より高効率な流れ駆動発電所システムを改善することができる。

装置が支持構造に接続、かつ支持される、水中条件におけるテザーの使用中、または動作中、テザーは、移動する接続された水中装置によって生成される高い張力に耐え、かつ支持するように要求される。例えば、例示的な実施形態によると、テザーは、１０ＭＮ，６ＭＮ，４ＭＮ，２ＭＮ，１ＭＮ，１００ｋＮ，１０ｋＮ，または３．５ｋＮまでの張力を生成する少なくとも１つの水中の移動ビークルを支持するよう構成される。

さらに、テザーは、ある用途のために、水などの液体内において中性、または実質的に中性の浮力に好都合に構成される。テザーはまた液体内において、浮遊性、または重くすることができる。

例示的な実施形態によると、テザー部は、巻く、または巻付けることができるように柔軟である。

本発明の別の態様によると、電気エネルギーを生成する水中プラントが設けられ、水中プラントは、タービンが設けられた流れ駆動ビークルを備え、該ビークルは、上述したようなテザーによって支持構造に接続され、およびビークルには、流れ速度に対する相対的なビークル速度を生成するように構成された少なくとも１つの流れ駆動羽根が設けられ、相対的なビークル速度は、液体の流れ速度の少なくとも２倍、または４倍、または１０倍である。

動作中、流れ駆動羽根は、移動する液体の流れ方向に対して傾いており、周囲の移動する液体からの力にさらされる。これら力は、２つの直交成分として表すことができる：液体に対して羽根の進む方向に対して後向き、かつ平行である抗力成分、および液体に対して羽根の進む方向に直交し、かつ上向き、または支持構造から離れる向きの揚力成分である。したがって、動作中、揚力成分は、支持構造およびビークルの間の理論上のラインに対してわずかに前方に傾いている。揚力成分は、さらに２成分からなるように表すことができ、支持構造およびビークルの間の理論上のラインの方向に作用する第１成分、および理論上のラインと直交前向きに、すなわち地面に対するビークルの移動に関して前向きに作用する前方成分である。例えば、ビークルは、揚力成分の前方成分がシステムの得られた後向きの抗力成分よりも大きい場合、加速し、および前方揚力成分がシステムの得られた後向きの抗力成分に等しい場合、安定した速度で作動する。理論上のラインの方向揚力成分および抗力成分の得られた力の成分は、テザーおよび支持構造によって弱められる。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項、および図面から明らかになるだろう。

本発明は、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照してより詳細に説明される。

水中のおよび移動する流れ駆動ビークルを海底に配置された支持構造に固定および支持するテザーの例示的な実施形態概略側面図である（図１ａ）。本発明の例示的な実施形態による図１ａのテザーの概略拡大図である（図１ｂ）。 流れ方向に関して２つの異なる角度で示す本発明による例示的な実施形態のテザーの概略横断面図である。 本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂのＩ−Ｉを通る概略横断面図を示す。 本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂのＩ−Ｉを通る概略横断面図を示す。 本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂのＩ−Ｉを通る概略横断面図を示す。 本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂのＩ−Ｉを通る概略横断面図を示す。 本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂのＩ−Ｉを通る概略横断面図を示す。 本発明によるテザーの例示的な実施形態の図４のＩＩ−ＩＩを通る概略横断面図である。 水中のおよび移動する流れ駆動ビークルを海底に配置された支持構造に固定および支持するテザーの例示的な実施形態の概略斜視図を示す。

図面において、類似の、または同じ要素は、同じ参照符号によって表されている。図面は、単なる概略表示であり、実際の尺度ではなく、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきではない。

図１ａには、水中のおよび移動する流れ駆動ビークル２を海底に配置された支持構造３に固定および支持するテザー１の例示的な実施形態の、概略側面図が示される。テザー１、ビークル２，および支持構造３は、流れ駆動水中発電所システム１００を実質的に形成し、電気エネルギーは、タービンおよび発電機によってビークル２において生成される。通常水である液体は、流れ方向ＦＤを有し、ビークルは、循環および／またはエンドレス軌道などの水中の軌道１０１または１０１’に沿って移動するために流れる水のエネルギーを利用する。軌道は、符号１０１によって示されるように環状または円形を有することができる。軌道はさらに、軌道１０１’によって示されるような数字の８に類似するように形成されることができる。軌道１０１、または１０１’は、テザー１の長さに実質的に等しい曲率半径を有する実質的に球面をたどる。軌道１０１および１０１’の領域は、図式的に示されているだけであることに留意されたい。水中を通る間、ビークルは、軌道方向に対して横方向に少なくともいくらかの量、横滑り、または流されることがあり、これは、ビークルおよびテザーが、軌道に沿った少なくともいくつかの部品において、テザーの本体固定前方向ｆに対して傾いた、または傾斜した絶対速度にさらされる結果となり得、テザーは、テザーの絶対速度、および液体の流れの絶対速度から得られた相対的な液体の流れ方向に対して自己調整しようとする。したがって、抗力による損失は、ビークルの動作中好都合に低減される。ビークルにはさらに、例えば、制御可能、かつ枢動可能なステアリング方向舵の作用面などの１または複数のステアリング制御面を備えるステアリング手段と、１０１または１０１’などの所定の軌道にビークルを誘導するステアリング手段の動作を制御するよう構成された制御ユニットとが設けられる。ビークルの動作中、テザーは、軌道が実質的に球面内に、またはたどるように構成されるように、通常伸びている。さらに、流れ駆動動作を提供するように、ビークルの軌道は、少なくとも部分的に流れ方向ＦＤを横切る。

図１ｂには、本発明の例示的な実施形態による図１ａに示すテザーの概略の部分拡大図が示されている。テザーは、接続手段２５によって接続された第１テザー部、またはセクション４ａおよび第２テザー部、またはセクション４ｂを備える。テザー１は、主方向ＭＤにそれぞれ延在する前縁６および後縁７を含む外形５をさらに備える。例示的な実施形態において、テザー１は、テザー部４ａ，４ｂを通り延在する張力支承部８をさらに備え、またそれぞれのテザー部の張力支承部は、テザー部４ａ，４ｂの接続端部で接続されている。しかし、テザーは、この設計に限定されない。例えば、テザー部は、また実質的にテザーの全長に沿って延在する共通の張力支承部、または実質的にテザーの全長に沿ってそれぞれ延在する複数の張力部材を備える共通の張力支承部を共有することができる。

動作中、テザー１は、テザー部が液体中を移動する場合にテザーの主方向ＭＤに実質的に平行な回転軸Ｒまたはテザー傾斜軸回りに回転することにより、液体の相対的な流れ方向に対して自己調整するよう構成される。図１ｂに示すように、回転軸Ｒは、張力支承部８の得られた中心点または軸に実質的に一致する。しかし、これは常にそうではない。様々な例示的な実施形態によると、回転軸Ｒは、テザーの前方向に固定された本体内において張力支承部８の得られた中心点の前または後ろに位置することができる。

テザー１は、支持構造のグリッド接続を介して移動ビークルから電気グリッド（例えば図４のグリッド２８）に生成された電気エネルギーを分配するための、および例えばビークル内の制御システムおよび外部制御システムの間の通信を許容するための電力ケーブルまたは信号ケーブルなどの手段９ａ，９ｂをさらに備える。

図２には、本発明によるテザーの例示的な実施形態の概略横断面図が流れ方向に対する２つの異なる角度で示されている。図の角度、速度の大きさおよび速度方向は、一定の縮尺で描かれることを意図されておらず、例示の目的のために誇張されることがあることに留意されたい。

第１例において、テザーは、テザーの本体固定前方向ｆと一致する絶対方向を有する絶対速度Ｖ１tetherで移動し、速度Ｖ１tetherは、地面に対するテザーの速度を表している。第１の例示的な位置Ｐ１において、テザーは、流れ速度成分Ｖflow対して傾けられる、または回転され、かつ前縁６、後縁７、および円形断面を有する張力支承部８を備え、張力支承部８の得られた中心点１０は、張力支承部８の幾何学的な中心点に配置され、得られた中心点１０は、少なくともこの場合、テザーの回転軸に一致する。さらに、テザーは、圧力の流体力学的中心点１１を備え、それは、テザーまたはテザーの外形に作用する流体力の得られた作用点である。さらに図示されるように、張力支承部８の得られた中心点１０および／またはテザーの回転軸は、後縁７から前縁６への本体固定前方向ｆにおいて、圧力の流体力学的中心点１１の前に位置する。それにより、液体に対する相対移動中にテザー加えられた結果の力２３により、テザーは、Ｅによって示されるテザー傾斜方向に回転によって第２の例示的な位置Ｐ２へ自己調整することができる。特に、得られた力２３の作用点は、テザーの回転軸および／または張力支承部８の得られた中心点１０に関するモーメントアームを生成し、得られた力２３は、得られた相対速度Ｖ１res（Ｖ１res＝Ｖ１tether−Ｖflowによって与えられる）およびテザーの本体固定前方向ｆの間の横滑り角度βが低減するように、テザーを調整させようとする。得られた力２３は、さらに得られた相対速度Ｖ１resの反対方向に作用する抗力２１と、図示されるように抗力２１に直交する揚力２２とに分割され、抗力および揚力のそれぞれは、テザーに作用し、かつ調整させようとするモーメントを生成することができる。

第２の例示的な位置Ｐ２において、得られた中心点１０および圧力の流体力学的中心点１１’は、得られた力２３’が低減した抗力成分２１’および低減した揚力成分２２’を含むように、得られた相対的な速度Ｖ１resに対してより調整される。例えば、得られた相対速度に関して調整させることにより、テザーは、得られた相対速度に関して減少した有効領域、または投影領域を有し、これは、テザーの形成抗力を低減する。

第２例によると、位置Ｐ１に関して、テザーは、例えば軌道に沿った回転運動中のビークルの摺動または横滑りにより、本体固定前方向ｆに対して斜めの絶対速度Ｖ２tetherで移動することができる。したがって、Ｖ２res（Ｖ２res＝Ｖ２tether−Ｖflowによって与えられる）およびテザーの本体固定前方向ｆの間の横滑り角度、およびそれにしたがってテザーを調整しようとする得られた力によって生成されるモーメントは、上述の第１例と比較して増加する。一般的に、２つの上述の非限定的な概念例において例示されているように、テザーは、流れ速度およびテザーの絶対速度Ｖ１tetherまたはＶ２tetherに対して改善された、または最適化された傾きの向きに調整しようとする。しかし、上記の例は、三次元で生じるテザーおよび液体の間の相互作用を単純化したものであり、テザーの断面平面にのみに生じるものではないことに留意されたい。流れ駆動ビークルおよび支持構造との組み合わせのテザーの利用中に、テザーおよび液体の間の得られた相対速度Ｖ１resまたはＶ２resがテザーの主方向に沿って変化することにさらに留意されたい。これは、横滑り角度βが主方向に沿って変化し、局所横滑り角度βが低減するようにテザーが主方向に沿って局所的に調整されることを意味する。

図３ａ〜図３ｅには、本発明によるテザーの様々な例示的な実施形態の図１ｂにおけるＩ−Ｉを通る概略横断面図が示される。定められていない、または図示されていない限りは、図３ａ〜図３ｅの各テザー１は、一致する方法で構成されており、前縁６および後縁７を有する外形５と、後縁７から前縁６へ定義された前方向ｆと、少なくとも１つの張力支承部８と、電力ケーブルおよび／または信号ケーブルなどの手段９ａ，９ｂとを備える。さらに、各テザー１は、本体固定前方向ｆにおいて圧力の流体力学的中心点１１より前に位置する回転軸および／または張力支承部の得られた中心点１０を備える。

図３ａにおいて、張力支承部８は、円形断面の形を有し、かつ例えば１または複数のワイヤー、鋼鉄ワイヤー、ロープ、炭素繊維部材または他の適切な材料および／またはそれらの組み合わせによって形成されることができ、テザーの外形５は、エラストマー材料、熱可塑性材料、炭素繊維積層、ガラス繊維積層、複合材料、高強度プラスチック、または他の適切な材料、および／またはそれらの組み合わせを備える。図３ａにさらに例示されるように、テザーの形状に応じて、張力支承部の中心点１０は、本体固定前方向ｆにおいてテザーの先端から５分の１の部分１２ｃ、および／または先端から４分の１の部分１２ｂ、および／または先端から３分の１の部分１２ａに位置することができる。

図３ｂにおいて、張力支承部は、より複雑な構造を有し、かつテザーの前方部においてそれぞれの側面２４，２４’に沿って少なくとも部分的に延在する２つの横部分を備え、横部分は、横部材によって接続される。言い換えれば、張力支承部は、実質的にＨ形状であり、またはテーパー状のＨ形を有する。さらに、得られた中心点１０は、張力支承部８外側で横部分の後部品の間に位置する。

図３ｃにおいては、張力支承部は、テザーの前方部において互いに隣接して配置された第１および第２の張力部材８および８’を備え、各部材は、実質的に正方形である。

図３ｄにおいては、張力支承部は、互いに面する対称的な構成で配置されたストラップ部材で形成された第１および第２の張力部材８，および８’を備える。

図３ｅにおいては、張力支承部は、複数の分離し、かつ広がった張力部材８，８’，８’’，８’’’，８’’’’を備える。

図３ｆにおいては、本発明によるテザーの例示的な実施形態の図４のＩＩ−ＩＩを通る概略横断面図が示される。テザーは、前縁６および後縁７’を備える前方部１３と、前縁６’および後縁７を備える後方部１４とを備え、前方部は、本体固定前方向ｆに沿って互いに関して整列した形状に広がる張力部材８および８’を備える張力支承部を備える。さらに、後方部１４は、前方部１３から少なくとも部分的に分離され、かつテザーの前方向ｆにおいて前方部１３の後ろに配置され、後方部１４は、テザーが液体中を移動する場合に、液体の相対的な流れ方向に対してテザーを整合させるよう構成されたフィンを形成する。

例えば、張力部材は、複数の比較的薄い炭素繊維複合ロッドを備え、動作中にテザーに作用する張力の支承機能は、複数のロッド間で実質的に均等に分配される。ロッドは、ロッドが例えば実質的に同じ曲率半径で屈曲できるように、例えばテザー内に主方向ＭＤに延在する内部空洞を設けることにより、平らな形状、または輪郭内で互いに関して再配置できるようにさらに構成されている。

代替的に、または必要に応じて、張力支承部、または張力部材は、例えば巻くまたは巻きつけることが可能な、柔軟でしたがって丈夫、かつ論理的に都合の良いテザーを可能にする合成繊維を備えることができる。例えば、張力支承部は、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）、例えばダイニーマ（登録商標）、または類似の高性能繊維を備える。さらに、例えば複合ロッドに関して記載されたものと同様の構成において、鋼鉄ワイヤーロープ、または複数の鋼鉄ワイヤーロープを張力支承部、または張力部材として使用することができる。鋼鉄ワイヤーは、例えば長期形状安定性に関して都合の良い特性を有する。

図４は、水中の、および移動する流れ駆動ビークル２を海底に配置された支持構造３に固定および支持するテザー１の例示的な実施形態の斜視図を図式的に示す。テザー１は、実質的に円形の下部支持構造端部１７を備える。中間部１８ａにおいて、テザーは、テザーセクション４ｃおよび４ｄを備えるビークル端部１８ｂへ向かう方向において、増加する翼弦長Ｇを有するテザーセクションまたはテザー部４ａ，４ｂを備え、テザーセクション４ｃ、４ｄはまた増加する翼弦長を有することができるか、あるいは一定の翼弦長、または減少する翼弦長を有することができる。

下部支持構造端部１７は、支持構造３のスイベル装置３ａに取り付けられ、スイベル装置３ａにより、ビークル２が移動し、かつ意図した軌道に沿って旋回できるように、Ａ，ＢおよびＣ方向へのテザー１の自由な角度移動が可能となる。さらに図示されるように、テザーは、ビークルおよびビークルの制御ユニット２６を支持構造３に接続する内部手段９ａ，９ｂを備える。ビークル２はさらに、発電機装置に接続されたタービン装置を備えることができるタービン／発電機ユニット２７と、支持構造に向かって傾斜した羽根２０と、例えば制御ユニット２６によって制御される１または複数のステアリング制御面を備えるステアリング手段とを備える。テザー部４ｂ，４ｃ，および４ｄには、フィン支持部１５ａを介して取り付けられるそれぞれのフィン１５がさらに設けられる。

本発明は、主に、いくつかの例示的な実施例を参照して上記に説明されていることに留意すべきである。しかし、当業者によって容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、上記に開示した以外の実施形態も同様に本発明の範囲内で可能である。例えば、テザーは、類似または異なる相対的な水流および装置速度において、複数の水中装置を支持し、作動させるために使用することができる。テザーはさらに水中装置を水流速度の速い位置に支持固定、または実質的に固定するために曳航装置の後でけん引される水中装置の引き綱として使用することができる。さらに、特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞の「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではないことに留意されたい。単一の装置又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載されるいくつかのアイテムの機能を満たすことができる。特定の機能または手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの機能又は手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ テザー部
５ 外形
６ 前縁
７ 後縁
８ 張力支承部，張力部材
９ａ，９ｂ 手段
１０ 中心点
１１ 流体力学的中心点
１３ 前方部
１４ 後方部
１５ フィン
１５ａ フィン支持部
１７ 下部支持構造端部
１８ａ 中間部
１８ｂ ビークル端部
２０ 羽根
２１ 抗力
２２ 揚力
２５ 接続手段
２６ 制御ユニット
２７ 発電機ユニット
２８ グリッド
１００ 駆動水中発電所システム
１０１ 軌道

Claims (14)

1. 液体中に沈んだ移動流れ駆動装置（２）を固定支持構造（３）に接続するためのテザー（１）であって、該テザーは、主方向（ＭＤ）に延在し、かつ、前記テザー（１）は、接続手段で接続された複数の個別のテザー部（４ａ，４ｂ）を備え、
   前記テザーの少なくともテザー部（４ａ，４ｂ）は、前縁（６）および後縁（７）を有し前記主方向に延在する外形（５）と、前記主方向に延在する少なくとも１つの張力支承部（８）と、を備え、
   前記テザー部（４ａ，４ｂ）が前記液体中を移動する場合に、前記テザー部（４ａ，４ｂ）は、前記主方向に実質的に平行な回転軸（Ｒ）回りに回転することにより、前記液体の相対的な流れ方向（ＦＤ）に対して自己調整するように構成され、
   前記テザー（１）は、局所的に自己調整するために、前記主方向に沿って少なくとも部分的に異なるテザー部（４ａ，４ｂ）において、捩じることができるように構成され、
   前記テザー（１）は、前記主方向に延在する支持構造端部（１７ａ；１７ｂ）を備え、前記支持構造端部は、基本的に断面が円形である、ことを特徴とするテザー（１）。
2. 前記回転軸は、前記主方向に実質的に垂直の、前記後縁から前記前縁への前方向（ｆ）において、前記テザー部の流体力学的圧力中心点（１１）より前に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のテザー（１）。
3. 動作中に、張力支承部の得られた中心点は、前記テザー部の先端から３分の１の部分（１２ａ）、または先端から４分の１の部分（１２ｂ）、または先端から５分の１の部分（１２ｃ）、または先端から１０分の１の部分、または先端から２０分の１の部分に位置する、ことを特徴とする請求項２に記載のテザー（１）。
4. 前記テザー部が前記前縁を備える前方部（１３）と、前記後縁を備える後方部（１４）とを備え、前記前方部は、前記張力支承部を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のテザー（１）。
5. 前記後方部は、前記前方部から少なくとも部分的に分離され、かつ前記テザーの前方向（ｆ）において後ろに配置され、前記後方部は、前記テザーが前記液体中を移動する場合に、前記液体の前記相対的な流れ方向に対して前記テザーを自己調整するように構成されたフィン（１５）を形成する、ことを特徴とする請求項４に記載のテザー（１）。
6. 前記張力支承部は、繊維、合成繊維、炭素繊維、または鋼鉄、および／またはそれらの組み合わせを含む少なくとも１つの張力部材（８，８’）を含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のテザー（１）。
7. 前記テザー部は、前記テザー部の前記外形を形成する少なくとも１つのシェル部材（１６）を備え、該シェル部材は、エラストマー材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、炭素繊維積層、ガラス繊維積層、複合材料、ポリウレタンを含む、またはポリウレタンから形成された材料、および／またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のテザー（１）。
8. 前記テザー部の前記外形の前記前縁は、水中翼の前縁として形成される、ことを特徴とする前記請求項１〜７のいずれか一項に記載のテザー（１）。
9. 前記テザーは、前記テザーの前記主方向に沿って連続して配置された複数のテザー部（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を備える、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のテザー（１）。
10. 前記移動流れ駆動装置は、電気エネルギーを生成するよう構成された少なくとも１つの移動ビークル（２）を備え、
    前記テザーは、前記生成された電気エネルギーを前記移動ビークルから前記固定支持構造（３）へ分配するための手段（９ａ；９ｂ）をさらに備える、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のテザー（１）。
11. 前記テザーは、６ＭＮ、４ＭＮ、２ＭＮ、１ＭＮ、１００ｋＮ、１０ｋＮ、または３．５ｋＮまでの張力を生成する少なくとも１つの水中移動ビークルを支持するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のテザー（１）。
12. 前記テザーの翼弦長が前記テザーの前記支持構造端部（１７ａ；１７ｂ）に向かう方向で増加する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のテザー（１）。
13. 前記テザーの翼弦長が前記テザーの前記駆動装置（２）に向かう方向で増加する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のテザー（１）。
14. タービン（２７）が設けられた流れ駆動ビークル（２）を備える、電気エネルギーを生成するための水中プラント（１００）であって、該ビークルは、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のテザーによって支持構造に接続され、前記ビークルには、流れ速度に対する相対的なビークル速度を生成するよう構成された少なくとも１つの流れ駆動羽根（２０）が設けられ、前記相対的なビークル速度は、前記液体の流れ速度の少なくとも２倍、または４倍、または１０倍である、ことを特徴とする水中プラント。

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