(57)【要約】本発明を具現化する装置は、水塊に浮いているスパー状要素の浸水端に取り付けられている減衰板を備える。スパー状要素は、通過する波に応じて鉛直方向に上下移動する傾向がある。減衰板は、スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面と、水中での減衰板の移動時に押される水の有効質量を大きくするためにそれらの逆向き面に装着される鉛直構造（「リップ」）とを備える。本発明によるリップを備える減衰板を、波力エネルギー変換器で用いて、スパー状要素とフロートとの相対運動を制御して生産されるエネルギーを増やすことができる。本発明によるリップを備える減衰板を用いて、スパー状要素が取り付け固定される海上プラットフォームの運動を効果的に減衰させることができる。
2009535265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水塊（a body of water）に浮いているスパー状要素の浸水端に取り付けられている減衰板を備える装置であって、前記スパー状要素は、通過する波に応じて鉛直方向に上下移動する傾向があり、前記減衰板は、前記スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面と、水中での前記減衰板の移動時に押される水の有効質量を大きくするために前記一対の逆向き面に装着される鉛直構造とを有する、装置。
【請求項２】
前記減衰板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは第１の寸法を有し、前記減衰板の下の前記鉛直構造の長さ／高さは第２の寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記減衰板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは、前記減衰板の下の前記鉛直構造の長さ／高さと同じ寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記鉛直構造は、前記減衰板の外周に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、水塊の表面に沿って位置するように意図されると共に、該水塊に存在する波と同相で移動するように設計されるフロートをさらに備え、前記スパー状要素は、鉛直且つ該フロート及び前記水塊の表面に対して概ね垂直に延在することが意図され、前記スパー状要素は、前記水塊の表面の下に延び、波と異なる位相で鉛直上下移動することが意図され、前記装置は、前記スパー状要素と前記フロートとの間に接続され、該スパー状要素と該フロートとの相対運動に応答して該スパー状要素と該フロートとの相対運動を有用なエネルギーに変換する動力取出装置（ＰＴＯ）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、水塊の表面と平行な平面に沿って位置することが意図されるプラットフォームをさらに備え、前記スパー状要素は、鉛直且つ前記プラットフォームに対して概ね垂直に延びて該プラットフォームに取り付け固定され、前記減衰板の前記鉛直構造は、前記水塊の波に応じた前記スパー状要素及び前記プラットフォームの移動を妨げる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
水塊の表面に沿って位置することが意図されると共に、該水塊に存在する波と同相で移動するように設計されるフロートと、
鉛直且つ前記フロート及び前記水塊の表面に対して概ね垂直に延在することが意図されるスパーであって、該水塊の表面の下に延び、波と異なる位相で鉛直上下移動することが意図されるスパーと、
前記スパーと前記フロートとの間に接続され、該スパーと該フロートとの相対運動に応答して該スパーと該フロートとの相対運動を有用なエネルギーに変換する動力取出装置（ＰＴＯ）と、
前記スパーの浸水部分に対称的に接続され、該スパーに対して垂直な平面内に延在するヒーブ板であって、前記スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面と、水中での該減衰板の移動時に押される水の有効質量を大きくするために前記一対の逆向き面に装着される鉛直構造とを有する、ヒーブ板と、
を備える、波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項８】
前記ヒーブ板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは第１の寸法を有し、前記ヒーブ板の下の前記鉛直構造の長さ／高さは第２の寸法を有する、請求項７に記載のＷＥＣ。
【請求項９】
前記ヒーブ板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは、前記ヒーブ板の下の前記鉛直構造の長さ／高さと同じ寸法を有する、請求項８に記載のＷＥＣ。
【請求項１０】
前記鉛直構造は前記減衰板の外周に接続される、請求項７に記載のＷＥＣ。
【請求項１１】
水塊の表面と平行であって且つ該水塊の表面の上の平面上に延在するプラットフォームと、
鉛直且つ前記プラットフォーム及び前記水塊の表面に対して概ね垂直に延在するように意図されると共に、該水塊の表面の下に延在するスパー状要素と、
前記スパー状要素の浸水部分に接続されるヒーブ板であって、該スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面と、水中での該減衰板の移動時に押される水の有効質量を大きくするために前記逆向き面のうちの少なくとも一方に装着される鉛直構造とを有する、ヒーブ板と、
を備える、装置。
【請求項１２】
前記ヒーブ板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは第１の寸法を有し、前記ヒーブ板の下の前記鉛直構造の長さ／高さは第２の寸法を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ヒーブ板の上の前記鉛直構造の長さ／高さは、前記ヒーブ板の下の前記鉛直構造の長さ／高さと同じ寸法を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記鉛直構造は前記減衰板の外周に接続される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ヒーブ板の長さスケールに対する前記鉛直構造の高さの比（ｈ／Ｄ）は、０．０１〜１の範囲である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
液体に浮いているスパー状要素の浸水端に取り付けられている減衰板を備える装置であって、前記スパー状要素は力に応じて鉛直方向に上下移動する傾向があり、前記減衰板は、前記スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面と、液体中での前記減衰板の移動時に押される液体の有効質量を大きくするために前記一対の逆向き面に装着される鉛直構造とを有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパー（又は支柱）の浸水端に取り付けられる板（本明細書では「ヒーブ」板又は「減衰」板と称する）であって、スパーの有効質量を増やすと共にスパーの鉛直運動の位相関係に影響を及ぼすような形状の板に関する。
【０００２】
［関連技術の相互参照］
本発明は、２００６年５月１日に出願されたWave Energy Converter(WEC) with Heave Platesの仮出願第６０／７９６，３８８号から優先権を主張し、当該仮出願の内容は参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
水塊（a body of water）に配置されて波の力を受ける要素の（上下）移動を制御することが望まれる用途が数多くある。
【０００４】
例えば、波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の場合、システムは、水塊に配置されると波の動きに応じて互いに対して移動することができる比較的平坦なフロート（以下「フロート」）と、細長いフロート（以下「スパー」）とを有するブイを備える。ＷＥＣは、機械的且つ／又は電気的な適切なエネルギー形態を生み出すためにスパーとフロートとの相対運動に応答する動力取出装置（ＰＴＯ）を備える。ＷＥＣの場合、電力変換効率を高めるために、平坦なフロートは、ＷＥＣが配置される水塊の波と概して同相で上下移動することが望ましい。しかしながら、スパーは、波及びフロートに対して異なる位相で移動することが望ましい。これは、ヒーブ（減衰）板をスパーの浸水部分に取り付けることによって達成することができる。
【０００５】
ヒーブ板は、スパーの有効質量を大きくするためにスパーの上下運動方向に対して概ね横断方向の（垂直な）平面内に配置される。このように取り付けられた板は、有効質量及び上下動（heave：上下揺れ）（鉛直）方向の粘性抵抗を大きくすることによってスパーの動的挙動に影響を及ぼす。概して、１つ又は複数のヒーブ板を取り付ける利点は、鉛直スパーを短くしてもなお諸動作条件でヒーブ固有周期を支配的な波の周期外に保つことができるようにする（そのため、スパーが支配的な波の状態条件には応答しない）こと、及び近共振応答（near-resonance responses）を減らすためにスパーの粘性減衰を高めることである。過去に用いられてきたヒーブ板は、中実であるか又は穿孔されている薄肉の正方形、円形、又は矩形の板を含む。
【０００６】
ヒーブ板が与える付加質量は、板の加速又は減速に板が移動するときの板の周りでのいくらかの体積の流体の移動が必要であることによって生じる。板が移動させる流体の体積は、板の等価体積×何らかの（実験的に決定された）因子に比例する。
【０００７】
板の等価体積は、板の幾何学的形状に応じて変わるが、通則では、等価体積＝板の面積×板の線寸法、例えば円形板の半径、正方形板の辺長、矩形板の幅等である。一例として、幅及び長さがｄの正方形板の等価体積は立方体であり（ｄ３）、半径がｒの円形板の等価体積は球体であり（４／３πｒ３）、長さがＬで幅がｄの矩形板の等価体積は、３番目の乗数として短辺寸法ｄを用いることによって直方体（３Ｄ矩形）である（Ｌｄ２）。概して、ヒーブ板は、費用及び重量を節約するために薄くされるが、必要な構造強度を与えるため又は浮力室として用いるために相当の厚さを有するようにされ得る。ヒーブ板を厚くする場合、付加質量は、上述と同様にモデル化することができる。また、説明はしないが、移動する流体の体積は、板の移動中の周波数の関数でもある。
【０００８】
ヒーブ板が引き起こす加速流慣性力は、システムの付加質量（水の密度×等価体積×実験的因子）×システムの加速度、すなわち
ＦＩｎｔｅｒｉａｌ＝（ＣｍＶｅｑｕｉｖａｌｅｎｔρ）ａ＝ＡｄｄｅｄＭａｓｓ×ａ（式１）
であり、式中、Ｃｍは実験的に決定された因子であり、Ｖｅｑｕｉｖａｌｅｎｔは上記で定義した等価体積であり、ρは水の密度であり、ａは加速度である。なお、質量の単位を用いる付加質量項は、括弧内の変数の組み合わせであることに留意されたい。
【０００９】
概して、ヒーブ板は、流体の全等価体積が捕捉され得るように、水面下の１つの長さスケール（正方形又は矩形の場合はｄ、円の場合はｒ）と海底上の１つの長さスケールとの間に配置される。最適なヒーブ板動作のためには、波を起こす力（wave exciting forces）の作用を減らすためにヒーブ板は可能な限り深い喫水で配置される。
【００１０】
ヒーブ板を用いて、スパーの有効質量（又は流体力学的慣性）を大きくすると共にスパーの固有周期を支配的なはの状態外に移動させることが有利である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、上下移動を減衰させると共にヒーブ固有共振周期を動作条件外に移動させるためにヒーブ板を用いるという概念は、海洋の大きなダイナミックレンジに対して低費用／高利益の解決手段を与えるため、（トラススパー又はセルスパーのような）海洋油田産業で用いられるプラットフォーム９９１等の海洋構造に関連して用いられる。石油プラットフォームの場合、プラットフォームを安定させてその鉛直運動を減らすために、１つの中央スパー（又は支柱）又は複数の支柱がプラットフォームに取り付け固定される。スパーの有効流体力学的質量を大きくして近共振事象時に減衰を導入するために、ヒーブ（又は減衰）板がスパーの浸水部分に取り付けられ得る。ヒーブ（又は減衰）板の使用は、動作気候での支配的な卓越波の周期外のヒーブ固有周期を形成することによって、スパーの長さを短くすることを可能にする。
【００１１】
ヒーブ板の使用は上述の利点をもたらす。しかしながら、従来技術によれば、（スパーのヒーブ固有共振周期を大きくするために）ヒーブ（減衰）板の使用によってスパーの有効質量を大きくする唯一の既知の方法は、ヒーブ板の長さスケール（上述のようにｄ、ｒ、又はＬ）を大きくすること（ヒーブ板の表面積を大きくすることと等しい）、又は設けるプレートの数を増やすことである。長さスケールを大きくすることは、港湾水深、増大寸法に沿った構造強度、及び板の重量といった考慮事項を考慮に入れると達成困難である場合がある。板の数を増やすには、より長い支持スパー構造を用いる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、既知のヒーブ板の使用は大きな利点を示すが、スパーのサイズ及び／又はヒーブ板の長さスケールを大きくすることなくスパー状構造の有効質量をさらに大きくすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願人の発明は、ヒーブ板が取り付けられるスパーの有効質量を大きくするために、スパーに取り付けられるヒーブ板の上面及び下面の上下及び周囲に鉛直延長部（「リップ」）を形成することができるという認識に一部基づいている。
【００１４】
したがって、本発明を具現化するシステムでは、減衰（又は「ヒーブ」）板が水塊に浮いているスパー状要素の浸水端に取り付けられ、スパーは鉛直上下移動する傾向がある。概して水平面に延在する減衰板は、スパーの上下運動に対して横断方向に延在する一対の逆向きの面を有する。鉛直に延在する構造は、水中での減衰板の移動時に押される水の質量を大きくするために、それらの逆向き面に装着される。
【００１５】
水塊に配置されると、スパーに取り付けられている減衰（「ヒーブ」）板の上面及び下面に沿って形成されている鉛直に延在する構造は、減衰（ヒーブ）板の有効質量又は流体力学的慣性を大きくする。有効質量の増大は、板の表面積と、減衰板を囲む鉛直構造の高さとによって囲まれる体積に関連する。
【００１６】
概して、鉛直構造付きのヒーブ板は、流体の全等価体積が捕捉され得るように、水面下の１つの長さスケール＋鉛直方向範囲（正方形又は矩形の場合はｄ、円形の場合はｒ、＋「リップ」の高さ）と海底上の１つの長さスケール＋鉛直方向範囲との間に配置され得る。しかしながら、鉛直構造付きのヒーブ板の最適な動作のためには、波を起こす力の作用を減らすためにヒーブ板は概して可能な限り深い喫水で配置される。
【００１７】
本発明は、上下動の固有共振周期をより大きくするためにシステムの流体力学的慣性を大きくすることが望まれる場合、（海底に対して垂直な）上下動の振動成分を有する任意のシステムに適用することができる。
【００１８】
本発明は、水塊に配置されると波の運動に応じて互いに対して移動することができるフロート及びスパーを備える波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）内で用いるように適用可能である。ＷＥＣは、本出願の譲受人に譲渡されその教示が参照により本明細書に援用される米国特許第７，１４０，１８０号に記載及び特許請求されているタイプのものであり得る。しかしながら、本発明は、スパーの移動を制御するためにヒーブ板が取り付けられるスパーを有する任意の装置に適用可能であることを理解されたい。本出願は、本出願と同時に出願され同一の譲受人に譲渡される「Improved Wave Energy Converter (WEC) with Heave Plates」と題する特許出願第      号の教示を、そのまま本明細書においても援用する。
【００１９】
ＷＥＣは、機械的且つ／又は電気的な適切なエネルギー形態を生み出すためにスパーとフロートとの相対運動に応答する動力取出装置（ＰＴＯ）を備える。フロートは、波と同相で移動するように意図され、スパーは、波及びフロートに対して異なる位相で移動するように意図される細長いフロートである。「リップ」を有するヒーブ板をスパーに取り付けて、スパーの有効質量を大きくしてシステムの電力変換効率を高めることができる。
【００２０】
本発明は、例えばトラススパー石油プラットフォーム及びセルスパー石油プラットフォーム等の海上プラットフォームにも適用可能であるが、これらに限定されない。これらの用途では、スパー状構造を用いて、非常に大きな浮遊式海上石油プラットフォームを安定させると共に特に上下方向のそれらの運動を減衰させる。
【００２１】
ヒーブ板の上面及び下面に沿って鉛直構造が形成されているヒーブ板を、スパーのサイズ及び／又はヒーブ板の長さスケールを大きくする必要なくスパー状構造の有効質量を大きくするためにスパー状構造に取り付けることができる。
【００２２】
ヒーブ板は、これを用いているシステムに最も適した任意の適切な形状（例えば、円形、楕円形、矩形）をとることができる。
【００２３】
減衰板の上及び周りに形成される鉛直構造の形状は、立方体構造、直線状薄肉構造、直方体構造（矩形断面）、（鉛直方向範囲があるように）板から斜めに設けられる直線状薄片等を含むがこれらに限定されない、多くの異なる形態をとることができる。
【００２４】
鉛直構造は、減衰板の両面の上下に対称的に配置されるように形成され得る。しかしながら、一方の面に延在する鉛直構造が反対面に延在する鉛直構造と同じである必要はない。
【００２５】
概して一定の縮尺で描かれていない添付図面において、同様の参照符号は同様の構成部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図５及び図６を参照すると、水線よりも上に延在する部分及び浸水している別の部分を有する中性浮力状態のスパー２００を備える、ＷＥＣ１０が示されている。中央開口を有する環状フロート１００が、波と同相でスパーに沿って上下移動するように水平に延びてスパーの周りに嵌められる。図５及び図６では、スパーは水線よりも下に延び、スパーの底部分は接続支柱２０２を介して減衰板２０４に取り付けられる。単に例示のために、減衰板が直径「Ｄ」を有する円形であり、スパーが板２０４の中央領域に（対称的に）取り付けられると仮定する。本発明によれば、鉛直構造Ｓ１（上側リップ２０６ａ）が減衰板の縁に沿ってその上面に取り付けられて減衰板の上面からｈ／２上の高さに延在する。図５及び図６は、鉛直構造Ｓ２（下側リップ２０６ｂ）が、減衰板の縁に沿ってその下面に取り付けられて減衰板の下面からｈ／２下の距離に延在することも示す。以下の説明及び添付の特許請求の範囲では、鉛直構造を「リップ」とも称する。
【００２７】
図６の例に関して、板が直径Ｄの薄肉円形板であり、鉛直構造（リップ）Ｓ１、Ｓ２が全高ｈ（板の上面から１／２  ｈ上及び下面から１／２  ｈ下）を有すると仮定する。板によって移動させられる流体の体積に対するリップの効果は、以下の式：
ＶＬｉｐｐｅｄＰｌａｔｅ＝４／３  π（Ｄ／２）３×（１＋３／２  ｈ／Ｄ）（式２）
によって表され、式中、Ｄは板の直径であり、ｈはリップの全高である。式２は、鉛直構造Ｓ１、Ｓ２を有する円形板で巻き込まれる水体積が、プレーンな板（すなわち、鉛直構造を有しない）の移動によって形成される水の球の体積＋板の面積と鉛直構造（リップ）の高さとによって形成される水の円柱の体積であることを示す。上記の式１と関連して述べたように、実験的に決定された因子に上記値及び水の密度を掛けると、付加質量値が得られる。
【００２８】
鉛直部材で増大させた板と同じ付加質量を得るために、（従来技術のように）リップ高さがゼロであるときの水の等価体積を移動させるには、円形板の直径が
δＭｉｎｉｍｕｍＤｉａｍｅｔｅｒＩｎｃｒｅａｓｅ＝（１＋３／２  ｈ／Ｄ）１／３（式３）
だけ大きくならなければならない。
【００２９】
鉛直構造の高さ（例えばｈ／２）は、広範囲にわたって変わり得る。最適なリップ高さを決定するときに考慮に入れなければならない考慮事項には、（限定はされないが）次のものが含まれる：（ａ）サージ又はスウェイの揺動時の鉛直部材の相互作用面積（波中の水粒子が楕円状に移動することで「ｘ」方向（サージ）の力及び「ｙ」方向（スウェイ）の力を生むため、海洋における物体は、上下移動するだけでなく横方向力も受ける）、（ｂ）流れとの鉛直部材の相互作用面積、すなわち、望ましくない且つ／又は制御することができない形で構造を押す傾向がある、リップ高さに対して横断方向の潜流（複数可）があり得る、及び（ｃ）システムの重量。
【００３０】
したがって、種々の因子に応じて、ヒーブ板の長さスケールに対する鉛直構造の高さの比（ｈ／Ｄ）は、概して０．０１〜１で変わり得る。
【００３１】
上記の例では、鉛直部材が板の上下に対称的に配置されることで上下移動に対して同様の応答が得られると仮定された。しかしながら、鉛直構造（部材）又はヒーブ板自体は、押し下げられているとき（下降中）と比べて持ち上げられているとき（上昇中）に異なる応答をするように設計されてもよい。これは、ヒーブ板の上の鉛直構造をヒーブ板の下に形成されるものとは異なるように作ることによって達成することができる。代替的に、ヒーブ板は、一方向を優越させた鉛直範囲があるような形状にしてもよい。例えば、暴風雨条件下で海底に接近する浮遊式システムでは、浮体が海底に向かって移動するにつれて付加質量及び抗力が大きくなることで、運動を妨げるのに役立つように、海底に面する方が長い鉛直範囲が用いられる。
【００３２】
図２〜図８は、鉛直構造が延びている少なくとも１つの「ヒーブ」板が水線よりも下でスパーの浸水部分に接続されているＷＥＣを示す。ヒーブ板は、本明細書で用いられる場合、スパーに対して概ね垂直方向に延在する板を指す。図では、ヒーブ板は円形として示されている。しかしながら、スパーがこの板の表面の中央付近に位置付けられる限り、板は三角形であっても正方形であってもいかなる多角形であってもよい。スパーは、単一の円筒構造でなくてもよく、その代わりにヒーブ板に取り付けられるトラススパーであってもよい。その場合、ヒーブ板は、スパーに対称的に取り付けられる。
【００３３】
既に述べたように、ヒーブ板は、ＷＥＣの動作に重要な抗力（抵抗）と付加質量特性（慣性）とを提供する。したがって、フロートは、波の高周波数運動に応答するように設計されるが、ヒーブ板は、それよりもはるかに低い周波数の（より長い周期の）波動運動に応答する特性をスパーに与えることでスパーとフロートとの相対運動の差を大きくする。
【００３４】
図２及び図３において、スパーの中間領域に装着され取り付けられるヒーブ板２０４ａと、スパーの下側又は底部分に装着され取り付けられるヒーブ板２０４ｂとが示されている。図２及び図３の両方で、リップがヒーブ板の表面の上下に鉛直方向に延在する。これらの図は、ヒーブ板をスパーに対して概ね垂直に安定して維持するために、ヒーブ板がスパーから下りるロッドによって、又は板の外周から延在するケーブル及びロッドによってスパーに接続され得ることも示す。ヒーブ板を固定するため、並びにフロート及びスパーを安定させるために他の構造構成が用いられてもよい。
【００３５】
図４は、下方に延在するトラス構造２０２を備えるスパー２００を示し、単一のヒーブ板２０４がトラス構造２０２の下端に装着されている。ヒーブ板２０４は、（図５及び図６により明確に示すように）上側リップ２０６ａ及び下側リップ２０６ｂを備える。ヒーブ板及びリップの組み合わせは、上下に動かされる水の円柱の体積が入る缶又はバケツのような機能を果たす。これにより、ヒーブ板の有効質量をさらに増やすことができる。図４では、円形のヒーブ板の外縁が、ケーブル（又はロッド）２１０によってトラス２０２の上でスパーの下側部分に接続されて示されている。トラス２０２は、スパーを押す水平方向の流れの作用を減らすために且つ重量を減らすために開放トラス部分であることが示されている。
【００３６】
図５は、ＷＥＣ１０が、上述のように上側リップ２０６ａ及び下側リップ２０６ｂが形成されているヒーブ板２０４を備えることを示す。図５では、ＰＴＯ３００が、スパー２００及びフロート１００の相対運動を電気（又は有用な）エネルギーに変換するためにこれらの間に接続されて示されている。これは、ＰＴＯがスパー内にある必要がないことを示すことが意図される。ＰＴＯは、スパー及びフロートの相対運動に応答するようにこれらによって駆動される構成部品に結合され得る任意の好都合な点に収容又は装着することができる。
【００３７】
図６は、ＷＥＣのＰＴＯ３００から／への電力が水線よりも上でスパーの頂部に装着されて示されているコネクタ３０２にケーブル３６１を介して伝送される、ＷＥＣシステムを示す。ケーブル／導管３０４が、ＰＴＯの出力をＷＥＣの外部の点に結合するようにコネクタ３０２に接続される。水線よりも上に電力接続を設けることで、ＷＥＣの電気系統とＷＥＣの外部の装置との間を水中接続する必要がなくなる。これにより、ブイの頂部部分（水線の上方）から電力が抽出される改良型のＷＥＣが得られ、水中接続を行う必要が回避される。
【００３８】
ＷＥＣの浸水型ヒーブ板の使用には、構造設計に対する／における課題がある。ヒーブ板形態の形状は、本質的に大半径片持ち式プラッター（スパーが中央に位置付けられている場合）で、非常に大きな質量がその面積全体に広がるため、スパーへの取り付け点におけるモーメントが非常に大きくなり、これが下側スパーを経て上側スパーまで伝わることになる。
【００３９】
図７及び図８は、ヒーブ板の周縁まで延びて板を固定し安定させるケーブル／ロッド２１０によってスパーの上側部分の下側領域に接続されるカラー２５０を示す（カラーの場所は、水線よりも下の任意の点にあり得る）。スパー延長支柱２０２が、ヒーブ板の下方に延び、支柱の下端とヒーブ板の下面との間にケーブル／ロッド２１０ｂを接続させて同じく板を固定し安定させる。図７は、スパー２００の下側部分がコンプライアント／フレキシブルジョイント２１５を介して支柱２０２の上側部分に接続されて、その点における応力を減らすことを示す。
【００４０】
図８に示す一連のロッド、ケーブル、ビーム、又はパイプを用いて、上下いずれの方向の大きな力及びモーメントにも対抗する三角構成でヒーブ板を支持することができる。ロッド、ケーブル、ビーム、又はパイプは、下側スパー取り付け点から最も構造的に効果的な（横方向）距離のところでヒーブ板に取り付けることができる。この点は、ヒーブ板の外縁以外の内側の点であり得る。
【００４１】
図８は、張力をかけられたケーブル又はロッド２１０が、コンプライアント／フレキシブルジョイント２１５の上方でスパーに取り付けられているカラー２５０からヒーブ板の上面まで延び得ることを示す。ヒーブ板の下の別の構造２０８が、ヒーブ板を支持し、張力をかけられた要素２１０ａからの張力に対抗する。フレキシブル又はコンプライアントジョイント２１５は、スパー２００の上側部分と延長支柱２０２との間の接続点において曲げモーメントを発生させることなくいかなる力も吸収する。下側支持支柱を伴う張力ケーブル設計は、延長支柱２０２を圧縮状態にする。ヒーブ板の下の構造部材２０８は、ヒーブ板よりも下のスパーの底部とヒーブ板の最適な場所とに取り付けられ、これらの部材は、部材２１０に反張力を与える。これにより、鉛直方向の付加質量の移動を支持することができる費用効果的な構造が得られる。
【００４２】
ＷＥＣでヒーブ板を用いること（図示され本明細書で教示されるようにヒーブ板をスパーに取り付けること）で、ＷＥＣの電力変換効率が高まる。例えば直径１．７５ｍで喫水２５ｍの中央配置円筒形スパーを備えるモデルＷＥＣの場合、スパーの上下動の固有共振周期は１０．５秒である。したがって、ヒーブ板又は「リップ」を備えるヒーブ板を有しないスパーを１１秒の波が通過する場合、スパーは事実上この波と同相で波に応答する。したがって、フロートがプレーンなスパーに取り付けられる場合、両方の物体が事実上波と同相且つ互いに同相で移動するため、相対運動の発生は、ほぼ皆無又は皆無となり、したがって電力の発生も、ほぼ皆無又は皆無となる。
【００４３】
極めて対照的に、直径１０ｍの平坦な円形ヒーブ板がスパーに加えられる場合、３１．７秒のヒーブ固有共振周期が得られる。さらに、ヒーブ板の上下にそれぞれ高さ０．８ｍの鉛直リップを加えれば、ヒーブ固有共振周期はさらに長い３４．７秒になる。上下動の固有共振周期が長いほど、物体（スパー、ヒーブ板を備えるスパー、リップを備えるヒーブ板を備えるスパー）が波に応答するのに要する時間が長くなる（したがって、物体と波との位相ずれが大きくなる）。したがって、事実上波と同相で移動するように設計されるフロートを大きな上下動の固有共振周期を有するスパーに取り付ければ、両者間の相対運動を劇的に大きくすることができる。これにより、ＰＴＯによる発電量が大幅に増える。
【００４４】
次に、他の浮遊式物体、特に石油プラットフォームとのヒーブ板の使用について説明する。
【００４５】
スパーの上下移動を制御するためにＷＥＣで用いられるヒーブ板に鉛直構造（リップ）を加えることで、上述の利点が得られる。本出願人は、プラットフォームに取り付け固定されるスパーの浸水部分にヒーブ板が取り付けられ、スパーの質量を大きくしてスパー及びそれが取り付けられるプラットフォームの上下運動が制限されることを確実にするためにヒーブ板が用いられる用途にも、リップを備えるヒーブ板の形成が適用可能であることを認識した。
【００４６】
上述のように、図１Ａは、外板の条列を備える単一の大径鉛直シリンダによって支持される水面上の石油プラットフォームの略図である。システムの係留装置がこのシリンダにつながる。シリンダの下には、構造トラス間の距離にわたって複数のヒーブ板が架かっている開放トラスシステムがある。図１Ｂは、複数の小径円形シリンダによって支持される水面上の石油プラットフォームの略図である。これらのシリンダ（通常は６つある）は、構造の全長とそれよりも短い長さとで交互になっている。組み合わせると、これらの複数のシリンダは、プラットフォームの下は単一の短い大径シリンダと同等のもので、その下はヒーブ板が内部に納まっている開放構造である印象を与える。係留装置は、短いシリンダが存在する領域に取り付けられ、外板の条列もこの領域を包み込んでいる。
【００４７】
プラットフォームの安定性は、図９及び図１０に示すようにヒーブ板にリップを加えることによって向上する。図９及び図１０は、図９のトラススパー石油プラットフォーム及び図１０のセルスパー石油プラットフォームに関して示すヒーブ板２０４に鉛直構造２０６ａ、２０６ｂを加えることを示す。既に説明したように、ヒーブ板に垂直方向の鉛直構造（リップ２０６ａ、２０６ｂ）を加えることで、［（実験的因子）×（板の等価体積）＋（鉛直高さ）×（板の面積）］×ρの付加質量が得られる。鉛直構造によって得られる追加の付加質量は、［（鉛直高さ）×（板の面積）］×ρの関数である。図９及び図１０の構造では、プラットフォームの下面と、ヒーブ板の上面及び下面に沿ってリップが形成されているヒーブ板２０４との間に、複数のスパー状要素が作られ得ることが理解される。
【００４８】
図１２では、海上プラットフォーム９９１がスパー（支柱）２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄの上に装着される。支柱は、延長支柱（円筒形支柱又はトラス状構造であり得る）２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ（及び２０２ｄ、図示せず）を介してヒーブ板２０４まで延在する。延長支柱は、ヒーブ板とそこから延在するスパー（支柱）とに適切に取り付けられる。図１２は、ヒーブ板に対して概ね垂直にヒーブ板の周縁に延在するリップ２０６ａ、２０６ｂ（鉛直構造）を示す。この実施形態では、スパーは、ヒーブ板及びプラットフォームに対して（中央にではなく）対称的に配置される。
【００４９】
後述するように、リップは図１１Ａ〜図１１Ｇに示すような種々の形状を有し得る。
【００５０】
図１１Ａを参照すると、ヒーブ板に垂直方向の鉛直板を加えることで、［（実験的因子）×（板の等価体積）＋（鉛直高さ）×（板の面積）］×ρの付加質量が得られる。鉛直部材によって得られる追加の付加質量は、［（鉛直高さ）×（板の面積）］×ρである。
【００５１】
図１１Ｂを参照すると、板の幾何学的形状の周りに正方形管を加えることで、［（実験的因子）×（正方形管の追加長さを含む板の等価体積）＋（正方形の長さ）×（板の面積）］×ρの付加質量が得られる。鉛直部材によって得られる追加の付加質量は、［（正方形の長さ）×（板の面積）］×ρである。
【００５２】
図１１Ｃを参照すると、矩形直方体（板の幾何学的形状を囲む矩形断面を有する３次元物体）を加えることで、長辺を鉛直方向に向ければ、図Ｂに示す幾何学的形状よりも「鉛直部材」による板の付加質量がより多く加わる。
【００５３】
図１１Ｄに示す構成を参照すると、この場合、鉛直部材を加えるのとは対照的に、ヒーブ板自体の形状を変えるため、波候に対する非対称応答が得られると共にプレーンな直線状板全体でヒーブ付加質量が大きくなる。
【００５４】
図１１Ｅを参照すると、鉛直及び水平成分の両方を有する部材を加えることで、［（実験的因子）×（斜め部材の水平成分を含む板の等価体積）＋（斜め部材の鉛直高さ）×（板の面積）］×ρの付加質量が得られる。鉛直部材によって得られる追加の付加質量は、［（斜め部材の鉛直高さ）×（板の面積）］×ρである。
【００５５】
図１１Ｆ及び図１１Ｇを参照すると、スパーに向かって又はスパーに背を向けて湾曲する鉛直寸法を有する厚肉又は薄肉の部分円形部材を加えることで、上記説明で述べたように付加質量が鉛直寸法分だけ大きくなる。
【００５６】
本明細書に示すように、本発明は、液体に浮いているスパー状要素の浸水端に取り付けられる減衰板を備えることを理解されたい。これによって、本発明が工業的混合用途でも適用可能になる。スパー状要素は、外部から加えられる力によって押し上げられたり押し下げられたりし得る。減衰板は、スパー状要素の移動の鉛直方向に対して横断方向に延在する一対の逆向き面を有し、鉛直構造は、液体中での減衰板の移動時に押される液体の有効質量を大きくするためにそれらの逆向き面に装着される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】石油プラットフォームを安定させるためのスパー状構造（例えば、トラススパー及びセルスパー）の高度に単純化した従来技術図である。
【図１Ｂ】石油プラットフォームを安定させるためのスパー状構造（例えば、トラススパー及びセルスパー）の高度に単純化した従来技術図である。
【図２】より詳細なスパー及びフロートと、スパーへのヒーブ板の接続様式の１つを示す、本発明を具現化するＷＥＣの等角図である。
【図３】より詳細なスパー及びフロートと、スパーへのヒーブ板の接続様式の１つを示す、本発明を具現化するＷＥＣの等角図である。
【図４】隆起縁（リップ）を有する単一のヒーブ板がスパーに接続されているＷＥＣの等角図である。
【図５】スパーに接続されている本発明を具現化するヒーブ板と、フロートとスパーとの間に接続されている動力取出装置（ＰＴＯ）とを示す、理想断面図である。
【図６】スパーに接続されている本発明を具現化するヒーブ板と、フロートとスパーとの間に接続されている動力取出装置（ＰＴＯ）とを示す、理想断面図である。
【図７】本発明を具現化するヒーブ板と、フロートの下でスパーの上側部分にヒーブ板を接続するケーブルとを示す断面図である。
【図８】本発明を具現化するヒーブ板と、フロートの下でスパーの上側部分にヒーブ板を接続するケーブルとを示す断面図である。
【図９】本発明によるリップを備えるヒーブ板を有するトラススパー石油プラットフォームの略図である。
【図１０】本発明によるリップを備えるヒーブ板を有するセルスパー石油プラットフォームの略図である。
【図１１Ａ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｄ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｅ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｆ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１１Ｇ】本発明の実施に用いられる可能性のある「リップ」構造の略図である。
【図１２】鉛直構造（リップ）を有するヒーブ板が取り付けられる海上プラットフォームの略図である。
【図１Ａ】
2009535265.tif 000003
【図１Ｂ】
2009535265.tif 000004
【図２】
2009535265.tif 000005
【図３】
2009535265.tif 000006
【図４】
2009535265.tif 000007
【図５】
2009535265.tif 000008
【図６】
2009535265.tif 000009
【図７】
2009535265.tif 000010
【図８】
2009535265.tif 000011
【図９】
2009535265.tif 000012
【図１０】
2009535265.tif 000013
【図１１Ａ】
2009535265.tif 000014
【図１１Ｂ】
2009535265.tif 000015
【図１１Ｃ】
2009535265.tif 000016
【図１１Ｄ】
2009535265.tif 000017
【図１１Ｅ】
2009535265.tif 000018
【図１１Ｆ】
2009535265.tif 000019
【図１１Ｇ】
2009535265.tif 000020
【図１２】
2009535265.tif 000021
【国際調査報告】
2009535265.tif 000022