JP6758405B2

JP6758405B2 - 浮揚性拘束体を備えた液中設備

Info

Publication number: JP6758405B2
Application number: JP2018552829A
Authority: JP
Inventors: アルネ・クァッペン; オロフ・マルセリウス; ヨーナス・マルムクヴィスト; ヨーナス・ウランネ
Original assignee: ミネスト・アーベー
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: EP3440341B1; KR102477919B1; JP2019510926A; TW201800661A; WO2017176179A1; EP3440341A1; EP3440341A4; KR20180127481A; TWI663329B; US20190063398A1

Description

本発明は、液中発電設備に関する。液中発電設備は、流体中に浸漬されることが可能である。その発電設備は構造物および媒体を備え、この媒体は少なくとも１つの翼を備えている。媒体は、少なくとも１つの拘束体を用いて構造物に固定されるように設けられている。媒体は、媒体を通過する流体流れを利用して、所定の軌跡を移動するように形成されている。

潮流のような流れおよび海流は、電気エネルギの生成のために使用されることが可能な、予測可能且つ信頼性の高いエネルギ源を提供する。静止したまたは固定式の発電設備システムが知られており、それらは潮流または流れに関して浸漬され且つ固定され、タービンは、流れの流速から電気エネルギを生成するために使用される。しかしながら、静止式流れ駆動発電設備システムの欠点は、所定のサイズの単一タービンから生成される電気エネルギの量が少なく、タービンの数を増加するか、またはタービンの有効面積を増加することによって補償され得る。しかしながら、これらの解決策は、固定式流れ駆動発電設備システムの製造、取り扱い、および運転を煩わしいものにおよび高価なものに導く。タービンは、速い局所流速を有する特別な場所に設置されるようにも設計され得る。このことも、設置および取り扱いを、より複雑なものにおよび高価なものに導く。さらに、そのような速い流速の場所への接近は、比較的制限される。

潮流および海流からの電気エネルギ生成の効率を改善するために、例えば本願出願人による特許文献１に記載されたような、流れ駆動媒体を備えた液中発電設備システムを提供することが知られており、その文献の内容は参照により本願に完全に統合されている。流れ駆動媒体は一般的に翼を備え、この翼は、翼に作用する流れおよびその結果としての流体力を利用して、媒体の速度を増大させるように設計されている。より詳細には、増大された媒体の速度は、典型的に海底に配置された支持構造物に、ワイヤ部材を用いて媒体を固定することによって、媒体に作用する流れの反作用および流体力によって達成され、媒体は、ワイヤの長さ、または範囲によって限定された所定の軌跡を追従するように配置されている。媒体には、媒体が水中を移動する間に、電気エネルギを生成するための発電機に連結されたタービンがさらに設けられ、媒体の速度は、タービンにおける相対流速に影響し且つ寄与する。媒体の速度は、タービンにおける相対流速が、絶対流速に関連して大幅に増大され得ることを許容している。

流れ駆動媒体を備えた発電設備システムは、所定の軌跡に沿った動作状態に対処し、且つ潮だるみにおいて良好な位置を維持することが可能な拘束体と共に設置されなければならない。所定の軌跡に沿った動作の間に、拘束体は拘束体の長さに沿って張力を受ける。潮だるみの間に、媒体は所定の軌跡に沿って移動しないが、代わりに不規則な軌跡に沿って潮流に追従する。媒体が不規則な軌跡に沿って潮流を追従する場合、拘束体は、拘束体自身、支持構造物、海底、または海底上の物体ともつれる危険性がある。

したがって、改良された拘束体を備えた、改良された液中発電設が必要とされている。

欧州特許出願公開第１８２６３４５号明細書欧州特許出願公開第２６１０４８１号明細書

本発明の目的の１つは独創的な液中設備を提供することであり、その設備では、前述の課題が少なくとも部分的に回避されている。この目的は、請求項１および請求項１７の特徴部分の特徴によって達成されている。本発明の変形は、添付の従属請求項に記載されている。

所定の軌跡に沿った移動の間に、拘束体は拘束体の長さに沿って張力を受ける。拘束体が、拘束体の全長にわたって流体力学的プロファイルを有する場合、媒体がその所定の軌跡に沿って移動する間に、むち打ち効果が発生し得る。むち打ち効果は、３つの異なった力が拘束体に作用するために生じ得、それらの力は、重力、流体力学的プロファイルに起因した揚力、および求心力である。媒体の速度が大きい場合に媒体に接近すると、求心力は重力および浮力を組み合わせた力よりも大きくなる。したがって、結果として生じる力は、円軌跡上の凧に関して常に外向きに向いている。さらに拘束体に沿って下ると、速度は小さくなり、求心力は一点において浮力および重力の和よりも小さくなる。それ故に、結果として生じる力は、円の経路を移動する場合に、外向きから内向きへと方向を変化させ、且つ外向きへの方向へと戻る。このことは、むち打ち効果を生じさせ得る。拘束体内の有害な振動は、重心（ＣＧ）および浮力中心（ＣＢ）が、トルクが生じるように分離されるためにも生じ得る。このことは、任意点上のモーメントの釣り合いを計算することによって見込むことが可能となる。流体力は常に２５％弦長点に作用する一方で、浮力は常に浮力中心（ＣＢ）に作用し、且つ重力および求心力は重心（ＣＧ）に作用する。このトルクは、より小さい速度による流体力が拘束体を整列させるために十分な強さではないので、支持構造の近傍の流体力学的形状とされた拘束体の揚力によって生じるトルクに反作用されない。潮だるみにおいて、媒体は潮流に追従し、媒体が不規則な軌跡に沿って潮流に追従した場合、例えば拘束体が周囲の流体よりも重く、海底上に静止した場合、拘束体はもつれる危険性を有する。

例示的な実施形態は、前述の認識された課題の少なくともいくつかを解決することを目的とした液中発電設備に関する。液中発電設備は、流体中に浸漬される。発電設備は構造物および媒体を備え、媒体は少なくとも１つの翼を備えている。媒体は、少なくとも１つの拘束体を用いて構造物に固定されるように設けられている。媒体は、媒体を通過する流体流れを利用して、所定の軌跡を移動するように形成されている。拘束体は、上側拘束部および下側拘束部を備えている。上側拘束部は、流体よりも大きい平均密度を有し、流体力学的断面を備え、且つ媒体に接続されるように配置されている。上側拘束部は、流線形またはプロファイル形成されるように描写されることが可能でもあり、拘束体を通過する流体流れの方向の区間に関して抗力を減少することを目的とされている。下側拘束部は、流体よりも小さい平均密度を有し、非流体力学的断面または流体が流れる方向とは無関係に抵抗の小さい断面を備え、且つ構造物に接続されるように配置されている。

課題は、１つよりも多くの部分を備えた拘束体を使用することによって解決されている。例示的な一実施形態においては、上側拘束部は流体よりも大きい平均密度を有し、且つ流体力学的断面を備え、下側拘束部は流体よりも小さい平均密度を有し、且つ非流体力学的断面を備えることで、前述の課題を解決している。下側拘束部の非流体力学的プロファイルは、下側拘束部の流体力学的揚力を減少させ、それにより生じ得るむち打ち効果を減少させている。上側拘束部の流体力学的プロファイルは、拘束体のその部分がより小さい張力を受けることを確実にしており、このことは、下側拘束部に関連して移動するために上側拘束部が必要とするより、大きい距離に起因して必要とされる。支持構造物の近傍の拘束体の部分は、所定の軌跡に沿った媒体の移動の間に、大きい角度の影響を受ける。非流体力学的断面を備えた下側拘束部は、角度の影響とは無関係に同じ張力を受け、下側拘束部が流体力学的断面を備えた場合に生じ得る流体の方向の真向かいの力は生じない。支持構造物の近傍に非流体力学的拘束部を備えることは、その部分に生じる流体力の低下を導き、スイベルの摩擦または拘束体の内部ねじり剛性に対して拘束体を整列されることを回避している。

上側拘束部と下側拘束部との間の異なった密度は、例えば潮流が方向を変化させる場合の潮だるみの間のような、流体流れが弱まった場合に、拘束体が例えばＳ字形状のような非線形形状をとることを可能にしている。非線形形状は、拘束体の損傷またはもつれの危険性をさらに減少させている。

発電設備の媒体は、流体よりも小さい平均密度を有し得る。

この特徴は、潮だるみの間の媒体の位置の制御をさらに可能にしている。流体の面より下の、または媒体が移動する面の上の媒体の位置は、下側拘束部のより小さい密度、上側拘束部のより大きい密度、および媒体の小さい密度の組み合わせによって制御されることが可能である。

上側拘束部の長さは、拘束体の長さの３０から７０％の間の長さであってよく、下側拘束部の長さは、拘束体の長さの３０から７０％の間の長さであってよい。具体的に、上側拘束部の長さは、拘束体の長さの４０から６０％の間であってよく、下側拘束部の長さは、拘束体の長さの６０から４０％の間の長さであってよい。より具体的には、上側拘束部の長さは、拘束体の長さの５０％の長さであってよく、下側拘束部の長さは、拘束体の長さの５０％の長さであってよい。２つの拘束部の間にこの関係を有することは、媒体が移動している場合および潮だまりの間の媒体が静止している場合の両方において、設備の制御を達成することを補助している。

液中発電設備が浸漬される流体は、水とし得る。下側拘束部の平均密度は、７００から９００ｋｇ／ｍ３の間であってよく、具体的には７５０から８５０ｋｇ／ｍ３の間であってよく、より具体的には８００ｋｇ／ｍ３であってよい。上側拘束部の平均密度は、１０５０から１２５０ｋｇ／ｍ３の間であってよく、具体的には１１００から１２００ｋｇ／ｍ３の間であってよく、より具体的には１１６０ｋｇ／ｍ３であってよい。

別の例示的な実施形態においては、拘束体は、上側拘束部、中間拘束部、および下側拘束部を備えている。上側拘束部は、流体よりも大きい平均密度を有し且つ流体力学的断面を備え、下側拘束部は、流体よりも小さい密度を有し且つ非流体力学的断面を備えている。中間拘束部は、流体よりも小さい密度を有し且つ流体力学的断面を備えている。上側拘束部の長さは、拘束体の長さの２０から４０％の間であってよく、前記中間拘束部の長さは、前記拘束体の長さの２０から６０％の間であってよく、前記下側拘束部の長さは、前記拘束体の長さの１０から２０％の間であってよい。

前述の課題を解決する拘束体のさらなる例示的な実施形態は、下側拘束部を備えることが可能であり、この下側拘束部は非対称であり且つＣＧがＣＢと等しい。この場合、下側拘束部は、幾何形状および質量分布の両方に関して非対称である。下側拘束部の断面が楕円形、円形またはそれらに類似したものであり、且つ質量中心および体積中心が断面の中心に配置されている場合、下側拘束部の向きとは無関係に、トルクは生じない。

拘束体は、拘束体の外形を形成した外殻部材を備え得る。外殻部材は、エラストマ材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、カーボンファイバ積層材料、グラスファイバ積層材料、複合材料、ポリウレタンを含んだ材料、ポリウレタンエラストマ材料、鋼のうちの少なくとも１つ、および／またはそれらの組み合わせから成り得る。外殻部材はファイバ、複合材料、または積層材料の外層を備えてもよく、内部領域は充填材料によって充填されていてもよい。

下側拘束部の密度は、ガス充てん容器を下側拘束部の内部領域に加えることによって調節され得る。下側拘束部の密度は、周囲の流体よりも小さい密度を有する要素を拘束体の外側に取り付けることによって、追加的にまたは代替的に調節され得る。下側拘束部の密度を調節することによって、下側部の挙動は、多様な設置場所の状態に適合するように形成されることが可能である。中間部の密度は、ガス充てん容器を中間拘束部の内部領域に追加することによって、調節され得る。中間拘束部の密度は、周囲の流体よりも小さい密度を有する要素を拘束体の外側に取り付けることによって、追加的にまたは代替的に調節され得る。中間部の密度を調節することによって、下側部の挙動は、多様な設置場所の状態に適合するように形成されることが可能である。

媒体は、
発電機に接続されたタービンを備えたナセルであって、タービンは媒体の動作によって駆動されるナセルか、または多数のナセルの各々が発電機に接続されたタービンを備えたナセルか、もしくはナセルが複数のタービンを備えて、各々のタービンが発電機に接続されたナセル、ならびに、
媒体を拘束体に取り付けるために設けられた前側支柱および後側支柱、を備えている。後側支柱が省略されて、昇降機に置き換えられ、一方で拘束体は前側支柱のみに接続されてもよい。

タービン発電機は、媒体の動作から電気エネルギを生成するために使用される。前側支柱、もし存在すれば後側支柱は、安定性を提供し、媒体を拘束体に接続している。

上側拘束部は、上部結合部を利用して媒体に接続され得る。下側拘束部は、底部結合部を利用して構造物に接続され得る。

拘束体は、前述の効果の達成を補助するために、可撓性とされ得る。

上側拘束部は、拘束部が液体を通じてまたは液体に関連して移動した場合に、基本的に拘束体の主方向に平行な回転軸またはねじり軸の周りに回転することによって、液体の相対流れ方向に関して自己整合しようとするように形成され得る。拘束体の部品の自己整合の効果は、特許文献２に記載されている。上側拘束部が自己整合しようとするように形成されている場合、上側拘束部は、下側拘束部に関して回転する。

さらなる例示的な実施形態は、液中発電設備の制御のための方法に関し、この方法は、
液中発電設備を構造物に接続する拘束体を配置するステップであって、拘束体は上側拘束部および下側拘束部を備えた、拘束体を配置するステップと、
周囲の流体よりも大きい平均密度を有するように、上側拘束部を形成するステップと、
流体力学的断面を備えるように、上側拘束部を形成するステップと、
媒体に接続されるように、上側拘束部を配置するステップと、
周囲の流体よりも小さい平均密度を有するように、下側拘束部を形成するステップと、
非流体力学的断面を備えるように、下側拘束部を形成するステップと、
構造物に接続されるように、下側拘束部を配置するステップと、を含み、液中発電設備が所定の軌跡を移動する場合、液中発電設備の拘束体は、むち打ちによって誘起される拘束体の振動を減少させ、液中発電設備が所定の軌跡を移動しない場合、液中発電設備の拘束体は、液中発電設備の媒体、上側拘束部、および下側拘束部の間の異なった平均密度のために、Ｓ字形状を形成する。

さらなる例示的な実施形態は、液中発電設備の制御のための方法に関し、この方法においては、液中発電設備は、液中発電設備を構造物と接続する拘束体を備え、拘束体は、上側拘束部および下側拘束部を備えている。上側拘束部は、周囲の流体よりも大きい平均密度を有し、流体力学的断面を備え、上側拘束部は、媒体に接続されている。下側拘束部は、周囲の流体よりも小さい平均密度を有し、非流体力学的断面を備え、下側拘束部は、構造物に接続されている。

この方法は、
液中発電設備が所定の軌跡を移動しない場合、液中発電設備の媒体、上側拘束部、および下側拘束部の間の異なった平均密度のために、拘束体がＳ字形状を形成するステップを含んでいる。

前述のように３つの部分を備えた拘束体は、異なった平均密度により、Ｓ字形状を形成する挙動を示すことも可能であろう。この方法の利点は、前述の液中発電設備に関して記載された利点と同じである。

本願の例示的な実施形態による発電設備を概略的に示した図である。拘束体の２つの異なった実施形態を概略的に示した図である。拘束体の２つの異なった実施形態を概略的に示した図である。拘束体の上側拘束部の断面を概略的に示した図である。潮だまりの間の発電設備を概略的に示した図である。本願のさらなる例示的な実施形態による発電設備を概略的に示した図である。

図１は、本願の例示的な実施形態による液中発電設備１を概略的に示している。液中発電設備１は流体中に浸漬され、構造物２および少なくとも１つの翼４を備えた媒体３を備えている。媒体３は、少なくとも１つの拘束体５を用いて構造物２に固定されるように設けられている。媒体３は、媒体３を通過する流体流れを利用して、所定の軌跡６を移動するように形成されている。所定の軌跡は、８の字、円、長円または他の適切な閉じた軌跡とされ得る。図１においては、流体流れの方向は基本的に図内に向かった方向である。流体流れは、例えば海流、潮流、または河川流とすることが可能である。

媒体３は、前側支柱７および後側支柱８をさらに備えている。媒体３は、翼４に取り付けられたナセル９を備え得る。ナセル９は翼４の下または上に配置され、例えばパイロンを用いて翼４に取り付けられ得る。媒体３は、例えば垂直方向舵１０の形式の制御面をさらに備え得る。前側支柱７は翼４に取り付けられ、一実施形態においては、後側支柱８はナセル９に取り付けられている。媒体３は、制御システムを用いて所定の軌跡６に沿って操舵され、制御システムは１つ以上の制御面、または他の操舵手段を制御し得る。制御システムは、例えば１つ以上の機内ＣＰＵもしくは制御回路基板を用いて、または遠隔制御センターから送信された信号によって実施されることが可能である。

ナセル９は、発電機１２に回転可能に接続されたタービン１１を備えている。流体を通った媒体３の動作は、タービン１１、これにより発電機１２を回転させる。このようにして、電力が生成される。液中設備は、拘束体５内の電気ケーブルを通じて電気供給ネットワークに電力を供給する、したがって電力網に電力を移送する電力供給システムを備えている。

拘束体５は、上側拘束部５ａおよび下側拘束部５ｂを備えている。上側拘束部５ａは、流体力学的プロファイルまたは断面を備え、流体流れ内の流体よりも大きい平均密度を有する。下側拘束部５ｂは、非流体力学的プロファイルまたは断面を備え、流体流れ内の流体よりも小さい平均密度を有する。上側拘束部５ａは、上部結合部１３を用いて媒体３に接続され、上部結合部には支柱が取り付けられている。下側拘束部５ｂは、底部結合部１４を用いて構造物２に接続されている。

図２ａおよび図２ｂは、拘束体５の２つの代替的な実施形態を概略的に示している。図２ａにおいて、上側拘束部５ａと下側拘束部５ｂとの間の遷移は目立ったものであり、上側拘束部５ａと下側拘束部５ｂとの間に遷移部が無いことを意味している。上側拘束部５ａの流体力学的プロファイルは、上側拘束部５ａと下側拘束部５ｂとの間の遷移点１５において終端となっており、遷移点において、下側拘束部５ｂの非流体力学的プロファイルが続いている。図２ｂにおいて、上側拘束部５ａと下側拘束部５ｂとは、遷移部５ｃを用いて上側拘束部５ａの流体力学的プロファイルから下側拘束部５ｂの非流体力学的プロファイルへと遷移している。遷移部５ｃは、任意の適切な中間形状とすることが可能である。

上側拘束部５ａと下側拘束部５ｂとの間の機械的接続が、個々の上側拘束部５ａおよび下側拘束部５ｂの力の要求に合致する程度に十分に強固に形成されている限り、上側拘束部５ａおよび下側拘束部５ｂは、多数の方法において接続されることが可能である。

図３は、一実施形態による拘束体５の上側拘束部５ａの断面を概略的に示している。上側拘束部５ａの断面は流体力学的であり、任意の適切な空気翼または水中翼の形状を備えることが可能である。これにより、外形は翼形状もしくは液滴形状の断面プロファイル、または翼状の構造を有し／形成し得る。したがって、例示的な実施形態によれば、上側拘束部５ａの断面プロファイルは、翼プロファイルに一致し、このことは、液体の相対流れ方向に関して同じ有効厚さを有する非翼プロファイル断面に関して、減少された張力を提供する。さらに、翼プロファイルを備えることにより、液体の相対流れ方向に関連した有効厚さは減少され、その一方でさらに張力を減少させ得る、同じ断面積の張力対抗部を維持し得る。

下側拘束部５ｂは、楕円形、円形、または長円形のような例えば軸対称の任意の適切な非流体力学的断面を備えることが可能である。拘束体５の長さは１メートルから５００メートルの間、厳密には２０メートルから３００メートルの間、さらに厳密には３０メートルから２００メートルの間とし得る。

上側拘束部５ａは、上側拘束部５ａの外形を形成した少なくとも１つの外殻部材１５を備えている。外殻部材１５は、エラストマ材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、カーボンファイバ積層材料、グラスファイバ積層材料、複合材料、ポリウレタンを含んだ材料、ポリウレタンエラストマ材料、および他の適切な材料のうちの少なくとも１つ、ならびに／またはそれらの組み合わせから成る。代替的に、外殻部材１５はファイバまたは複合材料、積層材料の外層を備えてもよく、内部領域は充填材料によって充填されてもよい。図３に見られているように、多様なケーブルが拘束体５を貫通している。拘束体５を貫通するケーブルの例は、電力およびデータ通信ケーブルである。それに加えて、張力対抗部材が拘束体５を貫通して、弾性の拘束体５を提供し、可撓性を許容して、これにより例えばコイリングまたは巻き付けを可能にするように、頑丈さおよび運搬上の利得を拘束体５に与える。例えば、張力対抗部は、例えばダイニーマ（Dyneema：登録商標）またはそれに類似した高性能ファイバのようなUHMWPE（超高分子量ポリエチレン）を含んでいる。さらに、１つまたは複数の鋼ワイヤロープが、張力対抗部としてまたは張力部材として使用され得る。好適に、拘束体５全体は弾性である。

下側拘束部５ｂは、下側拘束部５ｂの外形を形成した少なくとも１つの外殻部材を備えている。外殻部材は、エラストマ材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、カーボンファイバ積層材料、グラスファイバ積層材料、複合材料、ポリウレタンを含んだ材料、ポリウレタンエラストマ材料、および他の適切な材料のうちの少なくとも１つ、ならびに／またはそれらの組み合わせから成る。代替的に、外殻部材はファイバまたは複合材料、積層材料の外層を備えてもよく、内部領域は充填材料によって充填されてもよい。上部後続部５ａと同様に、複数のケーブルが下側拘束部５ｂを貫通している。拘束体５を貫通するケーブルの例は、電力およびデータ通信ケーブルである。それに加えて、張力対抗部材が拘束体５を貫通して、弾性の拘束体５を提供し、可撓性を許容して、これにより例えばコイリングまたは巻き付けを可能にするような、頑丈さおよび運搬上の利得を拘束体５に与える。例えば、張力対抗部は、ダイニーマ（Dyneema：登録商標）またはそれに類似した高性能ファイバのようなUHMWPE（超高分子量ポリエチレン）を含んでいる。さらに、１つまたは複数の鋼ワイヤロープが、張力対抗部としてまたは張力部材として使用され得る。

図４は、潮だるみの間の液中発電設備１を概略的に示している。本発明の例示的な実施形態によれば、液中発電設備１は拘束体５を備え、拘束体は所定の軌跡６に沿った移動および潮だるみ中の良好な位置の維持の両方の状態に対処することが可能である。拘束体５は、流体よりも大きい平均密度を有する上側拘束部５ａを備え、上側拘束部５ａは、流体力学的断面を備え且つ媒体３に接続されるように配置されており、拘束体５は、流体よりも小さい平均密度を有する下側拘束部５ｂを備え、下側拘束部５ｂは、非流体力学的断面を備え且つ構造物２に接続されて、液中発電設備１が潮だるみの状態に良好に対処することを可能にしている。

図４においては、液中発電設備１が、異なった浮力を有する３つの発電設備セクションを備えていることを見ることが可能である。第１発電設備セクションは、自身が正の浮力を有する媒体３であり、媒体３は、媒体３の隣の矢印によって示されたように、液面に到達しようとする。媒体３の浮力は、例えば翼４に関して、１つ以上の既知の浮力技術を実施することによって調節されることが可能である。第２セクションは、負の浮力を有する上側拘束部５ａである。負の浮力は、例えば上側拘束部５ａを形成するために使用される材料の量を調節することによって、または多様な密度を有する材料を使用することによって、達成される。したがって、この部分は、上側拘束部５ａの隣の矢印によって示されたように沈む。第３発電設備セクションは、正の浮力を有する下側拘束部５ｂである。正の浮力は、例えばファイバまたは複合材料もしくは積層材料の外層を含んだ外殻部材を備えることによって達成され、内部領域は充填材料によって充填されている。したがって、下側部分の密度は、下側拘束部５ｂの内部領域にガス充填された容器を加えることによって制御される。代替的に、下側拘束部５ｂの密度は、周囲の流体よりも小さい密度を有する拘束体５の外側に、要素を取り付けることによって制御される。下側拘束部５ｂは、矢印によって示されたように、液面に到達しようとする。

３つの発電設備セクションの変化した密度の効果は、発電設備１の媒体３、上側拘束部５ａ、および下側拘束部５ｂの平均密度が前述のとおり異なっているために、潮だるみの間に、拘束体５が非線形形状、好適にＳ字形状を形成することである。別の効果は、深さｄ1によって示された、発電設備が浸漬された流体の表面に関連して、またはｄ２によって示された、媒体３が移動する底部に関連して、もしくはその両方に関連して、媒体３の位置を制御することが可能なことである。

非線形形状の別の利点は、媒体３および拘束体５が互いに接近しようとすることである。この背景となる原理は、例えば拘束体のような２つの端部を備えた可撓性本体が、本体の中央に力を受けた場合、２つの端部は互いに向かって移動しようとし、一方で本体は円弧を形成することにある。第１拘束体部分は、媒体３および下側拘束部５ｂに取り付けられている。上側拘束部５ａが、流体よりも大きい密度を有するために沈んだ場合、上側拘束部５ａの第１端部１６および第２端部１７は、上側拘束部５ａが円弧を形成するために、互いに向かって移動しようとする。下側拘束部５ｂの第３端部１８および第４端部１９は、それらが順に上側拘束部５ａおよび構造物２に取り付けられているので、同じ挙動を示す。端部１６、１７、１８、１９の隣の矢印１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａは、個々の端部に作用する力を示すことを目的としている。第４端部１９は構造物２に固定され、横移動できないので、このことは、媒体３および上側拘束部５ａが構造物２に向かって横移動する結果となる。拘束体５および媒体３の異なった部分にかかる結果としての力は、拘束体５および媒体３を、矢印２０によって示されたように、構造物２に向かって移動させる。下側拘束部５ｂは、その正の浮力を伴って、直立位置へと自信を真っすぐにしようとする。これらすべての効果は、拘束体５のもつれもしくはねじれ、または拘束体５の損傷の他の危険性を減少または完全に除去することに向かうことを目的としている。非線形形状および媒体３の構造物２に向かう動作も、流体流れ方向が例えば潮流のために方向を変化させた場合に、発電設備１の対処を改善する。

図５は、第２の例示的な実施形態による液中発電設備１を概略的に示している。液中発電設備１は流体中に浸漬され、構造物２および少なくとも１つの翼４を備えた媒体３を備えている。媒体３は、少なくとも１つの拘束体５を用いて構造物２に固定されるように設けられている。媒体３は、媒体３を通過する流体流れを利用して、所定の軌跡６を移動するように形成されている。図１においては、流体流れの方向は基本的に図中に向かった方向である。流体流れは、例えば海流、潮流、または河川流とすることが可能である。

拘束体５は、上側拘束部５ａ、下側拘束部５ｂ、および中間拘束部５ｄを備えている。上側拘束部５ａは、流体力学的プロファイルまたは断面を備え、流体流れ内の流体よりも大きい平均密度を有する。下側拘束部５ｂは、非流体力学的プロファイルまたは断面を備え、流体流れ内の流体よりも小さい平均密度を有する。中間拘束部５ｄは流体力学的プロファイルまたは断面を備え、流体流れ内の流体よりも小さい平均密度を有する。上側拘束部５ａは、上部結合部１３を用いて媒体３に接続され、上部結合部には支柱が取り付けられている。下側拘束部５ｂは、底部結合部１４を用いて構造物２に接続されている。

上側拘束部５ａと中間拘束部５ｄとの間の機械的接続が、個々の上側拘束部５ａおよび中間拘束部５ｄの力の要求に合致する程度に十分に強固に形成されている限り、上側拘束部５ａおよび中間拘束部５ｄは、多数の方法において接続されることが可能である。中間拘束部５ｄと下側拘束部５ｂとの間の機械的接続が、個々の中間拘束部５ｄおよび下側拘束部５ｂの力の要求に合致する程度に十分に強固に形成されている限り、中間拘束部５ｄおよび下側拘束部５ｂは、多数の方法において接続されることが可能である。例えば拘束部間の接続／遷移は、図２ａおよび図２ｂの図の記載も参照されたい。

中間拘束部５ｄは、異なった密度において上側拘束部５ａとして形成されている。

請求項内に記載された参照符号は、請求項によって保護される事象の範囲を限定するとみられるべきでなく、それらの機能は単に、請求項の理解を容易にするものである。

現実化されるにつれて、本発明は多様な自明の観点における改良が可能であり、それらのすべては添付の請求項の範囲から逸脱しない。したがって、図および記載は、実際には描写的なものであり、厳密でないと考えられるべきである。

１・・・液中発電設備
２・・・構造物
３・・・媒体
４・・・翼
５・・・拘束体
５ａ・・・上側拘束部
５ｂ・・・下側拘束部
５ｃ・・・遷移部
５ｄ・・・中間拘束部
６・・・所定の軌跡
７・・・前側支柱
８・・・後側支柱
９・・・ナセル
１０・・・垂直方向舵
１１・・・タービン
１２・・・発電機
１３・・・上部結合部
１４・・・底部結合部
１５・・・外殻部材
１６・・・第１端部
１７・・・第２端部
１８・・・第３端部
１９・・・第４端部

Claims

液中発電設備であって、該液中発電設備は流体内に浸漬され、前記液中発電設備は構造物および媒体を備え、該媒体は少なくとも１つの翼を備え、前記媒体は、少なくとも１つの拘束体を用いて前記構造物に固定されるように設けられ、前記媒体は、該媒体を通過する流体流れを利用して、所定の軌跡を移動するように形成された液中発電設備において、前記拘束体は上側拘束部および下側拘束部を備え、
前記上側拘束部は、前記流体よりも大きい平均密度を有し、流線形断面を備え、且つ前記媒体に接続されるように配置されており、
前記下側拘束部は、前記流体よりも小さい平均密度を有し、非流線形断面を備え、且つ前記構造物に接続されるように配置されている、液中発電設備。
前記上側拘束部は、前記拘束体の長さの３０から７０％の間の長さを有し、前記下側拘束部は、前記拘束体の長さの７０から３０％の間の長さを有する、請求項１に記載の液中発電設備。
前記拘束体は、前記流体よりも小さい平均密度を有し、流線形断面を備え、且つ前記上側拘束部と前記下側拘束部との間に配置された中間拘束部を備えている、請求項１または請求項２に記載の液中発電設備。
前記上側拘束部の長さは、前記拘束体の長さの２０から４０％の間であってよく、前記中間拘束部の長さは、前記拘束体の長さの２０から６０％の間であってよく、前記下側拘束部の長さは、前記拘束体の長さの１０から２０％の間であってよい、請求項３に記載の液中発電設備。
前記発電設備の媒体は、前記流体よりも小さい平均密度を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記流体は水であり、前記下側拘束部の平均密度は７００から９００ｋｇ／ｍ^３の間、厳密には７５０から８５０ｋｇ／ｍ^３の間、より厳密には８００ｋｇ／ｍ^３であり、上側拘束部の平均密度は１０５０から１２５０ｋｇ／ｍ^３の間、厳密には１１００から１２００ｋｇ／ｍ^３の間、より厳密には１１６０ｋｇ／ｍ^３である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記流体は水であり、前記中間拘束部の平均密度は７００から９００ｋｇ／ｍ^３の間、厳密には７５０から８５０ｋｇ／ｍ^３の間、より厳密には８００ｋｇ／ｍ^３である、請求項３に記載の液中発電設備。
前記拘束体は、該拘束体の外形を形成した外殻部材を備えている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記外殻部材は、エラストマ材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、カーボンファイバ積層材料、グラスファイバ積層材料、複合材料、ポリウレタンを含んだ材料、ポリウレタンエラストマ材料、鋼のうちの少なくとも１つ、および／またはそれらの組み合わせから成る、請求項８に記載の液中発電設備。
前記外殻部材はファイバ、複合材料、または積層材料の外層を備え、内部領域は充填材料によって充填されている、請求項８に記載の液中発電設備。
前記下側拘束部の密度は、ガス充てん容器を前記下側拘束部の内部領域に加えることによって調節される、請求項１０に記載の液中発電設備。
前記下側拘束部の密度は、周囲の前記流体よりも小さい密度を有する要素を前記拘束体の外側に取り付けることによって調節される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記媒体は、
発電機に接続されたタービンを備えたナセルであって、前記タービンは前記媒体の動作によって駆動される、ナセルと、
前記媒体を前記拘束体に取り付けるために設けられた前側支柱および後側支柱と、
を備えている、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記上側拘束部は、上部結合部を用いて前記媒体に接続している、請求項１３に記載の液中発電設備。
前記下側拘束部は、底部結合部を用いて前記構造物に接続している、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の液中発電設備。
前記拘束体は可撓性である、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の液中発電設備。
液中発電設備の制御のための方法であって、該方法は、
液中発電設備を構造物と接続するための拘束体を配置するステップであって、該拘束体は上側拘束部および下側拘束部を備えている、拘束体を配置するステップと、
周囲の流体よりも大きい平均密度を有するように、前記上側拘束部を形成するステップと、
流線形断面を備えるように、前記上側拘束部を形成するステップと、
媒体に接続されるように、前記上側拘束部を配置するステップと、
前記周囲の流体よりも小さい平均密度を有するように、前記下側拘束部を形成するステップと、
非流線形断面を備えるように、前記下側拘束部を形成するステップと、
前記構造物に接続されるように、前記下側拘束部を配置するステップと、
を含み、
前記液中発電設備が所定の軌跡を移動する場合、前記液中発電設備の拘束体は、むち打ちによって誘起される拘束体の振動を減少させ、前記液中発電設備が所定の軌跡を移動しない場合、前記液中発電設備の拘束体は、前記液中発電設備の媒体、前記上側拘束部、および前記下側拘束部の間の異なった平均密度のために、Ｓ字形状を形成する、方法。