JP4290878B2 - 水中に配置される細長い管状体を含む装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、基本的には鉛直な位置に水中に配置されるように構成されている細長い管状体を有する装置であって、この管状体はその底部において開口端を有し、そしてその上部では先細部分を有し、この先細部分は周囲水の水位より上に配置されるように構成されている開口で終わっている装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
ＵＳ３０６４１３７によれば、内部に水を収容していてその水位が周囲水の波によって上下に動かされるように構成された管を有する浮動可能な装置が公知である。したがって、管内部における水位より上に存在する空気は管の上部に設けられている開口を通って流出したり、流入したりする。この場合には、この空気の流動によって生じる動力を得るするためにタービンおよび発電機が設置されている。
【０００３】
ＵＳ４６０３５５１によって、浮いている細長い構造内において上下に運動しているブイが既に公知である。この運動によって、水は弁を経由して、ピストンとシリンダにより空間に送り込まれ、その空間で、水は水力タービンと発電機を駆動させる。
【０００４】
上記の装置の目的は、波の運動によって得ることができるエネルギーを生成させることである。
【０００５】
照明装置を有する灯台は通常、海上において陸地を標識させる。これらの灯台を有効に機能させるには、これらの照明装置が荒海でも波のために遮られない高さに設けられることが必要がある。
【０００６】
このような灯台は十分な高さを有し、そして荒天に耐えられるように安定していなければならず、したがって建造費は膨大なものになる。
【０００７】
（発明の開示）
本発明の目的は、特に様々な種類の物体を標識させ、そしてこれに注意を向けさせることができるために効果的な方法で、例えば噴射水の形態で、ある量の水を周囲水面から上方に強制運動させるように構成されている装置を提供することである。これは、多くの応用分野で用いることができ、このような分野には、海上において観察されなければならない陸地その他の物体を標識することが含まれる。
【０００８】
この目的は、当初に定義されている装置を有する本発明によって達成される。その装置は、管状体の先細部分内において周囲水の水位より低い水位を生成しておき、そして管状体内の水が先細部分によって周囲水の水位より高い水位まで輸送されるという仕方で断続的にこの水位差を平衡させるように構成されている。先細部分およびその開口を適宜な寸法に定めることによって、このような噴射水は相当な高さまで、そしてその時のいかなる波の頂上よりも高く噴出される。それによって、標識された陸地は例えば長距離から認識することができ、そして船舶が陸地から離れるようにかじを切るのに、十分な時間が与えられる。長く伸びた噴射水によって、標識までの距離もまた、点状の照明装置によって標識される場合よりも推定しやすい。
【０００９】
本発明の好ましい実施例では、管状体の開口に弁装置が設けられており、この弁装置は、所定の超過圧力(overpressure)が管状体内に生じたとき、開くように構成されている。したがって、管内の水と周囲水との間に十分な水位差があれば、上方に噴出する噴射水が得られる。
【００１０】
本発明の好ましい実施例では、このような弁装置はまた、管状体内の過少圧力(subpressure)の場合に、管状体中への空気の流入を可能にするように構成されることもできる。それによって、もし、管状体を備えている装置が可動であるように設置されている場合には、該装置は、その運動によって上記水位差が生じるように、内圧を「ポンプ作用で」上昇させることができる。この運動は、本装置が水中で浮動するように構成されていることによって発生し、上記水位差は、その時の波により基本的に鉛直の方向に基本的に上下に本装置が運動することによって生じる。波が十分な高さになると、基本的には１つの波ごとに１つの噴射水を噴出することができる。これは、この浮き装置が、管状体の先細部分の形状によって波の頂上から下方に向かう方向において、管状体内に含まれる水を実質的に輸送することによって生じる。それは、波の谷にある浮き装置が、また上方へ運動するために戻るとき、管状体内の水は、水の運動エネルギーのために、まだ、下方に向かって流れていることを意味する。管状体は下部において開口の近傍における先細部分に比して基本的に広い断面を有しているので、水は、管状体から下方に向かって短い距離だけ流出し続けるだけで、先細部分における水位を大きく低下させることができる。その後、続いて起こる圧力の平衡化によって、管状体の先細部分内において急激に上方に向かう水の流動が生じ、その結果、開口から上方に噴射水が噴出する。この装置の原型を用いた試験によると、この浮き装置が波の頂上に達する直前に、この噴射水が得られた。
【００１１】
本発明のもう一つの好ましい実施例においては、浮き装置は重り体を備えている。この重り体の重さによって、管状体の先細部分は管状体内に収容されている水を下方に輸送することができるので、管内に含まれる水と周囲水との間に上記水位差が生じる。この重り体はまた、先細部分を通って水が上方に吹き上げられるとき、釣合い重りとして作用する目的も有している。この重り体は、水が満たされるように構成されている空間を有することができる。それによって、装置は相当な重さになり得るが、装置自体は重くする必要はない。このことは、費用の観点から非常に有利な点である。水が満たされる上記空間は先細部分の周囲外側に適宜に設けることができる。それによって、浮き装置は簡単な構造の対称形ユニットとして構成されると共に、下方に向かって作用する対称形の重り体が得られる。例えば、さざ波や雨によって、上記空間に適宜な水位を超えて水が充満するのを防止するために、この空間には、周囲水とこの空間との間の水の流通を可能にする流路を備えることができる。そかし、この流路は、非常に狭いので、重り体内の水位が直ちに周囲水の水位に順応することはない。重り体内の水位はそれぞれ、浮き装置が波の頂上にあるときは、周囲水の水位よりも高く、そして波の谷にあるときは、周囲水の水位よりも低くなるであろう。
【００１２】
本発明のもう一つの好ましい実施例では、浮き装置は浮き要素を有し、これは管状体の上端に配置される。この要素によって、細長い管状体は基本的には鉛直な位置で水中に浮動し続ける。この場合、波の谷において浮き装置の下方への運動が直ちに減速するのではなく、次の波によって上方運動に戻るまで水中において短い距離、下降し続けるように、この浮き要素は下向きの円錐形をなしていることが好ましい。それによって、管状体内に含まれる水も上記の距離だけ下方に押し下げられ、それによって、所望の水位差をより大きくすることができる。浮き要素は、その自然の浮遊位置より下におかれると、急速に上昇する。このこともまた、上記水位差の形成を助長する。したがって、浮き要素の下向きの円錐形の角度は本装置の機能にとって非常に重要である。
【００１３】
本発明の他の実施例では、本装置は係留されており、その場合には、管状体内の水と周囲水との上記水位差は、管状体の内部への空気供給によって生じる。本装置のこのような構造は、本装置が周囲水に対して基本的には静止している場合には、静水中で、しかも電源が利用できる場合に適宜であろう。このような場合には、例えばモータがコンプレッサを駆動し、このコンプレッサが導管を介して管状体の内部に空気を供給する。供給された空気によって十分な量の水が下方に押し下げられ、その結果、管状体内に十分な圧力がかかると、上記弁装置が開き、上方に向かう水の噴射が得られる。
【００１４】
本発明の有利な実施例においては、管状体の上記先細部分は円錐形を成している。この先細部分は、管状体の頂上の中央に配置されている開口で終わるまで、直線にそって連続的に減少する半径を有する直円錐として形成されることができる。もう一つ別の実施例では、先細部分の半径は、この先細部分の中心に対して内側に湾曲する曲線にそって減少している。この場合には、半径は累進的に減少することができる。この先細部分の形状によって、直円錐として形成された先細部分の場合に比して一般的により高い噴射水が形成される。
【００１５】
本発明のもう一つの好ましい実施例では、照明装置が本装置上に設置され、そしてこの照明装置は上記噴射水を照らす方向に向けられている。噴射水は比較的に透明な光学体を形成しているので、この照明装置からの光は噴射水全体に広がるであろう。この光効果は更に関心を引き、それによって、例えば、陸地が観測され、しかも非常に適切な時にその距離を測定することができる。この場合には、上記噴射水が上方に噴出しているときにのみ、照明装置を作動させることができる。もう一つの実施例においては、所定の時間間隔で照明装置を作動させる。何らかの形態の噴射水がほとんど全時間、空中に存在していることになるので、照明装置は常に作動していることになる。それによって、この照明装置のためのエネルギー要求条件は低水準に保たれるようにすることができる。照明装置にエネルギーを与えるために、浮き装置に太陽電池を設置することができる。その場合には、太陽電池は電気エネルギーを生成するために配置され、このエネルギーは、浮き装置の適宜な場所に配置されている蓄電池に蓄積される。
【００１６】
更にもう一つの好ましい実施例では、開口から流出する空気または水が、エネルギーを生成するためのタービンを駆動させるように構成することもできる。浮き装置は波の運動エネルギーを非常に効果的に先細部分における上昇する水位に変換するので、エネルギーを生成するためにこの装置を利用する可能性が提供される。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
添付の図面を参照しながら、例証として以下に本発明の幾つかの好ましい実施例が説明される。
【００１８】
図１は、水２の中で浮動するように設けられている、本発明による装置１の縦断面図を示す。浮き装置１は細長い管状体３を有し、この管状体は、水中において基本的に鉛直な位置に保たれるように、管状体３の上端に設けられている浮き要素４によって水中に浮いた状態に保たれる。浮き要素４は下方向きの円錐部分を有する。管状体３には、円形の基本的に一定の断面を有する下部５がある。この下部５はその底部に開口端６を備えている。管状体３には、下部５に接続されている上部７がある。この上部７は先細でありそして上部開口８を有する錐体を形成する。以下、この上部７を先細部分７と呼ぶ。装置１は、この装置１の縦方向全体にそって延びている細長い環状の管９から構成される。それによって、管９は管状体３の下部５を形成しそして管状体３の上部である先細部分７を囲み、その間に空間１０を形成する。管９の上端は、浮き要素４によって外側が囲まれている。管９には、例えばさざ波や雨水によって、空間１０の水位が上がりすぎないように、流路１１が設けられている。空間１０内の水は、装置１の重量を増大させる重り体として作用する。管９は、その上部に照明装置１２ａとダイオードランプ１２ｂとを備えており、これらの装置１２ａとランプ１２ｂとは、開口８から上方に向かって噴出される噴射水１３が照らされるように、管状体３の開口８の上を上方に向かって照らすように向けられている。それによって、光は噴射水の内部に広がることができ、その結果、噴射水は１つのユニットのように照明される。この照明装置１２ａは、例えば緑のような、様々な色彩の光を構成しており、そして赤い光は、船舶を案内するために用いることができる。照明装置１２ａは、開口８から強力な噴射水が上方に噴射されるときに点灯されるようにすることができ、一方ダイオードランプ１２ｂは小さな噴射水を照明するように配置することができる。浮いている装置１は水２に現存している波によって鉛直方向に、基本的には上下に動かされ、この波運動によって装置１は基本的には１つの波ごとに１回噴射水１３を管状体３の開口８から断続的に噴出するように構成されている。
【００１９】
図２は、波動にしたがって異なる位置Ａ〜Ｅにおける装置１を示している。位置Ａにおいて装置１は浮き要素４によって波の谷から上昇するところである。この場合、装置１はその重量と管状体３の先細部分７とによって、その下方への運動の間に、管状体３内に含まれる水１４を搬送し、それによって、管状体３内において下方への流れを生じている。したがって、装置１は、位置Ａにおいては既に波と共に上方に戻りつつあるが、管状体内の水はまだ下方に流れ続けている。それによって、管状体３の先細部分７内にある水と周囲の水２との間の水位差が発生する。下部における管状体３に比して、上部の先細部分７は基本的に狭い断面積を有しているので、先細部分７の上部に相当な水位の低下が生じるために、管状体３の底部における水が特に長い長さにわたって下方にの流れ出る必要はない。位置Ｂにおいて装置１は波の運動によって上方に動き続けている。そのとき、管状体３内に含まれている水１４の下方への動きはほとんど止っており、そして管状体３の内部に含まれている水１４と周囲水２との間に相当な水位差が生じている。その結果、上部の先細部分７の次第に狭まる形状のために、この水位差は相当に大きくなり、そして好ましい場合では先細部分７の全長にも及ぶようになる。管状体３内に含まれる水と周囲水２とのこの水位差は、管状体３内において急激な上方への水の流れ１４が起こるような圧力の平衡化現象を伴う。そのとき、この水の上方への運動は先細部分７によって加速されので、非常に高速度の噴射水１３が開口８から噴出する。実施された試験によると、浮いている装置１が、位置Ｃで示されている波の頂上に達する直前に、この強力な噴射水１３が得られる。この位置Ｃにおいて、管状体３は周囲水２に対してその最も高い位置にあって、そして重り体１０の水位も周囲水２の水位より僅かに上にある。この場合には、この重り体１０は上方に噴出する噴射水１３に対する釣合い重りとして作用している。次の下方への運動の間、重り体１０は、収容されている水１４を下方に移動させるために、その重量を利用する。位置Ｄにおいて、内部に含まれる水１４は管状体３の下方への動きに対して低速ではあるがまだ上方に移動しており、その結果、噴射水１３は比較的に低速度で開口８から出ている。位置Ｅにおける波の谷に向かって浮き装置１の下方への、次の行程の間に、この浮き装置１は、その重量とその先細部分７とによって、管状体３内の水１４の流れを下向きに戻す。水の流れは位置Ｅにおいても、まだ開口８からが出ている。浮き要素４の下方に向く円錐部分によって、装置１は波の谷で直ちに止まるのではなく、上方の動きに戻る前に水中にまだいくらかの距離だけ余分に沈み続ける。それによって、この装置はその浮力によって急激に上方に向かう運動を生じ、この運動は、所望の水位差の形成を助ける。その後、位置Ａにおける装置１について、次の波によって、このプロセスが繰り返される。
【００２０】
図３は、斜め上から見た水中の装置１を示している。この図によれば、本装置のほんの一部分しか周囲水２から上に出ていないことは明らかである。その部分は主として、管９の上部の周囲に環状に延びている浮き要素４から成っている。この浮き要素４は、それ自体浮力がある均質な材料で作ることもでき、また浮揚力を得るために空気を含む空洞を備えていてもよい。浮き要素４の上側には、照明装置１２ａを駆動するための電気エネルギーを発生させるために、太陽電池１５が設けられている。この場合には、装置１は弁装置１６を有し、弁装置１６は管状体３の開口８に設けられている。この弁装置１６は、管状体３内に所定の超過圧力が生じたときに開くように構成されている。弁装置１６はまた、管状体３内に過少圧力が生じたときに，空気が流入することができるように構成されている。それによって、管状体３は、周囲の波と共にその上下運動をする間に次第にその内圧を上昇させていき、所定の超過圧力に達するに至る。それによって、開口８を通って強力な噴射水が上方に噴射される。本装置のこのような構造は、１つの波のエネルギーでは上記の強力な噴射水を作るほど十分な圧力差を生むことができないような低い波しか立たない場所に適しているであろう。
【００２１】
図４は、本発明によるもう１つの実施例を示している。この場合、先細部分７の半径は、この先細部分の中心に向かって内方に湾曲している曲線に沿って累進的に減少している。水がこの先細部分を通って上方に押し上げられるとき、直線的な円錐形を成している先細部分の場合に比して、水は一般的に、この曲線によって、より高い噴射水を形成する。管状体３は、水底１８にある弾性係留部材１７によって、その底部が水中に固定されて設置されている。弁装置１６を備えている管状体３の開口８は水面のすぐ上に配置されている。管状体３内の水位と周囲水２の水位との水位差は導管１９を介して管状体３へ空気を供給することによって生成される。空気はコンプレッサ２０によって供給され、コンプレッサ２０は水面より上に配置され、そしてモータ２１によって駆動される。このような装置の構造は、静水に適しておりそして利用可能な動力源がある陸地の近辺にふさわしいと思われる。このようにして、コンプレッサ２０は、導管１９を通って管状体３に導かれ空気を圧縮し、それによって、管状体３内の圧力は、この管状体の水位が低下させられると同時に供給された空気量だけ増大する。封じ込まれた空気量が増大するにつれて、管状体は上昇し、そして弾性係留部材１７を引き延ばす。このことは、弁装置１６が開くように構成されているときには、所定の圧力が生成されるまで継続する。その場合には、管状体３内に閉じ込められていた空気は開口８を通って外に押し出される。続いて起こる急激な圧力の平衡化によって、内部の水は、その水位が急速に上昇し、そして先細部分７のために、開口８から噴出する強力な噴射水１３を形成するような速度になる。空気が流出しているとき、弾性係留部材１７が管状体３を下方に移動させるので、この噴射水の速度は更に増加される。その後、管状体３内にまた新たな超過圧力が生成されるように、弁装置１６は閉じる。
【００２２】
図５は本発明のもう１つの実施例を示している。この実施例では、管状体３は完全に円錐形で、固定状態で係留１７され、そして水が満たされている閉鎖コンテナ２２内に配置されている点において、図４の実施例と異なっている。噴射された水は水槽２３の中に集められ、そして自動制御弁２５を経由して導管２４を通りコンテナ２２に戻される。このような実施例は噴水に最も適している。
【００２３】
図６には、波の頂上にある状態で示されている、本発明のもう一つの実施例が図示されている。この実施例は、先細部分７がより広くそして周囲水２の水位より比較的に高い位置に配置されているより大きな開口８で終わっている点において、上記の幾つかの実施例と異なっている。この装置１は更に、先細部分７における急激な水位上昇によって上方に押し上げられて開口８から流出する空気によって駆動されるように構成されているタービン２６を備えている。このタービン２６は、電気エネルギーを生むために発電機に接続させることもできる。この実施例に代わる実施例においては、先細部分７内の水がタービンを通過してそれを駆動する速度をもつように、タービンをより低い位置に配置し、そして先細部分７をより狭くすることができる。
【００２４】
図７ａ〜ｃには、管状体３の開口８に利用されるノズル２７が示されている。このノズル２７は、開口８の周囲に延びる、例えばゴムのような可とう性の材料で作られている。ノズル２７の形状を変えるために、２つのシリンダ２８ａ、ｂがノズル２７の反対側に設けられている。これらのシリンダ２８ａ、ｂは、可動のロッドピストン２９ａ、ｂを有し、これらピストンの端部はノズル２７に連結されている。ロッドピストン２９ａ、ｂを十分に移動させることによって、ノズル２７の形状は、例えば図７ａ〜ｃに示されているように変化することが可能である。水を管状体３内において上昇させると同時に、ノズル２７の形状を変化させることによって、人の注意をひく多くの装飾的形態を示すように、開口８から噴出する水柱を形成することが可能になる。ノズル２７の形状がシリンダ２８ａ、ｂの急速な動きによって変わり、その結果、水がノズル２７を通過する間、水は基本的に連続的に変化する圧力を受けるようになるという利点がある。それによって、水柱はその延長に沿って異なる様々な速度を有することになり、上記の装飾的な形態の形成が可能になる。
【００２５】
基本的には図１および２の実施例に相当する、浮き装置１の原型においては、装置は、長さ６ｍ、直径５０ｃｍの管９を有し、そして先細部分７は長さ２．５ｍで開口８は直径５ｃｍであった。この原型によって、高さ１６ｍの噴射水が得られ、そして波の高さが約８０ｃｍの間は開口８からの初速度は９０ｋｍ／ｈであった。したがって、このような浮き装置による噴射水は、基本的には波の高さの２０倍に相当する距離を上方に噴出することができる。
【００２６】
（産業上の利用可能性）
本発明は陸地を標識するために用いることができるが、それだけでなく、例えば水道や洋上航路を標識するような、他の応用も可能であるという利点がある。確かに、本発明は、装飾のみの目的にも、また様々な種類の商業的対象物に注意をひくためにも用いることができ、そして噴水や環境を損なわない花火やおもちゃとしても用いることができる。また、波のエネルギーを利用したり、水に酸素を供給したりするような他の応用も可能である。この浮き装置はまた多くの噴射水を同時に、または所定の順序で、様々な照明色で生成するように、様々な種類のグループを成して設けることもできる。管状体３の開口８の上にメロディーを奏でる装置を取り付けることによって、封じられた空気が開口から押し出されるとき、音響を生成することもできる。
【００２７】
図４に示されている、先細部分の累進的に狭くなっていく円錐形状は、他の図面における実施例にも適用することができる。
【００２８】
本発明は添付の図面に示されている実施例に限定されるものではなく、請求の範囲内において自由に変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による浮き装置の縦断面図である。
【図２】 様々な波の位置における上記浮き装置を示す。
【図３】 水中における上記浮き装置の斜めから見た上面図である。
【図４】 本発明の他の実施例を示す。
【図５】 本発明のもう一つの実施例を示す。
【図６】 本発明の更にもう一つの実施例を示す。
【図７ａ】 管状体の開口に配置される形状可変ノズルにおける一形態を示す。
【図７ｂ】 管状体の開口に配置される形状可変ノズルにおけるもう一つの形態を示す。
【図７ｃ】 管状体の開口に配置される形状可変ノズルにおける更にまたもう一つの形態を示す。

Claims (16)

1. 本質的に直立した姿勢で水（２）の中に配置されるように構成されている細長い管状体（３）を含む装置（１）であって、前記管状体（３）は、その底部に開口端（６）を有し、かつその上部に先細部分（７）を有し、該先細部分は周囲の水（２）の水位より上に位置するように構成されている開口（８）で終端している、水中に配置されるように構成されている細長い管状体を有する装置において、
   前記装置（１）は、前記管状体（３）の前記先細部分（７）内に、周囲の水（２）の水位より低い水位を生成し、かつ、前記管状体（３）内の水が前記先細部分（７）によって前記周囲の水（２）の前記水位より高い水位まで運ばれるように、前記先細部分（７）内の水位と前記周囲の水（２）の水位との間の水位差を断続的に均一化するように構成され、
   噴射水（１３）が前記管状体（３）の前記開口（８）から断続的に噴出されるように構成されている、水中に配置されるように構成されている細長い管状体を有する装置。
2. 前記管状体（３）の前記開口（８）に弁装置（１６）が設けられており、該弁装置（１６）は、所定の超過圧力が前記管状体（３）内に生じたときに開くように構成されている請求項１に記載の装置。
3. 前記弁装置（１６）は、前記管状体（３）内が過小圧力である場合には、空気を流入させることができるように構成されている請求項２に記載の装置。
4. 前記装置は水の（２）中に浮くように構成され、前記装置が、本質的に鉛直な方向に、存在している波によって本質的に上下に移動するように構成されていることによって、前記水位差が生じる請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 浮いている装置（１）は、前記管状体（３）の前記先細部分（７）によって下方に向かう方向に、前記管状体（３）内に含まれる水（１４）を実質的に運ぶように構成されており、それは、前記装置（１）が上方へ戻るときに、前記管状体（３）内に含まれる水と前記周囲の水（２）との間に水位差が生じるように、前記水（１４）は依然として前記管状体（３）内において下方に流れていることを意味する請求項４に記載の装置。
6. 前記装置（１）は重り体を備えている請求項４または５に記載の装置。
7. 前記重り体は水で満たされるように構成されている空間（１０）を有する請求項６に記載の装置。
8. 水で満たされる前記空間（１０）は前記先細部分（７）の外側の周りにある請求項７に記載の装置。
9. 前記空間（１０）は、前記空間（１０）と前記周囲の水（２）との間を水が流れることを可能にする流路（１１）を有する請求項７または８に記載の装置。
10. 前記管状体（３）の上端には浮き部材（４）が設けられている請求項４から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記装置（１）は固定されており、前記水位差は前記管状体（３）の内部空間への空気の供給によって生じている請求項２に記載の装置。
12. 前記先細部分（７）は円錐形を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記装置（１）には照明装置（１２）が設けられており、該照明装置は前記噴射水（１３）を照らす方向に向けられている請求項１に記載の装置。
14. 前記照明装置（１２）は、前記噴射水（１３）が噴出されるときにのみ作動するように設けられている請求項１３に記載の装置。
15. 前記装置は太陽電池（１５）を有する請求項１３または１４に記載の装置。
16. 前記開口（８）から流出する空気または水が、タービンを駆動してエネルギーを生成するように構成されている請求項４から１５のいずれか１項に記載の装置。

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