(57)【要約】  タービンをタワーに取り付けることができるマリンタービンおよびタワー結合体。タービンは、タワーと相互作用して、タービンが所定の位置関係でタワーに取り付けられるのを可能にする協同部材を有する。１つの構成では、支持用タワーは、タワーの上部に取り付けられた実質的に水平のスラスタプレートを含む。スラスタは、タービン上の下向きスタッドを受け入れる中心開孔を有し、スラスタプレートは、タービンを横方向に支持する。スタッドは、スタッドの下側部分を囲む垂直反作用接触部を有し、垂直反作用接触部は、タワーに取り付けられた反作用リングによって垂直方向に支持される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンをタワーに取り付けることができるマリンタービンおよびタワー結合体であって、前記タービンは、前記タワー上の協同部材と相互作用して、前記タービンが所定の位置関係で前記タワーに取り付けられるのを可能にする協同部材を有する、マリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項２】
前記所定の位置関係により、前記タービンが前記タワー内の電気ケーブルと電気接続するのが可能になることを特徴とする、請求項１に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項３】
前記タワー上の前記協同部材は、下向きのスタッドであり、前記タワー上の前記協同部材は、前記タワーの上部に取り付けられ、中心開孔を有する実質的に水平のスラスタプレートと、前記スラスタプレートの下の垂直反作用リングとを含み、前記タービンが前記タワーに取り付けられると、前記スタッドは、前記水平スラスタプレートの開孔を貫通し、前記スタッドは、前記スラスタプレートによって横方向に支持され、前記スタッドと相互作用する前記反作用リングによって垂直方向に支持される、請求項１または２に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項４】
前記スタッドを前記反作用リングに配置する助けとなる捕捉シリンダをさらに含む、請求項３に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項５】
前記水平スラスタプレートの前記開孔は、４つの同様の側面を有し、前記タービンが前記タワー上の所定の位置にあるときに、前記スタッドが前記水平スラスタプレートに密着嵌合するように、前記スタッドのうちの前記水平スラスタプレート内にある部分の外側輪郭が対応して成形される、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項６】
前期同様の側面は正方形を形成する、請求項５に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項７】
隣接する側面間のかどは削除される、請求項５または６に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項８】
前記スタッドの前記下側部分は、前記反作用リングと同様に断面が円形である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項９】
前記スタッドは、前記スタッドのうちの前記水平スラスタプレートに配置される部分から、前記スタッドのうちの前記反作用リングに配置される部分まで水平断面が小さくなる、請求項３〜６のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項１０】
前記タービンを前記スラスタリングに正確な向きで配置するのをさらに手助けするために、前記スタッドが前記反作用リングに配置されたときに、前記スタッドの側面と係合するガイドベーンを有する、請求項３〜７のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項１１】
前記スタッドはピントル支持フレームを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【請求項１２】
前記タービンと前記タワーとの間に１つまたは複数の水中接続可能コネクタを有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマリンタービンおよびタワー結合体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
潮汐タービンは、発電業にとってますます魅力的になっているオプションである。潮汐タービンは、他の、いわゆる代替エネルギ源に勝る２つの異なる利点を有し、潮汐タービンは、水面下で取り付けられ、風力タービンと同じ環境問題を引き起こさず、潮汐自体はきわめて予測可能であり、タービンが適切な位置に配置された場合に、大量の電気を確実に発生させることができる。
【０００２】
しかし、潮汐タービンは、それら自体に問題があり、特に、保守が必要な場合に、必要とされるいくつかの検査と必要な修理とを実施するのに、ダイバーを使用しなければならないことが多く、これは、費用もかかるし、使い勝手も悪い。タービンとタービンの周囲のナセルとを海底の取付台から取り外し、海上クレーンを用いてタービンおよびナセルを引き上げ、それを海岸に運ぶことを含む様々な問題解決策が提案されてきた。ほとんどの問題解決策は、タービンを取付台に対して２つ以上の固定位置の１つに配置する（いわゆるタービンヨー）ことを可能にし、潮の流れの変化に応じて、タービンを１つのヨー位置から別のヨー位置に移動させるための機構が設けられる。そのような装置は、使用において明らかに扱いにくく、連続的に監視することを必要とする。より最近では、英国特許第２４３７５３３Ｂ号明細書(ＳＷＡＮＴＵＲＢＩＮＥＳ  ＬＩＭＩＴＥＤ  ＡＴ  ＡＬ) ３１／１０／２００７が、マリンタービンと水底に固定するための支持体とを提案しており、タービンおよび支持体は、相補的な雄型および雌型の係合部分を含み、タービンが支持体上に降ろされたときに、雄型および雌型部分は互いに接触する。これは、雄型および雌型部分間に動作可能な係合をもたらす。雄型係合部分は、雌型係合部分と結合する第１の部分と、タービンの動作時に、タービンが支持体に対して回転して、タービンと流体流れとの位置合わせを可能にするように、第１の部分に対して回転可能に取り付けられた第２の部分とを含み、雄型係合部分の第１の部分は、複数の回転方位で雌型係合部分に配置されるように構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、英国特許第２４３７５３３Ｂ号明細書には、２つの異なる問題がある。
【０００４】
第１に、タービンからの電力取出し部は、取付台から離れてケーブルに別に組み込まれるか、または説明した雄部への固定プラグを有するかのいずれかである。第１の手法では、ケーブルは、十分に保護されていないために損傷を受けやすく、いずれにしてもタービンのヨーイングによってよじれる傾向がある。電力接続が、取付台を介して雄部に向かう場合、ケーブルは保護されるが、よじれは、電力取出し部の障害を引き起こす可能性に対してさらにいっそう深刻であり、電力取出し部の障害は、ダイバーによる修理を必要とし、取り外し可能なタービンの利点を帳消しにする。
【０００５】
第２に、雌型ソケット部は、製造するのが困難になりがちであり、それ自体保守を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、タービンをタワーに取り付けることができるマリンタービンおよびタワー結合体において、タービンは、タワー上の協同部材と相互作用して、タービンが所定の位置関係でタワーに取り付けられるのを可能にする協同部材を有する。
【０００７】
有利にも、所定の位置関係により、タービンがタワー内の電気ケーブルに接続するのが可能になる。
【０００８】
一実施形態では、タワー上の協同部材は、下向きのスタッドであり、タワー上の協同部材は、タワーの上部に取り付けられ、中心開孔を有する実質的に水平のスラスタプレートと、スラスタプレートの下の垂直反作用リングとを含み、タービンがタワーに取り付けられると、スタッドは、水平スラスタプレートの開孔を貫通し、スタッドは、スラスタプレートによって横方向に支持され、スタッドと相互作用する反作用リングによって垂直方向に支持される。
【０００９】
スタッドを反作用リングに配置するのに寄与する捕捉シリンダが、位置合わせをさらに手助けする。
【００１０】
タービンのための正確な位置合わせおよび良好な支持を保証するのに最良の構成は、水平スラスタプレートが４つの同様の側面を有し、タービンがタワー上の所定の位置にあるときに、スタッドが水平スラスタプレートに密着嵌合するように、スタッドのうちの水平スラスタプレート内にある部分の外側輪郭が対応して成形される場合に達成されることを発見した。理想的には、４つの同様の側面は正方形を形成する。必要に応じて、効率的な付加伝達を可能にするために、隣接する側面のコーナは削除される。
【００１１】
前の段落の構成では、スタッドの下側部分は、反作用リングの開孔と同様に、断面が最適な円形であり、これは、反作用リングにスタッドを配置するのを容易にする。
【００１２】
本発明の他の特徴が、特許請求の範囲および以下の説明に提示される。
【００１３】
本発明が完全に理解され得るために、添付の図面を参照して、１つの例が以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の潮汐タービンを有する概略的な構造を示している。
【図２】本発明のタービンおよびタワー間の概略的な結合装置の側面図である。
【図３】ピントル支持フレームと図２に示すタワーとの相互作用の断面図を示している。
【図４】タービンとタワーとの最終的な結合に向かうステップを示している。
【図５】スリップリングヘッドを取り外した電気的インターフェイスの側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１において、潮汐タービン１０が、タワー３０に取り付けられている。電力は、適切なケーブルを用いて、各タワー３０から陸上に送られる。各潮汐タービン１０と陸上に至る電力取出しケーブルとの間の電力接続は本発明の一部であり、特に図５を参照して下記に説明される。
【００１６】
個々のタワーでよいし、フレーム上の大規模なアセンブリの一部でもよい各タワー３０は、潮汐タービン１０が取り付けられた状態であるか、またはそうでないかに係わらず、潮汐タービン１０が取り付けられるタワーまたはフレームの１つまたは複数の小環に連結された標準的な沖合吊り上げテークルを使用して、海底まで下げられる。タワー３０が、タービン１０を取り付けていない状態で下げられた場合に、タービン１０は、その次に下げることができ、下記に説明するように、単独でタワー３０に装着することができる。
【００１７】
本発明以前では、タービンの１つに保守が必要な場合に、タワーを含む全体構造が、小環に連結された吊り上げテークルを使用して、再度海底から引き上げられなければならないか、または修理を実施するためにダイバーが送られ、どちらの選択肢も費用がかかるが、本発明の場合、タワーまたは周辺の他の任意のタービンを害することなく、修理を必要とする単一のタービンをタワーから個別に引き上げることができる。
【００１８】
図２では、潮汐タービン１０およびタワー３０の概略的な構成が示されている。タービン１０は、下方に延びるスタッド１２を有し、図示した例では、スタッド１２は、ピントル支持フレーム１４である。ピントル支持フレーム１４は、ピントルのまわりに下方に延びている。ピントル支持フレーム１４を囲むフランジ１６は、タービンのヨーを調整するために、取付点１９でフランジ１６に取り付けられたヨー動作駆動装置１８を有する。
【００１９】
実質的に水平のスラスタプレート３２は、中心開孔３４を有してタワー３０の上部に取り付けられ、ピントル支持フレーム１４は、水平スラスタプレート３２を貫通し、それによって、横方向に支持されている。ピントル支持フレーム１４内のベアリング（図示せず）も、ピントルを横方向に支持する。
【００２０】
ピントル支持フレーム１４の下側部分を囲む垂直反作用接触部２０（図３を参照のこと）は、タワー３０に取り付けられた反作用リング３６によって垂直方向に支持される。ピントル支持フレーム１４内には、タービン用取出しケーブル（図５に関連して説明される）を収容したスリップリングがあり、タービン用取り出しケーブルには、タービンからの電力が、タワー内の固定ケーブル５２に送られるのを可能にする水中接続可能コネクタ５０が取り付けられている。
【００２１】
構造を増強し、負荷を分散させるために、交差支持具３８が反作用リング３６を水平スラスタプレート３２に連結している。タワーと完全に係合した場合、反作用リング３６は、タービンの重量を垂直方向に実質的に支持し、水平反作用リング３２は、タービンを横方向に実質的に支持する。
【００２２】
転倒モーメントは、上側水平反作用リング３２と下側反作用リング３６との間で水平方向に作用する。
【００２３】
ピントル支持フレーム１４が反作用リング３６に配置されたときに、ピントル支持フレーム１４の側面と係合する垂直ガイドベーン４０も図２に見ることができ、この垂直ガイドベーン４０は、タービンを配置する際のさらなる助けとなる。
【００２４】
図３は、ピントル支持フレーム１４をより詳細に示している。図３に示すように、潮汐タービンは、電気接続されていない状態で、タワー上の最終位置より約３００ｍｍ上にある。ピントル支持フレーム１４は、正方形を形成し、断面で見たときに、本来なら形成される正方形のコーナである位置にカットオフ２４を有する４つの同様な側面２２をフランジ１６のすぐ下に有する。カットオフの目的は、効率的な負荷伝達のためであるが、それらのカットオフは、本発明の概念に何ら影響を及ぼさない。４つの同様の側面２２およびカットオフ２４は、ピントル支持フレームの下方に進むにつれて内側に傾斜している。図２に示す水平スラスタプレート３２は、ピントル支持フレームを受け入れるために、フランジ１６の下にある、ピントル支持フレームと同じ断面の開孔を有する。負荷伝達ブロック２８は、ピントル支持フレームが水平スラスタプレート内にある場合に、ピントル支持フレームが正確に着座し、負荷をスラスタプレート３２に効率的に伝達することを保証するように、フランジ１６の下に取り付けられている。
【００２５】
側面２２およびカットオフ２４の下では、ピントル支持フレームは円形断面であり、円形断面の直径は、ピントル支持フレームの底部に向かって進むにつれて小さくなっている。垂直反作用接触部２０は、ピントル支持フレーム１４の底部近くでその周囲を囲み、タービンが最終的にタワー３０に配置されたときに、反作用リング３６の上および内部に着座する。ピントル支持フレーム１４を反作用リング３６に配置する助けとするために、捕捉シリンダ３７が上下に取り付けられており、図４（Ａ）、４（Ｂ）、４（Ｃ）は、タービンをタワーに配置する段階を示している。図４に示すほとんどの部分は、図２および図３に関連してすでに説明されており、ここでは再度説明しない。図４（Ａ）は、タービンが、タワー３０上のその最終休止位置より６００ｍｍ上にある状況を示しており、水中接続可能コネクタ５０は切り離されている。（Ｂ）では、タービンは、その休止位置より１５０ｍｍ上にあり、（Ｃ）では、その休止位置にある。（Ｂ）において、垂直反作用接触部２０は、最終的に反作用リング３６上に案内されるときに捕捉シリンダ３７の上部と一列に整列している。（Ｃ）において、負荷伝達ブロック２８は、スタッド１２／ピントル支持フレーム１４と水平スラスタプレート３２との間の任意のギャップをなくすために解放されている。ピントル支持フレーム１４の側面と水平スラスタ３２プレートの（図２の）協同開孔３４との形状は、タービンをその正確な位置に案内する助けとなり、側面２２およびカットアウト２４は、タービンがタワー内に案内されるときに、タービンの回転を防止する。最終的な位置決めには、ピントル支持フレーム１４の下側部分と捕捉シリンダ１１４との円形断面が助けとなる。
【００２６】
図５は、電気接続装置をより詳細に示している。接続装置は、雌部５２に受け入れられるための雄部５１を有する水中接続可能コネクタ５０を含む。雌部は、タワー上の固定ケーブルに接続される。コネクタ５０は、ピントル支持フレーム１４内で、垂直方向に同軸で整列した円筒形スリップリング本体５４を有する。スリップリング本体は、タービンからの電力ケーブル５６と、制御入力および出力を供給するワイヤとが通過するケーブル進入部を上部に有する。スリップリング本体５４は、スリップリングヘッド５８に対して回転可能に取り付けられている。出っ張り６０は、スリップリング本体に設けられ、タービンのヨーイング動作に応じてスリップリング本体を回転させるために、駆動ブラケット（図示せず）と連動する。主電力出力ケーブルおよび他の電気接続は、水中接続可能コネクタ５０の雄部に設けられている。スリップリングヘッドは、アダプタ部品６４を介してピントル支持フレーム１４の底部にボルト留めされるフランジ６２を有する。タービンが向きを変えるときに、スリップリング本体ケーブルおよびスリップリングは、タービンと共に回転する。一方、スリップリングヘッドは、タワーケーブル５３の取出し口を所定の位置に維持しながら、その回転動作を可能にする。タワー内でのケーブルの曲がりはなく、そのため、損傷または障害のリスクが限定される。タービンがタワー３０から取り外され、陸上に運ばれたときに、タービンケーブル５６の曲がりによる任意の損傷を保守ルーチンの一部として修理することができる。
【００２７】
水中接続可能コネクタの２つの部分５１，５２がうまく接続し、潮汐タービンとそのタワーとの間に電気接続が確立されるために、タワーの整列が、水平方向と垂直方向の両方で、きわめて正確でなければならないことが分かる。本発明は、タワーでのタービンの位置決めを、必要とされる精度で可能にする。
【００２８】
図１〜５に示す通りであるが、水中接続可能コネクタへの接続は、タワー内で下から行われる。別の実施形態では、タワーからの接続は、水中接続コネクタの１つの側面に設けられる。
【００２９】
重力式の構造に関して説明したが、本発明は、ピン打ち込み式の構造体、または杭取付け式の構造体に取り付けられたタービンに同様に適用可能である。これらの場合に、タワー３０は、海底に直接打ち込むことができる。しかし、本発明の原理は完全に同じである。
【００３０】
タービンがタワー上に降ろされるときに、本発明の装置を用いて、タービン自体がタワーと整列するので、タービンからの電気ケーブルリード線をタワーの電気ケーブルリード線に接続するのに、１つまたは複数の水中接続可能コネクタの構成要素間で正確な電気接続が行われることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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