繋留型水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグ安定化技術
水流から電力を取出す水力発電装置が提供される。水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されかつ発電機を駆動すべく構成されたロータとを有している。浮体およびロータは協働して浮心および重心を形成し、浮心は重心の上方かつ上流側に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れの運動エネルギから発電する方法、システムおよび装置に関し、該装置のピッチ、ロールおよびドラグ（牽引）安定化を含む技術に関する。より詳しくは、本発明は、海流または川の流れの運動エネルギから発電する方法、システムおよび装置に関し、該装置のピッチ、ロールおよびドラグの安定化を含む技術に関する。
【０００２】
先行出願の相互参照
本願は、２００９年６月３０日付米国仮特許出願第６１／２２１，６７６号（発明の名称「海流タービン、水力発電装置およびこれらの関連方法、および繋留およびヨー装置、畳み上げロータ深さ制御、およびこれらに使用する畳み上げハーネス(OCEAN CURRENT TURBINE AND HYDROKINETIC POWER GENERATION APPARATUS AND RELATED METHODS, ALONG WITH MOORING & YAW ARRANGEMENTS, FURLING ROTOR DEPTH CONTROL, AND MOORING HARNESSES FOR USE THEREWITH)」）からの優先権および利益を主張する。尚、該米国仮特許出願の全体を本願に援用する。また、本願は、２００９年８月２４日付米国仮特許出願第６１／２３６，２２２号（発明の名称「内蔵型可変ピッチ制御ロータハブ、エネルギ出力を最大化しかつ海流タービンの作動深さを制御する方法、および可変深さ水上飛行そり（SELF-CONTAINED VARIABLE PITCH CONTROL ROTOR HUB: METHOD OF MAXIMIZING ENERGY OUTPUT AND CONTROLLING OPERATING DEPTH OF AN OCEAN CURRENT TURBINE; AND VARIABLE DEPTH HYDROPLANE SLED）」）からの優先権および利益を主張する。該米国仮特許出願もその全体を本願に援用する。更に本願は、２０１０年４月２８日付米国仮特許出願第６１／３２８，８８４号（発明の名称「水流浸漬型繋留システムおよび配備、位置決めおよび回収方法（FLOODED ANCHORING SYSTEM AND METHOD OF DEPLOYMENT, POSITIONING AND RECOVERY）」）からの優先権および利益を主張する。該米国仮特許出願もその全体を本願に援用する。
【背景技術】
【０００３】
海流の運動エネルギは、クリーンで持続的な大きいエネルギ源を意味する。世界中の海水は常時運動しており、多くの場所には、１．５ｍ／ｓを超える速度を有する定常的に反復し急速に流れる海流が存在する。このような海流の例として、メキシコ湾流、フンボルト海流、黒潮、アグラス海流等がある。これらの海流は、海洋の温度勾配および塩分濃度勾配、コリオリの力および他の海洋熱伝達機構に源を有している。
【０００４】
これらの海流は、主として３００ｍを超える底深さを有する大陸棚領域に存在する。このような深さは、水力発電装置を、ケーブルまたは引っぱり綱（tether）を用いて、海底に固定された上流側アンカーに繋留することを必要とする。上流側の繋留ケーブルは、水力発電装置に動揺ピッチングモーメントを付与し、このため、ロータの回転軸線と自由流れ方向とを整合させる水平釣合い（level trim）定常状態姿勢を維持すべく、対抗モーメントを加える必要がある。回転軸線と自由流れ方向（「畳み上げ角（furl angle）」）とが整合しなくなると、水平軸線ロータのエネルギ変換性能が急速に低下する。水平軸線ロータの回転により、他の動揺ローリングモーメントすなわち不利なトルクが加えられる。また、ロータが作動を停止したときに消失するロータドラグ力に擬似または代用させる手段を設けて、水力発電装置の深さ制御を維持しかつ水力発電装置の位置が前方にサージすることを防止することは有利である。
【０００５】
「沈水力（drowning force）」とも呼ばれる垂直力成分を有する上流側繋留ケーブルの張力は、明らかな重量として作用し、水力発電装置をより深く引っ張ろうとする。一般に、繋留ケーブル(単一または複数)を水力発電装置のノーズの近くに取付けて、自由流れ方向の変化との方向整合性を促進させることは有利であるので、沈水力はまた、「沈水モーメント（drowning moment）」と呼ばれるノーズダウンピッチングモーメントを発生する。このモーメントは、水力発電装置により発生される復元モーメントにより対抗されなくてはならない。水平に対する繋留ケーブルの角度（繋留ケーブルの「インターセプト角」）が急になるほど沈水力が増大し、したがって沈水モーメントが増大するので、最大エネルギ変換性能を得るための水平釣合い定常状態姿勢を維持するには、かなり大きい復元ノーズアップモーメントを必要とする。
【０００６】
動揺ピッチングモーメントに対抗する種々の方法が知られており、例えば、繋留ケーブル取付け位置を変えるか、水力発電装置を半分浸漬して、沈水モーメントに対して反作用させるべく水線上の浮力を反転できるようにするレバーシステムを用いた前後のハイドロプレーン揚力面がある。これらの既知の解決法は、装置安定性を損ない、畳み上げ角を増大させるか、ロータの上流側に明らかな畳み上げ角すなわち後流を生じさせるため、エネルギ変換性能に損失を生じさせ、したがって、ロータ後退領域に流れ傾斜角を生じさせる。
【０００７】
例えば下記特許文献１には、上流側繋留ケーブルの取付け位置を変えるてこ比システムと、重心の位置を前後方向に変えて装置全体のピッチ角を変化させ、これにより、取付けられたハイドロプレーンウイングの迎え角を変化させてより大きい（または小さい）揚力を発生させ、水力発電装置が一定作動深さまたはこの近くに留まるように沈水力の変化をオフセットさせる補完システムとを使用した水力発電装置が開示されている。特許文献１の水力発電装置のロータの主回転軸線は、装置全体をピッチングさせてノーズアップまたはノーズダウンさせることにより接近流れ方向に畳み上げられ、一定深さ作動を達成する。特許文献１はまた、繋留ケーブルのインターセプト角は、「リーズナブルに小さく維持すべき」ことを示唆している。繋留ケーブルの緩いインターセプト角は、長くて、コストが嵩みかつ重い繋留ケーブルになること、および、同数の装置を規則的パターン配列で配備することにより大きい投影地形面積（projected geographic area）を要する点で、天然資源の低効率使用であることを意味する。
【０００８】
下記特許文献２には、前後方向の釣合い（trimming）を行う水力学的表面と、好ましくないピッチングモーメントに反作用して「水平軸線マリンタービンから最適性能を確保する略水平釣合い」を行う上面浮揚性要素とが提案されている。これらの両解決法は、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を損なうものである。前後方向釣合い表面は、水平釣合いを維持するモーメントを生じさせる揚力を付与すると同時に、下流側にドリフト（漂流）してロータ後退領域に衝突する流れ吹き下ろし（flow downwash）傾斜角をも発生させ、明らかな畳み上げ角をロータに付与し、これによりエネルギ変換性能を低下させる。また、上面の浮揚性要素は、水力発電装置の表面に風／波作用の乱れを与え、この乱れは、装置全体およびロータの周期的すなわち正弦波ボビン作用に変換され、エネルギ変換性能は更に損なわれる。特許文献１および２は、浮心は重心の直ぐ上に位置して「水力発電装置の安定性を確保」することを開示しているが、重心の位置と浮心の位置との相対位置に関しては更なる情報または教示はなされていない。
【０００９】
ロータの回転により非常に不利なローリングモーメントが導入される。なぜならば、ロータの直径およびトルクは、水力発電装置の残部に比べて大型の手段となる傾向を有するからである。不利なトルクは、水力発電装置自体の全体をロータの回転方向と同じ方向に回転させる傾向を有し、これはロータにより吸収されるトルクの大きさに比例するローリングモーメントの存在によるものと解される。したがって、水力発電装置は、ロータにより発生される不利なトルクに反作用する復元トルクを発生する。
【００１０】
特許文献１、３および４に開示されているものを含む既知の水力発電装置は、一般に同サイズの第２ロータを使用しており、該第２ロータはキャンセリングトルクを発生すべく逆方向に回転する。逆回転する２つのロータは作動上の問題を有し、ロータトルクを同期させる必要がある。このため、一方のロータが不意に停止した場合には第２機能ロータを意図的に停止させて水力発電装置の反転を防止する必要があるため、水力発電装置の有用性が低下する。
【００１１】
特許文献５、６および７には、ケーブルの張力を介して拘束力および拘束モーメントを付与して水力発電装置の適正姿勢を維持すべく、装置の或る位置に取付けられた付加繋留ケーブルによる多点繋留スキームを使用する技術が提案されている。数百メートルの深さを考慮すると、付加繋留ケーブルは長くてコストが嵩み、システムの重量を増大させ、かつケーブルがもつれる危険性が大きくメインテナンス上の他の問題も生じる。
【００１２】
作動するロータにより発生されるドラグ力は同じ後退領域を有する平板にほぼ等しいことを考慮すると、水力発電装置に作用する総ドラグ力は、ロータの作動状態と非作動状態との間で、例えば数百％だけ変化するであろう。この結果、上流側の繋留ケーブルは垂れ曲り状態に弛緩して、水力発電装置を前方の所定位置にサージさせ、このため、海流ファーム配列をなして繋留された他の隣接水力発電装置に衝突する危険が生じる。また、ロータドラグ力の消失によっても沈水力の大きな減少を引き起こし、したがって、水力発電装置の深さ制御には問題が生じ、潜在的に制御不能に急激上昇するか、少なくとも特定深さから偏寄する。一般に、既知の繋留型水力発電装置は、ロータが作動しない場合にはドラグ安定化装置には連結されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】Robsonの米国特許第７，２９１，９３６号明細書
【特許文献２】Mackieの米国特許出願第２００８／００５０９９３号公報
【特許文献３】米国特許第７，０９１，１６１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００８／００１８１１５号公報
【特許文献５】米国特許第４，０２５，２２０号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２００７／０２３１０７号公報
【特許文献７】国際特許公開ＷＯ ２００９／００４４２０ Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、既知の水力発電装置のエネルギ変換性能を損なうことなく繋留型水力発電装置のピッチおよびロール安定化を解決する必要がある。また、ロータが作動しない場合に、ロータに擬似または代用させて、深さ制御を補助しかつ水力発電装置の前方所定位置への急激サージを回避する必要がある。
【００１５】
本発明は、水流の運動エネルギに繋いで、クリーンで再生可能なエネルギを供給する水力発電装置、並びに該水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを安定化するシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
水流の運動エネルギに繋ぎ、クリーンで持続的なエネルギを供給する方法、システムおよび水力発電装置、並びに該水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを安定化するシステムおよび方法が提供される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示される。この水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されかつ発電機を駆動すべく構成されたロータとを有し、浮体およびロータが協働して浮心および重心を形成し、浮心が重心の上方かつ上流側に配置されている。水力発電装置は、重心を調節するように構成された可動カウンタウェイト、重心を調節するように構成された可変バラスト、エレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイング、または浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有している。ロータは、水流と選択的に係合しまたは係合離脱する。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示され、該水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、浮体に連結されたキールと、該キールの遠位端に連結されたデッドウェイトとを更に有している。この水力発電装置は更に、水を交互に排出しまたは充満するように構成された複数の横方向に分離されたバラストタンク、ローリングモーメントを付与するように構成された流体力学的揚力面、可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有し、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を配備するように構成されたドラグインデューサを更に有している。デッドウェイトは、浮体の垂直対称平面からオフセットされている。デッドウェイトは、浮体前方位置と浮体後方位置との間または左舷側位置と右舷側位置との間で移動できる。
【００１９】
本発明の更に別の態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示されている。該水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有している。水力発電装置は更に、浮体に取付けられたキールを有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有し、重心を調節するように構成された可変バラストまたは可変入射機構またはエレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有している。ロータは、水流と係合しまたは係合離脱する。ドラグインデューサは、ロータが係合されると係合離脱する。ドラグインデューサは更に、ロータが係合離脱されると係合するように構成されている。
【００２０】
本発明の他の特徴、長所および実施形態は、以下の詳細な説明および図面を考察することにより明らかになるであろう。また、本発明の上記要約、以下の詳細な説明および図面は例示であり、本発明の範囲を制限することなく他の例を示すことを意図したものであると理解すべきである。
【００２１】
本発明を更に理解すべく包含される図面を含む添付書類は、本願明細書の一部に組み入れられかつその一部を構成しかつ本発明の実施形態を示し、また詳細な説明は本発明の原理を説明するものである。本発明および本発明を実施する種々の方法を基本的に理解する上で必要とされる以上に本発明の構造的細部を示すことはしない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の原理による水力発電装置の一例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の原理による水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ａ】ほぼ同じ長手方向ステーションにある浮心（center of buoyancy：ＣＢ）および重心（center of gravity：ＣＧ）を有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ｂ】ほぼ同じ長手方向ステーションでかつＣＧの上方にあるＣＢを有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ｃ】ＣＧより上方かつ上流側にあるＣＢを有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図３Ａ】緩い繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図３Ｂ】中間の繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図３Ｃ】急な繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図４Ａ】バラストおよびカウンタウェイトを備えた図１Ａの水力発電装置の側面図であり、水力発電装置のＣＧが艇体後方位置にあるところを示すものである。
【図４Ｂ】バラストおよびカウンタウェイトを備えた図１Ａの水力発電装置の側面図であり、水力発電装置のＣＧが艇体前方位置にあるところを示すものである。
【図５Ａ】ロータが作動状態にありかつ水力発電装置が右舷側にロールしている状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図５Ｂ】ロータが非作動状態にありかつ水力発電装置が左舷側にロールしていて、キールのウェイトが装置の対称平面に対して横方向位置にある状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図５Ｃ】ロータが作動状態にありかつ水力発電装置が垂直方向にあって、キールのウェイトが装置の対称平面に対して横方向位置にある状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図６Ａ】ドラグインデューサが高ドラグ状態に配備された状態にある図１Ａの水力発電装置を示す斜視図である。
【図６Ｂ】ドラグインデューサが高ドラグ状態に配備された状態にある図１Ａの水力発電装置を示す斜視図である。
【図７】図１Ａの複数の水力発電装置が種々の作動状態にある海流ファーム配列を示す側面図である。
【図８】本発明の原理にしたがって水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを検出しかつ制御する方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に述べる詳細な説明により本発明を更に説明する。
本発明の実施形態およびその種々の特徴および長所の詳細を、添付図面において説明されおよび／または示されかつ以下の詳細な説明において説明された非制限的な実施形態を参照してより完全に説明する。図面に示した特徴は、必ずしも正確な縮尺で示されておらず、１つの実施形態の特徴は、本明細書で明白に説明されていなくても、当業者が考えることができるように他の実施形態に使用できる。本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないようにするため、よく知られたコンポーネンツおよび加工技術の説明は省略する。本明細書で使用される例は、単に、本発明を実施する方法の理解を容易にしかつ当業者が本発明の実施形態の実施を更に可能にするものである。したがって、本願に開示する例および実施形態は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載および適用可能な法律によってのみ定められるものである。また、参照番号は、幾つかの図面を通して同じ部品を表わすものである。
【００２４】
本明細書で使用される用語「コンピュータ」は、１つ以上の命令にしたがってデータを操作できる任意の機械、デバイス、回路、コンポーネンツまたはモジュールまたは機械、デバイス、回路、コンポーネンツ、モジュール等を意味し、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、手のひらコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバー等、またはプロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、手のひらコンピュータ、ノートブックコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバー等（但しこれらに限定されない）のアレーを意味する。電子デバイスとして、例えば移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯コンピュータ、固定コンピュータ、スマートホン、モバイルステーション、ユーザ端末等があるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本明細書で使用される「ネットワーク」は、２つ以上の通信リンクの構成を意味する。ネットワークとして、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、キャンパスエリアネットワーク、コーポレートエリアネットワーク、グローバルエリアネットワーク（ＧＡＮ）、ブロードバンドエリアネットワーク（ＢＡＮ）、およびこれらの任意の組合せがある。ネットワークは、無線および有線媒体を介してデータを通信するように構成される。ネットワークには、例えばポイントツーポイントトポロジー、バストポロジー、リニアバストポロジー、分散バストポロジー、スタートポロジー、拡張スタートポロジー、分散スタートポロジー、リングトポロジー、メッシュトポロジー、ツリートポロジー等を含むトポロジーがある。
【００２６】
本明細書で使用される「通信リンク」は、少なくとも２つの位置間でデータまたは情報を伝送する有線、無線および／または音響媒体を意味する。有線、無線および／または音響媒体として、例えば、金属導体リンク、無線周波数（ＲＦ）通信リンク、赤外（ＩＲ）通信リンク、光学通信リンク等があるが、これらに限定されるものではない。ＲＦ通信リンクとして、例えば、ＷｉＦi、ＷｉＭＡＸ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、０Ｇ、１Ｇ、２Ｇ、３Ｇまたは４Ｇセルラー規格、ブルートゥース等がある。
【００２７】
本明細書で使用される用語「有している」「からなる」およびこれらの変形は、特に断らない限り、「有しているが、限定されない」ことを意味する。
【００２８】
本明細書で使用される用語「不定冠詞「ａ」、「ａｎ」」および「定冠詞「ｔｈｅ」」は、特に断らない限り、「１つ以上」であることを意味する。
【００２９】
互いに連通している装置とは、特に断らない限り、互いに連続的に連通している必要はない。また、互いに連通している装置とは、１つ以上の中間体を介して直接的または間接的に連通していることを意味する。
【００３０】
プロセス段階、方法段階、アルゴリズム等は、連続的順序で説明されるが、このようなプロセス、方法およびアルゴリズムは、交互の順序で作動するように構成することもできる。換言すれば、本明細書で説明される段階のあらゆるシーケンスまたは順序は、必ずしも当該段階がその順序で遂行されることを示すものではない。本明細書で説明するプロセス、方法またはアルゴリズムの段階は、事実上任意の順序で遂行される。また、或る段階は同時に遂行される。
【００３１】
本明細書で単一の装置または物品を説明するとき、単一の装置または物品の代わりに２つ以上の装置または物品を使用できることは容易に理解されよう。同様に、本明細書で２つ以上の装置または物品を説明するとき、２つ以上の装置または物品の代わりに単一の装置または物品を使用できることは容易に理解されよう。装置の機能性または特徴が、このような機能性または特徴を有していると明白に説明されていない２つ以上の他の装置により代わりに具現できる。
【００３２】
本明細書で使用される「コンピュータ読取り可能な媒体」とは、コンピュータにより読取りできるデータ（例えば情報）を供給することに関するあらゆる媒体を意味する。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および伝送媒体を含む多くの形態をとることができる。不揮発性媒体として、例えば、光ディスク、磁気ディスクおよび他の持続性メモリがある。揮発性媒体としては、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）がある。伝送媒体として、プロセッサに接続されるシステムバスを備えたワイヤを含む同軸ケーブル、銅線および光ファイバがある。伝送媒体として、無線周波数（ＲＦ）および赤外（ＩＲ）データ通信時に発生される音波、光波、電磁波を搬送できる。コンピュータ読取り可能な媒体の一般的形態として、例えば、フロッピディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、他の任意の光媒体、パンチカード、紙テープ、孔パターンを備えた他の任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップ、後述の搬送波、またはコンピュータが読取ることができる他の任意の媒体がある。
【００３３】
コンピュータ読取り可能な媒体の種々の形態が、コンピュータへの情報のシーケンスを搬送するのに包含される。命令のシーケンスは、（ｉ）ＲＡＭからプロセッサに配給され、または（ｉｉ）無線伝送媒体を介して伝送され、および／または（ｉｉｉ）例えばＷｉＦi、ＷｉＭＡＸ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、０Ｇ、１Ｇ、２Ｇ、３Ｇまたは４Ｇセルラー規格、ブルートゥース等を含む多くのフォーマット、規格またはプロトコルにしたがってフォーマット化できる。
【００３４】
本発明の一態様によれば、水力発電装置１００の重心（「ＣＧ」）より上方かつ上流側に浮心（「ＣＢ」）が存在する水力発電装置１００が開示される。水力発電装置１００のこの形態は、ボディピッチングモーメントと呼ばれる復元ピッチングモーメントが得られる。ボディピッチングモーメントは、沈水モーメントに対抗して、水力発電装置１００を、実質的にゼロの畳み上げ角を有する、水平定常状態に釣合いが保たれた作動姿勢（level steady state trimmed operational attitude）に維持し、最大エネルギ変換性能を付与する。また、水力発電装置１００は、短くてコストが安くかつ軽量の繋留ケーブルを用いて、急な繋留ケーブルインターセプト角を維持し、これにより単位平方キロメートル当たりに多数の水力発電装置１００を配備することができ、天然資源のより効率的な使用を可能にする。更に、水力発電装置１００のピッチ姿勢は、カウンタウェイトを装置の前方および後方に移動させ、または装置前方および後方のバラストタンクを満たしまたは減量し、または装置前方および後方の垂直力学的表面を変化させることにより変えることができる。
【００３５】
本発明の他の態様によれば、水力発電装置１００は、作動するロータにより発生される不利なトルクに対抗するローリングモーメントを発生することが開示されている。この点に関し、ロール角偏寄が生じるときに、腹部キールが重み付き振り子として機能し、重み付き腹部キールは、ロータの回転方向に角度的に変位され、復元ローリングモーメントを受動的に発生して、水力発電装置１００の全体を所定の垂直方向に戻すように回転させる。
【００３６】
また、腹部キール遠位端でのデッドウェイト（載貨重量）は、水力発電装置１００の対称垂直平面からオフセットさせ、ロータが作動しておりかつ不利なトルクが生じているときには腹部キールが略垂直方向を占め、ロータが作動していないときには腹部キールが傾斜方向すなわち角度的に偏寄した方向を占めるように構成できる。腹部キールの長さおよび遠位端でのデッドウェイトは、生じる対抗ローリングモーメントが、作動するロータにより発生されるあらゆる不利なトルクを実質的にキャンセルするように構成できる。
【００３７】
本発明の他の態様によれば、ロータドラグ代用装置（ロータが作動しない場合はドラグインデューサ）を配備して、作動するロータにより発生されるドラグに擬似させる水力発電装置１００が開示されており、該水力発電装置１００では、上流側繋留ケーブルが撓んで、水力発電装置を前方の所定位置にサージさせ、パターン化された配備ファーム配列をなす隣接水力発電装置に衝突するか、繋留ケーブルのもつれを引き起こす危険のある垂れ曲り状態になることがない。また、ドラグインデューサは、水力発電装置１００に作用するドラグ力を変調して、ロータが作動しない場合に深さ制御を維持する補助をなす手段を構成する。
【００３８】
図１Ａは、本発明の原理にしたがって構成された水力発電装置１００の一例を示すものである。図１Ｂは、水力発電装置１００の側面図である。
【００３９】
水力発電装置１００は、艇体１０１と、ロータ１０９と、艇体後部に取付けられた発電機(図示せず)と、キール１０５と、キールシリンダ１１１と、流体力学的ウイング１０６と、ハーネス１０２とを有している。水力発電装置１００は、コンピュータ(図示せず)およびトランシーバ(図示せず)も有している。また、水力発電装置１００は、例えば水温、圧力、深さ、物体（例えば、他の水力発電装置、哺乳動物、魚、船等）の接近、水流の速度および／または方向等の周囲の状況を検出するための１つ以上のセンサを有している。また、ロータ１０９は、オンボードハブコントローラ(図示せず)およびトランシーバを有している。艇体１０１には、水力発電装置１００の主浮力源を形成する主圧力容器を設けることができる。また、艇体１０１には、水を交互に充満しまたは排出させて、水力発電装置１００の重量並びに重心の位置を調節する１つ以上の内部バラストタンク(図示せず)を設けることができる。
【００４０】
ロータ１０９は下流側の水平軸線ロータを有し、該ロータは複数のロータブレード１０７および可変ピッチ制御ロータハブ１０８を備えている。可変ピッチ制御ロータハブ１０８は、発電に使用される、艇体後部に取付けられた発電機(図示せず)に連結されている。
【００４１】
キール１０５には、例えば、艇体の前後方向に移動できる可動カウンタウェイト(図示せず)を備えた腹部キール構造を設けることができる。キール１０５は、水力発電装置１００の対称垂直平面から距離１１７だけオフセットしたキールシリンダ１１１に連結されている。キールシリンダ１１１は、デッドウェイトを有している。キール１０５および／またはキールシリンダ１１１は種々の目的、例えば、受動ヨーアライメントの方向舵、ロータの不利なトルクのキャンセルを補助する重み付き振り子、ボディのピッチングモーメントの発生を促進すべく、ＣＧの上方および下流側へのＣＢの移動を促進する手段、ドラグ変調を促進すべく１つ以上のドラグインデューサ１１２を取付けるための大きい表面、繋留システムの前方取付け位置を形成するリーディングエッジルート延長部（leading edge root extension：ＬＥＲＸ）１１４等を有し、本明細書で説明する他の長所は当業者に容易に理解されよう。１つ以上のドラグ代用装置（drag proxy devices）１１２は、例えばスプリットドラグフラップで形成できる。流体力学的ウイング１０６は、一般に艇体１０１の上方に取付けられる。或いは、流体力学的ウイング１０６は、艇体１０１と同位置または艇体１０１の下に取付けることができる。ＬＥＲＸ１４は、ハーネス１０２のノーズ前方取付け位置を提供する。或いは、ハーネス１０２は艇体１０１に取付けることができる。
【００４２】
流体力学的ウイング１０６は、可変角入射偏寄（variable angle incidence deflections）またはトレーリングエッジエレベータ制御表面を形成して、水力発電装置１００に揚力またはダウンフォースを発生するように構成されている。
【００４３】
ハーネス１０２には、ユニバーサルジョイント繋留装置を設けることができる。ハーネス１０２は、例えば図１Ｂに矢印１２０により示すように、水力発電装置１００がピッチおよびヨーの両方向に自由にピボットできるように構成されている。ハーネス１０２は、１つ以上の繋留ケーブル１０３に取付けられる。繋留ケーブル１０３はアンカー１０４に取付けられ、該アンカー１０４は、例えば海底、川底、水面下プラットホーム等の表面１１０に固定される。繋留ケーブル１０３は、水力発電装置１００がハーネス１０２の回りでヨー運動するときに、左舷方向または右舷方向への並進運動を禁止する。繋留ケーブル１０３は、図１Ｂに示すように、水流の流れベクトルＣの水平方向成分すなわち横方向成分に対してインターセプト角１２１を形成する。
【００４４】
水力発電装置１００は、パターン化された配備配列すなわち海流ファーム配列に配備される（例えば、図３Ａ〜図３Ｃ参照）。所与のファーム配列における隣接する水力発電装置１００は、アンカー１０４を共有できる。各搭載発電機(図示せず)により発電された電気エネルギは、例えば隣接の水力発電装置１００または水中または陸上に配置された１つ以上の電気ステーション(図示せず)に送電され、例えば水上または陸上に配置されるユーティリティグリッドに送電する前に、各水力発電装置１００から電気エネルギを収集する。電気エネルギは、例えば繋留ケーブル１０３に取付けられた電気ケーブル(図示せず)を介して送電されかつ隣接する水力発電装置１００または１つ以上のステーションに送電される。
【００４５】
水力発電装置１００は、例えば矢印Ｃで示す方向に流れる自由流れで、完全水平定常状態釣合い作動姿勢を維持するように構成されている。この点に関し、水力発電装置１００は、自由流れベクトルＣに実質的に平行なロータ１０９の回転軸線１１５を維持し、これにより、移動流体の運動エネルギの使用可能電力への変換が最大化される。
【００４６】
水平定常状態釣合い作動姿勢では、水力発電装置１００は、ＣＢの上方かつ上流側にＣＢを維持して、沈水モーメントに対抗するボディピッチングモーメントを発生する。艇体１０１の内部で艇体の前後に配置されたバラストタンク(図示せず)には水が満たされまたは排出されてＣＢの位置に対するＣＧの位置が変えられ、ボディピッチングモーメントの大きさを調節して、変化する自由流れ状態により時時刻刻と変化する沈水モーメントを正確にキャンセルする。また、キールシリンダ１１１の内部に配置された可動カウンタウェイトまたはキールウェイト(図示せず)を前後方向に変位させると、ＣＢに対するＣＧの位置が変えられ、ボディピッチングモーメントの大きさも調節される。前後の釣合い表面(図示せず)は、過大なピッチングモーメントを完全に釣合わせて、水平定常状態釣合い作動姿勢を維持するのに使用される。
【００４７】
ロータ１０９は、例えば、回転軸線１１５の回りで図１Ａの矢印１１６により示す方向（水力発電装置１００の前方から見て反時計回り方向）に回転するように構成されている。ロータ１０９の回転１１６により、ローリングモーメントすなわち不利なトルクが発生され、このトルク（このトルクも矢印１１６の方向である）は水力発電装置１００に伝達される。ロータの不利なトルクによりキール１０５が例えば左舷側に角度的に偏寄する。これにより、キールシリンダ１１１（例えば、該キールシリンダ内に収容されたデッドウェイトおよびカウンタウェイトを含む）が左舷側に移動され、ロータの不利なトルクに対抗する復元ローリングモーメントが発生する。図１Ａに示すように、キールシリンダ１１１は、水力発電装置１００の垂直対称平面から横方向距離１１７だけオフセットしている。
【００４８】
ドラグインデューサ１１２は、図１Ａに示すように、例えば、キール１０５のトレーリングエッジの近くでキール１０５に取付けられた１対のスプリットドラグフラップを有している。ドラグインデューサ１１２は、ロータ１０９が作動していないときにロータ１０９のドラグ力に擬似した力を発生しかつロータのドラグ力を代用するものである。ドラグ力を増大させるため、両ドラグインデューサ１１２は、例えば図６Ａに示すように、実質的に同時に反対方向に偏寄させることができる。ドラグインデューサ１１２は、偏寄角が増大するにつれて徐々に大きい前線面積（frontal area）が形成されるように、徐々に偏寄される。ドラグ力を減少させるには、両ドラグインデューサ１１２を実質的に同時に内方に後退させて互いに近づけ、偏寄角の減少につれて前線面積が徐々に小さくなるようにする。ドラグインデューサ１１２は、ロータ１０９が作動しないときまたは所定閾値より小さい値で作動するときは必ず配備され、水力発電装置１００が前方所定位置にサージすることを防止し、または特定深さを維持するように制御する。
【００４９】
水力発電装置１００のコンピュータ(図示せず)は、本発明の原理にしたがって水力発電装置１００の種々の機械的特性を制御するように構成されている。コンピュータは、例えば、１つ以上の内部バラストタンク(図示せず)内への水の充満または排出、ロータ１０９の作動、可変ピッチ制御ロータハブ１０８に関連するロータブレードのピッチ角、ドラグインデューサ１１２の作動、流体力学的ウイング１０６の作動、トレーリングエッジエレベータの制御面の偏寄、１つ以上のステーション(図示せず)および／またはパワーグリッド(図示せず)との連通、可動カウンタウェイトの作動、キールシリンダ１１１の内部に配置されたキールウェイト等を制御する。搭載コンピュータと例えばステーションおよび／またはグリッドとの接続は、当業者により知られているように、搭載トランシーバ(図示せず)および通信リンク(図示せず)により行われる。
【００５０】
ステーションおよび／またはグリッドの各々は、１つ以上のトランシーバ、１つ以上の通信リンク、および任意であるがネットワークを介して、複数の水力発電装置１００に通信可能に接続されたコンピュータを有している。コンピュータは、各水力発電装置１００を遠隔モニタリングおよび制御できるように構成されている。
【００５１】
図２Ａ〜図２Ｃには異なる３つの水力発電装置２００、２２０、２４０の例が示されており、各水力発電装置は他の２つとは異なる構成を有している。より詳しくは、図２Ａは、浮心（ＣＢ）および重心（ＣＧ）がほぼ同じ長手方向ステーションにある水力発電装置２００を示している。図２Ｂは、実質的に同じ長手方向ステーションにおいて、ＣＢがＣＧより上方にある水力発電装置２２０を示す側面図である。図２Ｃは、ＣＧより上方かつ上流側にＣＢがある水力発電装置を示す側面図である。図２Ａ〜図２Ｃには、例えばＣＧより上方かつ上流側にＣＢを位置決めすることにより得られる幾つかの機械的長所が示されている。
【００５２】
図２Ａは、実質的に同じ長手方向ステーションおよび水線ステーションに共配置されかつ略ゼロの長手方向分離２１５を有しているＣＢ２１９およびＣＧ２１４を備えた水力発電装置２００を示している。水力発電装置２００は、繋留ケーブル２０８により拘束されている。繋留ケーブル２０８は、例えば、水平基準平面に対して小さいインターセプト角２０７を有している。この点に関し、繋留ケーブル２０８は、沈水力２１１を含むベクトル力２０９、２１０、２１１を水力発電装置２００に伝達する。
【００５３】
ロータ２０１が作動される前は、水力発電装置２００は、水平姿勢(図示せず)を占めている。ロータ２０１が作動されると、ロータ２０１は、水力発電装置２００に加えられる大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２００を図２Ａに示すようにノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２００は、該装置２００の沈水力２１１から生じる沈水モーメントが、ウイング２０２により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＧ２１４の上方に作用するロータ２０１のドラグ力により発生されるノーズアップモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するまで、ノーズダウン方向に回転する。ウイング２０２により発生されるノーズアップモーメントは、エレベータ制御面２０３によるトレーリングエッジアップ角偏寄２１２により増大される。水力発電装置２００のこのノーズダウン回転の結果として、ロータ２０１の回転軸線２０４に関して畳み上げ角２０６が導入され、これにより、エネルギ変換性能が、畳み上げ角２０６のコサイン（余弦）の３乗にほぼ等しいファクタだけ低下する。
【００５４】
水力発電装置２００を水平釣合い姿勢に戻すため、エレベータ制御面デフレクタ２０３は、トレーリングエッジアップを更に角度２１２まで偏寄させ、これによりウイング２０２に作用するダウンフォースを増大させかつ水力発電装置２００のノーズアップモーメントを発生させるように構成されている。この結果生じる、ウイング２０２に作用する増大したダウンフォースは、トレーリングエッジの吹き下ろし流れ（すなわち後流）を下流側にドリフトさせかつロータ２０１に衝突させる。これにより、ロータ２０１には見かけの畳み上げ角２１２が発生される。この畳み上げ角は既存の幾何学的畳み上げ角２０６に付加され、両畳み上げ角は、ロータ２０１のエネルギ変換性能を低下させるべく作用する。インターセプト角２０７が緩いと、繋留ケーブル２０８を長くしなければならず、重量が増大しかつコストが嵩む。
【００５５】
インターセプト角が急であると、沈水力２１１の大きさが増大し、したがって水力発電装置２００に作用する沈水モーメントも増大する。急なインターセプト角２０７では、ロータ２０１が大きく畳み上げられかつ効率が低下し、水力発電装置２００を水平にするのに必要な復元ノーズアップモーメントを発生するには、より大型でコストが嵩むウイング２０２を必要とする。沈水力２１１に関連するレバーアームを短くすることにより沈水モーメントを低減させることを試みて、繋留ケーブル取付け位置をＣＧ２１４の位置に向かって後方に移動させるならば、水力発電装置２００は、方向安定性および流入する流れ方向に対するヨーに装置自体を整合させる能力が犠牲になってしまう。
【００５６】
図２Ｂは、ＣＢ２３９およびＣＧ２３４が実質的に同じ長手方向ステーションにある水力発電装置２２０を示すものである。しかしながら、ＣＢ２３９は、水力発電装置２２０が実質的に水平釣合い姿勢(図示せず)にある場合にはＣＧ２３４の直ぐ上に位置する。水力発電装置２２０は、図２Ａの水力発電装置２００におけるよりも水平基準平面に対して急なインターセプト角２２７を有する繋留ケーブル２２８により拘束されている。図２Ｂに示すように、繋留ケーブル２２８は、沈水力２３１を含むベクトル力２２９、２３０、２３１を水力発電装置２２０に伝達する。
【００５７】
ロータ２２１が作動される前は、水力発電装置２２０は、水平姿勢(図示せず)を占めている。ロータ２２１が作動されると、ロータ２０１は、水力発電装置２２０に加えられる大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２２０を図２Ｂに示すようにノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２２０がノーズダウン方向に回転すると、ＣＢ２３９がＣＧ２３４の上流側に前進する。水力発電装置２２０のノーズダウン回転は、沈水力２３１から生じる沈水モーメントが、ウイング２２２により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＢ２３９とＣＧ２３４との長手方向分離２３５から生じるノーズアップモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するようになると停止する。ウイング２２２により発生されるノーズアップモーメントは、エレベータ制御面２２３によるトレーリングエッジアップ角度偏寄により補助される。長手方向分離２３５は、水力発電装置２２０のノーズダウン（またはノーズアップ）回転の単なる結果に過ぎない。ＣＧ２３４は、ＣＢ２３９に対する高さ分離２３６を有している。ＣＧ２３４とＣＢ２３９との間の長手方向分離２３５により表わされる付加寄与モーメントにより、（ロータ２２１の回転軸線２２４に対する）畳み上げ角２２６は、図２Ａに示す畳み上げ角２０６に比べて減少される。
【００５８】
水力発電装置２２０を水平釣合い姿勢に戻すには、エレベータ制御面デフレクタ２２３の偏寄角２３２を増大させて、流れ角（flow angularity）を下流側ロータ２２１に導入しまたは増大させる必要がある。流れ角は、前述の幾何学的畳み上げ角２２６に加えて見かけの畳み上げ角２３２を発生させ、これにより、ロータ２２１のエネルギ変換性能を低下させる。
【００５９】
緩いインターセプト角２２７では、繋留ケーブル２２８が長くなり、一層コストが嵩みかつ重くなる。急なインターセプト角２２７では、ロータ２２１がより一層畳み上げられて効率が低下し、水力発電装置２２０に必要な復元ノーズアップモーメントを発生させるのに、より大型でコストが嵩むウイング２２２を必要とする。沈水力２３１に関連するレバーアームを短くすることにより沈水モーメントを低減させることを試みて、繋留ケーブル取付け位置をＣＧ２３４の位置に向かって後方に移動させるならば、水力発電装置２２０は、方向安定性および流入する流れ方向に対するヨーに装置自体を整合させる能力が犠牲になってしまう。
【００６０】
図２Ｃは、本発明の原理による水力発電装置２４０（または１００）の一例を示すものである。水力発電装置２４０はＣＢ２５９を有し、該ＣＢ２５９は、水力発電装置２４０が実質的に水平釣合い姿勢にあるときにＣＧ２５４の上方かつ上流側に位置する。水力発電装置２４０は繋留ケーブル２４８により拘束されており、該繋留ケーブル２４８は、図２Ａおよび図２Ｂのそれぞれのインターセプト角２０７、２２７より急なインターセプト角２４７（または図１Ｂの１２１）を有している。繋留ケーブル２４８は、沈水力２５１を含むベクトル力２４９、２５０、２５１を水力発電装置２４０に伝達する。
【００６１】
ロータ２４１（または１０９）が作動される前は、水力発電装置２４０はノーズ高姿勢(図示せず)を占めており、この姿勢では、水力発電装置２４０のノーズは上方に回転されかつＣＢ２５９とＣＧ２５４との間の分離距離は最小になっている。ロータ２４１が作動されると、ロータ２４１は大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２４０を、例えばノーズ高姿勢からノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２４０のノーズダウン回転は、沈水力２５１から生じる沈水モーメントが、ＣＧ２５４の上方で水力発電装置２４０に作用するロータドラグ力により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との長手方向分離２５５から生じるボディピッチングモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するようになると停止する。ＣＢ２５９をＣＧ２５４の上方かつ上流側に位置決めすることにより、水力発電装置２４０は、ロータ２４１の回転軸線２４４に対して実質的にゼロの幾何学的畳み上げ角をもつ実質的に水平な定常状態釣合い作動姿勢に維持される。釣合いモーメントはウイング２４２（または１０６）から必要とされずかつトレーリングエッジエレベータ制御面２４３はゼロの偏寄角２５２を有するので、流れ角は回避されるか最小になり、したがってロータ２４１には導入されない。したがって、ロータ２４１はその最高効率作動状態に維持され、最高エネルギ変換性能を与える。
【００６２】
図２Ｃから明らかなように、インターセプト角２４７は、図２Ａおよび図２Ｂに示したインターセプト角２０７、２２７よりかなり急である。したがって、繋留ケーブル２４８は、図２Ａおよび図２Ｂの繋留ケーブル２０８、２２８よりも短く、安いコストでかつ軽量にすることができる。水力発電装置２４０は、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との長手方向分離２５５を調節することにより、ロータ２４１の幾何学的すなわち見かけ畳み上げ角により引き起こされる効率低下を生じさせることなく、繋留ケーブル２４８から伝達される大きい沈水モーメントをオフセットするように構成されている。かくして、ロータ２４１のエネルギ変換効率が最大化されると同時に、水力発電装置２４０のピッチ安定性および水平釣合い作動姿勢を確保できる。
【００６３】
前述のように、キールシリンダ２６０（または１１１）には可動カウンタウェイト(図示せず)を設けることができ、艇体１０１には１つ以上のバラストタンク（タンクではない）を設けることができる。キールシリンダ２６０内のカウンタウェイトを調節することにより（例えば、キールシリンダ２６０内でカウンタウェイトを前後方向に移動させることにより）、および／または（艇体１０１内の）１対の前後のバラストタンクを交換することにより、ＣＧ２５４の位置を調節できる。また、キールシリンダ２６０内のカウンタウェイトを調節しかつ前後のバラストタンク間で水バラストを交換することにより、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との間の長手方向分離２５５の大きさを調節して、ロータの畳み上げ角２４６を実質的にゼロにしかつウイング２４２による揚力が実質的に発生しないようにすることにより、ロータ２４１により受ける幾何学的すなわち見かけの畳み上げ角を回避することができる。したがって、水力発電装置２４０のピッチが安定化されかつロータ２４１のエネルギ変換性能を損なうことなく水平定常状態釣合い作動姿勢を維持できる。
【００６４】
本発明の一実施形態によれば、ウイング２４２（または１０６）は、水力発電装置２４０（または１００）から完全に除去できる。この実施形態では、引っ張り綱で繋留された水力発電装置２４０のピッチ、ロールおよび／またはドラグの安定化は、残余の手段により達成される。
【００６５】
本発明の他の実施形態によれば、ウイング２４２（または１０６）はＣＧ２５４に近接して配置され、したがって、水力発電装置２４０に単に揚力またはダウンフォースを加えるのに使用される。或いは（または付加的に）、ウイング２４２は、ＣＧ２５４から距離を隔てて配置するか、釣合い装置および浮揚装置の両方として使用される。
【００６６】
本発明の原理によれば、ハーネス１０２は、水力発電装置２４０の遥か前方にリーズナブルに配置して、装置の方向安定性およびヨー整合能力を最大化することができる。ＣＢ２５９およびＣＧ２５４の長手方向分離２５５から生じるボディピッチングモーメントは、ハーネス１０２のリーズナブルな遥か前方の取付け位置で作用する沈水力から生じる大きい沈水モーメントに抗する作用の補助をする。
【００６７】
図３Ａ〜図３Ｃは、矢印Ｃの方向に流れる自由流れ中に完全に浸漬されて作動している水力発電装置３００、３１０、３２０のファーム配列の種々の例を示すものである。より詳しくは、図３Ａは、緩い繋留ケーブルインターセプト角３０１（または２０７）を有する水力発電装置３００（または２００）の海流ファーム配列の一例を示す側面図、図３Ｂは、中間の繋留ケーブルインターセプト角３１１（または２２７）を有する水力発電装置３１０（または２２０）の海流ファーム配列の一例を示す側面図、および図３Ｃは、急な繋留ケーブルインターセプト角３２１（または１２１または２４７）を有する水力発電装置３２０（または２４０または１００）の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【００６８】
図３Ａを参照すると、水力発電装置３００は、図２Ａに示した水力発電装置２００に概略的に対応している。水力発電装置３００はファーム配列に構成されており、各水力発電装置３００は、緩いインターセプト角３０１を有する繋留ケーブルに連結されている。図３Ａに示すように、緩い繋留ケーブルのインターセプト角３０１は、図３Ｂまたは図３Ｃに示すファーム配列より長くて、コストが嵩みかつ重い繋留ケーブル３０３を必要とする。また、大きい畳み上げ角３０５が導入され、これは、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を大きく低下させる。このようなケーブルは、コストが嵩みかつ長くなることに加え、繋留ケーブル３０３の増大した重量を支持すべく、大型でコストが嵩む水力発電装置、浮揚体積または大きいウイングの浮揚面を必要とする。
【００６９】
繋留オーバーラップ距離３０２とは、上流側の水力発電装置３００の位置と、隣接する下流側の水力発電装置３００の表面床アンカー位置３０６との間の距離をいう。水力発電装置３００のパターン化された配備配列内の水力発電装置３００の密度を増大させかつ最小の全地理学的フットプリントを使用して天然資源の使用を最大化させるには、繋留オーバーラップ距離３０２を増大させて、下流側方向の装置３００の連続列を装置３００の上流側列に近接させなければならない。長い繋留ケーブル３０３ではオーバーラップ距離３０２を増大させることは問題が多く、例えば繋留ケーブル３０３のもつれの可能性、隣り合う装置３００同士の衝突、上流側に隣接して作動する水力発電装置３００の直ぐ下にアクセスできるに過ぎず、アンカー位置を機能させることの困難性が生じる。
【００７０】
図３Ｂを参照すると、水力発電装置３１０は、図２Ｂに示した水力発電装置２２０に概略的に対応している。水力発電装置３１０のファーム配列では、複数の繋留ケーブル３１３は、図３Ａに示したファーム配列の繋留ケーブル３０３より急なインターセプト角３１１を有している。したがって、図３Ａに示したファーム配列の繋留ケーブル３０３に比べて、より短く、低コストで軽量の繋留ケーブル３１３を使用できる。繋留ケーブルのオーバーラップ距離３１２は、図３Ａのオーバーラップ距離３０２に比べて減少しており、一方、所与の地理的領域における水力発電装置３１０の密度は増大している。
【００７１】
また、図３Ａの水力発電装置３００に導入された畳み上げ角３０５より小さいけれども、水力発電装置３１０は、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を大きく低下させる、かなりの大きさの畳み上げ角３１５を導入している。
【００７２】
図３Ｃを参照すると、この水力発電装置３２０は、図２Ｂに示した水力発電装置２４０または図１Ａおよび図１Ｂに示した水力発電装置１００に概略的に対応している。図２Ｃで説明したように、ＣＢ２５９がＣＧの上方かつ上流側にあるため、水力発電装置３２０は、生じるボディピッチングモーメントを、最も急な繋留ケーブルインターセプト角３２１が得られるように使用でき、これにより、最短、最軽量かつ最低コストのケーブル３２３にでき、同時に、水力発電装置３２０は、最高エネルギ変換性能が得られる（幾何学的にまたは見掛け上）実質的にゼロのロータ畳み上げ角３２５を有する水平定常状態釣合い作動姿勢を維持することができる。また、小さい地理学的領域内に多数の水力発電装置３２０を配備できる。これにより、天然資源の使用が最大化され、一方、上流側の水力発電装置３２０の位置と、隣接する下流側の水力発電装置３００の表面床アンカー位置３２６との間の繋留ケーブルオーバーラップ距離３２２が最小になり、ケーブルのもつれ、およびアンカーおよび隣接する装置３２０の繋留ケーブルの補修の煩わしさを回避できる。
【００７３】
図４Ａは、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じまたは実質的に同じ水力発電装置４００を示す側面図である。水力発電装置４００は、ＣＢ４１６（または２５９）に対してＣＧ４０４（または２５４）を前後に移動させる少なくとも２つの機構を有している。例えば、水力発電装置４００は、前後に配置された１対のバラストタンク４０１、４０２を有している。図４Ａから分かるように、前方に配置されたバラストタンク４０１はほぼ空の状態が示され、バラストタンク４０２はほぼ満たされた状態が示されている。水力発電装置４００には更に、両タンク４０１、４０２間で水を搬送するように構成されたポンプ(図示せず)が設けられている。水力発電装置４００は更に、キールシリンダ２６０（または１１１）内に設けられた可動カウンタウェイト４０３を有している。カウンタウェイト４０３は、キールシリンダ２６０の長さに沿って前方から後方位置または後方から前方位置へと長手方向に移動できるように構成されている。ロータ軸線は、参照番号４０５で示されている。
【００７４】
水力発電装置４００のほぼ充満された後方のバラストタンク４０２および最後方位置にあるカウンタウェイト４０３は、最大負荷状態を表している。最大負荷状態は、例えば、ＣＧ２５４が、水力発電装置４００に生じるボディピッチングモーメントの最大の大きさに対応する最後方位置４０４にある状態を含む。
【００７５】
図４Ｂは、ＣＧ２５４が、水力発電装置４００に生じるボディピッチングモーメントの最小の大きさに対応する最前方位置４０４にある負荷状態を有する水力発電装置４００（参照番号４１０で示す）を示す側面図である。理解されようが、前方に配置されたバラストタンク４０１（参照番号４１１で示す）はほぼ充満されており、後方に配置されたバラストタンク４０２（参照番号４１２で示す）はほぼ空である。また、可動カウンタウェイト４０３（参照番号４１３で示す）は、前方位置にある。バラストタンク４０１、４０２および／またはカウンタウェイト４０３はＣＧ２５４の位置を調節し、これにより水力発電装置４００のボディピッチングモーメントの大きさを変えて実質的に水平定常状態釣合い作動姿勢を維持し、ロータ２４１（または１０９）の回転軸線と自由流れ方向とを整合させることによりエネルギ変換性能を最高にするように使用されている。ロータ軸線は、参照番号４１５により示されている。
【００７６】
図５Ａは、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じまたは実質的に同じ水力発電装置５００を示す正面図である。図５Ａを参照すると、自由流れＣは水平軸線をもつ図５Ａの紙面に垂直に流れ、ロータ５０１（または１０９または２４１）は、紙面に垂直な回転軸線の回りで例えば反時計回り方向に回転する。水力発電装置５００は、ＣＢ２５９（参照番号５０５として示す）およびＣＧ２５４（参照番号５０８として示す）を有している。
【００７７】
作動中、ロータ５０１は、不利なトルクと呼ばれるローリングモーメントをを水力発電装置５００に伝達し、水力発電装置５００を例えば反時計回り方向５０２にロールさせる傾向を有する。例えば、水力発電装置５００はバンク角へとロールし、バンク角では、レバーアーム距離５０６を介して作用するデッドウェイト５０３および／またはカウンタウェイト４０３（参照番号５０３で示す）により発生される復元ローリングモーメントにより実質的にオフセットされる。バンク角５０７の大きさは、キール１０５（参照番号５１０により示す）の長さ、デッドウェイト５０３の重量および／またはカウンタウェイト５０３の重量に反比例する。このため、より長いキール５１０、より重いデッドウェイト５０３および／またはより重いカウンタウェイト５０３を使用することにより、作動するロータ５０１により発生される不利なトルクをオフセットする対抗ローリングモーメントを発生させることが必要になる。かくして、重み付きキール５１０は復元振り子として作用する。
【００７８】
しかしながら、図５Ａから分かるように、水力発電装置５００は、垂直基準平面５０９から角度的に変位（例えば右舷方向に傾斜）され、したがって、好ましい直立垂直方向に位置してはいない。好ましい直立垂直方向は、水力発電装置５００の垂直対称面５０４が垂直基準平面５０９と一致するときに生じる。ロータ５０１から不利なトルクをキャンセルしかつ同時に水力発電装置５００の好ましい直立垂直方向を達成するため、キールウェイト５１３は、図５Ｂに示すように水力発電装置５００の垂直対称平面から横方向にオフセットされる。
【００７９】
図５Ｂは水力発電装置５００の正面図であり、ロータ５０１は非作動状態にあり、かつキール５１０と一体に形成されたキールウェイト５１３が水力発電装置５００の垂直対称平面５０４に対して横方向に位置して、水力発電装置５００は左舷側にロールしている。キールウェイト５１３は、水力発電装置５００の垂直対称平面から距離５１６だけ横方向にオフセットするように構成されている。図５Ｂから分かるように、ロータ５０１が作動していないとき、水力発電装置５００は左舷側にロールし、これによりＣＢ５１５およびＣＧ５１８を、垂直基準平面５０９と垂直整合するように位置決めする。
【００８０】
図５Ｃは水力発電装置５００の正面図であり、ロータ５０１は作動状態にありかつ水力発電装置５００は好ましい垂直方向にあって、水力発電装置５００の垂直対称平面５０４は垂直基準平面５０９と一致している。キールのウェイト５１３は、水力発電装置５００の垂直対称平面５０４に対して実質的に横方向の所定位置に配置されている。
【００８１】
図５Ｃでは、ロータ５０１が作動し、例えば、方向５２２に回転している場合、水力発電装置５００は、以前の左舷側位置（図５Ｂ参照）から右舷側に回転し、水力発電装置５００を垂直基準平面５０９と一致する（又は平行な）好ましい垂直方向に立て直す。このような作動状態では、ＣＧ５２８は横方向に変位し、例えば、ＣＢ５２５の左舷側に位置し、作動するロータ５０１により発生される不利なトルクに反作用する持続性のある回転モーメントを生じさせる。
【００８２】
図５Ｃから分かるように、水力発電装置５００には、ウイング１０６（５３１として示されている）に設けられた１つ以上の差動制御面デフレクタ５３３が設けられている。デフレクタ５３３は、作動するロータ５０１による不利なトルクに対抗する付加復元モーメントを付与する。
【００８３】
また、水力発電装置５００は、ウイング５３１に取付けられるかウイング５３１と一体に形成された複数のウイングタンク５３２を有している。ウイングタンク５３２は、ウイング５３１の遠位端に設ける（例えば図５Ｃに示すウイングチップタンク）か、ウイング５３１の遠位端と艇体１０１との間の位置に設けられる。作動するロータ５０１による不利なトルクに対抗するため、ウイングタンク５３２を交互に排出または充満させることにより、付加復元モーメントを付与することができる。
【００８４】
更に、水力発電装置５００には、図５Ｃに示すように、キール５２４の遠位端に配置される制御面デフレクタ５３５を設けることができる。
【００８５】
図６Ａは水力発電装置６００を示す斜視図であり、この水力発電装置６００は、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と実質的に同じである。図６Ａには、ロータブレード６０１が完全にフェザーリングされた非作動状態にあり、かつ腹部キール６０３に配置されたドラグインデューサ６０２が偏寄位置にあって高ドラグ状態にある水力発電装置６００が示されている。ドラグインデューサ６０２は、例えば１対のスプリットドラグフラップを有するものが示されている。
【００８６】
図６Ｂは、高ドラグ状態に配備されたドラグインデューサ６０２を備えた水力発電装置６００を示す正面図である。図６Ｂでは、ドラムインデューサ６０２のスプリットドラグフラップが、大きい前線領域を形成し、これにより自由流れＣの力の下で大きいドラグが得られるように偏寄されている。
【００８７】
繋留ケーブルの沈水力は、ロータのドラグ力（例えば図２Ｃの沈水力２５１）の大きさに比例する。したがって、ロータドラグ力の存在または除去は、繋留ケーブルの沈水力の大きさに大きい変化を引き起こし、水力発電装置６００の特定作動深さを維持するのに必要な垂直力バランスを変化させる。ドラグインデューサ６０２は、ロータドラグ力が存在しないか最小であるときは、ロータドラグ力の代用となるドラグ力を付与する。ドラグインデューサ６０２は、ロータの作動状態からロータの非作動状態へのロータブレードのピッチ角の遷移中に生じる水力発電装置６００の大きい前後方向移動を防止するロータドラグ力の代用を行う。水力発電装置６００の大きい前後方向移動は非常に大きい問題である。なぜならば、水力発電装置が移動すると上流側繋留ケーブルが弛緩し、これは、隣接する水力発電装置６００が衝突の危険を呈する規則的間隔の海洋ファーム配列で特に関心が高いからである（例えば図７参照）。
【００８８】
ドラグインデューサ６０２は、ロータが作動していないときはいつでも高ドラグ状態に配備され、ロータが作動しているときはいつでも低ドラグ状態または無ドラグ状態に後退される。また、ロータブレード６０２が、例えば可変ピッチ制御ロータハブの使用によりピッチ角係合シーケンス中またはピッチ角非係合シーケンス中であるとき、ドラグインデューサ６０２は、水力発電装置６００に作用する総ドラグ力（または総垂直力）を一定値に維持して、ロータの作動状態と非作動状態との間のシームレス遷移が得られる態様および速度に、それぞれ後退または伸長される。
【００８９】
ドラグインデューサ６０２は配備可能な種々の高ドラグ装置からなり、高ドラグ装置として、例えば、スプリットドラグフラップ、偏寄可能なボディフラップまたはスケール、ウイングまたは前後の釣合い面上に配置される配備可能なフラップ、水力発電装置６００の他の表面上に配置されるポップアップまたはポップアウト型ストールフェンス、約９０°の入射偏寄が可能なウイングまたは釣合い面、水力発電装置６００の内部キャビティから発射される引っ張り綱付き補助パラシュートまたはパラシュート、または後で低ドラグ状態または無ドラグ状態に後退できる他の配備可能な高ドラグ装置がある。
【００９０】
図７は、種々の作動段階にある複数の水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６からなる海洋ファーム配列を示す側面図である。各水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６は、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じであるか、実質的に同じである。簡単化のため、水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６は、図１Ａに示した水力発電装置１００の例を参照して以下に説明する。
【００９１】
水力発電装置７００、７０１、７０２は、定格速度が生じておりしたがって搭載発電機(図示せず)により定格電力が発電される深さで、実質的に水平な釣合い定常状態で作動されている。水力発電装置７０３はそのロータ１０９が係合されておらず、明瞭化のため、ドラグインデューサ１１２は無ドラグ状態または低ドラグ状態に後退されているところが示されている。したがって、水力発電装置７０３は、懸垂線状態にある繋留ケーブル７０５により前方所定位置にサージされかつ直ぐ上流側の隣接水力発電装置７０１に衝突する危険がある。ドラグインデューサ１１２を高ドラグ状態に配備することにより、水力発電装置７０３は繋留ケーブル７０５をぴんと引っ張って下流側位置７０４に退去され、これにより水力発電装置７０１と衝突する危険が軽減される。
【００９２】
水力発電装置７０４は、そのロータブレード１０７が完全にフェザーリングされかつロータ１０９は作動されておらず、ドラグインデューサ１１２は高ドラグ状態に配備され、ウイング１０６にはダウンフォースが作用しかつバラストタンク（例えば図４Ａの参照番号４０１、４０２）内の海水が増大されていて、定格速度が生じておりかつロータは作動しておらず（または実質的に作動しておらず）発電していない深さに維持されている。
【００９３】
水力発電装置７０６は、半浸漬表面状態にあるところが示されており、そのロータ１０９は作動しておらずかつドラグインデューサ１１２は中間偏寄角に配備され、したがって、繋留ケーブル７０５をぴんと引っ張るのに充分ではあるが、水力発電装置７０６をより深く引っ張る大きさまで沈水力を増大させるには不充分な大きさのドラグが発生されている。この状態では、水力発電装置７０６は、海上船舶７０７から乗組員により補修およびメインテナンスが行われる。作動深さまで下降させるため、水力発電装置７０６は、ドラグインデューサ１１２を高ドラグ状態に完全に配備して、沈水力を増大させかつ装置７０６を水面下に引き入れる。ひとたび水面下に入ると、ウイング１０６を負の入射角まで回転してダウンフォースを発生させる。同時に（または異なる時点で）、バラストタンク（例えば図４Ａ、図４Ｂに示す）を海水で充満して、水力発電装置７０６の重量を増大させ、定格速度が生じる深さを有する位置７０８まで装置７０６を下降させる。この深さでは、低ドラグに向かって徐々に後退されたドラグインデューサ１１２と、今やロータブレードピッチ角を作動状態にピッチングさせる過程にある実際のロータ１０９との間にドラグ力遷移が生じ、これによりロータ１０９が作動するとロータによりドラグが発生される。ロータ代用物（ドラグインデューサ１１２により形成される）と特定深さでの実際のロータ１０９との間のこのドラグ遷移は、水力発電装置７０６全体に作用する垂直力バランスが実質的にゼロに維持されるように、かつ装置７０６が、ダウンフォースを緩和するウイング１０６並びにバラストタンク４０１、４０２（これらはロータの係合遷移過程中の除荷バラストである）の補助により、水力発電装置７０６により定格電力が発電される定格速度で特定深さに維持されるように生じる。ロータ１０９が非作動状態に遷移されるときに同様な（但し逆方向の）ドラグ力が生じ、このとき、水力発電装置７０６の制御された上昇の前に、ロータ１０９からドラグインデューサ１１２へのドラグ力伝達が生じる。これらの２つのドラグ遷移シーケンス（ロータ１０９の作動状態から非作動状態およびロータ１０９の非作動状態から作動状態を含む）は、それぞれ、ロータ係合離脱遷移プロトコルおよびロータ係合遷移プロトコルと呼ばれ、本願と同日出願に係る係属中の特許文献８（米国特許出願第 号公報（発明の名称「水力発電装置の配列を含む水力発電装置用電力制御プロトコル（POWER CONTROL PROTOCOL FOR A HYDROKINETIC DEVICE INCLUDING AN ARRAY THEREOF）」））に開示されている。尚、該特許文献８の全開示は本願に援用する。
【００９４】
水力発電装置１００は、例えば、本願と同日出願に係る係属中の特許文献９（米国特許出願第 号公報（発明の名称「引っ張り綱に繋がれた水力発電機用繋留システム（MOORING SYSTEM FOR A TETHERED HYDROKINETIC）」））に開示された繋留システムにより水中に保持される。尚、該特許文献９の全開示は本願に援用する。
【００９５】
水力発電装置１００には、例えば、本願と同日出願に係る係属中の特許文献１０（米国特許出願第 号公報（発明の名称「内蔵型エネルギ貯蔵リザーバを備えた可変制御ロータ（VARIABLE CONTROL ROTOR HUB WITH SELF CONTAINED ENERGY STORAGE RESERVOIR）」））に開示された内蔵型エネルギ貯蔵リザーバを備えた可変制御ロータハブを設けることができる。尚、該特許文献１０の全開示は本願に援用する。
【００９６】
図８は、本発明の原理による水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを検出しかつ制御する方法８００の一例を示すものである。図１Ａおよび図８を同時に参照すると、方法８００は、水力発電装置１００のピッチを検出しかつ決定する段階（ステップ８１０）、水力発電装置１００のロール（垂直整合を含む）を検出しかつ決定する段階（ステップ８１４）および／または水力発電装置１００のドラグ力を検出しかつ決定する段階（ステップ８１８）を有している。
【００９７】
水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲から外れている決定がなされた場合には（ステップ８２０においてＹＥＳ）、水力発電装置１００のピッチ角を調節する。例えば、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、長手方向に分離された複数のバラストタンクに水を交互に充満しおよび排出する（ステップ８３０）。ピッチ範囲から外れていない場合には、ピッチ角調節は行わない（ステップ８２０においてＮＯ）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、キールシリンダ１１１内のカウンタウェイトを制御しつつ移動することによりピッチ角を調節することができる（ステップ８３０）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、例えば可変入射角または１つ以上のトレーリングエッジを含む流体力学的ウイング１０６の部分を制御しつつ調節することによりピッチ角を調節することができる（ステップ８３０）。
【００９８】
水力発電装置１００の垂直整合位置が所定の垂直整合位置範囲から外れているとの決定がなされた場合には（ステップ８２４においてＹＥＳ）、例えば図５Ｃを参照して説明した方法により水力発電装置１００の垂直整合を調節できる。また、これに加え（またはこの代わりに）、ウイングタンク５３２を充満および排出し、エレベータ制御面５３３または方向舵５３５を偏寄させることができる（ステップ８３４）。所定の垂直整合位置範囲から外れていない場合には、ロール調節は行わない（ステップ８２４においてＮＯ）。
【００９９】
水力発電装置１００のドラグ力が所定のドラグ力範囲から外れているとの決定がなされた場合には（ステップ８２８においてＹＥＳ）、例えば、ロータ１０９によりドラグ力とドラグインデューサ１１２により発生されるドラグによるドラグ力との総和が所定のドラグ力の範囲内に入るまで、水力発電装置１００のドラグを調節する（ステップ８３８）。所定のドラグ力範囲から外れていない場合には、ドラグ調節は行わない（ステップ８２８においてＮＯ）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００に作用するドラグ力は、ドラグ力が許容範囲に戻るまでロータブレード１０７のピッチ角を変えることによっても調節できる（ステップ８２８においてＹＥＳ）。ロータ１０９によるドラグ力とドラグインデューサ１１２により発生されるドラグによるドラグ力との総和は、通常の作動状態中にロータ１０９のみによって発生されるドラグ力に等しい。
【０１００】
実質的に同時に行われるとして示されているが、検出および決定ステップ８１０、８１８は異なる時点で行われる。同様に、判定ステップ８２０、８２８および調節ステップ８３０、８３８は、実質的に同時すなわち異なる時点で行われる。
【０１０１】
本発明の一態様によれば、コンピュータ読取り可能な媒体には、実態的に具現化された複数のコードセクション（すなわちセグメント）を有するコンピュータプログラムが設けられる。コンピュータプログラムには、方法８００のステップ８１０からステップ８３８の各々についてコードセクションが設けられている。水力発電装置１００の搭載コンピュータ(図示せず)で実行するとき、コンピュータプログラムは、水力発電装置１００のピッチ、ロールおよび／またはドラグの検出および制御を行う。
【０１０２】
本発明の種々の実施形態によれば、本願に開示する方法は、コンピュータで実行されるソフトウェアプログラムとして作動することを意図したものである。専用ハードウェアとして特定集積回路、プログラム可能な論理回路があり（但しこれらに限定されない）、他のハードウェアデバイスも本願に開示の方法を実施するように同様に構成される。また、分散処理またはコンポーネント／オブジェクト分散処理、並列処理またはバーチャルマシン処理（但しこれらに限定されない）を含む他のソフトウェアインプリメンテーションも本願に開示する方法を実施するように構成できる。
【０１０３】
以上、本明細書では特定規格およびプロトコルに関連する実施形態で実施されるコンポーネンツおよび機能を説明したが、本願の開示はこのような規格およびプロトコルに限定されるものではない。
【０１０４】
本願の開示は例示実施形態に関連して行ったが、当業者ならば、本願の開示は、特許請求の範囲の記載の精神および範囲内での変更を行って実施できることは理解されよう。前述のこれらの例は単なる例示であって、本発明の可能なあらゆる設計、実施形態、用例または変更例を完全に列挙したものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れの運動エネルギから発電する方法、システムおよび装置に関し、該装置のピッチ、ロールおよびドラグ（牽引）安定化を含む技術に関する。より詳しくは、本発明は、海流または川の流れの運動エネルギから発電する方法、システムおよび装置に関し、該装置のピッチ、ロールおよびドラグの安定化を含む技術に関する。
【０００２】
先行出願の相互参照
本願は、２００９年６月３０日付米国仮特許出願第６１／２２１，６７６号（発明の名称「海流タービン、水力発電装置およびこれらの関連方法、および繋留およびヨー装置、畳み上げロータ深さ制御、およびこれらに使用する畳み上げハーネス(OCEAN CURRENT TURBINE AND HYDROKINETIC POWER GENERATION APPARATUS AND RELATED METHODS, ALONG WITH MOORING & YAW ARRANGEMENTS, FURLING ROTOR DEPTH CONTROL, AND MOORING HARNESSES FOR USE THEREWITH)」）からの優先権および利益を主張する。尚、該米国仮特許出願の全体を本願に援用する。また、本願は、２００９年８月２４日付米国仮特許出願第６１／２３６，２２２号（発明の名称「内蔵型可変ピッチ制御ロータハブ、エネルギ出力を最大化しかつ海流タービンの作動深さを制御する方法、および可変深さ水上飛行そり（SELF-CONTAINED VARIABLE PITCH CONTROL ROTOR HUB: METHOD OF MAXIMIZING ENERGY OUTPUT AND CONTROLLING OPERATING DEPTH OF AN OCEAN CURRENT TURBINE; AND VARIABLE DEPTH HYDROPLANE SLED）」）からの優先権および利益を主張する。該米国仮特許出願もその全体を本願に援用する。更に本願は、２０１０年４月２８日付米国仮特許出願第６１／３２８，８８４号（発明の名称「水流浸漬型繋留システムおよび配備、位置決めおよび回収方法（FLOODED ANCHORING SYSTEM AND METHOD OF DEPLOYMENT, POSITIONING AND RECOVERY）」）からの優先権および利益を主張する。該米国仮特許出願もその全体を本願に援用する。
【背景技術】
【０００３】
海流の運動エネルギは、クリーンで持続的な大きいエネルギ源を意味する。世界中の海水は常時運動しており、多くの場所には、１．５ｍ／ｓを超える速度を有する定常的に反復し急速に流れる海流が存在する。このような海流の例として、メキシコ湾流、フンボルト海流、黒潮、アグラス海流等がある。これらの海流は、海洋の温度勾配および塩分濃度勾配、コリオリの力および他の海洋熱伝達機構に源を有している。
【０００４】
これらの海流は、主として３００ｍを超える底深さを有する大陸棚領域に存在する。このような深さは、水力発電装置を、ケーブルまたは引っぱり綱（tether）を用いて、海底に固定された上流側アンカーに繋留することを必要とする。上流側の繋留ケーブルは、水力発電装置に動揺ピッチングモーメントを付与し、このため、ロータの回転軸線と自由流れ方向とを整合させる水平釣合い（level trim）定常状態姿勢を維持すべく、対抗モーメントを加える必要がある。回転軸線と自由流れ方向（「畳み上げ角（furl angle）」）とが整合しなくなると、水平軸線ロータのエネルギ変換性能が急速に低下する。水平軸線ロータの回転により、他の動揺ローリングモーメントすなわち不利なトルクが加えられる。また、ロータが作動を停止したときに消失するロータドラグ力に擬似または代用させる手段を設けて、水力発電装置の深さ制御を維持しかつ水力発電装置の位置が前方にサージすることを防止することは有利である。
【０００５】
「沈水力（drowning force）」とも呼ばれる垂直力成分を有する上流側繋留ケーブルの張力は、明らかな重量として作用し、水力発電装置をより深く引っ張ろうとする。一般に、繋留ケーブル(単一または複数)を水力発電装置のノーズの近くに取付けて、自由流れ方向の変化との方向整合性を促進させることは有利であるので、沈水力はまた、「沈水モーメント（drowning moment）」と呼ばれるノーズダウンピッチングモーメントを発生する。このモーメントは、水力発電装置により発生される復元モーメントにより対抗されなくてはならない。水平に対する繋留ケーブルの角度（繋留ケーブルの「インターセプト角」）が急になるほど沈水力が増大し、したがって沈水モーメントが増大するので、最大エネルギ変換性能を得るための水平釣合い定常状態姿勢を維持するには、かなり大きい復元ノーズアップモーメントを必要とする。
【０００６】
動揺ピッチングモーメントに対抗する種々の方法が知られており、例えば、繋留ケーブル取付け位置を変えるか、水力発電装置を半分浸漬して、沈水モーメントに対して反作用させるべく水線上の浮力を反転できるようにするレバーシステムを用いた前後のハイドロプレーン揚力面がある。これらの既知の解決法は、装置安定性を損ない、畳み上げ角を増大させるか、ロータの上流側に明らかな畳み上げ角すなわち後流を生じさせるため、エネルギ変換性能に損失を生じさせ、したがって、ロータ後退領域に流れ傾斜角を生じさせる。
【０００７】
例えば下記特許文献１には、上流側繋留ケーブルの取付け位置を変えるてこ比システムと、重心の位置を前後方向に変えて装置全体のピッチ角を変化させ、これにより、取付けられたハイドロプレーンウイングの迎え角を変化させてより大きい（または小さい）揚力を発生させ、水力発電装置が一定作動深さまたはこの近くに留まるように沈水力の変化をオフセットさせる補完システムとを使用した水力発電装置が開示されている。特許文献１の水力発電装置のロータの主回転軸線は、装置全体をピッチングさせてノーズアップまたはノーズダウンさせることにより接近流れ方向に畳み上げられ、一定深さ作動を達成する。特許文献１はまた、繋留ケーブルのインターセプト角は、「リーズナブルに小さく維持すべき」ことを示唆している。繋留ケーブルの緩いインターセプト角は、長くて、コストが嵩みかつ重い繋留ケーブルになること、および、同数の装置を規則的パターン配列で配備することにより大きい投影地形面積（projected geographic area）を要する点で、天然資源の低効率使用であることを意味する。
【０００８】
下記特許文献２には、前後方向の釣合い（trimming）を行う水力学的表面と、好ましくないピッチングモーメントに反作用して「水平軸線マリンタービンから最適性能を確保する略水平釣合い」を行う上面浮揚性要素とが提案されている。これらの両解決法は、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を損なうものである。前後方向釣合い表面は、水平釣合いを維持するモーメントを生じさせる揚力を付与すると同時に、下流側にドリフト（漂流）してロータ後退領域に衝突する流れ吹き下ろし（flow downwash）傾斜角をも発生させ、明らかな畳み上げ角をロータに付与し、これによりエネルギ変換性能を低下させる。また、上面の浮揚性要素は、水力発電装置の表面に風／波作用の乱れを与え、この乱れは、装置全体およびロータの周期的すなわち正弦波ボビン作用に変換され、エネルギ変換性能は更に損なわれる。特許文献１および２は、浮心は重心の直ぐ上に位置して「水力発電装置の安定性を確保」することを開示しているが、重心の位置と浮心の位置との相対位置に関しては更なる情報または教示はなされていない。
【０００９】
ロータの回転により非常に不利なローリングモーメントが導入される。なぜならば、ロータの直径およびトルクは、水力発電装置の残部に比べて大型の手段となる傾向を有するからである。不利なトルクは、水力発電装置自体の全体をロータの回転方向と同じ方向に回転させる傾向を有し、これはロータにより吸収されるトルクの大きさに比例するローリングモーメントの存在によるものと解される。したがって、水力発電装置は、ロータにより発生される不利なトルクに反作用する復元トルクを発生する。
【００１０】
特許文献１、３および４に開示されているものを含む既知の水力発電装置は、一般に同サイズの第２ロータを使用しており、該第２ロータはキャンセリングトルクを発生すべく逆方向に回転する。逆回転する２つのロータは作動上の問題を有し、ロータトルクを同期させる必要がある。このため、一方のロータが不意に停止した場合には第２機能ロータを意図的に停止させて水力発電装置の反転を防止する必要があるため、水力発電装置の有用性が低下する。
【００１１】
特許文献５、６および７には、ケーブルの張力を介して拘束力および拘束モーメントを付与して水力発電装置の適正姿勢を維持すべく、装置の或る位置に取付けられた付加繋留ケーブルによる多点繋留スキームを使用する技術が提案されている。数百メートルの深さを考慮すると、付加繋留ケーブルは長くてコストが嵩み、システムの重量を増大させ、かつケーブルがもつれる危険性が大きくメインテナンス上の他の問題も生じる。
【００１２】
作動するロータにより発生されるドラグ力は同じ後退領域を有する平板にほぼ等しいことを考慮すると、水力発電装置に作用する総ドラグ力は、ロータの作動状態と非作動状態との間で、例えば数百％だけ変化するであろう。この結果、上流側の繋留ケーブルは垂れ曲り状態に弛緩して、水力発電装置を前方の所定位置にサージさせ、このため、海流ファーム配列をなして繋留された他の隣接水力発電装置に衝突する危険が生じる。また、ロータドラグ力の消失によっても沈水力の大きな減少を引き起こし、したがって、水力発電装置の深さ制御には問題が生じ、潜在的に制御不能に急激上昇するか、少なくとも特定深さから偏寄する。一般に、既知の繋留型水力発電装置は、ロータが作動しない場合にはドラグ安定化装置には連結されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】Robsonの米国特許第７，２９１，９３６号明細書
【特許文献２】Mackieの米国特許出願第２００８／００５０９９３号公報
【特許文献３】米国特許第７，０９１，１６１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００８／００１８１１５号公報
【特許文献５】米国特許第４，０２５，２２０号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２００７／０２３１０７号公報
【特許文献７】国際特許公開ＷＯ ２００９／００４４２０ Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、既知の水力発電装置のエネルギ変換性能を損なうことなく繋留型水力発電装置のピッチおよびロール安定化を解決する必要がある。また、ロータが作動しない場合に、ロータに擬似または代用させて、深さ制御を補助しかつ水力発電装置の前方所定位置への急激サージを回避する必要がある。
【００１５】
本発明は、水流の運動エネルギに繋いで、クリーンで再生可能なエネルギを供給する水力発電装置、並びに該水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを安定化するシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
水流の運動エネルギに繋ぎ、クリーンで持続的なエネルギを供給する方法、システムおよび水力発電装置、並びに該水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを安定化するシステムおよび方法が提供される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示される。この水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されかつ発電機を駆動すべく構成されたロータとを有し、浮体およびロータが協働して浮心および重心を形成し、浮心が重心の上方かつ上流側に配置されている。水力発電装置は、重心を調節するように構成された可動カウンタウェイト、重心を調節するように構成された可変バラスト、エレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイング、または浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有している。ロータは、水流と選択的に係合しまたは係合離脱する。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示され、該水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、浮体に連結されたキールと、該キールの遠位端に連結されたデッドウェイトとを更に有している。この水力発電装置は更に、水を交互に排出しまたは充満するように構成された複数の横方向に分離されたバラストタンク、ローリングモーメントを付与するように構成された流体力学的揚力面、可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有し、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を配備するように構成されたドラグインデューサを更に有している。デッドウェイトは、浮体の垂直対称平面からオフセットされている。デッドウェイトは、浮体前方位置と浮体後方位置との間または左舷側位置と右舷側位置との間で移動できる。
【００１９】
本発明の更に別の態様によれば、水流から電力を取出す水力発電装置が開示されている。該水力発電装置は、浮体と、該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有している。水力発電装置は更に、浮体に取付けられたキールを有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有し、重心を調節するように構成された可変バラストまたは可変入射機構またはエレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有している。ロータは、水流と係合しまたは係合離脱する。ドラグインデューサは、ロータが係合されると係合離脱する。ドラグインデューサは更に、ロータが係合離脱されると係合するように構成されている。
【００２０】
本発明の他の特徴、長所および実施形態は、以下の詳細な説明および図面を考察することにより明らかになるであろう。また、本発明の上記要約、以下の詳細な説明および図面は例示であり、本発明の範囲を制限することなく他の例を示すことを意図したものであると理解すべきである。
【００２１】
本発明を更に理解すべく包含される図面を含む添付書類は、本願明細書の一部に組み入れられかつその一部を構成しかつ本発明の実施形態を示し、また詳細な説明は本発明の原理を説明するものである。本発明および本発明を実施する種々の方法を基本的に理解する上で必要とされる以上に本発明の構造的細部を示すことはしない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の原理による水力発電装置の一例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の原理による水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ａ】ほぼ同じ長手方向ステーションにある浮心（center of buoyancy：ＣＢ）および重心（center of gravity：ＣＧ）を有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ｂ】ほぼ同じ長手方向ステーションでかつＣＧの上方にあるＣＢを有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２Ｃ】ＣＧより上方かつ上流側にあるＣＢを有する水力発電装置の一例を示す側面図である。
【図３Ａ】緩い繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図３Ｂ】中間の繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図３Ｃ】急な繋留ケーブルインターセプト角を有する水力発電装置の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【図４Ａ】バラストおよびカウンタウェイトを備えた図１Ａの水力発電装置の側面図であり、水力発電装置のＣＧが艇体後方位置にあるところを示すものである。
【図４Ｂ】バラストおよびカウンタウェイトを備えた図１Ａの水力発電装置の側面図であり、水力発電装置のＣＧが艇体前方位置にあるところを示すものである。
【図５Ａ】ロータが作動状態にありかつ水力発電装置が右舷側にロールしている状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図５Ｂ】ロータが非作動状態にありかつ水力発電装置が左舷側にロールしていて、キールのウェイトが装置の対称平面に対して横方向位置にある状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図５Ｃ】ロータが作動状態にありかつ水力発電装置が垂直方向にあって、キールのウェイトが装置の対称平面に対して横方向位置にある状態の図１Ａの水力発電装置を示す正面図である。
【図６Ａ】ドラグインデューサが高ドラグ状態に配備された状態にある図１Ａの水力発電装置を示す斜視図である。
【図６Ｂ】ドラグインデューサが高ドラグ状態に配備された状態にある図１Ａの水力発電装置を示す斜視図である。
【図７】図１Ａの複数の水力発電装置が種々の作動状態にある海流ファーム配列を示す側面図である。
【図８】本発明の原理にしたがって水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを検出しかつ制御する方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に述べる詳細な説明により本発明を更に説明する。
本発明の実施形態およびその種々の特徴および長所の詳細を、添付図面において説明されおよび／または示されかつ以下の詳細な説明において説明された非制限的な実施形態を参照してより完全に説明する。図面に示した特徴は、必ずしも正確な縮尺で示されておらず、１つの実施形態の特徴は、本明細書で明白に説明されていなくても、当業者が考えることができるように他の実施形態に使用できる。本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないようにするため、よく知られたコンポーネンツおよび加工技術の説明は省略する。本明細書で使用される例は、単に、本発明を実施する方法の理解を容易にしかつ当業者が本発明の実施形態の実施を更に可能にするものである。したがって、本願に開示する例および実施形態は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載および適用可能な法律によってのみ定められるものである。また、参照番号は、幾つかの図面を通して同じ部品を表わすものである。
【００２４】
本明細書で使用される用語「コンピュータ」は、１つ以上の命令にしたがってデータを操作できる任意の機械、デバイス、回路、コンポーネンツまたはモジュールまたは機械、デバイス、回路、コンポーネンツ、モジュール等を意味し、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、手のひらコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバー等、またはプロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、手のひらコンピュータ、ノートブックコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバー等（但しこれらに限定されない）のアレーを意味する。電子デバイスとして、例えば移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯コンピュータ、固定コンピュータ、スマートホン、モバイルステーション、ユーザ端末等があるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本明細書で使用される「ネットワーク」は、２つ以上の通信リンクの構成を意味する。ネットワークとして、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、キャンパスエリアネットワーク、コーポレートエリアネットワーク、グローバルエリアネットワーク（ＧＡＮ）、ブロードバンドエリアネットワーク（ＢＡＮ）、およびこれらの任意の組合せがある。ネットワークは、無線および有線媒体を介してデータを通信するように構成される。ネットワークには、例えばポイントツーポイントトポロジー、バストポロジー、リニアバストポロジー、分散バストポロジー、スタートポロジー、拡張スタートポロジー、分散スタートポロジー、リングトポロジー、メッシュトポロジー、ツリートポロジー等を含むトポロジーがある。
【００２６】
本明細書で使用される「通信リンク」は、少なくとも２つの位置間でデータまたは情報を伝送する有線、無線および／または音響媒体を意味する。有線、無線および／または音響媒体として、例えば、金属導体リンク、無線周波数（ＲＦ）通信リンク、赤外（ＩＲ）通信リンク、光学通信リンク等があるが、これらに限定されるものではない。ＲＦ通信リンクとして、例えば、ＷｉＦi、ＷｉＭＡＸ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、０Ｇ、１Ｇ、２Ｇ、３Ｇまたは４Ｇセルラー規格、ブルートゥース等がある。
【００２７】
本明細書で使用される用語「有している」「からなる」およびこれらの変形は、特に断らない限り、「有しているが、限定されない」ことを意味する。
【００２８】
本明細書で使用される用語「不定冠詞「ａ」、「ａｎ」」および「定冠詞「ｔｈｅ」」は、特に断らない限り、「１つ以上」であることを意味する。
【００２９】
互いに連通している装置とは、特に断らない限り、互いに連続的に連通している必要はない。また、互いに連通している装置とは、１つ以上の中間体を介して直接的または間接的に連通していることを意味する。
【００３０】
プロセス段階、方法段階、アルゴリズム等は、連続的順序で説明されるが、このようなプロセス、方法およびアルゴリズムは、交互の順序で作動するように構成することもできる。換言すれば、本明細書で説明される段階のあらゆるシーケンスまたは順序は、必ずしも当該段階がその順序で遂行されることを示すものではない。本明細書で説明するプロセス、方法またはアルゴリズムの段階は、事実上任意の順序で遂行される。また、或る段階は同時に遂行される。
【００３１】
本明細書で単一の装置または物品を説明するとき、単一の装置または物品の代わりに２つ以上の装置または物品を使用できることは容易に理解されよう。同様に、本明細書で２つ以上の装置または物品を説明するとき、２つ以上の装置または物品の代わりに単一の装置または物品を使用できることは容易に理解されよう。装置の機能性または特徴が、このような機能性または特徴を有していると明白に説明されていない２つ以上の他の装置により代わりに具現できる。
【００３２】
本明細書で使用される「コンピュータ読取り可能な媒体」とは、コンピュータにより読取りできるデータ（例えば情報）を供給することに関するあらゆる媒体を意味する。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および伝送媒体を含む多くの形態をとることができる。不揮発性媒体として、例えば、光ディスク、磁気ディスクおよび他の持続性メモリがある。揮発性媒体としては、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）がある。伝送媒体として、プロセッサに接続されるシステムバスを備えたワイヤを含む同軸ケーブル、銅線および光ファイバがある。伝送媒体として、無線周波数（ＲＦ）および赤外（ＩＲ）データ通信時に発生される音波、光波、電磁波を搬送できる。コンピュータ読取り可能な媒体の一般的形態として、例えば、フロッピディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、他の任意の光媒体、パンチカード、紙テープ、孔パターンを備えた他の任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップ、後述の搬送波、またはコンピュータが読取ることができる他の任意の媒体がある。
【００３３】
コンピュータ読取り可能な媒体の種々の形態が、コンピュータへの情報のシーケンスを搬送するのに包含される。命令のシーケンスは、（ｉ）ＲＡＭからプロセッサに配給され、または（ｉｉ）無線伝送媒体を介して伝送され、および／または（ｉｉｉ）例えばＷｉＦi、ＷｉＭＡＸ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、０Ｇ、１Ｇ、２Ｇ、３Ｇまたは４Ｇセルラー規格、ブルートゥース等を含む多くのフォーマット、規格またはプロトコルにしたがってフォーマット化できる。
【００３４】
本発明の一態様によれば、水力発電装置１００の重心（「ＣＧ」）より上方かつ上流側に浮心（「ＣＢ」）が存在する水力発電装置１００が開示される。水力発電装置１００のこの形態は、ボディピッチングモーメントと呼ばれる復元ピッチングモーメントが得られる。ボディピッチングモーメントは、沈水モーメントに対抗して、水力発電装置１００を、実質的にゼロの畳み上げ角を有する、水平定常状態に釣合いが保たれた作動姿勢（level steady state trimmed operational attitude）に維持し、最大エネルギ変換性能を付与する。また、水力発電装置１００は、短くてコストが安くかつ軽量の繋留ケーブルを用いて、急な繋留ケーブルインターセプト角を維持し、これにより単位平方キロメートル当たりに多数の水力発電装置１００を配備することができ、天然資源のより効率的な使用を可能にする。更に、水力発電装置１００のピッチ姿勢は、カウンタウェイトを装置の前方および後方に移動させ、または装置前方および後方のバラストタンクを満たしまたは減量し、または装置前方および後方の垂直力学的表面を変化させることにより変えることができる。
【００３５】
本発明の他の態様によれば、水力発電装置１００は、作動するロータにより発生される不利なトルクに対抗するローリングモーメントを発生することが開示されている。この点に関し、ロール角偏寄が生じるときに、腹部キールが重み付き振り子として機能し、重み付き腹部キールは、ロータの回転方向に角度的に変位され、復元ローリングモーメントを受動的に発生して、水力発電装置１００の全体を所定の垂直方向に戻すように回転させる。
【００３６】
また、腹部キール遠位端でのデッドウェイト（載貨重量）は、水力発電装置１００の対称垂直平面からオフセットさせ、ロータが作動しておりかつ不利なトルクが生じているときには腹部キールが略垂直方向を占め、ロータが作動していないときには腹部キールが傾斜方向すなわち角度的に偏寄した方向を占めるように構成できる。腹部キールの長さおよび遠位端でのデッドウェイトは、生じる対抗ローリングモーメントが、作動するロータにより発生されるあらゆる不利なトルクを実質的にキャンセルするように構成できる。
【００３７】
本発明の他の態様によれば、ロータドラグ代用装置（ロータが作動しない場合はドラグインデューサ）を配備して、作動するロータにより発生されるドラグに擬似させる水力発電装置１００が開示されており、該水力発電装置１００では、上流側繋留ケーブルが撓んで、水力発電装置を前方の所定位置にサージさせ、パターン化された配備ファーム配列をなす隣接水力発電装置に衝突するか、繋留ケーブルのもつれを引き起こす危険のある垂れ曲り状態になることがない。また、ドラグインデューサは、水力発電装置１００に作用するドラグ力を変調して、ロータが作動しない場合に深さ制御を維持する補助をなす手段を構成する。
【００３８】
図１Ａは、本発明の原理にしたがって構成された水力発電装置１００の一例を示すものである。図１Ｂは、水力発電装置１００の側面図である。
【００３９】
水力発電装置１００は、艇体１０１と、ロータ１０９と、艇体後部に取付けられた発電機(図示せず)と、キール１０５と、キールシリンダ１１１と、流体力学的ウイング１０６と、ハーネス１０２とを有している。水力発電装置１００は、コンピュータ(図示せず)およびトランシーバ(図示せず)も有している。また、水力発電装置１００は、例えば水温、圧力、深さ、物体（例えば、他の水力発電装置、哺乳動物、魚、船等）の接近、水流の速度および／または方向等の周囲の状況を検出するための１つ以上のセンサを有している。また、ロータ１０９は、オンボードハブコントローラ(図示せず)およびトランシーバを有している。艇体１０１には、水力発電装置１００の主浮力源を形成する主圧力容器を設けることができる。また、艇体１０１には、水を交互に充満しまたは排出させて、水力発電装置１００の重量並びに重心の位置を調節する１つ以上の内部バラストタンク(図示せず)を設けることができる。
【００４０】
ロータ１０９は下流側の水平軸線ロータを有し、該ロータは複数のロータブレード１０７および可変ピッチ制御ロータハブ１０８を備えている。可変ピッチ制御ロータハブ１０８は、発電に使用される、艇体後部に取付けられた発電機(図示せず)に連結されている。
【００４１】
キール１０５には、例えば、艇体の前後方向に移動できる可動カウンタウェイト(図示せず)を備えた腹部キール構造を設けることができる。キール１０５は、水力発電装置１００の対称垂直平面から距離１１７だけオフセットしたキールシリンダ１１１に連結されている。キールシリンダ１１１は、デッドウェイトを有している。キール１０５および／またはキールシリンダ１１１は種々の目的、例えば、受動ヨーアライメントの方向舵、ロータの不利なトルクのキャンセルを補助する重み付き振り子、ボディのピッチングモーメントの発生を促進すべく、ＣＧの上方および下流側へのＣＢの移動を促進する手段、ドラグ変調を促進すべく１つ以上のドラグインデューサ１１２を取付けるための大きい表面、繋留システムの前方取付け位置を形成するリーディングエッジルート延長部（leading edge root extension：ＬＥＲＸ）１１４等を有し、本明細書で説明する他の長所は当業者に容易に理解されよう。１つ以上のドラグ代用装置（drag proxy devices）１１２は、例えばスプリットドラグフラップで形成できる。流体力学的ウイング１０６は、一般に艇体１０１の上方に取付けられる。或いは、流体力学的ウイング１０６は、艇体１０１と同位置または艇体１０１の下に取付けることができる。ＬＥＲＸ１４は、ハーネス１０２のノーズ前方取付け位置を提供する。或いは、ハーネス１０２は艇体１０１に取付けることができる。
【００４２】
流体力学的ウイング１０６は、可変角入射偏寄（variable angle incidence deflections）またはトレーリングエッジエレベータ制御表面を形成して、水力発電装置１００に揚力またはダウンフォースを発生するように構成されている。
【００４３】
ハーネス１０２には、ユニバーサルジョイント繋留装置を設けることができる。ハーネス１０２は、例えば図１Ｂに矢印１２０により示すように、水力発電装置１００がピッチおよびヨーの両方向に自由にピボットできるように構成されている。ハーネス１０２は、１つ以上の繋留ケーブル１０３に取付けられる。繋留ケーブル１０３はアンカー１０４に取付けられ、該アンカー１０４は、例えば海底、川底、水面下プラットホーム等の表面１１０に固定される。繋留ケーブル１０３は、水力発電装置１００がハーネス１０２の回りでヨー運動するときに、左舷方向または右舷方向への並進運動を禁止する。繋留ケーブル１０３は、図１Ｂに示すように、水流の流れベクトルＣの水平方向成分すなわち横方向成分に対してインターセプト角１２１を形成する。
【００４４】
水力発電装置１００は、パターン化された配備配列すなわち海流ファーム配列に配備される（例えば、図３Ａ〜図３Ｃ参照）。所与のファーム配列における隣接する水力発電装置１００は、アンカー１０４を共有できる。各搭載発電機(図示せず)により発電された電気エネルギは、例えば隣接の水力発電装置１００または水中または陸上に配置された１つ以上の電気ステーション(図示せず)に送電され、例えば水上または陸上に配置されるユーティリティグリッドに送電する前に、各水力発電装置１００から電気エネルギを収集する。電気エネルギは、例えば繋留ケーブル１０３に取付けられた電気ケーブル(図示せず)を介して送電されかつ隣接する水力発電装置１００または１つ以上のステーションに送電される。
【００４５】
水力発電装置１００は、例えば矢印Ｃで示す方向に流れる自由流れで、完全水平定常状態釣合い作動姿勢を維持するように構成されている。この点に関し、水力発電装置１００は、自由流れベクトルＣに実質的に平行なロータ１０９の回転軸線１１５を維持し、これにより、移動流体の運動エネルギの使用可能電力への変換が最大化される。
【００４６】
水平定常状態釣合い作動姿勢では、水力発電装置１００は、ＣＢの上方かつ上流側にＣＢを維持して、沈水モーメントに対抗するボディピッチングモーメントを発生する。艇体１０１の内部で艇体の前後に配置されたバラストタンク(図示せず)には水が満たされまたは排出されてＣＢの位置に対するＣＧの位置が変えられ、ボディピッチングモーメントの大きさを調節して、変化する自由流れ状態により時時刻刻と変化する沈水モーメントを正確にキャンセルする。また、キールシリンダ１１１の内部に配置された可動カウンタウェイトまたはキールウェイト(図示せず)を前後方向に変位させると、ＣＢに対するＣＧの位置が変えられ、ボディピッチングモーメントの大きさも調節される。前後の釣合い表面(図示せず)は、過大なピッチングモーメントを完全に釣合わせて、水平定常状態釣合い作動姿勢を維持するのに使用される。
【００４７】
ロータ１０９は、例えば、回転軸線１１５の回りで図１Ａの矢印１１６により示す方向（水力発電装置１００の前方から見て反時計回り方向）に回転するように構成されている。ロータ１０９の回転１１６により、ローリングモーメントすなわち不利なトルクが発生され、このトルク（このトルクも矢印１１６の方向である）は水力発電装置１００に伝達される。ロータの不利なトルクによりキール１０５が例えば左舷側に角度的に偏寄する。これにより、キールシリンダ１１１（例えば、該キールシリンダ内に収容されたデッドウェイトおよびカウンタウェイトを含む）が左舷側に移動され、ロータの不利なトルクに対抗する復元ローリングモーメントが発生する。図１Ａに示すように、キールシリンダ１１１は、水力発電装置１００の垂直対称平面から横方向距離１１７だけオフセットしている。
【００４８】
ドラグインデューサ１１２は、図１Ａに示すように、例えば、キール１０５のトレーリングエッジの近くでキール１０５に取付けられた１対のスプリットドラグフラップを有している。ドラグインデューサ１１２は、ロータ１０９が作動していないときにロータ１０９のドラグ力に擬似した力を発生しかつロータのドラグ力を代用するものである。ドラグ力を増大させるため、両ドラグインデューサ１１２は、例えば図６Ａに示すように、実質的に同時に反対方向に偏寄させることができる。ドラグインデューサ１１２は、偏寄角が増大するにつれて徐々に大きい前線面積（frontal area）が形成されるように、徐々に偏寄される。ドラグ力を減少させるには、両ドラグインデューサ１１２を実質的に同時に内方に後退させて互いに近づけ、偏寄角の減少につれて前線面積が徐々に小さくなるようにする。ドラグインデューサ１１２は、ロータ１０９が作動しないときまたは所定閾値より小さい値で作動するときは必ず配備され、水力発電装置１００が前方所定位置にサージすることを防止し、または特定深さを維持するように制御する。
【００４９】
水力発電装置１００のコンピュータ(図示せず)は、本発明の原理にしたがって水力発電装置１００の種々の機械的特性を制御するように構成されている。コンピュータは、例えば、１つ以上の内部バラストタンク(図示せず)内への水の充満または排出、ロータ１０９の作動、可変ピッチ制御ロータハブ１０８に関連するロータブレードのピッチ角、ドラグインデューサ１１２の作動、流体力学的ウイング１０６の作動、トレーリングエッジエレベータの制御面の偏寄、１つ以上のステーション(図示せず)および／またはパワーグリッド(図示せず)との連通、可動カウンタウェイトの作動、キールシリンダ１１１の内部に配置されたキールウェイト等を制御する。搭載コンピュータと例えばステーションおよび／またはグリッドとの接続は、当業者により知られているように、搭載トランシーバ(図示せず)および通信リンク(図示せず)により行われる。
【００５０】
ステーションおよび／またはグリッドの各々は、１つ以上のトランシーバ、１つ以上の通信リンク、および任意であるがネットワークを介して、複数の水力発電装置１００に通信可能に接続されたコンピュータを有している。コンピュータは、各水力発電装置１００を遠隔モニタリングおよび制御できるように構成されている。
【００５１】
図２Ａ〜図２Ｃには異なる３つの水力発電装置２００、２２０、２４０の例が示されており、各水力発電装置は他の２つとは異なる構成を有している。より詳しくは、図２Ａは、浮心（ＣＢ）および重心（ＣＧ）がほぼ同じ長手方向ステーションにある水力発電装置２００を示している。図２Ｂは、実質的に同じ長手方向ステーションにおいて、ＣＢがＣＧより上方にある水力発電装置２２０を示す側面図である。図２Ｃは、ＣＧより上方かつ上流側にＣＢがある水力発電装置を示す側面図である。図２Ａ〜図２Ｃには、例えばＣＧより上方かつ上流側にＣＢを位置決めすることにより得られる幾つかの機械的長所が示されている。
【００５２】
図２Ａは、実質的に同じ長手方向ステーションおよび水線ステーションに共配置されかつ略ゼロの長手方向分離２１５を有しているＣＢ２１９およびＣＧ２１４を備えた水力発電装置２００を示している。水力発電装置２００は、繋留ケーブル２０８により拘束されている。繋留ケーブル２０８は、例えば、水平基準平面に対して小さいインターセプト角２０７を有している。この点に関し、繋留ケーブル２０８は、沈水力２１１を含むベクトル力２０９、２１０、２１１を水力発電装置２００に伝達する。
【００５３】
ロータ２０１が作動される前は、水力発電装置２００は、水平姿勢(図示せず)を占めている。ロータ２０１が作動されると、ロータ２０１は、水力発電装置２００に加えられる大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２００を図２Ａに示すようにノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２００は、該装置２００の沈水力２１１から生じる沈水モーメントが、ウイング２０２により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＧ２１４の上方に作用するロータ２０１のドラグ力により発生されるノーズアップモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するまで、ノーズダウン方向に回転する。ウイング２０２により発生されるノーズアップモーメントは、エレベータ制御面２０３によるトレーリングエッジアップ角偏寄２１２により増大される。水力発電装置２００のこのノーズダウン回転の結果として、ロータ２０１の回転軸線２０４に関して畳み上げ角２０６が導入され、これにより、エネルギ変換性能が、畳み上げ角２０６のコサイン（余弦）の３乗にほぼ等しいファクタだけ低下する。
【００５４】
水力発電装置２００を水平釣合い姿勢に戻すため、エレベータ制御面デフレクタ２０３は、トレーリングエッジアップを更に角度２１２まで偏寄させ、これによりウイング２０２に作用するダウンフォースを増大させかつ水力発電装置２００のノーズアップモーメントを発生させるように構成されている。この結果生じる、ウイング２０２に作用する増大したダウンフォースは、トレーリングエッジの吹き下ろし流れ（すなわち後流）を下流側にドリフトさせかつロータ２０１に衝突させる。これにより、ロータ２０１には見かけの畳み上げ角２１２が発生される。この畳み上げ角は既存の幾何学的畳み上げ角２０６に付加され、両畳み上げ角は、ロータ２０１のエネルギ変換性能を低下させるべく作用する。インターセプト角２０７が緩いと、繋留ケーブル２０８を長くしなければならず、重量が増大しかつコストが嵩む。
【００５５】
インターセプト角が急であると、沈水力２１１の大きさが増大し、したがって水力発電装置２００に作用する沈水モーメントも増大する。急なインターセプト角２０７では、ロータ２０１が大きく畳み上げられかつ効率が低下し、水力発電装置２００を水平にするのに必要な復元ノーズアップモーメントを発生するには、より大型でコストが嵩むウイング２０２を必要とする。沈水力２１１に関連するレバーアームを短くすることにより沈水モーメントを低減させることを試みて、繋留ケーブル取付け位置をＣＧ２１４の位置に向かって後方に移動させるならば、水力発電装置２００は、方向安定性および流入する流れ方向に対するヨーに装置自体を整合させる能力が犠牲になってしまう。
【００５６】
図２Ｂは、ＣＢ２３９およびＣＧ２３４が実質的に同じ長手方向ステーションにある水力発電装置２２０を示すものである。しかしながら、ＣＢ２３９は、水力発電装置２２０が実質的に水平釣合い姿勢(図示せず)にある場合にはＣＧ２３４の直ぐ上に位置する。水力発電装置２２０は、図２Ａの水力発電装置２００におけるよりも水平基準平面に対して急なインターセプト角２２７を有する繋留ケーブル２２８により拘束されている。図２Ｂに示すように、繋留ケーブル２２８は、沈水力２３１を含むベクトル力２２９、２３０、２３１を水力発電装置２２０に伝達する。
【００５７】
ロータ２２１が作動される前は、水力発電装置２２０は、水平姿勢(図示せず)を占めている。ロータ２２１が作動されると、ロータ２０１は、水力発電装置２２０に加えられる大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２２０を図２Ｂに示すようにノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２２０がノーズダウン方向に回転すると、ＣＢ２３９がＣＧ２３４の上流側に前進する。水力発電装置２２０のノーズダウン回転は、沈水力２３１から生じる沈水モーメントが、ウイング２２２により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＢ２３９とＣＧ２３４との長手方向分離２３５から生じるノーズアップモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するようになると停止する。ウイング２２２により発生されるノーズアップモーメントは、エレベータ制御面２２３によるトレーリングエッジアップ角度偏寄により補助される。長手方向分離２３５は、水力発電装置２２０のノーズダウン（またはノーズアップ）回転の単なる結果に過ぎない。ＣＧ２３４は、ＣＢ２３９に対する高さ分離２３６を有している。ＣＧ２３４とＣＢ２３９との間の長手方向分離２３５により表わされる付加寄与モーメントにより、（ロータ２２１の回転軸線２２４に対する）畳み上げ角２２６は、図２Ａに示す畳み上げ角２０６に比べて減少される。
【００５８】
水力発電装置２２０を水平釣合い姿勢に戻すには、エレベータ制御面デフレクタ２２３の偏寄角２３２を増大させて、流れ角（flow angularity）を下流側ロータ２２１に導入しまたは増大させる必要がある。流れ角は、前述の幾何学的畳み上げ角２２６に加えて見かけの畳み上げ角２３２を発生させ、これにより、ロータ２２１のエネルギ変換性能を低下させる。
【００５９】
緩いインターセプト角２２７では、繋留ケーブル２２８が長くなり、一層コストが嵩みかつ重くなる。急なインターセプト角２２７では、ロータ２２１がより一層畳み上げられて効率が低下し、水力発電装置２２０に必要な復元ノーズアップモーメントを発生させるのに、より大型でコストが嵩むウイング２２２を必要とする。沈水力２３１に関連するレバーアームを短くすることにより沈水モーメントを低減させることを試みて、繋留ケーブル取付け位置をＣＧ２３４の位置に向かって後方に移動させるならば、水力発電装置２２０は、方向安定性および流入する流れ方向に対するヨーに装置自体を整合させる能力が犠牲になってしまう。
【００６０】
図２Ｃは、本発明の原理による水力発電装置２４０（または１００）の一例を示すものである。水力発電装置２４０はＣＢ２５９を有し、該ＣＢ２５９は、水力発電装置２４０が実質的に水平釣合い姿勢にあるときにＣＧ２５４の上方かつ上流側に位置する。水力発電装置２４０は繋留ケーブル２４８により拘束されており、該繋留ケーブル２４８は、図２Ａおよび図２Ｂのそれぞれのインターセプト角２０７、２２７より急なインターセプト角２４７（または図１Ｂの１２１）を有している。繋留ケーブル２４８は、沈水力２５１を含むベクトル力２４９、２５０、２５１を水力発電装置２４０に伝達する。
【００６１】
ロータ２４１（または１０９）が作動される前は、水力発電装置２４０はノーズ高姿勢(図示せず)を占めており、この姿勢では、水力発電装置２４０のノーズは上方に回転されかつＣＢ２５９とＣＧ２５４との間の分離距離は最小になっている。ロータ２４１が作動されると、ロータ２４１は大きい下流側へのドラグ力を発生し、水力発電装置２４０を、例えばノーズ高姿勢からノーズダウン方向に回転させる。水力発電装置２４０のノーズダウン回転は、沈水力２５１から生じる沈水モーメントが、ＣＧ２５４の上方で水力発電装置２４０に作用するロータドラグ力により発生されるノーズアップモーメントと、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との長手方向分離２５５から生じるボディピッチングモーメントとの総和に実質的に等しくかつ対抗するようになると停止する。ＣＢ２５９をＣＧ２５４の上方かつ上流側に位置決めすることにより、水力発電装置２４０は、ロータ２４１の回転軸線２４４に対して実質的にゼロの幾何学的畳み上げ角をもつ実質的に水平な定常状態釣合い作動姿勢に維持される。釣合いモーメントはウイング２４２（または１０６）から必要とされずかつトレーリングエッジエレベータ制御面２４３はゼロの偏寄角２５２を有するので、流れ角は回避されるか最小になり、したがってロータ２４１には導入されない。したがって、ロータ２４１はその最高効率作動状態に維持され、最高エネルギ変換性能を与える。
【００６２】
図２Ｃから明らかなように、インターセプト角２４７は、図２Ａおよび図２Ｂに示したインターセプト角２０７、２２７よりかなり急である。したがって、繋留ケーブル２４８は、図２Ａおよび図２Ｂの繋留ケーブル２０８、２２８よりも短く、安いコストでかつ軽量にすることができる。水力発電装置２４０は、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との長手方向分離２５５を調節することにより、ロータ２４１の幾何学的すなわち見かけ畳み上げ角により引き起こされる効率低下を生じさせることなく、繋留ケーブル２４８から伝達される大きい沈水モーメントをオフセットするように構成されている。かくして、ロータ２４１のエネルギ変換効率が最大化されると同時に、水力発電装置２４０のピッチ安定性および水平釣合い作動姿勢を確保できる。
【００６３】
前述のように、キールシリンダ２６０（または１１１）には可動カウンタウェイト(図示せず)を設けることができ、艇体１０１には１つ以上のバラストタンク（タンクではない）を設けることができる。キールシリンダ２６０内のカウンタウェイトを調節することにより（例えば、キールシリンダ２６０内でカウンタウェイトを前後方向に移動させることにより）、および／または（艇体１０１内の）１対の前後のバラストタンクを交換することにより、ＣＧ２５４の位置を調節できる。また、キールシリンダ２６０内のカウンタウェイトを調節しかつ前後のバラストタンク間で水バラストを交換することにより、ＣＢ２５９とＣＧ２５４との間の長手方向分離２５５の大きさを調節して、ロータの畳み上げ角２４６を実質的にゼロにしかつウイング２４２による揚力が実質的に発生しないようにすることにより、ロータ２４１により受ける幾何学的すなわち見かけの畳み上げ角を回避することができる。したがって、水力発電装置２４０のピッチが安定化されかつロータ２４１のエネルギ変換性能を損なうことなく水平定常状態釣合い作動姿勢を維持できる。
【００６４】
本発明の一実施形態によれば、ウイング２４２（または１０６）は、水力発電装置２４０（または１００）から完全に除去できる。この実施形態では、引っ張り綱で繋留された水力発電装置２４０のピッチ、ロールおよび／またはドラグの安定化は、残余の手段により達成される。
【００６５】
本発明の他の実施形態によれば、ウイング２４２（または１０６）はＣＧ２５４に近接して配置され、したがって、水力発電装置２４０に単に揚力またはダウンフォースを加えるのに使用される。或いは（または付加的に）、ウイング２４２は、ＣＧ２５４から距離を隔てて配置するか、釣合い装置および浮揚装置の両方として使用される。
【００６６】
本発明の原理によれば、ハーネス１０２は、水力発電装置２４０の遥か前方にリーズナブルに配置して、装置の方向安定性およびヨー整合能力を最大化することができる。ＣＢ２５９およびＣＧ２５４の長手方向分離２５５から生じるボディピッチングモーメントは、ハーネス１０２のリーズナブルな遥か前方の取付け位置で作用する沈水力から生じる大きい沈水モーメントに抗する作用の補助をする。
【００６７】
図３Ａ〜図３Ｃは、矢印Ｃの方向に流れる自由流れ中に完全に浸漬されて作動している水力発電装置３００、３１０、３２０のファーム配列の種々の例を示すものである。より詳しくは、図３Ａは、緩い繋留ケーブルインターセプト角３０１（または２０７）を有する水力発電装置３００（または２００）の海流ファーム配列の一例を示す側面図、図３Ｂは、中間の繋留ケーブルインターセプト角３１１（または２２７）を有する水力発電装置３１０（または２２０）の海流ファーム配列の一例を示す側面図、および図３Ｃは、急な繋留ケーブルインターセプト角３２１（または１２１または２４７）を有する水力発電装置３２０（または２４０または１００）の海流ファーム配列の一例を示す側面図である。
【００６８】
図３Ａを参照すると、水力発電装置３００は、図２Ａに示した水力発電装置２００に概略的に対応している。水力発電装置３００はファーム配列に構成されており、各水力発電装置３００は、緩いインターセプト角３０１を有する繋留ケーブルに連結されている。図３Ａに示すように、緩い繋留ケーブルのインターセプト角３０１は、図３Ｂまたは図３Ｃに示すファーム配列より長くて、コストが嵩みかつ重い繋留ケーブル３０３を必要とする。また、大きい畳み上げ角３０５が導入され、これは、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を大きく低下させる。このようなケーブルは、コストが嵩みかつ長くなることに加え、繋留ケーブル３０３の増大した重量を支持すべく、大型でコストが嵩む水力発電装置、浮揚体積または大きいウイングの浮揚面を必要とする。
【００６９】
繋留オーバーラップ距離３０２とは、上流側の水力発電装置３００の位置と、隣接する下流側の水力発電装置３００の表面床アンカー位置３０６との間の距離をいう。水力発電装置３００のパターン化された配備配列内の水力発電装置３００の密度を増大させかつ最小の全地理学的フットプリントを使用して天然資源の使用を最大化させるには、繋留オーバーラップ距離３０２を増大させて、下流側方向の装置３００の連続列を装置３００の上流側列に近接させなければならない。長い繋留ケーブル３０３ではオーバーラップ距離３０２を増大させることは問題が多く、例えば繋留ケーブル３０３のもつれの可能性、隣り合う装置３００同士の衝突、上流側に隣接して作動する水力発電装置３００の直ぐ下にアクセスできるに過ぎず、アンカー位置を機能させることの困難性が生じる。
【００７０】
図３Ｂを参照すると、水力発電装置３１０は、図２Ｂに示した水力発電装置２２０に概略的に対応している。水力発電装置３１０のファーム配列では、複数の繋留ケーブル３１３は、図３Ａに示したファーム配列の繋留ケーブル３０３より急なインターセプト角３１１を有している。したがって、図３Ａに示したファーム配列の繋留ケーブル３０３に比べて、より短く、低コストで軽量の繋留ケーブル３１３を使用できる。繋留ケーブルのオーバーラップ距離３１２は、図３Ａのオーバーラップ距離３０２に比べて減少しており、一方、所与の地理的領域における水力発電装置３１０の密度は増大している。
【００７１】
また、図３Ａの水力発電装置３００に導入された畳み上げ角３０５より小さいけれども、水力発電装置３１０は、水平軸線ロータのエネルギ変換性能を大きく低下させる、かなりの大きさの畳み上げ角３１５を導入している。
【００７２】
図３Ｃを参照すると、この水力発電装置３２０は、図２Ｂに示した水力発電装置２４０または図１Ａおよび図１Ｂに示した水力発電装置１００に概略的に対応している。図２Ｃで説明したように、ＣＢ２５９がＣＧの上方かつ上流側にあるため、水力発電装置３２０は、生じるボディピッチングモーメントを、最も急な繋留ケーブルインターセプト角３２１が得られるように使用でき、これにより、最短、最軽量かつ最低コストのケーブル３２３にでき、同時に、水力発電装置３２０は、最高エネルギ変換性能が得られる（幾何学的にまたは見掛け上）実質的にゼロのロータ畳み上げ角３２５を有する水平定常状態釣合い作動姿勢を維持することができる。また、小さい地理学的領域内に多数の水力発電装置３２０を配備できる。これにより、天然資源の使用が最大化され、一方、上流側の水力発電装置３２０の位置と、隣接する下流側の水力発電装置３００の表面床アンカー位置３２６との間の繋留ケーブルオーバーラップ距離３２２が最小になり、ケーブルのもつれ、およびアンカーおよび隣接する装置３２０の繋留ケーブルの補修の煩わしさを回避できる。
【００７３】
図４Ａは、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じまたは実質的に同じ水力発電装置４００を示す側面図である。水力発電装置４００は、ＣＢ４１６（または２５９）に対してＣＧ４０４（または２５４）を前後に移動させる少なくとも２つの機構を有している。例えば、水力発電装置４００は、前後に配置された１対のバラストタンク４０１、４０２を有している。図４Ａから分かるように、前方に配置されたバラストタンク４０１はほぼ空の状態が示され、バラストタンク４０２はほぼ満たされた状態が示されている。水力発電装置４００には更に、両タンク４０１、４０２間で水を搬送するように構成されたポンプ(図示せず)が設けられている。水力発電装置４００は更に、キールシリンダ２６０（または１１１）内に設けられた可動カウンタウェイト４０３を有している。カウンタウェイト４０３は、キールシリンダ２６０の長さに沿って前方から後方位置または後方から前方位置へと長手方向に移動できるように構成されている。ロータ軸線は、参照番号４０５で示されている。
【００７４】
水力発電装置４００のほぼ充満された後方のバラストタンク４０２および最後方位置にあるカウンタウェイト４０３は、最大負荷状態を表している。最大負荷状態は、例えば、ＣＧ２５４が、水力発電装置４００に生じるボディピッチングモーメントの最大の大きさに対応する最後方位置４０４にある状態を含む。
【００７５】
図４Ｂは、ＣＧ２５４が、水力発電装置４００に生じるボディピッチングモーメントの最小の大きさに対応する最前方位置４０４にある負荷状態を有する水力発電装置４００（参照番号４１０で示す）を示す側面図である。理解されようが、前方に配置されたバラストタンク４０１（参照番号４１１で示す）はほぼ充満されており、後方に配置されたバラストタンク４０２（参照番号４１２で示す）はほぼ空である。また、可動カウンタウェイト４０３（参照番号４１３で示す）は、前方位置にある。バラストタンク４０１、４０２および／またはカウンタウェイト４０３はＣＧ２５４の位置を調節し、これにより水力発電装置４００のボディピッチングモーメントの大きさを変えて実質的に水平定常状態釣合い作動姿勢を維持し、ロータ２４１（または１０９）の回転軸線と自由流れ方向とを整合させることによりエネルギ変換性能を最高にするように使用されている。ロータ軸線は、参照番号４１５により示されている。
【００７６】
図５Ａは、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じまたは実質的に同じ水力発電装置５００を示す正面図である。図５Ａを参照すると、自由流れＣは水平軸線をもつ図５Ａの紙面に垂直に流れ、ロータ５０１（または１０９または２４１）は、紙面に垂直な回転軸線の回りで例えば反時計回り方向に回転する。水力発電装置５００は、ＣＢ２５９（参照番号５０５として示す）およびＣＧ２５４（参照番号５０８として示す）を有している。
【００７７】
作動中、ロータ５０１は、不利なトルクと呼ばれるローリングモーメントをを水力発電装置５００に伝達し、水力発電装置５００を例えば反時計回り方向５０２にロールさせる傾向を有する。例えば、水力発電装置５００はバンク角へとロールし、バンク角では、レバーアーム距離５０６を介して作用するデッドウェイト５０３および／またはカウンタウェイト４０３（参照番号５０３で示す）により発生される復元ローリングモーメントにより実質的にオフセットされる。バンク角５０７の大きさは、キール１０５（参照番号５１０により示す）の長さ、デッドウェイト５０３の重量および／またはカウンタウェイト５０３の重量に反比例する。このため、より長いキール５１０、より重いデッドウェイト５０３および／またはより重いカウンタウェイト５０３を使用することにより、作動するロータ５０１により発生される不利なトルクをオフセットする対抗ローリングモーメントを発生させることが必要になる。かくして、重み付きキール５１０は復元振り子として作用する。
【００７８】
しかしながら、図５Ａから分かるように、水力発電装置５００は、垂直基準平面５０９から角度的に変位（例えば右舷方向に傾斜）され、したがって、好ましい直立垂直方向に位置してはいない。好ましい直立垂直方向は、水力発電装置５００の垂直対称面５０４が垂直基準平面５０９と一致するときに生じる。ロータ５０１から不利なトルクをキャンセルしかつ同時に水力発電装置５００の好ましい直立垂直方向を達成するため、キールウェイト５１３は、図５Ｂに示すように水力発電装置５００の垂直対称平面から横方向にオフセットされる。
【００７９】
図５Ｂは水力発電装置５００の正面図であり、ロータ５０１は非作動状態にあり、かつキール５１０と一体に形成されたキールウェイト５１３が水力発電装置５００の垂直対称平面５０４に対して横方向に位置して、水力発電装置５００は左舷側にロールしている。キールウェイト５１３は、水力発電装置５００の垂直対称平面から距離５１６だけ横方向にオフセットするように構成されている。図５Ｂから分かるように、ロータ５０１が作動していないとき、水力発電装置５００は左舷側にロールし、これによりＣＢ５１５およびＣＧ５１８を、垂直基準平面５０９と垂直整合するように位置決めする。
【００８０】
図５Ｃは水力発電装置５００の正面図であり、ロータ５０１は作動状態にありかつ水力発電装置５００は好ましい垂直方向にあって、水力発電装置５００の垂直対称平面５０４は垂直基準平面５０９と一致している。キールのウェイト５１３は、水力発電装置５００の垂直対称平面５０４に対して実質的に横方向の所定位置に配置されている。
【００８１】
図５Ｃでは、ロータ５０１が作動し、例えば、方向５２２に回転している場合、水力発電装置５００は、以前の左舷側位置（図５Ｂ参照）から右舷側に回転し、水力発電装置５００を垂直基準平面５０９と一致する（又は平行な）好ましい垂直方向に立て直す。このような作動状態では、ＣＧ５２８は横方向に変位し、例えば、ＣＢ５２５の左舷側に位置し、作動するロータ５０１により発生される不利なトルクに反作用する持続性のある回転モーメントを生じさせる。
【００８２】
図５Ｃから分かるように、水力発電装置５００には、ウイング１０６（５３１として示されている）に設けられた１つ以上の差動制御面デフレクタ５３３が設けられている。デフレクタ５３３は、作動するロータ５０１による不利なトルクに対抗する付加復元モーメントを付与する。
【００８３】
また、水力発電装置５００は、ウイング５３１に取付けられるかウイング５３１と一体に形成された複数のウイングタンク５３２を有している。ウイングタンク５３２は、ウイング５３１の遠位端に設ける（例えば図５Ｃに示すウイングチップタンク）か、ウイング５３１の遠位端と艇体１０１との間の位置に設けられる。作動するロータ５０１による不利なトルクに対抗するため、ウイングタンク５３２を交互に排出または充満させることにより、付加復元モーメントを付与することができる。
【００８４】
更に、水力発電装置５００には、図５Ｃに示すように、キール５２４の遠位端に配置される制御面デフレクタ５３５を設けることができる。
【００８５】
図６Ａは水力発電装置６００を示す斜視図であり、この水力発電装置６００は、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と実質的に同じである。図６Ａには、ロータブレード６０１が完全にフェザーリングされた非作動状態にあり、かつ腹部キール６０３に配置されたドラグインデューサ６０２が偏寄位置にあって高ドラグ状態にある水力発電装置６００が示されている。ドラグインデューサ６０２は、例えば１対のスプリットドラグフラップを有するものが示されている。
【００８６】
図６Ｂは、高ドラグ状態に配備されたドラグインデューサ６０２を備えた水力発電装置６００を示す正面図である。図６Ｂでは、ドラムインデューサ６０２のスプリットドラグフラップが、大きい前線領域を形成し、これにより自由流れＣの力の下で大きいドラグが得られるように偏寄されている。
【００８７】
繋留ケーブルの沈水力は、ロータのドラグ力（例えば図２Ｃの沈水力２５１）の大きさに比例する。したがって、ロータドラグ力の存在または除去は、繋留ケーブルの沈水力の大きさに大きい変化を引き起こし、水力発電装置６００の特定作動深さを維持するのに必要な垂直力バランスを変化させる。ドラグインデューサ６０２は、ロータドラグ力が存在しないか最小であるときは、ロータドラグ力の代用となるドラグ力を付与する。ドラグインデューサ６０２は、ロータの作動状態からロータの非作動状態へのロータブレードのピッチ角の遷移中に生じる水力発電装置６００の大きい前後方向移動を防止するロータドラグ力の代用を行う。水力発電装置６００の大きい前後方向移動は非常に大きい問題である。なぜならば、水力発電装置が移動すると上流側繋留ケーブルが弛緩し、これは、隣接する水力発電装置６００が衝突の危険を呈する規則的間隔の海洋ファーム配列で特に関心が高いからである（例えば図７参照）。
【００８８】
ドラグインデューサ６０２は、ロータが作動していないときはいつでも高ドラグ状態に配備され、ロータが作動しているときはいつでも低ドラグ状態または無ドラグ状態に後退される。また、ロータブレード６０２が、例えば可変ピッチ制御ロータハブの使用によりピッチ角係合シーケンス中またはピッチ角非係合シーケンス中であるとき、ドラグインデューサ６０２は、水力発電装置６００に作用する総ドラグ力（または総垂直力）を一定値に維持して、ロータの作動状態と非作動状態との間のシームレス遷移が得られる態様および速度に、それぞれ後退または伸長される。
【００８９】
ドラグインデューサ６０２は配備可能な種々の高ドラグ装置からなり、高ドラグ装置として、例えば、スプリットドラグフラップ、偏寄可能なボディフラップまたはスケール、ウイングまたは前後の釣合い面上に配置される配備可能なフラップ、水力発電装置６００の他の表面上に配置されるポップアップまたはポップアウト型ストールフェンス、約９０°の入射偏寄が可能なウイングまたは釣合い面、水力発電装置６００の内部キャビティから発射される引っ張り綱付き補助パラシュートまたはパラシュート、または後で低ドラグ状態または無ドラグ状態に後退できる他の配備可能な高ドラグ装置がある。
【００９０】
図７は、種々の作動段階にある複数の水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６からなる海洋ファーム配列を示す側面図である。各水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６は、図１Ａに示した水力発電装置１００または図２Ｃに示した水力発電装置２４０と同じであるか、実質的に同じである。簡単化のため、水力発電装置７００、７０１、７０２、７０３、７０６は、図１Ａに示した水力発電装置１００の例を参照して以下に説明する。
【００９１】
水力発電装置７００、７０１、７０２は、定格速度が生じておりしたがって搭載発電機(図示せず)により定格電力が発電される深さで、実質的に水平な釣合い定常状態で作動されている。水力発電装置７０３はそのロータ１０９が係合されておらず、明瞭化のため、ドラグインデューサ１１２は無ドラグ状態または低ドラグ状態に後退されているところが示されている。したがって、水力発電装置７０３は、懸垂線状態にある繋留ケーブル７０５により前方所定位置にサージされかつ直ぐ上流側の隣接水力発電装置７０１に衝突する危険がある。ドラグインデューサ１１２を高ドラグ状態に配備することにより、水力発電装置７０３は繋留ケーブル７０５をぴんと引っ張って下流側位置７０４に退去され、これにより水力発電装置７０１と衝突する危険が軽減される。
【００９２】
水力発電装置７０４は、そのロータブレード１０７が完全にフェザーリングされかつロータ１０９は作動されておらず、ドラグインデューサ１１２は高ドラグ状態に配備され、ウイング１０６にはダウンフォースが作用しかつバラストタンク（例えば図４Ａの参照番号４０１、４０２）内の海水が増大されていて、定格速度が生じておりかつロータは作動しておらず（または実質的に作動しておらず）発電していない深さに維持されている。
【００９３】
水力発電装置７０６は、半浸漬表面状態にあるところが示されており、そのロータ１０９は作動しておらずかつドラグインデューサ１１２は中間偏寄角に配備され、したがって、繋留ケーブル７０５をぴんと引っ張るのに充分ではあるが、水力発電装置７０６をより深く引っ張る大きさまで沈水力を増大させるには不充分な大きさのドラグが発生されている。この状態では、水力発電装置７０６は、海上船舶７０７から乗組員により補修およびメインテナンスが行われる。作動深さまで下降させるため、水力発電装置７０６は、ドラグインデューサ１１２を高ドラグ状態に完全に配備して、沈水力を増大させかつ装置７０６を水面下に引き入れる。ひとたび水面下に入ると、ウイング１０６を負の入射角まで回転してダウンフォースを発生させる。同時に（または異なる時点で）、バラストタンク（例えば図４Ａ、図４Ｂに示す）を海水で充満して、水力発電装置７０６の重量を増大させ、定格速度が生じる深さを有する位置７０８まで装置７０６を下降させる。この深さでは、低ドラグに向かって徐々に後退されたドラグインデューサ１１２と、今やロータブレードピッチ角を作動状態にピッチングさせる過程にある実際のロータ１０９との間にドラグ力遷移が生じ、これによりロータ１０９が作動するとロータによりドラグが発生される。ロータ代用物（ドラグインデューサ１１２により形成される）と特定深さでの実際のロータ１０９との間のこのドラグ遷移は、水力発電装置７０６全体に作用する垂直力バランスが実質的にゼロに維持されるように、かつ装置７０６が、ダウンフォースを緩和するウイング１０６並びにバラストタンク４０１、４０２（これらはロータの係合遷移過程中の除荷バラストである）の補助により、水力発電装置７０６により定格電力が発電される定格速度で特定深さに維持されるように生じる。ロータ１０９が非作動状態に遷移されるときに同様な（但し逆方向の）ドラグ力が生じ、このとき、水力発電装置７０６の制御された上昇の前に、ロータ１０９からドラグインデューサ１１２へのドラグ力伝達が生じる。これらの２つのドラグ遷移シーケンス（ロータ１０９の作動状態から非作動状態およびロータ１０９の非作動状態から作動状態を含む）は、それぞれ、ロータ係合離脱遷移プロトコルおよびロータ係合遷移プロトコルと呼ばれ、本願と同日出願に係る係属中の特許文献８（米国特許出願第 号公報（発明の名称「水力発電装置の配列を含む水力発電装置用電力制御プロトコル（POWER CONTROL PROTOCOL FOR A HYDROKINETIC DEVICE INCLUDING AN ARRAY THEREOF）」））に開示されている。尚、該特許文献８の全開示は本願に援用する。
【００９４】
水力発電装置１００は、例えば、本願と同日出願に係る係属中の特許文献９（米国特許出願第 号公報（発明の名称「引っ張り綱に繋がれた水力発電機用繋留システム（MOORING SYSTEM FOR A TETHERED HYDROKINETIC）」））に開示された繋留システムにより水中に保持される。尚、該特許文献９の全開示は本願に援用する。
【００９５】
水力発電装置１００には、例えば、本願と同日出願に係る係属中の特許文献１０（米国特許出願第 号公報（発明の名称「内蔵型エネルギ貯蔵リザーバを備えた可変制御ロータ（VARIABLE CONTROL ROTOR HUB WITH SELF CONTAINED ENERGY STORAGE RESERVOIR）」））に開示された内蔵型エネルギ貯蔵リザーバを備えた可変制御ロータハブを設けることができる。尚、該特許文献１０の全開示は本願に援用する。
【００９６】
図８は、本発明の原理による水力発電装置のピッチ、ロールおよびドラグを検出しかつ制御する方法８００の一例を示すものである。図１Ａおよび図８を同時に参照すると、方法８００は、水力発電装置１００のピッチを検出しかつ決定する段階（ステップ８１０）、水力発電装置１００のロール（垂直整合を含む）を検出しかつ決定する段階（ステップ８１４）および／または水力発電装置１００のドラグ力を検出しかつ決定する段階（ステップ８１８）を有している。
【００９７】
水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲から外れている決定がなされた場合には（ステップ８２０においてＹＥＳ）、水力発電装置１００のピッチ角を調節する。例えば、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、長手方向に分離された複数のバラストタンクに水を交互に充満しおよび排出する（ステップ８３０）。ピッチ範囲から外れていない場合には、ピッチ角調節は行わない（ステップ８２０においてＮＯ）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、キールシリンダ１１１内のカウンタウェイトを制御しつつ移動することによりピッチ角を調節することができる（ステップ８３０）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００のピッチ角が所定のピッチ範囲に戻るまで、例えば可変入射角または１つ以上のトレーリングエッジを含む流体力学的ウイング１０６の部分を制御しつつ調節することによりピッチ角を調節することができる（ステップ８３０）。
【００９８】
水力発電装置１００の垂直整合位置が所定の垂直整合位置範囲から外れているとの決定がなされた場合には（ステップ８２４においてＹＥＳ）、例えば図５Ｃを参照して説明した方法により水力発電装置１００の垂直整合を調節できる。また、これに加え（またはこの代わりに）、ウイングタンク５３２を充満および排出し、エレベータ制御面５３３または方向舵５３５を偏寄させることができる（ステップ８３４）。所定の垂直整合位置範囲から外れていない場合には、ロール調節は行わない（ステップ８２４においてＮＯ）。
【００９９】
水力発電装置１００のドラグ力が所定のドラグ力範囲から外れているとの決定がなされた場合には（ステップ８２８においてＹＥＳ）、例えば、ロータ１０９によりドラグ力とドラグインデューサ１１２により発生されるドラグによるドラグ力との総和が所定のドラグ力の範囲内に入るまで、水力発電装置１００のドラグを調節する（ステップ８３８）。所定のドラグ力範囲から外れていない場合には、ドラグ調節は行わない（ステップ８２８においてＮＯ）。これに加え（またはこの代わりに）、水力発電装置１００に作用するドラグ力は、ドラグ力が許容範囲に戻るまでロータブレード１０７のピッチ角を変えることによっても調節できる（ステップ８２８においてＹＥＳ）。ロータ１０９によるドラグ力とドラグインデューサ１１２により発生されるドラグによるドラグ力との総和は、通常の作動状態中にロータ１０９のみによって発生されるドラグ力に等しい。
【０１００】
実質的に同時に行われるとして示されているが、検出および決定ステップ８１０、８１８は異なる時点で行われる。同様に、判定ステップ８２０、８２８および調節ステップ８３０、８３８は、実質的に同時すなわち異なる時点で行われる。
【０１０１】
本発明の一態様によれば、コンピュータ読取り可能な媒体には、実態的に具現化された複数のコードセクション（すなわちセグメント）を有するコンピュータプログラムが設けられる。コンピュータプログラムには、方法８００のステップ８１０からステップ８３８の各々についてコードセクションが設けられている。水力発電装置１００の搭載コンピュータ(図示せず)で実行するとき、コンピュータプログラムは、水力発電装置１００のピッチ、ロールおよび／またはドラグの検出および制御を行う。
【０１０２】
本発明の種々の実施形態によれば、本願に開示する方法は、コンピュータで実行されるソフトウェアプログラムとして作動することを意図したものである。専用ハードウェアとして特定集積回路、プログラム可能な論理回路があり（但しこれらに限定されない）、他のハードウェアデバイスも本願に開示の方法を実施するように同様に構成される。また、分散処理またはコンポーネント／オブジェクト分散処理、並列処理またはバーチャルマシン処理（但しこれらに限定されない）を含む他のソフトウェアインプリメンテーションも本願に開示する方法を実施するように構成できる。
【０１０３】
以上、本明細書では特定規格およびプロトコルに関連する実施形態で実施されるコンポーネンツおよび機能を説明したが、本願の開示はこのような規格およびプロトコルに限定されるものではない。
【０１０４】
本願の開示は例示実施形態に関連して行ったが、当業者ならば、本願の開示は、特許請求の範囲の記載の精神および範囲内での変更を行って実施できることは理解されよう。前述のこれらの例は単なる例示であって、本発明の可能なあらゆる設計、実施形態、用例または変更例を完全に列挙したものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されかつ発電機を駆動すべく構成されたロータとを有し、
浮体およびロータが協働して浮心および重心を形成し、浮心が重心の上方かつ上流側に配置されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記重心を調節するように構成された可動カウンタウェイトを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記重心を調節するように構成された可変バラストを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項４】
エレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記ロータは、水流と選択的に係合しまたは係合離脱することを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項７】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、
浮体に連結されたキールと、
該キールの遠位端に連結されたデッドウェイトとを更に有していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】
前記デッドウェイトは、浮体の垂直対称平面からオフセットされていることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記デッドウェイトは、浮体前方位置と浮体後方位置との間または左舷側位置と右舷側位置との間で移動できることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１０】
水を交互に排出しまたは充満するように構成された複数の横方向に分離されたバラストタンクを更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１１】
ローリングモーメントを付与するように構成された流体力学的揚力面を更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１２】
可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１３】
前記高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を配備するように構成されたドラグインデューサを更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１４】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、
可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項１５】
前記ロータは、水流と係合しまたは係合離脱することを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１６】
前記ドラグインデューサは、ロータが係合されると係合離脱するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１７】
前記ドラグインデューサは更に、ロータが係合離脱されると係合するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１８】
前記浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１９】
前記重心を調節するように構成された可変バラストを更に有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項２０】
可変入射機構またはエレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されかつ発電機を駆動すべく構成されたロータとを有し、
浮体およびロータが協働して浮心および重心を形成し、浮心が重心の上方かつ上流側に配置されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記重心を調節するように構成された可動カウンタウェイトを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記重心を調節するように構成された可変バラストを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項４】
エレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有していることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記ロータは、水流と選択的に係合しまたは係合離脱することを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項７】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、
浮体に連結されたキールと、
該キールの遠位端に連結されたデッドウェイトとを更に有していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】
前記デッドウェイトは、浮体の垂直対称平面からオフセットされていることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記デッドウェイトは、浮体前方位置と浮体後方位置との間または左舷側位置と右舷側位置との間で移動できることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１０】
水を交互に排出しまたは充満するように構成された複数の横方向に分離されたバラストタンクを更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１１】
ローリングモーメントを付与するように構成された流体力学的揚力面を更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１２】
可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１３】
前記高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を配備するように構成されたドラグインデューサを更に有していることを特徴とする請求項７記載の水力発電装置。
【請求項１４】
水流から電力を取出す水力発電装置において、
浮体と、
該浮体に連結されたロータとを有し、該ロータは発電機を駆動すべく構成されており、
可変ドラグ状態を配備すべく構成されたドラグインデューサを更に有し、可変ドラグ状態は、高ドラグ状態、低ドラグ状態および中間ドラグ状態を有していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項１５】
前記ロータは、水流と係合しまたは係合離脱することを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１６】
前記ドラグインデューサは、ロータが係合されると係合離脱するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１７】
前記ドラグインデューサは更に、ロータが係合離脱されると係合するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１８】
前記浮体に取付けられたキールを更に有し、該キールは、遠位端に取付けられたデッドウェイトを有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項１９】
前記重心を調節するように構成された可変バラストを更に有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【請求項２０】
可変入射機構またはエレベータ制御面を備えたハイドロプレーンウイングを更に有していることを特徴とする請求項１４記載の水力発電装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５３２２７４（Ｐ２０１２−５３２２７４Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１８５３１（Ｐ２０１２−５１８５３１）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３６４５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８３５３
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５１１３１４７０６）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３６４５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８３５３
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５１１３１４７０６）
【Ｆターム（参考）】
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