(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動する振幅および周波数の波の運動に曝される水域に設置することを意図した波エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
前記ＷＥＣは、第１の物体を含み、前記第１の物体は、前記波に対し位相がおおむね揃って動き、第２の物体に対し位相がおおむねずれて動く傾向にあり、
前記第１の物体が、水線面とおおむね平行な水平面に沿って中央開口の周りに固定的にかつ放射状に延在する頂面および、前記頂面に付加され、前記頂面から下がる固定的な底・下側部部分を有し、前記下側部は、水スラミングを受けるとき、下にある水を切り進み、それによって前記第１の物体に与えられる応力を低減するための、逆三角形構造を形成する形の断面を有し、そして
前記第１の物体は、第１の平面を定義する所定の厚さＨ１を有し、前記三角形断面は、前記第１の平面より下に延在し、前記三角形断面の外側部分は、前記中央開口から見て外方を向き、パワー生産能力を維持しつつ生存性を増大させるよう、形および角度が決められている、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項２】
前記第２の物体は、前記第１の物体の前記中央開口に沿い、前記中央開口の中を通り、前記水線面の表面におおむね垂直である方向に延在する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項３】
前記第１の物体はフロートであり、前記第２の物体はスパーであり、前記逆三角形断面は、水面より下に延在し、前記三角形断面の頂点および前記三角形断面の高度を定義する点で接合された第１および第２の辺を有する、請求項２に記載のＷＥＣ。
【請求項４】
前記三角形断面の前記第１の辺および前記第２の辺と静水面におおむね平行な水平面との間の角度が、０度より大きい小鋭角と９０度との間で変わることができる、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項５】
前記頂面は、おおむねトロイダル形状であり、前記三角形断面は、３６０度回転すると、前記第１の物体の前記下側部を定義する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項６】
前記フロートの下に閉じ込められた流体が前記フロートを通過できるようにするため、前記中央開口に加え、前記フロートの前記底面と前記頂面との間に通気孔が設けられている、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項７】
前記中央開口の内部に、前記フロートの下に閉じ込められた流体が逃げられるようにする空間を含む、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項８】
前記三角形断面は、前記フロートの外周辺部と前記中央開口との間に少なくとも１つのおおむね三角形の形を形成する、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項９】
前記三角形断面は、前記フロートの前記外周辺部と前記中央開口との間に２つ以上のおおむね三角形の形を形成する、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項１０】
改善された生存性およびパワー生産特性を有するＷＥＣ用のフロートを形成する方法であって、
波と位相をおおむね揃えて動くように設計された第１の物体を有するように前記フロートを形成するステップであって、前記第１の物体は、水線面とおおむね平行な水平面に沿って中央開口の周りに放射状に延在する固定的な頂面を有する一体構造であるステップと、
水スラミングを受けるとき、下にある水を切り進み、それによって前記第１の物体に与えられる応力を低減するため、前記第１の物体の半分が前記中央開口の一方の側にあり前記第１の物体の残り半分が前記中央開口の他方の側にあり、前記第１の物体の各半分の下側部に沿った固定的な逆三角形構造が形成されるような断面を有するように、前記第１の物体の底・下側部部分の形を定めるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記逆三角形断面の各々は、水面より下に延在し、前記三角形断面の頂点および前記三角形断面の高度を定義する点で接合された第１および第２の辺を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記三角形断面の第１および第２の辺と静水面におおむね平行な水平面との間の角度を選択するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
変動する振幅および周波数の波の運動に曝される水域に設置することを意図した波エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
前記ＷＥＣは、前記波と位相がおおむね揃って動く傾向にあり波スラミング力を受ける第１の物体と前記第１の物体に対して位相がおおむねずれて動くことを意図した第２の物体とを含み、
前記第１の物体は、前記波スラミング力の悪影響に耐えるように形成され、
前記第１の物体は環状リングの形を取り、水線面とおおむね平行な水平面に沿って中央開口の周りに固定的にかつ放射状に延在し、固定的な底・下側部部分を有し、前記底・下側部部分は、前記環状リングに付加され、前記環状リングから下がり、断面が前記中央開口と前記環状リングの外周部との間に延在する逆三角形領域を定義する、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１４】
前記第１の物体はフロートであり、前記フロートの下側部は、前記波の衝撃を受けるように意図されていて、楔形であり、前記下側部の断面は、頂点が前記フロートの前記頂面から見て外方を指す三角形である、請求項１３に記載のＷＥＣ。
【請求項１５】
前記フロートは、楔形の底部を有し、前記水平方向に沿っておおむねドーナツ形である、請求項１４に記載のＷＥＣ。
【請求項１６】
前記フロートの前記断面は、多数の三角形延在部を定義し、前記中央開口に加え、前記フロートの前記下側部と前記頂面との間に通気孔が形成されている、請求項１５に記載のＷＥＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照により教示内容が本明細書に組み込まれる、「ＦＬＯＡＴ  ＦＯＲ  ＷＡＶＥ  ＥＮＥＲＧＹ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ（ＷＥＣ）」という名称で２００８年１１月２１日に出願された米国仮出願第６１／１９９，８８１号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、水域の表面波に存在するエネルギーを有用な電気エネルギーに変換する装置に関し、詳細には、波エネルギー変換器（ｗａｖｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＷＥＣ））に使用するフロート（または「シェル」）の、ＷＥＣの発電効率および生存性を改善するための設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
種々の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムが知られている。例えば、「Ｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ」という名称の米国特許第６，２９１，９０４号、「Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  Ｆｏｒ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許第６，６１７，７０５号、および「Ａｎｔｉｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｆｏｒ  Ｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ」という名称の米国特許第７，１４１，８８８号を参照されたい。これらはすべて、本出願の譲受人に譲渡されており、参照によりそれらの教示内容が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
知られているＷＥＣシステムは、波の力を機械エネルギーに変換するために互いに相対的に動くように設計された、「フロート」（または「シェル」）および「スパー」（または「軸」または「柱」または「ピストン」）を一般に含む。これらのシステムでは、フロートは可動部材として、スパーは非可動部材または機械的に接地された部材として、一般に描写されたり、呼ばれたりしている。しかし、逆の場合もあり得る。あるいは、スパーおよびフロートは、両方とも、互いに相対的に動いてもよい。
【０００５】
図１および図１Ａに示すように、ＷＥＣは、フロート１０（シェルとも呼ばれる）およびスパー２０（軸または柱とも呼ばれる）を一般に含み、双方は波に応答して互いに相対的に動くことを意図されており、また、双方の相対運動を有用な形態のエネルギーに変換するためにフロートとスパーとの間に連結されたパワー取出装置（ｐｏｗｅｒ−ｔａｋｅ−ｏｆｆ  ｄｅｖｉｃｅ（ＰＴＯ））３０を含む。ＰＴＯ装置は、フロートとスパーとの間の相対運動を電気エネルギーまたは機械エネルギーに変換する（例えば、海水を脱塩することなど、ある別のタイプの有用な仕事を遂行する）能力のある任意の装置であってもよい。
【０００６】
一般に、最もパワー効率のよいシステムを得るためには、ＷＥＣのフロート１０は、フロートの排水容積がフロートの水線面に近接して優先的に位置するように設計するのが望ましい。フロートの浮力中立面すなわち水線面は、点線３００で表わされているが、ＰＴＯの作用が存在しないときのフロートの「静水位」として定義してもよい。水線面３０１は、瞬間的な水位を示すことを意図する。例えば、図１Ａは、フロート１０の頂面１０ａおよび底面１０ｂが互いに平行で水平方向に延在する様子を示し、両面は本質的に同じ直径および表面積を有する。フロートのこのおおむね平坦な底部構造により、発電効率がよくなる。なぜなら、波が引き起こす流体力学的な力（浮力の変化と近似できる）は、発電を可能にするものだからである。物体に働く浮力の変化はρｇΔＶと定義される。ここで、ρは水の密度であり、ｇは重力による加速度であり、ΔＶは排水容積の変化である。また、ある物体の排水容積は、前記物体の、瞬間的な水面３０１の下にある部分の容積として定義され、それを指す。水面３０１が水線面から距離ｈだけ変位し、その変位が小さいときには、排水容積の変化ΔＶはｈＡである。ここでＡは水線面の面積である。
【０００７】
図１および図１Ａに示すフロートの問題は、その延在する平坦な（「パンケーキ」）底面が、「水スラミング」と呼んでもよい「波スラミング事象」に曝されることである。例えば、フロートの底部が大波または他の何らかの原因で水面より上に持ち上げられてから、フロートが落下して水面を打つならば、平坦な底部は、フロートの生存性を脅かす大きな衝撃力に曝されるであろう。
【０００８】
さらに、フロートは危険な曲げモーメントに曝される可能性がある。例えば、大きな力（水衝撃に起因する）がフロートの外縁部の近くでフロートの底部に作用する場合、有効レバー・アーム（フロートの中心点までの）はフロート半径となる。フロートの底部に作用する大きな衝撃力は、フロート半径の全長をレバー・アームとして作用し、フロート・スパー連結機構に作用する危険な曲げモーメント（力×距離）を引き起こす可能性がある。
【０００９】
したがって、フロートの生存性を増大させ、フロートを波スラミングから安全にしておくためには、フロートが、実質的に平坦である、または水面に対し実質的に水平である大きな表面積を有することは、望ましくない。
【００１０】
図２を参照すると、断面が逆切頂のコーンまたは三角形に似た形をしている下側部１００ｂを有するフロート１００が示されている。線３００はフロートの水線面を示し、線３０１は波の表面を表わす。波に応答して、フロート１００は、水面下の下端部のところでヒーブ板２２で終端処理をされていることもあるスパー２０に対し上下に動く。［すべての図で明示されているわけではないが、本発明を実施するために使用されるスパー２０は、一般に、図１に示すように錨で固定されたり、図２に示すようにヒーブ板に連結されたりしてもよい。また、本発明を具現化するＷＥＣでは、ＰＴＯは、図１に示すようにフロートとスパーとの間に連結される。なお、ＰＴＯは残りの図では示されていない。］フロート１００は、「水スラミング」の問題を低減するように設計される。しかし、フロート１００の単一の逆切頂コーン形の排水部は、最大のパワーを発生するための要件に関して最適化されていない。このことを図２で、波に応答できるフロートの有効面積はＤａからＤｂへと減少していることを示すことにより、明示する。すなわち、フロートの水面下部の有効面積は、１０１ｂでの表面積の関数となる。切頂コーンに対して、表面波３０１が作用すべき表面積は、（軸のための中央開口を無視して）近似的に
【数１】
0005636372.tif 000002
となる。ここでＤｂは水線より下で波面に沿う下側部の直径である。平坦な底部のトロイドに対して、１０１ａでの表面積は、近似的に
【数２】
0005636372.tif 000003
となる。ここでＤａは水線での直径、および、水線より上での直径である。したがって、図２に示す、切頂コーン形のフロートは、スラミングに付随する負荷を低減するよう働くが、逆切頂コーン下側部には、小さな波に対し浮力応答が小さく、波スラミングに対し限定された保護しか得られないという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国仮出願第６１／１９９，８８１号
【特許文献２】米国特許第６，９２１，９０４号
【特許文献３】米国特許第６，６１７，７０５号
【特許文献４】米国特許第７，１４１，８８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、生存性が増大し、満足な発電能力を備えるフロートを生産するという問題が存在する。この問題は、本発明を具現化したフロートにより対処される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、波スラミングおよび過剰な曲げモーメントに対する保護を強め、同時に、「平坦な」フロートの有益な発電能力を維持する、ＷＥＣ用のフロート構造の設計に関する。
【００１４】
本発明を具現化したフロートの下側部の外周部は、おおむね先細りであり、１つまたは複数の三角形断面を有するものとして表わし得る断面を有する形状である。したがって、フロートの下側部が水面上に平坦に降りてくるよりはむしろ、水面を「切り」進むように、フロートの下側部は、１つまたは複数の三角形構造または「楔」を示す。さらに、この構造によって、平坦なフロートに匹敵する発電を可能にする設計の柔軟性が得られる。
【００１５】
本発明を具現化したフロートは、「静」水線のところとその周りで、水平方向に沿っておおむねトロイダル形状（例えば、ドーナツ形）を有してもよく、フロートのおおむね水面下の下側部は、所望の排水容積およびパワー生産特性を維持しつつ、波スラミングに起因する衝撃荷重を低減する、フロートの外周部から中心との間に延在する、１つまたは複数の逆三角形断面の形をした断面を有する。
【００１６】
隣接する三角形断面の底辺の近くで一般に、選択された点でフロートを貫通し鉛直に延在する通気孔を形成してもよい。この通気孔は、フロートの下に閉じ込められた流体（例えば、空気）がフロートを通過することを可能にし、それによって、フロートへの大きな負荷をもたらし得る高圧の領域の発達を抑制するためである。
【００１７】
特別な目的のためには、フロートの上部も先細りであってよい。
【００１８】
一定の縮尺で描かれてはいない添付の図において、同様の参考符号は同様の構成部品を表わす。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術のＷＥＣのかなり簡略化した断面図である。
【図１Ａ】最大パワー生産のために設計された、従来技術のフロートの簡略化した断面図である。
【図２】発電能力の減少と生存性が限られる逆切頂コーン下側部を有する、従来技術のフロートの簡略化した断面図である。
【図３】本発明を具現化した、楔形の下側部を有するフロートの簡略化した断面図である。
【図４Ａ】図３に示すタイプのフロートに対応する、本発明を具現化したトロイダル・フロートの２つの異なる視点からの等角図である。
【図４Ｂ】図３に示すタイプのフロートに対応する、本発明を具現化したトロイダル・フロートの２つの異なる視点からの等角図である。
【図５Ａ】通気空間を有する、本発明を具現化したフロートの断面図である。
【図５Ｂ】通気孔および通気空間を有する、本発明を具現化した「２つの頂をもつ」フロートの断面図である。
【図６】（ａ）従来技術による、中心鉛直軸の周りに３６０度回転させると、トロイダル・パンケーキ形のフロートの形を掃引する断面Ａの断面図である。（ｂ）従来技術による、中心鉛直軸の周りに３６０度回転させると、トロイダル切頂コーン形のフロートの形を掃引する断面Ｂの断面図である。（ｃ）本発明による、中心鉛直軸の周りに３６０度回転させると、トロイダル楔形のフロートの形を掃引する断面Ｃの断面図である。
【図７】本発明の様態による、フロートの頂面より上、および下側部より下に楔形の延在部を有する別のフロートの断面図である。
【図８】図Ａ、Ｂそれぞれ、従来技術のフロートへの力の印加および本発明を具現化したフロートへの力の印加、ならびにこれらの力のフロートへの影響を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
パワー生産を維持しつつ水スラミングの衝撃を低減させることを目的とする、本発明を具現化した解決策は、ＷＥＣ用のフロートを含む。ここで、フロートの下側部は、波の衝撃を受けることを意図して、楔形（例えば、それは断面が三角形であり、その三角形の頂点はフロートの頂面から見て外方を指す）である。
【００２１】
図３、図４Ａおよび図４Ｂは、フロートが中央軸または中央スパー２０に対し上下に動けるように、中央開口を有する、本発明を具現化したフロート１１０を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、図３に示すように、断面が２つの三角／楔部分１２０ａおよび１２０ｂを有するように表わされてもよいフロートの頂面および下側部の異なる等角図である。フロート１１０は、またＷＥＣの対称の中心軸を定義する軸２０の周りに放射状および対称的に延在する。フロート１１０は、（ａ）トロイドが水平（ｘ）方向（「静」水の表面）に沿って延在する、高さＨ１のトロイダル形状を有する上部の部分、および（ｂ）フロートの頂部分の下側部から延在する、断面が三角形部分（１２０ａおよび１２０ｂで表わされる）を含む下側部を有する。三角形部分の高度（高さ）は、図３にＨ２として示される。トロイダル三角形部分（複数可）は、通常、水線面３００より下に位置する。
【００２２】
フロートの下側部上の三角形の部分は、フロートが波に応答して上下に運動するとき、フロートに加わる波スラミング力をそぐ（および再分配する）ために働く。フロートの下側部の三角形または「楔」の縁部は、水（および水面）を切り進み、フロートの底部の水への進入に対する抵抗を低減する傾向がある。この利点は、フロートの発電能力を大きく低下させることなく得られる。
【００２３】
本発明によって作製されたフロートの下側部もまた、上述の曲げモーメントの問題を軽減することに留意されたい。一例として、図３に示すトロイダル・フロート１１０は、直径（Ｄ）（ここでＤは５メートル未満から１５メートル超に亘ることがある）、高さＨ１の三角形部分１２０ａの底辺まで延在する、水線３００より下の第１の部分（ここでＨ１は、１／２メートル未満から１メートル超に亘ることがある）、および、高度、高さまたは深さ（Ｈ２）は１／２メートル未満から２メートル超に亘ることがあるトロイダル三角形断面（１２０ａ、１２０ｂ）を有してもよい。これらの寸法は説明のためだけであり、実際には、大幅に減少または増加してもよい。
【００２４】
高さＨ１が十分に高いという条件では、フロートの発電能力は大幅には低減されない。なぜなら、水線面３００の近傍では、フロートは、水線面より下で少なくともＨ１の高さの真円柱であるからである。したがって、水（波）面３０１と水線面３００との間の距離ｈがＨ１より短いならば、フロートの排水容積はＡ×ｈである。ここでＡはフロートの水線面の面積である。一方、図２に示すタイプの切頂コーン形のフロートを使用すると、この状況での排水容積はより小さく、したがって、浮力および発電能力はより小さくなる。
【００２５】
図３（図４Ａおよび図４Ｂを簡略化した断面図である）を参照すると、三角形構造の「切れ刃」１２１が、底辺に対して角度αをなすことが示され、「切れ刃」１２２が底辺に対して角度βをなすことが示され、これらの２つの切れ刃は、点１２３で交わり、三角形の頂点を定義している。一例として、角α（図３参照）は、９０°という値から、ある非常に小さい値まで変わるようにしてもよい（角βは、対応する幾何学的制約を満たす必要に応じて変わる）ことに留意されたい。もし角αが非常に小さく（すなわち、数度に）されると、楔の効果がごくわずかになるので、生存性を増大させるための楔形下側部の利益が減少する。もし角αが大幅に（９０°に近づけられる）増大させられると、大量の材料が構造に加えられ、パワー生産を増大させるという釣り合いの取れた利益なしに、フロートの重量を増加させる。また、楔の内側の下側部の表面は、サイズが増大し、スラミング負荷になりやすく望ましくないほど大きな下側部の表面になる。
【００２６】
上述の、本発明の種々の様態を図６を参照にして、例示し、要約することができる。図６は、（ａ）図６に示す断面Ａを中心鉛直軸の周りに３６０度回転すると、平坦な底部の（パンケーキ）トロイダル・フロートが得られること、（ｂ）図６に示す断面Ｂを中心鉛直軸の周りに３６０度回転すると、切頂コーン形トロイダル・フロートが得られること、（ｃ）図６に示す断面Ｃを中心鉛直軸の周りに３６０度回転すると、本発明による、「楔」形の下側部を有するトロイダル・フロートが得られることを示す。
【００２７】
比較を容易にするために、図６に示す３つのフロート断面Ａ、ＢおよびＣは、８９．６ｍ３という等しい排水容積を有するように描かれている。フロートの水線面領域に対する、波の非常に小さな（例えば、０．２５ｍ未満の）上下動に対し、排水容積の変化は３つのすべてのフロートで同じである。しかし、フロートの水線面領域に対する、波のより大きな上下動に対し、排水容積の変化は異なる。具体例を挙げると、（水面が水線面領域より１ｍ下にあるように）フロートの水線面領域に対する波面の上下動が１ｍであれば、３つのフロートの排水容積の変化は以下の通りである。「パンケーキ」フロートの排水容積の変化は８９．６ｍ３であり、「コーン」フロートの排水容積の変化は７０．８ｍ３であり、「トロイダル楔」フロートの排水容積の変化は７８．６ｍ３である。排水容積のこの変化は、力応答と直接的に関係している。「パンケーキ」フロートは、この高さの変位に対し、力応答が最大である。「トロイダル楔」フロートは、この高さの変位に対し、切頂「コーン」フロートよりも力応答がよく、生存性特性もよい。
【００２８】
本発明によって作製されたフロートの下側部は、上述の曲げモーメントの問題をも軽減することに留意されたい。トロイダル楔は、衝撃が作用し得る表面が最小であることは、
調査から明白である。このことから利益が得られる。というのは、それが衝撃力の全体的な大きさを制限するからである。さらなる利益は、平坦な底部のフロートの場合と比較して、楔に対する連結点（図８Ａおよび図８Ｂ中の点４００参照）の周りのモーメントの減少である。
【００２９】
出願人は、最適形の楔を設計するためにいくつかの競合する要因を考慮する必要性を認識した。楔の高度［図３に示すように、楔の高さまたは深さ（Ｈ２）］が小さ過ぎるときは、得られるフロートはスラミング負荷から適切に保護されない可能性がある。しかし、もしこの楔の高さＨ２が大き過ぎると、フロートの全排水容積もまた大き過ぎて、構造を達成するために必要な付加重量によって、建造コストが受け入れられないほど高くなる可能性がある。
【００３０】
１つまたは複数の三角形楔の特性のための最適値は、装置により生産される有用なエネルギーの総コストを最小にするように、これらの要因をバランスさせることによって決定される可能性がある。波のかなり大きな割合で、瞬間的な波面と水線面領域との相対的な鉛直変位がＨ１未満になるほど十分にＨ１を大きくとることが望ましい。こうして、最大のパワー変換潜在能力をもたらす最大の浮力が得られる。しかし、Ｈ１を大きくするにつれて、フロートの質量が増大し、直接的（フロートそれ自体の材料に起因する）にも間接的（ベアリング・レールおよび制動装置など、フロート用の支持システムへの要件の増加に起因する）にも、建造コストの増大を招く。高さＨ２を選択する際にもトレードオフがある。Ｈ２を増大させることが望ましい。というのは、楔の角度が鋭いほど、負荷の減少が大きくなり、建造コストが減少するからである。しかし、Ｈ２が大きくなるにつれ、（付加的構造材料に起因して）フロートの質量が増大し、建造コストの増大を招く。Ｄ、Ｈ１およびＨ２ならびに三角形断面の角αおよび角βの異なる値に対して、フロートおよび対応するＷＥＣシステムの応答をシミュレーションすることができる。最適フロート形状の経済性を決定するために、Ｈ１およびＨ２の様々な値に対してＷＥＣシステムの応答および建造コストをシミュレーションすることも可能である。
【００３１】
衝撃荷重を低減させるための、本発明を具現化したフロートの有効性を図８Ａおよび図８Ｂを参照にして示すことができよう。図８Ａは、水面に衝撃を与えている平坦な底部のフロートに対する荷重線図を示す。図８Ｂは、本発明を具現化したフロートに対する荷重を示す。水への進入事象に起因する衝撃力は、実際には、非常に高圧の領域により引き起こされることに留意されたい。これらの圧力の力は物体の表面に対し法線（局所的に垂直）方向に作用する。図８Ａは、衝撃点４０２ａで水面３０１により衝撃を受けている、スパー２０上のフロート１０を示す。フロート・スパー連結点４００は、衝撃点４０２ａから距離Ｌ離れている。衝撃で引き起こされた力により、フロート・スパー連結４００へ加わるトルクＴの式は、Ｔ＝ＦＬｓｉｎ（θ）である。ここで、（ａ）Ｆは衝撃力であり、（ｂ）Ｌは、フロート・スパー連結点４００から、力Ｆが作用する点４０２ａまでの距離であり、（ｃ）θａは、衝撃点４０２ａでの、４００から４０２ａまでの線とフロート１０の表面に垂直な線との間の角度である。比較すると、図８Ｂは、点４０２ｂでの衝撃力（Ｆ）の印加を示す。図８Ｂのトロイダル楔に対する角θｂは、図８Ａの「パンケーキ」（平坦な底面の）フロートの場合に示した角θａよりも小さいことが明白である。角θｂがより小さいので、角θｂの正弦値は角θａの正弦値よりも小さく、フロート・スパー連結点における、結果として得られるトルクＴもより小さい。このことは、本発明の通りに楔底部を有するフロートでは、ＷＥＣに加わる荷重および曲げモーメントが減少することを示す。
【００３２】
図５Ａは、フロートとスパーとの間に通気空間１５０Ａを有する、図３のフロート１１０およびスパー２０を示す。本発明の重要な特徴は、閉じ込められた空気または水がスラミング事象の場合にフロートの下側部から逃れることを可能にする通気空間１５０Ａが、フロートとスパーとの間に挿入されていることである。逃れる空気または水は、スラミング圧力を弱める効果を有し、フロートに加わる負荷を減少させることになる。ベアリング機構１７０もまた示されている。これらのベアリング機構１７０は、フロートが上下に運動しているときに圧力を開放するように、空気または水を通過させる性質を有する。
【００３３】
図５Ｂは、いくつかの三角形楔（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）がフロート１１０の下側部に取り付けられている、および／または、フロートの下側部の一部として形成されている状態でのフロート１１０を示す。図５Ｂには、通気空間１５０Ａおよび、フロートを通って（頂面と底面との間に）鉛直に延在する多数の通気孔１５０Ｂが示されている。閉じ込められた空気および水が通気孔を通過できるようにして、水／波スラミングに起因する圧力を低減するために、通気孔は、隣接する三角形構造の底辺の端部に一般に位置付けられる。楔形の複数の同心リングがあるという一実施形態は、別の解決策を提示する。こうした実施形態は、複数の同心リングと共に、フロートに作り込まれた複数の空気通気孔（１５０Ａ、１５０Ｂ）を有してもよい。
【００３４】
図７は、フロートの上部表面上で、水線面３００より上に楔形の構造物を有する、本発明を具現化したフロートの断面図を示す。発明の、こうした実施形態は、水がフロートの頂部側面に衝撃を与えている状況の下では、望ましい性質を有することがある。水がフロートの頂部に衝撃を与えることがある状況は、波が崩れる状況（あたかもフロートが、波がフロート上に崩れることがある浅水域中にあるかのように）および、波がフロートの頂部に衝撃を与えることがあるように中央スパー２０が入射波に対し傾いている状況を含む。
【００３５】
種々の図で、フロートは、水線３００に関して（鉛直方向に）対称的であるように示されている。このことは、図７に関連して述べたタイプの条件を除いて、必要な、または必要とされる条件ではない。フロートをスラミング事象から保護するという一般的な場合に対して、一番の関心事はフロートの下側部である。したがって、水線より上のフロートの形態についての関心は、図７に関連して述べた条件に限られる。
【００３６】
上述したフロートはトロイダル形で放射対称であるとして示されてきたが、このことは必要条件ではない。フロートは、楕円形または他のどのような適切な形でもあり得る。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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