JP6101203B2 - 海洋波発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、海洋波からの波力エネルギーを集める浮体を備える海洋波発電プラントおよびその設置方法に関する。具体的には、本発明は、海洋波発電プラントであって、海洋波発電プラントを支持するための少なくとも１つの支持部材を備え、該少なくとも１つの支持部材が、浮体の中心に位置する穴を通るように構成および配置されていること、および浮体の該穴が浮体の頂部側から浮体の底部側を貫く通路を形成していることを特徴とする海洋波発電プラント；ならびに、海洋波発電プラントの設置方法であって、自己浮上式アンカーを海洋波発電プラントに取り付ける工程、および自己浮上式アンカーを用いて海洋発電プラントを海底に設置する工程を含む方法に関する。

先行技術による従来の電力源に対する代替電力源として、様々な設計を有する海洋波発電プラントがよく知られている。しかしながら、海洋発電プラント設備が商業的に成功を収めた例は極めて少ない。海洋発電プラントは、定常的な波を有する海洋に設置されることが好ましい。これは、好ましい設置場所が過酷な気象条件を有する海洋エリアであることを含意している。このことは、海洋波発電プラントは耐久性のある強固な構造物でなければならず、そのため設備の建設コストおよびメンテナンスコストが高くなることを示唆している。

したがって、波力発電プラントのエネルギー生産効率は極めて重要である。波力発電プラントの機能は当業者にとって簡単に理解できるものであるが、このような設備の効率化を図ることは難題であることは言うまでもない。設備コストや予想されるメンテナンスコストなどを、推定されるエネルギー生産量と比較しなければならない上、真の代替電力源と見なされ得るためには、そのエネルギー生産量は、市場に電力を供給している従来の電力源と比較して経済的に競争力のあるものでなければならない。

海洋波発電プラントの経済性の向上には、設備の建設および設置が安価であるべきであること、かつ環境条件に耐え得るものでなければならないことが示唆される。さらに、メンテナンスコストは低減されるべきであり、例えば電気エネルギーなどへの波の動きの変換効率も向上されるべきである。海洋波発電プラントの技術的設計の複雑さを改善かつ／または低減することは、海洋波発電プラントの経済性を向上させるだけでなく、発展しつつある環境に優しい持続可能な技術に大きく貢献するものである。

米国特許第５，３５９，２２９号明細書には、相互接続された一連の変換ユニットを備え、発電機に接続された駆動シャフトを連続的に回転させることにより、波の動きを電気エネルギーへと変換する装置が開示されている。各変換ユニットは、水面より下に沈められる下部分と水面より上に延出される上部分とを有する支柱を備える。支柱を水底に係留させることによって、支柱を海面に対して固定された位置に保持する。支柱には、水面の波の上下に伴って上下する浮きが取り付けられている。浮きは、外形がほぼ球状であり、内部は空胴になっている。内部の空胴には、浮きに重みを与えるための水等のバラストが含まれる。浮きはさらにその垂直軸を通る中央開口部を有する。中央開口部の内部には、ガイドスリーブとガイドスリーブに固定された複数のベアリングとを有する中央ガイド手段が設けられている。中央ガイド手段によって、浮きを支柱の周囲に移動可能にはめ込むことができる。このようにすると、支柱の垂直軸に対して平行に浮きを滑らして案内することができる。係留により支柱を固定する設計は過酷な気象状況の影響を受けやすいものであり、支柱は起こりうる巨大な波に起因する強大な力に対して耐え得るものでなければならない。設備に打ち寄せた波が去ったとしても、複数の浮きのすべてが同時に持ち上げられると、１つに合わさった浮力によって１つまたはそれ以上の支柱が破壊されうる。

米国特許第６，９３５，８０８号明細書には、海洋波力エネルギーの消散および／またはこのようなエネルギーの電力への変換のための防波堤が開示されている。開示されている防波堤は、ある場所で構築され次いで所望の場所まで曳航し設置することが可能であり、既存の解決策より建設が容易かつ安価であるとされている。一態様において、この発明は、海底に係留するベースを備える、海洋波を消散させるための装置に関する。ベースからは塔が上方に延び、塔の頂部にはパネルが前後に揺動できるように枢動可能に取り付けられている。パネルの後方端部には浮力要素が配置され、パネルは通常の状態において後方端部が海面上に留まり、前方端部前が海中に留まるように構成される。従来の防波堤より容易に設置できるというこの防波堤の利点をさらに改善するために、ベースの浮力は、ポンプでベースに空気を注入または放出することによって変更することができる。ベースは、ポンプにより空気を注入および排出することのできる開放底部を有するセルを複数個含む。その結果、通常、ベースは比較的容易かつ安価に製造できる。しかしながら、この設計は海浜に近い浅瀬用に作成されたものである上、アームの長さが一定でありかつ２つの浮きがアームの反対側に配置されたこの設計は、特定の周期の海洋波でしか正常に動作しない。反対側に配置されたそれぞれの浮きが波の動きにより同時に持ち上げられたり引き下げられたりされるとアームは動作しなくなるであろう。

Ａ．Ｓａｌｚｅｒによる１９５７年２月２６日付けの米国特許第２７８３０２２号明細書には、海面上に浮かべる浮きを備える海洋波発電プラントが開示されている。波によってこの浮きが上下する。浮きのこの運動は、一端が浮きに接続され、他端がラックアンドピニオンギアに接続されたシャフトを介して伝達され、ラックアンドピニオンギアは自体に接続されたシャフトの回転運動を伝える。したがって、シャフトの回転運動は浮きの上下運動と連動し、このことはシャフトが左右両方向に回転することを示唆している。この文献に開示されている設計には、設備を支持するためのデッキが含まれている。海面の高さより高い位置にあるデッキの位置は調整してもよい。しかしながら、波の動きによってシャフトと浮きの頂面との接続ポイントに強い力がかかる上、波の動きによる横方向の力成分によってラックアンドピニオンギアとシャフトとの接続部が損耗しやすい可能性がある。

Ｐ．Ｆｏｅｒｄｓ Ａｍｅｓによる１９８７年６月９日付けの米国特許第４６７２２２２号明細書には、ほぼ四角錐形を構成する辺を形成する管状部材と、装置の底部に固定されるさらなる管状部材によって支持される浮力要素とを備える水中波力発電プラント設備が記載されている。この設計は、自動的に安定化することができ、過酷な気象状況に耐えることができ、モジュール式である上、駆動機構を個別に有する独立作動式ポイントアブソーバーと、水面の波の動きから電力を生産する発電機とを備える。この海洋波発電プラントのモジュール設計は、個々のモジュールを隣り合わせに配置することを可能とし、個々のモジュールにおいて生産された電力はまとめられて１つの電力源として出力される。しかしながら、この設計において、この開示の図１に示した浮体５４のサイズに制限があることが示唆されている。この制限によって、この設計の一実施形態が波の動きから得ることのできるエネルギー量が制限される。複数のモジュールが相互接続されており、それぞれが電気エネルギーを生産するという特徴によって、当然のことながら、この開示による設備から出力される電力量は増大するであろう。しかしながら、この設備は大型になりやすく、海面のかなりの部分を覆ってしまう可能性がある。したがって、コストは高く、他のモジュールに囲まれた１つのモジュールに点検を要する場合、相互接続されたシステムをメンテナンスすることは困難である。

Ｍｉｌｅ Ｄｒａｇｉｃによる２００７年８月１３日付けの国際出願ＲＳ２００７／００００１５号明細書には、水面に浮かべた浮体による上下方向の線形運動を変換する設計が開示されており、線形運動の変換は、例えば、リニア電磁誘導システムを使用することによって、または線形運動を回転運動に変換して発電機を駆動させることによって行われる。浮体は、浮体の重心点または重心の下において、固定ロッド、シャフト、または柔軟性伝動部材（ワイヤ）に接続されており、浮体の他端は、波の動きによって浮体が上下することにより電気エネルギーを生産する発電システムに接続されている。しかしながら、この発明の発明者は、この特許出願によって先行技術を凌ぐ重大な改良が教示されているとしても、より単純な設計を提供するという課題は残されたままであることを認識していた。例えば、この開示において支持構造体は、例えば海底などに立てられた側方の垂直梁のそれぞれに接続された頂部水平梁を備えている。浮体のサイズによって出力可能な電力量が決まるため、支持構造体のサイズ、例えば頂部梁の長さは、特定のサイズの浮体（または出力されるエネルギー量）を許容すべく増大させなければならない。このことは、例えば、浮体のサイズや重量、および様々な気象状況に対して耐久性を有し、かつ電力生産目標を達成することができる安定した設計を提供するためには、頂部梁の設計コストが高くなることを示唆しうる。

先行技術において、シャフトの両方向運動を例えばシャフトの一方向回転に変換する方法について教示している例がいくつかある。例えば車のエンジンなどにおけるピストンの往復運動を変換する方法は周知である。しかしながら、このような先行技術によるエンジンについての解決策において、例えば、エンジンのカムシャフトを一方向へと回転させるためには、エンジンのピストンに接続されているロッドを、ピストンの往復運動の方向に対して垂直な方向において往復運動させる必要がある。このさらなる運動自由性が制限されれば、ピストン運動をシャフトの一方向回転運動に変換するというこの解決策は達成が困難となる。

Ｓｏｌｅｌｌによる１９７７年１１月２３日付けの米国特許第４１４５８８５号明細書には、フリーホイール装置と、ギアと、チェーンとを備え、第１シャフトの第１回転方向と第２シャフトの第２回転方向とを組み合わせて第３シャフトを一方向に回転させるための設計が開示されている。例えば、第１回転方向は、浮きの上昇によってもたらすことができ、第２回転方向は浮きの下降によってもたらすことができる。しかしながら、当業者によく知られているように、機械的システムにおいてギアおよびシャフトによる接続はどのようなものであってもある種の摩擦を引き起こし、この設計の場合、このような摩擦は海洋波発電プラントから出力可能な電力量の損失または低下をもたらす。動力伝達の理論上よく知られているように、ギア対の効率係数は通常９８％であり、チェーン対の効率係数は通常９７％であり、これはすなわち、チェーンを設計上省略できない場合、１ペア当たり１％のエネルギーが利用されないこととなる。米国特許第４１４５８８５号明細書による教示には、支持デッキと海底とをシャフトで接続する海洋波力発電プラント設備が含まれている。浮体は、この固定されたシャフトに沿って上下運動するように配置される。このような方法では、力の垂直成分は浮体を左右に動かすことができない。

さらに、海洋波発電プラントの設計において必要なギアの数を減らすと、電力生産の効率自体が実際に高まることは明らかである。引用したこの開示では、当業者に知られているように、チェーンとギアとの組み合わせ自体によって通常３％〜４％のエネルギー損失が付加されている。さらに、波力発電プラントにおいて、シャフトなどがさらされる波の速度は、変わりやすい波の状態によって様々に変化する。これらの変動は急激である可能性があり、したがって先行技術において知られるように、例えば、波力発電プラントの様々な部分に損傷が引き起こされる場合がある。したがって、ギアの数の低減やエネルギー伝達機構における技術の選択などによって、設備の生産コスト、メンテナンスコストおよび使用中の設備の安定性が直接影響を受け、かつ生産電力の増大によりこの種の設備の収益性が著しく高められうることはさらに明らかである。

例えばシャフトの一方向回転を設けることなどによって、波力エネルギーを伝達する機構と浮きとを相互接続する伝動部材の両方向運動を変換する際の技術的課題は、主として、伝動シャフトの上下ストロークの長さが著しく変動することに関連し、これは実際には海洋波の振幅に直接関連する。したがって、当業者には容易に理解されるように、例えばモータエンジンにおいて知られているようなカムシャフトを使用することは困難である。フリーホイール装置、ギア、チェーンなどの使用は、この技術的課題を解決する改善策として公知である。しかしながら、波の振幅が大きなものとなりうること、およびこれに相応して強い力が発生しうることから、これらを用いた設計は極めて複雑なものとなる。その結果、このような設計が機能しないのではなく、部品の数や部品のサイズなどに起因して変換系において著しい動力損失が発生しうる。また、別の設計上の課題としては、海洋波の振幅が小さい場合があることが挙げられる。これは、使用される機構によって少量の波力エネルギーを変換できることが好ましいことを示唆している。したがって、変換系における損失は少ないものでなければならないことが示唆される。小さい振幅の波を利用できることは、海洋発電プラントが持続可能な代替電力源と見なされる上で極めて重要である。

波の振幅が増大することによって海洋波発電プラントの浮体が上昇するとき、実際には浮体が波を持ち上げ、その波において上昇した水自体が作用している。波の振幅が減少して浮体が下降するとき、実際には浮体は落下していることから、実際に変換系を駆動させているのは浮体自体の重量である。効率的なエネルギー変換を達成するためには、浮体の重量が十分に重くなくてはならないことは容易に理解される。先行技術では、サイズの大きい浮体を用いることが一般的である（国際出願ＲＳ２００７／００００１５号明細書を参照されたい）。しかしながら、浮力および重量の両方を提供する要件を満たすことは難題である。波が浮体を上方へと持ち上げるとき、接続されている発電機の入力シャフトに重量（水の重量）すなわちトルクを与えるものは浮体の浮力である。当業者に知られているように、これは、大型かつ軽量の浮体によって最もよく達成される。浮体が下降するとき、浮体の重量が機械装置を駆動する。しかしながら、重量を増加した浮体がスラミングを受けると浮体が損傷しやすくなる可能性がある。スラミングは、船舶設計および海洋設計において周知の課題である。浮体底面の一部が波の動きによって水面から飛び出す可能性がある。浮体が再び降下するとき、浮体の底面が水面にたたきつけられる。この衝撃によって設備および浮体自体が損傷することがある。したがって、安全問題上、浮体が水面から飛び出したときに受けうるスラミングの影響を緩和するために、浮体内部の水は空にするべきである。

したがって、海洋波発電プラントにおいて波力エネルギーを伝達する浮体の設計を改良することが必要とされている。

本発明の一態様によれば、波力発電プラントのエネルギー変換は、浮体の上下運動と浮体を浮かべた水面の波浪システムの周期とを同期させる（または共振状態とする）ことによってさらに最適化してもよい。Applied Ocean Research (2004) 26,61-71において発表された、Ｍ．Ｖａｎｔｏｒｒｅらによる論文「Modelling of hydraulic performance and wave energy extraction by a point absorber in heave」には、共振波力発電システムがどのようにしてエネルギー抽出を格段に増大させるかを示す理論計算が開示されている。しかしながら、エネルギー抽出においてこのような最適化をもたらす技術的解決策を提供する方法についてはなにも示唆されていない。

本発明の一実施形態例によれば、海洋発電プラントの浮体に接続された伝動部材の上下それぞれの方向の運動と連動した方向にフライホイールが回転するようにフライホイールが配置される。このような構成では、浮体がその回転方向を変えるとき、フライホイールの慣性により運動に遅延が生じる。例えば、浮体が上昇しているときに伝動部材の上昇運動に連動した方向にフライホイールが回転することによって生じたフライホイールの慣性は、浮体を持ち上げていた波が再び降下し始めると浮体の降下を短時間阻止する。この下方への運動は、当然ながらフライホイールを反対方向へ回転させる。するとフライホイールの慣性によって回転方向の変更が遅延する。これと同じ状況は、浮体がその最下位置にあり、波によって再び持ち上げられ始めるときにも発生する。この遅延によって、フライホイールの重量と必要な重量とが直接的に相関した波力発電プラントシステムにおいて、水面の波浪システムの運動と波力発電プラントシステムの固有振動数とが同期される効果がもたらされる。

本発明の一態様において、海洋波発電プラントの支持構造体を単純化させ、単純化させた支持構造体設計を、本発明によるこのような構造設計の実施形態とともに使用可能な最適化された波力エネルギー変換系および適合化された浮体設計と組み合わせる。

本発明のさらなる態様において、最適化されておりかつ採算性のある海洋波発電プラントを海底に設置するための方法が提供される。

したがって、改良された海洋波発電プラント、具体的には、高効率かつ／または高信頼性の海洋波発電プラントは利点を有するであろう。

本発明のさらなる目的は、先行技術の代替を提供することである。

具体的には、本発明は、設備の構造上の大きさを最小化し、環境条件が設備の構造部品に及ぼす影響を最小限に抑え、かつ設備において作動する機械部品に起因する内部的な出力電力損失を低減する海洋波発電プラント設計によって、上述の先行技術における問題点を解決する海洋波発電プラントを提供することを目的としてもよい。

本発明はさらに、改良された浮体設計を提供することを目的としてもよい。

本発明はさらに、上下運動する浮体に接続された伝動部材の両方向運動を、例えば発電機などに接続されたシャフトの一方向運動へとより単純かつより効率的に変換することを目的としてもよい。

本発明はさらに、卓越海洋波の周期と、特定の場所に配置された海洋波発電プラントの固有振動数とを同期させることを目的としてもよい。

本発明はさらに、海底の特定の場所に海洋波発電プラントを設置するための単純かつ採算性のある方法を提供することを目的としてもよい。

したがって、上述の目的および他の目的のいくつかは、本発明の第１態様において、海洋波発電プラントであって、中心に貫通穴が配置された浮体と、該貫通穴を通して配置された少なくとも１つの支持構造体と、該貫通穴内に配置され、該少なくとも１つの支持構造体により支持される浮体の三次元運動を案内する制限装置すなわち制限構成とを備える海洋波発電プラントを提供することにより達成されるものである。浮体は、運転中に水が充填される少なくとも１つの第１空胴と、空気が充填される少なくとも１つの第２空胴とを備える。さらに、本発明の設備は、自己浮上式アンカーおよび自己浮上式アンカーの使用を含む関連した方法によって設置かつ係留してもよい。

本発明は、メンテナンスの必要性が低減されており、かつ個々の機械的作動部品の単純化およびそれぞれの機械的部品の相互接続によって生産電力の損失が低減された、費用効果的な海洋発電プラントを提供することに特に利点を有するが、これだけに限定されない。

本発明の一実施形態例によれば、
海洋波発電プラントは、
海中に設置する際に質量体９ｅの一点に係留される固定用ブラケット９ｃによって下端が終端された支持構造体１ａ、１ｂと、
支持構造体１ａ、１ｂに取り付けられており、海中に設置する際に海洋波発電プラントに浮力を与える水中アップリフト浮体２と、
プラットフォーム８により支持されており、支持構造体１ａ、１ｂの上端を終端する発電サブシステムＡと、
一端が浮体３に取り付けられ、他端が前記発電サブシステムＡに取り付けられており、浮体３からの波の動きを発電サブシステムＡに伝達する伝動部材４、４ａ、１８と
を備える機能ユニットを相互接続することよって提供され、
支持構造体１ａ、１ｂと、浮体３と、水中アップリフト浮体２と、固定用ブラケット９ｃと、発電サブシステムＡと、質量体９ｅと、伝動部材４、４ａ、１８の少なくとも一部とが共通軸に沿って作動可能に相互接続されて配置されていること、
個々の機能ユニットが前記共通軸を中心として可能な限り重量対称的に配置されていること、
支持構造体１ａ、１ｂが浮体３の貫通穴を通って案内され、前記水中アップリフト浮体２に固定されていること、
貫通穴の中心に運動制限装置１００が配置されていること、および
伝動部材４、４ａ、１８のうち共通軸に沿って配置されている部分が、一端で運動制限装置１００の頂部側の中心点に接続されており、ここから共通軸に沿ってさらに延び、運動制限装置１００の底部側の対向する中心点に接続されていることを特徴とする。
参照番号１００で示される「運動制限装置」とは、浮体の上下運動による海洋波力エネルギーの伝達が最適化されるような方法で浮体を伝動部材に接続するのに必要とされるすべての構成および構成の変形を含むものとして理解される。「制限」とは、エネルギー伝達を最適化するために、「制限」付きで浮体の全方向運動を許容することと定義されると理解される。例えば、細長い形の浮体は、波が向かってくると長い方の側面を波面に向ける。このような位置方向は実際に、このような浮体がエネルギー伝達を最適化するのに最も適する。したがって、浮体の位置方向が最適化され得るように、水平面が自由に旋回運動できるよう「制限する」ことが重要である。しかしながら、これと同時に、細長い形の浮体の垂直面では波の動きによって傾斜が生じ得る。このような傾斜は、接続されている設備に損傷を与えないように制限されなければならない。この垂直方向における制限によって、水平方向の動きが影響を受けないことも重要である。丸い形の浮体を用いることも可能であるが、水平面および垂直面における動きの同様な制限について同じことが言える。しかしながら、水平面の動きが自由でなければ不意な波パターンの変化が設備に伝達され得、このような不意な波の変化を緩和するために水平面は自由に回転可能であるべきである。本明細書において、「運動制限装置」または「運動制限構成」は、考えられ得る安全上の問題も考慮に入れ、何よりもエネルギー伝達を最適化するために、浮体の全方向における動きを「制限する」ために利用されるあらゆる物理的効果を包含すると意図される。

本発明の一実施形態例によれば、海洋波発電プラントの固有振動数は、海洋波発電プラントの上記波動エネルギー変換系に設けられた回転軸に接続されるフライホイールを追加することによって補正してもよい。

本発明の一態様によれば、本発明による海洋波発電プラントの設置方法は、自己浮上式アンカーを海洋波発電プラント構造に取り付ける工程、および自己浮上式アンカーを用いて海洋発電プラントを海底に設置する工程を含む。

本発明の個々の異なる態様は他の個々の態様と組み合わせてもよい。本発明のこれらおよび他の態様を、以下に記載する実施形態を参照することにより説明するが、本発明のこれらおよび他の態様はこれらの実施形態から明らかとなるであろう。

添付の図面を参照して、本発明による海洋波発電プラントをより詳細に説明する。これらの図面は本発明のいくつかの実施形態例を例示するものであり、添付の請求項の範囲に含まれうる他の実施形態を限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明の一実施形態例を示す図である。 図１に示した実施形態の詳細Ａを示す図である。 図１に示した実施形態の詳細Ｂを示す図である。 図１に示した実施形態の別の詳細を示す図である。 図１に示した実施形態のさらに別の詳細を示す図である。 本発明の別の実施形態例を示す図である。 図２に示した実施形態の詳細を示す図である。 図２に示した実施形態の別の詳細を示す図である。 本発明による浮体の一実施形態例を示す図である。 図３の切断線ＡＡにおける断面図を示す図である。 本発明の別の実施形態例を示す図である。 本発明による運動変換機構を含む本発明の一実施形態例を示す図である。 図４ａに示した実施形態の詳細を示す図である。 図４ａに示した実施形態の詳細の変形例を示す図である。 運動制限装置すなわち運動制限構成の一例を示す図である。 一実施形態例の断面図を示す図である。 海洋波発電プラントの固有振動数を補正するための一実施形態例を示す図である。 海洋波発電プラントの固有振動数を補正するための別の実施形態例を示す図である。 本発明の一実施形態例の一設置例における揚力を示す図である。 本発明による両方向運動から一方向運動への変換装置の一実施形態例を示す図である。 本発明の一実施形態例へのアップリフトアンカーの取付けの一例を示す図である。 本発明の一実施形態例をどのように海中の設置場所に運搬し得るかを示す図である。 運動制限装置すなわち運動制限構成の別の実施形態例を示す図である。 環境からの影響に対して海洋波発電プラントの一実施形態の作動部品をどのように保護し得るかを例示する一実施形態例を示す図である。 ロープおよび複数のチェーン部分を備える伝動部材の別の構成例を示す図である。 伝動部材の別の実施形態例を示す図である。 リニア発電機のインダクタ要素の運動を加速させる滑車を用いてどのようにリニア発電機が配置され得るかを示す図である。 相互接続された３つの波変換システムを備える海洋波発電プラントの一実施形態例、およびこのシステムをどのように海上に運搬しうるのかを示す図である。 海上の設置場所に図１３の波力発電プラントをどのように設置しうるのかを示す図である。 海洋波発電プラントの一設置例を示す図である。 スラミングから保護するための浮体の一実施形態例を示す図である。 ラックおよびワイヤ要素を備える伝動部材を含む一実施形態例の詳細な構成を示す図である。

本発明は特定の実施形態に関連して説明されるが、いかなる場合においても、実施形態の具体例が本明細書に記載された実施例に限定されると解釈すべきではない。本発明の範囲は添付の請求項によって定義される。請求項の記載において、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇまたはｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、考えられ得る他の構成要素または工程を除外するものではない。「ａ」または「ａｎ」などの指示詞が使用されている場合、複数のものを除外するとして解釈すべきではない。また、図面に示される構成要素に関連し請求項において使用されている参照記号も、本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。さらに、異なる請求項に示した個々の特徴は効果的に組み合わせてもよく、異なる請求項に示したこのような特徴は、可能かつ／または効果的な特徴の組み合わせを除外するものではない。

図１は本発明の一実施形態例を示す。この設計は、設計の上部から下部へと延びる垂直な中央構造線を含み、支持構造体のすべての構成要素や支持構造体上の重量配分などは、この垂直な中央構造線を中心として対称となっていることが好ましい。この構造線は具体化されたシステムの軸を構成しており、本発明のシステムが外海に設置された際にはこの軸は垂直位置から外れ得ることは言うまでもない。「垂直」は設計概念に関連してのみ用いられる。この設備の重心は、この中央構造線上に配置されることが好ましい。

この実施形態は、支持構造体１ａ、１ｂにより支持される浮体３を含む。支持構造体１ａ、１ｂは浮体３の貫通穴を通して配置され、設備全体に浮力を与える水中アップリフト浮体２に取り付けられている。設備全体は、チェーン、ロープ、ワイヤなどを介して支持構造体に接続されている質量体９ｅによって海底にしっかりと係留されている。質量体９ｅはコンクリート製、鋼鉄製などであってもよい。図１に示したように、この構造体の頂部には、浮体３に接続された伝動部材によって駆動される発電サブシステムが存在する。さらに、後述するように、自己浮上式アンカーとして設計された質量体９ｅを提供することも本発明の範囲に含まれる。

個々の構成要素（支持構造体、アップリフト構成要素、浮体、アンカー装置など）はすべて垂直構造線に沿って直列に相互接続されている。しかしながら、この設備おける個々の構成要素の接続順序は変更してもよい。例えば、アップリフト浮体２の内部に配置された発電サブシステムを提供することも本発明の範囲に含まれる。任意の順序で相互接続された構成要素、モジュール、または装置を提供することも本発明の範囲に含まれる。

浮体の中心を貫いた支持構造体を提供するこの設計概念の別の態様は、浮体が支持構造体から誤ってはずれることが決してないことにある。例えば海上の暴風雨などによって誤って浮体がはずれてしまうと、海運上の危険物となる可能性がある。

図１の詳細Ｂに示したように、浮体３の中心に貫通穴が配置されている。運動制限装置すなわち運動制限構成１００を含む詳細Ｂを図１ｂに示す。海洋波によって生じた浮体３の上下運動は、浮体３から上部のシステム部（図１ａに示す詳細Ａ）へとケーブル４、４ａを介して伝達されて発電が行われる。このとき、浮体３（すなわち、接続ケーブル４、４ａ）の両方向性の線形運動は、例えば発電機７の一方向性の円形回転運動に変換される。例えば、浮体３が下方に動くときはケーブル４が上部のシステム部において回転を駆動し、浮体３が上方に動くときはケーブル４ａが上部のシステム部において回転を駆動する。しかしながら、接続されたシャフトの両方向運動（前後回転）を変換できる発電機の使用も本発明の範囲に含まれる。また、リニア発電機を用いることも本発明の範囲内である。

運転中、浮体３は支持構造体（例えば、図１の支柱１ａおよび１ｂ）の垂直方向に沿って上下に動く。しかしながら、容易に理解されるように、波形は浮体を上下に傾斜もさせる。浮体が傾斜すると、浮体の底部側は海面と完全または部分的に接触し得、部分的に沈んだ場合、浮体全体が海水と接触し得る。しかしながら、傾斜の度合いは、浮体が設計上の作動部品として機能を果たせる範囲内に制限されるべきである。容易に理解されるように、様々な気象状況および波の状態も浮体の水平面に望ましくない回転を引き起こす場合がある。したがって、支持構造体への損傷を回避し、かつ／または浮体の運動を設計上の機能範囲内に収めるために、水平面および垂直面における浮体の運動を制御することが必要である。したがって、本発明の実施形態例では、貫通穴の内部に運動制限装置すなわち運動制限構成が配置され、支持構造体の軸（すなわち垂直な中央構造線）に対して複数の方向に浮体の動きを案内する。さらに、運動制限装置１００は、浮体を支持構造体に固定する目的も果たす。しかしながら、波から浮体へのエネルギー伝達を最適化する目的で、浮体３を方向転換し、最適な位置で接近する波と対面させることも本発明の範囲に含まれる。浮体が３６０度自由に回転できるようにすることも本発明の範囲内である。浮体３が接近する波面に対して自動で位置を調整することもこの設計において提供される。浮体を自由に回転させることによって、浮体に加わる外力によって引き起こされる損傷を回避することが可能となる。

図１に示した実施形態例では、２つの支持構造体１ａおよび１ｂが使用される。支持構造体にかかる荷重は、浮体３の重心位置が支持構造体に対してどのように位置するのかに左右される。当業者に知られているように、支持構造体にかかる荷重を最小限に抑えるための最適な解決策は、重心を通して支持構造体を配置することである。しかしながら、このような構成では浮体と支持構造体すなわち支柱とを接続するベアリングにかかる荷重が増加する。したがって、浮体の貫通穴を貫通する２つ以上の支柱すなわち支持構造体を設けることによって、これらの支柱すなわち支持構造体の間で荷重を分担し、これと同時に全荷重を浮体の重心点に集約させる運動制限装置１００を設けることは本発明の範囲に含まれる。支持構造体要素すなわち支柱は、海洋波発電プラントの垂直な中央構造線を中心にして対称に配置される。

図１ｂは、浮体３の中心に配置される運動制限装置すなわち運動制限装置１００の一実施形態例を示す。さらに、この図は、伝動部材４、４ａと運動制限装置１００との接続も示す。図示されているように、伝動部材４、４ａのうち運動制限装置１００に接続されている部分は、システムの垂直な中央構造線すなわち軸に沿って配置されている。運動制限装置１００は、浮体３の本体に向かって運動制限装置の外円に配置されたベアリングを介して、浮体３が水平面において自由に回転することを可能にする。運動制限装置１００の中心には、ボールジョイント（すなわち当業者には公知である２つの円筒ジョイントの組み合わせ）が配置されており、ボールジョイントの両側から軸が延びている。この軸は運動制限装置の外輪に接続されている。このボールジョイントは、ボールジョイントに取り付けられた浮体を垂直方向に傾斜させる。伝動部材４、４ａは、海洋発電プラントの中央構造線すなわち軸に沿うように配置され、かつ運動制限装置１００の中心に取り付けられている。図１ｂにおいて、伝動部材４ａは運動制限装置１００の中心の底部側に取り付けられており、伝動部材４は運動制限装置１００の中心の頂部側に取り付けられている。接近する波に対して最適な向きに浮体を位置づけることが重要であることから、この態様は重要視される。浮体が細長い形である場合、浮体の長い方の側面を波面に向け、長い方の側面がこの方向に対して垂直に位置する。この解決策は、水平面において浮体が自動で位置を調整することを可能にする。浮体の上下垂直方向における傾斜は、浮体の中心に位置する貫通穴のサイズおよび／または貫通穴の側壁の勾配によって制限される。しかしながら、浮体頂面における貫通穴の半径もしくはサイズ、および／または勾配の度合いは、海洋波発電プラントの通常の運転条件における支持構造体１ａ、１ｂと浮体本体との衝突または接触を回避するのに十分な大きさであるべきである。また、浮体３の頂面において貫通穴の円周に沿ってダンパ（例えばゴム環）を配置することも可能である。したがって、この実施形態例において、貫通穴の側壁の勾配は運動制限装置すなわち運動制限構成の一部である。また、ダンパも運動制限装置すなわち運動制限装置の一部であってよい。運動制限装置すなわち運動制限構成はさらに垂直方向に配置された支持構造体に接続されている。図１ｂには、支持構造体１ｂがスライディングコネクタ１０１を介して運動制限装置すなわち運動制限構成にどのように接続されているのかが示されている。スライディングコネクタ１０１は、ボールジョイントの軸に対して垂直な軸に沿って配置されている。支持構造体１ａに対しても、同様なスライディングコネクタ１０１が配置されている。支持構造体の表面に面するスライディングコネクタの表面積は、浮体の上下運動からの力を受け取り、かつ摩擦を最小限に抑えるのに十分な大きさでなければならない。スライディングコネクタ１０１の寿命を延ばすために、スライディングコネクタの表面にはテフロンや潤滑剤などの物質が塗布されていてもよい。

一実施形態例では、浮体３の重心の位置が運動制限装置の質量中心と一致するように、運動制限装置すなわち運動制限構成１００が貫通穴を通して配置される。

２つ、３つ、４つまたは複数の支柱（支持構造体）を支持する目的で、運動制限装置すなわち運動制限構成１００を設けることは本発明の範囲に含まれる。支柱すなわち支持構造体は、垂直な中央構造線を中心にして対称に配置することが好ましい。

図１に示した実施形態例は、例えばワイヤ、チェーン、ロープなどの柔軟性伝動部材４を含み、伝動部材４の第１端は、支持プレート８（詳細Ａ）上に配置されている発電サブシステムに動作可能に接続されている。この例においては、柔軟性伝動部材は支柱１ａの内部に案内されている。支持構造体１ａ、１ｂ上の支持プレート８よりもかなり下の位置には、支持構造体１ａから延出されている柔軟性伝動部材４ａを受け入れる滑車６ｂ（図１ｂ参照）を備える支持プレート９ａが配置されており、柔軟性伝動部材４は滑車を通過した後、浮体３に向かって上方へと案内される。柔軟性伝動部材４ａの第２端は、ボールジョイントの底部側に固定される。柔軟性伝動部材４はボールジョイントの頂部側にも固定され、支持プレート８上に配置された発電サブシステム７に向かってさらに上方へと案内され、発電サブシステム７に動作可能に接続される。浮体３が波の動きによって上下に動くと、柔軟性伝動部材はこれに応じて上方または下方へ動き、これによって、サブシステムに動作可能に接続された柔軟性伝動部材４の両末端を介して支持プレート８上のサブシステムが駆動される。

本発明の実施形態は、好ましくは定常的な波を有する適切な場所に設置してもよい。設置場所によって水深が異なる場合、例えば、設置場所によって異なる状況に設計を適合させる必要がある。

図１を参照すると、本発明の一実施形態例の海底への係留は、例えばコンクリートなどで作られおり、かつこのような設置場所の所定の位置に設備を保持するのに十分な重さを有する質量体９ｅによって行ってもよい。本発明のシステムの質量体９ｅへの接続は、例えばチェーン９ｄなどを例えば質量体９ｅに取り付けることによって行われる。チェーンの他端は、この具体的な実施形態において使用されている複数の支持構造体の中間点（すなわち垂直な中央構造線）に設けられている、浮体３の重心の直下に位置する１つの中心点に接続される。図１において、エルボ形のブラケット９ｃは、チェーンを質量体９ｅに取り付けるための固定用中心点を有する支持体１ａおよび１ｂそれぞれの底端に取り付けられる。海中の設備構造体に作用する外力が設備を回転させ、ブラケット９ｃと質量体９ｅとの間に取り付けられたチェーンを回転させると、チェーンが短くなってしまい、その結果、設備が下方へ引きずられる。しかしながら、アップリフト浮体２の揚力がこの作用に逆らうため、結果的に設備が回転することはない。容易に理解されるように、チェーンが長すぎれば、設備が自体の軸を中心として回転してしまう可能性がある。設置場所によって長いチェーンを使用する必要がある場合、例えば回転を制限する２つ以上のチェーンを取り付けることによって回転を防ぐことができる。

浮力は安定化をもたらす。したがって、浮体は支持構造体に対する自体の位置を保持し、自己整列した位置を外れた波面方向には回転しない。しかしながら、構造体全体は左右に揺動しうる。これは、外力が構造体に与える衝撃を緩和させるために重要である。このような外力は、揺動のみを生じ損傷を与えるものではない。例えば図１ｂに示したような、運動制限装置の実施形態例の設計では、取り付けられた浮体３の傾斜が許容される。したがって、起こりうる設備全体の揺動も浮体３には影響しない。アップリフト浮体２によって得られる揚力の大きさを調整して、設備において起こりうる左右への揺動を制限することができる。揚力が大きいほど揺動は少なくなる。

また、システム内の発電機により生産された電力は、電気ケーブルを介して送る必要がある点を理解することも重要である。ケーブルは、例えば支持構造体のうちの１つの内部に通し、アップリフト浮体２の内部を経由させ（または外側に這わせ）アップリフト浮体２の底部まで伸張させることができる。ケーブルを例えば渦巻状などになるようにコイルに巻き付けることによって、設備の傾きを相殺するための余分な長さを確保し、かつ設備のいくらかの回転に耐えるための余分の長さを確保することができる。

設備全体の高さは、支持構造体の長さ、アップリフト浮体２の高さ、チェーンまたはワイヤ９ｄの長さなどを調整することによって海底の特定の場所に適合させてもよい。アップリフト浮体２によって得られる正の揚力は、設備の安定化をもたらすのに十分な大きさでなければならない。波の振幅が減少して浮体３が下降するとき、揚力はこの力に耐えるのに十分な大きさでなければならない。アップリフト浮体２の浮力はこの力を吸収し、浮体３に加わる動的衝撃を中和する。

重り９ｅは海底／海洋底に静置され、運転中にシステム全体が海底上を移動しないように十分な重さでなければならない。

図５は、システムを海洋に設置した際に本発明の海洋発電プラントに作用する様々な力を図示している。波力発電プラントの運転に重要なパラメータは、水中アップリフト浮体２（図１参照）の揚力すなわち浮力の大きさである。必要な揚力の値は、例えば、図５の点Ｏの周囲で許容されるべき揺動がどの程度であるかを推定することによって概算することが可能である。例えば、図５における揺動すなわち角度αは±１０°の範囲内でなければならないと規定される場合、以下の定義、推定および計算が成り立つ。図５を参照して、角度αが±１０°の範囲内である場合の例を以下に示す。

Ｆ_１は、プラットフォーム８（図１参照）の質量に作用する重力である。
Ｆ_２は、浮体３（図１参照）の質量に作用する重力である。
Ｆ_３はアップリフト浮体２（図５参照）の揚力であり、実際の設備に対して概算されるべき値である。
Ｆ_４は、水中において設備にかかる水の動きによる抵抗力である。
Ｆ_ｗｉｎｄは、設備を側方へ押す風の力である。この例においては、風の方向は設備が傾く方向と一致しており、すなわちこの風の力によって傾きが増大していると想定する。
Ｆ_ｃは、水面より下の流れによって設置位置に加わる力である。Ｆ_ｗｉｎｄパラメータと同様に、この力の方向は設備を傾斜させるように作用する方向である。
Ｆ_ｇは、設備全体にかかる重力である。
Ｌ_１は、アンカーポイントＯからプラットフォーム８（図１参照）の質量中心までの距離である。
Ｌ_２は、ポイントＯからアップリフト浮体２（図５参照）の質量中心までの距離である。
Ｌ_３は、ポイントＯからアップリフト浮体２の揚力点までの距離である。当業者には周知であるように、揚力は水深および浮体の容積によって変化することから、揚力の等価作用点はアップリフト浮体２の重心より上に存在する。
Ｌ_４は、ポイントＯから、水中で設備が移動したときに水から受ける抵抗の等価作用点までの距離である。また、当業者には周知であるように、支持構造体のうち水中に沈められている部分についても考慮しなければならない。
Ｌ_ｃは、ポイントＯから、水面より下の流れによる力の作用点までの距離である。
Ｌ_ｇは、ポイントＯから設備の質量中心までの距離である。
Ｌ_ｗｉｎｄは、ポイントＯから風の力の等価作用点までの距離である。
ｍ_ｐは、プラットフォーム８（図５参照）の質量である。
Ｍ_ｓは、プラットフォーム８上の発電機の重量を除いたシステム全体の質量である。
Ｐは、プラットフォーム８上の発電機で生産される電気的効果である。この例では、Ｐは１２０Ｋｗに設定されている。
νは、波力変換効率である。この計算において、波力変換効率に関する文献から標準的な平均値を概算したところ３０％であると推定された。
ηは、安全性をパラメータ化したものであり、その値は１０％である。
１）Ｆ_１＝ｍｇ×ｇ＝６０００Ｋｇ×９．８１＝６０ｋＮ
２）Ｆ_２＝Ｐ／ν×ｇ＝１２０Ｋｗ／０．３×９．８１＝４０．７７×１．１＝４４０ｋＮ

±１０°の範囲内でシステムを安定化させ、かつ浮体３の下降に耐えるのに十分な揚力を得るためには、下記の２つの基準が満たされなければならない。
Ｉ．揚力は、方程式１）から概算される値より大きいものでなければならない。
適切な機能を保証するための安全対策として、下記の式において２を掛けた。
ＩＩ．揚力は、方程式２）から概算される値に等しいか、それよりも大きいものでなければならない。

基準Ｉは、揚力＞（Ｆ_１＋Ｆ_２＋ｍ_ｓ×ｇ）×２のときに満たされる。

基準ＩＩは、Ｆ_３×ｓｉｎα×Ｌ_３＞Ｆ_ｃ×Ｌ_ｃ＋Ｆ_２×ｓｉｎα×Ｌ_２＋Ｆ_１×ｓｉｎα×Ｌ_１±Ｆ_４＋Ｆ_ｗｉｎｄ×Ｌ_ｗｉｎｄのときに満たされる。

この計算では、下記の力を考慮しない。
１．浮体に当たる波の力
２．空気抵抗による力
３．接続ポイント「Ｏ」における摩擦力

これらの力の大きさは他の力と比較すると無視できるものである。上記の計算式に従って概算したアップリフト浮体２により得られる揚力は、本発明の実施形態例を安定な設備として海洋環境に設置することを可能にする安全マージンを含んだものである。

設備に作用する上述したような力の他に、アップリフト浮体２と例えば図１に示したサブシステムＡとの間の支持構造体の全長を加えた設備の重量によって支持構造体が彎曲する可能性がある。この彎曲によって構造が損傷したり、この彎曲が浮体３および／または伝動部材４、４ａの上下運動における障害となる可能性がある。支持構造体が例えば±１０°以内で前後運動すると、支持構造体自体の重量によって支持構造体がアーム状となり、そのアームの運動により支持構造体が曲がりやすくなる。突出したアームにワイヤを経由させて、頂部と底部とを結ぶループを形成することができる。例えばワイヤなどによって形成されるループの張力は、支持構造体を直立させたり、下方に向くこと（構造体の彎曲）を防ぐ。ループは高い位置で構造体に固定され、次いで設備を海底へ係留する質量体９ｅに配置された固定点へと滑車を経由して下方に案内される。ワイヤを張ることにより形成された長方形のループは、堅固な本体に匹敵するものである。他のループが配置されている平面に対して垂直な平面に同様なループをさらに取り付けることは本発明の範囲に含まれる。別の実施形態例では、補強ワイヤを支持部材（支柱）のうちの１つの内部に案内することも可能である。さらに、頂部から離れた適切な位置に突出部材（アーム）を支持構造体に取り付け、次いで突出部材から支持構造体の頂点へとワイヤを接続し、三角形の要素を構成することも可能である。

図１ａは、図１における詳細Ａを示している。本発明による設備の一構成例では、例えば、浮体３が海底に向かって移動するとき、浮体３の移動によって伝動部材４が下方に引っ張られ、次に伝動部材４が滑車５ｂを回転させ、滑車５ｂの回転によってフリーホイール装置５２（図１ｄ参照）を介してシャフト７ａが回転され、トルクが発電機７へと伝達され、次に発電機７が電気を生産する。伝動部材４、４ａは浮体３に接続され、かつ支持構造体の底端に配置されている滑車６ｂを通って連結されていることから、浮体３が下方に移動すると伝動部材４も引っ張られる。伝動部材４は滑車５ｂに取り付けられているが、この運動方向においては一方向クラッチ５２（図１ｃ参照）は動作し、一方向クラッチ５１は動作しないことから、共通シャフト７ａ上において競合は起こらない。

例えば、浮体３が海底から上昇するとき、浮体３の移動によって伝動部材４ａが上方に引っ張られ、次に伝動部材４ａが滑車５ａを回転させ、滑車５ａの回転によってフリーホイール装置５１（図１ｃ参照）を介してシャフト７ａが回転され、トルクが発電機７へと伝達され、次に発電機７が電気を生産する。伝動部材４、４ａは浮体３に接続され、かつ支持構造体の底端に配置されている滑車６ｂを通って連結されていることから、浮体３が上方に移動すると伝動部材４も上方へ引っ張られる。上述したように伝動部材４は滑車５ｂに取り付けられているが、この運動方向においては一方向クラッチ５２（図１ｄ参照）は動作しないことから、共通シャフト７ａ上において競合は起こらない。伝動部材４、４ａがどのように各滑車５ａ、５ｂに係合するのか、すなわち、伝動部材が滑車の前側で係合するのか、それとも滑車の後側で係合するのかについて留意することは重要である。

一実施形態例において、
発電サブシステムＡは、発電機７のシャフト７ａを駆動する両方向から一方向への変換機構を備え、
シャフト７ａは伝動部材４ａが巻き付けられた第１滑車５ａを備え、
第１滑車５ａは、シャフト７ａに接続される第１フリーホイール装置５１を備えており、伝動部材４ａは、支持構造体１ａから延びて案内されて第１滑車５ａの前側で係合され、次いで伝動部材は滑車５ａの後側から延び、伝動部材４、４ａに張力を与える支持アーム１２により支持された滑車６ａに案内されて滑車６ａに巻き付けられ、次いで伝動部材４はシャフト７ａに接続される第２フリーホイール装置５２を備える第２滑車５ｂに案内され、次いで伝動部材４は前記滑車５ｂの後側で係合されて、滑車５ｂの前側から延びて案内され、次いで伝動部材４は海洋波発電プラントの軸に沿って浮体３に案内される。

別の実施形態例では、図１ａに示したように、滑車６ａは他の滑車よりも小さく形成される。伝動部材にかかる重荷重は、伝動部材４、４ａのうち滑車４ａ、４ｂのそれぞれに巻き付けられた部分に分担されるため、伝動部材４、４ａのうち滑車６ａによって係合される部分も、伝動部材４、４ａの他の部分よりも細く形成することができる。したがって、例えば、伝動部材のうちより細い部分は伝動部材に張力を与え、より容易に取り付けることができる。

伝動部材４、４ａの上下方向への運動はそれぞれ伝動部材４、４ａの張力を大きく変化させる。運転中、例えば、伝動部材を個々の滑車と作動可能に接触させた状態に保つのに十分な張力を柔軟性伝動部材において保持させることは重要である。このため、滑車６ａを支持するサポート１２を柔軟性伝動部材４、４ａにより構成されるループに配置し、伝動部材４、４ａを滑車６ａに巻き付ける。サポート１２の一端は、減衰ばね１３を介して設備の支持構造体に取り付けられ、運転中、減衰ばね１３により十分な張力が伝動部材４、４ａに与えられる。ばね１３の代わりに、重量荷重を取り付けることも可能である。伝動部材の張力を測定するための計装を設けることは本発明の範囲に含まれる。異なる運転状況すべてにおいて張力を既定レベルに調整するために調整器を取り付けてもよい。例えば伝動部材などに（その表面上に、または内部に埋め込むことにより）取り付けられた圧電性結晶ベースの装置は、伝動部材（ワイヤ）を介してマイクロコントローラベースの装置へ測定値を伝達してもよく、このマイクロコントローラベースの装置は、例えば減衰ばね１３と同様な場所などに配置された空気圧アームによって伝動部材を引っ張ったり緩めたりするようにプログラムされていてもよい。

図１ａに示した実施形態例の別の重要な態様は、共通シャフト７ａにブレーキシステムを配置できることである。このブレーキ機構は、支持構造体に沿った浮体３の上下運動を遅らせるために使用してもよい。接近する波の振幅が極めて大きい場合には、浮体が支持プラットフォーム８に当たる危険性がある。図２に示したように、機械的ダンパ１３ｂを配置することが可能であり、あるいは電気センサシステムにより高い波を検知してブレーキを駆動してもよい。例えば、支持構造体の１つに支持プレート８より下の適当な位置でスイッチを配置することも可能であり、浮体３の通過運動によってスイッチが駆動されるとブレーキ作用が起動される。浮体から設備への力のモーメントの伝達を緩和するために、穏やかに遅延および停止を行うことが重要である。

図１ｃおよび図１ｄは、２つのフリーホイール装置５１および５２の相互位置を示している。図１ｃおよび図１ｄから明らかなように、クラッチ５１および５２は同じ駆動方向で配置されている、すなわち歯は同じ方向に向けられている。ドラム５ａおよび５ｂそれぞれにおいて伝動部材が巻かれている方向は逆であることから、このような配置方法は極めて重要である。運転中、フリーホイール装置５１が駆動方向へ動かされるとき、フリーホイール装置５２は惰走状態にある。フリーホイール装置５２が駆動しているとき、フリーホイール装置５１は惰走状態にある。この配置により、シャフト７ａを共通して使用することが可能となる。シャフト７ａは、浮体３の運動が上方向であるのか下方向であるのかに関わらず、駆動されると一定方向に回転する。この配置は、明らかに、先行技術において周知であるシステムを著しく単純化したものである。この単純化によって、電力生産系におけるエネルギー損失が大幅に低減されるだけでなく、遙かに容易にメンテナンスを行うことが可能となる。この解決策において使用される部品の数が極めて少ないことから、このアセンブリはシステムの動作を安定化させうる。さらに、使用される部品数が極めて少ないことから、このサブシステムは振幅の小さい波であってもうまく機能しうる。ここで説明したような構成で柔軟性伝動部材を用いる別の利点は、海洋波発電プラントの構造の長さは、時として、設置しようとする場所の状態に適合させなければならないことにある。このような長さの調整は、例えば、支持構造体部品を挿入または除去することにより行うことが可能である。しかしながら、この場合、柔軟性伝動部材もまた調整する必要がある。滑車５ａ、５ｂは、余分な長さの柔軟性伝動部材を備えてもよく、このような柔軟性伝動部材はさらなる長さを補うために滑車から容易に引っ張り出すことができ、あるいは、支持構造体を短縮する必要がある場合はこの柔軟性伝動部材を滑車に巻き付けることができる。図１ａにおいて、滑車５ａおよび５ｂの位置に対するサポート１２の位置は、柔軟性伝動部材の張力を補正するために調整してもよい。

図１ａ、図１ｃおよび図１ｄに示したような本発明によるサブシステム構成によって、両方向運動から発電機に接続されたシャフトの一方向回転への最適化された伝達が提供される。この最適化された運動伝達は、発電機の入力シャフトにおいてトルクの伝達をも最適化し、これによって波からのエネルギー抽出が最適化される。発電機の回転速度は、発電機のシャフトの入力側に取り付けられる乗算器によって調整することが可能である。発電機の回転速度を調整するために、滑車５ａ、５ｂの直径を調整することも可能である。当業者には周知であるように、ワイヤの摩耗および引裂を最小限に抑えるために、滑車の最小直径をワイヤの直径の４０倍とすると有利である。

図２は、本発明によるシステムの別の実施形態例を示す。図１に示した実施形態例と同様に、この実施形態でも、浮体の中心に位置する穴を貫通する支持構造体を配置するという原理が用いられている。主たる差異は、発電サブシステムが、図１におけるアップリフト浮体２のような水中浮体の内部に配置されることにある。図２において、発電サブシステムＡは、アップリフト浮体２内の内部シリンダ内に配置される。図１に示した浮体３は、先に述べた例と同じ設計であってもよい。この実施形態では、柔軟性伝動部材（ワイヤ、ロープなど）または固定された非柔軟性伝動部材を用いてもよい。図２に示した例では、水中浮体内部に配置されラックアンドピニオンギアを備えた運動変換機構に係合する剛性伝動部材を含む一実施形態例が示されている。後に詳述するように、この設計においても、両方向運動から発電機を回転させるシャフトの一方向運動への変換系の複雑さは大幅に低減されている。図４ａは、発電機を一方向に駆動させるラックアンドピニオンギアを単純化した一例を示している。

図２に示した設計は、設備の発電サブシステムの保護を最適化したものである。波の振幅が巨大な場合でもアップリフト浮体２と海面上の浮体３とが接触することがないように、海水中において構造物に揚力を与える水中浮体との距離は十分に大きくすることができる。しかしながら、接続プレート９ｂの直下に位置する、各支持構造体１ａおよび１ｂの頂端にバンパ１３ａおよび１３ｂのようなバンパを設置することもできる。さらに、保護を強化するためのゴム部材を導入することも可能である。

一実施形態例において、水中浮体の頂部が海面により近くなるように設置されており、水中浮体が浮体３に当たる可能性がある場合、水中アップリフト浮体２の頂部にダンパ１６ｃを取り付けてもよい。ダンパ１６ｃは、ゴム、空気系、レール、油圧系などで作られていてもよい。さらに、浮体と水中浮体との衝突を一段と軽減するために、浮体に補強材すなわちダンパ１６ａおよび１６ｂを取り付けることも可能である。安全性に関するさらなる態様として、浮体が支柱１ａおよび１ｂの終端接続部９ｂに当たることを防止するため、ストッパー１１０をラック１８に追加してもよい。ストッパー１１０は、１つ以上のばねすなわちダンパ１３ｃと最初に接触するように配置されるため、浮体３と終端接続部９ｂとが接触するのを防ぐことができる。

剛性伝動部材を含む本発明の実施形態例では、浮体３の中心に位置する貫通穴に配置された運動制限装置は図２ａに例示するように構成することが可能である。シャフト１０４は、その両端に取り付けられる２つのローラーを有する。ローラー１０５ａおよび１０５ｂは、円環１０３ａおよび１０３ｂ内に位置するローラーの円形運動により規定される軸を中心にして浮体３が回転することを可能にする。円環は、浮体３本体に強固に取り付けられる。剛性伝動部材は、支持構造体１ａ、１ｂの間に位置するように、貫通穴の中心に取り付けられる。

図２ａを参照すると、シャフト１０４は、ジョイント連結部によってスライド１０１ａに接続されている。スライド１０１は、支持構造体１ａおよび１ｂの間に配置されており、支持構造体１ａ、１ｂの方向に沿った浮体の垂直運動を提供する。

図２ｂに、水中浮体２の内部に配置される発電システムの断面を示す。剛性伝動部材が貫通する水中アップリフト浮体２の中央部には水が存在する。浮体の動きによっても剛性伝動部材の運動は発生する。剛性伝動部材は自体の線形運動をギア１７に伝達し、ギア１７はシャフト７ｃを介して伝えられた運動を両方向から一方向への運動変換器へと伝達し、さらに発電機７へと伝達する。なお、発電機７は、自体の入力軸に取り付けられた乗算器を有していてもよい。

この装置は水面より下に配置されることから、発電機を有するエリアに水が到達しないようにシャフト７ｃ周辺のエリアは確実に密封する必要がある。

このような密封状態は、当業者に周知であるいくつかの方法で達成することができる。例えば、図２ｂでは、ベアリング７ｃを通り抜けた水を回収できる空胴１４が配置されている。この水は、ポンプまたは過剰圧力によって空胴１４から排出させてもよい。

浮体３との望ましくない接触または損傷を与える接触を回避するために、ラック１８に強固に連結されたストッパー１１０を追加する。波が極端に大きい場合、ストッパー１１０がダンパ１３ｃおよび１３ｅに当たる位置までラックが引っ張られる。

剛性伝動システムは、浮体より下の位置において水中浮体内部に配置することができ、あるいは、柔軟性伝動装置を用いた上述の実施形態のように浮体より上の位置に配置することもできる。同様に、柔軟性伝動装置を用いた発電システムは、浮体より下の位置において水中浮体内部に配置することができる。

図３は、浮体３の一実施形態例を示す。貫通穴３５は、例えば図１ｂに示したような運動制限装置すなわち運動制限構成を備え、支持構造体１ａ、１ｂが自由に動ける通路を提供している。先に述べたジョイント連結部は、浮体３の本体と支持構造体１ａ、１ｂそれぞれとを接続する。

図３ａは、図３に示した浮体３の断面を示したものである。図示したように、水が充填される少なくとも１つの第２空胴３６が設けられている。この水によって与えられる追加重量は、波の動きによって浮体が下降すると、上述した発電機の入力シャフトにより高いトルクを与える。浮体は、喫水線３ｂまで部分的に沈められる。線３ａと線３ｂとの間に閉じ込められた水は、追加の質量を与える。この質量によって与えられる追加の力は、閉じ込められた水の実際の質量に比例する。

波の動きによって浮体が上昇するとき、浮体の浮力が重量を与える。この重量は、線３ａと線３ｃとの間の質量から線３ａと線３ｃとの間の浮体３の実際の重量を差し引いたものと等しい。したがって、線３ａと線３ｃとの間の浮体３の重量が可能な限り軽量であることが最も重要である。

発電プラントの運転を開始する際に、最初に少なくとも１つの第２空胴３６を充填する。空胴内に閉じ込められた空気を抜くためにベント３１および３２を開放すると、開口３ｈおよび３ｆを通して少なくとも１つの第２空胴３６を充填することができる。ベント３１および３２は、空胴の上方からの空気の流入を防ぐため頂部側から空胴３６内への流路が閉鎖されている一方向ベントである。この浮体３の設計における重要な態様は、開口３ｈおよび３ｆの位置にある。運転中、浮体３は波によって上下左右に傾斜する可能性がある。この傾斜は、浮体３の中央に位置する貫通穴の側壁の勾配によって制限される。しかしながら、波の状態は極めて変わりやすい可能性があり、時として、浮体３が傾斜することにより底部側３４が自由大気にさらされたままになる可能性がある。
開口３ｈおよび３ｆが浮体の外周寄りに配置されていたとすれば、これらの開口もまた自由大気にさらされる可能性がある。この場合、空胴３６内に閉じ込められた水がこれらの開口を通して流れ出ると考えられる。これらの開口を浮体の中心寄りに配置することにより、開口３ｈおよび３ｆが自由大気にさらされる可能性をゼロに近づけることができる。

しかしながら、時として、後に詳述するスラミングと呼ばれる現象に関連する問題のため、水で充填した空胴３６の一部を空にすることが有利である場合がある。図１４ａ、図１４ｂおよび図１４ｃには、底部の一部が開口した前記少なくとも第２空胴３６を複数個備える浮体の別の実施形態例が示されている。しかしながら、複数のチャンバが存在することから、いくつかの空胴３６から水が流出して重量が失われても、水中に留まっている他のチャンバ３６内に水が残されていることから、浮体の重量の著しい減少は起こらない。

本発明の一実施形態例において、浮体３の浮力の中心は、貫通穴３５内に配置される運動制限装置の質量中心と一致する。

浮体の形状およびサイズは、いかに効果的に浮体を波によって上下運動させるかに直接に関係する。例えば、当業者には周知であるように、細長い浮体は波長の短い波を極めて効果的に利用する一方、丸い形の浮体は波長の長い波を極めて効果的に利用する。任意の形状および／またはサイズの浮体を利用することは本発明の範囲に含まれる。さらに、様々な形状および波長を有する接近する波からのエネルギー伝達を最大化できるように、例えば丸形などの異なる形状の浮体要素を含む本発明の実施形態を複数個有する発電所を提供することも本発明の範囲に含まれる。しかしながら、運転中に水で充填されうる空胴を備えることは、本発明に従って使用される浮体の実施形態すべてに共通する。

図３に示した細長い形状の浮体３は、本発明に従って使用可能な細長い形状の単なる一例である。重要な態様としては、浮体の空胴は水で充填されうること、および運転中の浮体の傾斜などによって浮体内の水のすべてが排出されることはないことが挙げられる。さらに、浮体の上下運動が発電機の入力シャフトに十分なトルクを与えるように、浮体の重量と浮力とを釣り合わせることも重要である。また、丸い形の浮体３を用いることも本発明の範囲に含まれる。波力エネルギーのより効率的な伝達に適合した任意の形状も本発明の範囲に含まれる。

浮体３の自己位置調整に関連した本発明の別の態様は、浮体３の底面下の、浮体３の縁部に近い位置に少なくとも１つのプロペラシステムを配置することである。接近する波の状態およびその方向を測定することによって、浮体を海洋波発電プラントの軸を中心として能動的に回転させ、これにより、エネルギー伝達が最適化された位置で波面に対向するように浮体を確実に安定化させることが可能となる。

図４、図４ａおよび図４ｂは、発電サブシステムＡが水面より上に配置される一実施形態例を示す。このシステムは、水面より下でありかつ波の動きによる影響がない領域（静水）に配置される水中アップリフト浮体２の一端が取り付けられる２つの支持支柱１ａおよび１ｂと、ロープ、チェーン、ケーブルなどによって水中浮体の他端が取り付けられ、かつ海底に配置される重り９ｅとを備える。水中アップリフト浮体２にはダンパ１６が取り付けられる。浮体は、図２ａを参照して図示および説明した運動制限装置を備える。ギアラック１８は、一端がスライダ１０１に連結固定され、他端（第２端）が、両方向運動から一方向運動への変換機構の入力第一ギア１７ａおよび第二ギア１７ｂに接続される。図４ａおよび図４ｂはこの機構を図示したものである。第一ギア１７ａおよび第二ギア１７ｂはそれぞれ第一シャフト１９ａおよび第二シャフト１９ｂに強固に接続され、第一シャフト１９ａおよび第二シャフト１９ｂの一端は回転可能ホルダー内において支持構造体に接続される。第一シャフト１９ａおよび第二シャフト１９ｂの他端はフリーホイール装置５１および５２の中心部（ケーシング）に強固に連結され、フリーホイール装置５１および５２の縁部は第三シャフト１９ｃおよび第四シャフト１９ｄに強固に連結される。第三ギア１７ｃは第三シャフト１９ｃ上に配置される。第三ギア１７ｃおよび第四ギヤ１７ｄは連結ギアであり、第四ギア１７ｄは第四シャフト１９ｄに強固に連結され、第四シャフト１９ｄは発電機７の入力シャフト７ａに強固に接続される。運動変換機構全体および発電機７は、支持支柱１ａ、１ｂの一端に強固に取り付けられる支持プレート８上に載置される。

図４、図４ａおよび図４ｂに示した実施形態例は、次のようにして水（海／海洋）の波の動きから電気を生産する。波が接近していると、これに伴い浮体が動き始める。浮体が上昇するとギアラックが第一ギア１７ａおよび第二ギア１７ｂを動かし、これによって、第一シャフト１９ａおよび第二シャフト１９ｂを介してトルクがクラッチ５１および５２に伝達される。浮体３が上昇するか下降するかによって、これらのフリーホイール装置は交互に作動し（浮体が上昇するときはクラッチ５１が作動し、下降するときはクラッチ５２が作動する）、第三シャフト１９ｃおよび第四シャフト１９ｄを介してトルクを第三ギア１７ｃおよび第四ギア１７ｄに伝達する。第三ギア１７ｃおよび第四ギア１７ｄは互いに接続されていることから、トルクがクラッチ５１を介して伝達されると回転方向が変わり、これによって発電機７のシャフト７ａが確実に常に同じ方向へと回転し、ラック１８の上下運動により電気が生産される。

図４ａを参照すると、一実施形態例において、伝動部材１８はラックアンドピニオンギアを備える。発電サブシステムＡは、発電機７のシャフト７ａを駆動する両方向から一方向への変換機構を備える。ラックアンドピニオンギアは、互いに上下に配置された２つの第一ギア１７ａおよび第二ギア１７ｂを備えており、これらのギアがラック１８と同時に係合している。第一ギア１７ａは第一シャフト１９ａを介して第１フリーホイール装置５１に接続され、第１フリーホイール装置５１は第三シャフト１９ｃ上の第三ギア１７ｃに係合している。第三ギア１７ｃは第四シャフト１９ｄ上の第四ギア１７ｄに係合し、第四シャフト１９ｄは一端で発電機７のシャフト７ａに接続され、他端で第二シャフト１９ｂ上のフリーホイール装置５２に接続されている。フリーホイール装置５２は第二シャフト１９ｂを介して第二ギア１７ｂに接続され、第二ギア１７ｂはラック１８に係合している。フリーホイール装置５１およびフリーホイール装置５２は、ラック１８が上昇したり下降すると、それぞれの場合において片方ずつ係合されるように構成されている。

構造を単純化するため、第三ギア１７ｃおよび第四ギア１７ｄはフリーホイール装置５１および５２のそれぞれのリムに連結固定されていてもよい。このようにすると、両サイドのフリーホイール装置に連続したシャフトが１つずつ配置された構造とすることができる。

図４ｄおよび図４ｅに、例えばラックなどである伝動部材の接続に適した運動制限装置の一例を示す。図８には、ラックを運動制限装置に接続した別の例を示す。図に示したように、運動制限装置の機能を発揮するためにはボールジョイント３０１を１つ使用するだけで十分である。

図６は、例えば大幅に単純化された設計を含む、伝動部材の両方向運動をシャフトの一方向運動に変換するためのシステムの別の実施形態例を示す。

第五入力ギア１７ｅはこの機構の入力第五シャフト１９ｅに強固に連結され、フリーホイール装置５１および５２も第五シャフト１９ｅに強固に連結されており、第六ギア１７ｆおよび第七ギア１７ｇはフリーホイール装置５１および５２のハウジングに取り付けられる。第七ギア１７ｇは、第七出力シャフト１９ｇに強固に連結された第八ギア１７ｈに連結され、第十ギア１７ｋは第七出力シャフト１９ｇの他端に強固に接続され、第十ギア１７ｋは、第六シャフト１９ｆに強固に連結された第九ギア１７ｊに強固に連結され、第九ギア１７ｊは第六ギア１７ｆにも連結されている。一例では、駆動第五入力ギア１７ｅが時計方向に回転するとき、第１フリーホイール装置５１は惰走状態にあり、フリーホイール装置５２は、対になった第七ギア１７ｇおよび第八ギア１７ｈを通して、発電機に強固に連結された第七出力シャフト１９ｇにトルクを伝達する。駆動第五入力ギア１７ｅが反時計方向へ回転すると、クラッチ５１は係合状態になるのに対し、クラッチ５２は惰走状態となり、トルクは連結第六ギア１７ｆ、第九ギア１７ｊおよび第十ギア１７ｋを通して第七出力シャフト１９ｇに伝達され、さらに発電機へと伝達される。この機構における第九ギア１７ｊは、回転の方向を変えるために使用される。図６に示したようなこの設計の利点は、例えば国際出願ＲＳ２００７／００００１５号明細書に開示されている機構と比較すると、使用されるシャフトの数が１つ少ないことにあり、またこの特許出願において使用されている接続用ブッシュも取り除かれている。したがって、本発明によるこの実施形態例では、発電機の入力シャフトにトルクを伝達する機構における慣性力が最小化されている。したがって、先行技術における周知の解決策に比較して、この解決策では振幅がより小さい海洋波が変換される。

本発明の一実施形態例によれば、さらに、波力発電プラントの固有振動数すなわち浮体および浮体に接続された伝動部材の上下運動の周期を調整することによって、波からのエネルギー抽出を最適化することができる。このシステムの固有振動数の補正は、海洋波システムの周期を海洋発電プラントの固有振動数と同期させることによって、共振状態を達成することを目的とする。

容易に理解されるように、特定の場所における海洋波システムの周期は可変である。しかしながら、当業者には周知であるように、通常、卓越した気象状況すなわち卓越した波浪システムは観測および計算することができる。

本発明の一実施形態例によれば、上記の調整または同期は、上記で開示したように、波力エネルギー変換系の回転軸にフライホイールを追加することによって達成してもよい。例えば、図４ｆに、フライホイール２５をどのように第六シャフト１９ｆに接続するのかを示す。第六シャフト１９ｆは、この例においてはラックギア構造である伝動部材１８と連動している。第五入力ギア１７ｅは、ラック１８の上下運動を、安全クラッチ２６および／または１５と第六シャフト１９ｆとを介してフライホイール２５に伝達する。図４ｇは、異なる場所に配置されたフライホイール２５を含む別の実施形態例を図示したものである。

安全クラッチは、波が高すぎるまたは強すぎる場合に回転を停止する効果を有する。

同期は先に述べたような効果を発揮する。

容易に理解されるように、フライホイールの重量によって、ラック１８の上下運動を遅延させるのに必要な慣性力が加えられる。特定の場所において同期を補正するために、この追加される重量は、その場所における波浪システムの卓越周期と連動されなければならない。

当業者には周知であるように、具体的なシステムにおける実際の計算は種々の方法で行ってもよい。どのような方法で行うにせよ、例えば後述する線形方程式系を考慮することによって単純化してもよい。この計算例は、セルビアのベルグラード大学機械工学科、Ｍｉｌａｎ Ｈｏｆｆｍａｎｎ教授によって提供されたものである。

先行技術では、規則的な波におけるブイのヒービング運動は、独立線形微分方程式（方程式１）：

（ここで、Δは移動したブイの質量であり、ｍ_ｓは追加質量であり、ｍ_ζは流体力学的（追加）質量であり、ｎ_ζは流体力学的減衰であり、ｎ_ｅは電気力学的減衰であり、ρは水の密度であり、ｇは重力加速度であり、Ａ_ＷＬはブイの水線面積であり、Ｆ_ζは波の作用による鉛直力であり、ε_ζは波の位相である）によって（ほぼ）支配されることが知られている。この方程式は、対称な自由物体の波におけるヒービング運動の微分方程式によく似ている。わずかに追加された（２つの）項は、ブイに接続された可動部品（例えば、ギア、ロータ、フライホイール）の慣性を含む追加質量ｍ_ｓ、およびエネルギー変換に起因する電気力学的減衰ｎ_ｅである。
実際には、追加質量は２つの部分に分けることができる（方程式２）：

（ここで、質量は発電機に接続された質量（変速装置、ロータ、場合によってはフライホイール）であり、固有振動数を調整する目的で意図的に装置に追加される質量であることから不可避的なものである）。

方程式（１）において、発電機のモーメントはロータの角速度に比例する（または、リニア発電機の場合、発電機のモーメントはピストンの速度に比例する）ことが想定され、したがって、発電機のパフォーマンスに起因してブイに作用する追加的な力は、（方程式３）：

で表される。

この方程式の解は、周期に関すると、ヒービングの伝達関数（方程式４）：

で表され、
ここで、ζ_ｏはヒービングであり、Ａ_ｗは波の振幅であり、ωは波の周期であり、また、無次元力の振幅ｆ_ζ、減衰係数μ_ζ、μ_ｅおよびヒービング固有の周期ω_ζは、（方程式５）：

として与えられる。

ブイの力のうちの発電機に伝達される力は、（方程式６）：

に等しく、
ここで、（方程式７）：

は、ブイの垂直速度の伝達関数である。力Ｐ_ｅは利用可能な力、すなわち発電機に伝達される、電気に変換可能な機械力である。１つの運動サイクルにおける利用可能な平均の力は、（方程式８）：

（ここで、Ｔ_ｗは波の周期である）である。波力エネルギー変換装置の性能をいわゆる捕捉波の幅ｂ_ｗで示すことは一般的であり、これは、波の力に対する装置が利用可能な力の割合を示したものである。単位波面の力は、波力エネルギーの密度ｅ_ｗと波群速度ｕ_ｗとの積（方程式９）：

であり、ここで、接近する波の周期に対して（方程式１０）：

が成り立ち、これらは波の関係式としてよく知られたものである。適切な追加質量ｍ_ｓを装置に加えることよって、先に述べたように、追加質量がブイに接続された加速部品の慣性効果をもたらす。回転部品の速度ω_ｊはブイの垂直速度

と関連し、これは（方程式１１）：

（ここで、ｒ_Ｒ、ｒ_Ｆは入力ギアの半径であり、Ω_Ｒ、Ω_Ｆは回転速度であり、ｉ_Ｒは発電機のロータの回転比であり、ｉ_Ｆは追加されたフライホイールの回転比である）で示される。したがって、追加質量は、（方程式１２）：

（ここで、Ｊ_Ｒはロータの慣性モーメントであり、Ｊ_Ｆはフライホイールの慣性モーメントであり、記号「．．．」は発電機および追加されたフライホイール変速装置における他の回転部品それぞれについてのｉＪ積を意味する）で表すことも可能である。ブイの固有振動数をモデル波の周期に同調させる、すなわち、（方程式１３）：

を成り立たせるためには、追加質量（方程式１４）：

を加えなければならない。技術的には、上記を達成するにはフライホイールの直径を適切に選択する方法が最も適する。ブイの性能を示す一例においては、ブイ（半径８ｍ、喫水２．７ｍの円筒ブイ）は卓越暴風（モデル周期１０．５ｓの暴風）のモデル周期に同調される。この結果は、このような同調が極めて有利であることを示している。同調されたブイの垂直運動、速度、力および捕捉波の幅は、格段に増大される。

先に概説したような方法によってフライホイールの重量および／または直径を算出することが可能であるが、できる限り最良の結果を得るためには、または変化する気象状況にシステムを適応させるためには、重量のさらなる最適化が必要とされる場合がある。一実施形態例において、フライホイールは複数の円板体を含み、波力発電プラントにおいて、この円板体は、フライホイールをも接続することが可能な回転シャフトに追加したり、回転シャフトから取り外すことができる。このようにすると、円板形のフライホイール要素を追加したり取り外すことによって、フライホイールの重量または慣性効果を調整することができる。

本発明による波力発電プラントは、外海での装置の耐用期間中において環境による被害を受ける可能性がある。例えば、海水、海藻繁茂、種々の動物などによって例えば伝動部材などが損傷する可能性がある。したがって、波力発電プラント自体の構造内に、波力発電プラントの様々な機能ユニットを可能な限り多く配置することは本発明の範囲に含まれる。図９および図９ａは、これらの機能要素を保護するための一実施形態例を示している。

一実施形態例において、アップリフト浮体２は、図９ａに詳述されているような波力エネルギー変換機構を備える。浮体３は、中央に配置される支持支柱１によって支持される。図９から分かるように、柔軟性伝動部材４ａ、４ｂは、支持支柱１の頂部に配置される滑車６ｃおよび６ｄを介して浮体３の運動を伝達する。

図１０および図１１は、伝動部材４ａ、４ｂが複合構造であってもよい本発明の実施形態例を示す。図１０には、ワイヤと歯車チェーンとの組み合わせが開示されている。当業者に知られているように、歯車チェーンをアップリフト浮体２の内部に配置されたエネルギー変換ユニットと組み合わせて用いる利点は、エネルギー伝達が遙かに効果的であることにある。柔軟性伝動部材（４、４ａ、１８）がロープ、ワイヤ、チェーン、ラックなどの種々の材料から作成できること、あるいはロープ、ワイヤ、ラックなどの材料から作成できる個々の材料部品を様々に相互接続して柔軟性伝動部材（４、４ａ、１８）を作成できることは本発明の範囲に含まれる。

図１１は、ワイヤと堅固なラックギア構造との組み合わせが可能な原理を示している。伝動部材のワイヤ４ａはラックギア１８の上端に接続され、ワイヤ４ｂはラック１８の下端に接続されており、先に述べたように、組み合わせたワイヤ４ａ、４ｂおよびラック１８は、エネルギー変換ユニットと作動可能に接続され得るギア１７へと運動を伝達する。また、例えば滑車６ａおよび６ｂを異なる直径とすることができる点に留意することも重要である。これには、ラックギア１８の上下運動の速度を上げる効果がある。また、滑車のこのような配置を利用して、リニア発電機内のインダクタの上下運動を増大することもできる。これにより、リニア発電機から出力され得る電気エネルギーが増大する。図１２は、このような可能性を開示したものである。図１５は、アップリフト浮体２の空胴内部にラック１８をどのように配置したらよいのかに関してさらなる詳細を開示したものである。ワイヤとラックとを組み合わせた配置によって、トルクの伝達が改善される。

図１０に示した実施形態例において、波力発電プラントの機能ユニットの大部分は垂直軸に沿って配置されている。垂直軸の大部分はアップリフト浮体２自体によって形成されたカプセル内に配置されており、アップリフト浮体２はさらに伸長されて細長い管状体を形成し、この細長い管状体は波力発電プラントが海に設置されると水上に突き出すように形成されている。突出部分の構造体は他の実施形態例において開示された支持構造体１ａおよび１ｂに対応するものである。アップリフト浮体２のこの実施形態例は、浮力を与えるだけでなく、設置される機械部品および電気部品を環境による被害から保護するものである。

図１２において、組み合わせられた異なるサイズの滑車６１ａおよび６１ｂは、滑車６１ａおよび６１ｂと作動可能に接触している伝動部材４ａ、４ｂおよび４ｃを介して接続されたリニアインダクタ７２の運動速度を増大させ、磁石７１を介して発電量を増大させる。この実施形態例では、図１０に開示したようなワイヤとチェーンとの組み合わせを含む構成を用いることが好ましい。チェーンを使用する場合、柔軟性を有するものがワイヤのみになりうるので、トルクの伝達が改善される。

図１４ａは、本発明の波力発電プラントの実施形態に使用することが可能な浮体の別の実施形態例を図示している。この浮体は、複数の第２空胴３６と、複数の第２チャンバ３と、複数の第１空胴３３と、それぞれの第１空胴３３の上に配置されている複数のベント３１、３２とを備え、第１空胴３３に水を入れることによって浮体に重量が与えられるが、先に述べたように、これは海洋波の振幅が小さくなるのに従い浮体が下降する際に有益である。この実施形態例では、複数の空胴が配置されており、図３に示したような底部側の部分に配置される開口３ｈ、３ｆに対応する開口は、複数の空胴３６の底部側の部分をそれぞれ開放することによって置き換えられている。浮体の底部全体のうち一部が海面から飛び出ると、飛び出たために自由大気と接触した部分の空胴３６が空になる。しかしながら、水が入ったままの空胴がまだ数多く残されていることから、重量損失に与える影響はほとんどない。しかしながら、この設計は、いわゆるスラミング問題に対する解決策を与えるものである。

波が不規則である場合、浮体の底部が水面から頻繁に飛び出ると考えられる。浮体が再び下降すると、底面のうち海面から離れた部分が再び海面へ突入する。底は平面であると考えられることから、構造体への衝撃は恐るべきものであり構造体を損傷する可能性がある。図１４ａに示した例では、底面のうち再度水に当たる面は、空になった空胴３６の開放された底面となる。したがって、波に当たる面は実際には空気である。空胴３６の内部は急速に水で満たされ始め、空胴３６に進入してくる水の水面と空胴３６の天井との間の空気は圧縮され、空胴３６の天井に位置する一方向ベント３１を通して空気が外へ逃がされる。しかしながら、一方向ベントの空気を外へ逃がす機能が、例えばベントの開口のサイズが縮小されたことによって低減されている場合、ベントが完全に開放されている場合よりもゆっくりと空気が外へ逃がされる。したがって、このような構成は、浮体の底部が水に当たる際に緩衝効果をもたらす。この緩衝効果または減衰効果は、スラミングによる構造体への影響を緩和する。図１４ｂは、上から見た場合の空胴および一方向ベントを示し、図１４ｃは浮体の透視斜視図を示す。

本発明の他の実施形態例において、波を内部に入り込ませる機能を提供しかつ水面に対向する浮体は、いかなる形状のものも本発明の範囲に含まれるものとされる。

スラミング問題を緩和する浮体についての上記例の別の興味深い態様は、海洋波発電プラントの固有振動数の共振または同期を達成するための解決策においても使用できることである。水の質量を追加することによって、保持する必要のある追加重量を得てもよい。さらに、浮体の空胴内に入れる水の量によって振動数を同調させてもよいことは容易に理解される。重量の増加はさらなる水を追加することによって行われ、重量の低減は浮体から水を抜くことによって行われる。あるいは、例えば空胴３６の上面の位置を調節することによって、空胴３６のサイズを調節してもよい。

本発明の別の実施形態例において、特定の卓越波浪の周期においてフライホイールを使用しそれに適合させる。微調整は、浮体内の水位を調節することによって行う。少なくとも第２空胴３６の内部には常にいくらかの圧縮空気が存在することから、上記の調整は一方向ベント３１、３２を開放することによって行ってもよく、次いで少なくとも第２空胴３６から空気が抜かれ、その結果、少なくとも第２空胴３６内にさらに水が供給される。また、ポンプなどを利用する他の方法も適用することができる。

本発明の別の態様では、本発明による海洋発電プラントを費用効果的に設置するための方法が提供される。上記の種々の構造体は機器に課される巨大な荷重となる可能性があり、上述された運転のためのロジスティックは複雑となる可能性がある。単純かつ効果的な海洋波発電プラントを提供する必要があり、その設置も簡単である必要がある。また、海洋波発電プラントの設置場所を移動または変更するための解決策を提供することも本発明の範囲に含まれる。設置場所の状況が変化すると、設備を移動する必要性が出てくる可能性がある。他の理由としては、メンテナンス、既存の船舶航路との競合などが挙げられる。本発明によれば、アップリフト浮体２の具体例は、設置場所に沈められる海洋波発電プラント構造体の一部として提供されてもよく、外海において支持構造体を安定化させる。したがって、次なる課題は、海洋波発電プラントの特定の実施形態を特定の場所に運搬し、次いで設備を沈めてアンカー用質量体９ｅに固定することである。

また、例えば設置場所の水深などに関して設計上の制限があることから、海洋波発電プラントの位置決定は一定の精度で行わなければならないこと、およびアップリフト浮体２によって得られる揚力はかなり大きいことを念頭においておくことも重要である。

図７および図７ａは、本発明による自己浮上式アンカー９０ならびにその作動方法および設置方法を図示している。

図示した自己浮上式アンカー９０の具体例は、石（砂利）の層９５が充填されたケーシング９１を備える。ケーシング９１の残りの容積９４は水または空気が充填されていてもよく、自己浮上式アンカーの側面のうちの１面には、空胴９４から例えば水または空気などを抜いて空にするために使用できるバルブ９７が存在する。バルブ９２ｂと管９３ｂ、およびバルブ９２ａとホース９３ａは、例えば自己浮上式アンカー９０の頂面などから海洋波発電プラントの頂点に至るまで伸長させることが可能である。アップリフト浮体２の底面に配置されたブラケット９ｃに接続されたアンカーチェーン９６との接続点は、自己浮上式アンカー９０の頂面に設けられた深い凹部に設けられる。このようにすると、アンカーポイントは、空胴９４の底にひかれた砂利９５（質量中心）に近くなる。

一実施形態例において、自己浮上式アンカー９０は次のように機能する。本発明による一実施形態例の構造体を係留場所に運搬する際（図７ａ）、自己浮上式アンカーの容積の一部９４には圧縮空気を含ませ、残りの容積９５には石（または砂利）が充填されるが、この状態ではまだアンカーは水面に浮くことができる。次いで構造体は、アンカー９０の頂面に位置する固定用ブラケット９６と海洋波発電プラントの支持構造体の下端を終端しかつアップリフト浮体２の下に配置された固定用ブラケット９ｃとの間のチェーン、ロープまたは他の柔軟性要素によってアンカーに取り付けられる。アンカー９０およびアップリフト浮体２による浮力によって、組み合わせた構造体全体を海面上に浮かせることが可能となる。

したがって、組み合わせた構造体を設置場所へと船で曳航することが可能である。本発明による海洋波発電プラントの設置方法の一例では、空胴９４を水で満たすことによって設備全体を海底へと沈める。一方法における第１工程は、アップリフト浮体２を備える海洋波発電プラントの支持構造体にアンカー９０を固定することを含む。発電用サブシステム（例えば、図１におけるサブシステムＡ）を支持構造体の頂端に設置する場合、さらなる工程において、運搬中に発電用サブシステムを船に乗せて運んでもよい。図２および図９で示したように発電サブシステムをアップリフト浮体の内部に配置する場合、発電用サブシステムをアップリフト浮体２の内部に入れて運ぶことができる。発電サブシステムの可動部品はロックピンでロックしておいてもよく、ロックピンは、さらなる工程において、アップリフト浮体２の頂部側から利用可能なチェーンまたはロープを介して引き抜くことにより外すことができる。このチェーンまたはロープの使用は、開放可能なカバーを介して行ってもよく、このカバーは利用後さらなる工程において再度固定することが可能である。構造体を図７ａに示すように運搬するとき、図１、図２または図４の実施形態例に示したような態様で浮体３を支持構造体にも伝動部材にも取り付ける必要はない。

しかしながら、浮体３は、図７ａに示したアセンブリを備えた構造体から分離して曳航してもよい。したがって、次なる課題は、浮体３と、発電サブシステムと、支持構造体とを１つの機能的な波力発電プラントに組み立てることができるかどうかにある。

システムを自己浮上式アンカーとともに設置した後、船上のクレーンを用いて浮体を持ち上げ、支持構造体上に配置してもよい。発電サブシステムの支持構造体頂端への組立ても、船上のクレーンを用いてサブシステムを持ち上げて配置し、次いでサブシステムを支持構造体に固定することによって行うことができる。

また、浮体の貫通穴の中心を通る中心線に沿って浮体を分割することによって２つの部分に分けられた浮体３を提供することも本発明の範囲に含まれる。２つに分けたものを例えばボルトなどでつなぎ合わせると、全体としての形は浮体全体の形と同じになる。浮体を設置場所において支持構造体に取り付ける場合、浮体の半分それぞれを反対側から支持構造体の方向に移動させることが可能であり、これによって支持構造体を貫通穴に通す際に２つに分けられた浮体をつなぎ合わせることが可能となる。

さらに、支持構造体（１ａ、１ｂ）上に組み立てた浮体（３）を運搬することも本発明の範囲に含まれる。これは、浮きを浮体（３）の端に配置することによって行うこともできる。次いで、設備を船で曳航する際に浮体（３）を水上に配置する。

伝動部材の組立ては、例えばそれがラックアンドピニオンギアを備える固定シャフトであるか、ワイヤのような柔軟性伝動部材であるかによって幾分異なる可能性がある。固定シャフトは、構造体を曳航する前に組み立てられて支持構造体の一部とすることが可能である。浮体３の固定伝動部材への取り付けは、運動制限装置を浮体３の中心に取り付けることを含む工程により行うことができる。運動制限装置の実施形態例は、このような組立てを単純化するために具体化されたものである。

容易に理解されるように、柔軟性伝動部材の組立ては、他のすべての部品を組み立てた後に行うことが可能である。しかしながら、図１ｂの支柱１ａのように、柔軟性部材が支持構造体のうちの１つの内部に配置される場合、柔軟性部材を設備の一部として曳航することが可能である。柔軟性部材のうち発電サブシステムおよび／または浮体３に動作可能に接続されていない部分は、例えば滑車６ｂに取り付けられるなどして余分な滑車に巻いて運搬する場合もある。発電サブシステムを取り付け、浮体３を所定の位置に配置した後、柔軟性伝動部材をそれぞれの作動位置に取り付けることができる。

構造体を所望の海底設置場所上に曳航した後、バルブ９７を開いて空胴９４内へ水を充填しつつ、バルブ９２ａおよび／または９２ｂを開放して水の充填に伴って押し出される容積９４からの空気を外へ逃がすことによって、アンカーを沈める。例えば、容積９４が水で満たされるとアンカーは重量を増し、それによってアンカーが沈む。バルブ９２ａおよび９２ｂのうちの一方のみを用いることができる。しかしながら、２つのバルブを用いると、自己浮上式アンカーの沈降または上昇の速度を制御することが可能である。この後、設置が完了するとバルブ９２ａおよび９２ｂは閉じられる。このような特徴は、発電サブシステムと浮体３との組立てプロセスでも使用することができる。構造体を所望の設置場所に直接曳航する代わりに、構造体を沈ませることができるが構造体がなお海中に浮いた状態となるさらに深い水深へと、支持構造体の頂部が海面下に沈み浮体が支持構造体の頂部よりも上方に位置する状態で構造体をまず曳航する。次の工程において、加圧された空気を例えばホース９３ａなどに吹き込み、バルブ９２ａおよび９２ｂを開放する。海中であっても、加圧された空気はこれらのバルブに水が進入することを防ぐ。加圧された空気は容積９４に充填されていた水を押し出して空にし、構造体全体が浮体の中心の貫通穴を通った状態で立ち上げられる。次の工程において、運動制限装置を浮体３に取り付ける前に、運動制限装置を支持構造体の周囲に組み立てる。この作業の後、発電サブシステムを位置決めし支持構造体に取り付けることができる。次いで、発電サブシステムおよび浮体の頂部側に柔軟性伝動部材を容易に正しく取り付けられることができる。次の工程において、引き続き空気をポンピングして入れ、容積９４から水を排出する。設備が水中に高く浮いてくれば、柔軟性伝動部材の他端を浮体３の底部側に取り付けることができる。次の工程において、完全に組み立てられた設備を所望の配置場所に曳航し、次いで、先に述べたように容積９４内に水を充填する。

２つのバルブ９２ａおよび９２ｂによる構成は、設備を沈めたり持ち上げたりする作業において異なる方法で利用されてもよい。しかしながら、構造体を持ち上げる際には、これらのバルブのうちの少なくとも一方を用いて増大する空気圧を相殺することが重要である。この状況は、人が水中で上昇するときの状況に似ている。人が上昇する際には、肺の中での空気の膨張を相殺するために肺からいくらかの空気を吐き出さなければならない。

沈めたり持ち上げたりできる自己浮上式アンカー９０の上記の特徴は、設備をある場所から別の場所へと移動する際に使用してもよく、あるいは、設備の実施されうる修理およびメンテナンスを容易にするために、設備を海底から浮上する際に使用してもよい。

自己浮上式アンカーを利用することによって、構造体を所望の海底設置場所に簡単かつ容易に配置することができ、海洋波発電プラント構造のメンテナンス条件をより単純なものとし、最も重要なことには、自己浮上式アンカー９０を用いることにより、海底の設置場所においてこのシステムを永久的に配置およびメンテナンスするためのコストを大幅に低減できる。

しかしながら、時として、例えば海底がゆるい砂地であることに起因して、自己浮上式アンカーが海底深くに埋もれてしまう場合がある。そうすると、先に述べたような方法によって設備を持ち上げることが困難な場合がある。この場合、自己浮上式アンカーに取り付けられたチェーン９６を緩めることが可能である。このような状況ではより長いチェーンを利用することが可能であることから、設備は依然として制御することができる。浮体２によって設備を直立位に保持してもよい。

本発明の一実施形態例によれば、
海洋発電プラントを設置するための方法は、
自己浮上式アンカー９０を海洋発電プラントに取り付ける工程、
ベント９２ｂを閉鎖する一方、ベント９２ａおよびホース９３ａを介して自己浮上式アンカー９０の空胴９４に圧縮空気を充填することによって、自己浮上式アンカー９０を海上に浮かせる工程、
海洋発電プラントの設置予定場所まで海洋発電プラントを自己浮上式アンカー９０とともに曳航する工程、ならびに
ベント９２ａおよびベント９２ｂを開放することによりベント９２ａおよびベント９２ａに接続されたホース９３ａを介して空胴９４の内部に水を充填し、かつホース９３ｂを介し次いでベント９２ｂを通して空胴９４内の圧縮空気を外へ逃がすことによって、自己浮上式アンカー９０を沈める工程
を含む。

図１３ａおよび図１３ｂは、本発明による水中波力発電プラントを３つ備えるシステムを図示している。３つの波力発電プラントは、組み合わされたシステムの頂部では剛性接続部８０ａを介して、底部では剛性接続部８０ｂを介して相互に接続されている。図１３に示すように、アップリフト浮体２は、自己浮上式アンカー９０の内部にぴったりとはめ込まれ、例えば船などによって運搬することができる。図１３ａは、どのように自己浮上式アンカー９０がアンカーチェーン９ｃによって降下され、所定位置に保持されうるかを図示している。図１３に示すように、アンカーチェーン９ｃは、自己浮上式アンカー９０の底部に存在する空間に巻いて収納してもよい。この特徴により、実際の設置場所に合った長さのアンカーチェーンを巻き出すだけでよいことから、アンカーチェーンの長さは標準的なものとすることができる。

自己浮上式アンカーの別の実施形態例によれば、図１３ｂに示すように、自己浮上式アンカーの真下の海底に爆発物を配置することが可能である。本体と底面との接触面には真空効果が存在すると考えられることから、本体を持ち上げようとしても、海底に対面する表面は所定位置に保持されうることが先行技術において知られている。自己浮上式アンカーをまさに移動しようとするとき、爆発物を点火させて真空効果を打ち消す。

本発明の別の実施形態例は、可動部品の潤滑性を持続させるための様々な解決策を含む。例えば、ラックアンドピニオンギアの周囲に伸縮自在に配置されるカバーは、グラファイトグリースを含んでもよい。このような構成はラックアンドピニオンギアを保護すると同時に、潤滑性を提供している。システムの運転を持続するための潤滑物質および潤滑システムはいかなるものも含むことは本発明の範囲に含まれる。

本発明の別の実施形態例は、海上の設備への着氷による影響を軽減するための構成を含む。例えば、構造部品を加熱して設備の除氷を行なうことは本発明の範囲に含まれる。さらに、環境からの影響および損傷から設備を保護するために、設備に任意のカプセル、保護物などを提供することも本発明の範囲に含まれる。例えば、浮体３は、貫通穴を保護する柔軟性カバーを頂面に備えていてもよい。

Claims (21)

1. 海洋波発電プラントであって、
   海中に設置する際に質量体（９ｅ）の一点に係留される固定用ブラケット（９ｃ）によって下端が終端された支持構造体（１ａ、１ｂ）と、
   前記支持構造体（１ａ、１ｂ）に取り付けられており、海中に設置する際に海洋波発電プラントに浮揚力を与える水中アップリフト浮体（２）と、
   前記支持構造体（１ａ、１ｂ）の上端を終端する発電サブシステム（Ａ）と、
   一端が浮体（３）に取り付けられ、他端が前記発電サブシステム（Ａ）に取り付けられており、前記浮体（３）からの波の動きを前記発電サブシステム（Ａ）に伝達する伝動部材（４、４ａ、１８）とを備える機能ユニットを相互接続することよって提供され、
   前記支持構造体（１ａ、１ｂ）と、前記浮体（３）と、前記水中アップリフト浮体（２）と、前記固定用ブラケット（９ｃ）と、前記発電サブシステム（Ａ）と、前記質量体（９ｅ）と、前記伝動部材（４、４ａ、１８）の少なくとも一部とが共通軸に沿って作動可能に相互接続されて配置されていること、
   個々の機能ユニットが前記共通軸を中心として可能な限り重量対称的に配置されていること、
   前記支持構造体（１ａ、１ｂ）が前記浮体（３）の貫通穴を通って案内され、前記水中アップリフト浮体（２）に固定されていること、
   前記貫通穴の中心に、水平面および垂直面における前記浮体（３）の運動を制限するための運動制限装置すなわち運動制限構成（１００）が配置されていること、
   前記伝動部材（４、４ａ、１８）のうち前記共通軸に沿って配置されている部分が前記運動制限装置（１００）の中心点に接続されており、これによって前記浮体（３）の上下運動を前記発電サブシステム（Ａ）に伝達すること、
   前記浮体（３）が軽量材料から製造された本体を備えていること、
   前記浮体（３）を水中に配置する際に、前記浮体（３）の底部側（３４）に位置する少なくとも２つの開口（３ｆ、３ｈ）それぞれを介して、少なくとも第１空胴（３３）を空気で充填することができ、かつ少なくとも第２空胴（３６）を水で充填することができること、
   開口を備えた一方向ベント（３１、３２）が前記浮体（３）の頂面に配置されており、該一方向ベント（３１、３２）は、前記少なくとも第２空胴（３６）が水で充填された際に前記少なくとも第２空胴（３６）からの空気を外へ逃がすチャネルを提供すること、
   前記一方向ベント（３１、３２）の開口のサイズが縮小されていることによって、逃がされる空気量が減りスラミングによる影響が低減されることを特徴とする海洋波発電プラント。
2. 前記伝動部材（４、４ａ）が柔軟性伝動部材であり、
   前記発電サブシステム（Ａ）が、発電機（７）のシャフト（７ａ）を駆動する両方向から一方向への変換機構を備える場合において、
   前記シャフト（７ａ）が、前記伝動部材（４ａ）が巻き付けられた第１滑車（５ａ）を備え、
   前記第１滑車（５ａ）が、前記シャフト（７ａ）に接続される第１フリーホイール装置（５１）を備えており、
   前記伝動部材（４ａ）が、前記支持構造体（１ａ）から延びて案内されて前記第１滑車（５ａ）の前側で係合され、
   次いで前記伝動部材は前記滑車（５ａ）の後側から延び、前記伝動部材（４、４ａ）に張力を与える支持アーム（１２）により支持された滑車（６ａ）に案内されて滑車（６ａ）に巻き付けられ、
   次いで前記伝動部材（４）は、前記シャフト（７ａ）に接続される第２フリーホイール装置（５２）を備える第２滑車（５ｂ）に案内され、
   次いで前記伝動部材（４）は前記滑車（５ｂ）の後側で係合されて、前記滑車（５ｂ）の前側から延びて案内され、
   次いで前記伝動部材（４）は前記海洋波発電プラントの軸に沿って前記浮体（３）に案内されることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
3. 前記伝動部材（１８）がラックアンドピニオンギアを備え、
   前記発電サブシステム（Ａ）が、発電機（７）のシャフト（７ａ）を駆動する両方向から一方向への変換機構を備える場合において、
   前記ラックアンドピニオンギアが、互いに上下に配置された２つの第一ギア（１７ａ）および第二ギア（１７ｂ）を備え、これらのギアが前記ラック（１８）と同時に係合しており、
   前記第一ギア（１７ａ）が第一シャフト（１９ａ）を介して第１フリーホイール装置（５１）に接続され、第１フリーホイール装置（５１）が第三シャフト（１９ｃ）上の第三ギア（１７ｃ）に係合しており、
   前記第三ギア（１７ｃ）が第四シャフト（１９ｄ）上の第四ギア（１７ｄ）に係合し、第四シャフト（１９ｄ）が一端で前記発電機（７）の前記シャフト（７ａ）に接続され、他端で第二シャフト（１９ｂ）上の第２フリーホイール装置（５２）に接続されており、
   前記第２フリーホイール装置（５２）が第二シャフト（１９ｂ）を介して前記第二ギア（１７ｂ）に接続され、前記第二ギア（１７ｂ）は前記ラック（１８）に係合しており、
   前記第１フリーホイール装置（５１）および前記第２フリーホイール装置（５２）は、前記ラック（１８）が上昇したり下降すると、それぞれの場合において片方ずつ係合されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
4. 前記柔軟性伝動部材（４、４ａ、１８）が、ロープ、ワイヤ、チェーン、ラックなどの種々の材料から作成できること、またはロープ、ワイヤ、チェーン、ラックなどの材料から作成できる個々の材料部品を様々に相互接続して作成できることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
5. 前記伝動部材（４、４ａ、１８）の上下両方向への運動が、第五シャフト（１９ｅ）に接続された第五入力ギア（１７ｅ）を介して伝達されて、第七出力シャフト（１９ｇ）の一方向運動へと変換される場合において、
   前記第五シャフト（１９ｅ）が第１フリーホイール装置（５１）と第２フリーホイール装置（５２）とを備え、
   前記第１フリーホイール装置（５１）の外部ハウジングに第六ギア（１７ｆ）が接続され、前記第２フリーホイール装置（５２）の外部ハウジングに第七ギア（１７ｇ）が接続されており、
   前記第七ギア（１７ｇ）が第八ギア（１７ｈ）に接続され、第八ギア（１７ｈ）は前記第七出力シャフト（１９ｇ）に接続されており、前記第七出力シャフト（１９ｇ）の他端は第十ギア（１７ｋ）に接続され、第十ギア（１７ｋ）はさらに第九ギア（１７ｊ）に接続され、第九ギア（１７ｊ）は前記第六ギア（１７ｆ）にも接続されており、
   前記第１フリーホイール装置（５１）および前記第２フリーホイール装置（５２）は、前記第五入力ギア（１７ｅ）が規定の一方向またはその逆方向に回転すると、それぞれの場合において片方ずつ係合されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
6. 前記アップリフト浮体（２）が、前記アップリフト浮体（２）の頂部側から延長された水密カプセルを備えて配置され、該カプセルが、前記支持構造体（１ａ、１ｂ）と前記伝動部材（４、４ａ、１８）とを少なくとも部分的に内包し、かつ前記浮体（３）の前記貫通穴を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
7. 前記伝動部材がラック（１８）である場合において、前記運動制限装置（１００）が１つのボールジョイント（３０１）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
8. 前記アンカー用質量体（９ｅ）が自己浮上式アンカー装置（９０）として提供される場合において、
   前記アンカー用質量体（９ｅ）が、
   底に砂利（９５）が部分的に充填された空胴（９４）と、
   前記自己浮上式アンカー（９０）の頂面に設けられた凹部と、
   前記凹部に備えられ、凹部の底に位置する前記砂利（９５）の近くに配置された固定用ブラケットと、
   前記自己浮上式アンカー（９０）の１面に設けられた開口と第１バルブ（９２ａ）とに接続された第１ホース（９３ａ）と、
   前記自己浮上式アンカー（９０）の１面に設けられた開口と第２バルブ（９２ｂ）とに接続された第２ホース（９３ｂ）と、
   流体連絡路に配置された少なくとも１つの第３のバルブ（９７）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
9. 頂部にダンパ（１３ａ、１３ｂ）を備えた前記支持構造体（１ａ、１ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
10. 前記アップリフト浮体（２）の頂面にダンパ（１６ｃ）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
11. 前記浮体（３）が細長い形状であることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
12. 前記浮体（３）が丸い形状であることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
13. 前記海洋波発電プラントの特定の設置場所において、前記海洋波発電プラントの固有振動数と卓越海洋波の周期とが同期するように計算された質量を有するフライホイール（２５）が、前記発電サブシステム（Ａ）と作動可能に接触している回転シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
14. 前記フライホイール（２５）が、薄く分割された複数の材料要素として配置されており、該材料要素は、前記フライホイール（２５）が取り付けられている前記回転シャフトに追加したり取り外しすることが可能であり、これによって、前記フライホイール（２５）によりもたらされる慣性効果を調整できることを特徴とする請求項１３に記載の海洋波発電プラント。
15. 前記慣性効果の調整が、前記浮体（３）の前記少なくとも第２空胴（３６）内の水位を調整することによって行われることを特徴とする請求項１４に記載の海洋波発電プラント。
16. 前記少なくとも２つの開口（３ｈ、３ｆ）がそれぞれ、前記浮体（３）の外縁よりも前記貫通穴（３５）寄りに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
17. 前記浮体（３）が、複数の前記第１空胴（３３）と、これらに対応して配置されかつ底面が開放された複数の第２空胴（３６）と、複数の前記第１空胴（３３）それぞれの頂部に配置された一方向ベント（３１、３２）とを備え、
    一方向ベント（３１、３２）が、作動可能に接続された第２空胴（３６）に水が充填されると空気を外へ逃がすための、第２空胴（３６）それぞれから通じたチャネルを提供し、かつ、一方向ベント（３１、３２）の開口のサイズが縮小されていることによって逃がされる空気量が減りスラミングによる影響が低減されることを特徴とする請求項１に記載の海洋波発電プラント。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の海洋波発電プラントを少なくとも２つ備える発電所であって、少なくとも２つの海洋波発電プラントそれぞれが異なる形状の浮体（３）を少なくとも２つ備えることを特徴とする発電所。
19. 海中に設置する際に質量体（９ｅ）の一点に係留される固定用ブラケット（９ｃ）によって下端が終端された支持構造体（１ａ、１ｂ）と、
    前記支持構造体（１ａ、１ｂ）に取り付けられており、海中に設置する際に海洋波発電プラントに浮揚力を与える水中アップリフト浮体（２）と、
    前記支持構造体（１ａ、１ｂ）の上端を終端する発電サブシステム（Ａ）と、
    一端が浮体（３）に取り付けられ、他端が前記発電サブシステム（Ａ）に取り付けられており、前記浮体（３）からの波の動きを前記発電サブシステム（Ａ）に伝達する伝動部材（４、４ａ、１８）とを備える機能ユニットを相互接続することよって提供され、
    前記支持構造体（１ａ、１ｂ）と、前記浮体（３）と、前記水中アップリフト浮体（２）と、前記固定用ブラケット（９ｃ）と、前記発電サブシステム（Ａ）と、前記質量体（９ｅ）と、前記伝動部材（４、４ａ、１８）の少なくとも一部とが共通軸に沿って作動可能に相互接続されて配置されていること、
    個々の機能ユニットが前記共通軸を中心として可能な限り重量対称的に配置されていること、
    前記支持構造体（１ａ、１ｂ）が前記浮体（３）の貫通穴を通って案内され、前記水中アップリフト浮体（２）に固定されていること、
    前記貫通穴の中心に、水平面および垂直面における前記浮体（３）の運動を制限するための運動制限装置すなわち運動制限構成（１００）が配置されていること、
    前記伝動部材（４、４ａ、１８）のうち前記共通軸に沿って配置されている部分が前記運動制限装置（１００）の中心点に接続されており、これによって前記浮体（３）の上下運動を前記発電サブシステム（Ａ）に伝達すること、
    前記浮体（３）が軽量材料から製造された本体を備えていること、
    前記浮体（３）を水中に配置する際に、前記浮体（３）の底部側（３４）に位置する少なくとも２つの開口（３ｆ、３ｈ）それぞれを介して、少なくとも第１空胴（３３）を空気で充填することができ、かつ少なくとも第２空胴（３６）を水で充填することができること、
    開口を備えた一方向ベント（３１、３２）が前記浮体（３）の頂面に配置されており、
    該一方向ベント（３１、３２）は、前記少なくとも第２空胴（３６）が水で充填された際に前記少なくとも第２空胴（３６）からの空気を外へ逃がすチャネルを提供すること、
    前記一方向ベント（３１、３２）の開口のサイズが縮小されていることによって、逃がされる空気量が減りスラミングによる影響が低減される海洋波発電プラントであって、
    前記アンカー用質量体（９ｅ）が自己浮上式アンカー装置（９０）として提供される場合において、
    前記アンカー用質量体（９ｅ）が、
    底に砂利（９５）が部分的に充填された空胴（９４）と、
    前記自己浮上式アンカー（９０）の頂面に設けられた凹部と、
    前記凹部に備えられ、凹部の底に位置する前記砂利（９５）の近くに配置された固定用ブラケットと、
    前記自己浮上式アンカー（９０）の１面に設けられた開口と第１バルブ（９２ａ）とに接続された第１ホース（９３ａ）と、
    前記自己浮上式アンカー（９０）の１面に設けられた開口と第２バルブ（９２ｂ）とに接続された第２ホース（９３ｂ）と、
    流体連絡路に配置された少なくとも１つの第３のバルブ（９７）とを備える海洋波発電プラントを設置するための方法であって、
    前記自己浮上式アンカー（９０）を前記海洋波発電プラントに取り付けること、
    ベント（９２ａ）および／またはベント（９２ｂ）を介して自己浮上式アンカー（９０）の空胴（９４）に圧縮空気を充填することによって、自己浮上式アンカー（９０）を海上に浮かせること、
    海洋波発電プラントの設置予定場所まで海洋波発電プラントを自己浮上式アンカー（９０）とともに曳航すること、ならびに
    ベント（９２ａ）および／またはベント（９２ｂ）を開放することによりベント（９７）を介して空胴（９４）の内部に水を充填し、かつベント（９２ａ）および／またはベント（９２ｂ）を通して空胴（９４）内の圧縮空気を外へ逃がすことによって、自己浮上式アンカー（９０）を沈めることを含む方法。
20. 設置した海洋波発電プラントの前記ベント（９２ａ）および／または前記ベント（９２ｂ）を開放し、次いで前記ベント（９２ａ）および／または前記ベント（９２ｂ）に圧縮空気を吹き込み、次いで前記バルブ（９７）を介して前記空胴（９４）に閉じ込めた水を排出して空にすることによって、海洋波発電プラントを設置した場所から再度持ち上げることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記設置した海洋波発電プラントを持ち上げる工程が、前記自己浮上式アンカー（９０）の真下に配置した爆発物に点火することをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

Images