(57)【要約】  深層水内装置を使用する発電システムが提供される。本システムには、深層水内の所望深さに到達する構成としたバラストブイと、バラストブイに取り付けられ、バラストブイが深層水内の所望深さに達すると沈む、実質的に垂直の中空のチューブと、深層水内の所望深さ位置にバラストブイを配置することにより、実質的に垂直の中空のチューブ内に創成される物理環境をエネルギーに変換するコンバーターと、が含まれる。
2010533474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
深層水中装置を使用する発電システムであって、
深層水中の所望深さに到達する構成としたバラストブイと、
該バラストブイに取り付けた実質的に垂直の中空のチューブにして、前記バラストブイが深層水中の所望深さに達すると水中に沈むチューブと、
前記バラストブイを深層水中の所望深さに配置することにより、該チューブ内に創出される物理環境をエネルギーに変換するコンバーターと、
を含む発電システム。
【請求項２】
深層水中の所望深さでのバラストブイの配置が、深海水位での高い圧力を使用するに十分な深さで実施される請求項１の発電システム。
【請求項３】
深層水中の所望深さでのバラストブイの配置により、深海水位における最小温度変化がシステム腐食を最小化する請求項１の発電システム。
【請求項４】
深層水中の所望深さでのバラストブイの配置により、深海水位における塩分減少がシステム腐食を最小化する請求項１の発電システム。
【請求項５】
チューブがシリンダである請求項１の発電システム。
【請求項６】
チューブが剛性態様下にバラストブイに連結される請求項１の発電システム。
【請求項７】
チューブが深層海水をより高圧の位置からより低圧の位置に通過させる請求項１の発電システム。
【請求項８】
より高い圧力がより深い水中で生じる請求項７の発電システム。
【請求項９】
より低い圧力が浅い水中で生じる請求項７の発電システム。
【請求項１０】
通過する水により運動エネルギーが発生する請求項７の発電システム。
【請求項１１】
運動エネルギーがピストンを使用して発生される請求項１０の発電システム。
【請求項１２】
運動エネルギーがポンプを使用して発生される請求項１０の発電システム。
【請求項１３】
ポンプが、引張時に内容積が減少し、弛緩時には内容積が増大し、かくしてポンプとして作用するホースを含む請求項１２の発電システム。
【請求項１４】
ポンプを出る水が、タービン送給用のアキュミュレーター内に排出される請求項１２の発電システム。
【請求項１５】
タービンが、発生した電気をケーブルを介して送電して発電機を駆動させる請求項１４の発電システム。
【請求項１６】
バラストブイが少なくとも１つの深さセンサを含む請求項１の発電システム。
【請求項１７】
バラストブイが少なくとも１つの温度センサを含む請求項１の発電システム。
【請求項１８】
バラストブイが少なくとも１つのバラスト画室を含む請求項１の発電システム。
【請求項１９】
バラストブイが少なくとも１つのバラスト画室を含み、バラストブイが少なくとも１つの深さセンサを含み、前記少なくとも１つの深さセンサが、少なくとも１つのバラスト画室を使用してバラストブイを所望深さに降下させ得るフィードバックを提供する請求項１の発電システム。
【請求項２０】
実質的に垂直の中空のチューブの各部分を横断する少なくとも１つの圧力水頭差が生じる請求項１の発電システム。
【請求項２１】
実質的に垂直の中空のチューブの各垂直端部を横断する少なくとも１つの圧力水頭差が生じる請求項１の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、Ｒｙａｎ  Ｓｔｅｅｌｂｅｒｇ及びＣｈａｄ  Ｓｔｅｅｌｂｅｒｇを発明者として２００７年７月１１日付で提出された“ＤＥＥＰ  ＷＡＴＥＲ  ＰＯＷＥＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ”と題する米国特許出願番号第６０／９５９，１８４号の、米国特許法第１１９条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９）に基づく優先権を主張するものである。
本発明は一般に発電システム及び装置に関し、詳しくは、深層水発電システム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の科学者たちの多くは、エネルギー消費量がますます増大している世界を賄うに十分な供給エネルギーを産出すると言う目標に焦点を絞るようになった。環境低負荷態様下にそうした供給エネルギーを産出させ得るものとして提案されたある手法では、世界の海洋の水力を利用して発電させる。世界の海洋で稼働させるためのそうしたエネルギー利用形発電装置は数多くのタイプのものが提案されている。持続性のあるそうした代替エネルギー源は、原油価格高騰や伝統的エネルギー供給システムが世界環境に及ぼす悪影響が明らかになるにつれ、ますますその魅力を高めている。
【０００３】
世界の海洋での発電において注目を集めているのが“波力”である。ある設計のものでは海岸のある場所で波を漏斗に導入し、２機のタービンに空気圧を付加してこれらのタービンでエネルギーを供給させる。この手法によれば２５０キロワット型発電機を旋回させ得ると推定される。他の手法では、注意深く計算されたスロープを辿る一連の層状リザーバが提供される。これらのリザーバは本質的に、入力波の潜在エネルギーを離散化させるものである。各リザーバへの入力エネルギーはリザーバシステムを通して落下しつつ運動エネルギーに変換され、このエネルギーが結局、発電機を旋回させる。防波堤を使用するこのシステムの稼働時の推定発電機容量は１５０キロワットである。更に別の手法では、海洋上にブイを配置し、波の固有の上下動力（水圧が最低点に達する際の）により発電機を旋回せしめる。そうした“波力発電”システムは、僅か４エーカー（約１６１８８ｍ2）の海洋占有面積で１０メガワットの電力を供給し得ることが推定される。従って、１００メガワットを発電する場合の海洋専有面積はちょうど４０エーカーとなり、化石燃料におけるそれよりも安価に環境低負荷の電力が供給され得る。
【０００４】
更に別の代替方法では、大型ブイシステムに設けた一連の大きな半没水セクションに波を当てて各セクション間を屈曲させる。この屈曲動作で油圧ピストンを動かし、流体を直連的に流動させてエネルギーを発生させる。１平方キロを占有するそうした大型ブイシステムは３０メガワットを発電し得ると推定される。
【０００５】
しかしながら、上述したプログラムは何れも、それを普及させるに足る最新基準を満たすエネルギーを供給し得ない。しかも、深層海洋パイプの如きあるプログラムは、それを使用可能とするための、いまだ入手し得ないテクノロジーを創造する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願番号第６０／９５９，１８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発電システム及び装置、詳しくは、深層水中の発電システム及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、従来技術の問題を解決する、クリーン且つ安定した発電を提供する、深層水中装置を使用する発電用システムが提供される。本システムには、深層水中の所望深さに到達する構成としたバラストブイと、当該バラストブイに取り付けた実質的に垂直の中空チューブにして、バラストブイが深層水中の所望深さに達すると水中に沈む中空チューブと、バラストブイを深層水中の所望深さに配置することで実質的に垂直の中空チューブ内に創成される物理環境を変換する変換器と、が含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
発電システム及び装置、詳しくは、深層水中発電システム及び装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、発電システム及び装置の実施例例示図である。
【図２】図２は、バラストブイシステムの略ダイヤグラム図である。
【図３】図３は、発電システム及び装置の実施例例示図である。
【図４】図４は、発電システム及び装置の実施例例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面及び説明では本発明の明瞭化のために各要素の例示は簡略化されており、代表的な水力発電システムにみられるその他多くの要素は明瞭化の目的上省略されている。当業者には、本発明を実施する上で所望され及びまたは必要なその他要素を認識されよう。しかしながら、そうした各要素は斯界に周知であり且つ本発明のより良い理解における一助とはならないことからここでは議論されない。
【００１２】
本発明では、水の自然な上下動作のみならず、深層水圧をも利用し、その利用による環境負荷や社会的影響は現在の方法におけるそれらよりも小さい。詳しくは、本発明は水面位置に漏斗、スロープ、ブイ、または大型パイプを配置する必要が無く、かくして従来技術よりも改良された、社会的及び環境的システムを構築する。更には、本発明によれば、例えば、利用しなくなった海洋石油掘削施設を、深層海洋パイプ機構上必要とされ得る如き大幅に改変すること無く、再利用可能とする。
【００１３】
更に詳しくは、図１に例示するように、本発明では海洋のより深い水位の高い圧力を利用できる十分な深さに発電用ブイを“沈める”バラスト原理を利用する。そうしたバラストブイと、水流旋回するタービンとは、深海中で亀裂または過剰な腐食を発生させずに使用可能なものである。バラストブイの沈降深さでは腐食による影響は、部分的には、少なくとも深海では水の過剰な温度変動が最小化され、また塩分含有量が最小または全くないという事実により、最小化され得る。
【００１４】
図２には図１のバラストブイの略ダイヤグラム図が例示される。図示されるように、ブイは１つ以上の深さセンサを含み得、１つ以上のバラスト画室を追加的に含み得、深さセンサが、バラストブイが所望の深度に到達したことを検出するまでバラスト画室に水が注入され得る。深さセンサはバラストブイと物理的に関連付けされ得、バラストブイに応じて適正深度を自動検出及び達成し得、または例えば、深さセンサは単に１つ以上の圧力トランスデューサから構成され、各圧力トランスディーサーが各深さ読み取り値をその数学的等値と共に海面まで中継し得、海面上の要素が、所望の深さ水位を得るべくバラストへの水注入を制御し得る。
【００１５】
図３に例示するように、バラストブイはその下部または垂直長さ方向に沿って取り付けた中空のシリンダを有し得る。シリンダは、深海の強い水圧により屈曲または破壊されない十分な剛性態様下に取り付けることが好ましい。上方に向けて通過（即ち、高水圧の深海位置からもっと低水圧の浅い位置に）する海水が、当業者に既知の任意方法、例えば、駆動ピストンの強制動作等を介して運動エネルギーを発生させ得る。そうしたピストンは、例えば、当該ピストンの各側部位置に取り付けた２台のポンプ間で平衡状態に維持され、前述したシリンダの頂部から底部に夫々伸延され得る。そうしたポンプは、引張時に内容積が減少し、弛緩時には内容積が増大し、かくしてポンプとして作用するホースの如き簡易ポンプであり得る。ポンピングされた加圧水はタービン送給用のアキュミュレーター内に排出され得る。タービンは結局、発電機を駆動し、発生電力は当業者に既知の標準海底ケーブルの如きケーブルを通して海面に持ち来され得る。
【００１６】
図４に示すように、発電システム及び装置はシリンダの各垂直方向端部間の圧力水頭差を利用し得る。非限定例として、深さ３０メートルに降下させ且つ維持した長さ３０メートルのシリンダの提供する第１圧力水頭は７．０７×１０5Ｎ／ｍ2、第２圧力水頭は４．０４×１０5Ｎ／ｍ2である。非限定的な他の例として、深さ６０メートルに降下させ且つ維持した長さ４０メートルのシリンダの提供する第１圧力水頭は１１．０９×１０5Ｎ／ｍ2、第２圧力水頭は７．０７×１０5Ｎ／ｍ2である。
【００１７】
類似のポンプ及び加圧海水システムを用いる既知の方法は、深層海水より相当低圧の水を使用して運転される。その結果、本発明の深層水、詳しくはそうした深層海水の圧力により、本発明では従来入手し得たそれの有意倍数の電力を発生させ得る。
【００１８】
更には、本発明はそれ自体、海面または海面に近いブイでバラストブイをもっと深い水位に支持し、かくしてバラストブイを適正深さに正確に維持する必要性を低下させる多重ブイシステムに適したものである。また、バラストブイよりも上方にそうしたブイを１つ以上配置し、それらのブイを使用して、前述したケーブルその他の保持操作用の追加電力を発生させ得る。あるいは、本発明は、単独または多重のブイシステムを使用する場合の何れも電力パケット化に適している。詳しくは、深海中で発生した電力の入手上の不便を解消するべく、発生した電力は段階的に、つまり“パケット”状態で海面に持ち来され得る。各パケットは、電力が海面に持ち来すに値する十分量に蓄積されるまで保存される。電力保存は、例えば、キャパシタ、インダクタ、あるいはその他ストレージ、またはエネルギー発生機構を用いて実行され得る。また、本発明の操作は深海からの電力発生が非連続的であることにより簡易化される。
【００１９】
更に他のシステムでは、深海に存在する強い圧力を、海面から深海水位に投下したパイプを介して利用する。当該強い圧力はパイプに水を上昇させ、このパイプを上昇する水が、海面上のタービンを駆動する。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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