(57)【要約】  収束拡散ノズル（４２）を備えた収束拡散ノズルシステムを含む第一の吸引要素（４０）を併せ持つ圧力要素（３０）を有する流体駆動原動機システム（２０）であって、収束拡散ノズルは第一の所望の点に通じる低圧力区域（４４）を作り出し、圧力要素は流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭に変換する少なくとも一つのディヒューザノズルシステム（３２）を含む第一の頭部要素を備え、高圧の圧力頭は第二の所望の点に向かって方向付けられる。第一のチャネル要素（５０）は、容積型流体モータ（６０）の出口（６２）に第一の所望の点を通じさせており、第二のチャネル要素（５２）は、容積型流体モータの入口（６４）に第二の所望の点を向けており、容積型流体モータが入口及び出口における圧力差によって引き起こされる流体流れスループットによって駆動され、容積型流体モータが力又はトルク取り出しと共に駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす。
2016524077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体駆動原動機システムであって：
第一の吸引要素を併せ持つ圧力要素であり、前記第一の吸引要素は少なくとも一つの収束拡散ノズルを備えた収束拡散ノズルシステムを含み、前記少なくとも一つの収束拡散ノズルは低圧力区域を作り出し、前記低圧力区域は第一の所望の点に通じており、該圧力要素は少なくとも一つのディヒューザノズルシステムを含む第一の頭部要素を備え、前記少なくとも一つのディヒューザノズルシステムは、流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭に変換し、前記高圧の圧力頭は第二の所望の点に向かって方向付けられる、圧力要素；並びに
少なくとも一つの第一のチャネル要素及び少なくとも一つの第二のチャネル要素であり、該第一のチャネル要素は、容積型流体モータの出口に前記第一の所望の点を通じさせており、該第二のチャネル要素は、前記容積型流体モータの入口に前記第二の所望の点を向けており、前記容積型流体モータが前記入口及び前記出口における圧力差によって引き起こされる流体流れスループットによって駆動され、前記容積型流体モータが力又はトルク取り出しと共に駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、第一のチャネル要素及び第二のチャネル要素、
を有する、流体駆動原動機システム。
【請求項２】
第一の自己整列要素は、前記収束拡散ノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な低圧力を作り出す前記収束拡散ノズルシステムの効率を改善する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項３】
第二の自己整列要素は、前記ディヒューザノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な高圧の圧力頭を作り出す前記ディヒューザノズルシステムの効率を改善する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項４】
制御要素システムは、圧力差及び流体流れスループットの少なくとも一つを制御し、当該流体駆動原動機システムを、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れの少なくとも一つによる損傷から保護する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項５】
第二の吸引要素は、収束拡散ノズルシステム及び第一の構造要素の少なくとも一つを有し、前記第一の構造要素は、前記第一の構造要素を渡る流体流れによって前記第一の所望の点に低圧力を生成する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項６】
第二の頭部要素は流れ滞留システムを含み、前記流れ滞留システムは、流体流れ方向操作フィン、滞留した流れを収容し且つ方向付けるための第一のアキュムレータ、流頭を捕捉するための第二のアキュムレータ、及び様々な流体流れの方向の前記高圧の圧力頭を受け入れる第二の構造要素の少なくとも一つを用いて、前記第二の所望の点における流体流れの滞留を惹起する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項７】
前記圧力要素は、前記第一の吸引要素、第二の吸引要素、前記第一の頭部要素、前記第二の頭部要素、前記第一のチャネル要素、前記第二のチャネル要素、第一の自己整列要素、第二の自己整列要素及び制御要素システムの少なくとも一つを有し、前記第一の所望の点及び前記第二の所望の点を入力部及び出力部に通じさせることよって前記入口及び前記出口における差圧を作り出すために使用され、前記容積型流体モータが前記駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、請求項６に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項８】
少なくとも一つの前記容積型流体モータを構成する流体駆動原動機グリッドシステムは、複数の前記圧力要素によって駆動され、複数の前記圧力要素は、圧力流れスループットを惹起するために使用され、流体流れを制御する制御要素によって制御される、請求項７に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項９】
前記容積型流体モータの前記入口及び前記出口は、交換可能であり、前記容積型流体モータからのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１０】
前記第一のチャネル要素及び前記第二のチャネル要素は、長さを延長可能であり、流体内の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえることができる、請求項６に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１１】
第二のアキュムレータは流頭捕捉要素を有し、前記流頭捕捉要素は、入力部及び出力部において頭差が存在する場合に、スループットを促進するための利用可能性において流頭の収容を可能にする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１２】
前記第二のアキュムレータは浮揚性要素を有し、前記浮揚性要素は、水のような流体内で使用される場合に前記第二のアキュムレータを浮いた状態に保ち、
前記浮揚性要素が、流体レベルが上昇するときに持ち上がって流頭を捕らえ、周囲の流体レベルが落ちるときに周囲の流体から流頭を分離し、前記出口に通じている周囲の流頭の低下によって頭差を引き起こし、スループットを促進するように、前記第二のアキュムレータは延長可能な前記第二のチャネル要素に置かれる、
請求項１１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１３】
遮断制御システムは、シーリング要素及びシールアクチュエータを構成し、前記シーリング要素は、前記シールアクチュエータを用いて当該流体駆動原動機システムの内部にある流体空間を分離し、前記流体空間を当該流体駆動原動機システムの外側の空間から分離する、請求項８に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１４】
当該流体駆動原動機システムは、第二の流体空間を備えた中空の浮揚性基礎上に設置され、浮力制御システムを有し、
前記遮断制御システムは、当該流体駆動原動機システムを前記中空の浮揚性基礎と共に浮き上がらせることによって回収するために、当該流体駆動原動機システム及び前記中空の浮揚性基礎を分離し、前記浮力制御システムは、前記流体空間及び前記第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える、請求項１３に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１５】
前記圧力要素及び当該流体駆動原動機システムの一つが浮揚性にされ、浮き上がらせることによって表面に回収されるように、前記遮断制御システム及び前記浮力制御システムの使用によって、前記流体空間からの流体をより軽い流体によって置き換える、請求項１４に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１６】
前記容積型流体モータは、複数ベーン型の回転式装置である、請求項８に記載の流体駆動原動機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、流体の流れからエネルギーを抽出し、それを利用可能な仕事に変換する機械に関し、より具体的には、原動機駆動ユニットとしての利用のために、流体流れの中のエネルギーを捕らえて他の形に変換するために利用される装置と共に、流体の流れの特徴あるパラメータを操作する機械装置の新規な構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
歴史を通じて、人間は、風車や水車のような機械を用いて、風や河川のような流体の流動の力を利用してきた。そのような機械では、エネルギーが捕捉され、水のくみ上げや製粉等のような様々な駆動ニーズのために変換される。水車は、今や１世紀の間水力発電に使用されている。これらの流体流れ駆動モータ及び機械は遠心力によるメカニズム／動作原理を使用し、これらの機械を通る流体流れの挙動はよく理解されている。流体モータにおいて利用される他の代替的なメカニズムは、クレーン及び様々なリギング装備で使用される油圧モータのような容積型（Positive  displacement）メカニズムである。
【０００３】
遠心力によるメカニズム及び容積型メカニズムの両方は、それらのそれぞれの用途及び限界を有する。前者は、機械要素に速度を与える間に流体が滑ること、圧力と共に流速が変動すること及びより高い流速をもつ比較的低い粘度の流体に関連付けられる。一方で、後者は、滑りに関連付けられず、粘度をもつ比較的高い圧力、及び、自己プライミング能力等に関連付けられる。
【０００４】
２１世紀に、地球温暖化のような環境上の関心が、環境に配慮した（green）持続可能なエネルギー源に対する高まる需要をもたらし、発電用の再生可能エネルギー源の分野において流体流れ駆動モータ技術に向けた新たな推進力が存在する。また、最も広く行き渡って使用される機械は風車ユニット及び水車ユニットであり、これらの機械装置は風力又は水流の利用可能性（availability）を備えた適当な場所に置かれる。これらの機械は、タービンの羽根のエアロフォイルプロファイルのような、回転要素に対して流体流れが与える運動エネルギーの増加に基づき且つ依存する、本質的に回転式の遠心力によるメカニズムであり、羽根空間の間からの流体の大きな滑り（slippage）が存在する。その上に、流れスループットは制御されることができず、それゆえ嵐の間のような大きな流速の時の間には、回転要素は、それらの設計されたＲＰＭを越えて回転して損傷を受けるかも知れず、そのためこれらのタービンの固定を要求する。それらは通常、それらを設置するための十分な余地が存在し且つ住民に対する危険がない、都市から遠く離れた場所に位置する。好ましい場所は、露出した高所、丘若しくは小さな山又は沿岸／沖合の領域等である。風車の主な欠点の一つは、これらのシステムが都市及び電力需要の領域から遠く離れて設置されるべきであるので、場所の制限である。これらの風車の構造は、相当に大きい。これらの風車の（羽根のような）部品を特定の風が吹く地へ輸送することは難しく、ときには特別な道路が建設されなければならない。動作中に、大きなかさのタービンが風の流れの方向に沿ってそれ自体を向けるべきであり、複雑な付属システムを要求し、結果として高い費用をもたらす。偏揺れ（Yawing）、巻き付け（furling）及び失速（stalling）の要求は、特別な駆動装置及び複雑な構造を要し、その結果として全体としてのエネルギーの費用を増大させる。さらに、これらのシステムは、流れがない状態の間は活動せず、海洋波及び潮の場合のように流体のレベルによって生じる流頭（head）の変動を利用することができない。
【０００５】
これらのシステムは、低エネルギー捕捉効率、過剰な大きさ、低い電力対重量比率、低い設備利用率、高い輸送、設置、維持及び運転の、時間を伴う費用の観点に欠け、それゆえ、動力の高い費用につながる。高い二酸化炭素排出量（carbon  foot  print）並びに生命体を支える空気及び水への干渉は、輸送の問題と共に、主要な欠点である。装置を通る流体の質量流速制御の手段は存在せず、それゆえ制御されない流れによる損傷及び最小化された使用の不確定要素がある。
【０００６】
したがって、前述の課題を克服する及び／又は様々な他の利益及び利点を提供する、流体流れ及び流頭からのエネルギー捕捉の改良された手段を、流体流れを制御及び規制するための手段と共に提供することは、有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの実施形態は、第一の吸引要素を併せ持つ圧力要素であり、第一の吸引要素は少なくとも一つの収束拡散ノズルを備えた収束拡散ノズルシステムを含み、前記少なくとも一つの収束拡散ノズルは低圧力区域を作り出し、前記低圧力区域は第一の所望の点に通じており、該圧力要素は少なくとも一つのディヒューザノズルシステムを含む第一の頭部要素を備え、前記少なくとも一つのディヒューザノズルシステムは、流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭に変換し、前記高圧の圧力頭は第二の所望の点に向かって方向付けられる、圧力要素；並びに、少なくとも一つの第一のチャネル要素及び少なくとも一つの第二のチャネル要素であり、該第一のチャネル要素は、容積型流体モータの出口に第一の所望の点を通じさせており、該第二のチャネル要素は、容積型流体モータの入口に第二の所望の点を向けており、容積型流体モータが入口及び出口における圧力差によって引き起こされる流体流れスループットによって駆動され、容積型流体モータが力又はトルク取り出しと共に駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、第一のチャネル要素及び第二のチャネル要素、を有する、流体駆動原動機システムを開示する。
【０００８】
他の実施形態において、第一の自己整列要素は、収束拡散ノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な低圧力を作り出す収束拡散ノズルシステムの効率を改善する。
【０００９】
他の実施形態において、第二の自己整列要素は、ディヒューザノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な高圧の圧力頭を作り出すディヒューザズルシステムの効率を改善する。
【００１０】
他の実施形態において、制御要素システムは、圧力差及び流体流れスループットの少なくとも一つを制御し、流体駆動原動機システムを、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れの少なくとも一つによる損傷から保護する。
【００１１】
他の実施形態において、第二の吸引要素は、収束拡散ノズルシステム及び第一の構造要素の少なくとも一つを有し、第一の構造要素は、第一の構造要素を渡る流体流れによって第一の所望の点に低圧力を生成する。
【００１２】
他の実施形態において、第二の頭部要素は流れ滞留システムを含み、流れ滞留システムは、流体流れ方向操作フィン、滞留した流れを収容し且つ方向付けるための第一のアキュムレータ、流頭を捕捉するための第二のアキュムレータ、及び様々な流体流れの方向の高圧の圧力頭を受け入れる第二の構造要素の少なくとも一つを用いて、第二の所望の点における流体流れの滞留を惹起する。
【００１３】
他の実施形態において、圧力要素は、第一の吸引要素、第二の吸引要素、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第一のチャネル要素、第二のチャネル要素、第一の自己整列要素、第二の自己整列要素及び制御要素システムの少なくとも一つを有し、第一の所望の点及び第二の所望の点を入力部及び出力部に通じさせることよって入口及び出口における差圧を作り出すために使用され、容積型流体モータが駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす。
【００１４】
他の実施形態において、少なくとも一つの容積型流体モータを構成する流体駆動原動機グリッドシステムは、複数の圧力要素によって駆動され、複数の圧力要素は、圧力流れスループットを惹起するために使用され、流体流れを制御する制御要素によって制御される。
【００１５】
他の実施形態において、容積型流体モータの入口及び出口は、交換可能であり、容積型流体モータからのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする。
【００１６】
他の実施形態において、第一のチャネル要素及び第二のチャネル要素は、長さを延長可能であり、流体内の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえることができる。
【００１７】
他の実施形態において、第二のアキュムレータは流頭捕捉要素を有し、流頭捕捉要素は、入力部及び出力部において頭差が存在する場合に、スループットを促進するための利用可能性において流頭の収容を可能にする。
【００１８】
他の実施形態において、第二のアキュムレータは浮揚性要素を有し、浮揚性要素は、水のような流体内で使用される場合に第二のアキュムレータを浮いた状態に保ち、
浮揚性要素が、流体レベルが上昇するときに持ち上がって流頭を捕らえ、周囲の流体レベルが落ちるときに周囲の流体から流頭を分離し、出口に通じている周囲の流頭の低下によって頭差を引き起こし、スループットを促進するように、第二のアキュムレータは延長可能な第二のチャネル要素に置かれる。
【００１９】
他の実施形態において、遮断制御システムは、シーリング要素及びシールアクチュエータを構成し、シーリング要素は、シールアクチュエータを用いて流体駆動原動機システムの内部にある流体空間を分離し、流体空間を流体駆動原動機システムの外側の空間から分離する。
【００２０】
他の実施形態において、流体駆動原動機システムは、第二の流体空間を備えた中空の浮揚性基礎上に設置され、浮力制御システムを有し、
遮断制御システムは、流体駆動原動機システムを中空の浮揚性基礎と共に浮き上がらせることによって回収するために、流体駆動原動機システム及び中空の浮揚性基礎を分離し、浮力制御システムは、流体空間及び第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える。
【００２１】
他の実施形態において、流体駆動原動機システムは、流体駆動原動機システムが浮揚性にされ、浮き上がらせることによって表面に回収されるように、遮断制御システム及び浮力制御システムの使用によって、流体空間からの流体をより軽い流体によって置き換える。
【００２２】
他の実施形態において、積型流体モータは、複数ベーン型の回転式装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態のアセンブリの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、実施形態のアセンブリの断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図３】図３は、その入口及び出口を備えた容積型流体モータの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図４】図４は、吸引要素と共に圧力要素の結合（combination）の断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、一つの方向を通って入口に入る流体と共に容積型流体モータの上面断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、他の方向を通って入口に入る流体と共に容積型流体モータの上面断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図６】図６は、第二のアキュムレータの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、添付の図面を参照していくつかの実施形態の以下の詳細な記述を読むことによって完全に理解されることができる。
【００２５】
本発明の一つの実施形態において、流体駆動原動機システム（fluid  driven  prime  mover  system）２０が存在する。流体駆動原動機システム２０は、流体のスループットのための入口６４及び出口６２を備えた容積型流体モータ（positive  displacement  fluid  motor）６０を有し、そのようなスループットの間、シャフトに対するトルクを作り出すためのロータ要素に流体内のエネルギーが伝達される。スループットは、出口６２及び入口６４における圧力差によって生成される。その圧力差は、ノズルの峡流部（throat）に低圧力区域４４を引き起こす収束拡散ノズル（convergent  divergent  nozzle）４２を通る流体流れ（fluid  flow）に起因する低圧力、及び、ディヒューザノズルシステム（diffuser  nozzle  system）３２による流頭（fluid  head）によって、それぞれ引き起こされる。流体駆動原動機システム２０は、圧力要素（pressure  element）３０を有する。圧力要素３０は、一つの収束拡散ノズル４２又は一揃いの収束拡散ノズル４２のいずれかを備えた収束拡散ノズルシステムを含む第一の吸引要素４０を、併せ持つ（combine）。収束拡散ノズル４２は、低圧力区域４４を作り出す。低圧力区域４４は、第一の所望の点に通じている。
【００２６】
高圧力又は流頭は、図１に示されるようなディヒューザノズルシステム３２によって作り出される。ディヒューザノズルシステム３２は、流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭（pressure  head）に変換する。ディヒューザノズルシステム３２は、第二の所望の点に圧力頭を作り出す一つのディヒューザ又は一揃いのディヒューザのいずれかであってもよい。第一のチャネル要素５０は第一の所望の点を出口６２に連通させ、第二のチャネル要素５２は第二の所望の点を容積型流体モータ６０の入口６４に連通させる。
【００２７】
図１に示されるように、収束拡散ノズル４２は、第一のチャネル要素５０に接続され、自由に水平に回転可能であり、ある程度は垂直に回転可能であり、表面の機構を有する。その表面の機構は、図３に示されるような第一の自己整列要素（self  aligning  element）３４である。第一の自己整列要素３４は、収束拡散ノズル４２と一体化され、収束拡散ノズル４２が流れと整列しない限り、流れに対する抵抗を作り出しモーメントを補正することになり、そのため、自己整列特性を結果としてもたらす。収束拡散ノズル４２はまた、自己整列機構を強化するためにその上面に垂直なフィンを有してもよい。同じ方法は、類似する第二の自己整列要素３５の使用によって、ディヒューザノズルシステム３２にも適用可能である。この第一のチャネル要素５０は、容積型流体モータ６０の出口６２から低圧力区域４４への流体の流れを可能にする。第一の頭部要素のディヒューザノズルシステム３２は、第二のチャネル要素５２に接続され、それにより、より高圧の頭部で流体が蓄積する第一のアキュムレータ３６を通じた、ディヒューザノズルシステム３２から容積型流体モータ６０の入口６４への流体の連通を導く。ディヒューザノズルシステム３２は、収束拡散ノズル４２と一体化されて、流体流れが方向を変えるときに最適な圧力差を作り出すために流体流れの方向に回転及び整列してもよい。
【００２８】
図２に示されるように、収束拡散ノズル４２は、流体流入５４及び流体流出５６により、低圧力区域４４を作り出す。それにより、収束拡散ノズル４２は、容積型流体モータ６０の出口６２からの流体の吸引を結果としてもたらし、流出流体と共に流す。
【００２９】
図３に示されるように、容積型流体モータ６０は、入口６４の中への流体を受容し、入口６４と出口６２との間の圧力差を出力トルクに変換する。その出力トルクは、発電機（generator）に伝達される。容積型流体モータ６０の出口６２からの流体は、第一のチャネル要素５０を通って、低圧力区域４４に向かって進む。
【００３０】
図４に示されるような他の実施形態において、ディヒューザノズルシステム３２と一体化された収束拡散ノズル４２及び流体滞留のための第二の構造要素７６並びにそれらの集合は、収束拡散ノズル４２及びディヒューザノズルシステム３２の第一の自己整列要素３４の存在により、流体流れの方向に向かって整列することが可能にされる。
【００３１】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるような他の実施形態において、高圧の圧力頭が、流体流れ方向操作フィン７８による、入口６４における流体流れの滞留（stagnation）によって惹起される（induced）。流体流れが中心から入口６４への半径方向の線に対して９０°である場合には図５Ａに示されるように、同様に２００°である場合には図５Ｂに示されるように、流体流れ方向操作フィン７８は、入口６４に向かって、任意の考えられる方向から来る流体を操作する。これは、９０°に亘って、流体を入口６４に導く一方向にのみ回転するように制限された流体流れ操作フィン７８によって達成される。フィンは、入口６４に向かう閉じたチャネルを形成してもよい。これらのフィン及びそれらの機能は、流体滞留システムの一部を形成する。
【００３２】
他の実施形態において、第一の吸引要素４０は、第二の吸引要素と一体化されるか又は第二の吸引要素から独立しているかのいずれであってもよい。第二の吸引要素は、流体駆動原動機システム２０の構造部品である。その構造部品は、それを渡る流体流れがベルヌーイの原理を使用することによって所望の点に低圧力を作り出すように設計されている。また、この構造は、第一の構造要素であり、収束拡散ノズル４２と共に一体化されてもよい。
【００３３】
他の実施形態において、図２に示されるような制御要素システム７２は、圧力差を制御し、それゆえ流体スループットを制御し、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れに起因する損傷から流体駆動原動機システム２０の部品を保護する。過剰な流体圧力及び過剰な流体流れは、嵐の場合のような非常に高い流体流れ速度の間に引き起こされ得る。吸引要素及び第一のチャネル要素５０上の制御要素システム７２は、真空破壊装置（vacuum  breaker）又は低圧力作動制御弁である。同様に、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第二のチャネル要素５２及び滞留及び高圧の圧力頭を作り出す構造要素上には、過度の圧力に対する保護のために適切な設定の圧力逃がし弁及び安全弁が取り付けられる。そのような制御要素システム７２はまた、不足の圧力及び過度の圧力に対する保護のために適切な設定で、流体駆動原動機システム２０の本体にも取り付けられる。圧力要素３０には、保護のための両方の真空破壊装置が取り付けられてもよい。
【００３４】
図６に示されるような他の実施形態において、第二のアキュムレータ９０は、流頭捕捉要素９２によって流頭を捕捉する。流頭捕捉要素９２は、入口６４の口部に通じている。そのようなシステムは、高潮又は類似の状況の時にレベルが上げられた場合に、流体を捕捉するために使用されてもよい。
【００３５】
他の実施形態において、第二のアキュムレータ９０には、浮揚性要素（buoyant  element）９４が取り付けられる。浮揚性要素９４は、流頭捕捉要素９２によって流頭を捕捉する。流頭捕捉要素９２は、入口６４の口部に通じている。そのようなシステムは、波又は類似の状況の場合のように、レベルが様々な高さまで断続的に上げられる場合に、流体を捕捉するために使用されてもよい。
【００３６】
第二のアキュムレータ９０が使用される上記の二つの実施形態の両方において、出口６２における低圧力が、周囲の流体レベルの低下によって引き起こされる。また、流頭差（fluid  head  differential）は、周囲に逃げることができずアキュムレータに包含される捕捉された流体の間にある。また、唯一の流路（flow  path）は、容積型流体モータ６０を通ってその出口６２に向かう。
【００３７】
他の実施形態において、圧力要素３０は、第一の吸引要素４０、第二の吸引要素、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第一のチャネル要素５０、第二のチャネル要素５２、第一の自己整列要素３４、第二の自己整列要素３５及び制御要素システム７２のいずれかを有してもよく、第一の所望の点を入口６４に、第二の所望の点を出口６２に通じさせることよって、入口６４及び出口６２における差圧を作り出すために使用され、容積型流体モータ６０が駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす。これは、圧力要素３０の構成要素のうちの一つ又はそれ以上が修理中であるか又は正常に機能しない状態の間に原動機システムのために利用されてもよく、システムは、発電及びトルク取り出しのために使用されてもよい。他の場合において、一つ又はそれ以上の要素は、要求されなくてもよい。
【００３８】
他の実施形態において、一つ又はそれ以上の容積型流体モータを構成する流体駆動原動機グリッドシステムが存在する。その容積型流体モータは一つ以上の圧力要素によって駆動されてもよく、圧力要素は構成要素を有し、それらの構成は上述されたものと同じである。
【００３９】
他の実施形態において、流れスループットは、容積型流体モータ６０の入口６４及び出口６２への圧力要素３０の接続を交換することによって逆転される。また、この接続の交換は、その容積型流体モータ６０からのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする。
【００４０】
他の実施形態において、第一のチャネル要素５０及び第二のチャネル要素５２は、長さを延長可能であり、流体の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえる（capture）ことができる。この延長可能な機構は、浮揚性要素９４が取り付けられた第二のアキュムレータ９０の一部である。
【００４１】
他の実施形態において、流体駆動原動機システム２０には遮断制御システムが設けられる。遮断制御システムは、図２に示されるように、流体駆動原動機システム２０の内部にある流体空間を分離する、シーリング要素１０２及びシールアクチュエータ１０３を構成する。図２に示されるシーリング要素１０２は、複数のフラップ型の弁であり、流体が出入りする全ての開口部において類似する遮断弁が使用される。これらのシーリング要素１０２は、流体空間の適切なシーリングのために、流体密封に作られる。図５Ａ及び図５Ｂに示される流体流れ方向操作フィン７８もまた、フラップがその回転範囲の一つの端にある場合に、シーリング要素１０２として機能する。上記のフラップの回転範囲の一つの端では、フィンの調節がその隣接するフィンのヒンジ要素又は構造要素に対して押し付けられる。
【００４２】
他の実施形態において、浮力制御要素は、流体駆動原動機システム２０の一部であり、遮断制御システムが流体駆動原動機システム２０を外側の空間からシール及び分離し、流体駆動原動機システム２０の内側に捕捉された流体を、圧縮空気のようなより軽い流体によって置き換えた後に使用される。そのため、流体駆動原動機システム２０は、浮揚性となり、浮き上がらせることによって回収されることができる。そのような方法は、流体駆動原動機システム２０が水力発電に使用される場合に有用である。このシステムにおいて圧力要素３０の個々の構成要素は、修理及び置換のために個別に回収されてもよい。
【００４３】
他の実施形態において、図１及び図２に示されるように、流体駆動原動機システム２０は、第二の流体空間を中空の浮揚性基礎１０６に接続され、浮力制御システム１０４、及び流体駆動原動機システム２０及び中空の浮揚性基礎１０６を分離する遮断制御システムを有する。浮力制御システム１０４は、流体駆動原動機システム２０を中空の浮揚性基礎１０６と共に浮き上がらせることによって回収するために、流体空間及び第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える。これは、沖合の水力運動学的な用途の場合に、流体駆動原動機システム２０をその浮揚性基礎１０６と共に輸送することを容易にする。沖合の水力運動学的な用途では、システムは、固定され（toed）てもよく、専用の輸送機関の使用が回避されてもよい。システムは、沖合の目的地に到着した後に、大きな程度の制御と共にシステムを安定させ、それを水中に沈めることによって、容易に設置されることができる。
【００４４】
他の実施形態において、容積型流体モータ６０は、複数ベーン型の回転式装置である。
【符号の説明】
【００４５】
２０  流体駆動原動機システム
３０  圧力要素
３２  ディヒューザノズルシステム
３４  第一の自己整列要素
３５  第二の自己整列要素
３６  第一のアキュムレータ
４０  第一の吸引要素
４２  収束拡散ノズル
４４  低圧力区域
５０  第一のチャネル要素
５２  第二のチャネル要素
５４  流体流入
５６  流体流出
６０  容積型流体モータ
６２  出口
６４  入口
７２  制御要素システム
７６  第二の構造要素
７８  流体流れ方向操作フィン
８０  発電機
９０  第二のアキュムレータ
９２  流頭捕捉要素
９４  浮揚性要素
１０２  シーリング要素
１０３  シールアクチュエータ
１０４  浮力制御システム
１０６  浮揚性基礎
【図１】
2016524077.tif 000003
【図２】
2016524077.tif 000004
【図３】
2016524077.tif 000005
【図４】
2016524077.tif 000006
【図５（ａ）】
2016524077.tif 000007
【図５（ｂ）】
2016524077.tif 000008
【図６】
2016524077.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月2日(2015.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は概して、流体の流れからエネルギーを抽出し、それを利用可能な仕事に変換する機械に関し、より具体的には、原動機駆動ユニットとしての利用のために、流体流れの中のエネルギーを捕らえて他の形に変換するために利用される装置と共に、流体の流れの特徴あるパラメータを操作する機械装置の新規な構成に関する。
【背景技術】
【０００２】  歴史を通じて、人間は、風車や水車のような機械を用いて、風や河川のような流体の流動の力を利用してきた。そのような機械では、エネルギーが捕捉され、水のくみ上げや製粉等のような様々な駆動ニーズのために変換される。水車は、今や１世紀の間水力発電に使用されている。これらの流体流れ駆動モータ及び機械は遠心力によるメカニズム／動作原理を使用し、これらの機械を通る流体流れの挙動はよく理解されている。流体モータにおいて利用される他の代替的なメカニズムは、クレーン及び様々なリギング装備で使用される油圧モータのような容積型（Positive  displacement）メカニズムである。【０００３】  遠心力によるメカニズム及び容積型メカニズムの両方は、それらのそれぞれの用途及び限界を有する。前者は、機械要素に速度を与える間に流体が滑ること、圧力と共に流速が変動すること及びより高い流速をもつ比較的低い粘度の流体に関連付けられる。一方で、後者は、滑りに関連付けられず、粘度をもつ比較的高い圧力、及び、自己プライミング能力等に関連付けられる。【０００４】  ２１世紀に、地球温暖化のような環境上の関心が、環境に配慮した（green）持続可能なエネルギー源に対する高まる需要をもたらし、発電用の再生可能エネルギー源の分野において流体流れ駆動モータ技術に向けた新たな推進力が存在する。また、最も広く行き渡って使用される機械は風車ユニット及び水車ユニットであり、これらの機械装置は風力又は水流の利用可能性（availability）を備えた適当な場所に置かれる。これらの機械は、タービンの羽根のエアロフォイルプロファイルのような、回転要素に対して流体流れが与える運動エネルギーの増加に基づき且つ依存する、本質的に回転式の遠心力によるメカニズムであり、羽根空間の間からの流体の大きな滑り（slippage）が存在する。その上に、流れスループットは制御されることができず、それゆえ嵐の間のような大きな流速の時の間には、回転要素は、それらの設計されたＲＰＭを越えて回転して損傷を受けるかも知れず、そのためこれらのタービンの固定を要求する。それらは通常、それらを設置するための十分な余地が存在し且つ住民に対する危険がない、都市から遠く離れた場所に位置する。好ましい場所は、露出した高所、丘若しくは小さな山又は沿岸／沖合の領域等である。風車の主な欠点の一つは、これらのシステムが都市及び電力需要の領域から遠く離れて設置されるべきであるので、場所の制限である。これらの風車の構造は、相当に大きい。これらの風車の（羽根のような）部品を特定の風が吹く地へ輸送することは難しく、ときには特別な道路が建設されなければならない。動作中に、大きなかさのタービンが風の流れの方向に沿ってそれ自体を向けるべきであり、複雑な付属システムを要求し、結果として高い費用をもたらす。偏揺れ（Yawing）、巻き付け（furling）及び失速（stalling）の要求は、特別な駆動装置及び複雑な構造を要し、その結果として全体としてのエネルギーの費用を増大させる。さらに、これらのシステムは、流れがない状態の間は活動せず、海洋波及び潮の場合のように流体のレベルによって生じる流頭（head）の変動を利用することができない。【０００５】  これらのシステムは、低エネルギー捕捉効率���過剰な大きさ、低い電力対重量比率、低い設備利用率、高い輸送、設置、維持及び運転の、時間を伴う費用の観点に欠け、それゆえ、動力の高い費用につながる。高い二酸化炭素排出量（carbon  foot  print）並びに生命体を支える空気及び水への干渉は、輸送の問題と共に、主要な欠点である。装置を通る流体の質量流速制御の手段は存在せず、それゆえ制御されない流れによる損傷及び最小化された使用の不確定要素がある。【０００６】 先行技術文献である米国特許出願公開第２０１３／１１３２１６号明細書は、外部の供給源から流体を受容する第一の通路を含むエネルギーシステムを開示する。第一の通路、すなわち円錐区画を通る流体の流れは、流体の流れの速度を低下させる。そのため、空気のような第二の流体が第二の通路を通って押し出され、タービンを回転させる。しかしながら、そのような機構を備えたシステムは、エネルギー捕捉の観点での効率性を提供しない。【０００７】  したがって、前述の課題を克服する及び／又は様々な他の利益及び利点を提供する、流体流れ及び流頭からのエネルギー捕捉の改良された手段を、流体流れを制御及び規制するための手段と共に提供することは、有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／１１３２１６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の一つの実施形態は、第一の吸引要素を併せ持つ圧力要素であり、第一の吸引要素は少なくとも一つの収束拡散ノズルを備えた収束拡散ノズルシステムを含み、前記少なくとも一つの収束拡散ノズルは低圧力区域を作り出し、前記低圧力区域は第一の接続点に通じており、該圧力要素は少なくとも一つのディヒューザノズルシステムを含む第一の頭部要素を備え、前記少なくとも一つのディヒューザノズルシステムは、流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭に変換し、前記高圧の圧力頭は第二の接続点に通じている、圧力要素；並びに、少なくとも一つの第一のチャネル要素及び少なくとも一つの第二のチャネル要素であり、該第一のチャネル要素は、容積型流体モータの出口に第一の接続点を通じさせており、該第二のチャネル要素は、容積型流体モータの入口に第二の接続点を向けており、容積型流体モータが入口及び出口における圧力差によって引き起こされる流体流れスループットによって駆動され、容積型流体モータが力又はトルク取り出しと共に駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、第一のチャネル要素及び第二のチャネル要素、を有する、流体駆動原動機システムを開示する。【００１０】  他の実施形態において、第一の自己整列要素は、収束拡散ノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な低圧力を作り出す収束拡散ノズルシステムの効率を改善する。【００１１】  他の実施形態において、第二の自己整列要素は、ディヒューザノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な高圧の圧力頭を作り出すディヒューザズルシステムの効率を改善する。【００１２】  他の実施形態において、制御要素システムは、圧力差及び流体流れスループットの少なくとも一つを制御し、流体駆動原動機システムを、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れの少なくとも一つによる損傷から保護する。【００１３】  他の実施形態において、第二の吸引要素は、収束拡散ノズルシステム及び第一の構造要素の少なくとも一つを有し、第一の構造要素は、第一の構造要素を渡る流体流れによって第一の接続点に低圧力を生成する。【００１４】  他の実施形態において、第二の頭部要素は流れ滞留システムを含み、流れ滞留システムは、流体流れ方向操作フィン、滞留した流れを収容し且つ方向付けるための第一のアキュムレータ、流頭を捕捉するための第二のアキュムレータ、及び様々な流体流れの方向の高圧の圧力頭を受け入れる第二の構造要素の少なくとも一つを用いて、第二の接続点における流体流れの滞留を惹起する。【００１５】  他の実施形態において、圧力要素は、第一の吸引要素、第二の吸引要素、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第一のチャネル要素、第二のチャネル要素、第一の自己整列要素、第二の自己整列要素及び制御要素システムの少なくとも一つを有し、第一の接続点及び第二の接続点を入力部及び出力部に通じさせることよって入口及び出口における差圧を作り出すために使用され、容積型流体モータが駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす。【００１６】  他の実施形態において、少なくとも一つの容積型流体モータを構成する流体駆動��動機グリッドシステムは、複数の圧力要素によって駆動され、複数の圧力要素は、圧力流れスループットを惹起するために使用され、流体流れを制御する制御要素によって制御される。【００１７】  他の実施形態において、容積型流体モータの入口及び出口は、交換可能であり、容積型流体モータからのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする。【００１８】  他の実施形態において、第一のチャネル要素及び第二のチャネル要素は、長さを延長可能であり、流体内の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえることができる。【００１９】  他の実施形態において、第二のアキュムレータは流頭捕捉要素を有し、流頭捕捉要素は、入力部及び出力部において頭差が存在する場合に、スループットを促進するための利用可能性において流頭の収容を可能にする。【００２０】  他の実施形態において、第二のアキュムレータは浮揚性要素を有し、浮揚性要素は、水のような流体内で使用される場合に第二のアキュムレータを浮いた状態に保ち、  浮揚性要素が、流体レベルが上昇するときに持ち上がって流頭を捕らえ、周囲の流体レベルが落ちるときに周囲の流体から流頭を分離し、出口に通じている周囲の流頭の低下によって頭差を引き起こし、スループットを促進するように、第二のアキュムレータは延長可能な第二のチャネル要素に置かれる。【００２１】  他の実施形態において、遮断制御システムは、シーリング要素及びシールアクチュエータを構成し、シーリング要素は、シールアクチュエータを用いて流体駆動原動機システムの内部にある流体空間を分離し、流体空間を流体駆動原動機システムの外側の空間から分離する。【００２２】  他の実施形態において、流体駆動原動機システムは、第二の流体空間を備えた中空の浮揚性基礎上に設置され、浮力制御システムを有し、  遮断制御システムは、流体駆動原動機システムを中空の浮揚性基礎と共に浮き上がらせることによって回収するために、流体駆動原動機システム及び中空の浮揚性基礎を分離し、浮力制御システムは、流体空間及び第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える。【００２３】  他の実施形態において、流体駆動原動機システムは、流体駆動原動機システムが浮揚性にされ、浮き上がらせることによって表面に回収されるように、遮断制御システム及び浮力制御システムの使用によって、流体空間からの流体をより軽い流体によって置き換える。【００２４】  他の実施形態において、積型流体モータは、複数ベーン型の回転式装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施形態のアセンブリの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、実施形態のアセンブリの断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図３】図３は、その入口及び出口を備えた容積型流体モータの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図４】図４は、吸引要素と共に圧力要素の結合（combination）の断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、一つの方向を通って入口に入る流体と共に容積型流体モータの上面断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、他の方向を通って入口に入る流体と共に容積型流体モータの上面断面図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【図６】図６は、第二のアキュムレータの等角図を描写して、本発明の一つの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】  本発明は、添付の図面を参照していくつかの実施形態の以下の詳細な記述を読むことによって完全に理解されることができる。
【００２７】  本発明の一つの実施形態において、流体駆動原動機システム（fluid  driven  prime  mover  system）２０が存在する。流体駆動原動機システム２０は、流体のスループットのための入口６４及び出口６２を備えた容積型流体モータ（positive  displacement  fluid  motor）６０を有し、そのようなスループットの間、シャフトに対するトルクを作り出すためのロータ要素に流体内のエネルギーが伝達される。スループットは、出口６２及び入口６４における圧力差によって生成される。その圧力差は、ノズルの峡流部（throat）に低圧力区域４４を引き起こす収束拡散ノズル（convergent  divergent  nozzle）４２を通る流体流れ（fluid  flow）に起因する低圧力、及び、ディヒューザノズルシステム（diffuser  nozzle  system）３２による流頭（fluid  head）によって、それぞれ引き起こされる。流体駆動原動機システム２０は、圧力要素（pressure  element）３０を有する。圧力要素３０は、一つの収束拡散ノズル４２又は一揃いの収束拡散ノズル４２のいずれかを備えた収束拡散ノズルシステムを含む第一の吸引要素４０を、併せ持つ（combine）。収束拡散ノズル４２は、低圧力区域４４を作り出す。低圧力区域４４は、第一の接続点に通じている。
【００２８】  高圧力又は流頭は、図１に示されるようなディヒューザノズルシステム３２によって作り出される。ディヒューザノズルシステム３２は、流体流れのエネルギーを高圧の圧力頭（pressure  head）に変換する。ディヒューザノズルシステム３２は、第二の接続点に圧力頭を作り出す一つのディヒューザ又は一揃いのディヒューザのいずれかであってもよい。第一のチャネル要素５０は第一の接続点を出口６２に連通させ、第二のチャネル要素５２は第二の接続点を容積型流体モータ６０の入口６４に連通させる。
【００２９】  図１に示されるように、収束拡散ノズル４２は、第一のチャネル要素５０に接続され、自由に水平に回転可能であり、ある程度は垂直に回転可能であり、表面の機構を有する。その表面の機構は、図３に示されるような第一の自己整列要素（self  aligning  element）３４である。第一の自己整列要素３４は、収束拡散ノズル４２と一体化され、収束拡散ノズル４２が流れと整列しない限り、流れに対する抵抗を作り出しモーメントを補正することになり、そのため、自己整列特性を結果としてもたらす。収束拡散ノズル４２はまた、自己整列機構を強化するためにその上面に垂直なフィンを有してもよい。同じ方法は、類似する第二の自己整列要素３５の使用によって、ディヒューザノズルシステム３２にも適用可能である。この第一のチャネル要素５０は、容積型流体モータ６０の出口６２から低圧力区域４４への流体の流れを可能にする。第一の頭部要素のディヒューザノズルシステム３２は、第二のチャネル要素５２に接続され、それにより、より高圧の頭部で流体が蓄積する第一のアキュムレータ３６を通じた、ディヒューザノズルシステム３２から容積型流体モータ６０の入口６４への流体の連通を導く。ディヒューザノズルシステム３２は、収束拡散ノズル４２と一体化されて、流体流れが方向を変えるときに最適な圧力差を作り出すために流体流れの方向に回転及び整列してもよい。
【００３０】  図２に示されるように、収束拡散ノズル４２は、流体流入５４及び流体流出５６により、低圧力区域４４を作り出す。それにより、収束拡散ノズル４２は、容積型流体モータ６０の出口６２からの流体の吸引を結果としてもたらし、流出流体と共に流す。
【００３１】  図３に示されるように、容積型流体モータ６０は、入口６４の中への流体を受容し、入口６４と出口６２との間の圧力差を出力トルクに変換する。その出力トルクは、発電機（generator）に伝達される。容積型流体モータ６０の出口６２からの流体は、第一のチャネル要素５０を通って、低圧力区域４４に向かって進む。
【００３２】  図４に示されるような他の実施形態において、ディヒューザノズルシステム３２と一体化された収束拡散ノズル４２及び流体滞留のための第二の構造要素７６並びにそれらの集合は、収束拡散ノズル４２及びディヒューザノズルシステム３２の第一の自己整列要素３４の存在により、流体流れの方向に向かって整列することが可能にされる。
【００３３】  図５Ａ及び図５Ｂに示されるような他の実施形態において、高圧の圧力頭が、流体流れ方向操作フィン７８による、入口６４における流体流れの滞留（stagnation）によって惹起される（induced）。流体流れが中心から入口６４への半径方向の線に対して９０°である場合には図５Ａに示されるように、同様に２００°である場合には図５Ｂに示されるように、流体流れ方向操作フィン７８は、入口６４に向かって、任意の考えられる方向から来る流体を操作する。これは、９０°に亘って、流体を入口６４に導く一方向にのみ回転するように制限された流体流れ操作フィン７８によって達成される。フィンは、入口６４に向かう閉じたチャネルを形成してもよい。これらのフィン及びそれらの機能は、流体滞留システムの一部を形成する。
【００３４】  他の実施形態において、第一の吸引要素４０は、第二の吸引要素と一体化されるか又は第二の吸引要素から独立しているかのいずれであってもよい。第二の吸引要素は、流体駆動原動機システム２０の構造部品である。その構造部品は、それを渡る流体流れがベルヌーイの原理を使用することによって所望の点に低圧力を作り出すように設計されている。また、この構造は、第一の構造要素であり、収束拡散ノズル４２と共に一体化されてもよい。
【００３５】  他の実施形態において、図２に示されるような制御要素システム７２は、圧力差を制御し、それゆえ流体スループットを制御し、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れに起因する損傷から流体駆動原動機システム２０の部品を保護する。過剰な流体圧力及び過剰な流体流れは、嵐の場合のような非常に高い流体流れ速度の間に引き起こされ得る。吸引要素及び第一のチャネル要素５０上の制御要素システム７２は、真空破壊装置（vacuum  breaker）又は低圧力作動制御弁である。同様に、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第二のチャネル要素５２及び滞留及び高圧の圧力頭を作り出す構造要素上には、過度の圧力に対する保護のために適切な設定の圧力逃がし弁及び安全弁が取り付けられる。そのような制御要素システム７２はまた、不足の圧力及び過度の圧力に対する保護のために適切な設定で、流体駆動原動機システム２０の本体にも取り付けられる。圧力要素３０には、保護のための両方の真空破壊装置が取り付けられてもよい。
【００３６】  図６に示されるような他の実施形態において、第二のアキュムレータ９０は、流頭捕捉要素９２によって流頭を捕捉する。流頭捕捉要素９２は、入口６４の口部に通じている。そのようなシステムは、高潮又は類似の状況の時にレベルが上げられた場合に、流体を捕捉するために使用されてもよい。
【００３７】  他の実施形態において、第二のアキュムレータ９０には、浮揚性要素（buoyant  element）９４が取り付けられる。浮揚性要素９４は、流頭捕捉要素９２によって流頭を捕捉する。流頭捕捉要素９２は、入口６４の口部に通じている。そのようなシステムは、波又は類似の状況の場合のように、レベルが様々な高さまで断続的に上げられる場合に、流体を捕捉するために使用されてもよい。
【００３８】  第二のアキュムレータ９０が使用される上記の二つの実施形態の両方において、出口６２における低圧力が、周囲の流体レベルの低下によって引き起こされる。また、流頭差（fluid  head  differential）は、周囲に逃げることができずアキュムレータに包含される捕捉された流体の間にある。また、唯一の流路（flow  path）は、容積型流体モータ６０を通ってその出口６２に向かう。
【００３９】  他の実施形態において、圧力要素３０は、第一の吸引要素４０、第二の吸引要素、第一の頭部要素、第二の頭部要素、第一のチャネル要素５０、第二のチャネル要素５２、第一の自己整列要素３４、第二の自己整列要素３５及び制御要素システム７２のいずれかを有してもよく、第一の接続点を入口６４に、第二の接続点を出口６２に通じさせることよって、入口６４及び出口６２における差圧を作り出すために使用され、容積型流体モータ６０が駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす。これは、圧力要素３０の構成要素のうちの一つ又はそれ以上が修理中であるか又は正常に機能しない状態の間に原動機システムのために利用されてもよく、システムは、発電及びトルク取り出しのために使用されてもよい。他の場合において、一つ又はそれ以上の要素は、要求されなくてもよい。
【００４０】  他の実施形態において、一つ又はそれ以上の容積型流体モータを構成する流体駆動原動機グリッドシステムが存在する。その容積型流体モータは一つ以上の圧力要素によって駆動されてもよく、圧力要素は構成要素を有し、それらの構成は上述されたものと同じである。
【００４１】  他の実施形態において、流れスループットは、容積型流体モータ６０の入口６４及び出口６２への圧力要素３０の接続を交換することによって逆転される。また、この接続の交換は、その容積型流体モータ６０からのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする。
【００４２】  他の実施形態において、第一のチャネル要素５０及び第二のチャネル要素５２は、長さを延長可能であり、流体の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえる（capture）ことができる。この延長可能な機構は、浮揚性要素９４が取り付けられた第二のアキュムレータ９０の一部である。
【００４３】  他の実施形態において、流体駆動原動機システム２０には遮断制御システムが設けられる。遮断制御システムは、図２に示されるように、流体駆動原動機システム２０の内部にある流体空間を分離する、シーリング要素１０２及びシールアクチュエータ１０３を構成する。図２に示されるシーリング要素１０２は、複数のフラップ型の弁であり、流体が出入りする全ての開口部において類似する遮断弁が使用される。これらのシーリング要素１０２は、流体空間の適切なシーリングのために、流体密封に作られる。図５Ａ及び図５Ｂに示される流体流れ方向操作フィン７８もまた、フラップがその回転範囲の一つの端にある場合に、シーリング要素１０２として機能する。上記のフラップの回転範囲の一つの端では、フィンの調節がその隣接するフィンのヒンジ要素又は構造要素に対して押し付けられる。
【００４４】  他の実施形態において、浮力制御要素は、流体駆動原動機システム２０の一部であり、遮断制御システムが流体駆動原動機システム２０を外側の空間からシール及び分離し、流体駆動原動機システム２０の内側に捕捉された流体を、圧縮空気のようなより軽い流体によって置き換えた後に使用される。そのため、流体駆動原動機システム２０は、浮揚性となり、浮き上がらせることによって回収されることができる。そのような方法は、流体駆動原動機システム２０が水力発電に使用される場合に有用である。このシステムにおいて圧力要素３０の個々の構成要素は、修理及び置換のために個別に回収されてもよい。
【００４５】  他の実施形態において、図１及び図２に示されるように、流体駆動原動機システム２０は、第二の流体空間を中空の浮揚性基礎１０６に接続され、浮力制御システム１０４、及び流体駆動原動機システム２０及び中空の浮揚性基礎１０６を分離する遮断制御システムを有する。浮力制御システム１０４は、流体駆動原動機システム２０を中空の浮揚性基礎１０６と共に浮き上がらせることによって回収するために、流体空間及び第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える。これは、沖合の水力運動学的な用途の場合に、流体駆動原動機システム２０をその浮揚性基礎１０６と共に輸送することを容易にする。沖合の水力運動学的な用途では、システムは、固定され（toed）てもよく、専用の輸送機関の使用が回避されてもよい。システムは、沖合の目的地に到着した後に、大きな程度の制御と共にシステムを安定させ、それを水中に沈めることによって、容易に設置されることができる。
【００４６】  他の実施形態において、容積型流体モータ６０は、複数ベーン型の回転式装置である。
【符号の説明】
【００４７】２０  流体駆動原動機システム３０  圧力要素３２  ディヒューザノズルシステム３４  第一の自己整列要素３５  第二の自己整列要素３６  第一のアキュムレータ４０  第一の吸引要素４２  収束拡散ノズル４４  低圧力区域５０  第一のチャネル要素５２  第二のチャネル要素５４  流体流入５６  流体流出６０  容積型流体モータ６２  出口６４  入口７２  制御要素システム７６  第二の構造要素７８  流体流れ方向操作フィン８０  発電機９０  第二のアキュムレータ９２  流頭捕捉要素９４  浮揚性要素１０２  シーリング要素１０３  シールアクチュエータ１０４  浮力制御システム１０６  浮揚性基礎
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月2日(2015.12.2)
【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】
流体駆動原動機システムであって：  第一の吸引要素を併せ持つ圧力要素を有し、前記第一の吸引要素は少なくとも一つの収束拡散ノズルを備えた収束拡散ノズルシステムを含み、前記少なくとも一つの収束拡散ノズルは低圧力区域を作り出し、前記低圧力区域は、第一のチャネル要素を通じて容積型流体モータの出口への第一の接続点に通じており、前記容積型流体モータが前記出口と前記容積型流体モータの入口との間の圧力差によって引き起こされる流体流れスループットによって駆動されるように、前記出口と前記入口との間の圧力差を作り出し、  少なくとも一つのディヒューザノズルシステムを含む第一の頭部要素によって、前記圧力差の拡大が達成され、前記少なくとも一つのディヒューザノズルシステムは、前記第一の吸引要素を通って流れる流体流れの流動とは別の流体流れの流動の滞留によって高圧の圧力頭を作り出して、当該流体駆動原動機システムの中への流体流れから抽出されるエネルギーに加え、前記高圧の圧力頭は、第二のチャネル要素を通じて容積型流体モータの入口への第二の接続点に通じており、前記容積型流体モータが力又はトルクの取り出しのための高効率かつコンパクトな駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、  流体駆動原動機システム。
【請求項２】
第一の自己整列要素は、前記収束拡散ノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な低圧力を作り出す前記収束拡散ノズルシステムの効率を改善する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項３】
第二の自己整列要素は、前記ディヒューザノズルシステムが流体流れの方向と整列することを可能にして、様々な流体流れの方向において最適な高圧の圧力頭を作り出す前記ディヒューザノズルシステムの効率を改善する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項４】
制御要素システムは、圧力差及び流体流れスループットの少なくとも一つを制御し、当該流体駆動原動機システムを、過剰な流体圧力及び過剰な流体流れの少なくとも一つによる損傷から保護する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項５】
第二の吸引要素は、収束拡散ノズルシステム及び第一の構造要素の少なくとも一つを含み、前記第二の吸引要素を通って流れる流体によって前記低圧力区域を作り出す、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項６】
第二の頭部要素は流れ滞留システムを含み、前記流れ滞留システムは、流体流れ方向操作フィン、滞留した流れを収容し且つ方向付けるための第一のアキュムレータ、流頭を捕捉するための第二のアキュムレータ、及び様々な流体流れの方向の前記高圧の圧力頭を受け入れる第二の構造要素の少なくとも一つを用いて、前記第二の接続点における流体流れの滞留を惹起する、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項７】
前記圧力要素は、前記第一の吸引要素、第二の吸引要素、前記第一の頭部要素、前記第二の頭部要素、前記第一のチャネル要素、前記第二のチャネル要素、第一の自己整列要素、第二の自己整列要素及び制御要素システムの少なくとも一つを有し、前記第一の接続点及び前記第二の接続点を前記入口及び前記出口に通じさせることよって前記入口及び前記出口における差圧を作り出すために使用され、前記容積型流体モータが前記駆動ユニットとして働くことを結果としてもたらす、請求項６に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項８】
少なくとも一つの前記容積型流体モータを構成する流体駆動原動機グリッドシステムは、複数の前記圧力要素によって駆動され、複数の前記圧力要素は、圧力流れスループットを惹起するために使用され、流体流れを制御する制御要素によって制御される、請求項７に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項９】
前記容積型流体モータの前記入口及び前記出口は、交換可能であり、前記容積型流体モータからのトルク取り出しの方向の逆転を可能にする、請求項１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１０】
前記第一のチャネル要素及び前記第二のチャネル要素は、長さを延長可能であり、流体内の様々なレベルに存在する最適な流体流れパラメータを捕らえることができる、請求項６に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１１】
第二のアキュムレータは流頭捕捉要素を有し、前記流頭捕捉要素は、入力部及び出力部において頭差が存在する場合に、スループットを促進するための利用可能性において流頭の収容を可能にする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１２】
前記第二のアキュムレータは浮揚性要素を有し、前記浮揚性要素は、水のような流体内で使用される場合に前記第二のアキュムレータを浮いた状態に保ち、  前記浮揚性要素が、流体レベルが上昇するときに持ち上がって流頭を捕らえ、周囲の流体レベルが落ちるときに周囲の流体から流頭を分離し、前記出口に通じている周囲の流頭の低下によって頭差を引き起こし、スループットを促進するように、前記第二のアキュムレータは延長可能な前記第二のチャネル要素に置かれる、  請求項１１に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１３】
遮断制御システムは、シーリング要素及びシールアクチュエータを構成し、前記シーリング要素は、前記シールアクチュエータを用いて当該流体駆動原動機システムの内部にある流体空間を分離し、前記流体空間を当該流体駆動原動機システムの外側の空間から分離する、請求項８に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１４】
当該流体駆動原動機システムは、第二の流体空間を備えた中空の浮揚性基礎上に設置され、浮力制御システムを有し、  前記遮断制御システムは、当該流体駆動原動機システムを前記中空の浮揚性基礎と共に浮き上がらせることによって回収するために、当該流体駆動原動機システム及び前記中空の浮揚性基礎を分離し、前記浮力制御システムは、前記流体空間及び前記第二の流体空間の内側の流体を、より軽い流体によって置き換える、請求項１３に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１５】
前記圧力要素及び当該流体駆動原動機システムの一つが浮揚性にされ、浮き上がらせることによって表面に回収されるように、前記遮断制御システム及び前記浮力制御システムの使用によって、前記流体空間からの流体をより軽い流体によって置き換える、請求項１４に記載の流体駆動原動機システム。
【請求項１６】
前記容積型流体モータは、複数ベーン型の回転式装置である、請求項８に記載の流体駆動原動機システム。
【国際調査報告】
2016524077.tif 000010
2016524077.tif 000011