特許 6110868 移動する流体からエネルギを再生するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6110868

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】移動する流体からエネルギを再生するための装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/04 20060101AFI20170327BHJP

   F03D 3/02 20060101ALI20170327BHJP

   F03D 80/00 20160101ALI20170327BHJP

   F03B 13/10 20060101ALI20170327BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20170327BHJP

【ＦＩ】

   F03D3/04 B

   F03D3/02 B

   F03D80/00

   F03B13/10

   F03B13/26

【請求項の数】14

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-540486(P2014-540486)

(86)(22)【出願日】2012年11月9日

(65)【公表番号】特表2014-532838(P2014-532838A)

(43)【公表日】2014年12月8日

(86)【国際出願番号】EP2012072315

(87)【国際公開番号】WO2013068556

(87)【国際公開日】20130516

【審査請求日】2015年11月9日

(31)【優先権主張番号】1160238

(32)【優先日】2011年11月10日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】514116545

【氏名又は名称】ジェエペエス イノヴェ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(74)【代理人】

【識別番号】100133983

【弁理士】

【氏名又は名称】永坂 均

(72)【発明者】

【氏名】バルサック，マシュー

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２１０２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２２５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４９８４３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２０４６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００３４６４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ３／０４

Ｆ０３Ｂ １３／１０

Ｆ０３Ｂ １３／２６

Ｆ０３Ｄ ３／０２

Ｆ０３Ｄ ８０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動中の流体からエネルギを再生するための装置であって、
実質的に平行な回転軸を備え、且つ前記移動中の流体が回転において少なくとも１つの第１のタービン及び少なくとも１つの第２のタービンを駆動するときに電気エネルギを生成するために少なくとも１つの交流発電機に結合される、前記少なくとも１つの第１のタービン及び前記少なくとも１つの第２のタービンを含み、
各タービンは、前記流体の流れの方向に対して垂直な第１の方向において、第１の流れの案内素子と第２の流れの案内素子との間に取り付けられ、前記流れの案内素子の各々は、概ね流線形の形状であり、
前記第２のタービンは、前記流れの方向と平行な第２の方向において、前記第１のタービンの下流に配置され、前記第２のタービンは、前記第１のタービンの前記第１及び／又は第２の流れの案内素子が前記第２のタービンの前記２つの流れの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられるような方法において、前記第１の方向においてシフトさせられることを特徴とする、
装置。

【請求項2】

移動中の流体からエネルギを再生するための装置であり、
実質的に平行な回転軸を備え、且つ前記移動中の流体が回転において少なくとも第１のタービン及び少なくとも第２のタービンを駆動するときに電気エネルギを生成するために少なくとも１つの交流発電機に結合される、前記少なくとも１つの第１のタービン及び前記少なくとも１つの第２のタービンを含み、
前記第２のタービン又は各第２のタービンは、前記第１のタービン又は各第１のタービンに関して、
− 前記流体の流れの方向に対して垂直な第１の方向においてシフトさせられ、
− 前記流れの方向と平行な第２の方向における下流に配置される、
装置であって、
− 各タービンは、前記第１の方向において、第１及び第２の流れの案内素子の間に取り付けられ、各流れの案内素子は、概ね流線形の形状であり、
当該装置は、少なくとも２つの第２のタービンを含み、該少なくとも２つの第２のタービンは、前記第１のタービン又は各第１のタービンの前記第１の流れの案内素子が前記第２のタービンのうちの１つの前記２つの流れの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられ、且つ前記第１のタービン又は各第１のタービンの前記第２の流れの案内素子が他の第２のタービンの前記２つの流れの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられるような方法において、前記第１の方向において互いに関してシフトさせられ、
前記第１のタービン又は各第１のタービンの前記第１及び／又は第２の流れの案内素子は、各第２のタービンの前記２つの流れの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられる、
装置。

【請求項3】

各第２のタービンは、前記第１の方向に対して並びに前記第２の方向に対して垂直な第３の方向において、前記第１のタービンに関してシフトさせられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

第１のタービンが、前記第３の方向において互いに関してシフトさせられる２つの第２のタービンの間で前記第３の方向において位置付けられることを特徴とする、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

当該装置は、前記第３の方向において互いに関してシフトさせられる、少なくとも２つの第１のタービンを含み、前記第１のタービンの前記第１及び第２の流れの案内素子は、前記２つの第１のタービンの間で前記第３の方向におけるそれらの最大寸法において延在する、請求項３又は４に記載の装置。

【請求項6】

各第２のタービンは、前記第３の方向において互いに関してシフトさせられる２つの第１のタービンの間で、前記第３の方向において位置付けられることを特徴とする、請求項３及び５のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

当該装置は、少なくとも１つの第３のタービンが前記流体の流れの変位の方向に関して前記第２のタービンの下流に配置されるような方法において、前記第２の方向において前記第１のタービンに関してシフトさせられる、前記少なくとも１つの第３のタービンを含み、前記第３のタービンは、前記第１のタービンの前記第１の方向における位置付けと実質的に同じ前記第１の方向における位置付けを有することを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

当該装置は、第２のタービンの２つの重ね合わせられた列において配置される少なくとも４つの第２のタービンと、少なくとも１つの第３のタービンとを含み、１つの列の前記タービンは、前記第３の方向において互いからシフトさせられることを特徴とする、請求項３、４、及び７のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項9】

各タービンは、前記第１の方向に対して並びに前記第２の方向に対して垂直な第３の方向において互いからシフトさせられる、流線形の形状の２つの追加的な案内素子を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項10】

当該装置は、海洋装置であり、気流タービン及び／又は海流タービンを含む、１つ又は幾つかの地点で海底に固着される浮遊沿岸構造、又は固定沿岸構造を含むことを特徴とする、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項11】

前記タービンは、水によって駆動されるような方法において浸漬されることを特徴とする、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載の装置であって、
− 前記第１のタービンの前記第１及び第２の流れの案内素子は凸状の外輪を有し、且つ／或いは
− 各第２のタービンの少なくとも外側の流れ案内素子は凸状の外輪を有することを特徴とする、
装置。

【請求項13】

当該装置は、少なくとも２つの第２のタービンを含み、該少なくとも２つの第２のタービンは、前記第１のタービンの前記第１の流れの案内素子が第２のタービンの前記２つの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられ、且つ前記第１のタービンの前記第２の流れの案内素子が他の第２のタービンの前記流れの２つの案内素子の間で前記第１の方向において位置付けられるような方法において、前記第１の方向において互いに関してシフトさせられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項14】

当該装置は、前記第１の方向に対して並びに前記第２の方向に対して垂直な第３の方向において互いに関してシフトさせられる、少なくとも２つの第２のタービンを含み、前記第１のタービンの前記第１及び第２の流れの案内素子は、前記２つの第１のタービンの間で前記第３の方向におけるそれらの最大寸法において延在することを特徴とする、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は開放環境内を移動する流体からエネルギを再生するための装置に関する。この発明は気流エネルギ及び海流エネルギの分野においてより具体的な用途を有する。

【背景技術】

【0002】

現在のところ、気流エネルギ及び海流エネルギの設計者は、気流タービン及び海流タービンの各々の個別の性能を改良することに焦点を合わせることによって、或いは生産される毎時間キロワットのコストにおける固定費の割合を減少させるために気流タービン及び海流タービンの数又は大きさを増大させることによる規模に関するアプローチを通じて、気流タービン及び海流タービンの設備の出力の向上させようと努めている。

【0003】

しかしながら、風力タービンエネルギの収集は、物理的現象によって制限される。より正確には、Albert Betzは、風力タービンによって再生し得る最大理論出力が風力タービンを通過する数の放射電力の１６／２７と等しいことを示した。この限界は、ベッツ限界と呼ばれるのが普通である。

【0004】

その上、気流場又は海流場の表面に対する視覚的な影響及び妨害も、これらのシステムの大きさを増大させることにおける障害を構成する。

【0005】

沿岸場において海に配置される風力タービンは、従来的には水平な回転軸の風力タービンであり、陸風タービンに関して、
− 浮遊構造物の場合には、風力タービンにとって破壊的な加速を生成し得る構造物の動態的変動の故に、ブレードの長さも制限されなければならず、
− 後流の影響を制限するために、風力タービンを風力タービン間で十分に離間させなければならない、
という他の不利点も有する。、

【0006】

海流タービンに関して、海流タービンは現在のところ水底に固定的に配置されており、
− 表面航行に対する妨害を制限するために、海流タービンの直径を減少させなければならず、
− 風力タービンと同様に、後流の影響を制限するために、海流タービンも海流タービン間で十分に離間させられなければならない、
という不利点も有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、従来技術の問題点を解決することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ここに晒される解決策の第１の一般的な原理は、案内素子の外輪に沿う流束と組み合わせられる上流タービンの組を通過する流れの少なくとも一部が、下流に配置される組のタービンに向かって方向付けられ且つ下流タービン内に進入する流れの加速に寄与するような方法において、考察される流体の流れの軸に沿って方向付けられる、少なくとも２つのタービン組の配置に基づく。

【0009】

この趣旨で、この発明は、移動中の流体が回転においてタービンを駆動するときに電気エネルギを生成するために少なくとも１つの交流発電機に結合される実質的に平行な回転軸を備える少なくとも２つのタービンを含む、移動中の流体からエネルギを再生するための装置であって、
− 各タービンが、流体の流れの変位の方向に対して垂直な第１の方向において、第１の流れの案内素子と第２の流れの案内素子との間に取り付けられ、案内素子の各々は、概ね流線形の形状であり、
− 当該装置が、少なくとも１つの第１のタービンと、流束の変位の方向と平行な第２の方向において第１のタービンの下流に配置される少なくとも１つの第２のタービンとを含み、第２のタービンは、第１のタービンの第１及び／又は第２の流れの案内素子が第２のタービンの２つの案内素子の間で第１の方向において位置付けられるような方法において、第１の方向においてシフトさせられることを特徴とする、
装置を提案する。

【0010】

ここに晒される解決策の第２の一般的な原理は、以下の考察に基づく。

【0011】

多数の風力タービン及び海流タービンの現時点の構成（図９及び１０の実施例を参照）は、
− 各タービン５０に関する流れが、水平な又は垂直の回転軸５１を備える、１つ又は幾つかの環状の整形構造５２（図９）の使用によって最適化され、各々の整形構造は、垂直の回転軸５１０を備える翼の形状にあり（図１０）、各々の整形構造は、典型的には凸状の内側縁５２０を備え、
− 異なるタービンの間の相互作用は、可能な限り最小である、
ような方法において設計される。

【0012】

その上、具体的には２つの論文、即ち、AUMELAS Sept-2011及びMENCHACA-2011において実施された完全な研究は、垂直軸タービンのための垂直整形構造に関する。著しく目立つ特徴は、タービン側、即ち、整形構造の内側の凸面である。

【0013】

これらのアクセサリの目的は、図１１に示されるような流れに寄与することである。Weler又はHansenの仮説（”Aerodynamics of Wind Turbine”）によれば、整形構造（複数の整形構造）又は付属物又は複数の付属物を備えるタービンの有効性は、２から５まで比例して増大し、５９％のベッツ限界を超えることを可能にする。

【0014】

その上、ＷＯ２０１１／０４９８４３は、移動中の流体からエネルギを再生するための装置を開示しており、当該装置は、少なくとも１つの第１のタービンと、少なくとも１つの第２のタービンとを含み、少なくとも１つの第１のタービン及び少なくとも１つの第２のタービンは、実質的に平行な回転軸を備え、移動中の流体が回転においてタービンを駆動するときに電気エネルギを生成するために少なくとも１つの交流発電機に結合され、前記又は各第２のタービンは、前記又は各第１のタービンに関して、
− 流体の流れの方向（Ｆ）に対して垂直な第１の方向（Ｚ）においてシフトさせられ、且つ
− 流れの方向と平行な第２の方向（Ｘ）における下流に配置される、
ことを考察し得る。

【0015】

しかしながら、あいにく幾つかの上流／下流の順位（ランク）に亘って配置されるタービンを備える設備の全体出力はそれらの相対的な位置決めに依存し、特に以下に「案内素子」と呼ぶ前述の付属物又は整形構造の組成に依存する。

【0016】

よって、以下のことが提案される。
− 各タービンを第１及び第２の流れの案内素子の間で第１の方向（Ｚ）において取り付け、各案内素子は概ね流線形の形状であり、
− 当該装置は、前記又は各第１のタービンの第１の案内素子が第２のタービンのうちの１つの第２のタービンの２つの案内素子の間で第１の方向（Ｚ）において位置付けられ且つ前記又は各第１のタービンの第２の案内素子が他の第２のタービンの２つの流れの案内素子の間で第１の方向（Ｚ）において位置付けられるような方法において、第１の方向（Ｚ）において互いに関してシフトさせられる、少なくとも２つの第２のタービンを含み、且つ
− 前記又は各第１のタービンの第１及び／又は第２の流れの案内素子を各第２のタービンの２つの案内素子の間で第１の方向（Ｚ）において位置付ける。

【0017】

より好ましくは、これは実際には（垂直軸タービンのために実質的に水平な弦を備える）タービンの軸と（実質的に）垂直な軸の案内素子を備える多段及び多順位装置であり、それは第１の順位のタービンで構成される「ブレーキ」を創り出すことを機能として有し、それは、特に図１及び１２において示される案内素子と関連付けられて、次の順位の性能における顕著な向上に寄与する。

【0018】

この枠組において、この発明の特徴は、前述の不利点の全部又は一部を克服することに向けられた解決策を提案すること、具体的には、出力において５９％のベッツ限界を超えることによって、開放環境における移動中の流体の運動エネルギを収集する全体出力を向上させることを目的として有し、これは、１つよりも多くのタービンが危機に晒されているとき、即ち、第２のタービンによって受け入れられる流体の流れの少なくとも一部の第１のタービンを通じる通過の故に、少なくとも１つのタービンが他のタービンに影響を与える場合である。

【0019】

これと関連して、少なくとも第１の順位のために、より好ましくは、各第２のタービン（第２の順位の最低のもの）の外側案内素子、従って、凸状の外輪を備える外側案内素子のためにさえも、案内素子はタービンと反対の側に凸状プロファイルを好ましくは有することが勧められる。

【0020】

前述の「第１の方向」（Ｚ）は垂直方向であるのがより好ましいが、水平の向きも可能である。

【0021】

背景技術において、流線形の形状は、その横断面が、タービンに関して外側に配置される外輪表面とタービンに関して内側に配置される内輪表面とを介して接続される、流れに関してプロファイルの上流に配置される前縁と、流れに関して下流に配置される後縁とを含む、三次元形状であることを意味する。

【0022】

案内素子は、例えば、流れの方向におけるプロファイル区画と、「翼」型の素子の場合における大きなサイズ又は「レンズ」型の素子の場合におけるある直径とを有するする、フィンである。両方の場合において、その区画の弦は、そのプロファイルの前縁の曲率中心と後縁の曲率中心とを接合する線として定められる。「翼」型のフィンのために、最大寸法は、張り幅（スパン）に対応し、縦横比は、張り幅と弦の長さとの間の比に対応する。「レンズ」型の素子を備える場合、案内素子は、回転のその区画及びその直径によって定められる。

【0023】

驚くべきことには、発明者は、試験中に、案内素子を備える第一のタービンに関する案内素子を備える第二のタービンのこの特定の配置が、第２のタービンのための回転速度の増大を得ることを可能にすることを発見した。これらの試験は、第２のタービンの回転速度が第１のタービンの回転速度よりも少なくとも１．５倍大きいこと、並びに第２のタービンの回転速度が第１のタービンの回転速度よりも最大で３倍大きくあり得ることを示した。

【0024】

前記のような凸状の外輪を有する流線形の流れの案内素子を用いるならば、垂直な「第１の方向」の場合において第１のタービン（又は一連のタービン）のこれらの外輪の上及び下を通る流体（特に液体）は、これらの凸状の外表面の上で加速させられ、それは第２のタービン（又は一連のタービン）から入って来る流体の流れを集中させ且つ加速させる。外輪上のこの加速流体は、第２のタービンに供給する前に第１のタービンから出る流体を引き、それは装置の荷重の全体損失を低減させることを効果として有する（図１２中の破線のような流れを参照）。

【0025】

「互いに関してシフトさせられるタービン」又は他の「下流に配置されるタービン」という表現は、これらのタービンが、それらの間に
− 流束と平行な方向Ｘに従って、後流の求される効果を得るために、（最も近い２０％までの）約１Ｄと環境５Ｄとの間の距離Ｘ１（図２，４）、及び／又は
− 流束に対して垂直な方向Ｙ（以下の図面において水平）に従って、いずれの場合においても、以下の図５におけるように連続的でさえあり得る関係を備える、同じ後流の効果のための、（最も近い２０％までの）環境１Ｄと環境５Ｄとの間の距離を伴う、連続的な（航空機翼）であり得る並びにタービンのための支持構造として用い得るプロファイル、及び／又は
− （垂直方向の又はタービンの回転軸と平行な）方向Ｚに従って、それらの流れの案内素子を介して実質的に並び、次に、機能的である以外の分離を伴わずに、望ましくないが、約０．５Ｄまでの分離が可能であるとしてさえも、可能であればスロット効果から利益を得る可能な配置、
を有することを示すのを目標としていることに留意のこと（図１に特に示されるように、Ｄはタービンの直径である）。

【0026】

タービンとそれらを取り囲む流れの案内素子との間の相対的な厚さに関して、
− 流束と平行な方向Ｘに従って、（最も近い２０％までの）環境０．５Ｄと約１．５〜２Ｄとの間の案内素子（図１）の直径Ｘ２、及び／又は
− 方向Ｙに従って、（最も近くまで）約２Ｄと約４Ｄとの間のこれらの素子の寸法Ｙ２、
があることが好ましい。

【0027】

方向Ｚに従って、前記プロファイル（図２及び４中の実施例を参照）の厚さＺ２が（最も近い２０％まで）０．５Ｄよりも大きくないことが更に勧められる。さもなければ、それ自体が制動体（ブレーキ）として作用するプロファイルを有する危険性があり、如何なる加速の効果をも獲得せず、むしろ渦効果による抵抗（ドラグ）の増大がある。

【0028】

よって、「第１のタービン」は、第１のタービンを通じる第２のタービンによって受け取られる流体の流れの少なくとも一部の通過の故に、その後流中に配置される「第２の（又は他の）タービン」に好ましい影響を及ぼす。

【0029】

順位間の、例えば、１及び２（図２及び４）並びに２−３（図４）間の距離Ｘ１は異なり得る（同じことがＹにも当て嵌まり、Ｚにさえも当て嵌まる）。

【0030】

ある実施態様によれば、前記第２のタービンは、第１の方向に対して及び第２の方向に対して垂直な第３の方向に関して更にシフトさせられる。この場合、第１のタービンは、第２の方向において第２のタービンの上流に配置される部分を有するために、十分な縦横比を備える案内素子を有利に有する。

【0031】

ある実施態様によれば、前記装置は、第１のタービンの第１の案内素子が第２のタービンの間で第１の方向において位置付けられ且つ第１のタービンの第２の案内素子が他の第２のタービンの２つの流れの案内素子の間で第１の方向において位置付けられるような方法において、第１の方向において互いに関してシフトさせられる少なくとも２つの第２のタービンを含む。

【0032】

有利には、第２のタービンは並置される流れの案内素子を有し、２つの案内素子は、１つ又は２つの部分において、第２のタービンのための内側案内表面を構成する表面と他の第２のタービンのための内側案内表面を構成する表面とを備える、中間案内素子を形成する。

【0033】

第１の垂直方向の及び垂直軸タービンの場合、２つの第２のタービンの軸方向ロッドは同軸であるのが有利である。

【0034】

ある実施態様によれば、第２のタービンの中間案内素子を形成する案内素子は、第１のタービンから出る流れが２つの第２のタービンの間で実質的に等しい割当（シェア）において分配されるような方法において、第１のタービンの２つの案内素子の間の実質的に中間で第１の方向において配置される。

【0035】

ある実施態様によれば、一方では、第１のタービンの案内素子は、他方では、第２のタービン又は複数の第２のタービンは、第１の方向において部分的に重なり合うような方法において配置され、特に装置の全体的な妨害(encumbrance)を減少させるような方法において配置される。

【0036】

ある実施態様によれば、装置は、第３の方向において互いに関してシフトさせられる少なくとも２つの第２のタービンを含み、第１のタービンの第１及び第２の案内素子は、より好ましくは２つの第１のタービンの間で第３の方向においてそれらの最大寸法において延在し、第１のタービンの案内素子は同じ部分から形成されるのが有利である。

【0037】

ある実施態様によれば、第１のタービンは、前記第３の方向において互いに関してシフトさせられる２つのタービンの間で第３の方向において位置付けられる。

【0038】

ある実施態様によれば、装置は、第３の方向において互いに関してシフトさせられる少なくとも２つの第１のタービンを含み、第１のタービンの第１及び第２の案内素子は、より好ましくは２つの第１のタービンの間で第３の方向においてそれらの最大寸法において延在し、第１のタービンの案内素子は同じ部分から形成されるのが有利である。

【0039】

ある実施態様によれば、各第２のタービンは、前記第３の方向において互いに関してシフトさせられる２つの第１のタービンの間で第３の方向において位置付けられる。

【0040】

ある実施態様によれば、装置は、第３のタービンが流体の流れの変位の方向に関して第２のタービンの下流に配置されるような方法において、第２の方向において第１のタービンに関してシフトさせられる少なくとも１つの第３のタービンを含み、前記第３のタービンは、前記第１のタービンの第１の方向における位置付けと実質的に同じ第１の方向における位置付けを有するのがより好ましい。

【0041】

ある実施態様によれば、装置は、少なくとも１つの第１のタービンと、２つの第２のタービンの２つの重ね合わせられた列において配置される少なくとも４つの第２のタービンとを含み、ある列のタービンは第３の方向において互いからシフトさせられる。ある実施態様によれば、それは少なくとも１つの列の２つ又は幾つかの第１のタービンと、少なくとも２つの重ね合わせられた列の２つ又は幾つかの第２のタービンと、少なくとも１つの列の２つ又は幾つかの第３のタービンとを含む。

【0042】

ある実施態様によれば、第１のタービンの第１の案内素子及び／又は第２の案内素子は、外輪の近傍においてシフトさせられる流体の加速を更に最適化するような方法において、案内素子の弦に従った凸状の外輪を有する。

【0043】

案内素子は「翼」型であり、第２の方向において互いからシフトさせられる前縁及び後縁を備え、且つ第３の方向と実質的に平行にそれらの最大寸法において延在するのが有利である。

【0044】

ある実施態様によれば、各タービンのために、互いに面し合って位置付けられる案内素子は、２つの案内素子の前縁及び後縁がタービン内に入って来る流れを集中させるための収束部分とタービンから出る流れをより良く分配することに寄与する発散部分とをそれぞれ形成するような方法において、実質的に凸状の形状の内輪を有する。

【0045】

その上、内輪又は内表面は、特に水平軸タービンの場合には、第３の方向において凸面を有し得る。

【0046】

内表面は、外輪又は外表面ほど十分でない凸面を有し得る。内表面は実質的に平面的な内輪を形成し得る。傾斜又は凸状型の両端部のみが実質的に平面的な中心部分によって一体に接続される収束部分及び発散部分を形成する。

【0047】

よって、ある実施態様によれば、各タービンのために、２つの流れの案内素子の内表面は、実質的に平面的な中心部分を含み、２つの案内素子の中心部分は、互いに実質的に平行である。

【0048】

ある実施態様によれば、各タービンは、前述の案内素子に対して垂直に配置される、流線形の形状の２つの追加的な案内素子を更に含む。

【0049】

タービンは支持構造の上に取り付けられるのが有利である。本発明のある実施態様によれば、支持構造は、第２の方向が流れの方向と実質的に平行であるような方法において、自然に或いは強制的に、自動的に方向付けられ得る。

【0050】

ある実施態様によれば、前記装置は、海洋装置であり、気流及び／又は海流型のタービンを含む、１つ又は幾つかの地点で海底に固着される浮遊沿岸構造物、又は固定沿岸構造物である。

【0051】

ある具体的な実施態様によれば、タービンを備える支持構造は浮遊し、装置は少なくとも２組のタービンを含み、各々は上で定めた第１のタービンと２つの第２のタービンとを含み、第１の組のタービンは支持構造の水線より上に配置され、第２の組のタービンは支持構造の水線より下に配置される。第１の組のタービンは水によって駆動される。有利には、支持構造の浸漬部分及び非浸漬部分は、各組のタービンがその流れに関して互いに独立して方向付けられるような方法において、垂直方向の周りの少なくとも１つ相対的な回転を許容するために切り離されるのがより好ましい。

【0052】

他の実施態様によれば、前記装置は、陸地装置(land device)である。

【0053】

ある実施態様によれば、支持構造は垂直ライザを含み、タービンの流れの案内素子は垂直ライザに組み立てられる。

【0054】

ある実施態様によれば、各流れの案内素子は概ねテーパ形状であり、内表面の中心部分は円形であり、上流及び下流の端部分は円形の中心部分の周縁から径方向に延びる傾斜環状部分によって形成される。垂直な第１方向及び垂直軸タービンの場合には、各タービンのために、タービンの流れの案内素子の円形中心部分の中心を前記タービンの軸方向ロッドの垂直軸の上に配置し得る。よって、その２つの流れの案内素子を備えるタービンは、前記垂直軸に対応する公転軸を有し、それが入って来る流れの入射角に拘わらず最適に作動することを可能にする。

【0055】

ある特定の実施態様によれば、本発明の装置は、少なくとも２組のタービンを含む。各組のタービンは、上で定めたような第１のタービンと２つの第２のタービンとを含む。前記２組のタービンは、支持構造上で互いに関して角度的にシフトさせられる。有利には、第１のタービンは、第１の円に従って配置され、第２のタービンは、第１の方向においてシフトさせられた、例えば、垂直にシフトさせられた、同じ半径の２つの第２の円に従って配置される。２つの連続的な組のタービンを分離する角度は、公転の特徴を装置に与えるために一定であるのが有利である。

【0056】

以下の添付図面を参照して以下の詳細な説明的な記載を判読するときに、本発明はより良く理解され、他の目的、詳細、特徴、及び利点はより明確に見えてくるはずである。

【図面の簡単な説明】

【0057】

【図1】本発明の第１の実施態様に従った装置を概略的に示す頂面図である。

【図2】図１の装置を概略的に示す側面図である。

【図3】図１及び２の装置の第１のタービンを概略的に示す側面図である。

【図4】本発明の第２の実施態様に従った装置を概略的に示す側面図である。

【図5】図４の装置を概略的に示す斜視図である。

【図6】図４及び５の装置を概略的に示す頂面図である。

【図7】第３の実施態様を概略的に示す頂面図である。

【図8】図７の装置を概略的に示す側面図である。

【図9】従来技術の解決策を示す図である。

【図10】従来技術の解決策を示す図である。

【図11】従来技術の解決策を示す図である。

【図12】図１の解決策の代替的な実施態様を概略的に示す側面図である。

【図13】図１の解決策の代替的な実施態様を概略的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0058】

本発明によれば、エネルギを再生するための装置は、支持構造上に取り付けられる少なくとも２つの流体の運動エネルギのセンサを含む。これらの流体の運動エネルギのセンサは、垂直軸タービン又は水平軸タービンである。これらのタービンは、例えば空気又は水であり得る開放環境の移動中の流体によって回転において駆動させられる。各タービンは、流線形の区画の弦が流れの方向と実質的に平行であり且つ互いから垂直に又は水平にシフト（移動）させられるような方法において配置される、流線形状の流れの２つの案内素子の間に取り付けられる。タービン及びそれらの流れの案内素子は、装置の全体性能を向上させるよう互いに対して配置される。

【0059】

図１乃至３によって示される本発明の第１の実施態様によれば、装置は参照番号４の下で図１に部分的に示される支持構造上に取り付けられる３つのタービン１，２１，２２を含む。移動中の流体が回転においてタービンを駆動させるときに電気エネルギを生成するために、これらのタービンは、少なくとも１つの交流発電機（図示せず）に結合され、交流発電機は、例えば、案内素子の内側に据え付けられる。この実施態様において、タービンは垂直軸を備える。

【0060】

図３を参照すると、第１のタービン１は、垂直な軸方向ロッド１０と、アーム１１によって軸方向ロッド１０に接続されるブレード１２とを含む。流線形の各ブレード１２は揚力を創り出し、揚力は、タービンを通じて流れる流体が移動しているときに、軸方向ロッドの回転動作を生み出し、よって、適切な手段によって交流発電機を駆動する。各タービンは、より好ましくは、少なくとも２つのブレードを含む。

【0061】

第１のタービン１は、２つの流れの案内素子、即ち、第１の垂直方向Ｚにおいて垂直にシフトさせられた、流れの第１の上方案内素子１３と、第２の下方案内素子１４とを含み、それらの間には、軸方向ロッド１０が取り付けられている。これらの案内素子は「レンズ」型であり、それらのそれぞれの弦が実質的に平行であり且つ第１の方向Ｚに対して垂直であるような方法において、タービンの両側に配置される。それらは、流れをタービンのブレードに向かって案内する内輪１５と、外輪１６とを有する。案内素子１３，１４の内輪１５は互いに面し合っている。

【0062】

図示の実施態様において、案内素子は、概ねテーパ状の形状である。切頭円錐の大きな表面又は大きな平面ベースに対応する外輪１６は、凸状の形状を有する。内輪１５は、切頭円錐の小さい表面又は小さいベースに対応する平面状で円形の中心部分１５ａと、円形の中心部分から径方向に外向きに延び且つ切頭円錐の側面に対応する傾斜した環状部分１５ｂとを含む。よって、互いに面し合う２つの案内素子の環状傾斜部分１５ｂは、流れの方向Ｆに従って、収束部分と、発散部分とを形成する。流れの方向Ｆに対してタービンの上流に配置される互いに向き合う環状部分の区画は、入って来る流体をタービンに向かって案内し且つ加速させるために収束部分を形成し、タービンの下流に配置されて面する環状部分の区画は、タービンから出る流れをより良く分配するために発散部分を形成する。

【0063】

第２のタービン２１，２２は、第１のタービン１と同様に、垂直な軸方向ロッドと、アーム１１によって接続される例えば３つの数のブレードとを含む。各第２のタービン２１，２２は、その軸方向ロッドによって、垂直にシフトさせられた上方案内素子２３１，２３２と下方案内素子２４１，２４２との間にも取り付けられ、それらの間には、軸方向ロッドが取り付けられている。３つの案内素子は流線形であり、流れをタービンのブレードに向かって案内するための内輪２５と、外輪２６とを有する。第２のタービン２１，２２は、互いに重なり合い、第２のタービンが流れの方向Ｆに対して第１のタービンの下流に位置付けられるような方法において、流れの方向Ｆと平行な第２の水平方向Ｘにおいて第１のタービンに対してシフトさせられ、第１のタービンの軸方向ロッド及び第２のタービンの軸方向ロッドは実質的に同じ垂直平面内に配置され、第２のタービンの軸方向ロッドは実質的に整列させられる。

【0064】

第２の上方タービン２１は、他の第２の下方タービン２２の上に取り付けられる。案内素子は、前と同じように概ねテーパ状の形状であり、収束部分と発散部分とを形成する環状部分を有する内輪２６を備える。上方タービンの上方案内素子２３１の外輪２６及び下方タービンの下方案内素子２４２の外輪２６も凸状の形状を有する。第２の上方タービン２１は、上方タービンの下方案内素子２４１が下方タービンの上方案内素子２３２と並んで配置されるような方法において、第２の下方タービン２２の上に取り付けられる。案内素子２４１，２３２の外輪は実質的に平面的であり、並んで配置される。案内素子２４１，２３２は、有利には単一の部分で構成される中間案内素子２７を構成する。

【0065】

第１のタービン１及び第２のタービン２１，２２は、第１のタービンの上方案内素子１３が第２の上方タービンの案内素子２３１，２４１の間で方向Ｚにおいて垂直に配置されるような方法において、並びに下方案内素子１４が第２の下方タービンの案内素子２３２，２４２の間で垂直に配置されるような方法において、支持構造の上に取り付けられる。

【0066】

流体が方向Ｆにおいて循環するとき、第１のタービン１は、２つの第２のタービン２１，２２の上流に存在する。第１のタービンを駆動し且つ第１のタービンから出る流体は、第２の上方タービン２１中のある部分に向かって進み、且つ第２の下方タービン２２中の他の部分に向かって進む。案内素子２４１，２３２は、第１のタービンの２つの案内素子１３，１４の間の中間で垂直に配置されるのが有利である。第１のタービンから出る流れが２つの第２のタービンと実質的に等しい割当（シェア）において供給される。第１のタービンの上下を通る流体は、案内素子１３，１４の外表面又は外輪１６上で加速させられる。外表面１６の凸面は、近傍において循環する流体の加速を増大させることを可能にする。外輪上のこの加速流体は、第２のタービン２１，２２内に入る前に、タービン１から出る流体を引く。

【0067】

一方では、第１のタービンの案内素子が、他方では、２つの第２のタービンの流れの案内素子が、水平方向Ｘにおいて部分的に重なり合うような方法において配置されるのが有利である。この配置は、水平平面における装置の妨害(encumbrance)を減少させることに関わる。

【0068】

その上、各タービンの案内素子の円形の中心部分の中央は、タービンの軸方向ロッドの垂直軸の上に配置されるのが有利である。そのように定められる２つの案内素子を備えるタービンは、軸方向ロッドの軸に対応する公転軸を備える回転対称性を有する。その場合、タービンは入って来る流れの入射角に拘わらず最適に作動する。

【0069】

図１に部分的に示されるように、各タービンの流れの案内素子は、例えば、タービンの軸方向ロッドの軸に対して対称的に配置される、２つの垂直ライザ４に固定される。装置は２つのライザ４を含み、２つのライザ４の上には、流れの案内素子１３，１４が固定される。それは２つの他のライザを含み、２つの他のライザの上には、案内素子２３１，２４１，２３２，２４２が固定される。これらの垂直ライザは、流れを可能な限り最小に妨げる流線形である。

【0070】

図１乃至３を参照して単一の組の３つのタービンを含む装置を記載した。他の実施態様によれば、装置は上述したような複数の組の第１のタービン及び第２のタービンとを含む。これらの組を方向Ｙにおいて互いに隣り合って及び／又は方向Ｘにおいて互いに前後して並置し得る。これらの組を方向Ｚにおいて互いに垂直に列において積み重ね得る。装置は、少なくとも３つのタービンの複数組、例えば、第１の２つのタービンが３つの第２のタービンの上流に配置された状態で、互いに重なり合った２つの第１のタービンと、同様に互いに重なり合った３つの第２のタービンとを含む、組も含み得る。

【0071】

図４乃至６は、本発明に従った第２の実施態様に従った装置を示している。その装置、例えば、海流タービン型の装置は、一列の３つの第１のタービン１０１１，１０１２，１０１３と、２つの第２のタービンの重なり合った列において配置される４つの第２のタービン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４と、一列の３つの第３のタービン３０３１，３０３２，３０３３とを含む。この実施態様において、第１及び第２のタービンは、各第２のタービンが第１の垂直方向Ｚにおいて、第２の水平方向Ｘにおいて、並びに流れの方向Ｆに対して垂直な第３の水平方向Ｙにおいて、第１のタービンに対してシフトさせられるような方法において配置されている。

【0072】

第１のタービンの列において、第１のタービンは、方向Ｙにおいて互いからシフトさせられている。

【0073】

上方列の２つの第２の上方タービン２０１１，２０１２は、方向Ｙにおいて互いからシフトさせられ、下方列の２つの第２の下方タービン２０１３，２０１４は、方向Ｙにおいて互いからシフトさせられている。２つの下方及び上方の列は、方向Ｙにおける上方タービンと下方タービンとの間のシフトが実質的にない、上方タービンが下方タービンの上に配置された状態で、方向Ｚにおいて上下に重なり合って配置され、第２のタービンが流れの方向Ｆに対して第１のタービンの下流に配置されるような方法において、第１のタービンの列に対して方向Ｘにおいてシフトさせられている。第２のタービンの２つの列は、各第２のタービンが方向Ｙにおいて２つの第１のタービンの間に配置されるような方法において、第１のタービンに対して方向Ｙにおいて更にシフトさせられ、第２の上方タービンが第１のタービンに対して方向Ｚにおいて上向きにシフトさせられ且つ第２の下方タービンが第１のタービンに対して方向Ｚにおいて下向きにシフトさせられるような方法において、第１のタービンに対して方向Ｚにおいてシフトさせられている。

【0074】

第３のタービンの列において、第３のタービンは、方向Ｙにおいて互いからシフトさせられている。この列は、第３のタービンが方句Ｆに対して第２のタービンの下流に配置され且つ各第３のタービンが実質的に第１のタービンの延長において延びるような方法において、第１のタービンの列に対して方向Ｘにおいてシフトさせられているだけである。

【0075】

第１のタービンは、流れの上方案内素子と第１タービンの下方案内素子とをそれぞれ構成する、共通の上方プロファイル区画１１３と共通の下方プロファイル区画１１４との間に取り付けられる。上方及び下方のプロファイル区画は、第３の方向Ｙにおけるそれらの最大寸法に従って延び、後縁までの凸形状の前縁の外表面１１６又は外輪と、実質的に平面的な内表面１１５又は内輪とを備える、「翼」型の横断区画を有する。各プロファイルの前縁及び後縁は、第２の方向において互いからシフトさせられる。そのプロファイルは凸状の前縁を有し、その一部は流れを第１のタービンに向かって案内するために収束部分を形成する。そのプロファイルは凸状の後縁を有し、その一部は流れを第１のタービンの出力部で案内するために発散部分を形成する。

【0076】

同様に、第２の上方タービン２０１１，２０１２は、それらの上方案内素子とそれらの下方案内素子とをそれぞれ構成する、上方の共通プロファイル区画２２３１と共通の中間プロファイル区画２２７との間に取り付けられる。第２の下方タービン２０１３，２０１４は、それらの上方案内素子とそれらの下方案内素子とをそれぞれ構成する、中間プロファイル区画２２７と下方プロファイル区画２２４２との間に取り付けられる。

【0077】

上方プロファイル区画２２３１及び下方プロファイル区画２２４２は、第１のタービンのプロファイル１１３，１１４と実質的に同じ形状を有し、収束部分及び発散部分をそれぞれ形成する前縁及び後縁と実質的に平面的な凸状の外輪及び内輪を有する。中間プロファイル区画２２７は、前縁及び凸状の後縁と実質的に平面的な上方表面と下方表面とを有する。

【0078】

第３のタービン３０３１，３０３２，３０３３は、第１のタービンと同じ方法において、上方プロファイル区画３２３と下方プロファイル区画３２４との間に取り付けられる。

【0079】

タービンは、第１のタービンの上方プロファイル区画１１３及び第３のタービンの上方プロファイル区画３２３の弦が実質的に第２の上方タービンの上方プロファイル区画２２３１と中間プロファイル区画２２７との間で方向Ｚにおいて位置付けられ且つ第１のタービンの下方プロファイル区画１１４及び第３のタービンの下方プロファイル区画３２４が第２のタービンの中間プロファイル区画２２７と下方プロファイル２２４２との間で方向Ｚにおいて位置付けられるような方法において、それぞれのプロファイルの端部を介して支持構造１０４に取り付けられる。

【0080】

各タービンは、流れの追加的な案内素子を構成する、方向Ｙにおいて互いからシフトさせられた、流れの案内素子に対して実質的に垂直に配置される２つの垂直プロファイル区画を更に含み得る。これらの垂直プロファイル区画は、同じ列の２つの隣接するタービンに対して共通であり得る垂直プロファイルを備えて、流れの上方及び下方案内素子の間に有利に取り付けられる。

【0081】

第３の具体的な実施態様によれば、図７及び８に示される本発明の装置は、上で定められるような複数の組の第１のタービン４０１及び第２のタービン４０２１，４０２２を含み、それらのタービンの組は、支持構造上で互いに対して角度的にシフトさせられ、第１のタービンは、半径Ｒ１の第１の円４０５に従って配置され、第２の上方及び下方タービンは、垂直にシフトさせられた半径Ｒ２＜Ｒ１の２つの他の円４０６，４０７に従って配置され、半径Ｒ１の円及びＲ２の円は同心状である。２つの連続的な組のタービンを分離する角度４０８は、公転の特徴を装置に与えるために有利に一定である。この実施態様において、装置の第１のタービンの流れの案内素子は、垂直にシフトさせられ且つ実質的に同じ内半径及び外半径を有する、２つの第１の同心状の流線形リング４１３，４１４で形成され、第１のタービン４０１は、これらの２つの第１のリングの間に取り付けられる。各第１のタービンのために、前記タービンより上にあるリング４１３の部分又は区画は上方案内素子を構成し、前記タービンより下にあるリング４１４の部分又は区画は下方案内素子を構成する。同様に、第１のリングよりも少ない半径を有する３つの第２のリング４２３１，４２７，４２４２が、第２のタービンの上方案内素子及び下方案内素子にそれぞれ設けられる。第２の上方タービン４０２１は、第２の上方リング４２３１と第２の中間リング４２７との間に取り付けられるのに対し、第２の下方タービン４０２２は、第２の中間リング４２７と第２の下方リング４２４２との間に取り付けられる。

【0082】

循環トンネル内の試験は（図４乃至６に示される）完全な構造を速度Ｖの均質な淡水の流れ内に現すことに存する。各タービンの回転速度を記録した。これらの試験は、第２のタービンの回転速度が第１のタービンの回転速度よりも少なくとも１．５倍大きく、第１のタービンの回転速度よりも最大３倍大きくあり得ること、並びに第３のタービンの回転速度が第１のタービンの回転速度よりも少なくとも１．４倍大きく、第１のタービンの回転速度よりも最大２．５倍大きくあり得ることを示した。

【0083】

本発明を異なる具体的な実施態様に関して記載したが、本発明がそれらに如何様にも限定されないこと、並びに、記載される手段の均等技術の全て及びそれらの組み合わせが本発明の範囲に入るならば、本発明がそれらを含むことは、明らかである。

【0084】

図１２，１３は、図１の場合のように、これ以外に他の場合において当て嵌まり、図示の配置は、順位２及び３のタービンのために有意に加速される流れを生成する。

【0085】

達成される目的は、所与の動きにおける流体の管のために最大出力を引き出すことである。

【0086】

これは、その出力が５９％を超え得ず且つ実質的な環境影響（妨害する）を有する大型タービンを、移動中有の流体の基準管に対して５９％を超える全体出力を達成するために上述した案内素子を備える、幾つかの、より好ましくは同一の、より小型のタービンの組織化され且つ計算された並置と置換するという事実をもたらし、これは流体が液体であるならば尚更そうである。

【0087】

よって、図１２は、多段（少なくとも順位２のために、軸Ｚ）の多順位（軸Ｘ）装置を示しており、ここのように、（５０１のようなタービンのために水平な）垂直軸タービンの軸に対して垂直な軸を備える。

【0088】

凸状の外輪案内素子（５１６，５２６１，５２６２）を備える第１の順位のタービンは、「ブレーキ」を生み出すことを効果として有し、それは、従って特に図１及び１２中に垂直断面として示される案内素子と関連付けられて、後続の順位の性能の顕著な向上に寄与する。

【0089】

記載し且つ図示した配置を用いて、タービンと反対側の（従って外輪のような）この凸面は、順位１の前記（各）タービンのために、より好ましくは、少なくとも各第２のタービン（順位２のタービン、ここでは、５０２１，５０２２）の外側案内素子（表面５２６１，５２６２、図１２）のために、（２６，２２６等）を有し、これは図１２又は１３中に破線として示される流れを生成する（それは図１の場合にも特に存在し）、そして、それは順位２及び３のタービンのために有意に加速される。

【0090】

よって、移動中の流体の所与の管のために最大出力を引き出すことによって、移動中の流体の基準管に関して前述の５９％のベッツ限界よりも高い出力の全体出力を達成することが可能である。

【0091】

図１２の解決策において、（タービン側に依然として配置される）内輪は凹状であり、以下のタービンのために、図１３におけるように、それは実質的に平坦である。即ち、
− ２つの他のタービン（図示の実施例における順位１及び３）の間に垂直に介装されるタービン、及び／又は
− 「多段」順位（図示の順位２）のために、それぞれ最大及び最小の、端タービン。後者のために、プロファイルを反転させるよう導かれ得る、即ち、図１３に示されるような凸状内輪に導かれ得る。

【0092】

「中間」案内素子、ここでは、（積み重ねられたタービンを備える）順位２のために、図１３に６２６で印される（図１２も参照）、二重の上方／下方の凸面を備える対称的プロファイルを、これらのタービンの回転軸と平行に（ここでは、従って垂直に）積み重ねられるタービンの間に有用に設け得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】