(57)【要約】【解決手段】係留され、水流駆動される水中用タービンである発電装置を制御する方法である。装置は、デュアルタービンと、流体の流れによって回転されるデュアル回転翼とを備えており、各タービンは、回転翼によって駆動される一又は複数の発電機を含む。装置は、装置係留ケーブルによって、装置の深度を制御するために移動可能である支柱に接続されている。支柱は、主係留ケーブル、左側係留ケーブル及び右側係留ケーブルであり、支柱制御係留ケーブルである３脚係留ケーブルによって海底に接続されている。１又は複数の巻上機が、１又は複数本の支柱制御係留ケーブルの張力を変えることにより、設定されたパラメータ内で装置の動作を維持するように制御される。
2010531956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れで揚力により動作する装置の前記流体における深度を制御する方法において、
Ａ．３脚支柱制御係留ケーブル（複数）により、前記流体の流れに対して制御支柱を係留するステップ、
Ｂ．前記制御支柱の移動により前記装置が深さ方向に移動するように、前記制御支柱に前記装置を接続するステップ、及び
Ｃ．前記支柱制御係留ケーブルの少なくとも１本の長さを調整して、前記制御支柱を移動するステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｄ．設定されたパラメータ内で前記装置の動作を維持するために、前記１本の支柱制御係留ケーブルの長さを選択的に変えるステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｄ．所定の最大深度及び所定の最小深度を設定するステップ、
Ｅ．前記装置の深度を検出するステップ、及び
Ｆ．前記装置の検出された前記深度に応じて、前記所定の最大深度と前記所定の最小深度との間で前記装置の作動深度を維持するために、前記１本の支柱制御係留ケーブルの長さを選択的に変更するステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記装置は、タービン回転翼を含むタービンであり、前記方法は、更に、
Ｄ．前記タービン回転翼の最大流体抵抗及び最大出力を選択するステップ、及び
Ｅ．流体抵抗及び出力が夫々前記最大流体抵抗及び前記最大出力を超過しないように、前記タービン回転翼のピッチを調節するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記作動深度は、前記最大深度と前記最小深度との間の中程にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記作動深度は、前記最大深度と前記最小深度との間の中程にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記装置は、ピッチが調整可能な回転翼によって駆動されるタービンであり、前記方法は、更に、
Ｄ．停止指令を復号するステップ、及び
Ｅ．前記停止指令に応じて、前記回転翼によって生成される揚力及び前記回転翼の回転速度が略零まで低減するように、前記ピッチが調整可能な回転翼のピッチを調整するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記装置は、デュアルタービンと、前記流体の流れにより回転されるデュアル回転翼とを備えており、各タービンは、前記回転翼によって駆動される一又は複数の発電機を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
浮力を与える支柱(130) と、
装置係留ケーブル(122,123,124,125) によって、浮力付与装置の深度を制御すべく移動可能である前記支柱(130) に接続された前記浮力付与装置(100,102) と、
前記支柱を係留する主係留ケーブル(161) 、左側係留ケーブル(162) 及び右側係留ケーブル(160) とを備えており、
前記主係留ケーブル、左側係留ケーブル及び右側係留ケーブルの内の少なくとも１本が、可変長係留ケーブル(160) であり、
前記可変長係留ケーブルに接続された長さ制御部(171) を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記長さ制御部は、１本の係留ケーブル(163) の張力を制御するための巻上機(171) であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記長さ制御部は、前記巻上機に配置されていることを特徴とする請求項９又は10に記載の装置。
【請求項１２】
前記支柱(130) は、浮力を付与するために、中空タンク、又は泡が満たされている部分(181) を備えていることを特徴とする請求項９乃至11のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記浮力付与装置は、流体の流れによって回転される回転翼(118,120) を有するデュアルタービン(100,102) を備えることを特徴とする請求項９乃至13のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記浮力付与装置は、水中翼を備えることを特徴とする請求項９乃至13のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電タービンを駆動すべく水中の流れを用いる水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
川及び海のような水流から電気を発生させるための水中用発電機の利用は、公知の技術である。定置型タービン及び係留型タービンの２タイプの装置が知られている。定置型タービンは、海底に定置されたタワーから構成されている。発電タービンは、海流に面するタービン回転翼と共に、一定の深度でタワーに取り付けられている。このタイプの設計は、水中での建設コストと、更に深い海域にタワーを配置するという工学的な難題との欠点を有する。このような装置の例が、潮力タービンとしてヨーロッパで試行されており、数例が、2007年の時点で北アメリカの海域で試行されている。
【０００３】
係留された装置は、水中で作動すべく設計されており、海底に固定された係留システムによって適所に保持されている。場合によっては、翼（水中翼）が揚力を付与し、及び／又はバラストタンクが、装置を降下せずに保持するために浮力を付与する。全体の浮力を調整するために浮力室を用いる装置があり、それにより水流における装置の作動深度を調節する。他の装置では、装置の深度を制御するために安定装置として機能する移動可能な翼が追加される。翼は、川に浮いている漂流物のような緊急事態に応じて、装置を潜水させるか又は浮上させるために調節される。
【０００４】
このタイプのタービン装置の一例が、コリオリ・プロジェクト（Coriolis Project）と呼ばれる水中用発電所である。この設計では、83MWの電気を発生させることが可能であり、直径が171 メートルである懸垂型ダクトタービンが必要とされる。タービンは、一定の深度で係留されている。
【０００５】
米国特許第６０９１１６１号明細書は、係留され、水流駆動される水中用タービンである発電装置を制御する方法を開示している。所定の最大深度及び所定の最小深度が設定される。検出された装置の深度に応じて、上昇プロトコル又は下降プロトコルが選択的に実施される。前記プロトコルにより、所定の最大深度と所定の最小深度との間で装置の作動深度が維持される。タービンは、可変ピッチ回転翼を含む。タービン回転翼にかかる最大許容流体抵抗が選択される。タービンの可変ピッチ回転翼のピッチが、装置にかかる流体抵抗が最大設計レベルを超過しないように調節される。
【０００６】
マンタライム（The Manta Raytm ）は、水中のカイトサーフィンのような係留された船舶用タービンである。非対称ノズルは、揚力を付与し、電気を発生させるために出口の近くで小型タービンに水を注入する。装置は、2006年9 月11日に公開され、発明者がフランシス・アラン・ファレリー（Francis Allen Farrelly）であり、発明の名称が「係留された非対称ノズルに対する水タービン」（Water Turbine In Tethered Asymmetric Nozzle）である国際公開第２００６／１１７８３０号パンフレットに述べられている。
【０００７】
この出願は、非対称ノズルを備えて海流を用いたエネルギー生成装置について述べており、非対称ノズルは、該ノズルの出口の前に配置された一又は複数のタービンに向けて水流を導くことが可能である。ノズルの入口は、非対称の形状を有し、入口の一面は、その対向面を越えて延びており、それにより水流に垂直な成分を有する力を生成する揚力面として機能する。装置は、係留ケーブルシステムにより係留されており、係留ケーブルシステムは、非対称ノズルを通って流れる水による垂直揚力で、係留ケーブルシステムによる張力の垂直成分を打ち消すことにより、装置を平衡に保持することが可能である。
【０００８】
別の水中用タービン装置が、2000年12月12日に公開され、発明者はフィリップ・ヴァーテール（Philippe Vauthier ）であり、発明の名称が「デュアル水タービンユニット」（Dual Hydroturbine Unit）である国際公開第２０００／０７７３９３号パンフレットに述べられている。
【０００９】
ヴァーテールによる出願は、水中で調整可能に配置するための環境を汚染しないマルチタービンユニットについて述べている。タービンは、効率を高めるために、一体化されているオーグメンタリング（augmentor ring）及び浮力調整部材を有するシュラウドに取り込まれている。マルチタービンの配置により、個々のタービンの逆回転トルクが効果的に打ち消され、それにより、固定した安定化構造を必要とすることなく、マルチタービンユニットの安定した配置を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６０９１１６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一貫性なく変わる海流が安定性、安全性及び発電性能に大きな影響を与えないように、係留され、水流駆動される水中用タービンである発電装置を、簡易化し、コスト効率が良いように制御する方法を提供することが必要である。このような装置の設置コスト及び保守コストを低く抑えておくために、水中における構造及び建造を最小限に抑えることが望ましい。これは、複数のタービンモジュールからなる一又は複数のタービンの配置を変更せずに、一又は複数のタービンの保守又は交換のために装置を安全に浮上させ得ることが必要であることを意味する。
【００１２】
更に、保守又は修理のために装置を即座に浮上させずに、装置の完全な停止を必要とする緊急事態に準備することが望ましい。
【００１３】
異常気象又は他の不可抗力の事態により作動深度から更に潜水することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、係留装置及び方法が、流体の流れで揚力によって動作する装置のために提供される。 
【００１５】
３脚支柱制御係留ケーブル（複数）により、前記流体の流れに対して制御支柱を係留し、支柱の移動により前記装置が深さ方向に移動するように、装置を制御支柱に接続し、一又は複数本の支柱制御係留ケーブルの長さを調整して支柱を移動することにより、流体における装置の深度を制御する方法である。
【００１６】
本発明の態様によれば、制御係留ケーブルの長さが、設定されたパラメータ内で装置の動作を維持するために、選択的に変更される。
【００１７】
本発明の態様によれば、所定の最大深度及び所定の最小深度が設定されて、装置の深度が検出されて、検出された装置の深度に応じて、制御係留ケーブルの長さが、所定の最大深度と所定の最小深度との間で装置の作動深度を維持するために変更される。
【００１８】
本発明に係る装置は、浮力を与える支柱を備える。装置は、更に、該装置の深度を制御するために移動可能な前記支柱に、装置係留ケーブルによって接続された浮力付与装置と、前記支柱を係留する主係留ケーブル、左側係留ケーブル及び右側係留ケーブルとを備え、前記係留ケーブルの内の少なくとも１本は可変長係留ケーブルであり、前記装置は前記可変長係留ケーブルに接続された長さ制御部を更に備える。
【００１９】
支柱及び装置の深度が、長さ制御部によって変更されるので、支柱も装置も可変浮力を備える必要がない。支柱及び装置は、所定の一定した浮力を備えるには十分であり、それにより構造的に簡素であり、従って、支柱及び装置のコスト効率が良い構造を可能にする。
【００２０】
本発明の態様によれば、前記長さ制御部は、１又は複数本の係留ケーブルの張力を制御するために少なくとも１つの巻上機によって構成される。巻上機は、可変長である係留ケーブルのアンカーによって配置され得る。しかしながら、巻上機が支柱に設けられることが好ましい。
【００２１】
本発明の態様によれば、装置は、タービン回転翼を含むタービンである。タービン回転翼の最大流体抵抗及び最大出力が選択されて、流体抵抗及び出力が最大流体抵抗及び最大出力を超過しないようにタービン回転翼のピッチが調節される。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記装置は、流体の流れによって回転される回転翼を有するデュアルタービンを含む。
【００２３】
本発明によれば、係留システムは、(i) 通常の流れが存在する場合、(ii)流れの方向が20度以内で変化する場合、(iii) 流速が、所定の最小作動目標以下に減少している場合を含む流れに対する配置及び深度を最適化することにより、動力抽出を最大限にしながら、全ての自由度における安定性を提供するために、新たな三脚の幾何学的配置で複数本の係留ケーブルを用いる。
【００２４】
発明の態様によれば、タービンは可変ピッチ回転翼を含む。可変ピッチ回転翼のピッチは、装置に負荷を与える流体抵抗が制御されるように調節される。装置が表面に浮上するように指令されるか、又は任意の深度で停止するように指令されるとき、回転翼が、流れからフェザリングされ得る。
【００２５】
本発明の態様によれば、緊急停止指令が、装置の回転翼の回転及び動力出力が略零に低減されるように、可変ピッチ回転翼のピッチを調節させる。サービスのために装置が浮上され得るまで、正の浮力が装置の安定を維持する。
【００２６】
本発明の利点は、支柱又は装置の浮力も、翼からの揚力の程度も、本発明の目的を達成するために可変である必要がないことである。更に、翼を必要とせず、特に、正の浮力が装置及び支柱によって与えられるので、揚力が可変である翼を必要としない。
【００２７】
本発明は、全ての自由度で安定性を備えるが、流れの方向が変化する毎に流れにおける垂直軸周りでねじれる（偏揺れで移動する）柔軟性を備えるという利点を有する。
【００２８】
本発明は、全ての自由度で安定性を備えるが、速度が変化する毎に深度を調整する（縦揺れで移動し、簡易な制御により深度が調整可能である）という柔軟性を可能にするという利点を有する。
【００２９】
本発明は、サービスのために水面に浮上させ、厳しい天気により引き起こされる流れの混乱を回避すべくある深度に潜水させるために遠隔指令を与えるという利点を有する。
【００３０】
本発明は、回転翼によって生成される逆回転トルクが互いに著しく異なる場合、安定性を備えるという利点を有する。
【００３１】
本発明は、流速が急激に減少するか又は増大する場合、安定性を備えるという利点を有する。
【００３２】
本発明は、流れの方向が急激に変更した場合安定性を備えるという利点を有する。
【００３３】
本発明は、安定性を回復するために、浮力調節又は揚力面調整という動的応答に依存しないという利点を有する。
【００３４】
本発明は、海洋生成物が翼の揚力に悪影響を及ぼす場合、安定性を備えるという利点を有する。
【００３５】
本発明は、回転翼によって生成された逆回転トルクが互いに著しく異なる場合、最適化された発電を提供するという利点を有する。
【００３６】
本発明は、流速が急激に減少するか又は増大する場合、最適化された発電を提供するという利点を有する。
【００３７】
本発明は、流れの方向が急激に変更する場合、最適化された発電を提供するという利点を有する。
【００３８】
本発明は、最適化された発電を回復するために、浮力調節又は揚力面調整という動的応答に依存しないという利点を有する。
【００３９】
本発明は、海洋生成物が翼の揚力に悪影響を及ぼす場合、最適化された発電を提供するという利点を有する。
【００４０】
本発明を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明が具体化される水中用発電装置を正面及び側面の方向から示す斜視図である。
【図２】図１に示された発電ナセルを示す背面図である。
【図３】図１に示された発電ナセルを背面及び側面の方向から示す斜視図である。
【図４】係留された発電装置が水面に引き上げられている状態のアンカー及び係留ケーブルの配置を夫々示す斜視図、平面図、流体の流れ方向の図及び側面図である。
【図５】係留された発電装置が水面に対して50m の作動深度にある状態のアンカー及び係留ケーブルの配置を夫々示す斜視図、平面図、流体の流れ方向の図及び側面図である。
【図６】係留された発電装置が水面に対して75m の作動深度にある状態のアンカー及び係留ケーブルの配置を夫々示す斜視図、平面図、流体の流れ方向の図及び側面図である。
【図７】係留ケーブルの張力を制御するための巻上システムを含む図１に示されたケーブル支柱130 を示す斜視図である。
【図８】図１に示された装置の動作を制御するための制御システムを示すブロック図である。
【図９】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【図１０】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【図１１】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【図１２】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【図１３】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【図１４】図１に示された装置の動作を制御するための図８に示された制御システム内のソフトウェアを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、揚力又は浮力の調節及び制御を必要とすることなく、全ての自由度における動作安定性を維持しながら、動力抽出を最適化するために、水流における偏揺れ及び深度の調整能力を備え、流れを用いた水中用タービンのためのマルチポイント係留及び安定化システムに関する。
【００４３】
深度を調整するための浮力変更機構又は揚力調節機構を用いる必要なく、全ての自由度における安定化を達成し、動力抽出を最適化すべく流れにおける偏揺れ及び深度の調整を可能にし、水流駆動される水中用タービンである発電装置の係留方法が述べられている。タービンは、可変ピッチ回転翼を含む。タービン回転翼にかかる最大許容流体抵抗が選択される。装置にかかる流体抵抗が最大設計レベルを超過しないように、タービンの可変ピッチ回転翼のピッチが調節される。
【００４４】
海流タービンの使用による電気の形態での動力抽出は、装置の構成要素、構造及びその係留システムを介して与えられる非常に高い負荷と、速度及び方向が変化する非常に予測不能な海流とを伴う。大型の回転翼、有能な駆動システム及び際立った構造が、重要な動力抽出、すなわち、ビジネスにおける展望から金銭価値に変換される総額のために用いられる。本発明によって用いられる係留システムは、強度の点だけでなく、配置、サービス、緊急潜水及び最適な動力抽出のための機能性及び柔軟性の点でも丈夫である。
【００４５】
本発明の係留システムにより、サービスのために装置を浮上させることが可能になる。更に、前記係留システムにより、厳しい天気により引き起こされる流れの混乱のために、ある深度に装置を潜水させることが可能になる。人を伴う海洋での配置又はサービス処理は許されず、海洋での配置又はサービス処理が人を介して水中で実施される必要もない。全ては、遠隔操作探査機（ROV） 又は離れて起動される装置の利用を介して行われる。
【００４６】
流れにおける空間に固定された装置は安定化を達成するかもしれないが、流れの方向及び／又は速度が著しく変化するとき、装置は最適下限の動作環境に直面する。本発明は、流れの方向に対向した配置と、流れにおける深度調整とを可能にする。移動する流体によって抽出される動力は、速度の３乗に比例するので、海流タービン装置は、季節的な速度、そうでなければ持続性のあるより遅い速度に直面し、その生産性、ひいては投資効率が最適下限になる。
【００４７】
図１は、本発明に係る水中用発電装置を示す。システムは、浮力を付与する支柱(130) と、装置係留ケーブル(122,123,124,125) によって支柱(130) に接続された浮力付与装置(100,102) とを備えている。支柱(130) は、装置の深度を制御するために移動可能である。主係留ケーブル(161) 、左側係留ケーブル(162) 及び右側係留ケーブル(163) が支柱を固定している。該係留ケーブルの内の１本は、可変長係留ケーブル(160) である。長さ制御部が、可変長係留ケーブルに接続されている。長さ制御部は、可変長係留ケーブル(160) の張力を制御するために支柱(130) に配置された巻上機(171) である（図７）。可変長係留ケーブル(160) が巻上機で巻き上げられるとき、装置は引き下げられ、可変長係留ケーブル(160) が巻上機で巻き上げられていないとき、装置は、装置及び／又は支柱の浮力によって引き上げられている。本発明の別の実施形態では、巻上機(171) は、関連する係留ケーブルのアンカーで配置され得る。
【００４８】
図１に示された実施形態では、液密なナセル(100,102) に夫々収容された１対の発電機が備えられ、前記ナセルは、中央部(104) から構成された水中翼構造によって互いに接続されている。本実施形態の装置では、装置の浮力が、液密なナセル(100) 及びナセル(102) によって与えられる。しかしながら、別の実施形態の装置では、装置の浮力が、前記装置に接続された中空のタンク又は泡で満たされたタンクによって付与され得る。
【００４９】
制御部(104) は、中央の水中翼構造(104) の真下に各ナセルが配置された状態で、中央部(104) の下面にナセル(100,102) を位置決めして、支持する。
【００５０】
各タービンは、可変ピッチ羽根(118,120) を夫々有する回転翼(114,116) を有し、回転翼の羽根は、構造のトルク力が平衡を保つように逆方向に回転する。発電装置(102) は、流路に一対の係留ケーブル(122,124) によって水中に係留される。発電装置(100) は、流路に一対の係留ケーブル(123,125) によって水中に係留される。係留ケーブル(122-125) は「装置係留ケーブル」と呼ばれる。回転翼(114,116) は、水流がまず中央部(104) を通過し、次に回転翼と係合し、回転翼(114,116) の回転を引き起こすように、水中翼(104) に対して位置決めされる。装置係留ケーブル(122-125) は、各ナセル(100,102) の本体上に配置された係留ケーブルを接続する部材からケーブル支柱(130) まで延びる。
【００５１】
図１に示されたケーブル支柱(130) の斜視図である図７を参照すると、ケーブル支柱は、係留ケーブル(160) の張力を制御するための巻上システム(171) を含む。一対の係留ケーブル(122,124) は、ケーブル支柱(130) 上で継手(178,174) に接続されており、一対の係留ケーブル(123,125) はケーブル支柱(130) 上で継手(178,174) に接続されている。ケーブル支柱(130) は、浮力を付与するための中空タンク又は泡で満たされた部分(181) と、ケーブル(160) が遊び車(180) を介して通過し、巻上機(171) に巻き上げられるための部分(181) 内の通路(182) とを備える。
【００５２】
本発明の別の実施形態では、係留ケーブルの内の２本の長さが可変であるように、支柱(130) に、２つの巻上機が含まれ得る。更に、一方の巻上機が支柱(130) に配置され、他方の巻上機が、関連する係留ケーブルのアンカーに配置され得る。
【００５３】
側方係留ケーブル(136,138) は、ケーブル支柱(130) 上の継手(172,176) に接続され、後方の単一の固定長ケーブル(162) に連結されており、該固定長ケーブルは、海底に配置された第１のアンカー部材(150) に固定されている。側方係留ケーブル(137,139) は、ケーブル支柱(130) 上の継手(172,176) に接続され、可変長ケーブル(163) に連結されており、該可変長ケーブルは、海底に配置された第２のアンカー部材(152) に固定されている。ケーブル支柱(130) 内に配置された巻上機(171) は、線状の手がかりにより見つけられるケーブルを取り込む又は繰り出すことにより、可変長ケーブル(163) の一部(160) の長さを変更するために用いられる。ケーブル支柱(130) は更に、単一の主係留ケーブル(161) と連結された主係留ケーブル(140,142) に接続されており、単一の主係留ケーブルは、海底に配置されたアンカー部材(154) に固定されている。係留ケーブル(136-142) は、「制御係留ケーブル」と呼ばれる。水中用発電装置は、海底に固定された３群の係留ケーブル（３脚支柱制御係留ケーブル）の安定性の点から利点を有する。
【００５４】
ナセル(100,102) 内の発電機は、（米国特許第６０９１１６１号明細書の図２に示されているような）均衡を保って浮揚する電力伝送ケーブルに接続されている。均衡を保って浮揚する電力伝送ケーブルは、回転翼とのもつれを防ぐために、円錐形のケージ又は同様のルーティングデバイス内で装置から下流に延びる。電源ケーブルが、他のユニット又は陸に拠点を置いた送電網に相互接続される前に、係留ケーブルに沿って上流に延びてもよい。
【００５５】
水中用発電装置は、海底に対して選択された角度で配置された主係留ケーブル(161) と、ケーブル支柱に取り付けられた下流制御係留ケーブル(140,142) とによって水流に対して規制されている。
【００５６】
可変下流流体抵抗は、水中用発電装置周りの水流によって生成され、流速の２乗が変わるにつれて変わる。前記流体抵抗の最大部分は、流れが２つの回転翼の面を横切る際に生成される。更に装置は、回転翼が回転していない間より、回転翼が水流によって回転され、発電機を駆動している間に、更に大きな流体抵抗を生成し、羽根が、（流れに対して平行に）フェザリングするとき、又は（流れに対して垂直な）零ピッチにあるとき、最小の流体抵抗が生じる。羽根が零ピッチにある場合、又は完全にフェザリングしている場合、流れによって回転翼に与えられる流体抵抗は小さく、流れによって回転翼に与えられる揚力は最小であるか零であり、回転を引き起こさない。  
【００５７】
主係留ケーブルの角度で連結された水中用発電装置にかかる流体抵抗は、流速の２乗に比例する可変下流力になる。図１に示された実施形態では、前記下流力は、装置／支柱の浮力と水中翼の揚力との組み合わせによって相殺される。しかしながら、上記に述べたように、支柱及び装置が、揚力がない場合でさえ、前記下流力を克服するために十分な浮力を備えるように設計されているので、水中翼の揚力は下流力を相殺するために必要ではない。
【００５８】
装置は、本来、重力、浮力、揚力及び制御係留ケーブルの張力の垂直成分である垂直方向に作用する４つの主な力を受ける。係留ケーブルの張力の垂直成分は、下流流体抵抗に比例し、該下流流体抵抗は、流速の二乗に比例する。前記下流流体抵抗は、流れの方向に対して主係留ケーブルの角度によって変換される。浮力は、装置の最終的な正の浮力によって生成される。揚力は、水中翼(104) を通過する流れによって生成される揚力である。このような揚力は、装置が前記水中翼を備えない場合当然存在しない。
【００５９】
揚力が零であり、流体抵抗が最大であるとき、装置の正の浮力が、確実に、全ての構成要素の重量を超えるほど十分大きく、アンカー、係留ケーブル及び巻上機の強度が、これらの最大負荷に耐えることが可能であるように設計することによって、装置は、常に安全な深度を維持する。制御機構は、何らかの理由により上流又は下流の深度を変更すべく巻上機を駆動することが可能である。   
【００６０】
図８のブロック図は、図９乃至15のフローチャートと共に、図１に示された実施形態、つまり、水中翼（従って、流れが零でない場合揚力）を備えた実施形態に係る装置の動作を制御するための制御システム及びソフトウェアを示す。
【００６１】
垂直揚力、浮力、重力及び流体抵抗が、所与の流速で平衡を保ち、その結果生じる係留ケーブルの張力は明らかである。流速の変化に伴う係留ケーブルの張力は、揚力面（付着）で変化し、回転翼のピッチで変化する。装置の位置は、既知の方向及び速度で流れる水流における最大深度と最小深度との間で制御される。水中用発電装置の動作及び最大動作速度のための最大深度及び最小深度は、指令制御センタから、制御システム(300) の一部である制御プロセッサにプログラミングされる。指令制御センタは、陸上の指令センタ、衛星又は他の離れた指令源であってもよい。例えば、装置は、選択された最小深度として30メートル、選択された最大深度として75メートル、及び選択された最大速度として毎秒2.00メートルにプログラミングされてもよい。
【００６２】
センサの情報が、図８に示されるような制御システムに入力される。センサの情報として、縦揺れ及び横揺れ、偏揺れ、深度、制御係留ケーブルの張力、回転翼のピッチ、ナセルのビルジ水、伝送の際の振動検出、発電機及び軸受、送電網の状態、水圧、圧縮空気、ナセルの温度、冷却液の温度、伝送の際の発電機の温度、陸上制御指令、及び局所制御指令がある。これらのセンサの情報は制御システムに与えられ、深度調整、潜水又は停止を必要とする状態が識別される。停止状態は、(1) 送電網の損失と、(2) 係留ケーブルの破損、故障したギアボックス、故障した発電機、ひびの入った回転翼、波及び乱流の影響等からの過度な振動と、(3) 発動機、ギアボックス、ナセルの空気等における過度の温度と、(4) 過度のピッチと、(5) 過度の偏揺れと、(6) 過度の回転とを含んでいる。
【００６３】
制御システムは、回転翼のピッチアクチュエータによって回転翼に接続されている。制御システムは、水流によって回転翼に与えられる流体抵抗を変更するために、回転翼のピッチを変更することが可能である。
【００６４】
制御により、回転翼の可変ピッチの調節が開始される。制御により、図７に示された巻上システムを用いた制御係留ケーブルの張力の調節が開始される。制御システムは、選択された最大及び最小の深度間にある所望の作動深度で、水中用発電装置を維持する。制御システムは、説明された機能を行なうようにプログラミングされているマイクロプロセッサであってもよい。
【００６５】
操作方法
図９乃至14は、図１に示された装置のための制御ソフトウェアのフローチャートである。操作では、制御システムが作動してもよい深度のための上限値及び下限値に、制御システムがまず設定される。その後、水中用発電装置は選択された目標深度に下げられ、巻上機が作動されて、既存の流速で水中用発電装置を固定すべく制御する。    
【００６６】
海流での動作のための中心線に沿った深度は、海面下50メートルであってもよい。目的は、通常動作のための選択された最大深度と選択された最小深度との間の所望の作動深度で水中用発電装置を維持することである。一般的に発電は、回転翼が設計されている流速と一致して、発電機の動作効率の最大限まで行われる。
【００６７】
制御システムは、幾つかの状況に応じて装置を制御すべくプログラミングされている。回転翼のピッチアクチュエータにより回転翼のピッチを変え、可変長係留ケーブルの長さを変えるために、制御が簡易化されている。可変長係留ケーブルは、深度調整システムである巻上機の制御によって取り込まれるか、又は繰り出される。装置姿勢制御システムが用いられ、装置の姿勢（偏揺れ、縦揺れ及び横揺れ）を制御するために、２つのナセル間で動力を制御する。
【００６８】
システムが出力するP,V の正常値、及びシステムが無傷な状態が、生産限界内の電力(P) 及び電圧(V) となる。システムが無傷な状態とは、温度、振動、送電網の接続／状態、及び指定限界内での更なる作動として決められる。
【００６９】
装置は、半径が20m である羽根全体が沈められるように、羽根に負荷がかけられる前に、少なくとも20m の必要がある深度に中心線に沿って引き下げられる。「深度」は、ハブ／回転翼の直径の中心線から参照される。
【００７０】
サービスモードのサブプログラムのフローチャートでは、装置を水面に上昇させるように巻上機に指令する。サブプログラムが終了する際、フローは、主フローチャートに戻り、フローは「装置を水面に上昇させる」に続く。そうである場合、サービス及び診断は水面で行われる。そうではない場合、「第２緊急解除を起動する」ロジックに入る。
【図１】
2010531956.tif 000003
【図２】
2010531956.tif 000004
【図３】
2010531956.tif 000005
【図４】
2010531956.tif 000006
【図５】
2010531956.tif 000007
【図６】
2010531956.tif 000008
【図７】
2010531956.tif 000009
【図８】
2010531956.tif 000010
【図９】
2010531956.tif 000011
【図１０】
2010531956.tif 000012
【図１１】
2010531956.tif 000013
【図１２】
2010531956.tif 000014
【図１３】
2010531956.tif 000015
【図１４】
2010531956.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【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】
水中用発電装置において、
回転翼(114,116) を有するタービンを夫々含み、液密なナセル(100,102) に収容された１対の発電機を備えており、
前記液密なナセル(100,102) は、浮力を与え、水中翼(104) により互いに接続されており、
前記液密なナセル(100,102) は、夫々、一対の装置係留ケーブル(122,123,124,125) によって、前記装置の深度を制御すべく移動可能な浮力付与支柱(130) に接続されており、
一対の制御係留ケーブル(136,138) が、前記浮力付与支柱(130) に接続されて、左側係留ケーブル(162) に連結されており、一対の制御係留ケーブル(137,139) が、前記浮力付与支柱(130) に接続されて、右側係留ケーブル(163) に連結されており、一対の制御ケーブル(140,142) が、前記浮力付与支柱(130) に接続されて、主係留ケーブル(161) に連結されており、
前記主係留ケーブル(161) 、左側係留ケーブル(162) 及び右側係留ケーブル(163) は、前記浮力付与支柱(130) を固定し、前記主係留ケーブル(161) 、左側係留ケーブル(162) 及び右側係留ケーブル(163) の内の少なくとも１本が、可変長係留ケーブル(160) であり、
長さ制御部(171) が、前記可変長係留ケーブル(160) に接続されていることを特徴とする水中用発電装置。
【請求項２】
前記長さ制御部は、１又は複数本の係留ケーブル(163) の張力を制御するために、少なくとも１つの巻上機(171) を備えることを特徴とする請求項１に記載の水中用発電装置。
【請求項３】
前記長さ制御部は、前記浮力付与支柱(130) に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水中用発電装置。
【請求項４】
前記浮力付与支柱(130) は、浮力を付与するために、中空タンク又は泡で満たされた部分を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水中用発電装置。
【請求項５】
前記ナセル(100,102) は、夫々、浮力を付与するために、中空タンク又は泡で満たされたタンクを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水中用発電装置。
【国際調査報告】
2010531956.tif 000017
2010531956.tif 000018
2010531956.tif 000019