(57)【要約】  本発明は、波エネルギーを利用するためのタービンプラントに関する。当該タービンプラントは、開口部をそれぞれ、下端及び上端に備えたチャンバを有し、空気流を運搬するための、両端が開放されたダクトを有し、前記チャンバの下端は、海に没水するように設定されているとともに、上端の前記開口部は、前記ダクトの両端のうちの１つの端部に接続されており、当該タービンプラントは、前記ダクトに包囲された、前記ダクトに対して同軸に配置されたエネルギーユニットを有し、前記ロータブレードから堆積物を除去するための装置、もしくは、前記ロータブレード上で堆積物が生成するのを防止するための装置が設けられている。
2010511832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波（２）のエネルギーを利用するためのタービンプラントにおいて、
当該タービンプラントは、
下端及び上端それぞれに開口部（３）を備えたチャンバ（１）を有し、
空気流を運搬するための、両端が開口したダクト（５．１）を有し、
前記チャンバ（１）の下端は、海に没水するように設定されているとともに、上端の前記開口部（３）は、前記ダクト（５．１）の両端のうちの１つの端部に接続されており、
当該タービンプラントは、前記ダクト（５．１）に包囲された、前記ダクトに対して同軸に配置されたエネルギーユニット（５）を有し、
噴射装置（５．５、５．６）が設けられており、当該噴射装置は、塩を溶解する、液体又は気体又は霧状の媒体の供給源に接続されているとともに、当該媒体をロータブレードに塗布するタービンプラント。
【請求項２】
前記エネルギーユニット（５）は、ロータブレードを有する少なくとも１つのタービンロータ（５．２、５．３）と、前記ロータ（５．２、５．３）に対して同軸に配置され、前記ロータによって駆動される発電機（５．４）と、を具備することを特徴とする請求項１に記載のタービンプラント。
【請求項３】
２つ以上のタービンロータ（５．２、５．３）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービンプラント。
【請求項４】
各ロータは、流入する空気の方向に関係なく、その回転方向を維持することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項５】
前記噴射装置は、断続的に作動することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンプラントの運転方法。
【請求項６】
前記ロータブレードの表面の状態は、その粗さと、その他の特性と、に関して把握されること、
センサは、前記状態を基に、信号を出力すること、及び、
前記噴射装置は、前記信号に応じて作動すること、を特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
噴射媒体として、水が使用されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
噴射媒体として、海水が使用されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海の波を利用し、波に含まれるエネルギーを電気エネルギーに変換するためのタービンプラントに関する。当該プラントは、例えば、特許文献１及び特許文献２から知られている。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラントは、以下のように構成されている。
プラントはチャンバを具備しており、当該チャンバは、その下端が開放され、開放された下端は、海に没水している。チャンバは、その上端にも、開口部を有する。さらに、空気流の運搬に供されるダクトが備えられている。当該ダクトは、その開放された端部の１つで、チャンバ上端の開口部に接続されている。ダクト内には、ダクトに包囲され、かつダクトに対して同軸に配置されたエネルギーユニットが設置されている。当該エネルギーユニットは、タービンロータと、場合によっては、当該ロータで駆動される発電機と、を具備する。
【０００３】
チャンバ内の海水の水位は、波にともなって、つねに上下している。波の運動は、チャンバ内へ影響を及ぼしている。水位が上昇するたびに、チャンバ内に存在する量の空気が圧縮される。水位が上昇すると、空気は、圧縮されるとともに、チャンバ上端の開口部を経由して、タービンが設置されたダクトを通過する。当該空気流は、タービンを駆動し、それによって、電気エネルギーを発生させる発電機をも駆動する。
【０００４】
チャンバ内の水位が下降する際にも、同じプロセスが進行するが、空気流の向きだけは逆になる。タービンロータを、空気流の向きに関わらず、同じ方向に回転させる技術が存在する。当該技術は、例えば、特許文献３に記載されている。
【０００５】
世界の海は、無限の波エネルギーを有している。年間平均の波エネルギーは、水深１０ｍで１０ｋＷ／ｍ、水深４０ｍで５０ｋＷ／ｍである。しかしながら、問題は、豊富に存在するエネルギーを経済的な方法で利用して、キロワット時当たりの費用を、競争力のあるものにするという点にある。これは、自然において発生するような再生可能エネルギーを容認できる費用で経済的に利用可能なエネルギーに変換する数多くの装置では、しばしば不可能である。前記装置の経済性は、効率に著しく左右されるからである。影響力を行使できる可能性は、限定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第００００４４１号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２２５０３２１号明細書
【特許文献３】英国特許第１５９５７００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に記載した種類のプラントを、その効率が上昇するように構成し、改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。
【０００９】
発明者は、以下のことを認識した。
海洋エネルギーを電気エネルギーに変換するタービンプラントでは、ロータブレードの表面に、あらゆる種類の粒子が堆積する。当該堆積物は、タービンダクトを貫く空気流から堆積したものである。これは、空気が、液体状の水を含んでいない場合も同様である。しかしながら、空気は湿気を帯びており、海塩も含んでいる。ここから沈殿が生じるが、当該沈殿物は最初は微細であり、肉眼では視認できないので、それまでは注意をひくものでもなかった。当該沈殿物が粗くなると、空気流がロータブレードとの境界面で減速させられるか、あるいは、空気流の分解が生じ、その結果、タービンの効率が低下し、それゆえにプラント全体の効率が低下する。前記の粗さは、時の経過とともにロータブレードに根付く有機物質にも起因し得る。
【００１０】
したがって、問題の解決は、ロータブレードの表面を、前記沈殿物及び堆積物から防護するための措置、あるいは、すでに前記沈殿物及び堆積物が生成されている場合には、それらを除去するための措置を講じることにある。
【００１１】
本発明に係る解決法には、複数の選択肢が存在する。最も容易な措置としては、ノズル装置が挙げられる。当該ノズル装置によって、ロータブレードに、水などの液状媒体を噴射する。重要なのは、当該媒体が、ロータブレード表面に堆積した塩を溶解できるということである。このとき、海水も考慮に入れられる。いずれの場合も、連続的あるいは不連続的な処理が考えられる。
【００１２】
液体の代わりに、ロータブレードに、微細な噴霧を衝突させる、あるいは、蒸気を当てることも考えられる。
【００１３】
実際には、すでに大きな成功が収められている。効率は、ブレードを洗浄することで、著しく上昇した。
【００１４】
本発明は、波エネルギーを直接利用する際にも適用される。このとき、例えば、海水脱塩装置の構成要素であり得るポンプが、考慮に入れられる。いずれにしても、本発明は、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換せず、したがって、発電機を具備しない装置にも適用される。
【００１５】
本発明を、以下に、図を用いて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】波力発電所の概略を示した投影図である。
【図２】図１の波力発電所の横断面を示した図である。
【図３】エネルギー発生ユニットであるウェルズタービンを示した投影図である。
【図４】図３に示された物体の一部を拡大した図である。
【図５】図４に示された物体の一部を拡大した図である。
【図６】縁に堆積物の付着したタービンブレードを示した投影図である。
【図７】軸方向の流速と、接線方向の速度との比によって、効率の改善程度（事前／事後）を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示された波力発電所は、海岸、最適には漏斗状の湾に立地する。前記領域では、エネルギーが著しく集中するからである。湾は、沖に繋がっている。水は、つねに動いている（波２を参照のこと）。発電所の内では、基本的には、チャンバ１のみが見えている。
【００１８】
図２からわかるように、チャンバは下端が開放されている。波２は、チャンバ１に達する。その結果、チャンバ内の水位は、下の水位と上の水位との間で、垂直方向に上下する（２つの垂直な矢印を参照のこと）。
【００１９】
水位が上昇すると、チャンバ１内に封入されている空気は、上方へ向かって、圧縮される。当該空気は、カーブした矢印に沿って流れる。当該空気は、上端の開口部３を通って、チャンバ１を離れる。上端の開口部３には、導管４が接続されている。導管４には、エネルギー発生ユニット５が設置されている。エネルギー発生ユニット５の前には、フラップ弁６が配置されている。エネルギー発生ユニット５の構成は、図３〜図６に、より正確に示されている。図３は、ロータタービン５を示している。ロータタービン５は、ダクト５．１を具備する。発電所が運転しているとき、チャンバ１からの、圧縮された空気は、当該ダクトを通過する。
【００２０】
ロータタービンとは、空気流の向きに関係なく、つねに同じ方向に回転するロータを備えたタービンのことである。英国特許出願公開第１５９５７００号明細書を参照のこと。
【００２１】
図３からわかるように、ロータタービン５は、さらに２つのロータ５．２及び５．３を具備する。当該ロータは、ダクト５．１に対して同軸に配置されており、当該ダクトに包囲されている。ロータ５．２及び５．３は、発電機５．４の上で作動している。このとき、ロータ５．２及び５．３は、空気流が、どちら側からダクト５．１に入ってくるかに関係なく、つねに同じ方向に回転するように、構成されかつ配置される。空気は、チャンバ１内の水位が上昇すると陸方向へ流れ、水位が下降すると沖方向へ流れるので、前記構成及び配置は、必要もしくは有利なものである。
【００２２】
発電機５．４は、図示されていない送電網に、電気エネルギーを供給する。
【００２３】
図４及び図５は、拡大図によって、噴射ノズル５．５が識別できるようにしている。噴射ノズル５．５は、噴射水道管５．６に接続されている。図５も参照のこと。噴射水道管５．６には、一般に、複数の噴射ノズルが接続されている。当該噴射ノズルは、噴きかかる又は垂れる又は滴る流れが、ロータ５．２及び５．３のブレードに当たるように、向けられている。
【００２４】
図６からは、タービンブレードの縁の部分に結晶化する塩の量を認識することができる。堆積物は、本発明に係る措置によって、その生成を防止しなければ、何週間又は何ヶ月かの間に、著しい量に達する。堆積物８を伴うロータブレード７の横断面を参照のこと。
【００２５】
図７のグラフは、ｘ軸に、ロータブレード上で発生する空気の速度と、ロータの接線方向の回転速度との比Ｆｉを示している。ｙ軸には、タービンの効率ηが示されている。円は、タービンブレードに、溶解液を塗布した後の効率ηであり、四角は、本発明を適用しなかった場合の効率の推移である。
【符号の説明】
【００２６】
１  チャンバ
２  波
３  チャンバ開口部
４  導管
５  エネルギー発生ユニット
５．１  ダクト
５．２  ロータ
５．３  ロータ
５．４  発電機
５．５  噴射ノズル
５．６  噴射水導管
６  フラップ弁
７  ロータブレード
８  堆積物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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