(57)【要約】一実質例の水中発電システムが、フレームと、フレームによって支持され、第１の垂直ロータによって動作可能に結合された発電機と、フレームによって支持され、第２の垂直ロータによって動作可能に結合された別の発電機と、第１の垂直ロータによって動作可能に結合され、前面及び背面を有し、背面が第１の回動規制構造と接触する第１の位置と背面が当該第１の回動規制構造と接触しない第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと、第２の垂直ロータによって動作可能に結合され、前面及び背面を有し、背面が第２の回動規制構造と接触する第３の位置と背面が当該第２の回動規制構造と接触しない第４の位置との間で回動可能な第２のルーバーと、を有している。【選択図】なし
2011529151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中発電システムであって、
フレームと；
前記フレームによって支持され、第１の垂直ロータに作動可能に結合された第１の発電機と；
前記フレームによって支持され、第２の垂直ロータに作動可能に結合された第２の発電機と；
前記第１の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第１のルーバーであって、前記背面が第１の回動規制構造に接触する第１の位置と、前記背面が前記第１の回動規制構造に接触しない第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと；
前記第２の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第２のルーバーであって、前記背面が第２の回動規制構造に接触する第３の位置と、前記背面が前記第２の回動規制構造に接触しない第４の位置との間で回動可能な第２のルーバーと；
を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１のルーバーが第１の回動軸を中心に回動し、
前記第１の回動軸が、前記第１のルーバーの前記前面への水の衝突が前記第１のルーバーを前記第１の位置に向けて付勢する力を発生させるように、前記第１のルーバーの後縁部よりも前記第１のルーバーの前縁部に近い場所を前記第１のルーバーを通して延びており、
前記第２のルーバーが第２の回動軸を中心に回動し、
前記第２の回動軸が、前記第２のルーバーの前記前面への水の衝突が前記第２のルーバーを前記第３の位置に向けて付勢する力を発生させるように、前記第２のルーバーの後縁部よりも前記第２のルーバーの前縁部に近い場所を前記第２のルーバーを通して延びていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の回動軸が、前記第１の垂直ロータに対して略平行であり、
前記第２の回動軸が、前記第２の垂直ロータに対して略平行であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の回動規制構造が第３のルーバーの前縁部であり、
前記第２の回動規制構造が第４のルーバーの前縁部であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の回動規制構造が第１の回動ピンであり、
前記第２の回動規制構造が第２の回動ピンであることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のルーバーが、エンドプレートに回動可能に取り付けられており、
前記エンドプレートが受容領域を有しており、
前記第１の回動規制構造が前記受容領域の第１の壁部であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のルーバーの前記前面が、前記第１のルーバーが前記第２の位置にあるときに、第２の回動規制構造と接触することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の回動規制構造が前記受容領域の第２の壁部であり、
前記第２の壁部が前記第１の壁部に対して角度を成していることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
水流から発電する方法であって、
水流の中に第１のルーバーを配置するステップと；
前記第１のルーバーの前面に前記水流を衝突させるステップと；
前記衝突する水流によって発生する第１の力を用いて、第１の回動規制構造に接触するよう前記第１のルーバーを回動させるステップと；
前記水流から前記第１の回動規制構造に第２の力を伝えるステップと；
第１の発電機に作動可能に結合された第１の垂直ロータを前記伝えられた第２の力で回転させるステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
さらに、前記水流の中に第２のルーバーを配置するステップと；
前記第２のルーバーの前面に前記水流を衝突させるステップと；
前記衝突する水流によって発生する第３の力を用いて、第２の回動規制構造に接触するよう前記第２のルーバーを回動させるステップと；
前記水流から前記第２の回動規制構造に第４の力を伝えるステップと；
前記伝えられた第４の力で第２の垂直ロータを回転させるステップと；
を具えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のルーバーを回動させるステップが、前記水流の速度ベクトルに対して垂直な第１の回転軸を中心として前記第１のルーバーを回動させるステップを具えており、
前記第２のルーバーを回動させるステップが、前記水流の速度ベクトルに対して垂直な第２の回転軸を中心として前記第２のルーバーを回動させるステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のルーバーを回動させるステップが、第３のルーバーに接触するよう前記第１のルーバーを回動させるステップを具えており、
前記第２のルーバーを回動させるステップが、第４のルーバーに接触するよう前記第２のルーバーを回動させるステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のルーバーを回動させるステップが、第１の回動ピンに接触するよう前記第１のルーバーを回動させるステップを具えており、
前記第２のルーバーを回動させるステップが、第２の回動ピンに接触するよう前記第２のルーバーを回動させるステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のルーバーを回動させるステップが、エンドプレートのルーバー受容領域の第１の壁部に接触するよう前記第１のルーバーを回動させるステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
水中発電システムであって、
フレームと；
前記フレームによって支持され、第１の垂直ロータに作動可能に結合された第１の発電機と；
前記第１の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第１のルーバーであって、前記背面が第１の回動規制構造に接触する第１の位置と、前記背面が前記第１の回動規制構造に接触しない第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと；
前記第１のルーバーを通して延びており、第１の回転軸から前記第１のルーバーの前縁部までの距離が、前記第１の回転軸から前記第１のルーバーの後縁部までの距離よりも短くなるように、前記第１のルーバーの第１の回転を規定する第１の回動軸と；
を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
さらに、前記フレームによって支持され、第２の垂直ロータに作動可能に結合された第２の発電機と；
前記第２の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第２のルーバーであって、前記背面が第２の回動規制構造に接触する第３の位置と、前記背面が前記第３の回動規制構造に接触しない第４の位置との間で回動可能な第２のルーバーと；
前記第２のルーバーを通して延びており、第２の回転軸から前記第２のルーバーの前縁部までの距離が、前記第２の回転軸から前記第２のルーバーの後縁部までの距離よりも短くなるように、前記第２のルーバーの第２の回転軸を規定する第２の回動軸と；
を具えていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の発電機が、第１のクラッチを介して前記第１の垂直ロータに作動可能に結合されており、
前記第２の発電機が、第２のクラッチを介して前記第２の垂直ロータに作動可能に結合されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のルーバーがタービンの中に配置されており、
前記タービンが、受容領域の中に第１の壁部を具えたエンドプレートを有しており、
前記第１の壁部が前記第１の回動規制構造を規定し、
前記第１のルーバーが、受容領域で前記エンドプレートに回動可能に結合されていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
さらに、前記受容領域が、前記第１の壁部に対して角度を成す第２の壁部を具えており、
前記第２の壁部が、前記第１のルーバーが前記第２の位置にあるときに前記前部に接触するよう設けられていることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
さらに、前記受容領域が、前記第１の壁部及び前記第２の壁部から間隔を空けたスタビライザを具えており、
前記スタビライザが、前記第１のルーバーが前記第２の位置にあるときに前記背部に接触するよう配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年７月２５日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ０８／７１２３９の一部継続出願であり、２００５年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／７１６，０６３号の利益を主張する２００６年９月１２日に出願された米国特許出願第１１／５１９，６０７号の一部継続出願である、２００８年１２月８日に出願された米国特許出願第１２／３３０，３８７号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、概略的に水力発電の分野に関し、特に、水中の流れから発電するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
米国の富は、過去の豊富な化石燃料によって提供される安価なエネルギの開発を通して概して形成されている。北アメリカでは天然ガスが不足してきているため、不安定な地域に位置する石油産出国への継続的な依存のため、又は世界的な石油不足が進行しているため、さらには化石燃料の燃焼によって引き起こされる地球温暖化の増大の危険性のため、再生可能エネルギのクリーンで信頼性の高い資源が必要とされている。
【０００４】
再生可能なエネルギ資源によって支えられる発電システムを開発する多くの取り組みは、風力エネルギに注目を集めている。風力発電システムは多くの利益を提供するが、顕著な欠点を有している。特に、風の方向及び風速が絶え間なく続くことである。風速は時間によって変動し、著しい季節的及び日周パターンを有している。また風速は、需要が最も低い場合に最大の電力を周期的に生成する。これは、電力取引で低い設備利用率として知られている。低い設備利用率、さらにはより低いピーク時の設備利用率が、注目すべき風力発電の欠点である。
【０００５】
風とは対照的に、川及び小川が比較的信頼性のある流れを提供する。また、深い海流は、比較的安定したコリオリの力によって概して動かされる。このような海流が顕著な方向又は速度の変化を受けないという事実により、海中発電が、風力タービンによって発生する断続的な電力よりも多少好ましいものになる。（Ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ａｄｍｉｒａｌｔｙ，１９５０によって出版された）Ｏｃｅａｎ  Ｐａｓｓａｇｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅＷｏｒｌｄという書籍が、３ノット（３．４５ｍｐｈ）を超える１４の海流を挙げている。メキシコ湾流及び黒潮が、１年を通して流れる３ノットよりも大きい速度を有する唯２つの海流をその書籍が挙げている。これら双方の海流は、海面の貿易風によって作り出される海流に作用する地球の東向きの自転によって引き起こされるコリオリの力によって動かされる。これらの海流は、地球の自転によって概して引き起こされるため、局所的な地形に顕著な変化が無ければ相当な期間一定のままである。
【０００６】
メキシコ湾流は、概してメキシコ湾がキューバとフロリダキーズとの間の海峡を形成するよう細くなった場所で発生する。そこから３つの海流が、米国本土とバハマとの間のフロリダ海峡を通って北東に実質的に約４００マイルの速さで流れる。メキシコ湾流の最大速度はフロリダのマイアミ沖で達し、そこではメキシコ湾流は約４５マイルの幅で１５００フィートの深さになる。フロリダのＫｅｙ  ＬａｒｇｏとフロリダのＰａｌｍ  Ｂｅａｃｈ間の海岸から１８マイルよりも近い地点では、海流が１時間当たり６．９マイルもの速さに達する。さらに、南西に進んでアンティル海流と合流し、合流した海流は幅広くなってゆっくりと移動し、北進その後に北東に進み続け、ハタラス岬、ノースカロライナのはるか遠くで１００ファザムのカーブに匹敵する。
【０００７】
黒潮は、太平洋においてメキシコ湾流に相当する。北赤道海流の大部分は、ルソンの東で東に向きを変え台湾の東海岸を通過してこの海流を形成する。日本の南で黒潮は、九州、四国、及び本州といった日本の諸島に平行に北東方向に流れる。Ｏｃｅａｎ  Ｐａｓｓａｇｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｗｏｒｌｄによれば、黒潮の最大の速さはメキシコ湾流のそれとほぼ同じである。メキシコ湾流の最大の速さは、一日当たり１５６．５法定マイル（６．５２ｍｐｈ）であり、黒潮は一日当たり１５３法定マイル（６．３７５ｍｐｈ）である。
【０００８】
水中発電の可能性のある他の場所は、東オーストラリア海流であり、一日当たり１１０．４７法定マイル（４．６ｍｐｈ）の最大の速さであり、南アフリカの南端沖のアガラス海流では、一日当たり１３９．２法定マイル（５．８ｍｐｈ）の最大の速さである。水中発電の可能性のある別の場所は、シチリアをイタリアから隔てる狭い開口部であるメッシナ海峡であり、海流の反時計方向の回転が主に地中海の蒸発による海水の密度の変化によって作り出される。海洋学的な海流データが他の場所を示唆している可能性がある。
【０００９】
水中タービン発電システムを、発電機のサイズに対してタービンのサイズを大きくすることによって、及びシャフトのスピードを高めるよう発電機により多くのギアを加えることによって、流れの速さが一定である場合、３ｍｐｈ程度にゆっくりと流れる海流から電力を効果的に作り出すよう構成し得る。コリオリの力の流れは極めて一定であるため、７０パーセント及び９５パーセントの設備利用率を達成し得る可能性がある。これは、良好に設置された２３パーセント及び３０パーセント間の従来の風力機械の設備利用率と比較される。良好に配置された水中タービンは、一様な流速を有する海流で作動するため、実際には１００パーセントの時間有用な海流を作り出すことが可能である。
【００１０】
さらに、海洋の中に人間が進出することで、海中での発電が望まれるようになる。歴史的に潜水艦は、電気バッテリの再充電又は交換及び／又は艦内の発電機のメンテナンスの際の一時的な電力の受け取りを含むメンテナンスのために、周期的に浮上して陸地を基地とする港のドックに入らなければならなかった。周期的に陸地を基地とする施設に航行するこのような必要性は、望ましくないことに多くの潜水艦の作戦の可能性を制限していた。適切な深海の発電設備は、外洋から海岸に転進することなしに沈んだままでメンテナンスの間に電力を取得する機会を潜水艦に提供する。さらに、研究のための観測所の数が増えているため、観測所での観測のために発電する必要性が増えている。さらに、軍事的、化学的、商業的、又は娯楽の活動に関与しているか否かにかかわらず、人間は飲料水を必要とする。海水から飲料水を生成し得るが、このような生成施設は一般に電気を必要とする。
【００１１】
必要性は非常に高いが、実行可能な水中発電は注目すべき課題を示している。例えば、回転発電機は熱を発生する。固定子及び回転子双方の導電体を流れる電流が、電気抵抗のために熱を発生する。さらに、磁束を変化させることによって回転子の鉄心の鋼鉄に熱が発生し、ベアリング、シャフト、及びギアの摩擦もまた熱を発生する。大きな発電機の熱損失は一般にほんの約１パーセントのオーダーであるが、それでもなお無視できない量である。例えば、１，２００ｋＷを発電する１対の発電機は、１２ｋＷの損失を発生する可能性があり、それは１時間当たり４０，９７３ＢＴＵに相当する。このため、液体冷却システムが、海中発電システムによって発生する熱の散逸に望ましい。さらに、海中発電機システムの作動の設備利用率を最適化するために、特に海洋で海流の深さ及び方向に対して位置決めした適切な水平、垂直、及び方位角のタービンを維持することは、困難である。別の課題は、深く沈んだ発電ユニットは、点検及び修理のために容易に近づくことができないことである。
【発明の概要】
【００１２】
一実施例の水中発電システムが、フレームと、フレームによって支持され、第１の垂直ロータによって動作可能に結合された第１の発電機と、フレームによって支持され、第２の垂直ロータによって動作可能に結合された第２の発電機と、第１の垂直ロータによって動作可能に結合され、前面及び背面を有し、背面が第１の回動規制構造と接触する第１の位置と背面が当該第１の回動規制構造と接触しない第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと、第２の垂直ロータによって動作可能に結合され、前面及び背面を有し、背面が第２の回動規制構造と接触する第３の位置と背面が当該第２の回動規制構造と接触しない第４の位置との間で回動可能な第２のルーバーと、を有している。
【００１３】
別の実施例では、水流から発電する方法が、水流の中に第１のルーバーを配置するステップと、第１のルーバーの前面に水流を衝突させるステップと、衝突する水流によって発生する第１の力を用いて、第１の回動規制構造に接触するよう第１のルーバーを回動させるステップと、水流から第１の回動規制構造に第２の力を伝えるステップと、第１の発電機に作動可能に結合された第１の垂直ロータを伝えられた第２の力で回転させるステップと、を有している。
【００１４】
さらなる実施例では、水中発電システムが、フレームと、フレームによって支持され、第１の垂直ロータに作動可能に結合された第１の発電機と、第１の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第１のルーバーであって、背面が第１の回動規制構造に接触する第１の位置と、背面が第１の回動規制構造に接触しない第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと、第１のルーバーを通して延びており、第１の回転軸から第１のルーバーの前縁部までの距離が、第１の回転軸から第１のルーバーの後縁部までの距離よりも短くなるように、第１のルーバーの第１の回転を規定する第１の回動軸と、を有している。
【００１５】
本発明に係る上記の態様及び利点は、さらなる態様及び利点とともに、現在のところ意図している本発明を製造及び使用する最良の形態の開示を含んでいる、以下の詳細な説明及び添付図面を参照することにより当業者にとって容易に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の原理に従った典型的な有人水中発電ステーションの斜視図を示す。
【図２】図２は、個別に制御可能なクラッチ機構を介して複数のユニバーサルギヤに結合された多くのモジュール式発電機を示す、図１のステーションの発電ノードの部分的に切り取った図である。
【図３】図３は、本発明の原理に従った代替的な有人水中発電ステーションとともに使用される固定及び位置決めシステムの概略図を示す。
【図４】図４は、本発明の原理に従った図１の有人ステーションの様々なサブシステムのための制御ネットワークの概略図を示す。
【図５】図５は、図１のステーションの平面図を示す。
【図６】図６は、図２の発電ノードのさらなる詳細を表す図１のステーションの部分断面図を示す。
【図７】図７は、ルーバーのメンテナンスの必要性を減らす、図１のステーションのルーバーパネルで使用されるルーバーを具えたクロスバーの配置の概略を示す。
【図８】図８は、図１のステーションのドライトランスファーノード及び昇降システムの部分断面図を示す。
【図９】図９は、本発明の原理に従った別の典型的な水中発電ステーションの斜視図を示す。
【図１０】図１０は、２つの垂直ロータ、二重反転タービンを具えた図９のシステムの沈んだケージ部の斜視図を示す。
【図１１】図１１は、図１０のタービンのうちの一方の斜視図を示す。
【図１２】図１２は、ルーバー受容領域を表す図１１のタービンのエンドプレートの斜視図を示す。
【図１３】図１３は、タービンが回転する際のタービンの主要駆動ゾーン、第２の駆動ゾーン、及びフラッターゾーンでのルーバーの移動及び位置を表す図１０のタービンの下部エンドプレート及び自己整列ルーバーの平面図を示す。
【図１４】図１４は、強化ウェブとしても使用してもよい代替的なエンドプレートの斜視図を示す。
【図１５】図１５は、タービンの効果を高めるよう使用されるブッシングの斜視図を示す。
【図１６】図１６は、内部空洞を具えてルーバーの強度を高くしてルーバーの重量を減らすルーバーの斜視図を示す。
【図１７】図１７は、ルーバーの回動を規制する回動ピンを使用してルーバーブレードに自己整列するルーバーを具えたタービンの実施例の斜視図を示す。
【図１８】図１８は、タービンが回転する際のタービンの主要駆動ゾーン、第２の駆動ゾーン、及びフラッターゾーンでのルーバーの移動及び位置を表す、図１４のタービンの下部エンドプレート及び自己整列ルーバーを示す。
【図１９】図１９は、中央シャフトを中心として螺旋状に延びている固定ルーバーを具えたタービンの実施例の斜視図を示す。
【図２０】図２０は、固定されて螺旋状に延びる５つのルーバーを表す、図１９のタービンの上部断面図を示す。
【図２１】図２１は、中央シャフトを中心として螺旋状に延びる固定されたルーバーを具えたタービンの実施例の斜視図を示す。
【図２２】図２２は、固定されて螺旋状に延び３つのルーバーを表す、図２１のタービンの上部断面図を示す。
【図２３】図２３は、２つの垂直ロータ、二重反転固定ルーバータービン及びケージ部に取り付けられてタービンの効果を高めるバッフルを具えた図９のシステムの沈んだケージ部の斜視図を示す。
【図２４】図２４は、本発明の原理に従った別の典型的な水中発電ステーションの側断面図を示す。
【図２５】図２５は、図２４の水中発電ステーションの平面図を示す。
【図２６】図２６は、流れの中に配置されデッキを除去した図２４の水中発電ステーションの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
同じ符号は、以下の説明、添付図面、及び特許請求の範囲を通して、同じ部分に関する。
【００１８】
図１は、本発明に係る典型的な海中発電ステーション１００の斜視図を示す。このステーション１００は、３６５日２４時間作動するよう構成されており、完全に沈んでいる間に供給ケーブル（図示せず）を通して陸上の電力網に電力を供給する。ステーション１００は、海洋生物やバイオマスに優しく、また航行し易く、特定の進路の極めて一定である海中の海流が存在する地理的な場所で特に適している。発電のために、一定である特定の進路の海中の海流を利用し得る多くの世界中の場所（例えば、フロリダ、ジョージア、及びサウスカロライナの海岸等といった、北アメリカのメキシコ湾流の領域）があることに留意されたい。電気エネルギを発生する能力に加えて、ステーション１００は相当量の飲料水を生成し得る。
【００１９】
ステーション１００は、中立浮力を受ける有人の常圧のフレーム１０２を有している。フレーム１０２は、略水平方向に向いた三角形の上部耐圧構造１０４、略水平方向に向いた三角形の下部耐圧構造１０６、及び構造１０４及び構造１０６間を延びる、略垂直方向に向いた３つの実質的に中空の脚部又は「スパー」（第１のスパー１０８、第２のスパー１１０、及び第３のスパー１１２）を有している。
【００２０】
三角形の構造１０４及び１０６及びスパー１０８、１１０及び１１２は、構造上略円筒状であり、人間が入る圧力容器のための米国機械学会（ＡＳＭＥ）の基準（ＰＶＨＯ−２，  ｓｅｃｔｉｏｎ  ＶＩＩＩ，  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｉ）、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｏａｒｄ、アメリカ船級協会（ＡＢＳ）及び米国沿岸警備隊（ＵＳＣＧ）基準といった、基準に適するよう製造される。フレーム１０２は、中立浮力（ｎｅｕｔｒａｌｌｙ  ｂｕｏｙａｎｔ）を受けるよう構成される。ステーション１００による水置換及び「ハードな」及び「ソフトな」バラストタンク及びシンタクチックフォームの使用を含む不変及び可変の浮力の様々な組み合わせによって中立浮力を実現してもよい。
【００２１】
本実施例の上部三角形構造１０４は、係留区域、洗面所、シャワー、休憩室、非番用の部屋、食品の調理及び貯蔵区域、小さな診療所、通信及びメディア室、運動場等を有する商船の船上に見られるのと同じような居住区域を提供する。さらに、上部三角形構造１０４は、緊急避難ポッド及びｏｎｅ  ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｅ  ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｕｎｄｅｒ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ（Ｏｎｅ  ＡＴＡＴＵＰ）モジュールといった、非常設備のための貯蔵区域を提供する。
【００２２】
下部三角形構造１０６は、貯蔵及び設備のためのさらなるスペースを提供する。例として、水生成器（逆浸透（「Ｒ／Ｏ」）又は蒸留タイプ）、衛生器具、温水器、制御機器、消火システム（「ＦＳＳ」）、減圧チャンバ、ダイバーロックアウト区画（「ＤＬＯＣ」）、遠隔操作車両ロックアウトポート（「ＲＯＶＬＯＣ」）、空気交換及び環境制御ユニット（「ＥＣＵ」）が、ステーション１００に設けられている。環境制御ユニットは、酸素発生器、洗浄器及び燃焼器を有している。さらに下部三角形構造１０６は、飲料水、与圧空気及び酸素、及び回転機械部の冷却のため及びこの回転機械部によって発生する熱を使用してシステムを加熱するための１又はそれ以上の熱交換システムを貯蔵するためのタンクを収容する。さらに、バッテリが、発電が中断して電力網が利用できない場合に電力供給をバックアップする。
【００２３】
ステーション１００は６つのノードを有している。ノード１１４及び１１６はスパー１１０によって結合され、ノード１１８及び１２０がスパー１１２によって結合され、ノード１２２及び１２４がスパー１０８によって結合されている。さらに、６つのさらなるスパーが様々なノードを結合している。特に、上部構造１０４に沿って、スパー１２６がノード１２２及び１１４を結合し、スパー１２８がノード１１４及び１１８を結合し、スパー１３０がノード１１８及び１２２を結合する。下部構造１０６に沿って、スパー１３２がノード１２４及び１１６を結合し、スパー１３４がノード１１６及び１２０を結合し、スパー１３６がノード１２０及び１２４を結合する。浸水又は他の緊急事態の場合に防水ドア（図示せず）によってノード及びスパー間の各通路を密閉して、様々な区域を隔離してもよい。ノード１１６、１２０及び１２４は、パイロン１１７、１２１及び１２５によってそれぞれ固定されている。パイロン１１７、１２１及び１２５は、海底に固定される。
【００２４】
スパー１１０及びスパー１１２は、垂直ドライブシャフトのハウジングとして機能する。図１及び図２を参照すると、ドライブシャフト１３８がノード１１６及び１１４の間を延びている。ドライブシャフト１３８は、３つのルーバーパネル１４０、１４２及び１４４に結合されている。ルーバーパネル１４０、１４２及び１４４は、スパー１１０によって回転可能に支持されている。ドライブシャフト１３８は、モジュール式発電機１４６といった多くのモジュール式発電機を駆動する。スパー１１２は、ルーバーパネル１４１、１４３及び１４５を具えて同様に構成されている。このように、本実施例では、各発電ノード１１４、１１６、１１８及び１２０が、１６の積層型モジュール式発電ユニットを収容する。
【００２５】
スパー１０８は、ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４及び１４５といった様々なルーバーパネルの閉鎖を正しい順序で制御して水流からの運動エネルギの取り出しを最大限にする計器及びブレード／ベーンマイクロプロセッサを取り付けており、様々なルーバーパネルの開放を制御して、「駆動位置」に回転するルーバー面の抵抗を最小限にする。また、計器スパー１０８の下部は常圧の科学的な観察ステーションを提供する。
【００２６】
図３は、固定及び位置決めシステム１５０をより明りょうに示すよう取り除いた様々な部品を備えた代替的なステーション３００を示す。固定及び位置決めシステム１５０は、当業者に既知の高圧の水ジェットを用いて海底１５４に埋められる大規模な円形の「マッドパッド」タイプのアンカー１５２を有している。
【００２７】
さらに、システム１５０は、マッドパッド１５２から延びて、冗長なシンタクチックフォームが詰まっているステンレス鋼の水中ブイ１６２、１６４、及び１６６によってそれぞれ引っ張り状態に保持されるステンレス鋼の３つの「テンションレグ」ケーブル１５６、１５８及び１６０を有している。ケーブル１５６、１５８及び１６０の長さは、水中ブイ１６２、１６４及び１６６がいかなる海の状態においても（駆動して又は曳航されて）海上を航行する船舶に顕著な障害を引き起こす深さを維持しないように選択される。代替的に、ステーション３００を、絡み合い又は損傷を防止するために、漁及び航行が制限される領域に配置してもよい。各ステンレス鋼のテンションレグケーブル１６２、１６４及び１６６は、ステーション３００の対応する垂直なスパー３１０、３０８又は３１２を通り抜ける。システム１５０のケーブル１６２、１６４及び１６６には緊急浮揚器具が装備されており、沈んだりルーバーパネルに絡んだりする可能性なく、損傷した／絡んだケーブルの部分が水面に浮上する。
【００２８】
さらに、固定及び位置決めシステム１５０は、各スパー３０８、３１０及び３１２のそれぞれの内部に配置された大規模なスプールウインチ及び／又は他の適切な油圧牽引装置（図示せず）を有している。固定及び位置決めシステム１５０は、ウインチを採用することによって選択された操業深さにステーション３００を沈めて、ケーブルを引き込み海底１５４に向けてステーション３００を引く。また逆に、ウインチを使用することでステーション３００が選択された操業深さからテンションレグブイ１６２、１６４及び１６６まで「はい上がる」ことができる。可変のバラストタンクを使用してステーション３００に負又は正の浮力を与え、これらの動作の際にウインチにかかる負荷を減らしてもよい。
【００２９】
さらに、固定及び位置決めシステム１５０は、可変のバラストタンクを用いてケーブル１５６、１５８及び１６０を緩めることによって、迅速に深さが浅きなるようステーション３００を半分だけ海上に出して、正の浮力を与えることができる。いずれにしても、海洋の海面１６８直下にステーション３００を位置決めして、従来の潜水器具によって運用し得る。
【００３０】
また、ステーション３００は、ステーション３００に取り付けられたケーブルウインチからケーブルを解放したり引っ込めたりすることによって、ステーション３００から水面に浮上し又は水中に沈む拘束された常圧の「エレベータ」ポッド１７０を有している。潜っているステーション３００に海面１６８から機器を搬送するのに、ポッド１７０を使用し得る。ポッドケーブルには緊急浮上装置が設けられており、損傷した／絡まったケーブルの部分が、沈んだりルーバーパネルに絡まったりする可能性なく海面に浮上する。
【００３１】
図１に戻って参照すると、ステーション１００が、さらに、大量の飲料水を生成するよう構成されている。ルーバーパネルを採用して発電するのに加えて、本システムは、発生した電力又は回転するルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４及び１４５の機械的な力を採用し、海洋生物に優しい（吸引ブレーク）フィルタを通して周囲の海水６６０を引き込む高圧水ポンプに電力を供給し、高圧の海水を逆浸透膜に通して新鮮な飲料水を生成する。代替的に、海水を蒸留してもよい。必要に応じて、飲料水を微小ガスで塩素消毒してもよい。そして、有人作業の間にステーション１００で飲料水を使用でき、及び／又は飲料水を埋設されたパイプラインを介して本土の給水施設に汲み上げる。
【００３２】
さらに、ステーション１００は、塩水拡散システム、逆浸透プロセスの塩水（「ｆｌｕｓｈ」）を収集する保持タンク、及び塩水を塩水拡散システムの中に射出するポンプを有している。塩水拡散システムは、穴を開けた長いパイプ及び周囲の海水をパイプを通して強く流すポンプを有している。システム４００は定量的にパイプの中に塩水溶液を射出し、塩水が、海洋生物を食塩中毒させないように制御された状態で穴を開けたパイプを通って周囲の海水の中に拡散する。これは、海洋生物に有毒な水柱の中の望ましくない塩の塊の生成物を改善する。好適には、塩水拡散パイプが、ステーション１００の下流側に配置されている。
【００３３】
図４に示すステーションのコンピュータネットワーク１７０を介してステーション１００の動作を制御する。ネットワーク１７０は、ユーザインタフェース１７２、マイクロプロセッサ１７４及びメモリ１７６を有している。マイクロプロセッサ１７４は、ステーション１００の動作に関する様々な機能を監視且つ制御するようプログラムされる。例として、発電に関する様々なセンサ１７８が監視される。本実施例のセンサ１７８は、ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４及び１４５の回転位置に対応する出力を発生するセンサを有している。
【００３４】
また、マイクロプロセッサ１７４は、センサ１８０を介してステーション１００の中の雰囲気状態を含む環境の状態を監視する。センサ１８２は、ステーション１００の上流側の状態に対応する信号を出力する。本実施例のセンサ１８２は、ＮｏｒｔｅｋＵＳＡ  ｏｆ  Ａｎｎａｐｏｌｉｓ，Ｍａｒｙｌａｎｄ．から市販されているＡＱＵＡＤＯＰＰ（登録商標）電流計である。センサ１８２は水温及び水の流速を示す出力を与える。センサ１８２は、センサ１００の上流側の電流経路に配置されている。
【００３５】
マイクロプロセッサ７４は、さらに、様々な制御機能を提供するようプログラムされる。例として、マイクロプロセッサ１７４は、ステーション１００の環境を適したものに維持するよう使用される様々なシステム１８４に制御信号を出力する。システム１８４は、加熱、換気及び空調システムを有している。マイクロプロセッサは、さらに、消化システム１８６、通信システム１８８、及び補助システム１９０に関連する機械を制御する。
【００３６】
マイクロプロセッサは、さらに、ルーバーパネルの制御を含む発電に関連する様々なシステム１９２を制御する。ルーバーパネルの制御は、図５を参照して説明する。水流が矢印１９４で示す方向に動いている。センサ１８２によって流れの速さが検出され、信号がマイクロプロセッサ１７４に向けて送られる。ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、及び１４５の位置を示す信号が、センサ１７８からマイクロプロセッサ１７４に伝わる。マイクロプロセッサ１７４は、各ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、及び１４５に関する受信した入力に基づいて、推定される衝撃時間を計算するようプログラムされる。
【００３７】
換言すれば、ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、及び１４５が、矢印１９５及び１９７で示す方向にスパー１１０及び１１２の周りを回転する際に、各スパー１１０又は１１２からルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、及び１４５を通して引かれるラインが、流れがやって来る方向（ここでは流れと揃うと称する）に向けて真っ直ぐに向く時間を、マイクロプロセッサ１７４が推定する。図５では、ルーバーパネル１４０が流れとほぼ揃っている。このため、ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、及び１４５が流れと揃うポイントを越えて回転し続けると、マイクロプロセッサ１７４が、流れから運動エネルギを受けるための比較的大きな面を与える閉鎖位置に特定のルーバーパネルのルーバー１４６を移動させる制御信号を出す。
【００３８】
ルーバーパネルが下流側の流れと揃うまで、閉じたルーバーパネルに対して流れが力を与え続ける。図５では、ルーバーパネル１４１が、下流側で流れとほぼ揃っている。このような位置を越えて、ルーバーパネルへの流れの力が、ルーバーパネルの回転を遅くするよう作用する。したがって、マイクロプロセッサ１７４が制御信号を出力し、下流側の流れと揃ったパネルのルーバー１９６（図２参照）が開くことでルーバーパネルの有効表面積を減らす。
【００３９】
さらに、当業者は、ルーバーパネル１４１、１４３及び１４５からステーション１００へのトルクが、ルーバーパネル１４２、１４４及び１４６からステーション１００へのトルクによって無効にされることを理解するであろう。
【００４０】
一実施例では、マイクロプロセッサ１７４が、予測される「攻撃角」及び「攻撃速度」を判断するよう構成されている。このような計算は、開放及び閉鎖位置間のルーバーの移動スピードとともにルーバーパネルの回転スピードを組み込んでおり、ルーバーパネルの回転スピードを最適化する。
【００４１】
さらに、マイクロプロセッサ１７４を使用して、制御されるルーバー１９６が完全開放位置に移動してルーバーパネルの減速／停止を助ける「フルフェザー（ｆｕｌｌ  ｆｅａｔｈｅｒ）」位置にルーバー１９６を制御する。別の制御位置は、各ルーバーパネルの全てのルーバー１９６が完全閉鎖位置になるよう制御されて、修復のためにステーション１００を半分浮上させるといったステーション１００の深さを変える際に比較的低い垂直抵抗を与える「全傾」位置である。さらに、ルーバー１９６の一つが完全開放位置に設定されてこのルーバーのために運動制御システムの修復を可能にするようロックされる一方、他のルーバーが発電でいつものように機能し続ける「選択フェザー」位置にルーバー１９６を制御してもよい。
【００４２】
また、マイクロプロセッサ１７４は、発電ノード１１４、１１６、１１８及び１２０の発電機器のための制御機能を提供する。図６を参照すると、発電ノード１１４が、４つのレベルのモジュール式発電機１４６を有している。各レベルは、パワーアクスル１３８の周りに配置された４つのモジュール式発電機１４６を有している。パワーアクスル１３８は、４つのユニバーサルギヤ１９８、２００、２０２及び２０４に連結されている。各発電機１４６は、クラッチ２０６によってモジュール式発電機１４６と同じレベルのユニバーサルギヤ１９８、２００、２０２又は２０４に連結されている。マイクロプロセッサ１７４は、個々のクラッチ２０６を係脱するための制御信号を出力する。した、各モジュール式発電機１４６が、メンテナンスを実行するために、又は発電ノード１１４の残りの３１のモジュール式発電機１４６の作動に影響を及ぼさずに交換するために、個別に作動状態から解除される。
【００４３】
また、メンテナンス関連が、ルーバー１９６の構成の考慮に入れられる。例として、図７が、ルーバー２０６及びルーバー２０８の概略図を示す。ルーバー２０６及び２０８の位置をクロスバー２１０及び２１２を通して制御する。クロスバー２１０及び２１２は、矢印２１４の方向に流れる流れが正面２１６及び２１８にそれぞれ衝突する際に、ルーバー２０６及び２０８が開放位置に向かってある程度片持ちになるよう位置決めされる。逆に、矢印２２０の方向に流れる流れが背面２２２及び２２４に衝突する際に、ルーバー２０６及び２０８が、それぞれ閉鎖位置に向けてそれらを動かす力を受ける。このような構成は、ルーバーパネルの作動効率を増加させ、ルーバーを制御するよう使用されるシステムに働く力を減らす。さらに、このような構成により、ルーバーを積極的に制御せず、むしろ流れの衝突に応じてクロスバー２１０及び２１２の周りを回動させ得るような実施例でルーバー２０６及び２０８を使用し得る。
【００４４】
また、本実施例では、ルーバー２０６及び２０８が、ステーション１００が所望の深さにあるときに中立浮力を受けるよう構成されている。このため、様々な部品にあまり力がかからず、メンテナンスの要請がさらに減る。
【００４５】
マイクロプロセッサ１７４によって制御される補助システム１９０は、スパー１０８に与えられる昇降システムを有している。図８に示すように、スパー１０８は、ノード１２２及びノード１２４間を延びる昇降シャフト２３０を囲んでいる。昇降装置２３０により、人員、供給品、資材が上部構造１０４及び下部構造１０６間を移動し得る。さらに、スパー１２６、１２８、１３０、１３２、１３４及び１３６に、ステーションにわたって機器又は供給品を移動させる際に使用するための軌道又はガイドレールを設けてもよい。
【００４６】
昇降シャフト２３０は、ドライウォータースカート２３２の下方に配置されている。このスカート２３２は、高圧の水洗浄器及び回転洗浄ブラシを装備した乗物とともに使用されるよう構成されている。高圧の水洗浄器及び回転洗浄ブラシを使用して、ドライウォータースカート２３２から生物付着及び他の破片を除去する。そして、スタブピンを用いて乗物をドライトランスファースカート２３２の上に据え、適切に配置させる。乗物の底面のシールが、乗物及びドライトランスファースカート２３２間の防水シールを与える。乗物が適切に配置されると、シールの中及び乗物とドライトランスファースカート２３２間の空間が排水される。排水処理が、乗物とドライトランスファースカート２３２間の圧力を低くする。したがって、乗物に作用する周囲の海の圧力によって防水が維持される。
【００４７】
一実施例によれば、ステーション１００が、海面下６５０乃至２５００フィート（「ＦＳＷ」）の深さにある。このような深さにより、荒天の状況の下で１００年間ステーション１００が平均水面下に良好に設置される。固定及び位置決めシステム１５０を６５０ＦＳＷで組み込むと、マッドパッド１５２が海底１５４の下方約４５フィートの深さに埋まり、ステンレス鋼の各テンションレグケーブル１５６、１５８及び１６０を終端とする３つの水中ブイ１６２、１６４及び１６６が、約１６５ＦＳＷの最小深さにある一方、荒天の状況の下で１００年間平均水面下にある。
【００４８】
乗員の交換、食料、郵便、交換部品の配達、病気の又は負傷したステーションの作業員の退去、及び科学的観測ステーションを訪れる研究者の送り出し及び交換を、有人潜水艇を使用して行ってもよい。このため、海洋の「活動層」の下方にこのように良好に配置することで、ステーション１００は、津波、ハリケーン、太陽フレア、戦争、等といった海面／海中の悪条件によってそれほど影響を受けない。また、ステーション１００は可能性のあるテロリズムにとって難しい標的である。このため、さらに、ルーバーパネル１４０、１４１、１４２、１４３、１４４及び１４５が海洋生物への悪影響を改善するために十分ゆっくりと開放、閉鎖、及び回転することに留意されたい。また、ステーション１００は、ほとんどのタイプの海洋生物に嫌悪／迂回行動を誘発させるためのレベル及び周波数で音を発生するよう構成された水中ラジオ放送システムを有している。支柱及びブレード面への（クラゲ、等の）無脊椎動物の衝突は、沖合の石油生産構造物又は沈没船に見られる衝突に匹敵するであろう。
【００４９】
さらに、操業時に、ステーション１００が、潜水艇のための補助電力ドックを提供し、修理／メンテナンスのための船上の動力装置のパワーダウンの際に潜水艇に電力及び新鮮な水を提供し、ステーション１００は、長距離の水中聴音器の海中聴音／追跡／信号リピートシステム用の高電圧の電源を提供する。
【００５０】
さらに、ステーション１００は適度な冷水（すなわち、約６５０ＦＳＷの深さの３９°Ｆのオーダー）の中に沈む実質的に大きな金属構造体であるため、周囲の水６６０の温度が熱交換によって回転部分を冷やし易くなる。
【００５１】
代替的な水中発電ステーション２５０を図９に示す。水中発電ステーション２５０は、ベース２５２及びフレーム２５４を有している。ベース２５２はアンカーとして機能し、水中の流れの中の所望の場所に発電ステーション２５０を保持する。フレーム２５４は、水中の流れの中で発電ステーション２５０を位置決めするよう使用される多くの目付き板２５６を有している。目付き板２５６を使用して、船によって発電ステーション２５０を陸地から離れた場所に下ろしてもよく、又はクレーンによって河川、水路、又は陸地の近くの海流に発電ステーション２５０を配置してもよい。
【００５２】
フレーム２５４は、ベース２５２から水面２５８の上方の位置に延びている。本実施例では、フレーム２５４が、発電ステーション２５０に近付けて電力線を発電ステーション２５０から負荷に這わせるのに使用される渡り板２６０を支持する。さらに、フレーム２５４は、垂直回転シャフト２６６及び２６８によってそれぞれ作動する２つの発電機２６２、及び２６４を支持する。本実施例の発電機２６２及び２６４は、Ｍａｒａｔｈｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．，ｏｆ  Ｗａｕｓａｕ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ．によって市販されている５ｋＷ  ＬＩＭＡ（登録商標）ＭＡＣ発電機である。必要に応じて、各垂直回転シャフト２６６及び２６８によって、ステーション１００に関する上記のようなクラッチシステムを介して、２以上の発電機に動力を供給してもよい。
【００５３】
垂直回転シャフト２６６及び２６８は、発電機２６２及び２６４からフレーム２５４のケージ部２７０の中にそれぞれ延びており、図１０に示すように、回転シャフト２６６及び２６８が２つの垂直軸タービン２７２及び２７４にそれぞれ連結されている。タービン２７２及び２７４は略同一であり、図１１に示すタービン２７２に関して説明する。タービン２７２は、２つのエンドプレート２８２及び２８４間を延びる多くのルーバー２８０を有している。各ルーバー２８０は、それぞれの回動棒２８６によってエンドプレート２８２及び２８４に回動可能に結合されている。各回動棒２８６は、エンドプレート２８２及び２８４に設けられている回動穴２８８の中で回動する。
【００５４】
図１２を参照すると、エンドプレート２８２は、多くの受容領域２９０を有している。各受容領域２９０は、１つの回動穴２８８、前縁回動規制壁２９２、後縁回動規制壁２９４、及びスタビライザ２９６を有している。平面図によると、最上部の受容領域２９０の前縁回動規制壁２９４が後縁回動規制壁２９２の右方に向かって開いている。したがって、エンドプレート２８２は、以下により詳しく説明するように、時計方向のエンドプレートである。各受容領域２９０は、図１３に示すように、１つのルーバー２８０を受容する。対向するエンドプレート２８４は受容領域によって相補的に形成される。必要に応じて、中間ウェブをウェブの切り欠き部を通って延びるルーバーに設けて、さらなる剛性を与えてもよい。
【００５５】
図１３は、タービン２７４のエンドプレート２８４及びエンドプレート２９８を示す。エンドプレート２８４は反時計方向のエンドプレートであるのに対し、エンドプレート２９８は時計方向のエンドプレートである。回動棒２８６が、各ルーバー２８０を後縁部３０２と後縁部３０２よりも短い前縁部３００とに分ける。前面３０４が、各ルーバー２８０の一方の側の前縁部３００及び後縁部３０２間を延びており、背面３０６が前面３０４の反対側に設けられている。ルーバー２８０の背面３０６は、後縁回動規制壁２９２に接触するルーバー２８０の側面である。このため、図１３に示すように、タービン２７２のルーバー２８０がタービン２７４のルーバー２８０と同じである一方、タービン２７２のルーバー２８０の背面３０６が、タービン２７４のルーバー２８０の背面３０６とは逆になっている。
【００５６】
水中発電システム２５０の作動を図９乃至図１３を参照して説明する。まず、フレーム２５４が、ベース２５２が海底の上に載りケージ部２７０が少なくとも部分的に沈むまで、海流の水塊の中に下げられる。本実施例では、発電機２６２及び２６４が完全に海面２５８の上に位置している。
【００５７】
好適な向きでは、フレーム２５４が、垂直回転シャフト２６６から垂直回転シャフト２６８に延びるラインが海流に対して垂直となるよう位置している。したがって、図１３の矢印３１０の方向に移動する海流が、タービン２７２及び２７４双方をほぼ同じ力で駆動させる。流れがルーバー２８０に衝突する際に、ルーバー２８０が３つの動作ゾーンを通って回転する。フラッターゾーン３１２では、ルーバーが回動棒２８６によって拘束されるが、それらは受容領域２９０によって拘束されない。したがって、ルーバー２８０が入って来る流れに対して抵抗の少ない方向に自分で向き、前縁部３００が入ってくる流れの方向に向く。
【００５８】
タービン２７２及び２７４が回転すると、フラッターゾーン３１２の中のルーバー２８０が、回動棒２８６によって規定される回動軸の周りを回動する。したがって、ルーバー２８０の後縁部３０２の背面３０６が、後縁回動規制壁２９２に近付くよう回動する。ルーバー２８０がフラッターゾーン３１２の外で回転すると、それらは主要駆動ゾーン３１４に入る。主要駆動ゾーン３１４では、ルーバー２８０の後縁部３０２の背面３０６が後縁回動規制壁２９２と接触する。
【００５９】
したがって、流れが矢印３１０の方向に移動すると、流れからの運動エネルギがルーバー２８０を通って主要駆動ゾーン３１４の中の後縁回動規制壁２９２に伝わる。中間ウェブを含む実施例では、流れからの運動エネルギがルーバー２８０を通って中間ウェブにも伝わる。移動する運動エネルギにより、タービン２７２及び２７４が回転する。タービン２７２のエンドプレート２８４（下部エンドプレート）は反時計方向のエンドプレートである。したがって、タービン２７２のルーバー２８０に衝突する流れにより、矢印３１６の方向にタービン２７２が回転する。タービン２７４のエンドプレート２９８（下部エンドプレート）は時計方向のエンドプレートである。したがって、タービン２７４のルーバー２８０に衝突する流れにより、タービン２７４が矢印３１８の方向に回転する。
【００６０】
流れからルーバー２８０を通る運動エネルギの移動が、主要移動ゾーン３１４にわたって継続する。ルーバー２８０が第２の移動ゾーン３２０に向けて回転すると、ルーバー２８０の長手軸が流れの方向に揃う。ルーバー２８０が第２の移動ゾーン３２０に回転すると、タービン２７２及び２７４を通過する流れがルーバー２８０の背面３０６に衝突する。衝突する流れによりルーバー２８０が回動する。ルーバー２８０の回動は、ルーバー２８０の前縁エッジ部３００が前縁回動規制壁２９４に接触するまで継続する。本実施例では、スタビライザ２９６が、ルーバー２８０の前縁エッジ部３００が前縁回動規制壁２９４に接触するする際に、ルーバー２８０の前面３０４がスタビライザに接触するように構成されている。
【００６１】
ルーバー２８０がスタビライザ２９６及び前縁回動規制壁２９４に接触するすると、さらなる運動エネルギがルーバー２８０を通ってスタビライザ２９６及び前縁回動規制壁２９４に移動し、タービン２７２及び２７４にさらなるトルクを発生させる。
【００６２】
したがって、ルーバー２８０が整列して、流れから主要駆動ゾーン３１４及び第２の駆動ゾーン３２０を通したタービン２７２及び２７４への運動エネルギの移動を最小限にする一方、フラッターゾーン３１２を通した抵抗を最小限にする。
【００６３】
他の改変を組み込んで本書に記載の様々なタービンの効果を強化してもよい。例として、図１４は、後縁回動規制壁３２４を有するプレート３２２の斜視図を示す。プレート３２２を、タービンのエンドプレートの一部又は中間ウェブとして使用して、ルーバーにさらなる支持を与えてもよい。高圧にさらされるタービンのバージョン及び／又は海水といった特に厳しい環境にさらされる適用例では、プレート３２２及び本書に記載の他のプレートをステンレス鋼で製造してもよい。特に高い塩分の水にさらされない小さなバージョンでは、Ｃｈｅｍｔｕｒａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ｏｆ  Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｙ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔによって市販されている、ＶＩＢＲＡＴＨＡＮＥ又はＡＤＩＰＲＥＮＥといったポリマー又はキャスタブルウレタンをプレート３２２の製造に組み込んでよい。
【００６４】
また、互いに移動する部品間にブッシングを含めることによって、タービンの効果を強化してもよい。例えば、本書で説明する様々なエンドプレートで図１５のブッシング３２６を使用してもよい。また、ＶＩＢＲＡＴＨＡＮＥ又はＡＤＩＰＲＥＮＥを含んだブッシング３２６を加工してもよい。
【００６５】
ルーバーの重量を減らすことによって、さらなる効果を生じさせてもよい。この目的を達成するために、図１６に示すルーバー３２８は、シャフト空洞部３３４に加えて前縁空洞部３３０及び後縁空洞部３３２を有している。流体又は気体を詰めて所望の浮力を与えてもよい空洞３３０及び３３２により、ルーバー３２８の重量を所望の重量に変えることができる。さらに、空洞がルーバー３２８の強度及び剛性を高くする。特定の適用例ではステンレス鋼を使用してルーバー３２８を製造する一方、ルーバー３２８の小さなバージョンは、アルミニウムを用いて押出成形してルーバー３２８の重量をさらに減らしてもよい。例として、６０６３アルミニウム合金を使用且つ熱処理することでＴ６状態の特性を呈する。上述のようなポリマーを使用してルーバーをコーティングし、さらなる所望の特性を与えてもよい。
【００６６】
図１７は、水中の流れから発電するよう使用される代替的なタービン３４０を示す。タービン３４０は、多数のルーバー３４６を支持する２つのエンドプレート３４２及び３４４を有している。ルーバー３４６は、回動棒３４８によってエンドプレート３４２及び３４４に回動可能に結合されている。回動棒３４８は、前縁部３５０及び後縁部３５２間に位置する回動軸を規定する。ルーバー３４６は、さらに、前面３５４及び背面３５６を有している。
【００６７】
タービン３４０は、タービン２７２及び２７４と同じような方法で動作する。タービン３４０とタービン２７２及び２７４との間の１つの差異は、エンドプレート３４２及び３４４が、受容領域を有していないことである。むしろ、ルーバー３４６の回動は、図１８に示す関連する回動ピン３５８、及び大部分のルーバー３４６では、隣接するルーバー３４６の前面３０４の前縁部３５０によって制約される。特に、回動ピン３５８が、関連する第１のルーバー３４６の背面３５６が関連する回動ピン３５８に接触するときに、背面３５６の後縁部３５２もまた第１のルーバー３４６の内側に位置する隣接する第２のルーバー３４６の前面３０４の前縁部３５０に接触するように、位置している。
【００６８】
したがって、主要駆動ゾーン３６０を通ってルーバー３４６が回転するときに、隣接するルーバー３４６がルーバーの刃部３６２を変形させる。ルーバー３４６が第２の駆動ゾーン３６４に回転するときに、図１８に示すように、ルーバー３４６は時計方向に回動し、入ってくる流れからの運動エネルギが前縁部３５０の背面３５６を通って関連する回動棒３４８に伝わる。
【００６９】
他の実施例では、固定されたルーバータービンを使用して、水中の流れから発電する。例として、図１９及び図２０が、５つの固定ルーバー３７２を有するタービン３７０を示す。ルーバー３７２は、エンドプレート３７４及び３７６間を延びており、垂直シャフト３７８の周りに螺旋状に形成されている。必要に応じて、１又は数個の固定ルーバーを使用してもよい。このため、図２１及び図２２に示すタービン３８０は、３つの固定ルーバー３８２を有している。ルーバー３８２は、エンドプレート３８４及び３８６の間を延びており、垂直シャフト３８８の周りを螺旋状に形成されている。
【００７０】
固定ルーバーを具えたタービンを使用する場合、バッフルを使用してタービンの効果を高めてもよい。例として、バッフル３８０及び３８２を図９及び図１０のフレーム２５４のケージ部２７０に付けた状態を図２３に示す。バッフル３８０は、前方口部３８４及び後部３８６を有している。バッフル３８２は、前方口部３８８及び後部３９０を有している。対向する口部３８４及び３８８は、ケージ部２７０の入口３９２を規定し、後部３８６及び３９０が排出口３９４を規定する。
【００７１】
また、タービン３７０及び３９６を図２３で示す。タービン３７０は、矢印３９８方向に移動する流れが衝突する際に、図２３に示すように反時計方向に回転するよう構成されている。タービン３９６は、矢印３９８方向に移動する流れが衝突する際に、図２３に示すように時計方向に回転するよう構成されている。タービン３７０及び３９６がケージ部２７０に組み込まれて流れの中に配置される場合、入口３９２を通ってタービン３７０及び３９６の主要駆動ゾーン４００及び４０２のルーバー３７２に衝突する流れが、バッフル３８０及び３８２によって方向付けられる。ケージ部２７０を通過する水は、排出口３９４を通って排出される。バッフル３８０及び３８２は、流れが非主要駆動ゾーン４０４及び４０６のルーバー３７２に直接衝突しないように、ケージ部２７０の周囲で流れを逸らすことで、抵抗を減らしタービン３７０及び３９６の効果を高める。
【００７２】
代替的な水中発電ステーション４１０を図２４及び図２５に示す。水中発電ステーション４１０は、ベース又はデッキ４１２及びフレーム４１４を有している。以下に説明するように、水中の発電ステーション４１０を位置決め且つ保持するよう使用される多くの滑り止め４１６が、デッキ４１２に設けられている。
【００７３】
デッキ４１２は、第１の台船（ポンツーン）４１８から第１の台船４１８に対して間隔を空けた第２の台船４２０に延びている。４つのクロスバー４２２が台船４１８及び４２０間を延びている。２つのバッフル４２４及び４２６が台船４１８及び４２０にそれぞれ結合されている。バッフル４２４及び４２６は、発電ステーション４１０の中央線４２８に向けて内側に湾曲している。
【００７４】
２つの発電機４３０及び４３２がフレーム４１４の中で支持されている。発電機４３０及び４３２は、発電ステーション２５０の発電機２６２及び２６４と同じタイプでよい。２つの垂直シャフト４３４及び４３６が発電機４３０及び４３２にそれぞれ結合されており、ベース４３８によって回転可能に支持されている。各垂直シャフト４３４及び４３６は、各垂直軸のタービン４４０及び４４２に結合されている。垂直軸タービン４４０及び４４２は、垂直軸タービン２７２及び２７４と略同一である。
【００７５】
水中発電ステーション４１０を、水中発電ステーション２５０と略同一の方法で作動させる。しかしながら、水中発電ステーション４１０の様々な部品によってさらなる性能が与えられる。例えば、台船４１８及び４２０により、水中発電ステーション４１０を曳航船によって移送して水塊の中に送り出すことが可能となる。台船４１８及び４２０は、デッキ４１２並びに発電機４３０及び４３２を水上に保持するような大きさである。そして、止め具４１６にロープが取り付けられ、水中発電ステーション４１０を水塊の所望の場所の中に誘導するよう使用される。代替的に、モータをデッキ４１２に取り付けて水中発電ステーション４１０を配置するよう使用してもよい。
【００７６】
素早い展開が可能となるのに加えて、水中発電ステーション４１０の水塊の中での場所及び方向を容易に最適化できる。例として、図２６に示す水中発電ステーション４１０を、２つの左舷側のスプリングライン４５２及び４５４及び２つの右舷側のスプリングライン４５６及び４５８によって、移動する水塊４５０の中に固定する。また、左舷側のブレストライン４６０及び右舷側のブレストライン４６２を止め具４１６に結合してもよい。さらに、スプリングライン４５２及び４５４が支柱４６４に結合され、スプリングライン４５６及び４５８が支柱４６６に結合される。ブレストライン４６０及び４６２は、それぞれ支柱４６８及び４７０に結合される。代替的に、ブレストライン４６０及び４６２並びにスプリングライン４５２、４５４、４５６、及び４５８を他の従来の構造に結合してもよい。
【００７７】
スプリングライン４５２、４５４、４５６、及び４５８を使用して、水中発電ステーション４１０を水塊４５０の中の場所に位置決めし、そこで水塊４５０の中の流れが最適となる。図２６の例では、自然に生じるネック部４７２が水塊４５０の流れを集中させる。そして、ブレストライン４６０及び４６２を使用して、入ってくる流れに水中発電ステーション４１０の中央線４２８を向けて、水中発電ステーション４１０による発電量を最大限にする。
【００７８】
バッフル４２４及び４２６は、入ってくる流れをさらに集中させて、垂直軸タービン４４０及び４４２に流れが衝突する角度を最適化するよう構成されている。必要に応じて、バッフル４２４及び４２６を、海面の上方の場所に格納して水中発電ステーション４１０の操縦性を高め、水中発電ステーション４１０が水塊４５０の中の所望の場所に配置されると下がるよう構成してもよい。
【００７９】
電力ケーブル４７８を使用して、水中発電ステーション４１０をサブステーション４８０に結合する。ブレストライン４６２の中でケーブル４７８を支持してもよい。そして、水中発電ステーション４１０を使用して発電する。
【００８０】
典型的なプロセス及びシステム部品の記載によって本発明を説明したが、そして様々なプロセス及び部品を詳細に記載したが、本出願人は、このような詳細によって添付した特許請求の範囲を制限又は多少なりとも限定することを意図するものではない。また、さらなる利点及び修正が当業者にとって容易に明らかとなろう。このため、本発明の最も広い態様は図示及び説明した特定の詳細、実施例、又は具体例に限定されない。したがって、出願人の全体的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱しなければ、このような詳細から逸脱してもよい。
【図１】
2011529151.tif 000003
【図２】
2011529151.tif 000004
【図３】
2011529151.tif 000005
【図４】
2011529151.tif 000006
【図５】
2011529151.tif 000007
【図６】
2011529151.tif 000008
【図７】
2011529151.tif 000009
【図８】
2011529151.tif 000010
【図９】
2011529151.tif 000011
【図１０】
2011529151.tif 000012
【図１１】
2011529151.tif 000013
【図１２】
2011529151.tif 000014
【図１３】
2011529151.tif 000015
【図１４】
2011529151.tif 000016
【図１５】
2011529151.tif 000017
【図１６】
2011529151.tif 000018
【図１７】
2011529151.tif 000019
【図１８】
2011529151.tif 000020
【図１９】
2011529151.tif 000021
【図２０】
2011529151.tif 000022
【図２１】
2011529151.tif 000023
【図２２】
2011529151.tif 000024
【図２３】
2011529151.tif 000025
【図２４】
2011529151.tif 000026
【図２５】
2011529151.tif 000027
【図２６】
2011529151.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月1日(2011.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中発電システムであって、
フレームと；
前記フレームによって支持され、第１の垂直ロータに作動可能に結合された第１の発電機と；
前記フレームによって支持され、第２の垂直ロータに作動可能に結合された第２の発電機と；
少なくとも１つの第１のエンドプレートを通して前記第１の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第１の垂直ルーバーであって、前記背面が前記少なくとも１つの第１のエンドプレート第１の壁部に接触する第１の位置と、前記背面が前記少なくとも１つの第１のエンドプレートの第２の壁部に接触する第２の位置との間で回動可能な第１の垂直ルーバーと；
少なくとも１つの第２のエンドプレートを通して前記第２の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第２の垂直ルーバーであって、前記背面が前記少なくとも１つの第２のエンドプレートの第２の壁部に接触する第３の位置と、前記背面が前記少なくとも１つの第２のエンドプレートの第２の壁部に接触する第４の位置との間で回動可能な第２の垂直ルーバーと；
を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１のルーバーが第１の回動軸を中心に回動し、
前記第１の回動軸が、前記第１のルーバーの前記前面への水の衝突が前記第１のルーバーを前記第１の位置に向けて付勢する力を発生させるように、前記第１のルーバーの後縁部よりも前記第１のルーバーの前縁部に近い場所を前記第１のルーバーを通して延びており、
前記第２のルーバーが第２の回動軸を中心に回動し、
前記第２の回動軸が、前記第２のルーバーの前記前面への水の衝突が前記第２のルーバーを前記第３の位置に向けて付勢する力を発生させるように、前記第２のルーバーの後縁部よりも前記第２のルーバーの前縁部に近い場所を前記第２のルーバーを通して延びていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の回動軸が、前記第１の垂直ロータに対して略平行であり、
前記第２の回動軸が、前記第２の垂直ロータに対して略平行であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
水流から発電する方法であって、
水流の中に第１のルーバーを配置するステップと；
前記第１のルーバーの前面に前記水流を衝突させて前記第１のルーバーに第１の力を伝えるステップと；
前記第１の力を用いて、第１のエンドプレートの壁構造に接触するよう前記第１のルーバーの背面を回動させるステップと；
前記第１のルーバーの背面に前記水流を衝突させて、前記第１のルーバーに第２の力を伝えるステップと；
前記第２の力を用いて、第２のエンドプレートの壁構造に接触するよう前記第１のルーバーの背面を回動させるステップと；
第１の発電機に作動可能に結合された第１の垂直ロータを、前記伝えられた第１の力及び前記伝えられた第２の力で回転させるステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項５】
さらに、第２のルーバーを前記水流の中に配置するステップと；
前記第２のルーバーの前面に前記水流を衝突させるステップと；
前記衝突する水流によって発生する第３の力を用いて、第３のエンドプレートの壁構造に接触するよう前記第２のルーバーを回動させるステップと；
前記伝えられた第３の力で第２の垂直ロータを回転させるステップと；
を具えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のルーバーを回動させるステップが、前記水流の速度ベクトルに対して垂直な第１の回転軸を中心として前記第１のルーバーを回動させるステップを具えており、
前記第２のルーバーを回動させるステップが、前記水流の速度ベクトルに対して垂直な第２の回転軸を中心として前記第２のルーバーを回動させるステップを具えていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
水中発電機システムであって、
フレームと；
前記フレームによって支持され、第１の垂直ロータに作動可能に結合された第１の発電機と；
前記第１の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第１のルーバーであって、前記背面が第１のエンドプレートの第１の壁部に接触する第１の位置と、前記背面が前記第１のエンドプレートの第２の壁部に接触する第２の位置との間で回動可能な第１のルーバーと；
前記第１のルーバーを通して延びており、第１の回転軸から前記第１のルーバーの前縁部までの距離が、前記第１の回転軸から前記第１のルーバーの後縁部までの距離よりも短くなるように、前記第１のルーバーの第１の回転軸を規定する第１の垂直回動軸と；
を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
さらに、前記フレームによって支持され、第２の垂直ロータに作動可能に結合された第２の発電機と；
前記第２の垂直ロータに作動可能に結合され、前面及び背面を有する第２のルーバーであって、前記背面が第２のエンドプレートの第１の壁部に接触する第３の位置と、前記背面が前記第２のエンドプレートの第２の壁部に接触する第４の位置との間で回動可能な第２のルーバーと；
前記第２のルーバーを通して延びており、第２の回転軸から前記第２のルーバーの前縁部までの距離が、前記第２の回転軸から前記第２のルーバーの後縁部までの距離よりも短くなるように、前記第２のルーバーの第２の回転軸を規定する第２の垂直回動軸と；
を具えていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の発電機が、第１のクラッチを介して前記第１の垂直ロータに作動可能に結合されており、
前記第２の発電機が、第２のクラッチを介して前記第２の垂直ロータに作動可能に結合されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の壁部及び前記第２の壁部が、前記第１のエンドプレートの受容領域と関連しており、
さらに、前記受容領域が、前記第１の壁部及び前記第２の壁部から間隔を空けたスタビライザを具えており、
前記スタビライザが、前記第１のルーバーが前記第２の位置にあるときに前記背部に接触するよう配置されていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のルーバーが、前記少なくとも１つの第１のエンドプレートのブッシングによって回動可能に支持されている特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
さらに、前記第１の発電機及び前記第２の発電機を前記第１の垂直ルーバーが沈んでいる水塊の水面の上方に保持するよう構成された少なくとも１つの浮揚部材を具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
さらに、入ってくる流れを前記第１のルーバーに向けて導くよう配置された少なくとも１つのバッフルを具えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの浮揚部材が、第１の浮揚部材及び前記第１の浮揚部材から間隔を空けた第２の浮揚部材を具えており、
前記少なくとも１つのバッフルが、第１のバッフル及び前記第１のバッフルから間隔を空けた第２のバッフルを具えており、
前記第１のバッフルが前記第１の浮揚部材によって支持されており、
前記第２のバッフルが前記第２の浮揚部材によって支持されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の壁部が、前記第２の壁部に対して角度を成していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のルーバーが、前記第１のエンドプレートのブッシングによって回動可能に支持されていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、前記第１のルーバーが沈んでいる水塊の水面の上方に前記第１の発電機を保持するよう構成された少なくとも１つの浮揚部材を具えていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、入ってくる流れを前記第１のルーバーに向けて導くよう配置された少なくとも１つのバッフルを具えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの浮揚部材が、第１の浮揚部材及び前記第１の浮揚部材から間隔を空けた第２の浮揚部材を具えており、
前記少なくとも１つのバッフルが、第１のバッフル及び前記第１のバッフルから間隔を空けた第２のバッフルを具えており、
前記第１のバッフルが前記第１の浮揚部材によって支持されており、
前記第２のバッフルが前記第２の浮揚部材によって支持されていることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の壁部が前記第２の壁部に対して角度を成していることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【国際調査報告】
2011529151.tif 000029