JP7285347B2 - 熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システム - Google Patents

熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システム Download PDF

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Description

本開示は、概して、熱差に基づく発電システムに関する。より具体的には、本開示は、熱差に基づく低速運動の高力（slow-motion high-force：低速運動であるが強力である）エネルギーの変換を使用する発電システムに関する。
無人海中航走体（ＵＵＶ: unmanned under vehicle）は、海中測量（調査）、回収、又は監視操作等の多くの用途で使用することができる。しかしながら、長時間の運用のためにＵＵＶに適切な電力を供給することは問題になる可能性がある。例えば、以前のアプローチの１つは、単に、ＵＵＶを中央発電装置に繋ぎ、その繋ぎケーブルを介してＵＵＶに電力を供給している。しかしながら、これによりＵＵＶの範囲及び展開が明らかに制限され、独立又は自律的な動作が必要な状況でＵＵＶの使用が妨げられる可能性がある。別の以前のアプローチは、吸収した熱に基づいて膨張するワックスを使用して電力を生成するが、このアプローチは、供給電力が非常に少量であり、典型的に、２．２ワット時（ＷＨｒ）の容量で約２００ワット（Ｗ）未満に制限される。さらに別の以前のアプローチは、ＵＵＶ内の燃料電池を使用して発電することを含むが、燃料電池は、典型的に、大きなパッケージ及びかなりの空間を必要とする。
本開示は、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システムを提供する。
第１の実施形態では、機器は、圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクを含む。この機器は、第１及び第２のタンクから冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダも含む。この機器は、シリンダ内を通過し、ヘッドを有するピストンをさらに含み、ヘッドによって、シリンダ内の空間を、第１のタンクからの冷媒のための第１のボリュームと第２のタンクからの冷媒のための第２のボリュームとに分割する。さらに、この機器は、ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機とを含む。
第２の実施形態では、システムは、本体及び発電システムを有する航走体（vehicle）を含む。発電システムは、圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクを含む。発電システムは、第１及び第２のタンクから冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダも含む。発電システムは、シリンダ内を通過し、ヘッドを有するピストンをさらに含み、ヘッドによって、シリンダ内の空間を、第１のタンクからの冷媒のための第１のボリュームと第２のタンクからの冷媒のための第２のボリュームとに分割する。さらに、発電システムは、ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機とを含む。
第３の実施形態では、方法は、第１及び第２のタンクとシリンダの第１及び第２のボリュームとの間に冷媒の流れを形成するステップを含む。第１及び第２のタンクのそれぞれは、圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するように構成され、シリンダは、第１及び第２のタンクから冷媒を受け取るように構成された空間を規定する。この方法は、シリンダ内を通過し、ヘッドを有するピストンを動かすステップも含み、ヘッドによって、シリンダ内の空間を、第１のタンクからの冷媒のための第１のボリュームと第２のタンクからの冷媒のための第２のボリュームとに分割する。この方法は、ピストンの直線運動を回転運動に変換するステップと、回転運動に基づいて電力を生成するステップとをさらに含む。
以下の図、詳細な説明、及び特許請求の範囲から、他の技術的特徴が当業者には容易に明らかになり得る。
この開示をより完全な理解のために、添付の図面と併せて、以下の説明を参照する。
本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第１の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第１の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第１の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第１の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第２の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第２の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第２の例示的な水中航走体を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする水中航走体の例示的な構成要素を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する第１の例示的な発電システムを示す図である。 本開示による例示的な低速運動の高力エネルギーの変換システムの一部を示す図である。 本開示による例示的な低速運動の高力エネルギーの変換システムの一部を示す図である。 本開示による図４の発電システムの使用例を示す図である。 本開示による図４の発電システムの使用例を示す図である。 本開示による図４の発電システムの使用例を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する第２の例示的な発電システム、及びその使用例を示す図である。 本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電方法の例を示す図である。
以下に説明する図１～図１１、及び本特許文書において本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、例示に過ぎず、決して本発明の範囲を限定するように解釈すべきではない。当業者は、本発明の原理が、任意のタイプの適切に配置された装置又はシステムにおいて実現され得ることを理解するだろう。
以下の説明では、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする水中航走体が、水域で潜水し、他の機能を実行できると想定されることに留意されたい。ただし、これが（必ずしも）当てはまる必要はない。異なる水中深度での航走体の操作を必要とせずに、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする他のシステムを使用することができる。例えば、水中航走体、遠隔水中電源、又は他のシステムは、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートしながら、水域の水面又はその近く、水中熱水噴出孔（thermal vent）又はその近く、又は他の場所に常に留まる場合がある。こうして、以下の説明は、発電をサポートする特定の水中航走体について説明するが、この特許文書で説明する発電システムは、これらの特定の水中航走体での使用に限定されず、又は一般的な水中航走体にさえ限定されない。
図１Ａ～図１Ｄは、本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第１の例示的な水中航走体１００を示している。特に、図１Ａ及び図１Ｂは、異なる動作モードでの水中航走体１００を示し、図１Ｃ及び図１Ｄは、水中航走体１００の特定の構成要素の代替位置を示している。この例では、航走体１００は、無人水中航走体又は他の装置を表し、これは、海又は他の水域内でブイとグライダー（glider）との両方として機能することができる。航走体１００は、海中測量、回収、又は監視操作等の様々な機能をサポートするために使用することができる。
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、航走体１００は、フィン１０４ａ～１０４ｂ及び翼１０６を有する本体１０２を含む。本体１０２は、航走体１００の他の構成要素を容器に入れる、保護する、又は他の方法で収容するように構成された任意の適切な構造体を表す。本体１０２は、任意の適切な材料から、任意の適切な方法で形成することができる。特定の例として、本体１０２は、紫外線保護塗料でコーティングされたＧ１０ガラス繊維又は他の材料の中性浮力複合材料を含み得る。本体１０２は、航走体１００が、海又は他の水域の深部で見られる極端に高い圧力に耐えることができるように形成され得る。いくつかの実施形態では、本体１０２は、航走体１００が最大１０００メートル又はそれ以上の深さで動作するのを可能にし得る。
フィン１０４ａ～１０４ｂは、移動中に本体１０２を安定化させるのに役立つ、本体１０２からの突起部を表す。フィン１０４ａ～１０４ｂのそれぞれは、任意の適切な材料から、任意の適切な方法で形成することができる。特定の例として、フィン１０４ａ～１０４ｂのそれぞれは、紫外線保護塗料でコーティングされたＧ１０ガラス繊維又は他の材料の中性浮力複合材料を含み得る。また、フィン１０４ａ～１０４ｂのそれぞれは、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することができる。さらに、フィン１０４ａ～１０４ｂのうちの少なくともいくつかは、移動可能又は調整可能であり、本体１０２の進路を変更するのに役立ち、移動中に本体１０２を水中で操縦するのに役立ち得る。さらに、ここに示されるフィン１０４ａ～１０４ｂの数及び位置は単なる例であり、任意の数及び位置のフィンを使用して、航走体１００の所望の動作をサポートすることができる。
いくつかの実施形態では、水中航走体１００は、使用中に水域内で上昇及び下降の両方を行うことができる。これらの実施形態では、フィン１０４ａを使用して、上昇中に航走体１００を操縦することができ、フィン１０４ｂを使用して、下降中に航走体１００を操縦することができる。さらに、航走体１００が上昇しているときに、フィン１０４ａを使用して航走体１００のピッチを制御することができ、フィン１０４ａ同士の間の差を使用して航走体１００のロールを制御することができる。同様に、航走体１００が下降しているときに、フィン１０４ｂを使用して航走体１００のピッチを制御することができ、フィン１０４ｂ同士の間の差を使用して航走体１００のロールを制御することができる。
翼１０６は、水中での航走体１００の滑走運動をサポートする。例えば、場合によっては、航走体１００を、水域内に配置され、所望の目的地に到達させるために短距離又は長距離を移動するようにプログラムすることができる。移動するときに、航走体１００を略水平に位置付けすることができ、翼１０６は、航走体１００が、減少した又は最小の量のエネルギーを使用して、短距離又は長距離を移動するのを可能にするのに役立つ。所望の位置に入ると、航走体１００が上昇又は下降するときに、翼１０６を収納又は使用することができる。翼１０６は、異なる移動方向をサポートするために移動可能でもある。例えば、翼１０６は、航走体１００が上昇しているときに図１Ａで下向きにスイープされ（広げられ）、翼１０６は、航走体１００が下降しているときに図１Ｂで上向きにスイープされる。このようにして、翼１０６は、上昇又は下降中の航走体１００のより容易な又はより迅速な移動を促進するのに役立つ。
翼１０６のそれぞれは、任意の適切な材料から、任意の適切な方法で形成することができる。特定の例として、翼１０６のそれぞれは、紫外線保護塗料でコーティングされたＧ１０ガラス繊維又は他の材料の中性浮力複合材料を含み得る。また、翼１０６のそれぞれは、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することができる。さらに、ここに示される翼１０６の数及び位置は単なる例であり、任意の数及び位置の翼を使用して、航走体１００の所望の動作をサポートすることができる。
水中航走体１００は、航走体１００の重心を制御するのに役立つ１つ又は複数のバラスト１０８ａ～１０８ｂをさらに含むことができる。以下でより詳細に説明するように、（タンク内の二酸化炭素又は他の冷媒等の）材料は、電源又は航走体１００の他の部分内を移動することができ、その動きは航走体１００の重心を変える可能性がある。水中グライダーはそれらの重心の変化に特に影響を受けやすいので、航走体１００は、必要に応じて又は要求に応じて（上昇、下降、又は水平移動中等に）バラスト１０８ａ～１０８ｂのうちの１つ又は複数を調整して、航走体１００の重心を実質的に所望の位置に維持することができる。調整は、上昇、下降、又は水平移動中に航走体１００のピッチのバランスをとるように、航走体１００の長手方向軸線に沿って行うことができる。
各バラスト１０８ａ～１０８ｂは、水中航走体の重心を修正するように構成された任意の適切な構造体を含む。一例として、各バラスト１０８ａ～１０８ｂは、親ねじ及びモータ又は他の機構を使用して移動される質量体を含むことができる。特定の例として、バラストは、ピッチトリムとして機能し、１００グラムの質量体を移動させながら、１０００メートル以上の深さでの動作を可能にする。各バラスト１０８ａ～１０８ｂの他の実施態様は、排水（displacement）ピストンポンプの使用、又はバラストタンクに水を出し入れするための従来のアプローチを含むことができる。ここに示されるバラスト１０８ａ～１０８ｂの数及び位置は単なる例であり、任意の数及び位置のバラストを航走体１００で使用できることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、様々なフラッド（flood）ポート１１０を使用して、水を本体１０２の内部の一部に流入させることができる。以下でより詳細に説明するように、異なる温度の水を使用して、発電に使用される、冷媒の異なるタンクを加熱／冷却することができる。例えば、フラッドポート１１０によって、より暖かい水が１つのタンクの周りの内部区画内に入り、そのタンクの温度を上げることが可能になり得る。他のフラッドポート１１０によって、より冷たい水が別のタンクの周りの別の内部区画内に入り、そのタンクの温度を下げることが可能になり得る。タンク同士の間の熱差により、電力を生成するために使用される圧力差が生じ得る。各フラッドポート１１０は、水が本体１０２の内部に出入りするのを選択的に可能にするように構成された任意の適切な構造体を含む。
図１Ｃ及び図１Ｄは、水中航走体１００の異なる代替端面図を示している。図１Ｃでは、翼１０６は、本体１０２から、本体１０２の中心を通るラインに沿って位置付けされ、延びる。図１Ｄでは、翼１０６は、本体１０２から本体１０２に接するラインに沿って位置付けされ、延びる。これらの位置のいずれかを、図１Ａ及び図１Ｂの翼１０６に使用することができる。いずれの場合でも、翼１０６は、折り畳み位置に収納することができ、そこで翼１０６が本体１０２の長さに沿って延び、その後で展開前、展開中、又は展開後に広げられる。本体１０２の長さに沿って翼１０６を収納することにより、航走体１００を、所望の場所への輸送後等にブイタイプの動作モードに変換することができる（輸送中に、翼１０６は、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように展開することができる）。フィン１０４ａ～１０４ｂを定期的な上昇及び下降に利用して航走体１００を操縦し、地理的位置を維持させることができる。
図２Ａ～図２Ｃは、本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする第２の例示的な水中航走体２００を示している。この例では、航走体２００は、海又は他の水域内でブイとして機能することができる無人水中航走体又は他の装置を表す。航走体２００は、海中測量、回収、又は監視操作等の様々な機能をサポートするために使用することができる。
図２Ａ～図２Ｃに示されるように、水中航走体２００は、本体２０２及びフィン２０４ａ～２０４ｂを含む。本体２０２は、航走体２００の他の構成要素を容器に入れる、保護する、又は他の方法で収容するように構成された任意の適切な構造体を表す。本体２０２は、紫外線保護塗料でコーティングされたＧ１０ガラス繊維又は他の材料の中性浮力複合材料等の任意の適切な材料から、適切な方法で形成することができる。フィン２０４ａ～２０４ｂは、移動中に本体２０２を安定化させるのに役立つ、本体２０２からの突起部を表す。フィン２０４ａ～２０４ｂのそれぞれは、紫外線保護塗料でコーティングされたＧ１０ガラス繊維又は他の材料の中性浮力複合材料等の任意の適切な材料から、任意の適切な方法で形成することができる。また、フィン２０４ａ～２０４ｂのそれぞれは、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することができる。さらに、フィン２０４ａ～２０４ｂのうちの少なくともいくつかは、移動可能又は調整可能であり、本体２０２の進路を変更するのに役立ち、移動中に本体１０２を水中で操縦するのに役立ち得る。さらに、ここに示されるフィン２０４ａ～２０４ｂの数及び位置は単なる例であり、任意の数及び位置のフィンを使用して、航走体２００の所望の動作をサポートすることができる。フィン２０４ａ～２０４ｂを定期的な上昇及び降下に利用して航走体２００を操縦し、地理的位置を維持させることができる。
航走体２００は、航走体２００の重心を制御するのに役立つ１つ又は複数のバラスト２０８ａ～２０８ｂをさらに含むことができる。各バラスト２０８ａ～２０８ｂは、例えば、親ねじ及びモータ又は他のメカニズム、排水ピストンポンプ、又はバラストタンクを使用して移動される質量体を含むことができる。さらに、航走体２００は、電力の生成に使用される冷媒の異なるタンクを加熱／冷却するために、水が本体２０２の内部の部分に流入するのを可能にするために使用できる様々なフラッドポート２１０を含むことができる。
図２Ａ～図２Ｃに見られるように、水中航走体２００は、水中での航走体２００の滑走をサポートするために使用される翼を欠いている。結果として、航走体２００は、ブイとして機能することができるが、一般に、海又は他の水域内のグライダーとしては機能しない装置を表す。いくつかの実施形態では、水中航走体２００は、比重計と同様に機能することができ、フィンを含む必要はない。これらの実施形態では、水中航走体２００は、単に水域の水面に存在することができ、広範囲の深さに亘って上下に移動する必要はない。
以下でより詳細に説明するように、水中航走体１００、２００のそれぞれは、複数のタンクに出入りする冷媒の流れに基づいて動作する発電システムを含む。タンクには、タンクに出入りする冷媒の移動を容易にする温度差（又は温度ベースの圧力差）がある。冷媒の移動により、少なくとも１つの発電機が電力を生成し、この電力は、直ぐに使用することも、後で使用するために貯蔵（蓄積）することもできる。タンク同士の間の十分な温度又は圧力差を達成するために、様々なアプローチを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、各水中航走体１００、２００は、１０００メートルまで又はそれ以上の水面又はその近く等、異なる水中深さで動作するように設計され得、異なる温度の水が取り込まれるか、さもなければその水を使用して異なるタンクを加熱／冷却することができる。他の実施形態では、各水中航走体１００、２００は、水中熱水噴出孔又はその近く等、異なるタンクを同時に加熱／冷却することができる場所で動作するように設計することができる。
さらに、各水中航走体１００、２００の発電システムは、電力を生成するために、低速運動の高力エネルギーの変換を使用することができる。例えば、タンク内の冷媒は、油圧シリンダ又は他の構造体内でピストンを前後に動かすために使用され得る。ピストンは、ピストンの直線運動を発電機の回転運動に変換するチェーンドライブ、ボールねじ、又は他の構造に結合することができる。チェーンドライブ及びボールねじは、冷媒の移動によって生成される低速運動であるが強力なエネルギーを電力に変換するために使用できる装置の例である。ギヤボックスを使用して、ピストンのより遅い運動を発電機のより速い回転に変換することもできる。
低速運動の高力エネルギーの変換を使用して、タンク内の冷媒同士の間の温度／圧力差に基づいて電力を生成する能力は、実施態様及び航走体の使用に応じて様々な利点を提供する。例えば、発電システムは、これらのタイプの用途において比較的大量の電力を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、例えば、冷媒として約５～１０キログラムの二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する発電システムを使用して、約２５～１００ワット時（ＷＨｒ）の容量で約１キロワット（ｋＷ）の連続電力を生成することができる。冷媒として約２０キログラムの二酸化炭素を用いる発電システムを使用して、約２００～４００ＷＨｒの容量で約１ｋＷの連続電力を生成することができる。もちろん、これらの特定の値は、単なる例であり、いくつかの要因に基づいて変更することができる。また、チェーンドライブ、ボールねじ、又は他の低速運動の高力エネルギーの変換システムを使用すると、損失が少なく（摩擦損失の低減等）、発電システムのより効率的な運用を実現することができる。これは、発電システムで生成できる電力量を増やし、又は最大化するのに役立つ。場合によっては、タンク内の冷媒同士の間の温度差が比較的小さい場合でも（約１０℃程度の温度差等）、十分な電力を生成するのを可能にし得る。さらに、発電システムは、他の発電システムと比較して、部品点数が少なく、サイズ／重量を小さくすることができ、これは、様々な用途で有益になり得る。さらに、低速運動の高力エネルギーの変換をサポートする能力は、大きな力及び横方向の動きによって従来のラック及びピニオンドライブ等の構成要素が損傷するのを防ぐのに役立つ。
この特許文書に開示する発電システム及び関連する航走体は、多くの用途で使用することができる。例えば、発電システムは、環境監視、海洋生物監視、商業又は軍事監視又はパトロール、及び国境又は法執行機関の監視又はパトロールに使用されるフロート、グライダー、或いは他の海洋ベース又は海ベースの航走体で使用することができる。特定の例として、発電システムは、ＡＲＧＯフロート、又は世界の上層海洋の温度、塩分、又は他の特徴を測定するために使用される他のシステムで使用することができる。
図１Ａ～図２Ｃは、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする水中航走体１００及び２００の例を示しているが、図１Ａ～図２Ｃに様々な変更を加えることができる。例えば、これらの図は水中航走体の例のみを示しているが、この特許文書で説明する熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システムは、他の任意の適切な装置又はシステムで使用することができる。
図３は、本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする水中航走体３００の例示的な構成要素を示している。水中航走体３００は、例えば、上記の水中航走体１００及び２００のいずれかを表すことができる。従って、図３に示される構成要素は、図１Ａ～図２Ｃに示されていない、航走体１００及び２００のいずれか内の内部又は他の構成要素を表すことができる。
図３に示されるように、航走体３００は、少なくとも１つのコントローラ３０２及び少なくとも１つのメモリ３０４を含む。コントローラ３０２は、航走体３００の全体的な動作を制御し、航走体３００を制御するための任意の適切なハードウェア又はハードウェアとソフトウェア／ファームウェアとの組合せを表すことができる。例えば、コントローラ３０２は、メモリ３０４から取得した命令を実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサを表すことができる。コントローラ３０２は、任意の適切な数及びタイプのプロセッサ又は任意の適切な構成の他のコンピュータ又は制御装置を含み得る。コントローラ３０２のタイプの例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、及びディスクリート回路が含まれる。
メモリ３０４は、コントローラ３０２又は航走体３００の他の構成要素によって使用、生成、又は収集されたデータを格納する。各メモリ３０４は、情報（データ、プログラムコード、及び／又は一時的又は永続的な他の任意の適切な情報等）を格納及び容易に検索するように構成された任意の適切な構造を表す。メモリ３０４のいくつかの例には、少なくとも１つのランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ、又は他の任意の適切な揮発性又は不揮発性の記憶及び検索装置が含まれ得る。
この例の航走体３００は、１つ又は複数のセンサ構成要素３０６及び１つ又は複数の通信インターフェース３０８も含む。センサ構成要素３０６は、航走体３００自体又は航走体３００の周りの環境の任意の適切な特性を感知するために使用できるセンサを含む。例えば、センサ構成要素３０６は、航走体３００の位置を特定することができるＧＰＳ（Global Positioning System）センサ等の位置センサを含むことができる。これを使用して、例えば、航走体３００が、所望の経路を辿っているか、或いは所望の位置又はその近くでその位置を維持しているのを確実にするのに役立てることができる。センサ構成要素３０６は、水中航走体３００の深さを推定するために使用される圧力センサも含むことができる。センサ構成要素３０６は、音声信号を取り込むための音声センサ、ビデオ信号又は写真を取り込むための光検出器又は他のカメラ、或いは他の又は追加の情報をキャプチャするための他の又は追加の構成要素をさらに含むことができる。各センサ構成要素３０６は、１つ又は複数の特性を感知するための任意の適切な構造を含む。
通信インターフェース３０８は、航走体３００と他の装置又はシステムとの間の相互作用をサポートする。例えば、通信インターフェース３０８は、１つ又は複数の衛星、飛行機、船、又は他の近く又は離れた装置と通信するように構成された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）又は他のトランシーバを含むことができる。通信インターフェース３０８によって、航走体３００が、センサ構成要素３０６によって収集されたデータに関連する情報等のデータを１つ又は複数の外部宛先に送信することが可能になる。通信インターフェース３０８によって、航走体３００が、航走体３００によって実行される他の又は追加の動作のための命令、又は航走体３００が動作する場所を制御するための命令等のデータを１つ又は複数の外部ソースから受信することも可能になる。各通信インターフェース３０８には、航走体３００との通信をサポートする任意の適切な構造が含まれる。
航走体３００は、航走体３００の１つ又は複数の動作態様を調整するために使用される１つ又は複数の装置アクチュエータ３１０を含むことができる。例えば、装置アクチュエータ３１０を使用して、航走体が上昇又は下降している間に、航走体のフィン１０４ａ～１０４ｂ、２０４ａ～２０４ｂを動かすことができる。特定の例として、装置アクチュエータ３１０を使用して、航走体の上昇又は下降中にフィン１０４ａ～１０４ｂ、２０４ａ～２０４ｂを動かすることができるので、航走体が、（所望の下降又は上昇経路を実現するために）地球の磁場に対して所望の姿勢を得るようにすることができる。装置アクチュエータ３１０を使用して、翼１０６の位置決めを制御し、翼１０６が（進行方向に応じて）収納又は上向き又は下向きに広げられるかどうかを制御することができる。各装置アクチュエータ３１０は、水中航走体の１つ又は複数の構成要素を物理的に修正するための任意の適切な構造体を含む。しかしながら、航走体３００がフィン又は翼を欠いている場合等に、航走体３００は、装置アクチュエータ３１０を含む必要がないことに留意されたい。
航走体３００は、発電機３１２、電力調整器３１４、及び電力貯蔵器３１６をさらに含む。発電機３１２は、一般に、電気エネルギーを生成するように動作する。特に、発電機３１２は、熱差に基づいて動作することができ、以下でより詳細に説明するように、低速運動の高力エネルギーの変換を使用することができる。発電機３１２は、熱差に基づいて電気エネルギーを生成するように構成された任意の適切な構造体を含む。
電力調整器３１４は、発電機３１２によって生成された電力を、貯蔵又は使用に適した形態に調整又は変換するように構成される。例えば、電力調整器３１４は、発電機３１２から直流（ＤＣ）信号を受け取り、ＤＣ信号をフィルタリングし、ＤＣ信号に基づいて電力貯蔵器３１６に電力を貯蔵することができる。電力調整器３１４は、電力貯蔵器３１６から電力を受け取り、電力を航走体３００の他の構成要素のための適切な電圧及び電流に変換することもできる。電力調整器３１４は、電力を調整又は変換するための任意の適切な構造体を含む。
電力貯蔵器３１６は、発電機３１２によって生成された電力を後で使用するために貯蔵するために使用される。電力貯蔵器３１６は、１つ又は複数のバッテリ又はスーパーキャパシタ等の電力を貯蔵するための任意の適切な構造体を表す。
航走体３００は、１つ又は複数の推進構成要素３１８を含むことができ、これは、航走体３００を水中（in water）又は水中（through water）で物理的に移動させるために使用される構成要素を表す。いくつかの実施形態では、推進構成要素３１８は、１つ又は複数のモータ又は他の推進システムを表すことができる。特定の実施形態では、推進構成要素３１８は、航走体３００が水面又はその近くの位置と所望の深さとの間を移動しているときにのみ使用することができる。他の期間中に、推進構成要素３１８を非アクティブにすることができる。もちろん、推進構成要素３１８は、航走体３００を所望の位置に維持するのに役立つ、又は航走体３００を移動させて監視又は検出を回避するのに役立つ等の、他の時に使用することができる。他の実施形態では、推進構成要素３１８は、浮力制御及びモーメント及び姿勢制御に使用される構成要素を表すことができ、浮力の変化により、航走体３００が上昇及び下降し、モーメント／姿勢の変化は、（上昇又は下降中に最大３０°又は他の移動角度を許可する等によって）上昇又は下降中に航走体３００を再位置付けするのに役立つ。浮力の変化を使用する能力によって、航走体３００が、殆ど貯蔵されていないエネルギーを使用して、発電で使用するための異なる温度の水を捕捉することが可能になり得る。しかしながら、航走体３００が受動的なブイを表す場合等に、航走体３００は、推進構成要素３１８を含む必要がないことに留意されたい。
様々なバス３２０を使用して、航走体３００の構成要素を相互接続することができる。例えば、電力バスは、電力を航走体３００の様々な構成要素に輸送することができる。発電機３１６によって生成された電力及び電力貯蔵器に貯蔵された電力を、図３の任意の構成要素に供給することができる。例えば、電力をコントローラ３０２及びメモリ３０４に供給して、コントローラ３０２による計算及び命令実行、並びにメモリ３０４によるデータの保存／検索を容易にすることができる。感知、通信、及び作動動作をサポートするために、電力をセンサ構成要素３０６、通信インターフェース３０８、及び装置アクチュエータ３１０に供給することもできる。さらに、航走体３００の動きをサポートするために、電力を推進構成要素３１８に供給することができる。電力バスは、サーボ及び他の装置アクチュエータ（バラスト等）の５Ｖ、１２Ｖ、及び２４Ｖの主駆動電力等、ある範囲の電圧及び目的を有し得る。制御バスは、コントローラ３０２によって生成された制御信号等、様々な構成要素の制御信号を輸送することができる。センサバスは、様々な構成要素のセンサデータを輸送することができる。
図３は、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電をサポートする水中航走体３００の構成要素の一例を示しているが、図３に様々な変更を加えることができる。例えば、図３の様々な構成要素は、特定のニーズに応じて、組み合わせたり、さらに細かく分割したり、再配置したり、省略したり、又は追加の構成要素を追加したりすることができる。
図４は、本開示による熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する第１の例示的な発電システム４００を示している。発電システム４００は、例えば、上記の発電機３１２の一部を表すか、又はその一部を形成し、上記の水中航走体１００又は２００で使用することができる。しかしながら、発電システム４００は、発電するために、他の任意の適切な航走体又は他のシステムで使用することができることに留意されたい。
図４に示されるように、発電システム４００は、概して、第１のタンク４０２、第２のタンク４０４、シリンダ４０６、及び低速運動の高力エネルギーの変換システム４０８を含む。第１及び第２のタンク４０２及び４０４はそれぞれ、圧力下で冷媒４１０ａ及び４１０ｂを保持するように構成される。冷媒４１０ａは、第１のタンク４０２に出入りし、シリンダ４０６の第１の部分に出入りすることができる。同様に、冷媒４１０ｂは、第２のタンク４０４に出入りし、シリンダ４０６の第２の部分に出入りすることができる。タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂ間の圧力差（これは熱差によって引き起こされ得る）によって、冷媒４１０ａが第１のタンク４０２又はシリンダ４０６内に流入するか、及び冷媒４１０ｂが第２のタンク４０４又はシリンダ４０６に流入するかどうかを決定することができる。各タンク４０２及び４０４は、圧力下で冷媒を保持するように構成された任意の適切な構造体を含む。冷媒４１０ａ～４１０ｂは、タンク４０２及び４０４とシリンダ４０６との間で熱を伝達するために使用される任意の適切な流体（液体二酸化炭素等）を含む。タンク４０２及び４０４は、同じ冷媒を保持する場合もあれば、保持しない場合もあることに留意されたい。
この例では、第１のタンク４０２は、第１の流体ライン４１２を介してシリンダ４０６に結合され、第１のバルブ４１４は、タンク４０２とシリンダ４０６との間の第１の流体ライン４１２を通る冷媒４１０ａの流れを制御するために選択的に開閉されるように構成される。同様に、第２のタンク４０４は、第２の流体ライン４１６を介してシリンダ４０６に結合され、第２のバルブ４１８は、タンク４０４とシリンダ４０６との間の第２の流体ライン４１６を通る冷媒４１０ｂの流れを制御するために選択的に開閉されるように構成される。各流体ライン４１２及び４１６は、タンクとシリンダとの間の冷媒の輸送を可能にするように構成された任意の適切な通路を含む。各バルブ４１４及び４１８は、冷媒の流れを制御するために開閉するように構成された任意の適切な構造体を含む。
シリンダ４０６は、概して、タンク４０２及び４０４からの冷媒４１０ａ～４１０ｂが出入りすることができる空間を規定する。ここでのシリンダ４０６は、大きなアスペクト比を有し、これは、シリンダ４０６の長さがシリンダ４０６の幅又は直径よりも遥かに大きいことを意味する。従って、シリンダ４０６は、「ロングスロー（long through）」シリンダと呼ばれ得る。シリンダ４０６は、複数のタンクから冷媒を受け取るように構成された空間を規定する任意の適切な構造体を含む。シリンダ４０６は、任意の適切な形状を有してもよく、円形断面を有しても、有さなくてもよいことに留意されたい。
ピストン４２０は、シリンダ４０６の内外に延び、ピストン４２０のヘッド４２２は、シリンダ４０６の内部空間を２つの別個のボリュームに分離する。一方のボリュームは、第１のタンク４０２から冷媒４１０ａを受け取るために使用され、他方のボリュームは、第２のタンク４０４から冷媒４１０ｂを受け取るために使用される。以下で説明するように、冷媒４１０ａ～４１０ｂがシリンダ４０６の内外に移動する際に、これらのボリュームは変化する。ピストン４２０のヘッド４２２の周りのシールは、一般に、一方のボリュームの冷媒４１０ａ又は４１０ｂが他方のボリューム内に漏れるのを防ぐ（及びその逆も防ぐ）。これは、冷媒４１０ａ～４１０ｂの間の圧力差によってピストン４２０を動かすことを確実にするのに役立つ。また、シリンダ４０６の一端のシールによって、冷媒４１０ａがシリンダ４０６の外に漏れるのを防ぎながら、ピストン４２０がシリンダ４０６のその一端を通過することが可能になる。ピストン４２０は、シリンダに出入りする冷媒の流れに基づいてシリンダ内を前後に移動するように構成された任意の適切な構造体を含む。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シール又は他のポリマーシール等の任意の適切なシールをシリンダ４０６及びピストン４２０と共に使用することができる。
エネルギー変換システム４０８は、一般に、冷媒４１０ａ～４１０ｂのシリンダ４０６への出入りの動きに基づいてピストン４２０によって生成される力を電力に変換するように動作する。いくつかの実施形態では、冷媒４１０ａ～４１０ｂによって生成されるピストン４２０にかかる力は非常に大きくなる可能性がある。特定の例として、約３００～５００ポンド／平方インチ（約２０６８．４～３４４４．４キロパスカル）の力が、面積が約１２平方インチ（約７７．４平方センチメートル）のピストンヘッド４２２に加えられ、結果として約３，６００～６,０００ポンドの力がピストン４２０に対して加えらる。しかしながら、ピストン４２０は、様々な抵抗力（速度を上げるギヤボックス及び後述する発電機に関連する抵抗力等）及び摩擦力のために比較的ゆっくりと動く。エネルギー変換システム４０８は、この低速運動であるが強力なエネルギーを電力に変換するのに役立つ。エネルギー変換システム４０８は、ピストン４２０の直線運動を、発電機を駆動するために使用できる回転運動に変換するようにも動作する。
エネルギー変換システム４０８は、ピストンによって提供される低速運動及び高力エネルギーを電力に変換するように構成された任意の適切な構造体を含む。エネルギー変換システム４０８の例示的な実施形態は、以下に提供され、チェーンドライブ又はボールねじを使用して、低速運動及び高力エネルギーを回転運動に変換し、この回転運動が発電機によって電力を生成するために使用される。チェーンドライブ又はボールねじ等の構造体を使用する利点の１つは、これらの構造体が大抵の場合損傷することなく高い線形力に耐えることができ、大きな横方向の動きの許容誤差を提供できることである。
シリンダ４０６及びピストン４２０は、システム４００における所望の量の発電をサポートするために、所望の量の前後運動を提供するようなサイズ決めすることができることに留意されたい。例えば、シリンダ４０６は、約４～６フィート（約１．２～１．８メートル）の長さであり得る。ピストン４２０は、ピストン４２０がシリンダ４０６の少なくとも実質的な部分に沿って動くのを可能にするために、同様の長さを有するか、又は必要に応じてより長く又はより短くすることができる。
この特定の例では、支持構造体４２４を使用して、シリンダ４０６をエネルギー変換システム４０８に堅固に結合することができる。これは、（電力を生成しない、エネルギー変換システム４０８に対するシリンダ４０６の相対運動を生じさせるのではなく）ピストン４２０の動きがエネルギー変換システム４０８に実質的に結合するのを確実にするのに役立つ。支持構造体４２４は、シリンダとエネルギー変換システムとの堅固な結合を容易にする任意の適切な構造体を含む。しかしながら、シリンダ４０６とエネルギー変換システム４０８とを結合する支持構造体４２４の使用は、（必ずしも）必要ではなく、他の機構を使用してシリンダ４０６とエネルギー変換システム４０８とを固定することができることに留意されたい。例えば、シリンダ４０６とエネルギー変換システム４０８とは両方とも、シリンダ４０６及びエネルギー変換システム４０８の位置を維持するのに役立ち得る１つ又は複数の他の構造体（水中航走体のハウジング又は他の支持構造体等）に結合することができる。
制御ユニット４２６が、エネルギー変換システム４０８に結合され得、発電システム４００の様々な態様を制御するために使用され得る。例えば、制御ユニット４２６は、エネルギー変換システム４０８から電力を受け取り、１つ又は複数のバッテリ又は他のストレージ装置に電力を調整及び貯蔵するために使用される電気部品を含み得る。制御ユニット４２６は、エネルギー変換システム４０８又は貯蔵装置から電力を受け取り、水中航走体の他の構成要素等、より大きな装置又はシステムの他の構成要素によって使用するために電力を調整することもできる。従って、いくつかの実施形態では、制御ユニット４２６は、上記の電力調整器３１４及び電力貯蔵器３１６を含み得る。制御ユニット４２６は、バルブ４１４及び４１８の動作を制御すること等によって、電力の生成をさらに制御することができる。
システム４００内の発電をサポートするために、圧力差（温度ベースの圧力差等）を、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂの間に形成することができる。これは、様々な方法で実現することができる。例えば、各タンク４０２及び４０４は、そのタンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂの温度を維持するのに役立つ関連する断熱構造体４２８及び４３０を有することができる。いくつかの実施形態では、フラッドポート１１０、２１０を使用して、異なる温度の水が航走体の内部に入り、タンク４０２及び４０４、並びに関連する断熱構造体４２８及び４３０を浸漬して、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂを加熱／冷却することが可能になり得る。他の実施形態では、断熱構造体４２８及び４３０は、ウォータージャケットを表し、各ジャケットは、関連するタンク４０２又は４０４の周りの水を受け取り、保持するように構成された構造体を含む。１つ又は複数のバルブを使用して、各ウォータージャケットに出入りする水の流れを制御することができる。そして、ポンプが、オプションで、各ウォータージャケットに水を押し込むか、又は水を押し出すために提供され得る。さらに他の実施形態では、１つ又は複数の熱交換器（図示せず）は、タンク４０２及び４０４のうちの１つ又は複数に関連付けられ、タンク内の冷媒４１０ａ～４１０ｂを選択的に加熱／冷却するために使用され得る。そして、断熱構造体４２８及び４３０は、タンク４０２及び４０４内の温度を維持するのに役立つために使用される断熱材を表すことができる。
実施態様に応じて、タンク４０２及び４０４の間に圧力差を形成するのを助けるために、異なる方法でタンク４０２及び４０４内に異なる温度を確立することができる。一例として、一方の断熱構造体４２８又は４３０内のより暖かい水は、水域の水面又はその近くで取り込まれ、別の断熱構造体４３０又は４２８内のより冷たい水は、水面下の指定された深さで取り込まれ得る。別の例として、断熱構造体４２８及び４３０内の異なる温度の水は、水域内の水温躍層の異なる側で取り込むことができる。さらに別の例として、熱水噴出孔の周りのより暖かい水、熱水噴出孔自体の一部、又は熱水噴出孔の周りの地面（ground）を使用して、一方のタンク４０２又は４０４を暖めることができる一方、熱水噴出孔から離れたより冷たい水を使用して、別のタンク４０４又は４０２を冷却することができる。さらに別の例として、水面の水を使用して一方のタンク４０２又は４０４を冷却することができる一方、水上の表面空気、太陽エネルギー、又は他のメカニズムを使用して別のタンク４０４又は４０２を暖めることができる。最後の例として、水面の水を使用して一方のタンク４０２又は４０４を暖めることができる一方、水面上の表面空気、放射冷却、又は他のメカニズムを使用して別のタンク４０４又は４０２を冷却することができる。任意の適切な１つ又は複数の技術を使用して、冷媒４１０ａ～４１０ｂを加熱及び／又は冷却することができる。
ハウジング４３２は、発電システム４００の他の構成要素を容器に入れる、保護する、又は他の方法で収容するために使用され得る。ハウジング４３２は、発電システム４００が使用される水中航走体又は他のより大きな装置又はシステム内の自己完結型又は他の構造体を表すことができる。ハウジング４３２は、ハウジング４３２が水中航走体１００又は２００の本体１０２又は２０２の少なくとも一部を表す場合等に、水中航走体又は他のより大きな装置又はシステム自体のハウジングも表すことができる。ハウジング４３２は、任意の適切な材料から、任意の適切な方法で形成することができ、ハウジング４３２は、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することができる。
発電サイクル中に、バルブ４１４及び４１８を閉じ、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂを異なる温度に曝すこと等によって、タンク４０２と４０４との間に圧力差が生じる。理想的には、一方のタンク４０２又は４０４の冷媒４１０ａ又は４１０ｂは、他方のタンク４０４又は４０２の冷媒４１０ｂ又は４１０ａと比較して大幅に高い圧力を達成する。バルブ４１４及び４１８を開く前に、ピストン４２０のヘッド４２２は、一般に、（ｉ）高圧冷媒を有するタンク４０２又は４０４に関連するシリンダ４０６内のボリュームがより小さくなり、（ｉｉ）低圧冷媒を有するタンク４０４又は４０２に関連するシリンダ４０６内のボリュームがより大きくなるように位置付けされる。発電を開始するために、バルブ４１４及び４１８が開かれる。高圧冷媒の少なくとも一部は、そのタンク４０２又は４０４を出て、シリンダ４０６に入る。これ及び他方のタンクの低圧によって、ピストン４２０のヘッド４２２が押され、低圧冷媒の少なくとも一部を、シリンダ４０６から出させて、そのタンク４０４又は４０２に入れる。その結果、ピストン４２０は一方向に移動し、エネルギー変換システム４０８が電力を生成するのを可能にする。
ある時点で（例えば、タンク４０２及び４０４内の圧力が実質的に等しい場合等に）、バルブ４１４及び４１８を閉じることができ、これにより、冷媒４１０ａ～４１０ｂの移送が停止される。その時点で、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂは、再び異なる温度に曝され得、別の発電サイクルが発生し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ～４１０ｂの温度を逆転させて、ピストン４２０を反対方向に駆動させることができる。このようにして、タンク４０２と４０４との間の温度に起因する圧力差に基づいて、繰り返される発電サイクルに亘って電力を生成することが可能になる。
図４は、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システム４００の第１の例を示しているが、図４に様々な変更を加えることができる。例えば、図４に示される構成要素の配置は例示のみを目的としている。図４に示されるタンク４０２及び４０４、シリンダ４０６、エネルギー変換システム４０８、又は他の構成要素は、他の任意の適切な構成で配置することができる。特定の例として、タンク４０２及び４０４の両方を、ハウジング４３２の同じ端部に配置することができる。また、図４に示される構成要素の相対的なサイズ、形状、及び寸法は、例示のみを目的としている。
図５及び図６は、本開示による例示的な低速運動の高力エネルギーの変換システム５００の一部を示している。エネルギー変換システム５００は、例えば、図４の発電システム４００のエネルギー変換システム４０８の少なくとも一部を表すことができる。しかしながら、エネルギー変換システム５００は、他の任意の適切なシステムで使用できることに留意されたい。
図５に示されるように、この例のエネルギー変換システム５００は、（様々なマウント５０６によって所定の位置に保持される）様々なプーリー５０４の周りに経路指定されたチェーン５０２を含むチェーン駆動システムを使用して実現される。チェーン５０２は、必要に応じて経路指定し、発電のために回転させることができる適切なチェーン、ベルト、又は他の連続的な構造体（シングルスプロケット又はマルチスプロケットチェーン等）を表す。チェーン５０２は、金属又は他のチェーンリンク等の任意の適切な材料から形成することもできる。各プーリー５０４は、チェーン５０２によって部分的に取り囲まれ、チェーン５０２を経路指定するように構成された任意の適切な構造体を表す。各マウント５０６は、支持体に取り付けられ、プーリー５０４の対応する１つを通過するシャフトを保持するように構成された任意の適切な構造体を表す。ここでのチェーン５０２は、コネクタ５０８を使用してピストン４２０に結合され、これにより、ピストン４２０の線形の前後運動をチェーン５０２の回転の前後運動に変換することができる。コネクタ５０８は、ピストン４２０とチェーン５０２とを結合するように構成された任意の適切な構造体を含む。
ここでのプーリー５０４は、チェーン５０２をギヤボックス及び発電機システム５１０に経路指定するために使用される。ギヤボックス及び発電機システム５１０のギヤボックスは、チェーン５０２の比較的遅い回転運動を比較的速い（high：高い）回転運動に変換する。ギヤボックスの発電機及び発電機システム５１０は、ギヤボックスによって生成される比較的速い回転運動を使用して電力を生成する。ギヤボックスは、一般に、より遅い回転運動をより速い回転運動に変換するための任意の適切なギヤ又は他の構造体を含み、例えば、１０：１、２０：１、５０：１、８０：１、１００：１、又は他の回転運動の高速化を提供する２段又は３段の遊星ギヤボックス又は他のギヤボックス等を含む。発電機は、ブラシ付き又はブラシレスＤＣ発電機等、電気エネルギーを生成するための適切な構造を含む。ギヤボックス及び発電機システム５１０の一例は、以下に説明する図６に示される。ギヤボックス及び発電機システム５１０は、マウント５０６と同じ又は類似し得るマウント５１２によって所定の位置に保持することができる。
この例では、マウント５０６のうちのいくつかは、支持構造体４２４等の外部構造体に結合することができ、他のマウント５０６及びマウント５１２は、剛性フレーム５１４に結合することができる。剛性フレーム５１４は、１つ又は複数の接続アーム５１６を介して支持体又は他の構成要素に結合することができる。ここで、剛性フレーム５１４は、チェーン５０２がギヤボックス及び発電機システム５１０の周りにしっかりと経路指定され得るのを確実にするのに役立つ。しかしながら、エネルギー変換システム５００の構成要素を所定の位置に取り付けるために、他の任意の適切な技術を使用してもよいことに留意されたい。
図６に示されるように、ギヤボックス及び発電機システム５１０は、ギヤボックス６０２及び発電機６０４を含む。ギヤボックス６０２は、一般に、高効率、高トルク対応の歯車列及びスプロケット６０８として機能するギヤ６０６の多段セットを含む。チェーン５０２は、スプロケット６０８を通過し、チェーン５０２の回転に基づいてスプロケット６０８を回転させる。多段セットのギヤ６０６は、チェーン５０２／スプロケット６０８の比較的遅い回転運動を、ギヤボックス６０２のシャフト６１０及び発電機６０４のシャフト６１２を介して発電機６０４に結合される遥かに速い回転運動に変換する。シャフト連結器６１４は、シャフト６１０及び６１２を接続して、ギヤボックス６０２が発電機６０４を駆動できるようにする。上記のように、ギヤボックス６０２は、１０：１、２０：１、５０：１、８０：１、１００：１、又は他の回転運動の高速化をサポートすることができる。こうして、例えば、スプロケット６０８の毎分２０回転（ＲＰＭ）の回転速度は、シャフト６１２の２００、４００、１，０００、１，６００、２，０００、又は他のＲＰＭの回転速度に変換することができる。しかしながら、ギヤボックス６０２内の段数及びギヤ６０６の数、並びに回転運動の高速化は、例示のみを目的としており、ギヤボックス６０２は他の任意の適切な設計及び動作を有することができることに留意されたい。
発電機６０４は、ギヤボックス６０２によるそのシャフト６１２の回転に基づいて電力を生成する。場合によっては、発電機６０４に始動トルクを与える際にアシストを提供することが必要又は望ましい場合がある。このアシストは様々な方法で与えることができる。いくつかの実施形態では、例えば、電子速度コントローラ（ＥＳＣ）が、デジタル絶縁型ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を介して等、発電機６０４に瞬間的に接続され得、次に、一旦発電機６０４が回転し始めると、発電機６０４から切断され得る。別の例として、発電機６０４が電気エネルギーの生成を開始する前に必要とされる始動力又は起動力は、様々な方法で低減することができる。例えば、発電機６０４は、最初にモータとしてオンにされ、本質的に発電機６０４を事前に回転させることができる。別の例として、発電機６０４は、ギヤボックス６０２が少なくともある最小速度（ギヤボックスの定格速度の５０％等）で回転するまで、負荷を受けない場合がある。
図５及び図６は、低速運動の高力エネルギーの変換システム５００の一例の一部を示しているが、図５及び図６に様々な変更を加えることができる。例えば、図５に示されるチェーン５０２のギヤボックス及び発電機システム５１０への経路指定は、例示のみを目的としており、他の経路指定構成を使用して、チェーン５０２をギヤボックス及び発電機システム５１０に経路指定することができる。また、図６に示される特定のギヤボックス６０２及び発電機６０４は、例示のみを目的としている。さらに、エネルギー変換システム５００の他の実施形態は、チェーン５０２を使用せずに動作することができる。
図７～図９は、本開示による図４の発電システム４００の使用例を示している。特に、図７～図９は、ピストン４２０の動き及び発電機６０４による対応する電力の生成を生み出すために、発電システム４００のタンク４０２と４０４との間に熱差を形成することができる例示的な方法を示している。しかしながら、他の方法で発電システム４００のタンク４０２及び４０４の間に熱差を生じさせることができ、図７～図９は、発電システム４００を使用することができる方法を制限しないことに留意されたい。
図７に示されるように、発電システム４００を含む航走体７００は、水域７０２内の異なる深さに入れられ又は動作することができる。水面又はより浅い深さで、発電システム４００の１つのタンク４０２又は４０４を、より暖かい水を使用して加熱することができる。より深い深さでは、発電システム４００の別のタンク４０４又は４０２を、より冷い水を使用して冷却することができる。結果として生じるタンク４０２及び４０４の間の熱差は、冷媒４１０ａ～４１０ｂの間に圧力差を生み出し、冷媒４１０ａ又は４１０ｂがシリンダ４０６に入るのを可能にし、他方の冷媒４１０ｂ又は４１０ａがシリンダ４０６を出て、ピストン４２０の動きを形成するのを可能にする。
この機能の特定の例として、航走体７００がより深い深さにあった後に、位置７０４に到達すると仮定する。また、発電システム４００のタンク４０４は、以前により深い深さで冷却されていたと仮定する。この位置７０４になると、例えば、発電システム４００のタンク４０２をしばらくの間より暖かい水に浸すのを可能することによって、そのタンク４０２を、より暖かい水を用いて加熱することができる。他の又は追加のメカニズム（太陽熱収集器或いは日光又は暖かい周囲空気への曝露等）もまた、又は代わりに、タンク４０２の加熱を容易にするために使用され得る。繰り返すが、発電システム４００の他方のタンク４０４は、より深い（lower）深さで前もって冷却された結果、遥かに冷却され、タンク４０２及び４０４の間に圧力差が生じる。こうして、次に、発電システム４００のバルブ４１４及び４１８を開いて、より暖かいタンク４０２に関連する冷媒４１０ａがシリンダ４０６に入り、より冷たいタンク４０４に関連する冷媒４１０ｂがより低温のタンク４０４に入る際に、ピストン４２０及びチェーン５０２の動きを形成する。これは、航走体７００が位置７０４に留まっている間、又は航走体７００が位置７０６でより低い深さに潜る間に発生し得る。発電が完了すると、バルブ４１４及び４１８が閉じられ、より暖かい冷媒を含んでいたタンク４０２は、より深い深さの水を用いること等によって冷却することができる。そのタンク４０２が冷却されると、航走体７００は、他方のタンク４０４を暖めるために、位置７０８（位置７０４と正確に一致する場合もあれば、一致しない場合もある）に上昇することができる。これは、次のサイクルが、発電システム４００のピストン４２０を前のサイクルとは反対の方向に動かすが、別の発電サイクルを発生させることができる。発電システム４００は、タンク４０２及び４０４の間の熱差に基づいて電力を生成するので、このプロセスは何度でも繰り返すことができる。
図８に示されるように、発電システム４００を含む航走体８００は、熱水噴出孔（thermal vent）８０２で又はその近くで、或いは熱水噴出孔８０２の周りの地面（海底）８０４上又はその近くで動作することもできる。位置８０６において、航走体８００は、浮力があり、熱水噴出孔８０２の近くの水に浮かんでいる。熱水噴出孔８０２又は熱水噴出孔８０２の周りのより暖かい水が発電システム４００の一方のタンク４０２又は４０４を加熱することができるように、航走体８００の一端を位置付けすることができる。発電システム４００の他方のタンク４０４又は４０２は、熱水噴出孔８０２から遠い水によって冷却することができ、又は航走体８００を、熱水噴出孔８０２から離れる方向に操縦して、より冷たい水を収集する、又は他の方法で他方のタンク４０４又は４０２を冷却することができる。しかしながら、それが生じると、タンク４０２及び４０４の間の熱差は、上記のように発電システム４００での発電を容易にする。いくつかの実施形態では、発電サイクルが完了した後に、航走体８００は、それ自体を反転又は他の方法で再位置付けしてタンク４０２及び４０４の加熱及び冷却を逆転させ、任意の所望の回数発生し得る別の発電サイクルを促進することができる。
位置８０８において、航走体８００は、一般に、熱水噴出孔８０２の周りの地面８０４上に少なくとも部分的に静止している。この位置８０８において、航走体８００の一端は、熱水噴出孔８０２の周りのより暖かい地面８０４、又は地面８０４の直ぐ上のより暖かい水が、発電システム４００の一方のタンク４０２又は４０４を加熱することができるように位置付けされ得る。発電システム４００の他方のタンク４０４又は４０２は、地面８０４からより遠い水によって冷却することができる、又は、航走体８００を、地面８０４から離れる方向に操縦して、より冷たい水を収集するか、又は他の方法で他方のタンク４０４又は４０２を冷却することができる。繰り返しになるが、しかしながら、それが生じると、タンク４０２及び４０４の間の熱差が、上記のように発電システム４００の発電を促進する。いくつかの実施形態では、発電サイクルが完了した後に、航走体８００は、それ自体を反転又は他の方法で再位置付けしてタンク４０２及び４０４の加熱及び冷却を逆転させ、任意の所望の回数発生し得る別の発電サイクルを促進することができる。
図９に示されるように、航走体９００は、発電システム４００の修正されたバージョンを含む。図９に示される例では、発電システム４００のタンク４０２及び４０４は、図４～８に示されるようなエネルギー変換システム４０８と同一直線上にない。むしろ、図９では、タンク４０２及び４０４の少なくとも１つは、タンク４０２及び４０４が互いに対角線上に配置され、航走体９００の反対側の長い側面に配置されるように再位置付けされる。航走体９００は、タンク４０２及び４０４の加熱／冷却を容易にし、タンク４０２及び４０４の間で得ることができる熱差を増大させるのを助けるために使用することができる追加の断熱材９０２も含む。
このように航走体９００の反対側にタンク４０２及び４０４を位置付けすることにより、航走体９００は、一方のタンク４０２又は４０４が地面に対して静止、他方のタンク４０４又は４０２が地面９０４から離れる方向に位置している状態で、水中の熱水鉱床（thermal mound）等の地面９０４上に物理的に静止することができる。この構成では、一方のタンク４０２又は４０４を加熱することができ、他方のタンク４０４又は４０２を同時に冷却することができる。もちろん、例えば、航走体９００を地面９０４に置いて他方のタンクを暖める前に一方のタンクが冷却されるときに（又はその逆）、タンク４０２及び４０４が異なる時間に加熱及び冷却されるのを妨げるものは何もない。ここで、タンク４０２及び４０４は、断熱構造体４２８及び４３０を含む場合もあれば、含まない場合もあることに留意されたい。例えば、断熱構造体４２８及び４３０は、適切な温度差が、より暖かい地面９０４及びより冷たい水との直接接触又は間接接触（例えば、熱交換器を介して）によって得ることができる場合に、省略され得る。
図７～図９は、図４の発電システム４００の使用例を示しているが、図７～図９に様々な変更を加えることができる。例えば、図４の発電システム４００は、他の任意の方法で使用することができる。また、ここで確認されるように、発電システム４００の構成要素は、特定の用途での発電システム４００の使用を容易にするために、任意の適切な方法で再位置付けされ又は他の方法で修正され得る。例えば、発電システム４００の構成要素は、発電システム４００の１つ又は複数のタンク４０２及び４０４の加温及び／又は冷却を容易にするために、他の任意の適切な方法で再位置付けされ得る。
図１０は、本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する第２の例示的な発電システム１０００、及びその使用例を示している。発電システム１０００は、例えば、上記の発電機３１２を表すか、その一部を形成し、上記の水中航走体１００又は２００で使用することができる。しかしながら、発電システム１０００は、発電するために、他の任意の適切な航走体又は他のシステムで使用することができることに留意されたい。
図１０に示されるように、発電システム１０００は、圧力下で冷媒１０１０ａ及び１０１０ｂを保持するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンク１００２及び１００４を含み、第１及び第２のタンク１００２及び１００４は、断熱構造体１０２８及び１０３０に関連付けられ得る。発電システム１０００は、第１及び第２のタンク１００２及び１００４にそれぞれ結合した第１及び第２の流体ライン１０１２及び１０１６も含む。発電システム１０００は、第１及び第２のバルブ１０１４及び１０１８をさらに含み、各バルブが、それぞれの流体ライン１０１２及び１０１６を通るそれぞれの冷媒１０１０ａ及び１０１０ｂの流れを制御するように構成される。さらに、発電システム１０００は、シリンダ１００６及びピストン１０２０を含み、ピストン１０２０は、シリンダ１００６内の空間を、タンク１００２及び１００４からの冷媒１０１０ａ～１０１０ｂを保持するためのボリュームに分割する。これらの構成要素は、図４に関して上で議論した対応する構成要素と同じ又は類似であり得る。ここには示していないが、航走体１０００は、図４の制御ユニット４２６と同じ又は類似し得る制御ユニットも含み得る。
発電システム１０００は、低速運動の高力エネルギーの変換システム１００８も含む。チェーンドライブを使用するエネルギー変換システム４０８とは異なり、図１０に示されるエネルギー変換システム１００８は、ピストン１２０の直線運動を発電機の回転運動に変換するためのボールねじ設計を使用する。この例では、ピストン１０２０は、ボールねじシャフト１０５２に沿って摺動するように構成されたボールねじ１０５０に結合される。ボールねじ１０５０は、典型的に、ボールベアリングを含み、ボールねじシャフト１０５２は、典型的に、少なくともボールベアリングの軌道として機能する円筒構造の外面に沿った１つのらせん状の溝を有するねじ付きシャフトを表す。ボールねじシャフト１０５２の端部は、スラスト及び側負荷ベアリング１０５４を使用して所定の位置に固定することができる。負荷ベアリング１０５４は、ボールねじシャフト１０５２をその長手方向軸線（ボールねじシャフト１０５２の長さに沿ってボールねじシャフト１０５２の中心を通って延びる）を中心にして回転するのを可能にしながら、ボールねじシャフト１０５２を略所定の位置に保持するのに役立つ。
ボールねじ１０５０は、タンク１００２及び１００４並びにシリンダ１００６に出入りする冷媒１０１０ａ～１０１０ｂの移動によって引き起こされるピストン１０２０の前後運動に基づいて前後に移動することができる。ボールねじシャフト１０５２に沿ってボールねじ１０５０を動かすと、ボールねじシャフト１０５２がその軸線を中心に回転し、これは、ボールねじシャフト１０５２のらせん状の溝によるものである。スプロケット１０５６が、ボールねじシャフト１０５２に取り付けられ、ボールねじシャフト１０５２が回転すると回転する。スプロケット１０５６は、チェーン１０５８に接触し、スプロケット１０５６及びボールねじシャフト１０５２が回転すると、チェーン１０５８が回転する。
チェーン１０５８の回転は、より速い回転速度を発電機１０６２に結合するギヤボックス１０６０によって、より遅い回転速度からより速い回転速度に変換される。ギヤボックス１０６０及び発電機１０６２は、上記のギヤボックス６０２及び発電機６０４と同じ又は同様である。ギヤボックス１０６０によって提供される回転速度の増加に加えて、チェーン１０５８がギヤボックス１０６０のシャフト１０６６に結合した追加のスプロケット１０６４を包み込み、追加のスプロケット１０６４がスプロケット１０５６よりも小さいサイズ又は直径を有する場合に、回転速度の追加の増加が与えられ得る。いくつかの実施形態では、例えば、回転運動の１．０１：１から３：１への高速化は、異なるサイズのスプロケット１０５６及び１０６４を使用して達成することができるが、回転運動の他の高速化もまた達成可能である（又は高速化は必要ないかもしれない）。
回転運動の高速化の特定の例として、ボールねじシャフト１０５２を１分間に６０回転させるボールねじ１０５０を考えてみる。こうして、６０ＲＰＭの回転速度が、ピストン１０２０の動きに基づいてボールねじシャフト１０５２に導入される。チェーン１０５８が回転運動の１．５：１のスピードアップを導入し、ギヤボックス１０６０が回転運動の別の１０：１から２０：１へのスピードアップを導入する場合に、ボールねじシャフト１０５２の回転運動は、発電機１０６２に結合したシャフトの９００ＲＰＭ～１，８００ＲＰＭに変換することができる。しかしながら、ギヤボックス１０６０内の複数段及びギヤ数並びにチェーン１０５８及びギヤボックス１０６０による回転運動の高速化は、例示のみを目的としている。
発電システム４００と同様に、シリンダ１００６及びピストン１０２０は、システム１０００において所望の発電量をサポートするために、所望の量の前後運動を提供するようにサイズ決めすることができることに留意されたい。例えば、シリンダ１００６は、約４～６フィート（約１．２から１．８メートル）の長さを有し得る。ピストン１０２０はまた、シリンダ１００６の少なくとも実質的な部分に沿ってピストン１０２０の移動を可能にするために、同様の長さを有するか、或いは必要に応じてより長く又はより短くすることができる。
図１０は、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電システム１０００の第２の例を示しているが、図１０に様々な変更を加えることができる。例えば、図１０に示される構成要素の配置は例示のみを目的としている。図１０に示されるタンク１００２及び１００４、シリンダ１００６、エネルギー変換システム１００８、又は他の構成要素は、他の任意の適切な構成で配置することができる。特定の例として、タンク１００２及び１００４は、発電システム１０００の両端に配置することができる。また、図１０に示される構成要素の相対的なサイズ、形状、及び寸法は、例示のみを目的としている。さらに、図１０の発電システム１０００は、他の任意の適切な方法で使用することができる。
図１１は、本開示による、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電のための例示的な方法１１００を示している。説明を容易にするために、方法１１００は、上記の水中航走体１００又は２００において発電システム４００又は１０００の使用を含むものとして説明する。しかしながら、方法１１００は、本開示に従って設計された他の任意の適切な発電システムの使用を含み得、他の任意の適切な航走体の使用を含み得ることに留意されたい。
図１１に示されるように、発電サイクルは、ステップ１１０２で開始される。これは、例えば、以前の発電サイクルが完了したこと、又は航走体１００、２００、３００、７００、８００、９００が追加の電力を必要とする場合があることを判定するコントローラ３０２又は制御ユニット４２６を含み得る。これはまた、発電サイクルを開始するためのコマンドを受信するか、又は指定された時間が経過したことを検出するコントローラ３０２又は制御ユニット４２６を含み得る。一般に、発電サイクルは、任意の適切な基準が満たされることに応じて開始することができる。
ステップ１１０４において、第１のタンクの冷媒が暖められ、第２のタンクの冷媒が冷却される。これは、例えば、より暖かい水（おそらく断熱構造体４２８、１０２８に捕捉される）を使用してタンク４０２、１００２を加熱して、タンク４０２、１００２内の圧力を上げることを含み得る。場合によっては、より暖かい水は、水域の水面又はその近くで取り込まれた水、熱水噴出孔又は熱水鉱床又はその近くで取り込まれた水、又は太陽エネルギーを用いて暖められた水を表すことができる。これは、より冷たい水（おそらく断熱構造体４３０、１０３０に捕捉された）を用いてタンク４０４、１００４を冷却して、タンク４０４、１００４内の圧力を下げることも含み得る。場合によっては、より冷たい水は、水域の水面より下で取り込まれた水、熱水噴出孔又は熱水鉱床から離れる方向で取り込まれた水、或いは放射冷却又は対流冷却によって冷却された水を表すことができる。特定の例として、フラッドポート１１０、２１０を使用して、異なる温度の水を航走体の内部に入れ、タンク４０２、１００２及び４０４、１００４を浸し、タンク４０２及び４０４内の冷媒４１０ａ、１０１０ａ及び４１０ｂ、１０１０ｂを加熱／冷却することができる。タンクを加熱／冷却するための他の可能なメカニズムが上に提供される。
ステップ１１０６において、冷媒は、第１のタンクから第１のボリューム内に、第２のボリュームから第２のボリューム内に移送される。これには、例えば、バルブ４１４、１０１４、及び４１８、１０１８を開けるコントローラ３０２又は制御ユニット４２６が含まれ得る。これはまた、タンク４０２、１００２から流出して、シリンダ４０６、１００６内のピストン４２０、１０２０のヘッドによって規定されるシリンダ４０６、１００６内の１つのボリュームに流入する冷媒４１０ａ、１０１０ａを含み得る。これはさらに、タンク４０４、１００４から流出して、シリンダ４０６、１００６内のピストン４２０、１０２０のヘッドによって規定されるシリンダ４０６、１００６内の別のボリュームに流入する冷媒４１０ｂ、１０１０ｂを含み得る。タンク４０２、１００２のより高い温度／圧力、及びタンク４０４、１００４のより低い温度／圧力は、冷媒のこれらの移動を容易にするのに役立つ。冷媒の移動は、ステップ１１０８でのピストンの移動をもたらす。これは、例えば、高圧冷媒４１０ａ、１０１０ａを含むシリンダ４０６、１００６のボリュームを拡張する、及び低圧冷媒４１０ｂ、１０１０ｂを含むシリンダ４０６、１００６のボリュームを縮小するために移動するピストン４２０、１０２０のヘッドを含み得る。
ピストンの動きは、ステップ１１１０において低速運動の高力エネルギーの変換を使用して回転運動に変換される。いくつかの実施形態では、これは、ピストン４２０に結合したチェーン５０２を回転させ、ギヤボックス６０２を使用してチェーン５０２のより遅いい回転運動をより速い回転運動に変換することを含み得る。他の実施形態では、これは、ピストン１０２０に結合したボールねじ１０５０をボールねじシャフト１０５２に沿って動かし、ボールねじシャフト１０５２及びチェーン１０５８を回転させ、ギヤボックス１０６０を使用して、チェーン１０５８のより遅い回転運動をより速い回転運動に変換させる。これらは単なる例であり、低速運動の高力エネルギーの変換の他のメカニズムをここで使用してもよいことに留意されたい。電力は、ステップ１１１２での回転運動に基づいて生成される。これは、例えば、ギヤボックス６０２、１０６０によって与えられる回転運動に基づいて電力を生成する発電機６０４、１０６２を含み得る。
最終的に、冷媒の移送が完了し、これにより、ステップ１１１４において発電サイクルが終了する。この時点で、バルブ４１４、１０１４及び４１８、１０１８を閉じることができる。一部の冷媒は第１のタンクに残っている可能性があり、その量はタンクの温度及び圧力によって異なり得ることに留意されたい。しかしながら、シリンダ４０６、１００６に出入りする冷媒の量は、十分な電力を生成するのに理想的には適切である。この時点で、別の発電サイクルが発生して、ステップ１１１６において第２のタンクから第２のボリューム内に、及び第１のボリュームから第１のタンク内に冷媒を移送することができる。これは、例えば、ステップ１１０４～１１１４を再び実行することを含み得るが、タンク４０２、１００２及び４０４、１００４の温度／圧力が逆転される。これにより、貯蔵又は使用できる追加の電気エネルギーが生成される。
図１１は、熱差に基づく低速運動の高力エネルギーの変換を使用する発電方法１１００の一例を示しているが、図１１に様々な変更を加えることができる。例えば、図１１は、一連のステップを示しているが、図１１の様々なステップは、重複、並行して発生、異なる順序で発生、又は任意の回数発生する可能性がある。特定の例として、ステップ１１０６～１１１２は、ピストンの動き及び電気エネルギーの生成につながる冷媒の移動であるため、同時に発生する可能性がある。
水中航走体に電力を供給するために使用されるものとして様々な発電システム及び方法を上で説明しているが、発電システム及び方法は他の方法で使用してもよいことに留意されたい。例えば、発電システム及び方法は、米国特許出願公開第２０１８／００７２１６８号に記載されているもの等のパワーキャリアを充電するために使用することができる（この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる）。次に、パワーキャリアは、水中航走体に電力を供給する、或いは他の装置又はシステムに電力を供給する等、任意の適切な方法で使用することができる。適切な数の発電システム（及びオプションで適切な数のパワーキャリア）を使用すると、大量の電力を使用できるようになる。
いくつかの実施形態では、この特許文書で説明している様々な機能は、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、コンピュータ可読媒体に具体化されるコンピュータプログラムによって実装又はサポートされる。「コンピュータ可読プログラムコード」という句には、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コード等、あらゆる種類のコンピュータコードが含まれる。「コンピュータ可読媒体」という句には、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、又は他の任意の種類のメモリ等、コンピュータによってアクセスできるあらゆる種類の媒体が含まれる。「非一時的な」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気信号又は他の信号を転送する有線、無線、光、又は他の通信リンクを除外する。非一時的なコンピュータ可読媒体には、データを永続的に保存できるメディアと、データを保存して後で上書きできるメディア（書き換え可能な光ディスク又は消去可能なメモリ装置等）が含まれる。
この特許文書全体で使用される特定の単語及び句の規定を説明することは有利である可能性がある。「アプリケーション」及び「プログラム」という用語は、適切なコンピュータコード（ソースコード、オブジェクトコード、又は実行可能コードを含む）で実装するように適合された１つ又は複数のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令セット、プロシージャ、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、又はその一部を指す。「通信する」という用語、及びその派生語には、直接通信と間接通信との両方が含まれる。「含む、有する（include）」及び「備える、有する、含む（comprise）」という用語、及びそれらの派生語は、限定されない包含を意味する。「又は」という用語は、包括的であり、「及び／又は」を意味する。「関連する」という句、及びその派生語は、～を含む、～内に含まれる、～と相互接続する、～を含む、～内に含まれる、～と／に接続する、～と／に結合する、～と通信する、～と協力する、～をインターリーブする、～を並置する、～に近接する、～に／と結合される、～を有する、～の特性を有する、又は～と／への関係を有する等を意味する場合がある。「少なくとも１つ」という句は、アイテムのリストとともに使用される場合に、リスト化されたアイテムの１つ又は複数の異なる組合せが使用され得、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」には、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、及びＡ及びＢ及びＣの組合せのいずれかが含まれる。
本願における説明は、特定の要素、ステップ、又は機能が、特許請求の範囲に含めなければならない必須又は重要な要素であることを意味するものとして読むべきではない。特許される主題の範囲は、許可された特許請求の範囲によってのみ規定される。さらに、いずれの請求項も、「～の手段」又は「～のステップ」のそのものの単語が特定の請求項に明示的に使用され、その後に機能を特定する分詞句が続く場合を除き、添付の請求項又は請求項の要素のいずれかに関して米国特許法第１１２条（ｆ）を呼び出すことを意図したものではない。請求項内の「メカニズム」、「モジュール」、「装置」、「ユニット」、「構成要素」、「要素」、「部材」、「機器」、「マシン」、「システム」、「プロセッサ」又は「コントローラ」等（これに限定されるものではない）の用語の使用は、請求項自体の特徴によってさらに修正又は強化された、関連技術の当業者に知られている構造を指すと理解及び意図しており、米国特許法第１１２条（ｆ）を呼び出すことを意図していない。
本開示は、特定の実施形態及び一般的に関連する方法を説明しているが、これらの実施形態及び方法の変更及び順列は、当業者には明らかであろう。従って、例示的な実施形態の上記の説明は、本開示を規定又は制約するものではない。以下の特許請求の範囲によって規定されるように、他の変更、置換、及び変更もまた、本開示の範囲から逸脱することなく可能である。

Claims (20)

  1. 機器であって、当該機器は、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    該第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、を含み、
    前記変換装置は、前記シリンダの端部から長手方向に延びており且つ前記ピストンに隣接しており、
    前記変換装置は、
    前記シリンダの外側に留まる前記ピストンの一部に結合されるチェーンであって、前記ピストンの前記直線運動に基づいて回転するように構成されたチェーンと、
    前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するように構成されたギヤボックスと、を含み、
    前記発電機は、前記より速い回転運動に基づいて前記電力を生成するように構成される、
    機器。
  2. 前記変換装置は、
    前記ギヤボックスに結合される剛性フレームをさらに含み、
    前記チェーンは、前記剛性フレーム内の前記ギヤボックスの複数の側面の周りに確実に経路指定される、請求項１に記載の機器。
  3. 前記ギヤボックスは、多段セットのギヤを含む、請求項１に記載の機器。
  4. 機器であって、当該機器は、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    該第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、
    前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機を含むように構成された本体と、を含み、
    前記第１及び第２のタンクは、前記本体の反対側に位置付けされ、
    前記変換装置は、
    前記ピストンに結合したボールねじであって、前記ピストンの前記直線運動に基づいてボールねじシャフトに沿って移動し、該ボールねじシャフトを回転させるように構成されたボールねじと、
    前記ボールねじシャフトによって回転するように構成されたチェーンと、
    前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するように構成されたギヤボックスと、を含み、
    前記発電機は、前記より速い回転運動に基づいて前記電力を生成するように構成される、機器。
  5. 前記変換装置は、
    前記ボールねじシャフトに結合され、前記チェーンを回転させるように構成された第１のスプロケットと、
    前記ギヤボックスのシャフトに結合され、前記チェーンによって回転するように構成された第２のスプロケットと、をさらに含み、
    前記第２のスプロケットは、前記第１のスプロケットよりも小さいサイズを有する、請求項４に記載の機器。
  6. 機器であって、当該機器は、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    該第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、
    前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機を含むように構成された本体と、を含み、
    前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機は、前記本体内で同一直線上にある、
    機器。
  7. 前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機を含むように構成された本体をさらに含み、
    前記第１及び第２のタンクは、前記本体の反対側に位置付けされる、請求項１に記載の機器。
  8. 前記第１のタンクと前記シリンダの前記第１のボリュームとの間の前記冷媒の流れ、及び前記第２のタンクと前記シリンダの前記第２のボリュームとの間の前記冷媒の流れは、前記タンク同士の間の温度差及び圧力差のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載の機器。
  9. システムであって、当該システムは、
    本体及び発電システムを含む航走体を含み、
    前記発電システムは、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    前記第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、を含み、
    前記変換装置は、前記シリンダの端部から長手方向に延びており且つ前記ピストンに隣接しており、
    前記変換装置は、
    前記シリンダの外側に留まる前記ピストンの一部に結合されるチェーンであって、前記ピストンの前記直線運動に基づいて回転するように構成されたチェーンと、
    前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するように構成されたギヤボックスと、を含み、
    前記発電機は、前記より速い回転運動に基づいて前記電力を生成するように構成される、
    システム。
  10. 前記変換装置は、
    前記ギヤボックスに結合される剛性フレームをさらに含み、
    前記チェーンは、前記剛性フレーム内の前記ギヤボックスの複数の側面の周りに確実に経路指定される、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記ギヤボックスは、多段セットのギヤを含む、請求項９に記載のシステム。
  12. システムであって、当該システムは、
    本体及び発電システムを含む航走体を含み、
    前記発電システムは、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    前記第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、を含み、
    前記本体は、前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機を含むように構成され、
    前記第１及び第２のタンクは、前記本体の反対側に位置付けされ、
    前記変換装置は、
    前記ピストンに結合したボールねじであって、前記ピストンの前記直線運動に基づいてボールねじシャフトに沿って移動し、該ボールねじシャフトを回転させるように構成されたボールねじと、
    前記ボールねじシャフトによって回転するように構成されたチェーンと、
    前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するように構成されたギヤボックスと、を含み、
    前記発電機は、前記より速い回転運動に基づいて前記電力を生成するように構成される、
    システム。
  13. 前記変換装置は、
    前記ボールねじシャフトに結合され、前記チェーンを回転させるように構成された第１のスプロケットと、
    前記ギヤボックスのシャフトに結合され、前記チェーンによって回転するように構成された第２のスプロケットと、をさらに含み、
    該第２のスプロケットは、前記第１のスプロケットよりも小さいサイズを有する、請求項１２に記載のシステム。
  14. システムであって、当該システムは、
    本体及び発電システムを含む航走体を含み、
    前記発電システムは、
    圧力下で冷媒を受け取り、貯蔵するようにそれぞれ構成された第１及び第２のタンクと、
    前記第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定するシリンダと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、前記ピストンと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するように構成された変換装置と、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するように構成された発電機と、を含み、

    前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記変換装置、及び前記発電機は、前記本体内で同一直線上にある、
    システム。
  15. 前記第１及び第２のタンクは、前記本体の反対側に位置付けされる、請求項９に記載のシステム。
  16. 前記第１のタンクと前記シリンダの前記第１のボリュームとの間の前記冷媒の流れ、及び前記第２のタンクと前記シリンダの前記第２のボリュームとの間の前記冷媒の流れは、前記タンク同士の間の温度差及び圧力差のうちの少なくとも１つに基づく、請求項９に記載のシステム。
  17. 前記航走体には、水中航走体が含まれる、請求項９に記載のシステム。
  18. 方法であって、当該方法は、
    第１及び第２タンクとシリンダの第１及び第２のボリュームとの間に冷媒の流れを形成するステップであって、前記第１及び第２タンクのそれぞれは、圧力下で前記冷媒を受け取り、貯蔵するように構成され、前記シリンダは、前記第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定する、ステップと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンを動かすステップであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、ステップと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するステップと、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するステップと、を含み、
    前記ピストンの前記直線運動を前記回転運動に変換するステップは、前記シリンダの端部から長手方向に延びており且つ前記ピストンに隣接する変換装置を使用するステップを含み、
    前記変換装置を使用するステップは、
    前記シリンダの外側に留まる前記ピストンの一部に結合されるチェーンを、前記ピストンの前記直線運動に基づいて回転させるステップと、
    前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するように構成されたギヤボックスを使用するステップと、を含み、
    前記電力は、前記より速い回転運動に基づいて生成される、
    方法。
  19. 前記ギヤボックスは、前記変換装置の剛性フレームに結合され、
    前記チェーンは、前記剛性フレーム内の前記ギヤボックスの複数の側面の周りに確実に経路指定される、請求項１８に記載の方法。
  20. 方法であって、当該方法は、
    第１及び第２タンクとシリンダの第１及び第２のボリュームとの間に冷媒の流れを形成するステップであって、前記第１及び第２タンクのそれぞれは、圧力下で前記冷媒を受け取り、貯蔵するように構成され、前記シリンダは、前記第１及び第２のタンクから前記冷媒を受け取るように構成された空間を規定する、ステップと、
    前記シリンダ内を通過し、ヘッドを含むピストンを動かすステップであって、前記ヘッドによって、前記シリンダ内の前記空間を、前記第１のタンクからの前記冷媒のための第１のボリュームと前記第２のタンクからの前記冷媒のための第２のボリュームとに分割する、ステップと、
    前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するステップと、
    前記回転運動に基づいて電力を生成するステップと、を含み、
    前記第１及び第２のタンク、前記シリンダ、前記ピストン、前記直線運動を前記回転運動に変換する変換装置、及び前記電力を生成する発電機を含むように本体が構成され、
    前記第１及び第２のタンクは、前記本体の反対側に位置付けされ、
    前記ピストンの前記直線運動を前記回転運動に変換するステップは、
    前記ピストンに結合したボールねじをボールねじシャフトに沿って動かして、該ボールねじシャフトを回転させるステップと、
    前記ボールねじシャフトを使用してチェーンを回転させるステップと、
    ギヤボックスを使用して前記チェーンのより遅い回転運動をより速い回転運動に変換するステップと、を含み、
    前記電力は前記より速い回転運動に基づいて生成される、方法。
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