(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生するための、潜水可能な電力プラント（１０）であって、該電力プラント（１０）は、固定構造物（７）と、第１翼部（１３）および第２翼部（１４）を具備した少なくとも１つの翼（３）を具備した伝達手段（１１）と、を具備し、前記伝達手段（１１）は、少なくとも１つの係留体（６）を用いて前記固定構造物（７）に固定されるように設けられており、
前記伝達手段（１１）は、前記翼（３）を通過する流体の流れを利用して、所定の軌跡を移動するように設けられ、前記伝達手段（１１）は、発電機を具備したナセル（４）を具備し、該ナセル（４）はタービン（１２）に取り付けられた潜水可能な電力プラント（１０）において、
少なくとも前記第１翼部（１３）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して第１角度（α）をなして配置され、前記第２翼部（１４）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して第２角度（β）をなして配置され、前記第１翼部（１３）の第１角度（α）および前記第２翼部（１４）の第２角度（β）は、上反角であり、前記ナセル（４）は、前記第１翼部（１３）および前記第２翼部（１４）が傾斜された方向に面した、前記翼（３）の面（１７；２０）に取り付けられるように配置されていることを特徴とする潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項２】
前記ナセル（４）は、パイロン（５）を用いて前記翼（３）の面（１７；２０）に取り付けられ、前記伝達手段（１１）の重心と前記伝達手段（１１）の浮心とは原則的に一致するように、以下の１つ以上の要因が選択されており、該要因は、
−  前記第１角度（α）および前記第２角度（β）、
−  前記パイロン（５）の高さ、
−  前記ナセル（４）の重量、
−  前記翼（３）の厚さ、
−  前記翼（３）の重量、
−  前記係留体（６）と前記伝達手段（１１）とを取り付けた連結器（１６）の位置、および
−  前記係留体（６）と前記伝達手段（１１）とを取り付けた連結器（１６）の重量、であることを特徴とする請求項１に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項３】
前記係留体（６）を前記伝達手段（１１）に取り付けた連結器（１６）は、前記伝達手段（１１）の翼（３）の表面上または翼（３）内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項４】
前記第１角度（α）は前記第２角度（β）とは異なっており、前記係留体（６）を前記伝達手段に取り付けた連結器（１６）は、前記第１翼部（１３）および前記第２翼部（１４）の中間点から離間した位置に取り付けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項５】
前記第１角度（α）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して５°〜２０°の間であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項６】
前記第１角度（α）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して１０°〜１５°の間であることを特徴とする請求項５に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項７】
前記第２角度（β）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して５°〜２０°の間であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項８】
前記第２角度（β）は、前記翼（３）の水平中心線（１９）に対して１０°〜１５°の間であることを特徴とする請求項７に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項９】
前記翼のプラットフォーム構成の翼曲線は、直線翼、後退翼、または前進翼の１つであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項１０】
前記翼のプラットフォーム構成の翼コードは、楕円コード、定コード、テーパコード、または台形コードの１つであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項１１】
前記伝達手段（１１）は制御手段（１５）を具備し、該制御手段は、Ｖ字テール方向舵、可動式係留体連結器、または昇降舵の１つであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【請求項１２】
前記第１翼部（１３）および／または前記第２翼部（１４）は、翼端デバイス（１８）を具備していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の潜水可能な電力プラント（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を発生するための電力プラントに関する。電力プラントは、構造体ならびに第１翼部および第２翼部を具備した少なくとも１つの翼を具備した伝達手段を具備している。伝達手段は、少なくとも１つの係留体を用いて構造体に固定されるように形成されている。伝達手段は、翼を通過する流体の流れを用いて、所定の軌跡を移動するように形成されている。伝達手段は、発電機を具備したナセルに接続された、少なくとも１つのタービンを具備している。
【背景技術】
【０００２】
電力を発生するための電力プラントは先行技術から公知であり、例えば特許文献１に見られる。特許文献１において、電力プラントは、構造体に取り付けられた伝達手段を具備し、その伝達手段は軌跡に沿って移動し、潮流によって動力を与えられる。
【０００３】
特許文献１に記載された電力プラントに生じ得る問題は、伝達手段が上向きに傾き、最適な軌跡に満たないことを生じる傾向にあることである。このことは、伝達媒体の体積に対する質量の不均一な分散に起因しており、浮心と重心とが同配置にないことに起因している。重心と浮心との間に大きな距離がある場合、浮力と重力との間の差の結果であるトルクは、伝達手段を上向きに傾斜させる。このことが、低速電流における特別な問題であり、伝達媒体の翼の水力学的揚力は、浮力および重力により生じる揚力と同じオーダーまたはそれよりも低いオーダーの強さである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１  ８１６  ３４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、改良された電力プラントを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は独創的な電力プラントを提供することであり、これまでに述べた問題が部分的に回避されている。この目的は、請求項１の特徴部の特徴によって達成される。
【０００７】
本発明は、電力を発生させるための電力プラントに関する。電力プラントは、構造体と、第１翼部および第２翼部を具備した少なくとも１つの翼を具備した伝達手段と、を具備している。伝達手段は、少なくとも１つの係留体を用いて構造体に固定されるように設けられている。伝達手段は、翼を通過する流体の流れを利用して、所定の軌跡を移動するように設けられている。伝達手段は発電機を具備したナセルを具備し、ナセルはタービンに取り付けられている。少なくとも第１翼部は、翼の水平中心線に対して第１角度をなすように配置されている。ナセルは、第１翼部が傾斜した方向に面した翼の面に取り付けられている。
【０００８】
潜水可能な電力プラントは、前方および後方ストラットを使用して、翼のはるかに下の取り付け位置において係留を与え得る。ストラットは、伝達手段の重量分散を変化させることにより、ピッチの不安定性および流体力学的不均一性の影響を減少する。しかしながら、これは、複数の比較的脆弱な部品および多数の連結器を含んだシステムであり、したがって、設計および製造が複雑であり、潜水可能プラントのコストを増大させ得る。本発明の利点は、少なくとも翼の水平中心線に対して第１角度をなして配置された第１翼部、ならびに第１翼部および第２翼部が傾斜された方向に面した翼の面に取り付けられたナセルを備えていることであり、ストラットのような構造部品は、所望の構造的強度および電力プラントの伝達手段の制御安定性を達成するためには必要ない。これらの特徴は、より小型に伝達手段を製造し、所定の軌跡に沿った伝達手段の動作を容易にすることを可能にしている。少なくとも１つの翼部は、翼の水平中心線に対して角度をなすように配置され、安定性が、ストラットなしでも達成されることが可能である。さらに、ストラットを排除することにより、伝達手段が所定の軌跡に沿って移動するので、電力プラントにはより少ない抵抗がかかる。ストラットを排除した別の利点は、電力プラントの小型の構成が、建設および保守の際の輸送および取り扱いを容易にしたことである。
【０００９】
さらに、伝達手段のより小型の構成は、伝達手段の重心と浮心との間の距離を減少させることを可能にし、これにより前述の先行技術に見られた悪影響を減少または排除している。
【００１０】
第２翼部は、翼の水平中心線に対して第２角度をなすように配置され得る。ナセルは、第１翼部および第２翼部が傾斜した方向に面した翼の面に取り付けられ得る。
【００１１】
第１翼部および第２翼部は、両方が翼の水平中心線に対して角度をなして配置され得る。このことは、伝達手段が所望の取り扱い特性および／または建設現場の状態により、多くの異なった構成において構成されることを可能にしている。
【００１２】
ナセルは、パイロンを用いて翼の面に取り付けられてもよく、伝達手段の重心および伝達手段の浮心が、原則的に一致しているように、以下の１つ以上の特徴が選択され得る。
−  第１角度および第２角度、
−  パイロンの高さ、
−  ナセルの重量、
−  翼の厚さ、
−  翼の重量、
−  係留体と伝達手段との間の連結器の配置、および
−  係留体と伝達手段との間の連結器の重量、である。
【００１３】
重心と浮心とが原則的に一致するように伝達手段を設計することにより、低速における伝達手段の傾きの問題が広範囲で減少されるか、または排除さえもされる。重心と浮心とが原則的に一致することにより、より少ないトルクが重心の周りにかけられ、伝達手段が上向きに傾斜する傾向を減少させる。
【００１４】
第１翼部および第２翼部の角度は、上反角である。係留体は、伝達手段の翼上または翼内部の連結器に取り付けられることにより、伝達手段に取り付けられ得る。
【００１５】
第１および第２翼部の角度が上反角であることにより、伝達手段は、上反角効果により安定する。このことは、伝達手段を安定させるためのストラットのような構造部品の必要性を排除している。この構成において、ナセルは、翼が上向きに傾斜された場合、伝達手段の翼の上側に取り付けられる。そのとき係留体は、伝達手段の翼内の連結器に取り付けられることにより、伝達手段に取り付けられることが可能であり、係留体からナセルへと伝達される力はない。
【００１６】
翼の上にナセルを移動することにより、ナセル、したがってタービンおよび発電機と構造体との間の距離は増大する。このことは、タービンを貫流する流体の速度が、ナセルの角速度を増大させることにより増大する一方で、翼が同じ速度で移動することを生じさせる。この構成において、伝達手段の重心と浮心との間の距離は、ナセルが翼部の間に配置されたことにより減少されている。したがって、前述のように、適切な特性を選択することにより重心および浮心の位置を制御することが、より容易である。
【００１７】
第１角度は、第２角度とは異なっていてもよい。係留体は、第１翼部および第２翼部の中間点から離れた位置において、伝達手段に取り付けられてもよい。
【００１８】
伝達手段は、所定の軌跡を移動するように設計されている。伝達手段が、円または楕円形状の所定の軌跡を移動する場合、第１翼部および第２翼部に関して異なった角度を有する伝達手段の設計は、伝達手段が一方向に回転するように付勢されるようにしてもよい。このことは、伝達手段が、必要性以外に伝達手段のより小さい操舵により、所定の軌跡に沿って移動することを見積もることを意味している。この場合、所望の付勢力が達成され得るように、傾斜した翼からの効果をつりあわせるために、係留体の配置を選択することが可能である。
【００１９】
第１翼部および第２翼部の角度は、下反角である。係留体は、ナセルの筐体内の連結器に取り付けられることにより、伝達手段に取り付けられ得る。
【００２０】
上反角に替えて、下反角が使用されてもよい。この構成において、ナセルは、翼が下向きに傾斜された場合、伝達手段の翼の下側に取り付けられる。そのとき係留体は、ナセルの筐体内の連結器に取り付けられることにより、伝達手段に取り付けられることが可能である。
【００２１】
上反角と同じ方法において、下反角は、伝達手段の安定性および操縦可能性を改良するために使用されることが可能である。翼の下に搭載されたナセルを備えることにより、重心は下げられ、したがって翼の上面に搭載されたナセルとともに上反角が使用された場合と同じ上反角効果を生じる。
【００２２】
第１角度は、第１角度が上反角である場合、翼の水平中心線に対して５°〜２０°の間であり、好適に翼の水平中心線に対して１０°〜１５°の間であり、第１角度は、第１角度が下反角である場合、翼の水平中心線に対して−５°〜−２０°の間であり、好適に翼の水平中心線に対して−１０°〜−１５°の間である。第２角度は、第２角度が上反角である場合、翼の水平中心線に対して５°〜２０°の間であり、好適に翼の水平中心線に対して１０°〜１５°の間であり、第２角度は、第２角度が下反角である場合、翼の水平中心線に対して−５°〜−２０°の間であり、好適に翼の水平中心線に対して−１０°〜−１５°の間である。正の角度は、翼部が上向きに傾斜されている、すなわち上反角であることを意味している。負の角度は、翼部が下向きに傾斜されている、すなわち下反角であることを意味している。
【００２３】
第１翼部が上向きに傾斜され且つ第２翼部が下向きに傾斜され、またはその逆とすることももちろん考えられる。本発明による伝達手段は、多面体の翼を備えてもよく、すなわち第１翼部および第２翼部が、翼の水平中心線に対して、翼の長さに沿って異なった傾斜で配置されてもよい。
【００２４】
翼プラットフォーム構成の翼曲線は、直線翼、後退翼、または前進翼の１つであってもよい。翼プラットフォーム構成の翼コードは、楕円コード、定コード、テーパコード、または台形コードの１つであってもよい。翼プラットフォームを変化させることにより、上反角効果は所望の特性を備えるように調節されることが可能である。翼プラットフォームは、重心および浮心を制御するために使用されることも可能である。
【００２５】
伝達手段は制御手段を具備し、この制御手段は、Ｖ字テール方向舵、逆Ｖ字テール方向舵、可動式係留接続体、または昇降舵の１つであってもよい。
【００２６】
伝達手段は、電力発生を増大するために、所定の軌跡に沿って操舵されている。このことは特許文献１に記載されており、先行技術の伝達手段の制御面が開示されている。本発明の伝達手段を制御するために、制御手段が必要である。Ｖ字テール、係留体がピッチ制御（pitch control）を可能にした可動式連結器を備えた可動式係留体連結器、または昇降舵は、伝達手段のピッチ制御のための、３つの考えられる可能性である。昇降舵および方向舵の機能を組み合わせたＶ字テールは、伝達手段のヨーイングを制御するための方向舵の必要性を減少させている。可動式係留体連結器または昇降舵は、伝達手段のピッチングおよびヨーイングの両方の制御を可能にするために、各々が方向舵を必要としている。この場合、方向舵はナセルに配置され、一方で昇降舵は、翼および／またはナセルに配置されることが可能である。
【００２７】
第１翼部および／または第２翼部は、翼端デバイスを具備し得る。翼端デバイスは、伝達手段の抵抗を減少するように設計されている。翼端デバイスは、例えば四角形翼端、アルミチューブ弓形翼端、丸形翼端、ヘレナースタイル（Hoerner style）翼端、ウィングレット、垂下形状（drooped tips）、傾斜翼端、フェンス、またはエンドプレートの１つとすることが可能である。
【００２８】
電力プラントは潜水可能プラントであってもよい。電力プラントは、例えば海または湖に沈められた場合、作動することが可能である。流体流れは、この場合水の流れ、例えば潮流、海流、または湖流である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】先行技術の電力プラントを概略的に示した図である。
【図２】先行技術の電力プラントを概略的に示した図である。
【図３】本発明による電力プラントの伝達手段を概略的に示した正面図である。
【図４】本発明による電力プラントの伝達手段を概略的に示した正面図である。
【図５】本発明による電力プラントの伝達手段を概略的に示した正面図である。
【図６】本発明による電力プラントを概略的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、先行技術の伝達手段２を具備した先行技術の電力プラント１を概略的に示している。先行技術の伝達手段２は、翼３および発電機を具備したナセル４を具備している。ナセル４は、タービンに取り付けられている。ナセル４は、翼３の下側に取り付けられたパイロン５を用いて、翼３に取り付けられている。係留体６は、先行技術の伝達手段２を構造体７に取り付けている。先行技術の伝達手段２は、重心（ＣＧ）および浮心（ＣＢ）を具備している。先行技術の伝達手段２において、ＣＧはナセル４の近傍に配置され、ＣＢは翼３の近傍に配置されている。ＣＧおよびＣＢの配置は、先行技術の伝達手段２の不都合を示すために、単に図示されているのみである。下向きの重力Ｆｇは、ＣＧから先行技術の伝達手段２にかかっている。浮力Ｆｂは、ＣＢから先行技術の伝達手段２にかかっている。先行技術の伝達手段は、全浮力を周囲の流体中において中立に調節する可能性を備えるように設計されている。伝達手段の移動における質量の不均一な配分は、モーメントを生じさせる、垂直下向きを示した重力Ｆｇとほぼ同じ大きさの、垂直上向きを示した浮力Ｆｂを生じさせる。結果として生じるモーメントの大きさは、水平方向における力のベクトルＦｂとＦｇとの間の距離に依存している。ＣＧとＣＢとの間の水平距離Ｌはレバーアーム８を生じ、トルクが、係留体６がナセル４に取り付けられた取り付け位置９の周囲に生じる結果となる。係留体６がナセル４に取り付けられた取り付け位置９の周りに生じたトルクの結果は、図２に示されている。
【００３１】
図２は、先行技術の電力プラント１の伝達手段２を概略的に示している。図２において、先行技術の伝達手段２は、係留体６が、ナセル４またはそれとは異なったストラットのような別の構造体に取り付けられた取り付け位置９の周りに回転することが見られている。このことは、先行技術の伝達手段２が、電力発生のために最適でない位置にあることを生じている。先行技術の伝達手段２の位置を、図１の位置に修正して戻すことは、常に可能ではないかもしれず、そのことは、先行技術の電力プラント１が最適な量の電力よりも小さい電力を生じ得る。
【００３２】
図３は、本発明による電力プラント１０の伝達手段１１の正面を概略的に示した図である。伝達手段１１は、翼３、およびタービン１２に接続されたナセル４を具備している。翼３は、第１翼部１３および第２翼部１４を具備している。ナセル４は、タービンの回転から電気エネルギを発生するための発電機を具備している。タービン１２を通じた流体の流れからのタービン１２の回転は、ナセル４内の発電機を回転させ、電力を発生させる。ナセル４は、伝達手段の制御および操舵のための、Ｖ字形状テール形状の制御手段１５をさらに具備している。Ｖ字テールの制御面は、Ｖ字テール全体またはＶ字テールの一部のみとすることが可能である。伝達手段１１は、係留体６を用いて構造体（図示略）に取り付けられている。係留体６は、翼上の連結器１６を用いて翼３に、または翼３の内側に取り付けられている。連結器１６は、図３においては翼の中間点、すなわち第１翼部１３と第２翼部１４との間に配置された位置に取り付けられている。
【００３３】
図３から見られるように、第１翼部１３および第２翼部１４は、上反角において上向きに傾斜されている。ナセル４は、翼３の上面１７、すなわち第１翼１３および第２翼部１４が傾斜した方向に面した翼の面に搭載されている。ナセル４は、パイロン５を用いて翼３に搭載されている。第１翼部１３および第２翼部１４は、翼端デバイス１８をさらに具備している。
【００３４】
ナセル４は翼３の上面１７、すなわち第１翼１３および第２翼部１４が傾斜した向きの翼の側に搭載され、図１および図２に見られた効果は大きく減少させている。このことは、ＣＧとＣＢとの間の距離が減少され、質量の配分が先行技術の例よりもより均等になっていることによるものである。ＣＧとＣＢとの間の距離は、因子の組み合わせによって制御されることが可能であり、翼３のプラットフォーム構成は、多くの因子の１つである。他の因子は、パイロンの高さ、ナセルの重量、翼の厚さおよび重量ならびに／または配置、デザイン、ならびに係留体と伝達手段との間の連結器の重量であり得る。
【００３５】
図３において、仮想水平中心線１９が示されており、それに対して第１翼部１３の第１角度αおよび第２翼部１４の第２角度βが測定されている。第１翼部１３および第２翼部１４は、翼端デバイス１８をさらに具備している。
【００３６】
図４は、本発明による電力プラント１０の伝達手段１１の正面を概略的に示した図である。図４において、仮想水平中心線が示されており、それに対して第１翼部１３の第１角度αおよび第２翼部１４の第２角度βが測定されている。図４において、電力プラント１０の伝達手段１１の第１翼部１３および第２翼部１４は、下反角において下向きに傾斜されている。ナセル４は、翼３の底面２０、すなわち第１翼部１３および第２翼部１４が傾斜した方向に面した翼の面に搭載されている。翼３の下にナセル４を搭載することにより、第１翼部１３および翼部１４が上反角を示した場合と同じ効果が達成されることが可能である。このことは、ナセル４の上への翼３の配置が、翼が伝達手段の重心上に配置され、ＣＧとＣＢとの間の距離が減少されて、質量配分が先行技術の実施例よりもより均等になること引き起こすことによるためである。
【００３７】
翼３の厚さは、上面１７から底面２０へと測定される。
【００３８】
図３および図４の翼３は、多面体である。前述のように、これは本発明による翼３の一例である。
【００３９】
図５は、本発明による電力プラント１０の伝達手段１１の正面を概略的に示した図である。図５において、第１翼部１３および第２翼部１４は、上反角において連続的に上向きに湾曲している。タービンは、翼の上面に取り付けられている。連続的に湾曲した翼が、下反角において下向きに湾曲され、翼の底面に取り付けられたタービンを備えることも可能である。
【００４０】
図６は、本発明による電力プラント１０の斜視図を概略的に示している。電力プラント１０は、翼３、およびタービン１２に接続されたナセル４を具備した伝達手段１１を具備している。伝達手段１１は、係留体６を用いて構造多７に取り付けられ、翼３を通過する流体の流れを利用して所定の軌跡を移動するように設けられている。発電機により発生された電力は、伝達手段１１から係留体６を通じて構造体７に移送される。構造体７から、電力は電力プラント１０の構造体７に接続された電力グリッドを通じて様々な場所に分配されることが可能である。
【００４１】
請求項内に記載された参照符号は、請求項によって保護される事項の範囲を限定するものとして見られるべきではなく、それらの単独の機能は請求項を容易に理解させることである。
【００４２】
実現される場合、本発明は多様な明確な観点において、添付の請求項の範囲から逸脱することなく変形することが可能である。したがって、それらに対する図および記載は、本来は実例とみなされ、制限ではない。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０  ・・・電力プラント
２、１１  ・・・伝達手段
３  ・・・翼
４  ・・・ナセル
５  ・・・パイロン
６  ・・・係留体
７  ・・構造体・
８  ・・・レバーアーム
９  ・・・取り付け位置
１２  ・・・タービン
１３  ・・・第１翼部
１４  ・・・第２翼部
１５  ・・・制御手段
１６  ・・・連結器
１８  ・・・翼端デバイス
１９  ・・・水平中心線
【図１】
0006284632.tif 000002
【図２】
0006284632.tif 000003
【図３】
0006284632.tif 000004
【図４】
0006284632.tif 000005
【図５】
0006284632.tif 000006
【図６】
0006284632.tif 000007