(57)【要約】電気を生成するシステムは、水域からの波の運動を機械的エネルギーに変換するように動作可能なポンプを含む。ポンプは、動作流体がそこを通してポンプに入り得る入力ポートと、動作流体がそこを通してポンプから出得る出力ポートとを含む。第１の出口ラインおよび第２の出口ラインは、ポンプの出力ポートに流体的に結合されている。第１のリザーバは第１の出口ラインに流体的に接続され、第２のリザーバは第２の出口ラインに流体的に接続され、両方のリザーバは、出力ポートを通して駆動される動作流体を選択的に受け入れる能力がある。
2008524496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を生成する方法であって、
波の運動を機械的動力に変換することと、
該機械的動力を使用して第１の動作流体を第１のリザーバに駆動することと、
該機械的動力を使用して第２の動作流体を第２のリザーバに駆動することと、
該第１および第２のリザーバのうちの少なくとも一つから該動作流体を流すことと、
該流れる動作流体の運動エネルギーの少なくとも一部分を電気エネルギーに変換することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記第１および第２のリザーバは、陸上のリザーバである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のリザーバは、前記第２のリザーバよりも低い高度に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の動作流体は、前記第２の動作流体と同一である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の動作流体は、水である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の動作流体は、空気である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記波の運動を機械的動力に変換することは、前記波の運動に応じてピストンを第１の方向および第２の方向に運動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の動作流体を駆動することは、
ピストンを第２の方向に運動させることによって、前記波の運動に応じて前記動作流体を吸い込むことと、
該ピストンを第１の方向に運動させることによって、前記波の運動に応じて前記動作流体を排出することと
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の動作流体は、第１の大きさの波の運動に応じて駆動され、
前記第２の動作流体は、第２の大きさの波の運動に応じて駆動される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のリザーバは、前記第２のリザーバよりも低い高度に位置し、
前記第１の動作流体は、第１の大きさの波の運動に応じて前記第１のリザーバに駆動され、
前記第２の動作流体は、第２の大きさの波の運動に応じて前記第２のリザーバに駆動され、
該第２の大きさは、該第１の大きさよりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２のリザーバは、陸上のリザーバである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記動作流体を流す前記ステップは、該動作流体の前記運動エネルギーを前記電気エネルギーに変換するために、該動作流体を重力によって下降させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記動作流体を流す前記ステップは、前記動作流体の前記運動エネルギーを前記電気エネルギーに変換することのために、圧力を利用して該動作流体を流すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記動作流体を変換する前記ステップは、前記流れる動作流体を使用してタービンを駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電気エネルギーを電力グリッドに印加することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
電気を生成するシステムであって、
水域に位置し、該水域からの波の運動を機械的エネルギーに変換するように動作可能なポンプであって、該ポンプは、入力ポートと出力ポートとを含み、該入力ポートを通して動作流体を吸い込み、該出力ポートを通して該動作流体を駆動するように動作可能である、ポンプと、
該ポンプの該出力ポートに流体的に結合された第１の出口ラインであって、該第１の出口ラインは該出力ポートを通して外部に駆動された該動作流体を受け取ることが可能である、第１の出口ラインと、
該ポンプの該出力ポートに流体的に結合された第２の出口ラインであって、該第２の出口ラインは該出力ポートを通して外部に駆動された該動作流体を受け取ることが可能である、第２の出口ラインと、
該第１の出口ラインと流体的に結合された第１のリザーバと、
該第２の出口ラインと流体的に結合された第２のリザーバと
を備える、システム。
【請求項１７】
前記ポンプは、
波の運動に応じて運動し、前記動作流体を駆動するように動作可能な、浮力ブロックをさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ポンプは、
波の運動に応じて第１の方向および第２の方向に運動するように動作可能な浮力ブロックと、
該浮力ブロックに接続され、ピストンチャンバ内に位置するピストンであって、該浮力ブロックが該第１の方向および該第２の方向に運動するときに、該浮力ブロックは該ピストンを往復的に駆動し、該ピストンは、該ピストンチャンバ内で運動することによって、該浮力ブロックが該第２の方向に運動するときに該動作流体を吸い込み、該浮力ブロックが該第１の方向に運動するときに該動作流体を駆動する、ピストンと
をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の方向は上であり、前記第２の方向は下である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記浮力ブロックは、該浮力ブロックが第１の体積に調整されるときに第１の最大浮力を提供し、該浮力ブロックが第２の体積に調整されるときに第２の最大浮力を提供するように、体積を調整可能である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記浮力ブロックは、軸方向に調整可能である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記浮力ブロックは、伸縮自在に調整可能である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記浮力ブロックは、半径方向に調整可能である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の体積は、前記第２の体積よりも小さく、
前記第１の最大浮力は、前記第２の最大浮力よりも小さい、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記浮力ブロックは、平均的な波の高さに基づいて、前記第１および第２の体積のうちの一つに調整される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記浮力ブロックは、前記ポンプが第１の平均的な波の高さの波にさらされるときに、前記第１の体積に調整され、
該浮力ブロックは、該ポンプが第２の平均的な波の高さの波にさらされるときに、前記第２の体積に調整される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の平均的な波の高さは、前記第２の平均的な波の高さよりも低く、
前記第１の体積は、前記第２の体積よりも小さく、
前記第１の最大浮力は、前記第２の最大浮力よりも小さい、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１のリザーバは、前記第２のリザーバよりも低い高度に配置される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の平均的な波の高さは、前記第２の平均的な波の高さよりも低く、
前記第１の体積は、前記第２の体積よりも小さく、
前記第１の最大浮力は、前記第２の最大浮力よりも小さく、
前記第１のリザーバは、前記第２のリザーバよりも低い高度に配置される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記浮力ブロックが前記第１の体積に調整されるときに、前記動作流体は、前記第１の出口ラインを通して前記第１のリザーバに向けられ、
該浮力ブロックが前記第２の体積に調整されるときに、該動作流体は、前記第２の出口ラインを通して前記第２のリザーバに向けられる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記リザーバのうちの少なくとも一つは、前記ポンプの上に搭載されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項３２】
前記動作流体は、第１の動作流体と、該第１の動作流体とは異なる第２の動作流体とを含み、
該第１の動作流体は、前記第１のリザーバにポンピングされ、
該第２の動作流体は、前記第２のリザーバにポンピングされる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１の動作流体は水であり、前記第２の動作流体は空気である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ポンプは、
波の運動に応じて運動し、かつ前記動作流体を駆動するように動作可能な、浮力ブロックと、
該浮力ブロックの浸水を可能にする、該浮力ブロックと動作可能に関連する、リリーフポートと
をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項３５】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える浮力を及ぼすときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記浮力ブロックが前記水域の表面の下の所定の深さを超えるときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える波の高さを有する波に遭遇するときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３８】
前記動作流体は、水である第１の動作流体と、空気である第２の動作流体とを含み、
該第１の動作流体は、前記第１のリザーバにポンピングされ、
該第２の動作流体は、前記第２のリザーバにポンピングされる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記第２のリザーバは、前記ポンプ上に搭載されている空気タンクであり、加圧された空気を格納するために使用される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記空気タンクは、前記浮力ブロックに流体的に接続され、該空気タンクから該浮力ブロックの中に空気を方向転換させることによって、浸水後に該浮力ブロックを上昇させる、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
加圧された気体源が前記浮力ブロックに流体的に接続されることによって、浸水後に該浮力ブロックを上昇させる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第１および第２のリザーバは、陸上のリザーバである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項４３】
駆動する流体の中で使用される浮力ポンプであって、
浮力ブロックハウジングであって、その中に浮力チャンバを定義し、該浮力チャンバを通して該駆動する流体が流れ得る、浮力ブロックハウジングと、
該浮力チャンバ内に配置された浮力ブロックであって、該浮力チャンバ内の該駆動する流体の上昇に応じて第１の方向に、該浮力チャンバ内の該駆動する流体の下降に応じて第２の方向に、軸方向に運動する、浮力ブロックと、
該浮力ブロックハウジングに接続されたピストンシリンダと、
該ピストンシリンダ内に配置された少なくとも一つの弁であって、該浮力ブロックの該第２の方向への運動に応じて入口として動作し、該浮力ブロックの該第１の方向への運動に応じて出口として動作する、弁と、
該ピストンシリンダ内にスライド可能に配置され、該浮力ブロックに接続された、ピストンであって、該ピストンは、該第１および第２の方向に運動可能であり、該浮力ブロックの該第２の方向への運動に応じて、動作流体を該少なくとも一つの弁を通して該ピストンシリンダの中に引き込み、該浮力ブロックの該第１の方向への運動に応じて、該動作流体を該少なくとも一つの弁を通して出力する、ピストンと、
該浮力ブロックの浸水を可能にするように、該浮力ブロックと動作可能に関連づけられたリリーフポートと
を備える、浮力ポンプ。
【請求項４４】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える浮力を及ぼすときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記浮力ブロックが前記水域の表面の下の所定の深さを超えるときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える波の高さを有する波に遭遇するときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４７】
前記駆動する流体および前記動作流体は、同一の種類の流体である、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４８】
前記駆動する流体は、前記浮力ブロックを浸水させるために使用される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４９】
前記浮力ブロックが浸水されないときに、前記リリーフポートを密閉するように、該リリーフポートによって受け止められる、ストッパと、
該ストッパに接続されたつなぎであって、前記第１の方向における所定の限界を超える運動が該リリーフポートから該ストッパを押しのけ、それによって該浮力ブロックを浸水させる、つなぎと
をさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５０】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと、
前記駆動する流体の圧力を監視するために該コントローラに接続された圧力センサと
をさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５１】
前記駆動する流体の前記圧力が所定の限界を超えるときに、前記リリーフ弁が開けられる、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと、
前記浮力ブロックに近い波の高さを監視するように該コントローラに接続されたセンサと
をさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５３】
前記波のうちの少なくとも一つの高さが所定の限界を超えるときに、前記リリーフ弁が開かれる、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと
をさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記コントローラが遠隔で操作される、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
浸水の後に前記浮力ブロックを解放するように該浮力ブロックに流体的に接続された加圧された気体源をさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５７】
前記加圧された気体源は、前記ポンプ上に搭載されている、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
水域において使用されるための浮力ポンプであって、
該水域からの波の運動に反応し、該水域における波の上昇および下降に応じて第１の方向および第２の方向に往復運動をすることによって動作流体を駆動するように動作可能な、浮力ブロックと、
該浮力ブロックの浸水を可能にするように該浮力ブロックに動作可能に関連づけられたリリーフポートと
を備える、浮力ポンプ。
【請求項５９】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える浮力を及ぼすときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記浮力ブロックが前記水域の表面の下の所定の深さを超えるときに、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記浮力ブロックが所定の限界を超える波の高さを有する波に遭遇するように、該浮力ブロックの浸水が生じる、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６２】
前記浮力ブロックが浸水されないときに、前記リリーフポートを密閉するために、該リリーフポートによって受け止められる、ストッパと、
該ストッパに接続されたつなぎであって、前記第１の方向における所定の限界を超える該浮力ブロックの運動が該リリーフポートから該ストッパを押しのけ、それによって該浮力ブロックを浸水させる、つなぎと
をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６３】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと、
前記浮力ブロックの近くの前記水域の圧力を監視するように該コントローラに接続された圧力センサと
をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６４】
前記水域の圧力が所定の限界を超えるときに、前記リリーフ弁が開かれる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと、
前記浮力ブロックに近い波の高さを監視するように該コントローラに接続されたセンサと
をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６６】
前記波のうちの少なくとも一つの高さが所定の限界を超えるときに、前記リリーフ弁が開かれる、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記リリーフポートと動作可能に関連づけられたリリーフ弁と、
該リリーフ弁を選択的に開閉するように該リリーフ弁に接続されたコントローラと
をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６８】
前記コントローラが遠隔で操作される、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
浸水の後に前記浮力ブロックを解放するように該浮力ブロックに流体的に接続された加圧された気体源をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記加圧された気体源は、前記ポンプ上に搭載されている、請求項６９に記載のシステム。
【請求項７１】
前記浮力ブロックに接続され、ピストンチャンバ内に位置するピストンであって、該浮力ブロックが前記第１の方向および前記第２の方向に運動するときに、該浮力ブロックは前記ピストンを往復的に駆動し、該ピストンは、該ピストンチャンバ内で運動することによって、該浮力ブロックが該第２の方向に運動するときに該動作流体を吸い込み、該浮力ブロックが該第１の方向に運動するときに該動作流体を駆動する、ピストンをさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項７２】
水域において使用される浮力ポンプであって、
複数の間隔を空けて配置された複数の杭打ちであって、浮力チャンバをその間に定義する複数の杭打ちを有する浮力ブロックハウジングと、
該浮力チャンバ内に配置され、該水域における波の上昇および下降に応じて第１の方向および第２の方向に往復運動することによって動作流体を駆動するように操作可能な浮力ブロックと、
該浮力ブロックの外面に配置された少なくとも一つのスライドマウントであって、該スライドマウントは、該浮力ブロックが該浮力チャンバ内で往復運動をするときに該浮力ブロックを案内するように該杭打ちの一つを受け入れるように方向づけられた案内通路を含む、スライドマウントと
を備える、浮力ポンプ。
【請求項７３】
前記浮力ブロックに接続され、ピストンチャンバ内に位置するピストンであって、該浮力ブロックが該第１の方向および該第２の方向に運動するときに、該浮力ブロックは該ピストンを往復的に駆動し、該ピストンは、該ピストンチャンバ内で運動することによって、該浮力ブロックが該第２の方向に運動するときに該動作流体を吸い込み、該浮力ブロックが該第１の方向に運動するときに該動作流体を駆動する、ピストンをさらに備える、請求項７２に記載の浮力ポンプ。
【請求項７４】
前記浮力チャンバは、概ね円筒形である、請求項７２に記載の浮力ポンプ。
【請求項７５】
前記杭打ちは、前記水域の下の地面に固定される、請求項７２に記載の浮力ポンプ。
【請求項７６】
前記浮力ブロックは、
概ね円筒形で軸方向に先細り状の上部と、
概ね円筒形の下部と
をさらに備える、請求項７２に記載の浮力ポンプ。
【請求項７７】
前記スライドマウントは、前記浮力ブロックの下部に配置される、請求項７６に記載の浮力ポンプ。
【請求項７８】
前記浮力ブロックハウジングに接続されたピストンシリンダと、
該ピストンシリンダ内に配置された少なくとも一つの弁であって、該浮力ブロックの該第２の方向への運動に応じて入口として動作し、該浮力ブロックの該第１の方向への運動に応じて出口として動作する、弁と、
該ピストンシリンダ内にスライド可能に配置され、該浮力ブロックに接続された、ピストンであって、該ピストンは、該第１および第２の方向に運動可能であり、該浮力ブロックの該第２の方向への運動に応じて、動作流体を該少なくとも一つの弁を通して該ピストンシリンダの中に引き込み、該浮力ブロックの該第１の方向への運動に応じて、該動作流体を該少なくとも一つの弁を通して出力する、ピストンと
をさらに備える、請求項７２に記載の浮力ポンプ。
【請求項７９】
浮力ポンプであって、水域における波の上昇および下降に応じて第１の方向および第２の方向に往復運動をすることによって動作流体を駆動するように動作可能な浮力ブロックを備え、該浮力ブロックは、該浮力ポンプが動作する該水域の動作場所における波の平均的な波長の約１／６以上の直径を有する、浮力ポンプ。
【請求項８０】
前記浮力ブロックの直径は、前記平均的な波長の約１／２以上である、請求項７９に記載の浮力ポンプ。
【請求項８１】
前記浮力ブロックの直径は、前記平均的な波長以下である、請求項７９に記載の浮力ポンプ。
【請求項８２】
前記浮力ブロックの直径は、前記平均的な波長の約１／２以上であり、かつ該平均的な波長以下である、請求項７９に記載の浮力ポンプ。
【請求項８３】
前記浮力ブロックは、
略円筒形で軸方向に先細り状の上部と、
略円筒形の下部と
をさらに備える、請求項７９に記載の浮力ポンプ。
【請求項８４】
前記先細り状の上部は、前記水域の上面と実質的に平行である上面において終結する、請求項８３に記載の浮力ポンプ。
【請求項８５】
前記先細り状の上部の高さは、前記下部の高さと実質的に等しい、請求項８３に記載の浮力ポンプ。
【請求項８６】
前記先細り状の上部は、標準的な波に近い傾斜に一致するように先細り状になっている、請求項８３に記載の浮力ポンプ。
【請求項８７】
前記標準的な波の傾斜は、約１：７（上昇：走行）である、請求項８６に記載の浮力ポンプ。
【請求項８８】
前記浮力ブロックが前記波に浮かびながら最大の高さに達するときに、該浮力ブロックの体積の少なくとも約１／３が前記水域の外に出たままであるように、該浮力ブロックが設計される、請求項７９に記載の浮力ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、２００４年１２月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／６３６，４９２号、および２００５年２月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／６５３，６１８号の利益およびそれらに対する優先権を主張し、これらは参照によって本明細書によって援用されている。
【０００２】
（１．本発明の分野）
本発明は、一般的にポンピングデバイスに関し、より具体的に、しかし制限を目的とせず、水の動く量を利用することによって第１の場所から第２の場所に気体、液体、およびそれらの組み合わせを移動させる浮力ポンプ電力システムにおける浮力ポンピングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
（２．関連技術の説明）
一般的に波現象と呼ばれるものを利用し、波現象において観察されるエネルギーを使用可能で信頼できるエネルギー源に変換する、多くの試みがなされてきた。波現象は、物質の種々の状態を通る振動インパルスによる、たとえば電磁波の場合には真空を通る振動インパルスによる、エネルギーおよび運動量の伝達を含む。理論的には、媒体そのものはエネルギーが通過するときに運動しない。媒体を構成する粒子が、並進のまたは角度（軌道）のパターンで単純に運動して次から次にエネルギーを伝達する。海面の波のような波は、縦でも横でもない粒子の運動を有する。むしろ、波における粒子の運動は、縦波および横波の両方の要素を一般的に含む。縦波は、エネルギー伝達の方向で前後に運動する粒子を一般的に含む。これらの波は、物体のすべての状態を通してエネルギーを伝達する。横波は、エネルギー伝達の方向に対して直角に前後に運動する粒子を一般的に含む。これらの波は、固体を通してのみエネルギーを伝達する。軌道の波において、粒子は軌道の経路において運動する。これらの波は、２つの流体（液体または気体）の間の境界面に沿ってエネルギーを伝達する。
【０００４】
たとえば海面に発生する波は、縦波および横波の両方の要素を一般的に含む。なぜなら、海洋の波における粒子は、大気と海洋との間の境界面において円軌道で運動するからである。波は、いくつかの容易に特定できる特性を有する。そのような特性は、以下を含む。すなわち、波の最高点である波頂、波の最低点である波間の谷、波頂と波間の谷との間の垂直距離である高さ、波頂と波間の谷との間の水平距離である波長、一つの波長を通過する間に経過する時間である周期、時間単位あたりに固定点において通過した波の数である周波数、および高さの距離の半分でありかつ波のエネルギーに等しい振幅である。
【０００５】
１８９８年１月２５日に発行された特許文献１において開示されるシステムなどのように、前世紀初頭に遡って、波現象によって生み出されるエネルギーを利用および使用する多くの試みがなされてきた。これらの試みは、波現象から導出されるエネルギーを捕獲するために海の壁を建設すること、波現象からのエネルギーを利用するために複雑な機械を含む追跡およびレールシステムを使用すること、浅い海の波システムのみに適合されたポンプシステムを開発すること、および潮の干満が生じる海岸の近くに塔などを建設することを含んでいた。本明細書に詳細に記載されないさらに他の試みもなされてきた。
【０００６】
これらのシステムの各々は問題に満ちている。たとえば、海水使用のために適合された一定のシステムは、しかるべく厳しい環境にさらされる。これらのシステムは、持続的な保守および交換を必要とする多数の機械的部品を含み、したがってシステムを望ましくないものにする。他のシステムは、海岸または浅瀬のみにおける建設に限定され、そのことはシステムの配置を限定し、したがってシステムを望ましくないものにする。最後に、他のシステムは、波現象によって提供されるエネルギーを完全には利用することができず、したがって収集を通してエネルギーを無駄にし、結果として非能率的なシステムになる。
【０００７】
石油などの従来のエネルギー源の枯渇は、十分な代替エネルギー源のニーズを要求している。温室効果は、地球温暖化などの現象の原因であると考えられており、環境に優しいエネルギー生成デバイスのニーズをさらに確立する。容易に利用可能な従来の燃料源の減少は、エネルギーコストの増加につながっており、これは世界的に実感されている。このことは、環境に優しく、高効率で、低コストのエネルギーデバイスを作り出すさらに別のニーズを追加する。
【０００８】
容易に利用可能でより安価なエネルギー源のニーズもまた、世界中で痛切に実感されている。たとえば中国などの地域において、急速に成長する人口のための大きなエネルギー供給を作り出すために、河川がダム化されている。そのようなプロジェクトは、完了するのに２０数年もかかり得る。そのようなダム建設プロジェクトによって作り出されるエネルギーの利用可能性は、プロジェクトが完了するまでは始まりもしない。したがって、建設後に即座にエネルギーを提供し、短い建設期間を有するエネルギーデバイスのさらに別のニーズがある。
【特許文献１】米国特許第５９７，８３３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（本発明の概要）
上述の特定された問題およびニーズは、本発明の原理に従った、波または流れによって駆動される浮力ポンプデバイスのシステムによって解決される。浮力ポンプデバイスは、それを通して流体が流れ得る浮力チャンバをその中に定義する浮力ブロックハウジングを含む。浮力ブロックは、浮力チャンバ内に配置されることによって、浮力チャンバ内の流体の上昇に応じて第１の方向に、浮力チャンバ内の流体の下降に応じて第２の方向に、その中で軸方向に運動する。
【００１０】
ピストンシリンダは、浮力ブロックハウジングに接続され、その中に配置された少なくとも一つの弁を有し、弁は、浮力ブロックの第２の方向への運動に応じて入口として動作し、浮力ブロックの第１の方向への運動に応じて出口として動作する。ピストンは、ピストンシリンダ内にスライド可能に配置され、浮力ブロックに接続される。ピストンは、第１および第２の方向に運動可能であり、浮力ブロックの第２の方向への運動に応じて、流体物質を少なくとも一つの弁を通してピストンシリンダの中に引き込み、浮力ブロックの第１の方向への運動に応じて、流体物質を少なくとも一つの弁を通して出力する。
【００１１】
浮力ポンプデバイスが液体をポンピングするように構成される場合には、浮力ポンプデバイスは、一般的な液体格納設備に接続される。次に、格納された液体は、電力の発生のために液体タービンに動力を送るように利用される。ポンピングされる媒体が気体である場合には、浮力ポンプデバイスは、一般的な気体格納設備に接続される。次に、格納された気体は、電力の発生のために気体タービンに動力を送るように利用される。
【００１２】
電気を生成するための一実施形態は、波の運動を機械的動力に変換するシステムおよび方法を含む。流体物質または物体は、機械的動力の機能としてリザーバに駆動される。流体物体は、リザーバから流される。流れる流体物体の運動エネルギーの少なくとも一部分は、電気的エネルギーに変換される。流体物体は、液体または気体であり得る。
【００１３】
水域の場所に位置すべき浮力ポンプデバイスの設計にあたって、浮力ポンプデバイスを設計するシステムおよび方法が利用され得る。システムは、ソフトウェアを実行するように動作可能なプロセッサを含むコンピューティングシステムを含み得る。ソフトウェアは、波の履歴データを含む入力パラメータを水域の領域から受け取り、入力パラメータの関数として、浮力ポンプデバイスの浮力デバイスの少なくとも一つの大きさを計算する。浮力デバイスの寸法は、浮力ポンプデバイスによって駆動される流体物体について、浮力デバイスが上昇圧力を生成することを可能にするように適合される。
【００１４】
本発明の原理に従った別の実施形態は、水域からの波エネルギーの機能としてタービンから電力を生成するシステムおよび方法を含む。システムは、間隔をおいて水域内に構成される浮力ポンプデバイスを含むことによって、波が（ｉ）少なくとも一つの浮力ポンプデバイスを通過した後で実質的に再び形をなすことと、（ｉｉ）少なくとも一つの第２の浮力ポンプデバイスを駆動することとを可能にする。浮力ポンプデバイスは、タービンを駆動するために流体物体を排除するように動作可能である。
【００１５】
上記も、本発明の追加の目的、特徴、効果も、次の詳細な書面にした記述で明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の方法および装置のより完全な理解は、添付の図面とともに、以下の詳細な説明を参照することによって得られ得、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００１７】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明において、添付の図面に参照がなされ、図面は明細書の一部を形成し、本発明が実施され得る特定の好ましい実施形態が実例として示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分なほど詳細に説明され、他の実施形態が利用され得ることと、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、論理的、機械的、構造的、および化学的な変更がなされ得ることとが理解される。当業者が本発明を実施することを可能にするのに必要ではない詳細を回避するために、本説明は当業者にとって周知の一定の情報を省略し得る。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味において取られるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求項の範囲のみによって規定される。
【００１８】
上記で確認された問題を解決するために、うねりおよび波の形態をとる海洋、湖、および河川の形態において見出されるものの、それらに限定されない、非常に大量の水の自然の運動の中に存在する、潜在的なエネルギーを、比較的高い効率で機械的エネルギーに変換する浮力ポンプデバイスが提供される。浮力ポンプデバイスは、気体および液体の両方、または両方の組み合わせに対して適応可能である。そのように、かつ本明細書中で言及されるように、気体は、流体または気体の両方として定義され、それによって空気および水の両方を含む。機械的なエネルギー源としての、送り込まれる気体または液体は、それゆえ、パワータービン、空気ツール、換気、またはこの形態の力を使用する任意の他の機械的デバイスに動力を送るために利用され得る。機械的なエネルギー源は、同様の機械的な変換デバイスを利用する、電気エネルギーの生成のためにも使用され得る。
【００１９】
ここで図１〜図２Ｃを組み合わせて参照して、本発明の第１の実施形態に従った浮力ポンプデバイス１００が、種々の見方において示される。浮力ポンプデバイス１００は、ベース１０２と、一方の端がベース１０２に接続され、他方の端が浮力シリンダキャップ１０６によって閉じられた、浮力シリンダ１０４と、一方の端が浮力シリンダキャップ１０６に接続され、浮力シリンダ１０４と概ね同軸状に位置合わせされた、ピストンシリンダ１０８とを含む。ピストンシリンダ１０８の他方の端は、ピストンシリンダキャップ１１０によって閉じられる。浮力シリンダ１０４は、一方の端がベース１０２の上面によって閉じられ、他方の端が浮力シリンダキャップ１０６によって閉じられることによって、その中に浮力チャンバ１１２を定義する。
【００２０】
概ね円筒形の浮力ブロック１１４は、浮力チャンバ１１２の中でスライド可能に位置することによって、その中で軸方向に運動する。浮力ブロック１１４の上端部に接続されているピストンシャフト１１６は、浮力シリンダキャップ１０６における開口部１１８を通して、そこから概ね軸方向に延びている。概ね円筒形のピストン１２０は、ピストンシリンダ１０８の中でスライド可能に位置し、下端がピストンシャフト１１６の他方の端に接続されることによって、それと概ね軸方向に運動する。ピストンシリンダ１０８は、一方の端がピストン１２０の上面によって閉じられ、他方の端がピストンシリンダキャップ１１０によって閉じられることによって、その中にピストンチャンバ１２２を定義する。
【００２１】
入口弁１２４および出口弁１２６は、ピストンチャンバ１２２と連通するピストンシリンダキャップ１１０を通して延びることにより、それを通して気体または液体が流れることを可能にする。入口ライン１２８および出口ライン１３０は、それぞれ入口弁１２４および出口弁１２６に接続され、他方の端から気体または液体をそれぞれ受け入れたり排出するように適応されている。
【００２２】
ベース１０２は、浮力ポンプデバイス１００を環境に対して固定された位置に維持するバラストを含み得る。ベース１０２はまた、気体または液体がその中に運ばれるストレージレセプタクル（ｓｔｏｒａｇｅ  ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）を備え得、ピストンチャンバ１２２からの空気または液体を受ける出口ラインが１３０に接続されている。ベース１０２がストレージとして使用される場合には、ベース出口１３２がそれに接続されることによって、気体または液体がベース１０２から所望の位置に流れることを可能にする。ベース１０２上のベース出口１３２の位置は適合可能であり、その結果、ベース出口１３２は、ベース１０２上のどこにでも配置され得ることが理解されるべきである。
【００２３】
浮力シリンダ１０４は、浮力ブロックハウジングでもあり得、チェーン１３４によってベース１０２の上面に接続され得、チェーン１３４もまた浮力シリンダ１０４に接続されている。このようにして、チェーン１３４は、浮力シリンダ１０４をベース１０２の上に安定させる。浮力シリンダ１０４をベース１０２に結合するために、支線または他の接続手段が使用され得、本発明は接続手段としてのチェーン１３４によって限定されないことが理解されるべきである。
【００２４】
浮力シリンダ１０４はまた、その周囲に、規則正しく間隔を空けて配置された複数の開口部を有し得ることによって、水などの液体が、浮力ブロック１１４を取り巻く浮力シリンダ１０４を通して流れることを可能にする。そのような流れに関連する乱流を低減するために、複数の乱流開口部１３１が浮力シリンダ１０４上に提供され得る。そのように、浮力シリンダ１０４は、ケージなどを備え得ることによって、浮力シリンダ１０４を通って流れる気体に関連する摩擦を低減する。
【００２５】
浮力シリンダ１０４は、所定の長さを有する。浮力シリンダ１０４の長さは、異なる液体環境の中の浮力ブロック１１４の運動に関連する。たとえば、浮力ポンプデバイス１００が海洋環境に置かれるときには、浮力シリンダ１０４の長さは、浮力ポンプデバイス１００が年間の潮汐変化および波の高に合わせて性能を発揮することを可能にするように調整される必要がある。たとえば、浮力ポンプデバイス１００が湖環境に置かれるときには、浮力シリンダ１０４の長さは、波の高さの動作設定に対する調整を必要としないことがあり得る。
【００２６】
別の例において、１０フィートの水深を有する水域において、浮力シリンダは、少なくとも１０フィートでなければならず、なおかつ、浮力チャンバ内での浮力ブロックの運動を可能にするために、１０フィートに加えて追加の７フィートの動作高度を有しなければならない。したがって、浮力シリンダは、１７フィートの高さであり得、７フィートの使用可能なストローク（ｓｔｒｏｋｅ）を有し得る。しかし、水域が潮汐変化を有する場合には、この例はやや変化する。
【００２７】
変形例において、２フィートの潮汐変化を有する１０フィートの海洋において浮力ポンプデバイスを使用すると、使用可能なストロークが２フィート失われる結果になる。この変化を説明するために、年間の干潮と満潮との差が、配置される浮力シリンダの長さに追加される。すなわち、最大の波の高さが７フィートであり、干潮が１０フィートであり、満潮が１４フィートである環境において、干潮と満潮との差は４フィートであり得る。これが浮力シリンダの長さに追加され（７フィート（最大の波の高さについて）＋１０フィート（浮力ポンプデバイスが干潮状態において動作することを可能にするため）＋４フィート（干潮と満潮との差））、合計２１フィートの浮力シリンダの長さになる。このことは、通過する波を完全に利用して、満潮の日における７フィートのストロークを可能にする。
【００２８】
浮力シリンダキャップ１０６は、その上のピストンシリンダ１０８を支えるように適合され、その中の開口部１１８は、浮力チャンバ１１２の中に流れ込む液体がそれを通してピストンシリンダ１０８に入ることを防止するように適合されている。浮力シリンダキャップ１０６は、溶接またはねじ、あるいは環境の力に耐えるように適合された他の適切な接続手段によって浮力シリンダ１０４に接続され得、ピストンシリンダ１０８およびその構造部材によって生成される負荷を支える。液体または気体が浮力チャンバ１１２からピストンシリンダ１０８の中に入ることを防止するために、浮力キャップ１０６の開口部１１８に密閉（ｓｅａｌ）が使用され得る。ピストンシリンダ１０８は、ピストンシリンダ１０８の内部を環境から密閉するように適合されている。ピストンシリンダ１０８は、湖、海洋、および河川の水を含む環境の影響を制限するように設計された材料で構成されている。
【００２９】
浮力チャンバ１１２の中に配置されている浮力ブロック１１４は、概ね円筒形であり、先細り状の上部表面を有する。浮力ブロック１１４は所定の浮力を有しており、その結果、浮力ブロック１１４は、浮力ポンプデバイス１００が位置する水の流体力学と、浮力ポンプデバイス１００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルにおいて運動する。浮力ブロック１１４の浮力は、水およびシステムの特性および流体力学に依存して、同様に調整され得る。そのような調整は、（１）浮力ブロック１１４を、浮力チャンバ１１２に軸方向または半径方向のいずれか、あるいはその両方の方向に、手作業でまたは遠隔操作で調整することによって；および（２）水中におけるその挙動に影響する浮力ブロック１１４の他の特性を調整することによって、生じ得る。例示的な調整方法がより詳細に以下に説明される。
【００３０】
ピストンシャフト１１６は、浮力ブロック１１４およびピストン１２０に、それぞれの接続ジョイント１３６、１３８を介して結合されている。接続ジョイント１３６、１３８は、ピストン１２０と浮力ブロック１１４とが軸方向に位置合わせされていないときには、ピストン１２０または浮力ブロック１１４のいずれかの任意の半径方向の運動に応答して可動または柔軟であるように設計され得る。そのような運動または柔軟性は、旋回結合または他の適切な結合手段を使用することによって達成され得る。
【００３１】
ピストンシャフト１１６は、軽量かつ環境的に抵抗力があるように設計され、その結果、ピストンシャフト１１６は、過酷な環境にさらされた後でも機能し続ける。ピストンシャフト１１６はさらに、浮力ブロック１１４からの力をピストン１２０に、ピストン１２０からの力を浮力ブロック１１４に変換するように設計される。最後に、ピストンシャフト１１６は、望遠鏡のように伸縮調整され得、その結果、ピストンシャフト１１６の長さは、浮力ポンプデバイス１００の要求に依存して、増加または減少され得る。ピストンシャフト１１６の調整は、空気がポンピング媒体であるか、あるいは波またはうねりの高さが所望よりも小さいときに、必要とされ得る。そのような調整は、波またはうねりにおける潜在的エネルギーを最大限に利用することを可能にする。
【００３２】
ピストンチャンバ１２２を密閉するために、ピストンシリンダ１０８の中でスライド可能に位置するピストン１２０は、その間にピストン１２０の周囲に広がる密閉を含み得る。密閉は、ピストン１２０がピストンチャンバ１２２の中でスライド可能に留まりながら、気体または液体が、環境からピストンチャンバ１２２の中に、またはピストンチャンバ１２２から環境に浸出することを防止するように適合される。
【００３３】
入口弁および出口弁１２４、１２６は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ１２２のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁１２４、１２６は、ピストンチャンバ１２２内で所望の圧力が達成可能である限りは、ピストンシリンダキャップ１１０上の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【００３４】
浮力シリンダ１０４内の浮力ブロック１１４の運動が、摩擦または浮力シリンダ１０４に入る他の要素によって妨げられ得るので、複数のシム１４０が、浮力シリンダ１０４の内面に接続され得る。シム１４０は、浮力シリンダ１０４の周囲に沿って軸方向に延び、浮力シリンダ内の浮力ブロック１１４の方向づけを安定させる役割をさらにする。シム１４０は、シム１４０と浮力ブロック１１４との間の摩擦係数がゼロに近づくように、適切な材料で構築され得る。
【００３５】
浮力シリンダ１０４内での浮力ブロック１１４の軸方向の運動を制限するために、複数のストップ１４２が、浮力シリンダ１０４の内面に提供され得、その下部に配置され得る。ストップ１４２の位置決めは、ピストンシリンダ１０８内のピストン１２０の所望のストローク長に整合するように調整され得る。
【００３６】
浮力シリンダ１０４内の浮力ブロック１１４の軸方向の運動は、ピストンシャフト１１６を介して、ピストンシリンダ１０８内のピストン１２０の軸方向の運動に変換されることが理解されるべきである。ピストンシャフト１１６および接続ジョイント１３６は、浮力ブロック１１４に対してピストン１２０の位置をさらに固定する。
【００３７】
ここで図３Ａ〜３Ｃを参照して、例示的な浮力ブロック３００が、それぞれ上面図、側面図、および等角図で示される。浮力ブロック３００は、結合ジョイント１３６（図２Ｂ）を受け入れるように適合された軸上開口部３０２を有し、それによってピストンシャフト１１６（図１）に結合する。上部３０４は、浮力ブロック３００の周囲から内側に向かって放射状に先細り状になっており、軸上開口部３０２において終端している。上部３０４上の先細りは、特に浮力ブロック３００が水中に沈んでいて、かつ水面に向かって運動しているときに、浮力ブロック３００の軸方向の運動を補助する。上部３０４は浮力ブロック３００の下部３０６と分離しているように示されているが、先細りは、浮力ブロック３００の任意の部分から始まり得、軸上開口部３０２において終端し得ることによって、水中での浮力ブロックの軸方向の運動を容易にすることが理解されるべきである。
【００３８】
ここで図３Ｄを参照して、代替の例示的な浮力ブロック３５０の部分的な断面図が示される。浮力ブロック３５０は、上部３５２と下部３５４とを有する。上部３５２は、水中での浮力ブロック３５０の軸方向の運動を容易にする放射状に先細り状の部分３５６と、先細り状の部分３５６に接続された先細りでない部分３５８とを有する。浮力ブロック３５０の上部３５２の内周上には、スレッド３６０が形成されている。
【００３９】
浮力ブロックの下部３５４は、概ね円筒形であり、下部３５４の外周上に形成された複数のスレッド３６２を有する。下部３５４のスレッド３６２は、上部３５２のスレッド３６０とかみ合うように適合されており、上部３５２に対する下部３５４の軸方向の運動を可能にする。
【００４０】
上部３５２に対する下部３５４の運動は、モータ３６４の使用によって達成される。モータ３６４は、下部３５４の上面３６５上で下部３５４に接続されている。ドライブシャフト３６６は、モータ３６４を上面３６５に結合し、下部３５４を所定の方向に回転させ、それによって浮力ブロック３５０を望遠鏡のように伸縮させる。下部３５４の望遠鏡のような伸縮は、浮力ブロック３５０の高さを増加または減少させ、それによって浮力ブロック３５０の浮力を増加または減少させる。浮力ブロック３５０の直径は、類似の方法を使用して同様に調整可能であることが理解されるべきである。
【００４１】
ここで図３Ｅおよび３Ｆを組み合わせて参照して、例示的な調整可能な浮力ブロックベース３７０の上面図が示される。調整可能な浮力ブロックベース３７０は、外部プレート３７２と、外部プレート３７２に接続された内部プレート３７４と、ギヤ３７８に接続されて軸上に配置されたモータ３７６と、ギヤ３７８および外部プレート３７２に接続された複数の拡張バー３８０とを含む。浮力ブロックベース３７０の周囲は、プラスチック材料、熱可塑性材料、またはたとえばゴムなどの他の密閉材料によって密閉されている。したがって、密閉材料３８２は、環境物質が浮力ブロックベース３７０の中に入ることを防止する。
【００４２】
外部プレート３７２は、ローラ３８４を介して内部プレート３７４に接続する。ローラ３８４は、内部プレート３７４に対する外部プレート３７２の運動を可能にする。ローラ３８４のためのガイドが、外部プレートおよび内部プレート３７２、３７４のそれぞれの表面上に位置し得る。
【００４３】
モータ３７６は、浮力ブロックベース３７０の中で軸上に位置し、適切な電源によって電力を供給される。モータ３７６はギヤ３７８に接続され、その結果、モータ３７６の作動の際に、ギヤ３７８は時計回りまたは反時計回りの方向に回転する。
【００４４】
ギヤ３７８は拡張バー３８０に接続され、その結果、時計回りまたは反時計回りの方向でのギヤ３７８の回転が、ローラ３８４を介する内部プレート３７４に対する外部プレート３７２の運動によって、浮力ブロックベース３７０の直径のそれぞれの拡張または縮小という結果になる。
【００４５】
たとえば、図３Ｅは、Ｄ１によって図示される直径を有する収縮位置における浮力ブロックベース３７０を示す。モータ３７６がギヤ３７８を時計回りの方向に回転させるように作動するときに、拡張バー３８０が対応して回転することによって、図３Ｆに示されてＤ２によって図示されるように、浮力ブロックベース３８０の直径を拡張する。熱可塑性の材料３８２は、浮力ブロックの直径の拡張に対して同様に拡張する。したがって、浮力ブロックベース３７０は、浮力ポンプデバイスにおいて使用されるときに、放射状に拡張または縮小し得ることによって、関連する浮力ブロックの直径を増加または減少させる。浮力ブロックベース３７０は、略円筒形の構成において示されているが、浮力ポンプデバイスの設計および要求に依存して、他の構成であり得ることが理解されるべきである。
【００４６】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを参照して、波（Ｗ）が浮力チャンバ１１２（図１）を通過するときの種々の位置における浮力ポンプデバイス１００が示される。浮力ポンプデバイス１００を通過する波（Ｗ）は、以下を含む幾何学的特性を有する。
波の高さ（ＷＨ）は、波頂（Ｃ）すなわち波の高点と、波間の谷（Ｔ）すなわち波の低点との間の垂直距離であり；
波長（ＷＬ）は、同等の点、たとえば波の波頂同士または谷同士の間の距離であり；
静水面（ＳＷＬ）は、いかなる波も存在しない水面であり、一般的に波の高さ（ＷＨ）の中点である。
【００４７】
図４Ａにおいて、浮力ブロック１１４は、流体が出口弁１２６から出力されるときに波（Ｗ）の波頂（Ｃ１）によって支えられる最高の垂直位置において示されている。図４Ｂに示されるように、波（Ｗ）が波長（ＷＬ）の約半分（１／２）の距離だけ浮力チャンバ１１２を通過するときに、流体が入口弁１２４から引き込まれて、浮力ブロック１１４は、波（Ｗ）の谷（Ｔ）の中の最低の垂直位置へと下がる。図４Ｃにおいて、波（Ｗ）は、全波長（ＷＬ）を移動し、その結果、浮力ブロック１１４は、次の波頂（Ｃ２）における最高の垂直位置へと戻り、流体は再び出口弁１２６から出力される。
【００４８】
浮力ポンプデバイス１００のピストンストローク（ＰＳ）（図示せず）は、波（Ｗ）が浮力チャンバ１１２を一つの波長（ＷＬ）だけ通過するときに、ピストン１２０が浮力ブロック１１４によって動かされる距離として定義される。波（Ｗ）が浮力チャンバ１１２を通過するときに、浮力ブロック１１４は、図４Ａの波頂（Ｃ１）の位置から図４Ｂの谷（Ｔ）の位置までに等しい距離（ＢＤ）だけ下降し、次に図４Ｂの谷（Ｔ）の位置から図４Ｃの波頂（Ｃ２）の位置までに等しい同じ距離（ＢＲ）だけ上昇する。したがって、ピストンストローク（ＰＳ）は、波の高さ（ＷＨ）の２倍に等しい。すなわち、
ＰＳ＝ＢＤ＋ＢＲ＝２ＷＨである。
【００４９】
したがって、ピストン１２０は、下降する「半分のストローク」および上昇する「半分のストローク」を有し、それぞれ「下降ストローク」および「上昇ストローク」とも呼ばれる。
【００５０】
波は、浮力ポンプデバイス１００を通過するときに、所与の波の高さＷＨおよび波の周期ＷＰを有する。浮力ポンプデバイス１００は、ピストンストロークＰＳを有し、ＰＳは、波長の全部の周期ＷＰにわたって運動するピストンによって規定される。図４Ａにおいて理解され得るように、波が浮力ポンプデバイス１００にわたって移動すると、浮力ブロックは、通過する波と直接的に関連して運動する。
【００５１】
浮力ポンプデバイス１００がゼロ圧力状態にあるときに、浮力ブロック１１４は、波の運動に起因する最大距離を移動することができる。すなわち、Ｐｓｍａｘ＝２ＷＬである。これは、ピストンシリンダ１０８内のピストン１２０の全ストロークの半分の移動に変換され、ピストンチャンバから弁を通して流体を外に押し出す。
【００５２】
図１を再び参照して、動作においては、浮力ポンプデバイス１００が、海洋、湖、河川、または他の波またはうねりを生成する環境などの水域に最初に置かれた後で、出口ライン１３０、出口弁１２６、およびピストンチャンバ１２２における最初の圧力は、ゼロ圧力状態で始まる。認められた特性を有する波が浮力ポンプデバイス１００に到着する。波からの水は、浮力チャンバ１１２を増加的に満たす。水が浮力チャンバ１１２を満たすと、浮力ブロック１１４が、浮力チャンバ１１２内の上昇する水とともに上昇し始める。
【００５３】
浮力ブロック１１４の大部分が浮力チャンバ１１２内の水によって比較的高く浮かび、それによって浮力チャンバ１１２内での浮力ブロック１１４の軸方向の運動を可能にするように、浮力ブロック１１４の浮力が設計される。波が離れると、浮力ブロック１１４は、浮力チャンバ１１２内の沈下する水とともに、および重力によって下降する。ピストンシャフト１１６は、浮力ブロック１１４の運動を、ピストン１２０へと変換する。
【００５４】
それとは対照的に、浮力ポンプデバイス１００が出口ライン１３０および出口弁１３０において最大圧力で開始するときには、浮力ブロック１１４の大部分が実質的に水中に沈んでおり、そこに浮力ポンプデバイス１００が置かれる。これは、ピストンチャンバ１２２を介するピストン１２０のストロークの長さが低減されることに帰結する。
【００５５】
所与の波またはうねりが通過するときに、重力が、浮力ブロック１１４およびピストン１２０の下降ストロークに動力を送る。所与の波またはうねりの上昇によって、浮力ブロック１１４の浮力が、ピストンシャフト１１６を介してピストン１２０に上昇／動力を提供する。出口弁１２６からのピストン１２０の圧力が低いときには、浮力ブロック１１４は、浮力チャンバ内の水中で比較的高く浮かぶ。なぜなら、要求される浮力の揚力は、出口弁１２６を介してピストンチャンバ１２２の中に送られる逆圧のみに関連しているからである。
【００５６】
ピストン圧力が高いときには、浮力チャンバ内での浮力ブロック１１４の軸方向の運動は限定され、浮力ブロック１１４が水中でより低く浮かぶ結果となる。ピストンチャンバ１２２における一定の高い圧力の状態において、浮力ブロック１１４は、ほぼ完全に沈んでいることがあり得、それでもなおかつ浮力チャンバ内で軸方向に運動し得ることによって、ピストンチャンバ１２２内の液体または気体をポンピングする。最終的に、出口弁１２６からの圧力が大きくなりすぎ得て、浮力ブロック１１４の浮力は、たとえ完全に沈んだ場合でも、ピストン１２０を動かすのに十分な揚力を提供し得ない。この時点で、浮力ブロック１１４およびピストン１２０は、たとえ波またはうねりが浮力ポンプデバイス１００に対して上昇し続けても、運動を停止する。
【００５７】
たとえば、最大圧力の状態において高さ１フィートに展開される浮力ブロックを有する浮力ポンプデバイスにおいて、浮力ポンプデバイスは、ピストンシリンダ内で約１フィートのポンプストロークを損失する。たとえ１フィートのみの波が存在しても、浮力ポンプデバイスはポンピングをしない。
【００５８】
この時点に到達しない場合には、浮力ブロック１１４およびピストン１２０は、波またはうねりがそれぞれの最大の高さに達するまで、所与の波またはうねりの上昇とともに軸方向に運動し続け、ピストン１２０が出口弁１２６を介してピストンチャンバ１２２内の液体または気体を動かすことを可能にする。このプロセスは、ピストンチャンバ１２２内の最大圧縮点に達するまで維持されるが、それでも外向きの流れを可能にする。
【００５９】
浮力ブロック１１４がほとんど沈んでいるか、または沈んでいるがそれでもなおかつ軸方向に運動しているときに、これは浮力ポンプデバイス１００の高水位線（ｈｉｇｈ  ｗａｔｅｒｌｉｎｅ）と呼ばれる。波またはうねりが通過するときに、浮力ブロック１１４の下降の最低点は、浮力ポンプデバイス１００の低水位線（ｌｏｗ  ｗａｔｅｒｌｉｎｅ）と呼ばれる。高水位線と低水位線との距離は、ピストン１２０のパワーストロークを規定する。
【００６０】
たとえば、ポンピングされる媒体が気体であるときには、入口ライン１２８は、気体の源に接続するように調整され得、周囲空気などの気体環境と連通し、そこから気体を受け取る場所に置かれる。出口ライン１３０は、圧縮された気体を格納するためにベース１０２に接続され得る。出口ライン１３０は、浮力ポンプデバイス１００の外側に位置する固定格納タンクなどの、気体を格納するための別の場所に接続され得ることが理解されるべきである。
【００６１】
気体の例において、ピストン１２０が下降する波とともに下降するときに、ピストンチャンバ１２２内に真空が生成され、入口ライン１２８および入口弁１２４を通してピストンチャンバ１２２の中に気体が引き込まれる。波間の谷において、および水が浮力チャンバから排水された後で、あるいは浮力ブロック１１４がストップ１４２に接触して、ストップ１４２が浮力ブロック１１４およびピストン１２０のさらなる下方への運動を制止するときに、最大量の気体がピストンチャンバ１２２を満たす。
【００６２】
波が上昇し始めて、水が浮力チャンバ１１２を増加的に満たすときに、浮力ブロック１１４は、水にさらされて水と接触する。浮力ブロック１１４の浮力は、浮力チャンバ１１２内で上昇する水に応じて、浮力ブロック１１４の自然な揚力をもたらす。ピストンシャフト１１６によって容易にされるピストン１２０に対して浮力ブロック１１４が固定した位置にあるために、ピストン１２０は、浮力ブロック１１４の上昇に直接的に対応して上昇する。
【００６３】
ピストンチャンバ１２２の中に導入された気体は、浮力ブロック１１４が上昇するにしたがって、ピストンチャンバ１２２内で圧縮され、圧縮された気体の圧力が出口ライン１３０におけるライン圧力に打ち勝つまで圧縮される。この時点において、気体は、出口弁１２６および出口ライン１３０を通って流れ、使用または格納のための所望の場所へと運ばれる。たとえば、上述の例示的なベース１０２または他の格納場所が、圧縮された気体の格納のために使用され得る。状況が要求する場合には、気体が周囲に消散させられ得ることがさらに想到され得る。
【００６４】
波が浮力ポンプデバイス１００を通過してその最大の高さに達すると、水は、浮力チャンバ１１２を離れ始める。重力は、浮力ブロック１１４を波とともに下方に推進し、ピストン１２０の下方への運動を生じ、ピストンチャンバ１２２内に真空を生成する。上述のように、真空は再びピストンチャンバ１２２の中に気体を引き込み、それによって連続する波ごとにプロセスを繰り返し、それによって浮力ポンプデバイス１００が、連続的かつ周期的に気体をピストンチャンバ１２２の中に引き込み、ピストンチャンバ１２２内の気体を圧縮し、ピストンチャンバ１２２からベース１０２の中に気体を送り込むように駆動する。ピストン１２０は、サイクルごとにベース１０２内に格納された気体をさらに圧縮し、格納された気体の圧力および出口ライン１３０における圧力に浮力ブロック１１４が打ち勝て得なくなるまで、圧縮する。この時点において、浮力ブロック１１４は、波に対してもはや上昇しない。
【００６５】
別の例において、ポンピングされる媒体が液体であるときには、入口ライン１２８は、水などの液体環境に接続される。出口ライン１３０は、格納リザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）に接続され得、格納リザーバは、湖底、貯水塔、または他の水システムを含むがそれらに限定されない。水などの圧縮不可能な液体がポンピングされるときには、ピストンシャフト１１６は調整される必要がないことがあり得る。なぜなら、浮力ポンプデバイス１００は、ひとたびピストンチャンバ１２２が圧縮不可能な液体によって完全に満たされると、ポンピングするからである。
【００６６】
液体の例において、ピストン１２０の下降はそれに対応してピストンチャンバ１２２内に真空を生成し、入口ライン１２８および入口弁１２４からピストンチャンバ１２２の中に水を引き込む。波間の谷において、および水が浮力チャンバ１１２から排出されるときに、あるいは浮力ブロック１１４がストップ１４２に接触し、ストップ１４２が浮力ブロック１１４およびピストン１２０のさらなる下方への運動を制止するときに、最大量の液体がピストンチャンバ１２２を満たす。
【００６７】
波が上昇し始めて、水が浮力チャンバ１１２を増加的に満たすときに、浮力ブロック１１４は、水にさらされて水と接触する。浮力ブロック１１４の浮力は、浮力チャンバ１１２内で増加的に上昇する水に応じて、浮力ブロック１１４の自然な揚力をもたらす。ピストンシャフト１１６によって促進されるピストン１２０に対して浮力ブロック１１４が固定した位置にあるために、ピストン１２０は、浮力ブロック１１４の上昇に直接的に対応して上昇する。媒体としての水の場合には、ピストンチャンバ１２２内での圧縮不可能な水の上昇は、出口ライン１３０におけるライン圧力に打ち勝つ。この時点で、水は出口弁１２６および出口ライン１３０を通して流れ、使用または格納のための所望の場所へと運ばれる。状況が要求する場合には、液体および／または気体が周囲に消散させられ得ることが想到され得る。
【００６８】
波が浮力ポンプデバイス１００を通過するにつれてその最大の高さに達し、離れていくと、水は浮力チャンバ１１２から増加的に出て行く。重力は、浮力ブロック１１４を下方に推進し、ピストン１２０の下方への運動と、ピストンチャンバ１２２内の真空とをもたらす。真空は、液体および／または気体をピストンチャンバ１２２の中に引き込む役割をする。プロセスは連続する波ごとに繰り返されて、それによって浮力ポンプデバイス１００が、連続的かつ周期的に液体および／または水をピストンチャンバ１２２の中に引き込み、ピストンチャンバ１２２から液体および／または水をポンピングするように駆動する。
【００６９】
液体の例において、浮力の揚力の損失は、ピストンチャンバ１２２の中に存在する水／液体の重量が要因でなければならないことが理解されるべきである。しかし、気体の例においては、液体に対する気体の比較的軽量な特性のために、この損失は実質的に存在しない。液体の例における損失は、浮力ブロック１１４の調整可能な特性によって克服され得る。
【００７０】
浮力ポンプデバイス１００の動作は、それが使用される環境に依存する。たとえば、浮力ポンプデバイス１００が、所定の年間計算された波の平均を有する海洋に位置するときには、浮力ポンプデバイス１００は、波に対する構造に結合されるか、あるいは浮力ポンプデバイスが波に対する相対的な位置を維持するようにバラストによって位置づけられなければならない。そのような構造は、固定されるかまたは実質的に固定され得、あるいは、航海に適する船舶、プラットフォーム型の配置、または浮力ポンプデバイス１００の海底への直接的な結合を含み得る。そのような接続は、特に石油およびガス業界の中では一般的であり、本発明の原理に従った新規な浮力ポンプデバイス１００とともに使用されることが想到される。
【００７１】
ピストンシャフトを介してピストンシリンダ内でピストンを駆動するための浮力揚力は、浮力ブロックの揚力能力に直接的に関連する。理論的には、たとえば、浮力ブロックの合計排除量を１００ポンドとすると、浮力ブロック重量（１０ポンド）、ピストンシャフト、コネクタ、他のその他の部品（５ポンド）、およびピストン重量（２．５ポンド）を合計排除量（１００ポンド）から減算すると、８２．５ポンドの揚力能力が残る。浮力ポンプデバイス１００の実験的なテストは、この公式に対して約９６％効率的に動作する。
【００７２】
浮力ポンプデバイス１００は、海底に対してその位置を自己補正するように使用され得、それによって、それが置かれる波環境に対して概ね安定した位置を維持することが想到される。たとえば、バラストタンクが、浮力ポンプデバイス１００に結合され得、適切なバラストによって満たされ得る。浮力ポンプデバイス１００は、気体または液体をバラストタンクの中にポンピングし得、それによって波環境に対する浮力ポンプデバイス１００の位置を調整し得る。そのような構成は、浮力ポンプデバイス１００の出口ライン１３０をバラストタンクに結合することと、所定の条件においてバラストタンクへのおよびバラストタンクからの流れを調整する制御システムを提供することとによって、達成され得る。浮力ポンプデバイス１００の所望の場所調整に依存して、気体および液体の両方が使用され得る。
【００７３】
ピストン１２０の長さおよび幅（直径）は、ポンピング媒体、またはピストン１２０、浮力チャンバ１１２、および浮力ブロック１１４の特性に対応するように調整され得ることも想到される。同様に、ピストン１２０は、浮力ブロック３００（図３Ａ〜３Ｃを参照）と同様に、ピストン１２０の高さまたは幅を調整するための望遠鏡のような調整などをその上に有し得る。
【００７４】
たとえば、浮力ポンプデバイス１００の中の流量および圧力設定は、ピストンシリンダ１０８の内径および高さに関連する。ピストンシリンダ１０８が大きく、ピストンシリンダ１０８内のピストンストロークが長いほど、より多くの量の液体または気体の流れが、最小の圧力の存在で達成される。ピストンシリンダ１０８が小さく、ピストンシリンダ１０８内のピストンストロークが短いほど、液体または気体の流れに対して最大の圧力が存在し、最小の量の液体または気体の流れが達成される。
【００７５】
入口ライン１２８および出口ライン１３０および入口弁、出口弁１２４、１２６を含む他の材料の長さおよび大きさに関連して、あまり大きくないが摩擦損失が生じ得ることが認識される。
【００７６】
浮力チャンバ１１２および浮力ブロック１１４のサイズも、最大限の浮力ポンプデバイスの効率性を提供するために、調整され得る。そのような調整は、たとえば、部品を交換することによって手作業で、それぞれの構成要素の上に望遠鏡のような部分を含めることによって自動的に、または所望の構成要素の特性を調整する制御システムを構成することによって遠隔で、なされ得る。このようにして、浮力ポンプデバイス１００は、変化する特性を有する波について機能するように補正され得、その結果、浮力ポンプデバイス１００は、大きな波、小さな波、およびより穏やかな特性を有する波を利用し得る。
【００７７】
これらの波を利用するために、浮力ポンプデバイス１００は、必ずしもベース１０２に固定される必要はない。むしろ、浮力ポンプデバイスは、たとえば、水域の底に取り付けられ得、水域の底に取り付けられた構造に固定され得、強固な浮動式プラットフォームに固定され得、防潮壁、または安定したプラットフォームまたは同等物を提供する他の取り付け場所に固定され得る。
【００７８】
波またはうねりにおけるエネルギーの量に関連する浮力ポンプデバイス１００のサイズ、および浮力ポンプデバイス１００の機能は、いくつかの要因によって決定され得る。たとえば、これらは以下を含む。すなわち、年間の高い波、低い波、および平均の波のサイズ；年間の高い、低い、および平均の潮標；波またはうねりの平均的な期間；波またはうねりの場所における液体の深さ；岸から波またはうねりまでの距離；波またはうねりの場所の近くの地形；および浮力ポンプデバイス１００の構造である。浮力ポンプデバイス１００は、他の浮力ポンプデバイスと格子状に組み合わせて使用され得ることによって、より大量の気体または液体をポンプを通してポンピングすることが想到される。
【００７９】
所与の高さおよび速度から生成される馬力を決定するために、波の馬力（潜在的エネルギー）と、下降する構成および上昇する構成における浮力ブロックの馬力とが計算された。このデータから、水および空気のポンピング構成の両方について、ピストンのポンピング馬力が次に計算された。これらの計算は、例示的なテスト構成に従って以下に説明される。
【００８０】
（実施例Ａ：小さな波のサイズ）
（１．波の馬力）
図４Ａ〜４Ｄをより具体的に参照して、波長の半分の距離（１／２ＷＬ）にわたって移動する波（Ｗ）について、波の馬力（Ｗａｖｅ  ＨＰ）が以下のように決定される。
Ｗａｖｅ  ＨＰ＝［（ＷＶ）（Ｄ）／（ＨＰ）］（ＷＳ）
ここで、
ＷＶ（波の体積）＝（ＷＷ）（ＷＤ）（ＷＨ）（ガロンの水／立方フィート）
ＷＷ＝波の幅（１／２  ＷＬ）＝１７．５フィート
ＷＤ＝波の深さ＝１７．５フィート
ＷＨ＝波の高さ＝５フィート
および
Ｄ＝水の密度（８．３３ポンド／ガロン）
および
ＨＰ＝馬力単位（５５０）
および
ＷＳ＝波の速度（１／２  ＷＬ／ＷＴ）
および
ＷＴ＝１／２ＷＬを移動する波の時間（７．９５３秒）
たとえば、波の深さＷＤは、波の幅ＷＷと等しいと仮定され、その結果、波（Ｗ）のプロフィールは、円筒形の浮力ブロック１１４’を完全にカバーする。例示的である上記の数値について、計算は以下の通りである。
Ｗａｖｅ  ＨＰ＝［（１１，４５３ガロン）（８．３３ポンド／ガロン）／（５５０）］（２．２フィート／秒）＝３８２
ここで、
ＷＶ＝（１，５３１立方フィート）（７．４８１ガロン／立方フィート）＝１１，４５３ガロン
および
ＷＳ＝（１７．５フィート）／（７．９５３秒）＝２．２フィート／秒。
【００８１】
（２．浮力ブロック下降ＨＰ）
下降ストロークの間に波（Ｗ）が浮力チャンバ１０４を通過すると（図４Ａおよび４Ｂ）、浮力ブロック１０４は、重力によって波間の谷（Ｔ）に下降する。下降ストロークの間に生成される浮力ブロックの馬力（ＢＢＤ）は、以下の数式から決定され得る。
ＢＢＤ＝［（ＢＢＶ）（Ｄ）（ＷＲ）／ＨＰ］（ＤＳＳ）（ＴＲＤ）
ここで、
ＢＢＶ（浮力ブロックの体積）＝（ＶＢ＋ＶＣ）（７．４８ガロン／立方フィート）
ＶＢ＝ベース１１４’ａの体積＝πｒ１２ｈ１
ＶＣ＝円錐１１４’ｂの体積＝（πｈ２／１２）（ｄ１２＋ｄ１ｄ２＋ｄ２２）
および
（ＢＢＶ）（Ｄ）＝浮力ブロック１１４’の排除量
ここで、
Ｄ＝水の密度（８．３３ポンド／ガロン）
および
ＷＲ＝浮力ブロック１１４’の材料に対する水の重量比
および
ＨＰ＝馬力単位（５５０）
および
ＤＳＳ＝下降ストロークの速度＝ＢＤ／ＴＤ
ここで、
ＢＤ＝下降の際のストローク移動の距離
ＴＤ＝距離ＢＤを移動する距離
および
ＴＲＤ＝時間比率、すなわち、波の周期の間に浮力ブロックが下降する時間のパーセンテージ＝５０％（対称的な長い波を仮定する）
Ｗａｖｅ  ＨＰについての上述の例示的なデータを用いて続けて、ＢＢＤについての計算は以下の通りである。
ＢＢＤ＝［４，１８６ガロン）（８．３３３ポンド／ガロン）（０．１０）／５５０］（０．２５フィート／秒）（０．５）
＝０．７９ＨＰ
（すなわち、浮力ブロックの下降ストロークから利用可能な馬力）
ここで、
ＢＢＶ＝（ＢＶ＋ＶＣ）（７．４８ガロン／立方フィート）
＝π１２ｈ１＋（πｈ２／１２）（ｄ１２＋ｄ１ｄ２＋ｄ２２）（７．４８ガロン／立方フィート）
および、ここで、
ｄ１＝１７．５フィート
ｒ１＝８．７５フィート
ｄ２＝３．５フィート
ｈ１＝１．５フィート
ｈ２＝２．０フィート
したがって
ＢＢＶ＝［π（８．７５）２（１．５）＋（π（２．０／１２）（１７．５２＋（１７．５）（３．５）＋３．５２）］（７．４８ガロン／立方フィート）
＝（３６１立方フィート＋１９９立方フィート）（７．４８ガロン／立方フィート）
＝（５６０立方フィート）（７．４８ガロン／立方フィート）＝４，１８６ガロン
および
ＤＳＳ＝（１．００フィート）／（３．９７６秒）＝０．２５フィート／秒
および
（ＢＢＶ）（Ｄ）＝３４，８７４ポンド（合計排除量）
および
（ＢＢＶ）（Ｄ）（ＷＳ）＝３，４８７（使用可能な重量）
（２ｂ．浮力ブロック上昇馬力）
上昇ストロークの間に波（Ｗ）が浮力チャンバ１０４を通過し続けるときに（図４Ｂおよび４Ｃ）、浮力ブロック１０４は、波頂（Ｃ２）におけるピークに達するまで、波とともに上昇する。上昇ストロークの間に生成される浮力ブロック上昇馬力（ＢＢＬ）は以下の数式から決定され得る。
ＢＢＬ＝［（ＢＢＶ）（Ｄ）（ｌ−ＷＲ）／ＨＰ］（ＬＳＳ）（ＴＲＲ）
ここで、
ＬＳＳ＝上昇ストローク速度＝ＢＲ／ＴＲ
ＢＲ＝上昇時のストロークの距離＝１フィート
ＴＲ＝距離ＢＲを移動する時間＝４．０秒
および
ＴＲＲ＝時間比率（すなわち、波の周期の間に浮力ブロックが上昇する時間のパーセンテージ
＝５０％（対称的な長い波を仮定する）
（ＢＢＶ）（Ｄ）（１−ＷＲ）＝上昇ストロークの間に使用可能な重量（ＵＷＬ）＝３１，３８２ポンド
したがって、
ＢＢＬ＝［（３１，３８２ポンド）／５５０］（１フィート／４．０秒）（０．５）＝７．１３ＨＰ
（２ｃ．合計入力馬力）
したがって、浮力ブロックによって波から引き出される入力馬力の合計量（ＢＢＴ）は、以下の通りである。
ＢＢＴ＝ＢＢＤ＋ＢＢＬ
上述の例示的な数字を使用して、浮力ブロック１１４’についての合計入力馬力は以下の通りである。
ＢＢＴ＝０．７９＋７．１３＝７．９２ＨＰ
（３．ピストンのポンピング馬力（ＣＦＭ／ＰＳＩ））
浮力ポンプデバイスが以下の公式に従って水をポンピングするように構成されるときに、ピストンは、分あたりの立方フィートにおける所与の速度（ＣＦＭ）、および各半分（１／２）のストロークについて平方インチあたりのポンドにおける所与の圧力で、水をポンピングする。
ＰＦ＝ピストンの水の流れ＝（ＳＶ）（ＳＰＭ）（ＢＰｅｆｆ）
ここで、
ＳＶ＝１／２ストロークあたりの体積＝（π／２）（ピストンの半径）２（ストロークの長さ）
＝（π／２）（８．９２５インチ）２（１２インチ）／（ｌ，７２８立方インチ／立方フィート）
＝１．７４立方フィート
および
ＳＰＭ＝分あたりのストローク＝７．５４ストローク／分
および
ＢＰｅｆｆ＝例示的な浮力ポンプデバイスの実験的なテストされた効率＝８３％
したがって、
ＰＦ＝（１．７４立方フィート）（７．５４ストローク／分）（０．８３）
＝１０．８８ＣＦＭ＝０．１８１ＣＦＳ
浮力ポンプデバイスにおける各半分の（１／２）ストロークについてのピストン水圧（ＰＰ）（ＰＳＩ）の決定は、以下の数式によってなされる。
ＰＰ＝｛ＵＷＬ−［（ＳＶ）（Ｄ）（７．４８ガロンの水／立方フィート）］｝／ＳＡＰ
ここで、
ＵＷＬ＝上昇ストロークの間の使用可能な重量＝３１，３８６ポンド
ＳＶ＝１．７４立方フィート
Ｄ＝水の密度（８．３３ポンド／ガロン）
および
ＳＡＰ＝ピストンの表面積（平方インチ）
＝π（８．９２５インチ）２＝２５０平方インチ
したがって、上記の例示的な数字について、例示的な浮力ポンプデバイスについてのＰＳＩ／ストロークは、以下のように計算される。
ＰＰ＝［３１，３８６ポンド−（１．７４立方フィート）（８．３３ポンド／ガロン）（７．４８ガロン／立方フィート）］／２５０平方インチ
＝（３１，３８６ポンド−１０８ポンド）／２５０平方インチ
＝１２５ＰＳＩ／ストローク
浮力ポンプが空気をポンピングするように構成されているときには、同様の結果を得るために空気の圧縮率を補償するようにピストンの表面積が増加させられる。ピストンの半径が１２．６インチまで増加させられる場合には、ピストンの表面積（ＳＡＰ）は４９８．７６平方インチまで増加する。さらに、ピストンの上の水の追加された重量［（ＳＶ）（Ｄ）（７．４８ガロン／平方フィート）＝１０８ポンド］は取り除かれ、したがって、ピストン空気圧（ＰＰａ）を計算する際に、上昇ストロークの間の使用可能な重量（ＵＷＬ）から減算されない。すべての他の数字は同じに留まり、ピストン空気流（ＰＦａ）およびピストン空気圧（ＰＰａ）は以下の値を有し得る。
ＰＦａ＝２１．７ＣＦＭ
ＰＰａ＝５１．８ＰＳＩ／ストローク
当業者は、水または空気をポンピングするピストンの使用の相違を容易に理解し得るので、残りの例は水をポンピングすることに焦点を当てる。
【００８２】
（４．使用可能な発電機が生成したＨＰ）
水ポンピング構成における例示的な浮力ポンプデバイスが、例示的な水タービンに動力を供給することに使用される例示的な水格納タンクに接続されるときには、浮力ポンプデバイスによって発生される動力を測定するために以下の実験式が使用される。
ＢＰ＝｛（ＰＰ）（ＢＰｅｆｆ）（Ｈｅａｄ）−［（Ｌｏｓｓ）（Ｈｅａｄ）（パイプフィート／セクション）］｝［（ＰＦ）（Ｔｅｆｆ）（ＫＷ）／ＨＰ］
ここで、
ＢＰｅｆｆ＝実験的なテストされた浮力ポンプ効率＝８８％
Ｈｅａｄ＝ＰＳＩからＨｅａｄ（フィート）への変換係数＝２．３１０
Ｌｏｓｓ＝Ｐｉｐｅ損失効率因子＝０．０６８
パイプフィート／セクション＝一つのパイプは１００フィートの長さを有する
および
１０のパイプ＝１セクションのパイプ
したがって
１マイルのパイプ＝５．２８０セクションのパイプ
Ｔｅｆｆ＝既存の水タービンに基づくタービン効率＝９０％
ＫＷ＝フィート／秒からＫＷへの変換係数＝１１．８
ＨＰ＝ＫＷからＨＰへの変換係数＝０．７４６
したがって、前の計算と組み合わせた上述の例示的な数字を使用して、浮力ポンプデバイスを利用した例示的な動力システムの出力ＢＯは以下の通りである。
ＢＰ＝｛［（１２５）（０．８８）（２．３１０）］−［（０．０６８）（２．３１０）（１０）（５．２８０）］｝［（０．１８１）（０．９／１１．８）／０．７４６］
＝０．４５５８  （利用可能な合計出力ＨＰ）
浮力ポンプデバイスが空気をポンピングするように構成されるときには、上述の数字を使用する例示テクなシステムについての出力パワー（ＢＰａ）は、約２．７２ＨＰであり得る。出力パワーを発生するために水タービンを使用するのではなく、たとえば参照によって本明細書中に援用される米国特許第５，５５５，７２８に開示されるものを含む、空気タービンが使用され得る。
【００８３】
（５．入力ＨＰ対出力ＨＰの効率）
したがって、入力ＨＰから出力ＨＰへの変換効率は、以下に従って決定可能である。
変換効率＝ＢＰ／ＢＢＴ＝４．５５８／７．９２＝５７％
したがって、実験的データおよび理論的データを使用して、本発明の原理に従った例示的な浮力ポンプデバイスは、例示的な水タービンとともに使用されるときには、出力ＢＰに対して、通過する波から引き出される馬力（ＢＢＴ）の約５７％の変換効率を有し、これは次に動力源として使用され得る、ということが理解される。
【００８４】
（実施例Ｂ：平均的な波のサイズ）
上述の例示的な計算は、浮力ブロック１１４’の幾何学および高さ（ｈ１＋ｈ２）に依存する固定された直径（ｄ１）を有する例示的な浮力ブロック１１４’を用いてなされた。波の高さ（ＷＨ）は、各場所における年間の異なる場所および異なる時間について変化することが理解されるべきである。したがって、上述のような変化する波の特性に基づいてこの浮力ブロックを再構成または調整することが望ましい。高い効率を確実にするために、浮力ブロック１１４’の高さおよび／または直径が調整され得る。たとえば、浮力ブロック１１４’は、そのベース１０４’ａの高さ（ｈ１）および関連する直径を増加させるように設計または調整され得ることによって、以下に説明されるより大きな波の高さ（ＷＨ）を有する波を受け入れる。
【００８５】
波の高さ（ＷＨ）が５．０フィートから９．０１６フィート（平均的なサイズの波）まで増加すると仮定して、浮力ブロックベースの高さ（ｈ１）が１．５フィートだけ増加させられることによって（図４Ｄを参照）（すなわち浮力ブロックの「ワープ（ｗａｒｐ）」）、平均９フィートのより大きなうねりのある水域における浮力ポンプデバイスの全体的な性能を増加させる。これに対応して、以下のように、ピストンのストロークの長さが増加し、ストロークの数が減少する。
ストローク＝５．５２
ピストンのストロークの長さ＝４２．２インチ
したがって
ＳＶ（体積／ストローク）＝１２．８立方フィート
すべての他の要因が同じに留まると仮定して、上述の公式を適用して、われわれは以下の表、表１を構築する。
【００８６】
【表１−１】
2008524496.tif 000003
【００８７】
【表１−２】
2008524496.tif 000004
したがって、浮力ポンプの高さを１．５フィートだけ増加させると、浮力ブロックの上昇および下降における馬力がより大きくなり、例示的なシステムにおける出力馬力がより大きくなり、全体的な効率が改善されるという結果になることが理解され得る。基本的に、ある場所におけるより大きな波の利用可能性は、より大きな浮力ブロックおよびピストンを有する浮力ポンプに対して波のパワーの源を提供し、それは、より大きな流量（たとえばＰＦ＝２７．９８ＣＦＭ）と、結果としてより大きな馬力出力（たとえばＢＰ＝２０．３２ＨＰ）とを、所与の場所において発生する。
【００８８】
上述のように、浮力ブロック１１４’（図４Ｄを参照）の直径（ｄ１）もまた、ある場所におけるより大きな波を受け入れるように調整され得る。以下の表、表２は、波の速度（ＷＳ）が特定の波の高さ（ＷＨ）について変化するにしたがって、および波の高さが特定の速度について変化するにしたがって、浮力ブロックの直径の変化が結果の馬力（ＢＢＴ）に影響する程度を図示する。
【００８９】
【表２】
2008524496.tif 000005
表２のデータは、示された波の高さを有し、低い波について時速３マイルで移動し、高い波について時速８マイルで移動する、波に基づいて生成された。上述の数式は、低い波および高い波の設定値についての馬力を計算するために使用された。浮力ブロックの直径または幅は、上記に示されて説明されたようなより大きな波の環境において性能を発揮するように調整されたことにより、変化する波の高さおよび波の速度に対する浮力ポンプの効率を最大化する。
【００９０】
波、うねり、または流れが大きくて速いほど、浮力ポンプデバイスを通して抽出するために利用可能な潜在的エネルギーが大きい。同様に、高さまたは直径のいずれかにおいて浮力ブロックが大きいほど、水から抽出するために利用可能な潜在的エネルギーが大きい。波、うねり、または流れが小さくて遅いほど、浮力ポンプデバイスを通して水から抽出するために利用可能な潜在的エネルギーが小さい。同様に、浮力ブロックが小さいほど、水から抽出するために利用可能な潜在的エネルギーが小さい。浮力ポンプデバイス１００から利用可能な潜在的エネルギーを最適化するために、浮力ブロック１１４は、完全に沈められるべきであり、波またはうねりの弧の幅または高さを超えるべきではない。
【００９１】
上述の実施例のすべては、操作的に効率的であるべき浮力ポンプデバイスについて、特定の場所で、および定期的な毎日の単位で、一定のサイズの波が利用可能であることを仮定している。幸いなことに、年の毎日の特定の場所における波の高さに関するデータは、参照によって本明細書中に援用されるウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｄｂｃ．ｎｏａａ．ｇｏｖを含むいくつかの情報源から利用可能である。以下の表（表３）は、ＧＲＡＹＳ  ＨＡＲＢＯＲ，ＷＡから取られた２００１年１月および２００１年２月の波データを図示する。
【００９２】
【表３−１】
2008524496.tif 000006
【００９３】
【表３−２】
2008524496.tif 000007
表３において、月の各それぞれの日について波の高さが測定されることによって、毎日の平均が達成された。月全体について波の周期が平均され、同じ波の周期が、月の毎日について使用された。２００１年１月について、合計３１日の動作日があり、例示的な浮力ポンプデバイスが、５フィートの最低限の波の高さの動作要件を有すると仮定する。２００１年２月について、１４日および２５日が５フィート未満の波の高さを有したので、例示的な浮力ポンプデバイスについて２６日間のみの動作日があった。
【００９４】
ここで表４を参照して、１月および２月についての、および次に年間全体についての、平均の波の高さのデータが示される（２００１年３月から１２月までの残りのデータは、上記に参照されたウェブサイトにおいて利用可能である）。
【００９５】
【表４−１】
2008524496.tif 000008
【００９６】
【表４−２】
2008524496.tif 000009
したがって、１月および２月における動作日についての波の高さの平均は、それぞれ９．８９フィートおよび７．６０フィートであると決定された。２００１年１月および２月についての年間計算された動作可能な波の高さは、動作の５７日間の期間にわたって８．７５フィートに平均され得る。２００１暦年について、動作可能な日は２３６日間で、平均の動作可能な波の高さは８．５４フィートであった。本明細書中に開示される浮力ポンプデバイスのユーザは、公的に利用可能なデータを取得して、所与の浮力ポンプデバイス構成についての実質的な年間計算された波の高さおよび動作可能日を決定することができる。
【００９７】
浮力ポンプデバイス１００の構成要素は、海洋などの塩分を含んだ環境において機能するように適合されなければならない。したがって、浮力ポンプデバイス１００の構成要素は、抗酸化特性を有さなければならず、および／またはさもなければ耐食性がなければならない。最小限の環境影響を提供するために、周囲の環境にさらされ得るピストンチャンバ１２２の入口１２６は、望ましくない成分を濾過して取り除くためのフィルタがその上に配置され得る。浮力チャンバ１１２または浮力シリンダ１０４の中に入る藻類などの海草または他の腐食する物質の場合には、海草は浮力ポンプデバイス１００の動く構成要素の間の天然の潤滑剤として作用する。たとえば、藻類がシム１４０と浮力ブロック１１４との間に留まる場合には、海草はシム１４０と浮力ブロック１１４との間の摩擦を低減し得、それによって浮力ポンプデバイスの効率を向上させる。
【００９８】
ここで図５を参照して、本発明の原理に従った浮力ポンプデバイス５００の代替の実施形態の立面側面図が示される。浮力ポンプデバイス５００は、ベース５０２と浮力シリンダ５０４とを含み、浮力シリンダ５０４は、一方の端がベース５０２に接続され、他方の端が浮力シリンダキャップ５０６によって囲まれ、浮力シリンダ５０４と概ね同軸状に位置合わせされている。浮力シリンダ５０４の他方の端は、開いていて環境にさらされている。浮力シリンダ５０４および浮力シリンダキャップ５０６は、集合的にその中に浮力チャンバ５０８を画定する。
【００９９】
略円筒形の浮力ブロック５１０は、浮力チャンバ５０８の中でスライド可能に位置し、その中で軸方向に運動する。この実施形態における浮力ポンプデバイス５００は、図１の浮力ブロックと図１の浮力ブロックおよびピストンとを組み合わせて一つの同等の浮力ブロック５１０とすることによって、ピストンおよびピストンシャフトの必要性を排除する。
【０１００】
入口弁５１２および出口弁５１４は、浮力チャンバ５０８と連通する浮力シリンダキャップ５０６を通して延長することによって、気体または液体がそこを通して流れることを可能にする。入口ライン５１６および出口ライン５１８は、それぞれ入口弁５１２および出口弁５１４に接続され、他の端から気体または液体をそれぞれ受け入れたり排出したりするように適合されている。
【０１０１】
ベース５０２は、水域５２４の底５２２に向けて延びている複数の脚５２０を有し得る。支持ベース５２６は、浮力ポンプデバイス５００を底５２２の上に固定するために、脚５２０を通して結合される。ベース５０２は、浮力ポンプデバイス５００を環境に対して固定した位置に維持するためのバラストタンク５２８に接続する。
【０１０２】
浮力ポンプデバイス５００を安定する役割をさらに果たすバラストキャップ５３０は、浮力シリンダキャップ５０６の上の軸方向に位置する。バラストキャップ５３０は、弁５１２、５１４およびライン５１６、５１８がそれを通して連通するように適合されている。格納タンクの代わりに、出口ライン５１８は、フローライン５３２に接続され得ることによって、フローラインを通して流れる気体または液体を所望の場所（図示せず）に移動させる。
【０１０３】
浮力チャンバ５０８内に配置された浮力ブロック５１０は、所定の浮力を有しており、その結果、浮力ブロック５１０は、浮力ポンプデバイス５００が位置する水の流体力学と、浮力ポンプデバイス５００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルにおいて運動する。浮力ブロック５１０の浮力は、上述の態様で調整され得る。ストップ５３４は、浮力シリンダ５０４の下端における内周上に配置されることによって、浮力ブロック５１０が浮力シリンダ５０４の外部に退出することを防止する。浮力ブロック５１０は、浮力ブロック５１０の周囲に形成された密閉を有することによって、浮力チャンバ５０８と水５２４との間の連通を防止する。
【０１０４】
入口弁および出口弁５１２、５１４は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、浮力チャンバ５０８のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁５１２、５１４は、浮力チャンバ５０８内で所望の圧力が達成可能である限りは、異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【０１０５】
動作において、波が浮力ポンプデバイス５００を通過すると、水が浮力シリンダ５０４の開口部を通して浮力ブロック５１０と接触することによって、水の流体力学と、浮力ポンプデバイス５００の水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルにおいて、浮力ブロック５１０を上昇させる。浮力チャンバ５０８内の気体または液体は、出口弁５１４および出口ライン５１８を通して、フローライン５３２の中に放出または排出される。波が浮力ポンプデバイス５００から離れると、浮力ブロック５１０は重力によって推進されるように増加的に下降し、浮力チャンバ５０８内に真空を生成する。したがって、気体または液体が入口ライン５１６および入口弁５１２を通して浮力チャンバ５０８の中に入る。次の波が近づくと、浮力ブロックの位置が波に対して上昇するのに伴って、浮力チャンバ５０８の中に引き込まれていた気体または液体は、出口弁５１２、出口ライン５１８、およびフローライン５３２を通して再び放出される。
【０１０６】
ここで図６を参照して、浮力ポンプデバイス６００のさらに別の実施形態の立面側面図が示される。浮力ポンプデバイス６００は、ベース６０２と、ベース６０２に接続された浮力ハウジング６０４と、浮力ハウジング６０４に接続された浮力ハウジングキャップ６０６と、浮力ハウジング６０４の他方の端に接続された浮力ハウジングベース６０８とを含む。ピストンシャフト６１０および複数のピストン支持６１２は、浮力ハウジングキャップ６０６から軸方向に下降し、それに接続されている。ピストンシャフト６１０およびピストン支持６１２の他方の端には、ピストン６１４が接続されている。ピストン６１４と浮力ハウジングベース６０８との間には、浮力ハウジングキャップ６０６に向かって延びている浮力ブロック壁６１８を有する浮力ブロック６１６が位置する。浮力ブロック６１６と、浮力ブロック壁６１８と、ピストン６１８とは、その中にピストンチャンバ６２０を形成する。浮力ブロック壁６１８は、ピストン６１４と浮力ハウジング６０４との間でスライド可能に運動するように適合されている。ベース６０２は、水域６２６の底６２４に向かって下降する複数の脚６２２を有する。ベース支持６２８は、脚６２２に接続され、水６２６の底６２４の上に位置する。ベース支持６２８は、適切なバラストで満たされ得ることによって、浮力ポンプデバイス６００の位置を水６２６に対してある位置に維持する。
【０１０７】
浮力ハウジング６０４は、浮力ハウジングキャップ６０６と浮力ハウジングベース６０８との間に位置し、それらに結合される、４つの垂直に延びているポスト６３０を備える。複数のストップ６３２は、ポスト６３０のそれぞれの上部および下部に位置することによって、浮力ハウジング６０４の中に浮力ブロック６１６を維持し、その軸方向の運動を制限する。浮力ハウジング６０４の一番上には、バラストキャップ６３４が接続されることにより、浮力ポンプデバイス６００を水６２６に対して固定した位置に維持する補助をする。浮力ハウジングベース６０８は、一方の表面が出口弁６３６に接続され、他方の表面が出口ライン６３８に接続されている。浮力ハウジング６０８は、出口弁６３６と出口ライン６３８との間の連通を提供する。出口ライン６３８は、事実上、望遠鏡のように伸縮し、浮力ハウジングベース６０８を通してスライド可能に受け入れられ、その結果、浮力ブロック６１６が浮力ハウジングベース６０８に対して移動する場合に、出口弁６３６と出口ライン６３８との間で一定の連通が維持される。ピストンシャフト６１０およびピストン支持６１２は、浮力ハウジングキャップ６０６およびピストン６１４に対して固定されることによって、浮力ハウジングキャップ６０６に対するピストン６１４の固定された位置を維持する。
【０１０８】
ピストン６１４は、入口弁６４０と接続することによって、入口弁６４０がピストンチャンバ６２０と連通することを可能にする。入口弁６４０は次に、入口ライン６４２と接続されることによって、ピストンチャンバ６２０と所望の供給源との連通を可能にする。
【０１０９】
浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８は、浮力ハウジング６０４および浮力ハウジングポスト６３０に対してスライド可能であり、その結果、浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８は、浮力ハウジング６０４の中で軸方向に運動し得る。ピストン６１４と浮力壁６１８との間の境界面は、好ましくは密閉され、その結果、ピストンチャンバ６２０は、ピストン６１４に対する浮力ブロック６１６の軸方向の運動に対して固定された圧力のもとにあり得、それによってその中の圧力を維持する。
【０１１０】
入口弁および出口弁６４０、６３６は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ６２０のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁６４０、６３６は、ピストンチャンバ６２０内で所望の圧力が達成可能である限りは、それぞれ浮力ハウジングキャップ６０６および浮力ハウジングベース６０８の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【０１１１】
動作において、所定の特性を有する波が浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８に近づいて接触すると、浮力ポンプデバイス６００が位置する水の流体力学と、浮力ポンプデバイス６００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルに対して、浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８が、軸方向の上方に運動する。浮力ブロック６１６の浮力は、上述の態様で調整され得る。
【０１１２】
浮力ブロック６１６は、ピストンチャンバ６２０内の気体または液体に加圧し、その結果、ピストンチャンバ６２０内の気体または液体は、出口弁６３６および出口ライン６３８を通って放出され、出口ライン６３８に結合されたフローライン６４４を通って所望の場所へと運ばれる。波が浮力ポンプデバイス６００から離れると、重力は浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８を下方に推進し、それによってピストンチャンバ６２０内に真空を生成する。次に、浮力ブロックがストップに接触するかまたは波間の谷に達するまで、気体または液体は、入口ライン６４２および入口弁６４０を通してピストンチャンバ６２０の中に引き込まれる。次の波が周期的に浮力ポンプデバイス６００に近づくと、プロセスが繰り返される。
【０１１３】
ここで図７を参照して、浮力ポンプデバイス７００のさらに別の実施形態の立面側面図が示される。浮力デバイス７００は、ベース７０２と、浮力ハウジング７０４と、浮力ハウジングに接続された浮力ハウジングキャップ７０５と、浮力ハウジングキャップ７０５に接続されたピストンハウジング７０６と、浮力ハウジング７０４の他方の端に接続された浮力ハウジングベース７０８と、ピストンハウジング７０６に接続されたピストンハウジングキャップ７１０と、ピストンハウジングキャップ７１０の上に位置してそれに結合されたバラストキャップ７１２とを含む。
【０１１４】
浮力ブロック７１４は、浮力ハウジング７０４の中に軸方向に配置される。ピストンシャフト７１６は、一方の端が浮力ブロック７１４の上面に接続され、他方の端がピストンハウジング７０６の中に軸方向に配置されるピストン７１８に接続される。ピストンチャンバ７１９は、ピストン７１８の上面と、ピストンハウジングキャップ７１０の下面と、ピストンハウジング７０６との間に形成される。
【０１１５】
入口弁７２０および出口弁７２２は、ピストンハウジングキャップ７１０を通してピストンチャンバ７１９に接続される。入口弁７２０および出口弁７２２は、バラストキャップ７１２を通して延び、それぞれ入口ライン７２４および出口ライン７２６に接続する。
【０１１６】
ベース７０２は、支持ベース７３０に向かって延びている複数の支持脚７２８を有する。支持ベース７３０は、好ましくは、水域７３４の底７３２の上に固定される。
【０１１７】
浮力ハウジング７０４は、浮力ハウジングベース７０８に向かって延び、それに接続される、複数の浮力ハウジング脚７３６を有する。浮力ハウジング脚７３６は、水７３４がそれを通過することを可能にする。複数の浮力ブロックストップ７３８が、浮力ハウジング脚７３６の内面の上方および下方の位置に配置されることによって、浮力ハウジング７０４内での浮力ブロック７１４の軸方向の運動を制限する。
【０１１８】
浮力ハウジングベース７０８は、その上に位置するバラストタンク７４０を有することによって、水域７３４に対する浮力ポンプデバイス７００の位置を維持する。浮力ハウジングベース７０８は、フローライン７４２にさらに接続され、フローライン７４２が浮力ハウジングベース７０８を通って流れることを可能にする。
【０１１９】
ピストンハウジング７０６は、ピストンハウジング７０６の下端および内部に配置された複数のピストンストップ７４４を有することによって、ピストンハウジング７０６内のピストン７１８の軸方向の運動を制限する。ピストンハウジング７０６は、ピストンハウジング７０６内のピストン７１８のスライド可能な軸方向の運動を可能にするように、さらに適合される。
【０１２０】
バラストキャップ７１２は、バラストキャップ７１２の中に所定のバラストまたは調節可能なバラストを有することによって、水域７３４に対して浮力ポンプデバイス７００をさらに安定させるために使用され得る。
【０１２１】
浮力ブロック７１４は、上述の態様で調整可能であり得、浮力ポンプデバイス７００が位置する水７３４の流体力学と、浮力ポンプデバイス７００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルによって制限されるように、浮力ハウジング７０４内でスライド可能に軸方向に運動するように適合される。
【０１２２】
ピストンシャフト７１６は、好ましくは強固であり、ピストン７１８と浮力ブロック７１４との間の固定された関係を維持する。ピストン７１８は、浮力ブロック７１４に向かって配置されたピストンハウジング７０６の開かれた端のために、下端が水にさらされる。ピストン７１８は、ピストン７１８の周囲に配置されて、ピストンチャンバ７１９からピストンの下の区域への漏出または浸出を防止する、密閉（図示せず）を有する。したがって、そのような態様において、ピストンチャンバは、外部環境から離れて保たれ、圧力関係においてその中の気体または液体をポンピングするための有効な場所を提供する。
【０１２３】
入口弁および出口弁７２０、７２２は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ７１９のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁７２０、７２２は、ピストンチャンバ７１９内で所望の圧力が達成可能である限りは、ピストンハウジングキャップ７１０上の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【０１２４】
入口ライン７２４は、所望の気体または液体の中に接続されるように適合されており、したがって、浮力ポンプデバイス７００によってポンピングされるべき気体または液体の所望の源を提供する。出口ライン７２６はフローライン７４２に結合されており、フローライン７４２は次に、流れを所望の場所へと向ける。
【０１２５】
動作において、波が浮力ポンプデバイス７００に近づくと、所定の浮力を有する浮力ブロック７１４は波に対して増加的に上昇する。ピストン７１８は、浮力ブロック７１４と直接的な関係において運動し、それによって気体または液体を、ピストンチャンバ７１９から、出口弁７２２、出口ライン７２６、およびフローライン７４２を通して放出する。波が浮力ポンプデバイス７００を離れると、浮力ブロック７１４は、重力によって推進されて、波に対して下降する。ピストン７１８は、浮力ブロック７１４の下降と直接的な関係において運動して、同様に下降し、それによってピストンチャンバ７１９内に真空を生成する。気体または液体は、入口ライン７２４および入口弁７２０を通してピストンチャンバ７１９の中に引き込まれ、それによってピストンチャンバ７１９を満たす。サイクルは、水の流体力学と、浮力ポンプデバイス７００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルに対して繰り返す。
【０１２６】
ここで図８を参照して、本発明の原理に従った例示的な浮力ポンプデバイス８００の代替の実施形態の側面立面図が示される。浮力ポンプデバイス８００は、ベース８０２と、ベース８０２に接続されたハウジング８０４と、ハウジング８０４に接続されたハウジングキャップ８０６と、ハウジング８０４の他方の端に接続されたハウジングベース８０８とを含む。ピストンハウジング８１０は、ハウジング８０４の下部に軸方向に配置される。ピストンハウジング８１０は、ピストンハウジングキャップ８１２とピストンハウジングベース８１４とを含む。ピストンハウジングバラスト部分８１６は、その下部においてピストンハウジング８１０に接続されている。
【０１２７】
所定の浮力を有する浮力ブロック８１８は、ハウジング８０４の中に配置される。ピストンシャフト８２０は、浮力ブロック８１８の下端に接続され、そこから軸方向に延びている。ピストン８２２は、ピストンシャフト８２０の他方の端に接続される。ピストン８２２は、ピストンハウジング８１０内で軸方向に運動するように適合される。ピストンチャンバ８２４は、ピストン８２２の下面、ピストンハウジングベース８１４、およびピストンハウジング８１０によって形成される。
【０１２８】
入口弁８２６は、ピストンハウジングベース８１４を通して接続され、ピストンチャンバ８２４と連通している。同様に、出口弁８２８はピストンハウジングベース８１４に接続され、ピストンチャンバ８２４と連通している。入口ライン８３０および出口ライン８３２は、入口弁８２６および出口弁８２８の他のそれぞれの端に接続されている。
【０１２９】
ベース８０２は、支持ベース８３６に延びて接続する支持脚８３４を含む。支持ベース８３６は、水域８４０の底８３８に置かれるように適合されている。バラストタンク８４２は、支持ベース８３６の上面に接続され、バラストを受け取りおよび／または放出するように適合されており、それによって水域８４０に対して浮力ポンプデバイス８００の位置を維持する。
【０１３０】
ハウジング８０４は、一方の端がハウジングベース８０８に接続され、かつ他方の端がハウジングキャップ８０６に接続された、複数のハウジング脚８４４を備える。ハウジング脚７４４は、水がその間を自由に流れることを可能にする。
【０１３１】
フロータンク８４６は、入口ライン８３０および出口ライン８３２に接続され、ハウジングベース８０８の表面上に位置する。フロータンク８４６は、供給ライン８４８およびフローライン８５０にさらに接続されている。フロータンク８４６は、ピストンチャンバ８２４への、かつピストンチャンバ８２４からの流れを制御し得、ピストンチャンバ８２４からの出口フローをフローライン８５０を通して所望の場所に向け得る。
【０１３２】
浮力ブロック８１８の浮力は、上述の態様で調整可能である。浮力ブロック８１８は、浮力ポンプデバイス８００が位置する水８４０の流体力学と、浮力ポンプデバイス８００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルにおいて、ハウジング８０４内でスライド可能に軸方向に運動するように適合されている。
【０１３３】
ピストンシャフト８２０は、浮力ブロック８１８とピストン８２２とを固定された関係に維持し、その結果、浮力ブロック８１８の運動はピストン８２２の運動に対応する。
【０１３４】
ハウジング８０４は、ハウジング脚８４４の内部に位置する複数の浮力ブロックストップ８５２を有することによって、その中の浮力ブロック８１８の軸方向の運動を制限する。同様に、ピストンハウジング８１０は、ピストンハウジング８１０の内面上に複数のピストンストップ８５４を有し、ピストンストップ８５４はその中のピストン８２２の軸方向の運動を制限するように適合されている。
【０１３５】
入口弁８２６および出口弁８２８は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ８２４のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁８２６、８２８は、ピストンチャンバ８２４内で所望の圧力が達成可能である限りは、ピストンハウジングベース８１４上の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【０１３６】
動作において、所定の特性を有する波が浮力ポンプデバイス８００に到着すると、浮力ブロック８１８およびピストン８２２が増加的に上昇する。ピストンチャンバ８２４内に真空が生成され、それによって気体または液体は、供給ライン８４８に接続された供給源に依存して、入口ライン８３０および入口弁８２６を通してピストンチャンバ８２４の中に引き込まれる。波が浮力ポンプデバイス８００を離れていくと、重力が浮力ピストンを軸方向の下方に推進し、それによってピストンチャンバ８２４内の気体または液体を圧縮し、ピストンチャンバ８２４内の気体または液体を、出口弁８２８、出口ライン８３２、フロータンク８４６、およびフローライン８５０を通して排出または放出する。
【０１３７】
ここで図９を参照して、例示的な浮力ポンプデバイス９００の代替の実施形態の側面立面図が示される。浮力ポンプデバイス９００は、ベース９０２と、ベース９０２に接続されたハウジング９０４と、ハウジングキャップ９０６と、ハウジングベース９０８とを含む。ハウジングバラスト部分９０９は、ハウジングキャップ９０６の上方に軸方向に配置されている。
【０１３８】
メタライズされたピストン９１０は、ハウジング９０４の中に配置され、ハウジング９０４内で軸方向に運動するように適合されている。所定の浮力を有する複数の磁化された浮力ブロック９１２は、ハウジング９０４の外側に、かつピストン９１０の端に隣接して、位置する。磁化された浮力ブロック９１２は、メタライズされたピストン９１０の隣に位置し、その結果、磁化された浮力ブロック９１２の運動は、ハウジング９０４内でのメタライズされたピストン９１０の運動に対応する。案内レール９１１がハウジング９０４上に提供されることによって、磁化された浮力ブロック９１２の運動を、メタライズされたピストン９１０に対して案内する。ピストンチャンバ９１３ａおよび９１３ｂは、ピストン９１０に関して対向する側に画定される。非金属の密閉９１５は、メタライズされたピストン９１０とハウジング９０４との間のメタライズされたピストン９１０の外面に配置され得、結合され得ることによって、ピストンチャンバ９１３ａと９１３ｂとの間の流体または液体の流れを防止する。
【０１３９】
第１の入口弁９１４および第１の出口弁９１６は、ハウジングキャップ９０６を通してピストンチャンバ９１３ａに接続されている。第１の入口弁９１４および第１の出口弁９１６は、ハウジングバラスト部分９０９を通して、それぞれ第１の入口ライン９１８および第１の出口ライン９２０に接続されている。
【０１４０】
第２の入口弁９２２および第２の出口弁９２４は、一方の端において、ハウジングベース９０８を通してピストンチャンバ９１３ａに接続されている。第２の入口弁９２２および第２の出口弁９２４は、他方のそれぞれの端において、第２の入口ライン９２６および第２の出口ライン９２８に接続されている。
【０１４１】
ベース９０２は、複数の支持脚９３０を含み、支持脚９３０は、一方の端がハウジング９０４に結合され、他方の端が支持ベース９３２に結合されている。支持ベース９３２は、浮力ポンプデバイス９００が配置される水域９３６の底９３４に置かれるように適合されている。
【０１４２】
ハウジング９０４は、外面上に複数のストップ９３８を含み、ストップ９３８は、磁化された浮力ブロック９１２の軸方向の運動を制限するように適合されている。出口ライン９２０および９２８は、その中の流れを所望の場所に運ぶためのフローライン９４０に接続されている。
【０１４３】
磁化された浮力ブロック９１２は、浮力ポンプデバイス９００が位置する水の流体力学と、浮力ポンプデバイス９００そのものの水圧または空気圧システム特性とに一致するサイクルにおいて運動する。磁化された浮力ブロック９１２の浮力は、磁化された浮力ブロック９１２に所定の液体または固体を充満させること、または磁化された浮力ブロック９１２から所定の液体または固体を放出することによって、調整され得る。
【０１４４】
入口弁９１４、９２２および出口弁９１６、９２４は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ９１３ａおよび９１３ｂの中および外に流れることを可能にする。たとえば、第１の入口弁９１４はピストンチャンバ９１３ａの中への流れを可能にし、第１の出口弁９１６はピストンチャンバ９１３ａから外への流れを可能にする。第２の入口弁９２２および第２の出口弁９２４は、ピストンチャンバ９１３ｂの中および外への流れを可能にする。第１の入口弁９１４および第１の出口弁９１６は、ハウジングキャップ９０６の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。同様に、第２の入口弁９２２および第２の出口弁９２４は、ピストンチャンバ９１３ａおよび９１３ｂ内で所望の圧力が達成可能である限りは、ハウジングベース９０８上の異なる場所に位置し得る。
【０１４５】
動作において、水域９４６からの波が浮力ポンプデバイス９００から離れていくと、磁化された浮力ブロック９１２は重力によって増加的に下降し、それによって、メタライズされたピストン９１０を磁力によって下降させ、ピストンチャンバ９１３ａ内に真空を生成する。同時に、磁化された浮力ブロック９１２およびメタライズされたピストン９１０の下降は、ピストンチャンバ９１３ｂ内の気体または液体を圧縮する。その中の気体または液体は、第２の出口弁９２４、第２の出口ライン９２８を通して、フローライン９４０の中に排出または放出される。ピストンチャンバ９１３ａにおいて、真空は、第１の入口ライン９１８から第１の入口弁９１４を通して、ピストンチャンバ９１３ａの中に気体または液体を引き込む。
【０１４６】
次の波が近づくと、磁化された浮力ブロック９１２およびメタライズされたピストン９１０は、磁力による相互関係によって、通過する水９３６に対して増加的に上昇し、それによってピストンチャンバ９１３ａ内の気体または液体を加圧し、第１の出口弁９１６および第１の出口ライン９２０を通してフローライン９４０の中に気体または液体を放出する。ピストンチャンバ９１３ｂは真空になり、それによって、第２の入口ライン９２６および第２の入口弁９２２を通してピストンチャンバ９１３ｂの中に気体または液体を引き込む。プロセスは、連続する波ごとに繰り返される。
【０１４７】
出口弁９１６および９２４のいずれかにおける圧力がメタライズされたピストン９１０の運動を抑制する場合には、磁気的な浮力ブロック９１２は、波に対して運動するメタライズされたピストン９１０から離れて、次の波のサイクルにおいてメタライズされたピストン９１０と再び係合する。
【０１４８】
ここで図１０を参照して、本発明の原理に従った例示的な浮力ポンプデバイス１０００のさらに別の実施形態が示される。浮力ポンプデバイス１０００は、ベース１００２と、ベース１００２に接続されたハウジング１００４と、ハウジング１００４に接続されたハウジングキャップ１００６と、ハウジングベース１００８とを含む。ピストンシリンダ１０１０は、ハウジング１００４の中に配置され、ピストンシリンダキャップ１０１２と、シリンダバラスト部分１０１４とを含む。シリンダバラスト部分１０１４は、ピストンシリンダ１０１０に接続され、ピストンシリンダキャップ１０１２の上に配置される。ピストン１０１６は、ピストンシリンダ１０１０内で軸方向に運動するように適合されている。浮力ブロック１０１８は、ピストンシリンダ１０１０の上のハウジング１００４に位置し、ハウジング１００４内で軸方向に運動するように適合されている。複数のピストンシャフト１０２０は、ピストン１０１６の下面から延び、浮力ブロック１０１８の側面に接続されている。
【０１４９】
入口弁１０２２および出口弁１０２４は、ピストンシリンダキャップ１０１２を通してピストンチャンバ１０２６に接続される。ピストンチャンバ１０２６は、ピストンシリンダキャップ１０１２、ピストンシリンダ１０１０、およびピストン１０１６の上面によって形成される。入口ライン１０２８および出口ライン１０３０は、それぞれ入口弁１０２２および出口弁１０２４に接続されている。入口ライン１０２８および出口ライン１０３０は、ピストンシリンダバラスト部分１０１４を通して延びている。
【０１５０】
ベース１００２は、支持脚１０３２を含み、支持脚１０３２は、一方の端がハウジング１００４の下部に接続され、他方の端が支持ベース１０３４に接続されている。支持ベース１０３４は、水域１０３８の底１０３６に置かれるように適合されている。バラストタンク１０４０は、支持ベース１０３４の上部に接続されることによって、浮力ポンプデバイス１０００を水域１０３８に対して固定された位置に維持する。
【０１５１】
ハウジング１００４は、複数のハウジング脚１０４２を含み、ハウジング脚１０４２は、水１０３８がその間を流れることを可能にするように適合されている。ハウジング脚１０４２は、ハウジングベース１００８に接続する。ハウジング１００４は、ハウジング脚１０４２の内面に形成された複数のストップ１０４５を含むことによって、その中での浮力ブロック１０１８の軸方向の運動を制限する。
【０１５２】
フロータンク１０４６は、出口ラインに接続され、ハウジングベース１００８に接続されている。フロータンク１０４６は、出口ライン１０３０から受け取られた流れをフローライン１０４８に向け、出口ライン１０４０からの流れをフローライン１０４８に供給するように適合されている。
【０１５３】
ピストンシリンダ１０１０は、ピストンシリンダキャップ１０１２に対向する端において開いており、その結果、水がピストン１０１６の底面に接触し得る。密閉（図示せず）がピストン１０１６の周囲に提供されることによって、ピストンチャンバ１０２６と水域１０３８との間の連通を防止する。
【０１５４】
ピストン１０１６は、上述の態様で調整可能であり、ピストンシリンダ１０１０内でスライド可能に軸方向に運動可能である。ピストン１０１６および浮力ブロック１０１８はピストンシャフト１０２０を介して接続されているので、浮力ブロック１０１８の運動は、ピストン１０１６の直接的な運動に対応する。
【０１５５】
浮力ブロック１０１８は所定の浮力を有し、その結果、浮力ブロック１０１８は、浮力ポンプデバイス１０００が置かれている水の流体力学に一致するサイクルにおいて運動する。浮力ブロック１０１８の浮力は、水およびシステムの特性および流体力学に依存して、上述の態様で調整され得る。
【０１５６】
入口弁および出口弁１０２２、１０２４は、一方向性のフローデバイスであり、気体または液体が、ピストンチャンバ１０２６のそれぞれ中および外に流れることを可能にする。弁１０２２、１０２４は、ピストンチャンバ１０２６内で所望の圧力が達成可能である限りは、ピストンシリンダキャップ１０１２上の異なる場所に位置し得ることが理解されるべきである。
【０１５７】
動作において、海洋、湖、河川、または他の波を発生する環境などの水域に、浮力ポンプデバイス１０００が最初に置かれた後は、出口ライン１０３０、弁１０２４、およびピストンチャンバ１０２６の中の初期圧力は、ゼロ圧力状態で始まる。認識される特性を有する波が、浮力ポンプデバイス１０００に到着する。波からの水が浮力ブロック１０１８を増加的に上昇させ、それによって浮力ブロック１０１８およびピストン１０１６の両方を上昇させる。ピストンチャンバ１０２６の中に導入された気体または液体は加圧を始め、ピストンチャンバ１０２６内の圧力が出口ライン１０３０内のライン圧力に打ち勝つまで加圧する。この時点において、気体または液体は、出口弁１０２４および出口ライン１０３０を通して流れ、フローライン１０４８を通して、使用または格納のための所望の場所に運ばれる。
【０１５８】
波が浮力ポンプデバイス１０００を離れていくと、重力が浮力ブロック１０１８を下に推進し、それによってピストンシリンダ１０１０内でのピストン１０１６の対応する下方への軸方向の運動という結果になる。ピストンチャンバ１０２６内に真空が生成され、それによって、気体または液体が、入口ライン１０２８および入口弁１０２２を通してピストンチャンバ１０２６の中に引き込まれる。サイクルは、連続する波ごとに周期的に繰り返される。
【０１５９】
ここで図１１を参照して、例示的なアクイカルチャーリグ（ａｑｕｉｃｕｌｔｕｒｅ  ｒｉｇ）１１００に結合されたような、図１の浮力ポンプデバイス１００の例示的な側面図が示される。この構成において、アクイカルチャーリグ１１００は、複数のバラストタンク１１１０を含み、バラストタンク１１１０は、浮力ポンプデバイス１００の周囲に同心状に配置されて、浮力ポンプデバイス１００に接続されている。バラストタンク１１１０は、複数の支線１１２０によって隣接するバラストタンク１１１０にさらに接続されている。複数のバラストタンク１１１０は、浮力ポンプデバイス１００が位置する水域１１３０からやって来る波に対して浮力ポンプデバイス１００を安定させるために、長さまたは幅が変化し得る。
【０１６０】
浮力ポンプデバイスは、モジュール構造であり得ることによって、浮力ポンプデバイスが移動式であることを可能にする。移動式の浮力ポンプデバイスは、ある場所において設置され、分解され、別の場所で設置され得る。浮力ポンプデバイスの可搬性は、一つの場所に永久に建造される水流タービンなどの、移動式でない他の水力発電システムとは区別され得る。さらに、移動式浮力ポンプデバイスのグループまたはフィールドは、異なる陸地または海上に基地のあるアプリケーション（電力の変化する需要にさらされる）に対して電力を提供するために移動され得る。たとえば、一つ以上の浮力ポンプデバイスのグループは、未知の期間にわたって新しい領域に展開され、かつその後に異なる領域に再配置される、軍事基地を支援するために、海上に基地のある場所において展開され得る。浮力ポンプデバイスのグループは、浮力ポンプデバイスの仕様に一致する波のある十分な波エネルギーを有する場所なら実質的にどこにでも展開され得る。
【０１６１】
図１２Ａは、例示的な浮力チャンバリング１２００を示す。浮力チャンバリング１２００は、図１２Ｂに示されるように例示的な構造を構築するための構想的構成要素として使用され得、いくつかの浮力チャンバリング１２００によって形成され得ることによって、浮力ポンプデバイスの浮力シリンダ１０４（図１を参照）と実質的に同様に機能する。浮力チャンバリング１２００を利用する浮力ポンプデバイスは、構造がモジュール的である。浮力チャンバリング１２００は、外部リング１２０２と、内部リング１２０４とを備える。外部および内部リング１２０２および１２０４は、同軸であり、スペーサの対１２０６ａ〜１２０６ｄ（集合的に１２０６）を形成する多数のスペーサによって結合され得る。スペーサの対１２０６は、平行に構成され得、軸ｘおよびｙに関して対称的に位置し得る。スペーサの対１２０６は、外部および内部リング１２０２および１２０４に構造的支持を提供する。スペーサの他の構造的および／または幾何学的な構成は、外部および内部リング１２０２および１２０４に構造的支持を提供するために利用され得る。たとえば、外部および内部リング１２０２および１２０４の間のスペーサのトラス構成が利用され得る。
【０１６２】
案内リングシリンダ１２１０は、スペーサの対１２０６の間の中心に位置し得、外部および内部リング１２０２および１２０４のそれぞれに結合され得る。案内リングシリンダ１２１０は、浮力チャンバリング１２００を杭打ち１２１６（図１２Ｂによって以下に説明される）の上に位置づけて支えるために利用され得る。浮力チャンバリング１２００の各構成要素は、鋼鉄、および／または海洋または他の環境に存在する環境条件に対して耐性のあるガラス繊維またはプラスチックなどの材料からなり得る。
【０１６３】
図１２Ｂは、図１２Ａに示される浮力チャンバリング１２００を利用する例示的な浮力ポンプデバイス１２１２についての浮力チャンバ１０４（図１も参照）の断面に沿って取られた透視上面図である。浮力チャンバ１０４は、８つの杭打ちまたは支柱１２１６に軸方向に沿って複数の浮力チャンバリング１２００を係合させることによって形成され、杭打ちまたは支柱１２１６は、水域の底に存在しかつ底から垂直に延びるベース（図示せず）の中に取り付けられ得る。水域の深さに依存して、杭打ち１２１６のそれぞれは複数のセグメントからなり得る。示されるように、杭打ち１２１６は、浮力チャンバリング１２００に放射状に位置する案内リングシリンダ１２１０を通して延び得る。
【０１６４】
浮力ポンプデバイス１２１２のベースから垂直に延びる管状シム１２１８は、スペーサの対１２０６のスペーサのそれぞれと並んだ内部リング１２０４に結合され得る。管状シム１２１８は、浮力ブロック１２２０（部分的に示される）のための案内として利用される。浮力ブロック１２２０は、浮力リング１２２２を含み得るか、またはそれに結合され得る。浮力リング１２２２は、管状シム１２１８によって係合または案内され得ることによって、浮力ブロック１２２０が浮力チャンバ１０４内で上下に移動する際に浮力ブロック１２２０の位置合わせを維持する。モジュール設計のために、浮力ポンプデバイス１２１２は、構築され、再配置の目的のために分解され得る。
【０１６５】
図１２Ｃは、浮力チャンバ１０４のキャップとして構成された浮力チャンバリング１２００’の別の実施形態である。浮力チャンバリング１２００’は、ピストンチャンバ１２２４を位置決めするようにさらに構成され得る。位置決め用スペーサ１２２６がスペーサの対１２０６と実質的に位置合わせされ得ることによって、外部および内部リング１２０２および１２０４の中心点の周囲に長方形領域１２２８を形成する。長方形案内ブロック１２３０は、長方形領域１２２８の中に位置し得、位置決め用スペーサ１２２６に結合され得る。長方形案内ブロック１２３０は、開口部１２３２を含み得、開口部１２３２は、開口部１２３２を通してピストンチャンバ１２２４を挿入し、かつ接続部材（図示せず）を用いて開口部１２３２の中にピストンチャンバ１２１４を維持するようなサイズにされる。開口部１２３２は、浮力チャンバリング１２００’によって支持され位置決めされる構造部材（たとえばピストンチャンバ１２２４）の形状およびサイズに依存して、代替的な形状およびサイズであり得ることが理解されるべきである。
【０１６６】
図１３は、波データに基づいて浮力ブロックのサイズを動的に決定および／または調整するシステム１３００の図面であり、そのようなシステムは、コンピューティングシステム１３０４のモニタ１３０３上に表示される例示的な浮力ブロック１３０２の概略図の画像１３０１を示す。コンピューティングシステム１３０４は、ソフトウェア１３０８を実行するように動作可能なプロセッサ１３０６を含む。ソフトウェア１３０８は、浮力ブロック１３０２を使用する浮力ポンプデバイスが位置されるべき水域における場所についての波の履歴データに基づいて、浮力ブロック１３０２の大きさおよび／またはモデル動作を計算するために使用される。ソフトウェア１３０８は、たとえば、スプレッドシートに含まれるコードの行または公式によって形成され得る。ソフトウェア１３０８は、波の履歴データについての入力パラメータを有するアルゴリズムを含み、機械的仕様およびシステム動作データを出力する。
【０１６７】
コンピューティングシステム１３０４は、プロセッサ１３０６に結合されたメモリ１３１０をさらに含む。メモリは、プログラム１３０８とそれによって生じたデータとを格納するために利用され得る。入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１３１２は、プロセッサ１３０６に結合され、コンピューティングシステム１３０４に内部的にまたはそれから外部的にデータを受信および送信するために使用される。格納ユニット１３１４は、プロセッサ１３０６と通信し、データベース１３１６を格納するように動作可能である。データベース１３１６は、波の履歴データと、展開のための一つ以上の浮力ポンプデバイスの構成に関連する他のデータとを格納し得る。一実施形態において、データベース１３１６は、浮力ブロック１３０２に関連するデータを含むデータファイルである。
【０１６８】
コンピューティングシステム１３０４は、通信経路１３２０を介してネットワーク１３１８と通信し得る。一実施形態において、ネットワーク１３１８はインターネットである。代替的に、ネットワーク１３１８は衛星通信システムであり得る。波の履歴データサーバ１３２２は、当該技術分野において理解されるような世界中の水域からの種々の場所からブイによって収集された波データを含むデータベース１３２４、または他のデータファイルを保守する。波データサーバ１３２２は、通信経路１３２６を介してネットワーク１３１８と通信し、その結果、コンピューティングシステム１３０４は、データベース１３２４に格納された波データにアクセスまたはルックアップし得る。コンピューティングシステム１３０４によって波データサーバ１３２２にアクセスされて収集された波データは、手作業で、半自動的に、または自動的に、データベース１３１６に含まれ得、ソフトウェア１３０８によって利用され得ることによって、浮力ブロック１３０２の大きさおよび／またはモデル動作を生成する。
【０１６９】
浮力ブロック１３０２の画像１３０１は、浮力ブロック１３０２を設計するために、入力パラメータを受け取りおよび／または計算結果をディスプレイフィールドに表示するための、種々のデータフィールドをさらに含み得る。浮力ブロック１３０２の設計者は、一定の期間にわたる特定のまたは一般的な波の運動の履歴に関連する情報を入力するために、入力パラメータを使用し得る。代替的に、入力パラメータは、格納ユニット１３１４の中、波データサーバ１３２２の上、または他の場所に格納されたデータファイルから読み出され得、画像１３０１上に表示され得る。
【０１７０】
浮力ブロック１３０２の設計にあたり、設置場所および設置の期間が考慮に入れられる。たとえば、浮力ポンプデバイスが３ヶ月などの期間にわたって特定の場所に設置される予定の場合には、設計者は、浮力ブロック１３０２の設計にあたり、特定の場所におけるこれらの特定の月にわたる、低い、ピークの、および平均の波の運動の履歴を入力し得る。浮力ポンプがより持続的な期間にわたって設置される予定の場合には、浮力ブロック１３０２の大きさを決定するために、５ヶ月などのより長い期間にわたる、低い、ピークの、および平均の波の運動の履歴が入力され得る。
【０１７１】
画像１３０１は、浮力ポンプデバイスの設計者を補助するために、表、グリッド、グラフィック画像、または他の視覚的レイアウトを含む、入力および出力フィールドを含み得る。浮力ポンプデバイスの設計期間の間に、設計者は、例ＡおよびＢ、表１〜４、および図３Ａ〜３Ｆおよび４Ｄに関して説明されたものなどの設計プロセスを実行し得る。設計プロセスの実行にあたって、例Ａ（低い波のサイズ）、例Ｂ（平均の波のサイズ）、および表１は、種々の構成要素（たとえば浮力ブロック）の大きさおよびシステムパラメータ（たとえば馬力）を計算するにあたって波データの履歴を利用するための例を提供する。浮力ブロックの体積（ＢＢＶ）、円錐の体積（ＶＣ）、ベースの体積（ＶＢ）、および他の寸法などの寸法は、波データ履歴の関数として計算され得る。表２は、浮力ブロックの直径を波の高さ（ＷＨ）の関数として記述しており、寸法およびシステムパラメータの両方を決定するために使用され得る。画像１３０１上に示される結果は、たとえば図３Ａ〜３Ｆおよび４Ｄに示される要素および寸法とともに、グラフィック的に表示され得る。浮力ポンプデバイスの要素のより単純なまたはより詳細なグラフィック画像が計算され得、画像１３０１上に示され得ることが理解されるべきである。展開の場所および期間に基づいて浮力ポンプデバイスの構成要素を設計するにあたって、月間平均の波情報を示す表３（年間計算された波の平均）および表４に示される入力データが、コンピューティングシステム１３００の中に入力され得る。
【０１７２】
図１３を参照し続けて、コンピューティングシステム１３０４によって実行されるソフトウェア１３０８によって生み出される計算結果を示すために、表示フィールドが使用される。表示フィールドに示される結果は、ベースの高さ（ｈ１）（図４Ｄを参照）、ベースの直径（ｄ１）、円錐の高さ（ｈ２）、および他の大きさを含む、浮力ブロック１３０１についての種々の機械的仕様を含み得る。さらに、ピストンの寸法などの、浮力ポンプデバイスの構成要素の他の寸法が計算され得る。表示フィールドはまた、利用可能なストロークの長さ、上昇移動時間、および上昇圧力などの、動作仕様に影響するパラメータを含み得、上昇圧力は、波のパラメータ（たとえば高さおよび長さ）の関数として浮力ブロック１３０１によって展開される上方への圧力の量である。
【０１７３】
浮力ポンプデバイスはまた、特定の領域についての需要に役立つように、スケーラブルである。たとえば、既存の領域または領域の一部の需要に役立つように、所定の数の浮力ポンプデバイスが最初に設置され得、次に領域が拡大するにつれてその領域に役立つように、あるいはもともとの領域の残りの部分に役立つように、追加の浮力ポンプデバイスが補足され得る。領域は、たとえば、２００個の浮力ポンプデバイスのみを必要とする小さなエネルギー需要のみを有し得、あるいはダムによって提供されるものに匹敵する数平方マイルの浮力ポンプデバイスを必要とし得る大きなエネルギー需要を要求し得る。したがって、浮力ポンプデバイスは、役立てられる特定の領域について存在するいかなるエネルギー需要に対してもスケーラブルであり適合可能である。
【０１７４】
ここで図１４を参照して、貯水塔を利用する例示的な浮力ポンプ電力システム１４００の実施例の立面図が示される。一つ以上の浮力デバイスのグループ１４０５は、水域１４２０の底１４１５に沿って所定の構成で分散されている。浮力ポンプデバイス１４１０のグループ１４０５は、グリッド、アレイにおいて構成され得、さもなければ、他の浮力ポンプデバイス１４１０による影響がほとんどないかまたはまったくなしに波の運動を受け入れるように、各浮力ポンプデバイス１４１０を収容する態様で分散され得る。
【０１７５】
浮力ポンプデバイス１４１０からの出口ライン１４２５は、貯水塔１４３５を支えるショート（ｓｈｏｒｔ）１４３０に向かって底１４１５に沿って延び得る。出口ライン１４２５は、貯水塔１４３５の一番上または一番上の近くに水を送る水供給として動作する。
【０１７６】
貯水塔１４３５は、ポンピングされた水のリザーバとして動作することによって、貯水塔１４３５の底または底の近くのタービンハウス１４４０に位置する一つ以上のタービン１４３９を作動させる。タービンハウス１４４０は、貯水塔１４３５の中に格納された水を重力の機能によって受け取ることによって、タービン１４３９を通して水の流れから電気エネルギーを発生させるために、貯水塔１４３５の中に含まれるか、隣接して位置するか、または近くに位置し得ることが理解されるべきである。タービン１４３９を通過する水は、タービン排出出口１４４０を介して水域１４２０に戻され得る。代替的に、水は、たとえば灌漑、または飲料水に変換する脱塩などの、他の利用法のために配水するように排出され得る。
【０１７７】
電力線１４４５は、タービンによって生成される電力を、電力線１４４５が結合される電力グリッド１４５０に配給するために、タービン１４３９に結合され得る。浮力原理の使用以外の技術によって動力を提供されるポンプが、本発明の原理に従って貯水塔１４３５に水を供給するために利用され得ることが想到される。たとえば、回転手段および／または風力によって動力を生み出すポンプが、貯水塔１４３５に水を供給するために利用され得る。
【０１７８】
図１５は、例示的な浮力ポンプ電力システム１５００の別の実施形態の立面図である。図１４に示される、水域１５２０の底１５１５に沿う一つ以上の浮力ポンプデバイス１５１０のグループ１５０５の同一または類似の構成が確立され得る。浮力ポンプデバイス１５１０のグループ１５０５は、グリッド、アレイにおいて構成され得、さもなければ、他の浮力ポンプデバイス１５１０による影響がほとんどないかまたはまったくなしに波の運動を受け入れるように、各浮力ポンプデバイス１５１０を収容する態様で分散され得る。
【０１７９】
浮力ポンプデバイス１５１０からの出口ライン１５２５は、崖の頂上１５４０の上で一つ以上のリザーバ１５３５を支える崖１５３０に向かって、底１５１５に沿って延び得る。代替的に、リザーバ１５３５は、一つ以上の地中のプールまたは池として、崖の頂上１５４０の中に構築され得る。出口ライン１５２５は、リザーバ１５３５の一番上または一番上の近くに水を運ぶ水供給として動作する。一実施形態において、リザーバ１５３５は、二次的使用を提供するように形成され得る。一つのそのような二次的使用は、魚の孵化場である。リザーバ１５３５は、浮力ポンプデバイス１５１０からポンピングされた水を格納するように動作することによって、崖１５３０の底または底の近くに位置するタービンハウス１５４５の中に位置する一つ以上のタービン１５４０を動作させ、重力の機能としてタービン１５４０に適用される最大水圧を提供する。代替的に、タービンハウス１５４５は、リザーバよりも下にあり、かつタービン１５４０を駆動する能力がある限りは、他の場所に位置し得る。当該技術分野において理解されるように、異なるタービンは異なる水圧において動作するので、崖の高さおよび／またはリザーバ１５３５の下のタービンの距離は、利用されるタービンの種類に基づき得る。タービン１５４０によって生成される電気は、電力グリッド１５５５に配電するために電力線１５５０に伝導され得る。
【０１８０】
図１６は、波エネルギーを機械的エネルギーに変換するための、水域１６０４に位置する浮力ポンプデバイス１６０２の別の例示的な構成の図示である。浮力ポンプデバイス１６０２は、波によって動かされる浮力ポンプデバイス１６０２の浮力ブロック（図示せず）に応じて、空気などの気体を出口ライン１６０６を通して駆動するように構成されている。気体は圧縮され得、タービンハウス１６１４に含まれるタービン１６１２を駆動するために高くされる必要がないので、リザーバ１６０８は、岸１６１０の一番上または岸１６１０の地下に位置し得る。タービン１６１２は、入力供給ライン１６１６を介してリザーバ１６０８に接続され得ることによって、圧縮された気体を受け取り、タービン１６１２を駆動させる。タービンは、電力線１６１８に接続されることによって、タービン１６１２によって生成された電気を、電力グリッド１６２０または工場などの他のドレイン（ｄｒａｉｎ）に配電する。
【０１８１】
図１７Ａは、浮力ポンプデバイス１７０２を含む例示的なポンプフィールド１７００の図示であり、浮力ポンプデバイス１７０２は、海洋１７０８における波１７０６に応じて液体をリザーバ１７０４に駆動するように構成されている。ポンプフィールド１７００は、浮力ポンプデバイス１７０２が位置するプロット１７１３の行１７１０および列１７１２を含む浮力ポンプデバイス１７０２のグリッドとして構成されている。列に沿った空のプロットは、各行に沿って２つの浮力ポンプデバイス１７０２を分離するかまたはその間隔を空ける。同様に、行に沿った空のプロットは、各列に沿って２つの浮力ポンプデバイス１７０２を分離する。示されるように浮力ポンプデバイス１７０２を分離するかまたはその間隔を空けることによって、２つの浮力ポンプデバイス１７１４ａおよび１７１４ｂの間の第１の列ｃ１を通過する波は、２つの浮力ポンプデバイス１７１４ａおよび１７１４ｂのある行ｒ１３およびｒ１５の間に垂直に位置する行ｒ１４に沿って、第２の列ｃ２にある浮力ポンプデバイス１７１４ｃの前で修正され、それによって、第２の列ｃ２にある浮力ポンプデバイス１７１４ｃが、第１の列ｃ１にある浮力ポンプデバイス１７１４ａおよび１７１４ｂによって受け取られるのと実質的に同じ波エネルギーを受け取ることを可能にする。浮力ポンプデバイス１７０２の分離は、各波から失われるエネルギー量を最小限にするのにさらに役立つ。波から失われるエネルギー量を最小限にすることによって、ポンプフィールド１７００に位置する各浮力ポンプデバイス１７０２は、実質的に均等に動力を供給される。同一または類似の改変を提供することによって各ポンプに最大限の波エネルギーを提供する浮力ポンプデバイス１７０２の他の構成が利用され得ることが理解されるべきである。図１７のポンプフィールド１７００の構成を使用することによって、海岸１７１４は、ポンプフィールド１７００が海岸１７１４の正面に位置しない場合に受け取られ得るのと実質的に同じ各波を受け取る。したがって、ポンプフィールド１７００の構成は、波から電力を生成することにおいて環境に優しい解決策である。
【０１８２】
図１７Ｂは、特定の浮力ポンプデバイス１７１４ａ〜１７１４ｃを含む浮力ポンプデバイス１７０２の構成の拡大図である。浮力ポンプデバイス１７１４ａおよび１７１４ｂのそれぞれの出口ライン１７１８ａおよび１７１８ｂは、各浮力ポンプデバイス１７１４ａおよび１７１４ｂから、第１の列ｃ１に沿って、浮力ポンプデバイス１７１４ｃを含む列ｒ１４に向かって延びるように構成されている。出口ライン１７１８ａおよび１７１８ｂは、海岸（１７１６）に向かって行ｒ１４に沿って延びる別の出口ライン１７１８ｃに結合されている。さらに浮力ポンプデバイス１７１４ｃからの出口ライン（図示せず）は、出口ライン１７１８ｃに接続し得る。さらに、行ｒ１３〜ｒ１５に位置する他の浮力ポンプ１７０２からの出口ラインは、出口ライン１７１８ｃに接続し得ることによって、浮力ポンプデバイス１７０２から排出される流体（すなわち液体または気体）を、陸地または別に位置するリザーバ（図示せず）に運ぶ。流体をリザーバに運ぶために、出口ラインの他の構成が利用され得ることが理解されるべきである。他の構成は、構造的または幾何学的に異なり得る。たとえば、出口ライン１７１８ａおよび１７１８ｂを単一の出口ライン１７１８ｃに接続するのではなく、各出口ライン１７１８ａおよび１７１８ｂは互いに分離したままであり得る。
【０１８３】
図１７Ｂを参照し続けて、ポンプグリッドの例示的な構成の大きさが示される。各浮力ポンプデバイス１７０２は、４７．３平方フィートのベースの大きさを有する。浮力ポンプの各行（たとえば行ｒ１およびｒ２）の間に、１５．８フィートの分離距離が使用される。
【０１８４】
図１７Ａをさらに参照して、崖の頂上１７１８に位置するリザーバ１７０４は、浮力ポンプデバイス１７０２からポンピングされた水を、出口ライン１７２０を介して受け取る。水は、リザーバ１７０４に格納され得、出力供給ライン１７２２を通して、タービン建造物１７２４の中に位置するタービン（図示せず）に流され得る。水は、排出ライン１７２６を介して、海洋１７０８の中に排出し戻され得る。別の実施形態において、リザーバは、船舶または石油掘削リグなどのように、水域の上に位置し得る。
【０１８５】
浮力ポンプシステムは、通過する波からほぼすべての潜在的エネルギーを完全に吸収し、そのパワーを本明細書中に記載され示される態様で使用するように設計され得ることが、理解されるべきである。代替的に、浮力ポンプシステムは、通過する波から潜在的エネルギーの一部（たとえば５０パーセント）を吸収するように設計され得る。これらの設計は、ポンプフィールドのためのグリッドまたは他の配列を利用し得るが、その配列に基づいて一部またはすべての空のプロットに浮力ポンプデバイスを含み得る。
【０１８６】
図１８を参照して、本発明の原理に従った浮力ポンプシステム１８１１は、波の運動に応じて往復運動をする浮力ブロック１８１５を有する少なくとも一つの浮力ポンプ１８１３を含む。浮力ブロック１８１５は、好ましくは、前述のシステムと同様のピストンおよびピストンシャフトを使用して、動作流体をポンピングする。動作流体、好ましくは水は、浮力ポンプ１８１３の場所における沖合から、低いリザーバ１８２１および高いリザーバ１８２３のうちの一つにポンピングされる。好ましくは、リザーバは岸に位置するが、既存のまたは新しいプラットフォームの上で沖合に位置し得る。低いリザーバ１８２１は、浮力ポンプ１８１３の通常の動作条件の間にポンピングされる水を受け取るために提供される。通常の動作条件は、一般的に、通常のサイズの波の高さ、または浮力ポンプが主に動作するように設計された波の高さが存在する間に生じる。より大きな高さの波が存在するときには、浮力ポンプは、より大きな波の高さを利用し得ることによって、動作流体内により高い圧力を生成し、それによって、動作流体を高いリザーバ１８２３の中にポンピングする。動作流体をより高い（すなわち通常の動作条件の間よりも高い）圧力でポンピングするために、浮力ブロックの内部体積は「ワープ」プロセスによって増加されなければならない。ワーププロセスは、前述のプロセスの一つによって、浮力ブロックの高さまたは直径のいずれかを増加させることを伴う（図３Ｄ〜３Ｆを参照）。より大きな波が存在する場合には、浮力ブロックの体積を増加させると、通常の動作条件の間に生み出される流量とほぼ同じ流量を保ちながら、動作流体に与えられる圧力を増加させることができる。より高い波の高さの存在を利用することは重要である。なぜなら、より高い高度におけるリザーバ（すなわち高いリザーバ１８２３）に格納された動作流体は、より効率的に電気を生成するために使用され得るからである。このことは主に、リザーバから落とされる動作流体によって駆動されるタービン１８３１が、低い圧力の高い流量の流体に対立するものとして、高い圧力の低い流量の流体によって駆動されるときに、より効率的に動作するという事実によるものである。異なる高さの２つのリザーバを参照して、動作流体を格納する複数のリザーバを使用するコンセプトが上述されたが、当業者は、このコンセプトが多数のリザーバを含むように拡大され得、一定の高さの波が存在し、かつ浮力ブロックが（ワープを介して）特定の体積に調整されるときに、リザーバのそれぞれが動作流体を理想的に受け取るように設計され得ることを認識する。
【０１８７】
図１９を参照して、本発明の原理に従った浮力ポンプシステム１９１１は、波の運動に応じて往復運動をする浮力ブロック１９１５を有する少なくとも一つの浮力ポンプ１９１３を含む。浮力ポンプが使用される領域における大きな嵐およびハリケーンの可能性のために、波の高さが過剰に高くなった場合には、浮力ポンプが海底から押しのけられるリスクにさらされ得る。このリスクを最小限にするために、浮力ブロック１９１５は、浮力ブロック１９１５が選択的に浸水させられることを可能にするリリーフポート（ｒｅｌｉｅｆ  ｐｏｒｔ）１９１７を含む。浸水させられている間に、浮力ブロックは、ピストンまたは浮力ポンプ１９１３の残りになんの浮力も及ぼさず（あるいは、部分的に浸水される場合には、より少ない浮力を及ぼし）、このことは、浮力ポンプが海底から押しのけられることを防止し得る。図１９に示されるように、リリーフポート１９１７は、弁１９２１およびコントローラ（図示せず）によって開かれ得る。弁１９２１を開く信号は、波の高さ、浮力ブロックに隣接する波の圧力、または浮力ブロックによって及ぼされる浮力を測定するセンサに応じて、手作業で、遠隔に、または自動的に、のいずれかで提供され得る。リリーフポート１９１７を開閉するために弁を使用する代わりに、リリーフポート１９１７は、浮力ポンプ杭打ちまたは海底などの固定した構造につなぎでつながれたストッパによって密閉され得る。つなぎ（ｔｅｔｈｅｒ）は、所定の長さであり得、その結果、浮力チャンバ内での浮力ブロックの過剰な運動（たとえば大きな波に応じて）は、つなぎにリリーフポート１９１７からストッパを押しのけさせ、それによって浮力ブロックを浸水させる。リリーフポート１９１７に加えて、浮力ポンプ１９１３は、加圧された気体源１９３１を含み得ることによって、浸水動作のあとに浮力ブロックをパージする。加圧された気体は、浮力ブロックにおける水を移動させ得、それによって浮力ポンプが通常の動作に戻ることを可能にする。
【０１８８】
本発明の原理に従った浮力ポンプは、浮力ポンプが動作する領域における平均的な波長に「一致する」ように主に設計される浮力ブロックを含む。好ましくは、浮力ブロックは、動作流体をポンピングする大きな浮力を生成するだけ波長に対して十分に大きく、波のエネルギーを捕獲するプロセスを大きく低減する隣接する波の存在なしに波のエネルギーを捕獲できるだけ十分に小さいようなサイズにされる。好ましくは、浮力ブロックの直径は、平均的な波長の約１／６以上であり、かつ平均的な波長の約１／２以下である。一般的には好ましくはないが、浮力ブロックは、浮力ブロックの直径が平均的な波長と同じ大きさであるように設計され得る。
【０１８９】
本発明の原理に従った浮力ブロックは、好ましくは、平均的な波によって上昇する間に浮力ブロックが最大の高さに達する際に、浮力ブロックの体積の約１／３が水の外に出たままであるように設計されることに留意することも重要である。各上昇ストロークの間に浮力ブロックが完全に沈む場合には、波の運動を迅速に追跡するブロックの能力（およびそれによって動作流体をポンピングする能力）は、著しく減少させられ得る。浮力ブロックのかなりの部分が水の外に留まることを可能にすることによって、浮力ブロックは、各波の運動を迅速に追跡し、動作流体をより効率的にポンピングする。もちろん、水の外に出る浮力ブロックの体積は、上昇ストロークの全体にわたって変化し、上昇ストロークの最大点において水の外にある正確な体積は、全体積の１／３よりも高いかまたは低くあり得る。
【０１９０】
本発明の原理に従った例示的な浮力ポンプ２１１１が、図２０〜３９に示される。これらの図面に関して示されるすべての寸法は、例示的な目的のためのみであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図されていない。浮力ポンプ２１１１の組立図が図２１に図示され、ポンプ２１１１は、ピストンシャフト２１１５によってピストン２１１７に接続される浮力ブロック２１１３を含む。浮力ブロック２１１１は、波の作用に対して往復運動をすることによって、ピストン２１１７を往復式に駆動し、その結果、ピストン２１１７の下降ストロークにおいて、動作流体は吸入パイプ２１２１を通してピストンチャンバ２１２５の中に引き込まれる。ピストン２１１７の上昇ストロークにおいて、動作流体は、ピストンチャンバ２１２５から出口パイプ２１２９の中に放出される。
【０１９１】
図２６〜３６を参照して、ピストンシャフト２１１５がより詳細に図示される。ピストンシャフト２１１５は、各端がボール嵌合（ｂａｌｌ  ｆｉｔｔｉｎｇ）２１４７に接続された複数の入れ子型チューブ（ｎｅｓｔｅｄ  ｔｕｂｅ）２１４１、２１４３、２１４５を含む。チューブ２１４１は直径が最も小さく、チューブ２１４３の中に入れ子状に収まっており、次にチューブ２１４３はチューブ２１４５の中に入れ子状に収まっている。チューブのそれぞれは、各端に雌ねじを含み、雌ねじはボール嵌合２１４７をねじ切り式に（ｔｈｒｅａｄｉｎｇｌｙ）受け入れる。ボール嵌合２１４７は、段をなしたシャフト２１４９を含み、シャフト２１４９は、小さな部分２１５１と、中間の部分２１５３と、大きな部分２１５５とからなる。大きな部分２１５５は、ボール端２１５９に強固に取り付けられている。小さな部分２１５１、中間の部分２１５３、および大きな部分２１５５のそれぞれは、雄ねじを含む。ピストンシャフト２１１５が組み立てられるときに、ボール嵌合２１４７の一つが、チューブ２１４１、２１４３、２１４５の各端に取り付けられ、その結果、小さな部分２１５５がチューブ２１４１とねじ切り式に係合し、中間の部分２１５３がチューブ２１４３とねじ切り式に係合し、大きな部分２１５５がチューブ２１４５とねじ切り式に係合する。ボール嵌合２１４７は、チューブを互いに対して固定する補助をし、ピストンシャフト２１１５に与えられる負荷が個々のチューブ２１４１、２１４３、２１４５のすべてに分散されることを確実にする。ボール嵌合２１４７のボール端２１５９は、ボールジョイント２１６５によって受け入れられる。第１のボールジョイントは浮力ブロックに接続される一方で、第２のボールジョイントはピストンに接続される。ボールジョイント２１６５は、ボール端２１５９を受け入れるための半球形の凹部２１６９を有するキャップ部分２１６７を含む。ボールジョイント２１６５のロッキング部分２１７５は、キャップ部分２１６７に接続されることによって、ボールジョイント２１６５内のボール端２１５９を固定する。ロッキング部分２１７５は、通路２１７７を含み、通路２１７７は、先細り状の領域２１８１に隣接する部分的に球形の肩部分２１７９を有する。球形の肩部分２１７９は、半球形の凹部２１６９内のボール端２１５９をロックする役割を果たす。先細り状の領域２１８１は、球形の肩領域２１７９から延びるにしたがって外側に先細り状になっている。先細り状の領域は、ピストンシャフト２１１５がボールジョイント２１６５に対してボール端２１５９を中心に回転することを可能にし、その結果、浮力チャンバ内での浮力ブロックのわずかな角運動（ａｎｇｕｌａｒ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）がピストンシャフト２１１５に著しいねじりの力や曲げる力を与えない。ボールジョイント２１６５が保護する浮力ブロック２１１３の主な角運動は、浮力ブロック２１１３の往復運動に対して垂直な軸を中心とする角運動である。
【０１９２】
図３７〜３９および図２７を参照して、上述の浮力ブロック２１１３の角運動は、浮力ブロック２１１３の外面に取り付けられた少なくとも一つのスライドマウント２２１１の存在によって最小限にされる。スライドマウント２２１１は、浮力チャンバの周囲に位置する案内ポスト２２１７を受け入れるように方向づけられた案内通路２２１５を含む。スライドマウント２２１１は、浮力ブロック２１１３が浮力チャンバ内で往復運動をする際に、浮力ブロック２１１３を案内する補助をする。好ましくは、スライドマウント２２１１は、図３８および３９に図示されるように２つの部分からなることにより、より簡単な設置を促進する。好ましくは、案内通路２２１５は、ポリマー材料によって裏打ちされる（ｌｉｎｅｄ）ことによって、スライドマウント２２１１と案内ポスト２２１７との間の摩擦を低減する。
【０１９３】
図２１〜２５を参照して、浮力ポンプ２１１１は、複数の杭打ちを使用して固定され、杭打ちは、浮力ポンプ２１１１の種々のプラットフォーム、ピストンチャンバ、導管、および他のシステムを構造的に支える。好ましくは、浮力ポンプ２１１１は、８つの杭打ち（周辺杭打ち２３１１）を含み、これらの杭打ちは、円形パターンで等しく間隔を空けて配置されており、追加の中央杭打ち２３１３が円形パターンの中心に位置する。杭打ちの長さは比較的長く、杭打ちは、ポンプ動作、海流、海洋潮汐、および波の作用からの力にさらされるので、複数の翼支柱２３１５が、各周辺杭打ち２３１１と中心杭打ち２３１３との間に接続される。翼支柱２３１５のそれぞれは、翼支柱２３１５の各端にスリーブ２３１７を含み、各スリーブは一つの杭打ちを受け入れる。好ましくは、各スリーブはポリマーによって裏打ちされることによって、翼支柱２３１５と杭打ちとの間の金属対金属の接触を防止する。杭打ちの互いに対する過剰な運動を防止すること（それによって杭打ちを強化すること）に加えて、翼支柱２３１５は、浮力ポンプ２２１１にかなりの重量を加える。翼支柱２３１５の重量は、浮力ポンプ２１１１の固定をおおいに補助し、このことは、図２１に示されるような移動式の浮力ポンプが使用されるときに特に重要である。
【０１９４】
ここで図４０〜４４を参照して、本発明の原理に従った浮力ポンプ４０１１が図示される。これらの図面に関連して示されるすべての寸法は、例示的な目的のみのためであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図されていない。ポンプ４０１１は、浮力ブロック４０１３を含み、浮力ブロック４０１３は、浮力チャンバ４０１４内で運動可能に位置しており、上部ピストンシャフト４０１５によって上部ピストン４０１７に接続され、下部ピストンシャフト４０２５によって下部ピストン４０２７に接続されている。浮力ブロック４０１３は、波の作用に応じて往復運動をする。浮力ブロック４０１３が波に乗って上昇すると、下部ピストン４０２７が上昇し、動作流体が吸入パイプを通して下部ピストンチャンバ４０３３の中に流れ込むことを可能にする。浮力ブロック４０１３が波の作用に応じて下降すると、下部ピストン４０２７は浮力ブロック４０１３の重量によって駆動され、動作流体を、下部ピストンチャンバ４０３３から移動パイプ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｉｐｅ）４０３９の中に、続いて上部ピストンチャンバ４０４１の中に放出する。浮力ブロック４０１３のこの下降ストロークの間に、上部ピストン４０１７は下方に運動し、それによって、動作流体が移動パイプ４０３９から上部ピストンチャンバ４０４１の中に入ることを可能にする。浮力ブロック４０１３が再び上方に運動すると、上部ピストン４０１７が浮力によって上方に駆動されることによって、動作流体を上部ピストンチャンバ４０４１から出口パイプ４０４５の中に放出する。逆止め弁４０４９は、動作流体が上部ピストンチャンバ５４１から移動パイプ４０３９を通して逆流することを防止する。
【０１９５】
浮力ポンプ４０１１が浮力ブロック４０１３の上昇ストロークおよび下降ストロークの両方において正の圧力を介して動作流体をポンピングする能力は、特に、特定の領域の波の条件が、高い浮力チャンバ４０１４および上部ピストンチャンバ４０４１を要求するときに、浮力ポンプ４０１１の効率的な動作を可能にする。単一のピストンのみを有する浮力ポンプについては、動作流体はピストンチャンバに中に引き込まれる（すなわち吸い込まれる）ことによってチャンバを満たさなければならない。この種類のピストンは、動作流体に負の圧力を及ぼすことによって動作流体をピストンチャンバの中に引き込む。一部のポンプ設計は、ピストンチャンバを満たすために過剰な量の負の圧力を必要とし得る。このことは通常、浮力ポンプの動作する水面から高いところに位置する非常に丈の高い浮力チャンバおよび／またはピストンチャンバを有することによって引き起こされる。大きな負の圧力は、動作流体の泡立ちまたは沸騰を引き起こし得、このことは浮力ポンプがピストンチャンバを満たす能力を著しく低減させる。
【０１９６】
図４０〜４４に図示される浮力ポンプ４０１１について、好ましい動作流体は水であり、ピストンチャンバのサイズおよび位置は、ピストンチャンバを満たすために６０フィートの吸い込みヘッドを必要とし得、このことは水の泡立ちまたは沸騰を引き起こしやすくあり得る。沸騰を防止するために、本発明の浮力ポンプ４０１１は、負の圧力を使用して動作流体を上部ピストンチャンバ４０４１の中に引き込むのとは対照的に、正の圧力を使用して動作流体を上部ピストンチャンバ４０４１の中に押し込む。正の圧力は下部ピストン４０２７の下降ストロークによって生成され、下降ストロークは浮力ブロック４０１３の重量によって駆動される。この理由のために、浮力ブロック４０１３は、単一ピストンのみに連係される浮力ブロックよりも重いように設計され得る。もちろん、浮力ブロック４０１３がより重い場合には、浮力ブロック４０１３の排除体積を増加させることによって、水中に浮かびながら余剰の重量を支えるという点でも有利である。
【０１９７】
上部および下部ピストンシャフト４０１５、４０２５は、各端でボール嵌合４０５７に接続された複数の入れ子型チューブを含む。チューブのそれぞれは、各端に雌ねじを含むことによって、ボール嵌合４０５７をねじ切り式に受け入れる。ボール嵌合４０５７は、段をなしたシャフトを含み、シャフトは、小さな部分と、中間の部分と、大きな部分とからなる。大きな部分は、ボール端４０５９に強固に取り付けられている。小さな部分、中間の部分、および大きな部分のそれぞれは、雄ねじを含む。ピストンシャフト４０１５、４０２５が組み立てられるときに、ボール嵌合４０５７の一つがチューブの各端に取り付けられ、その結果、小さな部分、中間の部分、および大きな部分の各々が、チューブの一つに係合する。ボール嵌合４０５７は、チューブを互いに対して固定する補助をし、ピストンシャフト４０１５、４０２５に与えられる負荷が個々のチューブのすべてに分散されることを確実にする。ボール嵌合４０５７のボール端４０５９は、ボールジョイント４０６５によって受け入れられる。ボールジョイント４０６５は、浮力ブロック４０１３の上面および下面のそれぞれに接続され、ボールジョイント４０６５は、上部および下部ピストン４０１７、４０２７のそれぞれにさらに接続される。ボールジョイント４０６５は、ボール端４０５９を受け入れるための半球形の凹部を含む。ボールジョイント４０６５のロッキング部分は、ボールジョイント４０６５内にボール端４０５９を固定するために提供される。ボールジョイントの構成は、ピストンシャフト４０１５がボールジョイント４０６５に対してボール端４０５９を中心に回転することを可能にし、その結果、浮力チャンバ内での浮力ブロックのわずかな角運動がピストンシャフト４０１５に著しいねじりの力や曲げる力を与えない。ボールジョイント４０６５が保護する浮力ブロック４０１３の主な角運動は、浮力ブロック４０１３の往復運動に対して垂直な軸を中心とする角運動である。
【０１９８】
上述の浮力ブロック４０１３の角運動は、浮力ブロック４０１３の外面に取り付けられる少なくとも一つのスライドマウント４１１１の存在によって最小限にされる。スライドマウント４１１１は、浮力チャンバの周囲に位置する案内ポスト４１１７を受け入れるように方向づけられた案内通路を含む。スライドマウント４１１１は、浮力ブロック４０１３が浮力チャンバ４０１４内で往復運動をする際に、浮力ブロック４０１３を案内する補助をする。好ましくは、案内通路は、ポリマー材料によって裏打ちされることによって、スライドマウント４１１１と案内ポスト４１１７との間の摩擦を低減する。浮力ブロック４０１３の角運動は、上部および下部ピストンシャフト４０１５、４０２５の両方の存在によってさらに最小限にされる。
【０１９９】
浮力ポンプ４０１１は、複数の杭打ちを使用して固定され、杭打ちは、浮力ポンプ４０１１の種々のプラットフォーム、ピストンチャンバ、導管、および他のシステムを構造的に支える。好ましくは、浮力ポンプ４０１１は、８つの杭打ち（周辺杭打ち４２１１）を含み、これらの杭打ちは、円形パターンで等しく間隔を空けて配置されており、追加の中央杭打ち４２１３が円形パターンの中心に位置する。杭打ちの長さは比較的長く、杭打ちは、ポンプ動作、海流、海洋潮汐、および波の作用からの力にさらされるので、複数の翼支柱４２１５が、各周辺杭打ち４２１１と中心杭打ち４２１３との間に接続される。翼支柱４２１５のそれぞれは、翼支柱の各端にスリーブ４２１７を含み、各スリーブは一つの杭打ちを受け入れる。好ましくは、各スリーブはポリマーによって裏打ちされることによって、翼支柱４２１５と杭打ちとの間の金属対金属の接触を防止する。杭打ちの互いに対する過剰な運動を防止すること（それによって杭打ちを強化すること）に加えて、翼支柱４２１５は、浮力ポンプ４０１１にかなりの重量を加える。翼支柱４２１５の重量は、浮力ポンプ４０１１の固定をおおいに補助し、このことは、移動式の浮力ポンプが使用されるときに特に重要である。
【０２００】
上述の記載は、本発明を実現するための好ましい実施形態のものであり、本発明の範囲は、この記載によって必ずしも限定されるべきではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【０２０１】
【図１】図１は、浮力ポンプ電力システムにおいて使用されるための、本発明の原理に従った第１の実施形態における浮力ポンプデバイスの分解側面立面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の浮力ポンプデバイスの上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、線２Ｂ〜２Ｂの沿って取られた図２Ａの断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の組み立てられた浮力ポンプデバイスの側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の原理に従った例示的な浮力ブロックの上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の原理に従った例示的な浮力ブロックの側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の原理に従った例示的な浮力ブロックの投影立面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、望遠鏡のように伸縮する部分を有する例示的な浮力ブロックの部分的な断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、収縮した構成における例示的な浮力ブロックの例示的な調整可能なベース部分の上面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、拡張した構成における例示的な浮力ブロックの例示的な調整可能なベース部分の上面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、波が浮力ポンプデバイスを通過するときの図１の浮力ポンプデバイスの側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、波が浮力ポンプデバイスを通過するときの図１の浮力ポンプデバイスの側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、波が浮力ポンプデバイスを通過するときの図１の浮力ポンプデバイスの側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、例示的な波の概略図である。
【図５】図５は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスの代替の実施形態の立面側面図である。
【図６】図６は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスのさらに別の実施形態の立面側面図である。
【図７】図７は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスの別の実施形態の立面側面図である。
【図８】図８は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスの例示的な波ポンプのさらに別の実施形態の立面側面図である。
【図９】図９は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスの別の実施形態の立面側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的な浮力ポンプデバイスのさらに別の実施形態の立面側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の原理に従った浮力ポンプ電力システムにおいて使用される例示的なアクイカルチャーリグに結合された浮力ポンプデバイスの立面側面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、浮力ポンプデバイスの別の実施形態の構造部材として使用され得る例示的な浮力チャンバリングの図示である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示される浮力チャンバリングを利用する図１の浮力チャンバの断面に沿って取られた透視上面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、ピストンチャンバのキャップとして構成された図１２Ａの浮力チャンバリングの別の実施形態である。
【図１３】図１３は、波のデータに基づいて浮力ブロックのサイズを動的に決定および／または調整するシステムの図面であり、そのようなシステムは、コンピューティングシステムのモニタ上に表示される例示的な浮力ブロックの概略図の画像を示す。
【図１４】図１４は、本発明の原理に従った貯水塔を利用する例示的な浮力ポンプ電力システムの立面図である。
【図１５】図１５は、本発明の原理に従った代替の実施形態における浮力ポンプ電力システムの立面図である。
【図１６】図１６は、代替の実施形態におけるさらに別の浮力ポンプ電力システムの立面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、海洋における波に応答して流体をリザーバに駆動するように構成された浮力ポンプデバイスを含む例示的なポンプフィールド１７００の図示である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、特定の浮力ポンプデバイスを含む、浮力ポンプデバイスの構成の拡大図である。
【図１８】図１８は、浮力ポンプシステムによって駆動された動作流体を受け入れる能力のある複数のリザーバを有する、本発明の実施形態に従った浮力ポンプシステムである。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプである。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２３Ｄ】図２３Ｄは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２５】図２５Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。図２５Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。図２５Ｃは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３２】図３２は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３３】図３３は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３５Ａ】図３５Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３６Ａ】図３６Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３６Ｂ】図３６Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３６Ｃ】図３６Ｃは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３７Ａ】図３７Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３７Ｂ】図３７Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３８Ａ】図３８Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３９Ａ】図３９Ａは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図３９Ｂ】図３９Ｂは、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図４０】図４０は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図４１】図４１は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図４２】図４２は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図４３】図４３は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図４４】図４４は、本発明の実施形態に従った浮力ポンプの組み立ておよび詳細の図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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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２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【国際調査報告】
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