JPH0617742A - 波動を利用した自動揚水装置 - Google Patents
波動を利用した自動揚水装置Info
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- JPH0617742A JPH0617742A JP4210597A JP21059792A JPH0617742A JP H0617742 A JPH0617742 A JP H0617742A JP 4210597 A JP4210597 A JP 4210597A JP 21059792 A JP21059792 A JP 21059792A JP H0617742 A JPH0617742 A JP H0617742A
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- pumping
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- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
- F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
- F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
- F03B13/1845—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem
- F03B13/187—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem and the wom directly actuates the piston of a pump
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】本発明による装置を海上・河川に設置し揚水を
行い、水力発電・灌漑・消火・精塩・水族館等の産業に
利用し、人間の生活に潤いをもたらす。 【構成】本装置を波動の発生する水面に設置し、浮沈体
に作用するアルキメデスの原理を用い、浮上又は沈下す
るエネルギーを浮沈体１と連結したピストン５に伝動
し、ベルヌーイの定理を利用し、浮沈体の断面積に対比
し狭小としたピストンにより、波動の作用で圧力水頭を
高め、揚水管内水面下に設置した逆止弁７上へ揚水し、
繰り返し発生する波動の作用により揚水を重ね、遂に揚
水タンク１２内へ揚水する装置。
行い、水力発電・灌漑・消火・精塩・水族館等の産業に
利用し、人間の生活に潤いをもたらす。 【構成】本装置を波動の発生する水面に設置し、浮沈体
に作用するアルキメデスの原理を用い、浮上又は沈下す
るエネルギーを浮沈体１と連結したピストン５に伝動
し、ベルヌーイの定理を利用し、浮沈体の断面積に対比
し狭小としたピストンにより、波動の作用で圧力水頭を
高め、揚水管内水面下に設置した逆止弁７上へ揚水し、
繰り返し発生する波動の作用により揚水を重ね、遂に揚
水タンク１２内へ揚水する装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】水力発電・灌漑・精塩・消火・水
族館等
族館等
【０００２】
１．公開特許公報（Ａ）昭６２−２４８８７６の内容に
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮時だけでなく波動の発生が継続する限り稼動
するため、揚水効率が高い（但し予め定められた波高を
超えた場合のみ貯水能力を発揮する）。 （２）Ａ：フロート対ピストンの断面積比を考慮されて
いないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能であ
り、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体に対しピストンの水平断面積を狭小とし所要
揚水高さを定める事が可能であり、位置水頭の約５０％
を貯水可能とする事で産業上の利用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源
として電力を使用し電動機を回転させ、これに直結した
ポンプにより揚水する構造である。
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮時だけでなく波動の発生が継続する限り稼動
するため、揚水効率が高い（但し予め定められた波高を
超えた場合のみ貯水能力を発揮する）。 （２）Ａ：フロート対ピストンの断面積比を考慮されて
いないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能であ
り、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体に対しピストンの水平断面積を狭小とし所要
揚水高さを定める事が可能であり、位置水頭の約５０％
を貯水可能とする事で産業上の利用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源
として電力を使用し電動機を回転させ、これに直結した
ポンプにより揚水する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】海上・河川における波
動および河川における位置水頭が、未利用のままとなっ
ている地域が世界的には多数存在するものと思われる。
宇宙と共に永続的に発生するこの貴重な天然のエネルギ
ーが放置されている。
動および河川における位置水頭が、未利用のままとなっ
ている地域が世界的には多数存在するものと思われる。
宇宙と共に永続的に発生するこの貴重な天然のエネルギ
ーが放置されている。
【０００４】
用語の説明 １．最大効率指定波高（以下指定波高と表す）：浮沈体
の外径と、当該波高の１／２波長とが等しく整合した
時、予め定められたピストンの断面積との関係で、満水
とした揚水管より貯水タンクへ最大効率で揚水する波高
（波長整合時）。 ２．上限波高：浮沈体が作動する為の許容最大波高（波
長整合時）。 ３．下限波高：浮沈体に連結したピストンが揚水管を満
水とする為の圧力を発生する最低波高（波長整合時）。
指定波高の１／２波高でもある。 ４．図１の場合の浮沈体の浮上残り高さ（以下浮上残り
高さと表す）：波動の作用により浮沈体は浮上する、し
かし浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のた
め、揚水高さに比例して浮上し得ない高さを言う。 ５．図２の場合の浮沈体の沈下残り高さ（以下沈下残り
高さと表す）：波動の作用により浮沈体は沈下する、し
かし浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のた
め、揚水高さに比例して沈下し得ない高さを言う。 本件未利用天然エネルギーの開発については学者の間で
は話題とされていたが、利用方法に画期的な解決策が見
え出せず現在に至っております。本発明は波動を利用し
た自動揚水装置としては最も効率的に位置水頭を利用し
揚水可能とした装置で、指定波高が浮沈体に作用した場
合位置水頭の約５０％を貯水可能とし、残り約５０％は
揚水するためのエネルギーとして費やされる。本装置は
波動の発生する海上・河川に設置する事が可能であり、
又河川における波動のない位置水頭を利用し、この下流
に貯水タンクを設置しこのタンク内に本装置を収容し、
流水をタンク内へ導く入口弁とタンク出口へ導く排水弁
との開閉を操作し貯水・排水を繰り返す構造とし、人為
的にタンク内の位置水頭に変動を与え波動を発生させる
事により浮沈体が作動し、自然波動と同様に揚水する事
を可能とした本装置を利用し、未利用エネルギーの有効
活用が出来る。
の外径と、当該波高の１／２波長とが等しく整合した
時、予め定められたピストンの断面積との関係で、満水
とした揚水管より貯水タンクへ最大効率で揚水する波高
（波長整合時）。 ２．上限波高：浮沈体が作動する為の許容最大波高（波
長整合時）。 ３．下限波高：浮沈体に連結したピストンが揚水管を満
水とする為の圧力を発生する最低波高（波長整合時）。
指定波高の１／２波高でもある。 ４．図１の場合の浮沈体の浮上残り高さ（以下浮上残り
高さと表す）：波動の作用により浮沈体は浮上する、し
かし浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のた
め、揚水高さに比例して浮上し得ない高さを言う。 ５．図２の場合の浮沈体の沈下残り高さ（以下沈下残り
高さと表す）：波動の作用により浮沈体は沈下する、し
かし浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のた
め、揚水高さに比例して沈下し得ない高さを言う。 本件未利用天然エネルギーの開発については学者の間で
は話題とされていたが、利用方法に画期的な解決策が見
え出せず現在に至っております。本発明は波動を利用し
た自動揚水装置としては最も効率的に位置水頭を利用し
揚水可能とした装置で、指定波高が浮沈体に作用した場
合位置水頭の約５０％を貯水可能とし、残り約５０％は
揚水するためのエネルギーとして費やされる。本装置は
波動の発生する海上・河川に設置する事が可能であり、
又河川における波動のない位置水頭を利用し、この下流
に貯水タンクを設置しこのタンク内に本装置を収容し、
流水をタンク内へ導く入口弁とタンク出口へ導く排水弁
との開閉を操作し貯水・排水を繰り返す構造とし、人為
的にタンク内の位置水頭に変動を与え波動を発生させる
事により浮沈体が作動し、自然波動と同様に揚水する事
を可能とした本装置を利用し、未利用エネルギーの有効
活用が出来る。
【０００５】
【作用】１ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図１について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）の弁を閉じ上部の水を逆止弁
（７）上へ揚水する。次に反転波動の作用により水面は
低下し浮沈体（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は
下方の水圧を受けて弁は開放し、水はピストン（５）上
へ流入する。再度波動の発生によりピストン（５）は浮
沈の作動を繰り返し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個
別揚水管（８）内の水は揚水管結合凾（９）内において
連接した揚水管（１０）内へ入り、遂に貯水タンク（１
２）内へ揚水を開始する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）の弁を閉じ上部の水を逆止弁
（７）上へ揚水する。次に反転波動の作用により水面は
低下し浮沈体（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は
下方の水圧を受けて弁は開放し、水はピストン（５）上
へ流入する。再度波動の発生によりピストン（５）は浮
沈の作動を繰り返し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個
別揚水管（８）内の水は揚水管結合凾（９）内において
連接した揚水管（１０）内へ入り、遂に貯水タンク（１
２）内へ揚水を開始する。
【０００６】
【実施例】１ 図１による浮沈体は、浮上の際ピストンにより揚水する
ため特に重量は必要としないが、沈下する際にピストン
・浮沈体の摩擦抵抗に勝る重量が必要である事は勿論で
ある。波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高と等
しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンクリートとし
たが、深海における作業は困難と思われるので、海底の
地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎として装置
を搭載する方式とすれば、機械化工事により建設費も軽
減出来るのではないかと考えられる。 本装置の長所：
１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の堆積が少な
い。短所：１．干潮時に浮沈体・ピストン接続ロッドが
底面へ下降するため水深の浅い箇所での利用に限界があ
る。
ため特に重量は必要としないが、沈下する際にピストン
・浮沈体の摩擦抵抗に勝る重量が必要である事は勿論で
ある。波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高と等
しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンクリートとし
たが、深海における作業は困難と思われるので、海底の
地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎として装置
を搭載する方式とすれば、機械化工事により建設費も軽
減出来るのではないかと考えられる。 本装置の長所：
１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の堆積が少な
い。短所：１．干潮時に浮沈体・ピストン接続ロッドが
底面へ下降するため水深の浅い箇所での利用に限界があ
る。
【０００７】
【作用】２ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図２について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け弁は開放し水は下方へ流入す
る。次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピ
ストン（５）の弁は閉じ下部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。再度波動の発生により、ピストン（５）は浮沈
の作動を繰り返し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚
水管（８）の水は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タン
ク（１２）内へ揚水を開始する。吐出し弁（１８）は本
装置を休止する場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積
を防止する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け弁は開放し水は下方へ流入す
る。次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピ
ストン（５）の弁は閉じ下部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。再度波動の発生により、ピストン（５）は浮沈
の作動を繰り返し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚
水管（８）の水は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タン
ク（１２）内へ揚水を開始する。吐出し弁（１８）は本
装置を休止する場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積
を防止する。
【０００８】
【実施例】２ 実施例１と特に異なる点では次の事が挙げられる。 １．浮沈体が沈下する際にピストンが作動し揚水する構
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高
以上とすれば良いが、上限波高の設定は水面下の高さで
定められ上限波高の１／２の高さと沈下する際に生ずる
浮沈体・ピストンの摩擦抵抗に勝る重量の水の体積に等
しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水
面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動す
る事が出来る。 ２．構造上ピストンの逆止弁開閉を円滑に行うため、開
放ロック装置を付加した。このピストンは実験用に使用
したものを例に記載したもので、実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置
の長所：１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所：１．浮沈体の体積・重量が大である。２．個別揚水
管湾曲底部の土砂の堆積に配慮する必要が有る。
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高
以上とすれば良いが、上限波高の設定は水面下の高さで
定められ上限波高の１／２の高さと沈下する際に生ずる
浮沈体・ピストンの摩擦抵抗に勝る重量の水の体積に等
しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水
面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動す
る事が出来る。 ２．構造上ピストンの逆止弁開閉を円滑に行うため、開
放ロック装置を付加した。このピストンは実験用に使用
したものを例に記載したもので、実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置
の長所：１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所：１．浮沈体の体積・重量が大である。２．個別揚水
管湾曲底部の土砂の堆積に配慮する必要が有る。
【０００９】図１．２装置における浮沈体は機械的強度
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
耐え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
浮沈体の上下慴動を円滑に行うため欠くことの出来ない
物であり、摩擦抵抗を少なくするため３本柱とし、この
外周には固定環を使用し浮沈体の上下慴動に妨げとなら
ない様に必要数取り付け固定する。干満潮における最大
潮位差・波浪を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕を
もった長さとする必要が有る。貯水タンクは必要に応じ
たサイズとし、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管
は必要に応じて多数を一群とし、主揚水管と連接し使用
する事も可能であるが、一群中一台の逆止弁が故障のた
め漏水を生じた場合、他の装置が揚水不能となる事も予
想されるため、逆止弁を二重構造とする事も考えられ
る。水面に発生する波動の波長が一定でなく変化の激し
い箇所においては、その１／２波長の長さに近い外径の
浮沈体の大小複数からなる一群の個別揚水管を、主揚水
管に連接すれば長波長・短波長に応じてそれぞれの本装
置が高効率稼動を発揮する事が出来る。又地域の選択に
ついても可能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選
ぶ事により大量の貯水を可能とする事ができる。無人自
動化するためには、波動の状態、逆止弁・ピストンの故
障等を検出し、遠隔監視をすれば事故時の対応に極めて
有利である。
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
耐え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
浮沈体の上下慴動を円滑に行うため欠くことの出来ない
物であり、摩擦抵抗を少なくするため３本柱とし、この
外周には固定環を使用し浮沈体の上下慴動に妨げとなら
ない様に必要数取り付け固定する。干満潮における最大
潮位差・波浪を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕を
もった長さとする必要が有る。貯水タンクは必要に応じ
たサイズとし、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管
は必要に応じて多数を一群とし、主揚水管と連接し使用
する事も可能であるが、一群中一台の逆止弁が故障のた
め漏水を生じた場合、他の装置が揚水不能となる事も予
想されるため、逆止弁を二重構造とする事も考えられ
る。水面に発生する波動の波長が一定でなく変化の激し
い箇所においては、その１／２波長の長さに近い外径の
浮沈体の大小複数からなる一群の個別揚水管を、主揚水
管に連接すれば長波長・短波長に応じてそれぞれの本装
置が高効率稼動を発揮する事が出来る。又地域の選択に
ついても可能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選
ぶ事により大量の貯水を可能とする事ができる。無人自
動化するためには、波動の状態、逆止弁・ピストンの故
障等を検出し、遠隔監視をすれば事故時の対応に極めて
有利である。
【００１０】図１の自動揚水装置を製造するに当たり、
予め定めておく主なる事項。 １．揚水高さ。 ２．浮沈体：１．水平断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの水平断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 ２−１．浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の１／２
波長に合わせた構造とすれば、その波高に対し最大効率
の貯水が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と浮沈体・浮沈体支
柱、シリンダー・ピストン間の摩擦抵抗に勝る重量の水
の体積に等しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが必
要である。 ２−３．前記０００６項参照。 ３ピストンの水平断面積は、一般的には浮沈体の水平断
面積に対し、揚水高さに逆比した大きさとするが、指定
波高を定めて決定するか、又は下限波高を定めてから決
定する方法もある。シリンダーの長さについては、波浪
による波高と干満潮による潮位差の最大値等を考慮の上
決定する。
予め定めておく主なる事項。 １．揚水高さ。 ２．浮沈体：１．水平断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの水平断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 ２−１．浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の１／２
波長に合わせた構造とすれば、その波高に対し最大効率
の貯水が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と浮沈体・浮沈体支
柱、シリンダー・ピストン間の摩擦抵抗に勝る重量の水
の体積に等しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが必
要である。 ２−３．前記０００６項参照。 ３ピストンの水平断面積は、一般的には浮沈体の水平断
面積に対し、揚水高さに逆比した大きさとするが、指定
波高を定めて決定するか、又は下限波高を定めてから決
定する方法もある。シリンダーの長さについては、波浪
による波高と干満潮による潮位差の最大値等を考慮の上
決定する。
【００１１】図１の装置を例に主揚水管を満水にする所
要時間および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．（外径：５ｍ．
内径：１ｍ．高さ：５ｍ・重量：１９×１０３ｋｇ） ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ． Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の水平断面積（ｍ２） Ｓ１：ピストンの水平断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：指定波高＝３ｍ（波長：１０ｍ．波形：矩形波） ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高
（ｍ） ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 又は「Ｓ０（ｍ２）×浮沈体の静止時沈下高さ（ｍ）」
の体積（ｍ３）の水の重量に等しい重量（１０３ｋｇ） 指定波高３ｍのピストンの断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの
式が成立するので数値を代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の波動静止時の水位を
零とすれば、１回目に作動したピストンが、揚水するた
めの浮沈体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−
ｈ１）であるから、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 Ｓ−ｒＳ＝ａ−ａｒｕに数値を代入する １００（１−ｒ）＝ａ−ａ（０．９８５）ｕ １．５＝２．９５６−ａ（０．９８５）ｕ ２．９５６（０．９８５）ｕ＝１．４５６ （０．９８５）ｕ＝０．４９３ ｎ＝Ｌｏｇ０．９８５ ０．４９３ ｎ＝４７回 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より管頭出口まで均一の場合とする。ピストン
が４８回以降波高３ｍで作動する時貯水タンクへの揚水
量ＱはＳ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、本装置
８台を１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降は０．４
３ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水タンクの
水を水車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ９．８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ
但し Ｈ：有効落差Ｑ：流量とする。 この計算値は
各機器の効率を１００％とした場合であるから、実際に
は各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものとな
る。又海上において淡水発電をする場合には、水車下部
へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリンダー下部と
を導水管で連接しシリンダー内に海水の流入を防止する
事が可能であれば、僅かな淡水補給で淡水循環式発電が
可能となり、土砂の流入も無くなり逆止弁を二重構造と
する必要性も無くなる。
要時間および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．（外径：５ｍ．
内径：１ｍ．高さ：５ｍ・重量：１９×１０３ｋｇ） ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ． Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の水平断面積（ｍ２） Ｓ１：ピストンの水平断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：指定波高＝３ｍ（波長：１０ｍ．波形：矩形波） ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高
（ｍ） ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 又は「Ｓ０（ｍ２）×浮沈体の静止時沈下高さ（ｍ）」
の体積（ｍ３）の水の重量に等しい重量（１０３ｋｇ） 指定波高３ｍのピストンの断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの
式が成立するので数値を代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の波動静止時の水位を
零とすれば、１回目に作動したピストンが、揚水するた
めの浮沈体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−
ｈ１）であるから、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 Ｓ−ｒＳ＝ａ−ａｒｕに数値を代入する １００（１−ｒ）＝ａ−ａ（０．９８５）ｕ １．５＝２．９５６−ａ（０．９８５）ｕ ２．９５６（０．９８５）ｕ＝１．４５６ （０．９８５）ｕ＝０．４９３ ｎ＝Ｌｏｇ０．９８５ ０．４９３ ｎ＝４７回 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より管頭出口まで均一の場合とする。ピストン
が４８回以降波高３ｍで作動する時貯水タンクへの揚水
量ＱはＳ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、本装置
８台を１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降は０．４
３ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水タンクの
水を水車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ９．８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ
但し Ｈ：有効落差Ｑ：流量とする。 この計算値は
各機器の効率を１００％とした場合であるから、実際に
は各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものとな
る。又海上において淡水発電をする場合には、水車下部
へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリンダー下部と
を導水管で連接しシリンダー内に海水の流入を防止する
事が可能であれば、僅かな淡水補給で淡水循環式発電が
可能となり、土砂の流入も無くなり逆止弁を二重構造と
する必要性も無くなる。
【００１２】
【発明の効果】地球に優しいエネルギーとして、地球表
面の７０％に当たる広大な海上又は河川において波動の
頻繁に発生する箇所、及び干満潮による潮位差が大きく
且つ波動の発生する地域、又は河川における位置水頭の
存在する箇所において、人為的に波動を発生させ、この
水面に本発明による装置を設置し、前記の水力発電・灌
漑・精塩・消火・水族館等の産業に利用すれば、人間の
生活に潤いをもたらす事ができる。この資源は永続的に
利用が可能であり、好条件の広大な地域を選択すれば、
大電力の発電も可能で有り、現水力発電に並ぶ貴重なエ
ネルギーとなる。
面の７０％に当たる広大な海上又は河川において波動の
頻繁に発生する箇所、及び干満潮による潮位差が大きく
且つ波動の発生する地域、又は河川における位置水頭の
存在する箇所において、人為的に波動を発生させ、この
水面に本発明による装置を設置し、前記の水力発電・灌
漑・精塩・消火・水族館等の産業に利用すれば、人間の
生活に潤いをもたらす事ができる。この資源は永続的に
利用が可能であり、好条件の広大な地域を選択すれば、
大電力の発電も可能で有り、現水力発電に並ぶ貴重なエ
ネルギーとなる。
【図１】実施例１を示す立面図
【図２】実施例２を示す立面図
１浮沈体 ２浮沈体支柱 ３支柱固定環 ４シリンダー ５ピストン ６ストレーナ ７逆止弁 ８個別揚水管 ９揚水管結合凾 １０主揚水管 １１緩衝用カバー １２貯水タンク １３呼吸孔兼人孔 １４シリンダー支持物 １５浮沈体・ピストン接続ロッド １６継手 １７揚水管支持柱 １８吐出し弁
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】波動を利用した自動揚水装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】水力発電・灌漑・精塩・消火・水
族館等
族館等
【０００２】
【従来の技術】 １．公開特許公報（Ａ）昭６２−２４８８７６の内容に
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮を問わず、波動の発生が継続する限り稼動す
るため、揚水効率が高い（但し後述の下限波高を越えた
場合） （２）Ａ：フロート・ピストン間の断面積比を考慮され
ていないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能で
あり、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体・ピストン間の断面積比を基に所要揚水高さ
を定めており、高所への揚水が可能であり、産業上の利
用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１．項を除き従来の揚水装置は一般的に動力源
として、電力を使用し電動機を回転させ、これに直結し
たポンプにより、揚水する構造である。
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮を問わず、波動の発生が継続する限り稼動す
るため、揚水効率が高い（但し後述の下限波高を越えた
場合） （２）Ａ：フロート・ピストン間の断面積比を考慮され
ていないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能で
あり、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体・ピストン間の断面積比を基に所要揚水高さ
を定めており、高所への揚水が可能であり、産業上の利
用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１．項を除き従来の揚水装置は一般的に動力源
として、電力を使用し電動機を回転させ、これに直結し
たポンプにより、揚水する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】海上における、波動お
よび干満潮による潮汐差、河川における２〜１０ｍ程度
の位置水頭が、未利用のままとなっている地域が、世界
的には多数存在するものと思われる。宇宙と共に永続的
に発生する、この貴重な天然のエネルギーが放置されて
いる。
よび干満潮による潮汐差、河川における２〜１０ｍ程度
の位置水頭が、未利用のままとなっている地域が、世界
的には多数存在するものと思われる。宇宙と共に永続的
に発生する、この貴重な天然のエネルギーが放置されて
いる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前０００３項の地域にお
いて、本発明による装置を設置する事により、前０００
１項の産業に活用できる。
いて、本発明による装置を設置する事により、前０００
１項の産業に活用できる。
【０００５】
【作用】１ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図１について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）上部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。次に反転波動の作用により水面は低下し浮沈体
（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は下方の水圧を
受けて開放し、水はピストン（５）上へ流入する。再度
波動の発生によりピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）内
の水は揚水管結合凾（９）内において主揚水管（１０）
内へ入り、遂に貯水タンク（１２）内へ貯水を開始す
る。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）上部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。次に反転波動の作用により水面は低下し浮沈体
（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は下方の水圧を
受けて開放し、水はピストン（５）上へ流入する。再度
波動の発生によりピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）内
の水は揚水管結合凾（９）内において主揚水管（１０）
内へ入り、遂に貯水タンク（１２）内へ貯水を開始す
る。
【０００６】
【実施例】１ 図１による浮沈体は、浮上の際ピストンにより揚水する
ため特に重量は必要としないが、沈下する際ピストン・
浮沈体が摩擦抵抗に打ち勝つための重量は勿論必要であ
る。波動静止時浮沈体の水面上高さの２倍が利用最大波
高である。次に図１符号（２・１７）の基礎はコンクリ
ートとしたが、深海における作業は困難と思われるの
で、海底の地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎
として装置を搭載する方式とすれば、機械化工事により
建設費も軽減出来るのではないかと考えられる。本装置
の長所は、１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の
堆積が少ない。短所は、１．干潮時に浮沈体・ピストン
接続ロッドが底面へ下降するため水深の浅い箇所での利
用に限界がある。
ため特に重量は必要としないが、沈下する際ピストン・
浮沈体が摩擦抵抗に打ち勝つための重量は勿論必要であ
る。波動静止時浮沈体の水面上高さの２倍が利用最大波
高である。次に図１符号（２・１７）の基礎はコンクリ
ートとしたが、深海における作業は困難と思われるの
で、海底の地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎
として装置を搭載する方式とすれば、機械化工事により
建設費も軽減出来るのではないかと考えられる。本装置
の長所は、１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の
堆積が少ない。短所は、１．干潮時に浮沈体・ピストン
接続ロッドが底面へ下降するため水深の浅い箇所での利
用に限界がある。
【０００７】
【作用】２ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図２について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け開放し水は下方へ流入する。
次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピスト
ン（５）下部の水を逆止弁（７）上へ揚水する。再度波
動の発生により、ピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）の水
は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タンク（１２）内へ
貯水を開始する。吐出し弁（１８）は本装置を休止する
場合開放し、土砂の堆積を防止する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け開放し水は下方へ流入する。
次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピスト
ン（５）下部の水を逆止弁（７）上へ揚水する。再度波
動の発生により、ピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）の水
は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タンク（１２）内へ
貯水を開始する。吐出し弁（１８）は本装置を休止する
場合開放し、土砂の堆積を防止する。
【０００８】
【実施例】２ 実施例１と特に異なる点では次の事が挙げられる。 １．浮沈体が浮上した後、沈下の際にピストンが作動し
揚水する構造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水
が行われる。従って浮沈体は体積の５０％と沈下の際に
生ずる浮沈体及びピストンの摩擦抵抗に打ち勝つための
重量の水の体積と等しい体積とを加えた体積が波動静止
時水面下へ沈下する重量とすればピストンは円滑に作動
する事が出来る。従って［水面上高さ＜水面下高さ］と
なる。又波動静止時浮沈体の水面上高さの２倍が利用最
大波高となる。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合には、水
頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の
長所は、１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所、１．浮沈体の重量が大である。２．土砂の堆積に配
慮する必要が有る。
揚水する構造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水
が行われる。従って浮沈体は体積の５０％と沈下の際に
生ずる浮沈体及びピストンの摩擦抵抗に打ち勝つための
重量の水の体積と等しい体積とを加えた体積が波動静止
時水面下へ沈下する重量とすればピストンは円滑に作動
する事が出来る。従って［水面上高さ＜水面下高さ］と
なる。又波動静止時浮沈体の水面上高さの２倍が利用最
大波高となる。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合には、水
頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の
長所は、１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所、１．浮沈体の重量が大である。２．土砂の堆積に配
慮する必要が有る。
【０００９】浮沈体は機械的強度に優れ、支柱との間に
おいては、風波による衝撃に充分絶え得る材質の物が必
要である。浮沈体外周の支柱は、ピストンの上下作動を
円滑に行うため、欠くことの出来ない物であり、浮沈体
の摩擦抵抗を少なくするため、３本柱とした。又浮沈体
とのギャップを狭くする程、円滑な作動が得られるが、
異物が挟まり摩擦抵抗を増大する場合も考慮する必要が
有る。干満潮における最大潮汐差・風浪を考慮し、ピス
トンのスライド幅は余裕をもった長さとする必要が有
る。貯水タンクは必要に応じたサイズとし、支持物に固
定する。浮沈体・個別揚水管は必要に応じて多数を一群
とし、主揚水管と結合する事も可能であるが、一群中一
台の逆止弁が故障のため漏水を生じた場合、他の装置が
揚水不能となる事も予想されるため、逆止弁を二重構造
とする事も考えられる。図１・２における逆止弁は実験
用に使用した蝶番式の物であるが実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造とした物を選ぶ事が望ましい。水
面に発生する波動の波長が一定でなく、変化の激しい箇
所においては、その ば長波長・短波長に応じてそれぞれの浮沈体が高効率稼
動を発揮する事が出来る。又地域の選択についても、可
能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選ぶ事によ
り、揚水量を増大する事ができる。無人自動化するため
には、波動の状態、逆止弁・ピストンの故障を検出し、
遠隔監視する必要がある。
おいては、風波による衝撃に充分絶え得る材質の物が必
要である。浮沈体外周の支柱は、ピストンの上下作動を
円滑に行うため、欠くことの出来ない物であり、浮沈体
の摩擦抵抗を少なくするため、３本柱とした。又浮沈体
とのギャップを狭くする程、円滑な作動が得られるが、
異物が挟まり摩擦抵抗を増大する場合も考慮する必要が
有る。干満潮における最大潮汐差・風浪を考慮し、ピス
トンのスライド幅は余裕をもった長さとする必要が有
る。貯水タンクは必要に応じたサイズとし、支持物に固
定する。浮沈体・個別揚水管は必要に応じて多数を一群
とし、主揚水管と結合する事も可能であるが、一群中一
台の逆止弁が故障のため漏水を生じた場合、他の装置が
揚水不能となる事も予想されるため、逆止弁を二重構造
とする事も考えられる。図１・２における逆止弁は実験
用に使用した蝶番式の物であるが実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造とした物を選ぶ事が望ましい。水
面に発生する波動の波長が一定でなく、変化の激しい箇
所においては、その ば長波長・短波長に応じてそれぞれの浮沈体が高効率稼
動を発揮する事が出来る。又地域の選択についても、可
能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選ぶ事によ
り、揚水量を増大する事ができる。無人自動化するため
には、波動の状態、逆止弁・ピストンの故障を検出し、
遠隔監視する必要がある。
【００１０】本装置を製造するに当たり、予め決めてお
かなければならない主なる事項は、 １．揚水高さ。 ２．浮沈体の １．断面積 ２．高さ。 ３．ピストンの断面積およびシリンダーの長さ。 １．については利用目的により決定する。 が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、利用最大波高の５０％と静止
時水面下にある部分の高さとを加えた高さが必要であ
る。本項については、現地調査により決定する事にな
る。 ３．ピストンの断面積は、一般的には浮沈体の断面積に
対比し、揚水高さに反比例した断面積とするが、波高の
大きさに応じ揚水効率の最大値を決定するか、又は下限
波高（後述用語説明参照）を定めてから決定する方法も
ある。シリンダーの長さについては、風浪による波高と
干満潮による潮汐差の最大値等を考慮の上決定する。ベ
ルヌーイの定理によれば Ｈ：水の持つエネルギーを長さの単位（ｍ）で表す＝位
置水頭 Ｐ：水圧 １０３（Ｋｇ／ｍ２） Ｗ：水の比重１０３（Ｋｇ／ｍ３） 圧力水頭のＰ＝Ｋｇ／ｍ２であるから、浮沈体の断面積
に対比しピストンの断面積を狭小にすれば、圧力Ｐはこ
れに反比例し増大するため、高所への揚水が可能とな
る。図１装置を例に主揚水管を満水にする所要時間およ
び揚水量等を考えてみる。
かなければならない主なる事項は、 １．揚水高さ。 ２．浮沈体の １．断面積 ２．高さ。 ３．ピストンの断面積およびシリンダーの長さ。 １．については利用目的により決定する。 が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、利用最大波高の５０％と静止
時水面下にある部分の高さとを加えた高さが必要であ
る。本項については、現地調査により決定する事にな
る。 ３．ピストンの断面積は、一般的には浮沈体の断面積に
対比し、揚水高さに反比例した断面積とするが、波高の
大きさに応じ揚水効率の最大値を決定するか、又は下限
波高（後述用語説明参照）を定めてから決定する方法も
ある。シリンダーの長さについては、風浪による波高と
干満潮による潮汐差の最大値等を考慮の上決定する。ベ
ルヌーイの定理によれば Ｈ：水の持つエネルギーを長さの単位（ｍ）で表す＝位
置水頭 Ｐ：水圧 １０３（Ｋｇ／ｍ２） Ｗ：水の比重１０３（Ｋｇ／ｍ３） 圧力水頭のＰ＝Ｋｇ／ｍ２であるから、浮沈体の断面積
に対比しピストンの断面積を狭小にすれば、圧力Ｐはこ
れに反比例し増大するため、高所への揚水が可能とな
る。図１装置を例に主揚水管を満水にする所要時間およ
び揚水量等を考えてみる。
【００１１】１．揚水高さ：１００ｍ ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．外径：５ｍ．内
径：１ｍ．高さ：３ｍ．重量：１０３ｋｇ ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．利用最大波高：４ｍ Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の断面積（ｍ２） Ｓ１：シリンダーの断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：最大効率となる波高＝３ｍ ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高（次
の行参照） 用語の説明 １．下限波高：この波高の作用でピストンが、揚水管を
満水とする圧力を発生するもので、揚水タンクに揚水す
るためには、この波高を越えた波動が作用した場合であ
る。 ２．浮沈体の浮上残り高さ：波動の作用により浮沈体は
浮上する。しかし浮沈体と連結するピストンの揚水重量
のため、これに比例して浮上し得ない高さをいう。 ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×３＝５７ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 波高３ｍに対し最大効率を得るためのシリンダー断面積
はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式が成立するので数値を代入す
る。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の水量が零である時、
１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈体の
浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）であるか
ら、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１：０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１：３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より頭部まで均一の場合とする。ピストンが４
８回以降波高３ｍで作動する貯水タンクへの揚水量Ｑは
Ｓ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、浮沈体
を８個１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降０．４３
ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水した水を水
車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３ ∴９．８×１０
０×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ 但し上記の計算値は各機器の効率を１００％とした場合
であるから、実際には各機器の効率の相乗積をこの数値
に乗じたものとなる。又海上において淡水発電をする場
合には、水車下部へ淡水タンクを設置し、このタンクと
シリンダー下部とを結合し、海水の流入を防止する事が
出来れば、僅かな淡水補給で、循環式発電が可能となり
土砂の流入を防止すると共に逆止弁を二重構造とする必
要性も無くなる。
径：１ｍ．高さ：３ｍ．重量：１０３ｋｇ ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．利用最大波高：４ｍ Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の断面積（ｍ２） Ｓ１：シリンダーの断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：最大効率となる波高＝３ｍ ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高（次
の行参照） 用語の説明 １．下限波高：この波高の作用でピストンが、揚水管を
満水とする圧力を発生するもので、揚水タンクに揚水す
るためには、この波高を越えた波動が作用した場合であ
る。 ２．浮沈体の浮上残り高さ：波動の作用により浮沈体は
浮上する。しかし浮沈体と連結するピストンの揚水重量
のため、これに比例して浮上し得ない高さをいう。 ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×３＝５７ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 波高３ｍに対し最大効率を得るためのシリンダー断面積
はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式が成立するので数値を代入す
る。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の水量が零である時、
１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈体の
浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）であるか
ら、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１：０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１：３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より頭部まで均一の場合とする。ピストンが４
８回以降波高３ｍで作動する貯水タンクへの揚水量Ｑは
Ｓ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、浮沈体
を８個１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降０．４３
ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水した水を水
車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３ ∴９．８×１０
０×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ 但し上記の計算値は各機器の効率を１００％とした場合
であるから、実際には各機器の効率の相乗積をこの数値
に乗じたものとなる。又海上において淡水発電をする場
合には、水車下部へ淡水タンクを設置し、このタンクと
シリンダー下部とを結合し、海水の流入を防止する事が
出来れば、僅かな淡水補給で、循環式発電が可能となり
土砂の流入を防止すると共に逆止弁を二重構造とする必
要性も無くなる。
【００１２】
【発明の効果】地球に優しいエネルギーとして、地球表
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮汐差の大きい地域、又
は河川における２〜１０ｍ程度の低位置水頭の存在する
箇所において、人為的に波動を発生させ、この水面に本
発明による装置を設置し０００１項の各産業に利用すれ
ば、人間の生活に潤いをもたらす事ができる。この資源
は永続的に利用が可能であり、好条件の広大な地域を選
択すれば、大電力の発電も不可能ではなく、現水力発電
に準じた大切なエネルギーとなり得る。
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮汐差の大きい地域、又
は河川における２〜１０ｍ程度の低位置水頭の存在する
箇所において、人為的に波動を発生させ、この水面に本
発明による装置を設置し０００１項の各産業に利用すれ
ば、人間の生活に潤いをもたらす事ができる。この資源
は永続的に利用が可能であり、好条件の広大な地域を選
択すれば、大電力の発電も不可能ではなく、現水力発電
に準じた大切なエネルギーとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を示す立面図
【図２】実施例２を示す立面図
【符号の説明】 １浮沈体 ２浮沈体支柱 ３支柱固定環 ４シリンダー ５ピストン ６ストレーナ ７逆止弁 ８個別揚水管 ９揚水管結合凾 １０主揚水管 １１緩衝用カバー １２貯水タンク １３呼吸孔兼人孔 １４シリンダー支持物 １５浮沈体・ピストン接続ロッド １６継手 １７揚水管支持柱 １８吐出し弁
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】波動を利用した自動揚水装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】水力発電・灌漑・精塩・消火・水
族館等
族館等
【０００２】
【従来の技術】 １．公開特許公報（Ａ）昭６２−２４８８７６の内容に
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮を問わず、波動の発生が継続する限り稼動す
るため、揚水効率が高い（但し後述の下限波高を超えた
場合） （２）Ａ：フロート・ピストン間の断面積比を考慮され
ていないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能で
あり、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体・ピストン間の断面積比を基に所要揚水高さ
を定めており、高所への揚水が可能であり、産業上の利
用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源と
して電力を使用し電動機を回転させ、これに直結したポ
ンプにより揚水する構造である。
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮を問わず、波動の発生が継続する限り稼動す
るため、揚水効率が高い（但し後述の下限波高を超えた
場合） （２）Ａ：フロート・ピストン間の断面積比を考慮され
ていないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能で
あり、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体・ピストン間の断面積比を基に所要揚水高さ
を定めており、高所への揚水が可能であり、産業上の利
用分野が広い。 （３）Ａ：フロート・ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン・シリンダー間及び浮沈体・浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源と
して電力を使用し電動機を回転させ、これに直結したポ
ンプにより揚水する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】海上における、波動お
よび干満潮による潮汐差、河川における２〜１０ｍ程度
の位置水頭が、未利用のままとなっている地域が、世界
的には多数存在するものと思われる。宇宙と共に永続的
に発生する、この貴重な天然のエネルギーが放置されて
いる。
よび干満潮による潮汐差、河川における２〜１０ｍ程度
の位置水頭が、未利用のままとなっている地域が、世界
的には多数存在するものと思われる。宇宙と共に永続的
に発生する、この貴重な天然のエネルギーが放置されて
いる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前０００３項の地域にお
いて、本発明による装置を設置する事により、前０００
１項の産業に活用できる。
いて、本発明による装置を設置する事により、前０００
１項の産業に活用できる。
【０００５】
【作用】１ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図１について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）上部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。次に反転波動の作用により水面は低下し浮沈体
（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は下方の水圧を
受けて開放し、水はピストン（５）上へ流入する。再度
波動の発生によりピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）内
の水は揚水管結合凾（９）内において主揚水管（１０）
内へ入り、遂に貯水タンク（１２）内へ貯水を開始す
る。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）上部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。次に反転波動の作用により水面は低下し浮沈体
（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は下方の水圧を
受けて開放し、水はピストン（５）上へ流入する。再度
波動の発生によりピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）内
の水は揚水管結合凾（９）内において主揚水管（１０）
内へ入り、遂に貯水タンク（１２）内へ貯水を開始す
る。
【０００６】
【実施例】１ 図１による浮沈体は、浮上の際ピストンにより揚水する
ため特に重量は必要としないが、沈下する際ピストン・
浮沈体が摩擦抵抗に勝る重量は勿診必要である。波動静
止時浮沈体の水面上の高さは上限波高（後述の用語説明
参照）と等しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンク
リートとしたが、深海における作業は困難と思われるの
で、海底の地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎
として装置を搭載する方式とすれば、機械化工事により
建設費も軽減出来るのではないかと考えられる。本装置
の長所は、１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の
堆積が少ない。短所は、１３干潮時に浮沈体・ピストン
接続ロッドが底面へ下降するため水深の浅い箇所での利
用に限界がある。
ため特に重量は必要としないが、沈下する際ピストン・
浮沈体が摩擦抵抗に勝る重量は勿診必要である。波動静
止時浮沈体の水面上の高さは上限波高（後述の用語説明
参照）と等しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンク
リートとしたが、深海における作業は困難と思われるの
で、海底の地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎
として装置を搭載する方式とすれば、機械化工事により
建設費も軽減出来るのではないかと考えられる。本装置
の長所は、１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の
堆積が少ない。短所は、１３干潮時に浮沈体・ピストン
接続ロッドが底面へ下降するため水深の浅い箇所での利
用に限界がある。
【０００７】
【作用】２ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図２について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け開放し水は下方へ流入する。
次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピスト
ン（５）下部の水を逆止弁（７）上へ揚水する。再度波
動の発生により、ピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）の水
は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タンク（１２）内へ
貯水を開始する。吐出し弁（１８）は本装置を休止する
場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積を防止する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け開放し水は下方へ流入する。
次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピスト
ン（５）下部の水を逆止弁（７）上へ揚水する。再度波
動の発生により、ピストン（５）は浮沈の作動を繰り返
し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚水管（８）の水
は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タンク（１２）内へ
貯水を開始する。吐出し弁（１８）は本装置を休止する
場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積を防止する。
【０００８】
【実施例】２ 実施例１と特に異なる点では次の事が挙げられる。 １．浮沈体が沈下する際にピストンが作動し揚水する構
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って浮沈体は上限波高の３３．３％と沈下する際
に生ずる浮沈体及びピストンの摩擦抵抗に勝るための重
量の水の体積と等しい体積とを加えた体積が波動静止時
水面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動
する事が出来る。又波動静止時浮沈体の水面上の高さは
上限波高（後述の用語説明参照）に等しい。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合には、水
頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の
長所：１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所：１．浮沈体の体積・重量が大である。２．土砂の堆
積に配慮する必要が有る。
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って浮沈体は上限波高の３３．３％と沈下する際
に生ずる浮沈体及びピストンの摩擦抵抗に勝るための重
量の水の体積と等しい体積とを加えた体積が波動静止時
水面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動
する事が出来る。又波動静止時浮沈体の水面上の高さは
上限波高（後述の用語説明参照）に等しい。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合には、水
頭損失の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の
長所：１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短
所：１．浮沈体の体積・重量が大である。２．土砂の堆
積に配慮する必要が有る。
【０００９】図１・２装置における浮沈体は機械的強度
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
絶え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
ピストンの上下作動を円滑に行うため欠くことの出来な
い物であり、浮沈体の摩擦抵抗を少なくするため３本柱
とした。又浮沈体とのギャップを狭くする程円滑な作動
が得られるが、異物が挟まり摩擦抵抗を増大する場合も
考慮する必要が有る。干満潮における最大潮汐差・風浪
を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕をもった長さと
する必要が有る。貯水タンクは必要に応じたサイズと
し、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管は必要に応
じて多数を一群とし、主揚水管と結合する事も可能であ
るが、一群中一台の逆止弁が故障のため漏水を生じた場
合、他の装置が揚水不能となる事も予想されるため、逆
止弁を二重構造とする事も考えられる。逆止弁は実験用
に使用した蝶番式の物であるが、実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造とした物を選ぶ事が望ましい。水
面に発生する波動の波長が一定でなく、変化の激しい箇
所においては、その ば長波長・短波長に応じてそれぞれの浮沈体が高効率稼
動を発揮する事が出来る。又地域の選択についても、可
能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選ぶ事によ
り、揚水量を増大する事ができる。無人自動化するため
には、波動の状態・逆止弁・ピストンの故障を検出し、
遠隔監視する必要がある。
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
絶え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
ピストンの上下作動を円滑に行うため欠くことの出来な
い物であり、浮沈体の摩擦抵抗を少なくするため３本柱
とした。又浮沈体とのギャップを狭くする程円滑な作動
が得られるが、異物が挟まり摩擦抵抗を増大する場合も
考慮する必要が有る。干満潮における最大潮汐差・風浪
を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕をもった長さと
する必要が有る。貯水タンクは必要に応じたサイズと
し、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管は必要に応
じて多数を一群とし、主揚水管と結合する事も可能であ
るが、一群中一台の逆止弁が故障のため漏水を生じた場
合、他の装置が揚水不能となる事も予想されるため、逆
止弁を二重構造とする事も考えられる。逆止弁は実験用
に使用した蝶番式の物であるが、実際に制作する場合は
水頭損失の少ない構造とした物を選ぶ事が望ましい。水
面に発生する波動の波長が一定でなく、変化の激しい箇
所においては、その ば長波長・短波長に応じてそれぞれの浮沈体が高効率稼
動を発揮する事が出来る。又地域の選択についても、可
能な限り長波長・高波高の発生する箇所を選ぶ事によ
り、揚水量を増大する事ができる。無人自動化するため
には、波動の状態・逆止弁・ピストンの故障を検出し、
遠隔監視する必要がある。
【００１０】図１・２の自動揚水装置を製造するに当た
り、予め決めておかなければならない主なる事項は １．揚水高さ。 ２．浮沈体の １．断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と静止時水面下にあ
る部分の高さとを加えた高さが必要である。 ２−３．前０００６・０００８項参照。 ３．ピストンの断面積は、一般的には浮沈体の断面積に
対比し、揚水高さに反比例した断面積とするが、波高の
大きさに応じ揚水効率の最大値を決定するか、又は下限
波高（後述の用語説明参照）を定めてから決定する方法
もある。シリンダーの長さについては、風浪による波高
と干満潮による潮汐差の最大値等を考慮の上決定する。
ベルヌーイの定理によれば Ｈ：水の持つエネルギーを長さの単位（ｍ）で表す＝位
置水頭 Ｐ：水圧 １０３（Ｋｇ／ｍ２） Ｗ：水の比重１０３（Ｋｇ／ｍ３） 圧力水頭のＰ＝Ｋｇ／ｍ２であるから、浮沈体の断面積
に対比しピストンの断面積を狭小にすれば、圧力Ｐはこ
れに反比例し増大するため、高所への揚水が可能とな
る。
り、予め決めておかなければならない主なる事項は １．揚水高さ。 ２．浮沈体の １．断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と静止時水面下にあ
る部分の高さとを加えた高さが必要である。 ２−３．前０００６・０００８項参照。 ３．ピストンの断面積は、一般的には浮沈体の断面積に
対比し、揚水高さに反比例した断面積とするが、波高の
大きさに応じ揚水効率の最大値を決定するか、又は下限
波高（後述の用語説明参照）を定めてから決定する方法
もある。シリンダーの長さについては、風浪による波高
と干満潮による潮汐差の最大値等を考慮の上決定する。
ベルヌーイの定理によれば Ｈ：水の持つエネルギーを長さの単位（ｍ）で表す＝位
置水頭 Ｐ：水圧 １０３（Ｋｇ／ｍ２） Ｗ：水の比重１０３（Ｋｇ／ｍ３） 圧力水頭のＰ＝Ｋｇ／ｍ２であるから、浮沈体の断面積
に対比しピストンの断面積を狭小にすれば、圧力Ｐはこ
れに反比例し増大するため、高所への揚水が可能とな
る。
【００１１】図１の装置を例に主揚水管を満水にする所
要時問および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．外径：５ｍ．内
径：１ｍ．高さ：５ｍ．重量：１９×１０３ｋｇ ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ．（波長：１０ｍ．波形：矩形波） Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の断面積（ｍ２） Ｓ１：シリンダーの断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：最大効率となる指定波高＝３ｍ ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高（次
の行参照） 用語の説明 １．上限波高：浮沈体が作動するための許容最大波高。 ２．下限波高：この波高の作用でピストンが、揚水管を
満水とするための圧力を発生するもので、揚水タンクに
揚水するためには、この波高を超えた波動が作用した場
合である。 ３．浮沈体の浮上残り高さ（沈下残り高さ）：波動の作
用により浮沈体は浮上（沈下）する。しかし浮沈体と連
結するピストンの揚水重量のため、これに比例して浮上
（沈下）し得ない高さをいう。上記（ ）内は図２装置
の場合を表す。 ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 波高３ｍに対し揚水量の最大効率を得るためのシリンダ
ー断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式が成立するので数値を
代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の貯水量が零である
時、１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈
体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）である
から、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚水管を満水とするため のピストン作動回数は次式による。 但し Ｓ−ｒＳ＝ａ−ａｒｎに数値を代入する Ｓ：揚水高さ＝１００ｍ １．５＝２．９５６−ａ（０．９８５）ｎ ２．９５６（０．９８５）ｎ＝１．４５６ ａ：初項Ｈ１＝２．９５６ｍ （０．９８５）ｎ＝０．４９３ ｎ：揚水管に満水とするため ｎ＝Ｌｏｇ０．９８５ ０．４９３ のピストンの作動 回数 ｎ＝４７回 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より頭部まで均一の場合とする。ピストンが４
８回以降波高３ｍで作動する貯水タンクへの揚水量Ｑは
Ｓ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、浮沈体
を８個１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降０．４３
ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水した水を水
車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ∴９．
８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ 但し
Ｈ：有効落差． Ｑ：流量とする。 上記の計算値は各機器の効率を１００％とした場合であ
るから、実際には各機器の効率の相乗積をこの数値に乗
じたものとなる。又海上において淡水発電をする場合に
は、水車下部へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリ
ンダー下部とを導水管で結合し、海水の流入を防止する
事が出来れば、僅かな淡水補給で循環式発電が可能とな
り、土砂の流入を防止すると共に逆止弁を二重構造とす
る必要性も無くなる。
要時問および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．外径：５ｍ．内
径：１ｍ．高さ：５ｍ．重量：１９×１０３ｋｇ ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ．（波長：１０ｍ．波形：矩形波） Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の断面積（ｍ２） Ｓ１：シリンダーの断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：最大効率となる指定波高＝３ｍ ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高（次
の行参照） 用語の説明 １．上限波高：浮沈体が作動するための許容最大波高。 ２．下限波高：この波高の作用でピストンが、揚水管を
満水とするための圧力を発生するもので、揚水タンクに
揚水するためには、この波高を超えた波動が作用した場
合である。 ３．浮沈体の浮上残り高さ（沈下残り高さ）：波動の作
用により浮沈体は浮上（沈下）する。しかし浮沈体と連
結するピストンの揚水重量のため、これに比例して浮上
（沈下）し得ない高さをいう。上記（ ）内は図２装置
の場合を表す。 ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 波高３ｍに対し揚水量の最大効率を得るためのシリンダ
ー断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式が成立するので数値を
代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の貯水量が零である
時、１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈
体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）である
から、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚水管を満水とするため のピストン作動回数は次式による。 但し Ｓ−ｒＳ＝ａ−ａｒｎに数値を代入する Ｓ：揚水高さ＝１００ｍ １．５＝２．９５６−ａ（０．９８５）ｎ ２．９５６（０．９８５）ｎ＝１．４５６ ａ：初項Ｈ１＝２．９５６ｍ （０．９８５）ｎ＝０．４９３ ｎ：揚水管に満水とするため ｎ＝Ｌｏｇ０．９８５ ０．４９３ のピストンの作動 回数 ｎ＝４７回 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より頭部まで均一の場合とする。ピストンが４
８回以降波高３ｍで作動する貯水タンクへの揚水量Ｑは
Ｓ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、浮沈体
を８個１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降０．４３
ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水した水を水
車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ∴９．
８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ 但し
Ｈ：有効落差． Ｑ：流量とする。 上記の計算値は各機器の効率を１００％とした場合であ
るから、実際には各機器の効率の相乗積をこの数値に乗
じたものとなる。又海上において淡水発電をする場合に
は、水車下部へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリ
ンダー下部とを導水管で結合し、海水の流入を防止する
事が出来れば、僅かな淡水補給で循環式発電が可能とな
り、土砂の流入を防止すると共に逆止弁を二重構造とす
る必要性も無くなる。
【００１２】
【発明の効果】地球に優しいエネルギーとして、地球表
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮汐差の大きい地域、又
は河川における２〜１０ｍ程度の低位置水頭の存在する
箇所において、人為的に波動を発生させ、この水面に本
発明による装置を設置し０００１項の各産業に利用すれ
ば、人間の生活に潤いをもたらす事ができる。この資源
は永続的に利用が可能であり、好条件の広大な地域を選
択すれば、大電力の発電も不可能ではなく、現水力発電
に準じた大切なエネルギーとなり得る。
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮汐差の大きい地域、又
は河川における２〜１０ｍ程度の低位置水頭の存在する
箇所において、人為的に波動を発生させ、この水面に本
発明による装置を設置し０００１項の各産業に利用すれ
ば、人間の生活に潤いをもたらす事ができる。この資源
は永続的に利用が可能であり、好条件の広大な地域を選
択すれば、大電力の発電も不可能ではなく、現水力発電
に準じた大切なエネルギーとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を示す立面図
【図２】実施例２を示す立面図
【符号の説明】 １浮沈体 ２浮沈体支柱 ３支柱固定環 ４シリンダー ５ピストン ６ストレーナ ７逆止弁 ８個別揚水管 ９揚水管結合画 １０主揚水凾 １１緩衝用カバー １２貯水タンク １３呼吸孔兼人孔 １４シリンダー支持物 １５浮沈体・ピストン接続ロッド １６継手 １７揚水管支持柱 １８吐出し弁 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 波動を利用した自動揚水装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】水力発電・灌漑・精塩・消火・水
族館等
族館等
【０００２】
【従来の技術】 １．公開特許公報（Ａ）昭６２−２４８８７６の内容に
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮時だけでなく波動の発生が継続する限り稼動
するため、揚水効率が高い（但し予め定められた波高を
超えた場合のみ貯水能力を発揮する）。 （２）Ａ：フロート対ピストンの断面積比を考慮されて
いないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能であ
り、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体に対しピストンの水平断面積を狭小とし所要
揚水高さを定める事が可能であり、位置水頭の約５０％
を貯水可能とする事で産業上の利用分野が広い。 （３）Ａ：フロート、ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン、シリンダー間及び浮沈体、浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源
として電力を使用し電動機を回転させ、これに直結した
ポンプにより揚水する構造である。
よれば、フロート・ピストン・逆止弁・揚水管・貯水タ
ンク等を使用する事で本件出願内容と類似する点は多い
が、個々に比較すると次の事が考えられる。 Ａ：上記１．既公報内容。 Ｂ：本件出願内容。と
すれば、 （１）Ａ：干満潮による一周期一回の稼動を目的とした
装置であり、揚水効率が低い。 Ｂ：干満潮時だけでなく波動の発生が継続する限り稼動
するため、揚水効率が高い（但し予め定められた波高を
超えた場合のみ貯水能力を発揮する）。 （２）Ａ：フロート対ピストンの断面積比を考慮されて
いないため、１００ｍ程度の高所への揚水が不可能であ
り、産業上の利用分野も狭い。 Ｂ：浮沈体に対しピストンの水平断面積を狭小とし所要
揚水高さを定める事が可能であり、位置水頭の約５０％
を貯水可能とする事で産業上の利用分野が広い。 （３）Ａ：フロート、ピストン間のリンク機構が複雑
で、機械損失を免れない。 Ｂ：ピストン、シリンダー間及び浮沈体、浮沈体支柱間
の摩擦抵抗による機械損失のみで、構造も極めて簡単で
ある。 ２．前記１項を除き従来の揚水装置は、一般的に動力源
として電力を使用し電動機を回転させ、これに直結した
ポンプにより揚水する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】海上、河川における波
動および、河川における２ｍ以上の位置水頭が、未利用
のままとなっている地域が、世界的には多数存在するも
のと思われる。宇宙と共に永続的に発生する、この貴重
な天然のエネルギーが放置されている。
動および、河川における２ｍ以上の位置水頭が、未利用
のままとなっている地域が、世界的には多数存在するも
のと思われる。宇宙と共に永続的に発生する、この貴重
な天然のエネルギーが放置されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 用語の説明 １．最大効率指定波高（以下指定波高と表す）：浮沈体
の外径と、当該波高の１／２波長とが等しく整合した
時、予め定められたピストンの断面積との関係で、満水
とした揚水管より貯水タンクへ最大効率で揚水する波高
（波長も含む）。 ２．上限波高：浮沈体が作動する為の許容最大波高（波
長も含む）。 ３．下限波高：浮沈体に連結したピストンが揚水管を満
水とする為の圧力を発生する最低波高（波長も含む）。
指定波高の１／２波高でもある。 ４．図１の場合浮沈体の浮上残り高さ（以下浮上残り高
さと表す）：波動の作用により浮沈体は浮上する、しか
し浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のため、
揚水高さに比例して浮上し得ない高さを言う。 ５．図２の場合浮沈体の沈下残り高さ（以下沈下残り高
さと表す）：波動の作用により浮沈体は沈下する、しか
し浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のため、
揚水高さに比例して沈下し得ない高さを言う。 本件未利用天然エネルギーの開発については学者の間で
は話題とされていたが、利用方法に画期的な解決策が見
え出せず現在に至っております。本発明は波動を利用し
た自動揚水装置としては最も効率的に位置水頭を利用し
揚水可能とした装置で、指定波高が浮沈体に作用した場
合位置水頭の約５０％を貯水可能とし、残り約５０％は
揚水するためのエネルギーとして費やされる。本装置は
波動の発生する海上・河川に設置する事が可能であり、
又河川における波動のない２ｍ以上の位置水頭を利用
し、この下流に貯水タンクを設置しこのタンク内に本装
置を収容し、流水をタンク内へ導く入口弁とタンク出口
へ導く排水弁との開閉を操作し貯水・排水を繰り返す構
造とし、人為的にタンク内の位置水頭に変動を与え波動
を発生させる事により浮沈体が作動し、自然波動と同様
に揚水する事を可能とした本装置を利用し、未利用エネ
ルギーの有効活用が出来る。
の外径と、当該波高の１／２波長とが等しく整合した
時、予め定められたピストンの断面積との関係で、満水
とした揚水管より貯水タンクへ最大効率で揚水する波高
（波長も含む）。 ２．上限波高：浮沈体が作動する為の許容最大波高（波
長も含む）。 ３．下限波高：浮沈体に連結したピストンが揚水管を満
水とする為の圧力を発生する最低波高（波長も含む）。
指定波高の１／２波高でもある。 ４．図１の場合浮沈体の浮上残り高さ（以下浮上残り高
さと表す）：波動の作用により浮沈体は浮上する、しか
し浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のため、
揚水高さに比例して浮上し得ない高さを言う。 ５．図２の場合浮沈体の沈下残り高さ（以下沈下残り高
さと表す）：波動の作用により浮沈体は沈下する、しか
し浮沈体と連結するピストンに加わる揚水重量のため、
揚水高さに比例して沈下し得ない高さを言う。 本件未利用天然エネルギーの開発については学者の間で
は話題とされていたが、利用方法に画期的な解決策が見
え出せず現在に至っております。本発明は波動を利用し
た自動揚水装置としては最も効率的に位置水頭を利用し
揚水可能とした装置で、指定波高が浮沈体に作用した場
合位置水頭の約５０％を貯水可能とし、残り約５０％は
揚水するためのエネルギーとして費やされる。本装置は
波動の発生する海上・河川に設置する事が可能であり、
又河川における波動のない２ｍ以上の位置水頭を利用
し、この下流に貯水タンクを設置しこのタンク内に本装
置を収容し、流水をタンク内へ導く入口弁とタンク出口
へ導く排水弁との開閉を操作し貯水・排水を繰り返す構
造とし、人為的にタンク内の位置水頭に変動を与え波動
を発生させる事により浮沈体が作動し、自然波動と同様
に揚水する事を可能とした本装置を利用し、未利用エネ
ルギーの有効活用が出来る。
【０００５】
【作用】１ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図１について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）の弁を閉じ上部の水を逆止弁
（７）上へ揚水する。次に反転波動の作用により水面は
低下し浮沈体（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は
下方の水圧を受けて弁は開放し、水はピストン（５）上
へ流入する。再度波動の発生によりピストン（５）は浮
沈の作動を繰り返し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個
別揚水管（８）内の水は揚水管結合函（９）内において
連接した揚水管（１０）内へ入り、遂に貯水タンク（１
２）内へ揚水を開始する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
し乍ら、ピストン（５）の弁を閉じ上部の水を逆止弁
（７）上へ揚水する。次に反転波動の作用により水面は
低下し浮沈体（１）は沈下し乍がら、ピストン（５）は
下方の水圧を受けて弁は開放し、水はピストン（５）上
へ流入する。再度波動の発生によりピストン（５）は浮
沈の作動を繰り返し、逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個
別揚水管（８）内の水は揚水管結合函（９）内において
連接した揚水管（１０）内へ入り、遂に貯水タンク（１
２）内へ揚水を開始する。
【０００６】
【実施例】１ 図１による浮沈体は、浮上の際ピストンにより揚水する
ため特に重量は必要としないが、沈下する際にピストン
・浮沈体の摩擦抵抗に勝る重量が必要である事は勿論で
ある。波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高と等
しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンクリートとし
たが、深海における作業は困難と思われるので、海底の
地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎として装置
を搭載する方式とすれば、機械化工事により建設費も軽
減出来るのではないかと考えられる。 本装置の長所：
１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の体積が少な
い。短所：１．干潮時に浮沈体・ピストン接続ロッドが
底面へ下降するため水深の浅い箇所での利用に限界があ
る。
ため特に重量は必要としないが、沈下する際にピストン
・浮沈体の摩擦抵抗に勝る重量が必要である事は勿論で
ある。波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高と等
しい。次に図１符号２・１７の基礎はコンクリートとし
たが、深海における作業は困難と思われるので、海底の
地盤に鉄筋等を必要数打ち込み、これを基礎として装置
を搭載する方式とすれば、機械化工事により建設費も軽
減出来るのではないかと考えられる。 本装置の長所：
１．浮沈体の重量が軽くできる。２．土砂の体積が少な
い。短所：１．干潮時に浮沈体・ピストン接続ロッドが
底面へ下降するため水深の浅い箇所での利用に限界があ
る。
【０００７】
【作用】２ 本発明の波動を利用した自動揚水装置図２について説明
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け弁は開放し水は下方へ流入す
る。次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピ
ストン（５）の弁は閉じ下部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。再度波動の発生により、ピストン（５）は浮沈
の作動を繰り返し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚
水管（８）の水は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タン
ク（１２）内へ揚水を開始する。吐出し弁（１８）は本
装置を休止する場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積
を防止する。
する。水面に設置した浮沈体（１）は波動の作用により
浮上する、これに連結したピストン（５）も同時に浮上
しながら上方の水圧を受け弁は開放し水は下方へ流入す
る。次に反転波動の作用により浮沈体（１）は沈下しピ
ストン（５）の弁は閉じ下部の水を逆止弁（７）上へ揚
水する。再度波動の発生により、ピストン（５）は浮沈
の作動を繰り返し逆止弁（７）上へ揚水を重ね、個別揚
水管（８）の水は主揚水管（１０）へ入り遂に貯水タン
ク（１２）内へ揚水を開始する。吐出し弁（１８）は本
装置を休止する場合は開放し、個別揚水管内土砂の堆積
を防止する。
【０００８】
【実施例】２ 実施例１と特に異なる点では次の事が挙げられる。 １．浮沈体が沈下する際にピストンが作動し揚水する構
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高
以上とすれば良いが、上限波高の設定は水面下の高さで
定められ上限波高の１／２の高さと沈下する際に生ずる
浮沈体・ピストンの摩擦抵抗に勝る水の重量の体積に等
しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水
面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動す
る事が出来る。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合水頭損失
の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の長所：
１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短所：１．
浮沈体の体積・重量が大である。２．シリンダー湾曲底
部の土砂の堆積に配慮する必要が有る。
造となっており、浮沈体の重量を利用し揚水が行われ
る。従って波動静止時浮沈体の水面上の高さは上限波高
以上とすれば良いが、上限波高の設定は水面下の高さで
定められ上限波高の１／２の高さと沈下する際に生ずる
浮沈体・ピストンの摩擦抵抗に勝る水の重量の体積に等
しい浮沈体の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水
面下へ沈下する重量、とすればピストンは円滑に作動す
る事が出来る。 ２．構造上ピストンの開閉を円滑に行うため、開放ロッ
ク装置を付加した。このピストンは実験用に使用したも
のを例に記載したもので、実際に制作する場合水頭損失
の少ない構造の物を選ぶ事が望ましい。本装置の長所：
１．水深の浅い箇所での使用が可能である。短所：１．
浮沈体の体積・重量が大である。２．シリンダー湾曲底
部の土砂の堆積に配慮する必要が有る。
【０００９】図１・２装置における浮沈体は機械的強度
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
耐え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
浮沈体の上下摺動を円滑に行うため欠くことの出来ない
物であり、摩擦抵抗を少なくするため３本柱とし、この
外周には固定環を使用し浮沈体の上下摺動に妨げとなら
ない様に必要数取り付け固定する。干満潮における最大
潮位差・波浪を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕を
もった長さとする必要が有る。貯水タンクは必要に応じ
たサイズとし、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管
は必要に応じて多数を一群とし、主揚水管と連接し使用
する事も可能であるが、一群中一台の逆止弁が故障のた
め漏水を生じた場合、他の装置が揚水不能となる事も予
想されるため、逆止弁を二重構造とする事も考えられ
る。逆止弁は実験用に使用した蝶番式の物であるが、実
際に制作する場合は水頭損失の少ない構造とした物を選
ぶ事が望ましい。水面に発生する波動の波長が一定でな
く変化の激しい箇所においては、その１／２波長の長さ
に近い外径の浮沈体の大小複数からなる一群の個別揚水
管を、主揚水管に連接すれば長波長・短波長に応じてそ
れぞれの本装置が高効率稼動を発揮する事が出来る。又
地域の選択についても可能な限り長波長・高波高の発生
する箇所を選ぶ事により大量の貯水を可能とす事ができ
る。無人自動化するためには、波動の状態、逆止弁・ピ
ストンの故障等を検出し、遠隔監視をすれば事故時の対
応に極めて有利である。
に優れ、支柱との間においては、風波による衝撃に充分
耐え得る材質の物が必要である。浮沈体外周の支柱は、
浮沈体の上下摺動を円滑に行うため欠くことの出来ない
物であり、摩擦抵抗を少なくするため３本柱とし、この
外周には固定環を使用し浮沈体の上下摺動に妨げとなら
ない様に必要数取り付け固定する。干満潮における最大
潮位差・波浪を考慮し、ピストンのスライド幅は余裕を
もった長さとする必要が有る。貯水タンクは必要に応じ
たサイズとし、支持物に固定する。浮沈体・個別揚水管
は必要に応じて多数を一群とし、主揚水管と連接し使用
する事も可能であるが、一群中一台の逆止弁が故障のた
め漏水を生じた場合、他の装置が揚水不能となる事も予
想されるため、逆止弁を二重構造とする事も考えられ
る。逆止弁は実験用に使用した蝶番式の物であるが、実
際に制作する場合は水頭損失の少ない構造とした物を選
ぶ事が望ましい。水面に発生する波動の波長が一定でな
く変化の激しい箇所においては、その１／２波長の長さ
に近い外径の浮沈体の大小複数からなる一群の個別揚水
管を、主揚水管に連接すれば長波長・短波長に応じてそ
れぞれの本装置が高効率稼動を発揮する事が出来る。又
地域の選択についても可能な限り長波長・高波高の発生
する箇所を選ぶ事により大量の貯水を可能とす事ができ
る。無人自動化するためには、波動の状態、逆止弁・ピ
ストンの故障等を検出し、遠隔監視をすれば事故時の対
応に極めて有利である。
【００１０】図１の自動揚水装置を製造するに当たり、
予め定めておく主なる事項。 １．揚水高さ。 ２．浮沈体：１．水平断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの水平断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 ２−１．浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の１／２
波長に合わせた構造とすれば、その波高に対し最大効率
の貯水が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と浮沈体・浮沈体支
柱、シリンダー・ピストン間の摩擦抵抗に勝る重量の水
の体積に等しい浮沈体の高さとを加えた高さが必要であ
る。 ２−３．前記０００６・０００８項参照。 ３ピストンの水平断面積は、一般的には浮沈体の水平断
面積に対し、揚水高さに逆比した大きさとするが、指定
波高を定めて決定するか、又は下限波高を定めてから決
定する方法もある。シリンダーの長さについては、波浪
による波高と干満潮による潮位差の最大値等を考慮の上
決定する。
予め定めておく主なる事項。 １．揚水高さ。 ２．浮沈体：１．水平断面積 ２．高さ ３．重量。 ３．ピストンの水平断面積およびシリンダーの長さ。 １については利用目的により決定する。 ２−１．浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の１／２
波長に合わせた構造とすれば、その波高に対し最大効率
の貯水が得られる。 ２−２．浮沈体の高さは、上限波高と浮沈体・浮沈体支
柱、シリンダー・ピストン間の摩擦抵抗に勝る重量の水
の体積に等しい浮沈体の高さとを加えた高さが必要であ
る。 ２−３．前記０００６・０００８項参照。 ３ピストンの水平断面積は、一般的には浮沈体の水平断
面積に対し、揚水高さに逆比した大きさとするが、指定
波高を定めて決定するか、又は下限波高を定めてから決
定する方法もある。シリンダーの長さについては、波浪
による波高と干満潮による潮位差の最大値等を考慮の上
決定する。
【００１１】図１の装置を例に主揚水管を満水にする所
要時間および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．（外径：５ｍ．
内径：１ｍ．高さ：５ｍ．重量：１９×１０３ｋｇ） ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ． Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の水平断面積（ｍ２） Ｓ１：ピストンの水平断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：指定波高＝３ｍ（波長：１０ｍ．波形：矩形波） ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高
（ｍ） ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 指定波高３ｍのピストン断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式
が成立するので数値を代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の貯水量が零である
時、１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈
体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）である
から、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 但し 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より管頭出口まで均一の場合とする。ピストン
が４８回以降波高３ｍで作動する時貯水タンクへの揚水
量ＱはＳ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、本装置
８台を１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降は０．４
３ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水タンクの
水を水車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ９．８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ
但し Ｈ：有効落差Ｑ：流量とする。 この計算値は
各機器の効率を１００％とした場合であるから、実際に
は各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものとな
る。又海上において淡水発電をする場合には、水車下部
へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリンダー下部と
を導水管で連接しシリンダー内に海水の流入を防止する
事が可能であれば、僅かな淡水補給で淡水循環式発電が
可能となり、土砂の流入も無くなり逆止弁を二重構造と
する必要性も無くなる。
要時間および揚水量等を考えてみる。 １．揚水高さ：１００ｍを超える高さ。 ２．浮沈体の形状：ドーナツ状円筒形．（外径：５ｍ．
内径：１ｍ．高さ：５ｍ．重量：１９×１０３ｋｇ） ３．シリンダーの長さ：２０ｍ ４．上限波高：４ｍ． Ｖ ：浮沈体の体積（ｍ３） Ｓ０：浮沈体の水平断面積（ｍ２） Ｓ１：ピストンの水平断面積（ｍ２） Ｈ ：揚水管の高さ＝１００ｍ Ｈ１：ピストンの１回目作動による揚水高さ（ｍ） ｈ ：指定波高＝３ｍ（波長：１０ｍ．波形：矩形波） ｈ１：ピストンの１回目作動による浮沈体の浮上残り高
さ（ｍ） ｈ０：揚水管を満水とするための、ピストンに加わる圧
力を生ずる浮沈体の浮上残り高さ（ｍ）＝下限波高
（ｍ） ００１１項１〜４．の数字とＶ〜ｈ０の記号を用いて図
１の装置を例に計算する。浮沈体の断面積は Ｓ０＝πｒ２（外径）−πｒ２（内径）∴π（２．５２−０．５２）＝１９ｍ２ 浮沈体の体積は Ｖ＝Ｓ０×浮沈体の高さ ∴ １９×５＝９５ｍ３ 浮沈体の重量は、静止時水面下１ｍ沈下するとすれば、 指定波高３ｍのピストン断面積はＳ０ｈ０＝Ｓ１Ｈの式
が成立するので数値を代入する。 １９×１．５＝Ｓ１×１００ ∴ Ｓ１＝０．２８５ｍ２ 高さ１００ｍの揚水管内逆止弁上の貯水量が零である
時、１回目に作動したピストンが、揚水するための浮沈
体の浮上残り高さはＳ０ｈ１＝Ｓ１（ｈ−ｈ１）である
から、数値を代入する。 １９ｈ１＝０．２８５（３−ｈ１） ∴ １９．２８５ｈ１＝０．８５５ ｈ１＝０．０４４ｍ 次にピストンが押上げられた高さは Ｈ１＝ｈ−ｈ１ ∴Ｈ１＝３−０．０４４＝２．９５６ｍ ２回目の揚水高さの計算は等比級数を形成するので、揚
水管を満水とするためのピストン作動回数は次式によ
る。 但し 従って波高３ｍが浮沈体に作用し、ピストンが４７回作
動すれば、１００ｍの揚水管は満水となる。但し管内径
は、管底より管頭出口まで均一の場合とする。ピストン
が４８回以降波高３ｍで作動する時貯水タンクへの揚水
量ＱはＳ１（ｈ−ｈ０）であるから数値を代入する ０．２８５（３−１．５）＝０．４３ｍ３／回 仮に３ｍの波高が８秒間隔で発生するとすれば、本装置
８台を１群として設置し１台の貯水タンクへ揚水すれ
ば、４７秒間で揚水管を満水とし、４８秒以降は０．４
３ｍ３／Ｓｅｃの貯水が可能となる。この貯水タンクの
水を水車発電機に利用すれば次の電力が発生する。 理論発生電力＝９．８×Ｈｍ×Ｑｍ３／Ｓｅｃ ９．８×１００×０．４３＝４２０ＫＷ／Ｓｅｃ
但し Ｈ：有効落差Ｑ：流量とする。 この計算値は
各機器の効率を１００％とした場合であるから、実際に
は各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものとな
る。又海上において淡水発電をする場合には、水車下部
へ淡水タンクを設置し、このタンクとシリンダー下部と
を導水管で連接しシリンダー内に海水の流入を防止する
事が可能であれば、僅かな淡水補給で淡水循環式発電が
可能となり、土砂の流入も無くなり逆止弁を二重構造と
する必要性も無くなる。
【００１２】
【発明の効果】地球に優しいエネルギーとして、地球表
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮位差が大きく且つ波動
の発生する地域、又は河川における２ｍ以上の位置水頭
の存在する箇所において、人為的に波動を発生させ、こ
の水面に本発明による装置を設置し、前記０００１項の
各産業等に利用すれば、人間の生活に潤いをもたらす事
ができる。この資源は永続的に利用が可能であり、好条
件の広大な地域を選択すれば、大電力の発電も可能で有
り、現水力発電に並ぶ貴重なエネルギーとなる。
面の７０％に当たる広大な海上において波動の頻繁に発
生する箇所、及び干満潮による潮位差が大きく且つ波動
の発生する地域、又は河川における２ｍ以上の位置水頭
の存在する箇所において、人為的に波動を発生させ、こ
の水面に本発明による装置を設置し、前記０００１項の
各産業等に利用すれば、人間の生活に潤いをもたらす事
ができる。この資源は永続的に利用が可能であり、好条
件の広大な地域を選択すれば、大電力の発電も可能で有
り、現水力発電に並ぶ貴重なエネルギーとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を示す立面図
【図２】実施例２を示す立面図
【符号の説明】 １浮沈体 ２浮沈体支柱 ３支柱固定環 ４シリンダー ５ピストン ６ストレーナ ７逆止弁 ８個別揚水管 ９揚水管結合函 １０主揚水管 １１緩衝用カバー １２貯水タンク １３呼吸孔兼入孔 １４シリンダー支持物 １５浮沈体・ピストン接続ロッド １６継手 １７揚水管支持柱 １８吐出し弁
Claims (2)
- 【請求項１】 上下動可能に設けた浮沈体と、浮沈体の
上下動を伝達する伝達機構と、浮沈体の下方に有って前
記伝達機構に連結されて連動する上向きに設けたピスト
ンと、このピストンを慴動可能に収容し、底部が開口し
たシリンダーと、シリンダーに連接され浮沈体の上下動
域より高い位置に導かれた揚水管と、揚水管上部に設け
られ揚水管端部が開口する貯水タンクとから成り、前記
ピストンのヘッド部及び揚水管内には逆止弁を設けた構
造であり、浮沈体の水平断面積に対しピストンの水平断
面積を所要揚水高さに逆比し狭小とした自動揚水装置。 - 【請求項２】 上下動可能に設けた浮沈体と、浮沈体の
上下動を伝達する伝達機構と、浮沈体の下方に有って前
記伝達機構に連結されて連動する下向きに設けたピスト
ンと、このピストンを摺動可能に収容し、上部が開口し
たシリンダーと、シリンダーに連接され上方に反転して
立上がり、浮沈体の上下動域より高い位置に導かれた揚
水管と、揚水管上部に設けられ揚水管端部が開口する貯
水タンクとから成り、前記ピストンのヘッド部および揚
水管内には逆止弁を設けた構造であり、浮沈体の水平断
面積に対しピストンの水平断面積を所要揚水高さに逆比
し狭小とした自動揚水装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4210597A JPH0617742A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 波動を利用した自動揚水装置 |
| PCT/JP1993/000888 WO1994000688A1 (en) | 1992-06-30 | 1993-06-29 | Automatic pumping apparatus utilizing wave motion |
| GB9426138A GB2284864B (en) | 1992-06-30 | 1993-06-29 | Automatic pumping apparatus utilizing wave motion |
| AU43581/93A AU4358193A (en) | 1992-06-30 | 1993-06-29 | Automatic pumping apparatus utilizing wave motion |
| US08/949,395 US6132180A (en) | 1992-06-30 | 1997-10-14 | Automatic pumping apparatus utilizing wave motion |
| AU42790/97A AU713813B2 (en) | 1992-06-30 | 1997-10-20 | Automatic pumping apparatus utilizing wave motion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4210597A JPH0617742A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 波動を利用した自動揚水装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0617742A true JPH0617742A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=16591963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4210597A Pending JPH0617742A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 波動を利用した自動揚水装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617742A (ja) |
| AU (1) | AU4358193A (ja) |
| GB (1) | GB2284864B (ja) |
| WO (1) | WO1994000688A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112299552A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-02 | 合肥市恒昌自动化控制有限责任公司 | 一种化学除磷装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2436595B (en) * | 2006-03-29 | 2011-04-27 | Peter Francis Kenny | Wavecycle generator |
| TW201410968A (zh) * | 2012-09-14 | 2014-03-16 | Yun-Chang Yu | 波浪引水裝置 |
| CN103485968B (zh) * | 2012-09-18 | 2015-09-02 | 余運錩 | 波浪引水装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50149839A (ja) * | 1974-05-24 | 1975-12-01 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169201A (ja) * | 1974-12-11 | 1976-06-15 | Tokyo Tobari Kk | |
| JPS5791380A (en) * | 1980-11-28 | 1982-06-07 | Michio Mizutani | Seawater pumping up method by combination of buoy and lever |
| US4742241A (en) * | 1986-04-01 | 1988-05-03 | Melvin Kenneth P | Wave energy engine |
| KR950010463B1 (ko) * | 1992-05-22 | 1995-09-18 | 임명식 | 바다의 파도를 이용한 파력 발전장치 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4210597A patent/JPH0617742A/ja active Pending
-
1993
- 1993-06-29 AU AU43581/93A patent/AU4358193A/en not_active Abandoned
- 1993-06-29 WO PCT/JP1993/000888 patent/WO1994000688A1/ja active Search and Examination
- 1993-06-29 GB GB9426138A patent/GB2284864B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50149839A (ja) * | 1974-05-24 | 1975-12-01 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112299552A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-02 | 合肥市恒昌自动化控制有限责任公司 | 一种化学除磷装置 |
| CN112299552B (zh) * | 2020-10-16 | 2022-06-28 | 合肥市恒昌自动化控制有限责任公司 | 一种化学除磷装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9426138D0 (en) | 1995-02-22 |
| AU4358193A (en) | 1994-01-24 |
| GB2284864A (en) | 1995-06-21 |
| WO1994000688A1 (en) | 1994-01-06 |
| GB2284864B (en) | 1997-02-12 |
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