JP6796076B2 - 可変プロファイルを有する帆 - Google Patents

Description

本発明は、非動作畳帆状態と動作展帆状態との間で構成可能な、可変プロファイルを有し、帆のプロファイル、したがって風と接触する空気力学表面を決定する帆に関する。

本発明の膨張可能なプロファイルを有する帆は、エネルギー変換のためのシステム、及びより具体的には、海水をＨ_２及び／またはＯ_２に電気分解して、海外及び海上の風力を、電気エネルギー及び化石燃料以外の燃料に変換するシステム、を構成する要素としての特定の出願である。

流体力学において、布から作られた帆の効率は、航空機の翼の効率より劣ることが知られる。後者の場合、揚力と重量との間の差が、プロファイルから分離されない空気の空気力学的境界層のため、航空機を飛ばすことを可能とする。逆に、造船部門における従来型の帆において、帆を満たすのは風の推力であり、その推力によって、ボートまたは船体を前進させることを可能とする合力を発生させる。

航空機の翼のような利点をもたらす、水上航法のための帆を実現することが、長年所望されている。このため、航空特性の空気力学的プロファイルを有する剛性の帆を実現するための様々な試みがなされている。

これらの中で、フレットナー型ロータが、特筆すべきものであり、これらは、１９２６年に、Ａｎｔｏｎ Ｆｌｅｔｔｎｅｒ（ＦＬＥＴＴＮＥＲ，Ａｎｔｏｎ Ｍｅｉｎ Ｗｅｇ ｚｕｍ Ｒｏｔｏｒ，Ｌｅｉｐｚｉｇ（Ｋｏｈｌｅｒ＆Ａｍｅｌａｎｇ，１９２６））によって記載され、例えば、欧州特許文献ＥＰ０４０ ５９７において、以前引用された。

文献ＷＯ２００４０２４５５６は、垂直軸の回りを回転して、航空技術で翼に使用される種類の空気力学的プロファイルによって、帆の内輪及び外輪を決定することができる、２つの部分から成る剛性の帆を記載する。

文献ＷＯ０１８９９２３は、各々が、互いに連結された、３つの水平要素（もしくは区分）、または翼もしくは剛性の帆の外輪によって形成された、３つの垂直要素（またはモジュール）から成る連結式空気力学的プロファイルを有する剛性の帆を記載する。

特許ＦＲ２６４８４２６は、異なる空気力学的構成を可能にする、剛性部分のハウジング内に格納された、剛性部分及び可撓性部分から成る翼を記載する。

特許ＵＳ７１４６９１８は、水上に浮かび、剛性の帆を備える、システムにおいて、海水及び風エネルギーから電気エネルギー及び水素を生成するシステムを記載する。

ＵＳ７１４６９１８の生成システムに伴う問題は、帆の操作、制御、及び調整が複雑であり、結果として電力及びＨ_２の製造における、実行及び予測可能性において損失が生じることである。例えば、大きな問題が、１８０°の風向変化であり、複雑で危険な作業となり得る、帆の回転操作が必要となる。

いくつかの例示的な実施例のみが掲載されたが、これまでの多くの試みにも関わらず、多機能で、経済的、及び操作が簡便な装置は、今のところ実現に至っていない。

文献ＥＰ２２０２１４４Ａ１は、最も遠い縁近くの少なくとも１つのゾーンにおいて、対応する壁に接合された、弾性包囲シートを有する、構成可能なプロファイル、ならびに帆を膨張及び収縮させて所望する帆のプロファイルに修正するため、加圧下の空気及び真空を生成、供給する手段を有する剛性の帆を記載する。この帆は、この要求に対する解決策を提供する。

特許ＵＳ８６０１９６６は、蛇腹状ふいご様式で折り畳み及び広げることが可能な、空気力学的プロファイルを有する帆を記載し、水素及び高エンタルピー含有の他の化学種の製造に対して、効果的で、高い実行性のある解決策を提供する。帆は、対向する一組の帆によって形成される配列を形成し、各々がいくつかの拡張可能なマスト、マストに沿って縦方向に変位可能ないくつかの区分、ならびに、区分及び互いに連結して接合され、各帆の側面を形成するいくつかのパネルを備える。パネルは、本質的に同一平面上にあり、本質的に垂直方向で縦に整列する展帆動作状態と、本質的に水平状態の区分と共に、ふいご状に積み重ねられた、畳帆収容状態との間の、２つの状態で動作する。

ＵＳ８６０１９６６の帆の効率性及び多機能性にも関わらず、この畳帆方法は、例えば天候条件の変化のため、迅速に畳帆及び展帆が試みられるとき、機械及び動作特性の欠陥をもたらし得る。

ＥＰ０４０ ５９７ ＷＯ２００４０２４５５６ ＷＯ０１８９９２３ ＦＲ２６４８４２６ ＵＳ７１４６９１８ ＥＰ２２０２１４４Ａ１ ＵＳ８６０１９６６

本発明の目的の１つは、前述の問題及び欠陥に対する同時解決策を提供することである。

このため、本発明の目的は、非動作状態に対応する畳帆状態と、構成可能なプロファイルを有する帆が膨張し剛性となる、展帆動作状態との間で、膨張及び補強手段によって動作可能な、少なくとも１つの膨張可能及び補強可能な帆要素を含むことを本質的な特徴として、可変プロファイルを有する帆に、新規の概念及び機能性を持たせることである。

本発明の別の特徴に従い、帆のプロファイルは、軸の両側の区分に分けられ、膨張手段及び補強手段によって動作可能な、膨張可能なバッグで構成され、膨張可能な帆要素が上に配置される、支持構造体を備える。

帆は、軸の周りを回転することができ、いくつかの円形軌道の周りを、台車によってその下部でガイドされる。

軸は、支持構造体に高強度を与えるため、三角形の強化柱を備えることができる。

本発明の目的である帆の別の特徴に従い、帆は、常に帆のプロファイルの形状に適応し、膨張可能なバッグの配列を包み込む、工業布によって外部を覆われる。

好ましくは、帆のプロファイルは、航空機の翼のプロファイルに対応する。

添付の図面は、例がこれに限定されるわけではないが、本発明の目的である、可変プロファイルを有する帆の実施形態を示す。

本発明の帆を特徴付ける船体の斜視図である。 図１のＩＩに従う詳細図であり、特に帆によって収集された風力によって活性化され、水素／酸素の貯蔵手段を有する、発電機、水素／酸素製造システムを示す。 本発明に従う、畳帆状態にある、帆のプロファイルの平面図である。 図３に類似しているが、展帆状態にあり、膨張可能なバッグが膨張した、帆のプロファイルを有する図である。 図４の剛性の帆の斜視図である。 本発明の帆の、膨張可能なバッグの実施形態の膨張方法を示す平面図である。 図６の平面図に対応する斜視図である。 図４に類似の、斜視図であり、図面中カバー２８が、帆の展帆状態ではっきりと確認し得る。

図面は、非動作畳帆状態と動作展帆状態との間で構成可能な、可変プロファイルを有する帆２の実施形態の構成及び動作方法を描き、帆のプロファイル、したがって風と接触する空気力学表面が決定される。

描かれる実施例において、帆２は、帆２によって推進され、例えば水素、酸素、メタノール、エタノール、アンモニア等の生成及び貯蔵によって、エネルギーの生成及び貯蔵のためのシステムを特徴とする、船体１上で、他の同一または類似の帆２と連帯して組み立てられる。

本発明は、風速と水の高密度化の組み合わせに基づいており、一次エネルギー源の風に基づくいずれの他のシステムよりも、はるかに大きな生産量をもたらす。

本方式は、海または湖の水の電気分解によって得られ、本発明の帆２を特徴とする、水素（及び／または酸素）の製造用に特別に設計された船体１のものである。

図面において、本発明に従い、海水から水素を製造するためのシステムは、
− 全ての必要な構造的荷重に耐え、及びその内部に貯蔵システムを収容し得るように設計された、船体１と、
− その目的が、船体を推進させ船の速度を上げること、である帆２が装備され、
− 水と関連する船体の速度のため回転し、ひいては電気分解装置及び補助装置に供給する、機械エネルギーを生成する、水中タービン３。水と関連する船体１の速度のため回転し、ひいては船体１のＨ_２生成装置５及び補助装置に供給する、機械エネルギーを生成する、水中タービン３と、
− タービン３の回転を電気に変換するように適応された発電機４と、
− 発電機４によって発生させた電気エネルギーからＨ_２及びＯ_２を発生させる、船上搭載型水素生成システム５と、
− 例えばＨ_２及びＯ_２用高圧ＩＳＯ容器（３０バール、３００バール超）に基づいた、貯蔵手段６と、を備えることが確認され得る。

本発明に従い、異なる改良型が、Ｈ_２生成システムについて可能であり、これらの中で、制限的ではないが、
− 電解液の添加によってＥＣＡカートリッジ１１内に海水を入れるＥｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ（ＥＣＡ）技術。この場合、添加の電解液が提供され得、または海水自体の塩分で十分となり得、及び
− ろ過要素膜、精密ろ過要素膜、及び／または限外ろ過要素膜１０を通す水の電気分解システムというものもある。

Ｈ_２及びＯ_２が生成及び貯蔵されるプロセスは、以下の通りである。
− 船体１が、従来型または水素燃料電池による給電型いずれの、エンジン（図示せず）を使用して港を出港し、風力が大きな海域に進む。
− 到着すると、船体１は、エンジンを切り、展帆した帆２を使用して、ただ高速に到達するために、最大風力の方向を追って、帆で進む。船体１の速度が早ければ早いほど、水素及び酸素の製造量は大きくなる。
− このプロセスによって、船体１は、海と関連する速度を上げ、水中タービン３のための機械エネルギーの生成に生かされる。
− 電気エネルギーに変換される、この機械エネルギーは、精製前の水に電気分解または電解活性化（ＥＣＡ）を実行し、ＥＣＡケース内に水素及び酸素、または他の化学種（例えば、塩素及びその合成物）に分離するための、水素生成システム５及び補助装置に給電する。
− 気体は、描写される実施例（図１及び図２）において、水素、酸素、等用タンク７を特徴とする、気体貯蔵手段６に、まずは気体状態でまたは化学もしくは極低温貯蔵によって、加圧され船上で貯蔵される。
− タンク７または化学貯蔵構成部品（電池）が一杯になるとき、船体１は港に戻って荷を下し、プロセスを再開する。

理想的には、ＩＳＯ容器に標準的な圧力で貯蔵ができるようになり、その後いずれの特別なインフラ設備も必要とせずに、いずれの港でも荷を下ろし得ることが望まれる、とはいえ他の貯蔵手段、例えば大型の球形タンクまたは化学貯蔵要素（電池）などが使用され得ることも予測される。

本発明に従い、帆２は、非動作畳帆状態（図３）と動作展帆状態（図１、４、及び５）との間で構成可能な、プロファイルを有する補強可能な帆であり、帆２のプロファイル、したがって風と接触する空気力学表面を決定する。好ましくは、膨張し補強された形状の帆２は、航空機の翼に類似のプロファイルを獲得するべきである。

各帆２は、管状継手２６上で枢動する同等の区分２１、２２に分割され、軸２０の両側に配置され、格子形状の、支持構造体２３を備え、その上にいくつかの帆要素２４が配置され、これらが、畳帆状態に対応する、非膨張状態と、展帆状態に対応する、膨張及び補強状態との間で、膨張手段３０によって、個々にまたは集合的に動作可能な、膨張可能なバッグ２４で構成され、帆２のプロファイル、したがって風と接触する空気力学表面を決定する、プロファイル要素１００（図３、４、及び５）によって形成される。

格子状構造体２３は、膨張可能体が展開されるとき、プロファイルの半分は動作する必要がなく、完全に非膨張のままとなり得るため、空気力学的プロファイルの後縁のような形状を特徴とする。

プロファイルの要素１００の２つの区分２１及び２２が、共に取り付けられ、固定され、及びプロファイルの要素１００が、共に取り付けられると、帆２は、船体１のデッキ１３上のいくつかの円形軌道１２周りの軸受け部を有する台車９によって、及び上部回転軸において、その下部及び上部でガイドされ、軸２０の周りを回転し得る。

中心軸２０ならびに同軸に接触する区分２１及び２２は、力を船体全体へ伝え、格子状支持構造体２３のアセンブリを保持する。全てのプロファイルの要素１００は、中心軸２０に固定される。

支持構造体の２つの縁においていくつかの垂直要素２７が在り、デッキ上の、構造体の下部、または上部で、畳帆され得る、外部カバー２８（図４及び８）へのガイドとして機能する。この外部カバー２８は、常に帆２のプロファイルの形状に対して適応し、膨張可能なバッグ２４の配列を包み込む、工業布となり得る。より明瞭にするために、図１及び５において、帆２は、外部カバー２８無しで描写される。

描写される実施形態の軸２０は、支持構造体２３に高強度を与えるため、三角形の強化柱３２を備えることができる（図２〜５）。三角形の強化柱３２は、同じ機能をする別形態の要素によって置換され得る。

さらに詳細には、帆２の全配列は、上部通路８（図１）によってつなげられ、配列に高強度を与えることができる。

上記で言及されるように、空気力学的プロファイルの形状を形成するために、アセンブリは、膨張手段３０、パイプを通る圧縮空気、及び帆２の格子状の支持構造体２３中に分配される共通圧力システムによって、自在に膨張し得る、一連の膨張可能な帆要素２４を特徴とし、このシステムによって、帆２が常に異なる形状及び構成を採用することが可能である。膨張可能な帆要素２４の動作における制限の無い実施例が、特に図６及び７を参照する形で、下記に記載される。

適応可能なプロファイルの構成に対する膨張システム３０は、膨張可能なバッグ２４、好ましくはプラスチック材料（例えば、ＰＶＣ）からなり、内面ライニング２５を特徴とする。

膨張可能なバッグ２４は、膨張可能なバッグ２４を取り込み、または取り外す、いくつかの電動ローラ３１によって張設され、一方で熱溶着接合または類似の手段によって、膨張可能なバッグ２４へ取り付けられる、内面ライニング２５は、加圧空気のためのインジェクタチューブ３２を特徴とし、チューブは、格子状支持構造体２３の骨組みに固着され、つまり固定位置に維持され、さらに内部フレーム３３を保持する支持体として機能するであろう。

この内部フレーム３３は、膨張可能なバッグ２４内ではあるがライニング２５外に配置され、外部フレーム３４において類似品を有し、これらが、膨張可能なバッグ２４の布を張るまたは取り外すことを可能とする、ガイド機能をする。外部フレーム３４は、内部フレーム３３と同様に、全体構造に固着されるであろう。フレームは、風によって生成され得る接線力に対する、安定性、位置決め性、及び剛性を提供する。

膨張可能なバッグ２４によって形成される帆２はまた、補強可能である。このため、膨張可能なバッグは、予備形成された縫い目２９（図７）を有する膨張形状の補強手段を特徴とし、このようにして膨張可能なバッグ２４は、自動車用エアバッグ装置でよく知られる方法で、その容量を、剛性であり、あらかじめ設計された形状のまま、増減させる。図４及び５において、一旦動作、展帆、膨張、及び剛性状態に到達すると、どのように膨張可能なバッグ２４が異なる形状及び最大容量を特徴とするか、はっきりと確認し得る。

本発明は、構成可能なプロファイルを有する帆、または風力発電機用タービン翼などの、その可能性を必要とし得る、いずれのシステムに対しても構成可能で、適応可能な容量を作り出すことで、疑問を解決する。

当業者は、帆２が、可変の容量を有し、一方側または他方側へ向かって構成され得、そのため風が対向方向から吹く場合でも、１８０°回転させる必要がないことから、本発明のシステムの帆２が、総対称双対性を特徴とすることが分かるであろう。同じように、風の方向または速度における一定の変化に対して、本発明のシステムを搭載した船体が、その方向を変える必要性はない。

本明細書に十分に記載される、本発明の特性及び本発明の実装のための本方法は、その基本目的を改め、変更、または修正しないいずれの差異も、詳細の変更とするということが規定される。

このため、本発明の構成可能なプロファイルを有する、補強可能な帆２は、膨張可能な要素、またはバッグ２４に基づく好ましい実施形態と関連して記述されたこと、とは異なる他の実施形態も採用し得る。帆１はまた、水素製造システムのための船体１における出願に関し、本明細書に記載されたこと、とは異なる出願を発見し得る。

同じく、プロファイル要素１００の数、また帆要素（または膨張可能なバッグ）２４の数も、本請求項の保護する範囲内である限り、単体のユニットを含む、いずれの数ともなり得る。

Claims (5)

1. 非動作畳帆状態と動作展帆状態との間の、可変プロファイルを有する帆であって、前記非動作畳帆状態及び前記動作展帆状態は、前記帆（２）の前記プロファイル、したがって風と接触する空気力学表面を決定し、前記帆（２）は、非動作状態に対応する前記畳帆状態と、前記帆（２）が膨張する前記動作展帆状態との間で、膨張手段（３０）及び補強手段（２９）によって動作可能な、少なくとも１つの膨張可能及び補強可能な帆要素（２４）を有し、前記帆（２）の前記プロファイルは、軸（２０）の両側の区分（２１、２２）に分けられ、また前記帆は、前記膨張可能な帆要素（２４）が上に配置される支持構造体（２３）を有し、前記要素は、前記膨張手段（３０）及び補強手段（２９）によって動作可能な、膨張可能なバッグ（２４）で構成されている、帆において、
   前記帆（２）の前記プロファイルは、航空機の翼のプロファイルを有し、且つ前記軸の両側の区分（２１、２２）で双対性を有しており、それにより前記翼の前縁が、前記帆（２）の可変の容量によって、前記軸の両側の区分（２１、２２）の一方側または他方側で構成され得ることを特徴とする、帆。
2. 前記帆（２）が、前記軸（２０）の周りを回転し得ることを特徴とする、請求項１に記載の可変プロファイルを有する帆。
3. 前記帆（２）が、前記軸（２０）の周りを回転し得、いくつかの円形軌道（１２）の周りを台車（９）によってその下部でガイドされることを特徴とする、請求項２に記載の可変プロファイルを有する帆。
4. 前記軸（２０）が、前記支持構造体（２３）に高強度を与えるための強化柱（３２）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の可変プロファイルを有する帆。
5. 前記帆（２）が、常に前記帆のプロファイルの形状に適応し、前記膨張可能なバッグ（２４）の配列を包み込む、工業布によって外部を覆われることを特徴とする、請求項１に記載の可変プロファイルを有する帆。

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