(57)【要約】【課題】簡単に構造化可能な、水の動きを介して発電する装置を提供する。【解決手段】液圧的に相互接続された発電セルのアレイを有する、水の動きを介して発電するためのシステムであって、前記アレイは互換性のあるモジュール構成のセルからなり、前記セルは水の動きから運動エネルギーを受けるように配置され、そして、前記セルは、液圧ポンプを駆動するタービンを介して水の動きによりエネルギーを変換する。液圧ポンプは、液圧的に相互に分離されていてもよく、そして、液圧原動機を介して発電装置に接続されおり、この発電装置はＡＣ同期誘導原動機であってもよい。また、各発電セルは、単一のタービンおよび液圧ポンプの組合せで構成されていてもよく、そしてこのタービンおよび液圧ポンプの組合せは原動機を駆動するものである。【選択図】図１５
2009539028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧的に相互接続され、タービンにより駆動される液圧ポンプのアレイを含み、
前記アレイは、互換性のあるモジュール構成された前記ポンプで構成され、
前記セルは、水の動きから運動エネルギーを受けるよう位置決めされ、前記セルは、前記液圧ポンプを駆動する前記タービンを介して水の動きにより前記エネルギーを変換する
ことを特徴とする、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項２】
前記ポンプの少なくとも１つは、他のポンプから液圧的に分離可能であることを特徴とする、請求項１に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項３】
前記セルは発電装置を介して電力供給網へ接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の、水の動きを介して発電するための装置。
【請求項４】
前記発電装置はＡＣ同期誘導原動機であることを特徴とする、請求項３に記載の、水の動きを介して発電するための装置。
【請求項５】
前記液圧ポンプは水域の浮遊プラットフォーム上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の、発電するための装置。
【請求項６】
水域にモジュール構成でアレイ配置された複数の液圧ポンプと、
水域内の複数のタービンであって、当該タービンを駆動する水から運動エネルギーを受ける複数のタービンと、を含み、
前記ポンプは、前記タービンから機械的回転力を受けて高圧作動流体を生成し、
前記ポンプは、少なくとも１つの液圧原動機を駆動して、発電装置を作動させる
ことを特徴とする、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項７】
前記アレイは海底に係留されていることを特徴とする、請求項６に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項８】
前記アレイに取付けられて海洋に於いて垂直整列状態を維持する浮きを更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項９】
水域に於いてプラットフォームから変位しているタービンであって、水から運動エネルギーを受けるタービンと、
前記タービンにより駆動される液圧ポンプと、
前記ポンプから加圧作動流体を受けて、原動機を駆動させて電力供給網へ電気を発生させるマニフォルドと
を含むことを特徴とする、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項１０】
前記原動機はＡＣ同期誘導原動機であることを特徴とする、請求項９に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項１１】
第１の前記ポンプから液圧的に独立している第２の液圧ポンプを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【請求項１２】
前記第２のポンプから前記第１のポンプを分離するためのバイパス弁を更に含むことを特徴とする、請求項１１に記載の、水の動きを介して発電するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体的に、発電分野に関し、更に詳しくは水の動きを介して発電を行う装置とシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者
クローズ，ウェイン，エフ．，テキサス州  ヒューストン
連邦政府後援研究または開発に関する記載  
非該当
関連出願の相互参照
本発明は、下記米国特許出願に関するとともに、該出願から優先権主張を行い、該出願の内容は、引用により本明細書に、あたかも完全に記載されているかのように、組み込まれている。
【０００３】
２００６年６月２日出願の「水の動きを介して発電する装置およびシステム」という発明の名称の非仮（通常の実用）特許出願番号１１/４４６，４９７。
水資源からのエネルギー抽出は長年にわたる人類の願望であった。水車、エントレインメント、水力発電など種々の方法が挙げられる。海洋潮汐の動きや流れを電力に変換する従来の試みとして、大規模なシステムや、従来の発電装置の使用や、水力捕獲のための種々のタービンなどが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の欠点は、システムが異なる設定に対して簡単に構造化可能ではなく、大規模な構造物を必要とし、且つ、商業的に実行可能ではないというところにあった。従来システムは簡単に移動するには適さず、地勢（地形）的な適合可能性を欠き、水の腐食作用に耐えることも出来ない。更に、磁石や銅線を有する従来の発電装置は重量が大きくなるため交換が不可能である。更に、海洋や川や他の流れの動きを捕獲するよう平行に設けた小さな電力セルのアレイを使用して、比較的小型の複数の発電装置をひとつの大規模な発電システムへ組み合わせたシステムはこれまでなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
水により駆動されるタービンを使用して、移動する水（波、流れ、潮汐その他）から電気エネルギーを抽出する。タービンファンは、収束ノズルに於いて独立して回転して、各独立したタービンファンの後で、移動する水から付加エネルギーを抽出する。ファンブレードはハウジング内部で独立して回転する。ハウジングは、銅、または導電性ポリマーまたは他の導電性材料で形成した巻線を含む。(i)磁気ポリマー、または(ii)均質ポリマーまたは不均質ポリマー内に保持されて磁界を生成する粒子材料、または(iii)磁界を呈するＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｓｎ，Ｎｄまたはセラミックスのような伝統的な磁性材料から形成される回転磁界は、磁性材料を含む独立タービンが導電性巻線の側を通過するので、電気エネルギーを生成する。磁気ポリマーは、ポリマーに於いて保持された粒子混合物とは対照的に原子レベルにて磁気特性が存在する点に於いて、異なっている。ポリマーハウジングに於けるトラス構造は、ポリマーもしくはガラス繊維補強ポリマー、炭素複合材料またはナノチューブ補強ポリマーで形成される。トラス構造は、ポリマータービンハウジングの内部でタービンブレードアセンブリの中心軸（シャフト）を支持する。各タービンに於いて生成される電気エネルギーは、０．００１〜５，０００ワット（Ｗ）の範囲であろうが、各タービンあたり１００，０００ワットと大きくてもよい。電気エネルギーは、各タービンの巻線から伝達されると共に、銅線または導電性ポリマーで構成されたタービンハウジングそれぞれへの内部電力伝達コンジットに並列接続される。電力は、１つのタービンハウジングから、内部コンジットを介して次のタービンハウジングへ伝達されるが、これは、計測と、電力供給網への最終伝達とのため回収システムへ伝達されることができるまで続けられる。１つの発電装置が０．００１〜１００，０００ワットの電力を生成すると、２次元アレイに並列接続された複数の発電装置は、多数のメガワット（ＭＷ）範囲で商業的容量を生成する可能性を有している。このシステムはポリマー、セラミック、または非鉄被覆金属で形成されており、そして、タービンへの、場合によっては磁性を有する内部部分は、水と直接接触しないので、本システムは腐食しないし、軽量であるし、可搬性を有し、製造と取替えとが安価になされ、どのような地勢条件でも構造化可能である。さらに、アレイのモジュール(セル)設計により、アレイの全体の発電能力をオフラインにしない状態で、タービンの取換えや保守を行うことが出来る。現実的に、いかなる場合でも、発電能力の一部分のみがオフラインにされるだけである。なぜなら、２次元アレイに於ける個々の垂直積層部だけが、その積層部のタービンの保守のためにオフラインにされるからである。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態に於いて、水の動きを介して発電する装置が開示されており、この装置は、電気的に相互接続された発電用セルアレイを有し、このアレイは互換性のあるモジュール構成されたセルから成り、そして、これらのセルは水の動きから運動エネルギーを受けるよう位置決めされ、ここで、これらのセルは各セル内部に於いて電気的タービンの動きによりエネルギーを変換するよう構成されている。
【０００７】
本発明の別の好ましい実施形態に於いて、水の動きを介して発電する装置が開示されており、この装置は、導電性巻線を有するハウジングと、このハウジング内部で変位させられる羽根車（インペラ）であって、ハウジング内部に於いて羽根車の回転に際し誘導電気エネルギーを生成するポリマー磁性部材を有する羽根車と、水から運動エネルギーを受けるための羽根車のブレードと、を有し、ここで、羽根車はブレードを横切る水の動きにより起動させられるように構成されている。
【０００８】
本発明の更に別の好ましい実施形態に於いて、水の動きを介して発電するシステムを開示しており、このシステムは、タービンの羽根車に於いて変位させられる磁性ポリマーを備えた複数のタービンを有し、ここで、これらの羽根車は羽根車の周りでハウジングに於いて変位する導電性巻線により包囲されており、タービンはモジュール構成にて整列されかつ電気的に相互接続されており、これらの羽根車は水の動きにより起動されて電気を生成するよう構成されている。
【０００９】
本発明の更に別の好ましい実施形態に於いて、水の動きを介して発電するシステムを開示しており、このシステムは、それぞれが５０００ワット未満の電力を個々に生成する複数のエネルギーセルと、ポリマーへの内部電気コンジットを介して１つまたは複数のセルと電気的に通じた状態にセルを保持するトレイとを含み、これらのセルは海洋に於いて垂直に積層されたアレイ状にかつ海洋の潮汐運動に対して横切る方向に配置されており、そして、これらのアレイは電力供給網に電気的に接続されている。
【００１０】
本発明の更に別の好ましい実施形態に於いて、水力タービンにより駆動される液圧ポンプを使用することにより、更に特筆すべき利点が得られる。タービンの取入口および取出口それぞれに設けた収束ダクトと発散ダクトとでタービンに接続されたプラットフォーム装着液圧ポンプシステムを使用することにより、そして、２重ダクト方式または単一ダクト方式のタービン設計を採用することにより、システムを環境条件に簡単に適応させることができ、そして、保守や修理を簡単に行うことができる。作動流体は、沖合いでの使用のために、非圧縮性かつ生物分解可能なものとすることができる。液圧ポンプは液圧原動機（モータ）に接続され、この液圧原動機はＡＣ誘導電動機を駆動し、このＡＣ誘導電動機は、調速弁と電子コンピュータ制御とを使用して精密に制御されることが出来る。このシステムは、ポンプとタービンとの相互交換可能アレイ状に構成されてもよく、または、単一のタービンおよび液圧ポンプの組合せ、または原動機を駆動して電気を発生させるそれらの他の配列によって実現されてもよい。
【００１１】
図面は、本明細書の一部をなすと共に、本発明の好ましい実施形態を含むが、本発明は種々の形態で実施されうるものである。本発明の理解を容易にするために本発明の種々の態様を誇張または拡大して示している場合があることは理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に好ましい実施形態について詳細な説明を行う。然しながら、本発明は種々の形態で実施されることが出来るということは理解されよう。従って、ここに開示する個々の詳細は、限定的に解釈されるべきではなく、むしろ実質的適切に詳述されるシステム、構造、または態様に於いて本発明を使用することを当業者に教示するための典型的な基礎として解釈されるべきである。
【００１３】
図１は、海洋の深海領域に於ける水深１２を関数とする平均流速１０を示すグラフである。深海領域に於いて、流速は上下限値の間で比較的一定であることが認められ、或る目的に対しては、本発明に適用可能な水エネルギー源であるかもしれない。大西洋のメキシコ湾流と太平洋の黒潮海流とは、安定した深海海流の例であり、これらの海流は、以下に記載するように配列された複数のセルを駆動させるために本発明が利用することが出来るものである。然しながら、深海領域では、水力を利用すると共に発電ユニットアレイを維持することは困難である。それに対して、防波堤領域や、非帯電貯水槽や、川や、水道橋の水の動きは、本発明の長所や利点の影響を、より受けやすいものである。
【００１４】
図２は、海洋の防波堤領域に於ける、水深２２を関数とする流速２０を示すグラフである。水深が減少するに従って、即ち、波が海岸に近づくに従って、流速が増大して波が有するエネルギーを消散させることが認められる。これにより、本明細書に記載するタイプのセルアレイに対して準備の整った且つ再生可能なエネルギー源となる。以下の説明からより完全に理解されるように、ここに示すような海岸線エネルギー捕獲システムにより、この現象から恩恵を受けて安価で信頼できるエネルギーを生成することが出来る。この方法は、任意の断面積に対して殆ど一定の流速の水の利用可能な可動本体に対して、作用するものであろう。
【００１５】
図３は、本発明の好ましい実施形態に於いて整列されたアレイセット３０を示す。アレイセット３０は、一連のアレイ３４を含み、これらのアレイ３４は、潮汐水の動きを受けるよう海洋の防波堤領域の海辺３２に平行に防波堤領域に配置されている。このようなアレイは、優先的な流れを活用するよう川の流れに対して横方向に（流れを横切る方向に）、流れの動きから恩恵を受ける可能性のある深海領域に、または、局部的な流れを活用するよう他の位置に、整列させることができよう。各アレイ３４は、一連の積層エネルギーセルであり、何らかのやり方で一体的に積層されたエネルギーセルを通過する水の動きにより個々に駆動されるものである。セルは電気接続トレイ（図８参照）を介して相互接続されており、これにより、各アレイセット３０は、エネルギーセルから合計電気エネルギーを生成する。そして、アレイセット３０は最終的に電力供給（送電）網へ接続される。
【００１６】
図４は、図３に示すように、より大きなアレイに於けるエネルギーセル４２の単一の積層部４０の側面図である。図４は、深海領域や川に於ける、または防波堤領域ででも、一方向水流を受けるためのエネルギーセル４２の単一の積層部４０を示す。水は、左向き矢印４４により示されるようにエネルギーのセルを横切って流れるので、エネルギーセル４２は運動エネルギーを受け、これにより、電力が生成される。個々のエネルギーセル４２は、積層されると共に陽/陰極部４６で電気的に相互接続されて、電力を生成し、この電力はライン４９によりインバータまたは電力供給網へ送られる。個々のエネルギーセル４２は、僅かな量のエネルギーを生成するにすぎないかもしれないが、並列接続されたエネルギーセル４２の積層部４０は相当なエネルギーを生成することになる。積層部４０は、従来技術の周知の手段により海洋底に錨４８で係留されてもよい。このように配置されたアレイは、しなやかで水中にて浮遊するが、同時に、水流を横切る方向に位置して最大電力を生成する。
【００１７】
電力アレイのモジュール化の大きな利点は、好ましい実施形態に於いて０．００１〜５０００Ｗの範囲の電力出力を提供可能な小規模な電力装置を使用できることである。これにより、３〜５０，０００ｉｎ３に於いて０．００１の規模の典型的な電力発電タービンよりもかなり小規模な装置を使用することが可能となる。
このような小規模装置を使用することにより、大規模アレイの作製が大幅に容易にされるとともに、いかなる期間であれ発電に影響を与えないで機能しない装置を即座に交換することが可能となる。発電装置のこのような小型化は、小型（マイクロ）発電装置または小型装置と定義してもよい。複数装置を１つのアレイに組み合わせることにより、合計したときに、はるかに規模の大きい単一の発電装置と等しい出力を得ることが出来る。
【００１８】
図５は、防波堤領域にて二方向水流を最大限受けるように構成されたエネルギーセル５２の単一積層部５０を示す。水流は、左向きおよび右向き矢印５４で示されるようにエネルギーセル５２を横切って流れるので、エネルギーセル５２は運動エネルギーを受け取り、これが、電力を生成する。水流は、引き潮と上げ潮とを二方向に有する潮汐作用を介するものなので、水の動きの両方向から恩恵を得るよう構成され且つ位置決めされたセルを駆動させることができる。図５は、図３に示すような、より大きなアレイに於けるセル５２の１つの積層部５０の側面図を示し、ここで、セルは図４に示すのと同じような態様で陽極/陰極部５６により電気的に相互接続されている。
【００１９】
図６は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する複数のフィン（図７参照）を有する単一のセルの羽根車６０の側面図である。個々のセルは、他のセルと並列に電気接続６４されて累積的に発電するよう構成されている。羽根車６０（またはタービン）は、発電するよう適切に構成されたハウジング内に設けられている。ハウジングは十字状支柱（図７参照）を有し、安定性が付加されている。発電装置は、ブレードのためにハウジング内に磁石または磁性材を配置すると共に、羽根車６０を取り巻くハウジング内に巻線を配置することにより形成されている。羽根車６０は水の動作により回転するので、電磁力が生成されて、巻線に電流を与え、これにより、電気が生成される。並列接続状態にセルを構成することにより、個々のセルにより生成される少量のエネルギーは一体化されて大容量の電気エネルギーを生成する。
【００２０】
従来技術に於いて周知の、従来型ポリマー製造手段を使用する好ましい実施形態に於いて、タービンとハウジングとを、磁性ポリマーまたは磁気ポリマーを使用して製造して、標準的な磁石と銅線とを置き換えてもよい。使用される磁気ポリマーまたは磁性ポリマーの量と、その適切な位置とは、個々の使用例に対して求められる磁性吸引力の程度の関数である。ここで望まれるワット数を生成するのに十分な磁力と導電性とは、このような材料を使用して達成可能であり、結果として、軽量で、水の浸食（腐食）作用に耐性を有する発電装置が得られる。
【００２１】
単一のタービンは、長手軸に沿う最大の仕事（仕事量）を抽出することが出来るように独立したブレードリング６６に取り付けられていてもよく、そして、タービンは、タービンに於けるノズルの制限の故に流速を増大させるよう外周６８に沿ってテーパ状に形成してもよい。
図７は、単一のタービンハウジング７０と、複数のファンブレード７４を有する羽根車７２とを示す端面図であり、水の動きから最大エネルギ量を有利に捕獲するような構成になっている。十字状支柱７６が安定性を付加している。
【００２２】
図８は、複数のセル積層部を固定して、図３に示す、より大きなアレイを生成するための電気接続トレイ８０を示している。トレイ８０は、電気的ポストチャンネル陽極部８２と陰極部８４とを有して、セル積層部への電気接続を行う。垂直に積層されたセルの各グループはトレイ上に載置される。第１の垂直積層部８５、第２の垂直積層部８６、ないし第Ｎ番目の垂直積層部８８は、隣接して載置され、電気的に並列接続８２，８４され、そして、隣接するセル積層部は、積層ベースを介して電気的に相互接続されている。容易に理解されるように、トレイ８０は、電気的に全て相互接続された複数の垂直積層部を収容してもよい。かくして、この状態に所望の数の垂直積層部を配置してもよいし、各積層部は、個々の適用例に於いて望まれる数のセルを積層していてもよい。このようなポリマー移送プレートは、付加積層のために複数セルの頂部に装着されてもよく、これにより、電気接続をおこない、これにより、アレイから整流器/インバータへ、次に電力供給網へと、電力伝達を可能にしている。この構成により、設置を容易にすると共に修理を簡単にすることが出来る。
【００２３】
図９Ａは、セルアレイ９２の斜視図であり、このアレイは、外洋側９４から水流を受けるかまたは海岸側９５から水流を受けるように整列された複数のセルを有している。セルをこのような状態に配置することにより、水の干満から運動エネルギーを最大限に変換するように個々のセルは位置決められている。本実施形態に於いて、個々のセルはいずれか１つの方向に整列されるとともに、その発電タービンは、設計上の方向の水流を受けると最適に回転するよう構成されている。
【００２４】
図９Ｂは、ここに記載されているように電気的に相互接続されたセルの積層部に於いて二方向流れを受けるよう構成されたセルの全体構成の側面図である。セル積層部は、海洋水の流れに耐性を有し且つ荒天候に於いて安定性を維持する頑丈であるが軽量のハウジング９５に設けるのが好ましい。セルアレイは、錨９７により海洋床へ固定してより大きな安定性を提供するようにしてもよい。方向と位置とのために、浮揚装置９８を使用してもよい。セルは、積層部トレイ上に装着されてアレイを形成し、次に、電気接続動作を介して電気的に合計されて電力を生成し、この電力を更に次へ伝達するよう構成されていることが好ましい。セルアレイから生成された累積エネルギーは、超伝導ケーブルや他の従来技術の周知の電気伝送手段により、従来の電線９９を介して電力供給網へ伝達されてもよい。
【００２５】
図１０Ａ、図１０Ｂ，図１０Ｃ、および図１０Ｄは、中心軸（シャフト）１００を有する円錐タービン発電機の図であり、軸１００の周囲には、ステージ１０２のような複数ステージに複数の羽根車ブレードが設けられている。或る実施形態に於いては、単一のステージが設けられることが好ましいかもしれない。羽根車のハウジングは、その内部に挿入された磁石１０４またはハウジングに埋設された磁性ポリマーを有している。タービンの外部ハウジング１０８は、電気接続部１０６と剛性支持部材１０７とを通る端子通路を有し、これにより個々のユニットの積層を可能にしている。図１０Ｄは、セルアレイを生成する電気収集トレイ１１１を示す。トレイは、銅線または導電ポリマー１０９を介して電気接続部を有している。
【００２６】
タービンの革新的構造は、個々のタービンを大量生産するためにポリマー成型に於いてポリマーを使用することにある。タービンの磁性部材としては、タービン内には、種々の材料の１つ、例えば鉄、セラミック、または磁性ポリマー（磁気ポリマー希土類磁石ＮｄＦｅＢ）タイプであるタービンの磁性部材が埋設されている。装置および装置アレイに於いて埋設された伝達システム内部の陰極および陽極に導電ポリマーを使用すると、重量を低減すると共に小型タービンの製造を効率よく且つ経済的に行うことが出来る。更に、このようなタービンの使用により、発電中に、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘまたはオゾン前駆体を生成することがなくなる。図１０に示す羽根車は、収束ハウジングまたはノズルと共働するように使用した場合に最大仕事を引き出すようにポリマーに於いて設計されている。
【００２７】
耐食性、低コスト製造、および、大量生産用のポリマーの使用、ならびに、羽根車ブレードまたは複数の独立した羽根車に対するポリマーの使用が望まれるかもしれない。大量生産用のポリマー鋳型に於けるポリマーの使用、および、海洋から発電する場合に使用されるポリマー発電装置に於ける下記磁石タイプの使用：鉄、セラミック、磁性ポリマー（磁気ポリマー希土類磁石ＮｄＦｅＢ）タイプの使用。更に、装置および装置アレイに於ける埋設伝達システム内部での陰極および陽極用電導ポリマーの使用。
【００２８】
図１１Ａおよび図１１Ｂとは、いくつかのステージで複数の羽根車を有するタービン発電機の側面図、および前／後面図である。或る実施形態に於いては、エネルギーを抽出するために単一のステージが好ましい場合がる。タービンは、電気的相互接続可能ベース１１１内に収容されて、より大きなアレイの一部として垂直に複数のセルを積層することが可能である。十字状支柱１１２は付加支持部材となっている。銅線巻線または導電ポリマー巻線は、羽根車ハウジング内部に埋設されている磁石または磁性材がタービン羽根車と共に回転して磁束を形成すると、電流を生成するように、羽根車の周りに形成されている。
【００２９】
図１２は、電力供給網１２２に電気的に接続された発電セルのアレイグループ１２０を示す。アレイは、海洋の潮の流れに直角になるよう整列されていると共に、並列に電気接続されている。浮揚部材１２４は、整列と、位置決めと、追跡とのためにアレイ頂部に設けられている。好ましい実施形態に於いて、アレイは防波堤地点付近に設けられて、海岸付近の最大エネルギー量を捕獲する。
【００３０】
図１３は、本発明の好ましい実施形態に係る液圧ポンプシステムの斜視図である。動的であるかまたは源流であるかを問わず、川、ダム、放水路またはその他の水源からの水が、方向２からタービン部４方向へタービンハウジング内へ流れる。水はタービン部４を通って移動するので、水はタービンブレード６を駆動し、タービンブレード６は変速機８に対して回転する機械的動力を生成する。次に、変速機８は（軸の回転速度を増大させる歯車比を含んでいてもよいが）、液圧ポンプ１２に接続された軸１０を駆動させて、高圧作動流体を生成する。弁１４は、弁１６、１７を介して高圧作動流体を伝達する。弁１６、１７は、高圧作動流体マニフォルドを介して液圧原動機（図示せず）に接続されて、高圧流体から発電装置ヘ更にパワー変換して電気を生成するよう構成されている。液圧ポンプと弁とは、プラットフォーム１８（はしけや船を含む一時的なプラットフォームであってもよい）上に設けられ、このプラットフォーム１８は水力を提供する水域の表面に浮遊している。ひとつの実施形態に於いて、単一のタービンおよび液圧ポンプが水力を、液圧原動機に対し、そして次に発電装置に対して提供することができよう。別の構成に於いて、一連の相互接続されたタービンおよびポンプを利用することもできよう。
【００３１】
好ましい実施形態に於いて、プラットフォーム１８を、水中の地面へ錨泊させるか、または、水中の地面内へ打ち込まれてすでに所定位置にある構造物（例えば、波止場の杭）へ取付けることにより、固定させることも可能であろう。弁は、支柱１６、２０によりプラットフォーム１８に支持され、そして、全体システムの所望の性能に依存して並列か直列状態で別のプラットフォーム上の他の液圧ポンプと相互接続される。１つの実施形態に於いて、ポンプおよびタービンのグループは相互に連結しかつ弁構造に依存して動作するよう構成されることができ、弁２２は、保守の場合、または修理のためにオフラインにされる必要がある場合、他方で同時に、同一プラットフォームまたは他のプラットフォームの他のポンプの動作は維持しながら、液圧ポンプ１２をバイパスするように、一時的にまたは永久的に、構成することができる。
【００３２】
タービンは、適応例に依存して、２重ダクトのベンチャー構造または、ダクトなしまたは単一ダクトといった従来技術で周知の種々の構造体のいずれであってもよい。一連の相互接続されたタービンと液圧ポンプとを使用することにより、治水ダムや、ダムによって形成された娯楽用水域や、ダム水門や、放水路や、その他の既に存在するシステムへの改造適用が可能になる。更に、タービンおよびポンプのアレイは、潮汐環境もしくは海流環境や川の流れに於いて、または、導水管と灌漑用水路もしくは人工的な孔もしくは管からの流出水管に於いて、使用することも可能であろう。
【００３３】
図１４は、図１３に示すような一連のタービンから水が生成したエネルギを伝達するように並列状態に設けられた液圧ポンプのシステムの概略図である。加圧流体状態の水力は、一連のポンプ３０から制御調速器３２を介して液圧原動機３４へ伝達される。次に、液圧原動機の出力は、発電装置、好ましくは高効率ＡＣ誘導発電装置へ送られる。液圧ポンプは、全体システムの中で、水駆動タービンから力を得て水に浮遊している唯一の部分であってもよい。これにより、保守費用の低減や運転コストの低減に寄与するとともに、保守や修理の場合に個々の液圧ポンプを分離しやすくなる。さらに、ポンプは水自体の中にはないので、保守や修理の必要性を低減する。ポンプ３０のアレイは、水の流れを最大に利用しかつ地形の特殊性に適合するよう種々の方式のいずれかに構成することができる。
【００３４】
図１５は、浮遊プラットフォーム上の液圧ポンプアレイを利用した、本発明の好ましい実施形態に係る液圧システムの拡大図である。ポンプ４０はライン４１を介して低圧作動流体を供給され、このライン４１は、タンク（図示せず）からポンプへ作動流体を送る共通マニフォルドである。次に、高圧作動流体は、ライン４３を介して生成され、そして調速弁（図示せず）を通過し、そして、液圧ポンプ全てを相互接続するマニフォルドに接続されている一連の弁を介して他のポンプから他の高圧流体内へ合流される。調速弁（図示せず）は、アレイの液圧原動機とポンプとの間で結合液圧原動機を制御することにより、発電装置の電力供給網との同期をより良いものにすることができる。これらは、従来技術の周知の方法で、より良い効率のためにコンピュータ制御してもよい。弁４２，４９は、保守や修理のためにオフラインにする必要がある場合に液圧ポンプ４０を遮断するよう、低圧取入口と高圧取出口とに配置されている。ブリッジライン４６は（可撓性高圧ホースのように）可撓性を有していることが好ましい。これは、ブリッジライン４６は、低圧バイパス弁４７と高圧バイパス弁（図示せず）とを介して、液圧的に分離可能なプラットフォーム５４とプラットフォーム５６とを接続するものであるからである。ブリッジライン４６は更に、移動可能な可撓性液圧ラインを提供し、水中にある間、プラットフォーム５４，５６の相互に関する独立した動きを可能にする。
【００３５】
図１６は、相互接続された浮遊液圧ポンプのアレイと、係留ラインを介する地上の発電装置および液圧原動機とを示し、これらの係留ラインはまた、地上からアレイへの方向へ、および、アレイから地上への方向へ、低圧および高圧液圧ラインを支持している。プラットフォーム６８，７０，７２は、図１５に示すような構造の液圧ポンプを支持している。係留ラインやケーブルによって支持されてもよい低圧ライン６２は、低圧で作動流体を供給して、液圧ポンプに対して供給流体を提供する。次に、高圧流体は、ポンプから生成されて、係留ラインまたはケーブルによって支持された高圧ライン６４を介して、調速弁（地上にあり、図示せず）を介して、液圧原動機へ送られるが、この液圧原動機は同期ＡＣ誘導発電装置へ接続されている。液圧ポンプはタービンにより駆動されるが、これらのタービンは、プラットフォームから水中に吊り下げられている（しかし、水中の地面へ固定させることも可能であろう）。
高効率の同期ＡＣ誘導発電装置（または他のタイプの発電装置）は、機械的回転エネルギを、電磁誘導に基づき電気へ変換する。電圧（起電力）は、ループを通過する磁力線（または磁束）の数が変化したときに誘導ループ（またはコイル）に誘導させられる。ループが、外的負荷を介して端部を接続することにより閉じられると、誘導電圧により、ループと負荷とを通過して流れる電流を生じる。このようにして、回転エネルギは電気的エネルギに変換される。誘導発電装置はＡＣ電圧を生成するが、このＡＣ電圧は当然正弦曲線状でありかつ容易に整流できて、ＤＣ定電圧を生成することができる。更に、このＡＣ電圧は、変圧器を使用してステップアップやステップダウンさせることが出来て、必要に応じて複数レベルの電圧を提供することができる。
【００３６】
図１７Ａと図１７Ｂとは、放水路またはダムに於ける、本発明の好ましい実施形態に係るシステムの配置状態を示している。図１７Ａは水域８２の前にあるダム８０を示している。放水路８４により、水が水路を流れることができてタービン８６，８８を作動させる。２つのタービンのみを図示しているが、放水路の寸法に依存して任意の数のタービンであってもよく、そして、液圧的に相互接続されたポンプがタービンにより駆動される状態で、タービンを放水路の複数区域に設けることも可能であろう。液圧ポンプ９０，９２はダムに設けられてタービンからの回転エネルギを受け、次に、タービンは液圧原動機（図示せず）を介して発電装置９４への水力を生成する。タービンとポンプとは、ダムの構成または適用例に依存して任意の数で配置してもよい。タービンとポンプとは並列状態または直列状態にて配置してもよいが、動力を最大にするよう相互接続することが好ましい。更に、水の流れの外部に液圧ポンプを設けることにより、図１５の液圧バイパスシステムにより示すように、システム全体をダウンさせることなく容易に交換、保守、または修理を行えるようにしてもよい。図１７Ｂは、水路１０２に設けられたタービン１０４、１０６、１０８の側面図であり、水路１０２は水源１００から水源水力を受ける。これは、水が水路１０２を横切って下方に流れると、その水はタービン１０４を通過するからである。水がタービン１０４を通過すると、その水は、タービン１０６の後ろに集まる水１１０として水路を下方に滝のように落下して、水力を生成する。タービン１０６を通過した水は、水１１２として滝のように落下し、この水１１２は集まってタービン１０８に対して水力を提供する。タービン１０４，１０６，１０８は、それぞれ、液圧ポンプに接続され、これらの液圧ポンプは共通マニフォルドに接続されて、高圧作動流体を生成し、この高圧作動流体は次に、調速弁を通過し、次に、液圧原動機と誘導発電装置とを駆動して電力を生成する。
【００３７】
本発明は好ましい実施形態と関連させて説明してきたが、本発明の範囲を、記載された特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、本発明の精神および範囲内に含められうる変更、改変、および均等物は包含されていることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】海洋の深海領域に於ける水深の関数としての平均流速を示すグラフである。
【図２】海洋の防波堤領域に於ける水深の関数としての流速を示すグラフである。
【図３】商業的規模の発電所用電力セルのアレイを示す概略図である。
【図４】深海領域における一方向流れに向けられたアレイの一部分の垂直積層セルを示す概略図である。
【図５】深海領域における二方向流れに向けられたアレイの一部分の垂直積層セルを示す概略図である。
【図６】アレイに於ける電気接続用ハウジングに設けられた単一ステージセットでの複数のファンブレードを有する円錐羽根車の側面図である。
【図７】複数のブレードを供えた羽根車の前端面図である。
【図８】積層セルを電気的に装着する電気接続トレイを示す概略図である。
【図９Ａ】海洋水流に直角に向けられた二方向セルアレイを示す概略図である。
【図９Ｂ】錨と浮遊マーカと電気接続部とを備えた二方向セルアレイを示す概略図である。
【図１０Ａ】セルアレイを形成するための電気収集トレイおよび円錐タービン発電機の図を示している。
【図１０Ｂ】セルアレイを形成するための電気収集トレイおよび円錐タービン発電機の図を示している。
【図１０Ｃ】セルアレイを形成するための電気収集トレイおよび円錐タービン発電機の図を示している。
【図１０Ｄ】セルアレイを形成するための電気収集トレイおよび円錐タービン発電機の図を示している。
【図１１Ａ】複数の羽根車を有するタービン発電機の側面図である。
【図１１Ｂ】複数の羽根車を有するタービン発電機の前／後面図である。
【図１２】電力供給網に電気的に接続された発電セルアレイのグループを示す。
【図１３】本発明の好ましい実施形態に係る、液圧ポンプ組合せ構造体に接続された収束用および発散用の取入口および取出口をそれぞれ備えたタービンの側面図を示す。
【図１４】本発明の好ましい実施形態に係る一連のタービン駆動ポンプ、発電装置、および液圧原動機の概略図を示す。
【図１５】本発明の好ましい実施形態に係る液圧ポンプを備えたプラットフォームの斜視図を示す。
【図１６】水の動きからエネルギーを受ける、ダム付近に設けられた複数のプラットフォーム上の液圧ポンプのシステムと、関連する発電所との斜視図を示す。
【図１７Ａ】ダムと、非電力供給用のダムと、電気発生のためにタービン駆動液圧ポンプに結合された放水路との概略斜視図を示す。
【図１７Ｂ】タービン駆動液圧ポンプで電力生成するために放水路内に設けられたタービンアレイの側面図である。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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