特表 2024-518932 ＧＰＰシールシステムの保守、交換及び免震

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-08

(54)【発明の名称】ＧＰＰシールシステムの保守、交換及び免震

(51)【国際特許分類】

   H02J 15/00 20060101AFI20240426BHJP

   E02B 9/06 20060101ALN20240426BHJP

【ＦＩ】

H02J15/00 C

E02B9/06 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568121

(86)(22)【出願日】2022-05-04

(85)【翻訳文提出日】2023-12-27

(86)【国際出願番号】 US2022027578

(87)【国際公開番号】W WO2022235730

(87)【国際公開日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】63/184,066

(32)【優先日】2021-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516049618

【氏名又は名称】グラビティー パワー エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＧＲＡＶＩＴＹ ＰＯＷＥＲ ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】５７３５－Ｂ Ｈｏｌｌｉｓｔｅｒ Ａｖｅｎｕｅ，Ｇｏｌｅｔａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７，Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100198650

【弁理士】

【氏名又は名称】小出 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】オルロ ジェームズ フィスク

(57)【要約】

シャフト壁（１０５）を有するシャフト（１０４）と、ピストン（１０２）とを有する重力発電装置のためのシーリングシステムは、シャフト壁に固定され、且つピストンを囲むシールアセンブリ支持ベース（２０２）を組み込む。シールマウントは、シールマウントを支持ベース（２０２）に固定するための半径方向フランジ（２１０）と、半径方向フランジの内周から延在する垂直フランジ（２１２）とを有する。ピストンに円周方向に接触するシールアセンブリ（２０６）は、シールアセンブリを垂直フランジに係合させるための複数の円周方向に離間されたクランプアセンブリ（２２７）を有し、クランプアセンブリは、垂直フランジからシールアセンブリを解放する開位置と、シールアセンブリを垂直フランジ上に拘束する閉位置とを有する。シールアセンブリの免震のために、半径方向フランジは、内面に近接してシールアセンブリ支持ベースの頂面上に支持された下部軸受（４０６）上に支持される。半径方向フランジ（４１０）は、内面から内向きに延在し、垂直フランジは、シールアセンブリ支持ベースとピストンとの間の隙間内で半径方向逃げ（４２８）によって内面から離間される。上部軸受は、シールマウント（４０４）の半径方向フランジ（４１０）の頂面（４１１）と係合して支持される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフト壁（１０５）を有するシャフト（１０４）と、ピストン（１０２）とを有する重力発電装置のためのシーリングシステムであって、
前記シャフト壁に固定され、且つ前記ピストンを囲むシールアセンブリ支持ベース（２０２）と、
シールマウントであって、前記シールマウントを前記支持ベース（２０２）に固定するように適合された半径方向フランジ（２１０）と、前記半径方向フランジの内周から延在する垂直フランジ（２１２）とを有するシールマウントと、
前記ピストンに円周方向に接触する少なくとも１つのシール群（２２６）を有するシールアセンブリ（２０６）と
を含み、前記シールアセンブリは、前記シールアセンブリを前記垂直フランジに係合させるように構成された複数の円周方向に離間されたクランプアセンブリ（２２７）を組み込み、前記クランプアセンブリは、前記垂直フランジから前記シールアセンブリを解放する開位置と、前記シールアセンブリを前記垂直フランジ上に拘束する閉位置とを有する、シーリングシステム。

【請求項2】

前記シールアセンブリは、複数の円周方向に離間されたボス（２２２）を有する頂端部で終わるシールキャリア（２２０）をさらに含み、前記複数のクランプアセンブリは、前記ボスのそれぞれの１つと円周方向に整列され、及び各クランプアセンブリは、前記垂直フランジのリム（２１４）に係合するように構成されたクランプ（２２８）を組み込む、請求項１に記載のシーリングシステム。

【請求項3】

各クランプは、前記ボスの前記それぞれの１つのネジ付きボア２３６を貫通するネジ付きバレル（２３４）を有するショルダボルト（２３０）で前記シールキャリアにボルト留めされ、前記ボルトの内側端部に取り付けられた端部フランジは、前記ボスから取り除かれることを防止する、請求項２に記載のシーリングシステム。

【請求項4】

前記少なくとも１つのシール群は、複数のシール群を含み、且つ前記シールキャリア（２２０）に同心状に取り付けられた複数のガイドリング（２２４）をさらに含み、前記複数のシール群（２２６）の１つは、垂直に隣接するガイドリング間で支持リング（２４８）上に支持される、請求項２に記載のシーリングシステム。

【請求項5】

前記複数のシール群のそれぞれは、
前記支持リングに取り付けられたシール（２４０）と、
前記支持リングに取り付けられた接触パッド（２４６）と
を含む、請求項４に記載のシーリングシステム。

【請求項6】

前記複数のクランプアセンブリが前記開位置にある状態で、前記シールアセンブリは、前記ピストンの軸に沿って垂直に移動可能であり、且つ前記シールマウントから取り外される、請求項１に記載のシーリングシステム。

【請求項7】

前記アンロック状態のシールアセンブリを把持し、且つ前記シールマウントから前記シャフトの水面まで前記シールアセンブリを吊り上げるように構成されたホイスト及びキャリッジシステム（３００）をさらに含む、請求項６に記載のシーリングシステム。

【請求項8】

前記ホイスト及びキャリッジシステムは、
前記シャフトの上部リム（３０４）の周りで円周方向に離間された複数のホイストアセンブリ（３０２）、
前記シャフトにおける長手方向の並進のために構成された複数のキャリッジ（３１０）
を含み、各キャリッジは、前記複数のホイストアセンブリの１つと関連付けられ、且つ前記シールアセンブリを把持するために、前記シールアセンブリ（２０６）との半径方向の位置合わせのために下部フレーム要素３１４上で調整可能であるグリッパ（３１２）を含む、請求項７に記載のシーリングシステム。

【請求項9】

各ホイストアセンブリ（３０２）は、前記キャリッジの前記関連付けられた１つに取り付けられる１つ又は複数のケーブル（３０８）を有するケーブルドラム（３０６）を含む、請求項８に記載のシーリングシステム。

【請求項10】

前記１つ又は複数のケーブルは、シーブ又はプーリブロック（３０９）にわたって且つ次いで下方に延びて、前記キャリッジの前記関連付けられた１つに取り付けられる、請求項９に記載のシーリングシステム。

【請求項11】

前記シールアセンブリ支持ベースは、内側半径（４２０）を有する内面（４２４）を有し、前記内面と前記ピストン（１０２）の表面（１０３）との間に隙間（４２２）を提供し、前記半径方向フランジ（４１０）は、前記支持ベースに対して低摩擦係合で支持され、且つ前記シールアセンブリ支持ベースの前記内面から内向きに延在し、前記垂直フランジは、前記隙間内で半径方向逃げ（４２８）によって前記内面から離間される、請求項１に記載のシーリングシステム。

【請求項12】

前記半径方向フランジは、前記内面に近接して前記シールアセンブリ支持ベースの頂面（４０７）上に支持された下部軸受４０６上に支持され、上部軸受は、前記シールマウント（４０４）の前記半径方向フランジ（４１０）の頂面（４１１）と係合して支持される、請求項１１に記載のシーリングシステム。

【請求項13】

前記下部軸受は、非常に低い摩擦係数を有する軸受板（４０６）を含み、且つ前記ピストン（１０２）を取り囲むアセンブリ支持ベース上面（４０８）の周り全体でリング状に延在する、請求項１２に記載のシーリングシステム。

【請求項14】

前記上部軸受は、前記シャフト壁（１０５）に強く固定された複数の重いブレース（４１４）上に取り付けられた複数の上部軸受板（４０８）を含み、前記上部軸受板（４０８）のそれぞれは、ピストン周縁に垂直な前記重いブレースと実質的に同じ幅である、請求項１３に記載のシーリングシステム。

【請求項15】

前記軸受板及び複数の上部軸受板は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、請求項１４に記載のシーリングシステム。

【請求項16】

水の侵入を防止するために、前記シールアセンブリ支持ベースの頂部内縁部（４２７）において前記下部軸受板（４０６）の下に取り付けられたシール（４２６）をさらに含む、請求項１３に記載のシーリングシステム。

【請求項17】

重力発電装置のシールアセンブリのための取り外し及び交換システムであって、アンロック状態のシールアセンブリを把持し、且つシールマウントからシャフト（１０４）の水面まで前記シールアセンブリを吊り上げるように構成されたホイスト及びキャリッジシステム（３００）を含む取り外し及び交換システム。

【請求項18】

前記ホイスト及びキャリッジシステムは、
前記シャフトの上部リム（３０４）の周りで円周方向に離間された複数のホイストアセンブリ（３０２）、
前記シャフトにおける長手方向の並進のために構成された複数のキャリッジ（３１０）
を含み、各キャリッジは、前記複数のホイストアセンブリの１つと関連付けられ、且つ前記シールアセンブリを把持するために、前記シールアセンブリ（２０６）との半径方向の位置合わせのために下部フレーム要素（３１４）上で調整可能であるグリッパ（３１２）を含む、請求項１７に記載の取り外し及び交換システム。

【請求項19】

請求項８に記載のシーリングシステムのシールアセンブリを取り外す方法であって、
前記クランプアセンブリを開位置に置くこと、
前記シールアセンブリと接触して前記グリッパを置くために、前記複数のキャリッジを下げること、
前記グリッパで前記シールアセンブリを把持すること、
前記複数のキャリッジを上げること
を含む方法。

【請求項20】

免震を提供するシーリングシステムを有する、シャフト壁（１０５）を有するシャフト（１０４）と、ピストン（１０２）とを有する重力発電装置エネルギー貯蔵システムであって、前記シーリングシステムは、
前記シャフト壁に固定され、且つ前記ピストンを囲むシールアセンブリ支持ベース（４０２）であって、内側半径（４２０）を有する内面（４２４）を有し、前記支持ベース（４０２）の内面（４２４）と、前記ピストン（１０２）の表面（１０３）との間に隙間（４２２）を提供するシールアセンブリ支持ベース（４０２）、
前記シールアセンブリ支持ベースに対して低摩擦係合で支持される、前記ピストン（１０２）を円周方向に囲むシールマウント（４０４）、
前記隙間内で半径方向逃げ（４２８）によって前記内面から離間される、前記ピストンに円周方向に接触する、前記シールマウント上に支持されたシールアセンブリ（２０６）
を含み、前記シールマウントは、前記半径方向逃げ内で前記シールアセンブリ支持ベースに対して摺動し、前記シールアセンブリ支持ベースが前記シールアセンブリ又はピストンに衝突することを防止する、重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【請求項21】

前記シールマウントは、前記支持ベース（４０２）に係合された半径方向フランジ（４１０）と、前記半径方向フランジの内周から延在する垂直フランジ（４１２）とを有し、前記半径方向フランジは、前記内面に近接して前記シールアセンブリ支持ベースの頂面上に支持された下部軸受（４０６）上に支持され、上部軸受は、前記シールマウント（４０４）の前記半径方向フランジ（４１０）の頂面（４１１）と係合して支持される、請求項２０に記載の重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【請求項22】

前記下部軸受は、非常に低い摩擦係数を有する軸受板（４０６）を含み、且つ前記ピストン（１０２）を取り囲むアセンブリ支持ベース上面（４０８）の周り全体でリング状に延在する、請求項２１に記載の重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【請求項23】

前記上部軸受は、前記シャフト壁（１０５）に強く固定された複数の重いブレース（４１４）上に取り付けられた複数の上部軸受板（４０８）を含み、前記上部軸受板（４０８）のそれぞれは、ピストン周縁に垂直な前記重いブレースと実質的に同じ幅である、請求項２２に記載の重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【請求項24】

前記軸受板及び複数の上部軸受板は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、請求項２３に記載の重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【請求項25】

水の侵入を防止するために、前記シールアセンブリ支持ベースの頂部内縁部（４２８）において前記下部軸受板（４０６）の下に取り付けられたシール（４２６）をさらに含む、請求項２２に記載の重力発電装置エネルギー貯蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、本出願と共通の譲受人を有する、ＧＰＰ Ｓｅａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎという名称の２０２１年５月４日に出願された米国仮特許出願第６３１８４０６６号明細書の優先権を主張し、その開示は、照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本明細書に開示される実装態様は、概して、「重力発電装置」又は「ＧＰＰ」と本明細書で呼ばれる重力液圧エネルギー貯蔵システムにおける流体シーリングシステムに関する。より詳細には、実装態様は、取り外し可能なシールアセンブリ並びにサービスホイスト及びキャリッジシステムを有する関連付けられたシールマウント及び支持ベースと、シールマウント及び支持ベースのための免震構成とを提供する。

【背景技術】

【0003】

社会のあらゆる種々のニーズに電力を供給するために十分なエネルギーを提供することは、年々、一層問題となりつつある。石炭、石油及びガス等の従来の供給源は、より高価であり、且つ見つけるのが困難になっている。同時に、燃焼副産物は、大気汚染をもたらし、大気中の二酸化炭素量を増加させ、地球環境に深刻な結果をもたらす恐れがある。断続生成から、信頼性のある実行可能な電力供給に変換できる場合、エネルギー再生可能供給源、特に太陽熱収集器及び風力タービンは、炭化水素の大部分を置き換え得る。これは、太陽及び／又は風力供給源からの出力の相当の割合を大規模エネルギー貯蔵ユニットに指向することによって達成され得、次いでそのエネルギーを必要に応じて放出する。

【0004】

非常に大容量のエネルギー貯蔵のために現在使用されている主要な技術は、揚水発電である。典型的な設置では、異なる高度にある２つの大型の貯水池を採用し、余剰エネルギーが利用可能である場合には常に下方貯水池から上方貯水池に水が圧送される。必要に応じて、水は、上方貯水池から水車を通して下方貯水池に放出されて電気を発生させる。大型の設置では、１０００メガワット超のピーク出力電力と、数千メガワット時の貯蔵容量とを有することができる。揚水発電は、数十年にわたって主要なバルク貯蔵技術であり、世界的に１５０ＧＷ以上を超える容量であったが、増加する構築コストに加えて、貯水池の設計に付随する地理的、地質学的及び環境的制約は、将来的拡張に対してこの技術をそれほど魅力的でないものにしている。したがって、この技術は、エネルギーの炭化水素供給源から再生可能供給源へのエネルギー供給基盤の重要な変換を支援するために必要とされる、汎用性、テラワット容量、低コスト及び環境適合性を提供する実践的な方法ではない。

【0005】

２０１２年５月１日に本発明者に発行され、全体として参照により本明細書に組み込まれる「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｔｏｒｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ」という名称の米国特許第８，１６６，７６０号明細書は、揚水発電の制約を回避すると同時に、同様の又はより良好なエネルギー貯蔵性能及び経済性を提供する、エネルギーを貯蔵するためのシステム及び方法を記載している。２０１８年１月１６日に発行され、本出願と共通の譲受人を有し、全体として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，８６９，２９１号明細書は、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｔｏｒｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ」に対する改善を記載している。このシステムでは、大型ピストンが、水で満たされる深い垂直シャフトに吊り下げられる（図１Ａ（先行技術））。ポンプタービンは、シャフトの頂部及び底部にパイプ管によって接続され、ポンプタービンは、電気モータ／発生機に駆動シャフトを介して接続される。風力エネルギーなど、オフピークの又は再生可能なエネルギーは、ポンプを回転させる電気モータに電力を供給するために使用され、ピストンをシャフトの頂部に向けて持ち上げる、ピストンの下の高圧を発生させて、重力位置エネルギーの形態のエネルギーが貯蔵される。必要に応じて、その後、ピストンは、シャフト内で下降し、接続パイプ及びタービンを通して水を強制的に戻し、発生機を回転させて、電力網に供給する電力を生成する。

【0006】

このエネルギー貯蔵システムが効率的に作動し、数百メガワット時以上の電気を貯蔵し、数十又は数百メガワット以上の入出力電力レベルを収容するには、ピストンが非常に大型であり、水圧が極めて高くなければならない。高圧水がピストンとシャフト壁との間を流出することを防止しなければならず、それは、システム作動を損ない、効率を低下させる。従来の水圧シリンダーなどのより小さいシステムでは、そのような流体流れをブロックするためにシールが使用される。これらのシールは、通常、ピストン又はシャフト壁の表面に沿って摺動する。一定の直径を有する静的シールは、正確な一定の直径を有する研摩されたピストン及び／又はシャフトとともに使用される。動的な又は屈曲するシールは、多くとも数ミリメートルのピストン又はシャフトの直径の変化に適応するために使用され得る。

【0007】

しかしながら、現在のエネルギー貯蔵システムでは、ピストンは、数十メートル以上の直径と、数百メートルの高さとを有し得る。ピストン又はシャフトの垂直方向にわたって変化しない非常に正確な直径を有するそのようなピストン又はシャフトを構築することは、経済的に実行不可能である。実際、慎重な実装形態でも、実際の構築技術では数センチメートルのピストン又はシャフトの直径又は垂直の変化を容易にもたらし得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実装形態は、シャフト壁１０５を有するシャフト１０４と、ピストン１０２とを有する重力発電装置のためのシーリングシステムを開示する。シーリングシステムは、シャフト壁に固定され、且つピストンを囲むシールアセンブリ支持ベース２０２を組み込む。シールマウント２０４は、シールマウントを支持ベース２０２に固定するように適合された半径方向フランジ２１０と、半径方向フランジの内周から延在する垂直フランジ２１２とを有する。ピストンに円周方向に接触する少なくとも１つのシール群２２６を有するシールアセンブリ２０６は、シールアセンブリを垂直フランジに係合させるように構成された複数の円周方向に離間されたクランプアセンブリ２２７を有し、クランプアセンブリは、垂直フランジからシールアセンブリを解放する開位置と、シールアセンブリを垂直フランジ上に拘束する閉位置とを有する。

【0009】

追加の実装形態は、シールアセンブリの免震を提供し、シールアセンブリ支持ベースは、内側半径４２０を有する内面４２４を有し、支持ベース４０２の内面４２４とピストン１０２の表面１０３との間に隙間４２２を提供する。半径方向フランジは、内面に近接してシールアセンブリ支持ベースの頂面上に支持された下部軸受４０６上に支持される。シールマウントは、ピストン１０２を円周方向に囲み、半径方向フランジ４１０は、シールアセンブリ支持ベースの内面から内向きに延在し、垂直フランジは、隙間内で半径方向逃げ４２８によって内面から離間される。上部軸受は、シールマウント４０４の半径方向フランジ４１０の頂面４１１と係合して支持される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】（先行技術）基本的な重力発電装置（ＧＰＰ）設計の概略図である。

【図1B】本実装形態の概略図である。

【図2】ピストンの頂端部及びＧＰＰの隣接するシャフト壁の断面図である。

【図3】シールアセンブリ支持ベース、シールマウント及びピストンに取り付けられたシールアセンブリ位置合わせガイドを示す。

【図4】シールマウントの拡大断面図である。

【図5】シールアセンブリ及びロッキングクランプを示す。

【図6】ピストンの上端の片側を示し、シールアセンブリ及びロッキングクランプは、ロック位置にロッキングクランプボルトで取り付けられている。

【図7】シールアセンブリを有するシールマウントの拡大断面図であり、ロッキングクランプは、開いている。ロッキングクランプボルトは、解放位置にある。

【図8】シールマウントの頂端部の拡大断面図であり、シールアセンブリは、シールマウントから離れるように部分的に持ち上げられている。

【図9】ピストンの頂端部、隣接するシールアセンブリ支持ベース及びシールマウントの断面図であり、シールアセンブリは、シールマウントから持ち上げられている。

【図10】シールアセンブリの設置及び取り外しに使用するためのホイスト及びキャリッジシステムを有するシャフトの頂端部の断面分割図である。

【図11】４つのホイストキャリッジを有するＧＰＰシャフトの頂部の平面図である。

【図12】シャフト及びピストンの断面分割図であり、キャリッジは、ピストンの近くに下げられている。

【図13】シャフト及びピストンの断面分割図であり、キャリッジクランプは、シールアセンブリのグリップバー上で閉じられている。

【図14】シャフト及びピストンの断面分割図であり、シールアセンブリは、ピストンから離れるように巻き上げられている。

【図15】シャフト及びピストンの断面分割図であり、シールアセンブリは、シャフトの水位より上の表面まで完全に巻き上げられている。

【図16】ＧＰＰのピストンの頂端部に隣接するシールアセンブリ支持ベースの第２の実施形態の断面図である。

【図17】シールアセンブリ支持ベースの頂面上に取り付けられた下部軸受板及びシールを示す。

【図18】シールアセンブリ支持ベースの頂面上に取り付けられたシールマウントの第２の実施形態を示す。

【図19】シールマウントの頂部上に取り付けられた上部軸受板及び重いブレースを示す。

【図20】エラー！参照元が見つかりませんのピストンの頂部の平面図である。

【図21】シールマウントの方に下げられているシールアセンブリの断面図である。

【図22】シールマウント上に取り付けられて、所定の位置にクランプされたシールアセンブリの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の詳細な説明は、本明細書に開示される実装形態のための現在想定される最良の形態である。本説明は、限定的な意味で捉えられるものではなく、単に本発明の一般的な原理を例示する目的としてなされる。

【0012】

図１Ａ（先行技術）は、米国特許第９，８６９，２９１号明細書で開示される重力発電装置の概略図である。図１Ｂは、本明細書に開示されるＧＰＰの実装形態の概略図であり、共通の要素は、付番を統一している。図１Ａ及び１Ｂで参照されるように、エネルギーを貯蔵するための大規模なエネルギー貯蔵システム１００が示される。エネルギー貯蔵システム１００は、上記のエネルギー貯蔵システム６０と同様に作動し、水などの作動流体で満たされる内部容積を有する深い垂直シャフト１０４に吊り下げられる大型ピストン１０２として示される本体を含む。ピストン１０２は、その高さに沿った比較的一定の周縁と、平滑で硬い外面とを有するように構成される。ピストン１０２は、シャフト１０４の内部容積を、ピストン１０２より上の第１の、すなわち上方チャンバ１０６と、ピストン１０２より下の第２の、すなわち下方チャンバ１０８とに分割する。チャンバ１０６及び１０８は、通路１１０を通して互いに流体連通する。通路１１０は、垂直通路１１２（例えば、導水路）を含む。垂直通路１１２は、上方の交差通路１１６（例えば、放水路）を通して上方チャンバ１０６と連通し、下方の交差通路１１８を通して下方チャンバ１０８と連通する。ピストン１０２がシャフト１０４内を移動すると、チャンバ１０６及び１０８の容積が増加及び減少し、チャンバ１０６及び１０８間で通路１１０を通して流体を強制的に流す。

【0013】

ポンプタービン１２０は、通路１１０を流れる流体がポンプタービン１２０を回すように上方の交差通路１１６に配設される。ポンプタービン１２０は、上方の交差通路１１６を、ポンプタービン１２０から上方チャンバ１０６まで延在する第１の部分１２２と、ポンプタービン１２０から垂直通路１１２まで延在する第２の部分１２３とに分ける。ポンプタービン１２０は、第１の方向に回転するときにはポンプとして、第２の反対方向に回転するときにはタービンとして動作するように構成される回転装置である。ポンプタービン１２０は、例えば、駆動シャフト１２６を介して電気モータ／発生機１２４に機械的に連結される。ポンプタービン１２０は、ポンプタービン１２０が電気モータ／発生機１２４から機械的に分離されることを可能にする、クラッチ又はトルクコンバータなどの中間部材を介して駆動シャフト１２６に連結され得る。ポンプタービン１２０、電気モータ／発生機１２４及び駆動シャフト１２６の１つ又は複数は、地表から地下に広がる発電室１２８などの施設に収容され得る。

【0014】

モータ／発生機１２４は、電力網などの電力の外部供給源及び外部出力先に接続される。エネルギー貯蔵システム１００に貯蔵されるエネルギーは、電気モータ／発生機１２４を駆動するために使用され、モータ／発生機１２４、駆動シャフト１２６及びポンプタービン１２０の相互接続によってポンプタービン１２０を回転させる。ポンプタービン１２０は、流体を上方チャンバ１０６から下方チャンバ１０８まで通路１１０を通して強制的に流し、ピストン１０２の下の下方チャンバ１０８により高い圧力を発生させる。差圧により、ピストン１０２は、シャフト１０４の頂部に向けて上方に持ち上げられ、重力位置エネルギーの形態のエネルギーが貯蔵される。貯蔵されるエネルギーは、ピストン１０２がシャフト１０４で下降することを可能にすることによるエネルギー貯蔵システム１００からの出力であり得る。ピストンの重量により、流体は、下方チャンバ１０８から上方チャンバ１０６まで通路１１０を通して強制的に流される。流体は、ポンプタービン１２０を通して流れ、ポンプタービン１２０を回転させる。モータ／発生機１２４は、モータ／発生機１２４、駆動シャフト１２６及びポンプタービン１２０の相互接続によって駆動されて電力を生成する。電力は、例えば、電力網に供給され得る。

【0015】

ピストン１０２の比較的大きいサイズ及び垂直移動並びにピストン１０２の比較的控えめな速度のための比較的小さい引きずり損失により、かなりのエネルギーをエネルギー貯蔵システム１００に貯蔵することを可能にする。１つの例示的な実施形態によると、シャフトは、約３０メートルの直径と、約５００メートルの深さとを有し、ピストンは、約２５０メートルの高さと、約１７４，０００立方メートルの容積とを有する。ピストン１０２は、実質的にコンクリートから形成され得、それは、約１５００ｋｇ毎立方メートルの水中で負の浮力を有し、約１４７００ニュートンの下方力を提供する。水中で１０００メートルの高度を通して１立方メートルのコンクリートを降下させることによって放出されるエネルギー（仕事量）は、以下の通りである。
Ｗ＝力×距離＝１４，７００Ｎ×１，０００ｍ＝１４．７メガジュール≒４．１キロワット時
２５０メートルの高度変化による移動を行う約１７４，０００立方メートルの容積を有するコンクリートのピストンの場合、結果として生じる貯蔵容量は、１６０メガワット時を超える。

【0016】

シーリングシステム１３０は、ピストン１０２を囲んで設けられ、ピストン１０２とシャフト１０４の壁との間の環状空間１０１に配設される。シーリングシステム１３０は、上方チャンバ１０６と下方チャンバ１０８との間のピストン１０２の周りの流体の流れを妨げるように構成される。シャフト１０４の壁１０５、ピストン１０２の外面１０３及びシーリングシステム１３０は、高圧又は流体の粒子がシャフト１０４、ピストン１０２又はシールアセンブリ１３０に損傷を与えることを防止し、エネルギー貯蔵システム１００の稼動寿命を最大化するように構成される。

【0017】

開示される実装形態において、シーリングシステム１３０のシール要素は、ピストン１０２の外面１０３を押圧し、ピストン１０２は、シーリングシステム１３０を通して上下に動く。他の実装形態において、シーリングシステム１３０は、ピストン１０２に取り付けられてシャフト壁１０５を押圧し得る。シーリングシステム１３０のシール要素は、最終的にすり減って交換を必要とするが、シャフト１０４内の水面より最大５００メートル以上も下にあることがあるため、そのような交換は、難しい場合があり、シーリングシステムへの直接のアクセスを可能とするために、上方シャフトチャンバ１０６のすべての水をポンプでくみ出すことさえ必要とし得る。

【0018】

図１Ｂに開示される実装形態において、シーリングシステム１３０は、シャフト壁１０５から延在するか又はシャフト壁１０５に取り付けられたシールアセンブリ支持ベース２０２を組み込む。後に詳細に記載されるように、シールマウント２０４は、シールアセンブリ支持ベース２０２によって支持され、次に、シールアセンブリ２０６は、シールマウントによって支持される。

【0019】

図２は、ＧＰＰのピストン１０２の頂端部及び隣接するシャフト壁１０５の断面図であり、ピストン１０２の構築は、例えば、米国特許第９，８６９，２９１号明細書で開示されるように完了された。

【0020】

図３において、後により詳細に記載される、シールアセンブリ支持ベース２０２、シールマウント２０４及びシールアセンブリ位置合わせガイド２０８を有する、ＧＰＰのためのシーリングシステムがピストン１０２とともに示されている。シールアセンブリ支持ベース２０２は、ピストン１０２を囲み、通常、ロックボルトでシャフト壁１０５に強く固定され、シールアセンブリより下のチャンバ１０８と、シールアセンブリより上のチャンバ１０６との間の大きい圧力差に耐えることができる、鉄筋コンクリートなどの材料から構築されるシールマウント２０４は、通常、鋼又は他の強い剛性材料から製作される。

【0021】

図４から分かるように、シールマウント２０４は、半径方向フランジを支持ベースに埋め込むか、又は支持ベースの頂面若しくは底面に半径方向フランジを取り付けることにより、シールマウントを支持ベース２０２に固定するように適合された半径方向フランジ２１０を組み込む。垂直フランジ２１２は、半径方向フランジ２１０の内周から延在する。リム２１４は、垂直フランジ２１２の上端部から半径方向外向きに延在し、足部２１６は、垂直フランジ２１２から半径方向内向きに延在する。シールアセンブリ位置合わせガイド２０８は、以下で説明されるように、シールアセンブリ２０６の配置を支援するために、ピストン１０２の頂面１０７の周りで間隔をおいて円周方向に離間している。

【0022】

図５から分かるように、シールアセンブリ２０６は、複数の円周方向に離間されたボス２２２を有する頂端部で終わるシールキャリア２２０を有する。複数のガイドリング２２４は、シールキャリア２２０に同心状に取り付けられ、シール群２２６は、垂直に隣接するガイドリング間で支持リング２４８上に支持される。複数のクランプアセンブリ２２７は、それぞれボスのそれぞれの１つと円周方向に整列され、各クランプアセンブリは、垂直フランジ２１２のリム２１４に係合するように構成されたクランプ２２８を有する。各クランプアセンブリのクランプ２２８は、ボルトのクランプからの分離を防止するショルダフランジ２３２を有するショルダボルト２３０を使用してシールキャリア２２０にボルト留めされる。ボルトのネジ付きバレル２３４は、シールキャリア２２０のボス２２２のそれぞれの１つのネジ付きボア２３６を貫通し、ボルトの内側端部に溶接されるか又は他に取り付けられた端部フランジ２３８は、ボルトがシールキャリア２２０のボスから完全に取り外されることを防止する。シールキャリア２２０及びガイドリング２２４は、足部２１６の上に位置付けられ得るか又は足部２１６によって支持され得、底部シール２１７は、底部ガイドリングと足部との間に存在し得る。代替の実装形態において、クランプアセンブリ又は同等のラッチ機構は、シールマウントの足部又はさらにシールアセンブリ支持ベースの下面に係合するためにシールアセンブリの下端部に存在し得る。

【0023】

各シール群２２６は、支持リング２４８に取り付けられたシール２４０及び接触パッド２４６を含む。シール２４０は、合成ポリマー（例えば、ポリウレタン、ポリブタジエンなど）などの弾性材料から形成され、それは、ピストン１０２に対して圧縮し、外面１０３に従わせることが可能であり、シールアセンブリ２０６とピストン１０２との間の作動流体の通路に対するシールを作成する。例示的な実装形態において、シール２４０は、連続的なリングに溶接又は接着される範囲であり得るセグメントで形成され得る（例えば、機械加工、鋳造、押し出しなど）。接触パッド２４６は、圧縮に抵抗する超高分子ポリエチレン又はＶｅｓｃｏｎｉｔｅなどの強い低摩擦の材料から形成される。接触パッド２４６は、シール２４０より上及び／又は下に配設され、ボルト締め又は他の方法でシール支持リング２４８に取り付けられ、ガイドリングとピストン１０２の表面１０３との間の接触を防止するように構成される。シール２４０及び接触パッド２４６は、ピストン１０２の表面１０３などの鋼鉄表面上で摺動するときに低摩擦係数を有するように構成される。シールアセンブリ２０６がピストン１０２の表面１０３の高くなった不連続部（例えば、リッジ、バンプ、うねりなど）に直面した場合、比較的硬い接触パッド２４６は、シールキャリア２２０を不連続部の領域の外側に局所的に移動させるように構成され、比較的軟かいシール２４０を剪断作用から保護する。

【0024】

作動中、シール２４０は、シールアセンブリ２０６の下の下方チャンバ１０８の作動流体の圧力のために、半径方向内向きに広がり、シールキャリア２２０とピストン１０２との間の隙間をきつく塞ぎ、流体が通り過ぎて漏れることを防止する。

【0025】

図６は、ピストンの上端の片側の拡大図であり、シールアセンブリ２０６がシールマウント２０４上に取り付けている。クランプ２２８は、リム２１４を係合するロック位置又は閉位置で示されている。

【0026】

図７は、シールマウント２０４及びシールアセンブリ２０６の拡大断面図である。この図では、ショルダボルトは、ロッキングクランプを解放するために回転されて、シールマウント２０４上への設置のために又はシールマウントからのシールアセンブリの除去に備えて、ロッキングクランプをアンロック位置又は開位置にする。

【0027】

図８では、シールアセンブリ２０６は、ピストンの軸に沿って垂直に移動されて、シールマウント２０４から離れるように部分的に持ち上げられている。

【0028】

図９は、ピストン１０２の頂端部、隣接するシールアセンブリ支持ベース２０２及びシールマウント２０４の断面図であり、シールアセンブリ２０６は、シールマウントから取り外されている。

【0029】

支持ベース２０２、シールマウント２０４及びシールアセンブリ２０６の構成は、保守のためのシールアセンブリの容易な設置及び取り外しを可能にする。図１０は、ピストン１０２の頂端部及びシャフト１０４の頂端部の断面分割図であり、シャフトから水をくみ出す必要のないシールアセンブリ２０６の設置及び取り外しに使用するためのホイスト及びキャリッジシステム３００の１つの実装形態を示す。複数のホイストアセンブリ３０２は、シャフトの上部リム３０４の周りで円周方向に離間し、シールキャリア２２０のボス２２２と整列される（後に記載されるように、例示的実装形態では周縁上の９０°間隔の４つの位置）。各ホイストアセンブリ３０２は、ケーブルドラム３０６を含み、１つ又は複数のケーブル３０８は、シーブ又はプーリブロック３０９にわたって且つ次いで下方に延びて、シャフトにおいて縦方向に並進するように構成されたキャリッジ３１０に取り付けられる。示される実装形態では、ホイールがキャリッジ上に採用される。他の実装形態では、キャリッジは、シャフトの壁に沿って摺動するスキッド又はシャフト壁上の垂直レールに係合される軸受システムを採用し得る。代替の実装形態では、ホイストドラムは、シーブを排除するために、シャフト壁上に取り付けられ得る。キャリッジ３１０は、シールアセンブリを把持するために、シールアセンブリ２０６との半径方向の位置合わせのために下部フレーム要素３１４上で調整可能であるグリッパ３１２を含む。

【0030】

ホイスト及びキャリッジは、図１１の平面図で参照されるように、４つのキャリッジ３１０とともにシャフト１０４の上部リム３０４の周りに配備される。他の実装形態は、特定の設置の必要性に応じて、リムの周りで円周方向に離間されたより少ない又はより多くのキャリッジを利用し得る。示されるように、各キャリッジは、２つのホイストケーブル３０８によって吊り上げられるが、いくつかの実施形態では、１つのケーブルで十分であることがあり、他の実施形態では、３つ以上のケーブルが好ましいことがある。通常、電力が供給されるが、他の種類に置き換えられ得るモータ３１６は、ケーブルドラム３０６を駆動する。キャリッジ３１０は、キャリッジの相対的配置を固定するためにフレーム３１６と相互接続され得る。

【0031】

図１２で参照される作動において、キャリッジ３１０は、ピストンの頂端部に近づくまでそのそれぞれのホイストアセンブリ３０２によってそれぞれ下げられる。キャリッジホイール３１８は、シャフト壁１０５に沿って下に降り、グリッパ３１２は、キャリッジが接近するにつれて、シールアセンブリ２０６と整列される。シールアセンブリ上のロッキングクランプは、グリッパ上への適切な回転取付けにより、又はキャリッジを下げる前に、図１２に示されるように遠隔作業機（図示せず）により開けられる。

【0032】

キャリッジ３１０は、図１３から分かるように、支持ベース２０２及びピストンの頂部に近接して位置付けられ、グリッパ３１２は、シールアセンブリ２０６のシールキャリア２２０上に固定するように閉じられる。通常、遠隔ビデオカメラ（図示せず）及び投光器（図示せず）は、この手順を観察し、適切なグリッパの取付けを確認するために操作者によって使用される。グリッパは、操作者によって遠隔で操作される。

【0033】

次いで、図１４から分かるように、ホイストアセンブリ３０２は、シールマウント２０４及びピストン１０２から離れるようにキャリッジ３１０及びシールアセンブリ２０６を持ち上げるために採用される。すべてのキャリッジ３１０は、シールアセンブリ２０６を水平に維持するために同時に吊り上げられ、シールマウント２０４とピストン１０２との間の環状部でシールアセンブリが動かなくなることを防止する。

【0034】

キャリッジ３１０が完全に後退し、シールアセンブリがシャフト１０４の水位３０３より上の水面まで完全に吊り上げられると、図１５から分かるように、作業者がシールアセンブリ２０６に簡単にアクセスできるようにするために、浮いているか又は他に支持された作業プラットフォーム３０１がシャフト内部に置かれる。これにより、アセンブリの検査、任意の必要な修理及び摩耗したシール要素２４０の交換が可能になる。保守の完了後、シールアセンブリは、前述の手順の逆の手順で下げられて再設置される。

【0035】

上記で言及された図及び設計は、保守及び修理の容易さを提供するＧＰＰ及びシールシステムの実施形態を示す。図１６～２２に関して以下に詳細に記載されるさらなる実装形態は、地震が発生した場合のシールシステム及びピストンへの損傷から保護する免震を提供し、シールマウント４０４は、ピストンを円周方向に囲み、代替的なシールアセンブリ支持ベース４０２に対して低摩擦係合で支持される。

【0036】

図１６は、代替的なシールアセンブリ支持ベース４０２を示し、それは、最初の実装形態のように、高圧に耐えるように厳重に補強されてシャフト壁に強く固定されているが、内側半径４２０が大きく、支持ベース４０２の内面４２４とピストン１０２の表面１０３との間により大きい隙間４２２が残る。後に図１８に対して記載されるように、代替的なシールマウント４０４は、半径方向フランジ４１０及び垂直フランジ４１２を組み込む。

【0037】

図１７から分かるように、下部軸受板４０６は、内面４２４に近接してシールアセンブリ支持ベース４０２の上面４０７上に取り付けられる。軸受板４０６は、通常、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの非常に低い摩擦係数を有する材料から製作され、ピストン１０２を取り囲むアセンブリ支持ベース上面４０８の周り全体でリング状に延在する。下部軸受板４０６は、後述する免震システムの「下部軸受」になる。水の侵入を防止するために、シールアセンブリ支持ベースの頂部内縁部４２７における下部軸受板４０６の下にシール４２６が取り付けられる。

【0038】

図１８から分かるように、シールマウント４０４の半径方向フランジ４１０は、シールアセンブリ支持ベース４０２の頂面上に支持され、下部軸受板４０６の頂部上に置かれる。従来の実装形態のように、シールマウントは、ピストン１０２を円周方向に囲む。半径方向フランジ４１０は、シールアセンブリ支持ベース４０２の内面４２４から内向きに延在し、垂直フランジ４１２は、半径方向逃げ４２８によって内面４２４から離間される。

【0039】

図１９から分かるように、シールマウントの免震のための「上部軸受」は、複数の上部軸受板４０８によって提供され、同様にＰＴＦＥなどの低摩擦係数の材料から作られ、シールマウント４０４の下の高圧水によって引き起こされる大きい力に耐えるように、通常、ロックボルトでシャフト壁１０５に強く固定された複数の重いブレース４１４により、シールマウント４０４の半径方向フランジ４１０の頂面４１１（図１８で参照される）と係合するように支持される。上部軸受板４０８のそれぞれは、通常、ピストン周縁に垂直な重いブレースと同じ幅であろう。

【0040】

ピストン周縁の複数のブレース／上部軸受板の組は、図１９のピストンの頂部の平面図である図２０に示される。例示的な実装形態では、１６個の重いブレースが採用される。他の実施形態では、１６個より多く又は少なく存在し得る。

【0041】

上記の実装形態で開示されたシールアセンブリ２０６は、シールマウント４０４の垂直フランジ４１２に取り付けられる。図２１は、通常、最初の実装形態に対して記載されたホイスト及びキャリッジ（図示せず）又は１つ若しくは複数のクレーン（図示せず）によってシールマウント４０４の方に下げられているシールアセンブリを示す。シールアセンブリロッキングクランプ２２８は、開位置で示されている。

【0042】

シールマウント上に取り付けられたシールアセンブリが図２２に示され、ロッキングクランプのロッキングボルトは、所定の位置にシールアセンブリをロックするために締め付けられる。ロッキングボルトの締め付けは、通常、深い水中で使用するために設計された遠隔作業機（ＲＯＶ）によって実現される。この種類のＲＯＶは、商業的に利用可能であり、洋上石油施設で頻繁に使用されている。

【0043】

シールマウント４０４の半径方向フランジ４１０は、上部軸受と下部軸受との間に保持される。地震が発生した場合、シールアセンブリ支持ベース、重いブレース及びシャフト壁のすべては、地震の大きさに応じて変化する量だけ周囲の地盤とともに横方向に移動する。ピストンは、シャフト１０４内の慣性力及び浮力のために静止したままである傾向がある。シールマウントは、上部軸受と下部軸受との間で摺動し、シールマウント４０４の増加した半径方向逃げ４２８は、まさに最大規模の地震以外においてシールアセンブリ支持ベースがシールアセンブリ又はピストンに衝突することを防止し、それによりシステムの損傷を防止する。

【0044】

ここまで本開示の様々な実装形態を特許法で要求されるように詳細に説明してきたが、当業者は、本明細書の特定の開示に対する修正形態及び代替形態を認識するであろう。このような修正形態も、以下の特許請求の範囲で定義される本開示の範囲及び意図の範囲に含まれる。本明細書及び特許請求の範囲において、用語「含む」、「組み込む（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅ）」、「組み込む（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｓ）」又は「組み込んでいる」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「包含している」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｅ）」又は「有している」及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」又は「含有している」は、オープンな記載であると意図され、追加の又は均等な要素が存在し得る。本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語「実質的に」は、言及された特性、パラメータ又は値が正確に実現される必要はないが、例えば、許容誤差、測定誤差、測定精度限界及び当業者に知られている他の要因を含む偏差又は変化が、特性がもたらされることを目的とした影響を除外しない程度に発生し得ることを意味する。本明細書で使用される場合、用語「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「内側」、「外側」は、相対的な位置を記載するために採用され、開示された特定の実装形態以外の場合、実際の実装形態の向きに応じて、「第１」及び「第２」、「頂部」及び「底部」又は「右」及び「左」などの適切な記述で代用され得る。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【国際調査報告】