(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海流から発電するための海洋発電装置であって、前記海洋発電装置は、海流内にある時に発電するように動作可能な、一対のタービンブレードアッセンブリを備えるタービンを含み、
各前記タービンブレードアッセンブリは、
ハブと、
前記ハブから径方向に伸びる１組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードと、
前記１組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードの外周の周りを伸びると共に前記外周に接続された円周リングとを備え、
前記一対のタービンブレードアッセンブリは、海流内に設置されると同一方向に回転するように並んで取り付けられており、各前記タービンブレードアッセンブリは、共通のタービン軸またはタービン軸アッセンブリに連結されており、前記タービン軸は、回転子または発電機に、共用の軸に沿って連結されており、
前記海洋発電装置は、前記タービンおよび発電機を有する発電手段を、前記海流と揃えて、大洋の底に錨で固定するためのアンカー手段をさらに備え、
上記アンカー手段は、移転または整備のために該海洋発電装置を再浮上させるように動作可能な浮揚手段を備えた浸水可能な船からなっている、海洋発電装置。
【請求項２】
前記タービンブレードアッセンブリは、
前記円周リングから径方向に伸びる第２の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードと、
前記第２の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードの外周の周りを伸びると共に前記外周に接続された、前記円周リングと同心円状の第２の円周リングとをさらに備える、請求項１に記載の海洋発電装置。
【請求項３】
前記タービン軸アッセンブリは、前記タービン軸の一端に接続されたタービン軸ギアを含み、
各前記タービンブレードアッセンブリは、歯状の外周を有しており、前記歯状の外周は、前記タービン軸ギアの歯と噛み合い、前記タービンブレードアッセンブリおよび前記回転子が調和して回転するようになっている、請求項１または２に記載の海洋発電装置。
【請求項４】
最も外側の前記円周リングが、歯状の外周を提供する、請求項３に記載の海洋発電装置。
【請求項５】
噛み合った前記タービンブレードアッセンブリと前記タービン軸ギアとの接触面の間に潤滑剤を供給するための潤滑システムをさらに備える、請求項３または４に記載の海洋発電装置。
【請求項６】
前記潤滑システムは、中空の前記タービン軸および前記タービン軸ギアの歯内の排出口を介して、高圧大洋水といった高圧潤滑剤を汲み上げるためのポンプを含む、請求項５に記載の海洋発電装置。
【請求項７】
（１）請求項１ないし６のいずれか１項に記載の海洋発電装置を海流内に配置するステップと、
（２）前記海洋発電装置の発電手段によって発電された電力を貯蔵または伝送するステップとを含む、海流から発電する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の範囲〕
本発明は、海洋発電装置に関する。一態様では、本発明は、海流、特に連続的な低速海流から発電するための装置に関する。
【０００２】
ここに記載する発明は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００８／００１２４７号に記載された発電装置に対する改善策を構成するものである。当該出願の内容を、引用することによって、本願に含める。
【０００３】
〔背景技術〕
再生可能なエネルギー源からの発電は、来るべき交替案として、または、少なくとも、再生不可能なエネルギー源からの発電の補足案として、以前から提案されている。しかし、再生可能なエネルギー源からのエネルギーを捕獲することは、極めて難題であるとされており、結果的に、このような再生可能なエネルギー源の活用は、最小限に留まっている。再生可能なエネルギー源の選択肢として、海流が注目されている。このような海流エネルギーを捕獲するための解決法は、幾つか出現しているものの、商業規模で実行可能である解決法は、まだ少ない。
【０００４】
本発明の一目的は、従来技術の１つまたは複数の問題を多少とも解決する海洋発電装置を提供すること、または、一般の人々に、有用な選択または商業的選択を提供することである。本発明の他の目的は、以下の説明から明らかとなろう。
【０００５】
本明細書において従来技術と呼ぶ場合、その文献は、必ずしも、当該従来技術が、オーストラリアまたは他の国の当該技術における周知一般知識の一部を形成することを認めるものではないことを理解されたい。
【０００６】
本明細書を通して、「含む、備える、有する」という語、およびこれと文法的に同等の表現は、使用されている文脈が他のものを示していない限り、包含的な意味を有するものであると理解される。
【０００７】
〔発明の開示〕
本発明の第１の態様によれば、海流から発電するための海洋発電装置が提供される。前記海洋発電装置は、
海流内にある時に発電するように動作可能な発電手段と、
前記発電手段を、前記海流と揃えて、大洋の底に固定するためのアンカー手段とを備えている。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、海流から発電するための方法が提供される。前記方法は、
（１）海流内にある時に発電するように動作可能な発電手段と、前記発電手段を、前記海流と揃えて、大洋の底に固定するためのアンカー手段とを備える海洋発電装置を、海流内に設置するステップと、
（２）前記発電手段によって発電された電力を貯蔵または伝送するステップとを有する。
【０００９】
ここで用いられる「大洋」および「海流」という語は、概して、潮流を有する任意の水域のことを指す。すなわち、この語には、海、川および人工運河といった、潮流を有する他の海洋環境も含まれるものと理解されたい。
【００１０】
ここで用いられる「大洋の底」という表現は、大洋底、または、本装置が安全に固定され得る水域内／海洋環境内に位置する他の任意の大きな塊を指す。この大洋底または塊は、平坦に、非平坦に、水平に、垂直に、または、任意の角度をなして、伸びていてよい。
【００１１】
アンカー手段は、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。アンカー手段は、永久的に本装置を大洋底に固定するか、あるいは、一時的にまたは調節可能に本装置を大洋底に固定することが可能である。
【００１２】
一実施形態では、アンカー手段は、１つまたは複数のボート錨、あるいは、金属またはコンクリートブロックといった他の重りを含んでいてよい。
【００１３】
他の一実施形態では、アンカー手段は、浸水可能な船または荷船の形をしていてよい。この浸水可能な船は、発電手段、およびこれ以外の装置の残りの部材を適切な位置まで輸送するために用いられ、そこでこの船は、沈下する。従って、発電手段が海流内に位置するように、当該船自体および発電手段を大洋の中に沈めるために浸水することが可能である。
【００１４】
浸水可能な船は、移転または整備などのために本装置を再浮上させるように動作可能な可変の浮揚手段を備えていてよい。この浮揚手段は、ガス膨張式バッグを備えていてよい。浮揚手段はまた、選択的または追加的に、船の船体を貫通して伸びる１つまたは複数の吹き込み管を備えていてよい。この吹き込み管の目的は、船の底面と大洋底との間に加圧ガスを送ることによって、揚力を提供することである。これは、好適な任意の方法で実現可能である。
【００１５】
さらに他の一実施形態では、アンカー手段は、発電手段を大洋底に対して定位置で支えると共に発電手段を海流と揃えて支える、構造的な支持手段をさらに備えていてよい。あるいは、この支持手段は、本海洋発電装置の分離された部材と見なされてもよい。明確にするために、以下では、支持手段は、本海洋発電装置から独立した部材であると見なす。
【００１６】
発電手段は、海流の特徴の利点を取り入れて、発電手段と該発電手段が沈められる水域との間の相対運動によって発電するような形態に設けられている。公知の発電原理に基づいて、海流の流体運動を機械運動に変換して、発電することが可能である。機械運動は、水掻き、プロペラ、海洋スクリュー、タービンなどによって始動および維持され得る。これらの水掻き、プロペラ、海洋スクリュー、タービンなどには、混合型構成および／または複合型構成が含まれる。
【００１７】
発電された電力は、貯蔵されるか、または、電力網に分配される前に必要とされ得る電力調節のために、発電手段から所望の回収位置まで伸びる絶縁導体によって、好適な位置まで伝送され得る。本発明の好ましい一実施形態では、発電装置は、ＡＣ電力を発電する。このＡＣ電力は、任意の好適な技術および／または装置（この例には、１つまたは複数の整流器が含まれるが、これに限定されない）を用いて、ＤＣ信号に変換され得る。ＡＣ信号を整流する本発明の実施形態では、１つまたは複数の整流器が任意の好適な位置に配置されていてよい。例えば、前記１つまたは複数の整流器を本発電装置と関連付けて、ＡＣ信号の整流を水中で行ってもよい。所望により、ＤＣ信号を、陸上で、さらにＡＣに変換してもよい。これは、国の電力網に連結するためのインバータといった、任意の好適な技術および／または装置を用いて行われる。発電された電圧を、整流する前に、高送電電圧に変換して、長距離送電損を低減することが可能である。
【００１８】
本発明の全ての態様では、海流の速度は、例えば、風力発電装置に衝突する風の速度と比べると、比較的低いことは理解されよう。海流の速度は、１０ノットよりも高くてよいが、好ましくは、約１０ノットよりも低く、より好ましくは、約３ノットと１０ノットとの間である。
【００１９】
好ましくは、発電手段は、少なくとも１つのタービンを含む。このタービンは、回転子および固定子を有する種類の少なくとも１つの発電機（交流発電機）と連結されている。この発電機は、固定子用の密閉ハウジングを備えていてよく、前記密閉ハウジングは、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。
【００２０】
一実施形態では、発電手段は、タービンブレードアッセンブリおよびタービン軸アッセンブリを備える少なくとも１つのタービンを備えている。タービン軸アッセンブリは、前記タービンブレードアッセンブリと、発電機の回転子とに連結されている。
【００２１】
タービン軸アッセンブリのタービン軸は、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。このタービン軸は、任意の好適な方法で、タービンブレードアッセンブリおよび発電機の回転子に連結されていてよい。タービン軸は、直接、発電機の回転子に連結されていてもよいし、または、ギアボックスおよび／または他のギアトレインを用いて、連結されていてもよい。タービンの使用中は、タービン軸の縦軸が、海流の流れの方向とほぼ揃っていることが好ましい。
【００２２】
発電機とタービンブレードアッセンブリとの間には、駆動トレインが設けられていてよい。この駆動トレインは、タービンブレードアッセンブリの回転運動を９０度変える一組の傘歯車と、前記一組の傘歯車と関連付けられ、回転の角速度を発電に適した速度にシフトアップするギアボックスとを含む。
【００２３】
タービンブレードアッセンブリは、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。タービンブレードアッセンブリは、ハブと、ハブから径方向に伸びて潮流捕獲面を提供する、任意の好適な数のスポーク、支索、および／または、ブレードを含んでいてよい。好ましくは、タービンブレードアッセンブリは、ハブから径方向に、海流の流れの方向に対して約４５度の角度で伸びる複数のタービンブレードを備えている。１つまたは複数のブレード、または対向するブレード対は、ブレード上の水の推力を最大化するために、湾曲していることが好ましい。
【００２４】
本発明者は、タービンブレードアッセンブリが、以下に記載するような「外輪」型の構成（つまり、１つまたは２つの同心円状の円周リングを備える構成、またはそれ以上の数の同心円状の円周リングを備える構成）である場合に、従来のプロペラ型のブレードよりも、海流において受ける高トルクに、より良好に抵抗することが可能であることを発見した。従来のプロペラ型のブレードは、高トルクの環境下では、その底部に機械的応力が蓄積するため、機能しないことがある。
【００２５】
一実施形態では、タービンブレードアッセンブリは、ハブから径方向に伸びる第１の組のタービンブレード、タービンスポーク、またはタービン支索と、前記第１の組のタービンブレードの外周の周りを伸びると共に該外周に接続された第１の円周リングまたは他の種類の環状部材とを備えていてよい。この円周リングは、タービン軸の縦軸とほぼ同軸上を伸びる軸を有する管の形をしていてよい。
【００２６】
タービンブレードアッセンブリは、前記第１の円周リングまたは環状部材から径方向に伸びる第２の組のタービンブレードと、前記第２の組のタービンブレードの外周の周りを伸びると共に該外周に接続された第２の円周リングまたは他の種類の環状部材とを備えていてよい。この第２の円周リングは、第１の円周リングと同心円状のリング管の形をしていてよい。タービンブレードアッセンブリは、第２の円周リングまたは環状部材から径方向に伸びるさらなる組のタービンブレードと、これらさらなる組のブレードの周りを伸びるさらなる円周リングまたは他の種類の環状部材とを備えていてよい。
【００２７】
好ましくは、これらのタービンブレードは、通過する潮流のできるだけ多くの運動エネルギーを捕獲して、このエネルギーを電力に変換するように形成されている。従って、これらのタービンブレードが、タービンブレードアッセンブリの潮流捕獲面の５０％以上を覆うように形成されると共に互いに離間されていることが好ましい。より好ましくは、これらのタービンブレードは、潮流捕獲面の断面積の７０％以上を覆っている。最も好ましくは、これらのタービンブレードは、潮流捕獲面の断面積の９０％以上を覆っている。こうすることによって、通過する潮流の大部分の運動エネルギーが、タービンブレードによって捕獲され得る。
【００２８】
本発明の他の一実施形態では、発電手段は、（好ましくは外輪の構成の）一対のタービンブレードアッセンブリを備える一対のタービンを含む。ここで、各タービンブレードアッセンブリは、各タービン軸アッセンブリに連結されており、互いに逆回転するように取り付けられている。タービン軸アッセンブリの各タービン軸はさらに、別の発電機または同一の発電機に連結されていてよい。同一の発電機の場合、各タービン軸は、当該発電機に、ギアボックスおよび／またはギアトレイン、並びに回転子駆動軸を用いて、連結されていてよい。
【００２９】
このような形態では、（好ましくは外輪の構成の）タービンブレードアッセンブリは、本装置に加わるトルク効果を実質的に排除するために、互いに逆回転するように配置されている。回転の軸は、概して、本装置が沈められる海流の流れの方向と一致している。タービンは、海流が比較的低速であるが、高トルクであることを考慮して、低速回転するように配置されていることが好ましい。
【００３０】
本発明の他の一実施形態では、発電手段は、タービンおよび発電機を備えている。前記タービンは、一対のタービンブレードアッセンブリを有している。前記一対のタービンブレードアッセンブリは、海流に設置されると同一方向に回転するように取り付けられており、各タービンブレードアッセンブリは、タービン軸アッセンブリの１つの共通のタービン軸に連結されており、前記タービン軸は、発電機の回転子に、共用の軸に沿って連結されている。
【００３１】
本実施形態に係るタービンブレードアッセンブリは、任意の好適な方法で、共通のタービン軸に連結されていてよい。一実施形態では、タービン軸アッセンブリは、タービン軸の一端に接続されたタービン軸ギアをさらに含む。各タービンブレードアッセンブリは、（ギアのような）歯状の外周を有しており、この歯状の外周は、タービン軸ギアの歯（つまりギアトレイン）と噛み合う。このため、タービンブレードアッセンブリおよび回転子は、調和して回転することが可能である。
【００３２】
タービンブレードアッセンブリは、上述のように、外輪型の構成（つまり、１つまたは２つの同心円状のリングを有していてよい）であるが、歯状の外周を有している。この構成において、本発明者は、タービンブレードの長さ、および／または、幅を、数メートル、数十メートルにすると同時に、タービンブレードの厚みを短縮することが可能であることを発見した。幾つかの実施形態では、タービンブレードの（径方向の）長さは、数メートルであってよく、約２０メートル、またはそれ以上の長さであってよい。すなわち、幾つかの実施形態では、潮流捕獲面は、例えば、３メートル、１０メートル、２０メートル、３０メートル、４０メートル、５０メートル、またはそれ以上の直径を有していてよい。好ましくは、タービンブレードは、わずか約１００ｍｍの厚さしかない。より好ましくは、タービンブレードは、わずか約５０ｍｍの厚さしかない。最も好ましくは、タービンブレードは、わずか約２０〜２５ｍｍの厚さしかない。
【００３３】
本発明の好ましい第１の態様によれば、海洋発電装置において使用するための、タービン軸およびタービンブレードアッセンブリを備えるタービンが提供される。前記タービンブレードアッセンブリは、
ハブと、
前記ハブから径方向に伸びる、一組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードと、
前記一組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードの外周の周りを伸びると共に前記外周に接続された円周リングとを備えている。
【００３４】
本発明の好ましい第２の態様によれば、海洋発電装置において使用するための、タービンブレードアッセンブリに連結されたタービン軸を備えるタービンが提供される。前記タービンブレードアッセンブリは、
ハブと、
前記ハブから径方向に伸びる、第１の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードと、
前記第１の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードの外周の周りを伸びると共に前記外周に接続された第１の円周リングと、
前記第１の円周リングから径方向に伸びる第２の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードと、
前記第２の組のタービンスポーク、タービン支索、またはタービンブレードの外周の周りを伸びると共に前記外周に接続された、第１の円周リングと同心円状の第２の円周リングとを備えている。
【００３５】
本発明の好ましい第３の実施形態によれば、タービンおよび発電機を備える発電手段が提供される。前記タービンは、海流内に配置されると、同一方向に回転するように取り付けられた一対のタービンブレードアッセンブリを備え、各上記タービンブレードアッセンブリは、タービン軸アッセンブリの１つの共通のタービン軸に連結されており、前記タービン軸は、発電機の回転子に、共用の軸に沿って連結されている。
【００３６】
これらの好ましい第１、第２、および第３の態様は、本明細書中の他の箇所に一般的に記載されている、本発明のさらなる特徴を有していてよい。
【００３７】
海洋発電装置は、発電機を冷却するための冷却システムをさらに含んでいてよい。任意の好適な種類の冷却システムが用いられ得る。
【００３８】
一実施形態では、冷却システムは、ポンプと、前記ポンプの排出口から、発電機の固定子の周囲を伸びる多岐管とを有しており、多岐管内に存在する冷却液が、固定子と熱交換関係にあるようになっている。ポンプは、タービン軸に連結されていると共に該タービン軸によって駆動され、多岐管を介して、大洋水などの冷却液を運搬することが可能である。ポンプは、大洋水用の注入口を有していてよく、多岐管は、大洋水用の排出口を有していてよい。
【００３９】
他の一実施形態では、冷却システムは、発電機の回転子に冷却効果を与えるように、中空のタービン軸を通して、大洋水などの冷却液を汲み上げるためのポンプを有している。ポンプは、タービン軸に連結されていると共に該タービン軸によって駆動され得る。ポンプの排出口は、スイベル軸継手によって、中空のタービン軸に連結されていてよい。
【００４０】
さらなる一実施形態では、冷却システムは、追加的または選択的に、大洋水による水冷式の放熱器と、冷気を発電機ハウジング中で循環させるように配置された送風機とを有しており、固定子および回転子を冷却するようになっている。
【００４１】
海洋発電装置は、噛み合ったタービンアッセンブリとタービン軸アッセンブリのタービン軸ギアとの接触面の間を潤滑にするための潤滑システムをさらに有していてよい。任意の好適な種類の潤滑システムが用いられ得る。
【００４２】
一実施形態では、潤滑システムは、中空のタービン軸を介して、および、タービン軸アッセンブリのタービン軸ギアの歯内の排出口を介して、大洋水などの高圧潤滑剤を汲み上げるためのポンプを有している。タービン軸ギアの歯は、任意の好適な数の排出口を有していてよく、これらの排出口は、任意の好適な寸法および形状を有していてよい。排出口は、（図示されているように、）歯車の歯の接触面の間を、中空のタービン軸まで伸びていてよい。ポンプは、タービン軸に連結されていると共に該タービン軸によって駆動され得る。ポンプの排出口は、スイベル軸継手によって、中空のタービン軸に連結されていてよい。冷却システムのポンプと潤滑システムのポンプとは、同一のものであってよい。
【００４３】
支持手段は、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。支持手段は、任意の好適な方法で、発電手段を支えていると共に、アンカー手段に接続されていてよい。
【００４４】
一実施形態では、支持手段は、発電機および１つまたは複数のタービン用のハウジングを支えるフレーム部材の構成を有している。この発電機およびタービン用のハウジングは、任意の好適な寸法、形状、および構成を有していてよい。該ハウジングは、海流の抵抗を最小化するような形状をしていてよい。例えば、該ハウジングは、一般に海流を横切って伸びる翼を有していてよい。
【００４５】
一実施形態では、幾つかのフレーム部材は、管状、すなわち中空である。中空の直立型フレーム部材が、発電機のハウジングから、浸水可能な船であるアンカー手段まで伸びていてよい。直立型フレーム部材は、人が、フレーム部材の、アンカー手段に隣接して位置する入口、内部通路、およびはしごを介して、発電機のハウジングに接近することを可能にする。はしごの代わりに、空気圧式の人用リフトが設けられていてもよい。入口は、本装置が完全に潜水している時でも、開いた状態を維持していてよい。
【００４６】
海洋発電装置は、発電機および場合によっては他の機械が、大洋水で浸水することを防止するための漏入防止手段をさらに有していてよい。この漏入防止手段は、任意の好適な構成を有していてよい。
【００４７】
一実施形態では、漏入防止手段は、加圧ガスの源に電気的に接続された少なくとも１つのセンサを備えている。このセンサは、発電機用のハウジング内において水を検知すると、ハウジングの加圧を開始する。好ましくは、フロートスイッチが、１つまたは複数の直立型フレーム部材の内部に、かつ、該１つまたは複数の直立型フレーム部材に沿って離間されて配置されている。これらのフロートスイッチは、万一水の流入が生じてしまった場合に、ハウジングを加圧するための、空気または窒素といった加圧ガスの源に電気的に結合されている。直立型フレーム部材内において水を検知すると、フロートスイッチは、ガスによるハウジングの加圧を始動させ、強制的に、水位を、直立型フレーム部材の下方の入口に向かって下げる。
【００４８】
ガスは、任意の好適な源から供給され得る。例えば、ガスは、陸上の貯蔵所から本装置に汲み上げられてよいし、または、本装置自体に、１つまたは複数のガス貯蔵庫が設けられていてもよい。
【００４９】
本発電装置は、潮流流量制御面をさらに備えていてよい。この潮流流量制御面は、海流を受けて、発電手段を、海流に対して所定の方向に推進させるための力を生成するように形成されている。
【００５０】
好ましくは、潮流流量制御面は、支持手段にかかる負荷を最小化するために、発電手段に揚力を提供するように形成されている。好ましくは、支持手段は、潮流流量制御面によって減少された負荷とは無関係に、発電手段を支えることが可能な硬質の支持手段である。揚力は、特に移転または整備の目的で船を上昇または沈下させる場合に、本装置の直立動作の観点を維持するために、発電手段がアンカー手段と比べて相対的に浮力を有するような安定性を提供するのに十分な値であることが好ましい。
【００５１】
一実施形態では、発電手段は、潮流流量制御面を提供するために翼が設けられているフレームの中央に取り付けられた発電機を含む。フレームおよび／または翼に、海流の流れに曝される導管が設けられていることが好ましい。この導管を介して、冷却剤が、発電機および／または他の装置を冷却するために流れることが可能である。発電機と外輪との間には、外輪の回転運動を９０度変える一組の傘歯車と、一組の各傘歯車に関連付けられ、回転の角速度を発電に適した速度までシフトアップするギアボックスとを含む駆動トレインが設けられていてよい。
【００５２】
〔図面の簡単な説明〕
本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る、大洋底に固定された海洋発電装置を示す詳細な側面図である。
図２は、図１の海洋発電装置の一部を示す詳細な平面図である。
図３は、図１の海洋発電装置を示す端面図である。
図４は、図１の海洋発電装置の外輪を示す端面図である。
図５は、図４に示された外輪の一部を示す詳細な側面図である。
図６は、海流の進路内に配置され得る、（図１に示された海洋発電装置と類似した）大洋底に固定された海洋発電装置を示す側面図である。
図７は、本発明の他の一実施形態に係る、大洋底に固定された海洋発電装置の船尾を示す詳細な図である。
図８は、図７に示された海洋発電装置の一部を示す平面図である。
図８ａは、図８に示された海洋発電装置を示す平面図であるが、別の冷却システムを示している。
図９は、図７に示された海洋発電装置の軸アッセンブリの一部を示す詳細な斜視図である（この軸アッセンブリのタービン軸は、発電装置の回転子軸としても機能する）。
【００５３】
〔発明の好ましい実施形態〕
図面は、本発明の好ましい実施形態を説明するために提供されたものであり、本発明は、図面に示された特徴だけに限定されるものと見なされるものではないことは、理解されよう。
【００５４】
図１〜図５は、低速（約３〜１０ノット）の海流２０から発電するための、大洋底３０に固定された海洋発電装置１０の第１の実施形態を示す図である。海洋発電装置１０は、アンカー手段１１と、支持手段１２と、発電機４５に連結された外輪１４を有する発電手段とを備えている。
【００５５】
アンカー手段１１は、支持フレームアッセンブリ１２の形をした支持手段１２が取り付けられた、（図１の断面図に示される）アンカー船１１の形をしている。アンカー船１１は、荷船１１である。荷船１１は、荷船１１を浸水および沈下させて、大洋底３０の上に設置することが可能なように開口された、沈下用弁を有している。
【００５６】
図１または図３に示されるように、支持フレームアッセンブリ１２は、２つの直立ブームを含んでいる。これらの直立ブームは、管状の中空格子ブームの形をしており、一般に直立している一対の前弦材２１を有している。この一対の前弦材２１は、一対の後弦材２２に平行であり、荷船１１の船尾に向かって取り付けられている。典型的に参照番号２３で示されている一組の筋交いが、直立ブーム２１，２２の支えを提供している。これらの直立ブームは、直立ブームの頂上から斜めに荷船１１の船首まで伸びる一対の主要支柱２４によってさらに安定されている。各主要支柱２４は、主要支柱２４の下端部の近傍において、ほぼ直立して伸びている支索２５によって支えられている。各主要支柱２４とそれに関連付けられた直立ブームとの間の上部近くでは、ほぼ水平に伸びる補強材２６が設けられている。
【００５７】
直立ブームの上には、翼アッセンブリ１３が取り付けられている。翼アッセンブリ１３は、直立ブームの間を伸びると共に、横方向に直立ブームを越えて伸びている。直立ブームには、直立ブームの間を伸びる変圧器支持基板１８が、翼アッセンブリと荷船１１との中間において取り付けられている。直立ブームには、直立ブームの間を伸びる整流器支持基板１９が、変圧器支持基板１８と荷船１１との中間において取り付けられている。
【００５８】
翼アッセンブリ１３は、制御面１６を含む。制御面１６は、固定式または可動式であってもよく、平坦または凹凸があってもよい。図１に示される制御面１６の構成、および／または、配置とは無関係に、制御面１６は、翼アッセンブリ１３および発電手段を上昇させて、矢印２０の方向に流れる海流と共に動作する間に、方向的な安定性を提供するように形成されていてよい。典型的に参照番号２７で示される一連の冷却パイプが、制御面１６を横方向に横切って伸びている。これらの冷却パイプは、翼アッセンブリ１３の内部に配置された熱を発生させる機器と熱交換関係にある。
【００５９】
翼アッセンブリ１３の正面には、一対の外輪１４が、矢印３５ａの方向に逆回転するように取り付けられている。各外輪１４は、主要駆動軸３５に取り付けられている。翼アッセンブリ１３の位置は、主要駆動軸３５が、典型的には参照番号５０によって示される複数の外輪１４のブレードの面に衝突することによって回転を促進する海流２０の流れの方向とほぼ同軸であるようになっている。主要駆動軸３５は、それぞれ、一組の傘歯車１７を回転させる。一組の傘歯車１７は、主要駆動ギア３１と、主要駆動ギア３１に直角に噛み合った横方向の遊び歯車３２と、横方向の遊び歯車３２に直角に噛み合うと共に主要駆動ギア３１とほぼ同軸である軸方向の遊び歯車３３と、軸方向の遊び歯車３３および主要駆動ギア３１に噛み合った主要横ギア３４とを有している。
【００６０】
各主要横ギア３４は、横方向の駆動軸３６を駆動する。各駆動軸３６は、ギアボックス３７の中に導かれている。ギアボックス３７は、発電機駆動軸３９の回転の角速度を増加させるために、シフトアップされる。発電機駆動軸３９ａのいずれか一方は、当該発電機駆動軸と共に回転するように取り付けられた冷却送風機３８を有している。冷却送風機３８は、海水を発電機４５に導いて冷却するためのものである。
【００６１】
発電機４５によって発電された電力は、ＡＣケーブル４１に沿って、変圧器支持基板１８に取り付けられた変圧器２８まで導かれる。電力は、変圧器２８において電圧が上昇され、変圧器２８から、より高い電圧ケーブル４２に沿って、整流器支持基板１９に取り付けられた整流器２９まで導かれる。整流されたＤＣ電力は、整流器２９から、ＤＣケーブル４３に沿って、電力調整器４４を通って、陸上ケーブル４６まで導かれる。
【００６２】
特に図１および図３を参照すると、荷船１１には、複数の浮き袋４７が備えられていることが分かる。浮き袋４７には、供給管４８を通してガスが充填され、これによって、荷船１１は、再浮上することが可能である。
【００６３】
発電機４５は、主要上部フレーム１３／翼アッセンブリ１３の中央に取り付けられている。主要上部フレーム１３／翼アッセンブリ１３は、翼に似た形状をしており、潮流２０がこれを通過すると、押し上げ力を生成するようになっている。翼アッセンブリ１３は、縦方向に伸びて、ギアボックスの近傍を通る冷却管２７を含む。冷却管２７の中には、油が入っており、機械によって生成された熱を、直ちに放散することができるようになっている。
【００６４】
翼のいずれかの端部には、２つの外輪１４の運動を受けて、当該運動を９０度変える直角ギアボックス１７が取り付けられている。これらのギアボックス１７の内側では、別の２つのギアボックス３７が、軸３６の速度を増加させて、効果的な速度で発電機４５を回転させるように機能している。高速の軸３９ａには、送風機３８が取り付けられている。送風機３８は、冷却用空気を、交流発電機／発電機４５を通して、および、その後、翼アッセンブリ１３を荷船１１に接続している直立ブームを通して循環させるものである。加熱された空気は、直立ブームの管状フレームを流れる時に冷却され、戻ってくると、交流発電機／発電機４５によって再び加熱される。この硬質の管状フレームは、クレーン上で用いられるような格子ブームに類似しており、底部が、船または荷船に取り付けられている。しかしこれは、通常の商業的用途を超えており、エンジン、巻き上げ機、タイヤハウス、他のこのような装置が取り除かれたものである。この基本骨格は、海水に向かって開口している弁を有しており、個々の船倉内に、拡張袋またはゴム風船４７を有している。拡張袋またはゴム風船４７は、船の表面に連結されていてよく、海洋発電装置１０全体が、整備または移転の目的に応じて制御可能に上昇または下降されるように、個々に、空気を入れる、または空気を抜くことが可能である。
【００６５】
交流発電機／発電機４５の出力電力は、可撓ケーブル４１を介して、水冷式の変圧器２８まで移行する。水冷式の変圧器２８は、交流発電機／発電機４５の出力電圧を電圧の伝送可能な程度（つまり６６ｋＶまたは１３２ｋＶ）まで増大させる。この電圧を増大させるための変圧器２８からの出力電力は、水冷式のブリッジ整流器２９まで導かれる。水冷式のブリッジ整流器２９は、ＡＣ電力を、伝送が安価なＤＣ電力に変換する。この出力電力は、他の類似の装置１０からの他のケーブル４６に結合され、場合によっては、その経路を、海底の伝送ケーブルを介して、陸上の基地まで到達させる。ここで、出力電力は、３相交流に反転され、国の電力網に供給される地上の送電線と同期化される。
【００６６】
図６は、海流２０を横切って、幾つかの発電装置１０を配置する方法を示す図である。この図はまた、発電装置１０が、単一のアンカー手段／船／荷船１１上に縦一列に配置された、１つ以上の発電手段および支持手段１２を有していることを示している。
【００６７】
多数の動力源を並列接続することによって、幾つかの発電装置１０が、他の装置１０の動力を切ることが生じる傾向がある。これは、各海洋発電装置１０の電流（および電圧）出力を検知して、発電機４５がその最大出力に達するまで交流発電機内の励磁のレベルを上昇させることによって、解決することが可能である。
【００６８】
海底の伝送ケーブルには、光学繊維が組み込まれており、基地局が装置１０を監視して、システム全体を制御することが可能である。発電機４５、翼アッセンブリ１３、直立ブームの管状の支持材、変圧器２８／整流器（回路遮断器）２９、および伝送コネクタモジュールには全て、圧力調整装置が取り付けられており、腐食および酸化の作用を低減するために、窒素ガスなどで充填されている。このガス圧力制御装置は、海洋発電装置１０が水深５００メートルで動作している時でも、または、海面気圧の位置まで引っ張られている時でも、内圧を、周囲圧力よりもわずかに高く（例えば１０ｋＰａだけ）維持するものである。この内圧の制御によって、（潮または嵐によって生じるような）密閉部の向こう側との差圧が除去され、密閉圧力が低減され、従って損耗が低減されることによって、発電装置１０を整備する間隔は増大する。過剰圧力は、高圧流体貯蔵船に戻すことが可能である。
【００６９】
水掻き／ブレード５０を有する外輪１４（送風機またはスクリュー）は、ほぼ５ノット程度で流れる低速潮流によって回転するように設計されている。水掻き／ブレード５０は、海流の流れの方向に対して約４５度で伸びており、流水の運動エネルギーをより高効率で捕獲するように湾曲されている。
【００７０】
図３〜図５に示されるように、各外輪１４は、ハブ６０、第１の金属管６１、第２の金属管６２、ハブ６０と管６１との間を径方向に伸びる第１の組の水掻き／ブレード６３、および、管６１と管６２との間を径方向に伸びる第２の組の水掻き／ブレード６４を有していてよい。ハブ６０と管６１，６２とは、同心円状に配置されている。この外側の管６２を配置する目的は、一様でないトルクを伝送すること、および、船舶または鯨などといった、大洋を進む他の物体との衝突の影響を最小化することである。水掻き／ブレード６３は、オーストラリアの従来の風車のファンブレードと異なるものではなく、オランダの伝統的な風車のブレードに類似している。
【００７１】
次に図７〜図９を参照すると、本発明の他の一実施形態に係る海洋発電装置１００が示されている。可能な限り、海洋発電装置１０に似た海洋発電装置１００の特徴、および海洋発電装置１０内に存在している海洋発電装置１００の特徴は、同じ参照番号によって表示されている。
【００７２】
海洋発電装置１００は、海流１０１内にある時に発電するように動作可能な発電手段１１０、支持手段１３０、アンカー手段１４０、冷却手段、潤滑手段、および漏入防止手段を備えている。
【００７３】
アンカー手段１４０は、アンカー船１４０の形をしている。アンカー船１４０は、船／荷船１１に似ており、荷船１１を浸水および沈下させて、大洋底３０の上に設置することが可能なように開口している沈下用弁を有している。荷船１１は、供給管４８を通してガスを充填することが可能な複数の浮き袋４７を備えており、これによって、荷船１１が再び浮上することが可能である。荷船１１はさらに、従来からの錨１４１を用いることによって、大洋底３０に固定される。
【００７４】
アンカー手段１４０はまた、荷船１１の甲板から船体まで伸びる一連の吹き込み管１４３を備えている。吹き込み管１４３は、仮に荷船１１が泥状の大洋底に設置されると、浮上プロセスの間に、浮き袋４７に荷船１１の最初の離昇を支援させるために、荷船１１の底面と大洋底３０との間に空気を送ることによって揚力を提供することを目的としている。荷船１１のこの設計は、重い持ち上げ装置を用いなくても、海洋発電装置１００全体を再浮上させることを可能にする。
【００７５】
支持手段１３０は、フレーム部材の幾つかが管状／中空状である構成を含む。支持手段１３０はまた、発電機１２０を含む、発電手段１１０の一部を収容する翼型のハウジング１３６（図７では仮想的に示されている）を備えている。
【００７６】
支持手段１３０は、荷船１１の甲板からハウジング１３６まで伸びる、（海洋発電装置１０の直立ブームに類似した）一対の管状直立型フレーム部材１３１を含む。直立型フレーム部材１３１は、人が、（図７に示される）フレーム部材１３１の開口した入口１３３、内部通路、および内部はしご１３４を用いて、ハウジング１３６内の機械に接近することを可能にする。入口１３３は、海洋発電装置１００が完全に潜水した後も開口した状態を維持するため、入口１３３は、場合によっては、入口１３３とハウジング１３６との間に大洋水を流入および流出させてしまう。
【００７７】
図７から明らかなように、支持手段１３０は、上述のように、変圧器２８および整流器２９を支えている。
【００７８】
発電手段１１０は、タービン、および、発電機／交流発電機１２０を含む。タービンは、一対のタービンブレードアッセンブリ１２１と、１つのタービン軸アッセンブリ１２２とを含む。
【００７９】
各タービンブレードアッセンブリ１２１は、外輪型の構成であり、この構成は、外輪１４と同様であるが、各第２の金属管６２（つまり円周リング）が、その外周全体にわたって伸びる歯１２３を有している点が異なっている。
【００８０】
タービン軸アッセンブリ１２２は、中空のタービン軸１２５の第１の端部に接続されたタービン軸ギア１２４を含む。タービン軸アッセンブリ１２２は、タービン軸１２５の第２の端部に接続された駆動ギア１２６を含む（図８参照）。タービン軸１２５の、これら両端部の中間の領域は、発電機１２０の回転子１０３に直接接続されている。各第２の金属管６２の歯状の外周１２３は、タービン軸ギア１２４の歯１２７と噛み合い、ブレードアッセンブリ１２１および回転子１０３が調和して回転するようになっている。タービン軸１２５は、軸受ブロック１０５，１０６によって、ハウジング１３６の内部に取り付けられている。
【００８１】
各タービンブレードアッセンブリ１２１は、タービン軸１２５と同軸上を伸びる取り付けシャフト１２９を有している（図８参照）。各取り付けシャフト１２９は、軸受ブロック１０７，１０８によって、ハウジング１３６の上、またはハウジング１３６の内部に取り付けられており、海流３０内に設置されると、図７の方向を示す矢印によって示されるように、同一方向に回転するようになっている。この構成では、タービンブレード５０は、約数メートルの長さ、および／または、幅を有すると同時に、タービンブレード５０の厚みは、約２０ｍｍまで低減することが可能である。
【００８２】
しかしながら、幾つかの実施形態では、タービンブレードの径方向の長さは、より大きくてもよく、例えば長さ２０メートル、またはそれ以上であってもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、タービンブレードアッセンブリの潮流捕獲面の直径は、例えば３メートル、１０メートル、２０メートル、３０メートル、４０メートル、５０メートル、またはそれ以上であってよい。直径が大きい場合、タービンブレードアッセンブリは、同心円状に配置されたさらなる管、およびこれらの管の間を伸びる一連のさらなるブレードを備えていてよい。
【００８３】
潤滑システムは、噛み合ったタービンブレードアッセンブリ１２１とタービン軸ギア１２４との接触面の間の潤滑剤として、高圧大洋水を提供する。この潤滑システムはまた、発電機１２０内に生成された熱を放散するので、冷却システムの一部である。
【００８４】
次に図８を参照する。潤滑システムは、ポンプ２００を備えている。ポンプ２００は、水の注入および排出口２０１と、このポンプ排出口２０１を中空のタービン軸１２５の第２の端部に結合させるスイベル軸継手２０２と、タービン軸１２５の内部通路２０２からタービン軸ギア１２４の歯１２７の接触面２０５まで伸びる排出口２０３とを含む。
【００８５】
ポンプ２００は、ハウジング１３６の内部に位置しており、ギア２０８を有している。ギア２０８は、タービン軸アッセンブリ１２２の駆動ギア１２６に連結され、該駆動ギア１２６によって駆動される。ポンプ２００の注入口は、大洋水を取り入れて、これを、タービン軸１２５の通路２０２を介して、および、歯１２７の接触面２０５の排出口２０３を介して、高圧で運搬する（図９参照）。この高圧水は、噛み合っているタービンブレードアッセンブリ１２１の歯とタービン軸ギア１２４の歯との間の潤滑剤として機能し、再び大洋に放たれる。
【００８６】
ここでまた図８を参照する。冷却システムは、ポンプ２２０を含む。ポンプ２２０は、大洋水の注入および排出口、およびパイプ多岐管２２１を備えている。パイプ多岐管２２１は、ポンプ２２０の排出口から、発電機１２０の固定子１０２の周りを伸びており、パイプ多岐管２２１内の冷却水が、固定子１０２と熱交換関係にあるようになっている。
【００８７】
ポンプ２２０は、ハウジング１３６の内部に位置しており、ギア２２３を有している。ギア２２３は、タービン軸アッセンブリ１２２の駆動ギア１２６に連結され、該駆動ギア１２６によって駆動される。ポンプ２２０の注入口は、大洋水を取り入れて、これを、パイプ多岐管２２１を介して運搬すると共に、固定子１０２の周りを運搬し、その後、再び大洋に放つ。
【００８８】
次に図８ａを参照する。冷却システムは、選択的または追加的に、ポンプ２２０を備えていてよい。ポンプ２２０は、大洋水の注入および排出口、およびパイプ３０２を備えている。パイプ３０２は、ポンプ２２０の排出口から、放熱器３０１を通って、ハウジング１３６から外に伸びている。
【００８９】
ポンプ２２０は、ハウジング１３６の内部に位置しており、タービン軸アッセンブリ１２２の駆動ギア１２６に連結されると共に該駆動ギア１２６によって駆動されるギアを有している。ポンプ２２０の注入口は、大洋水を取り入れて、これを、パイプ３０２および放熱器３０１を通して運搬し、その後、再び大洋に放つ。冷却システムの送風機３００は、放熱器で冷却された空気を、発電機１２０のハウジング内で循環させる。
【００９０】
ここで図７を参照する。漏入防止手段は、フロートスイッチ２７０を含む。フロートスイッチ２７０は、直立型フレーム部材１３１の内部に、直立型フレーム部材１３１に沿って離間されて配置されており、仮に不慮の水の流入が生じた場合に、ハウジング１３６を加圧するための、空気または窒素といった加圧ガス源（図示されていない）に電気的に結合されている。直立型フレーム部材１３１の内部で大洋水を検知すると、フロートスイッチ２７０が、ガスによるハウジングの加圧１３６を始動し、水位を、直立型フレーム部材１３１の下方の入口１３３に向けて下げる。
【００９１】
漏入防止手段の目的は、水位が危険なまでに高くなった場合、または、発電機１２０に浸水の危険が増している場合に、ハウジング１３６内の空気圧を増大させる信号を供給することである。その後、発電機１２０は、安全に、電源を切られ、アラームが、中央制御機能に送信され得る。
【００９２】
図７〜図９に示される海洋発電装置１００は、タービン軸１２５が潮流の流れの方向と揃い、タービンブレードアッセンブリ１２１が、概して、水の流れの方向に直角に設置されるように、大洋底３０上に設置されるように設計されている。タービンブレード５０は、ブレード５０上の水の推力を最大化するために、湾曲されており、タービン軸１２５の軸に対して約４５度に設置されている。タービンブレード５０を通過する水は、ブレード５０上に、ブレード５０を２つの方向に作用させる力を与える。第１の作用（力の第１の成分）は、軸方向であり、ブレード５０を潮流の下流に押しやる傾向がある。全体としては、この作用は、支持手段１３０およびアンカー手段１４０によって、無効にされる。
【００９３】
力の第２の成分は、径方向であり、全てのタービンブレード５０を考慮すると、この力の第２の成分は、タービン軸１２５の軸の周りを循環する作用を提供する。この正味の作用は、タービン軸１２５を回転させ、タービン軸１２５は、交流発電機１２０に回転エネルギーを提供する。
【００９４】
タービンのこの設計の１つの重要な形態は、駆動されたタービン軸１２５の位置および取り付け、並びに、タービンブレード５０の形状設計である。潜水式発電機のブレードの多くは、飛行機のプロペラの外観を有しており、既に証明されているように、海洋用途での使用時には故障する場合が多い。この理由は、水の密度が、空気の密度よりも、約３６０倍高いからである。これは、潜水用途において５ノットの潮流で使用されるプロペラであれば、ほぼ１８００ノット程度の空気の流れに抵抗するように構成しなければならないということを意味している。本設計の利点は、ブレード５０の幅およびその軸取り付け長さを、数メートルにすると共に、ブレード５０の厚みを約２０ｍｍの厚みまで低減することが可能な点である。このシステムによって、構造の寸法の規制がなく、またそのため該規制によりブレードの作用面の上を流れる使用可能な潮流の損失を生じさせることがなく、構造の寸法をより大きな発電機用に増大させることが可能である。すなわち、飛行機のプロペラの強度を増大させて同じ水力に抵抗できるようにするためには、ブレードおよびハブの厚みは、その構造物およびアンカーシステムの全体への抗力が急激に増大するとともにブレードへの回転（発電装置）力が急激に減少するような厚みとするということである。
【００９５】
また、プロペラ型ブレードは、空気などの低粘性の流体環境での高速度用に設計されたものであり、軸方向に見ると、断面積の約２０％を覆っている。これは、約５ノットの非常に大きいガイラ（Guyra）潮流の速度では、捕獲されず活用されないエネルギーが多いということを意味している。
【００９６】
本発明のタービンブレードアッセンブリ１２１は、通過する利用可能な潮流の約９５％を、その断面積の範囲により捕獲することが可能な、径方向に取り付けられたブレード５０から構成されている。ブレード５０は、ブレード５０の外周に伸びるギア歯状の円周管（リング）１２３を有している。この円周管１２３により、回転トルクの効果を、ブレードやタービン軸１２５の内部部材から離れた所で変換するという効果が得られる。ブレードにかかる力は、歯状の円周リング１２３の内部で、引っ張り力および圧縮力に変換される。これは、回転力を、タービンブレードおよびシャフトを通して変換するよりも、より安価に構成可能である。
【００９７】
上述のように、この設計によって、タービンブレードアッセンブリの潮流捕獲面の直径を、５、１０、２０、または５０メートル、あるいはそれ以上にすることが可能である。大きな直径の場合、タービンブレードアッセンブリは、同心円状に配置されたさらなる管およびこれらの管の間を伸びる一連のさらなるブレードを有してもよい。
【００９８】
本発明を、ここに具体的に記載したもの以外に、変更および変形してもよいことは、当業者には明らかであろう。本発明は、本発明の原理および範囲内に含まれるこのような変形例および変更例の全てを包含するものであることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施形態に係る、大洋底に固定された海洋発電装置を示す詳細な側面図である。
【図２】図１の海洋発電装置の一部を示す詳細な平面図である。
【図３】図１の海洋発電装置を示す端面図である。
【図４】図１の海洋発電装置の外輪を示す端面図である。
【図５】図４に示された外輪の一部を示す詳細な側面図である。
【図６】海流の進路内に配置され得る、（図１に示された海洋発電装置と類似した）大洋底に固定された海洋発電装置を示す側面図である。
【図７】本発明の他の一実施形態に係る、大洋底に固定された海洋発電装置の船尾を示す詳細な図である。
【図８】図７に示された海洋発電装置の一部を示す平面図である。
【図８ａ】図８に示された海洋発電装置を示す平面図であるが、別の冷却システムを示している。
【図９】図７に示された海洋発電装置の軸アッセンブリの一部を示す詳細な斜視図である（この軸アッセンブリのタービン軸は、発電装置の回転子軸としても機能する）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８ａ】
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【図９】
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