(57)【要約】  波エネルギー変換装置（４４）及びその関連する張力係留システム（５０）が説明される。波エネルギー変換装置（４４）は、海洋中で平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造（４５）を備える。支持構造（４５）は、それに関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材（４６）を有する。正浮力の浮動部材（４８）が、垂直方向に移動可能であるように支持構造（４５）の上に滑動自在に取り付けられる。また装置（４４）は、支持構造（４５）に関連して設けられた固定体と、浮動部材（４８）の本体に一体化された並進体とを有するリニア発電機（４９）を備える。支持構造（４５）に対する浮動部材（４８）の差動運動が、リニア発電機（４９）による発電をもたらす。張力係留システム（５０）は、バラスト手段（５２）から、滑車機構（５４）を介して没水部材（４６）から懸垂されるように適合された釣合せ手段（５３）まで延びるケーブル（５１）を備える。張力係留システム（５０）は、装置（４４）が優勢な海洋条件に「同調」されることを可能にする。
2009542964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置のための張力係留システムであって、前記装置は、前記装置に関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材を備える構造を有し、前記係留システムは、
バラスト手段から、滑車機構を介して前記没水部材から懸垂されるように適合された釣合せ手段まで延びる細長い柔軟な部材と、
前記没水部材の運動に減衰作用を及ぼす減衰手段とを備え、前記減衰手段は、前記滑車機構を介して前記細長い柔軟な部材に前記減衰作用を及ぼす、張力係留システム。
【請求項２】
前記釣合せ手段は容器を備え、前記容器は、前記細長い柔軟な部材を介して前記没水部材に加えられる釣合せ力を与えるために、前記容器に関連して設けられた質量を有する、請求項１に記載の張力係留システム。
【請求項３】
前記釣合せ手段は調節可能な浮力容器を備え、前記浮力容器は、前記浮力容器に関連して設けられた質量を有し、前記釣合せ手段の浮力は、前記細長い柔軟な部材を介して前記没水部材に加えられる前記釣合せ力を変更するために調節可能である、請求項２に記載の張力係留システム。
【請求項４】
前記釣合せ手段の浮力は、流体輸送機構を介して流体を前記浮力容器に出し入れすることによって調節可能である、請求項３に記載の張力係留システム。
【請求項５】
空気管を介して空気を前記浮力容器に送り込む空気圧縮機をさらに備える、請求項４に記載の張力係留システム。
【請求項６】
係留箱をさらに備え、前記構造の前記没水部材は前記係留箱に結合されるように適合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の張力係留システム。
【請求項７】
前記没水部材はロック機構によって前記係留箱の中に固定される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項８】
前記ロック機構は、前記没水部材が前記係留箱の中に合体するとき、前記没水部材を前記係留箱に自動的に固定する、請求項７に記載の張力係留システム。
【請求項９】
前記減衰手段、前記滑車機構、及び前記空気圧縮機は、全てが前記係留箱の中に収納される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項１０】
前記減衰手段、前記滑車機構、前記空気圧縮機、及び調節可能な浮力タンクは、全てが前記係留箱の中に収納される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項１１】
前記減衰手段は回転式発電機を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の張力係留システム。
【請求項１２】
前記減衰手段は制動システムを備える、前記請求項のいずれか一項記載の張力係留システム。
【請求項１３】
前記減衰手段は、エネルギー変換又は抽出システムを備える、前記請求項のいずれか一項記載の張力係留システム。
【請求項１４】
海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置であって、
平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造であって、前記支持構造に関連して前記平均喫水線の下方に設けられた没水部材と、前記支持構造が海洋の中において概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段とを有する細長い支持構造と、
垂直方向に移動可能であるように、前記支持構造の上に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材と、
前記支持構造及び前記浮動部材に関連して設けられたエネルギー抽出手段とを備えて、波の運動が前記浮動部材と前記支持構造との間に適切な差動運動を引き起こすとき、前記エネルギー抽出手段が入射エネルギーをより有用な形態に変換するようになっている、海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置。
【請求項１５】
前記エネルギー抽出手段は、固定体が前記支持構造に関連して設けられ、かつ並進体が前記浮動部材に関連して設けられているリニア発電機を備える、請求項１４に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１６】
前記浮動部材には、前記波の運動の水平成分を前記浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、前記浮動部材のエネルギー抽出能力を高める、請求項１４又は１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１７】
前記没水部材には、前記波の運動の水平成分を前記没水部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、前記没水部材のエネルギー抽出能力を高める、請求項１４又は１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１８】
前記没水部材には、一定の高度における静水圧の変動を、前記没水部材の関連する垂直移動につながる前記部材の浮力の増大又は減少に変換するように適合された可変浮力静水圧室が設けられて、前記没水部材を波の高さが増大するときに下降させ、かつ波の高さが減少するときに上昇させる、請求項１４又は１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１９】
前記浮動部材は前端及び後端を備える細長い水平断面を有し、前記前端は、接近してくる波の一般的方向に向くように適合される、請求項１６に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２０】
前記水中舵表面は、前記浮動部材のそれぞれの第１及び第２の側面に実質的に垂直にかつ前記側面に沿って延びる複数の実質的に平行な水中舵表面の１つである、請求項１６に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２１】
前記複数の水中舵表面は、前記浮動部材の前記前端から前記後端にかけて下向きに傾斜し、波の中の水粒子が前記水中舵表面によって下向きに強制されて、前記水中舵表面に対して上向きに作用する流体力学上の力を創出し、前記力は、前記浮動部材に対して前記部材の正浮力により作用する上向きの力に追加される、請求項２０に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２２】
海洋波エネルギーを有用なエネルギーに変換する装置の中の改良された浮動部材であって、
波の運動に応答して垂直方向に移動可能であるように支持構造の上に滑動自在に取り付けられ、前記波の運動の水平成分を前記浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面を有して、前記浮動部材のエネルギー抽出能力を高める正浮力部材を備える、改良された浮動部材。
【請求項２３】
前記装置は、前記構造を海底に係留する係留システムをさらに備える、請求項１４又は請求項１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２４】
前記没水部材及び浮力手段は、使用に際して実質的に正の浮力を有するように適合され、前記係留システムは、前記係留システムを介して減衰作用を前記支持構造に及ぼす減衰手段を備える、請求項２３に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２５】
前記減衰手段は、前記エネルギー抽出手段によって抽出されたエネルギーが増大するときに前記減衰作用を増大させるように適合され、それによって前記浮動部材と前記支持構造との間の差動運動が最大化され、かつ抽出されるエネルギー量が最適化されうる、請求項２４に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２６】
前記エネルギー抽出手段によって殆ど又は少しもエネルギーが抽出されていないとき、前記減衰手段は減衰作用を及ぼさず、前記係留システムが空回りするので、前記支持構造に対する機械的応力が最小化されうる、請求項２５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２７】
前記係留システムは、バラスト手段から、滑車機構を介して前記支持構造から懸垂された釣合せ手段まで延びるケーブルを備える、請求項２５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２８】
添付の図面のいずれか１つ又は複数の図面を参照して本明細書に実質的に説明されかつ例示されたような、海洋波エネルギーを電力に変換する装置。
【請求項２９】
添付の図面のいずれか１つ又は複数の図面を参照して本明細書に実質的に説明されかつ例示されたような、張力係留システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋波エネルギーを電気エネルギーに変換する波エネルギー変換機に関し、他を排するものではないが、特に浮力、流体力学上の圧力、及び振動の原理に基づいて動作するような波エネルギー変換機に関する。本発明は、さらに詳細には、波エネルギー変換機用の張力係留システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
第３千年紀の初頭において、あらゆる地域の人々が資源の持続可能性に益々関心を寄せている。人々が、化石燃料は有限なエネルギー源であることに気が付いたとき、再生可能な、清潔なエネルギー源の探求がより急務となった。地球温暖化及び気候変動は、我々の化石燃料に対する依存度を低下させる必要性に注目を集中させることになった。最も有望な再生可能なエネルギー源の１つが、波エネルギーである。波力の世界的なエネルギー潜在能力は２テラワットであると推定されており、これは、世界の電気エネルギー要件の大部分を満たすのに十分な、年間約２０００ＴＷｈの世界的な資源に等しいものである。数百年もの間、波のエネルギーの利用が望まれてきたが、過去の試みは限定的な成功で終わっていた。これらの成功は、小規模なもの、すなわち、必要とされる数百メガワットではなく、数十から数百キロワット台であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
過去の主要な難題の１つは、海洋の波が有する巨大な力に耐えるだけの十分な堅牢性のあるユニットを設計することであった。暴風条件では、波エネルギーが膨大であり、先行技術の、陸上又は沿岸に拠点を置く多くのシステムに破壊をもたらすおそれがある。典型的な先行技術による波エネルギーの抽出方法として、タービン又は水力システムが使われてきた。中には直接駆動の回転式発電機及び直接駆動のリニア発電機を使用する試みもあった。しかし、最も一般的な先行技術のエネルギー抽出ユニットは、振動水柱及び水力学的に結合された回転式発電機である。これらは典型的には、近海、沿海、又は沿岸施設で使用される。このような先行技術によるシステムの別の大きな欠点は、摩擦損により汀線波ではエネルギー損が高く、従って「深い」水の中に存在する波エネルギーの大部分を取り逃がす海岸に近接する必要があることである。
【０００４】
本発明は、海洋波エネルギーの最大量を抽出するために、近海又は沖合で使用可能な張力係留システム及び波エネルギー変換機を提供することを目指して開発されたものである。
【０００５】
本明細書中の先行技術の参照は、例示目的のみのために行われており、このような先行技術がオーストラリア又は他の地域において普通一般の知見の一部であると認めるものと解されるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様によれば、海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置のための張力係留システムが提供され、この装置は、それに関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材を備える構造を有し、この係留システムは、
バラスト手段から、滑車機構を介して没水部材から懸垂されるように適合された釣合せ手段まで延びる細長い柔軟な部材と、
没水部材の運動に減衰作用を及ぼす減衰手段とを備え、この減衰手段は、滑車機構を介して細長い柔軟な部材に減衰作用を及ぼす。
【０００７】
釣合せ手段は容器を備え、この容器は、細長い柔軟な部材を介して没水部材に加えられる釣合せ力を与えるために、この容器に関連して設けられた質量を有することが好ましい。
【０００８】
釣合せ手段は調節可能な浮力容器を備え、この浮力容器は、それに関連して設けられた質量を有し、釣合せ手段の浮力は、細長い柔軟な部材を介して没水部材に加えられる釣合せ力を変更するために調節可能であることが好ましい。釣合せ手段の浮力は、空気管を介して空気を浮力容器の中へ送り込むことによって調節可能であることが好ましい。
【０００９】
有利なことに、係留システムは係留箱をさらに備え、本構造の没水部材は係留箱と合体するように適合される。没水部材はロック機構によって係留箱に固定されることが好ましい。減衰手段及び滑車機構は係留箱の中に収納されることが好ましい。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置が提供され、この装置は、
平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造であって、それに関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材と、この支持構造が海洋の中において概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段とを有する細長い支持構造と、
垂直方向に移動可能であるように、支持構造の上に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材と、
支持構造及び浮動部材に関連して設けられたエネルギー抽出手段とを備えて、波の運動が浮動部材と支持構造との間に適切な差動運動を引き起こすとき、該エネルギー抽出手段が入射エネルギーをより有用な形態に変換するようになっている。
【００１１】
浮動部材には、波の運動の水平成分を浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、浮動部材のエネルギー抽出能力を高めることが好ましい。典型的には、浮動部材は前端及び後端を備える細長い水平断面を有し、前端は、接近してくる波の一般的方向に向くように適合される。該前端は先端に狭められることが好ましい。該水中舵表面は、浮動部材のそれぞれの第１及び第２の側面に実質的に垂直にかつそれらに沿って延びる複数の実質的に平行な水中舵表面の１つであることが好ましい。該複数の水中舵表面は、浮動部材の前端から後端にかけて下向きに傾斜していることが好ましく、波の中の水粒子は水中舵表面によって下向きに強制されて、水中舵表面に対して上向きに作用する流体力学上の力を創出し、この力は、浮動部材に対してその正浮力により作用する上向きの力に追加される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、海洋波エネルギーを有用なエネルギーに変換する装置の中の改良された浮動部材が提供され、この浮動部材は、
波の運動に応答して垂直方向に移動可能であるように支持構造の上に滑動自在に取り付けられ、波の運動の水平成分を浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面を有して、浮動部材のエネルギー抽出能力を高める正浮力部材を備える。
【００１３】
波エネルギーを変換する装置は、本構造を海底に係留する係留手段をさらに備えることが好ましい。一実施形態では、該没水部材及び浮力手段が、使用に際して実質的に中性浮力を有するように適合され、該係留手段は、本装置が漂流するのを防止するように適合された繋ぎを備えるが、依然として優勢な波の方向を自動追跡することが可能である。
【００１４】
別の実施形態では、該没水部材及び浮力手段は、使用に際して実質的に正の浮力を有するように適合され、該係留手段は、この係留手段を介して制動作用を支持構造に及ぼす制動システムを備える。該制動システムは、エネルギー抽出手段によって抽出されるエネルギーが増大するときに制動作用を増大させるように適合され、それによって、浮動部材と支持構造との間の差動運動が最大化され、かつ生み出される有用なエネルギー量が最適化されうる。反対に、エネルギー抽出手段によって殆ど又は少しもエネルギーが抽出されていないとき、制動システムは制動作用を及ぼさず、係留手段が空回りするので、支持構造に対する機械的応力が最小化されうる。
【００１５】
一実施形態では、該係留手段が、バラスト手段から、滑車機構を介して支持構造から懸垂された釣合せ手段まで延びるケーブルを備える。典型的には、該制動システムは、滑車機構を介してケーブルに制動作用を及ぼす。該制動システムはソレノイド駆動式であり、ソレノイドに対する電力が、分流回路を介してリニア発電機によって供給されることが好ましい。該制動システムはコンピュータ制御されることが好ましい。
【００１６】
本明細書を通じて、文脈が別途要求しない限り、「（複数のものが）備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という言葉又は「（単数のものが）備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような変化形は、言及された完全体又は完全体の群を包含することを含意するが、他の完全体又は完全体の群を排除するものではない。同様に、「好ましく（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ）」という言葉又は「推奨される（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ）」のような変化形は、言及された完全体又は完全体の群が望ましいが、本発明の動作にとって必須ではないことを含意していることが理解されよう。
【００１７】
本発明の性質は、添付の図面を参照して例としてのみ供された、張力係留システム及び波エネルギー変換機の幾つかの特定な実施形態の以下の詳細な説明からより適切に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る波エネルギー変換装置の第１の実施形態を示した上前方斜視図である。
【図２】本発明に係るその関連する張力係留システムを備える、図１の波エネルギー変換装置を示した上前方斜視図である。
【図３】図２の波エネルギー変換装置を示した正面図である。
【図４】図１の波エネルギー変換装置に使用した張力係留システムを示した上前方斜視図である。
【図５】図４の張力係留システムに組み込まれた係留箱を示した底面後方斜視図である。
【図６ａ】接近してくる波の波頭における図１及び３の波エネルギー変換装置を例示した図である。
【図６ｂ】接近してくる波の谷における図１及び３の波エネルギー変換装置を例示した図である。
【図７ａ】平均喫水線の変動時の図１及び２の波エネルギー変換装置の動作を例示した図である。
【図７ｂ】平均喫水線の変動時の図１及び２の波エネルギー変換装置の動作を例示した図である。
【図８】本発明に係る、その関連する張力係留システムを備える波エネルギー変換装置の第２の実施形態を示した上方斜視図である。
【図９】図８の波エネルギー変換装置に関連する張力係留システムの一部である釣合せ手段を示した、一部が透明である上方斜視図である。
【図１０】図８の波エネルギー変換装置及びその関連する張力係留システムを示した拡大斜視図である。
【図１１】図８の波エネルギー変換装置に関連する張力係留システムの一部である係留箱の第１の実施形態を示した、一部が透明である上方斜視図である。
【図１２】波エネルギー変換装置に関連しうる本発明に係る張力係留システムの一部である係留箱の第２の実施形態を示した、一部が透明である上方斜視図である。
【図１３】本発明に係る、その関連する張力係留システムを備える波エネルギー変換装置の第３の実施形態を示した上方斜視図である。
【図１４】本発明に係る、その関連する張力係留システムを備える波エネルギー変換装置の第４の実施形態を示した上方斜視図である。
【図１５】本発明に係る、その関連する張力係留システムを備える波エネルギー変換装置の第５の実施形態を示した上方斜視図である。
【図１６】本発明に係る、その関連する張力係留システムを備える波エネルギー変換装置の第６の実施形態を示した上方斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
海洋波の内部のエネルギーは、２つの直交するエネルギー、すなわち、水平エネルギー及び垂直エネルギーによって伝播される。垂直エネルギーは、ヒーブとして知られ、波内部における水粒子の垂直運動の中に含まれ、波の利用可能なエネルギーの半分を占める。水平エネルギーは、サージとして知られ、波内部における水粒子の水平運動の中に含まれ、同様に波のエネルギーの半分を占める。波エネルギーの抽出が行われるためには、これらの直交するエネルギーの一方又は両方からエネルギーを吸収する必要がある。
【００２０】
ヒーブ運動は、波のｚ軸（又は上下）運動を表し、従ってそれは波内部の垂直エネルギーと非常に高い相関関係を有する。ヒーブと波高との協和関係は、ヒーブを波から垂直エネルギーを抽出するための一般的かつ潜在的に効率的な手段にする。波中の垂直エネルギーの抽出は、単一のヒーブ体又は２つのヒーブ体を使用する波エネルギー変換機（ＷＥＣ）で実施されうる。単一のヒーブ体は、波の垂直エネルギーを抽出するために水面上で浮力質量を利用する。エネルギーを抽出するためには差動運動が必要であり、一般に単一ヒーブ体の場合では、第２の基準系は海洋底である。海洋底を基準系として使用することによって、最大の相対移動量を入手することが可能であり、その結果として可能な限り幅広い振動数域にわたって最大のエネルギー量が抽出される。
【００２１】
単一ヒーブ体の設計の実施態様は、２つの基本的な構成によって実現可能である。第１の構成は、水上で浮動するブイとしてあり、このブイをその基準系に結合する付属品を備えるが、その場合に、ブイは、海洋の表面上を波と一緒に移動して基準系に対して差動運動を生む。第２の構成は、海洋底に固定された構造を使用するものであり、この構造は平均喫水線の下方又は上方に位置して、それに取り付けられたブイを有するが、その場合に、このブイは水面上で波と一緒に振動して、固定された基準系に対して差動運動を生む。
【００２２】
単一ヒーブ体の設計におけるように１つの物体が固定基準系に対して相対運動するものとは異なり、２個ヒーブ体の設計では、２つの振動体間の差動運動を利用してエネルギーを生み出す。しかし、振動システムとしての２個ヒーブ体設計の効率分析は、海洋波の典型的な振動数域にわたって、２個ヒーブ体設計が本格的な波エネルギー抽出のいずれに関しても実用的ではないことを示唆する。これは、この種の差動運動を利用する商業施設が存在しないことによってさらに裏付けられる。ヒーブブイの既存の商業版は、単一の振動体の様々な実施態様を使用する。
【００２３】
本発明に関する波の運動の他方の態様は、サージの態様である。先に言及したように、サージは、ｘ軸に沿った運動であり、波の水平エネルギーからエネルギーを抽出するには非常に協和的である。サージ体は、波エネルギーの半分、すなわち、波の水平エネルギー成分を抽出することができる。サージとヒーブとを組み合わせることによって、理論的には海洋波エネルギーの１００％を抽出することが可能である。これらのベクトルの両方からエネルギーを抽出できる手段の活用に大きな利益が存在することは明白である。これは、波の非線形性、多方向の波、他の変数のような、他の要因が物体の運動に影響するので、現実には理論上でのみ実現可能である。本発明の推奨される実施形態は、典型的には、最適の波エネルギー抽出を実現するために、サージ及びヒーブの両方を利用しようとするものである。有利なことに、本発明のＷＥＣは、水中翼又は水平舵を使用して海洋波の水平エネルギーにアクセスする。水平舵を使用して波の中を移動する水塊の進路を変え、従って任意の方向で正味の力を生み出すことができる。
【００２４】
本発明のＷＥＣの推奨される実施形態は、典型的にはサージ及びヒーブ体設計を使用するが、この設計は、海洋の移動する波からエネルギーを抽出するために多自由度を利用する。ＷＥＣは、水粒子のこれらのヒーブ及びサージ運動を垂直の力に変換し、次いでこの垂直の力は、リニア発電機の並進体をその固定体によって差動運動で移動させる。リニア発電機は、この差動運動を負荷に印加されうる誘導電位差に変換して、海洋波のカオス的エネルギーで有用な仕事が行われることを可能にする。
【００２５】
本発明のＷＥＣの推奨される実施形態では、ヒーブ応答が、波内部のエネルギーを変換するためにのみ使用されるのではない。本発明では、ヒーブ応答が、動作振動数と「同調」するためにも使用可能であり、その同調した振動数を下回る振動数が、最小限の減衰に遭遇するようになっている。本発明に係る張力係留システムが、この同調可能性を実現するためにＷＥＣに関連して使用される。ヒーブのこのような新規の利用は、エネルギー抽出の効率を犠牲にすることなくＷＥＣの残存能力を増大させる。本方策は、１つ又は複数の物体のヒーブ応答のみを使用してそのエネルギーを生み出す先行技術の装置とは異なる。明解にするために言えば、ヒーブ応答とは、波のヒーブに応答して物体が遭遇する垂直振動である。ヒーブ応答は、浮力及び質量のみの人為的結果である。本発明に係る張力係留システムの可能な実施形態は、以下でより詳細に説明するように、それ自体も波のヒーブからエネルギーを抽出するために使用可能である。
【００２６】
ＷＥＣの推奨される設計は、それが唯一の移動（又は動作）部材を有し、この部材は、一般的にスプラッシュ領域と称される領域内の平均喫水線の上方に配置される。本システムは、波内部の水粒子のサージ及びヒーブに由来する力を利用する振動システムである。その場合に、これらの力を使用して一部が没水した構造を下方に駆動し、他方では浮動体が上方に駆動される。張力係留システムは、没水構造を海洋底に対して伸張するためにＷＥＣに好ましく結び付けられる。２つの物体の対向する運動は、差動運動の最大量、よって波から抽出される最大エネルギー量を保証する。
【００２７】
添付の図面の図１から７に例示したように、本発明に係る波エネルギー変換装置１０の第１の実施形態は、海洋中で平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造１２を備える。本装置１０は、サージ、ヒーブ、浮力、及び流体力学上の力を利用して、単一のヒーブ体に関して理論上の最大エネルギー抽出を５０％から１００％に拡大する。支持構造１２は枠組の形態にあり、この枠組は、それに関連して設けられた没水部材１４を平均喫水線の下方に有する。また支持構造１２には、この支持構造が海洋中において概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段が設けられる。例示された実施形態では、この浮力手段は、以下でさらに詳細に説明するように、没水部材１４の内部に設けられた浮力タンク１６の形態にある。本実施形態では、没水部材１４に全正浮力を与えるために、通常では浮力タンク１６が十分な空気で満たされる。従って、それは、本実施形態では正浮力没水部材（ＰＢＳＭ）１４と呼ばれる。ＰＢＳＭ１４の浮力は、喫水線が上昇すれば、その関連する浮力も増大するように平均喫水線を越える。別法の実施形態では、没水部材は、それが押し退ける水の質量に等しい総質量を有すること、すなわち、それが中性浮力を有することを保証するために、没水部材１４は十分な空気で満たされる。
【００２８】
装置１０は、支持構造１２の内部で垂直方向に移動可能であるように、支持構造１２の中に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材１８をさらに備える。また装置１０は、支持構造１２に関連して設けられた固定体２２と、浮動部材１８に関連して設けられた並進体２４とを有するリニア発電機２０を備える。本実施形態の固定体２２は、平面的な細長い構造であり、支持構造１２の中心平面に沿って、平均喫水線の下方の正浮力没水部材（ＰＢＳＭ）１４から、平均喫水線の上方の位置まで延びる。本実施形態では、以下でさらに詳細に説明するように、並進体２４は浮動部材１８の本体に一体化される。リニア発電機２０によって生み出された電力は、固定体２２の上端に設けられた電力端子２６を経由して取り出され、適切な水中ケーブル（図示せず）を経由して又は無線（マイクロ波）送電によって海岸まで伝送可能である。
【００２９】
ＰＢＳＭ１４の浮動部材１８は浮力部材であり、それが押し退ける水の密度の半分の密度を有する。それはまた、典型的には没水部材１４の体積以下の体積を有する。これら２つのパラメータの組合せは、浮動部材１８の質量をＰＢＳＭ１４の質量の半分以下にする。ＰＢＳＭ１４の浮力は、リニア発電機２０によって、その下方戻り行程時に生み出される下向きの力を打ち消すのに十分な反力を与える。浮動部材１８は、低摩擦のガイドを介して固定体２２に沿って垂直に自由移動する。これらの低摩擦のガイドは、典型的には、浮動部材１８の上に配置されたプラスチック又はゴム製のスリーブ（見えず）によって包囲された封止支持体として実施可能であり、対応するチャネル又はガイドが固定体２２の上に配置されている。低摩擦のガイドに可能な他の構成が当業者には明白であろう。波の運動が浮動部材１８と支持構造１２との間に適切な差動運動を引き起こすとき、並進体２４が固定体２２に対して並進され、リニア発電機２０が電力を生み出す。
【００３０】
浮動部材１８には、波の運動の水平成分を浮動部材１８の垂直移動に変換するように適合された水中翼／水中舵表面３０が設けられて、浮動部材１８のエネルギー抽出能力を高めることが好ましい。浮動部材１８は、前端３２及び後端３４を有する細長い水平断面を有し、前端３２が、接近してくる波の一般的方向に向くように適合されている。前端３２はＶ字形先端に狭められる。水中舵表面３０は、浮動部材１８のそれぞれの第１及び第２の側面に垂直にかつそれらに沿って延びる複数の実質的に平行な水中舵表面３０の１つであることが好ましい。水中舵表面３０は、浮動部材１８の前端３２から後端３４にかけて下向きに傾斜する。この構成は、接近してくる水粒子が水中舵表面３０によって下向きに強制され、水中舵表面３０に対して上向きに作用する流体力学上の力を生むことを保証するが、この力は、浮動部材に対してその浮力により作用する上向きの力に追加される。
【００３１】
ＰＢＳＭ１４も、前端３６及び後端３８を備える細長い水平断面を有し、前端３６が、接近してくる波の一般的方向に向くように適合されている。前端３６はＶ字形先端に狭められ、ＰＢＳＭ１４は、図１で最も明確に分かるように、ボートのようなＶ字形外殻を有する。ＰＢＳＭ１４は、没水部材の前端３６から後端３８にかけて上向きに傾斜することが好ましく、前方から接近してくる波の水粒子は、平面的な上表面４０によって上向きに強制されて、ＰＢＳＭ１４に対して作用する下向きの力を生む。
【００３２】
ＰＢＳＭ１４は、この部材の下向き移動に対する抵抗が、可能な限りの程度まで最小化されるように設計されている。他方で、ＰＢＳＭ１４の（よって支持構造１２全体の）上向き移動が、上向き方向に移動する平面的な上表面４０の粘性力に由来する流体力学上の力と、張力係留システムの繋ぎ力とを利用することによって妨げられる。波頭中の水粒子が浮動部材１８に遭遇するとき、これらの粒子は、水中舵表面３０によって下向きに強制される。これは、浮動部材１８に対して上向きの力を生む。他方で、水粒子がＰＢＳＭ１４に遭遇するとき、これらの粒子は、傾斜した上表面４０によって上向きに強制される。これは、ＰＢＳＭ１４に対する下向きの力を生む。よって、波が装置１０に遭遇するとき、波の水平運動により、浮動部材１８に対して作用する上向きの力と、ＰＢＳＭ１４に対して作用する下向きの力とが存在する。ＰＢＳＭ１４に加えられた下向きの力は、リニア発電機２０によって与えられる減衰によって妨害される。その水中舵３０及び浮力によって浮動部材１８に加えられた上向きの力の結果として、リニア発電機２０の並進体２４が上向きに移動することになる。これらの浮力及び流体力学上の力の相互作用を通じて、装置１０によって波から抽出されるエネルギーを最適化するために、浮動部材１８と支持構造１２との間の差動運動を最大化することが可能である。
【００３３】
ＰＢＳＭ１４に対する上向きの浮力を打ち消すために、新規の張力係留システムが考案され、その推奨される実施形態が、係留手段６０の形態で、図４及び５に例示されている。係留システム６０は、装置を繋止するためのバラスト６２と、ＰＢＳＭ１４の過剰な浮力を打ち消すための釣合せ手段６４とを備える。バラスト６２及び釣合せ手段６４は、ＰＢＳＭ１４の底に配置された滑車機構６８を通過する鎖又はケーブル６６によって連結される（図５参照）。電気式又は液圧式又は空圧式の減衰器のような幾つかの他の減衰手段が使用されうるが、機械式制動システム７０の形態にある減衰手段が、滑車機構６８に関連して設けられる。この制動システムは、滑車機構６８を介してケーブルに制動又は減衰作用を及ぼす。制動システム７０は、係留手段６０を介して、制動作用をＰＢＳＭ１４に、従って装置１０の支持構造１２に効果的に及ぼす。制動システム７０は、典型的にはソレノイド駆動式であり、ソレノイド（図示せず）に対する電力は、分流回路を介してリニア圧電器２０によって供給される。従って、制動システム７０は、発電中でなければ作動しない。制動の程度は、生み出される電流量に応じる。わずかな電力要求が満たされていれば、すなわち、波の振動数がリニア発電機２０の動作パラメータから外れていれば、制動システム７０はオフになる。しかし、生み出される電力が増大すれば、制動も増大して、２つの部材間の差動運動を最大化しかつ生み出されるエネルギー量を最適化する。制動システムはコンピュータ制御されることが好ましい。
【００３４】
図６は、制動システム７０の動作を例示する。所望の振動数の波が装置１０を通過するとき、浮動部材１８は、その正浮力と水中舵表面３０に対して作用する流体力学上の力とにより上向きに移動する（図６ａ参照）。この波エネルギー抽出様式では、リニア発電機２０は電力を生み出しており、これは、制動システム７０によって制動作用が係留手段６０のケーブル６６に及ぶ結果になる。よって釣合せ手段６４は移動せず、ＰＢＳＭ１４は静止状態に留まる。他方で、図６ｂに示したように、浮動部材１８がその下降した位置に戻るとき、それは、制動システム７０によって定位置に保持されたＰＢＳＭ１４の過剰浮力により、電力を生み出す。制動システム７０がオフのとき、釣合せ手段６４は、ケーブル６６の上を自由に上下動することができる。
【００３５】
この簡素な制御システムによって、ＰＢＳＭ１４の運動を制御する効果的でかつ適合可能な手段を実施することができる。エネルギーが生み出されているときだけに制動システム７０が作動することによって、エネルギーが生み出されていない時間の間、本システムに対する不必要な応力が全体的に減少する。制動システム７０には、浮動部材１８がその許容可能な程度に移動する場合に切断される接触スイッチ（見えず）が、ＰＢＳＭ１４の上部に配置されうる。一旦スイッチが切断されると、ソレノイドへの分路が切断されて、ＰＢＳＭ１４の高度の上昇を可能にし、浮動部材１８によって与えられる上向きの応力を解放する。この高度調節は、均衡が実現されるような時点まで継続する。
【００３６】
係留手段６０は完全自動調節システムであるように設計されており、これは装置１０の平均喫水線を一貫した水準に維持する。装置１０がバラストとＰＢＳＭとの間の最短距離から離れる場合には、本システムを２点間の最短距離に戻す補正力が働き始める。この補正力は、重力による完全に自動的な力である。装置１０の自動制御システムは、予め画定された動作範囲の外にある全ての波振動数が、浮動部材１８だけではなく、支持構造１２の全体を素通りするようになっている。この方策は、本システムがそれ自体を優勢な平均喫水線に対して自動的に較正することを可能にして、それを潮位変動、暴風サージ、他の低振動現象（これらに備えて計画されていなければ、波エネルギー変換機の破壊につながるおそれがある）に調節することを可能にする。
【００３７】
図７は、平均喫水線に対する装置１０のこの自動較正を例示する。この場合では、波振動数が装置１０の予め画定された動作範囲の外にあり、よって浮動部材１８は、喫水線にかかわりなくＰＢＳＭ１４に対して本質的に静止状態に留まって、リニア発電機２０によって電力を生み出すための差動運動が存在しない。従って、制動システム７０は停止状態に留まり、係留システム６０は空回りする。釣合せ手段６４が、図７ａ及び７ｂにそれぞれ示されたように、平均喫水線の変化に伴って上下動する。
【００３８】
本実施形態では、係留手段が係留箱７２の形態で実施され、その中に支持構造１２のＰＢＳＭ１４が、使用に際して合体するように適合される。図５は、係留箱７２の推奨される実施形態を例示する。ＰＢＳＭ１４は適切なロック機構によって係留箱７２の中に固定されるが、このロック機構は、それが係留箱７２の中に合体するときにＰＢＳＭ１４を自動的に固定することができる。例示された実施形態では、ＰＢＳＭ１４は、固定ボルト７４によって手作業で係留箱７２に固定される。制動システム７０及び滑車機構６８は、係留箱７２の中に好ましく収納される。本実施形態の波エネルギー変換装置を実施するために必要な全ての構成要素が、係留箱７２の中に収納されうる。係留箱７２は、それ自体の浮力タンク７６（見えず）を有することが好ましく、このタンクは、合体、保守、又は動作状態の間に、係留箱７２を水中で上昇又は下降させるために、必要に応じて圧縮空気が満たされるか又は排気されうる。
【００３９】
釣合せ重りは完全には不活性な質量ではないことが企図されているが、係留手段６０の釣合せ手段６４は本質的な質量であることが企図されている。釣合せ手段６４は、その内部に水よりも高密度の物質（例えば、コンクリート）と空気室と（見えず）を備えることが好ましい。
【００４０】
空気室は、それが満たされるとき、釣合せ手段６４を水面まで持ち上げるのに十分な浮力を与えるように設計されている。空気室が水で満たされるとき、それは本システムに追加的な質量を加えて、より低い振動数に関して本システムの性能を向上させる。釣合せ手段６４の別の態様は、その内部の空気室を遠隔操作でかつ／又は直接的に再び満たしうることである。空気室が再び満たされるとき、釣合せ手段は、箱７２が釣合せ手段６４の上部に位置するような様態で水面まで上昇して、ＰＢＳＭ１４に対して摘出又は保守が実行されることを可能にする。
【００４１】
釣合せ手段６４の第２の用途は、自動作動システムとして使用するものである。本システムの作動は、バラスト６２及び釣合せ手段６４を含む係留手段６０を設定するようになっている。釣合せ手段６４は、装置１０の作動準備が完了するような時点まで、その浮揚状態のままに残される。装置１０が作動されるべきとき、それは露出された箱７２に装着されるが、その後で釣合せ手段６４に水が満たされて、潜水夫及び高度に特殊化された装備を必要とすることなく装置１０をその適切な動作位置に自動的に設定する。装置１０を作動させるこの新規の方式は、作動、停止、補修、及び保守の費用を最小限に維持する助けとなる。別法の構成は、釣合せ手段６４が、水よりも高密度の材料（コンクリートのような）のみから作製され、かつ箱７２が、釣合せ手段６４の持ち上げ及び下降に使用される調節可能な浮力室であるようにするものである。
【００４２】
装置１０によって使用されるリニア発電機２０は、最大のエネルギー量を海洋の波から抽出することを可能にするために、最適の振動数応答及び起電力を提供するように設計されている。この最適化は、振動システムが全負荷状態下にあるとき、このシステムの臨界減衰が実現されるような方式で、リニア発電機２０の性能パラメータを機械的システムの減衰要件に整合させることによって実現される。
【００４３】
装置１０の内部のリニア発電機２０は、固定体２２が、主に静止状態の基準系に位置する振動体の一部であり、他方では並進体２４が、主に移動状態の基準系に装着されるようになっている。例示された実施形態では、固定体２２が没水部材１４に連結され、他方では並進体２４が浮動部材１８に連結されている。実際にはこれらの部分の両方が移動しており、一般的な命名慣習に倣うためであるが、「固定体」及び「並進体」という用語を使用して予め画定されたＷＥＣ構造を指す。固定体２２及び並進体２４の運動は主観的であるので、銅線、磁石、透磁性材料の位置も、固定体又は並進体のいずれかに配置されてよい。これらの材料の位置は、本装置の実施態様の特定要件及び設計基準による。
【００４４】
波エネルギー変換装置１０は、容易に船舶の背後で牽引されるような方式で構成され、よってこの装置の容易かつ迅速な作動を可能にする。ＰＢＳＭ１４のＶ字形外殻は、波エネルギー変換装置１０の効果的な牽引を容易化する。装置１０を作動又は停止させるために、高圧空気が、平均喫水線の上方に位置する弁４２に加えられる。例示された実施形態では、弁４２が、固定体２２の上部に配置され、固定体２２を通ってＰＢＳＭ１４の本体中の浮力タンク１６まで下方に延びる流体通路（見えず）に接続される。弁４２を介してかつ１つの流体通路を介して浮力タンク１６の中に送り込まれた高圧空気は、他方の流体通路を介して浮力タンク１６の内部からバラスト水を追い出して、ＰＢＳＭ１４を平均喫水線の上方に上昇させる。浮力部材１４が平均喫水線の上方にあるとき、エネルギー生産が停止し、かつ支持構造１２全体がボートのように振る舞って装置１０の容易な輸送を可能にする。
【００４５】
本装置１０を作動させるとき、浮動部材１４の過剰浮力はいずれも逆手順によって解放されて、支持構造１２を再び没水させかつ再びエネルギー生産に就かせる。この種の迅速配置及び回収は、作動、補修、保守の費用を最小限に維持するばかりでなく、最も信頼性のあるエネルギー供給の保証にも役立つ。
【００４６】
装置１０の別の有利な態様は、発電のために、特定の波振動数域に応答するように設計可能なことである。例示された実施形態では、装置１０の水平長さが約５メートルであり、これは２０メートル波長の海洋波の４分の１波長に対応する。この特徴構造は、海洋波内部の利用可能なエネルギーが低い振動数ほど増大するので、海洋に応用されるときには特に有用である。過去には、数多くの波エネルギー変換機が、過剰な波エネルギー密度に曝されることにより暴風状況の間に失われてきた。装置１０の振動数同調能力によって、予め画定された振動数のみからエネルギーを抽出し、他方で、破壊的な高エネルギー密度の波を減衰することなく単に通過させることが可能である。装置１０の残存能力に関する成果は重要であり、他の波エネルギー変換機がその残存を保証するために使用中止を余儀なくされるときに発電可能であるという利益に言及するまでもない。
【００４７】
波エネルギー変換装置１０は、モジュールユニットとして作製可能であり、波エネルギー変換電力アレイ又は電力マトリックスとして一体に連結される複数のこのようなモジュールユニットの１つでありうる。例示された実施形態では、支持構造１２の枠組が実質的に長方形構成である。この形状は、複数のモジュールユニットを２つの直交方向へ横並びに相互連結することを容易化する。
【００４８】
図８から１１は、本発明に係る波エネルギー変換装置４４とその関連する張力係留システム５０とを例示する。波エネルギー変換装置４４は、海洋中で平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造４５を備える。支持構造４５は、それに関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材４６を有する垂直配向の柱の形態にある。また本実施形態の支持構造４５には、この支持構造が海洋中で概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段が設けられる。例示された実施形態では、この浮力手段が、没水部材４６の内部に設けられた浮力タンク４７（見えず）の形態にある。先の実施形態に関する場合と同様に、浮力タンク４７は、通常では没水部材４６に全正浮力を与えるのに十分な空気で満たされている。
【００４９】
装置４４は、垂直方向に移動可能であるように支持構造４５の上に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材４８をさらに備える。本実施形態では、浮動部材４８は、球状構成であり、支持構造４５の垂直な柱の上に滑動自在に取り付けられている。また装置４４は、支持構造４５の垂直な柱に関連して設けられた固定体と、浮動部材４８の本体に一体化された並進体とを有するリニア発電機４９をさらに備える。海洋波エネルギーを電力に変換する本実施形態の波変換装置４４の動作は、第１の実施形態１０の動作と同様であり、ここで再び詳細に説明しない。球状浮動部材４８の流体力学的及び浮力特性は、先の実施形態におけるように、固定体に対するリニア発電機４９の並進体の差動運動を生む。有利なことに、没水部材４６の上表面は、この差動運動をさらに増強するために、水に対する逸らし表面の役割を果たす（第１の実施形態の上表面４０と異なるものではない）ように実質的に半球状構成である。
【００５０】
本実施形態の張力係留システム５０は、バラスト手段５２から、滑車機構５４を介して没水部材４６から懸垂されるように適合された釣合せ手段５３まで延びるケーブル５１の形態にある細長い柔軟な部材を備える。バラスト手段５２は、コンクリートの大きなブロックの形態をとってもよいし、又は別法として、適切な海底係留設備を使用してケーブル５１の一端を海洋底に繋止してもよい。釣合せ手段５３は、図９に例示されたように、それに関連して設けられた調節可能な浮力タンクを有する質量を備える。
【００５１】
本実施形態の釣合せ手段５３は、没水部材４６のための釣合せ重りとしての役割を果たすために、所定の質量の固体底面５６を有する中空の容器５５の形態にある。容器５５の残りの容積は、容器５５の浮力を調節するために、空気管５７を介して圧縮空気で満たされうる。弁５８が、空気を周辺海洋に追い出すために容器５５の壁の中に設けられうる。ケーブル５１の他端は容器５５の上部に連結されて、その他端は容器５５の中心軸に沿って垂直に延びる中空通路５９を通ってバラスト手段５２まで下方に戻る前に、滑車機構５４まで上方に延びる。
【００５２】
容器５５の浮力を調節することによって、ケーブル５１を介して没水部材４６に加えられる釣合せ力が変更可能である。このような様態で、波エネルギー変換装置４４及びその関連する張力係留システム５０の共鳴振動数は、それを優勢な海洋条件に「同調」するために調節可能である。容器５５の固体底面５６の質量は、本システムの最小の所望動作振動数に整合するように設定されることが好ましい。この質量は、固体底面５６によって本システムに与えられた低い浮力中心及び低い重心により、波エネルギー変換装置４４を直立配向に維持する助けにもなる。容器５５の質量が減少するとき、本システムの共鳴振動数が増大する。
【００５３】
滑車機構５４は、図１１及び１２の透明の壁で例示されている係留箱８０の中に収納される。係留箱８０は、没水部材４６の形状に整合するために本実施形態では円筒形状であり、没水部材４６の底に恒久的に又は解放自在に装着可能である。図１１で最も明確に分かるように、滑車機構５４は、１対の回転式発電機８６ａと８６ｂとの間に回転自在に取り付けられた心棒８４の上に固着された滑車８２を備える。心棒８４が往復回動するとき、発電機８６ａ及び８６ｂは、起電力を生み出し、かつ心棒の回転運動に抵抗を与える。こうして発電機８６は、心棒８４、よって滑車８２の回転に対して減衰作用を及ぼす減衰手段となる。負荷が発電機８６に加えられるとき、発電機は、釣合せ手段５３の効果によって、滑車８２を介してケーブル５１に対して、従って没水部材４６の運動に対して効果的に減衰作用を及ぼす。
【００５４】
所望であれば、発電機８６によって生み出された電気エネルギーは、箱８０の中に収納された蓄電池８８に貯蔵可能である。電気エネルギー変換及び制御モジュール９０が、蓄電池８８に貯蔵するように、発電機８６によって生み出されたＡＣ電流をＤＣ電流に変換するために設けられる。また電気エネルギー変換及び制御モジュール９０は、以下でさらに詳細に説明するように、箱自体が波エネルギー変換機装置になることを可能とするように構成されうる。マイクロプロセッサ動作式制御システム９２も、張力係留システム５０の全構成要素を自動制御するために係留箱８０の内部に設けられる。制御システム９２は、波の振動数を監視し、それに従って釣合せ手段の質量を調節する。
【００５５】
空気圧縮機９４が、空気管５７を介して空気を釣合せ手段５３まで下方に送り出すために、係留箱８０の内部に設けられる。発電機８６によって生み出された電力の一部を使用して、空気圧縮機９４に電力を供給することができる。空気圧縮機９４も制御システム９２の制御下にある。空気導管９６が空気を大気から空気圧縮機９４に供給し、この導管は没水体４６を通って水線上方の箇所まで延びる。釣合せ手段５３の中空容器５５内側の空気は、周辺海洋に追い出される必要はないが、係留箱８０又は没水部材４６の内部に収納された圧力容器（図示せず）まで再び汲み上げられうる。
【００５６】
ここで図８から１１を参照して、張力係留システム５０に関する典型的な動作シーケンスを説明する。
【００５７】
具体的な動作環境が与えられると、制御システム９２は、加速度計のような適切な手段によって、本システムに与えられた波振動数を測定しかつ計算する。優勢な及び／又は最大のエネルギー密度振動数が、よく知られた公式を使って計算によって求められる。一旦最適な動作振動数が選択されたら、同様によく知られた公式から、最大エネルギーが抽出されることを可能にする最適システム質量が計算されうる。
【００５８】
次いで、制御システム９２は、電流システム質量を計算し、この最適質量を実現するために、本システムに取り入れられるべき又はそこから排除されるべき水の体積を求める。質量が低減されるべきであれば、制御システム９２は、空気を中空容器５５の中に送り込むために空気圧縮機９４を駆動して、潜水艦で使用されるような正の圧力押出しによって中空容器５５の中に存在する水を排出する。質量が増大されるべきであれば、制御システム９２は、中空容器５５の内部の空気を追い出すために空気弁５８を開放するか、又は空気を別の貯蔵タンクの中に送り込むために空気圧縮機９４を駆動して、水が排気容積を満たすことを可能にし、本システムの質量を増大させる。
【００５９】
この様態で、制御システム９２は、質量を張力係留システム５０から出し入れして、質量変動を通じて本システムの動作特徴を変更し、絶えず変化する環境において最適に機能するために本システムが同調されることを可能にする。
【００６０】
任意適切な減衰手段が、減衰作用を没水部材４６の運動に及ぼすために係留箱８０の中で使用可能である。発電機８６は、それを電力源として直接的に利用可能であるので特に有利である。しかし、液圧ポンプも減衰作用を及ぼすために使用可能である。図１２は係留箱８０の別法の実施形態を例示するが、これは、減衰手段を設けるために回転式発電機８６が１対の液圧ポンプ９８と置き換えられたことを除けば、図１１の実施形態と実質的に同一である。両方の液圧ポンプ９８ａ及び９８ｂは、それぞれのベルト並びに滑車システム９９ａ及び９９ｂによって、心棒８４に作用的に結合される。液圧ポンプ９８は、例えば、管を介して液圧流体（オイル、海水）を液圧駆動式発電機又は液圧蓄圧機に送り出すために使用可能である。空圧ポンプが、液圧ポンプ９８の代わりに使用されてよい。
【００６１】
図８及び１０に示した波エネルギー変換装置４４は、本装置の支持構造４５の上部に取り付けられた風力タービン１００を組み込む。風力タービン１００は、別の再生可能なエネルギー源、すなわち、海洋風を捕捉する手段となる。タービンは、垂直軸回りに回転するように配向され、このタービンには風を捕捉して電力を生み出すために一連の翼１０２が設けられる。回転式発電機（見えず）が、風力タービン１００の基部に収納される。風力タービン１００によって生み出された電力は蓄電池８８に貯蔵されるか、又はケーブル経由でもしくはマイクロ波送電機（図示せず）を使用して無線で海岸に伝送されうる。タービンの上部に見えているドーム１０４を使用して、送電機及び／又は全地球測位システムもしくは位置決めビーコンの何らかの他の形態を収納することができる。
【００６２】
波エネルギー変換装置４４は、当然のことであるが、風力タービン１００なしでも完璧に申し分なく動作する。タービンなしの装置４４の実施形態が、図１３に例示されている。所望であれば、波エネルギー変換装置４４は、第３の再生可能なエネルギー源、すなわち、太陽光を利用するために、ソーラーパネル１０８も取付け可能である。図１４は、風力タービン１００の上部に取り付けられた複数のソーラーパネル１０８を備える装置４４の実施形態を例示する。他の点では、本実施形態（及び先の実施形態）の波エネルギー変換装置４４は、その関連する張力係留システム５０を備えて、図８から１１に例示した実施形態のものと実質的に同一であり、ここで再び説明しない。
【００６３】
図１５は、波エネルギー変換装置１１０の第４の実施形態を例示するが、それは図８から１１の実施形態４４と同様であり、従って同じ参照数字を使用して同様の部分を識別する。
【００６４】
装置１１０の本実施形態では、係留箱８０の筐体は、海水が、張力係留システム５０の構成要素によって占有されていない中空内部の中の空間を満たすことができるように、底が開いている。先の実施形態のそれぞれでは、箱８０の内部に収納された張力係留箱の全ての構成要素が、これらを海水の腐食作用から保護するために気密性及び水密性ケースの中に封入される。
【００６５】
係留箱８０の開放底は、係留箱に中性浮力を与えるように、一部が空気で満たされるうる空気室１１２を創出する。空気室１１２が周辺海洋に対して開いているので、その浮力は、波の運動による静水圧の変動と一緒に変化する。それぞれの波頭が通過するとき、中性浮力の係留箱８０の浮力は、静水圧が増大するので負の浮力まで下降する。次いで係留箱は、装置１１０が波の谷に進入するときに正の浮力が生じるので上昇する。没水部材４６に直接的に連結されている係留箱の浮力のこれらの変動は、浮動部材４８の垂直運動と１８０度位相がずれており、従ってリニア発電機４９の固定体及び並進体の差動運動をさらに増大させる助けとなる。
【００６６】
前述のように、本発明の張力係留システム自体が、波エネルギー変換装置として使用可能である。図１６は、それ自体が波エネルギー変換装置として構成された張力係留システム１２０の実施形態を例示する。本実施形態では、係留箱８０が、浮力缶１２２の下側に直接取り付けられている。先の実施形態におけるようなリニア発電機は存在しない。本実施形態では、缶１２２が、図８から１１の実施形態と同様に、上部に取り付けられた風力タービン１００を有する。張力係留システム１２０は、この場合には発電機８６がもはや減衰手段としての役割を果たす必要がないので、制御システムは、発電機が発電のために最大効率で動作することを可能にするように構成されることを除けば、図８から１１と同様な方式で動作する。張力係留システム１２０は依然として、缶１２２のヒーブ応答から最大エネルギーを抽出するために、海洋中の波の振動数に同調されうる振動システムとして動作する。
【００６７】
既に波エネルギー変換装置及び張力係留システムの幾つかの実施形態が詳細に説明されたので、本装置の説明された実施形態が、以下を含めて、先行技術に比較して幾つかの利点を提供することは明白であろう。すなわち、
（ｉ）本波エネルギー変換機は設計が堅牢であり、損傷のおそれが最小限で、殆どの天候条件に耐えることができる。
（ｉｉ）本張力係留システムは、最大限の効率を維持するために、波エネルギー変換装置が優勢な海洋条件に同調されることを可能にする。
（ｉｉｉ）本張力係留システムは、任意の浮力型波エネルギー変換装置に使用して、その動作効率を向上させるように適合されうる。
（ｉｖ）それは汎用性であり、広範囲の波高、波振動数、及び波の方向を網羅する波からエネルギーを抽出することができる。
（ｖ）それは非常に効率的であり、波から最大エネルギー量を抽出するために、サージ、ヒーブ、浮力静水圧、及び流体力学上の圧力の原理を利用する。
【００６８】
既に説明した実施形態に加えて、本発明の基本的な進歩的構造から逸脱することなく、様々な変更及び改良が以上の実施形態に実施可能であることは当業者には即座に明白であろう。例えば、固定体は本装置の中心面又は中心軸上に配置される必要はなく、本波エネルギー変換装置の支持構造中の他の箇所に配置可能である。従って、本発明の範囲は、説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲から決定されるべきであることが理解されよう。
【図１】
2009542964.tif 000003
【図２】
2009542964.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月17日(2008.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置のための張力係留システムであって、前記装置は、前記装置に関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材を備える構造を有し、前記係留システムは、
バラスト手段から、滑車機構を介して前記没水部材から懸垂されるように適合された釣合せ手段まで延びる細長い柔軟な部材と、
前記没水部材の運動に減衰作用を及ぼす減衰手段とを備え、前記減衰手段は、前記滑車機構を介して前記細長い柔軟な部材に前記減衰作用を及ぼす、張力係留システム。
【請求項２】
前記釣合せ手段は容器を備え、前記容器は、前記細長い柔軟な部材を介して前記没水部材に加えられる釣合せ力を与えるために、前記容器に関連して設けられた質量を有する、請求項１に記載の張力係留システム。
【請求項３】
前記釣合せ手段は調節可能な浮力容器を備え、前記浮力容器は、前記浮力容器に関連して設けられた質量を有し、前記釣合せ手段の浮力は、前記細長い柔軟な部材を介して前記没水部材に加えられる前記釣合せ力を変更するために調節可能である、請求項２に記載の張力係留システム。
【請求項４】
前記釣合せ手段の浮力は、流体輸送機構を介して流体を前記浮力容器に出し入れすることによって調節可能である、請求項３に記載の張力係留システム。
【請求項５】
空気管を介して空気を前記浮力容器に送り込む空気圧縮機をさらに備える、請求項４に記載の張力係留システム。
【請求項６】
係留箱をさらに備え、前記構造の前記没水部材は前記係留箱に結合されるように適合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の張力係留システム。
【請求項７】
前記没水部材はロック機構によって前記係留箱の中に固定される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項８】
前記ロック機構は、前記没水部材が前記係留箱の中に合体するとき、前記没水部材を前記係留箱に自動的に固定する、請求項７に記載の張力係留システム。
【請求項９】
前記減衰手段、前記滑車機構、及び前記空気圧縮機は、全てが前記係留箱の中に収納される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項１０】
前記減衰手段、前記滑車機構、前記空気圧縮機、及び調節可能な浮力タンクは、全てが前記係留箱の中に収納される、請求項６に記載の張力係留システム。
【請求項１１】
前記減衰手段は回転式発電機を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の張力係留システム。
【請求項１２】
前記減衰手段は制動システムを備える、前記請求項のいずれか一項記載の張力係留システム。
【請求項１３】
前記減衰手段は、エネルギー変換又は抽出システムを備える、前記請求項のいずれか一項記載の張力係留システム。
【請求項１４】
海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置であって、
平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造であって、前記支持構造に関連して前記平均喫水線の下方に設けられた没水手段と、前記支持構造が海洋の中において概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段とを有する細長い支持構造と、
垂直方向に移動可能であるように、前記支持構造の上に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材であって、前記浮動部材には波の運動の水平部分を前記浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、前記浮動部材のエネルギー抽出能力を高める、浮動部材と、
前記支持構造及び前記浮動部材に関連して設けられたエネルギー抽出手段とを備えて、波の運動が前記浮動部材と前記支持構造との間に適切な差動運動を引き起こすとき、前記エネルギー抽出手段が入射エネルギーをより有用な形態に変換するようになっている、海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置。
【請求項１５】
前記エネルギー抽出手段は、固定体が前記支持構造に関連して設けられ、かつ並進体が前記浮動部材に関連して設けられているリニア発電機を備える、請求項１４に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１６】
前記浮動部材には、前記波の運動の水平成分を前記浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、前記浮動部材のエネルギー抽出能力を高める、請求項１４又は１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１７】
前記没水部材には、一定の高度における静水圧の変動を、前記没水部材の関連する垂直移動につながる前記部材の浮力の増大または減少に変換するように適合された可変浮力静水圧室が設けられて、前記没水部材を波の高さが増大するときに下降させ、かつ波の高さが減少するときに上昇させる、請求項１４又は１５に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１８】
前記浮動部材は前端及び後端を備える細長い水平断面を有し、前記前端は、接近してくる波の一般的方向に向くように適合される、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項１９】
前記浮動部材上の前記水中舵表面は、前記浮動部材のそれぞれの第１及び第２の側面に実質的に垂直にかつ前記側面に沿って延びる複数の実質的に平行な水中舵表面の１つである、請求項１８に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２０】
前記複数の水中舵表面は、前記前端から前記後端にかけて下向きに傾斜し、波の中の水粒子が前記水中舵表面によって下向きに強制されて、前記水中舵表面に対して上向きに作用する流体力学上の力を創出し、前記力は、前記浮動部材に対して前記部材の正浮力により作用する上向きの力に追加される、請求項１９に記載の海洋波エネルギーを変換する装置。
【請求項２１】
海洋波エネルギーを有用なエネルギーに変換する装置の中の改良された浮動部材であって、
波の運動に応答して垂直方向に移動可能であるように支持構造の上に滑動自在に取り付けられ、前記波の運動の水平成分を前記浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面を有して、前記浮動部材のエネルギー抽出能力を高める正浮力部材を備える、改良された浮動部材。
【請求項２２】
前記装置は、前記構造を海底に係留する係留システムをさらに備える、請求項１４又は請求項１５に記載の海洋波のエネルギーを変換する装置。
【請求項２３】
前記没水部材及び浮力手段は、使用に際して実質的に正の浮力を有するように適合され、前記係留システムは、前記係留システムを介して減衰作用を前記支持構造に及ぼす減衰手段を備える、請求項２２に記載の海洋波のエネルギーを変換する装置。
【請求項２４】
前記減衰手段は、前記エネルギー抽出手段によって抽出されるエネルギーが増大するときに前記減衰作用を増大させるように適合され、それによって前記浮動部材と前記支持構造との間の差動運動が最大化され、かつ抽出されるエネルギー量が最適化されうる、請求項２３に記載の海洋波のエネルギーを変換する装置。
【請求項２５】
前記エネルギー抽出手段によって殆ど又は少しもエネルギーが抽出されていないとき、前記減衰手段は減衰作用を及ぼさず、前記係留システムが空回りするので、前記支持構造に対する機械的応力が最小化されうる、請求項２４に記載の海洋波のエネルギーを変換する装置。
【請求項２６】
前記係留システムは、バラスト手段から、滑車機構を介して前記支持構造から懸垂された釣合せ手段まで延びるケーブルを備える、請求項２４に記載の海洋波のエネルギーを変換する装置。
【請求項２７】
添付の図面のいずれか１つ又は複数の図面を参照して本明細書に実質的に説明されかつ例示されたような、海洋波エネルギーを電力に変換する装置。
【請求項２８】
添付の図面のいずれか１つ又は複数の図面を参照して本明細書に実質的に説明されかつ例示されたような、張力係留システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の別の態様によれば、海洋波エネルギーをより有用な形態に変換する装置が提供され、この装置は、
平均喫水線の上方に延びるように設計された細長い支持構造であって、それに関連して平均喫水線の下方に設けられた没水部材と、この支持構造が海洋の中において概ね直立配向で浮動することを可能にする浮力手段とを有する細長い支持構造と、
垂直方向に移動可能であるように、支持構造の上に滑動自在に取り付けられた正浮力の浮動部材であって、この浮動部材には波の運動の水平部分を浮動部材の垂直移動に変換するように適合された水中舵表面が設けられて、浮動部材のエネルギー抽出能力を高める、浮動部材と、
支持構造及び浮動部材に関連して設けられたエネルギー抽出手段とを備えて、波の運動が浮動部材と支持構造との間に適切な差動運動を引き起こすとき、該エネルギー抽出手段が入射エネルギーをより有用な形態に変換するようになっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
典型的には、浮動部材は前端及び後端を備える細長い水平断面を有し、前端は、接近してくる波の一般的方向に向くように適合される。該前端は先端に狭められることが好ましい。該水中舵表面は、浮動（部材）のそれぞれの第１及び第２の側面に実質的に垂直にかつそれらに沿って延びる複数の実質的に平行な水中舵表面の１つであることが好ましい。該複数の水中舵表面は、浮動部材の前端から後端にかけて下向きに傾斜していることが好ましく、波の中の水粒子は水中舵表面によって下向きに強制されて、水中舵表面に対して上向きに作用する流体力学上の力を創出し、この力は、浮動部材に対してその正浮力により作用する上向きの力に追加される。
【国際調査報告】
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