JP2006502343A - 海面波エネルギー変換器 - Google Patents

Abstract

発電するシステムおよび方法が波の運動を機械的な動力に変換する。流体物質が機械的動力の関数として貯蔵槽まで駆動される。この流体物質は貯蔵槽から流し出される。流出する流体物質の運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。流体物質は液体または気体である得る。本発明は、発電する方法を提供する。この方法は、波の運動を機械的動力に変換するステップと、流体物質を前記機械的動力の関数として貯蔵槽まで駆動するステップと、前記流体物質を前記貯蔵槽から流出させるステップと、前記流出する流体物質の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するステップとを含む。

Description

発明の分野
本発明は、一般にポンプ装置に関し、さらに詳細には、限定するものではないが、水の移動体積を利用して気体、液体、およびその組合せを第１の場所から第２の場所に移動させる、浮力ポンプ電力システムにおける浮力ポンプ装置に関する。

発明の背景
一般に波動現象と呼ばれるものを利用し、波動現象で観測されたエネルギーを有用で信頼性のあるエネルギー源に変換する試みが数多くなされてきた。波動現象は、物質の様々な状態を通して、例えば、電磁波の場合には真空を通して、振動衝撃によってエネルギーおよび運動量を伝達するものである。理論的には、エネルギーが通過するときに媒質自体は移動しない。媒質を構成する粒子が、単に並進的または角（軌道）パターンで移動してエネルギーを次から次へと伝達するだけである。波は、海洋面波のように、縦方向でも横方向でもない粒子運動を有する。さらに正確に言えば、波における粒子運動は、縦波と横波の両方の成分を含むのが典型である。縦波は、典型的にはエネルギーの伝達方向に前後移動する粒子を含む。これらの波は物質のすべての状態を通してエネルギーを伝達する。横波は、典型的にはエネルギーの伝達方向に対して垂直に前後移動する粒子を含む。これらの波は固体を通してのみエネルギーを伝達する。軌道波では、粒子が軌道経路を移動する。これらの波は、２つの流体（液体または気体）間の境界面に沿ってエネルギーを伝達する。

例えば、海洋面上で発生する波は、海洋波中の粒子が大気と海洋の間の境界面において円軌道で移動するので、縦波と横波の両方の成分を含むのが典型である。波は、典型的には幾つかの容易に識別可能な特徴を有する。このような特徴には、波の最高点である波頭、波の最低点である谷、波頭と谷の間の垂直距離である波高、波頭と谷の間の水平距離である波長、１つの波長が通過する間に経過する時間である周期、単位時間当たりに固定点を通過した波の数である周波数、および波高距離の半分であり、波のエネルギーに等しい振幅が含まれる。

波動現象によって発生するエネルギーを利用しかつ活用する試みは数多くなされており、１８９８年１月２５日に交付の米国特許第５９７８３３号で開示されたシステムなどのように前世紀の変わり目まで遡る。これらの試みには、波動現象から導出されたエネルギーを捕捉するために防潮壁を立てるもの、波動現象からのエネルギーを利用するために複雑な方策を伴うトラック／レール・システムを活用するもの、浅瀬のウェーブ・システムのみに適合するポンプ・システムを開発するもの、および潮の干満が生じる海岸付近に塔または同様の物を建造するものが含まれていた。本明細書では詳細に説明しないが、さらに他の試みもなされてきた。

これらのシステムはそれぞれに多くの問題を孕んでいる。例えば、海水を使用するようになっている幾つかのシステムは、それだけ厳しい環境に曝される。これらのシステムには不断の保守および交換を要する数多くの機械部品が含まれており、したがってシステムが望ましいものにはならない。他のシステムは海岸または浅瀬のみでの建造に限定され、それはシステムの配置を限定するものであり、したがってシステムが望ましいものにはならない。最後に、他のシステムは、波動現象によって供給されたエネルギーを完全に利用することがなく、したがって回収過程でエネルギーを無駄にして非効率的なシステムになる。

石油など、これまでのエネルギー源の枯渇によって、効率的な代替エネルギー源の必要性が叫ばれてきた。地球温暖化または同様の現象の原因と考えられている温室効果が、環境に優しいエネルギー創出装置の必要性をさらに確固としたものにする。直ちに利用可能なこれまでの燃料源の減少はエネルギー・コストの上昇をもたらしたが、それは全世界的に受け止められているものである。これによって、環境に優しく、効率性の高い、低コストのエネルギー装置を創出する必要性に対する声さらに高まる。

直ちに利用可能で安価なエネルギー源の必要性も世界中で切実に受け止められている。例えば、中国のような地域では、急激に増大する人口に大量のエネルギー供給を創出するために河川がダムで堰き止められている。このような事業は、完了するのに２０年以上を要する恐れがある。このようなダム建設事業によって創出されるエネルギーは、この事業が完了するまで利用を開始することさえできない。したがって、建造されると直ちにエネルギーを供給しかつ工期が短いエネルギー装置に対するさらに別の必要性が存在する。

発明の概要
上で識別した問題および必要性は、本発明の原理による、波または流れによって駆動される浮力ポンプのシステムによって解決される。本浮力ポンプ装置は、流体が通過し得る浮力室を内部に画定する浮力ブロック筐体を具備する。浮力ブロックが、浮力室中の流体の上昇に応答して第１の方向に軸移動し、かつ浮力室中の流体の降下に応答して第２の方向に軸移動するように浮力室の内部に配置される。

ピストン・シリンダが浮力ブロック筐体に連結され、そのシリンダの中に浮力ブロックの第２の方向への移動に応答して吸入口として動作しかつ浮力ブロックの第１の方向への移動に応答して吐出口として動作する少なくとも１つの弁が配置される。ピストンが、ピストン・シリンダの内部に滑動自在に配置されかつ浮力ブロックに連結されており、このピストンは、第１および第２方向に移動可能であり、この少なくとも１つの弁を介して流体物質をピストン・シリンダの中に引き込みように浮力ブロックの第２の方向への移動に応答し、かつこの少なくとも１つの弁を介して流体物質を出力するように浮力ブロックの第１の方向への移動に応答する。

浮力ポンプ装置が液体を汲み出すように構成される場合は、浮力ポンプ装置は共通の液体貯蔵施設に連結される。次いで、貯蔵された液体を利用して発電用の液体タービンを駆動する。気体が汲み上げるべき媒体である場合は、浮力ポンプ装置は共通の気体貯蔵施設に連結される。次いで、貯蔵された気体を利用して発電用の気体タービンを駆動する。

発電するための１つの実施形態は、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。流体物または流体物質が機械的動力の関数として貯蔵槽まで駆動される。流体物質は貯蔵槽から流し出される。流出する流体物質の運動エネルギーの少なくとも一部が電気エネルギーに変換される。流体物質は液体または気体であり得る。

浮力ポンプ装置が水域中の場所に配置されるように設計する際に、浮力ポンプ装置を設計するシステムおよび方法が利用される。このシステムは、ソフトウェアを実行するように動作可能な処理装置を含む計算システムを備え得る。ソフトウェアは、水域の領域からの波の履歴データを含む入力パラメータを受け取り、かつこの入力パラメータの関数として浮力ポンプ装置の浮力装置の少なくとも１つの寸法を計算する。浮力装置の１つまたは複数の寸法は、浮力ポンプ装置によって流体物質が駆動されるように浮力装置が持上げ圧力を生成できるようになっている。

本発明の原理による別の実施形態は、水域からの波エネルギーの関数としてタービンから発電するシステムおよび方法を含む。このシステムは、波が、（ｉ）少なくとも１基の第１の浮力ポンプ装置を通過した後で実質的に再形成するのを可能にし、かつ（ｉｉ）少なくとも１基の第２の浮力ポンプ装置を駆動するのを可能にするように、間隔をおいて水域中に構成した浮力ポンプ装置を含む。浮力ポンプ装置は、流体物質を押し退けてタービンを駆動するように動作可能である。

上で識別した問題を解決するために、限定するものではないが、海洋、湖沼、河川の形態で見られる非常に大量の水がうねりおよび波の形態で自然運動する際に存在する位置エネルギーを相対的に高い効率で機械的エネルギーに変換する浮力ポンプ装置が提供される。この浮力ポンプ装置は、気体と液体の両方、または両方の組合せを汲み上げるように対応可能である。したがって、また本明細書で言及するように、気体は流体としてもまたは気体としても定義されており、よってそれは空気と水の両方を含む。次いで、機械的なエネルギー源として汲み上げられた気体または液体を利用して、タービン、空気工具、通気、またはこのような形態の動力を使用する他の任意の機械的装置に動力を供給することができる。機械的エネルギー源はまた、同様の機械的変換装置を利用して電気エネルギーを創出するために使用可能である。

ここで図１から図２Ｃを併せて参照すると、本発明の第１の実施形態による浮力ポンプ装置１００が様々な図で示されている。浮力ポンプ装置１００は、基部１０２、一端が基部１０２に連結されかつ浮力シリンダ・キャップ１０６によって他端が閉ざされた浮力シリンダ１０４、および一端が浮力シリンダ・キャップ１０６に連結されかつ浮力シリンダ１０４と概ね同軸に位置合わせされたピストン・シリンダ１０８を具備する。ピストン・シリンダ１０８の他端は、ピストン・シリンダ・キャップ１１０によって閉ざされている。浮力シリンダ１０４は、一端が基部１０２の上表面によって閉ざされかつ他端が浮力シリンダ・キャップ１０６によって閉ざされて、その内部に浮力室１１２を画定する。

形状が概ね円筒形の浮力ブロック１１４が、浮力室１１２の内部で滑動自在に位置決めされ、この室の中で軸移動する。浮力ブロック１１４上端に連結されたピストン軸１１６が、このブロックから概ね軸方向に延び、浮力シリンダ・キャップ１０６中の開口１１８を貫通する。概ね形状が円筒形のピストン１２０は、ピストン・シリンダ１０８の内部で滑動自在に位置決めされ、かつその下端がピストン軸１１６の他端に連結され、この軸と一緒に概ね軸移動する。ピストン・シリンダ１０８は、一端がピストン１２０の上表面によって閉ざされかつ他端がピストン・シリンダ・キャップ１１０によって閉ざされて、その内部にピストン室１２２を画定する。

吸入口弁１２４および吐出口弁１２６が、ピストン・シリンダ・キャップ１１０を貫通してピストン室１２２と連通し、これらの弁を介して気体または液体が流れ得る。吸入口管路１２８および吐出口管路１３０が、それぞれ吸入口弁１２４および吐出口弁１２６に連結されており、他端からそれぞれに気体または液体を受け入れかつ吐出するようになっている。

基部１０２は、浮力ポンプ装置１００を環境に対して固定位置に維持するためにバラストを含むことができる。基部１０２はまた、ピストン室１２２から空気または気体を受け取るために吐出管路１３０に連結されている、内部輸送された気体または液体のための貯蔵受口を備える。基部１０２が貯蔵容器として使用される場合は、この容器に基部出口１３２が連結可能であり、この基部１０２から望ましい場所に気体または液体を流出させる。基部１０２上の基部出口１３２の位置は、基部１０２上の任意の箇所に基部出口１３２を配置できるように対応可能であることが理解されるべきである。

浮力ブロックの筐体でもあり得る浮力シリンダ１０４は、鎖１３４によって基部１０２の上表面に連結可能であり、これらの鎖は次に浮力シリンダ１０４に連結される。このような様態で、鎖１３４は浮力シリンダ１０４を基部１０２上に固定する。支え線または他の連結手段を使用して浮力シリンダ１０４を基部１０２に結合することが可能であり、したがって、本発明は連結手段として鎖１３４に限定するものではないことが理解されるべきである。

浮力シリンダ１０４はまた、水などの流体が浮力ブロック１１４を包囲する浮力シリンダ１０４を通過し得るように、このシリンダの周囲には複数の開口が規則的な間隔をおいて配置可能である。このような流れに伴う乱流を軽減するために、複数の乱流開口１３１を浮力シリンダ１０４上に設けることができる。したがって浮力シリンダ１０４は、このシリンダ１０４を通過する気体に伴う摩擦を軽減するためにケージまたは同様の物を備え得る。

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、様々な液体環境中における浮力ブロック１１４の動きに相関する。例えば、浮力ポンプ装置１００が海洋環境中に配置されるとき、浮力シリンダ１０４の長さは、浮力ポンプ装置１００が年周潮の変化および波高に伴って機能できるように調整可能であることが必要である。浮力ポンプ装置１００が、例えば、湖沼環境中に配置されるとき、浮力シリンダ１０４の長さは、波高動作設定を調整する必要がない。

別の実施例では、１０フィートの水深を有する水域中で、浮力シリンダは、浮力室内部で浮力ブロックを移動可能にするためには、少なくとも１０フィートの高さを有しかつこの１０フィートに加えて７フィートの動作高さが追加されねばならない。したがって、浮力シリンダは高さが１７フィートとなり、それは７フィートの有効行程を有することになる。しかし、水域に潮流変化があると、この実施例は多少変化する。

変化を受けた実施例では、２フィートの潮流変動を有する１０フィートの海中の浮力ポンプ装置は、２フィートの有効行程が失われることになる。この変動に対処するために、低年周潮と高年周潮の間の差が、配備すべき浮力シリンダの長さに追加される。すなわち、最大波高が７フィートであり、低い潮流が１０フィートであり、かつ高い潮流が１４フィートである環境中では、低い潮流と高い潮流の間の差が４フィートになる。これを浮力シリンダの長さに加えて、浮力シリンダの合計高さを２１フィートにする（７フィート（最大波高に対処するために）＋１０フィート（浮力ポンプ装置を低い潮流条件で動作可能にするために）＋４フィート（低い潮流と高い潮流の差））。これは高潮日で７フィートの行程を可能にし、通過する波が完全に利用される。

浮力シリンダ・キャップ１０６は、その上にピストン・シリンダ１０８を支持するようになっており、その中の開口１１８は、浮力室１１２に流入する液体がこの開口を介してピストン・シリンダ１０８に進入するのを防止するようになっている。浮力シリンダ・キャップ１０６は、溶接もしくはねじ、または環境の力に耐える一方で、ピストン・シリンダ１０８およびその構造的構成要素によって発生する負荷にも耐えるようにした他の任意適切な手段によって浮力シリンダ１０４に連結可能である。液体または気体が浮力室１１２からピストン・シリンダ１０８に進入するのを防止するために、浮力キャップ１０６の開口１１８中に封止体を使用することができる。ピストン・シリンダ１０８は、環境からピストン・シリンダ１０８の内部を封止するようになっている。ピストン・シリンダ１０８は、湖沼、海洋、および河川における水を含めて、環境の影響を限定するように設計された材料から作製される。

浮力室１１２内部に配置された浮力ブロック１１４は、概ね円筒形でありかつテーパを付けた上表面を有する。浮力ブロック１１４は、浮力ポンプ装置１００が中に位置決めされる水の流体力学と浮力ポンプ装置１００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期で浮力ブロック１１４が移動するように所定の浮力を有する。浮力ブロック１１４の浮力は、水およびシステムの特徴ならびに流体力学に応じて同様に調整可能である。このような調整は、（１）浮力ブロック１１４を浮力室１１２に対して軸方向または径方向にもしくは両方向に、手動または遠隔操作で調整することによって、かつ（２）このブロックの水中における挙動に影響する浮力ブロック１１４の他の特徴を調整することによって行われる。典型的な調整手段が下でさらに詳細に説明される。

ピストン軸１１６は、浮力ブロック１１４およびピストン１２０に連結継手１３６、１３８によってそれぞれ結合される。これらの連結継手１３６、１３８は、ピストン１２０および浮力ブロック１１４が軸方向に一直線に整列しないとき、ピストン１２０または浮力ブロック１１４の径方向の任意の動きに応答して可動性または融通性を有するように設計可能である。このような動きまたは融通性は、スイベル軸継手または他の適切な結合手段を使用することによって実現可能である。

ピストン軸１１６は、このピストン軸１１６が過酷な環境条件に曝された後も機能し続けるように、軽量かつ環境耐性であるように設計される。ピストン軸１１６はさらに、浮力ブロック１１４からピストン１２０へ、またピストン１２０から浮力ブロック１１４へ力を平行移動させるように設計される。最後に、ピストン軸１１６は、浮力ポンプ装置１００の要件に応じてピストン軸１１６の長さを増減できるように入れ子式に調整可能である。ピストン軸１１６の調整は、空気が汲上げ媒体であるか、または波もしくはうねりの高さが望ましい水準を下回るときに必要になり得る。このような調整によって、波またはうねりの位置エネルギーを最大限に利用することが可能になる。

ピストン室１２２を封止するために、ピストン・シリンダ１０８の内部に滑動自在に位置決めされるピストン１２０は、これらの間にピストン１２０を取り巻く封止体を含むことができる。この封止体は、気体または液体が環境からピストン室１２２の中にまたはピストン室１２２から環境に漏出するのを防止する一方で、ピストン１２０がピストン室１２２内部で依然として滑動自在であるようになっている。

吸入口および吐出口弁１２４、１２６は、気体または液体がピストン室１２２に流入しかつそこから流出するのをそれぞれ許容する一方向流れ装置である。これらの弁１２４、１２６は、ピストン室１２２内部で望ましい圧力が実現可能であれば、ピストン・シリンダ・キャップ１１０上の様々な箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

浮力シリンダ１０４中の浮力ブロック１１４の動きは、摩擦または浮力シリンダ１０４に進入する他の要素によって阻害される恐れがあるので、複数のシム１４０が浮力シリンダ１４０の内表面に連結可能である。これらのシム１４０は、浮力シリンダ１０４の周囲に沿って軸方向に延在して、浮力シリンダ内部で浮力ブロック１１４の向きを安定させる役割をさらに果たす。シム１４０は、これらのシム１４０と浮力ブロック１１４の間の摩擦係数がゼロに近づくように適切な材料から作製可能である。

浮力シリンダ１０４内部の浮力ブロック１１４の軸移動を制限するために、複数の止め１４２を浮力シリンダ１０４の内表面上に設け、かつその下部分に配置することができる。止め１４２の位置決めは、ピストン・シリンダ１０８内部のピストン１２０の望ましい行程長さと一致するように調整可能である。

浮力シリンダ１０４中の浮力ブロック１１４の軸移動は、ピストン軸１１６を介してピストン・シリンダ１０８内部のピストン１２０の軸移動に平行移動することが理解されるべきである。ピストン軸１１６および連結継手１３６はさらに、ピストン１２０の位置を浮力ブロック１１４に対して固定する。

ここで図３Ａから３Ｃを参照すると、典型的な浮力ブロック３００が、上面図、側面図、および等角図でそれぞれに示されている。この浮力ブロック３００は、結合継手１３６（図２Ｂ）を受け入れ、それによってピストン軸１１６（図１）に結合されるようにした軸開口３０２を有する。上部分３０４は、浮力ブロック３００の周辺部から径方向内側にテーパが付けられ、軸開口３０２で終端する。上部分３０４上のテーパは、特に、浮力ブロック３００が水中に沈められ、水面に向かって移動しているときに、浮力ブロック３００の軸移動を助ける。この上部分３０４が浮力ブロック３００の下部分３０６と区切って示されているが、このテーパは、水中での浮力ブロック３００の軸移動を容易にするために、浮力ブロック３００の任意の部分から始まって軸開口３０２で終端してもよいことが理解されるべきである。

ここで図３Ｄを参照すると、別法による典型的な浮力ブロック３５０の部分断面が示されている。この浮力ブロック３５０は上部分３５２および下部分３５４を有する。上部分３５２は、水中での浮力ブロック３５０の軸移動を容易にするために径方向にテーパを付けた部分３５６と、このテーパ部分３５６に連結された非テーパ部分３５８とを有する。ねじ山３６０が、浮力ブロック３５０の上部分３５２の内周上に形成される。

浮力ブロックの下部分３５４は概ね円筒形であり、この下部分３５４の外周上に複数のねじ山３６２が形成されている。下部分３５４のねじ山３６２は、上部分３５２のねじ山３６０と噛み合って、下部分３５４が上部分３５２に対して軸移動できるようになっている。

上部分３５２に対する下部分３５４の移動はモータ３６４の使用によって実現される。このモータ３６４は、下部分３５４の上表面３６５上で下部分３５４に連結される。駆動軸３６６が、モータ３６４を上部分３６５に結合して下部分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を入れ子式に伸縮させる。下部分３５４を入れ子式に伸縮させると浮力ブロック３５０の高さが増減し、それによって浮力ブロック３５０の浮力を増減させる。浮力ブロック３５０の直径も同様の方法を用いて調整可能であることが理解されるべきである。

ここで図３Ｅおよび３Ｆを併せて参照すると、典型的な調整式浮力ブロック基部３７０の上面図が示されている。この調整可能なブロック基部３７０は、外板３７２、これらの外板３７２に連結された内板３７４、歯車３７８に連結され、軸方向に配置されたモータ３７６、および歯車３７８と外板３７２とに連結された複数の拡張バー３８０を具備する。浮力ブロック基部３７０の周囲は、プラスチック、熱可塑材、または例えばゴムなどの他の封止材料３８２によって封止される。このように封止材料３８２は環境物質が浮力ブロック基部３７０に進入するのを防止する。

外板３７２はローラ３８４を介して内板３７４に連結する。これらのローラ３８４は外板３７２を内板３７４に対して移動可能にする。ローラ３８４用の案内を外板および内板３７２、３７４のそれぞれの表面上に位置決めすることができる。

モータ３７６は、浮力ブロック基部３７０の内部で軸方向に位置決めされ、かつ適切な動力源によって動力供給を受ける。モータ３７６は、このモータ３７６の駆動時に歯車３７８が時計回りまたは反時計回りの方向に回転するように歯車３７８に連結されている。

歯車３７８は、この歯車３７８が時計回りまたは反時計回りの方向に回転すると、外板３７２がローラ３８４を介して内板３７４に対して移動することによって、浮力ブロック基部３７０の直径の拡張または収縮をそれぞれにもたらすように、拡張バー３８０に連結される。

例えば、図３Ｅは、浮力ブロック基部３７０が、Ｄ_１によって図示された直径を有する収縮位置にあることを示す。モータ３７６が歯車３７８を時計回りの方向に回転させるように駆動されるとき、それに対応して拡張バー３８０が回転し、それによって、図３Ｆに示しかつＤ_２によって図示されたように、浮力ブロック基部３８０の直径を拡大する。熱可塑材３８２も浮力ブロック径の拡大に相関して拡張する。したがって、浮力ブロック基部３７０は、浮力ポンプ装置で使用されるとき、径方向に拡張または収縮して付随する浮力ブロックの直径を増減させる。浮力ブロック基部３７０は、概ね円筒形構成で示されているが、浮力ポンプ装置の設計および要件に応じて他の構成も可能であることが理解されるべきである。

ここで図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを参照すると、波（Ｗ）が浮力室１１２（図１）を通過するときの浮力ポンプ装置１００が様々な位置で示されている。浮力ポンプ装置１００を通過する波（Ｗ）は、以下を含む幾何学的特徴を有する。

波高（Ｗ_Ｈ）は、波の頂（Ｃ）すなわち高位点と、波の谷（Ｔ）すなわち低位点との間の垂直距離であり、
波長（Ｗ_Ｌ）は、波上の同等点（例えば、頂と頂または谷と谷）間の距離であり、さらに
静水水準（Ｓ_ＷＬ）は、波がいずれも存在しない水面であり、概ね波高（Ｗ_Ｈ）の中点である。

図４Ａでは、浮力ブロック１１４は、流体が吐出口弁１２６から出力されるときの、波（Ｗ）の頂（Ｃ_１）によって支持されたブロックの最高垂直位置で示されている。波（Ｗ）が、図４Ｂに示すように波長（Ｗ_Ｌ）の約２分の１（１／２）の距離だけ浮力室１１２を通過するとき、浮力ブロック１１４は、吸入弁１２４から流体を引き込みながら、波（Ｗ）の谷（Ｔ）の中のブロックの最低垂直位置まで落下する。図４Ｃでは、浮力ブロック１１４が次の頂（Ｃ_２）上の最高垂直位置に戻って流体が再び吐出口弁１２６から出力されるように、波（Ｗ）が完全な１波長（Ｗ_Ｌ）を移動し終えている。

浮力ポンプ装置１００のピストン行程（Ｐ_ｓ）（図示せず）は、波（Ｗ）が浮力室１１２を１波長（Ｗ_Ｌ）通過するときに、浮力ブロック１１４がピストン１２０を移動させる距離として画定される。波（Ｗ）が浮力室１１２を通過するとき、浮力ブロック１１４は、図４Ａの頂の位置（Ｃ_１）から図４Ｂの谷（Ｔ）の位置まで波高に等しい距離（Ｂ_Ｄ）を落下し、次いで図４Ｂの谷（Ｔ）の位置から図４Ｃの頂（Ｃ_２）の位置まで同じ距離（Ｂ_Ｒ）を上昇する。よって、ピストン行程（Ｐ_ｓ）は波高（Ｗ_Ｈ）の２倍に等しい。

Ｐ_ｓ＝Ｂ_Ｄ＋Ｂ_Ｒ＝２Ｗ_Ｈ
したがって、ピストン１２０は、「半行程」の降下および「半行程」の上昇（「落下行程」および「持上げ行程」とも呼ばれる）をそれぞれに有する。

波は、それが浮力ポンプ装置１００を通過するとき、所与の波高Ｗ_Ｈおよび波周期Ｗ_Ｐを有する。浮力ポンプ装置１００は、ピストンが完全な１波周期Ｗ_Ｐにわたって移動することによって画定されるピストン行程Ｐ_Ｓを有する。図４Ａで分かるように、波が浮力ポンプ装置１００を横切るとき、浮力ブロックは通過する波に直接相関して移動する。

浮力ポンプ装置１００がゼロ圧力状態にあるとき、浮力ブロック１１４は、波の運動から得られる最大距離、すなわち、Ｐ_ｓ最大＝２Ｗ_Ｌを移動することができる。これがピストン・シリンダ１０８中のピストン１２０の完全な半行程移動に平行移動し、それによって流体が弁を介してピストン室から押し出される。

図１を再び参照すると、動作では、浮力ポンプ装置１００が、海洋、湖沼、河川、または波もしくはうねりを生じる他の環境などの水域中に最初に配置された後、吐出口管路１３０、吐出口弁１２６、およびピストン室１２２中の初期圧力がゼロ圧力状態から始まる。認識された特性を有する波が浮力ポンプ装置１００に到達する。波からの水が徐々に増加して浮力室１１２を満たす。水が浮力室１１２を充満すると、浮力ブロック１１４は浮力室１１２中の水が上昇するにつれて上昇し始める。

浮力ブロック１１４の浮力は、浮力ブロック１１４の大部分が浮力室１１２内部の水から出て相対的に高く浮かび、それによって浮力ブロック１１４が浮力室１１２内部で軸移動できるように設計される。波が離れると、浮力ブロック１１４は、浮力室１１２中の沈下する水と伴にかつ重力によって降下する。ピストン軸１１６は、浮力ブロック１１４の移動をピストン１２０に平行移動する。

スペクトルの他端では、浮力ポンプ装置１００が吐出口管路１３０および吐出口弁１３０中の最大圧力で始まるとき、浮力ブロック１１４の大部分は、浮力ポンプ装置１００が配置される水の中に事実上没することになる。これは、ピストン室１２２を通過するピストン１２０の行程長さの減少をもたらす。

所与の波またはうねりが通過すると、重力が浮力ブロック１１４とピストン１２０の降下行程に力を加える。所与の波またはうねりが上昇すると伴に、浮力ブロック１１４の浮力は、ピストン軸１１６を介してピストン１２０に持上げ力／動力を加える。吐出口弁１２６からのピストン１２０の圧力が低いとき、必要な浮力の持上げ力は吐出口弁１２６を介してピストン室１２２の中に伝達された背圧のみに相関するので、浮力ブロック１１４が浮力室内部の水中で相対的に高く浮かぶ。

ピストンの圧力が高いとき、浮力室内部の浮力ブロック１１４の軸移動が制限され、浮力ブロック１１４は水中で低く浮かぶことになる。ピストン室１２２中のある一定の高い圧力状態では、浮力ブロック１１４はほとんど完全に水没し得るが、依然として浮力室内部で軸移動してピストン室１２２内部の液体または気体を汲み上げる。最終的には、吐出口弁１２６からの圧力が非常に大きくなり得るので、浮力ブロック１１４の浮力は、たとえ完全に水没しているときでも、ピストン１２０を移動させるほどの十分な持上げ力を供給することができない。この時点で、浮力ブロック１１４およびピストン１２０は、波またはうねりが浮力ポンプ装置１００に対して上昇し続けるときでも移動を停止する。

例えば、高さ１フィートの浮力ブロックを有する、最大圧力状態で配備された浮力ポンプ装置では、この浮力ポンプ装置は、ピストン・シリンダ内部で約１フィートのポンプ行程を喪失することになる。１フィートの波しか存在しなければ、この浮力ポンプ装置はポンプ作用を行わない。

このような点に達しなければ、浮力ブロック１１４およびピストン１２０は、所与の波またはうねりがそれぞれその最大高さに達するまで、これらの波またはうねりの上昇と伴に軸移動し続け、ピストン１２０は吐出口弁１２６を介してピストン室１２２中の液体または気体を移動させることができる。この過程は、ピストン室１２２中の最大圧縮点に達するまで維持されるが、依然として外向きの流れは可能である。

浮力ブロック１１４が、ほとんど水没しているかまたは水没していても依然として軸移動しているとき、これを浮力ポンプ装置１００の高水線と呼ぶ。波またはうねりが通過するとき、浮力ブロック１１４の降下最低点を浮力ポンプ装置１００の低水線と呼ぶ。高水線と低水線の間の距離は、ピストン１２０の仕事行程を決定する。

例えば、気体が汲み上げるべき媒体であるとき、気体源に連結するように調整可能な吸入口管路１２８は、周囲空気などの気体環境からの気体と連通しかつそこから気体を受け取る箇所に配置される。吐出口管路１３０は、圧縮された気体を貯蔵するための基部１０２に連結可能である。吐出口管路１３０は、浮力ポンプ装置１００の外部に配置される固定貯蔵タンクなど、気体を貯蔵するための別の場所に連結可能であることが理解されるべきである。

気体の実施例では、ピストン１２０が沈下する波と伴に降下するとき、それはピストン室１２２中に真空を生成し、吸入口管路１２８および吸入口弁１２４を介して気体をピストン室１２２中に引き込む。波の谷の時点でかつ水が浮力室１１２から排出された後で、または浮力ブロック１１４が、浮力ブロック１１４およびピストン１２０のさらなる下方移動を阻止する止め１４２に接触するとき、最大量の気体がピストン室１２２を満たす。

波が上昇し始め、水が徐々に増加して浮力室１１２を満たすとき、浮力ブロック１１４は水に露出されかつ接触する。浮力ブロック１１４の浮力は、浮力室１１２内部で上昇する水に応答して浮力ブロック１１４を自然に持ち上げることになる。ピストン軸１１６によって推進されるピストン１２０に対して浮力ブロック１１４の位置が固定されているので、ピストン１２０は浮力ブロック１１４の持上がりに直接相関して上昇する。

ピストン室１２２の中に導入された気体は、浮力ブロック１１４が上昇するとき、圧縮された気体の圧力が吐出口管路１３０中の管路圧に打ち勝つまで、ピストン室１２２内部で圧縮を受ける。この時点で、気体は吐出口弁１２６および吐出口管路１３０を通過し、利用または貯蔵するのに望ましい場所に給送される。例えば、上述の典型的な基部１０２または他の貯蔵場所を使用して圧縮気体を貯蔵する。状況に応じて気体を大気中に消散できることも考えられる。

波が浮力ポンプ装置１００を通過するときに波がその最大高さに達すると、水は浮力室１１２から退出し始める。重力が浮力ブロック１１４を波と一緒に押し下げてピストン１２０の下方移動をもたらし、それがピストン室１２２中に真空を生成する。この真空は、先に説明したように、再び気体をピストン室１２２中に引き込んで連続する波ごとにこの過程を反復し、それによって浮力ポンプ装置１００を駆動して気体を連続的にかつ周期的にピストン室１２２中に引き込み、気体をピストン室内部１２２で圧縮し、かつ気体をピストン室１２２から基部１０２の中に押し込む。ピストン１２０はさらに、もはや浮力ブロック１１４が貯蔵された気体および吐出口管路１３０中の圧力に打ち勝つことができなくなるまで、それぞれの周期ごとに基板１０２中に貯蔵された気体を圧縮する。この時点では、もはや浮力ブロック１１４が波に対して上昇することはない。

別の実施例では、液体が汲み上げるべき媒体であるとき、注入口管路１２８は、水などの液体環境に連結される。吐出口管路１３０は、限定するものではないが、湖沼底、配水塔、または他の給水系統を含めて貯水槽に連結可能である。水などの非圧縮性の液体が汲み上げられているとき、一旦、ピストン室１２２に非圧縮性の液体が完全に満たされると、浮力ポンプ装置１００がポンプ作用を行うことになるので、ピストン軸１１６を調整しなくてもよい。

液体の実施例では、ピストン１２０の降下は、それに呼応してピストン室１２２中に真空を生成し、それによって吸入口管路１２８および吸入口弁１２４を介して水を引き込んでピストン室１２２中に導く。波の谷の時点でかつ水が浮力室１２２から排出されるとき、または浮力ブロック１１４が、この浮力ブロック１１４のさらなる下方移動を阻止する止め１４２に接触するとき、最大量の液体がピストン室１２２を満たす。

波が上昇を開始し、水が徐々に増加して浮力室１１２を満たすとき、浮力ブロック１１４は水に露出されかつ接触する。浮力ブロック１１４の浮力は、浮力室１１２内部で徐々に上昇する水に応答して浮力ブロック１１４を自然に持ち上げることになる。ピストン軸１１６によって推進されるピストン１２０に対する浮力ブロック１１４の固定性により、ピストン１２０は浮力ブロック１１４の持上がりに直接相関して徐々に上昇する。媒体が水である場合では、ピストン室１２２内部で上昇する非圧縮性の水は吐出口管路１３０中の管路圧に打ち勝つ。この時点で、水は、吐出口弁１２６および吐出口管路１３０を通過して、使用または貯蔵するために望ましい場所に給送される。状況に応じて液体および／または気体を大気中に消散できることが考えられる。

波が浮力ポンプ装置１００を通過しかつ離れるときに波がその最大高さに達すると、水は浮力室１１２から徐々に退出し始める。重力が浮力ブロック１１４を押し下げ、ピストン室１２２中でピストン１２０の下方移動と真空とをもたらす。この真空は、液体および／または気体をピストン室１２２中に引き込む役割を果たす。この過程は連続的な波ごとに反復され、それによって浮力ポンプ装置１００を駆動して、液体および／または気体を連続的にかつ周期的にピストン室１２２中に引き込み、液体および／または気体をピストン室内部１２２から汲み出す。

液体の実施例では、浮力の持上げ力の損失は、ピストン室１２２内部に存在する水／液体の重量による要因を考慮しなければならないことが理解されるべきである。しかし、気体の実施例では、液体に対して気体は相対的に軽量である特性のために、このような損失は事実上存在しない。このような液体の実施例における損失は、浮力ブロック１１４の調整可能な特性によって克服可能である。

浮力ポンプ装置１００の動作は、それを使用すべき環境に左右される。例えば、浮力ポンプ装置１００が所定の年周波平均を有する海洋に配置されるとき、浮力ポンプ装置１００がその相対位置を波に対して維持するように、この浮力ポンプ装置は波に対して構造物に結合されるか、またはバラストによって位置決めされなければならない。このような構造物は、固定式もしくは実質的に固定式であるか、または堪航能力のある船舶、プラットホーム型配置、もしくは海洋底への浮力ポンプ装置１００の直接的な結合を含み得る。このような連結は、特に、石油およびガス産業の分野では一般的であり、本発明の原理による新規の浮力ポンプ装置１００と併用して使用可能であることが企図される。

ピストン軸を介してピストン・シリンダ内部でピストンを駆動するための浮力による持上げ力は、浮力ブロックの持上がり能力に直接相関する。理論的には、例えば、浮力ブロックの総排除量が１００ポンドであれば、この総排除量（１００ポンド）から浮力ブロック重量（１０ポンド）、ピストン軸、連結装置、他の雑部品（５ポンド）、およびピストン重量（２．５ポンド）を差し引くと、８２．５ポンドの持上がり能力が残る。浮力ポンプ装置１００の実証試験は、この式に対して約９６％の効率で動作する。

浮力ポンプ装置１００を使用して、その位置を海洋底に対して自己較正し、それによってこの装置が配置される波環境に対して概ね安定的な位置を維持できることが企図されている。例えば、バラスト・タンクを浮力ポンプ装置１００に結合し、それに適切なバラストを充填することができる。浮力ポンプ装置１００は気体または液体をバラスト・タンクの中に汲み上げ、それによって波環境に対して浮力ポンプ装置１００の位置を調整することができる。このような構成は、浮力ポンプ装置１００の吐出口管路１３０をバラスト・タンクに結合し、かつ所定の条件でバラスト・タンクに対する流入出を調整するための制御装置を設けることによって実現可能である。浮力ポンプ装置１００の望ましい位置調整に応じて気体と液体の両方を使用することができる。

汲上げ媒体またはピストン１２０特性、浮力室１１２、および浮力ブロック１１４に対応するように、ピストン１２０の長さと幅（直径）の調整も企図されている。またピストン１２０は、浮力ブロック３００（図３Ａから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に、その上に入れ子式調整装置または同様の物を備えることも可能である。

例えば、浮力ポンプ装置１００内部の流量および圧力設定がピストン・シリンダ１０８の内径と高さに相関する。ピストン・シリンダ１０８が大きければ大きいほど、またピストン・シリンダ１０８内部のピストン行程が長ければ長いほど、それだけ大量の、最小の圧力が存在する液体流または気体流が実現される。ピストン・シリンダ１０８が小さければ小さいほど、またピストン・シリンダ１０８内部のピストン行程が短ければ短いほど、最大の圧力が液体流または気体流に存在し、かつ最小量の液体流または気体流が実現される。

摩擦による損失は、吸入口管路１２８および吐出口管路１３０、ならびに吸入口および吐出口弁１２４、１２６を含む他の材料の長さと大きさに相関するので、たとえ少しであっても発生し得ることが認識されている。

浮力室１１２および浮力ブロック１１４のサイズも、浮力ポンプ装置の最大効率を与えるために調整可能である。このような調整は、例えば、人手による部品交換によって、各構成要素上に入れ子式部分を具備することによって自動的に、または制御システムを構成して望ましい構成要素の特性を調整することによって遠隔操作で実施可能である。このような様態で、浮力ポンプ装置１００は、この浮力ポンプ装置１００が大きな波、小さい波、より穏やかな特性を有する波を利用できるように、様々な特性を有する波に対して機能するように較正可能である。

これらの波を利用するために、浮力ポンプ装置１００は、必ずしも基部１０２に固定される必要はない。そうではなく、浮力ポンプ装置は、例えば、水域の底面への取付け、水域の底面に取り付けられた構造物への固定、剛性の浮遊式プラットホームへの固定、防潮壁への固定が可能であり、または安定的なプラットホームもしくはその均等物を提供する他の取付け場所でも可能である。

波またはうねり中のエネルギー量に相関する浮力ポンプ装置１００のサイズおよび浮力ポンプ装置１００の機能は、幾つかの要因によって決定可能である。例えば、これらの要因には、高い年周波、低い年周波、および平均的な年周波サイズ；高い年周潮、低い年周潮、および平均的な年周潮水準；波またはうねりの平均周期；波またはうねりの場所における液体の深さ；海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直近の地形；ならびに浮力ポンプ装置１００の構造が含まれる。浮力ポンプ装置１００を格子様式で他の浮力ポンプ装置と組み合わせて使用し、これらのポンプによってより大量の気体または液体が汲上げ可能であることが企図される。

所与の波高および速度から生成される馬力を求めるために、落下および持上がり構成における波の馬力（位置エネルギー）と浮力ブロックの馬力とを計算した。次いで、このデータからピストンの汲上げ馬力を水および空気の汲上げ構造に関して計算した。これらの計算は典型的な試験構成にしたがって以下に説明される。
実施例Ａ：低い波サイズ
１．波の馬力
図４Ａから４Ｄをさらに詳細に参照すると、波の馬力（波ＨＰ）が、次のように２分の１波長（１／２Ｗ_Ｌ）の距離にわたって移動する波（Ｗ）に関して求められる。

波ＨＰ＝［（Ｗ_Ｖ）（Ｄ）／（ＨＰ）］（Ｗ_Ｓ）
上式で、
Ｗ_Ｖ（波の体積）＝（Ｗ_Ｗ）（Ｗ_Ｄ）（Ｗ_Ｈ）（ガロンの水／立方フィート）
Ｗ_Ｗ＝波の幅（１／２Ｗ_Ｌ）＝１７．５フィート
Ｗ_Ｄ＝波の深さ＝１７．５フィート
Ｗ_Ｈ＝波の高さ＝５フィート
かつ
Ｄ＝水の密度（８．３３ポンド／ガロン）
かつ
ＨＰ＝馬力単位（５５０）
かつ
Ｗ_Ｓ＝波の速度（１／２Ｗ_Ｌ／Ｗ_Ｔ）
かつ
Ｗ_Ｔ＝１／２Ｗ_Ｌ移動するための波の時間（７．９５３秒）である。

例えば、波（Ｗ）の断面が円筒形状の浮力ブロック１１４’に完全に被さるように、波の深さ（Ｗ_Ｄ）が波の幅（Ｗ_Ｗ）に等しいと仮定する。上に示した例示的な数字に関して、計算は次のようになる。

波ＨＰ＝［（１１，４５３ガロン）（８．３３ポンド／ガロン）／（５５０）］（２．２フィート／秒）＝３８２
上式で、
Ｗ_Ｖ＝（１，５３１立方フィート）（７．４８１ガロン／立方フィート）＝１１，４５３ガロン、かつ
Ｗ_Ｓ＝（１７．５フィート）／（７．９５３秒）＝２．２フィート／秒である。

２．浮力ブロックの落下ＨＰ
落下行程時（図４Ａおよび４Ｂ）に波（Ｗ）が浮力室１０４を通過すると、浮力ブロック１０４は重力によって谷（Ｔ）の中に落下する。落下行程（ＢＢ_Ｄ）時に発生する浮力ブロックの馬力は、次式から求めることができる。

ＢＢ_Ｄ＝［（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）（ＷＲ）／ＨＰ］（ＤＳ_Ｓ）（ＴＲ_Ｄ）
上式で、
ＢＢ_Ｖ（浮力ブロックの体積）＝（ＶＢ＋ＶＣ）（７．４８ガロン／立方フィート）
ＶＢ＝基部１１４’ａの体積＝πｒ_１ ^２ｈ_１
ＶＣ＝錐体１１４’ｂの体積＝（πｈ_２／１２）（ｄ_１ ^２＋ｄ_１ｄ_２＋ｄ_２ ^２）
かつ
（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）＝浮力ブロック１１４’の排除重量
上式でＤ＝水の密度（８．３３ボンド／ガロン）
かつ
ＷＲ＝浮力ブロック１１４’材料に対する水の重量比
かつ
ＨＰ＝馬力単位（５５０）
かつ
ＤＳ_Ｓ＝落下行程速度＝Ｂ_Ｄ／Ｔ_Ｄ
上式で、Ｂ_Ｄ＝落下時の行程移動距離
Ｔ_Ｄ＝距離Ｂ_Ｄを移動するための時間
かつ
ＴＲ_Ｄ＝時間の比率（すなわち、波の１周期の間に浮力ブロックが落下する時間の比率）
＝５０％（対称的な長い波を仮定）
波ＨＰの計算に関して以上に記載した例示的なデータを続けると、ＢＢ_Ｄに関する計算は次のようになる。

ＢＢ_Ｄ＝［（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、浮力ブロックの落下行程から得られる馬力）
上式で、
ＢＢ_Ｖ＝（ＢＶ＋ＶＣ）（７．４８ガロン／立方フィート）
＝π_１ ^２ｈ_１＋（πｈ_２／１２）（ｄ_１ ^２＋ｄ_１ｄ_２＋ｄ_２ ^２）（７．４８ガロン／立方フィート）
かつ上式で、ｄ_１＝１７．５フィート；ｒ_１＝８．７５フィート
ｄ_２＝３．５フィート
ｈ_１＝１．５フィート
ｈ_２＝２．０フィート
したがって、
ＢＢ_Ｖ＝［π（８．７５）^２（１．５）＋（π（２．０／１２）（１７．５^２＋（１７．５）（３．５）＋３．５^２）］（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、
かつ
ＤＳ_Ｓ＝（１．００フィート）／（３．９７６秒）＝０．２５フィート／秒
かつ
（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）＝３４，８７４ポンド（合計排除量）
かつ
（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）（ＷＳ）＝３，４８７（利用可能重量）
２ｂ．浮力ブロックの持上げ馬力
持上げ行程時（図４Ｂおよび４Ｃ）に波（Ｗ）が浮力室１０４を通過し続けると、浮力ブロック１０４は、波が頂（Ｃ_２）で最大に達するまでそれと一緒に上昇する。持上げ行程時に発生する浮力ブロックの持上げ馬力（ＢＢ_Ｌ）は、次式から求めることができる。

ＢＢ_Ｌ＝［（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）（１−ＷＲ）／ＨＰ］（ＬＳ_Ｓ）（ＴＲ_Ｒ）
上式で、
ＬＳ_Ｓ＝持上げ行程速度＝Ｂ_Ｒ／Ｔ_Ｒ
Ｂ_Ｒ＝上昇時の行程移動距離＝１フィート
Ｔ_Ｒ＝距離Ｂ_Ｒを移動するための時間＝４．０秒
かつ
ＴＲ_Ｒ＝時間の比率
（すなわち、波の１周期の間に浮力ブロックが上昇する時間の比率）
＝５０％（対称的な長い波を仮定）
（ＢＢ_Ｖ）（Ｄ）（１−ＷＲ）＝持上げ行程時の利用可能重量（ＵＷ_Ｌ）＝３１，３８２ポンド
したがって、
ＢＢ_Ｌ＝［（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た合計入力馬力量（ＢＢ_Ｔ）は次式になる。

ＢＢ_Ｔ＝ＢＢ_Ｄ＋ＢＢ_Ｌ
上で説明した上記の例示的数字を使用すると、浮力ブロック１１４’に関する合計入力仕事率は次ぎのようになる。

ＢＢ_Ｔ＝０．７９＋７．１３＝７．９２ＨＰ
３．ピストンの汲上げ能力
浮力ポンプ装置が次式にしたがって水を汲み上げるように構成されるとき、ピストンは、半（１／２）行程ごとに、立方フィート／分（ＣＦＭ）単位の所与の率およびポンド／平方インチ（ＰＳＩ）単位の所与の圧力で水を汲み上げる。

ＰＦ＝ピストンの水流量＝（Ｓ_Ｖ）（ＳＰＭ）（ＢＰ_効率）
上式で、
Ｓ_Ｖ＝１／２行程当たりの体積＝（π／２）（ピストン半径）^２（行程長さ）
＝（π／２）（８．９２５インチ）^２（１２インチ）／（１，７２８立方インチ／立方フィート）
＝１．７４立方フィート
かつ
ＳＰＭ＝毎分当たりの行程＝７．５４行程／分
かつ
ＢＰ_効率＝例示的な浮力ポンプ装置の実証試験効率＝８３％
したがって、
ＰＦ＝（１．７４立方フィート）（７．５４行程／分）（．８３）
＝１０．８８ＣＦＭ＝０．１８１ＣＦＳである。

浮力ポンプ装置中の半（１／２）行程ごとのピストン水圧（ＰＳＩ）（ＰＰ）は次式によって求められる。

ＰＰ＝｛ＵＷ_Ｌ−［（Ｓ_Ｖ）（Ｄ）（７．４８ガロンの水／立方フィート）］｝／ＳＡ_Ｐ
上式で、
ＵＷ_Ｌ＝１持上げ行程時の利用可能重量＝３１，３８６ポンド
Ｓ_Ｖ＝１．７４立方フィート
Ｄ＝水の密度（８．３３ポンド／ガロン）
かつ
ＳＡ_Ｐ＝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、上の例示的な数字では、例示的な浮力ポンプ装置に関するＰＳＩ／行程は、次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／行程
浮力ポンプ装置が空気を汲み上げるように構成されるとき、同様の結果を実現するように空気の圧縮率を補正するためにピストンの表面積を増やす。ピストンの半径が１２．６インチに増大すると、ピストンの表面積（ＳＡ_Ｐ）は４９８．７６平方インチに増大する。また、ピストン上方の水の追加重量［（ＳＶ）（Ｄ）（７．４８ガロン／平方フィート）＝１０８ポンド］も除去され、よってピストンの空気圧（ＰＰ_ａ）を計算するとき、持上げ行程時の利用可能重量（ＵＷ_Ｌ）から減算されない。他の部材はすべて同じのままであり、ピストンの空気流量（ＰＦ_ａ）およびピストンの空気圧（ＰＰ_ａ）は次の値を有することになる。

ＰＦ_ａ＝２１．７ＣＦＭ
ＰＰ_ａ＝５１．８ＰＳＩ／行程
ピストンを水の汲上げに使用するのか、それとも空気の汲上げに使用するのかの間における違いは当業者には容易に理解可能であるので、残りの実施例は水の汲上げに焦点を絞る。

４．利用可能な発電機の発生馬力
水を汲み上げる構成にある典型的な浮力ポンプ装置が、典型的な水力タービンに動力を供給する際に使用するための典型的な貯水槽に連結されるとき、次の経験式を使用して浮力ポンプ装置によって発生する仕事率を測定する。

ＢＰ＝｛（ＰＰ）（ＢＰ_効率）（水頭）−［（損失）（水頭）（配管フィート／区間）］｝［（ＰＦ）（Ｔ_効率）（ＫＷ）／ＨＰ］
上式で、
ＢＰ_効率＝実証試験された浮力ポンプ効率＝８８％
水頭＝ＰＳＩから水頭（フィート）への変換係数＝２．３１０
損失＝配管損失効率係数＝０．０６８
配管フィート／区間＝１本の配管が１００フィートの長さを有し、かつ１０本の配管＝配管の１区間であり、
したがって
１マイルの配管＝５．２８０区間の配管
Ｔ_効率＝既存の水力タービンに基づく変換効率＝９０％
ＫＷ＝フィート／秒からＫＷへの変換に関する変換係数＝１１．８
ＨＰ＝ＫＷからＨＰへの変換に関する変換係数＝．７４６であり、
したがって、従来技術の計算と組み合わせて上の例示的な数字を使用すると、浮力ポンプ装置を利用する典型的な電力システムに関する出力ＢＰは次のようになる。

ＢＰ＝｛［（１２５）（．８８）（２．３１０）］−［（０．０６８）（２．３１０）（１０）（５．２８０）］｝［（０．１８１）（０．９／１１．８）／．７４６］
＝．４５５８（利用可能な合計出力ＨＰ）
浮力ポンプ装置が空気を汲み上げるように構成されるとき、上記数字を使用すると典型的なシステムに関する出力仕事率（ＢＰ_ａ）は約２．７２ＨＰになろう。出力仕事率を生成するために水力タービンを使用するのではなく、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５５５５７２８号に開示されたものを含めて、空気タービンが使用される場合もある。

５．入力ＨＰ対出力ＨＰ効率
したがって、入力ＨＰから出力ＨＰの変換効率は次式にしたがって求められる。

変換効率＝ＢＰ／ＢＢ_Ｔ＝４．５５８／７．９２＝５７％
よって、経験的かつ理論的データを使用すると、本発明の原理による典型的な浮力ポンプ装置は、典型的な水力タービンと併用されるとき、通過する波から引き出された馬力（ＢＢ_Ｔ）が約５７％の変換効率で出力ＢＰに変換され、この出力が次ぎに動力源として使用可能であることが理解される。
実施例Ｂ：平均的な波サイズ
上の例示的な計算は、典型的な浮力ブロック１１４’の幾何学形状および高さ（ｈ_１＋ｈ_２）に応じて固定直径（ｄ_１）を有する浮力ブロック１１４’を使って行われた。波高（Ｗ_Ｈ）は、それぞれの場所ごとに年間を通じて異なる場所および異なる時間に関して変化することが理解されるべきである。したがって、上述の様々な波特徴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。高い効率を確保するために、浮力ブロック１１４’の高さおよび直径を調整することができる。例えば、浮力ブロック１１４’は、下で説明するより大きな波高（Ｗ_Ｈ）を有する波に適応するように、その基部１０４’ａ（ｈ１）の高さおよび関連する直径を増大させるように設計または調整可能である。

波高（Ｗ_Ｈ）が５．０フィートから９．０１６フィート（平均サイズの波）に増大するものと仮定すると、平均９フィートのより大きなうねりを有する水域において浮力ポンプ装置の全体的な性能を高めるために、浮力ブロック基部の高さ（ｈ_１）が１．５フィートだけ増大する（図４Ｄ参照）、すなわち、浮力ブロックの「ワープ」。それに対応して、以下のようにピストンの行程長さが増大しかつ行程数が増加する。

行程＝５．５２
ピストン行程長さ＝４２．２インチ
したがって、
Ｓ_Ｖ（容積／行程）＝１２．８立方フィート
他の要素はすべて同じままであると仮定し、かつ上式を適用すると、次表、すなわち、表１が作成される。

したがって、浮力ポンプの高さを１．５フィートだけ増大させると、浮力ブロックの持上げおよび落下の際に、より大きな馬力をもたらし、かつ全体的な効率が向上した例示的なシステムでは、より大きな出力馬力をもたらすことが分かる。基本的には、現場におけるより大きな波の利用可能性が、所与の箇所でより大きな流量（例えば、ＰＦ＝２７．９８ＣＦＭ）、したがってより多くの馬力出力（例えば、ＢＰ＝２０．３２ＨＰ）を生成する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の波力源となる。

上で留意したように、浮力ブロック１１４’（図４Ｄ参照）の直径（ｄ_１）も、現場におけるより大きな波に適応するように調整可能である。次表、すなわち、表２は、波の速度（Ｗ_Ｓ）が特定の波高（Ｗ_Ｈ）に関して変化しかつ波高が特定の速度に関して変化するとき、浮力ブロック径の変動が、得られる馬力（ＢＢ_Ｔ）に与える影響度を例示する。

表２に関するデータは、表に示した波高を有し、かつ低い波に関して時速３マイルで移動し、また高い波に関して時速８マイルで移動する波に基づいて作成された。上で説明した数式を使って低波および高波設定に関する馬力を計算した。浮力ブロックの直径および幅は、上で示しかつ説明したように、様々な波高および波の速度に対して浮力ポンプの効率を最大化するために、より大きな波環境で機能するように調整された。

波、うねり、または流れがより大きくかつより速くなればなるほど、それだけ浮力ポンプ装置によって引き出すための利用可能な位置エネルギーが大きくなる。同様に、浮力ブロックの高さまたは直径が大きくなればなるほど、それだけ水から引き出すための利用可能な位置エネルギーが大きくなる。波、うねり、または流れがより小さくかつより遅くなればなるほど、それだけ浮力ポンプ装置によって水から引き出すための利用可能な位置エネルギーが小さくなる。同様に、浮力ブロックが小さくなればなるほど、それだけ水から引き出すために利用可能な位置エネルギーが小さくなる。浮力ポンプ装置１００からの利用可能な位置エネルギーを最大化するために、浮力ブロック１１４は、完全に水没するべきであり、したがって波またはうねりの円弧の幅または高さを超えるべきではない。

上の実施例のすべては、浮力ポンプ装置が効率的に動作するように、一定のサイズの波が特定の現場でかつ定常的に毎日利用可能であるものと仮定する。幸いにも、年間の日にちごとに、特定の場所における波高に関するデータが、参照により本明細書に組み込まれるウェブ・サイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｄｂｃ．ｎｏａａ．ｇｏｖを含めて、幾つかの情報源から入手可能である。次表（表３）は、ワシントン州グレーズハーバー（ＧＲＡＹＳ ＨＡＲＢＯＲ）から取得した２００１年１月および２００１年２月に関する波データを例示する。

表３では、これらの波高は、日ごとの平均を入手するために月別の日ごとにそれぞれ測定された。波周期は月全体に関して平均され、同じ波周期を月別のそれぞれの日に対して使用した。２００１年１月に関して、５フィートの最低波高動作要件を有する例示的な浮力ポンプ装置であれば、合計動作日が３１日であった。２００１年２月に関しては、１４日および２５日には波の高さが５フィート未満であったので、例示的な浮力ポンプ装置では動作日が２６日間に過ぎなかった。

ここで表４を参照すると、１月および２月に関して、次いで１年間に関して平均波高データが示されている（２００１年３月から１２月までに関する残りのデータは上で参照したウェブ・サイトで入手可能である）。

このように１月および２月の動作日に関する波高の平均が、それぞれ９．８９フィートおよび７．６０フィートであることが求められた。２００１年１月および２月に関する年周動作波高は、５７日間の動作期間にわたる平均が８．７５フィートになった。暦年２００１では、８．５４フィートの平均動作波高を有する動作日数が２３６日であった。本明細書に開示された浮力ポンプ装置の使用者は、公に利用可能なデータを入手しかつ所与の浮力ポンプ装置構成に関して効果的な年周波高および動作日を求めることができる。

浮力ポンプ装置１００の構成要素は、海洋などの海水環境で機能するように適応する必要がある。したがって、浮力ポンプ装置１００の構成要素は、抗酸化特性を有しなければならず、かつ／またはそうでない場合は耐食性でなければならない。環境の影響を最小限にするために、周囲環境に曝される恐れがあるピストン室１２２の吸入口１２６は、濾過して望ましくない成分を除去するために、その上にフィルタが配置可能である。浮力室１１２または浮力シリンダ１０４に進入する藻類などの海草または他の腐敗物質の場合では、海草は浮力ポンプ装置１００の可動構成要素間で自然潤滑油の役割を果たす。例えば、藻類がシム１４０と浮力ブロック１１４の間に挟まれるようになると、この藻類はシム１４０と浮力ブロック１１４の間の摩擦を低減させ、それによって浮力ポンプ装置の効率を高める。

ここで図５を参照すると、本発明の原理にしたがう浮力ポンプ装置５００の立面側図が示されている。この浮力ポンプ装置５００は、基部５０２と、この基部５０２に一端が連結され、かつ浮力シリンダ５０４と概ね同軸に位置合わせ浮力シリンダ・キャップ５０６によって他端が閉ざされた浮力シリンダ５０４とを具備する。浮力シリンダ５０４の他端は、開放されかつ環境に曝されている。浮力シリンダ５０４および浮力シリンダ・キャップ５０６は共同してそれらの内部に浮力室５０８を画定する。

形状が概ね円筒形の浮力ブロック５１０が、浮力室５０８によって滑動自在に位置決めされ、その内部で軸移動する。本実施例における浮力ポンプ装置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１つの均等の浮力ブロック５１０にすると、ピストンおよびピストン軸の必要性を排除することが理解されるべきである。

吸入口弁５１２および吐出口弁５１４が、浮力シリンダ・キャップ５０６を貫通して浮力室５０８と連通し、気体または液体がそれを通って流れるのを可能にする。吸入口管路５１６および吐出口管路５１８が、吸入口弁５１２および吐出口弁５１４にそれぞれ連結され、気体または液体を他端からそれぞれ受け入れかつ排出するようになされている。

基部５０２は、水域５２４の底面５２２に向かって延びる複数の脚５２０を有し得る。これらの脚５２０によって支持基部５２６が結合され、浮力ポンプ装置５００を底面５２２に固定する。基部５０２は、浮力ポンプ装置５００を環境に対して固定位置に維持するためにバラスト・タンク５２８に連結する。

浮力ポンプ装置５００をさらに安定させる役割を果たすバラスト・キャップ５３０が、浮力シリンダ・キャップ５０６の軸方向上方に位置決めされる。このバラスト・キャップ５３０は、それを貫通して弁５１２、５１４および管路５１６、５１８が連通できるようになされている。貯蔵タンクではなく、この吐出口管路５１８が流れ管路５３２に連結可能であり、この流れ管路を通過する気体または液体を望ましい場所（図示せず）まで移動させる。

浮力室５０８の内部に配置された浮力ブロック５１０は所定の浮力を有し、この浮力ブロック５１０は、浮力ポンプ装置５００が中に位置決めされる水の流体力学と浮力ポンプ装置５００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期で移動するようになっている。浮力ブロック５１０の浮力は、上に説明した様態で調整可能である。止め５３４が浮力シリンダ５０４の下端の内側周辺部上に配置され、浮力ブロック５１０が浮力シリンダ５０４の外部に引き出されるのを防止する。浮力ブロック５１０には、浮力室５０８と水５２４の間の連通を防止するために浮力ブロック５１０の周辺部周りに封止体が形成されている。

吸入口および吐出口弁５１２、５１４は、気体または液体がそれぞれ浮力室５０８に流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。弁５１２、５１４は、望ましい圧力が浮力室５０８内部で実現できれば、異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

動作では、波が浮力ポンプ装置５００を通過するとき、水が浮力シリンダ５０４中の開口を通って浮力ブロック５１０に接触し、水の流体力学と浮力ポンプ装置５００の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期で浮力ブロック５１０を持ち上げる。浮力室５０８中の気体または液体が、吐出口弁５１４および吐出口管路５１８を介して流れ管路５３２の中へ追い出されるかまたは排出される。波が浮力ポンプ装置５００を離れると、浮力ブロック５１０は、重力が働くので徐々に降下し、浮力室５０８内部に真空を生成する。したがって、気体または液体が、吸入口管路５１６および吸入口弁５１２を介して浮力室５０８の中に進入する。次の連続的な波が接近すると、浮力室５０８内部に引き込まれた気体または液体は、浮力ブロックが波に対して上昇するので、その位置に相関して吐出口弁５１２、吐出口管路５１８、および流れ管路５３２を介して再び追い出される。

ここで図６を参照すると、浮力ポンプ装置６００のさらに別の実施形態の立面側図が示されている。この浮力ポンプ装置６００は、基部６０２、この基部６０２に連結された浮力筐体６０４、この浮力筐体６０４に結合された浮力筐体キャップ６０６、および浮力筐体６０４の他端に結合された浮力筐体基部６０８を具備する。ピストン軸６１０および複数のピストン支持体６１２が、浮力筐体キャップ６０６から軸方向に下がりかつそれに連結される。ピストン６１４が、ピストン軸６１０およびピストン支持体６１２の他端に連結される。浮力筐体キャップ６０６に向かって延びる浮力ブロック壁６１８を有する浮力ブロック６１６が、ピストン６１４と浮力筐体基部６０８の間に位置決めされる。浮力ブロック６１６、浮力ブロック壁６１８、およびピストン６１４は、それらの内部にピストン室６２０を形成する。浮力ブロック壁６１８は、ピストン６１４と浮力筐体６０４の間を滑動自在に移動するようになっている。基部６０２は、水域６２６の底面６２４に向かって下がる複数の脚６２２を有する。基部支持体６２８が、これらの脚６２２に連結されかつ水６２６の底面６２４上に位置決めされる。基部支持体６２８には、浮力ポンプ装置６００の位置を水６２６に対して一定の位置に維持するように適切なバラストが充填されている。

浮力筐体６０４は、浮力筐体キャップ６０６および浮力筐体基部６０８に結合されかつそれらの間に位置決めされた４本の垂直に延びる支柱６３０を備える。浮力ブロック６１６を浮力筐体６０４の内部に維持しかつその軸移動を制限するために、複数の止め６３２が、これらの支柱６３０の上部および下部にそれぞれ位置決めされる。水６２６に対して浮力ポンプ装置６００を固定位置に維持するのを補助するために、浮力筐体６０４にはその最上部にバラスト・キャップ６３４が連結される。浮力筐体基部６０８は、その一方の表面が吐出口弁６３６に、かつその他方の表面が吐出口管路６３８に連結する。浮力筐体基部６０８は、吐出口弁６３６と吐出口管路６３８の間を連通させる。吐出口管路６３８は、浮力ブロック６１６が浮力筐体基部６０８に対して移動しても吐出口弁６３６と吐出口管路６３８の間の常時連通が維持されるように、本質的に入れ子式に伸縮して、浮力筐体基部６０８を貫通して滑動自在に受け入れられる。ピストン軸６１０およびピストン支持体６１２は、ピストン６１４を浮力筐体キャップ６０６に対して固定位置に維持するように、浮力筐体キャップ６０６およびピストン６１４に対して固定される。

ピストン６１４は吸入口弁６４０に連結し、この吸入口弁６４０をピストン室６２０と連通できるようにする。吸入口弁６４０は、次ぎに吸入口管路６４２に連結され、ピストン室６２０および望ましい供給源に連通し得る。

浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８は、これらの浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８が浮力筐体６０４内部で軸移動できるように、浮力筐体６０４および浮力筐体支柱６３０に対して滑動自在である。ピストン６１４と浮力壁６１８の間の境界面は、ピストン室６２０が、ピストン６１４に対する浮力ブロック６１６の軸移動に対して固定圧力を下回るように封止され、それによってその内部をある一定の圧力に維持できることが好ましい。

吸入口および吐出口弁６４０、６３６は、気体または液体がピストン室６２０に流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。これらの弁６４０、６３６は、望ましい圧力がピストン室６２０内部で実現できれば、浮力筐体キャップ６０６および浮力筐体基部６０８上のそれぞれの異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

動作では、所定の特徴を有する波が接近して浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８に接触すると、浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８は、浮力ポンプ装置６００が中に位置決めされる水の流体力学と浮力ポンプ装置６００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期に対して軸方向へ上向きに移動する。浮力ブロック６１６の浮力は、上に説明した様態で調整可能である。

ピストン室６２０内部の気体または液体が、吐出口弁６３６および吐出口管路６３８を介して追い出され、吐出口管路６３８に結合された流れ配管６４４を介して望ましい場所に輸送されるように、浮力ブロック６１６はピストン室６２０中の気体または液体を加圧する。波が浮力ポンプ装置６００を離れると、重力によって浮力ブロック６１６および浮力ブロック壁６１８が下方に押され、それによってピストン室６２０内部に真空を生成する。次いで、気体または液体は、浮力ブロックが止めに接触するかまたは波の谷に達するまで、吸入口管路６４２および吸入口弁６４０を介してピストン室６２０の中に引き込まれる。次の波が周期的に浮力ポンプ装置６００に接近するとき、この過程が反復される。

ここで図７を参照すると、浮力ポンプ装置７００のさらに別の実施形態の立面側図が示されている。この浮力ポンプ装置７００は、基部７０２、浮力筐体７０４、この浮力筐体に連結された浮力筐体キャップ７０５、この浮力筐体キャップ７０５に連結されたピストン筐体７０６、浮力筐体７０４の他端に連結された浮力筐体基部７０８、ピストン筐体７０６に連結されたピストン筐体キャップ７１０、およびこのピストン筐体キャップ７１０の上方に位置決めされ、かつそれに結合されたバラスト・キャップ７１２を具備する。

浮力ブロック７１４が、浮力筐体７０４内部に軸方向に配置される。ピストン軸７１６は、一端が浮力ブロック７１４の上表面に、かつ他端がピストン筐体７０６内部で軸方向に配置されたピストン７１８に連結する。ピストン室７１９が、ピストン７１８の上表面と、ピストン・キャップ７１０の下表面と、ピストン筐体７０６との間に形成される。

吸入口弁７２０および吐出口弁７２２が、ピストン筐体キャップ７１０を貫通してピストン室７１９に連結される。これらの吸入口弁７２０および吐出口弁７２２は、バラスト・キャップ７１２を貫通して吸入口管路７２４および吐出口管路７２６にそれぞれ連結する。

基部７０２は、支持基部７３０に向かって延びる複数の脚７２８を有する。支持基部７３０は、水域７３４の底面７３２上に着座することが好ましい。

浮力筐体７０４が、浮力筐体基部７０８に向かって延び、かつそれに連結された複数の浮力筐体脚７３６を有する。浮力筐体脚７３６は水７３４を通過させる。複数の浮力ブロック止め７３８が、浮力筐体脚７３６の内表面上の上部箇所および下部箇所に配置され、浮力筐体７０４内部における浮力ブロック７１４の軸移動を制限する。

浮力筐体基部７０８の上には、浮力ポンプ装置７００の位置を水域７３４に対して維持するためにバラスト・タンク７４０が位置決めされる。さらに浮力筐体基部７０８は流れ管路７４２に連結され、この流れ管路７４２は浮力筐体基部７０８を貫通し得る。

ピストン筐体７０６には、このピストン筐体７０６の下端および内側に複数のピストン止め７４４が配置され、ピストン筐体７０６中におけるピストン７１８の軸移動を制限する。さらにピストン筐体７０６は、このピストン筐体７０６内部でピストン７１８が滑動自在に軸移動できるようになっている。

バラスト・キャップ７１２を使用して、このバラスト・キャップ７１２内部に所定のバラストまたは可変のバラストを有することによって浮力ポンプ装置７００を水域７３４に対してさらに安定させることができる。

上に説明した様態で調整可能な浮力ブロック７１４は、浮力ポンプ装置７００が中に位置決めされる水７３４の流体力学と浮力ポンプ装置７００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期によって限定されるように、浮力筐体７０４内部で滑動自在に軸移動するようになっている。

ピストン軸７１６は、剛性であることが好ましく、ピストン７１８と浮力ブロック７１４の間の固定関係を維持する。ピストン７１８の下端は、浮力ブロック７１４に向かって位置決めされたピストン筐体７０６の開放端によって水に曝される。ピストン７１８は、ピストン室７１９からピストンの下側領域内への漏出または滲出しを防止する封止体（図示せず）がピストン７１８の周辺部周りに配置されることが好ましい。したがって、ピストン室は、このような様態で外部環境から隔離状態に維持され、その内部で気体または液体を圧力関係で汲み出すための効果的な場所となる。

吸入口および吐出口弁７２０、７２２は、気体または液体がピストン室７１９に流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。これらの弁７２０、７２２は、望ましい圧力がピストン室７１９内部で実現できれば、浮力筐体キャップ７１０上の異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

吸入口管路７２４は、望ましい気体または液体の中に連結されるようになされ、したがって浮力ポンプ装置７００によって汲み出すべき気体または液体の望ましい供給源となる。吐出口管路７２６は流れ管路７４２に結合され、それは次ぎに流れを望ましい場所に誘導する。

動作では、波が浮力装置７００に接近すると、所定の浮力を有する浮力ブロック７１４は波に対して徐々に上昇する。ピストン７１８は、浮力ブロック７１４に直接相関して移動し、それによって吐出口弁７２２、吐出口管路７２６、および流れ管路７４２を介して気体または液体をピストン室７１９から追い出す。波が浮力ポンプ装置７００を離れると、浮力ブロック７１４は、重力の働きで波に対して降下する。浮力ブロック７１４の降下と直接相関して移動するピストン７１８も同様に降下し、それによってピストン室７１９内部に真空を生成する。気体または液体は、吸入口管路７２４および吸入口弁７２０を介してピストン室７１９の中に引き込まれ、それによってピストン室７１９を充満する。この周期は、水の流体力学と浮力ポンプ装置７００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期と相関して反復し続ける。

ここで図８を参照すると、本発明の原理による典型的な浮力ポンプ装置８００の別法による実施形態の立面側図が示されている。この浮力ポンプ装置８００は、基部８０２、この基部８０２に連結された筐体８０４、この筐体８０４に連結された筐体キャップ８０６、および筐体８０４の他端に連結された筐体基部８０８を具備する。ピストン筐体８１０が筐体８０４の下部分の中に軸方向に配置される。このピストン筐体８１０は、ピストン筐体キャップ８１２およびピストン筐体基部８１４を具備する。ピストン筐体バラスト部分８１６が、ピストン筐体８１０の下部分に連結されている。

所定の浮力を有する浮力ブロック８１８は、筐体８０４内部に配置される。ピストン軸８２０が浮力ブロック８１８の下端に連結され、かつそこから軸方向に延びる。ピストン８２２がピストン軸８２０の他端に連結される。このピストン８２２は、ピストン筐体８１０内部で軸移動するようになされている。ピストン室８２４は、ピストン８２２の下表面、ピストン筐体基部８１４、およびピストン筐体８１０によって形成される。

吸入口弁８２６が、ピストン筐体基部８１４を貫通して連結され、ピストン室８２４と連通している。同様に、吐出口弁８２８がピストン筐体基部８１４に連結され、ピストン室８２４と連通している。吸入口管路８３０および吐出口管路８３２が、吸入口弁８２６および吐出口弁８２８のそれぞれの他端に連結される。

基部８０２は、支持基部８３６に達しかつそれに連結する支持脚８３４を具備する。支持基部８３６は、水域８４０の底面８３８に対接して静止するようになっている。バラスト・タンク８４２が支持基部８３６の上表面に連結され、バラストを収容および／または放出し、それによって浮力ポンプ装置８００の位置を水域８４０に対して維持するようになっている。

筐体８０４は、一端が筐体基部８０８に連結され、かつ他端が筐体キャップ８０６に連結された複数の筐体脚８４４を備える。これらの筐体脚８４４の間を水が自由に流れ得る。

流れタンク８４６が吸入口管路８３０および吐出口管路８３２に連結され、かつ筐体基部８０８の表面上に位置決めされる。この流れタンク８４６は、さらに供給管路８４８および流れ管路８５０に連結される。流れタンク８４６は、ピストン室８２４に対する流出入流量を制御し、流れ管路８５０を介してピストン室８２４からの吐出口流を望ましい場所に誘導することができる。

浮力ブロック８１８の浮力は、上に説明した様態で調整可能である。浮力ブロック８１８は、浮力ポンプ装置８００が中に位置決めされる水８４０の流体力学と浮力ポンプ装置８００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期で、筐体８０４内部で滑動自在に軸移動するようになされている。

ピストン軸８２０は、浮力ブロック８１８がピストン８２２の移動に対応するように、浮力ブロック８１８およびピストン８２２を固定関係に維持する。

筐体８０４には、その内部における浮力ブロック８１８の軸移動を制限するように、筐体脚８４４の内側に複数の浮力ブロック止め８５２が位置決めされる。同様に、ピストン筐体８１０は、その内部におけるピストン８２２の軸移動を制限するようにした複数のピストン止め８５３をピストン筐体８１０の内表面上に有する。

吸入口弁８２６および吐出口弁８２８は、気体または液体がそれぞれピストン室８３４に流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。これらの弁８２６、８２８は、望ましい圧力がピストン室８２４内部に実現できれば、ピストン筐体基部８１４上の異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

動作では、所定の特徴を有する波が浮力装置８００に接近すると、浮力ブロック８１８およびピストン８２２は徐々に上昇する。真空がピストン室８２４内部に生成され、それによって、供給管路８４８に連結された供給源が吸入口管路８３０および吸入口弁８２６を介してピストン室８２４の中に引き込まれるのに応じて、気体または液体を引き込む。波が浮力ポンプ装置８００を離れると、重力が浮力ピストンを軸方向に押し下げ、それによってピストン室８２４内部の気体または液体を圧縮し、かつ吐出口弁８２８、吐出口管路８３２、流れタンク８４６、および流れ管路８５０を介してピストン室８２４内部の気体または液体を排出するかまたは追い出す。

ここで図９を参照すると、典型的な浮力ポンプ装置９００の別法による１つの実施形態における立面側図が示されている。この浮力ポンプ装置９００は、基部９０２、この基部９０２に結合された筐体９０４、筐体キャップ９０６、および筐体基部９０８を具備する。筐体バラスト部分９０９が、筐体キャップ９０６の軸方向上方に配置される。

金属化されたピストン９１０が、筐体９０４内部に配置されかつ筐体９０４内部を軸移動するようになっている。所定の浮力を有する複数の磁化された浮力ブロック９１２が、筐体９０４の外部にかつピストン９１０の端部に隣接して位置決めされる。磁化された浮力ブロック９１２の移動が筐体９０４内部の金属化されたピストン９１０の移動に呼応するように、これらの磁化された浮力ブロック９１２は、金属化されたピストン９１０に近接して位置決めされる。金属化されたピストン９１０に対する磁化された浮力ブロック９１２の移動を案内するために、案内軌道９１１が筐体９０４上に設けられる。ピストン室９１３ａ，９１３ｂがピストン９１０の両側に画定される。ピストン室９１３ａ、９１３ｂ間の流体または液体の流れを防止するために、非金属封止体９１５が、金属化されたピストン９１０と筐体９０４の間の金属化されたピストン９１０の外表面上に配置かつ結合される。

第１の吸入口弁９１４および第１の吐出口弁９１６が筐体キャップ９０６を貫通してピストン室９１３ａと連結される。第１の吸入口弁９１４および第１吐出口弁９１６は、筐体バラスト部分９０９を貫通して第１の吸入口管路９１８および第１の吐出口管路９２０にそれぞれ連結される。

第２の吸入口弁９２２および第２の吐出口弁９２４の一端が、筐体基部９０８を貫通してピストン室９１３ｂと連結される。第２の吸入口弁９２２および第２の吐出口弁９２４の他端がそれぞれ、第２の吸入口管路９２６および第２吐出口管路９２８に連結される。

基部９０２は、一端が筐体９０４にかつ他端が支持基部９３２に結合された複数の支持脚９３０を具備する。この支持基部９３２は、浮力ポンプ装置９００が配置される水域９３６の底面９３４に対接して静止するようになっている。

筐体９０４は外表面上に複数の止め９３８を具備し、それらは磁化された浮力ブロック９１２の軸移動を制限するようになっている。吐出口管路９２０、９２８は、流れ管路９４０に連結され、その中の流れを望ましい場所に送出する。

磁化された浮力ブロック９１２は、浮力ポンプ装置９００が中に位置決めされる水の流体力学と浮力ポンプ装置９００自体の水圧または空気圧システム特徴とに一致する周期で移動する。磁化された浮力ブロック９１２の浮力は、この磁化されたブロック９１２を所定の流体または固体によって充満することによって、またはこの磁化された浮力ブロック９１２から所定の流体または固体を追い出すことによって調整可能である。

吸入口弁９１４、９２２および吐出口弁９１６、９２４は、気体または液体がピストン室９１３ａ、９１３ｂの中へ流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。例えば、第１の吸入口弁９１４はピストン室９１３ａへの流入を許容し、第１の吐出口弁９１６はピストン室９１３ａからの流出を許容する。第２の吸入口弁９２２および第２の吐出口弁９２４は、ピストン室９１３ｂへの流入およびそこからの流出を許容する。第１の吸入口弁９１４および第１の吐出口弁９１６は筐体キャップ９０６上の異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。同様に、第２吸入口弁９２２および第２の吐出口弁９２４は、ピストン室９１３ａ、９１３ｂ内部で望ましい圧力が実現できれば、筐体基部９０８上の異なる箇所に位置決め可能である。

動作では、水域９４６からの波が浮力ポンプ装置９００を離れると、磁化された浮力ブロック９１２は重力により徐々に降下し、それによって金属化されたピストン９１０を磁気的に降下させてピストン室９１３ａ内部に真空を生成する。同時に、磁化された浮力ブロック９１２および金属化されたピストン９１０が落下すると、チャンバ９１３ｂ内部の気体または液体を圧縮する。その内部の気体または液体は、第２の吐出口弁９２４および第２吐出口管路９２８を介して流れ管路９４０の中に排出または追い出される。ピストン室９１３ａでは、真空が第１の吸入口管路９１８から第１の吸入口弁９１４を介してピストン室９１３ａの中に気体または液体を引き込む。

次の波が接近すると、磁化された浮力ブロック９１２および金属化されたピストン９１０は、通過する水９３６に対して磁気的な相互関係で徐々に上昇し、それによってピストン室９１３ａ内部の気体または液体を加圧しかつ第１の吐出口弁９１６および第１の吐出口管路９２０を介して気体または液体を流れ管路９４０の中に追い出す。ピストン室９１３ｂは真空になり、それによって第２吸入口管路９２６、第２吸入口弁９２２を介して気体または液体をピストン室９１３ｂの中に引き込む。この過程は、それぞれの連続的な波によって周期的に反復される。

吐出口弁９１６、９２４中のいずれかの圧力が金属化されたピストン９１０の移動を阻害するようなことがあれば、磁化された浮力ブロック９１２が、金属化されたピストン９１０から分離して波に対して移動し、次の波の周期で金属化したピストン９１０と再び係合する。

ここで図１０を参照すると、本発明の原理による典型的な浮力ポンプ装置１０００のさらに別の実施形態が示されている。浮力ポンプ装置１０００は、基部１００２、この基部１００２に連結された筐体１００４、この筐体１００４に連結された筐体キャップ１００６、および筐体基部１００８を具備する。ピストン・シリンダ１０１０が筐体１００４内部に配置され、ピストン・キャップ１０１２と、ピストン・シリンダ１０１０に連結されかつピストン・シリンダ・キャップ１０１２の上方に配置されたピストン・シリンダ・バラスト部分１０１４とを具備する。ピストン１０１６が、ピストン・シリンダ１０１０内部で軸移動するようになっている。浮力ブロック１０１８がピストン・シリンダ１０１０上方で筐体１００４によって軸方向に位置決めされ、かつ筐体１００４内部で軸移動するようになっている。複数のピストン軸１０２０がピストン１０１６の下表面から延びて、浮力ブロック１０１８の横表面に連結される。

吸入口弁１０２２および吐出口弁１０２４がピストン・シリンダ・キャップ１０１２を貫通して、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の上表面によって形成されたピストン室１０２６に連結される。吸入口管路１０２８および吐出管路１０３０が、吸入口弁１０２２および吐出口弁１０２４にそれぞれ連結される。吸入口管路１０２８および吐出口管路１０３０は、ピストン・シリンダ・バラスト部分１０１４を貫通する。

基部１００２は、一端が筐体１００４の下部分にかつ他端が支持基部１０３４に連結された支持脚１０３２を具備する。支持基部１０３４は、水域１０３８の底面１０３６に対接して静止するようになされている。バラスト・タンク１０４０が、支持基部１０３４の上部分に連結され、浮力ポンプ装置１０００を水域１０３８に対して固定位置に維持する。

筐体１００４は複数の脚１０４２を具備し、これらの脚の間を水１０３８が通過できるようになっている。筐体脚１０４２は筐体基部１００８に連結する。筐体１００４は、その内部における浮力ブロック１０１８の軸移動を制限するために、筐体脚１０４２の内表面上に形成した複数の止め１０４５をさらに具備する。

筐体基部１００８に連結した流れタンク１０４６が吐出口管路に連結される。この流れタンク１０４６は、吐出口管路１０３０から受け取った流れを誘導し、かつその流れを吐出口管路１０４０から流れ管路１０４８に供給するようになっている。

ピストン・シリンダ１０１０は、水がピストン１０１６の底表面に接触できるように、ピストン・シリンダ・キャップ１０１２と対向する端部が開放されている。ピストン室１０２６と水域１０３８の間の連通を防止するために、封止体（図示せず）がピストン１０１６の周辺部に設けられる。

上に説明した様態で調整可能なピストン１０１６は、ピストン・シリンダ１０１０内部で滑動自在に軸移動可能である。ピストン１０１６および浮力ブロック１０１８はピストン軸１０２０によって連結されているので、浮力ブロック１０１８の移動はピストン１０１６の直接移動に呼応する。

浮力ブロック１０１８は、浮力ポンプ装置１０００が配置される水の流体力学に一致する周期で浮力ブロック１０１８が移動するように所定の浮力を有する。浮力ブロック１０１８の浮力は、水およびシステムの特徴および流体力学に応じて、上に説明した様態で調整可能である。

吸入口および吐出口弁１０２２、１０２４は、気体または液体がそれぞれピストン室１０２６の中へ流入しかつそこから流出するのを許容する一方向流れ装置である。これらの弁１０２２、１０２４は、ピストン室１０２６内部で望ましい圧力が実現できれば、ピストン・シリンダ・キャップ１０１２上の異なる箇所に位置決め可能であることが理解されるべきである。

動作では、浮力ポンプ装置１０００が、海洋、湖沼、河川、または波を生じる他の環境などの水域中に最初に配置された後、吐出口管路１０３０、弁１０２４、およびピストン室１０２６中の初期圧力はゼロ圧力状態から始まる。認識された特性を有する波が浮力ポンプ装置１０００に到達する。波からの水が浮力ブロック１０１８を徐々に上昇させ、それによって浮力ブロック１０１８とピストン１０１６の両方を持ち上げる。ピストン室１０２６の中に導入された気体または液体は、ピストン室１０２６中の圧力が吐出口管路１０３０中の管路圧力に打ち勝つまで圧力を受け始める。この時点で、気体または液体は、吐出口弁１０２４および吐出口管路１０３０を通過して流れ、流れ管路１０４８を介して利用または貯蔵するための望ましい場所に移送される。

波が浮力ポンプ装置１０００を離れると、重力が浮力ブロック１０１８を押し下げ、それによってピストン１０１６が呼応してピストン・シリンダ１０１０内部で下向きに軸移動することになる。ピストン室１０２６内部に真空が生成され、それによって吸入口管路１０２８、吸入口弁１０２２を介して気体または液体をピストン室１０２６の中に引き込む。この周期は、それぞれの連続的な波によって周期的に反復される。

ここで図１１を参照すると、典型的な水産養殖リング１１００に結合された、図１の浮力ポンプ装置１００の典型的な側面図が示されている。この構成では、水産養殖リング１１００は、同心円状に浮力ポンプ装置１００の周りに配置され、かつそれに連結した複数のバラスト・タンク１１１０を具備する。バラスト・タンク１１１０は、複数の支え線１１２０によって隣接するバラスト・タンク１１１０にさらに連結される。複数のバラスト・タンク１１１０は、浮力ポンプ装置１００が中に位置決めされる水域１１３０から接近してくる波に対して浮力ポンプ装置１００を安定させるために、長さおよび幅が異なり得る。

浮力ポンプ装置は、この浮力ポンプ装置の移動性を可能にするモジュール構造であり得る。移動式浮力ポンプ装置は、一箇所で組み立てられ、解体され、さらに別の箇所で組立て可能である。このような浮力ポンプ装置の移動性は、一箇所に恒久的に建造された水流式タービンなど、移動式ではない他の水力発電システムと区別される特色であり得る。しかも、移動式浮力ポンプ装置の一群または現場は、様々な土地または水上の応用例（変動する電力需要の影響下にある）に電力を供給するために移転可能である。例えば、１基または複数の浮力ポンプ装置の一群を水上の場所に配置して、新たな領域に未知の期間配備され、爾後に異なる領域に再配備される軍事基地を支援することができる。一群の浮力ポンプ装置は、これらの浮力ポンプ装置の仕様に適合する波による十分な波エネルギー源を有する所であれば実質的に任意の場所に配備可能である。

図１２Ａは、図１２Ｂに示され、浮力ポンプ装置の浮力シリンダ１０４（図１参照）と実質的に同様に機能するように、幾つかの浮力室リング１２００から形成された典型的な構造を構築するために構造的構成要素として使用可能な典型的な浮力室リング１２００を示す。浮力室リング１２００を利用する浮力ポンプ装置は構造がモジュール式である。この浮力室リング１２００は、外リング１２０２および内リング１２０４を備える。外リング１２０２および内リング１２０４は、同心円状であり、かつスペーサ対１２０６ａから１２０ｄ（一括して１２０６）を形成する幾つものスペーサによって結合可能である。これらのスペーサ対１２０６は、平行に構成され、かつｘおよびｙ軸回りに対称的に位置決めされ得る。スペーサの対１２０６は、外リング１２０２および内リング１２０４を構造的に支持する。スペーサの他の構造的かつ／または幾何学構成を利用して外リング１２０２および内リング１２０４を構造的に支持することも可能である。例えば、外リング１２０２と内リング１２０４の間にスペーサのトラス構成を利用することも可能である。

案内リング・シリンダ１２１０が、これらのスペーサ対１２０６間の中央に配置され、かつ外リング１２０２および内リング１２０４のそれぞれに結合可能である。これらの案内リング・シリンダ１２１０を利用して浮力室リング１２００を杭材１２１６（図１２Ｂと一緒に下で論じる）上で位置決めしかつ支持することができる。浮力室リング１２００のそれぞれの構成要素は、鋼鉄および／またはガラス繊維またはプラスチックなどの海洋または他の環境中に存在する環境条件に耐性のある材料から構成可能である。

図１２Ｂは、図１２Ａに示した浮力室リング１２００を利用する典型的な浮力ポンプ装置１２１２のための浮力室１０４（同じく図１参照）の断面に沿って取った上面斜視図である。浮力室１０４は、水域の底面上に位置しかつそこから垂直に延在する基部（図示せず）の中に取付け可能な８本の抗材または支材１２１６に沿って軸方向に複数の浮力室リング１２００と係合することによって形成される。水域の深さに応じて、抗材１２１６のそれぞれは、多セグメントから構成可能である。図示のように、抗材１２１６は、浮力室リング１２００の周りに径方向に位置決めされた案内リング・シリンダ１２１０を貫通し得る。

浮力ポンプ装置１２１２の基部から垂直に延びる管状シム１２１８が、スペーサ対１２０６のスペーサのそれぞれと位置合わせされて内リング１２０４に結合可能である。管状シム１２１８は、浮力ブロック１２２０（一部を示す）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可能である。浮力リング１２２２は管状シム１２１８と係合するかまたはそれによって案内され、浮力ブロック１２２０が浮力室１０４内部を上下移動するとき、このブロックの位置合わせを維持する。モジュール設計であるので、浮力ポンプ装置１２１２は移設目的用に構築かつ分解可能である。

図１２Ｃは、浮力室１０４のためのキャップとして構成された浮力室リング１２００’の別の実施形態である。浮力室リング１２００’は、ピストン室１２２４を位置決めするようにさらに構成可能である。位置決めスペーサ１２２６は、実質的にスペーサ対１２０６と位置合わせされて外リング１２０２および内リング１２０４の中心点周りに矩形領域１２２８を形成する。矩形案内ブロック１２３０が、この矩形領域１２２８中に位置決めされかつ位置決めスペーサ１２２６に結合可能である。この矩形案内ブロック１２３０は、ピストン室１２２４を中に挿通し、かつ連結部材（図示せず）によってピストン室１２１４を中に保持するようにサイズ決めされた開口１２３２を含むことができる。この開口１２３２は、浮力室リング１２００’によって支持されかつ位置合わせされている構造的構成要素（例えば、ピストン室１２２４）の形状およびサイズに応じて別様に形状およびサイズ決め可能であることが理解されるべきである。

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しかつ／または調整するためのシステム１３００の図面であり、このようなシステムは、計算システム１３０４の表示画面１３０３上に表示された典型的な浮力ブロック１３０２の模式図画像１３０１を表示する。この計算システム１３０４は、ソフトウェア１３０８を実行するために動作可能な処理装置１３０６を含む。ソフトウェア１３０８を使用し、浮力ブロック１３０２を使用する浮力ポンプ装置を位置決めすべき水域中の場所に関する波の履歴データに基づいて、浮力ブロック１３０２の寸法および／またはモデル動作を計算する。ソフトウェア１３０８は、例えば、表計算ソフトウェア中に含まれているコードまたは式の行から構成可能である。ソフトウェア１３０８は、波の履歴データならびに出力の機械的仕様およびシステム動作データに関する入力パラメータを有するアルゴリズムを含む。

計算システム１３０４は、処理装置１３０６に結合された記憶装置１３１０をさらに含む。この記憶装置を使用してプログラム１３０８を格納し、かつそれによって作成されたデータを格納することができる。入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置１３１２が処理装置１３０６に結合され、それを使用して計算システム１３０４の内部にまたはそれから外部へデータを送受信する。格納ユニット１３１４は、処理装置１３０６と接続しており、データベース１３１６を格納するように動作可能である。このデータベース１３１６は、波の履歴データと配備用の１基または複数の浮力ポンプ装置の構成に関する他のデータとを格納することができる。１つの実施形態では、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。

計算システム１３０４は、通信路３１２０を経由してネットワーク１３１８と接続している。１つの実施形態では、このネットワーク１３１８はインターネットである。別法として、ネットワーク１３１８は衛星通信システムでもよい。波の履歴データ・サーバ１３２２は、当業で理解されている世界中の水域の様々な場所からブイによって回収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・ファイルを保持する。波データ・サーバ１３２２は、計算システム１３０４がデータベース１３２４中に格納された波データにアクセスまたはそれを検索できるように、通信路１３２６を経由してネットワーク１３１８に接続している。計算システム１３０４によって波データ・サーバ１３２２にアクセスされかつそれから回収される波データは、人手によって、半自動的に、または自動的にデータベース１３１６の中に含まれ、浮力ブロック１３０２の寸法および／またはモデル動作を作成するためにソフトウェア１３０８によって利用可能である。

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かつ／または計算結果を表示フィールド中に表示するように様々なデータ・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、これらの入力パラメータを使用し、ある一定期間の特定的なまたは典型的な波動履歴に関連する情報を入力する。別法として、これらの入力パラメータは、波データ・サーバ１３２２上のまたはどこか余所の、格納ユニット１３１４中に格納されたデータ・ファイルから読み出し、かつ画像１３０１上に表示可能である。

浮力ブロック１３０２を設計する際には、設置場所および設置期間を考慮に入れるべきである。例えば、浮力ポンプ装置が、３カ月間などの期間、特定の場所に設置されることになれば、設計者は、浮力ブロック１３０２を設計する際に、これらの特定月間の、この特定の場所における低、最高、および平均波動履歴を入力することができる。浮力ポンプがさらに恒久的な期間設置されることになれば、浮力ブロック１３０２の寸法を決定するために、５年間など、より長い期間にわたって低、最高、および平均波動履歴を入力することができる。

画像１３０１は、浮力ポンプ装置の設計者を補助するために、表、格子、図表画像、または他の視覚表示を含めて、入力および出力フィールドを含み得る。浮力ポンプ装置の設計段階時に、設計者は、実施例ＡおよびＢ、表１から４、および図３Ａから３Ｆおよび４Ｄに関して論じたような設計過程を実施することができる。設計過程の実行に際して、実施例Ａ（低い波サイズ）、実施例Ｂ（平均的な波サイズ）、および表１が、様々な構成要素（例えば、浮力ブロック）寸法およびシステム・パラメータ（例えば、馬力）を計算する上で波の履歴データを利用するための実施例を提供する。浮力ブロック体積（ＢＢ_Ｖ）、錐体の体積（ＶＣ）、基部の体積（ＶＢ）、および他の寸法などの寸法を波の履歴データの関数として計算可能である。浮力ブロック径を波高（Ｗ_Ｈ）の関数として記述する表２を使用して寸法とシステム・パラメータの両方を決定することができる。画像１３０１上に示された結果は、例えば、図３Ａから３Ｆおよび４Ｄで示した要素および寸法と一緒に図表的に表示可能である。浮力ポンプ装置の要素のより簡単なまたは詳細な図表表示を計算しかつ画像１３０１上に表示できることが理解されるべきである。表３（年周波平均）および月別平均波情報を示す表４は、場所および配備期間に基づいて浮力ポンプ装置のための構成要素を設計する際に計算システム１３００に入力可能である。

図１３を続けると、表示フィールドは、計算システム１３０４が実行するソフトウェア１３０８によって作成された演算結果を示すために使用される。表示フィールド中に表示された結果は、基部の高さ（ｈ_１）（図４Ｄ参照）、基部の直径（ｄ_１）、錐体の高さ（ｈ_２）、および他の寸法を含めて、浮力ブロック１３０１のための様々な機械的仕様を含み得る。さらには、ピストン寸法など、浮力ポンプ装置構成要素の他の寸法が計算可能である。表示フィールドはまた、利用可能な行程長さおよび持上げ移動時間、持上げ圧力（波パラメータ（例えば、高さおよび長さ）の関数として浮力ブロック１３０１によって生じる上向きの圧力の量）など、動作仕様に影響するパラメータも含むことができる。

浮力ポンプ装置はまた、特定の領域の需要を満たすように増減可能である。例えば、最初に浮力ポンプ装置の予め決まった数を設置して既存の領域またはある領域の一部の需要を満たし、次いで、領域が拡大するときにその領域を満たすために、または元々の領域の残り部分を満たすために、追加的な浮力ポンプ装置を補充することができる。例えば、この領域が、ほんの僅かなエネルギー需要が存在し得るに過ぎず、２００基の浮力ポンプ装置のみで十分である場合も、またはダムによって供給されるエネルギーに匹敵する数平方マイルもの浮力ポンプ装置を要する程の大きなエネルギー需要量を必要とする場合もある。したがって、浮力ポンプ装置は、増減可能であり、かつ供給を受ける特定領域にどれほどのエネルギー需要が存在していてもそれに対応可能である。

ここで図１４を参照すると、配水塔を利用する典型的な浮力ポンプ電力システム１４００の１つの実施形態の立面図が示されている。一群１４０５の１基または複数の浮力装置１４１０が、所定の構成で水域１４２０の底面１４１５に沿って分散配置されている。この一群１４０５の１基または複数の浮力装置１４１０は、波の運動を受ける際に、他の浮力ポンプ装置１４１０による影響をほとんど受けないかまたは全く受けないように、それぞれの浮力ポンプ装置１４１０を収容するような様態で、格子式、アレイ式、または別様に分散配置が可能である。

浮力ポンプ装置１４１０からの吐出口管路１４２５は、配水塔１４３５を支持する短部１４３０に向かって底面１４１５に沿って延在し得る。これらの吐出口管路１４２５は、水を配水塔１４３５の最上部またはその付近に送出する給水源として動作する。

配水塔１４３５は、配水塔１４３５の最下部またはその付近にあるタービン・ハウス１４４０中に配置された１基または複数のタービン１４３９を動作させる汲み上げられた水のための貯水槽として動作する。タービン・ハウス１４４０は、配水塔１４３５の中に貯蔵された水を重力の作用によって受け取り、１基または複数のタービン１４３９によって水流から電気エネルギーを生成するように、配水塔１４３５の内部に、それに隣接して、またはそれに密接して配置可能であることが理解されるべきである。１基または複数のタービン１４３９を通過する水は、タービン排出口１４４０を経由して水域１４２０に再び戻され得る。別法として、この水は、例えば、灌漑または飲料水に変換するための脱塩など、他の用途に配給するために放出可能である。

電力線１４４５は１基または複数のタービン１４３９に繋がれ、電力線１４４５が繋がれる送電網１４５０にタービンによって生成された電力を配電することができる。本発明の原理にしたがって、浮力原理の利用によるのではなく他の技術によって動力を受けるポンプを利用して水を配水塔１４３５に送出することも企図されている。例えば、回転手段および／または風力によって動力を生成するポンプを利用して水を配水塔１４３５に供給することができる。

図１５は、典型的な浮力ポンプ発電システム１５００の別の実施形態の立面図である。一群１５０５の１基または複数の浮力装置１５１０の同一のまたは同様の構成が、図１４に示した水域１５２０の底面１５１５に沿って構築可能である。一群１５０５の浮力装置１５１０は、波の運動を受ける際に、他の浮力ポンプ装置１５１０による影響をほとんど受けないかまたは全く受けないように、それぞれの浮力ポンプ装置１５１０を収容するような様態で、格子式、アレイ式、または別様に分散配置が可能である。

浮力装置１５１０からの吐出口管路１５２５が、絶壁最上部１５４０上に１基または複数の貯水槽１５３５を支持する絶壁１５３０に向かって底面１５１５に沿って延在し得る。別法として、これらの１つまたは複数の貯水槽１５３５は、１つまたは複数の地中の貯水池もしくは溜め池として絶壁最上部１５４０の中に構築可能である。吐出口管路１５２５は、水を貯水槽１５３５の最上部またはその付近に送出する給水源として動作する。１つの実施形態では、これらの１つまたは複数の貯水槽１５３５は、二次利用するために作製可能である。このような１つの二次利用は養魚場である。貯水槽１５３５は、絶壁１５３０の最下部またはその付近に配置したタービン・ハウス１５４５の中に位置する１基または複数のタービン１５４０を動作させるように、重力の関数である最大水圧を１基または複数のタービン１５４０に印加するために浮力ポンプ装置１５１０から汲み上げた水を長蔵するように動作する。別法として、タービン・ハウス１５４５は、それが貯水槽の下方にあり、かつ１基または複数のタービン１５４０を駆動できれば、他の箇所に配置可能である。当業で理解されているように、絶壁の高さおよび／または貯水槽１５３５下方のタービンまでの距離が、利用されているタービンの形式に基づき得るように様々なタービンが様々な水圧で動作する。送電網１５５５に配電するために、タービン１５４０によって発電された電気を電線１５５０へ伝導することができる。

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に、水域１６０４中に配置された浮力ポンプ装置１６０２の別の典型的な構成の１つの例示である。浮力ポンプ装置１６０２は、浮力ポンプ装置１６０２の浮力ブロック（図示せず）が波によって移動するのに応答して、吐出口管路１６０６を介して空気などの気体を駆動するように構成される。気体は圧縮可能であり、したがってタービン・ハウス１６１４に内蔵されたタービン１６１２を駆動するために持ち上げられる必要がないので、貯蔵槽１６０８が岸辺１６１０の上かまたは岸辺１６１０の地下に配置可能である。タービン１６１２は、圧縮された気体を受け取ってタービン１６１２を駆動するために、入力送出管路１６１６を経由して貯蔵槽１６０８に連結可能である。このタービンは電線１６１８に繋がれ、タービン１６１２によって発電された電気を送電網１６２０または工場などの他の排流箇所に配電する。

図１７Ａは、海洋１７０８中の波１７０６に応答して流体を貯蔵槽１７０４まで駆動するように構成した浮力ポンプ装置１７０２を含む典型的なポンプ場１７００の１つの例示である。このポンプ場１７００は、配置すべき浮力ポンプ装置１７０２のための区画１７１３の横列１７１０および縦列１７１２を含む浮力ポンプ装置１７０２の格子として構成される。縦列に沿った空の区画が、各横列に沿った２基の浮力ポンプ装置１７０２を分離または離隔する。同様に、横列に沿った空の区画が、各縦列に沿った２基の浮力ポンプ装置１７０２を分離または離隔する。図示のように浮力ポンプ装置１７０２を分離または離隔することによって、第１の縦列ｃ_１を横切って通過しかつ２基の浮力ポンプ装置１７１４ａと１７１４ｂの間を通過する波が、横列ｒ_１３とｒ_１５、すなわち、２つの浮力ポンプ装置１７１４ａと１７１４ｂの間に直交して配置された、第２の縦列ｃ_２に位置しかつ横列ｒ_１４に沿った浮力ポンプ装置１７１４ｃに到る前に再形成され、それによって第２縦列ｃ_２中の浮力ポンプ装置１７１４ｃは、第１縦列ｃ_１中の浮力ポンプ装置１７１４ａおよび１７１４ｂが受け取ったものと実質的に同じ波エネルギーを受け取ることが可能になる。浮力ポンプ装置１７０２の分離は、それぞれの波から遺漏されるエネルギー量を最小限にするのをさらに助ける。波から遺漏されるエネルギー量を最小限にするために、ポンプ場１７００の中に配置された浮力ポンプ装置１７０２は、それぞれ実質的に等しい力を受ける。それぞれのポンプに最大の波エネルギーを供給するために、波に与える変化を同一にまたは同様に最小限にする浮力ポンプ装置１７０２の他の構成も利用可能であることが理解されるべきである。図１７のポンプ場１７００の構成を使用することによって、海浜１７１４は、ポンプ場１７００が海浜１７１４の前方に配置されなかったら受け取っていたはずの波と実質的に同じようにそれぞれの波を受け取る。したがって、ポンプ場１７００の構成は、波から発電する際の環境に優しい方策である。

図１７Ｂは、特定の浮力ポンプ装置１７１４ａから１７１４ｃを含む、浮力ポンプ装置１７０２の構成の拡大図である。浮力ポンプ装置１７１４ａおよび１７１４ｂの吐出口管路１７１８ａおよび１７１８ｂはそれぞれ、第１の縦列ｃ_１に沿って横列ｒ_１４に向かうそれぞれの浮力ポンプ装置１７１４ａおよび１７１４ｂから延びるように構成される。吐出口管路１７１８ａおよび１７１８ｂは、横列ｒ_１４に沿って海岸（１７１６）に向かって延びる別の吐出口管１７１８ｃに結合される。したがって、浮力ポンプ装置１７１４ｃからの吐出口管路（図示せず）が、吐出口管路１７１８ｃに連結可能である。さらには、横列ｒ_１３からｒ_１５中に位置する他の浮力ポンプ装置１７０２は、吐出口管路１７１８ｃに連結し、浮力ポンプ装置１７０２から排出された流体物質（即ち、液体または気体）を陸上にまたは別様に配置された貯蔵槽（図示せず）まで送出することができる。この流体物質を貯蔵槽まで送出するために、吐出口管路の他の構成も利用可能であることが理解されるべきである。このような他の構成は、構造的にもまたは幾何学形状的にも異なり得る。例えば、吐出口管路１７１８ａおよび１７１８ｂを単一の吐出口管路１７１８ｃに連結するのではなく、それぞれの吐出口管路１７１８ａおよび１７１８ｂが相互に分離したままでもよい。

図１７Ｂを続けると、典型的な構造寸法がポンプ格子に関して示されている。それぞれの浮力ポンプ装置１７０２が４７．３平方フィートの基部寸法を有する。浮力ポンプ装置１７０２の各横列（例えば、横列ｒ_１およびｒ_２）間には１５．８フィートの分離距離が用いられる。

図１７Ａをさらに参照すると、絶壁最上部１７１８上に配置された貯水槽１７０４は、吐出口管路１７２０を経由して浮力ポンプ装置１７０２から汲み上げられた水を収容する。この水は、貯水槽１７０４の中に貯蔵され、かつ出力送出管路１７２２を介してタービン建屋１７２４の中に配置された１基または複数のタービン（図示せず）まで流れる。この水は排出管路１７２６を経由して海洋１７０８に再び放出され得る。別の実施形態では、この貯水槽は船上または原油掘削装置上などの水域上方に配置可能である。

本浮力ポンプ・システムは、通過する波からほとんどすべての位置エネルギーを完全に吸収し、かつその仕事率を本明細書で説明しかつ示した様態で利用するように設計可能であることが理解されるべきである。別法として、本浮力ポンプ・システムは、通過する波から位置エネルギーの一部（例えば、５０％）を吸収するように設計可能である。これらの設計は、ポンプ場の格子配置または他の配置の利用が可能であるが、このような配置に基づいて一部または全部の空の区間中に浮力ポンプ装置を具備することができる。

以上の説明は、本発明を実施するための好ましい実施形態に関するものであり、本発明の範囲は、このような説明によって限定されるものではない。本発明の範囲は、このような説明ではなく以下の特許請求の範囲によって画定されている。

本発明の方法および装置のさらに完全な理解は、添付の図面と合わせて検討されるとき、同様の参照符号が同様の要素を指す以下の詳細な説明を参照することによって得られる。
図１は、浮力ポンプ電力システムで使用するための、本発明の原理による第１の実施形態における浮力ポンプ装置の分解立面側図である。 図２Ａは、図１の浮力ポンプ装置の上面図である。図２Ｂは、線２Ｂ−２Ｂに沿って取った、図２Ａの断面図である。図２Ｃは、図１の組み立てられた浮力ポンプ装置の側面図である。 図３Ａから３Ｃは、本発明の原理による典型的な浮力ブロックの上面図、側面図、および等角図である。図３Ｄは、入れ子式伸縮部分を有する典型的な浮力ブロックの部分断面図である。図３Ｅから３Ｆは、それぞれ縮小構成および拡大構成にある典型的な浮力ブロックの典型的な調整可能基部部分の上面図である。 図４Ａから４Ｃは、波が浮力ポンプ装置を通過するときの、図１の浮力ポンプ装置の側面図である。図４Ｄは、典型的な波を模式的に例示する図である。 図５は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための典型的な浮力ポンプ装置の別法による１つの実施形態の立面側図である。 図６は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための典型的な浮力ポンプ装置のさらに別の実施形態の立面側図である。 図７は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための典型的な浮力ポンプ装置の別の実施形態の立面側図である。 図８は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための浮力ポンプ装置の別法による実施形態の典型的な波ポンプのさらに別の実施形態の立面側図である。 図９は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための典型的な浮力ポンプ装置の別の実施形態の立面側図である。 図１０は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための典型的な浮力ポンプ装置のさらに別の実施形態の立面側図である。 図１１は、本発明の原理による浮力ポンプ電力システムで使用するための、典型的な水産養殖リングに結合された浮力ポンプ装置の立面側図である。 図１２Ａは、浮力ポンプ装置の別の実施形態の構造的構成要素として使用可能な典型的な浮力室リングを例示する図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示した浮力室リングを利用する、図１の浮力室の断面に沿って取った上面斜視図である。図１２Ｃは、ピストン室のキャップとして構成された、図１２Ａの浮力室リングの別の実施形態の図である。 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しかつ／または調整するためのシステムを示す図であり、このようなシステムは計算システムの表示画面上に表示された典型的な浮力ブロックの模式図の画像を示す。 図１４は、本発明の原理による、給水塔を利用する典型的な浮力ポンプ電力システムの立面図である。 図１５は、本発明の原理による別法の実施形態における典型的な浮力ポンプ電力システムの立面図である。 図１６は、別法による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は、海洋中の波に応答して流体を貯蔵槽まで駆動するように構成した浮力ポンプ装置を含む典型的なポンプ場１７００を例示する図である。 図１７Ｂは、浮力ポンプ装置の構成の拡大図であり、特定の浮力ポンプ装置を含む。

Claims (50)

1. 発電する方法であって、
   波の運動を機械的動力に変換するステップと、
   流体物質を前記機械的動力の関数として貯蔵槽まで駆動するステップと、
   前記流体物質を前記貯蔵槽から流出させるステップと、
   前記流出する流体物質の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するステップと、を含む方法。
2. 波の運動を機械的動力に変換する前記ステップは、部材を第１の方向および第２の方向にそれぞれ移動させる前記波の運動に応答して、前記部材を前記第１および第２の方向に移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記流体物質を前記駆動するステップは、
   前記部材を前記第１の方向に移動させる前記波の運動に応答して前記流体物質を吸入するステップと、
   前記部材を前記第２の方向に移動させる前記波の運動に応答して前記流体物質を排出するステップと、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記流体物質を前記駆動するステップは、流体物質を次第に上昇させて前記貯蔵槽まで押し上げるステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記方法は、前記流体物質を前記貯蔵槽の中に貯蔵するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記方法は、前記貯蔵槽の中の前記流体物質の圧力を増大させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記流体物質を前記流出させるステップは、前記流出する流体物質の前記運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記流体物質を重力によって降下させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記流出させるステップは、前記流体物質を電気に変換するステップのために、圧力を利用して前記流体物質を流出させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記流出する流体物質を変換する前記ステップは、前記流出する流体物質を利用してタービンを駆動するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記方法は、前記電気エネルギーを送電網に印加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 発電するシステムであって、
    水域の中に配置されかつ前記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、入力口および出力口を有するポンプと、
    前記ポンプの前記出力口に結合された吐出口管路と、
    前記吐出口管路に結合された入力供給口を具備する貯蔵槽と、を備え、前記ポンプは、前記入力口から流体物質を吸入しかつ前記吐出口管路を介して前記流体物質を前記入力供給口経由で前記貯蔵槽まで駆動するようにさらに動作可能であり、前記貯蔵槽は、前記流体物質を前記貯蔵槽から流出させるために出力供給口をさらに具備し、さらに前記システムは、
    前記貯蔵槽の前記出力供給口から前記流出する流体物質を受け取り、かつ前記流出する流体物質の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように動作可能なタービンを備える、システム。
12. 前記ポンプは移動式である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記貯蔵槽は陸上に配置される、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記陸は絶壁の上である、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記貯蔵槽は水域の上方に配置される、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記貯蔵槽は船上に配置される、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記流体物質は水である、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記ポンプは浮力ポンプである、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記貯蔵槽は２つの目的で構成される、請求項１１に記載のシステム。
20. 前記貯蔵槽の前記構成は魚孵化場を含む、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記システムは、波からほぼ同じエネルギー量をそれぞれに受け取るように構成された複数のポンプをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
22. 前記複数のポンプの前記構成は、前記ポンプを位置合わせするための格子を含む、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記格子はそれぞれのポンプのための区画を含み、それぞれのポンプは相互のポンプ間に空の区画を有する、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記ポンプは、連続的な縦列に沿って横列によって位置がずらされる、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記ポンプの前記構成はポンプ場を形成し、汀線が前記波の移動方向に直交して位置し、あたかも前記ポンプ場が存在しないかのように実質的に同じ大きさの波を受け取る、請求項２１に記載のシステム。
26. 前記ポンプは、前記波の運動に基づいて変更されるように動作可能な少なくとも１つの調整式要素を含む、請求項１１に記載のシステム。
27. 前記ポンプは、少なくとも１つの浮力室リングによって位置合わせされた複数の杭材から成る、請求項１１に記載のシステム。
28. 発電するシステムであって、
    波の運動を機械的動力に変換する手段と、
    流体物質を前記機械的動力の関数として貯蔵槽まで駆動する手段であって、前記変換する手段と組み合って機能する駆動手段と、
    前記貯蔵槽に結合された、前記流体物質を流出させる手段と、
    前記流出する流体物質の運動エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換する手段であって、前記流出させる手段から前記流出する流体物質を受け取るように動作可能である変換手段と、を備えるシステム。
29. 前記システムは、前記貯蔵槽中の前記流体物質の圧力を増大させる手段をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
30. 前記システムは送電網に前記電気エネルギーを印加する手段をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
31. 浮力ポンプ装置を設計するシステムであって、前記システムは、
    ソフトウェアを実行するように動作可能な処理装置を含む計算システムを備え、前記ソフトウェアは、水域の領域からの波の履歴データを含む入力パラメータを受け取り、かつ前記入力パラメータの関数として前記浮力ポンプ装置の浮力装置の少なくとも１つの寸法を計算するように動作可能であり、前記浮力装置の前記少なくとも１つの寸法は、前記浮力ポンプ装置によって流体物質が駆動されるように前記浮力装置が持上げ圧力を生成できるようになっている、システム。
32. 前記計算システムは、前記波の履歴データを含む格納ユニットを備える、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記計算システムは、前記処理装置およびネットワークに接続する入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニットをさらに含み、前記Ｉ／Ｏユニットは、前記波の履歴データを格納する波データ・サーバと接続しかつそれにアクセスするように動作可能である、請求項３１に記載のシステム。
34. 前記波の履歴データは、少なくとも１つの継続期間にわたる平均波データを含む、請求項３１に記載のシステム。
35. 前記流体物質は液体である、請求項３１に記載のシステム。
36. 前記流体物質は気体である、請求項３１に記載のシステム。
37. 前記少なくとも１つの寸法は浮力ブロックの直径を含む、請求項３１に記載のシステム。
38. 前記少なくとも１つの寸法はピストンに関する寸法を含む、請求項３１に記載のシステム。
39. 前記ソフトウェアは表計算ソフトウェアを含む、請求項３１に記載のシステム。
40. 前記ソフトウェアはコードの行を含む、請求項３１に記載のシステム。
41. 前記ソフトウェアは前記入力パラメータを自動的に受け取るように動作可能である、請求項３１に記載のシステム。
42. 水域からの波エネルギーの関数としてタービンから発電するシステムであって、前記システムは、
    波が、（ｉ）少なくとも１基の第１の浮力ポンプ装置を通過した後で実質的に再形成するのを可能にし、かつ（ｉｉ）少なくとも１基の第２の浮力ポンプ装置を駆動するのを可能にするように間隔をおいて水域中に構成した複数の浮力ポンプ装置を備え、前記浮力ポンプ装置は流体物質を押し退けてタービンを駆動するように動作可能である、システム。
43. 前記浮力ポンプは、横列および縦列から形成した区画の格子配置で構成される、請求項４２に記載のシステム。
44. それぞれの浮力ポンプは、横列および縦列の少なくとも一方に沿って少なくとも１つの区画によって分離される、請求項４３に記載のシステム。
45. 前記システムは、前記押し退けられた流体物質を収容し、かつ前記タービンを駆動するために前記流体物質を流出させる貯蔵槽をさらに備える、請求項４１に記載のシステム。
46. 前記システムは、前記タービンが前記流体物質によって駆動されることに応答して前記タービンによって生成された電気を配電するために、前記タービンに結合された電線をさらに備える、請求項４１に記載のシステム。
47. 前記浮力ポンプ装置は、波のパラメータに基づいて前記浮力ポンプ装置の動作を変更するために動作の間に変更されるように構成した少なくとも１つの構成要素を含む、請求項４１に記載のシステム。
48. 前記少なくとも１つの構成要素は自動的に変更されるように構成される、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記浮力ポンプ装置の数は、エネルギー需要に基づいて発電された電力量に基づく、請求項４１に記載のシステム。
50. 前記数はエネルギー需要に基づいて増減可能である、請求項４９に記載のシステム。

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