(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海流及び潮汐流から発電する潜水可能なタービン発電機ユニットであって、
ａ．発電機と、
ｂ．該発電機を駆動するシャフトと、
ｃ．可逆流体流れ下で回転可能な２つ以上の単方向タービンであって、前記シャフトと前記2つ以上のタービンと前記発電機が同軸となるように該タービンの各々が前記発電機の両側で前記シャフト上に設置される該タービンであり、
前記発電機と前記タービンの間にはギヤが存在しない、
該タービンと、
ｄ．前記発電機、前記シャフト及び前記2つ以上のタービンを支持するフレームワークであって、
i．前記フレームワークは、前記タービンを横断する流路を規定する相互接続した個々のタービン室内の前記２つ以上のタービンを囲み、
ii．回転可能な前記シャフトが相互接続したタービン室を通じて横断方向に設置され、
iii．少なくとも１つのタービンブレード支持部材が、前記シャフト軸に直角な面内で一緒に回転するよう前記回転可能なシャフトに固定的に設置され、
iv．前記2つ以上のタービンのそれぞれが、前記少なくとも１つのブレード支持部材に固定的に設置される複数のタービンブレードを備え、該複数のタービンブレードが前記回転可能なシャフトに対して平行に配向され及び該シャフトから半径方向に隔てられ、
v．前記複数のブレードのそれぞれが、先導エッジ、後続エッジ及び該両エッジ間の翼弦を有する翼型とを備え、前記翼型は、円形回転通路に略沿って横たわる前記翼弦を伴って前記流路に対し横方向に配向されており、したがって、前記複数のブレードのそれぞれは、前記先導エッジの方向に前記流路と平行な面内で前記回転通路に沿った回転のために配向されている、
該フレームワークと
を具備することを特徴とする該ユニット。
【請求項２】
海流又は潮汐流内で水上にある時、潜水及び浮上時、に安全な航行に適合した支持構造体を更に具備することを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項３】
前記支持構造体が１つ以上のバラストタンクと、該バラストタンクを溢れさせる及び吹き払う手段と、を更に備えることを特徴とする請求項２記載のユニット。
【請求項４】
前記モジュールを海流又は潮汐流の流れ内に係留する手段を具備することを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項５】
前記発電機により発生した電力を陸上へ送電する手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項６】
前記発電機により発生された電力を貯蔵する手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項７】
前記発電機により発生した電力の副産物を発生及び貯蔵する手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項８】
前記副産物が水素であることを特徴とする請求項７記載のユニット。
【請求項９】
前記副産物が携帯用水を有することを特徴とする請求項７記載の該ユニット。
【請求項１０】
前記タービン室が、前記流路に平行な面内で相対する高さを有するカーブした形状を備えており、前記高さは流れの前記ブレードに対する半径方向成分で、前記流路内で流体を回転可能に導き、流体流れを前記複数のブレードへ導くように前記先導エッジの回転方向にオフセットされていることを特徴とする請求項１記載のユニット。
【請求項１１】
複数の潜水可能なタービン発電機ユニットをさらに具備しており、該ユニットの各々が前記係留手段に別々に結合されることを特徴とする請求項４に記載のユニット。
【請求項１２】
複数の潜水可能なタービン発電機ユニットをさらに具備しており、該ユニットが一緒に配列され、前記係留手段に結合されることを特徴とする請求項１１に記載のユニット。
【請求項１３】
前記潜水可能なタービン発電機ユニットの複数の配列を形成する複数の潜水可能なタービン発電機ユニットをさらに具備しており、各前記配列が前記係留手段に別々に結合されることを特徴とする請求項１１に記載のユニット。
【請求項１４】
前記発電機が、
複数のステーターセグメントと、
複数のローターセグメントと、を具備しており、
前記複数のステーターセグメントと前記複数のローターセグメントとがモジュール式組立用に適合されていることを特徴とする請求項１に記載のユニット。
【請求項１５】
該複数のステーターセグメント及び／又はローターセグメントの１つ以上が選択的に取り換え可能であることを特徴とする請求項１４に記載のユニット。
【請求項１６】
１つ以上の除去可能な端部キャップを備える水密ハウジングを更に具備することを特徴とする請求項１４に記載のユニット。
【請求項１７】
シャフト端部キャップ交差部をシールする閉鎖用ボックスを更に具備することを特徴とする請求項１４に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願はその内容全体が引用により組み入れられる２００６年１０月２０日出願の米国特許仮出願第６０／８５３，０２８号の優先権を請求する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般的に再生可能エネルギー源に関し、特に海流及び潮汐流用の潜水可能なタービン発電機ユニットに関する。
【背景技術】
【０００３】
海流及び潮汐流は、事実上無尽蔵で、無廃棄物の再生可能なエネルギー源を提供出来る。海流及び潮汐流は世界中どこにも存在し、一定で流れるか又は極めて予測可能であるか何れかであるので、これらの流れのエネルギーの電氣への変換は、予測可能で、信頼性があり、そして或る場合は、ベースロードとなる電源を世界の多くの部分の電力システム又は遠隔サイトに提供することが出来る。世界の人口の７０パーセント（７０％）は海洋から約３２１．８ｋｍ（２００マイル）以内に住んでいる。従って、海流エネルギーは将来の世界のエネルギーの重要部分と成り得る。
【０００４】
過去数年に亘る再生可能エネルギーの著しい伸びは良く立証されており、伸びの速さは各年増加し続けている。我々の地球環境への化石燃料の負の環境的影響の世界的な認識と共に、再生可能エネルギーの使用の伸びは、該エネルギーを経済的価格で製造し、配送する能力に依ってのみ制限される様に見える。例えば、風力電力は、かつて周辺エネルギー技術と考えられたが、今や主流に入り、最近数年間でエネルギー産業の最も速く伸長するセグメントと成った。連邦議会の２００５年エネルギー法案は、我々の海洋からクリーンで再生可能なエネルギーを得るために波浪及び海流の膨大な可能性を認識する連邦法制化の最初の主要部である。この枢要な法制化は、海洋から電力を作る技術の開発と商業化を加速するよう期待される多くのインセンティブを含んでいる。又この法案は、海洋エネルギープロジェクトを含む再生可能エネルギーの研究、開発、宣伝及び商業応用のプロジェクト用に、２００７会計年度に６億３２００万ドル、２００８会計年度に７億３４００万ドルそして２００９会計年度に８億５２００万ドルの資金供与を認可した。これら及び他のインセンティブは海洋エネルギー技術の引き続いた開発と、増速ペースでの海洋エネルギープロジェクトの商業化の時節の到来を待っている。
【０００５】
風力発電は急激に拡大し、世界のエネルギーニーヅの解決策の重要部分となっているが、風力源は限定されており、風力により発生する電力は予測可能でなく、そして“景観保護（ｖｉｅｗ  ｓｈｅｄ）”及び“うちの近くはお断り（ｎｏｔ−ｉｎ−ｍｙ−ｂａｃｋ−ｙａｒｄ）”の問題は風力プロジェクトの発展を制限する。事実、景観保護の問題はそれらの社会的利益に無関係に、大抵のプロジェクトの発展の主な障害と成っている。
【０００６】
他方、海洋発電は本質的に無限の発展の可能性を有し、もし一定でなくても、予測可能である。海洋エネルギーから発生される電力は沿岸負荷センター及び遠隔社会に直接差し入れられ得るが、それはこれらの市場に限定されない。米国及びカナダで再生可能エネルギーを販売するシステムが今や存在し、“緑の荷札（Ｇｒｅｅｎ  Ｔａｇ）”と呼ばれる。この販売システムでは、発電者が或る場所で再生可能エネルギーを発生し、それを、種々の州で義務付けられる地域再生可能台帳の基準を充たすために、国内のどこで売ってもよい。海洋取得電力の他の大きな市場は、西部地域電力管理局の様な連邦電力管理と、米国陸軍と、を含み、後者はエネルギー独立及び国家安全戦略として再生可能エネルギーの購入を増やす義務を負っている。
【０００７】
国際的に、再生可能エネルギー市場は事実上無制限である。例えば、ＥＵ諸国では現在化石燃料発電に優先して可成りのプレミアムがグリーン電力用に支払われている。英国の近くの北ヨーロッパに、地中海の口の近くの南ヨーロッパに、のみならず南米、アフリカ及び日本の沖合にも、海流エネルギー用の多くの可能なサイトがあり、これらの国々の多くは海洋再生可能エネルギープロジェクトに特別のインセンティブを提供している。加えて、海流が陸塊付近又は陸塊間で加速される無数の島嶼地域がある。世界中の沿岸地域は、強い海流及び潮汐流の存在と不充分なエネルギー供給のために海洋電力の第１の受益者となるであろう。図１に示すその巨大で地理的に分散した源を用いて、海流エネルギーは再生可能なエネルギーの次の“風力”となる可能性を有する。
【０００８】
世界の海流エネルギー源の最大の可能性ある源の１つは図２に示すフロリダ海流である。該フロリダ海流は、フロリダキー（Ｆｌｏｒｉｄａ  Ｋｅｙｓ）からノースカロライナ州のハッテラス岬（Ｃａｐｅ  Ｈａｔｔｅｒａｓ）迄、米国の東岸沖を北方向に走るメキシコ湾流（Ｇｕｌｆ  Ｓｔｒｅａｍ）の１部である。該フロリダ海流は、それがフロリダ沿岸に比較的近く［すなわち略１６．０９と４０．２ｋｍ（略１０と２５マイル）の間］そして約９．２６ｋｍ／ｈ（５ノット）までの速度で北方向に一定して流れるので、特に魅力的な再生可能エネルギー源である。
【０００９】
該フロリダ海流の速度と精確な位置はシーズンによりそして年により変動するが、それは比較的に安定で、予測可能でありそして充分幅広いので、その中央部分は常に海流境界内にある。重要なのは、それが常に１日２４時間北方向に流れるので、それが連続した信頼性のあるエネルギー源を提供することである。フロリダ海流のみで数万メガワットの電力を作る可能性のあるエネルギーを有する。これは米国の東南岸に近い家庭の実質的な部分に電力を与えるのに充分な電力である。
【００１０】
該フロリダ海流は海岸にそしてフロリダ東岸の大きな人口中心に比較的近く、そこでは電氣の可成りそして伸長する需要があるので、海流発電の開発には理想的である。加えて、フロリダ海流の最大速度は、夏の電氣使用のピークの月に起り、それは本発明の潜水可能なタービン発電機モジュールの最大出力が電力が最も必要な期間に起こることを意味する。
【００１１】
該フロリダ海流内の好ましいサイトの範囲内での海流流れの最近の研究は有望さを示している。例えば、表面下５０ｍで水速分布はガウス分布であると分かった。流れは非常に一貫性があり、時間の９９．７％内（平均の３標準偏差内）で毎秒０．６４２から２．４３５ｍ［２．３２から８．７６ｋｍ／ｈ（１．２５から４．７３ノット）］の範囲にある。更に、該流れの方向は、流れのさもなければ安定している北方向から１．５度しか変わらない。水面の５０ｍ下では平均速度は０．２９８８の標準偏差を有して毎秒１．５４ｍ［５．５６ｋｍ／ｈ（３．０ノット）］である。
【００１２】
米国の潮汐流開発プロジェクトの最大の可能性はアラスカにあり、そこでは潮汐流が米国内の他の何処よりも大きい。例えば、アラスカの上部クック海峡内のアンカレッジの干満差は約９．１５ｍ（３０フィート）を越え、潮汐流は約１４．８ｋｍ／ｈ（８ノット）を越える。アラスカは６２６，０００人しか居ない住民に２，５００ＭＷの発電容量を有するエネルギー豊富な州である一方、該州の大抵の人は“より低い４８州”の人々より実質的に高いエネルギーレートを今や払っている。エネルギーの恵まれ方この逆転の理由は、アンカレッジの低コスト天然ガスが急速に減少しており、最も必要な地域まで遠いエネルギー源から運ぶインフラストラクチャーが少ない、又は欠けるためである。多くの地域では電氣は、法外に高価で、州により補助されねばならない古く、非効率的なディーゼル発電プラントにより発生される。合理的に人口分布した地域では、平均電氣供給レートは
キロワット時間（ｋＷＨ）当たり約０．１２から０．１５ドルであり、田舎の地域では該レートはｋＷＨ当たり０．７５ドル以上に達する。アラスカでは厳しい地勢、天候及び環境制限のために、総合送電システムが無く、それは約１２０の公的な及び市所有の設備の増設に帰着した。
【００１３】
上記理由で、アラスカの上部クック海峡は潮汐流開発プロジェクトの第１の、目標と成り得る。州の人口の約半分が住むアンカレッジ地域への多量の必要な電氣を提供するのに加えて、潮汐流発電機は遠隔で、局地的な需要の“ポケット”の海岸に近い潮汐流内に配置され得る。
【００１４】
図３Ａに示す様に、２つの可能性のある潮汐流発電プロジェクトサイトがアンカレッジ市の近くに配置されてもよい。該サイトの各々は５０から１００ＭＷを越える発電容量を有する開発プロジェクトの可能性を有する。本発明の実施例の潮汐流発電機の独特の潜水可能な特徴のために、冬季クック海峡の表面に形成される氷は該サイトの何れにも影響しない。ファイヤ島（Ｆｉｒｅ  Ｉｓｌａｎｄ）に隣接する該プロジェクトは又、局地的電氣設備が該アンカレッジ地域にサービスしているクック海峡領域及びチューガチ電氣会社（Ｃｏｏｋ  Ｉｎｌｅｔ  Ｒｅｇｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈｕｇａｃｈ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ）によりファイヤ島に開発、設置される風力発電プロジェクトと連携して開発される。両プロジェクトは、アンカレッジ地域にサービスする局地的設備グリッドと容易に相互接続される。北部メイン州沖の等しく良好な可能性のある同様なサイトも図３Ｂで示される。
【００１５】
ここで開発される技術を使って、沖合海流は又、沖合生産設備で海水からの水素及び／又は携帯用水の生産、貯蔵そして出荷用にも使われ得る。海水の豊富さと、低コストの電力入手可能性のみならず、沖合石油産業で示された沖合プラットフオーム運転の実行可能性を用いて、水素及び／又は携帯用水が生産され、貯蔵されそして世界中の市場にタンカーで出荷されてもよい。
【００１６】
本発明の潜水可能なタービン発電機ユニットは幾つかの産業からの最近の技術的進歩を利用し、それらを一体化電力システムに組み入れる。これらの技術的進歩を提供する産業は、洋上石油及びガス、風力発電、船舶、運輸そして遠隔通信を含む。これらの技術的進歩は独特の設計及び機器のみならず、複合材料を含めた従来技術の進歩した材料も含んでいる。本発明のこの様な潜水可能なタービン発電機ユニットは、ダリウスタービン（Ｄａｒｒｉｅｕｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）の派生品である、先進設計クロスフロータービン｛“エイデーシーエフ（ＡＤＣＦ）タービン”｝として知られる、高効率タービンを利用するのが好ましい。該エイデーシーエフタービンの効力は米国で２００７年夏にパイロット規模プロジェクトで展示された。該エイデーシーエフタービンの空気力学的ブレードは、海流及び潮汐流のエネルギーを機械的エネルギーに変換し、該機械的エネルギーは該タービンシャフトを通して永久磁石発電機へ伝達される。該発電機は該機械的エネルギー（すなわち、回転数とトルク）を電力に変換する。電力用電子機器システムは該発生電力を制御、調整そして同期化する。該同期化された電力は次いで海中送電ケーブルを経由して陸上のサブステーションへ送電される。
【００１７】
エイデーシーエフタービンに関する更に進んだ詳細はそれらの各々の内容が引用によりここに組み入れられる特許文献２，３，４，５，６，７，８及び９で見出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許仮出願公開第６０／８５３，０２８号明細書、２００６年１０月２０日出願
【特許文献２】米国特許第６、２９３，８３５号明細書、“Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｗｉｎｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｏｆ  Ａ  Ｍａｒｉｎｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ”
【特許文献３】米国特許第６、２５３、７００号明細書、“Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ”
【特許文献４】米国特許第６、１５５、８９２号明細書、“Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｏｐｅｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｇａｓ  Ａｎｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｎｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”
【特許文献５】米国特許第６、０３６、４４３号明細書、“Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｏｐｅｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｇａｓ  Ａｎｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｎｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”
【特許文献６】米国特許第５、６４２、９８４号明細書、“Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｏｐｅｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｎｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”
【特許文献７】米国特許第５、５７７、８８２号明細書、“Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｏｐｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ”
【特許文献８】米国特許第５、４５１、１３８号明細書、“Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｏｐｅｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ”
【特許文献９】米国特許第５、４５１、１３７号明細書、“Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｏｐｅｒａｂｌｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”
【発明の概要】
【００１９】
本発明を例示する実施例では、海流及び潮汐流用の潜水可能なタービン発電機ユニットは、
・該潮流の流れ方向に無関係に１方向のみに回転する１つ以上の高効率タービン；
・該タービン発電機ユニットの工場組立を許容し、該ユニットがモジュール構成で“スタックされる”ことを可能にして、それにより１つ以上のタービン発電機ユニットを含み、現地での容易な組立と保守を可能にする潜水可能なプラットフォーム（モジュール）を創る、コンパクトな設計；
・該１つ以上のタービンと少なくとも１つの発電機が共通シャフト（又はシャフト延長部）上で回転し、該タービンと発電機の間にはギヤが存在しない、線形構成；
・種々の深さに一般的に存在する海流速度の変動により引き起こされる効率を最大化し、非効率性を最小化するために、該タービン及び発電機が１つの水平面内で動作する水平構成；
・連続する範囲の深さを通して実質的に均一な流速を有する天然及び／又は人工水路内への展開用のオプション的垂直構成；そして
・共通回転シャフト（又はシャフト延長部）により該１つ以上のタービンに結合され、水密囲い内に収容されるのが好ましい潜水可能な永久磁石発電機、
を具備する。
【００２０】
１つの例示的実施例では、潜水可能なタービン発電機ユニットは多くの異なった配向で種々の支持構造体上に設置されてよい（水中基礎、浮動式プラットフォーム、潜水可能な
構造体、他）。
【００２１】
もう１つの例示的実施例では、１つから幾つかの潜水可能なタービン発電機ユニットは、潜水可能な発電モジュールを作るために１つの潜水可能なプラットフォーム上に設置されてもよい。
【００２２】
本発明の実施例の１つ以上のタービン発電機ユニットを有する潜水可能なモジュールは、水中送電線を使って陸上の電力サブステーションに接続された、多数の潜水可能なモジュールから成る大きな配列で展開されてもよい。各潜水可能なモジュールは陸上電力グリッドと同期化されてもよい。運転は陸上コンピュータからモニターされ、制御され、該潜水可能なモジュールは検査及び保守用に水面に持って来られてもよい。
【００２３】
本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニットを組み込む潜水可能な発電モジュールは、独特で、技術的に進歩した水中発電の解決策を提供するが、該解決策は水中電力システム及び付随する電氣的相互接続を運転、保守する技術的挑戦を克服する。該潜水可能な発電モジュールは潮汐流及び開いた海流の両者から発電してもよく、加えて河、土手水路、運河そしてダムの様な、何等かの他の天然又は人工水流での展開を介して発電してもよい。
【００２４】
要するに、本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニットの簡単なモジュール型の設計は、広範囲のサイト及び水流条件に取り組めるよう寸法取りされてもよく、それにより、広範な市場での受け入れ、生産及び保守に於ける規模の経済性、そしてより広範囲の再生可能海洋エネルギー源の利用、を達成するより良い機会を提供する。
【００２５】
又本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニットは、海洋生物への有害な相互作用を回避するものであり、すなわちクロスフロータービンの従来の実演の観察は海洋生物への有害な影響を表していない。回転するタービンブレードの前での小圧力差形成のために、魚及び他の海洋生物はこの様な差を“固体”対象として検出し、それを避けるよう動く。
【００２６】
本発明の更に進んだ特徴と利点のみならず、本発明の種々の実施例の構造と動作は、附属する図面を参照して下記で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の前記及び他の特徴と利点は、付随する図面で説明される下記の本発明の例示的実施例の特別な説明から明らかとなるが、そこでは類似の参照数字は一般に同一の、機能的に類似の、及び／又は構造的に類似の要素を示す。
【図１】世界の海流図を画く。
【図２】米国の東南海岸の近くの海流の詳細図を画き、特にフロリダ海流を示す。
【図３Ａ−３Ｂ】アンカレッジの近くのアラスカのクック海峡及びリザレクション湾地域と、北メイン州のコブクック湾及び西通路地域の、可能性として価値ある潮汐流位置を画く。
【図４】本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニットの正面立面図を画く。
【図５】図４に示す潜水可能なタービン発電機ユニットの側面立面図を画く。
【図６】本発明のもう１つの実施例の潜水可能なタービン発電機ユニットのＣＡＤの直角投影図を画く。
【図７】図６に示す潜水可能なタービン発電機ユニットの発電機部分のＣＡＤの端面投影図を画く。
【図８】図６に示す潜水可能なタービン発電機ユニットのＣＡＤの斜視投影図を画く。
【図９】図８に示す潜水可能なタービン発電機ユニットのＣＡＤの側面投影図を画く。
【図１０】図８に示す潜水可能なタービン発電機ユニットのＣＡＤの平面投影図を画く。
【図１１】本発明のなおもう１つの実施例で設計された潜水可能なタービン発電機ユニットの下位規模モデルのローターの磁極片を画く。
【図１２】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのローター組立体を画く。
【図１３】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのロータープレートを画く。
【図１４】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのステーター組立体を画く。
【図１５】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルの発電機磁石を画く。
【図１６】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのロータースパイダーを画く。
【図１７】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのステーター積層体を画く。
【図１８】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルのステーター積層体セグメントをより詳細に画く。
【図１９】該潜水可能なタービン発電機ユニットの該下位規模モデルの磁極片をより詳細に画く。
【図２０】本発明の実施例の１本の係留線で展開された複数の潜水可能なタービン発電機ユニットの正面立面図及び側面立面図を画く。
【図２１】本発明のもう１つの実施例の１本の係留線で展開された潜水可能なタービン発電機ユニットの配列の正面立面図及び側面立面図を画く。
【図２２】本発明のなおもう１つの実施例の１本の係留線で展開された潜水可能なタービン発電機ユニットのもう１つの配列の正面立面図及び側面立面図を画く。
【図２３】本発明のなおもう１つの実施例のもう１つの潜水可能なタービン発電機モジュールの正面立面図を画く。
【図２４】図２３の潜水可能なタービン発電機モジュールの側面立面図を画く。
【図２５】本発明のなおもう１つの実施例のもう１つの潜水可能なタービン発電機モジュールの組立分解斜視図を画く。
【図２６ａ】本発明の１実施例の発電機組立体の斜視図を画く。
【図２６ｂ】図２６ａの発電機組立体の左の端面図を画く。
【図２６ｃ】図２６ａの発電機組立体の右の端面図を画く。
【図２６ｄ】図２６ａの発電機組立体の平面図を画く。
【図２７】図２６ａで画かれた該発電機組立体用の水密ハウジングの１実施例を画く。
【図２８】本発明のハウジング組立体の１実施例の斜視図を画く。
【図２９】本発明のハウジング組立体の１実施例の素通しの斜視図を画く。
【図３０】本発明のハウジング組立体の１実施例の断面図を画く。
【図３１】本発明のハウジング組立体の１実施例の断面図の略図を画く。
【図３２】本発明のハウジング組立体の１実施例の中央切断の断面図の斜視図を画く。
【図３３】本発明のハウジング組立体の略図を画く。
【図３４】本発明のハウジング組立体の１実施例を中央切断の断面図の端面図を画く。
【実施例１】
【００２８】
本発明の例示的実施例が下記で詳細に論じられる。幾つかの特定の例示的実施例が論じられるが、これは図解目的でのみ行われることは理解されるべきである。本発明の精神と範囲を離れることなく他の部品と構成が使われてもよいことを当業者は認識するであろう。
【００２９】
今図４及び５を参照すると、本発明の１実施例の潜水可能なタービン発電機ユニット４００が示されている。タービン発電機ユニット４００は一般に支持構造体４１０を有し、該構造体の上では、少なくとも１つの、好ましくは１對の、タービン４２０が加圧囲い４４０内の発電機（図４及び５では示されてない）に１本のシャフト４３０により結合される。
【００３０】
図６−１０のＣＡＤの投影図で示される様に、モジュール４００は更に発電機６００を駆動する独特のタービンブレード５００を有する。本発明で有用なタービンブレード５００の形状の例としては、ゴルロブヘリカルタービン（Ｇｏｒｌｏｖ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）｛ジーエイチテー（ＧＨＴ）｝のそれがある。
【００３１】
この様な仕方で、タービン発電機ユニット４００は、可逆性の超低ヘッド圧力及び／又は比較的高速の流体流れの下で単方向回転を提供出来る１対のタービン４２０を有する。各タービン４２０は、該流体流れに平行な平面内の回転用に、該流体流れ方向に横断的に設置された複数の翼型ブレード５００を有する。１実施例では、該ブレード５００は螺旋形構成、すなわち変形型デルタタービンを形成し、該構成は該ブレードの１部分が常に該流体流れに直角に角度付けされることを保証する。この構成はそれぞれのタービン４２０をスピンさせる最大推力を可能にする。該ブレード５００のスキューされた先導エッジは更に該タービン４２０の回転への抵抗を減じる。該流体流れを該ブレード５００へ導くために長方形の断面を有するチャンネルが提供される。該チャンネルは、該流体の該ブレードへのアタック角度を最適化するために、該流体流れに平行な平面内で、各タービン４２
０の中心方向向きの高さ又は膨らみの相対する変化を有するカーブした形状を備える。超低ヘッド流体圧力で、該タービン４２０は比較的高速度を達成出来る。
【００３２】
下記利点が該タービン４２０を水力発電用に特に価値あるものにする：
・他の既知タービン設計に比して自由流での優れた電力効率を発揮する
・水流速度の一定比で回転する
・毎秒約０．６１ｍ（２フィート）程の低さの水流で自己始動する
・水流方向から独立して同じ方向に回転する（これは潮汐及び波動エネルギーシステム用に特に有利である）
・最小のトルク揺動
・例え高回転速度でもキャビテーションがない。
【００３３】
従って、図６から１０で示す様に、各タービン４２０は、可逆流体流れ下で回転出来る単方向タービンであり、流入流体チャンネル及び流出流体チャンネルにより規定される流路と、該流入及び流出チャンネル間に配置されたタービン室６１０と、を有する。回転可能なシャフト４３０は該タービン室６１０内に横断的に設置される。少なくとも１つのタービンブレード支持部材６２０が該シャフト４３０に直角の平面内で、回転可能なシャフト４３０に、それと一緒に回転するよう固定的に設置される。
【００３４】
複数のタービンブレード５００が該タービン室６１０内に配置され、各ブレード５００はデルタ構成と、先導エッジ、後続エッジ及びそれら間の弦、を有する翼型と、を備える。該翼型は該流路に横断的に配向され、該弦は円形回転通路に略沿うよう横たわる。該ブレード５００の各々は、回転シャフト４３０に平行で、該シャフトから半径方向に隔てられるよう該ブレード支持部材６２０に固定的に設置され、該流路に平行な平面内で該回転通路に沿い、該先導エッジの方向に回転するよう配向される。該タービン室６１０は該流路に平行な平面内で相対する高さを有するカーブした形状を備える。該高さは、ブレード５００に対する流れの半径方向成分で、流体を流路内で回転可能に導き、流体流れを該複数のブレード５００に向けるよう、該先導エッジの回転方向にオフセットされている。該タービンブレード５００とブレード支持部材６２０は流体力に耐えられるどんな材料を有してもよい。この様な材料は金属又は金属合金、複合材料又はポリマー材料を含んでもよい。例えば、本発明の１実施例のタービンブレード５００は樹脂含浸カーボンファイバーの複合材料を有する。
【００３５】
種々のタービン４２０に関する更に進んだ詳細は、その各々の内容が引用によりここに組み入れられる前記特許文献２，３，４，５，６，７，８及び９で見出される。
【００３６】
今度は図７及び１１−１９を参照しつつ、下記説明は更に発電機６００の設計及び構造に関する詳細に向けられる。当業者は、対応する図に含まれる全ての参照寸法及び注記が例示目的用としてのみ意図されており、本発明の精神を保ちながら変形を受け入れ可能であることを認識するであろう。１実施例では、下位規模モデル永久磁石発電機６００は全直径が約６８．６ｃｍ（約２７インチ）、軸長が約３０．５ｃｍ（約１２インチ）そして完全に組み立てられた時約４５３．６ｋｇ（約１０００ポンド）の重さである。しかしながら、当業者は本発明の実施例の発電機６００の設計と構造が充分に縮尺変更可能であることを評価するであろう。
【００３７】
少なくとも図１１−１３に示される様に、本発明のモジュール型磁石ローター１１００の１実施例は６０の鋳鋼磁極片１１２０で交互挿入された６０の長方形ネオディミウム磁石１１１０から成る（すなわち１２０片を有する）。１実施例では、該モジュール型磁石ローター１１００はスパイダー１１６０に固定された端部プレート１１４０により確実に接合された１０の同一パイ型円周セグメントを有する。該端部プレート１１４０とスパイ
ダー１１６０はどんな耐久性の材料で製造されてもよいが、好ましくはアルミニウム又は鋼の様な耐久性の金属材料で製造されるのがよい。
【００３８】
１実施例では、巻きステーター１１８０は、各々が１８のスロットと１８のコイルから成る２４ＧＡ電磁鋼板積層体製の、１０の同一パイ型円周セグメント１１８５のスタックから成ってもよい。該コイル（示されてない）は、Ｈクラス（２００℃定格の）の膜絶縁されたランダム捲きの丸マグネット線から成る。該捲き線は３相捲き線なので、各ステーターセグメント１１８５は相互接続された相当たり６つのコイルを有し、幾つかのコイル辺（隣接ステーターセグメントのスロット内へ挿入されるそれら用）はぶら下がり、幾つかのスロットは未充填の侭である（隣接ステーターセグメントからの該ぶら下がりコイル辺用）。
【００３９】
本発明のモジュール型設計はサイトでの組立及び修理を可能にする。例えば、もし１つのステーターセグメント１１８５が故障すると、オペレーターはその特定の故障セグメント１１８５のみを取り除き、取り換える。発電機フレーム２６１０（図２６ａから２６ｄに示す）は、該ステーターセグメント１１８５がモジュール型磁石ローター１１００の組み合わせセグメントと整合するよう、該ステーターセグメント１１８５が形作られた柄（ほぞ）又はダブテイルの場所内へスライドすることを可能にしている。組立時、組み合わせセグメント１１８５は、該ステーターセグメント１１８５とローター１１００の対応するセグメントの間に特定的に寸法決めされた空隙スペーサーを有する適当な暫定組立用取り付け具又はブラケットにより、磁石ローター１１００の対応するセグメントに結合する。一旦該ブラケット上で組み立てられると、全部で１０の組み合わされたステーター−ローターセグメントは発電機フレーム２６１０内に挿入され、組み立てられる。シャフト４３０を有するロータースパイダー１６０は該組立体内に挿入され、ローター１１００の１０のセグメントは半径方向でロータースパイダー１１６０の外径と結合する。該ローター１１００をスパイダー１１６０に固定するためにどんな既知の固定手段が適用されてもよいが、好ましくはローター１１００がスパイダー１１６０にボルト付けされるのがよい。
【００４０】
図２６ａから２６ｄは本発明の発電機組立体２６００の１実施例の幾つかの図を画いている。これらの図は発電機フレーム２６１０内に組み立てられたローター１１００とステーター１１８０を画いている。この実施例で、図２６ｂと２６ｃは、１つの端部プレート１１４０のみに、そしてスパイダー１１６０の１つの端部のみに固定されたローター１１００を画いていることは、図２６ｂの端面図のみに存在するファスナーにより明示される。この構成はローター１１００及びステーター１１８０のモジュール型セグメントの容易な取り外しを可能にする。
【００４１】
一旦組み立てられると、完全な発電機２６００は正方形に形作られ、図２７で略画かれる水密ハウジング２７００内に収容される。当業者は多くの他の形状が適用可能なことを認識しよう。ハウジング２７００のこの実施例は、潜水可能なタービン発電機ユニットの支持構造体４１０にボルト締めするための設置用フランジ２７１０を有する。該水密ハウジング２７００は、展開用水の乱流と高い塩度に耐えるのに充分な非浸透性の材料で製造される。好ましくは、該ハウジング２７００は鋼板で製造されるのがよい。
【００４２】
本発明の１実施例の水密ハウジング２７００内に設置された発電機組立体２６００を画く図２７乃至３１へ戻ると、該ハウジング２７００はその上に強化用チャンネル２８１０を有する。これらのチャンネルは、早く動く流れの力に耐えるために該ハウジング２７００に適当な剛性を提供するよう鋼で製造されるのが好ましい。
【００４３】
ハウジング２７００の取り外し可能な端部キャップ２８２０は水密手段により該ハウジング２７００に確実に固定される。この様な手段は、接着剤、溶接、及び／又は、１つ以
上の水密シール剤又はガスケットと連携してオプションで適用されるリベット又はボルトの様な機械的ファスナーを含んでもよい。図２７と３１で最も良く画かれる様に、どちらの端部キャップ２８２０も開口部２８３０を有し、該開口部を通して該発電機６００のシャフト４３０が延びている。各開口部２８３０の周りに閉鎖用ボックス２８４０が使われ、シールされる。図３１に示す１実施例では、各閉鎖用ボックス２８４０はハウジング２７００とのインターフエースにシール２８５０を使い、該シールはここでは、例により、チェスタートンアール１８０ダブリュービーカートリッジシール（Ｃｈｅｓｔｅｒｔｏｎ(R)１８０ＷＢ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ  Ｓｅａｌ）として示される。
【００４４】
１実施例では、各閉鎖用ボックス２８４０はハウジング端部キャップ２８２０内の同心のパイロット凹部内に設置され、該ハウジング端部キャップ２８２０は適切な整合用に該ハウジング２７００に柄（ほぞ）配置される。各閉鎖用ボックス２８４０は、シャフト４３０に嵌合するシール２８５０上でセットねじの締め付けを可能にする少なくとも１つの半径方向アクセス孔を有する。一旦該シール組立体が該閉鎖用ボックス２８４０にボルト付けされても、中にシール２８５０を有する閉鎖用ボックス２８４０全体がハウジング２７００に組み立てられる前は、シール２８５０と共に出荷される芯合わせクリップ（示されてない）は取り除き可能である。
【００４５】
ローター１１００は周辺スキューを有しない“集中磁束”設計と呼ばれるもので、長方形磁石１１１０が隣接磁極１１２０間に半径方向に位置付けされ、各磁石１１１０からの磁束は機械空隙を２回横切る。
【００４６】
ステーター１１８０は、極当たり３つのスロットを使うよう設計され、スロット当たり２つのコイル辺を有してフルピッチでピッチ付けられた捲き線と、直列でＹ型接続された第２捲き線と、を備える。３相の各々用の１本として３本のリードが該機械から出て来る。
【００４７】
ステーターコア（すなわち１０のステーターセグメント１１８５の各々）はスタック用取り付け具上でスタックされ、磁気的コギングトルクを最小化する目的で１．１０スロットピッチのステーター円周スキューに帰着する。
【００４８】
この下位規模モデル発電機６００の動作速度は試験目的で３５ＲＰＭから１００ＲＰＭとされ、それは本格的規模の発電機と全く同じＲＰＭである。
【００４９】
下記の教示的説明は、本発明の１実施例のステーターコア及び捲き線を製造する例示的手順の詳細を提供する。
【００５０】
ステップ１−各々が１８の有効スロットを有する１０分の１のステーターセグメント１１８５である前記説明のステーター積層体セグメント片１１８５（２４ＧＡ、Ｍ−１９，Ｃ−５）を使って、１．１０スロットピッチのコアスキューに帰着する取り付け具上で約２２．９ｃｍ（９．００インチ）高さのコアセグメント（すなわち約３６０積層片）をスタックし、そしてスリーエムスコッチキャスト（３Ｍ  Ｓｃｏｔｃｈｃａｓｔ）接着剤を使って該スタックされたセグメントを固着させる。
【００５１】
ステップ２−１０のステーターセグメント１１８５の各々内に各々が６つのコイルのスケイン（ｓｋｅｉｎｓ）を作り（６ケは相当たりコイル数）、該セグメントでは該コイルは＃１２．５ＧＡ等価品（必要なだけ撚られた）の１２巻き回から成り、１から４スロットのコイルピッチを有し、スケイン当たり全６ケのコイルが直列接続されている。該丸いマグネット線はＨクラス、２００℃定格のワイヤ膜で絶縁されるべきことの注意を要す。相Ａ、相Ｂ中性線そして相Ｃのリードを有する始まりのセグメントは、＃１０ＧＡの撚り
リード線で、かつＨクラス定格材料で絶縁されたものを使ったリードを有すべきである。
【００５２】
ステップ３−Ｈクラス定格のエポキシ粉体でステーターセグメント１１８５を流動床絶縁するが、ステーターセグメント１１８５のスロット及び内径のみがコーティングを受けるよう、円周端部（すなわち、２つの端部）、外径面全体そしてスロットの底部の約３．１８ｍｍ（約８分の１インチ）内まで、を確実にマスクする。
【００５３】
ステップ４−１０のステーターセグメント１１８５の各々内に１８のコイルを挿入するが、隣接セグメントに跨って張る３つのコイルの半分はオーバーハングさせておき、ステーター１１８０の組立時電氣的相互接続を仕上げるために適当なリード長さを備えさせておく。
【００５４】
ステップ５−該３つのオーバーハングさせたコイル辺を除いて、ステーターセグメント１１８５の各々を適当なＨクラス電氣用焼き付けワニスで含浸し、オーブン内で焼き付ける。
【００５５】
ステップ６−フレームの内径に提供されたダブテイルと、各コアセグメントの周辺端部のダブテイルと、を使って１０のステーターセグメント１１８５をフレーム支持構造体内に組み込み、全１０個のセグメントコアモジュールが１列に並ぶことを確認する。
【００５６】
ステップ７−１０のステーターセグメント１１８５間の適切な捲き線相互接続を行い、捲き線全体を必要な結び付けで固定しそしてリード（中性線及び相の両リード）を適当に配置する。
【００５７】
ステップ８−良質の空気乾燥絶縁ワニスを使い、捲き線相互接続の範囲に含浸し、乾燥させる。
【００５８】
ステップ９−該ワニスが乾燥した後、最低２０００ボルトの高電圧で１分間捲き線をテストし、そして又全３相が同一で、適切に接続されていることを判定するために、好ましくはサージテスト計器で該ステーター１１８０をテストするのがよい。
【００５９】
今図２０乃至２５に戻ると、１つ以上の潜水可能なタービン発電機ユニット４００が構成され、組み合わせた潜水可能な発電モジュール２０００を創るために１つの潜水可能な発電プラットフォーム上に設置される。該潜水可能なタービン発電機ユニット４００の独特な構造設計のために、それらは大きな組み合わせ発電容量を有する発電モジュールを創るよう相互の頂部上に“スタックされて”もよい。例えば、ユニットは１ＭＷより多くを作るモジュールを形成するよう組み合わされてもよい。
【００６０】
該潜水可能なタービン発電機ユニット４００は水面下で動作し、水中電氣ケーブルを経由して陸上へ送電される電氣エネルギーを作る。この設計は、水面上に何等部品が見えないので、景観保護への影響をもたらさない。陸上へ電氣エネルギーを送る代替えとして、該発電システムは、世界中の何れかの受了ターミナルへ水素及び／又は携帯用水を出荷する沖合の深い海洋サイトで、海水からの水素及び／又は携帯用水の生産にエネルギーを与えてもよい。
【００６１】
典型的な海流プロジェクトは、各々が、フロリダ海流の様な速く動く海流内に、“配列”又は“群れ（ｓｃｈｏｏｌ）”で展開された１つ以上の潜水可能なタービン発電機ユニットを有する、多数の潜水可能な発電モジュールから成ってもよい。これらの“配列は”水中送電線により陸上設備サブステーションに相互接続される。各モジュールは１つの同期海流発電システムに集積化された幾つかの潜水可能なタービン発電機ユニットから成る
。該モジュールは、該潜水可能なタービン発電機ユニット４００を支持し、かつ該モジュールを構造的に支持するのに加えて、浮力と安定性を提供する潜水可能な構造的容器を有する。
【００６２】
設置者は潜水可能な発電モジュール２０００を海面の下に位置付け、該モジュールを深水多点係留システムを使って海底に引き留める。該モジュールは設置及び保守用に指示された時、水面に上昇したり、所定位置へ下降したりしてもよい。
【００６３】
図２５は該発電モジュール２０００の上昇、下降を容易にするよう特に設計された本発明の１実施例の組立分解斜視図を画いている。示された実施例は頂部バラストタンク２０１０，バラストタンク支持フレーム２０２０，潜水可能なタービン発電機ユニット４００，底部バラストタンク２０３０そして電力用電子機器及び制御システムユニット２０４０を有する。陸上の組立及び展開サイトでは、設置者は該潜水可能なタービン発電機ユニット４００を、ここで画かれた２ユニット水平組立体の様に、スタック構成で結合する。次いで、該設置者はバラストタンク２０１０，２０３０と、電力用電子機器及び制御システムユニット２０４０を取り付ける。次に、該設置者は該潜水可能なタービン発電機ユニット４００から該電力用電子機器及び制御システムユニット２０４０まで電力及び制御リードを接続し、そして水中送電線２０５０、係留線２０６０及び係留用アンカー２０７０を接続する（図２３及び２４に示す）。
【００６４】
オペレーターは次いで該組み立てられた発電モジュール２０００を展開サイトまで引き、該係留線２０６０，係留用アンカー２０７０，制御ケーブル（示されてない）及び送電ケーブル２０５０を水路の底に接続する。該オペレーターは次いで該モジュールを水面２０８０の下の運転位置内へ下降させるために底部バラストタンク２０３０そして次いで頂部バラストタンク２０１０に注水する。
【００６５】
各潜水可能な発電モジュールは可動性の（柔軟な）給電用送電ケーブルを使って水中電氣接続ボックスに電気的に接続されるが、該ケーブルはオプションで係留線に組み入れられてもよい。該電氣接続ボックスは次いで配列内の潜水可能な発電モジュール２０００の全てを１本の水中送電線２０５０に接続し、該送電線は陸上設備サブステーションに接続される。
【００６６】
該潜水可能な発電モジュール２０００は、海洋エネルギー力を最も充分かつ効率的に利用し、かつ商業的輸送及び何等かの他の水面活動との干渉を避けるために、海流内の最適位置に位置付け可能である。海流及び潮汐流の速度は深さにより変わり、水平面内では少しの変動しか起こらないので、該潜水可能なタービン発電機ユニット４００の水平構成は抽出効率の最大化を計る。例えば、フロリダ海流内の潜水可能な発電モジュール２０００の設置用最適位置、これは海岸から１９．３乃至４０．２ｋｍ（１２乃至２５マイル）で、水面下５０メーターである。該海流の“スイートスポット”で主要な恒久的シフトが起こった場合、オペレーターは該潜水可能な発電モジュール２０００を容易に再位置付けしてもよい。加えて、該潜水可能なタービン発電機ユニット４００は垂直構成での展開に適合可能である。この様な展開は、略単一方向でもある均一流れ速度を略垂直方向に有する水路では好ましい。
【００６７】
初期に、風力タービン及び他の沖合エネルギーデバイスでの使用に開発された従来技術の自動化及び制御システムを使って、陸上コンピュータが該潜水可能な発電モジュール２０００をモニターし、制御する。初期展開、検査、保守、修理及び取り換えを容易化するために、該潜水可能な発電モジュール２０００の１実施例はタービン発電機ユニット４００が水平位置に配向された侭海面に上昇し、水面上に浮上するよう、設計されている。
【００６８】
本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニット４００は、島嶼の周りの海峡、河口に於ける、及び著しい潮汐流が起こる他の範囲に於ける、それらの様な、著しい潮汐流が、速く動く潮流を創る地域で有効に動作する。海流と潮汐流との間の２つのキーとなる差は（１）潮汐流は太陰日（ｌｕｎａｒ  ｄａｙ）に基づき速度及び方向に関して正弦曲線に従い、そして（２）潮汐流は海流より遙かに浅い水中で起こる、ことである。
【００６９】
前にここで述べた様に、本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニット４００を使う典型的潮汐流プロジェクトは、上部クック海峡の様な速く動く潮汐流内に“配列”又は“群”で展開された多数の潜水可能な発電モジュール２０００から成る。潮汐流応用での本技術の適用は、考慮を要する特定のサイトパラメーターのために、海流応用より遙かに特定サイト向けの傾向がある。これらのパラメーターは、最大及び最小潮汐流流れ、中に該潜水可能なタービン発電機モジュールが設置される水路の巾と深さ、該水路の底の地学的条件そしてエコロジー的敏感さを含む。潮汐流に適用される潜水可能な発電モジュール２０００及び部品タービン発電機ユニット４００の実施例の基本的設計は、海流に展開されるそれらのモジュール２０００と類似であるが、該発電機６００と電力用電子機器の規模は該潮汐流内の流速の遙かに高い変動に適合するよう変化してもよい。
【００７０】
設置用プラットフォーム又はそれらの幾つかの上に個別に設置される本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニット４００は潜水可能なプラットフォーム構造体の上に設置（“スタック”）されてもよい。該プラットフォームは海流プラットフォームのそれと同様なより浅い係留システムを使って該底へ引き留められてもよい。代わりに、潮汐の水中に展開される該潜水可能なタービン発電機ユニット４００は、既に存在する他の恒久的構造体（例えば、原油掘削プラットフォーム又は桟橋）の様な杭又は他の適当な基礎構造体を使って水路の底に直接設置されてもよい。本発明の潮汐水の実施例で展開される可動性電氣ケーブル、電氣接続ボックス及び水中送電線も又海流の実施例と非常に類似している。
【００７１】
潜水可能なタービン発電機ユニット４００を含む潜水可能な発電モジュール２０００用のモジュール型部品、器具及び材料の全ては、展開サイトに近く近接した陸上組立サイトへは未組立で輸送される。該潜水可能な発電モジュール２０００は、サイトでの組立時間が最小である様なモジュール型設計を有する。
【００７２】
２００５年後期に完了した研究は海洋、潮汐及び河川の水流を利用するよう設計された３０の異なる技術概念を認識した。これらの概念の半分は波動エネルギーに、３０％は潮汐又は河川流に焦点合わせされ、そして残りの２０％は開いた海流の利用に狙いが宛てられた。
【００７３】
一般に、これらの認識された技術の全てが、本発明の実施例の潜水可能なタービン発電機ユニット４００に比較して類似の不利な特性を共有している。この研究の結果は下記の様に抄録される：
甚だしい複雑さ−提案された大抵の設計が変化する水の速度及び方向との最適な配向を達成するために電氣機械的操向及び制御システムを要する。幾つかは線形の機械的運動から電力を発生するため複雑な油圧システムに依存する。又多くが高い発電機速度を得るために機械的ギヤボックスを使う。これらの機構は全てシステム効率を減じる一方長期間の信頼性に影響する。又或るプロジェクトはサイトに大型の基礎、支持構造体及び重いリフト機構を必要とし、そして発電ユニットへのサービス作業を要する。
【００７４】
対照的に、本発明の該潜水可能なタービン発電機ユニット４００は、流れの方向又は速度から独立に動作する全方向タービンを使うことにより操向機構のニーヅを解消する。該潜水可能なタービン発電機モジュールは直接ドライブ設計を使い、機械的ギヤボックスの
非効率を避ける。最後に、潜水可能なタービン発電機モジュールは良く開発された深水引き留め慣行に基づき単純な設置プラットフォームと係留システムを利用する。
【００７５】
サイト向けの特殊設計−テストされた技術概念の多くは特定のサイト及び流れ条件用に設計された高度に一体化されたシステムである。それらは異なる場所用には再設計及び／又は再構成を要する。比較して、本発明は異なる適用での使用のために寸法及び／又は規模の簡単な修正を可能にするモジュール型システムを有する。
【００７６】
システムの規模合わせ−この研究の結果、そして潮汐応用デバイスについてのイーピーアールアイ（ＥＰＲＩ）による別の２００５年の研究の結果、に基づき、競合する設計により提案された電力レベルは出力の大きさの意味で幅広く変化する。変動範囲の１端にはメガワット出力用に設計された巨大なデバイスがある一方、市場の他端は低いキロワット範囲の容量を有する設計を備える。巨大デバイス用の市場の可能性は地理的場所数と、資本コストを正当化するのに適当な電力の可能性と、により限定される一方、小型ユニットは費用効果的な適切な大きさの発電を達成するために極端な数の展開を要する。
【００７７】
本発明の種々の実施例が上記で説明されたが、それらは単に例により提示され、限定のためでないことは理解されるべきである。かくして、本発明の巾と範囲は上記説明の例示的実施例の何れかにより限定されるべきでなく、代わって下記請求項及びそれらの等価物により規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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