(57)【要約】水平な水流、例えば、潮汐流又は河川流から発電する発電装置（１０）は、支持構体（１２）に固定されるハブ（３２）と、ハブ（３２）における垂直軸線の周りに回転するよう配置したパワーホイール（３４）とを有する。パワーホイール（３４）には、ロータベーン（３６）を設ける。１個又は複数個の発電機（３０）をハブ（３２）に設けて、電力の出力を生ずるようにする。シュラウド（６０）を、ハブ（３２）の周りに回転可能に取付け、またパワーホイール（３４）におけるロータベーン（３６）のうち少なくとも若干をカバーするよう配置する。方向コントローラ（７４）は、水流の向きに応じてシュラウドをハブ（３２）に対する所定回転方向に保持する。ハブ（３２）及びパワーホイール（３４）は制御された浮力を有し、したがって、最強の流れ又はフロー内に配置することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置において、
回転不能にされるハブと、
前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイールであって、パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させるよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールと、
前記ハブに対して回転可能に取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドと、
前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した方向コントローラと、
前記ハブに設けた少なくとも１個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成した、該発電機と
を備えた、発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の発電装置において、前記パワーホイール及びシュラウドは、それぞれ制御される浮力を有する、発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の発電装置において、前記シュラウドは、少なくとも１８０゜にわたり延在し、いかなる瞬間でも前記パワーホイールにおけるロータベーンの少なくとも半分をほぼカバーする、発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干をほぼカバーする、発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接する複数個の垂直方向に延在する開孔を有する、発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、水流を前記垂直軸線から遠ざけるよう転向させる複数個のシュラウドベーンを有する、発電装置。
【請求項７】
請求項６記載の発電装置において、前記シュラウドベーンは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干に隣接して低圧領域を生ずるよう構成した、発電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記方向コントローラは、前記シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有する、発電装置。
【請求項９】
請求項８記載の発電装置において、前記方向ベーンは、前記シュラウドの回転方向位置を調節するよう構成したトリミング装置を有する、発電装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の発電装置において、前記方向コントローラは、前記方向ベーンとはほぼ直径方向反対側の位置で前記シュラウドに連結したフローセパレータを有し、前記フローセパレータは、前記パワーホイールにおける前記ロータベーンに当たるほぼ水平な水流の少なくとも一部を転向させる形状に形成した、発電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の発電装置において、さらに、
前記ハブを回転不能に支持する支持構体と、
前記支持構体における前記ハブのレベルを制御するよう構成したハブレベルコントローラと
を備えた、発電装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の発電装置において、前記支持構体はほぼ垂直の支柱を有する、発電装置。
【請求項１３】
請求項１１〜１２のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記支持構体は、前記支持構体と前記ハブとの相対回転を阻止するよう前記ハブに設けた１個以上のキー手段に係合する１個以上のガイド手段を有する、発電装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記ハブレベルコントローラは、前記ハブに設けた１個以上の充満可能なバラストチャンバを有する、発電装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機それぞれは発電機チャンバ内に設け、前記発電機チャンバは、前記発電機チャンバのルーフにおける開口と、前記開口を封止カバーする取外し可能なカバーとを有する、発電装置。
【請求項１６】
請求項１１に従属する請求項１５記載の発電装置において、さらに、前記支持構体に設け、前記発電機の任意な１個を引上げるよう構成したクレーンを有する、発電装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記ハブに複数個の液圧ポンプを設け、各液圧ポンプは前記発電機のうち１個又は複数個を駆動する液圧流体をポンプ送給するよう構成した、発電装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の発電装置において、前記各液圧ポンプはポンプチャンバ内に設け、前記ポンプチャンバは、前記ポンプチャンバのルーフに開口を有し、前記各液圧ポンプは前記開口から引上げ可能とした、発電装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記ハブに複数個のトランスミッションを設け、前記各トランスミッションは、駆動力を前記パワーホイールに伝達して１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成した、発電装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電装置は、ほぼ垂直な支柱及び複数個のハブを有し、前記各ハブは前記支柱に対して回転不能にされ、また前記各ハブは、前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置した関連のパワーホイールであって、前記パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させて前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールを有する、発電装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のうちいずれか一項に記載の発電装置において、さらに、
前記ハブに設けた複数個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成し、前記各発電機は、前記パワーホイールの回転により駆動される関連の駆動手段を有するものとした、該発電機と、
前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるよう構成した発電機制御手段と
を備えた、発電装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記複数個の発電機のオン・オフを選択的に切替えるよう構成した電気的コントローラを有する、発電装置。
【請求項２３】
請求項２１又は２２記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す速度パラメータを検出するセンサを有する、発電装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記複数個の発電機それぞれを、前記検出した速度パラメータに応答して作動状態と不作動状態との間で切替えるよう構成した切替え手段を有する、発電装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータが前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示すとき、より多くの発電機を作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２６】
請求項２４〜２５のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定上側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定下側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を不作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記各駆動手段は、
前記パワーホイールによって駆動される一次駆動体と、
前記関連の発電機を駆動する駆動軸と、
前記一次駆動体と前記駆動軸との間に連結したトランスミッションと
を有する、発電装置。
【請求項２９】
請求項２７記載の発電装置において、前記発電装置は、前記パワーホイールに固着したリングギアであって、前記各一次駆動体を駆動するよう構成した、該リングギアを設けた一次トランスミッションを有する、発電装置。
【請求項３０】
請求項２８又は２９記載の発電装置において、前記各駆動手段は、前記駆動軸に対して前記発電機を選択的に係合又は離脱させるクラッチを有する、発電装置。
【請求項３１】
請求項２１〜２７のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記各駆動手段は、
前記ハブに設け、液圧流体をポンプ送給するよう構成した液圧ポンプと、
前記パワーホイールと前記液圧ポンプとの間を連結する一次トランスミッションと、
前記発電機に関連する液圧モータと、
前記液圧流体の流れを前記液圧モータに指向させるよう構成した液圧制御手段と
を有する、発電装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の発電装置において、前記一次トランスミッションは、前記パワーホイールに固着したリングギア及び複数個のピニオンを有し、前記各ピニオンは駆動軸によって前記液圧ポンプのうちの１つに連結した、発電装置。
【請求項３３】
請求項３１又は３２記載の発電装置において、前記液圧制御手段は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す速度パラメータを検出するセンサを有する、発電装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の発電装置において、前記液圧制御手段は、前記検出した速度パラメータに応答して前記液圧流体の流れを前記液圧モータのうち１個又は複数個に指向させるよう構成したバルブ切替え手段を有する、発電装置。
【請求項３５】
支持構体に対して回転不能にされたハブのほぼ垂直軸線周りに回転するよう配置したパワーホイールを設け、前記パワーホイールは複数個のロータベーンを有する発電装置を使用して水におけるほぼ水平な水流から発電する方法であって、
前記ハブに対して回転可能に取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドを設けるステップと、
前記ほぼ水平な水流内の運転位置で前記ハブを固定するステップと、
前記シュラウドを前記ほぼ水平な水流に整列させ、この整列は、前記発電装置の第１側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによってカバーされず、前記ほぼ水平な水流からの流体力を受けるよう、また前記発電装置の第２側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによって少なくとも部分的にカバーされて前記ほぼ水平な水流から流体力から前記ロータベーンを少なくとも部分的にシールドするように行うステップと、
前記パワーホイールに設けたロータベーンに加わる前記ほぼ水平な水流からの流体力によって前記パワーホイールを前記ハブの周りに回転するよう駆動するステップと、
前記パワーホイールの回転により前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するステップと
を有する、方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法において、前記シュラウドを整列させるステップは、前記シュラウドに設けた方向コントローラであって、前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した、該方向コントローラを設けることによって行う、方法。
【請求項３７】
請求項３５又は３６記載の方法において、前記方向コントローラは、前記シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有するものとし、前記シュラウドを整列させるステップは、前記方向ベーンが前記ほぼ水平な水流にほぼ整列するような平衡位置を前記シュラウドがとることができるステップを含む、方法。
【請求項３８】
請求項３５〜３７記載の方法において、前記シュラウドを整列させるステップは、さらに、前記方向ベーンの後端縁における回動可能なフランジ、例えば、トリムタブ、又はサーボタブの位置を調整することにより、前記シュラウドの回転方向位置を調節するステップを含む、方法。
【請求項３９】
請求項３５〜３８のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させるよう前記発電装置における前記ほぼ水平な水流を分離する分離ステップであって、前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させ、また前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部が前記発電装置の第２側面における前記シュラウドに通過するよう転向させる、該分離ステップを有する、方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、前記分離ステップは、前記方向ベーンとはほぼ直径方向反対側の位置で前記シュラウドに連結したフローセパレータによって行う、方法。
【請求項４１】
請求項３５〜４０のうちいずれか一項に記載の方法において、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接する複数個の垂直方向に延在する開孔を設け、前記複数個の垂直方向に延在する開孔の少なくとも若干に隣接して圧力が減少した領域を生ずるようにしたステップを有する、方法。
【請求項４２】
請求項３５〜４１のうちいずれか一項に記載の方法において、複数個のシュラウドベーンを設け、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンの少なくとも若干に隣接して低圧力領域を生ずるようにしたステップを有する、方法。
【請求項４３】
請求項３５〜４２のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記ハブを前記支持構体に沿って垂直方向に前記ほぼ水平な水流内の運転位置に移動するステップを有する、方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、さらに、前記ほぼ水平な水流内での最適レベルを選択し、前記ハブを前記最適レベルの運転位置に前記支持構体に沿って垂直方向に移動させるステップを有する、方法。
【請求項４５】
請求項４３又は４４記載の方法において、前記ハブを運転位置に移動させるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバに水を充満させるステップを含む、方法。
【請求項４６】
請求項４３〜４５のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記発電装置の少なくとも一部が水面の上方にくるメンテナンス位置に前記ハブを前記支持構体に沿って垂直方向に引上げるステップを有する、方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の方法において、前記ハブをメンテナンス位置に引上げるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバから水を排除するステップを含む、方法。
【請求項４８】
請求項３５〜４２記載の方法において、
前記パワーホイールの回転により複数個の駆動手段を駆動して加圧流体をポンプ送給するステップであって、前記各駆動手段は前記ハブの複数個の発電機の各１個に関連するものとしたステップと、
前記発電機が前記関連の駆動手段によって駆動されて電力を生成する作動状態と、前記発電機が電力を生成しない不作動状態との間で前記各発電機を選択的に切替えるステップと、
前記複数個の発電機から電力を生成するステップと
を有する、方法。
【請求項４９】
請求項４８記載の方法において、前記複数個の駆動手段を駆動するステップは、
前記パワーホイールの回転により複数個のポンプを駆動して加圧流体をポンプ送給するステップと、
前記ハブに設けた複数個の発電機の各１個に関連する複数個の液圧モータのうち１個又は複数個に加圧した液圧流体を選択的に指向させるステップと
を含む、方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の方法において、前記複数個のポンプを駆動するステップは、前記パワーホイールに固着したリングギアから複数個のピニオンを駆動するステップを含み、前記各ピニオンは駆動軸によって前記液圧ポンプのうちの１つに連結した、方法。
【請求項５１】
請求項４８〜５０記載の方法において、前記方法は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す回転速度パラメータを検出するステップを有する、方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法において、前記方法は、前記ほぼ水平な水流の速度を示す水流速度パラメータを検出するステップを有する、方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の方法において、前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した回転速度パラメータ及び前記検出した水流速度パラメータのうち一方又は双方に基づいて、作動状態に切替えるべき発電機の数を選択するステップを含む、方法。
【請求項５４】
請求項５１〜５３記載の方法において、前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した速度パラメータのうち１つ又は複数が、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示す、又は前記ほぼ水平な水流の速度の増加を示すとき、作動状態に切替えるべき発電機をより多く選択するステップを含む、方法。
【請求項５５】
請求項５１〜５４記載の方法において、前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した速度パラメータが、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の低下を示す、又は前記ほぼ水平な水流の速度の低下を示すとき、作動状態に切替えるべき発電機をより少なく選択するステップを含む、方法。
【請求項５６】
請求項３５〜５５のうちいずれか一項に記載の方法において、前記発電装置を請求項１〜３４のうちいずれか一項に記載の発電装置とした、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ水平な水流、例えば、潮汐流又は河川流から発電する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
潮汐流発電機は、一般的に水平軸線の周りに回転するベーン又はブレードを使用する。特許文献１（英国特許第２３４８２５０号）は、川底又は海底に取付けた支柱を有する潮汐流発電機について記載している。この発電機は、水平軸線の周りに回転するブレードを有するタービンユニットを含む。このタービンユニットは支柱内に保持した円筒形タンクによって、支柱に沿って昇降する。圧縮空気により水を押しのけることによってタンクから水を排除し、タンクが水面上に突出する位置までタンクを浮力で浮上させる。タービンユニットをタンクに固着し、これにより、タンクが浮上位置にあるときタービンユニットは少なくとも部分的に水面上にくる。支柱は、支柱の内側に保持したタンクに固着したタービンがタンクとともに昇降できるようにした長手方向溝孔を有する。支柱は長手方向溝孔を設けることによって脆弱化される。タービンユニットは一方向にのみ対面し、したがって、潮汐流がタービンユニットの回転軸線に平行であるときのみ最大電力を生ずる。
【０００３】
潮汐流発電機に対して垂直軸線の周りに回転するベーンを設けることも知られている。特許文献２（国際特許公開第２００８／０５０１４９号）は、係留した浮桟橋を備え、浮桟橋内に水平ダクトを貫通させた潮汐流発電機について記載している。タービンはダクト内で垂直軸線周りに取付け、ダクト内の垂直方向転向ベーンは、水流をタービンのベーンに向かわせるよう転向させる。タービンは水面直下のレベルにのみ位置決めされる。浮桟橋は固定位置に係留され、またダクトの長手方向軸線に潮汐流が平行になるときのみ最大電力を生ずることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第２３４８２５０号明細書
【特許文献２】国際特許公開第２００８／０５０１４９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の潮汐流発電機における他の問題点は、特定潮汐流速で作動するよう最適化されている点である。回転式発電機は、特定回転速度で最大効率を得るよう設計される。潮力発電装置内の水タービンは、発電機に回転するよう連結されており、したがって、潮汐流速が増大するとき、水タービンの水流速度が増加し、また発電機の回転速度が増加する。設計潮汐流速よりも高い又は低い潮汐流速では、発電機は最大効率で作動できない。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題のうち１つ以上を克服するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を提供し、この発電装置は、
回転不能にされたハブと、
前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイールであって、パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させるよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールと、
前記ハブに対して回転可能に取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドと、
前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した方向コントローラと、
前記ハブに設けた少なくとも１個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成した、該発電機と
を備える。
【０００８】
ハブは特別な形状及び構造のいずれにも限定されるものではなく、固定又は移動可能な構体の任意の部分を構成し、この部分の周りにパワーホイールを回転可能に配置する。シュラウドはパワーホイール又はハブに直接的に回転可能に取付けることができ、これにより、シュラウドはハブに対して直接的又は間接的に、回転可能に取付けることができる。
【０００９】
パワーホイールは回転軸受によってハブに回転可能に取付ける。シュラウドはハブ又はパワーホイールに回転軸受によって回転可能に取付けることができる。パワーホイール及びシュラウドは、それぞれ制御される浮力を有し、例えば、部分的に充填されて浮力を制御される浮力チャンバを有し、回転軸受に伝達される垂直方向荷重を軽減することができる。
【００１０】
シュラウドは、少なくとも１８０゜にわたり延在し、いかなる瞬間でも前記パワーホイールにおけるロータベーンの少なくとも半分をほぼカバーする。実際上は、カバーする最適範囲は試験によって決定し、また１８０゜より大きく又は小さく、半分より多い又は少ないベーンをカバーするものとすることができる。
【００１１】
シュラウドは、ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干をほぼカバーする。
【００１２】
シュラウドは連続的なものとすることができる。シュラウドは、複数個の垂直方向に延在する開孔又は溝孔を有することができる。開孔又は溝孔は、ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接させることができる。シュラウドの形状は、複数個の垂直方向に延在する開孔又は溝孔のうち少なくとも若干に隣接して圧力減少領域を生ずる形状に形成することができる。
【００１３】
シュラウドは、水流を前記垂直軸線から遠ざけるよう転向させる複数個のシュラウドベーンを有することができる。シュラウドベーンは、ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干に隣接して低圧領域を生ずるよう構成し、この低圧領域は、例えば、シュラウドベーンの後端縁で渦流を減少するのを促進する形状によって達成する。
【００１４】
方向コントローラは、シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有する。方向ベーンは、シュラウドの回転方向位置を調節するよう構成したトリミング装置を有することができる。トリミング装置は、方向ベーンの後端縁における回動可能なフランジ、例えば、トリムタブ、又はサーボタブを有することができる。トリミング装置は回動可能に調整できるものとする。トリミング装置の調整は手動で又は自動的に、例えば液圧ラムによって制御することができる。
【００１５】
方向コントローラは、方向ベーンとはほぼ直径方向反対側の位置でシュラウドに連結したフローセパレータを有し、フローセパレータは、パワーホイールにおける前記ロータベーンに当たるほぼ水平な水流の少なくとも一部を転向させる形状に形成する。フローセパレータは流入ダクトを有することができる。この流入ダクトはベンチュリ管部を有することができる。流入ダクトは、パワーホイールのロータベーンへのほぼ水平な水流の速度を増加するよう構成した回動可能に調整できる流入ガイドベーンを有することができる。流入ガイドベーンの調整は、手動で又は自動的に、例えば液圧ラムによって制御することができる。
【００１６】
方向コントローラはシュラウドに固定することができる。方向コントローラはシュラウドと一体にすることができる。
【００１７】
フローセパレータは、シュラウドのシュラウドベーンに当たるほぼ水平な水流の少なくとも一部を転向させる形状に形成することができる。シュラウドベーンは、フローセパレータからシュラウドの中間ポイントにいたるまで、垂直軸線に対してフローセパレータから約９０゜の範囲にわたり延在するシュラウドの部分に設けることができる。換言すれば、垂直軸線からフローセパレータにいたる半径方向ラインが、垂直軸線から中間ポイントにいたる半径方向ラインに対して約９０゜の角度をなす。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、支持構体に対して回転不能にされたハブのほぼ垂直軸線周りに回転するよう配置したパワーホイールを設け、前記パワーホイールは複数個のロータベーンを有する発電装置を使用して水におけるほぼ水平な水流から発電する方法を提供し、この方法は、
前記ハブに回転するよう取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドを設けるステップと、
前記ほぼ水平な水流内の運転位置で前記ハブを固定するステップと、
前記シュラウドを前記ほぼ水平な水流に整列させ、この整列は、前記発電装置の第１側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによってカバーされず、前記ほぼ水平な水流からの流体力を受けるよう、また前記発電装置の第２側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによって少なくとも部分的にカバーされて前記ほぼ水平な水流から流体力から前記ロータベーンを少なくとも部分的にシールドするように行うステップと、
前記パワーホイールに設けたロータベーンに加わる前記ほぼ水平な水流からの流体力によって前記パワーホイールを前記ハブの周りに回転させるステップと、
前記パワーホイールの回転により前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するステップと
を有する。
【００１９】
シュラウドを整列させるステップは、前記シュラウドに設けた方向コントローラであって、前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した、該方向コントローラを設けることによって行う。
【００２０】
方向コントローラは、シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有するものとし、前記シュラウドを整列させるステップは、前記方向ベーンが前記ほぼ水平な水流にほぼ整列するような平衡位置を前記シュラウドがとることができるステップを含む。シュラウドを整列させるステップは、さらに、前記方向ベーンの後端縁における回動可能なフランジ、例えば、トリムタブ、又はサーボタブの位置を調整することにより、前記シュラウドの回転方向位置を調節するステップを含む。調整は手動で又は自動的に行うことができる。
【００２１】
本発明の方法は、さらに、ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させるよう前記発電装置における前記ほぼ水平な水流を分離する分離ステップであって、前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させ、また前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部が前記発電装置の第２側面における前記シュラウドに通過するよう転向させる、該分離ステップを有する。
【００２２】
分離ステップは、方向ベーンとはほぼ径方向反対側の位置で前記シュラウドに連結したフローセパレータによって行う。フローセパレータは、ほぼ水平の水流の少なくとも一部を流入ダクトから発電装置の第１側面側におけるパワーホイールのロータベーンに向けて転向させる。この流入ダクトはベンチュリ管部を有する。本発明の方法は、回動可能に調整できる流入ガイドベーンを制御して、発電装置の第１側面側におけるパワーホイールのロータベーンに当たるほぼ水平の水流の速度を増加させるステップを有する。
【００２３】
本発明の方法は、ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接し、垂直方向に延在する複数個の開孔又は溝孔を設け、前記複数個の垂直方向に延在する開孔又は溝孔のうち、少なくとも若干の開孔又は溝孔に隣接する圧力が減少した領域を形成するステップを有する。
【００２４】
本発明の方法は、複数個のシュラウドベーンを設け、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンの少なくとも若干に隣接して低圧力領域を生ずるようにしたステップを有する。
【００２５】
本発明の第３及び第４の態様は、浮揚性を有し沈降可能な垂直軸潮汐流発電機に関する。本発明の第３及び第４の態様における任意の又はすべての特徴は、本発明の第１及び第２の態様における特徴と組合せることができる。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を提供し、この発電装置は、
支持構体と、
前記支持構体に回転不能に支持されたハブと、
前記支持構体における前記ハブのレベル（高さ位置）を制御するよう構成したハブレベルコントローラと、
前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイールであって、パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させるよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールと、
前記ハブに設けた少なくとも１個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成した、該発電機と
を備える。
【００２７】
ハブは、支持構体が貫通する開孔を有する。
【００２８】
支持構体はほぼ垂直な支柱とすることができる。支持構体はほぼ水平な水流の下方の底床に固定することができる。支持構体はハブが運転位置の下方に移動するのを防止する止め部材を有することができる。
【００２９】
支持構体は１個又は複数個のガイド手段を有し、このガイド手段にはハブのおける１個又は複数個のキー手段が係合し、支持構体とハブとの相対回転を防止する。ガイド手段は雄型又は雌型のガイド手段、例えば、垂直方向に延在するスプライン又は溝形部（チャネル）とすることができる。キー手段は、ガイド手段が係合する雌型又は雄型のキー手段、例えば、垂直方向に延在する溝形部又はドッグとすることができる。
【００３０】
ハブレベルコントローラは、前記ハブに設けた１個以上の充満可能なバラストチャンバを有することができる。
【００３１】
発電機それぞれは発電機チャンバ内に設け、前記発電機チャンバは、前記発電機チャンバのルーフにおける開口と、前記開口を封止カバーする取外し可能なカバーとを有することができる。
【００３２】
各発電機は、例えば、メンテナンス目的、又は取外し若しくは交換のために開口から引上げることができる。
【００３３】
本発明装置は支持構体に設けたクレーンを有することができる。このクレーンは装置の各発電機又は他のコンポーネントを引上げることができる。
【００３４】
本発明装置は、ハブに複数個の液圧ポンプを設け、各液圧ポンプは前記発電機のうち１個又は複数個を駆動する液圧流体をポンプ送給するよう構成する。
【００３５】
各液圧ポンプはポンプチャンバ内に設け、前記ポンプチャンバは、前記ポンプチャンバのルーフに開口及びこの開口を封止可能にカバーする取外し可能なカバーを有する。各液圧ポンプは、例えば、メンテナンス目的、又は取外し若しくは交換のために開口から引上げることができる。一実施形態において、各ポンプチャンバは発電機チャンバの下側に配置し、また各液圧ポンプは発電機チャンバの開口から引上げ可能にすることができる。他の実施形態において、各ポンプチャンバは発電機チャンバの側方に隣接させて配置することができる。
【００３６】
代案として、本発明装置は、ハブに複数個のトランスミッションを設け、前記各トランスミッションは、駆動力を前記パワーホイールに伝達して１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成する。
【００３７】
発電装置は、ほぼ垂直な支柱及び複数個のハブを有し、前記各ハブは前記支柱に対して回転不能にされ、また前記各ハブは、前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置した関連のパワーホイールであって、前記パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させて前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールを有する。
【００３８】
本発明の第４の態様によれば、支持構体に対して回転不能にされたハブのほぼ垂直軸線周りに回転するよう配置したパワーホイールを設けた発電装置を使用して水におけるほぼ水平な水流から発電する方法を提供し、この方法は、
前記ハブを前記支持構体に沿って垂直方向に前記ほぼ水平な水流内の運転位置に移動するステップと、
前記パワーホイールに設けたロータベーンに加わる前記ほぼ水平な水流からの流体力によって前記パワーホイールを前記ハブの周りに回転させるステップと、
前記パワーホイールの回転により前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するステップと
を有する。
【００３９】
ハブを垂直方向に移動させるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバに水を導入することによりハブを降下させるステップを含むことができる。水は、水のポンプ送給によって、又は１個又は複数個の開口を開放し、静水圧及び／又は重力の下に１個又は複数個の充満可能なバラストチャンバ内に水が入り込むことができるようにすることによって、導入することができる。
【００４０】
ハブは、支持構体を包囲するよう構成することができる。
【００４１】
本発明の方法は、ほぼ水平な水流内での最適なレベル（高さ位置）を選択し、前記ハブを前記最適レベルの運転位置に前記支持構体に沿って垂直方向に移動させるステップを有する。
【００４２】
支持構体はほぼ垂直な支柱とすることができる。支持構体は止め部材を有し、またハブを支持構体に沿って垂直方向に移動させるステップは、ハブが所定運転位置にあるとき、ハブが止め部材に係合するまでハブを移動させるステップを含む。
【００４３】
支持構体は１個又は複数個のガイド手段を有し、このガイド手段にはハブのおける１個又は複数個のキー手段が係合し、支持構体とハブとの相対回転を防止する。ガイド手段は雄型又は雌型のガイド手段、例えば、垂直方向に延在するスプライン又は溝形部（チャネル）とすることができる。キー手段は、ガイド手段が係合する雌型又は雄型のキー手段、例えば、垂直方向に延在する溝形部又はドッグとすることができる。
【００４４】
本発明の方法は、発電装置に対してメンテナンス作業を行うことができるよう、ハブを支持構体に沿ってメンテナンス位置に引上げるステップを有する。このメンテナンス位置は、発電装置の少なくとも一部が水面の上方にくる位置とすることができる。
【００４５】
ハブを運転位置に移動させるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバに水を充満させるステップを含む。
【００４６】
ハブをメンテナンス位置に引上げるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバから水を排除するステップを含む。水は、水をポンプ排水によって、又はコンプレッサからの空気で水を押し出すことによって、排除することができる。
【００４７】
本発明の方法は、ハブがメンテナンス位置にあるとき、関連の発電機チャンバから１個又は複数個の発電機を引上げるステップを有する。発電機は、メンテナンス目的、又は取外し若しくは交換のために引上げることができる。
【００４８】
関連の発電機チャンバから１個又は複数個の発電機を引上げるステップは、支持構体に設けたクレーンを使用して実施することができる。
【００４９】
本発明の発電装置はハブに設けた複数個の液圧ポンプを有し、各液圧ポンプは前記発電機のうち１個又は複数個を駆動する液圧流体をポンプ送給するよう構成し、また本発明の方法は、ハブがメンテナンス位置にあるとき関連のポンプチャンバから１個又は複数個の液圧ポンプを引上げるステップを有する。液圧ポンプはメンテナンス目的、又は取外し若しくは交換のために引上げることができる。
【００５０】
本発明の第５及び第６の態様によれば、複数の切替え可能発電ユニットを有する潮汐流発電機に関する。本発明の第５又は第６の態様における任意の又はすべての特徴は、本発明の第１、第２、第３又は第４の態様における特徴と組合せることができる。
【００５１】
本発明の第５態様によれば、ほぼ水平な水流から運動エネルギーから電気エネルギーに変換する発電装置を提供し、この発電装置は、
回転不能にされたハブと、
前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイールであって、パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させるよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールと、
前記ハブに設けた複数個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成した、該発電機と、
前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるよう構成した発電機制御手段と
を備える。
【００５２】
発電機制御手段は、前記複数個の発電機のオン・オフを選択的に切替える、例えば、発電機の電磁場をスイッチオフにすることによって、切替えるよう構成した電気的コントローラを有することができる。
【００５３】
発電機制御手段は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す速度パラメータを検出するセンサを有することができる。
【００５４】
発電機制御手段は、前記複数個の発電機それぞれを、前記検出した速度パラメータに応答して作動状態と不作動状態との間で切替えるよう構成した切替え手段を有することができる。発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータが前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示すとき、より多くの発電機を作動状態に切替えるよう構成することができる。発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定上側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を作動状態に切替えるよう構成することができる。発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定下側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を不作動状態に切替えるよう構成することができる。
【００５５】
一実施形態において、各駆動手段は、
前記パワーホイールによって駆動される一次駆動体、例えばピニオンと、
前記関連の発電機を駆動する駆動軸と、
前記一次駆動体と前記駆動軸との間に連結したトランスミッションと
を有することができる。
連結は直接的又は間接的に行うことができる。
【００５６】
本発明の発電装置は、パワーホイールに固着したリングギアであって、前記各一次駆動体を駆動するよう構成した、該リングギアを設けた一次トランスミッションを有することができる。リングギアは一体部品として製造するか、又は複数個のセグメント部品から組立てることができる。
【００５７】
各駆動手段は、前記駆動軸に対して前記発電機を選択的に係合又は離脱させるクラッチを有することができる。
【００５８】
他の実施形態において、各駆動手段は、
前記ハブに設け、液圧流体をポンプ送給するよう構成した液圧ポンプと、
前記パワーホイールと前記液圧ポンプとの間を連結する一次トランスミッションと、
前記発電機に関連する液圧モータと、
前記液圧流体の流れを前記液圧モータに指向させるよう構成した液圧制御手段と
を有することができる。
【００５９】
一次トランスミッションは、前記パワーホイールに固着したリングギア及び複数個のピニオンを有し、前記各ピニオンは駆動軸によって前記液圧ポンプのうちの１つに連結することができる。
【００６０】
液圧制御手段は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す速度パラメータを検出するセンサを有することができる。
【００６１】
液圧制御手段は、前記検出した速度パラメータに応答して前記液圧流体の流れを前記液圧モータのうち１個又は複数個に指向させるよう構成したバルブ切替え手段を有することができる。液圧制御手段は、検出した速度パラメータが、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示すとき、液圧流体の流れを選択的により多い数の液圧モータに指向させるよう構成することができる。液圧制御手段は、検出した速度パラメータが、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の減少を示すとき、液圧流体の流れを選択的により少ない数の液圧モータに指向させるよう構成することができる。
【００６２】
液圧制御手段は、所定液圧流体流条件、例えば、モータ故障又は漏洩から生ずる圧力上昇又は圧力低下に応答して、１個又は複数個の液圧モータに対して液圧流体の流れを指向させる、又は阻止するよう構成したバルブ切替え手段を有することができる。バルブ切替え手段は、各液圧モータに関連する液圧バルブを有することができる。バルブ切替え手段は、バルブ切替え手段、又は圧力パイロットバルブ若しくは負帰還パイロットバルブを制御するマイクロプロセッサを有することができる。バルブ切替え手段は、各液圧バルブに関連する電気的コントローラを有することができ、電気的コントローラは、マイクロプロセッサからの制御信号に従って関連の液圧バルブを開閉するよう構成することができる。
【００６３】
本発明の第６の態様によれば、支持構体に対して回転不能にされたハブのほぼ垂直軸線周りに回転するよう配置したパワーホイールを設けた発電装置を使用して水におけるほぼ水平な水流から発電する方法を提供し、この方法は、
前記パワーホイールの回転により複数個の駆動手段を駆動して加圧流体をポンプ送給するステップであって、前記各駆動手段は前記ハブの複数個の発電機の各１個に関連するものとしたステップと、
前記発電機が前記関連の駆動手段によって駆動されて電力を生成する作動状態と、前記発電機が電力を生成しない不作動状態との間で前記各発電機を選択的に切替えるステップと、
前記複数個の発電機から電力を生成するステップと
を有する。
【００６４】
複数個の駆動手段を駆動するステップは、
前記パワーホイールの回転により複数個のポンプを駆動して加圧流体をポンプ送給するステップと、
前記ハブに設けた複数個の発電機の各１個に関連する複数個の液圧モータのうち１個又は複数個に加圧した液圧流体を選択的に指向させるステップと
を含むことができる。
【００６５】
前記複数個のポンプを駆動するステップは、前記パワーホイールに固着したリングギアから複数個のピニオンを駆動するステップを含み、前記各ピニオンは駆動軸によって前記液圧ポンプのうちの１つに連結することができる。
【００６６】
本発明の方法は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す回転速度パラメータを検出するステップを有することができる。
【００６７】
本発明の方法は、前記ほぼ水平な水流の速度を示す水流速度パラメータを検出するステップを有することができる。
【００６８】
複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した回転速度パラメータ及び前記検出した水流速度パラメータのうち一方又は双方に基づいて、作動状態に切替えるべき発電機の数を選択するステップを含むことができる。
【００６９】
複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した速度パラメータが、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示す、又は前記ほぼ水平な水流の速度の増加を示すとき、作動状態に切替えるべき発電機をより多く選択するステップを含むことができる。
【００７０】
複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるステップは、前記検出した速度パラメータが、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の低下を示す、又は前記ほぼ水平な水流の速度の低下を示すとき、作動状態に切替えるべき発電機をより少なく選択するステップを含むことができる。
【００７１】
本明細書中、用語「潮汐流発電機」は、ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を意味し、海、河口又は河川で使用する装置も本発明の範囲内に含むものである。用語「海底」は、河口底、河川底を含む任意な水底も本発明の範囲に含むものである。
【００７２】
本発明を以下に添付図面につき、単に例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による潮汐流発電機の斜視図である。
【図２】図１の潮汐流発電機を反対側から見た斜視図である。
【図３】図１の潮汐流発電機のパワーホイール、ハブ及びシュラウドの拡大図である。
【図４】図３のパワーホイール、ハブ及びシュラウドを反対側から見た拡大図である。
【図５】本発明による２個のパワーホイールを有する他の潮汐流発電機であり、海底に対する代替的アタッチメントを示す斜視図である。
【図６】本発明による他の潮汐流発電機のハブ及びパワーホイールにおける部分断面図である。
【図７】本発明による他の潮汐流発電機のハブのサイロを示す。
【図８】図７のサイロに取付けた液圧ポンプを示す。
【図９】本発明による他の潮汐流発電機のハブ及びパワーホイールにおける部分断面図である。
【図１０】本発明による他の潮汐流発電機のハブにおける部分断面図である。
【図１１】本発明による潮汐流発電機の多重発電機における経時的な動作を示すグラフである。
【図１２】本発明による潮汐流発電機におけるシュラウドに関する他の実施形態の略図的平面図である。
【図１３】本発明による潮汐流発電機におけるシュラウドに関するさらに他の実施形態の略図的平面図である
【図１４】図１３のシュラウドを側方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
浮揚性潜水可能垂直軸潮汐流発電機の動作を以下に説明する。
【００７５】
図１及び図２は、ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する、一般的に潮汐流（潮力）発電機と称される発電装置１０を示す。この装置は、海底土台１４に支持するほぼ垂直の支持構体１２を有する。図示の実施例において、支持構体は、海底土台に、任意な手段、例えば図５に示すような三脚構体１６によって固定した支柱とする。三脚構体１６は、３個の杭スリーブ１８に係合する３個の杭によって海底土台に係留することができる。しかし、任意の適当な構体、例えば、格子構体又は複数の支柱若しくは杭を使用することができる。さらに、構体を海底土台に支持する任意の適当な支持手段、例えば、重力構体、又は支持構体の支柱を直接海底に直接打込むことによる直接支持体を使用することができる。
【００７６】
支柱は海底土台から垂直方向に高い水位より上方のレベルまで延在する。支柱１２の頂部には、海洋構体にはよく知られている種類のアクセスプラットホーム２０を設ける。このアクセスプラットホームは、ボートがアクセスできるアクセス用の設備を有し、またヘリコプターがアクセスできる着陸ヘリポートを有することができる。図示の実施例において、クレーン２２をアクセスプラットホーム２０に設け、以下に説明するように、コンポーネントを発電ユニット３０に対して取付け及び取外しをするのに使用する。
【００７７】
発電ユニット３０は、支柱１２に対して回転不能にされたハブ３２と、ハブ３２におけるほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイール３４とを有する。パワーホイール３４にはロータベーン３６を設け、これらロータベーン３６は頂部リング４０、中間リング４２及び底部リング４４間で垂直方向に延在し、これらリングは外側シリンダ４６から半径方向に突出する。ベーン３６は、発電ユニット３０を通過してパワーホイール３４に流れ、これによりパワーホイール３４を駆動する水平な水流からのエネルギー伝達を最大化する形状にする。ハブ３２は、パワーホイール３４をロックしてメンテナンス及び昇降中の回転を防止することができる液圧ブレーキ（図示せず）を有する。
【００７８】
パワーホイールは異なる多数のやり方でハブに連結することができる。図６の実施例においては、パワーホイール３４は、内方に突出するフランジ１０２であって、ハブ３２に対して回転するころ軸受１０４に載置するフランジ１０２によって支持する。パワーホイールは、外側シリンダ４６の内側に多数の浮揚性コンパートメント１０６を有する。フランジ１０２の内側端縁にはリングギア１０８を設け、このリングギア１０８は半径方向内方に突出するギア歯を有し、以下に説明するようにピニオン１１２を介して複数の液圧ポンプ１１０を駆動する。
【００７９】
図６はハブ３２を通過する半径方向断面を示す。ハブ３２はほぼ環状体の形状を有し、支柱１２の周りに延在する。ハブは、支柱１２に沿って長手方向に延在する対応の溝形部５２に係合するトルクキー５０によって、支柱の周りに回転するのを阻止される。必要であれば、支柱１２は、１個より多い例えば、４個の溝形部５２を支柱の周縁に等間隔で配置することができる。この場合、ハブ３２は４個のトルクキー５０を設け、各トルクキーを溝形部５２に係合させる。代案として、支柱１２における溝形部５２の代わりにスプライン（図示せず）を設け、これらスプラインをハブ３２に設けたトルク溝（図示せず）に係合させる。ハブ３２はバラスト操作によって、制御して自由に昇降する。１個以上の止め部材５４を支柱１２に設け、ハブが止め部材５４の下方に通過できないようにする。一般的に、止め部材は支柱１２を取り囲む固定リングとするか、又は最大潮汐流の適当なレベルに配置した溝形部５２に配置した多数のブロックとし、発電ユニット３２が運転位置で止め部材３４上に載置するよう下降することができる。一般的に、運転位置は、装置を航行可能潮汐流水内に据付けるとき発電ユニット３０の頂面上方に少なくとも１０ｍのクリアランスがあり、１０ｍ未満の喫水を有する船舶が発電ユニット３０上を通過できるような深さである。
【００８０】
ハブ３２は多数の個別チャンバを有する。ハブは多数の個別セグメントとして作製し、これらセグメントは工場又は現場で組付ける。
【００８１】
代表的には、各チャンバは周方向に例えば、４５゜にわたり部分的に延在する。半径方向の延在する内部隔壁を設けて隣接チャンバを分離する。
【００８２】
チャンバは異なる目的を果たすよう作用する。ポンプチャンバ１２０は液圧ポンプ１１０を収容する。発電機チャンバ１２２は液圧モータ１２４及びオルタネータ１２６を収容する。機械類チャンバ１２８は液圧的又は電気的制御装置及び／又は圧縮空気タンクを収容する。バラストチャンバ１３０は発電ユニット３０の昇降を制御するのに使用する充満可能なチャンバである。図６に示すチャンバ構成は単に例示的なものであり、チャンバの相対的位置、形状及びサイズは発電ユニット３０の特別な要件に適合するよう変化し得る。
【００８３】
発電装置はハブレベルコントローラ（図示せず）を有し、ハブ３２の支柱１２におけるレベルを制御する。代表的には、ハブレベルコントローラはマイクロプロセッサ制御のユニットとし、センサからの及び／又は作業員による指令からの情報を処理し、またハブ３２の支柱１２又は他の支持構体における位置決めを統制する電気的及び／又は液圧的及び／又は空気的装置を制御することができる。ハブ３２は、バラストチャンバが満杯でないとき浮揚性を示し、またメンテナンス位置で水面上に浮遊する。メンテナンス位置にあるときにパワーホイール３４は、例えば、液圧的に制御されるロックピンによってロックし、ハブ３２に対する相対回転を阻止する。ハブレベルコントローラはバラストチャンバ１３０のバラスト操作を制御し、ハブ３２を支柱１２に対して昇降させる。ハブ３２を下降させるため、ハブレベルコントローラはポートの開放を制御し、水をバラストチャンバ１３０内に流入させる。ハブレベルコントローラは、沿岸又は船舶から無線リンクにより遠隔制御することができる。バラストチャンバが満杯であるとき、ハブ３２は重力で下降し、最終的に最適作動位置に発電ユニット３０がくるよう位置決めされる止め部材５４に達する。ハブ３２を上昇させるためには、ハブレベルコントローラはコンプレッサを制御し、このコンプレッサは空気をバラストチャンバ１３０内にポンプ送給して、水を排除する。バラストチャンバが十分空状態になるとき、ハブ３２は自身の浮力で浮上し、最終的にメンテナンス位置に浮遊する水面に達する。任意の適当なバラスト操作システム、例えば、水ポンプバラストシステムを使用することができる。
【００８４】
ハブ３２は、ハブに設けた１個以上の発電機を有するものとし、ハブ３２に対するパワーホイール３４に回転から導出した電力出力を生ずるよう構成する。図示の実施例において、オルタネータ１２６の形式とした、それぞれ個別の発電機チャンバ１２２内に配置した８個の発電機を設ける。各オルタネータ１２６は液圧モータ１２４により駆動し、この液圧モータ１２４も発電機チャンバ１２２内に配置し、また液圧モータ１２４自体はポンプ送給液圧流体によって駆動する。ポンプ送給液圧流体は、８個の液圧ポンプ１１０によって供給され、これら液圧ポンプ１１０はパワーホイール３４のギアリング１０８によって駆動する。各液圧ポンプ１１０は個別のポンプチャンバ１２０内に設ける。
【００８５】
液圧コントローラ（以下に詳細に説明する）は、８個の液圧ポンプ１１０によって生ずるポンプ送給液圧流体が必要な数の液圧モータ１２４に流れるのを制御し、これら液圧モータ１２４の数は、潮汐流の速度に応じて１個〜８個の間の任意な数とすることができる。
【００８６】
図７に示す一実施形態において、各発電機チャンバ１２２及び関連のポンプチャンバ１２０は、ともに水密サイロ１４０を形成する。発電機チャンバ１２２はポンプチャンバ１２０から取外し可能な水密隔壁１４２によって分離する。発電機チャンバ１２２はルーフに開口４４を有する。取外し可能なカバー１４６はこの開口をカバーしまた封止する。オルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を取外すのが必要な場合（例えば、交換又はメンテナンスのため）、ハブは支柱１２において垂直方向に、ハブ３２の上面が水面上にくるメンテナンス位置まで浮上させることができる。このとき、カバー１４６を、例えばハブ３２上に立つ作業員が取外し、例えば、隣接のアクセスチャンバ又は機械類チャンバ１２８から発電機チャンバ１２２に進入する作業員によってオルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を切り離すことができ、アクセスチャンバ又は機械類チャンバ１２８自体は、ハブ３２の頂面からアクセスするマンホールを有し、また水密アクセス通路１４８によって発電機チャンバ１２２に連結することができる。次に、クレーン２２を使用して、オルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を発電機チャンバ１２２から開口１４４を経てアクセスプラットホーム１２０まで引上げ、このアクセスプラットホーム１２０でメンテナンスを行う。代案として、クレーン１２２はオルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を陸地輸送用の支援船（図示せず）に引上げることができる。
【００８７】
発電装置１０は多数の発電機１２６を有するので、１個の発電機を取外しても発電動作を継続して発電することができる。
【００８８】
液圧ポンプ１１０を交換又はメンテナンスのために取外す必要がある場合、オルタネータ１２６及び液圧モータ１２４を先ず上述したように取外す。次に、隔壁１４２を発電機チャンバ１２２内で作業員が取外す。液圧ポンプは、ギア１５２を液圧ポンプに結合しまた液圧ポンプ１１０を駆動する駆動軸１５０から切り離す。駆動軸１５０との連結は簡単なスプライン１５８によって行い、したがって、ポンプは駆動軸１５０から容易に引上げることができる。図７及び８の実施形態において、ギア１５２及びギアリング１０８は水密チャンバ内に存在せず、ポンプ１１０とポンプチャンバ１２０のフロア１５６との間における外部水圧封止ガスケット１５４を設ける。ポンプ１１０をポンプチャンバ１２０から取外すため、作業員はポンプ１１０をポンプチャンバ１５６のフロアに固定する固定ボルトを取外さなければならない。この実施例において、このことはダイバーがしなければならないが、ハブはメンテナンス位置に引上げられているので、必要とされる潜水は比較的浅く、容易である。
【００８９】
ポンプ１１０をポンプチャンバ１２０から離脱させた後、クレーン２２を使用して、ポンプ１１０をポンプチャンバ１２０及び発電機チャンバ１２２から開口１４４を経由してアクセスプラットホーム２０に引上げ、このアクセスプラットホーム２０でメンテナンスを行うことができる。代案として、クレーン２２は、陸地輸送のための支援船（図示せず）に引上げることができる。
【００９０】
図９に示す他の実施形態において、発電機チャンバ１２２及び発電機１２６のそれぞれは、関連ポンプ１１０の内側に配置する。発電機チャンバ１２２は、水密サイロ１４０を形成し、またルーフに開口１４４を有する。取外し可能なカバー１４６が図３に示すようにこの開口をカバー及び封止する。オルタネータ１２６を交換又はメンテナンスのために取外す必要がある場合、ハブを支柱１２に沿って垂直方向に、ハブ３２の上面が水面上方にくるメンテナンス位置まで引上げる。次に、カバー１４６を、例えばハブ３２上に立つ作業員が取外し、またオルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を、例えば隣接のアクセスチャンバ又は機械類チャンバ１２８から発電機チャンバ１２２に進入する作業員によって切離すことができ、アクセスチャンバ又は機械類チャンバ１２８自体は、ハブ３２の頂面からのマンホールアクセス１７０を有し、また水密アクセス通路１４８によって発電機チャンバ１２２に連結されている。次に、クレーン２２を使用して、上述したように、オルタネータ１２６及び／又は液圧モータ１２４を発電機チャンバ１２２から開口１４４を経由して引上げることができる。
【００９１】
図９の実施形態において、ポンプ１１０はハブ３２の上側面に配置し、したがって、メンテナンス目的のアクセスが容易である。ピニオン１１２は、ポンプ１１０の軸に連結し、またパワーホイール３４のリングギア１０８に係合する。図３及び４に示すように回動可能なピニオンカバー１７４を設ける。図１〜５の実施形態において、リングギア１０８はパワーホイール３４の中心リング４２に配置し、これによりロータベーンはリングギア１０８の上方及び下方に突出する。しかし、リングギア１０８はパワーホイール３４における任意の適当なレベルに配置することができる。図１〜５は、さらに、ハブ３２の上方に設置した疑似デッキ１７２も示し、ハブ３２上に直接残滓が溜まるのを防止する。ハブは、疑似デッキ１７２とハブ３２の上側面との間における隙間を閉鎖する側壁（図３には示さない）を有する。
【００９２】
図１０に示す他の実施形態において、液圧ポンプ１１０及び液圧モータ１２４を省略し、パワーホイール３４からの駆動力を駆動軸２００及びひいてはオルタネータ又は発電機１２６に伝達する直接トランスミッションに代替する。図１０の実施例において、駆動軸２００は、パワーホイール３４のリングギア１０８に係合するピニオン１１２（図示せず）によって直接駆動する。しかし、任意の適当なトランスミッション構成、例えば、複数のピニオン及びギアを使用することができる。発電機１２６は、水密サイロ１４０内に配置する。駆動軸２００は水に露出し、したがって、シール構成を必要とする。図１０の実施例において、駆動軸２００は、サイロ１４０直下における圧力チャンバ２０６の底部フランジ２０４にあるシールボス２０２に貫通する。エアサプライ２０８は圧力チャンバ２０６内の圧力を圧力チャンバ２０６下側の水圧より高い圧力に維持する。内圧は、駆動軸の肩部２１０に作用して対面シール２１２を有効化し、また駆動軸周りのＯリング２１４によって生ずるシールをバックアップする。発電機シャフト２１６はサイロ１４０と圧力チャンバ２０６との間における二次シール２１８に貫通する。スプライン連結２２０は発電機シャフト２１６と駆動軸２００とを連結する。発電機１２６は、上述したように、メンテナンスのため引上げることができる。
【００９３】
シュラウド及び方向制御を有する垂直軸潮汐流発電機の動作を以下に説明する。
【００９４】
シュラウド６０はハブ３２に対して回転可能に取付ける。シュラウド６０は軸受６２，６４，６６によりハブ３２に支持し、したがって、シュラウド６０は、支柱１２に対してハブ３２を回転不能にするトルクキー５０により回転を阻止されるハブ３２から独立して自由に回転する。トルクキー５０はハブ３２における突出部として設けて、支柱１２における溝形部に係合するようにする、又はトルクキー５０を支柱１２における長手方向に延在するリブ又はフランジとして設け、ハブ３２に設けた窪みに係合するようにする。
【００９５】
シュラウド６０には液圧ブレーキ（図示せず）を設け、シュラウド６０がハブ３２に対してロックし、メンテナンス及び昇降中の回転を阻止する。
【００９６】
シュラウド６０は第１側面が開放し、また第２側面におけるパワーホイール３４のベーン３６を包囲する側壁６８を有する。側壁６８は、第２側面でベーン３６の頂部及び底部をそれぞれ包囲する上側フランジ７０及び下側フランジ７２を有する。側壁６８の効果は、パワーホイール３４の一方の側面側でベーン３６をシールドして、パワーホイール３４に加わる力の平衡をなくすのを最大にし、したがって、パワーホイールのパワー出力を最大化するものである。
【００９７】
シュラウド６０は、シュラウドの一方の端部で半径方向外方の突出するベーン７４を有する。このベーン７４は、風向ベーンと同様の方向コントローラとして作用し、シュラウド６０を操向し、ベーン７４が常に水流方向を指し示すようにする。
【００９８】
シュラウド６０には、ベーン７４とは直径方向反対側の位置にフローセパレータ７６を設ける。フローセパレータ７６は、水流を発電ユニット３０の一方の側におけるパワーホイールの露出ロータベーンに向かうよう転向させるとともに、発電ユニット３０の他方の側における水流は側壁６８を通過して包囲するロータベーンから遠ざけるよう転向させる。したがって、露出したロータベーンのみが水流を受け、したがって、パワーホイール３４を回転させる。
【００９９】
フローセパレータ７６の変更例を図１２に示す。このフローセパレータは流入ダクト２５０を有し、この流入ダクト２５０は潮汐流を加速しまたロータベーン３６に指向させるベンチュリ通路２５２を有する。流入ダクトには回動可能に調整できる流入ガイドベーン（図示せず）を設け、この流入ガイドベーンはパワーホイール３４におけるロータベーン３６に向かう水流速度を増加することができる。流入ガイドベーンの調整は、例えば、液圧ラムによって、手動で又は自動的に制御することができる。
【０１００】
方向コントローラ７４は、水流の方向に応じてハブ３２に対する所定回転方向位置にシュラウド６０を保持する。図１２は、回動可能フランジ２５４の形式とした随意的なトリミング（調節）装置を示し、このトリミング装置の位置はシュラウドの回転方向位置をトリミング（調節）するよう制御することができる。トリミング装置は、方向ベーン７４の後端縁に配置し、動的圧力センサ（図示せず）に応答するサーボタブ制御システムによって制御でき、動的圧力及びロータベーン３６に対する水流を最適化することができる。
【０１０１】
実際上、シュラウドはベーンを１７０゜〜２３０゜の間における角度にわたりカバーし、したがって、露出するロータベーン３６の角度範囲は１３０゜〜１９０゜にわたる。しかし、これら角度は、シュラウド６０、フローセパレータ７６、方向ベーン７４の形状に基づいて変化し、また特定潮汐流条件に適合するよう選択する。
【０１０２】
シュラウドの側壁６８は連続的とするか、又は図４に示すように垂直方向に延在する複数個の開孔又は溝孔７８を有するものとする。シュラウドの側壁６８は、さらに、複数個のシュラウドベーン８０を有し、水流を垂直軸線から離れる方向に転向させ、ロータベーンが回転して水流方向に対向する方向に移動するときロータベーン３６に水が衝突するのを阻止する。シュラウドベーン８０は渦流発生器として作用し、シュラウド６０の側面を通過する水が各シュラウドベーン８０の後端縁で渦２５６を生成し、したがって、局所的に圧力を減少し、またシュラウド６０の内側における復帰ロータベーン３６が遭遇する抵抗を減少する。溝孔７８は、復帰するロータベーン３６によって搬送される水を逃がし、シュラウド６０を通過する水流に合流させ、やはり局所的に圧力を減少し、またシュラウド６０の内側における復帰ロータベーン３６が遭遇する抵抗を減少する。
【０１０３】
シュラウドベーン８０は、シュラウド側壁６８の上流側部分に設け、すなわち、フローセパレータ７６から、シュラウド側壁６８の垂直軸線に対してフローセパレータ７６から約９０゜にある中間ポイントにわたり延在する部分に設ける。
【０１０４】
実際上、シュラウド６０自体は水流に整列する。例えば、潮汐が変化することにより流れの方向が変化する場合、シュラウド６０は、変化した流れの方向がどのような向きであろうと、変化した水流の向きに再整列する。潮汐流の水は、互いに逆向きの２方向以外の方向に流れることがあり、本発明装置は、このような流れに自己整列し、流れから最大パワーを引出すことを確実にする。シュラウドは、最大フローベクトルを有効的に「ハント」し、いかなる潮汐状態でも最大パワーを生ずる。
【０１０５】
図１３及び１４は変更したシュラウド６０を示し、この場合、フローセパレータ７６は中空であり、したがって浮揚性を示す。フローセパレータ７６には、外壁にフロー及び／又は圧力センサ２５８を設け、また輪郭形成した鼻状区域２６０を有する。ベーン７４は、やはり浮力を生ずるよう中空チャンバを有する構造にする。ベーン７４は流線型部２６２を有し、この流線型部２６２は、パワーホイール３４のロータベーン３６に対して可変クリアランスを生ずるよう移動可能にする。この実施形態において、ベーン７４は、このベーンに貫通するベンチュリダクト２６４を有し、パワーホイール３４周りの流れを改善する。図１４において、流線型部２６２及びパネルは簡明にするため省略しており、これによりベーン７４の構造フレーム２６８が見える。ベーン７４は、浮揚性チャンバ２７４及び１つ以上の操作機械類スペースを有する。シュラウド６０は、中空の頂部パネル２７０及び底部パネル２７２を有し、これらパネルはパワーホイールの上方及び下方に嵌合する。頂部パネル２７０は多数のサービスアクセスポート１７０を有する。シュラウド６０全体は、パワーホイールの回転とは独立してパワーホイール３４の周りに固定の軸受（図示せず）で回転する。固定軸受は支持構体１２又はハブ３２によって支持する。浮力は軸受への重量伝達を最小にする。
【０１０６】
能動的方向制御システムは圧力センサ２５８を使用して潮汐流から動的圧力を感知する。さらに、このシステムはロータ速度及びいかなる速度変化をもモニタリングし、潮汐流に対するシュラウドの迎え角を最適化する。流線型部２６２、シュラウドベーン８０及びトリミング装置２５４はすべて、シュラウドに取付けた液圧ポンプによって駆動されるピストンのような液圧手段で調整及び移動される制御表面をなす。液圧ポンプは、個別に付勢するか、又はパワーホイール３４自体によって付勢することができる。ポンプは、さらに、電気的装置、例えばセンサ又は防汚システムを付勢することができる。
【０１０７】
複数の切替え可能発電ユニットを有する潮汐流発電機の動作は以下の通りである。
【０１０８】
本発明装置は、任意な所定潮汐流速度で最大効率を生ずることができ、このことは発電機１２６によって生ずる負荷を潮汐流速度に適合させることによって行う。液圧ポンプ１１０及び発電機１２６を駆動する液圧モータ１２４を有する図６〜９の実施例において、潮汐流速度が最大になるとき、液圧流体を８個の液圧モータ１２４すべてにポンプ送給し、８個すべての発電機１２６を作動させる。勿論、装置に設ける発電機１２６の数は変化し得る。潮汐流速度が減少するとき、液圧コントローラ（図示せず）は減らした数の液圧モータ１２４を選択し、減らした数の液圧モータ１２４にのみ液圧流体をポンプ送給し、これにより減らした数の発電機１２６を駆動する。代案として、発電機の制御は、各発電機１２６への伝動経路におけるクラッチ又は他のトランスミッション離脱装置によって行い、これにより液圧モータ１２４から発電機１２６への駆動は離脱し、また離脱された発電機１２６に関連する液圧モータ１２４を流れる液圧流体流は継続するが、流れの抵抗はほとんどない。
【０１０９】
作動する発電機１２６の数を制御する方法を液圧コントローラにつき以下に説明するが、制御方法は、機械的又は電気機械的制御を使用して、各発電機１２６への駆動を離脱させる複数個のクラッチを制御するのと同様である。本発明は液圧コントローラに限定するものではなく、発電機１２６を制御する任意の手段を使用して、パワーホイール３４の回転に対する負荷として作用する作動状態と、パワーホイール３４の回転に対する負荷として作用しない不作動状態と間で切替えることができる。クラッチは任意の適当なタイプ、例えば、機械的、電気機械的、又は電磁的タイプとすることができる。
【０１１０】
パワーホイール３４が潮汐流によって回転するとき、リングギア１０８はピニオン１１２を駆動し、各ピニオン１１２は液圧ポンプ１１０の駆動シャフト１５０を駆動する。液圧ポンプ１１０は加圧した液圧流体を共通の加圧流体供給ラインにポンプ送給する。
【０１１１】
センサ（図示せず）は、パワーホイール３４とハブ３２との間における相対回転速度を示す速度パラメータを検出する。例えば、相対回転速度は光学的センサによって測定することができ、この光学的センサはパワーホイール３４に設けた２つの基準マークがハブ３２の固定ポイントに対して通過する時点間の経過時間を測定する。
【０１１２】
一実施形態において、液圧制御手段を設け、共通の加圧流体供給ラインにおける加圧した液圧流体の分布を制御し、また検出した速度パラメータに応答して加圧した液圧流体の流れを１個又は複数個の液圧モータ１２４に指向させることができるようにする。液圧制御手段は、バルブ切替え手段を有し、各液圧モータへの液圧流体流路を独立的に開閉できるようにする。例えば、液圧制御手段は選択的に液圧流体の流れをより多くの数の液圧モータ１２４に指向させることができ、これは、検出した速度パラメータが、パワーホイール３４とハブ３２との間における相対回転速度の上昇を示す、又は相対回転速度が所定最大速度よりも高くなっていることを示すときである。液圧制御手段は選択的に液圧流体の流れをより少ない数の液圧モータ１２４に指向させることができ、これは、検出した速度パラメータが、パワーホイール３４とハブ３２との間における相対回転速度の減少を示す、又は相対回転速度が所定最小速度よりも低くなっていることを示すときである。この結果、相対回転速度が増大する場合、より多くの負荷をより多くのモータ１２４及び発電機１２６の連結に導入し、これにより相対回転速度を最適な速度範囲まで低下させる。同様に、相対回転速度が減少する場合、より少ない負荷をより少ないモータ１２４及び発電機１２６の連結に導入し、これにより相対回転速度を最適な速度範囲まで増加させる。
【０１１３】
一実施形態において、バルブ切替え手段は、各液圧モータ１２４に関連する液圧バルブを有する。バルブ切替え手段は、バルブ切替え手段を制御するマイクロプロセッサを有することができる。バルブ切替え手段は、各液圧バルブに関連する電気的コントローラを有し、この電気的コントローラはマイクロプロセッサからの制御信号に従って、関連の液圧バルブを開閉することができる。
【０１１４】
図１１は、発電機１２６が潮汐流水の時間経過における作動状態と不作動状態との間でどのように切替わるかを示す。ライン３００は、潮汐サイクルにおける潮位が低い水位から高い水位を経てまた低い水位に戻る状態を示す。ライン３０２は作動発電機１２６の数を示す。低水位ＬＷでは潮流は最小で、単に１個の発電機が作動する。潮流増加に伴って潮汐流速度が上昇するにつれ、より多くの発電機１２６が作動状態に切替わり、低水位ＬＷと高水位ＨＷとの間のポイントＰ１で潮流が最大になるとき最大８個まで作動発電機１２６が増える。潮流が高水位ＨＷに対応するポイントＰ２で最小になるまで減少するとき、発電機１２６は１個ずつ不作動状態に切替わる。潮流が再び増えるにつれて、より多くの発電機が切替わって作動状態になり、高水位ＨＷと低水位ＬＷとの間のポイントＰ３で潮流がピークに達するとき最大８個まで作動発電機１２６が増える。
【０１１５】
潮汐流が増えるにつれて作動発電機の数が増えることによって、パワーホイールに対する負荷が増大し、また潮流がどんなであろうと、パワーホイールは比較的一定の速度で回転する。例えば、ポイントＰ４では５個の発電機が作動状態である。ポイントＰ４からポイントＰ５まで潮流が増加するとき、電気的負荷は一定であるが、ロータベーンに加わる力は増加し、これによりパワーホイール３４をより速く回転させる。センサ（図示せず）はロータホイール速度が増大したことを検出し、ポイントＰ６で６個の発電機１２６を作動状態に切替え、即座に電気的負荷を増大し、これによりロータホイール速度をほぼポイントＰ４のときの速度に減少する。
【０１１６】
理想的な発電機変化曲線３０４を図１１に示し、経時的発電出力を表す。
【０１１７】
発電装置の容量を増加するには、図５に示すように、２個以上の発電ユニット３０を同一支持構体に設けることができる。発電装置は、複数個のハブ３２を有し、各ハブ３２を支柱１２に対して回転不能にし、各ハブ３２は関連するパワーホイール３４を有し、パワーホイール３４はハブ３２のほぼ垂直軸線の周りに回転するよう配置し、またパワーホイール３４には、ハブ３２に設けた１個以上の発電機１３６を駆動するほぼ水平な水流がパワーホイール３４に加わるときにパワーホイール３４を回転させるロータベーン３６を設ける。
【０１１８】
本発明は、潮汐流発電機を任意の水深に効率よく構成する方法を提供する。発電ユニット３０は水中の任意の選択したレベルで作動することができ、なぜならメンテナンスのために発電ユニットを水面まで容易に引上げることができるからである。作動の深さは、作動中に発電ユニット３０にアクセスする要件によって制限されない。発電ユニット３０は、最高の潮流速度のレベルに配置することができる。
【０１１９】
支持構体１２は内部に可動部分を必要とせず、したがって、構造簡単かつ効率的に構成することができる。支持構体１２は、支持構体内にアクセスするための長手方向溝孔を必要とせず、したがって、長手方向溝孔を設けることによって脆弱化されないので、経済的に作製することができる。
【０１２０】
発電ユニット３０は、垂直軸線の周りに自由に回転し、したがって、最大潮汐流の方向に常に指向する。このことは、装置を変化する潮汐流がある領域に据付けることができ、また装置がどのような潮汐流方向であっても最大電力を発生することを意味する。
【０１２１】
発電ユニット３０はメンテナンスが容易にでき、また修繕箇所、例えば液圧ポンプ１１０、液圧モータ１２４及び発電機１２６にアクセスするのに費用が高額な潜水作業を不要とする。通常のメンテナンス作業、例えば、ロータベーン３６のクリーニングは、発電ユニット３０を浮遊メンテナンス位置に浮上させている間に行うことができ、このメンテナンス位置では各ロータベーンの上方部分は水面上方にあり、各ロータベーン３６の下方部分が水面レベル直下にある間に水上船からクリーニングすることができ、また水上船から辿り着いて、又は浅い潜水作業でクリーニングすることができる。ロータベーン３６は、能動的防汚手段を組込み、手作業による及び／又は機械的にロータベーン３６をクリーニングする必要性を軽減することができる。ロータベーン３６は個別に交換可能であり、したがって、発電ユニット３０を浮遊しているメンテナンス位置に引上げている間に、ロータベーンに損傷又は過剰摩耗がある場合、ロータベーン３６を交換することができる。
【０１２２】
装置は、相応の支持構体が使用される場合、１０ｍ〜１００ｍ又は１００ｍより深い任意の水深で使用できる。深い水深においては、枠組み構体を海底に使用することができ、枠組み構体から水面まで延在する支柱を使用する。支持構体は重力式の基礎を有し、重力式の基礎を含めた構体全体は所望の位置に浮揚させることができ、基礎を海底上に沈めることによって据付け、これにより完全試運転済み発電ユニットの迅速据付けを行うことができる。
【０１２３】
装置は、様々な潮汐流の流速に対して効率的に作動することができ、このことは作動発電機の数を変化させることによってホイールに加わる負荷を潮汐流の流速に適合させることによって行い、これにより潮汐流の流速がどのようなものであれホイールは最適速度で回転できる。ホイールがほぼ一定の最適速度で回転するので、作動する運転発電機それぞれは、ほぼ一定の最適速度で作動する。
【０１２４】
装置は可動部分における慣性効果の平衡を保つので、装置は効率的である。代表的には、高さ約６ｍの発電ユニットを１個使用し、４ノット潮流では１〜３ＭＷもの発電をすることができる。
【０１２５】
ロータベーン３６は潮流よりも速く移動せず、したがって、海洋生物に危険を及ぼさないので、装置は環境に優しい。
【０１２６】
装置のいかなる部分も潮汐流より速く移動しないので、随伴渦流とがなく、装置の下流側で潮流攪乱が最少となり、また別の装置を比較的密集させて追加配置し、各装置の効率を損なうことがないようにすることができる。したがって、本発明装置は、他の発電システムよりも単位面積当たりの発電能力の密度をより高くすることができる。
【０１２７】
さらに、随伴渦流がないことはこすり取り作用がないことを意味し、したがって、装置は海底の環境にタメージを与えない。
【０１２８】
装置は浮遊するので、据付け用の重量のある引上げ船を必要とせず、また据付け現場まで浮遊曳航することができる。陸上での組立てもできる。発電機の出力側に給電して駆動ホイールを駆動することによって陸上での試験運転をすることができる。パワーホイール３４及びハブ３２を支持構体１２に取付けた完全組立体として浮遊させ、据付け現場に着いたとき、装置を海底に沈めて固定することができる。支持構体１２は沈降可能重力式土台を有することができる。
【０１２９】
輸送に対しては最少の攪乱しか生じない。代表的にはハブ３２及びパワーホイール３４は、最低水位の下方少なくとも５ｍの位置で作動し、したがって、支持構体のみが海面上方に突出するだけで、支援船はそれらの上方を自由に通過することができる。
【図１】
2014528553.tif 000003
【図２】
2014528553.tif 000004
【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】
2014528553.tif 000009
【図８】
2014528553.tif 000010
【図９】
2014528553.tif 000011
【図１０】
2014528553.tif 000012
【図１２】
2014528553.tif 000013
【図１３】
2014528553.tif 000014
【図１４】
2014528553.tif 000015
【図１１】
2014528553.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【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】
ほぼ水平な水流からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置において、
支持構体と、
前記支持構体に回転不能に支持されるハブと、
前記支持構体における前記ハブのレベルを制御するよう構成したハブレベルコントローラと、
前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置したパワーホイールであって、パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させるよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールと、
前記ハブに対して回転可能に取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドと、
前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した方向コントローラと、
前記ハブに設けた少なくとも１個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成した、該発電機と
を備えた、発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の発電装置において、前記パワーホイール及びシュラウドは、それぞれ制御される浮力を有する、発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の発電装置において、前記シュラウドは、少なくとも１８０゜にわたり延在し、いかなる瞬間でも前記パワーホイールにおけるロータベーンの少なくとも半分をほぼカバーする、発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干をほぼカバーする、発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接する複数個の垂直方向に延在する開孔を有する、発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記シュラウドは、水流を前記垂直軸線から遠ざけるよう転向させる複数個のシュラウドベーンを有する、発電装置。
【請求項７】
請求項６記載の発電装置において、前記シュラウドベーンは、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンのうち少なくとも若干に隣接して低圧領域を生ずるよう構成した、発電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記方向コントローラは、前記シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有する、発電装置。
【請求項９】
請求項８記載の発電装置において、前記方向ベーンは、前記シュラウドの回転方向位置を調節するよう構成したトリミング装置を有する、発電装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の発電装置において、前記方向コントローラは、前記方向ベーンとはほぼ直径方向反対側の位置で前記シュラウドに連結したフローセパレータを有し、前記フローセパレータは、前記パワーホイールにおける前記ロータベーンに当たるほぼ水平な水流の少なくとも一部を転向させる形状に形成した、発電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０記載の発電装置において、前記支持構体はほぼ垂直の支柱を有する、発電装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記支持構体は、前記支持構体と前記ハブとの相対回転を阻止するよう前記ハブに設けた１個以上のキー手段に係合する１個以上のガイド手段を有する、発電装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記ハブレベルコントローラは、前記ハブに設けた１個以上の充満可能なバラストチャンバを有する、発電装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機それぞれは発電機チャンバ内に設け、前記発電機チャンバは、前記発電機チャンバのルーフにおける開口と、前記開口を封止カバーする取外し可能なカバーを有する、発電装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の発電装置において、さらに、前記支持構体に設け、前記発電機の任意な１個を引上げるよう構成したクレーンを有する、発電装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記ハブに複数個のトランスミッションを設け、前記各トランスミッションは、駆動力を前記パワーホイールに伝達して１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成した、発電装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電装置は、ほぼ垂直な支柱及び複数個のハブを有し、前記各ハブは前記支柱に対して回転不能にされ、また前記各ハブは、前記ハブのほぼ垂直な軸線周りに回転可能に配置した関連のパワーホイールであって、前記パワーホイールがほぼ水平な水流を受けるときにパワーホイールを回転させて前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するよう構成したロータベーンを設けた、該パワーホイールを有する、発電装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載の発電装置において、さらに、
前記ハブに設けた複数個の発電機であって、前記パワーホイールの前記ハブに対する回転から電力出力を生成するよう構成し、前記各発電機は、前記パワーホイールの回転により駆動される関連の駆動手段を有するものとした、該発電機と、
前記複数個の発電機それぞれを作動状態と不作動状態との間で選択的に切替えるよう構成した発電機制御手段と
を備えた、発電装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記複数個の発電機のオン・オフを選択的に切替えるよう構成した電気的コントローラを有する、発電装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度を示す速度パラメータを検出するセンサを有する、発電装置。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記複数個の発電機それぞれを、前記検出した速度パラメータに応答して作動状態と不作動状態との間で切替えるよう構成した切替え手段を有する、発電装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータが前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度の増加を示すとき、より多くの発電機を作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２３】
請求項２１〜２２のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定上側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電機制御手段は、前記検出した速度パラメータにより前記パワーホイールと前記ハブとの間の相対回転速度が所定下側トリガ値に達したことを示すとき、１個の発電機を不作動状態に切替えるよう構成した、発電装置。
【請求項２５】
請求項１８〜２４のうちいずれか一項に記載の発電装置において、前記各駆動手段は、
前記パワーホイールによって駆動される一次駆動体と、
前記関連の発電機を駆動する駆動軸と、
前記一次駆動体と前記駆動軸との間に連結したトランスミッションと
を有する、発電装置。
【請求項２６】
請求項２４記載の発電装置において、前記発電装置は、前記パワーホイールに固着したリングギアであって、前記各一次駆動体を駆動するよう構成した、該リングギアを設けた一次トランスミッションを有する、発電装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６記載の発電装置において、前記各駆動手段は、前記駆動軸に対して前記発電機を選択的に係合又は離脱させるクラッチを有する、発電装置。
【請求項２８】
支持構体に対して回転不能にされたハブのほぼ垂直軸線周りに回転するよう配置したパワーホイールを設け、前記パワーホイールは複数個のロータベーンを有する発電装置を使用して水におけるほぼ水平な水流から発電する方法であって、
前記ハブに対して回転可能に取付け、また前記パワーホイールの前記ロータベーンの少なくとも若干をカバーするよう配置したシュラウドを設けるステップと、
前記ハブを前記支持構体に沿って垂直方向に前記ほぼ水平な水流内の運転位置に移動するステップと、
前記ほぼ水平な水流内の運転位置で前記ハブを固定するステップと、
前記シュラウドを前記ほぼ水平な水流に整列させ、この整列は、前記発電装置の第１側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによってカバーされず、前記ほぼ水平な水流からの流体力を受けるよう、また前記発電装置の第２側面における前記ロータベーンが前記シュラウドによって少なくとも部分的にカバーされて前記ほぼ水平な水流から流体力から前記ロータベーンを少なくとも部分的にシールドするように行うステップと、
前記パワーホイールに設けたロータベーンに加わる前記ほぼ水平な水流からの流体力によって前記パワーホイールを前記ハブの周りに回転するよう駆動するステップと、
前記パワーホイールの回転により前記ハブに設けた１個又は複数個の発電機を駆動するステップと
を有する、方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法において、前記シュラウドを整列させるステップは、前記シュラウドに設けた方向コントローラであって、前記ほぼ水平な水流の方向に基づいて前記シュラウドを前記ハブに対する所定回転方向位置に保持するよう構成した、該方向コントローラを設けることによって行う、方法。
【請求項３０】
請求項２８又は２９記載の方法において、前記方向コントローラは、前記シュラウドに連結し、かつ前記シュラウドから半径方向に離れるよう突出する方向ベーンを有するものとし、前記シュラウドを整列させるステップは、前記方向ベーンが前記ほぼ水平な水流にほぼ整列するような平衡位置を前記シュラウドがとることができるステップを含む、方法。
【請求項３１】
請求項２８〜３０記載の方法において、前記シュラウドを整列させるステップは、さらに、前記方向ベーンの後端縁における回動可能なフランジ、例えば、トリムタブ、又はサーボタブの位置を調整することにより、前記シュラウドの回転方向位置を調節するステップを含む、方法。
【請求項３２】
請求項２８〜３１のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させるよう前記発電装置における前記ほぼ水平な水流を分離する分離ステップであって、前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部を前記発電装置の第１側面における前記パワーホイールの前記ロータベーンに向けて転向させ、また前記ほぼ水平な水流の少なくとも一部が前記発電装置の第２側面における前記シュラウドに通過するよう転向させる、該分離ステップを有する、方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、前記分離ステップは、前記方向ベーンとはほぼ直径方向反対側の位置で前記シュラウドに連結したフローセパレータによって行う、方法。
【請求項３４】
請求項２８〜３３のうちいずれか一項に記載の方法において、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンに隣接し、垂直方向に延在する複数個の開孔を設け、前記垂直方向に延在する複数個の開孔のうち、少なくとも若干の開孔に隣接して圧力が減少した領域を形成するステップとを有する、方法。
【請求項３５】
請求項２８〜３４のうちいずれか一項に記載の方法において、複数個のシュラウドベーンを設け、前記ほぼ水平な水流の方向とは反対方向に移動するロータベーンの少なくとも若干に隣接して低圧力領域を生ずるようにしたステップを有する、方法。
【請求項３６】
請求項２８〜３５のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記ほぼ水平な水流内での最適レベルを選択し、前記ハブを前記最適レベルの運転位置に前記支持構体に沿って垂直方向に移動させるステップを有する、方法。
【請求項３７】
請求項２８〜３６のうちいずれか一項に記載の方法において、前記ハブを運転位置に移動させるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバに水を充満させるステップを含む、方法。
【請求項３８】
請求項２８〜３７のうちいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記発電装置の少なくとも一部が水面の上方にくるメンテナンス位置に前記ハブを前記支持構体に沿って垂直方向に引上げるステップを有する、方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、前記ハブをメンテナンス位置に引上げるステップは、前記ハブに設けた１つ又は複数の充満可能なバラストチャンバから水を排除するステップを含む、方法。
【請求項４０】
請求項２８〜３９のうちいずれか一項に記載の方法において、前記発電装置を請求項１〜２７のうちいずれか一項に記載の発電装置とした、方法。
【国際調査報告】
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