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公開番号2025119611
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2025015219
出願日2025-01-31
発明の名称潮汐、波、及び/又は風を使用する動力増幅、貯蔵及び回生のシステム及び方法
出願人マザーズハイドロリクステクノロジーズプロプライエタリーリミテッド,MATHERS HYDRAULICS TECHNOLOGIES PTY LTD
代理人個人,個人,個人
主分類F03B 13/26 20060101AFI20250806BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】潮汐を使用した動力生成のために使用するシステムを提供する。
【解決手段】方法、システム及び装置は、システムと組み合わせ水力タービンを動作させるために使用可能なシステム及び方法を含む。システムは、動力生成のために人為的に作り出された複数の潮汐河口10及び水路13を含み、かつ潮汐河口10及び水路13の少なくとも一部に連通する複数の人工堰を更に含む。人工堰への入口及び出口は、タービンロータを有する水力タービンを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
河口への潮汐の結果としての水を使用する動力生成に使用するためのシステムであって、
複数の河口と、
複数の河口の各々と連通する少なくとも１つの水路を含む複数の水路と、
複数の水路のうち少なくとも１つと選択的に連通する複数の堰であって、該複数の堰のうち少なくとも２つが、潮汐の結果としての水の一部を選択的に受け入れ、前記水の少なくとも一部を選択的に流出させるように構成されている、複数の堰と、
前記複数の堰のうちの前記少なくとも２つへの入口及び前記少なくとも２つからの出口の一方若しくは両方の中に、又は隣接して配置された１つ以上の水力タービンであって、各水力タービンが、前記水の少なくとも一部の流入又は流出によって加えられた負荷に応答してロータトルクを生成するように構成されたタービンロータを有する、１つ以上の水力タービンと
を含むシステム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記１つ以上の水力タービンが少なくとも２つの水力タービンを含み、前記少なくとも２つの水力タービンのうち一方の水力タービンが前記複数の河口のうち１つの河口の中に位置し、前記少なくとも２つの水力タービンのうち他方の水力タービンが複数の水路のうち１つの水路の中に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の河口が、前記複数の水路のうち第１の水路と連通する第１の河口と、前記複数の水路のうち第２の水路と連通する第２の河口とを含み、前記第１の水路及び前記第１の河口の前記水の大部分が前記複数の堰を迂回し、前記第２の水路及び前記第２の河口の前記水の大部分が前記複数の堰を迂回する、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の堰のうち前記少なくとも２つからの前記出口が少なくとも２つの出口を含み、前記少なくとも２つの出口のうち一方が前記第１の河口への出口であり、前記少なくとも２つの出口のうち他方が前記第１の水路への出口である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の堰のうち前記少なくとも２つが前記少なくとも２つの出口を含む第１の堰を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の堰のうち前記少なくとも２つが第２の少なくとも２つの出口を含む第２の堰を含み、前記第２の少なくとも２つの出口のうち一方が前記第２の河口への出口であり、前記第２の少なくとも２つの出口のうちの他方が前記第２の水路への出口である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の堰が、前記第１の堰及び前記第２の堰と選択的に連通する少なくとも１つの第３の堰を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記１つ以上の水力タービンが、前記第１の河口、前記第１の水路、前記第２の河口、及び前記第２の水路のうちいずれか２つ以上の中に位置する水力タービンを含む、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステムは、前記複数の堰を互いに選択的に分離する複数の水門を更に含む、システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステムは、
調整可能なトルク比でロータトルクを出力シャフトに伝達し、出力シャフトが閾値動力を超えたことに応答して液圧流体を分流させるように構成された動力分割トランスミッションカップリングと、
分流された前記液圧流体を圧力下で貯蔵するように構成された液圧流体貯蔵容器と、
モータ出力部を含む液圧モータであって、圧力下で貯蔵された前記液圧流体を受け入れ、それに応答して前記モータ出力部にトルクを生成するように構成された液圧モータと、
前記出力シャフト及び前記モータ出力部に動作可能に結合された発電機であって、前記出力シャフトの回転、前記モータ出力部のトルク、のうち少なくとも１つ、又はその両方に応答して電力を生成する、発電機と
を更に含むシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本文書は一般に、潮汐、波、及び／又は風のエネルギーを様々な組み合わせで利用することによる動力生成及び動力回生のためのシステム及び技法に関するが、それらに限定されない。
続きを表示（約 6,900 文字）【背景技術】
【０００２】
現在の発電用システムは、流水からのエネルギー及び／又は風力エネルギーを利用して電力に変換するタービンを含むことができる。様々な仕事を行うために、何世紀にもわたって河川流が使用されてきた。堰と共に使用されるものなどのタービンが知られている。ところが、堰からの流出は堰の背後の水の高さに基づいて変化する。堰の背後の水の高さが低い場合、堰からの流出は、かなりの期間にわたって遮断され得る。既存の風力タービンには、風条件によって停止が必要になる期間が生じる。同様に、潮力タービン及び波を利用する他のシステムが知られているが、エネルギーの抽出が低下するか不可能になる、周期的な一時休止を被る。
【０００３】
必ずしも縮尺通りには描かれていない、これらの図面において、同様の数字は、異なる図における同様の構成要素を説明し得る。異なる文字の接尾辞を有する同様の数字は、同様の構成要素の、異なる事例を表し得る。これらの図面は、限定としてではなく例として、本文書で論じられる様々な実施形態を全般的に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
河口から出る水の流れから動力を得ることのできる１つ以上の流体動力学タービンを含む動力生成システムを伴う、人為的に造成された潮汐河口の非常に概略化された図である。
互い違いにずらして配置された、いくつかの潮汐河口のシステムの非常に概略化された図である。
並列に配置された、いくつかの潮汐河口の別のシステムの非常に概略化された図である。
満潮時の河口への入口領域及び、満たされた河口の一例の断面図である。
満潮時に河口に入った水が水門又は堰又は他の水流調整物によって河口の中に保持されている、干潮時の入口領域の断面図である。
動力生成のために河口から水力タービンを通して水を空にしている間の入口領域の断面図である。
貯留槽の中の水位を変更するために選択的に上昇させたり貯留槽の中へ下降させたりすることのできるドラムを含む貯留槽のためのものなどの、システムの上位概略図である。
一実施形態による、図１のシステムの様々な構成要素を含むことのできる堰の概略図である。
本明細書で企図されるとおりの水力タービン又は波力発電機として使用することのできる装置の様々な例の概略図である。
本明細書で企図されるとおりの水力タービン又は波力発電機として使用することのできる装置の様々な例の概略図である。
本明細書で企図されるとおりの水力タービン又は波力発電機として使用することのできる装置の様々な例の概略図である。
本明細書で企図されるとおりの水力タービン又は波力発電機として使用することのできる装置の様々な例の概略図である。
本明細書で企図されるとおりの水力タービン又は波力発電機として使用することのできる装置の様々な例の概略図である。
一実施形態による、波力発電機として動作可能な装置の更なる例の斜視図である。
一実施形態による、波力発電機として働くことのできる装置の更なる例の斜視図である。
一実施形態による、障害物の壁に当たって跳ね返る波の斜視図である。
一実施形態による動力生成のために人為的に造成され得る、自然発生的な潮汐河口の斜視図である。
一実施形態による動力生成のために人為的に造成され得る、自然発生的な潮汐河口の斜視図である。
一実施形態による、タービンの斜視図である。
一実施形態による、回生のための動力分割トランスミッションカップリングを含むタービンのシステム図である。
一実施形態による、可変動力分割トランスミッションカップリングの斜視図である。
例示的な動力分割トランスミッションカップリングの断面図である。
本出願の一例による、潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムを示す。
図１５Ａのシステムを、断面図で示された水流捕捉装置と共に示す図である。
水流捕捉装置の前端部の平面図を、図１５Ａのシステムの他の構成要素と共に示す図である。
第１の位置に関節接合された分流門を有する水流捕捉装置を、図１５Ａのシステムの構成要素のいくつかと共に示す上面図である。
第２の位置に関節接合された分流門を有する水流捕捉装置を、図１５Ａのシステムの構成要素のいくつかと共に示す上面図である。
第３の位置に関節接合された分流門を有する水流捕捉装置を、図１５Ａのシステムの構成要素のいくつかと共に示す上面図である。
動力貯蔵（充填）動作モード中の、図１５Ａと類似した潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの概略図である。
動力貯蔵（充填）動作モード中の、図１６Ａのシステムの非常に概略化された図である。
回生（放出）動作モード中の、図１６Ａのシステムの概略図である。
回生（放出）動作モード中の、図１６Ｃのシステムの非常に概略化された図である。
本出願の一例による潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの斜視図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの平面図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの断面図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの満潮時の動作を示す図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの、干潮時に水を捕捉する動作を示す図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの、干潮及び／又は小潮時に水を放出する動作を示す図である。
図１７Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムを有するいくつかの潮汐河口のシステムの非常に概略化された図である。
貯留槽の中の水の高さを変更するために貯留槽の中で選択的に上昇及び下降させることのできるドラムを用いて貯留槽を満たし、空にする工程の概略図である。
貯留槽の中の水の高さを変更するために貯留槽の中で選択的に上昇及び下降させることのできるドラムを用いて貯留槽を満たし、空にする別の工程の概略図である。
本出願の一例による潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの斜視図である。
図２４Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの平面図である。
図２４Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムの断面図である。
本出願の一例による、水車と他の構成要素及び特徴とを含む波力発電システムの斜視図である。
本出願の一例による、図２４Ａの潮汐河口動力生成、貯蔵及び回生のシステムと図２５の波力発電システムとを有する、いくつかの潮汐河口のシステムの平面図である。
図２６Ａのシステムの斜視図である。
本明細書で論じるとおりの動力生成、貯蔵、及び回生のシステムのための河口を作出するために、複数の人工堰及び、自然発生的な、又は部分的に人工の島を使用する潮汐動力生成システムの斜視図である。
図２７の原理に従って複数の人工堰を使用して動力生成するために人為的に造成された、図９の自然発生的な潮汐河口を示す図である。
動力生成のために人為的に作り出された複数の潮汐河口及び水路を含み、それらの潮汐河口及び水路の少なくともいくつかと連通する複数の人工堰を更に含むシステムを示す図である。
動力生成のために人為的に作り出された複数の潮汐河口及び水路を含み、それらの潮汐河口及び水路の少なくともいくつかと連通する複数の人工堰を更に含むシステムの平面図である。
図３０のシステムの斜視図である。
前述のシステムのいずれかと共に使用できる複数の扉／水門を含み、複数の扉のうち１つ以上が、水流を制御するために所望に応じて上昇及び下降させることのできる可変高さを有することのできる、システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本出願は、潮力、波力及び／又は風力エネルギーを様々な組み合わせで使用するタービン式の動力貯蔵及び動力回生のためのシステム及び技法に関する。本明細書で使用される場合、用語「タービン」は、別段の記載がない限り、風力タービン又は流体力学タービンのいずれかを意味することができる。「河口」という用語は、河川の口又は他の自然発生的な潮汐場所に限定されるべきではない。用語「河口」は、潮力エネルギーを受け入れる、潮汐棚上の完全に又は部分的に人工的な場所であることができる。以下の詳細な説明は、本明細書に開示される主題の例示が意図されるが、限定的であることは決して意図されない例を含む。１つ以上の例に関して記載される特徴及びステップは、本開示に提供される他の例及び方法の主題と組み合わされてもよい。以下の例は、当業者が以下の詳細な説明に記載されるシステム及び技法を実施できるようにするために十分である。
【０００６】
本発明者は、とりわけ、解決すべき問題として、水力学電力、風力又は他の再生可能エネルギー源などのグリーンエネルギー電力のみに依存することに一貫性が欠如することが挙げられることを認知した（風力の場合、そうした風又は強い突風がないと発電機会が制限される可能性がある）。本発明者は、とりわけ、特に河口における潮汐エネルギーを、予測可能であるような様々な方法で利用できることを更に認知した。本発明者は、潮汐、風及び／又は波のエネルギーの組み合わせが、様々な方法論で収穫、貯蔵、再利用されることを可能にする様々な様式を提案する。これにより、信頼性が高く、ほとんど利用されていない、互いを補うために使用できるエネルギー源（風、波、太陽など）を可能にする。
【０００７】
本発明者はまた、潮汐河口及び潮汐棚が潜在的な未利用の用地を提供することを認知している。これらの領域で、大規模な潮汐が、ほとんど利用されていない運動エネルギーと共に発生する。本発明者は更に、動力生成のためのタービンエネルギー捕捉を促進するために、河口、並びに、特にそこにある島、流路、及び他の特徴を造成することもできる（かつ／又は、実際、堰を作り出すことができる）ことを認知している。例えば、人工の堰及び又は島は、河口を重機、コンクリートなどを用いて造成することによって製造可能な水路を作り出すことができる。様々な他の構想として、河口につながる棚を造成すること、島、水門、堰などの障害物を作り出すこと、トンネルを形成することなどが挙げられる。これらのトンネルは、河岸に沿って様々な場所にあることができ、かつ必要に応じて島などの障害物を通って延びていることもできる。タービン（流体力学タービン及び風力タービンの両方）を、トンネル、河岸、水路に沿った（及びその中の）様々な場所に設置することもできる。有利なことに、トンネル又は水路は、必要に応じて潮汐流（特に流出流）を高効率で集中させて高速化するために、ベンチュリの形状で構築することができる。本出願の残りの部分において後で更に詳細に論じるように、本明細書に開示されるタービン、実際には流体動力学タービン及び他の装置は、１つ以上の動力生成システムと組み合わせることができる。動力生成及び／又は回生のシステムは、潮力、波力及び／又は風力タービンと組み合わせて利用するものとして論じられているが、例では、このエネルギーの１つ又は２つの形態のみの使用が企図されることに留意されたい。したがって、いくつかの事例では、潮力発電を風力発電（及び／又は波力発電）で補う必要はない。同様に、風条件が最適であれば、風力発電を潮力発電（及び／又は波力発電）で補う必要はない。本明細書で論じられる流体動力学的な動力生成その他の回生システムは、例えば河川動力生成などの、潮力生成及び／又は回生のシステムと共に使用され得るシステム、装置、及び原理を例示する。したがって、潮汐流が１つ以上のタービンのブレードを回転させるのではなく、河川流などの水が１つ以上のタービンのブレードを回転させることになる。本明細書で論じられる動力その他の回生システムの他の態様及び構成要素を、本明細書で論じられる動力生成及び／又は回生システムを用いて維持及び利用することもできる。
【０００８】
いくつかの事例では、タービン（水力、風力、波力、又は両方の組み合わせのいずれにかかわらず）によって生成された動力を、蓄電池及び／又は電池にエネルギーとして貯蔵することができる。更なる実施形態では、エネルギーは、水素生産、電力グリッドへの供給、及び他の目的のために使用することができる。水路を作り出すために河口及び／又は海底（棚）に加えられる造成（本明細書で論じられるテラフォーミング技法によって、堰、貯留槽、水門などを任意選択で含めて、様々に）は、本明細書で論じるとおり、水流を集中させることができる。水路を作り出すためのそのような造成は、河岸、島、堰などの作成を含むことができ、それによって、複雑な水路形状（例えば、制限区間、より開けた区間とそれに続く第２の制限区間）を作り出す。更なる構想として、タービンを通過する水の流れが所望の速度になるようにタービンを迂回するために水の流れが正確に制御されることを可能にする、位置調整可能な流量制御弁、又は水門、貯留槽などの他の特徴の使用が挙げられる。潮汐量が大きい場合、流量制御弁、水門、オフフロー、オーバーフローを開いて流量を低減させ、タービンに到達したときの水路の中の流速を遅くすることができる。
【０００９】
本発明者はまた、人工ベンチュリ装置を利用するか、人工ベンチュリ装置中に設置することのできる、流体力学タービンを認知している。そのようなベンチュリ装置は、金属、プラスチック、コンクリート、又は、管などの他の好適な材料から構築することができる。このベンチュリ装置は、潮汐流（特に流出流）が装置に入り、そこを通過してベンチュリ区間に入り、装置から出ることを可能にする。流れは、ベンチュリ区間の中の１つ以上のタービンを回転させることができる。
【００１０】
速度超過状態を引き起こす、突風又は速い水の流速については、それらの速度及び量が変動し得ることが理解される。同様に、潮汐流（本明細書では流れと呼ばれる）は、速度及び量が変動し得る。本発明者は、このエネルギーを制限／計量することを認知している。更に、様々な貯蔵方法及び回生用途が企図される。一般に、本明細書で論じる技法は、動力を発生させるなどのためにタービンロータによって動力を捕捉する場合にロータ速度がタービンの中の発電機の定格速度（最大電力定格）を超える事例を、最小限に抑えることを試みる。本主題は、例えばタービンシステムの中に動力分割トランスミッションカップリング、フライホイール（単数又は複数）、及び他の装置を含ませることによって、この問題に対する解決策を提供するのに役立ち得る。本明細書に開示されるシステム及び方法は、タービンロータ速度が低い期間中に使用するために、又はエネルギーの発生が速すぎる（発電機の定格速度を超える）ときに捕捉して貯蔵するためにエネルギーを貯蔵することができる。ロータ速度が定格速度を下回る期間中、システムは回生モードで動作することができる。例えば、タービンは、発電機に動作可能に結合された１つ以上のモータ又はフライホイールを含むことができる。定格速度を下回る動作期間中に発電を増加させるために、予め貯蔵されたエネルギーをモータ又は１つ以上のフライホイールに印加することができる。動力分割トランスミッションカップリングを、入力シャフトによってタービンロータに動作可能に結合し、出力シャフトによって発電機に動作可能に結合することができる。動力分割トランスミッションカップリングは、入力シャフトの調整可能なトルク比で、ロータトルクを出力シャフトに伝達するように構成することができる。動力分割トランスミッションカップリングは、出力シャフトが閾値動力、閾値トルク、又は閾値角速度を超えたことに応答して、液圧流体を分流させることができる。液圧流体を分流させることによって、発電機に伝達される動力、したがって発電機によって生成される電力を調整することができる。非ピーク時又は他の状況で発電機によって生成された電力は、後で使用するために電池に貯蔵することもできる。
（【００１１】以降は省略されています）

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