(57)【要約】波力エネルギー変換器システムが２つのフロートを有し、第１のそれは概して平坦であり、水域の通過する表面波と同相で上下にうねり、第２のそれは細長であり、通過する波と異なる位相で上下にうねる。第１のフロートはそれを貫通する中央開口部を備えた環状であり、重りを付けられた底部を備えた細長のフロートが第１のフロートの中央開口部を通って垂直方向に延びることが好ましい。このようにして２つのフロートが互いと異なる位相で動き、その結果、２つのフロートの間に比較的大きい相対運動を供給することで高効率のエネルギー変換を生じさせる。各々のフロートは他方のための「地面」の役割りを果たし、したがって、フロートを水域の海底に固定する必要性を回避する。
2007520661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の表面波からエネルギーを捕捉するための装置であって、前記装置が水域に配備されると各々が水面との切片を有する第１および第２のフロート、前記第１及び第２のフロート間に接続されて前記第１及び第２のフロートの間の相対的移動を実用的なエネルギーへと変換するためのパワー・テイクオフ素子を有し、前記第１のフロートが通過する表面波と同相の関係で上昇および下降するように構成され、前記第２のフロートが前記通過する波と異なる位相の関係で上昇および下降するように構成される装置。
【請求項２】
前記第１および第２のフロートがω２よりもそれぞれ大きい、および小さい形状値ｇ／Ｚを有し、
ｇ＝重力に起因する加速度であり、
Ｚ＝前記フロートの実効深さであり、
ω＝通過する波の角周波数であり、
Ｚ（実効深さ）＝ＶＤ／ＡＳであって、ここで
ＶＤが前記フロートによって押しのけられる水量であって流体力学的付加質量を含み、
ＡＳが前記フロートの水線面の面積である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のフロートに関してｇ／Ｚの値が０．６３ｓｅｃ−２よりも大きく、かつ前記第２のフロートに関してｇ／Ｚの値が０．６３ｓｅｃ−２よりも小さいとき、前記第１のフロートに関してＺの値が１５．９メートルよりも小さく、かつ前記第２のフロートに関してＺの値が１５．９メートルよりも大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のフロートが、中央開口部を取り囲む環状周縁部を有する円形部材として構成され、前記第２のフロートが細長のスパーとして構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記スパーが、前記第１のフロートに相対した通過する表面波に応答する垂直方向移動のために前記円形部材の中央に配置される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記スパーが前記環状周縁部の内側表面と滑り接触関係にあることで、前記スパーと前記環状部材との間の前記垂直方向移動の間に前記スパーと前記周縁部の相対角度位置を制御する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記滑り接触関係が、前記スパーと前記円形部材との間でそれらの間のすべての相対的垂直位置に関して一定の角度関係を与えるようにされる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記スパーと前記第１のフロートとの間のすべての相対的移動について、前記スパーが前記フロートから下方向に延びる部分を有し、前記装置が前記フロートよりも下で前記スパーに沿ってスライド可能に配置されたカラーを有し、前記装置を係留するために前記カラーが錨で固定される、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のフロートが前記第１のフロートを取り囲み、前記第１と第２のフロートの間の相対的垂直方向移動のための軸受け表面を供給する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記スパーが上端と下端を有し、前記下端が前記スパーを垂直の配向に維持するために重りを付けられる、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
前記スパーの前記上端がくぼみ領域を有し、前記くぼみ領域に沿って配置された導電性素子を含んで前記第１のフロートの前記環状周縁部の内側表面の導電性素子と共同してリニア発電機を形成する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記スパーが、水域に配備されていないときの前記装置の取り扱い中に一方を他方の内側にして配置されるように構成された複数の伸縮自在の部材、および水域に配備されるときに前記部材を互いに伸びた関係に係止して剛体のスパーを形成するための手段を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
前記スパーが中央の支柱、および各々が前記支柱の周りに配置され、かつ全部が前記支柱の長さに沿って積み重ねられる複数の環状部材を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項１４】
バネ装着された質量を有し、かつ選択的に、前記スパーが垂直方向に移動すると前記質量がその中で振動することを許容するかまたは前記質量を定位置に係止してその振動を阻止するための手段を有する中空の区分を前記スパーが含む、請求項５に記載の装置。
【請求項１５】
前記スパーが、前記スパーの最上部から底部へと端と端を接して配置された２つの円筒区分を有し、前記円筒のうちの上側が前記円筒のうちの下側よりも大きい断面積を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項１６】
前記下側円筒が、前記上側円筒から前記水域の海底へと延びて前記海底に固定された長いケーブルを有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ケーブルが前記上側円筒から垂れ下がる第１の長さ、および前記水域の海底にある第２の長さを有し、前記上側円筒の垂直方向の移動に応答して前記第１および第２の長さが互いに相対して変化し、前記第１および第２の長さの相対的寸法に変化が生じるときに前記スパーの浮力の変化を最小限にするために前記第２の長さの密度が前記第１の長さの密度よりも小さい、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
水域の波からエネルギーを捕捉するための装置であって、正の浮力を有し、かつ上端と下端を有する細長のスパーを有し、前記スパーが垂直軸から遠ざかって傾斜することを許容するジンバル継手によって前記下端が前記水域の海底に固定され、前記上端が前記水域の水面へと伸びてそれを越え、前記水域の通過する表面波に応答した、前記スパーに相対した垂直方向の移動のために前記スパーの上端の周りに円形のフロートが配置され、前記フロートと前記スパーとの間の相対的移動を実用的なエネルギーへと変換するために前記フロートと前記スパーとの間にパワー・テイクオフ装置が相互接続される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その主題事項が本願明細書に参照で組み入れられ、２００３年１月２２日に提出された「ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＷＡＶＥ  ＥＮＥＲＧＹ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ（ＷＥＣ）ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ」という表題の米国特許仮出願番号６０／４４１，６６０号の恩典を権利主張するものである。
【０００２】
本発明は、大規模な水域の水面の波にあるエネルギーの実用的エネルギーへの変換に関する。
【背景技術】
【０００３】
その主題事項が本願明細書に参照で組み入れられる２００３年２月４日に提出された米国特許係属出願番号１０／３５７，６７５号では、各々が水面の波からエネルギーを捕捉するためにある２つの分離しているが相互作用する構成要素を有する表面波力エネルギー変換システムが開示されている。
このシステム構成要素の第１のそれは通過する波に応答して素早く上下する水面上のフロートを有する。そのような上下動は通過する波と同相になる傾向にある、すなわち、通過する波頭に応答してフロートが上昇する。
【０００４】
このシステムの第２の構成要素は、フロートに従属し、かつ水圧の変動に応答して圧縮可能な流体を含む水中の部材を有する。通過する表面波頭および水圧の上昇に応答して、圧縮可能な流体が圧縮されて結果的に第２の構成要素の減少した体積およびそれに対応する減少した浮力につながる。したがって、第２の構成要素は通過する波と異なる位相関係でフロートに相対して沈む傾向を有する。
【０００５】
重要なことは、通過する同じ波に応答して２つの構成要素が反対の方向に移動する傾向を有することである。したがって、これら２つの構成要素の間にエネルギー変換器、例えばリニア発電機を相互接続することによってエネルギー発生が得られる。
【特許文献１】米国特許仮出願番号６０／４４１，６６０号
【特許文献２】米国特許係属出願番号１０／３５７，６７５号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
波力エネルギー変換器が２つのフロートを有し、第１のそれは水域にある通過する表面波と概して同相で上昇および下降するように構成され、第２のそれは通過する波と概して異なる位相で上昇および下降するように構成される。
【０００７】
一実施形態では、フロートは中央開口部を有する環状の部材を含み、第２のフロートは第１のフロートに相対した異なる位相での垂直方向移動のために中央開口部の中に配置された細長のスパーを有する。中央開口部の壁は移動するスパーのための軸受けの役割りを果たす。
【０００８】
２つのフロートの間には、それらの間の相対的移動を実用的エネルギーへと変換するためにエネルギー変換器、例えばリニア発電機が接続される。注目すべきことに、フロートの相対的移動からエネルギーが得られるので、どちらも水域の底に錨で固定される必要が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面は概略図であって縮尺通りではない。
本発明による一実施形態が図１および２に例示されている。そこでは、２つのフロート１００および２００が示されており、フロート１００は相対的に小さい沈水深さを伴なって相対的に大きい水平面領域を有するという意味では概して「平坦」であり、フロート２００は相対的に小さい水平面と相対的に大きい沈水深さを有する。「水平面」によって、フロートの平面が水の平均水準面の平面にあることが意味される。これ以降、そのような水平面は「水線面の面積」と称される。
【００１０】
フロート１００は中央開口部１０４を取り囲む周縁１０２を含む環状の形状を有する。フロート２００は細長にされ、フロート１００の中央開口部を通って延びる。
【００１１】
２つのフロートの物理的特性は、通過する波に応答してそれらが互いに概して異なる位相で動くように選択される。
【００１２】
図１はまた、二重フロート・システムのための係留用配列も概略で示している。したがって定位置に錨で固定されて別々の複数のブイ６００が設けられる。ブイ６００は曲がり易いケーブルによってフロート１００へと緩く接続され、したがってこのフロートは定位置に係留される一方で自由に上下動する。図３は別の代替選択肢の配列を示しており、緩い係合用のカラー２０１がフロート２００上でスライド移動可能に配置される。カラー２０１は１本または複数のケーブルによって固定される。
【００１３】
フロートが通過する表面波と同相で持ち上がるか異なる位相で持ち上がるかは、フロートがフロートの水線面の面積に相対して小さい水量を押しのけるか大きい水量を押しのけるかによって決まることが示され得る。同相の運動の場合、フロートは所定の水線面の面積に関して比較的小さい水量を押しのけ、小さい慣性のフロートと述べられることが可能である。逆に、異なる位相の運動の場合、フロートは所定の水線面の面積に関して比較的大きい水量を押しのけ、大きい慣性のフロートと述べられることが可能である。角周波数ωの表面波に相対したフロートの特性は、ω２よりも大きいかまたは小さいｇ／Ｚの相対値にそれぞれ応じてフロートが同相または異なる位相の挙動を示すようにされると示されることが可能であり、ここで
ωは通過する表面波の角周波数であり、
ｇは重力に起因する加速度であり、
Ｚはフロートの「実効深さ」であって
Ｚ＝ＶＤ／ＡＳ                （１）
であり、ここで
ＶＤはフロートによって押しのけられる水量であって流体力学的な付加質量効果を含み、
ＡＳはフロートの水線面の面積である。
したがって、通過する波と同相で動くフロート１００については
ｇ／Ｚ＞ω２                  （２）
または
Ｚ＜ｇ／ω２＞ＶＤ／ＡＳ        （３）
である。
【００１４】
ｇ／ω２という表現は「共振深さ」として知られており、すなわち共振深さに等しい実効深さ（Ｚ）を備えた物体は表面波の周波数に等しい振動の自然周期を有するであろう。
【００１５】
共振深さよりも小さい実効深さを有する図１に示されたフロート１００のようなフロートは通過する波と同相で素早く上下動する傾向がある。
【００１６】
逆に、共振深さよりも大きい実効深さＺを有するフロートは波と異なる位相で上下動する傾向がある。
【００１７】
共振深さに近い実効深さを有するフロートに関すると、フロートと波との間の位相の関係は、粘性減衰のような様々な減衰効果に応じて変わる可能性が高い。したがって、波に相対した、および互いに相対したフロートの同相および異なる位相の移動の規定のために、フロートの実効深さＺが共振深さよりも大きいか小さいかどちらかになるように設計される。気付かれるように、実効深さＺはフロートの移動をその水線面の面積ＡＳで割り算した値に等しい。システムの望ましい発電量に関連する所定の体積に関して、主要な設計の変数は面積ＡＳである。式（３）から、所定のＶＤでもって、フロートはＡＳが充分に大きいことを前提として表面波と同相で動くであろう。逆に、ＡＳが充分に小さいことを前提とするとフロートは表面波と異なる位相で動く傾向を有するであろう。
【００１８】
図１で、フロート１００はフロートによって押しのけられる水量（ＶＤ）に相対して大きなＡＳを有し、それに対してフロート２００はＶＤに相対して小さいＡＳを有する。
【００１９】
垂直方向に配向した円筒状のフロートへの浮力または「持ち上がる」力はフロートの底部での水圧にフロートの底面積を掛け算した値の関数である。相対的に浅いフロートを波頭が通過するとき、瞬間的に増加したフロートの深さがフロート底部での増大した水圧を生じさせ、それゆえに増大した力を生じさせる。フロートの小さい慣性に起因して、フロートはその力に迅速に反応する傾向を有し、したがって通過する波と同相で動く傾向を有する。
【００２０】
同じ力のメカニズムが細長のスパーにも当てはまるが、スパーの増大した慣性が、スパーが通過する波と異なる位相となる傾向にさせることが例外である。（無視し得る程度の位置依存性復元力を伴なう正弦波で力を受ける高質量システムについては、システムの運動が前記システムへの力と異なる位相になる傾向があることは知られている。）
【００２１】
フロートの動きに影響を及ぼすさらなる要因は、フロートの深さが増すと通過する波頭が下がるのに応答して水圧の量がフロートの底部で増大することである。通過する波に応答するフロートの垂直方向の動きはフロートの底部での水圧変化に応答するので、そのような水圧変化の減少はフロートに加わる力を減少させる。深さに伴なう水圧変化または押し上げる力のこの減少は知られており、直立した浮きスパーについては、深さと共に変化するスパーへの押し上げ力は次式
σ＝ｃｏｓｈ［Ｋ（ｄ−Ｄ）］／ｃｏｓｈ（Ｋｄ）    （４）
で与えられ、ここで
Ｋはλが波頭間の距離（すなわち波長）である場合の２π／λとして規定された波数であり、
ｄは水域の深さであり、
Ｄは平均の水の準位に相対したスパーの喫水または沈水長さである。
【００２２】
因子σはどのような障害物（すなわちフロート）も不在で伝搬する表面波に起因する圧力に基づくものであり、それゆえに「Ｆｒｏｕｄｅ−Ｋｒｙｌｏｖ」の力に密接に関係する。特に、σは水域の水線面の下側に沿って積分されたＦｒｏｕｄｅ−Ｋｒｙｌｏｖの力に対する、所定の浮き物体に関するＦｒｏｕｄｅ−Ｋｒｙｌｏｖの力の比である。
【００２３】
ｄ＞＞Ｄである深海では、式（４）に規定される水圧変化の減少は
σ＝ｅｘｐ（−ＫＤ）            （５）
と表わされることが可能であり、このσ因子は浅いフロートと細長のフロートの両方に影響を与え、各々のフロートのσは可能な限り大きいことが好ましい。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、各々が式３の制約の中で可能な限り短い実効深さを有する。別の実際の制約は、浅いフロートと波との間の流体力学的相互作用を確実化するために浅いフロートが通常の波の振幅以上の実効深さ有さなければならないことである。
【００２４】
一実施形態では、波の上昇と同相で移動する傾向を有する浅いフロートは共振深さよりも大幅に小さい実効深さＺを有する。波の上昇と異なる位相で移動する傾向を有するスパーは共振深さよりもそれほど大きくない実効深さＺを有する。一層高いスピードで最も効率的に機能する通常のパワー・テイクオフ装置と結び付けると、細長のスパーの実効深さＺを共振深さにできるだけ近くすることが有利であり、それにより、その振動振幅を増大させる。振動振幅のこの増大はパワー・テイクオフ装置による一層効率的なエネルギーの変換につながる。
【００２５】
本発明によるシステムの範例の方式で、かつフロート１００に関して式（２）（およびスパーに関して式（２）の逆、すなわちｇ／Ｚ＜ω２）を信頼して、表面波がＴ＝８秒（λ＝１００ｍ、ｋ＝．０６３、ω＝２π／Ｔ、それゆえにω２＝０．６２ｓｅｃ−２）の支配的な波周期を有する場合で使用することをシステムが意図されていると仮定する。その結果、フロート１００に関してｇ／Ｚは０．６２ｓｅｃ−２よりも大きくなければならず、スパーに関してｇ／Ｚは０．６２ｓｅｃ−２よりも小さくなければならない。重力に起因する加速度として９．８１ｍ／ｓ２ととると、フロート１００は１５．９ｍよりも小さい実効深さＺを有さなければならず、スパー２００は１５．９ｍよりも大きい実効深さＺを有さなければならない。
【００２６】
さらに範例の方式で、（これ以降で説明されるような）係留を容易にするための円形のフロート１００、および１００メートルの波長の支配的な表面波を仮定し、フロートの外径は２メートルであり、１．２メートルの中央開口部を有する。したがってフロート１００の水線面の面積は約２平方メートルである。安定させるために、フロート１００はその高さの約１／２を水面下に有するようにバラストで安定させられる。このようにして、３．０メートルの全高についてはフロートの沈水深さは１．５ｍである。
【００２７】
フロートを持ち上げる傾向を有する力はフロートの面積の関数であって、上記の範例ではそれは約２平方メートルである。
【００２８】
この範例ではスパー・フロート２００は１．１５メートルの外径を有し、それゆえに約１．０平方メートルの水線面の面積を有する円筒である。フロートの高さは２０メートルであり、１７メートルの沈水深さを有するようにフロートがバラストで安定させられる。フロートの実効深さＺはしたがって約１７メートルである。
【００２９】
浅いフロートに関してσ因子は（深海での配備を仮定すると）ｅｘｐ（−ｋＺ）＝ｅｘｐ（−０．０６３×１．５）＝０．９１である。細長のスパーに関するσ因子はｅｘｐ（−ｋＺ）＝ｅｘｐ（−０．０６３×１７）＝０．３５である。
【００３０】
浅いフロートに関して、増大した波の押し上げ圧力に相当する一層高いσ因子に起因して、浅いフロートの水線面の面積は一実施形態では細長のスパーの水線面の面積よりも大きい。一実施形態では、浅いフロートの水線面の面積対細長のスパーのそれの比は大き過ぎることはなく、あるいは細長のスパーの質量は、それが２つの構成要素間に配置されるパワー・テイクオフ装置に対抗して反作用するために不充分であろう。
【００３１】
望ましい関係を獲得するように２つのフロートが構成される方法は設計者の選択し得る問題である。しかしながら本発明の特徴は２つのフロート１００と２００の間の特別な関係である。このようにして、フロート２００をフロート１００の中央開口部１０４の中に配置することによって２つのフロートの互いに相対した動きが制約を受け、フロート１００がフロート２００のための軸受けの役割りを果たす。２つのフロートの間の相対的移動をさらに制御するために、図１に示されるようなフロート１００にカラー１０６が追加されることが可能である。また、直立した姿勢で留まるように偏倚させるために、フロートの下側部分は重り、すなわち図１に示された重り２０２を付けられることが好ましい。
【００３２】
図４では、フロートの軸受け機能が逆転される。細長のフロート２００Ａが平坦のフロート１００Ａを取り囲み、フロート１００Ａのための軸受け表面を提供する。
【００３３】
２つのフロートの間の相対的移動、および２つのフロートの間に接続される適切なエネルギー変換器、例えば図１に示された油圧ポンプ１１０によってエネルギーが変換される。相対的な垂直移動が必要とされる一方で、２つのフロートの互いに相対した無制御の角度回転はフロートへの、およびフロート間の複雑な相互接続の必要性を回避するために制限されることが好ましい。この目的のために、相互に嵌合するフロート部分の断面は円形でないことが好ましい。例えば、図２に示されるようにフロート１００Ｃを貫通する中央開口部１０４の形状、およびそれに対応するフロート２００Ｃの断面形状は直線的である。
【００３４】
図２では、フロートは円形の外形で示される。これは、通過する波に関してフロートの特定の配向が必要とされないという利点を提供する。しかしながら、フロートの直径への制限は、それが通過する波の波長と比較して相対的に小さく、例えばそのような波長の１０％以下にされることである。これは「相殺」効果、すなわちフロートが持ち上げ力と引き下げ力の両方に同時に晒されるときを回避するためである。例えば、もしもフロートの直径が表面波の波長に等しければ、フロートへの正味の持ち上げ力はゼロになるであろう。
【００３５】
相殺効果を回避する一方でフロート１００のサイズを増大させるための１つの手段は波の進行方向に直角の方向でフロートを大きくすることである。しかしながら、これはフロートの適切な配向が波の方向に相対して維持されることを必要とする。
【００３６】
２つのフロート１００および２００は、それらが通過する波に応答して上下動するときに運動エネルギーを獲得する。移動するフロートからエネルギーを抽出するための１つの手段は各々のフロートをそれぞれのフロートと静止した地点、例えば海底との間に接続された別々のエネルギー変換器、例えば油圧ポンプへと相互接続することである。しかしながら本発明の二重フロート・システムの利点は、各々のフロートが互いのための地点の役割りを果たし、どちらのフロートも海底に堅く相互接続されることがないことである。これは深海の状況で特に有利である。
【００３７】
このようにして例えば図１に示されたように、エネルギー変換器、例えば油圧ポンプ１１０が２つのフロートの間に相互接続され、２つのフロートの相対的な垂直移動がポンプ１１０を往復運動させてその中の油圧流体を加圧するために使用されることが可能である。予め選択された経路で２つのフロートが互いに相対して移動するように制約されるという事実は２つのフロートの上および間にエネルギー変換器を装着および相互接続する工程を大幅に簡略化する。
【００３８】
一実施形態では、発電機の素子を有する導電性の部材が２つのフロートの表面上に設けられ、それらが互いを通り過ぎてスライド移動する、すなわち導電性素子１１２（図５）がフロート１００の周縁部１０２の内側表面１１４に設けられ、フロートの中央開口部１０４の中をスライド移動するフロート２００の長さの外側表面２１４に導電性素子２１２（図１１）が設けられる。相対的に移動可能なこれらの部材はリニア発電機を有するように構成されることが可能である。
【００３９】
述べられたように、２つのフロートは通過する表面波に応答して逆の垂直方向で移動する傾向を有する。これは図６に例示されており、グラフＡには２つのフロートの垂直方向の動きが時間に対してプロットされている。
【００４０】
グラフＢでは、通過する表面波の垂直方向の動きがグラフＡと同じ時間スケールに対してプロットされている。グラフＡでは、フロート１００の垂直方向の動きが曲線１２０で示され、フロート２００のそれらが曲線２２０で示される。フロート１００に関する曲線１２０は表面波と同相であり、その一方でフロート２００に関する曲線２２０は波と１８０°異なる位相である。曲線１５０は２つのフロート１００と２００の間の相対的移動または分離をプロットしている。
【００４１】
２つのフロート１００と２００に関する曲線１２０と２２０によって例示される動きは自由に移動するフロートに関するそれらである。実使用では、２つのフロート１００と２００はエネルギー変換器によって相互接続され、そのような相互接続の影響、およびフロートからのエネルギーの除去が図７のグラフＣに示されている。エネルギー変換器を通じた２つのフロート間の相互接続が原因で、２つのフロートはもはや互いと１８０°異なる位相ではない。
【００４２】
気付かれるように、図１に示された実施形態でフロート１００はスパー・フロート２００のための軸受けの役割りを果たし、図４の実施形態ではその逆である。２つのフロートの間の、たとえうねる水面でもそれらを望ましい物理的関係に維持するための例示される機械的相互作用は、そのような機械的関係が図８に例示されるシステムに留保されるほどに好都合である。図示されるように、一方のフロートだけ、例えばフロート１００が垂直方向の移動について自由であり、その一方で他方のフロートであるスパー２００は、スパーの傾きを許容するが垂直方向の移動を許容しない、知られているタイプのジンバル継手７００によって海底へと固定される。その結果、フロート１００だけが通過する波に応答して移動することで波からエネルギーを捕捉する。
【００４３】
図８に示されたスパー２００は垂直静止型であるが、それはフロートの垂直方向の移動を可能にしながらフロートを定位置に係留するための効果的な手段である。付け加えると、荒天による損傷に対する浮動物体の保護はその物体を水中に沈めることによって得られることが一般に知られている。固定されたスパー２００に沿ったフロートの垂直方向の移動を制約することによって、保護のためのフロート１００内のバラスト・タンクの浸水処理がフロートを制御された方式でスパーに沿って下方向に一定の場所へと沈める。バラスト・タンクの水を噴出させるとフロート１００は以前の位置へと上昇する。
【００４４】
本発明の他の特徴および構造の別形が図９〜１５に示されている。
図９ではスパー２００Ｂが底の端部２２２に重い重り２２０を有し、頂上の端部２２６に空気を充填した複数の小区画２２４を有して示されている。例示された配列はスパーを垂直に配向させるために有効である。
【００４５】
図１０ではスパー２００Ｃが、前述のように環状フロート１００の内側表面１１５（図５）上の導電性素子と接続して知られているタイプのリニア発電機を形成する一連の導電性素子２１２（図１１）を受け入れるためのくぼみ領域２４０を備えて示されている。
【００４６】
図１２および１２Ａではスパー２００Ｄが、保管および輸送を一層容易にするために複数の伸縮自在の同心のパイプ２５０を有する。使用時に、隣接区分が一体に係止される。
【００４７】
図１３ではスパー２００Ｅが固定された角度関係で中心の支柱２５６に沿って垂直に積み重ねられた複数の中空環状部材２５４を有する。
【００４８】
図１４では質量／バネ系２７０がスパー２００Ｆの中に配置される。この系は２つのバネ２７４の間に装着された重り２７２および重りの垂直方向の移動を許容または阻止するための選択的に動くことが可能なメカニズム２７６を有する。スパーのこの内部自由度の効果はスパーの最低自然振動周波数を上げることであって、ＷＥＣ装置の設計者が装置をさらに大きいエネルギー変換効率に調整するための手段を提供する。例えば、主要な波がある範囲の波の周期を有する領域での配備を目的とされる本発明の実施形態については、一層長い波長に関して最適のエネルギー変換につながる長さに引き伸ばされたスパーを設計することが有利となり得る。長周期の波の存在下では質量／バネ系２７０が移動に逆らって係止され、こうしてこの系が調整される。短周期の波の存在下では質量／バネ系は振動することを可能にされ、スパーが短周期の波のそれに近い周波数で共振する事象を生じさせ、向上したエネルギー捕捉につながる。
【００４９】
図１５Ａ、１５Ｂ、および１５Ｃに、スパーの３通りの考え得る構造が示されている。図１５Ａは図１に示されたスパー２００に類似し、かつ或る一定の水線面面積と或る一定の実効深さＺから成るスパー２００を示す。このスパー２００は一様な直径の単一の円筒を有する。図１５Ｂではスパー２００Ｇが二重円筒構造で示されている、すなわちスパー２００Ｇは下側の円筒２８１の直径よりも大きい直径を有する上側の円筒２８０を有する。図１５Ｂに示されたスパー２００Ｇは、水線面の面積が図１５Ａに示されたスパー２００のそれと等しくなるように構成される。スパー２００Ｇの下側円筒２８１は、スパー２００Ｇによって押しのけられる合計の水量が図１５Ａに示されたスパー２００によって押しのけられる水量に等しくなるように構成される。スパー２００と２００Ｇは同等の水線面面積を有し、かつ同等の水量を押しのけるので、それらは実質的に同等の実効深さを有する。スパー２００Ｇの実施形態の利点は、そのσ因子がスパー２００のσ因子よりも大きいことである。スパー２００の下側表面と比較して上側円筒２８０の下側表面は水面に近い圧力領域の部分と相互作用し、それゆえに通過する波でさらに大きい圧力変化を経験するのでσ因子の増大が生じる。これは向上した電力変換効率のための一層大きな力につながる。
【００５０】
図１５Ｃに示されたスパー２００Ｈでは、スパー２００Ｇの下側円筒２８１（図１５Ｂ）が密度の高いケーブルまたは鎖２８２で置き換えられ、その長さはスパー２００Ｈの底部から水域の海底２８３までの距離を大幅に超える。ケーブル２８２はその長さに沿って取り付けられる多数のフロート２８５を有することが可能であり、その目的はケーブル２８２の体積とフロート２８５の体積の和がスパー２００Ｇの下側円筒２８１の体積に等しくなることを確実化することである。
【００５１】
図１５Ｃの実施形態の利点は、鎖もしくはケーブルの下端が海底２８３の錨２８４に固定されることが可能であり、したがってスパーを係留するための手段を提供することである。一実施形態では、ケーブル２８２の下側長さ２８６は海底２８３に置かれ、そのケーブルの長さは通過する波でスパーが持ち上がると変わる。ケーブルの下側長さ２８６の密度は、スパーの垂直移動に伴なうケーブルの垂れ下がり長さの変動がスパー２００Ｈの浮力特性を大幅に変えないように残りのケーブルのそれよりも有意に小さいことが好ましい。
【００５２】
図１６は、使用される材料以外は図１に示されたそれに類似したフロート１００／スパー２００のシステムを示している。したがってフロートとスパーの両方が不透水性で伸縮性の材料から作られ、図１６に示された構造の形状は図１７に示される構造を水と圧縮空気で充填することによって得られる。フロートおよびスパーは、例えば膨らませることが可能なゴムボートに使用される市販入手可能な材料、例えばＰＶＣ被覆されたゴムのチューブから形成された閉鎖系で中空の部材である。図１７に示された空の状態では、スパーは水平方向のプリーツに沿ってアコーディオン形式で折り畳まれ、スパーの中に水を注ぐ処理がそれを膨らませる。スパーの望ましい最終的な重量および浮力はスパーの中にポンプ注入される空気の量によって調整される。スパーの下端に重りが固定して含まれる。図１７に示されたフロートも同様に水および圧縮空気を加えることによって図１６に示されたサイズへと膨らまされる。配備されると、このシステムは図１に示されたシステムのように機能する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】水域に配備される本発明によるシステムの縦方向断面を示す図である。
【図２】図１の線２−２に沿ってとられた水平方向断面を示す図である。
【図３】図１に示される係留用配列の変形例を示す透視図である。
【図４】図１に類似しているが、システムの機械的構造の変形例を示す図である。
【図５】フロートのうちの一方の中のリニア発電機の電気的素子を示す断面の拡大図である。
【図６】図１に示されたシステム構成要素およびシステムを駆動する表面波の位相の関係を例示する一連のグラフである。
【図７】図１に示されたシステム構成要素およびシステムを駆動する表面波の位相の関係を例示する一連のグラフである。
【図８】単一フロートのシステムを示す図である。
【図９】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１０】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１１】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１２】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１２Ａ】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１３】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１４】本発明に従って使用可能な改造型のスパー・フロートを示す図である。
【図１５Ａ】図１に示されたそれに類似したスパーとの部分的比較で例示される図であって、本発明に従って使用可能なスパー・フロートのさらなる変形例である。
【図１５Ｂ】図１に示されたそれに類似したスパーとの部分的比較で例示される図であって、本発明に従って使用可能なスパー・フロートのさらなる変形例である。
【図１５Ｃ】図１に示されたそれに類似したスパーとの部分的比較で例示される図であって、本発明に従って使用可能なスパー・フロートのさらなる変形例である。
【図１６】膨張させることが可能なシステムの立面図であって、完全に膨張した構造で示されている。
【図１７】図１６に示された同じシステムを示す図であって、収縮した状態で示されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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１２Ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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