(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の表面付近で付加的構造を支持するための装置であって、
前記装置は、前記装置が前記表面において浮動しているとき、および前記水域が実質的に静止しているときに、静止位置および静止配向をとるように構成され、前記静止配向は、前記表面から前記装置の最下位置における竜骨まで延在する垂直方向を画定し、
前記装置は、
前記付加的構造に取り付けられるように構成された支持部材と、
部分的に沈められるように構成された複数の浮力ユニットであって、各浮力ユニットは、前記竜骨においてまたは前記竜骨付近において前記支持部材に取り付けられ、前記竜骨から前記浮力ユニットの略縦方向に延在し、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿った第１の位置において第１の断面積を備え、前記縦方向に沿った第２の位置において第２の異なる断面積を備え、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記垂直方向に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、装置。
【請求項２】
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記竜骨から遠位に配置される前記浮力ユニットの第１の部分において第１の断面積を備え、前記竜骨の近位に配置される前記浮力ユニットの第２の部分において第２のより小さい断面積を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記浮力ユニットのそれぞれはさらに、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置される、前記浮力ユニットの遷移部分を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記遷移部分における断面は、先細である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿って実質的に一定である断面積を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記浮力ユニットは、前記垂直方向の周囲で対称的に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の浮力ユニットは、３つの浮力ユニットを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の浮力ユニットは、少なくとも４つの浮力ユニットを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記竜骨から遠位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、浮力材料を含み、前記浮力材料の密度は、前記水域の密度より低い、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記竜骨の近位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、バラスト材料を含み、前記バラスト材料の密度は、前記水域の密度に等しいか、または前記水域の密度より高い、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置を前記水域内の実質的に静止した位置に取り付けるように構成されている、少なくとも１つのアンカラインまたはテザーをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のカテナリアンカラインを備え、前記カテナリアンカラインのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のテンドンを備え、前記テンドンのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられ、前記テンドンのそれぞれは、実質的に垂直な配向をとることにより前記装置を前記水域の底に係留するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記竜骨に配置されたヒーブプレートをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
浮動可能システムであって、
浮動可能構造と、
水域の表面付近で前記浮動可能構造を支持するための装置と
を備え、
前記システムは、前記システムが前記表面において浮動しているとき、および前記水域が実質的に静止しているときに、静止位置および静止配向をとるように構成され、前記静止配向は、前記表面から前記装置の最下位置における竜骨まで延在する垂直方向を画定し、
前記装置は、
支持部材であって、前記支持部材は、付加的構造に取り付けられている、支持部材と、
部分的に沈められるように構成された複数の浮力ユニットであって、各浮力ユニットは、前記竜骨においてまたは前記竜骨付近において前記支持部材に取り付けられ、前記竜骨から前記浮力ユニットの略縦方向に延在し、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記竜骨から遠位に配置される前記浮力ユニットの第１の部分において第１の断面積を備え、前記竜骨の近位に配置される前記浮力ユニットの第２の部分において第２のより小さい断面積を備え、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記垂直方向に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、システム。
【請求項１６】
前記浮力ユニットのそれぞれはさらに、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置される、前記浮力ユニットの遷移部分を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記遷移部分における断面は、先細である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿って実質的に一定である断面積を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記浮力ユニットは、前記垂直方向の周囲で対称的に配置されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の浮力ユニットは、３つの浮力ユニットを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数の浮力ユニットは、少なくとも４つの浮力ユニットを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
前記竜骨から遠位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、浮力材料を含み、前記浮力材料の密度は、前記水域の密度より低い、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記竜骨の近位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、バラスト材料を含み、前記バラスト材料の密度は、前記水域の密度に等しいか、または前記水域の密度より高い、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２４】
前記装置を前記水域内の実質的に静止した位置に取り付けるように構成されている、少なくとも１つのアンカラインまたはテザーをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２５】
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のカテナリアンカラインを備え、前記カテナリアンカラインのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のテンドンを備え、前記テンドンのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられ、前記テンドンのそれぞれは、実質的に垂直な配向をとることにより前記システムを前記水域の底に係留するように構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記浮動可能構造は、風力タービンおよび関連塔を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記支持部材は、前記塔に取り付けられている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記竜骨に配置されたヒーブプレートをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項３０】
水域の表面に隣接して構造を支持するための支持システムであって、
静止軸を画定する支持部材と、
その浮力を増進するため、および渦誘起振動を低減させるために、前記支持システムの竜骨においてまたは前記竜骨付近において前記支持部材に取り付けられている、複数の浮力ユニットであって、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記浮力ユニットのそれぞれが前記構造を支持することに役立つ正味浮力を有するように、浮力材料で少なくとも部分的に充填され、前記浮力ユニットのそれぞれは、縦方向を画定し、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿った第１の位置において第１の断面積を備え、前記縦方向に沿った第２の位置において第２の異なる断面積を備え、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記竜骨から遠位に配置される前記浮力ユニットの第１の部分において第１の断面積を備え、前記竜骨の近位に配置される前記浮力ユニットの第２の部分において第２のより小さい断面積を備え、前記浮力ユニットのそれぞれは、縦方向を画定し、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記支持部材の前記静止軸に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、支持システム。
【請求項３１】
各浮力ユニットの前記縦方向は、他の浮力ユニットのうちのいずれかの前記縦方向と平行ではない、請求項３０に記載の支持システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１４年４月２１日に出願された米国仮出願第６１／９８２，２５８号に対して優先権を主張する。上記文献の開示内容は、参照することによって本明細書において援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、海底に係留されるように、および海上風力タービン等の付加的デバイスを支持するように構成される、浮動可能支持構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
海上風力タービン用の支持構造は、安定かつ安全でなければならない。風力タービンは、風の流れおよび波による運動が比較的小さいときに、順調に動作することができる。しかしながら、大波、揺れ、ピッチ、ロール、ヨー、およびうねりによる大きい運動は、非効率的な動作または動作停止をもたらすであろう。したがって、支持構造は、比較的小さい運動を有していなければならない。支持構造運動は、タービン翼、ナセル、および塔への風の力による、水中構造への波および流れの力による、波の周期による、回転タービン翼の周期による、ならびに構造全体の自然周期、すなわち、加振力を受けたときに運動の１サイクルを完了するために要する時間による、影響を受ける。本周期は、周辺の水の付加質量、構造自体の剛性（例えば、塔の屈曲および翼の屈曲）、および構造の係留システムの剛性を含む、構造の質量に依存する。
【０００４】
支持構造の周期が波の周期と同期する場合、波の力が増幅され、動作の妨害および／または構造的故障につながるであろう。したがって、支持構造の自然周期が全ての合理的に予期される波の波周期と実質的に異なることを確実にすることが望ましい。
【０００５】
渦誘起運動（ＶＩＭ）は、浮動風力タービン支持構造の運動に影響を及ぼす別の要因である。ＶＩＭは、構造を通り過ぎて移動する流れから形成される渦によって引き起こされる運動として定義される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（要約）
本開示は、水域の表面付近で付加的構造を支持するための装置に関する。また、本装置を含み、さらに本装置に取り付けられた構造を含む、システムも開示される。本装置および本システムはそれぞれ、本装置またはシステムが表面において浮動しているとき、および水域が実質的に静止しているときに、静止位置および静止配向をとるように構成され、静止配向は、表面から装置の最下位置における竜骨まで延在する、垂直方向を画定する。本装置は、使用時に付加的構造に取り付けられる、支持部材と、浮力ユニットとを含む。各浮力ユニットは、竜骨またはその付近で支持部材に取り付けられ、竜骨から浮力ユニットの縦方向に延在し、その縦方向は、垂直方向に対して約３５°〜６５°の角度を画定する。
【０００７】
浮力ユニットのそれぞれは、縦方向に沿った第１の位置においてある断面積と、縦方向に沿った第２の位置において異なる断面積とを有してもよい。例えば、浮力ユニットのそれぞれは、竜骨から遠位にある浮力ユニットの第１の部分においてある断面積と、竜骨の近位にある浮力ユニットの第２の部分においてより小さい断面積とを有してもよい。先細遷移部分等の、第１の部分と第２の部分との間の浮力ユニットの遷移部分があってもよい。
【０００８】
代替として、浮力ユニットのそれぞれは、縦方向に沿って実質的に一定である断面積を有してもよい。
【０００９】
浮力ユニットは、垂直方向の周囲で対称的に配置されてもよい。
【００１０】
浮力ユニットは、３つの浮力ユニット、４つの浮力ユニット、または４つより多くの浮力ユニットであってもよい。
【００１１】
竜骨から遠位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、浮力材料を含んでもよく、その密度は、水域の密度より低い。竜骨の近位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、バラスト材料を含んでもよく、その密度は、水域の密度に等しい、またはそれより高い。
【００１２】
本装置もしくはシステムはさらに、装置を水域内の実質的に静止した位置に取り付けるように構成される、少なくとも１つのアンカラインまたはテザーを含んでもよい。アンカラインまたはテザーは、それぞれ浮力ユニットのうちの１つに取り付けられる、１つ以上のカテナリアンカラインを含んでもよい。アンカラインまたはテザーは、それぞれ浮力ユニットのうちの１つに取り付けられ、実質的に垂直な配向をとり、装置もしくはシステムを水域の底に係留するように構成される、１つ以上のテンドンを含んでもよい。
【００１３】
本装置またはシステムはさらに、竜骨においてヒーブプレートを含んでもよい。
【００１４】
浮動可能構造は、風力タービンおよび関連塔を含んでもよい。支持部材は、塔に取り付けられてもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
水域の表面付近で付加的構造を支持するための装置であって、
前記装置は、前記装置が前記表面において浮動しているとき、および前記水域が実質的に静止しているときに、静止位置および静止配向をとるように構成され、前記静止配向は、前記表面から前記装置の最下位置における竜骨まで延在する垂直方向を画定し、
前記装置は、
前記付加的構造に取り付けられるように構成された支持部材と、
複数の浮力ユニットであって、各浮力ユニットは、前記竜骨またはその付近で前記支持部材に取り付けられ、前記竜骨から前記浮力ユニットの略縦方向に延在し、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記垂直方向に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、装置。
（項目２）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿った第１の位置において第１の断面積と、前記縦方向に沿った第２の位置において第２の異なる断面積とを備える、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記竜骨から遠位に配置される前記浮力ユニットの第１の部分において第１の断面積と、前記竜骨の近位に配置される前記浮力ユニットの第２の部分において第２のより小さい断面積とを備える、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記浮力ユニットのそれぞれはさらに、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置される、前記浮力ユニットの遷移部分を備える、項目３に記載の装置。
（項目５）
前記遷移部分における断面は、先細である、項目４に記載の装置。
（項目６）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿って実質的に一定である断面積を備える、項目１に記載の装置。
（項目７）
前記浮力ユニットは、前記垂直方向の周囲で対称的に配置されている、項目１に記載の装置。
（項目８）
前記複数の浮力ユニットは、３つの浮力ユニットを備える、項目１に記載の装置。
（項目９）
前記複数の浮力ユニットは、少なくとも４つの浮力ユニットを備える、項目１に記載の装置。
（項目１０）
前記竜骨から遠位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、浮力材料を含み、前記浮力材料の密度は、前記水域の密度より低い、項目１に記載の装置。
（項目１１）
前記竜骨の近位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、バラスト材料を含み、前記バラスト材料の密度は、前記水域の密度に等しい、またはそれより高い、項目１に記載の装置。
（項目１２）
前記装置を前記水域内の実質的に静止した位置に取り付けるように構成されている、少なくとも１つのアンカラインまたはテザーをさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目１３）
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のカテナリアンカラインを備え、前記カテナリアンカラインのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられている、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のテンドンを備え、前記テンドンのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられ、前記テンドンのそれぞれは、実質的に垂直な配向をとり、前記装置を前記水域の底に係留するように構成されている、項目１２に記載の装置。
（項目１５）
前記竜骨に配置されたヒーブプレートをさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目１６）
浮動可能システムであって、
浮動可能構造と、
水域の表面付近で前記浮動可能構造を支持するための装置と
を備え、
前記システムは、前記システムが前記表面において浮動しているとき、および前記水域が実質的に静止しているときに、静止位置および静止配向をとるように構成され、前記静止配向は、前記表面から前記装置の最下位置における竜骨まで延在する垂直方向を画定し、
前記装置は、
支持部材であって、前記支持部材は、前記付加的構造に取り付けられている、支持部材と、
複数の浮力ユニットであって、各浮力ユニットは、前記竜骨またはその付近で前記支持部材に取り付けられ、前記竜骨から前記浮力ユニットの略縦方向に延在し、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記垂直方向に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、システム。
（項目１７）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿った第１の位置において第１の断面積と、前記縦方向に沿った第２の位置において第２の異なる断面積とを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目１８）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記竜骨から遠位に配置される前記浮力ユニットの第１の部分において第１の断面積と、前記竜骨の近位に配置される前記浮力ユニットの第２の部分において第２のより小さい断面積とを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目１９）
前記浮力ユニットのそれぞれはさらに、前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置される、前記浮力ユニットの遷移部分を備える、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記遷移部分における断面は、先細である、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記浮力ユニットのそれぞれは、前記縦方向に沿って実質的に一定である断面積を備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２２）
前記浮力ユニットは、前記垂直方向の周囲で対称的に配置されている、項目１６に記載のシステム。
（項目２３）
前記複数の浮力ユニットは、３つの浮力ユニットを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２４）
前記複数の浮力ユニットは、少なくとも４つの浮力ユニットを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２５）
前記竜骨から遠位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、浮力材料を含み、前記浮力材料の密度は、前記水域の密度より低い、項目１６に記載のシステム。
（項目２６）
前記竜骨の近位にある各浮力ユニットの少なくとも一部は、バラスト材料を含み、前記バラスト材料の密度は、前記水域の密度に等しい、またはそれより高い、項目１６に記載のシステム。
（項目２７）
前記装置を前記水域内の実質的に静止した位置に取り付けるように構成されている、少なくとも１つのアンカラインまたはテザーをさらに備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２８）
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のカテナリアンカラインを備え、前記カテナリアンカラインのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられている、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
前記アンカラインまたはテザーは、１つ以上のテンドンを備え、前記テンドンのそれぞれは、前記浮力ユニットのうちの１つに取り付けられ、前記テンドンのそれぞれは、実質的に垂直な配向をとり、前記システムを前記水域の底に係留するように構成されている、項目２７に記載のシステム。
（項目３０）
前記浮動可能構造は、風力タービンおよび関連塔を備える、項目１６に記載のシステム。
（項目３１）
前記支持部材は、前記塔に取り付けられている、項目３０に記載のシステム。
（項目３２）
前記竜骨に配置されたヒーブプレートをさらに備える、項目１６に記載のシステム。
（項目３３）
水域の表面に隣接して構造を支持するための支持システムであって、
静止軸を画定する支持部材と、
その浮力を増進するため、および渦誘起振動を低減させるために、前記支持システムの竜骨またはその付近で前記支持部材に取り付けられている、複数の浮力ユニットであって、前記浮力ユニットのそれぞれは、前記浮力ユニットのそれぞれが前記構造を支持することに役立つ正味浮力を有するように、浮力材料で少なくとも部分的に充填され、前記浮力ユニットのそれぞれは、縦方向を画定し、各浮力ユニットの前記縦方向は、前記支持部材の前記静止軸に対して約３５°〜６５°の角度を画定する、複数の浮力ユニットと
を備える、支持システム。
（項目３４）
各浮力ユニットの前記縦方向は、他の浮力ユニットのうちのいずれかの前記縦方向と平行ではない、項目３３に記載の支持システム。
【００１５】
例示的実施形態は、添付図面を参照してさらに詳細に説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、塔およびタービンが取り付けられ、竜骨における垂直テンドンおよび緊張したカテナリアンカを用いて海底に係留された、例示的浮動可能支持構造の立面図である。
【図２】図２Ａは、塔およびタービンが取り付けられておらず、付加的垂直テンドンを伴う、図１の支持構造の拡大立面図である。図２Ｂは、浮力ユニットの形状の代替実施形態を示す、図２Ａに類似する図である。
【図３】図３は、塔およびタービンが取り付けられていない、図１、２Ａ、および２Ｂの支持構造の平面図である。
【図４】図４Ａ−４Ｄは、例示的浮力ユニットの水線面積および構造の重心からのその距離を示す、概略図である。図４Ａは、支持構造がその直立位置にあるときの浮力ユニットの側面図である。図４Ｂは、図４Ａの浮力ユニットの水線面積および構造の重心からの水線面積の距離を示す、断面図である。図４Ｃは、支持構造が有意に傾転されるときの浮力ユニットの側面図である。図４Ｄは、図４Ｃの構成における浮力ユニットの水線面積および構造の重心からの水線面積の距離を示す、断面図である。
【図５】図５は、支持構造のさらなる実施形態を示す、図２のものに類似する立面図である。
【図６】図６は、図５の支持構造の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（望ましい実施形態の詳細な説明）
本明細書に説明される例示的実施形態は、海底に係留されるように、および海上風力タービンまたは他のデバイスを支持するように構成される、浮動可能支持構造を提供する。いくつかの実施形態は、約４０メートルを上回る水深等の深海に特に有用と見なされ、いくつかの実施形態は、１０００メートルを超える深度で使用されることができる。
【００１８】
図１を参照すると、浮動可能支持構造１００が、風力タービン２００を支持し、水面３０２上で風力タービン２００を浮動させて示されている。浮動可能構造１００は、カテナリアンカライン４０２または垂直テンドン４０４によって、もしくは図示されるように、カテナリアンカライン４０２および垂直テンドン４０４の両方によって、海底３０４に取り付けられる。
【００１９】
図２Ａ、２Ｂ、および３をさらに参照すると、構造１００は、構造の竜骨１０４で交わり、竜骨１０４から上向きに傾斜して延在する、浮力ユニット１０２を含む。（本明細書で使用されるように、竜骨１０４は、構造１００が、その直立位置であり、図１、２Ａ、および２Ｂで見られる位置にあるときに、構造１００の最底部点または領域であると理解されたい。換言すると、テンドン４０４が図１、２Ａ、および２Ｂで構造１００に取り付けられる場所の付近で構造１００の底部における水平線が、竜骨である。）構造１００はまた、竜骨１０４において浮力ユニット１０２に取り付けられ、そこから略垂直に延在する、略中心支持部材１０６も含む。支持部材１０６は、タービン２００の塔２０２に取り付けられるように、およびそれを支持するように構成される。浮力ユニット１０２および支持部材１０６は、種々のブレース１０８、１１０および接続部材１１２によって相互に接続される。
【００２０】
浮力ユニット１０２は、使用時に部分的に沈められ、すなわち、示されるように、部分的に水面３０２の下方にある。図示された実施形態は、竜骨１０４またはその付近から水面３０２の上方まで外向きに傾斜する、３つのそのような浮力ユニット１０２を含む。いくつかの現在好ましい実施形態では、３つ以上の浮力ユニット１０２が提供される。各浮力ユニット１０２は、以降で詳細に議論されるように、直径がその長さに沿って変動し得る、略管状部材である。各浮力ユニット１０２は、約３５〜６５°の角度θで支持部材１０６に交差する。換言すると、各浮力ユニット１０２の縦方向は、構造がその直立位置にある、すなわち、波または風によって動揺させられていないときに垂直である、支持部材１０６の縦方向から約３５〜６５°である。
【００２１】
図２Ａで図示される実施形態では、各浮力ユニット１０２は、底部よりも浮力ユニット１０２の最上部分でより広い断面積を提供するように、直径がその長さに沿って変動する、略管状部材である。図２Ｂで図示される代替実施形態では、直径は、長さに沿って実質的に一定である。各浮力ユニット１０２は、その長さに沿って水密隔壁１１４によって分離される、いくつかのコンパートメント１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを含む。また、これらのコンパートメント１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内に、より小型のサブコンパートメント（図示せず）があってもよい。上部コンパートメント１０２ａは、浮力材料を含有してもよく、下部コンパートメント１０２ｃは、バラスト材料を含有してもよい。各浮力ユニットの上部コンパートメント１０２ａの直径および長さは、必要浮力および水線面積と、水線３０２における構造１００の断面の結果として生じる慣性モーメントとを達成するように選択されることができる。中間または「遷移」区分１０２ｂは、各浮力ユニット１０２の上部１０２ａを浮力ユニット１０２の下部１０２ｃに接続する。図２Ａの図示された実施形態では、下部１０２ｃは、上部１０２ａより小さい断面積を有する。安定性のための要件に応じて、各浮力ユニット１０２の大部分は、バラストで充填されるであろう。したがって、バラスト要件ならびに浮力要件が、各浮力ユニット１０２の各部分１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの長さおよび断面積を決定付けるであろう。
【００２２】
現在好ましい実施形態では、浮力ユニット１０２および支持部材１０６は両方とも、円形を保持するように、および静水圧に抵抗するように、内部上にリング補剛材および／または縦補剛材を含み得る、鋼管状部材である。現在特に好ましい実施形態では、ユニット１０２および部材１０６は、リング補剛材を含み、加えて、縦補剛材を含んでもよい。
【００２３】
塔２０２は、支持部材１０６によって支持される。塔２０２は、風力タービン２００を支持するように、支持部材１０６から水面３０２の上方高くまで延在する。さらに詳細に、塔２０２は、タービン回転翼２０６を支持し、制御、発電機、および他の必要構成要素を含有する、ナセル２０４を支持する。
【００２４】
浮力ユニット１０２は、ブレース１０８によって支持部材１０６に接続される。浮力ユニット１０２は、ブレース１１０によって相互に接続される。竜骨１０４の付近で、浮力ユニット１０２はさらに、接続部材１１２によって支持部材１０６に接続される。
【００２５】
支持構造１００は、例えば、チェーンおよび／またはワイヤロープ、ならびに／もしくはポリエステルを含み得る、カテナリアンカライン４０２によって、海底３０４に搭載される。
【００２６】
支持構造１００は、加えて、もしくは代替として、１つまたは複数のテンドン４０４等の垂直テザーによって海底３０４に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のテザーは、ワイヤロープ、チェーン、ポリエステルロープ、または鋼もしくは金属管であってもよい。（図４Ａ−４Ｄを参照して以降で議論されるであろう、さらなる設計考慮事項に加えて）１つまたは複数のテンドンの適切な長さ、弾性率、および／または断面積を選択することによって、うねり、大波、揺れ、ピッチ、ロール、およびヨーにおける構造１００の自然周期は、支持構造１００が設置される特定の領域で予期され得る、あらゆる波の波周期と一致させられることができない。図２Ａおよび２Ｂでさらに見られるように、１つまたは複数のテンドン４０４は、竜骨１０４およびその付近で、ならびに／もしくは浮力ユニット１０２のうちの１つ以上において、構造１００に取り付けられることができる。現在好ましい実施形態では、１つのテンドン４０４は、浮力ユニット１０２のそれぞれにおいて取り付けられる。実践では、図示されるように、浮力ユニット１０２における３つのテンドン４０４および竜骨１０４における付加的テンドン４０４と併せて、３つのアンカライン４０２が使用されるであろう可能性は低い。これらの説明図は、アンカラインおよびテンドンの多くの可能な取付場所を図示するように、完全を期して提供される。
【００２７】
１つまたは複数のテンドン４０４は、１つまたは複数のアンカ４０６を介して海底３０４に取り付けられてもよい。テンドン４０４からの印加された力および海底条件に応じて、各アンカは、吸引パイル、駆動パイル、掘削およびグラウトパイル、重力アンカ、またはテンドンの力を海底に伝達する能力を伴う任意のアンカであってもよい。
【００２８】
支持構造１００は、岸壁において加工され、組み立てられ、進水させられ、直立させられ、次いで、全て岸壁の現場で塔２０２および風力タービン２００を装備させられることができると理解されるであろう。次いで、組み立てられた風力タービン２００および支持構造１００は、直立位置でその設置現場まで曳航され、次いで、前もって設置されたアンカ４０６またはカテナリアンカライン４０２に取り付けられることができる。
【００２９】
図示された実施形態では、支持構造１００は、海上風力タービン２００および関連塔２０２を支持して示されている。構造１００はまた、変電所等の任意の他のデバイスを支持するため、または油およびガス探査ならびに産生のために使用されることもできる。
【００３０】
いくつかの図示されていない実施形態では、支持構造１００は、タービン２００ではなく支持ステーション用のプラットフォームを支持するために使用される。これらのプラットフォームは、平面図では略長方形であるため、構造は、典型的には、それぞれその隅またはその付近でプラットフォームに取り付けられるであろう、図示される３つの浮力ユニット１０２ではなく４つの浮力ユニット１０２を有するであろう。現在好ましい実施形態では、支持部材１０６は、さらなる支持を提供するように、プラットフォームの中心における止まり孔または貫通孔を通って延在する。
【００３１】
ここで図４Ａ−４Ｄを参照して、例示的構造１００の安定性について議論する。構造１００の安定性は、Ｉ／Ｖに比例し、Ｉは、（慣性質量モーメントと対照的に、慣性モーメントの流体力学的定義に関して）水線面積の慣性モーメントであり、Ｖは、構造１００によって変位させられる水の体積であることが理解されるであろう。簡単にするために、図４Ａ−４Ｄは、浮力ユニット１０２のうちの単一のものの安定性を図示する。さらに、慣性モーメントＩは、Ａｌ２に比例し、Ａは、浮力ユニット１０２の水線面積、換言すると、水の表面に提示される浮力ユニット１０２の断面積（すなわち、浮力ユニット１０２の縦軸に沿ったものと対照的に、垂直に得られた断面）であり、ｌは、浮力ユニット１０２の水線面積の重心から構造１００全体の水線面積の重心までの水平距離であることが理解されるであろう。
【００３２】
図４Ａを参照すると、浮力ユニット１０２のうちの１つが、構造１００が直立である、すなわち、波または風によって動揺させられていないときに、支持部材１０６とともに示されている。付加的浮力ユニット１０２は、簡単にするために、これらの図から省略されている。図４Ａの浮力ユニット１０２の配向は、図１、２Ａ、および２Ｂに図示されるものと同一である。（浮力ユニット１０２の縦方向に沿って得られる）浮力ユニット１０２の上部１０２ａの円形断面を仮定すると、水線面積、すなわち、水面３０２に提示される断面は、図４Ｂで見られるように、楕円形である。楕円の内径ｄｍｉｎｏｒは、ユニット１０２の（縦軸に沿った）断面直径に等しく、ｄｍｉｎｏｒ＝ｄｕｎｉｔである。外径ｄｍａｊｏｒ，１は、図４Ａでユニット１０２の左右の縁が水線３０２に交差する場所の間の距離である。基本三角法は、本距離ｄｍａｊｏｒ，１＝ｄｕｎｉｔ／ｓｉｎαであり、αは、ユニット１０２が水線３０２に交差する角度であり、すなわち、α＝９０°−θであることを教えている。楕円の中心から、この場合、支持ユニット１０６の水線面積の中心である、構造１００の重心までの水平距離ｌ１もまた、図４Ｂに示されている。
【００３３】
ここで図４Ｃを参照すると、構造１００は、著しく左側に傾転させられて示されている。再度、浮力ユニット１０２の水線面積は、図４Ｄで見られるように、楕円形である。内径ｄｍｉｎｏｒは、再度、ｄｕｎｉｔに等しい。しかしながら、ｄｍａｊｏｒ，２は、ここでははるかに大きい。ｄｍａｊｏｒ，２＝ｄｕｎｉｔ／ｓｉｎβであり、βは、ユニット１０２が水線３０２に交差する新しい角度である。浮力ユニット１０２の水線面積の中心が、より大きい外径直径ｄｍａｊｏｒ，２により、さらに左側にあるため、浮力ユニット１０２の水線面積の重心から構造１００の重心までの水平距離ｌ２もまた、図４Ｂのものより大きい。この場合、構造１００全体の水線面積の重心は、もはや支持部材１０６の水線面積の重心と一致しないが、わずかに左側に偏移させられていることに留意されたい。しかしながら、実践では、ｌ２＞ｌ１である。したがって、Ａｌ２に比例する、構造１００の慣性モーメントＩへの各浮力ユニット１０２の寄与は、それぞれのユニット１０２が傾斜するときに増加し、構造１００が波または風によって衝突されるときに、増加した安定性を提供する。
【００３４】
背景技術の節で記述されたように、浮動支持構造は、大波、揺れ、ピッチ、ロール、ヨー、およびうねりの方向に風、波、および流れの影響を受けるとき、比較的小さい運動を受けるはずである。自然周期は、いくつかあるパラメータの中でも構造の質量に依存する。上記の例示的実施形態の傾斜浮力ユニット１０２は、ユニットの上方および下方の水に暴露される広い面積を提示する、平面図を有する。これは、浮動可能構造のうねり、すなわち、垂直運動を考慮するときに、大きい付加質量をもたらす。
【００３５】
ここで図５および６を参照すると、さらなる代替実施形態では、構造１００はさらに、ヒーブプレート１５０を含む。１つまたは複数の垂直テンドン４０４を伴う実施形態では、いったん構造１００が１つまたは複数のテンドン４０４を用いて海底３０４に係留されると、うねりはあまり懸念とならない場合があるが、うねりは、構造１００が岸壁から設置現場まで曳航されているときに問題であり得ることが理解されるであろう。さらに、構造１００がテンドン４０４ではなくカテナリアンカライン４０２を用いて固着される実施形態等の１つまたは複数の垂直テンドン４０４を伴う実施形態では、いったん構造１００が設置されると、うねりが懸念となり得る。したがって、いくつかの実施形態では、構造１００はさらに、構造１００が設置現場まで曳航されている間に、および／または設置後に、うねりを最小限にする、ヒーブプレート１５０を含む。
【００３６】
ヒーブプレートは、典型的には、略プレート形状であり、すなわち、２つのほぼ平行な平面を有し、これらの面と垂直な方向に比較的薄い。平面は、典型的には、それらが取り付けられる構造（この場合、構造１００）の有効質量を増加させるために、うねりの方向と垂直（すなわち、水面３０２および海底３０４と平行にほぼ水平）に配置される。そのように取り付けられるプレートは、うねり（垂直）方向に有効質量および粘性抗力を増加させることによって、構造１００の動的挙動に影響を及ぼす。ヒーブプレート１５０は、任意の比較的薄い正方形、円形、長方形、または任意の他の形状のプレートであり得、中実であり得るか、もしくはその中に開けられた穴を有することができるかのいずれかである。
【００３７】
図示された実施形態では、ヒーブプレート１５０は、円形であり、六角形の隆起１５２によって強化される。プレート１５０および隆起１５２の形状は、例示的にすぎず、決して限定的であることを意図していない。ヒーブプレート１５０は、平面図で任意の形状を有してもよく、その上または中に任意の数および構成の隆起ならびに／もしくは孔を有してもよい。
【００３８】
支持構造の周期が全ての予期される波周期と実質的に異なることを確実にするために、それに応じて、ライン４０２、４０４の剛性は、例えば、適切な材料を選択することによって選択されることができる。加えて、または代替として、構造の質量は、例えば、バラストを追加すること、もしくは差し引くことによって選択されることができる。
【００３９】
ＶＩＭが、垂直支柱様要素を通り過ぎて移動する流れの上で特に顕著であるため、現在好ましい実施形態では、浮力ユニットは、傾斜している。結果としては、渦の形成が妨害され、ＶＩＭが減少させられる。
【００４０】
上記の例示的実施形態のうちのいくつかの別の特徴としては、海上工事の非常に大きい費用がほとんど回避されることができる。事前設定されたアンカおよび浮動可能構造へのそれらの取付を除いて、完全な風力タービン構造の加工、組立、進水、および装備は、岸壁またはその付近で達成されることができる。しかしながら、これは、岸壁において合理的に深い水を必要とし、設置現場への曳航に干渉するであろう頭上障害物を必要としない。本特徴は、傾斜浮力ユニット、およびそれらが構造の中心線から大きい距離において広い楕円形水線面積を伴う水面に交差するという事実によって、補助される。浮動本体の安定性のための要件は、本体の傾心が本体の重心の上方にあることである。傾心高度（すなわち、重心と傾心との間の距離）は、変位させられた水の体積によって除算され、本体が平衡状態であるときの浮心と重心との間の距離を加算または減算した、水線面積の慣性モーメントに等しい。各浮力ユニットの水線面積の間に大きい分離を伴う、本明細書に説明される実施形態の構成は、曳航されている間に自由に浮動するとき、およびまた係留されるときの両方で、高い傾心および良好な安定性をもたらす。
【００４１】
（波周期と同期していない自然周期を有する構造による）わずかな運動、低減した渦誘起振動、および高い傾心による良好な安定性の組み合わせは、安全で安定した浮動構造をもたらす。殆どの海上工事が回避されることができるという事実は、経済的な設置をもたらす。
【００４２】
当業者によって理解されるであろうように、本発明は、その本質的な特性から逸脱することなく、他の具体的形態で具現化され得る。多くの他の実施形態が、その本質的な特性から逸脱することなく可能である。多くの他の実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく可能である。これらの他の実施形態は、以下の請求項に記載される、本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【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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