(57)【要約】  水中コネクタ装置を有するモジュール式水流発電プラント及び組立方法である。本発明は支持構造体と、支持構造体に載置可能な水力タービンを有するナセルと、少なくとも１つの差込プラグと、対応する差込ソケットとを有する水中コネクタ装置と、当該水中コネクタ装置に接続する導線接続と、を含むモジュール式水流発電プラントに関しており、水中コネクタ装置は、ナセルと結合されている第１のモジュールと、支持構造体と結合されている第２のモジュールを含み、第１のモジュールは、少なくとも１つのセンタリング要素を有する第１のコネクタ台を含み、第２のモジュールは、センタリング要素に対して相補的に形成されている少なくとも１つのセンタリング対応部材を有する第２のコネクタ台を含み、第１のコネクタ台は、複数の比例調整要素を介して、第１のモジュールに配設されているサポート要素に懸架されており、比例調整要素の固定部は第１のコネクタ台とサポート要素において、第１のコネクタ台が並進の３つの自由度と、回転の３つの自由度に関して、所定の限界内で移動可能であるように形成されている。
2016500197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体（１）と、
前記支持構造体（１）に載置可能な水力タービン（３）を有するナセル（２）と、
少なくとも１つの差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と、対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とを有する水中コネクタ装置（４）と、前記水中コネクタ装置に接続する導線接続（７．１，７．２）と、を含むモジュール式水流発電プラントであって、
前記水中コネクタ装置（４）は、前記ナセル（２）と結合されている第１のモジュール（９）と、前記支持構造体（１）と結合されている第２のモジュール（１０）を含み、
前記第１のモジュール（９）は、少なくとも１つのセンタリング要素（１３．１，１３．２）を有する第１のコネクタ台（１１）を含み、前記第２のモジュール（１０）は、前記センタリング要素（１３．１，１３．２）に対して相補的に形成されている少なくとも１つのセンタリング対応部材（１４．１，１４．２）を有する第２のコネクタ台（１２）を含む、前記モジュール式水流発電プラントにおいて、
前記第１のコネクタ台（１１）は、複数の比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）を介して、前記第１のモジュール（９）に配設されているサポート要素（１６）に懸架されており、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記サポート要素（１６）に接触している前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）の固定部（１７，１７．１，．．．，１７．６）は、前記第１のコネクタ台（１１）が並進運動についての３つの自由度と回転運動についての３つの自由度とにおいて所定の限界内で移動可能とされるように構成されていることを特徴とする、モジュール式水流発電プラント。
【請求項２】
前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）の前記固定部（１７，１７．１，．．．，１７．６）は、前記第１のコネクタ台（１１）と前記サポート要素（１６）において、少なくとも玉継手（３４）の自由度を有している、請求項１に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項３】
前記サポート要素（１６）は、リニア駆動部（１８）によって、前記ナセル（２）に固定された前記第１のモジュール（９）のフレーム（２２．１，２２．２）に対して相対的に並進方向に移動可能とされる、請求項１又２に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項４】
前記リニア駆動部（１８）は、液圧式シリンダ（２３）として構成されている、請求項３に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項５】
前記リニア駆動部（１８）は、組込型のロック装置（１９）を備えている、請求項３又は４に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項６】
前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）は、前記第１のコネクタ台（１１）を前記サポート要素（１６）に懸架するために、弾性ロッド（２１．１，２１．２）として構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項７】
前記第１のコネクタ台（１１）は、少なくとも３つの比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）を介して、前記サポート要素（１６）に懸架されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項８】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と対応する前記差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とは、電気式プラグイン接続、光学式プラグイン接続、又は液圧式プラグイン接続を形成している、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項９】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）のうち一方のコネクタ台と少なくとも間接的に接続されており、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）に対応する前記差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）のうち他方のコネクタ台に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１０】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と、前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、前記コネクタ台（１１，１２）それぞれに堅固に固定されている、請求項９に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１１】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、別体の差込プラグアクチュエータ（２４）に配設されており、これにより、前記差込プラグアクチュエータは、前記コネクタ台（１１，１２）それぞれに向かって相対移動することができる、請求項９に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１２】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、別体の差込プラグアクチュエータ（２４）によって、前記モジュール式水流発電プラントから離隔する方向に延在している海底ケーブル（２５）と、前記ナセルの内部において発電機（３１）に接続されている電力ケーブル（２６）との間に接続部材を形成している、請求項１１に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１３】
前記水中コネクタ装置は、前記支持構造体（１）の結合装置（２９）に組み込まれており、前記モジュール式水流発電プラントの壁（２７）に包囲されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１４】
前記モジュール式水流発電プラントが、双方向に流入可能な水力タービン（３）と、前記支持構造体（１）に回転可能に取り付けられているナセル（２）とを備えており、
前記水中コネクタ装置は、前記ナセル（２）のハウジング（２８）の外部に、且つ、前記支持構造体（１）の壁の外部に設けられている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法であって、
前記ナセルを前記支持構造体（１）に載置するステップと、
前記水中コネクタ装置の前記ナセル（２）に接続されている前記第１のモジュール（９）を、前記支持構造体（１）に接続されている前記第２のモジュール（１０）に対して相対的に位置合わせするステップと、
前記センタリング要素とセンタリング対応部材が嵌合した状態で互いに係合し、前記第１のモジュール（９）の前記第１のコネクタ台（１１）が前記第２のモジュール（１０）の前記第２のコネクタ台（１２）に対して相対的に補償運動し、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）が一直線上に位置合わせされるまで、前記センタリング要素（１３．１，１３．２）を前記センタリング対応部材（１４．１，１４．２）に対して相対的に移動させるステップと、
を備えている、モジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【請求項１６】
前記センタリング要素（１３．１，１３．２）と前記センタリング対応部材（１４．１，１４．２）が嵌合した状態で互いに係合された場合に、差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが機能的に接続される、請求項１５に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【請求項１７】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが一直線上に位置合わせされた後に、別個の差込プラグアクチュエータ（２４）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）それぞれに対して相対的に前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）を移動させ、これにより、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが機能的に接続される、請求項１５に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１のおいて書き部に記載の特徴による、水中コネクタ装置を有するモジュール式水流発電プラントと、当該モジュール式水流発電プラントのための組立方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
モジュール式水流発電プラントは、水流、特に潮汐流からエネルギーを得るために用いられる。このとき沖合の立地に対しては、ダム構造体を有さない水流発電プラントが好まれ、当該水流発電プラントの水力タービンは、周りを自由に水が流れているか、あるいは被覆ハウジング内に設けられ、それにより流入速度を増大させる。後者の場合、被覆ハウジングは外側において周りを自由に水が流れており、内部にはベンチュリ流路を有している。同型式の設備の通常の実施の形態は、ナセルに接して回転する、プロペラ状の水平軸タービンを備えている。ナセル内部に発電機が設けられており、当該発電機は水力タービンと駆動に関して接続されている。
【０００３】
遅い流れから効率的にエネルギーを得るには、大型の水力タービンが前提となるが、当該大型の水力タービンは特に海上の立地に対して、建設が困難である。従ってモジュール式の水流発電プラントについては、まず設置場所において支持構造体が建設される。当該支持構造体は孔を開けられた基礎と切削孔に挿入されたモノパイルの形であるか、あるいは複数部材から成る担持装置としてか、選択され得る。支持構造体が海底に支持されている限りは、重力式基礎も考えられる。代替的選択肢として支持構造体は、浮遊可能なユニット、又は一定の水深に潜るユニットを表す。モジュール式コンセプトに関しては、後に続く組立ステップにおいて、水力タービンを有するナセルが支持構造体に降ろされる。典型的に支持構造体には、ナセルを結合するための結合装置が設けられており、当該結合装置には、ナセル側のタワーアダプタが形状接続的かつ自動調心式に係合する。
【０００４】
モジュール式水流発電プラントのためには、支持構造体にナセルを載置した後、ナセルと支持構造体とを出力及び供給に関して接続しなければならない。このとき設備を結合するために、当該設備によって作り出された出力を最も近くにある変圧点に伝える海底ケーブルに対する、電気的出力接続を作り出す必要がある。出力伝達とならんで、設備制御のためのセンサ信号のための電気的信号接続を、ナセル内部に設けられているユニット、特に発電機及び設備管理のための装置、例えばピッチ調整機構などに対して作り出すことがさらに必要である。電気的な導線結合とならんでさらに、光学的信号又は、液圧媒体もしくは潤滑剤のような作動剤をナセルへと搬送することが必要となり得る。
【０００５】
上記の接続を作り出すために、水中コネクタ装置が用いられ得、当該水中コネクタ装置のために差込プラグと対応する差込ソケットがコネクタ台上に統合されており、当該コネクタ台は典型的にさらに、センタリング要素を有しており、それにより差込過程を容易にするとともに、潜水ロボット（ＲＯＶ）によって当該差込過程を実施することができる。組み立てを容易にするために、モジュール式水流発電プラントのための水中コネクタ装置は、ナセルと結合された第１のモジュールと、支持構造体と結合された第２のモジュールとに分割され、それによりナセルを支持構造体上に降ろす際、水中コネクタ装置の結合が完了され得る。これに関して特許文献１が参照され、当該文献は、ナセルのタワーアダプタと支持構造体における結合装置とに受容される水中コネクタ装置を開示している。このとき２つの回転可能な、皿状のコネクタ台が設けられており、当該コネクタ台は設備の垂直軸周りの回転自由度を超える、いかなる位置補償も許容しない。これはナセルを支持構造体上に降ろすことを困難にする。さらに設備の作動時に、ナセル側のタワーアダプタと支持構造体における結合装置との領域において弾性変形を生じさせる負荷衝撃を緩和する可能性がない。
【０００６】
掘削孔接続による水中コネクタ装置であって、潜水ロボットによって結合及び結合解除される水中コネクタ装置に対して、位置修正要素が知られている。すなわち特許文献２はコネクタ台に対して、スプリングピンにおける支承を説明している。これにより実現可能な位置補償は、全ての自由度に対して同じ程度に与えられてはいない。これは特にヨー軸周りの移動可能性に対して当てはまる。水中コネクタ装置のためのさらなる位置補償機構は、特許文献３によって開示される。下方コネクタ台に対して、交差されたレールシステム上で可動式に支承することが説明され、それにより２つの並進自由度が得られる。付加的にコネクタ台を玉継手において中央で支持することが記載され、当該玉継手は３つの回転自由度に関する移動可能性を許容する。特許文献３から知られている構成を、モジュール式水流発電プラントの水中コネクタ装置に対して転移する際、差込方向において結合移動から独立した並進自由度がないという困難が生じる。さらに中央に設けられた玉継手は、センタリング要素を統合する前、下方コネクタ台の初期位置が不確定であることにつながる。これはナセルを支持構造体上に降ろすことを困難にする。設備の重量、水中での設備の立地、及び多くの場合は恒常的に行われる流入により、ナセル降下過程の完全な移動コントロールができないという理由による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１１０５０４０３号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４０１５４８０４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２０１７５１２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、第１のコネクタ台と第２のコネクタ台の間の、大きな移動の自由を有する位置補償が、並進の３つの全ての自由度と、回転の３つの全ての自由度に対して与えられているように実施されている、水中コネクタ装置を有するモジュール式水流発電プラントを記載することを課題とする。このとき水中コネクタ装置は、ナセルを支持構造体上に載置することを妨げてはならない。さらに水中コネクタ装置は、設備の作動時に、ナセルから支持構造体への移行部に弾性変形が生じた場合、差込プラグと、当該差込プラグに接続する導線接続に大きな力を及ぼすことなく、補償運動を実施すべきである。さらなる構成では水中コネクタ装置の差込プラグを、対応する差込ソケットに対して結合及び結合解除することが、ナセルに対する移動ガイドから独立して実施可能であるべきである。付加的にモジュール式水流発電プラントにおける水中コネクタ装置のための組立方法が記載される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は独立請求項の特徴により、解決される。好適な実施は従属請求項に記載されている。
【００１０】
発明者は以下の点を認識した。すなわち、ナセルと結合された第１のモジュールと、支持構造体と結合された第２のモジュールを有するモジュール式水流発電プラントのための水中コネクタ装置は、上部分、すなわち第１のモジュールのために、六つの全てのオイラー角に関して移動可能である位置補償機構を含まなければならないという点である。この移動可能性は、第１のモジュールのための第１のコネクタ台が複数の比例調整要素を介して、第１のモジュールに配設されているサポート要素に浮遊した状態で懸架されており、比例調整要素の固定部は、第１のコネクタ台とサポート要素においてそれぞれ、第１のコネクタ台が並進の３つの自由度と、回転の３つの自由度に関して、所定の限界内で移動可能であるように形成されていることから生じている。好適にこれらの固定部は、当該固定部が玉継手の自由度を有するように設計されている。本来の玉継手のほか固定部として、遊びを有する取り付け穴、又はオーバーサイズの弾性的なインサートもしくはホルダなどの簡略化された構成的実施も想定される。好適に、比例調整要素は弾性的な復元要素を含んでいる。特に好適に、第１のコネクタ台を懸架するための比例調整要素として、弾性ロッドが用いられる。当該弾性ロッドは様々に、例えば外側にバネが設けられたピストンロッドとして、あるいは内側に弾性要素が設けられている伸縮式ガイドとして形成されていてよい。
【００１１】
さらに懸架は好適に、少なくとも３つの比例調整要素において行われ、それにより第１のコネクタ台を、センタリング要素の係合の前に安定的にガイドすることができる。さらに第１のモジュールに対して第１のコネクタ台に、少なくとも１つのセンタリング要素、好ましくはセンタリングピンが設けられており、当該センタリング要素は第２のモジュールの第２のコネクタ台上のセンタリング対応部材に対して相補的に形成されている。このときセンタリング対応部材は漏斗状に先細になるブシュとして形成されていてよく、それによりセンタリング要素とセンタリング対応部材を統合する際、円錐状のスライド面は、第１のコネクタ台と第２のコネクタ台を、結合方向において接近する際、コネクタ台上の差込プラグと、対応する差込ソケットが互いに一直線上の位置になるまで、互いにセンタリングする。一直線上の位置が達成された後の結合方向におけるさらなる移動の際、あるいはセンタリングの過程においてすでに、差込プラグと差込ソケットの間に作用接続が生じさせられる。
【００１２】
センタリングにあたり、六つの全ての自由度に対して与えられている移動の範囲は、第１のコネクタ台の位置補償のために用いられる。第１のモジュールの第１のコネクタ台のための完全な移動補償に加えて、任意選択的に、第２のモジュールのためのさらなる移動補償装置が設けられ得る。この措置の有利点は、冗長的な位置補償装置である。しかしながら好適な構成では、第２のモジュールに対して剛性を有して固定された第２のコネクタ台が用いられ、それにより水中コネクタ装置の支持構造体と結合された部分は、できる限り簡単に形成され得る。当該部分は持続的に水中に留まり、それによりフェイルセーフな設計が目指される。六つの自由度における位置補償のために必要とされる全ての可動要素は、好適な実施では第１のモジュールにおいて統合されており、当該可動要素はナセルと、及びそれとともに点検措置を実施するために内包可能なモジュール式水流発電プラントの部分と接続されている。
【００１３】
水力タービンにおけるピッチ調整機構又は双方向に流入可能な断面と、剛性を有して結合されたロータブレードを有している、双方向に流入可能な水力タービンでは、ナセルはねじり剛性を有する状態で、支持構造体に降ろされ得る。これにより水中コネクタ装置を、ナセルのハウジングの外部、及び、支持構造体の壁の外部に設けることが可能である。この場合、水中コネクタ装置は周囲流れの領域にあり、それにより第１のコネクタ台を第１のモジュールのサポート要素に懸架するための、少なくとも３つの比例調整要素を備える堅牢な実施が好ましい。代替的な構成では、水中コネクタ装置は支持構造体における結合装置と、ナセルにおける対応部材、すなわちタワーアダプタとに収容されている。この場合、支持構造体の壁は取り付けられた状態において、水中コネクタ装置を保護し、当該水中コネクタ装置はその場合、簡略化されて、第１のコネクタ台の懸架式固定のための少なくとも２つの比例調整要素を有して実施される。
【００１４】
本発明の好適なさらなる構成では、第１のコネクタ台のための六つの自由度において移動可能な位置補償を利用する、第２のコネクタ台に対する第１のコネクタ台のセンタリングは、第１及び第２のコネクタ台上の差込プラグと、それぞれ対応する差込ソケットとの一直線上の位置を実現するためにのみ使用される。差込プラグと、対応する差込ソケットの間に作用接続を生じさせることは、さらなる方法のステップにより、一直線上に設けられている第２のコネクタ台に向かう第１のコネクタ台の移動をさらに続けることによって行われる。
【００１５】
さらなる構成では、第１のコネクタ台を懸架するための比例調整要素が移動可能に固定されている担持装置は、ナセルに対して固定式の第１のモジュールのフレームに対して、アクチュエータによって移動可能である。移動ガイドのために、好適に液圧式シリンダとして形成されているリニア駆動部が用いられる。当該実施では、ナセルを支持構造体に載置することにより、水中コネクタ装置の第２のモジュールに対する第１のモジュール基本的配向のみが行われる。作用接続を生じさせるまでの、差込プラグとそれぞれ対応する差込ソケットをセンタリングするとともに一直線上に設けるまでの最終的な接近は、リニア駆動部の制御移動によって行われる。このとき制御移動の移動経過全体に対して、第１のモジュールの第１のコネクタ台のための六つの全ての自由度に対する移動補償が用いられる。好適な構成では、リニア駆動部は内蔵型のロック装置を有しており、それにより組立方法の終了後、第１のコネクタ台と第２のコネクタ台との相対位置が固定され得る。
【００１６】
代替的な実施では、第１のコネクタ台を懸架するための比例調整要素は、受動的かつ弾性的にプリストレスを与えられた要素ではなく、アクチュエータとして形成されている。これに関して液圧式シリンダ又はスピンドル駆動部が考慮され、当該液圧式シリンダ又はスピンドル駆動部はヒンジを介して第１のモジュールのサポート要素及び第１のコネクタ台に固定されており、それにより第１のコネクタ台は六つの全ての自由度に関してアクティブに移動される。しかしながらこの場合、位置補償のためにセンサ要素及び対応する制御機器が必要である。
【００１７】
特に好適なさらなる構成では、少なくとも１つの差込プラグと差込ソケットの対に対して、コネクタ台のうちの１つにおける別体の差込プラグアクチュエータが配設されており、当該差込プラグアクチュエータは、第１のコネクタ台と第２のコネクタ台を一直線上に設けることが達成された後、プラグイン接続それぞれを独立して結合及び結合解除することを可能にする。これにより個々のプラグイン接続を迅速かつ安全に個々に切り替えることが可能である。これは特に電力ケーブルの差込プラグに対して用いられ、それにより発電機の設備停止の際、海底ケーブル接続から個々に分離され得る。従って永久励起型発電機を用いる際、保守作業に対し、海底ケーブルにおいて電圧がないことが確保され得、設備停止が保証される必要はない。
【００１８】
以下において本発明を好適な実施の形態及び図に基づいて説明する。図面に示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るモジュール式水流発電プラントの水中コネクタ装置をセンタリング前の断面において示す図である。
【図２】第２のコネクタ台に対する第１のコネクタ台のセンタリング後の図１による水中コネクタ装置を示す図である。
【図３】図２の水中コネクタ装置を側面において示す図である。
【図４】本発明に係る水中コネクタ装置のための、コネクタ台における比例調整要素の固定部を示す図である。
【図５】比例調整要素の固定部のための構成の選択肢を示す図である。
【図６】モジュール式水流発電プラントの結合装置に組み込まれている本発明に係る水中コネクタ装置のためのさらなる実施の形態を示す図であり、結合前の位置が表示されている。
【図７】結合後の図６の水中コネクタ装置を示す図である。
【図８】水中コネクタ装置の第１及び第２のモジュールが外部に設けられているモジュール式水流発電プラントを示す図である。
【図９】水力タービンを支持構造体に載置するために、第１及び第２のモジュールが結合装置に組み込まれているモジュール式水流発電プラントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図８はモジュール式水流発電プラント２０を概略的に簡略化して示しており、当該モジュール式水流発電プラントは好適に潮汐流発電所又は河流発電所として用いられる。モジュール式水流発電プラント２０はタワーの形での支持構造体１を含んでおり、当該タワーは重力式基礎３９の形での基礎構造体を有しており、当該重力式基礎は水底４０に基礎を置いている。ナセル２が上部設備部分を形成しており、ナセルにおいて、水平回転軸線４２を有するプロペラ状の水力タービン３が、周りを自由に水が流れている状態で回転する。ナセル２内部に発電機３１が設けられており、当該発電機は水力タービン３に対して駆動接続している。組立ての際、ナセル２は支持構造体１に載置され、その際、結合装置２９が位置合わせと固定のために用いられ、当該結合装置はタワー側に角錐台３２を、ナセル側にタワーアダプタ４１の形での相補的な対向部材を含んでいる。
【００２１】
図８に示される構成では、水中コネクタ装置４が設備の外側に設けられており、第１のモジュール９はナセル２のタワーアダプタ４１に固定されている。水中コネクタ装置４の第２のモジュール１０は、支持構造体１に取り付けられており、ナセル２を支持構造体１に載置する際、水中コネクタ装置４の第１のモジュール９と第２のモジュール１０は互いにガイドされ、それにより基本的な向きが生じる。当該基本的な向きの回転防止のために、結合装置２９のセンタリングピン４３．１，４３．２が用いられる。
【００２２】
図８において概略的に示されるモジュール式水流発電プラントは、双方向に流入可能な設備を表示しており、当該設備に対して流入方向の変更の際、ヨー軸周りの再調整は必要ない。これに対応して、水中コネクタ装置４の第１のモジュール９と第２のモジュール１０は固定されたままである。このとき第１のモジュール９と第２のモジュール１０に、導線接続７．１，７．２が接続しており、当該導線接続は、発電機３１へとガイドされる電力ケーブル２６と、水中コネクタ装置４を介して当該電力ケーブルに接続されるとともに、設備から外に出ている海底ケーブル２５を含んでいる。導線接続７．１，７．２は、簡単な実施に対しては、少なくとも部分的に支持構造体１の外壁に沿って、及びタワーアダプタ４１に設けられており、このために必要とされる保護手段及び固定手段は個々に表示されていない。
【００２３】
図９は、モジュール式水流発電プラントの結合装置２９内に受容された水中コネクタ装置４を有する、代替的な実施を示している。このとき第１のモジュール９は、部分断面図で示されているタワーアダプタ４１内部に設けられている一方、第２のモジュール１０は角錐台３２の先端に取り付けられている。作動位置において水中コネクタ装置４の第１のモジュール９と第２のモジュール１０は結合装置９の内部にあり、それにより当該第１のモジュールと第２のモジュールはタワーアダプタ４１の壁２７によって、周囲流から遮蔽される。
【００２４】
個々に示されていない、第１及び第２のモジュール９，１０から外に出る導線接続は、設備の内部に設けられている。海底ケーブルを重力式基礎３９の領域において設備から外にガイドする可能性が概略的に示されている。しかしながら海底ケーブルは保護された状態で、完全に地下に敷設することも可能である。
【００２５】
本発明に係るモジュール式水流発電プラントは水中コネクタ装置４の実施を特徴とする。好適な実施の形態が図１において側面で示されている。点線Ｔ−Ｔの上部に設けられている第１のモジュール９が示されている。下方に第２のモジュール１０が設けられている。第１のモジュール９は、ナセル２の構成要素に固定されており、第２のモジュール１０は支持構造体１に担持されている。これらの固定部は個々に示されていない。
【００２６】
図１はナセル２を支持構造体１に正しく載置した後に生じる、第２のモジュール１０に対する第１のモジュール９の基本的な向きを示している。第１のモジュール９のブシュ状に形成されたセンタリング要素１３．１，１３．２は、基本的な向きにおいて捕捉領域を有しており、当該捕捉領域は、第２のモジュール１０の対応するセンタリング対向部材１４，１，１４．２を確実に受容することを可能にする。このときセンタリング要素１３．１，１３．２は第１のコネクタ台１１に結合されており、対応するセンタリング対向部材１４，１，１４．２は第２のコネクタ台１２に固定されている。
【００２７】
表示される構成では、第２のコネクタ台１２上の第２のモジュール１０に対して、差込ソケット６．１，．．．，６．ｎが設けられており、第２のコネクタ台１２は剛性を有して第２のモジュール１０のフレーム２２．２と結合されている。これに対して、センタリング要素１３．１，１３．２のほかに複数の差込プラグ５．１，．．．，５．ｎを担持している第１のモジュール９の第１のコネクタ台１１は、第１のモジュール９のフレーム２２．１に対して、３つの並進の自由度と３つの回転の自由度に関して移動可能に固定されている。これにより、センタリング要素１３．１，１３．２とセンタリング対向部材１４．１，１４．２を統合する際、第２のコネクタ台１２に対する第１のコネクタ台１１の補償運動が可能である。本発明によればこの移動範囲は、第１のコネクタ台１１が、複数の比例調整要素１５．１，．．．，１５．４において、第１のモジュール９のサポート要素１６に懸架されていることによって成立する。本図では４個の比例調整要素１５．１，．．．，１５．４が用いられ、当該調整要素はそれぞれ、弾性ロッドとして形成されている。このとき弾性ロッドはバネによるプリストレスをかけられたピストンロッドを含んでおり、それによりピストンロッドの移動範囲は並進自由度に限定されている。
【００２８】
第１のモジュール９と第２のモジュール１０との基本位置に基づいて、最終的なセンタリングを行うために、図１に示される好適な構成では、リニア駆動部１８が用いられ、当該リニア駆動部は本図では液圧式シリンダ２３の形で形成されている。差込プラグ５．１，．．．，５．ｎと、差込ソケット６．１，．．．，６．ｎの間でセンタリングを行い、かつ作用接続を形成するために、液圧式シリンダ２３の進入移動が行われ、当該液圧式シリンダはフレーム２２．１に設けられた側方ガイド３０．１，．．．，３０．４において、サポート要素１６を第２のモジュール１０に向かって少しづつ移動させる。ブシュ状のセンタリング要素１３．１，１３．２と、ガイドピンとして形成されたセンタリング対向部材１４，１，１４．２の内部の円錐状スライド面により、剛性を有して固定された第２のコネクタ台１２に対して回避的な第１のコネクタ台１１のセンタリングが行われ、それにより差込プラグ５．１，．．．，５．ｎの、対応する差込ソケット６．１，．．．，６．ｎに対する一直線上の位置が成立する。
【００２９】
図２はリニア駆動部１８による調整移動の終了後の状況を示している。センタリング要素１３．１，１３．２と、センタリング対向部材１４，１，１４．２が互いに係合し、コネクタ台１１，１２が互いに位置合わせされている、結合位置が表示されている。図に示す構成では、差込プラグ５．１，５．２と対応する差込ソケット６．１，６．２は、個々のコネクタ台１１，１２に剛性を有して固定されるとともに、センタリング要素１３．１，１３．２とセンタリング対向部材１４，１，１４．２が互いに形状接続的に係合する際、一直線上の位置のみならず、付加的に差込プラグのための作用接触が作り出されているように配置されている。このような実施は電気的及び光学的信号接続のために、又は液圧式もしくは空圧式供給導線のために用いられ得る。
【００３０】
好適な構成では、個々のコネクタ対を別個に結合及び結合解除する可能性がある。これは図３に基づいて表示され、図３は図２の結合位置における水中コネクタ装置４を、側面で見たものを示している。差込プラグ５．３と、対応する差込ソケット６．３に、別個の差込プラグアクチュエータ２４が配設されているのが分かる。当該差込プラグアクチュエータは、他の差込プラグから独立して、分離された結合と、相応に分離された結合解除とを行わせる。このとき、第１のモジュール９と第２のモジュール１０を上記のように統合することにより、第２のコネクタ台１２に対して第１のコネクタ台１１をセンタリングすることが用いられ、それにより直線的に作用するアクチュエータを介して、差込過程が確実に実施され得る。
【００３１】
第２のコネクタ台１２に対する第１のコネクタ台１１の位置合わせを備える結合位置は、好ましくは固定要素によって固定され、有利な構成では、固定要素３７は第１のモジュール９のサポート要素１６のためのリニア駆動部１８内に受容されている。当該固定された位置から、別体の差込プラグアクチュエータ２４の並進移動により、力が低減された状態で、それにより安全に、重要な接続を切り替えることができる。別個の差込プラグアクチュエータ２４は特に好適に、発電機３１に通じる電力ケーブル２６が接続している差込プラグ５．３を、差込ソケット６．３に取り付けられた海底ケーブル２５と選択可能に接続することを許容する。発電機３１が永久磁石励起型機械として実施されている場合、直接的に結合された水力タービン３のわずかな移動がすでに、電力ケーブル２６における電圧発生につながり、それにより海底ケーブル２５の迅速かつ安全な結合解除可能性は、設備駆動をより安全に構成する。
【００３２】
第１のコネクタ台１１を懸架するために用いられる比例調整要素１５．１，．．．，１５．４は並進的な調整移動を行わせる。第１のコネクタ台１１に対して全ての自由度における移動を確実にするために、比例調整要素１５．１，．．．，１５．４の固定部１７．１，．．．，１７．４は、一方でサポート要素１６において、他方で第１のコネクタ台１１において３つの回転軸線に関して移動の自由を有していなければならない。図４において概略的に示されている玉継手３４がこの機能を満たしている。図に示されているのは、玉継手３４が挿入されている第１のコネクタ台１１の部分であり、当該玉継手には比例調整要素１５．１のピストンロッド３３が接続している。
【００３３】
図５は比例調整要素１５．１のための、第１のコネクタ台１１における固定部１７の代替的な構成を示しており、当該比例調整要素は図４に示される実施に相当する移動範囲を提供すると同時に、構成上の簡略化を表している。そのためにピストンロッド３３は第１のコネクタ台１１において、広い第１の孔３５と狭い第２の孔３６を貫通して設けられており、固定要素３７によって裏側において引き出し移動が生じないように固定されている。差込方向において力を及ぼすことができるように、ピストンロッド３３には、曲線的に実施されたスライド面を有する支持ディスク３８が、第１の孔３５の上方に設けられている。当該支持ディスクは、第１のコネクタ台１１の上面において支持することと摺動することが可能であるような寸法を有している。このときピストンロッド３３の径と、支持ディスク３８並びに固定要素３７の配置及び形成とは、第１及び第２の孔３５，３６の大きさに適合されており、それにより孔の軸線に対する回動移動が可能である。これに対応して図５に示す固定部１７は、所定の限界内で図４に示す玉継手３４の移動自由度を含んでいる。同時に構成上の簡略化は、特に海上の立地における水中コネクタ装置の寿命を増大させる。要求される移動可能性を有する、固定部のさらなる構成が可能である。その場合、弾性変形可能なブシュが用いられ得る。
【００３４】
図６及び図７は本発明のさらなる好適な実施の形態を示している。モジュール式水流発電プラントの結合装置２９に組み込まれている水中コネクタ装置４が表示されている。ナセル２の一部を形成するタワーアダプタ４１内部に第１のモジュール９が設けられている。第２のモジュール１０は、タワー側にある角錐台３２に設けられている。前記の実施と一致する構成要素は同一の参照番号によって表され、反復を避けるためにこれ以上説明されない。図１に示す水中コネクタ装置４の構成とは異なり、本実施の形態では、第１のモジュール９内部の固定式サポート要素１６が用いられる。タワーアダプタ４１の内壁に対する材料接続的な結合が示されている。弾性ロッド２１．１，２１．２として形成された比例調整要素１５．１，１５．２はここでも、固定部１７．１，．．．，１７．４を介してサポート要素１６及び第１のコネクタ台１１に結合され、それにより第１のコネクタ台１１に関し、タワーアダプタ４１の位置固定式の構成要素に対して六つの自由度における移動が可能である。
【００３５】
ナセル２を支持構造体１に載置する際に、円錐状のスライド面４４が角錐台３２の外壁に接しながらスライドすることにより、タワーアダプタ４１のセンタリングが行われる。このとき水中コネクタ装置４の第１のモジュール９と第２のモジュール１０の構成要素は、当該結合プロセスの経過において、第１のコネクタ台１１上のセンタリング要素１３．１，１３．２が形状接続的に、第２のコネクタ台１２のセンタリング対向部材１４，１，１４．２に係合する寸法を有しており、当該係合は、回避移動を可能にする弾性ロッド２１．１，２１．２が、作用接続を生じさせるために差込ソケット６に対して差込プラグ５をセンタリングし、かつ、一直線上に設けると同時に、差込力を超える弾性的な回復力をもたらすまで行われる。従って組込型水中コネクタ装置４のセンタリングと結合は、ナセル２を支持構造体１に降ろす際、付加的なアクチュエータなしに行われる。
【００３６】
第１のモジュール９の可動構成要素のためのストッパと壁の距離は、２つの部分を統合する際、水中コネクタ装置４がセンタリング要素１３．１，１３．２と、対応するセンタリング対向部材１４，１，１４．２との捕捉領域にあるように選択されている。さらなる可能な構成では、設備の作動時に予測されるナセルと支持構造体の間の移動範囲が、結合位置における所定の移動限界の大きさを決定する際に考慮される。本発明のさらなる構成は以下の請求の範囲に記載されている。
【符号の説明】
【００３７】
１  支持構造体
２  ナセル
３  水力タービン
４  水中コネクタ装置
５，５．１，．．．，５．ｎ  差込プラグ
６，６．１，．．．，６．ｎ  差込ソケット
７．１，７．２  導線接続
９  第１のモジュール
１０  第２のモジュール
１１  第１のコネクタ台
１２  第２のコネクタ台
１３．１，１３．２  センタリング要素
１４，１，１４．２  センタリング対向部材
１５．１，．．．，１５．４  比例調整要素
１６  サポート要素
１７，１７．１，．．．，１７．６  固定部
１８  リニア駆動部
１９  ロック装置
２０  モジュール式水流発電プラント
２１．１，２１．２  弾性ロッド
２２．１，２２．２  フレーム
２３  液圧式シリンダ
２４  別個の差込プラグアクチュエータ
２５  海底ケーブル
２６  電力ケーブル
２７  壁
２８  ハウジング
２９  結合装置
３０．１−３０．４  側方ガイド
３１  発電機
３２  角錐台
３３  ピストンロッド
３４  玉継手
３５  第１の孔
３６  第２の孔
３７  固定要素
３８  支持ディスク
３９  重力式基礎
４０  水底
４１  タワーアダプタ
４２  回転軸線
４３．１，４３．２  センタリングピン
４４  円錐状スライド面
【図１】
2016500197.tif 000003
【図２】
2016500197.tif 000004
【図３】
2016500197.tif 000005
【図４】
2016500197.tif 000006
【図５】
2016500197.tif 000007
【図６】
2016500197.tif 000008
【図７】
2016500197.tif 000009
【図８】
2016500197.tif 000010
【図９】
2016500197.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月30日(2015.7.30)
【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】
支持構造体（１）と、
前記支持構造体（１）に載置可能な水力タービン（３）を有するナセル（２）と、
少なくとも１つの差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と、対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とを有する水中コネクタ装置（４）と、前記水中コネクタ装置に接続する導線接続（７．１，７．２）と、を含むモジュール式水流発電プラントであって、
前記水中コネクタ装置（４）は、前記ナセル（２）と結合されている第１のモジュール（９）と、前記支持構造体（１）と結合されている第２のモジュール（１０）を含み、
前記第１のモジュール（９）は、少なくとも１つのセンタリング要素（１３．１，１３．２）を有する第１のコネクタ台（１１）を含み、前記第２のモジュール（１０）は、前記センタリング要素（１３．１，１３．２）に対して相補的に形成されている少なくとも１つのセンタリング対応部材（１４．１，１４．２）を有する第２のコネクタ台（１２）を含む、前記モジュール式水流発電プラントにおいて、
前記第１のコネクタ台（１１）は、複数の比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）を介して、前記第１のモジュール（９）に配設されているサポート要素（１６）に懸架されており、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記サポート要素（１６）に接触している前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）の固定部（１７，１７．１，．．．，１７．６）は、前記第１のコネクタ台（１１）が並進運動についての３つの自由度と回転運動についての３つの自由度とにおいて所定の限界内で移動可能とされるように構成されており、
前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）の前記固定部（１７，１７．１，．．．，１７．６）は、前記第１のコネクタ台（１１）と前記サポート要素（１６）において、少なくとも玉継手（３４）の自由度を有していることを特徴とする、モジュール式水流発電プラント。
【請求項２】
前記サポート要素（１６）は、リニア駆動部（１８）によって、前記ナセル（２）に固定された前記第１のモジュール（９）のフレーム（２２．１，２２．２）に対して相対的に並進方向に移動可能とされる、請求項１に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項３】
前記リニア駆動部（１８）は、液圧式シリンダ（２３）として構成されている、請求項２に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項４】
前記リニア駆動部（１８）は、組込型のロック装置（１９）を備えている、請求項２又は３に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項５】
前記比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）は、前記第１のコネクタ台（１１）を前記サポート要素（１６）に懸架するために、弾性ロッド（２１．１，２１．２）として構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項６】
前記第１のコネクタ台（１１）は、少なくとも３つの比例調整要素（１５．１，．．．，１５．４）を介して、前記サポート要素（１６）に懸架されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項７】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と対応する前記差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とは、電気式プラグイン接続、光学式プラグイン接続、又は液圧式プラグイン接続を形成している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項８】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）のうち一方のコネクタ台と少なくとも間接的に接続されており、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）に対応する前記差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）のうち他方のコネクタ台に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項９】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と、前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、前記コネクタ台（１１，１２）それぞれに堅固に固定されている、請求項８に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１０】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、別体の差込プラグアクチュエータ（２４）に配設されており、これにより、前記差込プラグアクチュエータは、前記コネクタ台（１１，１２）それぞれに向かって相対移動することができる、請求項８に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１１】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）は、別体の差込プラグアクチュエータ（２４）によって、前記モジュール式水流発電プラントから離隔する方向に延在している海底ケーブル（２５）と、前記ナセルの内部において発電機（３１）に接続されている電力ケーブル（２６）との間に接続部材を形成している、請求項１０に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１２】
前記水中コネクタ装置は、前記支持構造体（１）の結合装置（２９）に組み込まれており、前記モジュール式水流発電プラントの壁（２７）に包囲されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１３】
前記モジュール式水流発電プラントが、双方向に流入可能な水力タービン（３）と、前記支持構造体（１）に回転可能に取り付けられているナセル（２）とを備えており、
前記水中コネクタ装置は、前記ナセル（２）のハウジング（２８）の外部に、且つ、前記支持構造体（１）の壁の外部に設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラント。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法であって、
前記ナセルを前記支持構造体（１）に載置するステップと、
前記水中コネクタ装置の前記ナセル（２）に接続されている前記第１のモジュール（９）を、前記支持構造体（１）に接続されている前記第２のモジュール（１０）に対して相対的に位置合わせするステップと、
前記センタリング要素とセンタリング対応部材が嵌合した状態で互いに係合し、前記第１のモジュール（９）の前記第１のコネクタ台（１１）が前記第２のモジュール（１０）の前記第２のコネクタ台（１２）に対して相対的に補償運動し、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）が一直線上に位置合わせされるまで、前記センタリング要素（１３．１，１３．２）を前記センタリング対応部材（１４．１，１４．２）に対して相対的に移動させるステップと、
を備えている、モジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【請求項１５】
前記センタリング要素（１３．１，１３．２）と前記センタリング対応部材（１４．１，１４．２）が嵌合した状態で互いに係合された場合に、差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが機能的に接続される、請求項１４に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【請求項１６】
前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが一直線上に位置合わせされた後に、別個の差込プラグアクチュエータ（２４）は、前記第１のコネクタ台（１１）及び前記第２のコネクタ台（１２）それぞれに対して相対的に前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）及び／又は前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）を移動させ、これにより、前記差込プラグ（５，５．１，．．．，５．ｎ）と前記対応する差込ソケット（６，６．１，．．．，６．ｎ）とが機能的に接続される、請求項１４に記載のモジュール式水流発電プラントを取り付けるための方法。
【国際調査報告】
2016500197.tif 000012
2016500197.tif 000013
2016500197.tif 000014
2016500197.tif 000015
2016500197.tif 000016
2016500197.tif 000017