(57)【要約】  海洋波エネルギーを取り込み、この取り込んだエネルギーを高圧海水に変換する装置（１１）に用いられる浮力アクチュエータ（１０）であり、アクチュエータ（１０）は、柔軟な外皮（２７）を有するチャンバ（２３）を画定する本体（２１）を備え、チャンバ（２３）は物質を含み、本体（２１）の流体力学的特性は、チャンバ（２３）内の物質を変更することにより選択的に調節可能とされ、流体力学的特性の変更は、浮力の（正浮力または負浮力のいずれかへの）変更、または本体（２１）の応答領域（例えば、容積または形状）の変更、ならびにそれらの組合せを含んでもよく、物質の変更は、チャンバ（２３）への物質の追加またはチャンバ（２３）からの物質の抽出を含んでもよく、物質は、固体、液体、または気体、ならびにそれらのどのような組合せでもよく、図示の構成では、物質は発泡球（５３）を含み、外皮（２７）はその内側の発泡球（５３）の外向き圧力により緊張状態に延伸され、アクチュエータがその設計形状を取ることになり、発泡球（５３）により占有されている全容積は、チャンバの全密閉容積よりもさらに小さく、各球（５３）の周囲に間隙領域（５５）が存在し、浮力を調整するために、間隙領域（５５）を流体で充填できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波運動に応答する浮力アクチュエータにおいて、物質を収容するチャンバを画定する本体を備え、前記本体の流体力学的特性が、前記チャンバ内の物質を変更することによって、選択的に調節可能とされていることを特徴とする浮力アクチュエータ。
【請求項２】
前記流体力学的特性の変更は、浮力の（正浮力または負浮力のいずれかへの）の変更を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項３】
前記流体力学的特性の変更は、前記本体の応答領域（例えば、容積または形状）の変更を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項４】
前記流体力学的特性の変更は、浮力の（正浮力または負浮力のいずれかへの）の変動および前記本体の応答領域（例えば、容積または形状）の変更を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項５】
前記物質の変動は、前記チャンバへの物質の追加または前記チャンバからの物質の抽出を含んでいることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項６】
前記物質は、固体、液体、または気体、またはそれらの任意の組合せを含んでいることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項７】
前記物質は、前記アクチュエータが稼働している環境からの水を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項８】
前記物質は、固体物質を含み、前記固体物質は、１つまたは複数の固体挿入物を含んでいることを特徴とする、請求項６あるいは７に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項９】
前記固体挿入物は、複数の浮力球を含んでいることを特徴とする、請求項８に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１０】
前記球によって占有されている全容積は、前記チャンバの全密閉容積よりも小さく、前記球の周りには、浮力を変更する流体を収容する間隙領域が存在していることを特徴とする、請求項９に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１１】
前記球は、互いに対して転動するように配置されていることを特徴とする、請求項９あるいは１０に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１２】
前記本体は、浮力アクチュエータを適所に縛るために、前記本体の底端に係留点を備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１３】
前記本体は、前記本体の上端に吊上げ点を備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１４】
前記本体は、前記チャンバの境界に柔軟な外皮を有する壁構造を備え、前記外皮は、前記本体内の物質の変更に応じて撓むように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１５】
前記チャンバは、前記本体の上区域と下区域との間に延在する補強手段を有する壁構造によって画定され、前記補強手段は、表面に沿って周方向に延在すると共に、前記上区域および下区域を通るフープとして構成された複数の補強ストラップを備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１６】
前記壁構造は、剛性のある上区域および剛性のある下区域の間に延在する前記柔軟な外皮を備えていることを特徴とする、請求項１４に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１７】
前記壁構造は、略球形状を有していることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１８】
前記チャンバは、略ドーナツ状であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項１９】
内側浮力構造物が、ドーナツの内周によって画定された空間内に収容され、前記内側浮力構造物には、前記ドーナツの前記外皮の外面の一部が結合されていることを特徴とする、請求項１８に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２０】
前記内側浮力構造物は、２つの浮力要素を備え、前記２つの浮力要素は、それぞれ、上部および底部から前記ドーナツの中心孔に嵌合されるように形作られていることを特徴とする、請求項１９に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２１】
コネクタが前記２つの浮力要素間に延在し、かつ前記２つの浮力要素に固定され、前記係留点をもたらす手段が、前記コネクタ内に組み込まれ、または前記コネクタに取り付けられていることを特徴とする、請求項２０に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２２】
前記本体は、浮力区域を備え、該浮力区域の下方には、前記チャンバが配置されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２３】
前記チャンバは、前記浮力区域から垂れている円筒状の側壁と、底壁とによって画定され、前記側壁は、柔軟になっていることを特徴とする、請求項２２に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２４】
前記チャンバは、略円錐状の側壁によって画定され、前記側壁は、柔軟になっていることを特徴とする、請求項２２に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２５】
前記チャンバは、前記浮力アクチュエータが稼働している周囲の水に通じるように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２６】
ある条件下で水の吸込および排出を可能にする手段によって、周囲の水に通じるようになっていることを特徴とする、請求項２５に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２７】
前記手段は、弁システムを含んでいることを特徴とする、請求項２６に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２８】
前記弁システムは、２つの弁を備え、前記弁の一方は、前記周囲の水から前記チャンバ内への流入のみを可能にする一方向吸込弁であり、前記弁の他方は、前記チャンバから前記周囲の海水内への流出のみを可能にする一方向排出弁であることを特徴とする、請求項２７に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項２９】
前記弁システムは、前記チャンバの前記外皮を画定する材料の重複する部分を含んでいることを特徴とする、請求項２７あるいは２８に記載の浮力アクチュエータ。
【請求項３０】
エネルギー変換装置と、先行する請求項のいずれか一項に記載の浮力アクチュエータと、を備える波エネルギー変換システムであって、前記浮力アクチュエータが、水の区域内において、前記エネルギー変換装置の上方で浮力によって浮遊している、波エネルギー変換システムにおいて、前記水の区域の波運動に応じる前記浮力アクチュエータの動的な浮上りが、前記浮力アクチュエータを通して、前記エネルギー変換装置に伝達されるようになっていることを特徴とする波エネルギー変換システム。
【請求項３１】
前記エネルギー変換装置は、流体ポンプを含んでいることを特徴とする、請求項３０に記載の波エネルギーシステム。
【請求項３２】
前記エネルギー変換装置は、線形発電機を含んでいることを特徴とする、請求項３０の記載の波エネルギー変換システム。
【請求項３３】
波運動からエネルギーを抽出する方法において、請求項３０、３１、または３２に記載の波エネルギー変換システムを運転することを含んでいることを特徴とする方法
【請求項３４】
波運動に応答する浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更する方法において、前記浮力アクチュエータ内のチャンバに含まれている物質を選択的に変更することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３５】
浮力アクチュエータを運転する方法において、前記浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更するために、前記浮力アクチュエータ内のチャンバに含まれている物質を選択的に変更することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３６】
浮力アクチュエータを有する波エネルギー変換装置を運転する方法において、前記浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更するために、前記浮力アクチュエータ内のチャンバに含まれている物質を選択的に変更することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３７】
添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されているような浮力アクチュエータ。
【請求項３８】
添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されているような波エネルギー変換システム。
【請求項３９】
本明細書に実質的に記載されているような波運動からエネルギーを抽出する方法。
【請求項４０】
本明細書に実質的に記載されているような浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更する方法。
【請求項４１】
本明細書に実質的に記載されているような浮力アクチュエータを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波運動からのエネルギーの抽出に関し、さらに詳細には、波運動に応答する浮力アクチュエータ、およびこのようなアクチュエータを運転する方法に関するものである。また、本発明は、波エネルギー変換システム、およびこのようなシステムを運転する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、必ずしもこれに限定されるものではないが、特に、波運動を波運動に応じて作動可能な装置に連結させるアクチュエータとして考案されたものである。本発明によるアクチュエータの特定の応用例は、海洋波エネルギーの取込みに関連し、この取り込んだエネルギーを、例えば、流体ポンプまたは線形発電機のようなエネルギー変換装置を駆動するための線形運動に変換することにも向けられている。このような構成では、アクチュエータは、エネルギー変換装置に操作可能に接続され、海水の区域内において、変換装置の上方かつ典型的には水面の下方で、浮力によって浮遊するようになっているとよい。この構成では、波運動の動的な浮上りが一軸力に変換され、この一軸力がエネルギー変換装置を運転することになる。
【０００３】
本発明は、実際には、浮体（ｂｕｏｙ）から構成されているが、この浮体は、水の区域におおける擾乱の波長の有効な一部に対応する寸法を有し、水の区域の表面近くで、波運動のエネルギー束の有効な一部と交差するようになっている場合には、アクチュエータと見なすことが可能である。
【０００４】
海洋波からのエネルギーの取込みは、世界各国で急速に成長している事業であり、多数の市販の波エネルギー装置が、海上試運転および小規模の商業的展開を行っている。これらの装置の内、有力な種類の装置として、海のうねり運動を変換し、後でエネルギー変換装置（例えば、流体ポンプまたは線形発電機）を駆動するのに用いられる機構内に線形運動を生じさせるように作動する装置が挙げられる。
【０００５】
発電および逆浸透薄膜による直接淡水化をもたらすために、波エネルギーを取り込み、この取り込んだ波エネルギーを高圧海水に変換することは、いくつかの先の提案、特に、特許文献１に開示されている提案のテーマである。なお、この特許文献の内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
【０００６】
海洋環境の技術に見られる良好な配備、運転、および保守に関連する問題は、海洋産業、特に、油およびガス産業に従事する人々には十分に理解されており、この知識は、海洋波エネルギー変換のような新しい技術に適用されることが可能である。海洋エネルギーシステムの主な技術的設計は、建造コストを合理的なレベルに維持すると共に、維持費が技術の寿命の全体にわたって容認できることを確実にしながら、エネルギーの取込みおよび変換を最大限に活用しようとする複雑な仕事である。保守コストについては、主要な摩耗部品の信頼性およびシステムの故障モードを完全に理解していなければならない。
【０００７】
嵐の状態にどのように対応するかという問題も、対処される必要がある。特に、波エネルギー変換システムが海の状態の変化に対応することができ、海の状態が最大運転レベルを超えたとき、好ましくは自動的に、安全待機モードに戻ることができることが望まれている。海の状態が通常運転レベルに戻った時点で、システムは、ここでも好ましくは自動的に、システム自体を通常運転用に理想的に再設定するべきである。例えば、嵐の状況によって生じたプラントの一部に対するどのような持続的な損傷も、システムの残っている機能的部分の運転を妨げるべきではない。換言すると、波エネルギー変換システムの全ての故障モードは、（一部が故障しても残りの部分の機能が正常に働くモード（“soft”））であるべきである。
【０００８】
浮力アクチュエータがこれらの特徴を有していれば、有利であろう。
【０００９】
浮力アクチュエータは、１０ｍまでの範囲内にある直径または線形寸法、および１０００ｍ３までの範囲内にある排水量を有する大きな物理的構造体とすることが可能である。大きな地域共同体の電気需要に応じるために、波エネルギープラントは、数百の海水ポンプまたはエネルギー変換装置からなる配列（ａｒｒａｙ）の需要を満たす多数（典型的には、数百）のこのようなアクチュエータを備えている必要があるだろう。このような装置の配列は、電力出力をスケールアップする必要がある。何故なら、個々のユニットが、おそらく、１メガワットの出力能力を有し得る一方、要素の集合箇所の全体が、数百メガワットの瞬時の出力能力を有し得るようになっているからである。
【００１０】
配備地点への数百の浮力アクチュエータの輸送は、もしそれらの浮力アクチュエータがフルサイズで輸送されねばならないなら、極めて困難であり、かつ高価なものになるだろう。
【００１１】
また、浮力アクチュエータが、陸上で作製された後、海上地点に輸送されるために、折畳んで梱包され、海上地点において、フルサイズに拡げられ、続いて、配備されることになれば、有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００６／００１１８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、この背景技術に対して、開発されたものである
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、波運動に応答する浮力アクチュエータにおいて、物質を収容するチャンバを画定する本体を備え、本体の流体力学的特性が、チャンバ内の物質を変更することによって、選択的に調節可能とされている浮力アクチュエータが提供されている。
【００１５】
流体力学的特性の変更は、浮力の（正浮力または負浮力のいずれかへの）変更または本体の応答領域（例えば、容積または形状）の変更、ならびにそれらの組合せを含んでいてもよい。
【００１６】
物質の変更は、チャンバへの物質の追加またはチャンバからの物質の抽出を含んでいてもよい。
【００１７】
物質は、固体、液体、または気体、ならびにそれらのどのような組合せを含んでいてもよい。
【００１８】
物質は、１つまたは複数のどのような適切な形態を取っていてもよい。例えば、物質は、空気、水（特に、アクチュエータが稼働している環境からの水）、または１つまたは複数の固体挿入物、例えば、固体球または他の離散的要素、ならびにそれらのどのような組合せの形態にあってもよい。
【００１９】
チャンバに加えられる物質は、チャンバ内の既存の形態と同一の形態にあってもよいし、または異なる形態にあってもよい。例えば、一つの構成例では、ある量の海水が（場合によっては、物質の１つまたは複数の形態と組合されて）チャンバ内に既に存在している状況下において、海水がチャンバに追加されてもよい。他の構成例では、チャンバ内の物質が海水を既に含んでいない状況下において、海水がチャンバに追加されてもよい。
【００２０】
チャンバ内の物質が複数の形態を含んでいる場合、チャンバから排出される物質は、どのような１つまたは複数のこのような形態を含んでいてもよい。
【００２１】
配備されたとき、浮力アクチュエータは、好ましくは異常に大きい波が生じる場合を除いて、常に水中に没しているように、好ましくは、水面の最低レベルよりもある距離だけ下方の水中に位置しているとよい。
【００２２】
浮力アクチュエータは、海水の以下の位置、すなわち、最大のエネルギー量と交差することができ、さらに、波エネルギープラントが稼働している全時間にわたって全体的に水中に没し、装置の運転限界を超える海の状態で波の谷が通過する最中にのみ海面に現れるような位置に配置されていることが、最も望ましい。従って、浮力アクチュエータは、その上面が、典型的には、自然の水位の数メートル下方にある深さの位置に配備されている必要がある。さらに、好ましくは、浮力アクチュエータとこの浮力アクチュエータが操作可能に接続された（ポンプのような）機構との結合体は、好ましくは１０メートル以上で１００メートル以下の水深への配備をもたらす最小の全長を、画定しているとよい。
【００２３】
浮力アクチュエータの形状も、本発明の重要な因子である。どの形状がエネルギー取込みの観点から最も良好な性能をもたらすかを決定するために、数値流体力学（ＣＦＤ）が広く利用されている。ＣＦＤ解析は、１／４波長以下の寸法のアクチュエータ設計（この基準は、「点吸収型（ｐｏｉｎｔａｂｓｏｒｂｅｒ）」と呼ばれている）に適用されたとき、過度の幅／厚み比を有するアクチュエータ形状を、対象外として除外している。従って、天蓋またはパラシュート状のアクチュエータは、点吸収型として見た場合、エネルギー収集装置として効率的ではないことになる。しかし、この結論は、（前述の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００６／００１１８７号に記載されているような）薄い天蓋状の吸収型には、それらのアクチュエータが、点吸収型の領域外に拡張され得る場合、すなわち、１／４波長よりも長い場合、適用されないことになる。これらの場合、最適化は、点吸収型とは異なっている。従って、天蓋構造も有用であることになる。さらに、天蓋は、２つ以上の取付け点を有しているので、回転し難くなっている。
【００２４】
点吸収型の場合、ＣＦＤ解析は、球、縦横比の小さい倒置円錐、または縦横比の小さい円筒が、単一の縛り紐を有する浮力アクチュエータに対して、適切な形状であることを示している。ＣＦＤ解析は、形状がより長く、より薄くなるほど、より多くのエネルギーが、浮力アクチュエータの回転に変換される可能性があり、これは、浮力アクチュエータを機構に操作可能に接続している縛り紐に有用な張力を生じさせず、波擾乱に結合しているエネルギーの取込みを低減させる、ことを検証している。球形状は、理想的である。何故なら、球の対称性によって、波擾乱と浮力アクチュエータとの間の回転結合がなく、その結果、縛り紐の線形張力へのうねり力の最大変換が得られるからである。
【００２５】
球、縦横比の小さい円筒、および縦横比の小さい倒置円錐におけるエネルギー収集性能の違いは、製造可能性および構造安定性のような他の因子も考慮に入れた場合、球を優先して、これらの形状を排除するほど大きくはない。従って、許容されるエネルギー収集性能および許容される構造安定性の格付けを有する種々の形状が考えられる。
【００２６】
好ましくは、本体は、チャンバの境界に、外皮を画定する柔軟な薄膜を備え、この柔軟な薄膜は、本体内の物質の変更に応じて撓むように構成されている。この撓みによって、本体の流体力学的特性の変化がもたらされることになる。
【００２７】
外皮は、好ましくは、チャンバを構成すると共に、ポートを介して周囲の海水に通じ得る空洞を画定している。この空洞は、閉鎖された防水空洞から構成されているとよい。しかし、チャンバが防水性を有することは、不可欠な条件ではなく、むしろ、チャンバは、通常運転中、海水量を最小限の漏れで内側に保有して外部から隔離し、これによって、アクチュエータの外側の水の力に対して、係留質量のように挙動することのみが、不可欠な条件とされている。
【００２８】
一構成例では、チャンバは、略球状の形状を有しているとよい。このような構成では、チャンバは、柔軟な薄膜によって形成された外皮からなる略球形の壁構造によって、画定されているとよい。外皮は、互いに結合された繊維強化ポリマー材料のパネルから構成されていてもよい。
【００２９】
壁構造は、本体の上区域と下区域との間に延在する補強手段をさらに備えているとよい。補強手段は、表面に沿って周方向に延在すると共に、上区域および下区域内を通るフープとして構成された複数の補強ストラップを備えているとよい。補強ストラップは、材料親和性、従って、材料接着性が最適化されるように、外皮と同一の材料から作製されているとよい。アクチュエータの最上部および底部は、ここでも同じ繊維強化ポリマーから作製された円形リングの形態にある追加的な補強物を有している。
【００３０】
浮力アクチュエータを適所に繋ぐために、係留点は、本体の底に設けられているとよい。また、吊上げ点は、本体の上端に設けられているとよい。
【００３１】
係留点は、補強ストラップに嵌め込まれた下側鳩目穴部を備えているとよい。また、追加的なストラップが、下側鳩目穴部を貫通し、球形の外皮の底部に結合されていてもよい。補強ストラップおよび追加的なストラップは、通常運転下で負荷を支えることになる。浮力アクチュエータが波運動によって持ち上げられると、ストラップがぴんと張られ、張力が鳩目穴部を通して繋ぎ紐に向かって下方に伝達され、持上げ力を下方の機構に伝達することになる。波が通過した後、浮力アクチュエータは、下方の機構によって加えられる戻り力の影響によって、下降し、鳩目穴部への負荷を減少させ、ストラップを収縮させることになる。
【００３２】
この構成では、波の隆起が繋ぎ紐を引っ張るとき、波の負荷をいくらか緩和させるために、アクチュエータにいくらかの弾性が与えられている。
【００３３】
略球形のチャンバ内に含まれる物質は、アクチュエータに必要な浮力をもたらすために導入される浮力材料から構成されているとよい。この物質は、アクチュエータの周囲の流体の密度よりも小さい密度を有するどのような材料または物質であってもよい。物質は、どのような適切な方法、例えば、外皮に設けられたアクセスポートを通して、チャンバ内に導入されてもよい。
【００３４】
好ましくは、物質は、発泡材料から構成されている。発泡材料は、発泡球の形態にあるとよい。
【００３５】
チャンバが、発泡球で充填されていると、アクチュエータの外皮は、その内側の発泡球の外向き圧力によって緊張状態に延伸され、これによって、アクチュエータがその設計形状を取ることになる。発泡球は、互いに対して転動することができるように、互いに接触しているとよい。球は、アクチュエータの外形を維持すると共に、アクチュエータのその形状をなおも維持しながら、アクチュエータへの外力に応じて、互いに対して転動するように、集合的に作動することが可能である。このような構成では、球は、実際には、転がり軸受として作動しているので、もしアクチュエータの外皮に点荷重が加えられても、どのような単一の発泡球への力の集中も生じることがない。
【００３６】
このようにして、浮力アクチュエータは、製造されてから、漏れおよび応力の試験を受け、その後、発泡浮力材料を内部に含むことなく、出荷されるとよい。発泡体は、運転地点に配備される直前に、（可能であれば、船上の）足場支柱において、加えられるとよい。
【００３７】
発泡球によって占有される容積の全体は、アクチュエータの全密閉容積よりもさらに小さく、各球の周囲に間隙領域が存在している。浮力を調整するために、これらの間隙領域を流体で充填することが可能である。
【００３８】
浮力を設定し、または予設定し、次いで、必要に応じて、流体量（例えば、ガス圧または水容積ならびにそれらの組合せ）のいずれかを制御することによって、浮力を頻繁に制御することができる。
【００３９】
他の構成例では、チャンバは、球状ではなく、略ドーナツ状であるとよい。このような構成では、本体は、前述した球形外皮におけるのと同様の材料および方法によって作製されたドーナツ状外皮を有するドーナツから構成されているとよい。
【００４０】
好ましくは、内側の浮力構造物は、ドーナツの内周によって画定された空間内に収容され、好ましくは、この浮力構造物に、ドーナツの外皮の外面の一部が結合されている。浮力構造物は、２つの浮力要素（例えば、剛性発泡片）から構成されているとよい。２つの浮力要素は、それぞれ、最上側および底側からドーナツの中心孔に装着されるように形作られている。（引張りケーブルのような）コネクタが、２つの浮力要素間に延在し、これらの浮力要素に固定されている。係留点が、底側浮力要素の下側のコネクタ内に組み込まれているか、または該コネクタに取り付けられている。
【００４１】
外皮によって密閉されたドーナツ状の空洞は、流体の形態にある物質で充填されるとよく、流体は、外皮が引っ張られて形状が剛体化する程度まで、加圧されるとよい。好ましくは、流体は水である。流体は、ポートを通して導入されるとよい。ポートを密封し、防水シールをもたらすようにしてもよい。
【００４２】
浮力アクチュエータは、流体で充填されると、特に流体が水の場合、中立的な浮力に近い浮力を得ることになるだろう。浮力要素によって、正の浮力がアクチュエータにもたらされることになる。
【００４３】
嵐の状態における浮力アクチュエータの自動的な運転停止は、ポートを介して空洞内の流体にアクセスし、流体圧力を実時間で制御することによって、達成することが可能である。このような運転停止の例として、チャンバを少なくとも部分的に収縮させ、アクチュエータの表面積を減少させ、これによって、アクチュエータを増大した波力によって影響され難くすることが挙げられる。嵐が通過した後、チャンバは、再び膨張されるとよい。
【００４４】
他の構成例では、本体は、浮力区域を備えているとよい。この浮力区域の下方には、チャンバが配置されている。チャンバは、浮力区域から垂れている円筒状の側壁、および底壁によって画定されているとよい。側壁および底壁は、柔軟な材料から作製されている。底壁は、ストラップを備える補強手段を備えているとよい。ストラップは、外周から中心区域に向かって内方に延在し、この中心区域に接続されている。中心区域には、係留点が配置されている。補強材は、底壁の外周に周方向リングをさらに備えているとよく、ストラップの外端が、このリングに取り付けられているとよい。
【００４５】
チャンバ内に含まれる物質は、好ましくは、流体、好ましくは、浮力アクチュエータが稼働している周囲水からの水（典型的には、海水）を含んでいる。チャンバは、ある条件下で流体の吸込および排出を可能にする手段によって、周囲水に通じているとよい。このような手段は、２つの弁を有する弁システムから構成されているとよい。１つの弁は、流体がチャンバに流入することのみを許容する一方向吸込弁であり、他の弁は、流体がチャンバから周囲の海水に排出することのみを許容する一方向排出弁である。
【００４６】
浮力アクチュエータの浮力は、チャンバの上の浮力区域によって、もたらされることになる。浮力区域は、発泡体が充填された短い円筒状の容積部を備えているとよい。
【００４７】
通常運転モードでは、浮力アクチュエータは、海水によって完全に充填され、一方向性弁は、いずれも閉じられている。波擾乱のうねり運動が本体に作用し、浮力アクチュエータを上方に移動させ、浮力アクチュエータを下方のポンプ機構に接続する繋ぎ紐に張力を加えることになる。浮力アクチュエータの構造によって、材料に特有のある程度の弾性が与えられているので、浮上りのピーク時に、アクチュエータのいくらかの弾性伸びが生じることになる。このいくらかの弾性変形は、繋ぎ紐に負荷が掛けられたとき、繋ぎ紐の震動効果を制限するので、有利である。
【００４８】
弾性によるわずかな伸び変化を除いて、チャンバを画定する本体の形状は、通常運転中、略一定に保持され、流体は、弁のいずれを通過することもない。従って、チャンバ内に含まれている流体の容積は、実質的に一定に保持されている。
【００４９】
海の状態が所定レベルを超えて強まると、アクチュエータに加えられる動圧負荷が増大し、一方向排出弁を強制的に開き、わずかの量の流体が強制的に出口から流出することになる。このとき、一方向吸込弁は、閉じたままであり、正味の効果として、チャンバ内の流体の容積が減少し、チャンバの容積が圧縮されることになる。もはや内圧を受けていない外皮の材料は、弛緩し、折畳まれることになる
【００５０】
アクチュエータに加えられる波力は、アクチュエータの容積に比例するので、容積の減少は、波エネルギーの取込みの減少に対応し、この波エネルギーの取込みの減少こそ、まさに、嵐の状態においてエネルギー吸収を制限するのに必要とされるものである。
【００５１】
嵐が通過した後、波高が徐々に通常レベルに戻り、チャンバの外側の海水の動圧が、チャンバの内側の圧力よりも大きくなる。従って、一方向吸込弁が開き、流体を再びアクチュエータ容積部内に流入させることになる。この過程は、アクチュエータが再び十分に膨張し、吸込弁の両側にもはや差圧がなくなるまで、徐々に進行し、やがて吸込弁が閉じることになる。次いで、十分な容積を有するアクチュエータは、その最大効率で波擾乱に応答することになる。
【００５２】
一方向排出弁の機能は、布外皮の重複する部分を複数の一方向弁として機能させることによって、高められてもよいし、または完全に取り換えられてもよい。
【００５３】
前述の構成例の変更例では、浮力区域の下方のチャンバは、下方に向かってテーパが付けられた略円錐状の壁構造によって、画定されていてもよい。壁構造は、補強された底区域で終端し、この底区域に、係留点が取り付けられている。
【００５４】
必要な程度の浮力を維持するために、補助的な浮力が本体にもたらされていてもよい。これは、浮力区域の上面に取り付けられた複数の小さい球状浮揚物から構成されているとよい。
【００５５】
本発明のさらに他の態様によれば、エネルギー変換装置と、本発明の第１の態様による浮力アクチュエータとを備える波エネルギー変換システムであって、浮力アクチュエータが、水の区域内において、エネルギー変換装置の上方で浮力によって浮遊している、波エネルギー変換システムにおいて、水の区域の波運動に応じる浮力アクチュエータの動的な浮上りが、浮力アクチュエータを通して、エネルギー変換装置に伝達されるようになっている波エネルギー変換システムが提供されている。
【００５６】
エネルギー変換装置は、流体ポンプまたは線形発電機のようなどのような適切な形態にあってもよい。
【００５７】
本発明のさらに他の態様によれば、波運動からエネルギーを抽出する方法において、本発明の先行する態様による波エネルギー変換システムを運転することを含んでいる方法が提供されている。
【００５８】
本発明のさらに他の態様によれば、波運動に応答する浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更する方法において、浮力アクチュエータ内のチャンバに含まれている物質を選択的に変更することを含んでいる方法が提供されている。
【００５９】
本発明のさらに他の態様によれば、浮力アクチュエータを運転する方法において、浮力アクチュエータの流体力学的特性を変更するために、浮力アクチュエータ内のチャンバに含まれている物質を選択的に変更することを含んでいる方法が提供されている。
【００６０】
本発明は、添付の図面に示されているいくつかの特定の実施形態の以下の説明を参照すれば、よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】海洋波エネルギーを取り込む装置の一部をなす第１の実施形態による浮力アクチュエータの略正面図である。
【図２】第１の実施形態による浮力アクチュエータの略斜視図である。
【図３】浮力アクチュエータの側面図である。
【図４】浮力アクチュエータの下部の詳細図である。
【図５】浮力アクチュエータ内の浮力挿入物を特に示す、図２と同様の図である。
【図６】第２の実施形態による浮力アクチュエータの略断面図である。
【図７】図６の浮力アクチュエータの部分図である。
【図８】浮力アクチュエータのチャンバが収縮状態で示されている以外、図６と同様の図である。
【図９】第３の実施形態による浮力アクチュエータの正面断面図である。
【図１０】図８の浮力アクチュエータの部分立面図である。
【図１１】図９の浮力アクチュエータのさらに他の部分正面図である。
【図１２】第４の実施形態による浮力アクチュエータの略側面図である。
【図１３】図１２の浮力アクチュエータの下面の平面図である。
【図１４】図１２の浮力アクチュエータの切断斜視図である。
【図１５】収縮状態で示されている図１２の浮力アクチュエータの略側面図である。
【図１６】第５の実施形態による浮力アクチュエータの斜視図である。
【図１７】図１６に示されている浮力アクチュエータの側面図である。
【図１８】図１６に示されている浮力アクチュエータの平面図である。
【図１９】浮力アクチュエータが収縮状態で示されている以外、図１７と同様の図である。
【図２０】膨張状態で示されている図１６の浮力アクチュエータの部分側面図である。
【図２１】浮力アクチュエータが収縮状態で示されている以外、図２０と同様の図である。
【図２２】第６の実施形態による浮力アクチュエータの断面斜視図である。
【図２３】図２２に示されている浮力アクチュエータの側面図である。
【図２４】図２２に示されている浮力アクチュエータの平面図である。
【図２５】図２２に示されている浮力アクチュエータの底面図である。
【図２６】図２２に示されている浮力アクチュエータの上端アセンブリの分解正面図である。
【図２７】図２２に示されている浮力アクチュエータの底端アセンブリの分解正面図である。
【図２８】図２２に示されている浮力アクチュエータの底端アセンブリのさらに他の分解正面図である。
【図２９】底端アセンブリおよび底端アセンブリに取り付けられた外皮の部分正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図面に示されている実施形態は、各々、海洋波エネルギーを取り込み、この取り込んだエネルギーを高圧海水、典型的には、１００ｐｓｉを超え、好ましくは、８００ｐｓｉを超える高圧海水に変換する装置１１に用いられる浮力アクチュエータ１０を対象にしている。装置１１によって生成された高圧海水は、適切な目的に用いるために、海岸まで管で送給されるとよい。１つの応用例では、高圧海水は、タービンを駆動するモータ流体として用いられ、そのタービンの軸出力は、発電に用いられることになる。他の応用例として、高圧海水は、淡水を生成する逆浸透淡水化ユニットに送給されてもよい。淡水化ユニットから排出された塩水濃縮物は、まだ高圧下にあるので、機械的エネルギーを抽出するために、タービンに送給されてもよい。使用済みの塩水濃縮物は、必要に応じて、海洋に戻されてもよい。
【００６３】
装置１１は、水面１３および海底１４を有する海水１２の区域内に設置され、稼働するようになっている。ポンプ機構１５は、海底１４に対して係留されている。浮力アクチュエータ１０は、ポンプ機構１５に操作可能に接続され、海水１２の区域内において、ポンプ機構１５の上方で水面１３の下方の（浮力アクチュエータ１０の上面が、典型的には、自然の水位から数メートル下方にある）深さの位置で、浮力によって浮遊している。さらに、浮力アクチュエータ１０とこの浮力アクチュエータ１０が操作可能に接続されているポンプ機構１５との結合体は、好ましくは、その最低状態において（浮力アクチュエータがその可動域の最下点にあるとき）、好ましくは１０メートル以上から１００メートル以下の水深に配備されるのに適切な全長を画定しているとよい。
【００６４】
浮力アクチュエータ１０は、繋ぎ紐１７を備える継手１６を経由して、ポンプ機構１５に操作可能に接続されている。
【００６５】
図１〜図５を参照すると、第１の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、略球形のチャンバ２３を画定する本体２１を備えている。具体的に、チャンバ２３は、柔軟な薄膜によって形成された外皮２７からなる略球形の壁構造２５によって、画定されている。外皮２７は、互いに結合された柔軟な薄膜材料のパネル２８から構成されていてもよい。柔軟な薄膜は、海洋ブイおよび海洋フェンダーの製造に広く用いられている市販品のハイパロン（Ｈｙｐａｌｏｎ）（登録商標）のような繊維強化ポリマー材料から構成されている。この製法の経験者によく知られているように、この材料を互いに接着し、強靭な耐水ジョイントを形成することが可能である。
【００６６】
壁構造２５は、本体２１の上区域と下区域との間に延在する補強手段３１をさらに備えている。補強手段３１は、外皮２７の表面に沿って周方向に延在すると共に、上区域および下区域内に延在するフープ３５として構成された複数の外側補強ストラップ３３を備えている。補強ストラップ３３は、材料親和性、従って、材料接着性が最適化されるように、外皮２５と同一の材料から作製されている。
【００６７】
浮力アクチュエータ１０の最上部および底部は、（図２によく示されているように）、円形リング３７，３９の形態にある追加的な補強物を有している。円形リング３７，３９も、同じ繊維強化ポリマーによって作製されている。
【００６８】
浮力アクチュエータを適所に繋ぐために、係留点４１が、本体２１の底に設けられている。吊上げ点４３が、本体２１の上端に設けられている。
【００６９】
係留点４１は、補強ストラップ３３に嵌め込まれた下側鳩目穴部４５を備えている。追加的なストラップ４７が、下側鳩目穴部４５を貫通し、球形の外皮２７の底部に結合されていてもよい。補強ストラップ３３および追加的なストラップ４７は、通常運転下で負荷を支えることになる。浮力アクチュエータ１０が波運動によって持ち上げられると、ストラップ３３，４７がぴんと張られ、張力が鳩目穴部４５を通して繋ぎ紐１７に向かって下方に伝達され、持上げ力を下方のピストンポンプ機構に伝達することになる。波が通過した後、浮力アクチュエータ１０は、下方のポンプピストン機構１５の重量によって下降し、下側鳩目穴部４５への負荷を減少させ、ストラップ３３，４７を収縮させることになる。通常の収縮した状態が、図４に示されている。
【００７０】
この構成では、波の隆起が繋ぎ紐１７を引っ張るとき、波の負荷をいくらか緩和させるために、アクチュエータにいくらかの弾性が与えられている。
【００７１】
鳩目穴部４５を係留点として用いると、アクチュエータにいくらかの回転柔軟性をもたらすので、有利である。これは、アクチュエータの運転中、繋ぎ紐の捩れが最小限に抑えられるので、望ましい。
【００７２】
吊上げ点４３は、布から作製されたフープ４４によって取り付けられている。フープ４４は、周方向補強ストラップ３３の１つに隣接して形成されている。吊上げ点４３は、持上げおよび取扱い中、浮力アクチュエータ１０の静的な正味重量を支えるように設計されている。すなわち、吊上げ点４３は、係留点４１が設計されているように全動的使用荷重を支えるようには、設計されていない。
【００７３】
チャンバ２３は、浮力アクチュエータ１０に必要な浮力をもたらすために導入される浮力材料からなる物質を含んでいる。この物質は、外皮２７に開閉可能に設けられたポート接続金具５１を介して、チャンバ２３内に導入されることになる。
【００７４】
この実施形態では、物質は、図５に示されているような複数の発泡球５３の形態にある発泡浮力材料５２から構成されている。発泡球５３は、耐海洋性を有する独立気泡ポリスチレン発泡体から作製され、直径の範囲内にある。この実施形態では、１００ｍｍ（４インチ）のボール直径が適切である。  
【００７５】
また、チャンバ２３が、発泡球５３で充填されているので、浮力アクチュエータ１０の外皮２７は、その内側の発泡球５３の外向き圧力によって緊張状態に延伸され、これによって、アクチュエータがその設計形状を取ることになる。
【００７６】
発泡球５３は、互いに対して転動することができるように、互いに接触している。球５３は、アクチュエータ１０の外形を維持すると共に、アクチュエータのその形状をなおも維持しながら、アクチュエータへの外力に応じて、互いに対して転動するように、集合的に作動することが可能である。このような構成では、球５３は、実際には、転がり軸受として作動しているので、アクチュエータの外皮に点荷重が加えられた場合、どのような単一の発泡球への力の集中も生じることがない。
【００７７】
この実施形態による浮力アクチュエータ１０は、製造されてから、漏れおよび応力の試験を受け、その後、発泡浮力材料５２を内部に含むことなく、出荷されるとよい。発泡浮力材料は、運転地点に配備される直前に、（可能であれば、配備用の船上の）足場支柱において、加えられるとよい。
【００７８】
発泡球５３によって占有される容積の全体は、チャンバ２３の全密閉容積よりもかなり小さく、各球５３の周囲に間隙領域５５が存在している。浮力を調整するために、間隙領域５５を流体で充填していてもよい。
【００７９】
アクチュエータは、発泡球５３がチャンバ２３の内側に配置された後、浮力ポート接続金具５１を密封することによって、防水されてもよい。
【００８０】
外皮２７は、密閉されたチャンバ２３に通じている３つの他のポート接続金具を含んでいる。その内、２つの他のポート接続金具５７，５９は、チャンバ２３の上部の近くに配置されている。第３の他のポート接続金具６０は、チャンバ２３の底の近くに配置されている。
【００８１】
このようにすることによって、３つの運転モードを浮力アクチュエータにもたらすことができる。第１のモードでは、浮力アクチュエータ１０のチャンバ２３は、外部源からポート５７を介して送給される空気または気体によって、加圧されることになる。ポート５７は、チャンバ２３内へのガスの流入を許容するが、チャンバ２３からの漏れは許容しない一方向弁になっている。また、ポート５７は、最大ガス圧を制限する圧力逃し弁でもある。
【００８２】
浮力アクチュエータ１０は、特定のガス圧で一定に保持され、ガス供給ラインが浮力アクチュエータ１０から切り離されてもよいし、またはガス供給ラインが接続されたままにされ、圧力が頻繁に制御されてもよい。内圧の変化による外皮２７の容積のわずかな変化によって、浮力の変化が生じることになる。
【００８３】
第２の運転モードは、さらに一定量の水または液体が間隙領域５５内に含まれること以外は、第１のモードの運転と同様である。これによって、容積変化が少なくなるので、正味の浮力が、ガス圧によるチャンバ２３の膨張の程度によって、敏感に影響されないようにすることが可能となっている。
【００８４】
第３の運転モードは、空気と水の混合物が含まれることに加えて、第３のポート接続金具６０によって、流体がチャンバ２３内に流入し、かつチャンバ２３から流出することが可能にされている以外は、第２のモードの運転と同様である。これによって、間隙領域５５内のガス／流体の比率を変更することによって、浮力の最大制御が可能になる。
【００８５】
浮力を設定し、または予設定し、次いで、必要に応じて、チャンバ２３内のガス圧または水容積のいずれかまたは両方を制御することによって、浮力を頻繁に制御することができることが、この実施形態の有利な特徴である。
【００８６】
図６〜図８を参照すると、第２の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、略ドーナツ形状のチャンバ７３を画定する本体７１を備えている。この実施形態は、基本的な形状が、球状ではなく、ドーナツ状であるという点において、第１の実施形態と異なっている。にもかかわらず、エネルギー変換の効率は、依然として非常に良好である。何故なら、この形状は、なお略縦横比が小さい形状であり、ドーナツの外径は、その垂直方向の高さの二倍よりもわずかに大きいにすぎないからである。この実施形態では、ドーナツ形状は、略円形の断面を有している。
【００８７】
本体７１は、第１の実施形態に関連して説明した球形の外皮２７と同様の材料および方法によって作製されたドーナツ状の外皮７５を備えている。
【００８８】
ドーナツ状の外皮７５は、閉鎖された防水空洞７６を画定している。この空洞７６は、チャンバ７３を形成し、ポート７７を介して、周囲の海水に通じることができるようになっている。
【００８９】
ドーナツ状の外皮７５の外面の一部が、２つの剛性浮力要素８１，８２に結合されている。浮力要素８１，８２は、各々、一片の剛性浮力材料、例えば、発泡材料から構成されている。浮力要素８１，８２は、本体７１のドーナツ形状と境界を接する中心開口に、一方は最上部から、他方は底部から、装着されるように形作られている。引張りケーブル８４を備えるコネクタ８３が、２つの浮力要素８１，８２間に延在し、これらの２つの浮力要素８１，８２に固定されている。浮力要素８１，８２は、中心で交わる箇所において互いに接触するようになっていてもよいが、引張りケーブル８４の締付けを可能にするために、好ましくは、小さい間隙８５が浮力要素８１，８２間に設けられている。
【００９０】
係留点８９は、底側浮力要素８２の下側のコネクタ８３内に組み込まれている。係留点８９は、鳩目穴部として構成されている。
【００９１】
引張りケーブル８４は、浮力要素８１，８２を貫通しているが、組立を容易にするために、これらの浮力要素の一方に現場打設され、他方に嵌め込まれるようになっている。引張りケーブル８４は、剛性浮力要素８１，８２に相互接続され、適正な緊張状態に調整されると、コネクタの負荷をスプレッダー板９１を介して広い領域に拡げることが可能となる。このようにして、アセンブリの全体が剛体化され、負荷は、安定性の理由からなされるべきことであるが、浮力アクチュエータ１０の質量の中心を通して加えられることになる。
【００９２】
外皮７５によって密閉されたドーナツ状の空洞７６は、流体の形態にある物質で充填されることになる。流体は、外皮が引っ張られて、形状が剛体化する程度まで、加圧されるとよい。好ましくは、流体は、水である。流体は、ポート７７を通して導入されるとよい。ポート７７を密封し、防水シールをもたらすようにしてもよい。
【００９３】
浮力アクチュエータ１０は、流体で充填されると、特に流体が水の場合、中立的な浮力に近い浮力を得ることになるだろう。浮力要素８１，８２によって、正の浮力がアクチュエータにもたらされることになる。
【００９４】
嵐の状態における浮力アクチュエータ１０の自動的な運転停止は、ポート７７を介して空洞７６内の流体にアクセスし、流体圧力を実時間で制御することによって、達成することが可能となる。（図示されない）このような制御システムは、一端がポート７７を介して流体空洞７６に接続されると共に、他端が制御システムに接続される柔軟ホースを備えているとよい。制御システムは、最大波高を超えたことを検知したとき、流体を汲み出し、空洞７６を収縮させることができる。収縮した状態が、図８に示されている。表面積が著しく減少した浮力アクチュエータ１０は、増大した波力に対する感受性が小さいので、損傷され難く、または過剰な力をポンプに伝達し難くなる。嵐が通過した後、システムは、空洞７６が再び十分に加圧され、通常運転が可能になるまで、空洞７６を流体によって徐々に再膨張させることになる。
【００９５】
浮力アクチュエータ１０は、保管および配備地点への輸送のために、（図８に示されているような）収縮状態に折り畳まれているとよい。また、このような配備地点において、空洞７６は、流体、好ましくは、水によって加圧され、ポート７７が閉じられ、これによって、再び頑丈な形状を生じさせことが可能となる。
【００９６】
図９〜図１１を参照すると、第３の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、第２の実施形態の浮力アクチュエータに類似しているので、対応する部分を示すのに、同様の参照番号が用いられている。この実施形態では、略ドーナツ状のチャンバ７３を画定する本体７１は、略楕円状の断面を有している。これは、第２の実施形態と比較して、同一直径とした場合に、本体７１が大きな深さを有するので、その形状が理想的な球形状により対応するという点において、有利である。
【００９７】
図１２〜図１５を参照すると、第４の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、前述の２つの実施形態におけるような外部システムに頼らず、嵐の状態に対応し、かつ嵐の状態から回復するように、対策が講じられている。
【００９８】
この実施形態では、浮力アクチュエータ１０は、浮力区域１０３を有する本体１０１を備えている。この浮力区域１０３の下方に、チャンバ１０５が配置されている。チャンバ１０５は、外皮１０６によって画定されている。外皮１０６は、浮力区域１０３から垂れている円筒状の側壁１０７と、下方に向かって内向きのテーパが付けられた底壁１０９を備えている。側壁１０７および底壁１０９は、柔軟な材料から作製されている。具体的に、側壁１０７および底壁１０９は、第１の実施形態の外皮２７に関連して用いられたのと同一の材料および方法を用いて、構成されている。
【００９９】
底壁１０９は、ストラップ１１３を備える補強手段１１１を組み込んでいる。ストラップ１１３は、外周に位置する周方向補強リング１１５に取り付けられ、この補強リング１１５から中心区域１１７に向かって内方に延在し、この中心箇所１１７に接続されている。中心区域１１７には、係留点１１９が配置されている。この係留点１１９は、鳩目穴部を備えている。
【０１００】
チャンバ１０５内に含まれる物質として、流体、好ましくは、海水が挙げられる。チャンバ１０５は、ある条件下で流体の吸込および排出を可能にする弁システム１２０を通して、周囲の海水に通じている。弁システム１２０は、２つの弁を有している。１つの弁は、流体がチャンバ１０５に流入することのみを許容する一方向吸込弁１２１であり、他の弁は、流体がチャンバ１０５から周囲の海水に排出することのみを許容する一方向排出弁１２２である。
【０１０１】
チャンバ１０５が防水性であることは、必要条件ではなく、むしろ、チャンバ１０５は、通常運転中、単に海水量を最小限の漏れで内側に保有して外部から隔離し、これによって、浮力アクチュエータ１０の外側の水の力に対して、係留質量（ｃａｐｔｉｖｅｍａｓｓ）のように挙動することが、必要条件とされている。これは、特に有用である。何故なら、これによって、浮力アクチュエータの製造要件が１００％防水シールを規定する必要がないようにいくらか緩和されるので、コスト節約の利点が得られるからである。
【０１０２】
浮力アクチュエータ１０の浮力は、チャンバ１０５の上の浮力区域１０３によって、もたらされることになる。浮力区域１０３は、布材料、典型的には、側壁１０７および底壁１０９と同一の布材料からなる外皮１２５に包まれた短い円筒状の浮力容積部１２３を備えている。浮力容積部１２３は、発泡材料から構成されているとよい。この発泡材料は、第１の実施形態の発泡浮力球５３に用いられたのと同様であり、海水不浸透性の独立気泡構造を有するものである。もし発泡材料が海水内において長期にわたって浮力を維持するのであれば、布外皮１２５は、完全に防水性である必要がない。円筒状の側壁１０７は、布外皮１２５の外周に取り付けられ、その外周から垂れ下がっている。
【０１０３】
通常運転モードでは、浮力アクチュエータ１０のチャンバ１０５は、海水によって完全に充填され、一方向性弁１２１，１２２は、いずれも閉じている。波擾乱のうねり運動が浮力アクチュエータ１０に作用し、浮力アクチュエータ１０を上方に移動させ、下方のポンプ機構に接続された繋ぎ紐に張力を加えることになる。第１の実施形態の場合と同じように、浮力アクチュエータ１０の材料に特有のある程度の弾性が、設計によって与えられているので、浮上りのピーク時に、アクチュエータのいくらかの弾性伸びが生じることになる。このいくらかの弾性変形は、繋ぎ紐に負荷が掛けられたとき、繋ぎ紐とポンプ機構の震動効果を制限するので、重要である。これは、重要な要素へのピーク負荷を制限することによって、波エネルギー収集システム内の部品の寿命を高めるのに役立つことになる。
【０１０４】
材料の弾性によるわずかな伸び変化を除いて、浮力アクチュエータ１０の形状は、通常運転中、実質的に一定に保持され、流体は、弁１２１，１２２のいずれを通過することもない。従って、チャンバ１０５内に含まれている流体の容積は、実質的に一定に保持されている。
【０１０５】
海の状態が所定レベルを超えて強まると、浮力アクチュエータ１０に加えられる動圧負荷が増大し、一方向排出弁１２２を強制的に開き、わずかの量の流体が強制的に出口から流出することになる。このとき、一方向吸込弁１２１は、閉じたままであり、正味の効果として、チャンバ１０５内の流体の容積が減少し、チャンバ１０５の容積が圧縮されることになる。もはや内圧を受けていない外皮１０６の材料は、弛緩し、図１５に示されているように、折畳まれることになる
【０１０６】
アクチュエータ１０に加えられる波力は、アクチュエータの容積に比例するので、チャンバ１０５の容積の減少は、波エネルギーの取込みの減少に対応し、この波エネルギーの取込みの減少こそ、まさに、嵐の状態においてエネルギー吸収を制限するのに必要とされるものである。
【０１０７】
嵐が通過した後、波高が徐々に通常レベルに戻り、チャンバ１０５の外側の海水の動圧が、チャンバ１０５の内側の圧力よりも大きくなる。従って、一方向吸込弁１２１が開き、流体を再びチャンバ１０５内に流入させることになる。この過程は、チャンバ１０５が再び十分に膨張し、吸込弁１２１の両側にもはや差圧がなくなるまで、徐々に進行し、差圧がなくなったとき、吸込弁が閉じることになる。そして、チャンバ１０５が十分な容積を有するアクチュエータは、その最大効率で波擾乱に応答することになる。
【０１０８】
一方向排出弁１２２の機能は、布外皮１０６の重複する部分を複数の一方向弁として機能させることによって、高められてもよいし、または完全に取り換えられてもよい。これは、継目を漏れやすくすることによって、達成可能である。すなわち、継目をその全長に沿って密封せずに、チャンバ１０５が通常運転状態下で実質的に漏れがないことを確実にするのに必要とされるのに十分な程度に、パネル区域を接続することによって、達成可能である。アクチュエータ１０が過度の波負荷を受けたとき、布外皮１０６の起伏によって、アクチュエータから水を流出させる排出孔が生じることになる。
【０１０９】
同様に、外皮材料の厚み、柔軟性、重複の程度、仮縫い点を適正に選択することによって、流入用の一方向弁１２１をなくし、この機能を布外皮１０６の漏れやすい区域によってもたらすことも可能である。この場合、外部動圧が低下した後も、布の継目が十分に長く開いた状態を維持し、これによって、水がアクチュエータの容積部内に再びゆっくりと戻ることが確実になっている必要がある。
【０１１０】
図１６〜図２１を参照すると、第５の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、前述の実施形態の浮力アクチュエータに類似しているので、対応する部分を示すのに、同様の参照番号が用いられている。この実施形態では、浮力区域１０３の下方に位置するチャンバ１０５は、下方に向かってテーパが付けられた略円錐状の壁構造１３１によって、画定されている。壁構造１３１は、補強された底区域で終端し、この底区域に、係留点１１９が取り付けられている。
【０１１１】
必要な程度の浮力を維持するために、補助的な浮力が本体にもたらされている。この補助的な浮力は、浮力区域１０３の上面に取り付けられた複数の小さい球状浮揚物１３３によって、与えられている。
【０１１２】
この実施形態は、弁１２１，１２２を利用して、前述の実施形態と同様の方法によって、運転されることになる。
【０１１３】
この実施形態では、漏れやすい継目を一方向弁として利用することができない。何故なら、外皮の曲げに及ぼされる円錐形状の影響によって、この技術を適用することが困難になるからである。従って、通常の一方向弁が用いられている。
【０１１４】
通常運転では、波エネルギーシステムの運転限界内にある海において、図１６、図１７および図２０に示されているように、浮力アクチュエータ１０は、十分に膨張している。流体が一方向吸込弁１２１を通って流入し、その一方、排出弁１２２は、開弁するのに十分な差圧がないので、閉じられている。
【０１１５】
嵐の状態では、状況が逆になる。この状況は、図１９および図２１に示されている。吸込弁１２１は、内圧によって閉じられ、排出弁１２２が開き、流体を排出し、浮力アクチュエータをいくらか収縮させることになる。この実施形態では、一方向吸込弁１２１および一方向排出弁１２２は、通常運転では、アクチュエータ１０が膨張して維持され、時期尚早に収縮しないように、十分なヒステレシスを有するように、注意深く設定されている。一方向弁の調整として、典型的には、弁のバネ張力の設定が挙げられる。
【０１１６】
図２２〜図２９を参照すると、第６の実施形態による浮力アクチュエータ１０は、チャンバ２３を画定する本体２１を備えている。具体的に、チャンバ２３は、略球状の壁構造２５によって画定されている。壁構造２５は、剛性のある上部１３１と剛性のある下部１３２との間に延在する柔軟な外皮２７を備えている。図示されている構成では、チャンバ２３は、略球状の形状を有しているが、勿論、他の形状、例えば、円筒形状および切頭円錐形状も可能である。
【０１１７】
剛性のある上部１３１および剛性のある下部１３２を用いることによって、第１の実施形態に関連して用いられていたような本体２１の上下区域間に延在する補強手段を設ける必要性が回避されることになる。
【０１１８】
外皮２７は、第１の実施形態に関連して説明した外皮と同様の材料および方法によって、作製されている。
【０１１９】
上部１３１は、上アセンブリ１３３を備えている。上アセンブリ１３３は、外側フランジ区域１３５および中心カバー板区域１３７を有している。これらの区域１３５，１３７は、ボルトのような締め具１３９によって、一緒に離脱可能に取り付けられるように構成されている。外側フランジ区域１３５は、周辺フランジ１４１を含み、この周辺フランジ１４１には、外皮２７の上側周辺が密封して取り付けられている。上部１３１内には、吊上げラグ１４２が組み込まれている。
【０１２０】
下部１３２は、下アセンブリ１４３を備えている。下アセンブリ１４３は、外側フランジ区域１４５および中心カバー板区域１４７を有している。これらの区域１４５，１４７は、ボルトのような締め具１４９によって、一緒に離脱可能に取り付けられるように構成されている。外側フランジ区域１４５は、周辺フランジ１５１を含み、この周辺フランジ１５１には、外皮２７の下側周辺が密封して取り付けられている。中心カバー板区域１４７は、前述の実施形態の場合と同じように、繋ぎ紐に取り付けるための係留点１５３を含んでいる。図示されている構成では、係留点１５３は、中心板区域１４７の下側に設けられたガセット１５５内に組み込まれている。中心板区域１４７の下側に、さらに他のガセット１５７が、ガセット１５５と交差して設けられている。２つのガセット１５５，１５７は、非常繋ぎ紐用のいくつかの他の係留点１６１を含んでいる。
【０１２１】
周辺フランジ１５１は、外皮２７の下側周辺１６５が取り付けられるリップ部１６３を有している。外皮２７の下側周辺１６５は、図２９に示されているように、接着されることによって、リップ部１６３に取り付けられている。下側周辺１６５は、リップ部１６３に接着された後、薄膜材料からなる２つの帯片１６７間に挟み込まれ、これらの帯片１６７は、挟み込んだ内側の面および外側の面に接着されている。
【０１２２】
外皮２７の上側周辺は、同様に、上アセンブリ１３３の周辺フランジ１４１に取り付けられている。
【０１２３】
図２５に示されているように、一方向吸込弁１２１および一方向排出弁１２２を備える弁システム１２０が、中心カバー板区域１４７内に組み込まれている。
【０１２４】
この実施形態による浮力アクチュエータは、前述の実施形態におけるのと同様の方法によって、運転されることになる。
【０１２５】
前述の説明から、上記の種々の実施形態が、浮力アクチュエータの流体力学的特性の変更、例えば、浮力の（正浮力または負浮力のいずれかへの）変更、応答領域（例えば、容積または形状）の変更、またはそれらの組合せを生じさせ、簡単ではあるが、極めて有効な構成をもたらすことが明らかである。
【０１２６】
本発明の範囲は、前述した実施形態の範囲に制限されるものではないことを理解されたい。
【０１２７】
さらに、ここに開示された実施形態は、主に、前述の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００６／００１１８７号に記載されているような波エネルギー変換システムの性能および信頼性に取り組みことに向けられているが、本発明の範囲は、この特定の波エネルギー変換システムに制限されるものでもないし、他の波エネルギー変換システムにも制限されるものではないことを理解されたい。本発明は、例えば、ケーブル、パイプラインなどのような海中構造物を支持するための頑丈な水中ブイをもたらすのに用いられてもよいし、さらに、浮力の動的補償によって、変動状態下において所定の負荷を維持するのにも適している。
【０１２８】
本発明の範囲から逸脱することなく、修正および改良がなされてもよい。
【０１２９】
明細書の全体を通して、文脈に他の指示がない限り、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（〜を備える）」という用語、または「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は、記述された完全体または完全体の群を含むが、他の完全体または他の完全体の群を排除するものではないことを理解されたい。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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