特許 6193404 構造物とビークルとを具備した発電所

(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】6193404

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】構造物とビークルとを具備した発電所

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/06 20060101AFI20170828BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   F03B17/06

   F03B13/26

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-555960(P2015-555960)

(86)(22)【出願日】2013年2月4日

(65)【公表番号】特表2016-505120(P2016-505120A)

(43)【公表日】2016年2月18日

(86)【国際出願番号】SE2013050091

(87)【国際公開番号】WO2014120058

(87)【国際公開日】20140807

【審査請求日】2015年12月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】514159737

【氏名又は名称】ミネスト・アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】オロフ・マルセリウス

(72)【発明者】

【氏名】アルネ・クァッペン

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２５４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２２８７３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５１２５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １７／０６

Ｆ０３Ｂ １３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を生成するための水中設置型の発電所（１）であって、
前記発電所（１）が、構造物（９）と、少なくとも１つのウィング（３）を有したビークル（２）と、を具備し、
前記ビークル（２）が、少なくとも１つのテザー（８）によって前記構造物（９）に対して係留され得るよう構成され、
前記ビークル（２）が、前記ウィング（３）を通過する流体流れによって所定軌跡（７）に沿って移動し得るよう構成され、
前記ビークル（２）が、前記所定軌跡（７）上において速度を変更し得るよう構成され、
このような発電所（１）において、
前記発電所（１）が、前記ウィング（３）と前記構造物（９）との間に取り付けられ得るよう構成された構成部材（１３）を具備し、
この構成部材が、前記所定軌跡（７）の全体にわたって前記ビークル（２）と前記構造物（９）との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成され、
前記構成部材が、前記所定軌跡（７）上における前記ビークル（２）の速度変動を低減させ、
前記発電所（１）に設けられたトランスデューサ（１０）によって前記ビークル（２）と前記構造物（９）との間の距離の変動から電力を生成し得るものとされ、
前記トランスデューサによって生成された電力が、電力供給ネットワークに対して供給される、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項2】

請求項１記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記トランスデューサ（１０）が、前記所定軌跡（７）の全体にわたって前記ビークル（２）と前記構造物（９）との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されたあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成された前記構成部材（１３）を備えている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項3】

請求項１記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記トランスデューサ（１０）が、前記所定軌跡（７）の全体にわたって前記ビークル（２）と前記構造物（９）との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されたあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成された前記構成部材（１３）に対して取り付けられている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記発電所（１）が、前記ビークル（２）と前記構造物（９）との間の距離の変動に起因する並進移動を電気エネルギーへと変換することによって電力を生成するためのリニア発電機を具備している、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項5】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記発電所（１）が、前記トランスデューサ（１０）に対して連結された発電機（１１）を具備し、
前記トランスデューサ（１０）が、直線運動を回転運動へと変換し、前記発電機（１１）が、その回転運動を電気エネルギーへと変換することができる、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記構成部材が、
−圧縮螺旋スプリングと、
−圧縮ディスクスプリングと、
−弾性ゴムスプリングと、
−ガススプリングと、
の中の１つまたは複数のものを備えている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項7】

請求項６記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記圧縮螺旋スプリングあるいは前記圧縮ディスクスプリングが、スチールから形成されている、あるいは、複合材料から形成されている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項8】

請求項５〜７のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記トランスデューサ（１０）が、
−モータに対して取り付けられたシリンダの中に配置された油圧ピストンと、
−ウィンチと、
−電気エネルギー貯蔵装置と、
のいずれかとされている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記発電所（１）が、前記ビークル（２）に対して取り付けられ得るよう構成された、少なくとも１つのタービン（１２）およびタービン発電機を具備し、
前記タービン（１２）および前記タービン発電機が、流体内における前記所定軌跡（７）に沿っての前記ビークル（２）の移動によって電力を生成し得るよう構成されている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記発電所（１）が、前記ウィング（２）と前記構造物（９）との間の距離の変化速度を制御し得るよう構成された手段を具備している、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【請求項11】

請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水中設置型の発電所（１）において、
前記テザー（８）が、あるいは、前記テザー（８）の一部が、前記構成部材（１３）を備えている、
ことを特徴とする水中設置型の発電所。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力を生成するための発電所に関するものである。発電所は、構造物と、少なくとも１つのウィングを有したビークルと、を具備している。ビークルは、少なくとも１つのテザーを介して構造物に対して係留され得るよう構成されている。ビークルは、ウィングを通り抜ける流体流れによって、所定軌跡内を移動し得るよう構成されている。ビークルは、所定軌跡上において、変化する速度でもって移動し得るよう構成されている。

【背景技術】

【0002】

ビークルを通過する流体流れによって駆動されるビークルの態様とされた発電所は、従来技術において公知である。ビークルは、固定ポイントのところにおいてテザーに対して取り付けることができる。そして、ビークルは、軌跡に沿って移動することができ、流体流れの運動エネルギーを、適切な手段によって、電力へと変換することができる。

【0003】

ビークルに対して作用する動的な流体力の変動のために、軌跡が速度変動を引き起こしかねない。あるいは、時間的な流速の変動のために、構造的な制限を超えることがないように、ビークルの速度を制限しなければならない。このため、軌跡の様々な部分上におけるビークル速度が、要求よりも小さくなってしまい、流体流れから利用可能なエネルギーを、効率的に利用することができなくなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

よって、上記の問題点を解決し得るよう発電所を改良することが要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の目的は、上記の問題点を解決し得るような、構造物とビークルとを具備した発電所に関しての、独創的な構成を提供することである。この目的は、請求項１の特徴部分に規定された各特徴点によって得られる。本発明の追加的な特徴点は、従属請求項において規定されている。

【0007】

本発明は、電力を生成するための発電所に関するものである。発電所は、構造物と、少なくとも１つのウィングを有したビークルと、を具備している。ビークルは、少なくとも１つのテザーによって構造物に対して係留され得るよう構成されている。ビークルは、ウィングを通過する流体流れによって所定軌跡に沿って移動し得るよう構成されている。ビークルは、所定軌跡上において速度を変更し得るよう構成されている。発電所は、ウィングと構造物との間に取り付けられ得るよう構成された構成部材を具備している。この構成部材は、所定軌跡の一部にわたってビークルと構造物との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成され、これにより、所定軌跡上におけるビークルの速度変動を低減させるものとされている；および／または、発電所に設けられたトランスデューサによってビークルと構造物との間の距離の変動から電力を生成し得るものとされている。

【0008】

現在、ビークルと構造物との間の距離は、所定軌跡上においてテザーが様々な引っ張り負荷を受けることに基づいて、変化する。引っ張り負荷の変化は、ウィングの速度の２乗に比例して、ひいてはビークルの速度の２乗に比例して、変化するものである。このため、テザーは、所定軌跡上において弾性的な伸縮を示す。これにより、ビークルと構造物との間の距離が変化する。このことは、場合によっては、いくつかの観点から、望ましくない。

【0009】

本発明の１つの利点は、構成部材が、所定軌跡の一部にわたってビークルと構造物との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されているあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成されていることである。変更を許容し得るということは、構成部材が、例えば発電所の性質や発電所の立地や他の構造特性に依存し得るスプリング定数といったような所定の特徴点を有しつつも、受動的であることを意味している。変更し得るということは、そのような距離が所定パラメータ内において制御され得るように、構成部材が、能動的に制御され得ることを意味している。どちらの場合においても、ビークルの軌跡の様々な部分において速度の平滑化をもたらすことができる。速度は、ビークルが所定軌跡をカバーする際のビークルの速度の大きさとして定義される。

【0010】

ビークルの構造的な完全性を保護するための１つの方法は、軌跡のうちの、流体からビークルのウィング上に作用する動的な力のために最大設計速度を超える速度でもってビークルが移動するというリスクが存在する部分において、すなわち、最大設計速度を超える速度となる速度ピークの際に、ビークルの速度を制限することである。同様に、軌跡の一部においては、ビークルは、流体やテザーや慣性や流体動力学的力や流体静力学的力からビークル上に作用する力のために、必要な速度よりも小さな速度で移動する。これは、速度落下と称される。このため、タービンによって、最大限可能なエネルギー量よりも、より少ないエネルギー部分しか変換することができない。ビークルの速度が制限される時間を増大させることにより、軌跡の全体にわたって速度変動を低減することが有利である。これは、ビークルと構造物との間の距離を変更し得るあるいはそのような距離の変更を許容し得る構成部材によって、得られる。

【0011】

ビークルに関して設定される構造的制限は、製造コストと、時間にわたっての合計での電力出力と、の間の最適化の結果である。ウィングは、小さな流れ速度の時に適切なエネルギー量を抽出/変換し得るように、十分に大きくて十分に効率的なものである必要がある。そのような比較的大きくて効率的なウィングの速度は、そのような最適化された構造的制限を超えることがないように、大きな流れ速度の時に制限を必要とする。

【0012】

発電所に作用する力の変化の大きさを低減させることは、例えば材質の疲労という理由から、有利である。電力生成という理由から、速度と生成電力との間の３乗という関係性は、考慮される必要がある。電力生成は、速度の３乗の積分に大いに比例する、すなわち、電力曲線の下方の面積に大いに比例する。大きな力がビークル上に作用するときに、ある種の平均速度に向けて速度を下げることにより、電力生成が、所定軌跡のそれら部分においては、３分の１へと下げられる。このことは、極めて意義深い電力生成損失を引き起こす。したがって、速度落下が同じある種の平均速度へと持ち上げられたならば、速度落下における電力生成の増大化は、ピークが下げられたときの電力生成損失よりも、ずっと小さなものとなる。速度変動が下げられた大きさでの一定の平均速度は、電力生成を小さなものとする。

【0013】

速度変動の大きさが低減した場合に得られるようにおよび速度ピークが同じレベルに維持された場合に得られるように、平均速度が増大した場合には、増大した電力出力を得ることができる。このことは、ピークにおける電力損失が発生しないことを意味し、速度曲線の他のすべての部分においては、電力生成が増大することを意味する。これは、ピークをカットする必要があるような大潮において当てはまる。ピークをカットする必要がないような小潮の場合には、軌跡の全体にわたって電力出力の増大化が引き起こされる。

【0014】

速度曲線あるいは力曲線は、例えばより大きなウィングを使用することによって、あるいは、より大きな流れ速度の設置場所を選択することによって、より大きな平均値へと上昇させることができる。

【0015】

また、ビークルと構造物との間の距離の変化を許容する構成部材を使用することにより速度変動の大きさを低減させることは、大潮が大きくなりすぎないときにピーク速度を迎えることなく小潮時のビークル速度を上昇させ得る他の場合と比較して、小潮と大潮との間のより大きな変動を有した立地上における設置を、経済的により容易なものとすることができる。

【0016】

よって、上述したような構成部材の使用は、速度ピークの低減をもたらし、これにより、所定軌跡上において起こる速度変動の大きさを低減することができ、システム負荷の変動を低減させることができる。さらに、流体流れにおける例えば乱流や波動の擾乱といったような突発的な変動によって、システムに対して、ショック負荷が引き起こされ得る。そのようなショック負荷は、部分的には、テザーの引っ張り力伝達部材の引っ張り硬さに基づくものである。すなわち、引っ張り的に硬いテザーは、ビークル上において、より大きなショック負荷を引き起こすこととなる。そのようなショック負荷も、また、上述したような構成部材を使用することにより、低減させることができる。これにより、システムの様々な部材の疲労を、低減させることができる。これは、構成部材が、ビークルと構造物との間の距離の変動を許容することにより、得られる。ビークルと構造物との間の距離を増大させることにより、ビークル速度は、距離の増大につれて低減される。これに対し、距離の増大が起こらないならば、ビークルが流体流れと同じ向きに移動している場合には、ビークル上に作用する動的な力が低減する。同様に、ビークルと構造物との間の距離を低減させることにより、ビークル速度は、距離の低減につれて増大する。これに対し、距離の増大が起こらないならば、ビークルが流体流れと逆向きに移動している場合には、ビークル上に作用する動的な力が増大する。言い換えれば、比較的一定と見なされ得るウィングの滑空比により、ウィングが水流の中を移動する際には、ウィングと構造物との間の距離の減少のために、ウィングを衝撃する水流の相対速度が増大し、軌跡に沿っての移動方向におけるウィング速度が増大することとなることがわかる。したがって、ウィングが水流と一緒に移動する際には、ウィングを衝撃する水流の相対速度が低減し、軌跡に沿っての移動方向におけるウィング速度が低減することとなる。

【0017】

上記により、発電所を、現在よりも、流体流れの速度がより大きいあるいはより小さい立地において使用することができる。なぜなら、本発明は、大きな流体流れ速度を、また、速度落下時の速度上昇を、補償し得るからである。流体流れの速度が大きい立地においては、本発明は、ビークル速度が制限される時間を増大させることによって、エネルギーをより多く抽出することを可能とする。流体流れの速度が小さい立地においては、本発明は、例えばウィングのサイズを大きくし得ることのために、エネルギーをより多く抽出することを可能とする。大きなウィングは、低流体速度のより良好な利用を可能とする。

【0018】

印加された力のためにビークルと構造物との間の距離が変動すると（すなわち、印加された力が変動するのではなく）、力と変位との積として、機械的作用がもたらされ、すなわち、機械的エネルギーがもたらされ、これを、並進移動と見なして、電力の生成に利用することができ、トランスデューサによって、様々な態様のエネルギーへと、例えば電気的エネルギーへと、変換することができる。

【0019】

トランスデューサは、所定軌跡の一部にわたってビークルと構造物との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されたあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成された構成部材を備えることができる。トランスデューサは、所定軌跡の一部にわたってビークルと構造物との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されたあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成された構成部材に対して取り付けることができる。また、これら２つの構成の組合せも可能である。それは、例えば、構成部材が、２つ以上の部分を備えている場合であり、あるいは、発電所が２つ以上の構成部材を備えている場合である。構成部材の第１部分は、トランスデューサに対して取り付けることができ、構成部材の第２部分は、トランスデューサの一部とすることができる。同様に、第１の構成部材を、トランスデューサに対して取り付けることができ、第２の構成部材を、トランスデューサの一部とすることができる。構成部材は、例えば圧縮螺旋スプリングや圧縮ディスクスプリングや弾性ゴムスプリングやおよび／またはガススプリングといったような、様々なタイプの弾性部材を備えることができる。圧縮螺旋スプリングあるいは圧縮ディスクスプリングは、スチールから形成することができる、あるいは、複合材料から形成することができる。構成部材あるいはトランスデューサは、さらに、エネルギー貯蔵装置を備えることができる。このエネルギー貯蔵装置は、ビークル上に作用する合計の力が、ビークルと構造物との間の距離あるいはウィングと構造物との間の距離における所望の変化を引き起こし得るほどに大きなものではない場合には、ビークルに対してエネルギーを提供することができる。

【0020】

発電所は、機械的エネルギートランスデューサに対して連結されたあるいはトランスデューサの一部を構成する少なくとも１つの回転式発電機を備えることができる。その場合、ビークルと構造物との間の距離の変動によって引き起こされた機械的な移動が回転移動へと変換され、この回転移動が発電機によって電気エネルギーへと変換されることによって、電力が生成される。電力生成のためにトランスデューサから出力される回転移動は、直線移動から変換される。

【0021】

これに代えてあるいはこれに加えて、発電所は、ビークルと構造物との間の距離の変動を直接的に電気エネルギーへと変換する少なくとも１つのリニア発電機を具備することができる。よって、リニア発電機は、トランスデューサの大部分を構成する。機械的トランスデューサの一方サイドにおける並進移動は、機械的トランスデューサによって、他方サイドにおける回転移動へと変換することができる。そして、その回転移動が、発電機を駆動する。トランスデューサは、例えば、シリンダの中に配置された油圧ピストンを備えることができる。その場合、ピストンは、発電機に対して連結された油圧モータを駆動する油圧を生成する。また、トランスデューサは、機械的な態様でもって、例えば、発電機を駆動するウィンチを備えることによって、発電機を駆動することができる。また、トランスデューサは、適切なギヤ比や速度比や角速度比を有したギヤまたは機構を備えることができる。また、発電所は、ビークルと構造物との間の距離の変動に起因する並進的な機械的作用を電気エネルギーへと変換することによって電力を生成するためのリニア発電機を備えたトランスデューサを具備することができる。よって、発電所は、電気エネルギーを直接的に生成するリニア発電機を備えることができる。ビークルと構造物との間の距離の変化によって引き起こされた直線移動／並進移動からのみ電力を生成する発電所は、より安価にかつより軽量に形成することができる。なぜなら、発電所のビークルを、大きな浮力容積または厚さを必要とすることなく、より軽量のものとして形成し得るからである。さらに、ビークルからの電気的エネルギーをテザーを通して搬送する必要がないために、より薄くかつより軽量のテザーケーブルを使用することができ、より薄いテザーを使用することができる。さらに、ビークルと構造物との間の距離の変動からのみ電力を生成する発電所は、ビークルがタービンと発電機とを備えた発電所と比較して、多様な立地に適用して設置することができるとともにより安価に設置することができる。

【0022】

エネルギー貯蔵装置は、シリンダ内に配置されたプレテンションが付与されたフェザーを備えることができる。フェザーは、速度落下時には、ピストンを所定位置に向けて押し込む／引っ張る。これにより、ウィングと構造物との間の距離をあるいはビークルと構造物との間の距離を低減させ、これにより、速度を増大させることができる。これに代えて、電力網やキャパシタや同様のものから取得した電気エネルギーを、この場合にはモータとして機能する発電機を介して、発電所のビークルに対して提供することができる。

【0023】

構成部材の重要な特性は、構成部材が、可能な限りの最小の損失でもって、距離の変化に起因するエネルギーを、貯蔵または変換することである。これは、例えば、低損失スプリングや、低損失のものとして構成されたトランスデューサ／発電機、とすることができる。この特性は、エネルギーをできる限り高効率で変換できること、および／または、速度落下時にエネルギーを提供し得るよう、できる限り多くのエネルギーを貯蔵し得ること、に起因する。

【0024】

発電所は、ビークルに対して取り付けられ得るよう構成された、少なくとも１つのタービンおよびタービン発電機を具備することができ、タービン発電機は、所定軌跡内における流体を通してのビークルの移動に起因してタービンによって変換された回転移動を電気エネルギーへと変換することによって、電力を生成し得るよう構成されている。ビークルに対して取り付けられたタービンの存在は、流体を通してのビークルの移動に基づいてタービンが回転した際に電気エネルギーを生成するための１つの手段の可能性ををもたらす。タービンおよびタービン発電機は、ビークルから構造物へとエネルギーを移送するための手段に対して連結され、さらに、エネルギーの消費者に対して連結される。この手段は、例えば、ビークルと構造物とを連結しているテザーの中に配置された１つまたは複数の電気導体とすることができる。

【0025】

発電所は、ウィングと構造物との間の距離の変化速度を制御し得るよう構成された手段を具備することができる。軌跡の様々な部分上におけるビークルの速度に応じて、あるいは、流体流れの速度の変化に応じて、ウィングと構造物との間の距離あるいはビークルと構造物との間の距離の変化速度の制御は、望ましいものとすることができる。

【0026】

テザーは、構成部材を備えることができる。これに代えて、テザーは、２つ以上の構成部材を備えることができる、あるいは、２つ以上の部分を有した１つの構成部材を備えることができる。これに加えて、構成部材は、テザーの一部を備えることができる、あるいは、テザーの全体を備えることができる。テザーを、構成部材の全体を備えるものとして、あるいは、構成部材の一部を備えるものとして、構成することにより、テザー上における望ましくない応力という問題点を、少なくとも部分的に回避し得るとともに、これと同時に、本発明の目的を達成することができる。よって、テザーは、所望の態様で構成部材として機能し得るように十分に弾性的なものとして構成することができる。テザーは、 Dyneema （登録商標）または他の人工ファイバや、カーボンファイバや、スチールや、同様のものから、形成することができ、これにより、上述したような構成部材として機能することができる。

【0027】

発電所は、液体内に浸漬され得るよう構成された水中設置型の発電所とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明による発電所におけるビークルを概略的に示す図である。

【図2】本発明による発電所を概略的に示す図であって、ビークルは、所定軌跡に沿って移動している。

【図3】トランスデューサと発電機とを具備した発電所の概観を概略的に示す図である。

【図4】ウィングの下方に取り付けられた電力生成用のタービンを具備した発電所におけるビークルを概略的に示す図である。

【図5】大潮および小潮の場合を例として、構成部材を使用した場合と使用しない場合とに関して、ビークルに作用する力の分布を概略的に示す図であり、構成部材を使用した場合には、曲線が上昇している。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、本発明による発電所におけるビークル２を概略的に示している。ビークル２は、ウィング３と、少なくとも１つのナセル４と、少なくとも１つのストラット５と、少なくとも１つの制御表面６と、を備えている。また、発電所の構成によっては、ビークル２には、ナセル４およびストラット５を設けなくてもよい。

【0030】

図２は、本発明による発電所１を概略的に示している。この発電所１においては、ビークル２は、所定軌跡に沿って移動している。発電所１は、図１に図示されたビークル２の他に、構造物９に対してビークル２を取り付けるためのテザー８を備えている。構造物９は、例えば地面や海底面や湖底面や海洋底面といったような表面上に配置することができる、あるいは、そのような表面に対して固定することができる。構造物９は、また、ビークルを水面下に浸漬した状態で例えば海底面や湖底面や川底面や海洋底面といったような表面よりも上方に配置することができる。よって、本発明による発電所１は、陸上においてもまた水面下においても使用することができる。発電所１は、さらに、ビークル２と構造物９との間に配置され得るよう構成されたあるいはウィング３と構造物９との間に配置され得るよう構成された構成部材１３を備えている。構成部材１３は、所定軌跡７の一部にわたって、ビークル２と構造物９との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されているあるいはそのような距離の変更を許容し得るよう構成されている。これにより、発電所１においては、所定軌跡７上におけるビークル２の速度変動を低減することができる。これに代えて、あるいは、相補的には、発電所１に対して取り付けられ得るよう構成されたあるいは発電所１の一部を構成し得るよう構成されたトランスデューサ１０（図３には図示されていない）によって、ビークル２と構造物９との間の距離の変化から電力を生成することができる。

【0031】

ビークル２は、ビークル２のウィング３上を移動する流体流れに基づいて移動し、ウィング３上に揚力を生成する。流体流れは、例えば、潮流あるいは海流とすることができる。制御表面６を使用することにより、ビークル２を、所定軌跡７に沿って移動させることができる。流体流れは、図２においては、図面内に位置するものとされている。揚力が、ビークル２を、水流の向きを実質的に横断して、前方向きに押す。ビークル２が移動する際には、ビークル２は、制御表面６によって、所定軌跡７に沿って操縦される。図２においては、ビークル２は、９０°だけ傾斜した８の字形状とされた所定軌跡７に沿って移動することができる。所定軌跡７は、例えば円や楕円や他の任意の軌跡といったような、様々な形状を有することができる。所定軌跡７は、鉛直方向軸線まわりにおいて鏡面対称なものとすることができる。

【0032】

図３は、トランスデューサ１０と発電機１１とを具備した発電所１の概観を概略的に示す図である。トランスデューサ１０は、直線運動を回転運動へと変換するのに好適な任意の態様のトランスデューサ１０とすることができる。そして、その回転運動は、発電機１１によって電気エネルギーへと変換することができる。図示の例においては、トランスデューサは、シリンダ内に配置された油圧ピストンを備えている。この場合、ビークルの移動が、ピストン内に油圧を生成する。油圧は、シリンダから、油圧パイプを介して、発電機１１に対して連結された油圧モータへと、伝達される。油圧モータが発電機を駆動し、これにより、電気エネルギーが生成される。トランスデューサは、また、並進運動を回転運動へと変換するための他の手段を備えることができる。例えば、ワイヤ付きのウィンチを使用することができる。この場合には、ワイヤが発電機を駆動する。また、トランスデューサ内にリニア発電機を一体化することができる。この場合には、電気エネルギーが直接的に生成される。そのため、外部の発電機は不要である。発電機によって生成された電力は、電力供給ネットワークに対して供給される。

【0033】

所定軌跡７の一部にわたってビークル２と構造物９との間の距離を連続的に変更することを許容する構成部材１３は、ビークル２と構造物９との間に取り付けられた自立型のものとすることができる。あるいは、構成部材１３は、トランスデューサ１０に対して一体化することができる。よって、トランスデューサは、距離の変更を許容する構成部材と電気エネルギーを生成するための手段との双方として、機能することができる。また、構成部材とトランスデューサとは、ビークルと構造物との間において、直列的に取り付けることも、並列的に取り付けることも、できる。

【0034】

構成部材１３は、弾性的なものであって、所定軌跡７の一部にわたってビークル２と構造物９との間の距離を連続的に変更し得るよう構成されている。これにより、上述したように、所定軌跡７上におけるビークル２の速度変動を低減することができる。また、これに代えて、発電所１に設けられたトランスデューサ１０によって、ビークル２と構造物９との間の速度変動から、電力を生成することができる。構成部材は、圧縮螺旋スプリングと圧縮ディスクスプリングと弾性ゴムスプリングとガススプリングと上述したテザーとの中の１つまたは複数のものとすることができる。構成部材は、また、例えばウィンチ等を制御する電気貯蔵エネルギーによって、制御することができる。構成部材は、ハウジングの内部に配置することができる、あるいは、ハウジングの外部に配置することができる、あるいは、ハウジングに対して取り付けることができる。構成部材が、圧縮螺旋スプリングや圧縮ディスクスプリングや弾性ゴムスプリングやあるいはガススプリングである場合には、構成部材は、発電所１のテザー８に対しておよび／またはトランスデューサ１０に対して、取り付けられる。

【0035】

これに代えて、テザー８が、あるいは、テザー８の一部が、構成部材１３を備えることができる。この場合には、構成部材１３を備えたテザー８が、トランスデューサ１０に対して直接的に連結される。これに代えて、テザー８は、モータに対しておよび／またはウィンチに対して取り付けることができる。テザー８がウィンチに対して取り付けられる場合には、テザーを、あるいは、テザーの延長物を、ウィンチ上に巻回することができる。よって、発電所の構成に応じて、構成部材を使用することにより、ビークルと構造物との間の距離を変更することができるあるいはそのような距離の変更を許容することができる。

【0036】

図４は、ウィング３の下方に取り付けられた電力生成用のタービン１２を具備した本発明による発電所におけるビークルを概略的に示す図である。本発明による発電所１は、タービン１２を具備することができる。このタービン１２は、流体流れ内のエネルギーを電気エネルギーへと変換することによって電気エネルギーを生成するためのものであり、トランスデューサ１０および発電機１１によって生成されるエネルギーを補完する。本発明による発電所１は、タービン１２を具備することができ、このタービン１２は、流体流れ内のエネルギーを電気エネルギーへと変換することによって電気エネルギーを生成するためのものであり、このタービンからのエネルギー出力は、上述したような構成部材によって、増大される。タービン１２を使用した場合のビークル２に関する上記の説明は、また、図２においても適用することができる。

【0037】

図５は、所定軌跡７の一部にわたってビークル２と構造物９との間の距離を連続的に変更し得るよう構成された構成部材を使用した場合と使用しなかった場合とに関して、ビークル２に作用する力の分布を概略的に示す図である。

【0038】

移動する物体の運動エネルギーＥは、流体の場合には、以下の式によって表すことができる。

【0039】

【数1】

【0040】

ここで、ｍは、物体の質量であり、ｖは、物体の速度である。流体内の分子は、質量を有しており、それら分子が移動した際には、それら分子は、運動エネルギーを保有する。この運動エネルギーを、他の態様のエネルギーへと変換することができる。発電所１にタービンが設けられている場合、流体とタービンとの間のエネルギー移送は、以下のように例示することができる。

【0041】

ｒを、タービンのブレードの半径とした場合には、タービンブレードが流体を遮る横断面積Ａは、次式によって表される。

【0042】

【数2】

【0043】

与えられた時間ｔの間に横断面積Ａを通過することとなる流体質量ｍは、次式によって表される。

【0044】

【数3】

【0045】

ここで、ρは、流体の密度であり、ｖは、タービンに対しての、流体の相対速度である。

【0046】

ビークルが流体内を移動する際には、時間ｔにおいて横断面積Ａを通過する流体の相対移動の運動エネルギーは、以下のようになる。

【0047】

【数4】

【0048】

運動エネルギーが速度の３乗に比例するというこの関係性は、いつの時点においても所定軌跡７に沿っての速度のわずかな増加が、その時点でのエネルギー出力すなわち電力出力における大きな増加をもたらすことを、意味する。上記の式（４）は、円形横断面積を有したものについて導出される。式（４）は、例えばビークル２のウィング３といったような異なる横断面積を有したものに関しても、当てはまる。

【0049】

図５においては、上側の曲線グループは、大潮の際にビークルに作用する力の例を示しており、下側の曲線グループは、小潮の際にビークルに作用する力の例を示している。実線Ｘは、構成部材が無い場合にビークル上に作用する力を示しており、点線Ｙは、構成部材を使用した場合にビークル上に作用する力を示しており、一点鎖線Ｚは、構成部材を使用した場合にビークル上に作用する力を示しており、曲線の全体がすなわち平均の力が上昇している。直線Ａは、そのような上昇が無い場合の平均の力の値を示しており、直線Ｂは、上昇した平均の力の値を示しており、破線Ｃは、発電所の構造的制限に基づく許容可能な最大の力を示している。

【0050】

上側の点線Ｙからわかるように、構成部材を適用することによって、速度が制限されなければならない期間が低減されているあるいは無くなっている。このような解決手段は、例えば、電力を生成するために発電所に対して適用されたアクチュエータまたはトランスデューサによってエネルギー変換が行われる場合には、有利なものとすることができる。また、上側の一点鎖線Ｚからわかるように、構成部材を使用することにより、曲線を上昇させることができて、平均の力の値を増大させることができる。そのような曲線の上昇および平均の力の値の増加は、例えば、ウィングの面積を増大させることにより、あるいは、他よりも大きな流速の地域に発電所を建設することにより、容易に行うことができる。その場合、そのようなウィング面積の増加や流速の増加は、速度変動および力変動の大きさを低減することによって、可能となる。これにより、力のピークの値を増大させることなく、平均の力の値を増大させることができる。このようにして、電力曲線の下方の面積の積分がより大きな値となることのために、エネルギー生成を増大させることができる。この解決手段は、ビークル上に取り付けられたタービンおよび発電機によってエネルギーが変換される場合に、有利である。

【0051】

特許請求の範囲において付された参照符号は、参照のためのものに過ぎず、請求範囲を何ら制限するものではない。参照符号の役割は、特許請求の範囲の理解を容易とすることに過ぎない。

【0052】

理解されるように、本発明は、様々な自明な観点から修正することができる。それら修正のすべては、特許請求の範囲内に属するものである。したがって、図面および発明の詳細な説明は、例示として見なされるべきであり、本発明の範囲を制限するものではない。例えば、ビークル２には、必ずしも電力生成用のタービン１２を設ける必要はない。電気エネルギーは、トランスデューサ１０および発電機１１だけを使用して、生成することができる。したがって、ビークルには、例示されていない態様で使用された場合には、タービンと発電機とを設けることができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 発電所
２ ビークル
３ ウィング
７ 所定軌跡
８ テザー
９ 構造物
１０ トランスデューサ
１１ 発電機
１２ タービン
１３ 構成部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】