(57)【要約】  水中パワープラント（１０）が、周りの海から高圧で水を取り込むための少なくとも１つの取水弁（１６）を備えた水中包囲壁（１２）と、該包囲壁内のエアスペースとを有する。エアスペース（９６）からエアシャフトが大気に通じており、エアスペースをほぼ１気圧に維持する。包囲壁内に集められた水を排出するためのポンプが、海のうねりに反応するブイ（６２）を含む。ブイに連結されたピストンシャフト（５８）が、包囲壁の底部から上方に延びる垂直カラム（５２）の中心穴（６０）の中を往復運動する。ピストンシャフトが上昇すると、流入弁（７２）は包囲壁内の水を中心穴に通じている弁ハウジング（７０）に入れる。ピストンシャフトが下がると、水が包囲壁の底部の放出弁（８０）を通って弁ハウジングから海に放出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中パワープラントであって、
水圧が選択した高い圧力となる深さまで周囲に大量の水のある中に沈めるための水中包囲壁、
前記包囲壁をほぼ１気圧の一定の圧力に維持するための手段、
前記選択した高い圧力で水を周囲の前記大量の水から前記包囲壁内に取り入れるための少なくとも１つの取水弁、
前記取水弁を通って前記包囲壁内に流入する水によって駆動される少なくとも１つのタービン、及び
水を前記包囲壁から排出するためのポンプを備え、前記ポンプは前記取水弁により前記包囲壁中に取り入れられる水の容積とほぼ同じ容積の水を前記第一チャンバから排出するよう調整されている、前記水中パワープラント。
【請求項２】
前記包囲壁は全体的に球形の形状を有する請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項３】
前記維持するための手段が大気に通じたエアシャフトを備える請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項４】
更に、前記包囲壁がエアスペースを有し、前記エアスペースの気圧をほぼ１気圧に維持するために前記エアシャフトが前記エアスペースに通じており、前記少なくとも１つの取水弁により取り入れられた水が前記エアスペース中に導かれる、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項５】
更に、前記包囲壁がエアスペースを有し、前記エアスペースの気圧をほぼ１気圧に維持するために前記エアシャフトが前記エアスペースに通じており、
前記少なくとも１つの取水弁を通して取り入れられた水を運ぶための少なくとも１つの導管を備え、前記取水弁が前記導管に通じており、前記導管が前記エアスペース中に末端開口部を有する、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項６】
前記大量の水の下の地表上に前記包囲壁を安定させるための少なくとも１つの支柱を更に備える、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項７】
前記少なくとも１つの支柱が４本の支柱からなる、請求項６に記載の水中パワープラント。
【請求項８】
各前記支柱が前記水中包囲壁に取り付けられ、各前記支柱はほぼ垂直な穴と前記穴中にスライド自在に配置された脚部とを有し、前記脚部は前記穴から選択された距離まで下方向に伸縮自在に延びることができ、前記脚部は前記大量の水の下の地表上に据えるための土台を有する、請求項６に記載の水中パワープラント。
【請求項９】
前記少なくとも１つの取水弁が複数の取水弁からなる、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのタービンが複数のタービンからなる、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項１１】
更に、前記包囲壁が底部分と上端部分とを有し、
前記底部分が少なくとも１つの放出弁を備え、
前記ポンプが、
前記底部分に取り付けられて該底部分から前記上端部分を通って上方向に延びるほぼ垂直なカラムを備え、前記カラムは前記上端部分より上に上部開口部と、前記包囲壁の前記底部分から前記上部開口部まで延びる中心穴とを有し、
前記ポンプが、
前記中心穴の中にスライド自在に配置されると共に上端部分を有するピストンシャフト、及び
大量の水の水面に浮かぶためのブイを備え、前記ブイは前記大量の水における水面のうねりに応じて垂直運動を行い、前記ピストンシャフトが前記ブイの前記垂直運動と協力して前記中心穴の中を往復運動するように前記ブイが前記ピストンシャフトの前記上端部分に取り付けられ、
前記カラムは水を前記包囲壁から前記中心穴に取り入れるために前記包囲壁の前記底部分に近接して配置された少なくとも１つの流入弁を備え、前記流入弁は前記中心穴からの水の流出を止め、
前記放出弁は前記中心穴に通じており、前記放出弁は前記中心穴からの水の放出は可能にするが、前記中心穴への水の流入は止め、
それにより、前記ピストンシャフトの上方向の運動によって水が前記包囲壁から前記流入弁を通って前記中心穴に引き込まれ、前記ピストンシャフトの下方向の行程によって前記放出弁を通って水を前記包囲壁から放出する、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項１２】
前記上端部分と前記上部開口部との間で前記カラムを支持するための手段を更に備える、請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項１３】
更に、前記底部分が底面と、前記中心穴に通じた開口部とを有し、
前記放出弁が前記底板の前記底面に対して配置された弁板を有し、前記弁板が前記開口部を覆い、前記放出弁が前記弁板を前記底面に対してバイアス配置で保持するための手段を備え、それにより、前記ピストンシャフトの下方向の行程によって前記中心穴内の水が前記弁板を押して前記底面から引き離す、請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項１４】
前記弁板が下面を有し、
前記保持するための手段が前記弁板の前記下面に対してバイアス配置された複数のバネを備える、請求項１３に記載の水中パワープラント。
【請求項１５】
前記カラムが内面と少なくとも１つの側方開口部とを有し、
前記流入弁が前記カラムの前記内面に取り付けられたヒンジと、前記ヒンジから垂れ下がった弁板とを備え、前記弁板が前記側方開口部を覆い、それにより、前記包囲壁から前記カラムに流入する水が前記弁板を内側に旋回させ、また前記カラム中の増大した水圧が前記弁板を前記側方開口部に対して押し付ける、請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項１６】
前記底部分が底面と前記中心穴に通じた開口部とを有し、
前記放出弁が、
前記底部分の前記底面に対して配置されると共に下面を備える弁板、
前記弁板の前記下面に対してバイアス配置された複数のバネ、及び
前記弁板の前記下面に対して前記複数のバネを付勢するための手段、
を備える請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項１７】
前記底板の前記底面から垂れ下がった複数の支柱を更に備え、前記弁板が複数の穴を有し、前記複数の支柱が前記複数の穴の中にスライド自在に配置され、前記複数のバネが前記複数の支柱の周りでコイル状に巻かれている、請求項１６に記載の水中パワープラント。
【請求項１８】
更に、前記カラムが少なくとも１つの横方向に延びる凹部を有し、各前記流入弁が前記凹部の一つに収容される、請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項１９】
前記水中包囲壁が第一チャンバと第二チャンバとを含む少なくとも２つのチャンバに分割され、
更に、前記少なくとも１つの取水弁を通して取り入れられた水を運ぶための少なくとも１つの導管を備え、前記取水弁は前記導管に通じており、前記導管の末端部は前記第一チャンバ内に配置され、
前記少なくとも１つのタービンが前記取水弁と前記末端部との中間にて前記導管に通じており、前記タービンは前記第二チャンバ内に配置され、
前記第二チャンバ内の気圧をほぼ１気圧に維持するための手段を備える、請求項１に記載の水中パワープラント。
【請求項２０】
気圧を維持するための前記手段が大気に通じた第二エアシャフトを備える、請求項１９に記載の水中パワープラント。
【請求項２１】
前記包囲壁に取り付けられた上部構造物を更に備え、前記上部構造物は前記包囲壁から上方向に延び、前記上部構造物は前記カラムを補強するために前記カラムに取り付けられた上端部分を有する、請求項１１に記載の水中パワープラント。
【請求項２２】
前記上部構造物が、
前記カラムに対して全体的に平行に整列して上方向に延びる少なくとも１本の柱を備え、前記柱が基部と上端部分とを有し、前記基部が前記包囲壁に取り付けられ、
前記上部構造物はまた、
前記柱の前記上端部分に取り付けられたアームを備え、前記アームは前記柱の前記上端部分から内側に前記カラムまで延び、前記アームの末端部分が前記カラムに取り付けられている、
請求項２１に記載の水中パワープラント。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの柱が少なくとも４本の柱からなる、請求項２２に記載の水中パワープラント。
【請求項２４】
前記水中包囲壁が上方向に延びた細長いドームによって制限された居住空間を含み、
前記居住空間内の気圧をほぼ１気圧に維持するための手段を備える、
請求項１９に記載の水中パワープラント。
【請求項２５】
水中パワープラントであって、
水圧が選択した高い圧力となる深さまで周囲に大量の水のある中に沈めるための水中包囲壁を備え、前記包囲壁は底部分と上端部分とを有し、
大気に通じたエアシャフトを備え、前記エアシャフトは前記包囲壁をほぼ１気圧の一定の圧力に維持するために前記包囲壁中に開放され、
周囲の前記大量の水から前記選択した高い圧力で水を前記包囲壁内に取り入れるための少なくとも１つの取水弁を備え、
前記取水弁を通って前記包囲壁内に流れ込む水によって駆動される少なくとも１つのタービンを備え、
前記底部分は少なくとも１つの放出弁を備え、
前記底部分に取り付けられて該底部分から前記上端部分を通って上方向に延びているほぼ垂直なカラムを備え、前記カラムは前記包囲壁の前記上端部分より上に上部開口部と、前記包囲壁の前記底部分から前記上部開口部まで延びている中心穴とを有し、
前記中心穴の中にスライド自在に配置されると共に上端部分を有するピストンシャフトを備え、
前記大量の水の水面で浮くためのブイを備え、前記ブイは前記大量の水における水面のうねりに応じて垂直運動を行い、前記ブイは前記ピストンシャフトが前記ブイの前記垂直運動と協力して前記中心穴の中を往復運動するように前記ピストンシャフトの前記上端部分に取り付けられ、
前記カラムは水を前記包囲壁から前記中心穴に取り入れるために前記包囲壁の前記底部分に近接して配置された少なくとも１つの流入弁を備え、前記流入弁は前記中心穴からの水の流出を止め、
前記放出弁は前記中心穴に通じており、前記放出弁は前記中心穴からの水の放出は可能にするが、前記中心穴への水の流入は止め、
それにより、前記ピストンシャフトの上方向の運動によって水が前記第一チャンバから前記流入弁を通って前記中心穴の中に引き込まれ、前記ピストンシャフトの下方向の行程によって水が前記包囲壁から前記放出弁を通って押し出される、前記水中パワープラント。
【請求項２６】
水中パワープラントであって、
水圧が選択した高い圧力となる深さまで周囲に大量の水のある中に沈めるための水中包囲壁を備え、前記包囲壁は底部分と上端部分と第一チャンバと第二チャンバとを有し、
前記選択した高い圧力で水を周囲の前記大量の水から前記包囲壁内に取り入れるための少なくとも１つの取水弁を備え、
前記少なくとも１つの取水弁を通して取り入れられた水を運ぶための少なくとも１つの導管を備え、前記取水弁は前記導管に通じており、前記導管の末端部が前記第一チャンバ内に配置され、
前記取水弁と前記末端部との中間にて前記導管に通じている少なくとも１つのタービンを備え、前記タービンは前記第二チャンバ内に配置され、前記タービンは前記導管を通って前記包囲壁内に流入する水により駆動され、
大気に通じている第一エアシャフトを備え、前記第一エアシャフトは前記第一チャンバをほぼ１気圧の一定の圧力に維持するために前記第一チャンバ中に開放しており、
大気に通じた第二エアシャフトを備え、前記第二エアシャフトは前記第二チャンバをほぼ１気圧の一定の圧力に維持するために前記第二チャンバ中に開放しており、
前記底部分は少なくとも１つの放出弁を有し、
前記底部分に取り付けられ該底部分から前記上端部分を通って上方向に延びたほぼ垂直なカラムを備え、前記カラムは前記包囲壁の前記上端部分より上に上部開口部と、前記包囲壁の前記底部分から前記上部開口部まで延びる中心穴とを有し、
前記中心穴の中にスライド自在に配置されたピストンシャフトを備え、前記ピストンシャフトは上端部分を有し、
前記大量の水の水面に浮くためのブイを備え、前記ブイは前記大量の水における水面のうねりに応じて垂直運動を行い、前記ブイは前記ピストンシャフトが前記ブイの前記垂直運動と協力して前記中心穴の中を往復運動するように前記ピストンシャフトの前記上端部分に取り付けられ、
前記カラムは水を前記包囲壁から前記中心穴の中に取り入れるために前記包囲壁の前記底部分に近接して配置された少なくとも１つの流入弁を備え、前記流入弁は前記中心穴からの水の流出を止め、
前記放出弁は前記中心穴に通じており、前記放出弁は前記中心穴からの水の放出は可能にするが、前記中心穴への水の流入は止め、
それにより、前記ピストンシャフトの上方向の運動によって水が前記第一チャンバから前記流入弁を通って前記中心穴に引き込まれ、前記ピストンシャフトの下方向の行程によって水が前記放出弁を通って前記包囲壁から押し出される、前記水中パワープラント。
【請求項２７】
水中パワープラントであって、
水圧が選択した高い圧力となる深さまで周囲に大量の水のある中に沈めるための水中包囲壁を備え、前記包囲壁は底部分と上端部分と第一チャンバと第二チャンバとを有し、
前記選択した高い圧力で水を周囲の前記大量の水から前記包囲壁内に取り入れるための少なくとも１つの取水弁を備え、
前記少なくとも１つの取水弁を通して取り入れられた水を運ぶための少なくとも１つの導管を備え、前記取水弁は前記導管に通じており、前記導管の末端部は前記第一チャンバ内に配置され、
前記取水弁と前記末端部との中間にて前記導管に通じた少なくとも１つのタービンを備え、前記タービンは前記第二チャンバ内に配置され、前記タービンは前記導管を通って前記包囲壁内に流入する水により駆動され、
大気に通じた第一エアシャフトを備え、前記第一エアシャフトは前記第一チャンバをほぼ１気圧の一定の圧力に維持するために前記第一チャンバ中に開放しており、
大気に通じた第二エアシャフトを備え、前記第二エアシャフトは前記第二チャンバをほぼ１気圧の一定の圧力に維持するために前記第二チャンバ中に開放しており、
前記底部分は少なくとも１つの放出弁を有し、
前記底部分に取り付けられ該底部分から前記上端部分を通って上方向に延びたほぼ垂直なカラムを備え、前記カラムは前記包囲壁の前記上端部分より上に上部開口部と、前記包囲壁の前記底部分から前記上部開口部まで延びた中心穴とを備え、
前記中心穴の中をスライド自在に配置されたピストンシャフトを備え、前記ピストンシャフトは上端部分を有し、
前記大量の水の水面に浮かぶためのブイを備え、前記ブイは前記大量の水において水面のうねりに応じて垂直運動を行い、前記ブイは前記ピストンシャフトが前記ブイの前記垂直運動と協力して前記中心穴の中を往復運動するように前記ピストンシャフトの前記上端部分に取り付けられ、
前記カラムに対して全体的に平行に整列して上方向に延びた複数の柱を備え、各柱は基部と上端部分とを有し、前記基部は前記包囲壁に取り付けられ、前記上端部分は、前記包囲壁より上の前記カラムを補強するために、内側に向かって延びかつ前記カラムに取り付けられたアームを有し、
前記カラムは水を前記包囲壁から前記中心穴の中に取り入れるために前記包囲壁の前記底部分に近接して配置された少なくとも１つの流入弁を備え、前記流入弁は前記中心穴からの水の流出を止め、
前記放出弁は前記中心穴に通じており、前記放出弁は前記中心穴からの水の放出を可能にするが、前記中心穴への水の流入は止め、
それにより、前記ピストンシャフトの上方向の運動によって水が前記第一チャンバから前記流入弁を通って前記中心穴に引き込まれ、前記ピストンシャフトの下方向の行程によって水が前記包囲壁から前記放出弁を通って押し出され、
前記包囲壁に取り付けられた複数の支柱を備え、各支柱はほぼ垂直な穴と前記穴の中にスライド自在に配置された脚部とを有し、前記脚部は前記穴から選択された距離だけ下方向に伸縮自在に延びることができ、前記脚部は前記大量の水の下の地表上に据えるための土台を有する、前記水中パワープラント。
【請求項２８】
更に、前記第一チャンバがエアスペースを有し、前記エアスペースの気圧をほぼ１気圧に維持するために前記第一エアシャフトが前記エアスペースに通じており、前記導管の前記末端部が前記エアスペース中に開放していることを特徴とする請求項２７に記載の水中パワープラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は海洋の深いところの水から非常に大きい圧力を得るパワープラントに関するものであり、特に、水中のパワープラントから水を排出するために海洋のうねりにより作動されるポンプを備えた水中パワープラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の供給が増大して枯渇に近づくにつれ、再生可能なエネルギー資源の開発の重要性が高まってきた。従来の燃料の消費に伴う環境への悪影響の証拠が増えていることを考えると、新しく開発するエネルギー源はクリーンで信頼できることが肝要である。
【０００３】
多大な有益かつ創造的な努力が自然のパワーを利用することに向けられてきた。ソーラーパワーなどの試みは期待できるが、今日なお我々は外国の石油に大きく依存したままである。利用されていない自然の力の一つは、地球の海洋に閉じ込められたエネルギーであり、深い海の水は非常に大きい圧力を受けている。一般に、包囲壁を海中に沈めて高圧で包囲壁の中に流入する水を用いてタービンを動かして発電を行なうことができることが分かっている。包囲壁から水をどうやって除去するかの問題が、様々なレベルの複雑さと実用性を有する解決案で対処されてきた。
【０００４】
Ｍｏｌｎａｒの米国特許第３，９９４，１３４号には、深海水中での発電装置が開示されており、その最初のサイクルでは、水中の容器チャンバに満ちた水が回転する発電機を通過する。第２サイクルでは、電動機が容器及びプランジャーケーシングを角度を為して配置された境界プレート上にて同時に下方に移動させることにより、プランジャーが容器チャンバ中に押されて水をチャンバから押し出す。第３サイクルでは、ケーブルで吊り下げられた釣り合い重りにより助けられて、容器及びプランジャーケーシングが境界プレート上にて同時に移動させられて、プランジャーをチャンバから引き出す。上方への移動中、チャンバ内が真空になることを避けるために、圧縮ガスがチャンバ中にポンプで入れられる。Ｍｏｌｎａｒの装置は複雑なので、深海の環境で用いることができない。Ｍｏｌｎａｒの装置の別の欠点は、容器が下方及び上方サイクルで移動するのでポンプが断続的に動作して効率が大きく低下することである。最後に、圧縮ガスなどの補助のエネルギー源やサイクルで動く装置の構成部分を支援する電動機が必要とされ、このことが装置の全体のエネルギー効率を下げる。
【０００５】
Ｊａｃｋｓｏｎの米国特許第４，０９１，６１８号には、大量の水の水面下に容器が配置される海洋運動発電システムが開示されている。容器を取り囲む水と容器内部の空所との圧力差により生じる静水頭によって、水が入口管を通り、発電機を駆動するタービンを通って容器に流入する。上記空所は、ポンプで水を容器から出すことで作られる。ポンプは浮遊するブイを含み、波の運動の作用によってブイが上下する。ピストンが、ぶら下がったケーブルによってブイに連結されており、ブイが上方に移動するとピストンがシリンダ内を上方に引っ張られる。ピストンが上に引かれると、個別の羽根の形をした複数の逆止弁が開いて容器から水がシリンダに流入できる。ピストンが下方に下がると、明らかに重力により羽根が閉じて水が容器に流入し戻ることを防ぎ、ピストンヘッドの同様の逆止弁が開いてシリンダ中の水が海洋に入ることができる。ピストンが引き上げられると、ピストンヘッド中の羽根が閉じ、海洋からの水がシリンダに入ることを防ぐ。Ｊａｃｋｓｏｎの代替の態様では、海洋プラットフォームの脚部の周りに円筒形カラーの形状のブイが配置される。Ｊａｃｋｓｏｎの装置は多くの欠点を有する。まず、開示された装置の場合にどのように空所が作られるかが不明確である。というのは、ピストンが水を容器から抜き出すとき、代わりの水が入口管を通って中に引き込まれるからである。Ｊａｃｋｓｏｎにおいて本当に空所が作られるか否かに関わらず、容器中の圧力は、ピストンの上方移動の結果として容器に作用する吸い上げ力により連続的に変動するので、ポンプ動作が一様でなくなる。第二に、容器が海洋により深く沈められると、容器から水を効率的に排出するのに必要な動力量はますます膨大になる。Ｊａｃｋｓｏｎのピストンの動力行程は上方移動のときであり、ピストンは、海洋の圧力対容器内部の低圧だけでなく、重力にも逆らって引っ張られる。容器が海洋中をさらに降下すると、上昇するブイにより駆動されるピストンが容器から水を除去できなくなるポイントの深さに到達する。第三に、海洋中に設置し、特に相当の深さのところに設置するので、機械的な摩耗や引裂及び部品の故障が非常に深刻な懸念となる。Ｊａｃｋｓｏｎではピストン中で容器とシリンダとの間に逆止弁を備える複数の羽根が、このような深海の環境で故障する傾向にあると思われる。第四に、ブイからピストンを吊り下げるのにケーブルを使用しており、かなり横に動き得るので、海洋プラットフォームを用いる態様においてさえ、場合によってはケーブルがたわむので、強い復元力の下でケーブルがもつれたり、落下したり、破損したりする。第五に、ケーブルは時間とともに劣化し、メンテナンスや交換を要する。最後に、Ｊａｃｋｓｏｎでは静水頭がピストンの上下移動に従って増減するようにポンプが断続的に動作するので、効率が下がる。
【０００６】
Ｍｏｌｎａｒの米国特許第４，６１９，５９３号にも、タンク内の圧力が周りの海の水の圧力よりも小さくなるように深海水中に沈められたタンクが開示されている。海からタンク中に流れ込む水が、タービンを動かして仕事を行なう。液体抽出装置では、往復運動する抽出器ポケットが使用されて水をタンク内から海に移動させる。液体抽出器では、モーターが該抽出器を前後に移動させる必要があり、また、水をタンクから抽出器ポケットに入れ、抽出器ポケットをタンクの外部に移動させ、海中に水を開放するために３組の弁を使用する。
【特許文献１】米国特許第３，９９４，１３４号
【特許文献２】米国特許第４，０９１，６１８号
【特許文献３】米国特許第４，６１９，５９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現状の技術において満たされずに残されたニーズは、効率的で、外部の電源への依存が出来るだけ最小であり、簡単で、断続的ではなく連続的にパワーを作り出し、海洋の深水中に設置されても耐久性がある深海発電装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の開示
本発明による水中パワープラントは、深海の環境において水圧が選択した高い圧力になる深さのところに沈めることのできる水中包囲壁を対象とする。海水の圧力は１フィードの深さ毎に既知量だけ増大するので、装置について包囲壁を取り囲む所望の水圧の深さを選択するのは相対的に簡単である。後に詳細に説明する全体の装置は、既知の重量と浮力を有する。当業者に周知の技術を用いることにより、包囲壁を例えばバラストを使用して所望の深さに沈めて保持することができる。包囲壁が沈められている深さに関わりなく、包囲壁内のエアスペースの圧力がほぼ１気圧に維持されるように、エアシャフトが包囲壁から上方に大気まで延びている。高圧の水を周囲の海から包囲壁内に取り入れる少なくとも１つの取水弁が、包囲壁内のタービン（１個又は複数）を動かして発電する。
【０００９】
包囲壁内に集められた水を排出するためのポンプは、包囲壁の底部に取り付けられた垂直カラムを含む。このカラムは包囲壁の上部を通って上方に延び、カラム中に上部開口部まで延びる中心穴を有する。中心穴の中に配置されたピストンシャフトが、その上端部分にて水面に浮いているブイに取り付けられる。ブイが海洋におる水面のうねりに応じて垂直に移動すると、ピストンシャフトは中心穴の中で連続的な往復運動を行い上下する。ブイは、波の動きよりむしろ海洋のうねりに応答するように、かなり大きなサイズを有する。海洋のうねりは、世界中の海洋で発生し、ピストンシャフトの上下動がかなり正確に予測できるほど十分に規則的な間隔にて生じることが知られている。ブイは、波の作用は通り抜けるが海のうねりには応答するように、著しく水平方向に延びた部分を有する。
【００１０】
包囲壁の底部に近接して流入弁が設けられ、包囲壁の中に集められた水をピストンシャフトの底部の下でシリンダの中心穴に流入させる。この流入弁が逆止弁として働き、水がシリンダの中心穴から包囲壁の中に逆流することを防ぐ。したがって、ピストンシャフトが上昇すると、水が包囲壁から中心穴に引き込まれる。放出弁が包囲壁の底部に設けられ、中心穴に通じている。放出弁はまた逆止弁としても働くが、方向的に流入弁とは反対であり、放出弁を通して水を包囲壁から放出させると共に、包囲壁の外部の水がシリンダの中心穴に逆流することを防ぐ。よって、ピストンシャフトが下がると、中心穴の中に捕らえられていた水が放出弁を通って外に押し出される。取水弁、ブイ、ピストンシャフト、穴、及び放出弁は共に海のうねりにより駆動されるポンプとして働き、包囲壁から水を排出する。海のうねりが既知の繰り返し速度の場合、排出ポンプのポンピング速度は、取水弁を通って包囲壁に入る水と少なくとも同じ量の水を包囲壁から排出するように調整される。このことにより、エアスペースを包囲壁の上部内に維持することができ、このエアスペースは大気に直接通じているので、常にほぼ１気圧に保たれる。
【００１１】
本発明の水中パワープラントにはいくつかの明らかな利点がある。包囲壁内の圧力をほぼ１気圧に保つことができるので、取水弁を通して包囲壁の中に中断なく安定した速度で水を連続的に取り入れることができる。その結果、取水弁に連結されたタービンが従来技術よりも効率良く連続的に動作する。
【００１２】
本発明の構造は大きいにも関わらず単純である。構造設計は、深海での設置に見られる厳しい条件下で長期間耐えて稼働することを目的とする。海洋の深いところでの極めて大きな圧力に最も効果的に対応するために、装置の外側の形状は球状にできるだけ近づけると共に、海洋にさらされて運動する部分をほどんど有さない。同様に、流入弁と放出弁は、故障の可能性を低くするためにできるだけ少ない運動部分を有した簡単な構造とする。
【００１３】
本発明は２つの独立のシステムを結合する。すなわち、一方は、水を包囲壁内に取り入れてタービンを動作させてパワーを生成するためのシステムであり、もう一方は、集められた水を包囲壁から排出するためのシステムである。前者は、深海に存在する極めて大きな圧力を利用する。後者は規則的な海洋のうねり活動を利用する。したがって、この装置はいったん設置されると、２つの異なる独立の自然の力を調整し協調して使用してクリーンで本質的に無料のパワーを生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に本発明による水中パワープラント１０を示す。この水中パワープラント１０は、高圧の深海環境に深く沈められる構造の水中包囲壁１２を備える。非常に大きい圧力に耐えるのに最も効率的な形状は球形である。したがって、実施し得る程度で、包囲壁の全体の形状は球形の形状に近づける。
【００１５】
第一エアシャフト１４が包囲壁１２の内部から上方に大気まで延びており、任意の深さにおいて包囲壁はほぼ１気圧の圧力に維持される。
【００１６】
水を導管１８に取り入れるために少なくとも１つの取水弁１６が包囲壁１２の側面に配置されており、この導管１８は包囲壁内で水流を導く。図４参照。導管１８を通って流れる水がタービン２０を回転させる。好ましい態様では、タービンで発電するが、別の態様では他の仕事を行なうこともできる。図示した態様では、４つの取水弁１６が設けられ、その各々が４つのタービン２０の一つに連結されているが、その代わりに、１つ又は任意の複数の取水弁及びタービンを使用できることも容易に分かる。有利には、複数の取水弁を用いることで、孔のより多い包囲壁が作られ、個々の弁の大きさを小さくでき、また個々の弁、導管又はタービンは他の取水要素を作動させ続けながら修理することができる。
【００１７】
図１及び図２に示されるように、包囲壁は少なくとも３つの区画、すなわち第一チャンバ３０、第二チャンバ３２、及び結合した居住空間・制御室３４に分割される。第一チャンバ３０は隔壁３６によって第二チャンバ３２から密封される。各々の取水弁１６及び導管１８並びに導管が連結されたタービン２０は、第二チャンバ３２内又はその壁中に配置される。しかし、水は導管１８の端部３８から第一チャンバ３０の上部に直接放出される。取水弁１６を制御室や包囲壁の別の分割スペースなどの他のスペースの一つに位置させ得ることが分かる。図示した態様では、包囲壁を分離して第二チャンバを設けることにより、第一チャンバでの作業を妨げたり中断させる必要なく取水弁、導管、及びタービンを保守できる作業スペースが与えられる。第二エアシャフト４０が第二チャンバから第一エアシャフト１４まで延びて連結されているので、第二チャンバ内の気圧をほぼ１気圧に維持できる。同様に、第三エアシャフト４２が居住空間３４から第一エアシャフトに延びており、居住空間３４に空気を供給してほぼ１気圧の圧力にする。スペースは高圧設置により制約されるので、居住空間は全体がドーム状の形状を有する。
【００１８】
沈んだ状態では、周囲の海水と第一チャンバの内部との圧力差により、水が取水弁を通ってチャンバに入る。このチャンバに水が満ちるとすぐに、本装置は動力を生み出す能力を失ってしまう。よって、第一チャンバ３０から水を排出するポンプが必要である。図２に最もよく示されているように、好ましい態様でのポンプは垂直カラム５２を備え、垂直カラム５２はその下端部５４にて第一チャンバ３０の底部に取り付けられ、包囲壁１２の上部５６を通って上方に延びている。中心穴６０の中に配置させたピストンシャフト５８が、その上部にて水面に浮いているブイ６２に取り付けられている。水が中心穴６０の内面とピストンシャフト５８との間の円筒スペース６６（図３Ａ及び図３Ｂ参照）に入ってシャフトを潤滑にするために、カラム５２の上端部６４は水面より下に位置する。海のうねりに応答してブイが上下には移動するが、水面の波の動きに対する応答は最小になるように、ブイ６２は水平方向に著しく長い形状を有する。したがって、ピストンシャフト５８はブイ６２と協力して中心穴６０の中を往復運動してポンピング動作を行なう。
【００１９】
図３Ａ及び図３Ｂでは、カラム５２には、少なくとも２つの流入弁７２を有する弁ハウジング７０が備わっている。各流入弁７２は側方開口部７４と、ヒンジ７８を介して各側方開口部７４の内側に取り付けられた弁板７６とを備えており、弁板が図３Ａに示す開放位置と図３Ｂに示す閉鎖位置との間を可動である。弁ハウジング７０は、ピストンシャフトの進行を妨害せずに弁板７６が内側にスイングできるだけ十分な横方向の大きさを有する。開放位置では、包囲壁の第一チャンバ３０に集められた水が自由に弁ハウジング７０に入る。閉鎖位置（図３Ｂ）では、水が弁ハウジング７０を出て第一チャンバ３０に再び入ることが阻止される。よって、流入弁７２は逆止弁として働き、水が第一チャンバから弁ハウジングに入ることはできるが、弁ハウジングから出ることは阻止される。
【００２０】
全体的に８０で示された放出弁が、包囲壁の底部分の底面８２に固定され、底面８２の開口部８４を覆っている。開口部８４は中心穴６０と弁ハウジング７０とに通じている。複数の支柱８６が包囲壁の底面８２に取り付けられて該底面８２から垂れ下がっている。放出弁板８８は共働する穴部材９０を備え、該穴部材９０の中に支柱８６が配置されることで、放出弁板８８が図３Ａに示す閉鎖位置と図３Ｂに示す開放位置との間で支柱を垂直にスライドできる。バネ９２が放出弁板８８の下側にて支柱８６の周りにコイル状に巻かれ、支柱端キャップ９４によって支柱上で弁板８８に対してバイアス関係にて保持される。この構成により、放出弁板８８は横方向の動きが抑制されつつ開口部８４から垂直に離れることができる。放出弁８０は逆止弁として働き、水が中心穴６０及び弁ハウジング７０から出ることはできるが、海からの水が中心穴及び弁ハウジングに入るのは阻止される。
【００２１】
流入弁７２と放出弁８０との組み合わせは、ピストンシャフト５８の往復運動の動作と共にポンプとして働いて包囲壁から水を排出する。図３Ａを再度参照すると、上方向の矢印により示されるようにピストンシャフト５８が上昇すると、流入弁が開いて水を包囲壁から弁ハウジング中に引き込む。図３Ｂに図示されるように、下方向の矢印により示されるようにピストンシャフト５８が下降すると、弁ハウジング内で生成する圧力によって流入弁７２が閉じ放出弁８０を開放して多量の水を海に放出する。包囲壁内の水はほんの１気圧の下にあるので、水を弁ハウジングに引き入れるのに必要な吸水力の大きさが最小であることが分かる。よって、弁ハウジングへの水の流入は非常に効率的である。一方、放出弁を開放するのに必要な力は、包囲壁を取り囲んでいる水の圧力と少なくとも同じ大きさであり、非常に大きくなる可能性がある。好ましい態様では、この力を生み出すために、弁ハウジングの大きさは、ブイの浮力とピストンシャフトの重量とに対して調和している。もし装置が海洋水面の下に深く沈められるならば、ピストンシャフトは適正な長さを有することになるので、その重量は非常に大きくなり得ることが分かる。シャフトの重量は、下降行程において放出弁にかかる外部の水圧に打ち勝つのに十分な重量となるように調整される。本発明の明らかな利点は、包囲壁がより深く沈められるとき、ピストンシャフトの重量がその増大した長さに対応して重くなるので、その重くなった重量は放出弁に作用する増大した水圧を相殺するのに利用できるようになることである。
【００２２】
包囲壁から水を除去するのに設けられたポンプシステムに加えて、取水弁１６の各々は、包囲壁に入ってくる水流を制限すべく制御可能である。海の圧力や海のうねりの繰り返し速度及び大きさが変動すること、及び取水弁を通って包囲壁に取り入れられる水の量について何らかの規制を行なってポンプが除去するよりも速く水が包囲壁内に満ちないようにしなければならないことが分かる。しかし、このような調整を行なうのに必要な外部パワーは、本装置が生成するパワーに比べて小さい。
【００２３】
包囲壁に流入するのと同じ速度で包囲壁から同量の水を連続的に除去することにより、第一チャンバの上部にて該チャンバ内に集められた水の水面上にエアスペース９６が確実に維持される。図２参照。第一チャンバ内のエアスペースは水面レベルでの大気との平衡を絶えず求めるので、包囲壁から水を排出することにより生じる圧力の相対的に小さな変動は、エアシャフトを介して空気を取り入れたり放出したりすることによって補償される。それにより、第一チャンバ内のエアスペース９６は、ピストンシャフトのポンピング動作にも関わらず、常にほぼ１気圧のままである。エアスペース９６がほぼ１気圧に連続的に維持されるので、水が周囲の海から第一チャンバに連続的に流入することになり、その結果として得られる明らかな利点は、従来技術のように断続的ではなく連続的にタービンを安定した速度で作動できることである。このようにして、水中パワープラントは非常に効率的にパワーを生成できる。
【００２４】
エアシャフト１４、４０、及び４２に加えて、又はその代わりに、エアスペースを設けて１気圧に維持する代替手段として、加圧エアタンクや水面まで延びるエア管が挙げられる。
【００２５】
水中パワープラントを設置するのに好ましい場所は、水の深さが適当であり、包囲壁に取り付けられた複数の支柱１００が選択した深さに到達する範囲内に海洋底がある場所である。全体の浮力と重量を考慮して、当業者に周知のバラスト技術を用いることによって、本装置を所望の深さに沈めることができる。その代わりに、又はそれに加えて、パワープラントを重りで海洋底に固定するか、恒久的に設置された桟橋に固定するか、又は海洋プラットフォームなどのようなその他の安定的な装置に取り付けることができる。しかし、好ましくは、本装置のパワー生成機能の固有部分として包囲壁内に常に平均して保持される水量は、本装置を選択された深さに維持するのに必要なバラストを含むように調整される。
【００２６】
好ましい態様では、装置を安定化し支持するために４本の支柱１００が設けられる。図２に示されるように、各支柱は垂直穴１０２と脚部１０４とを備え、脚部１０４は垂直穴１０２内に引き込み自在に配置され、海洋底に向かって下方向に延びることができる。各脚部１０４の下端部には、海洋底の上に据えるための土台１０６が取り付けられ、また、脚部１０４は他の脚部とは独立に選択した長さだけ延びることができるので、平らでない海洋底上でパワープラントを水平にすることができる。この水平化の機能は最少で３個の脚部で実現できるが、４個より多くの複数の脚部を使用できることも分かる。
【００２７】
図１及び図２を再度参照すると、複数の柱１０８が包囲壁１２から上方に延びている。柱の上部から複数のアーム１１０が内側に延びてクロスブレース１１２を形成しており、その中心はピストンシャフト５８を横方向に支持するためのカラー１１４である。
【００２８】
本装置の設置は、パワープラントを適当な場所に曳航することを伴う。海水の圧力は３３フィート深くなる毎にほぼ１気圧増すことが分かっているので、選択された深さまで包囲壁を降下させると、既知の圧力の水で包囲される。その後、伸縮可能な脚部上で本装置を安定させる。
【００２９】
本発明による水中パワープラントの特定の好ましい態様について説明してきた。本発明を詳細に説明してきたが、説明を目的とした単なる例であり、限定するものはではく、本発明の範囲は特許請求の範囲及びそれらの法律的な同等物によってのみ限定されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による水中パワープラントの斜視図である。
【図２】図１の水中パワープラントの立面断面図であり、外部の支柱と共に水平に整列された取水弁、導管及びタービンを明確にするため図１の方向とはわずかに異なる方向から示す。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは線３Ｂ-３Ｂに沿った包囲壁の底部の拡大断面図であり、本発明のシリンダ、ピストンシャフト、取水弁、及び放出弁を示す。図３Ａはピストンシャフトの上方移動と中心穴への水の流入とを示す。図３Ｂはピストンシャフトの下方移動と放出弁から排出されている水とを示す。
【図４】図１に示す水中パワープラントについて線４-４に沿った包囲壁の第二チャンバの平面断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    水中パワープラント
１２    包囲壁
１４    第一エアシャフト
１６    取水弁
１８    導管
２０    タービン
３０    第一チャンバ
３２    第二チャンバ
３４    居住空間
４０    第二エアシャフト
４２    第三エアシャフト
５２    カラム
５８    ピストンシャフト
６０    中心穴
６２    ブイ
１００  支柱
１０４  脚部
１０６  土台
１０８  柱
１１０  アーム
【図１】
2007536455.tif 000002
【図２】
2007536455.tif 000003
【図３】
2007536455.tif 000004
【図４】
2007536455.tif 000005
【国際調査報告】
2007536455.tif 000006